JP7719309B2

JP7719309B2 - 半導体発光装置

Info

Publication number: JP7719309B2
Application number: JP2024541692A
Authority: JP
Inventors: 隼荻野; 陽大滝
Original assignee: Citizen Electronics Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Electronics Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 2023-03-07
Filing date: 2024-02-22
Publication date: 2025-08-05
Anticipated expiration: 2044-02-22
Also published as: JPWO2024185527A1; JP2025075027A; WO2024185527A1

Description

本発明は、半導体発光素子、及び波長変換材料を備えた、半導体発光装置に関する。

ＬＥＤ（半導体発光素子）と蛍光体とを組み合わせて白色光を出射させる半導体発光装置は、長寿命であり、且つエネルギー消費量が少ないことから、様々な用途に広く普及してきた。

半導体発光装置の適用領域のうち一般照明の領域においては、エネルギー消費量が少ないことに加えて演色性が良好であることが求められている。エネルギー効率と演色性とを両立させた半導体発光装置として、特許文献１には、広帯域スペクトル赤色蛍光体と、狭帯域スペクトル赤色蛍光体と、を含む受光発光媒体が開示されている。
また、狭帯域スペクトル赤色蛍光体としては、例えばＫ_２ＳｉＦ_６：Ｍｎ^４＋で表されるフッ化物蛍光体が知られている（特許文献２参照）。

米国特許第８９２１８７５号特開２０１０－２０９３１１号公報

本発明者らは、フッ化物蛍光体を用いてエネルギー効率と演色性とを両立させ得る半導体発光装置を更に検討していたところ、半導体発光装置から発光される白色光は、半導体発光装置内の温度によって色度のズレが生じるという新たな課題に想到した。本発明は、フッ化物蛍光体を用いた半導体発光装置で生じ得る、半導体発光装置内の温度による白色光の色度のズレを抑制した、半導体発光装置を提供することを課題とする。

本発明者らは、上記課題を解決するため、波長変換材料の温度変化による発光特性の変化を確認したところ、フッ化物蛍光体は温度変化による発光特性の安定性が極めて高かったが、他の波長変換材料については温度変化による発光特性の変化が大きい材料があった。また、波長変換材料としてフッ化物蛍光体を含む半導体発光装置が発光する白色光のスペクトルを確認したところ、温度変化による発光特性の変化が大きい波長領域が存在することに想到した。
そして、これらの知見に基づき鋭意研究をすすめ、半導体発光装置内の温度による白色光の色度のズレを抑制した、半導体発光装置を完成させた。

本発明は、以下の形態を含むものである。
［１］基体と、
前記基体に備えられた波長４３０ｎｍ～４８０ｎｍに発光ピークを有する半導体発光素子と、
前記半導体発光素子から出射された光の波長を変換する波長変換材料を複数含む透光性材料と、を有する、白色光を発光する半導体発光装置であって、
前記白色光の発光スペクトルのうち、
波長３８０ｎｍ以上５００ｎｍ未満を第一領域、
波長５００ｎｍ以上６０５ｎｍ未満を第二領域、
波長６０５ｎｍ以上６５０ｎｍ未満を第三領域、
波長６５０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下を第四領域、と定義し、
前記波長変換材料は、前記第二領域に発光ピークを有する蛍光体Ａと、前記第三領域に発光ピークを有するフッ化物蛍光体と、波長５９０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の領域に発光ピークを有する蛍光体Ｂと、を少なくとも含み、
前記半導体発光装置の動作温度を２５℃から８５℃に変化させた際の、前記白色光の前記第二領域における分光放射束の積分値の変化量をΔＳ_２（％）とし、
前記半導体発光装置の動作温度を２５℃から８５℃に変化させた際の、前記白色光の前記第三領域における分光放射束の積分値の変化量をΔＳ_３（％）としたとき、
前記白色光の色温度が３０００Ｋ以下では｜ΔＳ_２－ΔＳ_３｜の値が８％以下であり、
前記白色光の色温度が３０００Ｋより高い範囲では｜ΔＳ_２－ΔＳ_３｜の値が１２％以下である、
半導体発光装置。
［２］基体と、
前記基体に備えられた波長４３０ｎｍ～４８０ｎｍに発光ピークを有する半導体発光素子と、
前記半導体発光素子から出射された光の波長を変換する波長変換材料を複数含む透光性材料と、を有する、白色光を発光する半導体発光装置であって、
前記波長変換材料は、波長５００ｎｍ以上６０５ｎｍ未満に発光ピークを有する蛍光体Ａと、波長６０５ｎｍ以上６５０ｎｍ未満に発光ピークを有するフッ化物蛍光体と、波長５９０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下に発光ピークを有する蛍光体Ｂと、を少なくとも含み、
前記蛍光体Ａと蛍光体Ｂとは、動作温度を２５℃から８５℃に変化させた際に該蛍光体から発する蛍光の分光放射束の積分値の変化量（％）が、それぞれ８％以上であり、
前記半導体発光装置の動作温度を２５℃から８５℃に変化させた際の、前記白色光の色度図上の色度変化量が、マクアダム楕円３ｓｔｅｐ以内である、
半導体発光装置。
［３］前記白色光の発光スペクトルのうち、波長３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の領域における分光放射束の積分値をＳとし、前記第四領域における分光放射束の積分値をＳ_Ａとしたとき、
Ｓ_Ａ／Ｓの値が０．０６以上０．１５以下である、［１］又は［２］に記載の半導体発光装置。
［４］前記蛍光体Ａは、ガーネット蛍光体である、［１］～［３］のいずれかに記載の半導体発光装置。
［５］前記蛍光体Ａは、ＬｕＡＧ蛍光体である、［１］～［４］のいずれかに記載の半導体発光装置。
［６］前記蛍光体Ｂは、ＳＣＡＳＮ蛍光体である、［１］～［５］のいずれかに記載の半導体発光装置。
［７］前記フッ化物蛍光体は、ＫＳＦ蛍光体である、［１］～［６］のいずれかに記載の半導体発光装置。
［８］前記白色光の演色性評価指数Ｒａは９０以上である、［１］～［７］のいずれかに記載の半導体発光装置。
［９］前記透光性材料中における前記フッ化物蛍光体の透過性材料の重量に対する配合量は３５ｗｔ％以下である、［１］～［８］のいずれかに記載の半導体発光装置。
［１０］前記蛍光体Ｂは、ピーク波長が６２０ｎｍ以上である、［１］～［９］のいずれかに記載の半導体発光装置。

本発明により、半導体発光装置内の温度による白色光の色度ズレを抑制した、半導体発光装置を提供できる。

実施例で用いたＬｕＡＧ蛍光体の、常温での発光スペクトル（２５℃、実線）と高温での発光スペクトル（８５℃、破線）を示すグラフ。実施例で用いたＹＡＧ蛍光体の、常温での発光スペクトル（２５℃、実線）と高温での発光スペクトル（８５℃、破線）を示すグラフ。実施例で用いたＫＳＦ蛍光体の、常温での発光スペクトル（２５℃、実線）と高温での発光スペクトル（８５℃、破線）を示すグラフ。実施例で用いたＳＣＡＳＮ蛍光体の、常温での発光スペクトル（２５℃、実線）と高温での発光スペクトル（８５℃、破線）を示すグラフ。実施例で用いたＳＣＡＳＮ蛍光体の、常温での発光スペクトル（２５℃、実線）と高温での発光スペクトル（８５℃、破線）を示すグラフ。実施例で用いた白色光発光装置１の常温での発光スペクトル（２５℃、実線）と高温での発光スペクトル（８５℃、破線）を示すグラフ（実施例相当）。実施例で用いた白色光発光装置８の常温での発光スペクトル（２５℃、実線）と高温での発光スペクトル（８５℃、破線）を示すグラフ（比較例相当）。

以下、本発明をより詳細に説明するが、発明の範囲が具体的な形態にのみ限定されることはない。また、本明細書中「Ｘ～Ｙ」で表される数値範囲は、Ｘを下限値、Ｙを上限値として含む数値範囲を意味する。数値範囲が段階的に記載されている場合、各数値範囲の上限及び下限は任意に組み合わせることができる。

本発明の一形態は、基体と、前記基体に備えられた波長４３０ｎｍ～４８０ｎｍに発光ピークを有する半導体発光素子と、前記半導体発光素子から出射された光の波長を変換する波長変換材料を複数含む透光性材料と、を有する、白色光を発光する半導体発光装置である。

基体は、半導体発光素子を配置できるものであればよく、典型的には板状の基板であるが、特に限定されるものではない。基体上には１つ以上の半導体発光素子が配置され、複数の半導体発光素子がアレイ状に配置されてもよく、平面状に配置されていてもよい。基体上に配置された半導体発光素子は電源に接続され、所定の光を発光し得る状態となる。
基体上に配置された半導体発光素子は、該半導体発光素子から出射された光の波長を変換する波長変換材料を複数含む透光性材料により封止される。このような構成により、半導体発光素子から出射された光の一部は、透光性材料中に分散された波長変換材料により光の波長が変換されて、半導体発光素子とは波長が異なる光となる。

半導体発光素子は、波長４３０ｎｍ～４８０ｎｍに発光ピークを有する青色半導体発光素子である。青色半導体発光素子以外の半導体発光素子、例えば緑色半導体発光素子や赤色半導体発光素子などを併用してもよい。

透光性材料は、半導体発光素子から出射された光の波長を変換する波長変換材料を複数含むことで、波長変換部材として機能する。透光性材料としては、透光性を有する樹脂を用いることができ、典型的にはシリコーン樹脂やエポキシ樹脂が用いられる。また、透光性材料に含まれる波長変換材料は、典型的には蛍光体である。

本形態において半導体発光装置は白色光を出射する。
出射される白色光は、発光スペクトルのうち波長３８０ｎｍ以上５００ｎｍ未満を第一領域、波長５００ｎｍ以上６０５ｎｍ未満を第二領域、波長６０５ｎｍ以上６５０ｎｍ未満を第三領域、波長６５０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下を第四領域、と定義したときに、前記第二領域に発光ピークを有する蛍光体Ａと、前記第三領域に発光ピークを有するフッ化物蛍光体と、波長５９０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の領域に発光ピークを有する蛍光体Ｂと、を含む。

蛍光体Ａは、第二領域、すなわち波長５００ｎｍ以上６０５ｎｍ未満の領域に発光ピークを有する蛍光体である。蛍光体Ａとしては緑色波長領域の蛍光を発する緑色蛍光体であることが好ましい。緑色蛍光体以外の、第二領域に発光ピークを有する蛍光体、例えば黄色波長領域の蛍光を発する黄色蛍光体、橙色波長領域の蛍光を発する橙色蛍光体であってもよい。

緑色蛍光体の例としては、Ｃｅ^３＋を付活剤としたアルミン酸塩、Ｅｕ^２＋付活アルカリ土類ケイ酸塩、Ｅｕ^２＋付活アルカリ土類ケイ酸窒化物、Ｃｅ^３＋を付活剤とした窒化ケイ素を母体とする緑色蛍光体が挙げられる。
これらのうち、ＹＡＧ、ＬｕＡＧなどを含む、ガーネット構造を有するガーネット蛍光体であることが好ましく、以下の一般式（Ｉ）で表されるＬｕＡＧ蛍光体が好ましい。
Ｌｕ_ａ（Ｃｅ，Ｔｂ，Ｙ）_ｂ（Ｇａ，Ｓｃ）_ｃＡｌ_ｄＯ_ｅ・・・（Ｉ）
一般式（Ｉ）において、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅが、ａ＋ｂ＝３、０≦ｂ≦０．２、４．５≦ｃ＋ｄ≦５．５、０≦ｃ≦２．６、および１０．８≦ｅ≦１３．４を満たす。

フッ化物蛍光体は、第三領域、すなわち波長６０５ｎｍ以上６５０ｎｍ未満の領域に発光ピークを有する蛍光体である。フッ化物蛍光体としては、Ｍｎ^４＋を付活剤とし、アルカリ金属のフルオロ錯体を母体結晶とするＡ_２＋ｘＭ_ｙＭｎ_ｚＦ_ｎ（ＡはＮａおよび／またはＫ；ＭはＳｉおよびＡｌ；－１≦ｘ≦１かつ０．９≦ｙ＋ｚ≦１．１かつ０．００１≦ｚ≦０．４かつ５≦ｎ≦７）などが挙げられる。具体的には、Ｋ_２ＳｉＦ_６：Ｍｎ（これをＫＳＦ蛍光体と呼ぶ）及びＮａ_２ＳｉＦ_６：Ｍｎなどが挙げられ、ＫＳＦ蛍光体であることが好ましい。

フッ化物蛍光体は、その蛍光スペクトルの半値幅が小さい蛍光体である。半値幅は通常１ｎｍ以上であり、２ｎｍ以上であってよく、また通常１５ｎｍ以下であり、１０ｎｍ以下であってよい。

蛍光体Ｂは、波長５９０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の領域に発光ピークを有する蛍光体である。蛍光体Ｂとしては赤色波長領域の蛍光を発する赤色蛍光体であることが好ましい。赤色蛍光体以外の蛍光体、例えば橙色波長領域の蛍光を発する橙色蛍光体であってもよい。

赤色蛍光体乃至橙色蛍光体の例としては、Ｅｕ^２＋を付活剤とし、アルカリ土類ケイ窒化物、αサイアロンまたはアルカリ土類ケイ酸塩からなる結晶を母体とする蛍光体が挙げられる。
これらのうち、以下の一般式（ＩＩ）で表されるＳＣＡＳＮ蛍光体が好ましい。
（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ・・・（ＩＩ）

その他蛍光体として、第一領域、すなわち波長３８０ｎｍ以上５００ｎｍ未満の領域に発光ピークを有する青色蛍光体を用いてもよい。

透光性材料中の蛍光体量は特に限定されず、所望の色温度を有する白色光が出射するように当業者が適宜設定できるものであるが、本実施形態ではフッ化物蛍光体の配合量が透光性材料の重量に対して３５ｗｔ％以下であることが好ましく、３０ｗｔ％以下であることがより好ましい。下限は限定されないが、通常５ｗｔ％以上であり、１０ｗｔ％以上であってもよい。フッ化物蛍光体は温度による発光特性の安定性に優れる。そのためフッ化物蛍光体を含んだ発光装置において、それ以外の蛍光体が温度による発光特性変化が比較的大きく、なおかつ配合量が多い場合に、白色光において温度による色度のズレが生じやすく、温度による色度のズレを抑制できる本形態は、フッ化物蛍光体の配合量が上記範囲である場合に好適に適用される。

本形態の発光装置は白色光を発するものである。白色光は電球色の白色光であってよく、温白色の白色光であってよく、昼白色の白色光であってよく、その色温度は特に限定されない。通常１６００Ｋ以上であり、２０００Ｋ以上であってよく、２４００Ｋ以上であってよい。また通常１２０００Ｋ以下であり、７０００Ｋ以下であってよく、６５００Ｋ以下であってよい。

本形態の発光装置は、温度による白色光の色度ズレが抑制された発光装置である。本発明者らは、波長変換材料の温度変化による発光特性の変化を確認したところ、フッ化物蛍光体は温度変化による発光特性の安定性が極めて高かった。また、波長変換材料としてフッ化物蛍光体を含む半導体発光装置が発光する白色光の発光スペクトルを確認したところ、温度変化による発光特性変化の大きい波長領域が存在することを見出した。そして発光装置から出射される白色光の発光スペクトルにおいて、第二領域での発光スペクトルの温度による変化量と、第三領域での発光スペクトルの温度による変化量の差の絶対値が小さくなることで、温度変化による白色光の色度ズレが抑制されることを見出した。

すなわち、前記半導体発光装置の動作温度を２５℃から８５℃に変化させた際の、前記白色光の前記第二領域における分光放射束の積分値の変化量をΔＳ_２（％）とし、前記半導体発光装置の動作温度を２５℃から８５℃に変化させた際の、前記白色光の前記第三領域における分光放射束の積分値の変化量をΔＳ_３（％）としたとき、前記白色光の色温度が３０００Ｋ以下では｜ΔＳ_２－ΔＳ_３｜の値が８％以下であり、前記白色光の色温度が３０００Ｋより高い範囲では｜ΔＳ_２－ΔＳ_３｜の値が１２％以下である、ときに、温度変化による白色光の色度ズレが抑制される。

前記白色光の色温度が３０００Ｋ以下、すなわち電球色の白色光においては、第二領域及び第三領域での発光スペクトルの温度による変化量が、色度ズレに与える影響が比較的大きいため、その差の絶対値を８％以下とする必要があり、白色光の色温度が３０００Ｋより大きい、すなわち温白色乃至は昼白色の白色光においては、第二領域及び第三領域での発光スペクトルの温度による変化量が、色度ズレに与える影響が比較的小さいため、その差の絶対値を１２％以下とする必要がある。

本形態の半導体発光装置は、白色光の発光スペクトルのうち、波長３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の領域における分光放射束の積分値をＳとし、前記第四領域における分光放射束の積分値をＳ_Ａとしたとき、Ｓ_Ａ／Ｓの値が０．０６以上０．１５以下であることが好ましい。第四領域、すなわち赤色領域の発光スペクトルの積分値が上記範囲であることで、色度ズレを抑制しつつ、白色光の演色性も向上させることができる。本形態において、半導体発光装置から出射される白色光の演色性評価指数Ｒａは９０以上であることが好ましく、９５以上であることがより好ましい。

上記説明したように、半導体発光装置からの白色光の発光スペクトルにおいて、第二領域での発光スペクトルの温度による変化量と、第三領域での発光スペクトルの温度による変化量の差の絶対値が小さくなることで、温度変化による白色光の色度ズレが抑制される。具体的には、半導体発光装置の動作温度を２５℃から８５℃に変化させた際の、前記白色光の色度図上の色度変化量が、マクアダム楕円３ｓｔｅｐ以内とすることが可能となり、好ましくは２ｓｔｅｐ以内とすることができる。

マクアダム楕円とは、例えば特開２０２０－１９８３４５号、特開２０１９－１２５５８２号などでも用いられているが、ＣＩＥｘｙ色度図上で色覚正常者が色の違いを区別することができない範囲を等色実験の結果から示したものであり、特定の中心色に対する識別変動の標準偏差をＣＩＥｘｙ色度図に表わす楕円である。本形態では、以下の基準を用いて白色光の温度による色度のズレを判定した。

＜判定基準の定義＞
ＣＩＥ色度座標上において、各ｓｔｅｐに対応したマクアダム楕円における楕円中心から最も離れた点の距離を、ｘ座標、ｙ座標それぞれについてＣｘ、Ｃｙとする。Ｃｘ、Ｃｙそれぞれの積の和について平方根を取ったものを、各ｓｔｅｐ範囲の最大値として定義する。この定義下で、発光装置の動作温度を２５℃から８５℃に変化させた際の色度の変化が３ｓｔｅｐ以内であるものが好ましく、２ｓｔｅｐ以内であるものがより好ましい。

上記のとおり、半導体発光装置の動作温度を２５℃から８５℃に変化させた際の白色光の色度図上の色度変化量が、マクアダム楕円３ｓｔｅｐ以内となる半導体発光装置とするためには、蛍光体Ａ及び蛍光体Ｂとして、動作温度を２５℃から８５℃に変化させた際に該蛍光体から発する蛍光の分光放射束の積分値の変化量（％）が、それぞれ一定量の蛍光体を用いることで、達成しやすくなることに想到した。

すなわち、本発明の別の形態は、基体と、前記基体に備えられた波長４３０ｎｍ～４８０ｎｍに発光ピークを有する半導体発光素子と、前記半導体発光素子から出射された光の波長を変換する波長変換材料を複数含む透光性材料と、を有する、白色光を発光する半導体発光装置であって、
前記波長変換材料は、波長５００ｎｍ以上６０５ｎｍ未満に発光ピークを有する蛍光体Ａと、波長６０５ｎｍ以上６５０ｎｍ未満に発光ピークを有するフッ化物蛍光体と、波長５９０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下に発光ピークを有する蛍光体Ｂと、を少なくとも含み、
前記白色光の発光スペクトルのうち、
波長３８０ｎｍ以上５００ｎｍ未満を第一領域、
波長５００ｎｍ以上６０５ｎｍ未満を第二領域、
波長６０５ｎｍ以上６５０ｎｍ未満を第三領域、
波長６５０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下を第四領域、と定義し、
前記波長変換材料は、前記第二領域に発光ピークを有する蛍光体Ａと、前記第三領域に発光ピークを有するフッ化物蛍光体と、波長５９０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の領域に発光ピークを有する蛍光体Ｂと、を少なくとも含み、
前記蛍光体Ａの動作温度を２５℃から８５℃に変化させた際の、前記蛍光体Ａの発する蛍光の分光放射束の積分値の変化量をΔＳｅｌｍｔＡ（％）とし、
前記蛍光体Ｂの動作温度を２５℃から８５℃に変化させた際の、前記蛍光体Ｂの発する蛍光の分光放射束の積分値の変化量をΔＳｅｌｍｔＢ（％）としたとき、
前記蛍光体Ａは、ΔＳｅｌｍｔ_Ａ（％）が８％以上であり、
前記蛍光体Ｂは、ΔＳｅｌｍｔ_Ｂ（％）が８％以上であり、
前記半導体発光装置の動作温度を２５℃から８５℃に変化させた際の、前記白色光の色度図上の色度変化量が、マクアダム楕円３ｓｔｅｐ以内である、半導体発光装置である。

前記変化量ΔＳｅｌｍｔ_Ａ（％）は８％以上２０％以下であることがより好ましく、８％以上１５％以下であることが更に好ましく、前記変化量ΔＳｅｌｍｔ_Ｂ（％）は８％以上２０％以下であることがより好ましく、８％以上１５％以下であることが更に好ましい。

また、本発明の別の形態では、温度変化による蛍光体の発光特性変化により半導体発光装置を特定できる。
すなわち、基体と、前記基体に備えられた波長４３０ｎｍ～４８０ｎｍに発光ピークを有する半導体発光素子と、前記半導体発光素子から出射された光の波長を変換する波長変換材料を複数含む透光性材料と、を有する、白色光を発光する半導体発光装置であって、
前記白色光の発光スペクトルのうち、
波長３８０ｎｍ以上５００ｎｍ未満を第一領域、
波長５００ｎｍ以上６０５ｎｍ未満を第二領域、
波長６０５ｎｍ以上６５０ｎｍ未満を第三領域、
波長６５０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下を第四領域、と定義し、
前記波長変換材料は、前記第二領域に発光ピークを有する蛍光体Ａと、前記第三領域に発光ピークを有するフッ化物蛍光体と、波長５９０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の領域に発光ピークを有する蛍光体Ｂと、を少なくとも含み、
前記蛍光体Ａの動作温度を２５℃から８５℃に変化させた際の、前記蛍光体Ａの発する蛍光の分光放射束の積分値の変化量をΔＳｅｌｍｔ_Ａ（％）とし、
前記蛍光体Ｂの動作温度を２５℃から８５℃に変化させた際の、前記蛍光体Ｂの発する蛍光の分光放射束の積分値の変化量をΔＳｅｌｍｔ_Ｂ（％）としたとき、
前記白色光の色温度が３０００Ｋ以下では｜ΔＳｅｌｍｔ_Ａ－ΔＳｅｌｍｔ_Ｂ｜の値が６％以下であり、
前記白色光の色温度が３０００Ｋより高い範囲では｜ΔＳｅｌｍｔ_Ａ－ΔＳｅｌｍｔ_Ｂ｜の値が７％以下である、半導体発光装置である。

また、本発明の更に別の形態では、半導体発光装置内の温度による白色光の色度のズレを抑制した、半導体発光装置の設計方法を提供できる。
すなわち、基体と、
前記基体に備えられた波長４３０ｎｍ～４８０ｎｍに発光ピークを有する半導体発光素子と、
前記半導体発光素子から出射された光の波長を変換する波長変換材料を複数含む透光性材料と、を有する、白色光を発光する半導体発光装置の設計方法であって、
前記白色光の発光スペクトルのうち、
波長３８０ｎｍ以上５００ｎｍ未満を第一領域、
波長５００ｎｍ以上６０５ｎｍ未満を第二領域、
波長６０５ｎｍ以上６５０ｎｍ未満を第三領域、
波長６５０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下を第四領域、と定義し、
前記波長変換材料は、前記第二領域に発光ピークを有する蛍光体Ａと、前記第三領域に発光ピークを有するフッ化物蛍光体と、波長５９０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の領域に発光ピークを有する蛍光体Ｂと、を少なくとも含み、
前記半導体発光装置の動作温度を２５℃から８５℃に変化させた際の、前記白色光の前記第二領域における分光放射束の積分値の変化量をΔＳ_２（％）とし、
前記半導体発光装置の動作温度を２５℃から８５℃に変化させた際の、前記白色光の前記第三領域における分光放射束の積分値の変化量をΔＳ_３（％）としたとき、
前記白色光の色温度が３０００Ｋ以下では｜ΔＳ_２－ΔＳ_３｜の値が８％以下であり、
前記白色光の色温度が３０００Ｋより高い範囲では｜ΔＳ_２－ΔＳ_３｜の値が１２％以下となるように、波長変換材料を調整する、半導体発光装置の設計方法である。

上記半導体発光装置の設計方法において、波長変換材料の調整は、主として蛍光体Ａと蛍光体Ｂとの選択により、行うことができる。具体的には、前記蛍光体Ａの動作温度を２５℃から８５℃に変化させた際の、前記蛍光体Ａの発する蛍光の分光放射束の積分値の変化量をΔＳｅｌｍｔ_Ａ（％）とし、前記蛍光体Ｂの動作温度を２５℃から８５℃に変化させた際の、前記蛍光体Ｂの発する蛍光の分光放射束の積分値の変化量をΔＳｅｌｍｔ_Ｂ（％）としたとき、ΔＳｅｌｍｔ_Ａが８％以上２０％以下の蛍光体Ａを用いることが好ましく、ΔＳｅｌｍｔ_Ｂが８％以上２０％以下の蛍光体Ｂを用いることが好ましい。また、前記白色光の色温度が３０００Ｋ以下では｜ΔＳｅｌｍｔ_Ａ－ΔＳｅｌｍｔ_Ｂ｜の値が６％以下となる蛍光体Ａ及びＢを用いることが好ましく、前記白色光の色温度が３０００Ｋより高い範囲では｜ΔＳｅｌｍｔ_Ａ－ΔＳｅｌｍｔ_Ｂ｜の値が７％以下となる蛍光体Ａ及びＢを用いることが好ましい。

本形態に係る半導体発光装置は白色光を発光し、動作温度による色度ズレが抑制されることから一般照明として好適に適用されるが、他の用途に適用されてもよい。

＜実施例＞
表１に示すとおり白色光発光装置１～９（ＣＯＢ：チップ・オン・ボード型）を作成し、動作温度を２５℃から８５℃に変化させたときの各種データを取得した。なお、表１中のＫＳＦの重量（ｗｔ％）は、蛍光体を含まない透光性材料全量に対する重量である。
具体的には、基体上に青色半導体発光素子（発光ピーク波長：約４５０ｎｍ）を配置し、その上に表１に示す蛍光体を含む透光性材料（シリコーン樹脂）を配置することで、作製した。なお、表１中の色度変化量は、動作温度を２５℃から８５℃に変化させた際の色度変化量が、その範囲内となるマクアダム楕円サイズを記載した。また、実施例で用いた蛍光体の発光波長は以下のとおりである。
ＬｕＡＧ：図１の実線
ＹＡＧ：図２の実線
ＫＳＦ：図３の実線
ＳＣＡＳＮ：図４の実線、又は図５の実線

実施例の結果を見ると、動作温度に対する発光装置から出射される白色光の色度ズレが小さいものは第二領域と第三領域の強度変化の差が小さいこと、すなわち｜ΔＳ_２－ΔＳ_３｜の値が小さくなっていることが分かった。また色温度が高くなると色度ズレが好ましい範囲に収まるときの｜ΔＳ_２－ΔＳ_３｜の値の範囲も大きくなることが分かった。
白色光発光装置１と、白色光発光装置８の、発光スペクトルの温度変化を図６及び図７に示す。図６からわかるように温度による色度ズレが小さい半導体発光装置は、第二領域のスペクトル変化量が大きいが、併せて第三領域のスペクトル変化量も大きく、２つの領域の強度変化の差が小さい。一方で、図７からわかるように温度による色度ズレが大きい半導体発光装置は、第二領域のスペクトル変化量が大きいが、第三領域のスペクトル変化量が小さく、２つの領域の強度変化の差が大きい。

第二領域に発光ピークを持つ蛍光体として、今回はＹＡＧおよびＬｕＡＧを使用した。これらの蛍光体は半導体発光装置において広く使用されているものである。結果を解析すると、ＹＡＧを使用したサンプルよりもＬｕＡＧを使用したサンプルが、動作温度による色度ズレがより小さくなる傾向があることが分かった。
ＹＡＧおよびＬｕＡＧそれぞれについての特性を確認し、動作温度による第二領域における発光強度の変化量の差を確認した。第二領域における発光強度の変化量はＹＡＧおよびＬｕＡＧそれぞれ、１４．９％、１１．９％であった。フッ化物蛍光体に由来した、第三領域における発光強度の動作温度による変化の小ささとの関係から、第二領域における発光強度の変化量も小さい方がより良いため、ＹＡＧを使用した場合に比べてＬｕＡＧを使用した場合に、発光装置としての色度ズレをより低減されると推定できる。

波長５９０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の領域に発光ピークを持つ蛍光体として、フッ化物蛍光体とＳＣＡＳＮを使用し、発光装置の温度変化による色度ズレとＳＣＡＳＮの関係について検討した。ピーク波長が６２０ｎｍ以上であるＳＣＡＳＮと、ピーク波長が６２０ｎｍ未満であるＳＣＡＳＮとを使用すると、ピーク波長が長いＳＣＡＳＮを使用したものの方が白色の色度ズレが小さく好ましい傾向を示すことが分かった。
動作温度に対する発光強度の減少はフッ化物蛍光体に対しＳＣＡＳＮの方が大きく、また、ＳＣＡＳＮは発光ピーク波長周辺における温度変化による発光の減少量が特に大きい。フッ化物蛍光体は発光スペクトルが鋭いため、フッ化物蛍光体の発光領域と重なる部分から、さらに長波長領域の部分において発光強度の減少量が大きいと発光装置全体としてのスペクトルで減少量のバランスがとれるため色度ズレが小さくなる。

Claims

基体と、
前記基体に備えられた波長４３０ｎｍ～４８０ｎｍに発光ピークを有する半導体発光素子と、
前記半導体発光素子から出射された光の波長を変換する波長変換材料を複数含む透光性材料と、を有する、白色光を発光する半導体発光装置であって、
前記白色光の演色性評価指数Ｒａは９０以上であり、
前記白色光の発光スペクトルのうち、
波長３８０ｎｍ以上５００ｎｍ未満を第一領域、
波長５００ｎｍ以上６０５ｎｍ未満を第二領域、
波長６０５ｎｍ以上６５０ｎｍ未満を第三領域、
波長６５０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下を第四領域、と定義し、
前記波長変換材料は、前記第二領域に発光ピークを有するＬｕＡＧ蛍光体である蛍光体Ａと、前記第三領域に発光ピークを有するフッ化物蛍光体と、波長５９０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の領域に発光ピークを有する蛍光体Ｂと、を少なくとも含み、
前記半導体発光装置の動作温度を２５℃から８５℃に変化させた際の、前記白色光の前記第二領域における分光放射束の積分値の、動作温度２５℃の前記積分値を１００％とした際の変化量をΔＳ２（％）とし、
前記半導体発光装置の動作温度を２５℃から８５℃に変化させた際の、前記白色光の前記第三領域における分光放射束の積分値の、動作温度２５℃の前記積分値を１００％とした際の変化量をΔＳ３（％）としたとき、
前記白色光の色温度が３０００Ｋ以下では｜ΔＳ２－ΔＳ３｜の値が８％以下であり、
前記白色光の色温度が３０００Ｋより高い範囲では｜ΔＳ２－ΔＳ３｜の値が１２％以下であり、
前記白色光の発光スペクトルのうち、波長３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の領域における分光放射束の積分値をＳとし、前記第四領域における分光放射束の積分値をＳＡとしたとき、
ＳＡ／Ｓの値が０．０６以上０．１５以下であり、
前記蛍光体Ｂは、ピーク波長が６２０ｎｍ以上であるＳＣＡＳＮ蛍光体である、
半導体発光装置。
基体と、
前記基体に備えられた波長４３０ｎｍ～４８０ｎｍに発光ピークを有する半導体発光素子と、
前記半導体発光素子から出射された光の波長を変換する波長変換材料を複数含む透光性材料と、を有する、白色光を発光する半導体発光装置であって、
前記白色光の演色性評価指数Ｒａは９０以上であり、
前記波長変換材料は、波長５００ｎｍ以上６０５ｎｍ未満に発光ピークを有するＬｕＡＧ蛍光体である蛍光体Ａと、波長６０５ｎｍ以上６５０ｎｍ未満に発光ピークを有するフッ化物蛍光体と、波長５９０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下に発光ピークを有する蛍光体Ｂと、を少なくとも含み、
前記蛍光体Ａと蛍光体Ｂとは、動作温度を２５℃から８５℃に変化させた際に該蛍光体から発する蛍光の分光放射束の積分値の、動作温度２５℃の前記積分値を１００％とした際の変化量（％）が、それぞれ８％以上であり、
前記半導体発光装置の動作温度を２５℃から８５℃に変化させた際の、前記白色光の色度図上の色度変化量が、マクアダム楕円３ｓｔｅｐ以内であり、
前記白色光の発光スペクトルのうち、波長３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の領域における分光放射束の積分値をＳとし、前記第四領域における分光放射束の積分値をＳＡとしたとき、
ＳＡ／Ｓの値が０．０６以上０．１５以下であり、
前記蛍光体Ｂは、ピーク波長が６２０ｎｍ以上であるＳＣＡＳＮ蛍光体である、
半導体発光装置。
前記フッ化物蛍光体は、ＫＳＦ蛍光体である、請求項１又は２に記載の半導体発光装置。
前記透光性材料中における前記フッ化物蛍光体の透過性材料の重量に対する配合量は３５ｗｔ％以下である、請求項１又は２に記載の半導体発光装置。