(57)【要約】【課題】  高い色再現性が要求される用途において好適な、演色性に優れた光を生成する光源装置を提供する【解決手段】  青色系の光を発光する半導体発光素子と、半導体発光素子の光の一部を黄色系の光に変換する第１蛍光体と、半導体発光素子の光の一部を赤色系の光に変換する第２蛍光体と、半導体発光素子の光の一部を緑色系の光に変換する第３蛍光体と、を備えた光源装置とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
青色系の光を発光する半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の光の一部を黄色系の光に変換する第１蛍光体と、
前記半導体発光素子の光の一部を赤色系の光に変換する第２蛍光体と、
前記半導体発光素子の光の一部を緑色系の光に変換する第３蛍光体と、
を備えてなる光源装置。
【請求項２】
前記第１蛍光体が、Ｙ３−ｘＧｄｘＡｌ５−ｙＧａｙＯ１２：Ｃｅ（０≦ｘ≦３、０≦ｙ≦５）である、請求項１に記載の光源装置。
【請求項３】
前記第２蛍光体がＳｒＳ４：Ｅｕであり、前記第３蛍光体がＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕであることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記第２蛍光体が、前記半導体発光素子の光放出方向に形成された第１光透過性材料層内に含有され、
前記第１蛍光体及び前記第３蛍光体が、前記半導体発光素子の光放出方向に形成された第２光透過性材料層内に含有され、
前記第２光透過性材料層が、前記第１光透過性材料層よりも発光素子から離れた位置に形成されている、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光源装置。
【請求項５】
前記第１蛍光体及び前記第２蛍光体として、青色光によって励起されて黄色光及び赤色光を発する以下の蛍光体が使用される、請求項１に記載の光源装置、
一般式（Ｙ１−ｘ，Ｇｄｘ）３（Ａｌ１−ｙ，Ｇａｙ）５Ｏ１２：Ｃｅｚ，Ｐｒｗで表される蛍光体（但し、０≦ｘ≦０．５、０≦ｙ≦０．５、０．００１≦ｚ≦０．５、および、０．００１≦ｗ≦０．５）。
【請求項６】
前記第１、第２及び第３蛍光体がシリコーン樹脂に混入分散されている、請求項１〜５のいずれかに記載の光源装置。
【請求項７】
前記光源が線状光源である、請求項１〜６のいずれかに記載の光源装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の光源装置と、
前記光源装置の光を導入する光導入面と、及び導入光を放射する発光面とを有する導光板と、
を備えるバックライト装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体発光素子を用いた光源装置に関する。詳しくは半導体発光素子の光の一部を色変換することによって白色光を得る光源装置に関する。本発明の光源装置は、携帯電話、携帯情報端末、カーナビゲーションシステム、ラップトップ型（ノート型）ＰＣ、液晶テレビなどの液晶パネル等に利用され得る。
【背景技術】
【０００２】
従来、液晶パネルのバックライト用光源として一般に冷陰極管が用いられてきたが、冷陰極管は放電電圧が高く、電磁ノイズの発生源となり、また発熱量も大きく、さらには衝撃耐久性に乏しいなど、多くの難点が指摘されている。冷陰極管の使用に伴うこれらの問題点を改善ないし解決できる光源としてＬＥＤが注目を集めており、近年、白色系ＬＥＤを使用した液晶バックライトが開発され実用化段階にある。尚、ＬＥＤを用いたバックライトユニットが特開２０００−２７５６３６号公報に開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２７５６３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
代表的な白色系ＬＥＤでは、青色系ＬＥＤと黄色系蛍光体（ＹＡＧ）を組み合わせて白色光を得ている。このような白色系ＬＥＤでは白色系の光が得られるとはいうものの、その発光スペクトルにおいて緑色領域及び赤色領域の光成分が少なく、これをバックライト用の光源として用いた場合、高い色再現性のＬＣＤ（liquid crystal display）が得られない（NTSC比が低い）。
そこで本発明は、高い色再現性が要求される用途において好適な、演色性に優れた光を生成する光源装置を提供することを目的とする。また、高い色再現性の液晶パネルを構成することが可能なバックライト装置を提供することをも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以上の目的を達成するため、本発明は次の構成からなる。即ち、
青色系の光を発光する半導体発光素子と、
前記半導体発光素子の光の一部を黄色系の光に変換する第１蛍光体と、
前記半導体発光素子の光の一部を赤色系の光に変換する第２蛍光体と、
前記半導体発光素子の光の一部を緑色系の光に変換する第３蛍光体と、
を備えてなる光源装置である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の構成では、半導体発光素子の光の一部が第１蛍光体、第２蛍光体、及び第３蛍光体によって変換され、黄色光、赤色光、及び緑色光が生成する。そして、これらの光と半導体発光素子が発する青色光が混合することによって白色光が得られる。このように半導体発光素子の光の一部を用いて黄色光、赤色光、緑色光を生成させることによって、各色成分がバランスよく含まれた、演色性に優れた白色光が得られる。従って、液晶バックライトなど、高い色再現性が要求される用途において好適な光源装置となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
（半導体発光素子）
本発明では青色系の光を発する半導体発光素子が使用される。例えば、主発光ピーク波長が４５０ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲にある半導体発光素子を用いることができる。好ましくは主発光ピーク波長が４５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲にある発光素子を用いる。
発光素子の形成材料は特に限定されるものではない。III族窒化物系化合物半導体層を備える発光素子、即ち、III族窒化物系化合物半導体発光素子を好適に用いることができる。III族窒化物系化合物半導体は、一般式としてＡｌＸＧａＹＩｎ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１、０≦Ｘ＋Ｙ≦１）で表され、ＡｌＮ、ＧａＮ及びＩｎＮのいわゆる２元系、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ、ＡｌｘＩｎ１−ｘＮ及びＧａｘＩｎ１−ｘＮ（以上において０＜ｘ＜１）のいわゆる３元系を包含する。III族元素の一部をボロン（Ｂ）、タリウム（Ｔｌ）等で置換しても良く、また、窒素（Ｎ）の一部もリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等で置換できる。発光素子の素子機能部分は上記２元系若しくは３元系のIII族窒化物系化合物半導体より構成することが好ましい。
【０００８】
III族窒化物系化合物半導体は任意のドーパントを含むものであっても良い。ｎ型不純物として、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ等を用いることができる。ｐ型不純物として、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等を用いることができる。なお、ｐ型不純物をドープした後にIII族窒化物系化合物半導体を電子線照射、プラズマ照射若しくは炉による加熱にさらすことができる。
III族窒化物系化合物半導体は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）のほか、周知の分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）、ハライド系気相成長法（ＨＶＰＥ法）、スパッタ法、イオンプレーティング法、電子シャワー法等によっても形成することができる。
【０００９】
III族窒化物系化合物半導体層を成長させる基板の材質はIII族窒化物系化合物半導体層を成長させられるものであれば特に限定されないが、例えば、サファイア、スピネル、シリコン、炭化シリコン、酸化亜鉛、リン化ガリウム、ヒ化ガリウム、酸化マグネシウム、酸化マンガン、III族窒化物系化合物半導体単結晶などを基板の材料として挙げることができる。中でも、サファイア基板を用いることが好ましく、サファイア基板のａ面を利用することが更に好ましい。
【００１０】
（蛍光体）
蛍光体は、発光素子の光放出方向に配置される。好ましくは、光透過性材料に分散した状態の蛍光体を用いる。即ち、蛍光体を分散した光透過性材料層（以下、「蛍光材料層」ともいう）が発光素子の光放出方向に形成されることが好ましい。この場合、発光素子の光放出側が蛍光材料層で被覆されるように構成することが好ましい。発光素子の光を蛍光体に効率的に照射するためである。後述の実施例のように、リフレクタで囲まれたカップ状部やリードフレームのカップ状部に発光素子をマウントする場合には、当該カップ状部に蛍光材料を充填することによって、上記の如き構成を実現できる。また、封止部材に蛍光体を含有させることにしてもよい。
光透過性材料としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、尿素樹脂、又はガラス等が用いられる。これらの材料は、単独で用いられるのは勿論のこと、これらの中から任意に選択される二種以上を用いることもできる。
使用目的、使用条件等に応じて、光透過性材料内における蛍光体の濃度分布を変化させることができる。即ち、発光素子に近づくに従って蛍光体の量を連続的又は段階的に変化させてもよい。例えば、発光素子に近い部分において蛍光体の濃度を大きくする。これにより、効率的に発光素子からの光を蛍光体に照射することができる。一方、発光素子に近づくに従って蛍光体の濃度を小さくすることにより、発光素子の発熱に起因する蛍光体の劣化を抑制することもできる。
蛍光材料と発光素子との間に別の光透過性材料からなる層ないし空間を設けることもできる。
【００１１】
本発明の一態様では、黄色系蛍光体、赤色系蛍光体、及び緑色系蛍光体を組み合わせて使用する。かかる態様では発光素子の青色光と、蛍光体からの黄色光、赤色光、及び緑色光とが混合（混色）することで最終的に白色光が得られる。
各蛍光体の例を以下に列挙する。
【００１２】
（黄色系蛍光体）
黄色系蛍光体としては例えば、一般式Ｙ３−ｘＧｄｘＡｌ５−ｙＧａｙＯ１２：Ｃｅ（０≦ｘ≦３、０≦ｙ≦５）で表されるイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体を好適に用いることができる。かかる蛍光体は、青色系の光を黄色ないし黄緑色系の光に効率よく変換する。上記一般式において、イットリウム（Ｙ）の一部又は全部をＬｕ又はＬａに置換したものを用いることもでき、また、アルミニウム（Ａｌ）の一部又は全部をＩｎ又はＳｃに置換したものを用いることもできる。
また、黄色系蛍光体としてＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｕ，Ａｌ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、ＺｎＳ：Ｃｕ、ＺｎＳ：Ｍｎ、ＺｎＳ：Ｅｕ、ＹＶＯ４：Ｃｅ、及びＹ２Ｏ２Ｓ：Ｃｅの中から選ばれる一又は二以上の蛍光体を用いることができる。ここで、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｕ，Ａｌとは、ＺｎＳを母体としてＣｕ、Ａｕ、及びＡｌで付活したＺｎＳ系のフォトルミネセンス蛍光体であり、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、ＺｎＳ：Ｃｕ、ＺｎＳ：Ｍｎ及びＺｎＳ：Ｅｕとは、同じくＺｎＳを母体としてそれぞれＣｕとＡｌ、Ｃｕ、Ｍｎ、及びＥｕで付活したフォトルミネセンス蛍光体である。同様に、ＹＶＯ４：ＣｅはＹＶＯ４を母体としてＣｅで付活した蛍光体であり、Ｙ２Ｏ２Ｓ：ＣｅはＹ２Ｏ２Ｓを母体としてＣｅで付活した蛍光体である。これらの蛍光体は、青色系の光に対して吸収スペクトルを有し、励起波長よりも波長の長い光を発光する。
また、黄色系蛍光体として、（Ｃａ０．４９Ｍｇ０．５０）３（Ｓｃ０．７５Ｙ０．２５）２Ｓｉ３Ｏ１２．０１５：Ｃｅ３＋、（Ｃａ０．９９）３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２．０１５：Ｃｅ３＋、（Ｃａ０．４９Ｍｇ０．５０）３（Ｓｃ０．５０Ｙ０．５０）２Ｓｉ３Ｏ１２．０１５：Ｃｅ３＋、（Ｃａ０．４９Ｍｇ０．５０）３（Ｓｃ０．５０Ｌｕ０．５０）２Ｓｉ３Ｏ１２．０１５：Ｃｅ３＋等を用いることもできる。
【００１３】
（赤色系蛍光体）
赤色系蛍光体としては例えば、Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、（Ｙ，Ｌａ）Ｏ３：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ）Ｓ：Ｅｕ、Ｙ２Ａｌ５Ｏ１２：Ｅｕ、Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｅｕ、ＳｒＹ２Ｓ４：Ｅｕ、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ，Ｂｉ、ＹＶＯ４：Ｅｕ，Ｂｉ、ＳｒＳ：Ｅｕ、ＣａＬａ２Ｓ４：Ｃｅ等を採用することができる。
【００１４】
（緑色系蛍光体）
緑色系蛍光体としては例えば、（Ｙ，Ｃｅ）３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｔｂ、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ、Ｂａ２ＭｇＳｉ２Ｏ７：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）（Ａｌ，Ｇａ）２Ｓ４：Ｅｕ、ＢａＳｉＯ４：Ｅｕ、ＹＢＯ３：Ｃｅ，Ｔｂ、（Ｃａ，Ｓｒ）ｐ／２Ｓｉ１２−ｐ−ｑＡｌｐ＋ｑＯ１−ｑＮ：Ｃｅ、Ｃａ８Ｍｇ（ＳｉＯ４）４Ｃｌ２：Ｅｕ、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ、ＳｒＡｌ１４Ｏ２５：Ｅｕ、（Ｃａ０．９９）３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２．０１５：Ｃｅ３＋、（Ｃａ０．４９Ｚｎ０．５０）３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２．０１５：Ｃｅ３＋等を採用することができる。
【００１５】
以上の各蛍光体は固有の発光色を有するものであり、当該発光色を蛍光体の選択において考慮することができる。即ち、それらから発せられる蛍光と、発光素子の光とが混合することにより所望の白色系の色が得られるように、適切な蛍光色を有する蛍光体を選択することができる。別の見方をすれば、使用する蛍光体を変えることによって異なる色合いの白色光を得ることができる。
【００１６】
上記の通り典型的には発光素子の光放出方向に蛍光材料層が形成される。含有する蛍光体の異なる二つ以上の蛍光材料層を形成することにしてもよい。例えば赤色系蛍光体を含有する蛍光材料層と黄色系蛍光体及び緑色系蛍光体を含有する蛍光材料層とを設ける。勿論、蛍光体毎に蛍光材料層を設けても良い。
【００１７】
ここで、結晶構造が互いに同一又は類似の蛍光体を組み合わせて用いることが好ましい。例えば黄色系、赤色系、及び緑色系の蛍光体としてそれぞれガーネット系蛍光体を採用することが好ましい。結晶構造が同一ないし類似した蛍光体は、温度特性、耐光特性、耐候特性等が類似する傾向がある。従って上記構成によれば、各蛍光体の経時的な物性変化が著しく異なることに起因して光源装置の発光色が変化してしまうことを防止できる。その結果、安定性ないし信頼性の高い光源装置となる。
【００１８】
黄色系蛍光体と赤色系蛍光体を使用する代わりに、黄色系の蛍光と赤色系の蛍光とを発する蛍光体を使用してもよい。このような蛍光体として、一般式が（Ｙ１−ｘ，Ｇｄｘ）３（Ａｌ１−ｙ，Ｇａｙ）５Ｏ１２：Ｃｅｚ，Ｐｒｗで表され、０≦ｘ≦０．５、０≦ｙ≦０．５、０．００１≦ｚ≦０．５、および、０．００１≦ｗ≦０．５である蛍光体を採用し、緑色系として（Ｃａｙ，Ｚｎ１−ｙ）Ｓｃ２ＳｉＯ３：Ｃｅすることができる。
【００１９】
本発明の他の局面は、以上の発光素子及び蛍光体を備える光源装置を利用した面状光源に関する。本発明の面状光源では導光板が使用される。以下、導光板の構成を説明する。
（導光板）
導光板は少なくとも光導入面と発光面とを備える。光導入面は原則として光源の光出射側に対向する面であって、そこを介して導光板内に光が導入される。光導入面は、導光板の端面又は裏面（発光面の反対側に位置する面）の一部又は全体に形成される。具体的には例えば導光体の一つの端面を光導入面とする。または、導光板の一つの端部の裏面を光導入面とする。この場合、当該端部位置の導光板端面が、導入光を反対側端面の方向に反射する傾斜を有する面であることが好ましい。当該導光板端面による反射作用によって導入光を良好に導光させるためである。尚、当該導光板端面は平面であっても曲面（一部が曲面の場合を含む）であってもよい。
【００２０】
光導入面が形成される領域から遠ざかるにつれて発光面側にテーパーする面を導光板の裏面に形成することができる。このような構成として、例えば光源の光をその光軸が導光板の発光面に平行となるように入射させれば、光導入面から遠ざかるにつれて導光板の裏面に到達する光は本来少なくなるところ、テーパー面部分では光導入面から遠ざかるにつれて光軸方向に傾斜することで光軸により近い光、即ち輝度の高い光を受けることができる。これにより、テーパー面部分では受光する光の量（光度）が全体に亘って均一化される。その結果、テーパー面部分に反射された光が放射する導光板の発光面における発光ムラが軽減される。好ましくは、導光板の裏面の実質的に全体をこのようなテーパー面で形成する。導光板の発光面全体に亘って発光ムラを軽減し、発光輝度の均一化を図るためである。
【００２１】
導光板の材質は光透過性であれば特に限定されない。好ましくは透明（無色透明、有色透明を含む）な材料により導光板を構成する。また、加工が容易で耐久性に優れた材料により導光板を構成することが好ましい。導光板の材料としては、例えばアクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート（PET）、ポリカーボネート樹脂、エポキシ樹脂、ガラス等を用いることができる。
以下、実施例を用いて本発明を更に詳細に説明する。
【実施例１】
【００２２】
図１は本発明の一の実施例であるＳＭＤ（表面実装）型ＬＥＤ１を示す図である。ＬＥＤ１は例えば、面状光源や線状光源に利用することができる。具体的にはＬＣＤのバックライト用光源として利用することができる。
ＬＥＤ１に使用される発光素子１０の模式断面図を図２に示す。発光素子１０はサファイア基板上に複数のIII族窒化物系化合物半導体層が積層された構成からなり、発光ピーク波長を４７０ｎｍ付近に有する。発光素子１０の各層のスペックは次の通りである。
層            ：  組成
ｐ型層１５              ：  ｐ−ＧａＮ：Ｍｇ
発光する層を含む層１４  ：  ＩｎＧａＮ層を含む
ｎ型層１３              ：  ｎ−ＧａＮ：Ｓｉ
バッファ層１２          ：  ＡｌＮ
基板１１                ：  サファイア
【００２３】
基板１１の上にはバッファ層１２を介してｎ型不純物としてＳｉをドープしたＧａＮからなるｎ型層１３を形成した。ここで、基板１１にはサファイアを用いたが、これに限定されることはなく、サファイア、スピネル、シリコン、炭化シリコン、酸化亜鉛、リン化ガリウム、ヒ化ガリウム、酸化マグネシウム、酸化マンガン、III族窒化物系化合物半導体単結晶等を用いることができる。さらにバッファ層はＡｌＮを用いてＭＯＣＶＤ法で形成されるがこれに限定されることはなく、材料としてはＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮ等を用いることができ、製法としては分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）、ハライド系気相成長法（ＨＶＰＥ法）、スパッタ法、イオンプレーティング法、電子シャワー法等を用いることができる。III族窒化物系化合物半導体を基板として用いた場合は、当該バッファ層を省略することができる。
さらに基板とバッファ層は半導体素子形成後に、必要に応じて、除去することもできる。
ここでｎ型層１３はＧａＮで形成したが、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ若しくはＡｌＩｎＧａＮを用いることができる。
また、ｎ型層１３はｎ型不純物してＳｉをドープしたが、このほかにｎ型不純物として、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ等を用いることもできる。
ｎ型層１３は発光する層を含む層１４側の低電子濃度ｎ-層とバッファ層１２側の高電子濃度ｎ＋層とからなる２層構造とすることができる。
発光する層を含む層１４は量子井戸構造（多重量子井戸構造、若しくは単一量子井戸構造）を含んでいてもよく、また発光素子の構造としてはシングルへテロ型、ダブルへテロ型及びホモ接合型のものなどでもよい。
発光する層を含む層１４はｐ型層１５の側にマグネシウム等のアクセプタをドープしたバンドギャップの広いIII族窒化物系化合物半導体層を含むこともできる。これは発光する層を含む層１４中に注入された電子がｐ型層１５に拡散するのを効果的に防止するためである。
発光する層を含む層１４の上にｐ型不純物としてＭｇをドープしたＧａＮからなるｐ型層１５を形成した。このｐ型層はＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ又はＩｎＡｌＧａＮとすることもできる、また、ｐ型不純物としてはＺｎ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａを用いることもできる。
さらに、ｐ型層１５を発光する層を含む層１４側の低ホール濃度ｐ−層と電極側の高ホール濃度ｐ＋層とからなる２層構造とすることができる。
上記構成の発光ダイオードにおいて、各III族窒化物系化合物半導体層は一般的な条件でＭＯＣＶＤを実行して形成するか、分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）、ハライド系気相成長法（ＨＶＰＥ法）、スパッタ法、イオンプレーティング法、電子シャワー法等の方法で形成することもできる。
【００２４】
ｎ電極１９はＡｌとＶの２層で構成され、ｐ型層１５を形成した後、ｐ型層１５、発光する層を含む層１４、及びｎ型層１３の一部をエッチングにより除去し、蒸着によりｎ型層１３上に形成される。
透光性電極１７は金を含む薄膜であり、ｐ型層１５の上に積層される。ｐ電極１８も金を含む材料で構成されており、蒸着により透光性電極１７の上に形成される。
上記の工程により各半導体層及び各電極を形成した後、各チップの分離工程を行う。
【００２５】
発光する層を含む層１４と基板１１との間、又は基板１１の半導体層が形成されない面に反射層を設けることもできる。反射層を設けることにより、発光する層１４で生じ、基板側に向かった光を効率的に光の取り出し方向への反射することができ、その結果、発光効率の向上が図れる。反射層は、窒化チタン、窒化ジルコニウム、及び窒化タンタルの中から選択される１種類又は２種類以上により形成することができる。また、Ａｌ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｉ等の金属の単体又はこれらの中から任意に選択される２種以上の金属からなる合金を用いて反射層を形成することもできる。
【００２６】
発光素子１０は基板３０に銀ペースト等を用いて固定される。ワイヤ３３及び３４は発光素子１０の各電極を基板３０に設けられた電極３１及び３２にそれぞれ接続する。符号３５は、発光素子の周囲に形成されるリフレクタであって、その表面は鏡面化されている。
【００２７】
基板３０及びリフレクタ３５で形成されるカップ状部分には、蛍光体樹脂層２０及び、封止レジン２４が充填される。蛍光体樹脂層２０は、以下の蛍光体を分散させたシリコーン樹脂である。
第１蛍光体２１（黄色系）：（Ｙ，Ｇｄ）３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ
第２蛍光体２２（赤色系）：Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ
第３蛍光体２３（緑色系）：Ｂａ２ＭｇＳｉ２Ｏ７：Ｅｕ
各蛍光体の使用量は、各蛍光体の変換効率・発光色を考慮して定める。
蛍光体樹脂層２０は、発光素子１０をマウントした後、ポッティングなどの方法により形成される。封止レジン２４はシリコーン樹脂からなり、蛍光体樹脂層２０を形成した後、蛍光体樹脂層２０と同様の方法により形成される。封止レジン２４内にも蛍光体を含有させてもよい。この場合、３種類全ての蛍光体を封止レジン２４に含有させるのではなく、一部の蛍光体のみ（例えば第１蛍光体２１と第２蛍光体２２のみ）を含有させることにしてもよい。
【００２８】
封止レジン２４は素子構造の保護等の目的で設けられる。封止レジン２４の形状を目的に応じて変更することにより封止レジン２４にレンズ効果を付与することができる。例えば封止レジン２４の表面形状を凹レンズ型、又は凸レンズ型等にし、所望のレンズ効果を得ることができる。
【００２９】
封止レジン２４内に拡散剤を分散させてもよい。拡散剤を用いることにより封止レジン２４内において光の拡散、混色を促進でき、発光ムラを低減することができる。拡散剤としては酸化チタン、窒化チタン、窒化タンタル、酸化アルミニウム、酸化珪素、チタン酸バリウム等が用いられる。
【００３０】
以上のように構成されたＬＥＤ１では、発光素子１０から放出された青色系の光は蛍光体樹脂層２０を通過する際、第１蛍光体２１、第２蛍光体２２、第３蛍光体２３を励起、発光させる。これにより生じた蛍光と発光素子から放出される青色光とが混色し、全体として白色系の光が外部放射することになる。
ＬＥＤ１では、発光素子１０の光の一部が第１蛍光体、第２蛍光体、及び第３蛍光体の励起に利用され、黄色光、赤色光、緑色光が生成する。これらの光と半導体発光素子が発する青色光が混合することによって、各色成分がバランスよく含まれた演色性に優れた白色光が得られる。従って例えばＬＥＤ１をＬＣＤのバックライト用光源として用いた場合、色再現性の高い画像が得られる。
【００３１】
本実施例では黄色系、赤色系、及び緑色系の３種の蛍光体を用いたが、蛍光体の組合せはこれに限定されない。例えば以下に示すように、黄色系〜赤色系の蛍光を発する蛍光体と緑色系蛍光体とを組み合わせて用いることができる。
黄色系〜赤色系蛍光体：（Ｙ１−ｘ，Ｇｄｘ）３（Ａｌ１−ｙ，Ｇａｙ）５Ｏ１２：Ｃｅｚ，Ｐｒｗで表され、０≦ｘ≦０．５、０≦ｙ≦０．５、０．００１≦ｚ≦０．５、および、０．００１≦ｗ≦０．５
緑色系蛍光体：（Ｃａ，Ｓｒ）ｐ／２Ｓｉ１２−ｐ−ｑＡｌｐ＋ｑＯ１−ｑＮ：Ｃｅ
【００３２】
一方、発光素子１０の表面をコーティングするように蛍光体樹脂層２０を形成してもよい。例えば、各蛍光体を散させた光透過性樹脂に発光素子１０をディップしてその表面を蛍光体層でコーティングし、その後発光素子１０を基板にマウントすることにより、発光素子１０の表面が蛍光体樹脂でコーティングされたＬＥＤを作製することができる。尚、上記ディッピングによる他、スパッタリング、塗布、又は塗装等により同様のコーティング処理を施すことができる。
【００３３】
また、本実施例では蛍光体を分散させる基材としてシリコーン樹脂を用いたがこれに限定されるものではない。基材としてエポキシ樹脂、他のシリコーン材料、尿素樹脂、又はガラス等の透明な材料を用いることができる。
【００３４】
本実施例では、各蛍光体を蛍光体樹脂層内に一様に分散させる構成としたが、蛍光体樹脂層２０内で蛍光体の濃度分布に傾斜を設けることもできる。例えば、蛍光体添加濃度の異なるシリコーン樹脂を発光素子１０の上に順に積層する。一方、図３に示すように、含有する蛍光体が異なる複数の蛍光体樹脂層を形成させてもよい。この例では発光素子１０を被覆するように二つの蛍光体樹脂層２５、２６が形成されている。発光素子１０に近い側の蛍光体樹脂層２５には第２蛍光体２２が含有される。他方の蛍光体樹脂層２６には第１蛍光体及び第３蛍光体が含有される。蛍光体樹脂層２５、２６の基材は共にシリコーン樹脂である。尚、これら二つの樹脂層が封止樹脂を兼ねている。この例のＬＥＤ２では、光変換効率の比較的低い赤色系蛍光体（第２蛍光体２２）を発光素子１０の近傍に配置している。これにより赤色蛍光体に照射する発光素子の光の量を増大させ、他の蛍光体からの光の量とのバランスをとっている。このように蛍光体の配置態様を工夫することによって、各蛍光体からの光の量を均一化し、色成分バランスが良好な演色性に優れた白色光を得る。
蛍光体として黄色系〜赤色系蛍光体と緑色系蛍光体との組合せを採用する場合には、発光素子に近い方から順に、前者を含有する蛍光体樹脂層、後者を含有する蛍光体樹脂層が配置されるようにすれば、上記同様に黄色系〜赤色系蛍光体からの光の量と緑色系蛍光体からの光の量とのバランスが良好となり、演色性に優れた白色光が得られる。
【実施例２】
【００３５】
図４は、本発明の他の実施例である砲弾型ＬＥＤ３の断面図である。実施例１のＬＥＤ１と同一の部材には同一の符号を付してその説明を省略する。ＬＥＤ３も実施例１のＬＥＤ１と同様の用途に利用される。
発光素子１０はリードフレーム４０に設けられるカップ状部４２に接着剤を用いてマウントされる。接着剤はエポキシ樹脂の中に銀をフィラーとして混合させた銀ペーストである。かかる銀ペーストを用いることにより発光素子１０からの熱の放散がよくなる。尚、銀ペーストに換えて、透明ペースト、白色ペースト等、他の公知の接着剤を用いてもよい。
【００３６】
発光素子１０のｐ電極１８及びｎ電極１９は、それぞれワイヤ４４及び４３によりリードフレーム４１及び４０にワイヤボンディングされる。
続いて、カップ状部４２に蛍光体樹脂層２０（第１蛍光体２１（黄色系）、第２蛍光体２２（赤色系）、第３蛍光体２３（緑色系）を含有する）が充填される。
蛍光体樹脂層２０は、発光素子１０をマウント後、各蛍光体を分散させたシリコーン樹脂をカップ状部４２にポッティングすることにより形成される。尚、ポッティングの他、スパッタリング、塗布、又は塗装等により蛍光体樹脂層２７を形成することもできる。
【００３７】
発光素子１０、リードフレーム４０、４１の一部、及びワイヤ４３、４４はシリコーン樹脂からなる封止レジン４５により封止される。封止レジン４５の材料は透明であれば特に限定はされないが、シリコーン樹脂をその材料として好適に用いることができる。また、蛍光体樹脂層２０との接着性、屈折率等の観点から、蛍光体樹脂層２０の材料と同じ材料で形成されることが好ましい。
【００３８】
以上のように構成されたＬＥＤ３では、ＬＥＤ１と同様に、３種類の蛍光体からの光と発光素子１０の青色光とが混色することによって演色性に優れた白色光が得られる。
尚、この実施例においても、蛍光体の種類、蛍光体樹脂層の構成などについてＬＥＤ１と同様に様々な変更・追加が可能である。
【実施例３】
【００３９】
本発明の他の実施例である液晶表示装置４を図５〜図７に示す。図５は液晶表示装置１の分解斜視図である。図６は液晶表示装置４の光源部５０（バックライト光源）を構成する光源ユニット５５の平面図である。また、図７は光源部５０の断面図である。
液晶表示装置４は大別して光源部５０（バックライト光源）と、液晶パネル６０と、及び意匠カバー７０とから構成される。光源部５０は導光板５１、光源ユニット５５、及びヒートシンク５８を含む。導光板５１はアクリル樹脂製であり、略平板形状を有する。導光板５１はその上面が発光面５２となり、この上に液晶パネル６０が載置されることとなる。一方、導光板５１の一端面５３は所定の傾斜を有する。この例では当該端面５３と発光面５２がなす角度は約１３５°となっている。尚、当該端面５３の傾斜角度は、後述の光源ユニット５５からの光を当該端面５３が効率的且つ良好な配光特性で反射できるように設計することができる。また、本実施例では当該端面５３を平面状としたが、所定の曲率（全体に亘って曲率は一定でなくともよい）で湾曲する曲面としてもよい。或いは、平面と曲面とを組み合わせた形状としてもよい。
【００４０】
導光板５１の裏面５４は、端面５３側から反対側端面に向かって次第に上面（発光面５２）に近づくテーパー面となっている（図５及び図７を参照）。
上記端面５３が形成される側の導光板下方に光源ユニット５５が配置される。本実施例では合計３個の光源ユニット５５が一列に整列した状態で配置される。各光源ユニット５５は基板６１と、その上にマウントされる複数個の発光素子１０（実施例１を参照）と及びリフレクタ６４とから構成される。一つの光源ユニット５５に対して８個の発光素子１０が使用される。これら複数の発光素子１０は基板６１上に直線状に配列している。
【００４１】
基板６１は銅の表面にニッケルメッキを施したものであって、高い熱伝導性を有する。また、図５に示されるように基板６１の表面積は発光素子のマウント領域６２のそれに比較して格段に大きい。このような構成の基板６１を採用することによって配線パターンの形成の面で有利となる（例えば、大きな電極パッドを形成でき、電気的接続が容易となる）。また、基板６１とヒートシンク５８との接触面積が大きくなり、基板６１からヒートシンク５８への熱の伝導効率が高まる。これによって一層放熱効果に優れた光源部５０（バックライト光源）となり、長期に亘る高い駆動安定性及び長寿命化を達成できる。
【００４２】
図６及び図７に示されるように、直線上に配列した発光素子１０を一括して囲繞するようにリフレクタ６４が配置される。リフレクタ６４は白色樹脂製であって、その断面が台形で且つ横長の開口部６５を有する。そして当該開口部６５内に発光素子１０が収まるようにリフレクタ６４は基板６１上に載置される。その後、リフレクタ６４の開口部６５内には、第１蛍光体（黄色系）、第２蛍光体（赤色系）、及び第３蛍光体（緑色系）を分散させたシリコーン樹脂６７が充填される。一方、リフレクタ６４と導光板５１との間は、屈折率が導光板５１に揃った乃至は類似の透明な光学ジェルで充たされる（図示せず）。
リフレクタ６４は一方で、その開口部６５が形成される側と反対側に伸びる取付部６６を備える。当該取付部６６を利用してリフレクタ６４は基板６１にネジ止めされている。本実施例では当該ネジ止めによってリフレクタ６４、基板６１、及び後述のヒートシンク５８が連結される構成とした。かかる構成によればこれらの部材を簡易な方法で且つ強固に一体化することができる。従って、組み立て作業が容易となり、また外部衝撃に対する強度が高まるなど品質の向上も期待できる。
ヒートシンク５８には基板６１、及びリフレクタ６４がちょうど収まるように段差５９が設けられている。尚、本実施例ではヒートシンク５８の材質をアルミ銅としたが、これに限られるものではない。
【００４３】
以上の導光板５１、光源ユニット５５、及びヒートシンク５８によって構成された光源部５０（バックライト光源）では以下の発光態様が得られる（図７を参照）。尚、導光板５１の発光面５２上には液晶パネル６０が載置され、その後意匠カバー７０が被せられる。
まず各発光素子１０が点灯することによって青色光が放出される。青色光の一部は蛍光体樹脂２７内の各蛍光体の励起に利用される。これによって黄色光、赤色光、緑色光が生成する。これらの光と、蛍光体の励起に利用されなかった青色光とが一部混合しつつ放射する。ここで、上記のように発光素子１０を直線状に配列したことによって各光源ユニット５５からは線状光が放射される。従って、薄型の導光板に対しても高い入射効率で光を入射させることが可能となる。また、導光板内での輝度ムラの発生も抑制することが可能となる。
【００４４】
ところで、以上の各光（青色光、黄色光、赤色光、及び緑色光）は直接又はリフレクタ６４による反射を経た後、導光板裏面５４を介して導光板５１内に導入される。この過程において或いは導光板５１内を進行する過程においても各光が混合し、最終的に導光板５１の発光面５２から白色光が放射される。ここで、３種類の蛍光体を採用することによって、最終的に得られる白色光を構成する色成分のバランスが良好となる。従って演色性に優れた白色光が発光することとなり、色再現性に優れた液晶表示装置が構成される。
一方、リフレクタ６４と導光板５１との間を、屈折率が導光板に揃った乃至は類似の透明な光学ジェルで充たしたことによって光のロスを最小限に抑えることができ、導光板５１内への効率的な光の導入が行われる。一方、各光源ユニットの上方に位置する導光板５１の端面５３が上記のように所定の傾斜を有することから、導入光を効率的にそこで反射し、反対側の端面方向の光へと変換することができる。これによって良好な導光作用が得られ、発光面５２から放射される光の輝度が均一化される。即ち、発光ムラが軽減する。一方、導光板裏面５４を上記のようにテーパー面としたことによって、導光板裏面５４において発光面５２側への積極的な光の反射が生じ、高い発光効率が得られる。また、光の入射領域から遠い領域ほど導光板裏面５４と発光面５２との距離が近づき、これに応じて光の取り出し効率が向上する。これによって、光の入射領域からの距離に起因する光量不足が解消され、もって発光ムラの軽減が図られる。
【００４５】
以上の構成において上記端面５３の表面に光反射処理を施し、当該端面５３による反射作用を高めることもできる。
また、本実施例では各光源ユニット５５にそれぞれ１１個の発光素子１０を使用することにしたが、発光素子の使用数はこれに限定されるものではない。例えば、光源ユニット５５や導光板５１の大きさ、必要とされる輝度等を考慮して、より多くの数又はより少ない数の発光素子を使用することにしてもよい。また、青色発光の発光素子１０に組み合わせて、他の色を発光する発光素子を使用することにしてもよい。このように発光色の異なる発光素子を併用することによって、光源ユニットの光の色調整を行うことも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、演色性に優れた白色光を発光する光源装置を提供する。本発明の光源装置は例えば、携帯電話、携帯情報端末、カーナビゲーションシステム、ラップトップ型（ノート型）ＰＣ、液晶テレビなどの液晶パネル等に利用される。
【００４７】
この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一の実施例であるＳＭＤ（表面実装）型ＬＥＤ１を示す図である。
【図２】ＬＥＤ１に使用される発光素子１０の模式断面図である。
【図３】他の形態のＬＥＤ３を示す図である。
【図４】本発明の他の実施例である砲弾型ＬＥＤ３を示す図である。
【図５】本発明の他の実施例である液晶表示装置４を示す分解斜視図である。
【図６】液晶表示装置４の光源部５０（バックライト光源）を構成する光源ユニット５５を示す平面図である。
【図７】液晶表示装置４の光源部５０の断面図である。
【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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