JP2003051622A - 白色系半導体発光装置 - Google Patents

白色系半導体発光装置

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忠宏 岡崎
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Abstract

(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。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】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。
【０００２】
【従来の技術】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、例えば特開２０００−１８３４０８
号公報では、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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】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。
【０００６】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。
【０００７】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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】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。
【０００９】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。
【００１０】
【発明の実施の形態】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。
【００１１】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。
【００１２】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。
【００１３】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０．１〜１
０ｍｏｌ％の範囲が好ましい。
【００１４】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０．１〜１０ｍ
ｏｌ％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。
【００１５】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。
【００１６】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１〜２５
ｗｔ％の範囲が望ましい。
【００１７】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。
【００１８】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。
【００１９】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。
【００２０】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。
【００２１】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。
【００２２】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、反射カバー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。
【００２３】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、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。
【００２４】以上説明したチップ型半導体発光装置で
は、反射カバー５をチップ基板１上に設けた形態であっ
たが、反射カバー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。
【００２５】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６
１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。
【００２６】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。
【００２７】
【発明の効果】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。
【００２８】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】
【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。
【符号の説明】
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

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
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