JP2003336050A - 蛍光体 - Google Patents
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Abstract
白色の発光装置を提供すること、青色発光素子等と組み
合わせて使用する黄から赤領域に発光スペクトルを有す
る蛍光体を提供すること。 【解決手段】 青色発光素子10により励起された発光
スペクトルの一部を波長変換し、黄から赤色領域に発光
スペクトルを有するMnが添加されたSr−Ca−Si
−N:Eu系シリコンナイトライド蛍光体11を有する
発光装置。
Description
晶用バックライト、蛍光ランプ等の照明に使用される発
光装置、特に発光装置に使用される蛍光体に関する。
かな色の発光をする。また、発光素子ランプに用いられ
る発光素子は、半導体素子であるため球切れなどの心配
がない。さらに初期駆動特性が優れ、振動やオン・オフ
点灯の繰り返しに強いという特徴を有する。このような
優れた特性を有するため、発光装置は、各種の光源とし
て利用されている。
換し、当該波長変換された光と波長変換されない発光素
子の光とを混合して放出することにより、発光素子の光
と異なる発光色を発光する発光装置が開発されている。
例えば、白色の発光装置の場合、発光源の発光素子表面
には、蛍光体が薄くコーディングされている。該発光素
子は、InGaN系材料を使った青色発光素子である。
また、コーディング層には、(Y,Gd)3(Al,G
a)5O12の組成式で表されるYAG系蛍光体が使わ
れている。白色の発光装置の発光色は、光の混色の原理
によって得られる。発光素子から放出された青色光は、
蛍光体層の中へ入射した後、層内で何回かの吸収と散乱
を繰り返した後、外へ放出される。一方、蛍光体に吸収
された青色光は励起源として働き、黄色の蛍光を発す
る。この黄色光と青色光が混ぜ合わされて人間の目には
白色として見える。
発光する発光装置は、可視光領域の長波長側の発光が得
られにくいため、やや青白い白色の発光装置となってい
た。特に、店頭のディスプレイ用の照明や、医療現場用
の照明などおいては、やや赤みを帯びた暖色系の白色の
発光装置が、強く求められている。また、発光素子は、
電球と比べて、一般に寿命が長く、人の目にやさしいた
め、電球色に近い白色の発光装置が、強く求められてい
る。
が低下する。人間の目が感じる色みは、380〜780
nm領域の電磁波に明るさの感覚を生じる。それを表す
ものの一つの指標として、視感度特性がある。視感度特
性は、山型になっており、550nmがピークになって
いる。赤み成分の波長域である580nm〜680nm
付近と、550nm付近とに、同じ電磁波が入射してき
た場合、赤み成分の波長域の方が、暗く感じることによ
るものである。そのため、緑色、青色領域と同じ程度の
明るさを感じるためには、赤色領域は、高密度の電磁波
の入射が必要となる。
から青色光励起による効率及び耐久性が十分でなく、実
用化するまでに至っていない。
赤みを帯びた暖色系の白色の発光装置を提供することを
目的とする。また、青色発光素子等と組み合わせて使用
する黄から赤領域に発光スペクトルを有する蛍光体を提
供することを目的とする。さらに、効率、耐久性の向上
が図られた蛍光体を提供することを目的とする。
め、本発明は、第1の発光スペクトルの少なくとも一部
を波長変換し、前記第1の発光スペクトルと異なる領域
に第2の発光スペクトルを少なくとも1以上有する蛍光
体であって、前記蛍光体は、Mnが添加されたSr−C
a−Si−N:Eu系シリコンナイトライドであること
を特徴とする蛍光体に関する。これにより、長波長側に
第2の発光スペクトルを有する蛍光体を提供することが
できる。この原理は、460nm近傍の第1の発光スペ
クトルを有する光を蛍光体に照射すると該第1の発光ス
ペクトルの波長変換が行われ、580〜700nm近傍
の長波長側に第2の発光スペクトルを有するからであ
る。製造工程においてMn若しくはMn化合物を添加し
たSr−Ca−Si−N:Eu系シリコンナイトライド
の蛍光体を用いた場合、Mnが添加されていないSr−
Ca−Si−N:Eu系シリコンナイトライドの蛍光体
よりも、発光輝度、量子効率、エネルギー効率等の発光
効率の向上が図られた。これは、Mn若しくはMn化合
物が付活剤であるEu2+の拡散を促進させ、粒径を大
きくし、結晶性の向上が図られたためであると考えられ
る。また、Eu2+を付活剤とする蛍光体において、M
nが増感剤として働き、付活剤Eu2+の発光強度の増
大を図ったためと考えられる。蛍光増感とは、エネルギ
ー伝達作用を利用して発光強度を高める目的でエネルギ
ードナーとなる増感剤を共付活することをいう。第1の
発光スペクトルは、360〜495nmの短波長側に発
光スペクトルを有する発光素子、発光素子ランプ等から
の光である。主に440〜480nm近傍の発光スペク
トルを有する青色発光素子であることが好ましい。一
方、第2の発光スペクトルは、第1の発光スペクトルの
少なくとも一部を波長変換し、第1の発光スペクトルと
異なる領域に1以上の発光スペクトルを有する。この第
2の発光スペクトルの少なくとも1部は、560〜70
0nm近傍にピーク波長を有することが好ましい。本発
明に係る蛍光体は、600〜680nm近傍にピーク波
長を有する。上述及び後述するシリコンナイトライドの
蛍光体は、その製造工程においてMn若しくはMn化合
物を添加するが、焼成の工程でMnが飛散してしまい、
最終生成物であるシリコンナイトライドの蛍光体の組成
中に当初添加量よりも微量のMnしか含まれない場合も
ある。従って、最終生成物であるシリコンナイトライド
の蛍光体の組成中には、添加当初の配合量よりも少ない
量が組成中に含まれるにすぎない。本発明は、第1の発
光スペクトルの少なくとも一部を波長変換し、前記第1
の発光スペクトルと異なる領域に第2の発光スペクトル
を少なくとも1以上有する蛍光体であって、前記蛍光体
は、Mnが添加されたSr−Si−N:Eu系シリコン
ナイトライドであることを特徴とする蛍光体に関する。
製造工程においてSr−Si−N:Eu系シリコンナイ
トライドにMnを添加することにより、Mnが添加され
ていないときよりも、発光効率の向上を図ることができ
る。MnがSr−Si−N:Eu系シリコンナイトライ
ドに及ぼす効果は上述と同様で、Mnが付活剤であるE
u2+の拡散を促進させ、粒径を大きくし、結晶性の向
上が図られたためであると考えられる。Eu2+を付活
剤とする蛍光体において、Mnが増感剤として働き、付
活剤Eu2+の発光強度の増大を図ったためと考えられ
る。本発明に係るSr−Si−N:Eu系シリコンナイ
トライドの蛍光体は、上述のSr−Ca−Si−N:E
u系シリコンナイトライドの蛍光体と異なる組成及び発
光スペクトルを有し、610〜630近傍にピーク波長
を有する。
とも一部を波長変換し、前記第1の発光スペクトルと異
なる領域に第2の発光スペクトルを少なくとも1以上有
する蛍光体であって、前記蛍光体は、Mnが添加された
Ca−Si−N:Eu系シリコンナイトライドであるこ
とを特徴とする蛍光体に関する。Mnを添加したときの
効果は上述と同様である。ただし、Mnが添加されたC
a−Si−N:Eu系シリコンナイトライドは、600
〜620近傍にピーク波長を有する。
加するMnは、通常、MnO2、Mn2O3、Mn3O
4、MnOOH等の酸化物、若しくは酸化水酸化物で加
えられるが、これに限定されるものではなく、Mnメタ
ル、Mn窒化物、イミド、アミド、若しくはその他の無
機塩類でも良く、また、予め他の原料に含まれている状
態でも良い。前記シリコンナイトライドは、その組成中
にOが含有されている。Oは、原料となる各種Mn酸化
物から導入されるか、本発明のMnによるEu拡散、粒
成長、結晶性向上の効果を促進すると考えられる。すな
わち、Mn添加の効果は、Mn化合物をメタル、窒化
物、酸化物と変えても同様の効果が得られ、むしろ酸化
物を用いた場合の効果が大きい。結果としてシリコンナ
イトライドの組成中に微量のOが含有されたものが製造
される。従って、基本構成元素は、Sr−Ca−Si−
O−N:Eu、Sr−Si−O−N:Eu、Ca−Si
−O−N:Euになる。これにより、Mn化合物に酸素
を含有していないものを用いる場合でも、Eu2O3等
のその他原料、雰囲気等によりOが導入され、Oが含有
している化合物を使わなくても上記課題を解決できる。
量%以下であることが好ましい。これにより発光効率の
向上を図ることができるからである。
r、Ca、Ba、Zn、B、Al、Cu、Mn、Cr及
びNiからなる群より選ばれる少なくとも1種以上が含
有されていることが好ましい。前記シリコンナイトライ
ドにMn、Mg、B等の成分構成元素を少なくとも含有
することにより、発光輝度、量子効率等の発光効率の向
上を図ることができる。この理由は定かではないが、上
記基本構成元素にMn、B等の成分構成元素を含有させ
ることにより粉体の粒径が均一かつ大きくなり、結晶性
が著しく良くなるためであると考えられる。結晶性を良
くすることにより、第1の発光スペクトルを高効率に波
長変換し、発光効率の良好な第2の発光スペクトルを有
する蛍光体にすることができる。また、蛍光体の残光特
性を任意に調整することができる。ディスプレイ、PD
P等のように表示が連続して繰り返し行われるような表
示装置では、残光特性が問題となる。そのため、蛍光体
の基本構成元素に、B、Mg、Cr、Ni、Alなどを
微量に含有させることにより、残光を抑えることができ
る。これにより、ディスプレイ等の表示装置に本発明に
係る蛍光体を使用することができる。また、Mn、B等
の添加剤は、MnO2、Mn2O3、Mn3O4や、H
3BO3のような酸化物を加えても、発光特性を低下さ
せることとならず、前述したようにOもまた、拡散過程
において、重要な役割を示すと考えられる。このよう
に、前記シリコンナイトライドにMn、Mg、B等の成
分構成元素を含有することにより、蛍光体の粒径、結晶
性、エネルギー伝達経路が変わり、吸収、反射、散乱が
変化し、発光及び光の取り出し、残光などの発光装置に
おける発光特性に大きく影響を及ぼすからである。
イトライドは、SrとCaとのモル比が、Sr:Ca=
1〜9:9〜1であることが好ましい。特に、Sr−C
a−Si−N:Eu系シリコンナイトライドは、Srと
Caとのモル比が、Sr:Ca=1:1であることが好
ましい。SrとCaとのモル比を変えることにより、第
2の発光スペクトルを長波長側にシフトすることができ
る。後述する表1において、Sr:Ca=9:1、S
r:Ca=1:9の組成を有する蛍光体では、ピーク波
長が624nm、609nmであるのに対し、Sr:C
a=7:3、Sr:Ca=6:4及びSr:Ca=3:
7、Sr:Ca=4:6と徐々にSrとCaのモル比を
変えていくと、ピーク波長が639nm、643nm及
び636nm、642nmと長波長側にピーク波長をシ
フトすることができる。このように、より長波長側にピ
ーク波長を有する蛍光体を製造することができる。さら
に、SrとCaのモル比を変えていくと、Sr:Ca=
1:1の時に、ピーク波長が644nmと最も長波長側
にピーク波長を有する蛍光体を製造することができる。
また、SrとCaとのモル比を変えることにより、発光
輝度の向上を図ることができる。表1では、Sr:Ca
=9:1のときの発光特性を100%とする。Srに対
してCaのモル量を増やしていくと、Sr:Ca=1:
9のとき170.3%と70.3%もの発光輝度の向上
が図られている。また、SrとCaとのモル比を変える
ことにより、量子効率の向上を図ることができる。表1
では、Sr:Ca=9:1のとき100%であった量子
効率が、Sr:Ca=5:5のとき167.7%と量子
効率の向上が図られている。このようにSrとCaとの
モル比を変えることにより、発光効率の向上を図ること
ができる。
r−Ca、Sr、Caに対して0.003〜0.5モル
であることが好ましい。特に、前記蛍光体のEuの配合
量は、対応するSr−Ca、Sr、Caに対して0.0
05〜0.1モルであることが好ましい。Euの配合量
を変えることによりピーク波長を長波長側にシフトする
ことができる。また、発光輝度、量子効率等の発光効率
の向上を図ることができる。後述する表2乃至4では、
Sr−Ca−Si−N:Euのシリコンナイトライドに
おけるEuの配合量を変えた試験結果を示す。表2で
は、例えばSr:Ca=7:3において、Sr−Caに
対してEuが0.005モルであるときピーク波長が6
24nm、発光輝度が100%、量子効率が100%で
あるのに対して、Euが0.03モルであるときピーク
波長が637nm、発光輝度が139.5%、量子効率
が199.2%と、発光効率が極めて良好になってい
る。
r−Ca、Sr、Caに対して0.001〜0.3モル
であることが好ましい。特に、前記蛍光体のMnの添加
量は、対応するSr−Ca、Sr、Caに対して0.0
025〜0.03モルであることが好ましい。原料中若
しくは製造工程中、シリコンナイトライドの蛍光体にM
nを添加することにより、発光輝度、エネルギー効率、
量子効率等の発光効率の向上を図ることができる。後述
する表5乃至9では、Ca−Si−N:Euのシリコン
ナイトライドにおけるMnの添加量を変えた試験結果を
示す。表5乃至9では、例えばMnが無添加のシリコン
ナイトライドの蛍光体を基準として、発光輝度が100
%、量子効率が100%とすると、Caに対してMnを
0.015モル添加したシリコンナイトライドの蛍光体
は、発光輝度が115.3%、量子効率が117.4%
である。このように、発光輝度、量子効率等の発光効率
の向上を図ることができる。
及び3、請求項1乃至3のいずれかの組合せからなる蛍
光体を用いていることが好ましい。例えば、請求項1及
び2の蛍光体とは、Sr−Ca−Si−N:Eu系シリ
コンナイトライドの蛍光体とSr−Si−N:Eu系シ
リコンナイトライドの蛍光体とを混合した蛍光体をい
う。例えばSr−Ca−Si−N:Eu系シリコンナイ
トライドの蛍光体では、650nm近傍に発光スペクト
ルを有するのに対し、Sr−Si−N:Eu系シリコン
ナイトライドの蛍光体は、620nm近傍に発光スペク
トルを有する。これを所望量混合することにより620
〜650nmの波長範囲の所望の位置にピーク波長を有
する蛍光体を製造することができるからである。ここで
上記組合せに限られず、Sr−Ca−Si−N:Eu系
シリコンナイトライドの蛍光体とCa−Si−N:Eu
系シリコンナイトライドの蛍光体とを混合した蛍光体、
Sr−Ca−Si−N:Eu系シリコンナイトライドの
蛍光体とSr−Si−N:Eu系シリコンナイトライド
の蛍光体とCa−Si−N:Eu系シリコンナイトライ
ドの蛍光体とを混合した蛍光体も製造することができ
る。これらの組合せでも、600〜680nmの波長範
囲の所望の位置にピーク波長を有する蛍光体を製造する
ことができる。前記蛍光体は、平均粒径が3μm以上で
あることを特徴とする蛍光体であることが好ましい。M
nが添加されていないSr−Ca−Si−N:Eu系、
Sr−Si−N:Eu系、Ca−Si−N:Eu系シリ
コンナイトライドの蛍光体は、平均粒径が1〜2μm程
度であるが、Mnを添加する上記シリコンナイトライド
は、平均粒径が3μm以上である。この粒径の違いによ
り、粒径が大きいと発光輝度が向上し、光取り出し効率
が上昇するなどの利点がある。前記蛍光体は、Mnの残
留量が5000ppm以下であることが好ましい。前記
蛍光体に、Mnを添加することにより上記効果が得られ
るからである。但し、Mnは焼成時等に飛散してしまう
ため、原料中に添加するMn量と、製造後の組成中にお
けるMn量は、異なる。
発光素子と、前記第1の発光スペクトルの少なくとも一
部を波長変換し、前記第1の発光スペクトルと異なる領
域に第2の発光スペクトルを少なくとも1以上有してい
る蛍光体と、を少なくとも有する発光装置であって、前
記蛍光体は、本発明に係る蛍光体を用いていることを特
徴とする発光装置に関する。440〜480nm近傍の
第1の発光スペクトルを有する青色発光素子を使用し、
該第1の発光スペクトルを波長変換し600〜660n
mの第2の発光スペクトルを有する本発明に係る蛍光体
を用いることにより、青色発光素子から発光する青色光
と、蛍光体により波長変換された黄赤色光とが混合し、
やや赤みを帯びた暖色系の白色に発光する発光装置を提
供することができる。
トリウム・アルミニウム酸化物蛍光体、セリウムで付活
されたイットリウム・ガドリニウム・アルミニウム酸化
物蛍光体、及びセリウムで付活されたイットリウム・ガ
リウム・アルミニウム酸化物蛍光体を含有していること
が好ましい。セリウムで付活されたイットリウム・アル
ミニウム酸化物蛍光体の一例としては、Y3Al5O
12:Ceがある。セリウムで付活されたイットリウム
・ガドリニウム・アルミニウム酸化物蛍光体の一例とし
ては、(Y0.8Gd0.2)3Al5O12:Ceが
ある。セリウムで付活されたイットリウム・ガリウム・
アルミニウム酸化物蛍光体の一例としては、Y3(Al
0.8Ga0.2)5O12:Ceがある。本発明に係
る蛍光体とセリウムで付活されたイットリウム・アルミ
ニウム酸化物蛍光体等とを前記青色発光素子と組み合わ
せることにより、所望の白色に発光する発光装置を提供
することができる。青色発光素子とセリウムで付活され
たイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光体との組合せ
から構成される発光装置は、やや青白い白色を示し、暖
色系の色味が不足していたため、本発明に係る蛍光体を
含有することにより、暖色系の色味を補うことができ、
また蛍光体の配合量を適宜変えることにより種々の色味
の白色発光装置を提供することができる。
発光効率の良好なやや赤みを帯びた暖色系の白色の発光
装置を提供することができるという技術的意義を有す
る。また、青色発光素子等と組み合わせて使用する黄か
ら赤領域に発光スペクトルを有する蛍光体を提供するこ
とができるという技術的意義を有する。
の製造方法を、実施の形態及び実施例を用いて説明す
る。だたし、本発明は、この実施の形態及び実施例に限
定されない。
クトルを有する発光素子と、前記第1の発光スペクトル
の少なくとも一部を変換し、前記第1の発光スペクトル
と異なる領域に第2の発光スペクトルを少なくとも1以
上有している蛍光体と、を少なくとも有する発光装置で
ある。具体的な発光装置の一例として、図1を用いて説
明する。図1は、本発明に係る発光装置を示す図であ
る。
層された半導体層2と、該半導体層2に形成された正負
の電極3から延びる導電性ワイヤ14で導電接続された
リードフレーム13と、該サファイア基板1と該半導体
層2とから構成される発光素子10の外周を覆うように
リードフレーム13aのカップ内に設けられた蛍光体1
1とコーティング部材12と、該蛍光体11及び該リー
ドフレーム13の外周面を覆うモールド部材15と、か
ら構成されている。
れ、該半導体層2の同一平面側に正負の電極3が形成さ
れている。前記半導体層2には、発光層(図示しない)
が設けられており、この発光層から出力される発光ピー
クは、青色領域にある460nm近傍の発光スペクトル
を有する。この発光素子10をダイボンダーにセット
し、カップが設けられたリードフレーム13aにフェイ
スアップしてダイボンド(接着)する。ダイボンド後、
リードフレーム13をワイヤーボンダーに移送し、発光
素子の負電極3をカップの設けられたリードフレーム1
3aに金線でワイヤーボンドし、正電極3をもう一方の
リードフレーム13bにワイヤーボンドする。次に、モ
ールド装置に移送し、モールド装置のディスペンサーで
リードフレーム13のカップ内に蛍光体11及びコーテ
ィング部材12を注入する。蛍光体11とコーティング
部材12とは、予め所望の割合に均一に混合しておく。
蛍光体11注入後、予めモールド部材15が注入された
モールド型枠の中にリードフレーム13を浸漬した後、
型枠をはずして樹脂を硬化させ、図1に示すような砲弾
型の発光装置とする。
ついて詳述する。
添加されたSr−Ca−Si−N:Eu、Ca−Si−
N:Eu、Sr−Si−N:Eu、Sr−Ca−Si−
O−N:Eu、Ca−Si−O−N:Eu、Sr−Si
−O−N:Eu系シリコンナイトライドである。この蛍
光体の基本構成元素は、一般式LXSiYN
(2/3X+4/3Y ):Eu若しくはLXSiYOZ
N(2/3X+4/3Y−2/3Z):Eu(Lは、S
r、Ca、SrとCaのいずれか。)で表される。一般
式中、X及びYは、X=2、Y=5又は、X=1、Y=
7であることが好ましいが、任意のものも使用できる。
具体的には、基本構成元素は、Mnが添加された(Sr
XCa1 −X)2Si5N8:Eu、Sr2Si
5N8:Eu、Ca2Si5N8:Eu、SrXCa
1−XSi7N10:Eu、SrSi7N10:Eu、
CaSi7N10:Euで表される蛍光体を使用するこ
とが好ましいが、この蛍光体の組成中には、Mg、S
r、Ca、Ba、Zn、B、Al、Cu、Mn、Cr及
びNiからなる群より選ばれる少なくとも1種以上が含
有されていてもよい。但し、本発明は、この実施の形態
及び実施例に限定されない。Lは、Sr、Ca、Srと
Caのいずれかである。SrとCaは、所望により配合
比を変えることができる。蛍光体の組成にSiを用いる
ことにより安価で結晶性の良好な蛍光体を提供すること
ができる。
Euを用いる。ユウロピウムは、主に2価と3価のエネ
ルギー準位を持つ。本発明の蛍光体は、母体のアルカリ
土類金属系窒化ケイ素に対して、Eu2+を付活剤とし
て用いる。Eu2+は、酸化されやすく、3価のEu2
O3の組成で市販されている。しかし、市販のEu2O
3では、Oの関与が大きく、良好な蛍光体が得られにく
い。そのため、Eu2O3からOを、系外へ除去したも
のを使用することが好ましい。たとえば、ユウロピウム
単体、窒化ユウロピウムを用いることが好ましい。但
し、Mnを添加した場合は、その限りではない。
進し、発光輝度、エネルギー効率、量子効率等の発光効
率の向上を図る。Mnは、原料中に含有させるか、又
は、製造工程中にMn単体若しくはMn化合物を含有さ
せ、原料と共に焼成する。但し、Mnは、焼成後の基本
構成元素中に含有されていないか、含有されていても当
初含有量と比べて少量しか残存していない。これは、焼
成工程において、Mnが飛散したためであると思われ
る。蛍光体には、基本構成元素中に、若しくは、基本構
成元素とともに、Mg、Sr、Ca、Ba、Zn、B、
Al、Cu、Mn、Cr、O及びNiからなる群より選
ばれる少なくとも1種以上を含有する。これらの元素
は、粒径を大きくしたり、発光輝度を高めたりする等の
作用を有している。また、B、Al、Mg、Cr及びN
iは、残光を抑えることができるとういう作用を有して
いる。通常、B、Mg、Cr等の添加物が添加されてい
ない蛍光体の方が、添加物が添加されている蛍光体より
も残光を1/10に要する時間を1/2から1/4程度
まで短縮することができる。
によって発光された青色光の一部を吸収して黄から赤色
領域の光を発光する。この蛍光体11を上記の構成を有
する発光装置に使用して、発光素子10により発光され
た青色光と、蛍光体の赤色光とが混色により暖色系の白
色に発光する発光装置を提供する。
の他に、セリウムで付活されたイットリウム・アルミニ
ウム酸化物蛍光物質が含有されていることが好ましい。
前記イットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質を含有
することにより、所望の色度に調節することができるか
らである。セリウムで付活されたイットリウム・アルミ
ニウム酸化物蛍光物質は、発光素子10により発光され
た青色光の一部を吸収して黄色領域の光を発光する。こ
こで、発光素子10により発光された青色光と、イット
リウム・アルミニウム酸化物蛍光物質の黄色光とが混色
により青白い白色に発光する。従って、このイットリウ
ム・アルミニウム酸化物蛍光物質と前記蛍光体とを透光
性を有するコーティング部材と一緒に混合した蛍光体1
1と、発光素子10により発光された青色光とを組み合
わせることにより暖色系の白色の発光装置を提供するこ
とができる。この暖色系の白色の発光装置は、平均演色
評価数Raが75乃至95であり色温度が2000乃至
8000Kである。特に好ましいのは、平均演色評価数
Ra及び色温度が色度図における黒体放射の軌跡上に位
置する白色の発光装置である。但し、所望の色温度及び
平均演色評価数の発光装置を提供するため、イットリウ
ム・アルミニウム酸化物蛍光物質及び蛍光体の配合量
を、適宜変更することもできる。この暖色系の白色の発
光装置は、特殊演色評価数R9の改善を図っている。従
来の青色発光素子とセリウムで付活されたイットリウム
・アルミニウム酸化物蛍光物質との組合せの白色に発光
する発光装置は、特殊演色評価数R9がほぼ0に近く、
赤み成分が不足していた。そのため特殊演色評価数R9
を高めることが解決課題となっていたが、本発明に係る
蛍光体をイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質中
に含有することにより、特殊演色評価数R9を60乃至
70まで高めることができる。
て、本発明に係る蛍光体((SrXCa1−X)2Si
5N 8:Eu)の製造方法を説明するが、本製造方法に
限定されない。上記蛍光体には、Mn、Oが含有されて
いる。
料のSr、Caは、単体を使用することが好ましいが、
イミド化合物、アミド化合物などの化合物を使用するこ
ともできる。また原料Sr、Caには、B、Al、C
u、Mg、Mn、Al2O3などを含有するものでもよ
い。原料のSr、Caは、アルゴン雰囲気中、グローブ
ボックス内で粉砕を行う。粉砕により得られたSr、C
aは、平均粒径が約0.1μmから15μmであること
が好ましいが、この範囲に限定されない。Sr、Caの
純度は、2N以上であることが好ましいが、これに限定
されない。より混合状態を良くするため、金属Ca、金
属Sr、金属Euのうち少なくとも1以上を合金状態と
したのち、窒化し、粉砕後、原料として用いることもで
きる。
iは、単体を使用することが好ましいが、窒化物化合
物、イミド化合物、アミド化合物などを使用することも
できる。例えば、Si3N4、Si(NH2)2、Mg
2Siなどである。原料のSiの純度は、3N以上のも
のが好ましいが、Al2O3、Mg、金属ホウ化物(C
o3B、Ni3B、CrB)、酸化マンガン、H3BO
3、B2O3、Cu2O、CuOなどの化合物が含有さ
れていてもよい。Siも、原料のSr、Caと同様に、
アルゴン雰囲気中、若しくは、窒素雰囲気中、グローブ
ボックス内で粉砕を行う。Si化合物の平均粒径は、約
0.1μmから15μmであることが好ましい。
で窒化する(P3)。この反応式を、化1に示す。
時間、窒化する。Sr、Caは、混合して窒化しても良
いし、それぞれ個々に窒化しても良い。これにより、S
r、Caの窒化物を得ることができる。Sr、Caの窒
化物は、高純度のものが好ましいが、市販のものも使用
することができる。
(P4)。この反応式を、化2に示す。
5時間、窒化する。これにより、窒化ケイ素を得る。本
発明で使用する窒化ケイ素は、高純度のものが好ましい
が、市販のものも使用することができる。
粉砕する(P5)。Sr、Ca、Sr−Caの窒化物
を、アルゴン雰囲気中、若しくは、窒素雰囲気中、グロ
ーブボックス内で粉砕を行う。同様に、Siの窒化物を
粉砕する(P6)。また、同様に、Euの化合物Eu2
O3を粉砕する(P7)。Euの化合物として、酸化ユ
ウロピウムを使用するが、金属ユウロピウム、窒化ユウ
ロピウムなども使用可能である。このほか、原料のZ
は、イミド化合物、アミド化合物を用いることもでき
る。酸化ユウロピウムは、高純度のものが好ましいが、
市販のものも使用することができる。粉砕後のアルカリ
土類金属の窒化物、窒化ケイ素及び酸化ユウロピウムの
平均粒径は、約0.1μmから15μmであることが好
ましい。
a、Zn、B、Al、Cu、Mn、Cr、O及びNiか
らなる群より選ばれる少なくとも1種以上が含有されて
いてもよい。また、Mg、Zn、B等の上記元素を以下
の混合工程(P8)において、配合量を調節して混合す
ることもできる。これらの化合物は、単独で原料中に添
加することもできるが、通常、化合物の形態で添加され
る。この種の化合物には、H3BO3、Cu2O3、M
gCl2、MgO・CaO、Al2O3、金属ホウ化物
(CrB、Mg3B2、AlB2、MnB)、B
2O3、Cu2O、CuOなどがある。
Caの窒化物、Siの窒化物、Euの化合物Eu2O3
を混合し、Mnを添加する(P8)。これらの混合物
は、酸化されやすいため、Ar雰囲気中、又は、窒素雰
囲気中、グローブボックス内で、混合を行う。
物、Siの窒化物、Euの化合物Eu 2O3の混合物を
アンモニア雰囲気中で、焼成する(P9)。焼成によ
り、Mnが添加された(SrXCa1−X)2Si5N
8:Euで表される蛍光体を得ることができる(P1
0)。この焼成による基本構成元素の反応式を、化3に
示す。
により、目的とする蛍光体の組成を変更することができ
る。
ル炉などを使用することができる。焼成温度は、120
0から1700℃の範囲で焼成を行うことができるが、
1400から1700℃の焼成温度が好ましい。焼成
は、徐々に昇温を行い1200から1500℃で数時間
焼成を行う一段階焼成を使用することが好ましいが、8
00から1000℃で一段階目の焼成を行い、徐々に加
熱して1200から1500℃で二段階目の焼成を行う
二段階焼成(多段階焼成)を使用することもできる。蛍
光体11の原料は、窒化ホウ素(BN)材質のるつぼ、
ボートを用いて焼成を行うことが好ましい。窒化ホウ素
材質のるつぼの他に、アルミナ(Al2O 3)材質のる
つぼを使用することもできる。
的とする蛍光体を得ることが可能である。
化物系化合物発光素子であることが好ましい。発光素子
10は、例えばサファイア基板1上にGaNバッファ層
を介して、Siがアンドープのn型GaN層、Siがド
ープされたn型GaNからなるn型コンタクト層、アン
ドープGaN層、多重量子井戸構造の発光層(GaN障
壁層/InGaN井戸層の量子井戸構造)、Mgがドー
プされたp型GaNからなるp型GaNからなるpクラ
ッド層、Mgがドープされたp型GaNからなるp型コ
ンタクト層が順次積層された積層構造を有し、以下のよ
うに電極が形成されている。但し、この構成と異なる発
光素子10も使用できる。
のほぼ全面に形成され、そのpオーミック電極上の一部
にpパッド電極3が形成される。
ンタクト層からアンドープGaN層を除去してn型コン
タクト層の一部を露出させ、その露出された部分に形成
される。
造の発光層を用いたが、本発明は、これに限定されるも
のではなく、例えば、InGaNを利用した単一量子井
戸構造としても良いし、Si、ZnがドープされたGa
Nを利用しても良い。
有量を変化させることにより、420nmから490n
mの範囲において主発光ピークを変更することができ
る。また、発光波長は、上記範囲に限定されるものでは
なく、360〜550nmに発光波長を有しているもの
を使用することができる。
2(光透光性材料)は、リードフレーム13のカップ内
に設けられるものであり発光素子10の発光を変換する
蛍光体11と混合して用いられる。コーティング部材1
2の具体的材料としては、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、
シリコーン樹脂などの温度特性、耐候性に優れた透明樹
脂、シリカゾル、ガラス、無機バインダーなどが用いら
れる。また、蛍光体11と共に拡散剤、チタン酸バリウ
ム、酸化チタン、酸化アルミニウムなどを含有させても
良い。また、光安定化剤や着色剤を含有させても良い。
は、マウントリード13aとインナーリード13bとか
ら構成される。マウントリード13aは、発光素子10
を配置させるものである。マウントリード13aの上部
は、カップ形状になっており、カップ内に発光素子10
をダイボンドし、該発光素子10の外周面を、カップ内
を前記蛍光体11と前記コーティング部材12とで覆っ
ている。カップ内に発光素子10を複数配置しマウント
リード13aを発光素子10の共通電極として利用する
こともできる。この場合、十分な電気伝導性と導電性ワ
イヤ14との接続性が求められる。発光素子10とマウ
ントリード13aのカップとのダイボンド(接着)は、
熱硬化性樹脂などによって行うことができる。熱硬化性
樹脂としては、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、イミド樹
脂などが挙げられる。また、フェースダウン発光素子1
0などによりマウントリード13aとダイボンドすると
共に電気的接続を行うには、Ag―エースと、カーボン
ペースト、金属バンプなどを用いることができる。ま
た、無機バインダーを用いることもできる。インナーリ
ード13bは、マウントリード13a上に配置された発
光素子10の電極3から延びる導電性ワイヤ14との電
気的接続を図るものである。インナーリード13bは、
マウントリード13aとの電気的接触によるショートを
避けるため、マウントリード13aから離れた位置に配
置することが好ましい。マウントリード13a上に複数
の発光素子10を設けた場合は、各導電性ワイヤ同士が
接触しないように配置できる構成にする必要がある。イ
ンナーリード13bは、マウントリード13aと同様の
材質を用いることが好ましく、鉄、銅、鉄入り銅、金、
白金、銀などを用いることができる。
光素子10の電極3とリードフレーム13とを電気的に
接続するものである。導電性ワイヤ14は、電極3とオ
ーミック性、機械的接続性、電気導電性及び熱伝導性が
良いものが好ましい。導電性ワイヤ14の具体的材料と
しては、金、銅、白金、アルミニウムなどの金属及びそ
れらの合金などが好ましい。
光素子10、蛍光体11、コーティング部材12、リー
ドフレーム13及び導電性ワイヤ14などを外部から保
護するために設けられている。モールド部材15は、外
部からの保護目的の他に、視野角を広げたり、発光素子
10からの指向性を緩和したり、発光を収束、拡散させ
たりする目的も併せ持っている。これらの目的を達成す
るためモールド部材は、所望の形状にすることができ
る。また、モールド部材15は、凸レンズ形状、凹レン
ズ形状の他、複数積層する構造であっても良い。モール
ド部材15の具体的材料としては、エポキシ樹脂、ユリ
ア樹脂、シリコーン樹脂、シリカゾル、ガラスなどの透
光性、耐候性、温度特性に優れた材料を使用することが
できる。モールド部材15には、拡散剤、着色剤、紫外
線吸収剤や蛍光物質を含有させることもできる。拡散剤
としては、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミ
ニウム等が好ましい。コーティング部材12との材質の
反発性を少なくするため、屈折率を考慮するため、同材
質を用いることが好ましい。
いて実施例を挙げて説明するが、この実施例に限定され
るものではない。
00%とする相対輝度で示す。粒径は、F.S.S.
S.No.(Fisher Sub Sieve Sizer's No.)という空
気透過法による値である。
光体の実施例1乃至7の化学的特性及び物理的特性を示
す。また、図3乃至5は、実施例4の蛍光体の発光特性
を示したものである。図3は、実施例4の蛍光体をEx
=460nmで励起したときの発光スペクトルを示す図
である。図4は、実施例4の蛍光体の励起スペクトルを
示す図である。図5は、実施例4の蛍光体の反射スペク
トルを示す図である。図6は、実施例1乃至7の蛍光体
を、Ex=460nmで励起したときの発光スペクトル
を示す図である。
加したSr−Ca−Si−N:Euで表される蛍光体の
化学的特性や物理的特性を調べた結果である。表1にお
ける原料混合比は、原料をモル比で表したものである。
この蛍光体は、Mnが添加された一般式SrXCa
(1.94−X)Eu0.06Si5N8(0≦X≦
1.94)で表される、若しくは微量の酸素を含有する
ものを使用する。実施例1乃至7において、Eu濃度は
0.03である。Eu濃度は、Sr−Caのモル濃度に
対してのモル比である。また、Siの5に対してMnの
添加量は0.015である。実施例1乃至7は、Sr濃
度とCa濃度との比を適宜変更した結果である。まず、
窒化ストロンチウム、窒化カルシウム、窒化ケイ素、酸
化ユウロピウムを、窒素雰囲気中、グローブボックス内
で混合する。実施例1において、原料の混合比率(モル
比)は、窒化ストロンチウムSr3N2:窒化カルシウ
ムCa3N 2:窒化ケイ素Si3N4:酸化ユウロピウ
ムEu2O3=X:1.94−X:5:0.06であ
る。Mnは、モル比で0.015添加した。該原料中に
は、Mg、Sr、Ca、Ba、Zn、B、Al、Cu、
Mn、Cr及びNiのうち少なくとも1種以上が数pp
mから数百ppm含有されていてもよい。
件は、アンモニア雰囲気中、窒化ホウ素るつぼに投入
し、室温から約5時間かけて徐々に昇温して、約135
0℃で5時間、焼成を行い、ゆっくりと5時間かけて室
温まで冷却した。焼成後のSr XCa(1.94−X)
Eu0.06Si5N8(0≦X≦1.94)中には、
Mnが数ppm〜数十ppm程度残存している。
1である。実施例1のシリコンナイトライド蛍光体の発
光輝度を100%、量子効率は100%とし、この配合
割合のときを基準に実施例2乃至7の発光効率を規定す
る。Srに対するCaの配合割合を増やしていくと、S
r:Caのモル比が、7:3のとき、シリコンナイトラ
イド蛍光体の量子効率は126.9%、ピーク波長は6
39nmである。このことから量子効率の向上が図られ
ており、特にピーク波長が、より長波長側にシフトして
いる。さらに、Srに対するCaの配合割合を増やして
いき、Sr:Caのモル比が、5:5つまり1:1のと
き、シリコンナイトライド蛍光体の発光輝度は111.
2%、量子効率は167.7%、ピーク波長は644n
mである。この結果から、Sr:Ca=9:1のときよ
りも発光輝度、量子効率等の発光効率の向上が図られて
いる。特に、ピーク波長が、より長波長側にシフトして
いるため、赤味を帯びた蛍光体を製造することができ
る。また、温度特性も極めて良好である。さらにSrに
対するCaの配合割合を増やしていくと、ピーク波長が
短波長側にシフトする。この場合でも発光輝度、量子効
率は低下しておらず、良好な発光特性を得ることができ
る。特に、Srは、Caに比べて高価であるため、Ca
の配合割合を増やすことにより製造コストの低減を図る
ことができる。
Mnを添加したSr−Si−N:Eu、Mnを添加した
Ca−Si−N:Eu、又は、Mnを添加したSr−C
a−Si−O−N:Eu、Mnを添加したSr−Si−
O−N:Eu、Mnを添加したCa−Si−O−N:E
uを適宜組み合わせることにより、所望のピーク波長を
有する蛍光体を製造することができる。これらは、ほぼ
同様な組成を有するため、互いに緩衝しあうことがない
ため、良好な発光特性を有するものである。実施例に係
る蛍光体は、窒化ホウ素材質のるつぼを用い、アンモニ
ア雰囲気中で焼成を行っている。この焼成条件下では、
炉及びるつぼが浸食されることはないため、焼成品に不
純物が混入することはない。窒化ホウ素材質のるつぼを
使用することができるが、モリブデンるつぼを使用する
ことはあまり好ましいとはいえない。モリブデンるつぼ
を使用した場合、るつぼが浸食されモリブデンが蛍光体
中に含有し、発光特性の低下を引き起こすことが考えら
れる。このように、発光特性の向上は、より鮮やかな白
色に発光する発光材料を提供することができる。また、
発光特性の向上は、エネルギー効率を高めるため、省電
力化も図ることができる。また、温度特性は、発光素子
の表面に該蛍光体を設けたとき、蛍光体の組成が変化せ
ずに、高い発光特性を示しているかを表すものであり、
温度特性が高いものほど安定であることを示している。 <実施例8乃至11>表2は、本発明に係る蛍光体の実
施例8乃至11の化学的特性及び物理的特性を示す。図
7は、実施例8、9、11、12、13、15、21、
22、24の蛍光体を、Ex=460nmで励起したと
きの発光スペクトルを示す図である。
添加したSr−Ca−Si−N:Euで表される蛍光体
のEu濃度を変化させたときの化学的特性や物理的特性
を調べた結果である。この蛍光体は、Mnが添加された
一般式SrXCa(2−T−X )EuTSi5N8(0
≦X<2)で表される、若しくは、微量の酸素を含有す
るものを使用する。SrとCaとの原料の配合割合は、
Sr:Ca=X:2−T−X=7:3である。Euの配
合割合は、T=0.01、0.03、0.06及び0.
12のものを使用する。この場合のEu濃度は、0.0
05、0.015、0.03、0.06である。Eu濃
度は、Sr−Caのモル濃度に対してのモル比である。
また、Siの5に対してMnの添加量は0.015であ
る。実施例8乃至11は、実施例1乃至7と同様の製造
工程を行うため、同様な構成を経るところは、省略す
る。該原料中には、Mg、Sr、Ca、Ba、Zn、
B、Al、Cu、Mn、Cr及びNiのうち少なくとも
1種以上が数ppmから数百ppm含有されていてもよ
い。実施例8の蛍光体を基準に発光効率を示す。Eu濃
度が0.03の実施例10とき、最も発光輝度の向上が
見られた。Eu濃度が少ないと十分に発光が行われず、
また、Eu濃度が多すぎると濃度消光、若しくはSr2
N3、Ca2N3と反応し、目的となる基本構成元素と
異なる組成のものを造るため、発光効率の低下が生じて
いる。実施例11では、量子効率が最も良好である。一
方、Eu濃度を増加させるにつれてピーク波長が長波長
側にシフトしている。この原理は定かではないが、Eu
濃度増加に伴い、MnがSr2N3とCa2N3との拡
散を促進することにより、SrとCaとの混晶がさらに
促進され、ピーク波長が長波長側にシフトされたものと
考えられる。温度特性は、実施例8乃至11のいずれも
極めて良好である。
係る蛍光体の実施例12乃至20の化学的特性及び物理
的特性を示す。
を添加したSr−Ca−Si−N:Euで表される蛍光
体のEu濃度を変化させたときの化学的特性や物理的特
性を調べた結果である。この蛍光体は、Mnが添加され
た一般式SrXCa(2−T− X)EuTSi5N
8(0≦X<2)で表される、若しくは、微量の酸素を
含有するものを使用する。SrとCaとの原料の配合割
合は、Sr:Ca=X:2−T−X=5:5である。実
施例12乃至15におけるEuの配合割合は、T=0.
01、0.03、0.06、0.12のものを使用す
る。この場合のEu濃度は、0.005、0.015、
0.03、0.06である。Eu濃度は、Sr−Caの
モル濃度に対してのモル比である。実施例16乃至20
は、実施例12乃至15と異なり市販の原料を使用し
た。実施例16乃至20におけるEuの配合割合は、T
=0.12、0.2、0.3、0.4、0.6のものを
使用する。この場合のEu濃度は、0.06、0.1、
0.15、0.2、0.3である。実施例12乃至20
におけるMnの添加量は、Siの5に対してMnの添加
量は0.015である。実施例12乃至20は、実施例
1乃至7と同様の製造工程を行うため、同様な構成を経
るところは、省略する。該原料中には、Mg、Sr、C
a、Ba、Zn、B、Al、Cu、Mn、Cr及びNi
のうち少なくとも1種以上が数ppmから数百ppm含
有されていてもよい。実施例12の蛍光体を基準に発光
効率を示す。Eu濃度が0.03の実施例14とき、最
も発光輝度の向上が見られた。Eu濃度が少ないと十分
に発光が行われず、また、Eu濃度が多すぎると濃度消
光、若しくはSr2N3、Ca2N3と反応し、目的と
なる基本構成元素と異なる組成のものを造るため、発光
効率の低下が生じている。実施例15では、量子効率が
最も良好である。実施例16乃至20は、発光輝度の低
下を生じているが、これは、市販の原料を使用したた
め、該原料中に不純物が含まれており発光特性の低下を
生じたものと考えられる。実施例12乃至16におい
て、実施例16乃至20において、Eu濃度を増加させ
るにつれてピーク波長が長波長側にシフトしている。こ
の原理は定かではないが、Eu濃度増加に伴い、Mnが
Sr2N3とCa2N3との拡散を促進することによ
り、SrとCaとの混晶がさらに促進され、ピーク波長
が長波長側にシフトされたものと考えられる。温度特性
は、実施例12乃至20のいずれも極めて良好である。
係る蛍光体の実施例21乃至24の化学的特性及び物理
的特性を示す。
を添加したSr−Ca−Si−N:Euで表される蛍光
体のEu濃度を変化させたときの化学的特性や物理的特
性を調べた結果である。この蛍光体は、Mnが添加され
た一般式SrXCa(2−T− X)EuTSi5N
8(0≦X<2)で表される、若しくは、微量の酸素を
含有するものを使用する。SrとCaとの原料の配合割
合は、Sr:Ca=X:2−T−X=3:7である。実
施例12乃至15におけるEuの配合割合は、T=0.
01、0.03、0.06、0.12のものを使用す
る。この場合のEu濃度は、0.005、0.015、
0.03、0.06である。Eu濃度は、Sr−Caの
モル濃度に対してのモル比である。実施例21乃至24
におけるMnの添加量は、Siの5に対してMnの添加
量は0.015である。実施例21乃至24は、実施例
1乃至7と同様の製造工程を行うため、同様な構成を経
るところは、省略する。該原料中には、Mg、Sr、C
a、Ba、Zn、B、Al、Cu、Mn、Cr及びNi
のうち少なくとも1種以上が数ppmから数百ppm含
有されていてもよい。実施例21の蛍光体を基準に発光
効率を示す。表1乃至3おける実施例と同じように、E
u濃度が0.03のとき、実施例21乃至24では23
とき、最も発光輝度の向上が見られた。発光輝度の観点
からは、Eu濃度が0.03のときに、最適の蛍光体を
製造することができると思われる。また、実施例23
は、発光輝度と共に量子効率が最も良好である。実施例
21乃至24において、Eu濃度を増加させるにつれて
ピーク波長が長波長側にシフトしている。温度特性は、
実施例21乃至24のいずれも極めて良好である。
係る蛍光体の実施例25乃至32の化学的特性及び物理
的特性を示す。
−Si−N:Euで表される蛍光体のMnの添加量を変
化させたときの化学的特性や物理的特性を調べた結果で
ある。表5における原料混合比は、原料をモル比で表し
たものである。このようにして造られた蛍光体は、Mn
が添加された一般式Ca(2−T)EuTSi5N8若
しくは、微量の酸素を含有する形で表される。Mnを添
加していないものを実施例25に示す。実施例26乃至
32の蛍光体は、Mnの添加量を、0.005、0.0
1、0.015、0.03、0.06、0.1及び0.
2のものを使用する。この場合のMn濃度は、0.00
25、0.005、0.0075、0.015、0.0
3、0.05及び0.1であり、Mn濃度は、Caのモ
ル濃度に対してのモル比である。Eu濃度は、0.00
75と一定である。実施例25乃至32は、実施例1乃
至7と同様の製造工程を行うため、同様な構成を経ると
ころは、省略する。該原料中には、Mg、Sr、Ca、
Ba、Zn、B、Al、Cu、Mn、Cr及びNiのう
ち少なくとも1種以上が数ppmから数百ppm含有さ
れていてもよい。実施例25のMnを添加していない蛍
光体を基準に発光効率を示す。Mn濃度が0.0075
の実施例28及びMn濃度が0.015の実施例29の
とき、最も発光輝度の向上が見られた。これは、Mn濃
度が少ないと原料の拡散が十分に行われず、粒子の成長
があまり行われていない。一方、Mn濃度が多すぎる
と、MnがCa−Si−N:Euの組成形成、結晶成長
を妨げるためと考えられる。実施例26乃至29では、
量子効率が極めて良好である。実施例25乃至31にお
ける温度特性は、Mnの添加量を変化させた場合でも、
極めて良好である。ピーク波長は、Mnの添加量を変化
させた場合でも一定である。
係る蛍光体の実施例33乃至35の化学的特性及び物理
的特性を示す。
−Si−N:Euで表される蛍光体のMnの添加量を変
化させたときの化学的特性や物理的特性を調べた結果で
ある。表6における原料混合比は、原料をモル比で表し
たものである。Eu濃度は、0.015と一定である。
このようにして造られた蛍光体は、Mnが添加された一
般式Ca(2−T)EuTSi5N8若しくは、微量の
酸素を含有する形で表される。Mnを添加していないも
のを実施例33に示す。実施例33乃至35の蛍光体に
おけるMnの添加量は、原料の総重量に対して100p
pm及び500ppmのものを使用する。実施例33乃
至35は、実施例1乃至7と同様の製造工程を行うた
め、同様な構成を経るところは、省略する。まず、窒化
カルシウム、窒化ケイ素、酸化ユウロピウムを、窒素雰
囲気中、グローブボックス内で混合する。該原料中に
は、Mg、Sr、Ca、Ba、Zn、B、Al、Cu、
Mn、Cr及びNiのうち少なくとも1種以上が数pp
mから数百ppm含有されていてもよい。実施例33の
Mnを添加していない蛍光体を基準に発光効率を示す。
Mnの添加量が100ppm及び500ppmのいずれ
も、発光輝度及び量子効率の向上が見られた。また、温
度特性の向上も図られている。このようにMnの添加量
が少量であっても、発光輝度、量子効率、温度特性など
の発光特性の向上を図ることができる。
係る蛍光体の実施例36及び37の化学的特性及び物理
的特性を示す。図8は、(a)は実施例36、(b)は
実施例37の蛍光体の粒径を撮影した写真である。
−Si−N:Euで表される蛍光体のMnの添加量を変
化させたときの化学的特性や物理的特性を調べた結果で
ある。表7における原料混合比は、原料をモル比で表し
たものである。このようにして造られた蛍光体は、Mn
が添加された一般式Ca(2−T)EuTSi5N8若
しくは、微量の酸素を含有する形で表される。Mnを添
加していないものを実施例36に示す。実施例37の蛍
光体は、Mnの添加量を、0.04モルのものを使用す
る。この場合のMn濃度は、0.02であり、Mn濃度
は、Caのモル濃度に対してのモル比である。Eu濃度
は、0.02と一定である。実施例36及び37は、実
施例1乃至7と同様の製造工程を行うため、同様な構成
を経るところは、省略する。該原料中には、Mg、S
r、Ca、Ba、Zn、B、Al、Cu、Mn、Cr及
びNiのうち少なくとも1種以上が数ppmから数百p
pm含有されていてもよい。実施例36のMnを添加し
ていない蛍光体を基準に発光効率を示す。Mn濃度が
0.02の実施例37のとき、発光輝度、量子効率の向
上が見られた。この理由は上記と同様であると考えられ
る。実施例36及び37の平均粒径を測定すると、実施
例36の平均粒径は、2.9μmであるのに対し、実施
例37の平均粒径は、6.4μmである。この平均粒径
の差により、発光輝度に差が生じていると思われる。図
8では、Mnを添加していない蛍光体と、Mnを添加し
た蛍光体の粒径を撮影した写真を示す。Mnを添加して
いない実施例36の蛍光体の平均粒径は、2.8μmで
あるのに対し、Mnを添加した実施例37の蛍光体の平
均粒径は、6.4μmである。このようにMnを添加し
た蛍光体は、Mnを添加していない蛍光体と比較して粒
径が比較的大きい。この粒径の違いが、発光輝度を高め
ていると考えられる。
係る蛍光体の実施例38乃至42の化学的特性及び物理
的特性を示す。
−Si−N:Euで表される蛍光体のMnの添加量を変
化させたときの化学的特性や物理的特性を調べた結果で
ある。表8における原料混合比は、原料をモル比で表し
たものである。このようにして造られた蛍光体は、Mn
が添加された一般式Sr(2−T)EuTSi5N8若
しくは、微量の酸素を含有する形で表される。Mnを添
加していないものを実施例38に示す。実施例39乃至
42の蛍光体は、Mnの添加量を、0.01、0.0
3、0.1及び0.2のものを使用する。この場合のM
n濃度は、0.005、0.015、0.05及び0.
1であり、Mn濃度は、Srのモル濃度に対してのモル
比である。Eu濃度は、0.03と一定である。実施例
38乃至42は、実施例1乃至7と同様の製造工程を行
うため、同様な構成を経るところは、省略する。該原料
中には、Mg、Sr、Ca、Ba、Zn、B、Al、C
u、Mn、Cr及びNiのうち少なくとも1種以上が数
ppmから数百ppm含有されていてもよい。実施例3
8のMnを添加していない蛍光体を基準に発光効率を示
す。実施例39乃至41のとき発光輝度の向上が見ら
れ、特にMn濃度が0.015の実施例40のとき、最
も発光輝度の向上が見られた。また実施例39乃至41
は、量子効率が極めて良好である。さらに、実施例39
乃至42における温度特性は、Mnの添加量を変化させ
た場合でも、極めて良好である。ピーク波長は、Mnの
添加量を増やしていくと長波長側にシフトしている。こ
の理由は定かではないが、Mnが原料、特にEuの拡散
を促進しているためと考えられる。
係る蛍光体の実施例43乃至51の化学的特性及び物理
的特性を示す。
−Ca−Si−N:Euで表される蛍光体のMnの添加
量を変化させたときの化学的特性や物理的特性を調べた
結果である。表9における原料混合比は、原料をモル比
で表したものである。このようにして造られた実施例4
3乃至51の蛍光体は、一般式SrXCa(2−X−T
)EuTSi5N8若しくは、微量の酸素を含有する形
で表される。実施例43乃至51は、実施例1乃至7と
同様の製造工程を行うため、同様な構成を経るところ
は、省略する。該原料中には、Mg、Sr、Ca、B
a、Zn、B、Al、Cu、Mn、Cr及びNiのうち
少なくとも1種以上が数ppmから数百ppm含有され
ていてもよい。実施例43乃至47におけるSrとCa
のモル比は、Sr:Ca=5:5である。Mnを添加し
ていないものを実施例43に示す。実施例44乃至47
の蛍光体は、Mnの添加量を、0.01、0.03、
0.1及び0.2のものを使用する。この場合のMn濃
度は、0.005、0.015、0.05及び0.1で
あり、Mn濃度は、Sr−Caのモル濃度に対してのモ
ル比である。Eu濃度は、0.02と一定である。実施
例43のMnを添加していない蛍光体を基準に発光効率
を示す。Mn濃度は、0.005、0.015、0.0
5及び0.1の実施例44乃至47においては、いずれ
も発光輝度の向上が見られた。また、量子効率の向上も
図られている。さらに、温度特性も極めて良好である。
このようにSr−Ca−Si−N:Euで表される蛍光
体にMnを添加することにより、発光特性の向上を図る
ことができる。実施例48及び49は、市販の原料を用
いて本発明に係る蛍光体の製造を行った。実施例48及
び49におけるSrとCaのモル比は、Sr:Ca=
5:5である。Mnを添加していないものを実施例48
に示す。実施例49の蛍光体は、Mnの添加量を、0.
04のものを使用する。この場合のMn濃度は、0.0
2であり、Mn濃度は、Sr−Caのモル濃度に対して
のモル比である。Eu濃度は、0.02である。実施例
48のMnを添加していない蛍光体を基準に発光効率を
示す。市販の原料を使用し製造を行った場合でも、Mn
を添加することにより、発光特性の向上を図ることがで
きる。実施例50及び51は、市販の原料を用いて本発
明に係る蛍光体の製造を行った。実施例50及び51に
おけるSrとCaのモル比は、Sr:Ca=7:3であ
る。Mnを添加していないものを実施例50に示す。実
施例51の蛍光体は、Mnの添加量を、0.02のもの
を使用する。この場合のMn濃度は、0.01であり、
Mn濃度は、Sr−Caのモル濃度に対してのモル比で
ある。Eu濃度は、0.01である。実施例50のMn
を添加していない蛍光体を基準に発光効率を示す。Mn
濃度が0.01の実施例51は、発光特性の向上を図る
ことができる。<実施例48及び49>表10は、本発
明に係る実施例48及び49のSr−Ca−Si−N:
Euで表される蛍光体の組成分析を行った結果を示す。
nの有無を明確にすることができた。また、上記組成中
には、Oが1〜2%含有されている。
付加した白色発光装置に関する。図1は、本発明に係る
発光装置1を示す図である。図9は、本発明に係る発光
装置1の発光スペクトルを示す図である。図10は、本
発明に係る発光装置の演色性評価を示す図である。
及びp型のGaN層の半導体層2が形成され、該n型及
びp型の半導体層2に電極3が設けられ、該電極3は、
導電性ワイヤ14によりリードフレーム13と導電接続
されている。発光素子10の上部は、蛍光体11及びコ
ーティング部材12で覆われ、リードフレーム13、蛍
光体11及びコーティング部材12等の外周をモールド
部材15で覆っている。半導体層2は、サファイア基板
1上にn+GaN:Si、n−AlGaN:Si、n−
GaN、GaInN QWs、p−GaN:Mg、p−
AlGaN:Mg、p−GaN:Mgの順に積層されて
いる。該n+GaN:Si層の一部はエッチングされて
n型電極が形成されている。該p−GaN:Mg層上に
は、p型電極が形成されている。リードフレーム13
は、鉄入り銅を用いる。マウントリード13aの上部に
は、発光素子10を積載するためのカップが設けられて
おり、該カップのほぼ中央部の底面に該発光素子10が
ダイボンドされている。導電性ワイヤ14には、金を用
い、電極3と導電性ワイヤ14を導電接続するためのバ
ンプ4には、Niメッキを施す。蛍光体11には、実施
例49の蛍光体とYAG系蛍光体とを混合する。コーテ
ィング部材12には、エポキシ樹脂と拡散剤、チタン酸
バリウム、酸化チタン及び前記蛍光体11を所定の割合
で混合したものを用いる。モールド部材15は、エポキ
シ樹脂を用いる。この砲弾型の発光装置1は、モールド
部材15の半径2〜4mm、高さ約7〜10mmの上部
が半球の円筒型である。発光装置1に電流を流すと、ほ
ぼ460nmで励起する第1の発光スペクトルを有する
青色発光素子10が発光し、この第1の発光スペクトル
を、半導体層2を覆う蛍光体11が色調変換を行い、前
記第1の発光スペクトルと異なる第2の発光スペクトル
を有する。また、蛍光体11中に含有されているYAG
系蛍光体は、第1の発光スペクトルにより、第3の発光
スペクトルを示す。この第1、第2及び第3の発光スペ
クトルが互いに混色となり赤みを帯びた白色に発光する
発光装置1を提供することができる。表11は、本発明
に係る発光装置1及び比較対象となる発光装置2の発光
特性を示す。図9、図10、表11は、本発明に係る発
光装置1及び比較対象となる発光装置2の測定結果も併
せて示す。
実施例49の蛍光体と、コーティング部材12と、セリ
ウムで付活されたイットリウム・ガドリニウム・アルミ
ニウム酸化物蛍光物質(Y−Gd−Al−O:Ce)と
を混合した蛍光体を用いる。本発明に係る発光装置1及
び2は、(Y0.8Gd0.2)3Al5O12:Ce
の蛍光体を使用する。
Al−O:Ceの蛍光体のピーク波長が562nmであ
る。同様に、実施例49の蛍光体のピーク波長は、65
0nmである。これら蛍光体11の重量比は、コーティ
ング部材:(Y−Gd−Al−O:Ce)の蛍光体:実
施例49の蛍光体=10:3.8:0.6である。一
方、青色発光素子とY−Gd−Al−O:Ceの蛍光体
との組合せの発光装置2の蛍光体は、コーティング部
材:(Y−Gd−Al−O:Ce)の蛍光体=10:
3.6の重量比で混合している。
及びY−Gd−Al−O:Ceの蛍光体とを用いた発光
装置2とを比較する。発光装置2と比較して色調はほと
んど変化していないが、演色性が改善されている。図1
0から明らかなように、発光装置2では、特殊演色評価
数R9が不足していたが、発光装置1では、R9の改善
が行われている。また、他の特殊演色評価数R8、R1
0等もより100%に近い値に改善されている。ランプ
効率は、24.9lm/Wと高い数値を示している。
光装置に関する。図11は、本発明に係る発光装置3の
発光スペクトルを示す図である。図12は、本発明に係
る発光装置3の演色性評価を示す図である。図13は、
本発明に係る発光装置3の色度座標を示す図である。表
12は、本発明に係る発光装置3の発光特性を示す。発
光装置3は、図1の発光装置1と同じ構成をとる。
実施例49の蛍光体と、コーティング部材12と、セリ
ウムで付活されたイットリウム・ガリウム・アルミニウ
ム酸化物蛍光物質(Y−Ga−Al−O:Ce)とを混
合した蛍光体を用いる。本発光装置3では、Y3(Al
0.8Ga0.2)5O12:Ceの組成の蛍光体を使
用する。
Al−O:Ceの蛍光体のピーク波長が533nmであ
る。同様に、実施例49の蛍光体のピーク波長は、65
0nmである。これら蛍光体11の重量比は、コーティ
ング部材:(Y−Ga−Al−O:Ce)の蛍光体:実
施例49の蛍光体=10:4.0:1.08の重量比で
混合している。このようにして混合した蛍光体を用いた
発光装置3は、電球色に発光している。発光装置3の色
度座標を示す図13によると、暖色系の白色発光の領域
に色調X及び色調Yが位置している。発光装置3の特殊
演色評価数R9も60%と演色性が改善されている。ピ
ーク波長も620.7nmと赤色領域に位置しており、
電球色の白色発光装置を得ることができる。色温度は、
2832K.演色性Raは、90.4であり、電球色に
近い発光特性を有している。また、発光装置3は、1
9.2lm/Wという高い発光特性を有している。
光装置4を示す図である。
460nmのInGaN系半導体層を有する発光素子1
01を用いる。該発光素子101には、p型半導体層と
n型半導体層とが形成されており(図示しない)、該p
型半導体層とn型半導体層には、リード電極102へ連
結される導電性ワイヤ104が形成されている。リード
電極102の外周を覆うように絶縁封止材103が形成
され、短絡を防止している。発光素子101の上方に
は、パッケージ105の上部にあるリッド106から延
びる透光性の窓部107が設けられている。該透光性の
窓部107の内面には、本発明に係る蛍光体108及び
コーティング部材109の均一混合物がほぼ全面に塗布
されている。発光装置1では、実施例1の蛍光体を使用
する。パッケージ105は、角部がとれた一辺が8mm
〜12mmの正方形である。
クトルは、反射板で反射した間接的な発光スペクトル
と、発光素子101から直接射出された発光スペクトル
とが、本発明の蛍光体108に照射され、白色に発光す
る蛍光体となる。本発明の蛍光体108に、緑色系発光
蛍光体SrAl2O4:Eu、Y2SiO5:Ce,T
b、MgAl11O19:Ce,Tb、Sr7Al12
O25:Eu、(Mg、Ca、Sr、Baのうち少なく
とも1以上)Ga2S4:Eu、青色系発光蛍光体Sr
5(PO4)3Cl:Eu、(SrCaBa)5(PO
4)3Cl:Eu、(BaCa)5(PO4)3Cl:
Eu、(Mg、Ca、Sr、Baのうち少なくとも1以
上)2B5O9Cl:Eu,Mn、(Mg、Ca、S
r、Baのうち少なくとも1以上)(PO4)6C
l2:Eu,Mn、赤色系発光蛍光体Y2O2S:E
u、La2O2S:Eu、Y2O3:Eu、Ga2O2
S:Euなどをドープすることにより、所望の発光スペ
クトルを得ることができる。
いて白色LEDランプを形成すると、歩留まりは99%
である。このように、本発明である発光ダイオードを使
用することで、量産性良く発光装置を生産でき、信頼性
が高く且つ色調ムラの少ない発光装置を提供することが
できる。
良好なやや赤みを帯びた暖色系の白色の発光装置を提供
することができ、また、青色発光素子等と組み合わせて
使用する黄から赤領域に発光スペクトルを有する蛍光体
を提供することができ、さらに、効率、耐久性の向上が
図られた蛍光体を提供することができるという極めて重
要な技術的意義を有する。
る。
したときの発光スペクトルを示す図である。
である。
である。
mで励起したときの発光スペクトルを示す図である。
1、22、24の蛍光体を、Ex=460nmで励起し
たときの発光スペクトルを示す図である。
蛍光体の粒径を撮影した写真である。
示す図である。
す図である。
を示す図である。
す図である。
図である。
物、Euの化合物Eu2O3等を混合し、Mnを添加す
る。 P9 Mnが添加されたSr、Ca、Sr−Caの窒
化物、Siの窒化物、Euの化合物Eu2O3の混合物
をアンモニア雰囲気中で、焼成する。 P10 Mnが添加された(SrXCa1−X)2Si
5N8:Euで表される蛍光体。 1 基板 2 半導体層 3 電極 4 バンプ 10 発光素子 11 蛍光体 12 コーティング部材 13 リードフレーム 13a マウントリード 13b インナーリード 14 導電性ワイヤ 15 モールド部材 101 発光素子 102 リード電極 103 絶縁封止材 104 導電性ワイヤ 105 パッケージ 106 リッド 107 窓部 108 蛍光体 109 コーティング部材
Claims (17)
- 【請求項1】 第1の発光スペクトルの少なくとも一部
を波長変換し、前記第1の発光スペクトルと異なる領域
に第2の発光スペクトルを少なくとも1以上有する蛍光
体であって、前記蛍光体は、Mnが添加されたSr−C
a−Si−N:Eu系シリコンナイトライドであること
を特徴とする蛍光体。 - 【請求項2】 第1の発光スペクトルの少なくとも一部
を波長変換し、前記第1の発光スペクトルと異なる領域
に第2の発光スペクトルを少なくとも1以上有する蛍光
体であって、前記蛍光体は、Mnが添加されたSr−S
i−N:Eu系シリコンナイトライドであることを特徴
とする蛍光体。 - 【請求項3】 第1の発光スペクトルの少なくとも一部
を波長変換し、前記第1の発光スペクトルと異なる領域
に第2の発光スペクトルを少なくとも1以上有する蛍光
体であって、前記蛍光体は、Mnが添加されたCa−S
i−N:Eu系シリコンナイトライドであることを特徴
とする蛍光体。 - 【請求項4】 前記シリコンナイトライドは、その組成
中にOが含有されていることを特徴とする請求項1乃至
3の少なくともいずれか1項に記載の蛍光体。 - 【請求項5】 前記Oの含有量は、全組成量に対して3
重量%以下であることを特徴とする請求項4に記載の蛍
光体。 - 【請求項6】 前記シリコンナイトライドは、Mg、S
r、Ca、Ba、Zn、B、Al、Cu、Mn、Cr及
びNiからなる群より選ばれる少なくとも1種以上が含
有されていることを特徴とする請求項1乃至5の少なく
ともいずれか1項に記載の蛍光体。 - 【請求項7】 前記Sr−Ca−Si−N:Eu系シリ
コンナイトライドは、SrとCaとのモル比が、Sr:
Ca=1〜9:9〜1であることを特徴とする請求項1
に記載の蛍光体。 - 【請求項8】 前記Sr−Ca−Si−N:Eu系シリ
コンナイトライドは、SrとCaとのモル比が、Sr:
Ca=1:1であることを特徴とする請求項1に記載の
蛍光体。 - 【請求項9】 前記蛍光体のEuの配合量は、対応する
Sr−Ca、Sr、Caに対して0.003〜0.5モ
ルであることを特徴とする請求項1乃至8の少なくとも
いずれか1項に記載の蛍光体。 - 【請求項10】 前記蛍光体のEuの配合量は、対応す
るSr−Ca、Sr、Caに対して0.005〜0.1
モルであることを特徴とする請求項1乃至8の少なくと
もいずれか1項に記載の蛍光体。 - 【請求項11】 前記蛍光体のMnの添加量は、対応す
るSr−Ca、Sr、Caに対して0.001〜0.3
モルであることを特徴とする請求項1乃至10の少なく
ともいずれか1項に記載の蛍光体。 - 【請求項12】 前記蛍光体のMnの添加量は、対応す
るSr−Ca、Sr、Caに対して0.0025〜0.
03モルであることを特徴とする請求項1乃至10の少
なくともいずれか1項に記載の蛍光体。 - 【請求項13】 前記蛍光体は、請求項1及び2、請求
項1及び3、請求項1乃至3のいずれかの組合せからな
る蛍光体を用いていることを特徴とする蛍光体。 - 【請求項14】 前記蛍光体は、平均粒径が3μm以上
であることを特徴とする請求項1乃至13の少なくとも
いずれか一項に記載の蛍光体。 - 【請求項15】 前記蛍光体は、Mnの残留量が500
0ppm以下であることを特徴とする請求項1乃至14
の少なくともいずれか一項に記載の蛍光体。 - 【請求項16】 第1の発光スペクトルを有する発光素
子と、前記第1の発光スペクトルの少なくとも一部を波
長変換し、前記第1の発光スペクトルと異なる領域に第
2の発光スペクトルを少なくとも1以上有している蛍光
体と、を少なくとも有する発光装置であって、前記蛍光
体は、請求項1乃至15の少なくともいずれか1項に記
載の蛍光体を用いていることを特徴とする請求項1乃至
15のいずれか1項に記載の発光装置。 - 【請求項17】 前記蛍光体は、セリウムで付活された
イットリウム・アルミニウム酸化物蛍光体、セリウムで
付活されたイットリウム・ガドリニウム・アルミニウム
酸化物蛍光体、及びセリウムで付活されたイットリウム
・ガリウム・アルミニウム酸化物蛍光体の少なくともい
ずれか1以上を含有していることを特徴とする請求項1
6に記載の発光装置。
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