(57)【要約】【課題】周囲温度の変化による色度ズレの発生を抑えた発光装置を提供する。【解決手段】本発明は、発光素子と、該発光素子からの光の少なくとも一部を吸収し異なる波長を有する光を発光する蛍光体とを備える発光装置において、蛍光体は、黄色領域から緑色領域の光を発光する第１の蛍光体と、赤色領域の光を発光する第２の蛍光体とを含み、第１の蛍光体と第２の蛍光体の温度上昇に対する発光出力低下率がほぼ等しいことを特徴とする発光装置である。【選択図】図１
2004235598.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、該発光素子からの光の少なくとも一部を吸収して異なる波長の光を発する第１の蛍光体と、該発光素子からの光の少なくとも一部を吸収して異なる波長の光を発する第２の蛍光体と、を有する発光装置であって、
該発光素子が持つ発光スペクトルのピーク波長が、前記第１の蛍光体が持つ励起スペクトルのピーク波長、及び、前記第２の蛍光体が持つ励起スペクトルのピーク波長よりも長波長側にあることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記発光素子は、電流密度が増加するにしたがって、前記発光素子が持つ発光スペクトルのピーク波長が短波長側に移行されることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記第１の蛍光体及び前記第２の蛍光体は、その第１の蛍光体及び第２の蛍光体の周囲温度の変化に伴う発光強度の変化がほぼ等しいことを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記第１の蛍光体及び第２の蛍光体の周囲温度の変化は、前記発光素子への投入電流の変化によるものであることを特徴とする請求項３に記載の発光装置。
【請求項５】
前記発光素子は、発光スペクトルのピーク波長が３５０ｎｍから５３０ｎｍであることを特徴とする請求項１乃至４のうちのいずれか１つに記載の発光装置。
【請求項６】
前記第１の蛍光体は、前記発光素子の電流密度を変化させたときに生じる波長変化の範囲において、該波長変化の範囲の短波長側が長波長側よりも励起効率が高いことを特徴とする請求項１乃至５のうちのいずれか１つに記載の発光装置。
【請求項７】
前記第１の蛍光体は、前記発光素子の電流密度を変化させたときに生じる波長変化の範囲において、該波長変化の範囲の短波長側に、第１の蛍光体の持つ励起スペクトルのピーク波長を持つことを特徴とする請求項１乃至６のうちのいずれか１つに記載の発光装置。
【請求項８】
前記第１の蛍光体は、ＹとＡｌを含み、かつＬｕ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｅｕ及びＳｍから選択された少なくとも一種の元素と、Ｇａ及びＩｎから選択された一種の元素とを含み、希土類元素から選択された少なくとも一種の元素で付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体を含むことを特徴とする請求項１乃至７のうちのいずれか１つに記載の発光装置。
【請求項９】
前記第１の蛍光体が持つ励起スペクトルのピーク波長と、前記発光素子が持つ発光スペクトルのピーク波長との差が、４０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至８のうちのいずれか１つに記載の発光装置。
【請求項１０】
前記第２の蛍光体は、前記発光素子の電流密度を変化させたときに生じる波長変化の範囲において、該波長変化の範囲の短波長側が長波長側よりも発光強度が高いことを特徴とする請求項１乃至９のうちのいずれか１つに記載の発光装置。
【請求項１１】
前記第２の蛍光体は、Ｎを含み、かつＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、及びＺｎから選択された少なくとも一種の元素と、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＨｆから選択された少なくとも一種の元素とを含み、希土類元素から選択された少なくとも一種の元素で付活された窒化物系蛍光体を含むことを特徴とする請求項１乃至１０のうちのいずれか１つに記載の発光装置。
【請求項１２】
前記発光装置は、液晶ディスプレイのバックライト光源、または照明用光源であることを特徴とする請求項１乃至１１のうちのいずれか１つに記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蛍光表示管、ディスプレイ、ＰＤＰ、ＣＲＴ、ＦＬ、ＦＥＤ及び投写管等、特に、青色発光ダイオード又は紫外発光ダイオードを光源とする発光特性に極めて優れた白色の発光装置等に使用される蛍光体に関する。また、本願発明に係る蛍光体を有する白色の発光装置は、店頭のディスプレイ用の照明、医療現場用の照明などの蛍光ランプに使用することができる他、液晶ディスプレイのバックライト光源、発光ダイオード（ＬＥＤ）の分野などにも応用することができる。
【０００２】
【従来技術】
ＬＥＤを使用した発光装置として、ＬＥＤからの光と、ＬＥＤからの光を蛍光体により波長変換して得られる光とを混色することにより所望の発光色を得る発光装置がある。例えば、白色を発光するＬＥＤ（以下「白色ＬＥＤ」と呼ぶ）は、発光スペクトルのピーク波長４６０ｎｍ程度の青色を発光するＬＥＤと、同じく励起吸収スペクトルのピーク波長が４６０ｎｍ近辺のイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（以下「ＹＡＧ系蛍光体」と呼ぶ）により青色の光が波長変換されて生じる黄色とを混色し、白色光を得る発光ダイオードである。このような白色ＬＥＤにおいては、青色と黄色の加法混色で得られる混色光の演色性を向上させることを目的として、赤色領域に発光スペクトルのピーク波長を有する光を発光する蛍光体をＹＡＧ系蛍光体と共に用いる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特願２０００−３１５３４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記発光装置が例えば継続的に強い光を発光する照明用光源として用いられると、発光素子の発熱により各種蛍光体の励起効率が低下するため、発光装置全体の光束［ｌｍ］が低下する問題が生じる。さらに、発熱により励起効率がそれぞれ異なった割合で低下する複数の蛍光体を組み合わせて発光装置を形成すると、各蛍光体の発光出力の差が周囲温度の変化とともに変動するため、発光装置から出光する光の色度が所望の色度からずれた位置に観測される色ズレが生じていた。
【０００５】
また、発光素子は、投入電流を増加するに従って、発光素子の発光スペクトルのピーク波長が短波長側に移行する（例えば、図２参照）。このピーク波長が短波長側に移行することにより、発光素子により励起される蛍光体の発光強度が変動する。特に、蛍光体を２種類以上組み合わせている場合は、その発光強度の変動が色ズレに大きく左右する。
【０００６】
このような色ズレが僅かなものであっても、上記発光装置が例えば液晶プロジェクタの光源として使用された場合には、スクリーンに拡大投射されて映し出されるカラー映像の色調に大きな影響を与えるという問題が生じる。
【０００７】
そこで本発明は、周囲温度が変化しても、光束［ｌｍ］の低下や色度ズレの発生を抑えることが可能な発光装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、発光素子と、該発光素子からの光の少なくとも一部を吸収して異なる波長の光を発する第１の蛍光体と、該発光素子からの光の少なくとも一部を吸収して異なる波長の光を発する第２の蛍光体と、を有する発光装置であって、該発光素子が持つ発光スペクトルのピーク波長が、前記第１の蛍光体が持つ励起スペクトルのピーク波長、及び、前記第２の蛍光体が持つ励起スペクトルのピーク波長よりも長波長側にあることを特徴とする発光装置に関する。これにより、色度ズレの発生を抑えた発光装置を提供することができる。特に、本発光装置では黒体放射の軌跡に沿って色ズレが生じるため、黒体放射の軌跡に垂直な方向に色ズレが生じる場合と比べて、人間の視覚において、色ズレを感じることが少ない。また、第１の蛍光体と第２の蛍光体との相互作用により、色調ズレの振り幅が極めて狭い。
【０００９】
前記発光素子は、電流密度が増加するにしたがって、前記発光素子が持つ発光スペクトルのピーク波長が短波長側に移行される。発光素子の投入電流を増加させると、電流密度の増加を生じ、発光素子の持つ発光スペクトルのピーク波長が短波長側に移行する。この作用を利用して、色ズレを防止した発光装置を提供するものである。
【００１０】
前記第１の蛍光体及び前記第２の蛍光体は、その第１の蛍光体及び第２の蛍光体の周囲温度の変化に伴う発光強度の変化がほぼ等しいことが好ましい。このような構成とすることによって、蛍光体の投入電力増加に伴う周囲温度の変化により励起効率が変動する第１の蛍光体と第２の蛍光体の温度特性がほぼ同じとなり、周囲温度が変化しても色ズレの発生を抑えることが可能な発光装置を提供することができる。特に、発光素子の電流密度の増加に伴う色ズレと、蛍光体の周囲温度の変化に伴う色ズレと、の相互作用により、より色ズレの発生を抑制した発光装置を提供することができる。
【００１１】
前記第１の蛍光体及び第２の蛍光体の周囲温度の変化は、主に前記発光素子への投入電流の変化によるものである。このような構成とすることによって、発光素子からの熱の影響により励起効率が変化する第１の蛍光体と第２の蛍光体の温度変化がほぼ同じとなり、蛍光体の周囲温度が変化しても色ズレの発生を抑えることが可能な発光装置を形成することができる。
【００１２】
前記発光素子は、発光スペクトルのピーク波長が３５０ｎｍから５３０ｎｍであることが好ましい。特に発光素子からの光に色調を有する４００ｎｍから５３０ｎｍが好ましい。このような構成とすることによって、半導体発光素子の色調変化と蛍光体の色調変化を制御し発光装置全体の色ズレを制御することが可能である。
【００１３】
前記第１の蛍光体は、前記発光素子の電流密度を変化させたときに生じる発光素子の波長変化の範囲において、該波長変化の範囲の短波長側が長波長側よりも励起効率が高い、言い換えれば、発光素子の短波長側の励起光による蛍光体の発光が、発光素子の長波長側の励起光による蛍光体の発光よりも発光強度が高い発光装置に関する。これにより、発光素子の電流密度を増加させたとき、第１の蛍光体の発光強度が増加する。また、後述するように、第２の蛍光体の発光強度も増加する。よって、色調ズレが極めて抑制された発光装置を提供することができる。
【００１４】
前記第１の蛍光体は、前記発光素子の電流密度を変化させたときに生じる発光素子の波長変化の範囲において、該波長変化の範囲の短波長側に、第１の蛍光体の持つ励起スペクトルのピーク波長を持つことが好ましい。発光素子の発光スペクトルのピーク波長が、第１の蛍光体の最も励起吸収の大きいピーク波長の位置にあることによって、第１の蛍光体を最も効率よく発光させることができ発光装置全体の光束を最大に制御することが可能だからである。
【００１５】
前記第１の蛍光体は、ＹとＡｌを含み、かつＬｕ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｅｕ及びＳｍから選択された少なくとも一種の元素と、Ｇａ及びＩｎから選択された一種の元素とを含み、希土類元素から選択された少なくとも一種の元素で付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体を含むことが好ましい。このような構成とすることによって、周囲温度が変化しても色ズレの発生を抑えることを可能とし、さらに発熱を伴う発光装置全体の光束［ｌｍ］の相対的な低下を抑えることが可能な発光装置とすることが可能である。前記イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体の励起吸収スペクトルのピーク波長が４２０ｎｍから４７０ｎｍであることが好ましい。このような構成とすることによって、従来技術と比較して投入電流による色度ズレが縮小し、かつ演色性を向上させた発光装置を形成することが可能である。
【００１６】
前記第１の蛍光体が持つ励起スペクトルのピーク波長と、前記発光素子が持つ発光スペクトルのピーク波長との差が、４０ｎｍ以下であることが好ましい。このような構成とすることによって、従来技術と比較して投入電流による色度ズレが縮小し、かつ演色性を向上させた発光装置を形成することが可能である。
【００１７】
前記第２の蛍光体は、前記発光素子の電流密度を変化させたときに生じる発光素子の波長変化の範囲において、該波長変化の範囲の短波長側が長波長側よりも励起効率が高い、言い換えれば、発光素子の短波長側の励起光による蛍光体の発光が、発光素子の長波長側の励起光による蛍光体の発光よりも発光強度が高い発光装置に関する。これにより、発光素子の電流密度を増加させたとき、第２の蛍光体の発光強度が増加する。また、前述するように、第１の蛍光体の発光強度も増加する。よって、色調ズレが極めて抑制された発光装置を提供することができる。
【００１８】
前記第２の蛍光体は、Ｎを含み、かつＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、及びＺｎから選択された少なくとも一種の元素と、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＨｆから選択された少なくとも一種の元素とを含み、希土類元素から選択された少なくとも一種の元素で付活された窒化物系蛍光体を含むことが好ましい。このような構成とすることによって、周囲温度が変化しても色ズレの発生を抑えることを可能とし、さらに発熱を伴う発光装置全体の光束［ｌｍ］の低下を抑えることが可能な発光装置とすることが可能である。また、前記第２の蛍光体は、波長が３５０〜６００ｎｍの光で励起されて発光する蛍光体であることが好ましい。このような構成とすることによって、従来技術と比較して投入電流による色度ズレが縮小し、かつ演色性を向上させた発光装置を形成することが可能である。
【００１９】
前記発光装置は、液晶ディスプレイのバックライト光源、または照明用光源であることが好ましい。このような構成とすることによって、周囲温度の変化によっても色ズレが従来技術と比較して発生しにくい液晶ディスプレイや照明用光源を形成することが可能である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光装置を例示するものであって、本発明は発光装置を以下に限定するものではない。また、各図面に示す部材の大きさや位置関係などは説明を明確にするために誇張しているが、事実に即している。
【００２１】
本発明で使用する蛍光体は、第１の蛍光体と、蛍光体の周囲温度の変化にともなう発光強度の変化が第１の蛍光体とほぼ等しい第２の蛍光体を含む蛍光体である。さらには、発光素子への投入電流の変化によって蛍光体の周囲温度が変化する条件下において、発光強度の変化が第１の蛍光体とほぼ等しい第２の蛍光体を含む蛍光体である。特に本実施の形態で使用される蛍光体は、黄色から緑色領域に発光スペクトルのピーク波長を有する光を発光する第１の蛍光体と、赤色領域に発光スペクトルのピーク波長を有する光を発光する第２の蛍光体である。第１の蛍光体は、ＹとＡｌを含み、かつＬｕ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｅｕ及びＳｍから選択された少なくとも一つの元素と、Ｇａ及びＩｎから選択された一つの元素とを含みセリウムで付活されたＹＡＧ系蛍光体とすることができる。また、第２の蛍光体はＮを含み、かつＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、及びＺｎから選択された少なくとも一つの元素と、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＨｆから選択された少なくとも一つの元素とを含みＥｕ及び／または希土類元素で付活された窒化物蛍光体とすることができる。
【００２２】
図１の発光ダイオード１００は、マウント・リード１０５とインナー・リード１０６とを備えたリードタイプの発光ダイオードであって、マウント・リード１０５のカップ部上にＬＥＤチップ１０２が設けられ、カップ部内に、ＬＥＤチップ１０２を覆うように、上記蛍光体を含むコーティング部１０１が充填された後に、モールド部材１０４により樹脂モールドされて構成される。ここで、ＬＥＤチップ１０２のｎ側電極及びｐ側電極はそれぞれ、マウント・リード１０５とインナー・リード１０６とにワイヤー１０３を用いて接続される。
【００２３】
以上のように構成された発光ダイオードにおいては、発光素子（ＬＥＤチップ）１０２によって発光された光（以下「ＬＥＤ光」という）の一部が、コーティング部１０１に含まれた蛍光体を励起してＬＥＤ光と異なる波長の蛍光を発生させて、蛍光体が発生させる蛍光と、蛍光体の励起に寄与することなく出力されるＬＥＤ光とが混色されて出力される。
【００２４】
一般に、蛍光体は周囲温度の上昇と共に励起効率が低下するため、蛍光体から出光する光の出力も低下する。本実施の形態においては、周囲温度を１℃変化させたときの相対発光出力の低下割合を発光出力低下率と定義し、第１の蛍光体および第２の蛍光体の発光出力低下率は共に４．０×１０−３［ａ．ｕ．／℃］以下、好ましくは３．０×１０−３［ａ．ｕ．／℃］以下、より好ましくは２．０×１０−３［ａ．ｕ．／℃］以下とし、従来技術と比較して発熱を伴う発光装置全体の光束［ｌｍ］の低下を更に抑えることが可能な構成としてある。また、第１の蛍光体と前記第２の蛍光体の温度上昇に対する発光出力低下率がほぼ等しい構成としてある。即ち、第１の蛍光体と第２の蛍光体との発光出力低下率の差を２．０×１０−３［ａ．ｕ．／℃］以下、より好ましくは２．０×１０−４［ａ．ｕ．／℃］以下として、発光出力低下率をほぼ同じにしてある。このようにすることにより発熱によって励起効率が低下する蛍光体の温度特性がほぼ同じとなり、周囲温度が変化しても色ズレの発生を抑えることが可能な発光装置を形成することができる。
【００２５】
以下、本発明の実施の形態の各構成について詳述する。
【００２６】
［蛍光体］
本実施の形態において使用される蛍光体は、イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体と、赤色系の光を発光可能な蛍光体、特に窒化物蛍光体とを組み合わせたものを使用することができる。これらのＹＡＧ系蛍光体および窒化物系蛍光体は、混合してコーティング部１０１中に含有させてもよいし、複数の層から構成されるコーティング部１０１中に別々に含有させてもよい。以下、それぞれの蛍光体について詳細に説明していく。
【００２７】
（イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体）
本実施の形態に用いられるイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（ＹＡＧ系蛍光体）とは、ＹとＡｌを含み、かつＬｕ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｅｕ及びＳｍから選択された少なくとも一種の元素と、Ｇａ及びＩｎから選択された一種の元素とを含み、希土類元素から選択された少なくとも一種の元素で付活された蛍光体であり、ＬＥＤチップ１０２から発光された可視光や紫外線で励起されて発光する蛍光体である。特に本実施の形態において、ＣｅあるいはＰｒで付活され組成の異なる２種類以上のイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体も利用することができる。例えば、ＹＡｌＯ３：Ｃｅ、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２Ｙ：Ｃｅ（ＹＡＧ：Ｃｅ）やＹ４Ａｌ２Ｏ９：Ｃｅ、更にはこれらの混合物などが挙げられる。またＢａ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎの少なくとも一種が含有されていてもよく、さらにＳｉを含有させることによって、結晶成長の反応を抑制し蛍光物質の粒子を揃えることもできる。ここで、Ｃｅで付活されたＹＡＧ系蛍光体は特に広義に解釈するものとし、イットリウムの一部あるいは全体を、Ｌｕ、Ｓｃ、Ｌａ、Ｇｄ及びＳｍからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素に置換され、あるいは、アルミニウムの一部あるいは全体をＢａ、Ｔｌ、Ｇａ、Ｉｎの何れが又は両方で置換され蛍光作用を有する蛍光体を含む広い意味に使用する。更に詳しくは、一般式（ＹｚＧｄ１−ｚ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ（但し、０＜ｚ≦１）で示されるフォトルミネッセンス蛍光体や一般式（Ｒｅ１−ａＳｍａ）３Ｒｅ’５Ｏ１２：Ｃｅ（但し、０≦ａ＜１、０≦ｂ≦１、Ｒｅは、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｓｃから選択される少なくとも一種、Ｒｅ’は、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎから選択される少なくとも一種である。）で示されるフォトルミネッセンス蛍光体である。
【００２８】
発光層に窒化物系化合物半導体を用いた発光素子から発光した青色系の光と、青色光を吸収させるためボディーカラーが黄色である蛍光体から発光する緑色系及び赤色系の光と、或いは、黄色系の光であってより緑色系及びより赤色系の光を混色表示させると所望の白色系発光色表示を行うことができる。発光装置はこの混色を起こさせるために蛍光体の粉体やバルクをエポキシ樹脂、アクリル樹脂或いはシリコーン樹脂などの各種樹脂や酸化珪素、酸化アルミニウムなどの無機物中に含有させることが好ましい。このように蛍光体が含有されたものは、ＬＥＤチップからの光が透過する程度に薄く形成させたドット状のものや層状ものなど用途に応じて種々用いることができる。蛍光体と樹脂などとの比率や塗布、充填量を種々調整すること及び発光素子の発光波長を選択することにより白色を含め電球色など任意の色調を提供させることができる。
【００２９】
また、２種類以上の蛍光体をそれぞれ発光素子からの入射光に対して順に配置させることによって効率よく発光可能な発光装置とすることができる。即ち、反射部材を有する発光素子上には、長波長側に吸収波長があり長波長に発光可能な蛍光体が含有された色変換部材と、それよりも長波長側に吸収波長がありより長波長に発光可能な色変換部材とを積層などさせることで反射光を有効利用することができる。
【００３０】
ＹＡＧ系蛍光体を使用すると、放射照度として（Ｅｅ）＝０．１Ｗ・ｃｍ−２以上１０００Ｗ・ｃｍ−２以下のＬＥＤチップと接する或いは近接して配置された場合においても高効率に十分な耐光性を有する発光装置とすることができる。
【００３１】
本実施の形態に用いられるセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体である緑色系が発光可能なＹＡＧ系蛍光体では、ガーネット構造のため、熱、光及び水分に強く、励起吸収スペクトルのピーク波長が４２０ｎｍから４７０ｎｍ付近にさせることができる。また、発光ピーク波長λｐも５１０ｎｍ付近にあり７００ｎｍ付近まで裾を引くブロードな発光スペクトルを持つ。一方、セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体である赤色系が発光可能なＹＡＧ系蛍光体でも、ガーネット構造であり熱、光及び水分に強く、励起吸収スペクトルのピーク波長が４２０ｎｍから４７０ｎｍ付近にさせることができる。また、発光ピーク波長λｐが６００ｎｍ付近にあり７５０ｎｍ付近まで裾を引くブロードな発光スペクトルを持つ。
【００３２】
ガーネット構造を持ったＹＡＧ系蛍光体の組成の内、Ａｌの一部をＧａで置換することで発光スペクトルが短波長側にシフトし、また組成のＹの一部をＧｄ及び／又はＬａで置換することで、発光スペクトルが長波長側へシフトする。このようなＹＡＧ系蛍光体は、例えば化学量論比より過剰の置換元素が添加されるように調整した原料を焼成することにより得ることもできる。Ｙの置換が２割未満では、緑色成分が大きく赤色成分が少なくなる。また、８割以上では、赤み成分が増えるものの輝度が急激に低下する。また、励起吸収スペクトルについても同様に、ガーネット構造を持ったＹＡＧ系蛍光体の組成の内、Ａｌの一部をＧａで置換することで励起吸収スペクトルが短波長側にシフトし、また組成のＹの一部をＧｄ及び／又はＬａで置換することで、励起吸収スペクトルが長波長側へシフトする。ＹＡＧ系蛍光体の励起吸収スペクトルのピーク波長は、発光素子の発光スペクトルのピーク波長より短波長側にあることが好ましい。このように構成すると、発光素子に投入する電流を増加させた場合、励起吸収スペクトルのピーク波長は、発光素子の発光スペクトルのピーク波長にほぼ一致するため、蛍光体の励起効率を低下させることなく、色度ズレの発生を抑えた発光装置を形成することができる。
【００３３】
このような蛍光体は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｌａ、Ａｌ、Ｓｍ及びＧａの原料として酸化物、又は高温で容易に酸化物になる化合物を使用し、それらを化学量論比で十分に混合して原料を得る。又は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｓｍの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で共沈したものを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウム、酸化ガリウムとを混合して混合原料を得る。これにフラックスとしてフッ化アンモニウム等のフッ化物、あるいはＮＨ４Ｃｌを適量混合して坩堝に詰め、空気中１３５０〜１４５０°Ｃの温度範囲で２〜５時間焼成して焼成品を得、次に焼成品を水中でボールミルして、洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通すことで得ることができる。また、別の実施の形態の蛍光体の製造方法では、蛍光体の原料を混合した混合原料とフラックスからなる混合物を、大気中又は弱還元雰囲気中にて行う第一焼成工程と、還元雰囲気中にて行う第二焼成工程とからなる、二段階で焼成することが好ましい。ここで、弱還元雰囲気とは、混合原料から所望の蛍光体を形成する反応過程において必要な酸素量は少なくとも含むように設定された弱い還元雰囲気のことをいい、この弱還元雰囲気中において所望とする蛍光体の構造形成が完了するまで第一焼成工程を行うことにより、蛍光体の黒変を防止し、かつ光の吸収効率の低下を防止できる。また、第二焼成工程における還元雰囲気とは、弱還元雰囲気より強い還元雰囲気をいう。このように二段階で焼成すると、励起波長の吸収効率の高い蛍光体が得られる。従って、このように形成された蛍光体にて発光装置を形成した場合に、所望とする色調を得るために必要な蛍光体量を減らすことができ、光取り出し効率の高い発光装置を形成することができる。
【００３４】
組成の異なる２種類以上のセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体は、混合させて用いても良いし、それぞれ独立して配置させても良い。蛍光体をそれぞれ独立して配置させる場合、発光素子から光をより短波波長側で吸収発光しやすい蛍光体、それよりも長波長側で吸収発光しやすい蛍光体の順に配置させることが好ましい。これによって効率よく吸収及び発光させることができる。
【００３５】
本実施の形態において、第１の蛍光体として、ＹＡＧ系蛍光体を使用する場合、例えば、以下の組成のものを使用することができる。
【００３６】
蛍光体１０：（Ｙ０．９０Ｇｄ０．１０）２．８５Ｃｅ０．１５Ａｌ５Ｏ１２、
蛍光体１１：（Ｙ０．３９５Ｇｄ０．６０５）２．８５Ｃｅ０．１５Ａｌ５Ｏ１２、
蛍光体１２：Ｙ２．９６５Ｃｅ０．０３５（Ａｌ０．８Ｇａ０．２）５Ｏ１２、
蛍光体１３：（Ｙ０．８，Ｇｄ０．２）２．９６５Ｃｅ０．０３５Ａｌ５Ｏ１２、
蛍光体１４：Ｙ２．９６５Ｃｅ０．０３５（Ａｌ０．５，Ｇａ０．５）５Ｏ１２、
蛍光体１５：Ｙ２．８５Ｃｅ０．１５Ａｌ５Ｏ１２。
【００３７】
尚、本発明におけるＹＡＧ系蛍光体は、これらに限定されるものではない。
【００３８】
図２０〜２５を参照しながら蛍光体１０〜１５についてより詳細に説明する。図２０は、蛍光体１０〜１３のＹＡＧ系蛍光体をＥＸ＝４６０ｎｍで励起させたときの発光スペクトルを示す図である。図２１は、蛍光体１０〜１３のＹＡＧ系蛍光体の反射スペクトルを示す図である。図２２は、蛍光体１０〜１３のＹＡＧ系蛍光体の励起スペクトルを示す図である。図２３は、蛍光体１４及び蛍光体１５のＹＡＧ系蛍光体をＥＸ＝４６０ｎｍで励起させたときの発光スペクトルを示す図である。図２４は、蛍光体１４のＹＡＧ系蛍光体の励起スペクトルを示す図である。図２５は、蛍光体１５のＹＡＧ系蛍光体の励起スペクトルを示す図である。
【００３９】
これら蛍光体１０〜１５のＹＡＧ系蛍光体は、発光ピーク波長が異なるため、所望の色調を有するＹＡＧ系蛍光体を選定する。次に、励起スペクトル及び反射スペクトルから、発光素子を選定する。例えば蛍光体１０のＹＡＧ系蛍光体は、励起スペクトルの長波長側のピーク波長が約４５６ｎｍである。投入電流の増加に伴い発光素子が短波長側に移行した場合を考慮して、該４５６ｎｍよりも５〜１０ｎｍ程度長波長側に発光ピーク波長を持つ発光素子を選定する。また、第２の蛍光体の励起スペクトルも考慮して、発光素子を選定する。
【００４０】
一方、第２の蛍光体として、ある波長で発光する蛍光体を選定してから、ＹＡＧ系蛍光体を選定する場合は、以下の点を考慮する。例えば、第２の蛍光体と発光素子との関係から、投入電流が低い場合、２０ｍＡの定格駆動では、発光ピーク波長が４５７ｎｍの発光素子を使用する。蛍光体１５のＹＡＧ系蛍光体を選定する場合、蛍光体１５のＹＡＧ系蛍光体の励起スペクトルのピーク波長が４５７ｎｍにある。よって、発光素子への投入電流密度が比較的低い場合は、該蛍光体１５のＹＡＧ系蛍光体は、最も効率よく発光する。しかし、該発光素子への投入電流が増加するにしたがって、該発光素子の発光スペクトルのピーク波長は、短波長側に１０ｎｍ程度移行する。１０ｎｍ程度短波長側に発光ピーク波長が移行した場合、蛍光体１５のＹＡＧ系蛍光体の励起効率が下降するため、ＹＡＧ系蛍光体の相対的な発光強度が低下する。すなわち、励起光に対する変換後の発光の発光強度の割合が相対的に低下する。そのため、蛍光体１５のＹＡＧ系蛍光体を用いた発光装置は、発光素子への投入電流の増加により、色調ズレが生じる。それに対し、蛍光体１４のＹＡＧ系蛍光体を選定する場合、励起スペクトルのピーク波長が４４０ｎｍである。発光素子への投入電流を増加させるにしたがって、蛍光体１４のＹＡＧ系蛍光体の発光強度は、向上する。一方、通常、発光素子の発熱に伴って、ＹＡＧ系蛍光体の発光出力が低下する。そのため、蛍光体１４のＹＡＧ系蛍光体を用いた発光装置は、発光素子への投入電流を増加した場合でも、熱による色調のズレと、発光素子の電流密度の増加に伴うスペクトルシフトによる色調ズレが相殺されるため、色調ズレが少ない、安定した発光を有する発光装置を提供することができる。よって、第１の蛍光体に発光素子の投入電流を増加させた時のピーク波長と同じ、若しくは、短波長側に励起スペクトルのピーク波長を持つＹＡＧ系蛍光体を用いる場合、色調及び発光強度の変化が極めて少ない。上述の蛍光体の他、種々のＹＡＧ系蛍光体を使用することができる。
【００４１】
（窒化物系蛍光体）
本発明で使用される第１の蛍光体は、Ｎを含み、かつＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、及びＺｎから選択された少なくとも一種の元素と、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、及びＨｆから選択された少なくとも一種の元素とを含み、希土類元素から選択された少なくとも一種の元素で付活された窒化物系蛍光体である。また、本実施の形態に用いられる窒化物系蛍光体としては、ＬＥＤチップ１０２から発光された可視光、紫外線、及びＹＡＧ系蛍光体からの発光を吸収することによって励起され発光する蛍光体をいう。特に本発明に係る蛍光体は、Ｍｎが添加されたＳｒ−Ｃａ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ、Ｃａ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ、Ｓｒ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ、Ｓｒ−Ｃａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ、Ｃａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ、Ｓｒ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ系シリコンナイトライドである。この蛍光体の基本構成元素は、一般式ＬＸＳｉＹＮ（２／３Ｘ＋４／３Ｙ）：Ｅｕ若しくはＬＸＳｉＹＯＺＮ（２／３Ｘ＋４／３Ｙ−２／３Ｚ）：Ｅｕ（Ｌは、Ｓｒ、Ｃａ、ＳｒとＣａのいずれか。０．５≦Ｘ≦３、１．５≦Ｙ≦８である。）で表される。一般式中、Ｘ及びＹは、Ｘ＝２、Ｙ＝５又は、Ｘ＝１、Ｙ＝７であることが好ましいが、任意のものも使用できる。具体的には、基本構成元素は、Ｍｎが添加された（ＳｒＸＣａ１−Ｘ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、Ｓｒ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、Ｃａ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、ＳｒＸＣａ１−ＸＳｉ７Ｎ１０：Ｅｕ、ＳｒＳｉ７Ｎ１０：Ｅｕ、ＣａＳｉ７Ｎ１０：Ｅｕで表される蛍光体を使用することが好ましいが、この蛍光体の組成中には、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ及びＮｉからなる群より選ばれる少なくとも１種以上が含有されていてもよい。但し、本発明は、この実施の形態及び実施例に限定されない。
【００４２】
Ｌは、Ｓｒ、Ｃａ、ＳｒとＣａのいずれかである。ＳｒとＣａは、所望により配合比を変えることができる。
【００４３】
蛍光体の組成にＳｉを用いることにより安価で結晶性の良好な蛍光体を提供することができる。
【００４４】
発光中心に希土類元素であるユウロピウムＥｕを用いる。ユウロピウムは、主に２価と３価のエネルギー準位を持つ。本発明の蛍光体は、母体のアルカリ土類金属系窒化ケイ素に対して、Ｅｕ２＋を付活剤として用いる。Ｅｕ２＋は、酸化されやすく、３価のＥｕ２Ｏ３の組成で市販されている。しかし、市販のＥｕ２Ｏ３では、Ｏの関与が大きく、良好な蛍光体が得られにくい。そのため、Ｅｕ２Ｏ３からＯを、系外へ除去したものを使用することが好ましい。たとえば、ユウロピウム単体、窒化ユウロピウムを用いることが好ましい。但し、Ｍｎを添加した場合は、その限りではない。
【００４５】
添加物であるＭｎは、Ｅｕ２＋の拡散を促進し、発光輝度、エネルギー効率、量子効率等の発光効率の向上を図る。Ｍｎは、原料中に含有させるか、又は、製造工程中にＭｎ単体若しくはＭｎ化合物を含有させ、原料と共に焼成する。但し、Ｍｎは、焼成後の基本構成元素中に含有されていないか、含有されていても当初含有量と比べて少量しか残存していない。これは、焼成工程において、Ｍｎが飛散したためであると思われる。
【００４６】
蛍光体には、基本構成元素中に、若しくは、基本構成元素とともに、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｏ及びＮｉからなる群より選ばれる少なくとも１種以上を含有する。これらの元素は、粒径を大きくしたり、発光輝度を高めたりする等の作用を有している。また、Ｂ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｒ及びＮｉは、残光を抑えることができるという作用を有している。
【００４７】
このような窒化物系蛍光体は、ＬＥＤチップ１０２によって発光された青色光の一部を吸収して黄から赤色領域の光を発光する。窒化物系蛍光体をＹＡＧ系蛍光体と共に上記の構成を有する発光装置に使用して、ＬＥＤチップ１０２により発光された青色光と、窒化物系蛍光体による黄色から赤色光とが混色により暖色系の白色に発光する発光装置を提供する。窒化物系蛍光体の他に加える蛍光体には、セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質が含有されていることが好ましい。前記イットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質を含有することにより、所望の色度に調節することができるからである。セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質は、ＬＥＤチップ１０２により発光された青色光の一部を吸収して黄色領域の光を発光する。ここで、ＬＥＤチップ１０２により発光された青色光と、イットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質の黄色光とが混色により青白い白色に発光する。従って、このイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質と赤色発光する蛍光体とを、透光性を有するコーティング部材１０１中に一緒に混合し、ＬＥＤチップ１０２により発光された青色光とを組み合わせることにより白色系の混色光を発光する発光装置を提供することができる。特に好ましいのは、色度が色度図における黒体放射の軌跡上に位置する白色の発光装置である。但し、所望の色温度の発光装置を提供するため、イットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質の蛍光体量と、赤色発光の蛍光体量を適宜変更することもできる。この白色系の混色光を発光する発光装置は、特殊演色評価数Ｒ９の改善を図っている。従来の青色発光素子とセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質との組み合わせのみの白色に発光する発光装置は、色温度Ｔｃｐ＝４６００Ｋ付近において特殊演色評価数Ｒ９がほぼ０に近く、赤み成分が不足していた。そのため特殊演色評価数Ｒ９を高めることが解決課題となっていたが、本発明において赤色発光の蛍光体をイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質と共に用いることにより、色温度Ｔｃｐ＝４６００Ｋ付近において特殊演色評価数Ｒ９を４０付近まで高めることができる。
【００４８】
次に、本発明に係る蛍光体（（ＳｒＸＣａ１−Ｘ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ）の製造方法を説明するが、本製造方法に限定されない。上記蛍光体には、Ｍｎ、Ｏが含有されている。
【００４９】
原料のＳｒ、Ｃａを粉砕する。原料のＳｒ、Ｃａは、単体を使用することが好ましいが、イミド化合物、アミド化合物などの化合物を使用することもできる。また原料Ｓｒ、Ｃａには、Ｂ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ａｌ２Ｏ３などを含有するものでもよい。原料のＳｒ、Ｃａの粉砕を行う。粉砕により得られたＳｒ、Ｃａは、平均粒径が約０．１μｍから１５μｍであることが好ましいが、この範囲に限定されない。Ｓｒ、Ｃａの純度は、２Ｎ以上であることが好ましいが、これに限定されない。より混合状態を良くするため、金属Ｃａ、金属Ｓｒ、金属Ｅｕのうち少なくとも１以上を合金状態としたのち、窒化し、粉砕後、原料として用いることもできる。
【００５０】
原料のＳｉを粉砕する。原料のＳｉは、単体を使用することが好ましいが、窒化物化合物、イミド化合物、アミド化合物などを使用することもできる。例えば、Ｓｉ３Ｎ４、Ｓｉ（ＮＨ２）２、Ｍｇ２Ｓｉなどである。原料のＳｉの純度は、３Ｎ以上のものが好ましいが、Ａｌ２Ｏ３、Ｍｇ、金属ホウ化物（Ｃｏ３Ｂ、Ｎｉ３Ｂ、ＣｒＢ）、酸化マンガン、Ｈ３ＢＯ３、Ｂ２Ｏ３、Ｃｕ２Ｏ、ＣｕＯなどの化合物が含有されていてもよい。Ｓｉも、原料のＳｒ、Ｃａと同様に、粉砕を行う。Ｓｉ化合物の平均粒径は、約０．１μｍから１５μｍであることが好ましい。
【００５１】
次に、原料のＳｒ、Ｃａを、窒素雰囲気中で窒化する。この反応式を、以下の式１および式２にそれぞれ示す。
【００５２】
３Ｓｒ  ＋  Ｎ２  →  Ｓｒ３Ｎ２  ・・・（式１）
３Ｃａ  ＋  Ｎ２  →  Ｃａ３Ｎ２  ・・・（式２）
Ｓｒ、Ｃａを、窒素雰囲気中、６００〜９００℃、約５時間、窒化する。Ｓｒ、Ｃａは、混合して窒化しても良いし、それぞれ個々に窒化しても良い。これにより、Ｓｒ、Ｃａの窒化物を得ることができる。Ｓｒ、Ｃａの窒化物は、高純度のものが好ましいが、市販のものも使用することができる。
【００５３】
原料のＳｉを、窒素雰囲気中で窒化する。この反応式を、以下の式３に示す。
【００５４】
３Ｓｉ  ＋  ２Ｎ２  →  Ｓｉ３Ｎ４  ・・・（式３）
ケイ素Ｓｉも、窒素雰囲気中、８００〜１２００℃、約５時間、窒化する。これにより、窒化ケイ素を得る。本発明で使用する窒化ケイ素は、高純度のものが好ましいが、市販のものも使用することができる。
【００５５】
Ｓｒ、Ｃａ若しくはＳｒ−Ｃａの窒化物を粉砕する。
同様に、Ｓｉの窒化物を粉砕する。また、同様に、Ｅｕの化合物Ｅｕ２Ｏ３を粉砕する。Ｅｕの化合物として、酸化ユウロピウムを使用するが、金属ユウロピウム、窒化ユウロピウムなども使用可能である。このほか、原料のＺは、イミド化合物、アミド化合物を用いることもできる。酸化ユウロピウムは、高純度のものが好ましいが、市販のものも使用することができる。粉砕後のアルカリ土類金属の窒化物、窒化ケイ素及び酸化ユウロピウムの平均粒径は、約０．１μｍから１５μｍであることが好ましい。
【００５６】
上記原料中には、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｏ及びＮｉからなる群より選ばれる少なくとも１種以上が含有されていてもよい。また、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂ等の上記元素を以下の混合工程において、配合量を調節して混合することもできる。これらの化合物は、単独で原料中に添加することもできるが、通常、化合物の形態で添加される。この種の化合物には、Ｈ３ＢＯ３、Ｃｕ２Ｏ３、ＭｇＣｌ２、ＭｇＯ・ＣａＯ、Ａｌ２Ｏ３、金属ホウ化物（ＣｒＢ、Ｍｇ３Ｂ２、ＡｌＢ２、ＭｎＢ）、Ｂ２Ｏ３、Ｃｕ２Ｏ、ＣｕＯなどがある。
【００５７】
上記粉砕を行った後、Ｓｒ、Ｃａ、Ｓｒ−Ｃａの窒化物、Ｓｉの窒化物、Ｅｕの化合物Ｅｕ２Ｏ３を混合し、Ｍｎを添加する。
【００５８】
最後に、Ｓｒ、Ｃａ、Ｓｒ−Ｃａの窒化物、Ｓｉの窒化物、Ｅｕの化合物Ｅｕ２Ｏ３の混合物をアンモニア雰囲気中で、焼成する。焼成により、Ｍｎが添加された（ＳｒＸＣａ１−Ｘ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕで表される蛍光体を得ることができる。この焼成によるベース窒化物蛍光体の反応式を、以下に示す。
【００５９】
【化１】
2004235598.tif 000003
ただし、各原料の配合比率を変更することにより、目的とする蛍光体の組成を変更することができる。
【００６０】
焼成温度は、１２００から１７００℃の範囲で焼成を行うことができるが、１４００から１７００℃の焼成温度が好ましい。焼成は、徐々に昇温を行い１２００から１５００℃で数時間焼成を行う一段階焼成を使用することが好ましいが、８００から１０００℃で一段階目の焼成を行い、徐々に加熱して１２００から１５００℃で二段階目の焼成を行う二段階焼成（多段階焼成）を使用することもできる。蛍光体の原料は、窒化ホウ素（ＢＮ）材質の坩堝、ボートを用いて焼成を行うことが好ましい。窒化ホウ素材質の坩堝の他に、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）材質の坩堝を使用することもできる。
【００６１】
以上の製造方法を使用することにより、目的とする蛍光体を得ることが可能である。
【００６２】
本発明の実施例において、赤味を帯びた光を発光する蛍光体として、特に窒化物系蛍光体を使用するが、本発明においては、上述したＹＡＧ系蛍光体と赤色系の光を発光可能な蛍光体とを備える発光装置とすることも可能である。このような赤色系の光を発光可能な蛍光体は、波長が４００〜６００ｎｍの光によって励起されて発光する蛍光体であり、例えば、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、ＣａＳ：Ｅｕ、ＳｒＳ：Ｅｕ、ＺｎＳ：Ｍｎ、ＺｎＣｄＳ：Ａｇ，Ａｌ、ＺｎＣｄＳ：Ｃｕ，Ａｌ等が挙げられる。このようにＹＡＧ系蛍光体とともに赤色系の光を発光可能な蛍光体を使用することにより発光装置の演色性を向上させることが可能である。
【００６３】
（第１の蛍光体及び第２の蛍光体）
本実施の形態において、窒化物系蛍光体は、ＬＥＤチップ１０２によって発光された青色光の一部を吸収して黄から赤色領域の光を発光する。窒化物系蛍光体をＹＡＧ系蛍光体と共に上記の構成を有する発光装置に使用して、ＬＥＤチップ１０２により発光された青色光と、窒化物系蛍光体による黄色から赤色光とが混色により暖色系の白色に発光する発光装置を提供する。窒化物系蛍光体の他に加える蛍光体には、セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質が含有されていることが好ましい。前記イットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質を含有することにより、所望の色度に調節することができるからである。セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質は、ＬＥＤチップ１０２により発光された青色光の一部を吸収して黄色領域の光を発光する。ここで、ＬＥＤチップ１０２により発光された青色光と、イットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質の黄色光とが混色により青白い白色に発光する。従って、このイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質と赤色発光する蛍光体とを、透光性を有するコーティング部材１０１中に一緒に混合し、ＬＥＤチップ１０２により発光された青色光とを組み合わせることにより白色系の混色光を発光する発光装置を提供することができる。特に好ましいのは、色度が色度図における黒体放射の軌跡上に位置する白色の発光装置である。但し、所望の色温度の発光装置を提供するため、イットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質の蛍光体量と、赤色発光の蛍光体量を適宜変更することもできる。この白色系の混色光を発光する発光装置は、特殊演色評価数Ｒ９の改善を図っている。
【００６４】
従来、半導体素子を用いた白色系の発光装置は、発光素子からの青色光と蛍光体からの緑から赤色光のバランスを人間の視感度に合わせて調整し、これら光の混色により得ている。通常、半導体発光素子を用いた発光装置の白色系の色調は発光装置の出力特性が安定する定格駆動領域で発光のバランスを調整し得られる。しかし、これら発光装置は液晶バックライト、調光可能な照明光源の場合、投入電力、電流密度を変化させて用いる。従来技術では発光装置の出力調整のため電流密度を変化させると、発光のバランスが崩れ色調ズレが生じ、光源の品質を低下させていた。以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００６５】
まず、図２を参照する。
【００６６】
発光素子は、投入電流を増加することにより、発光素子が持つ発光スペクトルのピーク波長は、短波長側に移行する。これは、投入電流を増加すると、電流密度が大きくなり、エネルギー準位が上がる。これによって、バンドギャップが大きくなることなどの要因による。発光素子への電流密度が小さい場合の発光スペクトルのピーク波長と、投入電流を増加させた時の発光スペクトルのピーク波長との変動の振り幅は、例えば、本実施の形態では２０ｍＡから１００ｍＡの投入電流を増加させたとき、約１０ｎｍ程度である。
【００６７】
図３及び図４を用いて説明する。
【００６８】
例えば、第１の蛍光体として、ＹＡＧ系蛍光体を使用する。蛍光体３のＹＡＧ系蛍光体は、励起スペクトルのピーク波長が約４４８ｎｍである。この励起スペクトルのピーク波長４４８ｎｍの発光強度を１００とした場合、４６０ｎｍでの発光強度は９５である。そのため、４６０ｎｍでＹＡＧ系蛍光体を励起させたときよりも、４４８ｎｍでＹＡＧ系蛍光体を励起させたときの方が高い発光強度を有する。このことから、発光素子と第１の蛍光体との関係を概説する。発光素子に電流を投入した直後、発光素子の発光ピーク波長が４６０ｎｍである発光素子を選定する。この発光素子は、青色に発光する。この発光素子の青色光により励起されたＹＡＧ系蛍光体は、約５３０ｎｍの緑色に発光する。次に、発光素子の投入電流を増加させ１００ｍＡの電流を投入する。これにより半導体素子の発光出力が増加しこれに伴い発光素子及び周辺温度が増加する。また、発光素子の発光ピーク波長は、４６０ｎｍから４５０ｎｍの短波長側に移行いる。このときＹＡＧ系蛍光体は、励起スペクトルのピーク波長が４６０ｎｍよりも４５０ｎｍの方が、発光強度が高い。そのため、ＹＡＧ系蛍光体は、励起光が４６０ｎｍよりも４５０ｎｍの方が、相対的に高い発光輝度を示す。また、青色光は、４５０ｎｍの方が、４６０ｎｍよりも視感効率が低い。よって、発光素子の青色光とＹＡＧ系蛍光体の緑色光は輝度が高くなるため、青色光に対する緑色光の相対的な強度が強くなる。従って発光装置の色調は、青色光と緑色光とを結ぶ直線において、緑色光側にわずかに移行する。一方、周囲温度増加により蛍光体は輝度を低下するため、青色光に対する緑色光の相対的な強度が弱くなる。従って発光装置の色調は、青色光と緑色光とを結ぶ直線において、青色光側にわずかに移行する。これらのバランスにより色調ズレが抑制される。
【００６９】
図５及び図６を用いて説明する。
【００７０】
例えば、第２の蛍光体として、窒化物系蛍光体を使用する。蛍光体５の窒化物系蛍光体は、３５０ｎｍから５００ｎｍの間において、励起スペクトルのピーク波長が約４５０ｎｍである。この励起スペクトルのピーク波長４５０ｎｍの発光強度を１００とした場合、４６０ｎｍでの発光強度は９５である。そのため、４６０ｎｍで窒化物系蛍光体を励起させたときよりも、４５０ｎｍでＹＡＧ系蛍光体を励起させたときの方が高い発光強度を有する。このことから、発光素子と第２の蛍光体との関係を概説する。発光素子への投入電流密度が低い時、発光素子の発光ピーク波長が４６０ｎｍである発光素子を選定する。この発光素子は、第１の蛍光体を励起させるときに使用するものと同じものを使用する。この発光素子は、青色に発光する。この発光素子の青色光により励起された窒化物系蛍光体は、約６３７ｎｍの赤色に発光する。次に、発光素子の投入電流を増加させ１００ｍＡの電流を投入する。これにより、半導体素子の発光出力が増加しこれに伴い発光素子及び周辺温度が増加する。また、発光素子の発光ピーク波長は、４６０ｎｍから４５０ｎｍの短波長側に移行する。このとき窒化物系蛍光体は、励起スペクトルのピーク波長が４６０ｎｍよりも４５０ｎｍの方が、相対的に発光強度が高い。そのため、窒化物系蛍光体は、励起光が４６０ｎｍよりも４５０ｎｍの方が、高い発光輝度を示す。また、青色光は、４５０ｎｍの方が、４６０ｎｍよりも視感効率が低い。よって、発光素子の青色光と窒化物系蛍光体の赤色光は、赤色光の輝度が高くなるため、青色光に対する赤色光の相対的な強度が強くなる。従って発光装置の色調は、青色光と赤色光とを結ぶ直線において、赤色光側にわずかに移行する。一方、周囲温度増加により蛍光体は輝度を低下するため、青色光に対する緑色光の相対的な強度が弱くなる。従って発光装置の色調は、青色光と赤色光とを結ぶ直線において、青色光側にわずかに移行する。これらのバランスにより色調ズレが抑制される。
【００７１】
第１の蛍光体と第２の蛍光体との関係を概説する。窒化物系蛍光体は、発光素子からの光だけでなく、ＹＡＧ系蛍光体の発光スペクトルのピーク波長（約５３０ｎｍ）付近の光も吸収し、励起される。
【００７２】
さらに、前述の発光素子と第１の蛍光体及び第２の蛍光体との相互関係を詳述する。発光素子に電流を投入することにより発熱が生じる。発光素子への投入電流を増加することにより、発熱量も増加する。この発光素子で生じた熱の大部分は、コーティング部材や蛍光体に蓄積される。これにより、周囲温度が上昇し蛍光体自身の発光出力の低下が生じる。これに対して、発光素子への投入電流を増加することにより、前述のように発光素子の発光スペクトルのピーク波長が短波長側に移行して、第１の蛍光体の発光強度が増加する。これらの相互作用により、第１の蛍光体は、色調及び発光出力をほとんど変化することなく維持することができる。また、第２の蛍光体も第１の蛍光体と同様に、色調及び発光出力をほとんど変化することなく維持することができる。
【００７３】
以上の発光素子と第１の蛍光体と第２の蛍光体とのそれぞれの発光の相互作用により、発光装置の色調が決まる。つまり、発光素子は、投入電流の増加に伴い、発光スペクトルのピーク波長が短波長側に移行する。これに伴い、該発光素子により励起される第１の蛍光体及び第２の蛍光体の発光強度は、増加する。一方、発光素子への投入電流の増加に伴い、発光素子が発熱する。この発熱により、第１の蛍光体及び第２の蛍光体やコーティング部材などに熱が蓄積される。この蓄熱により、これらの蛍光体の発光出力が低下する。従って、発光素子への投入電流を増加した場合でも、発光装置の色調ズレを抑制することができる。第１の蛍光体及び第２の蛍光体の選定により、発光装置に色調ズレが生じる場合であっても、視覚的にほとんど色調ズレを感じなくすることができる。発光素子と第１の蛍光体と第２の蛍光体との相互作用を勘案すると、発光装置の色調は、色調ｘが増加する方向、色調ｙも増加する方向に移行する。この色調がずれる方向は、黒体放射の軌跡に沿って変動する。黒体放射の軌跡に沿った色ズレは、黒体放射の軌跡に垂直な方向の色ズレと比べて、人間の視覚において、色ズレを感じる感度が低い。また、第１の蛍光体と第２の蛍光体との相互作用（自己吸収等）によって、色ズレの振り幅が狭い。よって、本発明は、色調ズレを防止した発光装置を提供することができる。本発明は、熱の影響を受けやすい発光装置、例えば、ＤＣ駆動や投入電力が大きいパワー系の半導体発光装置、放熱が困難で、蓄熱しやすい発光装置や、駆動環境下で、特に効果が大きい。
【００７４】
なお、発光素子が投入電力の増加により、の短波長側に移行する範囲で、励起スペクトルがほとんど変化しない蛍光体を用いることもできる。例えば、実施例の蛍光体５の窒化物系蛍光体を使用する場合、４２０ｎｍから４５０ｎｍでほとんど励起スペクトルが変化していないが、本発明の特徴を有するＹＡＧとの組み合わせにより、効果を示す。また、上述のような蛍光体の温度特性の特徴を有し、励起スペクトルと発光素子との特徴を有する、上記以外の他の蛍光体を用いる場合でも、本発明の発光装置を提供することができる。
【００７５】
また、発光装置の熱抵抗値や放熱特性、発光素子のジャンクション温度等を考慮して、励起スペクトルと発光素子のピーク波長の位置を調整することもできる。
【００７６】
尚、明細書における色名と色度座標との関係は、全てＪＩＳ規格に基づく（ＪＩＳ  Ｚ８１１０）。
【００７７】
また、粒径は、Ｆ．Ｓ．Ｓ．Ｓ．Ｎｏ．（Ｆｉｓｈｅｒ  Ｓｕｂ  Ｓｉｅｖｅ  Ｓｉｚｅｒ’ｓ  Ｎｏ．）という空気透過法による値である。
【００７８】
［ＬＥＤチップ１０２］
本発明において使用される発光素子は、ＬＥＤチップ１０２である。蛍光体と発光素子とを組み合わせ、蛍光体を励起させることによって波長変換した光を出光させる発光装置とする場合、蛍光体を励起可能な波長の光を出光するＬＥＤチップが使用される。ＬＥＤチップ１０２は、ＭＯＣＶＤ法等により基板上にＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｌＰ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮ等の半導体を発光層として形成させる。半導体の構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やＰＮ接合などを有するホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構成のものが挙げられる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を種々選択することができる。また、半導体活性層を量子効果が生ずる薄膜に形成させた単一量子井戸構造や多重量子井戸構造とすることもできる。好ましくは、蛍光体を効率良く励起できる比較的短波長を効率よく発光可能な窒化物系化合物半導体（一般式ＩｎｉＧａｊＡｌｋＮ、ただし、０≦ｉ、０≦ｊ、０≦ｋ、ｉ＋ｊ＋ｋ＝１）である。
【００７９】
窒化ガリウム系化合物半導体を使用した場合、半導体基板にはサファイア、スピネル、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｎＯ、ＧａＮ等の材料が好適に用いられる。結晶性の良い窒化ガリウムを形成させるためにはサファイア基板を用いることがより好ましい。サファイア基板上に半導体膜を成長させる場合、ＧａＮ、ＡｌＮ等のバッファー層を形成しその上にＰＮ接合を有する窒化ガリウム半導体を形成させることが好ましい。また、サファイア基板上にＳｉＯ２をマスクとして選択成長させたＧａＮ単結晶自体を基板として利用することもできる。この場合、各半導体層の形成後ＳｉＯ２をエッチング除去させることによって発光素子とサファイア基板とを分離させることもできる。窒化ガリウム系化合物半導体は、不純物をドープしない状態でＮ型導電性を示す。発光効率を向上させるなど所望のＮ型窒化ガリウム半導体を形成させる場合は、Ｎ型ドーパントとしてＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ等を適宜導入することが好ましい。一方、Ｐ型窒化ガリウム半導体を形成させる場合は、Ｐ型ドーパンドであるＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等をドープさせる。
【００８０】
窒化ガリウム系化合物半導体は、Ｐ型ドーパントをドープしただけではＰ型化しにくいためＰ型ドーパント導入後に、炉による加熱、低速電子線照射やプラズマ照射等によりアニールすることでＰ型化させることが好ましい。具体的な発光素子の層構成としては、窒化ガリウム、窒化アルミニウムなどを低温で形成させたバッファー層を有するサファイア基板や炭化珪素上に、窒化ガリウム半導体であるＮ型コンタクト層、窒化アルミニウム・ガリウム半導体であるＮ型クラッド層、Ｚｎ及びＳｉをドープさせた窒化インジュウムガリウム半導体である活性層、窒化アルミニウム・ガリウム半導体であるＰ型クラッド層、窒化ガリウム半導体であるＰ型コンタクト層が積層されたものが好適に挙げられる。ＬＥＤチップ１０２を形成させるためにはサファイア基板を有するＬＥＤチップ１０２の場合、エッチングなどによりＰ型半導体及びＮ型半導体の露出面を形成させた後、半導体層上にスパッタリング法や真空蒸着法などを用いて所望の形状の各電極を形成させる。ＳｉＣ基板の場合、基板自体の導電性を利用して一対の電極を形成させることもできる。
【００８１】
次に、形成された半導体ウエハー等をダイヤモンド製の刃先を有するブレードが回転するダイシングソーにより直接フルカットするか、又は刃先幅よりも広い幅の溝を切り込んだ後（ハーフカット）、外力によって半導体ウエハーを割る。あるいは、先端のダイヤモンド針が往復直線運動するスクライバーにより半導体ウエハーに極めて細いスクライブライン（経線）を例えば碁盤目状に引いた後、外力によってウエハーを割り半導体ウエハーからチップ状にカットする。このようにして窒化物系化合物半導体であるＬＥＤチップ１０２を形成させることができる。
【００８２】
蛍光体を励起させて発光させる本発明の発光装置においては、蛍光体との補色等を考慮してＬＥＤチップ１０２の主発光波長は３５０ｎｍ以上５３０ｎｍ以下が好ましい。
【００８３】
［導電性ワイヤー１０３］
導電性ワイヤー１０３としては、ＬＥＤチップ１０２の電極とのオーミック性、機械的接続性、電気伝導性及び熱伝導性がよいものが求められる。熱伝導度としては０．０１ｃａｌ／（ｓ）（ｃｍ２）（℃／ｃｍ）以上が好ましく、より好ましくは０．５ｃａｌ／（ｓ）（ｃｍ２）（℃／ｃｍ）以上である。また、作業性などを考慮して導電性ワイヤーの直径は、好ましくは、Φ１０μｍ以上、Φ４５μｍ以下である。特に、蛍光体が含有されたコーティング部と蛍光体が含有されていないモールド部材との界面で導電性ワイヤーが断線しやすい。それぞれ同一材料を用いたとしても蛍光体が入ることにより実質的な熱膨張量が異なるため断線しやすいと考えられる。そのため、導電性ワイヤーの直径は、２５μｍ以上がより好ましく、発光面積や扱い易さの観点から３５μｍ以下がより好ましい。
【００８４】
このような導電性ワイヤーとして具体的には、金、銅、白金、アルミニウム等の金属及びそれらの合金を用いた導電性ワイヤーが挙げられる。このような導電性ワイヤーは、各ＬＥＤチップの電極と、インナー・リード及びマウント・リードなどと、をワイヤーボンディング機器によって容易に接続させることができる。
【００８５】
［マウント・リード１０５］
マウント・リード１０５としては、ＬＥＤチップ１０２を配置させるものであり、ダイボンド機器などで積載するのに十分な大きさがあれば良い。また、ＬＥＤチップを複数設置しマウント・リードをＬＥＤチップの共通電極として利用する場合においては、十分な電気伝導性とボンディングワイヤー等との接続性が求められる。また、マウント・リード上のカップ内にＬＥＤチップを配置すると共に蛍光体を内部に充填させる場合は、近接して配置させた別の発光ダイオードからの光により疑似点灯することを防止することができる。
【００８６】
ＬＥＤチップ１０２とマウント・リード１０５のカップとの接着は熱硬化性樹脂などによって行うことができる。具体的には、エポキシ樹脂、アクリル樹脂やイミド樹脂などが挙げられる。また、フェースダウンＬＥＤチップなどによりマウント・リードと接着させると共に電気的に接続させるためにはＡｇペースト、カーボンペースト、金属バンプ等を用いることができる。さらに、発光ダイオードの光利用効率を向上させるためにＬＥＤチップが配置されるマウント・リードの表面を鏡面状とし、表面に反射機能を持たせても良い。この場合の表面粗さは、０．１Ｓ以上０．８Ｓ以下が好ましい。また、マウント・リードの具体的な電気抵抗としては３００μΩ−ｃｍ以下が好ましく、より好ましくは、３μΩ−ｃｍ以下である。また、マウント・リード上に複数のＬＥＤチップを積置する場合は、ＬＥＤチップからの発熱量が多くなるため熱伝導度がよいことが求められる。具体的には、０．０１ｃａｌ／（ｓ）（ｃｍ２）（℃／ｃｍ）以上が好ましくより好ましくは  ０．５ｃａｌ／（ｓ）（ｃｍ２）（℃／ｃｍ）以上である。これらの条件を満たす材料としては、鉄、銅、鉄入り銅、錫入り銅、メタライズパターン付きセラミック等が挙げられる。
【００８７】
［インナー・リード１０６］
インナー・リード１０６としては、マウント・リード１０５上に配置されたＬＥＤチップ１０２と接続された導電性ワイヤー１０３との接続を図るものである。マウント・リード上に複数のＬＥＤチップを設けた場合は、各導電性ワイヤー同士が接触しないよう配置できる構成とする必要がある。具体的には、マウント・リードから離れるに従って、インナー・リードのワイヤーボンディングさせる端面の面積を大きくすることなどによってマウント・リードからより離れたインナー・リードと接続させる導電性ワイヤーの接触を防ぐことができる。導電性ワイヤーとの接続端面の粗さは、密着性を考慮して１．６Ｓ以上１０Ｓ以下が好ましい。インナー・リードの先端部を種々の形状に形成させるためには、あらかじめリードフレームの形状を型枠で決めて打ち抜き形成させてもよく、あるいは全てのインナー・リードを形成させた後にインナー・リード上部の一部を削ることによって形成させても良い。さらには、インナー・リードを打ち抜き形成後、端面方向から加圧することにより所望の端面の面積と端面高さを同時に形成させることもできる。
【００８８】
インナー・リードは、導電性ワイヤーであるボンディングワイヤー等との接続性及び電気伝導性が良いことが求められる。具体的な電気抵抗としては、３００μΩ−ｃｍ以下が好ましく、より好ましくは３μΩ−ｃｍ以下である。これらの条件を満たす材料としては、鉄、銅、鉄入り銅、錫入り銅及び銅、金、銀をメッキしたアルミニウム、鉄、銅等が挙げられる。
【００８９】
［コーティング部１０１］
本願発明に用いられるコーティング部１０１とは、モールド部材１０４とは別にマウント・リードのカップに設けられるものでありＬＥＤチップの発光を変換する蛍光体が含有されるものである。コーティング部の具体的材料としては、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコーンなどの耐候性に優れた透明樹脂や、耐光性に優れたシリカゾル、硝子などの透光性無機材料が好適に用いられる。ここで特に、酸化珪素や酸化アルミニウムを具体的材料とするコーティング部は、エチルシリケートやアルミニウムアルコレートのような金属アルコキシドに蛍光体を含有させた溶液をカップ内に充填後、焼結・乾燥させることにより形成される。また、蛍光体と共に拡散剤を含有させても良い。具体的な拡散剤としては、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素、二酸化珪素等が好適に用いられる。
【００９０】
［モールド部材１０４］
モールド部材１０４は、発光ダイオードの使用用途に応じてＬＥＤチップ１０２、導電性ワイヤー１０３、蛍光体が含有されたコーティング部１０１などを外部から保護するために設けることができる。モールド部材は、一般には樹脂を用いて形成させることができる。また、蛍光体を含有させることによって視野角を増やすことができるが、樹脂モールドに拡散剤を含有させることによってＬＥＤチップ１０２からの指向性を緩和させ視野角をさらに増やすことができる。更にまた、モールド部材１０４を所望の形状にすることによってＬＥＤチップからの発光を集束させたり拡散させたりするレンズ効果を持たせることができる。従って、モールド部材１０４は複数積層した構造でもよい。具体的には、凸レンズ形状、凹レンズ形状さらには、発光観測面から見て楕円形状やそれらを複数組み合わせた物である。モールド部材１０４の具体的材料としては、主としてエポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコーン樹脂などの耐候性に優れた透明樹脂や硝子などが好適に用いられる。また、拡散剤としては、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素、二酸化珪素等が好適に用いられる。さらに、拡散剤に加えてモールド部材中にも蛍光体を含有させることもできる。したがって、蛍光体はモールド部材中に含有させてもそれ以外のコーティング部などに含有させて用いてもよい。また、コーティング部を蛍光体が含有された樹脂、モールド部材を硝子などに変えた異なる部材を用いて形成させても良い。この場合、生産性良くより水分などの影響が少ない発光装置とすることができる。また、屈折率を考慮してモールド部材とコーティング部とを同じ部材を用いて形成させても良い。本願発明においてモールド部材に拡散剤や着色剤を含有させることは、発光観測面側から見た蛍光体の着色を隠すことができる。なお、蛍光体の着色とは、本願発明の蛍光体が強い外光からの光のうち、青色成分を吸収し発光する。そのため黄色に着色しているように見えることである。特に、凸レンズ形状などモールド部材の形状によっては、着色部が拡大されて見えることがある。このような着色は、意匠上など好ましくない場合がある。モールド部材に含有された拡散剤は、モールド部材を乳白色に着色剤は所望の色に着色することで着色を見えなくさせることができる。したがって、このような発光観測面側から蛍光体の色が観測されることはない。
【００９１】
また、ＬＥＤチップから放出される光の主発光波長が４３０ｎｍ以上では、光安定化剤である紫外線吸収剤をモールド部材中に含有させた方が耐候性上より好ましい。
【００９２】
【実施例】
以下、本発明に係る実施例について、比較例を交えながら詳述する。なお、本発明は以下に示す実施例のみに限定されないことは言うまでもない。
【００９３】
（実施例１）
図１に示されるように、本比較例１から５において形成された発光ダイオード１００は、マウント・リード１０５とインナー・リード１０６とを備えたリードタイプの発光ダイオードであって、マウント・リード１０５のカップ部上にＬＥＤチップ１０２が載置され、カップ部内に、ＬＥＤチップ１０２を覆うように、下記表２のように組み合わせた蛍光体を含むコーティング部１０１が充填された後に、モールド部材１０４により樹脂モールドされて構成される。ここで、ＬＥＤチップ１０２のｎ側電極及びｐ側電極はそれぞれ、マウント・リード１０５とインナー・リード１０６とにワイヤー１０３を用いて接続される。
【００９４】
図３は、本実施例で使用されるＹＡＧ系蛍光体の励起吸収スペクトルを示す。また、図４は、本実施例で使用されるＹＡＧ系蛍光体の発光スペクトルを示す。本実施例では、それぞれ組成の異なるＹＡＧ系蛍光体として、（Ｙ０．８Ｇｄ０．２）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ（以下「蛍光体１」と呼ぶ）、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ（以下「蛍光体２」と呼ぶ）、およびＹ３（Ａｌ０．８Ｇａ０．２）５Ｏ１２：Ｃｅ（以下「蛍光体３」と呼ぶ）を使用した。これらの蛍光体は、ＬＥＤチップからの青色光を吸収して励起し、黄色系から緑色系の光を発光する蛍光体である。
【００９５】
図５は本実施例で使用される窒化物蛍光体の励起吸収スペクトルを示す。また、図６は本実施例で使用される窒化物蛍光体の発光スペクトルを示す。本実施例では、それぞれ組成の異なる窒化物蛍光体として、（Ｃａ０．９８５Ｅｕ０．０１５）２Ｓｉ５Ｎ８（以下「蛍光体４」と呼ぶ）、および（Ｓｒ０．６７９Ｃａ０．２９１Ｅｕ０．０３）２Ｓｉ５Ｎ８（以下「蛍光体５」と呼ぶ）を使用した。これらの蛍光体は、ＬＥＤチップからの青色光を吸収して励起し、赤色系の光を発光する蛍光体である。以下に、上記蛍光体の組成と発光スペクトルのピーク波長を示す。
【００９６】
【表１】
2004235598.tif 000004
まず、蛍光体１から蛍光体５を１種類ずつ使用して発光ダイオードを形成した後、２０ｍＡのパルス電流を加えることによりＬＥＤチップ自体の発熱が無視できる条件下にて周囲温度を上昇させ、周囲温度に対する発光ダイオードの発光出力を測定した。次に、蛍光体１から蛍光体５のそれぞれについて、２５℃を基準とするＬＥＤ発光の相対出力を求め、周囲温度−相対光出力特性として図１０から図１４に示した。図１０は、本発明の一実施例における蛍光体１の周囲温度−相対光出力特性を示す図である。図１１は、本発明の一実施例における蛍光体２の周囲温度−相対光出力特性を示す図である。図１２は、本発明の一実施例における蛍光体３の周囲温度−相対光出力特性を示す図である。図１３は、本発明の一実施例における蛍光体４の周囲温度−相対光出力特性を示す図である。図１４は、本発明の一実施例における蛍光体５の周囲温度−相対光出力特性を示す図である。図１０から図１４は、いずれもＩｆ＝２０ｍＡ、ｆ＝２００Ｈｚ、Ｄｕｔｙ＝１％の条件である。また、発光ダイオードの周囲温度を１℃変化させたときＬＥＤ発光相対出力の低下率を各蛍光体について求め、第１の蛍光体と第２の蛍光体の温度上昇に対する発光出力低下率として以下の表２に示す。
【００９７】
【表２】
2004235598.tif 000005
本実施例にて蛍光体を励起するために使用するＬＥＤチップ１０２は、ＩｎＧａＡｌＮ系化合物半導体を発光層として形成させた発光素子であり、発光スペクトルのピーク波長は４６０ｎｍである。また、電流密度を３〜３００Ａ／ｃｍ２の間で高くすることにより色度座標が黒体放射軌跡に沿って低色温度側へシフトする。図２は、ＬＥＤチップ１０２に流す電流を変化させたときの発光スペクトルの電流特性を示す図である。図２は、蛍光体励起用４６０ｎｍＬＥＤの電流−相対発光スペクトル特性を示し、Ｔａ＝２５℃、ｆ＝２００Ｈｚ、Ｄｕｔｙ＝１％の条件である。図２に示されるように、発光スペクトルの電流特性は、投入電流を増加させていくに従って、ピーク波長が短波長側にシフトする。
【００９８】
そこで、図３に示されるように、ＬＥＤチップに投入される電流の増加によりＬＥＤチップの発光スペクトルのピーク波長がシフトした位置に、上記３つの蛍光体１から３の励起吸収スペクトルのピーク波長の位置をほぼ一致させる。ここで、蛍光体１から３の励起吸収スペクトルのピーク波長と、ＬＥＤチップの発光スペクトルのピーク波長との差が、４０ｎｍ以下であることが好ましい。このような蛍光体を使用することにより、該蛍光体の励起効率が向上し、波長変換されることなくＬＥＤから出光してくる光の量が減少するため、発光装置の色度ズレを防ぐことができる。
【００９９】
ここで、蛍光体３を使用した場合、蛍光体３の発光スペクトルは、図４に示されるように蛍光体１の発光スペクトルよりも短波長側に移動する。従って、ＹＡＧ系蛍光体の励起吸収スペクトルのピーク位置をずらすことによって発光装置の色度ズレが防止できたものの発光装置の発光は黒体放射軌跡から外れているため、蛍光体４あるいは蛍光体５を加えることにより混色光に赤味成分を付加し、黒体放射軌跡付近に色度座標を調整する。
【０１００】
ＹＡＧ系蛍光体に対する窒化物蛍光体の調合比を以下の表３に示す。
【０１０１】
【表３】
2004235598.tif 000006
実施例１および比較例１から３において発光ダイオードを形成した場合の光学特性の測定結果を以下の表４に示す。
【０１０２】
【表４】
2004235598.tif 000007
表４に示されるように実施例１および比較例３の場合の演色性は、共にＲａが８５以上となり他の比較例と比べて演色性を向上させることができる。また、図７は、実施例１および比較例１から３について、周囲温度に対する色度の変化を示す図である。図７は、Ｉｆ＝２０ｍＡ、ｆ＝２００Ｈｚ、Ｄｕｔｙ＝１％の条件である。図７に示されるように、実施例１および比較例１から３の何れも温度上昇によって図中の太矢印の方向に色度が変化する。
【０１０３】
図８は、実施例１および比較例１から３について、ＬＥＤチップに投入されるパルス電流に対する色度の変化を示す図である。図８は、Ｔａ＝ＲＴ（室温）、ｆ＝２００Ｈｚ、Ｄｕｔｙ＝１％の条件である。本実施例においては１〜１００ｍＡ（１、５、１０、２０、４０、６０、８０、１００ｍＡ）のパルス電流をＬＥＤチップに加えることにより、ＬＥＤチップの発熱が無視できる条件下で、白色ＬＥＤに赤み成分を付加したＬＥＤの電流特性を確認した。図８に示されるように、比較例１から比較例３の場合は、投入電流を増加させていくに従って、色度は黒体放射軌跡から矢印の方向に遠離っていくように高色温度領域に移動する。一方、実施例１の場合は、色度が黒体放射軌跡にほぼ沿うように矢印の方向に低色度側に移動することが分かる。
【０１０４】
図９は、実施例１および比較例１について、ＤＣ駆動させたときの色度の変化を示す図である。図９は、Ｉｆ＝１ｍＡ、５ｍＡ、１０ｍＡ、２０ｍＡ、４０ｍＡ、６０ｍＡ、Ｔａ＝ＲＴ（室温）、ＤＣ駆動の条件である。比較例１の場合は、電流を１ｍＡから５ｍＡ、１０ｍＡ、２０ｍＡ、４０ｍＡ、６０ｍＡと増加させていくと、それぞれの電流値における色度が黒体放射軌跡から矢印の方向に遠ざかるように高色度側に移動する。一方、実施例１の場合は、混色による光の色度の変動が、色度図上において、Ｘ座標が０．３２６から０．３３３、Ｙ座標が０．３４３から０．３４８の範囲内にある。即ち、実施例１の場合、混色による光の色度は、電流を増加させても黒体放射軌跡にほぼ沿う位置で移動し、色度の変化がほとんど生じない。このように実施例１の場合に色度の変化が殆ど生じないのは、周囲温度−色度特性として図７に示されるような黒体放射軌跡に沿う高色度側への色度の変化と、投入電流−色度特性として図８に示されるような黒体放射軌跡に沿う低色度側への色度の変化とが互いに相殺し合った結果である。
【０１０５】
実施例１の構成は、組み合わせる蛍光体の周囲温度に対する発光出力低下率が共に２．０×１０−３［ａ．ｕ．／℃］以下と他の実施例の蛍光体と比較して小さく、かつ発光出力低下率の差が２．０×１０−４［ａ．ｕ．／℃］と他の実施例と比較して小さい組み合わせとしたものである。即ち、蛍光体３と蛍光体５の温度上昇に対する発光出力低下率がほぼ等しい。このように構成することにより、発光素子の発熱等による周囲温度の上昇によって蛍光体３および蛍光体５それぞれの発光出力が低下した場合であっても、蛍光体３と蛍光体５の発光出力差は、周囲温度の影響を受けることなく殆ど同じ値に保たれる。即ち、本発明の構成とすることにより、発光装置の周囲温度、特に電流の変化による発光装置の周囲温度の変化によらず演色性を向上させ、かつ色度ズレが殆ど生じない発光装置とすることが可能である。また、本発明に係る発光装置と、該発光装置から出光した光を発光観測面側に導く導光板とを組み合わせ、液晶ディスプレイの構成部材として使用可能なバックライト光源を形成した場合、周囲温度の変化によらず演色性を向上させ、かつ色度ズレが殆ど生じないバックライト光源とすることが可能である。
【０１０６】
（実施例２、３）
本実施例においては、ＹＡＧ系蛍光体と、窒化物系蛍光体を組み合わせて、暖かみのある光、いわゆる電球色領域（色温度２５００Ｋ〜３８００Ｋ）の光が発光可能な発光装置を形成する。本実施例で使用するＹＡＧ系蛍光体（蛍光体６、７）および窒化物系蛍光体（蛍光体８、９）の組成式、発光ピーク波長λｐ［ｎｍ］、および色調は、以下の表５に示す通りである。
【０１０７】
【表５】
2004235598.tif 000008
また、実施例１と同様にして測定した各蛍光体の発光出力低下率［ａ．ｕ．／℃］は、以下の表６に示す通りである。
【０１０８】
【表６】
2004235598.tif 000009
本実施例では以下の表７に示される重量比にて、樹脂、蛍光体７と蛍光体８および蛍光体９とをそれぞれ組み合わせ、実施例１と同様にして発光装置を形成し、電球色を発光可能とする。
【０１０９】
【表７】
2004235598.tif 000010
実施例２および実施例３において形成した発光装置の光学特性の測定結果を以下の表８に示す。
【０１１０】
【表８】
2004235598.tif 000011
図１９は、実施例２および実施例３について、ＤＣ駆動させたときの色度の変化を示す図である。図１９は、Ｔａ＝ＲＴ（室温）の条件である。以下に述べられる比較例４の場合は、電流を１ｍＡから５ｍＡ、１０ｍＡ、２０ｍＡ、４０ｍＡ、６０ｍＡと増加させていくと、それぞれの電流値における色度が黒体放射軌跡と交差して高色温度側に移動する。一方、実施例２および実施例３の場合は、投入電流を変化させても色度はほとんど変化しない。実施例２および実施例３の構成は、組み合わせる蛍光体の周囲温度に対する発光出力低下率が共に３．０×１０−３［ａ．ｕ．／℃］以下として、比較例４の蛍光体６と比較して小さくしたものである。本発明の構成とすることにより、発光素子の周囲温度、特に電流の変化による蛍光体の周囲温度の変化によらず色度ズレが殆ど生じない、かつ演色性を向上させた発光装置とすることが可能である。
【０１１１】
表５に示されるＹＡＧ系蛍光体６を単独で用いて、上述した実施例２、３と同様に電球色を発光可能な発光装置を比較例４として形成する。ここで、本比較例における樹脂と蛍光体との重量比を表７中に示す。また、比較例４として形成した発光装置の光学特性の測定結果を実施例２、３と共に以下の表８中に示す。さらに、図１９中に、比較例４について、ＤＣ駆動させたときの色度の変化を示す。図１９に示されるように本比較例における発光装置は、電流を１ｍＡから５ｍＡ、１０ｍＡ、２０ｍＡ、４０ｍＡ、６０ｍＡと増加させていくと、それぞれの電流値における色度が黒体放射軌跡と交差して高色温度側に移動する。これは、ＬＥＤチップの発光ピーク波長は、図２に示されるように電流の増加につれて短波長側に移動し、図１５に示される蛍光体６の励起吸収スペクトルのピーク波長からずれていくため、蛍光体の波長変換効率が低下し、蛍光体によって波長変換されないＬＥＤチップからの光の波長成分が多くなっていくためと思われる。一方、実施例２および実施例３で使用される蛍光体７の励起吸収スペクトルのピーク波長は、蛍光体６のピーク波長と比較して短波長側にあり、かつＬＥＤチップの発光ピーク波長が投入電流の変化により移動する範囲内にあるため、蛍光体の波長変換効率が低下することがない。さらに、実施例２および実施例３の場合は、励起吸収スペクトルのピーク波長が、ＬＥＤチップの発光ピーク波長が投入電流の変化により移動する範囲内にある窒化物系蛍光体をＹＡＧ系蛍光体と組み合わせて使用することにより、電流の変化による発光素子の周囲温度、すなわち蛍光体の周囲温度の変化にかかわらず色度ズレが殆ど生じない、かつ演色性が向上した電球色を発光可能な発光装置とすることができる。
【０１１２】
（実施例４）
本発明において、表１および表５中に示したＹＡＧ系蛍光体の他、組成式がＹ２．９６５Ｃｅ０．０３５Ａｌ５Ｏ１２で表される蛍光体を基準にして、ＡｌをＧａで置換あるいはＹをＧｄで置換して蛍光体を得る。即ち、Ｇａによる置換については、一般式Ｙ２．９６５Ｃｅ０．０３５（Ａｌ１−ＸＧａＸ）５Ｏ１２において、０＜Ｘ≦０．８の範囲で置換した蛍光体を任意に形成し、Ｇｄによる置換については、一般式（Ｙ１−ＹＧｄＹ）２．９６５Ｃｅ０．０３５Ａｌ５Ｏ１２において、０＜Ｘ≦０．９の範囲で置換した蛍光体を任意に形成する。また、一般式Ｙ３−ＺＣｅＺＡｌ５Ｏ１２において、０．０１５≦Ｚ≦０．６００の範囲で任意に蛍光体を形成する。
【０１１３】
上述した実施例と同様に、本実施例における蛍光体と窒化物系蛍光体とを適宜組み合わせることにより色度ズレが殆ど生じず、演色性を向上させかつ所望の色調が発光可能な発光装置とすることができる。
【０１１４】
【発明の効果】
本発明により、発光素子の周囲温度の変化、特に発光装置の投入電流の変化による蛍光体の周囲温度の変化によっても従来技術と比較して色度ズレが縮小でき、かつ演色性を向上させた発光装置を形成することが可能である。
【０１１５】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る発光ダイオードの模式的な断面図である。
【図２】本発明の一実施例におけるＬＥＤチップの発光スペクトル特性を示す図である。
【図３】本発明の一実施例におけるＹＡＧ系蛍光体の励起吸収スペクトルを示す図である。
【図４】本発明の一実施例におけるＹＡＧ系蛍光体の発光スペクトルを示す図である。
【図５】本発明の一実施例における窒化物系蛍光体の励起吸収スペクトルを示す図である。
【図６】本発明の一実施例における窒化物系蛍光体の発光スペクトルを示す図である。
【図７】本発明の一実施例における周囲温度−色度特性（パルス駆動による測定）を示す図である。
【図８】本発明の一実施例における電流−色度特性（パルス駆動による測定）を示す図である。
【図９】本発明の一実施例における電流−色度特性（ＤＣ駆動による測定）を示す図である。
【図１０】本発明の一実施例における蛍光体１の周囲温度−相対光出力特性を示す図である。
【図１１】本発明の一実施例における蛍光体２の周囲温度−相対光出力特性を示す図である。
【図１２】本発明の一実施例における蛍光体３の周囲温度−相対光出力特性を示す図である。
【図１３】本発明の一実施例における蛍光体４の周囲温度−相対光出力特性を示す図である。
【図１４】本発明の一実施例における蛍光体５の周囲温度−相対光出力特性を示す図である。
【図１５】本発明の一実施例におけるＹＡＧ系蛍光体の励起吸収スペクトルを示す図である。
【図１６】本発明の一実施例におけるＹＡＧ系蛍光体の発光スペクトルを示す図である。
【図１７】本発明の一実施例における窒化物系蛍光体の励起吸収スペクトルを示す図である。
【図１８】本発明の一実施例における窒化物系蛍光体の発光スペクトルを示す図である。
【図１９】本発明の一実施例における電流−色度特性（ＤＣ駆動による測定）を示す図である。
【図２０】蛍光体１０〜１３のＹＡＧ系蛍光体をＥＸ＝４６０ｎｍで励起させたときの発光スペクトルを示す図である。
【図２１】蛍光体１０〜１３のＹＡＧ系蛍光体の反射スペクトルを示す図である。
【図２２】蛍光体１０〜１３のＹＡＧ系蛍光体の励起スペクトルを示す図である。
【図２３】蛍光体１４及び蛍光体１５のＹＡＧ系蛍光体をＥＸ＝４６０ｎｍで励起させたときの発光スペクトルを示す図である。
【図２４】蛍光体１４のＹＡＧ系蛍光体の励起スペクトルを示す図である。
【図２５】蛍光体１５のＹＡＧ系蛍光体の励起スペクトルを示す図である。
【符号の説明】
１００・・・発光ダイオード
１０１・・・コーティング部
１０２・・・ＬＥＤチップ
１０３・・・ワイヤー
１０４・・・モールド部材
１０５・・・マウント・リード
１０６・・・インナー・リード
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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