(57)【要約】【課題】広い波長領域において発光波長のピークを有する比較的安価なＧａＮ系の青色半導体発光素子を用いても、色合いが安定した半導体発光装置を安価に提供すること。【解決手段】本発明による白色系半導体発光デバイス１００は、従来の構成に加え、青色蛍光体２０を具備したことで、従来の構成では有効利用できていなかった青色半導体発光素子１３からの発光のうち、特に４５０ｎｍ以下の波長の光を、添加した青色蛍光体２０が吸収し、４５０ｎｍ以上の青色発光に一旦変換させ、さらにこの発光の一部を黄色蛍光体１１が黄色発光に変換させる構成とした結果、黄色蛍光体１１を効率よく発光させることが可能となり、従来白色半導体発光素子の部材として適していなかった４５０ｎｍ以下に発光ピークをもつ青色半導体発光素子についても選択することができるようになり、白色系半導体発光デバイスの価格を引き下げることが可能となる。【選択図】図１
2013012627.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
４１０ｎｍより大きく、４６０ｎｍ以下の波長領域に発光ピークを有する発光を放つ半導体発光素子と、
前記半導体発光素子が放つ発光を吸収し、青色発光を放つ青色蛍光体と、
前記半導体発光素子が放つ発光および、前記青色蛍光体が放つ発光とを吸収し、黄色発光を放つ黄色蛍光体とを
具備している白色系半導体発光デバイス。
【請求項２】
４００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の波長領域のいずれかの領域において、
前記青色蛍光体の内部量子効率が、前記黄色蛍光体の内部量子効率より高い、
請求項１記載の白色系半導体発光デバイス。
【請求項３】
４００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の波長領域のいずれかの領域において、
前記青色蛍光体の外部量子効率が、前記黄色蛍光体の外部量子効率より高い、
請求項１記載の白色系半導体発光デバイス。
【請求項４】
前記青色蛍光体が放つ青色発光の発光ピークが４５０ｎｍ以上であることを特徴とする、
請求項１記載の白色系半導体発光デバイス。
【請求項５】
前記青色蛍光体が、下記の化学式（１）
（Sr3-x、Eux）MgSi2O8  （ただし、ｘは、０＜ｘ＜３を満足する数値）  （１）  
で表される化合物を主体にしてなるケイ酸塩蛍光体である、
請求項１〜４のいずれかに記載の白色系半導体発光デバイス。
【請求項６】
前記青色蛍光体が、一般式ｘＳｒＯ・ｙＥｕＯ・ＭｇＯ・ｚＳｉＯ2（２．９７０≦ｘ≦３．５００，０．００１≦ｙ≦０．０３０，１．９００≦ｚ≦２．１００）で表される青色蛍光体である、
請求項１から４のいずれかに記載の白色系半導体発光デバイス。
【請求項７】
前記黄色蛍光体が、下記の化学式（２）
（Y3-x、Cex）Al5O12  （ただし、ｘは、０＜ｘ＜３を満足する数値）    （２）    で表される化合物を主体にしてなるアルミン酸塩蛍光体である、
請求項１から４のいずれかに記載の白色系半導体発光デバイス。
【請求項８】
前記半導体発光素子が、窒化ガリウム系化合物半導体で構成した発光層を有する半導体発光素子である、
請求項１から７のいずれかに記載の白色系半導体発光デバイス。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の白色系半導体発光デバイスと、
スイッチとを、用いて構成した半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、白色系発光を放つ半導体発光デバイス（以下白色系半導体発光デバイス）の内、特に青色発光する半導体発光素子と複数の蛍光体とを組み合わせて白色系の光を放つ白色系半導体発光デバイスと、この白色系半導体発光デバイスと、スイッチとを用いて構成した半導体発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の白色系半導体発光デバイスでは、青色発光する半導体発光素子の発光面上に、青色光を吸収して黄色に発光する蛍光体を、樹脂中に分散して配置し、前記半導体発光素子からの青色発光と、前記青色発光を吸収した前記蛍光体からの黄色発光とを、混色して白色発光としていた。特に前述の青色発光を吸収して黄色に発光する蛍光体としては、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）蛍光体がその代表的蛍光体として知られている。
【０００３】
図８に従来の白色系半導体発光デバイスの断面模式図を示す。図８に示すように、従来の白色系半導体発光デバイスは、青色発光する半導体発光素子１３と、青色発光を吸収して黄色発光する黄色蛍光体１１と、黄色蛍光体１１を分散配置するための樹脂１２とで構成されている。
【０００４】
また、従来の別の白色系半導体発光デバイスでは、前述の青色半導体発光素子と黄色蛍光体との組み合わせ以外にも、紫外・近紫外半導体発光素子と複数の蛍光体との組み合わせによる白色系半導体発光デバイスも知られている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、色あいの向上および発光色の安定性の向上を目的に、紫外光を発光する半導体発光素子と、紫外光を吸収して青色を発光する青色蛍光体および、前記青色蛍光体からの青色発光を吸収して黄色発光をする黄色蛍光体とを順次層状に配置し、白色系半導体発光デバイスを構成した例が示されている。
また、特許文献２においては、紫外光を発光する半導体発光素子と、青色発光蛍光体と黄色発光蛍光体とを混合分散させた蛍光体層とを具備した白色系半導体発光デバイスの例が示されている。
【０００６】
さらに、特許文献３においては、特許文献１および特許文献２と同様に紫外光を発光する半導体発光素子と、青色蛍光体と、黄色蛍光体とを具備した構成であって、特に青色蛍光体としてケイ酸塩蛍光体を用いた例が示されている。
【０００７】
なお、ここに示した何れの特許文献において、紫外・近紫外の発光とは、３５０ｎｍ〜４１０ｎｍの範囲に発光波長のピークを有する発光としている。また何れの特許文献においても、この紫外・近紫外の発光によって、具備している蛍光体を励起して、各蛍光体特有の波長の発光を得るか、もしくは、この紫外・近紫外の発光により励起された蛍光体からの発光により、さらに別の蛍光体を発光させる構成となっている。前記と特許文献１から３の何れの従来の構成においても、３５０ｎｍ〜４１０ｎｍの範囲に発光波長のピークを有する半導体発光素子を用い、この半導体発光素子からの発光によって、青色蛍光体および黄色蛍光体を励起し、発光させていた。
【０００８】
より詳細には、特許文献１においては、従来の４１０ｎｍ以上に発光波長のピークを有する従来の青色半導体素子を用いたのでは、その青色発光のピーク波長の変動幅が大きく、結果として白色系半導体発光デバイスの白色発光の色度が不安定になるとの課題を解決するために、半導体発光素子の発光バラツキに比較して、発光バラツキの少ない蛍光体を用いる構成としている。すなわち、半導体発光素子から放たれる紫外光を一旦青色蛍光体で吸収させ、青色を発光させ、この青色発光の一部をさらに別の蛍光体に吸収させ黄色発光とし、混色する構成を採っていた。
【０００９】
また、特許文献２においては、特許文献１と同様に、半導体発光素子からの紫外・近紫外の発光により、青色蛍光体と黄色蛍光体とを励起させ、発光させ、混色することで白色としていた。
【００１０】
また、特許文献３においても前記と同様に紫外・近紫外光を発する半導体発光素子を用いた白色系半導体発光デバイスであって、その白色系光の光束が低かった課題に対して、前記半導体発光素子と組み合わせる、紫外・近紫外光によって効率よく発光する蛍光体を提案するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開2000-183408号公報
【特許文献２】特開2003-51622号公報
【特許文献３】特開2003-110150号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、従来の青色半導体発光素子と黄色蛍光体とで構成する白色系半導体発光デバイスにおいては、用いている青色半導体発光素子の発光ピークの波長のずれに起因し、白色の色合いが安定しないとの課題あった。
【００１３】
この色合いが不安定な課題を抑制するため、従来は、用いる青色半導体発光素子の発光ピークの波長を厳密に選別していた。その結果、青色半導体発光素子の価格が高くなり、最終的な白色系半導体発光デバイスの価格を引き上げるとの課題があった。
【００１４】
また、半導体発光素子として、紫外・近紫外、すなわち３５０ｎｍ〜４１０ｎｍ程度の範囲に発光波長のピークを有する半導体発光素子を用いる場合においても、従来の４５０ｎｍを中心とする発光波長のピークを有する青色半導体発光素子に比較して、紫外もしくは近紫外の光を発光する半導体発光素子は、市場における流通量が少なく高価であり、結果的にそれを用いる白色系半導体発光デバイスの価格を引き上げるとの課題があった。
【００１５】
さらに、これら比較的高価な白色系半導体発光デバイスとスイッチとを用いて構成した半導体発光装置も、その価格が高くなってしまうとの課題があった。
【００１６】
本発明者らが解決しようとする課題もまさにここにあって、本発明は従来から用いられている４５０ｎｍ付近に発光ピークを持つ青色半導体発光素子において、特に広い波長領域において発光波長のピークを有する比較的安価なＧａＮ系の青色半導体発光素子を用いても、白色発光の色合いを安定せしめ、白色系半導体発光デバイスを安価に提供することを目的にした。
【００１７】
さらに白色発光の色合いが安定しており、安価な白色系半導体発光デバイスを用いること、色合いが安定した半導体発光装置を安価に提供することを目的とした。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前記従来の課題を解決するために、本発明による白色系半導体発光素子は、４１０ｎｍより大きく４６０ｎｍ以下の波長領域に発光ピークを有する発光を放つ半導体発光素子と、前記半導体発光素子が放つ発光を吸収し、青色発光を放つ青色蛍光体と、前記半導体発光素子が放つ発光および、前記青色蛍光体が放つ発光とを吸収し、黄色発光を放つ黄色蛍光体とを具備している白色系半導体発光デバイスである。
【００１９】
また、本発明による白色系半導体発光デバイスは、４１０ｎｍより大きく４６０ｎｍ以下の波長領域に発光ピークを有する発光を放つ半導体発光素子と、前記半導体発光素子が放つ発光を吸収し、青色発光を放つ青色蛍光体と、前記半導体発光素子が放つ発光および、前記青色蛍光体が放つ発光とを吸収し、黄色発光を放つ黄色蛍光体とを具備している白色系半導体発光デバイスであって、かつ４００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の波長領域のいずれかの領域において、前記青色蛍光体の内部量子効率が、前記黄色蛍光体の内部量子効率より高い白色系半導体発光デバイスである。
【００２０】
また、本発明による白色系半導体発光デバイスは、４１０ｎｍより大きく４６０ｎｍ以下の波長領域に発光ピークを有する発光を放つ半導体発光素子と、前記半導体発光素子が放つ発光を吸収し、青色発光を放つ青色蛍光体と、前記半導体発光素子が放つ発光および、前記青色蛍光体が放つ発光とを吸収し、黄色発光を放つ黄色蛍光体とを具備している白色系半導体発光デバイスであって、かつ４００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の波長領域のいずれかの領域において、前記青色蛍光体の外部量子効率が、前記黄色蛍光体の外部量子効率より高い白色系半導体発光デバイスである。
【００２１】
本発明による白色系半導体発光デバイスは、具備した半導体発光素子から発せられた青色発光の一部を具備した青色蛍光体による吸収させ、より発光波長の長い発光とし、さらにこの発光の一部を具備した黄色蛍光体に吸収させ、黄色発光とした。すなわち、半導体発光素子から発せられる青色発光と、具備した青色蛍光体から発せられる青色発光と、さらに具備した黄色蛍光体から発せられる黄色発光との混色により白色を発光する白色系半導体発光デバイスとした。
【００２２】
この構成により、具備した４５０ｎｍ付近に発光波長のピークを有する半導体発光素子からの青色発光の発光ピークが、設計時に想定した波長より、より短波長側に変化してしまった場合においても、構成される白色系半導体発光デバイスの色あいは変化しない。そのため、用いる青色半導体発光素子の発光ピーク波長の選択幅が広く、結果として安価な半導体発光素子を採用でき、結果として最終製品の白色系半導体発光デバイスもしくはそれを用いたい半導体発光装置を安価にすることが可能となる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明者らは、白色系半導体発光デバイスの色合いが安定しない原因を詳細に検討した結果、次の結論に至った。
【００２４】
すなわち、白色系半導体発光デバイスの色合いが安定しない原因は、それを構成する一部である青色半導体発光素子の発光の発光ピークの波長が、設計時に想定された波長より、短波長側に変化してしまうことが主原因であるとの結論に至った。さらに、この原因を抑制するために発光ピークの波長が一定なるように、青色半導体発光素子を選別して使用する必要が生じ、結果として、最終製品である白色系半導体発光デバイスの価格を引き上げているとの結論に至った。
【００２５】
一方、本発明による白色系半導体発光デバイスは、前述従来の構成に加え、青色蛍光体を具備したことを特徴とする。本構成によれば、従来の構成では有効利用できていなかった青色半導体発光素子からの発光、特に４５０ｎｍ以下の波長の光を、添加した青色蛍光体が吸収し、４５０ｎｍ以上に波長のピークをもつ青色発光に一旦変換させ、この青色蛍光体からの発光の一部を黄色蛍光体が黄色発光に変換させる構成とした。この構成により、従来、黄色蛍光体が有効に利用でいなかった青色半導体発光素子からの発光をも、黄色発光に効率よく変化することが可能となる。またこの構成により、従来白色系半導体発光デバイスの部材として適していなかった４５０ｎｍ以下に発光ピークをもつ青色半導体発光素子についても使用できるようになる。結果として白色系半導体発光デバイスの価格を引き下げることが可能となる。さらにこれら安価な白色系半導体発光デバイスを用いることにより、半導体発光装置の価格をも低く抑えることが可能となる。
【００２６】
なお、一般に白色系半導体発光デバイスは、ＧａＮ系青色半導体発光素子と、ＹＡＧ黄色蛍光体によって構成されている。これら内、青色半導体発光素子として用いられているＧａＮ系青色半導体素子の発光ピークの中心は、４５０ｎｍ程度であるが、素子の製造上のバラツキにより、４１０ｎｍ〜４６０ｎｍ程度の範囲で変化してしまうことが知られている。特に、ＧａＮ系青色半導体発光素子では、４５０ｎｍより短波長側にシフトし易いことが一般的である。そのため、製造したＧａＮ系青色半導体発光素子から、発光波長によって、選別することが一般的である。このことがＧａＮ系青色半導体発光素子の製造歩留まりを低下させ、結果的に素子の価格を引き上げる結果となっている。
【００２７】
また、一方ＹＡＧ黄色蛍光体は、主に、400ｎｍ以上の波長をもつ光により励起されるが、より長波長の光ほど、励起され易い、すなわち波長変換効率が良いことが知られている。より具体的には、４５０ｎｍ以上の波長をもつ光による励起発光、波長変換効率が最も効率がよいことが知られている。
【００２８】
従来の構成による白色系半導体発光デバイスでは、青色半導体発光素子からの450ｎｍ程度を中心に発光ピークを有する青色半導体発光素子を選択し、その上部に樹脂に分散させた黄色蛍光体を配置する構成としている。青色半導体発光素子からは、450ｎｍの波長を中心とする青色発光が放出される。その青色発光の一部をＹＡＧ黄色蛍光体が吸収し、550ｎｍ程度の黄色発光に変換して放出する。これら青色半導体発光素子からの青色発光と黄色蛍光体からの黄色発光を混色することで白色発光を得ている。
【００２９】
ところで、前述のように半導体発光素子からの青色発光の発光ピークが、設計時の期待より短波長側、すなわち450ｎｍより小さくなって場合、その青色発光の一部を吸収して発光する黄色蛍光体の波長変換効率が低くなってしまう。結果として、黄色発光が少なくなり、混色した白色発光の色合いは相対的に青色が強い色合いとなる。これらのことが白色発光の色合いの不安定にさせている。
【００３０】
そこで青色半導体発光素子の発光ピークを厳密に管理すること必要となる。より具体的には、製造した青色半導体発光素子の中から、450ｎｍを中心、例えば448ｎｍ〜452ｎｍの範囲に発光ピークを有する青色半導体発光素子のみを選別し、用いることで、前述の色合いの不安定さを抑制していた。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態１における白色系半導体発光デバイスの断面模式図
【図２】本発明による半導体発光装置の一例を示す図
【図３】青色半導体発光素子の発光スペクトルを示す図
【図４】本発明による実施例で用いた青色蛍光体と黄色蛍光体の内部量子効率を示す図
【図５】本発明による実施例で用いた青色蛍光体と黄色蛍光体の外部量子効率を示す図
【図６】本発明による白色系半導体発光デバイスの製造方法を示す断面模式図、（ａ）シリコーン樹脂蛍光体混合物１８を金型１９に塗布、充填し、脱泡する工程を示す図、（ｂ）基板と前記基板上に配置され、電極に配線された青色半導体発光素子を形成する工程を示す図、（ｃ）基板上の青色半導体発光素子を、シリコーン樹脂蛍光体混合物１８を充填した金型１９とを、対向して貼り合わせる工程を示す図、（ｄ）金型を取り外し、基板と基板上に配置、配線された青色半導体発光素子が、その発光面上部に配置された該シリコーン樹脂蛍光体混合物により封止された状態とした工程を示す図
【図７】実施例１および比較例１による白色系半導体発光デバイスの発光スペクトルを示す図
【図８】従来の白色系半導体発光デバイスの断面模式図
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における白色系半導体発光デバイスの断面模式図である。
【００３４】
本実施形態の白色系半導体発光デバイス１００は、青色半導体発光素子１３と、青色蛍光体２０と、黄色蛍光体１１とを含む。青色半導体発光素子１３は、電圧を印加することにより、４１０ｎｍより大きく、４６０ｎｍ以下の波長領域に発光ピークを有する発光を放つ。青色蛍光体２０は、青色半導体発光素子１３が放つ発光を吸収し、青色発光を放つ。黄色蛍光体１１は、青色半導体発光素子１３が放つ発光と、青色蛍光体２０が放つ発光とを吸収し、黄色発光を放つ。
【００３５】
本実施形態においては、図１に示すように、青色半導体発光素子１３は、基板１７にダイボンド１５により、担時されている。また、青色半導体発光素子１３は、ボンディングワイヤ１６により、電極１４に電気的に接続されている。この電極１４に所定の電圧を加えることにより、青色半導体発光素子１３は発光する。
【００３６】
この青色半導体発光素子１３の発光面上部に、黄色蛍光体１１と青色蛍光体２０とが、樹脂１２により担時され配置されている構造となっている。
【００３７】
図１における青色半導体発光素子１３から発せられた青色光の一部はそのまま青色光として放出される。さらに、前記青色半導体発光素子１３から発光された青色発光の別の一部は、黄色蛍光体１１により、黄色発光に変換され放出される。さらに青色半導体発光素子１３から発光された青色発光の一部は、具備している青色蛍光体２０に吸収され、別の青色発光に変換される。前記青色蛍光体２０から放出された青色発光の内の一部は、さらに具備された黄色蛍光体１１により、黄色発光に変換され、青色蛍光体２０からの青色発光とともに放出される。
【００３８】
以上の説明をまとめると、本実施形態の白色系半導体発光デバイスにおいては、下記の４種類の発光を混色することで白色発光を得る構成となっている。（なお、下記「→」の表記は、左記の発光を吸収し、右記の発光に波長変換することを表している。）
（１）青色半導体発光素子１３からの直接的な青色発光
（２）青色半導体発光素子１３からの青色発光→黄色蛍光体１１による黄色発光
（３）青色半導体発光素子１３からの青色発光→青色蛍光体２０による青色発光
（４）青色半導体発光素子１３からの青色発光→青色蛍光体２０による青色発光
→黄色蛍光体１１による黄色発光
これら（１）〜（４）の発光のうち、（３）および（４）の発光は、従来の構成による白色系半導体発光デバイスには存在しない発光にほかならない。
【００３９】
かかる構成によれば、従来の白色系半導体発光デバイスの構成においては、比較的有効に利用されていなかった、特に４５０ｎｍより短い波長をもつ発光の一部を、本発明の構成において具備された青色蛍光体が吸収し、より波長の長い青色発光（（３）の発光）に変換すること、さらにこの青色蛍光体から放出された前記青色発光（（３）の発光）を、具備された黄色蛍光体が吸収し黄色発光（（４）の発光）に変換することができる。その結果、同じ青色半導体発光素子からの発光（（１）の発光）を、従来の構成に比較して、より効率よく黄色発光（（２）の発光＋（４）の発光）に変換せしめることが可能となる。特に、従来の構成では、比較的有効利用できなかった４５０ｎｍより短い波長の光を効率よく黄色発光に変換することが可能となる。
【００４０】
その結果、青色半導体発光素子の発光が、設計時に想定された波長より、短波長側にずれてしまった場合においても、本発明による構成を採れば、黄色発光成分が想定以上に減少することが起こりにくく、結果として構成される白色系半導体発光デバイスの色合いは安定する。
【００４１】
一方、これらの効果により、本発明における白色系半導体発光デバイスでは、従来の構成に比較して、発光波長がより広い範囲、より具体的には４５０ｎｍよりも短い波長の発光ピークをもつ青色半導体発光素子をも採用し、活用することができる。その結果、比較的に安価に白色系半導体発光デバイスを提供することが可能となる。
【００４２】
なお、ここで、通常は、黄色蛍光体１１と青色蛍光体２０は、通常は、それぞれ複数の蛍光体より構成されている。したがって、黄色蛍光体１１についてみると、１個の黄色蛍光体が、（２）の発光、（４）の発光の両方に寄与しなくても良い。つまり、黄色蛍光体１１全体として、（２）の発光、（４）の発光の両方の機能があればよい。
【００４３】
また、本願においては、内部量子効率および外部量子効率について、以下のように定義した。すなわち、一定の波長範囲に分光して蛍光体に照射した光の光子数を励起光子数（Ａ）とし、この励起光子数から蛍光体を透過した（吸収されなかった）光子数を引いた光子数を入射光子数（Ｂ）とし、一方蛍光体から発光について、430.54ｎｍ〜 800.33ｎｍ波長範囲において発生した全光子数を発光光子数（Ｃ）とした。前記入射光子数に対する前記発光光子数の比（すなわち、Ｃ／Ｂ）を内部量子効率と定義し、励起光子数に対する前記発光光子数の比（すなわち、Ｃ／Ａ）を外部量子効率と定義した。
【００４４】
なお、本発明による白色系半導体発光デバイスにおいては、４００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の波長領域のいずれかの領域において、具備された黄色蛍光体の内部量子効率より、より高い内部量子効率をもつ青色蛍光体を用いることが好ましい。
【００４５】
なお、本発明による白色系半導体発光デバイスにおいては、４００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の波長領域のいずれかの領域において、具備された黄色蛍光体の外部量子効率より、より高い外部量子効率をもつ青色蛍光体を用いることが好ましい。
【００４６】
なお、本実施の形態において、黄色蛍光体１１として、一般式、
（Y3-x、Cex）Al5O12
（ただし、ｘは、0＜x＜3を満足する数値）
で示されるＹＡＧ蛍光体を用いることができる。
【００４７】
なお、本発明による白色系半導体発光デバイスにおいては、発光ピークが４５０ｎｍ以上である青色蛍光体を具備することが好ましい。
【００４８】
なお、本実施の形態においては、青色蛍光体として、一般式、
（Sr3-x、Eux）MgSi2O8
（ただし、ｘは、０＜ｘ＜３を満足する数値）
で示されるケイ酸塩蛍光体を用いることができる。
【００４９】
特に一般式、
（Sr3-x、Eux）MgSi2O8
（ただし、ｘは、０＜ｘ＜３を満足する数値）
で示されるケイ酸塩蛍光体の内、その発光ピークが４５０ｎｍ以上のケイ酸塩蛍光体を用いることがより好ましい。
【００５０】
前記一般式
（Sr3-x、Eux）MgSi2O8
（ただし、ｘは、０＜ｘ＜３を満足する数値）
で示されるケイ酸塩蛍光体を用いることで、青色蛍光体の発光ピークを４５０ｎｍ以上にすることが可能となる。
【００５１】
なお、本実施の形態においては、青色蛍光体として前記以外にも、Ｓｒ2Ｐ2Ｏ7：Ｓｎ4+、Ｓｒ4Ａｌ14Ｏ25：Ｅｕ2+、ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ2+、ＳｒＧａ2Ｓ4：Ｃｅ3+、ＣａＧａ2Ｓ4：Ｃｅ3+、（Ｂａ，Ｓｒ）（Ｍｇ，Ｍｎ）Ａｌ10Ｏ17：Ｅｕ2+、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）10（ＰＯ4）6Ｃｌ2：Ｅｕ2+、ＢａＡｌ2ＳｉＯ8：Ｅｕ2+、Ｓｒ2Ｐ2Ｏ7：Ｅｕ2+、Ｓｒ5（ＰＯ4）3Ｃｌ：Ｅｕ2+、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）5（ＰＯ4）3Ｃｌ：Ｅｕ2+、ＢａＭｇ2Ａｌ16Ｏ27：Ｅｕ2+、（Ｂａ，Ｃａ）5（ＰＯ4）3Ｃｌ：Ｅｕ2+、Ｂａ3ＭｇＳｉ2Ｏ8：Ｅｕ2+、などを用いて良い。
【００５２】
なお、本実施の形態においては、黄色蛍光体として前記以外にも、（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+、を用いても良い。
【００５３】
なお、本実施の形態においては、最終的に得られる白色系半導体発光デバイスの色合いの調整のため、前述以外に、赤色系蛍光体や緑色系蛍光体等を必要に応じて添加してもよい。
【００５４】
なお、本実施の形態においては、青色蛍光体および黄色蛍光体を、樹脂に分散し、配置させる構成の例を示したが、必ずしも均一に分散し、配置される必要はない。本願の構成に必要な青色蛍光体および黄色蛍光体を、上下方向もしくは左右方向に層状に配置したりしてもよく、さらにはその配置の順序、および量についても特に限定されるものではない。
【００５５】
（実施の形態２）
本発明による実施の形態２は、前述実施の形態１で示した白色系半導体発光デバイスとスイッチとをもちいた半導体発光装置である。
【００５６】
本発明による実施の形態１の白色系半導体発光デバイスは、その色合いのばらつきが少なく、安価であるので、本発明に係る白色系半導体発光デバイスとスイッチとを用いて発光装置を構成すると、その発光装置の色合いも安定し、かつ安価にすることが可能となる。
【００５７】
なお、ここで、半導体発光装置の具体例としては、ＬＥＤ情報表示端末、ＬＥＤ交通信号灯、自動車のＬＥＤストップランプ、ＬＥＤ方向指示灯などの各種表示装置や、ＬＥＤ屋内外照明灯、車内ＬＥＤ灯、ＬＥＤ非常灯、ＬＥＤ面発光源などの各種照明装置を挙げることができる。
【００５８】
図２に本発明による半導体発光装置２００の一例を示す。図２において、１００は本発明による白色系半導体発光デバイスであり、電源ケーブル２２から電力を供給し、スイッチ２１により白色系半導体発光デバイスを点灯、もしくは消灯することが出来る。
【００５９】
本発明に係る半導体発光装置としての照明装置は特定の色温度に限定されるものではないが、この例の半導体発光装置において、好ましい色温度は２０００Ｋ以上１２０００Ｋ以下、好ましくは３０００Ｋ以上１００００Ｋ以下、さらに３５００Ｋ以上８０００Ｋ以下であることがより好ましい。
【実施例】
【００６０】
（実施例1）
本実施例１では、本発明による白色系半導体発光デバイスを構成するために用いた、青色半導体発光素子、黄色蛍光体および青色蛍光体について説明する。次に、用いた前記蛍光体材料について、その発光スペクトル評価を行った結果を示す。さらにそれら部材による白色系半導体発光デバイスの製造方法について図面をもって詳細に説明する。
【００６１】
１）青色半導体発光素子
本実施例においては、青色半導体発光素子１３として、６００μm角のＧａＮ系半導体発光素子を用いた。このＧａＮ系半導体発光素子を、基板にダイボンディングし、電極に配線し発光素子とした。本実施例で用いた前記青色半導体発光素子の発光スペクトルを図３に示す。図３から判るようにその発光ピークはおよそ４４２ｎｍであった。
【００６２】
２）黄色蛍光体
本実施例においては、黄色蛍光体１１としてＹＡＧ（イットリウム・アルミ・ガーネット）蛍光体を用いた。より具体的には、根本特殊化学株式会社製、品番：ＹＡＧ  ４−３−３（粒径14.4μｍ）を用いた。
【００６３】
３）青色蛍光体
本実施例においては、青色蛍光体２０として、下記の化学式で表される化合物を主体にしてなるケイ酸塩蛍光体を合成して用いた。
【００６４】
（Sr3-x、Eux）MgSi2O8
ただし、ｘは、０＜ｘ＜３を満足する数値である。
【００６５】
以下に、用いたケイ酸塩蛍光体の合成方法を詳細に記載する。
【００６６】
まず出発原料として、純度９９％以上の炭酸ストロンチウム（ＳｒＣＯ3）、純度９９％以上の酸化ユウロピウム（Ｅｕ2Ｏ3）、純度９９％以上の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、純度９９％以上の酸化シリコン（ＳｉＯ2）および純度９９％以上の塩化カルシウム（ＣａＣｌ2）を、一般式2.991ＳｒＯ・0.009ＥｕＯ・ＭｇＯ・2.000ＳｉＯ2・0.010ＣａＣｌ2になるように秤量した。秤量した出発原料について、ボールミルを用いて純水中で２４時間湿式混合し、さらに１２０℃で２４時間乾燥させることで混合粉を得た。得られた混合粉を大気中１０００℃で４時間仮焼し、その後さらに１３００℃、１×１０-12.41ａｔｍの酸素分圧を有する雰囲気下で４時間熱処理を行い、青色蛍光体を得た。（以下本実施例において合成した青色蛍光体を「SMS蛍光体」と呼ぶ。）
ａ）蛍光体発光評価
本実施例１で用いた黄色蛍光体および青色蛍光体について、その発光波長のピーク、内部量子効率、および外部量子効率の評価を行った。
【００６７】
評価にあたっては、量子効率測定装置として、浜松ホトニクス株式会社製、絶対PL量子収率測定装置；C9920-03GおよびPL量子収率測定ソフトウエア；U6039-05を用いた。
【００６８】
黄色蛍光体の発光波長の測定においては、４５０±２．５ｎｍの励起光で励起させ、発光スペクトルを計測した。その結果、本実施例で用いた黄色蛍光体としてのＹＡＧ蛍光体の発光波長のピークは、５５８．８ｎｍであった。
【００６９】
また、青色蛍光他の発光波長の測定においては、４１０±２．５ｎｍの励起光で励起させ、発光スペクトルを計測した。その結果、本実施例で用いた青色蛍光体としてのＳＭＳ蛍光体の発光波長のピークは、４５８．４ｎｍであった。
【００７０】
一方、内部量子効率および外部量子効率の測定条件としては、励起光の波長として、３００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲において、５ｎｍステップ変化させ、蛍光体に照射し、蛍光体からの発光を測定評価した。量子効率の算出にあたっては、まず5ｎｍ幅で分光し蛍光体に照射した光の光子数を励起光子数（Ａ）とし、この励起光子数から蛍光体を透過した（吸収されなかった）光子数を引いた光子数を入射光子数（Ｂ）とした。一方、蛍光体から発光について、４３０．５ｎｍ〜 ８００．３ｎｍ波長範囲において発生した全光子数を測定し、発光光子数（Ｃ）とした。分光して照射した各入射光子数に対する前記発光光子数の比（すなわち、Ｃ／Ｂ）を各照射波長における内部量子効率とて算出し、励起光子数に対する前記発光光子数の比（すなわち、Ｃ／Ａ）を各照射波長における外部量子効率として算出した。
【００７１】
図４に本発明による実施例で用いた青色蛍光体としてのＳＭＳ蛍光体と。黄色蛍光体としてのＹＡＧ蛍光体の内部量子効率評価結果を示す。図４からもわかるように400ｎｍ以上450ｎｍ以下の波長領域、特に400ｎｍ以上410ｎｍ程度までの波長領域において、黄色蛍光体の内部量子効率より、青色蛍光体の内部量子効率が高い。
【００７２】
また図５に本発明による実施例で用いた青色蛍光体としてのＳＭＳ蛍光体と、黄色蛍光体としてのＹＡＧ蛍光体の外部量子効率評価結果を示す。図５からもわかるように400ｎｍ以上450ｎｍ以下の波長領域、特に400ｎｍ以上415ｎｍ程度までの波長領域において、黄色蛍光体の外部量子効率より、青色蛍光体の外部量子効率が高い。
【００７３】
ｂ）白色系半導体発光デバイスの製作
ジメチルシリコーン樹脂（信越化学製ＫＥＲ−２６００）Ａ剤５ｇ、Ｂ剤５ｇに対し、前述の黄色蛍光体としてのＹＡＧ蛍光体を３．７ｇ、前述の青色蛍光体としてのSMS蛍光体を０．６ｇ添加し、三本ロール混練機（ＥＸＡＫＴ製Ｍ５０）で３回通しシリコーン樹脂蛍光体混合物を得た。
【００７４】
まず、図６（ａ）のように本発明による前記シリコーン樹脂蛍光体混合物１８を金型１９としてのSUS製金型に塗布、充填し、真空脱法装置（日電アネルバ製）で５分脱泡を行った。その後、図６（ｂ）に示したような、基板と前記基板上に配置され、電極に配線された青色半導体発光素子と、前述のシリコーン樹脂蛍光体混合物を充填した金型とを、図６（ｃ）のように対向して貼り合わせ、１５０℃、１０分の仮加熱硬化を行った。さらにその後金型を取り外し、図６（ｄ）に示したような、基板と基板上に配置、配線された青色半導体発光素子が、その発光面上部に配置された該シリコーン樹脂蛍光体混合物により封止された状態とした。最後にこれを１５０℃で４時間加熱し、硬化させ、図１に示したような本発明による白色系半導体発光デバイス得た。
【００７５】
（比較例１）
比較例として、従来の技術による白色系半導体発光デバイスを作製した。比較例１においては青色蛍光体を添加せずに作製した。それ以外の部材および製造方法は前述の本発明の実施例１と全く同じにした。すなわち、用いた青色半導体発光素子、黄色蛍光体およびシリコーン樹脂の各材料は実施例１と全く同じものを用い、さらに素子の製作の条件も前述の実施例１の製作に用いた方法と全く同じにした。最終的に、図８に示したような青色蛍光体は具備しない、従来の技術による白色系半導体発光デバイス１１０を得た。
【００７６】
ａ）白色系半導体発光デバイスの評価
以下に、前述までに説明した本発明による白色系半導体発光デバイスである（実施例１）と従来の技術による白色系半導体発光デバイスである（比較例１）について、その素子の発光スペクトルの評価を行った。発光スペクトルの評価装置としては、大塚電子株式会社製の「全光束測定システム；HMφ300mm」、および「ソフト：瞬間マルチ測光システム」を用い、製作した白色系半導体発光デバイスに、５００ｍＡの電流を３０ｍｓのパルス幅で与え、その際の白色発光を検出器で３００ｍｓ測定した。その際、測定された（実施例１）および（比較例１）の発光スペクトルを図７に示す。
【００７７】
図７から判るように、本発明にかかる（実施例１）による発光スペクトルは、（比較例１）に比べ、４４０ｎｍ程度の発光強度がひくく、同時に５６０ｎｍ付近の発光が強くなっていることが判る。このことから明らかに、本発明による（実施例１）の白色系半導体発光デバイスは、従来の技術による（比較例１）にはない青色蛍光体を具備した結果、前記青色蛍光体が、青色半導体発光素子の発光の一部を吸収し、青色発光し、さらにこの青色蛍光体からの青色発光により同時に具備させた黄色蛍光体を励起し、黄色発光を強めた結果であることが判る。
【００７８】
前述のような、青色半導体発光素子からの青色発光の一部を具備した青色蛍光体に一旦吸収させ、より長波長の青色光を発光させ、これによって黄色蛍光体を励起、発光せしめる効果は、先図４および図５に示したように、具備した青色蛍光体の特定の波長域（特に４５０ｎｍより短い波長領域）での内部量子効率もしくは外部量子効率が、同時に具備した黄色蛍光体のそれらより高い結果であると言える。
【００７９】
すなわち、本発明による白色系半導体発光デバイスによれば、同じ青色半導体発光素子からの発光を、従来の技術による構成に比較して、より効率よく黄色発光に変換せしめることが可能となる。特に、従来の構成では、比較的有効利用できなかった450ｎｍより短い波長の光を効率よく黄色発光に変換することが可能となる。
【００８０】
また、本発明による構成によれば、仮に青色半導体発光素子の発光が設計時に期待した発光波長より、短波長側にずれてしまった場合においても、黄色発光成分が減少することは起こりにくく、結果として構成される白色系半導体発光デバイスの色合いは安定する。
【００８１】
さらに、これらの効果により、本発明における白色系半導体発光デバイスでは、従来の構成に比較して、発光波長がより広い範囲、より具体的には４５０ｎｍよりも短い発光ピークをもつ青色半導体発光素子をも選択し、活用することができる。これら比較的広い波長領域において発光波長のピークを有する比較的安価なＧａＮ系の青色半導体発光素子を用いても、白色発光の色合いが安定した白色系半導体発光デバイスを安価に実現することができる。
【００８２】
さらに白色発光の色合いが安定し、かつ安価な白色系半導体発光デバイスを用いること、半導体発光装置を安価に提供することも可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明にかかる白色系半導体発光デバイスは、白色の発光の色合いが安定し、かつ安価に製造できる特徴を有し、半導体発光装置としての照明装置等として有用である。
【符号の説明】
【００８４】
１１  黄色蛍光体
１２  樹脂
１３  半導体発光素子
１４  電極
１５  ダイボンド
１６  ボンディングワイヤ
１７  基板
１８  シリコーン樹脂蛍光体混合物
１９  金型
２０  青色蛍光体
２１  スイッチ
２２  電源ケーブル
１００  白色系半導体発光デバイス
１１０  従来技術による白色系半導体発光デバイス
２００  半導体発光装置
【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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