(57)【要約】【課題】光放射面全体を均一に白色等の意図する発光色とすることができる発光装置を提供する。【解決手段】青色ＬＥＤ４の発光する層を有する層４５で発光された青色光が、最上層のｐ電極４８の下面４８ａで反射されることによって、青色ＬＥＤ４上面から直接光が出射されないようにした。且つ、発光する層を有する層４５で発光された青色光が反射された青色光とともにマウント５に入射され、マウント５に混入された蛍光体１１で黄色光に波長変換され、この黄色光と青色光とがカップ１０で上方に反射されて外部へ放射されるようにした。【選択図】　図１
2004087631.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射鏡内に透光性の接着剤で固定された窒化物半導体から成る発光素子と、この発光素子で発光された光を吸収し、この吸収した光と異なる波長の光を発光する蛍光体とを有する発光装置において、
前記発光素子の発光観測面側に配置される電極が、非透光性で光を反射する導電性膜で形成され、前記蛍光体が前記接着剤に混入されて成る
ことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記電極は、ボンディングワイヤでリードフレームあるいはリードパターンに接続される
ことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記発光素子は、前記反射鏡及び前記リードフレームあるいは前記リードパターンを封止して外部の光放射面を形成する透光性樹脂で封止される
ことを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子と蛍光体を有して発光する発光装置に関し、例えばＬＥＤディスプレイ、バックライト装置、信号機、照光式スイッチ、各種センサ、各種インジケータ等に適用される発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に発光装置に用いられる発光素子としては、無機ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）、ＬＥＤ、レーザーダイオード、無機厚膜エレクトロルミネセンスシートまたは無機薄膜エレクトロルミネセンス部品等が上げられる。ＬＥＤはとりわけ、寿命が長い、場所をとらない、衝撃に強い、さらに狭いスペクトルバンドで発光するという特徴で際立っている。
【０００３】
多数の発光色、特別に広いスペクトルバンドの多数の発光色は、ＬＥＤにおける活性半導体材料の固有の発光では、実現不可能であるか、非効率にしか実現することができない。とりわけこのことは、白色の発光を得る場合にあてはまる。
【０００４】
公知技術水準によれば、半導体では本来実現することができない発光色は、波長変換技術によって得られる。この波長変換技術は、本質的に次の原理に基づいている。すなわち、少なくとも１つの蛍光体をＬＥＤの上に配置し、その蛍光体によって、ＬＥＤが発光した光のを吸収し、この吸収した光の波長と異なる波長の光を発光するものである。言い換えれば、ＬＥＤで発光された光を吸収し、その後にフォトルミネセンス光を別の発光色で放射する。
【０００５】
このような原理で発光する発光装置として、特許第２９４７３４４号公報に記載された発光ダイオード装置（以下、発光装置という）がある。この発光装置は、一対のリードフレームの内、一方のリードフレームに設けられた反射鏡の役割を果たすカップ部に、蛍光体が混入された接着剤で青色ＬＥＤを固定し、この青色ＬＥＤの一対の電極を個々にボンディングワイヤで該当するリードフレームに接続し、この全体を透光性樹脂で封止して成るものである。
【０００６】
この発光装置においては、青色ＬＥＤで発光された青色光が、蛍光体で一部もしくは全部波長変換されることにより他の色の光を放射する。例えば、蛍光体が黄色の蛍光体であれば、波長変換によって得られた黄色光と変換されない青色光が混合されて発光装置外部へ放射されるので、外部からは白色として見える。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記公報に記載された発光装置においては、青色ＬＥＤの上面から発光された青色光と側面又は下部から発光された青色光への光の吸収量が異なり、青色ＬＥＤ上面から発光する光量は他の部位より多く、蛍光体の膜厚は相対的に薄いため光の吸収量が少なくなるので、青色ＬＥＤの上方を外部から見た場合、中央がやや青色でこの周りがやや黄色く発光して見え、本来意図する白色に見えない。つまり、光放射面全体が均一に白色等の意図する色に発光して見えないという問題がある。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、光放射面全体を均一に白色等の意図する発光色とすることができる発光装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の発光装置は、反射鏡内に透光性の接着剤で固定された窒化物半導体から成る発光素子と、この発光素子で発光された光を吸収し、この吸収した光と異なる波長の光を発光する蛍光体とを有する発光装置において、前記発光素子の発光観測面側に配置される電極が、非透光性で光を反射する導電性膜で形成され、前記蛍光体が前記接着剤に混入されて成ることを特徴としている。
【００１０】
また、前記電極は、ボンディングワイヤでリードフレームあるいはリードパターンに接続されることを特徴としている。
【００１１】
また、前記発光素子は、前記反射鏡及び前記リードフレームあるいは前記リードパターンを封止して外部の光放射面を形成する透光性樹脂で封止されることを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係るＬＥＤランプの構成を示す断面図である。図２は、図１に示すＬＥＤランプの特徴部分の拡大断面図である。
【００１４】
この図１に示すＬＥＤランプは、所謂レンズタイプのものであり、ＧａＮ系半導体からなる青色ＬＥＤ４が、青色ＬＥＤ４で発光された光をＬＥＤランプの上方に反射させるよう反射鏡としての役割を果たすカップ１０が形成されたメタルステム３に、Ｃｅ：ＹＡＧ等の蛍光体１１が混入されたマウント５を介して取り付けられている。また、青色ＬＥＤ４のｐ電極４８とリードフレーム１とが金製のボンディングワイヤ６により接続され、ｎ電極４９とリードフレーム２とが金製のボンディングワイヤ７により接続されている。更に、これらの構成要素が、透光性樹脂９で封止されている。なお、メタルステム３とリードフレーム１は、マウントリードともいう。透光性樹脂９には、固化後に透明となるシリコーン樹脂又はエポキシ樹脂を用いる。
【００１５】
このような構成のＬＥＤランプの特徴は、カップ１０の底面にマウント５で固定された青色ＬＥＤ４の最上層であるｐ電極４８を、非透光性で光を反射する導電性金属による厚膜としたことと、マウント５に蛍光体１１を混入したことにある。つまり、青色ＬＥＤ４の発光する層を有する層４５で発光された光が青色ＬＥＤ４の上方へ透過されないことと、発光された光がｐ電極４８の下面４８ａで下方のマウント５側へ反射されることによって、発光された殆どの光がマウント５へ入射され、この入射光が蛍光体１１で波長変換されてカップ１０で上方へ反射されるようにしたことにある。
【００１６】
青色ＬＥＤ４は、図２に示すように、透明基板として例えばサファイア基板４１を有し、このサファイア基板４１上に、ＭＯＣＶＤ法等により窒化物半導体層として例えば、バッファ層４２、ｎ型コンタクト層４３、ｎ型クラッド層４４、発光する層を有する層４５、ｐ型クラッド層４６、およびｐ型コンタクト層４７を順次形成し、スパッタリング法，真空蒸着法等により、ｐ型コンタクト層４７上の全面に、非透光性で光を反射する導電性金属による厚膜のｐ電極４８を形成し、更にｎ型コンタクト層４３上の一部にｎ電極４９を形成したものである。ｐ電極材料としては、Ｒｈ，Ａｕ，Ｐｔ，Ａｇ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｍｇ，Ｐｄ，Ｖ，Ｍｎ，Ｂｉ，Ｓｎ，Ｒｅ等の金属又は、これらの合金を用いることができる。中でも、Ｒｈ，Ｐｔは、ＧａＮ系半導体から成る青色ＬＥＤの発光波長に対して高い反射効率を有するため、好適なｐ電極材料として用いることができる。ｐ電極を、異なる組成の層が積層された二層又は多層構造とすることもできる。ｎ電極材料としては、Ａｌ，Ｖ，Ｓｎ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ｈｆ等の金属又はこれらの合金を用いることができる。ｎ電極を、異なる組成の層が積層された二層又は多層構造とすることもできる。例えば、ＶとＡｌの２層構造とすることができる。
【００１７】
バッファ層４２は、例えば、ＡｌＮからなり、ｎ型コンタクト層４３は、例えば、ＧａＮからなる。
【００１８】
ｎ型クラッド層４４は、例えば、ＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ＜１）からなり、ｐ型クラッド層４６は、例えば、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）からなり、ｐ型コンタクト層４７は、例えば、ＡｌｚＧａ１−ｚＮ（０≦ｚ＜１、ｚ＜ｘ）からなる。また、ｐ型クラッド層４６のバンドギャップは、ｎ型クラッド層４４のバンドギャップより大きくする。ｎ型クラッド層４４およびｐ型クラッド層４６は、単一組成の構成であっても良く、超格子構造となるように、互いに組成が異なる厚み１００Å以下の上記の窒化物半導体膜が積層される構成であっても良い。膜厚を１００Å以下とすることにより、膜中にクラックや結晶欠陥が発生するのを防ぐことができる。
【００１９】
発光する層を有する層４５は、ＩｎＧａＮからなる複数の井戸層と、ＧａＮからなる複数のバリア層とからなる。また、超格子層を構成するように、井戸層およびバリア層の厚みは１００Å以下、好ましくは６０〜７０Åにする。ＩｎＧａＮは、結晶の性質が他のＡｌＧａＮのようなＡｌを含む窒化物半導体と比べて柔らかいので、ＩｎＧａＮを発光する層を有する層４５を構成する層に用いることにより、積層した各窒化物半導体層全体にクラックが入り難くなる。なお、発光する層を有する層４５は、ＩｎＧａＮからなる複数の井戸層と、ＡｌＧａＮからなる複数のバリア層とから構成してもよい。また、ＡｌＩｎＧａＮからなる複数の井戸層と、ＡｌＩｎＧａＮからなる複数のバリア層とから構成してもよい。但し、バリア層のバンドギャップエネルギーは、井戸層のバンドギャップエネルギーより大きくする。
【００２０】
このような構成の青色ＬＥＤ４の発光波長の半値幅は、５０ｎｍ以下、好ましく４０ｎｍ以下とする。また、青色ＬＥＤ４のピーク発光波長は、３８０ｎｍから５００ｎｍの範囲の、例えば、４５０ｎｍにある。
【００２１】
次に、マウント５は、扱いやすさからエポキシ樹脂等の種々の透明な樹脂を用いて形成されている。マウント５に用いられる樹脂は接着性を有すると共に、極めて小さい青色ＬＥＤ４の側面にマウント５がせり上がっても側面で各層間がショートしないよう絶縁性を有する樹脂が好ましい。
【００２２】
更に、マウント５に含有された蛍光体１１について説明する。蛍光体１１は、Ｃｅ：ＹＡＧである。但し、ＹＡＧは、イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体である。
【００２３】
このように構成されたＬＥＤランプにおいて、リードフレーム１，２間に電圧を印加すると、青色ＬＥＤ４が波長４５０〜４８０ｎｍの青色の光を発光する。この際、青色ＬＥＤ４においては、発光する層を有する層４５で発光された光がｐ電極４８の下面４８ａで下方のマウント５側へ反射されるので、発光された殆どの光がマウント５へ入射されて蛍光体１１を励起する。この励起された蛍光体１１は、５５０〜５８０ｎｍの黄色の光を発光する。また、青色ＬＥＤ４で発光された青色光の一部は、蛍光体１１に入射されず、そのままマウント５を透過する。この透過した青色光と黄色光は、カップ１０で上方に反射され、透光性樹脂９を透過する。
【００２４】
この透過時、透光性樹脂９内では、上方に反射された青色光と黄色光とが混合され、この混合光が、透光性樹脂９を通過して外部に放射される。従って、その混合された光は、人間の目では白色に見え、結果として、ＬＥＤランプは、白色に発光しているように見える。
【００２５】
この際、青色ＬＥＤ４の上面からは従来のＬＥＤランプのように直接青色光が発光されないので、従来のように青色ＬＥＤの上方部分がやや青く見えるといったことが無くなる。つまり、青色ＬＥＤ４の上面からは従来のＬＥＤランプのように直接青色光が発光されず、且つ、青色光と黄色光とがカップ１０で上方に反射されて外部へ放射されるので、ＬＥＤランプの光放射面全体が一様に、白色に発光しているように見える。従って、光放射面全体を均一に白色の発光色とすることができる。
【００２６】
また、従来のＬＥＤランプとして、図１に示すカップ１０内に封止剤を充填した後、透光性樹脂９に相当する外部樹脂を形成するタイプのものがあるが、このタイプのＬＥＤランプに比べ、本実施の形態のＬＥＤランプではカップ１０内の封止剤が不要となるので、その分、製造工程を省略することができ、製造コスト低下に寄与することが可能となる。
【００２７】
この他の実施の形態に係るＬＥＤランプを、図３を参照して説明する。但し、この図３に示すＬＥＤランプにおいて図１に示したＬＥＤランプの各部に対応する部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００２８】
この図３に示すＬＥＤランプは、ＳＭＤ（Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｍｏｕｎｔｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）型のものであり、次のような構成となっている。絶縁性を有するガラスエポキシ樹脂基板１２の上下側面に、電気的に絶縁された２つのリード１４，１５が金パターンによって形成され、リード１４，１５上にプラスチック製のカップ１７ａを有する枠体１７が設けられている。カップ１７ａは、その表面が青色ＬＥＤ４で発光された光を反射する反射鏡となっている。リード１４，１５は非対称であり、一方のリード１５の上面は、枠体１７のカップ１７ａが形成する空間底部の中央部分まで形成されているが、他方のリード１４は、上記空間の底部に少しだけ露出した状態に形成されている。
【００２９】
青色ＬＥＤ４は、リード１５の上面にマウント５で固着されている。青色ＬＥＤ４のｐ電極４８とリード１５は、金製のボンディングワイヤ６により接続され、青色ＬＥＤ４のｎ電極４９とリード１４は、金製のボンディングワイヤ７により接続されている。
【００３０】
枠体１７のカップ１７ａが形成する空間には、固化後に透明となる封止材２６が充填されており、この封止材２６により青色ＬＥＤ４が固定されている。封止材２６は、シリコーン樹脂またはエポキシ樹脂を用いたものである。但し、封止材２６は、枠体１７のカップ１７ａが形成する空間内一杯に充填されてもよく、また、枠体１７の上縁から下がった部位まで充填されていてもよい。
【００３１】
このように構成されたＬＥＤランプにおいて、リード１４，１５間に電圧を印加すると、青色ＬＥＤ４が波長４５０〜４８０ｎｍの青色の光を発光する。この際、青色ＬＥＤ４においては、発光する層を有する層４５で発光された光がｐ電極４８の下面４８ａで下方のマウント５側へ反射されるので、発光された殆どの光がマウント５へ入射されて蛍光体１１を励起する。この励起された蛍光体１１は、５５０〜５８０ｎｍの黄色の光を発光する。また、青色ＬＥＤ４で発光された青色光の一部は、蛍光体１１に入射されず、そのままマウント５を透過する。この透過した青色光と黄色光は、カップ１７ａで上方に反射され、封止剤２６を透過する。
【００３２】
この透過時、封止剤２６内では、上方に反射された青色光と黄色光とが混合され、この混合光が、封止剤２６を通過して外部に放射される。従って、その混合された光は、人間の目では白色に見え、結果として、ＬＥＤランプは、白色に発光しているように見える。
【００３３】
この際、青色ＬＥＤ４の上面からは従来のＬＥＤランプのように直接青色光が発光されないので、従来のように青色ＬＥＤの上方部分がやや青く見えるといったことが無くなる。つまり、青色ＬＥＤ４の上面からは従来のＬＥＤランプのように直接青色光が発光されず、且つ、青色光と黄色光とがカップ１７ａで上方に反射されて外部へ放射されるので、ＬＥＤランプの光放射面全体が一様に、白色に発光しているように見える。従って、光放射面全体を均一に白色の発光色とすることができる。また、その他の実施の形態として、上記実施の形態の蛍光体１１を、青色によって励起され緑色に発光する蛍光体と、青色によって励起され赤色に発光する蛍光体とを混合したものに置き換えても良い。更に、青色ＬＥＤを近紫外を発光するＬＥＤに置き換え、かつ、蛍光体１１を近紫外の光によって励起される青色・緑色・赤色を発光する各蛍光体を混合したものに置き換えることも可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、発光素子にあって発光する層を有する層で発光された光が、最上層の電極で反射されることによって、発光素子上面から発光された光が直接出射されない。且つ、発光する層を有する層で発光された光が反射された光とともに、発光素子固定用の透光性の接着剤に入射され、内部の蛍光体を励起する。この励起光と青色光とが反射鏡で上方に反射されて外部へ放射されるので、発光装置の光放射面全体が均一に白色に発光しているように見える。従って、光放射面全体を均一に白色等の意図する発光色とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るＬＥＤランプの構成を示す断面図である。
【図２】上記ＬＥＤランプの特徴部分の拡大断面図である。
【図３】他の実施の形態に係るＬＥＤランプの構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１，２　リードフレーム
３　マウントリード
４　青色ＬＥＤ
５　マウント
１，２，１４，１５　ボンディングワイヤ
９　透光性樹脂
１０，１７ａ　カップ
１１　蛍光体
１４，１５　リード
１７　枠体
４１　サファイア基板
４２　バッファ層
４３　ｎ型コンタクト層
４４　ｎ型クラッド層
４５　発光する層を有する層
４６　ｐ型クラッド層
４７　ｐ型コンタクト層
４８　ｐ電極
４８ａ　ｐ電極の下面
４９　ｎ電極
【図１】
2004087631.tif 000003
【図２】
2004087631.tif 000004
【図３】
2004087631.tif 000005