JP2003526212A - 発光変換素子を備えた、光を放射する半導体ボディの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は発光変換素子が半導体ボディ（１）上に直接設けられている半導体デバイスの２つの製造方法に関する。第１の方法では定着剤及び少なくとも１種の蛍光体（５）を含有する懸濁液（４）を半導体ボディ（１）に層状に塗布する。次の工程で溶剤を揮発させ、蛍光体（５）だけが定着剤と共に半導体ボディ上に残留する。第２の方法では半導体ボディ（１）に定着剤層（６）を設け、この上に蛍光体（５）を直接設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、請求項１もしくは請求項２の上位概念に記載された発光変換素子を
備えた光を放射する半導体半導体ボディの製造方法に関する。

【０００２】 発光変換素子を備えた光を放射する半導体部材は、たとえば国際公開９７／５
０１３２号パンフレットから公知である。このデバイスは、運転時に光を発（一
次光）する半導体ボディと、この光の一部を他の波長領域へ変換（蛍光）する発
光変換素子とを有する。このように半導体デバイスから発光された光の色感覚は
、一次光と蛍光とからの加法混色により生じる。

【０００３】 この発光変換素子は多様な方法で半導体ボディに後から設置することができる
。多くの実施態様において、この発光変換素子は半導体ボディを取り囲む注入材
料内に埋め込まれている蛍光体からなる。

【０００４】 このデバイスは、注入材料内での蛍光体の堆積に基づき、この蛍光体が空間的
に不均一に分布しているという欠点を有する。さらに、一次光の光源（半導体ボ
ディ）及び蛍光の光源（蛍光体を備えた注入材料）は一般に異なる形状及びサイ
ズであるため、空間的に不均一な色感覚が生じ、かつ光学的結像の際に色の著し
い誤差が生じてしまう。もう一つの欠点は、色感覚が注入材料中の光路に依存し
、その結果、製造条件による注入材料の厚さの変動が異なる色感覚を引き起こす
ことによる。

【０００５】 異なる観察方向で均質な色感覚を必要とする場合、さらに、このデバイスの付
形は注入材料中の光路が全ての所望な観察方向に対してほぼ等しくあるべきであ
ることによって不利に制限される。

【０００６】 上記の文献においては、さらに蛍光体を直接半導体ボディに塗布できることが
記載されている。このようなデバイスによって前記の欠点は回避される。

【０００７】 本発明の根底をなす課題は、半導体ボディに直接蛍光体を塗布することができ
る方法を開発することであった。

【０００８】 前記の課題は、請求項１又は２記載の方法により解決される。本発明の有利な
実施態様は、請求項３から１２までの対象である。

【０００９】 本発明の場合に、第１の方法工程で半導体ボディを通常の方法により製造し、
支持体上に取り付けかつコンタクトを設ける。第２の工程で蛍光体を溶剤中で定
着剤と一緒に懸濁させる。有利に、溶剤として酢酸ブチルが使用することができ
る。この懸濁液は半導体ボディ上に層状に塗布される。第３の工程でこの部材を
乾燥し、その際にこの溶剤は揮発し、蛍光体は定着剤により半導体ボディ上に残
留する。

【００１０】 さらに本発明による方法は、第１の方法工程において半導体ボディを製造し、
支持体状に取り付けかつコンタクトを設けることにある。第２の工程で半導体ボ
ディを定着剤で被覆する。第３の工程において、この定着剤層上に蛍光体を設け
る。

【００１１】 この方法の有利な実施態様において、定着剤としてエポキシ樹脂、アクリル樹
脂又はシリコーンが使用される。これらの材料は発光ダイオードの製造の際にし
ばしば使用され、従って、本発明による方法にとって廉価に使用することができ
る。

【００１２】 後者の方法の特に有利な実施態様において、蛍光体を定着剤上に振りかける。
この方法により、均質に、十分に計量供給された蛍光体層が半導体ボディ上に設
置される。また、この蛍光体は吹き付けるか又は飛散させることもできる。

【００１３】 蛍光体として有利に無機蛍光物質、例えば希土類、特にＣｅでドープされたガ
ーネット、アルカリ土類金属硫化物、チオ没食子酸塩、アルミン酸塩及びオルト
ケイ酸塩が使用される。有効な蛍光体はこの場合、式Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｍで示さ
れる化合物である（この化合物は通常の製造条件及び運転条件下で不安定ではな
い場合に限る）。前記式中で、Ａは、Ｙ、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｔｂ及びＳ
ｍのグループからの少なくとも１種の元素を表し、ＢはＡｌ、Ｇａ及びＩｎのグ
ループからの少なくとも１種の元素を表し、ＭはＣｅ及びＰｒのグループの少な
くとも１種の元素、特にＣｅを表す。化合物ＹＡＧ：Ｃｅ（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：
Ｃｅ^３＋）、ＴｂＹＡＧ：Ｃｅ（（Ｔｂ_ｘＹ_{１ - ｘ}）_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋
、０＜ｘ＜１）及びＧｄＹＡＧ：Ｃｅ（（Ｇｄ_ｘＹ_{１ - ｘ}）_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃ
ｅ^３＋、０＜ｘ＜１）並びにこれらから形成された混晶、例えばＧｄＴｂＹＡＧ
：Ｃｅ（（Ｇｄ_ｘＴｂ_ｙＹ_{１ - ｘ - ｙ}）_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋）が特に有効な
蛍光体として明らかになった。この場合、Ａｌは少なくとも部分的にＧａ又はＩ
ｎにより置き換えられていてもよい。さらに、化合物ＳｒＳ：Ｃｅ^３＋、Ｎａ、
ＳｒＳ：Ｃｅ^３＋、Ｃｌ、ＳｒＳ：ＣｅＣｌ_３、ＣａＳ：Ｃｅ^３＋及びＳｒＳｅ
：Ｃｅ^３＋が適している。

【００１４】 本発明による２つの方法において、１０μｍの平均粒度を有する蛍光体を使用
するのが特に有利である。先行技術による方法の場合には、この粒度は明らかに
より小さく、蛍光体が注入材料中で堆積するのを抑制するためにできる限り小さ
く維持されている。しかしながら、粒度が小さくなるにつれて蛍光体粒子上での
光散乱が上昇してしまい、その結果、発光変換効率が全体として低下する。この
欠点は本発明による方法で回避される。

【００１５】 本発明による方法の有利な実施態様において、製造プロセスはエポキシ樹脂又
はアクリル樹脂内にデバイスを埋め込むことにより行われる。

【００１６】 本発明による方法において、４６０ｎｍの中心波長を有する光を放射する半導
体ボディを使用できるのが特に有利である。このような半導体ボディの使用は、
先行技術による上記のデバイスにおいて有利ではなかった、それというのもこの
波長領域内での光は、注入材料、特に市販のエポキシ樹脂に有害であり、それに
よりこの注入材料は極めて急速に老化してしまう。この欠点は本発明による方法
の場合には生じない、それというのもこの放射線の一部は半導体ボディで直接変
換され、その結果、注入材料内の短波長放射線の割合は減少されているためであ
る。さらに、この注入材料が反応体ボディの放射線を発する領域からは比較的遠
くに離れているため、注入材料中の放射線の出力密度は僅かである。

【００１７】 本発明による方法は、前記の刊行物中に記載されているような白色発光ダイオ
ードの製造のために特に有利に適している。この場合、蛍光体及び半導体ボディ
は、一次光及び蛍光の色が相互に補色であるように相互に調整される。加法混色
により白色光の感覚が生じる。

【００１８】 本発明による方法により製造されるデバイスの多数は、比較的大きな照明ユニ
ットに組み立てることができる。本発明による方法は、有利に、僅かな容積もし
くは高い輝度を有するデバイスの製造を可能にする、それというのも注入材料は
必要とされないためである。場合によりデバイスをマトリックス状に配置したよ
り大きな照明ユニットは、特に高い輝度を特徴とする。

【００１９】 本発明により製造されたデバイスは、結像するレンズ系における光源として特
に有利に適している。空間的に狭い範囲内で隣接しかつほぼ同じ大きさの体積か
ら一次光及び蛍光が放射されるため、このようなレンズ系が引き起こす色の歪み
は、上記の先行技術による光源よりも明らかに少なくなる。

【００２０】 他の特徴及び利点は、図１〜４と関連する２つの実施例の次の記載から明らか
にされる。

【００２１】 図１は本発明による方法の第１の実施態様を表す図である。

【００２２】 図２は本発明による方法の第２の実施態様を表す図である。

【００２３】 図３は本発明による方法により製造されたデバイスの放射特性を示す図である
。

【００２４】 図４は先行技術により製造されたデバイスの放射特性を示す図である。

【００２５】 図１は、請求項１の方法により直接設置された発光変換部材を備えた半導体ボ
ディの製造を具体的に示している。

【００２６】 第１の方法工程において、図１ａは半導体ボディ１は通常の製造方法により製
造される。この半導体ボディ１を支持体２上に取り付け、コンタクト３を設置す
る。次の工程に関してこの製造は原則的に制限されない。

【００２７】 第２の方法工程において、図１ｂは酢酸ブチル中の蛍光体５の懸濁液４の薄い
層を半導体ボディ１の少なくとも１つの表面に塗布する。定着剤として、例えば
ＰＥＲＥＮＯＬ ４５（Henkel）を使用することができる。この蛍光体５はこの
懸濁液中に４０％を上回る体積割合を有する高い濃度で含まれる。この懸濁液層
は吹き付け又は滴加によって製造することができる。滴加の場合には、液滴量は
、半導体ボディ１の露出表面を取り囲む、均一な薄い層が生じるように計量され
る。蛍光体５として例えばＣｅ−又はＴｂ−活性化イットリウムアルミニウムガ
ーネット又はこのガーネットのバリエーションを使用することができる。懸濁液
層４が吹き付けプロセスによって塗布される場合には、半導体ボディ表面の部分
領域だけを懸濁液４で覆うこともできる。さらに、この懸濁液４はできる限り均
質な層を達成するためにレオロジー添加剤及び湿潤剤を添加することもできる。
引き続く第３の方法工程においてこのデバイスを乾燥させ、その際、溶剤の酢酸
ブチルは図１ｃによるように蒸発し、その結果、単に蛍光体５が定着剤と共に半
導体ボディ１上に残留する、図１ｄ。

【００２８】 図２は請求項３の方法により直接設置された発光変換素子を備えた半導体ボデ
ィの製造を示す。

【００２９】 図２ａによる第１の方法工程で、半導体ボディ１が製造され、支持体２上に取
り付け、コンタクト３を設ける。

【００３０】 この半導体ボディ上に第２の工程で定着剤としてエポキシ樹脂６の薄い層を吹
き付ける、図２ｂ。この層６は先行技術によるデバイスとは反対に注入材料又は
ケーシングとして用いられず、塗布すべき蛍光体５用の接着剤としてのみ用いら
れる。

【００３１】 図２ｃの第３の方法工程において、蛍光体５を振りかける。この工程の後に蛍
光体５は半導体ボディ１の表面上の均質に薄い層内に付着する、図２ｄ。エポキ
シ樹脂の硬化の後に、次のプロセス工程、例えばデバイスの封入又は照明マトリ
ックス内への組み込みを行う。

【００３２】 図３は本発明による方法により製造されたデバイス７の放射特性を具体的に示
す。本発明によるデバイス７の場合には、ほぼ同じ体積からなる一次光８及び蛍
光９の光円錐が放射され、従って最も広範囲に重なる。

【００３３】 それに比べて、図４は先行技術によるデバイス１０の放射特性を示す。このよ
うな先行技術のデバイスは、半導体ボディから放射される光軸に集中した一次光
円錐１１を示す。蛍光１２は全体の注入材料から放射されるため、この蛍光円錐
１２は一次光円錐１１よりも明らかにより開いている。

【００３４】 運転時にこのような先行技術によるデバイス１０に関して光軸に沿って観察し
た場合、放射された混光は中心部で一次色に変色し、外側領域では蛍光色を有す
るリング状の縁部が取り囲む。

【００３５】 それに対して、本発明による方法により製造されたデバイス７は空間的に均質
に混色された色感覚が生じる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による方法の第１の実施態様を表す図。

【図２】 本発明による方法の第２の実施態様を表す図。

【図３】 本発明による方法により製造されたデバイスの放射特性を示す図。

【図４】 先行技術により製造されたデバイスの放射特性を示す図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アレクサンドラ デブライ ドイツ連邦共和国 ニュルンベルク ビス マルクシュトラーセ 76 (72)発明者 ギュンター ヴァイトル ドイツ連邦共和国 レーゲンスブルク プ ラシュヴェーク ３ Ｆターム(参考） 4H001 XA08 XA13 XA16 XA20 XA31 XA34 XA38 XA39 XA49 XA64 XA65 YA11 YA17 YA58 5F041 AA11 AA12 DA19 DA43 EE25 FF11

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 支持体部材（２）上に取り付けられかつ電気的に接続された
   半導体ボディ（１）と発光変換素子とを有し、この発光変換素子は少なくとも１
   種の蛍光体（５）を有しかつ半導体ボディ（１）上に設けられている、光を放射
   する半導体デバイスの製造方法において、 半導体ボディ（１）を製造し、支持体部材（２）上に取り付け、電気的に接続
   する工程、 溶剤として酢酸ブチルを含有しかつ少なくとも１種の定着剤と少なくとも１種
   の蛍光体（５）とが混入されている懸濁液（４）を半導体ボディ（１）の少なく
   とも１つの表面上に層状に塗布する工程、 半導体デバイスを乾燥し、その際、基本的に蛍光体（５）を半導体ボディ（１
   ）上に残留させる工程 を特徴とする、光を放射する半導体デバイスの製造方法。
2. 【請求項２】 支持体部材（２）上に取り付けられかつ電気的に接続された
   半導体ボディ（１）と発光変換素子とを有し、この発光変換素子は少なくとも１
   種の蛍光体（５）を有しかつ半導体ボディ（１）上に設けられている、光を放射
   する半導体デバイスの製造方法において、 半導体ボディ（１）を製造し、支持体部材（２）上に取り付け、電気的に接続
   する工程、 定着剤層（６）を半導体ボディの少なくとも１つの表面上に塗布する工程、 少なくとも１種の蛍光体（５）を半導体ボディの少なくとも１つの表面上に設
   ける工程 を特徴とする、光を放射する半導体デバイスの製造方法。
3. 【請求項３】 定着剤（６）としてエポキシ樹脂、アクリル樹脂又はシリコ
   ーンを使用する、請求項２記載の方法。
4. 【請求項４】 少なくとも１種の蛍光体（５）を振りかけ、吹き付け又は飛
   散させる、請求項２又は３記載の方法。
5. 【請求項５】 蛍光体（５）として無機蛍光物質、Ｃｅ又はＴｂで活性化さ
   れたガーネット、アルカリ土類金属硫化物又は有機着色剤を使用する、請求項１
   から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 【請求項６】 蛍光体（５）がＹＡＧ：Ｃｅ、ＴｂＹＡＧ：Ｃｅ、ＧｄＹＡ
   Ｇ：Ｃｅ、ＧｄＴｂＹＡＧ：Ｃｅ又はこれらをベースとする混合物を含有し、そ
   の際、Ａｌは少なくとも部分的にＧａ又はＩｎにより置き換えられていてもよい
   、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 【請求項７】 少なくとも１種の蛍光体（５）の平均粒度が１０μｍである
   、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 【請求項８】 デバイスをエポキシ樹脂又はアクリル樹脂中に封入する、請
   求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 【請求項９】 半導体ボディ（１）から運転時に発せられる放射線の中心波
   長が４６０ｎｍより低い、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
10. 【請求項１０】 半導体ボディ（１）から運転時に発せられる放射線の色と
    、少なくとも１種の蛍光体から発せられる光の色とが相互に補色であるため、白
    色光の感覚を生じる、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
11. 【請求項１１】 ＬＥＤ−照明ユニットのための請求項１から１０までのい
    ずれか１項記載の方法により製造された多数のデバイスの使用。
12. 【請求項１２】 請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法により製
    造されたデバイスがマトリックス状に配置されているＬＥＤ−照明ユニットのた
    めの、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法により製造された多数の
    デバイスの使用。
13. 【請求項１３】 結像する光学系中の光源としての請求項１から１０までの
    いずれか１項記載の方法により製造されたデバイスの使用。