JP2003243726A - Light emitting device and manufacturing method thereof - Google Patents
Light emitting device and manufacturing method thereofInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】発生した短波長光(紫外光)の光を効率よく蛍
光体で可視光などに変換して外部に効率よく取り出すこ
と
【解決手段】本発明は、n型層、p型層、負電極、正電
極および前記n型層と前記p型層の間に介在する発光層
を有する窒化物半導体発光素子と、該窒化物半導体発光
素子上に粒子状蛍光体を含むコーティング層を有する発
光装置において、窒化物半導体発光素子の表面は、凹部
および島部を有し、凹部は、該凹部側面の間隔の最小値
が粒子状蛍光体の平均粒径よりも大きい開口部を有し、
内部に粒子状蛍光体を一粒子以上収納することを特徴と
する発光装置である。さらに、発光素子の上方から蛍光
体を含有した塗布液を霧状で且つ螺旋状に回転させなが
ら吹き付ける工程を有することを特徴とするコーティン
グ層の形成方法である。
(57) Abstract: To efficiently convert generated short-wavelength light (ultraviolet light) into visible light or the like with a phosphor and to extract the light efficiently to the outside. A nitride semiconductor light-emitting device having a p-type layer, a negative electrode, a positive electrode, and a light-emitting layer interposed between the n-type layer and the p-type layer; and a particulate phosphor on the nitride semiconductor light-emitting device. In the light emitting device having the coating layer, the surface of the nitride semiconductor light emitting element has a concave portion and an island portion, and the concave portion has an opening in which the minimum value of the interval between the concave side surfaces is larger than the average particle size of the particulate phosphor. Has,
A light-emitting device characterized in that one or more particulate phosphors are housed therein. The method for forming a coating layer further includes a step of spraying a coating liquid containing a phosphor from above the light emitting element while rotating the liquid in a mist and spirally.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化ガリウム系化
合物半導体を有する発光素子に係り、特に発光素子から
出光した光を蛍光体に照射して所望とする波長の発光を
得る構成に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light emitting device having a gallium nitride compound semiconductor, and more particularly to a structure for irradiating a phosphor with light emitted from the light emitting device to obtain light emission of a desired wavelength.
【0002】[0002]
【従来技術】近年、窒化ガリウム化合物半導体を材料と
した発光素子が開発され、該発光素子からの発光強度の
高い紫外光や青色光を蛍光体の励起光源として利用した
発光装置を形成することが可能となってきている。この
ような発光素子から出光された光を蛍光体により波長変
換して発光装置の外部に取り出す場合、一般に、発光素
子を被覆する樹脂モールド中に蛍光体を混入させる(例
えば、特許文献1参照)。2. Description of the Related Art In recent years, a light emitting device made of a gallium nitride compound semiconductor has been developed, and it is possible to form a light emitting device using ultraviolet light or blue light having high emission intensity from the light emitting device as an excitation light source for a phosphor. It is becoming possible. When the light emitted from such a light emitting element is wavelength-converted by a phosphor and is extracted to the outside of the light emitting device, the phosphor is generally mixed in a resin mold that covers the light emitting element (see, for example, Patent Document 1). .
【0003】[0003]
【特許文献1】特願平10−357643号公報[Patent Document 1] Japanese Patent Application No. 10-357643
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、樹脂モ
ールド中に蛍光体を含有させると、発光素子から出光し
た光の多くが直ちに蛍光体によって波長変換される訳で
はなく、樹脂モールド部分を光が透過していくうちに蛍
光体により波長変換されるのが一般的である。従って、
発光素子からの光は樹脂モールド中を伝播していくうち
に徐々に減衰するため、上記構成では蛍光体による波長
変換が効率的に行えない。さらに、短波長の光(可視光
線から近紫外線の光)により有機化合物を主成分とする
樹脂モールドの着色劣化が引き起こされるという問題も
ある。However, when a phosphor is contained in the resin mold, most of the light emitted from the light emitting element is not immediately wavelength-converted by the phosphor, and the light is transmitted through the resin mold portion. The wavelength is generally converted by the phosphor as it goes. Therefore,
Since the light from the light emitting element is gradually attenuated as it propagates through the resin mold, wavelength conversion by the phosphor cannot be efficiently performed in the above configuration. Further, there is also a problem that short-wavelength light (visible light to near-ultraviolet light) causes color deterioration of a resin mold containing an organic compound as a main component.
【0005】本発明は、上述のごとき問題を解決するた
めになされたものであって、その主な目的は、短波長の
光を効率よく蛍光体で可視光などに変換して外部に取り
出すとともに、赤色系、緑色系、青色系の三原色を発光
することができる信頼性の高い発光装置を提供すること
である。The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its main purpose is to efficiently convert light of a short wavelength into a visible light or the like with a phosphor and take it out to the outside. Another object of the present invention is to provide a highly reliable light emitting device capable of emitting three primary colors of red, green, and blue.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、負電極を備えるn型層と、正電極を備えるp型層と
を少なくとも有する発光素子と、該発光素子からの光の
少なくとも一部を吸収して異なる波長を有する光を発光
する粒子状蛍光体とを有する発光装置において、前記発
光素子は、該発光素子の表面に凹部(110)を有し、
該凹部内に前記粒子状蛍光体を有することを特徴とする
発光装置である。In order to achieve the above object, a light emitting element having at least an n-type layer having a negative electrode and a p-type layer having a positive electrode, and at least one of light emitted from the light emitting element. In a light emitting device having a particulate fluorescent material that absorbs light having a different wavelength by absorbing a portion, the light emitting element has a recess (110) on a surface of the light emitting element,
It is a light-emitting device having the particulate fluorescent material in the recess.
【0007】この第一の発明によれば、発光素子表面の
凹部内に粒子状蛍光体を一粒子以上含むため、発光素子
内部の発光している部分と粒子状蛍光体との距離を従来
技術より近づけることが可能である。従って、発光素子
の発光層から出光した光は、凹部内を伝搬中に減衰する
することなく凹部内の粒子状蛍光体により直ちに可視光
に変換され易くなるため、可視光への変換効率が高く、
十分なレベルの可視光を効率よく得ることができる。ま
た、粒子状蛍光体と発光素子表面の接触面積が多くなる
ことにより、粒子状蛍光体による可視光への変換効率が
より高くなり、十分なレベルの可視光を効率よく得るこ
とができる。According to the first aspect of the present invention, since one or more particles of the particulate phosphor are contained in the concave portion of the surface of the light emitting element, the distance between the light emitting portion inside the light emitting element and the particulate phosphor is determined by the prior art. It is possible to get closer. Therefore, the light emitted from the light emitting layer of the light emitting element is easily converted into visible light immediately by the particulate fluorescent substance in the recess without being attenuated during propagation in the recess, so that the conversion efficiency to visible light is high. ,
It is possible to efficiently obtain a sufficient level of visible light. Further, since the contact area between the particulate phosphor and the surface of the light emitting element is increased, the conversion efficiency of the particulate phosphor into visible light is further increased, and a sufficient level of visible light can be efficiently obtained.
【0008】第二の発明は、前記凹部(110)は、メ
サ状の側面を有する請求項1に記載の発光装置である。A second invention is the light emitting device according to claim 1, wherein the recess (110) has a mesa-shaped side surface.
【0009】この第二の発明によれば、発光素子の発光
層から出光してくる光が凹部内壁面で全反射されること
なく、メサ状の側面における光の屈折を利用して凹部内
に進み、蛍光体により波長変換された光が発光装置外部
に効率良く取り出される。そのため、蛍光体による可視
光への変換効率がより高く、光取り出し効率が向上し、
さらに十分なレベルの可視光を効率よく得ることができ
る。According to the second aspect of the invention, the light emitted from the light emitting layer of the light emitting element is not totally reflected by the inner wall surface of the recess, but is refracted into the recess by utilizing the refraction of the light on the side surface of the mesa. Then, the light whose wavelength is converted by the phosphor is efficiently extracted to the outside of the light emitting device. Therefore, the conversion efficiency of visible light by the phosphor is higher, the light extraction efficiency is improved,
Further, it is possible to efficiently obtain a sufficient level of visible light.
【0010】第三の発明は、前記凹部(110)は、少
なくとも前記p型層および前記正電極に連続して設けら
れてなる請求項1乃至2に記載の発光装置である。A third aspect of the present invention is the light emitting device according to claim 1 or 2, wherein the recess (110) is provided at least continuously with the p-type layer and the positive electrode.
【0011】この第三の発明によれば、正電極上に存在
する粒子状蛍光体の量をできるだけ少なくし、凹部内に
存在する蛍光体の量を多くすることも可能である。即
ち、正電極は発光層から出光してくる光を透過し難いた
め、正電極上に粒子状蛍光体が存在しても、その蛍光体
は波長変換の機能を果たすことがなく無駄となってしま
う。そこで、正電極側に蛍光体を含むコーティング層を
形成する場合、正電極上に存在する粒子状蛍光体の量を
できるだけ少なくし、凹部内に存在する蛍光体の量を多
くすることで、蛍光体による可視光への変換効率がより
高くなり、十分なレベルの可視光を効率よく得ることが
できる。According to the third aspect of the invention, it is possible to reduce the amount of the particulate fluorescent substance existing on the positive electrode as much as possible and increase the amount of the fluorescent substance existing in the concave portion. That is, since the positive electrode does not easily transmit the light emitted from the light emitting layer, even if the particulate fluorescent substance is present on the positive electrode, the fluorescent substance does not perform the function of wavelength conversion and is wasted. I will end up. Therefore, when forming a coating layer containing a phosphor on the positive electrode side, the amount of the particulate phosphor existing on the positive electrode is reduced as much as possible, and the amount of the phosphor existing in the recess is increased, whereby The conversion efficiency of visible light by the body becomes higher, and a sufficient level of visible light can be obtained efficiently.
【0012】第四の発明は、前記凹部(110)は、少
なくとも前記n型層および前記負電極に連続して設けら
れてなる請求項1乃至3に記載の発光装置である。A fourth invention is the light-emitting device according to any one of claims 1 to 3, wherein the concave portion (110) is provided continuously with at least the n-type layer and the negative electrode.
【0013】この第四の発明によれば、窒化物半導体発
光素子のn型層の側に粒子状蛍光体を含むコーティング
層を形成する場合、蛍光体と前記n型層の接触面積が多
くなることにより、蛍光体による可視光への変換効率が
より高くなり、十分なレベルの可視光を効率よく得るこ
とができる。また、第三の発明と同様の効果も得られ
る。According to the fourth aspect of the invention, when the coating layer containing the particulate phosphor is formed on the n-type layer side of the nitride semiconductor light emitting device, the contact area between the phosphor and the n-type layer increases. As a result, the conversion efficiency of the fluorescent substance into visible light becomes higher, and a sufficient level of visible light can be obtained efficiently. Further, the same effect as the third invention can be obtained.
【0014】第五の発明は、表面に凹部(110)を有
する発光素子と、前記凹部内に粒子状蛍光体を有する発
光装置の製造方法であって、凹部内壁(101)間の距
離の最小値が前記粒子状蛍光体の平均粒子径より大きい
凹部(110)を前記発光素子に形成する第一の工程
と、前記粒子状蛍光体を含む塗布液を前記発光素子に滴
下する第二の工程と、前記粒子状蛍光体を沈降させた塗
布液を乾燥させる第三の工程を含むことを特徴とする発
光装置の製造方法である。A fifth aspect of the present invention is a method for manufacturing a light emitting device having a concave portion (110) on the surface and a particulate fluorescent substance in the concave portion, wherein the distance between the concave inner walls (101) is the minimum. A first step of forming a recess (110) having a value larger than the average particle diameter of the particulate phosphor in the light emitting element, and a second step of dropping a coating liquid containing the particulate phosphor onto the light emitting element. And a third step of drying the coating liquid in which the particulate phosphor is settled, which is a method for manufacturing a light emitting device.
【0015】この第五の発明によれば、粒子状蛍光体は
塗布液中で比重が大きいことにより、塗布液の下方に沈
降し、凹部内に収まる確立が高まる。したがって、蛍光
体による可視光への変換効率がより高くなり、十分なレ
ベルの可視光を効率よく得ることができる発光装置を容
易に製造可能となる。According to the fifth aspect of the invention, since the particulate phosphor has a large specific gravity in the coating liquid, it is more likely that it will settle below the coating liquid and be settled in the recess. Therefore, the conversion efficiency of the fluorescent substance into visible light becomes higher, and it becomes possible to easily manufacture a light emitting device capable of efficiently obtaining a sufficient level of visible light.
【0016】第六の発明は、表面に凹部(110)を有
する発光素子と、前記凹部内に粒子状蛍光体を有する発
光装置の製造方法であって、凹部内壁(101)間の距
離の最小値が前記粒子状蛍光体の平均粒子径より大きい
凹部(110)を前記発光素子に形成する第一の工程
と、前記発光素子を加温した状態で、前記発光素子の上
方から前記蛍光体を含有した塗布液を霧状で且つ螺旋状
に回転させながら吹き付ける第二の工程と、前記塗布液
を乾燥させる第三の工程を含むことを特徴とする発光装
置の製造方法である。A sixth aspect of the present invention is a method for manufacturing a light emitting device having a concave portion (110) on the surface and a particulate fluorescent substance in the concave portion, wherein the distance between the inner walls of the concave portion (101) is minimum. A first step of forming a recess (110) in the light-emitting element, the value of which is larger than the average particle diameter of the particulate phosphor; and, in a state where the light-emitting element is heated, the phosphor is removed from above the light-emitting element. A method for manufacturing a light-emitting device, comprising: a second step of spraying the contained coating liquid while rotating it in a mist and spirally; and a third step of drying the coating liquid.
【0017】この第六の発明によれば、前記凹部上面と
島部側面が交わる角の部分にも粒子状蛍光体を確実に存
在させることが可能であるため、蛍光体による可視光へ
の変換効率がより高くなり、十分なレベルの可視光を効
率よく得ることができる発光装置を容易に得ることが可
能となる。さらに、本発明によれば、発光素子の製造工
程の途中である半導体ウェハ状態で蛍光体を塗布するこ
とも可能であるため、塗布された蛍光体により波長変換
された光の強度を半導体ウェハ状態で測定することもで
きる。そのため、ウェハ状態でのチップ選別を容易に行
うことも可能であり、半導体発光素子の量産性および製
造歩留まりの向上を図ることができる。According to the sixth aspect of the invention, since it is possible to ensure that the particulate fluorescent material is present even at the corner where the upper surface of the concave portion and the side surface of the island portion intersect, conversion of the fluorescent material into visible light is performed. The efficiency becomes higher, and it becomes possible to easily obtain a light emitting device capable of efficiently obtaining a sufficient level of visible light. Furthermore, according to the present invention, since it is possible to apply the phosphor in a semiconductor wafer state which is in the process of manufacturing the light emitting device, the intensity of the light whose wavelength is converted by the applied phosphor is changed to the semiconductor wafer state. It can also be measured at. Therefore, it is possible to easily select chips in a wafer state, and it is possible to improve the mass productivity and the manufacturing yield of semiconductor light emitting devices.
【0018】第七の発明は、前記第一の工程において、
前記凹部は前記粒子状蛍光体の平均粒子径よりも小さい
間隔をおいて形成される請求項5または6に記載の発光
装置の製造方法である。In a seventh aspect of the invention, in the first step,
7. The method for manufacturing a light emitting device according to claim 5, wherein the recesses are formed at intervals smaller than the average particle diameter of the particulate phosphor.
【0019】この第七の発明によれば、粒子状蛍光体を
含む塗布液を発光素子表面に塗布した場合、粒子状蛍光
体は凹部の間に形成された島部上面に留まりにくく、凹
部内に収まり易くなる。したがって、粒子状蛍光体を凹
部内に収納する確率を高くすることが可能であり、蛍光
体による可視光への変換効率がより高く、十分なレベル
の可視光が効率よく得られる発光装置を容易に製造する
ことができる。According to the seventh aspect of the present invention, when the coating liquid containing the particulate phosphor is applied to the surface of the light emitting element, the particulate phosphor is unlikely to remain on the upper surface of the island formed between the recesses, and It is easy to fit in. Therefore, it is possible to increase the probability of accommodating the particulate fluorescent material in the concave portion, the conversion efficiency of the fluorescent material into visible light is higher, and it is easy to realize a light emitting device that can efficiently obtain a sufficient level of visible light. Can be manufactured.
【0020】第八の発明は、前記塗布液は、少なくとも
Si、Al、Ga、Ti、Ge、P、B、Zr、Y、S
n、Pb、あるいはアルカリ土類金属の群から選択され
る1種以上の元素を含む有機金属化合物、有機溶剤、及
び蛍光体とを含む溶液である請求項5乃至7に記載の発
光装置の製造方法である。In an eighth invention, the coating liquid is at least Si, Al, Ga, Ti, Ge, P, B, Zr, Y, S.
8. A light emitting device according to claim 5, which is a solution containing an organometallic compound containing one or more elements selected from the group consisting of n, Pb, and alkaline earth metals, an organic solvent, and a phosphor. Is the way.
【0021】この第八の発明によれば、発光素子からの
短波長光(紫外光)の光を効率よく可視光などに波長変
換して外部に効率よく取り出すことができるとともに、
蛍光体を結着させる材料が、短波長光(紫外光)の光、
あるいは高出力の光によっても劣化しない信頼性の高い
発光装置を製造することができる。According to the eighth aspect of the present invention, the short wavelength light (ultraviolet light) from the light emitting element can be efficiently wavelength-converted into visible light or the like and can be efficiently extracted to the outside.
The material that binds the phosphor is short-wavelength light (ultraviolet light),
Alternatively, it is possible to manufacture a highly reliable light emitting device which is not deteriorated by high-power light.
【0022】[0022]
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、以下に図
面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す実施の
形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光装置
を例示するものであって、本発明は発光装置を以下に限
定するものではない。また、各図面に示す部材の大きさ
や位置関係などは説明を明確にするために誇張している
ところがある。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the embodiments described below exemplify a light emitting device for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention does not limit the light emitting device to the following. Further, the size and positional relationship of members shown in each drawing are exaggerated for clarity.
【0023】図1、図2、図4は、本発明の実施の形態
における発光装置の構成例を示した模式的な断面図であ
り、図3は上面図である。本発明における発光装置は、
発光素子の電極および/または半導体の積層体の一部に
凹部および島部が形成され、発光素子からの光の少なく
とも一部を吸収して異なる波長を有する光を発光する粒
子状蛍光体を少なくとも凹部内に有している。1, 2, and 4 are schematic cross-sectional views showing a structural example of a light emitting device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a top view. The light emitting device according to the present invention is
A concave portion and an island portion are formed in a part of the electrode of the light emitting element and / or the laminated body of the semiconductor, and at least a particulate phosphor that absorbs at least a part of light from the light emitting element and emits light having different wavelengths is used. It has in the recess.
【0024】ここで島部とは、発光素子の表面上に凹部
を形成したとき、該凹部と、該凹部に隣接する凹部との
間に残された島状態の部分をいう。本発明における凹部
は、凹部内壁101の間隔の最小値rmin(図5
(d)に図示)が粒子状蛍光体の平均粒径より大きくな
るように形成される。あるいは、本発明における粒子状
蛍光体103は、その平均粒径が凹部内壁101の間隔
の最小値rminよりも小さくなるように形成される。
このように形成することにより、凹部110は一粒子以
上の粒子状蛍光体を内部に収納することができる。さら
に、凹部110は、粒子状蛍光体の平均粒子径よりも小
さい間隔をおいて(島部111の幅が粒子状蛍光体の平
均粒子径よりも小さくなるように)形成されることが好
ましい。このように形成された発光素子とすることによ
って、本発明における発光装置の製造工程において粒子
状蛍光体が凹部内に収まり易くすることができる。The term "island portion" as used herein refers to an island-like portion left between the recess and the recess adjacent to the recess when the recess is formed on the surface of the light emitting element. The recess in the present invention has a minimum value r min of the space between the recess inner walls 101 (see FIG. 5).
(Shown in (d)) is formed to be larger than the average particle size of the particulate phosphor. Alternatively, the particulate phosphor 103 in the present invention is formed such that its average particle size is smaller than the minimum value r min of the interval between the recess inner walls 101.
By forming in this way, the concave portion 110 can house the particulate phosphor of one or more particles inside. Further, the recesses 110 are preferably formed at intervals smaller than the average particle diameter of the particulate phosphor (so that the width of the island 111 is smaller than the average particle diameter of the particulate phosphor). By using the light-emitting element formed in this way, the particulate phosphor can be easily accommodated in the recess in the manufacturing process of the light-emitting device of the present invention.
【0025】以上のような構成にすると、凹部内に粒子
状蛍光体が一粒子以上存在する確率が高くなり、発光層
から出光した光は、凹部内壁および底部に接触している
粒子状蛍光体により直ちに可視光に変換されるため、可
視光への変換効率が高く、十分なレベルの可視光を効率
よく得ることができる。With the above-described structure, the probability that one or more particles of the particulate phosphor will exist in the recess increases, and the light emitted from the light-emitting layer is in contact with the inner wall and the bottom of the recess. Since it is immediately converted into visible light, the conversion efficiency into visible light is high, and a sufficient level of visible light can be efficiently obtained.
【0026】以下、本発明の実施の形態の各構成につい
て詳述する。
[LEDチップ]本実施の形態において発光素子として
用いられるLEDチップとは、発光装置に備えられる蛍
光体を励起可能なものである。LEDチップは、MOC
VD法等により基板上にGaAs、InP、GaAlA
s、InGaAlP、InN、AlN、GaN、InG
aN、AlGaN、InGaAlN等の半導体を形成さ
せる。半導体の構造としては、MIS接合、PIN接合
やPN接合などを有するホモ構造、ヘテロ構造あるいは
ダブルへテロ構成のものが挙げられる。半導体層の材料
やその混晶度によって発光波長を種々選択することがで
きる。また、半導体活性層を量子効果が生ずる薄膜に形
成させた単一量子井戸構造や多重量子井戸構造とするこ
ともできる。好ましくは、蛍光体を効率良く励起できる
比較的短波長を効率よく発光可能な窒化物系化合物半導
体(一般式IniGajAlkN、ただし、0≦i、0≦
j、0≦k、i+j+k=1)である。Hereinafter, each configuration of the embodiment of the present invention will be described in detail. [LED Chip] The LED chip used as the light emitting element in the present embodiment is capable of exciting the phosphor provided in the light emitting device. LED chip is MOC
GaAs, InP, GaAlA on the substrate by VD method etc.
s, InGaAlP, InN, AlN, GaN, InG
A semiconductor such as aN, AlGaN, InGaAlN is formed. Examples of the structure of the semiconductor include a homo structure having a MIS junction, a PIN junction and a PN junction, a hetero structure, or a double hetero structure. Various emission wavelengths can be selected depending on the material of the semiconductor layer and the degree of mixed crystal thereof. Further, the semiconductor active layer may be formed as a thin film in which a quantum effect is generated, and may have a single quantum well structure or a multiple quantum well structure. Preferably, a nitride-based compound semiconductor (general formula In i Ga j Al k N, where 0 ≦ i, 0 ≦, which can efficiently emit a relatively short wavelength that can efficiently excite a phosphor).
j, 0 ≦ k, i + j + k = 1).
【0027】窒化ガリウム系化合物半導体を使用した場
合、半導体基板にはサファイヤ、スピネル、SiC、S
i、ZnO、GaN等の材料が好適に用いられる。結晶
性の良い窒化ガリウムを形成させるためにはサファイヤ
基板を用いることがより好ましい。サファイヤ基板上に
半導体膜を成長させる場合、GaN、AlN等のバッフ
ァー層を形成しその上にPN接合を有する窒化ガリウム
半導体を形成させることが好ましい。また、サファイア
基板上にSiO2をマスクとして選択成長させたGaN
単結晶自体を基板として利用することもできる。この場
合、各半導体層の形成後SiO2をエッチング除去させ
ることによって発光素子とサファイア基板とを分離させ
ることもできる。窒化ガリウム系化合物半導体は、不純
物をドープしない状態でN型導電性を示す。発光効率を
向上させるなど所望のN型窒化ガリウム半導体を形成さ
せる場合は、N型ドーパントとしてSi、Ge、Se、
Te、C等を適宜導入することが好ましい。一方、P型
窒化ガリウム半導体を形成させる場合は、P型ドーパン
ドであるZn、Mg、Be、Ca、Sr、Ba等をドー
プさせる。When a gallium nitride compound semiconductor is used, sapphire, spinel, SiC, S are used as the semiconductor substrate.
Materials such as i, ZnO and GaN are preferably used. It is more preferable to use a sapphire substrate in order to form gallium nitride having good crystallinity. When growing a semiconductor film on a sapphire substrate, it is preferable to form a buffer layer of GaN, AlN or the like, and to form a gallium nitride semiconductor having a PN junction thereon. In addition, GaN selectively grown on a sapphire substrate using SiO 2 as a mask.
The single crystal itself can also be used as the substrate. In this case, the light emitting element and the sapphire substrate can be separated by etching away SiO 2 after forming each semiconductor layer. The gallium nitride-based compound semiconductor exhibits N-type conductivity in a state where it is not doped with impurities. In the case of forming a desired N-type gallium nitride semiconductor such as improving the luminous efficiency, Si, Ge, Se, N
It is preferable to introduce Te, C and the like as appropriate. On the other hand, when forming a P-type gallium nitride semiconductor, P-type dopants such as Zn, Mg, Be, Ca, Sr, and Ba are doped.
【0028】窒化ガリウム系化合物半導体は、P型ドー
パントをドープしただけではP型化しにくいためP型ド
ーパント導入後に、炉による加熱、低速電子線照射やプ
ラズマ照射等によりアニールすることでP型化させるこ
とが好ましい。具体的な発光素子の層構成としては、窒
化ガリウム、窒化アルミニウムなどを低温で形成させた
バッファ層を有するサファイア基板や炭化珪素上に、窒
化ガリウム半導体であるN型コンタクト層、窒化アルミ
ニウム・ガリウム半導体であるN型クラッド層、Zn及
びSiをドープさせた窒化インジュウムガリウム半導体
である活性層、窒化アルミニウム・ガリウム半導体であ
るP型クラッド層、窒化ガリウム半導体であるP型コン
タクト層が積層されたものが好適に挙げられる。LED
チップ103を形成させるためにはサファイア基板を有
するLEDチップ103の場合、エッチングなどにより
P型半導体及びN型半導体の露出面を形成させた後、半
導体層上にスパッタリング法や真空蒸着法などを用いて
所望の形状の各電極を形成させる。SiC基板の場合、
基板自体の導電性を利用して一対の電極を形成させるこ
ともできる。The gallium nitride-based compound semiconductor is difficult to become P-type by only doping with a P-type dopant, so that after the P-type dopant is introduced, it is annealed by heating in a furnace, low-speed electron beam irradiation, plasma irradiation, or the like to make it P-type. It is preferable. As a specific layer structure of the light emitting element, an N-type contact layer which is a gallium nitride semiconductor, an aluminum nitride / gallium semiconductor is provided on a sapphire substrate having a buffer layer formed of gallium nitride, aluminum nitride, or the like at low temperature or silicon carbide. A laminated N-type clad layer, an active layer that is an indium gallium nitride semiconductor doped with Zn and Si, a P-type clad layer that is an aluminum nitride / gallium semiconductor, and a P-type contact layer that is a gallium nitride semiconductor. Are preferred. LED
In order to form the chip 103, in the case of the LED chip 103 having a sapphire substrate, after forming exposed surfaces of the P-type semiconductor and the N-type semiconductor by etching or the like, a sputtering method or a vacuum deposition method is used on the semiconductor layer. Then, each electrode having a desired shape is formed. In the case of SiC substrate,
The pair of electrodes can be formed by utilizing the conductivity of the substrate itself.
【0029】次に、形成された半導体ウエハー等をダイ
ヤモンド製の刃先を有するブレードが回転するダイシン
グソーにより直接フルカットするか、又は刃先幅よりも
広い幅の溝を切り込んだ後(ハーフカット)、外力によ
って半導体ウエハーを割る。あるいは、先端のダイヤモ
ンド針が往復直線運動するスクライバーにより半導体ウ
エハーに極めて細いスクライブライン(経線)を例えば
碁盤目状に引いた後、外力によってウエハーを割り半導
体ウエハーからチップ状にカットする。このようにして
窒化物系化合物半導体であるLEDチップ103を形成
させることができる。Next, the formed semiconductor wafer or the like is directly full-cut by a dicing saw in which a blade having a diamond edge is rotated, or after a groove having a width wider than the edge width is cut (half-cut), The semiconductor wafer is broken by an external force. Alternatively, an extremely thin scribe line (meridian line) is drawn in a semiconductor wafer, for example, in a grid pattern by a scriber in which a diamond needle at the tip moves reciprocally in a straight line, and then the wafer is split by external force to be cut into chips. In this way, the LED chip 103, which is a nitride-based compound semiconductor, can be formed.
【0030】本発明の発光装置において発光させる場合
は、蛍光体との補色等を考慮してLEDチップの主発光
波長は350nm以上530nm以下が好ましい。When light is emitted from the light emitting device of the present invention, the main emission wavelength of the LED chip is preferably 350 nm or more and 530 nm or less in consideration of the complementary color with the phosphor.
【0031】さらに、LEDチップの表面に対して凹部
および島部を形成するために、パターニング後、レジス
トをマスクとしてHCl等でウェットエッチングした
後、RIE法等により、ドット状、ストライプ状あるい
は同心円状に凹部、あるいは複数の円状の凹部をn型
層、p型層、負電極および/または正電極に形成する。
凹部は、該凹部側面101の間隔の最小値rmin(図
5(d)に図示)が粒子状蛍光体の平均粒径よりも大き
い開口部を有し、内部に前記粒子状蛍光体を一粒子以上
収納することが可能なものとする。これにより、発光素
子表面の凹部内に粒子状蛍光体を一粒子以上含むため、
発光層と粒子状蛍光体との距離を近づけることが可能で
ある。従って、発光層から出光した光は、凹部内の粒子
状蛍光体により直ちに可視光に変換されるため、可視光
への変換効率が高く、十分なレベルの可視光を効率よく
得ることができる。また、本発明においては、島部の上
面の大きさが平均粒径を有する粒子状蛍光体の大きさよ
りも小さくすることが好ましい。このような島部を設け
ると、蛍光体を含む塗布液を発光素子上面に塗布した場
合、粒子状蛍光体は島部上面に留まりにくく、凹部内に
収まり易くなる。したがって、粒子状蛍光体を凹部内に
収納する確率を高くすることが可能であり、蛍光体によ
る可視光への変換効率がより高く、十分なレベルの可視
光を効率よく得ることができる。
[蛍光体]本発明に用いられる蛍光体としては、少なく
ともLEDチップから発光された光で励起されて発光す
る蛍光体をいう。本実施の形態において、蛍光体として
紫外光により励起されて所定の色の光を発生する蛍光体
も用いることができ、具体例として、例えば、
(1)Ca10(PO4)6FCl:Sb,Mn
(2)M5(PO4)3Cl:Eu(但し、MはSr、
Ca、Ba、Mgから選択される少なくとも一種)
(3)BaMg2Al16O27:Eu
(4)BaMg2Al16O27:Eu、Mn
(5)3.5MgO・0.5MgF2・GeO2:Mn
(6)Y2O2S:Eu
(7)Mg6As2O11:Mn
(8)Sr4Al14O25:Eu
(9)(Zn、Cd)S:Cu
(10)SrAl2O4:Eu
(11)Ca10(PO4)6ClBr:Mn、Eu
(12)Zn2GeO4:Mn
(13)Gd2O2S:Eu、及び
(14)La2O2S:Eu等が挙げられる。Furthermore, in order to form recesses and islands on the surface of the LED chip, after patterning, wet etching is performed with HCl or the like using a resist as a mask, and then dot, stripe or concentric circles are formed by RIE or the like. A concave portion or a plurality of circular concave portions is formed in the n-type layer, the p-type layer, the negative electrode and / or the positive electrode.
The recess has an opening in which the minimum value r min (illustrated in FIG. 5D) of the space between the recess side surfaces 101 is larger than the average particle diameter of the particulate phosphor, and the inside of the particulate phosphor is It should be possible to store more than particles. As a result, since one or more particles of the particulate phosphor are contained in the concave portion on the surface of the light emitting device,
It is possible to reduce the distance between the light emitting layer and the particulate phosphor. Therefore, the light emitted from the light emitting layer is immediately converted into visible light by the particulate fluorescent material in the recess, so that the conversion efficiency into visible light is high and a sufficient level of visible light can be obtained efficiently. Further, in the present invention, it is preferable that the size of the upper surface of the island portion is smaller than the size of the particulate phosphor having the average particle diameter. If such an island portion is provided, when the coating liquid containing the phosphor is applied to the upper surface of the light emitting element, the particulate phosphor is less likely to stay on the upper surface of the island portion and easily fit in the recess. Therefore, it is possible to increase the probability that the particulate fluorescent material is housed in the concave portion, the conversion efficiency of the fluorescent material into visible light is higher, and it is possible to efficiently obtain a sufficient level of visible light. [Phosphor] The phosphor used in the present invention means a phosphor that emits light by being excited by at least light emitted from the LED chip. In the present embodiment, a phosphor that is excited by ultraviolet light to generate light of a predetermined color can also be used as the phosphor, and specific examples include (1) Ca 10 (PO 4 ) 6 FCl: Sb. , Mn (2) M 5 (PO 4 ) 3 Cl: Eu (where M is Sr,
(3) BaMg 2 Al 16 O 27 : Eu (4) BaMg 2 Al 16 O 27 : Eu, Mn (5) 3.5MgO · 0.5MgF 2 · GeO 2 : Mn (6) Y 2 O 2 S: Eu (7) Mg 6 As 2 O 11 : Mn (8) Sr 4 Al 14 O 25 : Eu (9) (Zn, Cd) S: Cu (10) SrAl 2 O 4: Eu (11) Ca 10 (PO 4) 6 ClBr: Mn, Eu (12) Zn 2 GeO 4: Mn (13) Gd 2 O 2 S: Eu, and (14) La 2 O 2 S : Eu Etc.
【0032】また、これらの蛍光体は、一層からなるコ
ーティング層中に単独で用いても良いし、混合して用い
てもよい。さらに、二層以上が積層されてなるコーティ
ング層中にそれぞれ単独で用いても良いし、混合して用
いてもよい。Further, these phosphors may be used alone or in a mixture in a coating layer consisting of one layer. Further, they may be used alone or as a mixture in a coating layer formed by laminating two or more layers.
【0033】LEDチップが発光した光と、蛍光体が発
光した光が補色関係などにある場合、それぞれの光を混
色させることで白色を発光することができる。具体的に
は、LEDチップからの光と、それによって励起され発
光する蛍光体の光がそれぞれ光の3原色(赤色系、緑色
系、青色系)に相当する場合やLEDチップが発光した
青色の光と、それによって励起され発光する蛍光体の黄
色の光が挙げられる。When the light emitted by the LED chip and the light emitted by the phosphor have a complementary color relationship, white light can be emitted by mixing the respective lights. Specifically, when the light from the LED chip and the light of the phosphor that is excited and emitted by the LED chip correspond to the three primary colors of light (red, green, and blue), or the blue light emitted by the LED chip, respectively. Examples thereof include light and yellow light of a phosphor that is excited by the light and emits light.
【0034】発光装置の発光色は、蛍光体と蛍光体の結
着剤として働く各種樹脂やガラスなどの無機部材などと
の比率、蛍光体の沈降時間、蛍光体の形状などを種々調
整すること及びLEDチップの発光波長を選択すること
により電球色など任意の白色系の色調を提供させること
ができる。発光装置の外部には、LEDチップからの光
と蛍光体からの光がモールド部材を効率よく透過するこ
とが好ましい。The emission color of the light emitting device can be adjusted by variously adjusting the ratio of the phosphor to various resins acting as a binder for the phosphor, an inorganic member such as glass, the sedimentation time of the phosphor, and the shape of the phosphor. Also, by selecting the emission wavelength of the LED chip, it is possible to provide an arbitrary white color tone such as a light bulb color. It is preferable that the light from the LED chip and the light from the phosphor are efficiently transmitted through the mold member to the outside of the light emitting device.
【0035】本実施の形態において使用される蛍光体
は、イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体
と、赤色系の光を発光可能な蛍光体、特に窒化物蛍光体
とを組み合わせたものを使用することができる。これら
のYAG系蛍光体および窒化物系蛍光体は、混合してコ
ーティング層108中に含有させてもよいし、複数の層
から構成されるコーティング層108中に別々に含有さ
せてもよい。以下、それぞれの蛍光体について詳細に説
明していく。
(イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体)
本実施の形態に用いられるイットリウム・アルミニウム
・ガーネット系蛍光体(YAG系蛍光体)とは、YとA
lを含み、かつLu、Sc、La、Gd、Tb、Eu及
びSmから選択された少なくとも一種の元素と、Ga及
びInから選択された一種の元素とを含み、希土類元素
から選択された少なくとも一種の元素で付活された蛍光
体であり、LEDチップから発光された可視光や紫外線
で励起されて発光する蛍光体である。特に本実施の形態
において、CeあるいはPrで付活され組成の異なる2
種類以上のイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体
も利用することができる。発光層に窒化物系化合物半導
体を用いた発光素子から発光した青色系の光と、青色光
を吸収させるためボディーカラーが黄色である蛍光体か
ら発光する緑色系及び赤色系の光と、或いは、黄色系の
光であってより緑色系及びより赤色系の光を混色表示さ
せると所望の白色系発光色表示を行うことができる。発
光装置はこの混色を起こさせるために蛍光体の粉体やバ
ルクをエポキシ樹脂、アクリル樹脂或いはシリコーン樹
脂などの各種樹脂や酸化珪素、酸化アルミニウムなどの
無機物中に含有させることが好ましい。このように蛍光
体が含有されたものは、LEDチップからの光が透過す
る程度に薄く形成させたドット状のものや層状ものなど
用途に応じて種々用いることができる。蛍光体と樹脂な
どとの比率や塗布、充填量を種々調整すること及び発光
素子の発光波長を選択することにより白色を含め電球色
など任意の色調を提供させることができる。The phosphor used in this embodiment is a combination of a yttrium-aluminum-garnet-based phosphor and a phosphor capable of emitting reddish light, particularly a nitride phosphor. You can These YAG-based phosphors and nitride-based phosphors may be mixed and contained in the coating layer 108, or may be separately contained in the coating layer 108 composed of a plurality of layers. Hereinafter, each phosphor will be described in detail. (Yttrium / Aluminum / Garnet phosphor)
The yttrium-aluminum-garnet-based phosphor (YAG-based phosphor) used in the present embodiment means Y and A.
at least one element selected from rare earth elements, including at least one element selected from Lu, Sc, La, Gd, Tb, Eu, and Sm, and one element selected from Ga and In. Is a phosphor activated by the element, and is a phosphor that emits light when excited by visible light or ultraviolet light emitted from the LED chip. In particular, in the present embodiment, 2 having different compositions activated by Ce or Pr
More than one type of yttrium-aluminum oxide-based phosphor can also be used. Blue-based light emitted from a light-emitting element using a nitride-based compound semiconductor in the light-emitting layer, and green-based and red-based light emitted from a phosphor whose body color is yellow for absorbing blue light, or When yellowish light and more greenish and reddish light are mixed and displayed, a desired white emission color display can be performed. In order to cause this color mixing, the light emitting device preferably contains the phosphor powder or bulk in various resins such as epoxy resin, acrylic resin or silicone resin, and inorganic substances such as silicon oxide and aluminum oxide. The phosphor-containing material can be used in various ways such as a dot-shaped material or a layer-shaped material formed so thin as to allow light from the LED chip to pass therethrough. It is possible to provide an arbitrary color tone such as an incandescent lamp color including white by adjusting the ratio of the phosphor and the resin, coating and filling amount, and selecting the emission wavelength of the light emitting element.
【0036】また、2種類以上の蛍光体をそれぞれ発光
素子からの入射光に対して順に配置させることによって
効率よく発光可能な発光装置とすることができる。即
ち、反射部材を有する発光素子上には、長波長側に吸収
波長があり長波長に発光可能な蛍光体が含有された色変
換部材と、それよりも長波長側に吸収波長がありより長
波長に発光可能な色変換部材とを積層などさせることで
反射光を有効利用することができる。Further, by arranging two or more kinds of phosphors respectively with respect to the incident light from the light emitting element, it is possible to obtain a light emitting device which can efficiently emit light. That is, on a light emitting element having a reflection member, a color conversion member containing an absorption wavelength on the long wavelength side and containing a phosphor capable of emitting light at a long wavelength, and an absorption wavelength on the longer wavelength side than that, and a longer wavelength. The reflected light can be effectively used by laminating a color conversion member capable of emitting light at a wavelength.
【0037】YAG系蛍光体を使用すると、放射照度と
して(Ee)=0.1W・cm−2以上1000W・c
m−2以下のLEDチップと接する或いは近接して配置
された場合においても高効率に十分な耐光性を有する発
光装置とすることができる。When a YAG type phosphor is used, the irradiance is (Ee) = 0.1 W · cm −2 or more and 1000 W · c.
It is possible to obtain a light emitting device having high efficiency and sufficient light resistance even when the light emitting device is arranged in contact with or close to an LED chip of m −2 or less.
【0038】本実施の形態に用いられるセリウムで付活
されたイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体であ
る緑色系が発光可能なYAG系蛍光体では、ガーネット
構造のため、熱、光及び水分に強く、励起吸収スペクト
ルのピーク波長が420nmから470nm付近にさせ
ることができる。また、発光ピーク波長λpも510n
m付近にあり700nm付近まで裾を引くブロードな発
光スペクトルを持つ。一方、セリウムで付活されたイッ
トリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体である赤色系が
発光可能なYAG系蛍光体でも、ガーネット構造であり
熱、光及び水分に強く、励起吸収スペクトルのピーク波
長が420nmから470nm付近にさせることができ
る。また、発光ピーク波長λpが600nm付近にあり
750nm付近まで裾を引くブロードな発光スペクトル
を持つ。The YAG phosphor capable of emitting green light, which is the yttrium-aluminum oxide phosphor activated with cerium used in the present embodiment, has a garnet structure and therefore is strong against heat, light and moisture. The peak wavelength of the excitation absorption spectrum can be set to around 420 nm to 470 nm. Also, the emission peak wavelength λp is 510n.
It has a broad emission spectrum that is near m and has a skirt around 700 nm. On the other hand, even a YAG-based phosphor that is a yttrium-aluminum oxide-based phosphor activated by cerium and capable of emitting red light has a garnet structure and is resistant to heat, light, and moisture, and has a peak wavelength of an excitation absorption spectrum of 420 nm. To about 470 nm. Further, it has a broad emission spectrum in which the emission peak wavelength λp is in the vicinity of 600 nm and the tail is extended to the vicinity of 750 nm.
【0039】ガーネット構造を持ったYAG系蛍光体の
組成の内、Alの一部をGaで置換することで発光スペ
クトルが短波長側にシフトし、また組成のYの一部をG
d及び/又はLaで置換することで、発光スペクトルが
長波長側へシフトする。Yの置換が2割未満では、緑色
成分が大きく赤色成分が少なくなる。また、8割以上で
は、赤み成分が増えるものの輝度が急激に低下する。ま
た、励起吸収スペクトルについても同様に、ガーネット
構造を持ったYAG系蛍光体の組成の内、Alの一部を
Gaで置換することで励起吸収スペクトルが短波長側に
シフトし、また組成のYの一部をGd及び/又はLaで
置換することで、励起吸収スペクトルが長波長側へシフ
トする。YAG系蛍光体の励起吸収スペクトルのピーク
波長は、発光素子の発光スペクトルのピーク波長より短
波長側にあることが好ましい。このように構成すると、
発光素子に投入する電流を増加させた場合、励起吸収ス
ペクトルのピーク波長は、発光素子の発光スペクトルの
ピーク波長にほぼ一致するため、蛍光体の励起効率を低
下させることなく、色度ズレの発生を抑えた発光装置を
形成することができる。Of the composition of the YAG-based phosphor having a garnet structure, the emission spectrum is shifted to the short wavelength side by substituting a part of Al with Ga, and a part of the Y of the composition is G.
By substituting d and / or La, the emission spectrum shifts to the long wavelength side. If the substitution of Y is less than 20%, the green component is large and the red component is small. On the other hand, when the ratio is 80% or more, the reddish component increases, but the brightness sharply decreases. Similarly, regarding the excitation absorption spectrum, by replacing a part of Al with Ga in the composition of the YAG-based phosphor having a garnet structure, the excitation absorption spectrum shifts to the short wavelength side, and the composition Y Substituting a part of Gd and / or La for the excitation absorption spectrum shifts to the long wavelength side. The peak wavelength of the excitation absorption spectrum of the YAG-based phosphor is preferably on the shorter wavelength side than the peak wavelength of the emission spectrum of the light emitting element. With this configuration,
When the current applied to the light-emitting element is increased, the peak wavelength of the excitation absorption spectrum almost matches the peak wavelength of the emission spectrum of the light-emitting element, so that the chromaticity shift occurs without lowering the excitation efficiency of the phosphor. It is possible to form a light emitting device in which
【0040】このような蛍光体は、Y、Gd、Ce、L
a、Al、Sm及びGaの原料として酸化物、又は高温
で容易に酸化物になる化合物を使用し、それらを化学量
論比で十分に混合して原料を得る。又は、Y、Gd、C
e、La、Smの希土類元素を化学量論比で酸に溶解し
た溶解液を蓚酸で共沈したものを焼成して得られる共沈
酸化物と、酸化アルミニウム、酸化ガリウムとを混合し
て混合原料を得る。これにフラックスとしてフッ化アン
モニウム等のフッ化物を適量混合して坩堝に詰め、空気
中1350〜1450°Cの温度範囲で2〜5時間焼成
して焼成品を得、次に焼成品を水中でボールミルして、
洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通すことで得ることがで
きる。また、別の実施の形態における蛍光体の製造方法
では、蛍光体の原料を混合した混合原料とフラックスか
らなる混合物を、大気中又は弱還元雰囲気中にて行う第
一焼成工程と、還元雰囲気中にて行う第二焼成工程とか
らなる、二段階で焼成することが好ましい。ここで、弱
還元雰囲気とは、混合原料から所望の蛍光体を形成する
反応過程において必要な酸素量は少なくとも含むように
設定された弱い還元雰囲気のことをいい、この弱還元雰
囲気中において所望とする蛍光体の構造形成が完了する
まで第一焼成工程を行うことにより、蛍光体の黒変を防
止し、かつ光の吸収効率の低下を防止できる。また、第
二焼成工程における還元雰囲気とは、弱還元雰囲気より
強い還元雰囲気をいう。このように二段階で焼成する
と、励起波長の吸収効率の高い蛍光体が得られる。従っ
て、このように形成された蛍光体にて発光装置を形成し
た場合に、所望とする色調を得るために必要な蛍光体量
を減らすことができ、光取り出し効率の高い発光装置を
形成することができる。Such a phosphor is composed of Y, Gd, Ce and L.
An oxide or a compound that easily becomes an oxide at high temperature is used as a raw material of a, Al, Sm, and Ga, and they are sufficiently mixed in a stoichiometric ratio to obtain a raw material. Or Y, Gd, C
e, La, and Sm are mixed by mixing a coprecipitated oxide obtained by firing a solution obtained by coprecipitating oxalic acid with a solution obtained by dissolving a rare earth element of stoichiometric ratio in an acid, aluminum oxide, and gallium oxide. Get the raw materials. An appropriate amount of a fluoride such as ammonium fluoride is mixed in this as a flux, packed in a crucible, and fired in the air at a temperature range of 1350 to 1450 ° C for 2 to 5 hours to obtain a fired product. Ball mill,
It can be obtained by washing, separating, drying and finally sieving. Further, in the method for manufacturing a phosphor according to another embodiment, a mixture of a mixed raw material obtained by mixing the raw materials of the phosphor and a flux is subjected to a first firing step in the air or a weak reducing atmosphere, and in a reducing atmosphere. It is preferable to perform the firing in two stages, which comprises the second firing step performed in 1. Here, the weak reducing atmosphere refers to a weak reducing atmosphere that is set to contain at least the amount of oxygen required in the reaction process for forming a desired phosphor from the mixed raw material. By performing the first firing step until the structure formation of the phosphor is completed, it is possible to prevent the phosphor from being blackened and to prevent the light absorption efficiency from decreasing. The reducing atmosphere in the second firing step means a reducing atmosphere that is stronger than the weak reducing atmosphere. By firing in two stages in this way, a phosphor having a high absorption efficiency of the excitation wavelength can be obtained. Therefore, when a light emitting device is formed with the phosphor thus formed, the amount of the phosphor required to obtain a desired color tone can be reduced, and a light emitting device with high light extraction efficiency can be formed. You can
【0041】組成の異なる2種類以上のセリウムで付活
されたイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体は、
混合させて用いても良いし、それぞれ独立して配置させ
ても良い。蛍光体をそれぞれ独立して配置させる場合、
発光素子から光をより短波波長側で吸収発光しやすい蛍
光体、それよりも長波長側で吸収発光しやすい蛍光体の
順に配置させることが好ましい。これによって効率よく
吸収及び発光させることができる。
(窒化物系蛍光体)本発明で使用される第1の蛍光体
は、Nを含み、かつBe、Mg、Ca、Sr、Ba、及
びZnから選択された少なくとも一種の元素と、C、S
i、Ge、Sn、Ti、Zr、及びHfから選択された
少なくとも一種の元素とを含み、希土類元素から選択さ
れた少なくとも一種の元素で付活された窒化物系蛍光体
である。また、本実施の形態に用いられる窒化物系蛍光
体としては、LEDチップから発光された可視光、紫外
線、及びYAG系蛍光体からの発光を吸収することによ
って励起され発光する蛍光体をいう。特に本発明に係る
蛍光体は、Mnが添加されたSr−Ca−Si−N:E
u、Ca−Si−N:Eu、Sr−Si−N:Eu、S
r−Ca−Si−O−N:Eu、Ca−Si−O−N:
Eu、Sr−Si−O−N:Eu系シリコンナイトライ
ドである。この蛍光体の基本構成元素は、一般式LXS
iYN(2/3X+4/3Y):Eu若しくはLXSi
YOZN( 2/3X+4/3Y−2/3Z):Eu(L
は、Sr、Ca、SrとCaのいずれか。)で表され
る。一般式中、X及びYは、X=2、Y=5又は、X=
1、Y=7であることが好ましいが、任意のものも使用
できる。具体的には、基本構成元素は、Mnが添加され
た(SrXCa1−X)2Si5N8:Eu、Sr2S
i5N8:Eu、Ca2Si5N8:Eu、SrXCa
1−XSi7N10:Eu、SrSi7N10:Eu、
CaSi7N10:Euで表される蛍光体を使用するこ
とが好ましいが、この蛍光体の組成中には、Mg、S
r、Ca、Ba、Zn、B、Al、Cu、Mn、Cr及
びNiからなる群より選ばれる少なくとも1種以上が含
有されていてもよい。但し、本発明は、この実施の形態
及び実施例に限定されない。Lは、Sr、Ca、Srと
Caのいずれかである。SrとCaは、所望により配合
比を変えることができる。蛍光体の組成にSiを用いる
ことにより安価で結晶性の良好な蛍光体を提供すること
ができる。The yttrium-aluminum oxide-based phosphor activated with two or more kinds of cerium having different compositions is
They may be mixed and used, or may be arranged independently. When arranging each phosphor independently,
It is preferable to arrange a phosphor that easily absorbs and emits light from the light emitting element on the shorter wavelength side and a phosphor that easily absorbs and emits light on the longer wavelength side. This enables efficient absorption and emission of light. (Nitride Phosphor) The first phosphor used in the present invention contains N, and at least one element selected from Be, Mg, Ca, Sr, Ba, and Zn, and C and S.
A nitride-based phosphor containing at least one element selected from i, Ge, Sn, Ti, Zr, and Hf and activated with at least one element selected from rare earth elements. The nitride-based phosphor used in the present embodiment refers to a phosphor that emits light when excited by absorbing visible light, ultraviolet rays, and light emitted from the YAG-based phosphor emitted from the LED chip. Particularly, the phosphor according to the present invention is Sr-Ca-Si-N: E to which Mn is added.
u, Ca-Si-N: Eu, Sr-Si-N: Eu, S
r-Ca-Si-ON: Eu, Ca-Si-ON:
Eu, Sr-Si-O-N: Eu-based silicon nitride. The basic constituent elements of this phosphor are represented by the general formula L X S
i Y N (2 / 3X + 4 / 3Y) : Eu or L X Si
Y O Z N (2 / 3X + 4 / 3Y-2 / 3Z): Eu (L
Is Sr, Ca, or Sr and Ca. ). In the general formula, X and Y are X = 2, Y = 5, or X =
It is preferred that 1 and Y = 7, but any can be used. Specifically, the basic constituent elements, Mn is added (Sr X Ca 1-X) 2 Si 5 N 8: Eu, Sr 2 S
i 5 N 8 : Eu, Ca 2 Si 5 N 8 : Eu, Sr X Ca
1-X Si 7 N 10 : Eu, SrSi 7 N 10 : Eu,
Although it is preferable to use a phosphor represented by CaSi 7 N 10 : Eu, Mg, S, etc. are included in the composition of this phosphor.
At least one selected from the group consisting of r, Ca, Ba, Zn, B, Al, Cu, Mn, Cr and Ni may be contained. However, the present invention is not limited to this embodiment and examples. L is either Sr, Ca, or Sr and Ca. The compounding ratio of Sr and Ca can be changed as desired. By using Si for the composition of the phosphor, it is possible to provide a cheap phosphor having good crystallinity.
【0042】発光中心に希土類元素であるユウロピウム
Euを用いる。ユウロピウムは、主に2価と3価のエネ
ルギー準位を持つ。本発明の蛍光体は、母体のアルカリ
土類金属系窒化ケイ素に対して、Eu2+を付活剤とし
て用いる。Eu2+は、酸化されやすく、3価のEu2
O3の組成で市販されている。しかし、市販のEu2O
3では、Oの関与が大きく、良好な蛍光体が得られにく
い。そのため、Eu2O3からOを、系外へ除去したも
のを使用することが好ましい。たとえば、ユウロピウム
単体、窒化ユウロピウムを用いることが好ましい。但
し、Mnを添加した場合は、その限りではない。Europium Eu, which is a rare earth element, is used as the emission center. Europium mainly has divalent and trivalent energy levels. The phosphor of the present invention uses Eu 2+ as an activator with respect to the matrix alkaline earth metal-based silicon nitride. Eu 2+ is easily oxidized and trivalent Eu 2
It is commercially available with a composition of O 3 . However, commercially available Eu 2 O
In No. 3 , O is largely involved and it is difficult to obtain a good phosphor. Therefore, it is preferable to use Eu 2 O 3 after removing O from the system. For example, it is preferable to use europium simple substance or europium nitride. However, this is not the case when Mn is added.
【0043】添加物であるMnは、Eu2+の拡散を促
進し、発光輝度、エネルギー効率、量子効率等の発光効
率の向上を図る。Mnは、原料中に含有させるか、又
は、製造工程中にMn単体若しくはMn化合物を含有さ
せ、原料と共に焼成する。但し、Mnは、焼成後の基本
構成元素中に含有されていないか、含有されていても当
初含有量と比べて少量しか残存していない。これは、焼
成工程において、Mnが飛散したためであると思われ
る。蛍光体には、基本構成元素中に、若しくは、基本構
成元素とともに、Mg、Sr、Ca、Ba、Zn、B、
Al、Cu、Mn、Cr、O及びNiからなる群より選
ばれる少なくとも1種以上を含有する。これらの元素
は、粒径を大きくしたり、発光輝度を高めたりする等の
作用を有している。また、B、Al、Mg、Cr及びN
iは、残光を抑えることができるという作用を有してい
る。Mn as an additive promotes the diffusion of Eu 2+ and improves the luminous efficiency such as luminous brightness, energy efficiency and quantum efficiency. Mn is contained in the raw material, or is contained in the raw material during the manufacturing process, or is burned together with the raw material. However, Mn is not contained in the basic constituent elements after firing, or even if it is contained, only a small amount remains as compared with the initial content. This is probably because Mn was scattered during the firing process. The phosphor contains Mg, Sr, Ca, Ba, Zn, B in the basic constituent elements or together with the basic constituent elements.
It contains at least one selected from the group consisting of Al, Cu, Mn, Cr, O and Ni. These elements have actions such as increasing the particle size and increasing the emission brightness. Also, B, Al, Mg, Cr and N
i has an effect of suppressing afterglow.
【0044】このような窒化物系蛍光体は、LEDチッ
プによって発光された青色光の一部を吸収して黄から赤
色領域の光を発光する。窒化物系蛍光体をYAG系蛍光
体と共に上記の構成を有する発光装置に使用して、LE
Dチップにより発光された青色光と、窒化物系蛍光体に
よる黄色から赤色光とが混色により暖色系の白色に発光
する発光装置を提供する。窒化物系蛍光体の他に加える
蛍光体には、セリウムで付活されたイットリウム・アル
ミニウム酸化物蛍光物質が含有されていることが好まし
い。前記イットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質を
含有することにより、所望の色度に調節することができ
るからである。セリウムで付活されたイットリウム・ア
ルミニウム酸化物蛍光物質は、LEDチップにより発光
された青色光の一部を吸収して黄色領域の光を発光す
る。ここで、LEDチップにより発光された青色光と、
イットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質の黄色光と
が混色により青白い白色に発光する。従って、このイッ
トリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質と赤色発光する
蛍光体とを、透光性を有するコーティング層108中に
一緒に混合し、LEDチップにより発光された青色光と
を組み合わせることにより白色系の混色光を発光する発
光装置を提供することができる。特に好ましいのは、色
度が色度図における黒体放射の軌跡上に位置する白色の
発光装置である。但し、所望の色温度の発光装置を提供
するため、イットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質
の蛍光体量と、赤色発光の蛍光体量を適宜変更すること
もできる。この白色系の混色光を発光する発光装置は、
特殊演色評価数R9の改善を図っている。従来の青色発
光素子とセリウムで付活されたイットリウム・アルミニ
ウム酸化物蛍光物質との組合せのみの白色に発光する発
光装置は、色温度Tcp=4600K付近において特殊
演色評価数R9がほぼ0に近く、赤み成分が不足してい
た。そのため特殊演色評価数R9を高めることが解決課
題となっていたが、本発明において赤色発光の蛍光体を
イットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質と共に用い
ることにより、色温度Tcp=4600K付近において
特殊演色評価数R9を40付近まで高めることができ
る。Such a nitride phosphor absorbs part of the blue light emitted by the LED chip and emits light in the yellow to red region. The nitride-based phosphor is used together with the YAG-based phosphor in the light-emitting device having the above-mentioned structure to obtain LE.
Provided is a light emitting device which emits warm white light by mixing blue light emitted from a D chip and yellow to red light from a nitride-based phosphor. The phosphor added in addition to the nitride-based phosphor preferably contains a yttrium-aluminum oxide phosphor which is activated by cerium. This is because the chromaticity can be adjusted to a desired level by containing the yttrium aluminum oxide fluorescent substance. The cerium-activated yttrium-aluminum oxide fluorescent material absorbs part of the blue light emitted by the LED chip and emits light in the yellow region. Here, the blue light emitted by the LED chip,
The yellow light of the yttrium-aluminum oxide fluorescent substance is mixed to emit a pale white light. Therefore, the yttrium aluminum oxide phosphor and the phosphor that emits red light are mixed together in the translucent coating layer 108, and the blue light emitted by the LED chip is combined to obtain a white-based phosphor. A light emitting device which emits mixed color light can be provided. Particularly preferred is a white light emitting device whose chromaticity is located on the locus of black body radiation in the chromaticity diagram. However, in order to provide a light emitting device having a desired color temperature, the amount of phosphor of the yttrium-aluminum oxide phosphor and the amount of phosphor of red light emission can be appropriately changed. The light emitting device that emits this white mixed color light is
We are working to improve the special color rendering index R9. A conventional light emitting device that emits white light only by a combination of a blue light emitting element and a yttrium aluminum oxide phosphor activated by cerium has a special color rendering index R9 close to 0 near a color temperature Tcp = 4600K. The redness component was insufficient. Therefore, it has been a problem to be solved to increase the special color rendering index R9. However, by using the red-emitting phosphor with the yttrium aluminum oxide phosphor in the present invention, the special color rendering index near the color temperature Tcp = 4600K. R9 can be increased to around 40.
【0045】次に、本発明に係る蛍光体((SrXCa
1−X)2Si5N8:Eu)の製造方法を説明する
が、本製造方法に限定されない。上記蛍光体には、M
n、Oが含有されている。Next, the phosphor ((Sr X Ca
The method for producing 1-X ) 2 Si 5 N 8 : Eu) will be described, but the present invention is not limited thereto. The above phosphor contains M
It contains n and O.
【0046】原料のSr、Caを粉砕する。原料のS
r、Caは、単体を使用することが好ましいが、イミド
化合物、アミド化合物などの化合物を使用することもで
きる。また原料Sr、Caには、B、Al、Cu、M
g、Mn、Al2O3などを含有するものでもよい。原
料のSr、Caは、アルゴン雰囲気中、グローブボック
ス内で粉砕を行う。粉砕により得られたSr、Caは、
平均粒径が約0.1μmから15μmであることが好ま
しいが、この範囲に限定されない。Sr、Caの純度
は、2N以上であることが好ましいが、これに限定され
ない。より混合状態を良くするため、金属Ca、金属S
r、金属Euのうち少なくとも1以上を合金状態とした
のち、窒化し、粉砕後、原料として用いることもでき
る。The raw materials Sr and Ca are crushed. Raw material S
R and Ca are preferably used alone, but compounds such as imide compounds and amide compounds can also be used. The raw materials Sr and Ca include B, Al, Cu and M.
It may contain g, Mn, Al 2 O 3 , or the like. The raw materials Sr and Ca are pulverized in a glove box in an argon atmosphere. Sr and Ca obtained by crushing are
The average particle size is preferably about 0.1 μm to 15 μm, but is not limited to this range. The purity of Sr and Ca is preferably 2N or more, but not limited to this. Metal Ca, metal S for better mixing
It is also possible to use at least one or more of r and metal Eu as an alloy material after nitriding and crushing.
【0047】原料のSiを粉砕する。原料のSiは、
単体を使用することが好ましいが、窒化物化合物、イミ
ド化合物、アミド化合物などを使用することもできる。
例えば、Si3N4、Si(NH2)2、Mg2Siな
どである。原料のSiの純度は、3N以上のものが好ま
しいが、Al2O3、Mg、金属ホウ化物(Co3B、
Ni3B、CrB)、酸化マンガン、H3BO3、B2
O3、Cu2O、CuOなどの化合物が含有されていて
もよい。Siも、原料のSr、Caと同様に、アルゴン
雰囲気中、若しくは、窒素雰囲気中、グローブボックス
内で粉砕を行う。Si化合物の平均粒径は、約0.1μ
mから15μmであることが好ましい。The raw material Si is crushed. The raw material Si is
It is preferable to use a simple substance, but it is also possible to use a nitride compound, an imide compound, an amide compound, or the like.
For example, Si 3 N 4 , Si (NH 2 ) 2 , Mg 2 Si, or the like. Although the purity of the raw material Si is preferably 3N or more, Al 2 O 3 , Mg, metal boride (Co 3 B,
Ni 3 B, CrB), manganese oxide, H 3 BO 3 , B 2
Compounds such as O 3 , Cu 2 O and CuO may be contained. Si is crushed in a glove box in an argon atmosphere or a nitrogen atmosphere, similarly to the raw materials Sr and Ca. The average particle size of the Si compound is about 0.1 μ
It is preferably m to 15 μm.
【0048】次に、原料のSr、Caを、窒素雰囲気
中で窒化する。この反応式を、以下の式1および式2に
それぞれ示す。Next, the raw materials Sr and Ca are nitrided in a nitrogen atmosphere. The reaction formulas are shown in the following formulas 1 and 2, respectively.
【0049】
3Sr + N2 → Sr3N2 ・・・(式1)
3Ca + N2 → Ca3N2 ・・・(式2)
Sr、Caを、窒素雰囲気中、600〜900℃、約5
時間、窒化する。Sr、Caは、混合して窒化しても良
いし、それぞれ個々に窒化しても良い。これにより、S
r、Caの窒化物を得ることができる。Sr、Caの窒
化物は、高純度のものが好ましいが、市販のものも使用
することができる。3Sr + N 2 → Sr 3 N 2 ... (Equation 1) 3Ca + N 2 → Ca 3 N 2 ... (Equation 2) Sr and Ca in a nitrogen atmosphere at 600 to 900 ° C. 5
Nitriding for hours. Sr and Ca may be mixed and nitrided, or may be individually nitrided. This allows S
A nitride of r and Ca can be obtained. The Sr and Ca nitrides are preferably highly pure, but commercially available ones can also be used.
【0050】原料のSiを、窒素雰囲気中で窒化す
る。この反応式を、以下の式3に示す。The raw material Si is nitrided in a nitrogen atmosphere. This reaction formula is shown in Formula 3 below.
【0051】
3Si + 2N2 → Si3N4 ・・・(式3)
ケイ素Siも、窒素雰囲気中、800〜1200℃、約
5時間、窒化する。これにより、窒化ケイ素を得る。本
発明で使用する窒化ケイ素は、高純度のものが好ましい
が、市販のものも使用することができる。3Si + 2N 2 → Si 3 N 4 (Equation 3) Silicon Si is also nitrided in a nitrogen atmosphere at 800 to 1200 ° C. for about 5 hours. Thereby, silicon nitride is obtained. The silicon nitride used in the present invention is preferably highly pure, but commercially available ones can also be used.
【0052】Sr、Ca若しくはSr−Caの窒化物
を粉砕する。Sr、Ca、Sr−Caの窒化物を、アル
ゴン雰囲気中、若しくは、窒素雰囲気中、グローブボッ
クス内で粉砕を行う。同様に、Siの窒化物を粉砕す
る。また、同様に、Euの化合物Eu2O3を粉砕す
る。Euの化合物として、酸化ユウロピウムを使用する
が、金属ユウロピウム、窒化ユウロピウムなども使用可
能である。このほか、原料のZは、イミド化合物、アミ
ド化合物を用いることもできる。酸化ユウロピウムは、
高純度のものが好ましいが、市販のものも使用すること
ができる。粉砕後のアルカリ土類金属の窒化物、窒化ケ
イ素及び酸化ユウロピウムの平均粒径は、約0.1μm
から15μmであることが好ましい。The nitride of Sr, Ca or Sr-Ca is crushed. A nitride of Sr, Ca, and Sr-Ca is crushed in a glove box in an argon atmosphere or a nitrogen atmosphere. Similarly, Si nitride is crushed. Similarly, the Eu compound Eu 2 O 3 is pulverized. As the compound of Eu, europium oxide is used, but metal europium, europium nitride and the like can also be used. In addition, as the raw material Z, an imide compound or an amide compound can be used. Europium oxide is
A high-purity product is preferable, but a commercially available product can also be used. The average particle size of the crushed alkaline earth metal nitride, silicon nitride and europium oxide is about 0.1 μm.
To 15 μm is preferable.
【0053】上記原料中には、Mg、Sr、Ca、B
a、Zn、B、Al、Cu、Mn、Cr、O及びNiか
らなる群より選ばれる少なくとも1種以上が含有されて
いてもよい。また、Mg、Zn、B等の上記元素を以下
の混合工程において、配合量を調節して混合することも
できる。これらの化合物は、単独で原料中に添加するこ
ともできるが、通常、化合物の形態で添加される。この
種の化合物には、H3BO3、Cu2O3、MgC
l2、MgO・CaO、Al2O3、金属ホウ化物(C
rB、Mg3B2、AlB2、MnB)、B2O3、C
u2O、CuOなどがある。In the above raw materials, Mg, Sr, Ca, B
At least one selected from the group consisting of a, Zn, B, Al, Cu, Mn, Cr, O and Ni may be contained. Further, the above elements such as Mg, Zn and B can be mixed by adjusting the blending amount in the following mixing step. These compounds can be added to the raw materials alone, but are usually added in the form of compounds. This class of compounds, H 3 BO 3, Cu 2 O 3, MgC
l 2 , MgO · CaO, Al 2 O 3 , metal boride (C
rB, Mg 3 B 2 , AlB 2 , MnB), B 2 O 3 , C
Examples include u 2 O and CuO.
【0054】上記粉砕を行った後、Sr、Ca、Sr
−Caの窒化物、Siの窒化物、Euの化合物Eu2O
3を混合し、Mnを添加する。これらの混合物は、酸化
されやすいため、Ar雰囲気中、又は、窒素雰囲気中、
グローブボックス内で、混合を行う。After the above pulverization, Sr, Ca, Sr
-Ca nitride, Si nitride, Eu compound Eu 2 O
Mix 3 and add Mn. Since these mixtures are easily oxidized, in an Ar atmosphere or a nitrogen atmosphere,
Mix in the glove box.
【0055】最後に、Sr、Ca、Sr−Caの窒化
物、Siの窒化物、Euの化合物Eu2O3の混合物を
アンモニア雰囲気中で、焼成する。焼成により、Mnが
添加された(SrXCa1−X)2Si5N8:Euで
表される蛍光体を得ることができる。この焼成による基
本構成元素の反応式を、以下に示す。Finally, a mixture of Sr, Ca, Sr—Ca nitride, Si nitride, and Eu compound Eu 2 O 3 is fired in an ammonia atmosphere. Firing the, Mn is added (Sr X Ca 1-X) 2 Si 5 N 8: it is possible to obtain a phosphor represented by Eu. The reaction formula of the basic constituent elements by this firing is shown below.
【0056】[0056]
【化1】 [Chemical 1]
【0057】ただし、各原料の配合比率を変更すること
により、目的とする蛍光体の組成を変更することができ
る。However, the composition of the intended phosphor can be changed by changing the blending ratio of each raw material.
【0058】焼成は、管状炉、小型炉、高周波炉、メタ
ル炉などを使用することができる。焼成温度は、120
0から1700℃の範囲で焼成を行うことができるが、
1400から1700℃の焼成温度が好ましい。焼成
は、徐々に昇温を行い1200から1500℃で数時間
焼成を行う一段階焼成を使用することが好ましいが、8
00から1000℃で一段階目の焼成を行い、徐々に加
熱して1200から1500℃で二段階目の焼成を行う
二段階焼成(多段階焼成)を使用することもできる。蛍
光体の原料は、窒化ホウ素(BN)材質のるつぼ、ボー
トを用いて焼成を行うことが好ましい。窒化ホウ素材質
のるつぼの他に、アルミナ(Al2O3)材質のるつぼ
を使用することもできる。For the firing, a tubular furnace, a small furnace, a high frequency furnace, a metal furnace or the like can be used. The firing temperature is 120
Although firing can be performed in the range of 0 to 1700 ° C,
A firing temperature of 1400 to 1700 ° C is preferred. For the firing, it is preferable to use one-step firing in which the temperature is gradually raised and the firing is performed at 1200 to 1500 ° C. for several hours.
It is also possible to use a two-stage firing (multi-stage firing) in which the first-stage firing is performed at 00 to 1000 ° C., and the second stage is fired at 1200 to 1500 ° C. by gradually heating. The phosphor raw material is preferably fired using a crucible made of boron nitride (BN) or a boat. Besides the crucible made of boron nitride, a crucible made of alumina (Al 2 O 3 ) can be used.
【0059】以上の製造方法を使用することにより、目
的とする蛍光体を得ることが可能である。By using the above manufacturing method, it is possible to obtain the desired phosphor.
【0060】本実施の形態において、赤味を帯びた光を
発光する蛍光体として、特に窒化物系蛍光体を使用する
が、本発明においては、上述したYAG系蛍光体と赤色
系の光を発光可能な蛍光体とを備える発光装置とするこ
とも可能である。このような赤色系の光を発光可能な蛍
光体は、波長が400〜600nmの光によって励起さ
れて発光する蛍光体であり、例えば、Y2O2S:E
u、La2O2S:Eu、CaS:Eu、SrS:E
u、ZnS:Mn、ZnCdS:Ag,Al、ZnCd
S:Cu,Al等が挙げられる。このようにYAG系蛍
光体とともに赤色系の光を発光可能な蛍光体を使用する
ことにより発光装置の演色性を向上させることが可能で
ある。In the present embodiment, a nitride-based phosphor is particularly used as the phosphor that emits reddish light. In the present invention, the above-mentioned YAG-based phosphor and red-based light are used. A light emitting device including a phosphor capable of emitting light can also be used. Such a phosphor that can emit red light is a phosphor that is excited by light having a wavelength of 400 to 600 nm to emit light, and is, for example, Y 2 O 2 S: E.
u, La 2 O 2 S: Eu, CaS: Eu, SrS: E
u, ZnS: Mn, ZnCdS: Ag, Al, ZnCd
S: Cu, Al, etc. are mentioned. As described above, the color rendering of the light emitting device can be improved by using the phosphor capable of emitting red light together with the YAG phosphor.
【0061】以上のようにして形成される蛍光体は、発
光素子の表面上において一層からなるコーティング層中
に二種類以上存在してもよいし、二層からなるコーティ
ング層中にそれぞれ一種類あるいは二種類以上存在して
もよい。このようにすると、異なる蛍光体からの光の混
色による白色光が得られる。この場合、各蛍光物質から
発光される光をより良く混色しかつ色ムラを減少させる
ために、各蛍光体の平均粒径及び形状は類似しているこ
とが好ましい。また、窒化物系蛍光体は、YAG蛍光体
により波長変換された光の一部を吸収してしまうことを
考慮して、窒化系蛍光体がYAG系蛍光体より凹部側面
に近い位置に配置されるようにコーティング層を形成す
ることが好ましい。このように構成することによって、
YAG系蛍光体と窒化物系蛍光体とを混合してコーティ
ング層に含有させた場合と比較して演色性を向上させる
ことができる。Two or more kinds of the phosphors formed as described above may be present in the coating layer consisting of one layer on the surface of the light emitting device, or one kind or two kinds respectively in the coating layer consisting of two layers. There may be two or more types. By doing so, white light is obtained by mixing the colors of light from different phosphors. In this case, it is preferable that the average particle diameter and the shape of the respective phosphors are similar in order to mix the light emitted from the respective phosphors better and reduce the color unevenness. Further, in consideration of the fact that the nitride-based phosphor absorbs a part of the light whose wavelength is converted by the YAG phosphor, the nitride-based phosphor is arranged at a position closer to the recess side surface than the YAG-based phosphor. It is preferable to form the coating layer so that By configuring in this way,
The color rendering property can be improved as compared with the case where the YAG-based phosphor and the nitride-based phosphor are mixed and contained in the coating layer.
【0062】特に本発明における蛍光体は、その平均粒
径が発光素子の表面に設けた凹部側面の間隔の最小値よ
りも小さくなるように形成されるため、凹部は、内部に
粒子状蛍光体を一粒子以上収納することができる。In particular, the phosphor of the present invention is formed so that the average particle diameter thereof is smaller than the minimum value of the distance between the side surfaces of the recesses provided on the surface of the light emitting element. Can store more than one particle.
【0063】ここで本発明において、蛍光体の粒径と
は、体積基準粒度分布曲線により得られる値であり、前
記体積基準粒度分布曲線は、レーザ回折・散乱法により
蛍光体の粒度分布を測定し得られるものである。具体的
には、気温25℃、湿度70%の環境下において、濃度
が0.05%であるヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液
に蛍光体を分散させ、レーザ回折式粒度分布測定装置
(SALD−2000A)により、粒径範囲0.03μ
m〜700μmにて測定し得られたものである。In the present invention, the particle size of the phosphor is a value obtained by a volume-based particle size distribution curve, and the volume-based particle size distribution curve is a particle size distribution of the phosphor measured by a laser diffraction / scattering method. It can be obtained. Specifically, in an environment of a temperature of 25 ° C. and a humidity of 70%, a phosphor is dispersed in an aqueous solution of sodium hexametaphosphate having a concentration of 0.05%, and a laser diffraction particle size distribution analyzer (SALD-2000A) is used. Particle size range 0.03μ
It was obtained by measuring from m to 700 μm.
【0064】本実施の形態において、実際に使用される
粒子状蛍光体は、篩い分けによって粒径を揃えようとし
ても一粒子ごとに大きさ(長径および短径)が異なり、
また、蛍光体同士が凝集しあって図5(a)に示される
ような蛍光体粒子の集まり(クラスター)を形成する場
合がある。そこで、本明細書中では蛍光体粒子の大きさ
を平均粒径で表し、該平均粒径とは、図5に示されるよ
うに、蛍光体粒子の凝集物(a)の最大径Rmax、凝集
せず一粒子の状態である蛍光体粒子(b)の最大径(長
径)、および(b)より小さい蛍光体粒子(c)の最大
径(長径)の平均値をいうものとする。In the present embodiment, the particle-like phosphors actually used have different sizes (major axis and minor axis) for each particle even if the particle diameters are made uniform by sieving.
In addition, phosphors may aggregate with each other to form a cluster (cluster) of phosphor particles as shown in FIG. Therefore, in the present specification, the size of the phosphor particles is represented by an average particle size, and the average particle size means, as shown in FIG. 5, the maximum diameter R max of the aggregate (a) of the phosphor particles, The average value of the maximum diameter (major axis) of the phosphor particles (b) which are in the state of one particle without aggregation and the maximum diameter (major axis) of the phosphor particles (c) smaller than (b) is meant.
【0065】図5(d)は、本実施の形態における粒子
状蛍光体103と凹部110および島部111との関係
を示す模式的断面図である。ここで、凹部110は、開
口方向に向かって広くなる形状とすることが好ましい。
また、島部111は発光素子の外部に向かって幅が狭く
なるような形状にすることが好ましい。このような形状
とすることにより、コーティング層108の形成工程に
おいて凹部110内に粒子状蛍光体103が落ち込み易
くなるからである。また、図5(d)に示されるよう
に、粒子状蛍光体の平均粒径は、凹部内壁面の間隔の最
小値rmin(開口部を円と見なした場合、その円の内
径)以下であり、かつ島部111上面の幅の最大値より
大きいことが好ましい。さらに、凹部の深さは、平均粒
径よりも大きいことが好ましい。これにより、本発明に
おける粒子状蛍光体は、図5(d)に示されるように凹
部内にほぼ完全に収納され、蛍光体を塗布する工程で島
部上面に接触したとしても、凹部内に落ち込み、蛍光体
が凹部内に収納される確率が更に高まる。
[スプレー装置300]本実施の形態では、図6および
図7に示されるように、塗布液を収納する容器301、
塗布液の流量を調節するバルブ302、塗布液をノズル
201に搬送した後ノズル201から容器301に搬送
する循環ポンプ303、及び螺旋状に塗布液を噴出する
ノズル201が、それぞれ搬送管307、308、30
9で結ばれたスプレー装置300を用いる。
(容器301)塗布液を収納する容器301には撹拌機
304が取り付けてあり、塗布作業中は塗布液を常に撹
拌している。容器301に収納されている塗布液は、撹
拌機304によって常に撹拌されており、塗布液に含ま
れる蛍光体は溶液中で常に均一に分散している。
(バルブ302)バルブ302は、容器301から搬送
管309を通して搬送されてくる塗布液の流量をバルブ
の開け閉めによって調節する。
(循環ポンプ303)循環ポンプ303は、塗布液を容
器301からバルブ302およびコンプレッサー305
を経由させてノズル201の先端部まで搬送管307を
通して搬送し、その後、ノズル201から噴出されずに
残った塗布液を、搬送管308を通して容器301まで
搬送する。塗布液は、循環ポンプ303によって容器3
01からバルブ302を経由してノズル201の先端部
まで搬送管307を通して搬送され、その後搬送管30
8を通して容器301まで搬送されているため、常にス
プレー装置内を循環している状態にある。従って、塗布
液はスプレー装置全体にわたって撹拌、または循環状態
にあるため、塗布液に含まれる蛍光体は、塗布作業中常
に均一な分散状態にある。
(コンプレッサー305)コンプレッサー305は、搬
送管307あるいは309に接続して装置内に設置され
ており、搬送管307を通して搬送される空気を圧縮
し、搬送管309を通して搬送される塗布液の圧力を調
節する。コンプレッサー305により、圧縮空気および
圧力調節された塗布液がそれぞれノズル201に搬送さ
れる。ここで圧縮空気の圧力は圧力計306によって監
視される。FIG. 5D is a schematic sectional view showing the relationship between the particulate fluorescent material 103 and the recess 110 and the island 111 in the present embodiment. Here, it is preferable that the recess 110 has a shape that widens in the opening direction.
Further, it is preferable that the island portion 111 has a shape such that the width thereof becomes narrower toward the outside of the light emitting element. This is because such a shape makes it easier for the particulate phosphor 103 to fall into the recess 110 during the step of forming the coating layer 108. Further, as shown in FIG. 5 (d), the average particle size of the particulate phosphor is not more than the minimum value r min of the space between the inner walls of the recess (when the opening is regarded as a circle, the inner diameter of the circle). And is larger than the maximum value of the width of the upper surface of the island portion 111. Furthermore, the depth of the recesses is preferably larger than the average particle size. As a result, the particulate phosphor according to the present invention is almost completely accommodated in the recess as shown in FIG. 5 (d), and even if it comes into contact with the upper surface of the island in the step of applying the phosphor, the particulate phosphor remains in the recess. The probability that it will fall and the phosphor will be housed in the recess is further increased. [Spray Device 300] In this embodiment, as shown in FIGS. 6 and 7, a container 301 for containing the coating liquid,
A valve 302 for adjusting the flow rate of the coating liquid, a circulation pump 303 for transporting the coating liquid to the nozzle 201 and then to the container 301, and a nozzle 201 for ejecting the coating liquid in a spiral shape are transport pipes 307 and 308, respectively. , 30
The spray device 300 tied at 9 is used. (Container 301) A stirrer 304 is attached to the container 301 that stores the coating liquid, and the coating liquid is constantly stirred during the coating operation. The coating liquid stored in the container 301 is constantly stirred by the stirrer 304, and the phosphor contained in the coating liquid is always uniformly dispersed in the solution. (Valve 302) The valve 302 adjusts the flow rate of the coating liquid transported from the container 301 through the transport pipe 309 by opening and closing the valve. (Circulation Pump 303) The circulation pump 303 transfers the coating liquid from the container 301 to the valve 302 and the compressor 305.
Via the transfer pipe 307 to the tip of the nozzle 201, and then the coating liquid remaining without being ejected from the nozzle 201 is transferred to the container 301 via the transfer pipe 308. The coating liquid is supplied to the container 3 by the circulation pump 303.
01 through the valve 302 to the tip of the nozzle 201 through the transfer pipe 307, and then the transfer pipe 30.
Since it is conveyed to the container 301 through 8, it is always circulating in the spray device. Therefore, since the coating liquid is agitated or circulated over the entire spray device, the phosphor contained in the coating liquid is always in a uniform dispersed state during the coating operation. (Compressor 305) The compressor 305 is installed in the apparatus by being connected to the carrier pipe 307 or 309, compresses the air carried through the carrier pipe 307, and adjusts the pressure of the coating liquid carried through the carrier pipe 309. To do. The compressed air and the pressure-adjusted coating liquid are respectively conveyed to the nozzle 201 by the compressor 305. Here, the pressure of the compressed air is monitored by the pressure gauge 306.
【0066】また、ノズルの手前には操作ハンドルが取
り付けてあり、ハンドルの握り具合を調節することで、
ノズルの先端から噴出する塗布液の量を調節することが
可能な構造となっている。An operation handle is attached in front of the nozzle, and by adjusting the grip of the handle,
The structure is such that the amount of the coating liquid ejected from the tip of the nozzle can be adjusted.
【0067】以上のようなスプレー装置300を使用し
て、塗布液を高圧のガスと共に高速で噴出させて、発光
素子の上面、側面および角の上に塗布する。(ノズル2
01)
発光素子上面に垂直に向かうガスの流れに乗せて霧状の
塗布液を噴出させるノズルを搭載した従来のスプレー装
置では、発光素子側面が塗布液の噴出方向に平行であ
り、塗布開始直後、霧状の塗布液からなる噴霧は発光素
子側面を素通りする。また、発光素子に電力を供給する
導電性ワイヤーの陰になる発光素子表面上には塗布され
にくく、導電性ワイヤーの陰にならない発光素子表面上
とコーティング層の厚みが異なっていた。そのため、発
光素子の全面を被覆しようとすれば、発光素子あるいは
ノズルを回転させて塗布液の噴出方向に発光素子の全面
を向けるか、発光素子を搭載している支持体表面への塗
布を繰り返して形成される厚いコーティング層で発光素
子の側面を被覆しなければならなかった。従って、発光
素子の角から側面を作業性良く塗布することができず、
発光素子表面全体を被覆するコーティング層の厚さが発
光素子の上面および側面で異なっていた。さらに、高速
で霧状の塗布液が吹き付けることにより、発光素子の正
負一対の電極と外部電極とを結ぶ導電性ワイヤーが変形
したり、断線するなどの問題があった。Using the spray device 300 as described above, the coating liquid is jetted at high speed together with the high-pressure gas to coat the upper surface, side surfaces and corners of the light emitting element. (Nozzle 2
01) In a conventional spray device equipped with a nozzle for ejecting a spray-like coating liquid on a gas flow directed vertically to the upper surface of the light-emitting device, the side surface of the light-emitting device is parallel to the spray direction of the coating liquid, and immediately after the start of coating. The spray composed of the atomized coating liquid passes through the side surface of the light emitting element. In addition, the coating was difficult to be applied on the surface of the light emitting element that is shaded by the conductive wire that supplies power to the light emitting element, and the thickness of the coating layer was different from that on the surface of the light emitting element that is not shaded by the conductive wire. Therefore, if you want to cover the entire surface of the light-emitting element, rotate the light-emitting element or the nozzle to direct the entire surface of the light-emitting element in the ejection direction of the coating liquid, or repeat the coating on the surface of the support on which the light-emitting element is mounted. The side surface of the light emitting device has to be covered with a thick coating layer formed as a result. Therefore, it is not possible to apply the side surface from the corner of the light emitting element with good workability,
The thickness of the coating layer covering the entire surface of the light emitting device was different between the top surface and the side surface of the light emitting element. Further, when the atomized coating liquid is sprayed at a high speed, there is a problem that the conductive wire connecting the pair of positive and negative electrodes of the light emitting element and the external electrode is deformed or broken.
【0068】本実施の形態では、塗布液とガス(本実施
の形態では空気)がノズル201を通して螺旋状に噴出
されることを特徴とする装置を使用する。この装置のノ
ズルの周囲にはガスの噴出口が数カ所設けられており、
それらの噴出口から噴出するガスの噴出方向は、塗布さ
れる面に対してそれぞれある一定の角度を付けられてい
る。したがって、塗布液の噴出口を中心に回転している
それらのガス噴出口に同時にガスが送り込まれると、そ
れぞれの噴出口から噴出するガスを集めた全体のガスの
流れは、渦巻き状の流れ、螺旋状の流れ、あるいは竜巻
における空気の流れを逆にしたような流れとなる。ま
た、この装置のノズルの中心には塗布液の噴出口が設け
られており、ガスの噴出と同時に塗布液を噴出すると、
霧状となった塗布液が、螺旋状の流れ、あるいは竜巻に
おける空気の流れを逆さまにしたようなガスの流れに乗
って拡散していく。In this embodiment, an apparatus is used in which the coating liquid and gas (air in this embodiment) are ejected in a spiral shape through the nozzle 201. There are several gas outlets around the nozzle of this device.
The ejection direction of the gas ejected from these ejection ports is set at a certain angle with respect to the surface to be coated. Therefore, when gas is simultaneously sent to those gas jets rotating around the jet of the coating liquid, the flow of the entire gas collected from the jets is a spiral flow, It will be a spiral flow or a flow that is the reverse of the air flow in a tornado. In addition, a jet of the coating liquid is provided at the center of the nozzle of this device, and when the coating liquid is jetted at the same time as the jet of gas,
The atomized coating solution diffuses along a spiral flow or a gas flow that is the reverse of the air flow in a tornado.
【0069】螺旋状に拡散した噴霧全体の径は、発光素
子上方の噴射開始点から発光素子の表面に近づくにつれ
て大きい。また、発光素子上方の噴射開始点から発光素
子の表面に近づくにつれて塗布液からなる噴霧の回転速
度が減少している。即ち、霧状の塗布液がノズルから噴
出されて空気中で拡散すると、噴射開始点であるノズル
の付近では円錐状に噴霧が広がるが、ノズルから離れた
所では、円柱状に噴霧が広がる。そこで、本実施例で
は、発光素子の上面からノズル下端までの距離を調節し
て円柱状に噴霧が広がった状態の所に発光素子の表面が
くるように設置することが好ましい。このとき噴霧は、
螺旋状に回転し、かつ速度が弱まっているため、発光素
子上面全体だけでなく側面全体にも十分吹き付けられ
る。これにより、発光素子あるいはノズルを固定した状
態で作業を行うことができる。また、円柱状に噴霧が広
がった状態の所では噴霧の速度が弱まっているため、噴
霧が発光素子の表面に吹き付けられたとき、含まれる蛍
光体粒子によって発光素子の表面が衝撃を受けることが
なく、製造歩留まりが向上する。The diameter of the entire spray diffused in a spiral shape increases from the injection start point above the light emitting element toward the surface of the light emitting element. Further, the rotation speed of the spray made of the coating liquid decreases as it approaches the surface of the light emitting element from the injection start point above the light emitting element. That is, when the atomized coating liquid is ejected from the nozzle and diffused in the air, the spray spreads in a conical shape in the vicinity of the nozzle, which is the injection start point, but the spray spreads in a columnar shape away from the nozzle. Therefore, in this embodiment, it is preferable to adjust the distance from the upper surface of the light emitting element to the lower end of the nozzle so that the surface of the light emitting element comes to the place where the spray spreads in a cylindrical shape. At this time, the spray is
Since it rotates in a spiral shape and its speed is weakened, it can be sufficiently sprayed not only on the entire upper surface of the light emitting element but also on the entire side surface thereof. Thereby, the work can be performed with the light emitting element or the nozzle fixed. In addition, since the spray speed is weakened in a state where the spray spreads in a columnar shape, when the spray is sprayed on the surface of the light emitting element, the phosphor particles contained in the spray may impact the surface of the light emitting element. In addition, the manufacturing yield is improved.
【0070】これにより、作業性を向上させ、かつSi
O2により蛍光体がバインドされてなるコーティング層
で発光素子表面全体、即ち発光素子の島部上面、凹部側
面および角の部分を同じ膜厚で被覆することができる。
[コーティング層108]本発明に用いられるコーティ
ング層108は、発光素子から出光した光を変換する蛍
光体と、該蛍光体同士を結着する樹脂および/または硝
子を含む層である。本発明の一実施例において特にスプ
レーを使用して形成したコーティング層は、発光素子の
島部の上面、凹部および角の上に設けられたコーティン
グ層の厚みが略等しい。また、コーティング層は発光素
子表面の角の部分でも途切れることがなく、コーティン
グ層は連続した層である。As a result, workability is improved and Si is
The entire surface of the light emitting element, that is, the upper surface of the island portion, the side surface of the recess, and the corner portion of the light emitting element can be covered with the same film thickness by the coating layer in which the phosphor is bound by O 2 . [Coating Layer 108] The coating layer 108 used in the present invention is a layer containing a phosphor that converts the light emitted from the light emitting element and a resin and / or glass that binds the phosphors together. Particularly in the coating layer formed by using the spray in one embodiment of the present invention, the coating layers provided on the upper surface, the concave portion and the corner of the island portion of the light emitting element have substantially the same thickness. Further, the coating layer is a continuous layer without interruption even at the corners of the surface of the light emitting device.
【0071】パッケージなどによる反射により、発光素
子から放出される高エネルギー光などがコーティング層
中で高密度になる。さらに、蛍光体によっても反射散乱
されコーティング層が高密度の高エネルギー光に曝され
る場合がある。そのため、発光強度が強く高エネルギー
光が発光可能な窒化物系半導体を発光素子として利用し
た場合は、それらの高エネルギー光に対して耐光性のあ
るSi、Al、Ga、Ti、Ge、P、B、Zr、Y、
Sn、Pb及びアルカリ土類金属の1種又は2種以上有
する酸化物を結着剤あるいはバインダとして利用するこ
とが好ましい。Due to reflection from the package or the like, high-energy light emitted from the light emitting element has a high density in the coating layer. Further, the phosphor may be reflected and scattered by the phosphor to expose the coating layer to high-density and high-energy light. Therefore, when a nitride-based semiconductor having high emission intensity and capable of emitting high-energy light is used as a light-emitting element, Si, Al, Ga, Ti, Ge, P, which has light resistance to the high-energy light, B, Zr, Y,
It is preferable to use an oxide having one or more of Sn, Pb and alkaline earth metals as a binder or a binder.
【0072】コーティング層の具体的主材料の一つとし
ては、SiO2、Al2O3、MSiO3(なお、Mとして
は、Zn、Ca、Mg、Ba、Sr、Zr、Y、Sn、
Pbなどが挙げられる。)などの透光性無機部材に蛍光
体を含有させたものが好適に用いられる。これらの透光
性無機部材により蛍光体同士が結着され、さらに蛍光体
はLEDチップや支持体上に堆積され結着される。本発
明において、少なくともSi、Al、Ga、Ti、G
e、P、B、Zr、Y、Sn、Pbあるいはアルカリ土
類金属の群から選択される1種以上の元素を含む酸化物
は、少なくともSi、Al、Ga、Ti、Ge、P、
B、Zr、Y、Sn、Pbあるいはアルカリ土類金属の
群から選択される1種以上の元素を含む有機金属化合物
により生成される。ここで、有機金属化合物の具体例と
して、アルキルシリケートの一種であるエチルシリケー
ト、又はアルミニウムアルコレート、あるいはアルミニ
ウムアルコキサイドの一種であるアルミニウムイソプロ
ポキサイド、アルミニウムエトキサイドが挙げられる。
このような有機金属化合物のうち常温で液体の有機金属
化合物を使用すれば、有機溶剤を加えることによって、
作業性を考慮した粘度調節や、有機金属化合物等の凝固
物の発生防止が容易にできるため作業性を向上させるこ
とができる。また、このような有機金属化合物は加水分
解等の化学反応を起こしやすいため、容易に、少なくと
もSi、Al、Ga、Ti、Ge、P、B、Zr、Y、
Sn、Pbあるいはアルカリ土類金属の群から選択され
る1種以上の元素を含む酸化物により蛍光体がバインド
されてなるコーティング層を形成させることが可能であ
る。そのため、有機金属化合物を使う方法は、350℃
以上の高温下あるいは静電気のかかっている状態でLE
Dにコーティング層を形成させる他の方法とは異なり、
LEDの発光素子としての性能を低下させることなく、
約150℃で焼成することにより容易にLEDチップ上
に非晶質の無機物を含むコーティング層等を形成させる
ことができ、製造歩留まりが向上する。SiO 2 , Al 2 O 3 and MSiO 3 (where M is Zn, Ca, Mg, Ba, Sr, Zr, Y, Sn, and
Pb etc. are mentioned. A transparent inorganic member containing a phosphor is preferably used. The phosphors are bound to each other by these translucent inorganic members, and the phosphors are further deposited and bound on the LED chip or the support. In the present invention, at least Si, Al, Ga, Ti, G
The oxide containing at least one element selected from the group of e, P, B, Zr, Y, Sn, Pb, or an alkaline earth metal is at least Si, Al, Ga, Ti, Ge, P,
It is produced by an organometallic compound containing one or more elements selected from the group of B, Zr, Y, Sn, Pb or alkaline earth metals. Here, specific examples of the organometallic compound include ethyl silicate which is one of alkyl silicates, aluminum alcoholate, and aluminum isopropoxide and aluminum ethoxide which are one of aluminum alkoxides.
If an organometallic compound that is liquid at room temperature is used among such organometallic compounds, by adding an organic solvent,
The workability can be improved because it is possible to easily adjust the viscosity in consideration of workability and prevent the formation of a solidified product such as an organometallic compound. In addition, since such an organometallic compound easily causes a chemical reaction such as hydrolysis, at least Si, Al, Ga, Ti, Ge, P, B, Zr, Y,
It is possible to form a coating layer in which the phosphor is bound by an oxide containing one or more elements selected from the group of Sn, Pb or alkaline earth metals. Therefore, the method using an organometallic compound is 350 ° C.
LE under the above high temperature or static electricity
Unlike other methods of forming a coating layer on D,
Without deteriorating the performance as a light emitting element of LED,
By baking at about 150 ° C., a coating layer or the like containing an amorphous inorganic substance can be easily formed on the LED chip, and the manufacturing yield is improved.
【0073】[0073]
【実施例】以下、本発明に係る実施例について詳述す
る。なお、本発明は以下に示す実施例のみに限定される
ものではない。
(実施例1)図1は、本実施例における窒化ガリウム系
化合物半導体を含む発光素子の構成例を示した模式的な
断面図である。以下、本実施例における発光装置の形成
方法について説明する。EXAMPLES Examples of the present invention will be described in detail below. The present invention is not limited to the examples shown below. (Embodiment 1) FIG. 1 is a schematic sectional view showing a structural example of a light emitting device containing a gallium nitride-based compound semiconductor in this embodiment. Hereinafter, a method for forming the light emitting device in this embodiment will be described.
【0074】サファイア基板上107にGaNバッファ
層(図示せず)、n型GaN層106、発光層105、
およびp型GaN層104を順次結晶成長させる。次に
p型GaN層104上に形成された正電極109および
p型GaN層104をPEP法によりパターニングした
後RIE法によりエッチングしてn型GaN層106を
露出させる。その後、PEP法を用いてパターニング
し、n側電極としてTi/Au等をn型GaN層106
上に蒸着して、リフトオフにより形成する。p側電極と
しては、PEP法によりパターニング後、真空蒸着法に
よりNi層(厚さ5.0nm)/Au層(厚さ20n
m)からなるオーミック電極を成膜し、その上に電流拡
散電極としてAuを1μmの厚さでp型GaN層上に形
成する。さらに本実施例においてはp側電極をp型Ga
N層全面に形成した後、その上からp側電極およびp型
GaN層の一部をエッチング除去し、p側電極表面から
p型GaNまで連続する凹部を形成することにより、凹
部110および島部102を形成する。本実施例におい
ては、凹部内壁101の間隔が凹部の開口部において、
10μmとなるような円形の凹部を複数設け、蛍光体の
平均粒径は5.0μmとする。また、凹部の深さは1.
0μmとする。On the sapphire substrate 107, a GaN buffer layer (not shown), an n-type GaN layer 106, a light emitting layer 105,
Then, the p-type GaN layer 104 is sequentially crystal-grown. Next, the positive electrode 109 and the p-type GaN layer 104 formed on the p-type GaN layer 104 are patterned by the PEP method and then etched by the RIE method to expose the n-type GaN layer 106. Then, patterning is performed using the PEP method, and Ti / Au or the like is used as the n-side electrode to form the n-type GaN layer 106.
It is vapor-deposited on the surface and formed by lift-off. As the p-side electrode, after patterning by the PEP method, Ni layer (thickness 5.0 nm) / Au layer (thickness 20 n) was formed by the vacuum deposition method.
m) is formed on the p-type GaN layer as a current diffusion electrode having a thickness of 1 μm. Further, in this embodiment, the p-side electrode is a p-type Ga.
After the N layer is formed on the entire surface, the p-side electrode and a part of the p-type GaN layer are removed by etching from above to form a continuous recess from the surface of the p-side electrode to the p-type GaN. 102 is formed. In the present embodiment, the space between the inner walls 101 of the recess is such that the opening of the recess is
A plurality of circular recesses having a size of 10 μm are provided, and the average particle size of the phosphor is 5.0 μm. The depth of the recess is 1.
0 μm.
【0075】次に、上述したような有機金属化合物とし
てエチルシリケート、および有機溶剤としてエチレング
リコールを含む溶液に蛍光体を加え、該蛍光体が均一に
分散した状態で含まれる塗布液を発光素子のp型層の凹
部上から滴下(ポッティング)した後、塗布液より比重
の大きい粒子状蛍光体を沈降させながら自然乾燥させ
る。その後、約150℃で焼成して生成する非晶質の無
機物により蛍光体同士をバインドし、凹部内壁面に蛍光
体を結着させる。Next, the phosphor is added to a solution containing ethyl silicate as the organometallic compound and ethylene glycol as the organic solvent as described above, and the coating solution contained in the state where the phosphor is uniformly dispersed is applied to the light emitting device. After dropping (potting) from above the concave portion of the p-type layer, the particulate phosphor having a specific gravity larger than that of the coating liquid is naturally dried while settling. After that, the phosphors are bound to each other by an amorphous inorganic substance generated by firing at about 150 ° C., and the phosphors are bound to the inner wall surface of the recess.
【0076】本実施例によると、凹部内には粒子状蛍光
体が一粒子以上存在する可能性が高くなり、発光層から
出光した光は、凹部内壁および底部に接触している粒子
状蛍光体により、伝搬による減衰を起こす前に直ちに可
視光に変換されるため、可視光への変換効率が高く、十
分なレベルの可視光を効率よく得ることができる。
(実施例2)図2は、本実施例における窒化ガリウム系
化合物半導体を含む発光素子の構成例を示した断面図で
ある。According to the present embodiment, there is a high possibility that one or more particles of the particulate fluorescent substance will exist in the concave portion, and the light emitted from the light emitting layer causes the particulate fluorescent substance in contact with the inner wall and the bottom portion of the concave portion. As a result, the light is immediately converted into visible light before being attenuated due to propagation, so that the conversion efficiency into visible light is high and a sufficient level of visible light can be obtained efficiently. (Embodiment 2) FIG. 2 is a sectional view showing a structural example of a light emitting device containing a gallium nitride compound semiconductor in this embodiment.
【0077】図2に示されるような断面を有する発光素
子は実施例1と同様の方法により形成される。ここで、
凹部の側面を、傾斜角45度のメサ状とし、凹部の開口
方向に向かって広くなる形状(すり鉢状)の凹部を設け
る。他は、実施例1と同様にコーティング層108を形
成し、p型層の表面、および凹部内壁に蛍光体を結着さ
せる。A light emitting device having a cross section as shown in FIG. 2 is formed by the same method as in the first embodiment. here,
The side surface of the concave portion has a mesa shape with an inclination angle of 45 degrees, and the concave portion having a shape (mortar shape) that widens in the opening direction of the concave portion is provided. Otherwise, the coating layer 108 is formed in the same manner as in Example 1, and the phosphor is bound to the surface of the p-type layer and the inner wall of the recess.
【0078】本実施例によると、凹部内には粒子状蛍光
体が一粒子以上存在する確率が更に高くなる。さらに、
発光層から出光し凹部側壁の方向へ進んできた光は、凹
部側壁とコーティング層との界面の部分(凹部側面)
で、凹部内部に収まっている蛍光体の方へ屈折し、凹部
内壁に接している蛍光体により十分波長変換されるた
め、蛍光体による波長の変換効率が高まる。
(実施例3)本実施例では、図1、図2および図4に示
されるような断面を有する発光素子において、凹部内壁
101と、該凹部と隣接する凹部内壁との間隔の最小値
が、粒子状蛍光体の平均粒径よりも小さくなるように、
即ち島部111上面の幅の最大値が粒子状蛍光体の平均
粒径よりも小さくなるようにする。具体的に、凹部内壁
101と、該凹部と隣接する凹部内壁との間隔の最小値
を1.0μm、平均粒径を5.0μmとする。そして、
p型層表面に凹部を形成する他は、実施例1と同様にp
型層の表面、および凹部内壁に蛍光体を結着させる。According to this embodiment, the probability that one or more particles of the particulate fluorescent substance exist in the concave portion is further increased. further,
Light emitted from the light-emitting layer and traveling toward the side wall of the recess is at the interface between the side wall of the recess and the coating layer (side surface of the recess).
Then, since the fluorescent substance that is accommodated inside the concave portion is refracted and the wavelength of the fluorescent substance that is in contact with the inner wall of the concave portion is sufficiently converted, the wavelength conversion efficiency of the fluorescent substance is increased. (Embodiment 3) In this embodiment, in a light emitting device having a cross section as shown in FIGS. 1, 2 and 4, the minimum value of the interval between the recess inner wall 101 and the recess inner wall adjacent to the recess is To be smaller than the average particle size of the particulate phosphor,
That is, the maximum width of the upper surface of the island portion 111 is set to be smaller than the average particle diameter of the particulate phosphor. Specifically, the minimum value of the interval between the recess inner wall 101 and the recess inner wall adjacent to the recess is 1.0 μm, and the average particle diameter is 5.0 μm. And
As in Example 1, except that the concave portion was formed on the surface of the p-type layer, p
A phosphor is bound to the surface of the mold layer and the inner wall of the recess.
【0079】このようにすると、粒子状蛍光体は、塗布
工程において凹部内に落ち込みやすくなり、それによっ
て粒子状蛍光体を前記凹部内に収納する確率を高くする
ことが可能となり、凹部内には粒子状蛍光体が一粒以上
存在し、蛍光体による可視光への変換効率がより高く、
十分なレベルの可視光を効率よく得ることができる。
(実施例4)図1に示されるように、p型層上に厚さ
1.0μmの正電極を形成した後、RIE法によりエッ
チングし、正電極からp型層に達するまで連続して凹部
が形成され、凹部と該凹部に隣接する凹部の間のp型層
の上面には正電極を有する発光素子を形成する。その
後、他の実施例と同様にp型層の表面、および凹部内壁
に蛍光体を結着させる。By doing so, the particulate fluorescent substance is likely to fall into the concave portion in the coating step, thereby increasing the probability of accommodating the particulate fluorescent substance in the concave portion, and There is one or more particles of particulate phosphor, and the conversion efficiency of visible light by the phosphor is higher,
It is possible to efficiently obtain a sufficient level of visible light. Example 4 As shown in FIG. 1, a positive electrode having a thickness of 1.0 μm was formed on a p-type layer and then etched by RIE to continuously form recesses from the positive electrode to the p-type layer. Is formed, and a light emitting element having a positive electrode is formed on the upper surface of the p-type layer between the recess and the recess adjacent to the recess. After that, a phosphor is bound to the surface of the p-type layer and the inner wall of the recess as in the other examples.
【0080】このようにすると、発光層からの発光を透
過し難い正電極上に存在する粒子状蛍光体の量を少なく
し、凹部内に存在する蛍光体の量を多くすることが可能
である。そのため蛍光体による可視光への変換効率がよ
り高くなり、十分なレベルの可視光を効率よく得ること
ができる。
(実施例5)サファイア基板を取り除いた発光素子の負
電極およびn型層に対して凹部を形成する他は、実施例
1と同様に蛍光体を凹部内壁および発光素子表面に結着
させる。ここで、n型層には凹部側面の間隔が凹部開口
部において、10μmとなるような円形の凹部を複数設
け、蛍光体の平均粒径は5.0μmとする。また、凹部
の深さは5.0μmとする。By doing so, it is possible to reduce the amount of the particulate phosphor existing on the positive electrode, which is difficult to transmit the light emitted from the light emitting layer, and increase the amount of the phosphor existing in the recess. . Therefore, the conversion efficiency of the fluorescent substance into visible light becomes higher, and a sufficient level of visible light can be efficiently obtained. (Example 5) A phosphor is bonded to the inner wall of the recess and the surface of the light emitting element in the same manner as in Example 1 except that the recess is formed in the negative electrode and the n-type layer of the light emitting element from which the sapphire substrate is removed. Here, the n-type layer is provided with a plurality of circular recesses such that the distance between the side surfaces of the recesses is 10 μm at the recess opening, and the average particle diameter of the phosphor is 5.0 μm. The depth of the recess is 5.0 μm.
【0081】このようにすると発光層から出光した光
は、凹部側壁および底部に接触している粒子状蛍光体に
より直ちに可視光に変換されるため、可視光への変換効
率が高く、十分なレベルの可視光を効率よく得ることが
できる。
(実施例6)図7は、本実施例においてコーティング層
108を形成する際に使用するスプレー装置300を示
す。図6に示されるように、発光素子を加温した状態
で、スプレー装置300により発光素子の上方から蛍光
体を含有した塗布液を霧状で且つ螺旋状に回転させなが
ら吹き付け、塗布液からコーティング層を焼成により成
型する方法を使用する他は、実施例1と同様にp型層の
表面、および凹部内壁に蛍光体を結着させる。このよう
なスプレー装置300を利用すると、半導体ウェハの状
態でコーティング層108を形成し、その後チップ毎に
カットすることもできる。LEDチップの形成工程の途
中である半導体ウェハの状態でコーティング層108を
形成することにより、塗布された蛍光体により波長変換
された光の強度を半導体ウェハ状態で測定することがで
きる。そのため、ウェハ状態でのチップ選別を容易に行
うことも可能であり、半導体発光素子の量産性および製
造歩留まりの向上を図ることが可能である。In this way, the light emitted from the light-emitting layer is immediately converted into visible light by the particulate phosphor that is in contact with the side wall and the bottom of the recess, so that the conversion efficiency to visible light is high and a sufficient level is obtained. The visible light can be efficiently obtained. (Embodiment 6) FIG. 7 shows a spray device 300 used for forming the coating layer 108 in this embodiment. As shown in FIG. 6, in a state where the light emitting element is heated, a spraying device 300 sprays a coating solution containing a phosphor from above the light emitting element in a mist and while rotating spirally to coat the coating solution. A phosphor is bonded to the surface of the p-type layer and the inner wall of the recess as in Example 1, except that the method of molding the layer by firing is used. By using such a spray device 300, it is possible to form the coating layer 108 in the state of the semiconductor wafer and then cut into chips. By forming the coating layer 108 in the state of the semiconductor wafer which is in the process of forming the LED chip, the intensity of light wavelength-converted by the applied phosphor can be measured in the state of the semiconductor wafer. Therefore, it is possible to easily select chips in a wafer state, and it is possible to improve the mass productivity and the manufacturing yield of semiconductor light emitting devices.
【0082】本実施例において形成された発光装置は、
凹部側面とp型層の上面が交わる角の部分にも粒子状蛍
光体を確実に存在させているため、蛍光体による可視光
への変換効率がより高くなり、十分なレベルの可視光を
効率よく得ることができる。
(実施例7)まず、発光素子の上にAl2O3によりC
CA−Blue(化学式、Ca10(PO4)6ClB
r、付活材Mn、Eu)蛍光体がバインドされてなるコ
ーティング層を形成し、その上にSiO2によりイット
リウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体(YAG)
がバインドされてなるコーティング層を実施例6と同様
の方法により形成した。The light emitting device formed in this embodiment is
Since the particulate phosphor is surely present even at the corner where the side surface of the recess and the upper surface of the p-type layer intersect, the conversion efficiency of the phosphor into visible light becomes higher, and a sufficient level of visible light can be obtained. You can get well. Example 7 First, C was formed on the light emitting device by Al 2 O 3.
CA-Blue (Formula, Ca 10 (PO 4) 6 ClB
r, activator Mn, Eu) A coating layer is formed by binding phosphors, and a yttrium-aluminum-garnet-based phosphor (YAG) is formed on the coating layer by SiO 2.
A coating layer in which was bound was formed by the same method as in Example 6.
【0083】本実施例のように複数のコーティング層に
よりコーティング層108を構成すると、発光層から出
光した光は、凹部内の粒子状蛍光体CCA−Blueに
より直ちに青色光に変換され、さらにYAGにより波長
変換されるため、変換効率が高く、十分なレベルの白色
光を効率よく得ることができる。When the coating layer 108 is composed of a plurality of coating layers as in the present embodiment, the light emitted from the light emitting layer is immediately converted into blue light by the particulate fluorescent material CCA-Blue in the recess, and further by YAG. Since the wavelength is converted, the conversion efficiency is high and a sufficient level of white light can be efficiently obtained.
【0084】また、SiO2により蛍光体がバインドさ
れてなるコーティング層の屈折率(約1.4)はAl2
O3により蛍光体がバインドされてなるコーティング層
の屈折率(約1.7)より小さく、Al2O3により蛍
光体がバインドされてなるコーティング層の屈折率は窒
化ガリウム系化合物半導体層の屈折率(約2.5)より
小さいため、発光素子からの光の取り出し効率が高まり
出力を向上させることができ、放熱性も向上するなどの
効果がある。Further, the refractive index (about 1.4) of the coating layer in which the phosphor is bound by SiO 2 is Al 2
Refractive index of the coating layer in which the phosphor by O 3 is bound (about 1.7) than smaller refraction Al 2 O 3 by the refractive index of the coating layer where the fluorescent substance is bound gallium nitride-based compound semiconductor layer Since it is smaller than the ratio (about 2.5), the efficiency of extracting light from the light emitting element is increased, the output can be improved, and the heat dissipation is also improved.
【0085】[0085]
【発明の効果】発生した短波長光(紫外光)の光を効率
よく蛍光体で可視光などに変換して外部に効率よく取り
出すことができるとともに、蛍光体を結着させる材料
は、短波長光(紫外光)の光、あるいは高出力の光によ
っても劣化しない。従って、本発明にかかかる発光装置
は、光取り出し効率を向上させ、信頼性の高い発光装置
とすることが可能である。EFFECT OF THE INVENTION The generated short-wavelength light (ultraviolet light) can be efficiently converted into visible light or the like by a phosphor and can be efficiently extracted to the outside, and the material for binding the phosphor is a short-wavelength light. It is not deteriorated by light (ultraviolet light) or high-power light. Therefore, the light emitting device according to the present invention can improve the light extraction efficiency and can be a highly reliable light emitting device.
【0086】[0086]
【図1】 図1は、本発明の実施例1に係る発光装置の
模式的な断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a light emitting device according to a first embodiment of the invention.
【図2】 図2は、本発明の実施例2に係る発光装置の
模式的な断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a light emitting device according to a second embodiment of the invention.
【図3】 図3は、本発明の実施例に係る発光装置の模
式的な上面図であるFIG. 3 is a schematic top view of a light emitting device according to an embodiment of the invention.
【図4】 図4は、本発明の実施例に係る発光装置の模
式的な断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a light emitting device according to an embodiment of the invention.
【図5】 図5は、本発明の実施例に係る蛍光体粒子の
模式的な断面図である。FIG. 5 is a schematic sectional view of phosphor particles according to an example of the present invention.
【図6】 図6は、本発明にかかる発光装置の形成工程
において、発光素子に蛍光体を塗布する工程の一実施例
を示した模式図である。FIG. 6 is a schematic view showing an example of a step of applying a phosphor to a light emitting element in the step of forming a light emitting device according to the present invention.
【図7】 図7は、本発明にかかる発光装置の形成工程
において、発光素子に蛍光体を塗布する装置の一実施例
を示した模式図である。FIG. 7 is a schematic view showing an example of an apparatus for applying a phosphor to a light emitting element in a process of forming a light emitting apparatus according to the present invention.
100・・・発光装置 101・・・凹部内壁 102、111・・・島部 103・・・粒子状蛍光体 104・・・p型層 105・・・発光層 106・・・n型層 107・・・サファイア基板 108・・・コーティング層 109・・・正電極 110・・・凹部 112・・・負電極 201・・・ノズル 202、408、409・・・蛍光体 203・・・エチルシリケート 204・・・支持体 205・・・ヒーター 300・・・スプレー装置 301・・・容器 302・・・バルブ 303・・・循環ポンプ 304・・・撹拌機 305・・・コンプレッサー 306・・・圧力計 307、308、309・・・搬送管 100 ... Light emitting device 101 ... Recess inner wall 102, 111 ... Island 103 ... Particulate phosphor 104 ... p-type layer 105 ... Light-emitting layer 106 ... N-type layer 107 ... Sapphire substrate 108 ... Coating layer 109 ... Positive electrode 110 ... Recess 112 ... Negative electrode 201 ... Nozzle 202, 408, 409 ... Phosphor 203 ... Ethyl silicate 204 ... Support 205 ... Heater 300 ... Spray device 301 ... container 302 ... Valve 303 ... Circulation pump 304 ... Stirrer 305 ... Compressor 306 ... Pressure gauge 307, 308, 309 ... Transport pipe
Claims (8)
るp型層とを少なくとも有する発光素子と、該発光素子
からの光の少なくとも一部を吸収して異なる波長を有す
る光を発光する粒子状蛍光体とを有する発光装置におい
て、 前記発光素子は、該発光素子の表面に凹部(110)を
有し、該凹部内に前記粒子状蛍光体を有することを特徴
とする発光装置。1. A light emitting element having at least an n-type layer having a negative electrode and a p-type layer having a positive electrode, and emitting light having different wavelengths by absorbing at least a part of light from the light emitting element. In the light emitting device having the particulate phosphor, the light emitting device has a recess (110) on the surface of the light emitting device, and the particulate phosphor is provided in the recess.
有する請求項1に記載の発光装置。2. The light emitting device according to claim 1, wherein the recess (110) has a mesa-shaped side surface.
p型層および前記正電極に連続して設けられてなる請求
項1乃至2に記載の発光装置。3. The light emitting device according to claim 1, wherein the concave portion (110) is provided continuously with at least the p-type layer and the positive electrode.
n型層および前記負電極に連続して設けられてなる請求
項1乃至3に記載の発光装置。4. The light emitting device according to claim 1, wherein the concave portion (110) is provided continuously at least in the n-type layer and the negative electrode.
と、前記凹部内に粒子状蛍光体を有する発光装置の製造
方法であって、 凹部内壁(101)間の距離の最小値が前記粒子状蛍光
体の平均粒子径より大きい凹部(110)を前記発光素
子に形成する第一の工程と、 前記粒子状蛍光体を含む塗布液を前記発光素子に滴下す
る第二の工程と、 前記粒子状蛍光体を沈降させた塗布液を乾燥させる第三
の工程を含むことを特徴とする発光装置の製造方法。5. A method of manufacturing a light emitting device having a concave portion (110) on its surface and a particulate phosphor in the concave portion, wherein the minimum value of the distance between the inner walls of the concave portion (101) is the particle. A first step of forming a recess (110) larger than the average particle diameter of the particulate phosphor in the light emitting element, a second step of dropping a coating liquid containing the particulate phosphor onto the light emitting element, and the particles A method for manufacturing a light-emitting device, comprising a third step of drying a coating solution in which the fluorescent substance is settled.
と、前記凹部内に粒子状蛍光体を有する発光装置の製造
方法であって、 凹部内壁(101)間の距離の最小値が前記粒子状蛍光
体の平均粒子径より大きい凹部(110)を前記発光素
子に形成する第一の工程と、 前記発光素子を加温した状態で、前記発光素子の上方か
ら前記蛍光体を含有した塗布液を霧状で且つ螺旋状に回
転させながら吹き付ける第二の工程と、 前記塗布液を乾燥させる第三の工程を含むことを特徴と
する発光装置の製造方法。6. A method for manufacturing a light emitting device having a concave portion (110) on the surface and a particulate phosphor in the concave portion, wherein the minimum value of the distance between the inner walls (101) of the concave portion is the particle. Step of forming a concave portion (110) larger than the average particle size of the phosphor in the light emitting element, and a coating liquid containing the phosphor from above the light emitting element in a state where the light emitting element is heated. A method for manufacturing a light-emitting device, comprising: a second step of spraying while rotating in a mist and spiral shape; and a third step of drying the coating liquid.
記粒子状蛍光体の平均粒子径よりも小さい間隔をおいて
形成される請求項5または6に記載の発光装置の製造方
法。7. The method for manufacturing a light emitting device according to claim 5, wherein in the first step, the recesses are formed at intervals smaller than the average particle diameter of the particulate phosphor.
Ga、Ti、Ge、P、B、Zr、Y、Sn、Pb、あ
るいはアルカリ土類金属の群から選択される1種以上の
元素を含む有機金属化合物、有機溶剤、及び蛍光体とを
含む溶液である請求項5乃至7に記載の発光装置の製造
方法。8. The coating liquid is at least Si, Al,
A solution containing an organic metal compound containing one or more elements selected from the group of Ga, Ti, Ge, P, B, Zr, Y, Sn, Pb, or an alkaline earth metal, an organic solvent, and a phosphor. The method for manufacturing a light emitting device according to claim 5, wherein
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