(57)【要約】【課題】  ＬＥＤもしくはＬＤ等の半導体発光素子上に二種類の蛍光体層を積層することによって演色性を高めるように積層した蛍光体積層構造において、それぞれの蛍光体層中に、拡散剤、バインダー樹脂、及び蛍光体を調整して配合し、発光効率を高め、蛍光体層の劣化を抑えた蛍光体積層構造及びそれを用いた白色等発光装置を提供することを目的とする。【解決手段】  ＬＥＤもしくはＬＤ等の半導体発光素子上に、第１の蛍光体層と、第１の蛍光体層中の蛍光体の波長より短い蛍光を発する蛍光体を含有する第２の蛍光体層とを少なくとも積層してなる蛍光体積層構造であって、前記第１の蛍光体層を前記第２の蛍光体層よりも前記半導体発光素子に近い方に配置した積層構造において、前記第１及び第２の蛍光体層中の拡散剤及び／又はバインダー樹脂の配合量もしくは屈折率を調節する。【選択図】図１
2004179644.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光素子上に、蛍光体、拡散剤、及びバインダー樹脂からなる蛍光体層を複数層積層してなり、前記半導体発光素子に近い方の第１の蛍光体層が、前記半導体発光素子から遠い方の第２の蛍光体層より波長の長い蛍光を発する蛍光体を含んでなる蛍光体積層構造であって、
前記第１の蛍光体層は、前記第２の蛍光体層に含まれる拡散剤と同等または屈折率の大きい拡散剤を含み、その配合量が前記第２の蛍光体層より多いことを特徴とする蛍光体積層構造。
【請求項２】
前記第１の蛍光体層は、前記半導体発光素子の少なくとも一部を被覆し、前記第２の蛍光体層は、該第１の蛍光体層と半導体発光素子の少なくとも一部とを被覆する請求項１に記載の蛍光体積層構造。
【請求項３】
前記拡散剤は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｚｒ２Ｏ３、及びＹ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、ＣａＣＯ３からなる酸化物群から選択される少なくとも１種である請求項１または２に記載の蛍光体積層構造。
【請求項４】
第１及び第２の蛍光体層中の拡散剤の種類が異なり、前記第１の蛍光体層中の拡散剤の屈折率が、前記第２の蛍光体層中の拡散剤の屈折率より大きい請求項１乃至３に記載の蛍光体積層構造。
【請求項５】
第１及び第２の蛍光体層を形成するバインダー樹脂の種類が異なり、前記第１の蛍光体層を形成するバインダー樹脂の屈折率が、前記第２の蛍光体層を形成するバインダー樹脂の屈折率より大きいことを特徴とする請求項１乃至４に記載の蛍光体積層構造。
【請求項６】
バインダー樹脂はエポキシ樹脂、アクリル樹脂、イミド樹脂、シリコーン樹脂、ユリア樹脂からなる群から選ばれる請求項１乃至５に記載の蛍光体積層構造。
【請求項７】
前記第１及び第２の蛍光体層中の拡散剤が同一であって、前記第１の蛍光体層中の拡散剤の配合量が、第２の蛍光体層中の拡散剤の配合量より多くしてなる請求項１乃至６に記載の蛍光体積層構造。
【請求項８】
第１及び第２の蛍光体層を形成するバインダー樹脂の種類が同一であり、前記第１の蛍光体層を形成するバインダー樹脂と拡散剤との屈折率差が、前記第２の蛍光体層を形成するバインダー樹脂と拡散剤との屈折率差より大きいことを特徴とする請求項１乃至７に記載の蛍光体積層構造。
【請求項９】
第１及び第２の蛍光体層を形成するバインダー樹脂の種類が異なり、前記第１の蛍光体層を形成するバインダー樹脂の屈折率が、前記第２の蛍光体層を形成するのバインダー樹脂の屈折率より大きく、かつ、前記第１の蛍光体層を形成するバインダー樹脂と拡散剤の屈折率差が、前記第２の蛍光体層を形成するバインダー樹脂と拡散材の屈折率差より大きいことを特徴とする請求項１乃至８に記載の蛍光体積層構造。
【請求項１０】
第１及び第２の蛍光体層中の拡散剤及び／又はバインダー樹脂の種類が異なり、第１の蛍光体層中の拡散剤とバインダー樹脂との平均屈折率が、第２の蛍光体層中の拡散剤とバインダー樹脂との平均屈折率より大きいことを特徴とする請求項１乃至９に記載の蛍光体積層構造。
【請求項１１】
青色が発光可能な半導体発光素子上に、蛍光体、拡散剤、及びバインダー樹脂からなる蛍光体層を複数積層してなる光源において、
前記半導体発光素子に近い方の第１の蛍光体層はシリコンナイトライド系蛍光体であって、前記半導体発光素子からより遠い方の第２の蛍光体層より波長の長い蛍光を発する蛍光体は少なくともアルミニウムガーネット系蛍光体である光源であり、
前記第１の蛍光体層は、前記第２の蛍光体層に含まれる拡散剤と同等または屈折率の大きい拡散剤を含み、その配合量が前記第２の蛍光体層より多いことを特徴とする光源。
【請求項１２】
前記第一の蛍光体層は、前記半導体発光素子の主面の少なくとも一部を被覆し、前記第二の蛍光体層は、該第一の蛍光体層と半導体発光素子の側面方向とを被覆する請求項１１に記載の光源。
【請求項１３】
紫外線を発することができる半導体発光素子上に、蛍光体、拡散剤、及びバインダー樹脂からなる蛍光体層を複数層積層してなる光源において、
前記半導体発光素子に近い方の第１の蛍光体層は、紫外励起赤色発光蛍光体を含み、前記第２の蛍光体層は紫外励起緑色発光蛍光体を含み、かつ、前記第３の蛍光体層は紫外励起青色発光蛍光体を含み、
前記第１の蛍光体層は、前記第２の蛍光体層に含まれる拡散剤と同等または屈折率の大きい拡散剤を第２の蛍光体層より多く含み、前記第２の蛍光体層は、前記第３の蛍光体層に含まれる拡散剤と同等または屈折率の大きい拡散剤を第３の蛍光体層より多く含むことを特徴とする光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子（発光ダイオードもしくはレーザーダイオード等）を有する蛍光体積層構造及びそれを用いる光源に関する。
【０００２】
尚、本明細書においては、ＬＥＤもしくはＬＤチップそのものは「発光素子」もしくは「半導体発光素子」と呼び、ＬＥＤもしくはＬＤチップ、前記チップ上に積層された蛍光体、及び電極などの光学装置を含む発光装置全体を「発光装置」「光源」と呼ぶことにする。
【背景技術】
【０００３】
白色系の混色光を発する光源は、低電圧駆動、小型軽量化、耐久性、長寿命などの長所を有し、次世代の省エネルギー照明源として、また、車載の表示光源や携帯電話表示部のバックライトとして脚光を浴びている。
【０００４】
例えば、半導体発光素子上に蛍光体層を設け、白色系の混色光を発する光源とする方法には、青色発光素子からの発光の一部を蛍光体で波長変換し、残る青色発光と蛍光体からの発光との混色により白色発光を得る方法と、発光素子として紫外発光素子を用い、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）を発光する蛍光体を用いて白色光を得る方法とが提案されている。前者では蛍光体としてセリウムで付活されたＹＡＧが使用されているが、混色により形成されるスペクトルは、比較的赤色領域成分が少なく、赤色成分を必要とする分野での使用では演色性が充分でないという問題がある。そこで、後者の、ＲＧＢを発光する蛍光体を使用して白色光を得る方法が演色性に優れた白色光を比較的得やすいので推奨される。しかしながら、ＲＧＢ比率により白色が形成されるため、その比率が正しく、かつ均等でないと、色むらが生じやすいという問題がある。このような発光の「むら」はＲＧＢのそれぞれの蛍光体の比重や粒径の違いにより、その塗布および樹脂の硬化工程で発生することが見出されており、かかる解決策として実質的に平坦な面上に一定の厚みを有する蛍光体を形成する構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−３１５３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の構造上の改善策は抜本的でない。すなわち、例え蛍光体層厚みを均一に形成できても蛍光体の層中の分布の不均一性に基づく色むらの発生は解決できない。
【０００６】
したがって、本発明者らは複数の蛍光体層を積層する場合に膜厚、蛍光体の層中の不均一性に基づく、色むらを解消すべく、鋭意検討の結果、蛍光体層を積層する構造の場合、各層の拡散効率を調整することにより、色むらだけでなく、全体としての輝度向上を達成できることを見出した。
【０００７】
したがって、本発明の第１の目的は、蛍光体層を積層する場合の色むらを解消するとともに、全体としての輝度の向上を図ることができる蛍光体積層構造を提供することにある。
【０００８】
さらに、本発明の第２の目的は、青色または紫外発光可能な半導体発光素子上に、複数の蛍光体層を積層して光源とする場合に、色むらによる品質の低下がなく、輝度の向上を図れる光源を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記第１の目的は、半導体発光素子上に、蛍光体、拡散剤、及びバインダー樹脂からなる蛍光体層を複数層積層してなり、前記半導体発光素子に近い方の第１の蛍光体層が、前記半導体発光素子から遠い方の第２の蛍光体層より波長の長い蛍光を発する蛍光体を含んでなる蛍光体積層構造であって、前記第１の蛍光体層は、前記第２の蛍光体層に含まれる拡散剤と同等または屈折率の大きい拡散剤を含み、その配合量が前記第２の蛍光体層より多いことを特徴とする蛍光体積層構造により達成される。また、前記第一の蛍光体層は、前記半導体発光素子の少なくとも一部を被覆し、前記第二の蛍光体層は、該第一の蛍光体層と半導体発光素子の少なくとも一部とを被覆することが好ましい。
【００１０】
前記波長変換巾の大きい第１の蛍光体層中の拡散材の拡散効果を第２の蛍光体層よりも多くすることにより、色むらがなく、しかも輝度及び効率を向上させることができるからである。その作用機能の詳細は不明であるが、波長変換巾の大きい第１層の拡散効率を高めることにより、第１層だけでなく、第２層における効率のよい波長変換が達成できるものと思われる。
【００１１】
具体的には、前記拡散剤は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｚｒ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３及びＣａＣＯ３からなる酸化物から選択される少なくとも１種であることが好ましい。酸化物拡散材は蛍光体とのなじみがよく、特に以下で定義されるシリコンナイトライド蛍光体の劣化を早めることがないことが見出されている。
【００１２】
本発明の蛍光体積層構造は、第１及び第２の蛍光体層中の拡散剤の種類が異なる場合は、前記第１の蛍光体層中の拡散剤の屈折率が、前記第２の蛍光体層中の拡散剤の屈折率より大きくなるように配合するのがよい。拡散材配合の絶対量を減少させ、効率よい波長変換を望めるからである。
【００１３】
本発明の蛍光体積層構造は、前記第１及び第２の蛍光体層中の拡散剤が同一種である場合は、前記第１の蛍光体層中の拡散剤の配合量が、第２の蛍光体層中の拡散剤の配合量より多くなる。同一種拡散材を使用することにより第１層と第２層の拡散効率の調整が容易となる。
【００１４】
本発明の蛍光体積層構造に用いるバインダ−樹脂としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、イミド樹脂、シリコーン樹脂、ユリア樹脂を用いるのがよい。第１層と第２層のバインダー樹脂は共通とするのが製造上便利であるが、第１及び第２の蛍光体層を形成するバインダー樹脂の種類が異なってもよい。その場合は、前記第１の蛍光体層を形成するバインダー樹脂の屈折率が、前記第２の蛍光体層を形成するバインダー樹脂の屈折率より大きいのが好ましい。界面での光反射を少なくすることができるからである。
【００１５】
第１及び第２の蛍光体層中の拡散材の有効屈折率はバインダー樹脂と拡散材の屈折率差に依存する。したがって、バインダー樹脂の種類が同一である場合は、前記第１の蛍光体層中の拡散材配合量の調整で第１層と第２層の拡散効果を調節することもできるが、その量的調整とともに、または量的調整とは独立してバインダー樹脂と拡散剤との屈折率差が、前記第２の蛍光体層を形成するバインダー樹脂と拡散剤との屈折率差より大きくなるようにすることにより、第１層と第２層の拡散効率を調整することができる。他方、第１及び第２の蛍光体層を形成するバインダー樹脂の種類が異なる場合は、前記第１の蛍光体層を形成するバインダー樹脂の屈折率が、前記第２の蛍光体層を形成するバインダー樹脂の屈折率より大きく、かつ、前記第１の蛍光体層を形成するバインダー樹脂と拡散剤の屈折率差が、前記第２の蛍光体層を形成するバインダー樹脂と拡散材の屈折率差より大きくすることにより、第１層及び第２層の拡散効率を調節することができる。要するに、本発明により所定の作用効果を得るためには、第１及び第２の蛍光体層中の拡散剤及びバインダー樹脂により構成される平均屈折率が、第２の蛍光体層中の拡散剤とバインダー樹脂との平均屈折率より大きくなるように調整する必要がある。
【００１６】
本発明の第２の目的は、青色が発光可能な半導体発光素子に適用する場合は、蛍光体、拡散剤、及びバインダー樹脂からなる蛍光体層を複数層積層してなる光源において、
前記半導体発光素子に近い方の第１の蛍光体層はシリコンナイトライド系蛍光体を含み、前記半導体発光素子からより遠い方の第２の蛍光体層より波長の長い蛍光を発する蛍光体が少なくともアルミニウムガーネット系蛍光体を含む光源であり、前記第１の蛍光体層は、前記第２の蛍光体層に含まれる拡散剤と同等または屈折率の大きい拡散剤を含み、その配合量が前記第２の蛍光体層より多くする構成により達成される。
【００１７】
紫外線を発することができる半導体発光素子に適用する場合は、蛍光体、拡散剤、及びバインダー樹脂からなる蛍光体層を複数層積層してなる光源において、
前記半導体発光素子に近い方の第１の蛍光体層は、紫外励起赤色発光蛍光体を含み、前記第２の蛍光体層は紫外励起緑色発光蛍光体を含み、かつ、前記第３の蛍光体層は紫外励起青色発光蛍光体を含み、
前記第１の蛍光体層は、前記第２の蛍光体層に含まれる拡散剤と同等または屈折率の大きい拡散剤をより多く含み、前記第２の蛍光体層は、前記第３の蛍光体層に含まれる拡散剤と同等または屈折率の大きい拡散剤をより多く含む構成により達成することができる。
【００１８】
本発明の蛍光体積層構造を有する光源は、積層される蛍光体層の拡散効果を調整することにより、色むらが解消され、高い歩留まりが達成される。しかも積層される蛍光体層の拡散効果を調整することにより、蛍光体の拡散効果の調整がされていないものに比して輝度の向上が得られる。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明に係る蛍光体積層構造及びそれを用いる光源は、半導体発光素子上に、蛍光体、拡散剤、及びバインダー樹脂からなる蛍光体層を積層する構造であって、第１の蛍光体層が波長の長い蛍光を発する蛍光体を含み、第２の蛍光体層が波長の短い蛍光を発する蛍光体を含んでなる積層構造であって、前記第１の蛍光体層を前記第２の蛍光体層よりも発光素子に近い方に配置する積層構造において、前記第１の蛍光体層中の拡散剤配合量を前記第２の蛍光体層中の配合量よりも多くしたこと、前記第１の蛍光体層中の拡散剤及び／又はバインダー樹脂の屈折率が、前記第２の蛍光体層中の拡散剤の屈折率より大きくなるように配合したことを特徴とする。即ち、このことによって輝度及び効率を向上させることが可能である。また、自己吸収を抑制して蛍光体の光を効率よく取り出すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に係る発光装置、蛍光体、拡散剤、及びバインダー樹脂を、発明の実施の形態及び実施例を用いて説明する。だたし、本発明はこの実施の形態及び実施例に限定されない。
＜発光装置１＞
図１は、本発明に係る発光装置１を示す図である。発光装置１は、サファイア基板１の上部に積層された青色光を発光できる半導体層２と、前記半導体層２に形成された電極から延びるワイヤで導電接続されたリードフレームと、前記サファイア基板１と半導体層２とから構成される半導体発光素子の外周を覆うように設けられたシリコンナイトライド蛍光体層１４ａ、ＹＡＧ：Ｃｅ系蛍光体層１４ｂ、前記積層蛍光体層１４ａ及びｂ、及びリードフレーム１３の外周面を覆うエポキシ樹脂１５とから構成されている。
【００２１】
発光装置１で青色光を発光した第１の発光スペクトルは、まず、第１のシリコンナイトライド蛍光体層１４ａに照射され、その一部が吸収され、波長変換された第２の発光スペクトルを発する。この第２の発光スペクトルは第２のＹＡＧ：Ｃｅ系蛍光体層１４ｂに照射されるが、これに吸収されることなく、透過する。他方、前記シリコンナイトライド蛍光体層１４ａを透過した第１の発光スペクトルの一部が、第２のＹＡＧ：Ｃｅ系蛍光体層１４ｂに照射され、一部が吸収され、波長変換された第３の発光スペクトルが発光される。したがって、上記発光装置からは第１の青色スペクトル、第２の赤色スペクトル及び第３の黄色スペクトルが合わさって演色性の高い白色を発光することになる。
【００２２】
＜発光装置２＞
図２は、本発明に係る発光装置２を示す図である。発光装置２は、サファイア基板１の上部に積層された近紫外線を発光できる半導体層２と、前記半導体層２に形成された電極から延びるワイヤで導電接続されたリードフレームと、前記サファイア基板１と半導体層２とから構成される半導体発光素子の外周を覆うように設けられた紫外励起赤色発光蛍光体層２４ａ、紫外励起緑色発光蛍光体層２４ｂ、紫外励起青色発光蛍光体層２４ｃ、前記積層蛍光体層２４ａ〜２４ｃ、及びリードフレーム１３の外周面を覆うエポキシ樹脂１５とから構成されている。
【００２３】
発光装置２で近紫外線を発光した第１の発光スペクトルは、まず、第１の赤色発光蛍光体層２４ａに照射され、その一部が吸収され、波長変換された第２の発光スペクトルを発する。この第２の発光スペクトルは第２の緑色発光蛍光体層２４ｂに照射されるが、これに吸収されることなく、透過する。他方、前記赤色発光蛍光体層２４ａを透過した第１の発光スペクトルの一部が、第２の緑色発光蛍光体層２４ｂに照射され、一部が吸収され、波長変換された第３の発光スペクトルが発光される。この第３の発光スペクトルは第３の青色発光蛍光体層２４ｂに照射されるが、これに吸収されることなく、透過する。他方、前記赤色発光蛍光体層２４ａ、緑色発光蛍光体層２４ｂを透過した第１の発光スペクトルの一部が、第３の青色発光蛍光体層２４ｃに照射され、一部が吸収され、波長変換された第４の発光スペクトルが発光される。したがって、上記発光装置からは第２の赤色スペクトルと第３の緑色スペクトルと第４の青色スペクトルが合わさって演色性の高い白色を発光することになる。
【００２４】
＜半導体発光素子＞
光源の励起用ＬＥＤとしては、ＩｎＧａＮを発光層とする公知の単一または多重量子井戸構造の青色ＬＥＤおよびＡｌＩｎＧａＮ、ＧａＮまたはＡｌＧａＮを発光層とする公知の単一または多重量子井戸構造の近紫外ＬＥＤを使用することができる。
【００２５】
＜蛍光体＞
本実施の形態に用いられる蛍光体は、発光素子から放出された可視光や紫外光の一部を吸収し、その吸収した光の波長と異なる波長を有する光を発光するものである。本実施の形態における蛍光体は、バインダー樹脂により固着されて蛍光体層に含有される他、ＬＥＤチップをパッケージに固定するための絶縁性接着剤（例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、硝子のような透光性無機部材）の中に含有されることもできる。また、本実施の形態における蛍光体層は、モールド部材５の表面を被覆するようなキャップとして設けられる他、モールド部材の表面あるいは発光素子から間隔をあけて、モールド部材中にシート状の蛍光体層として設けることもできる。
本実施の形態に用いられる蛍光体としては、少なくともＬＥＤチップの半導体発光層から発光された光によって励起され、波長変換した光を発光する蛍光体をいい、該蛍光体を固着させる結着剤とともに波長変換部材とされる。
本発明に係る蛍光体は、平均粒径が３μｍ以上であり、かつ粒度分布測定で２μｍ以下の粒径の粒子が体積分布で１０％以下である蛍光体粒子から構成されるのがよい。好ましくは平均粒径が５μｍ以上１５μｍ以下、さらに好ましくは平均粒径が１０μｍ以上１２μｍ以下である。蛍光体層を形成する際の形成ばらつきを抑えることが可能となり、配向ばらつきの少ない高輝度を得ることができる。
【００２６】
（ＲＧＢ蛍光体）
例えば、紫外線照射により青色発光が可能なものとして、規則的な結晶成長形状としてほぼ六角形状を有する成長粒子から構成され、青色領域の発光を行うＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕで表されるユウロピウム賦活バリウムマグネシウムアルミネート系蛍光体、規則的な結晶成長形状としてほぼ球形状を有する成長粒子から構成され、青色領域の発光を行う（Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕで表されるユウロピウム賦活ハロリン酸カルシウム系蛍光体、規則的な結晶成長形状としてほぼ立方体形状を有する成長粒子から構成され、青色領域の発光を行う（Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）２Ｂ５Ｏ９Ｃｌ：Ｅｕで表されるユウロピウム賦活アルカリ土類クロロボレート系蛍光体、
破断面を有する破断粒子から構成され、青緑色領域の発光を行う（Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ）Ａｌ２Ｏ４：Ｅｕまたは（Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ）４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕで表されるユウロピウム賦活アルカリ土類アルミネート系蛍光体が挙げられる。
紫外線照射により緑色発光が可能なものとして、破断面を有する破断粒子から構成され、緑色領域の発光を行う（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）Ｓｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕで表されるユウロピウム賦活アルカリ土類シリコンオキシナイトライド系蛍光体、破断面を有する破断粒子から構成され、緑色領域の発光を行う（Ｂａ、Ｃａ、Ｓｒ）２ＳｉＯ４：Ｅｕで表されるユウロピウム賦活アルカリ土類マグネシウムシリケート系蛍光体が挙げられる。
紫外線照射により赤色発光が可能な蛍光体として、赤色破断面を有する破断粒子から構成され、赤色領域の発光を行う（Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕで表されるユウロピウム賦活アルカリ土類シリコンナイトライド系蛍光体、規則的な結晶成長形状としてほぼ球形状を有する成長粒子から構成され、赤色領域の発光を行う（Ｙ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｌｕ）２Ｏ２Ｓ：Ｅｕで表されるユウロピウム賦活希土類オキシカルユゲナイト系蛍光体等が挙げられる。
【００２７】
（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アルミニウム・ガーネット系蛍光体とは、Ａｌを含み、かつＹ、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、希土類元素から選択された少なくとも一つの元素で付活された蛍光体であり、半導体発光素子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。例えば、上述したＹＡＧ系蛍光体の他、Ｔｂ２．９５Ｃｅ０．０５Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ２．９０Ｃｅ０．０５Ｔｂ０．０５Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ２．９４Ｃｅ０．０５Ｐｒ０．０１Ａｌ５Ｏ１２、Ｙ２．９０Ｃｅ０．０５Ｐｒ０．０５Ａｌ５Ｏ１２等が挙げられる。これらのうち、本実施の形態において、特にＹを含み、かつ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が利用される。
【００２８】
具体的な蛍光体としては、セリウム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（以下、「ＹＡＧ系蛍光体」と呼ぶことがある。）が挙げられる。特に、高輝度且つ長時間の使用時においては（Ｒｅ1-xＳｍx）3（Ａｌ1-yＧａy）5Ｏ12：Ｃｅ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１、但し、Ｒｅは、Ｙ，Ｇｄ,Ｌａからなる群より選択される少なくとも一種の元素である。）などが好ましい。
（Ｒｅ1-xＳｍx）3（Ａｌ1-yＧａy）5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体は、ガーネット構造のため、熱、光及び水分に強く、励起スペクトルのピークが４７０ｎｍ付近などにさせることができる。また、発光ピークも５３０ｎｍ付近にあり７２０ｎｍまで裾を引くブロードな発光スペクトルを持たせることができる。
【００２９】
本実施の形態における発光装置における蛍光物質として、２種類以上の蛍光体を混合させてもよい。即ち、Ａｌ、Ｇａ、Ｙ、Ｌａ及びＧｄやＳｍの含有量が異なる２種類以上の（Ｒｅ1-xＳｍx）3（Ａｌ1-yＧａy）5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体を混合させてＲＧＢの波長成分を増やすことができる。また、現在のところ半導体発光素子の発光波長には、バラツキが生ずるものがあるため２種類以上の蛍光体を混合調整させて所望の白色系の混色光などを得ることができる。具体的には、半導体発光素子の発光波長に合わせて色度点の異なる蛍光体の量を調整し含有させることでその蛍光体間と発光素子で結ばれる色度図上の任意の点を発光させることができる。
【００３０】
発光層に窒化物系化合物半導体を用いた半導体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の光と、必要に応じて赤色系の光との混色表示を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透光性無機物中に含有させることもできる。このように蛍光体が含有されたものは、半導体発光素子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。蛍光体と透光性無機物との比率や塗布、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。
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以下の半導体発光素子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。このように組成を変化することで発光色を連続的に調節することが可能である。したがって、長波長側の強度がＧｄの組成比で連続的に変えられるなど窒化物半導体の青色系発光を利用して白色系発光に変換するための理想条件を備えている。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り、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、Ｐｒ、Ｔｂ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、Ｐｒ、Ｔｂ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、別の実施の形態における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を混合させて用いても良い。また、各層に１種の蛍光体のみを含む多層構造としても良い。多層構造の場合、発光素子から光をより短波長側で吸収発光しやすい蛍光体層、それよりも長波長側で吸収発光しやすい蛍光体層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】
（窒化物系蛍光体）
本実施の形態における蛍光物質は、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、希土類元素から選択された少なくとも一つの元素で付活された窒化物系蛍光体とすることができる。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、半導体発光素子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。例えば、Ｃａ−Ｇｅ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｇｅ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｃａ−Ｇｅ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｃａ−Ｇｅ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｇｅ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｃａ−Ｇｅ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｂａ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｂａ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｂａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｂａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｃａ−Ｓｉ−Ｃ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｓｉ−Ｃ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｃａ−Ｓｉ−Ｃ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｃａ−Ｓｉ−Ｃ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｓｉ−Ｃ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｃａ−Ｓｉ−Ｃ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｍｇ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｍｇ−Ｃａ−Ｓｒ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｍｇ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｍｇ−Ｃａ−Ｓｒ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｃａ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｃ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｃ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｃａ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｃ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｃａ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｃ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｃ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｃａ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｃ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｍｇ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｍｇ−Ｃａ−Ｚｎ−Ｓｒ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｍｇ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｍｇ−Ｃａ−Ｚｎ−Ｓｒ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｍｇ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｃａ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｓｎ−Ｃ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｓｎ−Ｃ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｃａ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｓｎ−Ｃ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｃａ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｓｎ−Ｃ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｓｎ−Ｃ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｃａ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｓｎ−Ｃ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｍｇ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｓｎ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｍｇ−Ｃａ−Ｚｎ−Ｓｒ−Ｓｉ−Ｓｎ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｓｉ−Ｓｎ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｍｇ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｓｎ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｍｇ−Ｃａ−Ｚｎ−Ｓｒ−Ｓｉ−Ｓｎ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系、Ｓｒ−Ｍｇ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｓｎ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ，Ｚ系など種々の組み合わせの蛍光体を製造することができる。希土類元素であるＺは、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｌｕのうち少なくとも１種以上が含有されていることが好ましいが、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｔｍ、Ｙｂが含有されていてもよい。これらの希土類元素は、単体の他、酸化物、イミド、アミド等の状態で原料中に混合する。希土類元素は、主に安定な３価の電子配置を有するが、Ｙｂ、Ｓｍ等は２価、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｔｂ等は４価の電子配置を有する。酸化物の希土類元素を用いた場合、酸素の関与が蛍光体の発光特性に影響を及ぼす。つまり酸素を含有することにより発光輝度の低下を生じる場合もある。その反面、残光を短くするなどの利点もある。但し、Ｍｎを用いると、粒径が大きくなり、発光輝度の向上を図ることができる。
【００３６】
例えば、共付活剤としてＬａを使用する。酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）は、白色の結晶で、空気中に放置すると速やかに炭酸塩に代わるため、不活性ガス雰囲気中で保存する。
例えば、共付活剤としてＰｒを使用する。酸化プラセオジム（Ｐｒ６Ｏ１１）は、通常の希土類酸化物Ｚ２Ｏ３と異なり、非化学量論的酸化物で、プラセオジムのシュウ酸塩、水酸化物、炭酸塩などを空気中で焼く８００℃に加熱するとＰｒ６Ｏ１１の組成をもつ黒色の粉体として得られる。Ｐｒ６Ｏ１１はプラセオジム化合物合成の出発物質となり、高純度のものも市販されている。
【００３７】
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。）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。
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。
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。
【００３８】
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。
Ｓｒ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｂａ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｍｇ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｚｎ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ，Ｐｒ、ＳｒＳｉ７Ｎ１０：Ｅｕ，Ｐｒ、ＢａＳｉ７Ｎ１０：Ｅｕ，Ｃｅ、ＭｇＳｉ７Ｎ１０：Ｅｕ，Ｃｅ、ＺｎＳｉ７Ｎ１０：Ｅｕ，Ｃｅ、Ｓｒ２Ｇｅ５Ｎ８：Ｅｕ，Ｃｅ、Ｂａ２Ｇｅ５Ｎ８：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｍｇ２Ｇｅ５Ｎ８：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｚｎ２Ｇｅ５Ｎ８：Ｅｕ，Ｐｒ、ＳｒＧｅ７Ｎ１０：Ｅｕ，Ｃｅ、ＢａＧｅ７Ｎ１０：Ｅｕ，Ｐｒ、ＭｇＧｅ７Ｎ１０：Ｅｕ，Ｐｒ、ＺｎＧｅ７Ｎ１０：Ｅｕ，Ｃｅ、Ｓｒ１．８Ｃａ０．２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｂａ１．８Ｃａ０．２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ，Ｃｅ、Ｍｇ１．８Ｃａ０．２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｚｎ１．８Ｃａ０．２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ，Ｃｅ、Ｓｒ０．８Ｃａ０．２Ｓｉ７Ｎ１０：Ｅｕ，Ｌａ、Ｂａ０．８Ｃａ０．２Ｓｉ７Ｎ１０：Ｅｕ，Ｌａ、Ｍｇ０．８Ｃａ０．２Ｓｉ７Ｎ１０：Ｅｕ，Ｎｄ、Ｚｎ０．８Ｃａ０．２Ｓｉ７Ｎ１０：Ｅｕ，Ｎｄ、Ｓｒ０．８Ｃａ０．２Ｇｅ７Ｎ１０：Ｅｕ，Ｔｂ、Ｂａ０．８Ｃａ０．２Ｇｅ７Ｎ１０：Ｅｕ，Ｔｂ、Ｍｇ０．８Ｃａ０．２Ｇｅ７Ｎ１０：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｚｎ０．８Ｃａ０．２Ｇｅ７Ｎ１０：Ｅｕ、Ｐｒ、Ｓｒ０．８Ｃａ０．２Ｓｉ６ＧｅＮ１０：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｂａ０．８Ｃａ０．２Ｓｉ６ＧｅＮ１０：Ｅｕ，Ｐｒ、Ｍｇ０．８Ｃａ０．２Ｓｉ６ＧｅＮ１０：Ｅｕ，Ｙ、Ｚｎ０．８Ｃａ０．２Ｓｉ６ＧｅＮ１０：Ｅｕ，Ｙ、Ｓｒ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｐｒ、Ｂａ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｐｒ、Ｓｒ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｔｂ、ＢａＧｅ７Ｎ１０：Ｃｅなどが製造できるがこれに限定されない。
【００３９】
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。
【００４０】
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、Ｇａ，Ｉｎ，Ｌｉ、Ｎａ，Ｋ、Ｒｅ、Ｍｏ、Ｆｅ，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。
【００４１】
このような窒化物系蛍光体は、半導体発光素子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、半導体発光素子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系の混色光を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、半導体発光素子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、半導体発光素子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中に一緒に混合し、半導体発光素子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合せのみの白色系発光装置は、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。
【００４２】
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。
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、ＭｎＯ、Ｍｎ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３などを含有するものでもよい。原料のＳｒ、Ｃａは、アルゴン雰囲気中、グローブボックス内で粉砕を行う。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。
【００４３】
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、アルゴン雰囲気中、若しくは、窒素雰囲気中、グローブボックス内で粉砕を行う。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。
【００４４】
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。
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。
【００４５】
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。
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。
【００４６】
Ｓｒ、Ｃａ若しくはＳｒ−Ｃａの窒化物を粉砕する。Ｓｒ、Ｃａ、Ｓｒ−Ｃａの窒化物を、アルゴン雰囲気中、若しくは、窒素雰囲気中、グローブボックス内で粉砕を行う。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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。これらの混合物は、酸化されやすいため、Ａｒ雰囲気中、又は、窒素雰囲気中、グローブボックス内で、混合を行う。
【００４９】
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。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。
【００５０】
焼成は、管状炉、小型炉、高周波炉、メタル炉などを使用することができる。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）材質のるつぼ、ボートを用いて焼成を行うことが好ましい。窒化ホウ素材質のるつぼの他に、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）材質のるつぼを使用することもできる。
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。
【００５１】
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。
【００５２】
以上のようにして形成されるアルミニウム・ガーネット系蛍光体、および窒化物系蛍光体に代表される赤色系の光を発光可能な蛍光体は、発光素子の周辺において一層からなる波長変換部材中に二種類以上存在してもよいし、二層からなる波長変換部材中にそれぞれ一種類あるいは二種類以上存在してもよい。このような構成にすると、異なる種類の蛍光体からの光の混色による混色光が得られる。この場合、各蛍光物質から発光される光をより良く混色しかつ色ムラを減少させるために、各蛍光体の平均粒径及び形状は類似していることが好ましい。また、窒化物系蛍光体は、ＹＡＧ系蛍光体により波長変換された光の一部を吸収してしまうことを考慮して、窒化系蛍光体がＹＡＧ系蛍光体より発光素子に近い位置に配置されるように波長変換部材を形成することが好ましい。このように構成することによって、ＹＡＧ蛍光体により波長変換された光の一部が窒化物系蛍光体に吸収されてしまうことがなくなり、ＹＡＧ系蛍光体と窒化物系蛍光体とを混合して含有させた場合と比較して、混色光の演色性を向上させることができる。また、窒化物系蛍光体を含む第一の蛍光体層は、半導体発光素子の少なくとも一部を被覆し、ＹＡＧ系蛍光体を含む第二の蛍光体層は、第一の蛍光体層と半導体発光素子の少なくとも一部とを被覆する蛍光体積層構造とすることが好ましい。このように構成することにより、窒化物蛍光体およびＹＡＧ系蛍光体が半導体発光素子の光により直接励起されることにより、蛍光体の励起効率を向上させることができる。
【００５３】
（アルカリ土類金属塩）
本実施の形態における発光装置は、発光素子が発光した光の一部を吸収し、その吸収した光の波長と異なる波長を有する光を発光する蛍光体として、ユウロピウムで付活されたアルカリ土類金属珪酸塩を有することもできる。該アルカリ土類金属珪酸塩は、以下のような一般式で表されるアルカリ土類金属オルト珪酸塩が好ましい。
（２−ｘ−ｙ）ＳｒＯ・ｘ（Ｂａ，Ｃａ）Ｏ・（１−ａ−ｂ−ｃ−ｄ）ＳｉＯ２・ａＰ２Ｏ５ｂＡｌ２Ｏ３ｃＢ２Ｏ３ｄＧｅＯ２：ｙＥｕ２＋（式中、０＜ｘ＜１．６、０．００５＜ｙ＜０．５、０＜ａ、ｂ、ｃ、ｄ＜０．５である。）
（２−ｘ−ｙ）ＢａＯ・ｘ（Ｓｒ，Ｃａ）Ｏ・（１−ａ−ｂ−ｃ−ｄ）ＳｉＯ２・ａＰ２Ｏ５ｂＡｌ２Ｏ３ｃＢ２Ｏ３ｄＧｅＯ２：ｙＥｕ２＋（式中、０．０１＜ｘ＜１．６、０．００５＜ｙ＜０．５、０＜ａ、ｂ、ｃ、ｄ＜０．５である。）
ここで、好ましくは、ａ、ｂ、ｃおよびｄの値のうち、少なくとも一つが０．０１より大きい。
【００５４】
本実施の形態における発光装置は、アルカリ土類金属塩からなる蛍光体として、上述したアルカリ土類金属珪酸塩の他、ユウロピウムおよび／またはマンガンで付活されたアルカリ土類金属アルミン酸塩やＹ（Ｖ，Ｐ，Ｓｉ）Ｏ４：Ｅｕ、または次式で示されるアルカリ土類金属−マグネシウム−二珪酸塩を有することもできる。
Ｍｅ（３−ｘ−ｙ）ＭｇＳｉ２Ｏ３：ｘＥｕ，ｙＭｎ（式中、０．００５＜ｘ＜０．５、０．００５＜ｙ＜０．５、Ｍｅは、Ｂａおよび／またはＳｒおよび／またはＣａを示す。）
【００５５】
次に、本実施の形態におけるアルカリ土類金属珪酸塩からなる蛍光体の製造工程を説明する。
アルカリ土類金属珪酸塩の製造のために、選択した組成に応じて出発物質アルカリ土類金属炭酸塩、二酸化珪素ならびに酸化ユウロピウムの化学量論的量を密に混合し、かつ、蛍光体の製造に常用の固体反応で、還元性雰囲気のもと、温度１１００℃および１４００℃で所望の蛍光体に変換する。この際、０．２モル未満の塩化アンモニウムまたは他のハロゲン化物を添加することが好ましい。また、必要に応じて珪素の一部をゲルマニウム、ホウ素、アルミニウム、リンで置換することもできるし、ユウロピウムの一部をマンガンで置換することもできる。
【００５６】
上述したような蛍光体、即ち、ユウロピウムおよび／またはマンガンで付活されたアルカリ土類金属アルミン酸塩やＹ（Ｖ，Ｐ，Ｓｉ）Ｏ４：Ｅｕ、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ３＋の一つまたはこれらの蛍光体を組み合わせることによって、以下の表に実施例として示されるように、所望の色温度を有する発光色および高い色再現性を得ることができる。
【００５７】
【表１】
2004179644.tif 000003
【００５８】
（その他の蛍光体）
本実施の形態において、蛍光体として紫外光により励起されて所定の色の光を発生する蛍光体も用いることができ、具体例として、例えば、
（１）Ｃａ１０（ＰＯ４）６ＦＣｌ：Ｓｂ，Ｍｎ
（２）Ｍ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ（但し、ＭはＳｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇから選択される少なくとも一種）
（３）ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ
（４）ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ、Ｍｎ
（５）３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ２・ＧｅＯ２：Ｍｎ
（６）Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ
（７）Ｍｇ６Ａｓ２Ｏ１１：Ｍｎ
（８）Ｓｒ４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕ
（９）（Ｚｎ、Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ
（１０）ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ
（１１）Ｃａ１０（ＰＯ４）６ＣｌＢｒ：Ｍｎ、Ｅｕ
（１２）Ｚｎ２ＧｅＯ４：Ｍｎ
（１３）Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、及び
（１４）Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ等が挙げられる。
また、これらの蛍光体は、一層からなる波長変換部材中に単独で用いても良いし、混合して用いてもよい。さらに、二層以上が積層されてなる波長変換部材中の各層に、これらの蛍光体を単独で用いても良いし、混合して用いてもよい。
【００５９】
＜拡散剤＞
蛍光体層中に拡散剤を配合することによって、蛍光体層中の蛍光体の配合量を減らし、発光輝度を高めた蛍光体層を得ることができる。また、指向性を緩和することができる。
拡散剤としては、二酸化珪素、酸化チタン、酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、酸化亜鉛、チタン酸バリウムなどの無機系拡散剤が好ましい。エポキシ樹脂、フェノールホルマリン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、メラミン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、グアナミン樹脂などの有機系拡散剤であってもよい。
平均粒径は１μｍ以上１０μｍであるのが好ましい。
本発明のある実施の形態において、蛍光体層中の拡散剤は、第１の蛍光体層には第２の蛍光体層より多く配合する。バインダー樹脂と拡散剤の配合量は、（バインダー樹脂）：（拡散剤）＝１０：０．１〜１０：２であることが好ましい。
【００６０】
また本発明の他の実施の形態では、第１及び第２の蛍光体層に異なる拡散剤を配合した場合、第１の蛍光体層中の拡散剤の屈折率が第２の蛍光体層中の拡散剤の屈折率より大きくなるように配合する。具体的には、第１の蛍光体層中の拡散剤がＡｌ２Ｏ３である場合は、第２の蛍光体層中の拡散剤が屈折率がそれより小さいＳｉＯ２となるような組合せとすることができる。しかし、第１の蛍光体層中の拡散剤の屈折率が第２の蛍光体層中の拡散剤の屈折率より大きければよく、この組合せに限定するものではない。
【００６１】
＜バインダー樹脂＞
本発明のある実施の形態において、第１及び第２の蛍光体層を形成するバインダー樹脂の種類が異なり、第１の蛍光体層を形成するバインダー樹脂の屈折率が、第２の蛍光体層を形成するバインダー樹脂の屈折率より大きくなるように配合する。前記第１の蛍光体層を形成するバインダー樹脂がエポキシ樹脂であって、前記第２の蛍光体層を形成するバインダー樹脂がシリコーン樹脂である組合せとすることができる。しかし、第１の蛍光体層を形成するバインダー樹脂の屈折率が、第２の蛍光体層を形成するバインダー樹脂の屈折率より大きければよく、この組合せに限定するものではない。
【００６２】
＜モールド部材＞
モールド部材とは、外部環境からの外力や水分などから蛍光体層やＬＥＤチップを保護すると共に発光素子からの光を効率よく外部に放出させるための部材である。このような、モールド部材を構成する具体的材料としては、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコーン樹脂などの耐候性に優れた透明樹脂や、金属アルコキシドなどを出発原料としゾルゲル法により生成される透光性無機部材、ガラスなどが好適に用いられる。特に、本形態におけるモールド部材は、セラミックに対して浸透性の高い透明樹脂とすることが好ましい。
高密度にＬＥＤチップを配置させた場合は、熱衝撃による導電性ワイヤーの断線などを考慮しエポキシ樹脂、シリコーン樹脂やそれらの組み合わせたものなどを使用することがより好ましい。また、モールド部材中には、視野角をさらに増やすため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、酸化珪素等、およびそれらの混合物が好適に用いられる。また、所望外の波長をカットする目的で有機や無機の着色染料や着色顔料を含有させることができる。さらに、蛍光体を含有させることもできる。
【実施例１】
【００６３】
以下、本発明に係る実施例について詳述する。なお、本発明は以下に示す実施例に限定されるものではない。
図１に本発明に係る実施例において形成される発光装置の模式図を示す。本実施例において、第１の蛍光体層に含有されるシリコンナイトライド系蛍光体は、（Ｓｒ０．７Ｃａ０．３）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ（以下、「蛍光体１」と呼ぶ。）である。また、第２の蛍光体層に含有されるＹＡＧ：Ｃｅ系蛍光体は、Ｙ３（Ａｌ０．８Ｇａ０．２）５Ｏ１２：Ｃｅ（以下、「蛍光体２」と呼ぶ。）である。
【００６４】
図１に示されるように、凹部、及び正負一対のリード電極を熱可塑性樹脂を材料として射出成形することにより形成する。青色領域の光が発光可能な半導体発光素子２を絶縁性接着剤により凹部内に接着し固定する。本実施例においては、凹部内に載置される半導体発光素子をそれぞれ１チップとしたが、複数のチップをそれぞれの凹部内に載置しても構わない。導電性ワイヤーを利用して半導体発光素子２、正電極及び負電極を、リード電極の正電極及び負電極にそれぞれワイヤーボンディングする。
【００６５】
シリコーン樹脂に蛍光体１を含有させた第１の蛍光体層１４ａの形成材料を調整し、凹部内に載置されている半導体発光素子２が覆われるように、調整した材料を配置し硬化させる。
【００６６】
続いて、シリコーン樹脂に蛍光体２を含有させた第２の蛍光体層１４ｂの形成材料を調整し、半導体発光素子２、及び第１の蛍光体層１４ａが覆われるように、調整した材料を配置し硬化させる。
【００６７】
また、第１の蛍光体層中の拡散剤とバインダー樹脂との平均屈折率が、第２の蛍光体層中の拡散剤とバインダー樹脂との平均屈折率よりも高くするために、第１の蛍光体層中にＡｌ２Ｏ３、第２の蛍光体層中にＳｉＯ２を配合しておく。第１及び第２の蛍光体層中の拡散剤及びバインダー樹脂との組合せは第１の蛍光体層の平均屈折率が第２の蛍光体層中の平均屈折率よりも大きくなるように設定していればよく、今回の組み合わせだけに限らない。
【００６８】
シリコーン樹脂に拡散剤を含有させたモールド部材１５により、導電性ワイヤー、蛍光体層１４ａ及びｂ、及び半導体発光素子２を封止する。
【実施例２】
【００６９】
図２に本発明に係る実施例において形成される発光装置の模式図を示す。本実施例において、第１の蛍光体層に含有される紫外励起赤色発光蛍光体は、ＹＯ2Ｓ2：Ｅｕ、ＹＶＯ4：Ｅｕ、Ｇｄ2Ｏ3：Ｅｕ、（Ｙ，Ｇｄ）ＢＯ3：Ｅｕ、ＹＢＯ3：Ｅｕ（以下、「蛍光体１」と呼ぶ。）であり、第２の蛍光体層に含有される紫外励起緑色発光蛍光体は、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｇ 、Ｚｎ2ＳｉＯ4：Ｍｎ、ＢａＡｌ12Ｏ19：Ｍｎ、ＢａＭｇＡｌ16Ｏ26：Ｅｕ，Ｍｎ（以下、「蛍光体２」と呼ぶ。）、第３の蛍光体層に含有される紫外励起青色発光蛍光体は、ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ、ＣａＷＯ4：Ｐｂ、Ｙ2ＳｉＯ5：Ｃｅ（以下、「蛍光体３」と呼ぶ。）である。
【００７０】
図２に示されるように、凹部、及び正負一対のリード電極を熱可塑性樹脂を材料として射出成形することにより形成する。紫外線を発することができる半導体発光素子２を絶縁性接着剤により凹部内に接着し固定する。本実施例においては、凹部内に載置される半導体発光素子をそれぞれ１チップとしたが、複数のチップを凹部内に載置しても構わない。導電性ワイヤーを利用して半導体発光素子２、正電極及び負電極を、リード電極の正電極及び負電極にそれぞれワイヤーボンディングする。
【００７１】
シリコーン樹脂に蛍光体１を含有させた第１の蛍光体層２４ａの形成材料を調整し、凹部内に載置されている半導体発光素子１及び２が覆われるように、調整した材料を配置し硬化させる。
【００７２】
続いて、シリコーン樹脂に蛍光体２を含有させた第２の蛍光体層２４ｂの形成材料を調整し、凹部内に載置されている半導体発光素子１及び２、及び第１の蛍光体層２４ａが覆われるように、調整した材料を配置し硬化させる。
【００７３】
更に、シリコーン樹脂に蛍光体３を含有させた第３の蛍光体層２４ｃの形成材料を調整し、凹部内に載置されている半導体発光素子１及び２、第１の蛍光体層２４ａ、及び第２の蛍光体層２４ｂが覆われるように、調整した材料を配置し硬化させる。
【００７４】
また、第１の蛍光体層中の拡散剤とバインダー樹脂との平均屈折率が、第２の蛍光体層中の拡散剤とバインダー樹脂との平均屈折率よりも高くなるように拡散剤を配合しておく。
【００７５】
シリコーン樹脂に拡散剤を含有させたモールド部材１５により、導電性ワイヤー、蛍光体層２４ａ〜２４ｃ、及び半導体発光素子１及び２を封止する。
【実施例３】
【００７６】
図３から図１２は、本実施例にかかる発光装置およびその形成工程を示す模式的な断面図および上面図である。以下、図面を参照しながら本実施例にかかる発光装置およびその形成方法について説明する。
【００７７】
図１０に示されるように、本実施例にかかる発光装置は、サブマウント３２にフリップチップ実装された発光素子の周囲に第一の蛍光体層３６ａおよび第二の蛍光体層３６ｂを有する。第一の蛍光体層３６ａは、透光性のサファイア基板１における発光観測面側主面の少なくとも一部を被覆し、第二の蛍光体層３６ｂは、上記第一の蛍光体層３６ａおよび発光素子の側面を被覆している。ここで、フリップチップ実装とは、発光素子の電極を、バンプと呼ばれる導電部材と介してサブマウントのような支持基板の導電パターンに対向させ接合することにより機械的および電気的接続を行う実装方法をいう。以下、本実施例にかかる発光装置の形成方法を説明する。
【００７８】
サブマウント用基板は、その一方の面に導電性部材を配置し、正電極と負電極とを絶縁分離する導電性パターン３１とする。また、導電性部材は、反射率の高いアルミニウム、銀や金およびそれらの合金を使用することが好ましい。サブマウント用基板の材料は、半導体発光素子の材料と熱膨張係数がほぼ等しいもの、例えば、窒化物系半導体発光素子に対して窒化アルミニウムが好ましい。このような材料を使用することにより、サブマウントと発光素子との間に発生する熱応力が緩和され、バンプを介したサブマウントと発光素子との間の電気的接続は維持できるため、発光装置の信頼性を向上させることができる。あるいは、サブマウント用基板の材料は、保護素子（ツェナーダイオード）が形成可能であり安価でもあるシリコンが好ましい。ツェナーダイオードとして機能するサブマウントは、正電極を有するｐ型半導体領域と、負電極を有するｎ型半導体領域とを有し、発光素子のｐ側電極とｎ側電極に対して逆並列となるように接続される。即ち、発光素子のｎ側電極およびｐ側電極が、サブマウントのｐ型半導体領域およびｎ型半導体領域とそれぞれバンプにより電気的に接続される。さらに、サブマウント３２に設けられた正負両電極は、導電性ワイヤ４４によってリード電極のような外部電極と接続されている。このように、サブマウントにツェナーダイオードの機能を持たせることにより、正負リード電極間に過大な電圧が印加された場合、その電圧がツェナーダイオードのツェナー電圧を超えると、発光素子の正負両電極間はツェナー電圧に保持され、このツェナー電圧以上になることはない。従って、発光素子間に過大な電圧が印加されるのを防止でき、過大な電圧から発光素子を保護し、素子破壊や性能劣化の発生を防止することができる。
【００７９】
発光装置の信頼性を向上させるため、発光素子の正負両電極間と絶縁部との間に生じた隙間にはアンダフィルが充填されることが好ましい。アンダフィルの材料は、例えばエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂である。アンダフィルの熱応力を緩和させるため、さらに窒化アルミニウム、酸化アルミニウム及びそれらの複合混合物等がエポキシ樹脂に混入されてもよい。アンダフィルの量は、発光素子の正負両電極とサブマウントとの間に生じた隙間を埋めることができる量である。
【００８０】
図３に示されるように、発光素子の正負両電極は、上記導電性パターンの正負両電極にそれぞれ対向され固定されている。即ち、発光素子のｐ側電極およびｎ側電極は、サブマウントの同一面側に形成された正負両電極にそれぞれ対向させてバンプ３３を介して固定される。まず、サブマウントの正負両電極に対し、Ａｕからなるバンプを形成する。次に、発光素子の電極とサブマウントの電極とをバンプを介して対向させ、荷重、熱および超音波をかけることによりバンプを溶着し、発光素子の電極とサブマウントとの電極とを接合する。なお、バンプの材料として、Ａｕの他、共晶ハンダ（Ａｕ−Ｓｎ）、Ｐｂ−Ｓｎ、鉛フリーハンダ等を用いることもできる。
【００８１】
本実施例のように、フリップチップ実装された発光素子とサブマウントとの複合素子とすることにより、発光素子の透光性基板側から光がとりだせるため発光装置の光取り出し効率が向上し、サブマウントをツェナーダイオードとして信頼性の高い発光装置とすることができる。また、放熱性の高い発光装置とすることができる。
【００８２】
図４に示されるように、発光素子の透光性基板側からサブマウント用基板に対して第一のスクリーン版３４ａを配置する。第一のスクリーン版３４ａは、透光性基板の発光観測面側の主面以外は、マスクするような構成としてある。なお、スクリーン版の代わりとして、導電性ワイヤ４４のボールボンディング位置やパーティングライン形成位置等、蛍光体層を形成させたくない位置にメタルマスクを配置しても構わない。
【００８３】
以下、本実施例における蛍光体層の形成方法を説明する。まず、シリコーン樹脂に窒化物系蛍光体を含有させた第一の蛍光体層３６ａの形成材料を調整する。ここで、形成材料に含有される窒化物系蛍光体および拡散剤の組成は、実施例１と同様とする。図５に示されるように、窒化物系蛍光体を含有させた蛍光体層の形成材料は、発光素子における透光性基板の主面のうち、半導体が積層されていない側の面の少なくとも一部を被覆するようにスキージ３５を使ってスクリーン印刷される。図６は、発光素子の透光性基板の発光観測面側主面に第一の蛍光体層３６ａの形成材料が配置された状態を示す模式的な断面図である。
【００８４】
次に、シリコーン樹脂にＹＡＧ系蛍光体を含有させた第二の蛍光体層３６ｂの形成材料を調整する。ここで、形成材料に含有されるＹＡＧ系蛍光体および拡散剤の組成は、実施例１と同様とする。図７に示されるように、第一の蛍光体層の形成材料が配置された方向からサブマウント用基板に対して第二のスクリーン版３４ｂを配置する。ここで、第二のスクリーン版３４ｂは、上記第一のスクリーン版３４ａとはマスクの間隔が異なり、少なくとも発光素子の側面および第一の蛍光体層形成材料がマスクされないような構成としてある。さらに、図８に示されるように、ＹＡＧ系蛍光体を含有させた第二の蛍光体層３６ｂの形成材料は、上記第一の蛍光体層３６ａの形成材料と、発光素子の側面方向とを被覆するようにスクリーン印刷される。
【００８５】
図９は、第一の蛍光体層形成材料と発光素子の側面方向とを被覆するように、第二の蛍光体層の形成材料が配置された状態を示す模式的な断面図である。図９に示されるように、第二のスクリーン版３４ｂを取り外し、第一および第二の蛍光体層の形成材料を硬化させる。なお、ここで、第一および第二の蛍光体層の形成材料は別々に硬化させても構わない。即ち、第一の蛍光体層の形成材料を硬化させた後、第二の蛍光体層の形成材料をスクリーン印刷し、硬化させても構わない。このように形成することにより、第一の蛍光体層形成材料のタレを防ぎ、第一の蛍光体層をサファイア基板の発光観測面側主面方向に確実に配置することができる。最後に、パーティングラインに沿って少なくとも一つの発光素子がサブマウントに載置されるようにサブマウント用基板をカットすると、蛍光体層が発光素子の周囲に形成された素子が得られる。
【００８６】
本実施例のように第一および第二の蛍光体層を形成することにより、ＹＡＧ系蛍光体を含有する蛍光体層のうち、第一の蛍光体層を被覆する部分は、窒化物系蛍光体により波長変換された光を吸収することなく発光観測面側に反射させ、波長変換されることなく第一の蛍光体層を透過してきた発光素子からの光の少なくとも一部の光を吸収して発光する。一方、ＹＡＧ系蛍光体を含有する蛍光体層のうち発光素子の側面方向を被覆する部分は、窒化物系蛍光体を含む層を間に介することなく発光素子からの光により直接励起される。したがって、発光素子からの光により励起されるＹＡＧ系蛍光体による発光と、同じく発光素子からの光により励起される窒化物系蛍光体による発光とが混色し合うため、蛍光体の励起効率を高め発光装置の従来と比較して演色性を高めることができる。
【００８７】
図１１は、本実施例における発光装置の模式的な上面図を示し、図１２は、図１１に示される発光装置のＡ−Ａ‘における断面図である。本実施例における発光装置は、半導体素子に電力を供給するための正負一対のリード電極４３ａ、４３ｂを有し半導体素子を収納するためのパッケージ４１と、発光素子から出射される光の配光性を制御するためのレンズ４８と、パッケージ４１の凹部とレンズとの間に充填された封止部材４７とを少なくとも有する。
【００８８】
本実施例におけるパッケージ４１は、成型用樹脂を材料とした射出成型により、金属基体４５とリード電極４３ａ、４３ｂの一部が成型用樹脂に被覆されるように一体成型されている。また、金属基体４５は、半導体素子を載置するための凹部底面４２を有し、熱伝導性のよい金属を材料とするため、発光装置の放熱性を向上させることができる。本実施例において半導体発光素子が載置されたサブマウント３２は、図１１および図１２に示されるように、銀ペーストにてパッケージの凹部底面４２に固着される。導電性ワイヤ４４は、サブマウント３２の導電パターン３１と、パッケージの凹部底面４２近傍に露出されたリード電極４３ａ、４３ｂを接続する。封止部材４７の材料は、上述したモールド部材と同じ材料とすることができる。本実施例における封止部材４７は、導電性ワイヤの周囲を被覆するゲル状のシリコーン樹脂と、そのゲル状のシリコーン樹脂とレンズ４８とを接着するラバー状のシリコーン樹脂とからなる多層構造とされている。このように、柔軟性を有するゲル状のシリコーン樹脂にて導電性ワイヤを被覆することにより、導電性ワイヤの断線を防ぎ、信頼性の高い発光装置とすることができる。
【００８９】
なお、本実施例における別の態様として、サブマウントに設けられる正負一対の電極の何れか一方と極性を同じくする裏面電極をサブマウントに設けることもできる。このとき、サブマウントの裏面電極は、リード電極と導通させた凹部底面に対向され導電性接着剤を介して固着される。このように裏面電極を有するサブマウントとすることにより、導電性ワイヤの本数を減らし、ワイヤ切れのない信頼性の高い発光装置とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明にかかる蛍光体積層構造を有する光源は、低電圧駆動、小型軽量化、耐久性、長寿命などの長所を有し、次世代の省エネルギー照明源として、また、車載の表示光源や携帯電話表示部のバックライトとして用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】青色ＬＥＤを発光源とし、第１層をシリコンナイトライド蛍光体、第２層をセリウムで付活されたＹＡＧ蛍光体で構成した発光装置の概略図、
【図２】紫外ＬＥＤを発光源とし、第１層を紫外励起赤色発光蛍光体、第２層を紫外励起緑色発光蛍光体、第３層を紫外励起青色発光蛍光体で構成した発光装置の概略図、
【図３】本発明にかかる蛍光体積層構造の一実施例を示す模式的な断面図、
【図４】本発明にかかる蛍光体積層構造の一実施例を示す模式的な断面図、
【図５】本発明にかかる蛍光体積層構造の一実施例を示す模式的な断面図、
【図６】本発明にかかる蛍光体積層構造の一実施例を示す模式的な断面図、
【図７】本発明にかかる蛍光体積層構造の一実施例を示す模式的な断面図、
【図８】本発明にかかる蛍光体積層構造の一実施例を示す模式的な断面図、
【図９】本発明にかかる蛍光体積層構造の一実施例を示す模式的な断面図、
【図１０】本発明にかかる蛍光体積層構造の一実施例を示す模式的な断面図、
【図１１】本発明にかかる発光装置の一実施例を示す模式的な上面図、
【図１２】本発明にかかる発光装置の一実施例を示す模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００９２】
１  サファイア基板
２  半導体層
１３、１３ａ、１３ｂ  リードフレーム
１４ａ  シリコンナイトライド蛍光体
１４ｂ  ＹＡＧ：Ｃｅ系蛍光体
１５  シリコーン樹脂  モールド部材
２４ａ  紫外励起赤色発光蛍光体
２４ｂ  紫外励起緑色発光蛍光体
２４ｃ  紫外励起青色発光蛍光体
３１  導電性パターン
３２  サブマウント
３３  バンプ
３４ａ  第一のスクリーン版
３４ｂ  第二のスクリーン版
３５  スキージ
３６ａ  第一の蛍光体層の形成材料
３６ｂ  第一の蛍光体層の形成材料
４１  パッケージ
４２  凹部底面
４３ａ、４３ｂ  リード電極
４４  導電性ワイヤ
４５  金属基体
４６  半導体素子
４７  封止部材
４８  レンズ
【図１】
2004179644.tif 000004
【図２】
2004179644.tif 000005
【図３】
2004179644.tif 000006
【図４】
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【図５】
2004179644.tif 000008
【図６】
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【図７】
2004179644.tif 000010
【図８】
2004179644.tif 000011
【図９】
2004179644.tif 000012
【図１０】
2004179644.tif 000013
【図１１】
2004179644.tif 000014
【図１２】
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