JP2006073656A - 発光装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 第1の発光ピーク波長を青色領域に持ち青色を放出する第1の発光素子108aと、第1の発光素子108aからの光により励起される赤色光を放出する蛍光物質140と、第1の発光ピーク波長よりも長波長側、かつ、蛍光物質140の発光ピーク波長よりも短波長側に第2の発光ピーク波長を持つ第2の発光素子108bと、第1の発光ピーク波長よりも長波長側に第2の発光ピーク波長を持つ緑色光を放出する第2の発光素子108bと、を有し、これらの青色光と赤色光と緑色光との混色光が外部に放出される発光装置に関する。
【選択図】 図7
Description
図1は、第1の実施の形態に係る発光装置を示す概略平面図である。図2は、第1の実施の形態に係る発光装置を示す概略A−A断面図である。図3は、第1の実施の形態に係る発光装置を示す概略B−B断面図である。図4は、第1の実施の形態に係る発光装置の背面側を示す概略斜視図である。
第1の実施の形態に係る発光装置10は、発光素子2と、発光素子2を載置する底面部1aと、底面部1aから延びる側面部1bと、を持つ凹部1cを2個有するパッケージ1と、を有している。パッケージ1の凹部1cの底面部1aには、電極3を設けており、この電極3のマウント部3aに発光素子2を搭載している。発光素子2は、第1の発光素子2aと第2の発光素子2bとを持ち、2個の凹部1cのうち、一方の凹部1cに第1の発光素子2aを備え、他方の凹部1cに第2の発光素子2bを備える。
図5は、第2の実施の形態に係るパッケージ成型体を示す模式的な斜視図であり、図6は、第2の実施の形態に係るパッケージ成型体に発光素子を載置した状態を示す模式的な上面図である。図7は、図6の破線III−IIIにおける模式的な断面図であり、図8は、第2の実施の形態に係るパッケージ成型体の模式的な背面図である。
発光素子は、特に限定されないが、一対のリード電極と金属基体とが成型樹脂にてインサート成型されている場合、同一面側に正負一対の電極を有する発光素子が用いられる。また、蛍光物質を励起可能な発光波長を発光できる発光層を有する発光素子が好ましい。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が発光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。また所望に応じて、窒化物半導体にボロンやリンを含有させることも可能である。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。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ヤ、スピネル、SiC、Si、ZnO、およびGaN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ヤ基板を用いることが好ましい。このサファイヤ基板上に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。サファイヤ基板上に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。窒化物半導体を使用したpn接合を有する発光素子として、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。また、p型層上に金属層を積層した後、半導体用基板を除去してもよい。このように構成された発光素子を前記金属層が実装面側となるように実装すると、放熱性の高い発光装置が得られる。それぞれ露出されたp型層及びn型層上に各電極を形成後、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。
保護素子とは、発光素子等の半導体素子と共にパッケージ成型体の第一の凹部120内に収納される素子であり、他の半導体素子を過電圧による破壊から保護するためのものである。保護素子は、半導体構造を有するものの他、半導体構造を有しないものも含む。
本実施の形態における封止部材とは、パッケージ成型体に収納される発光素子を被覆する部材である。例えば、軟質シリコーン樹脂またはエポキシ樹脂等の透光性樹脂を単独で封止部材とすることができる。また、封止部材は、発光素子108を被覆する第一の封止部材111と、第一の封止部材111を被覆する第二の封止部材112を設けることができる。さらに、第一の封止部材111を柔軟性部材とし、第二の封止部材112を硬質性部材とすることにより、信頼性の高い半導体装置とすることができる。封止部材に蛍光物質140を含有させる他、拡散剤、フィラーなども含有させることもできる。
パッケージ成型体に載置された上述の半導体素子を覆うように、パッケージ成型体の第一の凹部120内から上方の硬質性部材下端部にかけて柔軟性部材が設けることができる。柔軟性部材は水分等から半導体素子を保護することができる他、透光性を有しており発光素子からの光を効率よく外部に取り出すことができる。また、熱に対して高い安定性を有しているため、発光装置の作動時に生じる熱応力を緩和させることができる。また、近紫外領域または紫外領域の発光素子を用いた場合、これらの光に対して耐光性に優れた柔軟性部材を用いることが好ましい。これら柔軟性を有する部材として、ゴム状弾性樹脂、ゲル状シリコーン樹脂のようなゲル状樹脂等が挙げられる。これらの樹脂は、架橋密度が低い又は架橋構造を有さないことから、良好な柔軟性を有することができる。また、発光素子チップからの光に対して特定のフィルター効果等を持たす為に着色染料や着色顔料を添加することもできる。
発光装置において、発光素子108周囲に設けられた柔軟性部材は硬質性部材にて封止されている。硬質性部材は、機械的強度を有し且つ透光性であれば特に限定されない。
(窒化物蛍光体)
第1の発光素子により励起される蛍光物質140は窒化物蛍光体を用いる。窒化物蛍光体は、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Luからなる群から選ばれる少なくとも1種以上の希土類元素により賦活される、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Znからなる群から選ばれる少なくとも1種以上の第II族元素と、C、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、Hfからなる群から選ばれる少なくとも1種以上の第IV族元素と、Nと、を含む窒化物蛍光体である。この窒化物蛍光体は、Bが1ppm以上10000ppm以下含まれていることが好ましい。または窒化物蛍光体は、組成中にOが含まれているものも使用できる。上記窒化物蛍光体の組合せのうち、Euにより賦活される、Ca及びSrの少なくともいずれか1元素と、Siと、Nと、からなる窒化物蛍光体であって、Bが1ppm以上10000ppm以下含まれていることが好ましい。Euの一部は、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Luからなる群から選ばれる少なくとも1種以上の希土類元素により置換可能である。Ca及びSrの少なくともいずれか一方の元素の一部は、Be、Mg、Ba、Znからなる群から選ばれる少なくとも1種以上の第II族元素により置換可能である。Siの一部は、C、Ge、Sn、Ti、Zr、Hfからなる群から選ばれる少なくとも1種以上の第IV族元素により置換可能である。
次に、Ca2Si5N8:Euで表される窒化物蛍光体の製造方法を説明するが、本製造方法に限定されない。
3Ca + N2 → Ca3N2
Caを、窒素雰囲気中、600〜900℃、約5時間、窒化して、Caの窒化物を得ることができる。
3Si + 2N2 → Si3N4
ケイ素Siも、窒素雰囲気中、800〜1200℃、約5時間、窒化して、窒化ケイ素を得る。
(1.985/3)Ca3N2+(5/3)Si3N4+(0.015/2)Eu2O
→Ca1.985Eu0.015Si5N87.990O0.0225
以上のようにして窒化物蛍光体は製造される。
発光装置における蛍光物質140として、窒化物蛍光体の他に、補色として青色に発光する蛍光体、緑色に発光する蛍光体、黄色に発光する蛍光体の少なくともいずれか1以上の蛍光体を混合して使用することもできる。これにより微妙な色調調整ができる。蛍光体としては、Eu等のランタノイド系、Mn等の遷移金属系の元素により主に付活されるアルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体、アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体、アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体、アルカリ土類ケイ酸塩、アルカリ土類硫化物、アルカリ土類チオガレート、アルカリ土類窒化ケイ素、ゲルマン酸塩、又は、Ce等のランタノイド系元素で主に付活される希土類アルミン酸塩、希土類ケイ酸塩、又は、Eu等のランタノイド系元素で主に賦活される有機及び有機錯体等から選ばれる少なくともいずれか1以上であることが好ましい。具体例として、下記の蛍光体を使用することができるが、これに限定されない。
(2−x−y)SrO・x(Ba,Ca)O・(1−a−b−c−d)SiO2・aP2O5bAl2O3cB2O3dGeO2:yEu2+(式中、0<x<1.6、0.005<y<0.5、0<a、b、c、d<0.5である。)
(2−x−y)BaO・x(Sr,Ca)O・(1−a−b−c−d)SiO2・aP2O5bAl2O3cB2O3dGeO2:yEu2+(式中、0.01<x<1.6、0.005<y<0.5、0<a、b、c、d<0.5である。)
ここで、好ましくは、a、b、cおよびdの値のうち、少なくとも一つが0.01より大きい。
アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体には、SrAl2O4:R、Sr4Al14O25:R、CaAl2O4:R、BaMg2Al16O27:R、BaMg2Al16O12:R、BaMgAl10O17:R(Rは、Eu、Mn、EuとMn、のいずれか1以上である。)などがある。
実施例1及び2の発光装置は、第2の実施の形態に係る発光装置を用いる。図5は、第2の実施の形態に係るパッケージ成型体の模式的な斜視図である。図6は、第2の実施の形態に係る半導体装置の模式的な上面図である。図7は、第2の実施の形態に係るパッケージ成型体の模式的な断面図である。図8は、第2の実施の形態に係るパッケージ成型体の模式的な背面図である。図9は、窒化物蛍光体の励起スペクトルを示す図である。図10は、実施例1に係る発光装置の青紫色LEDで窒化物蛍光体を励起させたときの発光スペクトルを示す図である。図11は、実施例2に係る発光装置の青紫色LEDで窒化物蛍光体を励起させたときの発光スペクトルを示す図である。図12は、緑色LEDを発光させたときの発光スペクトルを示す図である。
これにより所定の色調を有する発光装置を提供することができる。この色調は投入電流量により適宜変更することができるほか、蛍光物質140の使用量によっても変更することができる。
実施例3の発光装置は、第2の実施の形態に係る発光装置を用いる。
実施例4の発光装置は、第2の実施の形態に係る発光装置を用いる。
実施例5の発光装置は、第2の実施の形態に係る発光装置を用いる。
実施例6の発光装置は、第1の実施の形態に係る発光装置を用いる。
1a 底面部
1b 側面部
1c 凹部
1d 凸部
1e 樹脂注入跡
2 発光素子
2a 第1の発光素子
2b 第2の発光素子
3 電極
3a マウント部
3b 裏面側電極部
4 透光性樹脂
5 ワイヤ
6 蛍光物質
10 発光装置
100 パッケージ成型体
101 第一の金属基体
102 第二の金属基体
103 第三の金属基体
104 壁部
105 成型部材
106a、106b 凹部を形成する内壁面
107 保護素子
108 発光素子
109 導電性ワイヤ
102a、102b、103a、103b、103c、102c ボンディング領域
111 第一の封止部材
112 第二の封止部材
113 成型樹脂の注入痕
120 第一の凹部
130 第二の凹部
140 蛍光物質
114、115 孔
200 半導体装置
Claims (5)
- 可視光の短波長領域に第1の発光ピーク波長を持つ第1の発光素子と、
該第1の発光素子からの光を波長変換する蛍光物質と、
該第1の発光ピーク波長よりも長波長側、かつ、前記蛍光物質の発光ピーク波長よりも短波長側に第2の発光ピーク波長を持つ第2の発光素子と、
を少なくとも有し、
該第1の発光素子からの光と、該蛍光物質からの光と、該第2の発光素子からの光と、が混合され外部に放出されることを特徴とする発光装置。 - 紫外領域に第1の発光ピーク波長を持つ第1の発光素子と、
該第1の発光素子からの光を波長変換する蛍光物質と、
該第1の発光ピーク波長よりも長波長側に第2の発光ピーク波長を持つ第2の発光素子と、
を少なくとも有し、
該蛍光物質からの光と、該第2の発光素子からの光と、が混合され外部に放出されることを特徴とする発光装置。 - 第1の発光ピーク波長を持つ第1の発光素子と、
該第1の発光素子からの光を波長変換する蛍光物質と、
該第1の発光ピーク波長よりも長波長側に第2の発光ピーク波長を持つ第2の発光素子と、
を少なくとも有し、
該第1の発光素子と該第2の発光素子とは、異なる発光色を有する窒化物系化合物半導体であり、
該第1の発光素子からの光と、該蛍光物質からの光と、該第2の発光素子からの光と、の少なくとも2種類が混合され外部に放出されることを特徴とする発光装置。 - 前記蛍光物質は、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Luからなる群から選ばれる少なくとも1種以上の希土類元素により賦活される、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Znからなる群から選ばれる少なくとも1種以上の第II族元素と、C、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、Hfからなる群から選ばれる少なくとも1種以上の第IV族元素と、Nと、を含む窒化物蛍光体であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の発光装置。
- 前記蛍光物質は、第1の発光ピーク波長における光強度を100としたとき、第2の発光ピーク波長における光強度が80以下であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の発光装置。
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