JP2011159832A - 半導体発光装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】配線基板と、
該配線基板に実装され、発光波長が360nm〜480nmの範囲内である複数の発光ダイオード素子と、
該発光ダイオード素子から放射される光の少なくとも一部を波長変換する蛍光体を含有し、該発光ダイオード素子を個別に被覆する複数の蛍光体含有層と
を有する
ことを特徴とする、半導体発光装置。
【選択図】図1
Description
(2)該蛍光体含有層がそれぞれ、該発光ダイオード素子から放射される光を赤色領域に波長変換する赤色蛍光体を含有する赤色蛍光体含有層と、該発光ダイオード素子から放射される光を緑色領域に波長変換する緑色蛍光体を含有する緑色蛍光体含有層と、該発光ダ
イオード素子から放射される光を青色領域に波長変換する青色蛍光体を含有する青色蛍光体含有層とが、この順に発光ダイオード素子側から積層されている積層体であることを特徴とする、(1)に記載の半導体発光装置。
(3)該蛍光体含有層から出射する一次光の色度がそれぞれ異なる、2種以上の該蛍光体含有層を有することを特徴とする、(1)に記載の半導体発光装置。
(4)各発光ダイオード素子の制御により、該半導体発光装置から出射する出射光の色度が可変であることを特徴とする、(3)に記載の半導体発光装置。
(5)各該蛍光体含有層の投影面積が、5mm2以下であることを特徴とする、(1)〜(4)のいずれかに記載の半導体発光装置。
(6)該発光ダイオード素子の集積密度が4個/cm2以上であることを特徴とする、(1)〜(5)のいずれかに記載の半導体発光装置。
(7)蛍光体含有層の一つが2個以上16個以下の発光ダイオード素子を被覆することを特徴とする、(1)〜(6)のいずれかに記載の半導体発光装置。
(8)上記(1)〜(7)のいずれかに記載の半導体発光装置を有することを特徴とする照明装置。
本願発明の蛍光体含有層は、後述する発光ダイオード素子から放射される光の少なくとも一部を波長変換する蛍光体を含有し、該発光ダイオード素子を個別に被覆するものである。ここで、個別に被覆する、とは、通常1つの発光ダイオード素子に対して、1つの蛍光体含有層が形成されることをいうが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば2つ以上の発光ダイオード素子が、1つの蛍光体含有層により被覆されている態様も含むものとする。なお、一つの蛍光体含有層により被覆される発光ダイオード素子の数の上限は、通常16であり、好ましくは9、さらに好ましくは4である。
また本発明においては、各蛍光体含有層からの一次光を、様々な色温度を有する白色光としてもよいが、例えば、青色光や、赤色光、緑色光等、所望の色としてもよい。
ないが、通常、各発光ダイオード素子を封止する形状とされる。例えば図2(a)及び(b)に示すように表面が平坦な形状を有する層状としてもよく、また例えば図3(a)に示すような砲弾型状としてもよく、また例えば図3(b)に示すようなレンズ形状等としてもよい。また、例えば図4に示すように、円柱状もしくは四角柱状としてもよく、図5に示すように、円錐状もしくは四角錐状としてもよい。
単層体とする場合には、少なくとも1種、あるいは複数種の蛍光体を含有する単一の層とすることができる。蛍光体は単層体中に均一に、あるいは連続した濃度分布を持って含有される。このような単層体(蛍光体含有層)から出射する一次光は、発光ダイオード素子から放射される光を蛍光体が波長変換した光であり、蛍光体による変換後の波長範囲の光となる。また例えば単層体(蛍光体含有層)中に複数種の蛍光体が含有されている場合には、各蛍光体による変換後の光の合成光となる。
また、各蛍光体含有層間の距離は、隣接する発光ダイオード素子間で、相互に出射する光を吸収すること等を低減する程度離れていることが好ましい。これにより光取り出し効率が向上することが期待される。具体的には、各蛍光体含有層間の隙間は、50μm以上、好ましくは100μm以上、さらに好ましくは200μm以上であることが好ましく、集積化の観点からは1.5mm以下であることが好ましい。
蛍光体含有層に用いる封止部材は特に限定されず、通常、発光ダイオード素子を覆ってモールディングすることのできる硬化性材料を用いることができる。硬化性材料とは、流体状の材料であって、何らかの硬化処理を施すことにより硬化する材料のことをいう。ここで、流体状とは、例えば液状又はゲル状のことをいう。
無機系材料としては、例えば、金属アルコキシド、セラミック前駆体ポリマー若しくは金属アルコキシドを含有する溶液をゾル−ゲル法により加水分解重合して成る溶液、またはこれらの組み合わせを固化した無機系材料(例えばシロキサン結合を有する無機系材料)等を挙げることができる。
本発明の半導体発光装置に用いられる蛍光体としては、後述する発光ダイオード素子から放射される光、すなわち360〜480nmの範囲の光の少なくとも一部を波長変換励起することが可能な下記の赤色、黄色、緑色、および青色蛍光体等が挙げられ、これらより選択される1種以上を単独で、または2種以上を任意の組み合わせおよび任意の比率で使用することができる。
橙色ないし赤色蛍光体としては、本発明の効果を著しく損なわない限り任意のものを使用することができる。
この際、同色併用蛍光体である橙色ないし赤色蛍光体の発光ピーク波長は、通常570nm以上、好ましくは580nm以上、より好ましくは585nm以上、また、通常780nm以下、好ましくは700nm以下、より好ましくは680nm以下の波長範囲にあることが好適である。
:Eu、(La,Y)2O2S:Eu、K2SiF6:Mnがより好ましい。
青色蛍光体を使用する場合、当該青色蛍光体は本発明の効果を著しく損なわない限り任意のものを使用することができる。この際、青色蛍光体の発光ピーク波長は、通常420nm以上、好ましくは430nm以上、より好ましくは440nm以上、また、通常500nm未満、好ましくは490nm以下、より好ましくは480nm以下、さらに好ましくは470nm以下、特に好ましくは460nm以下の波長範囲にあることが好適である。
緑色蛍光体を使用する場合、当該緑色蛍光体は本発明の効果を著しく損なわない限り任意のものを使用することができる。この際、緑色蛍光体の発光ピーク波長は、通常500nm以上、中でも510nm以上、更には515nm以上、また、通常550nm未満、中でも542nm以下、更には535nm以下の範囲であることが好ましい。この発光ピーク波長が短過ぎると青味を帯びる傾向がある一方で、長過ぎると黄味を帯びる傾向があり、何れも緑色光としての特性が低下する場合がある。
黄色蛍光体を使用する場合、当該黄色蛍光体は本発明の効果を著しく損なわない限り任意のものを使用することができる。この際、黄色蛍光体の発光ピーク波長は、通常530nm以上、好ましくは540nm以上、より好ましくは550nm以上、また、通常62
0nm以下、好ましくは600nm以下、より好ましくは580nm以下の波長範囲にあることが好適である。
本発明の半導体発光装置を照明装置に用いる場合には、赤色蛍光体として(Ca,Sr,Ba)AlSi(N,O)3:Eu、青色蛍光体として(Ca,Sr,Ba)MgAl10O17:Eu、緑色蛍光体としてY3(Al,Ga)5O12:Ce、CaSc2O4:Ce、Ca3(Sc,Mg)2Si3O12:Ce、(Sr,Ba)2SiO4:Eu、(Si,Al)6(O,N)8:Eu(β−sialon)、または、(Ba,Sr)3Si6O12:N2:Euの組み合わせを用いることが好ましい。
蛍光体としては、上述したもの以外の蛍光体を含有させることも可能である。例えば、蛍光体含有層自体をイオン状の蛍光物質や有機・無機の蛍光成分を均一・透明に溶解・分散させた蛍光性樹脂で形成することもできる。
蛍光体含有層中の蛍光体の粒径は、発光ダイオード素子から放射される光が十分に散乱される粒径であることが好ましい。
蛍光体の粒径は特に制限はないが、中央粒径(D50)で、通常0.1μm以上、好ましくは2μm以上、さらに好ましくは5μm以上である。また、通常100μm以下、好ましくは50μm以下、さらに好ましくは20μm以下である。蛍光体の中央粒径(D50)が上記範囲にある場合は、蛍光体含有層において、発光ダイオード素子から放射された光が充分に散乱される。また、発光ダイオード素子から放射された光が充分に蛍光体粒子に吸収されるため、波長変換が高効率に行なわれると共に、蛍光体から発せられる光が全方向に照射される。これにより、複数種類の蛍光体から発せられる光を混色して、蛍光体含有層から所望の色(例えば、白色)の一次光を得ることができると共に、均一な色と照度が得られる。一方、蛍光体の中央粒径(D50)が上記範囲より大きい場合は、蛍光体が蛍光体含有層の空間を充分に埋めることができないため、発光ダイオード素子から放射された光が充分に蛍光体に吸収されない可能性がある。また、蛍光体の中央粒径(D50)が、上記範囲より小さい場合は、蛍光体の発光効率が低下するため、照度が低下する可能性がある。
ことが出来る。重量基準粒度分布曲線は、レーザ回折・散乱法により粒度分布を測定し得られるもので、具体的には、例えば以下のように測定することが出来る。
蛍光体粒子を硬化性材料(封止部材)に含有させる際の混合方法は特に制限されない。例えば、蛍光体粒子の分散状態が良好な場合であれば、上述の硬化性材料に後混合するだけでよい。即ち、硬化性材料と蛍光体とを混合し、分散液を作製すればよい。また、例えばアルキルアルコキシシランの加水分解・重縮合物を硬化性材料として用いる場合、その硬化性材料中で蛍光体粒子の凝集が起こりやすいのであれば、加水分解前の原料化合物を含む反応用溶液(以下適宜「加水分解前溶液」という。)に蛍光体粒子を前もって混合し、蛍光体粒子の存在下で加水分解・重縮合を行なうと、蛍光体粒子の表面が一部シランカップリング処理され、蛍光体粒子の分散状態が改善される。
蛍光体含有層中の蛍光体の濃度は、発光ダイオード素子から発せられる光が十分に吸収される濃度であることが好ましい。
具体的には、蛍光体含有層における蛍光体の濃度は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であり、その適用形態により自由に選定できる。ただし、蛍光体含有層中の蛍光体総量(濃度)として、通常5重量%以上、好ましくは6重量%以上、より好ましくは7重量%以上、また通常90重量%以下、好ましくは70重量%以下、より好ましくは40重量%以下、さらに好ましくは25重量%以下、より好ましくは20重量%以下である。発光ダイオード素子に最も近い領域では、発光ダイオード素子から放射される光を良く吸収・分散するために蛍光体含有層中の蛍光体濃度は20重量%以上とすることが好ましい。
(1)発光ダイオード素子より蛍光体含有層を剥がし取り、カッターナイフなどで切断して深さ方向の観察が出来る断面を作製する。
(2)蛍光体含有層断面にブラックライトを照射し、蛍光体を各色に発光させた状態で写真を撮影する。
(3)断面写真を画像処理ソフトで処理し、RGB成分ごとに画像を分解して各蛍光体を強調した画像を取得し、蛍光体粒子の個数をカウントする。
(4)深さ方向の濃度分布を求める。
蛍光体含有層を各発光ダイオード素子上に個別に形成する方法としては、目的とする蛍光体含有層の形状や、装置構成等に応じて適宜選択される。形成方法の例として、蛍光体を上記封止部材中に分散させた分散液を作製し、配線基板上に実装された発光ダイオード素子上にパターン上に塗設する方法等が挙げられる。蛍光体含有層が積層体とされる場合には、この塗設を繰り返し行なうこと等により形成可能である。
(発光波長)
発光ダイオード素子としては、通常波長360nm以上480nm以下の範囲の光、すなわち光、すなわち近紫外波長領域から青色領域の光を発するものが用いられる。具体的には、紫外線波長を放射する紫外発光ダイオード素子(発光ピーク波長300〜400nm)、紫色光を放射する紫色発光ダイオード素子(発光ピーク波長400〜440nm)、及び青色光を放射する青色発光ダイオード素子(発光ピーク波長440nm〜480nm)等を適用することができる。該発光ダイオード素子は、後述の蛍光体含有層中に含有される蛍光体や蛍光成分(以下、単に「蛍光体」ともいう。)を励起可能な光を放射することが可能なものであれば、その種類に特に制限はない。発光ダイオード素子の放射する光のピーク波長として、より好ましくは370nm以上であり、さらに好ましくは380nm以上である。またより好ましくは420nm以下であり、さらに好ましくは415nm以下である。
半導体発光装置内における発光ダイオード素子の集積密度は、本発明の目的及び効果を損なわない限り特に制限はないが、4個/cm2以上が好ましく、より好ましくは16個/cm2以上であり、さらに好ましくは20個/cm2以上、特に好ましくは25個/cm2以上である。また通常625個/cm2以下であり、好ましくは400個/cm2以下、より好ましくは256個/cm2以下である。単位面積当たりの個数を上限値以下とすることにより、半導体発光装置から大光束を得やすくなり、また、下限値以上とすることにより、半導体発光装置を小型化することが可能となる。単位面積当たりの個数とは、半導体発光装置を光取り出し面側から投影した面を観察した際の、単位面積当たりに含まれる発光ダイオード素子の個数とする。
ド素子の制御の観点から好ましい。特に図1(a)に示すように、発光ダイオード素子2をマトリックス状に配置することが好ましい。
し面側から投影した面を観察した際における発光ダイオード素子の形状が矩形状であり、矩形の長辺の長さが350μmである場合には、0.01mm以上であることが好ましく、より好ましくは0.03mm以上、さらに好ましくは0.05mm以上であり、特に好ましくは0.15mm以上である。また通常2.0mm以下であり、0.4mm以下であることが好ましく、より好ましくは0.3mm以下、さらに好ましくは0.2mm以下である。なお、配線基板に段差が設けられている場合には、各発光ダイオード素子間の隙間の距離は、立体的距離をいうこととし、配線基板の形状に沿って測定される値とする。下限値以上とすることにより、隣接する発光ダイオード素子どうしが接触することなく、精度よく発光ダイオード素子を配置することが可能である。また下限値以上とすることにより、個々の発光ダイオード素子を被覆する蛍光体含有層の形成も容易となる。また上限値以下とすることにより発光ダイオード素子を高密度に集積することが可能となる。
発光ダイオード素子の形状としては、例えば矩形状、円形状、多角形状等、本発明の効果及び目的を損なわない限り、任意の形状とすることができるが、発光ダイオード素子用基板の加工の容易さの点から、通常矩形状、もしくはそれに近い形状とされる。なお、半導体発光装置内に配置される全ての発光ダイオード素子の形状は、同一であってもよく、また異なっていてもよい。
上記発光ダイオード素子として具体的には、発光ダイオード(以下、適宜「LED」と略称する。)や半導体レーザダイオード(以下、適宜「LD」と略称する。)等が使用できる。
中でも、発光ダイオード素子としては、発光ダイオード素子用基板上にGaN系化合物半導体層が形成されたGaN系LEDやLDが好ましい。なぜなら、GaN系LEDやLDは、この領域の光を発するSiC系LED等に比し、発光出力や外部量子効率が格段に大きく、上述の蛍光体含有層中の蛍光体と組み合わせることによって、非常に低電力で非常に明るい発光が得られるからである。例えば、20mAの電流負荷に対し、通常GaN系LEDやLDはSiC系の100倍以上の発光強度を有する。GaN系LEDやLDにおいては、AlXGaYN発光層、GaN発光層、又はInXGaYN発光層を有しているものが好ましい。GaN系LEDにおいては、それらの中でInXGaYN発光層を有するものが発光強度が非常に強いので、特に好ましい。GaN系LDにおいては、InXGaYN層とGaN層の多重量子井戸構造のものが発光強度が非常に強いので、特に好ましい。
接続方法は特に制限はなく、例えば発光ダイオード素子用基板がSiCやGaNなど導電性材料である場合には、例えば上面の電極を1個とする(シングルワイヤボンディング)構成とすることができる。また発光ダイオード素子用基板をサファイアなどの低屈折率絶縁性材料とする場合には、例えば発光層を上面、発光ダイオード素子用基板を下面とし、後述する配線基板に接着した後、発光層にp、n2個の電極を設けて金線等で基板にボンディングする(ダブルワイヤボンディング)構成、または発光層を下面、発光ダイオード素子用基板側を上面とし、後述する配線基板に接合する(フリップチップ実装)構成等とすることができる。
本発明の半導体発光装置における配線基板は、配線パターンを有するものであれば、特に制限はなく、例えば、絶縁性の基板上に、金属からなるプリント配線が施されたプリント基板を金属板と貼り合わせた構造等とすることができる。
図6に、配線基板の一例を示す概略平面図を示す。ただし、本発明はこれらに限定されるものではない。図6は、窒化アルミ等の絶縁性基板(図示せず)に、配線パターン10をめっきにより設けた例を示すものである。また、図6において示す寸法の単位はmmである。図6の配線基板においては、11個×11個の発光ダイオード素子が実装されるものとされ、発光ダイオード素子の実装位置としては、例えば図6のaで示される配線パターンの四辺形の一辺の中間位置に隣接する四辺形パターンを跨るよう(図中、aは3箇所しか指し示していないが、その他のパターンにおいても同様である。)にそれぞれ実装される。四辺形の一辺が凸部を有することにより、フリップ実装する発光ダイオード素子の位置を認識することが容易にすることができる。また、電極の間隔を四辺形の一辺として短くすると配線パターンの精度上難しいところ、凸部を設けることにより電極の間隔を四辺形の間隔よりも短くすることができる。図6は、隣接する発光ダイオード素子の中心間距離が2.0mmの場合であり、図6では示していないが、内部で並列配線等も可能である。
絶縁性の基板としては、例えばセラミック基板や、樹脂基板、ガラスエポキシ基板、樹脂中にフィラーを含有する複合樹脂基板等が挙げられる。特に、発光ダイオード素子の発熱を効率よく放熱するためには、配線基板が放熱基板であることが好ましい。放熱基板としては、例えばアルミナや窒化アルミニウム等のセラミック基板、高熱伝導性を有するフィラーを含有する複合樹脂基板などを好適に用いることができる。
、上述の蛍光体含有層を各種印刷法により形成しやすい、という利点もある。基板に段差を設ける方法としては、一般的な方法を用いることができ、例えば基板を積層することにより設けることができる。
配線パターンは特に制限はなく、半導体発光装置の種類や目的、発光ダイオード素子の実装方法等に合わせて、適宜選択される。例えば、発光ダイオード素子を配線基板に直接、フリップチップ実装する場合には、例えばパッドパターン、給電ランドパターン、及びこれらをつなぐ導線パターン等からなるパターン等とすることができる。なお、本発明において、配線パターンには、電極やバンプ等も含むこととする。
なお、直列に接続する際の電圧は、各発光ダイオードのVf値に直列数を乗じた値となることから、電圧が通常300V未満、好ましくは250V未満となるように発光ダイオード素子を接続することが好ましい。
なお、本発明の半導体発光装置には、上記以外の部材を有するものであってもよく、例えば反射部等を有するものであってもよい。また、例えば個々の、もしくは複数の蛍光体含有層を可視光透過性樹脂でドーム状に覆って、レンズ機能を持たせてもよい。
上述したように、本発明の半導体発光装置は、配線基板と、該配線基板に実装された複数の発光ダイオード素子と、これらを個別に被覆する蛍光体含有層を少なくとも有する。各蛍光体含有層から出射する一次光は全て同一の色度を有していてもよく、また異なる色度を有していてもよい。
で規定される値である。
色度、もしくはこれらの合成光の色度となる。例えば図7(a)及び(b)の模式図に示すような配置で、発光ダイオード素子をそれぞれ、赤色蛍光体含有層(図4中、Rで示す)、緑色蛍光体含有層(図7中、Gで示す)、及び青色蛍光体含有層(図7中、Bで示す)で被覆した場合、各発光ダイオード素子のオンオフ、及び電力流の制御等により、出射光の色度が可変となる。本発明でいう、出射光の色度が可変とは、出射光の色度が0.01以上異なるものとすることができることをいい、0.02以上変化させることが可能であることが好ましく、さらに好ましくは0.04以上である。
・2色混合の例
一次光の波長がそれぞれ400nm〜490nm(青色)及び560nm〜590nm(黄色)の組合せ、480nm〜500nm(青緑色)及び580nm〜700nm(赤色)の組合せ。上記の中でも波長が400nm〜490nm(青色)及び560nm〜590nm(黄色)の組合せが好ましい。
一次光の波長がそれぞれ430nm〜500nm、500nm〜580nm、及び580nm〜700nmの組合せ、430nm〜480nm、480nm〜500nm、及び580nm〜700nmの組合せ、430nm〜500nm、560nm〜590nm、及び590nm〜700nmの組合せ。中でも430nm〜500nm、500nm〜580nm、及び580nm〜700nmの組合せが好ましい。
一次光の波長がそれぞれ430nm〜500nm、500nm〜580nm、580nm〜620nm、及び620nm〜700nmの組合せ、430nm〜480nm、480nm〜500nm、500nm〜580nm、及び580nm〜700nmの組合せ、430nm〜480nm、480nm〜500nm、560nm〜590nm、及び590nm〜700nmの組合せ。中でも430nm〜500nm、500nm〜580nm、580nm〜620nm、及び620nm〜700nmの組合せが好ましい。
一次光の波長がそれぞれ430nm〜480nm、480nm〜500nm、500nm〜580nm、580nm〜620nm、及び620nm〜700nmの組合せ。
本発明の半導体発光装置は、全光束が80(lm)以上、好ましくは90(lm)以上、より好ましくは100(lm)以上である。
って観測される。
全光束(lm)は発光スペクトルの観測された全波長領域において各波長ごとの光束を積分することにより求めることが出来る。また、消費電力(W)は、半導体発光装置に流れる電流(A)と電圧(V)の積をとることにより求めることが出来る。
そして、上記のようにして求めた全光束(lm)を消費電力(W)で除することにより、発光効率も求めることが出来る。
本発明の半導体発光装置の用途は特に制限されず、通常の発光装置が用いられる各種の分野に使用することが可能である。本発明の半導体発光装置の用途の具体例として、例えば、従来のハロゲンランプ等の照明ランプの代替としてのランプ、薄型照明などといった種々の照明装置用の光源、および液晶ディスプレイなどの画像表示装置用の光源(バック
ライトおよびフロントライトなど)が挙げられる。
(配線基板の作製)
25mm×35mmの窒化アルミニウム基板上に、121個(11個×11個)のパッドパターンがマトリックス状に形成された配線基板を複数準備した。マトリクス状のパッドパターンは、列方向が並列、行方向が直列、すなわち11直列11並列となるように接続した。
該パッドパターンの位置は、発光ダイオード素子の中心間距離が2.0mmになるように調整した。この時の発光ダイオード素子間の隙間距離は1.65mm、発光ダイオード素子の単位面積当たりの個数は、268個/cm2である。
発光ダイオード素子(以下、ベアチップ或いはチップと言う)としては、ピーク波長が405nm、半値幅30nmのInGaN半導体を発光層にしたものを用いた。このベアチップの主な仕様は次のとおりであり、以下のようにして作製した。
発光部の構造:InGaN井戸層/GaN障壁層を6ペア積層したMQW構造
転位密度低減化の手法:ファセットLEPS法
ベアチップの外形:350μm×350μm方形
と言う。)を、N原料としてアンモニアを流し、表面凹凸を形成したC面サファイア基板上に厚さ30nmのGaN低温成長バッファ層を成長させた。
上記発光ダイオード素子及び配線基板を覆うための各色蛍光体含有層用組成物(各ペースト)を以下の配合により作成した。
青ペースト 青色蛍光体 22.5重量%
緑ペースト 緑色蛍光体 18.8重量%
赤ペースト 赤色蛍光体 5.0重量%
(重量%は熱硬化性のシリコーン封止樹脂に対する割合)
青色蛍光体としては、Ba0.7Eu0.3MgAl10O17、主発光ピークのピーク波長457nm、重量メジアン径11μmを用い、
緑色蛍光体としては、Ba1.39Sr0.46Eu0.15SiO4、主発光ピークのピーク波長
525nm、重量メジアン径20μmを用い、
赤色蛍光体としては、(Sr0.8Ca0.2)AlSiN3:Eu、主発光ピークのピーク波長628nm、重量メジアン径13μmを用いた。
シリコーン封止樹脂は、市販の付加重合型ジメチル系シリコーン樹脂を用いた。
調合後、分散性を高めるために自転公転型真空脱法機にて分散した。
まず、図8(a)に示すように、蛍光体含有層3を個別に塗布できるように平面形状にくり貫かれ、その中に発光ダイオード素子2が実装された配線基板1に、メタルマスクを密着させた。(なお、図8中では、便宜上、発光ダイオード素子2を層として記載しているが、発光ダイオード素子は、この層2中の所定の位置に、それぞれ埋め込まれている。)上記ペーストの塗布は、スキージによってペーストを塗設することのできる真空印刷装置を使用した。次いで図8(b)及び(c)に示すように、メタルマスク上に赤ペーストを載せ、スキージを摺動させることにより、目的とする位置(発光ダイオード素子2上)にのみ、赤ペーストを塗布した。次いで、図8(d)に示すように、メタルマスクを外し、100℃で1分間加熱し、タックフリー状態の塗膜(赤色蛍光体含有層3R)を形成した。次に、図9(a)〜(d)に示すように、同様に、赤色蛍光体含有層3R上に、緑ペーストを印刷し、100℃で1分間加熱し、タックフリー状態の塗膜(緑色蛍光体含有層3G)を形成した。さらに、図10(a)〜(d)に示すように、同様に、緑色蛍光体含有層3G上に、青ペーストを印刷し、100℃で1分間加熱し、タックフリー状態の塗膜(緑色蛍光体含有層3B)を形成して、蛍光体含有層とした。
なお、各ペーストの膜厚はマスクの厚みで調整することができ、ほぼどの層も、0.4mmであった。さらにその後、本硬化をするために150℃で1時間加熱し、発光ダイオードが実装された基板上に赤色蛍光体層、緑色蛍光体層、青色蛍光体層の3層構造を有する蛍光体含有層を形成した。
各実施例における白色半導体発光装置の消費電力(W)、光束(lm)、発光効率(lm/W)、色温度(K)、平均演色指数(Ra)を表2に示す。
発光効率は、光束を入力した電力で除することにより求めた。
色温度及び平均演色指数はスペクトルから計算により求めた。
図11から、実施例1、2共、405nmのピークが大きく、発光半導体から出た光が、蛍光体に変換されずに蛍光体含有層を通り抜けた光が多いことが明らかである。このことは、蛍光体組成等を最適化することにより光束を上げる余地があること、即ち蛍光体含有層をベタ塗りした場合以上に発光効率が高いことを示している。
2 …発光ダイオード素子
3 …蛍光体含有層
10…半導体発光装置
Claims (8)
- 配線基板と、
該配線基板に実装され、発光波長が360nm〜480nmの範囲内である複数の発光ダイオード素子と、
該発光ダイオード素子から放射される光の少なくとも一部を波長変換する蛍光体を含有し、該発光ダイオード素子を個別に被覆する複数の蛍光体含有層と
を有する
ことを特徴とする、半導体発光装置。 - 該蛍光体含有層がそれぞれ、
該発光ダイオード素子から放射される光を赤色領域に波長変換する赤色蛍光体を含有する赤色蛍光体含有層と、
該発光ダイオード素子から放射される光を緑色領域に波長変換する緑色蛍光体を含有する緑色蛍光体含有層と、
該発光ダイオード素子から放射される光を青色領域に波長変換する青色蛍光体を含有する青色蛍光体含有層とが、
この順に発光ダイオード素子側から積層されている積層体である
ことを特徴とする、請求項1に記載の半導体発光装置。 - 該蛍光体含有層から出射する一次光の色度が異なる、2種以上の該蛍光体含有層を有する
ことを特徴とする、請求項1に記載の半導体発光装置。 - 各発光ダイオード素子の制御により、該半導体発光装置から出射する出射光の色度が可変である
ことを特徴とする、請求項3に記載の半導体発光装置。 - 各該蛍光体含有層の投影面積が、5mm2以下である
ことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の半導体発光装置。 - 該発光ダイオード素子の集積密度が4個/cm2以上である
ことを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載の半導体発光装置。 - 蛍光体含有層の一つが2個以上16個以下の発光ダイオード素子を被覆する
ことを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載の半導体発光装置。 - 請求項1〜7のいずれか一項に記載の半導体発光装置を有する
ことを特徴とする照明装置。
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