JP7053980B2 - 発光装置 - Google Patents
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Description
本開示は、発光装置に関する。
発光ダイオード等の半導体発光素子を含む発光装置は、小型で電力効率が良く、球切れ等の心配も少ない。さらに初期駆動特性が優れ、振動やオン・オフ点灯の繰り返しに強いという特徴を有する。このような優れた特性を有するため、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザーダイオード（ＬＤ）などの発光素子を用いた発光装置は、各種の光源として利用されている。特に、照明用途の白色ＬＥＤと呼ばれる発光装置は、蛍光灯に代えて広く使用されるようになってきており、今後さらに市場の拡大が期待される。また、白色ＬＥＤは、一次光源である発光素子（発光ダイオード）と蛍光体との組み合わせにより発光スペクトルが種々選択できることから、近年、高出力、高演色等に加え、各種用途にそれぞれ適した発光スペクトルを有する白色発光の発光モジュールが開発されている。
例えば、特許文献１には、優れた白色の表現を可能にする、例えば、商業施設の照明に適した発光モジュールが開示されている。この発光モジュールは、４４０から４６０ｎｍの範囲内に発光ピークを持つ第１の発光素子と、その発光素子が発する光により励起されて、緑ないし赤色の波長範囲内に発光ピークを持つ光を発する波長変換材料と、４００から４４０ｎｍの範囲内に発光ピークを持つ第２の発光素子と、を有し、クリスプホワイトと呼ばれる白色を鮮やかに見せることができる白色光の発光を可能にしている。第１又は第２の発光素子は支持体上に配置されており、支持体はプリント回路基板により形成されている。また、支持体を反射性にしたり、発光ダイオードを囲む側壁部の内周面を反射性にしたりしている
しかしながら、特許文献１の発光モジュールにおいて、第２の発光素子によりプリント回路基板が変色するおそれがある。このようなプリント回路基板の変色は反射率を低下させて光の取り出し効率を低下させ、発光色を変化させる。このプリント回路基板の変色は、一次光源である第１又は第２の発光素子の高出力化が進むにつれて加速される。
そこで、本実施形態は、長時間使用しても光の取り出し効率の低下及び発光色の変化が少ない発光装置を提供することを目的とする。
本発明に係る一実施形態の発光装置は、ピーク波長が４００ｎｍ以上、４２０ｎｍ以下の第１の光を発光する第１発光素子と、ピーク波長が４２０ｎｍ以上、４７０ｎｍ以下でありかつ前記第１の光のピーク波長より長波長側にある第２の光を発光する第２発光素子と、前記第１の光と前記第２の光とを反射する反射構造体を含んでなる基体と、を備え、前記反射構造体は、光拡散材を含む脂環式エポキシ樹脂組成物が硬化されてなる樹脂硬化物を含み、前記光拡散材は、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、炭酸バリウム、硫酸バリウム、酸化マグネシウム及び炭酸マグネシウムからなる群から選択された少なくとも一種を含む。
本発明に係る一実施形態の発光装置によれば、長時間使用しても発光色の変化が少なく、光取り出し効率が高い発光装置を提供することができる。
以下、図面を参照しながら実施形態の発光装置について説明する。
図１は、実施形態の発光装置の構成を示す概略断面図である。
実施形態の発光装置は、表面実装型の発光装置であり、例えば、凹部１０ａを有する基体１０と、互いに異なるピーク波長の光を発光する第１発光素子４と第２発光素子５とを含む。第１発光素子４は、ピーク波長が４００ｎｍ以上、４２０ｎｍ以下の第１の光を発光する。第２発光素子５は、ピーク波長が４２０ｎｍ以上、４７０ｎｍ以下でありかつ第１の光のピーク波長より長波長側にある第２の光を発光する。基体１０は、導電部材２を含むベース部２０と、ベース部２０の上面の発光素子が実装される実装領域を囲むようにベース部２０上面に設けられた反射構造体１とを含む。ここで実装領域とは凹部１０ａの底面となる領域を指す。反射構造体１は、光拡散材を含む樹脂組成物が硬化されてなる。また、基体１０において、導電部材２は、第１リード２ａと第２リード２ｂとを含み、第１リード２ａと第２リード２ｂとが絶縁分離部３によって絶縁された状態で保持されて、ベース部２０が構成される。反射構造体１は、実装領域に第１リード２ａの表面と第２リード２ｂの表面とが露出するようにベース部２０上面に設けられる。
図１は、実施形態の発光装置の構成を示す概略断面図である。
実施形態の発光装置は、表面実装型の発光装置であり、例えば、凹部１０ａを有する基体１０と、互いに異なるピーク波長の光を発光する第１発光素子４と第２発光素子５とを含む。第１発光素子４は、ピーク波長が４００ｎｍ以上、４２０ｎｍ以下の第１の光を発光する。第２発光素子５は、ピーク波長が４２０ｎｍ以上、４７０ｎｍ以下でありかつ第１の光のピーク波長より長波長側にある第２の光を発光する。基体１０は、導電部材２を含むベース部２０と、ベース部２０の上面の発光素子が実装される実装領域を囲むようにベース部２０上面に設けられた反射構造体１とを含む。ここで実装領域とは凹部１０ａの底面となる領域を指す。反射構造体１は、光拡散材を含む樹脂組成物が硬化されてなる。また、基体１０において、導電部材２は、第１リード２ａと第２リード２ｂとを含み、第１リード２ａと第２リード２ｂとが絶縁分離部３によって絶縁された状態で保持されて、ベース部２０が構成される。反射構造体１は、実装領域に第１リード２ａの表面と第２リード２ｂの表面とが露出するようにベース部２０上面に設けられる。
基体１０の凹部１０ａの底面において、第１リード２ａの露出した表面に第１発光素子４と第２発光素子５が載置される。第１発光素子４と第２発光素子５はそれぞれ、例えば、基板とその基板上にｎ型窒化物半導体層と窒化物半導体からなる活性層とｐ型窒化物半導体層とが積層された半導体積層体と、半導体積層体上に設けられたｎ側電極及びｐ側電極とを含んでなり、そのｎ側電極がワイヤ６によって第１リード２ａに接続され、ｐ側電極がワイヤ６によって第２リード２ｂに接続される。基体１０の凹部１０ａには、第１発光素子４と第２発光素子５とを覆う透光性封止部材７が設けられる。透光性封止部材７は蛍光体８を含んでいても良い。蛍光体８は、粒子状であることが好ましい。発光装置において、凹部１０ａの側面は反射構造体１の表面を含む反射面１ｓである。
発光装置において、第１発光素子４及び第２発光素子５から上方に出射された第１の光と第２の光は発光面から直接出射され、さらに、第１発光素子４及び第２発光素子５から反射面１ｓの方向に出射された第１の光と第２の光は反射面１ｓにより反射されて発光面から出射される。これにより、高い光の取り出し効率が実現される。透光性封止部材７が蛍光体８を含む場合には、第１発光素子４の第１の光と、第２発光素子５の第２の光と、蛍光体８が発する第３の光とが、発光面から直接又は反射面１ｓにより反射された後に出射され、高い光の取り出し効率が得られる。また、実施形態の発光装置は、いずれもピーク波長が４００ｎｍ以上の第１発光素子４と第２発光素子５とを含んで構成されているので、反射構造体１の反射面１ｓに実質的に紫外線が照射されることがなく、反射構造体１を構成する樹脂硬化物の劣化及び変色を抑えることができる。
しかしながら、上記構成において、反射構造体１を構成する樹脂硬化物の種類によっては、第１の光と第２の光により、特に第１の光により樹脂硬化物が劣化又は変色することもある。反射構造体１を構成する樹脂硬化物が劣化すると、ベース部２０との接合部分が剥離したり、ベース部２０との境界部分から水分が侵入したりするということもある。反射構造体１を構成する樹脂硬化物が変色すると反射面１ｓの反射率が低下して光の取り出し効率が低下する。また、反射構造体１に含まれる光拡散材の種類によっては、後述の実施例に示すように、第１の光と第２の光、特に第１の光に対する反射率が十分でないこともある。
そこで、本実施形態の発光装置では、光拡散材１ａを分散された脂環式エポキシ樹脂組成物が硬化されてなる樹脂硬化物１ｂを含むように反射構造体１を構成する。このように反射構造体１が、脂環式エポキシ樹脂組成物が硬化されてなる樹脂硬化物１ｂを含むように構成することにより、反射構造体１の変色を抑えることができ、発光装置を長時間使用した場合であっても発光色の変化を少なくできる。また、反射構造体１を、脂環式エポキシ樹脂組成物が硬化されてなる樹脂硬化物１ｂを含む樹脂構造体により構成することにより、例えば、セラミックパッケージを含んで構成される発光装置に比較して、安価にできる。
尚、反射構造体１を構成する樹脂組成物は、脂環式エポキシ樹脂組成物以外の樹脂組成物を含んでいても良いが、分子内に芳香族成分を有しないものが好ましい。例えば、樹脂硬化物は、芳香族成分が全樹脂組成物中１０ｗｔ％以下であり、５ｗｔ％以下が好ましく、１ｗｔ％以下が特に好ましい。芳香族成分を所定の範囲以下とすることで、熱や光に強い反射構造体１を製造することができる。
尚、反射構造体１を構成する樹脂組成物は、脂環式エポキシ樹脂組成物以外の樹脂組成物を含んでいても良いが、分子内に芳香族成分を有しないものが好ましい。例えば、樹脂硬化物は、芳香族成分が全樹脂組成物中１０ｗｔ％以下であり、５ｗｔ％以下が好ましく、１ｗｔ％以下が特に好ましい。芳香族成分を所定の範囲以下とすることで、熱や光に強い反射構造体１を製造することができる。
また、本実施形態の発光装置では、樹脂硬化物１ｂ中に分散された光拡散材１ａは、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、炭酸バリウム、硫酸バリウム、酸化マグネシウム及び炭酸マグネシウムからなる群から選択された少なくとも一種を含む。これにより、波長が４２０ｎｍ以下の可視光に対する反射構造体１の反射率を高くでき、第１発光素子４が発光するピーク波長が４００ｎｍ以上、４２０ｎｍ以下の第１の光を凹部１０ａの側面により効率良く反射させることができ、第１の光の取り出し効率を高くすることができる。
以上説明したように、本実施形態の発光装置によれば、長時間使用しても発光色の変化が少なく、取り出し効率が高くかつ安価な発光装置を提供することができる。
以下、本実施形態の発光装置に含まれる具体的な構成について説明する。
尚、実施形態の発光装置は、以下の構成に限定されるものではない。
以下、本実施形態の発光装置に含まれる具体的な構成について説明する。
尚、実施形態の発光装置は、以下の構成に限定されるものではない。
実施形態１
実施形態１の発光装置は、（ａ）４００ｎｍ～４２０ｎｍにピーク波長を有する第１の光を発光する第１発光素子４と、（ｂ）４２０ｎｍ～４７０ｎｍにピーク波長を有する第２の光を発光する第２発光素子５と、（ｃ）第１発光素子４が発光する第１の光には励起されにくく、第２発光素子５が発光する第２の光により励起されて黄色の光を発光する蛍光体８と、を含み、該蛍光体８が第２の光の一部により励起されるように構成された発光装置である。
この実施形態１の発光装置は、第１の光と、第２の光と、第２の光の一部により励起された蛍光体８が発光する第３の光と、の混合により例えば白色の光を発する。
第１の光によりほとんど励起されることなく、第２の光によって励起される蛍光体として、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅが挙げられる。ここで第１の光によりほとんど励起されないとは、可視光領域における励起効率において５０％以下のことを意味し、励起効率が０％のことを意味するものではない。
実施形態１の発光装置は、（ａ）４００ｎｍ～４２０ｎｍにピーク波長を有する第１の光を発光する第１発光素子４と、（ｂ）４２０ｎｍ～４７０ｎｍにピーク波長を有する第２の光を発光する第２発光素子５と、（ｃ）第１発光素子４が発光する第１の光には励起されにくく、第２発光素子５が発光する第２の光により励起されて黄色の光を発光する蛍光体８と、を含み、該蛍光体８が第２の光の一部により励起されるように構成された発光装置である。
この実施形態１の発光装置は、第１の光と、第２の光と、第２の光の一部により励起された蛍光体８が発光する第３の光と、の混合により例えば白色の光を発する。
第１の光によりほとんど励起されることなく、第２の光によって励起される蛍光体として、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅが挙げられる。ここで第１の光によりほとんど励起されないとは、可視光領域における励起効率において５０％以下のことを意味し、励起効率が０％のことを意味するものではない。
実施形態１の変形
実施形態１の発光装置では、蛍光体が第２の光の一部により励起されるように構成したが、蛍光体が第２の光の大部分により励起されるように構成しても良い。ここで第２の光の大部分とは、第２の光の８０％以上の光が蛍光体に照射され、励起されることを意味する。蛍光体の励起効率が１００％でないため、蛍光体で反射された第２の光もある。この場合は、第２の光が実質的に外部に放出されることはなく、第１の光と蛍光体が発光する第３の光の混色により例えば発光色が設定される。
また、第２の光の一部又は全部により励起されて第２の光とは異なりかつ互いに発光色が異なる光を発する複数種の蛍光体を含むようにしてもよい。
実施形態１の発光装置では、蛍光体が第２の光の一部により励起されるように構成したが、蛍光体が第２の光の大部分により励起されるように構成しても良い。ここで第２の光の大部分とは、第２の光の８０％以上の光が蛍光体に照射され、励起されることを意味する。蛍光体の励起効率が１００％でないため、蛍光体で反射された第２の光もある。この場合は、第２の光が実質的に外部に放出されることはなく、第１の光と蛍光体が発光する第３の光の混色により例えば発光色が設定される。
また、第２の光の一部又は全部により励起されて第２の光とは異なりかつ互いに発光色が異なる光を発する複数種の蛍光体を含むようにしてもよい。
実施形態２
実施形態２の発光装置は、（ａ）４００ｎｍ～４２０ｎｍにピーク波長を有する第１の光を発光する第１発光素子４と、（ｂ）４２０ｎｍ～４７０ｎｍにピーク波長を有する第２の光を発光する第２発光素子５と、（ｃ）第１発光素子４が発光する第１の光及び第２発光素子５が発光する第２の光により励起されて、第１の光及び第２の光とは異なる色の光を発光する複数種の蛍光体８と、を含み、各蛍光体８がそれぞれ、第１発光素子４が発光する第１の光の一部及び第２発光素子５が発光する第２の光の一部により励起されて発光する。
この実施形態２の発光装置は、蛍光体を励起することなく、若しくは、蛍光体に吸収されることなく、外部に放射される第１の光と、蛍光体を励起することなく、若しくは、蛍光体に吸収されることなく、外部に放射される第２の光と、第１の光の一部及び第２の光の一部により励起された蛍光体がそれぞれ発光する第３の光と、の混合により例えば白色の光を発する。例えば、第３の光は、緑色の光、青色の光、赤色の光のいずれかを発するものを使用することができる。
例えば、
・第１の光及び第２の光により励起されて、緑色に発光する蛍光体としては、（Ｓｉ,Ａｌ）６（Ｎ,Ｏ）８：Ｅｕが挙げられ、
・第１の光及び第２の光により励起されて、青色に発光する蛍光体としては、Ｓｒ４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕが挙げられ、
・第１の光及び第２の光により励起されて、赤色に発光する蛍光体としては、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕが挙げられる。
ここで例示した蛍光体を、第１発光素子４及び第２発光素子５と組み合わせて使用することにより、演色性の良好な白色に発光する発光装置を提供することができる。
実施形態２の発光装置は、（ａ）４００ｎｍ～４２０ｎｍにピーク波長を有する第１の光を発光する第１発光素子４と、（ｂ）４２０ｎｍ～４７０ｎｍにピーク波長を有する第２の光を発光する第２発光素子５と、（ｃ）第１発光素子４が発光する第１の光及び第２発光素子５が発光する第２の光により励起されて、第１の光及び第２の光とは異なる色の光を発光する複数種の蛍光体８と、を含み、各蛍光体８がそれぞれ、第１発光素子４が発光する第１の光の一部及び第２発光素子５が発光する第２の光の一部により励起されて発光する。
この実施形態２の発光装置は、蛍光体を励起することなく、若しくは、蛍光体に吸収されることなく、外部に放射される第１の光と、蛍光体を励起することなく、若しくは、蛍光体に吸収されることなく、外部に放射される第２の光と、第１の光の一部及び第２の光の一部により励起された蛍光体がそれぞれ発光する第３の光と、の混合により例えば白色の光を発する。例えば、第３の光は、緑色の光、青色の光、赤色の光のいずれかを発するものを使用することができる。
例えば、
・第１の光及び第２の光により励起されて、緑色に発光する蛍光体としては、（Ｓｉ,Ａｌ）６（Ｎ,Ｏ）８：Ｅｕが挙げられ、
・第１の光及び第２の光により励起されて、青色に発光する蛍光体としては、Ｓｒ４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕが挙げられ、
・第１の光及び第２の光により励起されて、赤色に発光する蛍光体としては、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕが挙げられる。
ここで例示した蛍光体を、第１発光素子４及び第２発光素子５と組み合わせて使用することにより、演色性の良好な白色に発光する発光装置を提供することができる。
実施形態２の変形
実施形態２の発光装置では、複数種の蛍光体を含むように構成したが、一種類の蛍光体により構成してもよい。
実施形態２の発光装置では、複数種の蛍光体を含むように構成したが、一種類の蛍光体により構成してもよい。
実施形態３
実施形態３の発光装置は、（ａ）４００ｎｍ～４２０ｎｍにピーク波長を有する第１の光を発光する第１発光素子４と、（ｂ）４２０ｎｍ～４７０ｎｍにピーク波長を有する第２の光を発光する第２発光素子５と、（ｃ）第１発光素子４及び第２発光素子５より長波長の光を発光する１種又は２種以上の第３発光素子と、を含み、第１発光素子４の第１の光、第２発光素子５の第２の光及び第３発光素子が発光する光、の混合により、例えば白色の光を発する。
実施形態３の発光装置は、（ａ）４００ｎｍ～４２０ｎｍにピーク波長を有する第１の光を発光する第１発光素子４と、（ｂ）４２０ｎｍ～４７０ｎｍにピーク波長を有する第２の光を発光する第２発光素子５と、（ｃ）第１発光素子４及び第２発光素子５より長波長の光を発光する１種又は２種以上の第３発光素子と、を含み、第１発光素子４の第１の光、第２発光素子５の第２の光及び第３発光素子が発光する光、の混合により、例えば白色の光を発する。
実施形態４
図２は実施形態４の発光装置の構成を示す断面図である。
実施形態４の発光装置は実施形態１と透光性封止部材中の光反射性部材及び蛍光体の配置が異なる以外はほぼ同じである。
透光性封止部材７は、扁平状の光反射性部材９が含有されており、透光性封止部材７の表面付近の光反射性部材９の含有量よりも、基体１０の凹部の底面付近の光反射性部材９の含有量の方が５倍以上多く、１０倍以上が好ましく、特に２０倍以上が好ましい。このように凹部の底面や側面に光反射性部材９が配置されることで基体１０の劣化を抑制することができる。特に扁平状の光反射性部材９を使用することで、第１発光素子４及び第２発光素子５から直接、凹部の底面や側面に照射される光量を少なくすることができる。
図２は実施形態４の発光装置の構成を示す断面図である。
実施形態４の発光装置は実施形態１と透光性封止部材中の光反射性部材及び蛍光体の配置が異なる以外はほぼ同じである。
透光性封止部材７は、扁平状の光反射性部材９が含有されており、透光性封止部材７の表面付近の光反射性部材９の含有量よりも、基体１０の凹部の底面付近の光反射性部材９の含有量の方が５倍以上多く、１０倍以上が好ましく、特に２０倍以上が好ましい。このように凹部の底面や側面に光反射性部材９が配置されることで基体１０の劣化を抑制することができる。特に扁平状の光反射性部材９を使用することで、第１発光素子４及び第２発光素子５から直接、凹部の底面や側面に照射される光量を少なくすることができる。
光反射性部材９は第１発光素子４や第２発光素子５の近傍に配置することが好ましい。第１発光素子４等からの光の強度が高いからである。例えば、透光性封止部材７中における光反射性部材９の濃度の高い部分を凹部の側面付近、底面付近に配置することが好ましい。凹部の上方においては光反射性部材９が配置されていてもよいが、凹部の底面側に比べて劣化が少ないため、光反射性部材９の濃度を小さくすることもできる。
この透光性封止部材７中における光反射性部材９の濃度差をつける場合、例えば、透光性封止部材７よりも比重の大きい光反射性部材９を用い、光反射性部材９を沈降させることもできる。また、光反射性部材９が含有された透光性封止部材７を遠心沈降させることにより強制的に光反射性部材９を凹部の底面側に配置することもできる。
この透光性封止部材７中における光反射性部材９の濃度差をつける場合、例えば、透光性封止部材７よりも比重の大きい光反射性部材９を用い、光反射性部材９を沈降させることもできる。また、光反射性部材９が含有された透光性封止部材７を遠心沈降させることにより強制的に光反射性部材９を凹部の底面側に配置することもできる。
実施形態４では、光反射性部材９のみが透光性封止部材７に含有され、凹部の底面側に配置されていてもよいが、透光性封止部材７に蛍光体８を含有させても良い。透光性封止部材７の表面付近の蛍光体８の含有量よりも、基体１０の凹部の底面付近の蛍光体８の含有量の方が５倍以上多く、１０倍以上が好ましく、特に２０倍以上が好ましい。このように凹部の底面や側面に蛍光体８が配置されることで基体１０の劣化を抑制することができる。
蛍光体８は第１発光素子４や第２発光素子５の近傍に配置することが好ましい。第１発光素子４等からの光の強度が高いからである。例えば、透光性封止部材７中における蛍光体８の濃度の高い部分を凹部の側面付近、底面付近に配置することが好ましい。これにより第１発光素子４、第２発光素子５からの光が基体に直接照射されるのを低減できるとともに、蛍光体に照射される第１発光素子４、第２発光素子５からの光量を多くすることで光変換効率を高めることができる。
蛍光体８は第１発光素子４や第２発光素子５の近傍に配置することが好ましい。第１発光素子４等からの光の強度が高いからである。例えば、透光性封止部材７中における蛍光体８の濃度の高い部分を凹部の側面付近、底面付近に配置することが好ましい。これにより第１発光素子４、第２発光素子５からの光が基体に直接照射されるのを低減できるとともに、蛍光体に照射される第１発光素子４、第２発光素子５からの光量を多くすることで光変換効率を高めることができる。
この透光性封止部材７中における蛍光体８の濃度差をつける場合、例えば、透光性封止部材７よりも比重の大きい蛍光体８を用い、蛍光体８を沈降させることもできる。また、蛍光体８が含有された透光性封止部材７を遠心沈降させることにより強制的に蛍光体８を凹部の底面側に配置することもできる。
蛍光体の比重は光反射性部材９の比重よりも軽く、透光性封止部材７の比重よりも大きいことが好ましい。これにより光反射性部材９を蛍光体８よりも凹部の側面側や底面側に配置することができるからである。特に光反射性部材９や蛍光体８を遠心沈降させる場合、光反射性部材９や蛍光体８が層状となりやすいためである。これにより第１発光素子４、第２発光素子５からの光が蛍光体８に照射されるとともに、第１発光素子４、第２発光素子５及び蛍光体８からの光量の大部分が光反射性部材９に照射され、基体に直接照射される光量を減らすことができる。
蛍光体の比重は光反射性部材９の比重よりも軽く、透光性封止部材７の比重よりも大きいことが好ましい。これにより光反射性部材９を蛍光体８よりも凹部の側面側や底面側に配置することができるからである。特に光反射性部材９や蛍光体８を遠心沈降させる場合、光反射性部材９や蛍光体８が層状となりやすいためである。これにより第１発光素子４、第２発光素子５からの光が蛍光体８に照射されるとともに、第１発光素子４、第２発光素子５及び蛍光体８からの光量の大部分が光反射性部材９に照射され、基体に直接照射される光量を減らすことができる。
実施形態５
図３は実施形態５の発光装置の構成を示す断面図である。
実施形態５の発光装置は実施形態１と透光性封止部材中の光反射性部材及び蛍光体の配置が異なる以外はほぼ同じである。
透光性封止部材７において蛍光体が主に下層、光反射性部材９が主に上層となるように配置する。ここで蛍光体８及び光反射性部材９は同時に遠心沈降又は沈降されるため、２層に明確に分かれるのではなく、一部混合されている状態であり、蛍光体８の層に光反射性部材９が分散されていてもよく、光反射性部材９の層に蛍光体８が分散されていてもよい。ただし蛍光体８に光反射性部材９よりも比重の大きい部材を使用するため、蛍光体８が光反射性部材９よりも下層に配置される。また、光反射性部材９は透光性封止部材７よりも比重の大きい部材を使用する。蛍光体８及び光反射性部材９は遠心沈降又は強制沈降により配置する。
蛍光体８として、ＹＡＧ系蛍光体を使用する。ＹＡＧは３８０ｎｍ～４１０ｎｍあたりの光の大部分を反射する一方、４４０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の光を吸収し、異なる波長の光を放出する。そのため、ＹＡＧ系蛍光体は第１発光素子４からの光の大部分を反射し、第２発光素子５からの光を吸収し、例えば黄色等を発光する。
ここでＹＡＧ系蛍光体を光反射性部材９よりも下側に配置する。光反射性部材９がＹＡＧ系蛍光体よりも下側に配置される場合に比べて、第２発光素子５からの光は先にＹＡＧ系蛍光体に照射されるため、光変換効率が高くなる。またＹＡＧ系蛍光体が基体に近い側に配置されているため、ＹＡＧ系蛍光体で発生した熱が基体に伝わりやすくなり放熱性が高くなる。また、透光性封止部材７の界面で反射された光が光反射性部材９に照射され、光反射性部材９の間をすり抜けた光であってもＹＡＧ系蛍光体で反射されるため、基体に到達する光量を少なくすることができる。
以上の実施形態１～５を含む実施形態の発光装置は、いずれも４００ｎｍ～４２０ｎｍにピーク波長を有する第１の光を発光する第１発光素子４を含むことから、実施形態の発光装置により実現される白色光は、短波長の青色成分を含む。このような短波長の青色成分を含む白色光は、アパレル用途等で好まれる、低い色温度でラグジュラリー感を演出しつつ、ワイシャツ等に含まれる４００ｎｍ付近で励起される白さを際立たせる蛍光増白剤成分も効率的に発光させる照明等に適する光源として利用することもできる。また、異なる発光色の蛍光体を適宜選択して使用する事により、発光素子からの光の発光色と蛍光体による波長変換された光との比率を調整することにより幅広い発光色を実現することができる。
図３は実施形態５の発光装置の構成を示す断面図である。
実施形態５の発光装置は実施形態１と透光性封止部材中の光反射性部材及び蛍光体の配置が異なる以外はほぼ同じである。
透光性封止部材７において蛍光体が主に下層、光反射性部材９が主に上層となるように配置する。ここで蛍光体８及び光反射性部材９は同時に遠心沈降又は沈降されるため、２層に明確に分かれるのではなく、一部混合されている状態であり、蛍光体８の層に光反射性部材９が分散されていてもよく、光反射性部材９の層に蛍光体８が分散されていてもよい。ただし蛍光体８に光反射性部材９よりも比重の大きい部材を使用するため、蛍光体８が光反射性部材９よりも下層に配置される。また、光反射性部材９は透光性封止部材７よりも比重の大きい部材を使用する。蛍光体８及び光反射性部材９は遠心沈降又は強制沈降により配置する。
蛍光体８として、ＹＡＧ系蛍光体を使用する。ＹＡＧは３８０ｎｍ～４１０ｎｍあたりの光の大部分を反射する一方、４４０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の光を吸収し、異なる波長の光を放出する。そのため、ＹＡＧ系蛍光体は第１発光素子４からの光の大部分を反射し、第２発光素子５からの光を吸収し、例えば黄色等を発光する。
ここでＹＡＧ系蛍光体を光反射性部材９よりも下側に配置する。光反射性部材９がＹＡＧ系蛍光体よりも下側に配置される場合に比べて、第２発光素子５からの光は先にＹＡＧ系蛍光体に照射されるため、光変換効率が高くなる。またＹＡＧ系蛍光体が基体に近い側に配置されているため、ＹＡＧ系蛍光体で発生した熱が基体に伝わりやすくなり放熱性が高くなる。また、透光性封止部材７の界面で反射された光が光反射性部材９に照射され、光反射性部材９の間をすり抜けた光であってもＹＡＧ系蛍光体で反射されるため、基体に到達する光量を少なくすることができる。
以上の実施形態１～５を含む実施形態の発光装置は、いずれも４００ｎｍ～４２０ｎｍにピーク波長を有する第１の光を発光する第１発光素子４を含むことから、実施形態の発光装置により実現される白色光は、短波長の青色成分を含む。このような短波長の青色成分を含む白色光は、アパレル用途等で好まれる、低い色温度でラグジュラリー感を演出しつつ、ワイシャツ等に含まれる４００ｎｍ付近で励起される白さを際立たせる蛍光増白剤成分も効率的に発光させる照明等に適する光源として利用することもできる。また、異なる発光色の蛍光体を適宜選択して使用する事により、発光素子からの光の発光色と蛍光体による波長変換された光との比率を調整することにより幅広い発光色を実現することができる。
以上の実施形態の発光装置では、第１発光素子４及び第２発光素子５として、基板上にｎ型窒化物半導体層と窒化物半導体からなる活性層とｐ型窒化物半導体層とが積層された半導体積層体を備え、基板とは反対側の半導体積層体側から光を出射する発光素子を用いた例を示した。
しかしながら、実施形態の発光装置では、第１発光素子４及び第２発光素子５として、基板側から光を出射する発光素子を用いてもよい。
また、実施形態の発光装置では、半導体積層体上に設けられたｎ側電極及びｐ側電極をワイヤ６によって第１リード２ａ及び第２リード２ｂに接続した例を示した。
しかしながら、実施形態の発光装置では、半導体積層体上に設けられたｎ側電極及びｐ側電極をダイボンディングにより第１リード２ａ及び第２リード２ｂに接続してもよい。
しかしながら、実施形態の発光装置では、第１発光素子４及び第２発光素子５として、基板側から光を出射する発光素子を用いてもよい。
また、実施形態の発光装置では、半導体積層体上に設けられたｎ側電極及びｐ側電極をワイヤ６によって第１リード２ａ及び第２リード２ｂに接続した例を示した。
しかしながら、実施形態の発光装置では、半導体積層体上に設けられたｎ側電極及びｐ側電極をダイボンディングにより第１リード２ａ及び第２リード２ｂに接続してもよい。
以下、実施形態の発光装置の各構成部材について詳細に説明する。
１．基体１０
基体１０は、例えば、第１リード２ａ及び第２リード２ｂと、反射構造体１を構成する樹脂との一体成形により作製される。基体１０は、第１リード２ａ及び第２リード２ｂと樹脂との一体成形により作製した場合には、ベース部２０の絶縁分離部３と反射構造体１とは同一の樹脂硬化物からなる。
基体１０は、例えば、第１リード２ａ及び第２リード２ｂと、反射構造体１を構成する樹脂との一体成形により作製される。基体１０は、第１リード２ａ及び第２リード２ｂと樹脂との一体成形により作製した場合には、ベース部２０の絶縁分離部３と反射構造体１とは同一の樹脂硬化物からなる。
（１）反射構造体１
反射構造体１は、光拡散材を含む脂環式エポキシ樹脂組成物が硬化されてなる樹脂硬化物を含む。
（１－１）脂環式エポキシ樹脂組成物
脂環式エポキシ樹脂組成物は、熱硬化性樹脂であり、シクロヘキセンエポキシ化物誘導体、水素化ビスフェノールＡジグリシジルエーテル、ヘキサヒドロフタル酸ジグリシジルエステル等を単独又は２種以上を混合し使用することが好ましく、着色のないものが好ましい。これら脂環式エポキシ樹脂組成物を用いることにより、光劣化を起こしにくい優れた反射構造体１を構成することができる。
反射構造体１は、光拡散材を含む脂環式エポキシ樹脂組成物が硬化されてなる樹脂硬化物を含む。
（１－１）脂環式エポキシ樹脂組成物
脂環式エポキシ樹脂組成物は、熱硬化性樹脂であり、シクロヘキセンエポキシ化物誘導体、水素化ビスフェノールＡジグリシジルエーテル、ヘキサヒドロフタル酸ジグリシジルエステル等を単独又は２種以上を混合し使用することが好ましく、着色のないものが好ましい。これら脂環式エポキシ樹脂組成物を用いることにより、光劣化を起こしにくい優れた反射構造体１を構成することができる。
特に、３，４エポキシシクロヘキシルメチル－３′，４′エポキシシクロヘキシルカルボキシレートに代表されるシクロヘキセンエポキシ化物誘導体を主体に、ヘキサヒドロフタル酸ジグリシジルエステルや、水素化ビスフェノールＡジグリシジルエーテルなどのシクロヘキサン誘導体とエピクロルヒドリンよりなるエポキシ樹脂を必要に応じて混合した脂環式エポキシ樹脂組成物を用いることが好ましい。また、ビスフェノールＡジグリシジエーテルよりなる液状又は固形のエポキシ樹脂なども必要に応じ混合することができる。
また、硬化剤である酸無水物として、例えば、プロピオン酸無水物、無水コハク酸、１，２－シクロヘキサンジカルボン酸無水物、３－メチル－１，２シクロヘキサンジカルボン酸無水物、４－メチル－１，２シクロヘキサンジカルボン酸無水物、無水フタル酸、４，４’－ビ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、メチルヘキサヒドロ無水フタル酸、トリアルキルテトラヒドロ無水フタル酸、水素化メチルナジック酸無水物などを用いることができる。また、ジカルボン酸として、例えば、４，４’－ビフェニルジカルボン酸、２，２’－ビフェニルジカルボン酸、シュウ酸、コハク酸、アジピン酸、１，６－ヘキサンジカルボン酸、１，２－シクロヘキサンジカルボン酸、１，３－シクロヘキサンジカルボン酸、１，４－シクロヘキサンジカルボン酸、ｏ－フタル酸、ｍ－フタル酸、ｐ－フタル酸などを用いることができる。これらの硬化剤は、単独もしくは、必要に応じ、混合して使用してもよい。硬化剤に酸無水物を用いることにより４００ｎｍ以上４４０ｎｍ付近の光による反射構造体の劣化を抑制することができる。
硬化触媒としては、２－メチルイミダゾール、２－エチル－４－メチルイミダゾール、等のイミダゾール類、２，４，６－トリス（ジメチルアミノメチル）フェノール、ベンジルジメチルアミン等のアミン類、トリフェニルホスフィン、トリブチルホスフィン等の有機リン化合物、トリフェニルエチルホスフォニウムブロマイド等に代表されるハロゲン化トリフェニルモノアルキルホスフォニウム、テトラブチルホスホニウムＯ,Ｏ'-ジエチルジチオホスフェート等の第４級ホスフォニウム塩、４級アンモニウム塩、有機金属塩類、およびこれらの誘導体などが挙げられる。これらの硬化剤は、単独もしくは、必要に応じ、混合して使用してもよい。
反射構造体１は、トランスファ・モールド、射出成形等、特に制限なく種々の成形方法により成形することができるが、複雑な形状の成形体を成形することができるトランスファ・モールドにより成形することが好ましい。トランスファ・モールドによれば、凹部、特に、複雑な形状の凹部を持つ基体を容易に一体成形により作製することができる。
（１－２）光拡散材１ａ
反射構造体１はまた、樹脂硬化物１ｂに分散された光拡散材１ａを含む。
光拡散材１ａは、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、炭酸バリウム、硫酸バリウム、酸化マグネシウム及び炭酸マグネシウムからなる群から選択された少なくとも一種を含み、特に、酸化ジルコニウム及び酸化イットリウムの少なくとも１種を含むことが好ましい。汎用的なＬＥＤ発光装置に光拡散材として酸化チタンが一般的に使用される。これは、酸化チタンが可視光領域において高い反射率を有していることによる。しかしながら、酸化チタンは、４００ｎｍ～４２０ｎｍの波長域の光に対する反射率が十分でない。
反射構造体１はまた、樹脂硬化物１ｂに分散された光拡散材１ａを含む。
光拡散材１ａは、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、炭酸バリウム、硫酸バリウム、酸化マグネシウム及び炭酸マグネシウムからなる群から選択された少なくとも一種を含み、特に、酸化ジルコニウム及び酸化イットリウムの少なくとも１種を含むことが好ましい。汎用的なＬＥＤ発光装置に光拡散材として酸化チタンが一般的に使用される。これは、酸化チタンが可視光領域において高い反射率を有していることによる。しかしながら、酸化チタンは、４００ｎｍ～４２０ｎｍの波長域の光に対する反射率が十分でない。
そして、さらに調査した結果、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、炭酸バリウム、硫酸バリウム、酸化マグネシウム及び炭酸マグネシウムは、可視光領域全般及び４００ｎｍ～４２０ｎｍの波長域の光に対する反射率が高く、その中でも特に、酸化ジルコニウム及び酸化イットリウムは、屈折率が高く、且つ、４００ｎｍ以上、可視光域全般において、高い反射率を有する事から、本実施形態の発光装置において、好適である。光拡散材１ａとして、酸化ジルコニウムを用いる場合、安定化剤として、酸化ハフニウム等の酸化物を添加した部分安定化、安定化ジルコニア等のキュービックジルコニア等であっても良い。さらに、光拡散材１ａとして、脂環式エポキシ樹脂組成物中での分散性の向上、樹脂成分との密着性向上等の目的で、カップリング剤、分散剤等の表面処理を施したものを用いても良い。
反射構造体１に含有される光拡散材１ａは、５ｗｔ％以上６０ｗｔ％以下であることが好ましく、１０ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下が特に好ましく、２０ｗｔ％以上４５ｗｔ％以下が更に好ましい。反射構造体１に含有される光拡散材１ａは１０ｗｔ％以上含有することにより反射構造体１における反射率が高くなり、光反射材１ａの重量を増加するに伴い反射率は更に高くなる。一方、反射構造体１に含有される光拡散材１ａは、６０ｗｔ％以下含有することに反射構造体１の強度を高く維持することができる。反射構造体１に含有される光拡散材１ａが多くなれば反射率は高くなる一方、強度が低下するため、所定の範囲とすることが好ましい。
反射構造体１に含有される光拡散材１ａは、５ｗｔ％以上６０ｗｔ％以下であることが好ましく、１０ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下が特に好ましく、２０ｗｔ％以上４５ｗｔ％以下が更に好ましい。反射構造体１に含有される光拡散材１ａは１０ｗｔ％以上含有することにより反射構造体１における反射率が高くなり、光反射材１ａの重量を増加するに伴い反射率は更に高くなる。一方、反射構造体１に含有される光拡散材１ａは、６０ｗｔ％以下含有することに反射構造体１の強度を高く維持することができる。反射構造体１に含有される光拡散材１ａが多くなれば反射率は高くなる一方、強度が低下するため、所定の範囲とすることが好ましい。
（１－３）その他の添加剤
脂環式エポキシ樹脂組成物又はその樹脂硬化物は、硬化触媒、可撓剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、離型剤、各種フィラー、強化材、拡散剤、顔料、蛍光体、反射性物質、遮光性物質、難燃剤からなる群から選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。これらの添加剤は、所望の特性の反射構造体１を構成するために、要求に応じて添加される。例えば、反射構造体１に蛍光体を分散させると、第１発光素子及び第２発光素子の側面若しくは底面側に出射された光を蛍光体が吸収して波長変換して出射するため、発光装置全体として所望の発光色を実現することができる。
脂環式エポキシ樹脂組成物又はその樹脂硬化物は、硬化触媒、可撓剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、離型剤、各種フィラー、強化材、拡散剤、顔料、蛍光体、反射性物質、遮光性物質、難燃剤からなる群から選択される少なくとも１種を含んでいてもよい。これらの添加剤は、所望の特性の反射構造体１を構成するために、要求に応じて添加される。例えば、反射構造体１に蛍光体を分散させると、第１発光素子及び第２発光素子の側面若しくは底面側に出射された光を蛍光体が吸収して波長変換して出射するため、発光装置全体として所望の発光色を実現することができる。
（１－４）絶縁分離部３
ベース部２０の絶縁分離部３は、反射構造体１と同様、脂環式エポキシ樹脂組成物を硬化させた樹脂硬化物により構成することが好ましい。このようにすると、絶縁分離部３の変色及び劣化（特に、機械的強度の劣化）を抑えることができ、発光色の変化を抑制できることに加え、信頼性の高い発光装置が得られる。また、絶縁分離部３は、光拡散材を含んでいてもいなくても良いが、反射構造体１と同様の光拡散材を含むことにより、高い光取り出し効率が得られ、かつ長期間使用した場合であっても光取り出し効率の低下を抑制できる。したがって、本実施形態の発光装置において、基体１０は、第１リード２ａ及び第２リード２ｂと、反射構造体１及び絶縁分離部３を構成する樹脂とを一体成形することにより作製することが好ましい。
ベース部２０の絶縁分離部３は、反射構造体１と同様、脂環式エポキシ樹脂組成物を硬化させた樹脂硬化物により構成することが好ましい。このようにすると、絶縁分離部３の変色及び劣化（特に、機械的強度の劣化）を抑えることができ、発光色の変化を抑制できることに加え、信頼性の高い発光装置が得られる。また、絶縁分離部３は、光拡散材を含んでいてもいなくても良いが、反射構造体１と同様の光拡散材を含むことにより、高い光取り出し効率が得られ、かつ長期間使用した場合であっても光取り出し効率の低下を抑制できる。したがって、本実施形態の発光装置において、基体１０は、第１リード２ａ及び第２リード２ｂと、反射構造体１及び絶縁分離部３を構成する樹脂とを一体成形することにより作製することが好ましい。
２．第１発光素子４及び第２発光素子５
実施形態の発光装置において、第１発光素子４は、ピーク波長が４００ｎｍ以上、４２０ｎｍ以下の第１の光を発光し、第２発光素子５は、ピーク波長が４２０ｎｍ以上、４７０ｎｍ以下の第２の光を発光する。また、第２の光のピーク波長は、第１の光のピーク波長より長波長側にある。蛍光体を含む実施形態の発光装置では、主として、第２発光素子５からの光の一部又は全部が蛍光体により波長変換される。例えば、第２の光の一部により励起される蛍光体を含む実施形態の発光装置では、第１発光素子４の第１の光と、蛍光体に吸収されずに外部に出射される第２の光と、蛍光体が発する光の混色により、所望の色の光りが出射される。以上のように構成される本実施形態の発光装置は、第１発光素子４の第１の光により４００ｎｍ～４２０ｎｍの範囲の光の成分が補われ、優れた白色の表現が可能になる。
実施形態の発光装置において、第１発光素子４は、ピーク波長が４００ｎｍ以上、４２０ｎｍ以下の第１の光を発光し、第２発光素子５は、ピーク波長が４２０ｎｍ以上、４７０ｎｍ以下の第２の光を発光する。また、第２の光のピーク波長は、第１の光のピーク波長より長波長側にある。蛍光体を含む実施形態の発光装置では、主として、第２発光素子５からの光の一部又は全部が蛍光体により波長変換される。例えば、第２の光の一部により励起される蛍光体を含む実施形態の発光装置では、第１発光素子４の第１の光と、蛍光体に吸収されずに外部に出射される第２の光と、蛍光体が発する光の混色により、所望の色の光りが出射される。以上のように構成される本実施形態の発光装置は、第１発光素子４の第１の光により４００ｎｍ～４２０ｎｍの範囲の光の成分が補われ、優れた白色の表現が可能になる。
したがって、第２の光により励起される蛍光体を含む実施形態の発光装置では、第２発光素子５のピーク波長とその発光スペクトル分布は、主として組み合わされる蛍光体の励起波長に基づいて設定され、第１発光素子４のピーク波長とその発光スペクトル分布は、第２発光素子５の第２の光と蛍光体が発する光との混色による発光色を考慮して所望の発光スペクトルが実現できるように設定される。
本実施形態では、この第１発光素子４及び第２発光素子５として、ＺｎＳｅ系、ＧａＮ系など種々の半導体を用いて構成したものを使用することができるが、本実施形態においては、蛍光体を効率良く励起できる短波長の光が発光可能な窒化物半導体（ＩｎＸＡｌＹＧａ１－Ｘ－ＹＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）を用いた第１発光素子４及び第２発光素子５を用いることが好ましい。この窒化物半導体を用いた第１発光素子４及び第２発光素子５は、ＩｎａＧａ1-ａＮ（０＜ａ＜１）を発光層として有しており、そのＩｎの混晶度によって発光波長を約３６５ｎｍから６５０ｎｍで任意に変えることができる。第１発光素子４及び第２発光素子５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、本実施形態ではいずれも用いることができるが、より高輝度のものが得られるダブルへテロ構造を採用することが好ましい。
また、活性層を量子効果が生ずる薄膜を含んで構成し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。窒化物半導体を使用した第１発光素子４及び第２発光素子５の場合、基板にはサファイヤ、スピネル、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｎＯ等の材料を用いることができるが、結晶性の良い窒化物半導体を量産性よく形成させるためにはサファイヤ基板を用いることが好ましい。このサファイヤ基板上には、ＭＯＣＶＤ法などを用いて窒化物半導体を形成させることができる。この際、サファイヤ基板上にＧａＮ、ＡｌＮ、ＧａＡＩＮ等のバッファー層を形成してその上にｐｎ接合を有する窒化物半導体層を成長させることが好ましい。
窒化物半導体を使用したｐｎ接合を有する発光素子の例として、サファイヤ基板上にバッファー層を形成し、そのバッファー層の上に、ｎ型窒化ガリウムで形成した第１のコンタクト層、ｎ型窒化アルミニウム・ガリウムで形成させた第１のクラッド層、窒化インジウム・ガリウムで形成した活性層、ｐ型窒化アルミニウム・ガリウムで形成した第２のクラッド層、ｐ型窒化ガリウムで形成した第２のコンタクト層を順に積層させたダブルへテロ構造の発光素子が挙げられる。
窒化物半導体は、不純物をドープしない状態でｎ型導電性を示すが、所望のｎ型窒化物半導体を形成するためには、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く、ｐ型窒化物半導体を形成するためには、ｐ型ドーパントであるＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等をドープさせる。また、窒化物半導体は、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、炉による加熱やプラズマ照射等により低抵抗化させることが好ましい。このように所定の窒化物半導体層を順次形成した後、所定の位置に電極を形成したウエハーをチップ状にカットすることにより窒化物半導体を用いた第１発光素子４及び第２発光素子５を作製することができる。
実施形態の発光装置において、白色系の光を発光させる場合は、蛍光体からの発光波長との補色関係や透光性樹脂の劣化防止等を考慮して第２発光素子５の発光波長は４２０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下に設定することが好ましい。第２発光素子５の発光効率を高めかつ蛍光体の励起による発光効率を向上させる点でも、第２発光素子５の発光波長は、４２０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下に設定することが好ましい。また、人体への影響等の安全面及び透光性樹脂の劣化防止等を考慮して、第１発光素子４の発光波長は、４００ｎｍ以上４２０ｎｍ以下に設定することが好ましい。
本実施形態では、蛍光体の種類を選択することにより、第１発光素子４の第１の光の一部と第２発光素子５の第１の光の一部とによって、蛍光体を励起するようにしても良く、第１発光素子４と第２発光素子５による波長変換率を任意に変える事が可能であり、４００ｎｍ以上の波長域でピーク発光波長及び演色性を任意に設定することもできる。
サファイヤやスピネルなど絶縁性基板を用いた窒化物半導体発光素子は、通常、半導体表面側にｐ側及びｎ側の電極が形成される。この場合、ｐ型半導体をエッチングしてｎ型半導体を露出させ、ｐ型半導体層及びｎ型半導体層の各々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する。半導体側から光を取り出す場合、ｐ型半導体層のほぼ全面に形成する電極は、金属薄膜から成る透光性電極とする。
３．透光性封止部材
透光性封止部材７は、４００ｎｍ以上の可視域全域の光を透過できる樹脂又はガラス等からなり、好ましくは、透光性樹脂により構成される。しかしながら、本実施形態では、短波長の可視光を発光する第１発光素子４及び第２発光素子５を含むので、第１発光素子４及び第２発光素子５からの光による劣化の少ない耐光性の高い樹脂であることが好ましい。また、発光装置の製造過程又は実装時における、ダイボンディング、半田リフロー等、高温に曝される工程を経て製造及び使用されるので、高い温度に曝されても、劣化、変色等が少ないことが求められ、耐熱性の高い樹脂であることが好ましい。
透光性封止部材７は、４００ｎｍ以上の可視域全域の光を透過できる樹脂又はガラス等からなり、好ましくは、透光性樹脂により構成される。しかしながら、本実施形態では、短波長の可視光を発光する第１発光素子４及び第２発光素子５を含むので、第１発光素子４及び第２発光素子５からの光による劣化の少ない耐光性の高い樹脂であることが好ましい。また、発光装置の製造過程又は実装時における、ダイボンディング、半田リフロー等、高温に曝される工程を経て製造及び使用されるので、高い温度に曝されても、劣化、変色等が少ないことが求められ、耐熱性の高い樹脂であることが好ましい。
具体的には、熱硬化性樹脂である、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂等の樹脂組成物などが挙げられ、更に、これらの１種以上含むハイブリッド樹脂等も使用できる。特に、ジメチルシリコーン樹脂は、４００ｎｍ付近の発光素子を用いた場合でも光劣化が少なく、本実施形態の発光装置において、好適である。
また、透光性封止部材７は、樹脂添加剤である、フィラー、拡散剤、顔料、蛍光体、反射性物質、紫外線吸収剤、酸化防止剤、難燃剤からなる群から、選択される少なくとも１種が含有されていてもよい。これにより透光性封止部材７に種々の機能を持たせることができる。例えば、光を拡散する作用を有する樹脂成形体を望む場合は、フィラーや拡散剤を混合する。具体的な拡散剤としては、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素等を好適に用いることができる。
また、波長を変換して所望の色調を有する発光装置を望む場合は、第１発光素子４及び第２発光素子５からの光を吸収し、波長変換する蛍光体８を含有させることができる。封止材層に添加する蛍光体を選択する事により、発光素子から射出される発光色と蛍光体による変換光との比率を任意に変える事ができ、これらを組み合わせた幅広い発光色を実現することができる。
透光性封止部材７は、樹脂組成物に限定されるものではなく、ガラスに代表される無機封止材等も用いることができる。
透光性封止部材７は、樹脂組成物に限定されるものではなく、ガラスに代表される無機封止材等も用いることができる。
４．蛍光体８
蛍光体８としては、少なくとも第２発光素子５からの光を吸収し異なる波長の光に波長変換する種々の蛍光体を使用することができる。例えば、Ｅｕ、Ｃｅ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・サイアロン系蛍光体、Ｅｕ等のランタノイド系、Ｍｎ等の遷移金属系の元素により主に付活されるアルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体、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、アルカリ土類ケイ酸塩蛍光体、アルカリ土類硫化物蛍光体、アルカリ土類チオガレート蛍光体、アルカリ土類窒化ケイ素蛍光体、ゲルマン酸塩蛍光体、又は、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に付活される希土類アルミン酸塩蛍光体、希土類ケイ酸塩蛍光体又はＥｕ等のランタノイド系元素で主に賦活される有機及び有機錯体等から選ばれる少なくともいずれか１以上であることが好ましい。
蛍光体８としては、少なくとも第２発光素子５からの光を吸収し異なる波長の光に波長変換する種々の蛍光体を使用することができる。例えば、Ｅｕ、Ｃｅ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・サイアロン系蛍光体、Ｅｕ等のランタノイド系、Ｍｎ等の遷移金属系の元素により主に付活されるアルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体、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、アルカリ土類ケイ酸塩蛍光体、アルカリ土類硫化物蛍光体、アルカリ土類チオガレート蛍光体、アルカリ土類窒化ケイ素蛍光体、ゲルマン酸塩蛍光体、又は、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に付活される希土類アルミン酸塩蛍光体、希土類ケイ酸塩蛍光体又はＥｕ等のランタノイド系元素で主に賦活される有機及び有機錯体等から選ばれる少なくともいずれか１以上であることが好ましい。
具体例として、下記の蛍光体を挙げることができるが、これに限定されるものではない。
Ｅｕ、Ｃｅ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としては、Ｍ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、ＭＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。）などがある。また、Ｍ２Ｓｉ５Ｎ８：ＥｕのほかＭＳｉ７Ｎ１０：Ｅｕ、Ｍ１．８Ｓｉ５Ｏ０．２Ｎ８：Ｅｕ、Ｍ０．９Ｓｉ７Ｏ０．１Ｎ１０：Ｅｕ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。）などもある。
Ｅｕ、Ｃｅ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としては、Ｍ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、ＭＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。）などがある。また、Ｍ２Ｓｉ５Ｎ８：ＥｕのほかＭＳｉ７Ｎ１０：Ｅｕ、Ｍ１．８Ｓｉ５Ｏ０．２Ｎ８：Ｅｕ、Ｍ０．９Ｓｉ７Ｏ０．１Ｎ１０：Ｅｕ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。）などもある。
Ｅｕ、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される酸窒化物系蛍光体としては、ＭＳｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。）などがある。
Ｅｕ、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活されるサイアロン系蛍光体としては、Ｍｐ／２Ｓｉ１２－ｐ－ｑＡｌｐ＋ｑＯｑＮ１６－ｐ：Ｃｅ、Ｍ－Ａｌ－Ｓｉ－Ｏ－Ｎ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。ｑは０～２．５、ｐは１．５～３である。）などがある。
Ｅｕ等のランタノイド系、Ｍｎ等の遷移金属系の元素により主に付活されるアルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体としては、Ｍ５（ＰＯ４）３Ｘ：Ｒ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。Ｘは、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉから選ばれる少なくとも１種以上である。Ｒは、Ｅｕ、Ｍｎ、ＥｕとＭｎ、のいずれか１以上である。）などがある。
アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体としては、Ｍ２Ｂ５Ｏ９Ｘ：Ｒ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。Ｘは、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉから選ばれる少なくとも１種以上である。Ｒは、Ｅｕ、Ｍｎ、ＥｕとＭｎ、のいずれか１以上である。）などがある。
アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体には、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｒ、Ｓｒ４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｒ、ＣａＡｌ２Ｏ４：Ｒ、ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｒ、ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ１２：Ｒ、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｒ（Ｒは、Ｅｕ、Ｍｎ、ＥｕとＭｎ、のいずれか１以上である。）などがある。
アルカリ土類硫化物蛍光体としては、Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕなどがある。
Ｃｅ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蛍光体としては、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、（Ｙ０．８Ｇｄ０．２）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｙ３（Ａｌ０．８Ｇａ０．２）５Ｏ１２：Ｃｅ、（Ｙ，Ｇｄ）３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２の組成式で表されるＹＡＧ系蛍光体などがある。また、Ｙの一部若しくは全部をＴｂ、Ｌｕ等で置換したＴｂ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅなどもある。
その他の蛍光体としては、ＺｎＳ：Ｅｕ、Ｚｎ２ＧｅＯ４：Ｍｎ、ＭＧａ２Ｓ４：Ｅｕ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。Ｘは、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉから選ばれる少なくとも１種以上である。）などがある。
上述の蛍光体は、所望に応じてＥｕに代えて、又は、Ｅｕに加えてＴｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｄｙ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉから選択される１種以上を含有させることもできる。
また、上記蛍光体以外の蛍光体であって、同様の性能、効果を有する蛍光体も使用することができる。
本実施形態の発光装置は、上記例示した蛍光体を含む種々の蛍光体の中から選択して、主として第２発光素子５の第２の光により励起されて、黄色、赤色、緑色、青色に発光スペクトルを有する蛍光体を使用することができるほか、これらの中間色である黄色、青緑色、橙色などに発光スペクトルを有する蛍光体も使用することができる。
５．光反射性部材９
光反射性部材９は、光拡散材１ａと同様の材料を含むことが好ましい。具体的には、光反射性部材９は、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、炭酸バリウム、硫酸バリウム、酸化マグネシウム及び炭酸マグネシウムからなる群から選択された少なくとも一種を含むことが好ましく、特に、酸化ジルコニウム及び酸化イットリウムの少なくとも１種を含むことがより好ましい。
光反射性部材９は、光拡散材１ａと同様の材料を含むことが好ましい。具体的には、光反射性部材９は、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、炭酸バリウム、硫酸バリウム、酸化マグネシウム及び炭酸マグネシウムからなる群から選択された少なくとも一種を含むことが好ましく、特に、酸化ジルコニウム及び酸化イットリウムの少なくとも１種を含むことがより好ましい。
実施例では、以下の実施例１～４及び比較例１に示す樹脂組成物を作製し、その樹脂組成物をトランスファ・モールド（金型温度１８０℃、キュア９０秒）により厚さ１ｍｍのテストピースを作製した。
実施例１
下記の材料を液温２５℃以下の条件で２０分間混練し、反射構造体用の樹脂組成物を作製した。酸化ジルコニウム、硫酸バリウムは、市販のものを使用した。
・エポキシ樹脂：３，４エポキシシクロヘキシルメチルカルボキシレート １００重量部，
・硬化剤：４－メチルヘキサヒドロ無水フタル酸 １１３重量部，
・硬化触媒：メチルトリブチルホスホニウムジメチルホスフェート ２重量部，
・可撓剤：エチレングリコール ５重量部，
・光拡散材：酸化ジルコニウム（第一稀元素化学工業製 商品名 ＥＰ酸化ジルコニウム、中心粒径０．４μｍ） ３３５重量部，
・無機充填材：溶融シリカ（中心粒径２７μｍ） ３３５重量部
下記の材料を液温２５℃以下の条件で２０分間混練し、反射構造体用の樹脂組成物を作製した。酸化ジルコニウム、硫酸バリウムは、市販のものを使用した。
・エポキシ樹脂：３，４エポキシシクロヘキシルメチルカルボキシレート １００重量部，
・硬化剤：４－メチルヘキサヒドロ無水フタル酸 １１３重量部，
・硬化触媒：メチルトリブチルホスホニウムジメチルホスフェート ２重量部，
・可撓剤：エチレングリコール ５重量部，
・光拡散材：酸化ジルコニウム（第一稀元素化学工業製 商品名 ＥＰ酸化ジルコニウム、中心粒径０．４μｍ） ３３５重量部，
・無機充填材：溶融シリカ（中心粒径２７μｍ） ３３５重量部
実施例２
光拡散材を、酸化イットリウム（中心粒径１．８μｍ） ３３５重量部とした以外は、実施例１と同条件にて作製した。
光拡散材を、酸化イットリウム（中心粒径１．８μｍ） ３３５重量部とした以外は、実施例１と同条件にて作製した。
実施例３
光拡散材を、アルミナ（中心粒径１．５μｍ） ３３５重量部とした以外は、実施例１と同条件にて作製した。
光拡散材を、アルミナ（中心粒径１．５μｍ） ３３５重量部とした以外は、実施例１と同条件にて作製した。
実施例４
光拡散材を、硫酸バリウム（堺化学製 ＢＢ－１、０．５μｍ） ３３５重量部とした以外は、実施例1と同条件にて作製した。
光拡散材を、硫酸バリウム（堺化学製 ＢＢ－１、０．５μｍ） ３３５重量部とした以外は、実施例1と同条件にて作製した。
比較例１
光拡散材を、酸化チタン（中心粒径 ０．２５μｍ） ３３５重量部とした以外は、実施例1と同条件にて作製した。
光拡散材を、酸化チタン（中心粒径 ０．２５μｍ） ３３５重量部とした以外は、実施例1と同条件にて作製した。
得られた実施例１～４及び比較例１各テストピースの光反射率を、高速分光色彩計（ＣＭＳ－３５ＳＰ、村上色彩技術研究所製）を用いて測定した。光反射率は、４００ｎｍ～７３０ｎｍの可視光について測定した。
測定結果を表１に示す。
表１には、第１発光素子４のピーク波長の範囲である４００～４２０ｎｍ、第２発光素子５のピーク波長の範囲である４２０ｎｍ～４７０ｎｍ及び４７０ｎｍ～７３０ｎｍの範囲について判定した結果を示す。
判定結果は、光反射率９０％以上を○、８０%以上、９０％未満を△、８０％以下を×として示した。
表１には、第１発光素子４のピーク波長の範囲である４００～４２０ｎｍ、第２発光素子５のピーク波長の範囲である４２０ｎｍ～４７０ｎｍ及び４７０ｎｍ～７３０ｎｍの範囲について判定した結果を示す。
判定結果は、光反射率９０％以上を○、８０%以上、９０％未満を△、８０％以下を×として示した。
表１に示すように、実施例１～４の樹脂組成物を用いて作製したテストピースは、光反射率の可視光（４００ｎｍ～７３０ｎｍ）に対する波長依存性が小さく、波長の異なる光に対する光反射率の変化が小さい。
これに対して、光拡散材として酸化チタンを用いた樹脂組成物を用いて作製したテストピースは、光反射率の可視光（４００ｎｍ～７３０ｎｍ）に対する波長依存性が大きく、４００ｎｍ～４２０ｎｍの波長の光に対する光反射率が小さくなっている。
また、光拡散材として酸化ジルコニウムを用いた実施例１及び光拡散材として酸化イットリウムを用いた実施例２の樹脂組成物を用いて作製したテストピースは、光反射率の可視光（４００ｎｍ～７３０ｎｍ）に対する波長依存性が小さく、かつ可視光（４００ｎｍ～７３０ｎｍ）全範囲にわたって光反射率が高くなっていることがわかる。
これに対して、光拡散材として酸化チタンを用いた樹脂組成物を用いて作製したテストピースは、光反射率の可視光（４００ｎｍ～７３０ｎｍ）に対する波長依存性が大きく、４００ｎｍ～４２０ｎｍの波長の光に対する光反射率が小さくなっている。
また、光拡散材として酸化ジルコニウムを用いた実施例１及び光拡散材として酸化イットリウムを用いた実施例２の樹脂組成物を用いて作製したテストピースは、光反射率の可視光（４００ｎｍ～７３０ｎｍ）に対する波長依存性が小さく、かつ可視光（４００ｎｍ～７３０ｎｍ）全範囲にわたって光反射率が高くなっていることがわかる。
１ 反射構造体
１ａ 光拡散材
１ｂ 樹脂硬化物
１ｓ 反射面
２ 導電部材
２ａ 第１リード
２ｂ 第２リード
３ 絶縁分離部
４ 第１発光素子
５ 第２発光素子
６ ワイヤ
７ 透光性封止部材
８ 蛍光体
９ 光反射性部材
１０ 基体
１０ａ 凹部
２０ ベース部
１ａ 光拡散材
１ｂ 樹脂硬化物
１ｓ 反射面
２ 導電部材
２ａ 第１リード
２ｂ 第２リード
３ 絶縁分離部
４ 第１発光素子
５ 第２発光素子
６ ワイヤ
７ 透光性封止部材
８ 蛍光体
９ 光反射性部材
１０ 基体
１０ａ 凹部
２０ ベース部
Claims (9)
- ピーク波長が４００ｎｍ以上、４２０ｎｍ以下の第１の光を発光する第１発光素子と、
ピーク波長が４２０ｎｍ以上、４７０ｎｍ以下でありかつ前記第１の光のピーク波長より長波長側にある第２の光を発光する第２発光素子と、
前記第１の光と前記第２の光とを反射する反射構造体を含んでなる基体と、
を備え、
前記反射構造体は、
光拡散材を含む脂環式エポキシ樹脂組成物が硬化されてなる樹脂硬化物を含み、
前記光拡散材は、酸化ジルコニウム又は酸化イットリウムを含み、
前記光拡散材は、前記反射構造体に対して１０ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下含有されており、
前記基体は凹部が設けられ、
前記凹部の底面に前記第１発光素子と前記第２発光素子とが設けられており、
前記凹部の側面は前記反射構造体の表面を含む反射面であり、
前記凹部内で前記第１発光素子と前記第２発光素子とを覆う透光性封止部材をさらに有し、該透光性封止部材は蛍光体及び光反射性部材を含み、
前記蛍光体は、ＹＡＧ系蛍光体であり、
前記透光性封止部材において、前記蛍光体が主に下層、前記光反射性部材が主に上層となるように配置されており、
前記透光性封止部材の表面付近の前記蛍光体の含有量よりも、前記基体の凹部の底面付近の前記蛍光体の含有量の方が５倍以上多いこと特徴とする発光装置。 - 前記透光性封止部材は、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂硬化物及び変性エポキシ樹脂硬化物からなる群から選択された少なくとも１つを含む請求項１に記載の発光装置。
- 前記蛍光体は、窒化物系蛍光体、酸窒化物系蛍光体、サイアロン系蛍光体、アルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体、アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体、アルカリ土類硫化物蛍光体及び希土類アルミン酸塩蛍光体からなる群から選択された少なくとも一種の蛍光体を含む請求項１又は２に記載の発光装置。
- 前記基体は前記反射構造体と導電部材とを含み、前記凹部の底面は前記反射構造体の表面と前記導電部材の表面とを含む請求項１～３のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記導電部材は第１リードと第２リードを含み、前記凹部の底面には前記第１リードの表面と前記第２リードの表面とが露出されており、前記第１発光素子と前記第２発光素子は前記第１リードの表面に載置されている請求項４に記載の発光装置。
- 前記樹脂硬化物は、酸無水物又はジカルボン酸を含む硬化剤を加えて前記脂環式エポキシ樹脂組成物が硬化されてなる請求項１～５のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記脂環式エポキシ樹脂組成物は、シクロヘキセンエポキシ化物誘導体、水素化ビスフェノールＡジグリシジルエーテル及びヘキサヒドロフタル酸ジグリシジルエステルからなる群から選択された少なくとも一種を含む請求項１～６のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記樹脂硬化物は、芳香族成分が全樹脂組成物中１０ｗｔ％以下である請求項１～７のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記透光性封止部材は、扁平状の光反射性部材が含有されており、
前記透光性封止部材の表面付近の前記光反射性部材の含有量よりも、前記基体の凹部の底面付近の前記光反射性部材の含有量の方が５倍以上多い請求項１～８のいずれか一項に記載の発光装置。
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