JP2003179270A - 半導体発光装置 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体発光装置の耐環境性及び耐紫外線性を
改善する。 【解決手段】 ポリメタロキサン又はセラミックから成
り、半導体発光素子(2)から照射される紫外光等に対し
て光透過性を有するコーティング材(10)は半導体発光素
子(2)を直接被覆する。耐紫外線性及び耐熱性を有する
コーティング材(10)は、紫外線が長期にわたって照射さ
れる高温環境下でも劣化しない。
改善する。 【解決手段】 ポリメタロキサン又はセラミックから成
り、半導体発光素子(2)から照射される紫外光等に対し
て光透過性を有するコーティング材(10)は半導体発光素
子(2)を直接被覆する。耐紫外線性及び耐熱性を有する
コーティング材(10)は、紫外線が長期にわたって照射さ
れる高温環境下でも劣化しない。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオード装
置等の半導体発光装置、特に波長が５５０nm以下の光を
発光する半導体発光装置及び半導体発光素子から照射さ
れる光を波長変換して外部に放出する半導体発光装置に
属する。
置等の半導体発光装置、特に波長が５５０nm以下の光を
発光する半導体発光装置及び半導体発光素子から照射さ
れる光を波長変換して外部に放出する半導体発光装置に
属する。
【０００２】
【従来の技術】禁止帯幅（エネルギギャップ）の大きい
半導体発光素子を用いると、波長の短い可視光から紫外
域までの比較的短い波長で発光する半導体発光装置を実
現することができる。このような波長の光を発生する半
導体発光素子として、GaN、GaAlN、InGaN、InGaAlN等の
窒素ガリウム系化合物半導体は、小型、低消費電力、長
寿命等種々の利点を備えた新しい固体化紫外光源に利用
することができる。
半導体発光素子を用いると、波長の短い可視光から紫外
域までの比較的短い波長で発光する半導体発光装置を実
現することができる。このような波長の光を発生する半
導体発光素子として、GaN、GaAlN、InGaN、InGaAlN等の
窒素ガリウム系化合物半導体は、小型、低消費電力、長
寿命等種々の利点を備えた新しい固体化紫外光源に利用
することができる。
【０００３】また、図４は、発光ダイオードチップから
照射される光の波長を蛍光物質(7a)によって変換する従
来の発光ダイオード装置の断面図を示す。図４に示す発
光ダイオード装置(1)では、カソード側のリードとして
の第一の外部端子(3)の凹部(3a)の底面(3b)に発光ダイ
オードチップ(2)が固着され、第一のリード細線(5)によ
り発光ダイオードチップ(2)のカソード電極(2g)は第一
の外部端子(3)の第一のワイヤ接続部(9a)に接続され
る。また、発光ダイオードチップ(2)のアノード電極(2
f)は第二のリード細線(6)によりアノード側のリードと
しての第二の外部端子(4)の第二のワイヤ接続部(9b)に
接続される。凹部(3a)に固着された発光ダイオードチッ
プ(2)は、凹部(3a)内に充填され且つ蛍光物質(7a)が混
入された光透過性の保護樹脂(7)により被覆される。発
光ダイオードチップ(2)、第一の外部端子(3)の凹部(3a)
及び第一のワイヤ接続部(9a)、第二の外部端子(4)の第
二のワイヤ接続部(9b)並びにリード細線(5, 6)は、更に
光透過性の封止樹脂(8)内に封入される。
照射される光の波長を蛍光物質(7a)によって変換する従
来の発光ダイオード装置の断面図を示す。図４に示す発
光ダイオード装置(1)では、カソード側のリードとして
の第一の外部端子(3)の凹部(3a)の底面(3b)に発光ダイ
オードチップ(2)が固着され、第一のリード細線(5)によ
り発光ダイオードチップ(2)のカソード電極(2g)は第一
の外部端子(3)の第一のワイヤ接続部(9a)に接続され
る。また、発光ダイオードチップ(2)のアノード電極(2
f)は第二のリード細線(6)によりアノード側のリードと
しての第二の外部端子(4)の第二のワイヤ接続部(9b)に
接続される。凹部(3a)に固着された発光ダイオードチッ
プ(2)は、凹部(3a)内に充填され且つ蛍光物質(7a)が混
入された光透過性の保護樹脂(7)により被覆される。発
光ダイオードチップ(2)、第一の外部端子(3)の凹部(3a)
及び第一のワイヤ接続部(9a)、第二の外部端子(4)の第
二のワイヤ接続部(9b)並びにリード細線(5, 6)は、更に
光透過性の封止樹脂(8)内に封入される。
【０００４】発光ダイオード装置(1)の第一の外部端子
(3)と第二の外部端子(4)との間に電圧を印加し、発光ダ
イオードチップ(2)に通電すると、発光ダイオードチッ
プ(2)から照射される光は、保護樹脂(7)内を通り第一の
外部端子(3)の凹部(3a)の側壁(3c)で反射した後に、透
明な封止樹脂(8)を通り発光ダイオード装置(1)の外部に
放出される。また、発光ダイオードチップ(2)の上面か
ら放射されて凹部(3a)の側壁(3c)で反射されずに直接に
保護樹脂(7)及び封止樹脂(8)を通って発光ダイオード装
置(1)の外部に放出される光もある。封止樹脂(8)の先端
にはレンズ部(8a)が形成され、封止樹脂(8)内を通過す
る光は、レンズ部(8a)によって集光されて指向性が高め
られる。発光ダイオードチップ(2)の発光時に、発光ダ
イオードチップ(2)から照射される光は保護樹脂(7)内に
混入された蛍光物質(7a)によって異なる波長に変換され
て放出される。この結果、発光ダイオードチップ(2)か
ら照射された光とは異なる波長の光が発光ダイオード装
置(1)から放出される。
(3)と第二の外部端子(4)との間に電圧を印加し、発光ダ
イオードチップ(2)に通電すると、発光ダイオードチッ
プ(2)から照射される光は、保護樹脂(7)内を通り第一の
外部端子(3)の凹部(3a)の側壁(3c)で反射した後に、透
明な封止樹脂(8)を通り発光ダイオード装置(1)の外部に
放出される。また、発光ダイオードチップ(2)の上面か
ら放射されて凹部(3a)の側壁(3c)で反射されずに直接に
保護樹脂(7)及び封止樹脂(8)を通って発光ダイオード装
置(1)の外部に放出される光もある。封止樹脂(8)の先端
にはレンズ部(8a)が形成され、封止樹脂(8)内を通過す
る光は、レンズ部(8a)によって集光されて指向性が高め
られる。発光ダイオードチップ(2)の発光時に、発光ダ
イオードチップ(2)から照射される光は保護樹脂(7)内に
混入された蛍光物質(7a)によって異なる波長に変換され
て放出される。この結果、発光ダイオードチップ(2)か
ら照射された光とは異なる波長の光が発光ダイオード装
置(1)から放出される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】一般に、半導体発光素
子は炭素、水素、酸素、窒素等の元素が網目状に結合し
た有機高分子化合物によって構成される樹脂封止体によ
り被覆されるが、エポキシ系樹脂の外囲体と成る樹脂封
止体にこれら紫外線等が照射されると、有機高分子の繋
ぎ目が切断され、各種の光学的特性及び化学的特性が劣
化することが知られている。例えばGaN（窒化ガリウ
ム）系の発光ダイオードチップは、波長３６５nm程度ま
での紫外線を発生するため、樹脂封止(8)は光強度の強
い発光ダイオードチップ(2)の周囲から次第に黄変し、
着色現象が発生する。このため、発光ダイオードチップ
(2)が発した可視光は着色部で吸収され減衰する。更
に、樹脂封止(8)の劣化に伴って耐湿性が低下すると共
に、イオン透過性が増大するため、樹脂封止(8)の外部
から侵入した汚染物質イオンにより発光ダイオードチッ
プ(2)自体も劣化し、その結果、発光ダイオード装置(1)
の発光強度は相乗的に低減する。
子は炭素、水素、酸素、窒素等の元素が網目状に結合し
た有機高分子化合物によって構成される樹脂封止体によ
り被覆されるが、エポキシ系樹脂の外囲体と成る樹脂封
止体にこれら紫外線等が照射されると、有機高分子の繋
ぎ目が切断され、各種の光学的特性及び化学的特性が劣
化することが知られている。例えばGaN（窒化ガリウ
ム）系の発光ダイオードチップは、波長３６５nm程度ま
での紫外線を発生するため、樹脂封止(8)は光強度の強
い発光ダイオードチップ(2)の周囲から次第に黄変し、
着色現象が発生する。このため、発光ダイオードチップ
(2)が発した可視光は着色部で吸収され減衰する。更
に、樹脂封止(8)の劣化に伴って耐湿性が低下すると共
に、イオン透過性が増大するため、樹脂封止(8)の外部
から侵入した汚染物質イオンにより発光ダイオードチッ
プ(2)自体も劣化し、その結果、発光ダイオード装置(1)
の発光強度は相乗的に低減する。
【０００６】また、順方向電圧が高いGaN（窒化ガリウ
ム）系の発光ダイオードチップは、比較的低い順方向電
流でも電力損失が大きく、作動時にチップ温度はかなり
上昇する。一般に高温に加熱される樹脂は、次第に劣化
して黄変・着色を起こすことが知られている。従ってGa
Nの発光ダイオードチップを従来の発光ダイオード装置
に用いると、発光ダイオードチップからの短波長の光の
照射と相俟って高温の発光ダイオードチップと接する部
分から樹脂が次第に黄変・着色するため、発光ダイオー
ド装置の外観品質と発光強度は次第に低下する。このよ
うに、従来の発光ダイオード装置では、選択する材料種
類の減少、信頼性の低下、光変換機能の不完全性、製品
価格の上昇を招来する原因となる。
ム）系の発光ダイオードチップは、比較的低い順方向電
流でも電力損失が大きく、作動時にチップ温度はかなり
上昇する。一般に高温に加熱される樹脂は、次第に劣化
して黄変・着色を起こすことが知られている。従ってGa
Nの発光ダイオードチップを従来の発光ダイオード装置
に用いると、発光ダイオードチップからの短波長の光の
照射と相俟って高温の発光ダイオードチップと接する部
分から樹脂が次第に黄変・着色するため、発光ダイオー
ド装置の外観品質と発光強度は次第に低下する。このよ
うに、従来の発光ダイオード装置では、選択する材料種
類の減少、信頼性の低下、光変換機能の不完全性、製品
価格の上昇を招来する原因となる。
【０００７】このように、紫外光によって樹脂封止体は
短時間で劣化して発光効率が低下するため、外囲容器に
よって半導体発光素子を密封して外部雰囲気から完全に
遮断し、外囲容器内に窒素等の不活性の又は安定な封止
気体を充填してハーメチックシール構造（hermetic-sea
ling;気密封止構造）を形成した発光装置がある。しか
しながら、樹脂封止体の特性劣化を生じないハーメチッ
クシール構造は、高価な材料を必要とする上、その製造
工程も比較的複雑なため、最終製品が高価となる難点が
ある。また、窒化ガリウム系化合物半導体の屈折率と大
きく相違する屈折率を有する不活性気体を外囲容器内に
充填するため、窒化ガリウム系化合物半導体と不活性気
体との界面に反射面が形成される。従って、半導体発光
素子から放射される光は、窒化ガリウム系化合物半導体
と不活性気体との界面で反復して反射する間に減衰し
て、発光効率が低下する欠点があった。
短時間で劣化して発光効率が低下するため、外囲容器に
よって半導体発光素子を密封して外部雰囲気から完全に
遮断し、外囲容器内に窒素等の不活性の又は安定な封止
気体を充填してハーメチックシール構造（hermetic-sea
ling;気密封止構造）を形成した発光装置がある。しか
しながら、樹脂封止体の特性劣化を生じないハーメチッ
クシール構造は、高価な材料を必要とする上、その製造
工程も比較的複雑なため、最終製品が高価となる難点が
ある。また、窒化ガリウム系化合物半導体の屈折率と大
きく相違する屈折率を有する不活性気体を外囲容器内に
充填するため、窒化ガリウム系化合物半導体と不活性気
体との界面に反射面が形成される。従って、半導体発光
素子から放射される光は、窒化ガリウム系化合物半導体
と不活性気体との界面で反復して反射する間に減衰し
て、発光効率が低下する欠点があった。
【０００８】更に、蛍光物質(7a)を含有する保護樹脂
(7)で発光ダイオードチップ(2)を包囲し、更に全体を封
止樹脂(8)で包囲する従来の発光ダイオード装置(1)で
は、実用上種々の問題が生ずる。第一に、保護樹脂(7)
及び封止樹脂(8)の耐環境性が必ずしも十分でないと
き、保護樹脂(7)に配合できる蛍光物質(7a)が特定の種
類に限定される。即ち、一般に樹脂は水分を透過し、高
湿度の雰囲気中に放置されると、時間の経過と共に樹脂
の内部に水分が浸透する。この場合、侵入する水分によ
って分解又は変質して光波長変換機能が低下し又は消失
する耐湿性の悪い蛍光体もある。例えば、水分によって
加水分解する公知の代表的な硫化カルシウム系の蛍光物
質(7a)は従来の発光ダイオード装置(1)に使用できな
い。
(7)で発光ダイオードチップ(2)を包囲し、更に全体を封
止樹脂(8)で包囲する従来の発光ダイオード装置(1)で
は、実用上種々の問題が生ずる。第一に、保護樹脂(7)
及び封止樹脂(8)の耐環境性が必ずしも十分でないと
き、保護樹脂(7)に配合できる蛍光物質(7a)が特定の種
類に限定される。即ち、一般に樹脂は水分を透過し、高
湿度の雰囲気中に放置されると、時間の経過と共に樹脂
の内部に水分が浸透する。この場合、侵入する水分によ
って分解又は変質して光波長変換機能が低下し又は消失
する耐湿性の悪い蛍光体もある。例えば、水分によって
加水分解する公知の代表的な硫化カルシウム系の蛍光物
質(7a)は従来の発光ダイオード装置(1)に使用できな
い。
【０００９】また、水分のみならずナトリウム又は塩素
等の不純物イオンも樹脂を透過し、発光ダイオードチッ
プ(2)に有害な影響を与える。従って、清浄な環境で製
造された発光ダイオード装置(1)でも、不純物イオンを
含む雰囲気中に放置すると、不純物イオンが樹脂の内部
に次第に浸透して発光ダイオードチップ(2)の電気的特
性が劣化する難点がある。特に、重大な問題は、有害不
純物イオンが遊離する化学的に不安定な有機蛍光体も少
なくない点である。従って、従来の発光ダイオード装置
(1)では、この種の有機蛍光体を使用することができな
い。
等の不純物イオンも樹脂を透過し、発光ダイオードチッ
プ(2)に有害な影響を与える。従って、清浄な環境で製
造された発光ダイオード装置(1)でも、不純物イオンを
含む雰囲気中に放置すると、不純物イオンが樹脂の内部
に次第に浸透して発光ダイオードチップ(2)の電気的特
性が劣化する難点がある。特に、重大な問題は、有害不
純物イオンが遊離する化学的に不安定な有機蛍光体も少
なくない点である。従って、従来の発光ダイオード装置
(1)では、この種の有機蛍光体を使用することができな
い。
【００１０】次に、発光ダイオードチップ(2)から発生
する紫外線等の短波長の光によって被覆樹脂が劣化する
問題がある。上述のように、炭素、水素、酸素、窒素等
の元素が網目状に結合した有機高分子化合物によって構
成される保護樹脂(7)及び封止樹脂(8)は、紫外線が照射
されると、有機高分子の繋ぎ目が切断され、各種の光学
的特性及び化学的特性が劣化することが知られている。
例えばGaN（窒化ガリウム）系の青色発光ダイオードチ
ップは、可視光成分以外にも波長３８０nm以下の紫外波
長域に発光成分を持つことがあるため、被覆樹脂は光強
度の強い発光ダイオードチップの周囲から次第に黄変
し、着色現象が発生すると共に、発光ダイオードチップ
が発する可視光は着色部で吸収され減衰する。更に、被
覆樹脂の劣化に伴って耐湿性が低下すると共に、イオン
透過性が増大するため、発光ダイオードチップ(2)自体
も劣化し、その結果、発光ダイオード装置(1)の発光強
度は相乗的に低減する。
する紫外線等の短波長の光によって被覆樹脂が劣化する
問題がある。上述のように、炭素、水素、酸素、窒素等
の元素が網目状に結合した有機高分子化合物によって構
成される保護樹脂(7)及び封止樹脂(8)は、紫外線が照射
されると、有機高分子の繋ぎ目が切断され、各種の光学
的特性及び化学的特性が劣化することが知られている。
例えばGaN（窒化ガリウム）系の青色発光ダイオードチ
ップは、可視光成分以外にも波長３８０nm以下の紫外波
長域に発光成分を持つことがあるため、被覆樹脂は光強
度の強い発光ダイオードチップの周囲から次第に黄変
し、着色現象が発生すると共に、発光ダイオードチップ
が発する可視光は着色部で吸収され減衰する。更に、被
覆樹脂の劣化に伴って耐湿性が低下すると共に、イオン
透過性が増大するため、発光ダイオードチップ(2)自体
も劣化し、その結果、発光ダイオード装置(1)の発光強
度は相乗的に低減する。
【００１１】更に、紫外線を発する発光ダイオードチッ
プを使用できないため、蛍光体の材料選択と発光ダイオ
ード装置の発光特性が大きな制限を受けることが第三の
問題である。蛍光ランプ又は水銀ランプ等に使用する紫
外線で励起される紫外線用の蛍光体は、古くから開発・
改良が行われた結果、現在では様々な発光波長分布を持
つ安価で光変換効率の高い数多くの蛍光体が実用化され
ている。紫外線を発光するダイオードチップと紫外線で
励起される蛍光体を組み合わせると、一層明るく且つ変
化に富む色調の発光ダイオード装置が得られると予想さ
れる。しかしながら、紫外線により樹脂が劣化する従来
の発光ダイオード装置では、紫外線発光ダイオードチッ
プを使用できず、光変換効率に優れた蛍光体を利用でき
ない。
プを使用できないため、蛍光体の材料選択と発光ダイオ
ード装置の発光特性が大きな制限を受けることが第三の
問題である。蛍光ランプ又は水銀ランプ等に使用する紫
外線で励起される紫外線用の蛍光体は、古くから開発・
改良が行われた結果、現在では様々な発光波長分布を持
つ安価で光変換効率の高い数多くの蛍光体が実用化され
ている。紫外線を発光するダイオードチップと紫外線で
励起される蛍光体を組み合わせると、一層明るく且つ変
化に富む色調の発光ダイオード装置が得られると予想さ
れる。しかしながら、紫外線により樹脂が劣化する従来
の発光ダイオード装置では、紫外線発光ダイオードチッ
プを使用できず、光変換効率に優れた蛍光体を利用でき
ない。
【００１２】第四の問題は、耐熱性が低い被覆樹脂が黄
変・着色するため、発光ダイオードチップから照射され
た光が被覆樹脂を通過する際に減衰する点にある。上述
のように、例えば順方向電圧が高いGaN（窒化ガリウ
ム）の青色発光ダイオードチップは、比較的低い順方向
電流でも電力損失が大きく、作動時に発光ダイオードチ
ップの温度はかなり上昇する。樹脂は高温に加熱される
と次第に劣化して黄変・着色を起こすことが知られてい
る。従ってGaN系の発光ダイオードチップを従来の発光
ダイオード装置に用いると、高温の発光ダイオードチッ
プと接する部分から樹脂が次第に黄変・着色するため、
発光ダイオード装置(1)の外観品質と発光強度は次第に
低下する。このように、従来の発光ダイオード装置で
は、蛍光体を樹脂中に配合すると前記問題が生じ、この
ため選択する材料種類の減少、信頼性の低下、光変換機
能の不完全性、製品価格の上昇を招来する原因となる。
変・着色するため、発光ダイオードチップから照射され
た光が被覆樹脂を通過する際に減衰する点にある。上述
のように、例えば順方向電圧が高いGaN（窒化ガリウ
ム）の青色発光ダイオードチップは、比較的低い順方向
電流でも電力損失が大きく、作動時に発光ダイオードチ
ップの温度はかなり上昇する。樹脂は高温に加熱される
と次第に劣化して黄変・着色を起こすことが知られてい
る。従ってGaN系の発光ダイオードチップを従来の発光
ダイオード装置に用いると、高温の発光ダイオードチッ
プと接する部分から樹脂が次第に黄変・着色するため、
発光ダイオード装置(1)の外観品質と発光強度は次第に
低下する。このように、従来の発光ダイオード装置で
は、蛍光体を樹脂中に配合すると前記問題が生じ、この
ため選択する材料種類の減少、信頼性の低下、光変換機
能の不完全性、製品価格の上昇を招来する原因となる。
【００１３】本発明は、耐環境性及び耐紫外線性を有す
る半導体発光装置を提供することを目的とする。また、
本発明は、耐熱性を有する半導体発光装置を提供するこ
とを目的とする。
る半導体発光装置を提供することを目的とする。また、
本発明は、耐熱性を有する半導体発光装置を提供するこ
とを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体発光
装置は、基体(3, 4, 11)と、基体(3, 4, 11)に固着され
た半導体発光素子(2)と、半導体発光素子(2)を被覆する
コーティング材(10)とを備え、コーティング材(10)は金
属アルコキシド又はセラミック前駆体ポリマーなどによ
り形成され且つ光透過性を有するポリメタロキサン又は
セラミックである。有機樹脂とは異なり、紫外線等の波
長の短い光が照射されても、耐紫外線性及び耐熱性を有
するポリメタロキサン又はセラミックであるコーティン
グ材(10)は、紫外線が長期にわたって照射される高温環
境下でも劣化しない。
装置は、基体(3, 4, 11)と、基体(3, 4, 11)に固着され
た半導体発光素子(2)と、半導体発光素子(2)を被覆する
コーティング材(10)とを備え、コーティング材(10)は金
属アルコキシド又はセラミック前駆体ポリマーなどによ
り形成され且つ光透過性を有するポリメタロキサン又は
セラミックである。有機樹脂とは異なり、紫外線等の波
長の短い光が照射されても、耐紫外線性及び耐熱性を有
するポリメタロキサン又はセラミックであるコーティン
グ材(10)は、紫外線が長期にわたって照射される高温環
境下でも劣化しない。
【００１５】本発明の実施の形態では、コーティング材
(10)は高純度のガラス状であるため、硼素や酸化鉛等を
含む低融点ガラス等に比べて極めて不純物が少なく、半
導体発光素子(2)の特性に悪影響を及ぼさない。また、
コーティング材(10)は耐熱性の高いガラス状であるた
め、黄変などによる光透過性の低下を生じない。コーテ
ィング材(10)は、メタロキサン（metaloxane）結合を主
体として形成されたガラス又はセラミック前駆体から形
成されたセラミックから成る。
(10)は高純度のガラス状であるため、硼素や酸化鉛等を
含む低融点ガラス等に比べて極めて不純物が少なく、半
導体発光素子(2)の特性に悪影響を及ぼさない。また、
コーティング材(10)は耐熱性の高いガラス状であるた
め、黄変などによる光透過性の低下を生じない。コーテ
ィング材(10)は、メタロキサン（metaloxane）結合を主
体として形成されたガラス又はセラミック前駆体から形
成されたセラミックから成る。
【００１６】基体(3, 4, 11)に半導体発光素子(2)を固
着し、金属アルコキシドにより得られたポリメタロキサ
ン・ゾル又はセラミック前駆体ポリマーを塗布した後、
乾燥及び熱処理を施してコーティング材(10)を形成す
る。コーティング材(10)は金属アルコキシドのゾル・ゲ
ル法又はセラミック前駆体ポリマーにより形成されるの
で、低温でガラス化して透明な非晶質金属酸化物を得る
ことができる。
着し、金属アルコキシドにより得られたポリメタロキサ
ン・ゾル又はセラミック前駆体ポリマーを塗布した後、
乾燥及び熱処理を施してコーティング材(10)を形成す
る。コーティング材(10)は金属アルコキシドのゾル・ゲ
ル法又はセラミック前駆体ポリマーにより形成されるの
で、低温でガラス化して透明な非晶質金属酸化物を得る
ことができる。
【００１７】ゾル−ゲル法では、有機金属化合物の一種
である金属アルコキシドを出発物質とし、その溶液を加
水分解、縮重合させゾルを形成した後、空気中の水分な
どによって更に反応を進めてゲル化させ、固体の金属酸
化物が得られる。例えば、シリカガラス膜の形成過程で
は、珪素の金属アルコキシドであるテトラエトキシシラ
ン(Si(OC2H5)4)を用いる場合、テトラエトキシシランを
アルコール等の溶媒に溶解し、酸等の触媒と少量の水を
加えて十分に混合することにより下記の反応式に従い液
状のポリシロキサン・ゾルが形成される。 加水分解反応： Si(OC2H5)4+4H2O→Si(OH)4+4C2H5OH 脱水縮合反応： nSi(OH)4→[SiO2]n+2nH2O
である金属アルコキシドを出発物質とし、その溶液を加
水分解、縮重合させゾルを形成した後、空気中の水分な
どによって更に反応を進めてゲル化させ、固体の金属酸
化物が得られる。例えば、シリカガラス膜の形成過程で
は、珪素の金属アルコキシドであるテトラエトキシシラ
ン(Si(OC2H5)4)を用いる場合、テトラエトキシシランを
アルコール等の溶媒に溶解し、酸等の触媒と少量の水を
加えて十分に混合することにより下記の反応式に従い液
状のポリシロキサン・ゾルが形成される。 加水分解反応： Si(OC2H5)4+4H2O→Si(OH)4+4C2H5OH 脱水縮合反応： nSi(OH)4→[SiO2]n+2nH2O
【００１８】ポリシロキサン・ゾルは、上記の反応によ
って生成されたSiO2（シリカ）が何重にも結合してポリ
マーを構成し、この微粒子がアルコール溶液中に分散す
る状態になる。ポリシロキサン・ゾルを基体(3, 4, 11)
に塗布して乾燥させると、溶媒や反応によって生じたエ
チルアルコール（C2H5OH）と水の蒸発に伴いゾルの体積
が収縮し、その結果、隣り合うポリマー末端の残留OH基
同士が脱水縮合反応を起こして結合し、塗膜はゲル（固
化体）となる。更に、得られたゲル被膜を焼成して、ポ
リシロキサン粒子同士の結合を強化すると、強度の強い
ゲル被膜を得ることができる。
って生成されたSiO2（シリカ）が何重にも結合してポリ
マーを構成し、この微粒子がアルコール溶液中に分散す
る状態になる。ポリシロキサン・ゾルを基体(3, 4, 11)
に塗布して乾燥させると、溶媒や反応によって生じたエ
チルアルコール（C2H5OH）と水の蒸発に伴いゾルの体積
が収縮し、その結果、隣り合うポリマー末端の残留OH基
同士が脱水縮合反応を起こして結合し、塗膜はゲル（固
化体）となる。更に、得られたゲル被膜を焼成して、ポ
リシロキサン粒子同士の結合を強化すると、強度の強い
ゲル被膜を得ることができる。
【００１９】コーティング材(10)は、半導体発光素子
(2)から照射される光に対して光透過性を有し且つ半導
体発光素子(2)から照射される光を吸収して他の発光波
長に変換する蛍光物質(10a)を含む。コーティング材(1
0)は、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシ
シラン等の金属アルコキシド又は例えば、ペルヒドロポ
リシラザン等のセラミック前駆体ポリマーから成るコー
ティング材形成溶液を焼成して形成されると共に、半導
体発光素子(2)及び外部端子(3, 4)と強固に密着する。
半導体発光素子(2)の発光をコーティング材(10)中の蛍
光物質(10a)によって所望の発光波長に変換し、半導体
発光素子(2)を包囲するコーティング材(10)を通して外
部に放出させることができる。
(2)から照射される光に対して光透過性を有し且つ半導
体発光素子(2)から照射される光を吸収して他の発光波
長に変換する蛍光物質(10a)を含む。コーティング材(1
0)は、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシ
シラン等の金属アルコキシド又は例えば、ペルヒドロポ
リシラザン等のセラミック前駆体ポリマーから成るコー
ティング材形成溶液を焼成して形成されると共に、半導
体発光素子(2)及び外部端子(3, 4)と強固に密着する。
半導体発光素子(2)の発光をコーティング材(10)中の蛍
光物質(10a)によって所望の発光波長に変換し、半導体
発光素子(2)を包囲するコーティング材(10)を通して外
部に放出させることができる。
【００２０】窒化ガリウム系の半導体発光素子(2)は、
３６５nm〜５５０nmの短波長で効率よく発光し、発光輝
度が高く且つ信頼性の高い半導体発光装置が得られる
が、短波長の光は、コーティング材(10)や接着剤(12)を
特に劣化し易いので、本発明による効果が大きい。蛍光
物質(10a)は半導体発光素子(2)からの光の一部を吸収
し、高光変換効率で短波長から長波長に変換する。基体
(3, 4, 11)は、第一の外部端子(3)及び第二の外部端子
(4)を備え、半導体発光素子(2)は、第一の外部端子(3)
及び第二の外部端子(4)に電気的に接続された電極(2f,
2g)を備えている。
３６５nm〜５５０nmの短波長で効率よく発光し、発光輝
度が高く且つ信頼性の高い半導体発光装置が得られる
が、短波長の光は、コーティング材(10)や接着剤(12)を
特に劣化し易いので、本発明による効果が大きい。蛍光
物質(10a)は半導体発光素子(2)からの光の一部を吸収
し、高光変換効率で短波長から長波長に変換する。基体
(3, 4, 11)は、第一の外部端子(3)及び第二の外部端子
(4)を備え、半導体発光素子(2)は、第一の外部端子(3)
及び第二の外部端子(4)に電気的に接続された電極(2f,
2g)を備えている。
【００２１】半導体発光素子(2)から照射される光に対
して光透過性を有するコーティング材(10)は、半導体発
光素子(2)及び第一の外部端子(3)及び第二の外部端子
(4)の半導体発光素子(2)側の端部を被覆する。コーティ
ング材(10)は金属アルコキシドをゾル−ゲル法により加
水分解重合して成る溶液、セラミック前駆体ポリマーを
含有する溶液又はこれらの組み合わせから成るコーティ
ング材形成溶液を固化して形成される。
して光透過性を有するコーティング材(10)は、半導体発
光素子(2)及び第一の外部端子(3)及び第二の外部端子
(4)の半導体発光素子(2)側の端部を被覆する。コーティ
ング材(10)は金属アルコキシドをゾル−ゲル法により加
水分解重合して成る溶液、セラミック前駆体ポリマーを
含有する溶液又はこれらの組み合わせから成るコーティ
ング材形成溶液を固化して形成される。
【００２２】耐紫外線性及び耐熱性を有するコーティン
グ材(10)を使用することによりコーティング材(10)自体
及びこれを被覆する被覆体(8)の黄変・着色を防止し
て、半導体発光装置の光学特性の劣化を防止すると共
に、被覆体(8)とコーティング材(10)との二重被覆体に
より耐環境性を維持することができる。
グ材(10)を使用することによりコーティング材(10)自体
及びこれを被覆する被覆体(8)の黄変・着色を防止し
て、半導体発光装置の光学特性の劣化を防止すると共
に、被覆体(8)とコーティング材(10)との二重被覆体に
より耐環境性を維持することができる。
【００２３】本発明の実施の形態では、コーティング材
(10)は、コーティング材形成溶液を乾燥・焼成して固化
することにより形成され、コーティング材(10)は半導体
発光素子(2)に強固に密着する。第一の外部端子(3)及び
第二の外部端子(4)の一方の端部に凹部(3a)が形成さ
れ、半導体発光素子(2)はコーティング材(10)と共に凹
部(3a)の底部(3b)に固着される。金属アルコキシドはSi
(OCH3)4、Si(OC2H5)4、Si(i-OC3H7)4、Si(t-OC4H9)4等
のシリコンテトラアルコキシド、ZrSi(OCH3)4、Zr(OC2H
5)4、Zr(OC3H7)4、Si(OC4H9)4、Al(OCH3)3、Al(OC
2H5)3、Al(iso-OC3H7)3、Al(OC4H9)3、Ti(OCH3)4、Ti(O
C2H5)4、Ti(iso-OC3H7)4、Ti(OC4H9)4等の単一金属アル
コキシド又はLa[Al(iso-OC3H7)4)3、Mg[Al(iso-OC
3H7)4]2、Mg[Al(sec-OC4H9)4]2、Ni[Al(iso-OC
3H7)4]2、Ba[Zr2(C2H5)9]2、(OC3H7)2Zr[Al(OC3H7)4]2
等の二金属アルコキシド又は多金属アルコキシドから選
択される。セラミック前駆体ポリマーはペルヒドロポリ
シラザンである。コーティング材(10)は、金属アルコキ
シド又はセラミック前駆体ポリマーを半導体発光素子
(2)の融点よりも低い温度で焼成して形成される。コー
ティング材(10)は、メタロキサン（metaloxane）結合を
主体とする透明なコーティング層であり、例えば固形ガ
ラス層である。金属アルコキシドは、一般式：M(OR)nで
表され、Mは珪素(Si)、アルミニウム(Al)、ジルコニウ
ム(Zr)又はチタン(Ti)から成る群から選ばれた少なくと
も一種の金属、Rは同種又は異種の炭素数１〜２２の飽
和又は不飽和脂肪属炭化水素基、nは金属の原子価に相
当する数をいう。
(10)は、コーティング材形成溶液を乾燥・焼成して固化
することにより形成され、コーティング材(10)は半導体
発光素子(2)に強固に密着する。第一の外部端子(3)及び
第二の外部端子(4)の一方の端部に凹部(3a)が形成さ
れ、半導体発光素子(2)はコーティング材(10)と共に凹
部(3a)の底部(3b)に固着される。金属アルコキシドはSi
(OCH3)4、Si(OC2H5)4、Si(i-OC3H7)4、Si(t-OC4H9)4等
のシリコンテトラアルコキシド、ZrSi(OCH3)4、Zr(OC2H
5)4、Zr(OC3H7)4、Si(OC4H9)4、Al(OCH3)3、Al(OC
2H5)3、Al(iso-OC3H7)3、Al(OC4H9)3、Ti(OCH3)4、Ti(O
C2H5)4、Ti(iso-OC3H7)4、Ti(OC4H9)4等の単一金属アル
コキシド又はLa[Al(iso-OC3H7)4)3、Mg[Al(iso-OC
3H7)4]2、Mg[Al(sec-OC4H9)4]2、Ni[Al(iso-OC
3H7)4]2、Ba[Zr2(C2H5)9]2、(OC3H7)2Zr[Al(OC3H7)4]2
等の二金属アルコキシド又は多金属アルコキシドから選
択される。セラミック前駆体ポリマーはペルヒドロポリ
シラザンである。コーティング材(10)は、金属アルコキ
シド又はセラミック前駆体ポリマーを半導体発光素子
(2)の融点よりも低い温度で焼成して形成される。コー
ティング材(10)は、メタロキサン（metaloxane）結合を
主体とする透明なコーティング層であり、例えば固形ガ
ラス層である。金属アルコキシドは、一般式：M(OR)nで
表され、Mは珪素(Si)、アルミニウム(Al)、ジルコニウ
ム(Zr)又はチタン(Ti)から成る群から選ばれた少なくと
も一種の金属、Rは同種又は異種の炭素数１〜２２の飽
和又は不飽和脂肪属炭化水素基、nは金属の原子価に相
当する数をいう。
【００２４】半導体発光素子(2)の上面に形成された電
極(2f, 2g)は、第一のリード細線(5)及び第二のリード
細線(6)により第一の外部端子(3)及び第二の外部端子
(4)に電気的に接続され、半導体発光素子(2)、電極(2f,
2g)及び電極(2f, 2g)に接続された第一のリード細線
(5)及び第二のリード細線(6)の端部はコーティング材(1
0)により被覆され、コーティング材(10)は半導体発光素
子(2)に接続された第一のリード細線(5)及び第二のリー
ド細線(6)の端部に強固に密着する。
極(2f, 2g)は、第一のリード細線(5)及び第二のリード
細線(6)により第一の外部端子(3)及び第二の外部端子
(4)に電気的に接続され、半導体発光素子(2)、電極(2f,
2g)及び電極(2f, 2g)に接続された第一のリード細線
(5)及び第二のリード細線(6)の端部はコーティング材(1
0)により被覆され、コーティング材(10)は半導体発光素
子(2)に接続された第一のリード細線(5)及び第二のリー
ド細線(6)の端部に強固に密着する。
【００２５】基体(3, 4, 11)を構成する絶縁性基板(11)
の一方の主面に凹部(3a)が形成され、絶縁性基板(11)の
一方の主面に沿って互いに反対方向に延びる第一の外部
端子(3)及び第二の外部端子(4)が形成され、凹部(3a)の
底部(3b)にて第一の外部端子(3)及び第二の外部端子(4)
の一方に半導体発光素子(2)が固着される。第一の外部
端子(3)及び第二の外部端子(4)は絶縁性基板(11)の一方
の主面から側面に沿って他方の主面に延びる。
の一方の主面に凹部(3a)が形成され、絶縁性基板(11)の
一方の主面に沿って互いに反対方向に延びる第一の外部
端子(3)及び第二の外部端子(4)が形成され、凹部(3a)の
底部(3b)にて第一の外部端子(3)及び第二の外部端子(4)
の一方に半導体発光素子(2)が固着される。第一の外部
端子(3)及び第二の外部端子(4)は絶縁性基板(11)の一方
の主面から側面に沿って他方の主面に延びる。
【００２６】凹部(3a)の上端部から突出せずにコーティ
ング材(10)を形成すれば、隣接した半導体発光装置(20)
同士の偽灯の発生を防止することができる。被覆体(8)
は樹脂から成り、半導体発光素子(2)から照射される光
は、コーティング材(10)内を通過した後、被覆体(8)の
外部に放出される。半導体発光素子(2)から放射された
光成分はガラス層に達してコーティング材(10)内で異な
る波長に波長変換された光と、波長変換されない半導体
発光素子(2)からの光成分とが混合して被覆体(8)を通し
て外部に放出される。
ング材(10)を形成すれば、隣接した半導体発光装置(20)
同士の偽灯の発生を防止することができる。被覆体(8)
は樹脂から成り、半導体発光素子(2)から照射される光
は、コーティング材(10)内を通過した後、被覆体(8)の
外部に放出される。半導体発光素子(2)から放射された
光成分はガラス層に達してコーティング材(10)内で異な
る波長に波長変換された光と、波長変換されない半導体
発光素子(2)からの光成分とが混合して被覆体(8)を通し
て外部に放出される。
【００２７】特定の発光波長を吸収する光吸収物質、半
導体発光素子(2)の発光を散乱する光散乱材(10b)又はコ
ーティング材(10)のクラックを防止する結合材(10b)が
コーティング材(10)内に配合される。
導体発光素子(2)の発光を散乱する光散乱材(10b)又はコ
ーティング材(10)のクラックを防止する結合材(10b)が
コーティング材(10)内に配合される。
【００２８】本発明による半導体発光装置の製法は、基
体(3, 4, 11)に凹部(3a)を形成する工程と、半導体発光
素子(2)を凹部(3a)の底部(3b)に固着すると共に、半導
体発光素子(2)に形成された電極(2f, 2g)を第一の外部
端子(3)及び第二の外部端子(4)に電気的に接続する工程
と、半導体発光素子(2)から照射される光に対して光透
過性を有し、且つ金属アルコキシドをゾル−ゲル法によ
り加水分解重合して成る溶液、セラミック前駆体ポリマ
ーを含有する溶液又はこれらの組み合わせから成るコー
ティング材形成溶液を凹部(3a)内に注入して、半導体発
光素子(2)、電極(2f, 2g)及び電極(2f, 2g)に接続され
た第一のリード細線(5)及び第二のリード細線(6)の端部
を被覆する工程と、コーティング材形成溶液を焼成して
半導体発光素子(2)を被覆するコーティング材(10)を形
成する工程とを含む。
体(3, 4, 11)に凹部(3a)を形成する工程と、半導体発光
素子(2)を凹部(3a)の底部(3b)に固着すると共に、半導
体発光素子(2)に形成された電極(2f, 2g)を第一の外部
端子(3)及び第二の外部端子(4)に電気的に接続する工程
と、半導体発光素子(2)から照射される光に対して光透
過性を有し、且つ金属アルコキシドをゾル−ゲル法によ
り加水分解重合して成る溶液、セラミック前駆体ポリマ
ーを含有する溶液又はこれらの組み合わせから成るコー
ティング材形成溶液を凹部(3a)内に注入して、半導体発
光素子(2)、電極(2f, 2g)及び電極(2f, 2g)に接続され
た第一のリード細線(5)及び第二のリード細線(6)の端部
を被覆する工程と、コーティング材形成溶液を焼成して
半導体発光素子(2)を被覆するコーティング材(10)を形
成する工程とを含む。
【００２９】本発明の実施の形態では、金属アルコキシ
ドを含有する溶液を凹部(3a)内に注入する工程、絶縁性
基板(11)により基体(3, 4, 11)を形成する工程、コーテ
ィング材(10)を更に被覆体(8)により封止する工程、コ
ーティング材(10)により、半導体発光素子(2)及び第一
の外部端子(3)及び第二の外部端子(4)と強固に密着する
工程、第一の外部端子(3)及び第二の外部端子(4)の一方
の端部を基体(3, 4, 11)として凹部(3a)を形成する工程
又は半導体発光素子(2)の融点よりも低い温度でコーテ
ィング材形成溶液を焼成してコーティング材(10)を形成
する工程を含んでもよい。また、基体(3, 4, 11)として
の絶縁性基板(11)の一方の主面に凹部(3a)を形成する工
程と、絶縁性基板(11)の一方の主面に沿って互いに反対
方向に延びる第一の外部端子(3)及び第二の外部端子(4)
を形成する工程とを含んでもよい。半導体発光素子(2)
の電極(2f, 2g)と第一の外部端子(3)及び第二の外部端
子(4)とを第一のリード細線(5)及び第二のリード細線
(6)により電気的に接続する工程を含んでもよい。
ドを含有する溶液を凹部(3a)内に注入する工程、絶縁性
基板(11)により基体(3, 4, 11)を形成する工程、コーテ
ィング材(10)を更に被覆体(8)により封止する工程、コ
ーティング材(10)により、半導体発光素子(2)及び第一
の外部端子(3)及び第二の外部端子(4)と強固に密着する
工程、第一の外部端子(3)及び第二の外部端子(4)の一方
の端部を基体(3, 4, 11)として凹部(3a)を形成する工程
又は半導体発光素子(2)の融点よりも低い温度でコーテ
ィング材形成溶液を焼成してコーティング材(10)を形成
する工程を含んでもよい。また、基体(3, 4, 11)として
の絶縁性基板(11)の一方の主面に凹部(3a)を形成する工
程と、絶縁性基板(11)の一方の主面に沿って互いに反対
方向に延びる第一の外部端子(3)及び第二の外部端子(4)
を形成する工程とを含んでもよい。半導体発光素子(2)
の電極(2f, 2g)と第一の外部端子(3)及び第二の外部端
子(4)とを第一のリード細線(5)及び第二のリード細線
(6)により電気的に接続する工程を含んでもよい。
【００３０】また、本発明の実施の形態では、第一の外
部端子(3)及び第二の外部端子(4)の一方の端部に凹部(3
a)を形成する工程と、半導体発光素子(2)を凹部(3a)の
底部(3b)に固着する工程と、半導体発光素子(2)の上面
に形成された電極(2f, 2g)と第一の外部端子(3)及び第
二の外部端子(4)とをリード細線により電気的に接続す
る工程と、半導体発光素子(2)から照射される光に対し
て光透過性を有し且つ半導体発光素子(2)から照射され
る光を吸収して他の発光波長に変換する蛍光物質を含み
且つ金属アルコキシド又はセラミック前駆体ポリマーか
ら成るコーティング材形成溶液を凹部(3a)内に注入し
て、半導体発光素子(2)、電極(2f, 2g)及び電極(2f, 2
g)に接続されたリード細線の端部を被覆する工程と、コ
ーティング材(10)を更に被覆体(8)により封止する工程
とを含み、コーティング材(10)は、半導体発光素子(2)
及び外部端子(3, 4)と強固に密着する。
部端子(3)及び第二の外部端子(4)の一方の端部に凹部(3
a)を形成する工程と、半導体発光素子(2)を凹部(3a)の
底部(3b)に固着する工程と、半導体発光素子(2)の上面
に形成された電極(2f, 2g)と第一の外部端子(3)及び第
二の外部端子(4)とをリード細線により電気的に接続す
る工程と、半導体発光素子(2)から照射される光に対し
て光透過性を有し且つ半導体発光素子(2)から照射され
る光を吸収して他の発光波長に変換する蛍光物質を含み
且つ金属アルコキシド又はセラミック前駆体ポリマーか
ら成るコーティング材形成溶液を凹部(3a)内に注入し
て、半導体発光素子(2)、電極(2f, 2g)及び電極(2f, 2
g)に接続されたリード細線の端部を被覆する工程と、コ
ーティング材(10)を更に被覆体(8)により封止する工程
とを含み、コーティング材(10)は、半導体発光素子(2)
及び外部端子(3, 4)と強固に密着する。
【００３１】本発明の他の実施の形態では、基体(3, 4,
11)を構成する絶縁性基板(11)の一方の主面に凹部(3a)
を形成する工程と、絶縁性基板(11)の一方の主面に沿っ
て互いに反対方向に延びる第一の外部端子(3)及び第二
の外部端子(4)を形成する工程と、凹部(3a)の底部(3b)
にて第一の外部端子(3)及び第二の外部端子(4)の一方に
半導体発光素子(2)を固着する工程と、半導体発光素子
(2)の上面に形成された電極(2f, 2g)と一対の外部端子
とをリード細線(5, 6)により電気的に接続する工程と、
半導体発光素子(2)から照射される光に対して光透過性
を有し且つ半導体発光素子(2)から照射される光を吸収
して他の発光波長に変換する蛍光物質を含み且つ金属ア
ルコキシド又はセラミック前駆体ポリマーから成るコー
ティング材形成溶液を凹部(3a)内に注入して、半導体発
光素子(2)、電極(2f, 2g)及び電極(2f, 2g)に接続され
たリード細線(5, 6)の端部を被覆する工程と、コーティ
ング材形成溶液を焼成してコーティング材(10)を形成す
る工程と、コーティング材(10)を更に封止樹脂により封
止する工程とを含み、コーティング材(10)は、半導体発
光素子(2)及び外部端子と強固に密着する。コーティン
グ材(10)は、コーティング材形成溶液を半導体発光素子
(2)の融点よりも低い温度で焼成して形成される。
11)を構成する絶縁性基板(11)の一方の主面に凹部(3a)
を形成する工程と、絶縁性基板(11)の一方の主面に沿っ
て互いに反対方向に延びる第一の外部端子(3)及び第二
の外部端子(4)を形成する工程と、凹部(3a)の底部(3b)
にて第一の外部端子(3)及び第二の外部端子(4)の一方に
半導体発光素子(2)を固着する工程と、半導体発光素子
(2)の上面に形成された電極(2f, 2g)と一対の外部端子
とをリード細線(5, 6)により電気的に接続する工程と、
半導体発光素子(2)から照射される光に対して光透過性
を有し且つ半導体発光素子(2)から照射される光を吸収
して他の発光波長に変換する蛍光物質を含み且つ金属ア
ルコキシド又はセラミック前駆体ポリマーから成るコー
ティング材形成溶液を凹部(3a)内に注入して、半導体発
光素子(2)、電極(2f, 2g)及び電極(2f, 2g)に接続され
たリード細線(5, 6)の端部を被覆する工程と、コーティ
ング材形成溶液を焼成してコーティング材(10)を形成す
る工程と、コーティング材(10)を更に封止樹脂により封
止する工程とを含み、コーティング材(10)は、半導体発
光素子(2)及び外部端子と強固に密着する。コーティン
グ材(10)は、コーティング材形成溶液を半導体発光素子
(2)の融点よりも低い温度で焼成して形成される。
【００３２】
【発明の実施の形態】窒化ガリウム系化合物から成る発
光ダイオード装置に適用した本発明による半導体発光装
置の実施の形態を図１〜図３について以下説明する。図
１〜図３に示す実施の形態では、図４に示す箇所と同一
の部分には同一の符号を付す。
光ダイオード装置に適用した本発明による半導体発光装
置の実施の形態を図１〜図３について以下説明する。図
１〜図３に示す実施の形態では、図４に示す箇所と同一
の部分には同一の符号を付す。
【００３３】図１に示すように、本実施の形態による発
光ダイオード装置(20)は、一方の端部側に凹部（皿形状
の電極）(3a)及び第一のワイヤ接続部(9a)が形成された
第一の外部端子(3)と、一方の端部側に第二のワイヤ接
続部(9b)が形成された第二の外部端子(4)と、凹部(3a)
の底面に固着された発光ダイオードチップ(2)と、第一
及び第二のワイヤ接続部(9a, 9b)と発光ダイオードチッ
プ(2)との間に接続された第一及び第二のリード細線(5,
6)と、凹部(3a)内に充填され発光ダイオードチップ(2)
を被覆するコーティング材(10)と、コーティング材(10)
の外側を被覆する被覆体(8)とを備えている。第一の外
部端子(3)と第二の外部端子(4)は周知のリードフレーム
から基体として構成され、凹部(3a)は第一の外部端子
(3)を長さ方向に押し潰して形成される。
光ダイオード装置(20)は、一方の端部側に凹部（皿形状
の電極）(3a)及び第一のワイヤ接続部(9a)が形成された
第一の外部端子(3)と、一方の端部側に第二のワイヤ接
続部(9b)が形成された第二の外部端子(4)と、凹部(3a)
の底面に固着された発光ダイオードチップ(2)と、第一
及び第二のワイヤ接続部(9a, 9b)と発光ダイオードチッ
プ(2)との間に接続された第一及び第二のリード細線(5,
6)と、凹部(3a)内に充填され発光ダイオードチップ(2)
を被覆するコーティング材(10)と、コーティング材(10)
の外側を被覆する被覆体(8)とを備えている。第一の外
部端子(3)と第二の外部端子(4)は周知のリードフレーム
から基体として構成され、凹部(3a)は第一の外部端子
(3)を長さ方向に押し潰して形成される。
【００３４】発光ダイオードチップ(2)は、３６５nm〜
５５０nmの波長で発光する窒化ガリウム系化合物半導体
から成り、本実施の形態では発光波長のピークが約４４
０nm〜４７０nmのGaN系の青色発光ダイオードチップを
使用する。窒化ガリウム系半導体は、周知のエピタキシ
ャル成長方法等でサファイア等より成る基体としての絶
縁性基板(2)上に形成されたIn(1-X)GaXN（但し、０＜Ｘ
≦１）で表される。図２に示す実施の形態では、発光ダ
イオードチップ(2)は、周知のエピタキシャル成長方法
によってサファイアの絶縁性基板(2a)上に例えば、GaN
から成る窒化ガリウム系半導体によってバッファ層(2b)
が形成される。例えば、GaNから成る窒化ガリウム系半
導体によってバッファ層(2b)の上にｎ形半導体領域(2c)
が形成される。エピタキシャル成長方法によってｎ形半
導体領域(2c)上に、例えば、InGaNから成る窒化ガリウ
ム系半導体によって活性層(2d)が形成される。活性層(2
d)上に形成される半導体基体(2e)は、例えば、GaNから
成るｐ形半導体領域を備えた窒化ガリウム系半導体であ
る。半導体基体(2e)上に形成されたアノード電極(2f)は
半導体基体(2e)の上面に露出するｐ形半導体領域に電気
的に接続される。ｐ形半導体領域を備えた半導体基体(2
e)と活性層(2d)の一部には、ｎ形半導体領域(2c)が露出
する切欠部(2h)が形成される。ｎ形半導体領域(2c)上に
形成されたカソード電極(2g)は、ｎ形半導体領域(2c)に
電気的に接続される。
５５０nmの波長で発光する窒化ガリウム系化合物半導体
から成り、本実施の形態では発光波長のピークが約４４
０nm〜４７０nmのGaN系の青色発光ダイオードチップを
使用する。窒化ガリウム系半導体は、周知のエピタキシ
ャル成長方法等でサファイア等より成る基体としての絶
縁性基板(2)上に形成されたIn(1-X)GaXN（但し、０＜Ｘ
≦１）で表される。図２に示す実施の形態では、発光ダ
イオードチップ(2)は、周知のエピタキシャル成長方法
によってサファイアの絶縁性基板(2a)上に例えば、GaN
から成る窒化ガリウム系半導体によってバッファ層(2b)
が形成される。例えば、GaNから成る窒化ガリウム系半
導体によってバッファ層(2b)の上にｎ形半導体領域(2c)
が形成される。エピタキシャル成長方法によってｎ形半
導体領域(2c)上に、例えば、InGaNから成る窒化ガリウ
ム系半導体によって活性層(2d)が形成される。活性層(2
d)上に形成される半導体基体(2e)は、例えば、GaNから
成るｐ形半導体領域を備えた窒化ガリウム系半導体であ
る。半導体基体(2e)上に形成されたアノード電極(2f)は
半導体基体(2e)の上面に露出するｐ形半導体領域に電気
的に接続される。ｐ形半導体領域を備えた半導体基体(2
e)と活性層(2d)の一部には、ｎ形半導体領域(2c)が露出
する切欠部(2h)が形成される。ｎ形半導体領域(2c)上に
形成されたカソード電極(2g)は、ｎ形半導体領域(2c)に
電気的に接続される。
【００３５】発光ダイオード装置(20)では、発光ダイオ
ードチップ(2)の下面は、無機材料を含有する接着性樹
脂から成る接着剤(12)又はポリメタロキサン又はセラミ
ックから成る接着剤(12)を介して凹部(3a)の底面に固着
される。接着性樹脂は、例えばエポキシ樹脂又はシリコ
ーン樹脂が好適である。接着性樹脂に混合する無機材料
は、銀、アルミニウム、酸化チタン、シリカ等が好まし
い。更に、ポリメタロキサン又はセラミックから成る接
着剤(12)を使用すれば、発光ダイオードチップ(2)から
放出される短波長の光の照射による接着性樹脂の劣化・
変色及び劣化・変色に伴う光吸収を防止できる。接着剤
(12)の変色及び光吸収を防止できる本実施の形態の発光
ダイオード装置(1)は発光ダイオードチップ(2)の保護樹
脂との機能と相俟って発光輝度を向上することができ
る。
ードチップ(2)の下面は、無機材料を含有する接着性樹
脂から成る接着剤(12)又はポリメタロキサン又はセラミ
ックから成る接着剤(12)を介して凹部(3a)の底面に固着
される。接着性樹脂は、例えばエポキシ樹脂又はシリコ
ーン樹脂が好適である。接着性樹脂に混合する無機材料
は、銀、アルミニウム、酸化チタン、シリカ等が好まし
い。更に、ポリメタロキサン又はセラミックから成る接
着剤(12)を使用すれば、発光ダイオードチップ(2)から
放出される短波長の光の照射による接着性樹脂の劣化・
変色及び劣化・変色に伴う光吸収を防止できる。接着剤
(12)の変色及び光吸収を防止できる本実施の形態の発光
ダイオード装置(1)は発光ダイオードチップ(2)の保護樹
脂との機能と相俟って発光輝度を向上することができ
る。
【００３６】凹部(3a)の深さは、発光ダイオードチップ
(2)の高さよりも大きく、凹部(3a)の底面(3b)に固着さ
れた発光ダイオードチップ(2)の上面は凹部(3a)の主面
よりも内側に位置する。このため、発光ダイオード装置
(1)では、凹部(3a)の内側に十分な量のコーティング材
(10)を形成することができる。
(2)の高さよりも大きく、凹部(3a)の底面(3b)に固着さ
れた発光ダイオードチップ(2)の上面は凹部(3a)の主面
よりも内側に位置する。このため、発光ダイオード装置
(1)では、凹部(3a)の内側に十分な量のコーティング材
(10)を形成することができる。
【００３７】発光ダイオードチップ(2)のアノード電極
(2f)は、第一のリード細線(5)により第一の外部端子(3)
に形成された第一のワイヤ接続部(9a)に電気的に接続さ
れる。発光ダイオードチップ(2)のカソード電極(2g)
は、第二のリード細線(6)により第二の外部端子(4)に形
成された第二のワイヤ接続部(9b)に電気的に接続され
る。従って、第一の外部端子(3)はアノード電極として
機能し、第二の外部端子(4)はカソード電極として機能
する。第一のリード細線(5)と第二のリード細線(6)の接
続は周知のワイヤボンディング方法によって容易に行う
ことができる。
(2f)は、第一のリード細線(5)により第一の外部端子(3)
に形成された第一のワイヤ接続部(9a)に電気的に接続さ
れる。発光ダイオードチップ(2)のカソード電極(2g)
は、第二のリード細線(6)により第二の外部端子(4)に形
成された第二のワイヤ接続部(9b)に電気的に接続され
る。従って、第一の外部端子(3)はアノード電極として
機能し、第二の外部端子(4)はカソード電極として機能
する。第一のリード細線(5)と第二のリード細線(6)の接
続は周知のワイヤボンディング方法によって容易に行う
ことができる。
【００３８】凹部(3a)の内側に配置されたコーティング
材(10)によって発光ダイオードチップ(2)の上面及び側
面が被覆される。コーティング材(10)は金属アルコキシ
ドをゾル−ゲル法により加水分解重合して成る溶液、セ
ラミック前駆体ポリマーを含有する溶液又はこれらの組
み合わせを出発原料とするコーティング材形成溶液から
成る。これらのコーティング材形成溶液は、耐紫外線特
性、耐熱性に優れ高温環境下又は紫外線下でも実質的に
黄変・着色を生じない。このため、コーティング材(10)
は、発光ダイオードチップ(2)から生ずる短波長の光が
比較的長時間照射され温度上昇が生じても、発光ダイオ
ードチップ(2)からの発光を減衰させる黄変・着色が発
生しない。従来の発光ダイオードの樹脂封止体と同様
に、被覆体(8)は耐紫外線特性にあまり優れていないエ
ポキシ系樹脂から成るが、発光ダイオードチップ(2)と
被覆体(8)との間に介在する耐紫外線特性に優れたコー
ティング材(10)によって、紫外線による被覆体(8)の黄
変・着色も良好に防止される。被覆体(8)の上部には発
光ダイオードチップ(2)から照射され又は凹部(3a)の表
面で反射した光を集光するレンズ部(8a)が形成される。
材(10)によって発光ダイオードチップ(2)の上面及び側
面が被覆される。コーティング材(10)は金属アルコキシ
ドをゾル−ゲル法により加水分解重合して成る溶液、セ
ラミック前駆体ポリマーを含有する溶液又はこれらの組
み合わせを出発原料とするコーティング材形成溶液から
成る。これらのコーティング材形成溶液は、耐紫外線特
性、耐熱性に優れ高温環境下又は紫外線下でも実質的に
黄変・着色を生じない。このため、コーティング材(10)
は、発光ダイオードチップ(2)から生ずる短波長の光が
比較的長時間照射され温度上昇が生じても、発光ダイオ
ードチップ(2)からの発光を減衰させる黄変・着色が発
生しない。従来の発光ダイオードの樹脂封止体と同様
に、被覆体(8)は耐紫外線特性にあまり優れていないエ
ポキシ系樹脂から成るが、発光ダイオードチップ(2)と
被覆体(8)との間に介在する耐紫外線特性に優れたコー
ティング材(10)によって、紫外線による被覆体(8)の黄
変・着色も良好に防止される。被覆体(8)の上部には発
光ダイオードチップ(2)から照射され又は凹部(3a)の表
面で反射した光を集光するレンズ部(8a)が形成される。
【００３９】コーティング材(10)を構成するコーティン
グ材形成溶液は、通常は液状であるが、空気中又は酸素
雰囲気中で加熱すると成分の分解又は酸素の吸収により
金属酸化物のメタロキサン（metaloxane）結合を主体と
する透明なコーティング材を生成する。これらのコーテ
ィング材形成溶液に蛍光物質(10a)の粉末を混合して半
導体発光素子(2)の周囲に塗布すれば、光変換作用を発
揮する蛍光物質(10a)を含有するコーティング材(10)を
形成することができる。
グ材形成溶液は、通常は液状であるが、空気中又は酸素
雰囲気中で加熱すると成分の分解又は酸素の吸収により
金属酸化物のメタロキサン（metaloxane）結合を主体と
する透明なコーティング材を生成する。これらのコーテ
ィング材形成溶液に蛍光物質(10a)の粉末を混合して半
導体発光素子(2)の周囲に塗布すれば、光変換作用を発
揮する蛍光物質(10a)を含有するコーティング材(10)を
形成することができる。
【００４０】図１に示す半導体発光装置を製造する際
に、一対の外部端子(3, 4)の一方の端部に凹部(3a)を形
成した後、凹部(3a)の底部(3b)に半導体発光素子(2)を
固着する。次に、半導体発光素子(2)の上面に形成され
た電極(2f, 2g)と一対の外部端子(3, 4)とをリード細線
(5, 6)により電気的に接続した後、金属アルコキシド又
はセラミック前駆体ポリマーから成るコーティング材形
成溶液を凹部(3a)内に注入して、半導体発光素子(2)、
電極(2f, 2g)及び電極(2f, 2g)に接続されたリード細線
(5, 6)の端部を被覆する。このコーティング材形成溶液
は、半導体発光素子(2)から照射される光を吸収して他
の発光波長に変換する蛍光物質(10a)を含む。その後、
コーティング材形成溶液を焼成してコーティング材(10)
を形成し、コーティング材(10)を更に封止樹脂(8)によ
り封止する。コーティング材(10)は、半導体発光素子
(2)及び外部端子(3, 4)と強固に密着する。
に、一対の外部端子(3, 4)の一方の端部に凹部(3a)を形
成した後、凹部(3a)の底部(3b)に半導体発光素子(2)を
固着する。次に、半導体発光素子(2)の上面に形成され
た電極(2f, 2g)と一対の外部端子(3, 4)とをリード細線
(5, 6)により電気的に接続した後、金属アルコキシド又
はセラミック前駆体ポリマーから成るコーティング材形
成溶液を凹部(3a)内に注入して、半導体発光素子(2)、
電極(2f, 2g)及び電極(2f, 2g)に接続されたリード細線
(5, 6)の端部を被覆する。このコーティング材形成溶液
は、半導体発光素子(2)から照射される光を吸収して他
の発光波長に変換する蛍光物質(10a)を含む。その後、
コーティング材形成溶液を焼成してコーティング材(10)
を形成し、コーティング材(10)を更に封止樹脂(8)によ
り封止する。コーティング材(10)は、半導体発光素子
(2)及び外部端子(3, 4)と強固に密着する。
【００４１】発光ダイオード装置(20)では凹部(3a)に固
着された発光ダイオードチップ(2)は、蛍光物質(10a)を
含有するコーティング材(10)により被覆され、更に封止
樹脂(8)により被覆される。製造の際に、発光ダイオー
ドチップ(2)の上部より蛍光物質(10a)を含むコーティン
グ材形成溶液を凹部(3a)内に注入して、約１５０℃〜２
００℃の温度で焼成し、蛍光物質(10a)を含有するコー
ティング材(10)を固化形成した後に、外部端子(3, 4)の
端部全体を透明な封止樹脂(8)で封止する。コーティン
グ材(10)の焼成温度は発光ダイオードチップ(2)の融点
よりも十分に低い。
着された発光ダイオードチップ(2)は、蛍光物質(10a)を
含有するコーティング材(10)により被覆され、更に封止
樹脂(8)により被覆される。製造の際に、発光ダイオー
ドチップ(2)の上部より蛍光物質(10a)を含むコーティン
グ材形成溶液を凹部(3a)内に注入して、約１５０℃〜２
００℃の温度で焼成し、蛍光物質(10a)を含有するコー
ティング材(10)を固化形成した後に、外部端子(3, 4)の
端部全体を透明な封止樹脂(8)で封止する。コーティン
グ材(10)の焼成温度は発光ダイオードチップ(2)の融点
よりも十分に低い。
【００４２】発光ダイオード装置(20)の外部端子(3, 4)
間に電圧を印加して発光ダイオードチップ(2)に通電し
て発光ダイオードチップ(2)を発光させると、コーティ
ング材(10)内の蛍光物質(10a)によってその一部又は全
部がその発光波長と異なる他の波長に変換された後、封
止樹脂(8)の先端部に形成されたレンズ部(8a)によって
集光されて発光ダイオード装置(20)の外部に放出され
る。例えば、約４４０nmから約４７０nmの発光ピーク波
長を有するGaN系の青色の発光ダイオードチップ(2)を半
導体発光素子に用い、蛍光物質(10a)には付活剤としてC
e（セリウム）を添加したYAG（イットリウム・アルミニ
ウム・ガーネット、化学式Y3Al5O12、励起波長のピーク
約４５０nm、発光波長のピーク約５４０nmの黄緑色光）
を用いる。コーティング材(10)は、YAG蛍光物質(10a)の
粉末状微細結晶粒をコーティング材形成溶液に適量混合
して成る液状混合物を作成し、コーティング材形成溶液
を凹部(3a)内に注入した後に焼成して得られる。
間に電圧を印加して発光ダイオードチップ(2)に通電し
て発光ダイオードチップ(2)を発光させると、コーティ
ング材(10)内の蛍光物質(10a)によってその一部又は全
部がその発光波長と異なる他の波長に変換された後、封
止樹脂(8)の先端部に形成されたレンズ部(8a)によって
集光されて発光ダイオード装置(20)の外部に放出され
る。例えば、約４４０nmから約４７０nmの発光ピーク波
長を有するGaN系の青色の発光ダイオードチップ(2)を半
導体発光素子に用い、蛍光物質(10a)には付活剤としてC
e（セリウム）を添加したYAG（イットリウム・アルミニ
ウム・ガーネット、化学式Y3Al5O12、励起波長のピーク
約４５０nm、発光波長のピーク約５４０nmの黄緑色光）
を用いる。コーティング材(10)は、YAG蛍光物質(10a)の
粉末状微細結晶粒をコーティング材形成溶液に適量混合
して成る液状混合物を作成し、コーティング材形成溶液
を凹部(3a)内に注入した後に焼成して得られる。
【００４３】一方、封止樹脂(8)は、液状で透明なエポ
キシ樹脂を成形型に注入した後に発光ダイオードチップ
(2)、リード細線(5, 6)、コーティング材(10)を固着し
た外部端子(3, 4)の端部をエポキシ樹脂中に浸漬し且つ
位置決め治具によりエポキシ樹脂中の所定の位置に固定
し、エポキシ樹脂を加熱し硬化して得られる。発光ダイ
オード装置(20)から外部に放出される光の指向角を広げ
るため、必要に応じて粉末シリカ等の光散乱材又は結合
材(10b)を封止樹脂(8)に混合してもよい。本実施の形態
では、YAG蛍光物質(10a)の波長変換効率の最大値が比較
的高く、発光ダイオードチップ(2)の発光波長とYAG蛍光
物質(10a)の励起波長とが約４５０nmのピークでほぼ一
致するため、実効波長変換効率の高い明るい発光ダイオ
ード装置(20)が得られる。また、YAG蛍光物質(10a)の結
晶粒がコーティング材(10)中に分散しているので、発光
ダイオード装置(20)から外部に放出される光は、蛍光物
質(10a)で波長変換された光成分以外に蛍光物質(10a)の
結晶粒を透過せず波長変換されない本来の発光成分即ち
発光ダイオードチップ(2)から照射された光成分も含ま
れる。
キシ樹脂を成形型に注入した後に発光ダイオードチップ
(2)、リード細線(5, 6)、コーティング材(10)を固着し
た外部端子(3, 4)の端部をエポキシ樹脂中に浸漬し且つ
位置決め治具によりエポキシ樹脂中の所定の位置に固定
し、エポキシ樹脂を加熱し硬化して得られる。発光ダイ
オード装置(20)から外部に放出される光の指向角を広げ
るため、必要に応じて粉末シリカ等の光散乱材又は結合
材(10b)を封止樹脂(8)に混合してもよい。本実施の形態
では、YAG蛍光物質(10a)の波長変換効率の最大値が比較
的高く、発光ダイオードチップ(2)の発光波長とYAG蛍光
物質(10a)の励起波長とが約４５０nmのピークでほぼ一
致するため、実効波長変換効率の高い明るい発光ダイオ
ード装置(20)が得られる。また、YAG蛍光物質(10a)の結
晶粒がコーティング材(10)中に分散しているので、発光
ダイオード装置(20)から外部に放出される光は、蛍光物
質(10a)で波長変換された光成分以外に蛍光物質(10a)の
結晶粒を透過せず波長変換されない本来の発光成分即ち
発光ダイオードチップ(2)から照射された光成分も含ま
れる。
【００４４】従って、発光波長ピーク約４４０nm〜約４
７０nmの青色光である発光ダイオードチップ(2)の発光
成分と、半値幅約１３０nmの幅広い波長分布を持った発
光波長ピーク約５４０nmの黄緑色光であるYAG蛍光物質
(10a)の発光成分とが混合された白色光が発光ダイオー
ド装置(20)から外部に放出される。この場合、コーティ
ング材形成溶液に混合するYAG蛍光物質(10a)粉末の量を
調整し、コーティング材(10)内の分布濃度を変更するこ
とにより発光ダイオード装置(20)の発光色の色調を調整
することができる。また、YAG蛍光物質(10a)の製造時に
適当な添加物を適量添加して結晶構造を一部変更して発
光波長分布をシフトすると、発光ダイオード装置(20)の
発光色を更に異なる色調に調整することができる。例え
ばGa（ガリウム）又はLu（ルテチウム）を添加して短波
長側にシフトし、Gd（ガドリニウム）を添加して長波長
側にシフトすることができる。
７０nmの青色光である発光ダイオードチップ(2)の発光
成分と、半値幅約１３０nmの幅広い波長分布を持った発
光波長ピーク約５４０nmの黄緑色光であるYAG蛍光物質
(10a)の発光成分とが混合された白色光が発光ダイオー
ド装置(20)から外部に放出される。この場合、コーティ
ング材形成溶液に混合するYAG蛍光物質(10a)粉末の量を
調整し、コーティング材(10)内の分布濃度を変更するこ
とにより発光ダイオード装置(20)の発光色の色調を調整
することができる。また、YAG蛍光物質(10a)の製造時に
適当な添加物を適量添加して結晶構造を一部変更して発
光波長分布をシフトすると、発光ダイオード装置(20)の
発光色を更に異なる色調に調整することができる。例え
ばGa（ガリウム）又はLu（ルテチウム）を添加して短波
長側にシフトし、Gd（ガドリニウム）を添加して長波長
側にシフトすることができる。
【００４５】尚、前記実施の形態では、コーティング材
(10)に蛍光物質(10a)を混入した構造としたが、コーテ
ィング材(10)に蛍光物質を入れない構造とすることもで
きる。この場合、発光ダイオードチップ(2)から照射さ
れた光を波長変換せずに被覆体(8)の外部に放出するこ
とができる。この場合も、発光ダイオードチップ(2)か
らの光を減衰させずに外部に光を放出させることができ
る。
(10)に蛍光物質(10a)を混入した構造としたが、コーテ
ィング材(10)に蛍光物質を入れない構造とすることもで
きる。この場合、発光ダイオードチップ(2)から照射さ
れた光を波長変換せずに被覆体(8)の外部に放出するこ
とができる。この場合も、発光ダイオードチップ(2)か
らの光を減衰させずに外部に光を放出させることができ
る。
【００４６】本発明では更に光学的特性や作業性を向上
するため、種々の改善も可能である。例えば、コーティ
ング材(10)内に光散乱材を混入して発光ダイオードチッ
プ(2)の光を散乱させ、蛍光物質(10a)に当たる発光ダイ
オードチップ(2)の光量が増加し、波長変換効率を向上
すると共に、発光ダイオード装置(20)から外部に放出さ
れる光の指向角を広げることができる。コーティング材
(10)のクラックを防止する結合材を配合できる。コーテ
ィング材形成溶液の粘度を高くしたり、コーティング材
形成溶液の使用量を減らすこともできる。このような場
合は、図３に示すように、コーティング材形成溶液に蛍
光物質(10a)の粉末と共にシリカ、酸化チタン等のセラ
ミック粉末(10b)を目的に応じて適量混合すればよい。
するため、種々の改善も可能である。例えば、コーティ
ング材(10)内に光散乱材を混入して発光ダイオードチッ
プ(2)の光を散乱させ、蛍光物質(10a)に当たる発光ダイ
オードチップ(2)の光量が増加し、波長変換効率を向上
すると共に、発光ダイオード装置(20)から外部に放出さ
れる光の指向角を広げることができる。コーティング材
(10)のクラックを防止する結合材を配合できる。コーテ
ィング材形成溶液の粘度を高くしたり、コーティング材
形成溶液の使用量を減らすこともできる。このような場
合は、図３に示すように、コーティング材形成溶液に蛍
光物質(10a)の粉末と共にシリカ、酸化チタン等のセラ
ミック粉末(10b)を目的に応じて適量混合すればよい。
【００４７】形成されたコーティング材(10)は、光変換
作用のみならず、下記の優れた特性を備えている。
作用のみならず、下記の優れた特性を備えている。
【００４８】[１] コーティング材(10)により被覆体
(8)の黄変・着色を防止できる。 [２] 比較的安価な材料を使用して、ポッティング法や
トランスファモールド法により樹脂封止が可能となり、
製造コストの低減を実現できる。 [３] ハーメチックシール構造の発光装置に比較して、
安価な短波長の半導体発光装置を実現できる。 [４] 十分実用に適する短波長の半導体発光装置を実現
できる。 [５] コーティング材(10)による光減衰は比較的小さ
い。 [６] 発光ダイオードチップ(2)とコーティング材(10)
との屈折率の差は比較的小さいのでハーメチックシール
構造を採用した場合に比べて発光ダイオードチップ(2)
の界面での反射を減少できる。 [７] 発光ダイオードチップ(2)から放射される光取出
効率を向上できる。 [８] 耐湿性に優れ、内部に水分を浸透させず、半導体
発光素子(2)及び蛍光物質(10a)を劣化させない。 [９] 有害イオンの浸透を防ぐイオンバリア効果が高い
ため、半導体発光装置の外部や蛍光物質(10a)からの有
害イオンで半導体発光素子(2)を劣化させない。 [１０] コーティング材(10)と被覆体(8)によって発光
ダイオードチップ(2)を二重に被覆するので、発光ダイ
オード装置(20)の耐環境性が向上する。 [１１] 紫外線耐性及び耐熱性に優れ、高温環境下又は
紫外線発光下でも黄変・着色を起こさず、半導体発光素
子(2)の発光を減衰させない。 [１２] コーティング材(10)中の金属原子が金属又はセ
ラミックの表面酸化物層の酸素原子と強固に結合するの
で、半導体発光素子(2)、外部端子(3, 4)又は酸化物系
無機蛍光物質(10a)との密着性がよい。
(8)の黄変・着色を防止できる。 [２] 比較的安価な材料を使用して、ポッティング法や
トランスファモールド法により樹脂封止が可能となり、
製造コストの低減を実現できる。 [３] ハーメチックシール構造の発光装置に比較して、
安価な短波長の半導体発光装置を実現できる。 [４] 十分実用に適する短波長の半導体発光装置を実現
できる。 [５] コーティング材(10)による光減衰は比較的小さ
い。 [６] 発光ダイオードチップ(2)とコーティング材(10)
との屈折率の差は比較的小さいのでハーメチックシール
構造を採用した場合に比べて発光ダイオードチップ(2)
の界面での反射を減少できる。 [７] 発光ダイオードチップ(2)から放射される光取出
効率を向上できる。 [８] 耐湿性に優れ、内部に水分を浸透させず、半導体
発光素子(2)及び蛍光物質(10a)を劣化させない。 [９] 有害イオンの浸透を防ぐイオンバリア効果が高い
ため、半導体発光装置の外部や蛍光物質(10a)からの有
害イオンで半導体発光素子(2)を劣化させない。 [１０] コーティング材(10)と被覆体(8)によって発光
ダイオードチップ(2)を二重に被覆するので、発光ダイ
オード装置(20)の耐環境性が向上する。 [１１] 紫外線耐性及び耐熱性に優れ、高温環境下又は
紫外線発光下でも黄変・着色を起こさず、半導体発光素
子(2)の発光を減衰させない。 [１２] コーティング材(10)中の金属原子が金属又はセ
ラミックの表面酸化物層の酸素原子と強固に結合するの
で、半導体発光素子(2)、外部端子(3, 4)又は酸化物系
無機蛍光物質(10a)との密着性がよい。
【００４９】このように、コーティング材(10)を使用す
ることにより従来の半導体発光装置の種々の弱点を克服
でき、安価で信頼性の高い、蛍光物質(10a)による波長
変換機能を有する半導体発光装置を得ることができる。
ることにより従来の半導体発光装置の種々の弱点を克服
でき、安価で信頼性の高い、蛍光物質(10a)による波長
変換機能を有する半導体発光装置を得ることができる。
【００５０】また、金属アルコキシド又はセラミック前
駆体ポリマーから成るコーティング材形成溶液は、凹部
(3a)内に注入して、発光ダイオードチップ(2)の融点よ
りも低い温度である１５０℃前後の温度で焼成可能であ
り、低温領域でのコーティング材(10)の形成が可能であ
る。従って、コーティング材(10)は、液状のコーティン
グ材形成溶液を発光ダイオードチップ(2)の固着された
凹部(3a)に滴下等により供給した後、焼成等の熱処理を
施すことによりコーティング材(10)を容易に形成するこ
とができる。コーティング材(10)の焼成温度は発光ダイ
オードチップ(2)の融点よりも十分に低い。
駆体ポリマーから成るコーティング材形成溶液は、凹部
(3a)内に注入して、発光ダイオードチップ(2)の融点よ
りも低い温度である１５０℃前後の温度で焼成可能であ
り、低温領域でのコーティング材(10)の形成が可能であ
る。従って、コーティング材(10)は、液状のコーティン
グ材形成溶液を発光ダイオードチップ(2)の固着された
凹部(3a)に滴下等により供給した後、焼成等の熱処理を
施すことによりコーティング材(10)を容易に形成するこ
とができる。コーティング材(10)の焼成温度は発光ダイ
オードチップ(2)の融点よりも十分に低い。
【００５１】凹部(3a)内に充填されたコーティング材(1
0)は、発光ダイオードチップ(2)の周囲と第一のリード
細線(5)及び第二のリード細線(6)の発光ダイオードチッ
プ(2)との接続部分を被覆する。このとき、発光ダイオ
ードチップ(2)の上面が凹部(3a)の主面より内側に配置
されるため、発光ダイオードチップ(2)を十分な厚さの
コーティング材(10)で封止することができる。コーティ
ング材(10)中の金属原子が金属又はセラミックの表面酸
化物層の酸素原子と強固に結合するので、コーティング
材(10)は発光ダイオードチップ(2)、第一の外部端子(3)
及び第二の外部端子(4)との密着性がよい。
0)は、発光ダイオードチップ(2)の周囲と第一のリード
細線(5)及び第二のリード細線(6)の発光ダイオードチッ
プ(2)との接続部分を被覆する。このとき、発光ダイオ
ードチップ(2)の上面が凹部(3a)の主面より内側に配置
されるため、発光ダイオードチップ(2)を十分な厚さの
コーティング材(10)で封止することができる。コーティ
ング材(10)中の金属原子が金属又はセラミックの表面酸
化物層の酸素原子と強固に結合するので、コーティング
材(10)は発光ダイオードチップ(2)、第一の外部端子(3)
及び第二の外部端子(4)との密着性がよい。
【００５２】被覆体(8)は、エポキシ系樹脂などから成
る光透過性を有する樹脂封止体であり、周知のポッティ
ング法やトランスファモールド方法等によって容易に形
成することができる。被覆体(8)は発光ダイオードチッ
プ(2)から発生する紫外線によって黄変・着色の生じる
虞のあるエポキシ系樹脂などから成るが、発光ダイオー
ドチップ(2)との界面には紫外線によって黄変・着色が
生じ難いコーティング材(10)が介在するため、被覆体
(8)の黄変・着色は実質的に生じない。従って、コーテ
ィング材(10)を介して発せられた紫外光を被覆体(8)を
通じてさほど減衰させずに被覆体(8)の外部に導出させ
ることができる。
る光透過性を有する樹脂封止体であり、周知のポッティ
ング法やトランスファモールド方法等によって容易に形
成することができる。被覆体(8)は発光ダイオードチッ
プ(2)から発生する紫外線によって黄変・着色の生じる
虞のあるエポキシ系樹脂などから成るが、発光ダイオー
ドチップ(2)との界面には紫外線によって黄変・着色が
生じ難いコーティング材(10)が介在するため、被覆体
(8)の黄変・着色は実質的に生じない。従って、コーテ
ィング材(10)を介して発せられた紫外光を被覆体(8)を
通じてさほど減衰させずに被覆体(8)の外部に導出させ
ることができる。
【００５３】図３は、絶縁性基板を使用するチップ形発
光ダイオード装置(20)に適用した本発明による第二の実
施の形態を示す。チップ形発光ダイオード装置(20)は、
一方の主面に凹部(3a)が形成された基体となる絶縁性基
板(11)と、絶縁性基板(11)に相互に離間して形成された
第一の外部端子(3)及び第二の外部端子(4)と、第一の外
部端子(3)の凹部(3a)に接着剤(12)を介して固着された
発光ダイオードチップ(2)と、発光ダイオードチップ(2)
のアノード電極(2f)と第一の外部端子(3)とを電気的に
接続する第一のリード細線(5)と、発光ダイオードチッ
プ(2)のカソード電極(2g)と第二の外部端子(4)とを電気
的に接続する第二のリード細線(6)と、凹部(3a)内に充
填され発光ダイオードチップ(2)、アノード電極(2f)、
カソード電極(2g)及びアノード電極(2f)、カソード電極
(2g)に接続されたリード細線(5, 6)の端部を被覆するコ
ーティング材(10)と、絶縁性基板(11)の一方の主面に形
成され且つコーティング材(10)の外側を被覆する台形状
断面の被覆体(8)とを備えている。第一の外部端子(3)及
び第二の外部端子(4)の一方の端部は、凹部(3a)内に配
置される。発光ダイオードチップ(2)は凹部(3a)の底部
(3b)にて第一の外部端子(3)に接着剤(12)を介して固着
される。第一の外部端子(3)及び第二の外部端子(4)の各
他方の端部は、絶縁性基板(11)の側面及び他方の主面に
延びて配置される。コーティング材(10)は凹部(3a)の上
端部(3d)から突出しない。コーティング材(10)は更に封
止樹脂(8)により封止され、半導体発光素子(2)から照射
される光は、コーティング材(10)内を通過した後、封止
樹脂(8)の外部に放出される。
光ダイオード装置(20)に適用した本発明による第二の実
施の形態を示す。チップ形発光ダイオード装置(20)は、
一方の主面に凹部(3a)が形成された基体となる絶縁性基
板(11)と、絶縁性基板(11)に相互に離間して形成された
第一の外部端子(3)及び第二の外部端子(4)と、第一の外
部端子(3)の凹部(3a)に接着剤(12)を介して固着された
発光ダイオードチップ(2)と、発光ダイオードチップ(2)
のアノード電極(2f)と第一の外部端子(3)とを電気的に
接続する第一のリード細線(5)と、発光ダイオードチッ
プ(2)のカソード電極(2g)と第二の外部端子(4)とを電気
的に接続する第二のリード細線(6)と、凹部(3a)内に充
填され発光ダイオードチップ(2)、アノード電極(2f)、
カソード電極(2g)及びアノード電極(2f)、カソード電極
(2g)に接続されたリード細線(5, 6)の端部を被覆するコ
ーティング材(10)と、絶縁性基板(11)の一方の主面に形
成され且つコーティング材(10)の外側を被覆する台形状
断面の被覆体(8)とを備えている。第一の外部端子(3)及
び第二の外部端子(4)の一方の端部は、凹部(3a)内に配
置される。発光ダイオードチップ(2)は凹部(3a)の底部
(3b)にて第一の外部端子(3)に接着剤(12)を介して固着
される。第一の外部端子(3)及び第二の外部端子(4)の各
他方の端部は、絶縁性基板(11)の側面及び他方の主面に
延びて配置される。コーティング材(10)は凹部(3a)の上
端部(3d)から突出しない。コーティング材(10)は更に封
止樹脂(8)により封止され、半導体発光素子(2)から照射
される光は、コーティング材(10)内を通過した後、封止
樹脂(8)の外部に放出される。
【００５４】半導体発光素子(2)から放射された光はコ
ーティング材(10)に達し、その一部はコーティング材(1
0)内で異なる波長に波長変換され、波長変換されない半
導体発光素子(2)からの光成分と混合されて封止樹脂(8)
を通して外部に放出される。特定の発光波長を吸収する
光吸収物質、半導体発光素子(2)の発光を散乱する光散
乱物質(10b)又はコーティング材(10)のクラックを防止
する結合材(10b)をコーティング材(10)内に配合しても
よい。図３の発光ダイオード装置(1)でも、発光ダイオ
ードチップ(2)と被覆体(8)との間に介在する耐紫外線特
性に優れたコーティング材(10)によって、紫外線による
被覆体(8)の黄変・着色も良好に防止される。
ーティング材(10)に達し、その一部はコーティング材(1
0)内で異なる波長に波長変換され、波長変換されない半
導体発光素子(2)からの光成分と混合されて封止樹脂(8)
を通して外部に放出される。特定の発光波長を吸収する
光吸収物質、半導体発光素子(2)の発光を散乱する光散
乱物質(10b)又はコーティング材(10)のクラックを防止
する結合材(10b)をコーティング材(10)内に配合しても
よい。図３の発光ダイオード装置(1)でも、発光ダイオ
ードチップ(2)と被覆体(8)との間に介在する耐紫外線特
性に優れたコーティング材(10)によって、紫外線による
被覆体(8)の黄変・着色も良好に防止される。
【００５５】絶縁性基板(11)を備えた半導体発光装置を
製造する場合は、絶縁性基板(11)の一方の主面に凹部(3
a)を形成した後、絶縁性基板(11)の一方の主面に沿って
互いに反対方向に延びる一対の外部端子(3, 4)を形成
し、その後、凹部(3a)の底部(3b)にて一対の外部端子
(3, 4)の一方に半導体発光素子(2)を固着する。例え
ば、約３６５nm〜４００nmの発光ピーク波長を有する紫
外線を発生するGaN系発光ダイオードチップ(2)と、励起
ピーク波長約３６０nm、発光ピーク波長約５４３nmのGa
及びTb（テルビウム）付活のY2SiO5の蛍光物質(10a)と
を使用すると、半値幅約１２nmの非常にシャープな発光
分布を持つ緑色発光ダイオード装置(20)が得られる。
製造する場合は、絶縁性基板(11)の一方の主面に凹部(3
a)を形成した後、絶縁性基板(11)の一方の主面に沿って
互いに反対方向に延びる一対の外部端子(3, 4)を形成
し、その後、凹部(3a)の底部(3b)にて一対の外部端子
(3, 4)の一方に半導体発光素子(2)を固着する。例え
ば、約３６５nm〜４００nmの発光ピーク波長を有する紫
外線を発生するGaN系発光ダイオードチップ(2)と、励起
ピーク波長約３６０nm、発光ピーク波長約５４３nmのGa
及びTb（テルビウム）付活のY2SiO5の蛍光物質(10a)と
を使用すると、半値幅約１２nmの非常にシャープな発光
分布を持つ緑色発光ダイオード装置(20)が得られる。
【００５６】発光ダイオードチップと蛍光物質(10a)の
前記組合わせは例示に過ぎず、紫外線発光ダイオードチ
ップ(2)の発光波長に適合する励起波長分布を持ち且つ
波長変換効率が高ければ、いかなる蛍光物質(10a)でも
使用できる。例えばハロ燐酸カルシウム系、燐酸カルシ
ウム系、珪酸塩系、アルミン酸塩系、タングステン酸塩
系等の蛍光物質(10a)から所望の特性を持つ蛍光物質(10
a)を選択することができる。
前記組合わせは例示に過ぎず、紫外線発光ダイオードチ
ップ(2)の発光波長に適合する励起波長分布を持ち且つ
波長変換効率が高ければ、いかなる蛍光物質(10a)でも
使用できる。例えばハロ燐酸カルシウム系、燐酸カルシ
ウム系、珪酸塩系、アルミン酸塩系、タングステン酸塩
系等の蛍光物質(10a)から所望の特性を持つ蛍光物質(10
a)を選択することができる。
【００５７】
【発明の効果】前記のように、本発明では、紫外線耐性
及び耐熱性に優れるガラス材料から成るコーティング材
により半導体発光素子を被覆するので、コーティング材
の劣化を抑制し、有害物質の浸透を防ぎ、信頼性が高く
光取出効率の良好な半導体発光装置が得られる。また、
コーティング材中に蛍光物質を混入すると、蛍光物質に
よる発光波長変換機能も良好に得られ、信頼性が高く安
価な半導体発光装置を得ることができる。
及び耐熱性に優れるガラス材料から成るコーティング材
により半導体発光素子を被覆するので、コーティング材
の劣化を抑制し、有害物質の浸透を防ぎ、信頼性が高く
光取出効率の良好な半導体発光装置が得られる。また、
コーティング材中に蛍光物質を混入すると、蛍光物質に
よる発光波長変換機能も良好に得られ、信頼性が高く安
価な半導体発光装置を得ることができる。
【図１】 発光ダイオード装置に適用した本発明による
半導体発光装置の断面図
半導体発光装置の断面図
【図２】 半導体発光素子の断面図
【図３】 チップ型発光ダイオード装置に適用した本発
明の実施の形態を示す断面図
明の実施の形態を示す断面図
【図４】 従来の発光ダイオード装置の断面図
(2)・・半導体発光素子（発光ダイオードチップ）、
(2a)・・絶縁性基板、(2b)・・バッファ層、 (2c)・・
ｎ形半導体領域、 (2d)・・活性層、 (2e)・・半導体
基体、 (2f, 2g)・・電極、(3)・・第一の外部端子、
(3a)・・凹部、 (3b)・・底部、 (3c)・・側壁、
(3d)・・上端部、 (4)・・第二の外部端子、 (5)・・
第一のリード細線、 (6)・・第二のリード細線、 (8)
・・被覆体(封止樹脂)、 (9a)・・第一のワイヤ接続
部、 (9b)・・第二のワイヤ接続部、 (10)・・コーテ
ィング材、 (11)・・絶縁性基板、 (20)・・発光ダイ
オード装置（発光半導体装置）、
(2a)・・絶縁性基板、(2b)・・バッファ層、 (2c)・・
ｎ形半導体領域、 (2d)・・活性層、 (2e)・・半導体
基体、 (2f, 2g)・・電極、(3)・・第一の外部端子、
(3a)・・凹部、 (3b)・・底部、 (3c)・・側壁、
(3d)・・上端部、 (4)・・第二の外部端子、 (5)・・
第一のリード細線、 (6)・・第二のリード細線、 (8)
・・被覆体(封止樹脂)、 (9a)・・第一のワイヤ接続
部、 (9b)・・第二のワイヤ接続部、 (10)・・コーテ
ィング材、 (11)・・絶縁性基板、 (20)・・発光ダイ
オード装置（発光半導体装置）、
Claims (26)
- 【請求項１】 基体と、該基体に固着された半導体発光
素子と、該半導体発光素子を被覆するコーティング材と
を備えた半導体発光装置において、 前記コーティング材は、光透過性を有するポリメタロキ
サン又はセラミックであることを特徴とする半導体発光
装置。 - 【請求項２】 前記コーティング材は、メタロキサン
（metaloxane）結合を主体として形成されたガラスであ
る請求項１に記載の半導体発光装置。 - 【請求項３】 前記コーティング材は、メタロキサン
（metaloxane）結合を主体として形成されたゲル状のコ
ーティング部材である請求項１又は２に記載の半導体発
光装置。 - 【請求項４】 前記コーティング材は、金属アルコキシ
ドから形成されたポリメタロキサンから成る請求項１〜
３のいずれか１項に記載の半導体発光装置。 - 【請求項５】 前記コーティング材は、金属アルコキシ
ドにゾル−ゲル法を施して形成されたポリメタロキサン
から成る請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体発
光装置。 - 【請求項６】 前記コーティング材は、金属アルコキシ
ド又は金属アルコキシドを含有する溶液をゾル−ゲル法
により加水分解重合して形成されたポリメタロキサンか
ら成る請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体発光
装置。 - 【請求項７】 前記金属アルコキシドは、単一金属アル
コキシド、二金属アルコキシド又は多金属アルコキシド
から選択された１種又は２種以上である請求項５又は６
に記載の半導体発光装置。 - 【請求項８】 前記コーティング材は、セラミック前駆
体から形成されたセラミックから成る請求項１〜３のい
ずれか１項に記載の半導体発光装置。 - 【請求項９】 前記セラミック前駆体は、ポリシラザン
である請求項８に記載の半導体発光装置。 - 【請求項１０】 前記コーティング材は、セラミック前
駆体に熱処理を施して形成されたセラミックから成る請
求項１〜３、８又は９のいずれか１項に記載の半導体発
光装置。 - 【請求項１１】 前記コーティング材は、前記半導体発
光素子の少なくとも上面を被覆する請求項１〜３のいず
れか１項に記載の半導体発光装置。 - 【請求項１２】 前記コーティング材は、前記半導体発
光素子の下面を除く全面を被覆する請求項１１に記載の
半導体発光装置。 - 【請求項１３】 前記基体は、前記コーティング材が充
填された凹部を有する請求項１に記載の半導体発光装
置。 - 【請求項１４】 前記基体は絶縁性基板である請求項１
に記載の半導体発光装置。 - 【請求項１５】 前記基体はリードフレームである請求
項１に記載の半導体発光装置。 - 【請求項１６】 前記半導体発光素子は、３６５nm〜５
５０nmの光波長で発光する請求項１〜１５のいずれか１
項に記載の半導体発光装置。 - 【請求項１７】 前記半導体発光素子は、窒化ガリウム
系化合物半導体発光素子から成る請求項１６に記載の半
導体発光装置。 - 【請求項１８】 前記コーティング材は、前記半導体発
光素子から照射された光の少なくとも一部を受光して波
長変換を行う蛍光物質を含む請求項１〜１７のいずれか
１項に記載の半導体発光装置。 - 【請求項１９】 前記蛍光物質は、前記半導体発光素子
から照射された光の少なくとも一部を吸収し、これより
も長い波長の光を放出する請求項１８に記載の半導体発
光装置。 - 【請求項２０】 前記コーティング材の外部には、前記
半導体発光素子から照射された光と前記蛍光物質により
波長変換された光とが混合されて放出される請求項１８
又は１９に記載の半導体発光装置。 - 【請求項２１】 前記コーティング材は、被覆体により
被覆された請求項１〜２０のいずれか１項に記載の半導
体発光装置。 - 【請求項２２】 前記被覆体は、光散乱材又は結合材が
混入された樹脂により形成された請求項２１に記載の半
導体発光装置。 - 【請求項２３】 前記半導体発光素子から照射された光
は、前記コーティング材を透過して前記被覆体の外部に
放出される請求項２２に記載の半導体発光装置。 - 【請求項２４】 前記被覆体は前記凹部に嵌合し、前記
コーティング材は前記凹部の底面と前記被覆体の間に形
成された請求項２１〜２３のいずれか１項に記載の半導
体発光装置。 - 【請求項２５】 前記基体を構成する絶縁性基板の一方
の主面に凹部が形成され、該凹部の底面に前記半導体発
光素子が固着され、前記半導体発光素子の一対の電極
は、前記絶縁性基板の一方の主面に形成された一対の外
部端子に電気的に接続された請求項１に記載の半導体発
光装置。 - 【請求項２６】 前記基体を構成するリードフレーム
は、一対の外部端子を有し、該外部端子の一方には凹部
が形成され、該凹部の底面に前記半導体発光素子が固着
され、前記半導体発光素子の一対の電極は、前記一対の
外部端子に電気的に接続された請求項１に記載の半導体
発光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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