JP2004088013A - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】発光装置の光取り出し効率を向上させることを目的とする。
【解決手段】本発明は、支持体上に配置された発光素子と、少なくとも該発光素子の表面を被覆するコーティング層とを有する発光装置であって、少なくともＳｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｐｂ、あるいはアルカリ土類金属の元素群から選択される１種以上の元素を含む酸化物と、前記元素群から選択される１種以上の元素を含む水酸化物とを有するコーティング層は、下地部と、屈折率が該下地部とほぼ等しい含浸部とを有することを特徴とする発光装置である。
【選択図】 図２
【解決手段】本発明は、支持体上に配置された発光素子と、少なくとも該発光素子の表面を被覆するコーティング層とを有する発光装置であって、少なくともＳｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｐｂ、あるいはアルカリ土類金属の元素群から選択される１種以上の元素を含む酸化物と、前記元素群から選択される１種以上の元素を含む水酸化物とを有するコーティング層は、下地部と、屈折率が該下地部とほぼ等しい含浸部とを有することを特徴とする発光装置である。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
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およびその形成方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
例えば、窒化ガリウム系化合物半導体を用いて構成される発光素子（ＬＥＤチップ）を利用した発光装置は、ＬＥＤチップを外部環境から保護するため、透光性樹脂材料をコーティング材料としてＬＥＤチップを被覆することにより形成される場合がある。このようなコーティング材料は、液体状態にある材料を硬化させることにより形成されている。
【０００３】
また、ＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップからの光の一部を波長変換する蛍光体とを組み合わせ、波長変換された光とＬＥＤチップからの光との混色光を出光する発光装置が開発され、使用されるようになってきている。このような発光装置においては、蛍光体を透光性樹脂等に含有させたコーティング層がＬＥＤチップ上に設けられている。このようなコーティング層は、液体状態にある材料中に蛍光体を含有させた後、硬化させることにより形成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、液体状態にある樹脂材料中に気泡を含有させることなく硬化させ、コーティング層あるいは蛍光体を含むコーティング層（蛍光体層）を形成することは非常に困難であり、材料が硬化した後の層中に空隙が生じる場合がある。このとき、これらの層を形成する材料の屈折率は、空隙中に存在する空気の屈折率より大きい。従って、このような空隙が層中に生じると、空隙と形成材料の界面において、発光観測面方向に進行しようとする光の透過率が低下し、層中で反射・散乱を繰り返す傾向が強くなる。その結果、発光装置の光取り出し効率の向上が図れない。
【０００５】
また、ＬＥＤチップと蛍光体とを組み合わせて形成される従来の発光装置は、蛍光体を含む有機系樹脂を蛍光体層の材料として構成しているので、より波長の短い光を用いたり、高い発熱を伴う高出力の光を用いると有機物を含む樹脂が劣化あるいは変色するために、青色より短い波長を含む光を発光する発光素子を用いて十分な信頼性を有する発光装置を構成することが困難であった。
【０００６】
そこで、本発明は、従来と比較して光取り出し効率が向上し、コーティング層が変色劣化しない発光装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するために本発明に係る発光装置は、支持体上に配置された発光素子と、少なくとも該発光素子の表面を被覆するコーティング層とを有する発光装置であって、少なくともＳｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｐｂ、あるいはアルカリ土類金属の元素群から選択される１種以上の元素を含む酸化物と、前記元素群から選択される１種以上の元素を含む水酸化物とを有するコーティング層は、下地部と、屈折率が該下地部とほぼ等しい含浸部とを有することを特徴とする発光装置である。
【０００８】
本発明の請求項１に記載の構成とすることにより、発光素子から出光する光の光取り出し効率を向上させることができる。また、本発明によれば比較的厚膜のコーティング層を形成した場合であっても割れにくい等の利点があると考えられる。また、高輝度、長時間の使用においても、発光効率の低下が極めて少ない発光装置とすることができる。また、紫外線を出光する発光素子を使用した場合でも、高輝度、長時間の使用において各方位における色ずれ、発光効率の低下が極めて少ない発光装置とすることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、前記コーティング層は、前記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、および／または散乱材を有する請求項１に記載の発光装置である。
【００１０】
本発明の請求項２に記載の構成とすることにより、蛍光体により波長変換された光の光取り出し効率を向上させることができる。あるいは、散乱材により散乱された光の取り出し効率を向上させることができる。また、本発明によれば比較的厚膜のコーティング層を形成した場合であっても割れにくい等の利点があると考えられる。また、高輝度、長時間の使用においても、発光効率の低下が極めて少ない発光装置とすることができる。また、紫外線を出光する発光素子を使用した場合でも、高輝度、長時間の使用において各方位における色ずれ、発光効率の低下が極めて少ない発光装置とすることができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、前記コーティング層は、前記元素群から選択される１種以上の元素と、酸素元素とを含む有機金属化合物を有する請求項１乃至２に記載の発光装置である。
【００１２】
本発明の請求項３の構成とすることにより、コーティング層を樹脂にてモールドする場合であっても、コーティング層上にモールド部材を接着性よく配置することができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、前記コーティング層は、前記支持体表面と前記発光素子表面全体とを被覆する連続した層であり、且つ、前記発光素子の上面、側面および角の上に配置されたコーティング層の厚みと、前記支持体表面に配置されたコーティング層の厚みとが略等しい請求項１乃至３に記載の発光装置である。
【００１４】
本発明の請求項４に記載の構成とすることにより高輝度、長時間の使用においても各方位における色ずれ、発光効率の低下が極めて少ない発光装置とすることができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、前記発光素子の主発光ピークが２５０ｎｍから５３０ｎｍであり、且つ前記蛍光体の主発光波長が前記発光素子の主発光ピークよりも長い請求項１乃至４に記載の発光装置である。
【００１６】
本発明の請求項５の構成とすることにより、紫外線によって励起される蛍光体を使用することも可能である。また、青色または青色より短い波長の光を使用してもコーティング層および接着層は劣化、変色しないため信頼性の高い発光装置とすることが可能である。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、前記支持体は、リード電極を有し、該リード電極から絶縁された支持体上に前記発光素子を有する請求項１乃至５に記載の発光装置である。
【００１８】
本発明の請求項６の構成とすることにより、発光素子は、発光に必要な電力をワイヤーから供給され、リード電極を流れる電流による悪影響を受けることが少なく、ノイズ等を発生させることがないため、信頼性の高い発光装置を形成することが可能である。また、発光素子をリード電極に固着させて発光装置を形成すると、発光素子を固着させていない他方のリード電極と発光素子の電極とを結ぶワイヤーが、発光素子を固着させているリード電極に接触した状態となり、製造歩留まりを低下させる原因となり得るが、本発明のように正負一対の両リード電極から絶縁された支持体上に発光素子を固着させることで製造歩留まりを向上させることが可能である。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、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、該蛍光体を有し少なくとも前記発光素子表面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、少なくともＳｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｐｂ、あるいはアルカリ土類金属の群から選択される１種以上の元素と酸素元素とを含む有機金属化合物の加水分解溶液、有機溶剤、及び蛍光体とを含む第１の塗布液を調製する第１の工程と、前記有機金属化合物の加水分解溶液と、有機溶剤とを含む第２の塗布液を調製する第２の工程と、前記第１の塗布液を発光素子表面および支持体表面に塗布する第３の工程と、前記第１の塗布液を乾燥させ、前記蛍光体を固着させる第４の工程と、前記第４の工程により設けられる下地部の空隙に前記第２の塗布液を含浸させる第５の工程と、前記第２の塗布液を乾燥させる第６の工程とを有することを特徴とする発光装置の製造方法である。
【００２０】
本発明の請求項７の方法とすることにより、紫外線によって劣化しない無機物で蛍光体を発光素子上に固着させ、光取り出し効率を向上させた発光装置を形成することができる。
【００２１】
請求項８に記載の発明は、前記第１の工程および／または前記第２の工程において、前記有機溶剤が沸点１００℃以上２００℃以下の有機溶剤である請求項７に記載の発光装置の製造方法である。
【００２２】
本発明の請求項８の方法とすることにより、有機金属化合物等の凝固物が発生しにくいため、作業性を向上して塗布することが可能である。
【００２３】
請求項９に記載の発明は、前記第１の工程において、前記加水分解溶液の粘度が、２．５０〜５００ｃｐｓ（２５℃）である請求項７乃至８に記載の発光装置の製造方法である。
【００２４】
従来は、蛍光体等を混合した塗布液に水分が多く含まれていたため、発光素子の表面状態が悪化し、発光素子の光学特性に悪影響を及ぼしていた。そこで、本発明の請求項９の方法では、発光素子に悪影響を及ぼす水分を殆ど含まないゾル状態の塗布液を予め作製し、それを発光素子表面に塗布した後加熱するだけで非晶質のＳｉＯ２が形成されるため、発光素子の金属表面の状態を悪化させることなく、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容易に形成することができる。
【００２５】
請求項１０に記載の発明は、前記第２の工程において、前記加水分解溶液の粘度が、１．００〜８００ｃｐｓ（２５℃）である請求項７乃至９に記載の発光装置の製造方法である。
【００２６】
本発明の請求項１０の方法とすることにより、蛍光体を固着させた下地層の空隙に第２の塗布液を速やかに浸透させることができる。
【００２７】
請求項１１に記載の発明は、前記第１の工程および／または前記第２の工程において、前記塗布液の酸濃度が、２０〜５００ｐｐｍである請求項７乃至１０に記載の発光装置の製造方法である。
【００２８】
本発明の請求項１１の方法とすることにより、発光素子の金属表面の状態を悪化させることがないため、発光素子の光学特性に悪影響を及ぼすことなく発光装置を製造することができる。
【００２９】
請求項１２に記載の発明は、前記第３の工程において、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請求項７乃至１１に記載の発光装置の製造方法である。
【００３０】
本発明の請求項１２の方法とすることにより、発光むらがなく、且つ大量に均一発光可能な発光装置を歩留まりよく形成させることができる。
【００３１】
請求項１３に記載の発明は、前記第４の工程および前記第６の工程において、前記発光素子は５０℃以上３００℃以下の加温状態にある請求項７乃至１２に記載の発光装置の製造方法である。
【００３２】
本発明の請求項１３の方法とすることにより、発光むらがなく、且つ大量に均一発光可能な発光装置を歩留まりよく形成させることができる。
【００３３】
請求項１４に記載の発明は、前記第１の工程において、前記有機金属化合物が金属アルコキシド、金属ジケトナート、カルボン酸金属塩から選択される少なくとも一種である請求項７乃至１３に記載の発光装置の製造方法である。
【００３４】
本発明の請求項１４の方法とすることにより、紫外線によって劣化しない無機物で蛍光体を発光素子上に固着させることができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光装置を例示するものであって、本発明は発光装置を以下に限定するものではない。また、各図面に示す部材の大きさや位置関係などは説明を明確にするために誇張しているところがある。
【００３６】
図１および図２に本発明の方法によって製造した発光装置の一例、金属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上面図および模式断面図を示す。
【００３７】
パッケージ１０５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ａを挟んで対向している。該貫通孔内には、絶縁部材１０３である硬質ガラスを介して正及び負のリード電極１０２がそれぞれ挿入されている。また、金属パッケージ１０５の主面側に透光性窓部１０７と金属部からなるリッド１０６を有し、金属部と金属パッケージ１０５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１０１は、青色光または紫外線を発光する発光素子であり、ＬＥＤチップ１０１と金属パッケージ１０５との接着は、エチルシリケートの加水分解溶液を乾燥焼成して得られる接着層１１０を介して行われている。
【００３８】
さらに、図２に示されるように、リード電極１０２から絶縁された凹部ａ内にて、発光素子の上に蛍光体がバインドされてなるコーティング層１０８が形成されている。エチルシリケートの加水分解溶液にて多孔質の下地部１１５を形成したのち、同じエチルシリケートの加水分解溶液を上記多孔質の層に含浸させることにより含浸部１１６を形成する。従って、コーティング層中は、空隙が殆ど存在しない状態となっている。即ち、コーティング層は、蛍光体の粒子を固着させる下地部１１５と、該下地部を設ける際に生じた間隙を埋める含浸部１１６を含む。また、下地部１１５と含浸部１１６の屈折率は、同じ材料を使用して形成されているため、ほぼ等しい。このように空隙が殆ど存在せず、屈折率が層中で殆ど変化しないコーティング層を形成することにより、蛍光体で波長変換された光は、コーティング層中を反射、散乱されることなく透過するため、発光装置の光取り出し効率を向上させることができる。
【００３９】
以下、図面を参照しながら本発明の構成部材について詳述する。
【００４０】
［コーティング層１０８］
本発明に用いられるコーティング層とは、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１０１の発光を変換する蛍光体／散乱材及び蛍光体を結着する材料を含有させることができる層である。
【００４１】
図３に示されるように、本発明のコーティング層は、ＬＥＤチップ１０１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１０１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。本実施の形態において、コーティング層の下地部を形成する工程において生じる空隙は、下地部を形成する材料と同一の材料を使用して行う含浸の工程により埋められる。従って、下地部と該下地部の空隙を埋める含浸部との屈折率はほぼ等しい。このようにコーティング層内で屈折率の変化をほぼ無くすことにより、発光素子からの光、あるいは蛍光体により波長変換されて出光する光は、コーティング層内で反射・散乱を繰り返すことがなくなるため、発光装置の発光観測面方向から効率よく取り出される。なお、本実施の形態では、酸化物濃度の異なる同一材料にて下地部と含浸部を形成したが、下地部と含浸部を形成する材料は、形成時にそれらの屈折率がほぼ等しい材料なら、異なる材料を用いて形成してもよい。
【００４２】
ところで、このようなＬＥＤチップを利用した発光装置においては、パッケージなどによる反射により、ＬＥＤチップから放出される高エネルギー光などがコーティング層中で高密度になる。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チップとして利用する場合は、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、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｐｂ、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。
【００４３】
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、Ｚｒ、Ｙ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同士が結着され、さらに蛍光体は層状にＬＥＤチップや支持体上に堆積され結着される。本発明において、少なくともＳｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｐｂ、あるいはアルカリ土類金属の群から選択される１種以上の元素を含む酸化物あるいは水酸化物は、少なくともＳｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｐｂ、あるいはアルカリ土類金属の群から選択される１種以上の元素を含み、且つ酸素元素を含む有機金属化合物により生成される。ここで、有機金属化合物とは、酸素原子を介して金属と結合したアルキル基、アリール基等を含む化合物である。このような有機金属化合物として、例えば金属アルコキシド、金属ジケトナート、金属ジケトナート錯体、カルボン酸金属塩等が挙げられる。このような有機金属化合物のうち常温で液体の有機金属化合物を使用すれば、有機溶剤を加えることによって、作業性を考慮した粘度調節や、有機金属化合物等の凝固物の発生防止が容易にできるため作業性を向上させることができる。また、このような有機金属化合物は加水分解等の化学反応を起こしやすいため、容易に、少なくともＳｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｐｂ、あるいはアルカリ土類金属の群から選択される１種以上の元素を含む酸化物により蛍光体がバインドされてなるコーティング層を形成させることが可能である。そのため、有機金属化合物を使う方法は、３５０℃以上の高温下あるいは静電気のかかっている状態でＬＥＤにコーティング層を形成させる他の方法とは異なり、ＬＥＤの発光素子としての性能を低下させることなく容易にＬＥＤチップ上にコーティング層を形成させることができ、製造歩留まりが向上する。
【００４４】
このようなコーティング層は、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ゾル中に蛍光体（粉体）を均一に分散させた塗布液を調製して、その蛍光体が分散された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、スクリーン印刷あるいはディスペンス他した後、透光性無機物により蛍光体を発光素子表面に固着させ下地部を形成し、さらには含浸部を形成させることにより設けることができる。ここで、スプレーコーティング、スクリーン印刷あるいはディスペンスは、ＬＥＤチップの製造工程において、チップ毎に分割する前のウェハの段階で行っても構わない。このようにすることで、ウェハ状態での発光特性の検査を容易にすることができ、製造歩留まりを向上させることができる。
【００４５】
以下、コーティング層に含まれる具体的主材料として、ＳｉＯ２を例にとり説明する。
【００４６】
（ＳｉＯ２により蛍光体がバインドされてなるコーティング層１０８）
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、金属アルコキシドの一種であり、以下のような一般式で表される単量体（モノマー）が加水分解してさらに縮重合したものである。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。
【化１】
【００４７】
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。即ち、上記一般式において、Ｒをエチル基とした構造式によって示される単量体（モノマー）が、加水分解してヒドロキシル基（ＯＨ基）を含む分子（中間体としてシラノールの単量体等が挙げられる）となり、さらにヒドロキシル基（ＯＨ基）を含む分子同士から水分子（Ｈ２Ｏ）が取れて縮合し、ＳｉがＯ（酸素原子）を介して繋がったシロキサン結合が生成して、次の図のような構造となる。
【化２】
【００４８】
エチルシリケートの溶液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を起こして、溶液はＳｉＯ２の微粒子が溶解したゾルとなり（ゾル化）、さらに自然乾燥して溶液濃度が高くなりゲル（ゲル化）となる。反応が進行するに従って粘度が高くなるが、形成するコーティング層の厚み、作業性等を考慮して反応の進行を調節する。
【００４９】
加水分解反応は、中性条件では極めて緩やかに進行するが、触媒として酸または塩基が存在すると発熱を伴い急速に進行する。塩基性触媒を使用する場合、得られる加水分解溶液は不安定で過度のゲル化を起こしやすく作業性を低下させるため、本実施の形態では塩酸等の酸性触媒を少量使用し、長時間かけて加水分解反応を起こさせる。
【化３】
【００５０】
エチルシリケートの加水分解反応は温度が高いほど速く進行し、生成物のエタノールが除去されるとそれはさらに進行し易くなる。また、エチルシリケートの加水分解を進行させて生成するゲルを加熱すると非晶質のＳｉＯ２が形成される。従って、エチルシリケートの加水分解溶液に蛍光体を含有させて発光素子の表面上、および発光素子の表面上以外の支持体上に塗布し、加熱すると、ＳｉＯ２により蛍光体がバインドされてなるコーティング層を発光素子の表面上等に形成することができる。特に本実施の形態において、予めエチルシリケートをゾル状態の加水分解溶液とし、該加水分解溶液に蛍光体を含有させた後、発光素子表面に塗布する。従来の方法では、蛍光体等を混合した塗布液に水分が多く含まれていたため、塗布すると発光素子の表面状態が悪化し、発光素子の光学特性に悪影響を及ぼしていた。そこで、本実施の形態における方法によると、ゾル状態のエチルシリケート加水分解溶液は水分を殆ど含まず、加熱されるだけで非晶質のＳｉＯ２を形成するため、発光素子の光学特性に悪影響を及ぼすことなく、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表面上等に容易に形成することができる。
【００５１】
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。
【００５２】
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または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。
【００５３】
［蛍光体］
本願発明に用いることが可能な蛍光体は、発光素子から放出された可視光や紫外光を他の発光波長に変換するためのものである。
【００５４】
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１０１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、
【００５５】
（１）Ｃａ１０（ＰＯ４）６ＦＣｌ：Ｓｂ，Ｍｎ
（２）Ｍ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ（但し、ＭはＳｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇから選択される少なくとも一種）
（３）ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ
（４）ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ、Ｍｎ
（５）３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ２・ＧｅＯ２：Ｍｎ
（６）Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ
（７）Ｍｇ６Ａｓ２Ｏ１１：Ｍｎ
（８）Ｓｒ４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕ
（９）（Ｚｎ、Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ
（１０）ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ
（１１）Ｃａ１０（ＰＯ４）６ＣｌＢｒ：Ｍｎ、Ｅｕ
（１２）Ｚｎ２ＧｅＯ４：Ｍｎ
（１３）Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、及び
（１４）Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ等が挙げられる。
【００５６】
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、二層以上が積層されて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。
【００５７】
ＬＥＤチップ１０１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１０１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１０１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。
【００５８】
発光装置の発光色は、蛍光体の結着剤として働く各種樹脂やガラスなどの透光性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。
【００５９】
本実施の形態において使用される蛍光体は、イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体と、赤色系の光を発光可能な蛍光体、特に窒化物蛍光体とを組み合わせたものを使用することができる。これらのＹＡＧ系蛍光体および窒化物系蛍光体は、混合してコーティング部１０１中に含有させてもよいし、複数の層から構成されるコーティング部１０１中に別々に含有させてもよい。以下、それぞれの蛍光体について詳細に説明していく。
【００６０】
（イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体）
本実施の形態に用いられるイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体とは、ＹとＡｌを含み、かつＬｕ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｅｕ及びＳｍから選択された少なくとも一つの元素と、Ｇａ及びＩｎから選択された一つの元素とを含みＣｅ、あるいはＰｒ等の希土類元素で付活された蛍光体であり、ＬＥＤチップ１０２から発光された可視光や紫外線で励起されて発光する蛍光体である。特に本実施の形態において、セリウムで付活され組成の異なる２種類以上のイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体も利用される。発光層に窒化物系化合物半導体を用いた発光素子から発光した青色系の光と、青色光を吸収させるためボディーカラーが黄色である蛍光体から発光する緑色系及び赤色系の光と、或いは、黄色系の光であってより緑色系及びより赤色系の光を混色表示させると所望の白色系発光色表示を行うことができる。発光装置はこの混色を起こさせるために蛍光体の粉体やバルクをエポキシ樹脂、アクリル樹脂或いはシリコーン樹脂などの各種樹脂や酸化珪素、酸化アルミニウムなどの無機物中に含有させることが好ましい。このように蛍光体が含有されたものは、ＬＥＤチップからの光が透過する程度に薄く形成させたドット状のものや層状ものなど用途に応じて種々用いることができる。蛍光体と樹脂などとの比率や塗布、充填量を種々調整すること及び発光素子の発光波長を選択することにより白色を含め電球色など任意の色調を提供させることができる。
【００６１】
また、２種類以上の蛍光体をそれぞれ発光素子からの入射光に対して順に配置させることによって効率よく発光可能な発光装置とすることができる。即ち、反射部材を有する発光素子上には、長波長側に吸収波長があり長波長に発光可能な蛍光体が含有された色変換部材と、それよりも長波長側に吸収波長がありより長波長に発光可能な色変換部材とを積層などさせることで反射光を有効利用することができる。
【００６２】
ＹＡＧ系蛍光体を使用すると、放射照度として（Ｅｅ）＝０．１Ｗ・ｃｍ−２以上１０００Ｗ・ｃｍ−２以下のＬＥＤチップと接する或いは近接して配置された場合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。
【００６３】
本実施の形態に用いられるセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体である緑色系が発光可能なＹＡＧ系蛍光体では、ガーネット構造のため、熱、光及び水分に強く、励起吸収スペクトルのピーク波長が４２０ｎｍから４７０ｎｍ付近にさせることができる。また、発光ピーク波長λｐも５１０ｎｍ付近にあり７００ｎｍ付近まで裾を引くブロードな発光スペクトルを持つ。一方、セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体である赤色系が発光可能なＹＡＧ系蛍光体でも、ガーネット構造であり熱、光及び水分に強く、励起吸収スペクトルのピーク波長が４２０ｎｍから４７０ｎｍ付近にさせることができる。また、発光ピーク波長λｐが６００ｎｍ付近にあり７５０ｎｍ付近まで裾を引くブロードな発光スペクトルを持つ。
【００６４】
ガーネット構造を持ったＹＡＧ系蛍光体の組成の内、Ａｌの一部をＧａで置換することで発光スペクトルが短波長側にシフトし、また組成のＹの一部をＧｄ及び／又はＬａで置換することで、発光スペクトルが長波長側へシフトする。Ｙの置換が２割未満では、緑色成分が大きく赤色成分が少なくなる。また、８割以上では、赤み成分が増えるものの輝度が急激に低下する。また、励起吸収スペクトルについても同様に、ガーネット構造を持ったＹＡＧ系蛍光体の組成の内、Ａｌの一部をＧａで置換することで励起吸収スペクトルが短波長側にシフトし、また組成のＹの一部をＧｄ及び／又はＬａで置換することで、励起吸収スペクトルが長波長側へシフトする。ＹＡＧ系蛍光体の励起吸収スペクトルのピーク波長は、発光素子の発光スペクトルのピーク波長より短波長側にあることが好ましい。このように構成すると、発光素子に投入する電流を増加させた場合、励起吸収スペクトルのピーク波長は、発光素子の発光スペクトルのピーク波長にほぼ一致するため、蛍光体の励起効率を低下させることなく、色度ズレの発生を抑えた発光装置を形成することができる。
【００６５】
このような蛍光体は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｌａ、Ａｌ、Ｓｍ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、Ｌａ、Ｓｍの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で共沈したものを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウム、酸化ガリウムとを混合して混合原料を得る。これにフラックスとしてフッ化アンモニウム等のフッ化物を適量混合して坩堝に詰め、空気中１３５０〜１４５０°Ｃの温度範囲で２〜５時間焼成して焼成品を得、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得ることができる。また、別の実施の形態の蛍光体の製造方法では、蛍光体の原料を混合した混合原料とフラックスからなる混合物を、大気中又は弱還元雰囲気中にて行う第一焼成工程と、還元雰囲気中にて行う第二焼成工程とからなる、二段階で焼成することが好ましい。ここで、弱還元雰囲気とは、混合原料から所望の蛍光体を形成する反応過程において必要な酸素量は少なくとも含むように設定された弱い還元雰囲気のことをいい、この弱還元雰囲気中において所望とする蛍光体の構造形成が完了するまで第一焼成工程を行うことにより、蛍光体の黒変を防止し、かつ光の吸収効率の低下を防止できる。また、第二焼成工程における還元雰囲気とは、弱還元雰囲気より強い還元雰囲気をいう。このように二段階で焼成すると、励起波長の吸収効率の高い蛍光体が得られる。従って、このように形成された蛍光体にて発光装置を形成した場合に、所望とする色調を得るために必要な蛍光体量を減らすことができ、光取り出し効率の高い発光装置を形成することができる。
【００６６】
組成の異なる２種類以上のセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体は、混合させて用いても良いし、それぞれ独立して配置させても良い。蛍光体をそれぞれ独立して配置させる場合、発光素子からの光をより短波波長側で吸収発光しやすい蛍光体、それよりも長波長側で吸収発光しやすい蛍光体の順に配置させることが好ましい。これによって効率よく吸収及び発光させることができる。
【００６７】
（窒化物系蛍光体）
本実施の形態に用いられる窒化物系蛍光体としては、ＬＥＤチップ１０２から発光された可視光、紫外線、及びＹＡＧ系蛍光体からの発光を吸収することによって励起され発光する蛍光体をいう。特に本発明に係る蛍光体は、Ｍｎが添加されたＳｒ−Ｃａ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ、Ｃａ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ、Ｓｒ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ、Ｓｒ−Ｃａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ、Ｃａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ、Ｓｒ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ系シリコンナイトライドである。この蛍光体の基本構成元素は、一般式ＬＸＳｉＹＮ（２／３Ｘ＋４／３Ｙ）：Ｅｕ若しくはＬＸＳｉＹＯＺＮ（ ２／３Ｘ＋４／３Ｙ−２／３Ｚ）：Ｅｕ（Ｌは、Ｓｒ、Ｃａ、ＳｒとＣａのいずれか。）で表される。一般式中、Ｘ及びＹは、Ｘ＝２、Ｙ＝５又は、Ｘ＝１、Ｙ＝７であることが好ましいが、任意のものも使用できる。具体的には、基本構成元素は、Ｍｎが添加された（ＳｒＸＣａ１−Ｘ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、Ｓｒ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、Ｃａ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、ＳｒＸＣａ１−ＸＳｉ７Ｎ１０：Ｅｕ、ＳｒＳｉ７Ｎ１０：Ｅｕ、ＣａＳｉ７Ｎ１０：Ｅｕで表される蛍光体を使用することが好ましいが、この蛍光体の組成中には、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ及びＮｉからなる群より選ばれる少なくとも１種以上が含有されていてもよい。但し、本発明は、この実施の形態及び実施例に限定されない。
Ｌは、Ｓｒ、Ｃａ、ＳｒとＣａのいずれかである。ＳｒとＣａは、所望により配合比を変えることができる。
蛍光体の組成にＳｉを用いることにより安価で結晶性の良好な蛍光体を提供することができる。
【００６８】
発光中心に希土類元素であるユウロピウムＥｕを用いる。ユウロピウムは、主に２価と３価のエネルギー準位を持つ。本発明の蛍光体は、母体のアルカリ土類金属系窒化ケイ素に対して、Ｅｕ２＋を付活剤として用いる。Ｅｕ２＋は、酸化されやすく、３価のＥｕ２Ｏ３の組成で市販されている。しかし、市販のＥｕ２Ｏ３では、Ｏの関与が大きく、良好な蛍光体が得られにくい。そのため、Ｅｕ２Ｏ３からＯを、系外へ除去したものを使用することが好ましい。たとえば、ユウロピウム単体、窒化ユウロピウムを用いることが好ましい。但し、Ｍｎを添加した場合は、その限りではない。
【００６９】
添加物であるＭｎは、Ｅｕ２＋の拡散を促進し、発光輝度、エネルギー効率、量子効率等の発光効率の向上を図る。Ｍｎは、原料中に含有させるか、又は、製造工程中にＭｎ単体若しくはＭｎ化合物を含有させ、原料と共に焼成する。但し、Ｍｎは、焼成後の基本構成元素中に含有されていないか、含有されていても当初含有量と比べて少量しか残存していない。これは、焼成工程において、Ｍｎが飛散したためであると思われる。
【００７０】
蛍光体には、基本構成元素中に、若しくは、基本構成元素とともに、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｏ及びＮｉからなる群より選ばれる少なくとも１種以上を含有する。これらの元素は、粒径を大きくしたり、発光輝度を高めたりする等の作用を有している。また、Ｂ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｒ及びＮｉは、残光を抑えることができるという作用を有している。
【００７１】
このような窒化物系蛍光体は、ＬＥＤチップ１０２によって発光された青色光の一部を吸収して黄から赤色領域の光を発光する。窒化物系蛍光体をＹＡＧ系蛍光体と共に上記の構成を有する発光装置に使用して、ＬＥＤチップ１０２により発光された青色光と、窒化物系蛍光体による黄色から赤色光とが混色により暖色系の白色に発光する発光装置を提供することができる。窒化物系蛍光体の他に加える蛍光体には、セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質が含有されていることが好ましい。前記イットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質を含有することにより、所望の色度に調節することができるからである。セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質は、ＬＥＤチップ１０２により発光された青色光の一部を吸収して黄色領域の光を発光する。ここで、ＬＥＤチップ１０２により発光された青色光と、イットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質の黄色光とが混色により青白い白色に発光する。従って、このイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質と赤色発光する蛍光体とを、透光性を有するコーティング部材１０１中に一緒に混合し、ＬＥＤチップ１０２により発光された青色光とを組み合わせることにより白色系の混色光を発光する発光装置を提供することができる。特に好ましいのは、色度が色度図における黒体放射の軌跡上に位置する白色の発光装置である。但し、所望の色温度の発光装置を提供するため、イットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質の蛍光体量と、赤色発光の蛍光体量を適宜変更することもできる。この白色系の混色光を発光する発光装置は、特殊演色評価数Ｒ９の改善を図っている。従来の青色発光素子とセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質との組合せのみの白色に発光する発光装置は、色温度Ｔｃｐ＝４６００Ｋ付近において特殊演色評価数Ｒ９がほぼ０に近く、赤み成分が不足していた。そのため特殊演色評価数Ｒ９を高めることが解決課題となっていたが、本発明において赤色発光の蛍光体をイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質と共に用いることにより、色温度Ｔｃｐ＝４６００Ｋ付近において特殊演色評価数Ｒ９を４０付近まで高めることができる。
【００７２】
次に、本発明に係る蛍光体（（ＳｒＸＣａ１−Ｘ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ）の製造方法を説明するが、本製造方法に限定されない。上記蛍光体には、Ｍｎ、Ｏが含有されている。
原料のＳｒ、Ｃａを粉砕する。原料のＳｒ、Ｃａは、単体を使用することが好ましいが、イミド化合物、アミド化合物などの化合物を使用することもできる。また原料Ｓｒ、Ｃａには、Ｂ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ａｌ２Ｏ３などを含有するものでもよい。原料のＳｒ、Ｃａは、アルゴン雰囲気中、グローブボックス内で粉砕を行う。粉砕により得られたＳｒ、Ｃａは、平均粒径が約０．１μｍから１５μｍであることが好ましいが、この範囲に限定されない。Ｓｒ、Ｃａの純度は、２Ｎ以上であることが好ましいが、これに限定されない。より混合状態を良くするため、金属Ｃａ、金属Ｓｒ、金属Ｅｕのうち少なくとも１以上を合金状態としたのち、窒化し、粉砕後、原料として用いることもできる。
原料のＳｉを粉砕する。原料のＳｉは、単体を使用することが好ましいが、窒化物化合物、イミド化合物、アミド化合物などを使用することもできる。例えば、Ｓｉ３Ｎ４、Ｓｉ（ＮＨ２）２、Ｍｇ２Ｓｉなどである。原料のＳｉの純度は、３Ｎ以上のものが好ましいが、Ａｌ２Ｏ３、Ｍｇ、金属ホウ化物（Ｃｏ３Ｂ、Ｎｉ３Ｂ、ＣｒＢ）、酸化マンガン、Ｈ３ＢＯ３、Ｂ２Ｏ３、Ｃｕ２Ｏ、ＣｕＯなどの化合物が含有されていてもよい。Ｓｉも、原料のＳｒ、Ｃａと同様に、アルゴン雰囲気中、若しくは、窒素雰囲気中、グローブボックス内で粉砕を行う。Ｓｉ化合物の平均粒径は、約０．１μｍから１５μｍであることが好ましい。
次に、原料のＳｒ、Ｃａを、窒素雰囲気中で窒化する。この反応式を、以下の式１および式２にそれぞれ示す。
３Ｓｒ ＋ Ｎ２ → Ｓｒ３Ｎ２ ・・・（式１）
３Ｃａ ＋ Ｎ２ → Ｃａ３Ｎ２ ・・・（式２）
Ｓｒ、Ｃａを、窒素雰囲気中、６００〜９００℃、約５時間、窒化する。Ｓｒ、Ｃａは、混合して窒化しても良いし、それぞれ個々に窒化しても良い。これにより、Ｓｒ、Ｃａの窒化物を得ることができる。Ｓｒ、Ｃａの窒化物は、高純度のものが好ましいが、市販のものも使用することができる。
【００７３】
原料のＳｉを、窒素雰囲気中で窒化する。この反応式を、以下の式３に示す。
３Ｓｉ ＋ ２Ｎ２ → Ｓｉ３Ｎ４ ・・・（式３）
ケイ素Ｓｉも、窒素雰囲気中、８００〜１２００℃、約５時間、窒化する。これにより、窒化ケイ素を得る。本発明で使用する窒化ケイ素は、高純度のものが好ましいが、市販のものも使用することができる。
Ｓｒ、Ｃａ若しくはＳｒ−Ｃａの窒化物を粉砕する。Ｓｒ、Ｃａ、Ｓｒ−Ｃａの窒化物を、アルゴン雰囲気中、若しくは、窒素雰囲気中、グローブボックス内で粉砕を行う。
【００７４】
同様に、Ｓｉの窒化物を粉砕する。また、同様に、Ｅｕの化合物Ｅｕ２Ｏ３を粉砕する。Ｅｕの化合物として、酸化ユウロピウムを使用するが、金属ユウロピウム、窒化ユウロピウムなども使用可能である。このほか、原料のＺは、イミド化合物、アミド化合物を用いることもできる。酸化ユウロピウムは、高純度のものが好ましいが、市販のものも使用することができる。粉砕後のアルカリ土類金属の窒化物、窒化ケイ素及び酸化ユウロピウムの平均粒径は、約０．１μｍから１５μｍであることが好ましい。
【００７５】
上記原料中には、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｏ及びＮｉからなる群より選ばれる少なくとも１種以上が含有されていてもよい。また、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂ等の上記元素を以下の混合工程において、配合量を調節して混合することもできる。これらの化合物は、単独で原料中に添加することもできるが、通常、化合物の形態で添加される。この種の化合物には、Ｈ３ＢＯ３、Ｃｕ２Ｏ３、ＭｇＣｌ２、ＭｇＯ・ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、金属ホウ化物（ＣｒＢ、Ｍｇ３Ｂ２、ＡｌＢ２、ＭｎＢ）、Ｂ２Ｏ３、Ｃｕ２Ｏ、ＣｕＯなどがある。
【００７６】
上記粉砕を行った後、Ｓｒ、Ｃａ、Ｓｒ−Ｃａの窒化物、Ｓｉの窒化物、Ｅｕの化合物Ｅｕ２Ｏ３を混合し、Ｍｎを添加する。これらの混合物は、酸化されやすいため、Ａｒ雰囲気中、又は、窒素雰囲気中、グローブボックス内で、混合を行う。
【００７７】
最後に、Ｓｒ、Ｃａ、Ｓｒ−Ｃａの窒化物、Ｓｉの窒化物、Ｅｕの化合物Ｅｕ２Ｏ３の混合物をアンモニア雰囲気中で、焼成する。焼成により、Ｍｎが添加された（ＳｒＸＣａ１−Ｘ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕで表される蛍光体を得ることができる。この焼成による基本構成元素の反応式を、以下に示す。
【化４】
ただし、各原料の配合比率を変更することにより、目的とする蛍光体の組成を変更することができる。
【００７８】
焼成は、管状炉、小型炉、高周波炉、メタル炉などを使用することができる。焼成温度は、１２００から１７００℃の範囲で焼成を行うことができるが、１４００から１７００℃の焼成温度が好ましい。焼成は、徐々に昇温を行い１２００から１５００℃で数時間焼成を行う一段階焼成を使用することが好ましいが、８００から１０００℃で一段階目の焼成を行い、徐々に加熱して１２００から１５００℃で二段階目の焼成を行う二段階焼成（多段階焼成）を使用することもできる。蛍光体の原料は、窒化ホウ素（ＢＮ）材質のるつぼ、ボートを用いて焼成を行うことが好ましい。窒化ホウ素材質のるつぼの他に、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）材質のるつぼを使用することもできる。
【００７９】
以上の製造方法を使用することにより、目的とする蛍光体を得ることが可能である。
【００８０】
本発明の実施例において、赤味を帯びた光を発光する蛍光体として、特に窒化物系蛍光体を使用するが、本発明においては、上述したＹＡＧ系蛍光体と赤色系の光を発光可能な蛍光体とを備える発光装置とすることも可能である。このような赤色系の光を発光可能な蛍光体は、波長が４００〜６００ｎｍの光によって励起されて発光する蛍光体であり、例えば、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、ＣａＳ：Ｅｕ、ＳｒＳ：Ｅｕ、ＺｎＳ：Ｍｎ、ＺｎＣｄＳ：Ａｇ，Ａｌ、ＺｎＣｄＳ：Ｃｕ，Ａｌ等が挙げられる。このようにＹＡＧ系蛍光体とともに赤色系の光を発光可能な蛍光体を使用することにより発光装置の演色性を向上させることが可能である。
【００８１】
［ＬＥＤチップ１０１］
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１０１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１０１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。
【００８２】
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。
【００８３】
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１０１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１０１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。
【００８４】
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１０１を形成させることができる。
【００８５】
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１０１の主発光波長は３５０ｎｍ以上５３０ｎｍ以下が好ましい。
【００８６】
［金属パッケージ１０５］
本発明の一実施例における発光装置に用いられる金属パッケージ１０５は、発光素子を収納する凹部ａと、リード電極が配置されたベース部ｂとからなり、発光素子の支持体として働く。前記凹部の底面と前記リード電極の底面はほぼ同一面上に位置している。
【００８７】
発光装置において、熱の放熱性及び小型化を考慮すると、パッケージは薄膜で形成されることが好ましい。一方、リード電極との界面に設けられる絶縁部材との熱膨張率等の差を緩和させ信頼性を向上させるためには、それぞれの接触面を大きくする必要がある。そこで本発明者は、金属パッケージにおいて、発光素子が配置される部分とリード電極を固定する部分とに分別し、それぞれの領域に合わせて形状及び膜厚を設定することにより、信頼性の向上を図る。
以下、それぞれの構成部材について詳述する。
【００８８】
（凹部ａ）
本実施の形態の発光装置は、パッケージの一部に発光素子１０１、コーティング層１０８、１０９および接着層１１０を配置するための凹部ａを有する。前記凹部底面は、発光装置の実装面、つまりリード電極の底面とほぼ同一平面上に位置しており、実装基板と接するように構成されている。前記凹部底面の膜厚は、良好な放熱性を有するように薄膜に形成されている。前記底面の膜厚は、０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍが好ましく、より好ましくは０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍである。このように設定された凹部底面は、前記凹部内に配置された発光素子からの発熱を良好に実装基板へ放熱することができる。このように、本発明の発光装置は、発光素子からの発熱を短い放熱経路にて直接実装基板に放熱することができ、低熱抵抗化が実現された発光装置である。
【００８９】
前記凹部は、発光装置の中央部に位置することが好ましく、これにより良好な指向特性が得られる。
【００９０】
また凹部は、前記発光素子全体を収納することが可能な容積を有することが好ましい。これにより、前記凹部内に配置された前記発光素子全体を色変換層で被覆することが可能となる。本発明に用いられる金属パッケージは、特に発光素子が配置される凹部の放熱性が優れているため、良好な光学特性が得られる。また、前記凹部の内壁がテーパー形状であると、更に高輝度に発光することが可能な発光装置が得られる。
【００９１】
一方、外壁側である前記凹部の背面は、逆凸形状となっており、凹部底面とリード電極の底面との間に溝を有する。これにより良好に実装することが可能となる。前記溝がない場合、前記リード底面に付着される半田が隣接するベース部等に付着し各電極間の絶縁が取れなくなりショートしてしまう恐れがある。
【００９２】
前記凹部は、例えば金属平板に絞り加工を施すことにより構成される。本実施の形態では、金属平板の主面方向から絞り加工を施して金属を背面方向に流し凹部を形成する。この流れた金属が凹部底面の一部となるように構成することで、実装面の面積を大きくすることができるとともに、凹部側面の底面側の膜厚を太くすることができる。これにより、放熱性が向上される他、パッケージの機械的強度が増し、好ましい。また、前記凹部底面は発光装置の支持部の１つとなるので、精度良く実装することが可能となり、好ましい指向特性が得られる。
【００９３】
（ベース部ｂ）
本明細書では、金属パッケージの平板部分をベース部ｂとする。前記ベース部は、厚さ方向に貫通された貫通孔を少なくとも１つ有する。前記貫通孔はリード電極を固定するためのものであり、本実施の形態の発光装置は、前記貫通孔を２つ有する。それぞれの貫通孔は、凹部ａを挟んで対向して設けられ、各内部に絶縁体を介して正又は負のリード電極が挿入されている。このように構成することにより、リード電極間の中心に発光素子を配置させることができ、良好な指向特性が得られる。
【００９４】
ここで、本発明の発光装置の正及び負のリード電極は、少なくとも一方がベース部の貫通孔内に絶縁体を介して挿入されていれば良く、図２の如く他方のリード電極は金属パッケージと一体成形されていてもよい。このように構成すると、パッケージの発光素子配置面から一方のパッケージ端面までの間に絶縁体を有しないため、放熱性が向上され好ましい。
【００９５】
また、本発明の発光装置において、金属パッケージのベース部の膜厚は前記凹部の底面厚より厚いことを特徴とする。ベース部の厚みは０．３ｍｍ〜１．０ｍｍが好ましく、より好ましくは０．５ｍｍ〜１．０ｍｍである。０．３ｍｍより薄い場合、パッケージ全体の強度が低下してしまう。またリッドとの溶接時に起こる応力歪により溶接界面にクラックが生じる恐れがあり、このように気密性が不完全になると、水分が内部に侵入しワイヤや発光素子が腐食され信頼性が低下してしまう。また１．０ｍｍ以上の膜厚にすると、前記溶接界面にパルス電流が伝わりにくくなり、シールが不完全になる恐れがある。また発光装置が厚型化するとともにコストが高くなる。
【００９６】
また、前記ベース部の外側縁部は、ベース部底面に沿って鍔部を有することが好ましい。このように構成することにより、前記鍔部を設けることにより露出されるパッケージ端面と発光面側に配置されるリッドの内壁、及び前記鍔部の上面と前記リッド上面とが合わさり、これらの位置決めを容易に行うことができ、量産性が向上され好ましい。
【００９７】
また、前記ベース部の背面側に支持体を設けても良い。前記背面側から突出している各リード電極の間に、前記支持体がそれぞれ均等間隔で配置されると、発光装置の実装安定性が向上され好ましい。前記支持体は、前記ベース部と同様の材料にて構成されることが好ましく、これにより発光装置の放熱性が向上される。
【００９８】
前記リード電極及び金属パッケージの熱伝導率はそれぞれ、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上１００Ｗ／ｍ・Ｋ以下の範囲であることが好ましく、より好ましくは１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上８０Ｗ／ｍ・Ｋ以下、更に好ましくは１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上５０Ｗ／ｍ・Ｋ以下である。、信頼性を維持しながら大電流を長時間投下することが可能な発光装置が得られる。
【００９９】
またそれぞれの熱膨張率は、０．０５×１０−４／ｄｅｇ以上０．２０×１０−４／ｄｅｇ以下の範囲であることが好ましい。
金属パッケージの熱膨張率は、前記絶縁部材の熱膨張率と同様の値か、若しくは大きい値であることが好ましい。前者の場合、互いの部材が破損されることなく熱密着させることができる。また後者の場合、これらの熱膨張率の差が０．０１×１０−４／ｄｅｇ以下であれば、互いの接触面積を出来るだけ大きくすることで熱膨張率の差による破損を回避しつつ前記熱膨張率の差の効果によりほどよく金属パッケージが貫通孔の内部方向に収縮され、前記貫通孔の内壁に基材の酸化膜を設けなくても、前記金属パッケージと前記絶縁部材とを密着させることができる。これにより、作業工程が簡略化され生産性が良好な発光装置が得られる。
【０１００】
また、金属パッケージの基材は、強い強度を有することが好ましく、これにより薄型のパッケージを形成することができる。金属パッケージの好ましい基材として、コバール、鉄などが挙げられる。コバールとはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金であり、絶縁部材に用いられる低融点ガラスと近似の熱膨張率を有するので良好に気密封止を行うことができる。これら基材の最表面にはＡｇメッキを施すことが好ましい。このように構成すると、パッケージ表面の光反射散乱率が向上される他、Ａｇ層が溶接用ろう材となり、発光素子、ワイヤ、及びリッドと、金属パッケージ本体との密着性が向上され好ましい。更に、Ａｇ層を無光沢にメッキするとこれらの効果は増殖される。
【０１０１】
本発明で用いられる金属パッケージは、上記のように構成され、これにより高い信頼性を有する発光装置を安価に得ることができる。
【０１０２】
［リード電極１０２］
本発明の一実施例における発光装置は、正及び負のリード電極１０２を有し、金属パッケージのベース部に設けられた貫通孔内に絶縁部材を介して挿入されている。前記リード電極の先端部は、前記ベース部の表面から突出しており、且つ前記リード電極の底面は前記凹部の実装面側底面と略同一平面上に位置している。
【０１０３】
リード電極１０２のワイヤ接続面である上面は、０．０２ｍｍ２〜０．２ｍｍ２の範囲の面積を有することが好ましく、より好ましくは０．０５ｍｍ２〜０．１５ｍｍ２である。このように構成されることにより、ワイヤボンディングの精度が良好で且つ小型化の発光装置が得られる。
【０１０４】
また、リード電極の実装面側である底面は、前記上面より広い面積を有することが好ましい。これにより前記リード電極が発光装置の支持体となり、安定して表面実装することが可能となると共に、実装基板との接触面積が広くなるため放熱性が向上される。このような形状のリード電極は、例えば柱状に形成されたリード電極の底面側をプレス加工することにより得ることができる。リード電極の底面側の好ましい形状として、逆Ｔ字型、末広がり型、逆テーパ型等が挙げられる。
【０１０５】
［リッド１０６］
本発明の一実施例における発光装置は、金属パッケージ１０５の主面側に、透光性窓部４０７と金属部とからなるリッド１０６を有する。前記窓部４０７は、発光装置の発光面であり中央部に配置されることが好ましい。
【０１０６】
本実施例において、前記窓部は、前記金属パッケージの凹部に配置された発光素子の上面に位置しており、前記凹部の内壁の延長線と交点を有する。前記発光素子の端部からから発光される光は、前記凹部の側面にて反射散乱され正面方向に取り出される。これらの反射散乱光の存在範囲は、ほぼ前記凹部の側面の延長線内であると考えられる。そこで、上記のように発光面である窓部の面積を調整することにより、前記反射散乱光は効率よく前記窓部に集光され、高輝度な光を発光することが可能な発光装置が得られる。
【０１０７】
リッドの基材は、パッケージ本体及び窓部の透光性部材と熱膨張係数が近似していることが好ましい。また、リッドの材質の表面は基材の保護膜としてＮｉメッキ層を有することが好ましい。
【０１０８】
上記リッドは、例えば、カーボン製の封着治具を用いて、リッド本体に形成された開口部内にタブレット状のガラスを配置し通炉させることによりガラスとリッド本体とを気密絶縁的に封着させることができる。
【０１０９】
リッドの形状は、パッケージの溶接部と密接可能な滑らかな平面を有し且つパッケージを気密封止できれば特に限定されるものではない。中央部が凸形状のリッドを用いると、前記リッドの窓部の背面に色変換部材を良好にバインダーさせることができ、歩留まり良く発光装置を形成することができる。
【０１１０】
更に、前記窓部表面を曲線を帯びたレンズ形状とすると、光の収束が良好となり、正面方向の光度が高い発光装置が得られる。
【０１１１】
［スプレー装置３００］
本実施の形態では、図４および図５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。
【０１１２】
（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。
【０１１３】
（バルブ３０２）
バルブ３０２は、容器３０１から搬送管３０７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。
【０１１４】
（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３０７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３０７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。
【０１１５】
（コンプレッサー３０５）
コンプレッサー３０５は、搬送管３０７あるいは搬送管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塗布液を圧縮し、搬送管３０９を通して搬送される空気の圧力を調節する。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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
（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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
［ヒーター２０５］
図４に示されるように、本実施の形態おける塗布後の発光素子はヒーター２０５上において温度５０℃以上３００℃以下の加温状態におかれる。このように発光素子を加温状態におく方法として、発光素子をオーブン等の加温装置内で加温する方法を使用してもよい。加温により、エタノール、ゾル状態の加水分解溶液に僅かに含まれる水分および溶剤を蒸発させ、かつ、ゾル状態の塗布液から非晶質のＳｉＯ２が得られる。さらに本実施の形態おける塗布液は、粘度調節されているため、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、それらの場所で塗布直後に加温される。これにより、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より発光素子の上面、側面および角の部分を覆うことができる。
【０１２３】
本実施の形態おいて、接着液を温度５０℃以上３００℃以下の加温状態におくことにより発光素子は支持体上にダイボンドされる。このように加温状態におく方法として、発光素子をヒーター上に設置したり、オーブン等の加温装置内で加温する方法を使用してもよい。加温により、エタノール、ゲル状態の加水分解溶液に僅かに含まれる水分、および溶剤を蒸発させると、ゲル状態の接着液からＳｉＯ２を主成分とする粒径数ナノメートルの粒子が多数密集して形成される接着層が得られる。該接着層は、無機物を主成分とする直径数ナノメートルの粒子が密集することによって形成され、粒子間には隙間が存在する。接着層に急激な温度変化が加わると、熱応力によりそれぞれの粒子の体積が膨張あるいは収縮する。そのため、上記粒子が存在ぜず、支持体材料と熱膨張係数が大きく異なる溶融ガラスや樹脂によって発光素子を接着した場合と異なり、本発明による接着層は全体として熱応力による大きな影響を受けず、接着層の剥離やひび割れ等が生じない。したがって急激な温度変化が加わる状況下で使用する発光装置としても、本発明による発光装置は、信頼性を維持することが可能である。
【０１２４】
さらに本実施の形態おける接着液は、高粘度に調製されているため、発光素子の基板面と支持体表面との間に介在し、さらに発光素子の側面に延材した場所から流動することはなく、それらの場所でダイボンド後に加温され固化される。これにより、発光素子が最初に載置された位置からズレることはなく、ＳｉＯ２により支持体表面にダイボンドされてなる発光装置を形成することができる。
【０１２５】
［マスク２０６］
本実施の形態においては、複数個のパッケージが配列した状態で、発光素子をパッケージにそれぞれダイボンドし、発光素子の電極を外部電極とワイヤーボンドした後に、塗布液を発光素子の上方から吹き付ける。
【０１２６】
しかしながら、パッケージの凹部側面をテーパー形状とし、パッケージの正面方向における光の取り出し効率を上げる反射部として利用する場合に、該凹部の側面に塗布液が付着すると発光素子から出光した光は該側面で乱反射するため、パッケージ正面方向における光取り出し効率の向上が図れない。
【０１２７】
そこで、本実施の形態では、パッケージの凹部側面、および外部電極に塗布液が付着するのを防ぐため、金属マスクの上方から発光素子の表面上に塗布液を吹き付ける。該金属マスクは、パッケージの凹部側面および外部電極を完全に覆い、発光素子の上面、側面および角には塗布液が吹き付けられるような大きさの貫通孔が設けられた金属板である。
【０１２８】
［接着層１１０］
本発明に用いられる接着層１１０とは、発光素子と支持体とをゾル状態の有機材料を介して密着後、加熱乾燥させた後に形成される非晶質の無機物の層である。さらに本発明の接着層は、支持体上面と発光素子の基板面との間に存在する連続した無色透明の層であり、且つ、発光素子の側面に延材している。
【０１２９】
パッケージなどによる反射により、ＬＥＤチップ１０１から放出される高エネルギー光などが接着層中で高密度になる。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、Ｚｒ、Ｙ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発光素子と支持体との接着液として利用することが好ましい。
【０１３０】
接着層の具体的主材料の一つとしては、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、ＭＳｉＯ３（なお、Ｍとしては、Ｚｎ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｓｎ、Ｐｂなどが挙げられる。）などの透光性無機部材が好適に用いられる。これらの透光性無機部材を介して発光素子の基板面と支持体表面とを対向させ、発光素子は支持体に対して固定される。本発明において、少なくともＳｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｐｂ、あるいはアルカリ土類金属の群から選択される１種以上の元素を含む酸化物は、コーティング層を形成させる材料と同様に有機金属化合物により生成される。このような常温で液体の有機金属化合物を使用すれば、有機溶剤を加えることによって、作業性を考慮した粘度調節や、有機金属化合物等の凝固物の発生防止が容易にできるため作業性を向上させることができる。また、このような有機金属化合物は加水分解等の化学反応を起こし酸化物や水酸化物等の無機物を生成しやすいため、少なくともＳｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｐｂ、あるいはアルカリ土類金属の群から選択される１種以上の元素を含む酸化物等により、接着層をＬＥＤの発光素子としての性能を低下させることなく容易に形成させることが可能である。さらに、接着層が発光素子の側面にも延材する場合、金属はんだで発光素子をダイボンドすると、発光素子から出光する近紫外から青色の光を吸収する金属が金属はんだに含まれる場合がある。例えば、Ａｕ−Ｓｎ共晶はんだで発光素子をダイボンドするとＡｕは発光素子から出光する近紫外から青色の光を吸収してしまうため、発光装置の出力を下げる問題があるが、本発明による接着層は発光素子から出光する近紫外から青色の光を吸収しないため、発光効率の高い発光装置を形成することが可能である。
【０１３１】
［フィラー］
上記接着層あるいはコーティング層は、少なくともＳｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｐｂ、あるいはアルカリ土類金属の群から選択される１種以上の元素を含む酸化物、あるいは少なくともＳｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｐｂ、あるいはアルカリ土類金属の群から選択される１種以上の元素を含む水酸化物より熱伝導率が高いフィラーを有してもよい。このようなフィラーを加えることにより発光装置の放熱効果が向上する。このようなフィラーとして、ＳｉＯ２にて接着層を形成しＬＥＤチップをダイボンドする場合のアルミナ、Ａｇ等の金属粉が考えられる。
【０１３２】
［散乱材］
本実施の形態におけるコーティング層中には、発光素子から出光してくる光を発光素子表面にて散乱させ、あるいは蛍光体により波長変換された光を発光観測面方向に散乱させるために散乱材を含有させることができる。このような散乱材としては、酸化バリウム、チタン酸バリウム、酸化バリウム、酸化珪素、酸化チタン、酸化アルミニウム等の酸化物やメラミン樹脂、ＣＴＵグアナミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂などの有機部材が好適に用いられる。さらに蛍光体を散乱材として利用することも可能である。このような散乱材の粒径は、０．４〜１０μｍであることが好ましい。このような粒径とすることにより発光素子からの光を効率よく散乱させ、光の取り出し効率を向上させることが可能である。
【０１３３】
ここで本発明において、散乱材の粒径とは、体積基準粒度分布曲線により得られる値であり、前記体積基準粒度分布曲線は、レーザ回折・散乱法により蛍光体の粒度分布を測定し得られるものである。具体的には、気温２５℃、湿度７０％の環境下において、濃度が０．０５％であるヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液に蛍光体を分散させ、レーザ回折式粒度分布測定装置（ＳＡＬＤ−２０００Ａ）により、粒径範囲０．０３μｍ〜７００μｍにて測定し得られたものである。
【０１３４】
【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。
【０１３５】
（実施例１）
図１は、本実施例にかかる発光装置の模式的正面図を示す。図２は、本実施例にかかる発光装置の模式的断面図を示す。パッケージ１０５は金属からなり、中央部に凹部ａを有する。また、凹部ａ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凹部ａを挟んで対向している。該貫通孔内には、絶縁部材１０３である硬質ガラスを介して正及び負のリード電極１０２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１０７と金属部からなるリッド１０６を有し、金属部と金属パッケージ１０５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１０１は、３５０〜５３０ｎｍの波長を有する光を発光する発光素子であり、ＬＥＤチップ１０１と金属パッケージ１０５との接着は、接着層１１０を設けることによって行われている。なお、ＬＥＤチップ１０１と金属パッケージ１０５との接着は、Ａｕ−Ｓｎなどの共晶はんだ等を使用して行っても構わない。
【０１３６】
以下、本実施例に係る発光装置の形成方法について説明する。
まず、ＳｉＯ２にてＬＥＤチップ１０１を凹部ａ内にダイボンドする。ＳｉＯ２によるダイボンドは、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を接着液として調製し、該接着液を、パッケージの所定の位置にディスペンスした後、接着液の上からＬＥＤチップの基板面を下にして加圧しながら載置し、加熱することにより行うことができる。ＬＥＤチップを凹部ａ内にダイボンドした後、ＬＥＤチップの正負一対の両電極と、リード電極１０２とを導電性ワイヤー１０４にてワイヤーボンディングする。
【０１３７】
次に、Ｓｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｐｂ、及びアルカリ土類金属の１種又は２種以上を有する酸化物で蛍光体を結着させたコーティング層１０８を形成する。本実施例では、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１０８を発光素子の表面上、あるいは発光素子の表面上以外の支持体上に、コーティング層１０８として形成する。
【０１３８】
本実施例における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形成方法は、少なくとも以下の各工程を有する。
少なくともＳｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｐｂ、あるいはアルカリ土類金属の群から選択される１種以上の元素と酸素元素とを含む有機金属化合物の溶液、有機溶剤、及び蛍光体とを含む第１の塗布液を調製する工程
第１の塗布液を発光素子表面および支持体表面に塗布する工程
第１の塗布液を乾燥させ、蛍光体が固着された多孔質の下地部を形成する工程
有機金属化合物の溶液と有機溶剤とを含む第２の塗布液を調製する工程
第２の塗布液を上記下地部中の空隙に含浸させる工程
第２の塗布液を乾燥させ、上記下地部中の空隙を第２の塗布液から生じる硬化物で埋める工程
【０１３９】
以下、図面を参照して、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１０８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。ここで使用するエチルシリケート加水分解溶液については、触媒として加える塩酸が微量であるため、塩酸濃度が２０〜５００ｐｐｍのほぼ中性に調製されており、発光素子表面に塗布しても表面は酸やアルカリによる損傷を受けることがない。また、金属パッケージに使用されるＡｇ、Ｎｉ等を腐食することがない。
【０１４０】
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１０ｗｔ％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。シリカ分１０ｗｔ％という数値は、粘度、比重、保存安定性、使用時の取り扱い易さ等を考慮し、経験的に最適とされたものである。また、エチルシリケートは、予め触媒（ＨＣｌ）存在下において水と反応させて加水分解反応を進行させ、ゾル状態にしたものを使用する。本実施例では、ＳｉＯ２を１０ｗｔ％含むエチルシリケートと、溶媒と、水と、１規定塩酸（ＨＣｌ）とを混合することによりエチルシリケートを加水分解反応させ、２５℃における混合溶液の粘度が２．５〜５００ｃｐｓとなるようなゾル状態としたものを使用する。
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製し、平均粒子径３〜１０μｍの蛍光体が塗布液中で均一に分散するように撹拌して第１の塗布液を調製した。ここで、ゾル状態のエチルシリケートは自然乾燥してゲル化しやすいため、エチレングリコール、ブタノール、酢酸ブチルのような高沸点（１００℃〜２００℃）の有機溶剤と混合することが好ましい。このような高沸点の有機溶剤は、常温、室温、あるいは本発明におけるスプレー装置が置かれる系において想定しうる温度のもとで液体として存在しているため、エチルシリケートと有機溶剤を混合すると、乾燥したＳｉＯ２等の凝固物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。また、ゲル化したエチルシリケートの加水分解溶液中の蛍光体は、均一に分散した状態であることが確認された。
【０１４１】
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。
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。このとき、発光素子は塗布液と同じ材料によってパッケージ上にダイボンドされ、さらに発光素子の電極と外部電極は金線等でワイヤーボンドされている。さらに、パッケージの正面方向には金属マスクが配置され、金属マスクの上方から見ると、金属マスクに設けられた貫通孔を通して、発光素子の上面、側面および角が露わになっているが、パッケージの側面およびリード電極は金属マスクによって完全に覆われている。したがって、金属マスクの上方から貫通孔内に向かって塗布液を吹き付けた場合に塗布されるのは、発光素子の上面、側面および角の部分である。
【０１４２】
図４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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
工程３．
工程２を行った後、室温で放置すると、ゾル状態のエチルシリケート加水分解溶液は次第に自然乾燥してゲル状態となる。
【０１４５】
工程４．
自然乾燥してゲル状態となった塗布液から非晶質のＳｉＯ２を得るため、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、および溶剤等を飛ばすため、発光素子はヒーター２０５上において１５０℃の温度で３０分間加温状態におく。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の下地部を発光素子の上面、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。またここで、塗布液に急激な温度変化を与えるのではなく、徐々に温度を上げていくことが好ましい。ゲル状態にある塗布液の温度をゆっくり上昇させた方が、コーティング層中の残留有機物を少なくできることが確認されており、これにより青色より波長の短い光を発光する発光素子を使用しても信頼性の高い発光装置を実現できる。
【０１４６】
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、５０℃〜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。また、本工程において２００℃まで温度が上昇したときに生成するＳｉ（ＯＨ）２は、３００℃の温度で２時間乾燥させることにより、ほとんどＳｉＯ２に分解する。
【０１４７】
図６は、本工程により形成されるコーティング層の下地部の写真を示す。本工程により形成されるコーティング層の下地部は、平均粒子径３．０〜１０μｍの蛍光体粒子の周囲を、平均粒子径が数ｎｍ程度であって、ＳｉＯ２やＳｉ（ＯＨ）２などの無機物を主成分とする非晶質の粒子が密集して取り囲み、蛍光体粒子が固着されることによって、全体として多孔質の状態で形成されている。
【０１４８】
工程５．
エチルシリケートの溶液と有機溶剤とを含み、第１の塗布液よりＳｉＯ２濃度の高い第２の塗布液を調製する。第２の塗布液は、工程４によって得られた多孔質の下地部中に存在する空隙を埋めることが可能な程度に適宜粘度が調節される。本実施例では、ＳｉＯ２を４０ｗｔ％含むエチルシリケートと、溶媒と、水と、１規定塩酸（ＨＣｌ）とを混合することによりエチルシリケートを加水分解反応させ、２５℃における混合溶液の粘度が１〜８００ｃｐｓとなるように有機溶媒で調製したものを使用する。
【０１４９】
工程６．
工程４によって得られた多孔質の下地部は、内部に空隙が多数存在する。発光素子から波長変換されて発光観測面から出光しようとする光は、該空隙の界面で反射するため、下地部中で複雑に反射、散乱を繰り返すことにより発光観測面方向からの光の取り出し効率が低下する。そこで、空隙を第２の塗布液の硬化物で埋める。
【０１５０】
まず、第２の塗布液を多孔性の下地部全体に含浸させ、即ち多孔性の下地部全体に浸透させ、多孔性の部分に多数存在する空隙を第２の塗布液で満たす。このとき、第２の塗布液は、有機溶媒により適宜粘度調整されているため、多孔性の下地部全体に速やかに浸透する。
【０１５１】
工程７．
自然乾燥により、あるいは工程４と同様にヒーターを使用して多孔性の下地部全体に浸透した第２の塗布液を乾燥させ硬化させる。このとき余分な有機溶媒は揮発し第２の塗布液の硬化物（含浸部）が得られる。図７は、本工程により形成されるコーティング層の写真を示す。工程４により形成された多孔質の下地部の空隙であった箇所に含浸部が形成されている。即ち、図２及び図３に示されるように、ＬＥＤチップ上のコーティング層は、蛍光体の粒子を固着させる下地部と、該下地部の周囲に散在する含浸部を備える。ここで、下地部の屈折率は１．４、含浸部の屈折率は１．４程度であり、下地部と含浸部の屈折率はほぼ等しい。
【０１５２】
以上の工程により、均一に分散した状態の蛍光体と、蛍光体を固着させる下地部と、下地部に生じた空隙を埋める含浸部とを含み、層厚が約２０μｍの非多孔性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。また、本実施例のように比較的厚膜のコーティング層を形成した場合であっても、コーティング層は、下地部が存在しないコーティング層と比較して割れにくい。即ち、下地部を形成した後、該下地部の空隙を埋める含浸部を形成することにより、コーティング層は応力に対する柔軟性を備えるようになると考えられる。
【０１５３】
なお、分析の結果、ＳｉＯ２により蛍光体がバインドされてなるコーティング層中および接着層中には、エチルシリケートを加水分解する工程で触媒として使用される塩化水素（ＨＣｌ）や、工程４において生成するＳｉ（ＯＨ）２などの無機物、および未反応のエチルシリケートやエタノールなどの有機物が、それぞれ数ｐｐｍから数十ｐｐｍの単位で存在している。従って、ＳｉＯ２により蛍光体がバインドされてなる、厚さ約２０μｍのコーティング層は、ＳｉＯ２と蛍光体からなる無機物により、９９．９％以上の比率で形成されていると考えてよい。もっとも、コーティング層にＳｉ（ＯＨ）２などの無機物、および未反応のエチルシリケートやエタノールなどの有機物が微量に存在することにより、コーティング層表面には、ヒドロキシル基のような極性をもつ官能基や、エチル基などの疎水基（親油基）が存在する。このような官能基の存在により、コーティング層の上に、フッ素樹脂のような極性を有する疎水性材料、あるいは分子構造の末端にヒドロキシル基を有する樹脂材料をモールド部材として使用した場合には、コーティング層表面とモールド部材との馴染み、あるいは濡れ性がよいため、少量のモールド部材を使用しても、コーティング層上にモールド部材を接着性よく配置することができる。また、コーティング層及び接着層にＳｉＯ２、Ｓｉ（ＯＨ）２などの無機物が多量に存在することにより、紫外線による劣化を防ぐことができるだけでなく、ＬＥＤチップあるいはパッケージの金属表面との馴染み、あるいは濡れ性がよい（ＳｉＯ２、Ｓｉ（ＯＨ）２などと金属イオンとの静電気的な結合が生じていると考えられる）ため、コーティング層あるいは接着層を、金属表面とも接着性よく配置することができる。さらに、モールド部材として使用する樹脂の分子構造中に存在する極性を有する官能基と、コーティング層のＳｉＯ２、Ｓｉ（ＯＨ）２などの極性を有する無機物とは、馴染み、あるいは濡れ性がよいため、コーティング層上に接着性よくモールド部材を配置することができる。即ち、エチルシリケートのような有機金属化合物を使用して、ＳｉＯ２により蛍光体がバインドされてなるコーティング層あるいは接着層を形成すると、コーティング層あるいは接着層は、ほぼ無機物で形成されていながら、有機物としての性質も僅かながら残しているため、発光装置を構成するＬＥＤチップ表面やパッケージ表面、あるいは場合に応じて使用するモールド部材等に対してよく馴染み、製造歩留まりが向上し、かつ紫外線による劣化もほとんどない。
【０１５４】
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。
【０１５５】
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。
【００１５６】
以上のように構成された実施例１の発光装置は、紫外線による劣化がほとんどない無機物によって発光素子がダイボンドされ、さらに前記無機物により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。
【０１５７】
さらにコーティング層および接着層をリード電極から絶縁された凹部ａ内に形成し、発光素子を凹部ａ内に固着させることにより、発光素子は、発光に必要な電力をワイヤーから供給され、リード電極を流れる電流による悪影響を受けることがなく、ノイズ等を発生させることがないため、信頼性の高い発光装置を形成することが可能である。また、発光素子をリード電極に固着させて発光装置を形成すると、発光素子を固着させていない他方のリード電極と発光素子の電極とを結ぶワイヤーが、発光素子を固着させているリード電極に接触した状態となり、製造歩留まりを低下させる原因となり得るが、本発明のように正負一対の両リード電極から絶縁された支持体上に発光素子を固着させることで製造歩留まりを向上させることが可能である。
【０１５８】
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。
【０１５９】
（実施例２）
図３に示されるように、本実施例において使用されるパッケージ１１４は、ＬＥＤチップ１０１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１０２を有する。パッケージ１１４は、ＬＥＤチップ１０１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１１３を設けている。このようなパッケージ１１４は、インサート成形によりポリカーボネート樹脂を用いて形成させる。次に、Ｓｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｐｂ、及びアルカリ土類金属の１種又は２種以上を有する酸化物である無機物にてＬＥＤチップをパッケージにダイボンド（接着）する。本実施例では、ＳｉＯ２にてＬＥＤチップをパッケージ上にダイボンドし、発光装置を形成する。
【０１６０】
以上のように形成する他は実施例１と同様に発光装置を形成する。このようにすることにより、光取り出し効率を向上させると共に、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。
【０１６１】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によるコーティング層は、空隙がほとんど存在しない非多孔性の層であるため、蛍光体により波長変換された光の光取り出し効率を向上させることができる。また、本発明によれば比較的厚膜のコーティング層を形成した場合であっても割れにくい等の利点がある。
【０１６２】
本発明によれば、紫外線および紫外線を含む光を発光する発光素子を用い、紫外線等によって劣化しない無機物によりバインドされた蛍光体を有する発光装置を構成できるので、長時間使用しても発光色のバラツキの少ない発光装置を提供できる。
【０１６３】
また、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。さらに、歩留まりの高い発光装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施例における発光装置の模式的上面図である。
【図２】図２は、本発明の一実施例における発光装置の模式的断面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施例における発光装置の模式的断面図である。
【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。
【図６】図６は、本発明の発光装置を形成させる工程４を行った後の写真である。
【図７】図７は、本発明の発光装置を形成させる工程７を行った後の写真である。
【符号の説明】
１００・・・発光装置
１０１・・・ＬＥＤチップ
１０２・・・リード電極、外部電極
１０３・・・絶縁性部材
１０４・・・導電性ワイヤー
１０５・・・金属パッケージ
１０６・・・リッド
１０７・・・窓部
１０８、１０９、１１１・・・ＬＥＤチップ上のコーティング層
１１０・・・接着層
１１２・・・支持体上のコーティング層
１１３・・・モールド部材
１１４・・・パッケージ
１１５・・・下地部
１１６・・・含浸部
２０１・・・ノズル
２０２・・・蛍光体
２０３・・・塗布液
２０４・・・支持体
２０５・・・ヒーター
２０６・・・マスク
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
ａ・・・凹部
ｂ・・・ベース部
【産業上の利用分野】
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およびその形成方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
例えば、窒化ガリウム系化合物半導体を用いて構成される発光素子（ＬＥＤチップ）を利用した発光装置は、ＬＥＤチップを外部環境から保護するため、透光性樹脂材料をコーティング材料としてＬＥＤチップを被覆することにより形成される場合がある。このようなコーティング材料は、液体状態にある材料を硬化させることにより形成されている。
【０００３】
また、ＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップからの光の一部を波長変換する蛍光体とを組み合わせ、波長変換された光とＬＥＤチップからの光との混色光を出光する発光装置が開発され、使用されるようになってきている。このような発光装置においては、蛍光体を透光性樹脂等に含有させたコーティング層がＬＥＤチップ上に設けられている。このようなコーティング層は、液体状態にある材料中に蛍光体を含有させた後、硬化させることにより形成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、液体状態にある樹脂材料中に気泡を含有させることなく硬化させ、コーティング層あるいは蛍光体を含むコーティング層（蛍光体層）を形成することは非常に困難であり、材料が硬化した後の層中に空隙が生じる場合がある。このとき、これらの層を形成する材料の屈折率は、空隙中に存在する空気の屈折率より大きい。従って、このような空隙が層中に生じると、空隙と形成材料の界面において、発光観測面方向に進行しようとする光の透過率が低下し、層中で反射・散乱を繰り返す傾向が強くなる。その結果、発光装置の光取り出し効率の向上が図れない。
【０００５】
また、ＬＥＤチップと蛍光体とを組み合わせて形成される従来の発光装置は、蛍光体を含む有機系樹脂を蛍光体層の材料として構成しているので、より波長の短い光を用いたり、高い発熱を伴う高出力の光を用いると有機物を含む樹脂が劣化あるいは変色するために、青色より短い波長を含む光を発光する発光素子を用いて十分な信頼性を有する発光装置を構成することが困難であった。
【０００６】
そこで、本発明は、従来と比較して光取り出し効率が向上し、コーティング層が変色劣化しない発光装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するために本発明に係る発光装置は、支持体上に配置された発光素子と、少なくとも該発光素子の表面を被覆するコーティング層とを有する発光装置であって、少なくともＳｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｐｂ、あるいはアルカリ土類金属の元素群から選択される１種以上の元素を含む酸化物と、前記元素群から選択される１種以上の元素を含む水酸化物とを有するコーティング層は、下地部と、屈折率が該下地部とほぼ等しい含浸部とを有することを特徴とする発光装置である。
【０００８】
本発明の請求項１に記載の構成とすることにより、発光素子から出光する光の光取り出し効率を向上させることができる。また、本発明によれば比較的厚膜のコーティング層を形成した場合であっても割れにくい等の利点があると考えられる。また、高輝度、長時間の使用においても、発光効率の低下が極めて少ない発光装置とすることができる。また、紫外線を出光する発光素子を使用した場合でも、高輝度、長時間の使用において各方位における色ずれ、発光効率の低下が極めて少ない発光装置とすることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、前記コーティング層は、前記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、および／または散乱材を有する請求項１に記載の発光装置である。
【００１０】
本発明の請求項２に記載の構成とすることにより、蛍光体により波長変換された光の光取り出し効率を向上させることができる。あるいは、散乱材により散乱された光の取り出し効率を向上させることができる。また、本発明によれば比較的厚膜のコーティング層を形成した場合であっても割れにくい等の利点があると考えられる。また、高輝度、長時間の使用においても、発光効率の低下が極めて少ない発光装置とすることができる。また、紫外線を出光する発光素子を使用した場合でも、高輝度、長時間の使用において各方位における色ずれ、発光効率の低下が極めて少ない発光装置とすることができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、前記コーティング層は、前記元素群から選択される１種以上の元素と、酸素元素とを含む有機金属化合物を有する請求項１乃至２に記載の発光装置である。
【００１２】
本発明の請求項３の構成とすることにより、コーティング層を樹脂にてモールドする場合であっても、コーティング層上にモールド部材を接着性よく配置することができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、前記コーティング層は、前記支持体表面と前記発光素子表面全体とを被覆する連続した層であり、且つ、前記発光素子の上面、側面および角の上に配置されたコーティング層の厚みと、前記支持体表面に配置されたコーティング層の厚みとが略等しい請求項１乃至３に記載の発光装置である。
【００１４】
本発明の請求項４に記載の構成とすることにより高輝度、長時間の使用においても各方位における色ずれ、発光効率の低下が極めて少ない発光装置とすることができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、前記発光素子の主発光ピークが２５０ｎｍから５３０ｎｍであり、且つ前記蛍光体の主発光波長が前記発光素子の主発光ピークよりも長い請求項１乃至４に記載の発光装置である。
【００１６】
本発明の請求項５の構成とすることにより、紫外線によって励起される蛍光体を使用することも可能である。また、青色または青色より短い波長の光を使用してもコーティング層および接着層は劣化、変色しないため信頼性の高い発光装置とすることが可能である。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、前記支持体は、リード電極を有し、該リード電極から絶縁された支持体上に前記発光素子を有する請求項１乃至５に記載の発光装置である。
【００１８】
本発明の請求項６の構成とすることにより、発光素子は、発光に必要な電力をワイヤーから供給され、リード電極を流れる電流による悪影響を受けることが少なく、ノイズ等を発生させることがないため、信頼性の高い発光装置を形成することが可能である。また、発光素子をリード電極に固着させて発光装置を形成すると、発光素子を固着させていない他方のリード電極と発光素子の電極とを結ぶワイヤーが、発光素子を固着させているリード電極に接触した状態となり、製造歩留まりを低下させる原因となり得るが、本発明のように正負一対の両リード電極から絶縁された支持体上に発光素子を固着させることで製造歩留まりを向上させることが可能である。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、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、該蛍光体を有し少なくとも前記発光素子表面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、少なくともＳｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｐｂ、あるいはアルカリ土類金属の群から選択される１種以上の元素と酸素元素とを含む有機金属化合物の加水分解溶液、有機溶剤、及び蛍光体とを含む第１の塗布液を調製する第１の工程と、前記有機金属化合物の加水分解溶液と、有機溶剤とを含む第２の塗布液を調製する第２の工程と、前記第１の塗布液を発光素子表面および支持体表面に塗布する第３の工程と、前記第１の塗布液を乾燥させ、前記蛍光体を固着させる第４の工程と、前記第４の工程により設けられる下地部の空隙に前記第２の塗布液を含浸させる第５の工程と、前記第２の塗布液を乾燥させる第６の工程とを有することを特徴とする発光装置の製造方法である。
【００２０】
本発明の請求項７の方法とすることにより、紫外線によって劣化しない無機物で蛍光体を発光素子上に固着させ、光取り出し効率を向上させた発光装置を形成することができる。
【００２１】
請求項８に記載の発明は、前記第１の工程および／または前記第２の工程において、前記有機溶剤が沸点１００℃以上２００℃以下の有機溶剤である請求項７に記載の発光装置の製造方法である。
【００２２】
本発明の請求項８の方法とすることにより、有機金属化合物等の凝固物が発生しにくいため、作業性を向上して塗布することが可能である。
【００２３】
請求項９に記載の発明は、前記第１の工程において、前記加水分解溶液の粘度が、２．５０〜５００ｃｐｓ（２５℃）である請求項７乃至８に記載の発光装置の製造方法である。
【００２４】
従来は、蛍光体等を混合した塗布液に水分が多く含まれていたため、発光素子の表面状態が悪化し、発光素子の光学特性に悪影響を及ぼしていた。そこで、本発明の請求項９の方法では、発光素子に悪影響を及ぼす水分を殆ど含まないゾル状態の塗布液を予め作製し、それを発光素子表面に塗布した後加熱するだけで非晶質のＳｉＯ２が形成されるため、発光素子の金属表面の状態を悪化させることなく、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容易に形成することができる。
【００２５】
請求項１０に記載の発明は、前記第２の工程において、前記加水分解溶液の粘度が、１．００〜８００ｃｐｓ（２５℃）である請求項７乃至９に記載の発光装置の製造方法である。
【００２６】
本発明の請求項１０の方法とすることにより、蛍光体を固着させた下地層の空隙に第２の塗布液を速やかに浸透させることができる。
【００２７】
請求項１１に記載の発明は、前記第１の工程および／または前記第２の工程において、前記塗布液の酸濃度が、２０〜５００ｐｐｍである請求項７乃至１０に記載の発光装置の製造方法である。
【００２８】
本発明の請求項１１の方法とすることにより、発光素子の金属表面の状態を悪化させることがないため、発光素子の光学特性に悪影響を及ぼすことなく発光装置を製造することができる。
【００２９】
請求項１２に記載の発明は、前記第３の工程において、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請求項７乃至１１に記載の発光装置の製造方法である。
【００３０】
本発明の請求項１２の方法とすることにより、発光むらがなく、且つ大量に均一発光可能な発光装置を歩留まりよく形成させることができる。
【００３１】
請求項１３に記載の発明は、前記第４の工程および前記第６の工程において、前記発光素子は５０℃以上３００℃以下の加温状態にある請求項７乃至１２に記載の発光装置の製造方法である。
【００３２】
本発明の請求項１３の方法とすることにより、発光むらがなく、且つ大量に均一発光可能な発光装置を歩留まりよく形成させることができる。
【００３３】
請求項１４に記載の発明は、前記第１の工程において、前記有機金属化合物が金属アルコキシド、金属ジケトナート、カルボン酸金属塩から選択される少なくとも一種である請求項７乃至１３に記載の発光装置の製造方法である。
【００３４】
本発明の請求項１４の方法とすることにより、紫外線によって劣化しない無機物で蛍光体を発光素子上に固着させることができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光装置を例示するものであって、本発明は発光装置を以下に限定するものではない。また、各図面に示す部材の大きさや位置関係などは説明を明確にするために誇張しているところがある。
【００３６】
図１および図２に本発明の方法によって製造した発光装置の一例、金属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上面図および模式断面図を示す。
【００３７】
パッケージ１０５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ａを挟んで対向している。該貫通孔内には、絶縁部材１０３である硬質ガラスを介して正及び負のリード電極１０２がそれぞれ挿入されている。また、金属パッケージ１０５の主面側に透光性窓部１０７と金属部からなるリッド１０６を有し、金属部と金属パッケージ１０５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１０１は、青色光または紫外線を発光する発光素子であり、ＬＥＤチップ１０１と金属パッケージ１０５との接着は、エチルシリケートの加水分解溶液を乾燥焼成して得られる接着層１１０を介して行われている。
【００３８】
さらに、図２に示されるように、リード電極１０２から絶縁された凹部ａ内にて、発光素子の上に蛍光体がバインドされてなるコーティング層１０８が形成されている。エチルシリケートの加水分解溶液にて多孔質の下地部１１５を形成したのち、同じエチルシリケートの加水分解溶液を上記多孔質の層に含浸させることにより含浸部１１６を形成する。従って、コーティング層中は、空隙が殆ど存在しない状態となっている。即ち、コーティング層は、蛍光体の粒子を固着させる下地部１１５と、該下地部を設ける際に生じた間隙を埋める含浸部１１６を含む。また、下地部１１５と含浸部１１６の屈折率は、同じ材料を使用して形成されているため、ほぼ等しい。このように空隙が殆ど存在せず、屈折率が層中で殆ど変化しないコーティング層を形成することにより、蛍光体で波長変換された光は、コーティング層中を反射、散乱されることなく透過するため、発光装置の光取り出し効率を向上させることができる。
【００３９】
以下、図面を参照しながら本発明の構成部材について詳述する。
【００４０】
［コーティング層１０８］
本発明に用いられるコーティング層とは、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１０１の発光を変換する蛍光体／散乱材及び蛍光体を結着する材料を含有させることができる層である。
【００４１】
図３に示されるように、本発明のコーティング層は、ＬＥＤチップ１０１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１０１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。本実施の形態において、コーティング層の下地部を形成する工程において生じる空隙は、下地部を形成する材料と同一の材料を使用して行う含浸の工程により埋められる。従って、下地部と該下地部の空隙を埋める含浸部との屈折率はほぼ等しい。このようにコーティング層内で屈折率の変化をほぼ無くすことにより、発光素子からの光、あるいは蛍光体により波長変換されて出光する光は、コーティング層内で反射・散乱を繰り返すことがなくなるため、発光装置の発光観測面方向から効率よく取り出される。なお、本実施の形態では、酸化物濃度の異なる同一材料にて下地部と含浸部を形成したが、下地部と含浸部を形成する材料は、形成時にそれらの屈折率がほぼ等しい材料なら、異なる材料を用いて形成してもよい。
【００４２】
ところで、このようなＬＥＤチップを利用した発光装置においては、パッケージなどによる反射により、ＬＥＤチップから放出される高エネルギー光などがコーティング層中で高密度になる。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チップとして利用する場合は、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、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｐｂ、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。
【００４３】
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、Ｚｒ、Ｙ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同士が結着され、さらに蛍光体は層状にＬＥＤチップや支持体上に堆積され結着される。本発明において、少なくともＳｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｐｂ、あるいはアルカリ土類金属の群から選択される１種以上の元素を含む酸化物あるいは水酸化物は、少なくともＳｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｐｂ、あるいはアルカリ土類金属の群から選択される１種以上の元素を含み、且つ酸素元素を含む有機金属化合物により生成される。ここで、有機金属化合物とは、酸素原子を介して金属と結合したアルキル基、アリール基等を含む化合物である。このような有機金属化合物として、例えば金属アルコキシド、金属ジケトナート、金属ジケトナート錯体、カルボン酸金属塩等が挙げられる。このような有機金属化合物のうち常温で液体の有機金属化合物を使用すれば、有機溶剤を加えることによって、作業性を考慮した粘度調節や、有機金属化合物等の凝固物の発生防止が容易にできるため作業性を向上させることができる。また、このような有機金属化合物は加水分解等の化学反応を起こしやすいため、容易に、少なくともＳｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｐｂ、あるいはアルカリ土類金属の群から選択される１種以上の元素を含む酸化物により蛍光体がバインドされてなるコーティング層を形成させることが可能である。そのため、有機金属化合物を使う方法は、３５０℃以上の高温下あるいは静電気のかかっている状態でＬＥＤにコーティング層を形成させる他の方法とは異なり、ＬＥＤの発光素子としての性能を低下させることなく容易にＬＥＤチップ上にコーティング層を形成させることができ、製造歩留まりが向上する。
【００４４】
このようなコーティング層は、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ゾル中に蛍光体（粉体）を均一に分散させた塗布液を調製して、その蛍光体が分散された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、スクリーン印刷あるいはディスペンス他した後、透光性無機物により蛍光体を発光素子表面に固着させ下地部を形成し、さらには含浸部を形成させることにより設けることができる。ここで、スプレーコーティング、スクリーン印刷あるいはディスペンスは、ＬＥＤチップの製造工程において、チップ毎に分割する前のウェハの段階で行っても構わない。このようにすることで、ウェハ状態での発光特性の検査を容易にすることができ、製造歩留まりを向上させることができる。
【００４５】
以下、コーティング層に含まれる具体的主材料として、ＳｉＯ２を例にとり説明する。
【００４６】
（ＳｉＯ２により蛍光体がバインドされてなるコーティング層１０８）
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、金属アルコキシドの一種であり、以下のような一般式で表される単量体（モノマー）が加水分解してさらに縮重合したものである。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。
【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。即ち、上記一般式において、Ｒをエチル基とした構造式によって示される単量体（モノマー）が、加水分解してヒドロキシル基（ＯＨ基）を含む分子（中間体としてシラノールの単量体等が挙げられる）となり、さらにヒドロキシル基（ＯＨ基）を含む分子同士から水分子（Ｈ２Ｏ）が取れて縮合し、ＳｉがＯ（酸素原子）を介して繋がったシロキサン結合が生成して、次の図のような構造となる。
【化２】
エチルシリケートの溶液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を起こして、溶液はＳｉＯ２の微粒子が溶解したゾルとなり（ゾル化）、さらに自然乾燥して溶液濃度が高くなりゲル（ゲル化）となる。反応が進行するに従って粘度が高くなるが、形成するコーティング層の厚み、作業性等を考慮して反応の進行を調節する。
【００４９】
加水分解反応は、中性条件では極めて緩やかに進行するが、触媒として酸または塩基が存在すると発熱を伴い急速に進行する。塩基性触媒を使用する場合、得られる加水分解溶液は不安定で過度のゲル化を起こしやすく作業性を低下させるため、本実施の形態では塩酸等の酸性触媒を少量使用し、長時間かけて加水分解反応を起こさせる。
【化３】
エチルシリケートの加水分解反応は温度が高いほど速く進行し、生成物のエタノールが除去されるとそれはさらに進行し易くなる。また、エチルシリケートの加水分解を進行させて生成するゲルを加熱すると非晶質のＳｉＯ２が形成される。従って、エチルシリケートの加水分解溶液に蛍光体を含有させて発光素子の表面上、および発光素子の表面上以外の支持体上に塗布し、加熱すると、ＳｉＯ２により蛍光体がバインドされてなるコーティング層を発光素子の表面上等に形成することができる。特に本実施の形態において、予めエチルシリケートをゾル状態の加水分解溶液とし、該加水分解溶液に蛍光体を含有させた後、発光素子表面に塗布する。従来の方法では、蛍光体等を混合した塗布液に水分が多く含まれていたため、塗布すると発光素子の表面状態が悪化し、発光素子の光学特性に悪影響を及ぼしていた。そこで、本実施の形態における方法によると、ゾル状態のエチルシリケート加水分解溶液は水分を殆ど含まず、加熱されるだけで非晶質のＳｉＯ２を形成するため、発光素子の光学特性に悪影響を及ぼすことなく、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表面上等に容易に形成することができる。
【００５１】
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。
【００５２】
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または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。
【００５３】
［蛍光体］
本願発明に用いることが可能な蛍光体は、発光素子から放出された可視光や紫外光を他の発光波長に変換するためのものである。
【００５４】
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１０１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、
【００５５】
（１）Ｃａ１０（ＰＯ４）６ＦＣｌ：Ｓｂ，Ｍｎ
（２）Ｍ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ（但し、ＭはＳｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇから選択される少なくとも一種）
（３）ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ
（４）ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ、Ｍｎ
（５）３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ２・ＧｅＯ２：Ｍｎ
（６）Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ
（７）Ｍｇ６Ａｓ２Ｏ１１：Ｍｎ
（８）Ｓｒ４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕ
（９）（Ｚｎ、Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ
（１０）ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ
（１１）Ｃａ１０（ＰＯ４）６ＣｌＢｒ：Ｍｎ、Ｅｕ
（１２）Ｚｎ２ＧｅＯ４：Ｍｎ
（１３）Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、及び
（１４）Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ等が挙げられる。
【００５６】
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、二層以上が積層されて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。
【００５７】
ＬＥＤチップ１０１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１０１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１０１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。
【００５８】
発光装置の発光色は、蛍光体の結着剤として働く各種樹脂やガラスなどの透光性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。
【００５９】
本実施の形態において使用される蛍光体は、イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体と、赤色系の光を発光可能な蛍光体、特に窒化物蛍光体とを組み合わせたものを使用することができる。これらのＹＡＧ系蛍光体および窒化物系蛍光体は、混合してコーティング部１０１中に含有させてもよいし、複数の層から構成されるコーティング部１０１中に別々に含有させてもよい。以下、それぞれの蛍光体について詳細に説明していく。
【００６０】
（イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体）
本実施の形態に用いられるイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体とは、ＹとＡｌを含み、かつＬｕ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｅｕ及びＳｍから選択された少なくとも一つの元素と、Ｇａ及びＩｎから選択された一つの元素とを含みＣｅ、あるいはＰｒ等の希土類元素で付活された蛍光体であり、ＬＥＤチップ１０２から発光された可視光や紫外線で励起されて発光する蛍光体である。特に本実施の形態において、セリウムで付活され組成の異なる２種類以上のイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体も利用される。発光層に窒化物系化合物半導体を用いた発光素子から発光した青色系の光と、青色光を吸収させるためボディーカラーが黄色である蛍光体から発光する緑色系及び赤色系の光と、或いは、黄色系の光であってより緑色系及びより赤色系の光を混色表示させると所望の白色系発光色表示を行うことができる。発光装置はこの混色を起こさせるために蛍光体の粉体やバルクをエポキシ樹脂、アクリル樹脂或いはシリコーン樹脂などの各種樹脂や酸化珪素、酸化アルミニウムなどの無機物中に含有させることが好ましい。このように蛍光体が含有されたものは、ＬＥＤチップからの光が透過する程度に薄く形成させたドット状のものや層状ものなど用途に応じて種々用いることができる。蛍光体と樹脂などとの比率や塗布、充填量を種々調整すること及び発光素子の発光波長を選択することにより白色を含め電球色など任意の色調を提供させることができる。
【００６１】
また、２種類以上の蛍光体をそれぞれ発光素子からの入射光に対して順に配置させることによって効率よく発光可能な発光装置とすることができる。即ち、反射部材を有する発光素子上には、長波長側に吸収波長があり長波長に発光可能な蛍光体が含有された色変換部材と、それよりも長波長側に吸収波長がありより長波長に発光可能な色変換部材とを積層などさせることで反射光を有効利用することができる。
【００６２】
ＹＡＧ系蛍光体を使用すると、放射照度として（Ｅｅ）＝０．１Ｗ・ｃｍ−２以上１０００Ｗ・ｃｍ−２以下のＬＥＤチップと接する或いは近接して配置された場合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。
【００６３】
本実施の形態に用いられるセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体である緑色系が発光可能なＹＡＧ系蛍光体では、ガーネット構造のため、熱、光及び水分に強く、励起吸収スペクトルのピーク波長が４２０ｎｍから４７０ｎｍ付近にさせることができる。また、発光ピーク波長λｐも５１０ｎｍ付近にあり７００ｎｍ付近まで裾を引くブロードな発光スペクトルを持つ。一方、セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体である赤色系が発光可能なＹＡＧ系蛍光体でも、ガーネット構造であり熱、光及び水分に強く、励起吸収スペクトルのピーク波長が４２０ｎｍから４７０ｎｍ付近にさせることができる。また、発光ピーク波長λｐが６００ｎｍ付近にあり７５０ｎｍ付近まで裾を引くブロードな発光スペクトルを持つ。
【００６４】
ガーネット構造を持ったＹＡＧ系蛍光体の組成の内、Ａｌの一部をＧａで置換することで発光スペクトルが短波長側にシフトし、また組成のＹの一部をＧｄ及び／又はＬａで置換することで、発光スペクトルが長波長側へシフトする。Ｙの置換が２割未満では、緑色成分が大きく赤色成分が少なくなる。また、８割以上では、赤み成分が増えるものの輝度が急激に低下する。また、励起吸収スペクトルについても同様に、ガーネット構造を持ったＹＡＧ系蛍光体の組成の内、Ａｌの一部をＧａで置換することで励起吸収スペクトルが短波長側にシフトし、また組成のＹの一部をＧｄ及び／又はＬａで置換することで、励起吸収スペクトルが長波長側へシフトする。ＹＡＧ系蛍光体の励起吸収スペクトルのピーク波長は、発光素子の発光スペクトルのピーク波長より短波長側にあることが好ましい。このように構成すると、発光素子に投入する電流を増加させた場合、励起吸収スペクトルのピーク波長は、発光素子の発光スペクトルのピーク波長にほぼ一致するため、蛍光体の励起効率を低下させることなく、色度ズレの発生を抑えた発光装置を形成することができる。
【００６５】
このような蛍光体は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｌａ、Ａｌ、Ｓｍ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、Ｌａ、Ｓｍの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で共沈したものを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウム、酸化ガリウムとを混合して混合原料を得る。これにフラックスとしてフッ化アンモニウム等のフッ化物を適量混合して坩堝に詰め、空気中１３５０〜１４５０°Ｃの温度範囲で２〜５時間焼成して焼成品を得、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得ることができる。また、別の実施の形態の蛍光体の製造方法では、蛍光体の原料を混合した混合原料とフラックスからなる混合物を、大気中又は弱還元雰囲気中にて行う第一焼成工程と、還元雰囲気中にて行う第二焼成工程とからなる、二段階で焼成することが好ましい。ここで、弱還元雰囲気とは、混合原料から所望の蛍光体を形成する反応過程において必要な酸素量は少なくとも含むように設定された弱い還元雰囲気のことをいい、この弱還元雰囲気中において所望とする蛍光体の構造形成が完了するまで第一焼成工程を行うことにより、蛍光体の黒変を防止し、かつ光の吸収効率の低下を防止できる。また、第二焼成工程における還元雰囲気とは、弱還元雰囲気より強い還元雰囲気をいう。このように二段階で焼成すると、励起波長の吸収効率の高い蛍光体が得られる。従って、このように形成された蛍光体にて発光装置を形成した場合に、所望とする色調を得るために必要な蛍光体量を減らすことができ、光取り出し効率の高い発光装置を形成することができる。
【００６６】
組成の異なる２種類以上のセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体は、混合させて用いても良いし、それぞれ独立して配置させても良い。蛍光体をそれぞれ独立して配置させる場合、発光素子からの光をより短波波長側で吸収発光しやすい蛍光体、それよりも長波長側で吸収発光しやすい蛍光体の順に配置させることが好ましい。これによって効率よく吸収及び発光させることができる。
【００６７】
（窒化物系蛍光体）
本実施の形態に用いられる窒化物系蛍光体としては、ＬＥＤチップ１０２から発光された可視光、紫外線、及びＹＡＧ系蛍光体からの発光を吸収することによって励起され発光する蛍光体をいう。特に本発明に係る蛍光体は、Ｍｎが添加されたＳｒ−Ｃａ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ、Ｃａ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ、Ｓｒ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ、Ｓｒ−Ｃａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ、Ｃａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ、Ｓｒ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ系シリコンナイトライドである。この蛍光体の基本構成元素は、一般式ＬＸＳｉＹＮ（２／３Ｘ＋４／３Ｙ）：Ｅｕ若しくはＬＸＳｉＹＯＺＮ（ ２／３Ｘ＋４／３Ｙ−２／３Ｚ）：Ｅｕ（Ｌは、Ｓｒ、Ｃａ、ＳｒとＣａのいずれか。）で表される。一般式中、Ｘ及びＹは、Ｘ＝２、Ｙ＝５又は、Ｘ＝１、Ｙ＝７であることが好ましいが、任意のものも使用できる。具体的には、基本構成元素は、Ｍｎが添加された（ＳｒＸＣａ１−Ｘ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、Ｓｒ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、Ｃａ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、ＳｒＸＣａ１−ＸＳｉ７Ｎ１０：Ｅｕ、ＳｒＳｉ７Ｎ１０：Ｅｕ、ＣａＳｉ７Ｎ１０：Ｅｕで表される蛍光体を使用することが好ましいが、この蛍光体の組成中には、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ及びＮｉからなる群より選ばれる少なくとも１種以上が含有されていてもよい。但し、本発明は、この実施の形態及び実施例に限定されない。
Ｌは、Ｓｒ、Ｃａ、ＳｒとＣａのいずれかである。ＳｒとＣａは、所望により配合比を変えることができる。
蛍光体の組成にＳｉを用いることにより安価で結晶性の良好な蛍光体を提供することができる。
【００６８】
発光中心に希土類元素であるユウロピウムＥｕを用いる。ユウロピウムは、主に２価と３価のエネルギー準位を持つ。本発明の蛍光体は、母体のアルカリ土類金属系窒化ケイ素に対して、Ｅｕ２＋を付活剤として用いる。Ｅｕ２＋は、酸化されやすく、３価のＥｕ２Ｏ３の組成で市販されている。しかし、市販のＥｕ２Ｏ３では、Ｏの関与が大きく、良好な蛍光体が得られにくい。そのため、Ｅｕ２Ｏ３からＯを、系外へ除去したものを使用することが好ましい。たとえば、ユウロピウム単体、窒化ユウロピウムを用いることが好ましい。但し、Ｍｎを添加した場合は、その限りではない。
【００６９】
添加物であるＭｎは、Ｅｕ２＋の拡散を促進し、発光輝度、エネルギー効率、量子効率等の発光効率の向上を図る。Ｍｎは、原料中に含有させるか、又は、製造工程中にＭｎ単体若しくはＭｎ化合物を含有させ、原料と共に焼成する。但し、Ｍｎは、焼成後の基本構成元素中に含有されていないか、含有されていても当初含有量と比べて少量しか残存していない。これは、焼成工程において、Ｍｎが飛散したためであると思われる。
【００７０】
蛍光体には、基本構成元素中に、若しくは、基本構成元素とともに、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｏ及びＮｉからなる群より選ばれる少なくとも１種以上を含有する。これらの元素は、粒径を大きくしたり、発光輝度を高めたりする等の作用を有している。また、Ｂ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｒ及びＮｉは、残光を抑えることができるという作用を有している。
【００７１】
このような窒化物系蛍光体は、ＬＥＤチップ１０２によって発光された青色光の一部を吸収して黄から赤色領域の光を発光する。窒化物系蛍光体をＹＡＧ系蛍光体と共に上記の構成を有する発光装置に使用して、ＬＥＤチップ１０２により発光された青色光と、窒化物系蛍光体による黄色から赤色光とが混色により暖色系の白色に発光する発光装置を提供することができる。窒化物系蛍光体の他に加える蛍光体には、セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質が含有されていることが好ましい。前記イットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質を含有することにより、所望の色度に調節することができるからである。セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質は、ＬＥＤチップ１０２により発光された青色光の一部を吸収して黄色領域の光を発光する。ここで、ＬＥＤチップ１０２により発光された青色光と、イットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質の黄色光とが混色により青白い白色に発光する。従って、このイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質と赤色発光する蛍光体とを、透光性を有するコーティング部材１０１中に一緒に混合し、ＬＥＤチップ１０２により発光された青色光とを組み合わせることにより白色系の混色光を発光する発光装置を提供することができる。特に好ましいのは、色度が色度図における黒体放射の軌跡上に位置する白色の発光装置である。但し、所望の色温度の発光装置を提供するため、イットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質の蛍光体量と、赤色発光の蛍光体量を適宜変更することもできる。この白色系の混色光を発光する発光装置は、特殊演色評価数Ｒ９の改善を図っている。従来の青色発光素子とセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質との組合せのみの白色に発光する発光装置は、色温度Ｔｃｐ＝４６００Ｋ付近において特殊演色評価数Ｒ９がほぼ０に近く、赤み成分が不足していた。そのため特殊演色評価数Ｒ９を高めることが解決課題となっていたが、本発明において赤色発光の蛍光体をイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質と共に用いることにより、色温度Ｔｃｐ＝４６００Ｋ付近において特殊演色評価数Ｒ９を４０付近まで高めることができる。
【００７２】
次に、本発明に係る蛍光体（（ＳｒＸＣａ１−Ｘ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ）の製造方法を説明するが、本製造方法に限定されない。上記蛍光体には、Ｍｎ、Ｏが含有されている。
原料のＳｒ、Ｃａを粉砕する。原料のＳｒ、Ｃａは、単体を使用することが好ましいが、イミド化合物、アミド化合物などの化合物を使用することもできる。また原料Ｓｒ、Ｃａには、Ｂ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ａｌ２Ｏ３などを含有するものでもよい。原料のＳｒ、Ｃａは、アルゴン雰囲気中、グローブボックス内で粉砕を行う。粉砕により得られたＳｒ、Ｃａは、平均粒径が約０．１μｍから１５μｍであることが好ましいが、この範囲に限定されない。Ｓｒ、Ｃａの純度は、２Ｎ以上であることが好ましいが、これに限定されない。より混合状態を良くするため、金属Ｃａ、金属Ｓｒ、金属Ｅｕのうち少なくとも１以上を合金状態としたのち、窒化し、粉砕後、原料として用いることもできる。
原料のＳｉを粉砕する。原料のＳｉは、単体を使用することが好ましいが、窒化物化合物、イミド化合物、アミド化合物などを使用することもできる。例えば、Ｓｉ３Ｎ４、Ｓｉ（ＮＨ２）２、Ｍｇ２Ｓｉなどである。原料のＳｉの純度は、３Ｎ以上のものが好ましいが、Ａｌ２Ｏ３、Ｍｇ、金属ホウ化物（Ｃｏ３Ｂ、Ｎｉ３Ｂ、ＣｒＢ）、酸化マンガン、Ｈ３ＢＯ３、Ｂ２Ｏ３、Ｃｕ２Ｏ、ＣｕＯなどの化合物が含有されていてもよい。Ｓｉも、原料のＳｒ、Ｃａと同様に、アルゴン雰囲気中、若しくは、窒素雰囲気中、グローブボックス内で粉砕を行う。Ｓｉ化合物の平均粒径は、約０．１μｍから１５μｍであることが好ましい。
次に、原料のＳｒ、Ｃａを、窒素雰囲気中で窒化する。この反応式を、以下の式１および式２にそれぞれ示す。
３Ｓｒ ＋ Ｎ２ → Ｓｒ３Ｎ２ ・・・（式１）
３Ｃａ ＋ Ｎ２ → Ｃａ３Ｎ２ ・・・（式２）
Ｓｒ、Ｃａを、窒素雰囲気中、６００〜９００℃、約５時間、窒化する。Ｓｒ、Ｃａは、混合して窒化しても良いし、それぞれ個々に窒化しても良い。これにより、Ｓｒ、Ｃａの窒化物を得ることができる。Ｓｒ、Ｃａの窒化物は、高純度のものが好ましいが、市販のものも使用することができる。
【００７３】
原料のＳｉを、窒素雰囲気中で窒化する。この反応式を、以下の式３に示す。
３Ｓｉ ＋ ２Ｎ２ → Ｓｉ３Ｎ４ ・・・（式３）
ケイ素Ｓｉも、窒素雰囲気中、８００〜１２００℃、約５時間、窒化する。これにより、窒化ケイ素を得る。本発明で使用する窒化ケイ素は、高純度のものが好ましいが、市販のものも使用することができる。
Ｓｒ、Ｃａ若しくはＳｒ−Ｃａの窒化物を粉砕する。Ｓｒ、Ｃａ、Ｓｒ−Ｃａの窒化物を、アルゴン雰囲気中、若しくは、窒素雰囲気中、グローブボックス内で粉砕を行う。
【００７４】
同様に、Ｓｉの窒化物を粉砕する。また、同様に、Ｅｕの化合物Ｅｕ２Ｏ３を粉砕する。Ｅｕの化合物として、酸化ユウロピウムを使用するが、金属ユウロピウム、窒化ユウロピウムなども使用可能である。このほか、原料のＺは、イミド化合物、アミド化合物を用いることもできる。酸化ユウロピウムは、高純度のものが好ましいが、市販のものも使用することができる。粉砕後のアルカリ土類金属の窒化物、窒化ケイ素及び酸化ユウロピウムの平均粒径は、約０．１μｍから１５μｍであることが好ましい。
【００７５】
上記原料中には、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｏ及びＮｉからなる群より選ばれる少なくとも１種以上が含有されていてもよい。また、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂ等の上記元素を以下の混合工程において、配合量を調節して混合することもできる。これらの化合物は、単独で原料中に添加することもできるが、通常、化合物の形態で添加される。この種の化合物には、Ｈ３ＢＯ３、Ｃｕ２Ｏ３、ＭｇＣｌ２、ＭｇＯ・ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、金属ホウ化物（ＣｒＢ、Ｍｇ３Ｂ２、ＡｌＢ２、ＭｎＢ）、Ｂ２Ｏ３、Ｃｕ２Ｏ、ＣｕＯなどがある。
【００７６】
上記粉砕を行った後、Ｓｒ、Ｃａ、Ｓｒ−Ｃａの窒化物、Ｓｉの窒化物、Ｅｕの化合物Ｅｕ２Ｏ３を混合し、Ｍｎを添加する。これらの混合物は、酸化されやすいため、Ａｒ雰囲気中、又は、窒素雰囲気中、グローブボックス内で、混合を行う。
【００７７】
最後に、Ｓｒ、Ｃａ、Ｓｒ−Ｃａの窒化物、Ｓｉの窒化物、Ｅｕの化合物Ｅｕ２Ｏ３の混合物をアンモニア雰囲気中で、焼成する。焼成により、Ｍｎが添加された（ＳｒＸＣａ１−Ｘ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕで表される蛍光体を得ることができる。この焼成による基本構成元素の反応式を、以下に示す。
【化４】
【００７８】
焼成は、管状炉、小型炉、高周波炉、メタル炉などを使用することができる。焼成温度は、１２００から１７００℃の範囲で焼成を行うことができるが、１４００から１７００℃の焼成温度が好ましい。焼成は、徐々に昇温を行い１２００から１５００℃で数時間焼成を行う一段階焼成を使用することが好ましいが、８００から１０００℃で一段階目の焼成を行い、徐々に加熱して１２００から１５００℃で二段階目の焼成を行う二段階焼成（多段階焼成）を使用することもできる。蛍光体の原料は、窒化ホウ素（ＢＮ）材質のるつぼ、ボートを用いて焼成を行うことが好ましい。窒化ホウ素材質のるつぼの他に、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）材質のるつぼを使用することもできる。
【００７９】
以上の製造方法を使用することにより、目的とする蛍光体を得ることが可能である。
【００８０】
本発明の実施例において、赤味を帯びた光を発光する蛍光体として、特に窒化物系蛍光体を使用するが、本発明においては、上述したＹＡＧ系蛍光体と赤色系の光を発光可能な蛍光体とを備える発光装置とすることも可能である。このような赤色系の光を発光可能な蛍光体は、波長が４００〜６００ｎｍの光によって励起されて発光する蛍光体であり、例えば、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、ＣａＳ：Ｅｕ、ＳｒＳ：Ｅｕ、ＺｎＳ：Ｍｎ、ＺｎＣｄＳ：Ａｇ，Ａｌ、ＺｎＣｄＳ：Ｃｕ，Ａｌ等が挙げられる。このようにＹＡＧ系蛍光体とともに赤色系の光を発光可能な蛍光体を使用することにより発光装置の演色性を向上させることが可能である。
【００８１】
［ＬＥＤチップ１０１］
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１０１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１０１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。
【００８２】
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。
【００８３】
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１０１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１０１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。
【００８４】
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１０１を形成させることができる。
【００８５】
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１０１の主発光波長は３５０ｎｍ以上５３０ｎｍ以下が好ましい。
【００８６】
［金属パッケージ１０５］
本発明の一実施例における発光装置に用いられる金属パッケージ１０５は、発光素子を収納する凹部ａと、リード電極が配置されたベース部ｂとからなり、発光素子の支持体として働く。前記凹部の底面と前記リード電極の底面はほぼ同一面上に位置している。
【００８７】
発光装置において、熱の放熱性及び小型化を考慮すると、パッケージは薄膜で形成されることが好ましい。一方、リード電極との界面に設けられる絶縁部材との熱膨張率等の差を緩和させ信頼性を向上させるためには、それぞれの接触面を大きくする必要がある。そこで本発明者は、金属パッケージにおいて、発光素子が配置される部分とリード電極を固定する部分とに分別し、それぞれの領域に合わせて形状及び膜厚を設定することにより、信頼性の向上を図る。
以下、それぞれの構成部材について詳述する。
【００８８】
（凹部ａ）
本実施の形態の発光装置は、パッケージの一部に発光素子１０１、コーティング層１０８、１０９および接着層１１０を配置するための凹部ａを有する。前記凹部底面は、発光装置の実装面、つまりリード電極の底面とほぼ同一平面上に位置しており、実装基板と接するように構成されている。前記凹部底面の膜厚は、良好な放熱性を有するように薄膜に形成されている。前記底面の膜厚は、０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍが好ましく、より好ましくは０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍである。このように設定された凹部底面は、前記凹部内に配置された発光素子からの発熱を良好に実装基板へ放熱することができる。このように、本発明の発光装置は、発光素子からの発熱を短い放熱経路にて直接実装基板に放熱することができ、低熱抵抗化が実現された発光装置である。
【００８９】
前記凹部は、発光装置の中央部に位置することが好ましく、これにより良好な指向特性が得られる。
【００９０】
また凹部は、前記発光素子全体を収納することが可能な容積を有することが好ましい。これにより、前記凹部内に配置された前記発光素子全体を色変換層で被覆することが可能となる。本発明に用いられる金属パッケージは、特に発光素子が配置される凹部の放熱性が優れているため、良好な光学特性が得られる。また、前記凹部の内壁がテーパー形状であると、更に高輝度に発光することが可能な発光装置が得られる。
【００９１】
一方、外壁側である前記凹部の背面は、逆凸形状となっており、凹部底面とリード電極の底面との間に溝を有する。これにより良好に実装することが可能となる。前記溝がない場合、前記リード底面に付着される半田が隣接するベース部等に付着し各電極間の絶縁が取れなくなりショートしてしまう恐れがある。
【００９２】
前記凹部は、例えば金属平板に絞り加工を施すことにより構成される。本実施の形態では、金属平板の主面方向から絞り加工を施して金属を背面方向に流し凹部を形成する。この流れた金属が凹部底面の一部となるように構成することで、実装面の面積を大きくすることができるとともに、凹部側面の底面側の膜厚を太くすることができる。これにより、放熱性が向上される他、パッケージの機械的強度が増し、好ましい。また、前記凹部底面は発光装置の支持部の１つとなるので、精度良く実装することが可能となり、好ましい指向特性が得られる。
【００９３】
（ベース部ｂ）
本明細書では、金属パッケージの平板部分をベース部ｂとする。前記ベース部は、厚さ方向に貫通された貫通孔を少なくとも１つ有する。前記貫通孔はリード電極を固定するためのものであり、本実施の形態の発光装置は、前記貫通孔を２つ有する。それぞれの貫通孔は、凹部ａを挟んで対向して設けられ、各内部に絶縁体を介して正又は負のリード電極が挿入されている。このように構成することにより、リード電極間の中心に発光素子を配置させることができ、良好な指向特性が得られる。
【００９４】
ここで、本発明の発光装置の正及び負のリード電極は、少なくとも一方がベース部の貫通孔内に絶縁体を介して挿入されていれば良く、図２の如く他方のリード電極は金属パッケージと一体成形されていてもよい。このように構成すると、パッケージの発光素子配置面から一方のパッケージ端面までの間に絶縁体を有しないため、放熱性が向上され好ましい。
【００９５】
また、本発明の発光装置において、金属パッケージのベース部の膜厚は前記凹部の底面厚より厚いことを特徴とする。ベース部の厚みは０．３ｍｍ〜１．０ｍｍが好ましく、より好ましくは０．５ｍｍ〜１．０ｍｍである。０．３ｍｍより薄い場合、パッケージ全体の強度が低下してしまう。またリッドとの溶接時に起こる応力歪により溶接界面にクラックが生じる恐れがあり、このように気密性が不完全になると、水分が内部に侵入しワイヤや発光素子が腐食され信頼性が低下してしまう。また１．０ｍｍ以上の膜厚にすると、前記溶接界面にパルス電流が伝わりにくくなり、シールが不完全になる恐れがある。また発光装置が厚型化するとともにコストが高くなる。
【００９６】
また、前記ベース部の外側縁部は、ベース部底面に沿って鍔部を有することが好ましい。このように構成することにより、前記鍔部を設けることにより露出されるパッケージ端面と発光面側に配置されるリッドの内壁、及び前記鍔部の上面と前記リッド上面とが合わさり、これらの位置決めを容易に行うことができ、量産性が向上され好ましい。
【００９７】
また、前記ベース部の背面側に支持体を設けても良い。前記背面側から突出している各リード電極の間に、前記支持体がそれぞれ均等間隔で配置されると、発光装置の実装安定性が向上され好ましい。前記支持体は、前記ベース部と同様の材料にて構成されることが好ましく、これにより発光装置の放熱性が向上される。
【００９８】
前記リード電極及び金属パッケージの熱伝導率はそれぞれ、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上１００Ｗ／ｍ・Ｋ以下の範囲であることが好ましく、より好ましくは１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上８０Ｗ／ｍ・Ｋ以下、更に好ましくは１５Ｗ／ｍ・Ｋ以上５０Ｗ／ｍ・Ｋ以下である。、信頼性を維持しながら大電流を長時間投下することが可能な発光装置が得られる。
【００９９】
またそれぞれの熱膨張率は、０．０５×１０−４／ｄｅｇ以上０．２０×１０−４／ｄｅｇ以下の範囲であることが好ましい。
金属パッケージの熱膨張率は、前記絶縁部材の熱膨張率と同様の値か、若しくは大きい値であることが好ましい。前者の場合、互いの部材が破損されることなく熱密着させることができる。また後者の場合、これらの熱膨張率の差が０．０１×１０−４／ｄｅｇ以下であれば、互いの接触面積を出来るだけ大きくすることで熱膨張率の差による破損を回避しつつ前記熱膨張率の差の効果によりほどよく金属パッケージが貫通孔の内部方向に収縮され、前記貫通孔の内壁に基材の酸化膜を設けなくても、前記金属パッケージと前記絶縁部材とを密着させることができる。これにより、作業工程が簡略化され生産性が良好な発光装置が得られる。
【０１００】
また、金属パッケージの基材は、強い強度を有することが好ましく、これにより薄型のパッケージを形成することができる。金属パッケージの好ましい基材として、コバール、鉄などが挙げられる。コバールとはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金であり、絶縁部材に用いられる低融点ガラスと近似の熱膨張率を有するので良好に気密封止を行うことができる。これら基材の最表面にはＡｇメッキを施すことが好ましい。このように構成すると、パッケージ表面の光反射散乱率が向上される他、Ａｇ層が溶接用ろう材となり、発光素子、ワイヤ、及びリッドと、金属パッケージ本体との密着性が向上され好ましい。更に、Ａｇ層を無光沢にメッキするとこれらの効果は増殖される。
【０１０１】
本発明で用いられる金属パッケージは、上記のように構成され、これにより高い信頼性を有する発光装置を安価に得ることができる。
【０１０２】
［リード電極１０２］
本発明の一実施例における発光装置は、正及び負のリード電極１０２を有し、金属パッケージのベース部に設けられた貫通孔内に絶縁部材を介して挿入されている。前記リード電極の先端部は、前記ベース部の表面から突出しており、且つ前記リード電極の底面は前記凹部の実装面側底面と略同一平面上に位置している。
【０１０３】
リード電極１０２のワイヤ接続面である上面は、０．０２ｍｍ２〜０．２ｍｍ２の範囲の面積を有することが好ましく、より好ましくは０．０５ｍｍ２〜０．１５ｍｍ２である。このように構成されることにより、ワイヤボンディングの精度が良好で且つ小型化の発光装置が得られる。
【０１０４】
また、リード電極の実装面側である底面は、前記上面より広い面積を有することが好ましい。これにより前記リード電極が発光装置の支持体となり、安定して表面実装することが可能となると共に、実装基板との接触面積が広くなるため放熱性が向上される。このような形状のリード電極は、例えば柱状に形成されたリード電極の底面側をプレス加工することにより得ることができる。リード電極の底面側の好ましい形状として、逆Ｔ字型、末広がり型、逆テーパ型等が挙げられる。
【０１０５】
［リッド１０６］
本発明の一実施例における発光装置は、金属パッケージ１０５の主面側に、透光性窓部４０７と金属部とからなるリッド１０６を有する。前記窓部４０７は、発光装置の発光面であり中央部に配置されることが好ましい。
【０１０６】
本実施例において、前記窓部は、前記金属パッケージの凹部に配置された発光素子の上面に位置しており、前記凹部の内壁の延長線と交点を有する。前記発光素子の端部からから発光される光は、前記凹部の側面にて反射散乱され正面方向に取り出される。これらの反射散乱光の存在範囲は、ほぼ前記凹部の側面の延長線内であると考えられる。そこで、上記のように発光面である窓部の面積を調整することにより、前記反射散乱光は効率よく前記窓部に集光され、高輝度な光を発光することが可能な発光装置が得られる。
【０１０７】
リッドの基材は、パッケージ本体及び窓部の透光性部材と熱膨張係数が近似していることが好ましい。また、リッドの材質の表面は基材の保護膜としてＮｉメッキ層を有することが好ましい。
【０１０８】
上記リッドは、例えば、カーボン製の封着治具を用いて、リッド本体に形成された開口部内にタブレット状のガラスを配置し通炉させることによりガラスとリッド本体とを気密絶縁的に封着させることができる。
【０１０９】
リッドの形状は、パッケージの溶接部と密接可能な滑らかな平面を有し且つパッケージを気密封止できれば特に限定されるものではない。中央部が凸形状のリッドを用いると、前記リッドの窓部の背面に色変換部材を良好にバインダーさせることができ、歩留まり良く発光装置を形成することができる。
【０１１０】
更に、前記窓部表面を曲線を帯びたレンズ形状とすると、光の収束が良好となり、正面方向の光度が高い発光装置が得られる。
【０１１１】
［スプレー装置３００］
本実施の形態では、図４および図５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。
【０１１２】
（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。
【０１１３】
（バルブ３０２）
バルブ３０２は、容器３０１から搬送管３０７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。
【０１１４】
（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３０７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３０７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。
【０１１５】
（コンプレッサー３０５）
コンプレッサー３０５は、搬送管３０７あるいは搬送管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塗布液を圧縮し、搬送管３０９を通して搬送される空気の圧力を調節する。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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
（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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
［ヒーター２０５］
図４に示されるように、本実施の形態おける塗布後の発光素子はヒーター２０５上において温度５０℃以上３００℃以下の加温状態におかれる。このように発光素子を加温状態におく方法として、発光素子をオーブン等の加温装置内で加温する方法を使用してもよい。加温により、エタノール、ゾル状態の加水分解溶液に僅かに含まれる水分および溶剤を蒸発させ、かつ、ゾル状態の塗布液から非晶質のＳｉＯ２が得られる。さらに本実施の形態おける塗布液は、粘度調節されているため、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、それらの場所で塗布直後に加温される。これにより、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より発光素子の上面、側面および角の部分を覆うことができる。
【０１２３】
本実施の形態おいて、接着液を温度５０℃以上３００℃以下の加温状態におくことにより発光素子は支持体上にダイボンドされる。このように加温状態におく方法として、発光素子をヒーター上に設置したり、オーブン等の加温装置内で加温する方法を使用してもよい。加温により、エタノール、ゲル状態の加水分解溶液に僅かに含まれる水分、および溶剤を蒸発させると、ゲル状態の接着液からＳｉＯ２を主成分とする粒径数ナノメートルの粒子が多数密集して形成される接着層が得られる。該接着層は、無機物を主成分とする直径数ナノメートルの粒子が密集することによって形成され、粒子間には隙間が存在する。接着層に急激な温度変化が加わると、熱応力によりそれぞれの粒子の体積が膨張あるいは収縮する。そのため、上記粒子が存在ぜず、支持体材料と熱膨張係数が大きく異なる溶融ガラスや樹脂によって発光素子を接着した場合と異なり、本発明による接着層は全体として熱応力による大きな影響を受けず、接着層の剥離やひび割れ等が生じない。したがって急激な温度変化が加わる状況下で使用する発光装置としても、本発明による発光装置は、信頼性を維持することが可能である。
【０１２４】
さらに本実施の形態おける接着液は、高粘度に調製されているため、発光素子の基板面と支持体表面との間に介在し、さらに発光素子の側面に延材した場所から流動することはなく、それらの場所でダイボンド後に加温され固化される。これにより、発光素子が最初に載置された位置からズレることはなく、ＳｉＯ２により支持体表面にダイボンドされてなる発光装置を形成することができる。
【０１２５】
［マスク２０６］
本実施の形態においては、複数個のパッケージが配列した状態で、発光素子をパッケージにそれぞれダイボンドし、発光素子の電極を外部電極とワイヤーボンドした後に、塗布液を発光素子の上方から吹き付ける。
【０１２６】
しかしながら、パッケージの凹部側面をテーパー形状とし、パッケージの正面方向における光の取り出し効率を上げる反射部として利用する場合に、該凹部の側面に塗布液が付着すると発光素子から出光した光は該側面で乱反射するため、パッケージ正面方向における光取り出し効率の向上が図れない。
【０１２７】
そこで、本実施の形態では、パッケージの凹部側面、および外部電極に塗布液が付着するのを防ぐため、金属マスクの上方から発光素子の表面上に塗布液を吹き付ける。該金属マスクは、パッケージの凹部側面および外部電極を完全に覆い、発光素子の上面、側面および角には塗布液が吹き付けられるような大きさの貫通孔が設けられた金属板である。
【０１２８】
［接着層１１０］
本発明に用いられる接着層１１０とは、発光素子と支持体とをゾル状態の有機材料を介して密着後、加熱乾燥させた後に形成される非晶質の無機物の層である。さらに本発明の接着層は、支持体上面と発光素子の基板面との間に存在する連続した無色透明の層であり、且つ、発光素子の側面に延材している。
【０１２９】
パッケージなどによる反射により、ＬＥＤチップ１０１から放出される高エネルギー光などが接着層中で高密度になる。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、Ｚｒ、Ｙ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発光素子と支持体との接着液として利用することが好ましい。
【０１３０】
接着層の具体的主材料の一つとしては、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、ＭＳｉＯ３（なお、Ｍとしては、Ｚｎ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｓｎ、Ｐｂなどが挙げられる。）などの透光性無機部材が好適に用いられる。これらの透光性無機部材を介して発光素子の基板面と支持体表面とを対向させ、発光素子は支持体に対して固定される。本発明において、少なくともＳｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｐｂ、あるいはアルカリ土類金属の群から選択される１種以上の元素を含む酸化物は、コーティング層を形成させる材料と同様に有機金属化合物により生成される。このような常温で液体の有機金属化合物を使用すれば、有機溶剤を加えることによって、作業性を考慮した粘度調節や、有機金属化合物等の凝固物の発生防止が容易にできるため作業性を向上させることができる。また、このような有機金属化合物は加水分解等の化学反応を起こし酸化物や水酸化物等の無機物を生成しやすいため、少なくともＳｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｐｂ、あるいはアルカリ土類金属の群から選択される１種以上の元素を含む酸化物等により、接着層をＬＥＤの発光素子としての性能を低下させることなく容易に形成させることが可能である。さらに、接着層が発光素子の側面にも延材する場合、金属はんだで発光素子をダイボンドすると、発光素子から出光する近紫外から青色の光を吸収する金属が金属はんだに含まれる場合がある。例えば、Ａｕ−Ｓｎ共晶はんだで発光素子をダイボンドするとＡｕは発光素子から出光する近紫外から青色の光を吸収してしまうため、発光装置の出力を下げる問題があるが、本発明による接着層は発光素子から出光する近紫外から青色の光を吸収しないため、発光効率の高い発光装置を形成することが可能である。
【０１３１】
［フィラー］
上記接着層あるいはコーティング層は、少なくともＳｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｐｂ、あるいはアルカリ土類金属の群から選択される１種以上の元素を含む酸化物、あるいは少なくともＳｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｐｂ、あるいはアルカリ土類金属の群から選択される１種以上の元素を含む水酸化物より熱伝導率が高いフィラーを有してもよい。このようなフィラーを加えることにより発光装置の放熱効果が向上する。このようなフィラーとして、ＳｉＯ２にて接着層を形成しＬＥＤチップをダイボンドする場合のアルミナ、Ａｇ等の金属粉が考えられる。
【０１３２】
［散乱材］
本実施の形態におけるコーティング層中には、発光素子から出光してくる光を発光素子表面にて散乱させ、あるいは蛍光体により波長変換された光を発光観測面方向に散乱させるために散乱材を含有させることができる。このような散乱材としては、酸化バリウム、チタン酸バリウム、酸化バリウム、酸化珪素、酸化チタン、酸化アルミニウム等の酸化物やメラミン樹脂、ＣＴＵグアナミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂などの有機部材が好適に用いられる。さらに蛍光体を散乱材として利用することも可能である。このような散乱材の粒径は、０．４〜１０μｍであることが好ましい。このような粒径とすることにより発光素子からの光を効率よく散乱させ、光の取り出し効率を向上させることが可能である。
【０１３３】
ここで本発明において、散乱材の粒径とは、体積基準粒度分布曲線により得られる値であり、前記体積基準粒度分布曲線は、レーザ回折・散乱法により蛍光体の粒度分布を測定し得られるものである。具体的には、気温２５℃、湿度７０％の環境下において、濃度が０．０５％であるヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液に蛍光体を分散させ、レーザ回折式粒度分布測定装置（ＳＡＬＤ−２０００Ａ）により、粒径範囲０．０３μｍ〜７００μｍにて測定し得られたものである。
【０１３４】
【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。
【０１３５】
（実施例１）
図１は、本実施例にかかる発光装置の模式的正面図を示す。図２は、本実施例にかかる発光装置の模式的断面図を示す。パッケージ１０５は金属からなり、中央部に凹部ａを有する。また、凹部ａ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凹部ａを挟んで対向している。該貫通孔内には、絶縁部材１０３である硬質ガラスを介して正及び負のリード電極１０２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１０７と金属部からなるリッド１０６を有し、金属部と金属パッケージ１０５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１０１は、３５０〜５３０ｎｍの波長を有する光を発光する発光素子であり、ＬＥＤチップ１０１と金属パッケージ１０５との接着は、接着層１１０を設けることによって行われている。なお、ＬＥＤチップ１０１と金属パッケージ１０５との接着は、Ａｕ−Ｓｎなどの共晶はんだ等を使用して行っても構わない。
【０１３６】
以下、本実施例に係る発光装置の形成方法について説明する。
まず、ＳｉＯ２にてＬＥＤチップ１０１を凹部ａ内にダイボンドする。ＳｉＯ２によるダイボンドは、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を接着液として調製し、該接着液を、パッケージの所定の位置にディスペンスした後、接着液の上からＬＥＤチップの基板面を下にして加圧しながら載置し、加熱することにより行うことができる。ＬＥＤチップを凹部ａ内にダイボンドした後、ＬＥＤチップの正負一対の両電極と、リード電極１０２とを導電性ワイヤー１０４にてワイヤーボンディングする。
【０１３７】
次に、Ｓｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｐｂ、及びアルカリ土類金属の１種又は２種以上を有する酸化物で蛍光体を結着させたコーティング層１０８を形成する。本実施例では、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１０８を発光素子の表面上、あるいは発光素子の表面上以外の支持体上に、コーティング層１０８として形成する。
【０１３８】
本実施例における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形成方法は、少なくとも以下の各工程を有する。
少なくともＳｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｐｂ、あるいはアルカリ土類金属の群から選択される１種以上の元素と酸素元素とを含む有機金属化合物の溶液、有機溶剤、及び蛍光体とを含む第１の塗布液を調製する工程
第１の塗布液を発光素子表面および支持体表面に塗布する工程
第１の塗布液を乾燥させ、蛍光体が固着された多孔質の下地部を形成する工程
有機金属化合物の溶液と有機溶剤とを含む第２の塗布液を調製する工程
第２の塗布液を上記下地部中の空隙に含浸させる工程
第２の塗布液を乾燥させ、上記下地部中の空隙を第２の塗布液から生じる硬化物で埋める工程
【０１３９】
以下、図面を参照して、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１０８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。ここで使用するエチルシリケート加水分解溶液については、触媒として加える塩酸が微量であるため、塩酸濃度が２０〜５００ｐｐｍのほぼ中性に調製されており、発光素子表面に塗布しても表面は酸やアルカリによる損傷を受けることがない。また、金属パッケージに使用されるＡｇ、Ｎｉ等を腐食することがない。
【０１４０】
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１０ｗｔ％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。シリカ分１０ｗｔ％という数値は、粘度、比重、保存安定性、使用時の取り扱い易さ等を考慮し、経験的に最適とされたものである。また、エチルシリケートは、予め触媒（ＨＣｌ）存在下において水と反応させて加水分解反応を進行させ、ゾル状態にしたものを使用する。本実施例では、ＳｉＯ２を１０ｗｔ％含むエチルシリケートと、溶媒と、水と、１規定塩酸（ＨＣｌ）とを混合することによりエチルシリケートを加水分解反応させ、２５℃における混合溶液の粘度が２．５〜５００ｃｐｓとなるようなゾル状態としたものを使用する。
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製し、平均粒子径３〜１０μｍの蛍光体が塗布液中で均一に分散するように撹拌して第１の塗布液を調製した。ここで、ゾル状態のエチルシリケートは自然乾燥してゲル化しやすいため、エチレングリコール、ブタノール、酢酸ブチルのような高沸点（１００℃〜２００℃）の有機溶剤と混合することが好ましい。このような高沸点の有機溶剤は、常温、室温、あるいは本発明におけるスプレー装置が置かれる系において想定しうる温度のもとで液体として存在しているため、エチルシリケートと有機溶剤を混合すると、乾燥したＳｉＯ２等の凝固物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。また、ゲル化したエチルシリケートの加水分解溶液中の蛍光体は、均一に分散した状態であることが確認された。
【０１４１】
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。
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。このとき、発光素子は塗布液と同じ材料によってパッケージ上にダイボンドされ、さらに発光素子の電極と外部電極は金線等でワイヤーボンドされている。さらに、パッケージの正面方向には金属マスクが配置され、金属マスクの上方から見ると、金属マスクに設けられた貫通孔を通して、発光素子の上面、側面および角が露わになっているが、パッケージの側面およびリード電極は金属マスクによって完全に覆われている。したがって、金属マスクの上方から貫通孔内に向かって塗布液を吹き付けた場合に塗布されるのは、発光素子の上面、側面および角の部分である。
【０１４２】
図４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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
工程３．
工程２を行った後、室温で放置すると、ゾル状態のエチルシリケート加水分解溶液は次第に自然乾燥してゲル状態となる。
【０１４５】
工程４．
自然乾燥してゲル状態となった塗布液から非晶質のＳｉＯ２を得るため、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、および溶剤等を飛ばすため、発光素子はヒーター２０５上において１５０℃の温度で３０分間加温状態におく。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の下地部を発光素子の上面、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。またここで、塗布液に急激な温度変化を与えるのではなく、徐々に温度を上げていくことが好ましい。ゲル状態にある塗布液の温度をゆっくり上昇させた方が、コーティング層中の残留有機物を少なくできることが確認されており、これにより青色より波長の短い光を発光する発光素子を使用しても信頼性の高い発光装置を実現できる。
【０１４６】
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、５０℃〜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。また、本工程において２００℃まで温度が上昇したときに生成するＳｉ（ＯＨ）２は、３００℃の温度で２時間乾燥させることにより、ほとんどＳｉＯ２に分解する。
【０１４７】
図６は、本工程により形成されるコーティング層の下地部の写真を示す。本工程により形成されるコーティング層の下地部は、平均粒子径３．０〜１０μｍの蛍光体粒子の周囲を、平均粒子径が数ｎｍ程度であって、ＳｉＯ２やＳｉ（ＯＨ）２などの無機物を主成分とする非晶質の粒子が密集して取り囲み、蛍光体粒子が固着されることによって、全体として多孔質の状態で形成されている。
【０１４８】
工程５．
エチルシリケートの溶液と有機溶剤とを含み、第１の塗布液よりＳｉＯ２濃度の高い第２の塗布液を調製する。第２の塗布液は、工程４によって得られた多孔質の下地部中に存在する空隙を埋めることが可能な程度に適宜粘度が調節される。本実施例では、ＳｉＯ２を４０ｗｔ％含むエチルシリケートと、溶媒と、水と、１規定塩酸（ＨＣｌ）とを混合することによりエチルシリケートを加水分解反応させ、２５℃における混合溶液の粘度が１〜８００ｃｐｓとなるように有機溶媒で調製したものを使用する。
【０１４９】
工程６．
工程４によって得られた多孔質の下地部は、内部に空隙が多数存在する。発光素子から波長変換されて発光観測面から出光しようとする光は、該空隙の界面で反射するため、下地部中で複雑に反射、散乱を繰り返すことにより発光観測面方向からの光の取り出し効率が低下する。そこで、空隙を第２の塗布液の硬化物で埋める。
【０１５０】
まず、第２の塗布液を多孔性の下地部全体に含浸させ、即ち多孔性の下地部全体に浸透させ、多孔性の部分に多数存在する空隙を第２の塗布液で満たす。このとき、第２の塗布液は、有機溶媒により適宜粘度調整されているため、多孔性の下地部全体に速やかに浸透する。
【０１５１】
工程７．
自然乾燥により、あるいは工程４と同様にヒーターを使用して多孔性の下地部全体に浸透した第２の塗布液を乾燥させ硬化させる。このとき余分な有機溶媒は揮発し第２の塗布液の硬化物（含浸部）が得られる。図７は、本工程により形成されるコーティング層の写真を示す。工程４により形成された多孔質の下地部の空隙であった箇所に含浸部が形成されている。即ち、図２及び図３に示されるように、ＬＥＤチップ上のコーティング層は、蛍光体の粒子を固着させる下地部と、該下地部の周囲に散在する含浸部を備える。ここで、下地部の屈折率は１．４、含浸部の屈折率は１．４程度であり、下地部と含浸部の屈折率はほぼ等しい。
【０１５２】
以上の工程により、均一に分散した状態の蛍光体と、蛍光体を固着させる下地部と、下地部に生じた空隙を埋める含浸部とを含み、層厚が約２０μｍの非多孔性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。また、本実施例のように比較的厚膜のコーティング層を形成した場合であっても、コーティング層は、下地部が存在しないコーティング層と比較して割れにくい。即ち、下地部を形成した後、該下地部の空隙を埋める含浸部を形成することにより、コーティング層は応力に対する柔軟性を備えるようになると考えられる。
【０１５３】
なお、分析の結果、ＳｉＯ２により蛍光体がバインドされてなるコーティング層中および接着層中には、エチルシリケートを加水分解する工程で触媒として使用される塩化水素（ＨＣｌ）や、工程４において生成するＳｉ（ＯＨ）２などの無機物、および未反応のエチルシリケートやエタノールなどの有機物が、それぞれ数ｐｐｍから数十ｐｐｍの単位で存在している。従って、ＳｉＯ２により蛍光体がバインドされてなる、厚さ約２０μｍのコーティング層は、ＳｉＯ２と蛍光体からなる無機物により、９９．９％以上の比率で形成されていると考えてよい。もっとも、コーティング層にＳｉ（ＯＨ）２などの無機物、および未反応のエチルシリケートやエタノールなどの有機物が微量に存在することにより、コーティング層表面には、ヒドロキシル基のような極性をもつ官能基や、エチル基などの疎水基（親油基）が存在する。このような官能基の存在により、コーティング層の上に、フッ素樹脂のような極性を有する疎水性材料、あるいは分子構造の末端にヒドロキシル基を有する樹脂材料をモールド部材として使用した場合には、コーティング層表面とモールド部材との馴染み、あるいは濡れ性がよいため、少量のモールド部材を使用しても、コーティング層上にモールド部材を接着性よく配置することができる。また、コーティング層及び接着層にＳｉＯ２、Ｓｉ（ＯＨ）２などの無機物が多量に存在することにより、紫外線による劣化を防ぐことができるだけでなく、ＬＥＤチップあるいはパッケージの金属表面との馴染み、あるいは濡れ性がよい（ＳｉＯ２、Ｓｉ（ＯＨ）２などと金属イオンとの静電気的な結合が生じていると考えられる）ため、コーティング層あるいは接着層を、金属表面とも接着性よく配置することができる。さらに、モールド部材として使用する樹脂の分子構造中に存在する極性を有する官能基と、コーティング層のＳｉＯ２、Ｓｉ（ＯＨ）２などの極性を有する無機物とは、馴染み、あるいは濡れ性がよいため、コーティング層上に接着性よくモールド部材を配置することができる。即ち、エチルシリケートのような有機金属化合物を使用して、ＳｉＯ２により蛍光体がバインドされてなるコーティング層あるいは接着層を形成すると、コーティング層あるいは接着層は、ほぼ無機物で形成されていながら、有機物としての性質も僅かながら残しているため、発光装置を構成するＬＥＤチップ表面やパッケージ表面、あるいは場合に応じて使用するモールド部材等に対してよく馴染み、製造歩留まりが向上し、かつ紫外線による劣化もほとんどない。
【０１５４】
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。
【０１５５】
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。
【００１５６】
以上のように構成された実施例１の発光装置は、紫外線による劣化がほとんどない無機物によって発光素子がダイボンドされ、さらに前記無機物により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。
【０１５７】
さらにコーティング層および接着層をリード電極から絶縁された凹部ａ内に形成し、発光素子を凹部ａ内に固着させることにより、発光素子は、発光に必要な電力をワイヤーから供給され、リード電極を流れる電流による悪影響を受けることがなく、ノイズ等を発生させることがないため、信頼性の高い発光装置を形成することが可能である。また、発光素子をリード電極に固着させて発光装置を形成すると、発光素子を固着させていない他方のリード電極と発光素子の電極とを結ぶワイヤーが、発光素子を固着させているリード電極に接触した状態となり、製造歩留まりを低下させる原因となり得るが、本発明のように正負一対の両リード電極から絶縁された支持体上に発光素子を固着させることで製造歩留まりを向上させることが可能である。
【０１５８】
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。
【０１５９】
（実施例２）
図３に示されるように、本実施例において使用されるパッケージ１１４は、ＬＥＤチップ１０１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１０２を有する。パッケージ１１４は、ＬＥＤチップ１０１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１１３を設けている。このようなパッケージ１１４は、インサート成形によりポリカーボネート樹脂を用いて形成させる。次に、Ｓｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｐｂ、及びアルカリ土類金属の１種又は２種以上を有する酸化物である無機物にてＬＥＤチップをパッケージにダイボンド（接着）する。本実施例では、ＳｉＯ２にてＬＥＤチップをパッケージ上にダイボンドし、発光装置を形成する。
【０１６０】
以上のように形成する他は実施例１と同様に発光装置を形成する。このようにすることにより、光取り出し効率を向上させると共に、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。
【０１６１】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によるコーティング層は、空隙がほとんど存在しない非多孔性の層であるため、蛍光体により波長変換された光の光取り出し効率を向上させることができる。また、本発明によれば比較的厚膜のコーティング層を形成した場合であっても割れにくい等の利点がある。
【０１６２】
本発明によれば、紫外線および紫外線を含む光を発光する発光素子を用い、紫外線等によって劣化しない無機物によりバインドされた蛍光体を有する発光装置を構成できるので、長時間使用しても発光色のバラツキの少ない発光装置を提供できる。
【０１６３】
また、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。さらに、歩留まりの高い発光装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施例における発光装置の模式的上面図である。
【図２】図２は、本発明の一実施例における発光装置の模式的断面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施例における発光装置の模式的断面図である。
【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。
【図６】図６は、本発明の発光装置を形成させる工程４を行った後の写真である。
【図７】図７は、本発明の発光装置を形成させる工程７を行った後の写真である。
【符号の説明】
１００・・・発光装置
１０１・・・ＬＥＤチップ
１０２・・・リード電極、外部電極
１０３・・・絶縁性部材
１０４・・・導電性ワイヤー
１０５・・・金属パッケージ
１０６・・・リッド
１０７・・・窓部
１０８、１０９、１１１・・・ＬＥＤチップ上のコーティング層
１１０・・・接着層
１１２・・・支持体上のコーティング層
１１３・・・モールド部材
１１４・・・パッケージ
１１５・・・下地部
１１６・・・含浸部
２０１・・・ノズル
２０２・・・蛍光体
２０３・・・塗布液
２０４・・・支持体
２０５・・・ヒーター
２０６・・・マスク
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
ａ・・・凹部
ｂ・・・ベース部
Claims (14)
- 支持体上に配置された発光素子と、少なくとも該発光素子の表面を被覆するコーティング層とを有する発光装置であって、
少なくともＳｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｐｂ、あるいはアルカリ土類金属の元素群から選択される１種以上の元素を含む酸化物と、前記元素群から選択される１種以上の元素を含む水酸化物とを有するコーティング層は、下地部と、屈折率が該下地部とほぼ等しい含浸部とを有することを特徴とする発光装置。 - 前記コーティング層は、前記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、および／または散乱材を有する請求項１に記載の発光装置。
- 前記コーティング層は、前記元素群から選択される１種以上の元素と、酸素元素とを含む有機金属化合物を有する請求項１乃至２に記載の発光装置。
- 前記コーティング層は、前記支持体表面と前記発光素子表面全体とを被覆する連続した層であり、且つ、前記発光素子の上面、側面および角の上に配置されたコーティング層の厚みと、前記支持体表面に配置されたコーティング層の厚みとが略等しい請求項１乃至３に記載の発光装置。
- 前記発光素子の主発光ピークが２５０ｎｍから５３０ｎｍであり、且つ前記蛍光体の主発光波長が前記発光素子の主発光ピークよりも長い請求項１乃至４に記載の発光装置。
- 前記支持体は、リード電極を有し、該リード電極から絶縁された支持体上に前記発光素子を有する請求項１乃至５に記載の発光装置。
- 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、該蛍光体を有し少なくとも前記発光素子表面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、
少なくともＳｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｐｂ、あるいはアルカリ土類金属の群から選択される１種以上の元素と酸素元素とを含む有機金属化合物の加水分解溶液、有機溶剤、及び蛍光体とを含む第１の塗布液を調製する第１の工程と、
前記有機金属化合物の加水分解溶液と、有機溶剤とを含む第２の塗布液を調製する第２の工程と、
前記第１の塗布液を発光素子表面および支持体表面に塗布する第３の工程と、
前記第１の塗布液を乾燥させ、前記蛍光体を固着させる第４の工程と、
前記第４の工程により設けられる下地部の空隙に前記第２の塗布液を含浸させる第５の工程と、
前記第２の塗布液を乾燥させる第６の工程とを有することを特徴とする発光装置の製造方法。 - 前記第１の工程および／または前記第２の工程において、前記有機溶剤が沸点１００℃以上２００℃以下の有機溶剤である請求項７に記載の発光装置の製造方法。
- 前記第１の工程において、前記加水分解溶液の粘度が、２．５０〜５００ｃｐｓ（２５℃）である請求項７乃至８に記載の発光装置の製造方法。
- 前記第２の工程において、前記加水分解溶液の粘度が、１．００〜８００ｃｐｓ（２５℃）である請求項７乃至９に記載の発光装置の製造方法。
- 前記第１の工程および／または前記第２の工程において、前記塗布液の酸濃度が、２０〜５００ｐｐｍである請求項７乃至１０に記載の発光装置の製造方法。
- 前記第３の工程において、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請求項７乃至１１に記載の発光装置の製造方法。
- 前記第４の工程および前記第６の工程において、前記発光素子は５０℃以上３００℃以下の加温状態にある請求項７乃至１２に記載の発光装置の製造方法。
- 前記第１の工程において、前記有機金属化合物が金属アルコキシド、金属ジケトナート、カルボン酸金属塩から選択される少なくとも一種である請求項７乃至１３に記載の発光装置の製造方法。
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