JP7277804B2

JP7277804B2 - 発光装置及び光源

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Publication number: JP7277804B2
Application number: JP2021065064A
Authority: JP
Inventors: 泰気湯浅; 正樹林
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2016-06-29
Filing date: 2021-04-07
Publication date: 2023-05-19
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Description

本発明は、発光装置及び光源に関する。

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、青色発光ダイオード素子と、青色光で励起され黄色光を発する黄色蛍光体とを有してなり、有色光を発する有色発光ダイオードランプ知られている（例えば、特許文献１参照）。また、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、によって自動車のテイルランプ及びブレーキランプを形成する証明が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００７－０８８２４８号公報特開２０１１－２０４４０６号公報

しかしながら、所定の赤色に発光する発光装置は実現されていない。

本実施形態に係る発光装置は、輝度の高い所定の赤色に発光する発光装置及び光源を提供することを目的とする。

本実施形態に係る第１発光装置は、発光源として、４２０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下に第１発光ピーク波長を持つ第１発光素子と、６１０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下に第２発光ピーク波長を持つ少なくとも１種の蛍光体と、を主に含み、ＣＩＥ１９３１の色度図において、色度座標がｘ＝０．６６６、ｙ＝０．３３４である第一の点、色度座標がｘ＝０．６４３、ｙ＝０．３３４である第二の点、色度座標がｘ＝０．５７６、ｙ＝０．２９１である第三の点及び色度座標がｘ＝０．７３７、ｙ＝０．２６３である第四の点について、第一の点及び第二の点を結ぶ第一の直線と、第二の点及び第三の点を結ぶ第二の直線と、第三の点及び第四の点を結ぶ第三の直線と、第四の点及び第一の点を結ぶ色度図の曲線とで囲まれる範囲の光を発する。
本実施形態に係る光源は、前記第１発光装置と、窒化物系半導体である緑色を発光する第２発光素子を持つ第２発光装置と、窒化物系半導体である青色を発光する第３発光素子を持つ第３発光装置と、を備える。

これにより輝度の高い所定の赤色に発光する発光装置及び光源を提供することができる。

第１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。第１実施形態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１～６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１～６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７～９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７～９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１～９に係る発光装置が発する光の色度座標を示す図である。実施例１～６に係る発光装置が、周囲温度２５℃及び１５０℃において発する光の色度座標を示す図である。（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。実施例１０～１６の第１発光装置を示す概略断面図である。

以下、第１実施形態に係る第１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第１発光装置を例示するものであって、本発明は第１発光装置を以下のものに特定しない。
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、ＪＩＳＺ８１１０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。

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。

＜第１発光装置＞
第１発光装置について図面を用いて説明する。図１は、第１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、第１実施形態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。
第１発光装置１０１は、可視光の短波長側の光、例えば３８０ｎｍ～４８５ｎｍの光を発し、４２０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下に第１発光ピーク波長を持つ窒化ガリウム系化合物半導体の第１発光素子１１と、第１発光素子１１を載置するパッケージ２０と、を有する。パッケージ２０は第１リード２１と第２リード２２と固定部２３とを有している。パッケージ２０は底面と側面を持つ凹部を形成しており、底面は第１リード２１、第２リード２２が配置されており、第１リード２１と第２リード２２とを絶縁するために絶縁性の固定部２３が配置されている。パッケージ２０の凹部の底面に第１発光素子１１が載置されている。第１発光素子１１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、第１発光素子１１と第１リード２１及び第２リード２２は導電部材３０により電気的に接続されている。第１発光素子１１は蛍光体６０が含有された封止部材５０により覆われている。
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、導電部材３０に代えて、ワイヤを用いて第１リード２１、第２リード２２と接続させてもよい。

発光源として、４２０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下に第１発光ピーク波長を持つ第１発光素子１１と、波長６１０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下に第２発光ピーク波長を持つ少なくとも１種の蛍光体６０と、を主に含む第１発光装置１０１である。「主に含む」は発光にほとんど寄与しない蛍光体が含まれるのを除外したものである。
第１発光装置１０１は、ＣＩＥ１９３１の色度図において、色度座標がｘ＝０．６６６、ｙ＝０．３３４である第一の点、色度座標がｘ＝０．６４３、ｙ＝０．３３４である第二の点、色度座標がｘ＝０．５７６、ｙ＝０．２９１である第三の点及び色度座標がｘ＝０．７３７、ｙ＝０．２６３である第四の点について、第一の点及び第二の点を結ぶ第一の直線と、第二の点及び第三の点を結ぶ第二の直線と、第三の点及び第四の点を結ぶ第三の直線と、第四の点及び第一の点を結ぶ色度図の曲線とで囲まれる範囲の光を発する。
このような構成にすることにより、輝度の高い所定の赤色に発光する第１発光装置１０１を提供することができる。

第１発光素子１１は、４２０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下に第１発光ピーク波長を持つが、例えば、４４０ｎｍ以上４６０ｎｍ以下に第１発光ピーク波長を持つものが好ましく、４４５ｎｍ以上４５５ｎｍ以下に第１発光ピーク波長を持つものがさらに好ましい。第１発光素子１１の発光スペクトルの半値幅は特に限定されないが、３０ｎｍ以下とすることが好ましい。

第１発光装置１０１の発光スペクトルにおいて、第２発光ピーク波長の最大強度を１とした場合に、第１発光ピーク波長の相対強度が、０．００５～０．０２とすることが好ましい。第１発光ピーク波長と第２発光ピーク波長とを所定の割合とすることにより、高輝度の赤色に発光する第１発光装置１０１を提供することができる。蛍光体６０に吸収される光の量を増やし、第１発光装置１０１から外部に放出される第１発光素子１１からの光の量を大幅に減らすことで、赤色に発光する第１発光装置１０１を実現できたものである。一方、第１発光素子１１からの光を完全に遮蔽してしまうと、第１発光装置１０１から外部に放出される光量が減り、高輝度の第１発光装置１０１を提供することができない。そのため、第２発光ピーク波長の最大強度を１とした場合に、第１発光ピーク波長の相対強度が、０．００５～０．０２とすることが好ましく、特に、０．００５～０．０１とすることが特に好ましい。

少なくとも１種の蛍光体６０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。これにより高輝度の第１発光装置を提供することができる。

少なくとも１種の蛍光体６０は、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ蛍光体と、ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ蛍光体と、の組合せであることが好ましい。この組合せとすることにより（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ蛍光体と、ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ蛍光体と、の相互の光吸収を低減でき、かつ、所定の明るさの第１発光装置を提供することができる。つまり、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ蛍光体の発光ピーク波長は、ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ蛍光体の発光ピーク波長よりも１０ｎｍ以上長波長であるため、より深紅の第１発光装置１０１を提供することができる。

第１発光装置１０１は、さらに第１発光素子１１の側面を覆う反射部材４０と、第１発光素子１１の上面を覆い蛍光体６０が含有されている封止部材５０と、を備えることが好ましい。第１発光素子１１の側面から放出される光の多くを正面方向に出射するためである。また、第１発光素子１１の上面と反射部材４０の上面とを蛍光体６０で覆うことにより、第１発光素子１１から出射され、蛍光体６０や他の部材に照射され、反射された光の一部が第１発光素子１１に戻ってくる光を減らすためである。つまり戻ってきた光が第１発光素子１１の側面から第１発光素子１１の内部に伝播されると、第１発光装置１０１から外部に出射される光量が減少するためである。

封止部材５０は、第１発光素子１１に近い側から遠い側に順に、ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ蛍光体が含有された層、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ蛍光体が含有された層、が配置されていることが好ましい。このように配置することで、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ蛍光体から発せられた光がＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ蛍光体に吸収される光量を減らすことで、より効率良い第１発光装置１０１を提供することができる。

封止部材５０は、第１発光素子１１に近い側から遠い側に順に、蛍光体が含有された第１層、蛍光体が含有された第２層、が配置されており、第１層と第２層との間に界面が存在しており、第１層に含まれる蛍光体の含有量を１００％としたときに、第２層に含まれる蛍光体の含有量が１％～６０％であることが好ましい。第１層と第２層との間に界面を設けることにより第２層から第１層に戻ってくる光量を減らすことができる。また、第２層に含まれる蛍光体の量を減らすことにより、第１発光素子１１からの光、第１層に含まれる蛍光体からの光を増やすことができる。

蛍光体６０の含有量は、封止部材５０の１００重量部に対して、４５～８０重量部であることが好ましい。赤色の光量を増やすに際し、蛍光体６０を使用すると、第１発光装置１０１から外部に放出される光量が減少するため、蛍光体６０の含有量を所定の範囲内にすることが好ましい。
第１発光素子１１は、窒化物系半導体であることが好ましい。耐熱性、耐光性に優れているからである。

第１発光装置１０１は、さらに封止部材５０上に誘電体多層膜を備えることが好ましい。第１発光装置１０１から外部に放出される第１発光素子１１の光を誘電体多層膜により蛍光体側に戻すことにより、より効率的に所定の赤色光を発する第１発光装置１０１を提供することができる。例えば、蛍光体を分散することにより、上層の蛍光体によって遮られていた光量を減らし、第１発光装置から外部に放出される蛍光体の光量を増やすことができる。その一方、第１発光素子からの光が分散された蛍光体中を透過し易くなり、第１発光装置から外部に漏れ出す光量が増えてしまう。この外部に漏れ出す光を誘電体多層膜により反射させ、蛍光体に照射することにより第１発光装置から放出される第１発光素子からの光量を減らすことができる。

第１発光装置１０１は、周囲温度２５℃における色度座標の第１点と、周囲温度１５０℃における色度座標の第２点と、の範囲の差がいずれもｘ＝０．０１０、ｙ＝０．０１０以内であることが好ましい。このように周囲温度が変化した場合であっても、色度の変化量が小さい第１発光装置１０１を提供することができる。特に警告灯や表示灯のように色度範囲が決まっているものにおいて、色ずれが大きくなることは好ましくない。そのため、色ずれを最小限に抑えることができる第１発光装置１０１は非常に有意義である。

第１発光装置１０１は、砲弾型、表面実装型、チップタイプ等を挙げることができる。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説明する。

［発光素子］
第１発光素子の第１発光ピーク波長は、４２０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下の範囲にある。この範囲に第１発光ピーク波長を有する第１発光素子を励起光源として用いることにより、第１発光素子からの光と蛍光体からの光との混色光を発する第１発光装置を構成することが可能となる。

第１発光素子には半導体発光素子を用いることが好ましい。半導体発光素子は高効率で入力に対する出力のリニアリティが高く、機械的衝撃にも強く、安定しているからである。半導体発光素子としては、例えば、窒化物系半導体（Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１－Ｘ－Ｙ}Ｎ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）を用いた青紫色や青色に発光する半導体発光素子を用いることができる。第１発光素子は主に青紫色や青色を発し、紫外線の成分をほとんど含まないため、第１発光装置の構成部品の劣化を抑えることができ、人体への悪影響が小さい。

［パッケージ］
表面実装型のパッケージは第１リードと第２リードと固定部とを有している。パッケージ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、第２リードは板状の金属で形成される。ここでは凹部の開口方向から見て第１リード、第２リードは固定部から外側に突出していないが、固定部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、第２リードを構成する材料は、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、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、金などで被覆されていてもよい。
固定部は熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂などの樹脂、セラミックスなどの無機物、絶縁物で被覆された金属、などが使用できる。また、固定部の樹脂中などに光反射性材料が含有されていることが好ましい。

［導電部材］
導電部材は、第１発光素子をパッケージに固定し、第１発光素子が有する正負一対の電極を第１リード及び第２リードに対して電気的に接続する部材である。導電部材としては、銀、金、パラジウム等の導電性ペーストや、錫－ビスマス系、錫－銅系、錫－銀系、金－錫系等の半田、低融点金属等のろう材を目的に応じて適宜選択して用いることができる。

［反射部材］
反射部材は、第１発光素子の側面、並びに、第１リード及び第２リードの上面を覆う。反射部材は第１発光素子と接触する部分において、反射部材は第１発光素子の上面と同一面若しくはそれよりも低く配置することが好ましい。反射部材はパッケージの凹部の側面と接触するように配置されていることが好ましい。反射部材は酸化チタン、チタン酸バリウム等の粒子を直接、若しくは、接着剤等を用いて第１リード上に固定する。

［封止部材］
封止部材は電気的絶縁性を有し、第１発光素子と蛍光体から発せられる光を透過可能であり、かつ固化若しくは硬化前は流動性を有する材料であれば、特に限定されるものではない。封止部材としては、例えば、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂、ガラス等が挙げられる。熱硬化性樹脂として、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ変性シリコーン樹脂等の変性シリコーン樹脂などを挙げることができる。中でも、シリコーン樹脂は、耐熱性や耐光性に優れ、固化後の体積収縮が少ないため、好ましい。

封止部材は蛍光体を分散させることが好ましい。ただし完全に分散されておらず、蛍光体の一部がわずかに沈降していたり、蛍光体に濃度差があったりしていても、発明の効果を妨げない限り使用することができる。つまり粘度の高い封止部材を用いて蛍光体を均一に分散させることが好ましいが、やや粘度の低い封止部材を用いて硬化時間を短縮し蛍光体の一部は沈降するが蛍光体の残りは分散している形態を採ることも出来る。蛍光体の粒子を封止部材に混合するに際し、粘度の高い封止部材を用いた場合、蛍光体の量によって粘度が更に上がるため、均一に分散することが難しい。そのため、粘度の低い封止部材を用いることにより封止部材の粘度の上昇を抑え、高濃度に蛍光体を分散させることができる。

また、蛍光体を均一に分散させるに際し、拡散材等の他の成分を必要に応じて含有してもよい。
封止部材は１層に限られず、２層、３層等複数層とすることができる。例えば、封止部材は第１発光素子に近い側に第１層を設け、第１発光素子から遠い側に第２層を設け、第１層と第２層との間に界面が存在していてもよい。第１層と第２層とが同じ材料としても良いが、第１層と第２層を異なる材料を用いてもよい。
例えば第１層よりも屈折率の高い第２層を設けることにより第１発光素子から出射された光は第１層と第２層との界面で反射され、第１発光素子からの光が第１層側に戻ってくることにより第１層に含まれる蛍光体に照射される光量を増やすことができる。
また、例えば第１層よりも屈折率の低い第２層を設けることにより第１層に含まれる蛍光体から放出される光を効率良く第１層から第２層に放出することができ、第１発光装置から外部への光取り出し効率を上げることができる。

［蛍光体］
蛍光体は、第１発光素子からの光を吸収し、異なる波長に発光するものである。ここでは４２０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下に第１発光ピーク波長を持つ第１発光素子からの光を吸収し、６１０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下に第２発光ピーク波長を持つ蛍光体を少なくとも1種使用する。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６１０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下に第２発光ピーク波長を持つに過ぎず、６１０ｎｍ以上７５０ｎｍ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以下に第２発光ピーク波長を持つものが好ましく、６１０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下に第２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に第２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。

蛍光体は封止部材に含有されており、少なくとも１種であるが、２種類若しくは３種類が好ましい。使用する蛍光体の種類が増えることにより個々の蛍光体の劣化や温度特性の変化等を考慮しなければならず制御が難しくなるからである。
蛍光体は、例えば、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ等のＳＣＡＳＮ系蛍光体、ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ等のＣＡＳＮ系蛍光体やＣａ_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｃａ）_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ等のＣＥＳＮ系蛍光体、Ｋ_２ＳｉＦ_６：ＭｎのＫＳＦ蛍光体等を用いることができる。中でも、ＳＣＡＳＮ系蛍光体とＣＡＳＮ系蛍光体とを少なくとも１種、或いは複数を組み合わせて用いることが好ましい。ＳＣＡＳＮ蛍光体であっても、ＳｒとＣａの比率を変えることにより異なる発光色となるため、発光ピーク波長が５ｎｍ以上離れるものを異なる種類の蛍光体とする。

第１発光装置の発光スペクトルにおいて、第２発光ピーク波長の最大強度を１とした場合に、第１発光ピーク波長の相対強度が０．００５～０．０２である。その相対強度は蛍光体の種類や使用量により簡易に調整することができる。

蛍光体の含有質量％は、走査型電子顕微鏡を用い、第１発光装置断面に対して電子ビームを照射したとき放出される特性Ｘ線を測定することで求められる。例えば、走査型電子顕微鏡Ｓ－４７００（日立製作所製）を用いて測定される。

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。

［拡散材等］
封止部材内に蛍光体をより均一に分散させるために、拡散材を含有することが好ましい。拡散材はシリカ、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化アンチモン、水酸化アルミニウム、硫酸バリウム、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム、チタン酸バリウム等を使用することができるが、シリカを用いることが好ましい。使用されるシリカの粒径は１～３００μｍであってもよく、１～５０μｍであることが好ましい。また、使用されるシリカの屈折率は１．４６～１．５３であり、封止部材に屈折率１．５４～１．５６のシリコーン樹脂を用いることにより、反射効率を高めることができる。拡散材の含有量は封止部材１００１００重量部に対して、０．１～１０重量部であってもよく、０．８～２重量部であることが好ましい。

封止部材は、蛍光体及び拡散材に加えてその他の成分を必要に応じて含んでいてもよい。その他の成分としてはフィラー、光安定化剤、着色剤、酸化防止剤等を挙げることができる。フィラーは光反射を主な目的とせずパッケージの固定部の強度を上げるためなどに用いられるものである。封止部材がその他の成分を含む場合、その含有量は特に制限されず、目的等に応じて適宜選択することができる。例えば、フィラーを含む場合、その含有量は封止樹脂１００重量部に対して、０．０１～２０重量部とすることができる。

＜光源＞
上述した第１発光装置を使用した応用製品として、第１発光装置と、窒化物系半導体である緑色を発光する第２発光素子を持つ第２発光装置と、窒化物系半導体である青色を発光する第３発光素子を持つ第３発光装置と、を備える光源がある。この光源は３ｉｎ１として光の三原色を光源とするもので、ディスプレイ等に使用される１画素に相当する。

従来、ＧａＰやＧａＡｓ等の赤色に発光する発光素子を用いた光源を使用する場合、ＧａＰやＧａＡｓと窒化物系半導体とは温度特性が異なるため、温度変化に伴い光源に色ずれが生じている。このＧａＰやＧａＡｓ等の赤色に発光する発光素子を用い、この発光素子の周囲温度を２５℃から１５０℃に上げた場合、発光スペクトルにおいて２０ｎｍ～３０ｎｍ程度短波長側に発光ピーク波長がシフトし、色ずれが生じている。

それに対し、窒化物系半導体である第１発光素子を用いた第１発光装置と、窒化物系半導体である緑色を発光する第２発光素子を持つ第２発光装置と、窒化物系半導体である青色を発光する第３発光素子を持つ第３発光装置と、を備える光源は、いずれの発光素子も窒化物系半導体であるため、温度特性が共通しており、温度変化が生じても光源の色ずれは極めて小さい。特に窒化物系半導体である第１発光素子を用い、この発光素子の周囲温度を２５℃から１５０℃に上げた場合、発光スペクトルにおいて３ｎｍ以下しか発光ピーク波長がシフトせず、大幅な色ずれは生じていない。
このような光源の色ずれはディスプレイのように直視するものにおいては極めて深刻な問題である。よって光源の色ずれを防止することができる点で極めて有用である。

以下、実施例を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
実施例１～９の第１発光装置について説明する。図３は、実施例１～６に係る発光装置の発光スペクトルを示す図である。図４は、実施例１～６に係る発光装置の発光スペクトルを示す図である。図５は、実施例７～９に係る発光装置の発光スペクトルを示す図である。図５は４００ｎｍ～９００ｎｍにおける発光スペクトルを示す。図６は、実施例７～９に係る発光装置の発光スペクトルを示す図である。図６は４００ｎｍ～５００ｎｍにおける発光スペクトルを示す。図７は、実施例１～９に係る発光装置が発する光の色度座標を示す図である。図８は、実施例１～６に係る発光装置が、周囲温度２５℃及び１５０℃において発する光の色度座標を示す図である。
＜実施例１～６＞

表１は、蛍光体Ａ～Ｄの粉体特性、発光特性等を示す。蛍光体Ａ～Ｄの発光特性として４６０ｎｍの励起光による蛍光の色度座標ｘおよびｙを示す。平均粒径はフィッシャー・サブ・シーブ・サイザーズ・ナンバーであり、空気透過法を用いてフィッシャー・サブ・シーブ・サイザー（フィッシャー社製）にて測定した。平均粒径のＤｍは、中央粒径であり、電気抵抗法を用いてCoulter Multisizer II（ベックマン・コールター社製）にて測定した。

実施例１～６の第１発光装置を作製する。第１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１～６の第１発光装置に使用する第１発光素子として約４４７ｎｍに第１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。また、実施例１～６の第１発光装置に使用する蛍光体Ａ～Ｄとして６１０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下に第２発光ピーク波長を持つものを用いる。実施例１～６の第１発光装置に使用するパッケージとして日亜化学工業株式会社製ＮＪＳＷ１７２Ａを使用し、封止部材としてシリコーン樹脂（信越化学工業社製ＫＪＲ－９０２３ＮＷ）を使用する。

第１発光装置が発する光の主波長が６１５ｎｍ、６２０ｎｍ、６３０ｎｍ付近となるように、蛍光体Ａ～Ｄを用いる。実施例１は蛍光体Ａ、実施例２は蛍光体Ｂ、実施例３は蛍光体Ｃをそれぞれ単独で使用する。実施例４は蛍光体ＡとＢ、実施例５は蛍光体ＢとＣ、実施例６は蛍光体ＣとＤを、それぞれ混合して使用する。ここで、主波長とは、白色光の色度点から第１発光装置の発する光の色度点を直線で結び、その延長線と単色光軌跡とが交わる点の波長である。
上記の蛍光体Ａ～Ｄを所定の割合で封止部材中に含有し、混合分散した後、更に脱泡することにより蛍光体含有樹脂組成物を得る。蛍光体の含有率は封止部材を１００％とした場合の重量基準の百分率である。

次に、この蛍光体含有樹脂組成物をパッケージに載置した第１発光素子の上に注入し、充填し、さらに約１５０℃で４時間加熱することで樹脂組成物を硬化させる。
このような工程により第１発光装置をそれぞれ作製する。
実施例１～６の第１発光装置においては拡散材を添加していない。
表２は実施例１～６の第１発光装置の発光特性を示す。

実施例１～６の第１発光装置において、いずれも所定の赤色に発光する。ほぼ同一の主波長において、実施例１に比べ、実施例４の方が高い発光効率を示す。また、使用される蛍光体量の割合も少ないことから安価に第１発光装置を製造することができる。また、ほぼ同一の主波長において、実施例２に比べ、実施例５の方が高い発光効率を示す。さらに、ほぼ同一の主波長において、実施例３に比べ、実施例６の方が高い発光効率を示す。これらは第１発光素子からの光を効率良く蛍光体に照射でき、かつ、蛍光体からの光を自身の他の粒子に遮られることなく効率良く外部に取り出せることから、高い発光効率を得ることができたものである。

また、実施例１～６の第１発光装置における温度特性は極めて良好であり、周囲温度が２５℃～１５０℃の範囲において、大幅な色度変化なく、所定の色度再現範囲を実現することができる。つまり周囲温度２５℃における色度座標の第１点と、周囲温度１５０℃における色度座標の第２点と、の範囲の差がいずれもｘ＝０．０１０、ｙ＝０．００１０以内である。

＜実施例７～９＞
実施例７～９の第１発光装置について説明する。実施例７～９は、実施例６と分散状態、蛍光体Ｃ、Ｄの含有量が異なる以外はほぼ同じである。
実施例７～９の第１発光装置において使用する蛍光体は、蛍光体Ｃ、Ｄを混合したものを使用する。
実施例７～９は蛍光体の分散状態が異なる。

実施例７の第１発光装置は、遠心分離機を使用して蛍光体Ｃ、Ｄを第１発光装置の凹部底面側に強制的に沈降させている。蛍光体Ｃ、Ｄのほとんどは第１発光装置の凹部の底面に沈降している。遠心分離機は回転数３００ｒｐｍで約３０分間投入している。
実施例８の第１発光装置は、蛍光体Ｃ、Ｄが含有された樹脂組成物を第１発光装置の凹部内に充填し、約６時間静置して蛍光体Ｃ、Ｄを自然に沈降させる。実施例８の発光装置において、蛍光体Ｃ、Ｄの一部は第１発光装置の凹部の底面に沈降しているが、蛍光体Ｃ、Ｄの一部は第１発光装置の凹部の底面に沈降せず樹脂組成物中に分散したままとなっている。

実施例９の第１発光装置は、蛍光体Ｃ、Ｄ及び拡散材が含有された樹脂組成物を第１発光装置の凹部内に充填し、蛍光体Ｃ、Ｄが分散された状態で樹脂組成物を硬化させる。
実施例７～９は主波長をほぼ同一とする。ただし実施例７～９の分散状態が変わることにより、第１発光装置の色度が変わるため、蛍光体Ｃ、Ｄの含有量を調整している。
また、実施例７～９の第１発光装置において、封止部材内の蛍光体含有率を確認するため、封止部材の上面と第１発光素子の上面との間を半分に分けて、封止部材の上面側を上部、第１発光素子の上面側を下部としたときの下部に対する上部の蛍光体含有比率を測定する。
表３、表４は実施例７～９の第１発光装置の発光特性を示す。

実施例７～９のうち、実施例９の発光効率が最も高い。実施例７や８では蛍光体が沈降し、蛍光体の粒子が密になっているため、下側の蛍光体の光は上側の蛍光体によって遮られるため、蛍光体からの光の一部が閉じ込められることとなる。それに対し、実施例９では蛍光体が分散し、蛍光体の粒子が粗になっているため、下側の蛍光体の光は上側の蛍光体によって遮られることが減り、下側の蛍光体の光が上側に多く出力されることとなる。また、下側の蛍光体から発せられた光は、上側の蛍光体に照射されたとしても、上側の蛍光体で吸収されることなく、二次散乱を起こす。この二次散乱を起こすことにより主波長が長波長側に移動するため、蛍光体Ｄに比べて発光効率の高い蛍光体Ｃを多く添加することができる。ここで、蛍光体の含有質量は特性Ｘ線の統計変動によるばらつきを持ち、σは標準偏差を表す。

＜実施例１０～１６＞
実施例１０～１６の第１発光装置１０２について説明する。図９は、（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。図１０は、実施例１０～１６の第１発光装置を示す概略断面図である。

実施例１０～１６は、パッケージとして日亜化学工業株式会社製ＮＪＳＷ１７２Ａを使用する。第１発光素子としてλｐ＝４４７ｎｍに第１発光ピーク波長を持つものを使用する。封止部材としてシリコーン樹脂（信越化学工業株式会社製ＫＪＲ－９０２３）、蛍光体として（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ（ＳＣＡＳＮ）、ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ（ＣＡＳＮ）を使用する。ＳＣＡＳＮに対してＣＡＳＮの重量比は、ＳＣＡＳＮ：ＣＡＳＮ＝０：６４：０．３６である。
ＳＣＡＳＮ蛍光体とＣＡＳＮ蛍光体の４４７ｎｍ付近における反射率はＣＡＳＮ蛍光体の方が高い。つまり、ＳＣＡＳＮ蛍光体の方がＣＡＳＮ蛍光体よりも光を吸収している。赤色の発光領域においてＳＣＡＳＮ蛍光体とＣＡＳＮ蛍光体の反射率は変わらないが、４００ｎｍ～５５０ｎｍ付近においてＳＣＡＳＮ蛍光体とＣＡＳＮ蛍光体の反射率は大きな差がある。この差は発光強度に影響するものである。

凹部を有するパッケージの底面側に近い側に配置される第１封止部材５１を１層目とし、凹部の上面側に配置される第２封止部材５２を２層目とする。実施例１０～１２は１層目をＳＣＡＳＮ蛍光体６１、２層目をＣＡＳＮ蛍光体６２とし、蛍光体の濃度を変えている。また、実施例１３～１５は１層目をＣＡＳＮ、２層目をＳＣＡＳＮとし、蛍光体の濃度を変えている。実施例１６はＳＣＡＳＮとＣＡＳＮとを混合している。蛍光体の分散具合は実施例１０～１６のいずれも分散されている。
表５は実施例１０～１６の第１発光装置の発光特性を示す。

蛍光体の量が同じであれば、実施例１６に比べて実施例１１及び実施例１４の方が、発光効率として３．３～５．４（ｌｍ／Ｗ）高くなり明るくなっている。
また、蛍光体の量が同じであれば、実施例１０～１２に比べて実施例１３～１５の方が、発光効率として約２．１～２．６（ｌｍ／Ｗ）高くなり明るくなっている。これらはＳＣＡＳＮよりも反射率の高いＣＡＳＮを１層目に配置することで、１層目と２層目との界面で反射された第１発光素子からの青色光を再び１層目に戻すことができ、ＣＡＳＮの発光を増幅させている。ＣＡＳＮよりも反射率が低く光吸収の高いＳＣＡＳＮを２層目に配置することで２層目を透過してしまう青色光を減らすことができる。これにより発光効率を高めることができる。
さらに、実施例１５に比べて実施例１３の方が、発光効率として４．８（ｌｍ／Ｗ）高くなり明るくなっている。

本実施形態の第１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。

１１第１発光素子
２０パッケージ
２１第１リード
２２第２リード
２３固定部
３０導電部材
４０反射部材
５０封止部材
６０蛍光体
１０１第１発光装置

Claims

発光源として、４２０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下に第１発光ピーク波長を持つ第１発光素子と、６１０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下に第２発光ピーク波長を持つ少なくとも１種の蛍光体と、前記第１発光素子の上面を覆い、前記蛍光体が含有されている封止部材と、を主に含み、ＣＩＥ１９３１の色度図において、色度座標がｘ＝０．６６６、ｙ＝０．３３４である第一の点、色度座標がｘ＝０．６４３、ｙ＝０．３３４である第二の点、色度座標がｘ＝０．５７６、ｙ＝０．２９１である第三の点及び色度座標がｘ＝０．７３７、ｙ＝０．２６３である第四の点について、第一の点及び第二の点を結ぶ第一の直線と、第二の点及び第三の点を結ぶ第二の直線と、第三の点及び第四の点を結ぶ第三の直線と、第四の点及び第一の点を結ぶ色度図の曲線とで囲まれる範囲の光を発し、発光スペクトルにおいて、前記第２発光ピーク波長の最大強度を１とした場合に、前記第１発光ピーク波長の相対強度が、０．００５～０．０２であり、前記少なくとも１種の蛍光体は、ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ蛍光体と、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ _３：Ｅｕ蛍光体であり、前記封止部材の上面と前記第１発光素子の上面との間を半分に分けて、前記封止部材の前記上面側を上部、前記第１発光素子の前記上面側を下部、としたときの、前記下部に対する前記上部の蛍光体含有比率が４．２６％より大きい、第1発光装置。
前記少なくとも１種の蛍光体は、さらにＫ_２ＳｉＦ_６：Ｍｎ蛍光体を備えている請求項１に記載の第１発光装置。
前記第１発光装置は、さらに前記第１発光素子の側面を覆う反射部材を備える請求項1または２に記載の第１発光装置。
前記蛍光体の含有量は、前記封止部材１００重量部に対して、４５～８０重量部である請求項１乃至３のいずれか一項に記載の第１発光装置。
前記第１発光装置は、さらに前記封止部材上に誘電体多層膜を備える請求項１乃至４のいずれか一項に第１発光装置。
前記第１発光素子は、窒化物系半導体である請求項１乃至５いずれか一項に記載の第１発光装置。
前記第１発光装置は、周囲温度２５℃における色度座標の第１点と、周囲温度１５０℃における色度座標の第２点と、の範囲の差がいずれもｘ＝０．０１０、ｙ＝０．０１０以内である請求項１乃至６のいずれか一項に記載の第１発光装置。
前記封止部材は、前記第１発光素子に近い側から遠い側に順に、前記蛍光体が含有された第１層、前記蛍光体が含有された第２層、が配置され、前記第２層に含まれる前記蛍光体の量は、前記第１層に含まれる前記蛍光体の量よりも少ない、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の第１発光装置。
前記第１層に含まれる前記蛍光体の含有量を１００％としたときに、前記第２層に含まれる前記蛍光体の含有量が１％～６０％である、請求項８に記載の第1発光装置。
前記第１層は前記ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ蛍光体を含有し、前記第２層は前記（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ蛍光体を含有している、請求項８又は９に記載の第１発光装置。