JP2015026698A - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】従来とは異なる原理により発光色度の補正がなされた発光装置、又は従来とは異なる原理により発光色度の補正が可能な発光装置の製造方法を提供する。
【解決手段】本発明は、可視発光の発光素子(10)と、前記発光素子(10)の光により励起される可視発光の蛍光体(27)と、前記発光素子(10)上であって、前記蛍光体(27)上に又は前記蛍光体(27)を含んで設けられた、透光性の母材(25)を含む透光部材(20)と、前記透光部材(20)の上面に設けられた、前記母材(21)とは屈折率の異なるナノ粒子(30)が凝集してなる被膜(40)と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光装置及びその製造方法に関し、特に発光素子を備える発光装置及びその製造方法に関するものである。
従来、発光ダイオードなどの発光装置として、１次光を発光する発光素子と、その１次光に励起されて１次光とは異なる波長の２次光を発光する蛍光体と、を備えたものがある。また、別の発光装置として、赤色、緑色、青色など発光色の異なる複数の発光素子を備えたものもある。
このような発光装置の製造において、発光素子の発光波長のばらつき、蛍光体の粒径や含有量のばらつき等により、発光色度にばらつきが発生する。そして、発光色度が規定の範囲に入っていない製品は、通常、商品として採用されない。
例えば特許文献１には、発光ダイオード素子を封止するシリコーン樹脂の表面のほぼ全面に、顔料粒子、染料によって着色された粒子、蛍光体粒子のいずれか１つを含む、平均粒径１〜２０μｍの微粒子を、単独で、或いは着色していない微粒子と混合して、付着させることで、発光ダイオード装置の発光色の色補正を行うことが記載されている。
特開２００９−１４１０５１号公報
しかしながら、特許文献１に記載の発光ダイオード装置では、シリコーン樹脂の封止樹脂表面のほぼ全面に付着させる微粒子が、顔料粒子、染料によって着色された粒子、蛍光体粒子のいずれか１つを含むものでなければ、発光色の色補正の効果を発揮しない。
そこで、本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、従来とは異なる原理により発光色度の補正がなされた発光装置、又は従来とは異なる原理により発光色度の補正が可能な発光装置の製造方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の発光装置は、可視発光の発光素子と、前記発光素子の光により励起される可視発光の蛍光体と、前記発光素子上であって、前記蛍光体上に又は前記蛍光体を含んで設けられた、透光性の母材を含む透光部材と、前記透光部材の上面に設けられた、前記母材とは屈折率の異なるナノ粒子が凝集してなる被膜と、を備えることを特徴とする。
また、本発明の別の発光装置は、発光色の異なる複数の発光素子と、前記複数の発光素子上に設けられた、透光性の母材を含む透光部材と、前記透光部材の上面に設けられた、前記母材とは屈折率の異なるナノ粒子が凝集してなる被膜と、を備えることを特徴とする。
さらに、本発明の発光装置の製造方法は、可視発光の発光素子と、前記発光素子の光により励起される可視発光の蛍光体と、前記発光素子上であって、前記蛍光体上に又は前記蛍光体を含んで設けられた、透光性の母材を含む透光部材と、を備える発光装置の製造方法であって、前記透光部材の上面に、前記母材とは屈折率の異なるナノ粒子が凝集してなる被膜を形成する工程を具備することを特徴とする。
また、本発明の別の発光装置の製造方法は、発光色の異なる複数の発光素子と、前記複数の発光素子上に設けられた、透光性の母材を含む透光部材と、を備える発光装置の製造方法であって、前記透光部材の上面に、前記母材とは屈折率の異なるナノ粒子が凝集してなる被膜を形成する工程を具備することを特徴とする。
本発明の発光装置によれば、発光色度が好適に補正された発光装置を得ることができる。また、本発明の発光装置の製造方法によれば、発光色度を好適に補正可能な発光装置の製造方法を提供することができる。
本発明の一実施の形態に係る発光装置の概略上面図（ａ）と、そのＡ−Ａ断面における概略断面図（ｂ）である。 本発明の一実施の形態に係る発光装置の発光色度の補正の原理を説明する概略図（ａ），（ｂ）である。 本発明の一実施の形態に係る発光装置の製造方法の一例を説明する概略図（ａ），（ｂ）である。 本発明の一実施の形態に係る発光装置の概略断面図である。 本発明の一実施の形態に係る発光装置の概略断面図である。 本発明の一実施の形態に係る発光装置の概略上面図（ａ）と、そのＢ−Ｂ断面における概略断面図（ｂ）である。 本発明の一実施の形態に係る発光装置の概略上面図（ａ）と、そのＣ−Ｃ断面における概略断面図（ｂ）である。
以下、発明の実施の形態について適宜図面を参照して説明する。但し、以下に説明する発光装置及びその製造方法は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、特定的な記載がない限り、本発明を以下のものに限定しない。また、一の実施の形態、実施例において説明する内容は、他の実施の形態、実施例にも適用可能である。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張していることがある。
＜実施の形態１＞
図１（ａ）は、実施の形態１に係る発光装置の概略上面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ断面を示す概略断面図である。図１に示すように、発光装置１００は、発光素子１０と、透光部材２０と、被膜４０と、を備えている。また、発光装置１００は、発光素子１０が実装される実装基体５０を備えている。実装基体５０は、包囲体７０を含む。発光素子１０は、可視発光である。透光部材２０は、透光性の母材２５を含む。透光部材２０は、蛍光体２７を含み、発光素子１０上に設けられている。蛍光体２７は、発光素子１０の光により励起される、可視発光のものである。被膜４０は、透光部材２０の上面に設けられている。被膜４０は、透光部材の母材２５とは屈折率の異なるナノ粒子３０が凝集してなっている。
より詳細には、実装基体５０は、正負一対のリードフレームが、樹脂成形体である包囲体７０によって一体的に保持されてなるパッケージである。発光素子１０は、包囲体７０の凹部内に収容されている。発光素子１０は、一方のリードフレーム上に接着され、両方のリードフレームとワイヤで接続されている。透光部材２０は、包囲体７０の凹部に充填されて、発光素子１０を被覆している。透光部材の母材２５は、硬化樹脂である。
なお、「ナノ粒子」とは、例えば、粒径が１ｎｍ以上１００ｎｍ以下の粒子である、と定義することができる。また、粒子の「粒径」は、平均粒径又は中心粒径で定義することができる。より詳細には、一次粒子径は顕微鏡観察やＢＥＴ法など、二次粒子径は動的光散乱法、拡散法、回折法などにより測定することができる。
このような構成を有する発光装置１００は、以下に説明する原理により、発光色度が好適に補正されたものである。
図２（ａ），（ｂ）は其々、実施の形態１に係る発光装置の発光色度の補正の原理を説明する概略図である。まず、図２（ａ）に示すように、被膜４０の屈折率ｎ４０が透光部材の母材２５の屈折率ｎ２５より大きい場合、被膜４０と空気の界面における１次光Ｌ１の反射光成分は、透光部材の母材２５と空気の界面におけるそれよりも増大する。そして、その透光部材２０中に戻った１次光Ｌ１の反射光成分の一部は、蛍光体２７によって２次光Ｌ２に変換される。１次光Ｌ１より波長の長い２次光Ｌ２は、１次光Ｌ１に比べて被膜４０を透過しやすい。したがって、発光装置１００から発せられる光は、１次光Ｌ１に対して２次光Ｌ２の割合が相対的に増え、発光色度を長波長側に補正することができる。一方、図２（ｂ）に示すように、被膜４０の屈折率ｎ４０が透光部材の母材２５の屈折率ｎ２５より小さい場合、被膜４０と空気の界面における１次光Ｌ１の反射光成分は、透光部材の母材２５と空気の界面におけるそれよりも減少する。それにより、被膜４０を透過する１次光Ｌ１の割合が増大し、１次光Ｌ１の蛍光体２７による２次光Ｌ２への変換が減少する。したがって、発光装置１００から発せられる光は、２次光Ｌ２に対して１次光Ｌ１の割合が相対的に増え、発光色度を短波長側に補正することができる。
なお、被膜４０がナノ粒子３０により構成されることで、被膜４０の透光部材２０上面への高い密着性が得られ、また粒子による光の反射や散乱を抑え、高い光の取り出し効率を維持することができる。
図３（ａ），（ｂ）は其々、実施の形態１に係る発光装置の製造方法の一例を説明する概略図である。発光装置１００の製造方法は、透光部材２０の上面に、透光部材の母材２５とは屈折率の異なるナノ粒子が凝集してなる被膜４０を形成する工程（被膜形成工程）を具備する。なお、発光装置仕掛品９９とは、発光装置１００を製造する過程の途中段階にあるものであって、例えば発光素子１０の封止工程（本実施形態では発光素子１０上への透光部材２０の形成）を終えた段階のものが挙げられる。
被膜形成工程では、例えば、図３（ａ）に示すように、ナノ粒子３０を揮発性の液体又は樹脂に分散させた分散液９０に、透光部材２０の上面を浸漬することにより、被膜４０を形成することができる。これにより、透光部材２０の上面に被膜４０を簡便に形成することができ、発光装置１００の発光色度の補正を量産性良く行うことができる。なお、ここで分散液９０に浸漬するのは、少なくとも透光部材２０の上面であればよいが、図示するように、発光装置仕掛品９９の全体を分散液９０に浸漬してもよい。また、発光装置１００が発光素子１０及び透光部材２０の周囲を包囲する包囲体７０を備える場合、分散液９０に包囲体７０を浸漬することが好ましい。これにより、被膜４０を包囲体７０上にも設けることができる。
また、被膜形成工程では、例えば、図３（ｂ）に示すように、ナノ粒子３０を揮発性の液体又は樹脂に分散させた分散液９０を透光部材２０の上面に塗布することにより、被膜４０を形成することができる。これにより、透光部材２０の上面に被膜４０を制御性良く形成することができ、発光装置１００の発光色度の補正を精度良く行うことができる。分散液９０を透光部材２０の上面に塗布する具体的な方法としては、ディスペンサによるポッティング、インクジェット又はスプレーによる吹き付け、刷毛又はスポンジによる塗布などが挙げられる。
なお、ナノ粒子３０を樹脂に分散させる場合、この樹脂は、導電部材（リードフレーム、配線、突起電極など）の導電性を阻害しない程度の量であることが好ましい。また、発光装置１００が発光素子１０及び透光部材２０の周囲を包囲する包囲体７０を備える場合、分散液９０を包囲体７０にも塗布することが好ましい。これにより、被膜４０を包囲体７０上にも設けることができる。
被膜４０は、透光部材２０を発光素子１０上に設けた後に形成することが好ましい。これにより、発光装置１００全体（発光する要素の複合体）としての発光色度を調整しやすく、発光色度の補正を簡便に行うことができる。また逆に、被膜４０は、透光部材２０を発光素子１０上に設ける前に形成してもよい。この場合には、被膜４０を透光部材２０に対して個別に形成するので、発光装置１００の意図しない部位への被膜４０の形成を避けることができる。
被膜４０を形成する工程以前に、透光部材２０から発光される光の色度を測定する工程（発光色度予備測定工程）を具備することが好ましい。これにより、発光装置１００の発光色度を所望の値に補正しやすい。さらに、発光装置１００、特に被膜４０及び透光部材２０、のナノ粒子３０の含有量は、（発光色度予備測定工程において）測定された色度と、所望の色度と、の差に基づいて決定されることが好ましい。これにより、発光装置１００の発光色度を精度良く補正することができる。なお、発光装置１００のナノ粒子３０の含有量は、分散液９０に浸漬する場合は分散液９０の濃度及び／又は浸漬時間など、分散液９０を塗布する場合は分散液９０の濃度及び／又は塗布回数など、により制御することができる。
以下、発光装置１００の好ましい形態について説明する。
図１に示すように、発光装置１００において、ナノ粒子３０が透光部材の母材２５中に含浸している。より詳細には、ナノ粒子３０は、透光部材の母材２５中の上面側に含浸している。このような構成は、例えば、ナノ粒子３０を透光部材２０の上面側から母材２５中に含浸させることで得られる。この透光部材の母材２５中にあるナノ粒子３０により、被膜４０による発光色度の補正機能を補うことができる。これは、ナノ粒子３０の存在によって、光の散乱がなされること、及び／又は透光部材２０の実効的な屈折率が変化することによるものと考えることができる。
ナノ粒子３０の粒径は、発光素子１０（発光素子が複数ある場合は、そのうちの少なくとも１つ）からの光（１次光）をレイリー散乱させ得る粒径であってもよい。具体的には、ナノ粒子３０のレイリー散乱させ得る粒径とは、例えば光の波長の１／１０以下の粒径として定義することができる。光は、波長が短いほど、粒子により散乱されやすい傾向がある。すなわち、波長の比較的短い発光素子からの１次光は粒子により散乱されやすく、波長の比較的長い蛍光体からの２次光は粒子を透過しやすい。特に、ナノ粒子３０の粒径がレイリー散乱させ得る粒径である場合には、その傾向が顕著に現れる。したがって、その場合には、選択的に、短波長の光はナノ粒子３０により散乱させ、長波長の光はナノ粒子３０を通過させる、といった制御が可能になる。特に、ナノ粒子３０の屈折率が透光部材の母材２５の屈折率より高い場合には、ナノ粒子３０による光の散乱強度を高めることができる。そして、それにより、発光装置１００の発光色度の補正量を増大させることができる。
ナノ粒子３０の屈折率が透光部材の母材２５の屈折率より大きい場合には、上述のように、被膜４０の屈折率が透光部材の母材２５の屈折率より大きくなり、発光装置１００の発光色度を長波長側に補正することができる。この場合、ナノ粒子３０は、例えば酸化チタンを用いることができる。逆に、ナノ粒子３０の屈折率が透光部材の母材２５の屈折率より小さい場合には、上述のように、被膜４０の屈折率が透光部材の母材２５の屈折率より小さくなり、発光装置１００の発光色度を短波長側に補正することができる。また、透光部材２０と空気層との間の屈折率の変化を緩やかにして光の取り出し効率を高め、光束を高めることができる。この場合、ナノ粒子３０は、例えば酸化ケイ素を用いることができる。
図１に示すように、発光装置１００は、発光素子１０が実装される実装基体５０を備えている。実装基体５０は、銀含有膜６０を表面に有している。そして、透光部材２０は、銀含有膜６０を被覆している。このように、被膜４０が透光部材２０の上面に設けられていることにより、硫黄含有ガス等の腐食性ガスが透光部材２０を透過することを抑制し、銀含有膜６０の変色を抑制することができる。特に、透光部材の母材２５中の上面側にナノ粒子３０が含浸している場合には、透光部材２０のガスバリア性が高められるので、より好ましい。
図１に示すように、発光装置１００は、発光素子１０及び透光部材２０の周囲を包囲する包囲体７０を備えている。そして、被膜４０は、包囲体７０上にも設けられている。これにより、被膜４０が包囲体７０の保護膜として機能し、包囲体７０の変色などの劣化を抑制することができる。
発光装置１００の発光色度の補正量は、被膜４０及び透光部材２０のナノ粒子３０の含有量に依存しており、好ましくはほぼ比例関係にある。通常、製品となる発光装置の発光色度は、各発光装置間の発光色度の差が小さくなる又はなくなるように補正される。このため、被膜４０及び透光部材２０のナノ粒子３０の含有量は、当該発光装置１００の発光色度の補正量に依存していることが好ましい。
＜実施の形態２＞
図４は、実施の形態２に係る発光装置の概略断面図である。図４に示すように、発光装置２００は、発光素子１１と、透光部材２１と、被膜４０と、を備えている。発光装置２００は、発光素子１１が実装される実装基体を備えていない。発光装置２００は、所謂、チップ・サイズ・パッケージ（ＣＳＰ）などと呼ばれるものである。発光装置２００は、発光素子１１を包囲する包囲体７１を含む。包囲体７１は、発光素子１１の側方と下方に接して設けられている。また、発光装置２００は、発光素子１１に接続された突起電極８０を備えている。発光素子１１は、可視発光である。透光部材２１は、透光性の母材２５を含む。透光部材２１は、蛍光体２７を含み、発光素子１１上に設けられている。蛍光体２７は、発光素子１１の光により励起される、可視発光のものである。被膜４０は、透光部材２１の上面に設けられている。被膜４０は、透光部材の母材２５とは屈折率の異なるナノ粒子３０が凝集してなっている。
より詳細には、発光素子１１は、基板を有しておらず、主として半導体の素子構造の薄膜により構成されているが、基板を有するものでもよい。発光素子１１は、その下方に正負の突起電極８０が接続されている。包囲体７１は、樹脂成形体であって、発光素子１１と突起電極８０を一体的に被覆している。包囲体７１は、その上面が発光素子１１の上面と略同一面であり、その下面が突起電極８０の下面と略同一面である。透光部材２１は、板状又は薄膜状であって、発光素子１１の上面と包囲体７１の上面を被覆している。透光部材の母材２５は、硬化樹脂である。透光部材２１の側面と包囲体７１の側面は略同一面であって、この側面にも被膜４０が設けられている。
このような構成を有する発光装置２００もまた、被膜４０により、発光色度が好適に補正されたものである。その発光色度の補正の原理は、実施の形態１で説明したものと同様である。また、発光装置２００における被膜４０は、実施の形態１で説明した工程により形成することができる。
＜実施の形態３＞
図５は、実施の形態３に係る発光装置の概略断面図である。図５に示すように、発光装置２５０は、発光素子１２と、透光部材２１と、被膜４０と、を備えている。発光装置２５０は、発光素子１２が実装される実装基体、及び包囲体を備えていない。発光装置２５０もまた、所謂、チップ・サイズ・パッケージ（ＣＳＰ）などと呼ばれるものである。また、発光装置２５０は、発光素子１２に接続された突起電極８０を備えている。発光素子１２は、可視発光である。透光部材２１は、透光性の母材２５を含む。透光部材２１は、蛍光体２７を含み、発光素子１２上に設けられている。蛍光体２７は、発光素子１２の光により励起される、可視発光のものである。被膜４０は、透光部材２１の上面に設けられている。被膜４０は、透光部材の母材２５とは屈折率の異なるナノ粒子３０が凝集してなっている。
より詳細には、発光素子１２は、導電性の基板を有し、その上方に半導体の素子構造を有している。また、発光素子１２は、素子構造の上方に正負のいずれか一方の極性の突起電極８０が接続されている。透光部材２１は、板状又は薄膜状であって、発光素子１２の上面を被覆している。透光部材の母材２５は、硬化樹脂である。透光部材２１の上面は、突起電極８０の上面と略同一面である。発光素子１２と透光部材２１の側面は略同一面であって、この側面にも被膜４０が設けられている。
このような構成を有する発光装置２５０もまた、被膜４０により、発光色度が好適に補正されたものである。その発光色度の補正の原理は、実施の形態１で説明したものと同様である。また、発光装置２５０における被膜４０は、実施の形態１で説明した工程により形成することができる。
図５に示すように、発光装置２５０において、被膜４０は、発光素子１２を被覆している。これにより、被膜４０が発光素子１２の保護膜として機能し、半導体の端面の劣化を抑制することができる。
＜実施の形態４＞
図６（ａ）は、実施の形態４に係る発光装置の概略上面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）におけるＢ−Ｂ断面を示す概略断面図である。図６に示すように、発光装置３００は、発光素子１３と、透光部材２２と、被膜４０と、を備えている。また、発光装置３００は、発光素子１３が実装される実装基体５１を備えている。発光素子１３は、可視発光である。発光素子１３上には、蛍光体２８が設けられている。透光部材２２は、透光性の母材２５を含む。透光部材２２は、発光素子１０上であり且つ蛍光体２８上に設けられている。蛍光体２８は、発光素子１３の光により励起される、可視発光のものである。被膜４０は、透光部材２２の上面に設けられている。被膜４０は、透光部材の母材２５とは屈折率の異なるナノ粒子３０が凝集してなっている。
より詳細には、実装基体５０は、基板と配線を有する配線基板である。発光素子１３は、正負の電極が各々実装基体５０の上面の配線に導電性の接着剤で接着されている。蛍光体２８は、樹脂に配合されていてもよいし、樹脂が含浸していてもよい。透光部材２２は、発光素子１３と蛍光体２８の上方及び側方を覆って、実装基体５０の上面に設けられている。透光部材２２は、上面が凸面に形成された凸状部と、凸状部の周囲に延在する上面が略平坦な薄膜部と、を有する。透光部材の母材２５は、硬化樹脂である。透光部材２２は、蛍光体を実質的に含んでいないが、蛍光体を含ませてもよい。
このような構成を有する発光装置３００もまた、被膜４０により、発光色度が好適に補正されたものである。その発光色度の補正の原理は、実施の形態１で説明したものと同様である。また、発光装置３００における被膜４０は、実施の形態１で説明した工程により形成することができる。
＜実施の形態５＞
図７（ａ）は、実施の形態５に係る発光装置の概略上面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）におけるＣ−Ｃ断面を示す概略断面図である。図７に示すように、発光装置４００は、複数の発光素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃと、透光部材２３と、被膜４０と、を備えている。また、発光装置４００は、複数の発光素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃが実装される実装基体５２を備えている。実装基体５２は、包囲体７２を含む。複数の発光素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃは其々、発光色が異なっている。透光部材２３は、透光性の母材２５を含む。透光部材２３は、複数の発光素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃ上に設けられている。被膜４０は、透光部材２３の上面に設けられている。被膜４０は、透光部材の母材２５とは屈折率の異なるナノ粒子３０が凝集してなっている。
より詳細には、実装基体５２は、正負一対のリードフレームが３組、樹脂成形体である包囲体７２によって一体的に保持されてなるパッケージである。複数の発光素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃは、包囲体７２の凹部内に収容されている。発光素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃは其々、１組のリードフレームにおける、一方のリードフレーム上に接着され、両方のリードフレームとワイヤで接続されている。透光部材２３は、包囲体７２の凹部に充填されて、複数の発光素子１４ａ，１４ｂ，１４ｃを被覆している。透光部材の母材２５は、硬化樹脂である。
このような構成を有する発光装置４００もまた、被膜４０により、発光色度が好適に補正されたものである。また、発光装置４００における被膜４０は、実施の形態１で説明した工程により形成することができる。
本実施の形態の発光装置４００の発光色度の補正の原理は、例えば以下のように説明することができる。通常、光の媒質の屈折率の変化は、（例えば可視波長域において）短波長側のほうが長波長側より大きい。言い換えれば、光は、長波長側よりも短波長側において、屈折率の変化の影響を受けやすい。このため、被膜４０の屈折率が透光部材の母材２５の屈折率より大きい場合、被膜４０と空気の界面における１次光の反射光成分は、透光部材の母材２５と空気の界面におけるそれよりも増大するが、この増大幅は長波長側よりも短波長側のほうが大きい。したがって、この場合、発光装置４００から発せられる光は、短波長の１次光に対して長波長の１次光の割合が相対的に増え、発光色度を長波長側に補正することができる。逆に、被膜４０の屈折率が透光部材の母材２５の屈折率より小さい場合、被膜４０と空気の界面における１次光の反射光成分は、透光部材の母材２５と空気の界面におけるそれよりも減少するが、この減少幅は長波長側よりも短波長側のほうが大きい。したがって、この場合、発光装置４００から発せられる光は、長波長の１次光に対して短波長の１次光の割合が相対的に増え、発光色度を短波長側に補正することができる。
なお、図示する例の発光装置４００においては、透光部材２３は、蛍光体を実質的に含有していない。但し、本実施の形態の発光装置においても、透光部材に蛍光体を含有させることができる。その場合には、本実施の形態５と実施の形態１の中間的な発光装置として、各実施の形態において記述した事項の組み合わせにて考えることができる。
以下、本発明の発光装置及びその製造方法における各構成要素について説明する。
（発光素子１０，１１，１２，１３，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）
発光素子は、発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）素子や半導体レーザ（Laser Diode：ＬＤ）素子などの半導体発光素子を用いることができる。発光素子の上面視形状は、四角形、特に正方形又は長手／短手方向を有する矩形であることが好ましいが、その他の形状であってもよい。発光素子の側面は、上面に対して、略垂直であってもよいし、内側又は外側に傾斜していてもよい。発光素子の厚さは、例えば０．０２ｍｍ以上１ｍｍ以下であり、発光素子の強度や発光装置の厚さの観点において、０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることが好ましい。発光素子は、種々の半導体で構成される素子構造と、正負一対の電極と、が設けられているものであればよい。特に、蛍光体を効率良く励起可能な窒化物半導体（ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）の発光素子が好ましい。このほか、緑色〜赤色発光のガリウム砒素系、ガリウム燐系半導体の発光素子でもよい。白色系発光の発光装置とする場合には、蛍光体から出射される波長変換光との混色関係を考慮すると、発光素子の発光波長は４００ｎｍ以上５３０ｎｍ以下であることが好ましく、４２０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下であることがより好ましい。発光素子は、通常、素子構造が設けられる基板を有している。基板は、素子構造を構成する半導体の結晶を成長可能な結晶成長用基板であってもよいし、結晶成長用基板から分離した素子構造に接合させる接合用基板であってもよい。結晶成長用基板の母材としては、サファイア、スピネル、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、シリコン、炭化珪素、ガリウム砒素、ガリウム燐、インジウム燐、硫化亜鉛、酸化亜鉛、セレン化亜鉛、ダイヤモンドなどが挙げられる。接合用基板の母材としては、シリコン、炭化珪素、窒化アルミニウム、銅、銅−タングステンなどが挙げられる。但し、基板は省略することもできる。正負一対の電極が同一面側に設けられている発光素子の場合、その実装形態は、各電極がワイヤで実装基体の導電部材と接続されるフェイスアップ実装でもよいし、各電極が導電性接着剤で実装基体の導電部材と接続されるフェイスダウン（フリップチップ）実装でもよい。正負一対の電極が互いに反対の面に各々設けられている対向電極構造の発光素子の場合、下面電極が導電性接着剤で実装基体の導電部材に接続され、上面電極がワイヤで実装基体の導電部材と接続される。発光素子の実装面側に、銀やアルミニウムなどの金属層や誘電体反射膜が設けられることで、光の取り出し効率を高めることができる。１つの発光装置に実装される発光素子の個数は１つでも複数でもよく、その大きさや形状、発光波長も任意に選べばよい。例えば、１つの発光装置に、赤色、緑色、青色発光の発光素子が実装されてもよい。複数の発光素子は、不規則に配置されてもよいが、行列や同心円状など規則的又は周期的に配置されることで、好ましい配光が得られやすい。また、複数の発光素子は、実装基体の導電部材やワイヤにより直列又は並列に接続できる。
（透光部材２０，２１，２２，２３）
透光部材は、発光素子上に設けられ、発光素子及び／又は蛍光体からの光を透過させる部材である。透光部材は、少なくとも透光性の母材を含むものであり、その母材中に蛍光体を含むものでもよい。透光部材は、発光素子に接して設けられてもよいし、発光素子から離間して設けられてもよい。透光部材は、例えば、封止部材の形態や、板状又は各種レンズ状の窓部材であってよい。
（母材２５）
透光部材の母材は、熱硬化性樹脂を用いるのが好ましい。特に、ガラス転移温度が室温以下のものであれば、常温で軟質であり、ナノ粒子を透光部材の内部へ含浸させやすい。透光部材の母材は、トリアジン誘導体エポキシ樹脂を含むエポキシ樹脂、若しくは軟質又は硬質のシリコーン樹脂、硬質シリコーンレジン、エポキシ変性シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂の単独又は２種類以上の組成物よりなるケイ素含有樹脂等を用いるのが好ましい。但し、その他のエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、フッ素樹脂でもよい。
（蛍光体２７，２８）
蛍光体は、発光素子から出射される１次光の少なくとも一部を吸収して、１次光とは異なる波長の２次光を出射する。これにより、可視波長の１次光及び２次光の混色光（例えば白色系）を出射する発光装置とすることができる。蛍光体は、例えば、ユーロピウム、セリウム等のランタノイド系元素で主に賦活される窒化物系蛍光体・酸窒化物系蛍光体、より具体的には、ユーロピウムで賦活されたα又はβサイアロン型蛍光体、各種アルカリ土類金属窒化シリケート蛍光体、ユーロピウム等のランタノイド系元素、マンガン等の遷移金属系元素により主に賦活されるアルカリ土類金属ハロゲンアパタイト蛍光体、アルカリ土類のハロシリケート蛍光体、アルカリ土類金属シリケート蛍光体、アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体、アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体、アルカリ土類金属ケイ酸塩、アルカリ土類金属硫化物、アルカリ土類金属チオガレート、アルカリ土類金属窒化ケイ素、ゲルマン酸塩、セリウム等のランタノイド系元素で主に賦活される希土類アルミン酸塩、希土類ケイ酸塩又はユーロピウム等のランタノイド系元素で主に賦活される有機物及び有機錯体等が挙げられる。また、上記以外でも同様の性能、効果を有する蛍光体を使用することができる。なお、蛍光体は、実装基体の凹部底面側又は発光素子側に偏在していてもよいし、凹部内において分散していてもよい。
（ナノ粒子３０，被膜４０）
ナノ粒子は、酸化ケイ素（シリカ）、酸化アルミニウム（アルミナ）、窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化アンチモン、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化カルシウム、ホウ酸、ホウ酸亜鉛、酸化セリウム、酸化インジウム、酸化錫、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、硫酸バリウム、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム、ケイ酸カルシウム、チタン酸バリウム、ダイヤモンド、タルク、カオリン、マイカ、粘土鉱物、金、銀などが好ましい。高屈折率材料を用いることで発光色度を長波長へシフトさせやすく、例として酸化チタンが好ましい。また、低屈折率材料を用いることで発光色度を短波長へシフトさせやすく、また光束も上がりやすく、例として酸化ケイ素が好ましい。ナノ粒子は、これらに限定されず、また必要であれば他の種類の材料を併用することもできる。ナノ粒子の形状は、球状、多面体状、針状、板状などが挙げられる。針状や板状のナノ粒子であれば、透光部材のガスバリア性を高めやすい。
（実装基体５０，銀含有膜６０）
実装基体は、発光素子が載置される台座となる部材である。実装基体は、主として、発光素子に電力を供給するための導電部材と、この導電部材を保持する母材と、により構成される。実装基体は、例えば、リードフレームと成形体を含むパッケージの形態や、基板と配線を含む配線基板の形態が挙げられる。また、実装基体は、成形体を成形後に鍍金などにより配線を設けたり、予め配線を設けた薄板を積層したり、することでも作製することができる。実装基体は、凹部（カップ部）を備えた形態のほか、凹部（側壁）を備えない平板状の形態でもよい。凹部を有するものは装置前方への光度を高めやすく、平板状のものは発光素子を実装しやすい。実装基体の素子載置面の形状は、例えば矩形状、多角形状、トラック形状（矩形の両側に半円形が付いたような形状）、円形状、楕円形状などが挙げられる。また、実装基体の素子載置面は、例えば発光素子が載置される部位の近隣など、一部が幅広に形成されてもよい。
リードフレームの母材としては、銅、鉄、ニッケル、パラジウム、タングステン、クロム、アルミニウム、銀、金、チタン又はそれらの合金が挙げられる。特に、放熱性の観点においては銅又は銅合金、発光素子との接合信頼性においては鉄又は鉄合金が好ましい。なかでも、銅又は鉄入り銅は、放熱性が高く、好ましい。リードフレームは、これらの金属板にプレスやエッチングなどの加工を施すことで作製することができる。また、リードフレームの表面には、銀、ニッケル、パラジウム、プラチナ、錫、金、銅、ロジウム、又はこれらの合金、若しくは酸化銀や銀合金の酸化物などの被膜が形成されていてもよい。特に、リードフレームの発光素子が接合される部位の表面が銀で被覆されていてもよい。これらの被膜は、鍍金、蒸着、スパッタ、印刷、塗布などにより形成することができる。
成形体の母材は、脂肪族ポリアミド樹脂、半芳香族ポリアミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリシクロヘキサンテレフタレート、液晶ポリマー、ポリカーボネート樹脂、シンジオタクチックポリスチレン、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリアリレート樹脂などの熱可塑性樹脂、ポリビスマレイミドトリアジン樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、シリコーン変性樹脂、シリコーン変成樹脂、ポリイミド樹脂、ポリウレタン樹脂、などの熱硬化性樹脂が挙げられる。また、これらの母材中に、充填剤又は着色顔料として、ガラス、シリカ、酸化チタン、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、珪酸カルシウム、珪酸マグネシウム、ワラストナイト、マイカ、酸化亜鉛、チタン酸バリウム、チタン酸カリウム、ホウ酸アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、炭化ケイ素、酸化アンチモン、スズ酸亜鉛、ホウ酸亜鉛、酸化鉄、酸化クロム、酸化マンガン、カーボンブラックなどの粒子又は繊維を混入させることができる。このほか、成形体は、ガラス、セラミックスなどで形成することもできる。成形体の成形方法としては、インサート成形、射出成形、押出成形、トランスファ成形などを用いることができる。
配線は、基板の少なくとも上面に形成され、基板の内部、下面や側面にも形成されていてもよい。また、配線は、発光素子が接合されるランド（ダイパッド）部、外部接続用の端子部、これらを接続する引き出し配線部などを有するものでもよい。配線の材料としては、銅、ニッケル、パラジウム、タングステン、クロム、チタン、アルミニウム、銀、金又はそれらの合金が挙げられる。特に、放熱性の観点においては銅又は銅合金が好ましい。配線の表面には、銀、プラチナ、錫、金、銅、ロジウム、又はこれらの合金、若しくは酸化銀や銀合金の酸化物などの被膜が形成されていてもよい。特に、配線の発光素子が接合される部位の表面が銀で被覆されていてもよい。これらの配線や被膜は、コファイア法、ポストファイア法、鍍金、蒸着、スパッタ、印刷、塗布などにより形成することができる。
基板は、その母材が電気的絶縁性のものでもよいし、導電性の母材であっても、絶縁膜などを介することで配線と電気的に絶縁させることができる。基板の母材としては、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化ジルコニウム、酸化チタン、窒化チタン又はこれらの混合物を含むセラミックスや、銅、鉄、ニッケル、クロム、アルミニウム、銀、金、チタン又はこれらの合金を含む金属や、エポキシ樹脂、ＢＴレジン、ポリイミド樹脂などの樹脂又はこれらの繊維強化樹脂（強化材はガラスやアルミナなど）が挙げられる。可撓性基板（フレキシブル基板）でもよい。母材の樹脂には、発光素子からの光を効率良く反射させるために、酸化チタンなどの白色顔料を配合してもよい。
（包囲体７０，７１）
包囲体は、発光素子の周囲（側方）を包囲する部材である。包囲体は、パッケージの成形体の形態、発光素子を直接的に被覆する被覆部材の形態、及び配線基板上に設けられる枠体の形態などがある。包囲体は、上述の成形体と同様の材料を用いて構成することができる。特に、包囲体は、例えば白色の樹脂など、光反射性の樹脂で構成されることが好ましい。
（突起電極８０）
突起電極は、発光素子の電極と電気的に接続されており、外部回路と接続するための外部接続用電極である。突起電極としては、例えばバンプとも呼ばれるものが挙げられる。突起電極は、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｇ又はこれらの金属を含む合金の単層膜、又はこれらの多層膜を用いることができる。Ａｕは、電気抵抗及び接触抵抗が低く好ましいが、安価なＳｎとの合金であるＡｕＳｎ合金を用いてもよい。突起電極は、単層構造の場合、前記した材料の線材を用いて、ワイヤボンダにより形成することができる。また、突起電極は、単層構造又は多層構造の場合、電解メッキや無電解メッキなどのメッキ処理により形成することもできる。
（分散液９０）
ナノ粒子を分散させる液体は、例えば、エタノール、イソプロピルアルコール、トルエン、ヘキサン、プロパノール、石油ベンジン、ガソリン、キシレン、ベンゼン、四塩化炭素、１，１，１−トリクロロエタン、１，２−ジクロロエチレン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、ジクロロメタン、クロロホルム、メタノール、エチルエーテル、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、二硫化炭素、アセトニトリル、ジエチルアミン、ニトロベンゼン、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、Ｎ−メチルピロリドンなどが好ましい。特に、透光部材の母材を膨潤させる作用のある液体を用いることで、ナノ粒子を透光部材の母材の内部に含浸させやすい。
以下、本発明に係る実施例について詳述する。なお、本発明は以下に示す実施例のみに限定されないことは言うまでもない。
＜実施例１＞
実施例１の発光装置は、図１に示す例の構造を有する、外形が縦（実装時の厚さ）０．８ｍｍ、横２．８ｍｍ、厚さ１．０ｍｍの側面発光型でＳＭＤ式のＬＥＤである。
実装基体は、２つのリードフレームと、それを一体的に保持する樹脂成形体の包囲体と、を有し、その上面の略中央に、縦０．６６ｍｍ、横２．２ｍｍ、深さ０．３ｍｍの凹部を備えたパッケージである。２つのリードフレームは、表面に銀の鍍金が施された銅合金製であって、その一部が凹部底面を構成し、且つ包囲体の外に延出している。包囲体は、酸化チタンとワラストナイトを含有するポリフタルアミド樹脂により形成されている。
発光素子は、サファイア基板上に、窒化物半導体のｎ型層、活性層、ｐ型層が順次積層された、青色（中心波長約４６０ｎｍ）発光可能な、縦０．３ｍｍ、横０．７ｍｍ、厚さ０．１ｍｍの略直方体の発光ダイオードチップである。発光素子の電極は、上面（半導体層）側に設けられ、ボンディング用のパッド電極と、そのパッド電極から延伸した延伸電極と、を備えている。この発光素子は、実装基体の凹部内において、一方（負極側）のリードフレーム上に透光性シリコーン樹脂である接着剤で接着され、その各パッド電極が金のワイヤにより正負両極のリードフレームと各々接続されている。
透光部材は、実装基体の凹部内に、発光素子及びワイヤを被覆するように充填されている。透光部材の上面は、包囲体の上面と略同一面（硬化収縮により若干の凹面）となっている。透光部材は、波長５８９ｎｍにおける屈折率が１．５２である軟質のシリコーン樹脂を母材とし、その中にＹＡＧ：Ｃｅの蛍光体を含有するものである。蛍光体は、透光部材の母材中において、発光素子の上方及び周囲に分散している。
そして、透光部材の上面には、波長５８９ｎｍにおける屈折率が２．６２、中心粒径３６ｎｍの酸化チタンのナノ粒子が凝集してなる、膜厚５０ｎｍ〜１μｍの被膜が設けられている。また、この被膜は、実装基体上にも設けられている。この被膜は、トルエンである溶媒にナノ粒子を分散させた分散液（ナノ粒子の濃度０．１〜０．４ｗｔ％）に発光装置仕掛品を１０秒程度浸漬させた後、乾燥させることにより、形成したものである。
＜実施例２＞
実施例２の発光装置は、ナノ粒子を波長５８９ｎｍにおける屈折率が１．４６、中心粒径２５ｎｍの酸化ケイ素とすること以外、実施例１の発光装置と同様に作製されたものである。
＜評価１＞
実施例１の発光装置は、被膜形成前後の比較において、発光色度がイエローシフトし、光束維持率が９９％であることを確認できる。また、実施例２の発光装置は、被膜形成前後の比較において、発光色度がブルーシフトし、光束維持率が１０１％であることを確認できる。
＜評価２＞
実施例１，２の発光装置をＩＰＡに浸漬し、よく振り、溶剤で洗い流して、粒子の脱落が起きるかを確認する試験においては、実施例１，２の発光装置の外観に変化は無く、発光色度の変化も無いことから、粒子の脱落は殆ど無いことを確認できる。さらに、実施例１，２の発光装置を容器に１００個程度入れ、よく振って発光装置同士を接触させ、物理的な外力により、粒子の脱落が起こるかを確認する試験においても、実施例１，２の発光装置の外観に変化は無く、発光色度の変化も無いことから、粒子の脱落は殆ど無いことを確認できる。
＜評価３＞
実施例１，２の発光装置の耐硫化性を確認する試験においては、被膜を形成していない発光装置に比べて、光束の低下が少なく、耐硫化性に効果があることを確認できる。
本発明に係る発光装置は、液晶ディスプレイのバックライト光源、各種照明器具、大型ディスプレイ、広告や行き先案内等の各種表示装置、さらには、デジタルビデオカメラ、ファクシミリ、コピー機、スキャナ等における画像読取装置、プロジェクタ装置などに利用することができる。
１０，１１，１２，１３，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ…発光素子
２０，２１，２２，２３…透光部材
２５…母材
２７，２８…蛍光体
３０…ナノ粒子
４０…被膜
５０，５１，５２…実装基体
６０…銀含有膜
７０，７１，７２…包囲体
８０…突起電極
９０…分散液
９９…発光装置仕掛品
１００，２００，２５０，３００，４００…発光装置

Claims (16)

  1. 可視発光の発光素子と、
    前記発光素子の光により励起される可視発光の蛍光体と、
    前記発光素子上であって、前記蛍光体上に又は前記蛍光体を含んで設けられた、透光性の母材を含む透光部材と、
    前記透光部材の上面に設けられた、前記母材とは屈折率の異なるナノ粒子が凝集してなる被膜と、を備える発光装置。
  2. 発光色の異なる複数の発光素子と、
    前記複数の発光素子上に設けられた、透光性の母材を含む透光部材と、
    前記透光部材の上面に設けられた、前記母材とは屈折率の異なるナノ粒子が凝集してなる被膜と、を備える発光装置。
  3. 前記ナノ粒子が前記母材中に含浸している請求項１又は２に記載の発光装置。
  4. 前記ナノ粒子の粒径は、少なくとも１つの前記発光素子からの光をレイリー散乱させ得る粒径である請求項１乃至３のいずれか一項記載の発光装置。
  5. 前記ナノ粒子の屈折率は、前記母材の屈折率より大きい請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発光装置。
  6. 前記ナノ粒子の屈折率は、前記母材の屈折率より小さい請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発光装置。
  7. 前記発光装置は、前記発光素子が実装される実装基体を備え、
    前記実装基体は、銀含有膜を表面に有し、
    前記透光部材は、前記銀含有膜を被覆している請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発光装置。
  8. 前記発光装置は、前記発光素子及び前記透光部材の周囲を包囲する包囲体を備え、
    前記被膜は、前記包囲体上にも設けられている請求項１乃至７のいずれか一項に記載の発光装置。
  9. 前記被膜は、前記発光素子を被覆している請求項１乃至８のいずれか一項に記載の発光装置。
  10. 前記被膜及び前記透光部材の前記ナノ粒子の含有量は、当該発光装置の発光色度の補正量に依存している請求項１乃至９のいずれか一項に記載の発光装置。
  11. 可視発光の発光素子と、
    前記発光素子の光により励起される可視発光の蛍光体と、
    前記発光素子上であって、前記蛍光体上に又は前記蛍光体を含んで設けられた、透光性の母材を含む透光部材と、を備える発光装置の製造方法であって、
    前記透光部材の上面に、前記母材とは屈折率の異なるナノ粒子が凝集してなる被膜を形成する工程を具備する発光装置の製造方法。
  12. 発光色の異なる複数の発光素子と、前記複数の発光素子上に設けられた、透光性の母材を含む透光部材と、を備える発光装置の製造方法であって、
    前記透光部材の上面に、前記母材とは屈折率の異なるナノ粒子が凝集してなる被膜を形成する工程を具備する発光装置の製造方法。
  13. 前記ナノ粒子を揮発性の液体又は樹脂に分散させた分散液に、前記透光部材の上面を浸漬すること、又は前記分散液を前記透光部材の上面に塗布すること、により、前記被膜を形成する請求項１１又は１２に記載の発光装置の製造方法。
  14. 前記透光部材を前記発光素子上に設けた後に、前記被膜を形成する請求項１３に記載の発光装置の製造方法。
  15. 前記発光装置は、前記発光素子及び前記透光部材の周囲を包囲する包囲体を備え、
    前記分散液に前記包囲体を浸漬する、又は前記分散液を前記包囲体にも塗布する請求項１４に記載の発光装置の製造方法。
  16. 前記被膜を形成する工程以前に、前記透光部材から発光される光の色度を測定する工程を具備し、
    前記発光装置の前記ナノ粒子の含有量は、前記測定された色度と、所望の色度と、の差に基づいて決定される請求項１１乃至１５のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法。
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