発光素子の製造方法および発光素子
【課題】複数種の蛍光体粒子を用いた発光素子で、色ムラの発生を抑制するとともに、発光強度を向上できる製造方法を提供する。
【解決手段】凹部を有する第１のリードと、第１のリードの凹部内に取り付けられた発光ダイオードチップと、第２のリードと、発光ダイオードチップをリードに接続するワイヤと、第１のリードの凹部内の発光ダイオードチップ上に塗布された、互いに発光色が異なる複数種の蛍光体粒子とバインダー樹脂との混合物と、第１のリードおよび第２のリードの先端部を封止する透明樹脂とを有する発光素子を製造するにあたり、複数種の蛍光体粒子のうち少なくとも一種の蛍光体粒子に表面処理を施し、表面処理を施した蛍光体粒子および表面処理を施していない蛍光体粒子をバインダー樹脂に混合して第１のリードの凹部内の発光ダイオードチップ上に塗布する。
【解決手段】凹部を有する第１のリードと、第１のリードの凹部内に取り付けられた発光ダイオードチップと、第２のリードと、発光ダイオードチップをリードに接続するワイヤと、第１のリードの凹部内の発光ダイオードチップ上に塗布された、互いに発光色が異なる複数種の蛍光体粒子とバインダー樹脂との混合物と、第１のリードおよび第２のリードの先端部を封止する透明樹脂とを有する発光素子を製造するにあたり、複数種の蛍光体粒子のうち少なくとも一種の蛍光体粒子に表面処理を施し、表面処理を施した蛍光体粒子および表面処理を施していない蛍光体粒子をバインダー樹脂に混合して第１のリードの凹部内の発光ダイオードチップ上に塗布する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数種の蛍光体粒子を用いた発光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光素子のなかには、互いに発光色が異なる複数種の蛍光体粒子を用いるものがある。たとえば、白色発光ダイオード（ＬＥＤ）素子には、ＵＶ発光ダイオードチップ上に、赤色蛍光体粒子、緑色蛍光体粒子および青色蛍光体粒子とバインダー樹脂とを混合して調製したスラリーを塗布し、バインダー樹脂を硬化させたタイプのものがある。
【０００３】
このタイプの従来の白色ＬＥＤ素子では、色ムラが生じるという問題があった。これは、複数種の蛍光体粒子とバインダー樹脂とを混合し、チップ上に塗布した際に、各蛍光体粒子の比重、粒径、表面の凹凸の程度により樹脂中での沈降速度が異なり、各々の蛍光体粒子の分布にばらつきが生じ各々の蛍光体粒子が局在化するためであることがわかってきた。ところが、蛍光体粒子の粒径や形状は、フラックス焼成法による蛍光体原料の焼成時間や温度により決まるので、同じ組成で蛍光体粒子の粒径や形状を変えることが難しく、樹脂中での沈降速度を制御することができなかった。
【０００４】
一方、蛍光体粒子の発光強度は、蛍光体製造プロセスにより大きく影響を受ける。このため、蛍光体粒子の粒径、形状、表面凹凸を変えることを目的に、プロセスを変更した場合、発光強度も低下するという問題を生じることがあった（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−３１３５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、複数種の蛍光体粒子を用いた発光素子で、色ムラの発生を抑制するとともに、発光強度を向上できる製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る発光素子の製造方法は、凹部を有する第１のリードと、前記第１のリードの凹部内に取り付けられた発光ダイオードチップと、第２のリードと、前記発光ダイオードチップを前記第１のリードおよび前記第２のリードに接続する１対のワイヤと、前記第１のリードの凹部内の前記発光ダイオードチップ上に塗布された、互いに発光色が異なる複数種の蛍光体粒子とバインダー樹脂との混合物と、前記各部材を含む前記第１のリードおよび前記第２のリードの先端部を封止する透明樹脂とを有する発光素子を製造するにあたり、前記複数種の蛍光体粒子のうち少なくとも一種の蛍光体粒子に表面処理を施し、表面処理を施した蛍光体粒子および表面処理を施していない蛍光体粒子をバインダー樹脂に混合して前記第１のリードの凹部内の前記発光ダイオードチップ上に塗布することを特徴とする。
【０００７】
本発明の他の態様に係る発光素子の製造方法は、凹部を有する第１のリードと、前記第１のリードの凹部内に取り付けられた発光ダイオードチップと、第２のリードと、前記発光ダイオードチップを前記リードに接続するワイヤと、前記第１のリードの凹部内の前記発光ダイオードチップ上に塗布された、互いに発光色が異なる複数種の蛍光体粒子とバインダー樹脂との混合物と、前記各部材を含む前記第１のリードおよび前記第２のリードの先端部を封止する透明樹脂とを備え、前記蛍光体粒子は、表面に曲面凹部を有するとともに、突起が付着していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の実施形態によれば、複数種の蛍光体粒子のうち、バインダー樹脂中での沈降速度が遅いかまたは速い、少なくとも一種の蛍光体粒子に表面処理を施すことにより、その蛍光体粒子のバインダー樹脂中での沈降速度を制御して、バインダー樹脂中での各々の蛍光体粒子の分布を均一化することができる。したがって、蛍光体粒子の局在化による色ムラの発生を回避できる。また、表面処理が施された蛍光体粒子では入射光の散乱を低減でき発光の取り出し効率を向上できるので、発光強度の向上に寄与できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の実施形態において、複数種の蛍光体粒子のうち少なくとも一種の蛍光体粒子に対する表面処理は、熱プラズマ処理によって行うことが好ましい。
【００１０】
本発明の実施形態において、熱プラズマ処理により、バインダー樹脂中での沈降速度が遅い特定の蛍光体粒子の凹部をなめらかな曲面にすれば、気泡が付着しにくくなって蛍光体粒子のバインダー樹脂中での浮力を低減することができるので、その粒子のバインダー樹脂中での沈降速度を速めることができる。このため、バインダー樹脂中での各々の蛍光体粒子の沈降速度を均一化でき、各々の蛍光体粒子の分布も均一化することができる。したがって、蛍光体粒子の局在化による色ムラの発生を回避できる。また、表面がなめらかな曲面になった蛍光体粒子では、入射光の散乱を低減でき発光の取り出し効率を向上できるので、発光強度の向上に寄与できる。
【００１１】
本発明の実施形態において、熱プラズマ処理により、バインダー樹脂中での沈降速度が遅い特定の蛍光体粒子の粒径を大きくすれば、その粒子のバインダー樹脂中での沈降速度を速めることができる。このため、バインダー樹脂中での各々の蛍光体粒子の沈降速度を均一化でき、各々の蛍光体粒子の分布も均一化することができる。したがって、蛍光体粒子の局在化による色ムラの発生を回避できる。また、粒径が大きくなった蛍光体粒子では、入射光の散乱を低減でき発光の取り出し効率を向上できるので、発光強度の向上に寄与できる。
【００１２】
本発明の実施形態において、熱プラズマ処理により、バインダー樹脂中での沈降速度が速い特定の蛍光体粒子の凹部を曲面にするとともに蛍光体粒子の表面に突起を付着させれば、突起への気泡の付着による蛍光体粒子のバインダー樹脂中での浮力を増大することができるので、その粒子のバインダー樹脂中での沈降速度を遅くすることができる。このため、バインダー樹脂中での各々の蛍光体粒子の沈降速度を均一化でき、各々の蛍光体粒子の分布も均一化することができる。したがって、蛍光体粒子の局在化による色ムラの発生を回避できる。また、蛍光体粒子の表面で突起を局在化させることができれば、突起が形成された部分は気泡が付着しやすくなるので、蛍光体粒子は突起がある側が上側になる。この場合、下にある励起用の発光ダイオードチップから発した励起光は、蛍光体粒子の突起のない曲面から入射し、蛍光体からの発光は蛍光体粒子の突起のある側から取り出される。したがって、突起のない曲面では入射光の散乱ロスを低減でき、突起のある側では発光の全反射ロスを低減できるので、発光の取り出し効率を向上でき、発光強度の向上に寄与できる。
【００１３】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
図１に本発明の実施形態に係る方法によって製造される白色ＬＥＤ素子の断面図を示す。一方の第１のリード１は上面が凹部となっており、この凹部内にＵＶ発光ダイオードチップ（ＵＶＬＥＤチップ）３が取り付けられている。他方、第２のリード２が設けられている。ＵＶＬＥＤチップ３は、１対のワイヤ４、４によって、第１のリード１および第２のリード２に接続されている。第１のリード１の凹部内のＵＶＬＥＤチップ３上には、３種の蛍光体粒子（赤色蛍光体粒子、緑色蛍光体粒子および青色蛍光体粒子）とバインダー樹脂との混合物５が塗布されている。ＵＶＬＥＤチップ３、ワイヤ４、蛍光体粒子／バインダー樹脂混合物５を含む第１のリード１および第２のリード２の先端部は、透明樹脂６によって封止されている。
【００１４】
この白色ＬＥＤ素子の製造工程を簡単に説明する。ＵＶＬＥＤチップ３を第１のリード１の凹部内にマウントした後、ワイヤーボンディングする。一方、赤色蛍光体粒子、緑色蛍光体粒子および青色蛍光体粒子と、バインダー樹脂とを混合したスラリーを調製しておく。このスラリーを、第１のリード１の凹部内にポッテイング（塗布）した後、所定の温度でベーキングし、バインダー樹脂を硬化させる。その後、透明樹脂６を用いて樹脂封止を行う。
【００１５】
本実施形態では、フラックス焼成法、酸化還元反応により得られた赤色蛍光体粒子Ｌａ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ，Ｓｍ、緑色蛍光体粒子ＢａＭｇＡｌ16Ｏ27：Ｅｕ，Ｍｎ、青色蛍光体粒子（Ｓｒ，Ｃａ）5（ＰＯ4）3Ｃｌ：Ｅｕを用いる場合を考える。
【００１６】
従来のように、フラックス焼成法により製造された３種の蛍光体粒子をそのままバインダー樹脂と混合して塗布した場合、各々の蛍光体粒子の比重、粒径が異なるため、各々の蛍光体粒子のバインダー樹脂中での沈降速度が異なる。この結果、各々の蛍光体粒子の分布にばらつきが生じ、各々の蛍光体粒子が局在化し、色むらが生じる。
【００１７】
各蛍光体粒子の表面の凹凸がほぼ同じと仮定した場合、バインダー樹脂中での蛍光体粒子の沈降速度は、蛍光体粒子の重さとそれに働く浮力との関係で決まる。蛍光体粒子の重さは比重×粒径の３乗に比例し、浮力は表面積に関係するので粒径の２乗に比例すると仮定すると、沈降速度は比重および粒径に比例する。ここで、３種の蛍光体粒子の比重および粒径に注目し、バインダー樹脂中での各蛍光体粒子の沈降速度の相違を計算により推定する。計算に用いた各々の蛍光体粒子の比重および粒径は以下のとおりである。
【００１８】
赤色蛍光体粒子Ｌａ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ，Ｓｍ 比重５．７、粒径２．６μｍ
緑色蛍光体粒子ＢａＭｇＡｌ16Ｏ27：Ｅｕ，Ｍｎ 比重３．８、粒径２．７μｍ、
青色蛍光体粒子（Ｓｒ，Ｃａ）5（ＰＯ4）3Ｃｌ：Ｅｕ 比重４．２、粒径４．４μｍ。
【００１９】
この場合、比重×粒径の比は、赤色蛍光体粒子：緑色蛍光体粒子：青色蛍光体粒子＝１４．８：１０．３：１８．５となる。すなわち、緑色蛍光体粒子の沈降速度が赤色蛍光体粒子および青色蛍光体粒子の沈降速度に比べて遅いことがわかる。したがって、これらの３種の蛍光体粒子をバインダー樹脂に混合した場合、沈降速度の速い赤色蛍光体と青色蛍光体とが下側に局在し、沈降速度の遅い緑色蛍光体が上側に局在して、色ムラが生じる。
【００２０】
本実施形態においては、複数種の蛍光体粒子のうち少なくとも一種の蛍光体粒子を熱プラズマ処理することにより表面処理を施すことにより、その蛍光体粒子のバインダー樹脂中での沈降速度を制御して、バインダー樹脂中での各々の蛍光体粒子の分布を均一化する。
【００２１】
図２にＵＶＬＥＤチップ上で各々の蛍光体粒子が均一に分布した状態を示す。図２には、第１のリード１の先端部のみを示す。図２に示すように、第１のリード１上に取り付けられたＵＶＬＥＤチップ３上では、バインダー樹脂１０中に赤色蛍光体粒子１１、緑色蛍光体粒子１２および青色蛍光体粒子１３がほぼ均一に分布している。したがって、このような白色ＬＥＤ素子においては、蛍光体粒子の局在化による色ムラの発生を回避できる。
【００２２】
本発明の実施形態において、熱プラズマ処理の条件は、Ａｒ雰囲気中、プラズマ発生のための周波数を約１５ＭＨｚ、プレート電力を約５ｋＷ、プラズマ温度を約５０００〜１００００℃に設定することが好ましい。このようにして発生させた熱プラズマ中に、処理すべき特定の種類の蛍光体粒子を１秒以下の短時間だけ通過させる。その後、熱プラズマによる蛍光体表面へのダメージを緩和するために、１０００℃で１時間程度の熱処理を行う。
【００２３】
このような熱プラズマ処理によって、蛍光体粒子の凹部を曲面にしたり、蛍光体粒子の粒径を大きくしたり、蛍光体粒子の凹部を曲面にするとともに蛍光体粒子の表面に突起を付着させたりすることができる。上記のような蛍光体粒子の形状や粒径の変化の程度は、熱プラズマ処理の条件に応じて制御することができる。
【００２４】
以下、図面を参照しながら、蛍光体粒子の形状や粒径の変化によって、蛍光体粒子のバインダー樹脂中での沈降速度を制御できることを説明する。
【００２５】
図３はフラックス焼成法によって製造したままで未処理の蛍光体粒子２１の一例を示す斜視図である。図４は未処理の蛍光体粒子２１の一例を示す断面図である。これらの図に示すように、未処理の蛍光体粒子２１には顕著な凹部（図３の領域Ｃとして示す）が存在する。このような蛍光体粒子２１をバインダー樹脂と混合すると、図４に示すように凹部に気泡Ｂが付着しやすくなり、蛍光体粒子２１の浮力が大きくなって蛍光体粒子２１のバインダー樹脂中での沈降速度が遅くなる。
【００２６】
図５は本発明の実施形態に係る熱プラズマ処理後の蛍光体粒子２２の一例を示す斜視図である。図６は本発明の実施形態に係る熱プラズマ処理後の蛍光体粒子２２の一例を示す断面図である。これらの図に示すように、熱プラズマ処理後には、処理前に表面に存在した凹部が緩和され、蛍光体粒子２２の表面が比較的なめらかな曲面になっている。このように表面がなめらかな曲面となった蛍光体粒子２２には気泡が付着しにくいので、蛍光体粒子２２のバインダー樹脂中での浮力を低減することができ、バインダー樹脂中での沈降速度を速めることができる。そこで、上述した３種の蛍光体粒子のうち沈降速度の遅い緑色蛍光体粒子にのみ熱プラズマ処理を施して表面の曲面化すれば、バインダー樹脂中での各々の蛍光体粒子の沈降速度を均一化でき、図２に示したように各々の蛍光体粒子の分布も均一化することができる。したがって、蛍光体粒子の局在化による色ムラの発生を回避できる。また、表面がなめらかな曲面になった緑色蛍光体粒子では、入射光の散乱を低減でき発光の取り出し効率を向上できるので、発光強度の向上に寄与できる。
【００２７】
図７は本発明の実施形態に係る熱プラズマ処理後の蛍光体粒子２２の他の例を示す断面図である。この図に示すように、熱プラズマ処理条件によっては、処理後の蛍光体粒子２２をほぼ球状に近い形状にすることもできる。球状に近い形状の蛍光体粒子２２には気泡がほとんどつかなくなるので、バインダー樹脂中での沈降速度をさらに速めることができる。
【００２８】
また、熱プラズマ処理の条件によっては、蛍光体粒子の粒径を大きくして、その粒子のバインダー樹脂中での沈降速度を速めることができる。そこで、上述した３種の蛍光体粒子のうち沈降速度の遅い緑色蛍光体粒子にのみ熱プラズマ処理を施して粒径を大きくすれば、バインダー樹脂中での各々の蛍光体粒子の沈降速度を均一化でき、図２に示したように各々の蛍光体粒子の分布も均一化することができる。したがって、蛍光体粒子の局在化による色ムラの発生を回避できる。また、粒径が大きくなった緑色蛍光体粒子では、入射光の散乱を低減でき発光の取り出し効率を向上できるので、発光強度の向上に寄与できる。
【００２９】
図８は本発明の実施形態に係る熱プラズマ処理後の蛍光体粒子２２の他の例を示す斜視図である。この図に示すように、蛍光体粒子２２の表面をなめらかな曲面にするとともに蛍光体粒子２２の表面に突起２３を付着させている。熱プラズマ処理の雰囲気中にハロゲン系ガスを混入すれば、蛍光体粒子２２の表面に突起２３を付着させることができる。このように表面に突起２３が付着した蛍光体粒子２２は、突起への気泡の付着によってバインダー樹脂中での浮力が増大するので、バインダー樹脂中での沈降速度が遅くなる。そこで、上述した３種の蛍光体粒子のうち沈降速度の速い青色蛍光体粒子に熱プラズマ処理を施して表面に突起を付着させれば、バインダー樹脂中での各々の蛍光体粒子の沈降速度を均一化でき、図２に示したように各々の蛍光体粒子の分布も均一化することができる。したがって、蛍光体粒子の局在化による色ムラの発生を回避できる。
【００３０】
図９は本発明の実施形態に係る熱プラズマ処理後の蛍光体粒子２２のさらに他の例を示す斜視図である。図９では、図８と同様に、蛍光体粒子２２の表面をなめらかな曲面にするとともに蛍光体粒子２２の表面に突起２３を付着させているが、突起２３は局在化して付着している。
【００３１】
また、ハロゲン系ガスを混入した雰囲気中での熱プラズマ処理の処理時間などを制御することにより、蛍光体粒子の表面で突起の大きさを制御することができる。図１０に示すように、突起２３の大きさは、高さｈが０．３μｍ±０．１μｍ程度、底部の幅ｗが０．１５μｍ±０．０５μｍ程度であることが好ましい。
【００３２】
図９のように蛍光体粒子２２の表面で突起２３を局在化させれば、次のような効果が得られる。図１１を参照して、この効果について説明する。すなわち、突起２３が形成された部分は気泡が付着しやすくなるので、蛍光体粒子２２は突起２３がある側が上側になる。この場合、下にあるＵＶＬＥＤチップ３から発した励起光は、蛍光体粒子２２の下側の突起のない曲面から入射し、蛍光体からの発光は蛍光体粒子２２の突起２３のある側から取り出される。したがって、突起のない曲面では入射光の散乱ロスを低減でき、突起２３のある側では発光の全反射ロスを低減できるので、発光の取り出し効率を向上でき、発光強度の向上に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態に係る方法によって製造される白色ＬＥＤ素子の断面図。
【図２】ＵＶＬＥＤチップ上で各々の蛍光体粒子が均一に分布した状態を示す模式図。
【図３】未処理の蛍光体粒子の一例を示す斜視図。
【図４】未処理の蛍光体粒子の一例を示す断面図。
【図５】本発明の実施形態に係る熱プラズマ処理後の蛍光体粒子の一例を示す斜視図。
【図６】本発明の実施形態に係る熱プラズマ処理後の蛍光体粒子の一例を示す断面図。
【図７】本発明の実施形態に係る熱プラズマ処理後の蛍光体粒子の他の例を示す断面図。
【図８】本発明の実施形態に係る熱プラズマ処理後の蛍光体粒子の他の例を示す斜視図。
【図９】本発明の実施形態に係る熱プラズマ処理後の蛍光体粒子のさらに他の例を示す斜視図。
【図１０】蛍光体粒子の表面に付着した突起の大きさを示す模式図。
【図１１】図９に示す蛍光体粒子の効果を説明する図。
【符号の説明】
【００３４】
１…第１のリード、２…第２のリード、３…ＵＶＬＥＤチップ、４…ワイヤ、５…蛍光体粒子／バインダー樹脂の混合物、６…透明樹脂、１０…バインダー樹脂、１１…赤色蛍光体粒子、１２…緑色蛍光体粒子、１３…青色蛍光体粒子、２１…未処理の蛍光体粒子、２２…熱プラズマ処理後の蛍光体粒子、２３…突起。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数種の蛍光体粒子を用いた発光素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光素子のなかには、互いに発光色が異なる複数種の蛍光体粒子を用いるものがある。たとえば、白色発光ダイオード（ＬＥＤ）素子には、ＵＶ発光ダイオードチップ上に、赤色蛍光体粒子、緑色蛍光体粒子および青色蛍光体粒子とバインダー樹脂とを混合して調製したスラリーを塗布し、バインダー樹脂を硬化させたタイプのものがある。
【０００３】
このタイプの従来の白色ＬＥＤ素子では、色ムラが生じるという問題があった。これは、複数種の蛍光体粒子とバインダー樹脂とを混合し、チップ上に塗布した際に、各蛍光体粒子の比重、粒径、表面の凹凸の程度により樹脂中での沈降速度が異なり、各々の蛍光体粒子の分布にばらつきが生じ各々の蛍光体粒子が局在化するためであることがわかってきた。ところが、蛍光体粒子の粒径や形状は、フラックス焼成法による蛍光体原料の焼成時間や温度により決まるので、同じ組成で蛍光体粒子の粒径や形状を変えることが難しく、樹脂中での沈降速度を制御することができなかった。
【０００４】
一方、蛍光体粒子の発光強度は、蛍光体製造プロセスにより大きく影響を受ける。このため、蛍光体粒子の粒径、形状、表面凹凸を変えることを目的に、プロセスを変更した場合、発光強度も低下するという問題を生じることがあった（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−３１３５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、複数種の蛍光体粒子を用いた発光素子で、色ムラの発生を抑制するとともに、発光強度を向上できる製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る発光素子の製造方法は、凹部を有する第１のリードと、前記第１のリードの凹部内に取り付けられた発光ダイオードチップと、第２のリードと、前記発光ダイオードチップを前記第１のリードおよび前記第２のリードに接続する１対のワイヤと、前記第１のリードの凹部内の前記発光ダイオードチップ上に塗布された、互いに発光色が異なる複数種の蛍光体粒子とバインダー樹脂との混合物と、前記各部材を含む前記第１のリードおよび前記第２のリードの先端部を封止する透明樹脂とを有する発光素子を製造するにあたり、前記複数種の蛍光体粒子のうち少なくとも一種の蛍光体粒子に表面処理を施し、表面処理を施した蛍光体粒子および表面処理を施していない蛍光体粒子をバインダー樹脂に混合して前記第１のリードの凹部内の前記発光ダイオードチップ上に塗布することを特徴とする。
【０００７】
本発明の他の態様に係る発光素子の製造方法は、凹部を有する第１のリードと、前記第１のリードの凹部内に取り付けられた発光ダイオードチップと、第２のリードと、前記発光ダイオードチップを前記リードに接続するワイヤと、前記第１のリードの凹部内の前記発光ダイオードチップ上に塗布された、互いに発光色が異なる複数種の蛍光体粒子とバインダー樹脂との混合物と、前記各部材を含む前記第１のリードおよび前記第２のリードの先端部を封止する透明樹脂とを備え、前記蛍光体粒子は、表面に曲面凹部を有するとともに、突起が付着していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の実施形態によれば、複数種の蛍光体粒子のうち、バインダー樹脂中での沈降速度が遅いかまたは速い、少なくとも一種の蛍光体粒子に表面処理を施すことにより、その蛍光体粒子のバインダー樹脂中での沈降速度を制御して、バインダー樹脂中での各々の蛍光体粒子の分布を均一化することができる。したがって、蛍光体粒子の局在化による色ムラの発生を回避できる。また、表面処理が施された蛍光体粒子では入射光の散乱を低減でき発光の取り出し効率を向上できるので、発光強度の向上に寄与できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の実施形態において、複数種の蛍光体粒子のうち少なくとも一種の蛍光体粒子に対する表面処理は、熱プラズマ処理によって行うことが好ましい。
【００１０】
本発明の実施形態において、熱プラズマ処理により、バインダー樹脂中での沈降速度が遅い特定の蛍光体粒子の凹部をなめらかな曲面にすれば、気泡が付着しにくくなって蛍光体粒子のバインダー樹脂中での浮力を低減することができるので、その粒子のバインダー樹脂中での沈降速度を速めることができる。このため、バインダー樹脂中での各々の蛍光体粒子の沈降速度を均一化でき、各々の蛍光体粒子の分布も均一化することができる。したがって、蛍光体粒子の局在化による色ムラの発生を回避できる。また、表面がなめらかな曲面になった蛍光体粒子では、入射光の散乱を低減でき発光の取り出し効率を向上できるので、発光強度の向上に寄与できる。
【００１１】
本発明の実施形態において、熱プラズマ処理により、バインダー樹脂中での沈降速度が遅い特定の蛍光体粒子の粒径を大きくすれば、その粒子のバインダー樹脂中での沈降速度を速めることができる。このため、バインダー樹脂中での各々の蛍光体粒子の沈降速度を均一化でき、各々の蛍光体粒子の分布も均一化することができる。したがって、蛍光体粒子の局在化による色ムラの発生を回避できる。また、粒径が大きくなった蛍光体粒子では、入射光の散乱を低減でき発光の取り出し効率を向上できるので、発光強度の向上に寄与できる。
【００１２】
本発明の実施形態において、熱プラズマ処理により、バインダー樹脂中での沈降速度が速い特定の蛍光体粒子の凹部を曲面にするとともに蛍光体粒子の表面に突起を付着させれば、突起への気泡の付着による蛍光体粒子のバインダー樹脂中での浮力を増大することができるので、その粒子のバインダー樹脂中での沈降速度を遅くすることができる。このため、バインダー樹脂中での各々の蛍光体粒子の沈降速度を均一化でき、各々の蛍光体粒子の分布も均一化することができる。したがって、蛍光体粒子の局在化による色ムラの発生を回避できる。また、蛍光体粒子の表面で突起を局在化させることができれば、突起が形成された部分は気泡が付着しやすくなるので、蛍光体粒子は突起がある側が上側になる。この場合、下にある励起用の発光ダイオードチップから発した励起光は、蛍光体粒子の突起のない曲面から入射し、蛍光体からの発光は蛍光体粒子の突起のある側から取り出される。したがって、突起のない曲面では入射光の散乱ロスを低減でき、突起のある側では発光の全反射ロスを低減できるので、発光の取り出し効率を向上でき、発光強度の向上に寄与できる。
【００１３】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
図１に本発明の実施形態に係る方法によって製造される白色ＬＥＤ素子の断面図を示す。一方の第１のリード１は上面が凹部となっており、この凹部内にＵＶ発光ダイオードチップ（ＵＶＬＥＤチップ）３が取り付けられている。他方、第２のリード２が設けられている。ＵＶＬＥＤチップ３は、１対のワイヤ４、４によって、第１のリード１および第２のリード２に接続されている。第１のリード１の凹部内のＵＶＬＥＤチップ３上には、３種の蛍光体粒子（赤色蛍光体粒子、緑色蛍光体粒子および青色蛍光体粒子）とバインダー樹脂との混合物５が塗布されている。ＵＶＬＥＤチップ３、ワイヤ４、蛍光体粒子／バインダー樹脂混合物５を含む第１のリード１および第２のリード２の先端部は、透明樹脂６によって封止されている。
【００１４】
この白色ＬＥＤ素子の製造工程を簡単に説明する。ＵＶＬＥＤチップ３を第１のリード１の凹部内にマウントした後、ワイヤーボンディングする。一方、赤色蛍光体粒子、緑色蛍光体粒子および青色蛍光体粒子と、バインダー樹脂とを混合したスラリーを調製しておく。このスラリーを、第１のリード１の凹部内にポッテイング（塗布）した後、所定の温度でベーキングし、バインダー樹脂を硬化させる。その後、透明樹脂６を用いて樹脂封止を行う。
【００１５】
本実施形態では、フラックス焼成法、酸化還元反応により得られた赤色蛍光体粒子Ｌａ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ，Ｓｍ、緑色蛍光体粒子ＢａＭｇＡｌ16Ｏ27：Ｅｕ，Ｍｎ、青色蛍光体粒子（Ｓｒ，Ｃａ）5（ＰＯ4）3Ｃｌ：Ｅｕを用いる場合を考える。
【００１６】
従来のように、フラックス焼成法により製造された３種の蛍光体粒子をそのままバインダー樹脂と混合して塗布した場合、各々の蛍光体粒子の比重、粒径が異なるため、各々の蛍光体粒子のバインダー樹脂中での沈降速度が異なる。この結果、各々の蛍光体粒子の分布にばらつきが生じ、各々の蛍光体粒子が局在化し、色むらが生じる。
【００１７】
各蛍光体粒子の表面の凹凸がほぼ同じと仮定した場合、バインダー樹脂中での蛍光体粒子の沈降速度は、蛍光体粒子の重さとそれに働く浮力との関係で決まる。蛍光体粒子の重さは比重×粒径の３乗に比例し、浮力は表面積に関係するので粒径の２乗に比例すると仮定すると、沈降速度は比重および粒径に比例する。ここで、３種の蛍光体粒子の比重および粒径に注目し、バインダー樹脂中での各蛍光体粒子の沈降速度の相違を計算により推定する。計算に用いた各々の蛍光体粒子の比重および粒径は以下のとおりである。
【００１８】
赤色蛍光体粒子Ｌａ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ，Ｓｍ 比重５．７、粒径２．６μｍ
緑色蛍光体粒子ＢａＭｇＡｌ16Ｏ27：Ｅｕ，Ｍｎ 比重３．８、粒径２．７μｍ、
青色蛍光体粒子（Ｓｒ，Ｃａ）5（ＰＯ4）3Ｃｌ：Ｅｕ 比重４．２、粒径４．４μｍ。
【００１９】
この場合、比重×粒径の比は、赤色蛍光体粒子：緑色蛍光体粒子：青色蛍光体粒子＝１４．８：１０．３：１８．５となる。すなわち、緑色蛍光体粒子の沈降速度が赤色蛍光体粒子および青色蛍光体粒子の沈降速度に比べて遅いことがわかる。したがって、これらの３種の蛍光体粒子をバインダー樹脂に混合した場合、沈降速度の速い赤色蛍光体と青色蛍光体とが下側に局在し、沈降速度の遅い緑色蛍光体が上側に局在して、色ムラが生じる。
【００２０】
本実施形態においては、複数種の蛍光体粒子のうち少なくとも一種の蛍光体粒子を熱プラズマ処理することにより表面処理を施すことにより、その蛍光体粒子のバインダー樹脂中での沈降速度を制御して、バインダー樹脂中での各々の蛍光体粒子の分布を均一化する。
【００２１】
図２にＵＶＬＥＤチップ上で各々の蛍光体粒子が均一に分布した状態を示す。図２には、第１のリード１の先端部のみを示す。図２に示すように、第１のリード１上に取り付けられたＵＶＬＥＤチップ３上では、バインダー樹脂１０中に赤色蛍光体粒子１１、緑色蛍光体粒子１２および青色蛍光体粒子１３がほぼ均一に分布している。したがって、このような白色ＬＥＤ素子においては、蛍光体粒子の局在化による色ムラの発生を回避できる。
【００２２】
本発明の実施形態において、熱プラズマ処理の条件は、Ａｒ雰囲気中、プラズマ発生のための周波数を約１５ＭＨｚ、プレート電力を約５ｋＷ、プラズマ温度を約５０００〜１００００℃に設定することが好ましい。このようにして発生させた熱プラズマ中に、処理すべき特定の種類の蛍光体粒子を１秒以下の短時間だけ通過させる。その後、熱プラズマによる蛍光体表面へのダメージを緩和するために、１０００℃で１時間程度の熱処理を行う。
【００２３】
このような熱プラズマ処理によって、蛍光体粒子の凹部を曲面にしたり、蛍光体粒子の粒径を大きくしたり、蛍光体粒子の凹部を曲面にするとともに蛍光体粒子の表面に突起を付着させたりすることができる。上記のような蛍光体粒子の形状や粒径の変化の程度は、熱プラズマ処理の条件に応じて制御することができる。
【００２４】
以下、図面を参照しながら、蛍光体粒子の形状や粒径の変化によって、蛍光体粒子のバインダー樹脂中での沈降速度を制御できることを説明する。
【００２５】
図３はフラックス焼成法によって製造したままで未処理の蛍光体粒子２１の一例を示す斜視図である。図４は未処理の蛍光体粒子２１の一例を示す断面図である。これらの図に示すように、未処理の蛍光体粒子２１には顕著な凹部（図３の領域Ｃとして示す）が存在する。このような蛍光体粒子２１をバインダー樹脂と混合すると、図４に示すように凹部に気泡Ｂが付着しやすくなり、蛍光体粒子２１の浮力が大きくなって蛍光体粒子２１のバインダー樹脂中での沈降速度が遅くなる。
【００２６】
図５は本発明の実施形態に係る熱プラズマ処理後の蛍光体粒子２２の一例を示す斜視図である。図６は本発明の実施形態に係る熱プラズマ処理後の蛍光体粒子２２の一例を示す断面図である。これらの図に示すように、熱プラズマ処理後には、処理前に表面に存在した凹部が緩和され、蛍光体粒子２２の表面が比較的なめらかな曲面になっている。このように表面がなめらかな曲面となった蛍光体粒子２２には気泡が付着しにくいので、蛍光体粒子２２のバインダー樹脂中での浮力を低減することができ、バインダー樹脂中での沈降速度を速めることができる。そこで、上述した３種の蛍光体粒子のうち沈降速度の遅い緑色蛍光体粒子にのみ熱プラズマ処理を施して表面の曲面化すれば、バインダー樹脂中での各々の蛍光体粒子の沈降速度を均一化でき、図２に示したように各々の蛍光体粒子の分布も均一化することができる。したがって、蛍光体粒子の局在化による色ムラの発生を回避できる。また、表面がなめらかな曲面になった緑色蛍光体粒子では、入射光の散乱を低減でき発光の取り出し効率を向上できるので、発光強度の向上に寄与できる。
【００２７】
図７は本発明の実施形態に係る熱プラズマ処理後の蛍光体粒子２２の他の例を示す断面図である。この図に示すように、熱プラズマ処理条件によっては、処理後の蛍光体粒子２２をほぼ球状に近い形状にすることもできる。球状に近い形状の蛍光体粒子２２には気泡がほとんどつかなくなるので、バインダー樹脂中での沈降速度をさらに速めることができる。
【００２８】
また、熱プラズマ処理の条件によっては、蛍光体粒子の粒径を大きくして、その粒子のバインダー樹脂中での沈降速度を速めることができる。そこで、上述した３種の蛍光体粒子のうち沈降速度の遅い緑色蛍光体粒子にのみ熱プラズマ処理を施して粒径を大きくすれば、バインダー樹脂中での各々の蛍光体粒子の沈降速度を均一化でき、図２に示したように各々の蛍光体粒子の分布も均一化することができる。したがって、蛍光体粒子の局在化による色ムラの発生を回避できる。また、粒径が大きくなった緑色蛍光体粒子では、入射光の散乱を低減でき発光の取り出し効率を向上できるので、発光強度の向上に寄与できる。
【００２９】
図８は本発明の実施形態に係る熱プラズマ処理後の蛍光体粒子２２の他の例を示す斜視図である。この図に示すように、蛍光体粒子２２の表面をなめらかな曲面にするとともに蛍光体粒子２２の表面に突起２３を付着させている。熱プラズマ処理の雰囲気中にハロゲン系ガスを混入すれば、蛍光体粒子２２の表面に突起２３を付着させることができる。このように表面に突起２３が付着した蛍光体粒子２２は、突起への気泡の付着によってバインダー樹脂中での浮力が増大するので、バインダー樹脂中での沈降速度が遅くなる。そこで、上述した３種の蛍光体粒子のうち沈降速度の速い青色蛍光体粒子に熱プラズマ処理を施して表面に突起を付着させれば、バインダー樹脂中での各々の蛍光体粒子の沈降速度を均一化でき、図２に示したように各々の蛍光体粒子の分布も均一化することができる。したがって、蛍光体粒子の局在化による色ムラの発生を回避できる。
【００３０】
図９は本発明の実施形態に係る熱プラズマ処理後の蛍光体粒子２２のさらに他の例を示す斜視図である。図９では、図８と同様に、蛍光体粒子２２の表面をなめらかな曲面にするとともに蛍光体粒子２２の表面に突起２３を付着させているが、突起２３は局在化して付着している。
【００３１】
また、ハロゲン系ガスを混入した雰囲気中での熱プラズマ処理の処理時間などを制御することにより、蛍光体粒子の表面で突起の大きさを制御することができる。図１０に示すように、突起２３の大きさは、高さｈが０．３μｍ±０．１μｍ程度、底部の幅ｗが０．１５μｍ±０．０５μｍ程度であることが好ましい。
【００３２】
図９のように蛍光体粒子２２の表面で突起２３を局在化させれば、次のような効果が得られる。図１１を参照して、この効果について説明する。すなわち、突起２３が形成された部分は気泡が付着しやすくなるので、蛍光体粒子２２は突起２３がある側が上側になる。この場合、下にあるＵＶＬＥＤチップ３から発した励起光は、蛍光体粒子２２の下側の突起のない曲面から入射し、蛍光体からの発光は蛍光体粒子２２の突起２３のある側から取り出される。したがって、突起のない曲面では入射光の散乱ロスを低減でき、突起２３のある側では発光の全反射ロスを低減できるので、発光の取り出し効率を向上でき、発光強度の向上に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態に係る方法によって製造される白色ＬＥＤ素子の断面図。
【図２】ＵＶＬＥＤチップ上で各々の蛍光体粒子が均一に分布した状態を示す模式図。
【図３】未処理の蛍光体粒子の一例を示す斜視図。
【図４】未処理の蛍光体粒子の一例を示す断面図。
【図５】本発明の実施形態に係る熱プラズマ処理後の蛍光体粒子の一例を示す斜視図。
【図６】本発明の実施形態に係る熱プラズマ処理後の蛍光体粒子の一例を示す断面図。
【図７】本発明の実施形態に係る熱プラズマ処理後の蛍光体粒子の他の例を示す断面図。
【図８】本発明の実施形態に係る熱プラズマ処理後の蛍光体粒子の他の例を示す斜視図。
【図９】本発明の実施形態に係る熱プラズマ処理後の蛍光体粒子のさらに他の例を示す斜視図。
【図１０】蛍光体粒子の表面に付着した突起の大きさを示す模式図。
【図１１】図９に示す蛍光体粒子の効果を説明する図。
【符号の説明】
【００３４】
１…第１のリード、２…第２のリード、３…ＵＶＬＥＤチップ、４…ワイヤ、５…蛍光体粒子／バインダー樹脂の混合物、６…透明樹脂、１０…バインダー樹脂、１１…赤色蛍光体粒子、１２…緑色蛍光体粒子、１３…青色蛍光体粒子、２１…未処理の蛍光体粒子、２２…熱プラズマ処理後の蛍光体粒子、２３…突起。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹部を有する第１のリードと、前記第１のリードの凹部内に取り付けられた発光ダイオードチップと、第２のリードと、前記発光ダイオードチップを前記リードに接続するワイヤと、前記第１のリードの凹部内の前記発光ダイオードチップ上に塗布された、互いに発光色が異なる複数種の蛍光体粒子とバインダー樹脂との混合物と、前記各部材を含む前記第１のリードおよび前記第２のリードの先端部を封止する透明樹脂とを有する発光素子を製造するにあたり、
前記複数種の蛍光体粒子のうち少なくとも一種の蛍光体粒子に表面処理を施し、
表面処理を施した蛍光体粒子および表面処理を施していない蛍光体粒子をバインダー樹脂に混合して前記第１のリードの凹部内の前記発光ダイオードチップ上に塗布する
ことを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記複数種の蛍光体粒子のうち少なくとも一種の蛍光体粒子を熱プラズマ処理することにより表面処理を施すことを特徴とする請求項１に記載の発光素子の製造方法。
【請求項３】
熱プラズマ処理により、蛍光体粒子の凹部を曲面にすることを特徴とする請求項２に記載の発光素子の製造方法。
【請求項４】
熱プラズマ処理により、蛍光体粒子の凹部を曲面にするとともに蛍光体粒子の表面に突起を付着させることを特徴とする請求項２に記載の発光素子の製造方法。
【請求項５】
凹部を有する第１のリードと、前記第１のリードの凹部内に取り付けられた発光ダイオードチップと、第２のリードと、前記発光ダイオードチップを前記リードに接続するワイヤと、前記第１のリードの凹部内の前記発光ダイオードチップ上に塗布された、互いに発光色が異なる複数種の蛍光体粒子とバインダー樹脂との混合物と、前記各部材を含む前記第１のリードおよび前記第２のリードの先端部を封止する透明樹脂とを備え、前記蛍光体粒子は、表面に曲面凹部を有するとともに、突起が付着していることを特徴とする発光素子。
【請求項１】
凹部を有する第１のリードと、前記第１のリードの凹部内に取り付けられた発光ダイオードチップと、第２のリードと、前記発光ダイオードチップを前記リードに接続するワイヤと、前記第１のリードの凹部内の前記発光ダイオードチップ上に塗布された、互いに発光色が異なる複数種の蛍光体粒子とバインダー樹脂との混合物と、前記各部材を含む前記第１のリードおよび前記第２のリードの先端部を封止する透明樹脂とを有する発光素子を製造するにあたり、
前記複数種の蛍光体粒子のうち少なくとも一種の蛍光体粒子に表面処理を施し、
表面処理を施した蛍光体粒子および表面処理を施していない蛍光体粒子をバインダー樹脂に混合して前記第１のリードの凹部内の前記発光ダイオードチップ上に塗布する
ことを特徴とする発光素子の製造方法。
【請求項２】
前記複数種の蛍光体粒子のうち少なくとも一種の蛍光体粒子を熱プラズマ処理することにより表面処理を施すことを特徴とする請求項１に記載の発光素子の製造方法。
【請求項３】
熱プラズマ処理により、蛍光体粒子の凹部を曲面にすることを特徴とする請求項２に記載の発光素子の製造方法。
【請求項４】
熱プラズマ処理により、蛍光体粒子の凹部を曲面にするとともに蛍光体粒子の表面に突起を付着させることを特徴とする請求項２に記載の発光素子の製造方法。
【請求項５】
凹部を有する第１のリードと、前記第１のリードの凹部内に取り付けられた発光ダイオードチップと、第２のリードと、前記発光ダイオードチップを前記リードに接続するワイヤと、前記第１のリードの凹部内の前記発光ダイオードチップ上に塗布された、互いに発光色が異なる複数種の蛍光体粒子とバインダー樹脂との混合物と、前記各部材を含む前記第１のリードおよび前記第２のリードの先端部を封止する透明樹脂とを備え、前記蛍光体粒子は、表面に曲面凹部を有するとともに、突起が付着していることを特徴とする発光素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００６−１００７３０（Ｐ２００６−１００７３０Ａ）
【公開日】平成１８年４月１３日（２００６．４．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２８７６９９（Ｐ２００４−２８７６９９）
【出願日】平成１６年９月３０日（２００４．９．３０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月１３日（２００６．４．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月３０日（２００４．９．３０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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