JP2009081288A - 照明用白色発光ランプの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＢＧＲ蛍光体と半導体発光素子とを使用した照明用白色発光ランプの製造方法において、緑色蛍光体の特性を改善することにより演色性を向上させる。
【解決手段】白色発光ランプ１は半導体発光素子２から出射された光により励起されて白色光を発光する蛍光体層５を具備する。透明樹脂層４を形成した後、蛍光体層を形成する。蛍光体層５は緑色蛍光体として３価のセリウムおよびテルビウムで付活された希土類硼酸塩蛍光体を含んでいる。
【選択図】図１

Description

本発明は照明用白色発光ランプの製造方法に関する。

発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）は、電気エネルギーを紫外光や可視光に変換して放射する半導体発光素子であり、長寿命で信頼性が高く、光源として用いた場合に交換作業が軽減されるというような利点を有する。ＬＥＤチップを透明樹脂で封止したＬＥＤランプは、液晶表示装置のバックライト、信号装置、各種スイッチ類、車載用ランプ、一般照明等の照明器具に利用されている。

ＬＥＤランプから放射される光の色調に関しては、ＬＥＤチップと種々の発光色を有する蛍光体とを組合せることによって、青色から赤色まで使用用途に応じた可視光領域の光を実現することができる。白色発光型のＬＥＤランプ（白色ＬＥＤランプ）は、液晶表示装置のバックライトや車載用ランプ等の用途に急速に普及している。さらに、蛍光ランプは水銀を用いていることから、将来的には水銀を使用しない白色ＬＥＤランプを用いた照明器具が蛍光ランプの代替品として大きく伸張することが期待されている。

現在、普及もしくは試行されている白色ＬＥＤランプとしては、青色発光のＬＥＤ（発光波長：４６０〜４８０ｎｍ）と黄色蛍光体もしくは黄色と赤色の混合蛍光体とを組合せたＬＥＤランプと、紫外発光のＬＥＤ（発光波長：３００〜４３０ｎｍ）と青、緑、赤の各蛍光体の混合物（ＢＧＲ蛍光体）とを組合せたＬＥＤランプとが知られている。現状では、前者の方が後者より輝度特性に優れることから普及している。

これに対して、後者の紫外ＬＥＤを用いた白色ランプは３色の蛍光体を用いていることから、前者に比べて色再現性に優れるという特徴を有する。さらに、照明器具として用いた場合、前者は簡単に白色が得られる反面、赤色成分が不足するために演色性に劣るのに対し、後者は蛍光体の選択や改善等に基づいて演色性の向上が期待されている。このようなことから、紫外ＬＥＤを用いた白色ランプは、将来的には白色ＬＥＤランプの主流になることが期待されている。特に、照明器具への期待が大きい。

ところで、発光波長が３００〜４３０ｎｍの長波長紫外線を励起源とする白色ＬＥＤランプにおいては、従来の水銀ガス励起の蛍光ランプ（ＦＬ）や冷陰極線管（ＣＣＦＬ）で一般的に用いられてきた蛍光体では励起源の波長が長すぎるために発光しない場合がある。特に、緑色蛍光体として用いられているＬａＰＯ₄：Ｃｅ，Ｔｂ蛍光体は、波長が３００〜４３０ｎｍの長波長紫外線ではほとんど発光しない。このため、紫外ＬＥＤを用いた白色ＬＥＤランプでは、緑色蛍光体として（Ｂａ，Ｍｇ）Ａｌ₁₀Ｏ₁₇蛍光体等を用いることが検討されている（特許文献１，２参照）。

しかしながら、（Ｂａ，Ｍｇ）Ａｌ₁₀Ｏ₁₇蛍光体は発光波長が５１５ｎｍ前後であり、従来のＦＬやＣＣＦＬで用いられてきたＬａＰＯ₄：Ｃｅ，Ｔｂ蛍光体の発光波長（５４３ｎｍ）に比べて短波長側の光しか得ることができない。このような緑色蛍光体を使用した白色ＬＥＤランプを照明器具に適用した場合、従来のＦＬやＣＣＦＬに比べて黄色成分が不足することで、演色性を十分に高めることができないという問題が生じる。このようなことから、黄色成分を多く含む緑色蛍光体を使用することによって、紫外線励起型の白色ＬＥＤランプの演色性を高めることが望まれている。
特開２０００−０７３０５２号公報 特開２００２−１７１０００号公報

本発明の目的は、ＢＧＲ蛍光体と半導体発光素子とを組合せて使用するにあたって、緑色蛍光体の特性を改善することによって、演色性を向上させることを可能にした照明用白色発光ランプの製造方法を提供することにある。

本発明の照明用白色発光ランプの製造方法は、ピーク波長が３００ｎｍ以上４３０ｎｍ以下の範囲の光を出射する半導体発光素子と、前記半導体発光素子の少なくとも発光面を覆うように配置された透明樹脂層を形成する工程と、前記透明樹脂層上に設けられ、前記半導体発光素子から出射された光により励起されて白色光を発光する蛍光体層を形成する工程とを具備し、
前記蛍光体層は緑色蛍光体として、
一般式：（Ｒ_1-x-y）Ｃｅ_xＴｂ_yＢＯ₃
（式中、ＲはＳｃ、Ｙ、Ｌａ、ＧｄおよびＬｕから選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ｘおよびｙは０．０３＜ｘ＜０．３、０．０３＜ｙ＜０．３を満足する数である）
で表される組成を有する３価のセリウムおよびテルビウムで付活された希土類硼酸塩蛍光体を含むことを特徴とするものである。
また、前記透明樹脂層は少なくとも前記発光面上の厚さが０．４ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましい。
また、前記蛍光体層は青色蛍光体として、
一般式：（Ｍ１_1-x，Ｅｕ_x）₁₀（ＰＯ₄）₆・Ｃｌ₂
（式中、Ｍ１はＭｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ｘは0.001＜ｘ＜0.5を満足する数である）
で表される組成を有する２価のユーロピウムで付活されたクロロ燐酸塩蛍光体、および
一般式：ａ（Ｍ２_1-x，Ｅｕ_x）Ｏ・ｂＡｌ₂Ｏ₃
（式中、Ｍ２はＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｌｉ、ＲｂおよびＣｓから選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ａ、ｂおよびｘは０＜ａ、０＜ｂ、０．２≦ａ／ｂ≦１．５、
0.001＜ｘ＜0.5を満足する数である）
で表される組成を有する２価のユーロピウムで付活されたアルミン酸塩蛍光体から選ばれる少なくとも１種を含むことが好ましい。
また、前記蛍光体層は赤色蛍光体として、
一般式：（Ａ_1-x，Ｅｕ_x）₂Ｏ₂Ｓ
（式中、ＡはＬａおよびＹから選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ｘは０．０１＜ｘ＜０．１５を満足する数である）
で表される組成を有するユーロピウムで付活された希土類酸硫化物蛍光体を含むことが好ましい。

また、前記蛍光体層は蛍光体粒子を含む樹脂層を備えることが好ましい。また、前記蛍光体粒子は１μｍ以上の平均粒径を有することが好ましい。
また、緑色蛍光体粒子、青色蛍光体粒子、赤色蛍光体粒子と透明樹脂を混合した蛍光体スラリーを塗布することにより蛍光体層を形成することが好ましい。また、緑色蛍光体粒子、青色蛍光体粒子、赤色蛍光体粒子を混合した後、透明樹脂と混合することにより蛍光体スラリーを調整することが好ましい。また、緑色蛍光体粒子と透明樹脂を混合した蛍光体スラリー、青色蛍光体粒子と透明樹脂を混合した蛍光体スラリー、赤色蛍光体粒子と透明樹脂を混合した蛍光体スラリーを予め調製した後、各スラリーを混合することにより蛍光体スラリーを調整することが好ましい。また、透明樹脂が熱硬化樹脂であることが好ましい。また、蛍光体粒子が造粒粉であることが好ましい。

本発明の照明用白色発光ランプは、緑色蛍光体として黄色成分をより多く含む３価のセリウムおよびテルビウムで付活された希土類硼酸塩蛍光体を用いているため、輝度特性に加えて演色性を向上させることができる。このような輝度および演色性を向上させた照明用白色発光ランプを歩留まり良く製造するための製造方法を提供するものである。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。図１は本発明の照明用白色発光ランプを白色ＬＥＤランプに適用した実施形態の構成を示す断面図である。同図に示す照明用白色ＬＥＤランプ１は、励起源（光源）としてＬＥＤチップ２を有している。励起源はＬＥＤチップ２に限られるものではない。照明用白色発光ランプの励起源としては、発光のピーク波長が３００ｎｍ以上４３０ｎｍ以下の範囲の紫外発光ダイオード、紫色発光ダイオード、紫外発光レーザ（レーザダイオード）、紫色発光レーザ（レーザダイオード）等の半導体発光素子が用いられる。

ＬＥＤチップ２にはＩｎＧａＮ系、ＧａＮ系、ＡｌＧａＮ系等の各種の発光ダイオードが用いられる。ＬＥＤチップ２は３００ｎｍ以上４３０ｎｍ以下の範囲の発光ピーク波長を有する。このようなピーク波長を有するＬＥＤチップ２を後述するＢＧＲ蛍光体と組合せて用いることによって、高輝度でかつ色再現性に優れた白色ＬＥＤランプ１を実現することができる。ここでは励起源としての発光ダイオードをＬＥＤチップ２と表記し、最終的に白色発光を得るための発光ランプを白色ＬＥＤランプ１と表記する。

ＬＥＤチップ２は基板３上に実装されている。基板３としては表面や内部に配線網を有する配線基板が用いられる。図示を省略したが、ＬＥＤチップ２の電極は配線基板３の配線網と電気的に接続されており、これによってＬＥＤチップ２に直流電圧が印加される。ＬＥＤチップ２は透明樹脂層４で覆われている。透明樹脂層４は少なくともＬＥＤチップ２の発光面を覆うように配置される。ここでは半球状の透明樹脂層４でＬＥＤチップ２全体を覆った構造を示している。

ＬＥＤチップ２を覆う透明樹脂層４上には蛍光体層５が配置されている。蛍光体層５は白色光を得るための蛍光体６を含む樹脂層（透明樹脂層）７を備えている。透明樹脂層７中に分散された蛍光体６は、ＬＥＤチップ２から出射される光により励起されて白色光を発光するものである。透明樹脂層４や蛍光体層５を構成する樹脂層（透明樹脂層）７には、例えばシリコーン樹脂やエポキシ樹脂等が用いられる。

白色光を得るための蛍光体６は、ＬＥＤチップ２から出射された光（例えば紫外光や紫色光）を吸収し、青色光を発光する青色（Ｂ）蛍光体、緑色光を発光する緑色（Ｇ）蛍光体、赤色光を発光する赤色（Ｒ）蛍光体とを含んでいる。蛍光体６はＢＧＲの混合蛍光体（ＢＧＲ蛍光体）である。なお、ＢＧＲ蛍光体６は同じ色の蛍光体を２種類以上含んでいてもよいし、また青、緑、赤以外の発光色を有する蛍光体（例えば黄色蛍光体、橙色蛍光体、深赤色蛍光体等）を補助的に含んでいてもよい。ＢＧＲ蛍光体６は予め青、緑、赤の各蛍光体を結合剤で結合した状態で樹脂層７中に分散させてもよい。

白色ＬＥＤランプ１に印加された電気エネルギーは、ＬＥＤチップ２で紫外光や紫色光に変換される。ＬＥＤチップ２から出射された光は、樹脂層７中に分散されたＢＧＲ蛍光体６でより長波長の光に変換される。ＢＧＲ蛍光体６中に含まれる青色蛍光体、緑色蛍光体および赤色蛍光体からの発光が混色されて放出されることによって、総計として白色光が白色ＬＥＤランプ１から発光される。

ＢＧＲ蛍光体６を構成する各蛍光体のうち、緑色蛍光体には
一般式：（Ｒ_1-x-y）Ｃｅ_xＴｂ_yＢＯ₃ …（１）
（式中、ＲはＳｃ、Ｙ、Ｌａ、ＧｄおよびＬｕから選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ｘおよびｙは０．０３＜ｘ＜０．３、０．０３＜ｙ＜０．３を満足する数である）
で表される組成を有する３価のセリウム（Ｃｅ）およびテルビウム（Ｔｂ）で付活された希土類硼酸塩蛍光体が用いられる。式（１）で組成が表されるＣｅおよびＴｂ付活希土類硼酸塩蛍光体はピーク波長が３００〜４３０ｎｍの範囲の紫外光や紫色光の吸収効率に優れるだけでなく、黄色成分をより多く含んでいる。このため、本発明では一般式（１）を満たすものであれば黄緑色蛍光体も緑色蛍光体に含まれるものとする。

図２にＣｅおよびＴｂ付活希土類硼酸塩蛍光体（Ｌｕ_0.8Ｃｅ_0.1Ｔｂ_0.1ＢＯ₃蛍光体）の発光スペクトル（Ａ）を、従来の緑色蛍光体（（Ｂａ，Ｍｇ）Ａｌ₁₀Ｏ₁₇蛍光体）の発光スペクトル（Ｂ）と比較して示す。図２から明らかなように、ＣｅおよびＴｂ付活希土類硼酸塩蛍光体は従来の緑色蛍光体に比べて540〜550ｎｍの発光強度が増加しており、黄色成分が多く含むことが分かる。これによって、白色ＬＥＤランプ１から放射される白色光の演色性を高めることが可能となる。

式（１）で示される組成を有する緑色蛍光体（ＣｅおよびＴｂ付活希土類硼酸塩蛍光体）において、元素ＲはＳｃ（スカンジウム）、Ｙ（イットリウム）、Ｌａ（ランタン）、Ｇｄ（ガドリニウム）およびＬｕ（ルテチウム）から選ばれる少なくとも１種の元素である。これらは３価の元素であり、０．０７〜０．１１ｎｍのイオン半径を有していることから、ＲＢＯ₃構造を取り易いという特徴を有している。

このような元素Ｒの一部を３価のＴｂ（テルビウム）およびＣｅ（セリウム）で置換することによって、発光を生じる結晶を得ることができる。元素ＲはＳｃ、Ｙ、Ｌａ、ＧｄおよびＬｕから２種以上の元素を選択して使用してもよい。例えば、元素Ｒの合計量を１００原子％としたとき、Ｌｕ量を１原子％以上１００原子％未満とし、残部をＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｇｄの１種または２種以上の元素とすることも可能である。

ＲＢＯ₃化合物の元素Ｒの一部をＣｅ³⁺およびＴｂ³⁺で置換することによって、ＬＥＤチップ２からの励起光（ピーク波長：３００〜４３０ｎｍ）は、まずＣｅ³⁺イオンに吸収され、この吸収されたエネルギーがＴｂ³⁺イオンに伝達されて緑色発光が生じる。Ｃｅによる置換量を示すｘ値は０．０３を超えて０．３未満の範囲とする。また、Ｔｂによる置換量を示すｙ値は０．０３を超えて０．３未満の範囲とする。

ｘ値が０．０３以下であるとＣｅ³⁺にエネルギーが十分に吸収されないため、Ｔｂ³⁺に十分なエネルギーが伝達されず、Ｔｂ³⁺の緑色発光が十分に起こらない。ｘ値が０．３０以上になると、逆に発光効率が低下してしまう。同様に、ｙ値が０．０３以下であると、Ｃｅ³⁺から伝達されたエネルギーを受け取るＴｂ³⁺が不足し、緑色発光を十分に得ることができない。ｙ値が０．３以上となると、発光効率が低下してしまう。

緑色蛍光体の製造方法は特に限定されるものではないが、例えば以下に示す方法が挙げられる。まず、酸化スカンジウム（Ｓｃ₂Ｏ₃）、酸化イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃）、酸化ランタン（Ｌａ₂Ｏ₃）、酸化ガドリニウム（Ｇｄ₂Ｏ₃）、酸化ルテチウム（Ｌｕ₂Ｏ₃）の少なくとも１種と、酸化セリウム（ＣｅＯ₂）、酸化テルビウム（Ｔｂ₄Ｏ₇）および硼酸化水素（Ｈ₃ＢＯ₃）とを、式（１）に示した組成となるように所定量秤量する。これらを焼成助剤と共に混合する。この原料混合物をアルミナ坩堝等に入れて１１００〜１４００℃程度の温度で３〜６時間程度焼成する。この後、焼成物を純水にて洗浄して不要な可溶成分を除去し、さらにろ過乾燥させることによって、目的とする緑色蛍光体が得られる。

ＢＧＲ蛍光体６を構成する各蛍光体のうち、青色蛍光体および赤色蛍光体としてはＬＥＤチップ２から出射される光（紫外光や紫色光）を効率よく吸収するものであれば各種の蛍光体を使用することができる。特に、ＣｅおよびＴｂ付活希土類硼酸塩蛍光体からなる緑色蛍光体との組合せの点から、青色蛍光体は２価のユーロピウム（Ｅｕ）で付活されたクロロ燐酸塩蛍光体および２価のユーロピウム（Ｅｕ）で付活されたアルミン酸塩蛍光体から選ばれる少なくとも１種であることが好ましい。赤色蛍光体はユーロピウム（Ｅｕ）で付活された希土類酸硫化物蛍光体であることが好ましい。

青色蛍光体としてのＥｕ付活クロロ燐酸塩蛍光体は、
一般式：（Ｍ１_1-x，Ｅｕ_x）₁₀（ＰＯ₄）₆・Ｃｌ₂ …（２）
（式中、Ｍ１はＭｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ｘは0.001＜ｘ＜0.5を満足する数である）
で表される組成を有することが好ましい。式（２）で表される組成を有するＥｕ付活クロロ燐酸塩蛍光体は、ＬＥＤチップ２から出射される光の吸収効率が高く、かつ式（１）で表される組成を有する緑色蛍光体との組合せ性に優れるものである。

Ｅｕ付活アルミン酸塩蛍光体は、
一般式：ａ（Ｍ２_1-x，Ｅｕ_x）Ｏ・ｂＡｌ₂Ｏ₃ …（３）
（式中、Ｍ２はＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｌｉ、ＲｂおよびＣｓから選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ａ、ｂおよびｘは０＜ａ、０＜ｂ、０．２≦ａ／ｂ≦１．５、
0.001＜ｘ＜0.5を満足する数である）
で表される組成を有することが好ましい。式（３）で表される組成を有するＥｕ付活アルミン酸塩蛍光体は、ＬＥＤチップ２から出射される光の吸収効率が高く、かつ式（１）で表される組成を有する緑色蛍光体との組合せ性に優れるものである。

赤色蛍光体としてのＥｕ付活希土類酸硫化物蛍光体は、
一般式：（Ａ_1-x，Ｅｕ_x）₂Ｏ₂Ｓ …（４）
（式中、ＡはＬａおよびＹから選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ｘは０．０１＜ｘ＜０．１５を満足する数である）
で表される組成を有することが好ましい。式（４）で表される組成を有するＥｕ付活希土類酸硫化物蛍光体は、ＬＥＤチップ２から出射される光の吸収効率が高く、かつ式（１）で表される組成を有する緑色蛍光体との組合せ性に優れるものである。

青色蛍光体としては、Ｅｕ付活クロロ燐酸塩蛍光体およびＥｕ付活アルミン酸塩蛍光体のいずれを使用してもよいし、またこれらを組合せて用いてもよい。また、赤色蛍光体としては、Ｅｕ付活酸硫化ランタン蛍光体およびＥｕ付活酸硫化イットリウム蛍光体のいずれを使用してもよいし、また酸硫化ランタンと酸硫化イットリウムの混合体を用いてもよい。これら各蛍光体は励起波長、要求輝度、製造コスト等に応じて選択される。

この実施形態の白色ＬＥＤランプ１は、緑色蛍光体、青色蛍光体および赤色蛍光体をそれぞれ含む蛍光体層５を具備している。各蛍光体はＬＥＤチップ２から出射された紫外光または紫色光が照射された際に、紫外光または紫色光を効率よく吸収して高効率で発光する。緑色蛍光体は高輝度の緑色光を発光する。青色蛍光体は高輝度の青色光を、また赤色蛍光体は高輝度の赤色光を発光する。その結果、これらの光が混色して高輝度の白色光が得られる。さらに、緑色蛍光体からの発光は黄色成分を多く含むため、演色性に優れる白色光を得ることが可能となる。このような白色光は照明器具等の照明用途に好適である。

白色光を得る場合、各色の輝度に輝度差がありすぎると、輝度が高い色が勝った白色光となる。例えば、緑色のみが高輝度の場合には、緑がかった白色光になる。つまり、高輝度の白色光を得るためには、青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）、赤色（Ｒ）の各色共に高輝度である必要がある。このため、各色の蛍光体の組合せが重要となる。さらに、白色光の演色性を向上させるためには、各色のバランスを高める必要がある。このためにも、各色の蛍光体の選択および組合せが重要となる。

青、緑および赤の各蛍光体は、例えばそれらの混合物として透明樹脂層７中に分散させる。各蛍光体の混合比率は目的とする白色光の色度に応じて任意に設定される。なお、必要に応じて、青、緑および赤以外の蛍光体を添加してもよい。蛍光体層５で良質な白色発光を得る上で、各蛍光体の混合比率は青色蛍光体を2〜50質量％、緑色蛍光体を2〜50質量％、赤色蛍光体を残部（青色蛍光体、緑色蛍光体、赤色蛍光体の合計量が１００質量％）とすることが好ましい。

さらに、青、緑および赤の各蛍光体はそれぞれ１μｍ以上の平均粒径を有していることが好ましい。平均粒径が１μｍ以上の蛍光体粉末を使用することによって、ＬＥＤチップ２から出射される紫外光や紫色光の吸収効率が向上する。従って、白色ＬＥＤランプ１の輝度をさらに高めることが可能となる。蛍光体粉末の平均粒径は１０μｍ以上であることがより好ましい。平均粒径は粒度分布の中位値（５０％値）を示すものとする。

蛍光体の平均粒径を大きくする方法としては、１色の蛍光体同士を造粒する方法、３色の蛍光体を混合して造粒する方法等が挙げられる。他の方法としては、蛍光体を焼成する際に焼成助剤を用いる方法、高温で長時間焼成する方法等が挙げられる。蛍光体の平均粒径の上限値は特に限定されるものではないが、白色ＬＥＤランプ１の蛍光体層５の厚さの９０％以下であることが好ましい。平均粒径が蛍光体層５の厚さより大きいと、蛍光体粒子を樹脂で固めて蛍光体層５を形成した際に蛍光体粒子の脱粒等が生じやすくなる。

さらに、白色ＬＥＤランプ１はＬＥＤチップ２と蛍光体層５との間に配置された透明樹脂層４を有している。透明樹脂層４はＬＥＤチップ２の少なくとも発光面を覆うように形成される。このように、ＬＥＤチップ２と蛍光体層５との間に透明樹脂層４を介在させることによって、ＬＥＤチップ２から出射される光の利用効率が向上するため、白色ＬＥＤランプ１の発光効率を高めることができる。透明樹脂層４はＬＥＤチップ２の発光面上の厚さが０．４ｍｍ以上１０ｍｍ以下となるように形成することが好ましい。

透明樹脂層４の厚さが０．４ｍｍ未満であると、ＬＥＤチップ２と蛍光体層５との間に透明樹脂層４を配置した効果を十分に得ることができないおそれがある。透明樹脂層４の厚さが１０ｍｍを超えると光の吸収が生じるおそれがある。照明器具として用いる場合の大きさを考慮しても、透明樹脂層４の厚さは１０ｍｍ以下であることが好ましい。透明樹脂層４の厚さは０．８ｍｍ以上とすることがより好ましく、さらに好ましくは１ｍｍ以上である。図１に示したように、ＬＥＤチップ２を半球状の透明樹脂層４で覆う場合には、半球状部の半径を０．４ｍｍ以上１０ｍｍ以下とすることが好ましい。

白色ＬＥＤランプ１は、例えば以下のようにして作製される。まず、各色の蛍光体粉末を含む蛍光体スラリーを調製する。蛍光体スラリーは、例えば各色の蛍光体粉末をそれぞれ樹脂と混合した後、これらを混ぜ合わせて調製する。あるいは、予め各色の蛍光体粉末を混合した後、この混合蛍光体を樹脂と混ぜ合わせて蛍光体スラリーを調製する。
一度に５０ｋｇ以上の大量の蛍光体スラリーを調整する場合は、各色の蛍光体粉末をそれぞれ樹脂と混合した後、これらを混ぜ合わせる方法、つまりは、緑色蛍光体粒子と透明樹脂を混合した蛍光体スラリー、青色蛍光体粒子と透明樹脂を混合した蛍光体スラリー、赤色蛍光体粒子と透明樹脂を混合した蛍光体スラリーを予め調製した後、各スラリーを混合することにより蛍光体スラリーを調整する方法が好ましい。この方法であると大量の蛍光体が均一に混ざり易い。また、この方法であると蛍光体粒子同士のぶつかり合いを抑制できるので平均粒径１μｍ以上を維持し易い。
一方、予め各色の蛍光体粉末を混合した後、この混合蛍光体を樹脂と混ぜ合わせて蛍光体スラリーを調製する方法は５０ｋｇ未満の蛍光体スラリーを調整するのに適している。また、混合時の蛍光体粉末同士のぶつかり合いにより蛍光体粉末が粉砕されていくことを考慮して平均粒径を大きいものにした方が好ましい。なお、焼成後の造粒粉であれば造粒粉同士がぶつかり合っても粉砕されることは少ないので、造粒粉であればどちらの方法であってもよい。
蛍光体と樹脂との混合比は蛍光体の種類や粒径により適宜に選択されるが、例えば蛍光体を１００質量部としたとき、樹脂量は 5 〜 100 質量部の範囲とすることが好ましい。各蛍光体の混合比率は目的とする白色光の色度に応じて任意に設定される。混合方法としては、回転させて液の対流で混ぜ合わせる方法、攪拌器でかき混ぜる方法等が挙げられる。

次いで、ＬＥＤチップ２上に液状の透明樹脂を塗布し、これを固化させて透明樹脂層４を形成する。その上から液体状の蛍光体スラリーを塗布し、蛍光体スラリー中の樹脂を固化させて蛍光体層５を形成する。このようにして白色ＬＥＤランプ１を作製する。液状の透明樹脂や蛍光体スラリーの塗布方法としては、例えばＬＥＤチップ２が搭載された配線基板３を型に入れ、その上からディスペンサで透明樹脂や蛍光体スラリーを供給する方法が挙げられる。また、印刷法や射出成型法等を使用してもよい。透明樹脂（蛍光体スラリー中の樹脂を含む）として熱硬化性樹脂を用いた場合、液状の透明樹脂や蛍光体スラリーを塗布した後、オーブン等に入れて１００〜２００℃に加熱して硬化させる。また、熱硬化性樹脂であればランプ点灯時に半導体発光素子が発熱したとしても蛍光体層が変質することはない。
また、透明樹脂層を構成する樹脂と蛍光体層に用いる樹脂は同じ透明樹脂であると塗布ムラの影響を小さくできるので好ましい。

この実施形態の白色ＬＥＤランプ１は、輝度特性、演色性、色再現性等のランプ特性に優れている。従って、白色ＬＥＤランプ１は一般照明等の照明器具の光源として有効である。白色ＬＥＤランプ１は車載用ランプ、各種スイッチ類等の照明用途にも適用可能である。図３および図４は本発明の実施形態による照明器具を示している。これらの図に示す照明器具１１は、光源として複数個の白色ＬＥＤランプ１を具備している。

白色ＬＥＤランプ１は適用する照明器具１１の光量や用途等に応じて、基板１２上に各種の配列で配置されて用いられる。図３は円板状の基板１２上にマトリクス状に配置された複数の白色ＬＥＤランプ１を具備する照明器具１１を示している。図４は矩形状の基板１２上に直線状に配置された複数の白色ＬＥＤランプ１を具備する照明器具１１を示している。基板１２は白色ＬＥＤランプ１の配線基板３であってもよいし、配線基板３とは別体の基板であってもよい。この実施形態の白色ＬＥＤランプ１を用いた照明器具１１は、従来の蛍光ランプの代替品として高品質の照明を提供するものである。

次に、本発明の具体的な実施例およびその評価結果について述べる。

（実施例１）
まず、青色蛍光体として平均粒径が40μｍのＥｕ付活クロロ燐酸塩（（Ｂａ_0.40，Ｓｒ_0.57，Ｃａ_0.02，Ｅｕ_0.01）₁₀（ＰＯ₄）₆・Ｃｌ₂）蛍光体、緑色蛍光体として平均粒径が40μｍのＣｅおよびＴｂ付活希土類硼酸塩（（Ｌｕ_0.8，Ｃｅ_0.1，Ｔｂ_0.1）ＢＯ₃）蛍光体、赤色蛍光体として平均粒径が40μｍのＥｕ付活酸硫化ランタン（（Ｌａ_0.89，Ｅｕ_0.11）₂Ｏ₂Ｓ）蛍光体を用意した。これら各蛍光体を白色ＬＥＤランプの発光色が、５０００Ｋ（偏差０）の白色になる所定の割合で混合して、混合蛍光体／全体量が60質量％となるように、シリコーン樹脂と混合した。

次に、図１に構成を示した白色ＬＥＤランプ１のＬＥＤチップ（発光ピーク波長：３７０ｎｍ，チップサイズ：０．３ｍｍ×０．３ｍｍ×０．１ｍｍｔ）２上に、蛍光体を含まないシリコーン樹脂を塗布した後、各蛍光体を含む混合スラリーを塗布し、１４０℃で熱処理してシリコーン樹脂を硬化させることによって、白色ＬＥＤランプ１を作製した。蛍光体を含まないシリコーン樹脂による透明樹脂層４は半球状に形成し、その半径は0.8ｍｍとした。また、蛍光体層５の厚さは0.5ｍｍとした。得られた白色ＬＥＤランプ１を後述する特性評価に供した。

（実施例２〜９）
表１に示す青色、緑色および赤色の各蛍光体を使用する以外は、実施例１と同様にして白色ＬＥＤランプ１を作製した。白色ＬＥＤランプの発光色は実施例１と同様とし、そのような発光色が得られるように各蛍光体スラリーの混合比を調整した。透明樹脂層４や蛍光体層５の形状は実施例１と同様とした。ＬＥＤチップ２の発光波長はそれぞれ表１に示す通りである。得られた白色ＬＥＤランプ１をそれぞれ後述する特性評価に供した。

（比較例１）
青色蛍光体として平均粒径が40μｍのＥｕ付活クロロ燐酸塩（（Ｂａ_0.40，Ｓｒ_0.57，Ｃａ_0.02，Ｅｕ_0.01）₁₀（ＰＯ₄）₆・Ｃｌ₂）蛍光体、緑色蛍光体として平均粒径が40μｍのＥｕ付活アルミン酸塩（（Ｂａ_0.8，Ｅｕ_0.2）（Ｍｇ_0.7，Ｍｎ_0.3）Ａｌ₁₀Ｏ₁₇）蛍光体、赤色蛍光体として平均粒径が40μｍのＥｕ付活酸硫化ランタン（（Ｌａ_0.89，Ｅｕ_0.11）₂Ｏ₂Ｓ）蛍光体を用意した。これら各蛍光体を白色ＬＥＤランプの発光色が、５０００Ｋ（偏差０）の白色になる所定の割合で混合して、混合蛍光体／全体量が60質量％となるように、シリコーン樹脂と混合した。このような蛍光体スラリーを用いる以外は実施例１と同様にして、図１に構成を示した白色ＬＥＤランプ１を作製し、後述する特性評価に供した。ＬＥＤチップ２の発光波長は３６０ｎｍである。

（比較例２〜５）
表１に示す青色、緑色および赤色の各蛍光体を使用する以外は、比較例１と同様にして白色ＬＥＤランプ１を作製した。白色ＬＥＤランプの発光色は比較例１と同様とし、そのような発光色が得られるように各蛍光体スラリーの混合比を調整した。ＬＥＤチップ２の発光波長はそれぞれ表１に示す通りである。このようにして得た白色ＬＥＤランプ１をそれぞれ後述する特性評価に供した。

上述した実施例１〜９および比較例１〜５の各白色ＬＥＤランプに３０ｍＡの電流を流して点灯させ、各白色ＬＥＤランプの全光束、平均演色指数を測定した。これらの測定結果を表１に示す。なお、各白色ＬＥＤランプの発光特性は、Labsphere SLMS-1021を用いて測定した。

表１から明らかなように、実施例１〜９による各白色ＬＥＤランプは比較例１、２に比べて全光束と演色性が共に優れている。なお、比較例３で緑色蛍光体として用いたＣｅおよびＴｂ付活燐酸塩蛍光体は、長波長の紫外光では発光しない。比較例４や比較例５で用いた緑色蛍光体はＣｅやＴｂの付活量が不適切であるため、高輝度の緑色光を得ることができない。このため、比較例３〜５では演色性を測定することができなかった。

（実施例１０）
実施例１の白色ＬＥＤランプ１において、ＬＥＤチップ２と蛍光体層５との間に介在させる半球状の透明樹脂層４の半径を種々に変化させて、それぞれ白色ＬＥＤランプ１を作製した。また、比較例として半球状の透明樹脂層４を有しない白色ＬＥＤランプ１も同様に作製した。これら各白色ＬＥＤランプ１に３０ｍＡの電流を流して点灯させ、各白色ＬＥＤランプの全光束を測定した。その測定結果を図５に示す。図５から明らかなように、透明樹脂層４の半径は０．４ｍｍ以上とすることが好ましい。透明樹脂層４の半径を１ｍｍ以上とすることによって、さらに明るさが向上する。
（実施例１Ａ〜９Ａ）
実施例１〜９の照明用白色ＬＥＤランプを製造するにあたり、蛍光体スラリーの調整を次の製法１、製法２のいずれかで行った。その際の蛍光体粒子の平均粒径を調べた。以下にその結果を示す。
製法１：緑色蛍光体粒子、青色蛍光体粒子、赤色蛍光体粒子を混合した後、透明樹脂と混合する方法。混合時間は３０時間とした。
製法２：緑色蛍光体粒子と透明樹脂を混合した蛍光体スラリー、青色蛍光体粒子と透明樹脂を混合した蛍光体スラリー、赤色蛍光体粒子と透明樹脂を混合した蛍光体スラリーを予め調製した後、各スラリーを混合する方法。混合時間は３０時間とした。

以上のように本実施例の製造方法であれば平均粒径の減少が少ない。そのため、蛍光体スラリーの調整量に応じて製法を選択することが望ましいことが分かった。
（実施例１Ｂ）
実施例１の蛍光体を造粒により平均粒径４０μｍに造粒した蛍光体粒子を用いて蛍光体粒子の平均粒径の変化を確認した。その結果を表３に示す。

表から分かる通り、造粒粉であれば混合方法の違いにより蛍光体粒子の平均粒径が変化するおそれが少ないことが分かった。
蛍光体粒子の平均粒径が変化するとランプの特性が変化するおそれがある。本実施例の方法であれば特性の変化を抑制できるので、特性バラツキの少ない白色ＬＥＤランプを製造できる。その結果、ランプの歩留まりも向上する。

本発明の実施形態による白色発光ランプの構成を示す断面図である。 本発明に適用される緑色蛍光体の発光スペクトルの一例を従来の緑色蛍光体と比較して示す図である。 本発明の実施形態による照明器具の構成を示す平面図である。 図３に示す照明器具の変形例を示す平面図である。 本発明の実施例による白色ＬＥＤランプの明るさと透明樹脂層の半径との関係を示す図である。

符号の説明

１…白色ＬＥＤランプ、２…ＬＥＤチップ、３…配線基板、４…透明樹脂層、５…蛍光体層、６……ＢＧＲ蛍光体、７…樹脂層（透明樹脂層）、１１…照明器具、１２…基板。

Claims (11)

1. ピーク波長が３００ｎｍ以上４３０ｎｍ以下の範囲の光を出射する半導体発光素子と、
   前記半導体発光素子の少なくとも発光面を覆うように配置された透明樹脂層を形成する工程と、
   前記透明樹脂層上に設けられ、前記半導体発光素子から出射された光により励起されて白色光を発光する蛍光体層を形成する工程とを具備した照明用白色発光ランプの製造方法において、
   前記蛍光体層は緑色蛍光体として、
   一般式：（Ｒ_1-x-y）Ｃｅ_xＴｂ_yＢＯ₃
   （式中、ＲはＳｃ、Ｙ、Ｌａ、ＧｄおよびＬｕから選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ｘおよびｙは０．０３＜ｘ＜０．３、０．０３＜ｙ＜０．３を満足する数である）
   で表される組成を有する３価のセリウムおよびテルビウムで付活された希土類硼酸塩蛍光体を含むことを特徴とする照明用白色発光ランプの製造方法。
2. 請求項１記載の照明用白色発光ランプの製造方法において、
   前記透明樹脂層は少なくとも前記発光面上の厚さが０．４ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることを特徴とする照明用白色発光ランプの製造方法。
3. 請求項１または請求項２記載の照明用白色発光ランプの製造方法において、
   前記蛍光体層は青色蛍光体として、
   一般式：（Ｍ１_1-x，Ｅｕ_x）₁₀（ＰＯ₄）₆・Ｃｌ₂
   （式中、Ｍ１はＭｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ｘは0.001＜ｘ＜0.5を満足する数である）
   で表される組成を有する２価のユーロピウムで付活されたクロロ燐酸塩蛍光体、および
   一般式：ａ（Ｍ２_1-x，Ｅｕ_x）Ｏ・ｂＡｌ₂Ｏ₃
   （式中、Ｍ２はＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｌｉ、ＲｂおよびＣｓから選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ａ、ｂおよびｘは０＜ａ、０＜ｂ、０．２≦ａ／ｂ≦１．５、
   0.001＜ｘ＜0.5を満足する数である）
   で表される組成を有する２価のユーロピウムで付活されたアルミン酸塩蛍光体から選ばれる少なくとも１種を含むことを特徴とする照明用白色発光ランプの製造方法。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の照明用白色発光ランプの製造方法において、
   前記蛍光体層は赤色蛍光体として、
   一般式：（Ａ_1-x，Ｅｕ_x）₂Ｏ₂Ｓ
   （式中、ＡはＬａおよびＹから選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ｘは０．０１＜ｘ＜０．１５を満足する数である）
   で表される組成を有するユーロピウムで付活された希土類酸硫化物蛍光体を含むことを特徴とする照明用白色発光ランプの製造方法。
5. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の照明用白色発光ランプの製造方法において、
   前記蛍光体層は蛍光体粒子を含む樹脂層を備えることを特徴とする照明用白色発光ランプの製造方法。
6. 請求項５記載の照明用白色発光ランプの製造方法において、
   前記蛍光体粒子は１μｍ以上の平均粒径を有することを特徴とする照明用白色発光ランプの製造方法。
7. 請求項５または請求項６記載の照明用白色発光ランプの製造方法において、
   緑色蛍光体粒子、青色蛍光体粒子、赤色蛍光体粒子と透明樹脂を混合した蛍光体スラリーを塗布することにより蛍光体層を形成することを特徴とする照明用白色発光ランプの製造方法。
8. 請求項７記載の照明用白色発光ランプの製造方法において、
   緑色蛍光体粒子、青色蛍光体粒子、赤色蛍光体粒子を混合した後、透明樹脂と混合することにより蛍光体スラリーを調整することを特徴とする照明用白色発光ランプの製造方法。
9. 請求項７記載の照明用白色発光ランプの製造方法において、
   緑色蛍光体粒子と透明樹脂を混合した蛍光体スラリー、青色蛍光体粒子と透明樹脂を混合した蛍光体スラリー、赤色蛍光体粒子と透明樹脂を混合した蛍光体スラリーを予め調製した後、各スラリーを混合することにより蛍光体スラリーを調整することを特徴とする照明用白色発光ランプの製造方法。
10. 請求項７ないし請求項９のいずれか１項に記載の照明用白色発光ランプの製造方法において、
    透明樹脂が熱硬化樹脂であることを特徴とする照明用白色発光ランプの製造方法。
11. 請求項６ないし請求項１０のいずれか１項に記載の照明用白色発光ランプの製造方法において、
    蛍光体粒子が造粒粉であることを特徴とする照明用白色発光ランプの製造方法。

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