JP2016027644A - 半導体発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】色域面積比の優れた発光装置を提供する。【課題手段】発光素子からの光と第一乃至第三蛍光体の蛍光との混色光を発する半導体発光装置であって、第一蛍光体は、その組成が一般式（Ｉ）Ａ2［Ｍ1-aＭｎ4+aＦ6］・・・（Ｉ）（Ａは、Ｋ+、Ｌｉ+、Ｎａ+、Ｒｂ+、Ｃｓ+及びＮＨ4+からなる群から選ばれる少なくとも１種、Ｍは第４族元素及び第１４族元素からなる群から選ばれる少なくとも１種、ａは０＜ａ＜０．２を満たす）で表され、第二蛍光体は、その組成が一般式（ＩＩ）（ｘ−ａ）ＭｇＯ・（ａ／２）Ｓｃ2Ｏ3・ｙＭｇＦ2・ｃＣａＦ2・（１−ｂ）ＧｅＯ2・（ｂ／２）Ｍｔ2Ｏ3：ｚＭｎ4+・・・（ＩＩ）（２．０≦ｘ≦４．０、０＜ｙ＜１．５、０＜ｚ＜０．０５、０≦ａ＜０．５、０＜ｂ＜０．５、０≦ｃ＜１．５、ｙ＋ｃ＜１．５。ＭｔはＡｌ、Ｇａ、Ｉｎから選択された少なくとも１種）で表される。【選択図】図３

Description

本発明は、発光素子と蛍光体とを組み合わせた半導体発光装置に関する。

発光装置の構成として、例えば、青色に発光する発光素子と黄色蛍光体を組み合わせた構成が挙げられる。この発光装置は、発光素子からの青色光と、この発光素子から発せられた青色光の一部を、黄色蛍光体で変換させた黄色光とを混色することにより、白色を得ることができるようにしたものである。そのため、この発光装置に用いられる蛍光体としては、発光素子から発光される４２０ｎｍ〜４７０ｎｍの波長の青色光によって効率よく励起され、黄色に発光する特性が求められている。

黄色蛍光体としては、セリウム付活イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体が知られている。また、この黄色蛍光体のＹの一部を、Ｌｕ，Ｔｂ，Ｇｄ等で置換したり、Ａｌの一部をＧａ等で置換したりした蛍光体が知られている。このようなセリウム付活イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（以下、「ＹＡＧ蛍光体」と呼ぶ。）は、例えば、その組成式を（Ｙ，Ｌｕ，Ｔｂ，Ｇｄ）₃（Ａｌ，Ｇａ）₅Ｏ₁₂：Ｃｅと表すことができ、その組成を調整することで幅広く発光波長を調整することができる。

このような発光装置を、照明用途で用いるには、発光効率と共に、照射物の色の見え方の指数である演色性が高いことが求められている。しかしながら、例えば青色に発光する発光素子とＹＡＧ蛍光体等の黄色蛍光体とを組み合わせると、青色と黄色の混色であることから緑色成分、赤色成分が不足して、演色性が低くなる傾向がある。そこで、演色性を改善させるために、青色に発光する発光素子と黄色蛍光体に加え、青色域に励起帯を有しかつ発光ピークの半値幅の狭い赤色発光蛍光体として例えば、Ｋ₂ＳｉＦ₆：Ｍｎの組成を有するフッ化物蛍光体（以下、「ＫＳＦ蛍光体」と呼ぶ。）を組み合わせることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このＫＳＦ蛍光体は、視感度の低い長波域の深赤色成分が少ないため、発光効率の高い発光装置を得ることができる。さらに、照明用途に用いる場合は発光効率と演色性のバランスも優れる。

一方で、深赤色発光蛍光体として、例えば、３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ₂・ＧｅＯ₂：Ｍｎ⁴⁺の組成を有するゲルマン酸塩蛍光体（以下、「ＭＧＦ蛍光体」と呼ぶ。）が知られている。しかしながら、ＭＧＦ蛍光体は、励起光として青色光を用いた場合、発光効率の点で改善の余地がある。そのため、青色光でも高い効率で発光するよう、構成元素の組成比や元素を置換する研究がなされている（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、そもそもＭＧＦ蛍光体の発光自体が、視感度の低い深赤色であるため、仮に高効率での励起が実現されたとしても、明るさの面では不利となる虞がある。

また光源の演色性は、演色性評価数だけでは表しきれないことが知られており、実際の照射物の色の見え方を考慮した光が必要とされる。半値幅が狭いＫＳＦ蛍光体を使用した発光装置の場合は、発光効率、演色性は高いものの、深赤色成分が少ないため照射物の赤色の見え方の鮮やかさの点でさらなる改善の余地がある。その一方、ＭＧＦ蛍光体のような深赤色発光蛍光体を発光装置に使用すれば、視感度の低い深赤色発光の成分が増えることから、明るさの点でさらなる改善の余地がある。

特表２００９−５２８４２９号公報 特開２０１１−６５０１号公報

本発明は、従来のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的の一は色の見え方の鮮やかさに優れた半導体発光装置を提供することにある。

本発明の一側面にかかる半導体発光装置は、青色の光を発する半導体発光素子と、前記半導体発光素子からの光により励起されて、赤色の蛍光を発する第一蛍光体と、前記半導体発光素子からの光により励起されて、前記第一蛍光体とは異なる発光ピーク波長を有する赤色の蛍光を発する第二蛍光体と、前記半導体発光素子からの光により励起されて、緑色から黄色の蛍光を発する第三蛍光体とを備え、前記発光素子からの光と前記第一乃至第三蛍光体の蛍光との混色光を発する半導体発光装置であって、前記第一蛍光体は、その組成が一般式（Ｉ）
Ａ₂［Ｍ_1-aＭｎ⁴⁺ _aＦ₆］・・・（Ｉ）
（ただし、上記一般式（Ｉ）中、Ａは、Ｋ⁺、Ｌｉ⁺、Ｎａ⁺、Ｒｂ⁺、Ｃｓ⁺及びＮＨ⁴⁺からなる群から選ばれる少なくとも１種であり、Ｍは、第４族元素及び第１４族元素からなる群から選ばれる少なくとも１種の元素であり、ａは０＜ａ＜０．２を満たす数を示す。）で表され、前記第二蛍光体は、その組成が一般式（ＩＩ）
（ｘ−ａ）ＭｇＯ・（ａ／２）Ｓｃ₂Ｏ₃・ｙＭｇＦ₂・ｃＣａＦ₂・（１−ｂ）ＧｅＯ₂・（ｂ／２）Ｍｔ₂Ｏ₃：ｚＭｎ⁴⁺・・・（ＩＩ）
（ただし、上記一般式（ＩＩ）中、ｘ、ｙ、ｚ、ａ、ｂ、ｃについて、２．０≦ｘ≦４．０、０＜ｙ＜１．５、０＜ｚ＜０．０５、０≦ａ＜０．５、０＜ｂ＜０．５、０≦ｃ＜１．５、ｙ＋ｃ＜１．５である。また、上記一般式（ＩＩ）中のＭｔはＡｌ、Ｇａ、Ｉｎから選択された少なくとも１種である。）で表されるものである。

上記半導体発光装置は、色域面積比が大きいので、照射物の色を鮮やかに見せることができる。

図１Ａは、実施の形態に係る半導体発光装置の一例を示す断面図である。 図１Ｂは、実施の形態に係る半導体発光装置の他の例を示す断面図である。 図１Ｃは、実施の形態に係る半導体発光装置のさらに他の例を示す断面図である。 図１Ｄは、実施の形態に係る半導体発光装置のさらに他の例を示す断面図である。 図１Ｅは、実施の形態に係る半導体発光装置のさらに他の例を示す断面図である。 図１Ｆは、実施の形態に係る半導体発光装置のさらに他の例を示す断面図である。 図２は、実施の形態に係る半導体発光装置の一例を示す正面図である。 図３は、実施例２に係るＬＥＤの分光分布を示すグラフである。 図４は、実施例２に係る色域面積比Ｇａを示すグラフである。 図５は、実施例２に係る色域面積比ＧａのＲ９の色座標部分を拡大したグラフである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明は以下のものに特定されない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。

一実施の形態に係る半導体発光装置は、青色の光を発する半導体発光素子と、この半導体発光素子からの光により励起されて、赤色の蛍光を発する第一蛍光体と、この半導体発光素子からの光により励起されて、第一蛍光体とは異なる発光ピーク波長を有する赤色の蛍光を発する第二蛍光体と、この半導体発光素子からの光により励起されて、緑色から黄色の蛍光を発する第三蛍光体とを備える。この半導体発光装置は、発光素子からの光と第一〜第三蛍光体の蛍光との混色光を発する。第一蛍光体は、その組成を以下の一般式（Ｉ）で表される。
Ａ₂［Ｍ_1-aＭｎ⁴⁺ _aＦ₆］・・・（Ｉ）
（ただし、上記一般式（Ｉ）中、Ａは、Ｋ⁺、Ｌｉ⁺、Ｎａ⁺、Ｒｂ⁺、Ｃｓ⁺及びＮＨ⁴⁺からなる群から選ばれる少なくとも１種であり、Ｍは、第４族元素及び第１４族元素からなる群から選ばれる少なくとも１種の元素であり、ａは０＜ａ＜０．２を満たす数を示す。）

また第二蛍光体は、６５０ｎｍ以上に発光ピークを有することが好ましい。具体的には、第二蛍光体は、その組成を以下の一般式（ＩＩ）で表される。
（ｘ−ａ）ＭｇＯ・（ａ／２）Ｓｃ₂Ｏ₃・ｙＭｇＦ₂・ｃＣａＦ₂・（１−ｂ）ＧｅＯ₂・（ｂ／２）Ｍｔ₂Ｏ₃：ｚＭｎ⁴⁺・・・（ＩＩ）
（ただし、上記一般式（ＩＩ）中、ｘ、ｙ、ｚ、ａ、ｂ、ｃについて、２．０≦ｘ≦４．０、０＜ｙ＜１．５、０＜ｚ＜０．０５、０≦ａ＜０．５、０＜ｂ＜０．５、０≦ｃ＜１．５、ｙ＋ｃ＜１．５である。また、上記一般式（ＩＩ）中のＭｔはＡｌ、Ｇａ、Ｉｎから選択された少なくとも１種である。）

さらに第二蛍光体は、その組成式が、３．４ＭｇＯ・０．１Ｓｃ₂Ｏ₃・０．５ＭｇＦ₂・０．８８５ＧｅＯ₂・０．１Ｇａ₂Ｏ₃：０．０１５Ｍｎ⁴⁺で表されることが好ましい。これにより、色域面積比が大きくなるので、照射物の色を鮮やかに見せることができる。

一方、第一蛍光体は、６１０〜６５０ｎｍの範囲に発光ピークを有することが好ましい。具体的には、第一蛍光体はその組成式が、Ｋ₂[Ｓｉ_0.97Ｍｎ⁴⁺ _0.03Ｆ₆]で表されることが好ましい。これにより、色域面積比が大きくなるので、照射物の色を鮮やかに見せることができる。

さらに第三蛍光体は、５００〜５６０ｎｍの範囲に発光ピークを有することが好ましい。具体的には、第三蛍光体は、その組成式が、（Ｌｕ，Ｙ，Ｇｄ，Ｔｂ）₃（Ａｌ，Ｇａ）₅Ｏ₁₂：Ｃｅのいずれかで表されることが好ましい。これにより、色域面積比が大きくなるので、照射物の色を鮮やかに見せることができる。

さらにまた第一蛍光体および第二蛍光体の総量に対する第二蛍光体の重量％が、２５〜８０重量％であることが好ましい。これにより、光束の低下を抑えつつ、色域面積比が大きくなるので、照射物の色を鮮やかに見せることができる。

一実施の形態に係る半導体発光装置は、半導体発光装置の特殊演色性評価数Ｒ９〜Ｒ１２について、評価試験色の色度座標上の４点を結んでなる色域面積比Ｇａ（Ｒ９〜Ｒ１２）が、１０５以上である。

また他の実施の形態に係る半導体発光装置によれば、前記第三蛍光体を、前記半導体発光素子の上に配置し、前記第一蛍光体及び第二蛍光体を、前記第三蛍光体の上に配置することができる。これにより、第一蛍光体及び第二蛍光体を半導体発光素子から離間させることができ、例えば、他の蛍光体よりも熱による悪影響を受けやすい第一蛍光体及び第二蛍光体を用いる場合に、これらの蛍光体への影響を避けることができる。また、第一蛍光体は、発光装置の外部からの水分による悪影響を受けることがあるので、封止部材の最表面からも離間して配置したほうが発光装置の外部からの水分による悪影響を避けることができる。

さらに他の実施の形態に係る半導体発光装置によれば、前記第三蛍光体を、前記半導体発光素子の上に配置し、前記第二蛍光体を、前記第三蛍光体の上に配置し、前記第一蛍光体を、前記第二蛍光体の上に配置することができる。これにより、第一蛍光体や第二蛍光体を半導体発光素子から離間させることができ、例えば、他の蛍光体よりも熱による悪影響を受けやすい第一蛍光体や第二蛍光体を用いる場合に、これらの蛍光体への影響を避けることができる。

なお、本明細書において色名と色度座標との関係、光の波長範囲と単色光の色名との関係等は、ＪＩＳ Ｚ８１１０に従う。具体的には、３８０ｎｍ〜４５５ｎｍが青紫色、４５５ｎｍ〜４８５ｎｍが青色、４８５ｎｍ〜４９５ｎｍが青緑色、４９５ｎｍ〜５４８ｎｍが緑色、５４８ｎｍ〜５７３ｎｍが黄緑色、５７３ｎｍ〜５８４ｎｍが黄色、５８４ｎｍ〜６１０ｎｍが黄赤色、６１０ｎｍ〜７８０ｎｍが赤色である。

ここで、「色域面積比（Ｇａ）」とは、ＪＩＳ Ｚ ８７２６の参考「演色評価数による以外の演色性の評価方法」に示されている、光源の彩度を表す値である。ＪＩＳ Ｚ ８７２６の参考では、演色性評価試験色Ｒ１〜Ｒ８の色座標を用いるものであり、基準光源によって演色される色度座標上の８点を結んだときの色度座標上の面積と、評価光源によって演色される色度座標上の８点を結んだときの色度座標上の面積との比を求め、それを色域面積比Ｇａとする評価手法である。色域面積比の見方としては、値が１００より小さいほど彩度が減少する方向にあり、逆に、１００より大きい場合は平均的に彩度が増加する方向にある。彩度が増加すれば、色がより鮮やかに見えることが期待される。

本来、Ｒ１〜Ｒ８は、自然な物の微妙な見えの違いを評価するために選定された試験色である。これに対して、Ｒ９からＲ１２は、本来鮮やかなものの見栄えを評価するために選定された評価色票である。このため、本願発明者らは、鮮やかな赤・黄・緑・青についての特殊演色評価数であるＲ９〜Ｒ１２を用いた色域面積比を、評価指標として用いた。この評価指標による評価方法を説明すると、上述したＲ１〜Ｒ８の評価試験色を用いたＧａと同様のＪＩＳ Ｚ ８７２６に示される計算手法に則って、Ｒ１〜Ｒ８の評価試験色の代わりにＲ９からＲ１２を用いて色域面積比を求める方法である。以下、本明細書において、特殊演色評価数Ｒ９〜Ｒ１２による色域面積比を、Ｇａとした。Ｇａを使用することによって、鮮やかに見せたいものが鮮やかに見えているかを評価することが可能になる。
（半導体発光装置）

発光素子を搭載した半導体発光装置には、砲弾型や表面実装型等種々の形式がある。一般に砲弾型発光装置とは、外部への接続電極となるリードに発光素子を配置し、リードおよび発光素子を被覆する封止部材とから構成されており、封止部材を砲弾のような形状に形成した発光装置を指す。また、表面実装型発光装置とは、成形体に発光素子及びその発光素子を覆う封止部材を配置して形成された発光装置を示す。さらに平板状の実装基板上に発光素子を実装し、その発光素子を覆うように、蛍光体を含有した封止部材をレンズ状等に形成した発光装置もある。

本実施の形態では、図１Ａ、図２を参照しながら、表面実装型の発光装置について説明する。この図は、本実施の形態に係る発光装置１００の模式図である。本実施の形態に係る発光装置１００は、可視光の短波長側（例えば３８０ｎｍ〜４８５ｎｍ）の光を発する窒化ガリウム系化合物半導体の発光素子１０と、発光素子１０を載置する成形体４０とを有する。成形体４０は第一のリード２０と第二のリード３０とを有しており、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂により一体成形されている。成形体４０は底面と側面を持つ凹部を形成しており、凹部の底面に発光素子１０が載置されている。発光素子１０は一対の正負の電極を有しており、その一対の正負の電極は第一のリード２０及び第二のリード３０とワイヤ６０を介して電気的に接続されている。発光素子１０は封止部材５０により封止されている。封止部材５０はエポキシ樹脂やシリコーン樹脂、エポキシ変性シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることが好ましい。封止部材５０は発光素子１０からの光を波長変換する蛍光体７０を含有している。蛍光体は、少なくとも後述する第一蛍光体、第二蛍光体、第三蛍光体を含む。なお、図１Ａでは一例として、蛍光体が発光素子の実装面方向に封止部材５０の中を沈降している状態を示しているが、本実施の形態はこれに限定されることなく、例えば蛍光体が封止部材５０の中で均一に分散している状態も含むものとする。
（発光素子）

発光素子としては、可視光の短波長領域である３８０ｎｍ〜４８５ｎｍの波長範囲の光を発するものを使用することができる。好ましくは４００ｎｍ〜４７０ｎｍの波長範囲、より好ましくは４１０ｎｍ〜４６０ｎｍの波長範囲に発光ピーク波長を有するものである。これにより、蛍光体を効率よく励起し、可視光を有効活用することができる。また当該波長範囲の励起光源を用いることにより、発光強度が高い発光装置を提供することができる。

発光素子は、例えば、窒化物系半導体（Ｉｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）を用いたものを用いることができる。
（第一蛍光体）

第一蛍光体は赤色蛍光体であり、その発光波長のピークが６１０〜６５０ｎｍの範囲にあるＫＳＦ蛍光体である。その組成は、下記一般式（Ｉ）で表されるＫＳＦ蛍光体である。ＫＳＦ蛍光体の半値幅は、１０ｎｍ以下である。
Ａ₂［Ｍ_1-aＭｎ⁴⁺ _aＦ₆］・・・（Ｉ）
（式中、Ａは、Ｋ⁺、Ｌｉ⁺、Ｎａ⁺、Ｒｂ⁺、Ｃｓ⁺及びＮＨ⁴⁺からなる群から選ばれる少なくとも１種であり、Ｍは、第４族元素及び第１４族元素からなる群から選ばれる少なくとも１種の元素であり、ａは０＜ａ＜０．２を満たす数を示す。）なお、このＫＳＦ蛍光体の詳細は、本願出願人が先に特許出願した特願２０１４−１２２８８７号を参照できる。

本発明の実施の形態に係るＫＳＦ蛍光体の製造方法の一例を説明する。まず、所望の組成比となるようにＫＨＦ₂、Ｋ₂ＭｎＦ₆、を秤量する。秤量したＫＨＦ₂をＨＦ水溶液に溶解して、溶液Ａを調製する。また、秤量したＫ₂ＭｎＦ₆をＨＦ水溶液に溶解させて溶液Ｂを調製する。さらに、Ｈ₂ＳｉＦ₆を含む水溶液を所望の組成比となるように調製してＨ₂ＳｉＦ₆を含む溶液Ｃとする。そして、溶液Ａを、室温で撹拌しながら、溶液Ｂと溶液Ｃとをそれぞれ滴下する。得られた沈殿物を固液分離後、エタノール洗浄を行い、乾燥することで、ＫＳＦ蛍光体を得ることができる。
（第二蛍光体）

第二蛍光体７０ｂは深赤色の蛍光を発する蛍光体、すなわち、その発光波長のピークが第一蛍光体よりも長波長、すなわち６５０ｎｍ以上であるＭｎ⁴⁺で付活されたＭＧＦ蛍光体、例えば、組成式が３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ₂・ＧｅＯ₂：Ｍｎ⁴⁺で表される蛍光体である。ＭＧＦ蛍光体の半値幅は、１５ｎｍ以上３５ｎｍ以下である。

本発明の実施の形態に係る蛍光体は、このＭＧＦ蛍光体組成中のＭｇＯのＭｇ元素の一部をＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ等の他の元素に置換したり、あるいはＧｅＯ₂中のＧｅ元素の一部をＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ等の他の元素に置換したりすることにより発光効率を向上させた蛍光体である。好ましくは、ＭｇとＧｅの両元素を、それぞれＳｃとＧａの両元素に置換することにより、深赤色と呼ばれる６００〜６７０ｎｍの波長領域の光の発光強度を従来のＭＧＦ蛍光体よりも向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態に係るＭＧＦ蛍光体について詳細に説明する。本発明の実施の形態に係る第二蛍光体は、下記一般式（ＩＩ）で示される蛍光体である。

（ｘ−ａ）ＭｇＯ・（ａ／２）Ｓｃ₂Ｏ₃・ｙＭｇＦ₂・ｃＣａＦ₂・（１−ｂ）ＧｅＯ₂・（ｂ／２）Ｍｔ₂Ｏ₃：ｚＭｎ⁴⁺・・・（ＩＩ）
ただし、上記一般式（ＩＩ）中ｘ、ｙ、ｚ、ａ、ｂ、ｃについて、２．０≦ｘ≦４．０、０＜ｙ＜１．５、０＜ｚ＜０．０５、０≦ａ＜０．５、０＜ｂ＜０．５、０≦ｃ＜１．５、ｙ＋ｃ＜１．５である。また、上記一般式（ＩＩ）中のＭｔはＡｌ、Ｇａ、Ｉｎから選択された少なくとも１種である。上記一般式（ＩＩ）において、好ましくは０．０５≦ａ≦０．３、０．０５≦ｂ＜０．３とすることで、さらに輝度も向上させることができる。なお、このＭＧＦ蛍光体の詳細は、本願出願人が先に特許出願した特願２０１４−１１３５１５号を参照できる。

本発明の実施の形態に係るＭＧＦ蛍光体の製造方法の一例を説明する。まず、原料としてＭｇＯ、ＭｇＦ₂、Ｓｃ₂Ｏ₃、ＧｅＯ₂、Ｇａ₂Ｏ₃、ＭｎＣＯ₃を所望の組成比となるように秤量する。これらの原料を混合した後、この混合した原料をるつぼに充填した後、大気中において１０００〜１３００℃で焼成することにより得ることができる。
（第三蛍光体）

第三蛍光体７０ｃは緑色から黄色の蛍光を発する蛍光体であり、その発光波長のピークが５００〜５６０ｎｍの範囲にある、組成式が、（Ｌｕ，Ｙ，Ｇｄ，Ｔｂ）₃（Ａｌ，Ｇａ）₅Ｏ₁₂：Ｃｅである蛍光体が好ましい。
（その他の蛍光体）

本形態の発光装置は、上述の蛍光体に加えて、他の蛍光体を更に含むことができる。他の蛍光体は、光源からの光を吸収し、異なる波長の光に波長変換するものであればよい。他の蛍光体は、例えば、上述の蛍光体と同様に封止部材に含有させて発光装置を構成することができる。

他の蛍光体としては例えば、窒化物系蛍光体、酸窒化物系蛍光体、サイアロン系蛍光体、アルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体、アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体、アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体、アルカリ土類ケイ酸塩、アルカリ土類硫化物、アルカリ土類チオガレート、アルカリ土類窒化ケイ素、希土類アルミン酸塩、希土類ケイ酸塩、ランタノイド系元素で主に付活される有機及び有機錯体等からなる群より選ばれる少なくとも１種以上とすることができる。

他の蛍光体として具体的には例えば、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）₂ＳｉＯ₄：Ｅｕ、Ｓｉ_6-zＡｌ_zＯ_zＮ_8-z：Ｅｕ（β−ｓｉａｌｏｎ）、ＳｒＧａ₂Ｓ₄：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）₂Ｓｉ₅Ｎ₈：Ｅｕ、ＣａＡｌＳｉＮ₃：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ）ＡｌＳｉＮ₃：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）₈ＭｇＳｉ₄Ｏ₁₆Ｃｌ₂：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）₃ＭｇＳｉ₂Ｏ₈：Ｅｕ、ＢａＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ）₅（ＰＯ₄）₃（Ｆ，Ｃｌ，Ｂｒ）：Ｅｕ等が挙げられる。

他の蛍光体を含むことにより、種々の色調の発光装置を提供することができる。ただし、発光装置が他の蛍光体の更に含む場合、その含有量は特に制限されないが、本発明の発光特性が得られるように適宜調整される。

蛍光体７０を成形体４０の凹部に充填するには、例えば図１Ｂの断面図に示すように、発光素子１０の周囲に第三蛍光体７０Ｃを配置し、この第三蛍光体７０Ｃの上に第二蛍光体７０Ｂを配置し、さらに第二蛍光体７０Ｂの上に第一蛍光体７０Ａを配置することができる。このような配置によって、第一蛍光体７０Ａを発光素子１０から離間させることができる。例えば、他の蛍光体よりも熱の影響を受けやすい第一蛍光体７０Ａを離間させることで、発光素子１０が発する熱の影響を抑制できる。あるいは、図１Ｃの断面図に示すような配置としてもよい。この例では、発光素子１０の周囲に第三蛍光体７０Ｃを配置し、この第三蛍光体７０Ｃの上に第一蛍光体７０Ａを配置し、さらに第一蛍光体７０Ａの上に第二蛍光体７０Ｂを配置している。このような配置でも、第一蛍光体７０Ａを発光素子１０から離間させることができる。特に第一蛍光体７０Ａが、発光装置の外部からの水分に
よる悪影響を受けることがある場合は、封止部材５０の最表面からも離間して配置することで、発光装置の外部からの水分による悪影響を避けることができる。

また、蛍光体の配置は、このような配置に限られず、一部を混合させることもできる。例えば図１Ｄの断面図に示す例では、発光素子１０の周囲に第三蛍光体７０Ｃを配置する一方、この第三蛍光体７０Ｃの上には、第一蛍光体７０Ａと第二蛍光体７０Ｂを混在させて配置している。このような配置でも、第一蛍光体７０Ａと第二蛍光体７０Ｂを発光素子１０から離間させることができる。

さらに蛍光体の配置は、発光素子から離間させることのみならず、逆に近接させる際にも利用できる。例えば、励起効率が他の蛍光体よりも低い蛍光体を用いる場合、より強く励起できる位置である発光素子に近接する領域に、このような励起効率の低い蛍光体を配置することで、励起効率の向上を図ることができる。この結果、励起効率の低い蛍光体と励起効率の高い蛍光体を用いる場合、励起効率の低い蛍光体を励起効率の高い蛍光体よりも発光素子に近接させて配置すれば、励起効率の低下を補い、全体としての励起効率を高めることが期待できる。一例として、図１Ｅの断面図に示す例では、励起効率が相対的に劣る第一蛍光体７０Ａや第二蛍光体７０Ｂを、第三蛍光体７０Ｃよりも発光素子１０に近接させて配置している。また図１Ｅの断面図の例では、発光素子１０の上面に第一蛍光体７０Ａを、その上に第二蛍光体７０Ｂ、第三蛍光体７０Ｃの順で配置した例を説明したが、この構成に限られず、第一蛍光体７０Ａと第二蛍光体７０Ｂの励起効率に応じて、例えば図１Ｆの断面図に示すように、発光素子１０の上面に第二蛍光体７０Ｂを配置し、その上に第一蛍光体７０Ａ、第三蛍光体７０Ｃを配置することもできる。
［実施例］

次に、発光ピーク波長が４５５ｎｍである半導体発光素子を用い、蛍光体と組み合わせて実施例１〜３に係る表面実装型の発光装置を試作した。蛍光体は、赤蛍光体のＫＳＦ蛍光体にＫ₂[Ｓｉ_0.97Ｍｎ⁴⁺ _0.03Ｆ₆]、深赤色蛍光体にＭＧＦ蛍光体に３．４ＭｇＯ・０．１Ｓｃ₂Ｏ₃・０．５ＭｇＦ₂・０．８８５ＧｅＯ₂・０．１Ｇａ₂Ｏ₃：０．０１５Ｍｎ⁴⁺、黄色蛍光体にＹ₃（Ａｌ，Ｇａ）₅Ｏ₁₂：Ｃｅを用いた。
（実施例１〜３）

ＫＳＦ蛍光体、ＭＧＦ蛍光体およびＹＡＧ蛍光体の３種蛍光体を組み合わせ、色温度を３０００Ｋ付近に合わせた。具体的には、実施例１では（ＫＳＦ蛍光体）：（ＭＧＦ蛍光体）の重量比を、７５：２５とした。また実施例２では、（ＫＳＦ蛍光体）：（ＭＧＦ蛍光体）の重量比を、５０：５０とした。さらに実施例３では、（ＫＳＦ蛍光体）：（ＭＧＦ蛍光体）の重量比を、３０：７０とした。

各実施例の半導体発光装置について、分光光度計を用いて発光スペクトルを測定しＪＩＳ Ｚ ８７２６に記載されている数式に従って、ＣＩＥ１９６４均等色空間への変換を行う。そして、評価光源による各試験色の座標U*、V*は、各実施例について以下の表１のように算出される。

表１に基づいて、Ｕ＊−Ｖ＊座標上にＲ９〜Ｒ１２の各数値をプロットして、色域面積比Ｇａを算出する。すなわち、基準光源によって演色される色度座標上の４点を結んだとき、その色度座標上の四辺で囲まれた面積と、評価光源によって演色される色度座標上の４点を結んだとき、その色度座標上の四辺で囲まれた面積との比を求め、それを色域面積比Ｇａとする。この評価方法により、各実施例のＧａは、以下の表２に示すように算出される。なお、色域面積比の基準光源が色温度ごとに決められているため、色調（ｘ、ｙ）を（0.435、0.405）付近にあわせたときの色温度を表２に記載している。図４は、実施例２に係るＧａを示すグラフである。図４中にＲ９〜Ｒ１２の各プロットを示す。また、図５は、実施例２に係るＧａのＲ９の色座標部分を拡大したグラフである。

また実施例１〜３は、表２に示すように、Ｇａの数値が１００以上となり、ＭＧＦ蛍光体の重量比を増やすに従って、Ｇａは向上する結果が得られた。これは、ＭＧＦ蛍光体を加えることによってＫＳＦ蛍光体の、発光が少ない深赤色成分の発光が増加し、それによってＧａの向上に影響していると考えられる。

さらに図３に示すように、ＭＧＦ蛍光体を使用した実施例２では、比較的深赤色発光（α部分）が高い。これにより、ＭＧＦ蛍光体を加えることによって、ＫＳＦ蛍光体のみの発光成分には少ない深赤色成分の発光が増加している。それによって、図４、図５に示すように、特にＲ９（Strong red）の色座標が外側に移動することが、Ｇａの向上に影響していると考えられる。

以上のように実施例に係る半導体発光装置によれば、半値幅が狭いＫＳＦ蛍光体と、それよりも長波に発光ピークを有するＭＧＦ蛍光体とを組み合わせることにより、色域面積比Ｇａが大きく、照射物の色を鮮やかに見せることが可能であることが確認された。

本発明の半導体発光装置は、特に青色発光ダイオードを励起光源とする発光特性に極めて優れた照明用光源、ＬＥＤディスプレイ、バックライト光源、信号機、照明式スイッチ、各種センサ及び各種インジケータ等に好適に利用できる。

１００…発光装置
１０…発光素子
２０…第一のリード
３０…第二のリード
４０…成形体
５０…封止部材
６０…ワイヤ
７０…蛍光体
７０Ａ…第一蛍光体
７０Ｂ…第二蛍光体
７０Ｃ…第三蛍光体

Claims (11)

1. 青色の光を発する半導体発光素子と、
   前記半導体発光素子からの光により励起されて、赤色の蛍光を発する第一蛍光体と、
   前記半導体発光素子からの光により励起されて、前記第一蛍光体とは異なる発光ピーク波長を有する赤色の蛍光を発する第二蛍光体と、
   前記半導体発光素子からの光により励起されて、緑色から黄色の蛍光を発する第三蛍光体と
   を備え、
   前記発光素子からの光と前記第一乃至第三蛍光体の蛍光との混色光を発する半導体発光装置であって、
   前記第一蛍光体は、その組成が一般式（Ｉ）
   Ａ₂［Ｍ_1-aＭｎ⁴⁺ _aＦ₆］・・・（Ｉ）
   （ただし、上記一般式（Ｉ）中、Ａは、Ｋ⁺、Ｌｉ⁺、Ｎａ⁺、Ｒｂ⁺、Ｃｓ⁺及びＮＨ⁴⁺からなる群から選ばれる少なくとも１種であり、Ｍは、第４族元素及び第１４族元素からなる群から選ばれる少なくとも１種の元素であり、ａは０＜ａ＜０．２を満たす数を示す。）
   で表され、
   前記第二蛍光体は、その組成が一般式（ＩＩ）
   （ｘ−ａ）ＭｇＯ・（ａ／２）Ｓｃ₂Ｏ₃・ｙＭｇＦ₂・ｃＣａＦ₂・（１−ｂ）ＧｅＯ₂・（ｂ／２）Ｍｔ₂Ｏ₃：ｚＭｎ⁴⁺・・・（ＩＩ）
   （ただし、上記一般式（ＩＩ）中、ｘ、ｙ、ｚ、ａ、ｂ、ｃについて、２．０≦ｘ≦４．０、０＜ｙ＜１．５、０＜ｚ＜０．０５、０≦ａ＜０．５、０＜ｂ＜０．５、０≦ｃ＜１．５、ｙ＋ｃ＜１．５である。また、上記一般式（ＩＩ）中のＭｔはＡｌ、Ｇａ、Ｉｎから選択された少なくとも１種である。）
   で表される半導体発光装置。
2. 請求項１に記載の半導体発光装置であって、
   前記第一蛍光体は、６１０〜６５０ｎｍの範囲に発光ピークを有する半導体発光装置。
3. 請求項１または２に記載の半導体発光装置であって、
   前記第二蛍光体は、６５０ｎｍ以上に発光ピークを有する半導体発光装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体発光装置であって、
   前記第三蛍光体は、５００〜５６０ｎｍの範囲に発光ピークを有する半導体発光装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体発光装置であって、
   前記第一蛍光体は、その組成式が、Ｋ₂[Ｓｉ_0.97Ｍｎ⁴⁺ _0.03Ｆ₆]で表される半導体発光装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体発光装置であって、
   前記第二蛍光体は、その組成式が、３．４ＭｇＯ・０．１Ｓｃ₂Ｏ₃・０．５ＭｇＦ₂・０．８８５ＧｅＯ₂・０．１Ｇａ₂Ｏ₃：０．０１５Ｍｎ⁴⁺で表される半導体発光装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体発光装置であって、
   前記第三蛍光体は、その組成式が、（Ｌｕ，Ｙ，Ｇｄ，Ｔｂ）₃（Ａｌ，Ｇａ）₅Ｏ₁₂：Ｃｅで表される半導体発光装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体発光装置であって、
   前記第一蛍光体および前記第二蛍光体の総量に対する第二蛍光体の重量％が、２５〜８０重量％である半導体発光装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の半導体発光装置であって、
   前記半導体発光装置の特殊演色性評価数Ｒ９〜Ｒ１２について、評価試験色の色度座標上の４点を結んでなる色域面積比Ｇａが、１０５以上である半導体発光装置。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の半導体発光装置であって、
    前記第三蛍光体が、前記半導体発光素子の上に配置され、
    前記第一蛍光体及び第二蛍光体が、前記第三蛍光体の上に配置されてなる半導体発光装置。
11. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の半導体発光装置であって、
    前記第三蛍光体が、前記半導体発光素子の上に配置され、
    前記第二蛍光体が、前記第三蛍光体の上に配置され、
    前記第一蛍光体が、前記第二蛍光体の上に配置されてなる半導体発光装置。

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