JP2005302920A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一方の蛍光物質からの発光が他方の蛍光物質に吸収される複数の蛍光物質を組み合わせても、発光効率が高く、所望の輝度及び色バランスで発光する発光装置の提供を可能とする。
【解決手段】ＬＥＤチップ３から放射された青色光は第１及び第２の蛍光物質層９，１０を透過して発光面から出射する。第１の蛍光物質５はＬＥＤチップ３からの青色光で励起され黄色に発光する。第２の蛍光物質６はＬＥＤチップ３からの青色光と第１の蛍光物質５からの黄色光とで励起され赤色に発光する。第１の蛍光物質層９では第１の蛍光物質５の含有率が第２の蛍光物質６の含有率よりも高く、第２の蛍光物質層１０では第２の蛍光物質６の含有率が第１の蛍光物質５の含有率よりも高い。発光面へ向かう光の出射方向において、第１の蛍光物質層９は第２の蛍光物質層１０よりも発光面側に配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体発光素子から放射される光を蛍光物質により波長変換して出射する発光装置に関する。

青色の波長領域で発光する窒化ガリウム系半導体発光素子と、この発光素子から放射される光を吸収して黄色光を発光（以下、「波長変換」とも言う）する蛍光物質と、を備えた発光装置（以下、「発光ダイオード」とも言う）が知られている。

また、白色光の演色性を向上するために、青色光を発光する発光素子に黄色に発光する蛍光物質と赤色に発光する蛍光物質とを組み合わせた白色発光ダイオードや、紫外線発光素子とＲＧＢにそれぞれ発光する蛍光体とを組み合わせた白色発光ダイオードのように、一つの発光素子に対して複数の蛍光物質を組み合わせたものが知られている。これら複数の蛍光物質は、通常、発光素子を覆う透光性樹脂内に混合状態で分散されている。

国際公開第ＷＯ９８／０５０７８号パンフレット 特開２００２−３４４０２１号公報 特開２００３−１０１０８１号公報 特開２０００−２０８８１８号公報

ところで、各蛍光物質は、それぞれ特有の励起特性を有しているため、２つの蛍光物質の組み合わせ方によっては、一方の蛍光物質（以下、蛍光物質Ａ）から発光する光が他方の蛍光物質（以下、蛍光物質Ｂ）に吸収されてしまい、結果として輝度が低下するという問題が生ずる。即ち、このような関係にある複数の蛍光物質を透光性樹脂内に混合状態で分散すると、本来、発光面から出射されるべき蛍光物質Ａからの発光の一部が、蛍光物質Ｂにより吸収されてしまい、所望する色バランスが得られなくなる。蛍光物質Ａの含有量を増加することにより、色バランスを適正化することは可能であるが、蛍光物質の含有量が増加することにより透光性樹脂内の光の透過度が低下するため、発光素子の発光効率が低下する。

この輝度低下を防ぐために、２種以上の蛍光物質の組合せとして、各々、他の蛍光物質からの発光を実質的に吸収しないものを選び、これらを用いて発光装置を形成するといったことも考えられるが、この場合、使用できる蛍光物質が限定され、設計の自由度を大きく阻害する。

そこで、本発明は、一方の蛍光物質から発光する光が他方の蛍光物質に吸収されてしまうような２種以上の蛍光物質を組み合わせた場合であっても、発光装置の発光効率を低下することなく、所望の輝度及び色バランスで発光させることが可能な発光装置の提供を目的としている。

上記目的を達成するため、本発明に係る発光装置は、半導体発光素子と、第１の蛍光物質を主要蛍光体成分として含有する第１の蛍光物質層と、第２の蛍光物質を主要蛍光体成分として含有する第２の蛍光物質層と、を備え、発光面へ向かう光の出射方向において、第１の蛍光物質層は、第２の蛍光物質層よりも発光面側に配置されている。ここで第１の蛍光物質は、半導体発光素子から放射された光により励起され、第２の蛍光物質は、半導体発光素子から放射された光と第１の蛍光物質からの光により励起されるものであり、この構成によれば、半導体発光素子から放射された光の一部は、第１及び第２の蛍光物質層を透過して発光面から出射し、第１の蛍光物質は、半導体発光素子からの光の一部を吸収して第１の波長領域で発光し、第２の蛍光物質は、半導体発光素子からの光の一部と第１の蛍光物質からの光の一部とを吸収して、第２の波長領域で発光し、これらの光の混色によって所望の白色光が得られる。

半導体発光素子からの光の一部は、第２の蛍光物質層内の第２の蛍光物質を励起するのに利用され、また一部は、第２の蛍光物質層を透過して第１の蛍光物質層内の第１の蛍光物質を励起するのに利用される。これにより、第１の蛍光物質は第１の波長領域の光を発光するとともに、第２の蛍光物質は第２の波長領域の光を発光する。

第１の蛍光物質からの発光の内、発光面側へ向かう光は、第２の蛍光物質層を透過することなく、発光面から出射される。このため、第１の蛍光物質からの発光の内、発光面へ向かう光は、第２の蛍光物質層内の第２の蛍光物質に吸収されることがない。

一方、第２の蛍光物質層では、第２の蛍光物質が、半導体発光素子からの光の一部、及び、第１の蛍光物質から放射されて第２の蛍光物質層側へ向かう光の少なくとも一部を吸収し、第２の波長領域の光を発光する。そして第２の波長領域の光は、第１の蛍光体層を透過して、発光装置の発光面から出射される。

すなわち、本発明においては、第１の蛍光物質から発光する光りの内、発光面とは反対側にある第２の蛍光物質層へ向かう光、つまり発光面からの出力に対する寄与が小さい光を、第２の蛍光物質で吸収し、第２の蛍光物質の発光に利用しているので、元来無駄となってしまっていた光を有効活用することができる。従って、発光効率が高く、高輝度で且つ所望の色バランスで発光する発光装置を提供することができる。

また、第１蛍光物質層における第１の蛍光物質の含有量やその分布状態と、第２の蛍光物質層における第２の蛍光物質の含有量やその分布状態とを、要求される発光スペクトルに応じて調整することが容易となり、種々の用途に適合可能な発光装置を提供することができる。

本発明においては、第１の蛍光物質としては、黄緑色〜黄色に発光する蛍光体、例えば、セリウム（Ｃｅ）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」という）を使用することができる。

また、第２の蛍光物質としては、特開２００２−３６３５５４号に開示されているα−サイアロン系（主としてＳｉ、Ａｌ、Ｏ、Ｎからなるセラミックス）の蛍光体や、特表２００３−５１５６５５号や特表２００３−５１５６６５号に開示されている窒化物系の蛍光体、更には特開２００３−２０６４８１号に開示されている窒化物系並びに酸窒化物系の蛍光体、更には、特願２００４−３６８７３で本出願人が開示する下記一般式（１）式で表される化学組成を有する窒化物蛍光体を使用することができる。

Ｃａ_m-xＥｕ_xＳｉ₉Ａｌ_yＮ_(12+2/3m+y)・・・（１）
（但し、０．５≦ｍ≦５．０、０．１＜ｘ／ｍ≦１．０、０≦ｙ≦３．０である。）
サイアロン系を含むこれらの窒化物系並びに酸窒化物系の蛍光体は、一般的に、広範囲の光を吸収して黄赤色〜赤色領域で発光する性質があるため、本発明の発光装置において第２の蛍光物質として好ましく用いることができる。

本発明において、半導体発光素子は、青色光を放射してもよく、第１の蛍光物質の発光ピーク波長は、緑色〜黄色の波長領域に含まれてもよく、第２の蛍光物質の発光ピーク波長は、赤色の波長領域に含まれてもよい。

また、半導体発光素子は、紫外線〜青紫色の領域の光を放射してもよく、第１の蛍光物質の発光ピーク波長は、青色〜緑色の波長領域に含まれてもよく、第２の蛍光物質の発光ピーク波長は、赤色の波長領域に含まれてもよい。

本発明によれば、一方の蛍光物質から発光する光が他方の蛍光物質に吸収されてしまうような２種以上の蛍光物質を組み合わせた場合であっても、発光効率が高く、所望の輝度及び色バランスで発光させることが可能な発光装置を得ることができる。

以下、本発明の第１実施形態に係る発光装置としてのチップタイプの発光ダイオード１について、図１及び図２に基づいて説明する。図１は本実施形態のチップタイプの発光ダイオード１の模式断面図、図２は図１の要部拡大図である。
発光ダイオード１は、凹部を有する筺体２と、窒化ガリウム系（ＧａＮ系やＩｎＧａＮ系など）半導体を用いた半導体発光素子（ＬＥＤチップ）３と、エポキシ樹脂等の透光性樹脂材料等からなる透光性樹脂層４と、第１の蛍光物質５及び第２の蛍光物質６と、導電性ワイヤー７と、電極８と、を備えている。

ＬＥＤチップ３は、筐体２の凹部に設けられ、発光ピーク波長が４００ｎｍ〜４６０ｎｍである青色光を放射する。導電性ワイヤー７は、ＬＥＤチップ３の各電極と筐体２に設けられた各電極８とをそれぞれ電気的に接続している。透光性樹脂層４は、筐体２の凹部に充填され、ＬＥＤチップ３を覆う。

透光性樹脂層４は、第１の蛍光物質５のみを含有する第１の蛍光物質層９と、第２の蛍光物質６のみを含有する第２の蛍光物質層１０と、からなる。第１の蛍光物質５は第１の蛍光物質層９にほぼ均一に分散され、第２の蛍光物質６は第２の蛍光物質層１０にほぼ均一に分散されている。

第１の蛍光物質５としては、ＹＡＧ系蛍光体を用いることができる。ＹＡＧ系蛍光体を用いた場合には、ＬＥＤチップ３からの青色光で励起されて黄緑色〜黄色に発光する。ここでは、励起スペクトルのピークが４５０ｎｍ付近、発光ピーク波長が５８０ｎｍ付近にある、公知のＹＡＧ系蛍光体を用いた例で説明する。なお、以下において、便宜上その発光色を黄色として説明する。

また、第２の蛍光物質６としては、上述した特願２００４−３６８７３に記されている下記一般式（１）式で表される化学組成を有する窒化物蛍光体を用いることができる。

Ｃａ_m-xＥｕ_xＳｉ₉Ａｌ_yＮ_(12+2/3m+y)・・・（１）
（但し、０．５≦ｍ≦５．０、０．１＜ｘ／ｍ≦１．０、０≦ｙ≦３．０である。）
この一般式（１）で表される窒化物蛍光体は、紫外線〜黄緑色光領域の光、電子線、電場による励起により、６００ｎｍ以上、特に６５０〜６９０ｎｍの範囲に発光ピーク波長を有する蛍光を発光する新規な長波長赤色発光蛍光体であり、発光強度が非常に高いという特性を有する。それ故、この赤色発光窒化物蛍光体は、例えば、発光ピーク波長が４００ｎｍ〜４６０ｎｍであるＧａＮ系やＩｎＧａＮ系などの青色ＬＥＤと、青色光により励起されて黄緑〜黄色に発光するＹＡＧ系蛍光体とを備えた白色発光素子に、発光色の赤色成分の補強用として添加して、演色性、色感度を向上させるのに好適に用いることが出来る。また、青色ＬＥＤと、その青色光により緑色に発光する第１の蛍光体と、上記赤色発光窒化物蛍光体とを組み合わせることにより、青、緑、赤の光の三原色の混色による白色発光素子を得るのにも好適に用いることができる。更には、青色ＬＥＤの代わりに、例えばピーク波長が３６０ｎｍ〜４００ｎｍの紫外〜青紫色の領域の光を発光する半導体素子（紫外線ＬＥＤ）を用い、その発光を吸収して赤、緑、又は青の蛍光を発するフォトルミネセンス蛍光体を組み合わせて、これら三原色の混色により白色系の光を発する発光素子も知られているが、上記赤色発光窒化物蛍光体はこのような白色発光素子の赤色成分としても好適に用いることもできる。

ここでは、第２の蛍光物質６として、Ｃａ_1.5Ｅｕ_1.5Ｓｉ₉Ａｌ_0.5Ｎ_13.5を用いた例で説明する。なお、この窒化物蛍光体の励起スペクトル並びに発光スペクトルを図４，図５に示す。図４に示されるように、この窒化物蛍光体は、紫外線〜黄緑色光領域の比較的広い範囲の光によって励起される。それ故、第２の蛍光物質６は、ＬＥＤチップ３からの青色光のみならず、第１の蛍光物質５からの黄色の発光によっても励起され、ピーク波長が６７６ｎｍ付近の赤色発光を効率よく行うことができる。

第１の蛍光物質層９と第２の蛍光物質層１０とは、発光ダイオード１の発光面から放射される光の主軸となる出射方向Ａ（以下、出射主軸方向Ａと言う）において、第１の蛍光物質層９が第２の蛍光物質層１０よりも発光面側に位置するように配置されている。すなわち、第２の蛍光物質層１０がＬＥＤチップ３を封止し、その外側を第１の蛍光物質層９が覆っている。

このように構成された発光ダイオード１によれば、図２に示すように、第１の蛍光物質５は、ＬＥＤチップ３から青色光により励起されて黄色に発光する。第２の蛍光物質６は、ＬＥＤチップ３からの青色光及び第１の蛍光物質５からの黄色光とにより励起されて赤色に発光する。従って、ＬＥＤチップ３からの青色光と、第１の蛍光物質５からの黄色光と、第２の蛍光物質６からの赤色光との混色により、発光ダイオード１の発光面から白色光が放射される。

また、第１の蛍光物質層９は第２の蛍光物質層１０よりも発光面側（図２中においては右側）に配置されており、第１の蛍光物質５から発光して発光面へ向かう光は、第２の蛍光物質層１０を透過せずに発光面へ向かう。このため、第１の蛍光物質５から発光して発光面へ向かう光は第２の蛍光物質６に吸収されることがない。

一方、第２の蛍光物質６は、ＬＥＤチップ３からの青色光に加えて第１の蛍光物質５からの黄色光によっても励起されて発光する。それ故、第１の蛍光物質５で発光して、発光面側には向かわずに第２の蛍光物質層１０へ向かう光は、元来、ダイオード発光面における発光に対する寄与は小さかったが、本発明においては上述したように蛍光体層を構成するため、第２の蛍光物質６の励起に用いられ、有効活用することができる。

このように構成された発光ダイオード１によれば、発光効率が高く、高輝度で色バランスが良く演色性の高い白色発光を行うことができる。

なお、本実施形態では、第１の蛍光物質層９と第２の蛍光物質層１０とを隣接させ、第１の蛍光物質層９には第２の蛍光物質６を含有させず、第２の蛍光物質層１０には第１の蛍光物質５を含有させない構成としている。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、第１の蛍光物質層及び第２の蛍光物質層は、様々な態様で構成することができる。

図３（ａ）〜（ｄ）は、第１の蛍光物質層９及び第２の蛍光物質層１０の各種態様例を概念的に説明する模式図であり、図中縦軸は各蛍光物質５，６の含有率（透光性樹脂層４に対する重量％又は体積％）を示し、実線は第１の蛍光物質５の含有率を示し、破線は第２の蛍光物質６の含有率を示している。また、横軸はＬＥＤチップ３から発光面へ向かう発光ダイオード１の出射主軸方向を示しており、ＬＥＤチップ３は出射主軸方向における適宜の位置に配される。

図３（ａ）に示す態様では、第１の蛍光物質層９中に第１の蛍光物質５が含有され、第２の蛍光物質層１０中に第２の蛍光物質６が含有される。第１の蛍光物質５は、第１の蛍光物質層９中にほぼ均等に分散され、第２の蛍光物質６は第２の蛍光物質層１０中にほぼ均等に分散されている。

図３（ｂ）に示す態様では、第２の蛍光物質６の含有率は、出射主軸方向に向かって最大値から徐々に減少するように分布し、また、第１の蛍光物質５の含有率は、第２の蛍光物質６が０となっている領域で最大値となり、そして出射主軸方向に向かって徐々に減少するように分布している。

図３（ｃ）に示す態様では、第２の蛍光物質６の含有率は、出射主軸方向に向かって徐々に増加して最大値に達した後、徐々に減少するように分布している。第１の蛍光物質５は、第２の蛍光物質６の含有量が所定値まで減少した位置から、出射主軸方向に向かって徐々に増加して最大値に達した後、徐々に減少するように分布している。この場合、第１の蛍光物質５と第２の蛍光物質６の各含有率が等しくなる位置を境として、出射主軸後方側（図３中においては左側）が第２の蛍光物質層１０を構成し、出射主軸前方側（図３中においては右側）が第１の蛍光物質層９を構成する。従って、第１の蛍光物質層９では、出射主軸方向において第１の蛍光物質５の濃度分布が生じ、第２の蛍光物質層１０では、出射主軸方向において第２の蛍光物質６の濃度分布が生じている。また、両蛍光物質層９，１０の境界付近では、第１の蛍光物質層９には第２の蛍光物質６が混在し、第２の蛍光物質層１０には第１の蛍光物質５が混在している。

図３（ｄ）に示す態様では、第２の蛍光物質６の含有率は、最大値から出射主軸方向に向かって徐々に減少するように分布している。第１の蛍光物質５は、第２の蛍光物質６の含有量が所定値まで減少した位置から、出射主軸方向に向かって徐々に増加して最大値となるように分布している。この場合、第１の蛍光物質５と第２の蛍光物質６の各含有率が等しくなる位置を境として、出射主軸後方側が第２の蛍光物質層１０を構成し、出射主軸前方側が第１の蛍光物質層９を構成する。従って、第１の蛍光物質層９では、出射主軸方向において第１の蛍光物質５の濃度分布が生じ、第２の蛍光物質層１０では、出射主軸方向において第２の蛍光物質６の濃度分布が生じている。また、両蛍光物質層９，１０の境界付近では、第１の蛍光物質層９には第２の蛍光物質６が混在し、第２の蛍光物質層１０には第１の蛍光物質５が混在している。

このように、本発明においては、図３（ａ）（ｂ）のように、第１の蛍光物質層９に第１の蛍光物質５のみを含有させ、且つ、第２の蛍光物質層１０に第２の蛍光物質６のみを含有させるようにしても良く、また図３（ｃ）（ｄ）のように、第１の蛍光物質層９中における第１の蛍光物質５の含有率を第２の蛍光物質６の含有率よりも高くし、且つ第２の蛍光物質層１０は、第２の蛍光物質６の含有率を第１の蛍光物質５の含有率よりも高くするようにしても良い。

また、第１蛍光物質層９における第１及び第２の蛍光物質５，６の含有量やその分布状態と、第２の蛍光物質層１０における第１及び第２の蛍光物質５，６の含有量やその分布状態とを、要求される発光スペクトルに応じて調整することにより、種々の用途に適合可能な発光ダイオード１を提供することができる。

第１の蛍光物質層９と第２の蛍光物質層１０とは、以下の方法によって形成することができる。

まず、第２の蛍光物質６を透光性樹脂液中に混入し、攪拌脱泡後、ディスペンサーで筐体２の凹部へ充填し、第２の蛍光物質層１０を形成する。次に、同様に第１の蛍光物質５を透光性樹脂液中に混入し、攪拌脱泡後、ディスペンサーで筐体２の凹部へ充填し、第１の蛍光物質層９を形成する。第１の蛍光物質５を含有する透光性樹脂液中の充填は、第２の蛍光物質層１０の硬化前又は硬化後の何れであってもよい。これにより、図１に示すような第１及び第２の蛍光物質層９，１０が形成される。

なお、本発明に係る第１及び第２の蛍光物質層９，１０の形成方法は、上記に限定されるものではなく、様々な方法によって形成することができる。例えば、第１及び第２の蛍光物質５，６として、第２の蛍光物質６の比重が第１の蛍光物質５の比重よりも大きい（沈降し易い）組合わせを選定し、両者を同じ透光性樹脂液中に混入し、攪拌脱泡後、ディスペンサーから筐体２の凹部へ充填し、その後の自然沈降によって、下方（出射主軸後方）に第２の蛍光物質６の濃度が高い（第１の蛍光物質５よりも第２の蛍光物質６の含有率が高い）第２の蛍光物質層１０を形成すると共に、上方（出射主軸前方）に第１の蛍光物質５の濃度が高い（第２の蛍光物質６よりも第１の蛍光物質５の含有率が高い）第１の蛍光物質層９を形成することもできる。

なお、本発明においては、「第１の蛍光物質を主要蛍光体成分として含有する第１の蛍光物質層」「第２の蛍光物質を主要蛍光体成分として含有する第２の蛍光物質層」とは、上述した蛍光体層の各種態様を全て包む概念（または用語）として用いる。

次に、本実施形態の変形例について、図６に基づいて説明する。

この変形例は、本発明をリードタイプの発光ダイオード２１に適用した例である。マウント・リード２３の端部に形成されたカップ部２２上にＬＥＤチップ３が設けられ、カップ部２２内に、ＬＥＤチップ３を覆うように透光性樹脂層４が設けられている。ＬＥＤチップ３のｎ側電極及びｐ側電極は、それぞれマウント・リード２３とインナ・リード２４とに導電性ワイヤー２５によって電気的に接続されている。そして、マウント・リード２３及びインナ・リード２４の上部全体が、透光性樹脂材料からなるモールド部材２６によってモールドされ保護されている。

透光性樹脂層４は、第１の蛍光物質５を含有し且つ第２の蛍光物質６を含有しない第１の蛍光物質層９と、第２の蛍光物質６を含有し且つ第１の蛍光物質５を含有しない第２の蛍光物質層１０と、を有する。第１の蛍光物質層９と第２の蛍光物質層１０とは、発光ダイオード２１の出射主軸方向Ａにおいて、第１の蛍光物質層９が第２の蛍光物質層１０よりも発光面側に位置するように配置されている。ＬＥＤチップ３から放射された光は、透光性樹脂層４及びモールド部材２６を透過すると共に、その一部が第１の蛍光物質５や第２の蛍光物質６を励起して発光させる。

このように構成された発光ダイオード２１によれば、上記チップタイプの発光ダイオード１と同様に、発光効率が高く、高輝度で色バランスが良く演色性の高い白色発光を行うことができる。

次に、本実施形態の他の変形例について、図７に基づいて説明する。

この変形例は、本発明を反射タイプの発光ダイオード３１に適用した例である。ケース底面（基面）３２上にＬＥＤチップ３及び電極３３が設けられ、ＬＥＤチップ３の電極とケース底面３２上の電極３３とは導電性ワイヤー３４によって電気的に接続されている。ケース底面３２上には、蛍光部材として機能するリフレクター部３５がＬＥＤチップ３の周囲を囲んで形成されている。このリフレクター部３５は透光性樹脂材料を用いて形成され、リフレクター部３５の内面は高さ方向の全体がケース底面３２の高さから斜め外上方に向けて延びる断面ほぼ円弧凹状を平面円形状、平面楕円形状又は平面長円形状のほぼ全周にわたって連続させた形状に形成されている。

リフレクター部３５は、第１の蛍光物質５のみを含有する第１の蛍光物質層９と、第２の蛍光物質６のみを含有する第２の蛍光物質層１０と、を有する。第１の蛍光物質層９と第２の蛍光物質層１０とは、発光ダイオード３１の出射主軸方向Ａにおいて、第１の蛍光物質層９が第２の蛍光物質層１０よりも発光面側に位置するように配置されている。この変形例の場合、第１及び第２の蛍光物質層９，１０とＬＥＤチップ３との位置関係は、第１の蛍光物質層９の方が第２の蛍光物質層１０よりもＬＥＤチップ３に近接している。ＬＥＤチップ３から放射された光の一部は発光面へ向かって出射され、他の一部は透光性樹脂層４へ入射して第１の蛍光物質５や第２の蛍光物質６を励起して発光させる。

このように構成された発光ダイオード３１によれば、上記チップタイプの発光ダイオード１やリードタイプの発光ダイオード２１と同様に、発光効率が高く、高輝度で色バランスが良く演色性の高い白色発光を行うことができる。

なお、上記実施形態及びその変形例では、ＬＥＤチップ３に窒化ガリウム系半導体発光素子を、第１の蛍光物質５にＹＡＧ系蛍光体を、第２の蛍光物質６に窒化物蛍光体をそれぞれ使用したが、本発明はこれに限定されるものではない。

次に、本発明の第２実施形態について、図８に基づいて説明する。

本実施形態は、本発明をチップタイプの紫外線発光ダイオード４１に適用したものである。すなわち、ＬＥＤチップ４２は紫外線を放射し、透過性樹脂４は、紫外線で励起されて青色に発光する蛍光体（以下、Ｂ蛍光体という）のみを含有する第１発光層４３と、紫外線で励起されて緑色に発光する蛍光体（以下、Ｇ蛍光体という）のみを含有する第２発光層４４と、紫外線で励起されて赤色に発光する蛍光体（以下、Ｒ蛍光体という）のみを含有する第３発光層４５と、を有する。Ｒ蛍光体としては、第１実施形態と同様の窒化物蛍光体を使用することができ、Ｒ蛍光体は、ＬＥＤチップ４２からの紫外線に加えて、Ｂ蛍光体からの青色光及びＧ蛍光体からの緑色光で励起されて赤色に発光する。

なお、この実施形態においては、Ｂ蛍光体並びにＧ蛍光体が本発明の第１の蛍光物質に、Ｒ蛍光体が本発明の第２の蛍光物質にそれぞれ対応し、また、第１発光層４３並びに第２発光層４４が本発明の第１の蛍光物質層に、第３発光層４５が本発明の第２の蛍光物質層にそれぞれ対応する。

第１発光層４３、第２発光層４４、及び第３発光層４５は、発光ダイオード４１の出射主軸方向Ａにおいて、第２発光層４４が第３発光層４５よりも発光面側に位置し、且つ第１発光層４３が第２発光層４４よりも発光面側に位置するように配置されている。すなわち、第３発光層４５がＬＥＤチップ４２を封止し、その外側を第２発光層４４が覆い、さらにその外側を第１発光層４３が覆っている。

なお、第１発光層４３と第２発光層４４とを、Ｂ蛍光体とＧ蛍光体とが混在する一つの発光層として構成してもよく、また、第１発光層４３と第２発光層４４の積層順を逆にしても良い。更にまた、第１発光層４３（透光性樹脂層４）の外面等に、紫外線反射膜を設けてもよい。

本実施形態によれば、Ｂ蛍光体は、ＬＥＤチップ４２からの紫外線により励起されて青色に発光し、Ｇ蛍光体は、ＬＥＤチップ４２からの紫外線により励起されて緑色に発光する。Ｒ蛍光体は、ＬＥＤチップ４２からの紫外線と、Ｂ蛍光体からの青色光と、Ｇ蛍光体からの緑色光とにより励起されて、赤色に発光する。従って、Ｂ発光体からの青色光と、Ｇ発光体からの緑色光と、Ｒ発光体からの赤色光との混色により、発光ダイオード４１の発光面から白色光が発光される。

このように構成された発光ダイオード４１によれば、発光効率が高く、高輝度で色バランスが良く演色性の高い白色発光を行うことができる。

次に、本第２実施形態の変形例について、図９及び図１０に基づいて説明する。

図９に示す変形例は、本発明をリードタイプの紫外線発光ダイオード５１に適用した例であり、マウント・リード２３の端部に形成されたカップ部２２上に紫外線を放射するＬＥＤチップ４２が設けられ、ＬＥＤチップ４２の電極とマウント・リード２３及びインナ・リード２４とは導電性ワイヤー２５によって電気的に接続されている。第１発光層４３は、マウント・リード２３及びインナ・リード２４の上部を覆い、第１発光層４３は第２発光層４４の外側を、第２発光層４４は第３発光層４５の外側をそれぞれ覆っている。ＬＥＤチップ４２から放射された光は、透光性樹脂層４に入射してＢ蛍光体やＧ蛍光体やＲ蛍光体を励起して発光させる。

なお、第１発光層４３と第２発光層４４とを、Ｂ蛍光体とＧ蛍光体とが混在する一つの発光層として構成してもよい。また、第１発光層４３（透光性樹脂層４）の外面等に、紫外線反射膜を設けてもよい。

図１０に示す変形例は、本発明を反射タイプの紫外線発光ダイオード６１に適用した例であり、電極パターンが形成された基板６３の裏面（図中下面）上にＬＥＤチップ４２及び電極６４が設けられ、電極６４とＬＥＤチップ４２の電極とは導電性ワイヤー６５によって電気的に接続されている。基板６３の外面（図中上面）上には、これを覆うガラス基板６２が設けられている。第１発光層４３は、ＬＥＤチップ４２の図中下方側を覆い、第２発光層４４は第１発光層４３の外側（図中下側）を、第３発光層４５は第２発光層４４の外側（図中下側）をそれぞれ覆っている。この変形例の場合、第１〜第３発光層４３，４４，４５とＬＥＤチップ４２との位置関係は、第１発光層４３が最もＬＥＤチップ４２に近接している。ＬＥＤチップ４２から放射され透光性樹脂層４に入射した紫外線により、B蛍光体やＧ蛍光体やＲ蛍光体が励起されて発光し、それらの光がガラス基板６２を透過して出射する。

なお、第１発光層４３と第２発光層４４とを、Ｂ蛍光体とＧ蛍光体とが混在する一つの発光層として構成してもよい。また、ガラス基板６２と基板６３との間等に、紫外線反射膜を設けてもよい。

このように構成された発光ダイオード５１，６１によれば、上記チップタイプの発光ダイオード４１と同様に、発光効率が高く、高輝度で色バランスが良く演色性の高い白色発光を行うことができる。

本発明は上述した実施形態及びその変形例に限定されるものではなく、例えば、第１又は第２の蛍光物質として、それぞれ複数種の蛍光体を組み合わせて用いても良い。

また、上記第２実施形態及びその変形例に、第１実施形態の製造方法を適用してもよく、各発光層４３，４４，４５において各蛍光体に濃度分布をもたせてもよい。また、第１及び第２発光層４３，４４に、その含有率がＢ蛍光体及びＧ蛍光体よりも低くなる範囲内でＲ蛍光体を混在させてもよく、同様に、第３発光層４５に、その含有率がＲ蛍光体よりも低くなる範囲内でＲ蛍光体やＧ蛍光体を混在させてもよい。

本発明は、第２の蛍光物質が第１の蛍光物質の発光により励起されるという関係を有する少なくとも２種類の蛍光物質を組み合わせる場合に有用である。例えば、窒化物系や酸窒化物系などに分類される蛍光物質には、比較的広範囲の波長領域で励起するものが存在し、これらを第２の蛍光物質として使用する場合には、上述のように第１の蛍光物質層と第２の蛍光物質層とを設けることにより、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

すなわち、本発明は、一例として説明した上述の実施形態、及びその変形例に限定されることはなく、上述の実施形態等以外であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。

本発明の第１実施形態に係るチップタイプの発光ダイオードの模式断面図である。 図１の要部拡大図である。 第１の蛍光物質層及び第２の蛍光物質層の各種態様例を概念的に説明する模式図である。 第１実施形態で用いた第２の蛍光物質の励起スペクトルである。 第１実施形態で用いた第２の蛍光物質の発光スペクトルである。 第１実施形態の変形例を示す模式断面図である。 第１実施形態の他の変形例を示す模式断面図である。 本発明の第２実施形態を示す模式断面図である。 第２実施形態の変形例を示す模式断面図である。 第２実施形態の他の変形例を示す模式断面図である。

符号の説明

１…発光ダイオード、３…ＬＥＤチップ（半導体発光素子）、５…第１の蛍光物質、６…第２の蛍光物質、９…第１の蛍光物質層、１０…第２の蛍光物質層、２１…発光ダイオード、３１…発光ダイオード、４１…紫外線発光ダイオード、４３…第１発光層（第１の蛍光物質層）、４４…第２発光層（第１の蛍光物質層）、４５…第３発光層（第２の蛍光物質層）、５１…紫外線発光ダイオード、６１…紫外線発光ダイオード、Ａ…発光ダイオードの出射主軸方向

Claims (6)

1. 半導体発光素子と、第１の蛍光物質を主要蛍光体成分として含有する第１の蛍光物質層と、第２の蛍光物質を主要蛍光体成分として含有する第２の蛍光物質層と、を備え、前記半導体発光素子から放射された光に基づく前記第１及び第２の蛍光物質からの光を発光面から出射する発光装置であって、
   前記第１の蛍光物質は、前記半導体発光素子から放射された光により励起され、
   前記第２の蛍光物質は、前記半導体発光素子から放射された光と前記第１の蛍光物質からの光により励起されるものであり、
   前記発光面へ向かう光の出射方向において、前記第１の蛍光物質層は、前記第２の蛍光物質層よりも前記発光面側に配置されている
   ことを特徴とする発光装置。
2. 請求項１に記載の発光装置であって、
   前記第２の蛍光物質が窒化物系蛍光体、若しくは酸窒化物系蛍光体である
   ことを特徴とする発光装置。
3. 請求項２に記載の発光装置であって、
   前記第２の蛍光物質が下記一般式（１）で表される化学組成を有する窒化物蛍光体である
   ことを特徴とする発光装置。
   Ｃａ_m-xＥｕ_xＳｉ₉Ａｌ_yＮ_(12+2/3m+y) ・・・（１）
   （但し、０．５≦ｍ≦５．０、０．１＜ｘ／ｍ≦１．０、０≦ｙ≦３．０である。）
4. 請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の発光装置であって、
   前記第１の蛍光物質は、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である
   ことを特徴とする発光装置。
5. 請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の発光装置であって、
   前記半導体発光素子は、青色の波長領域の光を放射し、
   前記第１の蛍光物質の発光ピーク波長は、緑色〜黄色の波長領域に含まれ、
   前記第２の蛍光物質の発光ピーク波長は、黄赤色〜赤色の波長領域に含まれる
   ことを特徴とする発光装置。
6. 請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の発光装置であって、
   前記半導体発光素子は、紫外線〜青紫色の波長領域の光を放射し、
   前記第１の蛍光物質の発光ピーク波長は、青色〜緑色の波長領域に含まれ、
   前記第２の蛍光物質の発光ピーク波長は、黄赤色〜赤色の波長領域に含まれる
   ことを特徴とする発光装置。
   
   

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