JP3546650B2

JP3546650B2 - Method of forming light emitting diode

Info

Publication number: JP3546650B2
Application number: JP20131197A
Authority: JP
Inventors: 寛和吉田
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 1997-07-28
Filing date: 1997-07-28
Publication date: 2004-07-28
Anticipated expiration: 2017-07-28
Also published as: JPH1146019A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ＬＥＤディスプレイ、バックライト光源、信号機、照光式スイッチ、各種センサー及び各種インジケータなどに利用される発光装置などに係わり、特に発光素子であるＬＥＤチップからの発光を波長変換して発光する蛍光物質を有する発光ダイオード及びＬＥＤ表示器において、発光方位、色調ムラ及び量産性を改善した発光ダイオードの形成方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
発光装置である発光ダイオード（以下、ＬＥＤとも呼ぶ。）は、小型で効率が良く鮮やかな色の発光をする。また、半導体素子であるため球切れなどの心配がない。駆動特性に優れ、振動やON／OFF点灯の繰り返しに強いという特徴を有する。そのため各種インジケータや種々の光源として利用されている。しかしながら、ＬＥＤは優れた単色性ピーク波長を有するが故に白色系などの発光波長を発光することができない。
【０００３】
そこで、本出願人は、青色発光ダイオードと蛍光物質により青色発光ダイオードからの発光を色変換させて他の色などが発光可能な発光ダイオードとして、特開平５−１５２６０９号公報、特開平７−９９３４５号公報などに記載された発光ダイオードを開発した。これらの発光ダイオードによって、１種類のＬＥＤチップを用いて白色系や青色ＬＥＤチップを用いた緑色など他の発光色を発光させることができる。
【０００４】
具体的には、青色系が発光可能なＬＥＤチップをリードフレームの先端に設けられたカップ上などに配置する。ＬＥＤチップは、ＬＥＤチップが設けられたメタルステムやメタルポストとそれぞれ電気的に接続させる。そして、ＬＥＤチップを被覆する樹脂モールド部材中などにＬＥＤチップからの光を吸収し波長変換する蛍光物質を含有させて形成させてある。青色系の発光ダイオードと、その発光を吸収し黄色系を発光する蛍光物質を選択することで、混色を利用して白色光を発光させることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような発光ダイオードは、蛍光物質を樹脂中に含有させノズルから注入させることにより形成させる。そのため注入に極めて時間がかかると共に均一量を塗布することが難しい。特に、複数のＬＥＤチップを配置させたＬＥＤ表示器の場合は、ドットマトリックス状に配置された開口部から放出される光が異なった色に見えることがあるため特に問題となる。
【０００６】
また、発光ダイオードの発光観測面において僅かながら色むらを生じるという問題がある。具体的には、発光観測面側から見てＬＥＤチップが配置された中心部が青色ぽく、その周囲方向にリング状に黄、緑や赤色ぽい部分が見られる場合がある。人間の色調感覚は、白色において特に敏感である。そのため、わずかな色調差でも赤ぽい白、緑色ぽい白、黄色っぽい白等と感じる。
【０００７】
このような発光観測面を直視することによって生ずる色むらは、品質上好ましくないばかりでなく表示装置に利用したときの表示面における色むらや、光センサーなど精密機器における誤差を生ずることにもなる。
【０００８】
また、別の方法として、粒子状蛍光体を沈降させてＬＥＤチップ上に蛍光体層を形成する方法が考えられる。このような方法により、均一発光可能な発光ダイオードとすることができる。しかしながら、蛍光体の沈降により形成された発光ダイオード上には、不要な箇所にまで蛍光体が形成されるため量産上好ましくない。本発明は上記問題点を解決し発光観測面における色調むらや発光ダイオードごとのバラツキが極めて少なく、量産性の良い発光ダイオードを形成させることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ＬＥＤチップからの発光の少なくとも一部を吸収し波長変換して発光する蛍光物質を有する発光ダイオードの形成方法である。特に、ＬＥＤチップ上に配置される蛍光物質をインクジェット印刷法により形成させる発光ダイオードの形成方法である。
【００１０】
本発明の請求項２に記載の発光ダイオードの形成方法は、ＬＥＤチップ上に設けられた緩衝層を介して蛍光物質を形成されている。
【００１１】
【作用】
本発明は、インクジェット印刷法によりＬＥＤチップが配置された所望の場所に所望量の蛍光物質を選択的に配置することができる。また、選択的に何度でも蛍光物質を塗布することができる。そのため、より均一発光可能な発光ダイオードを量産性よく形成することができる。特に、ドットマトリックス状に開口部を有し、ＬＥＤチップが配置されたＬＥＤ表示装置においては、コーティング部の形成を開口部内だけに選択して構成することができる。そのため不要な箇所に蛍光体が付着することなく量産性が向上する。また、形成させた発光ダイオードを発光観測させ色むらが生じているところのみ選択的に蛍光物質を新たに配置させることができるため極めて均一発光可能な発光ダイオードとすることができる。
【００１２】
また、発光面における色むらや発光ダイオードごとのバラツキの極めて少なくすることができる。ＬＥＤ上に配置される蛍光物質の量がきわめて少量であっても蛍光物質の量を比較的均等に制御させることができる。そのため、よりバラツキの少ない発光ダイオードを形成させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明者は種々の実験の結果、ＬＥＤチップ上に配置される蛍光物質をインクジェット印刷法により配置させることによって、量産性よく発光観測面における色調むらや発光装置ごとのバラツキが改善された発光ダイオードを形成できることを見出し本発明を成すに到った。
【００１４】
即ち、本発明は、蛍光物質をＬＥＤチップの所望箇所に選択的又繰り返しに塗布することができる。そのため、量産性よく発光ダイオードを形成することができる。また、ＬＥＤチップ上に配置された蛍光物質が部分的に少ないことにより、生ずる色むらを解消することができる。
【００１５】
本発明の発光ダイオードの一例について、図２を用いて説明する。図２には、ＬＥＤチップが配置される基板として多層積層したセラミック基板を利用した。セラミック基板には、ドットマトリックス状に多数の開口部が設けられている。開口部内には、ＬＥＤチップが配置されセラミック基板内の導電性パターンと電気的に接続可能なように構成されている。なお、セラミック基板は、ドットマトリック状ごとに割ることができる。
【００１６】
セラミック基板の各開口部内にエポキシ樹脂を用いてＬＥＤチップをそれぞれダイボンドする。ＬＥＤチップは、青色光が発光可能な窒化物系化合物半導体素子を用いた。
【００１７】
ＬＥＤチップの電極とセラミック基板上に形成された導電性パターンとをＡｇペーストにより接着させた。その後、各開口部内に配置されたＬＥＤチップ上に選択してペリレン系の有機蛍光染料をインクジェットプリンターから塗布させる。有機蛍光染料は、ＬＥＤチップの青色光を吸収して黄色系が発光可能なペリレン系誘導体を利用している。ＬＥＤチップ及び蛍光物質をドットマトリックス状に配置した開口部内に選択的に配置させることによりＬＥＤ表示器とすることができる。また、セラミック基板形成時にドットマトリックスごとに分割できるよう切れ目を構成させておけば、押圧により複数の発光ダイオードに分割することができる。分割されたものは、白色系が発光可能な個々の発光ダイオードとして機能することができる。以下、本発明の構成部材について詳述する。
【００１８】
（インクジェット印刷法）
本発明のインクジェット印刷法とは、塗布データに基づきインクジェットプリントヘッド２００を駆動して蛍光物質１０１を塗布する方法である。インクジェットプリンタヘッド２００は、微少な圧力室に導入された蛍光物質１０１をノズル３０２から飛翔させＬＥＤチップ１０３上などに付着させるものである。圧力室の圧力を高める手段としては、圧電素子を作動させるものや、圧力室の一部の温度を瞬間的に高め気泡を発生させることにより、その気泡発生の圧力により蛍光物質を飛翔させるものなどが挙げられる。したがって、粒子状蛍光体の場合は、インクジェット印刷法により塗布できるようアルコール、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂などに混合させ印刷可能な状態とすることが好ましい。この場合、インクジェットプリンタヘッド２００のノズル３０２に対して蛍光体の粒子が大きければ目づまりを生ずる場合がある。また、粒径が不規則であれば蛍光体の粒径がノズル径より小さくとも目詰まりしやすい傾向にある。そのため、粒子状蛍光体をインクジェット印刷法により塗布する場合は、濾過し数μ程度の粒径及び形状を揃えておくことが望ましい。さらに、粒子状蛍光体を利用する場合は、圧電素子を用いた方が気泡を利用するものよりもより粒径の大きな粒子状蛍光体にまで対応できるため好ましい。インクジェットプリントヘッドは、６００ｄｐｉから１２００ｄｐｉ程度の解像度とすることができる。したがって、ＬＥＤチップ上の任意の位置に蛍光物質を形成することができる。
【００１９】
インクジェットプリンタヘッドから放出される物質として、蛍光体に加え光安定化剤や赤外線反射部材などを混合して放出させることもできる。このような光安定化剤としてベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤や赤外線反射部材として酸化チタンが挙げられる。
【００２０】
インクジェットプリンタヘッドを駆動させてドットマトリックス状に開口したパッケージの具体的方法として、次の方法が好適に挙げられる。予めマトリックス状に配置させたパッケージの開口部をインクジェット印刷機のメモリーに記憶させておき、メモリーに沿ってインクジェットプリンタヘッドを縦横に駆動させる。ドットマトリックス状に配置したパッケージの開口部のみに蛍光体が含有されたアルコールなどをインクジェットプリンタヘッドから放出させ緩衝層上に蛍光物質を塗布させる。
【００２１】
次に、各ＬＥＤチップを発光させた状態において、光センサを走査させ発光色及びそのＬＥＤチップの場所をメモリーに記憶させる。光センサにより読みとられた各ＬＥＤチップの発光色と基準となる発光色と比較し蛍光物質の量が少ない場合、追加塗布する蛍光物質の量を演算する。演算された塗布量に基づいて、その開口部のみ選択的にインクジェットプリンタヘッドから再び蛍光物質を所望量塗布させる。（或いは、演算された発光色に基づいてその開口部のみ組成の異なる蛍光物質を選択的にインクジェットプリンタヘッドから再び蛍光物質を所望量塗布させる。）なお、光センサ及びインクジェットプリンタヘッドの精度によっては、パッケージ開口部内のどの位置に蛍光物質を塗布させるかをも選択させることができる。
【００２２】
（蛍光物質１０１）
本発明に用いられる蛍光物質１０１としては、少なくともＬＥＤチップ１０３の半導体発光層から発光された光で励起されて発光するものをいう。ＬＥＤチップ１０３が発光した光と、蛍光物質１０３が発光した光が補色関係などにある場合、さらには、ＬＥＤチップ１０３からの光が紫外線でありそれにより励起された２種類以上の蛍光物質の光が補色関係にある場合、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１０３からの光と、それによって励起され発光する蛍光物質１０１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物質の黄色光が挙げられる。
【００２３】
発光ダイオードの発光色は、ＬＥＤチップ１０３上に配置される蛍光物質１０１の量（即ち、インクジェット印刷法により塗布される一回の蛍光物質の量やインクジェット印刷法を繰り返す回数など）を種々調整すること及びＬＥＤチップ１０３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。
【００２４】
具体的な蛍光物質１０１としては、ペリレン系蛍光染料やセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体が挙げられる。特に、高輝度且つ長時間の使用時においては（Ｒｅ_1-xＳｍ_x）₃（Ａｌ_1-yＧａ_y）₅Ｏ₁₂：Ｃｅ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１、但し、Ｒｅは、Ｙ，Ｇｄ,Ｌａからなる群より選択される少なくとも一種の元素である。）などが好ましい。蛍光物質１０１として特に（Ｒｅ_1-xＳｍ_x）₃（Ａｌ_1-yＧａ_y）₅Ｏ₁₂：Ｃｅを用いた場合には、ＬＥＤチップ１０３と接する或いは近接して配置され放射照度として（Ｅｅ）＝３Ｗ・ｃｍ^-2以上１０Ｗ・ｃｍ^-2以下においても高効率に十分な耐光性を有する発光ダイオードとすることができる。
【００２５】
（Ｒｅ_1-xＳｍ_x）₃（Ａｌ_1-yＧａ_y）₅Ｏ₁₂：Ｃｅ蛍光体１０１は、ガーネット構造のため、熱、光及び水分に強く、励起スペクトルのピークが４７０ｎｍ付近などにさせることができる。また、発光ピークも５８０ｎｍ付近にあり７２０ｎｍまで裾を引くブロードな発光スペクトルを持たせることができる。しかも、組成のＡｌの一部をＧａで置換することで発光波長が短波長にシフトし、また組成のＹの一部をＧｄで置換することで、発光波長が長波長へシフトする。このように組成を変化することで発光色を連続的に調節することが可能である。したがって、長波長側の強度がＧｄの組成比で連続的に変えられるなど窒化物半導体の青色系発光を利用して白色系発光に変換するための理想条件を備えている。
【００２６】
このような蛍光体は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ａｌ、Ｌａ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、Ｃｅ、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る。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所望の粒子状蛍光体を得ることができる。
【００２７】
本発明の発光ダイオードにおいて、２種類以上の蛍光物質を混合させてもよい。即ち、Ａｌ、Ｇａ、Ｙ、Ｌａ及びＧｄやＳｍの含有量が異なる２種類以上の（Ｒｅ_1-xＳｍ_x）₃（Ａｌ_1-yＧａ_y）₅Ｏ₁₂：Ｃｅ蛍光体を混合させてＲＧＢの波長成分を増やすことができる。また、現在のところ半導体発光素子であるＬＥＤチップの発光波長には、バラツキが生ずるものがあるため２種類以上の蛍光物質１０１を混合調整などさせて所望の白色光などを得ることができる。具体的には、発光素子の発光波長に合わせて色度点の異なる蛍光物質１０１の量を調整し含有させることでその蛍光物質間と発光素子で結ばれる色度図上の任意点を発光させることができる。
【００２８】
（緩衝層１０２）
本発明に用いられる緩衝層１０２とは、ＬＥＤチップ１０３上に配置されＬＥＤチップ１０３や外部電極などによって生ずる凹凸を緩和する。また、インクジェット印刷法により飛翔した蛍光物質１０１によるＬＥＤチップ１０３などの損傷を低減するものである。緩衝層１０２の具体的材料としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂や硝子などが挙げられる。このような緩衝層１０２は、パッケージ１０５開口部のＬＥＤチップ１０３上にノズルからエポキシ樹脂などを放出硬化させることにより形成させることができる。
【００２９】
また、緩衝層１０２を設けることでＬＥＤチップ１０３から放出された光が蛍光物質１０１により直接反射、散乱されることがない。そのためＬＥＤチップ１０３から放出された高エネルギー光が高密度になることがなく有機蛍光染料などを用いたとしても蛍光物質１０１や緩衝層１０２自体が劣化しにくい。
【００３０】
（ＬＥＤチップ１０３）
本発明に用いられるＬＥＤチップ１０３とは、蛍光物質１０１を励起させ発光させることが可能なものである。発光素子であるＬＥＤチップ１０３は、ＭＯＣＶＤ法等により基板上にＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｌＰ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮ等の半導体を発光層として形成させる。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。本発明に用いられるＬＥＤチップ１０３として好ましくは、蛍光物質１０１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Ｉｎ_iＧａ_jＡｌ_kＮ、ただし、０≦ｉ、０≦ｊ、０≦ｋ、ｉ＋ｊ＋ｋ＝１）が挙げられる。
【００３１】
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、Ｓｉ、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、各半導体層を形成した後、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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
本発明の発光ダイオードにおいて白色系を発光させる場合は、蛍光物質１０１との補色等を考慮してＬＥＤチップ１０３の主発光波長は４００ｎｍ以上５３０ｎｍ以下が好ましく、４２０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下がより好ましい。ＬＥＤチップ１０３と蛍光物質１０１との効率をそれぞれより向上させるためには、４５０ｎｍ以上４７５ｎｍ以下がさらに好ましい。
【００３５】
（外部電極１０４）
外部電極１０４は、パッケージ１０５外部からの電力を内部に配置されたＬＥＤチップ１０３に供給させるために用いられるためのものである。そのためパッケージ１０５上に設けられた導電性を有するパターンやリードフレームを利用したものなど種々のものが挙げられる。また、外部電極１０４は放熱性、電気伝導性、ＬＥＤチップ１０３の特性などを考慮して種々の大きさに形成させることができる。外部電極１０４は、各ＬＥＤチップ１０３を配置すると共にＬＥＤチップ１０３から放出された熱を外部に放熱させるため熱伝導性がよいことが好ましい。外部電極１０４の具体的な電気抵抗としては３００μΩ・ｃｍ以下が好ましく、より好ましくは、３μΩ・ｃｍ以下である。また、具体的な熱伝導度は、０．０１ｃａｌ／(ｓ)(ｃｍ²)(℃／ｃｍ）以上が好ましく、より好ましくは０．５ｃａｌ／(ｓ)(ｃｍ²)(℃／ｃｍ）以上である。
【００３６】
外部電極１０４としては、銅やりん青銅板表面に銀、パラジュウム或いは金などの金属メッキや半田メッキなどを施したものが好適に用いられる。外部電極１０４としてリードフレームを利用した場合、電気伝導度、熱伝導度によって種々利用できるが加工性の観点から、板厚は０．１ｍｍから２ｍｍが好ましい。ガラスエポキシ樹脂やセラミックなどの支持体上などに設けられた外部電極１０４としては、銅箔やタングステン層を形成させることができる。プリント基板上に金属箔を用いる場合は、銅箔などの厚みとして１８〜７０μｍとすることが好ましい。また、銅箔等の上に金、半田メッキなどを施しても良い。
【００３７】
（パッケージ１０５）
パッケージ１０５は、ＬＥＤチップ１０３を固定保護する支持体として働く。また、外部との電気的接続が可能な外部電極１０４を有する。ＬＥＤチップ１０３の数や大きさに合わせて複数の開口部を持ったパッケージ１０５とすることもできる。パッケージ１０５は、ＬＥＤチップ１０３をさらに外部環境から保護するためにモールド部材１０６を設けることもできる。パッケージ１０５は、モールド部材１０６との接着性がよく剛性の高いものが好ましい。ＬＥＤチップ１０３と外部とを電気的に遮断させるために絶縁性を有することが望まれる。さらに、パッケージ１０５は、ＬＥＤチップ１０３などからの熱の影響をうけた場合、モールド部材１０６との密着性を考慮して熱膨張率の小さい物が好ましい。
【００３８】
パッケージ１０５は、外部電極１０４と一体的に形成させてもよく、パッケージ１０５が複数に分かれ、はめ込みなどにより組み合わせて構成させてもよい。パッケージ１０５は、インサート成形などにより比較的簡単に形成することができる。パッケージ１０５材料としてポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ＡＢＳ樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、ＰＢＴ樹脂等の樹脂やセラミックなどを用いることができる。また、遮光機能を持たせるために黒や灰色などの暗色系に着色させる、或いはパッケージの発光観測表面側が暗色系に着色されることが好ましい。具体的には、Ｃｒ₂Ｏ₃、ＭｎＯ₂、Ｆｅ₂Ｏ₃やカーボンブラックなどが好適に挙げられる。
【００３９】
ＬＥＤチップ１０３とパッケージ１０５との接着は、熱硬化性樹脂などによって行うことができる。具体的には、エポキシ樹脂、アクリル樹脂やイミド樹脂などが挙げられる。この場合、ＬＥＤチップ１０３の電極とパッケージ１０５に設けられた外部電極１０４とは導電性ワイヤーによりワイヤーボンディングすることにより電気的に接続させることが好ましい。また、ＬＥＤチップ１０３を配置固定させると共にパッケージ１０５の外部電極１０４と電気的に接続させるためにはＡｇペースト、カーボンペースト、ＩＴＯペースト、金属バンプ等が好適に用いられる。
【００４０】
特に、基板として多層積層したセラミック基板を利用した場合、インクジェット印刷法を利用し比較的簡単にＬＥＤ表示器や発光ダイオードを形成することができる。具体的には、ドットマトリックス状に多数の開口部をもったグリーンシートを積層させて焼結させパッケージ１０５を形成することができる。パッケージの各開口部内にはＬＥＤチップ１０３、緩衝層１０２や蛍光物質１０１などを配置させることができる。そのため、これをそのまま利用して高精細なＬＥＤ表示器を構成することができる。また、セラミック基板形成時に各ドットごとに分割できるよう切り込みを設けることもできる。ＬＥＤ表示器形成後、切り込みに沿って圧力を加えることにより所望の大きさの発光ダイオードに分割することもできる。分割された発光ダイオードは、分割の形状によりライン状に配置された発光ダイオードや複数個の発光ダイオードとすることができる。
【００４１】
（モールド部材１０６）
モールド部材１０６とは、ＬＥＤチップ１０３や蛍光物質１０１を外部から保護するために好適に用いられるものであり、ＬＥＤチップ１０３や蛍光物質１０１から放出される光を効率よく透過できるものが好ましい。インクジェット印刷法により無機蛍光体粒子を塗布させる場合、緩衝層１０２を溶融する溶媒を含有していないときは無機蛍光体粒子が付着しないためモールド部材１０６を設けることが好ましい。モールド部材１０６により蛍光物質をパッケージ開口部に保持させることができる。このような、モールド部材１０６の具体的材料として、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂や硝子など種々のものが好適に挙げられる。以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は具体的実施例のみに限定されるものではないことは言うまでもない。
【００４２】
【実施例】
（実施例１）
ＬＥＤチップとして主発光ピークが４６５ｎｍのＩｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ半導体を用いた。ＬＥＤチップは、洗浄させたサファイヤ基板上にＴＭＧ（トリメチルガリウム）ガス、ＴＭＩ（トリメチルインジュウム）ガス、窒素ガス及びドーパントガスをキャリアガスと共に流し、ＭＯＣＶＤ法で窒化ガリウム系化合物半導体を成膜させることにより形成させた。ドーパントガスとしてＳｉＨ₄とＣｐ₂Ｍｇと、を切り替えることによってＮ型導電性を有する窒化ガリウム系半導体とＰ型導電性を有する窒化ガリウム系半導体を形成しＰＮ接合を形成させる。半導体発光素子として、Ｎ型導電性を有する窒化ガリウム半導体であるコンタクト層と、Ｐ型導電性を有する窒化ガリウムアルミニウム半導体であるクラッド層、Ｐ型導電性を有する窒化ガリウム半導体であるコンタクト層を形成させた。Ｎ型導電性を有するコンタクト層とＰ型導電性を有するクラッド層との間に厚さ約３ｎｍであり、単一量子井戸構造とされるノンドープＩｎＧａＮの活性層を形成させた。（なお、サファイア基板上には低温で窒化ガリウム半導体を形成させバッファ層とさせてある。また、Ｐ型導電性を有する半導体は、成膜後４００℃以上でアニールさせてある。）
エッチングによりサファイア基板上のＰＮ各半導体表面を露出させた後、スパッタリングにより各電極をそれぞれ形成させた。こうして出来上がった半導体ウエハーに対しスクライブラインを引いた後、外力により分割させ発光素子として３５０μｍ角のＬＥＤチップを形成させた。
【００４３】
一方、インサート成形によりポリカーボネート樹脂を用いてチップタイプＬＥＤのパッケージを形成させた。チップタイプＬＥＤのパッケージ内は、ＬＥＤチップが配される開口部を備えている。パッケージ中には、銀メッキした銅板を外部電極として配置させてある。パッケージ内部でＬＥＤチップをフェースダウンで固定させる。固定は、ＬＥＤチップの各電極と外部電極とをＡｇが含有されたエポキシ樹脂を用いて行い電気的接続も同時にとっている。Ａｇが含有されたエポキシ樹脂を硬化後、パッケージの開口部にエポキシ樹脂を注入して緩衝層を形成させた。こうしてＬＥＤチップが配置されたパッケージを８２８０個形成させた。８２８０個のＬＥＤチップが配置されたパッケージを密着してドットマトリックス状に配置させる。
【００４４】
他方、蛍光物質は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ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させた。これを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウムと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を混合して坩堝に詰め、空気中１４００°Ｃの温度で３時間焼成して焼成品を得た。焼成品を水中でボールミルして、洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通して形成させた。形成された（Ｙ_0.8Ｇｄ_0.2）₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ_0.03蛍光体をアルコール中に拡散分散させる。
【００４５】
予めマトリックス状に配置させたパッケージの開口部をインクジェット印刷機のメモリーに記憶させておき、メモリーに沿ってインクジェットプリンタヘッドを縦横に駆動させる。ドットマトリックス状に配置したパッケージの開口部のみに蛍光体が含有されたアルコールをインクジェットプリンタヘッドから放出させ緩衝層上に蛍光物質を塗布させる。
【００４６】
次に、各ＬＥＤチップを発光させた状態において、光センサを走査させ発光色及びそのＬＥＤチップの場所をメモリーに記憶させる。光センサにより読みとられた各ＬＥＤチップの発光色と基準となる発光色と比較し蛍光物質の量が少ない場合、蛍光物質の塗布量を演算する。演算された塗布量に基づいて、その開口部のみ選択的にインクジェットプリンタヘッドから再び蛍光物質を所望量塗布させる。
【００４７】
加熱によりパッケージ内のアルコール成分を飛ばし後、ＬＥＤチップや粒子状蛍光体を外部応力、水分及び塵埃などから保護する目的でパッケージ開口部内にモールド部材として透光性エポキシ樹脂を流し込んだ。透光性エポシキ樹脂を注入後、１５０℃５時間にて硬化させた。こうして図１の如き発光装置である発光ダイオードを形成させた。
【００４８】
得られた発光ダイオードに電力を供給させることによって白色系を発光させることができる。発光ダイオードの正面から測定した色温度は、８０００Ｋを示した。各発光ダイオードの発光観測面における色むら、ほとんど観測されなかった。また、ＣＩＥ色度図上のｘ，ｙ＝（０．３０５，０．３２０）±０．０３で囲まれた範囲内に、約９８％の各発光ダイオードが分布していた。
【００４９】
【発明の効果】
本発明の発光ダイオードの形成方法とすることにより各方位による色度のずれが極めて少なく、発光観測面から見て色調ずれがない発光ダイオードとさせることができる。また、歩留まりの高い発光ダイオードを量産性よく形成することができる。
【００５０】
本発明の請求項２の方法とすることにより、ＬＥＤチップ上の凹凸に関係なくより均一な発光を得られる発光ダイオードとすることができる。さらに、塗布圧を向上させてもＬＥＤチップなどに損傷を与えることなく歩留まりの高い発光ダイオードを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の発光ダイオードであるチップタイプＬＥＤの模式的断面図である。
【図２】図２は、本発明のインクジェットプリンタヘッドで蛍光物質を塗布中のＬＥＤ表示器の模式的正面図である。
【図３】図３は、本発明の発光ダイオードを形成させるインクジェットプリンタヘッドによる印刷原理を説明するための模式的説明図である。
【符号の説明】
１０１、２０１、３０１・・・蛍光物質
１０２・・・緩衝層
１０３、２０３・・・ＬＥＤチップ
１０４、２０４・・・外部電極
１０５・・・ＬＥＤチップ
１０６・・・モールド部材
２００、３００・・・インクジェットプリンタヘッド
２０５・・・ＬＥＤチップ及び蛍光物質を配置可能な開口部を有するパッケージ
３０２・・・蛍光物質が放出可能なノズル[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a light emitting device used for an LED display, a backlight light source, a traffic light, an illuminated switch, various sensors, various indicators, and the like, and in particular, emits light by converting the wavelength of light emitted from an LED chip as a light emitting element. The present invention relates to a method of forming a light-emitting diode and a LED display having a fluorescent material, in which a light-emitting direction, color tone unevenness, and mass productivity are improved.
[0002]
[Prior art]
A light-emitting diode (hereinafter, also referred to as an LED), which is a light-emitting device, is small, efficiently, and emits bright colors. In addition, since it is a semiconductor element, there is no risk of a broken ball. It has excellent drive characteristics and is resistant to vibration and ON / OFF lighting. Therefore, it is used as various indicators and various light sources. However, LEDs have an excellent monochromatic peak wavelength, and therefore cannot emit a light emission wavelength such as white light.
[0003]
Accordingly, the present applicant has proposed a light emitting diode capable of emitting light of another color by converting the color of light emitted from the blue light emitting diode by using a blue light emitting diode and a fluorescent substance, as disclosed in JP-A-5-152609 and JP-A-7-99345. A light-emitting diode described in Japanese Patent Application Publication No. 1993-175, etc. was developed. With these light-emitting diodes, one type of LED chip can emit another luminescent color such as white or green using a blue LED chip.
[0004]
Specifically, an LED chip capable of emitting blue light is arranged on a cup provided at the tip of a lead frame or the like. The LED chip is electrically connected to a metal stem or a metal post provided with the LED chip. Then, a fluorescent material that absorbs light from the LED chip and converts the wavelength is contained in a resin mold member that covers the LED chip. By selecting a blue light emitting diode and a fluorescent substance that absorbs the emitted light and emits a yellow light, white light can be emitted using mixed colors.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, such a light emitting diode is formed by including a fluorescent substance in a resin and injecting the same through a nozzle. Therefore, it takes an extremely long time for injection and it is difficult to apply a uniform amount. In particular, in the case of an LED display in which a plurality of LED chips are arranged, light emitted from the openings arranged in a dot matrix shape may appear to be different colors, which is a particular problem.
[0006]
Further, there is a problem that color unevenness is slightly generated on the light emission observation surface of the light emitting diode. Specifically, when viewed from the light emission observation surface side, the central portion where the LED chips are arranged is blueish, and a yellow, green, or redish portion may be seen in a ring shape around the central portion. Human tonal sensations are particularly sensitive in white. Therefore, even a slight difference in color tone is perceived as reddish white, greenish white, yellowish white, or the like.
[0007]
Such color unevenness caused by directly viewing the light emission observation surface is not only unfavorable in quality, but also causes color unevenness on the display surface when used in a display device and an error in precision equipment such as an optical sensor. .
[0008]
As another method, a method of forming a phosphor layer on an LED chip by sedimenting a particulate phosphor is considered. By such a method, a light emitting diode capable of emitting light uniformly can be obtained. However, on the light emitting diode formed by sedimentation of the phosphor, the phosphor is formed to an unnecessary portion, which is not preferable in mass production. An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to form a light-emitting diode with excellent mass productivity in which color tone unevenness on a light-emission observation surface and variation among light-emitting diodes are extremely small.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is a method for forming a light emitting diode having a fluorescent substance that absorbs at least a part of light emitted from an LED chip and converts the wavelength to emit light. In particular, it is a method of forming a light emitting diode in which a fluorescent substance disposed on an LED chip is formed by an inkjet printing method.
[0010]
In the method of forming a light emitting diode according to the second aspect of the present invention, the fluorescent substance is formed via a buffer layer provided on the LED chip.
[0011]
[Action]
According to the present invention, a desired amount of a fluorescent substance can be selectively disposed at a desired place where an LED chip is disposed by an inkjet printing method. Further, the fluorescent substance can be selectively applied any number of times. Therefore, a light emitting diode capable of emitting light more uniformly can be formed with high mass productivity. In particular, in an LED display device having an opening in a dot matrix shape and having an LED chip disposed thereon, the formation of the coating portion can be selected only within the opening. Therefore, the mass productivity is improved without the phosphor adhering to unnecessary portions. In addition, since the formed light emitting diode can be observed to emit light and a fluorescent substance can be newly disposed only in a portion where color unevenness is generated, a light emitting diode capable of emitting light with extremely uniform light emission can be obtained.
[0012]
Further, color unevenness on the light emitting surface and variations among the light emitting diodes can be extremely reduced. Even if the amount of the fluorescent substance disposed on the LED is extremely small, the amount of the fluorescent substance can be controlled relatively uniformly. Therefore, a light emitting diode with less variation can be formed.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
As a result of various experiments, the present inventor has found that, by arranging a fluorescent substance arranged on an LED chip by an ink jet printing method, a light emitting diode having improved mass tone with improved color tone unevenness on a light emission observation surface and variation between light emitting devices. Have been found, and the present invention has been accomplished.
[0014]
That is, according to the present invention, the fluorescent substance can be selectively or repeatedly applied to a desired portion of the LED chip. Therefore, a light-emitting diode can be formed with high productivity. In addition, since the amount of the fluorescent substance disposed on the LED chip is partially small, it is possible to eliminate color unevenness that occurs.
[0015]
An example of the light emitting diode of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 2, a multi-layer laminated ceramic substrate is used as the substrate on which the LED chips are arranged. A large number of openings are provided in the ceramic substrate in a dot matrix shape. An LED chip is arranged in the opening, and is configured to be electrically connectable to a conductive pattern in a ceramic substrate. The ceramic substrate can be divided for each dot matrix.
[0016]
An LED chip is die-bonded to each opening of the ceramic substrate using epoxy resin. As the LED chip, a nitride-based compound semiconductor element capable of emitting blue light was used.
[0017]
The electrode of the LED chip and the conductive pattern formed on the ceramic substrate were bonded with an Ag paste. Then, a perylene-based organic fluorescent dye is selected and applied from an ink jet printer on the LED chips arranged in the respective openings. The organic fluorescent dye uses a perylene derivative capable of absorbing blue light from the LED chip and emitting yellow light. An LED display can be obtained by selectively disposing the LED chip and the fluorescent substance in the openings arranged in a dot matrix form. Further, if a cut is formed so that the dot matrix can be divided at the time of forming the ceramic substrate, the light emitting diode can be divided into a plurality of light emitting diodes by pressing. The divided ones can function as individual light emitting diodes capable of emitting white light. Hereinafter, the constituent members of the present invention will be described in detail.
[0018]
(Inkjet printing method)
The ink jet printing method of the present invention is a method of driving the ink jet print head 200 based on the application data to apply the fluorescent material 101. In the ink jet printer head 200, the fluorescent substance 101 introduced into a minute pressure chamber is caused to fly from a nozzle 302 and adhere to the LED chip 103 or the like. Means for increasing the pressure in the pressure chamber include those that operate a piezoelectric element, those that instantaneously raise the temperature of a part of the pressure chamber to generate bubbles, and that cause the fluorescent substance to fly by the pressure of the bubble generation. Is mentioned. Therefore, in the case of a particulate phosphor, it is preferable to mix it with an alcohol, a silicone resin, an epoxy resin, or the like so that the particulate phosphor can be applied by an ink-jet printing method, so that it can be printed. In this case, if the phosphor particles are large with respect to the nozzle 302 of the inkjet printer head 200, clogging may occur. Further, if the particle diameter is irregular, clogging tends to occur even if the particle diameter of the phosphor is smaller than the nozzle diameter. Therefore, when the particulate phosphor is applied by the ink jet printing method, it is desirable to filter and make the particle diameter and the shape of about several μ uniform. Further, when a particulate phosphor is used, it is preferable to use a piezoelectric element because it can cope with a particulate phosphor having a larger particle diameter than a phosphor using bubbles. Inkjet printheads can have resolutions on the order of 600 dpi to 1200 dpi. Therefore, a fluorescent substance can be formed at an arbitrary position on the LED chip.
[0019]
As the substance emitted from the ink jet printer head, a light stabilizer or an infrared reflecting member may be mixed and emitted in addition to the phosphor. Examples of such a light stabilizer include a benzotriazole-based ultraviolet absorber, and titanium oxide as an infrared reflective member.
[0020]
The following method is preferably mentioned as a specific method for driving the ink jet printer head to open the package in a dot matrix shape. The openings of the packages arranged in a matrix in advance are stored in the memory of the ink jet printer, and the ink jet printer head is driven vertically and horizontally along the memory. An alcohol or the like containing a phosphor is released from only the opening of the package arranged in a dot matrix form from the ink jet printer head, and the phosphor is coated on the buffer layer.
[0021]
Next, in a state where each LED chip emits light, the light sensor is scanned to store the emission color and the location of the LED chip in the memory. When the amount of the fluorescent substance is smaller than the emission color of each LED chip read by the optical sensor and the reference emission color, the amount of the additional fluorescent substance is calculated. Based on the calculated application amount, a desired amount of the fluorescent substance is applied again from the ink jet printer head selectively only at the opening. (Alternatively, a desired amount of the fluorescent substance having a different composition is selectively applied again from the ink jet printer head only on the opening portion based on the calculated emission color.) Depending on the accuracy of the optical sensor and the ink jet printer head, In addition, it is possible to select which position in the package opening to apply the fluorescent substance.
[0022]
(Fluorescent substance 101)
The fluorescent substance 101 used in the present invention is a substance that emits light when excited by at least light emitted from the semiconductor light emitting layer of the LED chip 103. When the light emitted by the LED chip 103 and the light emitted by the fluorescent substance 103 are in a complementary color relationship or the like, furthermore, the light from the LED chip 103 is ultraviolet light, and the light of two or more fluorescent substances excited by the ultraviolet light. Are complementary colors, white light can be emitted by mixing the respective lights. Specifically, the light from the LED chip 103 and the light of the fluorescent substance 101 excited and emitted by the LED chip 103 correspond to the three primary colors of light (red, green, and blue), or the LED chip emits light. Blue light and yellow light of a fluorescent substance which is excited and emits light by the blue light.
[0023]
The emission color of the light emitting diode variously adjusts the amount of the fluorescent substance 101 disposed on the LED chip 103 (that is, the amount of the fluorescent substance applied by the inkjet printing method at one time or the number of times the inkjet printing method is repeated). In addition, by selecting the light emission wavelength of the LED chip 103, an arbitrary white color tone such as a bulb color can be provided.
[0024]
Specific examples of the fluorescent substance 101 include a perylene-based fluorescent dye and a yttrium-aluminum-garnet-based fluorescent substance activated with cerium. In particular, when used for a long time with high brightness, (Re _1-x Sm _x ) _Three (Al _1-y Ga _y ) _Five O ₁₂ : Ce (0 ≦ x <1, 0 ≦ y ≦ 1, where Re is at least one element selected from the group consisting of Y, Gd, La) and the like. In particular, (Re _1-x Sm _x ) _Three (Al _1-y Ga _y ) _Five O ₁₂ : When Ce is used, it is arranged in contact with or close to the LED chip 103 and has an irradiance (Ee) = 3 W · cm ^-2 More than 10W · cm ^-2 In the following, a light-emitting diode having sufficient light resistance can be obtained with high efficiency.
[0025]
(Re _1-x Sm _x ) _Three (Al _1-y Ga _y ) _Five O ₁₂ : The Ce phosphor 101 has a garnet structure and thus is resistant to heat, light and moisture, and can have an excitation spectrum peak near 470 nm. Further, the emission peak is around 580 nm, and a broad emission spectrum with a tail extending to 720 nm can be provided. Moreover, the emission wavelength shifts to a short wavelength by replacing part of the Al in the composition with Ga, and shifts to the long wavelength by replacing a part of the Y in the composition with Gd. By changing the composition in this way, the emission color can be continuously adjusted. Therefore, there is provided an ideal condition for converting the blue light emission of the nitride semiconductor to the white light emission such that the intensity on the long wavelength side can be continuously changed by the composition ratio of Gd.
[0026]
Such a phosphor uses an oxide as a raw material of Y, Gd, Ce, Sm, Al, La and Ga, or a compound which easily becomes an oxide at a high temperature, and thoroughly mixes them in a stoichiometric ratio. To obtain the raw material. Alternatively, a co-precipitated oxide obtained by calcining a solution obtained by dissolving a rare earth element of Y, Gd, Ce, and Sm in an acid at a stoichiometric ratio with oxalic acid, and aluminum oxide and gallium oxide Mix to obtain a mixed raw material. An appropriate amount of a fluoride such as ammonium fluoride is mixed into the crucible as a flux, and the mixture is baked in air at a temperature of 1350 to 1450 ° C. for 2 to 5 hours to obtain a baked product. Next, the fired product is ball-milled in water, washed, separated, dried, and finally passed through a sieve to obtain a desired particulate phosphor.
[0027]
In the light emitting diode of the present invention, two or more kinds of fluorescent substances may be mixed. That is, two or more types of (Re) having different contents of Al, Ga, Y, La, and Gd and Sm. _1-x Sm _x ) _Three (Al _1-y Ga _y ) _Five O ₁₂ : It is possible to increase the RGB wavelength components by mixing a Ce phosphor. Further, at present, there is a variation in the emission wavelength of the LED chip which is a semiconductor light emitting element, so that desired white light or the like can be obtained by mixing and adjusting two or more kinds of fluorescent substances 101. Specifically, by adjusting and including the amount of the fluorescent substance 101 having different chromaticity points according to the emission wavelength of the light emitting element, an arbitrary point on the chromaticity diagram connected between the fluorescent substances and the light emitting element is emitted. be able to.
[0028]
(Buffer layer 102)
The buffer layer 102 used in the present invention is arranged on the LED chip 103 to reduce unevenness caused by the LED chip 103 and external electrodes. Further, it is intended to reduce damage to the LED chip 103 and the like due to the fluorescent substance 101 flying by the ink jet printing method. Specific examples of the material of the buffer layer 102 include an epoxy resin, a silicone resin, and glass. Such a buffer layer 102 can be formed on the LED chip 103 at the opening of the package 105 by releasing and curing epoxy resin or the like from a nozzle.
[0029]
Further, by providing the buffer layer 102, the light emitted from the LED chip 103 is not directly reflected or scattered by the fluorescent substance 101. Therefore, the high-energy light emitted from the LED chip 103 does not have a high density, and even if an organic fluorescent dye or the like is used, the fluorescent substance 101 and the buffer layer 102 are hardly deteriorated.
[0030]
(LED chip 103)
The LED chip 103 used in the present invention can excite the fluorescent substance 101 to emit light. The LED chip 103 serving as a light-emitting element has a semiconductor such as GaAs, InP, GaAlAs, InGaAlP, InN, AlN, GaN, InGaN, AlGaN, or InGaAlN formed as a light-emitting layer on a substrate by MOCVD or the like. Examples of the semiconductor structure include a homostructure having a MIS junction, a PIN junction, and a PN junction, a heterostructure, and a double heterostructure. Various emission wavelengths can be selected depending on the material of the semiconductor layer and the degree of mixed crystal thereof. Further, a single quantum well structure or a multiple quantum well structure in which the semiconductor active layer is formed as a thin film in which a quantum effect occurs can be used. Preferably, the LED chip 103 used in the present invention is a nitride-based compound semiconductor (general formula In) capable of efficiently exciting the fluorescent substance 101 and emitting light at a relatively short wavelength. _i Ga _j Al _k N, where 0 ≦ i, 0 ≦ j, 0 ≦ k, i + j + k = 1).
[0031]
When a gallium nitride-based compound semiconductor is used, a material such as sapphire, spinel, SiC, Si, ZnO, or GaN is preferably used for the semiconductor substrate. In order to form gallium nitride having good crystallinity, it is more preferable to use a sapphire substrate. When a semiconductor film is grown on a sapphire substrate, it is preferable to form a buffer layer such as GaN or AlN and form a gallium nitride semiconductor having a PN junction thereon. In addition, SiO on the sapphire substrate _Two The GaN single crystal itself that has been selectively grown with the mask as a mask can be used as the substrate. In this case, after each semiconductor layer is formed, SiO 2 is formed. _Two Can be separated from the sapphire substrate by etching. Gallium nitride-based compound semiconductors exhibit N-type conductivity without being doped with impurities. When a desired N-type gallium nitride semiconductor is formed, for example, to improve luminous efficiency, it is preferable to appropriately introduce Si, Ge, Se, Te, C, or the like as an N-type dopant. 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.
[0032]
The gallium nitride-based compound semiconductor is difficult to be converted into a P-type simply by doping with a P-type dopant, so that it is preferable to convert the P-type dopant into a P-type by introducing a P-type dopant and then annealing by heating in a furnace, low-speed electron beam irradiation, plasma irradiation or the like. . Specifically, the layer structure of the light-emitting element includes a sapphire substrate having a buffer layer formed of gallium nitride, aluminum nitride, or the like at a low temperature or silicon carbide, an n-type contact layer that is a gallium nitride semiconductor, and an aluminum gallium nitride semiconductor. An N-type clad layer, an active layer of an indium gallium nitride semiconductor doped with Zn and Si, a P-type clad layer of an aluminum-gallium nitride semiconductor, and a P-type contact layer of a gallium nitride semiconductor are laminated. Preferred examples are given. In order to form the LED chip 103, in the case of the LED chip 103 having a sapphire substrate, after forming an exposed surface of the P-type semiconductor and the N-type semiconductor by etching or the like, a sputtering method, a vacuum evaporation method, or the like is formed on the semiconductor layer. Each electrode of a desired shape is formed by using the same. In the case of a SiC substrate, a pair of electrodes can be formed using the conductivity of the substrate itself.
[0033]
Next, the formed semiconductor wafer or the like is directly full-cut by a dicing saw in which a blade having a diamond cutting edge is rotated, or a groove having a width larger than the cutting edge width is cut (half cut). Crack the wafer. Alternatively, an extremely thin scribe line (meridian) is drawn on the semiconductor wafer, for example, in a checkerboard pattern by a scriber in which a diamond needle at the tip reciprocates linearly, and then the wafer is cut by an external force and cut into chips from the semiconductor wafer. Thus, the LED chip 103 which is a nitride-based compound semiconductor can be formed.
[0034]
When the light emitting diode of the present invention emits white light, the main emission wavelength of the LED chip 103 is preferably 400 nm or more and 530 nm or less, more preferably 420 nm or more and 490 nm or less in consideration of the complementary color with the fluorescent substance 101. In order to further improve the efficiency of the LED chip 103 and the efficiency of the fluorescent substance 101, the thickness is more preferably 450 nm or more and 475 nm or less.
[0035]
(External electrode 104)
The external electrode 104 is used for supplying power from outside the package 105 to the LED chip 103 disposed inside. Therefore, there are various types such as those using a conductive pattern provided on the package 105 and a lead frame. Further, the external electrode 104 can be formed in various sizes in consideration of heat dissipation, electric conductivity, characteristics of the LED chip 103, and the like. It is preferable that the external electrodes 104 have good thermal conductivity in order to dispose the LED chips 103 and radiate the heat emitted from the LED chips 103 to the outside. The specific electrical resistance of the external electrode 104 is preferably 300 μΩ · cm or less, more preferably 3 μΩ · cm or less. The specific thermal conductivity is 0.01 cal / (s) (cm ^Two ) (° C./cm) or more, more preferably 0.5 cal / (s) (cm ^Two ) (° C./cm) or more.
[0036]
As the external electrode 104, a copper or phosphor bronze plate whose surface is plated with a metal such as silver, palladium or gold, or a solder plating is preferably used. When a lead frame is used as the external electrode 104, it can be variously used depending on electric conductivity and heat conductivity, but from the viewpoint of workability, the plate thickness is preferably 0.1 mm to 2 mm. As the external electrode 104 provided on a support such as glass epoxy resin or ceramic, a copper foil or a tungsten layer can be formed. When a metal foil is used on a printed circuit board, the thickness of the copper foil or the like is preferably 18 to 70 μm. Further, gold, solder plating, or the like may be applied on copper foil or the like.
[0037]
(Package 105)
The package 105 functions as a support for fixing and protecting the LED chip 103. Further, an external electrode 104 which can be electrically connected to the outside is provided. A package 105 having a plurality of openings may be provided according to the number and size of the LED chips 103. The package 105 may be provided with a mold member 106 to further protect the LED chip 103 from the external environment. The package 105 preferably has good adhesion to the mold member 106 and high rigidity. It is desired that the LED chip 103 has an insulating property in order to electrically disconnect the LED chip 103 from the outside. Further, when the package 105 is affected by heat from the LED chip 103 and the like, it is preferable that the package 105 has a small coefficient of thermal expansion in consideration of adhesion to the mold member 106.
[0038]
The package 105 may be formed integrally with the external electrode 104, or the package 105 may be divided into a plurality of parts and combined with each other by fitting or the like. The package 105 can be formed relatively easily by insert molding or the like. As a material of the package 105, a resin such as a polycarbonate resin, polyphenylene sulfide (PPS), a liquid crystal polymer (LCP), an ABS resin, an epoxy resin, a phenol resin, an acrylic resin, and a PBT resin, or a ceramic can be used. Further, it is preferable that the package is colored in a dark color such as black or gray in order to have a light shielding function, or that the light emission observation surface side of the package is colored in a dark color. Specifically, Cr _Two O _Three , MnO _Two , Fe _Two O _Three And carbon black.
[0039]
The bonding between the LED chip 103 and the package 105 can be performed with a thermosetting resin or the like. Specifically, an epoxy resin, an acrylic resin, an imide resin, or the like is used. In this case, it is preferable that the electrodes of the LED chip 103 and the external electrodes 104 provided on the package 105 are electrically connected by wire bonding with a conductive wire. In order to dispose and fix the LED chip 103 and electrically connect the LED chip 103 to the external electrode 104 of the package 105, an Ag paste, a carbon paste, an ITO paste, a metal bump, or the like is preferably used.
[0040]
In particular, when a multilayer laminated ceramic substrate is used as the substrate, an LED display or a light emitting diode can be formed relatively easily using an inkjet printing method. Specifically, the package 105 can be formed by stacking and sintering green sheets having a large number of openings in a dot matrix shape. An LED chip 103, a buffer layer 102, a fluorescent substance 101, and the like can be arranged in each opening of the package. Therefore, a high-definition LED display can be configured by using this as it is. Also, a notch can be provided so that the dot can be divided for each dot when the ceramic substrate is formed. After the LED display is formed, it can be divided into light emitting diodes of a desired size by applying pressure along the cuts. The divided light emitting diodes can be light emitting diodes arranged in a line or a plurality of light emitting diodes depending on the shape of the division.
[0041]
(Mold member 106)
The mold member 106 is suitably used for protecting the LED chip 103 and the fluorescent substance 101 from the outside, and is preferably one that can efficiently transmit light emitted from the LED chip 103 and the fluorescent substance 101. When the inorganic phosphor particles are applied by the inkjet printing method, it is preferable to provide the mold member 106 because the inorganic phosphor particles do not adhere when the solvent that melts the buffer layer 102 is not contained. The fluorescent material can be held in the package opening by the mold member 106. As such a specific material of the mold member 106, various materials such as a silicone resin, an epoxy resin, and glass are preferably exemplified. Hereinafter, although an example of the present invention is described, it goes without saying that the present invention is not limited to only specific examples.
[0042]
【Example】
(Example 1)
In with a main emission peak of 465 nm as an LED chip _0.2 Ga _0.8 An N semiconductor was used. In the LED chip, a TMG (trimethyl gallium) gas, a TMI (trimethyl indium) gas, a nitrogen gas and a dopant gas are flowed together with a carrier gas on a cleaned sapphire substrate, and a gallium nitride-based compound semiconductor is formed by MOCVD. Formed. SiH as dopant gas _Four And Cp _Two By switching between Mg and GaN, a gallium nitride-based semiconductor having N-type conductivity and a gallium nitride-based semiconductor having P-type conductivity are formed to form a PN junction. As a semiconductor light emitting element, a contact layer made of a gallium nitride semiconductor having N-type conductivity, a clad layer made of a gallium aluminum nitride semiconductor having P-type conductivity, and a contact layer made of a gallium nitride semiconductor having P-type conductivity are formed. I let it. A non-doped InGaN active layer having a thickness of about 3 nm and a single quantum well structure was formed between a contact layer having N-type conductivity and a cladding layer having P-type conductivity. (Note that a gallium nitride semiconductor is formed at a low temperature on a sapphire substrate to serve as a buffer layer. A semiconductor having P-type conductivity is annealed at 400 ° C. or more after film formation.)
After exposing the surface of each PN semiconductor on the sapphire substrate by etching, each electrode was formed by sputtering. After a scribe line was drawn on the semiconductor wafer thus completed, the wafer was divided by an external force to form a 350 μm square LED chip as a light emitting element.
[0043]
On the other hand, a chip type LED package was formed by insert molding using a polycarbonate resin. The package of the chip type LED has an opening in which the LED chip is arranged. In the package, a silver-plated copper plate is arranged as an external electrode. The LED chip is fixed face down inside the package. For fixing, each electrode of the LED chip and the external electrode are made using an epoxy resin containing Ag, and the electrical connection is made at the same time. After curing the epoxy resin containing Ag, the epoxy resin was injected into the opening of the package to form a buffer layer. In this way, 8280 packages on which the LED chips were arranged were formed. A package in which 8280 LED chips are arranged is closely arranged in a dot matrix.
[0044]
On the other hand, as a fluorescent substance, a solution obtained by dissolving rare earth elements of Y, Gd and Ce in an stoichiometric ratio in an acid was coprecipitated with oxalic acid. This is mixed with a coprecipitated oxide obtained by calcination and aluminum oxide to obtain a mixed raw material. This was mixed with ammonium fluoride as a flux, packed in a crucible, and fired in air at a temperature of 1400 ° C. for 3 hours to obtain a fired product. The calcined product was ball milled in water, washed, separated, dried, and finally formed through a sieve. Formed (Y _0.8 Gd _0.2 ) _Three Al _Five O ₁₂ : Ce _0.03 The phosphor is dispersed and dispersed in alcohol.
[0045]
The openings of the packages arranged in a matrix in advance are stored in the memory of the ink jet printer, and the ink jet printer head is driven vertically and horizontally along the memory. Alcohol containing a fluorescent substance is released only from the opening of the package arranged in a dot matrix form from the ink jet printer head to apply the fluorescent substance on the buffer layer.
[0046]
Next, in a state where each LED chip emits light, the light sensor is scanned to store the emission color and the location of the LED chip in the memory. When the amount of the fluorescent substance is smaller than the light emission color of each LED chip read by the optical sensor and the reference light emission color, the application amount of the fluorescent substance is calculated. Based on the calculated application amount, a desired amount of the fluorescent substance is applied again from the ink jet printer head selectively only at the opening.
[0047]
After the alcohol component in the package was blown off by heating, a translucent epoxy resin was poured as a mold member into the package opening for the purpose of protecting the LED chip and the particulate phosphor from external stress, moisture, dust and the like. After injecting the translucent epoxy resin, the resin was cured at 150 ° C. for 5 hours. Thus, a light emitting diode as a light emitting device as shown in FIG. 1 was formed.
[0048]
By supplying power to the obtained light emitting diode, white light can be emitted. The color temperature measured from the front of the light emitting diode was 8000K. Almost no color unevenness was observed on the light emission observation surface of each light emitting diode. Further, about 98% of the light emitting diodes were distributed in a range surrounded by x, y = (0.305, 0.320) ± 0.03 on the CIE chromaticity diagram.
[0049]
【The invention's effect】
By using the method for forming a light emitting diode of the present invention, it is possible to obtain a light emitting diode in which the chromaticity shift in each direction is extremely small and there is no color tone shift from the light emission observation surface. Further, light emitting diodes with high yield can be formed with high mass productivity.
[0050]
According to the method of claim 2 of the present invention, it is possible to obtain a light emitting diode capable of obtaining more uniform light emission regardless of the unevenness on the LED chip. Furthermore, even if the application pressure is improved, a light-emitting diode with a high yield can be formed without damaging the LED chip or the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view of a chip type LED which is a light emitting diode of the present invention.
FIG. 2 is a schematic front view of an LED display while a fluorescent substance is being applied by the ink jet printer head of the present invention.
FIG. 3 is a schematic explanatory view for explaining a printing principle by an ink jet printer head for forming a light emitting diode of the present invention.
[Explanation of symbols]
101, 201, 301: fluorescent substance
102 ... buffer layer
103, 203 ... LED chip
104, 204 ... external electrodes
105 ・・・ LED chip
106 ・・・ Mold member
200, 300 ... inkjet printer head
205: Package having an opening in which LED chip and fluorescent substance can be arranged
302... Nozzle capable of emitting a fluorescent substance

Claims

ＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップからの発光の少なくとも一部を吸収し波長変換して発光する蛍光物質と、を有する発光ダイオードの形成方法であって、
前記ＬＥＤチップ上に配置される蛍光物質は、インクジェット印刷法により形成されることを特徴とする発光ダイオードの形成方法。A method for forming a light-emitting diode, comprising: an LED chip, and a fluorescent substance that absorbs at least a part of light emitted from the LED chip and emits light by wavelength conversion,
The method of forming a light emitting diode, wherein the fluorescent material disposed on the LED chip is formed by an inkjet printing method.

前記蛍光物質は、前記ＬＥＤチップ上に設けられた緩衝層を介して形成される請求項１に記載の発光ダイオードの形成方法。The method of claim 1, wherein the fluorescent material is formed via a buffer layer provided on the LED chip.