JP6959502B2 - 発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光装置に関する。

発光ダイオード（Light emitting diode：LED）を使用した発光装置は、ディスプレイ、警告灯、表示灯、照明灯として広く使用されている。
例えば、青色に発光する青色発光ダイオードと、青色発光ダイオードからの光を赤色に変換する蛍光体と、によって赤色に発光する自動車のテールランプ及びブレーキランプを形成する照明が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２０１５−８８２２０号公報 特開２０１５−８８４８３号公報

しかしながら、特許文献１及び２に開示された発光装置は、発光装置を視認する角度によっては赤色光の色ずれを生じるおそれがある。

そこで、本実施形態に係る発光装置は、視認する角度による色ずれを抑制できる発光装置を提供することを目的とする。

本実施形態に係る発光装置は、３８０ｎｍ以上４３０ｎｍ以下に発光ピーク波長を持つ第１の光を発光する、発光面を持つ発光素子と、前記発光素子の発光面上に配置され、前記第１の光によって励起されて前記第１の光より長波長の第２の光を発光する蛍光体を含有する蛍光体層と、前記蛍光体層上に設けられ、前記第１の光を反射し、かつ前記第２の光を透過する反射膜と、を有し、前記反射膜の反射スペクトルにおいて、前記反射膜は、前記反射膜に対する前記第１の光の入射角が０°から８５°における３８０ｎｍ以上４３０ｎｍ以下の光の反射率が４０％以上である。

また、別の観点における本実施形態に係る発光装置は、３８０ｎｍ以上４３０ｎｍ以下に発光ピーク波長を持つ第１の光を発光する、第１半導体層、活性層、第２半導体層の順に積層された発光素子と、前記発光素子上に配置され、前記第１の光によって励起されて前記第１の光より長波長の第２の光を発光する蛍光体を含有する蛍光体層と、前記蛍光体層上に設けられ、前記第１の光を反射し、かつ前記第２の光を透過する反射膜と、を有し、前記発光素子の平面視において前記活性層の中心を基準として、前記反射膜方向に−８５°から＋８５°の範囲における３８０ｎｍ以上４３０ｎｍ以下の光の反射率が４０％以上である。

これにより視認する角度による色ずれを抑制できる発光装置を提供することができる。

実施形態に係る発光装置の一例を示す概略断面図である。 実施形態１に係る発光装置が発する光の色度座標（ＣＩＥ１９３１）を示す色度図である。 実施例１に係る発光装置における、光が垂直入射（入射角０°）した場合の、反射膜の波長に対する反射率を示す図である。 実施例１及び実施例２、比較例１の発光装置における指向角による色度座標ｘのずれを示す図である。 実施例１及び実施例２、比較例１の発光装置における指向角による色度座標ｙのずれを示す図である。 実施例１及び実施例２、比較例１に係る発光装置の発光スペクトルを示す図である。 実施例１及び実施例２，比較例１に係る発光装置の発光スペクトルを示す図である。 反射膜に対する発光素子が発する第１の光の入射角における反射率を示す図である。 反射膜に対する発光素子が発する第１の光の入射角における反射率を示す図である。 （Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ蛍光体と、ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ蛍光体の粉体反射率を示すスペクトル図である。

以下、実施形態に係る発光装置を、実施の形態及び実施例を用いて説明する。但し、本発明は、この実施の形態及び実施例に限定されない。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発光装置を例示するものであって、本発明は発光装置を以下のものに特定されない。
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〜４１０ｎｍが紫色、４１０ｎｍ〜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。

また、実施形態に係る発光装置及びその製造方法において、「上」、「下」、「左」及び「右」などは、状況に応じて入れ替わるものである。本明細書において、「上」、「下」などは、説明のために参照する図面において構成要素間の相対的な位置を示すものであって、特に断らない限り絶対的な位置を示すことを意図したものではない。
本明細書において、発光素子「上」や蛍光体層「上」、反射膜「上」などにおける「上」は接触している形態に限定されず、接触せずに間に他の部材が配置される形態であってもよい。例えば、「発光素子２０の発光面上に配置され」のように「Ａ部材上に配置され」というときには、Ａ部材に接して設けられている場合と、Ａ部材の上に他の層を介して設けられている場合とを含む。
本明細書において「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。さらに組成物中の各成分の含有量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。

以下、本実施形態１に係る発光装置について図面を用いて説明する。図１は、実施形態に係る発光装置の一例を示す概略断面図である。図２は、実施形態１に係る発光装置が発する光の色度座標（ＣＩＥ１９３１）を示す色度図である。反射膜に対する第１の光の入射角Ａは図１に示す入射角Ａを指す。特に断りのない限り、発光素子の平面視において活性層の中心を基準とする。この活性層の中心からの第１の光が出射されると仮定し、入射角Ａを規定している。

発光装置１００は、基台１０と、基台１０に配置される発光素子２０と、発光素子２０上に配置される蛍光体層３０と、蛍光体層３０上に設けられる反射膜４０と、を備える。発光装置１００は、さらに、反射膜４０上に設けられた透光性部材５０を備える。基台１０は、第１リード１１、第２リード１２、第１リード１１と第２リード１２との間に配置される固定部１３、及び、第１リード１１と第２リード１２上に設けられる側壁１４を有している。基台１０は凹部１５が形成されており、凹部１５の内底面１６は第１リード１１と第２リード１２と固定部１３が配置され、凹部１５の内側面１７は側壁１４が配置されている。基台１０の凹部１５の内底面１６上に発光素子２０が配置され、透光性部材５０と接するように基台１０の凹部１５内に樹脂７０が配置されている。発光素子２０は金や半田などの金属やエポキシ樹脂などの樹脂等のダイボンド材を用いて凹部１５の内底面１６上に配置してもよい。基台１０の凹部１５の内底面１６を基準として、基台１０の凹部１５の最上面は、透光性部材５０の表面よりも高い位置にあることが好ましい。これにより透光性部材５０の脱落を防止することができる。

発光素子２０は、３８０ｎｍ以上４３０ｎｍ以下に発光ピーク波長を持つ第１の光を発光する。発光素子２０は、半導体積層体２１と基板２２とを備える。半導体積層体２１は第１半導体層２１ａ、活性層２１ｂ、第２半導体層２１ｃの順に積層されている。発光素子２０は基板２２側若しくは半導体積層体２１側のいずれかに発光面を持つ。
発光素子２０は、発光ピーク波長の最大強度を１とした場合に、４５０ｎｍの相対強度が０．３以下であることが好ましく、４５０ｎｍの相対強度が０．１以下であることがより好ましい。これにより４５０ｎｍ付近の光を外部に放出するのを低減することができる。

蛍光体層３０は、第１の光によって励起されて第１の光より長波長の第２の光を発光する蛍光体を含有する。蛍光体層３０は、蛍光体のみから形成されていてもよく、蛍光体を樹脂などの有機物やセラミックスなどの無機物により固形化されていてもよい。蛍光体層３０は、蛍光体の粒子が焼き固められたものである場合、耐熱性に優れる。蛍光体の粒子がエポキシ樹脂やシリコーン樹脂などに分散されたものである場合、簡易に蛍光体層３０を形成することができる。また、蛍光体の粒子とセラミックスの粒子とを焼き固めたものも耐熱性に優れる。これらは使用目的や用途に応じて適宜選択する。
蛍光体層３０に含有される蛍光体は、５５０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下に発光ピーク波長を持つことが好ましく、５８４ｎｍ以上６８０ｎｍ以下に発光ピーク波長を持つことがより好ましい。この範囲に発光ピーク波長を持つことにより発光輝度を高くすることができるからである。また、赤色発光を視認し易いからである。

反射膜４０は、第１の光を反射し、かつ第２の光を透過する性質を有する。反射膜４０の反射スペクトルにおいて、反射膜４０は、反射膜４０に対する第１の光の入射角Ａが０°から８５°における３８０ｎｍ以上４３０ｎｍ以下の光の反射率が４０％以上であり、より好ましくは４５％以上である。反射膜４０に対する第１の光の入射角Ａが０°から４５°における３８０ｎｍ以上４３０ｎｍ以下の光の反射率が９０％以上であることが好ましく、反射率が９５％以上であることがより好ましい。第１の光と反射膜４０との入射角Ａが０°において、反射膜は、３８０ｎｍ以上５３０ｎｍ以下の反射率が９０％以上であることが好ましく、反射率が９５％以上であることがより好ましい。
これにより、第１の光と反射膜４０との入射角Ａが垂直（０°）でない場合でも、第１の光の透過を抑えることができ、視認する角度による色ずれを抑制できる発光装置１００を提供できる。
発光素子２０の平面視において活性層２１ｂの中心を基準として、反射膜４０方向に−８５°から＋８５°の範囲における３８０ｎｍ以上４３０ｎｍ以下の光の反射率が４０％以上である。この角度は、入射角Ａと同じ角度である。

透光性部材５０は主に第２の光を透過する。透光性部材５０はセラミックスやガラスなどの無機物や樹脂などの有機物を用いることができる。例えば、反射膜４０が接する面が平坦な透明なガラス板からなるものを使用できる。
発光素子２０上に配置される蛍光体層３０は接着剤層６０を介して配置してもよい。接着剤層６０は透光性であることが好ましい。接着剤層６０を用いることで簡易に発光素子２０に蛍光体層３０を配置することができる。また、発光素子２０上に配置される蛍光体層３０を、接着剤を介さずに直接接合してもよい。発光素子２０と蛍光体層３０とを直接接合することにより蛍光体層３０で発生した熱を、発光素子２０を介して放熱することができる。
反射膜４０は単独で用いることができるが、印刷や塗布などで透光性部材５０に反射膜４０を形成することもできる。透光性部材５０に強度の高い部材を用いることで反射膜４０を簡易に設けることができる。また、印刷や塗布などで蛍光体層３０に反射膜４０を形成することもできる。

凹部１５の内底面１６上に配置される樹脂７０は、透光性部材５０の上面を除いて、透光性部材５０の側面に配置してもよい。また、透光性部材５０の側面だけでなく、樹脂７０は、発光素子２０、蛍光体層３０、反射膜４０を覆うように配置してもよい。これにより樹脂７０は、発光素子２０からの第１の光及び蛍光体層３０からの第２の光のいずれも反射する。
樹脂７０には、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、炭酸バリウム、硫酸バリウム、酸化マグネシウム及び炭酸マグネシウムからなる群から選択される光拡散材を少なくとも一種は含まれることが好ましい。これにより発光素子２０からの第１の光が、光拡散材が含有された樹脂７０に照射され蛍光体層３０側に戻すことができ、蛍光体層３０からの第２の光の発光効率を高めることができる。また、樹脂７０には、酸化チタンを含有してもよい。酸化チタンは４２０ｎｍよりも短波長側の光は反射せず吸収されてしまうが、４２０ｎｍよりも長波長側の光は効率良く反射するため、４２０ｎｍ〜４３０ｎｍに発光ピーク波長を持つ発光素子２０を使用する場合は、樹脂７０に酸化チタンを含有させることもできる。
これにより、発光装置１００が発する光は蛍光体層３０が発する第２の光の発光スペクトルと実質的に等しい発光スペクトルを有する光が出射される。

発光素子２０は、同一面側に正負一対の電極を有しており、フェイスダウン実装され、発光素子２０と第１リード１１及び第２リード１２は導電性接合部材により電気的に接続されている。なお、フェイスダウン実装に代えて、フェイスアップ実装することもできる。フェイスアップ実装の場合は、導電性接合部材に代えて、ワイヤを用いて第１リード１１、第２リード１２と接続させてもよい。

反射膜４０は、蛍光体層３０上に設けられ、発光素子２０が発光する第１の光を反射し、蛍光体層３０が発光する第２の光を透過する。反射膜４０は、例えば、互いに屈折率が異なる第１誘電体層４１と第２誘電体層４２とが交互に積層された誘電体多層膜により構成することができる。誘電体多層膜は、第１誘電体層４１の第１屈折率及び第２誘電体層４２の第２屈折率に基づいて第１誘電体層４１の膜厚及び第２誘電体層４２の膜厚を設定することにより、発光素子２０が発光する第１の光を反射し、蛍光体層３０が発光する第２の光を透過するように構成することができる。

また、発光装置１００は、発光素子２０及び蛍光体層３０が、樹脂７０と反射膜４０とによって覆われているので、蛍光体層３０が発光する第２の光は反射膜４０を介して出射されるが、発光素子２０が発光する第１の光は樹脂７０及び反射膜４０によって反射されて蛍光体層３０側に戻され、蛍光体を励起することができ、発光効率を高くできる。これにより、発光装置１００から外部へ放出される第１の光の放出が抑制され、発光装置１００から外部に放出される光を実質的に蛍光体層３０の第２の光のみとすることができ、半導体積層体２１に対して垂直方向の色ずれを防止することができる。しかしながら、第１の光と反射膜４０との入射が垂直でない場合、第１の光の一部は透過する。

発光装置１００において、反射膜４０として誘電体多層膜を用いた場合、誘電体多層膜に対して垂直（０°）に入射した光はほぼ全て反射されるが、垂直入射でない光の一部は透過する。この垂直入射でない光の外部への出射を減らすためには蛍光体層３０の厚さを厚くして、発光素子２０からの第１の光の誘電体多層膜への入射量を減らす、すなわち、発光素子２０からの第１の光の多くが誘電体多層膜に到達する前に蛍光体に吸収されて蛍光体を励起するようにすることが効果的である。しかしながら、蛍光体層３０の厚さを厚くすると発光強度が低下するため、発光素子２０が発光する第１の光の外部への出射が許容できる範囲まで蛍光体層３０を薄くして発光強度を高くすることが好ましい。具体的には、発光装置１００の発光スペクトルにおいて、最大強度を１とした場合に、４５０ｎｍの相対強度が０．３以下とすることが好ましい。

発光装置１００は、ＣＩＥ１９３１色度図のｘｙ色度座標系において、（ｘ＝０．６４５、ｙ＝０．３３５）、（ｘ＝０．６６５、ｙ＝０．３３５）、（ｘ＝０．７３５、ｙ＝０．２６５）、（ｘ＝０．７２１、ｙ＝０．２５９）の４点を結んでできる四角形で囲まれる範囲内にある光を発する。このような構成にすることにより、所定の赤色に発光し、角度による色ずれを抑制する発光装置を提供することができる。

蛍光体層３０に含まれる蛍光体は、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ蛍光体、ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ蛍光体、Ｋ_２ＳｉＦ_６：Ｍｎ蛍光体、から選択される少なくとも１種であることが好ましい。また、その組み合わせとしてもよい。これにより、所定の赤色に発光し、角度による色ずれを抑制する発光装置を提供することができる。

発光装置１００は、透光性部材５０の最上面を除いて樹脂７０に覆われていれば、例えば、砲弾型、表面実装型、チップタイプ等であってもよい。一般に砲弾型とは、外面を構成する樹脂の形状を砲弾型に形成したものを指す。例えば一方にカップを有するリードフレームと、カップ内に配置される発光素子と、発光素子及びリードフレームの一部を覆う封止樹脂と、を有する。また表面実装型とは、凹状の収納部内に発光素子を載置し、発光素子を樹脂にて充填して形成されたものを示す。収容部の材質として熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、セラミックス、金属等で作成したものがある。さらにチップタイプとしては、表面実装型のように凹状の収容部を持たず、発光素子に蛍光体を直接形成して発光素子の側面等を樹脂で固定したものである。チップタイプは蛍光体を含む層を平板状とできる他、レンズ形状としてもよい。
ここでは表面実装型を例にとって詳細を説明する。

［基台］
基台１０の固定部１３及び側壁１４は熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂などの樹脂や、セラミックスやガラスなどの無機物や、絶縁処理等を施した金属などを使用することができる。
表面実装型の基台１０は、絶縁性を有し、光を透過しにくいことが好ましい。基台１０の材料としては、例えば、アルミナや窒化アルミニウム等のセラミックス、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ＢＴレジン、ポリフタルアミド等の樹脂を挙げることができる。なお、樹脂を用いる場合には、必要に応じて、ガラス繊維、酸化ケイ素、酸化チタン、アルミナ等の無機フィラーを樹脂に混合してもよい。これらの中でも、セラミックスは放熱効果が高いためより好ましい。
また、基台１０は第１リード１１と第２リード１２と固定部１３とを有している。基台１０は実装面に対して略垂直方向に光を放出するトップビュー型、実装面に対して略平行方向に光を放出するサイドビュー型が主にあるが、いずれにも本件を使用することができる。第１リード１１、第２リード１２は板状の金属で形成される。ここでは凹部１５の開口方向から見て第１リード１１、第２リード１２は固定部１３から外側に突出していないが、固定部１３から外側に突出した構成もとることができる。

第１リード１１、第２リード１２を構成する材料は、例えば、金属で、２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度以上の熱伝導率を有しているもの、比較的大きい機械的強度を有するもの、あるいは打ち抜きプレス加工又はエッチング加工等が容易な材料が好ましい。具体的には、銅、アルミニウム、金、銀、タングステン、鉄、ニッケル等の金属又は鉄−ニッケル合金、燐青銅等の合金等が挙げられる。また、第１リード１１、第２リード１２の母材の表面に母材よりも光反射率の高い銀、アルミニウム、金などが被覆されていてもよい。

［発光素子］
発光素子２０は、蛍光体層３０に含まれる蛍光体を励起するためのものである。発光素子２０としては、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）チップ又はレーザダイオード（ＬＤ）チップを用いることができ、なかでもＬＥＤチップを用いることが好ましい。発光素子２０を発光ダイオードチップとすることにより、発光素子２０からの光が広がりやすくなるため、蛍光体を効率良く励起できる。発光素子２０として、例えば、窒化物半導体を含む青色発光の発光ダイオードチップを用いられる。ここで、青色発光の発光ダイオードチップとは、３８０ｎｍ〜４３０ｎｍの範囲に発光ピーク波長を有するものを指す。発光素子２０は半導体積層体２１と基板２２とを有する。半導体積層体２１は基板上に積層されたものでもよく、成長基板とは異なる基板に半導体積層体２１を貼り付けたものでもよい。

ここでいう窒化物半導体は、一般式：Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）で表される半導体であり、半導体層の組成やその混晶度によって発光波長を種々選択することができる。窒化物半導体を用いた発光素子２０は、例えば、サファイア等の窒化物半導体の成長が可能な基板２２と該基板２２の上に設けられた半導体積層体２１とを含む。

発光素子２０において、半導体積層体２１には第１半導体層２１ａ、活性層２１ｂ、第２半導体層２１ｃが設けられている。第１半導体層２１ａと第２半導体層２１ｃとは極性が異なる。例えば、第１半導体層２１ａにｐ型半導体層、第２半導体層２１ｃにｎ型半導体層を用い、ｐ型半導体層にはｐ電極が接続されており、ｎ型半導体層にはｎ電極が接続されている。ｐ電極及びｎ電極は発光素子２０の同じ側の面に形成されており、第１リード１１、第２リード１２にフリップチップ実装されていることが好ましい。これにより、発光素子２０の上面が平坦な面となり、発光素子２０の上方に蛍光体層３０を近接して配置することができる。なお、発光素子２０は基板２２を有するが、基板２２は実装時又は実装後に除去され、半導体積層体２１上に蛍光体層３０が直接若しくは接着剤層６０を介して接合されてもよい。

[蛍光体層]
蛍光体層３０は、発光素子２０からの第１の光を吸収して異なる波長の光を発生する。蛍光体層３０は、例えば、蛍光体粒子を含む透光性樹脂ペーストを、透光性部材の表面に反射膜４０を介して印刷することにより形成される。蛍光体層３０は、１又は２以上の層により構成してもよい。蛍光体層３０は、必要に応じて拡散剤を含んでいても良い。

ここでは、３８０ｎｍ以上４３０ｎｍ以下に発光ピーク波長を持つ発光素子２０からの光を吸収し、５５０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下に発光ピーク波長を持つ蛍光体を少なくとも１種、またはその組み合わせを使用する。ここで、蛍光体の発光色として、主に赤色を発光する。蛍光体は５５０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下に発光ピーク波長を持つに過ぎず、５５０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下に発光スペクトルを持つものに限定されない。特に６１０ｎｍ以上６８０ｎｍ以下に発光ピーク波長を持つものが好ましく、６１０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下に発光ピーク波長を持つものが更に好ましい。視感度は約５５５ｎｍをピークに５５５ｎｍより長波長側にいくに従って視感度が低下するため、赤色領域のうち比較的視感度の高い６１０ｎｍ以上６５０ｎｍに発光ピーク波長を持つ蛍光体を使用することが輝度向上に好ましいからである。

蛍光体の平均粒径は、特に制限されず、目的等に応じて適宜選択することができる。蛍光体の平均粒径は、発光効率の観点から、１μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましく、５μｍ以上１５μｍ以下であることがより好ましい。
樹脂中に含有される蛍光体粒子全体の体積が同じである場合、粒径が小さくなると粒子表面積が増え、蛍光体粒子が発光した光が他の蛍光体粒子によって散乱されやすくなり、光取り出し効率が低下する。一方、粒径が大きくなると散乱は少なくなって光の取り出し効率は高くなるが、粒子表面積が小さくなり、蛍光体が発光する光の量が少なくなって波長変換されない光の量が増える。波長変換されずに蛍光体層３０に到達した光は反射膜４０によって再度蛍光体層３０側へ戻されるため、蛍光体粒子の粒径を大きくすることによって、粒子表面での散乱を抑制しつつ発光素子２０からの第１の光を効率よく波長変換を行うことができる。したがって、発光装置１００では、蛍光体粒子の粒径を大きくすることによって、発光素子２０の第１の光を効率よく波長変換を行うことができ、かつ光取り出し効率を向上させることができる。

なお、本明細書でいう蛍光体粒子の平均粒径は、一次粒子が凝集して形成された二次粒子の平均粒径のことをいうものとする。二次粒子の平均粒径（メジアン径）は、例えばレーザー回折式粒度分布測定装置（MALVERN（マルバーン）社製、製品名：MASTER SIZER（マスターサイザー）3000）により測定することができる。

蛍光体層３０の厚さは３０μｍ〜１５０μｍが好ましく、５０μｍ〜１２０μｍがより好ましい。これにより蛍光体層３０内の散乱で失われる第２の光の量を減らし、蛍光体層３０から出射される第２の光の量を増やすことができる。

蛍光体として、窒化物蛍光体や酸化物蛍光体、フッ化物蛍光体、硫化物蛍光体などを使用することができる。
窒化物系蛍光体は、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｌｕからなる群から選ばれる少なくとも１種以上の希土類元素により賦活される、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎからなる群から選ばれる少なくとも１種以上の第ＩＩ族元素と、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆからなる群から選ばれる少なくとも１種以上の第ＩＶ族元素と、Ｎと、を含む蛍光体である。この窒化物蛍光体の組成中に、Ｏが含まれていてもよい。

窒化物系蛍光体の具体例としては、一般式、Ｌ_ＸＭ_ＹＮ_{（（２／３）Ｘ＋（４／３）Ｙ）}：Ｒ若しくはＬ_ＸＭ_ＹＯ_ＺＮ_{（（２／３）Ｘ＋（４／３）Ｙ−（２／３）Ｚ）}：Ｒ（Ｌは、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎからなる群から選ばれる少なくとも１種以上の第ＩＩ族元素である。Ｍは、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆからなる群から選ばれる少なくとも１種以上の第ＩＶ族元素である。Ｒは、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｌｕからなる群から選ばれる少なくとも１種以上の希土類元素である。Ｘ、Ｙ、Ｚは、０．５≦Ｘ≦３、１．５≦Ｙ≦８、０＜Ｚ≦３である。）で表されるものを挙げることができる。

窒化物系蛍光体のより具体的な例としては、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕに代表されるＳＣＡＳＮ系の蛍光体及びＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕに代表されるＣＡＳＮ系の蛍光体を挙げることができる。
また、窒化物系蛍光体以外では、ＫＳＦ（Ｋ_２ＳｉＦ_６：Ｍｎ）系蛍光体、硫化物系蛍光体などを用いることができる。

以上では、蛍光体粒子を含む透光性樹脂ペーストを印刷することにより蛍光体層３０を形成する例を示した。しかしながら、蛍光体層３０は、蛍光体を含むように、ガラス、無機物等の透光性材料を成膜することにより形成するようにしてもよい。また、蛍光体層３０が反射膜４０の表面に直接接している形態を示しているが、蛍光体層３０は必ずしも反射膜４０の表面に直接接している必要はなく、接着剤等の他の部材を介して接合されていてもよい。例えば、板状の蛍光体板を、圧着、融着、焼結、有機系接着剤による接着、低融点ガラス等の無機系接着剤による接着することにより形成するようにしてもよい。

[反射膜]
反射膜４０としては、選択性が高い誘電体多層膜を用いることが好ましい。ここで、選択性が高いとは、反射波長帯域における反射率が高く、透過波長帯域における透過率が高く、かつ反射波長帯域と透過波長帯域間において反射率又は透過率の変化が急峻であることをいう。

誘電体多層膜は、屈折率の異なる２つの第１誘電体層４１と第２誘電体層４２とを、それぞれλ／４の膜厚で交互に周期的に形成した反射膜である。ここで、λは、反射させたい波長領域のピーク波長であり、各誘電体材料における媒質内波長である。この誘電体多層膜は、理論的には、２つの第１誘電体層４１と第２誘電体層４２の屈折率差が大きいほど、また、交互に形成する周期数が多いほど高い反射率が得られることが知られている。しかしながら、２つの第１誘電体層４１と第２誘電体層４２の屈折率差が大き過ぎたり、周期数が大き過ぎると、反射ピーク波長λの両側で反射率が急激に減少したり（波長依存性が急峻になる）、反射率の波長依存性が大きくなったりして、所望の波長範囲で所望の反射率を安定して得ることが難しくなる。そこで、誘電体多層膜では、屈折率の高い誘電体材料からなる第１誘電体層４１と屈折率の低い誘電体材料からなる第２誘電体層４２の各屈折率及び屈折率差、交互に形成する周期数は、所望の波長範囲で所望の反射率が安定して得られるように、適宜設定される。

具体的には、屈折率の高い第１誘電体層４１の第１屈折率は、例えば、１．５〜３．０の範囲に設定され、好ましくは、２．０〜２．６の範囲に設定される。また、屈折率の低い第２誘電体層４２の第２屈折率は、例えば、１．０〜１．８の範囲に設定され、好ましくは、１．２〜１．６の範囲に設定される。さらに、第１誘電体層４１と第２誘電体層４２とを交互に形成する周期数は、例えば、１〜２０の範囲に設定され、好ましくは、１〜５の範囲に設定される。第１屈折率と第２屈折率との差は０．３以上が好ましく０．５以上がより好ましく、０．７以上がさらに好ましい。

第１誘電体層４１を構成する誘電体材料は、例えば、ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｔａ_２Ｏ_５及びＺｒ_２Ｏ_５から選択することができる。第２誘電体層４２を構成する誘電体材料は、例えば、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３及びＳｉＯＮから選択された材料により構成することができる。

[透光性部材]
透光性部材５０は、一方の面に反射膜４０と蛍光体層３０とが設けられ、その反射膜４０及び蛍光体層３０を支持する。透光性部材５０には、ガラスや樹脂のような透光性材料からなる板状体を用いることができる。ガラスとして、例えば、ホウ珪酸ガラスや石英ガラスから選択することができる。また、樹脂として、例えば、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂から選択することができる。透光性部材５０の厚さは、製造工程における機械的強度が低下せず、蛍光体層３０に十分な機械強度を付与することができる厚さであればよい。また、透光性部材５０には、拡散剤を含有させてもよい。拡散剤には、酸化チタン、チタン酸バリウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素等を用いることができる。また、発光面となる透光性部材５０の上面、つまり反射膜４０と蛍光体層３０とが設けられた面の反対の面は、平坦な面に限定されず、微細な凹凸を有していてもよい。発光面に凹凸を有していると、発光面からの出射光が散乱されて輝度むらや色むらを抑制することが可能となる。

[接着剤層]
接着剤層６０は、発光素子２０と蛍光体層３０とを接着する。接着剤層６０は、発光素子２０からの出射光を極力減衰させることなく蛍光体層３０へと導光できる材料が好ましい。具体例としてはエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、およびポリイミド樹脂等の有機樹脂を挙げることができるが、シリコーン樹脂が好ましい。接着剤層６０の厚さは、薄ければ薄いほど好ましい。接着剤層が薄いと、接着剤層を透過する光の損失を少なくでき、かつ放熱性を向上させることができ、発光装置から出射される光の強度を高くできるからである。

接着剤層６０は、発光素子２０と蛍光体層３０の間のみならず、発光素子２０の側面にも存在してもよい。また、蛍光体層３０のバインダーにシリコーン樹脂を用いる場合には、接着剤層６０の接着剤にもシリコーン樹脂を用いることが好ましい。蛍光体層３０と接着剤層６０の屈折率差を小さくすることができるので、接着剤層６０から蛍光体層３０への入射光を増加させることが可能となる。

［樹脂］
樹脂７０の材料としては、絶縁材料を用いることが好ましい。ある程度の強度を確保するために、例えば熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等を用いることができる。より具体的には、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ＢＴレジンや、ＰＰＡやシリコーン樹脂などが挙げられる。また、これらの母体となる樹脂に、発光素子２０からの光を吸収しにくく、かつ母体となる樹脂に対する屈折率差の大きい反射部材を用いることができる。具体的には、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、炭酸バリウム、硫酸バリウム、酸化マグネシウム及び炭酸マグネシウムからなる群から選択される光拡散材を少なくとも一種を分散することで、効率よく光を反射させることができる。
＜実施形態２＞

実施形態２に係る発光装置について、図面を用いて説明する。図１は、実施形態に係る発光装置の一例を示す概略断面図である。図１０は、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ蛍光体と、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ蛍光体の粉体反射率を示すスペクトル図である。実施形態２は蛍光体層３０の形態が、蛍光体層が複数積層されている以外は実施形態１とほぼ同じである。実施形態１と重複する箇所については説明を省略することもある。

蛍光体層３０は発光素子２０に近い側にＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ蛍光体層、遠い側に（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ蛍光体層を配置している。この順番に配置することにより、ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ蛍光体と（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ蛍光体とを分散させたものに比べ、発光効率を高め、明るい発光装置を提供することができる。これは例えば４４０ｎｍ〜４８０ｎｍの発光素子２０の発光波長付近において、ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ蛍光体の方が（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ蛍光体よりも反射率が高いため、ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ蛍光体層と（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ蛍光体層との界面で反射された発光素子２０からの青色光を再びＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ蛍光体層に戻すことができ、ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ蛍光体の発光を増幅させているからと思われる。発光素子２０の発光波長付近においてＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ蛍光体よりも反射率が低く光吸収の高い（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ蛍光体を上層に配置することで（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ蛍光体層を透過してしまう青色光を減らすことができる。

発光装置１００の製造方法としては、透光性部材５０に、異なる屈折率を有する誘電体層を交互に含む誘電体多層膜である反射層４０を形成、その反射膜４０上に、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ蛍光体層、ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ蛍光体層の順番に蛍光体層３０を形成する。ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ蛍光体層と（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ蛍光体層との膜厚は特に限定されないが、例えば約１００μｍである。

発光素子２０は予め基台１０に配置しておく。接着剤層６０は発光素子２０の上面に塗布し、発光素子２０の発光面が、蛍光体層３０と対向するように、蛍光体層３０を発光素子２０上に配置する。
以上により、発光装置１００を簡易に製造することができる。

以下、実施例は図面を用いて具体的に説明するが、本実施形態はこれらの実施例に限定されるものではない。図３は、実施例１に係る発光装置における、光が垂直入射（入射角０°）した場合の、反射膜の波長に対する反射率を示す図である。図３はシミュレーションである。図４は、実施例１及び実施例２、比較例１の発光装置における指向角による色度座標ｘのずれを示す図である。図５は、実施例１及び実施例２、比較例１の発光装置における指向角による色度座標ｙのずれを示す図である。図６は、実施例１及び実施例２、比較例１に係る発光装置の発光スペクトルを示す図である。図７は、実施例１及び実施例２，比較例１に係る発光装置の発光スペクトルを示す図である。図８は、反射膜に対する発光素子が発する第１の光の入射角における反射率を示す図である。図９は、反射膜に対する発光素子が発する第１の光の入射角における反射率を示す図である。図８は図９の一部抜粋である。
実施例１及び実施例２、比較例１の発光装置を作製する。実施形態と重複する箇所については説明を省略することもある。

実施例１及び実施例２、比較例１の発光装置に使用する発光素子２０として、約４０３ｎｍ、約４２０ｎｍ、約４４７ｎｍにそれぞれ発光ピーク波長λｐを持つ窒化物系半導体発光素子を用いる。透光性部材５０は厚さが１５０μｍのガラス板を用い、そのガラス板の上に、５５０ｎｍより短波長側の光を反射し、５５０ｎｍより長波長側の光を透過するように設計した誘電体多層膜（ＤＢＲ反射膜）を用いた反射膜４０を形成した。具体的には、誘電体多層膜は、Ｎｂ_２Ｏ_５からなる第１誘電体層４１とＳｉＯ_２からなる第２誘電体層４２を、透光性部材５０の上に第２誘電体層４２、第１誘電体層４１、第２誘電体層４２、第１誘電体層４１の順に交互に、スパッタ法により、１５．５周期（合計３１層）積層することにより形成した。

蛍光体層３０は、シリコーン樹脂（信越化学工業社製ＫＪＲ−９２０１）にＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕで表されるＣＡＳＮ系蛍光体粒子を所定の重量％になるように混合して、反射膜４０の上に印刷法により、所定の厚さに形成した。実施例１及び実施例２、比較例１に用いられる蛍光体層３０の蛍光体は、発光ピーク波長が約６６０ｎｍであり、また、平均粒径が６．５μｍである。

そして、反射膜４０及び蛍光体層３０が形成された透光性部材５０を個片化し、基台１０（日亜化学工業社製ＮＪＳＷ１７２Ａ）上に実装した発光素子２０上にシリコーン樹脂（信越化学工業社製ＫＪＲ−９２００）により接合する。さらに、透光性部材５０の上面を除いて透光性部材５０の側面、蛍光体層３０、発光素子２０、基台１０の凹部１５の内底面１６及び内側面１７を樹脂７０にて覆う。樹脂７０は光拡散材を含有したシリコーン樹脂（信越化学工業社製ＫＪＲ−９０２３Ｎ）を用いる。凹部１５の内側面１７と発光素子２０等との間に樹脂７０を注入し、約１５０℃で４時間加熱することで樹脂組成物を硬化させる。
以上のようにして作製した実施例１及び実施例２、比較例１の発光装置の発光特性を表１に示す。

実施例１及び実施例２、比較例１の発光装置において、いずれも所定の赤色に発光する。ほぼ同一の色度点における実施例１及び実施例２、比較例１の配光色度Δｘを図４に、配向色度Δｙを図５に示す。ここで、配光色度Δｘ、Δｙとは、正面方向の色度座標を基準として、発光装置の指向角による色度座標のずれを表す。比較例１において指向角６０°〜８５°において配向色度Δｘ、Δｙのいずれもがマイナス側に０．０１以上ずれており、色度座標においては青色が強くなる方向にシフトしている。比較例１に比べ、実施例１及び２は指向角６０°〜８５°において、色度座標のずれが小さくなっており、配光色度は改善している。また、比較例１に比べて、実施例２及び実施例１の方が視感度は低いため、より一層色ずれを感じ難くなっている。

また、図８に示すように、各波長における反射率は、入射角６０°付近では約半分に低下するが、入射角８０°付近においては、波長４５０ｎｍのみ急激に低下する。これにより、実施例１及び２は指向角による配光色度のずれを小さいまま維持するが、比較例１は、入射角が大きくなるにつれて配光色度のずれが大きくなる。また、発光スペクトルにおいて、比較例１に比べて、実施例１及び２は、発光素子によるピーク波長の強度が弱くなっている。このことから、実施例１及び２は、入射角によるＤＢＲ反射膜の反射率が維持され、発光素子の発する光が反射されていることがわかる。

本実施形態の発光装置は、一般照明、車載照明、観賞用照明、警告灯、表示灯等の幅広い分野で用いることができる。例えば、近紫外乃至青色光を発光する発光ダイオードと組み合わせて、車のリアランプやブレーキランプ等に用いられる発光装置を構成する場合には、例えば、窒化物系蛍光体を用いることができる。

１０ 基台
１１ 第１リード
１２ 第２リード
１３ 固定部
１４ 側壁
１５ 凹部
１６ 内底面
１７ 内側面
２０ 発光素子
２１ 半導体積層体
２１ａ 第１半導体層
２１ｂ 活性層
２１ｃ 第２半導体層
２２ 基板
３０ 蛍光体層
４０ 反射膜
４１ 第１誘電体層
４２ 第２誘電体層
５０ 透光性部材
６０ 接着剤層
７０ 樹脂
１００ 発光装置
Ａ 入射角

Claims (13)

1. ３８０ｎｍ以上４３０ｎｍ以下に発光ピーク波長を持ち、かつ前記発光ピーク波長の最大強度を１とした場合に、４５０ｎｍの相対強度が０．３以下である第１の光を発光する、発光面を持つ発光素子と、
   前記発光素子の発光面上に配置され、前記第１の光によって励起されて前記第１の光より長波長の第２の光を発光する蛍光体を含有する蛍光体層と、
   前記蛍光体層の上面に設けられ、前記第１の光を反射し、かつ前記第２の光を透過する反射膜と、を有し、
   前記反射膜の反射スペクトルにおいて、前記反射膜は、前記反射膜に対する前記第１の光の入射角が０°から８５°における３８０ｎｍ以上４３０ｎｍ以下の光の反射率が４０％以上であり、
   ＣＩＥ１９３１色度図のｘｙ色度座標系において、
   （ｘ＝０．６４５、ｙ＝０．３３５）、（ｘ＝０．６６５、ｙ＝０．３３５）、（ｘ＝０．７３５、ｙ＝０．２６５）、（ｘ＝０．７２１、ｙ＝０．２５９）の４点を結んでできる四角形で囲まれる範囲内の色度の光を発する発光装置。
2. 前記反射膜に対する第１の光の入射角が０°から４５°における３８０ｎｍ以上４３０ｎｍ以下の光の反射率が９０％以上である請求項１に記載の発光装置。
3. 前記第１の光と前記反射膜との入射角が０°において、前記反射膜は、３８０ｎｍ以上５３０ｎｍ以下の反射率が９０％以上である請求項１又は２に記載の発光装置。
4. 前記蛍光体は、５５０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下に発光ピーク波長を持つ請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発光装置。
5. 前記発光装置は、さらに前記反射膜上に設けられた透光性部材を備えている請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発光装置。
6. 前記発光装置は、さらに基台を備えており、前記発光素子は、前記基台に配置されている請求項１乃至５のいずれか一項に記載の発光装置。
7. 前記発光装置は、さらに基台を備えており、
   前記基台は内底面と内側面を持つ凹部を形成しており、
   前記発光素子は、前記基台の凹部の内底面に配置されており、
   前記基台の母材は、セラミックであり、前記発光素子及び前記透光性部材と接するように前記基台の凹部内に樹脂が配置されている請求項５に記載の発光装置。
8. 前記基台の凹部の内底面に対して、前記基台の凹部の最上面は、前記透光性部材の表面よりも高い位置にある請求項７に記載の発光装置。
9. 前記樹脂は、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、炭酸バリウム、硫酸バリウム、酸化マグネシウム及び炭酸マグネシウムからなる群から選択される光拡散材を少なくとも一種含む請求項７又は８に記載の発光装置。
10. 前記蛍光体は、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ蛍光体、ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ蛍光体、Ｋ_２ＳｉＦ_６：Ｍｎ蛍光体、から選択される少なくとも１種、またはその組み合わせである請求項１乃至９のいずれか一項に記載の発光装置。
11. 前記蛍光体層は複数積層されており、前記発光素子に近い側にＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ蛍光体層、遠い側に（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ蛍光体層を配置している請求項１乃至９のいずれ一項に記載の発光装置。
12. 前記反射膜は、誘電体多層膜である請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の発光装置。
13. ３８０ｎｍ以上４３０ｎｍ以下に発光ピーク波長を持ち、かつ前記発光ピーク波長の最大強度を１とした場合に、４５０ｎｍの相対強度が０．３以下である第１の光を発光する、第１半導体層、活性層、第２半導体層の順に積層された発光素子と、
    前記発光素子上に配置され、前記第１の光によって励起されて前記第１の光より長波長の第２の光を発光する蛍光体を含有する蛍光体層と、
    前記蛍光体層の上面に設けられ、前記第１の光を反射し、かつ前記第２の光を透過する反射膜と、を有し、
    前記発光素子の平面視において前記活性層の中心を基準として、前記反射膜方向に−８５°から＋８５°の範囲における３８０ｎｍ以上４３０ｎｍ以下の光の反射率が４０％以上であり、
    ＣＩＥ１９３１色度図のｘｙ色度座標系において、
    （ｘ＝０．６４５、ｙ＝０．３３５）、（ｘ＝０．６６５、ｙ＝０．３３５）、（ｘ＝０．７３５、ｙ＝０．２６５）、（ｘ＝０．７２１、ｙ＝０．２５９）の４点を結んでできる四角形で囲まれる範囲内の色度の光を発する発光装置。

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