(57)【要約】【課題】高演色性と高信頼性とを両立する半導体発光装置を提供する。【解決手段】半導体発光装置は、実装部材２と、実装部材２内にマウントされた発光素子３と、発光素子から照射される光を吸収し、当該光の波長を変換して外部に放出する波長変換体とを備える。この波長変換体は、無機蛍光体１０ａと有機蛍光体１０ｂとを含む。【選択図】図１
2006278980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実装部材と、前記実装部材内にマウントされた発光素子と、前記発光素子から照射される光を吸収し、当該光の波長を変換して外部に放出する波長変換体とを備える半導体発光装置であって、
前記波長変換体は、無機蛍光体と有機蛍光体とを含むことを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
前記無機蛍光体を含有する無機蛍光体含有樹脂層は、前記発光素子の周囲を覆う位置に配置され、
前記有機蛍光体を含有する有機蛍光体含有樹脂層は、前記無機蛍光体含有樹脂層上に配置されることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記有機蛍光体は、赤色の光を放出することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記発光素子から照射される光のピーク波長は、３５０〜４２０ｎｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、実装部材と、実装部材内にマウントされた発光素子と、発光素子から照射される光を吸収し、当該光の波長を変換して外部に放出する波長変換体とを備える半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）チップから照射される光の波長を蛍光体によって変換する技術を用いた、白色ＬＥＤが開発されている。この白色ＬＥＤは、照明用としても期待されているため、高演色性や高信頼性が必要となっている。ここで、高演色性とは、太陽光に近い発光スペクトルを有する性質を示し、信頼性とは、長時間の使用によっても特性劣化が生じにくい性質を示す。
【０００３】
現在、白色ＬＥＤ用蛍光体としては、一般的に無機材料が使用されており、その種類やＬＥＤチップとの組み合わせは、様々である。例えば、青色発光ＬＥＤチップと黄色及び赤色蛍光体の組み合わせ、紫外発光ＬＥＤチップと青色、緑色、赤色蛍光体の組み合わせなどが挙げられる（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特許第３４８６３４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した無機蛍光体は、時間による劣化が小さい、即ち、信頼性が高いという利点がある。しかしながら、無機蛍光体は、青色、緑色などの蛍光体に比べ、ブロードな発光スペクトルを持つ赤色蛍光体の作製が困難であり、その結果、作製した白色ＬＥＤの演色性が小さいことが問題となっている。
【０００５】
この問題を解決する方法として、白色ＬＥＤ用蛍光体として、有機材料の使用が試みられている。有機材料には、ブロードな発光スペクトルを持つ赤色蛍光体が多数存在し、その他の発光を示す有機蛍光体と組み合わせることにより、高演色性の白色ＬＥＤの作製が可能である。
【０００６】
しかしながら、多くの有機蛍光体は、ＬＥＤチップからの照射光、発光時の発熱などにより、時間とともに蛍光体の発光特性（信頼性）が劣化し、白色ＬＥＤからの発光色の変化、光度の減少などの問題が発生する。
【０００７】
そこで、本発明は、上記の課題に鑑み、高演色性と高信頼性とを両立する半導体発光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記目的を達成するため、波長変換体として、無機蛍光体と有機蛍光体とを共に使用することに注目し、本発明を完成させるに至った。
【０００９】
本発明の特徴は、実装部材と、実装部材内にマウントされた発光素子と、発光素子から照射される光を吸収し、当該光の波長を変換して外部に放出する波長変換体とを備える半導体発光装置であって、波長変換体は、無機蛍光体と有機蛍光体とを含む半導体発光装置であることを要旨とする。
【００１０】
本発明の特徴に係る半導体発光装置によると、無機蛍光体と有機蛍光体とを共に使用することにより、高演色性と高信頼性とを両立することができる。
【００１１】
又、本発明の特徴に係る半導体発光装置において、無機蛍光体を含有する無機蛍光体含有樹脂層は、発光素子の周囲を覆う位置に配置され、有機蛍光体を含有する有機蛍光体含有樹脂層は、無機蛍光体含有樹脂層上に配置されることが好ましい。
【００１２】
この半導体発光装置によると、発光特性が劣化しやすい有機蛍光体は、発光素子から遠い位置に配置することができ、より信頼性を向上させることができる。
【００１３】
又、本発明の特徴に係る半導体発光装置において、有機蛍光体は、赤色の光を放出することが好ましい。
【００１４】
有機蛍光体には、ブロードな発光スペクトルを持つ赤色蛍光体が多数存在する。このため、赤色蛍光体を無機材料に代わり有機材料を使うことにより、可視部の長波長域のスペクトルがなだらかになり、高演色性の白色発光が得られる。
【００１５】
又、本発明の特徴に係る半導体発光装置において、発光素子から照射される光のピーク波長は、３５０〜４２０ｎｍであることが好ましい。
【００１６】
この半導体発光装置によると、発光素子にＧａＮ系の半導体を用いた場合など、発光素子からの光のピーク波長が短いほど、より有効に高演色性と高信頼性とを両立することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、高演色性と高信頼性とを両立する半導体発光装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００１９】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態に係る半導体発光装置（白色ＬＥＤ装置）は、図１に示すように、実装部材（カップ）２と、実装部材（カップ）２内にマウントされた発光素子（ＬＥＤチップ）３とを備える。発光素子３上には、無機蛍光体１０ａ、有機蛍光体１０ｂを含有した透光性樹脂４が配置され、硬化される。尚、図１では、発光素子３をマウントする配線等は、省略されている。
【００２０】
次に、第１の実施の形態に係る半導体発光装置を構成する材料について例示するが、本発明はこれらの材料に限定されるものではないことは言うまでもない。
【００２１】
発光素子３の発光波長は、白色系を発光させる場合、蛍光体からの発光波長との補色関係や透光性樹脂の劣化等を考慮して、３５０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲が好ましい。
【００２２】
又、無機蛍光体１０ａとしては、特にその種類を限定する必要は無いが、例えば、ＢａＭｇ2Ａｌ16Ｏ27：Ｅｕ、（ＳｒＣａＢａ5（ＰＯ4 ）3Ｃｌ：Ｅｕ、ＢａＳｉ2 Ｏ5 ：Ｐｂ、ＹＰＯ4：Ｃｅ、Ｓｒ2Ｐ2Ｏ7：Ｅｕ、ＺｎＳ：Ｃｕ、Ａｌ等が挙げられる。
【００２３】
又、有機蛍光体１０ｂとしては、特にその種類を限定する必要は無いが、例えば、サリチル酸ナトリウム、エオシン、アントラセン、ジアミノスチルベン誘導体、テルフェニル、リュモゲン、コローネン等が挙げられる。又、有機蛍光体１０ｂは、赤色の光を放出することが好ましい。
【００２４】
透光性樹脂４は、蛍光体を内部に含有できるものであればよく、例えば、脂環式エポキシ樹脂、含窒素エポキシ樹脂等の熱硬化性エポキシ樹脂が好適であるが、これに限らず、他のエポキシ樹脂やシリコン樹脂等を用いることもできる。尚、これらの透光性樹脂には、所望の波長をカットする着色剤、所望の光を拡散させる酸化チタン、酸化アルミニウムなどの無機拡散材やメラニン樹脂、グアナミン樹脂、ベンゾググアナミン樹脂などの有機拡散材、樹脂の耐光性を高める紫外線吸収剤、酸化防止剤や有機カルボン酸亜鉛、酸無水物、亜鉛キレート化合物などの硬化促進剤を種々の添加剤の一つとして含有させてもよい。
【００２５】
その他の材料は、既に公知のものを使用するので、それらの説明を省略する。
【００２６】
第１の実施の形態に係る半導体発光装置の作製方法は、以下の通りである。
【００２７】
無機蛍光体１０ａ及び有機蛍光体１０ｂを適量混合し、透光性樹脂４中に拡散させる。透光性樹脂４は、上述したように、エポキシ系、シリコン系など、無機蛍光体１０ａ及び有機蛍光体１０ｂが分散可能であれば使用可能である。そして、蛍光体含有樹脂を既知の方法で、発光素子３を設置、かつ、配線した実装部材２上に塗布し、硬化させる。その後、従来の方法で、砲弾型ＬＥＤを作製する。
【００２８】
第１の実施の形態では、無機蛍光体１０ａと有機蛍光体１０ｂを同一発光素子３上に配置し、白色ＬＥＤ装置を作製することにより、高演色性と高信頼性とを両立することができる。
【００２９】
又、有機材料による赤色蛍光体を用いることにより、可視部の長波長域のスペクトルがなだらかになり、高演色性の白色発光が得られる。
【００３０】
更に、発光素子３から照射される光のピーク波長が３５０〜４２０ｎｍであることにより、より有効に高演色性と高信頼性とを両立することができる。
【００３１】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る半導体発光装置（白色ＬＥＤ装置）は、図３に示すように、実装部材（カップ）２と、実装部材（カップ）２内にマウントされた発光素子（ＬＥＤチップ）３とを備える。無機蛍光体１０ａを含有する無機蛍光体含有樹脂層４ａは、発光素子３の周囲を覆う位置に配置され、硬化される。又、有機蛍光体１０ｂを含有する有機蛍光体含有樹脂層４ｂは、無機蛍光体含有樹脂層４ａ上に配置され、硬化される。尚、図３では、発光素子３をマウントする配線等は、省略されている。
【００３２】
又、有機蛍光体１０ｂは、赤色の光を放出することが好ましい。更に、発光素子３から照射される光のピーク波長は、３５０〜４２０ｎｍであることが好ましい。
【００３３】
又、第２の実施の形態に係る半導体発光装置を構成する材料については、第１の実施の形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。
【００３４】
第２の実施の形態に係る半導体発光装置の作製方法は、以下の通りである。
【００３５】
無機蛍光体１０ａを適量混合し、透光性樹脂４ａ中に拡散させる。透光性樹脂４ａは、エポキシ系、シリコン系など、無機蛍光体１０ａが分散可能であれば使用可能である。次に、無機蛍光体含有樹脂４ａを既知の方法で、発光素子３を設置、かつ、配線した実装部材２上に塗布し、硬化させる。
【００３６】
一方、有機蛍光体１０ｂを適量混合し、透光性樹脂４ｂ中に拡散させる。透光性樹脂４ｂは、エポキシ系、シリコン系など、有機蛍光体１０ｂが分散可能であれば使用可能である。有機蛍光体含有樹脂４ｂを既知の方法で、発光素子３を設置、かつ、配線した実装部材２上に塗布し、硬化させる。その後、従来の方法で、砲弾型ＬＥＤを作製する。
【００３７】
尚、それぞれの透光性樹脂の硬化は、２度に分けてもよく、１度に行ってもよい。又、有機蛍光体含有樹脂４ｂの配置場所は、図３に示すように、無機蛍光体含有樹脂４ａの直上である必要はなく、色変換可能な場所であれば、問題はない。
【００３８】
第２の実施の形態では、無機蛍光体含有樹脂４ａを塗布後、有機蛍光体含有樹脂４ｂを塗布することにより、有機蛍光体１０ｂは、発光素子３から遠い位置に配置することができる。このため、発光素子３からの発光、及び、発光時の発熱などにより、時間とともに有機蛍光体１０ｂの発光特性が劣化するのを防ぐことができる。
【００３９】
又、有機材料による赤色蛍光体を用いることにより、可視部の長波長域のスペクトルがなだらかになり、高演色性の白色発光が得られる。
【００４０】
更に、ＬＥＤチップ３から照射される光のピーク波長が３５０〜４２０ｎｍであることにより、より有効に高演色性と高信頼性とを両立することができる。
【００４１】
（その他の実施形態）
本発明は上記の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００４２】
例えば、第１及び第２の実施の形態では、白色ＬＥＤ装置について例示したが、本発明はこれに限らず、発光素子からの放出光を励起光とする蛍光体とを組み合わせた発光素子の製造にも利用可能である。
【００４３】
又、発光素子３に用いられる基板については、その材料は特に限定されず、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＮ、サファイアなど、用途に応じて適宜選択可能である。
【００４４】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【実施例】
【００４５】
以下、本発明に係る白色ＬＥＤ装置について、実施例を挙げて具体的に説明すると共に、高演色性及び高信頼性が両立されることを、比較例を挙げて明らかにする。尚、本発明に係る白色ＬＥＤ装置は、下記の実施例に示したものに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において、適宜変更して実施することができるものである。
【００４６】
（実施例１）
実施例１においては、下記のように、有機蛍光体含有樹脂及び無機蛍光体含有樹脂を作製し、ＬＥＤチップへ塗布、硬化することにより、図１に示すような白色ＬＥＤ装置を作製した。ここで、ＬＥＤチップにはＧａＮ系基板を用い、発光波長のピークは３９０ｎｍであった。
【００４７】
[プロセス１：有機蛍光体含有樹脂の作製]
有機蛍光体２５ｍｇをトルエン５ｍｌ中に分散させ、有機蛍光体混入トルエンを作製した。蛍光体を十分に分散させるため、スターラーを用い、撹拌、加熱などの処理を行った。加熱温度は５０℃であった。次に、作製した有機蛍光体混入トルエンにシリコン系樹脂を５ｍｌ混入し、公転２０００ｒｐｍ、自転８００ｒｐｍで５分間撹拌し、その後、ロータリーポンプを用いた真空引きにより、１０分間脱泡を行った。尚、撹拌には、物理的に羽根でかき混ぜる方法、脱泡には、公転方法など既知の方法を用いてもよい。
【００４８】
ここで用いた有機蛍光体は、ポリ［（９，９−ジヘキシルフルオレン−２，７−ジイル）−アルト−｛２，５−ビス（Ｎ，Ｎ’−ジフェニルアミノ）−１，４−ビス（１−シアノビニレン）フェニレン｝］（ＰＦ６−ＣＶＡＰ）であり、発光は赤色で、発光スペクトルは、可視長波長域でブロードなピークを持つ。
【００４９】
最初に、トルエン中に有機蛍光体を混入する作業を行ったが、これは、大気中での有機蛍光体の劣化を防止するためであり、この作業は窒素雰囲気で行った。尚、窒素雰囲気だけではなく、真空中など活性ガスを排除できる雰囲気であればよい。又、トルエン以外にアセトンなど適切な溶液を用いてもよい。
【００５０】
[プロセス２：無機蛍光体含有樹脂の作製]
無機蛍光体総量２５０ｍｇをプロセス１と同様のシリコン系樹脂１ｍｌ中に分散させた。蛍光体を十分に分散させるために、プロセス１と同条件で、撹拌、脱泡を行った。
【００５１】
ここで用いた無機蛍光体は、既知の青色蛍光体及び緑色蛍光体であり、混合比は、青色蛍光体：緑色蛍光体＝２：８であった。両蛍光体ともに発光スペクトルはブロードである。
【００５２】
[プロセス３：有機蛍光体及び無機蛍光体含有樹脂の作製]
プロセス１で作製した有機蛍光体含有樹脂０．３ｍｌと、プロセス２で作製した無機蛍光体含有樹脂１．０ｍｌを混合し、有機蛍光体及び無機蛍光体含有樹脂を作製した。有機蛍光体及び無機蛍光体を十分に分散させるために、プロセス１と同条件で、撹拌、脱泡を行った。
【００５３】
[プロセス４：ＬＥＤチップ上への塗布及び硬化]
プロセス３で作製した有機蛍光体及び無機蛍光体含有樹脂を、既知の方法でＬＥＤチップを電気的に接続したカップ内に注入した。注入量を制御することにより、有機蛍光体及び無機蛍光体含有樹脂をカップ内全体に注入し、注入後の樹脂は、カップ上方に盛り上がっていた。その後、１２０℃で３時間熱処理し、樹脂を硬化させた。
【００５４】
[プロセス５：砲弾型ＬＥＤの作製]
その後、既知の方法で、砲弾型ＬＥＤを作製した。その際、樹脂にはシリコン系樹脂を用いた。
【００５５】
（実施例２）
実施例２においては、下記のように、ＬＥＤチップ上へ無機蛍光体含有樹脂を塗布後、有機蛍光体含有樹脂を塗布、硬化することにより、図３に示すような白色ＬＥＤ装置を作製した。ここで、ＬＥＤチップにはＧａＮ系基板を用い、発光波長のピークは３９０ｎｍであった。
【００５６】
[プロセス１：有機蛍光体含有樹脂の作製]
実施例１のプロセス１と同様であった。
【００５７】
[プロセス２：無機蛍光体含有樹脂の作製]
実施例１のプロセス２と同様であった。
【００５８】
[プロセス３：ＬＥＤチップ上への無機蛍光体含有樹脂の塗布及び硬化]
プロセス２で作製した無機蛍光体含有樹脂を、既知の方法でＬＥＤチップを電気的に接続したカップ内に注入した。その際、注入量を制御することにより、カップの上端には樹脂が覆わない状態にした。そして、１２０℃で３時間熱処理し、樹脂を硬化させた。
【００５９】
[プロセス４：ＬＥＤチップ上への有機蛍光体含有樹脂の塗布及び硬化]
プロセス１で作製した有機蛍光体含有樹脂を、既知の方法でＬＥＤチップを電気的に接続したカップ内に注入した。その際、注入量を制御することにより、実施例１のプロセス３とほぼ同様の状態とした。そして、１２０℃で３時間熱処理し、樹脂を硬化させた。
【００６０】
[プロセス５：砲弾型ＬＥＤの作製]
実施例１のプロセス１と同様であった。
【００６１】
（比較例１）
比較例１においては、下記のように、ＬＥＤチップ上へ無機蛍光体含有樹脂のみを塗布、硬化することにより、図４に示すような白色ＬＥＤ装置を作製した。ここで、ＬＥＤチップにはＧａＮ系基板を用い、発光波長のピークは３９０ｎｍであった。
【００６２】
[プロセス１：無機蛍光体含有樹脂の作製]
無機蛍光体２５０ｍｇをシリコン系樹脂１ｍｌ中に混入し、公転２０００ｒｐｍ、自転８００ｒｐｍで５分間撹拌し、その後、ロータリーポンプを用いた真空引きにより、１０分間脱泡を行った。
【００６３】
ここで用いた無機蛍光体は、既知の青色蛍光体、緑色蛍光体及び赤色蛍光体であり、混合比は、青色蛍光体：緑色蛍光体：赤色蛍光体＝１５：６５：２０であった。青色蛍光体及び緑色蛍光体の発光スペクトルはブロードであるが、赤色蛍光体の発光スペクトルはシャープなピークが数本重ね合わされた状態であった。
【００６４】
[プロセス２：ＬＥＤチップ上への無機蛍光体含有樹脂の塗布及び硬化]
プロセス１で作製した無機蛍光体含有樹脂を、既知の方法でＬＥＤチップを電気的に接続したカップ内に注入した。そして、１２０℃で３時間熱処理し、樹脂を硬化させた。
【００６５】
[プロセス３：砲弾型ＬＥＤの作製]
実施例１のプロセス１と同様であった。
【００６６】
（試験）
次に、上記のようにして作製した実施例１〜２及び比較例１の発光スペクトルを測定した。
【００６７】
実施例１に係る、青色及び緑色の無機蛍光体、及び、赤色有機蛍光体を用いた白色ＬＥＤ装置の発光スペクトルを、図２に示す。又、実施例１において、演色指数Ｒａは８３、赤色の評価指数Ｒ９は３０であった。尚、演色指数とは、自然光を１００とし、色が太陽光のもとで見た場合とどの程度同じように見えるかを表わす数値である。
【００６８】
又、実施例２に係る、青色及び緑色の無機蛍光体、及び、赤色有機蛍光体を用いた白色ＬＥＤ装置の発光スペクトルも、混合比などを調節することにより、図２とほぼ同様の発光スペクトルとなった。又、実施例２においても、実施例１と同様に、演色指数Ｒａは８３、赤色の評価指数Ｒ９は３０であった。
【００６９】
又、比較例１に係る、青色、緑色、赤色の無機蛍光体を用いた白色ＬＥＤ装置の発光スペクトルを、図５に示す。又、比較例１において、演色指数Ｒａは７５、赤色の評価指数Ｒ９は１４であった。
【００７０】
（結果）
実施例１及び実施例２では、図２に示すように、可視部全域にわたり、ブロードな発光スペクトルが得られた。一方、比較例１では、図５に示すように、長波長側に赤色蛍光体によるシャープなピークが得られた。又、実施例１及び実施例２は、比較例１に比べて演色指数も良好であった。このため、赤色蛍光体に有機材料を用いることにより、より太陽光に近い発光（高演色性）が得られることが分かった。
【００７１】
又、実施例１及び実施例２では、長時間点灯後もスペクトルにほとんど変化がなく、高信頼性を得ることが分かった。
【００７２】
更に、実施例１に係る白色ＬＥＤ発光装置と実施例２に係る白色ＬＥＤ発光装置とを比較すると、実施例１に係る白色ＬＥＤ発光装置の場合には、長時間点灯後に、演色指数Ｒａが７１、赤色の評価指数Ｒ９が−１２であったのに対し、実施例２に係る白色ＬＥＤ発光装置では、演色指数Ｒａ、赤色の評価指数Ｒ９ともに変化はなかった。この結果より、実施例２に係る白色ＬＥＤ装置の方が、より良好な高演色性及び高信頼性を維持できることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】第１の実施の形態に係る半導体発光装置の断面図である。
【図２】実施例１に係る半導体発光装置の発光スペクトルを示す図である。
【図３】第２の実施の形態に係る半導体発光装置の断面図である。
【図４】比較例１に係る半導体発光装置の断面図である。
【図５】比較例１に係る半導体発光装置の発光スペクトルを示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
２…実装部材
３…発光素子
４…透光性樹脂
４ａ…無機蛍光体含有樹脂層
４ｂ…有機蛍光体含有樹脂層
１０ａ…無機蛍光体
１０ｂ…有機蛍光体
【図１】
2006278980.tif 000003
【図２】
2006278980.tif 000004
【図３】
2006278980.tif 000005
【図４】
2006278980.tif 000006
【図５】
2006278980.tif 000007