JP4114331B2

JP4114331B2 - 発光装置

Info

Publication number: JP4114331B2
Application number: JP2001182543A
Authority: JP
Inventors: 修山中; 光博苗代
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2001-06-15
Filing date: 2001-06-15
Publication date: 2008-07-09
Anticipated expiration: 2021-06-15
Also published as: US20030122482A1; US6841933B2; JP2002374006A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は発光装置に関する。詳しくは、紫外領域の光を発光する発光素子と蛍光体とを組み合わせた発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発光素子と、発光素子の光により励起されて蛍光を発する蛍光体とを組み合わせることにより、発光素子本来の発光色と異なる色の発光をする発光装置が知られている。特に、紫外領域の光を発光可能な発光素子が開発されたことに伴い、かかる発光素子が放出する高エネルギーの光を蛍光体の励起に利用し、高輝度の光を発光可能な発光装置の開発が試みられている。
紫外領域の光を発光する発光素子と蛍光体とを組み合わせた発光装置として、例えば特開２０００−２０８８１８号に開示されるものがある。当該公報には、紫外領域の光を発光する発光素子を、有機系蛍光体を分散させたシリコーン樹脂で封止した構成の発光装置が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
紫外領域の光を利用する場合には、発光素子を封止する部材の光劣化を特に考慮する必要がある。上記公報に記載の発光装置では、紫外領域の光に対して劣化し難い材料であるシリコーン樹脂を封止部材として採用して封止部材の光劣化を防止している。
しかしながら、シリコーン樹脂は発光素子の封止部材として一般的なエポキシ樹脂に比較して軟らかい材料であり、外部衝撃に対する耐久性は低い。そのため、発光装置の耐衝撃性、耐久性を低下させることとなる。
一方、上記の発光装置では有機系蛍光体を用いているが、一般に有機系蛍光体は光の変換効率が高いと考えられる反面、酸素などとの反応性が高く、酸化劣化等し易い。従って、上記の発光装置のように有機系蛍光体を封止部材に一様に分散させた場合には、一部の蛍光体が外部に露出し、酸化による劣化の問題が生ずる。蛍光体の劣化は発光装置の輝度の低下及び発光色の変化を引き起こす。特に、発光素子から蛍光体の励起に利用される紫外領域の光に加えて可視領域の光が放出され、かかる光と蛍光体の蛍光とが混色されて外部放射される場合等では、蛍光体が劣化することにより色バランスが崩れ、外部放射光の発光色の変化が顕著となる。
ここで、有機系蛍光体を分散させたシリコーン樹脂の周りをエポキシ樹脂で被覆して外部衝撃に対する強度の向上及び有機系蛍光体の酸化劣化の防止を図ることも可能であるが、この場合にはシリコーン樹脂の表面に露出した蛍光体とエポキシ樹脂とが反応し、蛍光体の劣化に起因する輝度の低下、発光色の変化などの問題が再び浮上する。
また、一般に有機系蛍光体はその性状から無機系の蛍光体に比較して添加量の調整が困難であり、発光色の揃った発光装置を製造することは難しい。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、以上の課題を解決すべく鋭意検討した結果、以下の構成に想到した。即ち、本発明は、
主発光ピーク波長が４５０ｎｍ以下の発光素子と、
前記発光素子の光放出側を被覆する封止部材と、
有機系蛍光体を含有し、前記封止部材に添加されているシリコーン部材と、
を備える発光装置である。
【０００５】
かかる構成では、有機系蛍光体がシリコーンに含有された状態で封止部材に添加されるため、封止部材としてエポキシ樹脂などの耐衝撃性に優れた材料を採用できる。従って、高い耐衝撃性及び耐久性を有する発光装置を構成することが可能となる。また、有機系蛍光体を含有したシリコーン部材を封止部材が被覆した状態となるので、有機系蛍光体が外部に晒されることによる蛍光体の劣化が可及的に抑えられる。さらに、封止部材中に有機系蛍光体が存在することとなるもののシリコーン部材に含有された状態にあるため、封止部材と有機系蛍光体とが反応することが抑えられ、かかる反応による蛍光体の劣化も抑制される。このように、外部環境及び封止部材による蛍光体の劣化を防止することができ、発光色の経時的変化の少ない発光装置となる。
更には、有機系蛍光体をシリコーン部材に含有させた状態とすることにより、ハンドリング性が向上し、蛍光体添加量の調整が容易となる。従って、品質（発光色）の揃った発光素子を製造することが可能となる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
発光素子は、その主発光ピーク波長が５００ｎｍ以下の波長領域にあるものが用いられる。即ち、青色系〜紫外領域の光を発光する発光素子が用いられる。好ましくは、主発光ピーク波長が４５０ｎｍ以下の発光素子が用いられる。例えば、主発光ピーク波長が３６０ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲にある発光素子、３６０〜４１０ｎｍの範囲にある発光素子などを用いることができる。さらに好ましくは、主発光ピーク波長が３６０ｎｍ〜４００ｎｍの範囲にある発光素子を採用することができる。以上の波長領域の光は、後述の蛍光体を高効率で励起、発光させることが可能である。もちろん、上記波長領域とは異なる波長領域に一又は二以上の発光ピーク波長を併せ持つ発光素子を採用することもできる。さらには、上記波長領域内に複数の発光ピークを有する発光素子を採用してもよい。例えば、紫外領域の光の他、可視領域の光をも発光する発光素子を用いれば、紫外領域の光を蛍光体の励起に利用する一方で、可視領域の光を外部放射光の光の一部として利用することができる。このようにすれば、発光装置からは蛍光体の蛍光と発光素子から放出される可視光とが混合された光が外部放射される。例えば、紫外光と青色光とを発光可能な発光素子を採用し、併せて紫外光により緑色系、赤色系などの蛍光を発する蛍光体を組み合わせれば、様々な発光色の発光装置を構成することができる。
発光素子の選択においては、後述の蛍光体（有機系及び無機系）の励起ピーク及び蛍光色、並びに発光装置全体から発光される光の色が考慮される。
発光素子を複数用いることもできる。この場合、発光波長（発光色）の異なる発光素子を用いることができ、これにより発光装置全体の発光色を変化、調整することが可能である。
【０００７】
発光素子の形成材料は特に限定されるものではない。III族窒化物系化合物半導体層を備える発光素子、即ち、III族窒化物系化合物半導体発光素子を好適に用いることができる。III族窒化物系化合物半導体は、一般式としてＡｌ_ＸＧａ_ＹＩｎ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）で表され、ＡｌＮ、ＧａＮ及びＩｎＮのいわゆる２元系、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ、Ａｌ_ｘＩｎ_１−ｘＮ及びＧａ_ｘＩｎ_１−ｘＮ（以上において０＜ｘ＜１）のいわゆる３元系を包含する。III族元素の一部をボロン（Ｂ）、タリウム（Ｔｌ）等で置換しても良く、また、窒素（Ｎ）の一部もリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等で置換できる。発光素子の素子機能部分は上記２元系若しくは３元系のIII族窒化物系化合物半導体より構成することが好ましい。
【０００８】
III族窒化物系化合物半導体は任意のドーパントを含むものであっても良い。ｎ型不純物として、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ等を用いることができる。ｐ型不純物として、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等を用いることができる。なお、ｐ型不純物をドープした後にIII族窒化物系化合物半導体を電子線照射、プラズマ照射若しくは炉による加熱にさらすことができる。
III族窒化物系化合物半導体は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）のほか、周知の分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）、ハライド系気相成長法（ＨＶＰＥ法）、スパッタ法、イオンプレーティング法、電子シャワー法等によっても形成することができる。
【０００９】
III族窒化物系化合物半導体層を成長させる基板の材質はIII族窒化物系化合物半導体層を成長させられるものであれば特に限定されないが、例えば、サファイア、スピネル、シリコン、炭化シリコン、酸化亜鉛、リン化ガリウム、ヒ化ガリウム、酸化マグネシウム、酸化マンガン、III族窒化物系化合物半導体単結晶などを基板の材料として挙げることができる。中でも、サファイア基板を用いることが好ましく、サファイア基板のａ面を利用することが更に好ましい。
【００１０】
封止部材には、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、シリコーンゴム、シリコーンエラストマー、尿素樹脂、又はガラス等が用いられる。これらの材料は、単独で用いられるのは勿論のこと、これらの中から任意に選択される二種以上の材料を用いることもできる。中でも、取り扱い易さや汎用性などの観点からエポキシ樹脂を用いることが好ましい。また、シリコーン樹脂、シリコーンゴム、又はシリコーンエラストマーを採用する場合には、その表面（外部露出面）に耐衝撃性の高い材料によるコーティングなどを施すことが好ましい。例えば、封止部材の表面に成型したエポキシ樹脂などを被せることができる。
【００１１】
封止部材は、発光素子の光放出側を被覆するように配置される。従って、発光素子から放出された光は封止部材を通って外部放射されることとなる。発光素子と封止部材との間に、封止部材と異なる材料からなる層を設けることができる。例えば、シリコーン樹脂を発光素子の表面に塗布し、その上にエポキシ樹脂等からなる封止部材を形成することができる。
封止部材に光拡散剤を添加することもできる。光拡散剤を用いることにより封止部材内での光の拡散が促進される。従って、発光素子の光を効率的に蛍光体に照射できる。また、発光素子が可視光も発光する場合や、複数の蛍光体を用いる場合等では、発光素子からの可視光、各蛍光体からの蛍光等の混色を促進でき、発光ムラの低減が図られる。光拡散剤としては、酸化チタン、窒化チタン、窒化タンタル、酸化アルミニウム、酸化珪素、チタン酸バリウム等を用いることができる。さらに、封止部材に着色剤を添加することもできる。着色剤は、有機系蛍光体自体などが特有の色を示すことを防止するために用いられる。
【００１２】
封止部材には、有機系蛍光体を含有するシリコーン部材が添加されている。用いられる有機系蛍光体の種類は、発光素子の光により励起し蛍光を発するものであれば特に限定されない。有機系蛍光体としては、以下のものを採用することができる。例えば、1，4−ビス（２−メチルスチリル）ベンゼン（Ｂｉｓ−ＭＳＢ）、トランス−４，４’−ジフェニルスチルベン（ＤＰＳ）等のスチルベン系色素、及び７−ヒドロキシ−４−メチルクマリン（クマリン４）等のクマリン系色素、ＢＯＱＰ、ＰＢＢＯ、ＢＯＴ、ＰＯＰＯＰ等を用いることができる。これらの蛍光体は青色系の発光色を有する。また、ＤＰＯＴ、ブリリアントサルフォフラビンＦＦ（brilliantsulfoflavine FF）、ベーシックイエローＨＧ（basic yellow HG）、SINLOIHI COLOR FZ-5005（シンロイヒ社製）などを用いることもできる。これらの蛍光体は黄色系〜緑色系の蛍光色を有する。また、黄色系〜赤色系の蛍光体である、エオシン（eosine）、ローダミン６Ｇ（rhodamine 6G）、ローダミンＢ（rhodamine B）、NKP-8303（日本蛍光化学社製）などを用いることもできる。また、ＴＢ（ＥＤＴＡ）ＳＳＡ、ＥｕＴＴＡなどを例えばメチルメタクリレートに溶解、重合固化しポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）としたものを用いることもできる。
尚、複数種類の有機系蛍光体を組み合わせて用いることもできる。この場合には、複数種類の有機系蛍光体を混ぜ合わせてシリコーン部材に含有させても、又は各有機系蛍光体をそれぞれ異なるシリコーン部材に含有させてもよい。
【００１３】
シリコーンとしては、シリコーン樹脂、シリコーンゴム、又はシリコーンエラストマーを用いることができる。中でも、シリコーン樹脂を用いることが好ましい。
【００１４】
有機系蛍光体を含有するシリコーン部材は、例えば硬化後のシリコーンに有機系蛍光体を含浸させることにより、又は硬化前のシリコーンに有機系蛍光体を混ぜ込むことにより調製することができる。前者の場合には、予めシリコーンを適当な形状、大きさに成型し、得られたシリコーン成型体の表面から有機系蛍光体を含浸させる。例えば、有機系蛍光体を溶解した溶液にシリコーン成型体を一定時間浸漬する。一方、後者の場合には、硬化前のシリコーンに有機系蛍光体を混ぜ合わせた後、シリコーンを適当な形状、大きさになるように硬化させる。
シリコーン部材の形状、大きさは特に限定されないが、ハンドリング性を考慮すれば球状（ボール状）、直径１〜５０μｍの大きさとすることが好ましい。大きさに関しては、直径１〜１０μｍとすることが更に好ましい。ここで、一般的な無機蛍光体の大きさが数μｍであるので、上記範囲の大きさのシリコーン部材とすればこれを無機蛍光体と同様に取り扱うことが可能となる。このことは、シリコーン部材の添加量、即ち有機系蛍光体の添加量の調整が容易になることはもちろんのこと、後述のように無機系蛍光体を併せて用いた場合において有機系蛍光体と無機系蛍光体の各添加量の調整が容易になることを意味する。
【００１５】
有機系蛍光体を含有したシリコーン部材は、封止部材内に一様に分散した状態、又は一部の領域に局在した状態で添加される。シリコーン部材を発光素子側に局在させることにより、発光素子からの光を効率的に有機系蛍光体に照射することが可能である。発光素子側に局在して添加するには、例えば、シリコーン部材を分散させた少量の封止部材で発光素子の表面（光放出側）をコーティングし、その上にシリコーン部材を含まない封止部材を積層する。ここで、シリコーン部材の添加量の異なる封止部材を複数用意しこれらを順に積層することにより、シリコーン部材添加量（即ち、有機系蛍光体添加量）が発光素子側から遠ざかるに従って徐変するようにしてもよい。更には、種類の異なる有機系蛍光体を含有したシリコーン部材が添加された封止部材を複数用意し、これらを順に積層することもできる。
【００１６】
有機系蛍光体に加えて無機系蛍光体を用いることができる。無機系蛍光体は、上記の封止部材に添加した状態で用いることができる。また、異なる封止部材を用意し、これに添加した状態で用いてもよい。例えば、複数の蛍光体を用い、これらの蛍光を混合して外部放射させる場合において、特定の蛍光色について有機系蛍光体よりも無機系蛍光体を用いた場合の方が効率的な蛍光が得られるときには、当該特定の蛍光色について無機系蛍光体を用いることが好ましい。例えば、赤色系の有機系蛍光体と、緑色系〜青色系の無機系蛍光体とを組み合わせて用いることができる。蛍光色に応じて励起効率のよい適切な蛍光体を採用することにより発光素子の光を効率的に利用でき、発光装置の輝度を向上することができる。
無機系蛍光体としては、以下のものを採用することができる。例えば、赤色系の発光色を有する６ＭｇＯ・Ａｓ_２Ｏ_５：Ｍｎ^４＋、Ｙ（ＰＶ）Ｏ_４：Ｅｕ、ＣａＬａ_０．１Ｅｕ_０．９Ｇａ_３Ｏ_７、ＢａＹ_０．９Ｓｍ_０．１Ｇａ_３Ｏ_７、Ｃａ（Ｙ_０．５Ｅｕ_０．５）（Ｇａ_０．５Ｉｎ_０．５）_３Ｏ_７、Ｙ_３Ｏ_３：Ｅｕ、ＹＶＯ_４：Ｅｕ、Ｙ_２Ｏ_２：Ｅｕ、３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ_２ＧｅＯ_２：Ｍｎ^４＋、及び（Ｙ・Ｃｄ）ＢＯ_２：Ｅｕ等、青色系の発光色を有する（Ｂａ，Ｃａ，Ｍｇ）_５（ＰＯ_４）_３Ｃｌ：Ｅｕ^２＋、（Ｂａ，Ｍｇ）_２Ａｌ_１６Ｏ_２７：Ｅｕ^２＋、Ｂａ_３ＭｇＳｉ_２Ｏ_８：Ｅｕ^２＋、ＢａＭｇ_２Ａｌ_１６Ｏ_２７：Ｅｕ^２＋、（Ｓｒ，Ｃａ）_１０（ＰＯ_４）_６Ｃｌ_２：Ｅｕ^２＋、（Ｓｒ，Ｃａ）_１０（ＰＯ_４）_６Ｃｌ_２・ｎＢ_２Ｏ_３：Ｅｕ^２＋、Ｓｒ_１０（ＰＯ_４）_６Ｃｌ_２：Ｅｕ^２＋、（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ）_５（ＰＯ_４）_３Ｃｌ：Ｅｕ^２＋、Ｓｒ_２Ｐ_２Ｏ_７：Ｅｕ、Ｓｒ_５（ＰＯ_４）_３Ｃｌ：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）_３（ＰＯ_４）_６Ｃｌ：Ｅｕ、ＳｒＯ・Ｐ_２Ｏ_５・Ｂ_２Ｏ_５：Ｅｕ、（ＢａＣａ）_５（ＰＯ_４）_３Ｃｌ：Ｅｕ、ＳｒＬａ_０．９５Ｔｍ_０．０５Ｇａ_３Ｏ_７、ＺｎＳ：Ａｇ、ＧａＷＯ_４、Ｙ_２ＳｉＯ_６：Ｃｅ、ＺｎＳ：Ａｇ，Ｇａ，Ｃｌ、Ｃａ_２Ｂ_４ＯＣｌ：Ｅｕ^２＋、ＢａＭｇＡｌ_４Ｏ_３：Ｅｕ^２＋、及び一般式（Ｍ１，Ｅｕ）_１０（ＰＯ_４）_６Ｃｌ_２（Ｍ１は、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，及びＢａからなる群から選択される少なくとも１種の元素）で表される蛍光体等、緑色系の発光色を有するＹ_２ＳｉＯ_５：Ｃｅ^３＋，Ｔｂ^３＋、Ｓｒ_２Ｓｉ_３Ｏ_８・２ＳｒＣｌ_２：Ｅｕ、ＢａＭｇ_２Ａｌ_１６Ｏ_２７：Ｅｕ^２＋，Ｍｎ^２＋、ＺｎＳｉＯ_４：Ｍｎ、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４：Ｍｎ、ＬａＰＯ_４：Ｔｂ、ＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ、ＳｒＬａ_０．２Ｔｂ_０．８Ｇａ_３Ｏ_７、ＣａＹ_０．９Ｐｒ_０．１Ｇａ_３Ｏ_７、ＺｎＧｄ_０．８Ｈｏ_０．２Ｇａ_３Ｏ_７、ＳｒＬａ_０．６Ｔｂ_０．４Ａｌ_３Ｏ_７、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ，Ａｌ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｕ，Ａｌ、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４：Ｍｎ、ＺｎＳｉＯ_４：Ｍｎ、ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｕ、（Ｚｎ・Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ、ＺｎＳ：Ｃｕ、ＧｄＯＳ：Ｔｂ、ＬａＯＳ：Ｔｂ、ＹＳｉＯ_４：Ｃｅ・Ｔｂ、ＺｎＧｅＯ_４：Ｍｎ、ＧｅＭｇＡｌＯ：Ｔｂ、ＳｒＧａＳ：Ｅｕ^２＋、ＺｎＳ：Ｃｕ・Ｃｏ、ＭｇＯ・ｎＢ_２Ｏ_３：Ｇｅ，Ｔｂ、ＬａＯＢｒ：Ｔｂ，Ｔｍ、及びＬａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｔｂ等を用いることができる。また、白色系の発光色を有するＹＶＯ_４：Ｄｙ、黄色系の発光色を有するＣａＬｕ_０．５Ｄｙ_０．５Ｇａ_３Ｏ_７を用いることもできる。
【００１７】
上記の封止部材に加えて、第２の封止部材を用いることができる。第２の封止部材は、発光素子と上記封止部材（以下、「第１の封止部材」ともいう）の間に、又は上記封止部材の表面を被覆するように形成される。第２の封止部材の材料としては、第１の封止部材と同様にエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、尿素樹脂、又はガラス等を採用できる。例えば、第１の封止部材をシリコーン樹脂で形成し、第１の封止部材を被覆するようにエポキシ樹脂からなる第２の封止部材を形成する。
第２の封止部材に、蛍光体（有機系、無機系を含む）、光拡散剤、及び／又は着色剤を含有させることもできる。また、第２の封止部材に紫外線吸収剤を含有させることもできる。このようにすれば、蛍光体の励起に利用されない紫外領域の光を第２の封止部材において吸収でき、紫外領域の光が外部放射することを防止できる。紫外線吸収剤としては、例えば２−（２−ハイドロキシ−３，５−ジ−ｔ−ブチルフェニル）−５−クロロベンゾトリアゾール等を用いることができる。
【００１８】
【実施例】
以下実施例により本発明の構成をより詳細に説明する。
（実施例１）
図１は本発明の一の実施例である砲弾型ＬＥＤ１を示す図である。ＬＥＤ１は白色系の発光をし、例えば、導光体と組み合わせて面状光源、線状光源に利用することができ、また、各種表示装置等にも利用することができる。
図２にはＬＥＤ１に使用される発光素子１０の模式断面図が示される。発光素子１０はサファイア基板上に複数のIII族窒化物系化合物半導体層が積層された構成からなり、発光ピーク波長を３８０ｎｍ付近に有する。発光素子１０の各層のスペックは次の通りである。

【００１９】
基板１１の上にはバッファ層１２を介してｎ型不純物してＳｉをドープしたＧａＮからなるｎ型層１３を形成した。ここで、基板１１にはサファイアを用いたが、これに限定されることはなく、サファイア、スピネル、シリコン、炭化シリコン、酸化亜鉛、リン化ガリウム、ヒ化ガリウム、酸化マグネシウム、酸化マンガン、III族窒化物系化合物半導体単結晶等を用いることができる。さらにバッファ層はＡｌＮを用いてＭＯＣＶＤ法で形成されるがこれに限定されることはなく、材料としてはＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮ等を用いることができ、製法としては分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）、ハライド系気相成長法（ＨＶＰＥ法）、スパッタ法、イオンプレーティング法、電子シャワー法等を用いることができる。III族窒化物系化合物半導体を基板として用いた場合は、当該バッファ層を省略することができる。
さらに基板とバッファ層は半導体素子形成後に、必要に応じて、除去することもできる。
ここでｎ型層１３はＧａＮで形成したが、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ若しくはＡｌＩｎＧａＮを用いることができる。
また、ｎ型層１３はｎ型不純物してＳｉをドープしたが、このほかにｎ型不純物として、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ等を用いることもできる。
ｎ型層１３は発光する層を含む層１４側の低電子濃度ｎ-層とバッファ層１２側の高電子濃度ｎ＋層とからなる２層構造とすることができる。
発光する層を含む層１４は量子井戸構造（多重量子井戸構造、若しくは単一量子井戸構造）を含んでいてもよく、また発光素子の構造としてはシングルへテロ型、ダブルへテロ型及びホモ接合型のものなどでもよい。
発光する層を含む層１４はｐ型層１５の側にマグネシウム等のアクセプタをドープしたバンドギャップの広いIII族窒化物系化合物半導体層を含むこともできる。これは発光する層を含む層１４中に注入された電子がｐ型層１５に拡散するのを効果的に防止するためである。
発光する層を含む層１４の上にｐ型不純物としてＭｇをドープしたＧａＮからなるｐ型層１５を形成した。このｐ型層はＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ又はＩｎＡｌＧａＮとすることもできる、また、ｐ型不純物としてはＺｎ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａを用いることもできる。
さらに、ｐ型層１５を発光する層を含む層１４側の低ホール濃度ｐ−層と電極側の高ホール濃度ｐ＋層とからなる２層構造とすることができる。
上記構成の発光ダイオードにおいて、各III族窒化物系化合物半導体層は一般的な条件でＭＯＣＶＤを実行して形成するか、分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）、ハライド系気相成長法（ＨＶＰＥ法）、スパッタ法、イオンプレーティング法、電子シャワー法等の方法で形成することもできる。
【００２０】
ｎ電極１９はＡｌとＶの２層で構成され、ｐ型層１５を形成した後、ｐ型層１５、発光する層を含む層１４、及びｎ型層１３の一部をエッチングにより除去し、蒸着によりｎ型層１３上に形成される。
透光性電極１７は金を含む薄膜であり、ｐ型層１５の上に積層される。ｐ電極１８も金を含む材料で構成されており、蒸着により透光性電極１７の上に形成される。
上記の工程により各半導体層及び各電極を形成した後、各チップの分離工程を行う。
【００２１】
発光する層を含む層１４と基板１１との間、又は基板１１の半導体層が形成されない面に反射層を設けることもできる。反射層を設けることにより、発光する層１４で生じ、基板側に向かった光を効率的に光の取り出し方向への反射することができ、その結果、発光効率の向上が図れる。反射層は、窒化チタン、窒化ジルコニウム、及び窒化タンタルの中から選択される１種類又は２種類以上により形成することができる。また、Ａｌ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｉ等の金属の単体又はこれらの中から任意に選択される２種以上の金属からなる合金を用いて反射層を形成することもできる。
【００２２】
発光素子１０はリードフレーム２０に設けられるカップ状部２５に接着剤を用いてマウントされる。接着剤はエポキシ樹脂の中に銀をフィラーとして混合させた銀ペーストである。かかる銀ペーストを用いることにより発光素子１０からの熱の放散がよくなる。尚、銀ペーストに換えて、透明ペースト、白色ペースト等、他の公知の接着剤を用いてもよい。
【００２３】
発光素子１０のｐ電極１８及びｎ電極１９は、それぞれワイヤ４１及び４０によりリードフレーム３１及び３０にワイヤボンディングされる。
続いて、カップ状部２５にそれぞれ異なる有機系蛍光体を含浸させたシリコーンボール３０、３１、３２を一様に分散させたエポキシ樹脂２７（以下、「蛍光体樹脂層２７」という。）が充填される。シリコーンボール３０、３１、３２には、それぞれ赤色系の有機系蛍光体NKP-8303（日本蛍光化学社製）、緑色系の有機系蛍光体SINLOIHI COLOR FZ-5005（シンロイヒ社製）、青色系の有機系蛍光体1，4−ビス（２−メチルスチリル）ベンゼン（Ｂｉｓ−ＭＳＢ）が含浸されている。シリコーンボール３０、３１、３２は、以下の方法により作製される。まず、液状のシリコーンを直径約５μｍの球状（シリコーンボール）に成型しつつ硬化させる。得られたシリコーンボールを、含浸させたい有機系蛍光体を溶解した溶液に約３時間浸漬する。尚、浸漬時間は含浸効率を考慮して適宜調整される。
【００２４】
エポキシ樹脂に対するシリコーンボール３０、３１、３２の各添加量は、各シリコーンボールに含浸した各有機系蛍光体の量、各有機系蛍光体の蛍光効率、発光装置１の発光色などを考慮して定められる。
本実施例では、赤色系、緑色系、青色系の３種の有機系蛍光体を用いたが、要求される発光色に応じて１種のみ又は２種の有機系蛍光体を用いることもできる。
蛍光体樹脂層２７は、発光素子１０をマウント後、シリコーンボール３０、３１、３２を分散させたエポキシ樹脂をカップ部２５にポッティングすることにより形成される。尚、ポッティングの他、スパッタリング、塗布、又は塗装等により蛍光体樹脂層２７を形成することもできる。
【００２５】
発光素子１０の表面をコーティングするような蛍光体樹脂層を形成してもよい。例えば、シリコーンボール３０、３１、３２を分散させたエポキシ樹脂に発光素子１０をディップしてその表面を蛍光体層でコーティングし、その後発光素子１０をカップ部２５にマウントすることにより、発光素子１０の表面を蛍光体樹脂でコーティングすることができる。尚、上記ディッピングによる他、スパッタリング、塗布、又は塗装等により同様のコーティングを行うことができる。
【００２６】
本実施例では、シリコーンボール３０、３１、３２を分散させる基材としてエポキシ樹脂を用いたがこれに限定されるわけではなく、シリコーン（シリコーン樹脂、シリコーンゴム、又はシリコーンエラストマー）、尿素樹脂、又はガラス等の透明な材料を用いることができる。また、本実施例では、シリコーンボール３０、３１、３２を蛍光体樹脂層２７内に一様に分散させる構成としたが、蛍光体樹脂層２７内でシリコーンボール３０、３１、３２の濃度分布に傾斜を設けることもできる。例えば、シリコーンボール３０、３１、３２の添加濃度の異なるエポキシ樹脂を発光素子１０の上に順に積層する。また、全てのシリコーンボールを一のエポキシ樹脂に分散させて蛍光体層を形成したが、各シリコーンボールを分散させたエポキシ樹脂をそれぞれ用意して、それらをカップ状部２５に別個に滴下することより、異なるシリコーンボールが分散した樹脂が積層してなる蛍光体樹脂層を形成することもできる。
【００２７】
蛍光体樹脂層２７に酸化チタン、窒化チタン、窒化タンタル、酸化アルミニウム、酸化珪素、チタン酸バリウム等からなる拡散剤を含ませることもできる。
【００２８】
発光素子１０、リードフレーム３０、３１の一部、及びワイヤ４０、４１はエポキシ樹脂からなる封止レジン５０により封止される。封止レジン５０の材料は透明であれば特に限定はされないが、エポキシ樹脂をその材料として好適に用いることができる。また、蛍光体樹脂層２７との接着性、屈折率等の観点から、蛍光体樹脂層２７の材料と同じ材料で形成されることが好ましい。
【００２９】
封止レジン５０は、素子構造の保護等の目的で設けられるが、封止レジン５０の形状を目的に応じて変更することにより封止レジン５０にレンズ効果を付与することができる。例えば、図１に示される砲弾型の他、凹レンズ型、又は凸レンズ型等に成形することができる。また、光の取り出し方向（図１において上方）から見て封止レジン５０の形状を円形、楕円形、又は矩形とすることができる。封止レジン５０内にもシリコーンボール３０、３１、３２を分散させることができる。
【００３０】
封止レジン５０内には図示しない拡散剤、及び紫外線吸収剤が分散されている。拡散剤を用いることにより、封止レジン内において光の拡散、混色を促進でき、発光ムラを低減することができる。拡散剤としては、酸化チタン、窒化チタン、窒化タンタル、酸化アルミニウム、酸化珪素、チタン酸バリウム等が用いられる。一方、紫外線吸収剤を用いることにより、蛍光体の励起に利用されなかった紫外線が外部放射されることを防止できる。尚、拡散剤又は紫外線吸収剤のいずれか又は両者を省略することもできる。
【００３１】
図３に示すように、封止レジン５０にシリコーンボール３０、３１、３２を添加することにより蛍光体樹脂層２７を省略することもできる。尚、図３において図１と同一の部材には同一の符号を付してある。この場合においても、上記蛍光体樹脂層２７における場合と同様に、封止レジン５０内においてシリコーンボール３０、３１、３２の濃度分布に傾斜を設けることができる。
【００３２】
以上のように構成されたＬＥＤ１では、発光素子１０から放出される紫外領域の光がシリコーンボール３０、３１、３２に含浸された有機系蛍光体に照射し、各有機系蛍光体を励起、発光させる。その結果、赤色系、緑色系、青色系の蛍光が生ずる。かかる蛍光と、発光素子１０から放出される若干の可視光とが混色して外部放出される。その結果、ＬＥＤ１からは白色系の発光が得られる。
【００３３】
上記発光素子１０に加えて他の発光素子を用いることもできる。他の発光素子としては発光素子１０と発光波長の異なる発光素子が用いられる。かかる他の発光素子を用いることにより、ＬＥＤ１の発光色を変化させ、又は調整することができる。また、発光素子１０を複数個用いて輝度アップを図ることもできる。
【００３４】
（実施例２）
図４は、本発明の他の実施例であるＳＭＤタイプのＬＥＤ３の断面図である。実施例１のＬＥＤ１と同一の部材には同一の符号を付してその説明を省略する。ＬＥＤ３も実施例１と同様に白色系の発光をし、例えば、導光体と組み合わせて面状光源、線状光源に利用することができ、また、各種表示装置等にも利用することができる。
発光素子１０は基板８０に銀ペースト等を用いて固定される。ワイヤ４０及び４１は発光素子１０の各電極を基板８０に設けられた電極８１及び８２にそれぞれ接続する。符号９０は、発光素子の周囲に形成されるリフレクタであって、その表面は鏡面化されている。
【００３５】
基板８０及びリフレクタ９０で形成されるカップ状部分には、蛍光体樹脂層１００及び、封止レジン８５が充填される。蛍光体樹脂層１００は、シリコーンボール３０、３２、及び無機系蛍光体３７を分散したシリコーン樹脂からなる。シリコーンボール３０、３２は、上述のように、それぞれ赤色系の有機系蛍光体及び青色系の蛍光体を含浸させた球状のシリコーン樹脂からなる。無機系蛍光体３７は緑色系のＹ_２ＳｉＯ_５：Ｃｅ^３＋，Ｔｂ^３＋である。蛍光体樹脂層１００は、発光素子１０をマウントした後、ポッティングなどの方法により形成される。封止レジン８５はエポキシ樹脂からなり、蛍光体樹脂層１００を形成した後、蛍光体樹脂層１００と同様の方法により形成される。
【００３６】
以上のように構成されたＬＥＤ３では、発光素子１０から放出された紫外領域の光は蛍光体樹脂層１００を通過する際、シリコーンボール３０、３３に含浸された有機系蛍光体及び無機系蛍光体３７を励起、発光させる。これにより生じた蛍光と発光素子から放出される可視光とが混色し、全体として白色系の光が外部放射されることとなる。
【００３７】
図４のＬＥＤ３では蛍光体樹脂層１００と封止レジン８５とを別個に設けたが、図５に示されるように封止レジン１０１にシリコーンボール３１、３３、及び無機系蛍光体３７を分散させてもよい。尚、図５において図４と同一の部材には同一の符号を付してある。
【００３８】
また、リフレクタ９０を用いないＳＭＤタイプのＬＥＤを構成した例を図６に示す。ＬＥＤ５では、発光素子１０を被覆して断面略矩形の封止レジン１０２が形成される。封止レジン１０２は、シリコーンボール３１、３３、及び無機系蛍光体３７を分散させたエポキシ樹脂からなる。このような封止レジン１０２は、基板上に発光素子１０をマウントした後、所望の型を用いた型成型により形成することができる。また、予め所望の形状に成型した封止レジン１０２を用意しておき、これを発光素子１０を覆うように基板８０に接着させてもよい。
【００３９】
尚、実施例１のＬＥＤ１の場合と同様に、図４のＬＥＤ３の封止レジン８５、図５のＬＥＤ４の蛍光体樹脂層１００及び／又は封止レジン８５、並びに図６のＬＥＤ５の封止レジン１０２に、拡散剤及び紫外線吸収剤のいずれか又は２以上を組み合わせて含有させることができる。
【００４０】
この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図1は、本発明の一の実施例の砲弾型ＬＥＤ１を示す図である。
【図２】図２は、ＬＥＤ１に使用される発光素子１０の概略断面図である。
【図３】図３は、封止レジン５０にシリコーンボールを分散させた例（ＬＥＤ２）を示す図である。
【図４】図４は、本発明の他の実施例であるＳＭＤタイプのＬＥＤ３を示す図である。
【図５】図５は、同じく本発明の他の実施例であるＳＭＤタイプのＬＥＤ４を示す図である。
【図６】図６は、同じく本発明の他の実施例であるＳＭＤタイプのＬＥＤ５を示す図である。
【符号の説明】
１、２砲弾型ＬＥＤ
３、４、５ＳＭＤタイプＬＥＤ
１０発光素子
２７、１００蛍光体樹脂層
３０、３１、３２有機系蛍光体含有シリコーンボール
３７無機系蛍光体
５０、１０１、１０２封止レジン

Claims

主発光ピーク波長が４５０ｎｍ以下のIII族窒化物系化合物半導体発光素子と、
前記発光素子の光放出側を被覆する透明なエポキシ樹脂からなる封止部材と、
前記発光素子から放出される光により励起し発光する有機系蛍光体を含有し、前記封止部材に分散添加されている球状のシリコーン部材と、
を備える発光装置。
前記発光素子の主発光ピーク波長が３６０ｎｍ〜４００ｎｍの範囲にある、ことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記シリコーン部材は、直径が約１〜５０μｍの範囲にある、ことを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
前記シリコーン部材が、硬化後のシリコーン樹脂に有機系蛍光体を含浸させることにより調製される、ことを特徴とする請求項３に記載の発光装置。
前記シリコーン部材が、硬化前のシリコーン樹脂に有機系蛍光体を混ぜ込むことにより調製される、ことを特徴とする請求項３に記載の発光装置。
複数種類の有機系蛍光体が用いられ、該複数種類の有機系蛍光体がそれぞれ異なるシリコーン部材に含有されている、ことを特徴とする請求項４に記載の発光装置。
無機系蛍光体をさらに備える、ことを特徴とする請求項６に記載の発光装置。
前記無機系蛍光体が緑色系の蛍光体である、ことを特徴とする請求項７に記載の発光装置。
前記封止部材を被覆して形成される第２の封止部材をさらに備える、ことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の発光装置。