半導体白色発光装置
【課題】照明用の白色光としては色温度が高い部類に属する昼白色光や昼光色光を放出する半導体発光装置のための演色性の改善技術を提供する。
【解決手段】半導体白色発光装置は相関色温度が５０００〜７０００Ｋの範囲の白色光を放出する。発光スペクトルは波長４６０〜５２０ｎｍの範囲に極小波長を有し、光束で規格化した発光スペクトルの上記極小波長における強度が、光束で規格化した演色性評価用基準光のスペクトルの上記極小波長における強度の８０〜１００％である。また、光束で規格化した発光スペクトルの波長５８０ｎｍにおける強度が、光束で規格化した演色性評価用基準光のスペクトルの波長５８０ｎｍにおける強度の９０〜１００％である。
【解決手段】半導体白色発光装置は相関色温度が５０００〜７０００Ｋの範囲の白色光を放出する。発光スペクトルは波長４６０〜５２０ｎｍの範囲に極小波長を有し、光束で規格化した発光スペクトルの上記極小波長における強度が、光束で規格化した演色性評価用基準光のスペクトルの上記極小波長における強度の８０〜１００％である。また、光束で規格化した発光スペクトルの波長５８０ｎｍにおける強度が、光束で規格化した演色性評価用基準光のスペクトルの波長５８０ｎｍにおける強度の９０〜１００％である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子が放出する光を蛍光体で波長変換することにより白色光を発生させる、蛍光体変換型の半導体白色発光装置に関し、とりわけ、照明用途に適した半導体白色発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードやレーザダイオードのような半導体発光素子が発する近紫外〜青の光を蛍光体により波長変換することにより白色光を発生させる、蛍光体変換型の半導体白色発光装置が、照明用の光源として注目されている。その背景には、近年になって、特開２００６−００８７２１号公報（特許文献１）に開示されたＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ、特開２００８−７７５１号公報（特許文献２）に開示されたＳｒｘＣａ１−ｘＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ、特開２００７−２３１２４５号公報（特許文献３）に開示されたＣａ１−ｘＡｌ１−ｘＳｉ１＋ｘＮ３−ｘＯｘ：Ｅｕのような、近紫外〜青の光を高い効率で赤色光に変換するアルカリ土類ケイ窒化物系の高輝度赤色蛍光体が開発されたことがある。
【０００３】
半導体白色発光装置に適した緑色蛍光体としては、国際公開ＷＯ２００７−０９１６８７号公報（特許文献４）に開示されたＥｕ付活アルカリ土類ケイ酸塩蛍光体、特開２００５−２５５８９５号公報（特許文献５）に開示されたＥｕ付活βサイアロン蛍光体、国際公開ＷＯ２００７−０８８９６６号公報（特許文献６）に開示されたＥｕ付活アルカリ土類ケイ酸窒化物蛍光体などが知られている。
【０００４】
半導体白色発光装置に適した青色蛍光体としては、特開２００４−２５３７４７号公報（特許文献７）に開示されたＳｒ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ、特開２００４−２６６２０１号公報（特許文献８）に開示されたＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕなどが知られている。
１９８６年にＣＩＥ（国際照明委員会）は蛍光ランプが具備すべき演色性の指針を公表しており、その指針によれば、使用される場所に応じた好ましい平均演色評価数（Ｒａ）は、一般作業を行う工場では６０以上８０未満、住宅、ホテル、レストラン、店舗、オフィス、学校、病院、精密作業を行う工場などでは８０以上９０未満、臨床検査を行う場所、美術館などでは９０以上とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−００８７２１号公報
【特許文献２】特開２００８−７７５１号公報
【特許文献３】特開２００７−２３１２４５号公報
【特許文献４】国際公開ＷＯ２００７−０９１６８７号公報
【特許文献５】特開２００５−２５５８９５号公報
【特許文献６】国際公開ＷＯ２００７−０８８９６６号公報
【特許文献７】特開２００４−２５３７４７号公報
【特許文献８】特開２００４−２６６２０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
半導体照明の用途拡大とともに、その光源に用いられる半導体白色発光装置の演色性に対する更なる改善が求められている。その中には、平均演色評価数Ｒａだけでなく、Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１およびＲ１２（それぞれ、彩度の高い赤、黄、緑および青の再現性の指
標である）の改善も含まれる。
そこで、本発明は、照明用の白色光としては色温度が高い部類に属する昼白色光（色温度５０００Ｋ前後）や昼光色光（色温度６５００Ｋ前後）を放出する半導体発光装置のための演色性の改善技術を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、次に挙げる半導体白色発光装置が提供される。
（１）半導体発光素子と、該半導体発光素子が発する光を吸収して該半導体発光素子が発する光とは異なる波長の光を発する波長変換部とを備え、該半導体発光素子に電流を印加することによって、該波長変換部が発する光を含む相関色温度が５０００〜７０００Ｋの範囲の白色光を放出する、半導体白色発光装置であって、発光スペクトルが波長４６０〜５２０ｎｍの範囲に極小波長を有し、光束で規格化した発光スペクトルの上記極小波長における強度が、光束で規格化した演色性評価用基準光のスペクトルの上記極小波長における強度の８０〜１００％であり、光束で規格化した発光スペクトルの波長５８０ｎｍにおける強度が、光束で規格化した演色性評価用基準光のスペクトルの波長５８０ｎｍにおける強度の９０〜１００％であることを特徴とする半導体白色発光装置。
（２）上記波長変換部が、上記半導体発光素子により励起されて発光する青色蛍光体、緑色蛍光体および赤色蛍光体を含む、上記（１）に記載の半導体白色発光装置。
（３）上記青色蛍光体が、発光スペクトルのピーク波長が４５０〜４６０ｎｍの範囲内かつその長波長側の半値波長が４９０ｎｍ以上であるＥｕ付活アルカリ土類ハロリン酸塩蛍光体を含む、上記（２）に記載の半導体白色発光装置。
（４）上記緑色蛍光体が、アルカリ土類ケイ酸窒化物蛍光体またはサイアロン蛍光体の少なくとも一方を含む、上記（３）に記載の半導体白色発光装置。
（５）上記緑色蛍光体が、発光スペクトルのピーク波長が５３５〜５５０ｎｍの範囲内かつその半値全幅が５０〜７０ｎｍである蛍光体を含む、上記（３）に記載の半導体白色発光装置。
（６）上記発光スペクトルのピーク波長が５３５〜５５０ｎｍの範囲内かつその半値全幅が５０〜７０ｎｍである蛍光体が、アルカリ土類ケイ酸窒化物蛍光体またはサイアロン蛍光体を含む、上記（５）に記載の半導体白色発光装置。
（７）上記発光スペクトルのピーク波長が５３５〜５５０ｎｍの範囲内かつその半値全幅が５０〜７０ｎｍである蛍光体が、βサイアロン蛍光体を含む、上記（６）に記載の半導体白色発光装置。
（８）上記赤色蛍光体が、発光スペクトルのピーク波長を６２０ｎｍ以下に有する蛍光体を含む、上記（７）に記載の半導体白色発光装置。
（９）上記発光スペクトルのピーク波長を６２０ｎｍ以下に有する蛍光体が、ＳｒおよびＣａを含有するＥｕ付活アルカリ土類ケイ窒化物蛍光体を含む、上記（８）に記載の半導体白色発光装置。
（１０）上記白色光の相関色温度が６０００Ｋ以上であり、発光スペクトルが最も長波長側に有する極大波長が６１０ｎｍ以下である、上記（１）〜（９）のいずれかに記載の半導体白色発光装置。
（１１）半導体発光素子と、該半導体発光素子が発する光を吸収して該半導体発光素子が発する光とは異なる波長の光を発する波長変換部とを備え、該半導体発光素子に電流を印加することによって、該波長変換部が発する光を含む相関色温度が５０００〜７０００Ｋの範囲の白色光を放出する、半導体白色発光装置であって、平均演色評価数Ｒａが９５以上であり、特殊演色評価数Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１およびＲ１２が８５以上であることを特徴とする半導体白色発光装置。
（１２）上記白色光の相関色温度が５０００〜６０００Ｋの範囲内であり、演色評価数Ｒ１〜Ｒ１４の全てが９０以上である、上記（１１）に記載の半導体白色発光装置。
（１３）上記白色光の相関色温度が６０００以上であり、演色評価数Ｒ１〜Ｒ１４の全てが８５以上である、上記（１１）に記載の半導体白色発光装置。
（１４）上記波長変換部が、上記半導体発光素子により励起されて発光する青色蛍光体、緑色蛍光体および赤色蛍光体を含む、上記（１１）〜（１３）のいずれかに記載の半導体白色発光装置。
（１５）上記青色蛍光体が、発光スペクトルのピーク波長が４５０〜４６０ｎｍの範囲内かつその長波長側の半値波長が４９０ｎｍ以上であるＥｕ付活アルカリ土類ハロリン酸塩蛍光体を含む、上記（１４）に記載の半導体白色発光装置。
（１６）上記緑色蛍光体が、発光スペクトルのピーク波長が５３５〜５５０ｎｍの範囲内かつその半値全幅が５０〜７０ｎｍである蛍光体を含む、上記（１５）に記載の半導体白色発光装置。
（１７）上記緑色蛍光体が、発光スペクトルのピーク波長が５３５〜５５０ｎｍの範囲内かつその半値全幅が５０〜７０ｎｍであるアルカリ土類ケイ酸窒化物蛍光体を含む、上記（１６）に記載の半導体白色発光装置。
（１８）上記緑色蛍光体が、発光スペクトルのピーク波長が５３５〜５５０ｎｍの範囲内かつその半値全幅が５０〜７０ｎｍであるサイアロン蛍光体を含む、上記（１６）に記載の半導体白色発光装置。
（１９）上記緑色蛍光体がβサイアロン蛍光体を含む、上記（１８）に記載の半導体白色発光装置。
（２０）半導体発光素子と、該半導体発光素子が発する光を吸収して該半導体発光素子が発する光とは異なる波長の光を発する波長変換部とを備え、該波長変換部は、該半導体発光素子により励起されて発光する青色蛍光体、緑色蛍光体および赤色蛍光体を含み、該半導体発光素子に電流を印加することによって、該波長変換部が発する光を含む相関色温度が６０００〜７０００Ｋの範囲の白色光を放出し、平均演色評価数Ｒａが９５以上であり、特殊演色評価数Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１およびＲ１２が８５以上であり、発光スペクトルが最も長波長側に有する極大波長が６１０ｎｍ以下であることを特徴とする半導体白色発光装置。
（２１）上記青色蛍光体が、発光スペクトルのピーク波長が４５０〜４６０ｎｍの範囲内かつその長波長側の半値波長が４９０ｎｍ以上であるＥｕ付活アルカリ土類ハロリン酸塩蛍光体を含む、上記（２０）に記載の半導体白色発光装置。
（２２）上記緑色蛍光体がβサイアロン：Ｅｕを含む、上記（２０）または（２１）に記載の半導体白色発光装置。
（２３）上記赤色蛍光体が、ＳｒおよびＣａを含有するＥｕ付活アルカリ土類ケイ窒化物蛍光体を含む、上記（２０）〜（２２）のいずれかに記載の半導体白色発光装置。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の実施形態に係る上記の半導体白色発光装置は演色性に優れるので、照明用の光源として好ましく使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る半導体白色発光装置の断面構造を示す。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係る半導体白色発光装置の断面構造を示す。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係る半導体白色発光装置の断面構造を示す。
【図４】図４は、本発明の実施形態に係る半導体白色発光装置の発光スペクトルを示す。
【図５】図５は、本発明の実施形態に係る半導体白色発光装置の発光スペクトルを示す。
【図６】図６は、本発明の実施形態に係る半導体白色発光装置の発光スペクトルを示す。
【図７】図７は、本発明の実施形態に係る半導体白色発光装置の発光スペクトルを示す。
【図８】図８は、ｘｙ色度図（ＣＩＥ １９３１）を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明について実施形態や例示物を示して説明するが、本発明は以下の実施形態や例示物等に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において任意に変形して実施することができる。
本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
【００１１】
本明細書に記す蛍光体の組成式において、各組成式の区切りは読点（、）で区切って表わす。また、カンマ（，）で区切って複数の元素を列記する場合には、列記された元素のうち一種又は二種以上を任意の組み合わせ及び組成で含有していてもよいことを示している。例えば、「（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）Ａｌ２Ｏ４：Ｅｕ」という組成式は、「ＢａＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ」、「ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ」、「ＣａＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ」、「Ｂａ１−ｐＳｒｐＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ」、「Ｂａ１−ｐＣａｐＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ」、「Ｓｒ１−ｐＣａｐＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ」および「Ｂａ１−ｐ−ｑＳｒｐＣａｑＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ」とを全て包括的に示しているものとする（但し、上記式中、０＜ｐ＜１、０＜ｑ＜１、０＜ｐ＋ｑ＜１である）。
【００１２】
図１は、本発明を実施したＳＭＤ型ＬＥＤ構造の半導体白色発光装置の断面構造であり、半導体白色発光装置１０は、パッケージ１１に設けられたカップの底面上に固定された半導体発光素子１２と、該カップ内に設けられ半導体発光素子１２を包囲する波長変換部１３とを備えている。波長変換部１３は、半導体発光素子１２で励起され発光する蛍光体（図示は省略）を含有している。半導体発光素子１２は、パッケージ１１の底面に形成された配線パターン（図示は省略）に接続されており、パッケージ１１の外部に置かれた電源から半導体発光素子１２に電流を供給することが可能となっている。
【００１３】
半導体発光素子１２に順方向電流を印加すると、該半導体発光素子１２が発光するとともに、この光の少なくとも一部を吸収して波長変換部１３に含まれる蛍光体が発光する。波長変換部１３には青色蛍光体、緑色蛍光体および赤色蛍光体が含まれ、この３つの蛍光体がそれぞれ放出する光から合成される白色光が、パッケージ１１の上部に露出する波長変換部１３の表面から放出される。半導体発光素子１２が発する光が可視成分を含む場合には、この可視成分も上記白色光に含まれることがある。
【００１４】
半導体白色発光装置１０から放出される上記白色光の相関色温度が５０００〜７０００Ｋの範囲内となるよう、波長変換部１３に添加される各蛍光体の量が調節される。光源の色を相関色温度で表すことができるのは、その黒体輻射軌跡からの偏差Ｄｕｖが−２０〜＋２０の範囲内にある場合に限られことが、ＪＩＳ規格などで定められている。Ｄｕｖがこの範囲外となる光は、白色照明用としては使用できない。照明用に用いたときの快適さの観点から、半導体白色発光装置１０の出力光のＤｕｖは、好ましくは−６．０〜＋６．０の範囲内、より好ましくは−６．０〜＋２．０の範囲内、特に好ましくは−６．０〜０．０の範囲内とする。
【００１５】
半導体白色発光装置１０は、発光スペクトルに関する次の第１の条件および第２の条件を同時に充足している。
第１の条件：発光スペクトルが４６０〜５２０ｎｍの範囲内に極小波長を有し、かつ、光束で規格化した発光スペクトルの上記極小波長における強度が、光束で規格化した演色性評価用基準光のスペクトルの上記極小波長における強度の８０〜１００％である。
【００１６】
第２の条件：光束で規格化した発光スペクトルの波長５８０ｎｍにおける強度が、光束で規格化した演色性評価用基準光のスペクトルの波長５８０ｎｍにおける強度の９０〜１
００％である。
ここで、上記第１の条件にいう発光スペクトルの極小波長とは、発光スペクトルの強度が極小値を取る波長のことである。よって、発光スペクトルが４６０〜５２０ｎｍの範囲内に極小波長を有するとは、４６０〜５２０ｎｍの範囲内に、発光スペクトルの強度が極小値を取る波長が存在することを意味する。
【００１７】
上記第１の条件および第２の条件にいう、演色性評価用基準光とは、光源の演色性評価方法を定める日本工業規格ＪＩＳ Ｚ８７２６：１９９０に規定される基準光であり、試料光源たる半導体白色発光装置１０の相関色温度が５０００Ｋ未満のときは完全放射体の光、また、該相関色温度が５０００Ｋ以上のときはＣＩＥ昼光である。完全放射体およびＣＩＥ昼光の定義はＪＩＳ Ｚ８７２０：２０００（対応国際規格 ＩＳＯ／ＣＩＥ １０５２６：１９９１）に従う。
【００１８】
上記第１の条件および第２の条件にいう、光束で規格化したスペクトルとは、下記数式（１）により決定される光束Φが１（ｕｎｉｔｙ）となるように規格化したスペクトル（下記数式（１）中の分光放射束Φe）をいう。
【００１９】
【数１】
【００２０】
ここで、
Φ：光束［ｌｍ］
Ｋm：最大視感度［ｌｍ／Ｗ］
Ｖλ：明所視標準比視感度
Φe:分光放射束［Ｗ／ｎｍ］
λ：波長［ｎｍ］、である。
【００２１】
上記第１の条件は、半導体白色発光装置１０を、彩度の高い黄色に関する再現性（指標は特殊演色評価数Ｒ１０）、および、彩度の高い青色に関する再現性（指標は特殊演色評価数Ｒ１２）に優れたものとするための指針である。また、上記第２の条件は、半導体白色発光装置１０を、彩度の高い赤色に関する再現性（指標は特殊演色評価数Ｒ９）に優れたものとするための指針である。半導体白色発光装置１０において、これら第１の条件および第２の条件が同時に充足されるためには、波長変換部１３に添加する青色蛍光体、緑色蛍光体および赤色蛍光体を適切に選択することが重要である。
【００２２】
半導体白色発光装置１０において、半導体発光素子１２は発光ダイオード、スーパールミネッセントダイオード、レーザダイオードなどで有り得るが、好ましくは発光ダイオードである。半導体発光素子１２の発光ピーク波長は、３５０〜４３０ｎｍの範囲内とすることができるが、ストークスシフト損失の低減という観点からは、４００〜４３０ｎｍの範囲内であることが望ましい。半導体発光素子１２の発光ピーク波長が４１０ｎｍ以下のとき、該半導体発光素子１２が発する光に含まれる可視成分が、半導体白色発光装置１０から放出される白色光の色度や半導体白色発光装置１０の演色性に与える影響は小さいものとなる。
【００２３】
４００〜４３０ｎｍの波長域に発光ピーク波長を有する半導体発光素子の中でも、特に
好ましく用い得るのは、ＩｎＧａＮ系の紫色発光ダイオードである。ＩｎＧａＮ系発光ダイオードは、ＩｎＧａＮ井戸層を含むＭＱＷ活性層をｐ型およびｎ型のＧａＮ系クラッド層で挟んだダブルヘテロｐｎ接合型の発光構造を有する発光ダイオードであり、発光ピーク波長を４１０〜４３０ｎｍの範囲としたとき発光効率が最大となることが知られている。このことと、青色蛍光体の励起特性とを考慮すると、半導体発光素子１２には、発光ピーク波長を４００〜４１５ｎｍの範囲内に有するＩｎＧａＮ系紫色発光ダイオードを用いることが好ましい。青色蛍光体は一般に紫外〜近紫外の光によって強く励起されるが、励起光の波長が４０５ｎｍよりも長波長になるとの側では波長の増加とともに急激に低下する。
【００２４】
波長変換部１３に含まれる青色蛍光体は、その発光色が、図８に示すｘｙ色度図（ＣＩＥ １９３１）における「ＰＵＲＰＵＬＩＳＨ ＢＬＵＥ」、「ＢＬＵＥ」または「ＧＲ
ＥＥＮＩＳＨ ＢＬＵＥ」に区分される蛍光体である。上記第１の条件を充足させるためには、発光スペクトルのピーク波長が４５０〜４７０ｎｍの範囲に存し、その半値全幅が５０〜８０ｎｍである青色蛍光体を用いることが望ましい。
【００２５】
青色蛍光体の好適例のひとつは、Ｅｕ付活アルカリ土類アルミン酸塩蛍光体、その中でも（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）ＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ、特に、ＢＡＭと呼ばれるＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕである。ＢＡＭの発光スペクトルはピーク波長を４５０ｎｍ付近に持ち、その半値全幅は約５０ｎｍである。通常のＩｎＧａＮ系青色発光ダイオードの発光スペクトルの半値全幅は３０ｎｍ以下であるから、これと比較するとＢＡＭの発光スペクトルはかなりブロードである。ＩｎＧａＮ系青色発光ダイオードを青色の光成分の発生源に用いた昼白色または昼光色の半導体白色発光装置は、彩度の高い青色に関する再現性が良好とはいえず、その特殊演色評価数Ｒ１２は７５に達しない。
【００２６】
青色蛍光体の他の好適例は、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）5（ＰＯ4）3（Ｃｌ，Ｆ，Ｂｒ）：
Ｅｕで表されるＥｕ付活アルカリ土類ハロリン酸塩蛍光体である。ただし、Ｓｒ5（ＰＯ4）3Ｃｌ：Ｅｕ（通称ＳＣＡ）は発光スペクトルの半値全幅が３０ｎｍ未満であるため、
ＳＣＡのみを用いて上記第１の条件を充足させることはできない。好ましいＥｕ付活アルカリ土類ハロリン酸塩蛍光体は、ＳＣＡのＳｒの一部がＢａまたはＣａの少なくとも一方で置換された、ＳＣＡよりもブロードな発光スペクトルを有する蛍光体（以下、「ＳＢＣＡ」ともいう）である。例えば、組成式ＳｒａＢａｂＥｕｘ（ＰＯ４）３Ｃｌ（ただし、ａ＋ｂ＝５−ｘ）で表されるＳＢＣＡは、ｘを０．５〜０．６、ｂ／（ａ＋ｂ）を０．２〜０．３とすることにより、発光スペクトルの半値全幅をＳＣＡの３０ｎｍ未満から約８０ｎｍまでブロード化することができる。
【００２７】
ＳＢＣＡのブロード化した発光スペクトルは、ピーク波長の短波長側よりも長波長側の広がりが極端に大きくなった非対称形状を呈する。例えば、ｘを０．５〜０．６、ｂ／（ａ＋ｂ）を０．２〜０．３としたＳｒａＢａｂＥｕｘ（ＰＯ４）３Ｃｌ（ただし、ａ＋ｂ＝５−ｘ）では、ピーク波長と短波長側の半値波長との差をΔλＳとしたとき、ピーク波長と長波長側の半値波長との差ΔλＬが、ΔλＳの２倍以上、更には２．５倍以上にもなり得る。ここで、半値波長とは、発光スペクトルの強度がピーク波長における強度の半分である波長をいう。このようなＳＢＣＡの発光特性は、上記第１の条件を充足させるうえで極めて好都合である。半導体白色発光装置１０の平均演色評価数Ｒａも考慮すると、波長変換部１０に用いるＥｕ付活アルカリ土類ハロリン酸塩蛍光体は、発光スペクトルのピーク波長を４５０〜４６０ｎｍの範囲に有し、長波長側の半値波長が４９０ｎｍ以上であることが望ましい。
【００２８】
波長変換部１３に添加することのできる青色蛍光体は一種類に限定されない。例えば、Ｅｕ付活アルカリ土類アルミン酸塩蛍光体とＥｕ付活アルカリ土類ハロリン酸塩蛍光体の
両方を、波長変換部１３に添加することができる。また、組成および発光特性の異なる２種以上のＥｕ付活アルカリ土類ハロリン酸塩蛍光体を、波長変換部１３に添加することができる。この２種以上のＥｕ付活アルカリ土類ハロリン酸塩蛍光体には、組成および発光特性が異なる２種以上のＳＢＣＡが含まれてもよい。
【００２９】
波長変換部１３に含まれる緑色蛍光体は、その発光色が、図８に示すｘｙ色度図（ＣＩＥ １９３１）における「ＧＲＥＥＮ」または「ＹＥＬＬＯＷＩＳＨ ＧＲＥＥＮ」に区分される蛍光体である。上記第１の条件および第２の条件を同時に充足させるためには、発光スペクトルのピーク波長が５２５〜５５０ｎｍの範囲に存し、その半値全幅が５０〜７０ｎｍである緑色蛍光体を用いることが望ましい。従って、Ｅｕ2+を付活剤とする緑色蛍光体を好ましく用いることができる。Ｅｕ2+を付活剤とする緑色蛍光体には、例えば、（Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｍｇ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）2（Ｍｇ，Ｚｎ）Ｓ
ｉ2Ｏ7：Ｅｕのようなアルカリ土類ケイ酸塩蛍光体、（Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ）3Ｓｉ6Ｏ12Ｎ2：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ）3Ｓｉ6Ｏ9Ｎ4：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）Ｓｉ2Ｏ2Ｎ2：Ｅｕのようなアルカリ土類ケイ酸窒化物蛍光体、βサイアロン：Ｅｕ、Ｓｒ3Ｓｉ13Ａ
ｌ3Ｏ2Ｎ21：Ｅｕ、Ｓｒ5Ａｌ5Ｓｉ21Ｏ2Ｎ35：Ｅｕのようなサイアロン蛍光体がある。
【００３０】
上記に例示した基本組成を有するアルカリ土類ケイ酸窒化物蛍光体は、発光スペクトルのピーク波長を、５２５〜５４０ｎｍを含む範囲で制御することができる。発光ピーク波長を５２５〜５３０ｎｍの範囲に有するアルカリ土類ケイ酸窒化物蛍光体の発光特性（発光スペクトルのピーク波長および半値全幅）は、（Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｍｇ）2ＳｉＯ4：Ｅｕと類似している。
【００３１】
緑色蛍光体の中には、Ｃａ３（Ｓｃ,Ｍｇ）２Ｓｉ３Ｏ１２:Ｃｅ、ＣａＳｃ２Ｏ４:Ｃ
ｅなどのような、Ｃｅ3+を付活剤とするものもある。しかし、この種の緑色蛍光体のみを用いて上記第２の条件を充足させることは困難である。なぜなら、Ｃｅ3+を付活剤とする緑色蛍光体は発光スペクトルがブロードであり、放出する光の中に５８０ｎｍ付近の波長を有する成分が過剰に含まれるためである。また、Ｃｅ3+を付活剤とする緑色蛍光体の多くは励起スペクトルのピークを波長４５０ｎｍ付近に有するため、青色蛍光体とともに用いると多段励起（カスケード励起）が発生し、波長変換ロスが増加する問題がある。
【００３２】
波長変換部１３に用いる緑色蛍光体は一種類に限定されない。例えば、Ｅｕ2+で付活されたアルカリ土類ケイ酸窒化物系の緑色蛍光体と、Ｅｕ2+で付活されたサイアロン系の緑色蛍光体の両方を、波長変換部１３に添加することができる。あるいは、母体組成が異なる複数のサイアロン系緑色蛍光体を、波長変換部１３に添加することができる。
波長変換部１３に含まれる赤色蛍光体は、その発光色が、図８に示すｘｙ色度図（ＣＩＥ１９３１）における「ＲＥＤ」、「ＲＥＤＤＩＳＨ ＯＲＡＮＧＥ」または「ＯＲＡＮＧＥ」に区分される蛍光体である。赤色蛍光体の好適例は、Ｅｕ2+を付活剤とし、アルカリ土類ケイ窒化物からなる結晶を母体とする蛍光体、例えば、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）ＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ、ＳｒＡｌＳｉ4Ｎ7：Ｅｕ、（ＣａＡｌＳｉＮ3）1-x（Ｓｉ(3n+2)/4ＮnＯ）x：Ｅｕなどである。この種の蛍光体の発光スペクトルはブロードであり、通常、その半値全幅は８０ｎｍ以上である。
【００３３】
（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）ＡｌＳｉＮ3：Ｅｕで表される赤色蛍光体の中でも、アルカリ土
類金属元素としてＳｒおよびＣａを含むものは、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕに比べて短波長の光を放出する。また、（ＣａＡｌＳｉＮ3）1-x（Ｓｉ(3n+2)/4ＮnＯ）x：Ｅｕは、ＣａＡｌＳｉＮ３にＳｉ（３ｎ＋２）／４ＮｎＯが固溶した結晶を母体とするが故に、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕに比べ発光スペクトルがブロードとなり、そのピーク波長は短波長となる。ｎおよびｘの値を制御することにより、（ＣａＡｌＳｉＮ3）1-x（Ｓｉ(3n+2)/4Ｎn
Ｏ）x：Ｅｕの発光スペクトルの半値全幅は１００ｎｍ以上とし得る。ＳｒＡｌＳｉ4Ｎ7
：ＥｕはＣａ1-xＡｌ1-xＳｉ1+xＮ3-xＯx：Ｅｕと類似した発光特性を有している。Ｃａ1-xＡｌ1-xＳｉ1+xＮ3-xＯx：Ｅｕは（ＣａＡｌＳｉＮ3）1-x（Ｓｉ(3n+2)/4ＮnＯ）x：Ｅｕにおいてｎ＝２の場合に該当する。
【００３４】
波長変換部１３に添加する緑色蛍光体と赤色蛍光体の適切な組み合わせによって、上記第２の条件を充足させることができる。すなわち、光束で規格化した演色性評価用基準光のスペクトルの波長５８０ｎｍにおける強度に対する、光束で規格化した半導体白色発光装置１０の発光スペクトルの波長５８０ｎｍにおける強度の比率を、９０〜１００％とすることができる。この比率をできるだけ１００％に近付けることにより、半導体白色発光装置１０のluminous efficacyを高くすることができる。なぜなら、５８０ｎｍという波
長は視感度が最も高い波長域に含まれるためである。第２の条件を好ましく充足させるうえで、発光特性の異なる複数の緑色蛍光体を組み合せて使用する、あるいは、発光特性の異なる複数の赤色蛍光体を組み合せて使用することは有用である。
【００３５】
波長変換部１３に添加する青色蛍光体、緑色蛍光体および赤色蛍光体の好ましい組み合わせとして、次の組み合せ例１および組み合せ例２が挙げられる。
組み合せ例１：
青色蛍光体・・・ＳｒａＢａｂＥｕｘ（ＰＯ４）３Ｃｌ（ただし、ａ＋ｂ＝５−ｘ）
緑色蛍光体・・・βサイアロン：Ｅｕ
赤色蛍光体・・・ＳｒｘＣａ１−ｘＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ（ただし、０＜ｘ＜１）
組み合せ例２：
青色蛍光体・・・ＢＡＭ
緑色蛍光体・・・（Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ）3Ｓｉ6Ｏ12Ｎ2：Ｅｕ
赤色蛍光体・・・Ｃａ1-xＡｌ1-xＳｉ1+xＮ3-xＯx：Ｅｕ
上記組み合わせ例１における青色蛍光体は、発光スペクトルのピーク波長が４５０〜４６０ｎｍ、長波長側の半値波長が４９０ｎｍ以上となるように、組成式ＳｒａＢａｂＥｕｘ（ＰＯ４）３Ｃｌにおけるａ、ｂ、ｘが調整される。好適例では、ｘを約０．５とし、ｂ／（ａ＋ｂ）を０．１〜０．２の間で調整する。緑色蛍光体として用いるβサイアロン：Ｅｕの発光スペクトルは幅が狭く、通常は６０ｎｍ未満であるが、発光スペクトルのブロードな青色蛍光体とともに用いることによって、上記第１の条件が好ましく充足される。βサイアロン：Ｅｕは耐久性および耐熱性に優れており、また、視感度の高い波長域に狭い発光バンドを有することからluminous efficacyが高い。
【００３６】
上記組み合わせ例１における赤色蛍光体には、発光ピーク波長が６３０ｎｍ未満、更には６２０ｎｍ未満であるものを好ましく用いることができる。緑色蛍光体として用いるβサイアロン：Ｅｕの発光スペクトルが幅狭であるために、このような短波長の赤色蛍光体を組み合わせても、上記第２の条件を充足させることが可能となる。波長変換部１３に短波長の赤色蛍光体を用いることにより、半導体白色発光装置１０のluminous efficacyが
向上するとともに、ストークスシフトに起因する損失が低減する。半導体白色発光装置１０の出力光の相関色温度が６０００〜７０００Ｋである場合には、該出力光のスペクトルが最も長波長側に有する極大波長を６１０ｎｍ以下とし得る。
【００３７】
上記組み合わせ例２においては、ＢＡＭの一部をＳＢＣＡに置き換えることができる。また、（Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ）3Ｓｉ6Ｏ12Ｎ2：Ｅｕの一部を、βサイアロン：Ｅｕなどの
サイアロン系緑色蛍光体に置き換えることができる。
波長変換部１３に添加する蛍光体の安定性に着目すると、母体がアルカリ土類ケイ窒化物、サイアロンまたはアルカリ土類ケイ酸窒化物であるものは、窒素を含むために母体結晶中における原子間結合の共有結合性が高く、それゆえに優れた耐久性および耐熱性を示す。緑色蛍光体の場合についていうと、ケイ酸塩系の（Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｍｇ）2Ｓｉ
Ｏ4：Ｅｕは室温での発光効率において極めて優れているが、高温では発光効率が著しく
低下することから、ハイパワー用途には適していない。
【００３８】
使用が推奨されない蛍光体として、硫黄を含む化合物の結晶を母体とする蛍光体がある。母体結晶から遊離する微量の硫黄が、半導体発光素子、パッケージ、封止材料などに含まれている金属と反応して着色物質を発生させる場合があるからである。着色物質は可視光を吸収するため、半導体白色発光装置の発光効率を著しく低下させる。
波長変換部１３は、上記第１の条件および第２の条件の充足が阻害されない限りで、青色蛍光体、緑色蛍光体および赤色蛍光体以外の蛍光体、例えば、黄色蛍光体を含有していてもよい。黄色蛍光体とは、その発光色が、図８に示すｘｙ色度図（ＣＩＥ １９３１）における「ＹＥＬＬＯＷ ＧＲＥＥＮ」、「ＧＲＥＥＮＩＳＨ ＹＥＬＬＯＷ」、「ＹＥＬＬＯＷ」または「ＹＥＬＬＯＷＩＳＨ ＯＲＡＮＧＥ」に区分される蛍光体である。黄色蛍光体には、Ｃｅ3+を付活剤とするものと、Ｅｕ２＋を付活剤とするものがある。前者には、（Ｙ，Ｇｄ）3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ、Ｔｂ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅのようなガーネット型酸化物結晶を母体とするもの、Ｌａ3Ｓｉ6Ｎ11：Ｃｅ、Ｃａ1.5xＬａ3-xＳｉ6Ｎ11：Ｃｅのようなランタンケイ素窒化物結晶を母体とするものがある。後者には、ＢＯＳＥと呼ばれる、アルカリ土類ケイ酸塩を母体とするものがある。Ｃｅ3+を付活剤とする黄色蛍光体の多くは励起スペクトルのピークを波長４５０ｎｍ付近に有するため、青色蛍光体とともに用いると多段励起（カスケード励起）が発生し、波長変換ロスが増加する問題がある。
【００３９】
波長変換部１３において蛍光体を保持するマトリックス材料には、半導体発光素子１２の発光波長域および可視波長域において透明な樹脂またはガラスを用いることができる。樹脂としては、各種の熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂などが挙げられ、より具体的には、メタアクリル樹脂（ポリメタアクリル酸メチルなど）、スチレン樹脂（ポリスチレン、スチレン−アクリロニトリル共重合体など）、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、フェノキシ樹脂、ブチラール樹脂、ポリビニルアルコール、セルロース系樹脂（エチルセルロース、セルロースアセテート、セルロースアセテートブチレートなど）、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂などが例示される。また、ガラスとしては、リン酸系、ホウリン酸系、バナジウムホウ酸系、アルカリ珪酸系、ビスマス系などの、公知の低融点ガラスが好ましく例示される。
【００４０】
耐熱性や耐光性の観点から波長変換部１３のマトリックス材料として好ましいのは、ケイ素含有化合物である。ケイ素含有化合物とは、分子中にケイ素原子を有する化合物をいい、例えば、ポリオルガノシロキサン等の有機材料（シリコーン系材料）、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素等の無機材料、及びホウケイ酸塩、ホスホケイ酸塩、アルカリケイ酸塩等のガラス材料を挙げることができる。中でも、シリコーン系材料は、透明性、接着性、ハンドリングの容易さ、機械的・熱的応力の緩和特性に優れる等の点から、特に好ましい。シリコーン系材料とは、通常、シロキサン結合を主鎖とする有機重合体をいい、硬化機構によって、縮合型、付加型、ゾルゲル型、光硬化型などの種類がある。
【００４１】
波長変換部１３には、蛍光体以外の微粒子、例えば、光散乱剤を分散させることができる。波長変換部１３のマトリックス材料自体が、光学特性、機械特性、耐熱性などの種々の性質を調整する目的でサブミクロンサイズの微粒子を樹脂またはガラスに分散させた複合材料であってもよい。
波長変換部１３は任意の態様で蛍光体を含有することができる。例えば、波長変換部１３中における蛍光体の分布は一様であってもよいし、不均一であってもよい。また、波長変換部１３の内部には、特定の蛍光体のみを含有する部分が存在してもよい。その一例では、波長変換部１３を、青色蛍光体のみを含有する層、緑色蛍光体のみを含有する層、赤色蛍光体のみを含有する層を積層した多層構造とすることができる。この場合、異なる蛍光体を含有する２つの層の間に、蛍光体を含有しない層が挿入されていてもよい。また、波長変換部１３は、異なるマトリックス材料で形成された複数の層が積層された構造を有
してもよい。
【００４２】
変形実施形態では、図２に示す半導体白色発光装置２０のように、波長変換部２３を半導体発光素子２２から離して配置することもできる。半導体発光素子２２と波長変換部２３とを隔てる空間Ｓは空洞であってもよいし、その一部または全部が透光性材料で充填されていてもよい。波長変換部２３は、透明な支持フィルムの面上に形成された薄層であり得る。
【００４３】
他の変形実施形態では、図３に示す半導体白色発光装置３０のように、波長変換部３３を、半導体発光素子３２の表面をコンフォーマルに被覆する薄層とすることもできる。この半導体白色発光装置３０は、更に、波長変換部３３を包囲する透明部材３４を備えている。この例では、透明部材３４の上部が半球状に成形されている。
本発明の実施形態に係る半導体白色発光装置は、ＳＭＤ型ＬＥＤ構造に限らず、砲弾型ＬＥＤ構造、チップ・オン・ボード構造など、種々の構造を備えるもので有り得る。また、本発明の実施形態に係る半導体白色発光装置は、半導体発光素子と蛍光体との間、あるいは、蛍光体が発する光が発光装置の外部に放出されるまでに通過する経路上に、レンズ、光ファイバ、導光板、反射鏡、フィルタ、その他任意の光学素子を備えることができる。
【００４４】
本発明の実施形態に係る半導体白色発光装置は、上記第１の条件および第２の条件の少なくとも一方を充たすために、可視域の一部の波長範囲における透過率が他の波長範囲における透過率に比べて低くなるように作られたフィルタを利用して、発光スペクトルの形状を制御するものであってもよい。
青色蛍光体ＳｒａＢａｂＥｕｘ（ＰＯ４）３Ｃｌ（ただし、ａ＋ｂ＝５−ｘ）の製造方法について説明すると、次の通りである。
【００４５】
この蛍光体の原料のうち、Ｓｒ源、Ｂａ源およびＥｕ源としては、Ｓｒ、ＢａおよびＥｕの各元素の酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、蓚酸塩、カルボン酸塩、ハロゲン化物、窒化物及びそれらの水和物等を用いることができる。
また、この蛍光体の原料のうち、ＰＯ４源としては、Ｓｒ、ＢａまたはＮＨ４のリン酸水素塩、リン酸塩、メタリン酸塩またはピロリン酸塩の他、Ｐ２Ｏ５、ＰＣｌ３、ＰＣｌ５、Ｓｒ２ＰＯ４Ｃｌ、Ｂａ２ＰＯ４Ｃｌ、リン酸、メタリン酸、ピロリン酸等を用いることができ、また、Ｃｌ源としては、ＳｒＣｌ、ＢａＣｌ、ＮＨ４Ｃｌ、ＨＣｌ、Ｓｒ２ＰＯ４Ｃｌ、Ｂａ２ＰＯ４Ｃｌ等を、用いることができる。
【００４６】
好適例では、Ｓｒ源兼ＰＯ４源にＳｒＨＰＯ４、Ｓｒ源にＳｒＣＯ３、Ｂａ源にＢａＣＯ３、Ｅｕ源にＥｕ２Ｏ３を用いることができる。これらの原料を、Ｓｒ、Ｂａ、Ｅｕ、ＰＯ４およびＣｌが所定のモル比で含まれるように秤量し、ボールミル等を用いて十分混合した後、焼成する。好ましくは、原料混合物に対し、ＳｒＣｌ２・６Ｈ２Ｏおよび／またはＢａＣｌ２・６Ｈ２Ｏをフラックスとして添加する。フラックスの添加量は、原料混合物中のＳｒのモル比が１０％程度過剰となるように定めることができる。
【００４７】
焼成雰囲気は通常は還元雰囲気とする。還元雰囲気下で焼成すると、原料中では３価であったＥｕが２価に還元される。還元雰囲気とするために用いるガスは、水素、一酸化炭素等であり、通常、窒素ガス、希ガスのような不活性ガスと混合して使用する。このときのガスの全量に対する還元性ガスの割合（モル比）は好ましくは３％以上である。焼成温度（最高到達温度）は、好ましくは９００℃以上、１３５０℃以下であり、焼成時間は通常１時間以上、２４時間以下である。焼成時の圧力は大気圧程度が好ましい。焼成工程において反応系にフラックスを共存させると、良好な単粒子を成長させることができる。焼成工程後、必要に応じて粉砕工程、洗浄工程、分級工程、表面処理工程、乾燥工程などを
行なってもよい。
【００４８】
〔実験結果〕
以下には、本発明者等が行った、実験（シミュレーションを含む）の結果を記載する。実験に用いた蛍光体のリストを表１に示す。
【００４９】
【表１】
【００５０】
表１には、各蛍光体について、本明細書で用いる名称、発光色に基づく種別、一般式、発光スペクトルの特性を示している。発光スペクトルの特性としては、発光スペクトルのピーク波長（発光ピーク波長）および半値全幅と、「相対強度＠５８０ｎｍ」を示している。これらはいずれも、発光ピーク波長の欄に括弧書きで記された波長で励起したときの値である。「相対強度＠５８０ｎｍ」とは、発光ピーク波長における発光スペククトルの強度（発光ピーク強度）を１として、波長５８０ｎｍにおける発光スペクトルの強度を相対的に表した値である。
【００５１】
表１に示す蛍光体のうち、ＳＢＣＡ−１とＳＢＣＡ−２、ＣＡＳＯＮ−１とＣＡＳＯＮ−２、ＳＣＡＳＮ−１とＳＣＡＳＮ−２は、それぞれ同じ一般式で表されているが、発光特性が異なっている。同一の一般式で表される蛍光体が、母体の組成、付活剤濃度、不純物濃度などの相違により異なる発光特性を示す事実は、当該技術分野においてはよく知られている。なおＳＢＣＡ−１およびＳＢＣＡ−２の一般式はＳｒａＢａｂＥｕｘ（ＰＯ４）３Ｃｌ（ａ＋ｂ＝５−ｘ）と表すこともできる。
【００５２】
実施例２および３で使用している青色蛍光体ＳＢＣＡ−１は、短波長側の半値波長を４３７ｎｍに、長波長側の半値波長を４９９ｎｍに有している。よって、ΔλＬ／ΔλＳ＝２．９である。また、実施例４で使用している青色蛍光体ＳＢＣＡ−２は、短波長側の半値波長を４３８ｎｍに、長波長側の半値波長を４９６ｎｍに有している。よって、ＳＢＣＡ−１と同様、ΔλＬ／ΔλＳ＝２．９である。
【００５３】
表１に示す蛍光体を用いて作製した白色発光装置のリストを表２に示す。実施例１〜４および比較例１に係る白色発光装置では、発光ピーク波長を約４０５ｎｍに有する紫色発光ダイオードを蛍光体の励起源に用いている。一方、比較例２〜４に係る白色発光装置では、発光ピーク波長を約４５０ｎｍに有する青色発光ダイオードを、青色の光成分の発生源と蛍光体の励起源を兼用する発光素子として用いている。実施例および比較例に係る各白色発光装置は、発光ダイオードをＳＭＤ型パッケージに実装し、蛍光体を分散させたシリコーン樹脂組成物で封止することにより作製した。表２には、各白色発光装置の作製に用いたシリコーン樹脂組成物における蛍光体の含有量（濃度）を示している。例えば、実施例１の白色発光装置では、青色蛍光体ＢＡＭ、緑色蛍光体ＢＳＳおよび赤色蛍光体ＣＡＳＯＮ−１をそれぞれ１３．３ｗｔ％、１．０ｗｔ％および１．９ｗｔ％の濃度で含むシリコーン樹脂組成物で、紫色発光ダイオードを封止している。
【００５４】
【表２】
【００５５】
表１に示す白色発光装置のそれぞれについて発光特性を測定した結果を表３に示す。表３において、ｐ（％）は、発光スペクトルが４６０〜５２０ｎｍの範囲内に有する極小波
長をλmとしたときの、光束で規格化した演色性評価用基準光のスペクトルの波長λmにおける強度に対する、光束で規格化した発光スペクトルの波長λmにおける強度の比率であ
る。また、ｑ（％）は、光束で規格化した演色性評価用基準光のスペクトルの波長５８０ｎｍにおける強度に対する、光束で規格化した発光スペクトルの波長５８０ｎｍにおける強度の比率である。従って、８０≦ｐ≦１００が上記第１の条件の充足を意味し、９０≦ｑ≦１００が上記第２の条件の充足を意味する。
【００５６】
【表３】
【００５７】
【表４】
【００５８】
表３に示すように、実施例１〜４に係る白色発光装置は第１の条件および第２の条件の両方を充たしており、その平均演色評価数Ｒａと特殊演色評価数Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１およびＲ１２はいずれも８０を超えている。表４に示すのは実施例に係る各白色発光装置の演色評価数Ｒ１〜Ｒ１４であり、全て８０を超えている。特に、実施例２および３の白色発光装置の演色性は極めて良好であり、Ｒ１〜Ｒ１４が全て９０以上で、Ｒａは９５を超えている。実施例１および４の白色発光装置も、Ｒ９を除く全ての演色評価数が９０以上であり、Ｒａは９５以上である。
【００５９】
実施例１〜４に係る白色発光装置の発光スペクトルを、それぞれ、図１〜４に示す。実施例４の白色発光装置は、発光スペクトルが最も長波長側に有する極大波長（赤色蛍光体の発光に基づく極大波長）が６０８ｎｍと短いにもかかわらず、その特殊演色評価数Ｒ９は８７という良好な値である。
一方、比較例１〜４に係る白色発光装置は上記第１の条件（８０≦ｐ≦１００）を充たしていない。このうち、比較例２〜４の白色発光装置はＲ１２の値が低く、それぞれ４１、５７、６６である。比較例２の白色発光装置は、更にＲ１０も低いが（Ｒ１０＝３２）、比較例３および４の白色発光装置のＲ１０は８０を超えている。それに対し、比較例１の白色発光装置はＲ１２が８０を超えており、Ｒ１０が７４という低い値となっている。このような違いは、比較例１の白色発光装置と比較例３および４の白色発光装置とで、発光スペクトルが波長４６０〜５２０ｎｍの範囲内に有する極小波長が相違していることに起因する可能性がある。比較例１の白色発光装置は該極小波長を４９９ｎｍに有するのに対し、比較例３および４の白色発光装置は該極小波長をそれぞれ４８９ｎｍ、４８４ｎｍに有している。
【００６０】
このことを確かめるために、シミュレーションの手法により、比較例１の白色発光装置の発光スペクトルと比較例３の白色発光装置の発光スペクトルとを合成したスペクトルを発光スペクトルとする、仮想的な白色発光装置の演色性を調べた。具体的には、比較例１および３の白色発光装置の発光スペクトルをそれぞれ光束で規格化したうえ所定の比率（Ａ：Ｂ）で合算し、得られた合成スペクトルを仮想的な白色発光装置の発光スペクトルと見なして、該仮想的な白色発光装置の平均演色評価数Ｒａおよび特殊演色評価数Ｒ９〜Ｒ１１を算出した。その結果を表５に示す。
【００６１】
【表５】
【００６２】
合成スペクトルに占める、比較例１の白色発光装置の発光スペクトルの比率が減少するにつれて、すなわち、合算比率Ａ：Ｂが１０：０から０：１０に向かって変化するのに伴い、該合成スペクトルが波長４６０〜５２０ｎｍの範囲内に有する極小波長は４９９ｎｍから４８５ｎｍに向かって減少する。この間、第１の条件（８０≦ｐ≦１００）が充たされることはないが、表５に示すように、該合成スペクトルを発光スペクトルとする仮想的な白色発光装置のＲ１０は７４から８４に向かって増加し、その反対に、Ｒ１２は８１から５７に向かって減少した。
【００６３】
再び表３に戻ると、比較例１〜４に係る白色発光装置のうち、比較例１および３の白色発光装置は上記第２の条件（９０≦ｑ≦１００）を充足しており、その特殊演色評価数Ｒ９はいずれも９０以上という高い値である。一方、比較例２および４の白色発光装置は該第２の条件を充たしておらず、そのＲ９はそれぞれ−３４、４５という極めて低い値である。
【符号の説明】
【００６４】
１０、２０、３０ 半導体白色発光装置
１１、２１、３１ パッケージ
１２、２２、３２ 半導体発光素子
１３、２３、３３ 波長変換部
３４ 透明部材
Ｓ 空間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子が放出する光を蛍光体で波長変換することにより白色光を発生させる、蛍光体変換型の半導体白色発光装置に関し、とりわけ、照明用途に適した半導体白色発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードやレーザダイオードのような半導体発光素子が発する近紫外〜青の光を蛍光体により波長変換することにより白色光を発生させる、蛍光体変換型の半導体白色発光装置が、照明用の光源として注目されている。その背景には、近年になって、特開２００６−００８７２１号公報（特許文献１）に開示されたＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ、特開２００８−７７５１号公報（特許文献２）に開示されたＳｒｘＣａ１−ｘＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ、特開２００７−２３１２４５号公報（特許文献３）に開示されたＣａ１−ｘＡｌ１−ｘＳｉ１＋ｘＮ３−ｘＯｘ：Ｅｕのような、近紫外〜青の光を高い効率で赤色光に変換するアルカリ土類ケイ窒化物系の高輝度赤色蛍光体が開発されたことがある。
【０００３】
半導体白色発光装置に適した緑色蛍光体としては、国際公開ＷＯ２００７−０９１６８７号公報（特許文献４）に開示されたＥｕ付活アルカリ土類ケイ酸塩蛍光体、特開２００５−２５５８９５号公報（特許文献５）に開示されたＥｕ付活βサイアロン蛍光体、国際公開ＷＯ２００７−０８８９６６号公報（特許文献６）に開示されたＥｕ付活アルカリ土類ケイ酸窒化物蛍光体などが知られている。
【０００４】
半導体白色発光装置に適した青色蛍光体としては、特開２００４−２５３７４７号公報（特許文献７）に開示されたＳｒ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ、特開２００４−２６６２０１号公報（特許文献８）に開示されたＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕなどが知られている。
１９８６年にＣＩＥ（国際照明委員会）は蛍光ランプが具備すべき演色性の指針を公表しており、その指針によれば、使用される場所に応じた好ましい平均演色評価数（Ｒａ）は、一般作業を行う工場では６０以上８０未満、住宅、ホテル、レストラン、店舗、オフィス、学校、病院、精密作業を行う工場などでは８０以上９０未満、臨床検査を行う場所、美術館などでは９０以上とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−００８７２１号公報
【特許文献２】特開２００８−７７５１号公報
【特許文献３】特開２００７−２３１２４５号公報
【特許文献４】国際公開ＷＯ２００７−０９１６８７号公報
【特許文献５】特開２００５−２５５８９５号公報
【特許文献６】国際公開ＷＯ２００７−０８８９６６号公報
【特許文献７】特開２００４−２５３７４７号公報
【特許文献８】特開２００４−２６６２０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
半導体照明の用途拡大とともに、その光源に用いられる半導体白色発光装置の演色性に対する更なる改善が求められている。その中には、平均演色評価数Ｒａだけでなく、Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１およびＲ１２（それぞれ、彩度の高い赤、黄、緑および青の再現性の指
標である）の改善も含まれる。
そこで、本発明は、照明用の白色光としては色温度が高い部類に属する昼白色光（色温度５０００Ｋ前後）や昼光色光（色温度６５００Ｋ前後）を放出する半導体発光装置のための演色性の改善技術を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、次に挙げる半導体白色発光装置が提供される。
（１）半導体発光素子と、該半導体発光素子が発する光を吸収して該半導体発光素子が発する光とは異なる波長の光を発する波長変換部とを備え、該半導体発光素子に電流を印加することによって、該波長変換部が発する光を含む相関色温度が５０００〜７０００Ｋの範囲の白色光を放出する、半導体白色発光装置であって、発光スペクトルが波長４６０〜５２０ｎｍの範囲に極小波長を有し、光束で規格化した発光スペクトルの上記極小波長における強度が、光束で規格化した演色性評価用基準光のスペクトルの上記極小波長における強度の８０〜１００％であり、光束で規格化した発光スペクトルの波長５８０ｎｍにおける強度が、光束で規格化した演色性評価用基準光のスペクトルの波長５８０ｎｍにおける強度の９０〜１００％であることを特徴とする半導体白色発光装置。
（２）上記波長変換部が、上記半導体発光素子により励起されて発光する青色蛍光体、緑色蛍光体および赤色蛍光体を含む、上記（１）に記載の半導体白色発光装置。
（３）上記青色蛍光体が、発光スペクトルのピーク波長が４５０〜４６０ｎｍの範囲内かつその長波長側の半値波長が４９０ｎｍ以上であるＥｕ付活アルカリ土類ハロリン酸塩蛍光体を含む、上記（２）に記載の半導体白色発光装置。
（４）上記緑色蛍光体が、アルカリ土類ケイ酸窒化物蛍光体またはサイアロン蛍光体の少なくとも一方を含む、上記（３）に記載の半導体白色発光装置。
（５）上記緑色蛍光体が、発光スペクトルのピーク波長が５３５〜５５０ｎｍの範囲内かつその半値全幅が５０〜７０ｎｍである蛍光体を含む、上記（３）に記載の半導体白色発光装置。
（６）上記発光スペクトルのピーク波長が５３５〜５５０ｎｍの範囲内かつその半値全幅が５０〜７０ｎｍである蛍光体が、アルカリ土類ケイ酸窒化物蛍光体またはサイアロン蛍光体を含む、上記（５）に記載の半導体白色発光装置。
（７）上記発光スペクトルのピーク波長が５３５〜５５０ｎｍの範囲内かつその半値全幅が５０〜７０ｎｍである蛍光体が、βサイアロン蛍光体を含む、上記（６）に記載の半導体白色発光装置。
（８）上記赤色蛍光体が、発光スペクトルのピーク波長を６２０ｎｍ以下に有する蛍光体を含む、上記（７）に記載の半導体白色発光装置。
（９）上記発光スペクトルのピーク波長を６２０ｎｍ以下に有する蛍光体が、ＳｒおよびＣａを含有するＥｕ付活アルカリ土類ケイ窒化物蛍光体を含む、上記（８）に記載の半導体白色発光装置。
（１０）上記白色光の相関色温度が６０００Ｋ以上であり、発光スペクトルが最も長波長側に有する極大波長が６１０ｎｍ以下である、上記（１）〜（９）のいずれかに記載の半導体白色発光装置。
（１１）半導体発光素子と、該半導体発光素子が発する光を吸収して該半導体発光素子が発する光とは異なる波長の光を発する波長変換部とを備え、該半導体発光素子に電流を印加することによって、該波長変換部が発する光を含む相関色温度が５０００〜７０００Ｋの範囲の白色光を放出する、半導体白色発光装置であって、平均演色評価数Ｒａが９５以上であり、特殊演色評価数Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１およびＲ１２が８５以上であることを特徴とする半導体白色発光装置。
（１２）上記白色光の相関色温度が５０００〜６０００Ｋの範囲内であり、演色評価数Ｒ１〜Ｒ１４の全てが９０以上である、上記（１１）に記載の半導体白色発光装置。
（１３）上記白色光の相関色温度が６０００以上であり、演色評価数Ｒ１〜Ｒ１４の全てが８５以上である、上記（１１）に記載の半導体白色発光装置。
（１４）上記波長変換部が、上記半導体発光素子により励起されて発光する青色蛍光体、緑色蛍光体および赤色蛍光体を含む、上記（１１）〜（１３）のいずれかに記載の半導体白色発光装置。
（１５）上記青色蛍光体が、発光スペクトルのピーク波長が４５０〜４６０ｎｍの範囲内かつその長波長側の半値波長が４９０ｎｍ以上であるＥｕ付活アルカリ土類ハロリン酸塩蛍光体を含む、上記（１４）に記載の半導体白色発光装置。
（１６）上記緑色蛍光体が、発光スペクトルのピーク波長が５３５〜５５０ｎｍの範囲内かつその半値全幅が５０〜７０ｎｍである蛍光体を含む、上記（１５）に記載の半導体白色発光装置。
（１７）上記緑色蛍光体が、発光スペクトルのピーク波長が５３５〜５５０ｎｍの範囲内かつその半値全幅が５０〜７０ｎｍであるアルカリ土類ケイ酸窒化物蛍光体を含む、上記（１６）に記載の半導体白色発光装置。
（１８）上記緑色蛍光体が、発光スペクトルのピーク波長が５３５〜５５０ｎｍの範囲内かつその半値全幅が５０〜７０ｎｍであるサイアロン蛍光体を含む、上記（１６）に記載の半導体白色発光装置。
（１９）上記緑色蛍光体がβサイアロン蛍光体を含む、上記（１８）に記載の半導体白色発光装置。
（２０）半導体発光素子と、該半導体発光素子が発する光を吸収して該半導体発光素子が発する光とは異なる波長の光を発する波長変換部とを備え、該波長変換部は、該半導体発光素子により励起されて発光する青色蛍光体、緑色蛍光体および赤色蛍光体を含み、該半導体発光素子に電流を印加することによって、該波長変換部が発する光を含む相関色温度が６０００〜７０００Ｋの範囲の白色光を放出し、平均演色評価数Ｒａが９５以上であり、特殊演色評価数Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１およびＲ１２が８５以上であり、発光スペクトルが最も長波長側に有する極大波長が６１０ｎｍ以下であることを特徴とする半導体白色発光装置。
（２１）上記青色蛍光体が、発光スペクトルのピーク波長が４５０〜４６０ｎｍの範囲内かつその長波長側の半値波長が４９０ｎｍ以上であるＥｕ付活アルカリ土類ハロリン酸塩蛍光体を含む、上記（２０）に記載の半導体白色発光装置。
（２２）上記緑色蛍光体がβサイアロン：Ｅｕを含む、上記（２０）または（２１）に記載の半導体白色発光装置。
（２３）上記赤色蛍光体が、ＳｒおよびＣａを含有するＥｕ付活アルカリ土類ケイ窒化物蛍光体を含む、上記（２０）〜（２２）のいずれかに記載の半導体白色発光装置。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の実施形態に係る上記の半導体白色発光装置は演色性に優れるので、照明用の光源として好ましく使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る半導体白色発光装置の断面構造を示す。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係る半導体白色発光装置の断面構造を示す。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係る半導体白色発光装置の断面構造を示す。
【図４】図４は、本発明の実施形態に係る半導体白色発光装置の発光スペクトルを示す。
【図５】図５は、本発明の実施形態に係る半導体白色発光装置の発光スペクトルを示す。
【図６】図６は、本発明の実施形態に係る半導体白色発光装置の発光スペクトルを示す。
【図７】図７は、本発明の実施形態に係る半導体白色発光装置の発光スペクトルを示す。
【図８】図８は、ｘｙ色度図（ＣＩＥ １９３１）を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明について実施形態や例示物を示して説明するが、本発明は以下の実施形態や例示物等に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において任意に変形して実施することができる。
本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
【００１１】
本明細書に記す蛍光体の組成式において、各組成式の区切りは読点（、）で区切って表わす。また、カンマ（，）で区切って複数の元素を列記する場合には、列記された元素のうち一種又は二種以上を任意の組み合わせ及び組成で含有していてもよいことを示している。例えば、「（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）Ａｌ２Ｏ４：Ｅｕ」という組成式は、「ＢａＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ」、「ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ」、「ＣａＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ」、「Ｂａ１−ｐＳｒｐＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ」、「Ｂａ１−ｐＣａｐＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ」、「Ｓｒ１−ｐＣａｐＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ」および「Ｂａ１−ｐ−ｑＳｒｐＣａｑＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ」とを全て包括的に示しているものとする（但し、上記式中、０＜ｐ＜１、０＜ｑ＜１、０＜ｐ＋ｑ＜１である）。
【００１２】
図１は、本発明を実施したＳＭＤ型ＬＥＤ構造の半導体白色発光装置の断面構造であり、半導体白色発光装置１０は、パッケージ１１に設けられたカップの底面上に固定された半導体発光素子１２と、該カップ内に設けられ半導体発光素子１２を包囲する波長変換部１３とを備えている。波長変換部１３は、半導体発光素子１２で励起され発光する蛍光体（図示は省略）を含有している。半導体発光素子１２は、パッケージ１１の底面に形成された配線パターン（図示は省略）に接続されており、パッケージ１１の外部に置かれた電源から半導体発光素子１２に電流を供給することが可能となっている。
【００１３】
半導体発光素子１２に順方向電流を印加すると、該半導体発光素子１２が発光するとともに、この光の少なくとも一部を吸収して波長変換部１３に含まれる蛍光体が発光する。波長変換部１３には青色蛍光体、緑色蛍光体および赤色蛍光体が含まれ、この３つの蛍光体がそれぞれ放出する光から合成される白色光が、パッケージ１１の上部に露出する波長変換部１３の表面から放出される。半導体発光素子１２が発する光が可視成分を含む場合には、この可視成分も上記白色光に含まれることがある。
【００１４】
半導体白色発光装置１０から放出される上記白色光の相関色温度が５０００〜７０００Ｋの範囲内となるよう、波長変換部１３に添加される各蛍光体の量が調節される。光源の色を相関色温度で表すことができるのは、その黒体輻射軌跡からの偏差Ｄｕｖが−２０〜＋２０の範囲内にある場合に限られことが、ＪＩＳ規格などで定められている。Ｄｕｖがこの範囲外となる光は、白色照明用としては使用できない。照明用に用いたときの快適さの観点から、半導体白色発光装置１０の出力光のＤｕｖは、好ましくは−６．０〜＋６．０の範囲内、より好ましくは−６．０〜＋２．０の範囲内、特に好ましくは−６．０〜０．０の範囲内とする。
【００１５】
半導体白色発光装置１０は、発光スペクトルに関する次の第１の条件および第２の条件を同時に充足している。
第１の条件：発光スペクトルが４６０〜５２０ｎｍの範囲内に極小波長を有し、かつ、光束で規格化した発光スペクトルの上記極小波長における強度が、光束で規格化した演色性評価用基準光のスペクトルの上記極小波長における強度の８０〜１００％である。
【００１６】
第２の条件：光束で規格化した発光スペクトルの波長５８０ｎｍにおける強度が、光束で規格化した演色性評価用基準光のスペクトルの波長５８０ｎｍにおける強度の９０〜１
００％である。
ここで、上記第１の条件にいう発光スペクトルの極小波長とは、発光スペクトルの強度が極小値を取る波長のことである。よって、発光スペクトルが４６０〜５２０ｎｍの範囲内に極小波長を有するとは、４６０〜５２０ｎｍの範囲内に、発光スペクトルの強度が極小値を取る波長が存在することを意味する。
【００１７】
上記第１の条件および第２の条件にいう、演色性評価用基準光とは、光源の演色性評価方法を定める日本工業規格ＪＩＳ Ｚ８７２６：１９９０に規定される基準光であり、試料光源たる半導体白色発光装置１０の相関色温度が５０００Ｋ未満のときは完全放射体の光、また、該相関色温度が５０００Ｋ以上のときはＣＩＥ昼光である。完全放射体およびＣＩＥ昼光の定義はＪＩＳ Ｚ８７２０：２０００（対応国際規格 ＩＳＯ／ＣＩＥ １０５２６：１９９１）に従う。
【００１８】
上記第１の条件および第２の条件にいう、光束で規格化したスペクトルとは、下記数式（１）により決定される光束Φが１（ｕｎｉｔｙ）となるように規格化したスペクトル（下記数式（１）中の分光放射束Φe）をいう。
【００１９】
【数１】
【００２０】
ここで、
Φ：光束［ｌｍ］
Ｋm：最大視感度［ｌｍ／Ｗ］
Ｖλ：明所視標準比視感度
Φe:分光放射束［Ｗ／ｎｍ］
λ：波長［ｎｍ］、である。
【００２１】
上記第１の条件は、半導体白色発光装置１０を、彩度の高い黄色に関する再現性（指標は特殊演色評価数Ｒ１０）、および、彩度の高い青色に関する再現性（指標は特殊演色評価数Ｒ１２）に優れたものとするための指針である。また、上記第２の条件は、半導体白色発光装置１０を、彩度の高い赤色に関する再現性（指標は特殊演色評価数Ｒ９）に優れたものとするための指針である。半導体白色発光装置１０において、これら第１の条件および第２の条件が同時に充足されるためには、波長変換部１３に添加する青色蛍光体、緑色蛍光体および赤色蛍光体を適切に選択することが重要である。
【００２２】
半導体白色発光装置１０において、半導体発光素子１２は発光ダイオード、スーパールミネッセントダイオード、レーザダイオードなどで有り得るが、好ましくは発光ダイオードである。半導体発光素子１２の発光ピーク波長は、３５０〜４３０ｎｍの範囲内とすることができるが、ストークスシフト損失の低減という観点からは、４００〜４３０ｎｍの範囲内であることが望ましい。半導体発光素子１２の発光ピーク波長が４１０ｎｍ以下のとき、該半導体発光素子１２が発する光に含まれる可視成分が、半導体白色発光装置１０から放出される白色光の色度や半導体白色発光装置１０の演色性に与える影響は小さいものとなる。
【００２３】
４００〜４３０ｎｍの波長域に発光ピーク波長を有する半導体発光素子の中でも、特に
好ましく用い得るのは、ＩｎＧａＮ系の紫色発光ダイオードである。ＩｎＧａＮ系発光ダイオードは、ＩｎＧａＮ井戸層を含むＭＱＷ活性層をｐ型およびｎ型のＧａＮ系クラッド層で挟んだダブルヘテロｐｎ接合型の発光構造を有する発光ダイオードであり、発光ピーク波長を４１０〜４３０ｎｍの範囲としたとき発光効率が最大となることが知られている。このことと、青色蛍光体の励起特性とを考慮すると、半導体発光素子１２には、発光ピーク波長を４００〜４１５ｎｍの範囲内に有するＩｎＧａＮ系紫色発光ダイオードを用いることが好ましい。青色蛍光体は一般に紫外〜近紫外の光によって強く励起されるが、励起光の波長が４０５ｎｍよりも長波長になるとの側では波長の増加とともに急激に低下する。
【００２４】
波長変換部１３に含まれる青色蛍光体は、その発光色が、図８に示すｘｙ色度図（ＣＩＥ １９３１）における「ＰＵＲＰＵＬＩＳＨ ＢＬＵＥ」、「ＢＬＵＥ」または「ＧＲ
ＥＥＮＩＳＨ ＢＬＵＥ」に区分される蛍光体である。上記第１の条件を充足させるためには、発光スペクトルのピーク波長が４５０〜４７０ｎｍの範囲に存し、その半値全幅が５０〜８０ｎｍである青色蛍光体を用いることが望ましい。
【００２５】
青色蛍光体の好適例のひとつは、Ｅｕ付活アルカリ土類アルミン酸塩蛍光体、その中でも（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）ＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ、特に、ＢＡＭと呼ばれるＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕである。ＢＡＭの発光スペクトルはピーク波長を４５０ｎｍ付近に持ち、その半値全幅は約５０ｎｍである。通常のＩｎＧａＮ系青色発光ダイオードの発光スペクトルの半値全幅は３０ｎｍ以下であるから、これと比較するとＢＡＭの発光スペクトルはかなりブロードである。ＩｎＧａＮ系青色発光ダイオードを青色の光成分の発生源に用いた昼白色または昼光色の半導体白色発光装置は、彩度の高い青色に関する再現性が良好とはいえず、その特殊演色評価数Ｒ１２は７５に達しない。
【００２６】
青色蛍光体の他の好適例は、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）5（ＰＯ4）3（Ｃｌ，Ｆ，Ｂｒ）：
Ｅｕで表されるＥｕ付活アルカリ土類ハロリン酸塩蛍光体である。ただし、Ｓｒ5（ＰＯ4）3Ｃｌ：Ｅｕ（通称ＳＣＡ）は発光スペクトルの半値全幅が３０ｎｍ未満であるため、
ＳＣＡのみを用いて上記第１の条件を充足させることはできない。好ましいＥｕ付活アルカリ土類ハロリン酸塩蛍光体は、ＳＣＡのＳｒの一部がＢａまたはＣａの少なくとも一方で置換された、ＳＣＡよりもブロードな発光スペクトルを有する蛍光体（以下、「ＳＢＣＡ」ともいう）である。例えば、組成式ＳｒａＢａｂＥｕｘ（ＰＯ４）３Ｃｌ（ただし、ａ＋ｂ＝５−ｘ）で表されるＳＢＣＡは、ｘを０．５〜０．６、ｂ／（ａ＋ｂ）を０．２〜０．３とすることにより、発光スペクトルの半値全幅をＳＣＡの３０ｎｍ未満から約８０ｎｍまでブロード化することができる。
【００２７】
ＳＢＣＡのブロード化した発光スペクトルは、ピーク波長の短波長側よりも長波長側の広がりが極端に大きくなった非対称形状を呈する。例えば、ｘを０．５〜０．６、ｂ／（ａ＋ｂ）を０．２〜０．３としたＳｒａＢａｂＥｕｘ（ＰＯ４）３Ｃｌ（ただし、ａ＋ｂ＝５−ｘ）では、ピーク波長と短波長側の半値波長との差をΔλＳとしたとき、ピーク波長と長波長側の半値波長との差ΔλＬが、ΔλＳの２倍以上、更には２．５倍以上にもなり得る。ここで、半値波長とは、発光スペクトルの強度がピーク波長における強度の半分である波長をいう。このようなＳＢＣＡの発光特性は、上記第１の条件を充足させるうえで極めて好都合である。半導体白色発光装置１０の平均演色評価数Ｒａも考慮すると、波長変換部１０に用いるＥｕ付活アルカリ土類ハロリン酸塩蛍光体は、発光スペクトルのピーク波長を４５０〜４６０ｎｍの範囲に有し、長波長側の半値波長が４９０ｎｍ以上であることが望ましい。
【００２８】
波長変換部１３に添加することのできる青色蛍光体は一種類に限定されない。例えば、Ｅｕ付活アルカリ土類アルミン酸塩蛍光体とＥｕ付活アルカリ土類ハロリン酸塩蛍光体の
両方を、波長変換部１３に添加することができる。また、組成および発光特性の異なる２種以上のＥｕ付活アルカリ土類ハロリン酸塩蛍光体を、波長変換部１３に添加することができる。この２種以上のＥｕ付活アルカリ土類ハロリン酸塩蛍光体には、組成および発光特性が異なる２種以上のＳＢＣＡが含まれてもよい。
【００２９】
波長変換部１３に含まれる緑色蛍光体は、その発光色が、図８に示すｘｙ色度図（ＣＩＥ １９３１）における「ＧＲＥＥＮ」または「ＹＥＬＬＯＷＩＳＨ ＧＲＥＥＮ」に区分される蛍光体である。上記第１の条件および第２の条件を同時に充足させるためには、発光スペクトルのピーク波長が５２５〜５５０ｎｍの範囲に存し、その半値全幅が５０〜７０ｎｍである緑色蛍光体を用いることが望ましい。従って、Ｅｕ2+を付活剤とする緑色蛍光体を好ましく用いることができる。Ｅｕ2+を付活剤とする緑色蛍光体には、例えば、（Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｍｇ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）2（Ｍｇ，Ｚｎ）Ｓ
ｉ2Ｏ7：Ｅｕのようなアルカリ土類ケイ酸塩蛍光体、（Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ）3Ｓｉ6Ｏ12Ｎ2：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ）3Ｓｉ6Ｏ9Ｎ4：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）Ｓｉ2Ｏ2Ｎ2：Ｅｕのようなアルカリ土類ケイ酸窒化物蛍光体、βサイアロン：Ｅｕ、Ｓｒ3Ｓｉ13Ａ
ｌ3Ｏ2Ｎ21：Ｅｕ、Ｓｒ5Ａｌ5Ｓｉ21Ｏ2Ｎ35：Ｅｕのようなサイアロン蛍光体がある。
【００３０】
上記に例示した基本組成を有するアルカリ土類ケイ酸窒化物蛍光体は、発光スペクトルのピーク波長を、５２５〜５４０ｎｍを含む範囲で制御することができる。発光ピーク波長を５２５〜５３０ｎｍの範囲に有するアルカリ土類ケイ酸窒化物蛍光体の発光特性（発光スペクトルのピーク波長および半値全幅）は、（Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｍｇ）2ＳｉＯ4：Ｅｕと類似している。
【００３１】
緑色蛍光体の中には、Ｃａ３（Ｓｃ,Ｍｇ）２Ｓｉ３Ｏ１２:Ｃｅ、ＣａＳｃ２Ｏ４:Ｃ
ｅなどのような、Ｃｅ3+を付活剤とするものもある。しかし、この種の緑色蛍光体のみを用いて上記第２の条件を充足させることは困難である。なぜなら、Ｃｅ3+を付活剤とする緑色蛍光体は発光スペクトルがブロードであり、放出する光の中に５８０ｎｍ付近の波長を有する成分が過剰に含まれるためである。また、Ｃｅ3+を付活剤とする緑色蛍光体の多くは励起スペクトルのピークを波長４５０ｎｍ付近に有するため、青色蛍光体とともに用いると多段励起（カスケード励起）が発生し、波長変換ロスが増加する問題がある。
【００３２】
波長変換部１３に用いる緑色蛍光体は一種類に限定されない。例えば、Ｅｕ2+で付活されたアルカリ土類ケイ酸窒化物系の緑色蛍光体と、Ｅｕ2+で付活されたサイアロン系の緑色蛍光体の両方を、波長変換部１３に添加することができる。あるいは、母体組成が異なる複数のサイアロン系緑色蛍光体を、波長変換部１３に添加することができる。
波長変換部１３に含まれる赤色蛍光体は、その発光色が、図８に示すｘｙ色度図（ＣＩＥ１９３１）における「ＲＥＤ」、「ＲＥＤＤＩＳＨ ＯＲＡＮＧＥ」または「ＯＲＡＮＧＥ」に区分される蛍光体である。赤色蛍光体の好適例は、Ｅｕ2+を付活剤とし、アルカリ土類ケイ窒化物からなる結晶を母体とする蛍光体、例えば、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）ＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ、ＳｒＡｌＳｉ4Ｎ7：Ｅｕ、（ＣａＡｌＳｉＮ3）1-x（Ｓｉ(3n+2)/4ＮnＯ）x：Ｅｕなどである。この種の蛍光体の発光スペクトルはブロードであり、通常、その半値全幅は８０ｎｍ以上である。
【００３３】
（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）ＡｌＳｉＮ3：Ｅｕで表される赤色蛍光体の中でも、アルカリ土
類金属元素としてＳｒおよびＣａを含むものは、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕに比べて短波長の光を放出する。また、（ＣａＡｌＳｉＮ3）1-x（Ｓｉ(3n+2)/4ＮnＯ）x：Ｅｕは、ＣａＡｌＳｉＮ３にＳｉ（３ｎ＋２）／４ＮｎＯが固溶した結晶を母体とするが故に、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕに比べ発光スペクトルがブロードとなり、そのピーク波長は短波長となる。ｎおよびｘの値を制御することにより、（ＣａＡｌＳｉＮ3）1-x（Ｓｉ(3n+2)/4Ｎn
Ｏ）x：Ｅｕの発光スペクトルの半値全幅は１００ｎｍ以上とし得る。ＳｒＡｌＳｉ4Ｎ7
：ＥｕはＣａ1-xＡｌ1-xＳｉ1+xＮ3-xＯx：Ｅｕと類似した発光特性を有している。Ｃａ1-xＡｌ1-xＳｉ1+xＮ3-xＯx：Ｅｕは（ＣａＡｌＳｉＮ3）1-x（Ｓｉ(3n+2)/4ＮnＯ）x：Ｅｕにおいてｎ＝２の場合に該当する。
【００３４】
波長変換部１３に添加する緑色蛍光体と赤色蛍光体の適切な組み合わせによって、上記第２の条件を充足させることができる。すなわち、光束で規格化した演色性評価用基準光のスペクトルの波長５８０ｎｍにおける強度に対する、光束で規格化した半導体白色発光装置１０の発光スペクトルの波長５８０ｎｍにおける強度の比率を、９０〜１００％とすることができる。この比率をできるだけ１００％に近付けることにより、半導体白色発光装置１０のluminous efficacyを高くすることができる。なぜなら、５８０ｎｍという波
長は視感度が最も高い波長域に含まれるためである。第２の条件を好ましく充足させるうえで、発光特性の異なる複数の緑色蛍光体を組み合せて使用する、あるいは、発光特性の異なる複数の赤色蛍光体を組み合せて使用することは有用である。
【００３５】
波長変換部１３に添加する青色蛍光体、緑色蛍光体および赤色蛍光体の好ましい組み合わせとして、次の組み合せ例１および組み合せ例２が挙げられる。
組み合せ例１：
青色蛍光体・・・ＳｒａＢａｂＥｕｘ（ＰＯ４）３Ｃｌ（ただし、ａ＋ｂ＝５−ｘ）
緑色蛍光体・・・βサイアロン：Ｅｕ
赤色蛍光体・・・ＳｒｘＣａ１−ｘＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ（ただし、０＜ｘ＜１）
組み合せ例２：
青色蛍光体・・・ＢＡＭ
緑色蛍光体・・・（Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ）3Ｓｉ6Ｏ12Ｎ2：Ｅｕ
赤色蛍光体・・・Ｃａ1-xＡｌ1-xＳｉ1+xＮ3-xＯx：Ｅｕ
上記組み合わせ例１における青色蛍光体は、発光スペクトルのピーク波長が４５０〜４６０ｎｍ、長波長側の半値波長が４９０ｎｍ以上となるように、組成式ＳｒａＢａｂＥｕｘ（ＰＯ４）３Ｃｌにおけるａ、ｂ、ｘが調整される。好適例では、ｘを約０．５とし、ｂ／（ａ＋ｂ）を０．１〜０．２の間で調整する。緑色蛍光体として用いるβサイアロン：Ｅｕの発光スペクトルは幅が狭く、通常は６０ｎｍ未満であるが、発光スペクトルのブロードな青色蛍光体とともに用いることによって、上記第１の条件が好ましく充足される。βサイアロン：Ｅｕは耐久性および耐熱性に優れており、また、視感度の高い波長域に狭い発光バンドを有することからluminous efficacyが高い。
【００３６】
上記組み合わせ例１における赤色蛍光体には、発光ピーク波長が６３０ｎｍ未満、更には６２０ｎｍ未満であるものを好ましく用いることができる。緑色蛍光体として用いるβサイアロン：Ｅｕの発光スペクトルが幅狭であるために、このような短波長の赤色蛍光体を組み合わせても、上記第２の条件を充足させることが可能となる。波長変換部１３に短波長の赤色蛍光体を用いることにより、半導体白色発光装置１０のluminous efficacyが
向上するとともに、ストークスシフトに起因する損失が低減する。半導体白色発光装置１０の出力光の相関色温度が６０００〜７０００Ｋである場合には、該出力光のスペクトルが最も長波長側に有する極大波長を６１０ｎｍ以下とし得る。
【００３７】
上記組み合わせ例２においては、ＢＡＭの一部をＳＢＣＡに置き換えることができる。また、（Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ）3Ｓｉ6Ｏ12Ｎ2：Ｅｕの一部を、βサイアロン：Ｅｕなどの
サイアロン系緑色蛍光体に置き換えることができる。
波長変換部１３に添加する蛍光体の安定性に着目すると、母体がアルカリ土類ケイ窒化物、サイアロンまたはアルカリ土類ケイ酸窒化物であるものは、窒素を含むために母体結晶中における原子間結合の共有結合性が高く、それゆえに優れた耐久性および耐熱性を示す。緑色蛍光体の場合についていうと、ケイ酸塩系の（Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｍｇ）2Ｓｉ
Ｏ4：Ｅｕは室温での発光効率において極めて優れているが、高温では発光効率が著しく
低下することから、ハイパワー用途には適していない。
【００３８】
使用が推奨されない蛍光体として、硫黄を含む化合物の結晶を母体とする蛍光体がある。母体結晶から遊離する微量の硫黄が、半導体発光素子、パッケージ、封止材料などに含まれている金属と反応して着色物質を発生させる場合があるからである。着色物質は可視光を吸収するため、半導体白色発光装置の発光効率を著しく低下させる。
波長変換部１３は、上記第１の条件および第２の条件の充足が阻害されない限りで、青色蛍光体、緑色蛍光体および赤色蛍光体以外の蛍光体、例えば、黄色蛍光体を含有していてもよい。黄色蛍光体とは、その発光色が、図８に示すｘｙ色度図（ＣＩＥ １９３１）における「ＹＥＬＬＯＷ ＧＲＥＥＮ」、「ＧＲＥＥＮＩＳＨ ＹＥＬＬＯＷ」、「ＹＥＬＬＯＷ」または「ＹＥＬＬＯＷＩＳＨ ＯＲＡＮＧＥ」に区分される蛍光体である。黄色蛍光体には、Ｃｅ3+を付活剤とするものと、Ｅｕ２＋を付活剤とするものがある。前者には、（Ｙ，Ｇｄ）3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ、Ｔｂ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅのようなガーネット型酸化物結晶を母体とするもの、Ｌａ3Ｓｉ6Ｎ11：Ｃｅ、Ｃａ1.5xＬａ3-xＳｉ6Ｎ11：Ｃｅのようなランタンケイ素窒化物結晶を母体とするものがある。後者には、ＢＯＳＥと呼ばれる、アルカリ土類ケイ酸塩を母体とするものがある。Ｃｅ3+を付活剤とする黄色蛍光体の多くは励起スペクトルのピークを波長４５０ｎｍ付近に有するため、青色蛍光体とともに用いると多段励起（カスケード励起）が発生し、波長変換ロスが増加する問題がある。
【００３９】
波長変換部１３において蛍光体を保持するマトリックス材料には、半導体発光素子１２の発光波長域および可視波長域において透明な樹脂またはガラスを用いることができる。樹脂としては、各種の熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂などが挙げられ、より具体的には、メタアクリル樹脂（ポリメタアクリル酸メチルなど）、スチレン樹脂（ポリスチレン、スチレン−アクリロニトリル共重合体など）、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、フェノキシ樹脂、ブチラール樹脂、ポリビニルアルコール、セルロース系樹脂（エチルセルロース、セルロースアセテート、セルロースアセテートブチレートなど）、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂などが例示される。また、ガラスとしては、リン酸系、ホウリン酸系、バナジウムホウ酸系、アルカリ珪酸系、ビスマス系などの、公知の低融点ガラスが好ましく例示される。
【００４０】
耐熱性や耐光性の観点から波長変換部１３のマトリックス材料として好ましいのは、ケイ素含有化合物である。ケイ素含有化合物とは、分子中にケイ素原子を有する化合物をいい、例えば、ポリオルガノシロキサン等の有機材料（シリコーン系材料）、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素等の無機材料、及びホウケイ酸塩、ホスホケイ酸塩、アルカリケイ酸塩等のガラス材料を挙げることができる。中でも、シリコーン系材料は、透明性、接着性、ハンドリングの容易さ、機械的・熱的応力の緩和特性に優れる等の点から、特に好ましい。シリコーン系材料とは、通常、シロキサン結合を主鎖とする有機重合体をいい、硬化機構によって、縮合型、付加型、ゾルゲル型、光硬化型などの種類がある。
【００４１】
波長変換部１３には、蛍光体以外の微粒子、例えば、光散乱剤を分散させることができる。波長変換部１３のマトリックス材料自体が、光学特性、機械特性、耐熱性などの種々の性質を調整する目的でサブミクロンサイズの微粒子を樹脂またはガラスに分散させた複合材料であってもよい。
波長変換部１３は任意の態様で蛍光体を含有することができる。例えば、波長変換部１３中における蛍光体の分布は一様であってもよいし、不均一であってもよい。また、波長変換部１３の内部には、特定の蛍光体のみを含有する部分が存在してもよい。その一例では、波長変換部１３を、青色蛍光体のみを含有する層、緑色蛍光体のみを含有する層、赤色蛍光体のみを含有する層を積層した多層構造とすることができる。この場合、異なる蛍光体を含有する２つの層の間に、蛍光体を含有しない層が挿入されていてもよい。また、波長変換部１３は、異なるマトリックス材料で形成された複数の層が積層された構造を有
してもよい。
【００４２】
変形実施形態では、図２に示す半導体白色発光装置２０のように、波長変換部２３を半導体発光素子２２から離して配置することもできる。半導体発光素子２２と波長変換部２３とを隔てる空間Ｓは空洞であってもよいし、その一部または全部が透光性材料で充填されていてもよい。波長変換部２３は、透明な支持フィルムの面上に形成された薄層であり得る。
【００４３】
他の変形実施形態では、図３に示す半導体白色発光装置３０のように、波長変換部３３を、半導体発光素子３２の表面をコンフォーマルに被覆する薄層とすることもできる。この半導体白色発光装置３０は、更に、波長変換部３３を包囲する透明部材３４を備えている。この例では、透明部材３４の上部が半球状に成形されている。
本発明の実施形態に係る半導体白色発光装置は、ＳＭＤ型ＬＥＤ構造に限らず、砲弾型ＬＥＤ構造、チップ・オン・ボード構造など、種々の構造を備えるもので有り得る。また、本発明の実施形態に係る半導体白色発光装置は、半導体発光素子と蛍光体との間、あるいは、蛍光体が発する光が発光装置の外部に放出されるまでに通過する経路上に、レンズ、光ファイバ、導光板、反射鏡、フィルタ、その他任意の光学素子を備えることができる。
【００４４】
本発明の実施形態に係る半導体白色発光装置は、上記第１の条件および第２の条件の少なくとも一方を充たすために、可視域の一部の波長範囲における透過率が他の波長範囲における透過率に比べて低くなるように作られたフィルタを利用して、発光スペクトルの形状を制御するものであってもよい。
青色蛍光体ＳｒａＢａｂＥｕｘ（ＰＯ４）３Ｃｌ（ただし、ａ＋ｂ＝５−ｘ）の製造方法について説明すると、次の通りである。
【００４５】
この蛍光体の原料のうち、Ｓｒ源、Ｂａ源およびＥｕ源としては、Ｓｒ、ＢａおよびＥｕの各元素の酸化物、水酸化物、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、蓚酸塩、カルボン酸塩、ハロゲン化物、窒化物及びそれらの水和物等を用いることができる。
また、この蛍光体の原料のうち、ＰＯ４源としては、Ｓｒ、ＢａまたはＮＨ４のリン酸水素塩、リン酸塩、メタリン酸塩またはピロリン酸塩の他、Ｐ２Ｏ５、ＰＣｌ３、ＰＣｌ５、Ｓｒ２ＰＯ４Ｃｌ、Ｂａ２ＰＯ４Ｃｌ、リン酸、メタリン酸、ピロリン酸等を用いることができ、また、Ｃｌ源としては、ＳｒＣｌ、ＢａＣｌ、ＮＨ４Ｃｌ、ＨＣｌ、Ｓｒ２ＰＯ４Ｃｌ、Ｂａ２ＰＯ４Ｃｌ等を、用いることができる。
【００４６】
好適例では、Ｓｒ源兼ＰＯ４源にＳｒＨＰＯ４、Ｓｒ源にＳｒＣＯ３、Ｂａ源にＢａＣＯ３、Ｅｕ源にＥｕ２Ｏ３を用いることができる。これらの原料を、Ｓｒ、Ｂａ、Ｅｕ、ＰＯ４およびＣｌが所定のモル比で含まれるように秤量し、ボールミル等を用いて十分混合した後、焼成する。好ましくは、原料混合物に対し、ＳｒＣｌ２・６Ｈ２Ｏおよび／またはＢａＣｌ２・６Ｈ２Ｏをフラックスとして添加する。フラックスの添加量は、原料混合物中のＳｒのモル比が１０％程度過剰となるように定めることができる。
【００４７】
焼成雰囲気は通常は還元雰囲気とする。還元雰囲気下で焼成すると、原料中では３価であったＥｕが２価に還元される。還元雰囲気とするために用いるガスは、水素、一酸化炭素等であり、通常、窒素ガス、希ガスのような不活性ガスと混合して使用する。このときのガスの全量に対する還元性ガスの割合（モル比）は好ましくは３％以上である。焼成温度（最高到達温度）は、好ましくは９００℃以上、１３５０℃以下であり、焼成時間は通常１時間以上、２４時間以下である。焼成時の圧力は大気圧程度が好ましい。焼成工程において反応系にフラックスを共存させると、良好な単粒子を成長させることができる。焼成工程後、必要に応じて粉砕工程、洗浄工程、分級工程、表面処理工程、乾燥工程などを
行なってもよい。
【００４８】
〔実験結果〕
以下には、本発明者等が行った、実験（シミュレーションを含む）の結果を記載する。実験に用いた蛍光体のリストを表１に示す。
【００４９】
【表１】
【００５０】
表１には、各蛍光体について、本明細書で用いる名称、発光色に基づく種別、一般式、発光スペクトルの特性を示している。発光スペクトルの特性としては、発光スペクトルのピーク波長（発光ピーク波長）および半値全幅と、「相対強度＠５８０ｎｍ」を示している。これらはいずれも、発光ピーク波長の欄に括弧書きで記された波長で励起したときの値である。「相対強度＠５８０ｎｍ」とは、発光ピーク波長における発光スペククトルの強度（発光ピーク強度）を１として、波長５８０ｎｍにおける発光スペクトルの強度を相対的に表した値である。
【００５１】
表１に示す蛍光体のうち、ＳＢＣＡ−１とＳＢＣＡ−２、ＣＡＳＯＮ−１とＣＡＳＯＮ−２、ＳＣＡＳＮ−１とＳＣＡＳＮ−２は、それぞれ同じ一般式で表されているが、発光特性が異なっている。同一の一般式で表される蛍光体が、母体の組成、付活剤濃度、不純物濃度などの相違により異なる発光特性を示す事実は、当該技術分野においてはよく知られている。なおＳＢＣＡ−１およびＳＢＣＡ−２の一般式はＳｒａＢａｂＥｕｘ（ＰＯ４）３Ｃｌ（ａ＋ｂ＝５−ｘ）と表すこともできる。
【００５２】
実施例２および３で使用している青色蛍光体ＳＢＣＡ−１は、短波長側の半値波長を４３７ｎｍに、長波長側の半値波長を４９９ｎｍに有している。よって、ΔλＬ／ΔλＳ＝２．９である。また、実施例４で使用している青色蛍光体ＳＢＣＡ−２は、短波長側の半値波長を４３８ｎｍに、長波長側の半値波長を４９６ｎｍに有している。よって、ＳＢＣＡ−１と同様、ΔλＬ／ΔλＳ＝２．９である。
【００５３】
表１に示す蛍光体を用いて作製した白色発光装置のリストを表２に示す。実施例１〜４および比較例１に係る白色発光装置では、発光ピーク波長を約４０５ｎｍに有する紫色発光ダイオードを蛍光体の励起源に用いている。一方、比較例２〜４に係る白色発光装置では、発光ピーク波長を約４５０ｎｍに有する青色発光ダイオードを、青色の光成分の発生源と蛍光体の励起源を兼用する発光素子として用いている。実施例および比較例に係る各白色発光装置は、発光ダイオードをＳＭＤ型パッケージに実装し、蛍光体を分散させたシリコーン樹脂組成物で封止することにより作製した。表２には、各白色発光装置の作製に用いたシリコーン樹脂組成物における蛍光体の含有量（濃度）を示している。例えば、実施例１の白色発光装置では、青色蛍光体ＢＡＭ、緑色蛍光体ＢＳＳおよび赤色蛍光体ＣＡＳＯＮ−１をそれぞれ１３．３ｗｔ％、１．０ｗｔ％および１．９ｗｔ％の濃度で含むシリコーン樹脂組成物で、紫色発光ダイオードを封止している。
【００５４】
【表２】
【００５５】
表１に示す白色発光装置のそれぞれについて発光特性を測定した結果を表３に示す。表３において、ｐ（％）は、発光スペクトルが４６０〜５２０ｎｍの範囲内に有する極小波
長をλmとしたときの、光束で規格化した演色性評価用基準光のスペクトルの波長λmにおける強度に対する、光束で規格化した発光スペクトルの波長λmにおける強度の比率であ
る。また、ｑ（％）は、光束で規格化した演色性評価用基準光のスペクトルの波長５８０ｎｍにおける強度に対する、光束で規格化した発光スペクトルの波長５８０ｎｍにおける強度の比率である。従って、８０≦ｐ≦１００が上記第１の条件の充足を意味し、９０≦ｑ≦１００が上記第２の条件の充足を意味する。
【００５６】
【表３】
【００５７】
【表４】
【００５８】
表３に示すように、実施例１〜４に係る白色発光装置は第１の条件および第２の条件の両方を充たしており、その平均演色評価数Ｒａと特殊演色評価数Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１およびＲ１２はいずれも８０を超えている。表４に示すのは実施例に係る各白色発光装置の演色評価数Ｒ１〜Ｒ１４であり、全て８０を超えている。特に、実施例２および３の白色発光装置の演色性は極めて良好であり、Ｒ１〜Ｒ１４が全て９０以上で、Ｒａは９５を超えている。実施例１および４の白色発光装置も、Ｒ９を除く全ての演色評価数が９０以上であり、Ｒａは９５以上である。
【００５９】
実施例１〜４に係る白色発光装置の発光スペクトルを、それぞれ、図１〜４に示す。実施例４の白色発光装置は、発光スペクトルが最も長波長側に有する極大波長（赤色蛍光体の発光に基づく極大波長）が６０８ｎｍと短いにもかかわらず、その特殊演色評価数Ｒ９は８７という良好な値である。
一方、比較例１〜４に係る白色発光装置は上記第１の条件（８０≦ｐ≦１００）を充たしていない。このうち、比較例２〜４の白色発光装置はＲ１２の値が低く、それぞれ４１、５７、６６である。比較例２の白色発光装置は、更にＲ１０も低いが（Ｒ１０＝３２）、比較例３および４の白色発光装置のＲ１０は８０を超えている。それに対し、比較例１の白色発光装置はＲ１２が８０を超えており、Ｒ１０が７４という低い値となっている。このような違いは、比較例１の白色発光装置と比較例３および４の白色発光装置とで、発光スペクトルが波長４６０〜５２０ｎｍの範囲内に有する極小波長が相違していることに起因する可能性がある。比較例１の白色発光装置は該極小波長を４９９ｎｍに有するのに対し、比較例３および４の白色発光装置は該極小波長をそれぞれ４８９ｎｍ、４８４ｎｍに有している。
【００６０】
このことを確かめるために、シミュレーションの手法により、比較例１の白色発光装置の発光スペクトルと比較例３の白色発光装置の発光スペクトルとを合成したスペクトルを発光スペクトルとする、仮想的な白色発光装置の演色性を調べた。具体的には、比較例１および３の白色発光装置の発光スペクトルをそれぞれ光束で規格化したうえ所定の比率（Ａ：Ｂ）で合算し、得られた合成スペクトルを仮想的な白色発光装置の発光スペクトルと見なして、該仮想的な白色発光装置の平均演色評価数Ｒａおよび特殊演色評価数Ｒ９〜Ｒ１１を算出した。その結果を表５に示す。
【００６１】
【表５】
【００６２】
合成スペクトルに占める、比較例１の白色発光装置の発光スペクトルの比率が減少するにつれて、すなわち、合算比率Ａ：Ｂが１０：０から０：１０に向かって変化するのに伴い、該合成スペクトルが波長４６０〜５２０ｎｍの範囲内に有する極小波長は４９９ｎｍから４８５ｎｍに向かって減少する。この間、第１の条件（８０≦ｐ≦１００）が充たされることはないが、表５に示すように、該合成スペクトルを発光スペクトルとする仮想的な白色発光装置のＲ１０は７４から８４に向かって増加し、その反対に、Ｒ１２は８１から５７に向かって減少した。
【００６３】
再び表３に戻ると、比較例１〜４に係る白色発光装置のうち、比較例１および３の白色発光装置は上記第２の条件（９０≦ｑ≦１００）を充足しており、その特殊演色評価数Ｒ９はいずれも９０以上という高い値である。一方、比較例２および４の白色発光装置は該第２の条件を充たしておらず、そのＲ９はそれぞれ−３４、４５という極めて低い値である。
【符号の説明】
【００６４】
１０、２０、３０ 半導体白色発光装置
１１、２１、３１ パッケージ
１２、２２、３２ 半導体発光素子
１３、２３、３３ 波長変換部
３４ 透明部材
Ｓ 空間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光素子と、該半導体発光素子が発する光を吸収して該半導体発光素子が発する光とは異なる波長の光を発する波長変換部とを備え、該半導体発光素子に電流を印加することによって、該波長変換部が発する光を含む相関色温度が５０００〜７０００Ｋの範囲の白色光を放出する、半導体白色発光装置であって、
発光スペクトルが波長４６０〜５２０ｎｍの範囲に極小波長を有し、
光束で規格化した発光スペクトルの上記極小波長における強度が、光束で規格化した演色性評価用基準光のスペクトルの上記極小波長における強度の８０〜１００％であり、
光束で規格化した発光スペクトルの波長５８０ｎｍにおける強度が、光束で規格化した演色性評価用基準光のスペクトルの波長５８０ｎｍにおける強度の９０〜１００％であることを特徴とする半導体白色発光装置。
【請求項２】
上記波長変換部が、上記半導体発光素子により励起されて発光する青色蛍光体、緑色蛍光体および赤色蛍光体を含む、請求項１に記載の半導体白色発光装置。
【請求項３】
上記青色蛍光体が、発光スペクトルのピーク波長が４５０〜４６０ｎｍの範囲内かつその長波長側の半値波長が４９０ｎｍ以上であるＥｕ付活アルカリ土類ハロリン酸塩蛍光体を含む、請求項２に記載の半導体白色発光装置。
【請求項４】
上記緑色蛍光体が、アルカリ土類ケイ酸窒化物蛍光体またはサイアロン蛍光体の少なくとも一方を含む、請求項３に記載の半導体白色発光装置。
【請求項５】
上記緑色蛍光体が、発光スペクトルのピーク波長が５３５〜５５０ｎｍの範囲内かつその半値全幅が５０〜７０ｎｍである蛍光体を含む、請求項３に記載の半導体白色発光装置。
【請求項６】
上記発光スペクトルのピーク波長が５３５〜５５０ｎｍの範囲内かつその半値全幅が５０〜７０ｎｍである蛍光体が、アルカリ土類ケイ酸窒化物蛍光体またはサイアロン蛍光体を含む、請求項５に記載の半導体白色発光装置。
【請求項７】
上記発光スペクトルのピーク波長が５３５〜５５０ｎｍの範囲内かつその半値全幅が５０〜７０ｎｍである蛍光体が、βサイアロン蛍光体を含む、請求項６に記載の半導体白色発光装置。
【請求項８】
上記赤色蛍光体が、発光スペクトルのピーク波長を６２０ｎｍ以下に有する蛍光体を含む、請求項７に記載の半導体白色発光装置。
【請求項９】
上記発光スペクトルのピーク波長を６２０ｎｍ以下に有する蛍光体が、ＳｒおよびＣａを含有するＥｕ付活アルカリ土類ケイ窒化物蛍光体を含む、請求項８に記載の半導体白色発光装置。
【請求項１０】
上記白色光の相関色温度が６０００Ｋ以上であり、発光スペクトルが最も長波長側に有する極大波長が６１０ｎｍ以下である、請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体白色発光装置。
【請求項１１】
半導体発光素子と、該半導体発光素子が発する光を吸収して該半導体発光素子が発する光とは異なる波長の光を発する波長変換部とを備え、該半導体発光素子に電流を印加することによって、該波長変換部が発する光を含む相関色温度が５０００〜７０００Ｋの範囲の白色光を放出する、半導体白色発光装置であって、
平均演色評価数Ｒａが９５以上であり、
特殊演色評価数Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１およびＲ１２が８５以上であることを特徴とする半導体白色発光装置。
【請求項１２】
上記白色光の相関色温度が５０００〜６０００Ｋの範囲内であり、演色評価数Ｒ１〜Ｒ１４の全てが９０以上である、請求項１１に記載の半導体白色発光装置。
【請求項１３】
上記白色光の相関色温度が６０００以上であり、演色評価数Ｒ１〜Ｒ１４の全てが８５以上である、請求項１１に記載の半導体白色発光装置。
【請求項１４】
上記波長変換部が、上記半導体発光素子により励起されて発光する青色蛍光体、緑色蛍光体および赤色蛍光体を含む、請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の半導体白色発光装置。
【請求項１５】
上記青色蛍光体が、発光スペクトルのピーク波長が４５０〜４６０ｎｍの範囲内かつその長波長側の半値波長が４９０ｎｍ以上であるＥｕ付活アルカリ土類ハロリン酸塩蛍光体を含む、請求項１４に記載の半導体白色発光装置。
【請求項１６】
上記緑色蛍光体が、発光スペクトルのピーク波長が５３５〜５５０ｎｍの範囲内かつその半値全幅が５０〜７０ｎｍである蛍光体を含む、請求項１５に記載の半導体白色発光装置。
【請求項１７】
上記緑色蛍光体が、発光スペクトルのピーク波長が５３５〜５５０ｎｍの範囲内かつその半値全幅が５０〜７０ｎｍであるアルカリ土類ケイ酸窒化物蛍光体を含む、請求項１６に記載の半導体白色発光装置。
【請求項１８】
上記緑色蛍光体が、発光スペクトルのピーク波長が５３５〜５５０ｎｍの範囲内かつその半値全幅が５０〜７０ｎｍであるサイアロン蛍光体を含む、請求項１６に記載の半導体白色発光装置。
【請求項１９】
上記緑色蛍光体がβサイアロン蛍光体を含む、請求項１８に記載の半導体白色発光装置。
【請求項２０】
半導体発光素子と、該半導体発光素子が発する光を吸収して該半導体発光素子が発する光とは異なる波長の光を発する波長変換部とを備え、
該波長変換部は、該半導体発光素子により励起されて発光する青色蛍光体、緑色蛍光体および赤色蛍光体を含み、該半導体発光素子に電流を印加することによって、該波長変換部が発する光を含む相関色温度が６０００〜７０００Ｋの範囲の白色光を放出し、
平均演色評価数Ｒａが９５以上であり、
特殊演色評価数Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１およびＲ１２が８５以上であり、発光スペクトルが最も長波長側に有する極大波長が６１０ｎｍ以下である
ことを特徴とする半導体白色発光装置。
【請求項２１】
上記青色蛍光体が、発光スペクトルのピーク波長が４５０〜４６０ｎｍの範囲内かつその長波長側の半値波長が４９０ｎｍ以上であるＥｕ付活アルカリ土類ハロリン酸塩蛍光体を含む、請求項２０に記載の半導体白色発光装置。
【請求項２２】
上記緑色蛍光体がβサイアロン：Ｅｕを含む、請求項２０または２１に記載の半導体白色発光装置。
【請求項２３】
上記赤色蛍光体が、ＳｒおよびＣａを含有するＥｕ付活アルカリ土類ケイ窒化物蛍光体を含む、請求項２０〜２２のいずれか１項に記載の半導体白色発光装置。
【請求項１】
半導体発光素子と、該半導体発光素子が発する光を吸収して該半導体発光素子が発する光とは異なる波長の光を発する波長変換部とを備え、該半導体発光素子に電流を印加することによって、該波長変換部が発する光を含む相関色温度が５０００〜７０００Ｋの範囲の白色光を放出する、半導体白色発光装置であって、
発光スペクトルが波長４６０〜５２０ｎｍの範囲に極小波長を有し、
光束で規格化した発光スペクトルの上記極小波長における強度が、光束で規格化した演色性評価用基準光のスペクトルの上記極小波長における強度の８０〜１００％であり、
光束で規格化した発光スペクトルの波長５８０ｎｍにおける強度が、光束で規格化した演色性評価用基準光のスペクトルの波長５８０ｎｍにおける強度の９０〜１００％であることを特徴とする半導体白色発光装置。
【請求項２】
上記波長変換部が、上記半導体発光素子により励起されて発光する青色蛍光体、緑色蛍光体および赤色蛍光体を含む、請求項１に記載の半導体白色発光装置。
【請求項３】
上記青色蛍光体が、発光スペクトルのピーク波長が４５０〜４６０ｎｍの範囲内かつその長波長側の半値波長が４９０ｎｍ以上であるＥｕ付活アルカリ土類ハロリン酸塩蛍光体を含む、請求項２に記載の半導体白色発光装置。
【請求項４】
上記緑色蛍光体が、アルカリ土類ケイ酸窒化物蛍光体またはサイアロン蛍光体の少なくとも一方を含む、請求項３に記載の半導体白色発光装置。
【請求項５】
上記緑色蛍光体が、発光スペクトルのピーク波長が５３５〜５５０ｎｍの範囲内かつその半値全幅が５０〜７０ｎｍである蛍光体を含む、請求項３に記載の半導体白色発光装置。
【請求項６】
上記発光スペクトルのピーク波長が５３５〜５５０ｎｍの範囲内かつその半値全幅が５０〜７０ｎｍである蛍光体が、アルカリ土類ケイ酸窒化物蛍光体またはサイアロン蛍光体を含む、請求項５に記載の半導体白色発光装置。
【請求項７】
上記発光スペクトルのピーク波長が５３５〜５５０ｎｍの範囲内かつその半値全幅が５０〜７０ｎｍである蛍光体が、βサイアロン蛍光体を含む、請求項６に記載の半導体白色発光装置。
【請求項８】
上記赤色蛍光体が、発光スペクトルのピーク波長を６２０ｎｍ以下に有する蛍光体を含む、請求項７に記載の半導体白色発光装置。
【請求項９】
上記発光スペクトルのピーク波長を６２０ｎｍ以下に有する蛍光体が、ＳｒおよびＣａを含有するＥｕ付活アルカリ土類ケイ窒化物蛍光体を含む、請求項８に記載の半導体白色発光装置。
【請求項１０】
上記白色光の相関色温度が６０００Ｋ以上であり、発光スペクトルが最も長波長側に有する極大波長が６１０ｎｍ以下である、請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体白色発光装置。
【請求項１１】
半導体発光素子と、該半導体発光素子が発する光を吸収して該半導体発光素子が発する光とは異なる波長の光を発する波長変換部とを備え、該半導体発光素子に電流を印加することによって、該波長変換部が発する光を含む相関色温度が５０００〜７０００Ｋの範囲の白色光を放出する、半導体白色発光装置であって、
平均演色評価数Ｒａが９５以上であり、
特殊演色評価数Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１およびＲ１２が８５以上であることを特徴とする半導体白色発光装置。
【請求項１２】
上記白色光の相関色温度が５０００〜６０００Ｋの範囲内であり、演色評価数Ｒ１〜Ｒ１４の全てが９０以上である、請求項１１に記載の半導体白色発光装置。
【請求項１３】
上記白色光の相関色温度が６０００以上であり、演色評価数Ｒ１〜Ｒ１４の全てが８５以上である、請求項１１に記載の半導体白色発光装置。
【請求項１４】
上記波長変換部が、上記半導体発光素子により励起されて発光する青色蛍光体、緑色蛍光体および赤色蛍光体を含む、請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の半導体白色発光装置。
【請求項１５】
上記青色蛍光体が、発光スペクトルのピーク波長が４５０〜４６０ｎｍの範囲内かつその長波長側の半値波長が４９０ｎｍ以上であるＥｕ付活アルカリ土類ハロリン酸塩蛍光体を含む、請求項１４に記載の半導体白色発光装置。
【請求項１６】
上記緑色蛍光体が、発光スペクトルのピーク波長が５３５〜５５０ｎｍの範囲内かつその半値全幅が５０〜７０ｎｍである蛍光体を含む、請求項１５に記載の半導体白色発光装置。
【請求項１７】
上記緑色蛍光体が、発光スペクトルのピーク波長が５３５〜５５０ｎｍの範囲内かつその半値全幅が５０〜７０ｎｍであるアルカリ土類ケイ酸窒化物蛍光体を含む、請求項１６に記載の半導体白色発光装置。
【請求項１８】
上記緑色蛍光体が、発光スペクトルのピーク波長が５３５〜５５０ｎｍの範囲内かつその半値全幅が５０〜７０ｎｍであるサイアロン蛍光体を含む、請求項１６に記載の半導体白色発光装置。
【請求項１９】
上記緑色蛍光体がβサイアロン蛍光体を含む、請求項１８に記載の半導体白色発光装置。
【請求項２０】
半導体発光素子と、該半導体発光素子が発する光を吸収して該半導体発光素子が発する光とは異なる波長の光を発する波長変換部とを備え、
該波長変換部は、該半導体発光素子により励起されて発光する青色蛍光体、緑色蛍光体および赤色蛍光体を含み、該半導体発光素子に電流を印加することによって、該波長変換部が発する光を含む相関色温度が６０００〜７０００Ｋの範囲の白色光を放出し、
平均演色評価数Ｒａが９５以上であり、
特殊演色評価数Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１１およびＲ１２が８５以上であり、発光スペクトルが最も長波長側に有する極大波長が６１０ｎｍ以下である
ことを特徴とする半導体白色発光装置。
【請求項２１】
上記青色蛍光体が、発光スペクトルのピーク波長が４５０〜４６０ｎｍの範囲内かつその長波長側の半値波長が４９０ｎｍ以上であるＥｕ付活アルカリ土類ハロリン酸塩蛍光体を含む、請求項２０に記載の半導体白色発光装置。
【請求項２２】
上記緑色蛍光体がβサイアロン：Ｅｕを含む、請求項２０または２１に記載の半導体白色発光装置。
【請求項２３】
上記赤色蛍光体が、ＳｒおよびＣａを含有するＥｕ付活アルカリ土類ケイ窒化物蛍光体を含む、請求項２０〜２２のいずれか１項に記載の半導体白色発光装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−９９７１７（Ｐ２０１２−９９７１７Ａ）
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４７４６７（Ｐ２０１０−２４７４６７）
【出願日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【出願人】（０００００５９６８）三菱化学株式会社 (4,356)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【出願人】（０００００５９６８）三菱化学株式会社 (4,356)
【Ｆターム（参考）】
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