JP2002314142A - 発光装置 - Google Patents

発光装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光の混合比を確実且つ容易に所望のバランス
にし、安定した発光特性を有する発光装置を提供するこ
とを目的とする。 【解決手段】 波長４００ｎｍ未満に強度ピークを有
する１次光を放出する発光素子（１０６）と、前記発光
素子を覆うように設けられたシリコーン樹脂（１１１）
と、前記シリコーン樹脂に含有され、前記１次光を吸収
して可視光を放出する蛍光体（１１０）と、を備えるこ
とにより、発光素子の波長がシフトしても色調が変化し
ない発光装置を提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は発光装置に関し、特
に半導体発光素子などの発光素子と蛍光体などの波長変
換手段とを組み合わせた発光装置に関する。
【従来の技術】ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダ
イオード）などの半導体発光素子と蛍光体とを組み合わ
せた発光装置は、安価で長寿命な発光装置として注目さ
れ、その開発が進められている。また、この発光装置
は、従来の半導体発光素子では実現できない発光色を提
供できるという利点も有する。
【０００２】通常、半導体発光素子は活性層に注入され
たキャリアが再結合する時に発光するものであり、その
発光波長は活性層のバンドギャップで決まる。例えば、
ＩｎＧａＡｌＰ系材料を用いた半導体発光素子では赤色
や黄色、ＩｎＧａＮ系材料を用いた半導体発光素子では
緑色や青色の単色が実現されている。
【０００３】しかし、このような従来の半導体発光素子
を用いて所定の混色を実現させるためには、色の異なる
複数個の発光素子を組み合わせて、それらの電流値を調
節することにより各発光素子の光出力を制御する必要が
あるため、構成が複雑となり調節も面倒であった。
【０００４】これに対して、半導体発光素子から放出さ
れる発光を蛍光体材料により波長変換して発光する発光
装置の場合は、蛍光体材料の種類や組み合わせを変える
ことによって従来にない発光色を１個の半導体発光素子
を用いて実現できるという点で有利である。
【０００５】半導体発光素子と蛍光体とを組合せた発光
装置としては、Compound Semiconductor Vol.5No.4 pp.
28-31に記載された白色発光装置を挙げることができ
る。この発光装置は、青色を発光する半導体発光素子
と、その青色光により励起されて黄色発光するＹＡＧ：
Ｃｅ蛍光体の２色混色によって白色発光を実現してい
る。
【０００６】図１６は、このような従来の発光装置の概
略構成を表す断面図である。すなわち、パッケージ（樹
脂ステム）８００には開口部８０１が形成されており、
その中に半導体発光素子８０２が載置され、半導体発光
素子を包含するように封止樹脂８０４が形成されてい
る。そして、この樹脂８０４は、蛍光体８１０を含有し
ている。
【０００７】樹脂ステム８００は、リードフレームから
成形したリード８０５、８０６と、これらを埋め込んで
成型された樹脂部８０３とを有する。半導体発光素子８
０２はリード８０６にマウントされ、ワイア８０８によ
ってリード８０５に接続されている。２本のリード８０
５、８０６を通して半導体発光素子８０２に電力が供給
されて発光し、その発光を吸収することにより蛍光体８
１０が発光する。ここで半導体発光素子８０２が青色で
発光する半導体であり、蛍光体８１０が、発光素子８０
２の青色を吸収して黄色の光を放出するＹＡＧ：Ｃｅ蛍
光体である。
【０００８】そして、図１６に例示した発光装置は、半
導体発光素子８０２から放出された青色発光と、その一
部を蛍光体８１０により波長変換した黄色発光と、の２
色混合による白色の発光が光取り出し面８１２から取り
出される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、本発明者の検
討の結果、図１６に例示したような発光装置には、以下
に列挙する問題があることが判明した。すなわち、 （１）装置毎のホワイトバランスのばらつきが大きい。 （２）供給する電流値の変化によるホワイトバランスの
変化が大きい。 （３）周囲温度の変動によるホワイトバランスの変化が
大きい。 （４）半導体発光素子８０２の経時変化によるホワイト
バランスの変化が大きい。 これらの問題は、いずれも、半導体発光素子として用い
ている青色発光素子８０２が有する本質的な特性に起因
している。すなわち、青色発光素子８０２の発光層とし
て用いられている窒化インジウム・ガリウム（ＩｎＧａ
Ｎ）は、その組成の厳密な制御が難しく、成長ウェーハ
毎に発光波長が変動する傾向がある。また、発光素子８
０２に供給する電流や温度によって発光波長が比較的大
きく変動するという特性を有する。さらに、電流を供給
して発光動作を継続すると、発光波長が変動する傾向が
みられる。
【００１０】これらの原因によって青色発光素子８０２
から放出される青色光の波長が変動すると、蛍光体８１
０から放出される黄色光との強度のバランスがくずれて
色度座標がずれてしまう。その結果として、出力される
白色光のホワイトバランスが大きく変化するという問題
が生ずることが判明した。このため、得られる白色光の
明るさ（輝度）と色合い（色調）にバラツキが発生し、
製品毎の再現性が悪く、量産性も低いという問題があっ
た。
【００１１】また、図１６に例示した発光装置の場合、
半導体素子を包含する樹脂中の蛍光体量を発光素子の輝
度に合わせて調整しにくいという問題も内在する。特
に、可視感度の高いＹＡＧ：Ｃｅからの発光は、蛍光体
の数μｇの量の誤差が色調及び輝度に影響を及ぼすた
め、制御が困難である。
【００１２】さらにこの発光装置は、使用できる温度が
狭い範囲に限定されており、例えば５０℃以上の高温で
動作させると、色調が青みがかった白色に変化してしま
う。このような温度による変色は、半導体素子の温度特
性と蛍光体の温度特性とが違うことによるものであり、
高温での螢光体の発光効率の低下が半導体の発光効率の
低下よりも大きいために発生している。
【００１３】さらにいえば、図１６に例示した発光装置
の場合、黄色発光する蛍光体８１０を含有した樹脂８０
４は、非点灯時に「黄色」の色調を有する。つまり、点
灯時には「白色」に光るものが、非点灯時には「黄色」
に見えるために、「見栄え」が良くないという問題もあ
った。
【００１４】本発明は、かかる課題の認識に基づいてな
されたものである。すなわち、その目的は、発光素子と
蛍光体とを組み合わせた発光装置において輝度及び色調
のバラツキを抑えるとともに、発光特性の温度変化が小
さく、見栄えもよく、量産性及び再現性の高い発光装置
を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の発光装置は、１次光を放出する発光素子
と、前記発光素子を覆うように設けられＪＩＳＡ値で５
０以上の硬度を有するシリコーン樹脂と、前記シリコー
ン樹脂に含有され、前記１次光を吸収して可視光を放出
する蛍光体と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】このような独特のシリコーン樹脂を封止体
として用いることにより、耐光性、耐候性、機械的耐久
性に優れた波長変換型の発光装置を実現することができ
る。
【００１７】ここで、前記発光素子が放出する前記１次
光として、波長４００ｎｍ未満に強度ピークを有するも
のを用いると、蛍光体が高い効率で１次光を吸収し波長
変換して高い光出力が得られる。
【００１８】また、前記蛍光体として、前記１次光を吸
収して第１の可視光を放出する第１の蛍光体と、前記１
次光を吸収して前記第１の可視光とは異なる波長の第２
の可視光を放出する第２の蛍光体と、を用いることによ
り、任意の混合色を実現することができる。
【００１９】さらに、前記第１の可視光と前記第２の可
視光とを、補色関係にあるものとすれば、例えば、青色
と黄色、あいるは赤色と青緑色などを混合することによ
り白色の発光を得ることができる。
【００２０】または、前記蛍光体として、前記１次光を
吸収して赤色光を放出する第１の蛍光体と、前記１次光
を吸収して緑色光を放出する第２の蛍光体と、前記１次
光を吸収して青色光を放出する第３の蛍光体と、を用い
れば、前記赤色光と緑色光と青色光との混色により略白
色の光が得られる。
【００２１】また、前記発光素子に接続されたワイアを
さらに備え、前記シリコーン樹脂は、前記ワイアも覆う
ように設けられたものとすれば、ワイアも含めて封止体
で保護し、ワイアの断線や変形などを抑制することがで
きる。
【００２２】また、開口を有する樹脂部をさらに設け、
前記発光素子を、前記開口の底に配置し、前記シリコー
ン樹脂を、前記開口の中に設けるものとすれば、いわゆ
る表面実装タイプなどの各種の発光装置を実現すること
ができる。
【００２３】なお、本願において「シリコーン樹脂」と
は、アルキル基やアリール基などの有機基をもつケイ素
原子が酸素原子と交互に結合した構造を骨格として有す
る樹脂をいう。もちろん、この骨格に他の添加元素が付
与されたものも「シリコーン樹脂」に含むものとする。
【００２４】また、本願において「蛍光体」とは、波長
変換作用を有するものを包含し、例えば、無機蛍光体の
みならず、有機蛍光体あるいは波長変換作用を有する有
機色素も含むものとする。
【００２５】さらに、本願において、「窒化物半導体」
とは、ＢｘＩｎｙＡｌｚＧａ（１− ｘ−ｙ−ｚ）Ｎ（０
≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、０≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦
１）のIII−Ｖ族化合物半導体を含み、さらに、Ｖ族元
素としては、Ｎ（窒素）に加えてリン（Ｐ）や砒素（Ａ
ｓ）などを含有する混晶も含むものとする。
【発明の実施の形態】本発明は、半導体発光素子から発
光された短波長の１次光を蛍光体により波長変換して放
出させる発光装置であって、波長安定性や発光特性の再
現性に優れた発光装置を提供するものである。
【００２６】以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形
態について説明する。 （第１の実施の形態）図１は、本発明の第１の実施の形
態にかかる発光装置の要部構成を模式的に表す断面図で
ある。
【００２７】すなわち、本実施形態の発光装置１Ａは、
樹脂ステム１００と、その上にマウントされた半導体発
光素子１０６と、素子１０６を覆うように設けられた封
止体１１１と、を有する。
【００２８】封止樹脂ステム１００は、リードフレーム
から形成したリード１０１、１０２と、これと一体的に
成形されてなる樹脂部１０３と、を有する。リード１０
１、１０２は、それぞれの一端が近接対向するように配
置されている。リード１０１、１０２の他端は、互いに
反対方向に延在し、樹脂部１０３から外部に導出されて
いる。
【００２９】樹脂部１０３には開口部１０５が設けら
れ、半導体発光素子１０６は、その底面にマウントされ
ている。開口部１０５の平面形状は、例えば略楕円形あ
るいは円形とすることができる。そして、素子１０６を
取り囲む樹脂部１０３の内壁面は光取り出し方向に向け
て傾斜し、光を反射する反射面１０４として作用する。
【００３０】発光素子１０６は、銀（Ａｇ）ペーストな
どの接着剤１０７によって、開口部１０５の底面のリー
ド１０１上にマウントされている。発光素子１０６は、
第１および第２の電極（図示せず）を有し、金（Ａｕ）
線などのボンディングワイヤ１０８、１０９によって、
リード１０１、１０２と、それぞれ接続されている。
【００３１】開口部１０５内に充填された封止体１１１
は、蛍光体１１０を含有している。本発明においては、
発光素子１０６の発光ピーク波長を例えば４００ｎｍ未
満とし、蛍光体１１０も４００ｎｍ未満の１次光により
励起されるものを用いることができる。また、蛍光体１
１０は、１種類のもののみを用いてもよいが、例えば、
赤色に発光する蛍光体１１０Ａと、緑色に発光する蛍光
体１１０Ｂと、青色に発光する蛍光体１１０Ｃと、を組
み合わせてもよい。但し、後に詳述するように、これ以
外にも多様な組み合わせが可能である。
【００３２】本発明においては、発光素子１０６から放
出される１次光をそのまま外部に取り出さずに、蛍光体
１１０によって波長変換してから取り出す。つまり、発
光素子１０６から放出された紫外光などの光は、蛍光体
１１０（例えば、赤色蛍光体１１０Ａ、緑色蛍光体１１
０Ｂ、青色蛍光体１１０Ｃ）により波長変換されてそれ
ら２次光の混合色として取り出される。
【００３３】このようにすると、発光素子１０６と蛍光
体１１０の発光特性の「ずれ」や「ばらつき」による変
色などの問題を解消することができる。例えば、発光素
子１０６の波長が素子毎にばらついたり、温度条件や経
年変化などの要因によって発光素子１０６の波長がシフ
トしても、それが各蛍光体に与える影響は微小であり、
蛍光体から得られる混合色のバランスは殆ど変化しな
い。その結果として、幅広い温度範囲、幅広い動作時間
範囲に亘って、発光特性が極めて安定した発光装置を実
現することができる。
【００３４】また、本発明においては、例えば、赤色蛍
光体１１０Ａと、緑色蛍光体１１０Ｂと、青色蛍光体１
１０Ｃとを組み合わせた３色混合型の蛍光体を透明な樹
脂に含有させた場合、封止体１１１は「白色」の色調を
有する。つまり、非点灯時に「白色」であり、点灯する
と白色光を放出する点で、「見栄え」が良く各種の用途
に応用するに際して視覚的に極めて有利である。
【００３５】さて、本発明は、封止体１１１の材料にも
特徴を有する。すなわち、その材料として、従来のエポ
キシ樹脂に代わってシリコーン樹脂を用いると、発光ピ
ーク波長が４００ｎｍ未満の短波長光に対しても十分な
耐久性を有する。
【００３６】さらに、封止体１１１として硬化前の粘度
が高いものを用いると、蛍光体１１０を混合し攪拌した
後に長時間放置しても螢光体１１０の分散状況の変化が
少なく、沈降や偏析などが抑制される。特に、複数種類
の螢光体を混合した場合に蛍光体の沈降や偏析が生ずる
と、「色ムラ」や輝度のばらつきなどの問題が生ずる
が、硬化前の粘度を調節することにより、蛍光体１１０
が封止体１１１内で局所的に偏ることなく均一に分散さ
せ、発光特性を安定させることができる。
【００３７】具体的には、発光素子１０６の一辺のサイ
ズが５０μｍ〜１０００μｍ、厚さが１０μｍ〜１００
０μｍ、蛍光体１１０混合比が１重量％〜５０重量％、
樹脂硬化時の粘度が１００ｃｐ〜１００００ｃｐの時
に、螢光体１１０として比重及び粒径が異なる複数の蛍
光体材料を混合した場合でも、偏析などが生ずることな
く、封止体１１１内に均一に分散され、均一に発光させ
ることができ、色調むらが無く高輝度の発光素子が実現
できた。
【００３８】以上概説したように、本発明によれば、樹
脂ステムなどの実装部材１００の底面に発光素子１０６
を配置し、独特の特徴を有する封止体１１１に蛍光体１
１０を分散形成することにより蛍光体粒子の比重及び粒
径の違いに生じる偏析が発生しても蛍光体粒子全体を発
光することができるため、色調の変動や輝度の低下を抑
え歩留まり高く生産することができる。
【００３９】以下、本発明の発光装置を構成する各要素
について、さらに詳細に説明する。
【００４０】（発光素子１０６について）発光素子１０
６は、有機金属気相成長法（Metal-Organic Chemical V
apor Deposition：ＭＯＣＶＤ）や分子線エピタキシャ
ル成長法（Molecular Beam Exitaxy：ＭＢＥ）などの結
晶成長法により、所定の基板上に、窒化物半導体からな
る発光層を有する積層構造を形成したものである。
【００４１】さらに、窒化物半導体からなる発光層を、
それよりもバンドギャップの大きい層で上下から挟ん
だ、いわゆる「ダブルへテロ構造」とすることが望まし
い。ダブルへテロ構造により、発光波長の温度変化は−
４０℃から１００℃までの範囲で５０ｎｍ以下、電流変
化は１ｍＡから１００ｍＡの範囲で５０ｎｍ以下の安定
した特性を得ることができる。
【００４２】図２は、本発明において用いることができ
る発光素子の要部構成を模式的に表す断面図である。同
図に例示した発光素子１０６Ａは、サファイア基板１２
１上にＡｌＮからなるバッファ層１２２、ｎ型ＧａＮコ
ンタクト層１２３、発光層を含む窒化物半導体多層膜１
２４、ｐ型ＧａＡｌＮクラッド層１２５、ｐ型ＧａＮコ
ンタクト層１２６が順次形成されている。
【００４３】この積層構造体を表面からエッチング除去
されて露出したｎ型ＧａＮコンタクト層１２３上に、Ｔ
ｉ／Ａｌからなるｎ側電極１２７が設けられている。一
方、ｐ型ＧａＮコンタクト層１２６上には、厚さ数１０
ｎｍのＮｉ／Ａｕ薄膜からなる透光性のｐ側電極１２
８、及びこれに接続された金（Ａｕ）からなるボンディ
ングパッド１２９が設けられている。さらに、素子の表
面は、ＳｉＯ２からなる保護膜１３０により覆われてい
る。
【００４４】このような発光素子１０６Ａのｎ側電極１
２７とｐ側電極１２８に電圧を印加すると、発光層１２
４において発生した光が表面１３１から放出される。発
光スペクトルに複数のリップルを設けることにより発光
ピーク波長の強度を強くできるため、励起する螢光体の
吸収が高くなり、高輝度の発光装置を実現できる。
【００４５】発光層１２４の半導体材料の組成（例え
ば、ＱＷのウエル層の組成）を変えることによって発光
波長を種々選択することができ、波長２００ｎｍ以上４
００ｎｍ未満の紫外光が得られる。波長２５０ｎｍ以上
４００ｎｍ未満の紫外光は蛍光体の吸収が大きい点で望
ましい。また、波長３７０ｎｍ以上４００ｎｍ未満の紫
外光は、発光素子１０６の発光効率が高い点で、さらに
望ましい。さらに、波長３８０ｎｍ以上４００ｎｍ未満
の紫外光は、発光素子１０６を包囲する封止体１１１の
劣化を抑えることもできる点で、またさらに望ましい。
【００４６】発光層１２４を、量子効果が生じる膜厚１
ｎｍ〜２０ｎｍの薄膜の１層からなる単一量子井戸構造
や２層以上の多重量子井戸構造とすることでスペクトル
幅が狭くなり、螢光体１１０の励起効率が上昇する。さ
らに、発光層１２４を平面的に見て数ｎｍから数μｍの
サイズのドット状に形成することにより、発光効率及び
螢光体の励起効率をさらに向上させることができる。
【００４７】また、発光層１２４にシリコン（Ｓｉ）、
亜鉛（Ｚｎ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）等の不純物を添加
することによって、格子不整合に伴う歪により発生した
ピエゾ電界を低減でき、注入キャリアの発光再結合を促
進して発光素子の発光効率を上げることができる。
【００４８】一方、基板１２１としては、サファイア以
外に、ｎ型ＧａＮ、ｎ型ＳｉＣ、ｎ型ＺｎＯ、絶縁性の
石英などを採用することできる。サファイアは、４００
ｎｍ未満の波長の透過率が高く発光層１２４からの発光
を吸収することなく素子外部に有効に取り出すことがで
きる。
【００４９】また、ｎ型ＧａＮ等の導電性基板を用いた
場合は、４００ｎｍ未満の波長において反射率が低い金
（Ａｕ）ワイヤを１本にできるため、発光層１２４から
の発光の取り出し効率を向上させることができる。さら
に、導電性基板の裏面に設けた電極によって発光層１２
４から発光を反射して光取り出し効率を向上させること
ができる。また、この時に、発光素子１０６をマウント
するための接着剤１０７の光による劣化も低減でき、発
光装置の信頼性を上げることができる。
【００５０】サファイア基板を用いた場合、基板１２１
上にバッファ層１２２、ｎ型ＧａＮ層１２３を形成した
後、成長温度を下げてＡｌＮからなる第２のバッファ層
を形成することで発光層１２４の結晶性が改善され、発
光素子内の結晶欠陥が減少し、発光素子の発光効率が向
上する。同時に、蛍光体１１０から放出された２次光の
結晶欠陥における吸収も低減し、信頼性が向上するとと
もに発光装置の輝度が高くなる。
【００５１】バッファ層１２２は、ＡｌＮに限定するも
のではなく、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＧ
ａＡｌＮの単層、およびそれらを組合せた多層膜でもよ
い。厚さが数ｎｍ〜数１００ｎｍであれば、蛍光体から
の発光の吸収を抑えることができ、輝度が低下すること
もない。
【００５２】ｎ型層１２３は、ＧａＮに限定するもので
はなく、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＡｌからな
る単層及びそれらの多層膜でもよい。その厚さを１μｍ
から１０μｍの範囲にすることで、注入された電流がｎ
型層１２３の内部で均一に流れ、発光素子が一様に発光
し、分散している蛍光体を効率よく励起することができ
る。また、ｎ型層１２３に添加する不純物としてシリコ
ン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）あるいはセレン（Ｓ
ｅ）を用いると、半導体結晶の点欠陥を置換して通電に
よる蛍光体の半導体中へのマイグレーションを抑えるこ
とができ信頼性が向上する。
【００５３】ｐ型層１２５は、ＡｌＧａＮに限定するも
のではなく、ＩｎＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮの単層及びそ
れらの多層膜でもよい。その厚さは、数ｎｍ〜数μｍの
範囲であれば発光層１２４への注入キャリアのオーバー
フローを低減でき、発光素子の発光効率が向上する。ｐ
型層１２５に添加する不純物としてマグネシウム（Ｍ
ｇ）、亜鉛（Ｚｎ）を用いることにより、半導体結晶の
点欠陥を置換して高温通電動作時の蛍光体の半導体中へ
のマイグレーションを防止できる。
【００５４】ｐ型コンタクト層１２６もＧａＮに限定さ
れるものではなく、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＧａ
ＡｌＮの単層及びそれらの多層膜でもよい。多層膜とし
て膜厚数ｎｍの複数の薄膜からなる超格子構造を用いる
と、ｐ型不純物の活性化率が増加し透明電極１２８との
ショットキー障壁が低下して接触抵抗を下げることがで
きる。このため、発光素子周辺の蛍光体への発熱の影響
を小さくでき高温まで高輝度を維持できる。
【００５５】ｎ側電極１２７は、Ｔｉ／Ａｌに限定する
ものではなく、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム
（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハ
フニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎ
ｂ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン
（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、タング
ステン（Ｗ）及びこれらの積層構造あるいは合金層でも
よい。
【００５６】ｐ側電極１２８もＮｉ／Ａｕに限定するも
のではなく、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、コバ
ルト（Ｃｏ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉ
ｒ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、銅（Ｃｕ）、アルミニ
ウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、酸化マグネシウ
ム（ＭｇＯ）、銀（Ａｇ）及びこれらの積層構造あるい
は合金層でもよい。
【００５７】保護膜１３０は、薄膜状の透光性電極１２
８を保護するとともに通電による螢光体１１０の透明電
極１２８へのマイグレーションを抑える役割も有する。
その材料はＳｉＯ２に限定するものではなく、窒化シリ
コン（ＳｉＮｘ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）等
の誘電体材料も用いることができる。
【００５８】図３は、本発明において用いることができ
る発光素子の第２の具体例を表す断面図である。すなわ
ち、同図に表した発光素子１０６Ｂは、図２の発光素子
１０６Ａにおいてサファイア基板１２１の裏面側に反射
膜１４１を設けたものである。反射膜１４１の材料とし
ては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）などの光反射率が
高い材料を用いることができる。
【００５９】サファイア基板１２１の裏面側に設けた金
属膜１４１は、発光層１２４からの発光を出射面１３１
側に反射させ、発光素子内の発光を効率良く素子外部に
取り出す機能を有する。また、発光層１２４からの短波
長の１次光による接着剤１０７の変質や劣化、リード１
０１の変色、樹脂ステム１００の変色などを防止でき
る。接着剤１０７の接着強度の低下を防止する効果は大
きい。さらに、金属膜１４１は熱伝導性が高いため放熱
効果が向上し、高電流や高温動作での発光層１２４の発
熱を発光素子外に放熱でき発熱による輝度の低下を低減
できる。
【００６０】反射膜１４１の材料としては、アルミニウ
ム以外にも、ニッケル（Ｎｉ）、銀（Ａｇ）、クロム
（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）及
びこれらの積層構造又は合金としてもよい。
【００６１】図４は、本発明において用いることかでき
る発光素子の第３の具体例を表す断面図である。すなわ
ち、同図に表した発光素子１０６Ｃは、図２に例示した
発光素子１０６Ａにおいて透光性のｐ側電極１２８を、
発光層１２４からの光を反射する金属層からなるｐ側電
極１６１に変えたものである。このｐ側電極１６１は、
例えば、膜厚が数１００ｎｍ以上の金属層により構成す
ることができる。
【００６２】発光層１２４からの発光はｐ側電極１６１
によって反射され、サファイア基板１２１に吸収される
ことなく出射面１７１から取り出すことができる。本具
体例の発光素子１０６Ｃは、透明電極１２８を用いた発
光素子１０６Ａ、１０６Ｂと比べて、光出力を１．５〜
２倍に増加させることができ、この発光素子１０６Ｃを
用いた蛍光体を含む発光装置の輝度も１．５〜２倍の高
輝度化が実現できる。
【００６３】さらにｐ側電極１６１により発光層１２４
からの発光の接着剤１０７への入射を防ぎ、接着剤１０
７の劣化を抑え、さらに発光素子周辺のリード１０１及
び樹脂ステム１００の光による劣化、変色を防止でき
る。
【００６４】また、発光素子の発熱源のひとつである、
ｐ型層１２５と１２６における電圧降下による発熱をｐ
側電極１６１を通してリード１０１へ発散することがで
きる。
【００６５】同時に、発光素子１０６Ｃにおいては、こ
れらｐ型層や発光層１２４などの発熱源を蛍光体１１０
から遠ざけることにより、発光素子の発熱の影響を低減
でき蛍光体の昇温による劣化を防止できる。その結果と
して、発光装置の高温動作が可能となり、信頼性も向上
する。
【００６６】さらに、発光素子１０６Ｃを用いた場合に
は、金（Ａｕ）ワイヤを用いることなく２つのリード１
０１、１０２に直接接続できる。その結果として、樹脂
ストレスにともなう金（Ａｕ）ワイヤ切れなどの問題を
解消することができ信頼性が向上するとともに、金ワイ
ヤによる発光素子からの発光の吸収を解消でき高輝度が
実現できる。
【００６７】また、サファイア基板１２１の上に成長し
た結晶成長層１２２〜１２６を螢光体１１０から離すこ
とができ、螢光体での非発光にともなう螢光体の温度上
昇の影響を受けることなく動作でき信頼性が向上する。
【００６８】ｐ側電極１６１の材料としては、ｐ型Ｇａ
Ｎ層１２６とのショットキー障壁が小さい材料であるニ
ッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、アンチモン（Ｓ
ｂ）、マグネシウム（Ｍｇ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐ
ｔ）、パラジウム（Ｐｄ）を用いることが望ましい。ま
たは、発光層１２４からの光を反射する高反射率材料で
あるアルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）を用いることが
望ましい。または、接着剤１０７との反応が少ないモリ
ブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、
ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）を用いることが望まし
い。
【００６９】これらの材料を多層構造とする場合には、
ショットキー障壁が小さい金属膜は膜厚数ｎｍから数１
０ｎｍ程度の薄膜として光の吸収を少なくし、その下に
設ける高反射金属層への光の入射量を増やすようにする
とよい。
【００７０】（接着剤１０７について）発光素子１０６
をリード１０１にマウントするために銀（Ａｇ）などを
含有するペーストを接着剤１０７を用いているが、Ａｇ
ペースト以外も用いることができる。
【００７１】Ａｇペーストは、発光素子１０６とリード
１０１との接着性が高く、温度の急激な変化に対しても
強度が維持され、さらにペースト内に含まれているＡｇ
を通して効果的に放熱されるため発光層１２４の温度上
昇を抑えることができる。またＡｇは、発光素子１０６
からの１次光を反射することができ、サファイア基板１
２１側に出射された光を光取り出し面１１２に反射する
ことができる。
【００７２】Ａｇペースト１０７をサファイア基板１２
１の側面に盛り上がるように与えると、さらに接着強度
が増加するとともにサファイア基板１２１の側面に出射
した光を反射して発光素子表面１３１から出すことがで
き、高輝度が実現できる。
【００７３】接着剤１０７としては、Ａｇペースト以外
にも、金属を含まないシリコーン系の接着剤や波長４０
０ｎｍ以下の光に対して透光性を有するエポキシ系接着
剤、あるいは金スズ（ＡｕＳｎ）や金ゲルマニウム（Ａ
ｕＧｅ）等の共晶合金半田など用いることもできる。
【００７４】シリコーン系接着剤は、発光による変色、
接着強度の低下等が小さく信頼性が高い。
【００７５】エポキシ系接着剤は、発光による変色が生
ずるため、光を反射する金属や散乱剤をいれることで変
色を抑えることが望ましく、接着面側に反射膜を形成し
た発光素子１０６Ｂ、１０６Ｃと組み合わせることで信
頼性の高い発光装置が実現できる。また、エポキシ系接
着剤は素子をマウントするリードに対する密着性が強く
発光素子の剥離が少なく、ペースト量の制御性が高い点
で量産性に優れている。
【００７６】金属の共晶合金半田を利用した接着方法
は、発光素子１０６Ｂ、１０６Ｃや、ｎ型ＧａＮ基板等
の導電性基板を用いた発光素子に対して効果が大きい。
金属共晶のため接着強度が高く、発光層１２４の発光に
よる変色等の劣化が無く、放熱性に優れている利点があ
る。しかし、接着強度が高いために高温動作時に発光素
子への熱ストレスによる影響がある。これに対しては、
発光素子の接着表面に、金（Ａｕ）を含有した膜厚数μ
ｍ以上の金属膜を形成することによりストレスを低減で
きる。
【００７７】（樹脂部１０３について）樹脂部１０３
は、開口部１０５を有し、この開口部１０５の中に、発
光素子１０６、第１及び第２のリード１０１、１０２の
端部、およびツェナーダイオード（図示せず）などが設
けられる。
【００７８】開口部１０５は、底面が狭く、上端におけ
る開口が広く、発光素子１０６からの１次光及び螢光体
１１０からの発光を反射する傾斜した反射面１０４が底
面から上端開口にわたって形成されている。
【００７９】樹脂部１０３は、発光素子１０６からの１
次光及び蛍光体１１０で変換された光を反射する特性を
有し、例えば６５重量％以上の熱可塑性樹脂と充填量３
５重量％以下の充填剤とからなる。そして、充填剤が、
酸化チタニウム（ＴｉＯ２）、酸化シリコン、酸化アル
ミニウム、シリカ、アルミナ等の高反射性の材料を含有
し、例えば、酸化チタニウムの含有量を１０〜１５重量
％とする。このように光を反射させる拡散材を添加した
樹脂部により反射面１０４を構成することにより、素子
１０６及び蛍光体１１０からの光を上方に反射し、発光
装置の高輝度が実現できる。また、反射面１０４の形状
を回転放物線形状などとすると、さらに高出力、高品質
の発光装置を提供できる。
【００８０】熱可塑性樹脂としては、液晶ポリマ（ＬＣ
Ｐ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ：熱可塑性
プラスチック）、シンジオタクチックポリスチレン（Ｓ
ＰＳ：結晶性ポリスチレン）などの高耐熱性樹脂を用い
ることができる。樹脂部１０３の外形の平面形状は、
２．０ｍｍ×;２．０ｍｍ〜６．０ｍｍ×;６．０ｍｍ程
度の略正方形、または２．０ｍｍ×;３．０ｍｍ〜５．
０ｍｍ×;７．０ｍｍ程度の略長方形であり、発光素子
１０６は凹部１０５の底面の中心から外れるように配置
されている。このように発光素子を中心から外したのは
ボンディングワイヤの領域を確保するため及び発光素子
１０６の側面近くに反射面１０４を形成し反射効率を高
め高輝度を実現するためである。
【００８１】樹脂部１０３に設けられる開口部１０５の
上面及び底面は、略円形あるいは略楕円形（長径が１ｍ
ｍ〜２．８ｍｍで、短径が０．５ｍｍ〜２．７ｍｍ）と
することができる。底面が狭いために、蛍光体１１０が
均一に分散された封止体１１１を充填した場合、発光素
子１０６の近傍の蛍光体量は少なく、上面ほどたくさん
の蛍光体が存在する。このため、発光素子１０６から放
出される１次光は素子の近傍から離れるに従って次第に
蛍光体に吸収され２次光に変換される割合が高まり、最
終的には実質的に全ての１次光を２次光に変換できると
ともに、変換された２次光が他の蛍光体に吸収される確
率も低減することができる。
【００８２】（蛍光体１１０について）本発明において
用いる蛍光体１１０は、発光素子１０６の発光層１２４
から放出された４００ｎｍ未満の紫外光を吸収して発光
する蛍光体、あるいは他の蛍光体から放出された発光を
吸収して発光する材料である。蛍光体の変換効率は、１
ルーメン／ワット以上であることが望ましい。
【００８３】白色発光は、赤色・緑色・青色の３原色の
混合か、あるいは補色関係にある２色の混合により実現
できる。３原色による白色発光は、発光素子１０６が放
出した光を吸収して青色を放出する第１の蛍光体と、赤
色を発光する第２の蛍光体と、緑色を発光する第３の蛍
光体とを用いることにより実現できる。
【００８４】補色による白色発光は、例えば、発光素子
１０６からの発光を吸収して青色を発光する第１の螢光
体とその青色発光を吸収して黄色を発光する第２の螢光
体とを用いるか、発光素子１０６からの発光を吸収して
緑色を発光する第１の螢光体とその緑色光を吸収して赤
色に発光する第２の螢光体を用いることにより実現でき
る。
【００８５】また、発光波長の変化が−４０℃〜１００
℃の温度範囲で波長変化が５０ｎｍ以下の螢光体を用い
ることで発光素子の温度特性に依存しない発光装置が実
現できる。また発光素子１０６の駆動電流を１ｍＡ〜１
００ｍＡで動作させたときに５０ｎｍ以下の波長変化を
有する螢光体を用いることで素子駆動電流に伴う発光ス
ペクトルの変化に依存しない発光装置が実現できる。
【００８６】青色光を発光する螢光体としては、例えば
以下のものを挙げることができる。 ＺｎＳ：Ａｇ ＺｎＳ：Ａｇ＋Ｐｉｇｍｅｎｔ ＺｎＳ：Ａｇ，Ａｌ ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｕ，Ｇａ，Ｃｌ ＺｎＳ：Ａｇ＋Ｉｎ２Ｏ３ ＺｎＳ：Ｚｎ＋Ｉｎ２Ｏ３ （Ｂａ，Ｅｕ）ＭｇＡｌ１０Ｏ１７ （Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：
Ｅｕ Ｓｒ１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ （Ｂａ，Ｓｒ，Ｅｕ）（Ｍｇ，Ｍｎ）Ａｌ１０Ｏ１７ １０（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｅｕ）・６ＰＯ４・Ｃｌ２ ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２５：Ｅｕ 緑色光を発光する螢光体としては，例えば以下のものを
挙げることができる。 ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ＋Ｐｉｇｍｅｎｔ （Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ，Ａｌ ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｕ，Ａｌ，＋ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｔｂ Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｔｂ Ｙ２ＳｉＯ５：Ｔｂ Ｚｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎ （Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ ＺｎＳ：Ｃｕ Ｚｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎ ＺｎＳ：Ｃｕ＋Ｚｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎ Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ （Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ＋Ｉｎ２Ｏ３ （Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ＋Ｉｎ２Ｏ３， （Ｚｎ，Ｍｎ）２ＳｉＯ４ ＢａＡｌ１２Ｏ１９：Ｍｎ （Ｂａ，Ｓｒ，Ｍｇ）Ｏ・ａＡｌ２Ｏ３：Ｍｎ ＬａＰＯ４：Ｃｅ，Ｔｂ Ｚｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎ ＺｎＳ：Ｃｕ ３（Ｂａ，Ｍｇ，Ｅｕ，Ｍｎ）Ｏ・８Ａｌ２Ｏ３ Ｌａ２Ｏ３・０．２ＳｉＯ２・０．９Ｐ２Ｏ５：Ｃｅ，
Ｔｂ ＣｅＭｇＡｌ１１Ｏ１９：Ｔｂ 赤色光を発光する螢光体としては、例えば次のものを用
いることができる。 Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ＋ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ Ｚｎ３（ＰＯ４）２：Ｍｎ （Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ＋Ｉｎ２Ｏ３ （Ｙ，Ｇｄ，Ｅｕ）ＢＯ３ （Ｙ，Ｇｄ，Ｅｕ）２Ｏ３ ＹＶＯ４：Ｅｕ Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ，Ｓｍ 黄色光を発光する螢光体としては、例えば次のものを用
いることができる。 ＹＡＧ：Ｃｅ 上記したような赤色螢光体、緑色螢光体及び青色螢光体
について、それらの重量比Ｒ：Ｇ：Ｂを調節することに
より、任意の色調を実現できる。例えば、白色電球色か
ら白色蛍光灯色までの白色発光は、Ｒ：Ｇ：Ｂ重量比
が、１：１：１〜７：１：１及び１：１：１〜１：３：
１及び１：１：１〜１：１：３のいずれかとすることで
実現できる。
【００８７】また、混合した螢光体の総重量比を螢光体
を含有する封止体の重量に対して１重量％〜５０重量％
にすることで実質的な波長変換が実現でき、１０重量％
〜３０重量％にすることで高輝度の発光装置が実現でき
る。
【００８８】さらに、これらのＲＧＢ蛍光体を適宜選択
して配合した場合、封止体１１１の色調を白色とするこ
とができる。つまり、白色に光る発光装置が、非点灯時
においても白色に見える点で、「見栄え」が良く、視覚
的、デザイン的にも優れた発光装置を提供することがで
きる。
【００８９】ここで、本発明において用いる螢光体は上
記した無機螢光体に限定するものではなく、以下に例示
する有機色素体も同様に用いて高輝度の発光装置を実現
できる。 キサニセン系色素 オキサジン系色素 シアニン系色素 ローダミンＢ（６３０ｎｍ） クマリン１５３（５３５ｎｍ） ポリパラフェニレンビニレン（５１０ｎｍ） クマリン１（４３０ｎｍ） クマリン１２０（４５０ｎｍ） トリスー（８−ヒドロキシノリン）アルミニウム（Ａｌ
ｑ３又はＡｌＱ）（緑色発光） ４−ジシアノメチレン−２−メチル−６（ｐ−ジメチル
アミノスチリン）−４Ｈ−ピラン（ＤＣＭ）（オレンジ
色／赤色発光） 複数種類の色素体を用いる場合でも、封止体であるシリ
コーン樹脂にそれぞれの色素体を添加して攪拌すること
によりそれぞれの色素を樹脂中にほぼ均一に分散させる
ことができ、色素の励起効率を高くすることができる。
【００９０】本発明によれば、発光装置の発光色は、封
止体１１１に含有させる螢光体（色素体も含む）１１０
の組み合わせにより多種多様のものが実現できる。つま
り、赤色、緑色、青色、および黄色系などの蛍光体（色
素体も含む）を配合することで任意の色調が実現でき
る。
【００９１】一方、本発明によれば、単一の蛍光体を用
いた場合でも、従来の半導体発光素子では実現できなか
った発光波長の安定性が実現できる。すなわち、通常の
半導体発光素子は、駆動電流や周囲温度や変調条件など
に応じて発光波長がシフトする傾向を有する。これに対
して、本発明の発光装置によれば、発光波長が駆動電流
や温度などの変化に依存せず、極めて安定するという効
果が得られる。
【００９２】また、本発明の発光装置においては、発光
特性が発光素子１０６の特性に依存することなく添加す
る蛍光体１１０の特性で決まるため、発光装置ごとの特
性が安定し歩留まり高く生産することができる。
【００９３】（封止体１１１の表面形状について）封止
体１１１は、開口部１０５の中に設けられ、発光素子１
０６からの１次光を変換する蛍光体１１０を含む部材で
ある。このため、封止体１１１は、発光素子１０６から
の１次光のエネルギーよりも大きな結合エネルギーを有
する材料からなることが望ましく、さらに、発光素子１
０６からの１次光を透過し、蛍光体１１０により波長変
換された発光も透過する特性を有するものであることが
望ましい。
【００９４】本発明者は、封止体１１１に関して独自の
試作検討を行った結果、その表面形状ついて新たな知見
を得た。
【００９５】図５は、封止体の表面の形状による放出光
の強度分布を表す概念図である。すわち、同図（ａ）は
封止体１１１の表面がほぼ平坦な場合、同図（ｂ）は封
止体１１１の表面が凹状に窪んで形成された場合、同図
（ｃ）は封止体１１１の表面が凸状に膨らんで形成され
た場合の発光装置からの放出光の強度分布Ｐをそれぞれ
表す。
【００９６】図５（ａ）に例示した平面形状の場合と比
べて、同図（ｂ）に表した凹状の場合には放出光の強度
分布すなわち配光特性は、垂直軸Ｚ方向に収束している
ことが分かる。これに対して、同図（ｃ）に表した凸状
の場合には、放出光はｘｙ平面方向に広がった配光特性
を有する。これは、封止体１１１を凸状に形成した場合
には、その凸部付近に含有される蛍光体から放出された
光がｘｙ平面方向に拡がるのに対して、凹状に形成した
場合には封止体の表面付近に含有される蛍光体から放出
された光も側壁の反射面１０４により反射されてｚ軸方
向に進む割合が増加するためであると考えられる。
【００９７】ここで、封止体１１１の表面形状を凸状と
するか、それとも凹状とするかは、その充填量により調
節することができる。つまり、封止体１１１の充填量を
調節することにより、所望する放出光の配光特性を得る
ことが可能である。
【００９８】但し、通常は、収束性が高く、ｚ軸上にお
いて輝度が高い発光装置が要求される場合が多い。封止
体１１１の表面を凹状に形成すれば、このような要求に
確実かつ容易に応ずることができる。
【００９９】また、平面型画像表示装置のように複数の
発光装置を並列配置する場合に、封止体１１１の表面が
凸状に形成されていると、凸部の蛍光体が、隣接する発
光装置からの発光を受けて不必要な励起発光を生ずる虞
がある。従って、このような用途においても、封止体１
１１の表面は凹状とすることが望ましい。
【０１００】本発明によれば、これらの要求に対して
も、封止体１１１の充填量を調節することにより、確実
かつ容易に応ずることができる。
【０１０１】（封止体１１１の材質について）封止体１
１１は、発光素子１０６からの１次光を変換する蛍光体
１１０を含む部材である。このため、封止体１１１は、
発光素子１０６からの１次光のエネルギーよりも大きな
結合をエネルギーを有する材料からなることが望まし
く、さらに、発光素子１０６からの１次光を透過し、蛍
光体１１０により波長変換された発光も透過する特性を
有するものであることが望ましい。
【０１０２】しかし、発光素子１０６の発光ピーク波長
を４００ｎｍ未満とした場合に、封止体１１１の材料と
して従来のエポキシ樹脂を用いると急速に劣化が生ず
る。具体的には、発光素子からの１次光を受けると、当
初は透明なエポキシ樹脂が変色し、黄色から茶褐色さら
には黒色になる。その結果として、光の取り出し効率が
大幅に低下するという問題が生ずることが判明した。
【０１０３】これに対して、本発明者は、独自の試作検
討の結果、シリコーン樹脂を用いると極めて良好な結果
が得られることを知得した。すなわち、シリコーン樹脂
を用いた場合、ピーク波長が４００ｎｍ未満の短波長光
を長期間照射しても、変色などの劣化は殆ど生じない。
その結果として、短波長光を１次光とした発光装置に用
いて、高い信頼性を実現することができた。
【０１０４】すなわち、シリコーン樹脂は、発光素子１
０６からの１次光及び螢光体１１０からの発光を透過す
る特性を有し、１０００時間動作後の発光装置の光度が
初期光度に比べて６０％以上保持する特性を有してい
る。
【０１０５】ここで、蛍光体１１０を含有したシリコー
ン樹脂は、所定の（複数の）蛍光体１１０を混合、攪拌
しながら開口の狭いノズルを通して、開口部１０５にマ
ウントされた発光素子１０６の上に塗布される。しかる
後に、硬化させて形成する。
【０１０６】この際に、特に硬化前の粘度が１００ｃｐ
〜１００００ｃｐのシリコーン樹脂を用いると、蛍光体
が樹脂内に均一に分散された後に、沈降や偏析を生ずる
ことがない。このため、励起された蛍光体から放出され
た発光が他の蛍光体で過度に散乱、吸収されること無
く、屈折率の大きな蛍光体で適度に均一に散乱され、光
の混合も均一に生ずるため色調の「むら」も抑制でき
る。
【０１０７】さらに、本発明において用いるシリコーン
樹脂は、樹脂部１０３との付着強度も強く、耐湿性が高
く温度ストレスによるクラック等も少ない。また、シリ
コーン樹脂を充填することにより周囲の温度変化による
発光素子１０６およびＡｕワイヤに対する樹脂ストレス
を著しく軽減させることができる。
【０１０８】本発明者は、この観点からさらに検討を進
めた結果、シリコーン樹脂の中でも、硬度が高い「ゴム
状」のシリコーン樹脂を用いると優れた結果が得られる
ことを見出した。すなわち、シリコーン樹脂としては、
通常は、ＪＩＳ規格の硬度であるＪＩＳＡ硬度値がおよ
そ３０〜４０のものが広く知られている。これは、「ゲ
ル状」に近い物性を有し、物理的に柔らかいものであ
る。以下、このシリコーン樹脂を「ゲル状シリコーン樹
脂」と称する。
【０１０９】これに対して、「ゴム状シリコーン樹脂」
は、ＪＩＳＡ硬度がおよそ５０〜９０の範囲にある。ち
なみに、従来の発光装置の封止体材料として広く用いら
れているエポキシ樹脂は、ＪＩＳＡ硬度がおよそ９５前
後である。
【０１１０】本発明者は、「ゴム状シリコーン樹脂」と
「ゲル状シリコーン樹脂」とを独自に比較検討した結
果、以下の知見を得た。
【０１１１】（１）ゲル状シリコーンを用いた場合、通
電動作中に蛍光体１１０が樹脂中を拡散し、色調が変化
する現象が見られた。ＲＧＢ３色混合型の場合、赤色
（Ｒ）蛍光体の比重が大きいため、この蛍光体が鉛直下
方にマイグレートし、色度座標のｘ値が大きくなる現象
が見られた。
【０１１２】図６は、通電時間に対して色度ｘの変化を
測定した結果を表すグラフである。同図に表したよう
に、封止体１１１の材料としてゲル状シリコーン樹脂を
用いた場合、通電時間が１００時間付近から色度ｘが上
昇し始め、１０００時間を超えると加速度的に上昇す
る。これに対して、ゴム状のシリコーン樹脂を用いた場
合は、通電動作により発光装置の温度が上昇した状態で
１００００時間近く動作させても、色調の変化は観察さ
れなかった。これは、ゴム状のシリコーン樹脂の場合
は、硬度が高く緻密なため、蛍光体の拡散が生じにくい
ためであると考えられる。
【０１１３】（２）ゲル状のシリコーン樹脂は柔らかい
ため、発光素子１０６やワイア１０８、１０９に与える
ストレスは小さい反面、外力に対して弱いという欠点を
有する。すなわち、図１に例示したような発光装置は、
例えば「表面実装型」のランプとして用いられ、アセン
ブリ装置により実装基板などにマウントされる。この際
に、アセンブリ装置の吸着コレットが封止体１１１の表
面に圧接される場合が多い。ＪＩＳＡ硬度が３０〜４０
のゲル状シリコーン樹脂を用いた場合には、吸着コレッ
トを押し当てることにより、封止体１１１が変形し、こ
れに伴ってワイア１０８、１０９が変形したり、発光素
子１０６にストレスが与えられる場合がある。
【０１１４】これに対して、ＪＩＳＡ硬度が５０以上の
ゴム状シリコーン樹脂を用いた場合には、発光装置の選
別やアセンブリ時における選別装置やアセンブリ装置に
よるシリコーン樹脂の変形を防止できる。
【０１１５】以上（１）及び（２）に説明したように、
ゲル状シリコーン樹脂の代わりにゴム状シリコーン樹脂
を用いることにより、発光特性、信頼性、機械的強度な
どを大幅に改善できることが判明した。
【０１１６】シリコーン樹脂の硬度を上げる方法のひと
つとしては、チクソ性付与剤を添加する方法がある。
【０１１７】一方、封止体１１１としてのシリコーン樹
脂に、蛍光体１１０とともに、散乱剤を添加すると、発
光素子１０６からの１次光を散乱して蛍光体に均等に当
てることができるとともに、蛍光体１１０からの発光を
散乱することにより均一な混色状態を実現できる。その
結果として、より少ない量の螢光体１１０を用いても所
望の発光特性を実現できる。
【０１１８】（開口部１０５の内部の素子配置につい
て）本発明の発光装置は、波長が４００ｎｍ未満という
短波長の窒化物半導体からなる半導体発光素子を用い
る。そして、この発光素子を用いて十分な信頼性を得る
ためは、保護のためのツェナー・ダイオードを並列に接
続することが必要である。従って、本発明の発光装置に
おいては、開口部１０５の内部の限定された空間に、発
光素子１０６と保護用ツェナー・ダイオードとを如何に
効率的に配置するかが重要なポイントである。
【０１１９】図７は、本発明の発光装置の開口部内部の
平面構成例を模式的に表した概念図である。
【０１２０】図７に表した具体例においては、樹脂ステ
ム１００に略楕円形（略長円形）の開口部が形成されて
いる。開口部の底面１０５には、一対のリード１０１、
１０２の先端が設けられている。そして、リード１０
１、１０２の対向面には、切り欠き部１０１Ｇ、１０２
Ｇが設けられている。発光素子１０６は、リード１０２
の先端の１０２Ｂにマウントされ、一方、ツェナー・ダ
イオード１５０は、リード１０１の先端の１０１Ａにマ
ウントされている。つまり、発光素子１０６とツェナー
・ダイオード１５０とは、対角の位置にそれぞれマウン
トされている。
【０１２１】そして、発光素子１０６からワイア１０９
Ｂがリード１０１Ｂに接続され、またワイア１０９Ｃが
リード１０２Ａに接続されている。また、ツェナー・ダ
イオード１５０からはワイア１０９Ａがリード１０２Ａ
に接続されている。なお、ツェナー・ダイオードのもう
一方の電極は、ダイオードの裏面側に形成され、リード
１０１Ａに直接、接続されている。
【０１２２】図７に例示した配置パターンにおいては、
まず、開口部を略楕円形とすることにより、開口面積が
増加して、２つの素子１０６、１５０を収容可能なスペ
ースが広がり、発光素子１０６を出来るだけ開口部１０
５の中央寄りに配置することが可能となる。
【０１２３】また、ワイアをボンディングするスペース
を確保することができる。すなわち、ワイア１０９Ａ〜
１０９Ｃをリード１０１、１０２に接続するためには、
ボンディング装置のコレットを挿入するスペースが必要
である。これに対して、図７のように配置すれば、対角
配置された発光素子１０６とツェナー・ダイオード１５
０の片側にそれぞれボンディング・コレットを挿入する
スペースが得られる。しかも、３本のワイアが交差する
こともない。
【０１２４】また、図７に例示した配置パターンにおい
ては、３本のワイア１０９Ａ〜１０９Ｃが、略楕円形の
開口部１０５の形状に合わせて外周に沿うように配線さ
れている。このように配線すると、封止体１１１による
ストレスをさらに緩和することができる。
【０１２５】以上、本発明の図１乃至図７を参照しつ
つ、本発明の第１の実施の形態について説明した。
【０１２６】以下、本発明の変型例について説明する。
【０１２７】（第２の実施の形態）次に、本発明の第２
の実施の形態について説明する。
【０１２８】図８は、本発明の第２の実施の形態にかか
る発光装置の要部構成を模式的に表す断面図である。同
図については、図１乃至図７に関して前述したものと同
様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略す
る。
【０１２９】本実施形態の発光装置１Ｂも、樹脂ステム
１００と、その上にマウントされた半導体発光素子１０
６と、素子１０６を覆うように設けられた封止体１１１
と、を有する。
【０１３０】但し、本実施形態においては、蛍光体１１
０を含有した封止体１１１は、発光素子１０６の周囲の
みを覆い、その外側には、光透過性樹脂からなる第２の
封止体２１３が設けられている。
【０１３１】開口部１０５の底面にマウントされた発光
素子１０６の近傍のみを、螢光体１１０を含有した封止
体１１１で包囲することにより、２次光の輝度が向上す
る。すなわち、２次光が放出される発光部分のサイズを
小さくすることにより、輝度が上昇し、さらに、反射面
１０４による集光作用もさらに高くなる。
【０１３２】また、蛍光体を含有した封止体１１１が、
樹脂部１０３の側壁に囲まれて下方に小さく形成されて
いるため、外光が侵入しにくい。つまり、外光による蛍
光体１１０の不必要な励起を抑制することができるとい
う効果も得られる。
【０１３３】さらに、本実施形態においては、封止体１
１１がＡｕワイヤ１０８、１０９の全体を包囲している
ので、樹脂ストレスによる断線がなく信頼性の高い発光
装置が実現できる。すなわち、ワイアの一部が第２の封
止体２１３まで突出していると、封止体１１１と２１３
との界面で生ずるストレスにより断線などが生じやすく
なる。これに対して、本実施形態においては、ワイア１
０８、１０９の全体が封止体１１１に包含されているの
で、断線の心配がない。
【０１３４】第２の封止体２１３の材料として、エポキ
シ系樹脂またはシリコーン系樹脂を用いると、樹脂部１
０３や封止体１１１との密着性が増し耐湿性が向上す
る。発光素子１０６から放出される１次光のほぼ全てが
封止体１１１において可視光に変換されるようにすれ
ば、第２の封止体の材料としてエポキシ樹脂を用いて
も、変色や劣化などの問題は生じない。
【０１３５】（第３の実施の形態）次に、本発明の第３
の実施の形態について説明する。
【０１３６】図９は、本発明の第３の実施の形態にかか
る発光装置の要部構成を模式的に表す断面図である。同
図についても、図１乃至図８に関して前述したものと同
様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略す
る。
【０１３７】本実施形態の発光装置１Ｃも、樹脂ステム
１００と、その上にマウントされた半導体発光素子１０
６と、素子１０６を覆うように設けられた封止体１１１
と、を有する。
【０１３８】そして、第２実施形態と同様に、蛍光１１
０を含有した封止体１１１は、発光素子１０６の周囲の
みを覆っている。但し、本実施形態においては、封止体
１１１の外側は、開放空間とされ、さらなる封止体は設
けられていない。
【０１３９】本実施形態においても、開口部１０５の底
面にマウントされた発光素子１０６の近傍のみを、螢光
体１１０を含有した封止体１１１で包囲することによ
り、２次光の輝度が向上する。すなわち、２次光が放出
される発光部分のサイズを小さくすることにより、輝度
が上昇し、さらに、反射面１０４による集光作用もさら
に高くなる。
【０１４０】特に、本実施形態においては、略半球状の
封止体１１１が発光点となり、その周囲を反射面１０４
が取り囲む構成とされているので、従来のランプと同様
の光学的な集光効果が得られる。
【０１４１】さらに、第２実施形態と同様に、蛍光体１
１０を含有した封止体１１１に外光が侵入しにくく、外
光による蛍光体１１０の不必要な励起を抑制することが
できるという効果も得られる。
【０１４２】また、封止体１１１がＡｕワイヤ１０８、
１０９の全体を包囲しているので、樹脂ストレスによる
断線がなく高い信頼性も確保することができる。
【０１４３】（第４の実施の形態）次に、本発明の第４
の実施の形態について説明する。
【０１４４】図１０は、本発明の第４の実施の形態にか
かる発光装置の要部構成を模式的に表す断面図である。
同図についても、図１乃至図９に関して前述したものと
同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略す
る。
【０１４５】本実施形態の発光装置１Ｄは、第１実施形
態のものと同様に、樹脂ステム１００と、その上にマウ
ントされた半導体発光素子１０６と、素子１０６を覆う
ように設けられた封止体１１１と、を有する。
【０１４６】そして、本実施形態においては、封止体１
１１の上に、凸状の透光体４１３が設けられている。こ
のような凸状透光体４１３によって集光作用が得られ
る。透光体４１３の材料としては、例えば、樹脂を用い
ることができる。特に、エポキシ樹脂またはシリコーン
樹脂を用いると、封止体１１１との屈折率の差を小さく
することができ、封止体１１１との界面での反射による
損失を低減できる。
【０１４７】また、透光体４１３の凸状形状は球面状に
は限定されず、必要とされる集光率あるいは光度分布に
応じて適宜決定することができる。
【０１４８】（第５の実施の形態）次に、本発明の第５
の実施の形態について説明する。
【０１４９】図１１は、本発明の第５の実施の形態にか
かる発光装置の要部構成を模式的に表す断面図である。
同図についても、図１乃至図１０に関して前述したもの
と同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略
する。
【０１５０】本実施形態の発光装置１Ｅも、第１実施形
態のものと同様に、樹脂ステム１００と、その上にマウ
ントされた半導体発光素子１０６と、素子１０６を覆う
ように設けられた封止体１１１と、を有する。
【０１５１】但し、本実施形態においては、封止体１１
１の周囲には樹脂部１０３の側壁が設けられていない。
このようにすると、蛍光体１１０からの２次光は、上方
のみでなく横方向にも放出され、広い光度分布を実現で
きる。従って、幅広い視野角度や幅広い放射角度が要求
されるような用途に応用して好適である。
【０１５２】なお、本実施形態における封止体１１１や
樹脂ステム１００の形状は図示した具体例には限定され
ない。例えば、図１２に例示したように、封止体１１１
を略半球状とし、また、樹脂ステム１００において、樹
脂部１０３がリード１０１、１０２を埋め込んで素子周
囲に低い側壁を有するものでも良い。
【０１５３】（第６の実施の形態）次に、本発明の第６
の実施の形態について説明する。
【０１５４】図１３は、本発明の第６の実施の形態にか
かる発光装置の要部構成を模式的に表す断面図である。
同図についても、図１乃至図１２に関して前述したもの
と同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略
する。
【０１５５】本実施形態の発光装置１Ｆも、リードフレ
ームから形成した一対のリード１０１、１０２を有す
る。但し、第１のリード１０１の先端にはカップ部６０
１が設けられ、発光素子１０６はカップ部６０１の底に
マウントされている。そして、発光素子１０６からそれ
ぞれのリードにワイア１０８、１０９が接続されてい
る。さらに、これらを包囲するように蛍光体１１０を含
有する封止体１１１が設けられている。
【０１５６】カップ部６０１の内壁側面は、反射面とし
て作用し、発光素子１０６から放出される１次光を上方
に反射する。そして、この１次光を受けた蛍光体１１０
が所定の波長の２次光を放出する。
【０１５７】本実施形態の発光装置は、従来のランプ型
半導体発光装置に代わるものであり、比較的広い放射角
度を有し、汎用性の高い発光装置となる。
【０１５８】（第７の実施の形態）次に、本発明の第７
の実施の形態について説明する。
【０１５９】図１４は、本発明の第７の実施の形態にか
かる発光装置の要部構成を模式的に表す断面図である。
同図についても、図１乃至図１３に関して前述したもの
と同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略
する。
【０１６０】本実施形態の発光装置１Ｇは、第６実施形
態の発光装置１Ｆと類似した構成を有する。すなわち、
発光装置１Ｇも、第１のリード１０１の先端にカップ部
６０１を有し、この底に発光素子１０６がマウントされ
ている。そして、発光素子１０６からそれぞれのリード
にワイア１０８、１０９が接続されている。さらに、こ
れらを包囲するように蛍光体１１０を含有する封止体１
１１が設けられている。
【０１６１】但し、本実施形態においては、封止体１１
１は小さく形成され、それを包囲するように透光体７１
３が設けられている。
【０１６２】蛍光体１１０を含有する封止体１１１を小
さく形成することにより、発光部分を小さくして輝度を
高くすることができる。そして、透光体７１３の上面が
レンズ状の集光作用を有し、収束光を取り出すことも可
能となる。
【０１６３】また、透光体７１３によって封止体１１１
を取り囲むことにより、蛍光体１１０を外気雰囲気から
遮断し、湿気や腐食性雰囲気に対する耐久性が向上す
る。透光体７１３の材料としては樹脂を用いることがで
きる。特に、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂を用いる
と、封止体１１１との密着性も良好となり、優れた耐候
性、機械的強度が得られる。
【０１６４】なお、本実施形態も図示した具体例には限
定されない。例えば、図１５に例示したように、蛍光体
１１０を含有した封止体１１１をカップ部６０１の上に
限定しても良い。このようにすると、さらに発光部分が
小さくなり、輝度が上昇する。この場合に、ワイア１０
９が封止体１１１と透光体７１３との界面を貫通するこ
ととなるが、封止体１１１と透光体７１３の材料を類似
したものとすれば、界面でのストレスを抑制して断線を
防止することも可能である。
【０１６５】以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の
形態について説明した。しかし、本発明のこれらの具体
例に限定されるものではない。例えば、蛍光体の材質、
発光素子の具体的な構造や材質、リードや封止体１１１
の形状、各要素の寸法関係などに関しては、当業者が適
宜設計変更したものも本発明の範囲に含まれる。
【発明の効果】本発明は、以上説明した形態で実施さ
れ、以下に説明する効果を奏する。すなわち、本発明に
よれば、波長４００ｎｍ未満に強度ピークを有する１次
光を放出する発光素子と、前記発光素子を覆うように設
けられたシリコーン樹脂と、前記シリコーン樹脂に含有
され、前記１次光を吸収して可視光を放出する蛍光体
と、を備えることにより、搭載する発光素子のばらつ
き、駆動電流の変化、温度の変化、発光素子の劣化など
によるホワイトバランスの変化を解消することが可能と
なる。
【０１６６】また、蛍光体を適宜選択すると、非点灯時
において発光面が白色の色調を有し、見栄えが良いとい
う利点も得られる。これは実用上は大きな進歩であり、
デザイン的に極めて貴重な改良点となる。
【０１６７】すなわち、本発明によれば、白色などの各
種の色の安定した発光が得られ、かつ見栄えも優れた発
光装置を提供することが可能となり、産業上のメリット
は多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる発光装置の
要部構成を模式的に表す断面図である。
【図２】本発明において用いることができる発光素子の
要部構成を模式的に表す断面図である。
【図３】本発明において用いることができる発光素子の
第２の具体例を表す断面図である。
【図４】本発明において用いることができる発光素子の
第３の具体例を表す断面図である。
【図５】封止体の表面の形状による放出光の強度分布を
表す概念図である。
【図６】通電時間に対して色度ｘの変化を測定した結果
を表すグラフである。
【図７】本発明は発光装置の開口部の内部の平面構成例
を模式的に表した概念図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態にかかる発光装置の
要部構成を模式的に表す断面図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態にかかる発光装置の
要部構成を模式的に表す断面図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態にかかる発光装置
の要部構成を模式的に表す断面図である。
【図１１】本発明の第５の実施の形態にかかる発光装置
の要部構成を模式的に表す断面図である。
【図１２】本発明の第５実施形態の変型例を表す断面図
である。
【図１３】本発明の第６の実施の形態にかかる発光装置
の要部構成を模式的に表す断面図である。
【図１４】本発明の第７の実施の形態にかかる発光装置
の要部構成を模式的に表す断面図である。
【図１５】本発明の第７実施形態の変型例を表す断面図
である。
【図１６】従来の発光装置の概略構成を表す断面図であ
る。
【符号の説明】
１Ａ〜１Ｇ 発光装置 １００ 樹脂ステム １０１、１０２ リード １０３ 樹脂部 １０４ 反射面 １０５ 開口部 １０６、１０６Ａ〜１０６Ｃ 半導体発光素子 １０７ 接着剤 １０８、１０９ ボンディングワイヤ １１０、１１０Ａ〜１１０Ｃ 螢光体 １１１ 封止体（シリコーン樹脂） １２１ 光取り出し面 １２０ 発光素子 １２１ 基板 １２２ バッファ層 １２３ コンタクト層 １２４ 発光層 １２５ クラッド層 １２６ コンタクト層 １２７ ｎ側電極 １２８ ｐ側電極 １２９ ボンディングパッド １３０ 保護膜 １３１ 光取り出し面 １４１ 反射膜 ２１３ 第２の封止体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上村俊也 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 太田光一 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 新田 康一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝マイクロエレクトロニクスセン ター内 (72)発明者 押尾 博明 福岡県北九州市小倉北区下到津１−10−１ 株式会社東芝北九州工場内 (72)発明者 下村 健二 福岡県北九州市小倉北区下到津１−10−１ 株式会社東芝北九州工場内 (72)発明者 北嶋 知和 福岡県北九州市小倉北区下到津１−10−１ 株式会社東芝北九州工場内 (72)発明者 高橋 望 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝マイクロエレクトロニクスセン ター内 Ｆターム(参考） 5F041 AA11 CA04 CA34 CA40 CA46 CA88 DA02 DA04 DA07 DA09 DA17 DA26 DA45 DA57 DA58 EE25

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】１次光を放出する発光素子と、 前記発光素子を覆うように設けられＪＩＳＡ値で５０以
    上の硬度を有するシリコーン樹脂と、 前記シリコーン樹脂に含有され、前記１次光を吸収して
    可視光を放出する蛍光体と、 を備えたことを特徴とする発光装置。
  2. 【請求項２】前記発光素子が放出する前記１次光は、波
    長４００ｎｍ未満に強度ピークを有することを特徴とす
    る請求項１記載の発光装置。
  3. 【請求項３】（複数の蛍光体）前記蛍光体は、前記１次
    光を吸収して第１の可視光を放出する第１の蛍光体と、
    前記１次光を吸収して前記第１の可視光とは異なる波長
    の第２の可視光を放出する第２の蛍光体と、を有するこ
    とを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
  4. 【請求項４】前記第１の可視光と前記第２の可視光と
    は、補色関係にあることを特徴とする請求項３記載の発
    光装置。
  5. 【請求項５】前記蛍光体は、前記１次光を吸収して赤色
    光を放出する第１の蛍光体と、前記１次光を吸収して緑
    色光を放出する第２の蛍光体と、前記１次光を吸収して
    青色光を放出する第３の蛍光体と、を有し、 前記赤色光と緑色光と青色光との混色により略白色の光
    が得られることを特徴とする請求項１または２に記載の
    発光装置。
  6. 【請求項６】前記発光素子に接続されたワイアをさらに
    備え、 前記シリコーン樹脂は、前記ワイアも覆うように設けら
    れたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記
    載の発光装置。
  7. 【請求項７】開口を有する樹脂部をさらに有し、 前記発光素子は、前記開口の底部に配置されてなり、 前記シリコーン樹脂は、前記開口の中に充填されたこと
    を特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の発光
    装置。
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