ＬＥＤ素子、その製造方法、及びＬＥＤ素子の色調補正方法
【課題】個体ごとの光学特性が安定したＬＥＤ素子、その製造方法、及びＬＥＤ素子の色調補正方法を提供する。
【解決手段】ベース基板１１０に配置されたＬＥＤチップ１２０は、透光性を有する樹脂層１５０によって封止される。プリント制御システムにより、半導体量子ドットを含んだナノ蛍光体溶液が樹脂層１５０に噴射される。ナノ蛍光体溶液が硬化されて、ナノ蛍光体層１６０が積層される。半導体量子ドットは、ＬＥＤチップ１２０から放射され、ナノ蛍光体層１６０に入射した光子の少なくとも一部を吸収し、その入射した光子とは波長が異なる光子を放出する。
【解決手段】ベース基板１１０に配置されたＬＥＤチップ１２０は、透光性を有する樹脂層１５０によって封止される。プリント制御システムにより、半導体量子ドットを含んだナノ蛍光体溶液が樹脂層１５０に噴射される。ナノ蛍光体溶液が硬化されて、ナノ蛍光体層１６０が積層される。半導体量子ドットは、ＬＥＤチップ１２０から放射され、ナノ蛍光体層１６０に入射した光子の少なくとも一部を吸収し、その入射した光子とは波長が異なる光子を放出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光体方式のＬＥＤ素子、その製造方法、及び色調補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ（発光ダイオード）は、電圧の印加によって発光する半導体の一種であり、Ｐ型半導体（正孔が多い半導体）とＮ型半導体（電子が多い半導体）とが接合された「ＰＮ接合」によって構成されている。ＬＥＤチップに順方向の電圧が印加されると、電子と正孔（キャリア）の移動によって電流が流れる。キャリアは、接合部付近で再結合する。キャリアが禁制帯を越えて再結合することで、再結合エネルギーが光として放出される。
【０００３】
半導体を構成する化合物によって、放出される光の波長が変化する。化合物の種類に応じて、多様な発光色のＬＥＤが製造されている。化合物としては、例えばＧａ（ガリウム）、Ｎ（窒素）、Ｉｎ（インジウム）、Ａｌ（アルミニウム）、及びＰ（リン）等が使用される。
【０００４】
白色光は、可視光領域における連続したスペクトルを含んだ光である。また、三原色に対応する３つのピーク波長、又は補色関係にある２つのピーク波長が混合された光も視覚的には白色と認識される。ＬＥＤによって連続したスペクトルの光を放射することは困難であるため、上記の視覚特性を利用して、発光色が視覚的に白色と認識されるＬＥＤ（白色ＬＥＤ）が製造されている。代表的なものとして、蛍光体を使用した蛍光体方式のＬＥＤがある。蛍光体方式のＬＥＤは、青色光又は紫外光を放射するＬＥＤチップが、蛍光体によって覆われたものである。ＬＥＤチップが放射した光は、一部が蛍光体によって異なる波長の光に変換され、一部がそのまま放射される。この２種類の光が混合されて、白色として認識される。蛍光体方式の白色ＬＥＤとして、例えば、青色ＬＥＤチップと黄色に蛍光する蛍光体（黄色蛍光体）とが使用されたものがある。
【０００５】
引用文献１、２に記載されたような、蛍光体方式のＬＥＤ及び製造方法が知られている。例えば、ＬＥＤチップの波長を調整することで、ＬＥＤの演色性を微調整する製造方法が知られている（特許文献１を参照）。また、窒化物赤色蛍光体を使用することで、高い演色性を実現するＬＥＤが知られている（特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１７７３６８号公報
【特許文献２】特開２０１０−１５５８９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
蛍光体方式のＬＥＤは、ＬＥＤチップが、蛍光体の混入された樹脂等によって封止されたものである。従来の蛍光体の粒径は、数μｍ〜数十μｍ程度である。この蛍光体粒子の大きさのため、従来の蛍光体は分散性に乏しく、沈殿しやすい。そのため、ＬＥＤチップの個体ごとに、蛍光体の量や分散状態のばらつきが生じる。また、蛍光体の量や分散状態ばらつきに加えて、ＬＥＤチップ自体にも、個体ごとに、波長及び輝度のばらつきが存在する。
【０００８】
以上の理由により、完成したＬＥＤの個体ごとに、放射される光の光学特性に大きなばらつきが生じる。ＬＥＤを光学特性に基づきクラス（グレード）分けするために、製造プロセスの最終工程において、全ての個体が検査される。例えば、比較的上位のクラスに分類されたものは、光学特性の要件が厳格なバックライトユニットや高輝度照明用ＬＥＤとして使用される。下位のクラスに分類されて規格外と判断されたものは、一部が組み合わされて、照明用モジュール等に使用されるが、大部分が破棄される。
【０００９】
本発明は、上述された事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、個体ごとの光学特性が安定したＬＥＤ素子、その製造方法、及びＬＥＤ素子の色調補正方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
(1) 本発明に係るＬＥＤ素子は、ＰＮ接合された半導体層を有し、当該半導体層への電圧の印加によって光子を放出するＬＥＤチップと、上記ＬＥＤチップに積層されており、上記ＬＥＤチップから放出された光子を透過する第１層と、上記第１層に積層されており、上記ＬＥＤチップから放出された光子を透過する媒体中に半導体量子ドットを含んだ第２層と、を備えている。上記半導体量子ドットは、上記第２層に入射した光子の少なくとも一部を吸収し、その入射した光子とは波長が異なる光子を放出する。
【００１１】
ここで、本発明における半導体量子ドットとは、最大粒子径が５０ｎｍ以下の半導体粒子であり、特定の波長の光子を吸収して、異なる波長の光子を放出するものである。半導体量子ドットは、電子を離散的なエネルギー準位をとる状態に閉じこめるものであり、電子のエネルギー準位の変化によって、光子を吸収・放出するものである。
【００１２】
ＬＥＤチップには、第１層が積層されており、第１層の上面に第２層が積層されている。ＬＥＤチップが放出した光子の少なくとも一部は、第２層に含まれる半導体量子ドットによって、異なる波長の光子へと変換される。半導体量子ドットの量や種類を調整することで、多様な発光スペクトルのＬＥＤ素子を安定して製造することができる。半導体量子ドットは従来の蛍光体よりも粒子サイズが小さいため、量や分散状態のばらつきが起こりにくく、ＬＥＤ素子が放射する光の光学特性を安定させることができる。
【００１３】
(2) 上記ＬＥＤチップは、紫外光子又は青色の光子を放出するものであってもよい。上記第２層は、互いに異なる波長の光子を放出する複数種類の半導体量子ドットを含み、肉眼において白色と認識される光を放射するものであってもよい。
【００１４】
従来の蛍光体においては、励起波長（吸収する光子の波長）と蛍光波長（放出する光子の波長）とが１対１に対応しているため、蛍光体の選択の幅に制限がある。半導体量子ドットにおいては、１つの励起波長に対して、様々な蛍光波長を有するものが製造可能である。したがって、紫外光子又は青色の光子を放出するＬＥＤチップに対して、蛍光波長が異なる複数種類の半導体量子ドットを使用することができる。それにより、例えば青色ＬＥＤチップと黄色蛍光体とを使用した従来のＬＥＤ素子よりも、演色性の高い白色光を放射することができる。
【００１５】
(3) 上記第１層は、上記ＬＥＤチップが放出した光子によって蛍光する蛍光体を含み、肉眼において白色と認識される光を放射するものであってもよい。上記第２層は、上記第１層から放射された光とは輝度又はスペクトルの少なくとも一方が異なる光を放射するものであってもよい。
【００１６】
ここで、本発明における蛍光体とは、例えば従来のＬＥＤ素子に利用される、数〜数十μｍの発光粒子である。以下、半導体量子ドットの蛍光する性質を利用したものを「ナノ蛍光体」と表記することもあり、従来の「蛍光体」と区別して表記する。ＬＥＤチップが放出した光子の一部が、第１層の蛍光体によって異なる波長の光子に変換されて、ＬＥＤ素子は、白色と認識される光を放射する。この光に含まれる一部の光子の波長が半導体量子ドットによってさらに変更される。ＬＥＤ素子が放射する白色光の光学特性（色調）が補正され、より演色性の高い白色光となる。
【００１７】
(4) 本発明に係るＬＥＤ素子の製造方法は、電圧の印加によって光子を放出するＬＥＤチップをベース部材に配置し、導電性のリードを当該ＬＥＤチップへ接続する第１ステップと、上記ＬＥＤチップに、上記ＬＥＤチップから放出された光子を透過する第１層を積層する第２ステップと、上記ＬＥＤチップから放出された光子を透過する媒体中に、当該媒体に入射した光子の少なくとも一部を吸収し、その入射した光子とは波長が異なる光子を放出する半導体量子ドットを含んだ第２層を、上記第１層に積層する第３ステップと、を含む。
【００１８】
本発明に係るＬＥＤ素子は、例えば上記のような方法で製造可能である。ここで、本発明におけるベース部材とは、ＬＥＤチップを支持するものであり、例えば基板である。また、本発明におけるリードとは、ＬＥＤチップに電圧を印加するためのものであり、例えば導電性の線材である。また、ベース部材及びリードは同一の部材であってもよい。
【００１９】
(5) 上記第３ステップにおいて、半導体量子ドットを含んだ液の微少液滴を上記第１層に吹き付けることにより、上記第２層を形成してもよい。
【００２０】
上述された通り、半導体量子ドットは従来の蛍光体よりも粒子サイズが小さいため、半導体量子ドットを含んだ微少液滴を、例えばインクジェット方式で吹き付けることができる。このような方法により、第２層の膜厚や半導体量子ドットの量を高精度に制御することができる。
【００２１】
(6) 本発明に係るＬＥＤ素子の製造方法は、複数の上記ＬＥＤチップが形成されたウエハーに光を放射させ、当該光を光学センサーによって検知する第４ステップと、上記ウエハー面における光の光学特性の分布に基づき、当該ウエハー面の位置ごとに、半導体量子ドットの種類及び量の少なくとも一方を決定する第５ステップと、をさらに含んでいてもよい。上記第３ステップにおいて、上記決定された半導体量子ドットの種類及び量を含む上記第２層が積層されてもよい。
【００２２】
ここで、本発明における「半導体量子ドットの種類」とは、例えば、半導体量子ドットの励起波長や蛍光波長に基づく種類のことである。ＬＥＤチップの製造工程において、ＬＥＤチップは、ウエハー上に複数が製造される。ウエハーは、プロービングと呼ばれる方法によって、電気特性や光学特性が検査される。プロービングで検査された光学特性の分布に基づいて、第２層に含まれる半導体量子ドットの種類や量を決定する。これにより、ＬＥＤチップごとに最適な種類や量の半導体量子ドットを使用することが可能となり、光学特性のばらつきを少なくすることができる。
【００２３】
なお、「半導体量子ドットの種類及び量の少なくとも一方を決定する」には、必ずしも半導体量子ドットの種類や量を直接算出する必要はない。例えば半導体量子ドットを規定の分量含んだ液体を数種類用意しておき、各液体の種類や量を算出することで、間接的に半導体量子ドットの種類や量を決定してもよい。
【００２４】
(7) 本発明に係るＬＥＤ素子の製造方法は、上記第２層が積層されたＬＥＤチップに光を放射させ、上記第２層を通して放射された光を光学センサーによって検知する第６ステップと、上記第６ステップで上記光学センサーが検知した光の光学特性が閾値内にある否かを判断し、閾値内にないと判断された場合、当該光学特性を閾値内のものにするために必要な半導体量子ドットの種類及び量の少なくとも一方を決定する第７ステップと、上記第７ステップで決定された半導体量子ドットの種類及び量を含む上記第２層をさらに積層する第８ステップと、をさらに含むをさらに含んでいてもよい。
【００２５】
本構成では、第２層が積層されたＬＥＤ素子が放射する光の光学特性を検査する。検査の結果、光学特性が閾値内になかった場合、光学特性を閾値内のものにするために必要な半導体量子ドットの種類や量を決定する。決定された半導体量子ドットの種類や量に基づき、再度第２層が積層される。このような方法によると、従来は破棄されていたＬＥＤ素子の光学特性を補正して、再利用することができる。
【００２６】
(8) 本発明は、電圧の印加によって光子を放出するＬＥＤチップに、上記ＬＥＤチップから放出された光子を透過する第１層が積層されたＬＥＤ素子の色調補正方法である。本発明に係るＬＥＤ素子の色調補正方法は、上記ＬＥＤ素子に光を放射させ、当該光を光学センサーによって検知する第９ステップと、上記第９ステップで上記光学センサーが検知した光の光学特性を閾値内のものにするために必要な半導体量子ドットの種類及び量の少なくとも一方を決定する第１０ステップと、上記ＬＥＤチップから放出された光子を透過する媒体中に、上記第１０ステップで決定された半導体量子ドットの種類及び量を含む第２層を上記第１層に積層する第１１ステップと、を含む。上記半導体量子ドットは、上記第２層に入射した光子の少なくとも一部を吸収し、その入射した光子とは波長が異なる光子を放出するものである。
【００２７】
従来のＬＥＤ素子に半導体量子ドットを含んだ第２層を積層することで、光学特性を補正することができる。このような方法によると、従来は破棄されていたＬＥＤ素子を再利用することができる。
【００２８】
(9) 上記第１１ステップにおいて、半導体量子ドットを含んだ液の微少液滴を上記第１層に吹き付けることにより、上記第２層を形成してもよい。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によると、ＬＥＤ素子の個体ごとの光学特性を安定させることができる。また、従来は規格外として破棄されていたＬＥＤ素子の光学特性を補正して、再利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、ＬＥＤ素子１００の上面を示した斜視図である。
【図２】図２は、ＬＥＤ素子１００の下面を示した斜視図である。
【図３】図３は、ＬＥＤ素子１００の分解斜視図である。
【図４】図４は、図１のIV−IV切断面におけるＬＥＤ素子１００の断面図である。
【図５】図５は、ＬＥＤ素子１００の製造フローを、各工程で使用される装置と共に示した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下に、適宜図面が参照されて、本発明の好ましい実施形態が説明される。なお、以下に説明される実施形態は、本発明の一例に過ぎず、本発明の要旨を変更しない範囲で、本発明の実施形態が適宜変更できることは言うまでもない。
【００３２】
［ＬＥＤ素子１００の概略構成］
図１から図４に示されるように、ベース基板１１０には、ＬＥＤチップ１２０が配置されている。ＬＥＤチップ１２０からは、ワイヤー１３０がベース基板１１０に向けて延出されている。ＬＥＤチップ１２０の周囲を隔壁１４０が円形に囲っており、ベース基板１１０と隔壁１４０とによって凹条の窪みである凹部１４１が形成されている。凹部１４１の内側では、透光性を有する樹脂が硬化されて樹脂層１５０が形成されている。樹脂層１５０によって封止されている。樹脂層１５０には、半導体量子ドットを含んだナノ蛍光体層１６０が積層されている。
【００３３】
本構成では、ＬＥＤチップ１２０が放射した光のスペクトルが、ナノ蛍光体層１６０によって変換される。それにより、ＬＥＤ素子１００は、視覚的に白色と認識される光（以下、単に白色光とも称される。）を放射する。以下、ＬＥＤ素子１００を構成する各部材がより詳細に説明される。
【００３４】
［ベース基板１１０］
図１から図４に示されるベース基板１１０（本発明のベース部材に相当）は、ガラスエポキシ樹脂等で形成された略平板状の部材である。ベース基板１１０上には、導電性の金属によって回路パターンが形成されている。回路パターンは、電気的に分割された第１リード１１１と、第２リード１１２とによって形成されている。第１リード１１１及び第２リード１１２は、ベース基板１１０の側縁を経緯して、ベース基板１１０の上面（図１のＬＥＤチップ１２０が配置された面）から下面（上面と対向する面）に延出されている。第１リード１１１は、ベース基板１１０の上面において、ＬＥＤチップ１２０が配置される配置領域１１３を形成している。配置領域１１３は、後述されるＬＥＤチップ１２０のＮ型半導体層１２２と接触し、Ｎ型半導体層１２２と電気的に接続される。第２リード１１２は、ワイヤー１３０によって、後述されるＬＥＤチップ１２０のＰ型半導体層１２１と電気的に接続される。図２に示されるように、第１リード１１１及び第２リード１１２は、ベース基板１１０の下面において、ＬＥＤ素子１００に電圧を印加するための接点１１４をそれぞれ形成している。なお、第１リード１１１、第２リード１１２、及びワイヤー１３０が本発明のリードを構成するものである。また、Ｐ型半導体層１２１及びＮ型半導体層１２２が、本発明の半導体層を構成するものである。
【００３５】
［ＬＥＤチップ１２０］
図４に示されるように、ＬＥＤチップ１２０は、Ｐ型半導体で形成されたＰ型半導体層１２１と、Ｎ型半導体で形成されたＮ型半導体層１２２とが接合（ＰＮ接合）されたものである。接合部１２３付近では電子と正孔と（多数キャリア）が互いに拡散して結びつくことで、多数キャリアの少ない空乏層が形成されている。Ｐ型半導体層１２１とＮ型半導体層１２２との間に順方向の電圧（Ｐ型半導体層１２１に正電圧）が印加されると、空乏層の拡散電位が減少して電流が流れる。Ｐ型半導体層１２１及びＮ型半導体層１２２から注入された多数キャリアは、接合部１２３付近で再結合する。多数キャリアが禁制帯を超えて再結合することで、再結合エネルギーが光子として放出される。即ち、ＬＥＤチップ１２０は光を放射する。
【００３６】
本実施形態におけるＬＥＤチップ１２０は、青色光を放射するものであってもよい。ＬＥＤチップ１２０が放射する光の波長は、Ｐ型半導体層１２１及びＮ型半導体を形成する半導体材料のバンドギャップの大きさにより決定される。青色の光を放射するＬＥＤチップ（青色ＬＥＤチップ）は、例えば半導体材料としてＧａＮ（窒化ガリウム）、Ａｌ２Ｏ３（サファイア）、ＳｉＣ（炭化珪素）、又はＧａＡｓ（ガリウムヒ素）を使用することで製造される。また、ＬＥＤチップ１２０は、例えば紫外線を放射するものであってもよい。紫外線を放射するＬＥＤチップ１２０は、例えば半導体材料としてＧａＮ（窒化ガリウム）、又はＣ（ダイヤモンド）を使用することで製造される。
【００３７】
ＬＥＤチップ１２０は、ベース基板１１０における第１リード１１１の配置領域１１３に、導電性のペースト等によって固定されている。ペーストの原料には、例えばＡｇ（銀）が使用される。ＬＥＤチップ１２０は、Ｎ型半導体層１２２がベース基板１１０側に位置するように固定されており、Ｎ型半導体層１２２は、第１リード１１１と電気的に接続されている。Ｐ型半導体層１２１には、導電性製のワイヤー１３０が接続されている。ワイヤー１３０の他端は、第２リード１１２に接続されている。ワイヤー１３０には、例えばＡｕ（金）が使用される。即ち、Ｐ型半導体層１２１は、第２リード１１２と電気的に接続されている。以上の構成により、ベース基板１１０の下面に形成された接点１１４を通じて、Ｐ型半導体層１２１とＮ型半導体層１２２との間に電圧を印加することができる。
【００３８】
［隔壁１４０］
図１から図４に示されるに示される隔壁１４０は、ベース基板１１０の上面に遮光性の樹脂等で形成されている。隔壁１４０は、ＬＥＤチップ１２０の周囲を円形に囲うように形成されている。ベース基板１１０と隔壁１４０とによって凹条の窪みが形成されており、その窪みの中にＬＥＤチップ１２０が配置された状態になっている。ベース基板１１０と隔壁１４０とによって形成される窪みが、凹部１４１と称される。隔壁１４０は、ＬＥＤチップ１２０が放射した光が進行する方向を規定するものである。隔壁１４０の高さ及び内周面の傾斜角度等は、光が放射されるべき方向に基づいて、適宜決定される。また、光が拡散して放射されることが求められる場合には、隔壁１４０は必ずしも必須の構成要素ではない。
【００３９】
［樹脂層１５０］
図１、３、及び４に示される樹脂層１５０（本発明の第１層に相当）は、凹部１４１に流し込まれて硬化された透光性を有する樹脂である。ＬＥＤチップ１２０は、樹脂層１５０によって封止されている。ＬＥＤ素子１００が隔壁１４０を備えない構成では、樹脂がベース基板上に直接滴下されて、ＬＥＤチップ１２０を封止してもよい。ＬＥＤチップ１２０が放射した光は、樹脂層１５０を透過して、後述されるナノ蛍光体層１６０（本発明の第２層に相当）に入射する。
【００４０】
［ナノ蛍光体層１６０］
図４に示されるナノ蛍光体層１６０は、半導体量子ドットを含んだナノ蛍光体溶液が、樹脂層１５０の上面に塗布又は吹き付けられて硬化したものである。なお、説明の便宜上、図４のナノ蛍光体層１６０は、実際のものよりも厚みがあるように示されている。実際には、ナノ蛍光体層１６０は、厚さ数μｍの薄膜である。ナノ蛍光体溶液は、透光性を有する硬化性の媒体に半導体量子ドットが含有されたものである。媒体には、例えば感光性樹脂が使用される。半導体量子ドットは、最大粒子径が５０ｎｍ以下の微粒子であり、特定の波長の光子を吸収して、異なる波長の光子を放出するものである。半導体量子ドットには、離散的なエネルギー準位をとる電子が閉じこめられている。電子のエネルギー準位が変化することで、半導体量子ドットは光子を吸収・放出する。また、半導体量子ドットの結晶の大きさにより、半導体量子ドットが吸収・放出する光子のエネルギーは変化する（量子サイズ効果）。
【００４１】
さらに半導体量子ドットの粒子構造が以下に説明される。本発明で使用される半導体量子ドットには、コアシェル型半導体量子ドットと呼ばれるものが使用可能である。コアシェル型半導体量子ドットは、発光部としてのコアが保護膜としてのシェルにより被膜されたものである。例えば、コアにはＣｄＳｅ（セレン化カドミウム）、シェルにはＺｎＳ（硫化亜鉛）が使用可能である。ＣｄＳｅの粒子の表面欠陥がバンドギャップの大きいＺｎＳにより被膜されることで量子収率が向上する。また、半導体量子ドットは、コアが第１シェル及び第２シェルにより二重に被膜されたものであってもよい。コアにはＣｄＳｅ、第１シェルにはＺｎＳｅ（セレン化亜鉛）、第２シェルにはＺｎＳが使用可能である。ＣｄＳｅとＺｎＳとの界面に、両者の中間的な格子定数を持つＺｎＳｅ層がエピタキシャル的に挟み込まれている。このような粒子構造によると、ＣｄＳｅとＺｎＳの間の格子のミスマッチによる歪みが、亜鉛とセレンを原料としたＺｎＳにより緩和される。それにより、半導体量子ドットの物性ははるかに向上する。ただし、上述されたコアシェル型半導体量子ドットの構造は一例に過ぎず、コア及びシェルには他の物質が使用されてもよい。例えば、コアには、ＩｎＰ（リン化インジウム）又はＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）が使用されてもよい。また、シェルには、ＣｄＳ（硫化カドミウム）が使用されてもよい。
【００４２】
また、これらの半導体量子ドットをナノ蛍光体溶液とする場合には、表面置換や表面処理も重要なものとなる。これらの処理に使用される物質は、溶液への親和性が高く、水分や酸素の遮へい性、さらには半導体量子ドットに対して不活性であるものが望ましい。例えばホスフィンやアミン系の化学品、及びフッ素系やシリコーン系等の樹脂のモノマーやポリマー等が挙げられる。この処理によって、蛍光体溶液とする半導体量子ドットの物性や耐性がはるかに向上する。このように、可視光域に蛍光波長をもつ半導体量子ドットであって、複合構造をもち、適切な表面処理置換をされたものが、本発明のナノ蛍光体溶液として利用可能である。
【００４３】
半導体量子ドットの励起波長（吸収する光子の波長）は、ＬＥＤチップ１２０が放出する光子の波長にマッチングされている。ＬＥＤチップ１２０として青色ＬＥＤチップが使用される場合、半導体量子ドットの励起波長は、例えば４５０ｎｍ前後である。また、ナノ蛍光体層１６０を通して放射される光が白色となるように、半導体量子ドットの蛍光波長が決定されている。本実施形態においては、蛍光波長が５２０ｎｍ（緑色）及び６６０ｎｍ（赤色）の半導体量子ドットがそれぞれ使用されている。ＬＥＤチップ１２０が放出した青色の光子の一部が、半導体量子ドットによって緑色又は赤色の光子に変換されることで、ＬＥＤ素子１００は、赤色、緑色、及び青色の光子をほぼ均等に有する白色光を放射する。
【００４４】
紫外線を放射するＬＥＤチップ１２０が使用される場合は、蛍光波長が、例えば４５０ｎｍ（青色）、５２０ｎｍ（緑色）及び６６０ｎｍ（赤色）の半導体量子ドットが使用される。ＬＥＤチップ１２０が放出した紫外光子の一部が、半導体量子ドットによって青色、緑色、又は赤色の光子に変換されることで、ＬＥＤ素子１００は、赤色、緑色、及び青色の光子を均等に有する白色光を放射する。紫外光子は不可視であるため、一部がそのまま放出されても、視覚には影響しない。
【００４５】
ただし、半導体量子ドットの種類や分量等は上述された例に限定されるものではない。当業者は、ＬＥＤチップ１２０が放出する光子の波長、及び半導体量子ドットの種類や分量を任意に変化させることで、用途ごとにＬＥＤ素子１００が放射する光の特性を変化させることができる。例えば、緑色の光を放射するＬＥＤチップ１２０に対して、蛍光波長が６６０ｎｍ（赤色）の半導体量子ドットを使用することで、発光色が黄色のＬＥＤ素子１００を製造することができる。
【００４６】
また、ＬＥＤ素子１００が液晶ディスプレイのバックライトとして使用される場合、液晶ディスプレイに求められる要件に応じて半導体量子ドットの種類や分量を変化させることで、光の特性が若干ずつ異なるＬＥＤ素子１００を製造することができる。また、照明の対象（例えば、食品や衣類等）、及び使用される用途（例えば、集魚灯や植物工場用照明等）ごとに光の特性が異なるＬＥＤ素子１００を製造することも可能である。
【００４７】
また、樹脂層１５０は、従来より使用される例えばＹＡＧ系の蛍光体を含んでいてもよい。その場合、樹脂層１５０を通して放射される白色光の輝度やスペクトルに基づいて、ナノ蛍光体層１６０に含まれる半導体量子ドットの量や種類を決定することで、白色光の輝度やスペクトルを補正することができる。
【００４８】
ナノ蛍光体層１６０は、異なる半導体量子ドットが規定の分量で配合されたナノ蛍光体溶液によって形成されてもよい。あるいは、１種類の半導体量子ドットのみが含まれたナノ蛍光体溶液の層が積層された後に、異なる半導体量子ドットが含まれたナノ蛍光体溶液の層が積層されてもよい。即ち、ナノ蛍光体層１６０は、互いに異なる半導体量子ドットを含んだ多重の層として形成されてもよい。また、ナノ蛍光体層１６０の上からさらに樹脂層１５０が積層されて、ナノ蛍光体層１６０が樹脂層１５０の間に挟み込まれてもよい。
【００４９】
［ＬＥＤ素子１００の製造方法］
ＬＥＤ素子１００の製造方法が以下に説明される。図５の製造フロー４００において、ＬＥＤ素子１００の製造のための各工程がアルファベットのＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、及びＥで示される。ＬＥＤ素子１００の製造方法は、ウエハーの検査工程（Ａ）、ＬＥＤ素子１００の組立工程（Ｂ）、ナノ蛍光体層１６０の積層工程（Ｃ）、ＬＥＤ素子１００の検査工程（Ｄ）、及びＬＥＤ素子１００の調整工程（Ｅ）を含むものである。製造フロー４００の矢印の方向は、各工程の前後関係を示したものである。例えば、ウエハーの検査工程（Ａ）の後に、ＬＥＤ素子１００の組立工程（Ｂ）が行われる。また、図中の各アルファベットの上方には、その工程で使用される機材や装置の概略図が示されている。例えば、ナノ蛍光体層１６０の積層工程（Ｃ）及びＬＥＤ素子１００の調整工程（Ｅ）では、プリント制御システム３２０が使用される。また、データ転送方向５１０、５２０は、通信ケーブル３１３、３３２を介して、データが転送される方向を示したものである。各工程の詳細が図５を参照しながら、以下に説明される。
【００５０】
［ウエハー２００の検査工程（Ａ）］
ＬＥＤ素子１００に使用されるＬＥＤチップ１２０は、ウエハー２００上に複数形成されたものが、それぞれ分離されて使用される。ＬＥＤチップ１２０が形成されたウエハー２００は、上述された半導体材料により、基板上に半導体の層を成長させることで製造される。半導体の層の成長には、当業者にとって公知な方法が使用される。例えば、半導体材料として窒化物が使用される場合は、特開２００８−２８８５７２号公報に開示されている方法が使用可能である。ウエハー２００の製造は、本発明の必須の構成要素ではなく、ウエハー２００には市販のものが使用されてもよい。
【００５１】
ウエハー２００は、プローバー３１０によって電気特性や光学特性が検査される。この工程はプロービングと呼ばれる。プロービングにおいて、ウエハー２００は検査用のプローブ針３１１によって通電される。プローブ針３１１は、ウエハー２００上を移動しながら異なる位置に複数回通電を行う。通電される位置は、例えばデジタル画像処理によって決定される。通電によってウエハー２００の一部が発光し、放射された光は光学センサー３１２で検知される（本発明の第４ステップに相当）。以上の手順がコンピュータ制御によって行われる。プローブ針３１１が検知した電流や光学センサー３１２が検知した光に基づく信号が規定のアルゴリズムによって分析されて、ウエハー２００の位置ごと又はＬＥＤチップ１２０ごとの電気特性や光学特性が決定される。決定された電気特性や光学特性の情報は、通信ケーブル３１３を介してプリント制御システム３２０に転送される。この情報は、ナノ蛍光体層１６０の積層工程（Ｃ）において使用される。
【００５２】
［ＬＥＤ素子１００の組立工程（Ｂ）］
続けて、ＬＥＤ素子１００の組立工程（Ｂ）が説明される。製造フロー４００には、Ｂに対応する装置が示されていないが、本工程では一般的なＬＥＤ素子の製造に使用される装置が用いられる。ベース基板１１０には、上述された第１リード１１１及び第２リード１１２が形成されている。ベース基板１１０の配置領域１１３には、熱せられたＡｇ（銀）のペーストが塗布される。ペーストの上にＬＥＤチップ１２０が配置される。その際、ＬＥＤチップ１２０は、Ｎ型半導体層１２２側の面がペーストに接触する向きに配置される。ペーストが硬化して、ＬＥＤチップ１２０がベース基板１１０に固定される。ＬＥＤチップ１２０の上面のＰ型半導体層１２１には、Ａｕ（金）で形成されたワイヤー１３０が接続される。ワイヤー１３０の他端は、第２リード１１２に接続される。ワイヤー１３０の接続には、同様にペーストが使用される。こうして、Ｐ型半導体層１２１及びＮ型半導体層１２２は、それぞれ第１リード１１１及び第２リード１１２と電気的に接続される。なお、ＬＥＤ素子１００の組立工程（Ｂ）のここまでが、本発明の第１ステップに相当するものである。
【００５３】
ＬＥＤチップ１２０の周囲を円形に囲うように、隔壁１４０が形成される。隔壁１４０は、例えば遮光性の樹脂がベース基板１１０の上面に固着されることで形成される。隔壁１４０の形成には、例えば型を使用したモールディングが使用される。隔壁１４０の高さや内周面の傾斜角度等は、光が放射されるべき方向に基づき、適宜決定される。
【００５４】
隔壁１４０の内側、即ち凹部１４１には、透光性を有する樹脂が流し込まれて硬化される（本発明の第２ステップに相当）。樹脂には、例えば光硬化性樹脂が使用される。硬化した樹脂により、樹脂層１５０が形成される。ＬＥＤチップ１２０は、樹脂層１５０によって封止される。
【００５５】
以上が、ＬＥＤ素子１００の組立工程（Ｂ）である。なお、ベース基板１１０は、複数が隣接して一枚の基板を形成していてもよい。その場合、隣接するベース基板１１０は、製造フロー４００の任意の段階で分割されてもよい。
【００５６】
［ナノ蛍光体層１６０の積層工程（Ｃ）］
樹脂層１５０の上面には、ナノ蛍光体層１６０が積層される。ナノ蛍光体層１６０は、ナノ蛍光体溶液が硬化される事で形成される。ナノ蛍光体溶液は、例えば半導体量子ドットを含んだ感光性樹脂である。ナノ蛍光体溶液の製造については後述される。異なる種類の半導体量子ドットを含んだナノ蛍光体溶液は、それぞれ異なるタンク３２２に充填されている。例えば、ＬＥＤチップ１２０として、青色ＬＥＤチップが使用される場合、蛍光波長が５２０ｎｍ（緑色）の半導体量子ドットを含んだナノ蛍光体溶液、及び蛍光波長が６６０ｎｍ（赤色）の半導体量子ドットを含んだナノ蛍光体溶液が、それぞれ異なるタンク３２２に充填される。それぞれのタンク３２２は、プリントヘッド３２１にナノ蛍光体溶液を注送可能に繋がっている。プリントヘッド３２１は、ナノ蛍光体溶液を霧状にして任意の分量ずつ噴射することができる。プリントヘッド３２１には、一般的なインクジェットプリンタと同様の構成が使用可能である。例えば、プリントヘッド３２１は、異なるタンク３２２に接続された複数のノズル（不図示）を有する。それぞれのノズルは、同時に又は順番にナノ蛍光体溶液を霧状にして樹脂層１５０に向けて噴射する。ナノ蛍光体溶液が噴射される方向は、例えば偏向電極（不図示）によって制御される。ナノ蛍光体溶液の噴射には、コンティニュアス型、オンデマンド型、ピエゾ方式、又はサーマル方式等の公知の方法が使用可能である。噴射されたナノ蛍光体溶液は、樹脂層１５０の上面に吹き付けられて硬化することで、ナノ蛍光体層１６０を形成する。例えば、プリントヘッド３２１が、ナノ蛍光体溶液を１：１の分量比で噴射した場合、蛍光波長が、５２０ｎｍ（緑色）及び６６０ｎｍ（赤色）の半導体量子ドットをほぼ同量ずつ含んだナノ蛍光体層１６０が積層される。また、ＬＥＤチップ１２０が紫外線を放射するものである場合、蛍光波長が、４５０ｎｍ（青色）、５２０ｎｍ（緑色）、及び６６０ｎｍ（赤色）の半導体量子ドットをそれぞれ含んだ３種類のナノ蛍光体溶液が使用されてもよい。
【００５７】
噴射されるナノ蛍光体溶液の種類や分量は、上述されたウエハー２００の検査工程（Ａ）で決定された電気特性や光学特性の情報に基づき、規定の演算が行われることで算出される。上述された通り、ウエハー２００の検査工程（Ａ）で決定された電気特性や光学特性の情報は、プリント制御システム３２０に転送される。プリント制御システム３２０は、この情報に基づき、当該ウエハー２００の位置ごと又はＬＥＤチップ１２０ごとに、使用されるナノ蛍光体溶液の種類や分量を算出する（本発明の第５ステップに相当）。電気特性や光学特性の情報とは、例えばＬＥＤチップ１２０が放射する光の輝度やスペクトルに関する情報である。例えば、ＬＥＤチップ１２０として青色ＬＥＤチップが使用される場合であって、ＬＥＤチップ１２０の発光スペクトルが平均的な個体よりも長い波長に偏っている場合、プリント制御システム３２０は、その偏りに応じて、平均よりも少ないナノ蛍光体溶液の分量を算出する。このような演算によって、プリント制御システム３２０は、ＬＥＤチップ１２０ごとの光学特性のばらつきを補正する。なお、プリントヘッド３２１がナノ蛍光体溶液を噴射する工程が、本発明の第３ステップに相当するものである。
【００５８】
また、ナノ蛍光体層１６０は、膜厚が不均一となるように積層されてもよい。即ち、樹脂層１５０の上面において、使用される半導体量子ドットの数が位置的に変化してもよい。この変化のパターンは、例えばＬＥＤチップ１２０が放射する光の輝度の分布によって決定される。仮に樹脂層１５０に３つのＬＥＤチップ１２０が封止される場合、ナノ蛍光体層１６０は、各ＬＥＤチップ１２０の周辺で最も膜厚が厚くなるように積層される。即ち輝度が高い部分に多くの半導体量子ドットを集中させ、光学特性を安定させる。このようなナノ蛍光体層１６０は、プリントヘッド３２１が噴射するナノ蛍光体溶液の分量を精密に制御することによって積層することができる。
【００５９】
以下に、本工程で使用されるナノ蛍光体溶液の製造方法が説明される。なお、ナノ蛍光体溶液を製造する工程は、本発明の必須の構成要素ではない。
【００６０】
上述されたコアシェル型半導体量子ドットは、例えば特開２００３−２２５９００号公報や再表２００５／０２３７０４号公報に記載の方法により製造される。例えば、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ構造の半導体量子ドットは以下の方法で得ることができる。まず、５ｍｌのオクタデセンに、１６５μｌのオクチルアミン及び２６．６ｍｇの酢酸カドミウムを添加した溶液と、２５ｍｌのトリオクチルホスフィン（ＴＯＰ）に４９４μｌのセレンを溶解させた溶液とを１：１で混合する。混合溶液をシリンジポンプに充填して２７５℃に加熱したマイクロ流路を通過させる。これにより、核微粒子としてのＣｄＳｅ微粒子溶液（平均粒径が３ｎｍ）が得られる。
【００６１】
続けて、［（ＣＨ３）２ＮＣＳＳ］２ＺｎをＴＯＰに溶解させた溶液をシリンジポンプに充填し、得られたＣｄＳｅ微粒子溶液に対して１：１（５０ｖｏｌ％：５０ｖｏｌ％）となるように混合器で混合し、その混合溶液を、予め１８０℃に加熱された内径０．２ｍｍのマイクロ流路を通過させる。流路内でＣｄＳｅがＺｎＳに被膜され、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ構造のナノ蛍光体が得られる。このようなマイクロリアクターを用いた製造方法により、高性能のナノ蛍光体が連続的に得られる。得られた半導体量子ドットは、精製され、濃度調整され、揮発性の溶媒に分散される。揮発性の溶媒には、例えば１０ｗｔ％の半導体量子ドットが含まれている。揮発性の溶媒は、例えば感光性樹脂と混合される。この混合液から揮発性の溶媒が揮発される。以上の工程を経て、ナノ蛍光体溶液が得られる。
【００６２】
［ＬＥＤ素子１００の検査工程（Ｄ）、ＬＥＤ素子１００の調整工程（Ｅ）］
ＬＥＤ素子１００の検査工程（Ｄ）において、ナノ蛍光体層１６０が積層された全てのＬＥＤ素子１００は、検査システム３３０によって検査される。検査システム３３０は、ＬＥＤ素子１００の接点１１４を通じてＬＥＤチップ１２０に電圧を印可し、ＬＥＤ素子１００を発光させる。ＬＥＤ素子１００が放射した光は、光学センサー３３１によって検知される（本発明の第６ステップに相当）。検査システム３３０は、光学センサー３３１が検知した光の信号に基づいて規定の演算を行い、光学特性をデータ化する。ここでデータ化される光学特性は、例えば輝度やスペクトルである。検査システムは、光学特性のデータに基づいて、ＬＥＤ素子１００を、複数のクラスのうちの１つに分類する。例えば、光学特性が良好なものは、上位のクラスに分類され、バックライトや高演色照明用ＬＥＤとして使用される。光学特性が閾値内になかったものは、ＬＥＤ素子１００の調整工程（Ｅ）に送られる（本発明の第７ステップの前半）。閾値は、ＬＥＤ素子１００に許容される輝度やスペクトルの範囲を定めたものであり、輝度やスペクトルの他にも複数の条件が組み合わされて決定されてもよい。
【００６３】
ＬＥＤ素子１００の調整工程（Ｅ）では、ナノ蛍光体層１６０の積層工程で使用されたプリント制御システム３２０が使用される。検査システム３３０は、閾値を満たさなかったＬＥＤ素子１００の光学特性のデータを、通信ケーブル３３２を介してプリント制御システム３２０に転送する。プリント制御システム３２０は、転送された光学特性のデータに基づき、規定の演算を行うことで、光学特性を閾値内のものにするために必要なナノ蛍光体溶液の種類や分量を算出する（本発明の第７ステップの後半）。例えば、スペクトルにおいて、６６０ｎｍ（赤色）周辺の波長が平均よりも弱い場合、プリント制御システムは、蛍光波長が６６０ｎｍ（赤色）の半導体量子ドットを含んだナノ蛍光体溶液の分量を算出する。プリントヘッドは、算出された種類や分量のナノ蛍光体溶液をナノ蛍光体層１６０に向けて噴射する（本発明の第８ステップに相当）。ナノ蛍光体溶液が硬化することで、ナノ蛍光体層１６０の膜厚が増加し、ナノ蛍光体層１６０に含まれる半導体量子ドットの分量比が変化する。こうして、ＬＥＤ素子１００が放射する光の光学特性が補正される。光学特性が補正されたＬＥＤ素子１００は、再びＬＥＤ素子１００の検査工程（Ｄ）に送られる。光学特性が閾値内になるまで、ＬＥＤ素子１００の検査工程（Ｄ）とＬＥＤ素子１００の調整工程（Ｅ）とが繰り返されてもよい。また、ＬＥＤ素子１００の検査工程（Ｄ）及びＬＥＤ素子１００の調整工程（Ｅ）の後に、ナノ蛍光体層１６０の上からさらに樹脂層１５０が積層されて、ナノ蛍光体層１６０が樹脂層１５０の間に挟み込まれてもよい。
【００６４】
ナノ蛍光体層１６０の積層工程（Ｄ）及びＬＥＤ素子１００の調整工程（Ｅ）において、使用されるナノ蛍光体溶液の分量を算出する方法は、当業者が適宜決定することができる。例えば、各ナノ蛍光体溶液について、それが単位分量使用された場合の各波長成分ごとの増減量を示すベクトルを計算又は測定によって割り出す。各ナノ蛍光体溶液を異なる分量ずつ使用した場合の増減量は、分量を係数として各ベクトルを線形結合することで得られる。したがって、必要な増減量から係数を逆算することで、各ナノ蛍光体溶液の分量を算出することができる。
【００６５】
使用されるナノ蛍光体溶液の種類や分量を算出するプログラムは、プリント制御システムによって動的に変更されてもよい。ナノ蛍光体層１６０の積層工程（Ｃ）及びＬＥＤ素子１００の調整工程（Ｅ）において、プリント制御システムは、ナノ蛍光体溶液が吹き付けられた後の予測される光学特性を算出して予測データとして記憶しておく。続くＬＥＤ素子１００の検査工程（Ｄ）において、検査システム３３０によって検知された光学特性のデータ（検知データとする。）は、通信ケーブル３３２を介してプリント制御システム３２０に転送される。プリント制御システムは、予測データと検知データとを比較して、その差が少なくなるようにプログラムを変更していく。例えば、プログラム内部で使用される変数の値を更新する。即ち、検知された光学特性をプログラムにフィードバックする。また、使用されたナノ蛍光体溶液の種類や分量、及びナノ蛍光体溶液が吹き付けられる前後の検知データがデータベースに保存されてもよい。プリント制御システムは、蓄積されたデータに基づく機械学習を行い、その結果に基づいてプログラムを変更するように構成されていてもよい。
【００６６】
［実施形態の作用効果］
本実施形態に係るＬＥＤ素子１００及びその製造方法によると、半導体量子ドットの量や種類を調整することで、多様な発光スペクトルのＬＥＤ素子１００を実現することができる。半導体量子ドットは従来の蛍光体よりも粒子サイズが小さいため、量や分散状態のばらつきが起こりにくく、ＬＥＤ素子１００が放射する光の光学特性を安定させることができる。
【００６７】
また、紫外光子又は青色の光子を放出するＬＥＤチップ１２０に対して、蛍光波長が異なる複数種類の半導体量子ドットを使用することが可能である。それにより、青色ＬＥＤチップと黄色蛍光体とを使用した従来のＬＥＤ素子よりも、演色性の高い白色光を実現することができる。
【００６８】
また、樹脂層１５０が従来の蛍光体を含み、白色光を放射するものであっても、この光に含まれる一部の光子の波長が半導体量子ドットによってさらに変更されることで、ＬＥＤ素子１００が放射する白色光の光学特性（色調）が補正される。
【００６９】
また、半導体量子ドットは従来の蛍光体よりも粒子サイズが小さいため、半導体量子ドットを含んだナノ蛍光体溶液を、例えばインクジェット方式で吹き付けることが可能である。このような方法により、ナノ蛍光体層１６０の膜厚や半導体量子ドットの量を高精度に制御することができる。
【００７０】
また、プロービングで検査された電気特性や光学特性の分布に基づいて、ナノ蛍光体層１６０の種類や量を決定することで、ＬＥＤチップごとの光学特性のばらつきを少なくすることができる。
【００７１】
また、検査されたＬＥＤ素子１００の光学特性が閾値内になかった場合、光学特性を閾値内のものにするために再度ナノ蛍光体層１６０が積層されるため、従来は破棄されていたＬＥＤ素子の光学特性を補正して、再利用することができる。
【００７２】
［変形例］
続けて、上述された実施形態の変形例が説明される。本変形例は、ナノ蛍光体層１６０を有しない従来のＬＥＤ素子の色調を補正するためのものである。本変形例で色調が補正されるＬＥＤ素子は、ナノ蛍光体層１６０が積層されていない点以外は、上述されたＬＥＤ素子１００と同様の構成を有する。ただし、色調を補正することができるＬＥＤ素子は、必ずしもそのような構成に限定されるものではない。例えば、色調が補正されるＬＥＤ素子は、ＬＥＤ素子１００とは各部の形状が異なったものでもよい。また、樹脂層１５０に従来の蛍光体（例えば、ＹＡＧ系の蛍光体）が使用された白色ＬＥＤ素子であってもよい。
【００７３】
本変形例で色調が補正されるＬＥＤ素子は、上述されたＬＥＤ素子１００の検査工程（Ｄ）及びＬＥＤ素子１００の調整工程（Ｅ）と同様の工程を通過する。なお、本変形例で使用されるプリント制御システム３２０及び検査システム３３０は、上述されたものと同様のものである。
【００７４】
まず、ＬＥＤ素子は、上述されたＬＥＤ素子１００の検査工程（Ｄ）と同様の工程を通過する。即ち、検査システム３３０は、ＬＥＤ素子に光を放射させ、当該光を光学センサー３３１によって検知する（本発明の第９ステップに相当）。検査システム３３０は、光学センサー３３１が検知した光の信号に基づいて規定の演算を行い、光学特性をデータ化する。
【００７５】
ＬＥＤ素子は、上述されたＬＥＤ素子１００の調整工程（Ｅ）と同様の工程に送られる。検査システム３３０は、ＬＥＤ素子における光学特性のデータを、通信ケーブル３３２を介してプリント制御システム３２０に転送する。プリント制御システム３２０は、検査システム３３０より転送された光学特性のデータに基づき、規定の演算を行うことで、光学特性を閾値内のものにするために必要なナノ蛍光体溶液の種類や分量を算出する（本発明の第１０ステップに相当）。プリントヘッド３２１は、算出された種類や分量のナノ蛍光体溶液を樹脂層１５０に向けて噴射する（本発明の第１１ステップに相当）。ナノ蛍光体溶液が硬化することで、上述された実施形態と同様のナノ蛍光体層１６０が形成される。
【００７６】
以上の工程を通過して、ＬＥＤ素子が放射する光の光学特性（色調）が補正される。光学特性が補正されたＬＥＤ素子は、再びＬＥＤ素子１００検査工程（Ｄ）に送られて検査される。光学特性が既定の条件を満たすまで、ＬＥＤ素子１００検査工程（Ｄ）及びＬＥＤ素子１００の調整工程（Ｅ）が複数回繰り返されてもよい。また、ナノ蛍光体層１６０の上からさらに樹脂層１５０が積層されて、ナノ蛍光体層１６０が樹脂層１５０の間に挟み込まれてもよい。
【００７７】
以上の通り、従来のＬＥＤ素子にナノ蛍光体層１６０を積層することで、光学特性を補正することができる。このような方法によると、従来は破棄されていたＬＥＤ素子を再利用することができる。
【符号の説明】
【００７８】
１００・・・ＬＥＤ素子
１１０・・・ベース基板（ベース部材）
１１１・・・第１リード（リード）
１１２・・・第２リード（リード）
１２０・・・ＬＥＤチップ
１２１・・・Ｐ型半導体層（半導体層）
１２２・・・Ｎ型半導体層（半導体層）
１３０・・・ワイヤー（リード）
１５０・・・樹脂層（第１層）
１６０・・・ナノ蛍光体層（第２層）
２００・・・ウエハー
３１２・・・光学センサー
３３１・・・光学センサー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光体方式のＬＥＤ素子、その製造方法、及び色調補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ（発光ダイオード）は、電圧の印加によって発光する半導体の一種であり、Ｐ型半導体（正孔が多い半導体）とＮ型半導体（電子が多い半導体）とが接合された「ＰＮ接合」によって構成されている。ＬＥＤチップに順方向の電圧が印加されると、電子と正孔（キャリア）の移動によって電流が流れる。キャリアは、接合部付近で再結合する。キャリアが禁制帯を越えて再結合することで、再結合エネルギーが光として放出される。
【０００３】
半導体を構成する化合物によって、放出される光の波長が変化する。化合物の種類に応じて、多様な発光色のＬＥＤが製造されている。化合物としては、例えばＧａ（ガリウム）、Ｎ（窒素）、Ｉｎ（インジウム）、Ａｌ（アルミニウム）、及びＰ（リン）等が使用される。
【０００４】
白色光は、可視光領域における連続したスペクトルを含んだ光である。また、三原色に対応する３つのピーク波長、又は補色関係にある２つのピーク波長が混合された光も視覚的には白色と認識される。ＬＥＤによって連続したスペクトルの光を放射することは困難であるため、上記の視覚特性を利用して、発光色が視覚的に白色と認識されるＬＥＤ（白色ＬＥＤ）が製造されている。代表的なものとして、蛍光体を使用した蛍光体方式のＬＥＤがある。蛍光体方式のＬＥＤは、青色光又は紫外光を放射するＬＥＤチップが、蛍光体によって覆われたものである。ＬＥＤチップが放射した光は、一部が蛍光体によって異なる波長の光に変換され、一部がそのまま放射される。この２種類の光が混合されて、白色として認識される。蛍光体方式の白色ＬＥＤとして、例えば、青色ＬＥＤチップと黄色に蛍光する蛍光体（黄色蛍光体）とが使用されたものがある。
【０００５】
引用文献１、２に記載されたような、蛍光体方式のＬＥＤ及び製造方法が知られている。例えば、ＬＥＤチップの波長を調整することで、ＬＥＤの演色性を微調整する製造方法が知られている（特許文献１を参照）。また、窒化物赤色蛍光体を使用することで、高い演色性を実現するＬＥＤが知られている（特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１７７３６８号公報
【特許文献２】特開２０１０−１５５８９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
蛍光体方式のＬＥＤは、ＬＥＤチップが、蛍光体の混入された樹脂等によって封止されたものである。従来の蛍光体の粒径は、数μｍ〜数十μｍ程度である。この蛍光体粒子の大きさのため、従来の蛍光体は分散性に乏しく、沈殿しやすい。そのため、ＬＥＤチップの個体ごとに、蛍光体の量や分散状態のばらつきが生じる。また、蛍光体の量や分散状態ばらつきに加えて、ＬＥＤチップ自体にも、個体ごとに、波長及び輝度のばらつきが存在する。
【０００８】
以上の理由により、完成したＬＥＤの個体ごとに、放射される光の光学特性に大きなばらつきが生じる。ＬＥＤを光学特性に基づきクラス（グレード）分けするために、製造プロセスの最終工程において、全ての個体が検査される。例えば、比較的上位のクラスに分類されたものは、光学特性の要件が厳格なバックライトユニットや高輝度照明用ＬＥＤとして使用される。下位のクラスに分類されて規格外と判断されたものは、一部が組み合わされて、照明用モジュール等に使用されるが、大部分が破棄される。
【０００９】
本発明は、上述された事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、個体ごとの光学特性が安定したＬＥＤ素子、その製造方法、及びＬＥＤ素子の色調補正方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
(1) 本発明に係るＬＥＤ素子は、ＰＮ接合された半導体層を有し、当該半導体層への電圧の印加によって光子を放出するＬＥＤチップと、上記ＬＥＤチップに積層されており、上記ＬＥＤチップから放出された光子を透過する第１層と、上記第１層に積層されており、上記ＬＥＤチップから放出された光子を透過する媒体中に半導体量子ドットを含んだ第２層と、を備えている。上記半導体量子ドットは、上記第２層に入射した光子の少なくとも一部を吸収し、その入射した光子とは波長が異なる光子を放出する。
【００１１】
ここで、本発明における半導体量子ドットとは、最大粒子径が５０ｎｍ以下の半導体粒子であり、特定の波長の光子を吸収して、異なる波長の光子を放出するものである。半導体量子ドットは、電子を離散的なエネルギー準位をとる状態に閉じこめるものであり、電子のエネルギー準位の変化によって、光子を吸収・放出するものである。
【００１２】
ＬＥＤチップには、第１層が積層されており、第１層の上面に第２層が積層されている。ＬＥＤチップが放出した光子の少なくとも一部は、第２層に含まれる半導体量子ドットによって、異なる波長の光子へと変換される。半導体量子ドットの量や種類を調整することで、多様な発光スペクトルのＬＥＤ素子を安定して製造することができる。半導体量子ドットは従来の蛍光体よりも粒子サイズが小さいため、量や分散状態のばらつきが起こりにくく、ＬＥＤ素子が放射する光の光学特性を安定させることができる。
【００１３】
(2) 上記ＬＥＤチップは、紫外光子又は青色の光子を放出するものであってもよい。上記第２層は、互いに異なる波長の光子を放出する複数種類の半導体量子ドットを含み、肉眼において白色と認識される光を放射するものであってもよい。
【００１４】
従来の蛍光体においては、励起波長（吸収する光子の波長）と蛍光波長（放出する光子の波長）とが１対１に対応しているため、蛍光体の選択の幅に制限がある。半導体量子ドットにおいては、１つの励起波長に対して、様々な蛍光波長を有するものが製造可能である。したがって、紫外光子又は青色の光子を放出するＬＥＤチップに対して、蛍光波長が異なる複数種類の半導体量子ドットを使用することができる。それにより、例えば青色ＬＥＤチップと黄色蛍光体とを使用した従来のＬＥＤ素子よりも、演色性の高い白色光を放射することができる。
【００１５】
(3) 上記第１層は、上記ＬＥＤチップが放出した光子によって蛍光する蛍光体を含み、肉眼において白色と認識される光を放射するものであってもよい。上記第２層は、上記第１層から放射された光とは輝度又はスペクトルの少なくとも一方が異なる光を放射するものであってもよい。
【００１６】
ここで、本発明における蛍光体とは、例えば従来のＬＥＤ素子に利用される、数〜数十μｍの発光粒子である。以下、半導体量子ドットの蛍光する性質を利用したものを「ナノ蛍光体」と表記することもあり、従来の「蛍光体」と区別して表記する。ＬＥＤチップが放出した光子の一部が、第１層の蛍光体によって異なる波長の光子に変換されて、ＬＥＤ素子は、白色と認識される光を放射する。この光に含まれる一部の光子の波長が半導体量子ドットによってさらに変更される。ＬＥＤ素子が放射する白色光の光学特性（色調）が補正され、より演色性の高い白色光となる。
【００１７】
(4) 本発明に係るＬＥＤ素子の製造方法は、電圧の印加によって光子を放出するＬＥＤチップをベース部材に配置し、導電性のリードを当該ＬＥＤチップへ接続する第１ステップと、上記ＬＥＤチップに、上記ＬＥＤチップから放出された光子を透過する第１層を積層する第２ステップと、上記ＬＥＤチップから放出された光子を透過する媒体中に、当該媒体に入射した光子の少なくとも一部を吸収し、その入射した光子とは波長が異なる光子を放出する半導体量子ドットを含んだ第２層を、上記第１層に積層する第３ステップと、を含む。
【００１８】
本発明に係るＬＥＤ素子は、例えば上記のような方法で製造可能である。ここで、本発明におけるベース部材とは、ＬＥＤチップを支持するものであり、例えば基板である。また、本発明におけるリードとは、ＬＥＤチップに電圧を印加するためのものであり、例えば導電性の線材である。また、ベース部材及びリードは同一の部材であってもよい。
【００１９】
(5) 上記第３ステップにおいて、半導体量子ドットを含んだ液の微少液滴を上記第１層に吹き付けることにより、上記第２層を形成してもよい。
【００２０】
上述された通り、半導体量子ドットは従来の蛍光体よりも粒子サイズが小さいため、半導体量子ドットを含んだ微少液滴を、例えばインクジェット方式で吹き付けることができる。このような方法により、第２層の膜厚や半導体量子ドットの量を高精度に制御することができる。
【００２１】
(6) 本発明に係るＬＥＤ素子の製造方法は、複数の上記ＬＥＤチップが形成されたウエハーに光を放射させ、当該光を光学センサーによって検知する第４ステップと、上記ウエハー面における光の光学特性の分布に基づき、当該ウエハー面の位置ごとに、半導体量子ドットの種類及び量の少なくとも一方を決定する第５ステップと、をさらに含んでいてもよい。上記第３ステップにおいて、上記決定された半導体量子ドットの種類及び量を含む上記第２層が積層されてもよい。
【００２２】
ここで、本発明における「半導体量子ドットの種類」とは、例えば、半導体量子ドットの励起波長や蛍光波長に基づく種類のことである。ＬＥＤチップの製造工程において、ＬＥＤチップは、ウエハー上に複数が製造される。ウエハーは、プロービングと呼ばれる方法によって、電気特性や光学特性が検査される。プロービングで検査された光学特性の分布に基づいて、第２層に含まれる半導体量子ドットの種類や量を決定する。これにより、ＬＥＤチップごとに最適な種類や量の半導体量子ドットを使用することが可能となり、光学特性のばらつきを少なくすることができる。
【００２３】
なお、「半導体量子ドットの種類及び量の少なくとも一方を決定する」には、必ずしも半導体量子ドットの種類や量を直接算出する必要はない。例えば半導体量子ドットを規定の分量含んだ液体を数種類用意しておき、各液体の種類や量を算出することで、間接的に半導体量子ドットの種類や量を決定してもよい。
【００２４】
(7) 本発明に係るＬＥＤ素子の製造方法は、上記第２層が積層されたＬＥＤチップに光を放射させ、上記第２層を通して放射された光を光学センサーによって検知する第６ステップと、上記第６ステップで上記光学センサーが検知した光の光学特性が閾値内にある否かを判断し、閾値内にないと判断された場合、当該光学特性を閾値内のものにするために必要な半導体量子ドットの種類及び量の少なくとも一方を決定する第７ステップと、上記第７ステップで決定された半導体量子ドットの種類及び量を含む上記第２層をさらに積層する第８ステップと、をさらに含むをさらに含んでいてもよい。
【００２５】
本構成では、第２層が積層されたＬＥＤ素子が放射する光の光学特性を検査する。検査の結果、光学特性が閾値内になかった場合、光学特性を閾値内のものにするために必要な半導体量子ドットの種類や量を決定する。決定された半導体量子ドットの種類や量に基づき、再度第２層が積層される。このような方法によると、従来は破棄されていたＬＥＤ素子の光学特性を補正して、再利用することができる。
【００２６】
(8) 本発明は、電圧の印加によって光子を放出するＬＥＤチップに、上記ＬＥＤチップから放出された光子を透過する第１層が積層されたＬＥＤ素子の色調補正方法である。本発明に係るＬＥＤ素子の色調補正方法は、上記ＬＥＤ素子に光を放射させ、当該光を光学センサーによって検知する第９ステップと、上記第９ステップで上記光学センサーが検知した光の光学特性を閾値内のものにするために必要な半導体量子ドットの種類及び量の少なくとも一方を決定する第１０ステップと、上記ＬＥＤチップから放出された光子を透過する媒体中に、上記第１０ステップで決定された半導体量子ドットの種類及び量を含む第２層を上記第１層に積層する第１１ステップと、を含む。上記半導体量子ドットは、上記第２層に入射した光子の少なくとも一部を吸収し、その入射した光子とは波長が異なる光子を放出するものである。
【００２７】
従来のＬＥＤ素子に半導体量子ドットを含んだ第２層を積層することで、光学特性を補正することができる。このような方法によると、従来は破棄されていたＬＥＤ素子を再利用することができる。
【００２８】
(9) 上記第１１ステップにおいて、半導体量子ドットを含んだ液の微少液滴を上記第１層に吹き付けることにより、上記第２層を形成してもよい。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によると、ＬＥＤ素子の個体ごとの光学特性を安定させることができる。また、従来は規格外として破棄されていたＬＥＤ素子の光学特性を補正して、再利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、ＬＥＤ素子１００の上面を示した斜視図である。
【図２】図２は、ＬＥＤ素子１００の下面を示した斜視図である。
【図３】図３は、ＬＥＤ素子１００の分解斜視図である。
【図４】図４は、図１のIV−IV切断面におけるＬＥＤ素子１００の断面図である。
【図５】図５は、ＬＥＤ素子１００の製造フローを、各工程で使用される装置と共に示した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下に、適宜図面が参照されて、本発明の好ましい実施形態が説明される。なお、以下に説明される実施形態は、本発明の一例に過ぎず、本発明の要旨を変更しない範囲で、本発明の実施形態が適宜変更できることは言うまでもない。
【００３２】
［ＬＥＤ素子１００の概略構成］
図１から図４に示されるように、ベース基板１１０には、ＬＥＤチップ１２０が配置されている。ＬＥＤチップ１２０からは、ワイヤー１３０がベース基板１１０に向けて延出されている。ＬＥＤチップ１２０の周囲を隔壁１４０が円形に囲っており、ベース基板１１０と隔壁１４０とによって凹条の窪みである凹部１４１が形成されている。凹部１４１の内側では、透光性を有する樹脂が硬化されて樹脂層１５０が形成されている。樹脂層１５０によって封止されている。樹脂層１５０には、半導体量子ドットを含んだナノ蛍光体層１６０が積層されている。
【００３３】
本構成では、ＬＥＤチップ１２０が放射した光のスペクトルが、ナノ蛍光体層１６０によって変換される。それにより、ＬＥＤ素子１００は、視覚的に白色と認識される光（以下、単に白色光とも称される。）を放射する。以下、ＬＥＤ素子１００を構成する各部材がより詳細に説明される。
【００３４】
［ベース基板１１０］
図１から図４に示されるベース基板１１０（本発明のベース部材に相当）は、ガラスエポキシ樹脂等で形成された略平板状の部材である。ベース基板１１０上には、導電性の金属によって回路パターンが形成されている。回路パターンは、電気的に分割された第１リード１１１と、第２リード１１２とによって形成されている。第１リード１１１及び第２リード１１２は、ベース基板１１０の側縁を経緯して、ベース基板１１０の上面（図１のＬＥＤチップ１２０が配置された面）から下面（上面と対向する面）に延出されている。第１リード１１１は、ベース基板１１０の上面において、ＬＥＤチップ１２０が配置される配置領域１１３を形成している。配置領域１１３は、後述されるＬＥＤチップ１２０のＮ型半導体層１２２と接触し、Ｎ型半導体層１２２と電気的に接続される。第２リード１１２は、ワイヤー１３０によって、後述されるＬＥＤチップ１２０のＰ型半導体層１２１と電気的に接続される。図２に示されるように、第１リード１１１及び第２リード１１２は、ベース基板１１０の下面において、ＬＥＤ素子１００に電圧を印加するための接点１１４をそれぞれ形成している。なお、第１リード１１１、第２リード１１２、及びワイヤー１３０が本発明のリードを構成するものである。また、Ｐ型半導体層１２１及びＮ型半導体層１２２が、本発明の半導体層を構成するものである。
【００３５】
［ＬＥＤチップ１２０］
図４に示されるように、ＬＥＤチップ１２０は、Ｐ型半導体で形成されたＰ型半導体層１２１と、Ｎ型半導体で形成されたＮ型半導体層１２２とが接合（ＰＮ接合）されたものである。接合部１２３付近では電子と正孔と（多数キャリア）が互いに拡散して結びつくことで、多数キャリアの少ない空乏層が形成されている。Ｐ型半導体層１２１とＮ型半導体層１２２との間に順方向の電圧（Ｐ型半導体層１２１に正電圧）が印加されると、空乏層の拡散電位が減少して電流が流れる。Ｐ型半導体層１２１及びＮ型半導体層１２２から注入された多数キャリアは、接合部１２３付近で再結合する。多数キャリアが禁制帯を超えて再結合することで、再結合エネルギーが光子として放出される。即ち、ＬＥＤチップ１２０は光を放射する。
【００３６】
本実施形態におけるＬＥＤチップ１２０は、青色光を放射するものであってもよい。ＬＥＤチップ１２０が放射する光の波長は、Ｐ型半導体層１２１及びＮ型半導体を形成する半導体材料のバンドギャップの大きさにより決定される。青色の光を放射するＬＥＤチップ（青色ＬＥＤチップ）は、例えば半導体材料としてＧａＮ（窒化ガリウム）、Ａｌ２Ｏ３（サファイア）、ＳｉＣ（炭化珪素）、又はＧａＡｓ（ガリウムヒ素）を使用することで製造される。また、ＬＥＤチップ１２０は、例えば紫外線を放射するものであってもよい。紫外線を放射するＬＥＤチップ１２０は、例えば半導体材料としてＧａＮ（窒化ガリウム）、又はＣ（ダイヤモンド）を使用することで製造される。
【００３７】
ＬＥＤチップ１２０は、ベース基板１１０における第１リード１１１の配置領域１１３に、導電性のペースト等によって固定されている。ペーストの原料には、例えばＡｇ（銀）が使用される。ＬＥＤチップ１２０は、Ｎ型半導体層１２２がベース基板１１０側に位置するように固定されており、Ｎ型半導体層１２２は、第１リード１１１と電気的に接続されている。Ｐ型半導体層１２１には、導電性製のワイヤー１３０が接続されている。ワイヤー１３０の他端は、第２リード１１２に接続されている。ワイヤー１３０には、例えばＡｕ（金）が使用される。即ち、Ｐ型半導体層１２１は、第２リード１１２と電気的に接続されている。以上の構成により、ベース基板１１０の下面に形成された接点１１４を通じて、Ｐ型半導体層１２１とＮ型半導体層１２２との間に電圧を印加することができる。
【００３８】
［隔壁１４０］
図１から図４に示されるに示される隔壁１４０は、ベース基板１１０の上面に遮光性の樹脂等で形成されている。隔壁１４０は、ＬＥＤチップ１２０の周囲を円形に囲うように形成されている。ベース基板１１０と隔壁１４０とによって凹条の窪みが形成されており、その窪みの中にＬＥＤチップ１２０が配置された状態になっている。ベース基板１１０と隔壁１４０とによって形成される窪みが、凹部１４１と称される。隔壁１４０は、ＬＥＤチップ１２０が放射した光が進行する方向を規定するものである。隔壁１４０の高さ及び内周面の傾斜角度等は、光が放射されるべき方向に基づいて、適宜決定される。また、光が拡散して放射されることが求められる場合には、隔壁１４０は必ずしも必須の構成要素ではない。
【００３９】
［樹脂層１５０］
図１、３、及び４に示される樹脂層１５０（本発明の第１層に相当）は、凹部１４１に流し込まれて硬化された透光性を有する樹脂である。ＬＥＤチップ１２０は、樹脂層１５０によって封止されている。ＬＥＤ素子１００が隔壁１４０を備えない構成では、樹脂がベース基板上に直接滴下されて、ＬＥＤチップ１２０を封止してもよい。ＬＥＤチップ１２０が放射した光は、樹脂層１５０を透過して、後述されるナノ蛍光体層１６０（本発明の第２層に相当）に入射する。
【００４０】
［ナノ蛍光体層１６０］
図４に示されるナノ蛍光体層１６０は、半導体量子ドットを含んだナノ蛍光体溶液が、樹脂層１５０の上面に塗布又は吹き付けられて硬化したものである。なお、説明の便宜上、図４のナノ蛍光体層１６０は、実際のものよりも厚みがあるように示されている。実際には、ナノ蛍光体層１６０は、厚さ数μｍの薄膜である。ナノ蛍光体溶液は、透光性を有する硬化性の媒体に半導体量子ドットが含有されたものである。媒体には、例えば感光性樹脂が使用される。半導体量子ドットは、最大粒子径が５０ｎｍ以下の微粒子であり、特定の波長の光子を吸収して、異なる波長の光子を放出するものである。半導体量子ドットには、離散的なエネルギー準位をとる電子が閉じこめられている。電子のエネルギー準位が変化することで、半導体量子ドットは光子を吸収・放出する。また、半導体量子ドットの結晶の大きさにより、半導体量子ドットが吸収・放出する光子のエネルギーは変化する（量子サイズ効果）。
【００４１】
さらに半導体量子ドットの粒子構造が以下に説明される。本発明で使用される半導体量子ドットには、コアシェル型半導体量子ドットと呼ばれるものが使用可能である。コアシェル型半導体量子ドットは、発光部としてのコアが保護膜としてのシェルにより被膜されたものである。例えば、コアにはＣｄＳｅ（セレン化カドミウム）、シェルにはＺｎＳ（硫化亜鉛）が使用可能である。ＣｄＳｅの粒子の表面欠陥がバンドギャップの大きいＺｎＳにより被膜されることで量子収率が向上する。また、半導体量子ドットは、コアが第１シェル及び第２シェルにより二重に被膜されたものであってもよい。コアにはＣｄＳｅ、第１シェルにはＺｎＳｅ（セレン化亜鉛）、第２シェルにはＺｎＳが使用可能である。ＣｄＳｅとＺｎＳとの界面に、両者の中間的な格子定数を持つＺｎＳｅ層がエピタキシャル的に挟み込まれている。このような粒子構造によると、ＣｄＳｅとＺｎＳの間の格子のミスマッチによる歪みが、亜鉛とセレンを原料としたＺｎＳにより緩和される。それにより、半導体量子ドットの物性ははるかに向上する。ただし、上述されたコアシェル型半導体量子ドットの構造は一例に過ぎず、コア及びシェルには他の物質が使用されてもよい。例えば、コアには、ＩｎＰ（リン化インジウム）又はＣｄＴｅ（テルル化カドミウム）が使用されてもよい。また、シェルには、ＣｄＳ（硫化カドミウム）が使用されてもよい。
【００４２】
また、これらの半導体量子ドットをナノ蛍光体溶液とする場合には、表面置換や表面処理も重要なものとなる。これらの処理に使用される物質は、溶液への親和性が高く、水分や酸素の遮へい性、さらには半導体量子ドットに対して不活性であるものが望ましい。例えばホスフィンやアミン系の化学品、及びフッ素系やシリコーン系等の樹脂のモノマーやポリマー等が挙げられる。この処理によって、蛍光体溶液とする半導体量子ドットの物性や耐性がはるかに向上する。このように、可視光域に蛍光波長をもつ半導体量子ドットであって、複合構造をもち、適切な表面処理置換をされたものが、本発明のナノ蛍光体溶液として利用可能である。
【００４３】
半導体量子ドットの励起波長（吸収する光子の波長）は、ＬＥＤチップ１２０が放出する光子の波長にマッチングされている。ＬＥＤチップ１２０として青色ＬＥＤチップが使用される場合、半導体量子ドットの励起波長は、例えば４５０ｎｍ前後である。また、ナノ蛍光体層１６０を通して放射される光が白色となるように、半導体量子ドットの蛍光波長が決定されている。本実施形態においては、蛍光波長が５２０ｎｍ（緑色）及び６６０ｎｍ（赤色）の半導体量子ドットがそれぞれ使用されている。ＬＥＤチップ１２０が放出した青色の光子の一部が、半導体量子ドットによって緑色又は赤色の光子に変換されることで、ＬＥＤ素子１００は、赤色、緑色、及び青色の光子をほぼ均等に有する白色光を放射する。
【００４４】
紫外線を放射するＬＥＤチップ１２０が使用される場合は、蛍光波長が、例えば４５０ｎｍ（青色）、５２０ｎｍ（緑色）及び６６０ｎｍ（赤色）の半導体量子ドットが使用される。ＬＥＤチップ１２０が放出した紫外光子の一部が、半導体量子ドットによって青色、緑色、又は赤色の光子に変換されることで、ＬＥＤ素子１００は、赤色、緑色、及び青色の光子を均等に有する白色光を放射する。紫外光子は不可視であるため、一部がそのまま放出されても、視覚には影響しない。
【００４５】
ただし、半導体量子ドットの種類や分量等は上述された例に限定されるものではない。当業者は、ＬＥＤチップ１２０が放出する光子の波長、及び半導体量子ドットの種類や分量を任意に変化させることで、用途ごとにＬＥＤ素子１００が放射する光の特性を変化させることができる。例えば、緑色の光を放射するＬＥＤチップ１２０に対して、蛍光波長が６６０ｎｍ（赤色）の半導体量子ドットを使用することで、発光色が黄色のＬＥＤ素子１００を製造することができる。
【００４６】
また、ＬＥＤ素子１００が液晶ディスプレイのバックライトとして使用される場合、液晶ディスプレイに求められる要件に応じて半導体量子ドットの種類や分量を変化させることで、光の特性が若干ずつ異なるＬＥＤ素子１００を製造することができる。また、照明の対象（例えば、食品や衣類等）、及び使用される用途（例えば、集魚灯や植物工場用照明等）ごとに光の特性が異なるＬＥＤ素子１００を製造することも可能である。
【００４７】
また、樹脂層１５０は、従来より使用される例えばＹＡＧ系の蛍光体を含んでいてもよい。その場合、樹脂層１５０を通して放射される白色光の輝度やスペクトルに基づいて、ナノ蛍光体層１６０に含まれる半導体量子ドットの量や種類を決定することで、白色光の輝度やスペクトルを補正することができる。
【００４８】
ナノ蛍光体層１６０は、異なる半導体量子ドットが規定の分量で配合されたナノ蛍光体溶液によって形成されてもよい。あるいは、１種類の半導体量子ドットのみが含まれたナノ蛍光体溶液の層が積層された後に、異なる半導体量子ドットが含まれたナノ蛍光体溶液の層が積層されてもよい。即ち、ナノ蛍光体層１６０は、互いに異なる半導体量子ドットを含んだ多重の層として形成されてもよい。また、ナノ蛍光体層１６０の上からさらに樹脂層１５０が積層されて、ナノ蛍光体層１６０が樹脂層１５０の間に挟み込まれてもよい。
【００４９】
［ＬＥＤ素子１００の製造方法］
ＬＥＤ素子１００の製造方法が以下に説明される。図５の製造フロー４００において、ＬＥＤ素子１００の製造のための各工程がアルファベットのＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、及びＥで示される。ＬＥＤ素子１００の製造方法は、ウエハーの検査工程（Ａ）、ＬＥＤ素子１００の組立工程（Ｂ）、ナノ蛍光体層１６０の積層工程（Ｃ）、ＬＥＤ素子１００の検査工程（Ｄ）、及びＬＥＤ素子１００の調整工程（Ｅ）を含むものである。製造フロー４００の矢印の方向は、各工程の前後関係を示したものである。例えば、ウエハーの検査工程（Ａ）の後に、ＬＥＤ素子１００の組立工程（Ｂ）が行われる。また、図中の各アルファベットの上方には、その工程で使用される機材や装置の概略図が示されている。例えば、ナノ蛍光体層１６０の積層工程（Ｃ）及びＬＥＤ素子１００の調整工程（Ｅ）では、プリント制御システム３２０が使用される。また、データ転送方向５１０、５２０は、通信ケーブル３１３、３３２を介して、データが転送される方向を示したものである。各工程の詳細が図５を参照しながら、以下に説明される。
【００５０】
［ウエハー２００の検査工程（Ａ）］
ＬＥＤ素子１００に使用されるＬＥＤチップ１２０は、ウエハー２００上に複数形成されたものが、それぞれ分離されて使用される。ＬＥＤチップ１２０が形成されたウエハー２００は、上述された半導体材料により、基板上に半導体の層を成長させることで製造される。半導体の層の成長には、当業者にとって公知な方法が使用される。例えば、半導体材料として窒化物が使用される場合は、特開２００８−２８８５７２号公報に開示されている方法が使用可能である。ウエハー２００の製造は、本発明の必須の構成要素ではなく、ウエハー２００には市販のものが使用されてもよい。
【００５１】
ウエハー２００は、プローバー３１０によって電気特性や光学特性が検査される。この工程はプロービングと呼ばれる。プロービングにおいて、ウエハー２００は検査用のプローブ針３１１によって通電される。プローブ針３１１は、ウエハー２００上を移動しながら異なる位置に複数回通電を行う。通電される位置は、例えばデジタル画像処理によって決定される。通電によってウエハー２００の一部が発光し、放射された光は光学センサー３１２で検知される（本発明の第４ステップに相当）。以上の手順がコンピュータ制御によって行われる。プローブ針３１１が検知した電流や光学センサー３１２が検知した光に基づく信号が規定のアルゴリズムによって分析されて、ウエハー２００の位置ごと又はＬＥＤチップ１２０ごとの電気特性や光学特性が決定される。決定された電気特性や光学特性の情報は、通信ケーブル３１３を介してプリント制御システム３２０に転送される。この情報は、ナノ蛍光体層１６０の積層工程（Ｃ）において使用される。
【００５２】
［ＬＥＤ素子１００の組立工程（Ｂ）］
続けて、ＬＥＤ素子１００の組立工程（Ｂ）が説明される。製造フロー４００には、Ｂに対応する装置が示されていないが、本工程では一般的なＬＥＤ素子の製造に使用される装置が用いられる。ベース基板１１０には、上述された第１リード１１１及び第２リード１１２が形成されている。ベース基板１１０の配置領域１１３には、熱せられたＡｇ（銀）のペーストが塗布される。ペーストの上にＬＥＤチップ１２０が配置される。その際、ＬＥＤチップ１２０は、Ｎ型半導体層１２２側の面がペーストに接触する向きに配置される。ペーストが硬化して、ＬＥＤチップ１２０がベース基板１１０に固定される。ＬＥＤチップ１２０の上面のＰ型半導体層１２１には、Ａｕ（金）で形成されたワイヤー１３０が接続される。ワイヤー１３０の他端は、第２リード１１２に接続される。ワイヤー１３０の接続には、同様にペーストが使用される。こうして、Ｐ型半導体層１２１及びＮ型半導体層１２２は、それぞれ第１リード１１１及び第２リード１１２と電気的に接続される。なお、ＬＥＤ素子１００の組立工程（Ｂ）のここまでが、本発明の第１ステップに相当するものである。
【００５３】
ＬＥＤチップ１２０の周囲を円形に囲うように、隔壁１４０が形成される。隔壁１４０は、例えば遮光性の樹脂がベース基板１１０の上面に固着されることで形成される。隔壁１４０の形成には、例えば型を使用したモールディングが使用される。隔壁１４０の高さや内周面の傾斜角度等は、光が放射されるべき方向に基づき、適宜決定される。
【００５４】
隔壁１４０の内側、即ち凹部１４１には、透光性を有する樹脂が流し込まれて硬化される（本発明の第２ステップに相当）。樹脂には、例えば光硬化性樹脂が使用される。硬化した樹脂により、樹脂層１５０が形成される。ＬＥＤチップ１２０は、樹脂層１５０によって封止される。
【００５５】
以上が、ＬＥＤ素子１００の組立工程（Ｂ）である。なお、ベース基板１１０は、複数が隣接して一枚の基板を形成していてもよい。その場合、隣接するベース基板１１０は、製造フロー４００の任意の段階で分割されてもよい。
【００５６】
［ナノ蛍光体層１６０の積層工程（Ｃ）］
樹脂層１５０の上面には、ナノ蛍光体層１６０が積層される。ナノ蛍光体層１６０は、ナノ蛍光体溶液が硬化される事で形成される。ナノ蛍光体溶液は、例えば半導体量子ドットを含んだ感光性樹脂である。ナノ蛍光体溶液の製造については後述される。異なる種類の半導体量子ドットを含んだナノ蛍光体溶液は、それぞれ異なるタンク３２２に充填されている。例えば、ＬＥＤチップ１２０として、青色ＬＥＤチップが使用される場合、蛍光波長が５２０ｎｍ（緑色）の半導体量子ドットを含んだナノ蛍光体溶液、及び蛍光波長が６６０ｎｍ（赤色）の半導体量子ドットを含んだナノ蛍光体溶液が、それぞれ異なるタンク３２２に充填される。それぞれのタンク３２２は、プリントヘッド３２１にナノ蛍光体溶液を注送可能に繋がっている。プリントヘッド３２１は、ナノ蛍光体溶液を霧状にして任意の分量ずつ噴射することができる。プリントヘッド３２１には、一般的なインクジェットプリンタと同様の構成が使用可能である。例えば、プリントヘッド３２１は、異なるタンク３２２に接続された複数のノズル（不図示）を有する。それぞれのノズルは、同時に又は順番にナノ蛍光体溶液を霧状にして樹脂層１５０に向けて噴射する。ナノ蛍光体溶液が噴射される方向は、例えば偏向電極（不図示）によって制御される。ナノ蛍光体溶液の噴射には、コンティニュアス型、オンデマンド型、ピエゾ方式、又はサーマル方式等の公知の方法が使用可能である。噴射されたナノ蛍光体溶液は、樹脂層１５０の上面に吹き付けられて硬化することで、ナノ蛍光体層１６０を形成する。例えば、プリントヘッド３２１が、ナノ蛍光体溶液を１：１の分量比で噴射した場合、蛍光波長が、５２０ｎｍ（緑色）及び６６０ｎｍ（赤色）の半導体量子ドットをほぼ同量ずつ含んだナノ蛍光体層１６０が積層される。また、ＬＥＤチップ１２０が紫外線を放射するものである場合、蛍光波長が、４５０ｎｍ（青色）、５２０ｎｍ（緑色）、及び６６０ｎｍ（赤色）の半導体量子ドットをそれぞれ含んだ３種類のナノ蛍光体溶液が使用されてもよい。
【００５７】
噴射されるナノ蛍光体溶液の種類や分量は、上述されたウエハー２００の検査工程（Ａ）で決定された電気特性や光学特性の情報に基づき、規定の演算が行われることで算出される。上述された通り、ウエハー２００の検査工程（Ａ）で決定された電気特性や光学特性の情報は、プリント制御システム３２０に転送される。プリント制御システム３２０は、この情報に基づき、当該ウエハー２００の位置ごと又はＬＥＤチップ１２０ごとに、使用されるナノ蛍光体溶液の種類や分量を算出する（本発明の第５ステップに相当）。電気特性や光学特性の情報とは、例えばＬＥＤチップ１２０が放射する光の輝度やスペクトルに関する情報である。例えば、ＬＥＤチップ１２０として青色ＬＥＤチップが使用される場合であって、ＬＥＤチップ１２０の発光スペクトルが平均的な個体よりも長い波長に偏っている場合、プリント制御システム３２０は、その偏りに応じて、平均よりも少ないナノ蛍光体溶液の分量を算出する。このような演算によって、プリント制御システム３２０は、ＬＥＤチップ１２０ごとの光学特性のばらつきを補正する。なお、プリントヘッド３２１がナノ蛍光体溶液を噴射する工程が、本発明の第３ステップに相当するものである。
【００５８】
また、ナノ蛍光体層１６０は、膜厚が不均一となるように積層されてもよい。即ち、樹脂層１５０の上面において、使用される半導体量子ドットの数が位置的に変化してもよい。この変化のパターンは、例えばＬＥＤチップ１２０が放射する光の輝度の分布によって決定される。仮に樹脂層１５０に３つのＬＥＤチップ１２０が封止される場合、ナノ蛍光体層１６０は、各ＬＥＤチップ１２０の周辺で最も膜厚が厚くなるように積層される。即ち輝度が高い部分に多くの半導体量子ドットを集中させ、光学特性を安定させる。このようなナノ蛍光体層１６０は、プリントヘッド３２１が噴射するナノ蛍光体溶液の分量を精密に制御することによって積層することができる。
【００５９】
以下に、本工程で使用されるナノ蛍光体溶液の製造方法が説明される。なお、ナノ蛍光体溶液を製造する工程は、本発明の必須の構成要素ではない。
【００６０】
上述されたコアシェル型半導体量子ドットは、例えば特開２００３−２２５９００号公報や再表２００５／０２３７０４号公報に記載の方法により製造される。例えば、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ構造の半導体量子ドットは以下の方法で得ることができる。まず、５ｍｌのオクタデセンに、１６５μｌのオクチルアミン及び２６．６ｍｇの酢酸カドミウムを添加した溶液と、２５ｍｌのトリオクチルホスフィン（ＴＯＰ）に４９４μｌのセレンを溶解させた溶液とを１：１で混合する。混合溶液をシリンジポンプに充填して２７５℃に加熱したマイクロ流路を通過させる。これにより、核微粒子としてのＣｄＳｅ微粒子溶液（平均粒径が３ｎｍ）が得られる。
【００６１】
続けて、［（ＣＨ３）２ＮＣＳＳ］２ＺｎをＴＯＰに溶解させた溶液をシリンジポンプに充填し、得られたＣｄＳｅ微粒子溶液に対して１：１（５０ｖｏｌ％：５０ｖｏｌ％）となるように混合器で混合し、その混合溶液を、予め１８０℃に加熱された内径０．２ｍｍのマイクロ流路を通過させる。流路内でＣｄＳｅがＺｎＳに被膜され、ＣｄＳｅ／ＺｎＳ構造のナノ蛍光体が得られる。このようなマイクロリアクターを用いた製造方法により、高性能のナノ蛍光体が連続的に得られる。得られた半導体量子ドットは、精製され、濃度調整され、揮発性の溶媒に分散される。揮発性の溶媒には、例えば１０ｗｔ％の半導体量子ドットが含まれている。揮発性の溶媒は、例えば感光性樹脂と混合される。この混合液から揮発性の溶媒が揮発される。以上の工程を経て、ナノ蛍光体溶液が得られる。
【００６２】
［ＬＥＤ素子１００の検査工程（Ｄ）、ＬＥＤ素子１００の調整工程（Ｅ）］
ＬＥＤ素子１００の検査工程（Ｄ）において、ナノ蛍光体層１６０が積層された全てのＬＥＤ素子１００は、検査システム３３０によって検査される。検査システム３３０は、ＬＥＤ素子１００の接点１１４を通じてＬＥＤチップ１２０に電圧を印可し、ＬＥＤ素子１００を発光させる。ＬＥＤ素子１００が放射した光は、光学センサー３３１によって検知される（本発明の第６ステップに相当）。検査システム３３０は、光学センサー３３１が検知した光の信号に基づいて規定の演算を行い、光学特性をデータ化する。ここでデータ化される光学特性は、例えば輝度やスペクトルである。検査システムは、光学特性のデータに基づいて、ＬＥＤ素子１００を、複数のクラスのうちの１つに分類する。例えば、光学特性が良好なものは、上位のクラスに分類され、バックライトや高演色照明用ＬＥＤとして使用される。光学特性が閾値内になかったものは、ＬＥＤ素子１００の調整工程（Ｅ）に送られる（本発明の第７ステップの前半）。閾値は、ＬＥＤ素子１００に許容される輝度やスペクトルの範囲を定めたものであり、輝度やスペクトルの他にも複数の条件が組み合わされて決定されてもよい。
【００６３】
ＬＥＤ素子１００の調整工程（Ｅ）では、ナノ蛍光体層１６０の積層工程で使用されたプリント制御システム３２０が使用される。検査システム３３０は、閾値を満たさなかったＬＥＤ素子１００の光学特性のデータを、通信ケーブル３３２を介してプリント制御システム３２０に転送する。プリント制御システム３２０は、転送された光学特性のデータに基づき、規定の演算を行うことで、光学特性を閾値内のものにするために必要なナノ蛍光体溶液の種類や分量を算出する（本発明の第７ステップの後半）。例えば、スペクトルにおいて、６６０ｎｍ（赤色）周辺の波長が平均よりも弱い場合、プリント制御システムは、蛍光波長が６６０ｎｍ（赤色）の半導体量子ドットを含んだナノ蛍光体溶液の分量を算出する。プリントヘッドは、算出された種類や分量のナノ蛍光体溶液をナノ蛍光体層１６０に向けて噴射する（本発明の第８ステップに相当）。ナノ蛍光体溶液が硬化することで、ナノ蛍光体層１６０の膜厚が増加し、ナノ蛍光体層１６０に含まれる半導体量子ドットの分量比が変化する。こうして、ＬＥＤ素子１００が放射する光の光学特性が補正される。光学特性が補正されたＬＥＤ素子１００は、再びＬＥＤ素子１００の検査工程（Ｄ）に送られる。光学特性が閾値内になるまで、ＬＥＤ素子１００の検査工程（Ｄ）とＬＥＤ素子１００の調整工程（Ｅ）とが繰り返されてもよい。また、ＬＥＤ素子１００の検査工程（Ｄ）及びＬＥＤ素子１００の調整工程（Ｅ）の後に、ナノ蛍光体層１６０の上からさらに樹脂層１５０が積層されて、ナノ蛍光体層１６０が樹脂層１５０の間に挟み込まれてもよい。
【００６４】
ナノ蛍光体層１６０の積層工程（Ｄ）及びＬＥＤ素子１００の調整工程（Ｅ）において、使用されるナノ蛍光体溶液の分量を算出する方法は、当業者が適宜決定することができる。例えば、各ナノ蛍光体溶液について、それが単位分量使用された場合の各波長成分ごとの増減量を示すベクトルを計算又は測定によって割り出す。各ナノ蛍光体溶液を異なる分量ずつ使用した場合の増減量は、分量を係数として各ベクトルを線形結合することで得られる。したがって、必要な増減量から係数を逆算することで、各ナノ蛍光体溶液の分量を算出することができる。
【００６５】
使用されるナノ蛍光体溶液の種類や分量を算出するプログラムは、プリント制御システムによって動的に変更されてもよい。ナノ蛍光体層１６０の積層工程（Ｃ）及びＬＥＤ素子１００の調整工程（Ｅ）において、プリント制御システムは、ナノ蛍光体溶液が吹き付けられた後の予測される光学特性を算出して予測データとして記憶しておく。続くＬＥＤ素子１００の検査工程（Ｄ）において、検査システム３３０によって検知された光学特性のデータ（検知データとする。）は、通信ケーブル３３２を介してプリント制御システム３２０に転送される。プリント制御システムは、予測データと検知データとを比較して、その差が少なくなるようにプログラムを変更していく。例えば、プログラム内部で使用される変数の値を更新する。即ち、検知された光学特性をプログラムにフィードバックする。また、使用されたナノ蛍光体溶液の種類や分量、及びナノ蛍光体溶液が吹き付けられる前後の検知データがデータベースに保存されてもよい。プリント制御システムは、蓄積されたデータに基づく機械学習を行い、その結果に基づいてプログラムを変更するように構成されていてもよい。
【００６６】
［実施形態の作用効果］
本実施形態に係るＬＥＤ素子１００及びその製造方法によると、半導体量子ドットの量や種類を調整することで、多様な発光スペクトルのＬＥＤ素子１００を実現することができる。半導体量子ドットは従来の蛍光体よりも粒子サイズが小さいため、量や分散状態のばらつきが起こりにくく、ＬＥＤ素子１００が放射する光の光学特性を安定させることができる。
【００６７】
また、紫外光子又は青色の光子を放出するＬＥＤチップ１２０に対して、蛍光波長が異なる複数種類の半導体量子ドットを使用することが可能である。それにより、青色ＬＥＤチップと黄色蛍光体とを使用した従来のＬＥＤ素子よりも、演色性の高い白色光を実現することができる。
【００６８】
また、樹脂層１５０が従来の蛍光体を含み、白色光を放射するものであっても、この光に含まれる一部の光子の波長が半導体量子ドットによってさらに変更されることで、ＬＥＤ素子１００が放射する白色光の光学特性（色調）が補正される。
【００６９】
また、半導体量子ドットは従来の蛍光体よりも粒子サイズが小さいため、半導体量子ドットを含んだナノ蛍光体溶液を、例えばインクジェット方式で吹き付けることが可能である。このような方法により、ナノ蛍光体層１６０の膜厚や半導体量子ドットの量を高精度に制御することができる。
【００７０】
また、プロービングで検査された電気特性や光学特性の分布に基づいて、ナノ蛍光体層１６０の種類や量を決定することで、ＬＥＤチップごとの光学特性のばらつきを少なくすることができる。
【００７１】
また、検査されたＬＥＤ素子１００の光学特性が閾値内になかった場合、光学特性を閾値内のものにするために再度ナノ蛍光体層１６０が積層されるため、従来は破棄されていたＬＥＤ素子の光学特性を補正して、再利用することができる。
【００７２】
［変形例］
続けて、上述された実施形態の変形例が説明される。本変形例は、ナノ蛍光体層１６０を有しない従来のＬＥＤ素子の色調を補正するためのものである。本変形例で色調が補正されるＬＥＤ素子は、ナノ蛍光体層１６０が積層されていない点以外は、上述されたＬＥＤ素子１００と同様の構成を有する。ただし、色調を補正することができるＬＥＤ素子は、必ずしもそのような構成に限定されるものではない。例えば、色調が補正されるＬＥＤ素子は、ＬＥＤ素子１００とは各部の形状が異なったものでもよい。また、樹脂層１５０に従来の蛍光体（例えば、ＹＡＧ系の蛍光体）が使用された白色ＬＥＤ素子であってもよい。
【００７３】
本変形例で色調が補正されるＬＥＤ素子は、上述されたＬＥＤ素子１００の検査工程（Ｄ）及びＬＥＤ素子１００の調整工程（Ｅ）と同様の工程を通過する。なお、本変形例で使用されるプリント制御システム３２０及び検査システム３３０は、上述されたものと同様のものである。
【００７４】
まず、ＬＥＤ素子は、上述されたＬＥＤ素子１００の検査工程（Ｄ）と同様の工程を通過する。即ち、検査システム３３０は、ＬＥＤ素子に光を放射させ、当該光を光学センサー３３１によって検知する（本発明の第９ステップに相当）。検査システム３３０は、光学センサー３３１が検知した光の信号に基づいて規定の演算を行い、光学特性をデータ化する。
【００７５】
ＬＥＤ素子は、上述されたＬＥＤ素子１００の調整工程（Ｅ）と同様の工程に送られる。検査システム３３０は、ＬＥＤ素子における光学特性のデータを、通信ケーブル３３２を介してプリント制御システム３２０に転送する。プリント制御システム３２０は、検査システム３３０より転送された光学特性のデータに基づき、規定の演算を行うことで、光学特性を閾値内のものにするために必要なナノ蛍光体溶液の種類や分量を算出する（本発明の第１０ステップに相当）。プリントヘッド３２１は、算出された種類や分量のナノ蛍光体溶液を樹脂層１５０に向けて噴射する（本発明の第１１ステップに相当）。ナノ蛍光体溶液が硬化することで、上述された実施形態と同様のナノ蛍光体層１６０が形成される。
【００７６】
以上の工程を通過して、ＬＥＤ素子が放射する光の光学特性（色調）が補正される。光学特性が補正されたＬＥＤ素子は、再びＬＥＤ素子１００検査工程（Ｄ）に送られて検査される。光学特性が既定の条件を満たすまで、ＬＥＤ素子１００検査工程（Ｄ）及びＬＥＤ素子１００の調整工程（Ｅ）が複数回繰り返されてもよい。また、ナノ蛍光体層１６０の上からさらに樹脂層１５０が積層されて、ナノ蛍光体層１６０が樹脂層１５０の間に挟み込まれてもよい。
【００７７】
以上の通り、従来のＬＥＤ素子にナノ蛍光体層１６０を積層することで、光学特性を補正することができる。このような方法によると、従来は破棄されていたＬＥＤ素子を再利用することができる。
【符号の説明】
【００７８】
１００・・・ＬＥＤ素子
１１０・・・ベース基板（ベース部材）
１１１・・・第１リード（リード）
１１２・・・第２リード（リード）
１２０・・・ＬＥＤチップ
１２１・・・Ｐ型半導体層（半導体層）
１２２・・・Ｎ型半導体層（半導体層）
１３０・・・ワイヤー（リード）
１５０・・・樹脂層（第１層）
１６０・・・ナノ蛍光体層（第２層）
２００・・・ウエハー
３１２・・・光学センサー
３３１・・・光学センサー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＮ接合された半導体層を有し、当該半導体層への電圧の印加によって光子を放出するＬＥＤチップと、
上記ＬＥＤチップに積層されており、上記ＬＥＤチップから放出された光子を透過する第１層と、
上記第１層に積層されており、上記ＬＥＤチップから放出された光子を透過する媒体中に半導体量子ドットを含んだ第２層と、を備え、
上記半導体量子ドットは、上記第２層に入射した光子の少なくとも一部を吸収し、その入射した光子とは波長が異なる光子を放出するＬＥＤ素子。
【請求項２】
上記ＬＥＤチップは、紫外光子又は青色の光子を放出するものであり、
上記第２層は、互いに異なる波長の光子を放出する複数種類の半導体量子ドットを含み、肉眼において白色と認識される光を放射する請求項１に記載のＬＥＤ素子。
【請求項３】
上記第１層は、上記ＬＥＤチップが放出した光子によって蛍光する蛍光体を含み、肉眼において白色と認識される光を放射するものであり、
上記第２層は、上記第１層から放射された光とは輝度又はスペクトルの少なくとも一方が異なる光を放射するものである請求項１又は２に記載のＬＥＤ素子。
【請求項４】
電圧の印加によって光子を放出するＬＥＤチップをベース部材に配置し、導電性のリードを当該ＬＥＤチップへ接続する第１ステップと、
上記ＬＥＤチップに、上記ＬＥＤチップから放出された光子を透過する第１層を積層する第２ステップと、
上記ＬＥＤチップから放出された光子を透過する媒体中に、当該媒体に入射した光子の少なくとも一部を吸収し、その入射した光子とは波長が異なる光子を放出する半導体量子ドットを含んだ第２層を、上記第１層に積層する第３ステップと、を含むＬＥＤ素子の製造方法。
【請求項５】
上記第３ステップにおいて、半導体量子ドットを含んだ液の微少液滴を上記第１層に吹き付けることにより、上記第２層を形成する請求項４に記載のＬＥＤ素子の製造方法。
【請求項６】
複数の上記ＬＥＤチップが形成されたウエハーに光を放射させ、当該光を光学センサーによって検知する第４ステップと、
上記ウエハー面における光の光学特性の分布に基づき、当該ウエハー面の位置ごとに、半導体量子ドットの種類及び量の少なくとも一方を決定する第５ステップと、をさらに含み、
上記第３ステップにおいて、上記決定された半導体量子ドットの種類及び量を含む上記第２層が積層される請求項４又は５に記載のＬＥＤ素子の製造方法。
【請求項７】
上記第２層が積層されたＬＥＤチップに光を放射させ、上記第２層を通して放射された光を光学センサーによって検知する第６ステップと、
上記第６ステップで上記光学センサーが検知した光の光学特性が閾値内のものである否かを判断し、閾値内のものでないと判断された場合、当該光学特性を閾値内のものにするために必要な半導体量子ドットの種類及び量の少なくとも一方を決定する第７ステップと、
上記第７ステップで決定された半導体量子ドットの種類及び量を含む上記第２層をさらに積層する第８ステップと、をさらに含む請求項４から６のいずれかに記載のＬＥＤ素子の製造方法。
【請求項８】
電圧の印加によって光子を放出するＬＥＤチップに、上記ＬＥＤチップから放出された光子を透過する第１層が積層されたＬＥＤ素子の色調補正方法であって、
上記ＬＥＤ素子に光を放射させ、当該光を光学センサーによって検知する第９ステップと、
上記第９ステップで上記光学センサーが検知した光の光学特性を閾値内のものにするために必要な半導体量子ドットの種類及び量の少なくとも一方を決定する第１０ステップと、
上記ＬＥＤチップから放出された光子を透過する媒体中に、上記第１０ステップで決定された半導体量子ドットの種類及び量を含む第２層を上記第１層に積層する第１１ステップと、を含み、
上記半導体量子ドットは、上記第２層に入射した光子の少なくとも一部を吸収し、その入射した光子とは波長が異なる光子を放出するものであるＬＥＤ素子の色調補正方法。
【請求項９】
上記第１１ステップにおいて、半導体量子ドットを含んだ液の微少液滴を上記第１層に吹き付けることにより、上記第２層を形成する請求項８に記載のＬＥＤ素子の色調補正方法。
【請求項１】
ＰＮ接合された半導体層を有し、当該半導体層への電圧の印加によって光子を放出するＬＥＤチップと、
上記ＬＥＤチップに積層されており、上記ＬＥＤチップから放出された光子を透過する第１層と、
上記第１層に積層されており、上記ＬＥＤチップから放出された光子を透過する媒体中に半導体量子ドットを含んだ第２層と、を備え、
上記半導体量子ドットは、上記第２層に入射した光子の少なくとも一部を吸収し、その入射した光子とは波長が異なる光子を放出するＬＥＤ素子。
【請求項２】
上記ＬＥＤチップは、紫外光子又は青色の光子を放出するものであり、
上記第２層は、互いに異なる波長の光子を放出する複数種類の半導体量子ドットを含み、肉眼において白色と認識される光を放射する請求項１に記載のＬＥＤ素子。
【請求項３】
上記第１層は、上記ＬＥＤチップが放出した光子によって蛍光する蛍光体を含み、肉眼において白色と認識される光を放射するものであり、
上記第２層は、上記第１層から放射された光とは輝度又はスペクトルの少なくとも一方が異なる光を放射するものである請求項１又は２に記載のＬＥＤ素子。
【請求項４】
電圧の印加によって光子を放出するＬＥＤチップをベース部材に配置し、導電性のリードを当該ＬＥＤチップへ接続する第１ステップと、
上記ＬＥＤチップに、上記ＬＥＤチップから放出された光子を透過する第１層を積層する第２ステップと、
上記ＬＥＤチップから放出された光子を透過する媒体中に、当該媒体に入射した光子の少なくとも一部を吸収し、その入射した光子とは波長が異なる光子を放出する半導体量子ドットを含んだ第２層を、上記第１層に積層する第３ステップと、を含むＬＥＤ素子の製造方法。
【請求項５】
上記第３ステップにおいて、半導体量子ドットを含んだ液の微少液滴を上記第１層に吹き付けることにより、上記第２層を形成する請求項４に記載のＬＥＤ素子の製造方法。
【請求項６】
複数の上記ＬＥＤチップが形成されたウエハーに光を放射させ、当該光を光学センサーによって検知する第４ステップと、
上記ウエハー面における光の光学特性の分布に基づき、当該ウエハー面の位置ごとに、半導体量子ドットの種類及び量の少なくとも一方を決定する第５ステップと、をさらに含み、
上記第３ステップにおいて、上記決定された半導体量子ドットの種類及び量を含む上記第２層が積層される請求項４又は５に記載のＬＥＤ素子の製造方法。
【請求項７】
上記第２層が積層されたＬＥＤチップに光を放射させ、上記第２層を通して放射された光を光学センサーによって検知する第６ステップと、
上記第６ステップで上記光学センサーが検知した光の光学特性が閾値内のものである否かを判断し、閾値内のものでないと判断された場合、当該光学特性を閾値内のものにするために必要な半導体量子ドットの種類及び量の少なくとも一方を決定する第７ステップと、
上記第７ステップで決定された半導体量子ドットの種類及び量を含む上記第２層をさらに積層する第８ステップと、をさらに含む請求項４から６のいずれかに記載のＬＥＤ素子の製造方法。
【請求項８】
電圧の印加によって光子を放出するＬＥＤチップに、上記ＬＥＤチップから放出された光子を透過する第１層が積層されたＬＥＤ素子の色調補正方法であって、
上記ＬＥＤ素子に光を放射させ、当該光を光学センサーによって検知する第９ステップと、
上記第９ステップで上記光学センサーが検知した光の光学特性を閾値内のものにするために必要な半導体量子ドットの種類及び量の少なくとも一方を決定する第１０ステップと、
上記ＬＥＤチップから放出された光子を透過する媒体中に、上記第１０ステップで決定された半導体量子ドットの種類及び量を含む第２層を上記第１層に積層する第１１ステップと、を含み、
上記半導体量子ドットは、上記第２層に入射した光子の少なくとも一部を吸収し、その入射した光子とは波長が異なる光子を放出するものであるＬＥＤ素子の色調補正方法。
【請求項９】
上記第１１ステップにおいて、半導体量子ドットを含んだ液の微少液滴を上記第１層に吹き付けることにより、上記第２層を形成する請求項８に記載のＬＥＤ素子の色調補正方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１９１１４４（Ｐ２０１２−１９１１４４Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５５７４５（Ｐ２０１１−５５７４５）
【出願日】平成２３年３月１４日（２０１１．３．１４）
【出願人】（５０７１０６８４７）ＮＳマテリアルズ株式会社 (8)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１４日（２０１１．３．１４）
【出願人】（５０７１０６８４７）ＮＳマテリアルズ株式会社 (8)
【Ｆターム（参考）】
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