JP2007123946A - 発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 周囲温度の変化による色度ズレの発生を抑えた発光装置を提供する。
【解決手段】 本発明は、光源と、該光源からの光の少なくとも一部を吸収し異なる波長を有する光を発光する複数の蛍光体とを備える発光装置において、前記蛍光体は、少なくとも一つの光源上にある第１の蛍光体と、発光する光の少なくとも一部が前記第１の蛍光体に吸収される少なくとも一種以上の第２の蛍光体とを含み、前記第１の蛍光体が、前記第２の蛍光体よりも前記光源の側にあることを特徴とする発光装置である。さらに、第２の蛍光体は、前記少なくとも一つの光源上、および／または該少なくとも一つの光源と異なる少なくとも一つの光源上にある発光装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、蛍光表示管、ディスプレイ、ＰＤＰ、ＣＲＴ、ＦＬ、ＦＥＤ及び投写管等、特に、青色発光ダイオード又は紫外発光ダイオード、および青色発光ダイオード又は紫外発光ダイオードと所定の蛍光体とを組み合わせて形成される光源を励起光源とする発光特性に極めて優れた白色の発光装置等に使用される蛍光体に関する。また、本願発明に係る蛍光体を有する発光装置は、店頭のディスプレイ用の照明、医療現場用の照明などの蛍光ランプに使用することができる他、液晶ディスプレイのバックライト光源、プロジェクタの光源および発光ダイオード（ＬＥＤ）の分野などにも応用することができる。
ＬＥＤを使用した発光装置として、発光素子（ＬＥＤチップ）によって発光された光（以下「ＬＥＤ光」という）と、ＬＥＤ光の一部を蛍光体により波長変換して得られる光とを混色することにより所望の発光色を得る発光装置がある。例えば、白色を発光するＬＥＤ（以下「白色ＬＥＤ」と呼ぶ）は、発光スペクトルのピーク波長４６０ｎｍ程度の青色を発光するＬＥＤと、同じく励起吸収スペクトルのピーク波長が４６０ｎｍ近辺のイットリウム・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）により青色の光が波長変換されて生じる黄色とを混色し、白色系の光を得る発光ダイオードである。このような白色ＬＥＤにおいては、青色と黄色の加法混色で得られる混色光の演色性を向上させることを目的として、赤色領域に発光スペクトルのピーク波長を有する光を発光する蛍光体（以下「赤色系蛍光体」と呼ぶ）をＹＡＧ系蛍光体と混合させて用いることがある。例えば、特開２０００−２４４０２１号公報（特許文献１）に開示される発光装置において、赤色系蛍光体とＹＡＧ系蛍光体とを混合させた蛍光層がＬＥＤ上に設けられている。このような発光装置においては、ＬＥＤ光を吸収して発光するＹＡＧ系蛍光体からの光、同じくＬＥＤ光を吸収して発光する赤色系蛍光体からの光、およびＬＥＤ光を混色させることにより、従来の白色ＬＥＤに赤色光成分が付加され演色性の改善が図られる。
特開２０００−２４４０２１号公報
しかしながら、発光スペクトルの波長が５００ｎｍから７５０ｎｍの範囲に存在するＹＡＧ系蛍光体と、励起吸収スペクトルのピーク波長が３５０ｎｍから６００ｎｍの範囲に存在する赤色系蛍光体、即ち、波長５００ｎｍ以上の光に対する反射率が低いため５００ｎｍ以上の光を吸収してしまう赤色系蛍光体とを混合し蛍光体層として形成すると、ＹＡＧ系蛍光体の発光の一部を赤色系蛍光体が吸収してしまう。従って、図７に示されるようにＹＡＧ系蛍光体による発光スペクトルのピーク波長が、波長５００ｎｍから５５０ｎｍの領域にほとんど観測されず、発光装置から出力される混色光の演色性を十分に向上させることができなかった。また、上記発光装置が例えば継続的に強い光を発光する照明用光源として用いられると、発光素子の発熱により各種蛍光体の励起効率が低下するため、発光装置全体の光束［ｌｍ］が低下する問題が生じる。さらに、発熱により励起効率がそれぞれ異なった割合で低下する複数の蛍光体を組み合わせて発光装置を形成すると、各蛍光体の発光出力の差が周囲温度の上昇とともに変化するため、発光装置から出光する光の色度が所望の色度からずれた位置に観測される色ズレが生じていた。このような色ズレが僅かなものであっても、上記発光装置が例えば液晶プロジェクタの光源として使用された場合には、スクリーンに拡大投射されて映し出されるカラー映像の色調に大きな影響を与えるという問題が生じる。
そこで本発明は、従来技術と比較して演色性を向上させ、周囲温度が変化しても、光束［ｌｍ］の低下や色度ズレの発生を抑えることが可能な発光装置を提供することを目的とする。
以上の目的を達成するために本発明は、光源と、前記光源からの光の少なくとも一部を吸収し異なる波長を有する光を発光する２層以上の蛍光体層と、前記光源が配置されるパッケージと、を備える発光装置において、前記光源は、第１の光源と第２の光源とを有しており、前記パッケージは、段差が設けられ、前記第２の光源が載置される第２の凹部と、前記第２の凹部内にあり、かつ、前記第２の凹部の底面より発光観測面とは逆の方向に奥まって形成され、前記第１の光源が載置される第１の凹部と、を有しており、前記蛍光体層は、少なくとも第１の蛍光体層と第２の蛍光体層とを有し、前記第１の蛍光体層は、前記第１の凹部内に配置され、前記第１の光源からの光の少なくとも一部を吸収し長波長の第１の光を放出し、前記第２の蛍光体層は、前記第２の光源からの光、及び、前記第１の光源からの光の少なくとも一部の光、を吸収し長波長の第２の光を放出し、前記第１の光のピーク波長は、前記第２の光のピーク波長よりも長波長であり、前記第１の蛍光体からの第１の光は、前記第２の蛍光体により吸収されることなく拡散される発光装置に関する。
本発明は、光源と、前記光源からの光の少なくとも一部を吸収し異なる波長を有する光を発光する２層以上の蛍光体層と、前記光源が配置されるパッケージと、を備える発光装置において、前記光源は、それぞれ青色領域の光を発光可能な第１の光源と第２の光源とを有しており、前記パッケージは、段差が設けられ、前記第２の光源が載置される第２の凹部と、前記第２の凹部内にあり、かつ、前記第２の凹部の底面より発光観測面とは逆の方向に奥まって形成され、前記第１の光源が載置される第１の凹部と、を有しており、前記蛍光体層は、少なくとも第１の蛍光体層と第２の蛍光体層とを有し、前記第１の蛍光体層は、前記第１の凹部内に配置され、前記第１の光源からの光の少なくとも一部を吸収し赤色領域に発光スペクトルのピーク波長を有する第１の光を発光し、前記第２の蛍光体層は、前記第２の光源からの光、及び、前記第１の光源からの光の少なくとも一部の光、を吸収し黄色から緑色領域に発光スペクトルのピーク波長を有する第２の光を発光し、前記第１の蛍光体からの第１の光は、前記第２の蛍光体により吸収されることなく拡散される発光装置に関する。
本発明は、光源と、前記光源からの光の少なくとも一部を吸収し異なる波長を有する光を発光する２層以上の蛍光体層と、前記光源が配置されるパッケージと、を備える発光装置において、前記光源は、第１の光源と第２の光源とを有しており、前記パッケージは、段差が設けられ、前記第２の光源が載置される第２の凹部と、前記第２の凹部内にあり、かつ、前記第２の凹部の底面より発光観測面とは逆の方向に奥まって形成され、前記第１の光源が載置される第１の凹部と、を有しており、前記蛍光体層は、前記第１の光源から近い層になるほど長波長の光を放出し、前記第１の光源から遠い層になるほど短波長の光を放出するように形成され、前記第１の光源からの遠い層は、前記第１の光源から近い層の光をほとんど吸収せず拡散される発光装置に関する。
本発明により、従来技術と比較して演色性を向上させた発光装置を形成することが可能である。
光源と、該光源からの光の少なくとも一部を吸収し異なる波長を有する光を発光する複数の蛍光体とを備える発光装置において、前記蛍光体は、少なくとも一つの光源上にある第１の蛍光体と、発光する光の少なくとも一部が前記第１の蛍光体に吸収される少なくとも一種以上の第２の蛍光体とを含み、前記第１の蛍光体が、前記第２の蛍光体よりも前記光源の側にある発光装置である。
このような構成とすることによって、従来技術と比較して演色性を向上させた発光装置とすることが可能である。
また、前記第２の蛍光体は、前記少なくとも一つの光源上、および／または該少なくとも一つの光源と異なる少なくとも一つの光源上にあることもできる。
このようにＬＥＤチップを複数個使用し、ＬＥＤチップをそれぞれ被覆する蛍光体を直接励起することにより、従来技術と比較して演色性を向上させ、高輝度発光可能な発光装置とすることができる。
また、前記発光装置は、前記第１の蛍光体および少なくとも一つの光源を載置する第１の凹部と、該第１の凹部を含み、前記第２の蛍光体および少なくとも一つの光源を載置する第２の凹部とを有することもできる。
このような構成とすることによって、演色性を更に向上させた発光装置とすることが可能である。
また、前記第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を含むこともできる。
このような構成とすることによって、さらに演色性を向上させた発光装置とすることが可能である。
また、前記第２の蛍光体は、ＹとＡｌ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イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体を含むこともできる。
このような構成とすることによって、さらに演色性を向上させた発光装置とすることが可能である。
また、前記第２の蛍光体は、温度上昇に対する発光出力低下率が前記第１の蛍光体とほぼ等しい構成とすることもできる。
このような構成とすることによって、従来技術と比較して演色性を向上させ、周囲温度が変化しても、光束［ｌｍ］の低下や色度ズレの発生を抑えた発光装置とすることが可能である。
また、前記光源は、半導体発光素子であることもできる。
このような構成とすることによって、従来技術と比較して演色性を向上させ、低消費電力かつ小型の発光装置とすることが可能である。
また、前記光源は、半導体発光素子と、該半導体発光素子からの光の少なくとも一部を吸収し異なる波長を有する光を発光する蛍光体とを組み合わせた光源とすることもできる。
このような構成とすることによって、従来技術と比較して演色性を向上させ、低消費電力かつ小型の発光装置とすることが可能である。
また、前記光源は、発光スペクトルのピーク波長が３５０ｎｍから５３０ｎｍとすることもできる。
このような構成とすることによって、さらに演色性を向上させた発光装置とすることが可能である。
また、前記発光装置は、液晶ディスプレイのバックライト光源、または照明用光源に用いることもできる。
このような構成とすることによって、演色性を向上させ周囲温度の変化によっても色ズレが従来技術と比較して発生しにくい液晶ディスプレイや照明用光源を形成することが可能である。
また、前記第１の蛍光体を励起する光を出光する光源と、前記第２の蛍光体を励起する光を出光する光源の発光出力がそれぞれ独立して制御可能とすることもできる。
このような構成とすることによって、混色光の色温度を自由に調節できる発光装置とすることができる。
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。
本発明に使用される蛍光体は、少なくとも一つの発光素子上にある第１の蛍光体と、発光する光の一部が第１の蛍光体に吸収される少なくとも一種類以上の第２の蛍光体とを含み、第１の蛍光体が、第２の蛍光体よりも少なくとも一つの発光素子側にあることを特徴とする。特に、本実施の形態における蛍光体層は、赤色領域に発光スペクトルのピーク波長を有する光を発光する第１の蛍光体層１０３と、黄色から緑色領域に発光スペクトルのピーク波長を有する光を発光する第２の蛍光体層１０６である。第１の蛍光体層１０３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を含ませることができる。また、第２の蛍光体層１０６は、ＹとＡｌ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ＹＡＧ系蛍光体を含ませることができる。
本発明に係る発光装置は、第１の蛍光体および少なくとも一つの発光素子を載置する第１の凹部と、該第１の凹部を含み、第２の蛍光体および少なくとも一つの発光素子を載置する第２の凹部とを有する。図１は、本実施の形態における表面実装型の発光ダイオードの模式的な断面図である。パッケージ１０８には発光観測面側に第１の凹部１０１と第２の凹部が設けられる。ここで、第１の凹部１０１は、第２の凹部１０５内に設けられる。
第２の蛍光体は、少なくとも一つの発光素子上、および／または該少なくとも一つの発光素子と異なる少なくとも一つの発光素子上にある。即ち図１に示されるように、青色領域の光を発光可能なＬＥＤチップ１０２が第１の凹部１０１内に載置され、該ＬＥＤチップ１０２を覆うように第１の蛍光体層１０３が形成される。さらに、同じく青色領域の光を発光可能なＬＥＤチップ１０４が第２の凹部１０５内に載置され、該ＬＥＤチップ１０４および第１の蛍光体層１０３を覆うように第２の蛍光体層１０６が形成される。拡散剤を有するモールド部材を使用する場合は、第１の蛍光体層１０３、および第２の蛍光体層１０６を被覆し、外部環境から導電性ワイヤー１１０、ＬＥＤチップ、および蛍光体層を保護し、蛍光体層から出光してくる光を発光観測面方向に拡散および混色させることもできる。ここで、ＬＥＤチップ１０２およびＬＥＤチップ１０４のｎ側電極及びｐ側電極はそれぞれ、パッケージ１０８に一体成型されたリード電極１０９の負極及び正極にそれぞれ導電性ワイヤー１１０を用いて接続されている。
以上のように構成された発光ダイオードにおいては、ＬＥＤ光の一部が、第１の蛍光体層１０３に含まれる蛍光体を励起し、ＬＥＤ光と異なる波長の赤色領域の光を発生させる。また、ＬＥＤチップ１０４と、ＬＥＤチップ１０２によるＬＥＤ光の一部とが、第２の蛍光体層１０６に含まれる蛍光体を励起し、ＬＥＤ光と異なる波長の黄色領域から緑色領域の光を発生させる。第１の蛍光体層１０３および第２の蛍光体層１０６から発生する蛍光と、蛍光体の励起に寄与することなく出力されるＬＥＤ光とが混色されて発光装置の発光観測面方向から出力される。このように複数のＬＥＤチップを使用し、それぞれのＬＥＤチップにより複数の蛍光体を直接励起させることができるため、一つのＬＥＤチップで数種類の蛍光体を一度に励起させる従来の発光装置と比較して、本発明は、各蛍光体の本来の発光スペクトルで高輝度に発光することが可能な発光装置とすることができる。
このように第１の蛍光体層と第２の蛍光体層、あるいは更に第３の蛍光体層とに分けて順に積層させると、各蛍光体層には異なる波長領域の光を出光する蛍光体がそれぞれ含有されていることにより、演色性を向上させた発光装置とすることが可能である。即ち、第１の蛍光体層に含まれる赤色系蛍光体から出光する赤色領域の発光スペクトルのピーク波長が、６００ｎｍから７００ｎｍの範囲に存在し、第２の蛍光体層に含まれるＹＡＧ系蛍光体の励起吸収スペクトルのピーク波長が、４２０ｎｍから４７０ｎｍの範囲であるため、赤色系蛍光体から出光する光はＹＡＧ系蛍光体に吸収されることがほとんどなく他の波長の光と効率よく混色される。
また、第１の凹部１０１が第２の凹部１０５から奥まった部分に形成されている。このように形成することにより、第２の蛍光体層１０６から出光して発光観測面方向に向かう波長５００ｎｍから７００ｎｍの光が、波長３５０ｎｍから６００ｎｍの範囲に励起吸収スペクトルを有する赤色系蛍光体によって吸収されないため、演色性を向上させた発光装置とすることが可能である。
また、このように２層に分けて蛍光体層を形成させることにより、第１の蛍光体層１０３から出光した光およびＬＥＤ光は、第２の蛍光体層１０６を透過する間に蛍光体粒子により吸収されることなく拡散され、青色領域の光、黄色から緑色領域の光、および赤色領域の光が効率よく混色される。従って、発光装置から出光する光の演色性を向上させることが可能である。さらに、好ましくは第２の蛍光体層１０６内に拡散剤またはフィラーを含有させたり、あるいは第２の蛍光体層１０６上に拡散剤またはフィラーを含有させたモールド部材を形成してもよい。このような構成にすることにより、さらに効率よく混色を行うことが可能である。
一般に、蛍光体は周囲温度の上昇と共に励起効率が低下するため、蛍光体から出光する光の出力も低下する。本実施の形態においては、ピーク波長λｐが４６０ｎｍ程度の青色領域の光を発光する発光素子に蛍光体を塗布した状態で、周囲温度を１℃変化させたときの相対発光出力の低下割合を発光出力低下率というものとする。赤色系蛍光体およびＹＡＧ系蛍光体の温度上昇に対する発光出力低下率は共に４．０×１０−３［ａ．ｕ．／℃］以下、より好ましくは２．０×１０−３［ａ．ｕ．／℃］以下とし、従来技術と比較して発熱を伴う発光装置全体の光束［ｌｍ］の低下を更に抑えることが可能な構成とすることもできる。また、赤色系蛍光体とＹＡＧ系蛍光体の温度上昇に対する発光出力低下率がほぼ等しい構成とすることができる。即ち、赤色系蛍光体とＹＡＧ系蛍光体との発光出力低下率の差を２．０×１０−３［ａ．ｕ．／℃］以下、より好ましくは２．０×１０−４［ａ．ｕ．／℃］以下として、発光出力低下率をほぼ等しくすることができる。このようにすることにより発熱によって励起効率が低下する蛍光体の温度特性がほぼ同じとなり、周囲温度が変化しても色ズレの発生を抑えることが可能な発光装置を形成することができる。
以下、本発明の実施の形態の各構成について詳述する。
［蛍光体］
本発明で使用される蛍光体として、紫外から可視光領域の光で励起され異なる波長領域の光をそれぞれ発光する種々の蛍光体を組み合わせて使用することが可能である。その際、第１の蛍光体から出光する光の一部が、第２の蛍光体に吸収されることのない蛍光体がそれぞれ選択される。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。
特に、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（ざくろ石型）系蛍光体と、赤色系の光を発光可能な赤色系蛍光体、特に窒化物系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、複数の層から構成される蛍光体層中に別々に含有させる。以下、それぞれの蛍光体について詳細に説明していく。ここで本発明において、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、前記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。
（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Ａｌ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、ＬＥＤチップ１０４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種類以上のイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体も利用される。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、シリカゾルなどの透光性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。
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。
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。
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。
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。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。
このような蛍光体は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｌａ、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、Ｃｅ、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、別の実施の形態の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。
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：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系シリコー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。
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。
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。
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。
このような窒化物系蛍光体は、ＬＥＤチップ１０２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、ＬＥＤチップ１０２、１０４により発光された青色光と、ＹＡＧ系蛍光体による光と、窒化物系蛍光体による黄色から赤色の光とを混色することにより、暖色系の混色光を出光する発光装置とすることができる。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１０４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１０４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、この赤色発光する蛍光体とイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質とを、第１の蛍光体層および第２の蛍光体層にそれぞれ含有させ、ＬＥＤチップ１０２あるいはＬＥＤチップ１０４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、特殊演色評価数Ｒ９を高めることができる。
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、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。この焼成による基本構成元素の反応式を、以下に示す。
Figure 2007123946
 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。
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。
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、窒化物系蛍光体以外の赤色系蛍光体を含む蛍光体層１０３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系蛍光体を含む蛍光体層と、赤色系の光を発光可能な蛍光体を含む蛍光体層を組み合わせ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。
［ＬＥＤチップ１０２、１０４］
本発明における蛍光体の励起光源として、第１の蛍光体および第２の蛍光体を励起させることが可能な様々な光源を利用することができる。例えば、ＬＥＤチップに代表される半導体発光素子、半導体レーザ素子等が挙げられる。特に本実施の形態においては、第１の蛍光体および第２の蛍光体を励起させる光源である発光素子は、ＬＥＤチップ１０２およびＬＥＤチップ１０４である。あるいは本発明の別の実施の形態として、紫外線を発光することが可能な発光素子と、該紫外線を吸収し異なる波長を有する光を発光する蛍光体とが組み合わされて形成された光源を、第１の蛍光体と第２の蛍光体を励起させる光源としても構わない。例えば、紫外線を発光するＬＥＤチップと、該紫外線を吸収し青色領域の光の発光する蛍光体とを組み合わせて励起光源とし、該励起光源が励起し赤色領域の光を発光する第１の蛍光体と、該励起光源が励起し緑から黄色領域の光を発光する第２の蛍光体とを励起光源の側から順に配置させた発光装置を形成しても構わない。このように構成することによって、第２の蛍光体から出光する光は第１の蛍光体に吸収されることがないため、紫外線を発光するＬＥＤチップを利用して演色性を向上させた発光装置を形成することができる。
本実施の形態のように、第１の蛍光体と、第２の蛍光体と、発光素子とを組み合わせ、それらの蛍光体を励起させることによって波長変換した光を混色させ出光させる発光装置とする場合、該蛍光体を励起可能な波長の光を出光するＬＥＤチップが使用される。ＬＥＤチップは、ＭＯＣＶＤ法等により基板上にＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｌＰ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、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ＩｎiＧａjＡｌkＮ、ただし、０≦ｉ、０≦ｊ、０≦ｋ、ｉ＋ｊ＋ｋ＝１）である。
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、Ｓｉ、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ＳｉＯ2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ＳｉＯ2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。
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１０２を形成させるためにはサファイア基板を有するＬＥＤチップ１０２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。
次に、形成された半導体ウエハー等をダイヤモンド製の刃先を有するブレードが回転するダイシングソーにより直接フルカットするか、又は刃先幅よりも広い幅の溝を切り込んだ後（ハーフカット）、外力によって半導体ウエハーを割る。あるいは、先端のダイヤモンド針が往復直線運動するスクライバーにより半導体ウエハーに極めて細いスクライブライン（経線）を例えば碁盤目状に引いた後、外力によってウエハーを割り半導体ウエハーからチップ状にカットする。このようにして窒化物系化合物半導体であるＬＥＤチップ１０２を形成させることができる。
蛍光体を励起させて発光させる本発明の発光装置においては、蛍光体の励起吸収波長を考慮してＬＥＤチップの発光ピーク波長は３５０ｎｍ以上５３０ｎｍ以下とすることができる。
また、ＬＥＤチップ１０２、およびＬＥＤチップ１０４のそれぞれの発光出力を個別に制御可能とし、第１の蛍光体、および第２の蛍光体により波長変換されて出光する光の混色の度合いを制御することにより、混色光の色温度を自由に調節できる発光装置とすることもできる。
［導電性ワイヤー１１０］
導電性ワイヤー１１０としては、ＬＥＤチップの電極とのオーミック性、機械的接続性、電気伝導性及び熱伝導性がよいものが求められる。熱伝導度としては０．０１ｃａｌ／（ｓ）（ｃｍ２）（℃／ｃｍ）以上が好ましく、より好ましくは０．５ｃａｌ／（ｓ）（ｃｍ２）（℃／ｃｍ）以上である。また、作業性などを考慮して導電性ワイヤーの直径は、好ましくは、Φ１０μｍ以上、Φ４５μｍ以下である。特に、蛍光体が含有されたコーティング部と蛍光体が含有されていないモールド部材との界面で導電性ワイヤーが断線しやすい。それぞれ同一材料を用いたとしても蛍光体が入ることにより実質的な熱膨張量が異なるため断線しやすいと考えられる。そのため、導電性ワイヤーの直径は、２５μｍ以上がより好ましく、発光面積や扱い易さの観点から３５μｍ以下がより好ましい。
このような導電性ワイヤーとして具体的には、金、銅、白金、アルミニウム等の金属及びそれらの合金を用いた導電性ワイヤーが挙げられる。このような導電性ワイヤーは、各ＬＥＤチップの電極と、インナー・リード及びマウント・リードなどと、をワイヤーボンディング機器によって容易に接続させることができる。
［パッケージ１０８］
本実施の形態におけるパッケージ１０８は、ＬＥＤチップ１０２および第１の蛍光体層１０３を載置する第１の凹部１０１、および該第１凹部を含み、ＬＥＤ１０４および第２の蛍光体層１０６を載置する第２の凹部を有する。また、ＬＥＤチップに電力を供給する正負一対のリード電極１０９がパッケージの一部に一体成型されている。図１に示されるように、第１の凹部１０１は、ＬＥＤチップ１０４が載置される第２の凹部１０５の底面より発光観測面とは逆の方向に奥まって形成されていることが好ましい。あるいは、第２の凹部１０５内でＬＥＤチップ１０４が載置される同一底面上にカップ状の第１の凹部を設けても構わない。また、別の実施の形態では、ＬＥＤチップ１０２が載置される同一面上に、ＬＥＤチップ１０４をスペーサを介して載置し、ＬＥＤチップ１０２がＬＥＤチップ１０４よりスペーサの厚さ分だけ凹部底面に近い位置に載置されるようにしても構わない。さらに別の実施の形態では、ＬＥＤチップ１０２の発光観測面側表面に対してスクリーン印刷、あるいはスプレーを使用した塗布方法により第１の蛍光体層１０３を形成した後、凹部底面に載置しても構わない。以上のようにすることにより、赤色系蛍光体を含む蛍光体層の形成材料にて所望のＬＥＤチップ１０２のみを確実に覆うことが可能である。また、第２の蛍光体層１０６に含まれる蛍光体から出光して発光観測面方向に向かう光が、第１の蛍光体層中に含まれる赤色系蛍光体によって吸収されないので、演色性を向上させた発光装置とすることが可能である。
このようなパッケージ１０８は、トランスファーモールド成型、インサート成形などにより比較的簡単に形成することができる。パッケージの熱可塑性材料として芳香族ナイロン系樹脂、ポリフタルアミド樹脂（ＰＰＡ）、サルホン系樹脂、ポリアミドイミド樹脂（ＰＡＩ）、ポリケトン樹脂（ＰＫ）、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ＡＢＳ樹脂、ＰＢＴ樹脂等の熱可塑性樹脂などを用いることができる。なお、これらの熱可塑性樹脂にガラス繊維を含有させたものを熱可塑性材料として使用しても構わない。このようにガラス繊維を含有させることにより、高剛性を有し、高強度なパッケージを形成することが可能である。ここで、第１の凹部および第２の凹部は、成型金型を使用したパッケージ成型時に一体成型により形成することが可能である。
また、パッケージは金属材料を使用して形成することも可能である。この場合、凹部は、押し圧加工を施すことにより容易に形成することができ、リード電極は、パッケージの一部に絶縁性部材を介して形成される。このように金属材料をパッケージ材料として使用することにより、放熱性を向上させた発光装置とすることができる。
ＬＥＤチップのパッケージ凹部内への接着は熱硬化性樹脂などの絶縁性接着剤によって行うことができる。具体的には、エポキシ樹脂、アクリル樹脂やイミド樹脂などが挙げられる。また、ＬＥＤチップの電極面をリード電極に対向させて接続する実装方法であるフェースダウンよりリード電極と電気的導通を図るためには、Ａｇペースト、カーボンペースト、金属バンプ、共晶ハンダ等を用いることができる。さらに、発光ダイオードの光利用効率を向上させるためにＬＥＤチップが配置されるマウント・リードの表面を鏡面状とし、表面に反射機能を持たせても良い。この場合の表面粗さは、０．１Ｓ以上０．８Ｓ以下が好ましい。
［リード電極１０９］
本実施の形態で使用される正負一対のリード電極としては、ＬＥＤチップに電力を供給するものであり、パッケージ１０８の一部に必要に応じて絶縁性部材を介して形成される。別の実施の形態としては、正負何れか一方のリード電極に対して第１の凹部および第２の凹部を直接設け、ＬＥＤチップを絶縁性接着剤を介して載置しても構わない。リード電極の具体的な電気抵抗としては３００μΩ−ｃｍ以下が好ましく、より好ましくは、３μΩ−ｃｍ以下である。また、リード電極上に複数のＬＥＤチップを積置する場合は、ＬＥＤチップからの発熱量が多くなるため熱伝導度がよいことが求められる。具体的には、０．０１ｃａｌ／（ｓ）（ｃｍ２）（℃／ｃｍ）以上が好ましくより好ましくは ０．５ｃａｌ／（ｓ）（ｃｍ２）（℃／ｃｍ）以上である。これらの条件を満たす材料としては、鉄、銅、鉄入り銅、錫入り銅、メタライズパターン付きセラミック等が挙げられる。
［マウント・リード２０２］
本実施の形態におけるマウント・リード２０２としては、図３に示されるようにＬＥＤチップ１０２およびＬＥＤチップを配置させる第１の凹部１０１と第２の凹部１０５を有するものであり、ダイボンド機器などで積載するのに十分な大きさがあれば良い。図３に示されるように、第１の凹部１０１は、ＬＥＤチップ１０４が載置される第２の凹部１０５の底面より発光観測面とは逆の方向に奥まって形成されていることが好ましい。あるいは、第２の凹部１０５内でＬＥＤチップ１０４が載置される同一底面上にカップ状の第１の凹部を設けても構わない。また、別の実施の形態では、ＬＥＤチップ１０２が載置された同一面上に、ＬＥＤチップ１０４をスペーサを介して載置し、ＬＥＤチップ１０２がＬＥＤチップ１０４よりスペーサの厚さ分だけ凹部底面に近い位置に載置されるようにしても構わない。さらに別の実施の形態では、ＬＥＤチップ１０２の発光観測面側表面に対してスクリーン印刷、あるいはスプレーを使用した塗布方法により第１の蛍光体層１０３を形成した後、凹部底面上に載置しても構わない。以上のようにすることにより、赤色系蛍光体を含む蛍光体層の形成材料にて所望のＬＥＤチップ１０２のみを確実に覆うことが可能である。また、ＬＥＤチップを複数設置しマウント・リードをＬＥＤチップの共通電極として利用する場合においては、十分な電気伝導性とボンディングワイヤー等との接続性が求められる。
ＬＥＤチップ１０２、１０４とマウント・リード２０２のカップとの接着は熱硬化性樹脂などによって行うことができる。具体的には、エポキシ樹脂、アクリル樹脂やイミド樹脂などが挙げられる。また、フェースダウンＬＥＤチップなどによりマウント・リードと接着させると共に電気的に接続させるためにはＡｇペースト、カーボンペースト、金属バンプ等を用いることができる。さらに、発光ダイオードの光利用効率を向上させるためにＬＥＤチップが配置されるマウント・リードの表面を鏡面状とし、表面に反射機能を持たせても良い。この場合の表面粗さは、０．１Ｓ以上０．８Ｓ以下が好ましい。また、マウント・リードの具体的な電気抵抗としては３００μΩ−ｃｍ以下が好ましく、より好ましくは、３μΩ−ｃｍ以下である。また、マウント・リード上に複数のＬＥＤチップを積置する場合は、ＬＥＤチップからの発熱量が多くなるため熱伝導度がよいことが求められる。具体的には、０．０１ｃａｌ／（ｓ）（ｃｍ２）（℃／ｃｍ）以上が好ましくより好ましくは ０．５ｃａｌ／（ｓ）（ｃｍ２）（℃／ｃｍ）以上である。これらの条件を満たす材料としては、鉄、銅、鉄入り銅、錫入り銅、メタライズパターン付きセラミック等が挙げられる。このような金属を使用した場合、第１の凹部および第２の凹部は、成型用金型による加工、押し圧加工等によって形成することが可能である。
［インナー・リード２０１］
インナー・リード２０１としては、マウント・リード２０２上に配置されたＬＥＤチップ１０２と接続された導電性ワイヤー１１０との接続を図るものである。マウント・リード上に複数のＬＥＤチップを設けた場合は、各導電性ワイヤー同士が接触しないよう配置できる構成とする必要がある。具体的には、マウント・リードから離れるに従って、インナー・リードのワイヤーボンディングさせる端面の面積を大きくすることなどによってマウント・リードからより離れたインナー・リードと接続させる導電性ワイヤーの接触を防ぐことができる。導電性ワイヤーとの接続端面の粗さは、密着性を考慮して１．６Ｓ以上１０Ｓ以下が好ましい。インナー・リードの先端部を種々の形状に形成させるためには、あらかじめリードフレームの形状を型枠で決めて打ち抜き形成させてもよく、あるいは全てのインナー・リードを形成させた後にインナー・リード上部の一部を削ることによって形成させても良い。さらには、インナー・リードを打ち抜き形成後、端面方向から加圧することにより所望の端面の面積と端面高さを同時に形成させることもできる。
インナー・リードは、導電性ワイヤーであるボンディングワイヤー等との接続性及び電気伝導性が良いことが求められる。具体的な電気抵抗としては、３００μΩ−ｃｍ以下が好ましく、より好ましくは３μΩ−ｃｍ以下である。これらの条件を満たす材料としては、鉄、銅、鉄入り銅、錫入り銅及び銅、金、銀をメッキしたアルミニウム、鉄、銅等が挙げられる。
［蛍光体層１０３、１０６］
本実施の形態における第１の蛍光体層１０３および第２の蛍光体層１０６とは、パッケージに設けられた凹部内にてＬＥＤチップを被覆するものでありＬＥＤチップの発光を変換する赤色系蛍光体およびＹＡＧ系蛍光体がそれぞれ含有されるものである。蛍光体層を形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、耐光性に優れたシリカゾル、硝子などの透光性無機材料が好適に用いられる。また、蛍光体と共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、炭酸カルシウム、二酸化珪素等が好適に用いられる。
［モールド部材１０７］
モールド部材１０７は、発光ダイオードの使用用途に応じてＬＥＤチップ１０２、１０４、導電性ワイヤー１１０、蛍光体が含有された蛍光体層などを外部環境から保護するために設けることができる。モールド部材１０７は、一般には樹脂を用いて形成させることができる。また、蛍光体を含有させることによって視野角を増やすことができるが、樹脂モールドに拡散剤を含有させることによってＬＥＤチップからの指向性を緩和させ視野角をさらに増やすことができる。更に、モールド部材１０７を所望の形状にすることによってＬＥＤチップからの発光を集束させたり拡散させたりするレンズ効果を持たせることができる。従って、モールド部材１０７は複数積層した構造でもよい。具体的には、凸レンズ形状、凹レンズ形状さらには、発光観測面から見て楕円形状やそれらを複数組み合わせた物である。モールド部材１０７の具体的材料としては、主としてエポキシ樹脂、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、耐光性に優れたシリカゾル、硝子などの透光性無機材料が好適に用いられる。また、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、炭酸カルシウム、二酸化珪素等が好適に用いられる。また、屈折率を考慮してモールド部材と蛍光体層とを同じ部材、例えばシリコーン樹脂を用いて形成させても良い。本願発明においてモールド部材に拡散剤や着色剤を含有させることは、発光観測面側から見た蛍光体の着色を隠すことができる。なお、蛍光体の着色とは、本願発明の蛍光体が強い外光からの光のうち、青色成分を吸収し発光する。そのため黄色に着色しているように見えることである。特に、凸レンズ形状などモールド部材の形状によっては、着色部が拡大されて見えることがある。このような着色は、意匠上など好ましくない場合がある。モールド部材に含有された拡散剤は、モールド部材を乳白色に着色剤は所望の色に着色することで着色を見えなくさせることができる。したがって、このような発光観測面側から蛍光体の色が観測されることはない。
また、ＬＥＤチップから放出される光の主発光波長が４３０ｎｍ以上では、光安定化剤である紫外線吸収剤をモールド部材中に含有させた方が耐候性上より好ましい。
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に本実施例において形成される発光ダイオード１００の模式図を示す。本実施例において、第１の蛍光体層１０３に含有される窒化物系蛍光体は、（Ｓｒ０．７Ｃａ０．３）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ（以下、「蛍光体１」と呼ぶ）である。図１１は、該蛍光体の励起吸収スペクトルを示し、図１２は発光スペクトルを示す。また、第２の蛍光体層１０６に含有されるＹＡＧ系蛍光体は、Ｙ３（Ａｌ０．８Ｇａ０．２）５Ｏ１２：Ｃｅ（以下「蛍光体２」と呼ぶ）である。図９は、該蛍光体の励起吸収スペクトルを示し、図１０は発光スペクトルを示す。
図１に示されるように、第１の凹部１０１、第２の凹部１０５、および正負一対のリード電極１０９を有するパッケージ１０８を熱可塑性樹脂を材料として射出成型により形成する。青色領域の光が発光可能なＬＥＤチップ１０２、１０４を絶縁性接着剤により第１の凹部、第２の凹部内にそれぞれ接着し固定する。本実施例においては、それぞれの凹部内に載置されるＬＥＤチップをそれぞれ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。このようにＬＥＤチップを複数個載置することにより、それぞれの凹部内の蛍光体を直接励起させることができるため、高輝度に発光することが可能な発光装置を形成することができる。導電性ワイヤー１１０を使用してＬＥＤチップ１０２、１０４の正電極および負電極を、リード電極の正電極および負電極にそれぞれワイヤーボンディングする。
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１０３の形成材料を調整し、第１の凹部内に載置されているＬＥＤチップ１０２が覆われるように、調製した材料を配置し硬化させる。ここで、シリコーン樹脂と蛍光体１との調合比は、（シリコーン樹脂）：（蛍光体１）＝１０：３（重量比）である。
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１０６の形成材料を調製し、第２の凹部内に載置されているＬＥＤチップ１０４、および第１の蛍光体層１０３が覆われるように、調製した材料を配置し硬化させる。ここで、シリコーン樹脂と蛍光体２との調合比は、（シリコーン樹脂）：（蛍光体２）＝１０：１（重量比）である。
シリコーン樹脂に拡散剤を含有させたモールド部材１０７により、導電性ワイヤー１０９、蛍光体層、およびＬＥＤチップを封止する。
以上により形成された発光装置に電流を流すと、図６に示されるような発光スペクトルを有する混色光が得られ、従来技術と比較して演色性を向上させ高出力発光することができる。ここで、ＬＥＤチップ１０２の出力は、ＬＥＤチップ１０４の出力より大きいことが好ましい。このようにすることによりさらに演色性を向上させ高出力発光することができる。本実施例において発光ダイオードを形成した場合の光学特性の測定結果を以下の表１に示す。
Figure 2007123946
 本発明に係る発光装置と、該発光装置から出光した光を発光観測面側に導く導光板とを組み合わせ、液晶ディスプレイの構成部材として使用可能なバックライト光源を形成した場合、周囲温度の変化によらず演色性を向上させ、かつ色度ズレが殆ど生じないバックライト光源とすることが可能である。
（実施例２）
図２に本実施例において形成される発光ダイオード２００の模式図を示す。本実施例においては、上記実施例のように第１の凹部および第２の凹部とすることなく設けられた凹部１０１に少なくとも一つのＬＥＤチップ１０２を載置し、実施例１と同様の方法により、ＬＥＤチップ１０２の上に第１の蛍光体層および第２の蛍光体層を順に積層させる。このように構成することにより従来技術と比較して演色性を向上させた発光装置とすることができる。
（実施例３）
本実施例において、第１の蛍光体層１０３および第２の蛍光体層１０６に含有される蛍光体は、上記実施例と同様に、それぞれ蛍光体１および蛍光体２である。ただし、蛍光体１および蛍光体２の含有量は、それぞれ上記実施例における含有量より多い。第１の蛍光体層および第２の蛍光体層は上記実施例と同様の方法により形成される。
図３に本実施例において形成される発光ダイオード３００の模式図を示す。発光ダイオード３００は、マウント・リード２０２とインナーリード２０１とを備えたリードタイプの発光ダイオードであって、マウント・リード２０２のカップ部内に第１の凹部１０１および第２の凹部１０５が設けられる。該第１の凹部の底面上にＬＥＤチップ１０２が設けられ、該ＬＥＤチップ１０２を覆うように第１の蛍光体層１０３が形成される。また、第２の凹部の底面上にＬＥＤチップ１０４が設けられ、該ＬＥＤチップ１０４および第１の蛍光体層１０３を覆うように第２の蛍光体層１０６が形成される。さらに、蛍光体層、リード電極、及び導電性ワイヤーがモールド部材１０７により樹脂モールドされて構成される。ここで、ＬＥＤチップ１０２、１０４のｎ側電極及びｐ側電極はそれぞれ、マウント・リード２０２とインナー・リード２０１とにワイヤー１１０を用いて接続される。
形成された発光装置に電流を流すことにより、図６に示されるような発光スペクトルを有する赤味をおびた混色光が得られ、従来技術と比較して演色性を向上させることができた。本実施例において発光ダイオードを形成した場合の光学特性の測定結果を以下の表２に示す。
Figure 2007123946
 （実施例４）
図４に本実施例において形成される発光ダイオード４００の模式図を示す。本実施例においては、実施例３と同様にマウント・リード電極に対して形成された凹部１０１に少なくとも一つのＬＥＤチップ１０２を載置する。上述した他の実施例と同様の方法により、ＬＥＤチップ１０２の上に第１の蛍光体層および第２の蛍光体層を順に積層させる。このように構成することにより従来技術と比較して演色性を向上させた発光装置とすることができる。
（実施例５）
図５に本実施例において形成される発光ダイオード５００の模式図を示す。他の実施例と同様に、第１の蛍光体層１０３により被覆されたＬＥＤチップ１０２が載置される第１の凹部１０１、および第２の蛍光体層１０６により被覆されたＬＥＤチップ１０４が載置される第２の凹部１０５を設ける。ただし、本実施例において形成される発光ダイオード５００は、正負一対のリード電極１０９をＬＥＤチップ１０２、１０４に対してそれぞれ一対設け、ＬＥＤチップ１０２、１０４のそれぞれについて電流を投入し、独立して発光出力の制御を可能としてある。
このように第１の蛍光体、および第２の蛍光体により波長変換されて出光する光の混色の度合いを制御することにより、混色光の色温度を自由に調節できる発光装置とすることができる。
（実施例６）
図１に本実施例において形成される発光ダイオード１００の模式図を示す。本実施例において、第１の蛍光体層１０３に含有される窒化物系蛍光体は、（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１０６に含有されるＹＡＧ系蛍光体は、Ｙ３（Ａｌ０．８Ｇａ０．２）５Ｏ１２：Ｃｅ（以下「蛍光体２」と呼ぶ）である。
図１に示されるように、第１の凹部１０１、第２の凹部１０５、および正負一対のリード電極１０９を有するパッケージ１０８を熱可塑性樹脂を材料として射出成型により形成する。青色領域の光が発光可能なＬＥＤチップ１０２、１０４を絶縁性接着剤により第１の凹部、第２の凹部内にそれぞれ接着し固定する。本実施例においては、それぞれの凹部内に載置されるＬＥＤチップをそれぞれ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。このようにＬＥＤチップを複数個載置することにより、それぞれの凹部内の蛍光体を直接励起させることができるため、高輝度に発光することが可能な発光装置を形成することができる。導電性ワイヤー１１０を使用してＬＥＤチップ１０２、１０４の正電極および負電極を、リード電極の正電極および負電極にそれぞれワイヤーボンディングする。
図９は、本実施例で使用されるＹＡＧ系蛍光体の励起吸収スペクトルを示す。また、図１０は、本実施例で使用されるＹＡＧ系蛍光体の発光スペクトルを示す。本実施例では、それぞれ組成の異なるＹＡＧ系蛍光体として、Ｙ３（Ａｌ０．８Ｇａ０．２）５Ｏ１２：Ｃｅ（蛍光体２）、（Ｙ０．８Ｇｄ０．２）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ（以下「蛍光体３」と呼ぶ）、およびＹ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ（以下「蛍光体４」と呼ぶ）を使用した。これらの蛍光体は、ＬＥＤチップからの青色光を吸収して励起され、黄色系から緑色系の光を発光する蛍光体であり、第２の蛍光体層に含有される。
図１１は本実施例で使用される窒化物蛍光体の励起吸収スペクトルを示す。また、図１２は本実施例で使用される窒化物蛍光体の発光スペクトルを示す。本実施例では、それぞれ組成の異なる窒化物系蛍光体として、（Ｓｒ０．７Ｃａ０．３）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ（蛍光体１）、Ｃａ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ（以下「蛍光体５」と呼ぶ）を使用した。これらの蛍光体は、ＬＥＤチップからの青色光を吸収して励起され、赤色系の光を発光する蛍光体であり、第１の蛍光体層に含有される。以下に、本実施例において使用される蛍光体の組成と発光スペクトルのピーク波長および色調を示す。
Figure 2007123946
 まず、蛍光体１から蛍光体５を１種類ずつ使用して発光ダイオードを形成した後、２０ｍＡのパルス電流を加えることによりＬＥＤチップ自体の発熱が無視できる条件下にて周囲温度を上昇させ、周囲温度に対する発光ダイオードの発光出力を測定した。次に、蛍光体１から蛍光体５のそれぞれについて、２５℃を基準とするＬＥＤ発光の相対出力を求め、周囲温度−相対光出力特性として図１４から図１８に示した。また、発光ダイオードの周囲温度を１℃変化させたときＬＥＤ発光相対出力の低下率を各蛍光体について求め、周囲温度の上昇に対する発光出力低下率として以下の表４に示す。
Figure 2007123946
 本実施例において使用される蛍光体は、温度上昇に対する発光出力低下率がほぼ等しい蛍光体１と蛍光体２である。即ち、組み合わせる蛍光体の周囲温度に対する発光出力低下率が共に２．０×１０−３［ａ．ｕ．／℃］以下と他の蛍光体の組み合わせと比較して小さく、かつ発光出力低下率の差が２．０×１０−４［ａ．ｕ．／℃］と、他の蛍光体の組み合わせと比較して小さい組み合わせとしたものである。
本実施例にて蛍光体を励起するために使用するＬＥＤチップ１０２、あるいは１０４は、ＩｎＧａＡｌＮ系化合物半導体を発光層として形成させた発光素子であり、発光スペクトルのピーク波長は４６０ｎｍ付近である。また、電流密度を３〜３００Ａ／ｃｍ２の間で高くすることにより色度座標が黒体放射軌跡に沿って低色温度側へシフトする。図８は、ＬＥＤチップ１０２、１０４に流す電流を変化させたときの発光スペクトルの電流特性を示す図である。図８に示されるように、発光スペクトルの電流特性は、投入電流を増加させていくに従って、ピーク波長が短波長側にシフトする。
そこで、図９に示されるように、ＬＥＤチップに投入される電流の増加によりＬＥＤチップの発光スペクトルのピーク波長がシフトした位置に、上記３つの蛍光体２、３、４の励起吸収スペクトルのピーク波長の位置をほぼ一致させる。ここで、蛍光体２、３、４の励起吸収スペクトルのピーク波長と、ＬＥＤチップの発光スペクトルのピーク波長との差が、４０ｎｍ以下であることが好ましい。このような蛍光体を使用することにより、該蛍光体の励起効率が向上し、波長変換されることなくＬＥＤから出光してくる光の量が減少するため、発光装置の色度ズレを防ぐことができる。
ここで、蛍光体２を使用した場合、蛍光体２の発光スペクトルは、図９に示されるように他の蛍光体の発光スペクトルよりも短波長側に移動する。従って、ＹＡＧ系蛍光体の励起吸収スペクトルのピーク位置をずらすことによって発光装置の色度ズレが防止できたものの発光装置の発光は黒体輻射軌跡から外れているため、蛍光体１あるいは蛍光体５を加えることにより混色光に赤味成分を付加し、黒体輻射軌跡付近に色度座標を調整する。
表１に示されるように本実施例の場合の演色性は、Ｒａ＝９１．９となり従来技術と比較して演色性を向上させることができる。
図１３は、本実施例において形成された発光装置について、ＤＣ駆動させたときの色度の変化を示す図である。電流密度を１５［Ａ／ｃｍ２］から１８０［Ａ／ｃｍ２］まで増加させていくと、混色による光の色度の変動が、色度図上において、Ｘ座標が０．３３９から０．３５１、Ｙ座標が０．３２１から０．３２２の範囲内にある。即ち、混色による光の色度は、電流を増加させても黒体輻射軌跡にほぼ沿う位置で移動し、色度の変化がほとんど生じない。
本実施例の構成は、組み合わせる蛍光体の周囲温度に対する発光出力低下率が共に２．０×１０−３［ａ．ｕ．／℃］以下と他の実施例の蛍光体と比較して小さく、かつ発光出力低下率の差が２．０×１０−４［ａ．ｕ．／℃］と他の実施例と比較して小さい組み合わせとしたものである。即ち、蛍光体１と蛍光体２の温度上昇に対する発光出力低下率がほぼ等しい。このように構成することにより、発光素子の発熱等による周囲温度の上昇によって蛍光体１および蛍光体２それぞれの発光出力が低下した場合であっても、蛍光体１と蛍光体２の発光出力差は、周囲温度の影響を受けることなく殆ど同じ値に保たれる。即ち、本実施例の構成とすることにより、発光装置の周囲温度の変化によらず演色性を向上させ、かつ色度ズレが殆ど生じない発光装置とすることが可能である。
また、本発明に係る発光装置と、該発光装置から出光した光を発光観測面側に導く導光板とを組み合わせ、液晶ディスプレイの構成部材として使用可能なバックライト光源を形成した場合、周囲温度の変化によらず演色性を向上させ、かつ色度ズレが殆ど生じないバックライト光源とすることが可能である。
本発明の発光装置は、蛍光表示管、ディスプレイ、ＰＤＰ、ＣＲＴ、ＦＬ、ＦＥＤ及び投写管等、特に、青色発光ダイオード又は紫外発光ダイオード、および青色発光ダイオード又は紫外発光ダイオードと所定の蛍光体とを組み合わせて形成される光源を励起光源とする発光特性に極めて優れた白色の発光装置等に使用される蛍光体に関する。また、本願発明に係る蛍光体を有する発光装置は、店頭のディスプレイ用の照明、医療現場用の照明などの蛍光ランプに使用することができる他、液晶ディスプレイのバックライト光源、プロジェクタの光源および発光ダイオード（ＬＥＤ）の分野などにも応用することができる。
本発明に係る発光ダイオードの模式的な断面図である。 本発明に係る発光ダイオードの模式的な断面図である。 本発明に係る発光ダイオードの模式的な断面図である。 本発明に係る発光ダイオードの模式的な断面図である。 本発明に係る発光ダイオードの模式的な正面図（ａ）および断面図（ｂ）である。 本発明における発光装置の発光スペクトル特性を示す図である。 本発明と比較のために示す従来技術の発光装置の発光スペクトル特性を示す図である。 本発明におけるＬＥＤチップの発光スペクトル特性を示す図である。 本発明におけるＹＡＧ系蛍光体の励起吸収スペクトルを示す図である。 本発明におけるＹＡＧ系蛍光体の発光スペクトルを示す図である。 本発明における窒化物系蛍光体の励起吸収スペクトルを示す図である。 本発明における窒化物系蛍光体の発光スペクトルを示す図である。 本発明における電流−色度特性（ＤＣ駆動による測定）を示す図である。 本発明における蛍光体１を使用した発光ダイオードの周囲温度−相対光出力特性を示す図である。 本発明における蛍光体２を使用した発光ダイオードの周囲温度−相対光出力特性を示す図である。 本発明における蛍光体３を使用した発光ダイオードの周囲温度−相対光出力特性を示す図である。 本発明における蛍光体４を使用した発光ダイオードの周囲温度−相対光出力特性を示す図である。 本発明における蛍光体５を使用した発光ダイオードの周囲温度−相対光出力特性を示す図である。
符号の説明
１００、２００・・・表面実装型発光ダイオード
３００、４００・・・発光ダイオード
１０１・・・第１の凹部
１０２、１０４・・・ＬＥＤチップ
１０３・・・第１の蛍光体層
１０５・・・第２の凹部
１０６・・・第２の蛍光体層
１０７・・・モールド部材
１０８・・・パッケージ
１０９・・・リード電極
１１０・・・導電性ワイヤー
２０１・・・インナー・リード
２０２・・・マウント・リード

Claims (9)

  1. 光源と、
    前記光源からの光の少なくとも一部を吸収し異なる波長を有する光を発光する２層以上の蛍光体層と、
    前記光源が配置されるパッケージと、を備える発光装置において、
    前記光源は、第１の光源と第２の光源とを有しており、
    前記パッケージは、段差が設けられ、前記第２の光源が載置される第２の凹部と、前記第２の凹部内にあり、かつ、前記第２の凹部の底面より発光観測面とは逆の方向に奥まって形成され、前記第１の光源が載置される第１の凹部と、を有しており、
    前記蛍光体層は、少なくとも第１の蛍光体層と第２の蛍光体層とを有し、
    前記第１の蛍光体層は、前記第１の凹部内に配置され、前記第１の光源からの光の少なくとも一部を吸収し長波長の第１の光を放出し、
    前記第２の蛍光体層は、前記第２の光源からの光、及び、前記第１の光源からの光の少なくとも一部の光、を吸収し長波長の第２の光を放出し、
    前記第１の光のピーク波長は、前記第２の光のピーク波長よりも長波長であり、
    前記第１の蛍光体からの第１の光は、前記第２の蛍光体により吸収されることなく拡散されることを特徴とする発光装置。
  2. 光源と、
    前記光源からの光の少なくとも一部を吸収し異なる波長を有する光を発光する２層以上の蛍光体層と、
    前記光源が配置されるパッケージと、を備える発光装置において、
    前記光源は、それぞれ青色領域の光を発光可能な第１の光源と第２の光源とを有しており、
    前記パッケージは、段差が設けられ、前記第２の光源が載置される第２の凹部と、前記第２の凹部内にあり、かつ、前記第２の凹部の底面より発光観測面とは逆の方向に奥まって形成され、前記第１の光源が載置される第１の凹部と、を有しており、
    前記蛍光体層は、少なくとも第１の蛍光体層と第２の蛍光体層とを有し、
    前記第１の蛍光体層は、前記第１の凹部内に配置され、前記第１の光源からの光の少なくとも一部を吸収し赤色領域に発光スペクトルのピーク波長を有する第１の光を発光し、
    前記第２の蛍光体層は、前記第２の光源からの光、及び、前記第１の光源からの光の少なくとも一部の光、を吸収し黄色から緑色領域に発光スペクトルのピーク波長を有する第２の光を発光し、
    前記第１の蛍光体からの第１の光は、前記第２の蛍光体により吸収されることなく拡散されることを特徴とする発光装置。
  3. 前記第１の蛍光体層は、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を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。
  4. 前記第２の蛍光体層は、ＹとＡｌ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イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。
  5. 前記光源は、半導体発光素子であることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。
  6. 前記光源の少なくとも１つは、紫外線を発光する発光素子と、前記紫外線を吸収し異なる波長を有する光を発光する蛍光体が組み合わされて形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。
  7. 前記第１の蛍光体層は、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を含み、
    前記第２の蛍光体層は、ＹとＡｌ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イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体を含み、
    前記窒化物系蛍光体の発光出力低下率と前記イットリウム・アルミニウム・ガーネットの発光出力低下率との差が２．０×１０−３［ａ．ｕ．／℃］以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。
  8. 前記第１の光源は、前記第１の蛍光体層により覆われており、
    前記第１の蛍光体層は、前記第２の蛍光体層により覆われていることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。
  9. 光源と、
    前記光源からの光の少なくとも一部を吸収し異なる波長を有する光を発光する２層以上の蛍光体層と、
    前記光源が配置されるパッケージと、を備える発光装置において、
    前記光源は、第１の光源と第２の光源とを有しており、
    前記パッケージは、段差が設けられ、前記第２の光源が載置される第２の凹部と、前記第２の凹部内にあり、かつ、前記第２の凹部の底面より発光観測面とは逆の方向に奥まって形成され、前記第１の光源が載置される第１の凹部と、を有しており、
    前記蛍光体層は、前記第１の光源から近い層になるほど長波長の光を放出し、前記第１の光源から遠い層になるほど短波長の光を放出するように形成され、
    前記第１の光源からの遠い層は、前記第１の光源から近い層の光をほとんど吸収せず拡散されることを特徴とする発光装置。
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