(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長をピークとする１次光を放出する発光素子と、
前記発光素子から放出される前記１次光を吸収し、前記第１の波長とは異なる第２の波長をピークとする第１の２次光を放出する第１の波長変換材料と、
前記発光素子から放出される前記１次光を吸収し、前記第１の波長とは異なる第３の波長をピークとする第２の２次光を放出する第２の波長変換材料と、
周波数及びデューティー比の少なくともいずれかを可変とした駆動パルスを前記発光素子に供給する可変パルス駆動源と、
を備え、
前記第１の波長変換材料は、前記第２の波長変換材料の１０倍以上の減衰時間を有し、
前記可変パルス駆動源から前記発光素子に供給する駆動パルスの周波数及びデューティー比の少なくともいずれかを変化させることにより、発光色の色調を変化可能としたことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記発光素子から放出される前記第１次光を吸収し、前記第１の波長とは異なる第４の波長をピークとする第３の２次光を放出する第３の波長変換材料をさらに備え、
前記第３の波長変換材料は、前記第２の波長変換材料の１０倍以上の減衰時間を有することを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記第１の波長変換材料の減衰時間と前記第３の波長変換材料の減衰時間とが実質的に異なることを特徴とする請求項２記載の発光装置。
【請求項４】
前記第１及び第２の波長変換材料は、蛍光体であり、
前記蛍光体は、シリコーン樹脂の中に分散されてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の発光装置。
【請求項５】
前記シリコーン樹脂の硬度は、ＪＩＳＡ値で５０以上であることを特徴とする請求項４記載の発光装置。
【請求項６】
前記シリコーン樹脂の硬度は、ＪＩＳＡ値で９０以下であることを特徴とする請求項４記載の発光装置。
【請求項７】
前記シリコーン樹脂は、硬化前の粘度が１００ｃｐ以上１００００ｃｐ以下の範囲にあることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１つに記載の発光装置。
【請求項８】
前記発光素子は、窒化ガリウム系半導体を発光層として有し、
前記第１の波長変換材料は、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ、Ｄｙと、Ｓｒ４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕ、Ｄｙのいずれかであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は発光装置に関し、特に半導体発光素子などの発光素子と蛍光体などの波長変換手段とを組み合わせた発光装置に関する。
【従来の技術】
半導体発光素子およびそれを搭載した発光装置は、コンパクト且つ低消費電力であり、信頼性にも優れるなどの多くの利点を有し、近年では、高い発光輝度が要求される室内外での表示装置、鉄道・交通信号、車載用灯具などに幅広く応用されつつある。
【０００２】
特に、窒化ガリウム系半導体を用いた発光素子が最近、注目されている。窒化ガリウム系半導体は、直接遷移型のIII−Ｖ族化合物導体であり、比較的短い波長領域において高効率で発光させることができるという特徴を有する。
【０００３】
なお、本明細書において「窒化ガリウム系半導体」とは、ＢｘＩｎｙＡｌｚＧａ１−ｘ−ｙ−ｚＮ（０≦ｘ，ｙ≦１，ｚ≦１，ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）なる化学式において組成比ｘ、ｙ及びｚを零から１の範囲で変化させたすべての組成の半導体を含むものとし、さらにＶ族元素としてＰ（リン）やＡｓ（ヒ素）を含有したものも包含するものとする。例えば、ＩｎＧａＮ（ｘ＞０、ｙ＝０）も「窒化ガリウム系半導体」に含まれるものとする。
【０００４】
窒化ガリウム系半導体は、組成ｘ及びｙを制御することによってバンドギャップが１．８９〜６．２ｅＶまで変化するために、ＬＥＤや半導体レーザの材料として有望視されている。特に、青色や紫外線の短波長領域で高輝度の発光を得る可能性があるため、急速に開発が進められている。
【０００５】
しかし、このような従来の半導体発光素子においては、優れた単色性ピーク波長を有するため、例えば、中間光などを得るためには、複数の発光色の発光素子を隣接して配置する必要がある。
【０００６】
これに対して、蛍光体により波長変換を行う発光装置が提案されている。
【０００７】
図２０は、特開平５−１５２６０９号公報に開示された発光ダイオードを表す模式図である。
【０００８】
また、図２１は、特開平７−９９３４５号公報に開示された発光ダイオードを表す模式図である。
【０００９】
図２０に開示された発光ダイオードの場合、発光素子１１１はメタルステム１０２の上にマウントされ、樹脂モールド１０４により封止されている。そして、この樹脂モールド１０４に蛍光染料１０５が添加されている。蛍光染料１０５は、発光素子１１１からの発光により励起されて蛍光を発する。
【００１０】
一方、図２１に開示された発光ダイオードの場合、発光チップ１１１リードフレーム１２０のカップ１３０にマウントされ、第１樹脂１４０及び第２の樹脂１５０によりモールドされている。そして、第１の樹脂１４０に波長変換材料１６０が添加されている。波長変換材料１６０は、発光チップ１１１の発光波長を他の波長に変換し、またはその一部を吸収する作用を有する。
【００１１】
以上説明した従来の発光装置においては、発光素子から放出された光を波長変換することにより、発光素子の発光波長とは異なる波長の光を得ることができる点で便利である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これら従来の発光装置においては、発光波長をダイナミックに変化させたり、点灯状態と非点灯状態とで異なる波長の光を得ることは困難であった。
【００１３】
例えば、波長が異なる複数種類の発光色を得るためには、図２０乃至図２１に例示したような発光装置を複数種類、用意する必要がある。これらそれぞれの発光装置においては、添加する蛍光体の組成や材料を予め変えておく。そして、必要とされる発光波長に応じて、これらいずれかの発光装置を適宜点灯させる必要がある。従って、複数の発光色を得るためには複数の発光装置を隣接して配置する必要があり、不便であった。
【００１４】
一方、これら従来の発光装置においては、発光素子が非点灯状態においては、蛍光体も非点灯状態となるため、例えば、避難誘導灯や保安灯などの用途に用いることが適当でないという問題があった。つまり、停電などによって光源となる発光素子が消灯すると、蛍光体から放出される２次光も停止するために、非常用あるいは安全表示用などとしての用途にそのままで用いることは困難であった。
【００１５】
本発明はかかる課題の認識に基づいてなされたものであり、その目的は、発光波長を可変とし、あるいは発光素子が非点灯状態においても、発光が得られる発光装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様によれば、第１の波長をピークとする１次光を放出する発光素子と、前記発光素子から放出される前記１次光を吸収し、前記第１の波長とは異なる第２の波長をピークとする第１の２次光を放出する第１の波長変換材料と、前記発光素子から放出される前記１次光を吸収し、前記第１の波長とは異なる第３の波長をピークとする第２の２次光を放出する第２の波長変換材料と、周波数及びデューティー比の少なくともいずれかを可変とした駆動パルスを前記発光素子に供給する可変パルス駆動源と、を備え、前記第１の波長変換材料は、前記第２の波長変換材料の１０倍以上の減衰時間を有し、前記可変パルス駆動源から前記発光素子に供給する駆動パルスの周波数及びデューティー比の少なくともいずれかを変化させることにより、発光色の色調を変化可能としたことを特徴とする発光装置が提供される。
【００１７】
上記構成によれば、ＤＣで発光させる場合と、パルス駆動させる場合とで同一素子で異なる色調を得られる。また、点灯時と電力供給が停止した時とで異なる発光色を単一素子で得ることが可能となる。
【００１８】
ここで、前記発光素子から放出される前記第１次光を吸収し、前記第１の波長とは異なる第４の波長をピークとする第３の２次光を放出する第３の波長変換材料をさらに備え、前記第３の波長変換材料は、前記第２の波長変換材料の１０倍以上の減衰時間を有するものとすることができる。
【００１９】
このようにすれば、パルス駆動の際の色調のバリエーションを増やせるメリットの他に、停電時（電力供給停止時）の色調を任意に設定することが可能となる。
【００２０】
またここで、前記第１の波長変換材料の減衰時間と前記第３の波長変換材料の減衰時間とが実質的に異なるものとすることができる。
【００２１】
このようにすれば、パルス駆動の際の色調のバリエーションを確実に増やせるメリットの他に、停電時（電力供給停止時）の色調を時間の経過とともに変化させることが可能となる。
【００２４】
また、前記第１及び第２の波長変換材料は、蛍光体であり、前記蛍光体は、シリコーン樹脂の中に分散されてなるものとすると、樹脂の劣化やクラックなどの発生も抑制でき、高い信頼性の発光装置を得ることができる。
【００２５】
さらにここで、前記シリコーン樹脂の硬度は、ＪＩＳＡ値で５０以上であるものとすれば、強度も十分であり、高い信頼性を得ることができる。
【００２６】
またさらに、前記シリコーン樹脂の硬度は、ＪＩＳＡ値で９０以下であるものとすれば、機械的な強度に関する信頼性を確実なものとすることができる。
【００２７】
一方、前記シリコーン樹脂は、硬化前の粘度が１００ｃｐ以上１００００ｃｐ以下の範囲にあるものとすれば、比重や粒径が異なる複数種類の蛍光体などの波長変換材料の偏析を防ぎ、樹脂中に均一に分散させることが確実となる。
【００２８】
また、前記発光素子は、窒化ガリウム系半導体を発光層として有し、前記第１の波長変換材料は、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ、Ｄｙと、Ｓｒ４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕ、Ｄｙのいずれかであるものとすれば、高い効率で蛍光体を励起して高い輝度の発光装置を実現することができる。
【００２９】
以上説明した本発明の構成によれば、短波長発光素子の駆動方法によって表示部の色調を任意に設定することが可能な表示装置が可能となる。この表示装置はブラックライト等の光源を設置する必要が無いためコンパクトで持ち運びも可能である。更に、電源も通常の家庭用コンセント等から供給することも可能である。
【００３０】
さらにまた、光源に用いる短波長発光素子はＧａＮやＳｉＣなどのように環境に対して影響を与える虞の少ないない材料系である点も好適である。つまり、本発明の発光装置を利用した表示装置などを屋外等に設置した場合でも、万が一の破損時を想定した対応設計がより柔軟となる点で便利である。
【００３１】
なお、本願において「シリコーン樹脂」とは、アルキル基やアリール基などの有機基をもつケイ素原子が酸素原子と交互に結合した構造を骨格として有する樹脂をいう。もちろん、この骨格に他の添加元素が付与されたものも「シリコーン樹脂」に含むものとする。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
【００３３】
図１は、本発明の実施の形態にかかる発光装置の構成を概念的に表した模式図である。すなわち、本発明の発光装置は、半導体発光素子ＬＳと、複数種類の波長変換材料ＦＬ１、ＦＬ２、ＦＬ３・・・と、を有する。半導体発光素子ＬＳは、例えば発光ダイオードや半導体レーザなどの構造を有し、所定の波長の１次光ＰＬを放出する。発光素子ＬＳから放出された１次光ＰＬは、波長変換材料ＦＬ１、ＦＬ２、ＦＬ３・・・に入射する。
【００３４】
これら波長変換材料は、１次光ＰＬを吸収してそれとは異なる波長を有する光Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３・・・を２次光として放出する。このような波長変換材料としては、例えば蛍光体を用いることができる。なお、図１においては、３種類の波長変換材料を表したが、本発明はこれに限定されるものではなく、波長変換材料は、２種類のみ、あるいは４種類以上設けることもできる。
【００３５】
本発明においては、複数種類の波長変換材料ＦＬ１、ＦＬ２、ＦＬ３・・・のうちの少なくともいずれかの減衰時間が、他の波長変換材料よりも長いことを特徴とする。
【００３６】
一般に、蛍光体などの波長変換材料の場合、放出される２次光の強度は、次の２式のいずれかにより近似することができる。
Ｉｔ＝Ｉ０ｅ−ａｔ                           （１）
Ｉｔ＝Ｉ０ｔ−ｎ                            （２）
ここで、Ｉｔは、１次光の供給が停止してから時間ｔが経過した時の２次光の強度、Ｉ０は、一次光の供給が停止した瞬間の２次光の強度、ｅは自然対数の底である。
【００３７】
上記（１）式は、２次光の強度が指数関数で減数する場合を表し、ａは減衰時間定数に対応する。また、上記（２）式は、２次光の強度が時間のべき乗に従う場合を表し、ｎは減衰時間定数に対応する。
【００３８】
本発明においては、これらのような２次光の減衰特性を想定した場合に、組み合わせられる他の波長変換材料と比較して長い減衰時間を有する波長変換材料を用いる。
【００３９】
例えば、図１に表した例においては、波長変換材料ＦＬ１は、他の波長変換材料ＦＬ２、ＦＬ３・・・と比較して特に長い減衰時間を有する。その減衰特性は、図１に挿入した減衰特性グラフに例示した如くである。これらのグラフにおいて、横軸は時間、縦軸は２光の強度を表し、また、時間ｔ１は、１次光の供給を停止した時刻を表す。
【００４０】
図１の例においては、波長変換材料ＦＬ１は、他の波長変換材料ＦＬ２、ＦＬ３と比較して、特に長い減衰時間を有する。このように、他の波長変換材料と比較して長い減衰時間を有する波長変換材料を本願明細書では、「長減衰波長変換材料」と称する。長減衰波長変換材料は、発光装置に組み合わせられる他の波長変換材料の１０倍以上の減衰時間を有することが望ましく、１００倍以上の減衰時間を有することがより望ましい。
【００４１】
またここで、「減衰時間」とは、１次光の供給を停止して得られる２次光の減衰特性において、初期値（１次光の供給時）の１／１０に低下するまでの時間と定義する。
【００４２】
このような長残光波長変換材料を用いることにより、発光素子ＬＳからの１次光の供給が停止した後においても、しばらくの間は、波長変換材料ＦＬ１から２次光が放出される。
【００４３】
図２は、１次光が供給されている状態と、供給が停止した後しばらくの間における発光装置からの発光スペクトルを例示するグラフ図である。すなわち、同図において横軸は波長、縦軸は発光強度を表す。
【００４４】
発光素子ＬＳが点灯状態においては、波長変換材料ＦＬ１〜ＦＬ３のすべてが励起され、図２（ａ）に表したように、２次光Ｌ１〜Ｌ３がそれぞれ放出される。
【００４５】
これに対して、発光素子ＬＳが非点灯状態となると、減衰時間の短い波長変換材料ＦＬ２、ＦＬ３からの２次光Ｌ２、Ｌ３の放出も停止する。しかし、減衰時間の長い波長変換材料ＦＬ１は、その減衰時間に応じて２次光Ｌ１を放出し続ける。
【００４６】
従って、発光素子ＬＳが点灯している状態と、非点灯となった状態とでは、発光装置から放出される光のスペクトルが異なる。例えば、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３をそれぞれＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）とした時には、点灯状態（図２（ａ））においては、それらを合成した白色光が得られ、一方、非点灯状態（図２（ｂ））においては、Ｌ１すなわちＲ（赤）の発光が得られることとなる。
【００４７】
後に本発明の実施例としても説明するように、蛍光体の中には、減衰時間が極めて長く、３０時間以上も発光を肉眼で視認可能なものがある。このような減衰特性を有する蛍光体としては、例えば、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ、Ｄｙ（緑色発光：根本特殊化学株式会社製）、Ｓｒ４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕ、Ｄｙ（青色発光：根本特殊化学株式会社製）などを挙げることができる。これらの蛍光体の物性の一部を、ＺｎＳ：Ｃｕとともに以下の表に紹介する。
【００４８】
【表１】
0004125878.tif 000002
上記表において、「残光輝度」とは、常用光源Ｄ６５を用い４００ｌｘの照度で２０分間照射した後１０分間経過後の残光輝度をいうものとする。
【００４９】
また、本願明細書において、「残光時間」とは、常用光源Ｄ６５を用い２００ｌｘの照度で４分間照射した後残光輝度が０．３２ｍｃｄ／ｍ２までに減衰する時間をいうものとする。
【００５０】
従って、このように長い残光時間を有する蛍光体を使えば、発光素子ＬＳからの１次光の供給が停止した後も、数時間乃至数１０時間という長時間に亘って波長変換材料ＦＬ１からの２次光が得られる。
【００５１】
このように、１次光の光源の点灯状態と非点灯状態において、それぞれ異なる色の発光が生ずると、例えば、避難誘導灯や保安灯あるいは各種の安全灯などに用いて好適である。つまり、従来の発光装置の場合には、電源や発光素子ＬＳの故障により１次光の光源が非点灯状態となると、波長変換材料からの２次光も直ちに消灯してしまい、本来の表示機能を喪失してしまう。
【００５２】
これに対して、本発明の発光装置は、発光素子ＬＳの故障などによって、仮に１次光の供給が停止されても、直ちに非点灯状態とはならず、波長変換材料の減衰時間に応じて点灯状態が維持される。しかも、その発光色は、図２に例示したように正常な点灯状態とは異なるので、１次光が消灯していることがすぐに判別できる。つまり、１次光の光源（発光素子ＬＳ）が故障したような場合でも、表示装置としての機能は維持しつつ、その故障が一目で分かるようになる。
【００５３】
この用途のためには、用いる波長変換材料の残光時間が１時間以上であることが望ましく、さらに残光時間が１０時間以上であることがより望ましい。
【００５４】
一方、本発明の発光装置は、パルス発光させた場合に、そのデューティに応じて発光色を変えることも可能である。
【００５５】
図３は、可変パルス駆動源を備えた本発明の発光装置を表す模式図である。
すなわち、同図に表した発光装置は、図１に例示したような構成を有する発光ユニットＥＵに加えて、可変パルス駆動源ＶＰＳを備える。可変パルス駆動源ＶＰＳは、駆動パルスを発光ユニットの発光素子ＬＳに供給し、さらに、その駆動パルスの周波数あるいはデューティー比の少なくともいずれかを可変にすることができる。
【００５６】
図４乃至図６は、本発明の発光装置をパルス駆動した状態を説明するための概念図である。すなわち、これらの図面において（ａ）は発光装置に印加する駆動波形を表すグラフ図、（ｂ）は波長変換材料から放出される２次光の強度の時間変化、（ｃ）は発光装置の発光スペクトル、をそれぞれ表す。
【００５７】
まず、図４を参照しつつ説明すると、同図（ａ）に表したように、駆動パルス周期Ｔｐに対して、パルスのオン期間をＴ１とした場合は、オン期間Ｔ１が経過した後の、波長変換材料ＦＬ１の残光の減衰特性ＤＣ１、波長変換材料ＦＬ２、ＦＬ３の残光の減衰特性ＤＣ２、ＤＣ３は、それぞれ同図（ｂ）に表した如くとなる。ここでは、便宜上、ＤＣ２とＤＣ３が同様の減衰特性を有するものとした。
【００５８】
この場合の発光スペクトルは、図４（ｃ）に表した如くであり、波長変換材料ＦＬ１からの２次光Ｌ１の強度に対して波長変換材料ＦＬ２とＦＬ３からの２次光Ｌ２、Ｌ３の強度は低い。
【００５９】
これに対して、図５（ａ）に表したように、駆動パルスのデューティ比を大きくしてオン期間をＴ２とした場合には、２次光Ｌ１に対するＬ２とＬ３の強度の比率が高くなり、色調が変化する。
【００６０】
さらに、図６（ａ）に表したように、駆動パルスのデューティー比を大きくしてオン期間をＴ３とすると、２次光Ｌ１に対するＬ２とＬ３の強度の比率がさらに高くなる。
【００６１】
以上説明したように、本発明によれば、複数の波長変換材料の減衰特性の違いを利用し、駆動パルスのデューティー比を変えることによって発光波長スペクトルを変化させることができる。なお、この目的のためには、上述したような減衰時間が数時間以上にも及ぶような減衰特性は必ずしも必要ではない。すなわち、駆動パルスの周期程度の時間範囲で見たときに他の蛍光体と比較して減衰時間が長ければ、図４乃至図６に表したような作用を得ることができる。
【００６２】
なお、図４乃至図６においては、パルスの立ち下がり時の残光の差について説明するために、パルス立ち上がりの発光特性については、各波長変換材料において便宜上同一とした。
【００６３】
次に、本発明の変型例について説明する。
【００６４】
本発明においては、２種類以上の長残光波長変換材料を用いることもできる。
【００６５】
図７は、本発明の変型例にかかる発光装置の構成を概念的に表した模式図である。同図については、図１乃至図６に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６６】
本変型例においては、波長変換材料ＦＬ１、ＦＬ２、ＦＬ３・・・のうちで、波長変換材料ＦＬ１とＦＬ２が長減衰特性を有する。
【００６７】
このように複数の長残光波長変換材料を用いると、図２に関して前述したように、半導体発光素子ＬＳが非点灯となった状態における発光色の色調をさまざまに調節することが可能となる。同時に、図４乃至図６に関して前述したように、パルス駆動させた場合にも、デューティー比に応じた色の選択範囲をさまざまに調節することが可能となる。これは、波長変換材料ＦＬ１とＦＬ２の減衰時間を異なるものした場合にもさらに顕著に得られる効果である。
【００６８】
またさらに、本変型例によれば、波長変換材料ＦＬ１とＦＬ２の減衰時間を異なるものとした場合には、半導体発光素子ＬＳの消灯後に時間の経過とともに色調が変化するという効果が得られる。つまり、一次光ＰＬの供給が停止した後は、波長変換材料ＦＬ１とＦＬ２からの２次光がそれらの減衰時間に応じて放出される。従って、最小は両方からの２次光が混合した発光色が得られるが、所定の時間が経過すると、減衰時間が短い２次光は消滅し、減衰時間が長い２次光の色に変化する。従って、一次光ＰＬが消灯してからの時間の経過を判断することが可能となる。
【００６９】
以下、実施例を参照しつつ本発明の実施の形態についてさらに詳細に説明する。
【００７０】
（第１の実施例）
図８は、本発明の第１の実施例としての発光装置の要部断面構造を表す模式図である。
【００７１】
すなわち、同図は、いわゆる「砲弾型」と呼ばれる発光装置に本発明を適用した具体例を表す。半導体発光素子１１は、一対のリード１６、１７のカップ部１３にマウントされている。そして、半導体発光素子１１からそれぞれのリードフレームに、ワイア１４、１４が接続されている。半導体発光素子１１は、インナーモールド樹脂１８により封止され、さらにその外側をアウターモールド樹脂１２により封止されている。
発光素子１１としては、サファイアあるいはＳｉＣなどの基板の上に形成した発光波長が４５０ｎｍ以下の窒化ガリウム系半導体発光素子を用いる。
【００７２】
そして、インナーモールド樹脂（あるいはバインダ）１８に、波長変換材料として３種類の蛍光体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ・・・が分散されている。本実施例においては、これら蛍光体として、近紫外光いわゆるＵＶ−Ａで励起可能な、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の２次光が得られる可視発光の蛍光体を用いる。
【００７３】
またここで、例えばＧ（緑）発光蛍光体として長減衰特性を有する蛍光体を用い、Ｂ（青）、Ｒ（赤）発光蛍光としては通常の減衰特性を有する蛍光材料を選択することができる。長減衰特性を有する蛍光体としては、例えば、緑色を放出する蛍光体として、前述したＳｒＡ１２０４：Ｅｕ、Ｄｙを用いることができる。また、これより減衰時間が短い通常の減衰特性を持つ蛍光体としては、青色を放出する蛍光体として、（Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｅｕ）１０（ＰＯ４）６・Ｃｌ２、赤色を放出する蛍光体として、Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、Ｓｍなどを用いることができる。
【００７４】
上述の緑色発光の長残光蛍光体の減衰時間は２０００分以上であり、通常の減衰時間を有する青色発光及び赤色発光の蛍光体の減衰時間は数１０マイクロ秒程度である。
【００７５】
以下、本実施例の発光装置の製造方法について説明する。
【００７６】
図９乃至図１１は、本実施例の発光装置の製造方法の要部を表す工程断面図である。
【００７７】
まず、図９（ａ）に表したように、半導体発光素子１１を、接着剤等２１によってカップ１３内にマウントする。この段階では、リード１６及び１７は、リードフレーム２８から切り離されていない。
【００７８】
次に、図９（ｂ）に表したように、この半導体発光素子１１のｐ側、ｎ側電極とリード１６、１７とをそれぞれ、金（Ａｕ）などのボンディングワイア１４により接続する。
【００７９】
続いて、図９（ｃ）に表したように、リード１７のカップ１３内部に蛍光体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ・・を添加したインナーモールド樹脂（あるいはバインダ）１８を滴下する。このようにして、図１０（ａ）に表したようにカップ内に蛍光体が含有されたインナーモールドが充填される。
【００８０】
またここで、本発明者の試作検討の結果によれば、インナーモールド樹脂１８として、シリコーン樹脂を用いると良好な結果が得られることが判明した。
【００８１】
すなわち、シリコーン樹脂は、エポキシ樹脂などと比較すると、脆性が低く、クラックが生じにくい。また、シリコーン樹脂は、リード１６、１７などとの付着強度も強く、耐湿性が高く温度ストレスによるクラックや剥離も少ない。また、シリコーン樹脂を充填することにより周囲の温度変化による発光素子１１およびＡｕワイヤ１４に対する樹脂ストレスを著しく軽減させることができる。
【００８２】
本発明者は、この観点からさらに検討を進めた結果、シリコーン樹脂の中でも、硬度が高い「ゴム状」のシリコーン樹脂を用いると優れた結果が得られることを見出した。すなわち、シリコーン樹脂としては、通常は、ＪＩＳ規格の硬度であるＪＩＳＡ硬度値がおよそ３０〜４０のものが広く知られている。これは、「ゲル状」に近い物性を有し、物理的に柔らかいものである。以下、このシリコーン樹脂を「ゲル状シリコーン樹脂」と称する。
【００８３】
こに対して、「ゴム状シリコーン樹脂」は、ＪＩＳＡ硬度がおよそ５０〜９０の範囲にある。ちなみに、従来の発光装置の封止体材料として広く用いられているエポキシ樹脂は、ＪＩＳＡ硬度がおよそ９５前後である。
【００８４】
本発明者は、「ゴム状シリコーン樹脂」と「ゲル状シリコーン樹脂」とを独自に比較検討した結果、以下の知見を得た。
【００８５】
（１）ゲル状シリコーン樹脂の場合、発光装置のリードを半田付けする際などに加熱すると軟化し、アウターモールド樹脂１２との界面において剥離などが生ずる場合があった。これに対して、ゴム状シリコーン樹脂の場合は、このような現象は見られず、１１０℃を越える条件においても、発光装置が安定した動作を示した。
【００８６】
（２）ゲル状シリコーン樹脂は柔らかいため、発光素子１１やワイア１４に与えるストレスは小さい反面、外力に対して弱いという欠点を有する。すなわち、アセンブリやその他取り扱いの際にストレスが与えられる場合がある。
【００８７】
これに対して、ＪＩＳＡ硬度が５０〜９０のゴム状シリコーン樹脂を用いた場合には、発光装置の選別やアセンブリ時における選別装置やアセンブリ装置によるシリコーン樹脂の変形を防止できる。
【００８８】
以上（１）及び（２）に説明したように、シリコーン樹脂の中でも、ゴム状シリコーン樹脂を用いることにより、発光特性、信頼性、機械的強度などをさらに改善できる。
【００８９】
シリコーン樹脂の硬度を上げる方法のひとつとしては、チクソ性付与剤を添加する方法を挙げることができる。
【００９０】
また、シリコーン樹脂を充填する際には、開口の狭いノズルを通して、カップ１３にマウントされた発光素子１１の上に滴下する。しかる後に、硬化させて形成する。この際に、特に硬化前の粘度が１００ｃｐ〜１００００ｃｐのシリコーン樹脂を用いると、発光素子１１やワイア１４に過度のストレスを与えることなく、狭い開口部にもくまなく充填でき、また硬化の際の残留ストレスも十分に低い範囲に抑制できることが分かった。またさらに、この粘度の範囲においては、蛍光体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃが均一に分散され、比重の相違などによって硬化前に偏析するというような問題が抑制できた。
【００９１】
すなわち、シリコーン樹脂、特にゴム状シリコーン樹脂を用いることにより、従来のエポキシ樹脂に生じることがあった、クラックや剥離、あるいはワイアの断線などの可能性を低減することができることが確認された。
【００９２】
ところで、シリコーン樹脂を用いると、半導体発光素子１１から放出される光あるいは発光装置の外部から侵入する光に対する耐久性も改善されるという効果も得られる。すなわち、エポキシ樹脂の場合、光の照射により変色が生じ、当初は透明であっても、長期間の使用のより光透過率が低下するという問題があった。
【００９３】
この現象は、光の波長が短いほど顕著となり、例えば、紫外線が照射された場合には、当初は透明なエポキシ樹脂が変色し、黄色から茶褐色さらには黒色になる。その結果として、光の取り出し効率が大幅に低下するという問題が生ずることがある。このような紫外線は、発光装置の外部から侵入する場合もある。
【００９４】
これに対して、本発明者は、独自の試作検討の結果、シリコーン樹脂を用いると極めて良好な結果が得られることを知得した。すなわち、シリコーン樹脂を用いた場合、紫外線などの短波長光を長期間照射しても、変色などの劣化は殆ど生じない。その結果として、耐光性あるいは耐候性に優れた発光装置を実現できる。
【００９５】
以上詳述したように、シリコーン樹脂によるインナーモールドを実施したら、次に、図１０（ｂ）に表したように、樹脂により全体をキャスティングしてレンズを兼ねたアウターモールド１２を形成する。
【００９６】
樹脂の硬化後、図１０（ｃ）に表したように、成型用の型２４から外し、リードフレーム２８からそれぞれのリード１６、１７をそれぞれ切り離して、図１１に表したように発光装置の要部が完成する。
【００９７】
こうして完成した発光装置は、蛍光体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃの配合比によって連続通電状態では白色に発光する。
【００９８】
図１２は、連続通電状態における本実施例の発光装置の発光スペクトルを表すグラフ図である。ＲＧＢの発光スペクトルのピーク高さはそれぞれ異なるが、波長に対する強度の積分値のバランスを好適とすることにより、白色の発光が得られる。
【００９９】
これに対して、電力供給を停止すると、Ｂ（青）蛍光体とＲ（赤）蛍光体は減衰時間が数１０μｓｅｃと短いので電力供給停止と同時に２次光の放出を停止する。しかし、Ｇ（緑）蛍光体は、減衰時間が極めて長いために２次光の放出を続ける。
【０１００】
図１３は、このように電力供給を停止した後しばらくの間の発光スペクトルを表すグラフ図である。同図にも表したように、緑色の発光が継続する。
【０１０１】
図１４は、連続通電状態と、通電停止後の状態とにおける発光スペクトルを重ねて表したグラフ図である。すなわち、同図の実線は連続通電時のスペクトルを表し、波線は通電停止後のスペクトルを表す。
【０１０２】
こうして、本実施例の発光装置は、連続通電時と通電停止後とで異なる発光色で利用することが可能である。
【０１０３】
一方、本実施例の発光装置は、電力供給を断続的に行うと、長残光のＧ（緑）蛍光体の色調への寄与が高くなり発光の色度点もＧ（緑）方向へと変動する。
【０１０４】
図１５は、繰り返しパルス状の電力供給に対する出力信号性を例示するグラフ図である。すなわち、同図（ａ）は入力信号、同図（ｂ）は蛍光体の発光特性を表す。
【０１０５】
パルス状の電力供給に対して、蛍光体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃは、それぞれの減衰時間に応じた発光特性を示す。すなわち、入力信号の立下りに対応して２次光の出力の立下りは、減衰時間が短い蛍光体１０Ｂ、１０Ｃと長残光蛍光体１０Ａとで大きく異なる。
【０１０６】
その結果として、繰り返しパルスの周波数が高い時には白色に近く、パルスが低い時には緑色が強い色調へとずれることになる。また、パルスのデューティー比が大きい時には白色に近く、デューティー比が小さくなると緑色が強い色調へとずれる。
【０１０７】
なお、上述した具体例においては、長残光蛍光体としてＧ（緑）のみを用いているが、他の色を用いても良い。
【０１０８】
（第２の実施例）
次に、本発明の第２の実施例として、Ｇ（緑）とＢ（青）の２種類の長残光蛍光体を用いた発光装置について説明する。
【０１０９】
図１６は、本実施例の発光装置の断面構造を表す模式図である。すなわち、同図の発光装置は、表面実装型（Surface Mounting Device：ＳＭＤ）などと称される装置であり、一対のリード５６、５７が樹脂外囲体５２の中に埋め込まれ、その一方のリード５６の上に半導体発光素子５０が導電性接着剤５１によってマウントされている。半導体発光素子５０は、このようにしてリード５６に一方の電極が接続された状態となる。さらに、半導体発光素子５０の上面に設けられた電極とリードの他方とがワイア５３によって接続されている。また、半導体発光素子５０は、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の２次光を放出する３種類の蛍光体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃが混合された樹脂６０により埋め込まれている。
【０１１０】
ここでも、樹脂６０の材料としては、硬化前の粘度が１００ｃｐ〜１００００ｃｐのゴム状シリコーン樹脂を用いると、第１実施例に関して前述したように、各種の作用効果が得られる点で有利である。
【０１１１】
半導体発光素子５０としては、導電性のＳｉＣあるいはＧａＮなどの基板上に形成された発光波長４５０ｎｍ以下の窒化ガリウム系半導体発光素子を用いることができる。
【０１１２】
また、長残光蛍光体としては、緑色発光のＳｒＡ１２Ｏ４ と、青色発光のＳｒ４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕ、Ｄｙを用いた。また、通常の減衰時間を有する蛍光体として、赤色発光のＬａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、Ｓｍを用いた。
【０１１３】
以下、本実施例の発光装置の製造方法について説明する。
【０１１４】
図１７は、本実施例の発光装置の製造方法の要部を表す工程図である。
【０１１５】
まず、図１７（ａ）に表したように、半導体発光素子５０を、半田あるいは導電性ペーストなどの接着剤５１によって樹脂外囲体５２の表面に露出しているリード５６の上にマウントする。
【０１１６】
次に、同図（ｂ）に表したように、この半導体発光素子５０の上部電極とリード５７とを金（Ａｕ）などのボンディングワイア５３で接続する。
【０１１７】
一方、これと並行して、図１７（ｃ）に表したように、例えば、シリコーン樹脂６０Ａにチクソ性付与剤６０Ｂを添加するなどの方法により、充填樹脂あるいはバインダー６０を調整する。そして、図１７（ｄ）に表したように、このバインダーあるいは充填樹脂にＲ（１０Ａ）Ｇ（１０Ｂ）Ｂ（１０Ｃ）蛍光体などを所望の色調に合わせた配合比で分散する。また、この際に、光拡散材（５９）などを適宜分散させてもよい。
【０１１８】
次に、図１７（ｅ）に表したように、このようにして調整した充填剤を樹脂外囲体５２の凹部に充填する。この際に、ディスペンサーＤＰなどを利用して、気泡などを巻き込まないように凹部の端から徐々に充填することが望ましい。
【０１１９】
次に、適宜加熱処理などを施すことにより、図１７（ｆ）に表したように、充填した樹脂（あるいはバインダ）を硬化させて、蛍光体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃを固定する。
【０１２０】
最後に、図示しないリードフレームからリード５６、５７を切り離し、折り曲げて成形することにより、図１７（ｇ）に表したように発光装置が完成する。
【０１２１】
なお、半導体発光素子５０が、導電性基板の上に形成されたものではなく、サファイアなどの絶縁性基板の上に形成されたものである場合には、素子の上面にｐ側電極とｎ側電極が設けられるため、図１７（ｈ）に例示ように、素子５０に接続されるボンディングワイアは２本となる。
【０１２２】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。
【０１２３】
例えば、本発明の発光装置の形態は、図８や図１６などに表したものには限定されず、その他各種の形態を用いて同様の作用効果を得ることができる。
【０１２４】
図１８は、その一例を表す模式図である。同図に例示した発光装置は、図８に表したものと同様の「砲弾型」の形態を有し、図８に表したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は省略するが、アウターモールド樹脂１２にも蛍光体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃが分散されている点が異なる。
【０１２５】
また、図１９も、本発明の発光装置として適用可能な形態を例示する模式図である。同図は、「ステム」などと称される形態を表し、一対のリード１６、１７を有するステム１９の上面に半導体発光素子１１がマウントされ、その周りが樹脂１５によりモールドされている。この樹脂１５に、蛍光体１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃが分散されている。
【０１２６】
本発明の発光装置は、その他、「面発光型」「ドーム型」「メータ指針型」「７セグメント型」「アレイ型」「カン封止型」をはじめとした各種の形態により同様の作用効果を得ることができる。
【０１２７】
また、本発明において用いる発光素子も、具体例として挙げたものには限定されず、必要とされる発光色や組み合わせる波長変換材料の特性などに応じて適宜決定することができる。
【０１２８】
同様に、波長変換材料についても、必要とされる発光色や残光の持続時間、あるいは半導体発光素子の発光特性などに応じて適宜選択することができる。
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、長残光波長変換材料を用いることにより、連続で発光させる場合と、パルス駆動させる場合とで同一素子で異なる色調を得られる。
【０１２９】
また、本発明によれば、長残光波長変換材料を用いることにより、１次光の光源の点灯時のみならず、電力供給が停止した時にも発光を単一素子で得ることが可能となる。この電力供給停止時の色調は、長残光蛍光体の種類・配合比で任意に設定することができる。
【０１３０】
さらに、本発明によれば、減衰特性が異なる複数の長残光蛍光体を組み合わせることによって、停電後の経過時間や発光の残り時間によって色調の異なる表示が可能となる。
【０１３１】
さらに、本発明によれば、指向性の高いＬＥＤを用いることで必要部分のみへ光照射を行う設計が可能である。このため、緊急時の点灯数の削減等の最低限の電力供給設計が可能となり、長時間の使用が可能である。
【０１３２】
またさらに、本発明によれば、薄型、軽量、小型の発光装置が実現可能であるため、これまで設置に制約のあった場所、例えば曲面を有する壁面や設置スペースが少ない場所などへの設置が可能となる。
【０１３３】
またさらに、本発明の発光装置を携帯電話やモバイルＰＣなどのモバイル機器のバックライトとして用いると、その長減衰特性により、消費電力を押さえながら長時間視認可能な表示が実現可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる発光装置の構成を概念的に表した模式図である。
【図２】１次光が供給されている状態と、供給が停止した後しばらくの間における発光装置からの発光スペクトルを例示するグラフ図である。
【図３】可変パルス駆動源を備えた本発明の発光装置を表す模式図である。
【図４】本発明の発光装置をパルス駆動した状態を説明するための概念図である。
【図５】本発明の発光装置をパルス駆動した状態を説明するための概念図である。
【図６】本発明の発光装置をパルス駆動した状態を説明するための概念図である。
【図７】本発明の変型例にかかる発光装置の構成を概念的に表した模式図である。
【図８】本発明の第１の実施例としての発光装置の要部断面構造を表す模式図である。
【図９】本発明の第１実施例の発光装置の製造方法の要部を表す工程断面図である。
【図１０】本発明の第１実施例の発光装置の製造方法の要部を表す工程断面図である。
【図１１】本発明の第１実施例の発光装置の製造方法の要部を表す工程断面図である。
【図１２】連続通電状態における第１実施例の発光装置の発光スペクトルを表すグラフ図である。
【図１３】電力供給を停止した後しばらくの間の発光スペクトルを表すグラフ図である。
【図１４】連続通電状態と、通電停止後の状態とにおける発光スペクトルを重ねて表したグラフ図である。
【図１５】繰り返しパルス状の電力供給に対する出力信号性を例示するグラフ図である。
【図１６】本発明の第２実施例の発光装置の断面構造を表す模式図である。
【図１７】本発明の第２実施例の発光装置の製造方法の要部を表す工程図である。
【図１８】本発明の発光装置の他の一例を表す模式図である。
【図１９】本発明の発光装置として適用可能な形態を例示する模式図である。
【図２０】従来の発光ダイオードを表す模式図である。
【図２１】従来の発光ダイオードを表す模式図である。
【符号の説明】
１０Ａ 蛍光体
１０Ａ 長残光蛍光体
１０Ｂ 蛍光体
１１ 半導体発光素子
１２ アウターモールド樹脂
１３ カップ部
１４ ボンディングワイア
１５ 樹脂
１６、１７ リード
１８ インナーモールド樹脂
１９ ステム
２１ 接着剤
２４ 型
２８ リードフレーム
５０ 半導体発光素子
５１ 導電性接着剤
５２ 樹脂外囲体
５３ ボンディングワイア
５６、５７ リード
６０ 樹脂
６０Ａ シリコーン樹脂
６０Ｂ チクソ性付与剤
１０２ メタルステム
１０４ 樹脂モールド
１０５ 蛍光染料
１１１ 発光チップ
１１１ 発光素子
１２０ リードフレーム
１３０ カップ
１４０、１５０ 樹脂
１６０ 波長変換材料
ＤＣ１、ＤＣ２、ＤＣ３ 減衰特性
ＤＰ ディスペンサー
ＥＵ 発光ユニット
ＦＬ１〜ＦＬ３ 波長変換材料
ＬＳ 半導体発光素子
ＰＬ 一次光
Ｔｐ 駆動パルス周期
ＶＰＳ 可変パルス駆動源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
0004125878.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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