(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッケージと、
前記パッケージ上に実装された半導体発光素子と、
前記パッケージ上に設けられたキャップ部材と、
前記パッケージと前記キャップ部材との間の空間を封止するシーリング部材と、
前記封止された空間に配置された蛍光体とを備え、
前記封止された空間には、気体により形成される空隙が形成され、
前記キャップ部材および前記パッケージの少なくともいずれか一方の前記半導体発光素子に対する表面が撥水処理されている
発光装置。
【請求項２】
前記空隙が、酸素以外の気体で構成される
請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記パッケージが、セラミック材料に金属配線が埋め込まれた構造である
請求項１または２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記キャップ部材が、透光性のアクリル樹脂もしくはエポキシ樹脂で構成される
請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項５】
前記キャップ部材が、透光性のガラスで構成される
請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項６】
前記蛍光体が複数種類の蛍光体粒子により構成される
請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項７】
前記蛍光体が量子ドット蛍光体である
請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項８】
前記複数種類の蛍光体粒子が、前記封止された空間に封入される
請求項６に記載の発光装置。
【請求項９】
前記蛍光体の少なくとも１種類は希土類賦活蛍光体材料で構成される
請求項１〜８のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項１０】
パッケージと、
前記パッケージ上に実装された半導体発光素子と、
前記パッケージ上に設けられたキャップ部材と、
前記パッケージと前記キャップ部材との間の空間を封止するシーリング部材と、
前記封止された空間に配置された蛍光体とを備え、
前記封止された空間には、気体により形成される空隙が形成され、
前記封止された空間には第１の樹脂および第２の樹脂が設けられ、
前記蛍光体は、第１の蛍光体および第２の蛍光体を備え、
前記第１の樹脂は、前記第１の蛍光体を含有し、
前記第２の樹脂は、前記第２の蛍光体を含有し、
前記キャップ部材および前記パッケージの少なくともいずれか一方の前記半導体発光素子に対する表面が撥水処理されている
発光装置。
【請求項１１】
前記封止された空間に配置された前記蛍光体とは独立して、前記キャップ部材には蛍光体が含まれる
請求項１〜８および１０のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項１２】
前記キャップ部材に含まれる前記蛍光体は希土類蛍光体で構成される
請求項１１に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子と蛍光体とを組み合わせた発光装置に関し、特に、照明や、薄型テレビのバックライト光源用の発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、青色発光ダイオードに用いられる半導体発光素子と、黄色蛍光を放射する黄色蛍光体とを組み合わせた白色発光ダイオードなどの発光装置が急速に既存の白熱電球や蛍光灯から置き換えられている。これらの発光装置は、電力光変換効率が１００ｌｍ／Ｗを超えるような高効率化が進んだことや、パッケージサイズが例えば５ｍｍ２から１００ｍｍ２まで、さまざまなサイズの発光装置が低価格で提供されるようになったことが、急速な普及へとつながっている。【０００３】
一方で、これら白色発光ダイオードから出射される光は、青色光と黄色光との組み合わせである擬似白色光であるため演色性が悪いという課題を有する。【０００４】
そこで、これまで例えば、特許文献１や特許文献２に示すような青色光を発光する青色半導体発光素子と黄色光を発する第一の蛍光体の他に、赤色の光を発する第二の蛍光体を第一の蛍光体と混ぜて青色半導体発光素子上に塗布する発光装置が提案されている。以下、図１６、図１７を用いて従来の発光装置について説明する。【０００５】
本従来例において、第一の蛍光体粒子はイットリウム・アルミニウム・ガーネット系の蛍光体粒子であり、第二の蛍光体粒子はＥｕで付活させたＣａＡｌＳｉＮ３結晶からなる蛍光体粒子である。【０００６】
チップ型白色発光ダイオードランプである発光装置１０２１には、可視光線反射率の高い白色のアルミナセラミックス基板１０２９に２本のリードワイヤ１０２２、１０２３が固定されており、それらワイヤの片端はそれぞれ基板のほぼ中央部に位置しもう一方端はそれぞれ外部に出ていて電気基板への実装時にはんだづけされる電極となっている。１本のリードワイヤ１０２２の片端上には、基板中央部となるように青色発光ダイオード素子１０２４が載置され固定されている。青色発光ダイオード素子１０２４の下部電極とその下方のリードワイヤ１０２２とは導電性ペーストによって電気的に接続されており、上部電極ともう１本のリードワイヤ１０２３とが金細線１０２５によって電気的に接続されている。【０００７】
蛍光体１０２７は第一の樹脂と第二の蛍光体とを混合したものであり、第一の樹脂１０２６に分散され、青色発光ダイオード素子１０２４近傍に実装されている。この蛍光体１０２７を分散した第一の樹脂１０２６は、透明であり、青色発光ダイオード素子１０２４の全体を被覆している。また、アルミナセラミックス基板１０２９上には、白色のシリコーン樹脂である壁面部材１０３０が固定されている。壁面部材１０３０は、中央部に穴の開いた形状で、中央に面した部分が曲面形状の斜面となっており、斜面は、光を前方に取り出すための反射面となっている。壁面部材１０３０の中央部の穴は凹部となり、ここには青色発光ダイオード素子１０２４、及び蛍光体１０２７を分散させた第一の樹脂１０２６のすべてを封止するようにして透明な第二の樹脂１０２８が充填されている。第一の樹脂１０２６と第二の樹脂１０２８とには同一のエポキシ樹脂が用いられている。このような構成において、発光装置１０２１から図１７の実線に示すようなスペクトルが得られ、その色度座標はｘ＝０．３３８、ｙ＝０．３３０が得られている。【０００８】
しかしながら、従来技術の発光装置では、次に示す問題がある。すなわち、図１７に示すスペクトルにおいて赤色〜赤外領域の発光が存在するが、点線の視感度曲線に示すように波長６８０ｎｍ以上の光は人間の目の視感度が低く、発光装置の明るさに寄与しない。また、この領域の光は、励起光である青色光から変換される際の、ストークスロスが大きいため、変換ロスが大きい。そこで、このような赤色〜赤外領域の光のスペクトルを効率よく制御するために特許文献２ではピーク波長を制御することができ、かつスペクトルの半値幅が狭い量子ドット蛍光体を用いて発光装置を構成することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−２３５９３４号公報
【特許文献２】特開２０１１−２９３８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来技術の発光装置では、以下に示す問題がある。すなわち、量子ドット蛍光体がガス、水分に弱いことである。このような課題に対して、従来例では量子ドット蛍光体の劣化を抑えることが可能な液状硬化性樹脂組成物およびそれを用いた発光装置の構成が示されている。しかしながら、近年の半導体発光素子や周辺部材の信頼性の向上により、量子ドット蛍光体についてもより劣化を抑える構成が求められるようになっている。【００１１】
前記に鑑み、本発明の目的は、半導体発光素子と蛍光体を用いた発光装置において、蛍光体の劣化を抑えることが可能な発光装置を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記の目的を達成するため、本発明の一態様に係る発光装置は、パッケージと、前記パッケージ上に実装された半導体発光素子と、前記パッケージ上に設けられたキャップ部材と、前記パッケージと前記キャップ部材との間の空間を封止するシーリング部材と、前記封止された空間に配置された蛍光体とを備えることを特徴とする。この構成により、ガス、水分に弱い蛍光体であっても、容易にガスバリア性の高い部材で気密封止することが可能となるため、蛍光体の劣化を抑えることができる。【００１３】
本発明の一態様に係る発光装置は、前記封止された空間に気体により形成される空隙が形成されることを特徴としてもよい。この構成により、蛍光体を封止する際に、封止される空間の体積よりも蛍光体を含有する部材の体積を少なくすることができ、シーリング部材のシール領域に蛍光体を含有する部材が侵入することを抑えることができるため、蛍光体を効率的に気密封止させることができる。【００１４】
本発明の一態様に係る発光装置は、前記空隙が、酸素以外の気体もしくは真空で構成されることを特徴としてもよい。この構成により封止領域内に残存する気泡が、酸素以外であるため、蛍光体が酸化して劣化することを抑えることが出来る。【００１５】
本発明の一態様に係る発光装置は、前記パッケージが、セラミック材料に金属配線が埋め込まれた構造であることを特徴としてもよい。この構成によりパッケージがガスバリア性の高いセラミック材料と金属材料で構成されるため、蛍光体をガスバリア性の高い部材で封止することが可能となる。【００１６】
本発明の一態様に係る発光装置は、前記キャップ部材が、透光性のアクリル樹脂もしくはエポキシ樹脂で構成されることを特徴としてもよい。この構成によりパッケージがガスバリア性の高い透明樹脂材料で構成されるため、蛍光体をガスバリア性の高い部材で封止することが可能となる。【００１７】
本発明の一態様に係る発光装置は、前記キャップ部材が、透光性のガラスで構成されることを特徴としてもよい。この構成によりパッケージがガスバリア性の高いガラス材料で構成されるため、蛍光体をガスバリア性の高い部材で封止することが可能となる。【００１８】
本発明の一態様に係る発光装置は、前記キャップ部材および前記パッケージの少なくともいずれか一方の前記半導体発光素子に対する表面が撥水処理されていることを特徴としてもよい。この構成により発光装置の封止領域に存在する空隙を所定の領域に任意に配置することができる。【００１９】
本発明の一態様に係る発光装置は、前記蛍光体が複数種類の蛍光体粒子により構成されることを特徴としてもよい。この構成により、蛍光体が例えば複数の波長領域を有する蛍光体材料で構成されるため、発光装置の色度座標、平均演色指数（演色性）を用途に応じて自由に設計することができる。【００２０】
本発明の一態様に係る発光装置は、前記蛍光体が量子ドット蛍光体であることを特徴としてもよい。この構成において、蛍光体を半値幅が狭くピーク波長を自在に調整できる量子ドット蛍光体とすることができるとともに、量子ドット蛍光体がガス、水分によって劣化することを抑えることが出来る。【００２１】
本発明の一態様に係る発光装置は、前記複数種類の蛍光体が、前記封止された領域に封入されることを特徴としてもよい。この構成により複数種類の蛍光体がガス、水分によって劣化することを防止することが出来る。【００２２】
本発明の一態様に係る発光装置は、前記蛍光体の少なくとも１種類は希土類賦活蛍光体材料で構成されることを特徴としてもよい。この構成により蛍光体をガスおよび水分に対して劣化が小さい希土類賦活蛍光体材料とすることができるため、蛍光体の配置を自由にでき発光装置の構成を自在に設計することができる。【００２３】
本発明の一態様に係る発光装置は、前記蛍光体が、異なる樹脂材料に混合されることを特徴としてもよい。この構成により、蛍光体ごとにそれぞれ異なる樹脂材料に混合させることができ、発光装置の構成を自在に設計することができる。【００２４】
本発明の一態様に係る発光装置は、前記キャップ部材には蛍光体が含まれることを特徴としてもよい。この構成によりあらかじめ蛍光体が含まれたキャップ部材を用いて、発光装置を構成することができるため、より簡易に発光装置を構成することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係る発光装置によると、ガス、水分に弱い蛍光体を用いた発光装置であっても、容易にガスバリア性の高い部材で蛍光体を気密封止することが可能となるため、蛍光体の劣化を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る発光装置の構成を示す断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、透明樹脂材料の酸素透過性と透湿率を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の第１の実施形態の発光装置の気密性を設計したグラフである。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の第１の実施形態に係る発光装置の製造方法を示す断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の第１の実施形態に係る発光装置の製造方法を示す断面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、本発明の第１の実施形態に係る発光装置の製造方法を示す断面図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、本発明の第１の実施形態に係る発光装置の製造方法を示す断面図である。
【図３Ｅ】図３Ｅは、本発明の第１の実施形態に係る発光装置の製造方法を示す断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の第１の実施形態に係る発光装置の発光スペクトルを示すグラフである。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の第１の実施形態に係る発光装置の色度座標および平均演色指数を示す表である。
【図５】図５は、本発明の第２の実施形態に係る発光装置の構成を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明の第２の実施形態に係る発光装置の動作を示す断面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の第２の実施形態に係る発光装置の製造方法を示す断面図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、本発明の第２の実施形態に係る発光装置の製造方法を示す断面図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、本発明の第２の実施形態に係る発光装置の製造方法を示す断面図である。
【図７Ｄ】図７Ｄは、本発明の第２の実施形態に係る発光装置の製造方法を示す断面図である。
【図８】図８は、本発明の第３の実施形態に係る発光装置の構成を示す断面図である。
【図９】図９は、本発明の第３の実施形態に係る発光装置の製造方法を示す断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第４の実施形態に係る発光装置の構成を示す断面図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、本発明の第４の実施形態に係る発光装置の発光スペクトルを示すグラフである。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、本発明の第４の実施形態に係る発光装置の色度座標および平均演色指数を示す表である。
【図１２】図１２は、本発明の第４の実施形態に係る発光装置の製造方法を示す断面図である。
【図１３】図１３は、本発明の第４の実施形態に係る発光装置の変形例を示す断面図である。
【図１４】図１４は、本発明の第５の実施形態に係る発光装置の構成を示す断面図である。
【図１５】図１５は、本発明の第６の実施形態に係る発光装置の構成を示す断面図である。
【図１６】図１６は、従来の発光装置の構成を示す図である。
【図１７】図１７は、従来の発光装置の発光スペクトルを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に、本発明の各実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、製造工程、製造工程の順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。本発明は、請求の範囲だけによって限定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。また、図面において、実質的に同一の構成、動作、および効果を表す要素については、同一の符号を付す。
【００２８】
（第１の実施形態）
以下に、本発明の第１の実施形態に係る発光装置について、図１から図３Ｅを参照しながら説明する。
【００２９】
まず、本発明の第１の実施形態に係る発光装置の構成について、図１を参照しながら説明する。
【００３０】
図１は、本実施形態に係る発光装置１の構成を示す断面図である。
【００３１】
発光装置１は、パッケージ１０上に実装された半導体発光素子５、パッケージ１０、接着部２０、ボンディングワイヤー２５ａ、２５ｂ、パッケージ１０とキャップ部材５０との間の空間を封止するシーリング部材３０、シーリング部材３０で封止された空間に配置された蛍光体を含有する蛍光体含有樹脂４０、およびパッケージ１０上に設けられたキャップ部材５０から構成されている。そして、パッケージ１０は、基材１１、ビア配線１２ａ、１２ｂ、裏面電極１３ａ、１３ｂ、表面電極１４ａ、１４ｂおよび反射膜１６から構成されている。パッケージ１０は、例えばセラミック材料に金属配線が埋め込まれた構造である。キャップ部材５０は、例えば透光性のアクリル樹脂もしくはエポキシ樹脂又は透光性のガラスで構成される。蛍光体含有樹脂４０の蛍光体は、例えば複数種類の蛍光体粒子により構成される。蛍光体含有樹脂４０の蛍光体は、例えば量子ドット蛍光体である。例えば蛍光体含有樹脂４０の複数種類の蛍光体がシーリング部材３０で封止された領域に封入される。例えば蛍光体含有樹脂４０の蛍光体の少なくとも１種類は希土類賦活蛍光体材料で構成される。
【００３２】
パッケージ１０では、半導体発光素子５を配置するための凹部が基材１１に形成され、凹部の底面および凹部の斜面（側面）で形成された側面には半導体発光素子５から出射された光および蛍光体含有樹脂４０から出射された蛍光を反射するための反射膜１６が形成されている。凹部の底面には、半導体発光素子５へ電気を供給するための表面電極１４ａ、１４ｂが形成されている。そして、表面電極１４ａ、１４ｂは、基材１１に埋め込まれたビア配線１２ａ、１２ｂを通じて、基材１１の裏面に形成された裏面電極１３ａ、１３ｂに接続されている。
【００３３】
半導体発光素子５では、例えば、サファイア基板、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板、シリコン（Ｓｉ）基板のいずれかの基板上にガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、アルミニウム（Ａｌ）などの窒化物である窒化物半導体などの材料で構成されたＰ型窒化物半導体層とＮ型窒化物半導体層が成膜されている。そして、この半導体発光素子５は３５０〜５００ｎｍの波長の光を出射する。この半導体発光素子５は接着部２０により表面電極１４ｂの上に接着されている。そして、Ｐ型窒化物半導体層とＮ型窒化物半導体層はそれぞれボンディングワイヤー２５ａ、２５ｂで表面電極１４ａ、１４ｂと接続され、各層に外部より電気が供給される。パッケージ１０の周辺の縁部分の最上部の上には例えばエポキシ接着剤等であるシーリング部材３０が配置されている。シーリング部材３０は、半導体発光素子５を覆うように配置された蛍光体含有樹脂４０を封止、つまり例えばガラスで構成されたキャップ部材５０とパッケージ１０との間の空間（キャップ部材５０で覆われた基材１１の凹部内の空間）を封止している。
【００３４】
キャップ部材５０は、半導体発光素子５の発光および蛍光体含有樹脂４０の蛍光光（蛍光）を外部に取り出すために、半導体発光素子５の発光および蛍光体含有樹脂４０の蛍光に対して透明な部材である。
【００３５】
蛍光体含有樹脂４０は、例えばコアがＩｎＰでシェルがＺｎＳで構成されたコア・シェル型の量子ドット蛍光体が、例えばアクリルである樹脂中に分散されたものである。本実施形態においては特に蛍光体含有樹脂４０は２種類の量子ドット蛍光体が混合されたものであり、一つの量子ドット蛍光体の蛍光のピーク波長が５００ｎｍ〜５７０ｎｍであり、もう一つの量子ドット蛍光体の蛍光のピーク波長が５７０ｎｍ〜６８０ｎｍである。この場合、２種類の量子ドット蛍光体を形成することは、コアとシェルの材料である、ＩｎＰおよびＺｎＳの大きさ、厚みを変更することで実現される。
【００３６】
続いて図２Ａおよび図２Ｂを用いて、本実施形態の発光装置１の設計例について説明する。
【００３７】
図２Ａはさまざまな樹脂材料とガラス材料の酸素透過性（酸素透過度）と透湿率をプロットしたグラフである。このグラフにおいて、特に酸素透過性の悪い材料としてシリコーン（例えば膜厚１００μｍ）、酸素透過性が比較的低いものとしてエポキシ樹脂（例えば膜厚１００μｍ）およびアクリル樹脂（例えば膜厚１００μｍ）が挙げられる。また無機材料であるガラス（例えば膜厚３０μｍ）については酸素透過性が検出限界以下と非常に低くなっている。
【００３８】
図２Ｂは、横軸にパッケージサイズ（図１において上面からみたパッケージ１０の面積）、縦軸には発光装置１の内部に対する気密性（パッケージ１０の凹部内部の空間の気密性）を、キャップ部材５０の厚みｔをパラメータにプロットしたものである。このときキャップ部材５０の材料をエポキシ樹脂とし、酸素透過性を５０ｃｃ／（ｍ２＊ｄａｙ＊ａｔｍ）とした。必要な気密性を１０−９Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃとすると、パッケージサイズが５ｍｍ２のときはキャップ部材５０の厚みを０．１ｍｍ以上、パッケージサイズが１００ｍｍ２のときはキャップ部材５０の厚みを１．２ｍｍ以上とすることで設計できることがわかる。このように本実施形態の構成によりキャップ部材５０の材料と厚み、パッケージ１０の大きさを最適化することにより気密性の高い発光装置１を実現でき、封入された蛍光体が劣化するのを抑えることができる。
【００３９】
続いて図３Ａ〜図３Ｅを用いて、本実施形態の発光装置１の製造方法について述べる。
【００４０】
図３Ａ〜図３Ｅは、本実施形態に係る発光装置１の製造方法を示す断面図である。
【００４１】
まず、パッケージ１０を準備し、パッケージ１０の凹部にある表面電極１４ａ、１４ｂ上に、例えばバンプめっきで形成された、例えば金スズ（ＡｕＳｎ）合金である接着部２０を形成する（図３Ａ）。
【００４２】
続いて、基板裏面に金（Ａｕ）層が形成された半導体発光素子５を圧着加熱により接着部２０を介してパッケージ１０に接着させて実装し、ボンディングワイヤー２５ａ、２５ｂにより半導体発光素子５と表面電極１４ａ、１４ｂとを電気的に接続させる（図３Ｂ）。
【００４３】
続いてパッケージ１０の周辺の縁部分の最上部の上に、例えば紫外線硬化型エポキシ接着剤等であるシーリング部材３０をポッティングにより凹部を囲うように形成（塗布）する（図３Ｃ）。
【００４４】
続いて、パッケージ１０を例えば窒素雰囲気中などの酸素がほとんど存在しない雰囲気中に設置した後、パッケージ１０の凹部に半導体発光素子５を埋め（凹部内で半導体発光素子５を被覆し）、凹部を満たす（凹部を充填する）ように、２種類の量子ドット蛍光体が混合された紫外線硬化型アクリル樹脂からなる蛍光体含有樹脂４０を滴下する（図３Ｄ）。
【００４５】
続いて、ガラス等のキャップ部材５０をパッケージ１０の上方から設置し、キャップ部材５０を介してシーリング部材３０と蛍光体含有樹脂４０に紫外線を照射することによりシーリング部材３０と蛍光体含有樹脂４０を硬化させる（図３Ｅ）。これにより、図１の発光装置１が完成する。
【００４６】
続いて、本実施形態の発光装置１の特性を、発光スペクトルの計算結果を示す図４Ａをもとに説明する。図４Ａの計算において、半導体発光素子５からの発光光のピーク波長を４５０ｎｍとし、蛍光体含有樹脂４０中の蛍光体を２種類とし、そのうちの１種類の蛍光体の蛍光のピーク波長を５４０ｎｍ、発光スペクトルの半値幅を６０ｎｍとし、もう一種類の蛍光体の蛍光のピーク波長を６２０ｎｍ、発光スペクトルの半値幅を６０ｎｍとした。この２種類の蛍光体の量を調整することにより、図４Ｂに示すように従来技術とほぼ同じ色度座標ｘ＝０．３３８、ｙ＝０．３３８が得られた。このとき、一般的に、変換効率の高い発光スペクトルを得るために、スペクトルの色再現性である平均演色指数を犠牲にして効率を向上させる手法もあるが、本発明に置いては、従来技術と同等以上の平均演色指数が得られていることがわかる。なお、図４Ａの従来技術のスペクトルは公知のパラメータを用いて発明者が計算した結果である。図４Ａの本発明のスペクトルでは、従来技術のスペクトルと比較し、波長６８０ｎｍ以上の光がほとんど放射されていない。以上のことから、本発明により、従来の発光装置と比較し、発光装置の平均演色指数を低下させることなしに発光装置の発光効率を向上させることができることがわかる。
【００４７】
上記の構成および製造方法により、発光装置１を構成する蛍光体がガスおよび水分に弱い材料であっても、蛍光体を容易にガスバリア性の高いパッケージ１０内の空間（パッケージ１０とキャップ部材５０との間の空間）に封止することができ、蛍光体が劣化するのを抑えることができる。
【００４８】
なお、本実施形態において、蛍光体含有樹脂４０としてＩｎＰとＺｎＳで構成されたコア・シェル型の量子ドット蛍光体を挙げたがこの限りでない。例えば直径がナノサイズである化合物半導体の蛍光体でもよく、例えば、ＩｎＰ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＡｌＡｓ、ＧａＰ、などの化合物半導体で蛍光体を構成してもよい。また、コア・シェル型の量子ドット蛍光体であれば、上記の化合物半導体から２種類を選択して構成してもよい。また上記化合物半導体にＣｅ、Ｅｕ、Ｍｎ、Ｔｍ等の希土類元素が添加された希土類賦活量子ドット蛍光体でもよい。
【００４９】
また、本実施形態において、蛍光体含有樹脂４０中の蛍光体を２種類としたが、１種類以上の蛍光体を含有すればこの限りではない。また、蛍光体含有樹脂４０の樹脂材料としてアクリルをあげたがこの限りでない。蛍光体含有樹脂４０の樹脂材料は、例えば、シリコーンやエポキシ等の透明樹脂でもかまわない。また、キャップ部材５０の材料としてガラスをあげたがこの限りでない。例えばガスバリア性を持たせるために厚みを所定のものにした、アクリル、エポキシ、シリコーン等の透明樹脂でキャップ部材５０を構成してもよい。
【００５０】
また、本実施形態において、接着部２０ａ、２０ｂを金スズ合金としたが、この限りではない。接着部２０ａ、２０ｂに、例えば、銀ペースト等の材料を用いることで容易に発光装置１を製造することができる。
【００５１】
また、本実施形態において、蛍光体含有樹脂４０の樹脂を紫外線硬化型アクリル樹脂としたがこの限りではない。蛍光体含有樹脂４０の樹脂に、例えば、２液性のエポキシや２液性のシリコーン等を用いて、室温〜１００℃程度の低温で硬化させてもよい。また、蛍光体の耐熱性に応じて、１液性のエポキシやシリコーンを蛍光体含有樹脂４０の樹脂に用いて１５０℃程度で硬化させてもよい。
【００５２】
（第２の実施形態）
続いて、本発明の第２の実施形態に係る発光装置について、図５〜図７Ｄを参照しながら説明する。本実施形態の発光装置は第１の実施形態の発光装置と基本的な構成はほぼ同じであるため異なる部分についてのみ説明する。
【００５３】
まず、本発明の第２の実施形態に係る発光装置の構成について、図５を参照しながら説明する。
【００５４】
図５は、本実施形態に係る発光装置１００の構成を示す断面図である。
【００５５】
発光装置１００は、半導体発光素子５、パッケージ１０、接着部２０ａ、２０ｂ、シーリング部材３０、蛍光体含有樹脂４０およびキャップ部材５０から構成されている。そして、パッケージ１０は、基材１１、ビア配線１２ａ、１２ｂ、裏面電極１３ａ、１３ｂ、表面電極１４ａ、１４ｂおよび反射膜１６から構成されている。例えば、シーリング部材３０で封止された空間には、気体により形成される空隙（気泡）３５が形成されている。そして、空隙３５は例えば酸素以外の気体もしくは真空で構成されている。例えば、キャップ部材５０およびパッケージ１０の少なくともいずれか一方の半導体発光素子５に対する表面（キャップ部材５０の凹部に対向する表面ならびにパッケージ１０の凹部の底面および側面）が撥水処理されている。
【００５６】
パッケージ１０では、半導体発光素子５を配置するためと、後述するすように気泡を凹部内の周辺部に逃がして空隙３５を形成するための逃げ形状を形成するため、基材１１は凹部内の斜面の上部の開口部付近に１つの段差部１５を有するように形成されている。凹部の底面、段差部１５および斜面には半導体発光素子５から出射された光および蛍光体含有樹脂４０から出射された蛍光を反射するための反射膜１６が形成されている。また反射膜１６表面は、後述するように、樹脂をはじき易いようにフッ素樹脂などにより撥水処理がなされている。凹部の底面には、半導体発光素子５へ電気を供給するための表面電極１４ａ、１４ｂが形成され、表面電極１４ａ、１４ｂは基材１１に埋め込まれたビア配線１２ａ、１２ｂを通じて、基材１１の裏面に形成された裏面電極１３ａ、１３ｂに接続されている。
【００５７】
本実施形態の半導体発光素子５は、第１の実施形態の半導体発光素子５と構成はほぼ同じであるが、パッケージ１０への実装方法が第１の実施形態とは大きく異なる。
【００５８】
本実施形態の半導体発光素子５は、例えば、サファイア基板、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）基板、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板などの透明基板上に窒化物半導体層が成膜された発光ダイオードである。本実施形態の半導体発光素子５は、波長が３５０〜５００ｎｍの光を出射する半導体発光ダイオードである。本実施形態の半導体発光素子５は、バンプ接合によりいわゆるフェースダウン実装される。具体的には、表面電極１４ａ、１４ｂに配置されたバンプ電極により、表面電極１４ａ、１４ｂとＰ型窒化物半導体層およびＮ型窒化物半導体層とが電気的に接続され、外部より半導体発光素子５に電気が供給される。
【００５９】
パッケージ１０の周辺の縁部分の最上部の上には例えばエポキシ接着剤等であるシーリング部材３０が配置されている。シーリング部材３０は、半導体発光素子５を覆うように配置された蛍光体含有樹脂４０、つまり例えばアクリル等の透明樹脂もしくはガラスで構成されたキャップ部材５０とパッケージ１０との間の空間（キャップ部材５０で覆われた基材１１の凹部内の空間）を封止している。このとき、キャップ部材５０の蛍光体含有樹脂４０側の表面は、例えばフッ素樹脂等により撥水処理されている。また、蛍光体含有樹脂４０は、凹部側面の２段凹部上部において例えばほとんどが窒素成分である空隙３５が発生するように配置されている。
【００６０】
続いて図６を用いて、本実施形態の発光装置１００の動作について説明する。
【００６１】
図６は、発光装置１００の動作（光の出射方向）を説明するための断面図である。図６において、半導体発光素子５からピーク波長がおよそ４５０ｎｍの出射光１６１が放射される。出射光１６１は蛍光体含有樹脂４０を通過する際、一部は蛍光体により蛍光１６２に変換される。出射光１６１および蛍光１６２は、直接もしくは、反射膜１６で反射されて、パッケージ１０外部に放射される。このとき出射光１６１および蛍光１６２は、ほとんどが半導体発光素子５の上方を通過するため、周辺部分に配置された空隙３５において、屈折率差等により光の放射が妨害されることはない。
【００６２】
続いて図７Ａ〜図７Ｄを用いて、本実施形態の発光装置１００の製造方法について説明する。
【００６３】
図７Ａ〜図７Ｄは、本実施形態に係る発光装置１００の製造方法を示す断面図である。
【００６４】
まず、パッケージ１０を準備し、パッケージ１０の凹部にある表面電極１４ａ、１４ｂ上に、例えばバンプで形成された、例えば金スズ（ＡｕＳｎ）合金である接着部２０ａ、２０ｂを形成する（図７Ａ）。
【００６５】
続いて、半導体発光素子５の表面に形成された図示しない金（Ａｕ）層のｐ型電極とｎ型電極を、接着部２０ａ、２０ｂと位置あわせし、圧着加熱により接着部２０ａ、２０ｂを介してパッケージ１０に接着させて半導体発光素子５を実装する。引き続き、パッケージ１０の凹部内の反射膜１６に例えば電着等によりフッ素樹脂などを形成する（図７Ｂ）。
【００６６】
続いてパッケージ１０の周辺の縁部分の最上部の上に、例えば紫外線硬化型エポキシ接着剤等であるシーリング部材３０をポッティングにより凹部を囲うように形成（塗布）する。
【００６７】
続いて、パッケージ１０を例えば窒素雰囲気中などの酸素がほとんど存在しない雰囲気中に設置した後、パッケージ１０の凹部に半導体発光素子５を埋め（凹部内で半導体発光素子５を被覆し）、凹部を満たすように、２種類の量子ドット蛍光体が混合された紫外線硬化型アクリル樹脂である蛍光体含有樹脂４０を滴下する（図７Ｃ）。このとき、蛍光体含有樹脂４０は、凹部の体積と比較して少ない量を滴下し、凹部を完全に充填しないようにする。
【００６８】
続いて、アクリル等の透明樹脂もしくはガラス等のキャップ部材５０をパッケージ１０の上方から設置する。アクリル等の透明樹脂の表面は撥水処理が施されている。このとき、蛍光体含有樹脂４０は凹部の体積よりも少ないため凹部内に空隙３５が発生するが、空隙３５は蛍光体含有樹脂４０の表面張力によりパッケージ１０の側面（凹部の側面）側に配置される。
【００６９】
続いて、キャップ部材５０を介してシーリング部材３０と蛍光体含有樹脂４０に紫外線を照射することによりシーリング部材３０と蛍光体含有樹脂４０を硬化させる（図７Ｄ）。これにより、図５の発光装置１００が完成する。
【００７０】
図７Ａ〜図７Ｄの製造方法により、蛍光体含有樹脂４０の体積を凹部の体積よりも少なくできる。従って、蛍光体含有樹脂４０を滴下する際の滴下量のばらつきにより蛍光体含有樹脂４０の体積が凹部の体積よりも多くなり、キャップ部材５０をパッケージ１０に接着させる際に、過剰な蛍光体含有樹脂４０がシーリング部材３０の位置まで侵入することを抑えることができる。その結果、キャップ部材５０とパッケージ１０との接着強度を低下させ、発光装置の気密性が低下することを抑えることができる。
【００７１】
また、発光装置１００の長期保存および動作中に、キャップ部材５０もしくはシーリング部材３０を透過するわずかな酸素を分圧効果により凹部周辺の空隙３５に集めることができる。その結果、酸素が蛍光体含有樹脂に進入し、蛍光体を劣化させることを抑えることができる。
【００７２】
なお、本実施形態において、パッケージ１０の反射膜１６に撥水処理を施したが、例えば、必要に応じて蛍光体含有樹脂４０と接するアクリル等の透明樹脂の基材１１の表面に撥水処理が施されてもよい。
【００７３】
（第３の実施形態）
続いて、本発明の第３の実施形態に係る発光装置について、図８および図９を参照しながら説明する。本実施形態の発光装置は第１の実施形態の発光装置と基本的な構成はほぼ同じであるため異なる部分についてのみ説明する。
【００７４】
まず、本発明の第３の実施形態に係る発光装置の構成について、図８を参照しながら説明する。
【００７５】
図８は、本実施形態に係る発光装置２００の構成を示す断面図である。
【００７６】
発光装置２００は、半導体発光素子５、パッケージ１０、接着部２０、ボンディングワイヤー２５ａ、２５ｂ、シーリング部材３０、蛍光体含有樹脂４０およびキャップ部材５０から構成されている。そして、パッケージ１０は、基材１１、ビア配線１２ａ、１２ｂ、裏面電極１３ａ、１３ｂ、表面電極１４ａ、１４ｂおよび反射膜１６から構成されている。
【００７７】
発光装置２００と第１の実施形態の発光装置１との違いは、第２の実施形態で示した空隙３５の存在とその位置である。本実施形態において空隙３５は凹部の下部に配置される。この構成により半導体発光素子５および蛍光体含有樹脂４０から放射される出射光および蛍光が発光装置２００から外部へ導かれる際に、空隙３５における屈折率差により悪影響を受けることを低減させることができる。
【００７８】
続いて図９を用いて本実施形態の発光装置２００の製造方法について述べる。
【００７９】
図９は、本実施形態に係る発光装置２００の製造方法を示す断面図である。本実施形態の製造方法と第２の実施形態の製造方法との異なる点は、キャップ部材５０をパッケージ１０に配置した後の紫外線硬化の工程の内容である。本実施形態の製造方法ではシーリング部材３０および蛍光体含有樹脂４０の紫外線硬化時にパッケージ１０に対してキャップ部材５０が下側になるように配置し、つまりキャップ部材５０に向かう力が重力として蛍光体含有樹脂４０にかかるように配置し、下側より紫外線を照射する（図９）。この方法により空隙３５を凹部下部に配置させることができる。
【００８０】
（第４の実施形態）
続いて、本発明の第４の実施形態に係る発光装置について、図１０〜図１３を参照しながら説明する。本実施形態の発光装置は第２の実施形態の発光装置と基本的な構成はほぼ同じであるため異なる部分についてのみ説明する。本実施形態の発光装置の特徴は蛍光体が含まれた層を多層構造で発光装置内に形成することであり、この構成によりより自由に蛍光体材料を選択できるようになる。
【００８１】
まず、本発明の第４の実施形態に係る発光装置の構成について、図１０を参照しながら説明する。
【００８２】
図１０は、本実施形態に係る発光装置３００の構成を示す断面図である。
【００８３】
発光装置３００は、半導体発光素子５、パッケージ１０、接着部２０ａ、２０ｂ、シーリング部材３０、第１の蛍光体含有樹脂４１、第２の蛍光体含有樹脂４２およびキャップ部材５０から構成されている。そして、パッケージ１０は、基材１１、ビア配線１２ａ、１２ｂ、裏面電極１３ａ、１３ｂ、表面電極１４ａ、１４ｂおよび反射膜１６から構成されている。蛍光体は、第１の蛍光体含有樹脂４１および第２の蛍光体含有樹脂４２の異なる樹脂材料に混合されている。例えば第１の蛍光体含有樹脂４１および第２の蛍光体含有樹脂４２の少なくとも一方の蛍光体は、複数種類の蛍光体粒子により構成される。例えば第１の蛍光体含有樹脂４１および第２の蛍光体含有樹脂４２の少なくとも一方の蛍光体は、量子ドット蛍光体である。例えば第１の蛍光体含有樹脂４１および第２の蛍光体含有樹脂４２の少なくとも一方の複数種類の蛍光体がシーリング部材３０で封止された空間に封入される。例えば第１の蛍光体含有樹脂４１および第２の蛍光体含有樹脂４２の少なくとも一方の蛍光体の少なくとも１種類は希土類賦活蛍光体材料で構成される。
【００８４】
本実施形態において、第１の蛍光体含有樹脂４１とキャップ部材５０との間に第２の蛍光体含有樹脂４２が配置される。言い換えると、キャップ部材５０とパッケージ１０との間の凹部内の空間に、複数種類の蛍光体含有樹脂として第１の蛍光体含有樹脂４１および第２の蛍光体含有樹脂４２が配置される。この構成により異なる蛍光体を層構造で凹部内の異なる領域で形成することができるためより発光装置３００の発光スペクトルを自由に設計することができる。
【００８５】
本実施形態において、第２の蛍光体含有樹脂４２の蛍光体を例えばＹＡＧ：Ｃｅのような希土類賦活蛍光体とし、第１の蛍光体含有樹脂４１の蛍光体を例えばＩｎＰ／ＺｎＳのような量子ドット蛍光体とできる。この構成をもとに発光装置３００の発光スペクトルを設計した例（計算した結果）が図１１Ａである。量子ドット蛍光体は、発光ピーク波長を６２５ｎｍ、スペクトル半値幅を５０ｎｍとした。蛍光体を調整することにより、図１１Ｂに示すように、色度座標がｘ＝０．３３６、ｙ＝０．３３３で、平均演色指数が９２を得ることができる。従って、本発明により、平均演色指数が従来技術とほぼ同じでありながら、波長６８０ｎｍ以上の光を大幅に低減できることがわかる。
【００８６】
続いて図１２を用いて本実施形態の発光装置３００の製造方法について説明する。
【００８７】
図１２は、本実施形態に係る発光装置３００の製造方法を示す断面図である。本実施形態の製造方法において、キャップ部材５０としては、希土類蛍光体を含有し硬化させた第２の蛍光体含有樹脂４２があらかじめ表面に形成された透明部材を用いる。このとき第２の蛍光体含有樹脂４２付きキャップ部材５０は大気中で製造することができる。このようなキャップ部材５０を用いて第１〜３の実施形態と同様に第１の蛍光体含有樹脂４１および第２の蛍光体含有樹脂４２を気密封止することができる。
【００８８】
続いて図１３を用いて本実施形態の変形例を説明する。本変形例において、本実施形態と異なる点は、第２の蛍光体含有樹脂４２が半導体発光素子５を覆うように配置されていることである。本変形例の構成を用いることにより、発光スペクトルは本実施形態と同等の設計ができるが、半導体発光素子５の光出力や発熱量に応じて、より第１の蛍光体含有樹脂４１と第２の蛍光体含有樹脂４２の配置をより柔軟に行うことができる。また本変形例の製造方法において、第１の蛍光体含有樹脂４１と第２の蛍光体含有樹脂４２の形成方法は、例えば、図７Ｃにおいて、まず第２の蛍光体含有樹脂４２を適量滴下して硬化させた後、第１の蛍光体含有樹脂４１を滴下して、キャップ部材５０で封止する。このように、本変形例の製造方法により容易に発光装置の蛍光体が含まれた層を多層化することができる。
【００８９】
（第５の実施形態）
続いて、本発明の第５の実施形態に係る発光装置について、図１４を参照しながら説明する。本実施の形態の発光装置は第２の実施形態の発光装置と基本的な構成はほぼ同じであるため異なる部分についてのみ説明する。
【００９０】
図１４は、本実施形態に係る発光装置４００の構成を示す断面図である。
【００９１】
発光装置４００は、複数の半導体発光素子５、パッケージ１０、接着部２０ａ、２０ｂ、シーリング部材３０、蛍光体含有樹脂４０およびキャップ部材５０から構成されている。そして、パッケージ１０は、基材１１、ビア配線１２ａ、１２ｂ、裏面電極１３ａ、１３ｂ、表面電極１４ａ、１４ｂおよび反射膜１６から構成されている。
【００９２】
発光装置４００には、複数の半導体発光素子５が実装されている。本実施形態において半導体発光素子５の数を増やすことができるため、発光装置４００の光出力を大きくすることができる。一方、キャップ部材５０から進入してくるガス量も大きくなるが第１の実施形態で説明した設計パラメータを活用することで、キャップ部材５０から進入してくるガス量をコントロールでき、蛍光体の劣化を抑制し、発光装置４００の特性が低下することを抑えることができる。
【００９３】
また本実施形態においては例えばＹＡＧ：Ｃｅのような希土類蛍光体を混合した蛍光体含有樹脂４０をキャップ部材５０のパッケージ１０と対向する面に配置する。この構成によりガスおよび水分に弱い蛍光体のみをパッケージ１０の凹部の内部に気密封止することができるため、効率的に発光装置を設計することができる。
【００９４】
（第６の実施形態）
続いて、本発明の第６の実施形態に係る発光装置について、図１５を参照しながら説明する。本実施の形態の発光装置は第５の実施形態の発光装置と基本的な構成はほぼ同じであるため異なる部分についてのみ説明する。
【００９５】
図１５は、本実施形態に係る発光装置５００の構成を示す断面図である。
【００９６】
発光装置５００は、複数の半導体発光素子５、パッケージ１０、接着部２０ａ、２０ｂ、シーリング部材３０、蛍光体含有樹脂４０およびキャップ部材５０から構成されている。そして、パッケージ１０は、基材１１、ビア配線１２ａ、１２ｂ、裏面電極１３ａ、１３ｂ、表面電極１４ａ、１４ｂおよび反射膜１６から構成されている。キャップ部材５０には蛍光体が含まれている。
【００９７】
発光装置５００は、第５の実施形態に記載したキャップ部材５０が透明部材に希土類蛍光体を含有させたものに変更されている点で第５の実施形態の発光装置と異なる。この構成によりキャップ部材５０は蛍光体含有樹脂をガスおよび水分から保護するキャップ効果と蛍光体を含有して蛍光を出射する機能の両方を有することができるため、効果的に発光装置を構成することができる。
【００９８】
以上、本発明の発光装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲内で当業者が思いつく各種変形を施したものも本発明の範囲内に含まれる。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、複数の実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
【００９９】
例えば、上記実施形態において、パッケージに凹部が設けられ、その内部の空間に蛍光体含有樹脂が配置されるとした。しかし、蛍光体含有樹脂がシーリング部材で封止されたパッケージとキャップ部材との間の空間に配置されればこれに限られない。従って、キャップ部材に凹部が形成され、蛍光体含有樹脂はこの凹部の内部の空間に配置されてもよいし、キャップ部材とパッケージとの間に隙間が形成され、蛍光体含有樹脂はこの隙間の空間に配置されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明は、演色性の良い発光装置を実現することができるため、例えば、家庭用照明器具だけでなく、食料品を展示する展示用照明器具、又は表示映像の鮮明性が必要な大画面型液晶テレビのバックライト光源などに有用である。
【符号の説明】
【０１０１】
１、１００、２００、３００、４００、５００、１０２１  発光装置
５  半導体発光素子
１０  パッケージ
１１  基材
１２ａ、１２ｂ  ビア配線
１３ａ、１３ｂ  裏面電極
１４ａ、１４ｂ  表面電極
１５  段差部
１６  反射膜
２０、２０ａ、２０ｂ  接着部
２５ａ、２５ｂ  ボンディングワイヤー
３０  シーリング部材
３５  空隙
４０  蛍光体含有樹脂
４１  第１の蛍光体含有樹脂
４２  第２の蛍光体含有樹脂
５０  キャップ部材
１６１  出射光
１６２  蛍光
１０２２、１０２３  リードワイヤ
１０２４  青色発光ダイオード素子
１０２５  金細線
１０２６  第一の樹脂
１０２７  蛍光体
１０２８  第二の樹脂
１０２９  アルミナセラミックス基板
１０３０  壁面部材
【図１】
0005919504.tif 000002
【図２Ａ】
0005919504.tif 000003
【図２Ｂ】
0005919504.tif 000004
【図３Ａ】
0005919504.tif 000005
【図３Ｂ】
0005919504.tif 000006
【図３Ｃ】
0005919504.tif 000007
【図３Ｄ】
0005919504.tif 000008
【図３Ｅ】
0005919504.tif 000009
【図４Ａ】
0005919504.tif 000010
【図４Ｂ】
0005919504.tif 000011
【図５】
0005919504.tif 000012
【図６】
0005919504.tif 000013
【図７Ａ】
0005919504.tif 000014
【図７Ｂ】
0005919504.tif 000015
【図７Ｃ】
0005919504.tif 000016
【図７Ｄ】
0005919504.tif 000017
【図８】
0005919504.tif 000018
【図９】
0005919504.tif 000019
【図１０】
0005919504.tif 000020
【図１１Ａ】
0005919504.tif 000021
【図１１Ｂ】
0005919504.tif 000022
【図１２】
0005919504.tif 000023
【図１３】
0005919504.tif 000024
【図１４】
0005919504.tif 000025
【図１５】
0005919504.tif 000026
【図１６】
0005919504.tif 000027
【図１７】
0005919504.tif 000028