JP2007329511A - 半導体発光装置 - Google Patents

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Shozo Oshio
祥三 大塩
Katsuaki Iwama
克昭 岩間
Hiromi Kitahara
博実 北原
Tadaaki Ikeda
忠昭 池田
Hidenori Kamei
英徳 亀井
Yasuyuki Hanada
康行 花田
Megumi Sakagami
恵 坂上
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Abstract

【課題】青色発光素子と蛍光体とを組み合わせてなる半導体発光デバイスの色むらを抑制し、色むらが少ない半導体発光デバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】半導体発光デバイスは、基板と、基板の上に搭載された青色ＬＥＤと、青色ＬＥＤの周囲を封止する黄色系蛍光体粒子および母材の混合体からなる蛍光体層とを備えたチップ型の半導体発光デバイスである。黄色系蛍光体粒子は、青色ＬＥＤが放つ青色光を吸収して５５０ｎｍ以上で６００ｎｍ以下の波長領域に発光ピークを有する蛍光を放つものであって、化学式（Ｓｒ１−ａ１−ｂ１−ｘ Ｂａａ１Ｃａｂ１Ｅｕｘ ）２ ＳｉＯ４ （０≦ａ１≦０．３、０≦ｂ１≦０．８、０＜ｘ＜１）で表される化合物を主体にしてなる珪酸塩蛍光体である。この珪酸塩蛍光体の粒子は、樹脂中にほぼ均一に分散しやすいので、良好な白色光が得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、青色発光ダイオード（以後、青色ＬＥＤという）と黄色系蛍光体を組み合わせて白色光を放つ半導体発光デバイス、半導体発光デバイスを用いた発光装置及び半導体発光デバイスの製造方法に関するものである。
従来より、波長４００ｎｍ以上で５３０ｎｍ以下の青色の波長領域に主発光ピークを有する青色ＬＥＤ（厳密には青色ＬＥＤチップ）と、この青色ＬＥＤが放つ青色光を吸収して、緑色から黄色に至る可視波長範囲内（ほぼ５３０ｎｍから５８０ｎｍまでの範囲）に発光ピークを有する蛍光を放つ無機蛍光体（以下、単に「蛍光体」という）を含む蛍光体層とを組み合わせてなる半導体発光デバイスが知られている。以下、この明細書においては、蛍光体を励起するＬＥＤの光を「励起光」といい、そのスペクトルを「励起光スペクトル」といい、その強度のピークを「励起光ピーク」という。
このような半導体発光デバイスとしては、例えば、特許文献１〜４などに開示される半導体発光デバイスがある。
特許文献１には、窒化ガリウム系化合物半導体を発光層とし、４００ｎｍ以上で５３０ｎｍ以下の波長範囲に発光ピークを有する青色ＬＥＤと、（ＲＥ１−ｘ Ｓｍｘ ）３ （Ａｌｙ Ｇａ１−ｙ ）５ Ｏ１２：Ｃｅ蛍光体（ただし、０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１、ＲＥはＹ，Ｇｄから選択される少なくとも１つの希土類元素）（以下、「ＹＡＧ系蛍光体」という）とを組み合わせてなる半導体発光デバイスが開示されている。
上記ＹＡＧ系蛍光体は、青色ＬＥＤが放つ青色光（励起光）の下で５８０ｎｍ付近にピークを有する高効率の発光（黄色光）を放つため、上記特許公報では、青色ＬＥＤが放つ青色光とＹＡＧ系蛍光体が放つ発光の加色によって、半導体発光デバイスが白色光を放つ白色半導体発光デバイスになることが記載されている。
また、特許文献２には、青色又は青紫色のＬＥＤと、このＬＥＤの発光を吸収して可視域に発光する一種または二種以上の蛍光体とを組み合わせた白色半導体発光デバイスが開示されている。蛍光体としては、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓを蛍光体母体とする、青色、緑色、黄色、橙色、赤色蛍光体および（Ｙ，Ｇｄ）３ （Ａｌ，Ｇａ）５ Ｏ１２：Ｃｅ，Ｅｕ蛍光体が開示されている。なお、上記（Ｙ，Ｇｄ）３ （Ａｌ，Ｇａ）５ Ｏ１２：Ｃｅ，Ｅｕ蛍光体も、学術的にはＹＡＧ系蛍光体と見なされる蛍光体である。
また、特許文献２には、青色ＬＥＤとＹＡＧ系蛍光体の加色によって、発光色のＣＩＥ色度図における発光色度点（ｘ，ｙ）が、０．２１≦ｘ≦０．４８、０．１９≦ｙ≦０．４５の範囲内となるようにした白色半導体発光デバイスが開示されている。
さらに、特許文献３，４にも、青色ＬＥＤとＹＡＧ系蛍光体とを組み合わせた白色半導体発光デバイスが開示されている。特開２０００−２４４０２１号公報では、白色半導体発光デバイスが放つ白色光のうちの赤色領域の光束不足を補償するために、ＹＡＧ系蛍光体だけでなく、ユーロピウムで活性化された硫化ストロンチウム（ＳｒＳ：Ｅｕ）赤色蛍光体も用いた半導体発光デバイスが開示されている。
なお、従来のＹＡＧ系蛍光体では、組成、特にＹＡＧ系蛍光体を構成するＹ（イットリウム）原子に対するＧｄ（ガドリウム）原子の置換量や発光中心となるＣｅ３＋の添加量、周囲温度によって、主発光ピーク波長が、５３０ｎｍ〜５９０ｎｍ程度の間で変化することが知られ、Ｇｄ置換量や発光中心となるＣｅ３＋の添加量の増加、あるいは、周囲温度の上昇とともに、発光ピーク波長が長波長側にシフトすることが知られている（例えば、非特許文献１，２参照）。ただし、Ｇｄ原子はＹ原子よりも重いため、Ｇｄ原子の置換量が増すにつれて、ＹＡＧ系蛍光体の真比重は増加する。
なお、Ｇｄ原子を全く含まないＹ３ Ａｌ５ Ｏ１２：Ｃｅ３＋蛍光体（Ｙに対するＣｅ置換量：０．１〜２％）の真比重は４．１５〜４．５５であることが知られ、その室温における発光ピーク波長は、５３０ｎｍ（真比重が４．１５の蛍光体）から５５７ｎｍ（真比重が４．５５の蛍光体）までの間の波長範囲付近（緑色〜黄色系の波長領域）にあることも知られている（Phosphor Index（日亜化学工業（株））、および、Philips 社カタログ抜粋）。
ここで、半導体発光デバイスが放つ光、特に白色系光の光色の制御に関して簡単に説明すると、これまで、主に以下の３通りの方法で光色の制御がなされていた。
（１）青色ＬＥＤが放つ青色光とＹＡＧ系蛍光体が放つ黄色系光の出力割合を変えることによって所望の光色を得る方法。
（２）青色ＬＥＤが放つ青色光の色調を変えることによって、所望の光色を得る方法。
（３）蛍光体の組成やＣｅ３＋発光中心添加量を変え、ＹＡＧ系蛍光体が放つ黄色系光の色調を変えることによって、所望の光色を得る方法。
このように、青色ＬＥＤと蛍光体とを組み合わせ、青色ＬＥＤが放つ青色光と蛍光体が放つ発光の混色光を得る従来の殆ど全ての半導体発光デバイスは、蛍光体としてＹＡＧ系蛍光体が用いられている。
なお、上記の特許公報，公開特許公報では、マウント・リードに設けたカップ部に青色ＬＥＤを導通搭載するとともに、上記カップ内にＹＡＧ系蛍光体を内在させた樹脂からなる蛍光体層を設けた構造の半導体発光デバイスや、筐体内に青色ＬＥＤを配置するとともに、上記筐体内にＹＡＧ系蛍光体を内在させた樹脂からなる蛍光体層を設けた構造の半導体発光デバイスや、サブマウント素子の上にフリップチップ型の青色ＬＥＤを導通搭載するとともに、ＹＡＧ系蛍光体を内在させる蛍光体層を兼ねる樹脂のパッケージによってフリップチップ型の青色ＬＥＤを封止した構造の半導体発光デバイスなどが記載されている。
このような半導体発光デバイスは、照明装置や表示装置などの発光装置用として需要の多い、白色発光を得ることのできる半導体発光デバイスとして知られるものである。
一方、ＹＡＧ系蛍光体以外の無機化合物の蛍光体をＬＥＤと組み合わせた半導体発光デバイスも、従来から一部知られている。例えば、特許文献５には、Ｂａ２ ＳｉＯ４ ：Ｅｕ２＋蛍光体，Ｓｒ２ ＳｉＯ４ ：Ｅｕ２＋蛍光体、Ｍｇ２ ＳｉＯ４ ：Ｅｕ２＋蛍光体、（ＢａＳｒ）２ ＳｉＯ４ ：Ｅｕ２＋蛍光体、（ＢａＭｇ）２ ＳｉＯ４ ：Ｅｕ２＋蛍光体などの珪酸塩蛍光体を用いた半導体発光デバイスが記載されている。
また、この特許文献５では、ＬＥＤの発光の好ましい波長領域は４３０ｎｍ以下、特に４００〜４３０ｎｍの範囲が好ましいとされている。また、同公報に記載の実施例においても、３４３〜４０５ｎｍの波長領域の発光を放つＬＥＤを用いた半導体発光デバイスが記載されている。さらに、同公報では、いずれの珪酸塩蛍光体に関し緑色蛍光体としての応用例だけでなく、無機化合物からなる無機ＬＥＤよりも有機ＬＥＤを用いることが発光効率の点から好ましいと記載されている。
すなわち、上記特許文献５に記載の発明は、近紫外光を放つＬＥＤと、赤，緑，青の発光を放つ無機化合物の蛍光体とを組み合わせてなる半導体発光デバイスに関する発明といえるものである。
ここで、珪酸塩蛍光体について説明すると、従来、（Ｓｒ１−ａ３−ｂ３−ｘ Ｂａａ３Ｃａｂ３Ｅｕｘ ）２ ＳｉＯ４ （ただし、ａ３，ｂ３，ｘは、各々、０≦ａ３≦１，０≦ｂ３≦１，０＜ｘ＜１を満足する数値）の化学式で表される珪酸塩蛍光体が知られている。この珪酸塩蛍光体は、蛍光ランプ用の蛍光体として検討がなされた蛍光体であり、Ｂａ−Ｓｒ−Ｃａの組成を変えることによって、発光のピーク波長が５０５ｎｍ以上５９８ｎｍ以下程度の範囲内で変化する蛍光体であることが知られている。さらに、珪酸塩蛍光体は、１７０〜３５０ｎｍの範囲内の光照射のもとで比較的高効率の発光を示す蛍光体であることも、非特許文献３又は非特許文献４などに開示されている。
しかしながら、上記珪酸塩蛍光体に関する文献には、珪酸塩蛍光体が３５０ｎｍよりも長い波長領域、特に、４３０ｎｍを超え５００ｎｍ以下の青色の波長領域でさえ高効率の発光を示すことに関する記載は全くない。このため、珪酸塩蛍光体が上記の青色の波長領域、とりわけ４５０〜４７０ｎｍ付近の色純度の良い青色光による励起によって５５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の黄緑色から橙色の波長領域、とりわけＹＡＧ系蛍光体と同様の黄色の発光を放つ蛍光体としても機能しうることは、これまで知られていなかった。
以下、青色ＬＥＤとＹＡＧ系蛍光体とを組み合わせてなる半導体発光デバイスについて再び説明する。上記特許文献１，２，３，４などでは、半導体発光デバイスにおける蛍光体層の厚みや製造方法に関する事項も開示されている。
例えば、特許文献１をはじめとする同一出願人の公開特許公報においては、蛍光体層の母材として用いるエポキシ樹脂中にＹＡＧ系蛍光体を混合分散させたものを、ＬＥＤチップが搭載されたマウント・リードに設けられたカップ部や樹脂製筐体の収納部に流し込み、エポキシ樹脂を硬化させる手法（注入法）により、ＬＥＤチップ上にＹＡＧ系蛍光体を含むコーティング部を形成することが記載されている。そして、これらの公報には、ＹＡＧ系蛍光体を含有するコーティング部の厚みを１００〜４００μｍにする旨の記載がある。
また、特許文献３をはじめとする同一出願人の公開特許公報では、ＹＡＧ系蛍光体をエポキシ樹脂中に混合分散してなる蛍光体ペーストをＬＥＤチップの実装面を除く周囲に塗布し、ペーストを硬化させてなる蛍光体層を、ＬＥＤを被覆するパッケージとして形成する手法が開示されている。これらの公報には、ＹＡＧ系蛍光体を含有するパッケージ、すなわち蛍光体層の厚みを２０〜１１０μｍにする旨の記載がある。このとき、蛍光体ペーストをＬＥＤチップの実装面を除く周囲に塗布する方法として、フォトリソグラフィー法、スクリーン印刷法、転写法が用いられている。
図７は、従来の注入法により形成されたチップタイプの半導体発光デバイスの一例を示す断面図である。同図に示すように、この従来の半導体発光デバイスは、筐体８と、筐体８内に配置された青色ＬＥＤ１と、筐体８内における青色ＬＥＤ１の周囲を覆い黄色系蛍光体粒子と樹脂との混練物からなるＹＡＧ系蛍光体層３と、筐体８内におけるＹＡＧ系蛍光体層３を覆う上部コーティング部１０とを備えている。
図９は、図７に示した状態の半導体発光デバイスのコーティング部１０の断面構造を示す電子顕微鏡写真図である。図１０は、筐体８近傍の拡大図を示す電子顕微鏡写真図である。本発明者らの実験の限りでは、上述の注入法によって蛍光体層を形成した場合には、図７，図９及び図１０の電子顕微鏡写真に示すように、コーティング部を形成している間に、コーティング部は、おおむねＹＡＧ系蛍光体を高密度に含む蛍光体層３と、ＹＡＧ系蛍光体をほとんど含まない上部コーティング層１０とに分かれる。その主な原因は、ＹＡＧ系蛍光体と樹脂との比重差に起因して、ＹＡＧ系蛍光体粒子９が重力によってコーティング部の底部に沈積することにある。つまり、得られる実質的な蛍光体層３は、ＹＡＧ系蛍光体粒子９がエポキシ樹脂（母材）の全体に亘って散在した構造のものではなく、ＹＡＧ系蛍光体粒子９同士が接触して母材中に偏在し、コーティング部の底部に沈積して内在するものとなる。ここで、散在した状態とは、蛍光体粒子が蛍光体層中に万遍なく均一に分散している状態をいう。蛍光体層３の実質厚みは、上部コーティング部１０の厚みよりも薄く、１０〜７０μｍとなる。
なお、コーティング部中のＹＡＧ系蛍光体粒子の分布については、例えば特許文献６に、「フォトルミネッセンス蛍光体の分布は、フォトルミネッセンス蛍光体を含有する部材、形成温度、粘度やフォトルミネッセンス蛍光体の形状、粒度分布などを調整することによって種々の分布を実現でき・・・」の記載があり、母材中にＹＡＧ系蛍光体粒子が均一に散点した構造を有する蛍光体層の形成の可能性も示唆されているが、実際にＹＡＧ系蛍光体と開示の樹脂類（エポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコーン）を用いた上記注入法でのこの実現は、本発明者らの追試実験では不可能であった。念のために、特許文献１の出願人により製品化されている半導体発光デバイスを入手し、蛍光体層の断面構造を評価したが、蛍光体層は、ＹＡＧ系蛍光体粒子が母材中の全体に亘って均一に散在した構造のものではなく、図９に示されているような蛍光体層、すなわち、ＹＡＧ系蛍光体粒子同士が接触して母材中に偏在し、蛍光体層がコーティング部の底部に沈積して形成されたものとなっていた。また、蛍光体層の実質厚みは図９の電子顕微鏡写真を示すように、約７０μｍであった。
また、前述のフォトリソグラフィー法や転写法を用いて蛍光体層を塗布し、パッケージとしての蛍光体層を形成する方法においても、蛍光体層形成中に重力によってＹＡＧ系蛍光体粒子がコーティング部の底部に沈積する。したがって、得られる実質的な蛍光体層は、ＹＡＧ系蛍光体粒子が母材中の全体に亘って散在する状態ではなくなり、パッケージ中での蛍光体粒子の分布には分布むらが生じる。また、スクリーン印刷法を用いて、パッケージとしての蛍光体層を形成すると、ＹＡＧ系蛍光体粒子の沈積は緩和されて母材中の全体に亘って散在する構造に近い状態になるものの、蛍光体粒子の分布むらは依然として認められる。また、形成された蛍光体層は発光性能が低いものとなる。
このように、従来の半導体発光デバイスには、蛍光体層中でＹＡＧ系蛍光体粒子同士が接触して母材中に偏在したものが多く、蛍光体層中に蛍光体粒子の分布むらが認められる傾向にあった。以上説明した、従来の半導体発光デバイスの蛍光体層に関してまとめると、用いる蛍光体はＹＡＧ系蛍光体であり、その実質厚みは１０〜７０μｍ、多くは１０〜３０μｍであった。また、蛍光体層は、母体として用いる樹脂中にＹＡＧ系蛍光体を混合分散したもの（蛍光体ペースト）を硬化して形成されていた。
次に、上述の半導体発光デバイスの蛍光体層の構造と色むらとの関係及び従来の色むら抑制方法について説明する。
青色ＬＥＤと蛍光体とを組み合わせてなる半導体発光デバイスにおいて、従来から発光色の色むらが問題視され、これを抑制するための各種取り組みがなされている。その大半は、ＹＡＧ系蛍光体粒子の形状、粒子サイズ、粒度分布の最適化、蛍光体を内在させる母材の選択、蛍光体ペーストの粘度の調整や乾燥条件の最適化など、製造ノウハウによるものである。
一方、製造ノウハウではなく、蛍光体層などの構造を根本的に改善するための具体的な提案もなされている。例えば、特許文献７には、ＬＥＤチップの上にエポキシ樹脂を接着剤として塗布した後、この接着剤上にＹＡＧ系蛍光体粒子を付着させ、さらに、ガス吹きつけによって過剰に付着したＹＡＧ系蛍光体粒子を吹き飛ばす手法によって、ＹＡＧ系蛍光体層の厚みを均一化し、半導体発光デバイスの発光の色むらを抑制する方法が記載されている。また、特許文献３には、青色ＬＥＤの実装面を除く周囲に、蛍光体層（光透過性の波長変換層）を、青色ＬＥＤを被覆するパッケージとして形成し、青色ＬＥＤの外側輪郭面からのパッケージの厚さが発光方向の全方位でほぼ等しくなるようにして、蛍光体層の厚みを均一化して色むらを抑制する方法が記載されている。また、特許文献８には、蛍光体層の表面を、主光取出し面と平行になるように研磨創成する方法も記載されている。
特許第２９２７２７９号公報 特開平１０−１６３５３５号公報 特開２０００−２０８８２２号公報 特開２０００−２４４０２１号公報 特開２００１−１４３８６９号公報 再公表特許ＷＯ９８／０５０７８号 特開平１１−３１８４５号公報 特開２００１−１７７１５８号公報 蛍光体ハンドブック：オーム社 R.Mach et and G.O.Mueller :Proceedings of SPIE Vol.3938(2000)pp.30-41 J.Electrochemical Soc.Vol.115, No.11(1968)pp.1181-1184 Fluorescent Lamp Phosphors, Kith H. Butler, The Pennsylvania State University Press (1980) pp.270-279
既に説明したように、従来の半導体発光デバイスにあっては、黄色系蛍光体としてＹＡＧ系蛍光体を用いることに起因して、蛍光体層形成中にＹＡＧ系の蛍光体粒子が重力によってコーティング部の底部に沈積するので、コーティング層は、蛍光体粒子同士が接触して母材中に偏在する蛍光体層と、ＹＡＧ系蛍光体をほとんど含まない上部コーティング層とに分かれる。また、ＹＡＧ系蛍光体粒子同士が接触するほどでなくとも、母材中で蛍光体粒子の分布むらが大きな蛍光体層となる。この原因は必ずしも明確ではないが、少なくとも、蛍光体と母材との比重差が一因となって生じるものである。
なお、蛍光体の組成によって若干異なるものの、先に説明したように、Ｇｄ原子を全く含まないＹ３ Ａｌ５ Ｏ１２：Ｃｅ３＋蛍光体（Ｙに対するＣｅ置換量：０．１〜２％、室温における主発光ピーク波長：５３０〜５５７ｎｍ）の真比重は４．１５〜４．５５であるものの、発明者らの評価によれば、良好な黄色系光を得るために、Ｙの一部がＧｄによって置換された、少なくとも（Ｙ０．７ Ｇｄ０．２８Ｃｅ０．０２）３ Ａｌ５ Ｏ１２蛍光体（主発光ピーク波長：５６５ｎｍ）の真比重の測定結果は４．９８であり、Ｙ３ Ａｌ５ Ｏ１２：Ｃｅ３＋蛍光体の一部がＧｄによって置換された蛍光体は、いずれも、４．６５を超える重いものであった（図４８参照）。
なお、上記（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓを蛍光体母体とする硫化物蛍光体は、Ｃｄを含むことによって５６０ｎｍ程度以上の波長域に主発光ピークを有する黄色系光を放ち得る蛍光体であり（例えば、蛍光体ハンドブック、蛍光体同学会編、オーム社、２４８頁参照）、真比重は４．１３程度と軽いことが知られている（Phosphor Index（日亜化学工業（株））参照）。但し、青色光（励起光）の照射による発光効率が低いだけでなく、有害なＣｄを含むために、製造・取り扱い・保管などが極めて困難である。
このように、従来の半導体発光デバイスは、蛍光体層中において蛍光体粒子の分布むらがあるために、発光にむらが生じ、製品歩留まりが低いという不具合があった。この発光むらの不具合は、ＹＡＧ系蛍光体を用いて構成された従来の半導体発光デバイスに共通して存在しており、赤色光の不足を補償するために赤色蛍光体をさらに用いた半導体発光デバイスや、視感度を高めるために緑色蛍光体をさらに用いた半導体発光デバイスにおいても存在している。
また、従来の半導体発光デバイスには、別の視点からみた不具合もあった。従来の半導体発光デバイスのうち、蛍光体粒子同士が接触して偏在する蛍光体層を有するものでは、蛍光体層が青色ＬＥＤの青色光を吸収して減衰させやすく、その結果、ＬＥＤの青色光とＹＡＧ系蛍光体の黄色系光との加色により得られる白色系光の光束が不足するという不具合があった。
また、ＹＡＧ系蛍光体は、青色ＬＥＤが放つ４１０ｎｍ以上で５３０ｎｍ以下の範囲にある青色光の照射を受けて、青色光を高い変換効率で５５０ｎｍ以上で６００ｎｍ以下の範囲にある黄色系の光に変換する青色光励起蛍光体（青色光で励起される蛍光体）である。このために、このようなＹＡＧ系蛍光体を用いて構成された従来の白色半導体発光デバイスにあっては、変換効率の高いＹＡＧ系蛍光体の使用量が少なくて済むために、蛍光体層の実質厚みは１０〜７０μｍ、実用的な半導体発光デバイスの多くでは１０〜３０μｍと薄い蛍光体層となっている。ＹＡＧ系蛍光体粒子の大きさ（中心粒径）がおおよそ５〜２０μｍであり、蛍光体層の実質厚みが薄い場合には、たかだか数個〜十数個の粒子によって蛍光体層の厚みが実質的に確保されているために、蛍光体層の表面に生じるわずかな表面凹凸による影響が大きく、発光むらが大きくなる。これに対し、ＹＡＧ系蛍光体の蛍光体濃度（蛍光体重量／（蛍光体重量＋樹脂重量））を通常の５〜１０重量％よりも下げ、５重量％未満にして蛍光体層の実質厚みを厚くしようとすると、半導体発光デバイスの配光特性が悪くなる。
このような色むらの抑制に関して、従来様々な考案がなされてきたが、未だ十分な解決策は見出されておらず、半導体発光デバイスの製品歩留まりが低いという問題を抱えたままでいるのが実状である。また、色むらの問題だけでなく、ＹＡＧ系蛍光体の黄色系光の発光ピーク波長が、約５５０ｎｍ以上で５９０ｎｍ以下の範囲内に限定されるために、上記半導体発光デバイス、特に白色系光を放つ半導体発光デバイスの光の色表現範囲が狭いという、色制御上の困難性もあった。これは、半導体発光デバイスの放つ光の色が、青色ＬＥＤが放つ青色光と、ＹＡＧ系蛍光体が放つ黄色系光との加色によって決定されることによる。
また、このような従来の半導体発光デバイスを用いた発光装置にあっては、発光装置においても色むらが発生しやすいという問題や、これに起因して発光装置の製品歩留まりが低いという問題があった。また、半導体発光デバイスの製品歩留まりが低いことから、発光装置の製造コストが高くなるという問題があった。
本発明の目的は、青色発光素子と蛍光体とを組み合わせてなる半導体発光デバイスの色むらを抑制し、色むらが少ない半導体発光デバイスや半導体発光装置、特に従来のＹＡＧ系蛍光体と青色発光素子とを組み合わせた白色半導体発光デバイスと同等以上の高い光束を示す白色半導体発光デバイスおよび色むらが少なく高光束の発光装置を提供することにある。
本発明の半導体発光デバイスは、光取り出し面を有し、該光取り出し面から青色光を放つ少なくとも１つの青色発光素子と、上記青色発光素子の少なくとも上記光取り出し部を覆うように設けられ、上記青色発光素子が放つ青色光を吸収して黄色系の蛍光を放つ，黄色系蛍光体を含む蛍光体層とを備えている半導体発光デバイスであって、上記黄色系蛍光体は、下記の化学式
（Ｓｒ１−ａ１−ｂ１−ｘ Ｂａａ１Ｃａｂ１Ｅｕｘ ）２ ＳｉＯ４
（０≦ａ１≦０．３、０≦ｂ１≦０．８、０＜ｘ＜１）
で表される少なくとも１種類の化合物を主体にして構成される珪酸塩蛍光体である。
ここで、上記青色発光素子は、良好な白色光を放つ半導体発光デバイスを得ることができる観点から、４３０ｎｍを超え５００ｎｍ以下、好ましくは４４０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下、さらに好ましくは４５０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下の波長領域に主発光ピークを有する発光を放つ青色発光素子であることが望ましい。また、上記黄色系蛍光体は、５５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下、好ましくは５６０ｎｍ以上５９０ｎｍ以下、さらに好ましくは５６５ｎｍ以上５８５ｎｍ以下の波長領域に主発光ピークを有する蛍光を放つ黄色系蛍光体であることが望ましい。
また、上記化学式におけるａ１、ｂ１、ｘの数値は、蛍光体の熱に対する結晶の安定性、発光特性の耐熱性、黄色系発光の発光強度、および光色の観点から好ましくは、各々、０＜ａ１≦０．２、０＜ｂ１≦０．７、０．００５＜ｘ＜０．１であり、さらに好ましくは、各々、０＜ａ１≦０．１５、０＜ｂ１≦０．６、０．０１＜ｘ＜０．０５であり、最も好ましくは、各々、０．０１≦ａ１≦０．１、０．００１≦ｂ１≦０．０５、０．０１＜ｘ≦０．０２である。
図８は、珪酸塩蛍光体及びＹＡＧ系蛍光体の励起光スペクトルと発光スペクトルを示す図である。図８に示すように、珪酸塩蛍光体は、２５０〜３００ｎｍ付近に励起光ピークを有し、１００〜５００ｎｍの広い波長範囲内の光を吸収して、５５０〜６００ｎｍの黄緑〜黄〜橙の波長領域に発光ピークを有する黄色系の蛍光を放つ黄色系蛍光体であるので、上記青色発光素子と組み合わせると、青色発光素子の青色光と黄色系蛍光体の蛍光の加色による光を放つ半導体発光デバイスになる。
ここで、上記珪酸塩蛍光体の組成範囲と結晶構造および発光色との関係、黄色系発光を放つ上記珪酸塩蛍光体の特性などについてさらに詳しく説明すると、以下の通りである。第１に、上記珪酸塩蛍光体の化学式におけるａ１とｂ１の数値が、いずれも０に近い場合には、単斜晶系の珪酸塩蛍光体、あるいは、斜方晶系と単斜晶系が混在した珪酸塩蛍光体になりやすくなる。第２に、ａ１の数値が上記最も好ましい範囲から大きい側にはずれ、ｂ１の数値が０に近い場合にはＥｕ２＋イオンの周囲の結晶場（Crystal Field ）が弱くなる。第３に、ａ１の数値が０に近くｂ１の数値が上記最も好ましい範囲から大きい側にはずれた場合には単斜晶系の結晶構造を有する珪酸塩蛍光体になりやすい。第４に、ａ１の数値とｂ１の数値が共に上記最も好ましい範囲から大きい側にはずれて、１−ａ１−ｂ１−ｘの数値が０に近い場合には六方晶系（Hexagonal ）の結晶構造を有する珪酸塩蛍光体になりやすくなる。また、上記第１〜第４のいずれの場合でも、緑味を帯びた蛍光体になって黄色の色純度が悪い発光になる場合がある。また、ｘの数値が上記最も好ましい範囲から小さい側にはずれた場合には、Ｅｕ２＋発光中心濃度が低いために珪酸塩蛍光体の発光強度が弱くなり、ｘの数値が上記最も好ましい範囲から大きい側にはずれた場合には、Ｅｕ２＋イオンによる濃度消光や自己吸収によって発光強度が弱くなるだけでなく、珪酸塩蛍光体の周囲温度の上昇とともに発光強度が低下するという温度消光が発生するおそれがある。
また、上記珪酸塩蛍光体は、図８に一例として示すＹＡＧ系蛍光体の励起光スペクトルと比較してわかるように、４３０ｎｍを超え５００ｎｍ以下の波長範囲内の青色光の励起下で、発光効率の低い（例えば４７０ｎｍ励起ではＹＡＧ系蛍光体の半分の発光強度）蛍光体であるので、例えば、青色発光素子の青色光と黄色系蛍光体の黄色光の加色による白色光を放つ白色半導体発光デバイスにおいて同一の光色を得ようとした場合、ＹＡＧ系蛍光体を用いる場合よりも、珪酸塩蛍光体を用いる場合の方が蛍光体の使用量が多くなるので、蛍光体層の厚みが相対的に厚くなる。この結果、蛍光体層の表面に生じる凹凸による影響が少ない蛍光体層になり、蛍光体層の厚み変動が実質的に少なくなって、発光の色むらの少ない半導体発光デバイスになる。
上記青色発光素子は、青色発光ダイオード、レーザーダイオード、面発光レーザーダイオード、共鳴共振器発光ダイオード（Resonant cavity light emitting diode）、無機エレクトロルミネッセンス素子及び有機エレクトロルミネッセンス素子から選ばれた素子であるが、半導体発光素子の高出力化や長寿命化の面からみると、発光ダイオード、レーザーダイオード、面発光レーザーダイオード、共鳴共振器ダイオードなどが優れている。
上記黄色系蛍光体のＣａ組成比ｂ１は、０≦ｂ２≦０．６の範囲にある組成比ｂ２であることがより好ましい。
ここで、ｂ２の数値は、蛍光体の熱に対する結晶の安定性、発光特性の耐熱性、黄色系発光の発光強度、および光色の観点から、好ましくは０＜ｂ２≦０．４であり、さらに好ましくは０＜ｂ２≦０．３であり、最も好ましくは、０．００１≦ｂ２≦０．０５である。
斜方晶系の結晶構造を有する上記組成範囲内の珪酸塩蛍光体は、上記青色光励起下で、高効率かつ黄色純度の良好な黄色系光を放つので、半導体発光デバイスの放つ光が、高光束になるだけでなく、白色純度の良好な白色系光となる。
また、半導体発光デバイスにおいて、青色発光素子を、窒化ガリウム系化合物半導体、セレン化亜鉛半導体、酸化亜鉛半導体のいずれかの青色無機発光素子としてもよい。このような青色無機発光素子、特に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青色発光素子は高い発光効率を示すので、このような青色無機発光素子、特に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青色発光素子と上記珪酸塩蛍光体とを組み合わせると、高光束の光を放つ半導体発光デバイスが得られる。
また、半導体発光デバイスにおいて、半導体発光デバイスが放つ発光の発光色のＣＩＥ色度図における発光色度点（ｘ，ｙ）を、０．２１≦ｘ≦０．４８、０．１９≦ｙ≦０．４５の範囲としてもよい。
この色度範囲は白色を広く含むので、上記半導体発光デバイスが放つ光色をこの色度範囲にすると、需要の多い白色半導体発光デバイスが得られる。
また、波長６００ｎｍを超え６６０ｎｍの赤色系領域に発光ピークを有する赤色系蛍光体をさらに備えていてもよい。
このようにすると、黄色系蛍光体だけでは補うことができない赤色発光成分を、赤色系蛍光体が補償するので、半導体発光デバイスが放つ光が赤色発光成分を多く含むようになる。
また、さらに、波長５００ｎｍ以上５５０ｎｍ未満の緑色系領域に発光ピークを有する緑色系蛍光体を備えていてもよい。
このようにすると、黄色系蛍光体だけでは補うことができない、視感度の高い緑色発光成分を、緑色系蛍光体が補償するので、半導体発光デバイスが放つ光が緑色発光成分を多く含むようになり、半導体発光デバイスが放つ光、特に白色光が視感度の高い白色光になる。黄色系蛍光体に対して、赤色系蛍光体および緑色系蛍光体を組み合わせてもよい。
また、上記緑色系蛍光体が、下記化学式
（Ｓｒ１−ａ３−ｂ３−ｘ Ｂａａ３Ｃａｂ３Ｅｕｘ ）２ ＳｉＯ４
（０≦ａ３≦１、０≦ｂ３≦１、０＜ｘ＜１）
で表される化合物を主体にして構成される珪酸塩蛍光体であることが好ましい。このようにすると、上記緑色系蛍光体の組成や結晶構造が、黄色系発光を放つ上記珪酸塩蛍光体と似通ったものになるため、緑色系蛍光体を含む半導体発光デバイスにおける色むらが比較的少ないものとなるだけでなく、半導体発光デバイスの製造工程などにおいても、新たな技術を取り入れる必要がなく、簡略な工程で製造できるものとなる。
また、５５０ｎｍ以上で６００ｎｍ以下の波長領域に発光ピークを有する黄色系光を放つ、複数の、組成が異なる上記珪酸塩蛍光体を、蛍光体層中に含むようにしてもよい。このようにすると、青色発光素子が放つ青色光と、珪酸塩蛍光体が放つ黄色系光との加色によって得られる白色光の光色を制御できるようになる。
上記蛍光体層は、透光性を有する樹脂を母材として有しており、上記黄色系蛍光体は、上記母材中で粒子状に分散して存在している構造とすることが好ましい。
このような蛍光体層にすると、蛍光体層が光吸収因子や光散乱因子を実質的に含まないので、蛍光体層の光透過性が良好になる。したがって、青色発光素子の青色光が吸収されて減衰することがほとんどなく、蛍光体層を透過し、あるいは、蛍光体の励起に寄与するようになる。また、蛍光体粒子の表面のより広い部分を青色光が照射し得る状態の蛍光体層になるので、蛍光体粒子の励起断面積も実質的に増え、蛍光体層中の蛍光体粒子が効率良く発光することになる。
また、蛍光体粒子が分散している構造を有する蛍光体層では、蛍光体層の実質厚みが増すので、蛍光体層の厚み変動に対する影響は少なくなり、蛍光体層の厚み変動によって生じる発光むらも少なくなる。なお、上記透光性を有する母材としては、樹脂または類似の材料を用いることができる。樹脂としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ユリア樹脂、シリコーン樹脂などの樹脂を用いることができ、特に好ましいのはエポキシ樹脂またはシリコーン樹脂である。
ただし、上記蛍光体層は、上記珪酸塩蛍光体を成形して（焼結して）構成されていてもよい。
上記青色発光素子が放つ青色光が上記蛍光体層を通過することによって、上記青色光と上記蛍光体が放つ蛍光とを加色させて白色光を放つように構成されていることが好ましい。
本発明の半導体発光デバイスは、以下のような部材を備えた構造を採ることができる。
第１の構造は、基板をさらに備え、上記青色発光素子は、上記基板の上にフリップチップ状態で搭載されており、上記蛍光体層は、上記青色発光素子を封止する封止樹脂として機能している構造である。
その場合、上記基板は、ツェナーダイオードを有していることが好ましい。
第２の構造は、カップ部を有するマウント・リードをさらに備え、上記青色発光素子は、上記カップ部に搭載されており、上記蛍光体層は、上記カップ内に設けられていてもよい。
第３の構造は、青色発光素子を配置するための筐体をさらに備えており、上記蛍光体層は上記筐体内に設けられていてもよい。
このような半導体発光デバイスにすることにより、高光束の白色光を放つ半導体発光デバイスが得られ、比較的単純な工程で製造もできるので、製品歩留まりも高くなる。
また、上記半導体発光デバイスのなかでも、第１の構造を有する半導体発光デバイスは、他の第２，第３の構造を有する半導体発光デバイスよりも本来色むらが少ない特性を有するので、第１の構造を有する半導体発光デバイスによって、半導体発光デバイスの色むらがさらに少なくなり、製品歩留まりがより向上するので好ましい。
上記蛍光体層の，上記青色発光素子の上記光取り出し面上に位置する部分の実質厚みが５０μｍ以上で１０００μｍ以下の範囲にあることが好ましい。
蛍光体層の実質厚みを５０μｍ以上で１０００μｍ以下の範囲、より好ましくは１００μｍ以上で７００μｍ以下の範囲とすることによって、珪酸塩蛍光体の青色光による励起断面積が従来のＹＡＧ蛍光体の場合よりもさらに増えるので、珪酸塩蛍光体が放つ黄色光の発光強度が増大し、青色発光素子が放つ青色光との加色によって、半導体発光デバイスが良好な色調の白色光を放つようになる。また、前述したように、蛍光体層が光の吸収減衰因子を実質的に含まず、青色発光素子の青色光が吸収減衰することなく蛍光体層を透過し、あるいは、蛍光体の励起に寄与しながら、珪酸塩蛍光体が放つ黄色光の発光強度が増えるので、最適な蛍光体濃度（樹脂と蛍光体の重量割合：蛍光体重量／（蛍光体重量＋樹脂重量））を設定することで、ＹＡＧ系蛍光体を用いた従来の半導体発光デバイスを凌ぐ高い光束の白色光を放つようになる。
さらに、ＹＡＧ系蛍光体を用いた従来の半導体発光デバイスと比較すると、実質的な蛍光体層の厚みが大幅に厚くなるので、実質的な蛍光体層の表面凹凸が多少大きくとも、蛍光体層全体の厚みに対する表面凹凸の影響は少なく、見かけ上の厚み変動が少なくなるので、蛍光体層の厚み変動によって生じる発光むらが少なくなる。
蛍光体層の実質厚みが上記好ましい厚み範囲よりも薄いと、珪酸塩蛍光体の青色光による励起断面積が小さくなり、蛍光体の実質的な発光効率が低くなるので、青色発光素子による発光が優勢な青色味の強い発光色となり、色調の良好な白色光が得られない場合がある。また、高い光束が得られない場合もある。一方、実質厚みが上記の厚み範囲よりも厚いと、珪酸塩蛍光体の青色光による励起断面積が大きくなり、蛍光体の実質的な発光効率が高くなるものの、青色光の大半が蛍光体に吸収されて黄色系光に変換されるので、珪酸塩蛍光体による黄色系発光が優勢な黄色味の強い発光色となり、色調の良好な白色光が得られない場合がある。また、蛍光体粒子同士の接触が部分的に生じて、青色発光素子の青色光が吸収減衰しやすくなるので、高い光束が得られない場合もある。
なお、従来のＹＡＧ系蛍光体を用いた半導体発光デバイスにおいて、本発明の半導体発光デバイスのような厚い蛍光体層にすると、一般的な珪酸塩蛍光体を有する蛍光体層の蛍光体濃度条件（１０〜８０重量％）のもとでは、ＹＡＧ系蛍光体の青色光照射下での発光効率が極めて高いために、ＹＡＧ系蛍光体による発光が優勢な黄色味の強い発光色しか得られなくなるし、光束も下がる。また、蛍光体濃度を少なくして所望の光色を確保し、このような厚い蛍光体層にしようとすると、ＹＡＧ系蛍光体粒子が、蛍光体層の母材（樹脂）中で偏在しやすくなり、これに起因して発光の色度や輝度のばらつきが大きく、また配光特性が悪くなり易く、製品価値が低い半導体発光デバイスしか得られなくなる。
なお、本明細書では、図９および１０に示す電子顕微鏡写真を用いて、蛍光体粒子が該母材中に偏って存在している場合を明示するように、倍率５０〜１０００倍の電子顕微鏡による半導体発光デバイスの断面観察によって、母材中の蛍光体粒子の存在を明確に目視観察できる平均厚みを、「蛍光体層の実質厚み」と定義している。
上記蛍光体層の，少なくとも青色発光素子の上記光取り出し面上に位置する部分の上面は、平坦で、かつ、上記光取り出し面に対してほぼ平行であることが好ましい。
青色発光素子は、その製造の簡便性から、光取り出し面（特に主光取り出し面）は平坦に製作されているものが大半である。したがって、蛍光体層の表面を、光取り出し面（特に主光取り出し面）に対して平行に形成すると、光取り出し面の外郭面から蛍光体層の外郭面までの距離、すなわち、蛍光体層の厚みが、光取り出し面上の蛍光体層全体に亘ってほぼ一定になり、蛍光体層の厚み変動がいっそう少なくなり、半導体発光デバイスの発光むらが少なくなる。
上記少なくとも青色発光素子が複数個設けられており、上記蛍光体層が、上記複数の青色発光素子の各光取り出し面を覆うように設けられていてもよい。
本発明の発光装置は、青色光を放つ少なくとも１つの青色発光素子と、上記青色発光素子が放つ青色光を吸収して黄色系の蛍光を放つ，黄色系蛍光体を含む少なくとも１つの蛍光体層と、上記青色発光素子及び蛍光体層を支持するための支持部材とを備えた発光装置であって、上記黄色系蛍光体は、下記の化学式
（Ｓｒ１−ａ１−ｂ１−ｘ Ｂａａ１Ｃａｂ１Ｅｕｘ ）２ ＳｉＯ４
（０≦ａ１≦０．３、０≦ｂ１≦０．８、０＜ｘ＜１）
で表される少なくとも１種類の化合物を主体にして構成される珪酸塩蛍光体である。
本発明の青色発光素子と蛍光体層とを含む半導体発光デバイスは色むらが少なく、結果として製品歩留まりが高く、安価になる。したがって、これらの半導体発光デバイスを用いて発光装置を構成することによって、半導体発光装置の色むらが少なくなるだけでなく、製造コストの低い半導体発光装置になる。また、このような半導体発光デバイスは、従来のＹＡＧ系蛍光体を用いた半導体発光デバイスを凌ぐ光束を放つので、発光装置の光束も上がる。
上記少なくとも１つの青色発光素子は複数個設けられており、上記蛍光体層が、複数の青色発光素子の光取り出し面を覆うように設けられていてもよい。
なお、本明細書では、半導体発光デバイスを用いた各種表示装置（例えばＬＥＤ情報表示端末、ＬＥＤ交通信号灯、自動車のＬＥＤストップランプやＬＥＤ方向指示灯など）や各種照明装置（ＬＥＤ屋内外照明灯、車内ＬＥＤ灯、ＬＥＤ非常灯、ＬＥＤ面発光源など）を広く発光装置と定義している。
本発明の半導体発光デバイスの蛍光体層の製造方法は、４３０ｎｍを超え５００ｎｍ以下の波長領域に主発光ピークを有する発光を放つ青色発光素子と、上記青色発光素子が放つ青色光を吸収して５５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長領域に主発光ピークを有する蛍光を放つ黄色系蛍光体を含む蛍光体層とを備えた半導体発光デバイスの製造方法であって、真比重が３．０以上４．６５以下の範囲内にあり、かつ、室温下における発光の主発光ピーク波長が５６０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の範囲内にある上記黄色系蛍光体と、真比重が０．８以上で上記黄色系蛍光体の真比重以下の範囲内にある樹脂とを含む蛍光体ペーストにより、少なくとも上記青色発光素子の光取り出し面を覆う工程（ａ）と、上記蛍光体ペーストを硬化することにより、上記蛍光体層を形成する工程（ｂ）とを含み、上記工程（ａ）では、上記黄色系蛍光体として、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｓｃ，Ｙ，ランタノイド，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ｚｎ，Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐの中から選ばれる少なくとも一つの元素と、Ｏ，Ｓ，Ｓｅ，Ｆ，Ｃｌ，Ｂｒの中から選ばれる少なくとも一つの元素とによって構成される化合物を母体とする蛍光体を用いる方法である。これらの化合物は、Ｃｄなどの比重の大きい元素を含んでいない。
このように、黄色系蛍光体と樹脂とを含む蛍光体ペーストを硬化して蛍光体層を形成する蛍光体層の製造方法において、ＹＡＧ系蛍光体よりも真比重が小さな黄色系蛍光体を用いると、樹脂（特殊な場合を除くと、通常は蛍光体よりも小さな真比重を有する）と蛍光体との比重差が小さくなるので、蛍光体ペーストの硬化前あるいは蛍光体ペーストの硬化中に、蛍光体ペースト中で蛍光体が重力によって沈降しにくくなり、形成される蛍光体層の構造は、蛍光体粒子が樹脂中の全体に亘ってほぼ均一に分散した構造を有するもの、あるいは、これに近いものになる。また、有害なＣｄを含まない蛍光体、好ましくは酸化物の蛍光体を用いるので、製造・取り扱い・保管・管理などが容易である。
上記工程（ａ）では、中心粒径が０．５μｍ以上３０μｍ以下の範囲内にある黄色系蛍光体を用いるようにしてもよい。
このようにすると、発光強度が強く、蛍光体粒子が分散した構造を有する蛍光体層を得ることができるようになる。
上記工程（ａ）では、上記黄色系蛍光体として、下記の化学式
（Ｓｒ１−ａ１−ｂ１−ｘ Ｂａａ１Ｃａｂ１Ｅｕｘ ）２ ＳｉＯ４
（０≦ａ１≦０．３、０≦ｂ１≦０．８、０＜ｘ＜１）
で表される少なくとも１種類の化合物を主体にして構成される珪酸塩蛍光体を用いることができる。
ただし、ａ１，ｂ１，ｘは、好ましくは、各々、０＜ａ１≦０．２、０≦ｂ１≦０．７、０．００５＜ｘ＜０．１を満足する数値である。上記好ましい範囲内にある組成を有し、かつ、５６０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長領域に主発光ピークを有する蛍光を放つ珪酸塩蛍光体は、真比重が概してＹＡＧ系蛍光体よりも小さく、３．０以上で４．６５以下の範囲内にあり、しかも、青色光励起下で、黄色系発光を放つ黄色系蛍光体であるので、真比重が０．８以上で黄色系蛍光体の真比重以下の範囲内にある樹脂（例えば、エポキシ樹脂）とともに用いて蛍光体層を形成すると、実工程において、発光強度が強く、蛍光体粒子が分散した構造を有する蛍光体層を実現できるようになる。なお、ａ１の数値が上記好ましい範囲よりも大きい場合には、その数値が大きいほど、珪酸塩蛍光体の真比重が大きくなり、蛍光体ペースト中で蛍光体粒子が沈降しやすくなって、蛍光体粒子が分散した構造の蛍光体層が得られない場合もある。この作用は、Ｓｒ原子と比較するとＢａ原子の方が重いことに起因する。
ここで、簡単にＹＡＧ系蛍光体の組成と、真比重および主発光ピーク波長の関係について説明すると、ＹＡＧ系蛍光体の真比重は、組成、特にＹに対するＧｄ置換量によって大きく変動するが、室温下で５６０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長領域に主発光ピークを有するＹＡＧ系蛍光体は、概してＧｄ置換量が多く、このことに起因して、その真比重は４．５５を超え、４．６０、４．６５、さらには４．７をも超える範囲内にあり、重いものである。
また、蛍光体ペースト中に、さらに、一次粒子の平均径が１ｎｍ以上で１００ｎｍ以下の範囲内にある超微粒子を含め、該蛍光体ペーストを硬化して形成してもよい。上記超微粒子の樹脂中における沈降速度は極めて遅くほとんど０（ゼロ）であるので、このようにすると、樹脂中に浮遊する超微粒子が、黄色系蛍光体の沈降を阻害するように働き、結果として、黄色系蛍光体の沈降速度が遅くなって、蛍光体粒子が分散した構造の蛍光体層が得られやすくなる。
また、青色発光ダイオードが放つ青色光が上記蛍光体層を通過することによって、青色光と蛍光体が放つ蛍光とを加色させて白色光を放つようにすればよい。これにより、青色光と蛍光体が放つ蛍光（黄色系、赤色系、緑色系）とを確実に加色させて白色光を得ることができるようになる。
さらに、蛍光体ペーストの硬化中などにおいて、蛍光体粒子の沈降を抑制するための方法として、以下の方法がある。
第１は、青色発光素子の光取り出し面を、樹脂と蛍光体粒子とからなる蛍光体ペーストによって覆う工程（ａ）と、上記蛍光体ペーストを振動を与えながら硬化させる工程（ｂ）とを含む半導体発光デバイスの製造方法である。
第２は、青色発光素子の光取り出し面を、樹脂と蛍光体粒子とからなる蛍光体ペーストによって覆う工程（ａ）と、上記蛍光体ペーストを反転させながら硬化させる工程（ｂ）とを含む半導体発光デバイスの製造方法である。
第３は、青色発光素子の光取り出し面を、樹脂と蛍光体粒子とからなる蛍光体ペーストによって覆う工程（ａ）と、上記蛍光体ペーストを硬化させる工程（ｂ）とを複数回繰り返して行なう半導体発光デバイスの製造方法である。
第４は、青色発光素子の光取り出し面を、樹脂と蛍光体粒子とからなり、粘度が１Ｐａ・Ｓ以上で１００Ｐａ・Ｓ以下の範囲にある蛍光体ペーストによって覆う工程（ａ）と、上記蛍光体ペーストを硬化させる工程（ｂ）とを複数回繰り返して行なう半導体発光デバイスの製造方法である。
第５は、青色発光素子の光取り出し面を、樹脂と蛍光体粒子とからなる蛍光体ペーストによって覆う工程（ａ）と、上記蛍光体ペーストを、紫外線照射により硬化させる工程（ｂ）とを含む半導体発光デバイスの製造方法である。
第６は、青色発光素子の光取り出し面を、樹脂と蛍光体粒子とからなる蛍光体ペーストによって覆う工程（ａ）と、上記蛍光体ペーストを攪拌しながら硬化させる工程（ｂ）とを含む半導体発光デバイスの製造方法である。
また、青色発光素子にできるだけ多くの蛍光体粒子を近接させた構造を有する半導体発光デバイスを得るための方法として、以下の方法がある。
第１は、４３０ｎｍを超え５００ｎｍ以下の波長領域に主発光ピークを有する光を放つ青色発光素子の少なくとも光取り出し面を、透光性を有する樹脂からなる母材と黄色系蛍光体を含む蛍光体粒子とを有する第１の蛍光体ペーストによって覆う工程（ａ）と、上記工程（ａ）の後で、上記第１の蛍光体ペーストを、少なくとも透光性を有する樹脂を有し上記第１の蛍光体ペーストよりも上記黄色系蛍光体の濃度が薄い第２の蛍光体ペーストによって覆う工程（ｂ）と、上記第１及び第２の蛍光体ペーストを硬化する工程（ｃ）とを含み、上記工程（ａ）では、上記黄色系蛍光体として、上記青色発光素子が放つ光を吸収して、５５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長領域に主発光ピークを有する光を放つ黄色系蛍光体であり、下記の化学式
（Ｓｒ１−ａ１−ｂ１−ｘ Ｂａａ１Ｃａｂ１Ｅｕｘ ）２ ＳｉＯ４
（０≦ａ１≦０．３、０≦ｂ１≦０．８、０＜ｘ＜１）
で表される少なくとも１種類の化合物を主体にして構成される珪酸塩蛍光体を用いる方法である。
第２は、４３０ｎｍを超え５００ｎｍ以下の波長領域に主発光ピークを有する光を放つ青色発光素子の少なくとも光取り出し面に、黄色系蛍光体を含む蛍光体粒子を付着させる工程（ａ）と、上記工程（ａ）の後で、透光性を有する樹脂により上記青色発光素子の少なくとも光取り出し面を覆う工程（ｃ）と、上記樹脂を硬化する工程（ｄ）とを含み、上記工程（ｂ）では、上記黄色系蛍光体として、上記青色発光素子が放つ光を吸収して、５５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長領域に主発光ピークを有する光を放つ黄色系蛍光体であり、下記の化学式
（Ｓｒ１−ａ１−ｂ１−ｘ Ｂａａ１Ｃａｂ１Ｅｕｘ ）２ ＳｉＯ４
（０≦ａ１≦０．３、０≦ｂ１≦０．８、０＜ｘ＜１）
で表される少なくとも１種類の化合物を主体にして構成される珪酸塩蛍光体を用いる方法である。
その場合、上記工程（ａ）では、上記黄色系蛍光体粒子を上記青色発光素子に降りかける方法もあるし、上記工程（ａ）では、青色発光素子を、黄色系蛍光体を含む蛍光体粒子と揮発性溶媒とを含む懸濁液中に浸漬した後、上記溶媒を揮発させる方法もある。
第３は、４３０ｎｍを超え５００ｎｍ以下の波長領域に主発光ピークを有する光を放つ青色発光素子の少なくとも光取り出し面を、黄色系蛍光体を含む，正に帯電した物質が表面に付着している蛍光体粒子と、透光性樹脂とを有する蛍光体ペーストによって覆う工程（ａ）と、上記工程（ａ）の後で、上記蛍光体ペーストを硬化させる工程（ｃ）とを含み、上記工程（ａ）では、上記黄色系蛍光体として、上記青色発光素子が放つ光を吸収して、５５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長領域に主発光ピークを有する光を放つ黄色系蛍光体であり、下記の化学式
（Ｓｒ１−ａ１−ｂ１−ｘ Ｂａａ１Ｃａｂ１Ｅｕｘ ）２ ＳｉＯ４
（０≦ａ１≦０．３、０≦ｂ１≦０．８、０＜ｘ＜１）
で表される少なくとも１種類の化合物を主体にして構成される珪酸塩蛍光体を用いる方法である。
本発明の製造方法を用いることによって、蛍光体粒子が分散した構造を有する蛍光体層を形成することができる。このような蛍光体層は、光吸収因子や光散乱因子を実質的に含まないので、例えば、従来の蛍光体粒子同士が触接した蛍光体層と比較すると、蛍光体粒子同士が接触する確率が小さくなり、かつ、接触するとしても接触面積が大幅に小さくなり、蛍光体層中の光の吸収減衰因子を実質的に含まなくなる。
（第１の実施形態）
以下、本発明の半導体発光デバイスおよび半導体発光デバイスの色むら抑制方法に関する第１の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態における比較的代表的な例である第１例の半導体発光デバイスの縦断面図である。同図に示すように、第１例の半導体発光デバイスは、ツェナーダイオードとして機能する基板４（サブマウント素子）と、基板４の上に基板内のツェナーダイオードと電気的に導通している状態で搭載されたフリップチップ型の青色ＬＥＤ１と、青色ＬＥＤ１の周囲を封止する，黄色系蛍光体粒子２及び母材１３（透光性樹脂）の混合体からなる蛍光体層３とを備えたチップ型の半導体発光デバイスである。青色ＬＥＤ１の主光取り出し面は、同図に示す状態で上方に向いており、蛍光体層３は主光取り出し面から出光される青色光が通過する位置に設けられている。
図２は、本実施形態における第２例の半導体発光デバイスの縦断面図である。同図に示すように、第２例の半導体発光デバイスは、リードフレーム５と、リードフレーム５のマウント・リードに設けられたカップ６と、ボンディングワイヤによってリードフレーム５と電気的に導通した状態でカップ６の凹部内に搭載された青色ＬＥＤ１と、カップ６内に形成され、黄色系蛍光体粒子２及び母材１３（樹脂）の混合体である蛍光体層３と、リードフレーム５，蛍光体層３及びボンディングワイヤを封止する封止樹脂７とを備えた砲弾型の半導体発光デバイスである。なお、カップ６の凹部の側壁は、光を反射する反射板として機能する。青色ＬＥＤ１の主光取り出し面は、同図に示す状態で上方に向いており、蛍光体層３は主光取り出し面から出光される青色光が通過する位置に設けられている。
図３は、本実施形態における第３例の半導体発光デバイスの縦断面図である。同図に示すように、第３例の半導体発光デバイスは、凹部を有し一体成形された樹脂製の筐体８と、筐体８の凹部内に配置された青色ＬＥＤ１と、凹部の底面上から筐体８の側部を貫通して外部に取り出されている外部接続端子５１，５２と、外部接続端子５１，５２と青色ＬＥＤ１のパッド電極とを互いに接続するボンディングワイヤと、筐体８内に形成され、黄色系蛍光体粒子２及び樹脂の混合体からなる蛍光体層３とを備えたチップタイプの半導体発光デバイスである。なお、筐体８の凹部の側壁は、光を反射する反射板として機能する。青色ＬＥＤ１の主光取り出し面は、同図に示す状態で上方に向いており、蛍光体層３は主光取り出し面から出光される青色光が通過する位置に設けられている。
図１〜図３にそれぞれ示す第１例〜第３例の半導体発光デバイスにおいて、青色ＬＥＤ１は、４３０ｎｍを超え５００ｎｍ以下の波長領域に主発光ピークを有する発光を放つＬＥＤであり、黄色系蛍光体粒子２は青色ＬＥＤ１が放つ青色光を吸収して、５５０ｎｍ以上で６００ｎｍ以下の波長領域に主発光ピークを有する蛍光を放つ蛍光体であり、蛍光体層３は黄色系蛍光体粒子２を含む蛍光体層である。
本発明における青色発光素子は、本実施形態における青色ＬＥＤ（青色発光ダイオード）の他、レーザーダイオード，面発光レーザダイオード，無機エレクトロルミネッセンス素子及び有機エレクトロルミネッセンス素子から選ばれた素子であるが、半導体発光素子の高出力化や長寿命化の面からみると、発光ダイオード，レーザーダイオード，面発光レーザーダイオードなどが優れている。
本発明における半導体発光デバイスは、青色ＬＥＤ１と、この青色ＬＥＤ１が放つ青色光を吸収して５５０ｎｍ以上で６００ｎｍ以下の波長領域に発光ピークを有する蛍光を放つ黄色系蛍光体粒子２を含む蛍光体層３とを組み合わせてなる半導体発光デバイスであって、青色ＬＥＤ１から発光された光の一部が蛍光体層３に含まれた黄色系蛍光体粒子２を励起して青色ＬＥＤ光とは異なる波長の蛍光を発生させて、黄色系蛍光体が発生する蛍光と、黄色系蛍光体の励起に寄与することなく出力される青色ＬＥＤ光とが混色されて白色系の発光が可能となる。
ここで、黄色系蛍光体粒子２は、以下の化学式（１）
（Ｓｒ１−ａ１−ｂ１−ｘ Ｂａａ１Ｃａｂ１Ｅｕｘ ）２ ＳｉＯ４ （１）
で表される化合物を主体にしてなる珪酸塩蛍光体である。ただし、化学式（１）において、ａ１、ｂ１、ｘは、各々、０≦ａ１≦０．３、０≦ｂ１≦０．８、０＜ｘ＜１の範囲にある数値である。
この珪酸塩蛍光体は、後に実験データを用いて詳しく説明するように、結晶構造として斜方晶系と単斜晶系と六方晶系とを取り得るが、本発明における半導体発光デバイスでは、青色ＬＥＤ１が放つ青色光を吸収して５５０ｎｍ以上で６００ｎｍ以下の波長領域に主発光ピークを有する蛍光を放つ黄色系蛍光体であればよく、珪酸塩蛍光体の結晶構造は、斜方晶系と単斜晶系と六方晶系とのいずれであっても構わない。
なお、発明者らの実験の限りにおいては、このような黄色系蛍光体としては、斜方晶系の結晶構造を有する、以下の化学式（２）
（Ｓｒ１−ａ１−ｂ２−ｘ Ｂａａ１Ｃａｂ２Ｅｕｘ ）２ ＳｉＯ４ （２）
で表される化合物を主体にしてなる珪酸塩蛍光体に限定される。ただし、化学式（２）において、ａ１，ｂ２，ｘは、それぞれ、０≦ａ１≦０．３，０≦ｂ２≦０．６，０＜ｘ＜１を満足する数値である。ａ１，ｂ２，ｘは、それぞれ、０＜ａ１≦０．２，０＜ｂ２≦０．４，０．００５＜ｘ＜０．１を満足する数値であることが好ましい。ａ１，ｂ２，ｘは、それぞれ、０＜ａ１≦０．１５，０＜ｂ２≦０．３，０．０１＜ｘ＜０．０５を満足する数値であることがさらに好ましい。ａ１，ｂ２，ｘは、それぞれ、０．０１≦ａ１≦０．１，０．００１≦ｂ２≦０．０５，０.０１＜ｘ≦０.０２を満足する数値であることがもっとも好ましい。
上述のように、化学式（２）中のａ１，ｂ２が上記範囲内よりも小さい数値の組成では、珪酸塩蛍光体の結晶構造が不安定になり、単斜晶系の結晶構造を含みやすく、動作温度によって発光特性が変化する。一方、範囲内よりも大きい数値の組成では、たとえ結晶構造が斜方晶系であっても、発光が緑味がかり、良好な黄色系蛍光体にはならず、緑色系蛍光体となるために、青色ＬＥＤと組み合わせても、光色が良好な白色半導体発光デバイスにはならない。また、Ｅｕ添加量ｘが上記範囲内よりも小さい数値の組成では発光強度が弱く、大きい数値の組成では、Ｅｕ２＋イオンによる濃度消光や自己吸収によって発光強度が弱いだけでなく、周囲温度の上昇とともに発光強度が低下する温度消光の問題が顕著に生じる。本発明において用いる黄色系蛍光体は、上記のように、珪酸塩蛍光体が放つ黄色系光の色純度が優れ、光色の良い白色光を放つ半導体発光デバイスを提供できる理由で、斜方晶系の結晶構造を有する珪酸塩蛍光体が好ましい。また、珪酸塩蛍光体の結晶構造を安定化したり、発光強度を高める目的で、Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａの一部をＭｇやＺｎで置き換えることもできる。
さらに、珪酸塩蛍光体の発光色を制御する目的で、Ｓｉの一部をＧｅで置き換えることもできる。すなわち、本発明の半導体発光デバイスは、用いる黄色系蛍光体が、以下の化学式（３）
（Ｓｒ１−ａ１−ｂ１−ｘ Ｂａａ１Ｃａｂ１Ｅｕｘ ）２ Ｓｉ１−ｚ Ｇｅｚ Ｏ４ （３）
で表される化合物を主体にしてなる珪酸塩蛍光体である半導体発光デバイスであってもよい。ただし、ａ１，ｂ１，ｘ，ｚは、それぞれ、０≦ａ１≦０．３，０≦ｂ１≦０．８，０＜ｘ＜１，０≦ｚ＜１（好ましくは０≦ｚ≦０．２）を満足する数値である。Ｓｉの一部をＧｅで置換すると、発光強度が大きく下がる傾向が認められるものの、少なくとも、Ｇｅ置換量が２０原子％以上では、主発光ピークが短波長側にシフトし、緑味がかった発光を得ることができるようになる。但し、発光強度保持の観点から、Ｇｅ置換量ｚは少ないほどよく、ｚの数値は０．２を越えない範囲に留めることが好ましい。
また、半導体発光デバイスの発光の赤色成分を補う目的で、例えば青色ＬＥＤの青色光や珪酸塩蛍光体が放つ黄色系光を吸収して、波長６００ｎｍを超え６６０ｎｍ以下の赤色領域に主発光ピークを有する赤色蛍光体を、さらに用いてもよいし、光束を高める目的で、例えば青色ＬＥＤの青色光を吸収して、波長５００ｎｍ以上で５５０ｎｍ未満の、視感度の高い緑色領域に主発光ピークを有する緑色蛍光体を、さらに用いてもよい。
このような赤色蛍光体や緑色蛍光体の材料についても、本実施形態において用いた材料に特に限定されるものではなく、無機化合物からなる蛍光体であってもよいし、有機化合物で構成される蛍光体であってもよい。
また、このような赤色蛍光体や緑色蛍光体の用い方についても特に本実施形態の方法に限定されるものではなく、これらの蛍光体（蛍光物質）をさらに有する半導体発光デバイスになっていればよい。これら蛍光体は、蛍光体層中に含めてもよいし、蛍光体層とは別に配置していてもよい。上記青色光を吸収して赤色または緑色の発光を放つようになっていればよく、青色光が少なくとも蛍光体層を通過するようにすればよい。
なお、上記赤色蛍光体としては、例えば、カソードルミネッセンス材料あるいはエレクトロルミネッセンス材料として知られる、ＣａＳ：Ｅｕ２＋蛍光体やＳｒＳ：Ｅｕ２＋蛍光体などや、例えば特開平１１−２４６５１０号公報や特開２０００−６３６８２号公報で開示されている希土類錯体や該希土類錯体を含む樹脂構成物などや、例えば特開２００１−２６７６３２号公報で開示されているＬｉＥｕＷ２ Ｏ８ 蛍光体などがある。
このような赤色蛍光体を用いると、上記半導体発光デバイス、特に白色系光を放つ半導体発光デバイスの赤色発光成分強度が強まり、結果として、照明の分野で、赤色の忠実性を表す特殊演色評価数として知られ、ＪＩＳ Ｚ ８７２６−１９９０に記載のＲ９や、上記ＪＩＳ Ｚ ８７２６−１９９０に参考として記載の色域面積比Ｇａを高めることができ、これらの指数が大きな光色を放つ半導体発光デバイスを提供できるようになる。
また、上記緑色蛍光体としては、例えば、カソードルミネッセンス材料あるいはエレクトロルミネッセンス材料として知られるＳｒＧａ２ Ｓ４ ：Ｅｕ２＋蛍光体や、５００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長領域に発光ピークを有する蛍光を放つ、以下の化学式（４）
（Ｓｒ１−ａ３−ｂ３−ｘ Ｂａａ３Ｃａｂ３Ｅｕｘ ）２ ＳｉＯ４ （４）
で表される化合物を主体にしてなる珪酸塩蛍光体がある。
ただし、ａ３、ｂ３、ｘは、各々、０≦ａ３≦１、０≦ｂ３≦１、０＜ｘ＜１を満足する数値である。
なお、上記（Ｓｒ１−ａ３−ｂ３−ｘ Ｂａａ３Ｃａｂ３Ｅｕｘ ）２ ＳｉＯ４ 珪酸塩蛍光体は、黄色系発光を放つ上記の珪酸塩蛍光体において、組成や結晶構造が異なるだけの蛍光体である。このため、黄色系発光の珪酸塩蛍光体の各種物性と似通う物性を有している。したがって、該緑色発光珪酸塩蛍光体を上記黄色発光珪酸塩蛍光体と組み合わせて用いることは、半導体発光デバイスの特性面だけでなく製造面などにおいてもより好ましいものとなる。
また、所望の光色を放つ半導体発光デバイスを提供するために、５５０ｎｍ以上で６００ｎｍ以下の波長領域に発光ピークを有する黄色系光を放つ、組成が互いに異なる複数の上記珪酸塩蛍光体を、蛍光体層中に含むようにすることもできる。該珪酸塩蛍光体は、組成を変えることによって、上記黄色系の波長域を広くカバーする発光を放ち得る蛍光体であるので、該珪酸塩蛍光体を複種類組み合わて用いることによって、青色ＬＥＤが放つ青色光と、該珪酸塩蛍光体が放つ黄色系光の加色によって決定される上記半導体発光デバイス、特に白色系光を放つ半導体発光デバイスの光の色表現範囲を広めることが可能である。
また、半導体発光デバイスが放つ光の光色、特に白色系光の光色制御という観点では、上記化学式（４）で表される化合物を主体にしてなり、かつ、黄色系蛍光体とは組成の面で異なる、少なくとも一種類の珪酸塩蛍光体を、蛍光体層中に、さらに含めることが有効である。この珪酸塩蛍光体は、上記ａ３およびｂ３の、すべての数値範囲の組成において、青色光励起下で発光する蛍光体であり、しかも、蛍光体の組成を変えることによって、５０５〜５９８ｎｍ程度の広い波長範囲内で発光ピーク波長を変えることが可能な蛍光体である。このような蛍光体を蛍光体層中にさらに含めと、半導体発光デバイスが放つ光の光色は、青色ＬＥＤが放つ青色光と、黄色系発光を放つ珪酸塩蛍光体の黄色系光と、（Ｓｒ１−ａ３−ｂ３−ｘ Ｂａａ３Ｃａｂ３Ｅｕｘ ）２ ＳｉＯ４ 珪酸塩蛍光体が放つ青緑色、緑色、黄色、橙色のうち少なくとも一つの光との加色、つまり、少なくとも３色を加色してなる光色になるので、半導体発光デバイスが放つ光の光色の制御範囲を広くすることが可能である。
また、半導体発光デバイスの発光の赤色成分を補うために、図１〜図３のいずれかに記載の半導体発光デバイスにおいて、Ｃｒが含有された基板と青色ＬＥＤとを組み合わせてもよい。青色ＬＥＤから発光された青色光を利用して、より長波長に変換可能なＣｒ含有基板から赤色光を発光させることができる。これにより、青色ＬＥＤからの青色光、珪酸塩蛍光体からの黄色光及びＣｒ含有基板からの赤色光の混色光によって、演色性の高い白色光を発光させることができるようになる。つまり、本発明は、フリップチップ型、砲弾型またはチップタイプ型のいかなるタイプの半導体発光デバイスにも適用可能であることは言うまでもない。
珪酸塩蛍光体は、レーザー回折・散乱式粒度分布測定器（例えばＬＭＳ−３０：株式会社セイシン企業）による粒度分布評価で、中心粒径が０．１μｍ以上１００μｍ以下のものであれば足りるが、蛍光体の合成の容易さ、入手の容易さ、蛍光体層の形成の容易さなどの理由で、０．５μｍ以上３０μｍ以下、とくに１μｍ以上２０μｍ以下が好ましく、２μｍ以上１０μｍ以下がさらに好ましい。粒度分布については、０．０１μｍ未満および１０００μｍを超える粒子を含まなければよいが、中心粒径と同じ理由で、好ましくは、１μｍ以上５０μｍ以下の範囲内で正規分布に近似した分布を有する珪酸塩蛍光体が好ましい。
このような珪酸塩蛍光体は、例えば、前述の文献（J.Electrochemical Soc.Vol.115, No.11(1968)pp.1181-1184）に記載の合成方法によって製造することができる。本実施形態の半導体発光デバイスにおける珪酸塩蛍光体の製造方法については後述するものとし、以下、珪酸塩蛍光体の特性をさらに詳しく説明する。
図８は、本実施形態において用いた斜方晶の珪酸塩蛍光体の励起光スペクトル（珪酸塩蛍光体が励起される光のスペクトルをいう）および発光スペクトルの一例を示す図である。図８には、比較のためにＹＡＧ系蛍光体の励起光スペクトルおよび発光スペクトルの一例もまとめて示されている。
図８からわかるように、ＹＡＧ系蛍光体が、１００ｎｍ〜３００ｎｍ付近、３００ｎｍ〜３７０ｎｍ付近、３７０ｎｍ〜５５０ｎｍ付近の三カ所に励起光ピークを有し、これら各々の狭い波長範囲内の光を吸収して、５５０〜５８０ｎｍの黄緑〜黄の波長領域に発光ピークを有する黄色系の蛍光を放つ蛍光体であるのに対して、珪酸塩蛍光体は、２５０〜３００ｎｍ付近に励起光ピークを有し、１００〜５００ｎｍの広い波長範囲内の光を吸収して、５５０〜６００ｎｍ（図８では一例を記載）の黄緑〜黄〜橙の波長領域に発光ピークを有する黄色系の蛍光を放つ黄色系蛍光体である。また、４３０ｎｍを超え５００ｎｍ以下の青色光（励起光）の照射下における珪酸塩蛍光体の発光強度は概して低く、ＹＡＧ系蛍光体の１００〜３０％であり、具体的な数値を記載すると、励起光の波長４７０ｎｍではＹＡＧ系蛍光体の発光強度の半分（５０％）であることもわかる。
なお、前述の式（１）又は（２）中のａ１，ｂ１，ｂ２，ｘが所定の数値範囲内である組成を有する珪酸塩蛍光体であれば、励起および発光スペクトルは、図８に示したスペクトルに類似したものとなる。
つぎに、珪酸塩蛍光体を用いた蛍光体層の特徴を説明する。
珪酸塩蛍光体は、図８にその励起光スペクトルと発光スペクトルの一例を示したように、２５０〜３００ｎｍ付近に励起光ピークを有し、１００〜５００ｎｍの広い波長範囲内の光を吸収して、５５０〜６００ｎｍの黄緑〜黄〜橙の波長領域に発光ピークを有する黄色系の蛍光を放つ黄色系蛍光体であるので、青色ＬＥＤと組み合わせると、青色ＬＥＤの青色光と黄色系蛍光体の蛍光の加色による光を放つ半導体発光デバイスになる。
また、珪酸塩蛍光体は、図８に一例として示す珪酸塩蛍光体とＹＡＧ系蛍光体の励起光スペクトルを比較してわかるように、４３０ｎｍを超え５００ｎｍ以下の波長範囲内の青色光（励起光）の照射下で、内部量子効率は比較的高いものの青色励起光の反射率が高いために外部量子効率が低く、いわゆる発光効率（外部量子効率）の低い蛍光体である。例えば励起光４７０ｎｍによってはＹＡＧ系蛍光体の半分の強度の蛍光しか放たない。したがって、例えば、青色ＬＥＤの青色光と黄色系蛍光体の黄色光の加色による白色光を放つ白色半導体発光デバイスにおいて同一の光色を得ようとした場合、ＹＡＧ系蛍光体を用いるよりも、珪酸塩蛍光体を用いる方が、蛍光体の使用量が多くなるので、蛍光体層の厚みが、相対的に厚くなる。この結果、蛍光体層の表面に生じる凹凸による影響が少ない蛍光体層になり、蛍光体層の厚み変動が実質的に少なくなるので、発光の色むらの少ない半導体発光デバイスが得られる。
さらに、上記珪酸塩蛍光体と樹脂を用いて蛍光体層を形成した場合、従来のＹＡＧ系蛍光体を用いた蛍光体層の場合よりも、蛍光体層中の蛍光体粒子の分布むらが少なくなる。なお、ＹＡＧ系蛍光体を用いて半導体発光デバイスを構成した場合には、蛍光体粒子同士が接触する蛍光体層になり、先に説明したように、結果として白色系光の強度が低いものになるという不具合が生じる。このような原因によって強度が低くなる不具合は、ＹＡＧ系蛍光体を用いた場合に限って生じる不具合ではなく、蛍光体粒子同士が接触する蛍光体層を有する半導体発光デバイスに共通して認められる不具合である。
それに対し、本実施形態の半導体発光デバイスのごとく蛍光体層の形成条件を選択すると、蛍光体粒子が比較的均一に分散した蛍光体層が形成されるので、発光の色むらが少ない半導体発光デバイスを得ることができる。なお、本実施形態に係る珪酸塩蛍光体を用いた場合に、蛍光体層中の蛍光体粒子の分布むらが少なくなる理由については、現在精査中であるものの、完全には解明されていない。ただし、少なくとも蛍光体と樹脂の比重差がＹＡＧ系蛍光体と樹脂との比重差よりも小さくなっていることが関係していることは確かである。
以下、本実施形態の半導体発光デバイス中の蛍光体層が、蛍光体粒子が母材中の全体に亘って比較的均一に分散した構造（散点構造）を有している点について、図１〜図３を参照しながら説明する。
図１〜図３に示す蛍光体層３において、黄色系蛍光体粒子２は、すでに説明したように、青色ＬＥＤが放つ青色光を吸収して、５５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長領域に主発光ピークを有する蛍光体であり、かつ、珪酸塩蛍光体である。また、母材１３は、透光性を有する樹脂、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ユリア樹脂、シリコーン樹脂などの樹脂である。
なお、本発明の半導体発光デバイスは、蛍光体層３中に、さらに黄色系蛍光体以外の蛍光体を含めていてもよいし、蛍光体以外の物質を含めていても良い。また、複種類の上記黄色系蛍光体を含んでいてもよい。
本実施形態の半導体発光デバイスにおいて、蛍光体層３が図１〜図３に示すような黄色系蛍光体粒子２が母材１３中に分散した構造になっていれば、蛍光体層３における黄色系蛍光体粒子２の大きさや形状については、特に限定されるものではない。蛍光体層中の蛍光体粒子として珪酸塩蛍光体粒子を用いる場合、中心粒径が０．５μｍ以上で３０μｍ以下である蛍光体粒子を用いると、蛍光体層が図１〜図３に示すような蛍光体粒子が分散している構造になることが実証されている。
なお、黄色系蛍光体粒子２のサイズが小さければ小さいほど、蛍光体層３が分散した構造になりやすい。しかし、小さな蛍光体粒子は比表面積が大きいので、蛍光体粒子の体積に対して、格子欠陥が多く存在する粒子表面の占める割合が多くなるので、蛍光体層３の発光強度が低下する。一方、蛍光体粒子のサイズが大きい場合には、蛍光体層３の形成中に黄色系蛍光体粒子２が重力によって沈降しやすく、蛍光体層３は蛍光体粒子が分散した構造になりにくくなる。こうした観点から、黄色系蛍光体の中心粒径は上記範囲（中心粒径が０．５μｍ以上で３０μｍ以下の範囲）内がよく、好ましくは１μｍ以上で２５μｍ以下の範囲、より好ましくは３μｍ以上で２０μｍ以下の範囲である。
また、母材１３の材料についても、蛍光体層３が図１〜図３に示すような蛍光体粒子が分散した構造になっていれば、本実施形態で説明した材料に限定されるものではなく、透光性を有する材料であれば樹脂以外の材料であっても構わない。また、母材１３を樹脂とした場合も、樹脂の種類や真比重などについては、基本的には特に本実施形態に限定されるものではない。
なお、母材１３を樹脂とする場合、樹脂の真比重が上記黄色系蛍光体粒子２の真比重に近ければ近いほど、蛍光体層３は蛍光体粒子が分散した構造になりやすいものである。なお、後記のように、概して樹脂の真比重は、上記した黄色系蛍光体粒子２の真比重よりも小さいため、樹脂の真比重は、上記黄色系蛍光体粒子２の真比重を超えない範囲内で大きければ大きいほどよい。
樹脂の真比重が小さな場合は、蛍光体層３の形成中に黄色系蛍光体粒子２が重力によって沈降しやすく、蛍光体層３は蛍光体粒子が分散した構造になりにくくなる。こうした観点から、樹脂の真比重は０．８以上で蛍光体粒子の真比重以下の範囲内にするのがよく、好ましくは１．０以上で蛍光体粒子の真比重以下の範囲、より好ましくは１．５以上で蛍光体粒子の真比重以下の範囲である。
なお、プラスチックデータハンドブック（伊藤公正編、工業調査会）や非金属材料データブック（日本規格協会）などによると、エポキシ樹脂の真比重は１．０以上２．１以下、アクリル樹脂の真比重は１．０以上で１．４以下、ポリイミド樹脂の真比重は１．３以上で１．５以下、ユリア樹脂の真比重は約１．５、シリコーン樹脂の真比重は１．７以上で２．０以下である。
なお、図１〜図３に示す半導体発光デバイスの例では、蛍光体層３は蛍光体粒子と樹脂（母材）との混合体を用いているが、これに代えて、蛍光体材料を成形して（焼結して）蛍光体層を形成してもよい。
−一般的な製造方法−
本発明の半導体発光デバイスの具体的な製造方法の例については、後に詳しく説明するが、まず、蛍光体粒子が分散した構造を有する蛍光体層３の製造方法の概略や、好ましい実施形態について説明する。
蛍光体粒子が分散した構造を有する蛍光体層３は、所定の範囲内にある真比重を有する母材１３中に、所定の範囲内にある真比重を有する黄色系蛍光体粒子２を分散させた蛍光体ペーストを、半導体発光デバイスの所定の位置に、注入あるいは塗布などの方法によって配置し、該蛍光体ペーストを硬化することによって製造することができる。
蛍光体ペーストは、例えば、所定の蛍光体濃度となるように秤量した、黄色系蛍光体粒子２と樹脂などの母材１３を混練することによって作製することができる。両者の混練には様々な手法を用いることができるが、一例を上げると、乳鉢を用いた混練、攪拌機を用いた混練、ローラーを用いた混練などがある。
なお、両者の混練の際、黄色系蛍光体粒子２の母材１３に対する好ましい重量割合（蛍光体濃度）は、１０重量％以上で８０重量％以下の範囲、より好ましくは２０重量％以上で６０重量％以下の範囲である。この範囲よりも蛍光体濃度が低い場合では、黄色系蛍光体の発光が弱い蛍光体層３になって、該蛍光体層３を用いて構成した半導体発光デバイスが、青味の強い光を放つようになり、色調の良好な白色光を得ることが困難になる。一方、この範囲よりも蛍光体濃度が高い場合では、黄色系蛍光体の発光が強い蛍光体層３になって、該蛍光体層３を用いて構成した半導体発光デバイスが、黄味の強い光を放つようになり、色調の良好な白色光を得ることが困難になる。
本発明の蛍光体層の製造方法にあっては、蛍光体ペーストの硬化方式は特定の方法に限定されるものではない。母材１３として、二液混合によって硬化する材料を用いて蛍光体ペースト中で二液混合硬化が起こるようにして硬化してもよいし、熱硬化材料を用いて蛍光体ペーストを加熱することによって硬化してもよいし、光硬化材料を用いて光照射することによって硬化してもよい。いずれの蛍光体ペーストの硬化方法によっても、蛍光体層３を得ることができる。
蛍光体粒子が分散した構造の蛍光体層３を形成するには、母材１３の中における黄色系蛍光体粒子２の粒子の沈降速度を抑制することが好ましい。
以下、参考のため、溶媒中を沈降する蛍光体粒子の沈降速度について簡単に説明する。ストークス（Ｓｔｏｋｅｓ）の法則によれば、密度ρ１ 粘性率η（＝粘度、単位：Ｐａ・ｓまたはＰ（ポアズ））の流体中を沈降する、半径ｒ（単位：ｍ）密度ρ２ の球状物体の沈降速度ｕ（ｍ／ｓ）は、下記式（５）
ｕ＝｛２×ｒ２ ×（ρ２ −ρ１ ）×ｇ｝／（９×η） （５）
で表される。但し、式（５）において、ｇは重力加速度（単位：ｍ・ｓ−２）である。
したがって、溶媒としての樹脂中を沈降する蛍光体粒子の沈降速度は、定性的には、蛍光体粒子の中心粒径が小さいほど遅く、蛍光体粒子と樹脂の比重差が小さければ小さいほど遅く、樹脂の粘度が高ければ高いほど遅くなる。
上述のストークスの法則から、以下の手段１．〜４．によって、黄色系蛍光体３の樹脂中における沈降速度を遅くすることが可能となる。
１．真比重の小さな、軽い蛍光体粒子を用いる。
２．真比重の大きな樹脂を用いる。
３．中心粒径の小さな蛍光体粒子を用いる。
４．粘度の高い樹脂を用いる。
但し、上記の方法１．〜４には、それぞれ、製造工程からみた制約、コストからみた制約、蛍光体層の発光性能からみた制約など、種々の制約がある。
本発明の蛍光体層の製造方法では、発光の主ピーク波長範囲と含まれる元素を限定した黄色系蛍光体粒子２の真比重と樹脂の真比重との両者を所定の範囲内に限定し、好ましい形態として、さらに黄色系蛍光体の中心粒径を所定の範囲内に限定し、さらに好ましい形態として、黄色系蛍光体の種類と組成を限定する。
まず、黄色系蛍光体粒子２として、Ｃｄ（カドミウム）を含まず、室温下における発光の主発光ピーク波長が５６０ｎｍ以上で６００ｎｍ以下の範囲、好ましくは５６０ｎｍを越え６００ｎｍ以下の範囲、より好ましくは５６５ｎｍ以上で６００ｎｍ以下の範囲内にある蛍光体とする。次に、黄色系蛍光体粒子２の真比重を、３．０以上で４．６５以下の範囲、好ましくは３．０以上で４．６０以下の範囲、より好ましくは３．０以上で４．５５未満の範囲に限定するとともに、樹脂の真比重を０．８以上で黄色系蛍光体の真比重以下の範囲、好ましくは１．０以上で黄色系蛍光体の真比重以下の範囲、より好ましくは１．５以上で黄色系蛍光体の真比重以下の範囲に限定する。
式（５）に示すストークスの法則から分かるように、このようにすると、黄色系蛍光体粒子２と樹脂の比重差が少なくなって、樹脂中における蛍光体粒子の沈降速度が遅くなり、結果として、上記蛍光体粒子が分散した構造の蛍光体層の製造が容易となる。
特に、Ｃｄを含まない黄色系蛍光体としては、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｓｃ，Ｙ，ランタノイド，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ｚｎ，Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐの中から選ばれる少なくとも一つの元素と、Ｏ，Ｓ，Ｓｅ，Ｆ，Ｃｌ，Ｂｒの中から選ばれる少なくとも一つの元素とによって構成される化合物を母体とする蛍光体がある。なお、これらの元素は、有害性も比較的少ない。
なお、黄色系蛍光体粒子２の主ピーク波長を５６０ｎｍ以上で６００ｎｍ以下の範囲に限定する理由は、好ましい色調の白色光を得るためである。また、樹脂の真比重を上記範囲内に限定する理由、および、Ｃｄを含まない蛍光体に限定する理由についてはすでに記載した通りである。
本発明に係る半導体発光デバイスの発光層の製造方法では、基本的には黄色系蛍光体粒子２の種類については特に限定されるものではなく、Ｃｄを含まず、室温下における発光の主発光ピーク波長が５６０ｎｍ以上で６００ｎｍ以下の範囲内にあり、かつ、真比重が３．０以上で４．６５以下の範囲内にある黄色系蛍光体粒子２であればよい。黄色系蛍光体粒子２は、先に説明した珪酸塩蛍光体粒子であってもよいし、そうでなくてもよい。
一方、従来の半導体発光デバイスにおいては、蛍光体粒子として、有害物質を含まず、かつ、青色光励起下で黄色系の光を放ち、かつ、本実施形態で説明したこのような真比重の範囲内にある軽い黄色系蛍光体粒子２は用いられておらず、真比重の大きな、黄色発光ＹＡＧ系蛍光体を用いて上記蛍光体層を製造せざるを得なかった。黄色発光ＹＡＧ系蛍光体粒子の真比重は、４．６５を超え４．９８程度以下の範囲であり、黄色系ＹＡＧ系蛍光体粒子は、真比重が大きくなるにつれて発光スペクトルが長波長側にシフトするために、従来の発光デバイスでは、本実施形態の発光デバイスのような優れた特性を得ることは困難である。
本発明に係る好ましい形態では、黄色系蛍光体粒子２の中心粒径を、０．５μｍ以上で３０μｍ以下の範囲、好ましくは１μｍ以上で２５μｍ以下の範囲、より好ましくは３μｍ以上で２０μｍ以下の範囲に限定する。なお、好ましい形態として、黄色系蛍光体粒子２の中心粒径を限定する理由についてはすでに説明した通りである。
さらに好ましい形態では、黄色系蛍光体粒子２として、先に説明した化学式（１）で表される化合物，つまり（Ｓｒ１−ａ１−ｂ１−ｘ Ｂａａ１Ｃａｂ１Ｅｕｘ ）２ ＳｉＯ４ で表される化合物を主体として構成される珪酸塩蛍光体を用いる。該珪酸塩蛍光体は、組成によって真比重が若干変動するものの、真比重が３．０以上で４．６５以下の範囲内の黄色系蛍光体粒子２とすることが容易であるので、蛍光体粒子が分散した構造の蛍光体層を容易に製造することが可能である。なお、化学式（１）で表される化合物を主体として構成される珪酸塩蛍光体の比重は、Ｂａ置換量が多いほど大きく、Ｃａ置換量が多いほど小さくなる。
ここで、蛍光体の真比重について補足説明する。マイクロメリテックス社製のマルチボリウム密度計１３０５を用い、Ｈｅガス置換法による定容量膨張法による蛍光体の真密度測定では、ＹＡＧ系蛍光体（（Ｙ０．７ Ｇｄ０．２８Ｃｅ０．０２）３ Ａｌ５ Ｏ１２：主発光ピーク波長５６５ｎｍ）、珪酸塩蛍光体（（Ｂａ０．０５Ｓｒ０．９３Ｅｕ０．０２）２ ＳｉＯ４ ：主発光ピーク波長５７５ｎｍ）、組成の面でこれとは異なるＳｒの少ない珪酸塩蛍光体（Ｂａ０．２４Ｓｒ０．７４Ｅｕ０．０２）２ ＳｉＯ４ ：主発光ピーク波長５５９ｎｍ）の真比重は、各々、４．９８、４．５３、４．６７（測定精度±１％）である。一例として、５６５ｎｍ付近に主発光ピークを有する発光を放つ蛍光体について記述すると、珪酸塩蛍光体の真比重はＹＡＧ系蛍光体よりも約１０％小さいことがわかった。
図４８は、ＹＡＧ系蛍光体と珪酸塩蛍光体との真比重と主発光ピーク波長との関係を示す図である。図４８からわかるように、５６０ｎｍ以上で６００ｎｍ以下の波長領域、特に５６５ｎｍ以上で６００ｎｍ以下の波長領域に主発光ピークを有する黄色系光を放ち、かつ、真比重が４．６５以下の蛍光体は、ＹＡＧ系蛍光体では得ることができないか、または、仮に得ることができたとしても得ることが困難である。これに対して、化学式（１）で表される化合物，つまり（Ｓｒ１−ａ１−ｂ１−ｘ Ｂａａ１Ｃａｂ１Ｅｕｘ ）２ ＳｉＯ４ で表される化合物を主体として構成される珪酸塩蛍光体では、５６０ｎｍ以上で６００ｎｍ以下の波長領域、特に５６５ｎｍ以上で６００ｎｍ以下の波長領域に主発光ピークを有する黄色系光を放ち、かつ、真比重が４．６５以下の蛍光体を容易に得ることができる。
次に、樹脂や蛍光体ペーストの粘度について説明する。本発明に係る半導体発光デバイスの蛍光体層の製造方法は、特に後述するような製造方法に限定されるものではない。しかし、上述のように、樹脂や蛍光体ペーストの粘度が低すぎると蛍光体粒子が重力によって沈降し、蛍光体粒子が樹脂中に分散した構造が得られなくなり、反面、樹脂の粘度があまりにも高い場合には、半導体発光デバイスの製造工程での取り扱いが面倒になるという不利益を招く。このような諸点を考慮すると、樹脂や蛍光体の粘度は、０．０１Ｐａ・ｓ以上で１０Ｐａ・ｓ以下の範囲、好ましくは０．０３Ｐａ・ｓ以上で３Ｐａ・ｓ以下の範囲、より好ましくは、０．１Ｐａ・ｓ以上で１Ｐａ・ｓ以下の範囲である。ただし、樹脂や蛍光体ペーストなどの液状流体の粘度は温度と圧力によって変動し、温度が高ければ小さくなり、圧力が増すと大きくなるので、単純に規定することは困難であり、製造時において、圧力，温度をも含めた条件の調整により、樹脂や蛍光体ペーストの粘度を上述の範囲に調整することができればよい。
また、本発明に係る半導体発光デバイスの蛍光体層の製造方法においては、蛍光体ペースト中に、さらに、一次粒子の平均径が１ｎｍ以上で１００ｎｍ以下の範囲内、好ましくは３ｎｍ以上で５０ｎｍ以下の範囲内にある超微粒子を含めた状態で、蛍光体ペーストを硬化して形成してもよい。
上記式（５）からわかるように、粒子の半径が極めて小さい超微粒子の蛍光体ペースト中での沈降速度は極めて遅い。したがって、このような超微粒子を蛍光体ペースト中に含めると、極めて遅く沈降する超微粒子が、黄色系蛍光体粒子２の粒子の沈降を阻害するように作用する。その結果、超微粒子を蛍光体ペーストに添加することにより、蛍光体ペースト中における黄色系蛍光体粒子２の沈降速度が遅くなり、樹脂中に蛍光体粒子が分散した構造を有する蛍光体層３が得られやすくなる。
このような超微粒子としては、例えば、アエロジル（デグサ社：独）の商品名で知られる二酸化珪素粉末がある。但し、蛍光体ペーストに添加しうる超微粒子の材料は、二酸化珪素に限定されるものではなく、一次粒子の平均径が１ｎｍ以上で１００ｎｍ以下の範囲にある超微粒子材料であればよい。二酸化珪素以外の超微粒子材料として、例えば酸化アルミニウムなどもある。
なお、粒径が約５ｎｍ以下の超微粒子は、先に説明したような、レーザー回折・散乱式粒度分布測定器での測定は不可能である。したがって、電子顕微鏡観察によって得られる観察像をもとに各超微粒子の粒子径（直径）を実測し、その平均値を一次粒子の平均径と定義するものとする。
以上説明したように、上記半導体発光デバイスの蛍光体層の製造方法を用いることによって、蛍光体粒子が分散した構造を有する蛍光体層３を形成することができ、蛍光体粒子が分散した構造を有する蛍光体層を有する半導体発光デバイスにより、以下のような作用を奏し、顕著な効果を発揮することができる。
すなわち、このような蛍光体層は、光吸収因子や光散乱因子を実質的に含まないので、例えば、従来の蛍光体粒子同士が触接した蛍光体層と比較すると、蛍光体粒子同士が接触する確率が小さくなり、かつ、接触するとしても接触面積が大幅に小さくなり、蛍光体層中の光の吸収減衰因子を実質的に含まなくなる。このため、蛍光体層の光透過性が良好になり、青色ＬＥＤの青色光が吸収減衰することなく、蛍光体層を透過、あるいは、蛍光体の励起に寄与するようになる。また、蛍光体粒子の全表面を青色光が照射し得る様態の蛍光体層になるので、蛍光体粒子の励起断面積も実質的に増え、蛍光体層中の蛍光体粒子が効率よく発光することになる。なお、蛍光体粒子を照射するものの蛍光体の励起に寄与しない青色光は、蛍光体粒子表面で反射して蛍光体層の外部に青色光として放たれる。同じ種類の青色ＬＥＤを用いた場合、青色ＬＥＤが放つ青色光の出力は一定なので、青色ＬＥＤの青色光と黄色系蛍光体の黄色光の加色によって白色光を得る白色半導体発光デバイスでは、蛍光体層中の光の吸収減衰因子が少なければ、青色光の励起下で発光効率（外部量子効率）が低い蛍光体材料を用いた蛍光体層であっても、内部量子効率が高い蛍光体であれば、高い光束を放つことが可能になる。
また、半導体発光デバイスの蛍光体層の表面積（図１〜図３に示す半導体発光デバイスにおける蛍光体層３の最上面の面積）が同じ場合、本実施形態の半導体発光デバイスと同じ体積量の蛍光体粒子を使用した，多くの蛍光体粒子同士が互いに接触している従来の蛍光体層（図７における蛍光体層３参照）と比較すると、本実施形態のように樹脂中に蛍光体粒子が分散している構造の蛍光体層（たとえば図２に示す蛍光体層３参照）では、蛍光体層の実質厚みも増大する。したがって、本実施形態の半導体発光デバイスにおいては、蛍光体層３の表面凹凸が多少大きくなった場合でも、蛍光体層３の表面の凹凸が蛍光体層３の厚み変動に寄与する割合は小さくなり、蛍光体層３の厚み変動によって生じる発光むらも少なくなる。
（第２の実施形態）
次に、本発明の発光装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。 なお、本明細書では、半導体発光デバイスを用いた各種表示装置（例えばＬＥＤ情報表示端末、ＬＥＤ交通信号灯、自動車のＬＥＤストップランプやＬＥＤ方向指示灯など）や各種照明装置（ＬＥＤ屋内外照明灯、車内ＬＥＤ灯、ＬＥＤ非常灯、ＬＥＤ面発光源など）を広く発光装置と定義している。
図４〜図６は本発明の第２の実施形態に係る発光装置の例を示す斜視図である。図４は、本発明の第１例の発光装置であるスタンド型の照明装置の構成を概略的に示す斜視図である。
図４に示すように、第１例の発光装置は、第１の実施形態で説明したような本発明の半導体発光デバイス１１を多数並べた照明部や、半導体発光デバイス１１を点灯させるためのスイッチ１２を備えており、スイッチ１２をＯＮすると、半導体発光デバイス１１が通電されて発光（図示せず）を放つようになる。
なお、図４に示す照明装置は発光装置の好ましい一例として示したものにすぎず、本発明に係る発光装置は、この例に限定されるものではない。本発明の発光装置は、たとえば第１の実施形態に開示したような本発明の半導体発光デバイス１１を用いて構成されていることが好ましい。ただし、本発明の発光装置は、第１の実施形態における白色系半導体発光デバイスと、例えば、青、緑、黄、赤などの光を放つＬＥＤとを組み合わせたものであってもよい。また、半導体発光デバイス１１が発光する光の色、大きさ、数、発光部分の形状なども、特に特定のものに限定されるものではない。さらに、半導体発光デバイスからの光を収束させてレーザを放出する半導体レーザ放出タイプの照明装置であってもよい。これにより、照明装置としての視野性に優れるだけでなく、その光の強度も向上させることができる。
また、この第１例の照明装置において、好ましい色温度は２０００Ｋ以上で１２０００Ｋ以下の範囲、好ましくは３０００Ｋ以上で１００００Ｋ以下の範囲、さらに好ましくは３５００Ｋ以上で８０００Ｋ以下の範囲であるが、本発明に係る発光装置としての照明装置は、この範囲の色温度に限定されるものではない。
図５は、本発明の第２例の発光装置である画像表示装置の構成を概略的に示す斜視図である。
図５に示すように、第２例の画像表示装置は、第１の実施形態で説明したような本発明の半導体発光デバイス１１を多数マトリクス状に並べた表示部を備えている。そして、画像表示装置全体の寸法は任意に製作することができるが、幅が１ｃｍ以上で１０ｍ以下の範囲、高さが１ｃｍ以上で１０ｍ以下の範囲、奥行きが５ｍｍ以上で５ｍ以下の範囲であることが好ましい。また、半導体発光デバイス１１の個数は、画像表示装置の寸法に応じて選ぶことができる。
発光装置の一例であるこの画像表示装置は、第１例の照明装置と同様に、第１の実施形態で説明した半導体発光デバイス１１を用いて構成されていることが好ましい。ただし、本発明の半導体発光デバイスの他に、例えば、青、緑、黄、赤などの光を放つＬＥＤと蛍光体層とを組み合わせたものであってもよい。また、半導体発光デバイス１１が発光する光の色、大きさ、数、発光部分の形状や、半導体発光デバイス１１の配置形状なども、特に特定のものに限定されるものではない。さらに、外観形状も特に限定されるものではない。
図６は、本発明の第３例の発光装置であるパターン表示装置の構成を概略的に示す斜視図である。
図６に示すように、第３例のパターン表示装置は、第１の実施形態で説明したような本発明の半導体発光デバイス１１が、各画素の発光，非発光に応じて０−９までの任意の数字を表示しうるように並べられた表示部を備えている。
ただし、パターン表示装置が表示するパターンは、図６に示す数字に限定されるものではなく、漢字、カタカナ、アルファベット、ギリシア文字などを表示するものであってもよい。また、パターン表示装置が数字を表示するものである場合でも、半導体発光デバイス１１の大きさ、数、画素の形状などは、図６に示す構造に限定されるものではない。
発光装置の一例であるこのパターン表示装置は、第１例の照明装置と同様に、第１の実施形態で説明した半導体発光デバイス１１を用いて構成されていることが好ましい。ただし、本発明の半導体発光デバイスの他に、例えば、青、緑、黄、赤などの光を放つＬＥＤと蛍光体層とを組み合わせたものであってもよい。また、半導体発光デバイス１１が発光する光の色、大きさ、数、発光部分の形状や、半導体発光デバイス１１の配置形状なども、特に特定のものに限定されるものではない。さらに、外観形状も特に限定されるものではない。
なお、図４〜図６に示したような発光装置にあっては、一種類のＬＥＤチップだけを用いた複数個の半導体発光デバイス１１を用いて構成した発光装置にすると、全く同じ駆動電圧や注入電流での各半導体発光デバイスの動作が可能になるという利点がある。また、その場合には、周囲温度などの外部要因による発光デバイスの特性変動もほぼ同一にできるようになり、電圧変化や温度変化に対する発光デバイスの発光強度や色調の変化率を少なくできるとともに、発光装置の回路構成をシンプルにできるという利点も得ることができる。
また、画素面がほぼ平坦な半導体発光デバイスを用いて発光装置を構成すると、表示面が平坦な表示装置や面発光する照明装置など、発光面全体がほぼ平坦な発光装置が得られるので、良好な画質を有する画像表示装置や、デザイン性に優れる照明装置を提供することができる。
本発明に係る発光装置は、例えば照明装置や表示装置である場合に、第１の実施形態のような構造を有する半導体発光デバイスを用いることによって、色むらを抑制した発光装置とすることができる。第１の実施形態の半導体発光デバイスは色むらが少なく、その結果として製品歩留まりが高く、安価になる。したがって、第１の実施形態の半導体発光デバイスを用いて発光装置を構成することによって、発光装置としての色むらが少なくなるだけでなく、製造コストの安価な発光装置を得ることができる。また、第１の実施形態の半導体発光デバイスは、従来のＹＡＧ系蛍光体を用いた半導体発光デバイスを凌ぐ光束を放つので、発光装置全体の光束も向上する。
なお、本明細書では、半導体発光デバイスを用いた各種表示装置（例えばＬＥＤ情報表示端末、ＬＥＤ交通信号灯、自動車のＬＥＤストップランプやＬＥＤ方向指示灯など）や各種照明装置（ＬＥＤ屋内外照明灯、車内ＬＥＤ灯、ＬＥＤ非常灯、ＬＥＤ面発光源など）を広く発光装置と定義している。
（半導体発光デバイスの製造方法に関する実施形態）
珪酸塩蛍光体の製造方法
本発明の半導体発光デバイスに用いる珪酸塩蛍光体の製造方法は、以下に説明する製造方法に限定されるものではないが、珪酸塩蛍光体は、例えば以下の方法によって製造することができる。
珪酸塩蛍光体は、例えば、
第１の処理：蛍光体原料の秤量・調合
第２の処理：蛍光体原料の混合
第３の処理：混合蛍光体原料の焼成
第４の処理：焼成物の後処理（解砕、分級、洗浄、乾燥など）
の各処理を経て得ることができる。以下、各処理の内容についてさらに詳しく説明する。
第１の処理：蛍光体原料の秤量・調合
まず、蛍光体原料を秤量・調合する。蛍光体原料としては、各種の、アルカリ土類金属化合物、珪素化合物、ユーロピウム化合物などの各種粉末を用いることができる。なお、上記アルカリ土類金属化合物の一例は、アルカリ土類金属の、炭酸塩（炭酸ストロンチウム、炭酸バリウム、炭酸カルシウム）、硝酸塩（硝酸ストロンチウム、硝酸バリウム、硝酸カルシウム）、水酸化物（水酸化ストロンチウム、水酸化バリウム、水酸化カルシウム）、酸化物（酸化ストロンチウム、酸化バリウム、酸化カルシウム）、硫酸塩（硫酸ストロンチウム、硫酸バリウム、硫酸カルシウム）、蓚酸塩（蓚酸ストロンチウム、蓚酸バリウム、蓚酸カルシウム）などである。また、ハロゲン化物（塩化ストロンチウム、塩化バリウム、塩化カルシウム、弗化ストロンチウム、弗化バリウム、弗化カルシウム、臭化ストロンチウム、臭化バリウム、臭化カルシウムなど）も使用可能である。また、上記珪素化合物の一例は、二酸化珪素や一酸化珪素などの酸化物であるが、窒化珪素などの非酸化物も条件によっては使用し得る。なお、蛍光体原料同士の反応性を高める目的には、“アエロジル”の商品名で知られるデグサ社（独）製の、超微粉末シリカ等の超微粉末の二酸化珪素を用いることが好ましい。また、上記ユーロピウム化合物の一例は、酸化ユーロピウム、弗化ユーロピウム、塩化ユーロピウムなどである。なお、先に触れたゲルマニウムを含む蛍光体に関するゲルマニウム原料としては酸化ゲルマニウムなどのゲルマニウム化合物を用いることができる。
そして、この第１の処理においては、アルカリ土類金属元素、珪素、ユーロピウム元素などが、蛍光体中で所望の元素割合になるように、これらアルカリ土類金属化合物、珪素化合物、ユーロピウム化合物を、秤量・調合する。
なお、蛍光体原料同士の反応性を高める目的で、蛍光体原料、あるいは、蛍光体原料の仮焼成物や一次焼成物に、フラックス（融剤）を混合して用いてもよい。上記フラックスとしては、各種の、ハロゲン化物や硼素化合物を用いることができる。上記ハロゲン化物としては、弗化ストロンチウム、弗化バリウム、弗化カルシウム、弗化ユーロピウム、弗化アンモニウム、弗化リチウム、弗化ナトリウム、弗化カリウム、塩化ストロンチウム、塩化バリウム、塩化カルシウム、塩化ユーロピウム、塩化アンモニウム、塩化リチウム、塩化ナトリウム、塩化カリウムなどがあり、硼素化合物としては、硼酸、酸化硼素、硼酸ストロンチウム、硼酸バリウム、硼酸カルシウムなどがある。なお、フラックスとして用いる化合物の、蛍光体１モルに対するモル数は、０．０００１モル以上で１モル以下の範囲、通常は０．００１モル以上で０．３モル以下の範囲にある。
第２の処理：蛍光体原料の混合
次に、上記第１の処理において秤量・調合した、所定のモル割合または重量割合の蛍光体原料を混合し、混合蛍光体原料を得る。蛍光体原料の混合には様々な手法を用いることができる。一例を上げると、乳鉢による混合、ボールミルによる混合、Ｖ字型混合機による混合、クロスロータリーミキサーによる混合、ジェットミルによる混合、攪拌機による混合などがあり、これらの混合方法は周知の技術である。また、混合方式としては、溶媒を全く用いず蛍光体原料だけを混合する乾式混合、あるいは、水や有機溶媒などの溶媒中に蛍光体原料を投入し、上記溶媒中でこれを分散させて混合する湿式混合などを用いることができる。上記有機溶媒としては、エタノール、メタノールなどを使用することができる。なお、上記湿式混合を実施した場合、一般には、蛍光体原料と溶媒からなる懸濁液から、例えばブフナー濾過器などを用いて混合蛍光体原料を濾過し、その後、乾燥機などを用いて、濾過後の混合蛍光体原料を、６０〜２００℃程度の温度で数時間〜数十時間乾燥して混合蛍光体原料を得る。
第３の処理：混合蛍光体原料の焼成
次に、以下の手順により、混合蛍光体原料を焼成する。焼成には電気炉やガス炉などの加熱装置を用いる。加熱装置の種類は特に限定されるものではなく、混合蛍光体原料を所望温度の所望雰囲気中で所望時間、焼成し得るものであれば使用し得る。加熱装置として電気炉を用いる場合の一例を上げると、管状雰囲気炉、雰囲気制御箱形炉、ベルトコンベア炉、ローラーハース炉、トレイプッシャ連続炉などを用いることができる。また、一般には、混合蛍光体原料を、るつぼやボートなどの焼成容器に入れ、場合によっては焼成容器に蓋をし、焼成容器と共に加熱するが、焼成容器を用いずに混合蛍光体原料だけを焼成してもよい。なお、焼成容器としては、材質が、白金、石英、アルミナ、ジルコニア、マグネシア、シリコンカーバイト、窒化珪素、磁器、カーボンなどからなるものが使用可能であり、場合によってはこれらを複合して用いる。
焼成温度は８００℃以上で１６００℃以下の範囲であれば、上記珪酸塩蛍光体を製造し得る。この温度範囲よりも焼成温度が高い場合には、蛍光体粒子同士が焼結あるいは融解するので粉末状の珪酸塩蛍光体を得ることが困難になり、一方、この温度範囲よりも焼成温度が低い場合には、蛍光体から高い発光を得ることが困難になる。但し、より高い発光効率を示す粉末状の珪酸塩蛍光体を得るためには、焼成温度は、１０００℃以上で１５００℃以下の範囲が好ましく、より好ましくは１１００℃以上で１４５０℃以下の範囲、更に好ましくは１２００℃以上で１４００℃以下の範囲である。
また、焼成時間は１０分以上で１０００時間以下の範囲であれば足りるが、製造の効率向上や蛍光体の品質向上などの観点から、好ましい焼成時間は、３０分以上で５００時間以下の範囲、より好ましくは１時間以上で１００時間以下の範囲である。焼成回数については特に制限されるものではないが、蛍光体の製造効率を高める観点から、少ない回数が望ましく、１回で済ませるに越したことはない。
焼成雰囲気は、大気中、減圧雰囲気、真空雰囲気、不活性ガス雰囲気、窒素雰囲気、酸化雰囲気、還元雰囲気などのうちから任意に選択することができる。但し、発光中心としてＥｕ２＋イオンを蛍光体中に形成させる必要があるために、焼成の最終的段階または最終に近い段階では、少なくともＥｕ２＋イオンを蛍光体中に形成させうる雰囲気中で焼成する必要が有る。この雰囲気としては、装置が簡便で安価に済む理由や、ガスや材料の取り扱いが容易な理由から、窒素・水素の混合ガスや一酸化炭素による還元雰囲気、特に、窒素・水素の混合ガス雰囲気を用いることが好ましい。なお、窒素・水素混合ガス雰囲気に限定して説明すると、最小限の還元力の確保とガスの安全性確保の両観点から、水素濃度は０．１％以上で１０％以下の範囲、特に、１％以上で５％以下の範囲が良い。なお、混合蛍光体同士の反応を高める目的で、あらかじめ４００℃〜１４００℃の大気中などで仮焼成をしておくこともよい。
第４の処理：焼成物の後処理
最後に、上記焼成によって得られた焼成物（蛍光体）に後処理を施して珪酸塩蛍光体を得る。後処理は、主に、解砕工程（ほぐして粉末状にする工程をいう）、分級工程、洗浄工程、乾燥工程を含んでいる。
粉砕工程では、上記焼成によって得られた焼成直後の蛍光体（粒子の凝集体）を粒子状に砕く。なお、焼成物の解砕には様々な手法を用いることができる。一例を上げると、乳鉢による解砕、ボールミルによる解砕、Ｖ字型混合機を利用した解砕、クロスロータリーミキサーを利用した解砕、ジェットミルによる解砕、クラッシャー、モーターグラインダー、振動カップミル、ディスクミル、ロータースピードミル、カッティングミル、ハンマーミルによる解砕などがある。また、解砕方式としては、溶媒を全く用いず焼成物を解砕する乾式解砕、あるいは、水や有機溶媒などの溶媒中に焼成物を投入し、上記溶媒中でこれを解砕する湿式解砕を用いることができる。上記有機溶媒としては、エタノール、メタノールなどが使用できる。
分級工程では、上記解砕によって得られた蛍光体粒子の集合体を、所定の粒度分布を持つ粒子集合体にする。分級には様々な手法を用いることができるが、一例を上げると、篩いによる分級や、水あるいはアルコールなどの溶媒中における蛍光体粒子の沈降現象を利用した分級手法などがある。なお、篩による分級では、５０〜１０００メッシュ程度の篩を用いて分級すると半導体発光デバイスへの適用に適する上記範囲（第１の実施形態で説明した範囲）内の中心粒径を有する珪酸塩蛍光体を得ることができる。また、分級方式としても、溶媒を全く用いない乾式分級、あるいは、水や有機溶媒などの溶媒中に解砕物を投入し、上記溶媒とともにこれを分級する湿式分級を用いることができる。シャープな粒度分布を得る目的で、これら複数の分級手法を用いる場合もある。
洗浄工程では、主に、上記焼成後に焼成物中に含まれる残留フラックス成分や、解砕あるいは分級工程中に製造物中に混入した微粒子を除去する。洗浄にも様々な手法を用いることができるが、一例を上げると、酸による洗浄、アルカリによる洗浄、蒸留水や純水などの水による洗浄、エタノールやメタノールなどの有機溶媒による洗浄などがあり、解砕あるいは分級後の蛍光体粒子を、蛍光体材料の種類や組成に応じて適宜選択した溶媒を用いて洗浄する。なお、解砕あるいは分級工程を湿式にして、これらの工程が洗浄工程を兼ねるようにしてもよい。また、製造する蛍光体の種類によっては、洗浄工程を省略することもあり得る。
乾燥工程では、解砕工程、分級工程、洗浄工程を経て得られる蛍光体粒子の集合体を加熱し、これに多量または少量含まれる水や有機溶媒などの溶媒を蒸発、乾燥させて、最終製品または最終製品に近い蛍光体粒子の集合体を得る。乾燥にも様々な手法を用いることができるが、一例を上げると、恒温乾燥機や真空乾燥機による乾燥である。なお、恒温乾燥機を用いる場合では、６０〜３００℃程度の範囲内の温度で、３０分〜１００時間程度乾燥させる。また、製造する蛍光体の種類によっては、洗浄工程と共に乾燥工程を省略することもあり得る。
なお、上記の解砕工程、分級工程、洗浄工程及び乾燥工程の組み合わせ方や、順序、回数などは、蛍光体の種類や目的に応じて、臨機応変に決定することができる。
−珪酸塩蛍光体の製造方法の具体例−
以下、珪酸塩蛍光体の製造方法の具体例を、フラックスの効果を交え、実験データを用いて説明する。
図１１は、珪酸塩蛍光体の一次焼成後の発光強度（主発光ピーク強度）及び二次焼成後の発光強度（主発光ピーク強度）を一次焼成温度の関数として示す図である。同図に示す一次焼成後の発光強度は、（Ｓｒ０．９３Ｂａ０．０５Ｅｕ０．０２）２ ＳｉＯ４ の蛍光体組成となるように調合した蛍光体原料を、室温から１４００℃の還元雰囲気（窒素水素混合ガス）中で２時間焼成（一次焼成）して得られた一次焼成物のデータである。また、同図に示す二次焼成後の発光強度は、フラックスとしての塩化バリウム（ＢａＣｌ２ ）を、上記一次焼成物に、（Ｓｒ０．９３Ｂａ０．０５Ｅｕ０．０２）２ ＳｉＯ４ 珪酸塩蛍光体：ＢａＣｌ２ ＝１ｍｏｌ：０．１ｍｏｌとなる割合に秤量して添加し、十分混合した後、１４００℃の還元雰囲気中で２時間焼成（二次焼成）して得られた二次焼成物のデータである。同図に示す一次焼成物の発光強度は、参考のために示したものである。この珪酸塩蛍光体は、このように、一次焼成（但し、省略することもできる）、フラックス添加・混合、二次焼成の焼成手順を経て製造することが可能である。
なお、一次焼成物のＸ線回折パターンから、少なくとも８００℃以上の一次焼成温度で焼成した一次焼成物中には、斜方晶系の結晶構造を有する（Ｓｒ０．９３Ｂａ０．０５Ｅｕ０．０２）２ ＳｉＯ４ 珪酸塩蛍光体が存在することが確認されている。また、１０００℃、１２００℃、１４００℃の一次焼成温度での焼成によって得られた一次焼成物は、斜方晶系の結晶構造を有し、ほぼ単一結晶相である珪酸塩蛍光体であることも確認している。
また、二次焼成物のＸ線回折パターンから、一次焼成温度に関係なく、全ての二次焼成物が、斜方晶系の結晶構造を有する（Ｓｒ０．９３Ｂａ０．０５Ｅｕ０．０２）２ ＳｉＯ４ 珪酸塩蛍光体であることを確認している。すなわち、図１１は、フラックスを用いなくとも、８００〜１４００℃の一次焼成によって、珪酸塩蛍光体を得ることができ、室温（一次焼成なし）〜１４００℃の温度で焼成した一次焼成物にフラックスを添加混合して再焼成（二次焼成）すると、さらに発光強度の強い（フラックスを用いない場合の約１．４〜１．６倍）珪酸塩蛍光体を得ることができることを示している。
−半導体発光デバイスの製造方法の第１の具体例−
次に、本発明の半導体発光デバイスの製造方法の具体例について図面を参照しながら説明する。第１の具体例として、トランスファー工法による白色発光の半導体発光デバイスの製造方法及び製造装置について説明する。図１２（ａ）〜（ｄ）は、第１の具体例における半導体発光デバイスの製造工程を示す断面図である。
まず、図１２（ａ）に示す青色ＬＥＤである青色発光半導体チップ１０１を準備する。この青色発光半導体チップ１０１は、例えば、ＧａＮなどを用いた４５０ｎｍ〜５６０ｎｍの範囲に発光スペクトルのピークを有する青色ＬＥＤであり、主面上にアノード１０１ａとカソード１０１ｂとを有している。
そして、図１２（ｂ）に示す工程で、青色発光半導体チップ１０１をツェナーダイオード１０２上にフリップチップ接続法により搭載し固定する。この際、青色発光半導体素子１０１とツェナーダイオード１０２とを互いに電気的に接続する。具体的には、青色発光半導体チップ１０１のアノード１０１ａとツェナーダイオードのカソード１０２ｂとを互いに電気的に接続し、青色発光半導体チップ１０１のカソード１０１ｂとツェナーダイオード１０２のアノード１０２ａとを互いに電気的に接続する。
つぎに、図１２（ｃ）に示す工程で、青色発光半導体チップ１０１が固定されたツェナーダイオード１０２を基板１０３上に搭載し固定する。この際、基板１０３上へ銀ペーストなどの接着材料を用いてツェナーダイオード１０２を基板１０３上に固定する。なお、この際の接着材料としてはハンダなどの他の接着材料でもよい。
その後、ツェナーダイオード１０２のアノード１０２ａを基板１０３に設けられた所定の電極端子１０４に接続する。本実施形態においては、この接続には金ワイヤー１０５を用いてアノード１０２ａを電極端子１０４に接続している。これにより、青色発光半導体チップ１０１のカソード１０１ｂが基板１０３の電極端子１０４に電気的に接続される。なお、ツェナーダイオード１０２のカソード１０２ｂを基板１０３に設けられた電極端子１０４に接続してもよいし、ツェナーダイオード１０２のアノード１０２ａ及びカソード１０２ｂを基板１０３に設けられた個別の電極端子１０４に接続してもよい。
つぎに、図１２（ｄ）に示す工程で、青色発光半導体チップ１０１（青色ＬＥＤ）から発する光が通過するように、蛍光体粒子を有する樹脂を形成する。具体的には、基板１０３を所定の型１０７内に配置し、封止樹脂をこの型１０７に流し込む。一般には、多数の型１０７を有する封止装置を用いて、白色の光を放つ多数の半導体発光デバイスを一度に形成する。ここで、封止樹脂としては、エポキシ樹脂１０６の中に蛍光体粒子１０８を分散させたものを用いる。この後、白色の光を放つ半導体発光デバイスを型１０７から分離する。エポキシ樹脂は日東電工社製ＮＴＴ８５０６のエポキシ樹脂を使用した。この後、エポキシ樹脂を硬化させる。
図１３（ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、第１の具体例の製造工程によって形成された半導体発光デバイスの上面図及び断面図である。ただし、図１３（ａ）においては、エポキシ樹脂１０６及び蛍光体粒子１０８を透明体として扱っている。図１３（ａ），（ｂ）に示すように、基板１０３上に、ツェナーダイオード１０２を介して搭載された青色発光半導体チップ（青色ＬＥＤ１０１）と、エポキシ樹脂１０６中に蛍光体粒子（黄色蛍光体粒子）１０８が比較的均一に分散して存在している蛍光体層１０９を有する半導体発光デバイスが得られる。
以上、トランスファー工法による白色発光半導体デバイスの製造方法としては、青色発光素子である青色ＬＥＤ１０１をツェナーダイオード１０２（基板）に接続する工程と、青色ＬＥＤ１０１から発する光が通過するように蛍光体粒子１０８と樹脂１０６とを設ける工程とを有している。
さらに、詳細には、図４９に示すように、ツェナーダイオード１０２を複数有するウエハ１０９上に青色発光素子である青色ＬＥＤを各々のツェナーダイオードに接続する工程と、青色ＬＥＤから発する光が通過するように蛍光体を有する樹脂を設ける工程と、ツェナーダイオードを各々分離する工程とをしている。
このような製造方法により、青色ＬＥＤと、青色ＬＥＤに電気的に接続されるツェナーダイオード（基板）と、青色ＬＥＤから発する光が通過するよう設けられた蛍光体粒子が樹脂中に分散された蛍光体層とを有する白色発光の半導体発光デバイスを製造することができる。
なお、ツェナーダイオードがなく、青色ＬＥＤと、青色ＬＥＤから発する光が通過するように蛍光体粒子を樹脂中に分散してなる蛍光体層とを有する白色発光の半導体発光デバイスを製造することもできる。
なお、本具体例における青色ＬＥＤを構成する材料としては、窒化ガリウム系化合物半導体、セレン化亜鉛半導体、酸化亜鉛半導体がある。蛍光体材料としては上述した第１の実施形態において述べた蛍光体を用いることができ、特に、珪酸塩蛍光体を選択することが望ましい。
−半導体発光デバイスの製造方法の第２の具体例−
第２の具体例として、砲弾型の白色発光の半導体発光デバイスの製造方法及び製造装置について説明する。図１４（ａ）〜（ｃ）は、第２の具体例における半導体発光デバイスの製造工程のうち前半部分を示す断面図である。図１５（ａ），（ｂ）は、第２の具体例における半導体発光デバイスの製造工程のうち後半部分を示す断面図である。
まず、図１４（ａ）に示す工程で、青色ＬＥＤ１０１を台１１０（リードフレーム）上に搭載し固定する。この台１１０は青色発光半導体素子１０１を配置するための凹部１１１と凹部１１１に接続された端子１１２と、凹部１１１に接続されない端子１１３とを有する。実際には、端子１１２と端子１１３とはこれら端子が離れるのを防止するために端子と同じ金属で凹部１１１の反対側で接続されているが、後の工程でこの接続は切断される。また、端子１１２は凹部１１１に接続されていなくてもよい。ここで、図１４(ａ)に示すように、青色ＬＥＤ１０１は凹部１１１の底面上に配置され、銀ペーストなどの接着材料を用いて端子１１２に固定される。なお、この際の接着材料としてはハンダなどの他の接着材料でもよい。
この後、図１４（ｂ）に示す工程で、青色ＬＥＤ１０１のアノード及びカソードと端子１１２ｃ，１１３とをそれぞれ金ワイヤー１１４により電気的に接続する。
つぎに、図１４（ｃ）に示す工程で、凹部１１１に、蛍光体粒子１１６と樹脂１１５との混合体を台１１０の凹部１１１内に流し込む。ここで、樹脂１１５にはエポキシ樹脂を用い、このエポキシ樹脂中に蛍光体粒子１１６が分散している。そして、このエポキシ樹脂を加熱温度１１５℃，加熱時間１２時間の条件、又は加熱温度１２０℃，加熱時間５時間の条件で硬化する。これにより、蛍光体粒子１１６が樹脂１１５中に分散した蛍光体層１１９を形成する。この第２の具体例では、エポキシ樹脂としてファインポリマーズ社製のエポキシ樹脂を使用した。なお、凹部１１１内に流し込まれる樹脂１１５として、熱による硬化を要しない樹脂材料、例えば紫外線照射により硬化するエポキシ樹脂（油化セル社製ＹＬ６６６３）や、硬化剤により硬化する樹脂材料を用いると、加熱の際における樹脂１１５の軟化を抑制することができる。したがって、樹脂１１５の硬化の前に樹脂１１５が軟化することに起因する，蛍光体粒子１１６の沈降の促進という現象を妨げることができる。従って、熱による硬化を要しない樹脂材料を用いることにより、樹脂１１５中の蛍光体１１６の分散性をより均一にすることができる。
この後、 図１５（ａ）に示す工程で、この台１１０を所定の型１１７に反転させて配置し、封止のための樹脂１１８をこの型１１７に流し込む。ここで、封止のための樹脂１１８にはエポキシ樹脂をもちいた。なお、この封止のための樹脂１１８は、白色発光デバイスの信頼性の観点から熱により硬化するエポキシ樹脂を用いるのが望ましい。しかしながら、熱により硬化しない樹脂を用いることも可能である。
この後、樹脂を硬化させることにより、図１５（ｂ）に示すような砲弾型の白色発光の半導体発光デバイスが得られる。すなわち、蛍光体粒子１１６が樹脂１１５中で分散した蛍光体層１１９を有し、第１の実施形態で説明したような色調の良好な白色光を放つ砲弾型半導体発光デバイスが得られる。
ここで、青色ＬＥＤ１０１を設置する台１１０は断面が凹形状であればよい。したがって、台１１０は、青色ＬＥＤを接地するための設置部１１２ａ（ここでは凹部の底面）と、設置部１１２ａを囲む側部１１２ｂと、端子１１２ｃ，１１３とを備え、設置部１１２ａと側部１１２ｂとで構成された空間（凹部１１１）に蛍光体層を設けることが可能な構造を有している。凹部１１１の形状は、一方の底面が開放された円柱、多角柱や、底面が開放された円錐、多角錐や、更に、上面又は下面が開放された円錐台、多角錐台のいずれでもよい。
このように、側部１１２ｂが、設置部１１２ａ（底面）に設置された青色ＬＥＤ１０１が発する光を反射する構成とすることにより、半導体発光デバイス全体の外部光取出効率を向上することができる。
また、蛍光体粒子１１６が分散された樹脂１１５を、凹部１１１の側部の高さより低い位置まで充填すること、つまり蛍光体層１１９が凹部１１１の上端に達していないことが望ましい。これは、凹部１１１の形状が、円柱、多角柱、円錐、多角錐、円錐台、多角錐台のいずれの場合にも、共通することである。これにより、白色発光の半導体発光デバイスを複数個設け、各々の半導体発光デバイスからの発光を利用する場合、ある半導体発光デバイスと、それに隣接する半導体発光デバイスとの間において、一方が発した青色光が他方の半導体発光デバイスの樹脂中の蛍光体粒子を励起し、クロストークを起すという不具合を解消することができる。特に、この青色発光半導体素子の青色光とこの青色光によって励起された蛍光体の黄色光により白色光を発する素子においては、青色光が外部にも放たれる構造となっているので、このようなクロストークの問題は重大となるが、蛍光体層１１９が、凹部１１１の側部１１２ｂの高さより低いことにより、このようなクロストークを解消できる。
以上のように、第２の具体例における半導体発光デバイスの製造方法は、青色ＬＥＤ１０１を設置部１１２ａに接地する工程(又は手段)と、青色ＬＥＤから発する光が通過するように、蛍光体粒子１１６と樹脂１１５との混合体からなる蛍光体層１１９を形成する工程（又は手段）とを有する製造方法（又は製造装置）である。
さらに詳細には、上記樹脂を設ける工程（又は手段）は、設置部１１２ａと側部１１２ｂとの間に形成される凹部１１１に、

設ける工程（又は手段）とを有する製造方法（又は製造装置）である。更に詳細には、上記青色発光ダイオードを設置部に設ける工程(又は手段)と、上記青色発光ダイオードから発する光が通過するように蛍光体を有する第１の樹脂を設ける工程（又は手段）と、上記青色発光ダイオードから発する光が通過するように蛍光体を有さない第２の樹脂を設ける工程（又は手段）とを有する製造方法（又は製造装置）である。ここで、第１の樹脂には熱により硬化しない樹脂を、第２の樹脂には熱により硬化する樹脂を選択することが望ましい。
なお、青色ＬＥＤを構成する材料としては、窒化ガリウム系化合物半導体、セレン化亜鉛半導体、酸化亜鉛半導体を用いることができる。蛍光体材料としては、第１の実施形態で説明した材料を用いることができ、特に、珪酸塩蛍光体を選択することが望ましい。
本具体例では、樹脂１２５としてエポキシ樹脂を用いたが、シリコン樹脂など他の樹脂を用いてもよい。
また、青色ＬＥＤのアノード及びカソードと各端子との間の電気的接続は、金ワイヤーにより行なったが、ワイヤーとしては電気的接続ができる材料であれば良く。例えば、アルミワイヤーなどを用いてもよい。
−半導体発光デバイスの製造方法の第３の具体例−
第３の具体例として、サイドビュー型の白色発光の半導体発光デバイスの製造方法及び製造装置について説明する。図１６（ａ）〜（ｃ）は、第３の具体例における半導体発光デバイスの製造工程のうち前半部分を示す断面図である。
まず、図１６（ａ）に示す工程で、青色ＬＥＤ１０１を筐体１２０上に搭載し固定する。この筐体１２０は、青色ＬＥＤ１０１を配置するための基部１２０と、側部１２１と、凹部１２８の底面上から筐体１２０の側部１２１を貫通して外方に取り出された外部接続端子１２２，１２３とを有する。ここで、図１６(ａ)に示すように、青色ＬＥＤ１０１は凹部１２８の底面に設置され銀ペーストなどの接着材料を用いて固定される。なお、この際の接着材料としてはハンダなどの他の接着材料でもよい。
この後、図１６（ｂ）に示す工程で、青色ＬＥＤ１０１のアノード及びカソードと、端子１２２，１２３とを、それぞれ金ワイヤー１２４により電気的に接続する。
つぎに、図１６（ｃ）に示す工程で、樹脂１２５及び蛍光体粒子１２６の混合体を筐体１２０の凹部１２８内に流し込む。この具体例では、樹脂１２５としてエポキシ樹脂を用い、このエポキシ樹脂の中に蛍光体粒子１２６を分散させている。そして、このエポキシ樹脂を加熱温度１１５℃，加熱時間１２時間の条件、又は加熱温度１２０℃，加熱時間５時間の条件で硬化する。これにより、蛍光体粒子１１６が樹脂１１５中に分散した蛍光体層１１９を形成する。この第２の具体例では、エポキシ樹脂としてファインポリマーズ社製のエポキシ樹脂を使用した。なお、凹部１２８内に流し込まれる樹脂１２５として、熱による硬化を要しない樹脂材料、例えば紫外線照射により硬化するエポキシ樹脂（油化セル社製ＹＬ６６６３）や、硬化剤により硬化する樹脂材料を用いると、加熱の際における樹脂１２５の軟化を抑制することができる。したがって、樹脂１２５の硬化の前に樹脂１２５が軟化することに起因する，蛍光体粒子１２６の沈降の促進という現象を妨げることができる。従って、熱による硬化を要しない樹脂材料を用いることにより、樹脂１２５中の蛍光体１２６の分散性をより均一にすることができる。
この後、樹脂を硬化させることにより、図１６（ｃ）に示すようなサイドビュー型の白色発光の半導体発光デバイスが得られる。すなわち、蛍光体粒子１２６が樹脂１２５中で分散した蛍光体層１２９を有し、第１の実施形態で説明したような色調の良好な白色光を放つ砲弾型半導体発光デバイスが得られる。
ここで、青色ＬＥＤ１０１を設置する筐体１２０は断面が凹形状であればよい。したがって、筐体１２０は、青色ＬＥＤを接地するための基部１２０と、基部１２０上で凹部１２８を囲む側部１２１と、外部接続端子１２２，１２３とを備え、基部１２０と側部１２１とで構成された空間（凹部１２８）に蛍光体層を設けることが可能な構造を有している。凹部１２８の形状は、一方の底面が開放された円柱、多角柱や、底面が開放された円錐、多角錐や、更に、上面又は下面が開放された円錐台、多角錐台のいずれでもよい。
このように、側部１２１が、基部１２０に設置された青色ＬＥＤ１０１が発する光を反射する反射板として機能する構成とすることにより、半導体発光デバイス全体の外部光取出効率を向上することができる。
また、蛍光体粒子１２６が分散された樹脂１２５を、側部１２１（凹部の側壁）の高さより低い位置まで充填すること、つまり蛍光体層１２９が凹部１１１の上端に達していないことが望ましい。これは、凹部１２８の形状が、円柱、多角柱、円錐、多角錐、円錐台、多角錐台などのいずれの場合にも共通することである。これにより、白色発光の半導体発光デバイスを複数個設け、各々の半導体発光デバイスからの発光を利用する場合、ある半導体発光デバイスと、それに隣接する半導体発光デバイスとの間において、一方が発した青色光が他方の半導体発光デバイスの樹脂中の蛍光体粒子を励起し、クロストークを起すという不具合を解消することができる。特に、この青色発光半導体素子の青色光とこの青色光によって励起された蛍光体の黄色光により白色光を発する素子においては、青色光が外部にも放たれる構造となっているので、このようなクロストークの問題は重大となるが、蛍光体層１２９が、側部１２１の高さより低いことにより、このようなクロストークを解消できる。
以上のように、第２の具体例における半導体発光デバイスの製造方法は、青色ＬＥＤ１０１（青色発光素子）を基部１２０に設置する工程と、青色ＬＥＤから発する光が通過するように、蛍光体粒子１１６と樹脂１１５との混合体からなる蛍光体層１１９を形成する工程とを有する製造方法である。
さらに、詳細には、青色発光素子を基部に設置する工程と、青色発光素子から発する光が通過するように、蛍光体層を設ける工程と、上記青色発光ダイオードから発する光が通過するように蛍光体を有していない透過性樹脂を設ける工程とを有する製造方法である。ここで、蛍光体層を構成する樹脂には熱により硬化しない樹脂を、蛍光体を有していない樹脂には熱により硬化する樹脂を選択することが望ましい。
なお、青色ＬＥＤを構成する材料としては、窒化ガリウム系化合物半導体、セレン化亜鉛半導体、酸化亜鉛半導体を用いることができる。蛍光体材料としては、第１の実施形態で説明した材料を用いることができ、特に、珪酸塩蛍光体を選択することが望ましい。
本具体例では、樹脂１２５としてエポキシ樹脂を用いたが、シリコン樹脂など他の樹脂を用いてもよい。
また、青色ＬＥＤのアノード及びカソードと各端子との間の電気的接続は、金ワイヤーにより行なったが、ワイヤーとしては電気的接続ができる材料であれば良く。例えば、アルミワイヤーなどを用いてもよい。
ここで、上記各具体例に係る半導体発光装置の製造工程において、蛍光体粒子は樹脂中でできるだけ均一に分散していることが望ましい。そこで、半導体発光デバイスの製造工程において、蛍光体粒子を樹脂中で均一に分散させるための具体例について、以下に説明する。
−蛍光体粒子を均一に分散させるための第１の具体例−
第１の具体例では、樹脂の硬化中に振動を加える方法及び装置について説明する。図１７（ａ），（ｂ）は、半導体発光デバイスの製造工程で超音波振動を加える２つの方法をそれぞれ示す平面図である。すなわち、図１７（ａ）に示すように、超音波振動層１３０（ＫＡＩＪＯＤＥＮＮＫＩ社製）中に型１０７を設置して、樹脂１０６を硬化させている間、型１０７全体に振動を加えることにより樹脂１０６中に蛍光体粒子１０８を均一に分散させることができる。また、図１７（ｂ）に示すように、振動付加手段１３１（超音波ホーンなど）により型１０７に直接振動を加えてもよい。例えば樹脂１０６と蛍光体粒子１０８との比重差が大きいために、図２１（ｂ）に示すごとく、蛍光体層１０９中で樹脂１０６の底部に蛍光体粒子１０８が沈降していたとしても、図１７（ａ），（ｂ）に示すように、型１０７を振動させることにより、蛍光体粒子１０８及び樹脂１０６が振動して図２１（ｄ）に示すように、樹脂１０６中に蛍光体粒子１０８が均一に分散するようになる。
図１８（ａ），（ｂ）は、半導体発光デバイスの製造方法の第１の具体例（砲弾型半導体発光デバイスの製造方法）における超音波振動を加える２つの方法をそれぞれ示す平面図であって、図１５（ｂ）に示す工程で、超音波振動を加える際の状態を示している。すなわち、図１８（ａ）に示すように、超音波振動層１３０（ＫＡＩＪＯＤＥＮＮＫＩ社製）中に型１１７を設置して、樹脂１１５を硬化させている間、型１１７全体に振動を加えることにより樹脂１１５中に蛍光体粒子１１６を均一に分散させることができる。また、図１８（ｂ）に示すように、振動付加手段１３１（超音波ホーンなど）により型１１７に直接振動を加えてもよい。例えば樹脂１１５と蛍光体粒子１１６との比重差が大きいために、図２１（ａ）に示すごとく、蛍光体層１１９中で樹脂１１５の底部に蛍光体粒子１１６が沈降していたとしても、図１８（ａ），（ｂ）に示すように、型１１７を振動させることにより、蛍光体粒子１１６及び樹脂１１５が振動して図２１（ｃ）に示すように、樹脂１１５中に蛍光体粒子１１６が均一に分散するようになる。
同様に、半導体発光デバイスの製造方法の第３の具体例（サイドビュー型半導体発光デバイスの製造方法）の図１６（ｃ）に示す工程で、超音波振動装置１３０又は超音波付加手段１３１を使用することができる。その場合にも、例えば樹脂１２５と蛍光体粒子１２６との比重差が大きいために、蛍光体層１２９中で樹脂１２５の底部に蛍光体粒子１２６が沈降していたとしても、蛍光体粒子１２６及び樹脂１２５を振動させることにより、樹脂１２５中に蛍光体粒子１２６が均一に分散するようになる。
−蛍光体粒子を均一に分散させるための第２の具体例−
第２の具体例では、樹脂の硬化中に型を上下反転させる方法及び装置について説明する。図１９（ａ），（ｂ）は、半導体発光デバイスの製造工程中において型を上下反転させる方法を示す平面図であって、型を上下反転させる際の状態を示している。すなわち、図１９（ａ）に示すように、回転軸１４１と回転軸１４１を回転させる駆動モータ（図示せず）とを有する反転手段を用い、型１０７に回転軸１４１を取り付けて、樹脂１０６を硬化させている間、型１０７全体を図１９（ａ）に示す正常位置と図１９（ｂ）に示す反転位置との間で繰り返し上下反転させることにより、樹脂１０６中に蛍光体粒子１０８を均一に分散させることができる。例えば樹脂１０６と蛍光体粒子１０８との比重差が大きいために、図２１（ｂ）に示すごとく、蛍光体層１０９中で樹脂１０６の底部に蛍光体粒子１０８が沈降していたとしても、図１９（ａ），（ｂ）に示すように、型１０７を上下反転させることにより、蛍光体粒子１０６及び樹脂１０６が移動して図２１（ｄ）に示すように、樹脂１０６中に蛍光体粒子１０８が均一に分散するようになる。
ここで、型１０７を反転させる回数は多ければ多いほど樹脂１０６中の蛍光体粒子１０８の分散性がよくなる。また、樹脂は最初の１時間で全体の約９０％が硬化するため、この１時間内に型１０７すなわち樹脂１０６を上下反転させることが望ましい.
図２０（ａ），（ｂ）は、半導体発光デバイスの第２の具体例に係る製造工程中の図１５（ａ）に示す工程で、型を上下反転させる際の状態を示している。すなわち、図２０（ａ）に示すように、回転軸１４１と回転軸１４１を回転させる駆動モータ（図示せず）とを有する反転手段を用い、型１１７に回転軸１４１を取り付けて、樹脂１１５を硬化させている間、型１１７全体を図２０（ａ）に示す正常位置と図２０（ｂ）に示す反転位置との間で繰り返し上下反転させることにより、樹脂１１５中に蛍光体粒子１１６を均一に分散させることができる。例えば樹脂１１５と蛍光体粒子１１６との比重差が大きいために、図２１（ａ）に示すごとく、蛍光体層１１９中で樹脂１１５の底部に蛍光体粒子１１６が沈降していたとしても、図１８（ａ），（ｂ）に示すように、型１１７を上下反転させることにより、蛍光体粒子１１６及び樹脂１１５が移動して図２１（ｃ）に示すように、樹脂１１５中に蛍光体粒子１１６が均一に分散するようになる。
この場合にも、型１１７を反転させる回数は多ければ多いほど樹脂１１５中の蛍光体粒子１１６の分散性がよくなる。また、樹脂は最初の１時間で全体の約９０％が硬化するため、この１時間内に型１１７すなわち樹脂１１５を上下反転させることが望ましい.
同様に、半導体発光デバイスの製造方法の第３の具体例（サイドビュー型半導体発光デバイスの製造方法）の図１６（ｃ）に示す工程で、反転手段を使用することができる。その場合にも、例えば樹脂１２５と蛍光体粒子１２６との比重差が大きいために、蛍光体層１２９中で樹脂１２５の底部に蛍光体粒子１２６が沈降していたとしても、蛍光体粒子１２６及び樹脂１２５を上下反転させることにより、樹脂１２５中に蛍光体粒子１２６が均一に分散するようになる。
−蛍光体粒子を均一に分散させるための第３の具体例−
第３の具体例では、樹脂を凹部や型に充填した後硬化させる処理を複数回に分けて行なう方法について説明する。
この具体例では、例えば半導体発光デバイスの製造方法の第１の具体例（トランスファー工法）の図１２（ｄ）に示す工程において、蛍光体粒子１０８を含む樹脂１０６を全量の１／３ずつ型１０７に充填し、加熱時間を５時間とし、加熱温度を１２０℃として樹脂１０６を硬化させる。この処理を３回繰り返すことにより、型１０７に蛍光体層１０９を形成する。
このように、樹脂の充填・硬化を複数回に分けて行なうことにより、図２１（ｂ）に示すごとく蛍光体層１０９中で樹脂１０６の底部に蛍光体粒子１０８が沈降することがなく、樹脂１０６中に蛍光体粒子１０８が比較的均一に分散するようになる。
同様に、半導体発光デバイスの製造方法の第２の具体例（砲弾型半導体発光デバイスの製造方法）の図１４（ｃ）に示す工程、又は半導体発光デバイスの製造方法の第３の具体例（サイドビュー型半導体発光デバイスの製造方法）の図１６（ｃ）に示す工程で、型又は凹部への樹脂の充填・硬化を複数回行なうことにより、樹脂中に蛍光体粒子が比較的均一に分散するようになる。
ここで、型や凹部に樹脂を充填・硬化する回数を多くするほど樹脂中の蛍光体粒子の分散性がよくなる。ただし、その回数を多くすれば製造時間が長くなるため５回以下の回数であることが望ましく、特に、３回程度がもっとも望ましい。
−蛍光体粒子を均一に分散させるための第４の具体例−
第４の具体例では、蛍光体層を形成する際に高粘度の樹脂を使用する方法について説明する。
この具体例では、例えば半導体発光デバイスの製造工程（例えば図１７（ｃ）に示す工程）において、蛍光体粒子１０８を含む樹脂１０６の粘度を高い粘度とすることにより、樹脂１０６の硬化中に蛍光体粒子１０８が沈降しないようにすることができる。この具体例では、樹脂１０６の粘度として蛍光体粒子１０８が沈降しない程度の粘度とする。好ましくは、１Ｐａ・Ｓ以上で１００Ｐａ・Ｓ以下の範囲内の粘度である。
このように、高粘度の樹脂を用いることにより、図２１（ｂ）に示すごとく蛍光体層１０９中で樹脂１０６の底部に蛍光体粒子１０８が沈降することがなく、樹脂１０６中に蛍光体粒子１０８が比較的均一に分散するようになる。
同様に、半導体発光デバイスの製造方法の第２の具体例（砲弾型半導体発光デバイスの製造方法）の図１４（ｃ）に示す工程、又は半導体発光デバイスの製造方法の第３の具体例（サイドビュー型半導体発光デバイスの製造方法）の図１６（ｃ）に示す工程で、高粘度の樹脂を用いることにより、樹脂中に蛍光体粒子が比較的均一に分散するようになる。
−蛍光体粒子を均一に分散させるための第５の具体例−
第５の具体例では、蛍光体層を形成する際に硬化のために加熱を必要としない樹脂を使用する方法について説明する。
この具体例では、例えば半導体発光デバイスの製造工程（例えば、図１２（ｄ）に示す工程）において、蛍光体粒子１０８を含む樹脂１０６として、紫外線により硬化する樹脂（油化セル社製ＹＬ６６６３）（以下、紫外線硬化型樹脂という。）を用いる。また、樹脂１０６として樹脂硬化剤により硬化する樹脂以下、二液硬化樹脂という。）を用いてもよい。
その結果、熱による硬化する樹脂では、硬化の前に樹脂の粘度が低下する時期があるために、蛍光体粒子１０８の若干の沈降が見られるのに対し、熱による硬化を行なわない紫外線硬化型樹脂や二液硬化樹脂を用いると、蛍光体粒子１０８が比較的均一に樹脂１０６中で分散していることが知見された。
同様に、半導体発光デバイスの製造方法の第２の具体例（砲弾型半導体発光デバイスの製造方法）の図１４（ｃ）に示す工程、又は半導体発光デバイスの製造方法の第３の具体例（サイドビュー型半導体発光デバイスの製造方法）の図１６（ｃ）に示す工程で、熱による硬化を行なわない紫外線硬化型樹脂や二液硬化樹脂を用いることにより、樹脂中に蛍光体粒子が比較的均一に分散するようになる。
そして、上記第１〜第５の具体例のように、蛍光体粒子をより均一に樹脂中に分散させる工程又は手段を設けることにより、下記のような効果を得ることができる。蛍光体粒子を均一に、特に、樹脂中で縦方向に均一に分散させることにより、蛍光体粒子が偏って存在する場合に比べ、青色ＬＥＤが発する青色光（４５０ｎｍ〜５６０ｎｍの間に発光スペクトルのピークを有する光）が偏って存在する蛍光体粒子に過度に封じ込められることなく外部に取り出すことができ、適当な白色光を得ることができる。
また、蛍光体粒子が発する蛍光自体も、偏って存在する蛍光体粒子に過度に封じ込められるようなことがなく、外部に取り出すことが可能となる。
さらに、蛍光体粒子が樹脂中で偏って存在する場合、特に図２１（ａ），（ｃ）に示すように、蛍光体が基板１０３上に沈降してしまった場合に比して、同じ青色ＬＥＤを用いた場合において１０％程度少ない蛍光体量でも同じ色温度の白色発光半導体素子ができるとともに、同じ色温度で輝度、強度を増加させることもできる。
なお、上記第１〜第５の具体例の工程又は手段は、単独でも効果を得られるが二以上を行うことにより更なる相乗効果が得られる。
−蛍光体層の攪拌に関する具体例−
図２２は、半導体発光デバイスのキャビティ内に珪酸塩蛍光体を含む蛍光体ペーストを流し込む際に用いられる蛍光体ペースト吐出装置の好ましい具体例を示す断面図である。図２２において、２００は原料タンク、２０１はヘッド、ＣＡは半導体発光デバイスのキャビティ、２０４はポンプ、２０５は分散ノズル、２０６は蛍光体ペースト、２０７は蛍光体ペースト２０６中に含まれる蛍光体粒子、２０８は蛍光体ペースト２０６中の樹脂である。ヘッド２０１は、例えば、原料タンク２００から移動してきた蛍光体ペースト２０６を貯えるタンク室２０２と、蛍光体ペースト２０６をキャビティＣＡに噴出するノズル２０３と、タンク室２０２内に配置された金属球Ｓとを備えている。原料タンク２００に貯えられた蛍光体ペーストは、循環ポンプ２０４の加圧によってタンク室２０２に供給されて、ノズル２０３からキャビティＣＡに連続的に噴出される。
原料タンク２００内やタンク室２０２に貯えられた蛍光体ペースト２０６は、時間の経過にしたがって蛍光体粒子２０７が凝集し、蛍光体粒子２０７の凝集物が形成される傾向がある。蛍光体粒子２０７の凝集物が形成されると、ノズル２０３の目詰まりが発生したり、噴出される蛍光体ペースト２０６中の蛍光体粒子２０７の濃度が変化してしまい、キャビティＣＡ内で蛍光体粒子２０７を均一に分散させることが困難になる場合がある。そこで、本具体例の蛍光体ペースト吐出装置では、原料タンク２００，タンク室２０２に貯えられた蛍光体ペースト２０７を攪拌させることによって、蛍光体粒子２０７の凝集物の形成を抑制するようになっている。図２２に示す例では、原料タンク２００やタンク室２０２に金属球Ｓが入っており、金属球Ｓを磁力によってタンク内で移動させることによって蛍光体ペースト２０７を攪拌することが可能になっている。これにより、原料タンク２００やタンク室２０２内での蛍光体の凝集が抑制される。
なお、原料タンク２００やタンク室２０２内の蛍光体ペースト２０７の攪拌方法は、図２２に示すような金属球Ｓを用いる方法に限定されず、タンク室等の内部において蛍光体ペースト２０７の濃度分布の変化をできるだけ抑制する方法であれば、多の方法を採用することができる。例えば、タンク室２０２に振動を与えてもいいし、タンク室２０２に攪拌部材を付設しておくだけでもよい。また、原料タンク２００内にフィルタを設置しておき、原料タンク２００内にフィルタを介して蛍光体ペースト２０６を供給することによって、凝集物を解体することができるようになる。
さらに、本具体例の蛍光体ペースト吐出装置には、蛍光体ペースト２０６の流速を制御する分散ノズル２０５が設けられている。蛍光体ペースト２０６が分散ノズル２０５を通過する際、蛍光体ペースト２０６中の蛍光体粒子２０７の凝集物がジェット流により細分化され、その凝集が解きほぐされる。分散ノズル２０５のくび径をヘッド２０２のノズル径に適合するように設定しておけば、原料タンク２００内や途中の供給路中で凝集された蛍光体ペースト２０６中の凝集物が適度に解きほぐされ、ノズル２０３からの噴出が安定化される。分散ノズル２０５を介してヘッド２０２に蛍光体の凝集を抑制することによって、さらに、ノズル２０３における根詰まり防止だけでなく、キャビティＣＡ内で蛍光体粒子２０７が均一に分散させることが容易になる。なお、分散ノズル２０５を必ずしも設ける必要はなく、珪酸塩蛍光体の粘度などに対応させて適宜設ければよい。
−蛍光体層の帯電−
ＹＡＧ系蛍光体が沈積する原因として、蛍光体と母材の比重差が大きいことに起因して生じるものとしてきたが、その他の原因としてＹＡＧ系蛍光体が正に帯電していることが考えられる。つまり、母材である樹脂が同じ正に帯電していると、一般に両者は互いに反発し合うのでＹＡＧ系蛍光体が沈積する。
一方、化学式Ｓｒ１−ａ１−ｂ１−ｘ Ｂａａ１Ｃａｂ１Ｅｕｘ ）２ ＳｉＯ４ で表される化合物を主体にしてなる珪酸塩蛍光体が同じ樹脂に対して沈積しない事実と、上記帯電と沈積との関係とを考慮すると、この珪酸塩蛍光体粒子が樹脂とは反対の負に帯電しており両者は互いに引き付け合う関係にあるため、珪酸塩蛍光体粒子は樹脂の全体に亘って分散しているものと考えられる。このような、正に帯電する樹脂としては、エポキシ樹脂とシリコン樹脂とがある。
以上により、ＹＡＧ系蛍光体粒子の分散性を向上させる手段として、蛍光体粒子を負に帯電する酸化物等でコーティングする方法が考えられる。
蛍光体粒子の表面に酸化物，弗化物をコーティングする方法は、まず、蛍光体ペーストの懸濁液及びおよび必要な酸化物や弗化物のコーティング粒子の懸濁液を混合攪拌した後、吸引濾過して、１２５℃以上で乾燥した後３５０℃で焼成する。蛍光体と酸化物，弗化物の接着力を向上するのに、樹脂，有機シラン，水ガラス等を少量加えてもよい。
また、蛍光体粒子の表面を膜状にコーティングする方法として、有機金属化合物の加水分解を利用する方法もある。これにより、蛍光体粒子の表面に負に帯電しやすい酸化物であるＳｉＯ２ をコーティングすることができる。また、Ａｌ２ Ｏ３ 膜を形成する場合は、蛍光体をアルミニウムのアルコキシドであるＡｌ(ＯＣ２ Ｈ５ ）３ を用いて、これをアルコール溶液中で混合攪拌して、蛍光体表面にＡｌ２ Ｏ３ をコーティングする。
このように、帯電の極性が樹脂の帯電極性と相反する材料からなる部材を蛍光体粒子の表面に付着又はコーティングすることにより、樹脂の帯電極性と相反する極性に帯電された部材が付着又はコーティングされた蛍光体粒子の周囲を樹脂分子が取り囲み、蛍光体粒子同士の凝集が抑制されるとともに、蛍光体粒子の沈降が防げられるという知見を本発明者らは得た。ＹＡＧ系蛍光体粒子，珪酸塩蛍光体粒子いずれの場合においても、少なくとも蛍光体粒子が分散される樹脂と蛍光体粒子とをそれぞれ逆極性に帯電する部材を選択すれば、従来のような顕著な蛍光体粒子の沈降は発生しなくなることを本発明者達は見いだした。
ここで、蛍光体粒子の表面への負に帯電する酸化物や弗化物のコーティングの量は、少なすぎると効果が少なく、多すぎるとで発生する光を吸収してしまい、輝度が低下するおそれがある。そこで、蛍光体粒子の表面への負に帯電する酸化物や弗化物のコーティング量の好ましい範囲は、蛍光体粒子の重量に対して０．０５％〜２．０％であることが、本発明者達が行なった種々の実験からの知見として得られている。
このように、本発明のさらなる発明ではＳｉＯ２ をコーティング又は付着させたＹＡＧ系蛍光体をエポキシ樹脂中に有する構成としている。即ち、負に帯電する酸化物、弗化物を付着またはコーティングさせたＹＡＧ系蛍光体をエポキシ樹脂中に有する構造及びこのような構造を製造する方法としている。さらに、詳細には、負の帯電する酸化物、弗化物を付着またはコーティングさせたＹＡＧ系蛍光体を負に帯電する樹脂であるエポキシ樹脂中に有する構造及びこのような構造を製造する方法とすることにより、更に、青色ＬＥＤの発光がこのエポキシ樹脂を通過する構成及びこのような構成を製造する方法とすることにより、図２１（ｃ），（ｄ）に示すように、蛍光体粒子が均一に分散した白色系光を発光する半導体発光デバイスを提供することが可能となる。
−半導体発光デバイスの珪酸塩蛍光体の例−
以下、本発明の半導体発光デバイスにかかる実施例を記述する。
珪酸塩蛍光体の作製の手順例
まず、黄色系光を放つ組成の珪酸塩蛍光体粒子を作製した。蛍光体原料として、炭酸バリウム（ＢａＣＯ３ ）、炭酸ストロンチウム（ＳｒＣＯ３ ）、酸化ユーロピウム（Ｅｕ２ Ｏ３ ）、二酸化珪素（ＳｉＯ２ ）の各粉末を用い、フラックスとして塩化カルシウム（ＣａＣｌ２ ）を用いた。蛍光体原料の純度は全て９９．９％以上で、蛍光体原料の中心粒径は１０ｎｍ以上で５μｍ以下の範囲内のものを用いた。なお、各原料については、吸着ガスによる秤量の誤差をなくすために、あらかじめ約９００℃の大気中での加熱前後における重量変化を調べ、これを把握した。
粉末状の炭酸バリウム９．９ｇ，炭酸ストロンチウム１３８．０ｇ，酸化ユーロピウム２．６ｇ，二酸化珪素３０．７ｇ及び塩化カルシウム１．７ｇを、電子天秤を用いて秤量した後、これらの粉末を自動乳鉢で十分混合し、混合蛍光体原料粉末を得た。その後、アルミナボートに混合蛍光体原料粉末を仕込み、アルミナを炉心管とする管状雰囲気炉内の所定の位置に配置した後、焼成を行なっている。焼成条件は、加熱温度１４００℃で、水素５％及び窒素９５％の雰囲気中で、加熱時間は２時間としている。
炉心管内部が室温まで冷却したことを確認した後、焼成物（珪酸塩蛍光体）を取出し、解砕，洗浄，分級及び乾燥などの後処理を行なった。以上のようにして、斜方晶の結晶構造を有し、黄色系発光を放つ珪酸塩蛍光体を得た。
以下、得られた珪酸塩蛍光体の特性を事前評価した結果を説明する。ここでは、Ｘ線回折法による珪酸塩蛍光体粒子の結晶構成物と、レーザー回折・散乱式粒度分布測定器による珪酸塩蛍光体粒子の粒度分布及び中心粒径と、ＩＣＰ発光分光分析法を用いて、この珪酸塩蛍光体の組成と、珪酸塩蛍光体の励起光スペクトル及び発光スペクトルと、青色励起光の反射スペクトル及び青色光によって励起される蛍光体の発光スペクトルとを評価した。
図２３は、珪酸塩蛍光体に対して行なったＸ線回折解析の結果を示し、回折角とＸ線回折強度との関係を示すＸ線回折パターン図である。図２３に示すＸ線回折パターンは、後に説明する斜方晶系Ｓｒ２ ＳｉＯ４ 化合物のＸ線回折パターン（図２７（ｂ）参照）と同じパターンである。このことは実施例にかかる珪酸塩蛍光体が、斜方晶の結晶構造を有する、単一結晶相の（Ｓｒ，Ｂａ，Ｅｕ）２ ＳｉＯ４ 蛍光体であることを示している。
図２４は、Ｘ線回折法による珪酸塩蛍光体の粒度分布を示す図である。同図に示されるように、実施例にかかる珪酸塩蛍光体粒子の粒径が、約３μｍ以上３０μｍ以下の範囲内に分布しており、１１．５μｍの中心粒径を有する蛍光体粒子群からなる蛍光体であることを示している。なお、電子顕微鏡観察の結果、珪酸塩蛍光体の一つの粒子は、丸みを帯びた形状の数個の一次粒子が凝集してなるものであった。また、上記一次粒子の表面は、少し荒れが認められるものの比較的平滑であった。
次に、ＩＣＰ発光分光分析法を用いて、この珪酸塩蛍光体の組成を評価した。その結果、上記珪酸塩蛍光体の組成は、（Ｃａ０．０１５ Ｓｒ０．９２Ｂａ０．０５Ｅｕ０．０１５ ）Ｓｉ０．９９Ｏｘ であり、仕込み時における珪酸塩蛍光体の組成比とほぼ一致した。
次に、上記珪酸塩蛍光体の励起光スペクトルと発光スペクトルを評価した。この結果はすでに図８に示した通りである。比較のために、図８にはＹＡＧ系蛍光体粒子の励起光スペクトルと発光スペクトルが示されている。図８に示すように、この例にかかる珪酸塩蛍光体は、２５０〜３００ｎｍ付近に励起光ピークを有し、１００〜５００ｎｍの広い波長範囲内の光を吸収して、５６９ｎｍに発光ピークを有する黄色系蛍光体であることを示している。なお、珪酸塩蛍光体が放つ黄色系光のＣＩＥ色度座標における色度（ｘ，ｙ）は、各々、（０．４８４，０．５０６）であった。
図２５は、珪酸塩蛍光体の発光について、積分球を用いて積分し評価した結果を示す図である。ここでは、上記処理で得られた珪酸塩蛍光体に波長４７０ｎｍの励起用青色光を照射し、青色励起光の反射スペクトルと青色光によって励起される蛍光体の発光スペクトルとを評価した。なお、４７０ｎｍの青色光は、Ｘｅランプの光をモノクロメーターに通すことによって得た。比較のために、図２５にはＹＡＧ系蛍光体の上記反射スペクトルと発光スペクトル強度も示した。なお、図２５において、４７０ｎｍの発光ピークは励起光（青色光）によるものである。図２５には、この珪酸塩蛍光体がＹＡＧ系蛍光体よりも３倍以上青色光を反射しやすい性質を有することと、この珪酸塩蛍光体がＹＡＧ系蛍光体に比較して青色光によって励起される発光の強度が弱く、ＹＡＧ蛍光体の発光強度の約半分であることが示されている。
−珪酸塩蛍光体の各種特性−
以下、上記手順によって製造した珪酸塩蛍光体の特性を詳細に説明する。図５３は、参考のために珪酸塩蛍光体の代表的な組成と特性とを表にして示す図である。図５３中に示す組成は、基本的にはＩＣＰ発光分光分析法によって定量評価した組成、または、上述の定量分析の結果から推定し得る組成である。
まず、珪酸塩蛍光体の組成と結晶構造の関係を説明する。なお、以下の説明は、Ｅｕ濃度（＝Ｅｕ／（Ｓｒ＋Ｂａ＋Ｃａ＋Ｅｕ）と定義する）を、典型的な２原子％（すなわち、Ｅｕ濃度＝０．０２）とし、１４００℃の還元雰囲気中での２時間の焼成により得た珪酸塩蛍光体についてのものである。
珪酸塩蛍光体は、先に説明したように、組成によって、少なくとも、斜方晶系、単斜晶系、六方晶系の３つの結晶構造を取り得る。これら各種の結晶構造について、図２６（ａ）〜図３０（ｂ）を参照しながら説明する。
図２６（ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、ＣａとＢａを全く含まない（Ｓｒ０．９８Ｅｕ０．０２）２ ＳｉＯ４ 蛍光体及び公知の単斜晶系Ｓｒ２ ＳｉＯ４ 化合物の各Ｘ線解析パターン図である。図２７（ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、Ｃａを全く含まずＢａを置換量にして５原子％含む（Ｓｒ０．９３Ｂａ０．０５Ｅｕ０．０２）２ ＳｉＯ４ 蛍光体及び公知の斜方晶系Ｓｒ２ ＳｉＯ４ 化合物の各Ｘ線解析パターン図である。図２８（ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、ＣａとＳｒを全く含まない（Ｂａ０．９８Ｅｕ０．０２）２ ＳｉＯ４ 蛍光体及び公知の斜方晶系Ｂａ２ ＳｉＯ４ 化合物の各Ｘ線解析パターン図である。図２９（ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、ＣａとＢａを各々３８原子％，６０原子％含む（Ｃａ０．３８Ｂａ０．６０Ｅｕ０．０２）２ ＳｉＯ４ 蛍光体及び公知の六方晶系Ｂａ０．３ Ｃａ０．７ ＳｉＯ４ 化合物の各Ｘ線解析パターン図である。図３０（ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、ＳｒとＢａを全く含まない（Ｃａ０．９８Ｅｕ０．０２）２ ＳｉＯ４ 蛍光体及び公知の単斜晶系Ｃａ２ ＳｉＯ４ 化合物の各Ｘ線解析パターン図である。
ここで、各Ｘ線解析パターン図は、常温常圧の条件下で測定されたデータである。また、図２６（ｂ），図２７（ｂ），図２８（ｂ），図２９（ｂ），図３０（ｂ）は、各々、ＪＣＰＤＳ（Joint Committee on Powder Diffraction Standards ）カードによって公知になっている化合物のデータであり、各図には化合物番号が示されている。図２６（ａ）〜３０（ａ）と図２６（ｂ）〜３０（ｂ）とのＸ線回折パターンの各々の対比によって、本例で作成された蛍光体の結晶構造は、各々、単斜晶系、斜方晶系、斜方晶系、六方晶系、単斜晶系であることがわかる。
なお、珪酸塩蛍光体の組成と主たる結晶構造の関係は、図５３に示す通りである。（Ｓｒ，Ｂａ）２ ＳｉＯ４ ：Ｅｕ２＋蛍光体および（Ｃａ，Ｓｒ）２ ＳｉＯ４ ：Ｅｕ２＋蛍光体は、単斜晶系と斜方晶系の結晶構造を取り得る。（Ｃａ，Ｂａ）２ ＳｉＯ４ ：Ｅｕ２＋蛍光体は、斜方晶系と六方晶系と単斜晶系の結晶構造を取り得る。また、Ｓｒ置換量（＝Ｓｒ／（Ｓｒ＋Ｂａ＋Ｃａ＋Ｅｕ）が少なくとも５０原子％以上の（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ）２ ＳｉＯ４ ：Ｅｕ２＋蛍光体の結晶構造は斜方晶である。
結晶構造の面で特に注目すべき物質は、（Ｓｒ１−ａ１−ｘ Ｂａａ１Ｅｕｘ ）２ ＳｉＯ４ 蛍光体である。Ｂａを全く含まない純粋な（Ｓｒ１−ｘ Ｅｕｘ ）２ ＳｉＯ４ 蛍光体は、少なくとも０≦ｘ≦０．１のＥｕ濃度範囲内では、単斜晶系の結晶構造を有しているが、Ｂａ置換量（＝Ｂａ／（Ｓｒ＋Ｂａ＋Ｃａ＋Ｅｕ））にして１原子％程度以上のＢａを含むことによって、（Ｓｒ１−ａ１−ｘ Ｂａａ１Ｅｕｘ ）２ ＳｉＯ４ 蛍光体は、少なくともＥｕ濃度が０≦ｘ≦０．３の範囲内では、斜方晶系の結晶構造を有するようになる（図５３参照）。
図３１（ａ），（ｂ）は、Ｓｉの一部がＧｅで置換された（Ｓｒ０．８４Ｂａ０．１４Ｅｕ０．０２）２ （Ｓｉ０．８ Ｇｅ０．２ ）Ｏ４ 蛍光体及び公知の斜方晶系Ｓｒ２ ＳｉＯ４ 化合物の各Ｘ線解析パターン図である。図３１（ａ），（ｂ）は、参考のために示したもので、両図のパターンが一致することから、Ｓｉの一部がＧｅで置換された（Ｓｒ０．８４Ｂａ０．１４Ｅｕ０．０２）２ （Ｓｉ０．８ Ｇｅ０．２ ）Ｏ４ 蛍光体の結晶構造が斜方晶系であることがわかる。なお、実験データは省略するが、Ｓｉの一部がＧｅで置換された（Ｓｒ０．８４Ｂａ０．１４Ｅｕ０．０２）２ （Ｓｉ０．８ Ｇｅ０．２ ）Ｏ４ 蛍光体の結晶構造は、Ｇｅ置換量（＝Ｇｅ／（Ｓｉ＋Ｇｅ））が０〜１００原子％の全置換範囲で斜方晶系である。
次に、本例の珪酸塩蛍光体の組成と発光特性の関係について説明する。なお、以下の説明も、Ｅｕ濃度（＝Ｅｕ／（Ｓｒ＋Ｂａ＋Ｃａ＋Ｅｕ）と定義する）を、典型的な２原子％とし、１４００℃の還元雰囲気中での２時間の焼成により得た珪酸塩蛍光体の場合のものである。
図３２は、Ｂａ置換量（ａ３）の異なる（Ｓｒ０．９８−ａ３ Ｂａａ３Ｅｕ０．０２）２ ＳｉＯ４ 蛍光体の発光スペクトル図である。図３３は、置換量にして５原子％のＢａを含みＣａ置換量（ｂ３）の異なる（Ｃａｂ３Ｓｒ０．９３−ｂ３ Ｂａ０．０５Ｅｕ０．０２）２ ＳｉＯ４ 蛍光体の発光スペクトル図である。図３４は、Ｃａ置換量（ｂ３）の異なる（Ｃａｂ３Ｂａ０．９８−ｂ３ Ｅｕ０．０２）２ ＳｉＯ４ 蛍光体の発光スペクトル図である。図３２〜図３４は、それぞれ参考のために示される図である。
図３５は、Ｃａ置換量（ｂ３）が１９原子％，Ｂａ置換量（ａ３）が２４原子％の（Ｃａ０．１９Ｓｒ０．５５Ｂａ０．２４Ｅｕ０．０２）２ ＳｉＯ４ 蛍光体の発光スペクトル図である。同図に示すデータは、実験の都合上、波長２５４ｎｍの紫外線による励起下で測定した結果をまとめたものである。
なお、青色光による励起下と波長２５４ｎｍの紫外線による励起下での発光スペクトルを比較すると、一部のサンプルの評価結果ではあるものの、ほぼ似通ったものであった。
また、各珪酸塩蛍光体の励起光スペクトルは省略するが、本発明にかかる（Ｓｒ１−ａ３−ｂ３−ｘ Ｂａａ３Ｃａｂ３Ｅｕｘ ）２ ＳｉＯ４ 珪酸塩蛍光体は、程度の差はあるものの、全組成範囲において、少なくとも、主発光ピーク波長が４７０ｎｍの、青色光による励起の下では、青緑〜緑〜黄〜橙の発光を放ち得ることが目視検査で確認できる蛍光体であり、その主発光ピーク波長は５０５ｎｍ〜５９８ｎｍの範囲内にある。
なお、（Ｓｒ１−ａ３−ｂ３−ｘ Ｂａａ３Ｃａｂ３Ｅｕｘ ）２ ＳｉＯ４ 珪酸塩蛍光体の中でも、特にＳｒの割合が多いものにおいて、青色光による励起下で比較的高い発光効率が認められる。
図３６は、（Ｓｒ０．９８−ａ３ Ｂａａ３Ｅｕ０．０２）２ ＳｉＯ４ 蛍光体（珪酸塩蛍光体）における主発光ピーク波長のＢａ置換量（ａ３）依存性を示す図である。（Ｓｒ０．９８−ａ３ Ｂａａ３Ｅｕ０．０２）２ ＳｉＯ４ 蛍光体におけるＢａ置換量（ａ３）と主発光ピーク波長との関係は、図５３にも示されている。これらからわかるように、この珪酸塩蛍光体のＢａ置換量が０原子％以上で０．３原子％未満の範囲においては、主発光ピーク波長は５３５〜５４５ｎｍ付近にあり、この珪酸塩蛍光体の放つ発光が緑色であるのに対して、少なくともＢａ置換量が０．３原子％以上で２４原子％以下の範囲においては、主発光ピーク波長は５５０ｎｍ以上で６００ｎｍ以下の黄色域にあり、珪酸塩蛍光体の放つ発光は黄色系光である。なお、実験誤差、不純物の影響、例えば高温環境などの特殊条件下での特性などを考慮すると、Ｂａ置換量が０原子％以上で３０原子％程度以下の範囲にある珪酸塩蛍光体は、黄色系光を放ち得るものと推察できる。
また、図３７は、（Ｃａｂ３Ｓｒ０．９３−ｂ３ Ｂａ０．０５Ｅｕ０．０２）２ ＳｉＯ４ 蛍光体（珪酸塩蛍光体）における主発光ピーク波長のＣａ置換量（ｂ３）依存性を示す図である。同図に示すように、少なくともＣａ置換量が０原子％以上で５７原子％以下の範囲においては、この珪酸塩蛍光体の主発光ピーク波長は５５０ｎｍ以上で６００ｎｍ以下の黄色領域にあり、Ｃａ置換量が７０原子％程度以下の範囲内にある珪酸塩蛍光体の放つ発光は黄色系光である。なお、実験の誤差などを考慮すると、Ｃａ置換量が０原子％以上で８０原子％程度以下の範囲内にある珪酸塩蛍光体（（Ｃａｂ３Ｓｒ０．９３−ｂ３ Ｂａ０．０５Ｅｕ０．０２）２ ＳｉＯ４ 蛍光体）は、黄色系光を放ち得るものと推察できる。
図３８は、（Ｃａｂ３Ｂａ０．９８−ｂ３ Ｅｕ０．０２）２ ＳｉＯ４ 蛍光体（珪酸塩蛍光体）における主発光ピーク波長のＣａ置換量（ｂ３）依存性を示す図である。同図に示すように、（Ｃａｂ３Ｂａ０．９８−ｂ３ Ｅｕ０．０２）２ ＳｉＯ４ 蛍光体の全組成範囲に亘って、主発光ピーク波長は５００ｎｍ以上で５５０ｎｍ未満の緑色領域にあり、（Ｃａｂ３Ｂａ０．９８−ｂ３ Ｅｕ０．０２）２ ＳｉＯ４ 蛍光体が放つ光は黄色系光ではなく緑色系光である。
なお、（Ｃａ０．１９Ｓｒ０．５５Ｂａ０．２４Ｅｕ０．０２）２ ＳｉＯ４ 蛍光体の主発光ピーク波長は、図３５に示される発光スペクトルからわかるように、５０ｎｍ以上で６００ｎｍ以下の黄色領域にあり、（Ｃａ０．１９Ｓｒ０．５５Ｂａ０．２４Ｅｕ０．０２）２ ＳｉＯ４ の放つ発光は黄色系光である。
以上のように、組成範囲が限定された珪酸塩蛍光体から黄色系光が得られ、その組成範囲は、Ｂａ置換量（ａ３）が０≦ａ３≦０．３の範囲、Ｃａ置換量（ｂ３）が０≦ｂ３≦０．８の範囲である。また、好ましくは、Ｂａ置換量（ａ３）が０＜ａ３≦０．２、Ｃａ置換量（ｂ３）が０＜ｂ３≦０．７の範囲である。なお、図５３からわかるように、この組成範囲内の珪酸塩蛍光体の結晶構造はすべてが斜方晶系である。
図３９は、Ｓｉの一部がＧｅで置換された（Ｓｒ０．８４Ｂａ０．１４Ｅｕ０．０２）２ （Ｓｉ０．８ Ｇｅ０．２ ）Ｏ４ 蛍光体の発光スペクトルを参考のために示す図である。同図に示すように、この蛍光体も青色光による励起下で発光し得る蛍光体であり、その発光強度はＧｅ置換量（＝Ｇｅ／（Ｓｉ＋Ｇｅ））の増大とともに大きく低下するが、少なくともＧｅ置換量が２０原子％〜１００原子％の置換範囲においては黄緑色（主発光ピーク波長：約５５０ｎｍ）である。
次に、珪酸塩蛍光体のＥｕ２＋発光中心濃度（＝Ｅｕ／（Ｓｒ＋Ｂａ＋Ｃａ＋Ｅｕ）：Ｅｕ濃度と同意）と結晶構造および発光特性の関係を説明する。なお、以下の説明は、組成を（Ｓｒ１−ｘ Ｅｕｘ ）２ ＳｉＯ４ または（Ｓｒ０．９５−ｘ Ｂａ０．０５Ｅｕｘ ）２ ＳｉＯ４ とし、１４００℃の還元雰囲気中での２時間の焼成により得られた珪酸塩蛍光体の場合のものである。
図４０は、Ｅｕ濃度（ｘ）が種々の異なる（Ｓｒ１−ｘ Ｅｕｘ ）２ ＳｉＯ４ 蛍光体の発光スペクトルを参考のために示す図である。図４１は、（Ｓｒ０．９５−ｘＢａ０．０５Ｅｕｘ ）２ ＳｉＯ４ 蛍光体の発光スペクトルを参考のために示す図である。図４０及び図４１のデータは、各々波長が２５４ｎｍの紫外光による励起下での測定の結果得られたものである。これらの蛍光体の結晶構造について簡単に説明すると、Ｘ線回折パターンの評価結果では、少なくともＥｕ濃度（ｘ）が０≦ｘ≦０．１の範囲内の（Ｓｒ１−ｘ Ｅｕｘ ）２ ＳｉＯ４ 蛍光体の結晶構造は単斜晶系である。また、少なくともＥｕ濃度（ｘ）が０≦ｘ≦０．３の範囲内の（Ｓｒ０．９５−ｘＢａ０．０５Ｅｕｘ ）２ ＳｉＯ４ 蛍光体と、少なくともｘ＝０．３の（Ｓｒ１−ｘ Ｅｕｘ ）２ ＳｉＯ４ 蛍光体との結晶構造は、斜方晶系である。
図４２は、（Ｓｒ１−ｘ Ｅｕｘ ）２ ＳｉＯ４ 蛍光体と、（Ｓｒ０．９５−ｘＢａ０．０５Ｅｕｘ ）２ ＳｉＯ４ 蛍光体との主発光ピーク波長のＥｕ濃度依存性を示す図である。同図に示すように、既に説明した珪酸塩蛍光体の結晶構造と発光色との間には相関関係がある。すなわち、単斜晶系の結晶構造を有する、少なくともＥｕ濃度（ｘ）が０．００１≦ｘ≦０．１の範囲内にある（Ｓｒ１−ｘ Ｅｕｘ ）２ ＳｉＯ４ 蛍光体の主発光ピーク波長が５００ｎｍ以上
５５０ｎｍ未満の緑色領域にあるのに対して、斜方晶系の結晶構造を有する、少なくともＥｕ濃度（ｘ）が０．００１≦ｘ≦０．３の範囲内の（Ｓｒ０．９５−ｘＢａ０．０５Ｅｕｘ ）２ ＳｉＯ４ 蛍光体と、ｘ＝０．３の（Ｓｒ１−ｘ Ｅｕｘ ）２ ＳｉＯ４ 蛍光体との主発光ピーク波長は、５５０ｎｍ以上で６００ｎｍ以下の黄色領域にある。
以上の実験データからわかるように、２５４ｎｍの紫外線励起下や上記青色光励起下で認められる黄色系発光は、上述の説明のように組成が限定された斜方晶系の珪酸塩蛍光体だけが放つのである。
そして、以上の実験結果から、発明の効果を発揮するための珪酸塩蛍光体の各元素の適正範囲は、以下のようになる。
Ｂａ
黄色の波長は５５０ｎｍ以上で６００ｎｍ以下の範囲であるので、図３２よりこの化合物から黄色の波長を得るための条件は、Ｂａ置換量が組成比０．０〜０．３の範囲であることがわかる。なお、Ｂａ置換量が組成比で０．３の化合物の実験結果は、図３２に示されていないが、組成比ｂが０．２４の化合物の実験結果と、組成比ｂが０．４３の化合物の実験結果から、組成比ｂが０．３の化合物においても黄色の波長が得られることは容易に推測できる。
また、図３６から、この化合物から黄色の波長を得るための条件は、Ｂａ置換量が０〜３０原子％であることがわかる。なお、Ｂａ置換量が３０原子％の化合物の実験結果は、図３６に示されていないが、Ｂａ置換量が２４原子％の化合物の実験結果と、Ｂａ置換量が４３原子％の化合物の実験結果とから、Ｂａ置換量が３０原子％の化合物においても黄色の波長が得られるものと推測できる。
Ｃａ
図３３から、この化合物から黄色の波長を得るための最適条件は、Ｃａ置換量が組成比で０．０〜０．６であることがわかる。なお、Ｃａの組成比が０．７の化合物の実験結果は示されてないが、Ｃａ置換量が組成比で０．５７の化合物の実験結果と、置換量が組成比で０．７６の化合物の実験結果から、Ｃａ置換量が組成比で０．７の化合物においても黄色の波長が得られるものと推測できる。また、実験結果では、Ｃａ置換量が組成比で０．８の化合物の発光ピーク波長は黄色の波長から外れていると推測されるが、実験誤差も含まれることを考慮すると、Ｃａ置換量が組成比で０．０〜０．６の範囲の化合物に加えて、組成比０．７，０．８も含めた組成比０．０〜０．８が黄色の波長を得るための化合物のＣａ組成比の条件と考えることが出来る。
また、図３７より、この化合物から黄色の波長を得るための条件は、Ｃａ置換量が０〜８０原子％であることがわかる。なお、Ｃａ置換量が７０原子％の実験結果は示されてないが、Ｃａ置換量が５７原子％の実験結果と、Ｃａ置換量が７６原子％の実験結果から、Ｃａ置換量が７０原子％の場合においても黄色の波長が得られるものと推測できる。また、実験結果では、Ｃａ置換量が８０原子％の発光ピーク波長は黄色の波長から外れているが、実験誤差も含まれることを考慮して最適値に含めている。
Ｓｒ
図３４，図３８から、Ｓｒを全く含まない化合物は、黄色を発光しないことが解る。
結晶構造
図４２から、結晶構造が単斜晶のものはＥｕ置換量に関わらず黄色を得られず、結晶構造が斜方晶のものはＥｕ置換量に関わらず黄色の波長が得られることが解る。
Ｅｕ
図４３から、結晶構造が斜方晶のものは、Ｅｕ置換量に関わらず黄色の波長が得られるが、発光ピーク高さを考慮するとＥｕ置換量は１０％以下が望ましいことがわかる。
なお、Ｅｕ濃度と発光強度（主発光ピーク強度（高さ））の関係は、図４３に示す通りである。（Ｓｒ１−ｘ Ｅｕｘ ）２ ＳｉＯ４ 蛍光体と、（Ｓｒ０．９５−ｘＢａ０．０５Ｅｕｘ ）２ ＳｉＯ４ 蛍光体とのいずれの場合でも、Ｅｕ濃度の増加とともに、発光強度は強くなり、Ｅｕ濃度が１〜１．５原子％付近で最大となった後、発光強度が次第に低下するという同じ傾向を示す。発光強度，発光スペクトル形状，色度などの面で好ましいＥｕ濃度（組成比ｘ）は、図４３、図４１および図５３からわかるように、０．００５＜ｘ≦０．１の範囲、さらに好ましくは、０．０１＜ｘ≦０．０５の範囲、最も好ましくは、０．０１＜ｘ≦０．０２の範囲である。
ここで、従来の技術の欄において記述した、特開２００１−１４３８６９号公報に緑色蛍光体として記載されている，Ｓｒ２ ＳｉＯ４ ：Ｅｕ２＋珪酸塩蛍光体と（ＢａＳｒ）２ ＳｉＯ４ ：Ｅｕ２＋蛍光体とについて言及する。
実験データを用いて説明したように、本発明者らが実験を行なった限りでは、Ｓｒ２ ＳｉＯ４ ：Ｅｕ２＋珪酸塩蛍光体は、微量含まれるＢａなどの不純物によって、斜方晶系（Orthorhombic）と単斜晶系（Monoclinic）の二つの結晶相とを持ちうる蛍光体であり、常圧室温の条件下において、少なくとも実用的に用いられるＥｕ２＋発光中心添加量（＝Ｅｕ原子の数／（Ｓｒ原子の数＋Ｅｕ原子の数）：ｘ）が、０．０１＜ｘ＜０．０５の範囲内では、斜方晶Ｓｒ２ ｉＯ４ ：Ｅｕ２＋（α’−Ｓｒ２ ＳｉＯ４ ：Ｅｕ２＋）は、波長５６０〜５７５ｎｍ付近に主発光ピークを有する黄色系光を放つ黄色系蛍光体であり、単斜晶Ｓｒ２ ＳｉＯ４ ：Ｅｕ２＋（β−Ｓｒ２ ＳｉＯ４ ：Ｅｕ２＋）は、波長５３５〜５４５ｎｍ付近に主発光ピークを有する緑色光を放つ緑色蛍光体である（図４２、図５３参照）。
なお、Ｅｕ組成比（＝Ｅｕ／（Ｓｒ＋Ｅｕ）原子割合）が、発光強度の面で実用的な０．００１以上で０．３以下の範囲（すなわち０．１原子％以上で３０原子％以下の範囲）、特に０．００３以上で０．０３以下の範囲内では、主発光ピーク波長は殆ど変化しないことが発明者らの実験によってわかっている。したがって、特開２００１−１４３８６９号公報に記載されているＳｒ２ ＳｉＯ４ ：Ｅｕ２＋緑色蛍光体は、単斜晶Ｓｒ２ ＳｉＯ４ ：Ｅｕ２＋蛍光体と見なすことができる。
なお、Ｓｒ２ ＳｉＯ４ 化合物の結晶構造が、少量含まれるＢａによって、斜方晶系と単斜晶系を取り得ることは、すでに公知とされている（例えば、G.PIEPER et al., Journal of The American Ceramic Society, Vol.55, No.12(1972)pp.619-622）。また、単斜晶系のＳｒ２ ＳｉＯ４ 化合物の結晶構造は、約３８３Ｋの温度で斜方晶系へと可逆的に相変化することが知られている（例えば、M.Catti et al., Acta Cryst., B39(1983)pp.674-679参照）。
また、Ｓｒ原子に対するＢａ不純物原子の含有量（Ｂａ／（Ｓｒ＋Ｂａ）原子割合：以後、Ｂａ含有量と記述）が１％程度以上の化合物、すなわち、（Ｓｒ０．９９Ｂａ０．０１）２ ＳｉＯ４ ：Ｅｕ２＋よりもＢａ含有量が多い化合物は、結晶構造が斜方晶の蛍光体となり、Ｂａ含有量の増加とともに、主発光ピーク波長は５７５ｎｍ付近から５０５ｎｍ付近まで変化する（図３２、図３６、図５３参照）。実験における測定誤差等を考慮すると、図３２、図３６、図５３から、少なくとも化学式（Ｓｒ０．９８−ａ３ Ｂａａ３Ｅｕ０．０２）２ ＳｉＯ４ で表される化合物を主体にしてなる珪酸塩蛍光体（ただし、ａ３は０≦ａ３≦０．９８を満足する数値）において、０．０１≦ａ３≦０．３の組成範囲の化学式（Ｓｒ０．９８−ａ３ Ｂａａ３Ｅｕ０．０２）２ ＳｉＯ４ 珪酸塩蛍光体は、波長５５０ｎｍ以上で６００ｎｍ以下の範囲内に主発光ピークを有する黄色系蛍光体、０．３＜ａ３≦０．９８の組成範囲の珪酸塩蛍光体は、波長５０５ｎｍ以上で５５０ｎｍ未満の範囲内に主発光ピークを有する緑色系蛍光体であることがわかる。
なお、Ｅｕ濃度が、発光強度の面で実用的な組成比で０．００１以上で０．３以下の範囲、特に０．００３以上で０．０３以下の範囲内では、主発光ピーク波長は殆ど変化しないことが、発明者らの別の実験によってわかっている。したがって、上記特開２００１−１４３８６９号公報に記載の（ＢａＳｒ）２ ＳｉＯ４ ：Ｅｕ２＋緑色蛍光体は、少なくとも０．３＜ａ３≦０．９８の組成範囲の（Ｓｒ１−ａ３−ｘＢａａ３Ｅｕｘ ）２ ＳｉＯ４ 珪酸塩蛍光体（但し、ｘは０．００１≦ｘ≦０．３を満足する数値）と見なすことができる。
最後に、斜方晶系の結晶構造を有し、黄色系発光を放つ、Ｅｕ濃度を最適化した珪酸塩蛍光体（（Ｃａ０．０１５ Ｓｒ０．９２Ｂａ０．０５Ｅｕ０．０１５ ）２ ＳｉＯ４ 蛍光体）とＹＡＧ系蛍光体（Ｙ０．７ Ｇｄ０．２８Ｃｅ０．０２）３ Ａｌ５ Ｏ１２との発光特性の比較結果について説明する。
−ＹＡＧ系蛍光体と珪酸塩蛍光体との輝度特性の比較−
まず、ＹＡＧ系蛍光体を用いた半導体発光デバイスと、珪酸塩蛍光体を用いた半導体発光素子との輝度特性の違いについて説明する。
図５４は、ＹＡＧ蛍光体を用いた半導体発光デバイスと、珪酸塩蛍光体を用いた半導体発光デバイスとの輝度特性について行った実験データを表にして示す図である。図５４においては、各サンプルに対して、主とする蛍光体材料の種別、その重量％、輝度、全光束、全放射束および色度が示されている。
図５４においては、ＹＡＧ系蛍光体（サンプルＤ，Ｅ）の重量％の方が、珪酸塩蛍光体（その他のサンプル）よりも少ない量で黄色系の色を得ることができることが示されている。具体的には、色度（０．３５，０．３５）付近の光を得る場合、ＹＡＧ系蛍光体の蛍光体重量％は７．４％（サンプルＤ）、９．８％（サンプルＥ）であるのに対して、例えば、珪酸塩蛍光体を用いたサンプルＡ，Ｂ，Ｃでは、約５０％の蛍光体重量％となっている一方、この場合の光束も下がっていない。このことから、青色ＬＥＤが放つ４１０ｎｍ以上で５３０ｎｍ以下の範囲、青色光を５５０ｎｍ以上で６００ｎｍ以下の範囲の黄色系の光に変換する変換効率は、珪酸塩蛍光体よりもＹＡＧ系蛍光体の方が低いことがわかる。すなわち、ＹＡＧ系蛍光体では変換効率が大きいので、適度な強度の黄色光を得るには蛍光体層中に少量の蛍光体しか用いることができない。結果として、蛍光体粒子が母材中で偏在しやすくなると思われる。一方、珪酸塩蛍光体の場合は、半導体発光デバイス中に用いられる蛍光体の量が多くなり、半導体発光デバイス中に実質厚みが大きい蛍光体層が形成できる。その結果として、蛍光体ペーストのチキソトロピーが改善され（つまり、チキソトロピー指数が適正範囲になって）、蛍光体層の母材中で偏在しにくくなるとともに、蛍光体粒子が均一に分散し散点した状態が維持され、色むらの発生を抑制できるものと考えられる。
また、サンプルＦ，Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｊ，Ｋを用いて、珪酸塩蛍光体の重量％を変化させて、輝度，色度，全光束，全放射束変化に及ぼされる影響を測定した。
図４４は、蛍光体濃度と輝度との関係を示す図である。図４５は、蛍光体濃度と全光束との関係を示す図である。図４６は、蛍光体濃度と全放射束との関係を示す図である。図４７は蛍光体濃度と色度（ｘ値）との関係を示す図である。図４４〜図４７は、図５４のデータに基づいた結果を示す図であって、各図には、蛍光体が３０重量％，４０重量％，５０重量％であるそれぞれの場合の各測定値が示されている。まず、蛍光体の重量割合を大きくするほど、輝度，全光束および全放射束は小さくなる傾向がある。一方、色度の場合は、蛍光体の重量割合を大きくするほど色度（ｘ値）が大きくなって黄色味が増す傾向にある。このことから、蛍光体の重量割合は、少なくとも３０％より大きいことが好ましいといえる。更に、蛍光体の重量割合が３０％以上で５０％以下の範囲であることがより好ましい。
−チキソトロピー付与剤の添加−
次に、半導体発光デバイスの珪酸塩蛍光体に超微粉末シリカ等の超微粉末の二酸化珪素（商品名“アエロジル”デグサ社（独）製）をチキソトロピー付与剤（ここでは、チキソトロピー指数を高くする機能を有するもの）として挿入した場合の効果について説明する。
図５５は、半導体発光デバイスの珪酸塩蛍光体に超微粉末シリカ等の超微粉末の二酸化珪素をチキソトロピー付与剤として挿入したサンプルの各種特性を表にして示す図である。
図５５に示すデータは、珪酸塩蛍光体を３０重量％のみ含むサンプル１と、珪酸塩蛍光体を約３０重量％含みアエロジルの濃度が０．５７％であるサンプル２と、珪酸塩蛍光体を約３０重量％含みアエロジルの濃度が１．１１％であるサンプル３との計３種類のサンプルを用いて実験を行った結果得られたものである。図５５には、色度（ｘ，ｙ）が（０．３，０．３）付近の場合の各サンプルに対する輝度，全光束，全放射束の結果が示されている。サンプル２とサンプル３との比較から、アエロジルの濃度が大きくなるほど輝度が向上するだけでなく、光束，放射束も大きくなることが示されている。
また、各サンプルに対する輝度，色度（ｘ値），全光束，全放射束それぞれ属性ごとに標準偏差を示している。サンプル３に対応する全ての標準偏差は、３種のサンプル中最も小さくなっており、最も信頼性が高くなっている。確かに、色度の大きさが若干異なり参考ではあるが、サンプル１の輝度，光速量及び放射束は大きいが、その標準偏差はサンプルの中でも大きな値となっており信頼性は低いものと解される。
以上のことから、アエロジルを添加すればするほど、輝度，光速量，放射束が大きくなるだけでなく、信頼性が向上することが推察される。これは、アエロジルによって珪酸塩蛍光体ペーストのチキソトロピーが大きくなったことが関与しており、蛍光体ペーストの粘度が適度に設定されるからである。具体的には、半導体発光デバイスに珪酸塩蛍光体ペーストを挿入する際には、適度な粘度を保ちながら滑らかにポッティングされるので、珪酸塩蛍光体粒子が蛍光体ペースト中で比較的均一に分散するようになる。発光装置のキャビティに入った後、粘度がポッティング時よりも高めに推移するので、珪酸塩蛍光体粒子が沈降せずに、母材中に比較的均一に分散した状態が維持される。これによって、ＹＡＧ系蛍光体のような色ムラが抑えられて、輝度、光速量および信頼性が向上したものと解される。
（第３の実施形態）
本実施形態においては、薄い蛍光体層を形成するため方法について説明する。本実施形態は、化学式（Ｓｒ１−ａ１−ｂ１−ｘ Ｂａａ１Ｃａｂ１Ｅｕｘ ）２ ＳｉＯ４ （ａ１，ｂ１，ｘは、各々、０≦ａ１≦０．３、０≦ｂ１≦０．８（より理想的には０≦ｂ１≦０．６）、０＜ｘ＜１の範囲にある数値）で表され、５５０ｎｍ以上で６００ｎｍ以下の波長領域に発光ピークを有する光を放つ黄色系蛍光体を図１，図２，図３に示す半導体発光デバイスのように、発光ダイオード近傍に密集させることにより、蛍光体層を薄くし、光が透過する厚みを少なくすることで光の減衰を低減するものである。例えば、蛍光体層の青色発光素子の光取り出し面上に位置する部分の実質厚みが５０μｍ以上で１０００μｍ以下の範囲にある半導体発光デバイスを形成するための方法である。
以下、その製造方法の各例について説明する。
−製造方法の第１の例−
図５０（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態の製造方法の第１の例における製造工程を示す断面図である。
まず、図５０（ａ）に示す工程で、型３０１のキャビティ内に、基板３０３と基板３０３上に搭載された発光ダイオード３０２（例えば青色ＬＥＤ）とを設置する。そして、透光性を有する樹脂からなる母材３１０と黄色系蛍光体を含む蛍光体粒子３１１とを主たる構成要素とする第１の蛍光体ペースト３０７を、容器３０５から型３０１内に注入する。このとき、蛍光体ペースト３０７を発光ダイオード３０２の上面よりも高い位置まで注入する。発光ダイオード３０２の主光取り出し面は、同図に示す上方に向いている面である。
次に、図５０（ｂ）に示す工程で、容器３０６から型３０１内に、第１の蛍光体ペースト３０７よりも蛍光体粒子３１１の濃度が薄い第２の蛍光体ペースト３０８を注入する。
次に、図５０（ｃ）に示す工程で、樹脂を硬化させると、母材３１０のうち，発光ダイオード３０２の近傍の領域，特に主光取り出し面の上方に位置する領域には蛍光体粒子３１１が密集して分散する一方、発光ダイオード３０２から離れた母材３２０中には蛍光体粒子３１１が粗に分散した状態となる。その後、半導体発光デバイスを型３０１から取り出す。
以上のようにして、母材３１０のうち，発光ダイオード３０２の少なくとも光取り出し面の上方に位置する領域に蛍光体粒子３１１が密集して存在する，色むらの少ない白色半導体発光デバイスを形成することができる。また、このような半導体発光デバイスを図４〜図６に示す発光装置内に組み込むことにより、色むらの抑制された白色発光装置を製造することができる。
−製造方法の第２の例−
図５１（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態の製造方法の第２の例における製造工程を示す断面図である。
まず、図５１（ａ）に示す工程で、型４０１のキャビティ内に、基板４０３と基板４０３上に搭載された発光ダイオード４０２（例えば青色ＬＥＤ）とを設置する。そして、黄色系蛍光体を含む蛍光体粒子４１１を、型４０１内の発光ダイオード４０２の近傍，特に主光取り出し面に振りかける。発光ダイオード４０２の主光取り出し面は、同図に示す上方に向いている面である。
次に、図５１（ｂ）に示す工程で、透光性を有する樹脂からなる母材４１０と黄色系蛍光体を含む少量の蛍光体粒子４１１とを主たる構成要素とする蛍光体ペースト４０８を、容器４０５から型４０１内に注入する。
次に、図５１（ｃ）に示す工程で、樹脂を硬化させると、母材４１０中において、発光ダイオード４０２の近傍の領域，特に主光取り出し面の上方に位置する領域には蛍光体粒子４１１が密集して分散する一方、発光ダイオード３４０２から離れた部位には蛍光体粒子４１１が粗に分散した状態となる。その後、半導体発光デバイスを型４０１から取り出す。
以上のようにして、母材４１０のうち，発光ダイオード４０２の少なくとも光取り出し面の上方に位置する領域に蛍光体粒子４１１が密集して存在する，色むらの少ない半導体発光デバイスを形成することができる。また、このような半導体発光デバイスを図４〜図６に示す発光装置内に組み込むことにより、色むらの少ない発光装置を製造することができる。
−製造方法の第３の例−
図５２（ａ）〜（ｄ）は、本実施形態の製造方法の第３の例における製造工程を示す断面図である。
まず、図５２（ａ）に示す工程で、型５０１のキャビティ内に、基板５０３と基板５０３上に搭載された発光ダイオード５０２（例えば青色ＬＥＤ）とを設置する。そして、揮発性溶媒５１０と黄色系蛍光体を含む蛍光体粒子５１１とを主たる構成要素とする懸濁液５０７を、容器５０５から型５０１内に注入する。このとき、懸濁液５０７を発光ダイオード５０２の上面よりも高い位置まで注入する。発光ダイオード５０２の主光取り出し面は、同図に示す上方に向いている面である。
次に、図５２（ｂ）に示す工程で、加熱または減圧により懸濁液５０７中の揮発性溶媒５１０を蒸発させる。
次に、図５２（ｃ）に示す工程で、透光性を有する樹脂からなる母材５１２と黄色系蛍光体を含む少量の蛍光体粒子５１１とを主たる構成要素とする蛍光体ペースト５０８を、容器５０６から型５０１内に注入する。
次に、図５２（ｃ）に示す工程で、樹脂を硬化させると、母材５１２中において、発光ダイオード５０２の近傍の領域，特に主光取り出し面の上方に位置する領域には蛍光体粒子５１１が密集して分散する一方、発光ダイオード５０２から離れた部位には蛍光体粒子５１１が粗に分散した状態となる。その後、半導体発光デバイスを型５０１から取り出す。
以上のようにして、母材４１０のうち，発光ダイオード４０２の少なくとも光取り出し面の上方に位置する領域に蛍光体粒子４１１が密集して存在する，色むらの少ない白色半導体発光デバイスを形成することができる。また、このような半導体発光デバイスを図４〜図６に示す発光装置内に組み込むことにより、色ムラの少ない白色発光装置を製造することができる。
−製造方法の第４の例−
ＹＡＧ系蛍光体が沈積する理由として、蛍光体と母材の比重差に起因して生じるものとしてきたが、その他の理由としてＹＡＧ系蛍光体が正に帯電していることが考えられる。つまり、母材である樹脂が同じ正に帯電していると、一般に両者は互いに反発し合うのでＹＡＧ系蛍光体が沈積する。
一方、化学式Ｓｒ１−ａ１−ｂ１−ｘ Ｂａａ１Ｃａｂ１Ｅｕｘ ）２ ＳｉＯ４ で表される化合物を主体にしてなる珪酸塩蛍光体粒子が同じ樹脂に対して沈積しない事実と上記帯電と沈積の関係とを考慮すると、樹脂の帯電特性が正であるのに対して蛍光体粒子の帯電特性が負であって、両者が引きつけ合う関係にあることも、珪酸塩蛍光体粒子が樹脂内でほぼ均一に分布るするように分散することに寄与しているものと考えられる。このような、正に帯電する樹脂としてはエポキシ樹脂と、シリコン樹脂とがある。
以上より、珪酸塩蛍光体を沈積させる手段として、蛍光体粒子を正に帯電する酸化物等でコーティングする方法が考えられる。
蛍光体の表面に酸化物，弗化物をコーティングする方法としては、例えば以下の方法がある。まず、蛍光体粒子及び必要な酸化物や弗化物のコーティング粒子を含む懸濁液を混合攪拌した後、吸引濾過する。そして、濾過されずに残った残留物を１２５℃以上で乾燥した後、３５０℃で焼成する。このとき、蛍光体粒子と酸化物，弗化物との接着力を向上するために、樹脂，有機シラン，水ガラス等を少量加えても良い。
また、膜状にコーティングするのに有機金属化合物の加水分解を利用する方法もある。例えば、Ａｌ２ Ｏ３ 膜を形成する場合は、蛍光体をアルミニウムのアルコキシドであるＡｌ(ＯＣ２ Ｈ５ ）３ を用いて、これをアルコール溶液中で混合攪拌して、蛍光体表面にＡｌ２ Ｏ３ をコーティングする。
蛍光体粒子の表面への正に帯電する酸化物や弗化物のコーティングの量は、少なすぎると効果が少なく、多すぎると発生する光を吸収してしまい、輝度が低下するので好ましくない。実験の結果、得られた好ましい範囲は、蛍光体の重量に対して０．０５％〜２．０％である。
以上のようにして、母材のうち，発光ダイオードの少なくとも光取り出し面の上方に位置する領域に蛍光体粒子が密集して存在する，色むらの少ない白色半導体発光デバイスを形成することができる。また、このような半導体発光デバイスを図４〜図６に示す発光装置内に組み込むことにより、色ムラの少ない白色発光装置を製造することができる。
第３の実施形態に係る製造方法により、蛍光体層の青色発光素子の光取り出し面上に位置する部分の実質厚みが５０μｍ以上で１０００μｍ以下の範囲にある半導体発光デバイスを得ることができる。
（その他の実施形態）
上記各実施形態においては、半導体発光デバイスにおいて、青色発光素子である青色ＬＥＤが単数の場合について説明したが、本発明の半導体発光デバイスは、かかる実施形態に限定されるものではない。
図５６は、複数の青色ＬＥＤを備えた半導体発光デバイスの構造を示す断面図である。同図に示すように、この半導体発光デバイスは、基板６０４上に配置された複数の青色ＬＥＤ６０１と、各青色ＬＥＤ６０１の各主光取り出し面（図５６に示す状態では上面）を覆う蛍光体送０３とを備えている。蛍光体層６０３は、上記各実施形態において説明した組成を有する黄色系蛍光体の蛍光体粒子６０２と、蛍光体粒子６０２が分散配置された母材となる樹脂６１３とを備えている。樹脂６１３の材質は、上記各実施形態で説明したものを用いることができ、基板６０４には、ツェナーダイオードが搭載されていてもよい。
この構造により、白色光を放つ半導体発光デバイスの発光強度の向上を図ることができ、あるいは、搭載する青色ＬＥＤ６０１の個数によって発光強度の調整を図ることも可能である。
また、上記発光装置に関する実施形態においては、青色ＬＥＤと蛍光体層とを１つずつ備えた半導体発光デバイスを多数配置した例について説明したが、本発明の発光装置は、かかる実施形態に限定されるものではない。
図５７は、多数の青色ＬＥＤと単一の蛍光体層とを備えた発光装置の構造を示す断面図である。同図に示すように、この発光装置は、支持部材６５４によって支持される多数の青色ＬＥＤ６５１（青色発光素子）と、各青色ＬＥＤ６５１の全面に配置された単一の蛍光体層６５３とを備えている。蛍光体層６５３は、２枚のガラス基板と、２枚のガラス基板の間に充填された母材である樹脂６６３と、樹脂６６３中に分散して配置された蛍光体粒子６５２とを有しており、蛍光体層６５３は、その周縁部において支持部材６５４によって支持されている。蛍光体粒子６５２は、上記各実施形態において説明した組成を有する黄色系蛍光体によって構成されている。樹脂６１３の材質は、上記各実施形態で説明したものを用いることができる。
図５７に示す構造によると、多数の青色ＬＥＤ６５１に対して蛍光体層６５３は１つでよいので、製造コストの削減と製造工程の簡略化とを図ることができる。
本発明の半導体発光デバイスは、各種表示装置（例えばＬＥＤ情報表示端末、ＬＥＤ交通信号灯、自動車のＬＥＤストップランプやＬＥＤ方向指示灯など）や各種照明装置（ＬＥＤ屋内外照明灯、車内ＬＥＤ灯、ＬＥＤ非常灯、ＬＥＤ面発光源など）を広く発光装置と定義している。特に白色光を利用するものに適している。
本発明の第１の実施形態における第１例の半導体発光デバイスの縦断面図である。 本発明の第１の実施形態における第２例の半導体発光デバイスの縦断面図である。 本発明の第１の実施形態における第３例の半導体発光デバイスの縦断面図である。 本発明の第２の実施形態における第１例の発光装置であるスタンド型の照明装置の構成を概略的に示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態における第２例の発光装置である画像表示装置の構成を概略的に示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態における第３例の発光装置であるパターン表示装置の構成を概略的に示す斜視図である。 従来の注入法により形成されたチップタイプの半導体発光デバイスの一例を示す断面図である。 珪酸塩蛍光体及びＹＡＧ系蛍光体の励起光スペクトルと発光スペクトルを示す図である。 図７に示した状態の半導体発光デバイスのコーティング部の断面構造を示す電子顕微鏡写真図である。 筐体近傍の拡大図を示す電子顕微鏡写真図である。 珪酸塩蛍光体の一次焼成後の発光強度（主発光ピーク強度）及び二次焼成後の発光強度（主発光ピーク強度）を一次焼成温度の関数として示す図である。 （ａ）〜（ｄ）は、第１の具体例における半導体発光デバイスの製造工程を示す断面図である。 （ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、第１の具体例の製造工程によって形成された半導体発光デバイスの上面図及び断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、第２の具体例における半導体発光デバイスの製造工程のうち前半部分を示す断面図である。 （ａ），（ｂ）は、第２の具体例における半導体発光デバイスの製造工程のうち後半部分を示す断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、第３の具体例における半導体発光デバイスの製造工程のうち前半部分を示す断面図である。 （ａ），（ｂ）は、半導体発光デバイスの製造方法の第１の具体例における超音波振動を加える２つの方法をそれぞれ示す平面図である。 （ａ），（ｂ）は、半導体発光デバイスの製造方法の第１の具体例における超音波振動を加える２つの方法をそれぞれ示す平面図である。 （ａ），（ｂ）は、半導体発光デバイスの製造方法の第１の具体例（トランスファー工法）における型を上下反転させる方法を示す平面図である。 （ａ），（ｂ）は、半導体発光デバイスの第２の具体例に係る製造工程中の図１５（ａ）に示す工程で、型を上下反転させる際の状態を示している。 （ａ）〜（ｄ）は、従来の蛍光体が沈降していた白色発光デバイスと、蛍光体が樹脂に均一に分散した白色発光デバイスとを比較するための断面図である。 蛍光体ペースト吐出装置の好ましい具体例を示す断面図である。 珪酸塩蛍光体に対して行なったＸ線回折解析の結果を示し、回折角とＸ線回折強度との関係を示すＸ線回折パターン図である。 粒度分布測定器による珪酸塩蛍光体の粒度分布を示す図である。 珪酸塩蛍光体の発光について、積分球を用いて積分し評価した結果を示す図である。 （ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、ＣａとＢａを全く含まない（Ｓｒ０．９８Ｅｕ０．０２）２ ＳｉＯ４ 蛍光体及び公知の単斜晶系Ｓｒ２ ＳｉＯ４ 化合物の各Ｘ線解析パターン図である。 （ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、Ｃａを全く含まずＢａを置換量にして５原子％含む（Ｓｒ０．９３Ｂａ０．０５Ｅｕ０．０２）２ ＳｉＯ４ 蛍光体及び公知の斜方晶系Ｓｒ２ ＳｉＯ４ 化合物の各Ｘ線解析パターン図である。 （ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、ＣａとＳｒを全く含まない（Ｂａ０．９８Ｅｕ０．０２）２ ＳｉＯ４ 蛍光体及び公知の斜方晶系Ｂａ２ ＳｉＯ４ 化合物の各Ｘ線解析パターン図である。 （ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、ＣａとＢａを各々３８原子％，６０原子％含む（Ｃａ０．３８Ｂａ０．６０Ｅｕ０．０２）２ ＳｉＯ４ 蛍光体及び公知の六方晶系Ｂａ０．３ Ｃａ０．７ ＳｉＯ４ 化合物の各Ｘ線解析パターン図である。 （ａ），（ｂ）は、それぞれ順に、ＳｒとＢａを全く含まない（Ｃａ０．９８Ｅｕ０．０２）２ ＳｉＯ４ 蛍光体及び公知の単斜晶系Ｃａ２ ＳｉＯ４ 化合物の各Ｘ線解析パターン図である。 （ａ），（ｂ）は、Ｓｉの一部がＧｅで置換された（Ｓｒ０．８４Ｂａ０．１４Ｅｕ０．０２）２ （Ｓｉ０．８ Ｇｅ０．２ ）Ｏ４ 蛍光体及び公知の斜方晶系Ｓｒ２ ＳｉＯ４ 化合物の各Ｘ線解析パターン図である。 Ｂａ置換量（ａ３）の異なる（Ｓｒ０．９８−ａ３ Ｂａａ３Ｅｕ０．０２）２ ＳｉＯ４ 蛍光体の発光スペクトル図である。 置換量にして５原子％のＢａを含みＣａ置換量（ｂ３）の異なる（Ｃａｂ３Ｓｒ０．９３−ｂ３ Ｂａ０．０５Ｅｕ０．０２）２ ＳｉＯ４ 蛍光体の発光スペクトル図である。 Ｃａ置換量（ｂ３）の異なる（Ｃａｂ３Ｂａ０．９８−ｂ３ Ｅｕ０．０２）２ ＳｉＯ４ 蛍光体の発光スペクトル図である。 Ｃａ置換量（ｂ３）が１９原子％，Ｂａ置換量（ａ３）が２４原子％の（Ｃａ０．１９Ｓｒ０．５５Ｂａ０．２４Ｅｕ０．０２）２ ＳｉＯ４ 蛍光体の発光スペクトル図である。 （Ｓｒ０．９８−ａ３ Ｂａａ３Ｅｕ０．０２）２ ＳｉＯ４ 蛍光体（珪酸塩蛍光体）における主発光ピーク波長のＢａ置換量（ａ３）依存性を示す図である。 （Ｃａｂ３Ｓｒ０．９３−ｂ３ Ｂａ０．０５Ｅｕ０．０２）２ ＳｉＯ４ 蛍光体（珪酸塩蛍光体）における主発光ピーク波長のＣａ置換量（ｂ３）依存性を示す図である。 （Ｃａｂ３Ｂａ０．９８−ｂ３ Ｅｕ０．０２）２ ＳｉＯ４ 蛍光体（珪酸塩蛍光体）における主発光ピーク波長のＣａ置換量（ｂ３）依存性を示す図である。 Ｓｉの一部がＧｅで置換された（Ｓｒ０．８４Ｂａ０．１４Ｅｕ０．０２）２ （Ｓｉ０．８ Ｇｅ０．２ ）Ｏ４ 蛍光体の発光スペクトルを参考のために示す図である。 Ｅｕ濃度（ｘ）が種々の異なる（Ｓｒ１−ｘ Ｅｕｘ ）２ ＳｉＯ４ 蛍光体の発光スペクトルを参考のために示す図である。 （Ｓｒ０．９５−ｘＢａ０．０５Ｅｕｘ ）２ ＳｉＯ４ 蛍光体の発光スペクトルを参考のために示す図である。 （Ｓｒ１−ｘ Ｅｕｘ ）２ ＳｉＯ４ 蛍光体と、（Ｓｒ０．９５−ｘＢａ０．０５Ｅｕｘ ）２ ＳｉＯ４ 蛍光体との主発光ピーク波長とＥｕ濃度依存性を示す図である。 蛍光体の発光特性と発光中心濃度との関係の例を示す図である。 蛍光体重量％と輝度との関係を示す図である。 蛍光体濃度と全光束との関係を示す図である。 蛍光体濃度と全放射束との関係を示す図である。 蛍光体濃度と色度（ｘ値）との関係を示す図である。 ＹＡＧ系蛍光体と珪酸塩蛍光体との真比重と主発光ピーク波長との関係を示す図である。 青色ＬＥＤを各々のツェナーダイオードに接続する際の，ツェナーダイオードを複数有するウエハの状態を示す平面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、第３の実施形態の製造方法の第１の例における製造工程を示す断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、第３の実施形態の製造方法の第２の例における製造工程を示す断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、第３の実施形態の製造方法の第３の例における製造工程を示す断面図である。 参考のために珪酸塩蛍光体の代表的な組成と特性とを表にして示す図である。 ＹＡＧ蛍光体を用いた半導体発光デバイスと、珪酸塩蛍光体を用いた半導体発光デバイスとの輝度特性について行った実験データを表にして示す図である。 半導体発光デバイスの珪酸塩蛍光体に超微粉末シリカ等の超微粉末の二酸化珪素をチキソトロピー付与剤として挿入したサンプルの各種特性を表にして示す図である。 複数の青色ＬＥＤを備えた半導体発光デバイスの構造を示す断面図である。 多数の青色ＬＥＤと単一の蛍光体層とを備えた発光装置の構造を示す断面図である。

Claims (10)

  1. ４４０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の波長領域に主発光ピークを有する青色光を放つ複数の青色発光ダイオードと、当該青色発光ダイオードが放つ青色光を吸収して蛍光を放つ蛍光体を含む蛍光体層とを備え、前記青色光と前記蛍光とを加色させて、色温度が２０００Ｋ以上１２０００Ｋ以下の白色光を発光面から放つように構成され、前記蛍光体層は蛍光体粒子及び透光性樹脂の混合体からなっていて前記青色発光ダイオードの少なくとも主光取り出し面を覆う半導体発光装置であって、
    前記蛍光体層は、単一で各前記青色発光ダイオードの主光取り出し面の全面を覆い、
    前記蛍光体層の上面は平担であり、
    前記発光面は、前記青色発光ダイオードの主光取り出し面に対して平行であり、
    前記青色発光ダイオードの主光取り出し面上に位置する前記蛍光体層の実質厚みは５０μｍ以上１０００μｍ以下であることを特徴とする半導体発光装置。
  2. ４４０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の波長領域に主発光ピークを有する青色光を放つ複数の青色発光ダイオードと、当該青色発光ダイオードが放つ青色光を吸収して蛍光を放つ蛍光体を含む蛍光体層とを備え、前記青色光と前記蛍光とを加色させて、白色光を発光面から放つように構成され、前記蛍光体層は蛍光体粒子及び透光性樹脂の混合体からなっていて前記青色発光ダイオードの少なくとも主光取り出し面を覆う半導体発光装置であって、
    前記蛍光体層は、単一で各前記青色発光ダイオードの主光取り出し面の全面を覆い、
    前記蛍光体層の上面は平担であり、
    前記発光面は、前記青色発光ダイオードの主光取り出し面に対して平行であり、
    前記青色発光ダイオードの主光取り出し面上に位置する前記蛍光体層の実質厚みは１１０μｍよりも厚く、色温度が２０００Ｋ以上１２０００Ｋ以下の白色光を前記発光面から放つ厚みであることを特徴とする半導体発光装置。
  3. 前記蛍光体粒子は、中心粒径が０．５μｍ以上３０μｍ以下の範囲にある請求項１または２に記載の半導体発光装置。
  4. 前記蛍光体粒子は、前記透光性樹脂中の全体に亘って散点している請求項３に記載の半導体発光装置。
  5. 前記青色発光ダイオードは、主面上にアノードとカソードとを有しており、
    前記主光取り出し面は、前記主面を下にして上方に向いており、
    前記蛍光体層は、前記青色発光ダイオードの主光取り出し面から放たれる青色光が通過する位置に設けられている請求項４に記載の半導体発光装置。
  6. 複数の前記青色発光ダイオードは、一つの基板上にフリップチップ接続法によって固定されている請求項５に記載の半導体発光装置。
  7. 前記蛍光体層は、蛍光体ペースト中に一次粒子の平均径が１ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内にある超微粒子を含め、当該蛍光体ペーストを硬化させて形成したものである請求項４に記載の半導体発光装置。
  8. 前記蛍光体層は、蛍光体粒子を含む樹脂を型へ充填した後に硬化させて形成したものである請求項４に記載の半導体発光装置。
  9. 前記蛍光体は、励起光の波長が１２０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲において、発光強度が最大となる発光が４３０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲以外の波長の励起光の照射によって得られるものである請求項３に記載の半導体発光装置。
  10. 前記蛍光体粒子は、５５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長領域に主発光ピークを有する蛍光を放つ黄色系蛍光体粒子である請求項４に記載の半導体発光装置。
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