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WO2009093611A1 - 蛍光体を用いた発光モジュール及びこれを用いた車両用灯具 - Google Patents

蛍光体を用いた発光モジュール及びこれを用いた車両用灯具 Download PDF

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WO2009093611A1
WO2009093611A1 PCT/JP2009/050883 JP2009050883W WO2009093611A1 WO 2009093611 A1 WO2009093611 A1 WO 2009093611A1 JP 2009050883 W JP2009050883 W JP 2009050883W WO 2009093611 A1 WO2009093611 A1 WO 2009093611A1
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WO
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light emitting
light
phosphor
emitting module
emitting element
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PCT/JP2009/050883
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Hisayoshi Daicho
Masanobu Mizuno
Takeshi Iwasaki
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Koito Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Koito Manufacturing Co Ltd
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/85—Packages
    • H10H20/851—Wavelength conversion means
    • H10H20/8511—Wavelength conversion means characterised by their material, e.g. binder
    • H10H20/8512—Wavelength conversion materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265—Layer and wire connectors

Definitions

  • the present invention relates to a light emitting module such as LED lighting and a vehicular lamp using the same.
  • white light emitting modules using light emitting diodes have been actively developed.
  • LEDs light emitting diodes
  • a two-color mixed white light emitting module combining a blue light LED chip with a yellow light emitting phosphor that absorbs part of blue light emission, or ultraviolet or short wavelength visible light.
  • a three-color mixed white light emitting module that combines red, green, and blue light emitting phosphors with an LED chip has been proposed.
  • Patent Document 1 a Ce-activated rare earth aluminate phosphor or the like is known as a typical one (Patent Document 1).
  • These white light emitting modules are expected to be used as illumination light sources such as vehicular lamps, and further improvements in luminous flux and luminance are required.
  • As a method of improving the luminous flux and luminance of the light emitting module a method of irradiating the phosphor with more excitation light and increasing the light emission output of the phosphor accordingly can be considered.
  • a method of increasing the current density by increasing the drive current to the LED chip can be considered.
  • the light emission output from the phosphor has a lower increase rate than the increase in the light output from the excitation light source.
  • the current density of the current supplied to the excitation light source becomes 700 mA / mm 2 or more, the light emission output decreases rapidly. That is, it has been difficult to achieve high luminous flux and high luminance light emission necessary for illumination.
  • an object of the present invention is to solve at least one of the above-described problems, and uses a phosphor that emits light stably even when excited by an excitation light source having high emission intensity and high light output density. It is to provide a high brightness optical module.
  • a light emitting module includes a semiconductor light emitting element that emits ultraviolet light or short wavelength visible light, a power source that supplies a driving current to the semiconductor light emitting element, and a fluorescent light that emits light from the semiconductor light emitting element as excitation light.
  • the light emitting module according to the present invention can realize light emission with high efficiency even when a current of 1000 mA / mm 2 or more is supplied to the semiconductor light emitting element.
  • the phosphor used in the present invention preferably emits blue light.
  • the phosphor has a light emission peak in the range of 350 to 420 nm, and is the most in the vicinity of 400 nm. It is preferable to use an InGaN system with high quantum efficiency. Specifically, it is preferable to use a semiconductor light-emitting element having a nitride containing In and Ga in the light-emitting layer, whereby efficient light conversion can be realized.
  • the light emitting module of the present invention by using a phosphor that emits another color as a constituent, a light emitting module capable of emitting light in various wavelength ranges by mixing two or more kinds of light emitting colors is realized. Can do.
  • a white light emitting module can be realized by mixing light from all the phosphors.
  • the phosphor to be complemented is not particularly limited, but a publicly known phosphor can also be used in a timely manner.
  • the light emitting module of the present invention can also be used as appropriate for a vehicle lamp.
  • the light-emitting module of the present invention includes a semiconductor light-emitting element that emits ultraviolet light or short-wavelength visible light by injecting a drive current from a power supply, and a phosphor that is efficiently excited and emits light from the semiconductor light-emitting element as excitation light. Even when a large current is supplied from a power source, the light emission efficiency is high and the light emission characteristics are excellent.
  • FIG. 1 It is a longitudinal cross-sectional view which shows an example of the light emitting module using the blue light emission fluorescent substance of this invention. It is a circuit diagram which shows an example of the light emitting module using the blue light emission fluorescent substance of this invention. 3 is a diagram illustrating an emission spectrum distribution of a blue-emitting phosphor of Example 1. FIG. It is a figure showing the relationship of the emitted light intensity of the light emitting module with respect to the optical output light-emitted from a semiconductor light-emitting device.
  • Light emitting module 2 Substrate 3a: Electrode (anode) 3b: Electrode (cathode) 4: Semiconductor light emitting element 5: Mount member 6: Wire 7: Fluorescent layer 8: Power supply
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a light emitting module 1 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 shows a circuit diagram of the light emitting module 1.
  • the light emitting module 1 according to the present embodiment is preferably used for a vehicle lamp, for example. Further, when the light emitting module 1 emits white light, it can be applied particularly to a vehicle headlamp.
  • the vehicle headlamp requires a high luminous flux and a high-intensity light source. By using the light emitting module 1, an efficient vehicle headlamp can be realized.
  • the light emitting module 1 has electrodes 3 a and 3 b formed on a substrate 2.
  • the semiconductor light emitting element 4 is fixed by a mount member 5.
  • the semiconductor light emitting element 4 and the electrode 3 a are energized by the mount member 5, and the semiconductor light emitting element 4 and the electrode 3 b are energized by the wire 6.
  • a fluorescent layer 7 is formed on the semiconductor light emitting element 4.
  • the substrate 2 is preferably formed of a material that has no electrical conductivity but high thermal conductivity.
  • a ceramic substrate aluminum nitride substrate, alumina substrate, mullite substrate, glass ceramic substrate, a glass epoxy substrate, or the like is used. be able to.
  • the electrodes 3a and 3b are conductive layers formed of a metal material such as gold or copper.
  • a driving current is supplied from the power source 8 to the semiconductor light emitting element 4 to the electrodes 3a and 3b.
  • the current density of the drive current is preferably 700 mA / mm 2 or more.
  • the semiconductor light emitting element 4 for example, an LED (light emitting diode) or an LD (laser diode) that emits ultraviolet light or short wavelength visible light can be used.
  • the semiconductor light emitting device 4 include an InGaN-based compound semiconductor having a light emission peak in the range of 350 to 420 nm and the highest quantum efficiency in the vicinity of 400 nm.
  • a semiconductor light emitting device having a nitride containing In and Ga in the light emitting layer is preferably used.
  • the emission wavelength range of the InGaN-based compound semiconductor varies depending on the In content. When the In content is large, the emission wavelength becomes a long wavelength, and when it is small, the wavelength tends to be a short wavelength.
  • an InGaN compound semiconductor for the light emitting layer of the semiconductor light emitting element 4 efficient light conversion can be realized.
  • the semiconductor light emitting element 4 that emits ultraviolet light that is difficult to be visually recognized by human eyes
  • the light emitting module 1 without the color deviation is realized without feeling the color deviation of the light from the semiconductor light emitting element 4. Can do.
  • the mount member 5 is a conductive adhesive such as silver paste, for example, and fixes the lower surface of the semiconductor light emitting element 4 to the electrode 3a, and electrically connects the lower surface side electrode of the semiconductor light emitting element 4 and the electrode 3a on the substrate 2. To do.
  • the wire 6 is a conductive member such as a gold wire, and is joined to the upper surface side electrode of the semiconductor light emitting element 4 and the electrode 3b by, for example, ultrasonic thermocompression bonding, and electrically connects both.
  • the fluorescent layer 7 is formed in a film shape covering the upper surface of the semiconductor light emitting element 4.
  • the fluorescent layer 7 includes a binder member and a phosphor dispersed in the binder member.
  • such a phosphor layer 7 is prepared by preparing a phosphor paste in which a phosphor is mixed in a liquid or gel binder member, and then applying the phosphor paste to the upper surface of the semiconductor light emitting element 4 and then applying the phosphor paste. It can be formed by curing the binder member of the phosphor paste.
  • the binder member for example, a silicone resin or a fluorine resin can be used.
  • the light-emitting device of the present invention uses ultraviolet light or short-wavelength visible light as an excitation light source, a binder member having excellent ultraviolet resistance is preferable.
  • the constituent material of the phosphor is represented by the following general formula.
  • the phosphor represented by the above general formula preferably has an emission peak wavelength (excitation peak wavelength) in the range of 350 to 420 nm, and more preferably a blue light emitting phosphor in the range of 380 to 410 nm.
  • the phosphor may be a blue light-emitting phosphor that has an emission peak wavelength near 460 nm and emits light in a broad range from the emission peak wavelength to the long wavelength side.
  • the light emitting module 1 can emit white light.
  • the semiconductor light emitting element 4 that combines a semiconductor light emitting element that emits ultraviolet light and a red light emitting phosphor and a green light emitting phosphor
  • the light emitting module 1 can emit white light.
  • fluorescent substance of red and green light emission A well-known publicly used fluorescent substance is used.
  • the blending ratio thereof is, for example, a spectral fraction.
  • the ratio is preferably (R) 35 to 75, (G) 15 to 50, (B) 2 to 30, more preferably (R) 45 to 74, (G) 20 to 45, (B) 5 ⁇ 15.
  • the fluorescent layer 7 can be mixed with one or more kinds of phosphors having emission characteristics different from those of the phosphors. As a result, light of various colors can be obtained by combining light of various wavelength ranges.
  • the fluorescent layer 7 can be mixed with substances other than phosphors having various physical properties.
  • the refractive index of the fluorescent layer 7 can be increased by mixing the fluorescent layer 7 with a substance having a higher refractive index than that of a binder member such as a metal oxide, a fluorine compound, or a sulfide.
  • a binder member such as a metal oxide, a fluorine compound, or a sulfide.
  • the refractive index can be increased without reducing the transparency of the fluorescent layer 7 by making the particle size of the substance to be mixed nanosize.
  • the configuration in which the phosphors are provided in a layer form on the semiconductor light emitting element 4 is illustrated, but a single layer or a plurality of layers including at least one kind of phosphor may be stacked. Alternatively, a plurality of phosphors may be mixed and arranged in a single layer.
  • a form of providing the phosphor layer on the semiconductor light emitting element 4 a form in which the phosphor is mixed with a coating member that covers the surface of the semiconductor light emitting element 4, a form in which the phosphor is mixed with the mold member, or a mold member is covered.
  • the form which mixes a fluorescent substance with a coating body Furthermore, the form which arrange
  • it is preferably dispersed in a silicone resin having good UV resistance.
  • Examples 1 to 6, Comparative Examples 1 and 2 CaCO 3 , MgCO 3 , Eu 2 O 3 , CaCl 2 , and CaHPO 4 were used as raw materials and weighed at a molar ratio shown in Table 1. The weighed raw materials were uniformly mixed, then placed in an alumina crucible with a lid, and fired at 840 to 1200 ° C. for 3 hours in a reducing gas (N 2 atmosphere containing 2 to 5% H 2 ). Thereafter, the fired product obtained was finely pulverized and washed thoroughly with warm pure water. Further, the target compositions of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2 were synthesized by filtering and drying. Incidentally, the generation of chlorine defects in the form of chlorine content CaCl 2 may be added in excess over 0.5mol than the stoichiometric ratio in order to prevent in this halophosphate crystals.
  • Comparative Example 3 As Comparative Example 3, a blue light-emitting phosphor represented by Sr 5 (PO 4 ) 3 Cl: Eu (manufactured by Kasei Optonics Corporation: LP-B3) was used.
  • Comparative Example 4 As Comparative Example 4, a blue light emitting phosphor represented by BaMgAl 10 O 17 : Eu 2+ (manufactured by Kasei Optonics Corporation: LP-B4) was used.
  • Comparative Example 5 As Comparative Example 5, a red light emitting phosphor represented by La 2 O 2 S: Eu (manufactured by Kasei Optonics Co., Ltd .: KX-681) was used.
  • Comparative Example 6 As Comparative Example 6, a green light emitting phosphor represented by BaMgAl 10 O 17 : Eu 2+ , Mn 2+ (manufactured by Kasei Optonics Corporation: LP-G3) was used.
  • Table 1 shows the molar ratio of the phosphor raw materials for Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2.
  • Table 2 shows the integrated emission intensity ratio when the phosphors of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 4 were excited with excitation light having a wavelength of 400 nm and the same emission intensity.
  • the integrated emission intensity ratio of the phosphor is a relative value when the integrated emission intensity of Comparative Example 3 is 100.
  • Table 2 shows that the integrated emission intensities of the phosphors of Examples 1 to 6 are larger than the integrated emission intensities of all the phosphors of Comparative Examples 1 to 4.
  • FIG. 3 shows the emission spectrum distribution of the phosphor of Example 1. Since the emission spectra of the phosphors of Examples 2 to 6 showed almost the same tendency, only Example 1 having the highest integrated emission intensity was described. As shown in FIG. 3, it was revealed that the phosphor of Example 1 emitted blue light because the emission peak wavelength was in the vicinity of 460 nm.
  • Light emitting module Hereinafter, the light emitting module of the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the light emitting module of the present invention is not limited to this example.
  • the phosphors of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 3 to 6 were mounted on a semiconductor light emitting device in the form shown in FIGS. 1 and 2, and the light emission characteristics when a high current was injected into the semiconductor light emitting device were evaluated. .
  • the semiconductor light emitting device used for the evaluation is a 1 mm square semiconductor light emitting device (SemiLEDs: MvpLED TM SL-V-U40AC) having an emission peak at 405 nm.
  • a paste obtained by compounding the phosphors of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 3 and 4 on a silicone resin was applied to the semiconductor light emitting element with a thickness of 100 ⁇ m to obtain a light emitting module.
  • the light emitting module was made to emit light by injecting a current of 50 to 3000 mA in an integrating sphere, and the light emission output was measured with a spectroscope (CAS140B-152 manufactured by Instrument System). Of the measured values, a light emission output emitting light at a wavelength of 430 nm or more was calculated as a measurement value (fluorescence output).
  • Table 3 shows the relative output of the semiconductor element when a current density of 10 to 3000 mA / mm 2 is supplied to the semiconductor light emitting element.
  • the light emission output of the semiconductor light emitting element increases as the current density of the supply current supplied from the power source increases. However, when the current density of the supply current exceeds 700 mA / mm 2 , the increase rate of the light emission output is reduced, and the light emission efficiency as the light emitting module is lowered.
  • Table 4 shows changes in the light emission output of each light emitting module with respect to changes in the supply current to each light emitting module.
  • the light emission output of each light emitting module is a relative value when the fluorescent output is 1 when a current having a current density of 1 mA / mm 2 is supplied to the light emitting module using the phosphor of Comparative Example 5.
  • the light emitting modules using the phosphors of Examples 1 to 5 have no reduction in luminous efficiency even when a current density of 700 mA / mm 2 or more is supplied compared to Comparative Examples 3 to 6. It can be seen that good light emission output can be maintained.
  • FIG. 4 shows the relationship of the light emission output intensity of the light emitting module with respect to the change in the light output emitted from the semiconductor light emitting device, for Example 1 and Comparative Examples 3 to 6, which have the highest light emission intensity among Examples 1 to 5. It is a representation.
  • the light emitting module using the phosphor of Example 1 has a light emission output intensity that increases in proportion to an increase in the light emission output of the semiconductor light emitting device, and even when a current having a high current density is supplied. It can be seen that, compared with Comparative Examples 3 to 6, good light emission output can be maintained without lowering the light emission efficiency.
  • the light emitting module of the present invention can be used for various lamps such as lighting lamps, displays, vehicle lamps, traffic lights, and the like.

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Abstract

　大電流を供給しても発光する青色発光蛍光体を備えた発光モジュールを提供する。 　紫外光又は短波長可視光を発光する半導体発光素子と、前記半導体発光素子へ駆動電流を供給する電源と、前記半導体発光素子からの光を励起光として発光する蛍光体とを備える発光モジュール。 前記蛍光体は、下記一般式で表される。 Ｃａｘ－ｙ－ｚＭｇｙ（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ２＋ｚ （ｘは４．９５＜ｘ＜５．５０、ｙは０＜ｙ＜１．５０、ｚは０．０２＜ｚ＜０．２０、ｙ＋ｚは０．０２＜ｙ＋ｚ＜１．７を満足する数である）

Description

蛍光体を用いた発光モジュール及びこれを用いた車両用灯具
　本発明は、ＬＥＤ照明などの発光モジュール及びこれを用いた車両用灯具に関する。
　近年、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた白色発光モジュールが盛んに開発されている。これらの白色発光モジュールでは白色光を実現するため、例えば、青色光ＬＥＤチップに青色系の発光の一部を吸収する黄色発光蛍光体を組み合わせる２色混合白色発光モジュールや、紫外または短波長可視光ＬＥＤチップに赤・緑・青色の発光蛍光体を組み合わせる３色混合白色発光モジュールなどが提案されている。
　２色混合白色発光モジュールに使用する黄色発光する蛍光体としては、Ｃｅ付活希土類アルミン酸塩蛍光体等が代表的なものとして知られている（特許文献１）。
　また、３色混合白色発光モジュールに使用する青色発光蛍光体としては、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋、Ｓｒ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ２＋等が代表的なものとして知られている（特許文献２、特許文献３）。
　これらの白色発光モジュールの用途として、車両用灯具などの照明用光源として用いることが期待されており、さらなる光束及び輝度の向上が求められている。発光モジュールの光束及び輝度を向上させる方法としては、蛍光体へより多くの励起光を照射して、それに応じて蛍光体の発光出力を増大させる方法が考えられ、そのためには、励起光源であるＬＥＤチップへの駆動電流を大電流化し、電流密度を増大させる方法などが考えられる。
特許２９２７２７９号公報 特開２００３－１６０７８５号公報 特開２００４－１２７９８８号公報
　しかし、蛍光体によっては励起光源の光出力増大に伴い、輝度飽和が発生することにより、発光モジュールの変換効率が低下することが課題となり、白色発光モジュールを大光量、高輝度で発光させることが難しかった。
　励起光源からの光出力が一定以上になると、蛍光体からの発光出力は、励起光源からの光出力の増大と比較して増大率が低くなる。特に励起光源への供給電流の電流密度が７００ｍＡ／ｍｍ２以上になると発光出力は急激に減少する。つまり、照明に必要な高光束、高輝度な発光を実現することが難しかった。
　そこで、本発明の目的は、上記課題の少なくとも１つを解決することであり、発光強度が高く、光出力密度が大きな励起光源によって励起されても安定して発光する蛍光体を用いて大光量、高輝度の光モジュールを提供することである。
　本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、以下の構成を採用することによって、上記目的が達成されるに至った。
　本発明に係る発光モジュールは、紫外光又は短波長可視光を発光する半導体発光素子と、前記半導体発光素子へ駆動電流を供給する電源と、前記半導体発光素子からの光を励起光として発光する蛍光体とを備える発光モジュールであって、前記電源から半導体発光素子へ供給される電流が、電流密度７００ｍＡ／ｍｍ２で以上あり、前記半導体発光素子からの励起光により発光を実現することができる下記一般式で表される蛍光体を用いる発光モジュールである。
　Ｃａｘ－ｙ－ｚＭｇｙ（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ２＋ ｚ
（ｘは４．９５＜ｘ＜５．５０、ｙは０＜ｙ＜１．５０、ｚは０．０２＜ｚ＜０．２０、ｙ＋ｚは０．０２＜ｙ＋ｚ＜１．７を満足する数である）
　また、本発明に係る発光モジュールは、さらに、前記半導体発光素子へ１０００ｍＡ／ｍｍ２以上の電流を供給した時にも高効率な発光を実現することができる。
　また本発明で用いられる蛍光体は青色発光するものであることが好ましく、また、当該蛍光体の励起光源である半導体発光素子としては、３５０～４２０ｎｍの範囲に発光ピークを持ち、４００ｎｍ付近に最も量子効率の高いＩｎＧａＮ系を用いることが好ましい。具体的には発光層にＩｎとＧａを含む窒化物を有している半導体発光素子を用いることが好ましく、これにより効率の良い光変換が実現できる。また、人間の目に視認しにくい紫外光を発光する半導体発光素子を励起光源として用いることにより励起光源の色ズレを感じることが無く、色ズレの無い発光モジュールを実現することができる。
　また本発明の発光モジュールにおいて、他色を発光する蛍光体を構成物として用いることにより、２種類以上の発光色を混合して様々な波長範囲の光を発光可能とする発光モジュールを実現することができる。
　また本発明の発光モジュールへ、補色する蛍光体を加えることにより全ての蛍光体からの光を混合して白色発光モジュールを実現することができる。補色する蛍光体は特に限定されないが、公知公用の蛍光体も適時利用できる。
　また本発明の発光モジュールは、車両用灯具へも適宜利用できる。
　本発明の発光モジュールは、電源から駆動電流を注入することにより紫外光又は短波長可視光を発光する半導体発光素子と、この半導体発光素子からの光を励起光として効率よく励起され発光する蛍光体とを備えていて、電源から大電流を供給した場合であっても発光効率が高く、優れた発光特性を有する。
本発明の青色発光蛍光体を用いる発光モジュールの一例を示す縦断面図である。 本発明の青色発光蛍光体を用いる発光モジュールの一例を示す回路図である。 実施例１の青色発光蛍光体の発光スペクトル分布を表す図である。 半導体発光素子から発光される光出力に対する発光モジュールの発光強度の関係を表す図である。
符号の説明
１：発光モジュール
２：基板
３ａ：電極（陽極）
３ｂ：電極（陰極）
４：半導体発光素子
５：マウント部材
６：ワイヤー
７：蛍光層
８：電源
　図１は、本発明の実施形態に係る発光モジュール１の概略断面図である。図２は、発光モジュール１の回路図を示す。本実施形態に係る発光モジュール１は、例えば車両用灯具に好ましく用いられる。また、発光モジュール１が白色発光するものである場合には、特に、車両用前照灯へ適用することができる。車両用前照灯は、高光束、高輝度光源が必要であり、発光モジュール１を利用することによって、効率のよい車両用前照灯を実現することができる。
　図１に示すように、発光モジュール１は、基板２上に電極３ａ及び３ｂが形成されている。電極３ａ上には、半導体発光素子４がマウント部材５により固定されている。半導体発光素子４と電極３ａは前記マウント部材５により通電されており、半導体発光素子４と電極３ｂはワイヤー６により通電されている。半導体発光素子４の上には蛍光層７が形成されている。
　基板２は、導電性を有しないが熱伝導性は高い材料によって形成されることが好ましく、例えば、セラミック基板（窒化アルミニウム基板、アルミナ基板、ムライト基板、ガラスセラミック基板）やガラスエポキシ基板等を用いることができる。
　電極３ａ及び３ｂは、金や銅等の金属材料によって形成された導電層である。電極３ａ及び３ｂには、電源８から駆動電流が半導体発光素子４へ供給される。なお、本実施形態において、上記駆動電流の電流密度は、７００ｍＡ／ｍｍ２以上であることが好ましい。
　半導体発光素子４は、例えば、紫外線又は短波長可視光を発光するＬＥＤ（発光ダイオード）やＬＤ（レーザダイオード）等を用いることができる。半導体発光素子４の具体例としては、３５０～４２０ｎｍの範囲に発光ピークを持ち、４００ｎｍ付近に最も量子効率の高いＩｎＧａＮ系の化合物半導体を挙げることができる。
　より具体的には、発光層にＩｎとＧａを含む窒化物を有している半導体発光素子が好ましく用いられる。ＩｎＧａＮ系の化合物半導体は、Ｉｎの含有量によって発光波長域が変化する。Ｉｎの含有量が多いと発光波長が長波長となり、少ない場合は短波長となる傾向を示す。半導体発光素子４の発光層にＩｎＧａＮ系の化合物半導体を用いることにより、効率の良い光変換が実現できる。
　また、人間の目に視認しにくい紫外光を発光する半導体発光素子４を用いた場合、半導体発光素子４からの光の色ズレを感じることが無く、色ズレの無い発光モジュール１を実現することができる。
　マウント部材５は、例えば銀ペースト等の導電性接着材であり、半導体発光素子４の下面を電極３ａに固定し、半導体発光素子４の下面側電極と基板２上の電極３ａを電気的に接続する。
　ワイヤー６は、金ワイヤー等の導電部材であり、例えば超音波熱圧着等により半導体発光素子４の上面側電極及び電極３ｂに接合され、両者を電気的に接続する。
　蛍光層７は、半導体発光素子４の上面を覆う膜状に形成されている。蛍光層７は、バインダー部材と、バインダー部材中に分散された蛍光体とを含む。
　このような蛍光層７は、例えば、液状又はゲル状のバインダー部材に蛍光体を混入した蛍光体ペーストを作成した後、当該蛍光体ペーストを半導体発光素子４の上面に塗布し、その後に塗布した蛍光体ペーストのバインダー部材を硬化することにより形成することができる。バインダー部材としては、例えば、シリコーン樹脂やフッ素樹脂等を用いることができる。特に、本発明の発光装置は、励起光源として紫外線又は短波長可視光を用いることから、耐紫外線性能に優れたバインダー部材が好ましい。
　本実施形態において、上記蛍光体の構成物質は、下記一般式で表される。
　Ｃａｘ－ｙ－ｚＭｇｙ（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ２＋ ｚ
（ｘは４．９５＜ｘ＜５．５０、ｙは０＜ｙ＜１．５０、ｚは０．０２＜ｚ＜０．２０、ｙ＋ｚは０．０２＜ｙ＋ｚ＜１．７を満足する数である）
　上記一般式で表される蛍光体は、発光ピーク波長（励起ピーク波長）が３５０～４２０ｎｍの範囲にあることが好ましく、その中でも３８０～４１０ｎｍの範囲にある青色発光蛍光体であることが好ましい。また、上記蛍光体は、４６０ｎｍ近傍に発光ピーク波長を有し、発光ピーク波長から長波長側へブロードな範囲で発光する青色発光蛍光体であってもよい。
　また、紫外光を発光する半導体発光素子と、赤色発光蛍光体及び緑色発光蛍光体とを組み合わせた半導体発光素子４を用いることにより、発光モジュール１に白色光を発光させることができる。赤、緑発光の蛍光体としては、特に限定されないが、公知公用の蛍光体が用いられる。
　上記青色発光蛍光体（Ｂ）、赤色発光蛍光体（Ｒ）、及び緑色発光蛍光体（Ｇ）のみを半導体発光素子４の蛍光層７に用いる場合、それらの配合比率は、例えば、スペクトル分率比で（Ｒ）３５～７５、（Ｇ）１５～５０、（Ｂ）２～３０であることが好ましく、より好ましくは、（Ｒ）４５～７４、（Ｇ）２０～４５、（Ｂ）５～１５である。
　また、蛍光層７には、上記蛍光体とは異なる発光特性を有する１種又は複数種類の蛍光体を混入することができる。これにより、種々の波長域の光を合成して種々の色の光を得ることができる。
　また、蛍光層７には、種々の物性を有する蛍光体以外の物質を混入することもできる。例えば、金属酸化物、フッ素化合物、硫化物等のバインダー部材よりも屈折率の高い物質を蛍光層７に混入することにより、蛍光層７の屈折率を高めることができる。これにより、半導体発光素子４から発生する光が蛍光層７入射する際に生ずる全反射を低減させ、蛍光層７への励起光の取り込み効率を向上させるという効果が得られる。更に、混入する物質の粒子径をナノサイズにすることで、蛍光層７の透明度を低下させることなく屈折率を高めることができる。
　本実施形態では、半導体発光素子４上に上記蛍光体を層状に設けた構成を例示したが、少なくとも１種以上の蛍光体を含む層を単層または複数積層してもよい。また、これに替えて、複数の蛍光体を単一の層内に混合して配置しても良い。上記半導体発光素子４上に蛍光体層を設ける形態としては、半導体発光素子４の表面を被覆するコーティング部材に蛍光体を混合する形態、モールド部材に蛍光体を混合する形態、或いはモールド部材に被せる被覆体に蛍光体を混合する形態、更には半導体発光素子４の投光側前方に蛍光体を混合した透光可能なプレートを配置する形態等が挙げられる。モールド部材に混合する場合には、耐ＵＶ特性の良好なシリコーン樹脂内に分散している事が好ましい。
[蛍光体]
　以下に本発明に用いられる蛍光体を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明の範囲は、以下の実施例に限定されるものではない。
［実施例１～６、比較例１～２］
　ＣａＣＯ３、ＭｇＣＯ３、Ｅｕ２Ｏ３、ＣａＣｌ２、およびＣａＨＰＯ４を原料として、表１に示すモル比で計量した。そして、計量した原料を均一に混合した後、フタ付きのアルミナ坩堝に入れ、還元ガス（２～５％のＨ２を含むＮ２雰囲気）の中で、８４０～１２００℃で３時間焼成した。その後、得られた焼成物を微粉砕し、温純水でよく洗浄した。そして、更に、ろ過、乾燥させることにより、実施例１～６、比較例１～２の目的組成物を合成した。尚、本ハロ燐酸塩結晶中に塩素欠陥の発生を防止するために化学量論比より塩素量ＣａＣｌ２の形態で０．５ｍｏｌ以上過剰に添加してもよい。
［比較例３］
　比較例３として、Ｓｒ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕで表される青色発光蛍光体（化成オプトニクス株式会社製：ＬＰ－Ｂ３）を用いた。
［比較例４］
　比較例４として、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋で表される青色発光蛍光体（化成オプトニクス株式会社製：ＬＰ－Ｂ４）を用いた。
［比較例５］
　比較例５として、Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕで表される赤色発光蛍光体（化成オプトニクス株式会社製：ＫＸ－６８１）を用いた。
［比較例６］
　比較例６として、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋,Ｍｎ２＋で表される緑色発光蛍光
体（化成オプトニクス株式会社製：ＬＰ－Ｇ３）を用いた。
　表１に、実施例１～６及び比較例１、２について、蛍光体原料のモル比を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表２に、実施例１～６及び比較例１～４の蛍光体が波長４００ｎｍの同じ発光強度の励起光で励起された時の積分発光強度比を示す。蛍光体の積分発光強度比は、比較例３の積分発光強度を１００とした時の相対値である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２より、実施例１～６の蛍光体の積分発光強度が、比較例１～４全ての蛍光体の積分発光強度よりも大きいことがわかる。
　図３に、実施例１の蛍光体の発光スペクトル分布を示す。尚、実施例２～６の蛍光体の発光スペクトルは、ほぼ同じ傾向を示したため、最も積分発光強度の大きい実施例１のみ記載した。図３に示すように、実施例１の蛍光体は、発光ピーク波長が４６０ｎｍ近傍にあることから、青色発光することが明らかとなった。
[発光モジュール]
　以下に本発明の発光モジュールを実施例によって更に具体的に説明するが、本発明の発光モジュールは、本実施例に限定されるものではない。
　実施例１～５及び比較例３～６の蛍光体を、図１、２に示した形態で半導体発光素子上に搭載し、該半導体発光素子へ高電流を注入した時の発光特性を評価した。
　評価に用いた半導体発光素子は、４０５ｎｍに発光ピークを持つ１ｍｍ□の半導体発光素子（ＳｅｍｉＬＥＤｓ社：ＭｖｐＬＥＤＴＭＳＬ－Ｖ－Ｕ４０ＡＣ）である。シリコーン樹脂に実施例１～５及び比較例３、４の蛍光体をコンパウンドしたペーストを、この半導体発光素子へ１００μｍの厚さで塗布して発光モジュールとした。
　上記発光モジュールを積分球内で５０～３０００ｍＡの電流を注入して発光させ、分光器（Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ　Ｓｙｓｔｅｍ社製ＣＡＳ１４０Ｂ－１５２）において発光出力を計測した。計測した値のうち、４３０ｎｍ以上の波長で発光している発光出力を測定値（蛍光出力）として算出した。
　表３に、半導体発光素子へ電流密度１０～３０００ｍＡ／ｍｍ２の電流を供給した時の半導体素子相対出力を示す。
　半導体発光素子の発光出力は、電源から供給される供給電流の電流密度の増大に応じて増大する。しかしながら、上記供給電流の電流密度が７００ｍＡ／ｍｍ２を超えると、上記発光出力の増大率が小さくなることから、発光モジュールとしての発光効率が低下してしまう。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　次に、上記評価方法に基づいて、実施例１～５及び比較例３～６の蛍光体を搭載した発光モジュールの評価結果を示す。表４は、各発光モジュールへの供給電流の変化に対する各発光モジュールの発光出力の変化を示したものである。各発光モジュールの発光出力は、比較例５の蛍光体を用いた発光モジュールへ電流密度１ｍＡ／ｍｍ２の電流を供給した時の蛍光出力を１とした時の相対値である。
　表４より、実施例１～５の蛍光体を用いた発光モジュールは、電流密度７００ｍＡ／ｍｍ２以上の電流を供給した場合においても、比較例３～６に比べ、発光効率が低下することなく、良好な発光出力を維持できていることがわかる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　次に、上記測定結果をグラフ化したものを図４に示す。図４は、実施例１～５の中で最も発光強度が高かった実施例１と比較例３～６について、半導体発光素子から発光される光出力の変化に対する発光モジュールの発光出力強度の関係を表したものである。
　図４より、実施例１の蛍光体を用いた発光モジュールは、その発光出力強度が半導体発光素子の発光出力の増大に比例して上昇しており、高い電流密度の電流を供給した場合においても、比較例３～６に比べて、発光効率が低下することなく、良好な発光出力を維持できていることがわかる。
　以上、本発明の発光モジュールを実施例に沿って説明したが、本発明はこれらの実施例に限られるものではなく、種々の変更、改良、組み合わせ、利用形態等が考えられることは言うまでもない。
　本出願は２００８年１月２５日出願の日本特許出願（特願２００８－０１４６４０）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
　本発明の発光モジュールは種々の灯具、例えば照明用灯具、ディスプレイ、車両用灯具、信号機等に利用することができる。

Claims (7)

  1. 紫外光又は短波長可視光を発光する半導体発光素子と、
    前記半導体発光素子へ駆動電流を供給する電源と、
    前記半導体発光素子からの光を励起光として発光する蛍光体と、
    を備える発光モジュールにおいて、
    前記電源から半導体発光素子へ供給される電流が、電流密度７００ｍＡ／ｍｍ２以上であり、
    前記蛍光体は、下記一般式で表される蛍光体であることを特徴とする発光モジュール。
    Ｃａｘ－ｙ－ｚＭｇｙ（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ２＋ ｚ
    （ｘは４．９５＜ｘ＜５．５０、ｙは０＜ｙ＜１．５０、ｚは０．０２＜ｚ＜０．２０、ｙ＋ｚは０．０２＜ｙ＋ｚ＜１．７を満足する数である）
  2. 前記電源から半導体発光素子へ供給される電流が、電流密度１０００ｍＡ／ｍｍ２以上であることを特徴とする請求項１に記載の発光モジュール。
  3. 前記蛍光体は青色発光することを特徴とする請求項１及び２に記載の発光モジュール。
  4. 前記半導体発光素子は、発光ピーク波長が３５０～４２０ｎｍの範囲にあるＩｎＧａＮ系であることを特徴とする請求項１～３に記載の発光モジュール。
  5. 前記蛍光体と異なる発光色の蛍光体をさらに備えていることを特徴とする請求項１～４に記載の発光モジュール。
  6. 前記異なる発光色の蛍光体は、前記蛍光体を補色し、全ての蛍光体の光を混合して白色発光することを特徴とする請求項４及び５に記載の発光モジュール。
  7. 請求項１～５に記載の発光モジュールを光源とした車両用灯具。
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