JP2003243727A

JP2003243727A - 発光装置

Info

Publication number: JP2003243727A
Application number: JP2002331250A
Authority: JP
Inventors: Kunihiro Izuno; 訓宏泉野
Original assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Current assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date: 2001-12-14
Filing date: 2002-11-14
Publication date: 2003-08-29

Abstract

(57)【要約】【目的】異なる２以上の発光波長が合わさって放出さ
れる発光装置や、ＬＥＤチップからの発光波長が変換さ
れて異なる発光波長が放出される発光装置において、発
光特性の優れた発光装置を提供する。【手段】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光する蛍光物質が
含有されたバインダーからなるコーティング層とを備え
た発光装置であって、前記バインダーは、少なくともＳ
ｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｚｒ、Ｙあるい
はアルカリ土類金属の群から選択される１種以上の元素
を含む酸化物を有し、前記コーティング層の表面は、前
記微粒子が密集して存在する領域Ｘと、前記微粒子が散
在して存在する領域Ｙとを備えてなることを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、照明用光源、ＬＥＤデ
ィスプレイ、バックライト光源、信号機、照明式スイッ
チ、各種センサー及び各種インジケータなどに利用され
る発光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】今日、青色光が高輝度に発光可能な半導
体発光素子である窒化物半導体（Ｉｎ _ｘＧａ_ｙＡｌ
_{１−ｘ−ｙ}Ｎ、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）を利用したＬ
ＥＤチップが実用化されている。

【０００３】また、このＬＥＤチップ上にＬＥＤチップ
から放出された青色光の少なくとも一部を吸収して、黄
色が発光可能な蛍光物質であるＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体など
を配置させることによって白色系が発光可能な発光ダイ
オードも実用化されている。

【０００４】さらにまた、近年、紫外光が発光可能な窒
化物半導体が開発されたことで、このＬＥＤチップから
放出された光を吸収して他の発光波長に変換する蛍光物
質を配置させることによって、ＬＥＤチップと異なる発
光波長を放出する発光ダイオードも多く研究されてい
る。

【０００５】このようなＬＥＤチップからの発光波長と
異なる発光波長を放出する発光ダイオードは、蛍光物質
を構成する蛍光体で波長が変換されるため、蛍光体の存
在状態によって、発光特性は大きく変化する。

【０００６】また、本発明のような、蛍光体によってＬ
ＥＤチップからの発光波長と異なる発光波長を放出する
発光ダイオードは、蛍光体を含むコーティング層が形成
されているが、蛍光体を含むコーティング層を形成する
場合、固体である蛍光体のみでは発光ダイオード上に形
成できない。そのため、結着剤としてバインダーを用い
て層を形成している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このコ
ーティング層はバインダー及び蛍光体の材料、バインダ
ーに含有する蛍光体の量、コーティング層の成膜条件な
どにより、様々な特徴、性質を有するものとなり、発光
装置としての発光特性に影響を及ぼす。

【０００８】例えば、光の変換効率を高める目的とし
て、コーティング層に含まれる蛍光体の割合を多くして
コーティング層を形成しようとする。そのとき、コーテ
ィング層に含まれるバインダーの割合は小さくなるの
で、蛍光体粒子は十分に結着されずにはがれてしまい、
十分に光が変換されなかったり、部分的にはがれてしま
うと、発光ムラが生じたりしてしまう。

【０００９】これとは逆に、コーティング層に含まれる
蛍光体の割合を少なくし、蛍光体のはがれにくいコーテ
ィング層を形成する。そのとき蛍光体の割合が少ないた
めに、ＬＥＤチップからの発光波長を蛍光体で異なる波
長を放出しようとしても、蛍光体の割合が少ないため
に、放出される光の一部は、蛍光体で変換されずに、Ｌ
ＥＤチップからの発光波長が放出されてしまう。これ
は、ＬＥＤチップからの発光波長と、蛍光体で変換され
た異なる発光波長の両方を放出する目的で作られる発光
装置では問題ないが、ＬＥＤチップからの発光波長を、
蛍光体ですべて変換させて放出する目的で作られる発光
装置には大きな問題となる。その場合、ＬＥＤチップか
らの発光波長の光が漏れてしまうことは望ましくないの
である。

【００１０】また、コーティング層に含まれる蛍光体の
割合を少なくした場合は、言いかえればバインダーの割
合を多くした場合は、コーティング層中に蛍光体粒子が
均等に配置されない。そのため、蛍光体によって十分に
変換された発光波長が再び蛍光体に吸収されることとな
り、光のエネルギーの低下を招き、また蛍光体が少ない
ことによる放出される光の一部は、蛍光体で変換されず
に、ＬＥＤチップからの発光波長が放出されてしまう。

【００１１】このように、ＬＥＤチップから発光された
第１の発光波長と、蛍光体によって第１の発光波長の一
部を吸収し、第１の発光波長と異なる第２の発光波長が
放出され、２つの発光波長が合わさって、白色などの別
の発光色を放出する発光装置や、ＬＥＤチップから発光
された第１の発光波長を、蛍光体によって吸収し、第１
の発光波長と異なる第２の発光波長のみを放出する発光
装置などの問題として、発光特性のよい発光装置、歩留
の良い発光装置を得るには様々な問題がある。これらの
問題は、コーティング層に存在する蛍光体の存在状態、
さらには蛍光体の結着剤として用いるバインダーと蛍光
体がどのような関係で存在しているかが重要となる。

【００１２】

【課題を解決するための手段】これらの問題を鑑み、本
発明では異なる２以上の発光波長が合わさって放出され
る発光装置や、ＬＥＤチップから出される実際の発光波
長が変換されて異なる発光波長が放出される発光装置に
おいて、発光特性の優れた発光装置を提供するものであ
り、以下の特徴を有する。（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光する蛍光物質が含
有されたバインダーからなるコーティング層とを備えた
発光装置であって、前記バインダーは、少なくともＳ
ｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓ
ｎ、Ｐｂあるいはアルカリ土類金属の群から選択される
１種以上の元素を含む酸化物を有し、前記コーティング
層の表面は、前記酸化物の微粒子が密集して存在する領
域Ｘと、前記微粒子が散在して存在する領域Ｙとを備え
てなることを特徴とする。（２）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光する蛍光物質が含有
されたバインダーからなるコーティング層とを備えた発
光装置であって、前記バインダーは、拡散材または／お
よびフィラーの微粒子を含有する透光性樹脂であり、前
記コーティング層の表面は、前記微粒子が密集して存在
する領域Ｘと、前記微粒子が散在して存在する領域Ｙと
を備えてなることを特徴とする。（３）前記散在して存在する領域Ｙは、蛍光体粒子の
表面上であることを特徴とする。（４）前記散在して存在する領域Ｙは、一部は蛍光体
粒子が露出していることを特徴とする。（５）前記密集して存在する領域Ｘは、隣りあう蛍光
体粒子の隙間であることを特徴とする。（６）前記発光素子は、発光層が窒化物半導体からな
ることを特徴とする。

【００１３】

【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
ところがある。

【００１４】図１は、本発明の発光装置の一実施例を示
す模式断面図であり、図２はその発光装置の表面の一部
を拡大したときの模式断面図、さらに図３はその発光装
置の表面の一部を上面から見た図であり、領域Ｘと領域
Ｙの状態を模式的に示す。

【００１５】本発明の発光装置は、ＬＥＤチップの発光
面に蛍光体が含有されたコーティング層を設けたもので
あり、例えば図１のように実装したときのＬＥＤチップ
の発光面の全面をコーティング層で被覆している。この
コーティング層は蛍光物質とバインダーを有しており、
これらを構成してなる蛍光体粒子と微粒子、その表面は
図２、図３に示すように、蛍光物質を構成する蛍光体粒
子とバインダーを構成する酸化物からなる微粒子とは、
次の（ａ）〜（ｄ）のように形成されてなる。（ａ）微粒子が密集して存在する領域Ｘと、微粒子が散
在して存在する領域Ｙからなる。（ｂ）微粒子が散在して存在する領域Ｙは、蛍光体粒子
の表面上である。（ｃ）微粒子が散在して存在する領域Ｙは、一部は蛍光
体粒子が露出している。（ｄ）微粒子が密集して存在する領域Ｘは、隣りあう蛍
光体粒子の隙間である。

【００１６】ここで光はある媒質から異なる媒質へ通り
抜けるときに屈折する。これを本発明の微粒子につい
て、ＬＥＤチップからの発光波長を第１の波長、第１の
波長が蛍光体で吸収されて放出される発光波長を第２の
波長とすると、図４（ａ）、（ｂ）の概略図に示すよう
に、光は微粒子の存在状態により様々な方向に伝搬され
る。

【００１７】まず微粒子が散在して存在する図４（ａ）
のとき、微粒子に入射した光は、ミクロ的に見ると
（Ａ）のように微粒子を通り抜ける際に一部が屈折す
る。しかしながら、散在して存在しているため、通り抜
けた光をすべて足し合わせて、マクロ的に見ると（Ｂ）
のように入射した方向と同一の方向に光は取り出され
る。

【００１８】しかしながら微粒子が密集して存在する図
４（ｂ）のとき、言い換えると微粒子がクラスターとし
て存在するとき、クラスターに入射した光は、ミクロ的
に見ると（Ａ）のように微粒子を通り抜ける毎に屈折を
繰り返し、光は様々な方向に拡散される。そのため、ク
ラスターを通り抜けた光を足し合わせてマクロ的に見る
と（Ｂ）のようになり、入射した方向と同じ方向に取り
出される光の成分は小さくなってしまう。これらの光の
屈折が起こる原理は、微粒子の大きさにもより、微粒子
内での光の透過経路が入射した光の発光波長よりも大き
いときに起こる現象であり、例えば４２０ｎｍの青色光
が入射した場合は、微粒子内での光の透過経路が４２０
ｎｍ以上の時に起こる現象である。しかしながら、微粒
子内での光の透過経路が入射した光の発光波長よりも小
さいときにおいても、微粒子が散在していると光は屈折
せずそのまま透過するが、微粒子が密集しているとクラ
スターとしての光の透過経路は光の発光波長よりも大き
くなり屈折するので、微粒子の存在状態で特に屈折する
現象は顕著な差となってあらわれる。

【００１９】ここで、図２、図３のような本発明の発光
装置の表面、すなわちコーティング層の表面についてみ
ると、ＬＥＤチップから放出された光は（ａ）〜（ｄ）
の構成によって、次のようになる。

【００２０】まず（ａ）から、微粒子が密集して存在す
る領域Ｘでは、微粒子に入射した光は屈折するか、もし
くは屈折を繰り返し、様々な方向に拡散され、入射した
光と同じ方向に取り出される光の成分は小さくなる。す
なわちコーティング層表面に微粒子が密集して存在する
領域Ｘでは、光はコーティング層から放出されにくく、
多くの光はさらにコーティング層表面や、コーティング
層内部に進む。また、微粒子が散在して存在する領域Ｙ
では、微粒子に入射した光は屈折しないか、一部が屈折
するだけで、入射した光と同じ方向に光は取り出され、
光はコーティング層から放出される。

【００２１】これによって、ＬＥＤチップからの発光波
長（第１の波長）を蛍光体ですべて変換させて第１の波
長と異なる第２の波長のみを放出する目的で作られる発
光装置の場合、微粒子が密集して存在する領域Ｘに第１
の波長の光が入射されると、第１の波長はコーティング
層の表面から直接放出されにくく、多くの光はコーティ
ング層表面や内部に進み、微粒子が散在して存在する領
域Ｙに第２の波長の光が入射されると第２の波長はコー
ティング層表面から外部に放出される。従って、第１の
波長が表面から放出されにくく、第２の波長が表面から
放出されやすいコーティング層を有する発光装置を得る
ことができる。

【００２２】また、ＬＥＤチップからの発光波長（第１
の波長）と蛍光体で変換された異なる発光波長（第２の
波長）の両方を放出する目的で作られる発光装置の場
合、コーティング層表面から放出される光のうち、第１
の波長と第２の波長のそれぞれの光の成分を都合良くコ
ントロールでき、コーティング層から放出される光のう
ち、第２の波長の成分が弱いとき、微粒子が密集して存
在する領域Ｘに第１の波長を、微粒子が散在して存在す
る領域Ｙに第２の波長を入射するようにすると、第２の
波長の成分を強めることが可能となる。

【００２３】さらに（ｂ）から、コーティング層表面に
おいて、微粒子が散在して存在する領域Ｙが蛍光体粒子
の表面上であることで、第２の波長の光が効率よく外部
に放出されることが可能な、上記２つの目的のいずれか
の発光装置を得ることが可能となる。

【００２４】さらに（ｃ）から、コーティング層表面に
おいて、微粒子が散在して存在する領域Ｙの一部は蛍光
体粒子が露出していることで、微粒子で屈折されること
のなく、また微粒子で拡散されることなく、第２の波長
の光が外部に放出され、第２の光の成分をさらに強める
ことが可能な、上記２つの目的のいずれかの発光装置を
得ることができる。

【００２５】さらに（ｄ）から、コーティング層表面に
おいて、微粒子が密集して存在する領域Ｘが、蛍光体粒
子と蛍光体粒子の間、すなわち隣りあう蛍光体粒子の隙
間にあることで、ＬＥＤチップからの発光波長（第１の
波長）を蛍光体ですべて変換させて第１の波長と異なる
第２の波長のみを放出する目的で作られる発光装置で
は、蛍光体粒子で吸収されることなくコーティング層表
面から放出されようとする第１の波長の光が多くなるこ
とから、第１の波長の光をコーティング層表面や内部に
進める効果が大となり、またＬＥＤチップからの発光波
長（第１の波長）と蛍光体で変換された異なる発光波長
（第２の波長）の両方を放出する目的で作られる発光装
置では、コーティング層表面から外部に放出されるとき
に強くなる第１の波長の光の成分を弱めることが可能と
なる。

【００２６】ちなみに本発明に対する比較例として、図
５および図６を用いて説明する。図５はコーティング層
に含まれる蛍光体の割合が少ないとき、これを表す１つ
の指標として、蛍光体粒子（Ｍ）と微粒子（Ｎ）との個
数がＭ＜＜Ｎの関係となるときのコーティング層表面の
模式断面図である。コーティング層が、全体的に蛍光体
粒子の個数が少ないときには、上記示した問題が生じる
が、ここでは蛍光体粒子の個数は、本発明で示すコーテ
ィング層に含まれる蛍光体の個数と同じとして、微粒子
Ｎの割合が多く、コーティング層に含まれる微粒子の個
数が本発明で示すこのＭ＜＜Ｎの関係の時には、コーテ
ィング層表面において、全面に微粒子が密集して存在す
る。すなわち蛍光体粒子上においても微粒子が密集して
存在してしまい、蛍光体から放出される第２の波長の光
もコーティング層表面や内部に進めてしまい、第２の波
長の光も外部に放出されにくくしてしまう。また図６は
コーティング層に含まれる蛍光体の割合が多いとき、こ
れを表す１つの指標として、蛍光体粒子（Ｍ）と微粒子
（Ｎ）との個数がＭ＞＞Ｎの関係となるときのコーティ
ング層表面の模式断面図である。ここでは蛍光体粒子の
個数は、本発明で示すコーティング層に含まれる蛍光体
の個数と同じとして、微粒子Ｎの割合が少なく、コーテ
ィング層に含まれる微粒子の個数が本発明で示すこのＭ
＞＞Ｎの関係の時には、コーティング層表面において、
全面に微粒子が散在して存在する。すなわち隣りあう蛍
光体粒子の隙間においても微粒子が散在して存在してし
まい、第２の波長のみを放出する発光装置を作製する場
合は第１の波長が放出されてしまったり、第１の波長と
第２の波長の両方を外部に放出する発光装置を作製する
場合は、第１の波長の光の成分が強く放出されたりし
て、所望の目的の光を放出することが困難になってしま
う。よって、図５、図６のようなときは好ましくない。

【００２７】ここで、本発明において、コーティング層
表面とは、コーティング層がＬＥＤチップ上に形成され
た面に向かって正面から見たときに見える表面の形状そ
のものをさし、微粒子が散在して領域とは、コーティン
グ層表面から二次元的に見て単位面積当たりに微粒子が
存在する確率が１００パーセント未満の領域とし、三次
元的に見て微粒子が単一の層として存在する領域とす
る。単一の層であることは、コーティング層表面から見
ると微粒子と微粒子の間に隙間が存在することから、微
粒子が存在する確率が１００パーセント未満という二次
元的に見た構成と同じことを表している。微粒子と微粒
子の間に隙間が存在する領域が蛍光体粒子状であると
き、表面には蛍光体粒子が一部露出して見えることにな
る。また、微粒子が密集して存在する領域Ｘとは、コー
ティング層表面から二次元的に見て、微粒子が単位面積
当たりに存在する確率が１００パーセントの領域とし、
三次元的に見て微粒子が少なくとも２以上の層として存
在する領域で、微粒子が積層体からなる領域とする。２
以上の層であることは、コーティング層表面から見ると
微粒子と微粒子の間の隙間には下の層の微粒子が存在し
ており、微粒子が存在する確率が１００パーセントの領
域という二次元的に見た構成と同じことを表している。

【００２８】また、本発明で用いる図１から図６はあく
まで模式断面図および模式表面図であり、蛍光体粒子の
形状および酸化物からなる微粒子の形状さらには蛍光体
粒子および微粒子の個数はこれに一致しない。ただし、
本発明では蛍光体粒子また微粒子の大きさの指標として
は、粒径で定義しており、例えば平均粒径で定義してい
る。少なくとも図１から図６は、本発明の一実施例の粒
径を用いたものである。本実施の形態で定義する平均粒
径とは、コーティング層表面から電子顕微鏡等で表面観
察をして、観測されるそれぞれの粒径を実測し、その平
均値をとったものである。また、本発明の別の実施の形
態で蛍光体の粒径とは、体積基準粒度分布曲線により得
られる値であり、該体積基準粒度分布曲線は、レーザ回
折・散乱法により蛍光体の粒度分布を測定し得られるも
のである。具体的には、気温２５℃、湿度７０％の環境
下において、濃度が０．０５％であるヘキサメタリン酸
ナトリウム水溶液に蛍光体を分散させ、レーザ回折式粒
度分布測定装置（ＳＡＬＤ−２０００Ａ）により、粒径
範囲０．０３μｍ〜７００μｍにて測定し得られたもの
である。ここで、実際に使用される粒子状蛍光体は、篩
い分けによって粒径を揃えようとしても一粒子ごとに大
きさ（長径および短径）が異なり、また、蛍光体同士が
凝集しあって蛍光体粒子の集まり（クラスター）を形成
する場合がある。そこで、本明細書中では蛍光体粒子の
大きさを平均粒径で表し、該平均粒径とは、蛍光体粒子
の凝集物の最大径、凝集せず一粒子の状態である蛍光体
粒子の最大径（長径）、およびより小さい蛍光体粒子の
最大径（長径）の平均値をいうものとする。

【００２９】以下に本発明の発光装置の構成を詳細に説
明する。［バインダー］本発明の構成は、コーティング層を形成
する際のコーティング材における蛍光体とバインダーと
の割合（比率）や形成方法、さらにはコーティング層形
成時の温度条件、形成速度などを変化させることで形成
することができる。

【００３０】本発明で用いられるバインダーは、少なく
ともＳｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｚｒ、
Ｙ、Ｓｎ、Ｐｂあるいはアルカリ土類金属の群から選択
される１種以上の元素を含む酸化物を有する。バインダ
ーの具体的主材料の一つとしては、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ
_３、ＭＳｉＯ_３（なお、Ｍとしては、Ｚｎ、Ｃａ、Ｍ
ｇ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｐｂなどが挙げられ
る。）などの透光性無機部材に蛍光体を含有させたもの
が好適に用いられる。これらの透光性無機部材により蛍
光体同士が結着され、さらに蛍光体は層状にＬＥＤチッ
プや支持体上に堆積され結着される。本発明において、
少なくともＳｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｚ
ｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｐｂあるいはアルカリ土類金属の群から
選択される１種以上の元素を含む酸化物は、少なくとも
Ｓｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓ
ｎ、Ｐｂあるいはアルカリ土類金属の群から選択される
１種以上の元素を含む有機金属化合物を利用して生成さ
れる。このような常温で液体の有機金属化合物を使用す
れば、有機溶剤を加えることによって、作業性を考慮し
た粘度調節や、有機金属化合物等の凝固物の発生防止が
容易にできるため作業性を向上させることができる。ま
た、このような有機金属化合物は加水分解等の化学反応
を起こしやすいため、容易に、少なくともＳｉ、Ａｌ、
Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｐｂある
いはアルカリ土類金属の群から選択される１種以上の元
素を含む酸化物により蛍光体がバインドされてなるコー
ティング層を形成させることが可能である。そのため、
有機金属化合物を使う方法は、３５０℃以上の高温下あ
るいは静電気のかかっている状態でＬＥＤにコーティン
グ層を形成させる他の方法とは異なり、ＬＥＤの発光素
子としての性能を低下させることなく容易にＬＥＤチッ
プ上にコーティング層を形成させることができ、製造歩
留まりが向上する。ここで、有機金属化合物とは、炭素
‐金属結合を含む分子、即ち金属と結合したアルキル
基，アリール基を含む化合物である。特に、本発明の実
施の形態において、ＳｉＯ_２を主成分とする無機物を生
成するアルキルシリケート、またはＡｌ_２Ｏ_３を主成分
とする無機物を生成するアルミニウムアルコレートが用
いられる。

【００３１】また、前記バインダーは、少なくともＳ
ｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓ
ｎ、Ｐｂあるいはアルカリ土類金属の群から選択される
１種以上の元素を含む酸化物と、少なくともＳｉ、Ａ
ｌ、Ｇａ、Ｔｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｐｂ
あるいはアルカリ土類金属の群から選択される１種以上
の元素を含む水酸化物とを有することが好ましい。この
ように、無機物を主成分とするバインダーとすることに
より、紫外線から青色光のように波長の短い光や高出力
の光のもとでもバインダーが着色劣化しないため、バイ
ンダーとして有機化合物を主成分とする樹脂を使用した
場合と比較して、信頼性の高い発光装置を形成すること
ができる。

【００３２】特にこれらのバインダーを用いることで、
この酸化物あるいは水酸化物は微粒子となり、微粒子の
状態で単一の層もしくは２以上の層を形成し、好適に蛍
光体を結着させることができる。

【００３３】またバインダーとして透光性樹脂を用いる
場合、好適に用いられる透光性樹脂の具体的材料として
は、ガラスやエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アクリル
樹脂等の耐候性に優れた透明樹脂やガラスなどが好適に
用いられる。本発明では、この樹脂に、拡散材またはフ
ィラー、または拡散材とフィラーを含有させた樹脂を用
いることで、これら拡散材やフィラーが微粒子を形成す
る。［拡散剤］本発明に拡散材を用いる場合、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、酸化珪素等が好適に用いられる。これによっ
て良好な指向特性を有する発光装置が得られる。ここで
本明細書において拡散剤とは、中心粒径が１ｎｍ以上５
μｍ未満のものをいう。１μｍ以上５μｍ未満の拡散剤
は、発光素子及び蛍光物質からの光を良好に乱反射さ
せ、大きな粒径の蛍光物質を用いることにより生じやす
い色ムラを抑制することができ好ましい。また、発光ス
ペクトルの半値幅を狭めることができ、色純度の高い発
光装置が得られる。一方、１ｎｍ以上１μｍ未満の拡散
剤は、発光素子からの光波長に対する干渉効果が低い反
面、光度を低下させることなく樹脂粘度を高めることが
できる。これにより、ポッティング等によりパッケージ
の凹部内に樹脂を封止させる場合、シリンジ内において
樹脂中の蛍光物質をほぼ均一に分散させその状態を維持
することが可能となり、比較的取り扱いが困難である粒
径の大きい蛍光物質を用いた場合でも歩留まり良く生産
することが可能となる。このように本発明における拡散
剤は粒径範囲により作用が異なり、使用方法に合わせて
選択若しくは組み合わせて用いることができる。［フィラー］また本発明にフィラーを用いることによ
り、光散乱作用により発光装置の色度バラツキが改善さ
れる他、透光性樹脂の耐熱衝撃性を高めることができ
る。これにより高温下での使用においても、発光素子と
外部電極とを電気的に接続しているワイヤーの断線や前
記発光素子底面とパッケージの凹部底面と剥離等を防止
することができる信頼性の高い発光装置が得られる。更
には樹脂の流動性を長時間一定に調整することが可能と
なり所望とする場所内に封止部材を形成することができ
歩留まり良く量産することが可能となる。［発光素子］本発明に用いる発光素子として用いられる
ＬＥＤチップは、ＳＭＤ型発光ダイオード、表示ディス
プレイ、８セグメント型や砲弾型など種々の形態の発光
ダイオードに利用できるものであり、以下、本発明に用
いられるＬＥＤチップの各構成について詳述する。

【００３４】本実施の形態において発光素子として用い
られるＬＥＤチップとは、蛍光体を励起可能なものであ
る。発光素子であるＬＥＤチップは、ＭＯＣＶＤ法等に
より基板上にＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧ
ａＡｌＰ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、Ａｌ
ＧａＮ、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Ｉｎ_iＧａ_jＡｌ_kＮ、ただし、０≦ｉ、０
≦ｊ、０≦ｋ、ｉ＋ｊ＋ｋ＝１）である。

【００３５】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ヤ、スピネル、ＳｉＣ、Ｓ
ｉ、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ヤ
基板を用いることがより好ましい。サファイヤ基板上に
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ＳｉＯ_２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ＳｉＯ_２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。

【００３６】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
チップを形成させるためにはサファイア基板を有するＬ
ＥＤチップの場合、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。

【００３７】本発明の発光装置において発光させる場合
は、蛍光体との補色等を考慮してＬＥＤチップの主発光
波長は３５０ｎｍ以上５３０ｎｍ以下が好ましい。

【００３８】特に本発明の発光ダイオードにおいて白色
系を発光させる場合は、蛍光物質との補色関係や樹脂の
劣化等を考慮して発光素子の主発光ピークは４００ｎｍ
以上５３０以下が好ましく、より好ましくは４２０ｎｍ
以上４９０ｎｍ以下である。発光素子と蛍光物質との効
率をそれぞれ向上させるためには４５０ｎｍ以上４７５
ｎｍ以下に主発光ピークを有する発光素子を用いること
が更に好ましい。［蛍光体］本発明に用いられる蛍光体
としては、少なくともＬＥＤチップから発光された光で
励起されて発光する蛍光体をいう。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）Ｃａ_１０（ＰＯ_４）_６ＦＣｌ：Ｓｂ，Ｍｎ（２）Ｍ_５（ＰＯ_４）_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）ＢａＭｇ_２Ａｌ_１６Ｏ_２７：Ｅｕ（４）ＢａＭｇ_２Ａｌ_１６Ｏ_２７：Ｅｕ、Ｍｎ（５）３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ_２・ＧｅＯ_２：Ｍｎ（６）Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ（７）Ｍｇ_６Ａｓ_２Ｏ_１１：Ｍｎ（８）Ｓｒ_４Ａｌ_１４Ｏ_２５：Ｅｕ（９）（Ｚｎ、Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ（１０）ＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ（１１）Ｃａ_１０（ＰＯ_４）_６ＣｌＢｒ：Ｍｎ、Ｅｕ（１２）Ｚｎ_２ＧｅＯ_４：Ｍｎ（１３）Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ、及び（１４）Ｌａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ等が挙げられる。

【００３９】また、これらの蛍光体は、一層からなるコ
ーティング層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コーティ
ング層中にそれぞれ単独で用いても良いし、混合して用
いてもよい。

【００４０】ＬＥＤチップが発光した光と、蛍光体が発
光した光が補色関係などにある場合、それぞれの光を混
色させることで白色を発光することができる。具体的に
は、ＬＥＤチップからの光と、それによって励起され発
光する蛍光体の光がそれぞれ光の３原色（赤色系、緑色
系、青色系）に相当する場合やＬＥＤチップが発光した
青色の光と、それによって励起され発光する蛍光体の黄
色の光が挙げられる。

【００４１】発光装置の発光色は、蛍光体と蛍光体の結
着剤として働く各種樹脂やガラスなどの無機部材などと
の比率、蛍光体の沈降時間、蛍光体の形状などを種々調
整すること及びＬＥＤチップの発光波長を選択すること
により電球色など任意の白色系の色調を提供させること
ができる。発光素子やリード電極を外部環境から保護す
る封止樹脂を発光装置に設ける場合は、ＬＥＤチップか
らの光や蛍光体からの光が封止樹脂を効率よく透過する
ことが好ましい。このような封止樹脂として、例えばエ
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ガラスなどが好適に用いられる。

【００４２】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
ーティング層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層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。（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Ａ
ｌ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ＹＡＧ系蛍光体も利用することができる。例
えば、ＹＡｌＯ_３：Ｃｅ、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２Ｙ：Ｃｅ
（ＹＡＧ：Ｃｅ）やＹ_４Ａｌ _２Ｏ_９：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、Ｌ
ｕ、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（Ｙ_zＧｄ
_1-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（Ｒｅ_1-aＳ
ｍ_a）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。

【００４３】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。

【００４４】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。

【００４５】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・ｃ
ｍ^−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。

【００４６】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５１０ｎ
ｍ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。

【００４７】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Ｇ
ｄ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。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。

【００４８】このような蛍光体は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｌ
ａ、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、Ｃ
ｅ、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。

【００４９】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。（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、Ｓ
ｉ、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：Ｅ
ｕ、Ｃａ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ、Ｓｒ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ、Ｓ
ｒ−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Ｌ_ＸＳ
ｉ_ＹＮ_{（２／３Ｘ＋４／３Ｙ）}：Ｅｕ若しくはＬ_ＸＳｉ
_ＹＯ_ＺＮ_（ _{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（Ｓｒ_ＸＣａ_１−Ｘ）_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ、Ｓｒ_２Ｓ
ｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ、Ｃａ_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ、Ｓｒ_ＸＣａ
_１−ＸＳｉ_７Ｎ_１０：Ｅｕ、ＳｒＳｉ_７Ｎ_１０：Ｅｕ、
ＣａＳｉ_７Ｎ_１０：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、Ｓ
ｒ、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。

【００５０】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、Ｅｕ^２＋を付活剤とし
て用いる。Ｅｕ^２＋は、酸化されやすく、３価のＥｕ_２
Ｏ_３の組成で市販されている。しかし、市販のＥｕ_２Ｏ
_３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、Ｅｕ_２Ｏ_３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。

【００５１】添加物であるＭｎは、Ｅｕ^２＋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。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Ｎ
ｉは、残光を抑えることができるという作用を有してい
る。

【００５２】このような窒化物系蛍光体は、ＬＥＤチッ
プ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、ＬＥ
Ｄチップ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層中に一緒に
混合し、ＬＥＤチップ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。

【００５３】次に、本発明に係る蛍光体（（Ｓｒ_ＸＣａ
_１−Ｘ）_２Ｓｉ_５Ｎ_８：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、Ｍ
ｎ、Ｏが含有されている。

【００５４】原料のＳｒ、Ｃａを粉砕する。原料のＳ
ｒ、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、Ｍ
ｇ、Ｍｎ、Ａｌ_２Ｏ_３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Ｓ
ｒ、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。

【００５５】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、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ｓｉ（ＮＨ_２）_２、Ｍｇ_２Ｓｉ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、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｍｇ、金属ホウ化物（Ｃｏ_３Ｂ、
Ｎｉ_３Ｂ、ＣｒＢ）、酸化マンガン、Ｈ_３ＢＯ_３、Ｂ_２
Ｏ_３、Ｃｕ_２Ｏ、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０．１μ
ｍから１５μｍであることが好ましい。

【００５６】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。

【００５７】３Ｓｒ＋Ｎ_２ → Ｓｒ_３Ｎ_２・・・（式１）３Ｃａ＋Ｎ_２ → Ｃａ_３Ｎ_２・・・（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、Ｓ
ｒ、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。

【００５８】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。

【００５９】３Ｓｉ＋２Ｎ_２ → Ｓｉ_３Ｎ_４・・・（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。

【００６０】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Ｅｕ_２Ｏ_３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。

【００６１】上記原料中には、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂ
ａ、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、Ｈ_３ＢＯ_３、Ｃｕ_２Ｏ_３、ＭｇＣ
ｌ_２、ＭｇＯ・ＣａＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、金属ホウ化物（Ｃ
ｒＢ、Ｍｇ_３Ｂ_２、ＡｌＢ_２、ＭｎＢ）、Ｂ_２Ｏ_３、Ｃ
ｕ_２Ｏ、ＣｕＯなどがある。

【００６２】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Ｅｕ_２Ｏ
_３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。

【００６３】最後に、Ｓｒ、Ｃａ、Ｓｒ−Ｃａの窒化
物、Ｓｉの窒化物、Ｅｕの化合物Ｅｕ_２Ｏ_３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（Ｓｒ_ＸＣａ_１−Ｘ）_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕで
表される蛍光体を得ることができる。この焼成による基
本構成元素の反応式を、以下に示す。

【００６４】

【化１】

【００６５】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。

【００６６】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、１２０
０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、８
００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（Ａｌ_２Ｏ_３）材質のるつぼ
を使用することもできる。

【００６７】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。

【００６８】本実施の形態において、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、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅ
ｕ、Ｌａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ、ＣａＳ：Ｅｕ、ＳｒＳ：Ｅ
ｕ、ＺｎＳ：Ｍｎ、ＺｎＣｄＳ：Ａｇ，Ａｌ、ＺｎＣｄ
Ｓ：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。

【００６９】以上のようにして形成される蛍光体は、発
光素子の表面上において一層からなるコーティング層中
に二種類以上存在してもよいし、二層からなるコーティ
ング層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。このようにすると、異なる蛍光体からの光の混
色による白色光が得られる。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系蛍光体より凹部側面
に近い位置に配置されるようにコーティング層を形成す
ることが好ましい。このように構成することによって、
ＹＡＧ系蛍光体と窒化物系蛍光体とを混合してコーティ
ング層に含有させた場合と比較して演色性を向上させる
ことができる。［コーティング層］また、本発明のコーティング層の形
成方法としては、ポッティング、孔版印刷、スピンコー
トなどの通常用いられる種々の方法を用いることができ
るが、本発明では、特に以下に述べるスプレーコーティ
ングによる形成方法を用いることで、上述した構成
（ａ）から（ｄ）を有するコーティング層を形成するこ
とができる。また、蛍光体がバインドされてなるコーテ
ィング層を発光素子の全面、すなわち上面、側面、およ
び角の部分にほぼ同じ膜厚で形成することができるの
で、発光素子の全面に蛍光体が均一に分散して配置させ
ることができる。それにより、発光素子の全面、すなわ
ち上面、側面、および角の部分からの発光を極めて高い
効率で波長変換し、外部に取り出すことが可能となる。

【００７０】本実施の形態におけるスプレーコーティン
グによる形成方法とは、発光素子を加温した状態で、発
光素子の情報から蛍光体を含有した塗布液（コーティン
グ材）を霧状で且つ螺旋状に回転させながら吹き付ける
ことを特徴とし、さらに螺旋状の径を発光素子上方の噴
射開始点から発光素子の表面に近づくに連れて大きくす
ることを特徴とし、さらに発光素子上方の噴射開始点か
ら発光素子の表面に近づくにつれて塗布液の回転速度を
減少させることを特徴とするものである。またこの加温
した状態とは、発光素子をヒーター上において、５０℃
以上３００℃以下とすることが望ましい。

【００７１】

【実施例】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のみに限定されな
いことは言うまでもない。（実施例１）図１は、本実施例における発光装置を示す
模式的な断面図である。図１に示されるような本実施例
にかかる発光装置において、リード電極上に載置された
ＬＥＤチップ１０２は、スプレーコーティングによって
塗布液を付着させた後、乾燥させることにより形成され
るコーティング層１０１により被覆されている。ここ
で、塗布液は、ＳｉＯ_２成分を１０ｗｔ％含むエチルシ
リケートを原料として、有機溶剤としてのエチレングリ
コールと共に蛍光体Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２Ｙ：Ｃｅを含有さ
せた溶液である。また、蛍光体Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２Ｙ：Ｃ
ｅは、ＬＥＤチップ１０２から出光した光の少なくとも
一部を波長変換して蛍光を発する平均粒径３〜１０μｍ
の粒子状の蛍光体である。さらに、ＬＥＤチップ１０２
は、正負一対の両電極が導電性ワイヤーにより上記リー
ド電極と接続され、リード電極を外部電極と接続するこ
とにより上記蛍光体を励起することが可能な光を出光す
る。以上のようにして発光装置は、ＬＥＤチップ１０２
からからの発光と、該発光により励起された蛍光体によ
る蛍光との混色光を出光することができる。さらに図３
に示されるように、本実施例により形成されたコーティ
ング層１０１は、平均粒径３〜１０μｍの蛍光体粒子１
０４の周囲に、エチルシリケートの加水分解により生成
した酸化物や水酸化物を主成分とする平均粒径数ｎｍの
微粒子１０５が密集して存在する領域Ｘと、散在して存
在する領域Ｙとを有しており、蛍光体粒子１０４がバイ
ンダーにより固着されることによって形成されている。

【００７２】以上のように構成された発光装置により、
蛍光体の励起効率を向上させることができる。また、Ｌ
ＥＤチップ１０２の発光と、該ＬＥＤチップ１０２から
の光によって蛍光体が励起されて発生する蛍光との混色
光が、発光装置から効率よく取り出される。さらに、微
粒子によって光が散乱されることにより蛍光体の波長変
換効率および発光装置全体の光取り出し効率を向上させ
ることができる。（実施例２）本実施例においては、拡散剤として酸化ア
ルミニウムを含有するシリコン樹脂をバインダーとして
蛍光体を固着させた発光装置を形成する。本実施例にお
ける蛍光体は、窒化物系蛍光体（Ｓｒ_０．７Ｃ
ａ_０．３）_２Ｓｉ_５Ｎ_８：ＥｕとＹＡＧ系蛍光体Ｙ
_３（Ａｌ_０．８Ｇａ_０．２）_５Ｏ_１２：Ｃｅである。こ
れらの蛍光体を組み合わせてコーティング層に含有させ
ることにより、発光装置は赤味を帯びた混色光（色温度
２５００Ｋから３５００Ｋ）が発光可能である。他は、
実施例１と同様に発光装置を形成する。本実施例により
形成されたコーティング層１０１は、図３に示されるよ
うに、平均粒径３〜１０μｍの蛍光体粒子１０４の周囲
に、酸化アルミニウムの微粒子１０５や、エチルシリケ
ートの加水分解により生じた酸化物や水酸化物を主成分
とする平均粒径数ｎｍの微粒子１０５が密集して存在す
る領域Ｘと、散在して存在する領域Ｙとを有しており、
蛍光体粒子１０４がバインダーにより固着されることに
よって形成されている。

【００７３】以上のように構成された発光装置により、
各種蛍光体の励起効率を向上させることができる。ま
た、ＬＥＤチップ１０２の発光と、該ＬＥＤチップ１０
２からの光によって上記２種の蛍光体が励起されて発生
する蛍光との混色光が発光装置から効率よく取り出され
る。さらに、微粒子によって光が散乱されることにより
蛍光体の波長変換効率および発光装置全体の光取り出し
効率を向上させることができる。

【００７４】

【発明の効果】以上のように、本発明の発光装置は、本
発明では異なる２以上の発光波長が合わさって放出され
る発光装置や、実際の発光波長が変換されて異なる発光
波長が放出される発光装置において、発光特性の優れた
発光装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の発光装置の一実施例を示す
模式断面図である。

【図２】図２は、図１の発光装置のコーティング層の
表面の一部の模式断面図である。

【図３】図３は、図２のコーティング層の表面の一部
を上面から拡大して見た模式図である。

【図４】図４は、本発明の発光装置の一実施例を説明
する模式図である。

【図５】図５は、本発明の発光装置を説明するための
比較例を示す模式断面図である。

【図６】図６は、本発明の発光装置を説明するための
比較例を示す模式断面図である。

【符号の説明】

１０１・・・コーティング層、１０２・・・ＬＥＤチップ、１０３・・・封止樹脂、１０４・・・蛍光体粒子、１０５・・・微粒子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ０９Ｋ 11/64 Ｃ０９Ｋ 11/64

Claims

【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を有する光を発光する
蛍光物質が含有されたバインダーからなるコーティング
層とを備えた発光装置であって、前記バインダーは、少なくともＳｉ、Ａｌ、Ｇａ、Ｔ
ｉ、Ｇｅ、Ｐ、Ｂ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｐｂあるいはアル
カリ土類金属の群から選択される１種以上の元素を含む
酸化物を有し、前記コーティング層の表面は、前記酸化物の微粒子が密
集して存在する領域Ｘと、前記微粒子が散在して存在す
る領域Ｙとを備えてなることを特徴とする発光装置。
【請求項２】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光する蛍光物
質が含有されたバインダーからなるコーティング層とを
備えた発光装置であって、前記バインダーは、拡散材または／およびフィラーの微
粒子を含有する透光性樹脂であり、前記微粒子は、前記コーティング層の表面において、密
集して存在する領域Ｘと、散在して存在する領域Ｙとを
備えてなることを特徴とする発光装置。
【請求項３】前記散在して存在する領域Ｙは、蛍光体
粒子の表面上であることを特徴とする請求項１または請
求項２のいずれかに記載の発光装置。
【請求項４】前記散在して存在する領域Ｙは、一部は
蛍光体粒子が露出していることを特徴とする請求項１乃
至請求項３のいずれか１つに記載の発光装置。
【請求項５】前記密集して存在する領域Ｘは、隣りあ
う蛍光体粒子の隙間であることを特徴とする請求項１乃
至請求項４のいずれか１つに記載の発光装置。
【請求項６】前記発光素子は、発光層が窒化物半導体
からなることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいず
れか１つに記載の発光装置。