(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線発光素子と、紫外線によって励起されて青色に発光する青色発光蛍光体を含有する青色発光層と、紫外線によって励起されて緑色に発光する緑色発光蛍光体を含有する緑色発光層と、紫外線によって励起されて赤色に発光する赤色発光蛍光体を含有する赤色発光層とを備え、
前記紫外線発光素子側から青色発光層、緑色発光層、赤色発光層の順に積層され、青色発光蛍光体、緑色発光蛍光体、赤色発光蛍光体の順で蛍光体の平均粒径を大きくしたことを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
赤色発光蛍光体の平均粒径を３０〜５０μｍの範囲とした請求項１記載の半導体発光装置。
【請求項３】
青色発光蛍光体の平均粒径を１〜５μｍの範囲、その含有量を蛍光体層に対して１０〜３０ｗｔ％の範囲とし、緑色発光蛍光体の平均粒径を１０〜２０μｍの範囲、その含有量を蛍光体層に対して５〜１５ｗｔ％の範囲とし、赤色発光蛍光体の平均粒径を３０〜５０μｍの範囲、その含有量を蛍光体層に対して３０〜５０ｗｔ％の範囲とした請求項１又は２記載の半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体発光装置に関し、より詳細には紫外線発光素子と蛍光体層とを備えた白色系の半導体発光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
これまでの白色系半導体発光装置としては、青色の半導体発光素子の発光面上に、セリウムを付活したイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）などの青色光を吸収して黄色に発光する蛍光体を含有する層を形成し、半導体発光素子からの青色と、前記蛍光体層からの黄色とを混色して白色とするものがあった。
【０００３】
しかし、このような半導体発光装置では青色と黄色との混色によって白色を実現しているため発光色の艶色性が高くない。そこで、例えば特許文献１では、近紫外光を発する発光素子と、近紫外光によって励起されて赤色・橙色・青色・緑色にそれぞれ発光する４つの蛍光体とを設け、赤・青・緑の３色のバランスの調整して白色とした半導体発光装置が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２２６８４６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前記提案技術では、赤色・橙色・青色・緑色の４つの蛍光体を混合分散させた単層の蛍光体膜を形成して白色を得ているため、波長の違いから生じる反射や直進などの光の特性を考慮して各発光色のバランスを調整するのは非常に困難であった。
【０００６】
そこで本発明はこのような従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、艶色性の高い白色光が容易に得られる白色系の半導体発光装置を提供することにある。
【０００７】
本発明によれば、紫外線発光素子と、紫外線によって励起されて青色に発光する青色発光蛍光体を含有する青色発光層と、紫外線によって励起されて緑色に発光する緑色発光蛍光体を含有する緑色発光層と、紫外線によって励起されて赤色に発光する赤色発光蛍光体を含有する赤色発光層とを備え、前記紫外線発光素子側から青色発光層、緑色発光層、赤色発光層の順に積層され、青色発光蛍光体、緑色発光蛍光体、赤色発光蛍光体の順で蛍光体の平均粒径を大きくしたことを特徴とする半導体発光装置が提供される。
【０００８】
ここで、光出射率を低下させずに高輝度の赤色発光を得る観点から、赤色発光蛍光体の平均粒径を３０〜５０μｍの範囲とするのが好ましい。
【０００９】
青色発光蛍光体の平均粒径は１〜５μｍの範囲、その含有量は蛍光体層に対して１０〜３０ｗｔ％の範囲、緑色発光蛍光体の平均粒径は１０〜２０μｍの範囲、その含有量は蛍光体層に対して５〜１５ｗｔ％の範囲、赤色発光蛍光体の平均粒径は３０〜５０μｍの範囲、その含有量は蛍光体層に対して３０〜５０ｗｔ％の範囲がそれぞれ好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明者は、赤色・青色・緑色の色バランスを容易に調整でき、艶色性の高い白色系半導体発光装置が得られないか鋭意検討を重ねた結果、半導体発光素子として紫外線発光素子を用いると共に、紫外線発光素子側から順に、青色発光蛍光体、緑色発光蛍光体および赤色発光蛍光体をそれぞれ含有する蛍光体層を積層すればよいことを見出し本発明をなすに至った。
【００１１】
すなわち本発明の大きな特徴は、波長が長く反射・屈折しやすい赤色光を外側とする一方、波長が短く直進性の高い青色光を発光素子側とすることにより、装置から出射する光の色バランスを調整しやすくしたことにある。
【００１２】
以下、本発明の半導体発光装置について図に基づき説明する。図１は、本発明の一実施形態であるチップ型半導体発光装置の断面図である。チップ基板１の上面外縁を囲うように反射ケース５がチップ基板１に取り付けられている。チップ基板１の両端には端子電極２，２’が形成され、一方の端子電極２上には紫外線発光素子３が搭載され、この発光素子３の上面電極（不図示）ともう一方の端子電極２’とはボンディングワイヤ４で接続されている。そして、反射ケース５で囲まれた内部には、透光性樹脂からなるバッファ層９、青色発光蛍光体６１（図２に図示）が分散混合された青色発光層６、緑色発光蛍光体７１（図２に図示）が分散混合された緑色発光層７、赤色発光蛍光体８１（図２に図示）が分散混合された赤色発光層８がこの順で積層されている。なお、図１の半導体発光装置ではバッファ層９で発光素子３を封止しているが、バッファ層９を無くして青色発光層６で発光素子３を封止するようにしもよい。また、赤色発光層８の上面に保護層などの機能層を適宜設けても構わない。
【００１３】
このような半導体発光装置は例えば、蛍光体を予め分散混合した熱硬化性の透光性樹脂を反射ケース５内に注ぎ込み、これを加熱硬化して一つの発光層を形成するという作業を繰り返し行うことにより作製できる。
【００１４】
図１の半導体発光装置では、紫外線発光素子３から紫外線が発せられると、まず青色発光蛍光体６１がこの紫外線を吸収して青色に発光する。青色は直進性に優れるので、緑色発光層７と赤色発光層８とを通り抜けて装置外に出射する。次に、青色発光層６を通過した紫外線を緑色発光蛍光体７１が吸収して緑色に発光する。緑色の直進性は青色に比べれば劣るものの緑色発光層７上の赤色発光層８を通り抜けるには十分であり、緑色は赤色発光層８を通り抜けて装置外に出射する。そして次に、青色発光層６および緑色発光層７を通過した紫外線を赤色発光蛍光体８１が吸収して赤色に発光する。赤色の直進性は低いが、赤色発光層８は最外層であるため最小限の反射・屈折により装置外に出射する。このようにして装置外に出射された青色・緑色・赤色を所望の色バランスで混色することによって艶色性の高い白色が得られる。
【００１５】
紫外線による励起で高輝度の赤色発光を得ることは難しいので、色バランスの調整は赤色を基準に行うのが好ましい。つまり、赤色の発光状態に合わせて青色と緑色の発光状態を調整して所望の白色とするのが実効的である。
【００１６】
高輝度の赤色発光を得るには蛍光体の含有量を多くすればよいが、蛍光体の含有量を多くすると赤色の拡散割合が高くなり装置外への光出射率が低下する。そこで光出射率を低下させずに高輝度の赤色発光を得るべく本発明者が種々検討したところ、蛍光体の粒径を大きくすることによって含有量を多くすることなく輝度を高くできることを見出した。赤色発光蛍光体の好ましい平均粒径はその種類や含有量などによって異なるが一般に３０〜５０μｍの範囲である。また好ましい含有量は蛍光体層に対して３０〜５０ｗｔ％の範囲である。
【００１７】
緑色発光蛍光体および青色発光蛍光体についても同様に、光出射率と輝度との関係から好適な平均粒径と含有量が定まる。緑色発光蛍光体については平均粒径は１０〜２０μｍの範囲、含有量は５〜１５ｗｔ％の範囲である。青色発光蛍光体については平均粒径は１〜５μｍの範囲、含有量は１０〜３０ｗｔ％の範囲である。図２に、各発光層における蛍光体の粒径の違いを模式的に示した図を示す。紫外線発光素子側から順に青色発光層６、緑色発光層７、赤色発光層８が積層され、これらの各層に含有されている各蛍光体の平均粒径は青色発光蛍光体６１、緑色発光蛍光体７１、赤色発光蛍光体８１の順で大きくなっている。これによって、より高い艶色性を有する高輝度の白色が得られる。
【００１８】
本発明で使用する紫外線発光素子としては特に限定はなく従来公知ものが使用できる。例えばＧａＮ系化合物半導体からなる活性層を有する発光素子などが挙げられる。
【００１９】
また本発明で使用する青色発光蛍光体としては、紫外線を受けて青色に発光するものであればよく、例えばハロリン酸塩蛍光体、アルミン酸塩蛍光体、ケイ酸塩蛍光体などが挙げられる。また付活剤としては、例えばセリウム、ユウロピウム、マンガン、ガドリニウム、サマリウム、テルビウム、スズ、クロム、アンチモン等の元素を挙げることができる。この中でもユウロピウムが好ましい。付活剤の添加量は、蛍光体に対して０．１〜１０ｍｏｌ％の範囲が好ましい。
【００２０】
緑色発光蛍光体としては、紫外線を吸収して緑色に発光する蛍光体であれば特に限定はない。紫外線を吸収して緑色に発光する蛍光体としては例えば、２価のマンガンおよびユーロピウムで付活されたアルカリ土類アルミン酸塩蛍光体や、３価のテルビウムおよびセリウムで付活された希土類珪酸塩蛍光体などが挙げられる。
【００２１】
赤色発光蛍光体としては、紫外線を吸収して赤色に発光する蛍光体であれば特に限定はない。紫外線を吸収して赤色に発光する蛍光体としては例えば、ユウロピウムで付活された酸化イットリウムやその複合酸化物、ユウロピウムで付活されたフッ化物蛍光体などが挙げられる。
【００２２】
本発明に係る半導体発光装置の他の実施形態を図３に示す。図３の半導体発光装置は、反射カバーを設けないいわゆるモールドタイプのものである。この半導体発光装置では、紫外線発光素子３を覆うように青色発光層６，緑色発光層７、赤色発光層８が積層形成されている。このような半導体発光装置も図１の装置と同様に、紫外線発光素子３から発せられた紫外線を青色発光蛍光体６１、緑色発光蛍光体７１、赤色発光蛍光体８１がそれぞれ吸収して青色、緑色、赤色に発光するので、装置外に出射されるこれら３色の色バランスを調整することによって艶色性の高い白色が得られる。
【００２３】
このような半導体発光装置を作製するには例えば次のようにすればよい。まず、発光素子３及びボンディングワイヤ４の四方を取り囲む、大きさの異なる４つの包囲部材を新たに用意し、発光素子３とボンディングワイヤ４とを取り囲むように一番小さな包囲部材をチップ基板１上に取り付ける。そしてその包囲部材の内側に、バッファ層９を構成する透光性の熱硬化性樹脂を流し込んだ後、前記樹脂を加熱硬化させてバッファ層９を形成する。次に、前記包囲部材を取り外し、バッファ層９の周壁と間に所定間隙ができる一回り大きな包囲部材をチップ基板１に取り付ける。そしてこの包囲部材の内側に、青色発光蛍光体６１が混合分散された透光性樹脂を流し込み、この樹脂を加熱硬化させて青色発光層６を形成する。以下同様にして、一回り大きな包囲部材を順に用いて緑色発光層７，赤色発光層８を形成すればよい。
【００２４】
また本発明の半導体発光装置はリード型半導体発光装置であっても構わない。図４のリード型半導体発光装置では、一方のリード２１の上端面に形成されたステム１１の底面に紫外線発光素子３が固着され、紫外線発光素子３の上面電極（不図示）ともう一方のリード２１’の上端部とがボンディングワイヤ４で接続されている。そして、すり鉢状のステム１１の内側には青色発光層６，緑色発光層７、赤色発光層８がこの順で積層形成されている。リード２１，２１’の上部と、紫外線発光素子３、ボンディングワイヤ４とは透光性樹脂からなる封止体１０で封止されている。このような半導体発光装置が白色光を発する機構については前記チップ型の場合と同様である。
【００２５】
リード型半導体発光装置における発光層の形態については、紫外線発光素子から発せられたすべての光が通過する形態であれば特に限定はない。例えば図５に示すような、封止体１０の外周面に発光層６，７，８を積層形成した形態であったも構わない。なお、この実施形態の場合、前記各色に発光する蛍光体を混合分散した樹脂を封止体１０の外周面に塗布して発光層６，７，８を形成してもよいし、前記蛍光体を混合分散した樹脂を、封止体１０の外周面形状に合わせて予め加工成形しておき、この成形体を封止体１０に被せるようにしてもよい。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の半導体発光装置では、紫外線発光素子と、紫外線によって励起されて青色に発光する青色発光蛍光体を含有する青色発光層と、紫外線によって励起されて緑色に発光する緑色発光蛍光体を含有する緑色発光層と、紫外線によって励起されて赤色に発光する赤色発光蛍光体を含有する赤色発光層とを、紫外線発光素子側からこの順で積層形成した構成とし、さらに青色発光蛍光体、緑色発光蛍光体、赤色発光蛍光体の順で蛍光体の平均粒径を大きくしたので、艶色性の高い白色光が容易に得られる。
【００２７】
青色発光蛍光体の平均粒径を１〜５μｍの範囲、その含有量を蛍光体層に対して１０〜３０ｗｔ％の範囲、緑色発光蛍光体の平均粒径を１０〜２０μｍの範囲、その含有量を蛍光体層に対して５〜１５ｗｔ％の範囲、赤色発光蛍光体の平均粒径を３０〜５０μｍの範囲、その含有量を蛍光体層に対して３０〜５０ｗｔ％の範囲とすると、より高い艶色性を有する白色光が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るチップ型半導体発光装置の一例を示す側断面図である。
【図２】  図１のチップ型半導体発光装置の各発光層の状態を示す拡大側断面図である。
【図３】  本発明に係るチップ型半導体発光装置の他の例を示す側断面図である。
【図４】  本発明に係るリード型半導体発光装置の一例を示す側断面図である。
【図５】  本発明に係るリード型半導体発光装置の他の例を示す側断面図である。
【符号の説明】
１  チップ基板
２、２’  端子電極
３  紫外線発光素子
４  ボンディングワイヤ
５  反射ケース
６  青色発光層
７  緑色発光層
８  赤色発光層
９  バッファ層
１０  封止体
１１  ステム
２１，２１’  リード
６１  青色発光蛍光体
７１  緑色発光蛍光体
８１  赤色発光蛍光体
【図１】
0003717480.tif 000002
【図２】
0003717480.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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