(57)【要約】【課題】本発明は、マトリックス層の水分透過を抑制し、発光効率を長期に維持する発光装置を提供することを目的としている。【解決手段】基板３上に配設された励起光を発する発光素子７と、該発光素子７を覆うように形成された樹脂１３を主成分とするマトリックス層９とを備えた発光装置１であって、前記マトリックス層９が非蛍光性の吸湿剤１５を含有することを特徴とする。【選択図】図１
2007123390.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に配設された励起光を発する発光素子と、該発光素子を覆うように形成された樹脂を主成分とするマトリックス層とを備えた発光装置であって、前記マトリックス層が非蛍光性の吸湿剤を含有することを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記マトリックス層に励起光を可視光に変換する蛍光体が分散されてな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】
前記蛍光体が、半導体ナノ粒子であることを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記吸湿剤は、前記マトリックス層の表面側で含有量が高いことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれかに記載の発光装置。
【請求項５】
前記蛍光体は、前記マトリックス層の表面側で含有量が低いことを特徴とする請求項２乃至４のうちいずれかに記載の発光装置。
【請求項６】
前記吸湿剤が、シリカゲルであることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれかに記載の発光装置。
【請求項７】
前記吸湿剤が、ゼオライトであることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれかに記載の発光装置。
【請求項８】
前記吸湿剤のＢＥＴ比表面積が、５０ｍ２／ｇ以上であることを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれかに記載の発光装置。
【請求項９】
前記樹脂がシリコーン樹脂を含有することを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれかに記載の発光装置。
【請求項１０】
前記マトリックス層を覆うように該マトリックス層よりも吸水率が低い防湿層が形成されていることを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれかに記載の発光装置。
【請求項１１】
前記防湿層の水分の透過率が１ｇ／ｍ２・ｄａｙ以下であることを特徴とする請求項１０記載の発光装置。
【請求項１２】
前記防湿層の厚みが、１〜１０００μｍであることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の発光装置。
【請求項１３】
前記防湿層が、ガラスとセラミックスの複合材料、ガラス、セラミックスおよび単結晶、の群から選ばれる１種からなることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれかに記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子から発せられる光を利用する発光装置に関し、特に、電子ディスプレイ用のバックライト電源、あるいは蛍光ランプ等に好適に用いられる発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体材料からなる発光素子（以後、ＬＥＤチップと言う）は、小型で電力効率が良く鮮やかに発色する。ＬＥＤチップは、製品寿命が長い、オン・オフ点灯の繰り返しに強い、消費電力が低い、という優れた特徴を有するため、液晶等のバックライト光源や蛍光ランプ等の照明用光源への応用が期待されている。
【０００３】
ＬＥＤチップの発光装置への応用は、例えば、ＬＥＤチップの光の一部を蛍光体で波長変換し、当該波長変換された光と波長変換されないＬＥＤの光とを混合して放出することにより、ＬＥＤの光とは異なる色を発光する発光装置として既に実現されている。
【０００４】
具体的には、白色光を発するために、ＬＥＤチップ表面に蛍光体を含む波長変換層を設けた発光装置が提案されている。例えば、ｎＧａＮ系材料を使った青色ＬＥＤチップ上に（Ｙ，Ｇｄ）３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２の組成式で表されるＹＡＧ系蛍光体を含むマトリックス層を形成した発光装置では、ＬＥＤチップから青色光が放出され、マトリックス層で青色光の一部が黄色光に変化するため、青色と黄色の光が混色して白色を呈する発光装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、このように蛍光体を用いない場合であってもＬＥＤチップの環境からの保護のためにＬＥＤチップの表面を覆うようにマトリックス層を形成することが行われている。
【０００６】
このマトリックス層には、ＬＥＤチップを保護する役割とともにＬＥＤチップからの光をできるだけ遮断することなく外部に取り出す機能が要求されるため、光透過性が高いことが要求されている。
【０００７】
そのため、例えば、半導体素子を収納したＰＫＧにおいては、無機粒子を多量に含み耐水性の優れたポッティング剤を用いられてきたが、このようなポッティング剤は光透過性が劣ることから、発光装置のマトリックス層としては不適当である。
【０００８】
そのため、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂でマトリックス層を形成してはいるものの、十分に水分を遮断することはできていない。
【０００９】
その対策として、例えば、シリコーン樹脂に水分の透過性の小さいイソブチレンを混合するなどの改善を行っている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１１−２６１１１４号公報
【特許文献２】特開２０００−１３６２７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、イソブチレンは二重結合を持つため、紫外領域で光を吸収し、光透過性が悪くなったり、樹脂劣化しやすくなる恐れがある。
【００１１】
従って、本発明は、マトリックス層の水分透過を抑制し、発光効率を長期に維持する発光装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の発光装置は、基板上に配設された励起光を発する発光素子と、該発光素子を覆うように形成された樹脂を主成分とするマトリックス層とを備えた発光装置であって、前記マトリックス層が非蛍光性の吸湿剤を含有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の発光装置は、前記マトリックス層に励起光を可視光に変換する蛍光体が分散されてなることが望ましい。
【００１４】
また、本発明の発光装置は、前記蛍光体が、半導体ナノ粒子であることが望ましい。
【００１５】
また、本発明の発光装置は、前記吸湿剤は、前記マトリックス層の表面側で含有量が高いことが望ましい。
【００１６】
また、本発明の発光装置は、前記蛍光体は、前記マトリックス層の表面側で含有量が低いことが望ましい。
【００１７】
また、本発明の発光装置は、前記吸湿剤が、シリカゲルであることが望ましい。
【００１８】
また、本発明の発光装置は、前記吸湿剤が、ゼオライトであることが望ましい。
【００１９】
また、本発明の発光装置は、前記吸湿剤のＢＥＴ比表面積が、５０ｍ２／ｇ以上であることが望ましい。
【００２０】
また、本発明の発光装置は、前記樹脂がシリコーン樹脂を含有することが望ましい。
【００２１】
また、本発明の発光装置は、前記マトリックス層を覆うように該マトリックス層よりも吸水率が低い防湿層が形成されていることが望ましい。
【００２２】
また、本発明の発光装置は、前記防湿層の水分の透過率が１ｇ／ｍ２・ｄａｙ以下であることが望ましい。
【００２３】
また、本発明の発光装置は、前記防湿層の厚みが、１〜１０００μｍであることが望ましい。
【００２４】
また、本発明の発光装置は、前記防湿層が、ガラスとセラミックスの複合材料、ガラス、セラミックスおよび単結晶、の群から選ばれる１種からなることが望ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の発光装置は、発光素子を覆うように形成された樹脂を主成分とするマトリックス層を備えた発光装置であって、マトリックス層に吸湿剤を分散させることにより、外部よりマトリックス層中に進入した水分を吸湿剤でトラップし、マトリックス層を形成する樹脂の劣化や、長時間使用時における電極でのショート、マイグレーション等を防止できる。
【００２６】
また、本発明の発光装置によれば、前記マトリックス層に励起光を可視光に変換する蛍光体を分散させることにより、マトリックス層による光ルミネッセンスが可能となり、発光装置としてＬＥＤなどの発光素子の励起光以外の波長を容易に得ることができる。
【００２７】
また、光透過性に優れた半導体ナノ粒子を蛍光体として用いることで、発光効率を向上させることができる。また、水分により特性が劣化しやすい半導体ナノ粒子を用いた場合であっても本願発明によれば、吸湿剤により水分との接触が回避できるため発光出力低下を防止できることから、発光効率に優れ、しかも長寿命の発光装置となる。
【００２８】
また、本発明の発光装置は、マトリックス層の表面側で吸湿剤の含有量を高くすることにより、マトリックス層に侵入した水分を速やかにトラップすることにより、水分と蛍光体の接触を抑制できる。
【００２９】
また、本発明の発光装置は、マトリックス層の表面側で蛍光体の含有量を低くすることにより、マトリックス表面に侵入した水分と蛍光体の接触をさらに抑制することができ、格段に長寿命の発光装置となる。
【００３０】
また、本発明の発光装置は、吸湿剤としてシリカゲルを用いることにより安価で透明性の高いマトリックス層を形成することができる。
【００３１】
また、本発明の発光装置は、ゼオライトは分子構造上、水分子が補足できる穴があいており、水分を大量に吸着できる。分子構造上シリカゲルより多くの水分を吸着できることから、吸湿剤としてゼオライトを用いることにより吸湿剤の含有量を少なくした場合であっても十分にマトリックス内部への水分拡散を防止できる。
【００３２】
また、本発明によれば、特にＢＥＴ比表面積が５０ｍ２／ｇ以上の吸湿剤を用いることにより、マトリックス層に進入した水分吸湿剤内部に取り込み、マトリックス内部への水分拡散を防止できる。
【００３３】
また、本発明によれば、樹脂としてシリコーン樹脂を含有させることで、光劣化が少なく、しかも耐熱性に優れたマトリックス層となる。
【００３４】
また、本発明の発光装置はさらに、マトリックス層の外側に吸水率が低い防湿層を配設することで、表面からの水分の侵入をさらに抑制できる。よって、蛍光体と水分の接触が回避でき発光出力の低下が防止できる。
【００３５】
また、本発明によれば、前記防湿層中の水分の透過率を１ｇ／ｍ２・ｄａｙ以下に抑制し、金属箔並みの水蒸気透過率を持つものを防湿層として使用することにより、防湿層の内側のマトリックス層へ到達する水分量を大幅に減少させることができる。
【００３６】
また、本発明の発光装置においては、前記防湿層の厚みを１μｍ以上にすることにより、仮に、防湿層に欠陥が生じたり、厚みにばらつきが生じたとしても、安定した防湿能力が得られる。また、光を吸収する防湿層の厚みを１０００μｍより薄くすることにより、発光素子あるいは蛍光体からの光を効率よく発光装置の外に取り出すことができる。
【００３７】
また、本発明の発光装置においては、防湿層として、ガラスとセラミックスの複合材料、ガラス、セラミックスおよび単結晶、の群から選ばれる１種を使用することにより、例えば、透光性に優れた防湿層を容易に形成することができる。また、これらの材料の熱膨張係数は容易に制御することができるため、発光装置に使用されているマトリックス層や基板と、防湿層との熱膨張差を小さくすることができる。このため、熱膨張差によるクラック、剥離を防止することができる。従って、熱サイクルに曝されたとしても、水分の浸入を十分に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
本発明の発光装置１は、図１に示すように、例えば、基板３と、基板３の表面あるいは内部に形成された電極５と、基板３の上に配設された励起光を発するＬＥＤなどの発光素子７と、この発光素子７を覆うように形成された樹脂を主成分とするマトリックス層９から構成され、発光素子７と電極５とは、例えば半田や金などのバンプ６によって電気的に接続されている。また、あるいは発光素子７と電極５とを金線やアルミ線で接続してもよい。また、本発明の発光装置１には、発光素子７を取り囲むように発光素子７からの光を反射、集光するための反射体１１が形成されていてもよい。
【００３９】
本発明によればマトリックス層９は、樹脂１３を主成分とし、非蛍光性の吸湿剤１５を含有するもので、この吸湿剤１５によりマトリックス層９の水分透過を抑制することができる。そして、その結果、マトリックス層９や電極５、バンプ６や金線、アルミ線が水分の影響を受け劣化することを抑制することができる。
【００４０】
また、図２に示すように、マトリックス層９に、発光素子７から発せられる励起光の波長を変換する蛍光体１７を含有した場合には、発光素子７の励起光の波長以外の光を発する発光装置１を容易に作製することができ、例えば、白色を発する発光装置１を作製することができる。
【００４１】
また、図３に示すように、マトリックス層９のうち発光素子７に近い側のマトリックス層９ａよりも、発光素子７から遠い側のマトリックス層９ｂの吸湿剤１５の含有量を高くすることで発光素子７や電極５から遠い領域で効果的に水分をトラップすることができる。
【００４２】
また、図３に示すように、マトリックス層９のうち発光素子７に近い側のマトリックス層９ａよりも、発光素子７から遠い側のマトリックス層９ｂの蛍光体の含有量を低くすることで発光素子７と蛍光体１７との距離を近くすることができるため、発光素子７からの光を蛍光体１７に効果的に吸収させることができる。また、蛍光体１７が水分により変質しやすい材質の場合には、蛍光体１７から遠い領域で効果的に水分をトラップすることができる。
【００４３】
また、図４に示すように、マトリックス層９の外側に、さらにマトリックス層９よりも吸水率が低い防湿層１９を設けてもよい。
【００４４】
この防湿層１９は、ガラスとセラミックスの複合材料、ガラス、セラミックスおよび単結晶、の群から選ばれる１種によって形成することが望ましく、これらのうち、透光性の点で優れ、安価なガラスを用いることが望ましい。
【００４５】
また、セラミックス製の防湿層１９を用いる場合には、光の透光性を向上させるために、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｙ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＢｅＯ、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、ＴｈＯ２、Ｄｙ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、ＭｇＡｌＯ４から選ばれる少なくとも１種を含有させることが望ましい。
【００４６】
以上説明した種々の形態を備えた本発明の発光装置１に用いる吸湿剤１５としては、シリカゲルやゼオライトの他、水分を吸収する機能を有するものが好適に用いられる。
【００４７】
水分を吸収する機能を有する吸湿剤１５は、化学吸着タイプと物理吸着タイプに大別することができる。
【００４８】
化学吸着タイプとしてはアルカリ土類金属酸化物、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化バリウム（ＢａＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）五酸化リン、無水硫酸ナトリウム、過塩素酸マグネシウム、水素化カルシウム、水素化ストロンチウム、水素化アルミニウム、硫酸塩系として硫酸リチウム（Ｌｉ２ＳＯ４）、硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ４）、硫酸カルシウム（ＣａＳＯ４）、硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ４）、硫酸コバルト（ＣｏＳＯ４）、硫酸ガリウム（Ｇａ２（ＳＯ４）３）、硫酸チタン（Ｔｉ（ＳＯ４）２）、硫酸ニッケル（ＮｉＳＯ４）等がある。
【００４９】
化学吸着タイプは吸水力が強いという特徴を有するが、一般に毒性が強い場合が多かったり、取扱いが困難であったり、また、リサイクル時には危険性を伴うという問題がある。また、潮解性があり、水分を吸湿すると液状となって流れ出すため、電子装置等の小型の装置等に用いるときには、流れ出すことがないよう封じ込める工夫が必要となるため装置の小型化に制約を受け、また、液状物が漏れると配線等が腐食するという問題がある。また、膨潤性があるものは、水分を吸水すればするほど体積が大きくなり、スペースを予め確保の必要があり、小型化には向かない。また、アルカリ性が高いことが多く、基材や周辺を腐食する場合もある。
【００５０】
また、有機物としてはポリスチレン系、ポリアクリロニトリル系、ポリアクリル酸エステル系、ポリメタクリル酸エステル系のいずれかのビニル系重合体で、スルホン酸基、カルボン酸基、リン酸基あるいは、それらの金属塩の少なくとも１種の親水基を有し、かつジビニルベンゼン、トリアリルイソシアネートまたはヒドラジンのいずれかで架橋された架橋重合体が望ましい。
【００５１】
一方、物理吸着タイプとしては、ゼオライト、活性炭、シリカゲル、グラフトデンプン等がある。物理吸着タイプのなかで、水に対する吸着力が高いのはシリカゲル、ゼオライトである。発光装置用としては、物理タイプを用いることが安定性の点から望ましい。
【００５２】
特に、シリカゲルは比較的安価で入手しやすく、しかも優れた吸湿性に加え、光透過性にも優れていることから、吸湿剤１５として非常に優れている。
【００５３】
また、ゼオライトは質量あたりの吸湿性能が非常に高いことに加え、高温雰囲気でも高い吸水能力を維持できる。そのため、発熱量の高いパワー系のＬＥＤにはゼオライトが適し、ＬＥＤの発熱が小さいマトリックス層９にはシリカゲルが適している。吸湿剤１５の比表面積が大きくなると吸湿能力が向上することから吸湿剤１５の比表面積は５０ｍ２／ｇ以上が望ましく、特に、１００ｍ２／ｇ以上、さらに２００ｍ２／ｇ以上とすることが望ましい。
【００５４】
蛍光体１７は、例えば、（Ｂａ，Ｅｕ）ＭｇＡｌ１０Ｏ１７などの平均粒径が１〜２０μｍ程度の酸化物系あるいはＺｎＳ系の蛍光体を用いることができる。
【００５５】
また、蛍光体１７として、半導体ナノ粒子、例えば、ＣｄＳｅを用いた場合には半導体ナノ粒子が光の通過を妨げないために、光透過性に優れたマトリックス層９となり、発光効率が高くしかも水分による特性劣化が抑制された発光装置１となる。この半導体ナノ粒子は、平均粒径が１０ｎｍ以下の粒径を用いることが発光効率の点から望ましい。この半導体ナノ粒子は量子効果によりそれぞれのサイズのバンドギャップエレルギーにて発光波長が制御できる。半導体ナノ粒子により励起された光の波長が合成され、幅広い範囲で発光波長をカバーし、演色性が大幅に向上することができる。この半導体ナノ粒子は、平均粒径が１０ｎｍ以下の粒径を用いることが発光効率の点から望ましい。
【００５６】
マトリックス層９に含まれる蛍光体１７としての半導体ナノ粒子は、周期表第１４族元素と周期表第１６族元素との化合物、周期表第１３族元素と周期表第１５族元素との化合物、周期表第１３族元素と周期表第１６族元素との化合物、周期表第１３族元素と周期表第１７族元素との化合物、周期表第１２族元素と周期表第１６族元素との化合物、周期表第１５族元素と周期表第１６族元素との化合物、周期表第１１族元素と周期表第１６族元素との化合物、周期表第１１族元素と周期表第１７族元素との化合物、周期表第１０族元素と周期表第１６族元素との化合物、周期表第９族元素との周期表第１６族元素との化合物、
周期表第８族元素と周期表第１６族元素との化合物、周期表第７族元素と周期表第１６族元素との化合物、周期表第６族元素と周期表第１６族元素との化合物、周期表第５族元素と周期表第１６族元素との化合物、周期表第４族元素との周期表第１６族元素との化合物、
周期表第２族元素と周期表第１６族元素との化合物、カルコゲンスピネル類等が挙げられる。
【００５７】
具体的には、半導体ナノ粒子は、周期表第１４族元素と周期表第１６族元素との化合物として酸化錫（ＩＶ）（ＳｎＯ２）、硫化錫（ＩＩ，ＩＶ）（Ｓｎ（ＩＩ）Ｓｎ（ＩＶ）Ｓ３）、硫化錫（ＩＶ）（ＳｎＳ２）、硫化錫（ＩＩ）（ＳｎＳ）、セレン化錫（ＩＩ）（ＳｎＳｅ）、テルル化錫（ＩＩ）（ＳｎＴｅ）、硫化鉛（ＰｂＳ）、セレン化鉛（ＰｂＳｅ）、テルル化鉛（ＰｂＴｅ）等、周期表第１３族元素と周期表第１５族元素との化合物として、窒化ホウ素（ＢＮ）、リン化ホウ素（ＢＰ）、砒化ホウ素（ＢＡｓ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、リン化アルミニウム（ＡｌＰ）、砒化アルミニウム（ＡｌＡｓ）、アンチモン化アルミニウム（ＡｌＳｂ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）、アンチモン化ガリウム（ＧａＳｂ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、砒化インジウム（ＩｎＡｓ）、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）等、周期表第１３族元素と周期表第１６族元素との化合物として、硫化アルミニウム（Ａｌ２Ｓ３）、セレン化アルミニウム（Ａｌ２Ｓｅ３）、硫化ガリウム（Ｇａ２Ｓ３）、セレン化ガリウム（Ｇｅ２Ｓｅ３）、テルル化ガリウム（Ｇａ２Ｔｅ３）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、硫化インジウム（Ｉｎ２Ｓ３）、セレン化インジウム（Ｉｎ２Ｓｅ３）、テルル化インジウム（Ｉｎ２Ｔｅ３）等、
周期表第１３族元素と周期表第１７族元素との化合物として、塩化タリウム（Ｉ）（ＴｌＣｌ）、臭化タリウム（Ｉ）（ＴｌＢｒ）、ヨウ化タリウム（Ｉ）（ＴｌＩ）等、周期表第１２族元素と周期表第１６族元素との化合物として、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）、酸化カドミウム（ＣｄＯ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、硫化水銀（ＨｇＳ）、セレン化水銀（ＨｇＳｅ）、テルル化水銀（ＨｇＴｅ）等、周期表第１５族元素と周期表第１６族元素との化合物として、硫化アンチモン（ＩＩＩ）（Ｓｂ２Ｓ３）、セレン化アンチモン（ＩＩＩ）（Ｓｂ２Ｓｅ３）、テルル化アンチモン（ＩＩＩ）（Ｓｂ２Ｔｅ３）、硫化ビスマス（ＩＩＩ）（Ｂｉ２Ｓ３）、セレン化ビスマス（ＩＩＩ）（Ｂｉ２Ｓｅ３）テルル化ビスマス（ＩＩＩ）（Ｂｉ２Ｔｅ３）等、周期表第１１族元素と周期表第１６族元素との化合物として、酸化銅（Ｉ）（Ｃｕ２Ｏ）等、周期表第１１族元素と周期表第１７族元素との化合物として、塩化銅（Ｉ）（ＣｕＣｌ）、臭化銅（Ｉ）（ＣｕＢｒ）、ヨウ化銅（Ｉ）（ＣｕＩ）、ヨウ化銀（ＡｇＩ）、塩化銀（ＡｇＣｌ）、臭化銀（ＡｇＢｒ）等、周期表第１０族元素と周期表第１６族元素との化合物として、酸化ニッケル（ＩＩ）（ＮｉＯ）等、周期表第９族元素との周期表第１６族元素との化合物として、酸化コバルト（ＩＩ）（ＣｏＯ）、硫化コバルト（ＩＩ）（ＣｏＳ）等、周期表第８族元素と周期表第１６族元素との化合物として、四酸化三鉄（Ｆｅ３Ｏ４）、硫化鉄（ＩＩ）（ＦｅＳ）等、周期表第７族元素と周期表第１６族元素との化合物として、酸化マンガン（ＩＩ）（ＭｎＯ）等、周期表第６族元素と周期表第１６族元素との化合物として、硫化モリブデン（ＩＶ）（ＭｏＳ２）、酸化タングステン（ＩＶ）（ＷＯ２）等、周期表第５族元素と周期表第１６族元素との化合物として、酸化バナジウム（ＩＩ）（ＶＯ）、酸化バナジウム（ＩＩ）（ＶＯ２）、酸化タンタル（Ｖ）（Ｔａ２Ｏ５）等、周期表第４族元素との周期表第１６族元素との化合物として、酸化チタン（ＴｉＯ２、Ｔｉ２Ｏ５、Ｔｉ２Ｏ３、Ｔｉ５Ｏ９等）等、周期表第２族元素と周期表第１６族元素との化合物として、硫化マグネシウム（ＭｇＳ）、セレン化マグネシウム（ＭｇＳｅ）等、カルコゲンスピネル類として、酸化カドミウム（ＩＩ）クロム（ＩＩＩ）（ＣｄＣｒ２Ｏ４）、セレン化カドミウム（ＩＩ）クロム（ＩＩＩ）（ＣｄＣｒ２Ｓｅ４）、硫化銅（ＩＩ）クロム（ＩＩＩ）（ＣｕＣｒ２Ｓ４）、セレン化水銀（ＩＩ）クロム（ＩＩＩ）（ＨｇＣｒ２Ｓｅ４）等
が挙げられる。
【００５８】
上述した中でも特に、ＡｇＩ等の第１１−１７族化合物半導体、ＣｄＳｅ、ＣｄＳ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ等の第１２−１６族化合物半導体、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ等の第１３−１５族化合物半導体を主体とする化合物半導体のいずれかである。なお、本発明で使用する周期
表は、ＩＵＰＡＣ無機化学命名法１９９０年規則に従うものとする。
【００５９】
本発明の半導体ナノ粒子の粒径は、量子効果等を有効的に活用できることから、１０ｎｍ以下、特に２ｎｍ〜８ｎｍであることが好ましい。
【００６０】
さらに、本発明の半導体ナノ粒子は、可視光の発光を得ることが可能となることから、これを構成する半導体組成物のバルク状態での化合物半導体のバンドギャップエネルギーが、温度３００Ｋで１．５から２．５ｅＶの範囲であることが好ましい。
【００６１】
また、本発明における蛍光体１７は、内核（コア）と外殻（シェル）からなるいわゆるコアシェル構造であってもよい。コアシェル型半導体ナノ粒子では、エキシトン吸発光帯を利用する用途に好適な場合がある。この場合、シェルの半導体粒子の組成として、禁制帯幅（バンドギャップ）がコアよりも大きなものを起用することによりエネルギー的な障壁を形成せしめることが一般に有効である。これは、外界の影響や結晶表面での結晶格子欠陥等の理由による望ましくない表面準位等の影響を抑制する機構によるものと推測される。
【００６２】
シェルに好適に用いられる半導体材料の組成としては、コア半導体結晶のバンドギャップにもよるが、バルク状態のバンドギャップが温度３００Ｋにおいて２．５ｅＶ以上であるもの、例えばＢＮ、ＢＡｓ、ＧａＮやＧａＰ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、ＺｎＯ、ＺｎＳ等のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体、ＭｇＳやＭｇＳｅ等の周期表第２族元素と周期表第１６族元素との化合物等が好適に用いられる。
【００６３】
また、本発明における蛍光体１７は、有機配位子からなる表面修飾分子で覆われていても良い。表面分修飾分子覆うことにより、半導体ナノ粒子の凝集を抑制し、半導体ナノ粒子の機能を最大限に発現することができる。表面修飾分子は、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｎ−ペンチル基、シクロペンチル基、ｎ−ヘキシル基、シクロヘキシル基、オクチル基、デシル基、ドデシル基、ヘキサデシル基、オクタデシル基等の炭素数３〜２０程度のアルキル基、フェニル基、ベンジル基、ナフチル基、ナフチルメチル基等の芳香族炭化水素基を含有する炭化水素基等が例示され、中でもｎ−ヘキシル基、オクチル基、デシル基、ドデシル基、ヘキサデシル基等の炭素数６〜１６程度の直鎖状アルキル基が更に好ましい。また、メルカプト基、ジスルフィド基、チオフェン環等の硫黄原子含有官能基、アミノ基、ピリジン環、アミド結合、ニトリル基等の窒素原子含有官能基、カルボキシル基、スルホン酸基、ホスホン酸基、ホスフィン酸基等の酸性官能基、ホスフィン基やホスフィンオキシド基等のリン原子含有官能基、あるいは水酸基、カルボニル基、エステル結合、エーテル結合、ポリエチレングリコール鎖等の酸素原子含有官能基等が好ましい。
【００６４】
また、本発明における蛍光体１７は、一般的な製造方法によって製造させる。火炎プロセス・プラズマプロセス・電気加熱プロセス・レーザープロセス等の気相化学反応法、物理冷却法、ゾルゲル法・アルコキシド法・共沈法・ホットソープ法・水熱合成法・噴霧熱分解法等の液相法、さらにメカノケミカルボンディング法、マイクロリアクター法、マイクロ波加熱法等が用いられる。
【００６５】
マトリックス層９に含まれる蛍光体１７は、４００〜９００ｎｍの範囲の光を発する材料であれば特に限定されない。蛍光体１７は、一般的に用いられる蛍光体も採用できる。
【００６６】
例えば、ＺｎＳ：Ａｇ、ＺｎＳ：Ａｇ，Ａｌ、ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｕ，Ｇａ，Ｃｌ、ＺｎＳ：Ａｌ＋Ｉｎ２Ｏ３、ＺｎＳ：Ｚｎ＋Ｉｎ２Ｏ３、（Ｂａ，Ｅｕ）ＭｇＡｌ１０Ｏ１７、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）１０（ＰＯ４）６Ｃｌ１７：Ｅｕ、Ｓｒ１０（ＰＯ４）６Ｃｌ１２：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｅｕ）（Ｍｇ，Ｍｎ）Ａｌ１０Ｏ１７、１０（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｅｕ）・６ＰＯ４・Ｃｌ２、ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２５：Ｅｕ、ＺｎＳ：Ｃｌ，Ａｌ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ，Ａｌ、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｔｂ、Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｔｂ、Ｙ２ＳｉＯ５：Ｔｂ、Ｚｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎ、ＺｎＳ：Ｃｕ＋Ｚｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎ、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ＋Ｉｎ２Ｏ３、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ＋Ｉｎ２Ｏ３、（Ｚｎ，Ｍｎ）２ＳｉＯ４、ＢａＡｌ１２Ｏ１９：Ｍｎ、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｍｇ）Ｏ・ａＡｌ２Ｏ３：Ｍｎ、ＬａＰＯ４：Ｃｅ，Ｔｂ、３（Ｂａ，Ｍｇ，Ｅｕ，Ｍｎ）Ｏ・８Ａｌ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３・０．２ＳｉＯ２・０．９Ｐ２Ｏ５：Ｃｅ，Ｔｂ、ＣｅＭｇＡｌ１１Ｏ１９：Ｔｂ、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ、Ｚｎ３（ＰＯ４）２：Ｍｎ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ＋Ｉｎ２Ｏ３、（Ｙ，Ｇｄ、Ｅｕ）ＢＯ３、（Ｙ，Ｇｄ、Ｅｕ）２Ｏ３、ＹＶＯ４：Ｅｕ、Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ，Ｓｍ、ＹＡＧ：Ｃｅ等が用いられる。粒径は、０．１〜５０μｍ、特に１μｍ〜２０μｍであることが有機樹脂に分散させる工程上、好ましい。
【００６７】
また、マトリックス層９内の蛍光体１７は、蛍光スペクトルの異なる複数の粒子からなってもよい。半導体組成が異なるものであってもよく、さらに同一組成で粒径が異なるものであっても良い。
【００６８】
マトリックス層９の製造にあたっては、先に示した蛍光体１７、吸湿剤１５を高分子樹脂に分散して形成することが好ましい。
【００６９】
高分子樹脂は、蛍光体１７および吸湿剤１５を均一に分散、担持することが容易で、蛍光体の光劣化を抑制することが可能な構造が望ましく、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、酢酸セルロース、ポリアリレート、酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、さらにこれら材料の誘導体が用いられる。
【００７０】
特に、３５０ｎｍ以上の波長域において９５％以上の光透過性を有していることが好ましい。このような光透過性に加え、耐熱性の観点から、シリコーン樹脂がより好適に用いられる。シリコーンの樹脂の場合、直鎖状であっても架橋構造であっても特に限定されない。また、珪素上の置換基は、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｎ−ペンチル基、シクロペンチル基、ｎ−ヘキシル基、シクロヘキシル基、オクチル基、デシル基、ドデシル基、ヘキサデシル基、オクタデシル基等の炭素数１〜２０程度のアルキル基、フェニル基、ベンジル基、ナフチル基、ナフチルメチル基等の芳香族炭化水素基を含有する炭化水素基等が例示され、中でもメチル基、エチル基等の炭素数の少ない直鎖状アルキル基が好ましい。
【００７１】
また、本発明のマトリックス層９の厚みは、各マトリックス層における変換効率および紫外および可視光の透過率の観点から、０．５〜１０ｍｍ、特に１．０〜５ｍｍが好ましい。この範囲であれば、発光素子から発せられる励起光を高効率で出力光に変換することができ、さらに変換された出力光を外部に高効率で透過させることができる。
【００７２】
また、発光素子７は、中心波長が４５０ｎｍ以下、特に３８０〜４２０ｎｍの光を発することが好ましい。この範囲の波長域の励起光を用いることにより、蛍光体の励起を効率的に行なうことができ、出力光の強度を高め、より発光強度の高い発光装置を得ることが可能となる。
【００７３】
以下に、本発明の発光装置の製造方法について例示する。
【００７４】
まず、必要に応じ、蛍光体１７及び吸湿剤１５と未硬化の樹脂１３の原料を分散混合し、ペーストを作製する。
【００７５】
そして、例えば、図１に示すように発光素子７を直接マトリックス層９が覆うような形態の発光装置１を作成する場合には、発光素子７を実装した基板３に、発光素子７を覆うようにペーストを配設する。
【００７６】
その後、１５０〜２５０℃、０．５〜４時間加熱して、ペーストを硬化させ、マトリックス層９とする。
【００７７】
また、例えば、図３に示すように発光素子７を直接マトリックス層９が覆い、マトリックス層９が２層以上となるような形態の発光装置１を作成する場合には、発光素子７を実装した基板３に、発光素子７を覆うようにペーストを配設し、さらに蛍光体１７や吸湿剤１５の含有量を変化させたペーストを、発光素子７を覆っているペーストを覆うように配設し、その後、１５０〜２５０℃、０．５〜４時間加熱して、ペーストを硬化させてペーストを硬化させ、２層以上のマトリックス層９とする。
【００７８】
また、他の製造方法として、ドクターブレード法やダイコーター法、押し出し法、スピンコート法、ディップ法などシート成形ができる成形法でペーストをテープ成形して作製したシートを発光素子７を覆うように配設してもよい。
【００７９】
また、蛍光体１７と吸湿剤１５が分散した複数のシートをＢステージの状態で積層し、さらに硬化温度より低い温度で熱圧着し、このシートを発光素子７を覆うように配設してもよい。
【００８０】
また、ガラスやセラミックからなる防湿層１９をマトリックス層９を覆うように配設することもできる。
【００８１】
以上説明した製造方法では、樹脂１３の原料に対して蛍光体１７及び吸湿剤１５の添加量を適宜変化させ、蛍光体１７が多く、吸湿剤１５の少ないペースト、テープ、逆に蛍光体１７が少なく、吸湿剤１５が多いペースト、テープを用い、これらのペースト、テープを２層以上用いることで容易に蛍光体１７と吸湿剤１５の任意の分布を実現できる。
【００８２】
さらに、本発明の発光装置において、防湿層１９は、マトリックス層９よりも透湿性が低く、水分がマトリックス層９や発光素子７に到達することを抑制する機能を有するものである。
【００８３】
この防湿層１９は、高い信頼性を確保するために水分の透過率が１ｇ／ｍ２・ｄａｙ以下のものを用いることが望ましく、特に、０．５ｇ／ｍ２・ｄａｙ以下、さらに０．３ｇ／ｍ２・ｄａｙ以下とすることで発光装置の特性劣化を格段に抑制することができる。なお、水分の透過率の測定は、例えば、ＪＩＳ  Ｋ  ０２０８に記述されているカップ法に基づき測定することができる。
【００８４】
また、防湿層１９は欠陥や厚みのばらつきによる防湿能力のばらつきを抑制するために、厚みを１μｍ以上、特に１００μｍ以上、さらに２００μｍ以上とすることが望ましい。また、透光性を有する防湿層１９を用いたとしても、防湿層１９が光を吸収することを完全に防ぐことは困難であるため、防湿層１９による出力光の目減りを抑制するために防湿層１９の厚みは１０００μｍ以下にすることが好ましく、特に、５００μｍ以下、さらに２００μｍ以下にすることが望ましい。
【００８５】
以上、説明した防湿層１９を構成する材料としては、マトリックス層９よりも吸湿性が低い材料であることが必須要件であるが、更に加えて水分透過防止能力の高さ、耐熱性の高さ、ＬＥＤチップやパッケージとの熱膨張率差が小さいことが望ましいことから、ガラスとセラミックスの複合材料、ガラス、セラミックス、単結晶、の群から選ばれる１種を用いることで、上記の特徴を備えた防湿層１９を容易に形成することができる。
【００８６】
例えば、防湿層１９に使用されるガラス組成物としては、ＳｉＯ２−ＣａＯ−ＭｇＯ系、ＳｉＯ２−ＢａＯ−Ａｌ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−アルカリ金属酸化物系、さらにはこれらの系にアルカリ金属酸化物、ＺｎＯ、ＰｂＯ、Ｐｂ、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２等を配合した組成物が使用でき、例えば、これらのガラス組成物を溶融又は軟化させた後シート状に成形してシートを形成後接着する方法などで防湿層１９を作製することができる。
【００８７】
また、防湿層１９として用いるセラミックスとしては、例えば、透光性セラミックスとして知られているＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、Ｙ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＢｅＯ、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２、ＴｈＯ２、Ｄｙ２Ｏ３、Ｈｏ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、ＭｇＡｌＯ４から選ばれる少なくとも１種をふくむことが好ましい。これらの水分透過防止能力ならびに透光性に優れたセラミックスを用いた場合には、水分による特性の劣化が抑制され、しかも、マトリックス層９から発せられた光を効率よく外部に取り出すことができる。
【００８８】
このようなセラミックスを使用した防湿層１９は、例えば、直接、マトリックス層９の表面にセラミック膜を形成するＣＶＤ法により、均一で強固な膜を一つの工程で形成することができる。また、他の基板上にＣＶＤ法にてセラミックス膜を形成したあと、基板を除去し、セラミック膜をマトリックス層９に接着して形成することが出来る。この方法は膜形成するために高温、特殊な雰囲気を必要とする材料でも膜を簡単に形成できる。また、原料をバインダー樹脂と混合後ドクターブレード、機械プレス等によりシート状に成形し、焼結させる方法により、セラミック膜を得ることが可能である。
【００８９】
さらに、前記ガラスと前記セラミックスをボールミル等でバインダーと混合後シート状に成形し焼成して形成したものも防湿層１９として利用できる。
【実施例】
【００９０】
まず、Ｗを主成分とする電極５が形成され、反射体１１を備えたアルミナ製の基板３に、バンプ６を介して発光素子７を搭載した。
【００９１】
次に、この発光素子７と電極５を覆うように、表１に示す組成のマトリックス層９を配設した。
【表１】
2007123390.tif 000003
【００９２】
マトリックス層９の樹脂１３として信越シリコーン社の熱硬化型シリコーン樹脂Ｘ−３５−１４０を用いた。蛍光体１７としてはナノ半導体粒子として粒径が約３ｎｍのＣｄＳｅを用いた。なお、ＣｄＳｅはホットソープ法にて実験室で作製したものを用いた。吸湿剤１５として、市販の試薬であるシリカゲルを用い、ゼオライトとしては東ソー（株）製ゼオラムＡ−３を用いた。吸湿剤１５はそのままでは粒径が大きいので、トルエン溶媒中にてビーズミルを用いて粉砕を行った。粉砕後の平均粒径は約０．３μｍとなった。
【００９３】
粉砕後の吸湿剤１５は３００℃、５時間熱処理を行ない、吸湿材１５から工程で吸湿した水分を取り除いた。
【００９４】
シリコーン樹脂１３と蛍光体１７、吸湿剤１５を混合分散させペーストとした。このペーストをドクターブレード方式で成形し厚み２００μｍのテープを作製した。成形する際に熱を５０〜８０℃、５〜６０分加熱しシートの硬化状態をＢステージとした。
【００９５】
表１に作製したシートの組成を示す。各シートは充填剤の種類と充填量を変化させて作製した。シートＮｏ．１〜４に用いたシリカは平均粒径０．５μｍのアドマファインＳＯＣ−２シリカを用いた。シートＮｏ．５〜１２は市販の比表面積が４０ｍ２／ｇと５０ｍ２／ｇのシリカゲルを用いた。シートＮｏ．１３〜２０は比表面積が４０ｍ２／ｇと５０ｍ２／ｇの上記ゼオライトを用いた。
【００９６】
表２に示すような組合せで、発光素子７側の１層目は、ポッティングして形成し、さらに２〜４層目は予め作製したシートを３枚重ねて、この積層体を１層目の上に積層した。
【表２】
2007123390.tif 000004
【００９７】
これらの試料に対して、信頼性テストとして、温度８５℃、相対湿度８５％の高温高湿環境下で放置し、表２に示す経過時間で電気的不良を確認した。
【００９８】
いずれの試料においても初期不良は発生しなかったが、吸湿性のないシリカを用いた試料Ｎｏ．１では不良が早期に発生した。また、吸湿性のある充填剤を用いた試料２、３では１０００時間経過後も不良は発生しなかった。
【００９９】
また、表１の各シートを表３に示す組合せで４枚組み合わせて、マトリックス層９の表面側に吸湿剤が多いサンプル、少ないサンプル、等を作製し、これらの試料に対して、温度８５℃、相対湿度８５％の高温高湿環境下で放置し、表３に示す経過時間で初期の発光強度と８５℃、８５ＲＨ％環境下１０００ｈ後の発光強度、発光強度の低下率を測定した。
【０１００】
なお、発光強度はＬａｂｓｐｈｅｒｅ社の積分球（全光束測定システム：ＤＡＳ−２１００）を用いて測定した。また、各サンプルの初期発光強度が異なるのは蛍光体の充填量の影響である。
【表３】
2007123390.tif 000005
【０１０１】
表３に示すように、シリカゲルとゼオライトと比較すると、ゼオライトの方が良い結果となった。また、比表面積４０ｍ２／ｇより比表面積５０ｍ２／ｇの吸湿剤の方が性能が良く、シリカゲル、ゼオライト共に比表面積５０ｍ２／ｇ以上で低下率１０％未満となっている。また、試料Ｎｏ．６、７に示すように表面側に蛍光体を多くし、吸湿剤を少なくしたサンプルは発光強度の低下が大きく、性能を満たさない。表面側において、吸湿剤が多く、蛍光体が少ない方が逆の蛍光体が多く、吸湿剤が少ないサンプルより性能が良い。蛍光体の周囲の水分が性能低下につながる。
【０１０２】
次に、防湿層の影響について試験を行った。
【表４】
2007123390.tif 000006
【０１０３】
表４に示すように、防湿層のない試料Ｎｏ．１０は信頼性試験において１０％以上の低下となった。試料Ｎｏ．１１は層構成より１０％未満となった。
【０１０４】
防湿層として、光学用のＳｉＯ２−ＢａＯ−Ａｌ２Ｏ３系ガラス（試料Ｎｏ．１２）とＡｌ２Ｏ３セラミック（試料Ｎｏ．１３）を用いた。ガラスとセラミックは全く水分を透過させないので、残留水分のみが性能低下に寄与する。表４に示すように、防湿層を設けることにより非常に高い性能を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明の発光装置を説明する断面図である。
【図２】本発明の発光装置を説明する断面図である。
【図３】本発明の発光装置を説明する断面図である。
【図４】本発明の発光装置を説明する断面図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１・・・発光装置
３・・・基板
５・・・電極
６・・・バンプ
７・・・発光素子
９・・・マトリックス層
１１・・反射体
１３・・樹脂
１５・・充填剤
１７・・蛍光体
１９・・吸湿層
【図１】
2007123390.tif 000007
【図２】
2007123390.tif 000008
【図３】
2007123390.tif 000009
【図４】
2007123390.tif 000010