(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピーク波長が４００ｎｍ未満の１次光を放出する発光素子と、前記発光素子を覆い発光装置の表面を形成するように設けられたシリコーン樹脂と、前記シリコーン樹脂に含有され前記１次光を吸収して第１の可視光を放出する第１の蛍光体と、前記シリコーン樹脂に含有され前記１次光を吸収して前記第１の可視光とは異なる波長の第２の可視光を放出し前記第１の蛍光体とは比重及び粒径が異なる第２の蛍光体と、を有する発光装置の製造方法であって、
前記第１の蛍光体と前記第２の蛍光体とを含有し硬化前の粘度が１００〜１００００ｃｐのシリコーン樹脂により前記発光素子を覆い、前記シリコーン樹脂を硬化させることによりＪＩＳＡ値で５０以上の硬度に硬化させることを特徴とする発光装置の製造方法。
【請求項２】
１次光を放出する発光素子と、前記発光素子を覆い発光装置の表面を形成するように設けられたシリコーン樹脂と、前記シリコーン樹脂に含有され前記１次光を吸収して第１の可視光を放出する第１の蛍光体と、前記シリコーン樹脂に含有され前記１次光を吸収して前記第１の可視光とは異なる波長の第２の可視光を放出し前記第１の蛍光体とは比重及び粒径が異なる第２の蛍光体と、を有する発光装置の製造方法であって、
硬化前の粘度が１００〜１００００ｃｐのシリコーン樹脂に１重量％〜５０重量％の前記第１及び第２の蛍光体を混合して前記発光素子を覆い、前記シリコーン樹脂を硬化させることによりＪＩＳＡ値で５０以上の硬度に硬化させることを特徴とする発光装置の製造方法。
【請求項３】
前記発光素子が放出する前記１次光は、波長４００ｎｍ未満に強度ピークを有することを特徴とする請求項２記載の発光装置の製造方法。
【請求項４】
前記第１の可視光と前記第２の可視光とは、補色関係にあ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の製造方法。
【請求項５】
前記発光装置は、前記シリコーン樹脂に含有され前記１次光を吸収して青色光を放出する第３の蛍光体をさらに有し、
前記第１の可視光は、赤色光であり、
前記第２の可視光は、緑色光であり、
前記赤色光と緑色光と青色光との混色により略白色の光が得られ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の製造方法。
【請求項６】
前記発光装置は、前記発光素子に接続されたワイアをさらに有し、
前記シリコーン樹脂により前記ワイアも覆うことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の発光装置の製造方法。
【請求項７】
開口を有する樹脂部の底部に前記発光素子を配置し、
前記シリコーン樹脂を前記開口の中に充填することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の発光装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は発光装置の製造方法に関し、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の製造方法に関する。
【従来の技術】
ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）などの半導体発光素子と蛍光体とを組み合わせた発光装置は、安価で長寿命な発光装置として注目され、その開発が進められている。また、この発光装置は、従来の半導体発光素子では実現できない発光色を提供できるという利点も有する。
【０００２】
通常、半導体発光素子は活性層に注入されたキャリアが再結合する時に発光するものであり、その発光波長は活性層のバンドギャップで決まる。例えば、ＩｎＧａＡｌＰ系材料を用いた半導体発光素子では赤色や黄色、ＩｎＧａＮ系材料を用いた半導体発光素子では緑色や青色の単色が実現されている。
【０００３】
しかし、このような従来の半導体発光素子を用いて所定の混色を実現させるためには、色の異なる複数個の発光素子を組み合わせて、それらの電流値を調節することにより各発光素子の光出力を制御する必要があるため、構成が複雑となり調節も面倒であった。
【０００４】
これに対して、半導体発光素子から放出される発光を蛍光体材料により波長変換して発光する発光装置の場合は、蛍光体材料の種類や組み合わせを変えることによって従来にない発光色を１個の半導体発光素子を用いて実現できるという点で有利である。
【０００５】
半導体発光素子と蛍光体とを組合せた発光装置としては、Compound Semiconductor Vol.5No.4 pp.28-31に記載された白色発光装置を挙げることができる。この発光装置は、青色を発光する半導体発光素子と、その青色光により励起されて黄色発光するＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体の２色混色によって白色発光を実現している。
【０００６】
図１６は、このような従来の発光装置の概略構成を表す断面図である。すなわち、パッケージ（樹脂ステム）８００には開口部８０１が形成されており、その中に半導体発光素子８０２が載置され、半導体発光素子を包含するように封止樹脂８０４が形成されている。そして、この樹脂８０４は、蛍光体８１０を含有している。
【０００７】
樹脂ステム８００は、リードフレームから成形したリード８０５、８０６と、これらを埋め込んで成型された樹脂部８０３とを有する。半導体発光素子８０２はリード８０６にマウントされ、ワイア８０８によってリード８０５に接続されている。２本のリード８０５、８０６を通して半導体発光素子８０２に電力が供給されて発光し、その発光を吸収することにより蛍光体８１０が発光する。ここで半導体発光素子８０２が青色で発光する半導体であり、蛍光体８１０が、発光素子８０２の青色を吸収して黄色の光を放出するＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体である。
【０００８】
そして、図１６に例示した発光装置は、半導体発光素子８０２から放出された青色発光と、その一部を蛍光体８１０により波長変換した黄色発光と、の２色混合による白色の発光が光取り出し面８１２から取り出される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、本発明者の検討の結果、図１６に例示したような発光装置には、以下に列挙する問題があることが判明した。すなわち、
（１）装置毎のホワイトバランスのばらつきが大きい。
（２）供給する電流値の変化によるホワイトバランスの変化が大きい。
（３）周囲温度の変動によるホワイトバランスの変化が大きい。
（４）半導体発光素子８０２の経時変化によるホワイトバランスの変化が大きい。
これらの問題は、いずれも、半導体発光素子として用いている青色発光素子８０２が有する本質的な特性に起因している。すなわち、青色発光素子８０２の発光層として用いられている窒化インジウム・ガリウム（ＩｎＧａＮ）は、その組成の厳密な制御が難しく、成長ウェーハ毎に発光波長が変動する傾向がある。また、発光素子８０２に供給する電流や温度によって発光波長が比較的大きく変動するという特性を有する。さらに、電流を供給して発光動作を継続すると、発光波長が変動する傾向がみられる。
【００１０】
これらの原因によって青色発光素子８０２から放出される青色光の波長が変動すると、蛍光体８１０から放出される黄色光との強度のバランスがくずれて色度座標がずれてしまう。その結果として、出力される白色光のホワイトバランスが大きく変化するという問題が生ずることが判明した。このため、得られる白色光の明るさ（輝度）と色合い（色調）にバラツキが発生し、製品毎の再現性が悪く、量産性も低いという問題があった。
【００１１】
また、図１６に例示した発光装置の場合、半導体素子を包含する樹脂中の蛍光体量を発光素子の輝度に合わせて調整しにくいという問題も内在する。特に、可視感度の高いＹＡＧ：Ｃｅからの発光は、蛍光体の数μｇの量の誤差が色調及び輝度に影響を及ぼすため、制御が困難である。
【００１２】
さらにこの発光装置は、使用できる温度が狭い範囲に限定されており、例えば５０℃以上の高温で動作させると、色調が青みがかった白色に変化してしまう。このような温度による変色は、半導体素子の温度特性と蛍光体の温度特性とが違うことによるものであり、高温での螢光体の発光効率の低下が半導体の発光効率の低下よりも大きいために発生している。
【００１３】
さらにいえば、図１６に例示した発光装置の場合、黄色発光する蛍光体８１０を含有した樹脂８０４は、非点灯時に「黄色」の色調を有する。つまり、点灯時には「白色」に光るものが、非点灯時には「黄色」に見えるために、「見栄え」が良くないという問題もあった。
【００１４】
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る。すなわち、その目的は、発光素子と蛍光体とを組み合わせた発光装置において輝度及び色調のバラツキを抑えるとともに、発光特性の温度変化が小さく、見栄えもよく、量産性及び再現性の高い発光装置の製造方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の一態様によれば、ピーク波長が４００ｎｍ未満の１次光を放出する発光素子と、前記発光素子を覆い発光装置の表面を形成するように設けられたシリコーン樹脂と、前記シリコーン樹脂に含有され前記１次光を吸収して第１の可視光を放出する第１の蛍光体と、前記シリコーン樹脂に含有され前記１次光を吸収して前記第１の可視光とは異なる波長の第２の可視光を放出し前記第１の蛍光体とは比重及び粒径が異なる第２の蛍光体と、を有する発光装置の製造方法であって、前記第１の蛍光体と前記第２の蛍光体とを含有し硬化前の粘度が１００〜１００００ｃｐのシリコーン樹脂により前記発光素子を覆い、前記シリコーン樹脂を硬化させることによりＪＩＳＡ値で５０以上の硬度に硬化させることを特徴とする発光装置の製造方法が提供される。
また、本発明の他の一態様によれば、１次光を放出する発光素子と、前記発光素子を覆い発光装置の表面を形成するように設けられたシリコーン樹脂と、前記シリコーン樹脂に含有され前記１次光を吸収して第１の可視光を放出する第１の蛍光体と、前記シリコーン樹脂に含有され前記１次光を吸収して前記第１の可視光とは異なる波長の第２の可視光を放出し前記第１の蛍光体とは比重及び粒径が異なる第２の蛍光体と、を有する発光装置の製造方法であって、硬化前の粘度が１００〜１００００ｃｐのシリコーン樹脂に１重量％〜５０重量％の前記第１及び第２の蛍光体を混合して前記発光素子を覆い、前記シリコーン樹脂を硬化させることによりＪＩＳＡ値で５０以上の硬度に硬化させることを特徴とする発光装置の製造方法が提供される。
【００１６】
このような独特のシリコーン樹脂を封止体として用いることにより、耐光性、耐候性、機械的耐久性に優れた波長変換型の発光装置を実現することができる。
【００１７】
ここで、前記発光素子が放出する前記１次光として、波長４００ｎｍ未満に強度ピークを有するものを用いると、蛍光体が高い効率で１次光を吸収し波長変換して高い光出力が得られる。
【００１８】
また、前記蛍光体として、前記１次光を吸収して第１の可視光を放出する第１の蛍光体と、前記１次光を吸収して前記第１の可視光とは異なる波長の第２の可視光を放出する第２の蛍光体と、を用いることにより、任意の混合色を実現することができる。
【００１９】
さらに、前記第１の可視光と前記第２の可視光とを、補色関係にあるものとすれば、例えば、青色と黄色、あいるは赤色と青緑色などを混合することにより白色の発光を得ることができる。
【００２０】
または、前記蛍光体として、前記１次光を吸収して赤色光を放出する第１の蛍光体と、前記１次光を吸収して緑色光を放出する第２の蛍光体と、前記１次光を吸収して青色光を放出する第３の蛍光体と、を用いれば、前記赤色光と緑色光と青色光との混色により略白色の光が得られる。
【００２１】
また、前記発光素子に接続されたワイアをさらに備え、前記シリコーン樹脂は、前記ワイアも覆うように設けられたものとすれば、ワイアも含めて封止体で保護し、ワイアの断線や変形などを抑制することができる。
【００２２】
また、開口を有する樹脂部をさらに設け、前記発光素子を、前記開口の底に配置し、前記シリコーン樹脂を、前記開口の中に設けるものとすれば、いわゆる表面実装タイプなどの各種の発光装置を実現することができる。
【００２３】
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。
【００２４】
また、本願において「蛍光体」とは、波長変換作用を有するものを包含し、例えば、無機蛍光体のみならず、有機蛍光体あるいは波長変換作用を有する有機色素も含むものとする。
【００２５】
さらに、本願において、「窒化物半導体」とは、ＢｘＩｎｙＡｌｚＧａ（１−ｘ−ｙ−ｚ）Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、０≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）のIII−Ｖ族化合物半導体を含み、さらに、Ｖ族元素としては、Ｎ（窒素）に加えてリン（Ｐ）や砒素（Ａｓ）などを含有する混晶も含むものとする。
【発明の実施の形態】
本発明は、半導体発光素子から発光された短波長の１次光を蛍光体により波長変換して放出させる発光装置であって、波長安定性や発光特性の再現性に優れた発光装置を提供するものである。
【００２６】
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。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる発光装置の要部構成を模式的に表す断面図である。
【００２７】
すなわち、本実施形態の発光装置１Ａは、樹脂ステム１００と、その上にマウントされた半導体発光素子１０６と、素子１０６を覆うように設けられた封止体１１１と、を有する。
【００２８】
封止樹脂ステム１００は、リードフレームから形成したリード１０１、１０２と、これと一体的に成形されてなる樹脂部１０３と、を有する。リード１０１、１０２は、それぞれの一端が近接対向するように配置されている。リード１０１、１０２の他端は、互いに反対方向に延在し、樹脂部１０３から外部に導出されている。
【００２９】
樹脂部１０３には開口部１０５が設けられ、半導体発光素子１０６は、その底面にマウントされている。開口部１０５の平面形状は、例えば略楕円形あるいは円形とすることができる。そして、素子１０６を取り囲む樹脂部１０３の内壁面は光取り出し方向に向けて傾斜し、光を反射する反射面１０４として作用する。
【００３０】
発光素子１０６は、銀（Ａｇ）ペーストなどの接着剤１０７によって、開口部１０５の底面のリード１０１上にマウントされている。発光素子１０６は、第１および第２の電極（図示せず）を有し、金（Ａｕ）線などのボンディングワイヤ１０８、１０９によって、リード１０１、１０２と、それぞれ接続されている。
【００３１】
開口部１０５内に充填された封止体１１１は、蛍光体１１０を含有している。本発明においては、発光素子１０６の発光ピーク波長を例えば４００ｎｍ未満とし、蛍光体１１０も４００ｎｍ未満の１次光により励起されるものを用いることができる。また、蛍光体１１０は、１種類のもののみを用いてもよいが、例えば、赤色に発光する蛍光体１１０Ａと、緑色に発光する蛍光体１１０Ｂと、青色に発光する蛍光体１１０Ｃと、を組み合わせてもよい。但し、後に詳述するように、これ以外にも多様な組み合わせが可能である。
【００３２】
本発明においては、発光素子１０６から放出される１次光をそのまま外部に取り出さずに、蛍光体１１０によって波長変換してから取り出す。つまり、発光素子１０６から放出された紫外光などの光は、蛍光体１１０（例えば、赤色蛍光体１１０Ａ、緑色蛍光体１１０Ｂ、青色蛍光体１１０Ｃ）により波長変換されてそれら２次光の混合色として取り出される。
【００３３】
このようにすると、発光素子１０６と蛍光体１１０の発光特性の「ずれ」や「ばらつき」による変色などの問題を解消することができる。例えば、発光素子１０６の波長が素子毎にばらついたり、温度条件や経年変化などの要因によって発光素子１０６の波長がシフトしても、それが各蛍光体に与える影響は微小であり、蛍光体から得られる混合色のバランスは殆ど変化しない。その結果として、幅広い温度範囲、幅広い動作時間範囲に亘って、発光特性が極めて安定した発光装置を実現することができる。
【００３４】
また、本発明においては、例えば、赤色蛍光体１１０Ａと、緑色蛍光体１１０Ｂと、青色蛍光体１１０Ｃとを組み合わせた３色混合型の蛍光体を透明な樹脂に含有させた場合、封止体１１１は「白色」の色調を有する。つまり、非点灯時に「白色」であり、点灯すると白色光を放出する点で、「見栄え」が良く各種の用途に応用するに際して視覚的に極めて有利である。
【００３５】
さて、本発明は、封止体１１１の材料にも特徴を有する。すなわち、その材料として、従来のエポキシ樹脂に代わってシリコーン樹脂を用いると、発光ピーク波長が４００ｎｍ未満の短波長光に対しても十分な耐久性を有する。
【００３６】
さらに、封止体１１１として硬化前の粘度が高いものを用いると、蛍光体１１０を混合し攪拌した後に長時間放置しても螢光体１１０の分散状況の変化が少なく、沈降や偏析などが抑制される。特に、複数種類の螢光体を混合した場合に蛍光体の沈降や偏析が生ずると、「色ムラ」や輝度のばらつきなどの問題が生ずるが、硬化前の粘度を調節することにより、蛍光体１１０が封止体１１１内で局所的に偏ることなく均一に分散させ、発光特性を安定させることができる。
【００３７】
具体的には、発光素子１０６の一辺のサイズが５０μｍ〜１０００μｍ、厚さが１０μｍ〜１０００μｍ、蛍光体１１０混合比が１重量％〜５０重量％、樹脂硬化時の粘度が１００ｃｐ〜１００００ｃｐの時に、螢光体１１０として比重及び粒径が異なる複数の蛍光体材料を混合した場合でも、偏析などが生ずることなく、封止体１１１内に均一に分散され、均一に発光させることができ、色調むらが無く高輝度の発光素子が実現できた。
【００３８】
以上概説したように、本発明によれば、樹脂ステムなどの実装部材１００の底面に発光素子１０６を配置し、独特の特徴を有する封止体１１１に蛍光体１１０を分散形成することにより蛍光体粒子の比重及び粒径の違いに生じる偏析が発生しても蛍光体粒子全体を発光することができるため、色調の変動や輝度の低下を抑え歩留まり高く生産することができる。
【００３９】
以下、本発明の発光装置を構成する各要素について、さらに詳細に説明する。
【００４０】
（発光素子１０６について）
発光素子１０６は、有機金属気相成長法（Metal-Organic Chemical Vapor Deposition：ＭＯＣＶＤ）や分子線エピタキシャル成長法（Molecular Beam Exitaxy：ＭＢＥ）などの結晶成長法により、所定の基板上に、窒化物半導体からなる発光層を有する積層構造を形成したものである。
【００４１】
さらに、窒化物半導体からなる発光層を、それよりもバンドギャップの大きい層で上下から挟んだ、いわゆる「ダブルへテロ構造」とすることが望ましい。ダブルへテロ構造により、発光波長の温度変化は−４０℃から１００℃までの範囲で５０ｎｍ以下、電流変化は１ｍＡから１００ｍＡの範囲で５０ｎｍ以下の安定した特性を得ることができる。
【００４２】
図２は、本発明において用いることができる発光素子の要部構成を模式的に表す断面図である。同図に例示した発光素子１０６Ａは、サファイア基板１２１上にＡｌＮからなるバッファ層１２２、ｎ型ＧａＮコンタクト層１２３、発光層を含む窒化物半導体多層膜１２４、ｐ型ＧａＡｌＮクラッド層１２５、ｐ型ＧａＮコンタクト層１２６が順次形成されている。
【００４３】
この積層構造体を表面からエッチング除去されて露出したｎ型ＧａＮコンタクト層１２３上に、Ｔｉ／Ａｌからなるｎ側電極１２７が設けられている。一方、ｐ型ＧａＮコンタクト層１２６上には、厚さ数１０ｎｍのＮｉ／Ａｕ薄膜からなる透光性のｐ側電極１２８、及びこれに接続された金（Ａｕ）からなるボンディングパッド１２９が設けられている。さらに、素子の表面は、ＳｉＯ２からなる保護膜１３０により覆われている。
【００４４】
このような発光素子１０６Ａのｎ側電極１２７とｐ側電極１２８に電圧を印加すると、発光層１２４において発生した光が表面１３１から放出される。発光スペクトルに複数のリップルを設けることにより発光ピーク波長の強度を強くできるため、励起する螢光体の吸収が高くなり、高輝度の発光装置を実現できる。
【００４５】
発光層１２４の半導体材料の組成（例えば、ＱＷのウエル層の組成）を変えることによって発光波長を種々選択することができ、波長２００ｎｍ以上４００ｎｍ未満の紫外光が得られる。波長２５０ｎｍ以上４００ｎｍ未満の紫外光は蛍光体の吸収が大きい点で望ましい。また、波長３７０ｎｍ以上４００ｎｍ未満の紫外光は、発光素子１０６の発光効率が高い点で、さらに望ましい。さらに、波長３８０ｎｍ以上４００ｎｍ未満の紫外光は、発光素子１０６を包囲する封止体１１１の劣化を抑えることもできる点で、またさらに望ましい。
【００４６】
発光層１２４を、量子効果が生じる膜厚１ｎｍ〜２０ｎｍの薄膜の１層からなる単一量子井戸構造や２層以上の多重量子井戸構造とすることでスペクトル幅が狭くなり、螢光体１１０の励起効率が上昇する。さらに、発光層１２４を平面的に見て数ｎｍから数μｍのサイズのドット状に形成することにより、発光効率及び螢光体の励起効率をさらに向上させることができる。
【００４７】
また、発光層１２４にシリコン（Ｓｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）等の不純物を添加することによって、格子不整合に伴う歪により発生したピエゾ電界を低減でき、注入キャリアの発光再結合を促進して発光素子の発光効率を上げることができる。
【００４８】
一方、基板１２１としては、サファイア以外に、ｎ型ＧａＮ、ｎ型ＳｉＣ、ｎ型ＺｎＯ、絶縁性の石英などを採用することできる。サファイアは、４００ｎｍ未満の波長の透過率が高く発光層１２４からの発光を吸収することなく素子外部に有効に取り出すことができる。
【００４９】
また、ｎ型ＧａＮ等の導電性基板を用いた場合は、４００ｎｍ未満の波長において反射率が低い金（Ａｕ）ワイヤを１本にできるため、発光層１２４からの発光の取り出し効率を向上させることができる。さらに、導電性基板の裏面に設けた電極によって発光層１２４から発光を反射して光取り出し効率を向上させることができる。また、この時に、発光素子１０６をマウントするための接着剤１０７の光による劣化も低減でき、発光装置の信頼性を上げることができる。
【００５０】
サファイア基板を用いた場合、基板１２１上にバッファ層１２２、ｎ型ＧａＮ層１２３を形成した後、成長温度を下げてＡｌＮからなる第２のバッファ層を形成することで発光層１２４の結晶性が改善され、発光素子内の結晶欠陥が減少し、発光素子の発光効率が向上する。同時に、蛍光体１１０から放出された２次光の結晶欠陥における吸収も低減し、信頼性が向上するとともに発光装置の輝度が高くなる。
【００５１】
バッファ層１２２は、ＡｌＮに限定するものではなく、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮの単層、およびそれらを組合せた多層膜でもよい。厚さが数ｎｍ〜数１００ｎｍであれば、蛍光体からの発光の吸収を抑えることができ、輝度が低下することもない。
【００５２】
ｎ型層１２３は、ＧａＮに限定するものではなく、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＡｌからなる単層及びそれらの多層膜でもよい。その厚さを１μｍから１０μｍの範囲にすることで、注入された電流がｎ型層１２３の内部で均一に流れ、発光素子が一様に発光し、分散している蛍光体を効率よく励起することができる。また、ｎ型層１２３に添加する不純物としてシリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）あるいはセレン（Ｓｅ）を用いると、半導体結晶の点欠陥を置換して通電による蛍光体の半導体中へのマイグレーションを抑えることができ信頼性が向上する。
【００５３】
ｐ型層１２５は、ＡｌＧａＮに限定するものではなく、ＩｎＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮの単層及びそれらの多層膜でもよい。その厚さは、数ｎｍ〜数μｍの範囲であれば発光層１２４への注入キャリアのオーバーフローを低減でき、発光素子の発光効率が向上する。ｐ型層１２５に添加する不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）を用いることにより、半導体結晶の点欠陥を置換して高温通電動作時の蛍光体の半導体中へのマイグレーションを防止できる。
【００５４】
ｐ型コンタクト層１２６もＧａＮに限定されるものではなく、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮの単層及びそれらの多層膜でもよい。多層膜として膜厚数ｎｍの複数の薄膜からなる超格子構造を用いると、ｐ型不純物の活性化率が増加し透明電極１２８とのショットキー障壁が低下して接触抵抗を下げることができる。このため、発光素子周辺の蛍光体への発熱の影響を小さくでき高温まで高輝度を維持できる。
【００５５】
ｎ側電極１２７は、Ｔｉ／Ａｌに限定するものではなく、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、タングステン（Ｗ）及びこれらの積層構造あるいは合金層でもよい。
【００５６】
ｐ側電極１２８もＮｉ／Ａｕに限定するものではなく、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、コバルト（Ｃｏ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、マグネシウム（Ｍｇ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、銀（Ａｇ）及びこれらの積層構造あるいは合金層でもよい。
【００５７】
保護膜１３０は、薄膜状の透光性電極１２８を保護するとともに通電による螢光体１１０の透明電極１２８へのマイグレーションを抑える役割も有する。その材料はＳｉＯ２に限定するものではなく、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）等の誘電体材料も用いることができる。
【００５８】
図３は、本発明において用いることができる発光素子の第２の具体例を表す断面図である。すなわち、同図に表した発光素子１０６Ｂは、図２の発光素子１０６Ａにおいてサファイア基板１２１の裏面側に反射膜１４１を設けたものである。反射膜１４１の材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）などの光反射率が高い材料を用いることができる。
【００５９】
サファイア基板１２１の裏面側に設けた金属膜１４１は、発光層１２４からの発光を出射面１３１側に反射させ、発光素子内の発光を効率良く素子外部に取り出す機能を有する。また、発光層１２４からの短波長の１次光による接着剤１０７の変質や劣化、リード１０１の変色、樹脂ステム１００の変色などを防止できる。接着剤１０７の接着強度の低下を防止する効果は大きい。さらに、金属膜１４１は熱伝導性が高いため放熱効果が向上し、高電流や高温動作での発光層１２４の発熱を発光素子外に放熱でき発熱による輝度の低下を低減できる。
【００６０】
反射膜１４１の材料としては、アルミニウム以外にも、ニッケル（Ｎｉ）、銀（Ａｇ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）及びこれらの積層構造又は合金としてもよい。
【００６１】
図４は、本発明において用いることかできる発光素子の第３の具体例を表す断面図である。すなわち、同図に表した発光素子１０６Ｃは、図２に例示した発光素子１０６Ａにおいて透光性のｐ側電極１２８を、発光層１２４からの光を反射する金属層からなるｐ側電極１６１に変えたものである。このｐ側電極１６１は、例えば、膜厚が数１００ｎｍ以上の金属層により構成することができる。
【００６２】
発光層１２４からの発光はｐ側電極１６１によって反射され、サファイア基板１２１に吸収されることなく出射面１７１から取り出すことができる。本具体例の発光素子１０６Ｃは、透明電極１２８を用いた発光素子１０６Ａ、１０６Ｂと比べて、光出力を１．５〜２倍に増加させることができ、この発光素子１０６Ｃを用いた蛍光体を含む発光装置の輝度も１．５〜２倍の高輝度化が実現できる。
【００６３】
さらにｐ側電極１６１により発光層１２４からの発光の接着剤１０７への入射を防ぎ、接着剤１０７の劣化を抑え、さらに発光素子周辺のリード１０１及び樹脂ステム１００の光による劣化、変色を防止できる。
【００６４】
また、発光素子の発熱源のひとつである、ｐ型層１２５と１２６における電圧降下による発熱をｐ側電極１６１を通してリード１０１へ発散することができる。
【００６５】
同時に、発光素子１０６Ｃにおいては、これらｐ型層や発光層１２４などの発熱源を蛍光体１１０から遠ざけることにより、発光素子の発熱の影響を低減でき蛍光体の昇温による劣化を防止できる。その結果として、発光装置の高温動作が可能となり、信頼性も向上する。
【００６６】
さらに、発光素子１０６Ｃを用いた場合には、金（Ａｕ）ワイヤを用いることなく２つのリード１０１、１０２に直接接続できる。その結果として、樹脂ストレスにともなう金（Ａｕ）ワイヤ切れなどの問題を解消することができ信頼性が向上するとともに、金ワイヤによる発光素子からの発光の吸収を解消でき高輝度が実現できる。
【００６７】
また、サファイア基板１２１の上に成長した結晶成長層１２２〜１２６を螢光体１１０から離すことができ、螢光体での非発光にともなう螢光体の温度上昇の影響を受けることなく動作でき信頼性が向上する。
【００６８】
ｐ側電極１６１の材料としては、ｐ型ＧａＮ層１２６とのショットキー障壁が小さい材料であるニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、アンチモン（Ｓｂ）、マグネシウム（Ｍｇ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）を用いることが望ましい。または、発光層１２４からの光を反射する高反射率材料であるアルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）を用いることが望ましい。または、接着剤１０７との反応が少ないモリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）を用いることが望ましい。
【００６９】
これらの材料を多層構造とする場合には、ショットキー障壁が小さい金属膜は膜厚数ｎｍから数１０ｎｍ程度の薄膜として光の吸収を少なくし、その下に設ける高反射金属層への光の入射量を増やすようにするとよい。
【００７０】
（接着剤１０７について）
発光素子１０６をリード１０１にマウントするために銀（Ａｇ）などを含有するペーストを接着剤１０７を用いているが、Ａｇペースト以外も用いることができる。
【００７１】
Ａｇペーストは、発光素子１０６とリード１０１との接着性が高く、温度の急激な変化に対しても強度が維持され、さらにペースト内に含まれているＡｇを通して効果的に放熱されるため発光層１２４の温度上昇を抑えることができる。またＡｇは、発光素子１０６からの１次光を反射することができ、サファイア基板１２１側に出射された光を光取り出し面１１２に反射することができる。
【００７２】
Ａｇペースト１０７をサファイア基板１２１の側面に盛り上がるように与えると、さらに接着強度が増加するとともにサファイア基板１２１の側面に出射した光を反射して発光素子表面１３１から出すことができ、高輝度が実現できる。
【００７３】
接着剤１０７としては、Ａｇペースト以外にも、金属を含まないシリコーン系の接着剤や波長４００ｎｍ以下の光に対して透光性を有するエポキシ系接着剤、あるいは金スズ（ＡｕＳｎ）や金ゲルマニウム（ＡｕＧｅ）等の共晶合金半田など用いることもできる。
【００７４】
シリコーン系接着剤は、発光による変色、接着強度の低下等が小さく信頼性が高い。
【００７５】
エポキシ系接着剤は、発光による変色が生ずるため、光を反射する金属や散乱剤をいれることで変色を抑えることが望ましく、接着面側に反射膜を形成した発光素子１０６Ｂ、１０６Ｃと組み合わせることで信頼性の高い発光装置が実現できる。また、エポキシ系接着剤は素子をマウントするリードに対する密着性が強く発光素子の剥離が少なく、ペースト量の制御性が高い点で量産性に優れている。
【００７６】
金属の共晶合金半田を利用した接着方法は、発光素子１０６Ｂ、１０６Ｃや、ｎ型ＧａＮ基板等の導電性基板を用いた発光素子に対して効果が大きい。金属共晶のため接着強度が高く、発光層１２４の発光による変色等の劣化が無く、放熱性に優れている利点がある。しかし、接着強度が高いために高温動作時に発光素子への熱ストレスによる影響がある。これに対しては、発光素子の接着表面に、金（Ａｕ）を含有した膜厚数μｍ以上の金属膜を形成することによりストレスを低減できる。
【００７７】
（樹脂部１０３について）
樹脂部１０３は、開口部１０５を有し、この開口部１０５の中に、発光素子１０６、第１及び第２のリード１０１、１０２の端部、およびツェナーダイオード（図示せず）などが設けられる。
【００７８】
開口部１０５は、底面が狭く、上端における開口が広く、発光素子１０６からの１次光及び螢光体１１０からの発光を反射する傾斜した反射面１０４が底面から上端開口にわたって形成されている。
【００７９】
樹脂部１０３は、発光素子１０６からの１次光及び蛍光体１１０で変換された光を反射する特性を有し、例えば６５重量％以上の熱可塑性樹脂と充填量３５重量％以下の充填剤とからなる。そして、充填剤が、酸化チタニウム（ＴｉＯ２）、酸化シリコン、酸化アルミニウム、シリカ、アルミナ等の高反射性の材料を含有し、例えば、酸化チタニウムの含有量を１０〜１５重量％とする。このように光を反射させる拡散材を添加した樹脂部により反射面１０４を構成することにより、素子１０６及び蛍光体１１０からの光を上方に反射し、発光装置の高輝度が実現できる。また、反射面１０４の形状を回転放物線形状などとすると、さらに高出力、高品質の発光装置を提供できる。
【００８０】
熱可塑性樹脂としては、液晶ポリマ（ＬＣＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ：熱可塑性プラスチック）、シンジオタクチックポリスチレン（ＳＰＳ：結晶性ポリスチレン）などの高耐熱性樹脂を用いることができる。樹脂部１０３の外形の平面形状は、２．０ｍｍ×;２．０ｍｍ〜６．０ｍｍ×;６．０ｍｍ程度の略正方形、または２．０ｍｍ×;３．０ｍｍ〜５．０ｍｍ×;７．０ｍｍ程度の略長方形であり、発光素子１０６は凹部１０５の底面の中心から外れるように配置されている。このように発光素子を中心から外したのはボンディングワイヤの領域を確保するため及び発光素子１０６の側面近くに反射面１０４を形成し反射効率を高め高輝度を実現するためである。
【００８１】
樹脂部１０３に設けられる開口部１０５の上面及び底面は、略円形あるいは略楕円形（長径が１ｍｍ〜２．８ｍｍで、短径が０．５ｍｍ〜２．７ｍｍ）とすることができる。底面が狭いために、蛍光体１１０が均一に分散された封止体１１１を充填した場合、発光素子１０６の近傍の蛍光体量は少なく、上面ほどたくさんの蛍光体が存在する。このため、発光素子１０６から放出される１次光は素子の近傍から離れるに従って次第に蛍光体に吸収され２次光に変換される割合が高まり、最終的には実質的に全ての１次光を２次光に変換できるとともに、変換された２次光が他の蛍光体に吸収される確率も低減することができる。
【００８２】
（蛍光体１１０について）
本発明において用いる蛍光体１１０は、発光素子１０６の発光層１２４から放出された４００ｎｍ未満の紫外光を吸収して発光する蛍光体、あるいは他の蛍光体から放出された発光を吸収して発光する材料である。蛍光体の変換効率は、１ルーメン／ワット以上であることが望ましい。
【００８３】
白色発光は、赤色・緑色・青色の３原色の混合か、あるいは補色関係にある２色の混合により実現できる。３原色による白色発光は、発光素子１０６が放出した光を吸収して青色を放出する第１の蛍光体と、赤色を発光する第２の蛍光体と、緑色を発光する第３の蛍光体とを用いることにより実現できる。
【００８４】
補色による白色発光は、例えば、発光素子１０６からの発光を吸収して青色を発光する第１の螢光体とその青色発光を吸収して黄色を発光する第２の螢光体とを用いるか、発光素子１０６からの発光を吸収して緑色を発光する第１の螢光体とその緑色光を吸収して赤色に発光する第２の螢光体を用いることにより実現できる。
【００８５】
また、発光波長の変化が−４０℃〜１００℃の温度範囲で波長変化が５０ｎｍ以下の螢光体を用いることで発光素子の温度特性に依存しない発光装置が実現できる。また発光素子１０６の駆動電流を１ｍＡ〜１００ｍＡで動作させたときに５０ｎｍ以下の波長変化を有する螢光体を用いることで素子駆動電流に伴う発光スペクトルの変化に依存しない発光装置が実現できる。
【００８６】
青色光を発光する螢光体としては、例えば以下のものを挙げることができる。
ＺｎＳ：Ａｇ
ＺｎＳ：Ａｇ＋Ｐｉｇｍｅｎｔ
ＺｎＳ：Ａｇ，Ａｌ
ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｕ，Ｇａ，Ｃｌ
ＺｎＳ：Ａｇ＋Ｉｎ２Ｏ３
ＺｎＳ：Ｚｎ＋Ｉｎ２Ｏ３
（Ｂａ，Ｅｕ）ＭｇＡｌ１０Ｏ１７
（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ
Ｓｒ１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ
（Ｂａ，Ｓｒ，Ｅｕ）（Ｍｇ，Ｍｎ）Ａｌ１０Ｏ１７
１０（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｅｕ）・６ＰＯ４・Ｃｌ２
ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２５：Ｅｕ
緑色光を発光する螢光体としては，例えば以下のものを挙げることができる。
ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ
ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ＋Ｐｉｇｍｅｎｔ
（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ，Ａｌ
ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｕ，Ａｌ，＋ｐｉｇｍｅｎｔ
Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｔｂ
Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｔｂ
Ｙ２ＳｉＯ５：Ｔｂ
Ｚｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎ
（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ
ＺｎＳ：Ｃｕ
Ｚｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎ
ＺｎＳ：Ｃｕ＋Ｚｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎ
Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ
（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ
ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ
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
Ｚｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎ
ＺｎＳ：Ｃｕ
３（Ｂａ，Ｍｇ，Ｅｕ，Ｍｎ）Ｏ・８Ａｌ２Ｏ３
Ｌａ２Ｏ３・０．２ＳｉＯ２・０．９Ｐ２Ｏ５：Ｃｅ，Ｔｂ
ＣｅＭｇＡｌ１１Ｏ１９：Ｔｂ
赤色光を発光する螢光体としては、例えば次のものを用いることができる。
Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ
Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ＋ｐｉｇｍｅｎｔ
Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ
Ｚｎ３（ＰＯ４）２：Ｍｎ
（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ＋Ｉｎ２Ｏ３
（Ｙ，Ｇｄ，Ｅｕ）ＢＯ３
（Ｙ，Ｇｄ，Ｅｕ）２Ｏ３
ＹＶＯ４：Ｅｕ
Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ，Ｓｍ
黄色光を発光する螢光体としては、例えば次のものを用いることができる。
ＹＡＧ：Ｃｅ
上記したような赤色螢光体、緑色螢光体及び青色螢光体について、それらの重量比Ｒ：Ｇ：Ｂを調節することにより、任意の色調を実現できる。例えば、白色電球色から白色蛍光灯色までの白色発光は、Ｒ：Ｇ：Ｂ重量比が、１：１：１〜７：１：１及び１：１：１〜１：３：１及び１：１：１〜１：１：３のいずれかとすることで実現できる。
【００８７】
また、混合した螢光体の総重量比を螢光体を含有する封止体の重量に対して１重量％〜５０重量％にすることで実質的な波長変換が実現でき、１０重量％〜３０重量％にすることで高輝度の発光装置が実現できる。
【００８８】
さらに、これらのＲＧＢ蛍光体を適宜選択して配合した場合、封止体１１１の色調を白色とすることができる。つまり、白色に光る発光装置が、非点灯時においても白色に見える点で、「見栄え」が良く、視覚的、デザイン的にも優れた発光装置を提供することができる。
【００８９】
ここで、本発明において用いる螢光体は上記した無機螢光体に限定するものではなく、以下に例示する有機色素体も同様に用いて高輝度の発光装置を実現できる。
キサニセン系色素
オキサジン系色素
シアニン系色素
ローダミンＢ（６３０ｎｍ）
クマリン１５３（５３５ｎｍ）
ポリパラフェニレンビニレン（５１０ｎｍ）
クマリン１（４３０ｎｍ）
クマリン１２０（４５０ｎｍ）
トリスー（８−ヒドロキシノリン）アルミニウム（Ａｌｑ３又はＡｌＱ）（緑色発光）
４−ジシアノメチレン−２−メチル−６（ｐ−ジメチルアミノスチリン）−４Ｈ−ピラン（ＤＣＭ）（オレンジ色／赤色発光）
複数種類の色素体を用いる場合でも、封止体であるシリコーン樹脂にそれぞれの色素体を添加して攪拌することによりそれぞれの色素を樹脂中にほぼ均一に分散させることができ、色素の励起効率を高くすることができる。
【００９０】
本発明によれば、発光装置の発光色は、封止体１１１に含有させる螢光体（色素体も含む）１１０の組み合わせにより多種多様のものが実現できる。つまり、赤色、緑色、青色、および黄色系などの蛍光体（色素体も含む）を配合することで任意の色調が実現できる。
【００９１】
一方、本発明によれば、単一の蛍光体を用いた場合でも、従来の半導体発光素子では実現できなかった発光波長の安定性が実現できる。すなわち、通常の半導体発光素子は、駆動電流や周囲温度や変調条件などに応じて発光波長がシフトする傾向を有する。これに対して、本発明の発光装置によれば、発光波長が駆動電流や温度などの変化に依存せず、極めて安定するという効果が得られる。
【００９２】
また、本発明の発光装置においては、発光特性が発光素子１０６の特性に依存することなく添加する蛍光体１１０の特性で決まるため、発光装置ごとの特性が安定し歩留まり高く生産することができる。
【００９３】
（封止体１１１の表面形状について）
封止体１１１は、開口部１０５の中に設けられ、発光素子１０６からの１次光を変換する蛍光体１１０を含む部材である。このため、封止体１１１は、発光素子１０６からの１次光のエネルギーよりも大きな結合エネルギーを有する材料からなることが望ましく、さらに、発光素子１０６からの１次光を透過し、蛍光体１１０により波長変換された発光も透過する特性を有するものであることが望ましい。
【００９４】
本発明者は、封止体１１１に関して独自の試作検討を行った結果、その表面形状ついて新たな知見を得た。
【００９５】
図５は、封止体の表面の形状による放出光の強度分布を表す概念図である。すわち、同図（ａ）は封止体１１１の表面がほぼ平坦な場合、同図（ｂ）は封止体１１１の表面が凹状に窪んで形成された場合、同図（ｃ）は封止体１１１の表面が凸状に膨らんで形成された場合の発光装置からの放出光の強度分布Ｐをそれぞれ表す。
【００９６】
図５（ａ）に例示した平面形状の場合と比べて、同図（ｂ）に表した凹状の場合には放出光の強度分布すなわち配光特性は、垂直軸Ｚ方向に収束していることが分かる。これに対して、同図（ｃ）に表した凸状の場合には、放出光はｘｙ平面方向に広がった配光特性を有する。これは、封止体１１１を凸状に形成した場合には、その凸部付近に含有される蛍光体から放出された光がｘｙ平面方向に拡がるのに対して、凹状に形成した場合には封止体の表面付近に含有される蛍光体から放出された光も側壁の反射面１０４により反射されてｚ軸方向に進む割合が増加するためであると考えられる。
【００９７】
ここで、封止体１１１の表面形状を凸状とするか、それとも凹状とするかは、その充填量により調節することができる。つまり、封止体１１１の充填量を調節することにより、所望する放出光の配光特性を得ることが可能である。
【００９８】
但し、通常は、収束性が高く、ｚ軸上において輝度が高い発光装置が要求される場合が多い。封止体１１１の表面を凹状に形成すれば、このような要求に確実かつ容易に応ずることができる。
【００９９】
また、平面型画像表示装置のように複数の発光装置を並列配置する場合に、封止体１１１の表面が凸状に形成されていると、凸部の蛍光体が、隣接する発光装置からの発光を受けて不必要な励起発光を生ずる虞がある。従って、このような用途においても、封止体１１１の表面は凹状とすることが望ましい。
【０１００】
本発明によれば、これらの要求に対しても、封止体１１１の充填量を調節することにより、確実かつ容易に応ずることができる。
【０１０１】
（封止体１１１の材質について）
封止体１１１は、発光素子１０６からの１次光を変換する蛍光体１１０を含む部材である。このため、封止体１１１は、発光素子１０６からの１次光のエネルギーよりも大きな結合をエネルギーを有する材料からなることが望ましく、さらに、発光素子１０６からの１次光を透過し、蛍光体１１０により波長変換された発光も透過する特性を有するものであることが望ましい。
【０１０２】
しかし、発光素子１０６の発光ピーク波長を４００ｎｍ未満とした場合に、封止体１１１の材料として従来のエポキシ樹脂を用いると急速に劣化が生ずる。具体的には、発光素子からの１次光を受けると、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判明した。
【０１０３】
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、ピーク波長が４００ｎｍ未満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、短波長光を１次光とした発光装置に用いて、高い信頼性を実現することができた。
【０１０４】
すなわち、シリコーン樹脂は、発光素子１０６からの１次光及び螢光体１１０からの発光を透過する特性を有し、１０００時間動作後の発光装置の光度が初期光度に比べて６０％以上保持する特性を有している。
【０１０５】
ここで、蛍光体１１０を含有したシリコーン樹脂は、所定の（複数の）蛍光体１１０を混合、攪拌しながら開口の狭いノズルを通して、開口部１０５にマウントされた発光素子１０６の上に塗布される。しかる後に、硬化させて形成する。
【０１０６】
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、蛍光体が樹脂内に均一に分散された後に、沈降や偏析を生ずることがない。このため、励起された蛍光体から放出された発光が他の蛍光体で過度に散乱、吸収されること無く、屈折率の大きな蛍光体で適度に均一に散乱され、光の混合も均一に生ずるため色調の「むら」も抑制できる。
【０１０７】
さらに、本発明において用いるシリコーン樹脂は、樹脂部１０３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等も少ない。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１０６およびＡｕワイヤ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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
これに対して、「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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
（１）ゲル状シリコーンを用いた場合、通電動作中に蛍光体１１０が樹脂中を拡散し、色調が変化する現象が見られた。ＲＧＢ３色混合型の場合、赤色（Ｒ）蛍光体の比重が大きいため、この蛍光体が鉛直下方にマイグレートし、色度座標のｘ値が大きくなる現象が見られた。
【０１１２】
図６は、通電時間に対して色度ｘの変化を測定した結果を表すグラフである。同図に表したように、封止体１１１の材料としてゲル状シリコーン樹脂を用いた場合、通電時間が１００時間付近から色度ｘが上昇し始め、１０００時間を超えると加速度的に上昇する。これに対して、ゴム状のシリコーン樹脂を用いた場合は、通電動作により発光装置の温度が上昇した状態で１００００時間近く動作させても、色調の変化は観察されなかった。これは、ゴム状のシリコーン樹脂の場合は、硬度が高く緻密なため、蛍光体の拡散が生じにくいためであると考えられる。
【０１１３】
（２）ゲル状のシリコーン樹脂は柔らかいため、発光素子１０６やワイア１０８、１０９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、図１に例示したような発光装置は、例えば「表面実装型」のランプとして用いられ、アセンブリ装置により実装基板などにマウントされる。この際に、アセンブリ装置の吸着コレットが封止体１１１の表面に圧接される場合が多い。ＪＩＳＡ硬度が３０〜４０のゲル状シリコーン樹脂を用いた場合には、吸着コレットを押し当てることにより、封止体１１１が変形し、これに伴ってワイア１０８、１０９が変形したり、発光素子１０６にストレスが与えられる場合がある。
【０１１４】
これに対して、ＪＩＳＡ硬度が５０以上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。
【０１１５】
以上（１）及び（２）に説明したように、ゲル状シリコーン樹脂の代わりに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、機械的強度などを大幅に改善できることが判明した。
【０１１６】
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がある。
【０１１７】
一方、封止体１１１としてのシリコーン樹脂に、蛍光体１１０とともに、散乱剤を添加すると、発光素子１０６からの１次光を散乱して蛍光体に均等に当てることができるとともに、蛍光体１１０からの発光を散乱することにより均一な混色状態を実現できる。その結果として、より少ない量の螢光体１１０を用いても所望の発光特性を実現できる。
【０１１８】
（開口部１０５の内部の素子配置について）
本発明の発光装置は、波長が４００ｎｍ未満という短波長の窒化物半導体からなる半導体発光素子を用いる。そして、この発光素子を用いて十分な信頼性を得るためは、保護のためのツェナー・ダイオードを並列に接続することが必要である。従って、本発明の発光装置においては、開口部１０５の内部の限定された空間に、発光素子１０６と保護用ツェナー・ダイオードとを如何に効率的に配置するかが重要なポイントである。
【０１１９】
図７は、本発明の発光装置の開口部内部の平面構成例を模式的に表した概念図である。
【０１２０】
図７に表した具体例においては、樹脂ステム１００に略楕円形（略長円形）の開口部が形成されている。開口部の底面１０５には、一対のリード１０１、１０２の先端が設けられている。そして、リード１０１、１０２の対向面には、切り欠き部１０１Ｇ、１０２Ｇが設けられている。発光素子１０６は、リード１０２の先端の１０２Ｂにマウントされ、一方、ツェナー・ダイオード１５０は、リード１０１の先端の１０１Ａにマウントされている。つまり、発光素子１０６とツェナー・ダイオード１５０とは、対角の位置にそれぞれマウントされている。
【０１２１】
そして、発光素子１０６からワイア１０９Ｂがリード１０１Ｂに接続され、またワイア１０９Ｃがリード１０２Ａに接続されている。また、ツェナー・ダイオード１５０からはワイア１０９Ａがリード１０２Ａに接続されている。なお、ツェナー・ダイオードのもう一方の電極は、ダイオードの裏面側に形成され、リード１０１Ａに直接、接続されている。
【０１２２】
図７に例示した配置パターンにおいては、まず、開口部を略楕円形とすることにより、開口面積が増加して、２つの素子１０６、１５０を収容可能なスペースが広がり、発光素子１０６を出来るだけ開口部１０５の中央寄りに配置することが可能となる。
【０１２３】
また、ワイアをボンディングするスペースを確保することができる。すなわち、ワイア１０９Ａ〜１０９Ｃをリード１０１、１０２に接続するためには、ボンディング装置のコレットを挿入するスペースが必要である。これに対して、図７のように配置すれば、対角配置された発光素子１０６とツェナー・ダイオード１５０の片側にそれぞれボンディング・コレットを挿入するスペースが得られる。しかも、３本のワイアが交差することもない。
【０１２４】
また、図７に例示した配置パターンにおいては、３本のワイア１０９Ａ〜１０９Ｃが、略楕円形の開口部１０５の形状に合わせて外周に沿うように配線されている。このように配線すると、封止体１１１によるストレスをさらに緩和することができる。
【０１２５】
以上、本発明の図１乃至図７を参照しつつ、本発明の第１の実施の形態について説明した。
【０１２６】
以下、本発明の変型例について説明する。
【０１２７】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
【０１２８】
図８は、本発明の第２の実施の形態にかかる発光装置の要部構成を模式的に表す断面図である。同図については、図１乃至図７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。
【０１２９】
本実施形態の発光装置１Ｂも、樹脂ステム１００と、その上にマウントされた半導体発光素子１０６と、素子１０６を覆うように設けられた封止体１１１と、を有する。
【０１３０】
但し、本実施形態においては、蛍光体１１０を含有した封止体１１１は、発光素子１０６の周囲のみを覆い、その外側には、光透過性樹脂からなる第２の封止体２１３が設けられている。
【０１３１】
開口部１０５の底面にマウントされた発光素子１０６の近傍のみを、螢光体１１０を含有した封止体１１１で包囲することにより、２次光の輝度が向上する。すなわち、２次光が放出される発光部分のサイズを小さくすることにより、輝度が上昇し、さらに、反射面１０４による集光作用もさらに高くなる。
【０１３２】
また、蛍光体を含有した封止体１１１が、樹脂部１０３の側壁に囲まれて下方に小さく形成されているため、外光が侵入しにくい。つまり、外光による蛍光体１１０の不必要な励起を抑制することができるという効果も得られる。
【０１３３】
さらに、本実施形態においては、封止体１１１がＡｕワイヤ１０８、１０９の全体を包囲しているので、樹脂ストレスによる断線がなく信頼性の高い発光装置が実現できる。すなわち、ワイアの一部が第２の封止体２１３まで突出していると、封止体１１１と２１３との界面で生ずるストレスにより断線などが生じやすくなる。これに対して、本実施形態においては、ワイア１０８、１０９の全体が封止体１１１に包含されているので、断線の心配がない。
【０１３４】
第２の封止体２１３の材料として、エポキシ系樹脂またはシリコーン系樹脂を用いると、樹脂部１０３や封止体１１１との密着性が増し耐湿性が向上する。発光素子１０６から放出される１次光のほぼ全てが封止体１１１において可視光に変換されるようにすれば、第２の封止体の材料としてエポキシ樹脂を用いても、変色や劣化などの問題は生じない。
【０１３５】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。
【０１３６】
図９は、本発明の第３の実施の形態にかかる発光装置の要部構成を模式的に表す断面図である。同図についても、図１乃至図８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。
【０１３７】
本実施形態の発光装置１Ｃも、樹脂ステム１００と、その上にマウントされた半導体発光素子１０６と、素子１０６を覆うように設けられた封止体１１１と、を有する。
【０１３８】
そして、第２実施形態と同様に、蛍光１１０を含有した封止体１１１は、発光素子１０６の周囲のみを覆っている。但し、本実施形態においては、封止体１１１の外側は、開放空間とされ、さらなる封止体は設けられていない。
【０１３９】
本実施形態においても、開口部１０５の底面にマウントされた発光素子１０６の近傍のみを、螢光体１１０を含有した封止体１１１で包囲することにより、２次光の輝度が向上する。すなわち、２次光が放出される発光部分のサイズを小さくすることにより、輝度が上昇し、さらに、反射面１０４による集光作用もさらに高くなる。
【０１４０】
特に、本実施形態においては、略半球状の封止体１１１が発光点となり、その周囲を反射面１０４が取り囲む構成とされているので、従来のランプと同様の光学的な集光効果が得られる。
【０１４１】
さらに、第２実施形態と同様に、蛍光体１１０を含有した封止体１１１に外光が侵入しにくく、外光による蛍光体１１０の不必要な励起を抑制することができるという効果も得られる。
【０１４２】
また、封止体１１１がＡｕワイヤ１０８、１０９の全体を包囲しているので、樹脂ストレスによる断線がなく高い信頼性も確保することができる。
【０１４３】
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。
【０１４４】
図１０は、本発明の第４の実施の形態にかかる発光装置の要部構成を模式的に表す断面図である。同図についても、図１乃至図９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。
【０１４５】
本実施形態の発光装置１Ｄは、第１実施形態のものと同様に、樹脂ステム１００と、その上にマウントされた半導体発光素子１０６と、素子１０６を覆うように設けられた封止体１１１と、を有する。
【０１４６】
そして、本実施形態においては、封止体１１１の上に、凸状の透光体４１３が設けられている。このような凸状透光体４１３によって集光作用が得られる。透光体４１３の材料としては、例えば、樹脂を用いることができる。特に、エポキシ樹脂またはシリコーン樹脂を用いると、封止体１１１との屈折率の差を小さくすることができ、封止体１１１との界面での反射による損失を低減できる。
【０１４７】
また、透光体４１３の凸状形状は球面状には限定されず、必要とされる集光率あるいは光度分布に応じて適宜決定することができる。
【０１４８】
（第５の実施の形態）
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。
【０１４９】
図１１は、本発明の第５の実施の形態にかかる発光装置の要部構成を模式的に表す断面図である。同図についても、図１乃至図１０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。
【０１５０】
本実施形態の発光装置１Ｅも、第１実施形態のものと同様に、樹脂ステム１００と、その上にマウントされた半導体発光素子１０６と、素子１０６を覆うように設けられた封止体１１１と、を有する。
【０１５１】
但し、本実施形態においては、封止体１１１の周囲には樹脂部１０３の側壁が設けられていない。このようにすると、蛍光体１１０からの２次光は、上方のみでなく横方向にも放出され、広い光度分布を実現できる。従って、幅広い視野角度や幅広い放射角度が要求されるような用途に応用して好適である。
【０１５２】
なお、本実施形態における封止体１１１や樹脂ステム１００の形状は図示した具体例には限定されない。例えば、図１２に例示したように、封止体１１１を略半球状とし、また、樹脂ステム１００において、樹脂部１０３がリード１０１、１０２を埋め込んで素子周囲に低い側壁を有するものでも良い。
【０１５３】
（第６の実施の形態）
次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。
【０１５４】
図１３は、本発明の第６の実施の形態にかかる発光装置の要部構成を模式的に表す断面図である。同図についても、図１乃至図１２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。
【０１５５】
本実施形態の発光装置１Ｆも、リードフレームから形成した一対のリード１０１、１０２を有する。但し、第１のリード１０１の先端にはカップ部６０１が設けられ、発光素子１０６はカップ部６０１の底にマウントされている。そして、発光素子１０６からそれぞれのリードにワイア１０８、１０９が接続されている。さらに、これらを包囲するように蛍光体１１０を含有する封止体１１１が設けられている。
【０１５６】
カップ部６０１の内壁側面は、反射面として作用し、発光素子１０６から放出される１次光を上方に反射する。そして、この１次光を受けた蛍光体１１０が所定の波長の２次光を放出する。
【０１５７】
本実施形態の発光装置は、従来のランプ型半導体発光装置に代わるものであり、比較的広い放射角度を有し、汎用性の高い発光装置となる。
【０１５８】
（第７の実施の形態）
次に、本発明の第７の実施の形態について説明する。
【０１５９】
図１４は、本発明の第７の実施の形態にかかる発光装置の要部構成を模式的に表す断面図である。同図についても、図１乃至図１３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。
【０１６０】
本実施形態の発光装置１Ｇは、第６実施形態の発光装置１Ｆと類似した構成を有する。すなわち、発光装置１Ｇも、第１のリード１０１の先端にカップ部６０１を有し、この底に発光素子１０６がマウントされている。そして、発光素子１０６からそれぞれのリードにワイア１０８、１０９が接続されている。さらに、これらを包囲するように蛍光体１１０を含有する封止体１１１が設けられている。
【０１６１】
但し、本実施形態においては、封止体１１１は小さく形成され、それを包囲するように透光体７１３が設けられている。
【０１６２】
蛍光体１１０を含有する封止体１１１を小さく形成することにより、発光部分を小さくして輝度を高くすることができる。そして、透光体７１３の上面がレンズ状の集光作用を有し、収束光を取り出すことも可能となる。
【０１６３】
また、透光体７１３によって封止体１１１を取り囲むことにより、蛍光体１１０を外気雰囲気から遮断し、湿気や腐食性雰囲気に対する耐久性が向上する。透光体７１３の材料としては樹脂を用いることができる。特に、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂を用いると、封止体１１１との密着性も良好となり、優れた耐候性、機械的強度が得られる。
【０１６４】
なお、本実施形態も図示した具体例には限定されない。例えば、図１５に例示したように、蛍光体１１０を含有した封止体１１１をカップ部６０１の上に限定しても良い。このようにすると、さらに発光部分が小さくなり、輝度が上昇する。この場合に、ワイア１０９が封止体１１１と透光体７１３との界面を貫通することとなるが、封止体１１１と透光体７１３の材料を類似したものとすれば、界面でのストレスを抑制して断線を防止することも可能である。
【０１６５】
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、本発明のこれらの具体例に限定されるものではない。例えば、蛍光体の材質、発光素子の具体的な構造や材質、リードや封止体１１１の形状、各要素の寸法関係などに関しては、当業者が適宜設計変更したものも本発明の範囲に含まれる。
【発明の効果】
本発明は、以上説明した形態で実施され、以下に説明する効果を奏する。
すなわち、本発明によれば、波長４００ｎｍ未満に強度ピークを有する１次光を放出する発光素子と、前記発光素子を覆うように設けられたシリコーン樹脂と、前記シリコーン樹脂に含有され、前記１次光を吸収して可視光を放出する蛍光体と、を備えることにより、搭載する発光素子のばらつき、駆動電流の変化、温度の変化、発光素子の劣化などによるホワイトバランスの変化を解消することが可能となる。
【０１６６】
また、蛍光体を適宜選択すると、非点灯時において発光面が白色の色調を有し、見栄えが良いという利点も得られる。これは実用上は大きな進歩であり、デザイン的に極めて貴重な改良点となる。
【０１６７】
すなわち、本発明によれば、白色などの各種の色の安定した発光が得られ、かつ見栄えも優れた発光装置を提供することが可能となり、産業上のメリットは多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる発光装置の要部構成を模式的に表す断面図である。
【図２】 本発明において用いることができる発光素子の要部構成を模式的に表す断面図である。
【図３】 本発明において用いることができる発光素子の第２の具体例を表す断面図である。
【図４】 本発明において用いることができる発光素子の第３の具体例を表す断面図である。
【図５】封止体の表面の形状による放出光の強度分布を表す概念図である。
【図６】通電時間に対して色度ｘの変化を測定した結果を表すグラフである。
【図７】本発明は発光装置の開口部の内部の平面構成例を模式的に表した概念図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態にかかる発光装置の要部構成を模式的に表す断面図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態にかかる発光装置の要部構成を模式的に表す断面図である。
【図１０】 本発明の第４の実施の形態にかかる発光装置の要部構成を模式的に表す断面図である。
【図１１】本発明の第５の実施の形態にかかる発光装置の要部構成を模式的に表す断面図である。
【図１２】本発明の第５実施形態の変型例を表す断面図である。
【図１３】本発明の第６の実施の形態にかかる発光装置の要部構成を模式的に表す断面図である。
【図１４】 本発明の第７の実施の形態にかかる発光装置の要部構成を模式的に表す断面図である。
【図１５】本発明の第７実施形態の変型例を表す断面図である。
【図１６】従来の発光装置の概略構成を表す断面図である。
【符号の説明】
１Ａ〜１Ｇ  発光装置
１００  樹脂ステム
１０１、１０２  リード
１０３  樹脂部
１０４  反射面
１０５  開口部
１０６、１０６Ａ〜１０６Ｃ  半導体発光素子
１０７  接着剤
１０８、１０９  ボンディングワイヤ
１１０、１１０Ａ〜１１０Ｃ  螢光体
１１１  封止体（シリコーン樹脂）
１２１  光取り出し面
１２０  発光素子
１２１  基板
１２２  バッファ層
１２３  コンタクト層
１２４  発光層
１２５  クラッド層
１２６  コンタクト層
１２７  ｎ側電極
１２８  ｐ側電極
１２９  ボンディングパッド
１３０  保護膜
１３１  光取り出し面
１４１  反射膜
２１３  第２の封止体
【図１】
0004101468.tif 000002
【図２】
0004101468.tif 000003
【図３】
0004101468.tif 000004
【図４】
0004101468.tif 000005
【図５】
0004101468.tif 000006
【図６】
0004101468.tif 000007
【図７】
0004101468.tif 000008
【図８】
0004101468.tif 000009
【図９】
0004101468.tif 000010
【図１０】
0004101468.tif 000011
【図１１】
0004101468.tif 000012
【図１２】
0004101468.tif 000013
【図１３】
0004101468.tif 000014
【図１４】
0004101468.tif 000015
【図１５】
0004101468.tif 000016
【図１６】
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