(57)【要約】【課題】白色系半導体発光装置において白色光の装置間のバラツキを小さくし、装置の生産性を向上させる。また光変換効率を高くする。【解決手段】半導体発光素子として紫外線発光素子３を用い、青色発光蛍光体６１および黄色発光蛍光体６２を混合分散した蛍光体層６を形成する。ここで光変換効率を一層高くする観点から、青色蛍光体６１および黄色発光蛍光体６２として、紫外線を吸収して青色および黄色にそれぞれ発光するものを用いるのが好ましい。【選択図】図１
2011139100.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線発光素子と、青色発光蛍光体および黄色発光蛍光体を混合分散した蛍光体層とを備えたことを特徴とする白色系半導体発光装置。
【請求項２】
前記青色蛍光体および前記黄色発光蛍光体として、紫外線を吸収して青色および黄色にそれぞれ発光するものを用いる請求項１記載の白色系半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は白色系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とを備えた白色系半導体発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
これまでの白色系半導体発光装置は、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していた。
【０００３】
しかし、青色半導体発光素子では一般的にピーク波長の変動幅が１０ｎｍ程度もあるので、その青色光を吸収して発光するＹＡＧ蛍光体層の黄色光でもピーク波長の変動が起こり、この結果半導体発光装置からの白色光にバラツキが生じていた。
【０００４】
半導体発光装置のこのような白色光のバラツキを抑えるため、例えば特許文献１では、発光素子として紫外線発光素子を用い、この素子の発光面上に青色発光蛍光体の層と黄橙色発光蛍光体の層とを積層形成し、紫外線を吸収させて青色光を発光させると同時に、青色光を吸収させて黄橙色を発光させ、青色光と黄橙色との混色により白色光を得る技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１８３４０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記提案技術では青色蛍光体層と黄橙色蛍光体層という２つの蛍光体層を形成しなければならず生産性を高くすることが難しかった。また紫外線から青色光、そして青色光から黄橙色光と２段階の光変換がなされるので光変換効率が悪かった。
【０００７】
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、装置間の白色光のバラツキが小さく、また生産性の高い白色系半導体発光装置を提供することをその目的とするものである。
【０００８】
また本発明の目的は、光変換効率が充分に高い白色系半導体発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、紫外線発光素子と、青色発光蛍光体および黄色発光蛍光体を混合分散した蛍光体層とを備えたことを特徴とする白色系半導体発光装置が提供される。
【００１０】
ここで光変換効率を一層高くする観点から、前記の青色蛍光体および黄色発光蛍光体として、紫外線を吸収して青色および黄色にそれぞれ発光するものを用いるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の半導体発光装置では、半導体発光素子として紫外線発光素子を用いたので発光波長ピークのバラツキが小さく、また青色発光蛍光体と黄色発光蛍光体とを混合分散した蛍光体層を設ける構成としたので高い生産性が得られる。
【００１２】
青色蛍光体および黄色発光蛍光体として紫外線を吸収して青色および黄色にそれぞれ発光するものを用いると、光変換効率を一層高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【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】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５】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６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明者は、半導体発光装置間の白色光のバラツキが小さく、また生産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、且つ青色発光蛍光体および黄色発光蛍光体を混合分散した蛍光体層とを備えた構成すればよいことを見出し本発明をなすに至った。
【００１５】
本発明の大きな特徴の一つは、半導体発光素子として紫外線発光素子を用いたことにある。従来の半導体発光装置ではＧａＮ系やＳｉＣ系といった青色発光素子を用いていたので、発光ピーク波長が±１０ｎｍ程度振れていたが、本発明の半導体発光装置では紫外線発光素子を用い、この発光素子からの紫外線を蛍光体に吸収させて青色を発光させるので、青色発光のピーク波長の振れを±２ｎｍ程度にまで抑えることができた。
【００１６】
そして本発明のもう一つの大きな特徴は、青色発光蛍光体と黄色発光蛍光体とを混合分散した蛍光体層を設けたことにある。すなわち、青色発光蛍光体と黄色発光蛍光体とを用いた従来の半導体発光装置では、２種類の蛍光体をそれぞれ別の層に分散させていたので、製造工程おいて２つの層を形成する必要があった。これに対し本発明の半導体装置では２つの蛍光体を一つの層に混合分散するので、従来の装置に比べ高い生産性を有する。
【００１７】
ここで用い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。
【００１８】
黄色発光蛍光体としては、青色発光を吸収して黄色に発光する蛍光体および紫外線を吸収して黄色に発光する蛍光体のいずれであっても構わないが、本発明では青色発光蛍光体と混合して用いるので、発光効率を一層高めるためには後者の蛍光体が用いるのが望ましい。青色発光を吸収して黄色に発光する蛍光体としては例えば有機蛍光体では、アリルスルホアミド・メラミンホルムアルデヒド共縮合染色物やペリレン系蛍光体等を挙げることができ、無機蛍光体では、アルミン酸塩、リン酸塩、ケイ酸塩等を挙げることができる。この中でも長期間使用可能な点から、ペリレン系蛍光体、ＹＡＧ系蛍光体が特に好ましい。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。この中でもセリウムが好ましい。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。蛍光体と付活剤との組み合わせとしては、ＹＡＧとセリウムとの組み合わせが好ましい。
【００１９】
また紫外線を吸収して黄色に発光する蛍光体としては例えば、（Ｌａ，Ｃｅ）（Ｐ，Ｓｉ）Ｏ４や（Ｚｎ，Ｍｇ）Ｏなどの蛍光体が挙げられる。また付活剤としては例えばテルビウムや亜鉛などが挙げられる。
【００２０】
蛍光体層中の各蛍光体の含有量は、発光素子や蛍光体の種類などから適宜決定すればよいが、一般にその含有量は各蛍光体とも蛍光体層に対して１〜２５ｗｔ％の範囲が望ましい。
【００２１】
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で囲まれた内部は、青色発光蛍光体６１と黄色発光蛍光体６２とを透光性樹脂中に混合分散した蛍光体層６で封止されている。
【００２２】
このような半導体発光装置は例えば、前記２種類の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内に注ぎ込んだ後、これを加熱硬化して作製することができる。
【００２３】
前記２種類の蛍光体がどちらも紫外線を吸収して発光するものである場合には、次のような発光機構によりこの半導体発光装置は白色に発光する。紫外線発光素子３から紫外線が発せられると、青色発光蛍光体６１および黄色発光蛍光体６２がそれぞれこの紫外線を吸収して青色および黄色に発光する。青色と黄色は補色の関係にあるから、この２色が混色することによって発光装置からは白色光が発せられることになる。
【００２４】
一方、黄色発光蛍光体６２が青色を吸収して黄色に発光するものである場合には、まず紫外線発光素子３から発せられた紫外線を青色発光蛍光体６１がまず吸収して青色に発光する。つぎに、この青色発光を吸収して黄色発光蛍光体６２が黄色に発光する。そうして前記と同様に青色と黄色が混色して発光装置から白色光が発せられる。
【００２５】
本発明の半導体発光装置の他の実施態様を図２に示す。図２は半導体発光装置の断面図であって、蛍光体層６の配置形態を除き図１の装置と同じ構成を有している。すなわち、図２の半導体発光装置では、２種類の蛍光体を混合分散させた蛍光体層６を透光性樹脂からなる封止体７中に形成している。なお、この場合、蛍光体層６に含有される蛍光体の濃度は図１のそれよりも高くする必要がある。またこの蛍光体層６の封止体７中での形成位置は特に限定はなく、紫外線発光素子３の上面から封止体７の表面までのいずれの位置であってもよい。さらに蛍光体層６の形状にも限定はなく、紫外線発光素子３から発せられたすべて光が通過する形状であればよく、例えば図３に示すような、紫外線発光素子３を覆うようなドーム形状（同図（ａ））、あるいは箱形状（同図（ｂ））であってもよい。
【００２６】
図２の半導体発光装置は例えば次のようにして作製できる。熱硬化性の透光性樹脂を反射ケース５内に所定高さまで注ぎ込んだ後、樹脂を加熱硬化させる。次に、前記２種類の蛍光体を予め分散混合した熱硬化性樹脂を注ぎ混み、樹脂を加熱硬化させて蛍光体層６を形成する。その後、反射ケース５内をすべて充填するまで前記透光性樹脂を注ぎ込み、そして樹脂を加熱硬化させる。
【００２７】
本発明の半導体発光装置の他の実施形態を図４に示す。図４の半導体発光装置が図１の半導体発光装置と異なる点は、反射ケース５内に透光性樹脂を充填し加熱硬化させて封止体７を形成した後、封止体７の表面全体に蛍光体層６を形成する点にある。このような蛍光体層６は例えば、前記２種類の蛍光体を混合分散させた樹脂を封止体７表面に塗布して形成する、あるいは前記２種類の蛍光体を混合分散させたシートを封止体７表面に貼着して形成すればよい。
【００２８】
以上説明したチップ型半導体発光装置では、反射ケース５をチップ基板１上に設けた形態であったが、反射ケース５を設けないいわゆるモールドタイプのものであってももちろん構わない。
【００２９】
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５のリード型半導体発光装置は、第１のリード８の上端面に形成されたステム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）と第２のリード８’の上端部とはボンディングワイヤ４で接続されている。そして第１および第２のリード８．８’の上部と、紫外線発光素子３、ボンディングワイヤ４とを、青色発光蛍光体６１と黄色発光蛍光体６２とを混合分散した蛍光体層６で封止している。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。
【００３０】
チップ型半導体発光装置における蛍光体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。例えば紫外線発光素子３が底面に固着されたステムを充填するように蛍光体層６を形成した形態（図６）や、封止体７内に紫外線発光素子３を覆うように蛍光体層６を形成した形態（図７）、封止体７の表面に蛍光体層６を形成した形態（図８）などが挙げられる。なお、図８の形態の場合、前記２種類の蛍光体を混合した樹脂を封止体７表面に塗布して蛍光体層６を形成してもよいし、あるいは前記２種類の蛍光体を混合した樹脂を、封止体７の表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７に被せるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３１】
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 蛍光体層
７ 封止体
８ 第１のリード
８’ 第２のリード
６１ 青色発光蛍光体
６２ 黄色発光蛍光体
【図１】
2011139100.tif 000003
【図２】
2011139100.tif 000004
【図３】
2011139100.tif 000005
【図４】
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【図５】
2011139100.tif 000007
【図６】
2011139100.tif 000008
【図７】
2011139100.tif 000009
【図８】
2011139100.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成23年5月6日(2011.5.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線発光素子と、青色発光蛍光体および黄色発光蛍光体を混合分散した蛍光体層とを備え、前記青色発光蛍光体としては、紫外線を吸収して青色に発光するものを用い、前記黄色発光蛍光体としては、青色発光または紫外線を吸収して黄色に発光するものを用いる白色系半導体発光装置であって、
蛍光体を含む層は、前記青色発光蛍光体および前記黄色発光蛍光体を混合分散した前記蛍光体層のみであることを特徴とする白色系半導体発光装置。
【請求項２】
前記青色発光蛍光体としては、ハロリン酸塩蛍光体、アルミン酸塩蛍光体、または、ケイ酸塩蛍光体が用いられており、その付活剤としては、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、または、アンチモンが用いられていることを特徴とする請求項１に記載の白色系半導体発光装置。
【請求項３】
前記付活剤の添加量は、前記青色発光蛍光体に対して０．１〜１０ｍｏｌ％であることを特徴とする請求項２に記載の白色系半導体発光装置。
【請求項４】
前記黄色発光蛍光体としては、（Ｌａ，Ｃｅ）（Ｐ，Ｓｉ）Ｏ４、または（Ｚｎ，Ｍｇ）Ｏが用いられており、その付活剤としては、テルビウム、または、亜鉛が用いられていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の白色系半導体発光装置。
【請求項５】
前記黄色発光蛍光体としては、アリルスルホアミド・メラミンホルムアルデヒド共縮合染色物、ペリレン系蛍光体、アルミン酸塩蛍光体、ケイ酸塩蛍光体、または、ＹＡＧ系蛍光体が用いられており、その付活剤としては、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、または、アンチモンが用いられていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の白色系半導体発光装置。
【請求項６】
前記付活剤の添加量は、前記黄色発光蛍光体に対して０．１〜１０ｍｏｌ％であることを特徴とする請求項５に記載の白色系半導体発光装置。
【請求項７】
前記蛍光体層中における前記青色発光蛍光体及び前記黄色発光蛍光体の各含有量は、それぞれ、前記蛍光体層に対して１〜２５ｗｔ％であることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の白色系半導体発光装置。
【請求項８】
前記蛍光体層は、透光性の封止体として形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の白色系半導体発光装置。
【請求項９】
前記蛍光体層は、前記紫外線発光素子が搭載されるチップ基板の上面外縁を囲うように形成された反射ケース内に、前記青色発光蛍光体と前記黄色発光蛍光体を予め分散混合した熱硬化性の透光性樹脂を注ぎ込んだ後、これを加熱硬化して作製されることを特徴とする請求項８に記載の白色系半導体発光装置。
【請求項１０】
内部または表面に前記蛍光体層が形成された透光性の封止体をさらに備えることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の白色系半導体発光装置。
【請求項１１】
前記蛍光体層は、前記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状であることを特徴とする請求項１０に記載の白色系半導体発光装置。
【請求項１２】
前記蛍光体層は、前記紫外線発光素子を覆うようなドーム形状であることを特徴とする請求項１１に記載の白色系半導体発光装置。
【請求項１３】
前記蛍光体層は、前記紫外線発光素子を覆うような箱形形状であることを特徴とする請求項１１に記載の白色系半導体発光装置。
【請求項１４】
前記封止体は、前記紫外線発光素子が搭載されるチップ基板の上面外縁を囲うように形成された反射ケース内に、熱硬化性の透光性樹脂を所定高さまで注ぎ込んだ後、これを加熱硬化し、次に、前記青色発光蛍光体と前記黄色発光蛍光体を予め分散混合した熱硬化性の透光性樹脂を注ぎ込んだ後、これを加熱硬化し、最後に、熱硬化性の透光性樹脂を前記反射ケース内をすべて充填するまで注ぎ込んだ後、これを加熱硬化して作製されることを特徴とする請求項１１に記載の白色系半導体発光装置。
【請求項１５】
前記蛍光体層は、前記青色発光蛍光体と前記黄色発光蛍光体を予め分散混合した熱硬化性の透光性樹脂を前記封止体の表面に塗布して形成されることを特徴とする請求項１１に記載の白色系半導体発光装置。
【請求項１６】
前記蛍光体層は、前記青色発光蛍光体と前記黄色発光蛍光体を予め分散混合したシートを前記封止体の表面に貼付して形成されることを特徴とする請求項１１に記載の白色系半導体発光装置。
【請求項１７】
前記蛍光体層は、前記紫外線発光素子が底面に固着されたステムを充填する形態であることを特徴とする請求項１１に記載の白色系半導体発光装置。
【請求項１８】
前記蛍光体層は、前記青色発光蛍光体と前記黄色発光蛍光体を予め分散混合した透光性樹脂を前記封止体の表面形状に合わせて予め加工成形しておき、この成形体を前記封止体に被せることで作製されることを特徴とする請求項１１に記載の白色系半導体発光装置。