JP4233466B2 - 発光装置、照明装置および表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体発光素子と、該半導体発光素子が発生する光を吸収して可視光を発生する蛍光体とを備えた発光装置に関する。また、かかる発光装置が複数集合されてなる照明装置および表示装置に関する。

半導体のｐｎ接合に電流を流すことにより光を発生させるＬＥＤ、ＬＤ等の半導体発光素子は、発光スペクトルに固有のピークを有する単色光源であり、可視領域では着色した光を発生することから、従来はインジケータ等の用途で使用されることが多かった。しかし、近年、ＧａＮ系のＬＥＤを初めとする、青色光や紫外光を高効率で発生する半導体発光素子が開発・実用化され、このような半導体発光素子を用いた白色光源の研究開発が盛んとなっている。その中でも中心となっているのが、ＧａＮ系のＬＥＤを蛍光体の励起光源として用い、蛍光体からの発光を利用して、白色に感知される光を発生させる白色ＬＥＤである。

白色ＬＥＤとして、ＧａＮ系の青色ＬＥＤと、このＬＥＤによって励起されて黄色の蛍光を発生するＹＡＧ：Ｃｅ系蛍光体を組み合わせた、２波長型のものが既に実用化されている（特許文献１、特許文献２）。また、紫外ＬＥＤによって、赤色、緑色、青色の光をそれぞれ発生する蛍光体を励起し、これら蛍光体の光を合成して白色光を得る３波長型のものが開発されつつある（特許文献３、特許文献４、非特許文献１）。また、５色、７色など、より多くの色成分を含む白色ＬＥＤも検討されている。
再表０９８−５０７８号公報 特表２００２−５３１９５６号公報 特開２００１−１８５７６４号公報 特開２００２−７６４４６号公報 三菱電線工業時報 第９９号 ｐ．３５〜ｐ．４１「３波長蛍光体型白色ＬＥＤの開発」（２００２年７月１９日発行）

このような白色ＬＥＤの重要な特性項目として、色度がある。白色ＬＥＤの色度は、青色ＬＥＤや蛍光体といった、白色光を構成する成分光を発生する各発光要素に特有の発光スペクトルと、その各発光要素が発生する光の強度によって決定される。

本発明者等が、ベアチップ状態の発光ピーク波長が３８５ｎｍのＧａＮ系ＬＥＤを励起用ＬＥＤとして用い、従来技術の３波長型白色ＬＥＤを複数個作製し、これを複数個実装した照明装置を試作したところ、該照明装置には、点灯時間が長くなってくると照明光の中に色ムラが発生してくるという問題があることを見出した。

本発明の課題は上記問題点を解決し、色ムラの発生しない照明装置を提供することである。

また、本発明の他の課題は、励起用の半導体発光素子の発光波長が変化しても、色度変化が抑制される発光装置を提供することである。

本発明の特徴は、以下の通りである。
（１）半導体発光素子と、該半導体発光素子により励起されて同じ色の可視光を発生する第１の蛍光体及び第２の蛍光体と、を備え、
該半導体発光素子の発光ピーク波長を中心とする５ｎｍの波長範囲内で該第１の蛍光体と該第２の蛍光体の励起スペクトルの傾きが逆である、発光装置。
（２）半導体発光素子と、該半導体発光素子により励起されて同じ色の可視光を発生する第１の蛍光体及び第２の蛍光体と、を備え、
温度変化等に起因する該半導体発光素子の発光ピーク波長の変化の範囲内で該第１の蛍光体と該第２の蛍光体の励起スペクトルの傾きが逆である、発光装置。
（３）前記半導体発光素子がＧａＮ系の発光素子である、請求項１又は２記載の発光装置。
（４）半導体発光素子と該半導体発光素子により励起されて可視光を発生する蛍光体とを備える発光装置であって、
該半導体発光素子がＧａＮ系の発光素子であり、該蛍光体が、同じ色の可視光を発生する第１の蛍光体と第２の蛍光体とを備え、
該第１の蛍光体と該第２の蛍光体の励起スペクトルの傾きが、該半導体発光素子の発光ピーク波長λｐにおいて逆であり、
λｐの変動がΛ≦λｐ≦Λ＋６（単位：ｎｍ）の範囲を超えないときの、該発光装置が発生する光の色度ｘ値の該λｐの変動に伴う変化幅が０．０１を超えない、発光装置。
（５）半導体発光素子と該半導体発光素子により励起されて可視光を発生する蛍光体とを備える発光装置単位をＮ個集合してなる発光装置であって、
該半導体発光素子がＧａＮ系の発光素子であり、該蛍光体が、同じ色の可視光を発生する第１の蛍光体と第２の蛍光体とを備え、
Ｎ個の該発光装置単位に含まれるｎ個の該半導体発光素子がそれぞれ発光ピーク波長λｐ _a （a=1,…,n）を有し、該第１の蛍光体と該第２の蛍光体の励起スペクトルの傾きが任意のλｐ _a において逆であり、
λｐ _a の変動がΛ≦λｐ _a ≦Λ＋６（単位：ｎｍ）の範囲を超えないときの、該Ｎ個の発光装置単位のそれぞれが発生する光の色度ｘ値の該λｐ _a の変動に伴う変化幅が０．０１を超えない、発光装置。
（６）前記第１の蛍光体と前記第２の蛍光体が、赤色領域の光を発生する蛍光体である、請求項１乃至５のいずれかに記載の発光装置。
（７）前記第１の蛍光体と前記第２の蛍光体の発光ピーク波長が、６１０ｎｍ〜７５０ｎｍの範囲にある、請求項１乃至６のいずれかに記載の発光装置。
（８）前記第１の蛍光体がＬａ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅｕ³⁺、前記第２の蛍光体がＭｇ₄（Ｆ）ＧｅＯ₆：Ｍｎである、請求項１乃至７のいずれかに記載の発光装置。
（９）さらに、青色領域の光を発生する蛍光体又は緑色領域の光を発生する蛍光体の一方若しくは両方を含む、請求項６乃至８のいずれかに記載の発光装置。
（１０）白色光源である請求項１乃至９のいずれかに記載の発光装置。

本発明者等が、前記試作照明装置にて点灯時間が長くなると色ムラが発生する原因を調査したところ、各白色ＬＥＤ中の励起用ＬＥＤの温度にバラツキが生じて、励起用ＬＥＤの発光波長に数ｎｍのズレが生じていることが判明した。しかし、大きな色ムラが感知された原因は、この励起用ＬＥＤの発光波長のズレそのものではなく、使用した赤色蛍光体の励起効率の波長依存性が大きいために、励起用ＬＥＤの発光波長の僅かな変化によって、各白色ＬＥＤ中の赤色蛍光体の発光強度に大きな違いが生じたためであることが判った。この試作照明装置に用いた白色ＬＥＤで、赤色蛍光体として使用した、Ｌａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ^３＋の励起波長３８０ｎｍ〜３９５ｎｍの範囲における励起スペクトルを図１に示す。図１でｒｅｄ−Ａと表示した方が、Ｌａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ^３＋の励起スペクトルであるが、励起用に用いたＧａＮ系ＬＥＤの発光ピーク波長である３８５ｎｍ付近において、比較的大きな負の傾きを持っている。そのために、励起用ＬＥＤの発光波長の僅かな変化に対して、この蛍光体が発生する赤色の蛍光の強度が大きく変化し、その結果、各白色ＬＥＤの色度が変化して色ムラが生じたのである。

本発明の発光装置は、上記問題を解決するために、同じ色の可視光を発生する第１の蛍光体と第２の蛍光体とを用い、これら第１の蛍光体と第２の蛍光体として、その励起スペクトルの傾き（励起波長の変化に対する発光強度の変化率）が励起用の半導体発光素子の発光ピーク波長において逆であるものを選択する。このような構成とすることにより、半導体発光素子の発光波長に変動が生じたとき、第１の蛍光体と第２の蛍光体の一方は励起効率が上昇し、他方は低下する。従って、第１の蛍光体と第２の蛍光体が発生する蛍光の強度変化が相殺し合い、全体としての蛍光の強度変化が抑制されることになる。

この様子を図１と図２により説明する。図１は、Ｌａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ^３＋（ｒｅｄ−Ａ）とＭｇ_４（Ｆ）ＧｅＯ_６：Ｍｎ（ｒｅｄ−Ｂ）という、２種類の赤色蛍光体を、それぞれ無色透明のシリコーン樹脂に分散したときの励起スペクトルである。励起波長の範囲は３８０ｎｍ〜３９５ｎｍで、励起波長３８５ｎｍでの発光強度を１００として規格化している。図１より明らかなように、この波長範囲において、ｒｅｄ−Ａとｒｅｄ−Ｂの励起スペクトルは概ね逆の傾きを有している。

一方、図２は、ｒｅｄ−Ａとｒｅｄ−Ｂをそれぞれ単独で、または、ｒｅｄ−Ａとｒｅｄ−Ｂを１：９、５：５、９：１という異なる重量比率で混合し、無色透明のシリコーン樹脂に分散したものについて、波長３８３ｎｍ〜３９０ｎｍで励起したときの、色度の励起波長依存性を調べたものである。図２（ａ）は色度座標のｘ−値、図２（ｂ）は色度座標のｙ−値について、それぞれ測定した結果で、いずれも励起波長が３８３ｎｍのときの色度座標値を基準にして、励起波長を変化させたときの、色度座標値の基準値からの変異をプロットしている。図２（ａ）から判るように、ｒｅｄ−Ａとｒｅｄ−Ｂを混合すると、これらの蛍光体を単独で使用した場合に比べ、色度座標のｘ−値の励起波長依存性が小さくなり、重量比１：９で混合したとき特に小さくなる。一方、図２（ｂ）から判るように、ｙ−値に関する励起依存性は、各蛍光体を単独で用いた場合も、混合して用いた場合も小さく、無視できる程度である。従って、ｒｅｄ−Ａとｒｅｄ−Ｂを混合して用いることにより、励起光の波長が波長３８３ｎｍ〜３９０ｎｍの範囲で変化しても、特に色度座標のｘ−値の励起波長依存性が抑制されることを通して、色度変化が抑制される。図２より明らかなように、ｒｅｄ−Ａとｒｅｄ−Ｂを重量比１：９で混合したとき、高い効果が得られる。

本発明の発光装置の構成を白色ＬＥＤに適用する場合、３波長型ＬＥＤであれば、赤色、緑色、青色のそれぞれについて、励起用ＬＥＤの発光ピーク波長における励起スペクトルの傾きが逆である２つの蛍光体を用いたとき、最大の効果が得られるが、一部の色についてのみ、このような２つの蛍光体を用いた場合であっても効果が得られる。特に、赤色についてこのような２つの蛍光体を用いると、顕著な効果が得られるが、その理由として、赤色の光は三原色の中でも最も視感度が低いために、赤色成分の強度変化が色度に与える影響が大きいことが考えられる。

本発明の照明装置や表示装置は、上記で説明した本発明の発光装置を複数集合して構成するため、各発光装置に含まれる励起用半導体発光素子の発光波長が温度変化等によってばらつくことがあっても、各発光装置における色度変化が抑制されるので、色ムラの発生が防止できる。特に、人間の視覚は白色領域（色度座標上でｘ＝ｙ＝０．３〜０．３５付近）において非常に敏感で、色度座標値上では僅かな違いしかない色の相違が、視覚上では大きな不快感を伴う色ムラに感じられることもある。そのため、本発明の照明装置や表示装置は、特に白色照明装置や、表示色が白色である表示装置の用途に好適である。

本発明の発光装置は、照明装置や表示装置の生産効率の向上や製造コストの低下という点でも効果を有する。白色ＬＥＤを例にすると、従来の白色ＬＥＤを大量に生産する場合、大量の白色ＬＥＤの色度を揃えるには、発光ピーク波長がよく揃った励起用ＬＥＤを準備する必要がある。しかし、半導体発光素子の製造工程には多くの変動要素があり、一般的に、ひとつの製造ロットから得られる数千〜数万個もの多数のＬＥＤの発光ピーク波長には、数ｎｍ〜１０ｎｍ程度の範囲の分布ができる。そのために、ソータ等を用いて発光ピーク波長が同じもの同士に分別する工程が必要なうえに、特定の発光ピーク波長を有するＬＥＤしか使用できないので、生産効率や製造コストの上で好ましくない。このことは、更に、数百個以上の多数の白色ＬＥＤを配列して用いる、照明装置や表示装置の生産においては、重大な問題となる。

これに対して、本発明の構成を適用した発光装置や白色ＬＥＤでは、励起用ＬＥＤの発光ピーク波長の変動による色度変化が抑制されるために、同じ色度のものを大量生産しようとする場合に、励起用ＬＥＤの分別工程を削除したり、あるいは分別の基準を緩くすることができ、生産効率や製造コストが改善できる。

本発明の発光装置は、単体で、または複数集合して実装されて、室内灯、街灯、車内灯、前照灯、棚下灯（ショーケース照明用）、懐中電灯等の各種照明装置・器具、インジケータ、電光表示板、信号灯、サインボード等の各種表示装置・器具、液晶表示装置のバックライト用光源等に好適に用いることができる。また、温度変化等に起因して励起用の半導体発光素子の発光波長が変動したときの色度変化が小さいため、長時間の連続点灯と色再現性が要求される医療用照明、例えば無影灯や内視鏡の先端照明に好適に用いることができる。

本発明では、大きく分けて２つの発光構造体を提案している。ひとつは、上記（１）のとおり、励起光源となる半導体発光素子と蛍光体とを組み合わせた発光装置であり、他のひとつは、この発光装置を複数集合してなる、上記（７）の照明装置または上記（８）の表示装置である。以下の説明では、先ず上記（１）の発光装置を説明し、次いで、上記（７）の照明装置と上記（８）の表示装置を説明する。

まず、上記（１）の発光装置は、半導体発光素子と、該半導体発光素子により励起されて同じ色の可視光を発生する第１の蛍光体と第２の蛍光体とを備える。該第１の蛍光体と該第２の蛍光体は、励起スペクトルの傾きが該半導体発光素子の発光ピーク波長において逆であるように選ばれる。ここで、「同じ色の可視光を発生する」とは、第１と第２の蛍光体が発生する可視領域の蛍光が、視覚上、同じ色として感知されればよく、本発明の目的が達成されるものであれば、必ずしも蛍光スペクトルの形状等の類似性が要求されるものではない。

より高い効果を得るには、第１の蛍光体と第２の蛍光体が近接した発光ピーク波長を有していることが望ましい。一般に、光の色と波長の関係は次のようにいわれている（「新染色加工講座３」，ｐ．１１２，共立出版（１９７２） ）。
４００ｎｍ〜４３５ｎｍ：紫
４３５ｎｍ〜４８０ｎｍ：青
４８０ｎｍ〜４９０ｎｍ：緑青
４９０ｎｍ〜５００ｎｍ：青緑
５００ｎｍ〜５６０ｎｍ：緑
５６０ｎｍ〜５８０ｎｍ：黄緑
５８０ｎｍ〜５９５ｎｍ：黄
５９５ｎｍ〜６１０ｎｍ：橙
６１０ｎｍ〜７５０ｎｍ：赤
７５０ｎｍ〜８００ｎｍ：紫赤
従って、第１の蛍光体と第２の蛍光体を選定するときには、上記を参考に、目的とする色に対応する波長範囲内に発光ピーク波長が含まれる蛍光体を選定することができる。また、上記の波長範囲内でも、発光ピーク波長がより近接したものを用いる程効果的であるのはいうまでもなく、発光ピーク波長の差が、青色領域であれば好ましくは６０ｎｍ以下、より好ましくは３０ｎｍ以下、更に好ましくは１０ｎｍ以下、緑色領域であれば好ましくは１００ｎｍ以下、より好ましくは６０ｎｍ以下、更に好ましくは３０ｎｍ以下、赤色領域であれば、好ましくは１４０ｎｍ以下、より好ましくは１００ｎｍ以下、更に好ましくは４０ｎｍ以下、である蛍光体を用いると効果的である。なお、ここで青色領域とは青を中心とする紫〜緑青の領域、緑色領域とは緑を中心とする青緑〜黄緑の領域、赤色領域とは赤を中心とする橙〜紫赤の領域である。

蛍光体の励起スペクトルの傾きが逆であるとは、励起スペクトルの傾きが一方の蛍光体では正、他方の蛍光体では負であるということで、この傾きが正負逆である波長範囲が広い程、大きな励起波長の変動が生じても色度変化の小さな発光装置を得ることができる。従って、励起スペクトルの傾きが正負逆となる波長範囲は、半導体発光素子の発光ピーク波長を中心として、好ましくは２ｎｍ以上、より好ましくは５ｎｍ以上、更に好ましくは１０ｎｍ以上であるような、第１の蛍光体と第２の蛍光体を選択することが望ましい。

以下の説明では、本発明で用いる、同じ色の可視光を発生し、励起スペクトルの傾きが励起光源である半導体発光素子の発光ピーク波長において逆である２つの蛍光体のことを、「本蛍光体ペア」とも呼ぶことにする。本蛍光体ペアは、２つの蛍光体の材料系や成分等の異同を問うものではなく、同じ色の可視光を発生し、かつ、励起スペクトルの傾きが励起光源である半導体発光素子の発光ピーク波長において逆である、という関係を満たす蛍光体の組み合わせであれば、いかなる組み合わせであってもよい。本蛍光体ペアは、従来公知の方法を用いて各種蛍光体の発光スペクトルと励起スペクトルを測定することにより、得ることができる。なお、蛍光体の発光スペクトルや励起スペクトルは、測定サンプルにおける蛍光体の固定化方法によって変化する場合があるため、実際に発光装置に実装するときと同じか、それを模した方法で蛍光体を固定化したサンプルで測定することが好ましい。

本発明の発光装置を白色光源に適用する場合、半導体発光素子が発生する光と、蛍光体が発生する光との混合によって白色光を得るようにしてもよいし、蛍光体が発生する光の混合のみによって白色光を得るようにしてもよい。白色ＬＥＤの場合、青色ＬＥＤと黄色蛍光体を組み合わせた２波長型が前者に、紫外ＬＥＤで赤色、緑色、青色の蛍光体を励起する３波長型が後者に相当する。励起用ＬＥＤや蛍光体によって発生させる光の色成分の組み合わせは、このような青色と黄色の組み合わせ、あるいは赤色と緑色と青色の組み合わせに限定されず、更に多種類の蛍光体を用いて、５色、７色、あるいはそれよりも多くの色成分を混合して白色光とする構成としても良いし、これらの組み合わせとは全く異なる色成分の組み合わせによって白色光を作る構成であってもよい。実用的には、波長３８０ｎｍ〜４００ｎｍの紫外ＬＥＤを励起光源として赤色、緑色、青色の蛍光体を励起する３波長型の構成が、演色性、色の再現性に優れており、好ましい。なお、本発明でいう白色光とは、太陽光のスペクトルを持つ光に限定されるものではなく、電灯色等、太陽光と比較すると色みがかった白色光も含み、色度座標でｘ＝０．１〜０．５５、ｙ＝０．１〜０．７の範囲の光をいう。本発明の白色ＬＥＤは、このように定義される白色光を発生するＬＥＤである。なお、白色光の発生については、青色と黄色、あるいは三原色それぞれの光を発生する、単色の発光装置を作製し、その発光を混合することでも行うことができるが、このような場合に、単色の発光装置に本発明の構成を採用することができる。

本発明の発光装置に用いる励起用の半導体発光素子としては、短波長の光を発生し得るＧａＮ系、ＺｎＳｅ系等のＬＥＤやＬＤが好適に用い得る。特に、ＧａＮ系の発光素子は、高輝度かつ、安定した発光特性を示すものが実用化されているために、好ましい。ここでＧａＮ系の発光素子とは、一般式ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮで表される３族窒化物半導体からなる発光素子をいい、中でも発光層にＩｎＧａＮを用いたＧａＮ系ＬＥＤは、多くの蛍光体が高い励起効率を示す近紫外〜青色の波長領域の光を、高い出力で発生させることができるために好ましい。近年、ＥＬＯ法やＰＥＮＤＥＯ法、あるいは成長面に凹凸加工を施した基板を用いる結晶成長方法によって、ＧａＮ系結晶層の転位密度を大幅に低減することが可能になり、それによって近紫外域の波長３８０ｎｍ〜４０５ｎｍに発光ピーク波長を有するＧａＮ系ＬＥＤの発光出力が大きく向上している。この波長域の光はエネルギーが大きいために蛍光体の励起に特に適しているので、ピーク波長がこの波長域にあるＧａＮ系ＬＥＤは本発明の発光装置に好適に用いることができる。上記述べた半導体発光素子の構造および製法については、従来公知の技術を参照することができる。

本発明の発光装置に用いる蛍光体としては、励起用の半導体発光素子又は他の蛍光体によって励起されて可視光を発生するものであれば、有機染料系、有機顔料系、無機系等、目的・用途に応じて適宜好ましい材料系の蛍光体を用いることができ、一般的な照明・表示の用途においては、安定性・耐久性の点から無機系の蛍光体を用いることが好ましい。無機系の蛍光体としては、黄色蛍光体としてＹＡＧ：Ｃｅ系、赤色蛍光体として〔Ｌｎ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ（Ｌｎ＝Ｙ，Ｌａ，Ｇｄ，Ｌｕ，Ｓｃ）〕系、Ｍｇ_４（Ｆ）ＧｅＯ_６：Ｍｎ系、ＣａＣＯ_３：Ｃｅ，Ｍｎ系、〔（Ｚｎ_ａ，Ｃｄ_１−ａ）Ｓ：Ａｇ，Ｃｌ、（０．５＞ａ＞０．２）〕系、緑色蛍光体として〔（Ｂａ，Ｓｒ）ＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ，Ｍｎ〕系、〔（Ｚｎ_ａ，Ｃｄ_１−ａ）Ｓ：Ｃｕ，Ａｌ、（１≧a＞０．６）〕系、〔（Ｚｎ_ａ，Ｃｄ_１−ａ）Ｓ：Ａｕ，Ａｌ、（１≧a＞０．６）〕系、〔（Ｚｎ_ａ，Ｃｄ_１−ａ）Ｓ：Ａｇ，Ｃｌ、（１≧a＞０．６）〕系、ＣａＣＯ_３：Ｃｅ，Ｔｂ系、（Ｓｒ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｂａ）（Ａｌ，Ｇａ）_２Ｓ_４：Ｅｕ系、青色蛍光体としてＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ系、〔（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）_１０（ＰＯ_４）_６Ｃｌ_２：Ｅｕ〕系、〔（Ｂａ，Ｓｒ）ＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ，Ｍｎ〕系、ＣａＣＯ_３：Ｅｕ系等が例示できる。これらの各蛍光体の構造および製法については、従来公知の技術を参照することができる。

上記した蛍光体は、蛍光を発する物質そのものであって、実際に半導体発光素子と組み合わせて発光装置を構成する場合には、塗布可能な蛍光塗料や、組立て可能な蛍光体部品などとするのが好ましい態様である。そのために、上記蛍光体に対して、種々の基材との混ぜ合わせ、基板への担持、固化など、種々の加工を施してもよい。半導体発光素子と蛍光体とを組み合わせて１つの発光装置とするための結合方法、結合構造自体は、公知技術を参照すればよい。

蛍光体を塗布するには、バインダーに蛍光体を分散させペースト状にしたものを所定の部位に一定量吐出する方法、刷毛等で塗布する単純な方法や、表示装置や蛍光ランプを製造するための公知の蛍光体塗布技術、モールド技術が利用できる。例えば、塗布方法としては、印刷法、沈降塗布法、ダスティング法、フォトタッキング法等が挙げられる。

本発明の発光装置は、例えば、上記の蛍光体をシリコーン樹脂などと混合し、該シリコーン樹脂を、ＧａＮ系ＬＥＤの上部および側壁部を覆うようにコーティングし、さらにエポキシ樹脂で砲弾型のランプに成形することにより、作製してもよい。あるいは、上部に開口を有し内面を反射面とした筐体の底部に、ＧａＮ系ＬＥＤを配置し、該上部開口部に、蛍光体を樹脂やガラス中に分散した板状部材で蓋をした後、内部の空間に透明軟質樹脂を充填して作製してもよい。この発光装置では、ＧａＮ系ＬＥＤが発生する光は、板状部材に分散された蛍光体で波長変換され、外部に放射される。また、内面を反射性のミラー面とした筐体の内部に、ＧａＮ系ＬＥＤを、その出射面を筐体内部に向けて実装し、蛍光体をこのミラー面の表面に樹脂バインダーを介して固定化する構成としてもよい。

本発明の発光装置において、上記で例示した、蛍光体を分散した透明な樹脂またはガラスの成型物や、表面に蛍光体が固定化されたミラー面といった構造体（以下「波長変換構造体」という。）と、励起用の半導体発光素子は、上記例のように近接して配置してもよいし、樹脂やガラス等の透明素材からなる導光体、あるいは光ファイバ等の導波路で隔てて配置してもよい。本発明の発光装置は、半導体発光素子（チップ）を複数個含む構成としてもよく、また、波長変換構造体を複数含む構成としてもよい。波長変換構造体の構成や、半導体発光素子と波長変換構造体の配置については、前記特許文献１〜４や、特開２００２−９２４３０号公報、特開２００３−２９８１２０号公報等を参照してもよい。

本蛍光体ペアの各蛍光体を上記波長変換構造体に固定化する量については、励起用半導体発光素子の発光ピーク波長が変動したときに、各蛍光体の発光強度の変化が打ち消しあうように適宜調整すればよい。そのためには、実際の発光装置の波長変換構造体に固定化されたときと同じ又は類似した環境となるように、各蛍光体を単独で固定化したサンプルを作製し、励起用半導体発光素子の発光ピーク波長の近傍での励起スペクトルを測定する。各蛍光体が発生する蛍光の強度は、励起光の波長が変動したとき逆方向に、即ち一方は強くなる方向、他方は弱くなる方向に変化するが、この逆方向の光強度変化の絶対値が略同じとなるように、各蛍光体の固定化比率を設定する。このようにすることで、励起用半導体発光素子の発光波長が変動したときに、本蛍光体ペアの各蛍光体が発生する蛍光の強度変化が打ち消し合うようになる。大体の固定化量をこのように決定した後、実際の発光装置またはそれに近い形で、蛍光体固定化量をより細かく変化させたサンプルを作製し、効果を確認しながら最適な固定化比率および固定化の絶対量を決定してもよい。

本発明では、上記（１）の発光装置を複数集合して、上記（７）の照明装置や上記（８）の表示装置を構成する。かかる照明装置又は表示装置を構成する際の発光装置の配置パターンや配置数は、特に限定されるものではなく、公知の照明装置や表示装置を参照してもよい。例えば、配置パターンは、正方行列状の配置パターンや、正三角形の頂点に配置する最密状の配置パターンなどが挙げられる。また、配置数は、照明装置や表示装置の規模によって大きく異なるが、単位平方ｃｍ当たり１個〜１０個程度が例示される。また、個別に形成された発光装置単位を集合する代わりに、多数の半導体発光素子の集合に対して、１個の波長変換構造体を組み合わせて照明装置や表示装置を構成してもよい。例えば、多数の半導体発光素子を正方行列状に配置固定した上を、蛍光体を分散した１枚の板状部材で覆ってなる照明装置である。本発明の照明装置や表示装置に用いる駆動回路等には、従来公知の技術を用いることができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の実施態様はこれに限定されるものではなく、白色光以外の光を発生する発光装置、照明装置または表示装置についても、本発明を適用することができる。

（実施例）
半導体発光素子としてＧａＮ系近紫外ＬＥＤ、赤色蛍光体としてＬａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ^３＋とＭｇ_４（Ｆ）ＧｅＯ_６：Ｍｎ、緑色蛍光体としてＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、青色蛍光体としてＳｒ_５Ｃｌ（ＰＯ_４）_３：Ｅｕ^３＋を用いた、白色ＬＥＤの作製例を以下に示す。

（ＧａＮ系近紫外ＬＥＤの作製）成長面に凹凸加工を施した基板を用いるＧａＮ系近紫外ＬＥＤの作製例を示す。Ｃ面サファイア基板上に、フォトレジストによる幅３μｍ、間隔３μｍのストライプ状のパターニングを行った。ストライプの長手方向は基板上に成長されるＧａＮ系結晶にとって〈１１−２０〉方向とした。次に、ＲＩＥ装置を用いて、フォトレジストに覆われていない部分を１．５μｍの深さまで、凹部の断面形状が略方形となるようエッチングした。その後、フォトレジストを除去し、表面にストライプ状パターンの凹凸が形成された基板を得た。

前記基板を通常の横型常圧の有機金属気相成長装置（ＭＯＶＰＥ）に装着し、窒素ガスを主成分とする雰囲気下で１１００℃まで昇温し、表面のサーマルクリーニングを行った。次に温度を５００℃まで下げ、３族原料としてトリメチルガリウム（以下ＴＭＧ）を、Ｎ原料としてアンモニアを流し、厚さ３０ｎｍの低温成長ＧａＮバッファ層を成長させた。続いて温度を１０００℃に昇温し、原料（ＴＭＧ、アンモニア）、ドーパント（シラン）を流し、ｎ型ＧａＮ層（コンタクト層）を成長させた。

続いて、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、ＩｎＧａＮ発光層（ＭＱＷ構造）、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、ｐ型ＧａＮコンタクト層を順に成長して、ＬＥＤ構造が形成されたエピ基板を得た。ＩｎＧａＮ発光層の成長時には、発光波長が３８６ｎｍとなるＩｎ組成のＩｎＧａＮ井戸層が形成されるように、原料のＴＭＧとトリメチルインジウムの流量を調節した。さらに、ｎ型コンタクト層を表出させるためのエッチング加工、ｎ型・ｐ型の電極形成、３５０μｍ×３５０μｍのチップへの素子分離を行い、ベアチップ状態のＬＥＤを得た。このようにして１枚の基板から作製したＬＥＤチップについて発光ピーク波長を測定したところ、波長約３８６ｎｍを中心として、波長３８３ｎｍ〜３９０ｎｍの範囲の分布が存在していた。

（蛍光体の調製）赤色蛍光体としてＬａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ^３＋とＭｇ_４（Ｆ）ＧｅＯ_６：Ｍｎ、緑色蛍光体としてＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、青色蛍光体としてＳｒ_５Ｃｌ（ＰＯ_４）_３：Ｅｕ^３＋を用い、これらを無色透明の熱硬化型シリコーン系樹脂に分散させてペーストを得た。混合した各材料の重量は次の通りである。
Ｌａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ^３＋ ・・・１０．０ｍｇ
Ｍｇ_４（Ｆ）ＧｅＯ_６：Ｍｎ ・・・８９．７ｍｇ
ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ ・・・１１．０ｍｇ
Ｓｒ_５Ｃｌ（ＰＯ_４）_３：Ｅｕ^３＋ ・・・５．７ｍｇ
シリコーン樹脂 ・・・約５００ｍｇ
ここで、Ｌａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ^３＋、Ｍｇ_４（Ｆ）ＧｅＯ_６：Ｍｎ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、Ｓｒ_５Ｃｌ（ＰＯ_４）_３：Ｅｕ^３＋の重量比は８．６；７７．１：９．４：４．９であり、赤色蛍光体であるＬａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ^３＋とＭｇ_４（Ｆ）ＧｅＯ_６：Ｍｎの重量比は１：９である。

（発光装置の組立て）上記で作製したＧａＮ系近紫外ＬＥＤから、発光ピーク波長がそれぞれ３８３ｎｍ、３８５ｎｍ、３８７ｎｍ、３８９ｎｍである４個のチップを選んだ。この４個のチップをそれぞれリードフレーム上に実装し、これを覆うように上記の蛍光体ペーストを厚さ約１００μｍとなるように塗布し、１５０℃以下の加熱でシリコーン樹脂を十分硬化させてから、エポキシ樹脂を使って砲弾型のモールドを行い、白色ＬＥＤに仕上げた。

（色度の測定）上記手順で作製した４個の白色ＬＥＤについて、色彩輝度計を用いて色度を測定したところ、（ｘ，ｙ）＝（０．３４〜０．３５，０．３３〜０．３４）という結果が得られた。つまり、４個の白色ＬＥＤはいずれも、発生する光の色度が、ｘ−値：０．３４〜０．３５、ｙ−値：０．３３〜０．３４の範囲にあり、励起光源に用いたＬＥＤのベアチップ状態での発光ピーク波長が異なっていたにも拘わらず、白色ＬＥＤの色度には殆どバラツキが見られなかった。

（照明装置の組み立て）上記手順で作製したベアチップ状態のＧａＮ系近紫外ＬＥＤから、発光ピーク波長が３８６ｎｍであるチップを５６個選び、これを用いて上記と同様の手順にて５６個の白色ＬＥＤを作製した。次に、この５６個の白色ＬＥＤを正方行列状に配列し、白色照明装置を作製した。この照明装置を８０ｍＡ（２０ｍＡ×４並列，１並列＝ＬＥＤ１４個を直列接続）で１０時間連続点灯したところ、色ムラの発生は観察されなかった。

（比較例）
（白色ＬＥＤ）
蛍光体を分散したシリコーン樹脂ペーストの組成を次のようにした他は、上記実施例と同様の手順にて４個の白色ＬＥＤを作製した。
Ｌａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ^３＋ ・・・１１１．８ｍｇ
ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ ・・・４１．０ｍｇ
Ｓｒ_５Ｃｌ（ＰＯ_４）_３：Ｅｕ^３＋ ・・・２２．０ｍｇ
シリコーン樹脂 ・・・約５００ｍｇ
励起用のＧａＮ系近紫外ＬＥＤは、上記実施例と同様に、発光ピーク波長がそれぞれ３８３ｎｍ、３８５ｎｍ、３８７ｎｍ、３８９ｎｍである４個のチップを選んで用いた。
この４個の白色ＬＥＤについて、色彩輝度計を用いて色度を測定したところ、（ｘ，ｙ）＝（０．３１〜０．３４，０．３３〜０．３４）という結果であった。本発明の実施例と比較して、ｘ−値に０．３１〜０．３４というバラツキが生じており、肉眼でこれらの白色ＬＥＤが発生する光を観察すると、色みにかなり大きな違いがあることが感知された。

（照明装置）
次に、蛍光体を分散したシリコーン樹脂ペーストの組成を上記比較例の白色ＬＥＤの組成とする以外は、上記実施例と同様の手順にて白色ＬＥＤを作製、配列して照明装置を作製し、同じく８０ｍＡ（２０ｍＡ×４並列，１並列＝ＬＥＤ１４個を直列接続）で１０時間点灯したところ、色ムラの発生が観察された。

蛍光体の励起スペクトルを示す図である。 色度座標値の励起波長依存性を示す図である。

Claims (10)

1. 半導体発光素子と、該半導体発光素子により励起されて同じ色の可視光を発生する第１の蛍光体及び第２の蛍光体と、を備え、
   該半導体発光素子の発光ピーク波長を中心とする５ｎｍの波長範囲内で該第１の蛍光体と該第２の蛍光体の励起スペクトルの傾きが逆である、発光装置。
2. 半導体発光素子と、該半導体発光素子により励起されて同じ色の可視光を発生する第１の蛍光体及び第２の蛍光体と、を備え、
   温度変化等に起因する該半導体発光素子の発光ピーク波長の変化の範囲内で該第１の蛍光体と該第２の蛍光体の励起スペクトルの傾きが逆である、発光装置。
3. 前記半導体発光素子がＧａＮ系の発光素子である、請求項１又は２記載の発光装置。
4. 半導体発光素子と該半導体発光素子により励起されて可視光を発生する蛍光体とを備える発光装置であって、
   該半導体発光素子がＧａＮ系の発光素子であり、該蛍光体が、同じ色の可視光を発生する第１の蛍光体と第２の蛍光体とを備え、
   該第１の蛍光体と該第２の蛍光体の励起スペクトルの傾きが、該半導体発光素子の発光ピーク波長λｐにおいて逆であり、
   λｐの変動がΛ≦λｐ≦Λ＋６（単位：ｎｍ）の範囲を超えないときの、該発光装置が発生する光の色度ｘ値の該λｐの変動に伴う変化幅が０．０１を超えない、発光装置。
5. 半導体発光素子と該半導体発光素子により励起されて可視光を発生する蛍光体とを備える発光装置単位をＮ個集合してなる発光装置であって、
   該半導体発光素子がＧａＮ系の発光素子であり、該蛍光体が、同じ色の可視光を発生する第１の蛍光体と第２の蛍光体とを備え、
   Ｎ個の該発光装置単位に含まれるｎ個の該半導体発光素子がそれぞれ発光ピーク波長λｐ _a （a=1,…,n）を有し、該第１の蛍光体と該第２の蛍光体の励起スペクトルの傾きが任意のλｐ _a において逆であり、
   λｐ _a の変動がΛ≦λｐ _a ≦Λ＋６（単位：ｎｍ）の範囲を超えないときの、該Ｎ個の発光装置単位のそれぞれが発生する光の色度ｘ値の該λｐ _a の変動に伴う変化幅が０．０１を超えない、発光装置。
6. 前記第１の蛍光体と前記第２の蛍光体が、赤色領域の光を発生する蛍光体である、請求項１乃至５のいずれかに記載の発光装置。
7. 前記第１の蛍光体と前記第２の蛍光体の発光ピーク波長が、６１０ｎｍ〜７５０ｎｍの範囲にある、請求項１乃至６のいずれかに記載の発光装置。
8. 前記第１の蛍光体がＬａ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅｕ³⁺、前記第２の蛍光体がＭｇ₄（Ｆ）ＧｅＯ₆：Ｍｎである、請求項１乃至７のいずれかに記載の発光装置。
9. さらに、青色領域の光を発生する蛍光体又は緑色領域の光を発生する蛍光体の一方若しくは両方を含む、請求項６乃至８のいずれかに記載の発光装置。
10. 白色光源である請求項１乃至９のいずれかに記載の発光装置。

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