JP3925137B2 - 発光装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明用光源、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の形成方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
近年、窒化ガリウム系化合物半導体を用いて構成された発光素子と蛍光体とを組み合わせた、白色光の発光が可能な発光装置（白色発光装置）が開発され、使用されるようになってきている。この発光装置は、発光素子から出力される青色の光の一部を蛍光体により波長変換して、その波長変換された光と発光素子からの青色光との混色により、白色の光を発光させるものであり、従来は、例えば、発光素子がマウントされたパッケージ等を、蛍光体を含む樹脂でモールドすることにより作製されていた。
【０００３】
図１に従来のＬＥＤパッケージに発光素子のＬＥＤを実装した状態の構造を表す模式断面図を示す。２はパッケージ、３はＬＥＤチップ、４は外部電極、５は導電性ワイヤー、６はモールド部材、１１はＬＥＤチップ上のコーティング層、１２は支持体上のコーティング層である。ＬＥＤチップはパッケージ内に納められ、一方の外部電極上に絶縁性接着剤を介して接着されている。ＬＥＤチップの正負一対の電極は、導電性ワイヤーによってそれぞれ外部電極とワイヤーボンディングされている。ＬＥＤチップの上および支持体上のコーティング層には、発光素子から出力された光を波長変換するための蛍光体が含まれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＬＥＤパッケージにおいてはコーティング層の厚み（蛍光体の量）が発光素子表面の各部分で異なり、発光素子からの光量、蛍光体からの光量が部分的に異なっていた。特に、発光素子の角の部分にはコーティング層が形成されておらず、発光素子の角の部分では蛍光体による波長変換が行われず、発光素子全体における波長変換の効率の低下を招いていた。
【０００５】
そこで、本発明は、各方位における色度のずれや、発光観測面から見ての色調むらを極めて小さくし、波長変換の効率を向上した発光装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明は、支持体上に配置された発光素子と、該発光素子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体と、該蛍光体を有し前記支持体表面から前記発光素子表面全体を被覆するコーティング層とを有する発光装置の製造方法であって、前記支持体上に配置された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ことを特徴とする発光装置の製造方法である。
【０００７】
これにより、各方位における色度のずれや、発光観測面から見ての色調むらを極めて小さくし、波長変換の効率を向上した発光装置を提供することができる。
【０００８】
また、請求項２に記載の本発明は、前記螺旋状の径が、前記発光素子上方の噴射開始点から前記発光素子の表面に近づくにつれて大きいことを特徴とする請求項１記載の発光装置の製造方法である。
【０００９】
これにより、作業性を向上させ、かつ各方位における色度のずれや、発光観測面から見ての色調むらを極めて小さくし、波長変換の効率を向上した発光装置を提供することができる。
【００１０】
さらに、請求項３に記載の本発明は、前記発光素子上方の噴射開始点から前記発光素子の表面に近づくにつれて前記塗布液の回転速度は減少していることを特徴とする請求項１乃至２に記載の発光装置の製造方法である。
【００１１】
これにより、塗布液に含まれる蛍光体粒子によって発光素子表面が衝撃を受けることがなく、かつ各方位における色度のずれや、発光観測面から見ての色調むらを極めて小さくし、波長変換の効率を向上した発光装置を提供することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明者は種々の実験の結果、発光素子の上面、側面、および角の上に配置された蛍光体と、それ以外の支持体上に配置された蛍光体とを略均等に配分させることによって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を改善できることを見出し本発明を成すに到った。
【００１３】
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は、コーティング層形成時にコーティング層中に含まれる蛍光体の平面分布における傾きが生ずることにより生ずると考えられる。即ち、コーティング層は蛍光体を含有させた樹脂を先の細いノズルの如き管から吐出させることによって所望のカップ上に配置させることができる。
【００１４】
しかし、バインダ中に含有された蛍光体を発光素子の上に等量均一且つ、高速に塗布させることは極めて難しい。また、バインダの粘度やコーティング層と接するパッケージ表面などとの表面張力により、最終的に形成されるコーティング層の形状が一定しない。コーティング層の厚み（蛍光体の量）が部分的に異なり、発光素子からの光量、蛍光体からの光量が部分的に異なる。
【００１５】
そのため発光観測面上において部分的に発光素子からの発光色が強くなったり、蛍光体からの発光色が強くなり色調むらが生ずる。また、各発光装置ごとのバラツキが生ずると考えられる。本発明では、発光素子の上とそれ以外に形成される蛍光体が均一に配置させることにより、色調むらや指向性などを改善させることができるものである。
【００１６】
図２に本発明の方法によって製造した発光装置の一例、ＬＥＤパッケージに発光素子のＬＥＤを実装した状態の構造を表す模式断面図を示す。１０２はパッケージ、１０３はＬＥＤチップ、１０４は外部電極、１０５は導電性ワイヤー、１０６はモールド部材、１１１はＬＥＤチップ上のコーティング層、１１２は支持体上のコーティング層である。ＬＥＤチップはパッケージ内に納められ、一方の外部電極上に絶縁性接着剤を介して接着されている。ＬＥＤチップの正負一対の電極は、導電性ワイヤーによってそれぞれ外部電極とワイヤーボンディングされている。ＬＥＤチップの上面、側面、および角の上および支持体上のコーティング層には、発光素子から出力された光を波長変換するための蛍光体が含まれている。さらに、発光素子およびコーティング層はモールド部材によって封止されている。
【００１７】
以下、図２を参照しながら本発明の構成部材について詳述する。
［コーティング層１１１、１１２］
本発明に用いられるコーティング層１１１、１１２とは、モールド部材とは別にマウント・リードのカップ内やパッケージの開口部内などに設けられるものでありＬＥＤチップ１０３の発光を変換する蛍光体及び蛍光体を結着する樹脂や硝子などである。本発明のコーティング層１１１、１１２は、ＬＥＤチップ１０３の上面、側面および角の上に設けられたコーティング層１１１の厚みとＬＥＤチップ以外の支持体上に設けられたコーティング層１１２の厚みとが略等しい。また、コーティング層はＬＥＤチップ１０３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。
【００１８】
コーティング層では、カップなどによりＬＥＤチップから放出される高エネルギー光などが反射もされるため高密度になる。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ＬＥＤチップ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。
【００１９】
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が結着され層状にＬＥＤチップや支持体上に堆積される。
【００２０】
以下、コーティング層の具体的主材料として、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3を例にとり説明する。
（ＳｉＯ２により蛍光体がバインドされてなるコーティング層）
ＳｉＯ２により蛍光体がバインドされてなるコーティング層は、アルキルシリケートと高沸点有機溶剤とを所定の割合で混合してなるシリカゾル中に蛍光体（粉体）を均一に分散させた塗布液を調整して、その蛍光体が分散されたシリカゾルを発光素子の全面を覆うようにスプレーコーティングあるいはディスペンスした後、ＳｉＯ2成分を固着させることにより形成することができる。
【００２１】
コンクリートの補強剤、プラスチックの顔料、あるいは表面コーティング剤等に使用されるアルキルシリケートは、以下のような構造式を有する。ここで、Ｒはアルキル基であり、メチル基の場合メチルシリケート、エチル基の場合エチルシリケート、ｎ−プロピル基の場合Ｎ−プロピルシリケート、ｎ−ブチル基の場合Ｎ−ブチルシリケートとなる。
【００２２】
【化１】
【００２３】
アルキルシリケートの一種であるエチルシリケートは、次の図のような構造をもち、主に四塩化ケイ素とエタノールとの反応、あるいは金属ケイ素とエタノールとの反応から合成される無色透明の液体である。
【００２４】
【化２】
【００２５】
エチルシリケートを触媒の存在下で水と反応させると以下のように加水分解反応する。
【００２６】
【化３】
【００２７】
従って、エチルシリケートを加水分解させて生成するＳｉＯ２にて蛍光体をバインドし、ＳｉＯ２により蛍光体がバインドされてなるコーティング層を発光素子の表面上、および発光素子の表面上以外の支持体上に形成することができる。
（Ａｌ２Ｏ３により蛍光体がバインドされてなるコーティング層）
Ａｌ２Ｏ３により蛍光体がバインドされてなるコーティング層は、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と高沸点有機溶剤とを所定の割合で混合してなるシリカゾル中に蛍光体（粉体）を均一に分散させた塗布液を調整して、その蛍光体が分散されたシリカゾルを発光素子の全面を覆うようにスプレーコーティングあるいはディスペンスした後、Ａｌ2Ｏ3成分を固着させることにより形成することができる。
【００２８】
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は、塗料の増粘剤、ゲル化剤、硬貨剤、重合触媒、および顔料の分散剤として使用される有機アルミ化合物である。
【００２９】
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、およびアルミニウムブトキサイドは、常温で無色透明の液体であり、非常に反応性に富み空気中の水分によって水酸化アルミニウムを生成し、その後熱を加えると酸化アルミニウムを生成する。例えば、アルミニウムイソプロポキサイドは以下のように、水と容易に反応し最終的には、水酸化アルミニウムあるいはアルミナとなる。
【００３０】
【化４】
【００３１】
従って、アルミニウムイソプロポキサイドを空気中の水分と反応させた後、加熱により生成するＡｌ2Ｏ3にて蛍光体をバインドし、蛍光体を含むＡｌ２Ｏ３により蛍光体がバインドされてなるコーティング層を発光素子の表面上、および発光素子の表面上以外の支持体上に、コーティング層として形成することができる。
【００３２】
以上のＳｉＯ２により蛍光体がバインドされてなるコーティング層およびＡｌ２Ｏ３により蛍光体がバインドされてなるコーティング層は、同一の発光素子上に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み、あるいは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み形成させてもよいし、ＳｉＯ２により蛍光体がバインドされてなるコーティング層と、Ａｌ２Ｏ３により蛍光体がバインドされてなるコーティング層とを組み合わせて同一の発光素子上に二つ以上の層を形成させてもよい。本発明におけるスプレーによるコーティング層の形成方法によれば、二層の膜厚を制御することも可能であるから、同じ形状のコーティング層を容易に形成させることができる。例えば、同一の発光素子の上に、まずＡｌ２Ｏ３によるコーティング層を形成し、その上にＳｉＯ２によるコーティング層を形成する。ここで、蛍光体は二つの層両方に含まれてもよいし、一つの層のみに含まれてもよいし、二つの層両方に含まれなくても構わない。このように構成すると、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は、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より小さいため、光の取り出し効率が高まるなどの効果がある。
【００３３】
このようにして形成された、ＳｉＯ２により蛍光体がバインドされてなるコーティング層あるいはＡｌ２Ｏ３により蛍光体がバインドされてなるコーティング層は、従来の樹脂とは異なり無機物であるため、紫外線による劣化が樹脂に比べて極めて小さく、紫外光を発光する発光装置（紫外域発光装置）と組み合わせて用いることもできる。また、スプレーコーティングにより、波長変換機能を有する蛍光体がバインドされてなるコーティング層を発光素子の全面、即ち上面、側面、および角の部分に同じ膜厚で形成することができるので、発光素子の全面に蛍光体が均一に分散して配置される。それにより、窒化物半導体発光素子の全面、即ち上面、側面、および角の部分からの発光を極めて高い効率で波長変換し、外部に取り出すことが可能である。
【００３４】
これに対して、従来例のように樹脂の中に蛍光体を分散させた構成では、ほとんどの樹脂が青色光に含まれる紫外線により劣化するために長時間の使用に耐え得る素子を構成することができないので、紫外域で発光する発光素子を用いた白色発光装置の実用化はさらに困難であった。また、従来の方法では波長変換機能を有する蛍光体を含有するＳｉＯ２により蛍光体がバインドされてなるコーティング層あるいは樹脂を発光素子の全面、即ち上面、側面、角の部分に同じ膜厚で形成することができなかったので、発光素子の全面に蛍光体が均一に分散して配置されなかった。したがって、窒化物半導体発光素子の全面からの発光を極めて高い効率で波長変換し、外部に取り出すことが困難であった。
［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（白色）、
（２）Ｒｅ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ（但し、ＲｅはＳｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇから選択される少なくとも一種）（青色）、
（３）ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ（青色）、
（４）ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ，Ｍｎ（緑色）、
（５）（ＳｒＥｕ）Ｏ・Ａｌ２Ｏ３（緑色）、
（６）３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ２・ＧｅＯ２：Ｍｎ（赤色）、
（７）Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ（赤色）、
（８）Ｍｇ６Ａｓ２Ｏ１１：Ｍｎ（赤色）、
（９）Ｓｒ４Ａｌ１４O２５：Ｅｕ（青緑）
（１０）（Ｚｎ、Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ（黄色）
（１１）ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ（黄色）
（１２）Ｃａ１０（ＰＯ４）６ＣｌＢｒ：Ｍｎ、Ｅｕ（青）
（１３）Ｇｄ２Ｏ２：Ｅｕ（赤色）及び
（１４）Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ（赤色）等が挙げられる。
【００３５】
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、二層以上から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。
【００３６】
ＬＥＤチップ１０３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１０３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１０３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。
【００３７】
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。
【００３８】
具体的な蛍光体としては、銅で付活された硫化カドミ亜鉛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（Ｒｅ1-xＳｍx）3（Ａｌ1-yＧａy）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。蛍光体として特に（Ｒｅ1-xＳｍx）3（Ａｌ1-yＧａy）5Ｏ12：Ｃｅを用いた場合には、ＬＥＤチップ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装置とすることができる。
【００３９】
（Ｒｅ1-xＳｍx）3（Ａｌ1-yＧａy）5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体は、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５３０ｎｍ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。
【００４０】
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℃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蛍光体を得ることができる。
【００４１】
本発明の発光装置において、蛍光体は、２種類以上の蛍光体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（Ｒｅ1-xＳｍx）3（Ａｌ1-yＧａy）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種類以上の蛍光体を混合調整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体の量を調整し含有させることでその蛍光体間と発光素子で結ばれる色度図上の任意の点を発光させることができる。
【００４２】
このような蛍光体は、気相や液相中に分散させ均一に放出させることができる。気相や液相中での蛍光体は、自重によって沈降する。特に液相中においては懸濁液を静置させることで、より均一性の高い蛍光体を持つ層を形成させることができる。所望に応じて複数回繰り返すことにより所望の蛍光体量を形成することができる。
【００４３】
以上のようにして形成される蛍光体は、発光装置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。
［ＬＥＤチップ１０３］
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１０３とは、蛍光体を励起可能なものである。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。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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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１０３の主発光波長は３５０ｎｍ以上５３０ｎｍ以下が好ましい。
［パッケージ１０２］
パッケージ１０２は、ＬＥＤチップ１０３を凹部内に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１０２とすることもできる。また、好適には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１０２の発光観測表面側が暗色系に着色されている。パッケージ１０２は、ＬＥＤチップ１０３をさらに外部環境から保護するためにコーティング層１１１、１１２に加えて透光性保護体であるモールド部材１０６を設けることもできる。パッケージ１０２は、コーティング層１１１、１１２やモールド部材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１０２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。
【００４８】
パッケージ１０２の凹部内表面は、エンボス加工させて接着面積を増やしたり、プラズマ処理してモールド部材との密着性を向上させることもできる。パッケージ１０２は、外部電極１０４と一体的に形成させてもよく、パッケージ１０２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。このようなパッケージ１０２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、金属などを用いることができる。紫外線を含む光を発光するＬＥＤチップを用いた発光装置を高出力で使用する場合、樹脂が紫外線によって劣化し、樹脂の黄変などによる発光効率低下や、機械的強度の低下による発光装置の寿命の低下などが生じることが考えられる。そこで、パッケージ材料として金属を使用することは、紫外線を含む光を発光するＬＥＤチップを高出力で使用した場合でも樹脂のようにパッケージが劣化することがないためより好ましい。
【００４９】
また、パッケージ１０２を暗色系に着色させる着色剤としては種々の染料や顔料が好適に用いられる。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。
【００５０】
ＬＥＤチップ１０３とパッケージ１０２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。紫外線を含む光を発光するＬＥＤチップを用いた発光装置を高出力で使用する場合、ＬＥＤチップ１０３とパッケージ１０２との接着部分は、ＬＥＤチップから放出された紫外線などが封止部材の樹脂やあるいはそれに含まれる蛍光体などによっても反射され、パッケージ内においても特に高密度になる。そのため、接着部分の樹脂が紫外線によって劣化し、樹脂の黄変などによる発光効率低下や、接着強度の低下による発光装置の寿命の低下などが生じることが考えられる。このような紫外線による接着部分の劣化防止のために、ガラスや紫外線吸収剤を含有させた樹脂などを使用して接着することがより好ましい。特に、パッケージに金属材料を使用した場合は、ＬＥＤチップ１０３とパッケージ１０２との接着はＡｕ−Ｓｎなどの共晶はんだ等を使用して行われる。そのため、接着に樹脂を使用した場合と異なり、紫外線を含む光を発光するＬＥＤチップを用いた発光装置を高出力で使用した場合でも接着部分は劣化しない。
【００５１】
また、ＬＥＤチップ１０３を配置固定させると共にパッケージ１０２内の外部電極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。
［外部電極１０４］
外部電極１０４は、パッケージ１０２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１０２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。
【００５２】
このような外部電極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は、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であることが好ましい。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。
［導電性ワイヤー１０５］
導電性ワイヤー１０５としては、ＬＥＤチップ１０３の電極とのオーミック性、機械的接続性、電気伝導性及び熱伝導性がよいものが求められる。熱伝導度としては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。また、作業性、および高出力の発光装置を形成する場合などを考慮して導電性ワイヤー１０５の直径は、好ましくは、Φ１０μｍ以上、Φ７０μｍ以下である。このような導電性ワイヤー１０５として具体的には、金、銅、白金、アルミニウム等の金属及びそれらの合金を用いた導電性ワイヤーが挙げられる。このような導電性ワイヤー１０５は、各ＬＥＤチップ１０３の電極と、インナー・リード及びマウント・リードなどと、をワイヤーボンディング機器によって容易に接続させることができる。
［モールド部材１０６］
モールド部材１０６は、発光装置の使用用途に応じてＬＥＤチップ１０３、導電性ワイヤー１０５、蛍光体が含有されたコーティング層１１１、１１２などを外部から保護するため、あるいは光取り出し効率を向上させるために設けることができる。モールド部材１０６は、各種樹脂や硝子などを用いて形成させることができる。モールド部材１０６の具体的材料としては、主としてエポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂などの耐候性に優れた透明樹脂や硝子などが好適に用いられる。また、モールド部材に拡散剤を含有させることによってＬＥＤチップ１０３からの指向性を緩和させ視野角を増やすこともできる。このような、モールド部材１０６は、コーティング層の結着剤と同じ材料を用いても良いし異なる材料としても良い。また、モールド部材１０６には、蛍光体と共に紫外線吸収剤を含有させても良い。これにより、コーティング層に含まれる蛍光体によって変換されずに透過する紫外線をモールド部材１０６において完全に吸収するため外部に紫外線を漏らさない、安全な発光装置が形成できる。
【００５３】
なお、金属パッケージを使用して、窒素ガスなどと共にＬＥＤチップ１０３を気密封止する場合は、モールド部材１０６は本発明に必須の構成部材ではない。また、紫外線を発光するＬＥＤチップを使用して発光装置を形成する場合であっても、フッ素樹脂等のように紫外線に強い樹脂をモールド部材として使用することができる。
［スプレー装置３００］
本実施の形態では、図２および図４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、３０９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３０９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３０１からバルブ３０２を経由してノズル２０１の先端部まで搬送管３０９を通して搬送され、その後搬送管３０８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を介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。
【００５４】
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。
【００５５】
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２０１）
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、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す、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。
【００５６】
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さま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。
【００５７】
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、導電性ワイヤーの陰になる発光素子表面上にも回り込み、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い。また、導電性ワイヤーの変形や断線がなく歩留まりが向上する。
【００５８】
これにより、作業性を向上させ、かつＳｉＯ２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、即ち発光素子の上面、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。
［ヒーター２０５］
本実施の形態では、図４に示されるように、塗布液が吹き付けられた瞬間にエタノールおよび溶剤を飛ばすため、発光素子はヒーター２０５上において温度５０℃以上３００℃以下の加温状態のもとで塗布されることが望ましい。これにより、塗布液が発光素子の上面、側面および角、さらに支持体表面に吹き付けられた後に吹き付けられた場所から流れ出すことはなく、塗布液を発光素子の上面、側面および角、さらに支持体表面に付着させることができる。従って、ＳｉＯ２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の上面、側面および角の部分を覆うことができる。
【００５９】
【実施例】
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。
（実施例１）
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を、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。
【００６０】
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チップをエポキシ樹脂などを用いて固定させる。導電性ワイヤーである金線をＬＥＤチップの各電極とパッケージに設けられた各外部電極とにそれぞれワイヤーボンディングさせ電気的に接続させてある。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。各パッケージの開口部を除く表面には、レジスト膜が形成されている。８２８０個のＬＥＤチップが配置されたパッケージを純粋電解質が入った容器中に配置させる。
【００６１】
他方、蛍光体は、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（Ｙ0.8Ｇｄ0.2）3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体を形成させた。
【００６２】
次に、Ｓｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ及びアルカリ土類元素の１種又は２種以上を有する酸化物である無機物で蛍光体をバインドする。本実施例では、一般的に使用されるＳｉＯ２にて蛍光体をバインドし、ＳｉＯ２により蛍光体がバインドされてなるコーティング層を発光素子の表面上、および発光素子の表面上以外の支持体上に、コーティング層として形成する。
【００６３】
ＳｉＯ２により蛍光体がバインドされてなるコーティング層は、アルキルシリケートと高沸点有機溶剤とを所定の割合で混合してなるシリカゾル中に蛍光体（粉体）を均一に分散させた塗布液を調整して、その蛍光体が分散されたシリカゾルを、パッケージ内に実装されてワイヤーボンディングされた発光素子の全面を覆うようにスプレーコーティングした後、ＳｉＯ2成分を固着させることにより形成する。
【００６４】
以下、図２および図４を参照して本発明における、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スプレーコーティングによる形成方法について、エチルシリケートを使用する場合を例にとり順を追って説明する。
【００６５】
工程１．
アルキルシリケートとしてメチルシリケート、エチルシリケート、Ｎ−プロピルシリケート、Ｎ−ブチルシリケート、が使用できるが、本実施例では、ＳｉＯ２を４０ｗｔ％含むエチルシリケートを縮合させた無色透明のオリゴマー液体を使用する。また、エチルシリケートは、予め触媒存在下において水と反応させて加水分解反応を起こしたものを使用する。
【００６６】
まず、エチルシリケートの加水分解溶液とエチレングリコールと蛍光体が重量比で１：１：１となる混合溶液を調整し、蛍光体が塗布液中で均一に分散するように撹拌して塗布液を調整した。ここで、エチルシリケートは乾燥してゲル化しやすいため、ブタノール、エチレングリコールのような高沸点（１００℃〜２００℃）の有機溶剤と混合することが好ましい。このように高沸点の有機溶剤と混合すると、乾燥したエチルシリケートのゲルがノズルの先端部などに付着し塗布液の噴出に対して障害物となることによる塗布液の噴出量の低下を防ぐことができ、作業性をよくすることができる。
【００６７】
工程２．
上記塗布液を容器３０１に入れ、循環ポンプ３０３によって塗布液を容器からノズル２０１に搬送する。塗布液の流量はバルブ３０２によって調節する。
【００６８】
ここで、霧状の塗布液がノズル２０１から噴出されると、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４０〜５０ｍｍと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。
【００６９】
図２に示されるように、塗布液とガスを発光素子の上面、側面および角、さらに支持体表面に所望の膜厚になるまで繰り返し吹き付けて塗布液を付着させる。ここで、所望の膜厚とは、コーティング層内に含まれる蛍光体によってＬＥＤからの光が十分に波長変換され、蛍光体粒子によって光の透過率の低下を招かない程度のコーティング層の厚さをいう。
【００７０】
また、エチルシリケートの加水分解によって生成したエタノールおよび溶剤を塗布液が吹き付けられた瞬間に飛ばすため、発光素子はヒーター上において５０℃以上３００℃以下の温度で加温状態にあることが望ましい。これにより、塗布液が発光素子の上面、側面および角、さらに支持体表面に吹き付けられた後に流れ出すことはなく、ＳｉＯ２により蛍光体がバインドされてなるコーティング層を発光素子の上面、側面および角、さらに支持体表面に形成させることができる。
【００７１】
このスプレーによるコーティングを行うことにより、均一に蛍光体が分散した状態で、ＳｉＯ２により蛍光体をバインドしたコーティング層で発光素子の上面、側面および角の部分を覆うことができる。
【００７２】
工程３．
手順２を行った後、室温で放置する。このとき、エチルシリケートは、空気中の水分と反応してＳｉＯ２とエタノールに分解する。したがって、発光素子の表面にはＳｉＯ２により蛍光体がバインドされてなるコーティング層が形成される。
【００７３】
工程４．
表面にＳｉＯ２により蛍光体がバインドされてなるコーティング層が形成された発光素子を、３００℃の温度で２時間乾燥させることにより、エチルシリケートの加水分解の際に生成するエタノール、および溶剤を完全に蒸発させ、ＳｉＯ２により蛍光体がバインドされてなるコーティング層を発光素子表面に固着させる。ここで、窒化物系発光素子は３５０℃以上の温度下に置かれると、発光素子としての性能が低下するため、３００℃の温度下で発光素子表面への固着が可能なアルキルシリケートは、蛍光体のバインダとしての使用に適している。
【００７４】
以上の工程により、均一に分散した状態の蛍光体を含み、層厚が約２０μｍのコーティング層が発光素子の上面、側面および角の上に形成される。
【００７５】
ここで、本実施の形態では、ＳｉＯ２により蛍光体がバインドされてなるコーティング層に含まれる蛍光体の含有量は、ＳｉＯ２により蛍光体がバインドされてなるコーティング層を介して出力される光が実質的に蛍光体７１によって波長変換された白色光のみになるように、すなわち、発光素子により発光された青色光のほとんどが蛍光体に吸収されて該蛍光体を励起するように比較的大きく設定することが好ましい。このようにすると発光効率（発光素子に入力された電力に対する出力される光の比）を高くすることができる。
【００７６】
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に含有させる蛍光体の量は、所望の色調に対応させて種々の値に設定されるものであり、本発明は蛍光体の含有量により限定されるものではないが、本発明者らの検討によると、ＳｉＯ２により蛍光体がバインドされてなるコーティング層は、蛍光体を少しでも含むと、発光素子表面上への付着強度が強くなり、また割れにくくなることも確認されている。
【００７７】
以上のように構成された実施の形態１の発光装置は、無機物であり、かつ紫外線による劣化がほとんどないＳｉＯ２によって蛍光体がバインドされてなるコーティング層が発光素子の全面に形成されているので、ＬＥＤチップとして紫外域で発光する発光素子を用いることも可能となる。
【００７８】
得られた発光装置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。本発明による発光装置の発光光率は２４．０ｌｍ／ｗであった。
（実施例２）
エチルシリケートの代わりに、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ＝ポリテトラフルオロエチレン）を用いて塗布液を調整して蛍光体をバインドする以外は、実施例１と同様の方法により発光装置を形成した。
【００７９】
以上の実施例２の発光装置は、実施例１と同等の性能が得られ、かつ実施例１に比較して製造歩留まりが向上した。
（実施例３）
図３に本実施例にかかる発光装置を示す。
【００８０】
パッケージ４０５は金属からなり、中央部に凹部ａを有する。また、前記凹部の周囲であるベース部ｂは、厚さ方向に貫通された貫通孔を２つ有し、それぞれの貫通孔は前記凹部を挟んで対向している。該貫通孔内には、絶縁部材４０３である硬質ガラスを介して正及び負のリード電極４０２がそれぞれ挿入されている。また、金属パッケージの主面側に透光性窓部４０７と金属部からなるリッド４０６を有し、金属部と金属パッケージ４０５との接触面を溶接することによって、窒素ガスとともにパッケージ内の発光素子等が気密封止されている。凹部ａ内に収納されるＬＥＤチップ４０１は、紫外線を発光する発光素子であり、ＬＥＤチップ４０１と金属パッケージ４０５との接着はＡｕ−Ｓｎなどの共晶はんだ等を使用して行われている。
【００８１】
図３に示されるように、まず、発光素子の上にを含むＡｌ２Ｏ３によりＣＣＡ−Ｂｌｕｅ（化学式、Ｃａ１０（ＰＯ４）６ＣｌＢｒ、付活材Ｍｎ、Ｅｕ）蛍光体４０９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４０８がバインドされてなるコーティング層を実施例１と同様の方法により形成した。
【００８２】
このように構成すると、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は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るなどの効果がある。
【００８３】
【発明の効果】
本発明によれば、コーティングの厚みが発光素子の上面、側面および角の部分でほぼ均一な本発明の発光装置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装置とさせることができる。また、歩留まりの高い発光装置とすることができる。
【００８４】
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明による方法によって製造された発光装置との比較のために示す、従来の発光装置の模式的な断面図である。
【図２】 図２は本発明による方法によって製造された発光装置の模式的な断面図である。
【図３】 図３は本発明による方法によって製造された発光装置の模式的な断面図である。
【図４】 図４は、本発明の発光装置を形成させる工程を示した模式図である。
【図５】 図５は、本発明の発光装置を形成させる装置を示した模式図である。
【符号の説明】
２、１０２・・・パッケージ
３、１０３、４０１・・・ＬＥＤチップ
４、１０４、４０２・・・外部電極
５、１０５、４０４・・・導電性ワイヤー
６、１０６・・・モールド部材
１１、１１１・・・ＬＥＤチップ上のコーティング層
１２、１１２・・・支持体上のコーティング層
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
４０３・・・絶縁性部材
４０５・・・金属パッケージ
４０６・・・リッド
４０７・・・窓部
ａ・・・凹部
ｂ・・・ベース部
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明用光源、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の形成方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
近年、窒化ガリウム系化合物半導体を用いて構成された発光素子と蛍光体とを組み合わせた、白色光の発光が可能な発光装置（白色発光装置）が開発され、使用されるようになってきている。この発光装置は、発光素子から出力される青色の光の一部を蛍光体により波長変換して、その波長変換された光と発光素子からの青色光との混色により、白色の光を発光させるものであり、従来は、例えば、発光素子がマウントされたパッケージ等を、蛍光体を含む樹脂でモールドすることにより作製されていた。
【０００３】
図１に従来のＬＥＤパッケージに発光素子のＬＥＤを実装した状態の構造を表す模式断面図を示す。２はパッケージ、３はＬＥＤチップ、４は外部電極、５は導電性ワイヤー、６はモールド部材、１１はＬＥＤチップ上のコーティング層、１２は支持体上のコーティング層である。ＬＥＤチップはパッケージ内に納められ、一方の外部電極上に絶縁性接着剤を介して接着されている。ＬＥＤチップの正負一対の電極は、導電性ワイヤーによってそれぞれ外部電極とワイヤーボンディングされている。ＬＥＤチップの上および支持体上のコーティング層には、発光素子から出力された光を波長変換するための蛍光体が含まれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＬＥＤパッケージにおいてはコーティング層の厚み（蛍光体の量）が発光素子表面の各部分で異なり、発光素子からの光量、蛍光体からの光量が部分的に異なっていた。特に、発光素子の角の部分にはコーティング層が形成されておらず、発光素子の角の部分では蛍光体による波長変換が行われず、発光素子全体における波長変換の効率の低下を招いていた。
【０００５】
そこで、本発明は、各方位における色度のずれや、発光観測面から見ての色調むらを極めて小さくし、波長変換の効率を向上した発光装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明は、支持体上に配置された発光素子と、該発光素子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体と、該蛍光体を有し前記支持体表面から前記発光素子表面全体を被覆するコーティング層とを有する発光装置の製造方法であって、前記支持体上に配置された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ことを特徴とする発光装置の製造方法である。
【０００７】
これにより、各方位における色度のずれや、発光観測面から見ての色調むらを極めて小さくし、波長変換の効率を向上した発光装置を提供することができる。
【０００８】
また、請求項２に記載の本発明は、前記螺旋状の径が、前記発光素子上方の噴射開始点から前記発光素子の表面に近づくにつれて大きいことを特徴とする請求項１記載の発光装置の製造方法である。
【０００９】
これにより、作業性を向上させ、かつ各方位における色度のずれや、発光観測面から見ての色調むらを極めて小さくし、波長変換の効率を向上した発光装置を提供することができる。
【００１０】
さらに、請求項３に記載の本発明は、前記発光素子上方の噴射開始点から前記発光素子の表面に近づくにつれて前記塗布液の回転速度は減少していることを特徴とする請求項１乃至２に記載の発光装置の製造方法である。
【００１１】
これにより、塗布液に含まれる蛍光体粒子によって発光素子表面が衝撃を受けることがなく、かつ各方位における色度のずれや、発光観測面から見ての色調むらを極めて小さくし、波長変換の効率を向上した発光装置を提供することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明者は種々の実験の結果、発光素子の上面、側面、および角の上に配置された蛍光体と、それ以外の支持体上に配置された蛍光体とを略均等に配分させることによって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を改善できることを見出し本発明を成すに到った。
【００１３】
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は、コーティング層形成時にコーティング層中に含まれる蛍光体の平面分布における傾きが生ずることにより生ずると考えられる。即ち、コーティング層は蛍光体を含有させた樹脂を先の細いノズルの如き管から吐出させることによって所望のカップ上に配置させることができる。
【００１４】
しかし、バインダ中に含有された蛍光体を発光素子の上に等量均一且つ、高速に塗布させることは極めて難しい。また、バインダの粘度やコーティング層と接するパッケージ表面などとの表面張力により、最終的に形成されるコーティング層の形状が一定しない。コーティング層の厚み（蛍光体の量）が部分的に異なり、発光素子からの光量、蛍光体からの光量が部分的に異なる。
【００１５】
そのため発光観測面上において部分的に発光素子からの発光色が強くなったり、蛍光体からの発光色が強くなり色調むらが生ずる。また、各発光装置ごとのバラツキが生ずると考えられる。本発明では、発光素子の上とそれ以外に形成される蛍光体が均一に配置させることにより、色調むらや指向性などを改善させることができるものである。
【００１６】
図２に本発明の方法によって製造した発光装置の一例、ＬＥＤパッケージに発光素子のＬＥＤを実装した状態の構造を表す模式断面図を示す。１０２はパッケージ、１０３はＬＥＤチップ、１０４は外部電極、１０５は導電性ワイヤー、１０６はモールド部材、１１１はＬＥＤチップ上のコーティング層、１１２は支持体上のコーティング層である。ＬＥＤチップはパッケージ内に納められ、一方の外部電極上に絶縁性接着剤を介して接着されている。ＬＥＤチップの正負一対の電極は、導電性ワイヤーによってそれぞれ外部電極とワイヤーボンディングされている。ＬＥＤチップの上面、側面、および角の上および支持体上のコーティング層には、発光素子から出力された光を波長変換するための蛍光体が含まれている。さらに、発光素子およびコーティング層はモールド部材によって封止されている。
【００１７】
以下、図２を参照しながら本発明の構成部材について詳述する。
［コーティング層１１１、１１２］
本発明に用いられるコーティング層１１１、１１２とは、モールド部材とは別にマウント・リードのカップ内やパッケージの開口部内などに設けられるものでありＬＥＤチップ１０３の発光を変換する蛍光体及び蛍光体を結着する樹脂や硝子などである。本発明のコーティング層１１１、１１２は、ＬＥＤチップ１０３の上面、側面および角の上に設けられたコーティング層１１１の厚みとＬＥＤチップ以外の支持体上に設けられたコーティング層１１２の厚みとが略等しい。また、コーティング層はＬＥＤチップ１０３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。
【００１８】
コーティング層では、カップなどによりＬＥＤチップから放出される高エネルギー光などが反射もされるため高密度になる。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ＬＥＤチップ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。
【００１９】
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が結着され層状にＬＥＤチップや支持体上に堆積される。
【００２０】
以下、コーティング層の具体的主材料として、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3を例にとり説明する。
（ＳｉＯ２により蛍光体がバインドされてなるコーティング層）
ＳｉＯ２により蛍光体がバインドされてなるコーティング層は、アルキルシリケートと高沸点有機溶剤とを所定の割合で混合してなるシリカゾル中に蛍光体（粉体）を均一に分散させた塗布液を調整して、その蛍光体が分散されたシリカゾルを発光素子の全面を覆うようにスプレーコーティングあるいはディスペンスした後、ＳｉＯ2成分を固着させることにより形成することができる。
【００２１】
コンクリートの補強剤、プラスチックの顔料、あるいは表面コーティング剤等に使用されるアルキルシリケートは、以下のような構造式を有する。ここで、Ｒはアルキル基であり、メチル基の場合メチルシリケート、エチル基の場合エチルシリケート、ｎ−プロピル基の場合Ｎ−プロピルシリケート、ｎ−ブチル基の場合Ｎ−ブチルシリケートとなる。
【００２２】
【化１】
アルキルシリケートの一種であるエチルシリケートは、次の図のような構造をもち、主に四塩化ケイ素とエタノールとの反応、あるいは金属ケイ素とエタノールとの反応から合成される無色透明の液体である。
【００２４】
【化２】
エチルシリケートを触媒の存在下で水と反応させると以下のように加水分解反応する。
【００２６】
【化３】
従って、エチルシリケートを加水分解させて生成するＳｉＯ２にて蛍光体をバインドし、ＳｉＯ２により蛍光体がバインドされてなるコーティング層を発光素子の表面上、および発光素子の表面上以外の支持体上に形成することができる。
（Ａｌ２Ｏ３により蛍光体がバインドされてなるコーティング層）
Ａｌ２Ｏ３により蛍光体がバインドされてなるコーティング層は、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と高沸点有機溶剤とを所定の割合で混合してなるシリカゾル中に蛍光体（粉体）を均一に分散させた塗布液を調整して、その蛍光体が分散されたシリカゾルを発光素子の全面を覆うようにスプレーコーティングあるいはディスペンスした後、Ａｌ2Ｏ3成分を固着させることにより形成することができる。
【００２８】
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は、塗料の増粘剤、ゲル化剤、硬貨剤、重合触媒、および顔料の分散剤として使用される有機アルミ化合物である。
【００２９】
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、およびアルミニウムブトキサイドは、常温で無色透明の液体であり、非常に反応性に富み空気中の水分によって水酸化アルミニウムを生成し、その後熱を加えると酸化アルミニウムを生成する。例えば、アルミニウムイソプロポキサイドは以下のように、水と容易に反応し最終的には、水酸化アルミニウムあるいはアルミナとなる。
【００３０】
【化４】
従って、アルミニウムイソプロポキサイドを空気中の水分と反応させた後、加熱により生成するＡｌ2Ｏ3にて蛍光体をバインドし、蛍光体を含むＡｌ２Ｏ３により蛍光体がバインドされてなるコーティング層を発光素子の表面上、および発光素子の表面上以外の支持体上に、コーティング層として形成することができる。
【００３２】
以上のＳｉＯ２により蛍光体がバインドされてなるコーティング層およびＡｌ２Ｏ３により蛍光体がバインドされてなるコーティング層は、同一の発光素子上に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み、あるいは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み形成させてもよいし、ＳｉＯ２により蛍光体がバインドされてなるコーティング層と、Ａｌ２Ｏ３により蛍光体がバインドされてなるコーティング層とを組み合わせて同一の発光素子上に二つ以上の層を形成させてもよい。本発明におけるスプレーによるコーティング層の形成方法によれば、二層の膜厚を制御することも可能であるから、同じ形状のコーティング層を容易に形成させることができる。例えば、同一の発光素子の上に、まずＡｌ２Ｏ３によるコーティング層を形成し、その上にＳｉＯ２によるコーティング層を形成する。ここで、蛍光体は二つの層両方に含まれてもよいし、一つの層のみに含まれてもよいし、二つの層両方に含まれなくても構わない。このように構成すると、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は、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より小さいため、光の取り出し効率が高まるなどの効果がある。
【００３３】
このようにして形成された、ＳｉＯ２により蛍光体がバインドされてなるコーティング層あるいはＡｌ２Ｏ３により蛍光体がバインドされてなるコーティング層は、従来の樹脂とは異なり無機物であるため、紫外線による劣化が樹脂に比べて極めて小さく、紫外光を発光する発光装置（紫外域発光装置）と組み合わせて用いることもできる。また、スプレーコーティングにより、波長変換機能を有する蛍光体がバインドされてなるコーティング層を発光素子の全面、即ち上面、側面、および角の部分に同じ膜厚で形成することができるので、発光素子の全面に蛍光体が均一に分散して配置される。それにより、窒化物半導体発光素子の全面、即ち上面、側面、および角の部分からの発光を極めて高い効率で波長変換し、外部に取り出すことが可能である。
【００３４】
これに対して、従来例のように樹脂の中に蛍光体を分散させた構成では、ほとんどの樹脂が青色光に含まれる紫外線により劣化するために長時間の使用に耐え得る素子を構成することができないので、紫外域で発光する発光素子を用いた白色発光装置の実用化はさらに困難であった。また、従来の方法では波長変換機能を有する蛍光体を含有するＳｉＯ２により蛍光体がバインドされてなるコーティング層あるいは樹脂を発光素子の全面、即ち上面、側面、角の部分に同じ膜厚で形成することができなかったので、発光素子の全面に蛍光体が均一に分散して配置されなかった。したがって、窒化物半導体発光素子の全面からの発光を極めて高い効率で波長変換し、外部に取り出すことが困難であった。
［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（白色）、
（２）Ｒｅ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ（但し、ＲｅはＳｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇから選択される少なくとも一種）（青色）、
（３）ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ（青色）、
（４）ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ，Ｍｎ（緑色）、
（５）（ＳｒＥｕ）Ｏ・Ａｌ２Ｏ３（緑色）、
（６）３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ２・ＧｅＯ２：Ｍｎ（赤色）、
（７）Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ（赤色）、
（８）Ｍｇ６Ａｓ２Ｏ１１：Ｍｎ（赤色）、
（９）Ｓｒ４Ａｌ１４O２５：Ｅｕ（青緑）
（１０）（Ｚｎ、Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ（黄色）
（１１）ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ（黄色）
（１２）Ｃａ１０（ＰＯ４）６ＣｌＢｒ：Ｍｎ、Ｅｕ（青）
（１３）Ｇｄ２Ｏ２：Ｅｕ（赤色）及び
（１４）Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ（赤色）等が挙げられる。
【００３５】
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、二層以上から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。
【００３６】
ＬＥＤチップ１０３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１０３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１０３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。
【００３７】
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。
【００３８】
具体的な蛍光体としては、銅で付活された硫化カドミ亜鉛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（Ｒｅ1-xＳｍx）3（Ａｌ1-yＧａy）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。蛍光体として特に（Ｒｅ1-xＳｍx）3（Ａｌ1-yＧａy）5Ｏ12：Ｃｅを用いた場合には、ＬＥＤチップ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装置とすることができる。
【００３９】
（Ｒｅ1-xＳｍx）3（Ａｌ1-yＧａy）5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体は、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５３０ｎｍ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。
【００４０】
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℃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蛍光体を得ることができる。
【００４１】
本発明の発光装置において、蛍光体は、２種類以上の蛍光体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（Ｒｅ1-xＳｍx）3（Ａｌ1-yＧａy）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種類以上の蛍光体を混合調整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体の量を調整し含有させることでその蛍光体間と発光素子で結ばれる色度図上の任意の点を発光させることができる。
【００４２】
このような蛍光体は、気相や液相中に分散させ均一に放出させることができる。気相や液相中での蛍光体は、自重によって沈降する。特に液相中においては懸濁液を静置させることで、より均一性の高い蛍光体を持つ層を形成させることができる。所望に応じて複数回繰り返すことにより所望の蛍光体量を形成することができる。
【００４３】
以上のようにして形成される蛍光体は、発光装置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。
［ＬＥＤチップ１０３］
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１０３とは、蛍光体を励起可能なものである。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。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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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１０３の主発光波長は３５０ｎｍ以上５３０ｎｍ以下が好ましい。
［パッケージ１０２］
パッケージ１０２は、ＬＥＤチップ１０３を凹部内に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１０２とすることもできる。また、好適には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１０２の発光観測表面側が暗色系に着色されている。パッケージ１０２は、ＬＥＤチップ１０３をさらに外部環境から保護するためにコーティング層１１１、１１２に加えて透光性保護体であるモールド部材１０６を設けることもできる。パッケージ１０２は、コーティング層１１１、１１２やモールド部材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１０２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。
【００４８】
パッケージ１０２の凹部内表面は、エンボス加工させて接着面積を増やしたり、プラズマ処理してモールド部材との密着性を向上させることもできる。パッケージ１０２は、外部電極１０４と一体的に形成させてもよく、パッケージ１０２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。このようなパッケージ１０２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、金属などを用いることができる。紫外線を含む光を発光するＬＥＤチップを用いた発光装置を高出力で使用する場合、樹脂が紫外線によって劣化し、樹脂の黄変などによる発光効率低下や、機械的強度の低下による発光装置の寿命の低下などが生じることが考えられる。そこで、パッケージ材料として金属を使用することは、紫外線を含む光を発光するＬＥＤチップを高出力で使用した場合でも樹脂のようにパッケージが劣化することがないためより好ましい。
【００４９】
また、パッケージ１０２を暗色系に着色させる着色剤としては種々の染料や顔料が好適に用いられる。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。
【００５０】
ＬＥＤチップ１０３とパッケージ１０２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。紫外線を含む光を発光するＬＥＤチップを用いた発光装置を高出力で使用する場合、ＬＥＤチップ１０３とパッケージ１０２との接着部分は、ＬＥＤチップから放出された紫外線などが封止部材の樹脂やあるいはそれに含まれる蛍光体などによっても反射され、パッケージ内においても特に高密度になる。そのため、接着部分の樹脂が紫外線によって劣化し、樹脂の黄変などによる発光効率低下や、接着強度の低下による発光装置の寿命の低下などが生じることが考えられる。このような紫外線による接着部分の劣化防止のために、ガラスや紫外線吸収剤を含有させた樹脂などを使用して接着することがより好ましい。特に、パッケージに金属材料を使用した場合は、ＬＥＤチップ１０３とパッケージ１０２との接着はＡｕ−Ｓｎなどの共晶はんだ等を使用して行われる。そのため、接着に樹脂を使用した場合と異なり、紫外線を含む光を発光するＬＥＤチップを用いた発光装置を高出力で使用した場合でも接着部分は劣化しない。
【００５１】
また、ＬＥＤチップ１０３を配置固定させると共にパッケージ１０２内の外部電極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。
［外部電極１０４］
外部電極１０４は、パッケージ１０２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１０２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。
【００５２】
このような外部電極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は、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であることが好ましい。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。
［導電性ワイヤー１０５］
導電性ワイヤー１０５としては、ＬＥＤチップ１０３の電極とのオーミック性、機械的接続性、電気伝導性及び熱伝導性がよいものが求められる。熱伝導度としては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。また、作業性、および高出力の発光装置を形成する場合などを考慮して導電性ワイヤー１０５の直径は、好ましくは、Φ１０μｍ以上、Φ７０μｍ以下である。このような導電性ワイヤー１０５として具体的には、金、銅、白金、アルミニウム等の金属及びそれらの合金を用いた導電性ワイヤーが挙げられる。このような導電性ワイヤー１０５は、各ＬＥＤチップ１０３の電極と、インナー・リード及びマウント・リードなどと、をワイヤーボンディング機器によって容易に接続させることができる。
［モールド部材１０６］
モールド部材１０６は、発光装置の使用用途に応じてＬＥＤチップ１０３、導電性ワイヤー１０５、蛍光体が含有されたコーティング層１１１、１１２などを外部から保護するため、あるいは光取り出し効率を向上させるために設けることができる。モールド部材１０６は、各種樹脂や硝子などを用いて形成させることができる。モールド部材１０６の具体的材料としては、主としてエポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂などの耐候性に優れた透明樹脂や硝子などが好適に用いられる。また、モールド部材に拡散剤を含有させることによってＬＥＤチップ１０３からの指向性を緩和させ視野角を増やすこともできる。このような、モールド部材１０６は、コーティング層の結着剤と同じ材料を用いても良いし異なる材料としても良い。また、モールド部材１０６には、蛍光体と共に紫外線吸収剤を含有させても良い。これにより、コーティング層に含まれる蛍光体によって変換されずに透過する紫外線をモールド部材１０６において完全に吸収するため外部に紫外線を漏らさない、安全な発光装置が形成できる。
【００５３】
なお、金属パッケージを使用して、窒素ガスなどと共にＬＥＤチップ１０３を気密封止する場合は、モールド部材１０６は本発明に必須の構成部材ではない。また、紫外線を発光するＬＥＤチップを使用して発光装置を形成する場合であっても、フッ素樹脂等のように紫外線に強い樹脂をモールド部材として使用することができる。
［スプレー装置３００］
本実施の形態では、図２および図４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、３０９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３０９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３０１からバルブ３０２を経由してノズル２０１の先端部まで搬送管３０９を通して搬送され、その後搬送管３０８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を介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。
【００５４】
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。
【００５５】
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２０１）
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、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す、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。
【００５６】
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さま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。
【００５７】
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、導電性ワイヤーの陰になる発光素子表面上にも回り込み、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い。また、導電性ワイヤーの変形や断線がなく歩留まりが向上する。
【００５８】
これにより、作業性を向上させ、かつＳｉＯ２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、即ち発光素子の上面、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。
［ヒーター２０５］
本実施の形態では、図４に示されるように、塗布液が吹き付けられた瞬間にエタノールおよび溶剤を飛ばすため、発光素子はヒーター２０５上において温度５０℃以上３００℃以下の加温状態のもとで塗布されることが望ましい。これにより、塗布液が発光素子の上面、側面および角、さらに支持体表面に吹き付けられた後に吹き付けられた場所から流れ出すことはなく、塗布液を発光素子の上面、側面および角、さらに支持体表面に付着させることができる。従って、ＳｉＯ２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の上面、側面および角の部分を覆うことができる。
【００５９】
【実施例】
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。
（実施例１）
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を、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。
【００６０】
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チップをエポキシ樹脂などを用いて固定させる。導電性ワイヤーである金線をＬＥＤチップの各電極とパッケージに設けられた各外部電極とにそれぞれワイヤーボンディングさせ電気的に接続させてある。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。各パッケージの開口部を除く表面には、レジスト膜が形成されている。８２８０個のＬＥＤチップが配置されたパッケージを純粋電解質が入った容器中に配置させる。
【００６１】
他方、蛍光体は、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（Ｙ0.8Ｇｄ0.2）3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体を形成させた。
【００６２】
次に、Ｓｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ及びアルカリ土類元素の１種又は２種以上を有する酸化物である無機物で蛍光体をバインドする。本実施例では、一般的に使用されるＳｉＯ２にて蛍光体をバインドし、ＳｉＯ２により蛍光体がバインドされてなるコーティング層を発光素子の表面上、および発光素子の表面上以外の支持体上に、コーティング層として形成する。
【００６３】
ＳｉＯ２により蛍光体がバインドされてなるコーティング層は、アルキルシリケートと高沸点有機溶剤とを所定の割合で混合してなるシリカゾル中に蛍光体（粉体）を均一に分散させた塗布液を調整して、その蛍光体が分散されたシリカゾルを、パッケージ内に実装されてワイヤーボンディングされた発光素子の全面を覆うようにスプレーコーティングした後、ＳｉＯ2成分を固着させることにより形成する。
【００６４】
以下、図２および図４を参照して本発明における、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スプレーコーティングによる形成方法について、エチルシリケートを使用する場合を例にとり順を追って説明する。
【００６５】
工程１．
アルキルシリケートとしてメチルシリケート、エチルシリケート、Ｎ−プロピルシリケート、Ｎ−ブチルシリケート、が使用できるが、本実施例では、ＳｉＯ２を４０ｗｔ％含むエチルシリケートを縮合させた無色透明のオリゴマー液体を使用する。また、エチルシリケートは、予め触媒存在下において水と反応させて加水分解反応を起こしたものを使用する。
【００６６】
まず、エチルシリケートの加水分解溶液とエチレングリコールと蛍光体が重量比で１：１：１となる混合溶液を調整し、蛍光体が塗布液中で均一に分散するように撹拌して塗布液を調整した。ここで、エチルシリケートは乾燥してゲル化しやすいため、ブタノール、エチレングリコールのような高沸点（１００℃〜２００℃）の有機溶剤と混合することが好ましい。このように高沸点の有機溶剤と混合すると、乾燥したエチルシリケートのゲルがノズルの先端部などに付着し塗布液の噴出に対して障害物となることによる塗布液の噴出量の低下を防ぐことができ、作業性をよくすることができる。
【００６７】
工程２．
上記塗布液を容器３０１に入れ、循環ポンプ３０３によって塗布液を容器からノズル２０１に搬送する。塗布液の流量はバルブ３０２によって調節する。
【００６８】
ここで、霧状の塗布液がノズル２０１から噴出されると、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４０〜５０ｍｍと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。
【００６９】
図２に示されるように、塗布液とガスを発光素子の上面、側面および角、さらに支持体表面に所望の膜厚になるまで繰り返し吹き付けて塗布液を付着させる。ここで、所望の膜厚とは、コーティング層内に含まれる蛍光体によってＬＥＤからの光が十分に波長変換され、蛍光体粒子によって光の透過率の低下を招かない程度のコーティング層の厚さをいう。
【００７０】
また、エチルシリケートの加水分解によって生成したエタノールおよび溶剤を塗布液が吹き付けられた瞬間に飛ばすため、発光素子はヒーター上において５０℃以上３００℃以下の温度で加温状態にあることが望ましい。これにより、塗布液が発光素子の上面、側面および角、さらに支持体表面に吹き付けられた後に流れ出すことはなく、ＳｉＯ２により蛍光体がバインドされてなるコーティング層を発光素子の上面、側面および角、さらに支持体表面に形成させることができる。
【００７１】
このスプレーによるコーティングを行うことにより、均一に蛍光体が分散した状態で、ＳｉＯ２により蛍光体をバインドしたコーティング層で発光素子の上面、側面および角の部分を覆うことができる。
【００７２】
工程３．
手順２を行った後、室温で放置する。このとき、エチルシリケートは、空気中の水分と反応してＳｉＯ２とエタノールに分解する。したがって、発光素子の表面にはＳｉＯ２により蛍光体がバインドされてなるコーティング層が形成される。
【００７３】
工程４．
表面にＳｉＯ２により蛍光体がバインドされてなるコーティング層が形成された発光素子を、３００℃の温度で２時間乾燥させることにより、エチルシリケートの加水分解の際に生成するエタノール、および溶剤を完全に蒸発させ、ＳｉＯ２により蛍光体がバインドされてなるコーティング層を発光素子表面に固着させる。ここで、窒化物系発光素子は３５０℃以上の温度下に置かれると、発光素子としての性能が低下するため、３００℃の温度下で発光素子表面への固着が可能なアルキルシリケートは、蛍光体のバインダとしての使用に適している。
【００７４】
以上の工程により、均一に分散した状態の蛍光体を含み、層厚が約２０μｍのコーティング層が発光素子の上面、側面および角の上に形成される。
【００７５】
ここで、本実施の形態では、ＳｉＯ２により蛍光体がバインドされてなるコーティング層に含まれる蛍光体の含有量は、ＳｉＯ２により蛍光体がバインドされてなるコーティング層を介して出力される光が実質的に蛍光体７１によって波長変換された白色光のみになるように、すなわち、発光素子により発光された青色光のほとんどが蛍光体に吸収されて該蛍光体を励起するように比較的大きく設定することが好ましい。このようにすると発光効率（発光素子に入力された電力に対する出力される光の比）を高くすることができる。
【００７６】
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に含有させる蛍光体の量は、所望の色調に対応させて種々の値に設定されるものであり、本発明は蛍光体の含有量により限定されるものではないが、本発明者らの検討によると、ＳｉＯ２により蛍光体がバインドされてなるコーティング層は、蛍光体を少しでも含むと、発光素子表面上への付着強度が強くなり、また割れにくくなることも確認されている。
【００７７】
以上のように構成された実施の形態１の発光装置は、無機物であり、かつ紫外線による劣化がほとんどないＳｉＯ２によって蛍光体がバインドされてなるコーティング層が発光素子の全面に形成されているので、ＬＥＤチップとして紫外域で発光する発光素子を用いることも可能となる。
【００７８】
得られた発光装置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。本発明による発光装置の発光光率は２４．０ｌｍ／ｗであった。
（実施例２）
エチルシリケートの代わりに、フッ素樹脂（ＰＴＦＥ＝ポリテトラフルオロエチレン）を用いて塗布液を調整して蛍光体をバインドする以外は、実施例１と同様の方法により発光装置を形成した。
【００７９】
以上の実施例２の発光装置は、実施例１と同等の性能が得られ、かつ実施例１に比較して製造歩留まりが向上した。
（実施例３）
図３に本実施例にかかる発光装置を示す。
【００８０】
パッケージ４０５は金属からなり、中央部に凹部ａを有する。また、前記凹部の周囲であるベース部ｂは、厚さ方向に貫通された貫通孔を２つ有し、それぞれの貫通孔は前記凹部を挟んで対向している。該貫通孔内には、絶縁部材４０３である硬質ガラスを介して正及び負のリード電極４０２がそれぞれ挿入されている。また、金属パッケージの主面側に透光性窓部４０７と金属部からなるリッド４０６を有し、金属部と金属パッケージ４０５との接触面を溶接することによって、窒素ガスとともにパッケージ内の発光素子等が気密封止されている。凹部ａ内に収納されるＬＥＤチップ４０１は、紫外線を発光する発光素子であり、ＬＥＤチップ４０１と金属パッケージ４０５との接着はＡｕ−Ｓｎなどの共晶はんだ等を使用して行われている。
【００８１】
図３に示されるように、まず、発光素子の上にを含むＡｌ２Ｏ３によりＣＣＡ−Ｂｌｕｅ（化学式、Ｃａ１０（ＰＯ４）６ＣｌＢｒ、付活材Ｍｎ、Ｅｕ）蛍光体４０９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４０８がバインドされてなるコーティング層を実施例１と同様の方法により形成した。
【００８２】
このように構成すると、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は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るなどの効果がある。
【００８３】
【発明の効果】
本発明によれば、コーティングの厚みが発光素子の上面、側面および角の部分でほぼ均一な本発明の発光装置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装置とさせることができる。また、歩留まりの高い発光装置とすることができる。
【００８４】
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明による方法によって製造された発光装置との比較のために示す、従来の発光装置の模式的な断面図である。
【図２】 図２は本発明による方法によって製造された発光装置の模式的な断面図である。
【図３】 図３は本発明による方法によって製造された発光装置の模式的な断面図である。
【図４】 図４は、本発明の発光装置を形成させる工程を示した模式図である。
【図５】 図５は、本発明の発光装置を形成させる装置を示した模式図である。
【符号の説明】
２、１０２・・・パッケージ
３、１０３、４０１・・・ＬＥＤチップ
４、１０４、４０２・・・外部電極
５、１０５、４０４・・・導電性ワイヤー
６、１０６・・・モールド部材
１１、１１１・・・ＬＥＤチップ上のコーティング層
１２、１１２・・・支持体上のコーティング層
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
４０３・・・絶縁性部材
４０５・・・金属パッケージ
４０６・・・リッド
４０７・・・窓部
ａ・・・凹部
ｂ・・・ベース部
Claims (3)
- 支持体上に配置された発光素子と、該発光素子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体と、該蛍光体を有し前記支持体表面から前記発光素子表面全体を被覆するコーティング層とを有する発光装置の製造方法であって、
前記支持体上に配置された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ことを特徴とする発光装置の製造方法。 - 前記螺旋状の径は、前記発光素子上方の噴射開始点から前記発光素子の表面に近づくにつれて大きいことを特徴とする請求項１記載の発光装置の製造方法。
- 前記発光素子上方の噴射開始点から前記発光素子の表面に近づくにつれて前記塗布液の回転速度は減少していることを特徴とする請求項１乃至２に記載の発光装置の製造方法。
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