(57)【要約】【課題】発光観測面方向において均一な発光が観測される発光装置とする。【解決手段】本発明は、発光素子と、該発光素子から発光された光の少なくとも一部を散乱させることが可能な粒子状の光拡散物質と、該光拡散物質が含有され発光素子を封止する透光性封止部材とを有する発光装置において、透光性封止部材は、少なくとも発光素子を封止する第一の部位と、該第一の部位を被覆し粒子状の光拡散物質とともに分散剤を含有する第二の部位とを有することを特徴とする発光装置である。また、分散剤と透光性樹脂材料と光拡散物質とを含む混合物を調製し、該光拡散物質が混合物中で均一に分散するまで撹拌する第一の工程と、混合物を少なくとも発光素子の上方に配置する第二の工程と、を含むことを特徴とする上記発光装置の形成方法である。【選択図】図１
2004221163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、該発光素子から発光された光の少なくとも一部を散乱させることが可能な粒子状の光拡散物質と、該光拡散物質が含有され前記発光素子を封止する透光性封止部材とを有する発光装置において、
前記透光性封止部材は、少なくとも前記発光素子を封止する第一の部位と、該第一の部位を被覆し前記粒子状の光拡散物質とともに分散剤を含有する第二の部位とを有することを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記第一の部位は、前記発光素子からの光のうち少なくとも一部を吸収して異なる波長を有する光を発光する蛍光物質を含有する請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記分散剤は、界面活性剤である請求項１または２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記光拡散物質は、中心粒径が０．２μｍ以上０．８μｍ以下である請求項１乃至３に記載の発光装置。
【請求項５】
前記請求項１乃至４に記載の発光装置と、該発光装置からの光を側面から入射させ反射により上面から出射させる透光性部材と、を有し、前記第二の部位の最表面は、前記透光性部材の側面に対向していることを特徴とする面状発光装置。
【請求項６】
発光素子と、該発光素子から発光された光の少なくとも一部を散乱させることが可能な粒子状の光拡散物質と、該光拡散物質が含有され前記発光素子を封止する透光性封止部材とを有する発光装置の形成方法であって、
分散剤と、透光性材料と、前記光拡散物質とを含む混合物を調製し、該光拡散物質が前記混合物中で均一に分散するまで撹拌する第一の工程と、
前記混合物を少なくとも前記発光素子の上方に配置する第二の工程と、を含むことを特徴とする発光装置の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶バックライト、パネルメータ、表示灯や、面発光スイッチ等に用いられる発光装置、およびそれを用いた面状発光装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来、発光素子と該発光素子を被覆する透光性封止部材とを少なくとも有する発光装置において、該発光装置の外部に出射される光を発光観測面方向において均一にするために、透光性封止部材中に発光素子からの光、あるいは透光性封止部材中に含有させた蛍光体により波長変換された光を散乱・反射させる光拡散物質を透光性封止部材に含ませることとしている（例えば、特許文献１参照。）。このような光拡散物質を含有した透光性封止部材は、透光性樹脂材料中に該透光性樹脂材料より比重の大きい光拡散物質を含有させた混合液を発光素子上に配置し光拡散物質を発光素子の周辺に沈降させ、透光性樹脂材料を硬化させることにより形成されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２６１３２８号公報。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、粒子状の光拡散物質を透光性部材中の所望の位置に配置するため、比較的沈降速度の遅い小粒径の粒子状光拡散物質を使用すると、その粒子間に働く引力が無視できなくなり粒子状の光拡散物質が凝集してしまう。その結果、発光素子上に形成されている透光性封止部材は、光を発光観測面方向に均一に散乱・反射させる機能が低下する。また、有機系の封止樹脂材料中に無機系の光拡散物質を含有させて硬化させた場合、一般に封止樹脂材料と光拡散物質との馴染みが悪いため、封止樹脂材料と光拡散物質との界面で剥離が生じる。このような界面で発生した剥離の部分で、粒子状の光拡散物質の表面に入射する光および表面にて反射・散乱される光の一部が損失し、発光装置の光取り出し効率が低下する。
【０００５】
そこで、本発明は、ある程度粒径の小さい粒子状の光拡散物質を所望の位置に均一に分散させて配置し、発光観測面方向において均一に発光が観測され、光取り出し効率を向上させた発光装置およびそれを用いた面状発光装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するために本発明に係る発光装置は、発光素子と、該発光素子から発光された光の少なくとも一部を散乱させることが可能な粒子状の光拡散物質と、該光拡散物質が含有され前記発光素子を封止する透光性封止部材とを有する発光装置において、前記透光性封止部材は、少なくとも前記発光素子を封止する第一の部位と、該第一の部位を被覆し前記粒子状の光拡散物質とともに分散剤を含有する第二の部位とを有することを特徴とする発光装置である。
【０００７】
本願請求項１に記載の構成とすることにより、ある程度粒径の小さい粒子状の光拡散物質を透光性部材の発光面により近い位置に均一に分散させて配置し、発光観測面方向において均一に発光が観測される発光装置とすることができる。また、光拡散物質と透光性部材との界面において剥離が生じていないため、光取り出し効率を向上させた発光装置とすることができる。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、前記第一の部位は、前記発光素子からの光のうち少なくとも一部を吸収して異なる波長を有する光を発光する蛍光物質を含有する請求項１に記載の発光装置である。
【０００９】
本願請求項２に記載の構成とすることにより、発光素子からの光と、発光素子からの光のうち波長変換された光との混色性を向上させることができる。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、前記分散剤は、界面活性剤である請求項１または２に記載の発光装置である。
【００１１】
本願請求項３に記載の構成とすることにより、光拡散物質と透光性部材との界面において剥離が生じていないため、光取り出し効率をさらに向上させ、さらに均一な発光が観測される発光装置とすることができる。
【００１２】
また、請求項４に記載の発明は、前記光拡散物質は、中心粒径が０．２μｍ以上０．８μｍ以下である請求項１乃至３に記載の発光装置である。
【００１３】
本願請求項４に記載の構成とすることにより、さらに均一な発光が観測される発光装置とすることができる。
【００１４】
また、請求項５に記載の発明は、前記請求項１乃至４に記載の発光装置と、該発光装置からの光を側面から入射させ反射により上面から出射させる透光性部材と、を有し、前記第二の部位の最表面は、前記透光性部材の側面に対向していることを特徴とする面状発光装置である。
【００１５】
本願請求項５に記載の構成とすることにより、発光装置の発光面と透光性部材との隙間で発光装置からの光を損失させることなく透光性部材中に導光し発光輝度の高い面状発光装置とすることができる。
【００１６】
また、請求項６に記載の発明は、発光素子と、該発光素子から発光された光の少なくとも一部を散乱させることが可能な粒子状の光拡散物質と、該光拡散物質が含有され前記発光素子を封止する透光性封止部材とを有する発光装置の形成方法であって、分散剤と、透光性材料と、前記光拡散物質とを含む混合物を調製し、該光拡散物質が前記混合物中で均一に分散するまで撹拌する第一の工程と、
前記混合物を少なくとも前記発光素子の上方に配置する第二の工程と、を含むことを特徴とする発光装置の形成方法である。
【００１７】
本願請求項６に記載の形成方法とすることにより、ある程度粒径の小さい粒子状の光拡散物質を透光性部材の発光面により近い位置に均一に分散させて配置し、発光観測面方向において均一に発光が観測される発光装置を容易に形成することができる。また、光拡散物質と透光性部材との界面において剥離が生じていないため、光取り出し効率を向上させた発光装置とすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光装置および面状発光装置を例示するものであって、本発明は発光装置および面状発光装置を以下に限定するものではない。また、各図面に示す部材の大きさや位置関係などは説明を明確にするために誇張しているところがある。
本発明者は、種々の実験の結果、粒子状の光拡散物質を利用した発光装置において、透光性樹脂材料中に分散剤を添加し、粒子状の光拡散物質を透光性封止部材中に均一に分散させて含有させることにより、発光装置から取り出される光の均一性の向上が可能であることを見いだし本発明を成すに至った。
【００１９】
発光素子を利用した従来の発光装置は、発光素子から単色光を発光させる一方、発光素子からの光あるいは発光素子を被覆する封止部材中に含有された蛍光体により波長変換された光の一部を反射・散乱させることが可能な光拡散物質を透光性封止部材中に分散させ、均一な発光を得ている。
【００２０】
しかしながら、透光性封止部材の材料として使用する熱硬化性樹脂は、加熱硬化の際、粘度が大きく低下するため、発光素子を光拡散物質含有の液状樹脂で覆い熱硬化させると、樹脂中の光拡散物質の殆どは発光素子周辺に密に集結し沈降してしまうのが現状である。また、発光装置と、側面から光を入射させ反射を利用して上面から光を取り出す導光板とを組み合わせて面状発光装置を形成すると、発光装置の発光面と導光板の光入射面との間に僅かながら隙間が生じるのが普通である。このような隙間において、発光装置から出光した光の一部は導光板内部に入射することなく導光板の光入射面で反射され、透光性封止部材を透過し上記発光素子周辺の光拡散物質によって上記入射面以外の様々な方向に拡散される。そこで、沈降速度のより小さい粒径の光拡散物質を選択し、透光性封止部材の最表面により近い位置に粒子状の光拡散物質を配置させ、透光性封止部材中をそれほど透過させることなく、透光性封止部材の方向に反射されてきた光を再び導光板の入射面の方向に直ちに反射・散乱させることが望まれる。ここで、粒子状の光拡散物質の粒子間引力は、粒子間距離の６乗に反比例して大きくなるものであり、粒径のより小さい粒子状の光拡散物質を、比重は同じだが粒径のより大きい粒子状の光拡散物質と同体積となるように封止樹脂中に含有させようとすると粒子数が急激に大きくなることから、粒子間間隔が狭くなり粒子同士が凝集してしまう。このように光拡散物質が凝集した状態では、光を拡散させる機能が低下するため、発光観測面方向において均一な発光を観測することは不可能であり、さらに、発光装置の発光面側に進行してきた光を再び導光板の入射面の方向に反射・散乱させる機能が低下してしまう。
【００２１】
そこで本発明は、透光性封止部材中に粒子状の光拡散物質が均一に分散された部位を透光性封止部材の最表面により近い位置に設け、発光観測面方向において均一に発光が得られる発光装置を実現する。さらに、該発光装置と透光性部材とを組み合わせた面状発光装置としたときに、発光装置からの光を損失させることなく透光性部材中に導光し、発光輝度の高い面状発光装置を実現する。
【００２２】
以下、本発明を図面に示す具体例に基づいて詳細に説明する。図１（ａ）は、本発明の形態である表面実装型（ＳＭＤ）型発光ダイオードの模式的正面図であり、図１（ｂ）は、模式的断面図である。本実施の形態にかかる発光ダイオードは、一部に凹部を有し、該凹部底面から一対のリード電極１０２、１０３の表面が露出されるようにインサート成形されてなるパッケージ１０１を用いて構成されている。発光素子１０６の電極は導電性ワイヤ１０７によって一対のリード電極１０２、１０３と電気的に接続されている。また、発光素子１０６は、サファイア基板上に窒化ガリウムであるバッファ層を介して窒化物半導体（ＡｌＸＧａＹＩｎＺＮ、０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｚ≦１、Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１）からなるｐｎ接合が形成されている。さらに、少なくとも発光素子１０６あるいは導電性ワイヤ１０７は、透光性封止部材１０５に被覆されており、該透光性封止部材１０５は、粒子状の光拡散物質１０４が均一に分散されてほぼ等間隔に配置された第二の部位１０５ｂと、発光素子１０６からの少なくとも一部の光を吸収して異なる波長を有する光を発光する蛍光体を含有することもでき上記第二の部位に連続して設けられ少なくとも発光素子１０６を被覆する第一の部位１０５ａとを有する。ここで、上記第一の部位１０５ａに含有される粒子状の光拡散物質１０４は、粒子の表面近傍に分散剤として界面活性剤を有している。
【００２３】
以下、本発明の実施の形態である発光装置の各構成について詳述する。
［発光素子１０６］
本発明において発光素子は、同一面側に正負一対の電極を有し且つ側方端面から発光の一部を発光することが可能であれば特に限定されないが、用いる蛍光物質を励起可能な波長を発光できる発光層を有する半導体発光素子を用いることが好ましい。このような半導体発光素子としてＺｎＳｅやＧａＮなど種々の半導体を挙げることができるが、蛍光物質を効率良く励起できる短波長を発光することが可能な窒化物半導体（ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）が好適に挙げられる。半導体の構造としては、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る。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を種々選択することができる。また、半導体活性層を量子効果が生ずる薄膜に形成させ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。
【００２４】
窒化物半導体を使用した場合、半導体用基板にはサファイア、スピネル、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｎＯ等の材料が好適に用いられる。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ア基板を用いることが好ましい。このサファイア基板上に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。サファイア基板上にＧａＮ、ＡｌＮ、ＧａＡＩＮ等のバッファ層を形成しその上にｐｎ接合を有する窒化物半導体を形成させる。
【００２５】
窒化物半導体を使用したｐｎ接合を有する発光素子例として、バッファ層上に、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成などが挙げられる。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。発光効率を向上させるなど所望のｎ型窒化物半導体を形成させる場合は、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い。一方、ｐ型窒化物半導体を形成させる場合は、ｐ型ドーパントであるＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等をドープさせる。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。電極形成後、半導体ウエハーからチップ状にカットさせることで窒化物半導体からなる発光素子を形成させることができる。
【００２６】
本発明の発光ダイオードにおいて白色系を発光させる場合は、蛍光物質からの発光波長との補色関係や透光性樹脂の劣化等を考慮して発光素子の発光波長は４００ｎｍ以上５３０ｎｍ以下が好ましく、４２０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下がより好ましい。発光素子と蛍光物質との励起、発光効率をそれぞれより向上させるためには、４５０ｎｍ以上４７５ｎｍ以下がさらに好ましい。なお、色変換層の蛍光物質及び光拡散層の構成部材である透光性部材に比較的紫外線により劣化しにくい樹脂や無機物であるガラス等を用いた場合、４００ｎｍより短い紫外線領域或いは可視光の短波長領域を主発光波長とする発光素子を用いることもできる。紫外領域の波長を有する発光素子を利用する色変換型発光装置は、蛍光物質により変換された発光色のみにより色度が決定されるため、可視光を発光する半導体発光素子を用いた場合に比較して半導体発光素子の波長などのバラツキを吸収することができ量産性を向上させることができる。
［透光性封止部材１０５］
本発明における透光性部材は、少なくとも発光素子を被覆する第一の部位と、該第一の部位を被覆し、粒子状の光拡散物質とともに分散剤を含有している第二の部位を有することを特徴とする。以下、第一の部位、第二の部位および第二の部位に含まれる分散剤について詳細に説明をする。
（第一の部位１０５ａ）
本実施の形態にかかる発光装置において、透光性封止部材１０５の一部として第二の部位１０５ｂに連続して設けられる第一の部位１０５ａは、発光素子の光の一部を吸収し異なる波長の光を発光することが可能な蛍光物質を発光素子１０６表面により近い位置に含有させることができ、少なくとも該発光素子１０６を被覆する部位である。このように蛍光物質を含有する第一の部位１０５ａを、光拡散物質を含有する第二の部位１０５ｂと別個独立して設けることにより、蛍光物質により波長変換された光と発光素子からの光との混色光が発光可能な発光装置を形成すると、同一部材中に光拡散物質と蛍光物質とが混在する構成と比較して、波長変換された光と発光素子からの光との混色性が高まり、かつ発光観測面において均一な混色光を得ることができる。
【００２７】
本実施の形態において、透光性封止部材は、発光素子の特徴や用途に応じて、有機物及び無機物のいずれをも用いることができる。本発明に好適に用いられる透光性封止部材の具体的材料としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーンなどの耐候性に優れた透明樹脂やガラスなどが好適に用いられる。また、蛍光物質と共に顔料を含有させても良い。
【００２８】
発光素子として、４００ｎｍ付近の短波長域を主発光ピークとする紫外線が発光可能な発光素子を用いる場合、第一の部位は比較的紫外線に強い樹脂やガラス等と紫外線を吸収して可視光を発光することが可能な蛍光物質にて構成することが好ましい。このような短波長の光により赤、青、及び緑に蛍光可能な蛍光物質、例えば赤色蛍光体としてＹ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、青色蛍光体としてＳｒ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ、及び緑色蛍光体として（ＳｒＥｕ）Ｏ・Ａｌ２Ｏ３を耐紫外線樹脂などに含有させ、白色光を得ることができる。このように短波長発光の発光素子を用いる場合、発光素子の基板側は不透光性とすると共に、透光性封止部材の第二の部位は、比較的紫外線に強い樹脂やガラスを主剤として用いることが好ましい。上記蛍光物質の他、赤色蛍光体として３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ２・ＧｅＯ２：Ｍｎ、Ｍｇ６Ａｓ２Ｏ１１：Ｍｎ、Ｇｄ２Ｏ２：Ｅｕ、ＬａＯ２Ｓ：Ｅｕ、青色蛍光体としてＲｅ１０（ＰＯ４）６Ｑ２：Ｅｕ、Ｒｅ１０（ＰＯ４）６Ｑ２：Ｅｕ，Ｍｎ（ただしＲｅはＳｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選択される少なくとも一種、Ｑはハロゲン元素のＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉから選択される少なくとも１種）、ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ等を好適に用いることができる。これらの蛍光物質を用いることにより高輝度に発光可能な白色発光ダイオードを得ることができる。
【００２９】
透光性封止部材の第一の部位は、これら異種の蛍光物質を混合して１層の色変換薄膜層として構成する場合、各種の蛍光物質の中心粒径及び形状は類似していることが好ましい。これによって各種蛍光物質から発光される光が良好に混色され色ムラを抑制することができる。また、各蛍光物質をそれぞれの色変換薄膜層として積層してもよい。各種の蛍光物質による色変換薄膜層を多重薄膜層として配置させる場合、それぞれの蛍光物質の紫外光透過率を考慮して、赤色蛍光物質層、緑色蛍光物質層、及び青色蛍光物質層と順に積層させることが好ましい。また、上記多重薄膜層において下層から上層にかけて各層中の蛍光物質の粒径が小さくなるように、各種蛍光物質の中心粒径を青色蛍光物質＞緑色蛍光物質＞赤色蛍光物質とすると、最上層まで紫外光を蛍光物質に良好に吸収させ可視光に変換することができ紫外線のもれを防止することができる。そのほか、ストライプ状、格子状、またはトライアングル状となるように各色変換層を素子上に配置させることもできる。このように各層の間に間隔を設けて配置させると混色性が良好となり好ましい。
（第二の部位１０５ｂ）
本実施の形態にかかる発光装置において、透光性封止部材の第二の部位１０５ｂは、透光性封止部材の一部として透光性封止部材１０５の最表面（発光面１０８）により近い位置に上述の第一の部位１０５ａに連続して設けられ、分散剤と、均一に分散された粒子状の光拡散物質１０４とを含有している光拡散層である。該光拡散層は、発光素子、あるいは蛍光体からの光を発光観測面方向に均一に反射散乱させる。また、本実施の形態にかかる発光装置と、導光板を組み合わせ、面状発光装置を形成した場合、導光板の光入射面で反射されてきた光を再び光入射面方向に反射・散乱させることができる。
【００３０】
また、透光性封止部材の第二の部位は、ポッティング、スプレーコーティング、孔版印刷等、従来の種々手法にて形成することができる。ここで、第一の部位に含有される蛍光体の封止樹脂材料に対する比重と、粒子状の光拡散物質の比重を適宜調節することにより、第一の部位と第二の部位は同時に形成することができる。
【００３１】
本実施の形態における粒子状の光拡散物質は、特に限定されず、チタン酸バリウム、硫酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素、軽質炭酸カルシウム、重質炭酸カルシウム等、種々のものを用いることができる。光拡散物質の粒径値は、中心粒径が０．１μｍ以上１．０μｍ未満であることが好ましく、より好ましくは０．２μｍ以上０．８μｍ以下である。上記粒径値を有する光拡散物質を用いると発光素子及び蛍光物質からの光を良好に乱反射させ色ムラを抑制することができ好ましい。また、光拡散物質が破砕形の場合、透過型電子顕微鏡法により測定される長辺長は０．１μｍ以上１．０μｍ未満が好ましい。透光性部材１００重量部に対して光拡散物質の含有量は、１重量部以上５０重量部以下が好ましい。これにより、発光素子及び蛍光物質からの光の取り出し効率を低下させることなく発光装置の光度及び信頼性を向上させることができる。また、指向特性の半値角を狭めることができ、色純度の高い発光装置が得られる。透光性部材の屈折率は１．４以上１．６５以下が好ましく、光拡散物質の屈折率は、透光性部材よりも高いことが好ましい。これにより光拡散物質により良好に光が反射散乱され優れた混色性を有する面発光型発光装置が得られる。
【００３２】
本実施の形態における第二の部位の形成工程において、粒子状の光拡散物質を分散剤とともに予め樹脂で被覆することによりカプセル化し、封止樹脂材料に混合して透光性封止部材の第二の部位を形成することもできる。このようにすることにより、粒子状の光拡散物質と封止樹脂材料の密着性が更に向上し両者の界面における剥離が防止されるため、界面における光の減衰が抑制され発光装置の光取り出し効率を向上させることができる。
【００３３】
第二の部位の透光性部材は、上述した第一の部位と同様、用いる発光素子の特徴や用途に応じて、有機物及び無機物のいずれをも用いることができ、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ジアリルフタレート樹脂、シリコーン樹脂、ガラス等が好適に用いられる。
【００３４】
有機物のうち、比較的高い耐光性を有する部材として、親水性主鎖と疎水性側鎖からなる透光性ポリマー樹脂が挙げられる。しかし、親水性主鎖と疎水性主鎖からなる透光性ポリマー樹脂は、硬化後表面にタック性を有するため、非常に取り扱いにくいという欠点を有する。
【００３５】
例えば、本実施の形態のごとくパッケージ内に透光性ポリマー樹脂を塗布する場合、充填量をパッケージ最上面より内側のラインまで充填するように微量調整して形成されるため、発光面は凸凹になる傾向にあり色むらや指向特性のバラツキが生じる。また、各発光装置においてポリマー樹脂の注入量を一定にすることは困難であり、ポリマー樹脂に光拡散物質を均一に配置することができず、各発光装置間に色バラツキが見られる。
【００３６】
そこで本実施の形態では、親水性主鎖と疎水性側鎖からなる透光性ポリマー樹脂に、吸油量の調整が可能な光拡散物質を組み合わせて第二の部位を形成する。このような構成からなる光拡散層は、塗布段階の液状から熱作用により硬化することにより、塗布段階より薄い膜厚にて固化することができる。具体的には、パッケージ凹部の最上面まで液状混合液を充填し熱硬化すると、得られた光拡散層はパッケージ内部に収まり端部から中央部にかけて滑らかな放物線状の凹部を有する形状となる。これにより、塗布段階において充填量を微量調節することなく信頼性に優れた光拡散層を容易に形成することができる。この作用は、おそらく、光拡散物質の吸油量の割合が樹脂の加熱硬化工程により促進され、樹脂中の成分の一部が光拡散物質にて吸収される一方、光拡散物質の樹脂の吸収率は樹脂を吸収することによる体積増加率よりも高く、結果拡散層の体積が全体的に減少するものだと思われる。
【００３７】
上記光拡散物質の吸油量は、表面処理の度合いにより調整することができる。表面処理は、Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｓｉ等を用いて行うことができる。体積を大幅に減少させたい場合には、表面処理を殆ど行われていない状態で用いることが好ましい。表面処理を施す度合いが大きいほど光拡散物質の吸油量は減少する。このように光拡散物質の表面処理の度合いを調整することにより、所望とする厚さの光拡散層を容易に形成することができる。このような吸油量が調整可能な光拡散物質として、軽質炭酸カルシウム、重質炭酸カルシウム、タルク、ホワイトカーボン、炭酸マグネシウム、含水硅酸アルミニウム・マグネシウム等があげられる。また光拡散物質の吸油量は、表面処理を施していない状態で、３０ｍｌ／１００ｇ以上１５０ｍｌ／１００ｇ以下であることが好ましい。これにより後に表面処理を行うことで幅広い吸油量の設定が可能となる。本明細書において吸油量とは、日本工業規格（ＪＩＳ  Ｋ５１０１）の吸油量試験法により測定された値とする。
【００３８】
親水性主鎖と疎水性側鎖からなる透光性ポリマー樹脂と吸油量が調整可能な光拡散物質とからなる光拡散層は、光拡散物質の樹脂吸収により形成される両端部から中央部にかけて放物線状に凹んだ滑らかな発光面を有するため、均一に光を発する面光源を実現することができる。更に、発光面が発光面側からみて窪み程度が長軸及び短軸にてほぼ左右対称であることが好ましく、これにより良好な指向特性を有する発光措置が得られる。このような曲面である発光面は、例えばポッティング法により形成される。
【００３９】
このように、本実施の形態の光拡散層は、親水性主鎖と疎水性側鎖からなる透光性ポリマー樹脂と吸油量が調整可能な光拡散物質とからなる光拡散層を用いるため、充填量を見た目により微調整する必要がなく充填量をパッケージ上面と同一平面ラインに充填すればよい。これにより、硬化後表面にタック性を有するにも関わらず、他の透光性部材と同様に従来知られている様々な手法にて形成することができる。
（分散剤）
本実施の形態における分散剤とは、透光性封止部材の第二の部位中に含有され、粒子状の光拡散物質を透光性封止部材中にほぼ一定の間隔をおいて均一に分布させる物質である。あるいは、本実施の形態における発光装置の製造工程における分散剤とは、液状の透光性樹脂材料中に分散した光拡散物質の微粒子同士の凝集を防ぎ、粒子状の光拡散物質の分散を安定化させる化合物である。特に、本実施の形態においては分散剤として界面活性剤を利用することができる。本実施の形態において無機系の粒子状光拡散物質とともに使用される界面活性剤は、親水基を有機系の透光性樹脂材料側に向け、疎水基を粒子状の光拡散物質側に向けて、該粒子状の光拡散物質の表面近傍に存在していると考えられる。このように粒子状の光拡散物質の表面に界面活性剤を存在させることにより、粒子状の光拡散物質と透光性封止部材としての樹脂材料との濡れ性が向上し、粒子状の光拡散物質と樹脂材料との界面で剥離を生じさせることなく反射・散乱光の減衰・損失を防止することができる。また、界面活性剤は、透光性封止部材の形成の際に、封止樹脂材料中で光拡散剤と共に混合されることにより、粒子状の光拡散剤を封止樹脂材料中で均一に分散させる分散剤としての働きもする。本発明で使用することができる界面活性剤のうち、アニオン系界面活性剤としては、カルボン酸塩系、硫酸エステル塩系、スルホン酸塩系、りん酸エステル塩系などがある。カチオン系界面活性剤としては、第一〜三級アミン塩、第四級アミン塩などがある。ノニオン系界面活性剤としては、エーテル系、エステル系、エーテルエステル系、含窒素系などがある。界面活性剤の選択としては、分散させる粒子状光拡散物質の種類によって選択される。
【００４０】
本実施の形態では、透光性部材の第一の部位中の光拡散物質の含有量に対し、界面活性剤の含有量を０．１〜１０％としている。界面活性剤の配合割合をこの範囲とすることにより、粒子状の光拡散物質の分散性を良好にすることができる。
［蛍光物質］
本発明で用いられる蛍光物質の粒径は、中心粒径が６μｍ〜５０μｍの範囲が好ましく、より好ましくは１５μｍ〜３０μｍであり、このような粒径を有する蛍光物質は光の吸収率及び変換効率が高く且つ励起波長の幅が広い。６μｍより小さく蛍光物質は、比較的凝集体を形成しやすく、液状樹脂中において密になって沈降されるため、光の透過効率を減少させてしまう他、光の吸収率及び変換効率が悪く励起波長の幅も狭い。
【００４１】
ここで本発明において、蛍光物質の粒径とは、体積基準粒度分布曲線により得られる値であり、体積基準粒度分布曲線は、レーザ回折・散乱法により蛍光物質の粒度分布を測定し得られるものである。具体的には、気温２５℃、湿度７０％の環境下において、濃度が０．０５％であるヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液に蛍光物質を分散させ、レーザ回折式粒度分布測定装置（ＳＡＬＤ−２０００Ａ）により、粒径範囲０．０３μｍ〜７００μｍにて測定し得られたものである。本発明において蛍光物質の中心粒径とは、体積基準粒度分布曲線において積算値が５０％のときの粒径値である。この中心粒径値を有する蛍光物質が頻度高く含有されていることが好ましく、頻度値は２０％〜５０％が好ましい。このように粒径のバラツキが小さい蛍光物質を用いることにより、色ムラが抑制され良好なコントラストを有する発光装置が得られる。
（イットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光物質）
本実施の形態で用いられる蛍光物質は、窒化物系半導体を発光層とする半導体発光素子から発光された光により励起されて発光し、セリウム（Ｃｅ）あるいはプラセオジウム（Ｐｒ）で付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光物質をベースとした蛍光体（ＹＡＧ系蛍光体）とすることができる。具体的なイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光物質としては、ＹＡｌＯ３：Ｃｅ、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ（ＹＡＧ：Ｃｅ）やＹ４Ａｌ２Ｏ９：Ｃｅ、更にはこれらの混合物などが挙げられる。イットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光物質にＢａ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎの少なくとも一種が含有されていてもよい。また、Ｓｉを含有させることによって、結晶成長の反応を抑制し蛍光物質の粒子を揃えることができる。
【００４２】
本明細書において、Ｃｅで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光物質は特に広義に解釈するものとし、イットリウムの一部あるいは全体を、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｇｄ及びＳｍからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素に置換され、あるいは、アルミニウムの一部あるいは全体をＢａ、Ｔｌ、Ｇａ、Ｉｎの何れが又は両方で置換され蛍光作用を有する蛍光体を含む広い意味に使用する。
【００４３】
更に詳しくは、一般式（ＹｚＧｄ１−ｚ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ（但し、０＜ｚ≦１）で示されるフォトルミネッセンス蛍光体や一般式（Ｒｅ１−ａＳｍａ）３Ｒｅ‘５Ｏ１２：Ｃｅ（但し、０≦ａ＜１、０≦ｂ≦１、Ｒｅは、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｓｃから選択される少なくとも一種、Ｒｅ’は、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎから選択される少なくとも一種である。）で示されるフォトルミネッセンス蛍光体である。この蛍光物質は、ガーネット構造のため、熱、光及び水分に強く、励起スペクトルのピークを４５０ｎｍ付近にさせることができる。また、発光ピークも、５８０ｎｍ付近にあり７００ｎｍまですそを引くブロードな発光スペクトルを持つ。
【００４４】
またフォトルミネッセンス蛍光体は、結晶中にＧｄ（ガドリニウム）を含有することにより、４６０ｎｍ以上の長波長域の励起発光効率を高くすることができる。Ｇｄの含有量の増加により、発光ピーク波長が長波長に移動し全体の発光波長も長波長側にシフトする。すなわち、赤みの強い発光色が必要な場合、Ｇｄの置換量を多くすることで達成できる。一方、Ｇｄが増加すると共に、青色光によるフォトルミネッセンスの発光輝度は低下する傾向にある。さらに、所望に応じてＣｅに加えＴｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｄｙ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｅｕらを含有させることもできる。しかも、ガーネット構造を持ったイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体の組成のうち、Ａｌの一部をＧａで置換することで発光波長が短波長側へ、組成のＹの一部をＧｄで置換することで、発光波長が長波長側へシフトすることができる。
【００４５】
Ｙの一部をＧｄで置換する場合、Ｇｄへの置換を１割未満にし、且つＣｅの含有（置換）を０．０３から１．０にすることが好ましい。Ｇｄへの置換が２割未満では緑色成分が大きく赤色成分が少なくなるが、Ｃｅの含有量を増やすことで赤色成分を補え、輝度を低下させることなく所望の色調を得ることができる。このような組成にすると温度特性が良好となり発光ダイオードの信頼性を向上させることができる。また、赤色成分を多く有するように調整されたフォトルミネッセンス蛍光体を使用すると、ピンク等の中間色を発光することが可能な発光装置を形成することができる。
【００４６】
このようなフォトルミネッセンス蛍光体は、Ｙ、Ｇｄ、Ａｌ、及びＣｅ、Ｐｒの原料として酸化物、又は高温で容易に酸化物になる化合物を使用し、それらを化学量論比で十分に混合して原料を得る。又は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｐｒの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で共沈したものを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウムとを混合して混合原料を得る。これにフラックスとしてフッ化バリウムやフッ化アンモニウム等のフッ化物を適量混合して坩堝に詰め、空気中１３５０〜１４５０℃の温度範囲で２〜５時間焼成して焼成品を得、つぎに焼成品を水中でボールミルして、洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通すことで得ることができる。
【００４７】
本願発明の発光ダイオードにおいて、このようなフォトルミネッセンス蛍光体は、２種類以上のセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体や他の蛍光体を混合させてもよい。ＹからＧｄへの置換量が異なる２種類のイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体を混合することにより、容易に所望とする色調の光を容易に実現することができる。特に、前記置換量の多い蛍光物質を上記蛍光物質とし、前記置換量の少なく又はゼロである蛍光物質を上記中粒径蛍光物質とすると、演色性および輝度の向上を同時に実現することができる。
（窒化物系蛍光体）
本発明で使用する蛍光物質は、Ｎを含み、かつＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、及びＺｎから選択された少なくとも一種の元素と、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＨｆから選択された少なくとも一種の元素とを含み、希土類元素から選択された少なくとも一種の元素で付活された窒化物系蛍光体を含有させることができる。また、本実施の形態に用いられる窒化物系蛍光体としては、発光素子から出光した可視光、紫外線、あるいはＹＡＧ系蛍光体からの発光を吸収することによって励起され発光する蛍光体をいう。特に本発明に係る蛍光体は、Ｍｎが添加されたＳｒ−Ｃａ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ、Ｃａ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ、Ｓｒ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ、Ｓｒ−Ｃａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ、Ｃａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ、Ｓｒ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ系シリコンナイトライドである。この蛍光体の基本構成元素は、一般式ＬＸＳｉＹＮ（２／３Ｘ＋４／３Ｙ）：Ｅｕ若しくはＬＸＳｉＹＯＺＮ（２／３Ｘ＋４／３Ｙ−２／３Ｚ）：Ｅｕ（Ｌは、Ｓｒ、Ｃａ、ＳｒとＣａのいずれか。）で表される。一般式中、Ｘ及びＹは、Ｘ＝２、Ｙ＝５又は、Ｘ＝１、Ｙ＝７であることが好ましいが、任意のものも使用できる。具体的には、基本構成元素は、Ｍｎが添加された（ＳｒＸＣａ１−Ｘ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、Ｓｒ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、Ｃａ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、ＳｒＸＣａ１−ＸＳｉ７Ｎ１０：Ｅｕ、ＳｒＳｉ７Ｎ１０：Ｅｕ、ＣａＳｉ７Ｎ１０：Ｅｕで表される蛍光体を使用することが好ましいが、この蛍光体の組成中には、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ及びＮｉからなる群より選ばれる少なくとも１種以上が含有されていてもよい。但し、本発明は、この実施の形態及び実施例に限定されない。
Ｌは、Ｓｒ、Ｃａ、ＳｒとＣａのいずれかである。ＳｒとＣａは、所望により配合比を変えることができる。
蛍光体の組成にＳｉを用いることにより安価で結晶性の良好な蛍光体を提供することができる。
【００４８】
発光中心に希土類元素であるユウロピウム（Ｅｕ）を用いる。ユウロピウムは、主に２価と３価のエネルギー準位を持つ。本発明の蛍光体は、母体のアルカリ土類金属系窒化ケイ素に対して、Ｅｕ２＋を付活剤として用いる。Ｅｕ２＋は、酸化されやすく、３価のＥｕ２Ｏ３の組成で市販されている。しかし、市販のＥｕ２Ｏ３では、Ｏの関与が大きく、良好な蛍光体が得られにくい。そのため、Ｅｕ２Ｏ３からＯを、系外へ除去したものを使用することが好ましい。たとえば、ユウロピウム単体、窒化ユウロピウムを用いることが好ましい。但し、Ｍｎを添加した場合は、その限りではない。
【００４９】
添加物であるＭｎは、Ｅｕ２＋の拡散を促進し、発光輝度、エネルギー効率、量子効率等の発光効率の向上を図る。Ｍｎは、原料中に含有させるか、又は、製造工程中にＭｎ単体若しくはＭｎ化合物を含有させ、原料と共に焼成する。但し、Ｍｎは、焼成後の基本構成元素中に含有されていないか、含有されていても当初含有量と比べて少量しか残存していない。これは、焼成工程において、Ｍｎが飛散したためであると思われる。
蛍光体には、基本構成元素中に、若しくは、基本構成元素とともに、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｏ及びＮｉからなる群より選ばれる少なくとも１種以上を含有する。これらの元素は、粒径を大きくしたり、発光輝度を高めたりする等の作用を有している。また、Ｂ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｒ及びＮｉは、残光を抑えることができるという作用を有している。
【００５０】
このような窒化物系蛍光体は、発光素子によって発光された青色光の一部を吸収して黄から赤色領域の光を発光する。窒化物系蛍光体をＹＡＧ系蛍光体と共に上記の構成を有する発光装置に使用して、発光素子により発光された青色光と、窒化物系蛍光体による黄色から赤色光とが混色により暖色系の白色に発光する発光装置が得られる。窒化物系蛍光体の他に加える蛍光体には、セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質が含有されていることが好ましい。前記イットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質を含有することにより、所望の色度に調節することができるからである。セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質は、発光素子により発光された青色光の一部を吸収して黄色領域の光を発光する。ここで、発光素子により発光された青色光と、イットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質の黄色光とが混色により青白い白色に発光する。従って、このイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質と赤色発光する蛍光体とを、色変換層中に一緒に混合し、発光素子により発光された青色光とを組み合わせることにより白色系の混色光を発光する発光装置を提供することができる。特に好ましいのは、色度が色度図における黒体放射の軌跡上に位置する白色の発光装置である。但し、所望の色温度の発光装置を提供するため、イットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質の蛍光体量と、赤色発光の蛍光体量を適宜変更することもできる。この白色系の混色光を発光する発光装置は、特殊演色評価数Ｒ９の改善を図っている。従来の青色系の光を出光する発光素子とセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質との組合せのみの白色に発光する発光装置は、色温度Ｔｃｐ＝４６００Ｋ付近において特殊演色評価数Ｒ９がほぼ０に近く、赤み成分が不足していた。そのため特殊演色評価数Ｒ９を高めることが解決課題となっていたが、本発明において赤色発光の蛍光体をイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質と共に用いることにより、色温度Ｔｃｐ＝４６００Ｋ付近において特殊演色評価数Ｒ９を４０付近まで高めることができる。
【００５１】
次に、本発明に係る蛍光体（（ＳｒＸＣａ１−Ｘ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ）の製造方法を説明するが、本製造方法に限定されない。上記蛍光体には、Ｍｎ、Ｏが含有されている。
【００５２】
▲１▼原料のＳｒ、Ｃａを粉砕する。原料のＳｒ、Ｃａは、単体を使用することが好ましいが、イミド化合物、アミド化合物などの化合物を使用することもできる。また原料Ｓｒ、Ｃａには、Ｂ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ａｌ２Ｏ３などを含有するものでもよい。原料のＳｒ、Ｃａは、アルゴン雰囲気中、グローブボックス内で粉砕を行う。粉砕により得られたＳｒ、Ｃａは、平均粒径が約０．１μｍから１５μｍであることが好ましいが、この範囲に限定されない。Ｓｒ、Ｃａの純度は、２Ｎ以上であることが好ましいが、これに限定されない。より混合状態を良くするため、金属Ｃａ、金属Ｓｒ、金属Ｅｕのうち少なくとも１以上を合金状態としたのち、窒化し、粉砕後、原料として用いることもできる。
【００５３】
▲２▼原料のＳｉを粉砕する。原料のＳｉは、単体を使用することが好ましいが、窒化物化合物、イミド化合物、アミド化合物などを使用することもできる。例えば、Ｓｉ３Ｎ４、Ｓｉ（ＮＨ２）２、Ｍｇ２Ｓｉなどである。原料のＳｉの純度は、３Ｎ以上のものが好ましいが、Ａｌ２Ｏ３、Ｍｇ、金属ホウ化物（Ｃｏ３Ｂ、Ｎｉ３Ｂ、ＣｒＢ）、酸化マンガン、Ｈ３ＢＯ３、Ｂ２Ｏ３、Ｃｕ２Ｏ、ＣｕＯなどの化合物が含有されていてもよい。Ｓｉも、原料のＳｒ、Ｃａと同様に、アルゴン雰囲気中、若しくは、窒素雰囲気中、グローブボックス内で粉砕を行う。Ｓｉ化合物の平均粒径は、約０．１μｍから１５μｍであることが好ましい。
【００５４】
▲３▼次に、原料のＳｒ、Ｃａを、窒素雰囲気中で窒化する。この反応式を、以下の式１および式２にそれぞれ示す。
【００５５】
３Ｓｒ  ＋  Ｎ２  →  Ｓｒ３Ｎ２  ・・・（式１）
３Ｃａ  ＋  Ｎ２  →  Ｃａ３Ｎ２  ・・・（式２）
Ｓｒ、Ｃａを、窒素雰囲気中、６００〜９００℃、約５時間、窒化する。Ｓｒ、Ｃａは、混合して窒化しても良いし、それぞれ個々に窒化しても良い。これにより、Ｓｒ、Ｃａの窒化物を得ることができる。Ｓｒ、Ｃａの窒化物は、高純度のものが好ましいが、市販のものも使用することができる。
【００５６】
▲４▼原料のＳｉを、窒素雰囲気中で窒化する。この反応式を、以下の式３に示す。
【００５７】
３Ｓｉ  ＋  ２Ｎ２  →  Ｓｉ３Ｎ４  ・・・（式３）
ケイ素Ｓｉも、窒素雰囲気中、８００〜１２００℃、約５時間、窒化する。これにより、窒化ケイ素を得る。本発明で使用する窒化ケイ素は、高純度のものが好ましいが、市販のものも使用することができる。
【００５８】
▲５▼Ｓｒ、Ｃａ若しくはＳｒ−Ｃａの窒化物を粉砕する。Ｓｒ、Ｃａ、Ｓｒ−Ｃａの窒化物を、アルゴン雰囲気中、若しくは、窒素雰囲気中、グローブボックス内で粉砕を行う。
同様に、Ｓｉの窒化物を粉砕する。また、同様に、Ｅｕの化合物Ｅｕ２Ｏ３を粉砕する。Ｅｕの化合物として、酸化ユウロピウムを使用するが、金属ユウロピウム、窒化ユウロピウムなども使用可能である。このほか、原料のＺは、イミド化合物、アミド化合物を用いることもできる。酸化ユウロピウムは、高純度のものが好ましいが、市販のものも使用することができる。粉砕後のアルカリ土類金属の窒化物、窒化ケイ素及び酸化ユウロピウムの平均粒径は、約０．１μｍから１５μｍであることが好ましい。
【００５９】
上記原料中には、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｏ及びＮｉからなる群より選ばれる少なくとも１種以上が含有されていてもよい。また、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂ等の上記元素を以下の混合工程において、配合量を調節して混合することもできる。これらの化合物は、単独で原料中に添加することもできるが、通常、化合物の形態で添加される。この種の化合物には、Ｈ３ＢＯ３、Ｃｕ２Ｏ３、ＭｇＣｌ２、ＭｇＯ・ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、金属ホウ化物（ＣｒＢ、Ｍｇ３Ｂ２、ＡｌＢ２、ＭｎＢ）、Ｂ２Ｏ３、Ｃｕ２Ｏ、ＣｕＯなどがある。
【００６０】
▲６▼上記粉砕を行った後、Ｓｒ、Ｃａ、Ｓｒ−Ｃａの窒化物、Ｓｉの窒化物、Ｅｕの化合物Ｅｕ２Ｏ３を混合し、Ｍｎを添加する。これらの混合物は、酸化されやすいため、Ａｒ雰囲気中、又は、窒素雰囲気中、グローブボックス内で、混合を行う。
【００６１】
▲７▼最後に、Ｓｒ、Ｃａ、Ｓｒ−Ｃａの窒化物、Ｓｉの窒化物、Ｅｕの化合物Ｅｕ２Ｏ３の混合物をアンモニア雰囲気中で、焼成する。焼成により、Ｍｎが添加された（ＳｒＸＣａ１−Ｘ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕで表される蛍光体を得ることができる。ただし、各原料の配合比率を変更することにより、目的とする蛍光体の組成を変更することができる。
【００６２】
焼成は、管状炉、小型炉、高周波炉、メタル炉などを使用することができる。焼成温度は、１２００から１７００℃の範囲で焼成を行うことができるが、１４００から１７００℃の焼成温度が好ましい。焼成は、徐々に昇温を行い１２００から１５００℃で数時間焼成を行う一段階焼成を使用することが好ましいが、８００から１０００℃で一段階目の焼成を行い、徐々に加熱して１２００から１５００℃で二段階目の焼成を行う二段階焼成（多段階焼成）を使用することもできる。蛍光体の原料は、窒化ホウ素（ＢＮ）材質のるつぼ、ボートを用いて焼成を行うことが好ましい。窒化ホウ素材質のるつぼの他に、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）材質のるつぼを使用することもできる。
【００６３】
以上の製造方法を使用することにより、目的とする蛍光体を得ることが可能である。
【００６４】
本実施の形態において、赤味を帯びた光を発光する蛍光体として、特に窒化物系蛍光体を使用するが、本発明においては、上述したＹＡＧ系蛍光体と赤色系の光を発光可能な蛍光体とを備える発光装置とすることも可能である。このような赤色系の光を発光可能な蛍光体は、波長が４００〜６００ｎｍの光によって励起されて発光する蛍光体であり、例えば、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、ＣａＳ：Ｅｕ、ＳｒＳ：Ｅｕ、ＺｎＳ：Ｍｎ、ＺｎＣｄＳ：Ａｇ，Ａｌ、ＺｎＣｄＳ：Ｃｕ，Ａｌ等が挙げられる。このようにＹＡＧ系蛍光体とともに赤色系の光を発光可能な蛍光体を使用することにより発光装置の演色性を向上させることが可能である。
【００６５】
以上のようにして形成されるＹＡＧ系蛍光体、および窒化物系蛍光体に代表される赤色系の光を発光可能な蛍光体は、発光素子の側方端面において一層からなる色変換層中に二種類以上存在してもよいし、二層からなる色変換層中にそれぞれ一種類あるいは二種類以上存在してもよい。このような構成にすると、異なる種類の蛍光体からの光の混色による混色光が得られる。この場合、各蛍光物質から発光される光をより良く混色しかつ色ムラを減少させるために、各蛍光体の平均粒径及び形状は類似していることが好ましい。また、窒化物系蛍光体は、ＹＡＧ蛍光体により波長変換された光の一部を吸収してしまうことを考慮して、窒化系蛍光体がＹＡＧ系蛍光体より発光素子の側方端面に近い位置に配置されるように色変換層を形成することが好ましい。このように構成することによって、ＹＡＧ蛍光体により波長変換された光の一部が窒化物系蛍光体に吸収されてしまうことがなくなり、ＹＡＧ系蛍光体と窒化物系蛍光体とを混合して含有させた場合と比較して、両蛍光体による混色光の演色性を向上させることができる。
［フィラー］
更に、本発明において、透光性封止部材中に単独であるいは蛍光物質に加えてフィラーを含有させても良い。具体的な材料は光拡散物質と同様であるが、光拡散物質と中心粒径が異なり、本明細書においてフィラーとは中心粒径が５μｍ以上１００μｍ以下のものをいう。このような粒径のフィラーを透光性樹脂中に含有させると、光散乱作用により発光装置の色度バラツキが改善される他、透光性封止部材１０５とリード電極１０２、１０３および発光素子１０６との膨張係数の差を緩和し、透光性樹脂の耐熱衝撃性を高めることができる。また、フィラーは蛍光物質と類似の粒径及び／又は形状を有することが好ましい。ここで本明細書では、類似の粒径とは、各粒子のそれぞれの中心粒径の差が２０％未満の場合をいい、類似の形状とは、各粒径の真円との近似程度を表す円形度（円形度＝粒子の投影面積に等しい真円の周囲長さ／粒子の投影の周囲長さ）の値の差が２０％未満の場合をいう。このようなフィラーを用いることにより、蛍光物質とフィラーが互いに作用し合い、樹脂中にて蛍光物質を良好に分散させることができ色ムラが抑制される。更に、蛍光物質及びフィラーは、共に中心粒径が１５μｍ〜５０μｍ、より好ましくは２０μｍ〜５０μｍであると好ましく、このように粒径を調整することにより、各粒子間に好ましい間隔を設けて配置させることができる。これにより光の取り出し経路が確保され、フィラー混入による光度低下を抑制しつつ指向特性を改善させることができる。また、このような粒径範囲の蛍光物質及びフィラーを透光性樹脂に含有させ孔版印刷法にて封止部材を形成すると、封止部材硬化後のダイシング工程においてダイシングブレードの目詰まりが回復されドレッサー効果をもたらすことができ量産性が向上される。また、フィラーを含有した透光性封止部材は、透光性樹脂材料中に界面活性剤とフィラーを共に含有させた混合液により形成することもできる。このように形成した透光性封止部材は、透光性封止部材中においてフィラーが均一に分散しており、光の取り出し経路が確保され、フィラー混入による光度低下を抑制しつつ指向特性を改善させることができるだけでなく、透光性樹脂の耐熱衝撃性を更に高めることができる。
［導電性ワイヤ１０７］
発光素子１０６の固定方法としては、発光素子１０６の少なくとも一方の電極をリード電極にそれぞれ対向させ電気的に接続させる方法や、発光素子の基板側を接着剤により固定し発光素子の電極を導電性ワイヤによりリード電極と接続する方法を用いることができる。本実施の形態では、後者の方法を採用し、発光素子チップ１０６をエポキシ樹脂等にて一方のリード電極上にダイボンド固定した後、発光素子チップの各電極とリード電極とをそれぞれ導電性ワイヤ１０７にて接続することとする。導電性ワイヤとしては、発光素子チップの電極とのオーミック性、機械的接続性、電気伝導性及び熱伝導性がよいものが求められる。熱伝導度としては０．０１ｃａｌ／（ｓ）（ｃｍ２）（℃／ｃｍ）以上が好ましく、より好ましくは０．５ｃａｌ／（ｓ）（ｃｍ２）（℃／ｃｍ）以上である。また、作業性などを考慮して導電性ワイヤの直径は、好ましくは、Φ１０μｍ以上、Φ４５μｍ以下である。特に、蛍光物質が含有されたコーティング部と蛍光物質が含有されていないモールド部材との界面で導電性ワイヤが断線しやすい。それぞれ同一材料を用いたとしても蛍光物質が入ることにより実質的な熱膨張量が異なるため断線しやすいと考えられる。そのため、導電性ワイヤの直径は、２５μｍ以上がより好ましく、発光面積や扱い易さの観点から３５μｍ以下がより好ましい。このような導電性ワイヤとして具体的には、金、銅、白金、アルミニウム等の金属及びそれらの合金を用いた導電性ワイヤーが挙げられる。
［導光板］
本実施の形態における導光板とは、発光装置からの光を側面から入射させ反射により上面から出射させる透光性部材である。導光板と本実施の形態にかかる発光装置は、発光装置の透光性封止部材の第二の部位の最表面が導光板の側面に対向され、面状発光装置を形成する。
【００６６】
図２は、本実施の形態に係る面状発光装置の構造を示す模式図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は斜視図である。面状発光装置２００は、透光性部材である導光板２０３と、導光板２０３の一側面に直線状に配置され、導光板の側面から光を入射させる複数の発光装置から成る光源列２０１と、から構成されている。ここで、導光板２０３は、導光板２０３の上面であり導光板内部を透過した光が出射される出射面２０３ａと、出射面２０３ａに対向する底面２０３ｂと、側面として、光源列２０１からの光が入射する入射面２０３ｃと、入射面２０３ｃに対向する側面２０３ｄと、入射面２０３ｃに隣接し対向する一対の側面２０３ｅ、２０３ｆと、発光装置２０１ａの発光面１０８と対向し発光装置が取り付けられ固定される発光装置取り付け面２０３ｇを有している。ここで、導光板２０３の上記側面の何れか一つ以上の側面に対して、図２（ｂ）の模式的拡大図に示されるような断面が三角形状のプリズム列２３１を設けることができる。このようなプリズム列２３１を設けることにより、導光板内部にてプリズム列２３１に入射する光は導光板の内部方向に反射されるため、光源列２０１からの光が導光板２０３の側面から洩れ出すことがなくなり、面状発光装置２００の輝度を向上させることが可能である。
【００６７】
導光板２０３を構成する材料としては、光透過性、成形に優れた材料、例えばポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、非晶性ポリオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂などが挙げられる。所望の形状を有する導光板を作製するには、例えば、射出成型法により、所望の凹凸パターンを有する金型を用いて作製することができる。また、導光板には上述した光拡散剤を含有させてさらに均一発光とさせることもできるし、着色剤を含有させて所望の発光色が発光可能な構成としても良い。導光板中に拡散剤や着色顔料を均一分散させても良いし、傾斜分布させても良い。拡散剤の材料には、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、非晶性ポリオレフィン樹脂、ポリメチレンペンテン樹脂なども挙げられる。着色剤には、種々の顔料や染料を用いることができる。また、蛍光染料や蛍光顔料を用いることもできる。
【００６８】
また、Ａｌ，Ａｇ，Ｃｕ等の反射率の高い金属膜を導光板の底面上にスパッタリングや真空蒸着法により形成することもできる。これにより、底面の反射率を高めて、光の取出し効率をさらに向上させることができる。
【００６９】
【実施例】
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）
図１に示すような表面実装型の発光装置１００を形成する。本実施例における発光装置の形成方法は、分散剤と、透光性材料と、光拡散物質とを含む混合物を調製し、該光拡散物質が混合物中で均一に分散するまで撹拌する工程と、該混合物を少なくとも発光素子の上方、即ち透光性封止部材の発光面に近い位置となるように配置する第二の工程と、を少なくとも含むことを特徴とする。
【００７０】
発光素子であるＬＥＤチップ１０６は、発光層として単色性発光ピークが可視光である４７５ｎｍのＩｎ０．２Ｇａ０．８Ｎ半導体を有する窒化物半導体素子を用いる。より具体的には、ＬＥＤチップ１０６は、洗浄させたサファイア基板上にＴＭＧ（トリメチルガリウム）ガス、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）ガス、窒素ガス及びドーパントガスをキャリアガスと共に流し、ＭＯＣＶＤ法で窒化物半導体を成膜させることにより形成させることができる。ドーパントガスとしてＳｉＨ４とＣｐ２Ｍｇを切り替えることによってｎ型窒化物半導体やｐ型窒化物半導体となる層を形成させる。
【００７１】
ＬＥＤチップ１０６の素子構造としては、サファイア基板上に、アンドープの窒化物半導体であるｎ型ＧａＮ層、Ｓｉドープのｎ型電極が形成されｎ型コンタクト層となるＧａＮ層、アンドープの窒化物半導体であるｎ型ＧａＮ層、次に発光層を構成するバリア層となるＧａＮ層、井戸層を構成するＩｎＧａＮ層、バリア層となるＧａＮ層を１セットとしＧａＮ層に挟まれたＩｎＧａＮ層を５層積層させた多重量子井戸構造としてある。発光層上にはＭｇがドープされたｐ型クラッド層としてＡｌＧａＮ層、Ｍｇがドープされたｐ型コンタクト層であるＧａＮ層を順次積層させた構成としてある。（なお、サファイア基板上には低温でＧａＮ層を形成させバッファ層とさせてある。また、ｐ型半導体は、成膜後４００℃以上でアニールさせてある。）
次に、エッチングによりサファイア基板上の窒化物半導体に同一面側で、ｐｎ各コンタクト層表面を露出させる。各コンタクト層上に、スパッタリング法を用いて正負各台座電極をそれぞれ形成させた。なお、ｐ型窒化物半導体上の全面には金属薄膜を透光性電極として形成させた後に、透光性電極の一部に台座電極を形成させてある。出来上がった半導体ウエハーをスクライブラインを引いた後、外力により分割し、半導体積層面側に正負一対の電極を有し且つ側方端面から発光の一部を発光することが可能なＬＥＤチップ１０６を形成する。
【００７２】
次に、正及び負からなる一対のリード電極１０２、１０３がインサートされて閉じられた金型内に、パッケージ成形体の下面側に当たるゲートから溶融された成形樹脂を流し込み硬化してパッケージ１０１を形成する。前記パッケージ成形体は、ＬＥＤチップ１０６を収納可能な凹部を有し、該凹部底面から正及び負のリード電極１０２、１０３の一方の主面が露出されるように一体成形されている。尚、このパッケージ成形体において、正及び負のリード電極のアウタリード部（パッケージ成形体の外壁面から突出している部分）は、パッケージ成形体の接合面の両端部でその接合面に沿って内側に折り曲げられてなり、その内側に折り曲げられた部分ではんだ付けされるように構成されている。
【００７３】
次に、パッケージ１０１の凹部底面から露出された各リード電極上と、ＬＥＤチップ１０６の各電極を導電性ワイヤ１０７により電気的に接続させる。
【００７４】
次に、蛍光物質は、Ｙ、Ｇｄ、Ａｌ、及びＣｅのそれぞれの酸化物を化学量論比により混合し混合原料を得る。これにフラックスを混合して坩堝に詰め、ボールミル混合機にて２時間混合する。ボールを取り除いた後、弱還元雰囲気中１４００℃〜１６００℃にて６時間焼成し、更に還元雰囲気中１４００℃〜１６００℃にて６時間焼成する。焼成品を水中でボールミルして、洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通して中心粒径が８μｍである（Ｙ０．８Ｇｄ０．２）２．７５０Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ０．２５０蛍光物質を形成する。
【００７５】
シリコーン樹脂１００重量部に対して、上記蛍光物質を１５０重量部添加したものを、ＬＥＤチップの最上面より上のラインまでほぼ均一な膜厚にて充填させ、５０℃×１時間、及び１５０℃×１時間熱処理を施し透光性封止部材の第一の部位１０５ａを形成する。
【００７６】
次に、分散剤として界面活性剤である陰イオン系のアルキル硫酸塩を３％含有させたシリコーン樹脂１００重量部に対して、光拡散物質１０４として中心粒径０．２〜０．８μｍであるシリカを１０重量部含有させ、自転公転ミキサーにてシリカ粒子が液中で均一に分散するまで５分間攪拌を行う。次に攪拌処理により生じた熱を冷ますため、３０分間放置し樹脂を定温に戻し安定化させる。こうして得られた混合液をパッケージ凹部内に、凹部の両端部上面と同一平面ラインまで充填させる。最後に、５０℃×１時間、及び１５０℃×４時間熱処理を施す。
【００７７】
以上のように形成される本実施例の発光装置１００は、ＬＥＤチップ１０６から出光した光の一部が第一の部位１０５ａに含有される蛍光物質により波長変換され、該波長変換された光と、ＬＥＤチップ１０６からの光との混色光が得られる。混色光は、透光性封止部材の最表面１０８により近い第二の部位に含有される粒子状の光拡散物質１０４により散乱されて透光性封止部材の最表面１０８から出射され発光観測面方向において均一な発光が観測される。
（実施例２）
図２は、本実例に係る面状発光装置２００の構造を示す模式図であり、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は斜視図である。面状発光装置２００は、アクリル樹脂を材料として射出成型により得られた透光性部材である導光板２０３と、導光板２０３の一側面に直線状に配置され、導光板の側面から光を入射させる複数の発光装置２０１ａから成る光源列２０１と、から構成されている。ここで、導光板２０３は、導光板２０３の上面であり導光板内部を透過した光が出射される出射面２０３ａと、出射面２０３ａに対向する底面２０３ｂと、側面として、光源列２０１からの光が入射する入射面２０３ｃと、入射面２０３ｃに対向する側面２０３ｄと、入射面２０３ｃに隣接し対向する一対の側面２０３ｅ、２０３ｆを有している。また、本実施例では発光装置２０１ａとして実施例１で得られた発光装置を利用し、透光性封止部材１０５の最表面１０８が導光板の入射面２０３ｃ内に設けられた取り付け面２０３ｇに対向するように配置されている。
【００７８】
本実施例により構成された面状発光装置２００は、発光装置からの発光を有効に利用することができる。即ち、粒子状の光拡散物質１０４が透光性封止部材１０５の最表面１０８により近い位置に配置されており、導光板２０３の入射面２０３ｃで反射されてくる光が透光性封止部材内部へ透過して減衰することなく直ちに導光板の入射面２０３ｃ方向に反射・散乱させることが可能であり、導光板２０３の入射面２０３ｃで反射されてくる光を無駄にすることなく光取り出し効率を向上させ、発光輝度が向上した面状発光装置とすることができる。
【００７９】
【発明の効果】
本発明における透光性封止部材は、少なくとも発光素子を封止する第一の部位と、発光観測面側にて上記第一の部位を被覆し粒子状の光拡散物質とともに分散剤を含有する第二の部位とを有する。分散剤によって粒子状の光拡散物質は透光性封止部材でほぼ等間隔に均一に分布しており、発光観測面方向において均一な発光が観測される発光装置とすることができる。また、粒子状の光拡散物質と透光性封止樹脂材料との界面は密着しており、界面における光の損失を抑えることが可能である。
【００８０】
さらに、本発明にかかる面状発光装置は、本発明にかかる発光装置と、該発光装置からの光を側面から入射させ反射により上面から出射させる透光性部材と、を有し、上記第二の部位の最表面は、上記透光性部材の側面に対向している。透光性部材の側面に設けられた光入射面で反射される光が、上記第二の部位の最表面近傍に存在する光拡散部材にて再び光入射面の方向に反射される確率が高くなる。従って、本発明における面状発光装置とすることにより、光取り出し効率を向上させ、発光輝度の高い面状発光装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施例にかかる発光装置の模式的な正面図（ａ）および断面図（ｂ）である。
【図２】図２は、本発明の一実施例にかかる面状発光装置の模式的な上面図（ａ）および斜視図（ｂ）である。
【符号の説明】
１００、２０１ａ・・・発光装置
１０１・・パッケージ
１０２、１０３・・リード電極
１０４・・・粒子状の光拡散物質
１０５・・・透光性封止部材
１０５ａ・・・透光性封止部材の第一の部位
１０５ｂ・・・透光性封止部材の第二の部位
１０６・・・発光素子
１０７・・・導電性ワイヤ
１０８・・・発光面
２００・・・面状発光装置
２０１・・・光源列
２０３・・・導光板
２０３ａ・・・出射面
２０３ｂ・・・底面
２０３ｃ・・・入射面
２０３ｄ、２０３ｅ、２０３ｆ・・・側面
２０３ｇ・・・発光装置取り付け面
２３１・・・プリズム列
【図１】
2004221163.tif 000003
【図２】
2004221163.tif 000004