発光装置とその製造方法
【課題】発光素子からの紫外光または青色光にて高効率に発光する蛍光体を利用する発光装置であって、発光色の設定が容易でありかつ輝度の高い発光装置を提供する。
【解決手段】発光装置（１０）は、１次光を発する発光素子（１１）と、１次光の一部を吸収してその１次光の波長以上の波長を有する２次光を発する波長変換部（１２）とを含み、その波長変換部は互いに異なる光吸収帯域を有する複数種の蛍光体（１３、１４、１５）を含み、これら複数種の蛍光体の少なくとも１種は他の少なくとも１種で発せられた２次光を吸収し得る吸収帯域を有することを特徴としている。
【解決手段】発光装置（１０）は、１次光を発する発光素子（１１）と、１次光の一部を吸収してその１次光の波長以上の波長を有する２次光を発する波長変換部（１２）とを含み、その波長変換部は互いに異なる光吸収帯域を有する複数種の蛍光体（１３、１４、１５）を含み、これら複数種の蛍光体の少なくとも１種は他の少なくとも１種で発せられた２次光を吸収し得る吸収帯域を有することを特徴としている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１次光を発する半導体発光素子とその１次光を吸収して２次光を発する蛍光体を含む波長変換部とを備えた発光装置または白色発光装置の改善に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
そのような半導体発光素子と波長変換部とを組合せた発光装置または白色発光装置は、低消費電力、小型、高輝度、さらに広範囲な色再現性が期待される次世代の発光装置または白色発光装置として注目され、その研究開発が活発に行われている。
【０００３】
半導体発光素子としてはＧａＮ系発光素子やＺｎＯ系発光素子などが用いられ、発光素子から発せられる１次光としては、通常は紫外線の長波長側から青色の範囲、すなわち約３８０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲内の波長を有するものが用いられる。また、このような１次光を２次光に変換する用途に適した様々な種類の蛍光体を用いた波長変換部も提案されている。
【０００４】
そのような波長変換機能を有する発光装置の一例が、特許文献１の特開２００４−７１３５７号公報に開示されている。この特許文献１では、蛍光体としてＩｎＮ系ナノ結晶を用いることが記載されているが、その詳細な発光特性については言及されていない。また、特許文献２の特開２００４−１７９６４４号公報では、樹脂中に光拡散剤を添加した複数種の蛍光体層における各層毎の拡散効率に着目した発光装置が開示されているが、この場合においても蛍光体層に関する詳細な発光特性については言及されていない。
【０００５】
他方、白色発光装置の用途としては、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）用バックライト（特に液晶テレビ（ＴＶ）用バックライト）やカメラ用フラッシュライトなどの白色照明装置としての用途が最も重要である。そして、これらの白色照明装置に要求される特性は、発光効率が高いことと同時に色再現性がよいことである。特に、白色照明装置では、色がつかない黒体輻射に類似の白色が得られることが好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−７１３５７号公報
【特許文献２】特開２００４−１７９６４４号公報
【特許文献３】特許第２９２７２７９号公報
【特許文献４】特開２００４−３２７４９２号公報
【特許文献５】特開２００２−１７１０００号公報
【特許文献６】特開２００３−１２１８３８号公報
【特許文献７】特開２００４−２８７３２３号公報
【特許文献８】国際公開第０２/０５９９８２号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１および２では、発光装置に含まれる複数種の蛍光体に関する詳細な発光特性について言及されておらず、複数種の蛍光体の相対的配置順序の効果に関しては技術的に検討されていない。
【０００８】
しかし、発光装置の動作期間中において蛍光体を含む樹脂層が紫外光によって劣化することを避ける観点から、青色の波長範囲である４００ｎｍから５００ｎｍの範囲に発光ピ−ク波長を有する発光素子を用いる場合、その１次光の波長に適した波長変換部すなわちそれに含まれる複数種の蛍光体における可視光領域での励起特性が重要となる。
【０００９】
換言すれば、発光装置において、複数種の蛍光体を含む波長変換部の特性を最大限に発揮させるには、各種蛍光体の励起特性を考察して、最適な蛍光体積層状態を構成することが重要である。
【００１０】
他方、白色発光装置の色再現性を高くするためには、赤、緑、および青の三原色の光源にスペクトル純度の高いものを用いることが望まれ、各色の光源としてたとえばＬＥＤ（発光ダイオード）や半導体レーザなどを用いることが考えられる。しかし、緑色の発光効率の高い半導体光源が得られない。また、これらの半導体光源はそれぞれ独立に輝度を制御してやる必要があるので、駆動回路が大掛かりになってしまうという問題もある。
【００１１】
１種の半導体光源を用いて白色光源を実現する方法として、青色のＬＥＤとその青色光で励起されて黄色光を放出する蛍光体とを組合せて用いる方法が特許文献３の特許第２９２７２７９号公報に開示されている。しかし、この方法では、赤色成分が少ない上に緑色のスペクトルの純度が悪いので、色再現性がよくないという問題がある。
【００１２】
同様に、比較的長波長の紫外線から青色の範囲内、すなわち３８０ｎｍから４８０ｎｍの波長範囲内で発光するＬＥＤと、そのＬＥＤから放出される１次光で青色、緑色、または赤色の光を放出する蛍光体とを組合せて用いる種々の方法が提案されている。たとえば、緑色の発光効率を高めるために緑色のみに関して蛍光体を用いる方法が、特許文献４の特開２００４−３２７４９２号公報に開示されている。しかし、特許文献４の方法では、やはり複数の半導体発光素子を用いるので駆動回路が大掛かりとなる。
【００１３】
また、紫外光を放出するＬＥＤとそのＬＥＤから放出される１次光で青色、緑色、および赤色の光を放出する複数種の蛍光体とを組合せる方法が、特許文献５の特開２００２−１７１０００号公報に開示されている。しかし、特許文献５においては、ＬＥＤと複数種の蛍光体とのどのような組合せが最もよいか、特に黒体輻射とみなせる光源にすると同時に高い発光効率と広い色再現性が得られる組合せについての示唆はない。特に、赤色の蛍光体については、特許文献５に記載の蛍光体では発光効率が十分ではない。
【００１４】
現在の白色の発光装置においては、青色発光の発光素子とその青色光により励起されて黄色発光を示す３価のセリウムで付活された（Ｙ，Ｇｄ）3（Ａｌ，Ｇａ）5Ｏ12蛍光体または２価のユーロピウムで付活された（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ）2ＳｉＯ4蛍光体との組合せが主として用いられている。
【００１５】
ただし、これらの白色発光装置では、色再現性（ＮＴＳＣ比）が５０％弱であり、大型ＬＣＤ用（特にＬＣＤ−ＴＶ用）バックライトの用途には適さない。すなわち、半導体発光素子と蛍光体を組合せた白色発光装置は、現在において主として用いられている冷陰極蛍光ランプに比べて、水銀を含まず、かつ低消費電力、小型、および高輝度であるという利点を有する反面で、特にその色再現性（ＮＴＳＣ比）の改善が急務となっている。
【００１６】
なお、ＮＴＳＣ比とは、ＮＴＳＣ（National Television System Committee）が定めた赤、緑、および青の各色のＸＹＺ表色系色度図における色度座標（ｘ，ｙ）がそれぞれ赤（0.670, 0.330）、緑（0.210, 0.710）、および青（0.140, 0.080）であり、それらの赤、緑、および青の色度座標を結んで得られる三角形の面積に対する比率を表している。
【００１７】
ＬＣＤにおける色再現性（ＮＴＳＣ比）に着目した先行技術としては、特許文献６の特開２００３−１２１８３８号公報がある。その特許文献６において、バックライト光源が５０５ｎｍから５３５ｎｍの範囲内にスペクトルピークを有すること、およびその光源に使用する緑蛍光体の付活剤としてユウロピウム、タングステン、スズ、アンチモン、およびマンガンのいずれかを含むこと、さらに実施例には緑蛍光体としてＭｇＧａ2Ｏ4：ＭｎとＺｎ2ＳｉＯ4：Ｍｎを用いることが記載されている。しかしながら、発光素子のピーク波長が３８０ｎｍから４５０ｎｍの範囲内の場合には、ユウロピウム、タングステン、スズ、アンチモン、およびマンガンのいずれかを含む蛍光体の全てが好ましく適用され得るものではない。すなわち、特許文献６の実施例に記載されているＭｇＧａ2Ｏ4：ＭｎとＺｎ2ＳｉＯ4：Ｍｎは３８０ｎｍから４５０ｎｍの範囲内の励起光ではその発光効率が著しく低く、したがってこれらの蛍光体は本願発明の用途に適合するものではない。
【００１８】
また、特許文献７の特開２００４−２８７３２３号公報では、バックライトとして、赤発光ＬＥＤチップと緑発光ＬＥＤチップと青発光ＬＥＤチップが１パッケージに含まれたＲＧＢ（赤緑青）−ＬＥＤの他に、３波長型蛍光管、紫外光ＬＥＤ＋ＲＧＢ蛍光体、有機ＥＬ光源などが使用され得ると記載されている。しかしながら、特許文献７では、紫外光ＬＥＤ＋ＲＧＢ蛍光体において、ＲＧＢ蛍光体に関する具体的な記述はない。
【００１９】
上述のような先行技術状態に鑑み、本発明は、半導体発光素子から発せられる３８０ｎｍから４５０ｎｍの範囲内の波長を有する光にて高効率で発光する複数種の蛍光体を波長変換部に利用する発光装置であって、発光色の設定が容易でありかつ輝度の高い発光装置を提供することを目的とし、さらには、色再現性（ＮＴＳＣ比）の優れた白色発光装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の一つの態様による発光装置は、１次光を発する発光素子と、１次光の一部を吸収してその１次光の波長以上の波長を有する２次光を発する波長変換部とを含み、その波長変換部は互いに異なる光吸収帯域を有する複数種の蛍光体を含み、これら複数種の蛍光体の少なくとも１種は他の少なくとも１種で発せられた２次光を吸収し得る吸収帯域を有することを特徴としている。このような発光装置においては、発光色の設定が容易であり、かつ高い輝度を得ることができる。
【００２１】
なお、複数種の蛍光体は、相対的に長い波長の２次光を発する蛍光体種の順序で発光素子に近い側から配置されていることが好ましい。この構成によれば、各種蛍光体から発光した２次光のうちで発光装置の外部に向かって放射される光は、外側に配置されて他色を発光する蛍光体に再度吸収されることがなくて効率的に装置外部に取り出され得る。また、内部に向かって放射される光は内側に配置されて長波長光を発光する蛍光体の励起に寄与するので、発光装置全体として発光のロスを極力抑えることができる。
【００２２】
本発明に用いられる発光素子は、窒化ガリウム系半導体を利用して作製され得る。
本発明に用いられる青色系発光蛍光体は、（Ｍ１，Ｅｕ）10（ＰＯ4）6・Ｃｌ2で表される２価のユーロピウム付活ハロ燐酸塩蛍光体、ａ（Ｍ２，Ｅｕ）Ｏ・ｂＡｌ2Ｏ3で表される２価のユ−ロピウム付活アルミン酸塩蛍光体、およびａ（Ｍ２，Ｅｕc，Ｍｎd）Ｏ・ｂＡｌ2Ｏ3で表される２価のユーロピウムおよびマンガン共付活アルミン酸塩蛍光体から選ばれる少なくとも１種を含むことができ、ここで、Ｍ１はＭｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、Ｍ２はＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、ＢａおよびＺｎから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ａ、ｂ、ｃおよびｄはａ＞０、ｂ＞０、０．１≦ａ/ｂ≦１．０、０．００１≦ｄ/ｃ≦０．２を満足する数を表す。
【００２３】
本発明に用いられる緑色系発光蛍光体は、ａ（Ｍ２，Ｅｕe，Ｍｎf）Ｏ・ｂＡｌ2Ｏ3で表される２価のユーロピウムおよびマンガン共付活アルミン酸塩蛍光体、２（Ｍ１1-g，Ｅｕg）Ｏ・ＳｉＯ2で表される２価のユーロピウム付活珪酸塩蛍光体、およびＭＩ3（ＭＩＩ1-h，Ｃｅh）2（ＳｉＯ4）3で表される３価のセリウム付活珪酸塩蛍光体から選ばれる少なくとも１種を含むことができ、ここで、Ｍ２はＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、ＢａおよびＺｎから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ａ、ｂ、ｅおよびｆはａ＞０、ｂ＞０、０．１≦ａ/ｂ≦１．０、０．３≦ｆ/ｅ≦５．０を満足する数を表し、Ｍ１はＭｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ｇは０．００５≦ｇ≦０．１０を満足する数を表し、ＭＩはＭｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ＭＩＩはＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、ＧｄおよびＬｕから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ｈは０．０１≦ｈ≦０．４を満足する数を表す。
【００２４】
本発明に用いられる赤色系発光蛍光体は、（ＭＩＩＩ1-j，Ｅｕj）ＭＩＶＳｉＮ3で表される２価のユ−ロピウム付活窒化物蛍光体を含むことができ、ここで、ＭＩＩＩはＭｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ＭＩＶはＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、ＧｄおよびＬｕから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ｊは０．００１≦ｊ≦０．０５を満足する数を表す。
【００２５】
本発明のもう一つの態様による発光装置は、１次光を発する発光素子と、１次光の少なくとも一部を吸収してその１次光の波長以上の波長を有する２次光を発する波長変換部とを含み、波長変換部は少なくとも緑色系発光蛍光体と赤色系発光蛍光体とを含み、緑色系発光蛍光体は、ａ（Ｍ２，Ｅｕe，Ｍｎf）Ｏ・ｂＡｌ2Ｏ3で表される２価のユーロピウムおよびマンガン共付活アルミン酸塩蛍光体を含み、ここで、Ｍ２はＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、ＢａおよびＺｎから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ａ、ｂ、ｅおよびｆはａ＞０、ｂ＞０、０．１≦ａ/ｂ≦１．０、および０．３≦ｆ/ｅ≦５．０を満足する数を表すことを特徴としている。
【００２６】
このような発光装置では、緑色の蛍光体の発光スペクトルが狭いので、１つの半導体発光素子を用いて高い色再現性が得られる。すなわち、付活材であるＥｕは１次光を十分吸収するがそれ自身は殆ど発光せず、その吸収エネルギーをＭｎに移動させてＭｎの発光で緑色光が生じ、このＭｎの発光スペクトルが狭いので高効率でスペクトル幅の狭い緑色発光が得られる。
【００２７】
さらに、蛍光体母材結晶にＳｒを付加することによって、励起光としての１次光の波長が比較的長くてもよくなるので、蛍光体を含むモールド樹脂が短波長光の照射によって劣化することを回避でき、発光装置の長寿命化が図れる。
【００２８】
赤色系発光蛍光体は、（Ｍ３1-gＥｕg）Ｍ４ＳｉＮ3で表される３価のユーロピウム付活窒化物蛍光体を含むことが好ましく、ここで、Ｍ３はＭｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、Ｍ４はＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、ＧｄおよびＬｕから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ｇは０．００１≦ｇ≦０．０５を満足する数を表す。このような赤色系発光蛍光体では、高効率でスペクトル幅の狭い赤色発光が得られる。
【００２９】
波長変換部は青色系発光蛍光体をさらに含むことができ、その青色系発光蛍光体は、（Ｍ１，Ｅｕ）10（ＰＯ4）6・Ｃｌ2で表される２価のユーロピウム付活ハロ燐酸塩蛍光体、ａ（Ｍ２，Ｅｕ）Ｏ・ｂＡｌ2Ｏ3で表される２価のユーロピウム付活アルミン酸塩蛍光体、およびａ（Ｍ２，Ｅｕc，Ｍｎd）Ｏ・ｂＡｌ2Ｏ3で表される２価のユーロピウムおよびマンガン共付活アルミン酸塩蛍光体から選ばれる少なくとも１種を含むことが好ましく、ここで、Ｍ１はＭｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、Ｍ２はＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、ＢａおよびＺｎから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ａ、ｂ、ｃおよびｄはａ＞０、ｂ＞０、０．１≦ａ/ｂ≦１．０、および０．００１≦ｄ/ｃ≦０．２を満足する数を表す。このような青色系発光蛍光体では、高効率でスペクトル幅の狭い青色発光が得られる。
【００３０】
発光素子は窒化ガリウム系半導体で形成されており、１次光のピーク波長が３８０ｎｍから４５０ｎｍの範囲にあることが好ましい。この１次光のピ−ク波長は、３９０ｎｍから４２０ｎｍの範囲にあることがさらに好ましい。このような半導体発光素子を用いることによって、青色系、緑色系、および赤色系の３種の蛍光体を効率よく励起することができる。
【００３１】
発光装置から発する光が所定の色温度の黒体輻射と見なされる色度に設定されるように、発光素子からの１次光の波長成分と赤色系、緑色系、および青色系の蛍光体の各々から発する２次光の波長成分とが調整され得る。このような調整によって、発光装置から放出される光に色がつかないので、その発光装置を良質の照明用の光源として使用することができる。
【００３２】
発光素子は複数の樹脂層で覆われており、樹脂層の各々は赤色系、緑色系、および青色系の蛍光体のいずれかを含み、発光素子に近い樹脂層に含まれる蛍光体は遠い樹脂層に含まれる蛍光体に比べてピーク波長が長い２次光を発することが好ましい。これによって、発光素子に近い樹脂層中の蛍光体から放出された光が遠い樹脂層中の蛍光体で吸収されることがないので、高効率の白色発光装置が得られる。また、一種の蛍光体のみを含む各樹脂層を用いて測定した層厚に対する発光効率の結果に基づいて白色発光装置を設計することができる。
【００３３】
発光素子は、各層が所定の厚さとなるように積層された複数の樹脂層によってモールドされていることが好ましい。これによって、白色発光装置が容易に作製され得る。
【００３４】
本発明による発光装置は、パッケージの内壁の反射面に囲まれた底面上に発光素子を搭載する工程と、パッケージ内に搭載された発光素子を覆うように第１の蛍光体種が混練された第１の液状樹脂を注入して硬化させる工程と、その硬化した第１液状樹脂および反射面の上に第１蛍光体種に比べて短い２次光波長を有する第２の蛍光体種が混練された第２の液状樹脂を注入して硬化させる工程とを含むことによって製造することができる。
【００３５】
また、本発明による発光装置は、パッケージの内壁の反射面に囲まれた底面上に発光素子を搭載する工程と、パッケージ内に搭載された発光素子の周囲を覆うように粒径のメディアン値が異なる複数種の蛍光体が混練された液状樹脂を注入する工程と、注入された液状樹脂を所定時間静置させて粒径のメディアン値が大きい蛍光体種ほど発光素子近くで濃度が高くなるように沈降させる工程とを含むことによっても好ましく作製することができる。
【発明の効果】
【００３６】
以上のような本発明によれば、発光装置において、発光素子からの発光を波長変換部が効率よく吸収して、その波長変換部が高効率で発光することができ、さらには、色再現性（ＮＴＳＣ比）が著しく良好な白色光を放射することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施例による発光装置の構造を示す模式的縦断面図である。
【図２】赤色系発光蛍光体の励起と発光のスペクトル分布を示すグラフである。
【図３】緑色系発光蛍光体の励起と発光のスペクトル分布を示すグラフである。
【図４】青色系発光蛍光体の励起と発光のスペクトル分布を示すグラフである。
【図５】本発明の一実施例による発光装置における発光スペクトル分布を示すグラフである。
【図６】発光装置の特性を評価するためのカラーフィルタの分光特性を示すグラフである。
【図７】本発明による他の形態の発光装置の作製過程を図解する模式的断面図である。
【図８】黒体輻射温度と色度図座標との関係を示すｘｙ色度図である。
【図９】本発明のさらに他の実施例による発光装置の構造を示す模式的縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１による発光装置を模式的縦断面図で示している。この発光装置１０は、１次光を発する発光素子１１と、１次光の少なくとも一部を吸収してその１次光の波長以上の波長を有する２次光を発する波長変換部１２とを備えている。発光素子１１はカソード端子１８上に載置され、金ワイヤ１９によってアノード端子１７およびカソード端子１８ヘ電気的に接続されている。
【００３９】
発光素子１１としては、たとえば４１０ｎｍに発光ピ−ク波長を有する窒化ガリウム（ＧａＮ）系発光ダイオ−ドを用いることができる。
【００４０】
波長変換部１２は、（Ｃａ0.98Ｅｕ0.02）ＡｌＳｉＮ3の組成で表される赤色系発光蛍光体を含む層１３と、（Ｂａ0.85Ｅｕ0.15）（Ｍｇ0.80Ｍｎ0.20）Ａｌ10Ｏ17の組成で表される緑色系発光蛍光体を含む層１４と、（Ｂａ0.80Ｅｕ0.20）ＭｇＡｌ10Ｏ17の組成で表される青色系発光蛍光体を含む層１５とを含んでいる。
【００４１】
図２は本実施例１にて使用した赤色系発光蛍光体の励起と発光のスペクトル分布を示し、図３は緑色系発光蛍光体の励起と発光のスペクトル分布を示し、そして図４は青色系発光蛍光体の励起と発光のスペクトル分布を示している。すなわち、これらの図に示されたグラフにおいて、横軸は光の波長（ｎｍ）を表し、縦軸は光の相対強度を表している。また、グラフ中の曲線３１、３３、および３５は蛍光体の励起スペクトル分布を表し、曲線３２、３４、および３６は蛍光体からの発光スペクトル分布を表している。
【００４２】
図２、図３および図４から明らかなように、本実施例１における各蛍光体はピーク波長４１０ｎｍの１次光によって非常に効率よく赤色、緑色、または青色を発光することがわかる。
【００４３】
さらに、赤色系発光蛍光体は、緑色系発光蛍光体および青色系発光蛍光体から発せられた緑色光（波長５２０ｎｍ付近）および青色光（波長４５０ｎｍ付近）をも吸収して、赤色を発光し得ることがわかる。
【００４４】
しかしながら、１次光によって励起された蛍光体から２次光として発せられた緑色光（波長５２０ｎｍ付近）および青色光（波長４５０ｎｍ付近）によって赤色系発光蛍光体を励起するのは、全体としての波長変換効率の低下につながるので得策ではない。
【００４５】
すなわち、輝度の高い発光装置を得るためには、本実施例１におけるように赤色系発光蛍光体層１３、緑色系発光蛍光体層１４、および青色系発光蛍光体層１５の順に積層することが重要となる。ただし、緑色系発光蛍光体は青色光によって励起されて発光することがないので、緑色系発光蛍光体と青色系発光蛍光体とを混合して１層の発光層としてもよい。
【００４６】
本実施例１では、赤色系発光蛍光体、緑色系発光蛍光体、および青色系発光蛍光体の各々をバインダ樹脂（シリコーン系またはエポキシ系）中に混練し、図１に示すデバイスパッケージのカップ１６内に赤色発光層１３、緑色発光層１４、青色発光層１５の順に注入して硬化させて蛍光体層構造１２を形成した。
【００４７】
なお、蛍光体混練樹脂の注入時にその混練樹脂が表面張力によりカップ１６の内壁面を這い上がるのを防止して各発光層の厚さが一定となるように、カップ内壁面には段差（テラス）１６ａが設けられている。また、カップ内壁は段差１６ａを境界として上段において下段よりも傾斜が急峻となるように形成されていることが好ましい。このことによって、下段の蛍光体層からの光に関して、段差１６ａによる影が上段の蛍光体層において少なくされ得る。
【００４８】
他方、比較例１として、実施例１と全く同種の蛍光体を用いて、青色系発光蛍光体：緑色系発光蛍光体：赤色系発光蛍光体＝２．０：１．５：１．０の重量比率で混合した単層の発光層が波長変換部として形成された。
【００４９】
表１において、本実施例１と比較例１の発光装置における白色発光の評価結果が示されている。
【００５０】
【表１】
【００５１】
表１から明らかなように、本実施例１の発光装置は比較例１に比べて同じ発光色を有しているが、その明るさが飛躍的に向上していることがわかる。
【００５２】
ここで、Ｔｃは発光装置の発光色の相関色温度を表し、ｄｕｖは発光色度点の黒体輻射軌跡からの偏差（U*V*W*色度図（CIE1964均等色空間）上における発光色の色度点から黒体輻射軌跡に降ろした垂線の長さ）を表す。ｄｕｖが０．０１以下であれば通常のタングステンフィラメント電球などと同様に、着色のない色と感じられるとされている。また、７０００Ｋの黒体輻射温度では、太陽の色温度に近いことから自然な白色が得られる。
【００５３】
本実施例１および比較例１において、発光素子からの１次光のピーク波長は４１０ｎｍであって蛍光体の励起のためには効果の高い波長域であるが、視感効率が低いので外部に漏れ出ても発光装置としての明るさには寄与しない。したがって、その１次光のみを反射する特性を有する光学膜（たとえば、多層干渉膜）をコートしたシート１２ａを蛍光体層構造１２の最外面上に貼付することが好ましい。このシート１２ａによって反射された１次光が再度蛍光体層の励起に寄与し、発光装置全体としてより明るく発光させることができる。
【００５４】
（実施例２）
本発明の実施例２においては、発光素子として、４６０ｎｍにピ−ク波長を有する窒化ガリウム（ＧａＮ）系発光ダイオ−ドが用いられた。
【００５５】
波長変換部には、（Ｓｒ0.75Ｂａ0.24Ｅｕ0.01）2ＳｉＯ4なる組成で表される緑色系発光蛍光体と（Ｃａ0.985Ｅｕ0.015）ＡｌＳｉＮ3なる組成で表される赤色系発光蛍光体が用いられた。図２から、赤色系発光蛍光体は緑色系発光蛍光体から発せられた緑色光（波長５５０ｎｍ付近）を吸収し、赤色を発光し得ることがわかる。
【００５６】
これらの発光ダイオードと蛍光体を利用して、実施例１と同様な方法にて、本実施例２の発光装置が作成された。また、比較例２として、本実施例２と全く同種の蛍光体を混合した単層の発光層からなる波長変換部を有する発光装置が形成された。
【００５７】
本実施例２と比較例２による発光装置の特性が評価され、その結果が表２に示されている。
【００５８】
【表２】
【００５９】
表２から明らかなように、本実施例２の発光装置は比較例２に比べて同じ発光色を有しているが、その明るさが飛躍的に向上していることがわかる。
【００６０】
（実施例３〜８および比較例３〜８）
用いられる発光素子の発光ピーク波長と蛍光体の種類が変更されたことを除いて、実施例１および比較例１と同様な方法にて、実施例３〜８および比較例３〜８の発光装置がそれぞれ作成され、それらの特性を評価した結果が表３に示されている。
【００６１】
【表３】
【００６２】
表３から明らかなように、本発明の実施例３〜８による発光装置は、それぞれ比較例３〜８に比べて、その明るさが飛躍的に向上していることがわかる。
【００６３】
（実施例９）
図１は、本発明の実施例９による白色発光装置に関しても参照することができる。本実施例９の白色発光装置１０は、１次光を発する発光素子１１と、１次光の少なくとも一部を吸収してその１次光の波長よりも長い波長を有する２次光を発する波長変換部１２とを備えている。発光素子１１としては、４１０ｎｍにピ−ク波長を有する窒化ガリウム（ＧａＮ）系発光ダイオ−ドが使用された。
【００６４】
波長変換部１２においては、（Ｃａ0.98Ｅｕ0.02）ＡｌＳｉＮ3の組成で表される赤色系発光蛍光体を含む赤色発光樹脂層１３と、（Ｂａ0.85Ｅｕ0.15）（Ｍｇ0.80Ｍｎ0.20）Ａｌ10Ｏ17の組成で表される緑色系発光蛍光体を含む緑色発光樹脂層１４と、（Ｂａ0.80Ｅｕ0.20）ＭｇＡｌ10Ｏ17の組成で表される青色系発光蛍光体を含む青色発光樹脂層１５とが順次積層されており、それらの３種類の蛍光体は１：１：１になるように含められた。
【００６５】
図５は、本実施例９の白色発光装置の発光スペクトル分布を示すグラフである。すなわち、このグラフの横軸は発光波長（ｎｍ）を表し、縦軸は光の放射強度（ａ．ｕ．：任意単位）を表している。このグラフにおいて、２次光として緑色光（ピーク波長５２０ｎｍ付近）を発する蛍光体からの光は、Ｍｎからの発光を反映してそのスペクトル幅が狭くなっていることがわかる。
【００６６】
本実施例９の白色発光装置について、明るさおよび色再現性（ＮＴＳＣ比）が評価された。この色再現性の測定に使用した青色、緑色、および赤色のカラーフィルタの分光特性が、図６のグラフに示されている。このグラフにおいて、横軸は光の波長（ｎｍ）を表し、縦軸は透過光量（任意単位）を表している。また、グラフ中の曲線３７は青色フィルタの特性を表し、曲線３８は緑色フィルタの曲線を表し、そして曲線３９は赤色フィルタの特性を表している。
【００６７】
他方、本実施例９との比較のために、比較例９としての発光装置も作製された。この比較例９においては、（Ｂａ0.80Ｅｕ0.20）ＭｇＡｌ10Ｏ17の組成で表される青色系発光蛍光体と（Ｓｒ0.92Ｂａ0.05Ｃａ0.01Ｅｕ0.02）2ＳｉＯ4の組成で表される黄色系発光蛍光体とが１．５：１．０の重量比率で混合された単層の樹脂層を波長変換部に用いたことのみにおいて実施例９と異なっていた。
【００６８】
表４では、本実施例９と比較例９とによる発光装置における白色発光の評価結果が示されている。
【００６９】
【表４】
【００７０】
表４から明らかなように、本実施例９の発光装置は、比較例９の発光装置に比べて、明るさだけでなくて色再現性（ＮＴＳＣ比）も飛躍的に向上していることがわかる。
【００７１】
なお、表４中で黒体輻射温度が６６００Ｋであって太陽の温度に近いことは、自然な白色が得られることを意味する。
【００７２】
参考のために、図８のｘｙ色度図において、黒体輻射温度とｘｙ色度図座標との関係を示す。この色度図において、複数の丸印はスペクトルの軌跡を表し、複数の三角印は黒体輻射の軌跡を表している。
【００７３】
図１を参照し得る本実施例９の発光装置は、より詳細には以下のように作製されている。すなわち、ＧａＮ系発光素子１１は、一対のリードフレーム（金属薄板）１７、１８のうちの片方１８上に搭載され、一対のワイヤ１９によってそれらのリードフレーム１７、１８へ電気的に接続されている。
【００７４】
発光素子１１の周囲には、可視光に対して反射率の高い白色の樹脂によってすり鉢状のカップ１６を形成している。すり鉢状の壁面の内側には段差１６ａ、１６ｂを設け、蛍光体を含む樹脂の液面が止まるようにしている。その結果、蛍光体を含む樹脂層１３、１４、１５の各々が、ほぼ所定の厚さになる。
【００７５】
発光素子１１は、２次光が赤色の蛍光体を充填した樹脂層１３、２次光が緑色の蛍光体を充填した樹脂層１４、および２次光が青色の蛍光体を充填した樹脂層１５で順次モールドされている。一種の蛍光体を充填した樹脂層でモールドした後に、それを仮硬化してから次の樹脂層を充填することによって、隣接する樹脂層が混ざることを防ぎながら生産効率の低下を防止することができる。
【００７６】
なお、カップ１６の内壁面は白色樹脂材料のままでもよいが、発光装置の発光効率をさらに高めるために、銀、アルミニウムなどの可視光に対して反射率の高い金属をメッキしておくことがより好ましい。
【００７７】
図７の模式的な断面図においては、本実施例９による他の形態の発光装置の製造過程が示されている。
【００７８】
図７（Ａ）において、ＧａＮ系発光素子１１は硬質の配線基板２１上に搭載され、ワイヤ２２によってその配線基板２１へ電気的に接続される。そして、図７（Ｂ）に示されているように、発光素子１１は、２次光が赤色の蛍光体を充填した樹脂層、２次光が緑色の蛍光体を充填した樹脂層、および２次光が青色の蛍光体を充填した樹脂層で順次モールドされて、それらの樹脂層を含む樹脂ドーム２３によって覆われる。
【００７９】
なお、樹脂ドーム２３は、チクソ性の高い樹脂を用いることによって、金型などを用いなくても形成することができる。しかし、樹脂ドーム２３に含まれる複数の樹脂層のそれぞれの厚さを正確に設定したい場合は、図７（Ｃ）に示されているような金型を用いてもよい。
【００８０】
図７（Ｃ）においては、赤色発光の蛍光体を含む赤色発光樹脂層２３ａで発光素子１１を覆い、その樹脂層２３ａは仮硬化してからプレス金型２５によって押圧される。こうすることによって、図７（Ｄ）に示されているように、発光素子１１の頂面からの厚さｔを所定の値に設定することができる。同様にして、緑色発光の蛍光体を含む緑色発光樹脂層２３ｂおよび青色発光の蛍光体を含む青色発光樹脂層２３ｃをプレス金型２５を用いながら形成することによって、図７（Ｅ）に示されているように、厚さ制御された３層の樹脂層２３ａ、２３ｂ、２３ｃで覆われた発光素子１１を含む白色発光装置が得られる。この場合でも、一種の樹脂層で発光素子１１覆って、その樹脂層を仮硬化してから次の樹脂層で覆うことによって、隣接する樹脂層が混ざることを防ぎながら生産効率の低下を防止することができる。
【００８１】
（実施例１０）
本発明の実施例１０においては、発光素子として、３９０ｎｍのピ−ク波長を有する窒化ガリウム（ＧａＮ）系発光ダイオ−ドが用いられた。そして、波長変換部には、（Ｃａ0.985Ｅｕ0.015）ＡｌＳｉＮ3の組成で表される赤色系発光蛍光体を含む樹脂層と、（Ｂａ0.70Ｓｒ0.10Ｅｕ0.20）（Ｍｇ0.75Ｍｎ0.25）Ａｌ10Ｏ17の組成で表される緑色系発光蛍光体を含む樹脂層と、（Ｂａ0.80Ｅｕ0.20）ＭｇＡｌ10Ｏ17の組成で表される青色系発光蛍光体を含む樹脂層とが用いられた。
【００８２】
他方、本実施例１０との比較のための比較例１０においては、（Ｂａ0.80Ｅｕ0.20）ＭｇＡｌ10Ｏ17の組成で表される青色系発光蛍光体と（Ｙ0.52Ｇｄ0.35Ｃｅ0.13）3Ａｌ5Ｏ12の組成で表される黄色系発光蛍光体との混合物を含む単層の樹脂層が用いられたことのみにおいて実施例１０と異なっていた。
【００８３】
本実施例１０および比較例１０においても、実施例９の場合と同様に、図１に示されているような形態の発光装置が作製され、それらの発光素子の特性が評価された。それらの評価結果が表５に示されている。
【００８４】
【表５】
【００８５】
表５から明らかなように、本実施例１０の発光装置も、比較例１０の発光装置に比べて、明るさだけでなくて色再現性（ＮＴＳＣ比）も飛躍的に向上していることがわかる。
【００８６】
（実施例１１〜１５）
実施例９および比較例９に類似して、本発明の実施例１１〜１５およびそれらと比較される比較例１１〜１５による発光装置を作製し、それらの発光装置の特性を評価した結果が表６に示されている。ただし、実施例１１〜１５および比較例１１〜１５においては、図１に示されているような形態の発光装置が作製されたが、表６に示されているように、用いられた発光素子の発光ピーク波長と蛍光体の組成とが種々に変更された。
【００８７】
【表６】
【００８８】
表６から明らかなように、本発明による蛍光体を含む実施例１１〜１５の発光装置は、青色発光の発光素子とその青色により励起されて黄色発光を示す２価のユ−ロピウムで付活された（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ）2ＳｉＯ4蛍光体またはそれと３価のセリウムで付活された（Ｙ，Ｇｄ）3（Ａｌ，Ｇａ）5Ｏ12蛍光体との組合せを含む比較例１１〜１５の発光装置に比べて、明るさだけでなくで色再現性（ＮＴＳＣ比）も飛躍的に向上していることがわかる。
【００８９】
本発明では、発光素子から発する１次光のピ−ク波長が３８０ｎｍから４５０ｎｍの範囲にあればよく、３９０ｎｍから４２０ｎｍの範囲内のピ−ク波長を有する発光素子が本発明の発光装置により適している。
【００９０】
なお、色再現性（ＮＴＳＣ比）を飛躍的に向上させるためには、緑色系発光蛍光体（またはそれに含まれる緑色系発光成分）の発光スペクトルの半値幅を狭くすることが望まれる。これを達成するためには、本発明におけるように、２価のマンガン（Ｍｎ）による発光が適しており、また緑色系発光蛍光体の母体としてはアルミン酸塩（Aluminate）が適している。
【００９１】
上述の実施例では、発光素子に近い方から、２次光の波長の長い蛍光体を含む樹脂層の順に積層することを特徴としている。しかし、本発明における三色の蛍光体を混合して含む単層の樹脂層を用いた場合には、明るさが著しく低下するものの、色再現性（ＮＴＳＣ比）には影響がない。したがって、色再現性（ＮＴＳＣ比）の向上のみを追求する場合には、三色の蛍光体を混合して含む単層の樹脂層を使用してもよい。
【００９２】
また、上述の実施例では、緑色系発光蛍光体を含む樹脂層上に青色系発光蛍光体を含む樹脂層を積層している。しかし、本発明における緑色系発光蛍光体においては、波長４５０ｎｍ前後の１次青色光の励起による２次発光強度が弱い。したがって、緑色系発光蛍光体と青色系発光蛍光体とを混合して単層の樹脂層に含めても、白色発光としての明るさの低下は少なく、本発明における作用および効果は変わらない。
【００９３】
（実施例１６）
図９において、本発明の実施例１６による発光装置の要部が模式的な縦断面図で図解されている。図９の発光装置では、白色樹脂からなりかつ段差を含まない反射面（内周面）を有するすり鉢状のカップ４６の底面上に発光素子１１が搭載され、その発光素子１１は所定の様式で分布させられた蛍光体粒子４３、４４、４５を含む透光性樹脂４２で封止されていることにおいて、図１の発光装置と異なっている。
【００９４】
透光性樹脂４２としてはエポキシ樹脂、シリコーン樹脂などが用いられ得る。透光性樹脂４２には赤色系発光蛍光体粒子４３、緑色系発光蛍光体粒子４４、および青色系発光蛍光体粒子４５から選ばれた少なくとも２種以上が含まれ、それらの蛍光体粒子は種類に依存して概略層状に分離して分布させられている。ここで、より短い２次光波長を有する蛍光体粒子が発光素子１１から遠い位置に分布させられている。
【００９５】
すなわち、透光性樹脂４２は大粒径蛍光粒子４３、中粒径蛍光粒子４４、および小粒径蛍光粒子４５を含み、それらの蛍光粒子が層状に分離している。このような場合、大粒径蛍光粒子から発せられた光は、小粒径蛍光粒子で散乱されて、均一な放射光にされ得る。
【００９６】
図９に示されているような発光装置は、以下のようにして作製され得る。すなわち、透光性樹脂４２に含まれる蛍光体は上述のように赤色系発光蛍光体粒子４３、緑色系発光蛍光体粒子４４、および青色系発光蛍光体粒子４５から選ばれた少なくとも２種以上であり、各種類の蛍光体粒子は硬化前の液状の透光性樹脂中で、互いに沈降速度が異なるように粒子径が調整される。
【００９７】
液状樹脂中の蛍光粒子の沈降速度は、蛍光粒子に働く重力と粒子表面に接する液状樹脂による摩擦力の大きさとで決まり、その重力は粒径の三乗に比例し、摩擦力は粒径の自乗に比例するので、粒径の大小が沈降速度に大きく影響する。液状樹脂との摩擦力は、樹脂の種類にあまり依存せず、主に蛍光体粒子の表面状態に依存し、蛍光体の材質や表面処理に依存して異なる。
【００９８】
一般に、特殊な表面処理を施していない蛍光体粒子においては、粒径の細かい蛍光体の方が単位質量当たりの表面積が大きくなるので、その沈降速度は粒径の粗い場合に比べて遅くなる（特許文献８の国際公開第０２/０５９９８２号パンフレット参照）。なお、一次蛍光体粒子が凝集して二次粒子を形成している場合には、一次粒子の粒径ではなく二次粒子の径に依存して沈降速度が決まる。実際の蛍光体粒子は理想的な球形ではないので単純に比較することはできないが、概略的には上述の議論が成立すると考えられる。
【００９９】
上述のように沈降速度差を利用して、液状樹脂中に分散された粒子を粒径に依存させて分離するには、実用的には無機材料の蛍光体粒子で数μｍの寸法であることが望まれる。たとえば、特許文献１に開示されているように粒径がボーア半径程度まで小さくされている場合には、分離に要する時間が非常に長くなってしまって実用的ではない。
【０１００】
本実施例１６では、赤色系、緑色系、および青色系の蛍光体粒子として、たとえばメディアン径がそれぞれ１３μｍ、９．５μｍ、および６．５μｍのものを使用し得る。ここで、メディアン径とは、粒径の分布の中央値を意味する。粒子の大きさを表すパラメータとしては平均粒子直径ｄ50もしばしば用いられるが、どちらで表現しても本発明の作用効果には大きな影響を及ぼすことはない。なお、蛍光体種の明瞭な分離のためには、各蛍光体種における粒径の分布が狭いほど好ましいことは言うまでもない。
【０１０１】
より具体的には、再度図９を参照して、沈降速度が異なる複数種の蛍光体粒子４３、４４、４５を一緒に液状の透光性樹脂４２中に混練して、発光素子１１が搭載されたカップ４６内に注入する。この後、蛍光体粒子４３、４４、４５を含む透光性樹脂４２を所定時間静置する。そうすれば、沈降速度の大きい蛍光体種４３は、カップ４６底面側で濃度がより高く、カップ底面から離れるにしたがって濃度が低くなるように分布する。逆に、沈降速度の小さい蛍光体種４５はカップ底面で濃度が小さくなり、カップ底面から離れるにしたがって濃度が高くなるように分布する。このようにして、沈降速度の大きさに依存して、蛍光体種の濃度分布が形成され得る。
【０１０２】
なお、以上の実施例において示された蛍光体を表す化学式および組成比は例示であって、本発明の作用効果を得るためには、前述の「課題を解決するための手段」において示された蛍光体の組成および組成比を満たせばよことに留意されたい。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
以上のように、本発明によれば、発光素子からの紫外光または青色光にて高効率に発光する複数種の蛍光体を波長変換部に利用する発光装置であって、発光色の設定が容易でありかつ輝度の高い発光装置を提供することができ、さらには、色再現性（ＮＴＳＣ比）が著しく良好な白色光を放射し得る発光装置を提供することができる。
【符号の説明】
【０１０４】
１０ 発光装置、１１ 発光素子、１２ 波長変換部、１２ａ 光学膜、１３ 赤色系発光蛍光体を含む樹脂層、１４ 緑色系発光蛍光体を含む樹脂層、１５ 青色系発光蛍光体を含む樹脂層、１６ カップ、１６ａ 段差（テラス）、１７ アノード端子、１８ カソード端子、１９ 金ワイヤ、２１ 配線基板、２２ ワイヤ、２３ 蛍光体を含む樹脂ドーム、２３ａ 赤色系発光蛍光体を含む樹脂層、２３ｂ 緑色系発光蛍光体を含む樹脂層、２３ｃ 青色系発光蛍光体を含む樹脂層、２５ プレス金型、３１、３３、３５ 励起スペクトル、３２、３４、３６ 発光スペクトル、３７ 青色フィルタ、３８ 緑色フィルタ、３９ 赤色フィルタ、４１ カップ、４２ 蛍光体を含む樹脂層、４３ 赤色系発光蛍光体粒子、４４ 緑色系発光蛍光体粒子、４５ 青色系発光蛍光体粒子。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１次光を発する半導体発光素子とその１次光を吸収して２次光を発する蛍光体を含む波長変換部とを備えた発光装置または白色発光装置の改善に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
そのような半導体発光素子と波長変換部とを組合せた発光装置または白色発光装置は、低消費電力、小型、高輝度、さらに広範囲な色再現性が期待される次世代の発光装置または白色発光装置として注目され、その研究開発が活発に行われている。
【０００３】
半導体発光素子としてはＧａＮ系発光素子やＺｎＯ系発光素子などが用いられ、発光素子から発せられる１次光としては、通常は紫外線の長波長側から青色の範囲、すなわち約３８０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲内の波長を有するものが用いられる。また、このような１次光を２次光に変換する用途に適した様々な種類の蛍光体を用いた波長変換部も提案されている。
【０００４】
そのような波長変換機能を有する発光装置の一例が、特許文献１の特開２００４−７１３５７号公報に開示されている。この特許文献１では、蛍光体としてＩｎＮ系ナノ結晶を用いることが記載されているが、その詳細な発光特性については言及されていない。また、特許文献２の特開２００４−１７９６４４号公報では、樹脂中に光拡散剤を添加した複数種の蛍光体層における各層毎の拡散効率に着目した発光装置が開示されているが、この場合においても蛍光体層に関する詳細な発光特性については言及されていない。
【０００５】
他方、白色発光装置の用途としては、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）用バックライト（特に液晶テレビ（ＴＶ）用バックライト）やカメラ用フラッシュライトなどの白色照明装置としての用途が最も重要である。そして、これらの白色照明装置に要求される特性は、発光効率が高いことと同時に色再現性がよいことである。特に、白色照明装置では、色がつかない黒体輻射に類似の白色が得られることが好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−７１３５７号公報
【特許文献２】特開２００４−１７９６４４号公報
【特許文献３】特許第２９２７２７９号公報
【特許文献４】特開２００４−３２７４９２号公報
【特許文献５】特開２００２−１７１０００号公報
【特許文献６】特開２００３−１２１８３８号公報
【特許文献７】特開２００４−２８７３２３号公報
【特許文献８】国際公開第０２/０５９９８２号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１および２では、発光装置に含まれる複数種の蛍光体に関する詳細な発光特性について言及されておらず、複数種の蛍光体の相対的配置順序の効果に関しては技術的に検討されていない。
【０００８】
しかし、発光装置の動作期間中において蛍光体を含む樹脂層が紫外光によって劣化することを避ける観点から、青色の波長範囲である４００ｎｍから５００ｎｍの範囲に発光ピ−ク波長を有する発光素子を用いる場合、その１次光の波長に適した波長変換部すなわちそれに含まれる複数種の蛍光体における可視光領域での励起特性が重要となる。
【０００９】
換言すれば、発光装置において、複数種の蛍光体を含む波長変換部の特性を最大限に発揮させるには、各種蛍光体の励起特性を考察して、最適な蛍光体積層状態を構成することが重要である。
【００１０】
他方、白色発光装置の色再現性を高くするためには、赤、緑、および青の三原色の光源にスペクトル純度の高いものを用いることが望まれ、各色の光源としてたとえばＬＥＤ（発光ダイオード）や半導体レーザなどを用いることが考えられる。しかし、緑色の発光効率の高い半導体光源が得られない。また、これらの半導体光源はそれぞれ独立に輝度を制御してやる必要があるので、駆動回路が大掛かりになってしまうという問題もある。
【００１１】
１種の半導体光源を用いて白色光源を実現する方法として、青色のＬＥＤとその青色光で励起されて黄色光を放出する蛍光体とを組合せて用いる方法が特許文献３の特許第２９２７２７９号公報に開示されている。しかし、この方法では、赤色成分が少ない上に緑色のスペクトルの純度が悪いので、色再現性がよくないという問題がある。
【００１２】
同様に、比較的長波長の紫外線から青色の範囲内、すなわち３８０ｎｍから４８０ｎｍの波長範囲内で発光するＬＥＤと、そのＬＥＤから放出される１次光で青色、緑色、または赤色の光を放出する蛍光体とを組合せて用いる種々の方法が提案されている。たとえば、緑色の発光効率を高めるために緑色のみに関して蛍光体を用いる方法が、特許文献４の特開２００４−３２７４９２号公報に開示されている。しかし、特許文献４の方法では、やはり複数の半導体発光素子を用いるので駆動回路が大掛かりとなる。
【００１３】
また、紫外光を放出するＬＥＤとそのＬＥＤから放出される１次光で青色、緑色、および赤色の光を放出する複数種の蛍光体とを組合せる方法が、特許文献５の特開２００２−１７１０００号公報に開示されている。しかし、特許文献５においては、ＬＥＤと複数種の蛍光体とのどのような組合せが最もよいか、特に黒体輻射とみなせる光源にすると同時に高い発光効率と広い色再現性が得られる組合せについての示唆はない。特に、赤色の蛍光体については、特許文献５に記載の蛍光体では発光効率が十分ではない。
【００１４】
現在の白色の発光装置においては、青色発光の発光素子とその青色光により励起されて黄色発光を示す３価のセリウムで付活された（Ｙ，Ｇｄ）3（Ａｌ，Ｇａ）5Ｏ12蛍光体または２価のユーロピウムで付活された（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ）2ＳｉＯ4蛍光体との組合せが主として用いられている。
【００１５】
ただし、これらの白色発光装置では、色再現性（ＮＴＳＣ比）が５０％弱であり、大型ＬＣＤ用（特にＬＣＤ−ＴＶ用）バックライトの用途には適さない。すなわち、半導体発光素子と蛍光体を組合せた白色発光装置は、現在において主として用いられている冷陰極蛍光ランプに比べて、水銀を含まず、かつ低消費電力、小型、および高輝度であるという利点を有する反面で、特にその色再現性（ＮＴＳＣ比）の改善が急務となっている。
【００１６】
なお、ＮＴＳＣ比とは、ＮＴＳＣ（National Television System Committee）が定めた赤、緑、および青の各色のＸＹＺ表色系色度図における色度座標（ｘ，ｙ）がそれぞれ赤（0.670, 0.330）、緑（0.210, 0.710）、および青（0.140, 0.080）であり、それらの赤、緑、および青の色度座標を結んで得られる三角形の面積に対する比率を表している。
【００１７】
ＬＣＤにおける色再現性（ＮＴＳＣ比）に着目した先行技術としては、特許文献６の特開２００３−１２１８３８号公報がある。その特許文献６において、バックライト光源が５０５ｎｍから５３５ｎｍの範囲内にスペクトルピークを有すること、およびその光源に使用する緑蛍光体の付活剤としてユウロピウム、タングステン、スズ、アンチモン、およびマンガンのいずれかを含むこと、さらに実施例には緑蛍光体としてＭｇＧａ2Ｏ4：ＭｎとＺｎ2ＳｉＯ4：Ｍｎを用いることが記載されている。しかしながら、発光素子のピーク波長が３８０ｎｍから４５０ｎｍの範囲内の場合には、ユウロピウム、タングステン、スズ、アンチモン、およびマンガンのいずれかを含む蛍光体の全てが好ましく適用され得るものではない。すなわち、特許文献６の実施例に記載されているＭｇＧａ2Ｏ4：ＭｎとＺｎ2ＳｉＯ4：Ｍｎは３８０ｎｍから４５０ｎｍの範囲内の励起光ではその発光効率が著しく低く、したがってこれらの蛍光体は本願発明の用途に適合するものではない。
【００１８】
また、特許文献７の特開２００４−２８７３２３号公報では、バックライトとして、赤発光ＬＥＤチップと緑発光ＬＥＤチップと青発光ＬＥＤチップが１パッケージに含まれたＲＧＢ（赤緑青）−ＬＥＤの他に、３波長型蛍光管、紫外光ＬＥＤ＋ＲＧＢ蛍光体、有機ＥＬ光源などが使用され得ると記載されている。しかしながら、特許文献７では、紫外光ＬＥＤ＋ＲＧＢ蛍光体において、ＲＧＢ蛍光体に関する具体的な記述はない。
【００１９】
上述のような先行技術状態に鑑み、本発明は、半導体発光素子から発せられる３８０ｎｍから４５０ｎｍの範囲内の波長を有する光にて高効率で発光する複数種の蛍光体を波長変換部に利用する発光装置であって、発光色の設定が容易でありかつ輝度の高い発光装置を提供することを目的とし、さらには、色再現性（ＮＴＳＣ比）の優れた白色発光装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の一つの態様による発光装置は、１次光を発する発光素子と、１次光の一部を吸収してその１次光の波長以上の波長を有する２次光を発する波長変換部とを含み、その波長変換部は互いに異なる光吸収帯域を有する複数種の蛍光体を含み、これら複数種の蛍光体の少なくとも１種は他の少なくとも１種で発せられた２次光を吸収し得る吸収帯域を有することを特徴としている。このような発光装置においては、発光色の設定が容易であり、かつ高い輝度を得ることができる。
【００２１】
なお、複数種の蛍光体は、相対的に長い波長の２次光を発する蛍光体種の順序で発光素子に近い側から配置されていることが好ましい。この構成によれば、各種蛍光体から発光した２次光のうちで発光装置の外部に向かって放射される光は、外側に配置されて他色を発光する蛍光体に再度吸収されることがなくて効率的に装置外部に取り出され得る。また、内部に向かって放射される光は内側に配置されて長波長光を発光する蛍光体の励起に寄与するので、発光装置全体として発光のロスを極力抑えることができる。
【００２２】
本発明に用いられる発光素子は、窒化ガリウム系半導体を利用して作製され得る。
本発明に用いられる青色系発光蛍光体は、（Ｍ１，Ｅｕ）10（ＰＯ4）6・Ｃｌ2で表される２価のユーロピウム付活ハロ燐酸塩蛍光体、ａ（Ｍ２，Ｅｕ）Ｏ・ｂＡｌ2Ｏ3で表される２価のユ−ロピウム付活アルミン酸塩蛍光体、およびａ（Ｍ２，Ｅｕc，Ｍｎd）Ｏ・ｂＡｌ2Ｏ3で表される２価のユーロピウムおよびマンガン共付活アルミン酸塩蛍光体から選ばれる少なくとも１種を含むことができ、ここで、Ｍ１はＭｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、Ｍ２はＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、ＢａおよびＺｎから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ａ、ｂ、ｃおよびｄはａ＞０、ｂ＞０、０．１≦ａ/ｂ≦１．０、０．００１≦ｄ/ｃ≦０．２を満足する数を表す。
【００２３】
本発明に用いられる緑色系発光蛍光体は、ａ（Ｍ２，Ｅｕe，Ｍｎf）Ｏ・ｂＡｌ2Ｏ3で表される２価のユーロピウムおよびマンガン共付活アルミン酸塩蛍光体、２（Ｍ１1-g，Ｅｕg）Ｏ・ＳｉＯ2で表される２価のユーロピウム付活珪酸塩蛍光体、およびＭＩ3（ＭＩＩ1-h，Ｃｅh）2（ＳｉＯ4）3で表される３価のセリウム付活珪酸塩蛍光体から選ばれる少なくとも１種を含むことができ、ここで、Ｍ２はＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、ＢａおよびＺｎから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ａ、ｂ、ｅおよびｆはａ＞０、ｂ＞０、０．１≦ａ/ｂ≦１．０、０．３≦ｆ/ｅ≦５．０を満足する数を表し、Ｍ１はＭｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ｇは０．００５≦ｇ≦０．１０を満足する数を表し、ＭＩはＭｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ＭＩＩはＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、ＧｄおよびＬｕから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ｈは０．０１≦ｈ≦０．４を満足する数を表す。
【００２４】
本発明に用いられる赤色系発光蛍光体は、（ＭＩＩＩ1-j，Ｅｕj）ＭＩＶＳｉＮ3で表される２価のユ−ロピウム付活窒化物蛍光体を含むことができ、ここで、ＭＩＩＩはＭｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ＭＩＶはＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、ＧｄおよびＬｕから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ｊは０．００１≦ｊ≦０．０５を満足する数を表す。
【００２５】
本発明のもう一つの態様による発光装置は、１次光を発する発光素子と、１次光の少なくとも一部を吸収してその１次光の波長以上の波長を有する２次光を発する波長変換部とを含み、波長変換部は少なくとも緑色系発光蛍光体と赤色系発光蛍光体とを含み、緑色系発光蛍光体は、ａ（Ｍ２，Ｅｕe，Ｍｎf）Ｏ・ｂＡｌ2Ｏ3で表される２価のユーロピウムおよびマンガン共付活アルミン酸塩蛍光体を含み、ここで、Ｍ２はＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、ＢａおよびＺｎから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ａ、ｂ、ｅおよびｆはａ＞０、ｂ＞０、０．１≦ａ/ｂ≦１．０、および０．３≦ｆ/ｅ≦５．０を満足する数を表すことを特徴としている。
【００２６】
このような発光装置では、緑色の蛍光体の発光スペクトルが狭いので、１つの半導体発光素子を用いて高い色再現性が得られる。すなわち、付活材であるＥｕは１次光を十分吸収するがそれ自身は殆ど発光せず、その吸収エネルギーをＭｎに移動させてＭｎの発光で緑色光が生じ、このＭｎの発光スペクトルが狭いので高効率でスペクトル幅の狭い緑色発光が得られる。
【００２７】
さらに、蛍光体母材結晶にＳｒを付加することによって、励起光としての１次光の波長が比較的長くてもよくなるので、蛍光体を含むモールド樹脂が短波長光の照射によって劣化することを回避でき、発光装置の長寿命化が図れる。
【００２８】
赤色系発光蛍光体は、（Ｍ３1-gＥｕg）Ｍ４ＳｉＮ3で表される３価のユーロピウム付活窒化物蛍光体を含むことが好ましく、ここで、Ｍ３はＭｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、Ｍ４はＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、ＧｄおよびＬｕから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ｇは０．００１≦ｇ≦０．０５を満足する数を表す。このような赤色系発光蛍光体では、高効率でスペクトル幅の狭い赤色発光が得られる。
【００２９】
波長変換部は青色系発光蛍光体をさらに含むことができ、その青色系発光蛍光体は、（Ｍ１，Ｅｕ）10（ＰＯ4）6・Ｃｌ2で表される２価のユーロピウム付活ハロ燐酸塩蛍光体、ａ（Ｍ２，Ｅｕ）Ｏ・ｂＡｌ2Ｏ3で表される２価のユーロピウム付活アルミン酸塩蛍光体、およびａ（Ｍ２，Ｅｕc，Ｍｎd）Ｏ・ｂＡｌ2Ｏ3で表される２価のユーロピウムおよびマンガン共付活アルミン酸塩蛍光体から選ばれる少なくとも１種を含むことが好ましく、ここで、Ｍ１はＭｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、Ｍ２はＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、ＢａおよびＺｎから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ａ、ｂ、ｃおよびｄはａ＞０、ｂ＞０、０．１≦ａ/ｂ≦１．０、および０．００１≦ｄ/ｃ≦０．２を満足する数を表す。このような青色系発光蛍光体では、高効率でスペクトル幅の狭い青色発光が得られる。
【００３０】
発光素子は窒化ガリウム系半導体で形成されており、１次光のピーク波長が３８０ｎｍから４５０ｎｍの範囲にあることが好ましい。この１次光のピ−ク波長は、３９０ｎｍから４２０ｎｍの範囲にあることがさらに好ましい。このような半導体発光素子を用いることによって、青色系、緑色系、および赤色系の３種の蛍光体を効率よく励起することができる。
【００３１】
発光装置から発する光が所定の色温度の黒体輻射と見なされる色度に設定されるように、発光素子からの１次光の波長成分と赤色系、緑色系、および青色系の蛍光体の各々から発する２次光の波長成分とが調整され得る。このような調整によって、発光装置から放出される光に色がつかないので、その発光装置を良質の照明用の光源として使用することができる。
【００３２】
発光素子は複数の樹脂層で覆われており、樹脂層の各々は赤色系、緑色系、および青色系の蛍光体のいずれかを含み、発光素子に近い樹脂層に含まれる蛍光体は遠い樹脂層に含まれる蛍光体に比べてピーク波長が長い２次光を発することが好ましい。これによって、発光素子に近い樹脂層中の蛍光体から放出された光が遠い樹脂層中の蛍光体で吸収されることがないので、高効率の白色発光装置が得られる。また、一種の蛍光体のみを含む各樹脂層を用いて測定した層厚に対する発光効率の結果に基づいて白色発光装置を設計することができる。
【００３３】
発光素子は、各層が所定の厚さとなるように積層された複数の樹脂層によってモールドされていることが好ましい。これによって、白色発光装置が容易に作製され得る。
【００３４】
本発明による発光装置は、パッケージの内壁の反射面に囲まれた底面上に発光素子を搭載する工程と、パッケージ内に搭載された発光素子を覆うように第１の蛍光体種が混練された第１の液状樹脂を注入して硬化させる工程と、その硬化した第１液状樹脂および反射面の上に第１蛍光体種に比べて短い２次光波長を有する第２の蛍光体種が混練された第２の液状樹脂を注入して硬化させる工程とを含むことによって製造することができる。
【００３５】
また、本発明による発光装置は、パッケージの内壁の反射面に囲まれた底面上に発光素子を搭載する工程と、パッケージ内に搭載された発光素子の周囲を覆うように粒径のメディアン値が異なる複数種の蛍光体が混練された液状樹脂を注入する工程と、注入された液状樹脂を所定時間静置させて粒径のメディアン値が大きい蛍光体種ほど発光素子近くで濃度が高くなるように沈降させる工程とを含むことによっても好ましく作製することができる。
【発明の効果】
【００３６】
以上のような本発明によれば、発光装置において、発光素子からの発光を波長変換部が効率よく吸収して、その波長変換部が高効率で発光することができ、さらには、色再現性（ＮＴＳＣ比）が著しく良好な白色光を放射することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施例による発光装置の構造を示す模式的縦断面図である。
【図２】赤色系発光蛍光体の励起と発光のスペクトル分布を示すグラフである。
【図３】緑色系発光蛍光体の励起と発光のスペクトル分布を示すグラフである。
【図４】青色系発光蛍光体の励起と発光のスペクトル分布を示すグラフである。
【図５】本発明の一実施例による発光装置における発光スペクトル分布を示すグラフである。
【図６】発光装置の特性を評価するためのカラーフィルタの分光特性を示すグラフである。
【図７】本発明による他の形態の発光装置の作製過程を図解する模式的断面図である。
【図８】黒体輻射温度と色度図座標との関係を示すｘｙ色度図である。
【図９】本発明のさらに他の実施例による発光装置の構造を示す模式的縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１による発光装置を模式的縦断面図で示している。この発光装置１０は、１次光を発する発光素子１１と、１次光の少なくとも一部を吸収してその１次光の波長以上の波長を有する２次光を発する波長変換部１２とを備えている。発光素子１１はカソード端子１８上に載置され、金ワイヤ１９によってアノード端子１７およびカソード端子１８ヘ電気的に接続されている。
【００３９】
発光素子１１としては、たとえば４１０ｎｍに発光ピ−ク波長を有する窒化ガリウム（ＧａＮ）系発光ダイオ−ドを用いることができる。
【００４０】
波長変換部１２は、（Ｃａ0.98Ｅｕ0.02）ＡｌＳｉＮ3の組成で表される赤色系発光蛍光体を含む層１３と、（Ｂａ0.85Ｅｕ0.15）（Ｍｇ0.80Ｍｎ0.20）Ａｌ10Ｏ17の組成で表される緑色系発光蛍光体を含む層１４と、（Ｂａ0.80Ｅｕ0.20）ＭｇＡｌ10Ｏ17の組成で表される青色系発光蛍光体を含む層１５とを含んでいる。
【００４１】
図２は本実施例１にて使用した赤色系発光蛍光体の励起と発光のスペクトル分布を示し、図３は緑色系発光蛍光体の励起と発光のスペクトル分布を示し、そして図４は青色系発光蛍光体の励起と発光のスペクトル分布を示している。すなわち、これらの図に示されたグラフにおいて、横軸は光の波長（ｎｍ）を表し、縦軸は光の相対強度を表している。また、グラフ中の曲線３１、３３、および３５は蛍光体の励起スペクトル分布を表し、曲線３２、３４、および３６は蛍光体からの発光スペクトル分布を表している。
【００４２】
図２、図３および図４から明らかなように、本実施例１における各蛍光体はピーク波長４１０ｎｍの１次光によって非常に効率よく赤色、緑色、または青色を発光することがわかる。
【００４３】
さらに、赤色系発光蛍光体は、緑色系発光蛍光体および青色系発光蛍光体から発せられた緑色光（波長５２０ｎｍ付近）および青色光（波長４５０ｎｍ付近）をも吸収して、赤色を発光し得ることがわかる。
【００４４】
しかしながら、１次光によって励起された蛍光体から２次光として発せられた緑色光（波長５２０ｎｍ付近）および青色光（波長４５０ｎｍ付近）によって赤色系発光蛍光体を励起するのは、全体としての波長変換効率の低下につながるので得策ではない。
【００４５】
すなわち、輝度の高い発光装置を得るためには、本実施例１におけるように赤色系発光蛍光体層１３、緑色系発光蛍光体層１４、および青色系発光蛍光体層１５の順に積層することが重要となる。ただし、緑色系発光蛍光体は青色光によって励起されて発光することがないので、緑色系発光蛍光体と青色系発光蛍光体とを混合して１層の発光層としてもよい。
【００４６】
本実施例１では、赤色系発光蛍光体、緑色系発光蛍光体、および青色系発光蛍光体の各々をバインダ樹脂（シリコーン系またはエポキシ系）中に混練し、図１に示すデバイスパッケージのカップ１６内に赤色発光層１３、緑色発光層１４、青色発光層１５の順に注入して硬化させて蛍光体層構造１２を形成した。
【００４７】
なお、蛍光体混練樹脂の注入時にその混練樹脂が表面張力によりカップ１６の内壁面を這い上がるのを防止して各発光層の厚さが一定となるように、カップ内壁面には段差（テラス）１６ａが設けられている。また、カップ内壁は段差１６ａを境界として上段において下段よりも傾斜が急峻となるように形成されていることが好ましい。このことによって、下段の蛍光体層からの光に関して、段差１６ａによる影が上段の蛍光体層において少なくされ得る。
【００４８】
他方、比較例１として、実施例１と全く同種の蛍光体を用いて、青色系発光蛍光体：緑色系発光蛍光体：赤色系発光蛍光体＝２．０：１．５：１．０の重量比率で混合した単層の発光層が波長変換部として形成された。
【００４９】
表１において、本実施例１と比較例１の発光装置における白色発光の評価結果が示されている。
【００５０】
【表１】
【００５１】
表１から明らかなように、本実施例１の発光装置は比較例１に比べて同じ発光色を有しているが、その明るさが飛躍的に向上していることがわかる。
【００５２】
ここで、Ｔｃは発光装置の発光色の相関色温度を表し、ｄｕｖは発光色度点の黒体輻射軌跡からの偏差（U*V*W*色度図（CIE1964均等色空間）上における発光色の色度点から黒体輻射軌跡に降ろした垂線の長さ）を表す。ｄｕｖが０．０１以下であれば通常のタングステンフィラメント電球などと同様に、着色のない色と感じられるとされている。また、７０００Ｋの黒体輻射温度では、太陽の色温度に近いことから自然な白色が得られる。
【００５３】
本実施例１および比較例１において、発光素子からの１次光のピーク波長は４１０ｎｍであって蛍光体の励起のためには効果の高い波長域であるが、視感効率が低いので外部に漏れ出ても発光装置としての明るさには寄与しない。したがって、その１次光のみを反射する特性を有する光学膜（たとえば、多層干渉膜）をコートしたシート１２ａを蛍光体層構造１２の最外面上に貼付することが好ましい。このシート１２ａによって反射された１次光が再度蛍光体層の励起に寄与し、発光装置全体としてより明るく発光させることができる。
【００５４】
（実施例２）
本発明の実施例２においては、発光素子として、４６０ｎｍにピ−ク波長を有する窒化ガリウム（ＧａＮ）系発光ダイオ−ドが用いられた。
【００５５】
波長変換部には、（Ｓｒ0.75Ｂａ0.24Ｅｕ0.01）2ＳｉＯ4なる組成で表される緑色系発光蛍光体と（Ｃａ0.985Ｅｕ0.015）ＡｌＳｉＮ3なる組成で表される赤色系発光蛍光体が用いられた。図２から、赤色系発光蛍光体は緑色系発光蛍光体から発せられた緑色光（波長５５０ｎｍ付近）を吸収し、赤色を発光し得ることがわかる。
【００５６】
これらの発光ダイオードと蛍光体を利用して、実施例１と同様な方法にて、本実施例２の発光装置が作成された。また、比較例２として、本実施例２と全く同種の蛍光体を混合した単層の発光層からなる波長変換部を有する発光装置が形成された。
【００５７】
本実施例２と比較例２による発光装置の特性が評価され、その結果が表２に示されている。
【００５８】
【表２】
【００５９】
表２から明らかなように、本実施例２の発光装置は比較例２に比べて同じ発光色を有しているが、その明るさが飛躍的に向上していることがわかる。
【００６０】
（実施例３〜８および比較例３〜８）
用いられる発光素子の発光ピーク波長と蛍光体の種類が変更されたことを除いて、実施例１および比較例１と同様な方法にて、実施例３〜８および比較例３〜８の発光装置がそれぞれ作成され、それらの特性を評価した結果が表３に示されている。
【００６１】
【表３】
【００６２】
表３から明らかなように、本発明の実施例３〜８による発光装置は、それぞれ比較例３〜８に比べて、その明るさが飛躍的に向上していることがわかる。
【００６３】
（実施例９）
図１は、本発明の実施例９による白色発光装置に関しても参照することができる。本実施例９の白色発光装置１０は、１次光を発する発光素子１１と、１次光の少なくとも一部を吸収してその１次光の波長よりも長い波長を有する２次光を発する波長変換部１２とを備えている。発光素子１１としては、４１０ｎｍにピ−ク波長を有する窒化ガリウム（ＧａＮ）系発光ダイオ−ドが使用された。
【００６４】
波長変換部１２においては、（Ｃａ0.98Ｅｕ0.02）ＡｌＳｉＮ3の組成で表される赤色系発光蛍光体を含む赤色発光樹脂層１３と、（Ｂａ0.85Ｅｕ0.15）（Ｍｇ0.80Ｍｎ0.20）Ａｌ10Ｏ17の組成で表される緑色系発光蛍光体を含む緑色発光樹脂層１４と、（Ｂａ0.80Ｅｕ0.20）ＭｇＡｌ10Ｏ17の組成で表される青色系発光蛍光体を含む青色発光樹脂層１５とが順次積層されており、それらの３種類の蛍光体は１：１：１になるように含められた。
【００６５】
図５は、本実施例９の白色発光装置の発光スペクトル分布を示すグラフである。すなわち、このグラフの横軸は発光波長（ｎｍ）を表し、縦軸は光の放射強度（ａ．ｕ．：任意単位）を表している。このグラフにおいて、２次光として緑色光（ピーク波長５２０ｎｍ付近）を発する蛍光体からの光は、Ｍｎからの発光を反映してそのスペクトル幅が狭くなっていることがわかる。
【００６６】
本実施例９の白色発光装置について、明るさおよび色再現性（ＮＴＳＣ比）が評価された。この色再現性の測定に使用した青色、緑色、および赤色のカラーフィルタの分光特性が、図６のグラフに示されている。このグラフにおいて、横軸は光の波長（ｎｍ）を表し、縦軸は透過光量（任意単位）を表している。また、グラフ中の曲線３７は青色フィルタの特性を表し、曲線３８は緑色フィルタの曲線を表し、そして曲線３９は赤色フィルタの特性を表している。
【００６７】
他方、本実施例９との比較のために、比較例９としての発光装置も作製された。この比較例９においては、（Ｂａ0.80Ｅｕ0.20）ＭｇＡｌ10Ｏ17の組成で表される青色系発光蛍光体と（Ｓｒ0.92Ｂａ0.05Ｃａ0.01Ｅｕ0.02）2ＳｉＯ4の組成で表される黄色系発光蛍光体とが１．５：１．０の重量比率で混合された単層の樹脂層を波長変換部に用いたことのみにおいて実施例９と異なっていた。
【００６８】
表４では、本実施例９と比較例９とによる発光装置における白色発光の評価結果が示されている。
【００６９】
【表４】
【００７０】
表４から明らかなように、本実施例９の発光装置は、比較例９の発光装置に比べて、明るさだけでなくて色再現性（ＮＴＳＣ比）も飛躍的に向上していることがわかる。
【００７１】
なお、表４中で黒体輻射温度が６６００Ｋであって太陽の温度に近いことは、自然な白色が得られることを意味する。
【００７２】
参考のために、図８のｘｙ色度図において、黒体輻射温度とｘｙ色度図座標との関係を示す。この色度図において、複数の丸印はスペクトルの軌跡を表し、複数の三角印は黒体輻射の軌跡を表している。
【００７３】
図１を参照し得る本実施例９の発光装置は、より詳細には以下のように作製されている。すなわち、ＧａＮ系発光素子１１は、一対のリードフレーム（金属薄板）１７、１８のうちの片方１８上に搭載され、一対のワイヤ１９によってそれらのリードフレーム１７、１８へ電気的に接続されている。
【００７４】
発光素子１１の周囲には、可視光に対して反射率の高い白色の樹脂によってすり鉢状のカップ１６を形成している。すり鉢状の壁面の内側には段差１６ａ、１６ｂを設け、蛍光体を含む樹脂の液面が止まるようにしている。その結果、蛍光体を含む樹脂層１３、１４、１５の各々が、ほぼ所定の厚さになる。
【００７５】
発光素子１１は、２次光が赤色の蛍光体を充填した樹脂層１３、２次光が緑色の蛍光体を充填した樹脂層１４、および２次光が青色の蛍光体を充填した樹脂層１５で順次モールドされている。一種の蛍光体を充填した樹脂層でモールドした後に、それを仮硬化してから次の樹脂層を充填することによって、隣接する樹脂層が混ざることを防ぎながら生産効率の低下を防止することができる。
【００７６】
なお、カップ１６の内壁面は白色樹脂材料のままでもよいが、発光装置の発光効率をさらに高めるために、銀、アルミニウムなどの可視光に対して反射率の高い金属をメッキしておくことがより好ましい。
【００７７】
図７の模式的な断面図においては、本実施例９による他の形態の発光装置の製造過程が示されている。
【００７８】
図７（Ａ）において、ＧａＮ系発光素子１１は硬質の配線基板２１上に搭載され、ワイヤ２２によってその配線基板２１へ電気的に接続される。そして、図７（Ｂ）に示されているように、発光素子１１は、２次光が赤色の蛍光体を充填した樹脂層、２次光が緑色の蛍光体を充填した樹脂層、および２次光が青色の蛍光体を充填した樹脂層で順次モールドされて、それらの樹脂層を含む樹脂ドーム２３によって覆われる。
【００７９】
なお、樹脂ドーム２３は、チクソ性の高い樹脂を用いることによって、金型などを用いなくても形成することができる。しかし、樹脂ドーム２３に含まれる複数の樹脂層のそれぞれの厚さを正確に設定したい場合は、図７（Ｃ）に示されているような金型を用いてもよい。
【００８０】
図７（Ｃ）においては、赤色発光の蛍光体を含む赤色発光樹脂層２３ａで発光素子１１を覆い、その樹脂層２３ａは仮硬化してからプレス金型２５によって押圧される。こうすることによって、図７（Ｄ）に示されているように、発光素子１１の頂面からの厚さｔを所定の値に設定することができる。同様にして、緑色発光の蛍光体を含む緑色発光樹脂層２３ｂおよび青色発光の蛍光体を含む青色発光樹脂層２３ｃをプレス金型２５を用いながら形成することによって、図７（Ｅ）に示されているように、厚さ制御された３層の樹脂層２３ａ、２３ｂ、２３ｃで覆われた発光素子１１を含む白色発光装置が得られる。この場合でも、一種の樹脂層で発光素子１１覆って、その樹脂層を仮硬化してから次の樹脂層で覆うことによって、隣接する樹脂層が混ざることを防ぎながら生産効率の低下を防止することができる。
【００８１】
（実施例１０）
本発明の実施例１０においては、発光素子として、３９０ｎｍのピ−ク波長を有する窒化ガリウム（ＧａＮ）系発光ダイオ−ドが用いられた。そして、波長変換部には、（Ｃａ0.985Ｅｕ0.015）ＡｌＳｉＮ3の組成で表される赤色系発光蛍光体を含む樹脂層と、（Ｂａ0.70Ｓｒ0.10Ｅｕ0.20）（Ｍｇ0.75Ｍｎ0.25）Ａｌ10Ｏ17の組成で表される緑色系発光蛍光体を含む樹脂層と、（Ｂａ0.80Ｅｕ0.20）ＭｇＡｌ10Ｏ17の組成で表される青色系発光蛍光体を含む樹脂層とが用いられた。
【００８２】
他方、本実施例１０との比較のための比較例１０においては、（Ｂａ0.80Ｅｕ0.20）ＭｇＡｌ10Ｏ17の組成で表される青色系発光蛍光体と（Ｙ0.52Ｇｄ0.35Ｃｅ0.13）3Ａｌ5Ｏ12の組成で表される黄色系発光蛍光体との混合物を含む単層の樹脂層が用いられたことのみにおいて実施例１０と異なっていた。
【００８３】
本実施例１０および比較例１０においても、実施例９の場合と同様に、図１に示されているような形態の発光装置が作製され、それらの発光素子の特性が評価された。それらの評価結果が表５に示されている。
【００８４】
【表５】
【００８５】
表５から明らかなように、本実施例１０の発光装置も、比較例１０の発光装置に比べて、明るさだけでなくて色再現性（ＮＴＳＣ比）も飛躍的に向上していることがわかる。
【００８６】
（実施例１１〜１５）
実施例９および比較例９に類似して、本発明の実施例１１〜１５およびそれらと比較される比較例１１〜１５による発光装置を作製し、それらの発光装置の特性を評価した結果が表６に示されている。ただし、実施例１１〜１５および比較例１１〜１５においては、図１に示されているような形態の発光装置が作製されたが、表６に示されているように、用いられた発光素子の発光ピーク波長と蛍光体の組成とが種々に変更された。
【００８７】
【表６】
【００８８】
表６から明らかなように、本発明による蛍光体を含む実施例１１〜１５の発光装置は、青色発光の発光素子とその青色により励起されて黄色発光を示す２価のユ−ロピウムで付活された（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ）2ＳｉＯ4蛍光体またはそれと３価のセリウムで付活された（Ｙ，Ｇｄ）3（Ａｌ，Ｇａ）5Ｏ12蛍光体との組合せを含む比較例１１〜１５の発光装置に比べて、明るさだけでなくで色再現性（ＮＴＳＣ比）も飛躍的に向上していることがわかる。
【００８９】
本発明では、発光素子から発する１次光のピ−ク波長が３８０ｎｍから４５０ｎｍの範囲にあればよく、３９０ｎｍから４２０ｎｍの範囲内のピ−ク波長を有する発光素子が本発明の発光装置により適している。
【００９０】
なお、色再現性（ＮＴＳＣ比）を飛躍的に向上させるためには、緑色系発光蛍光体（またはそれに含まれる緑色系発光成分）の発光スペクトルの半値幅を狭くすることが望まれる。これを達成するためには、本発明におけるように、２価のマンガン（Ｍｎ）による発光が適しており、また緑色系発光蛍光体の母体としてはアルミン酸塩（Aluminate）が適している。
【００９１】
上述の実施例では、発光素子に近い方から、２次光の波長の長い蛍光体を含む樹脂層の順に積層することを特徴としている。しかし、本発明における三色の蛍光体を混合して含む単層の樹脂層を用いた場合には、明るさが著しく低下するものの、色再現性（ＮＴＳＣ比）には影響がない。したがって、色再現性（ＮＴＳＣ比）の向上のみを追求する場合には、三色の蛍光体を混合して含む単層の樹脂層を使用してもよい。
【００９２】
また、上述の実施例では、緑色系発光蛍光体を含む樹脂層上に青色系発光蛍光体を含む樹脂層を積層している。しかし、本発明における緑色系発光蛍光体においては、波長４５０ｎｍ前後の１次青色光の励起による２次発光強度が弱い。したがって、緑色系発光蛍光体と青色系発光蛍光体とを混合して単層の樹脂層に含めても、白色発光としての明るさの低下は少なく、本発明における作用および効果は変わらない。
【００９３】
（実施例１６）
図９において、本発明の実施例１６による発光装置の要部が模式的な縦断面図で図解されている。図９の発光装置では、白色樹脂からなりかつ段差を含まない反射面（内周面）を有するすり鉢状のカップ４６の底面上に発光素子１１が搭載され、その発光素子１１は所定の様式で分布させられた蛍光体粒子４３、４４、４５を含む透光性樹脂４２で封止されていることにおいて、図１の発光装置と異なっている。
【００９４】
透光性樹脂４２としてはエポキシ樹脂、シリコーン樹脂などが用いられ得る。透光性樹脂４２には赤色系発光蛍光体粒子４３、緑色系発光蛍光体粒子４４、および青色系発光蛍光体粒子４５から選ばれた少なくとも２種以上が含まれ、それらの蛍光体粒子は種類に依存して概略層状に分離して分布させられている。ここで、より短い２次光波長を有する蛍光体粒子が発光素子１１から遠い位置に分布させられている。
【００９５】
すなわち、透光性樹脂４２は大粒径蛍光粒子４３、中粒径蛍光粒子４４、および小粒径蛍光粒子４５を含み、それらの蛍光粒子が層状に分離している。このような場合、大粒径蛍光粒子から発せられた光は、小粒径蛍光粒子で散乱されて、均一な放射光にされ得る。
【００９６】
図９に示されているような発光装置は、以下のようにして作製され得る。すなわち、透光性樹脂４２に含まれる蛍光体は上述のように赤色系発光蛍光体粒子４３、緑色系発光蛍光体粒子４４、および青色系発光蛍光体粒子４５から選ばれた少なくとも２種以上であり、各種類の蛍光体粒子は硬化前の液状の透光性樹脂中で、互いに沈降速度が異なるように粒子径が調整される。
【００９７】
液状樹脂中の蛍光粒子の沈降速度は、蛍光粒子に働く重力と粒子表面に接する液状樹脂による摩擦力の大きさとで決まり、その重力は粒径の三乗に比例し、摩擦力は粒径の自乗に比例するので、粒径の大小が沈降速度に大きく影響する。液状樹脂との摩擦力は、樹脂の種類にあまり依存せず、主に蛍光体粒子の表面状態に依存し、蛍光体の材質や表面処理に依存して異なる。
【００９８】
一般に、特殊な表面処理を施していない蛍光体粒子においては、粒径の細かい蛍光体の方が単位質量当たりの表面積が大きくなるので、その沈降速度は粒径の粗い場合に比べて遅くなる（特許文献８の国際公開第０２/０５９９８２号パンフレット参照）。なお、一次蛍光体粒子が凝集して二次粒子を形成している場合には、一次粒子の粒径ではなく二次粒子の径に依存して沈降速度が決まる。実際の蛍光体粒子は理想的な球形ではないので単純に比較することはできないが、概略的には上述の議論が成立すると考えられる。
【００９９】
上述のように沈降速度差を利用して、液状樹脂中に分散された粒子を粒径に依存させて分離するには、実用的には無機材料の蛍光体粒子で数μｍの寸法であることが望まれる。たとえば、特許文献１に開示されているように粒径がボーア半径程度まで小さくされている場合には、分離に要する時間が非常に長くなってしまって実用的ではない。
【０１００】
本実施例１６では、赤色系、緑色系、および青色系の蛍光体粒子として、たとえばメディアン径がそれぞれ１３μｍ、９．５μｍ、および６．５μｍのものを使用し得る。ここで、メディアン径とは、粒径の分布の中央値を意味する。粒子の大きさを表すパラメータとしては平均粒子直径ｄ50もしばしば用いられるが、どちらで表現しても本発明の作用効果には大きな影響を及ぼすことはない。なお、蛍光体種の明瞭な分離のためには、各蛍光体種における粒径の分布が狭いほど好ましいことは言うまでもない。
【０１０１】
より具体的には、再度図９を参照して、沈降速度が異なる複数種の蛍光体粒子４３、４４、４５を一緒に液状の透光性樹脂４２中に混練して、発光素子１１が搭載されたカップ４６内に注入する。この後、蛍光体粒子４３、４４、４５を含む透光性樹脂４２を所定時間静置する。そうすれば、沈降速度の大きい蛍光体種４３は、カップ４６底面側で濃度がより高く、カップ底面から離れるにしたがって濃度が低くなるように分布する。逆に、沈降速度の小さい蛍光体種４５はカップ底面で濃度が小さくなり、カップ底面から離れるにしたがって濃度が高くなるように分布する。このようにして、沈降速度の大きさに依存して、蛍光体種の濃度分布が形成され得る。
【０１０２】
なお、以上の実施例において示された蛍光体を表す化学式および組成比は例示であって、本発明の作用効果を得るためには、前述の「課題を解決するための手段」において示された蛍光体の組成および組成比を満たせばよことに留意されたい。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
以上のように、本発明によれば、発光素子からの紫外光または青色光にて高効率に発光する複数種の蛍光体を波長変換部に利用する発光装置であって、発光色の設定が容易でありかつ輝度の高い発光装置を提供することができ、さらには、色再現性（ＮＴＳＣ比）が著しく良好な白色光を放射し得る発光装置を提供することができる。
【符号の説明】
【０１０４】
１０ 発光装置、１１ 発光素子、１２ 波長変換部、１２ａ 光学膜、１３ 赤色系発光蛍光体を含む樹脂層、１４ 緑色系発光蛍光体を含む樹脂層、１５ 青色系発光蛍光体を含む樹脂層、１６ カップ、１６ａ 段差（テラス）、１７ アノード端子、１８ カソード端子、１９ 金ワイヤ、２１ 配線基板、２２ ワイヤ、２３ 蛍光体を含む樹脂ドーム、２３ａ 赤色系発光蛍光体を含む樹脂層、２３ｂ 緑色系発光蛍光体を含む樹脂層、２３ｃ 青色系発光蛍光体を含む樹脂層、２５ プレス金型、３１、３３、３５ 励起スペクトル、３２、３４、３６ 発光スペクトル、３７ 青色フィルタ、３８ 緑色フィルタ、３９ 赤色フィルタ、４１ カップ、４２ 蛍光体を含む樹脂層、４３ 赤色系発光蛍光体粒子、４４ 緑色系発光蛍光体粒子、４５ 青色系発光蛍光体粒子。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１次光を発する発光素子と、
前記１次光の一部を吸収してその１次光の波長以上の波長を有する２次光を発する波長変換部とを含み、
前記波長変換部は互いに異なる光吸収帯域を有する複数種の蛍光体を含み、
前記複数種の蛍光体の少なくとも１種は他の少なくとも１種で発せられた２次光を吸収し得る吸収帯域を有することを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記複数種の蛍光体は、相対的に長い波長の２次光を発する蛍光体種の順序で前記発光素子に近い側から配置されていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記発光素子が発する１次光のピ−ク波長は４００ｎｍから５００ｎｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記波長変換部は青色系発光蛍光体、緑色系発光蛍光体、および赤色系発光蛍光体の組合せ、または緑色系発光蛍光体と赤色系発光蛍光体との組合せを含むことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の発光装置。
【請求項５】
前記青色系発光蛍光体は、
（Ｍ１，Ｅｕ）10（ＰＯ4）6・Ｃｌ2で表される２価のユーロピウム付活ハロ燐酸塩蛍光体、
ａ（Ｍ２，Ｅｕ）Ｏ・ｂＡｌ2Ｏ3で表される２価のユ−ロピウム付活アルミン酸塩蛍光体、および
ａ（Ｍ２，Ｅｕc，Ｍｎd）Ｏ・ｂＡｌ2Ｏ3で表される２価のユーロピウムおよびマンガン共付活アルミン酸塩蛍光体から選ばれる少なくとも１種を含み、
ここで、Ｍ１はＭｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、Ｍ２はＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、ＢａおよびＺｎから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ａ、ｂ、ｃおよびｄはａ＞０、ｂ＞０、０．１≦ａ/ｂ≦１．０、０．００１≦ｄ/ｃ≦０．２を満足する数を表すことを特徴とする請求項４に記載の発光装置。
【請求項６】
前記緑色系発光蛍光体は、
ａ（Ｍ２，Ｅｕe，Ｍｎf）Ｏ・ｂＡｌ2Ｏ3で表される２価のユーロピウムおよびマンガン共付活アルミン酸塩蛍光体、
２（Ｍ１1-g，Ｅｕg）Ｏ・ＳｉＯ2で表される２価のユーロピウム付活珪酸塩蛍光体、および
ＭＩ3（ＭＩＩ1-h，Ｃｅh）2（ＳｉＯ4）3で表される３価のセリウム付活珪酸塩蛍光体から選ばれる少なくとも１種を含み、
ここで、Ｍ２はＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、ＢａおよびＺｎから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ａ、ｂ、ｅおよびｆはａ＞０、ｂ＞０、０．１≦ａ/ｂ≦１．０、０．３≦ｆ/ｅ≦５．０を満足する数を表し、Ｍ１はＭｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ｇは０．００５≦ｇ≦０．１０を満足する数を表し、ＭＩはＭｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ＭＩＩはＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、ＧｄおよびＬｕから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ｈは０．０１≦ｈ≦０．４を満足する数を表すことを特徴とする請求項４または５に記載の発光装置。
【請求項７】
前記赤色系発光蛍光体は、（ＭＩＩＩ1-j，Ｅｕj）ＭＩＶＳｉＮ3で表される２価のユーロピウム付活窒化物蛍光体を含み、ここで、ＭＩＩＩはＭｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ＭＩＶはＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、ＧｄおよびＬｕから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ｊは０．００１≦ｊ≦０．０５を満足する数を表すことを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載の発光装置。
【請求項８】
１次光を発する発光素子と、
前記１次光の少なくとも一部を吸収してその１次光の波長以上の波長を有する２次光を発する波長変換部とを含み、
前記波長変換部は少なくとも緑色系発光蛍光体と赤色系発光蛍光体とを含み、
前記緑色系発光蛍光体は、ａ（Ｍ２，Ｅｕe，Ｍｎf）Ｏ・ｂＡｌ2Ｏ3で表される２価のユーロピウムおよびマンガン共付活アルミン酸塩蛍光体を含み、ここで、Ｍ２はＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、ＢａおよびＺｎから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ａ、ｂ、ｅおよびｆはａ＞０、ｂ＞０、０．１≦ａ/ｂ≦１．０、および０．３≦ｆ/ｅ≦５．０を満足する数を表すことを特徴とする発光装置。
【請求項９】
前記赤色系発光蛍光体は、（Ｍ３1-gＥｕg）Ｍ４ＳｉＮ3で表される３価のユーロピウム付活窒化物蛍光体を含み、ここで、Ｍ３はＭｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、Ｍ４はＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、ＧｄおよびＬｕから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ｇは０．００１≦ｇ≦０．０５を満足する数を表すことを特徴とする請求項８に記載の発光装置。
【請求項１０】
前記波長変換部は青色系発光蛍光体をさらに含み、前記青色系発光蛍光体は、
（Ｍ１，Ｅｕ）10（ＰＯ4）6・Ｃｌ2で表される２価のユーロピウム付活ハロ燐酸塩蛍光体、
ａ（Ｍ２，Ｅｕ）Ｏ・ｂＡｌ2Ｏ3で表される２価のユーロピウム付活アルミン酸塩蛍光体、および
ａ（Ｍ２，Ｅｕc，Ｍｎd）Ｏ・ｂＡｌ2Ｏ3で表される２価のユーロピウムおよびマンガン共付活アルミン酸塩蛍光体から選ばれる少なくとも１種を含み、
ここで、Ｍ１はＭｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、Ｍ２はＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、ＢａおよびＺｎから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ａ、ｂ、ｃおよびｄはａ＞０、ｂ＞０、０．１≦ａ/ｂ≦１．０、および０．００１≦ｄ/ｃ≦０．２を満足する数を表すことを特徴とする請求項９に記載の発光装置。
【請求項１１】
前記発光素子は窒化ガリウム系半導体で形成されており、前記１次光のピーク波長が３８０ｎｍから４５０ｎｍの範囲内にあることを特徴とする請求項８から１０のいずれかに記載の発光装置。
【請求項１２】
前記１次光のピ−ク波長が３９０ｎｍから４２０ｎｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１１に記載の発光装置。
【請求項１３】
前記発光装置から発する光が所定の色温度の黒体輻射と見なされる色度に設定されるように、前記発光素子からの前記１次光の波長成分と前記赤色系、前記緑色系、および前記青色系の蛍光体の各々から発する前記２次光の波長成分とが調整されていることを特徴とする請求項１０記載の発光装置。
【請求項１４】
前記発光素子は複数の樹脂層で覆われており、前記樹脂層の各々は前記赤色系、前記緑色系、および前記青色系の蛍光体のいずれかを含み、前記発光素子に近い樹脂層に含まれる蛍光体は遠い樹脂層に含まれる蛍光体に比べてピーク波長が長い前記２次光を発することを特徴とする請求項４または１０に記載の発光装置。
【請求項１５】
前記発光素子はパッケージのカップ内に配置され、前記複数種の蛍光体を含むそれぞれの蛍光体層の厚さが一定になるように前記カップの内壁に段差が設けられていることを特徴とする請求項１４に記載の発光装置。
【請求項１６】
前記カップ内壁は前記段差を境界として上段において下段よりも傾斜が急峻となるように形成されており、このことによって、上段の前記蛍光体層において下段の前記蛍光体層からの発光の影が少なくされ得ることを特徴とする請求項１５に記載の発光装置。
【請求項１７】
前記複数種の蛍光体は互いに異なるメディアン径を有することを特徴とする請求項１から１６のいずれかに記載の発光装置。
【請求項１８】
前記波長変換部の最外面と外部空間との間に、前記２次光を透過しかつ前記１次光のみを波長選択的に反射する光学膜が設けられていることを特徴とする請求項１から１７のいずれかに記載の発光装置。
【請求項１９】
パッケージの内壁の反射面に囲まれた底面上に発光素子を搭載する工程と、
前記パッケージ内に搭載された前記発光素子を覆うように、第１の蛍光体種が混錬された第１の液状樹脂を注入して硬化させる工程と、
硬化した前記第１液状樹脂および前記反射面の上に、前記第１蛍光体種に比べて短い２次光波長を有する第２の蛍光体種が混錬された第２の液状樹脂を注入して硬化させる工程とを含むことを特徴とする発光装置の製造方法。
【請求項２０】
パッケージの内壁の反射面に囲まれた底面上に発光素子を搭載する工程と、
前記パッケージ内に搭載された前記発光素子を覆うように、粒径のメディアン値が異なる複数種の蛍光体が混練された液状樹脂を注入する工程と、
前記注入された液状樹脂を所定時間静置させて、粒径のメディアン値が大きい蛍光体種ほど前記発光素子近くで濃度が高くなるように沈降させる工程とを含むことを特徴とする発光装置の製造方法。
【請求項１】
１次光を発する発光素子と、
前記１次光の一部を吸収してその１次光の波長以上の波長を有する２次光を発する波長変換部とを含み、
前記波長変換部は互いに異なる光吸収帯域を有する複数種の蛍光体を含み、
前記複数種の蛍光体の少なくとも１種は他の少なくとも１種で発せられた２次光を吸収し得る吸収帯域を有することを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記複数種の蛍光体は、相対的に長い波長の２次光を発する蛍光体種の順序で前記発光素子に近い側から配置されていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記発光素子が発する１次光のピ−ク波長は４００ｎｍから５００ｎｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記波長変換部は青色系発光蛍光体、緑色系発光蛍光体、および赤色系発光蛍光体の組合せ、または緑色系発光蛍光体と赤色系発光蛍光体との組合せを含むことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の発光装置。
【請求項５】
前記青色系発光蛍光体は、
（Ｍ１，Ｅｕ）10（ＰＯ4）6・Ｃｌ2で表される２価のユーロピウム付活ハロ燐酸塩蛍光体、
ａ（Ｍ２，Ｅｕ）Ｏ・ｂＡｌ2Ｏ3で表される２価のユ−ロピウム付活アルミン酸塩蛍光体、および
ａ（Ｍ２，Ｅｕc，Ｍｎd）Ｏ・ｂＡｌ2Ｏ3で表される２価のユーロピウムおよびマンガン共付活アルミン酸塩蛍光体から選ばれる少なくとも１種を含み、
ここで、Ｍ１はＭｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、Ｍ２はＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、ＢａおよびＺｎから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ａ、ｂ、ｃおよびｄはａ＞０、ｂ＞０、０．１≦ａ/ｂ≦１．０、０．００１≦ｄ/ｃ≦０．２を満足する数を表すことを特徴とする請求項４に記載の発光装置。
【請求項６】
前記緑色系発光蛍光体は、
ａ（Ｍ２，Ｅｕe，Ｍｎf）Ｏ・ｂＡｌ2Ｏ3で表される２価のユーロピウムおよびマンガン共付活アルミン酸塩蛍光体、
２（Ｍ１1-g，Ｅｕg）Ｏ・ＳｉＯ2で表される２価のユーロピウム付活珪酸塩蛍光体、および
ＭＩ3（ＭＩＩ1-h，Ｃｅh）2（ＳｉＯ4）3で表される３価のセリウム付活珪酸塩蛍光体から選ばれる少なくとも１種を含み、
ここで、Ｍ２はＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、ＢａおよびＺｎから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ａ、ｂ、ｅおよびｆはａ＞０、ｂ＞０、０．１≦ａ/ｂ≦１．０、０．３≦ｆ/ｅ≦５．０を満足する数を表し、Ｍ１はＭｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ｇは０．００５≦ｇ≦０．１０を満足する数を表し、ＭＩはＭｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ＭＩＩはＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、ＧｄおよびＬｕから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ｈは０．０１≦ｈ≦０．４を満足する数を表すことを特徴とする請求項４または５に記載の発光装置。
【請求項７】
前記赤色系発光蛍光体は、（ＭＩＩＩ1-j，Ｅｕj）ＭＩＶＳｉＮ3で表される２価のユーロピウム付活窒化物蛍光体を含み、ここで、ＭＩＩＩはＭｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ＭＩＶはＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、ＧｄおよびＬｕから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ｊは０．００１≦ｊ≦０．０５を満足する数を表すことを特徴とする請求項４から６のいずれかに記載の発光装置。
【請求項８】
１次光を発する発光素子と、
前記１次光の少なくとも一部を吸収してその１次光の波長以上の波長を有する２次光を発する波長変換部とを含み、
前記波長変換部は少なくとも緑色系発光蛍光体と赤色系発光蛍光体とを含み、
前記緑色系発光蛍光体は、ａ（Ｍ２，Ｅｕe，Ｍｎf）Ｏ・ｂＡｌ2Ｏ3で表される２価のユーロピウムおよびマンガン共付活アルミン酸塩蛍光体を含み、ここで、Ｍ２はＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、ＢａおよびＺｎから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ａ、ｂ、ｅおよびｆはａ＞０、ｂ＞０、０．１≦ａ/ｂ≦１．０、および０．３≦ｆ/ｅ≦５．０を満足する数を表すことを特徴とする発光装置。
【請求項９】
前記赤色系発光蛍光体は、（Ｍ３1-gＥｕg）Ｍ４ＳｉＮ3で表される３価のユーロピウム付活窒化物蛍光体を含み、ここで、Ｍ３はＭｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、Ｍ４はＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、ＧｄおよびＬｕから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ｇは０．００１≦ｇ≦０．０５を満足する数を表すことを特徴とする請求項８に記載の発光装置。
【請求項１０】
前記波長変換部は青色系発光蛍光体をさらに含み、前記青色系発光蛍光体は、
（Ｍ１，Ｅｕ）10（ＰＯ4）6・Ｃｌ2で表される２価のユーロピウム付活ハロ燐酸塩蛍光体、
ａ（Ｍ２，Ｅｕ）Ｏ・ｂＡｌ2Ｏ3で表される２価のユーロピウム付活アルミン酸塩蛍光体、および
ａ（Ｍ２，Ｅｕc，Ｍｎd）Ｏ・ｂＡｌ2Ｏ3で表される２価のユーロピウムおよびマンガン共付活アルミン酸塩蛍光体から選ばれる少なくとも１種を含み、
ここで、Ｍ１はＭｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、Ｍ２はＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、ＢａおよびＺｎから選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ａ、ｂ、ｃおよびｄはａ＞０、ｂ＞０、０．１≦ａ/ｂ≦１．０、および０．００１≦ｄ/ｃ≦０．２を満足する数を表すことを特徴とする請求項９に記載の発光装置。
【請求項１１】
前記発光素子は窒化ガリウム系半導体で形成されており、前記１次光のピーク波長が３８０ｎｍから４５０ｎｍの範囲内にあることを特徴とする請求項８から１０のいずれかに記載の発光装置。
【請求項１２】
前記１次光のピ−ク波長が３９０ｎｍから４２０ｎｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１１に記載の発光装置。
【請求項１３】
前記発光装置から発する光が所定の色温度の黒体輻射と見なされる色度に設定されるように、前記発光素子からの前記１次光の波長成分と前記赤色系、前記緑色系、および前記青色系の蛍光体の各々から発する前記２次光の波長成分とが調整されていることを特徴とする請求項１０記載の発光装置。
【請求項１４】
前記発光素子は複数の樹脂層で覆われており、前記樹脂層の各々は前記赤色系、前記緑色系、および前記青色系の蛍光体のいずれかを含み、前記発光素子に近い樹脂層に含まれる蛍光体は遠い樹脂層に含まれる蛍光体に比べてピーク波長が長い前記２次光を発することを特徴とする請求項４または１０に記載の発光装置。
【請求項１５】
前記発光素子はパッケージのカップ内に配置され、前記複数種の蛍光体を含むそれぞれの蛍光体層の厚さが一定になるように前記カップの内壁に段差が設けられていることを特徴とする請求項１４に記載の発光装置。
【請求項１６】
前記カップ内壁は前記段差を境界として上段において下段よりも傾斜が急峻となるように形成されており、このことによって、上段の前記蛍光体層において下段の前記蛍光体層からの発光の影が少なくされ得ることを特徴とする請求項１５に記載の発光装置。
【請求項１７】
前記複数種の蛍光体は互いに異なるメディアン径を有することを特徴とする請求項１から１６のいずれかに記載の発光装置。
【請求項１８】
前記波長変換部の最外面と外部空間との間に、前記２次光を透過しかつ前記１次光のみを波長選択的に反射する光学膜が設けられていることを特徴とする請求項１から１７のいずれかに記載の発光装置。
【請求項１９】
パッケージの内壁の反射面に囲まれた底面上に発光素子を搭載する工程と、
前記パッケージ内に搭載された前記発光素子を覆うように、第１の蛍光体種が混錬された第１の液状樹脂を注入して硬化させる工程と、
硬化した前記第１液状樹脂および前記反射面の上に、前記第１蛍光体種に比べて短い２次光波長を有する第２の蛍光体種が混錬された第２の液状樹脂を注入して硬化させる工程とを含むことを特徴とする発光装置の製造方法。
【請求項２０】
パッケージの内壁の反射面に囲まれた底面上に発光素子を搭載する工程と、
前記パッケージ内に搭載された前記発光素子を覆うように、粒径のメディアン値が異なる複数種の蛍光体が混練された液状樹脂を注入する工程と、
前記注入された液状樹脂を所定時間静置させて、粒径のメディアン値が大きい蛍光体種ほど前記発光素子近くで濃度が高くなるように沈降させる工程とを含むことを特徴とする発光装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１５１４１９（Ｐ２０１１−１５１４１９Ａ）
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９５９２９（Ｐ２０１１−９５９２９）
【出願日】平成２３年４月２２日（２０１１．４．２２）
【分割の表示】特願２００６−５９６８９（Ｐ２００６−５９６８９）の分割
【原出願日】平成１８年３月６日（２００６．３．６）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２２日（２０１１．４．２２）
【分割の表示】特願２００６−５９６８９（Ｐ２００６−５９６８９）の分割
【原出願日】平成１８年３月６日（２００６．３．６）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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