JP2006049553A - 発光装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 青色光を放出する発光素子10と、発光素子10からの光の一部を吸収し、波長変換を行い、発光素子10の光よりも長波長領域の光を放出する蛍光物質11と、を有する発光装置であって、蛍光物質11から放出される光は可視光領域に発光ピーク波長を持ち、蛍光物質11は、緑色に発光するYAG蛍光体と、赤色に発光する窒化物蛍光体とを有し、窒化物蛍光体はCa2Si5N8:Eu及び(Ca0.7Sr0.3)2Si5N8:Euの発光ピーク波長が10nm以上異なる。
【選択図】 図1
Description
発光装置Iは、サファイア基板1と、その上面に積層された半導体層2と、その半導体層2上に形成された正負の電極3(正負の電極3は半導体層2上の同一面に形成されている)とを含んで成る発光素子10と、
発光素子10の正負の電極3と導電性ワイヤー14によってそれぞれ導電接続されたリードフレーム13a,13bと、
発光素子10の外周を覆うようにリードフレーム13aに一体で形成されたカップ内に設けられた蛍光物質11を含むコーティング部材12と、
全体を覆うモールド部材15と、から構成されている。
上記の発光装置Iとは異なるタイプの発光装置IIについて図8を用いて説明する。図8は、発光装置IIを示す図である。発光装置IIは、表面実装型の発光装置である。ここでは発光素子101として、種々の発光素子を用いることができ、例えば、紫外光発光の窒化物半導体発光素子、青色光発光の窒化物半導体発光素子を用いることもできる。また、発光素子101は、青色光励起の窒化物半導体発光素子も用いることもできる。ここでは、紫外光発光の発光素子101を例にとって、説明する。
(窒化物蛍光体)
窒化物蛍光体は、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Luからなる群から選ばれる少なくとも1種以上の希土類元素により賦活される、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Znからなる群から選ばれる少なくとも1種以上の第II族元素と、C、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、Hfからなる群から選ばれる少なくとも1種以上の第IV族元素と、Nと、を含む窒化物蛍光体である。この窒化物蛍光体は、Bが1ppm以上10000ppm以下含まれていることが好ましい。または窒化物蛍光体は、組成中にOが含まれているものも使用できる。上記窒化物蛍光体の組合せのうち、Euにより賦活される、Ca及びSrの少なくともいずれか1元素と、Siと、Nと、からなる窒化物蛍光体であって、Bが1ppm以上10000ppm以下含まれていることが好ましい。Euの一部は、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Luからなる群から選ばれる少なくとも1種以上の希土類元素により置換可能である。Ca及びSrの少なくともいずれか一方の元素の一部は、Be、Mg、Ba、Znからなる群から選ばれる少なくとも1種以上の第II族元素により置換可能である。Siの一部は、C、Ge、Sn、Ti、Zr、Hfからなる群から選ばれる少なくとも1種以上の第IV族元素により置換可能である。
次に、Ca2Si5N8:Euで表される窒化物蛍光体の製造方法を説明するが、本製造方法に限定されない。
3Ca + N2 → Ca3N2
Caを、窒素雰囲気中、600〜900℃、約5時間、窒化して、Caの窒化物を得ることができる。
3Si + 2N2 → Si3N4
ケイ素Siも、窒素雰囲気中、800〜1200℃、約5時間、窒化して、窒化ケイ素を得る。
(1.985/3)Ca3N2+(5/3)Si3N4+(0.015/2)Eu2O
→Ca1.985Eu0.015Si5N87.990O0.0225
以上のようにして窒化物蛍光体は製造される。
発光装置の蛍光物質において、窒化物蛍光体の他に、青色に発光する蛍光体、緑色に発光する蛍光体、黄色に発光する蛍光体の少なくともいずれか1以上の蛍光体を混合して、使用することができる。蛍光体としては、Eu等のランタノイド系、Mn等の遷移金属系の元素により主に付活されるアルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体、アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体、アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体、アルカリ土類ケイ酸塩、アルカリ土類硫化物、アルカリ土類チオガレート、アルカリ土類窒化ケイ素、ゲルマン酸塩、又は、Ce等のランタノイド系元素で主に付活される希土類アルミン酸塩、希土類ケイ酸塩、又は、Eu等のランタノイド系元素で主に賦活される有機及び有機錯体等から選ばれる少なくともいずれか1以上であることが好ましい。具体例として、下記の蛍光体を使用することができるが、これに限定されない。
(2−x−y)SrO・x(Ba,Ca)O・(1−a−b−c−d)SiO2・aP2O5bAl2O3cB2O3dGeO2:yEu2+(式中、0<x<1.6、0.005<y<0.5、0<a、b、c、d<0.5である。)
(2−x−y)BaO・x(Sr,Ca)O・(1−a−b−c−d)SiO2・aP2O5bAl2O3cB2O3dGeO2:yEu2+(式中、0.01<x<1.6、0.005<y<0.5、0<a、b、c、d<0.5である。)
ここで、好ましくは、a、b、cおよびdの値のうち、少なくとも一つが0.01より大きい。
アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体には、SrAl2O4:R、Sr4Al14O25:R、CaAl2O4:R、BaMg2Al16O27:R、BaMg2Al16O12:R、BaMgAl10O17:R(Rは、Eu、Mn、EuとMn、のいずれか1以上である。)などがある。
励起光源は、半導体発光素子、レーザーダイオード、アーク放電の陽光柱において発生する紫外放射、グロー放電の陽光柱において発生する紫外放射などがある。特に、近紫外領域の光を放射する半導体発光素子及びレーザーダイオード、青色に発光する半導体発光素子及びレーザーダイオード、青緑色に発光する半導体発光素子及びレーザーダイオードが好ましい。
発光素子10、101は、蛍光物質11、108を効率よく励起可能な発光スペクトルを持った半導体発光素子(すなわち、蛍光物質を効率よく励起可能な発光スペクトルの光を発光する発光層を有する半導体発光素子)が好ましい。このような半導体発光素子の材料として、BN、SiC、ZnSeやGaN、InGaN、InAlGaN、AlGaN、BAlGaN、BInAlGaNなど種々の半導体を挙げることができる。また、これらの元素に不純物元素としてSiやZnなどを含有させ発光中心とすることもできる。蛍光物質11、108を効率良く励起できる紫外領域から可視光の短波長を効率よく発光可能な発光層の材料として特に、窒化物半導体(例えば、AlやGaを含む窒化物半導体、InやGaを含む窒化物半導体としてInXAlYGa1−X−YN、0<X<1、0<Y<1、X+Y≦1)がより好適に挙げられる。
コーティング部材12(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物質11と混合して用いられる。コーティング部材12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、蛍光物質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。
リードフレーム13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。
導電性ワイヤー14は、発光素子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。導電性ワイヤー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。導電性ワイヤー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。
モールド部材15は、発光素子10、蛍光物質11、コーティング部材12、リードフレーム13及び導電性ワイヤー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に、モールド部材は、所望の形状に形成される。すなわち、モールド部材15は、目的に合わせて凸レンズ形状、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。このモールド部材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。
図3は、本発明に係るキャップタイプの発光装置IIIを示す図である。
表1は、実施例1乃至7の窒化物蛍光体並びに比較例1の窒化物蛍光体の特性を示す。
実施例8は、460nm近傍に発光ピーク波長を持つ発光素子と、緑色領域に発光ピーク波長を持つ(Y0.8Gd0.2)3Al5O12:Ceの組成で表されるYAG蛍光体と、赤色領域に発光ピーク波長を持つCa2Si5N8:Eu及び(Ca0.7Sr0.3)2Si5N8:Euの組成で表される窒化物蛍光体と、を有する砲弾型の発光装置である。YAG蛍光体は、発光素子からの光により励起・吸収され、緑色に発光する。また、窒化物蛍光体は発光素子からの光により励起・吸収され、赤色に発光する。但し、窒化物蛍光体は、YAG蛍光体からの光によっても一部励起される。樹脂にYAG蛍光体と窒化物蛍光体とを、樹脂:YAG蛍光体:窒化物蛍光体=3:1.49:0.25の重量比で混合する。窒化物蛍光体は、(Ca2Si5N8:Eu):((Ca0.7Sr0.3)2Si5N8:Eu)=58:42の重量比で混合する。ここで、Ca2Si5N8:Euの発光ピーク波長は610nmであり、(Ca0.7Sr0.3)2Si5N8:Euの発光ピーク波長は630nmであるため、発光ピーク波長が10nm以上異なっており、かつ、組成も異なっている。
実施例9は、460nm近傍に発光ピーク波長を持つ発光素子と、緑色領域に発光ピーク波長を持つ(Y0.8Gd0.2)3Al5O12:Ceの組成で表されるYAG蛍光体と、赤色領域に発光ピーク波長を持つCa2Si5N8:Eu及び(Ca0.5Sr0.5)2Si5N8:Euの組成で表される窒化物蛍光体と、を有する砲弾型の発光装置である。この発光装置は白色系に発光する。窒化物蛍光体の赤色は、樹脂中におけるCa2Si5N8:Eu及び(Ca0.5Sr0.5)2Si5N8:Euの混合比を変えることにより、発光ピーク波長が610nmから652nmの範囲の色調を実現することができる。これにより、1種類のみの窒化物蛍光体を使用するよりも、2種類の窒化物蛍光体を使用するほうが、長寿命かつ色調ズレも低減することができる。また、2種類の窒化物蛍光体の混合比を変えることにより所望の色調に微調節することもできる。Ca2Si5N8:Euの発光ピーク波長は610nmであり、(Ca0.5Sr0.5)2Si5N8:Euの発光ピーク波長は652nmであり、発光ピーク波長が10nm以上離れている。
実施例10は、460nm近傍に発光ピーク波長を持つ発光素子と、緑色領域に発光ピーク波長を持つY3(Al,Ga)5O12:Ceの組成で表されるYAG蛍光体と、赤色領域に発光ピーク波長を持つCa2Si5N8:Eu及び(Ca0.2Sr0.8)2Si5N8:Euの組成で表される窒化物蛍光体と、を有する砲弾型の発光装置である。この発光装置は白色系に発光する。窒化物蛍光体の赤色は、樹脂中におけるCa2Si5N8:Eu及び(Ca0.2Sr0.8)2Si5N8:Euの混合比を変えることにより、発光ピーク波長が610nmから644nmの範囲の色調を実現することができる。これにより、1種類のみの窒化物蛍光体を使用するよりも、2種類の窒化物蛍光体を使用するほうが、長寿命かつ色調ズレも低減することができる。また、2種類の窒化物蛍光体の混合比を変えることにより所望の色調に微調節することもできる。Ca2Si5N8:Euの発光ピーク波長は610nmであり、(Ca0.2Sr0.8)2Si5N8:Euの発光ピーク波長は644nmであり、発光ピーク波長が10nm以上離れている。
実施例11は、400nm近傍に発光ピーク波長を持つ発光素子と、青色領域に発光ピーク波長を持つCa10(PO4)6(Cl,Br)2:Euの蛍光体と、緑色領域に発光ピーク波長を持つCaSi2O2N2:Euの組成で表される酸窒化物蛍光体と、赤色領域に発光ピーク波長を持つCa2Si5N8:Eu及び(Ca0.5Sr0.5)2Si5N8:Euの組成で表される窒化物蛍光体と、を有する砲弾型の発光装置である。この発光装置は白色系に発光する。窒化物蛍光体の赤色は、樹脂中におけるCa2Si5N8:Eu及び(Ca0.5Sr0.5)2Si5N8:Euの混合比を変えることにより、発光ピーク波長が610nmから652nmの範囲の色調を実現することができる。これにより、1種類のみの窒化物蛍光体を使用するよりも、2種類の窒化物蛍光体を使用するほうが、長寿命かつ色調ズレも低減することができる。
実施例12は、400nm近傍に発光ピーク波長を持つ発光素子と、青色領域に発光ピーク波長を持つCa10(PO4)6(Cl,Br)2:Euの蛍光体と、緑色領域に発光ピーク波長を持つLu3Al5O12:Ceの組成で表される酸化物蛍光体と、赤色領域に発光ピーク波長を持つCa2Si5N8:Eu及び(Ca0.2Sr0.8)2Si5N8:Euの組成で表される窒化物蛍光体と、を有する砲弾型の発光装置である。この発光装置は白色系に発光する。窒化物蛍光体の赤色は、樹脂中におけるCa2Si5N8:Eu及び(Ca0.2Sr0.8)2Si5N8:Euの混合比を変えることにより、発光ピーク波長が610nmから644nmの範囲の色調を実現することができる。これにより、1種類のみの窒化物蛍光体を使用するよりも、2種類の窒化物蛍光体を使用するほうが、長寿命かつ色調ズレも低減することができる。
実施例13は、365nm近傍に発光ピーク波長を持つ発光素子と、青色領域に発光ピーク波長を持つCa10(PO4)6(Cl,Br)2:Euの蛍光体と、緑色領域に発光ピーク波長を持つY3(Al,Ga)5O12:Ceの組成で表される酸化物蛍光体と、赤色領域に発光ピーク波長を持つCa2Si5N8:Eu及び(Ca0.5Sr0.5)2Si5N8:Euの組成で表される窒化物蛍光体と、を有する砲弾型の発光装置である。この発光装置は白色系に発光する。窒化物蛍光体の赤色は、樹脂中におけるCa2Si5N8:Eu及び(Ca0.5Sr0.5)2Si5N8:Euの混合比を変えることにより、発光ピーク波長が610nmから652nmの範囲の色調を実現することができる。これにより、1種類のみの窒化物蛍光体を使用するよりも、2種類の窒化物蛍光体を使用するほうが、長寿命かつ色調ズレも低減することができる。
実施例14は、365nm近傍に発光ピーク波長を持つ発光素子と、青色領域に発光ピーク波長を持つBaMgAl10O17:Euの蛍光体と、緑色領域に発光ピーク波長を持つY3(Al,Ga)5O12:Ceの組成で表される酸化物蛍光体と、赤色領域に発光ピーク波長を持つCa2Si5N8:Eu及び(Ca0.8Sr0.2)2Si5N8:Euの組成で表される窒化物蛍光体と、を有する砲弾型の発光装置である。この発光装置は白色系に発光する。窒化物蛍光体の赤色は、樹脂中におけるCa2Si5N8:Eu及び(Ca0.8Sr0.2)2Si5N8:Euの混合比を変えることにより、発光ピーク波長が610nmから644nmの範囲の色調を実現することができる。これにより、1種類のみの窒化物蛍光体を使用するよりも、2種類の窒化物蛍光体を使用するほうが、長寿命かつ色調ズレも低減することができる。
実施例15は、460nm近傍に発光ピーク波長を持つ発光素子と、赤色領域に発光ピーク波長を持つCa2Si5N8:Eu及び(Ca0.5Sr0.5)2Si5N8:Euの組成で表される窒化物蛍光体と、を有する砲弾型の発光装置である。この発光装置は紫色、赤紫色、赤色系等に発光する。窒化物蛍光体の赤色は、樹脂中におけるCa2Si5N8:Eu及び(Ca0.5Sr0.5)2Si5N8:Euの混合比を変えることにより、発光ピーク波長が610nmから652nmの範囲の色調を実現することができる。これにより、1種類のみの窒化物蛍光体を使用するよりも、2種類の窒化物蛍光体を使用するほうが、長寿命かつ色調ズレも低減することができる。また、2種類の窒化物蛍光体の混合比を変えることにより所望の色調に微調節することもできる。なお、Ca2Si5N8:Euの発光ピーク波長は610nmであり、(Ca0.5Sr0.5)2Si5N8:Euの発光ピーク波長は652nmであり、発光ピーク波長が10nm以上離れている。
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 導電性ワイヤー
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 導電性ワイヤー
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 (13)
- 近紫外から可視光の短波長領域の光を放出する励起光源と、
該励起光源からの光の少なくとも一部を吸収し、波長変換を行い、励起光源の光よりも長波長領域の光を放出する蛍光物質と、
を有する発光装置であって、
該蛍光物質は、584nm〜660nmに発光ピーク波長を持ち、該発光ピーク波長が少なくとも10nm以上異なり、かつ、組成の異なる窒化物蛍光体を2種以上混合してなる蛍光物質を含有している発光装置。 - 近紫外から可視光の短波長領域の光を放出する励起光源と、
該励起光源からの光の少なくとも一部を吸収し、波長変換を行い、励起光源の光よりも長波長領域の光を放出する蛍光物質と、
を有する発光装置であって、
該蛍光物質から放出される光は、495nm〜660nmに1以上の発光ピーク波長を持ち、
該蛍光物質は、第1の蛍光体と、第2の蛍光体と、第3の蛍光体と、を少なくとも有し、第1の蛍光体は495nm〜584nmに第1の発光ピーク波長を持ち、第2の蛍光体は584nm〜660nmに第2の発光ピーク波長を持ち、第3の蛍光体は584nm〜660nmに第3の発光ピーク波長を持ち、第2の発光ピーク波長及び第3の発光ピーク波長は少なくとも10nm以上異なり、かつ、第2の蛍光体と第3の蛍光体とは組成の異なる窒化物蛍光体である発光装置。 - 前記窒化物蛍光体は、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Luからなる群から選ばれる少なくとも1種以上の希土類元素により賦活される、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Znからなる群から選ばれる少なくとも1種以上の第II族元素と、C、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、Hfからなる群から選ばれる少なくとも1種以上の第IV族元素と、Nと、を含む窒化物蛍光体である請求項1又は請求項2に記載の発光装置。
- 前記窒化物蛍光体は、Bが1ppm以上10000ppm以下含まれている請求項1又は請求項2に記載の発光装置。
- 前記窒化物蛍光体は、組成中にOが含まれている請求項1又は請求項2に記載の窒化物蛍光体。
- 前記窒化物蛍光体は、一般式、LXMYN((2/3)X+(4/3)Y):R若しくはLXMYOZN((2/3)X+(4/3)Y−(2/3)Z):R(Lは、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Znからなる群から選ばれる少なくとも1種以上の第II族元素である。Mは、C、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、Hfからなる群から選ばれる少なくとも1種以上の第IV族元素である。Rは、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Luからなる群から選ばれる少なくとも1種以上の希土類元素である。X、Y、Zは、0.5≦X≦3、1.5≦Y≦8、0<Z≦3である。)で表される窒化物蛍光体である請求項1又は請求項2に記載の発光装置。
- 前記窒化物蛍光体は、一般式、LXMYTUOZN((2/3)X+(4/3)Y+U−(2/3)Z):R(Lは、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Znからなる群から選ばれる少なくとも1種以上の第II族元素である。Mは、C、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、Hfからなる群から選ばれる少なくとも1種以上の第IV族元素である。Tは、B、Al、Ga、In、Scの少なくとも1種以上である。Rは、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Luからなる群から選ばれる少なくとも1種以上の希土類元素である。X、Y、Zは、0.5≦X≦3、1.5≦Y≦8、0<U<0.5、0<Z≦3である。)で表される窒化物蛍光体である請求項1又は請求項2に記載の発光装置。
- 前記窒化物蛍光体は、TとRのモル比がT/R=0.001〜1.0である請求項7に記載の発光装置。
- 前記窒化物蛍光体は、584nm以上625nm未満に発光ピーク波長を持つ第1の窒化物蛍光体と、625nm以上660nm以下に発光ピーク波長を持つ第2の窒化物蛍光体と、を有し、前記第1の窒化物蛍光体の発光ピーク波長と前記第2の窒化物蛍光体の発光ピーク波長とが少なくとも10nm以上異なる請求項1に記載の発光装置。
- 前記第1の窒化物蛍光体は、一般式Ca2Si5N8:Euであり、前記第2の窒化物蛍光体は、一般式(SrαCa1−α)2Si5N8:Eu(0<α<1)である請求項9に記載の発光装置。
- 前記励起光源は、半導体発光素子である請求項1又は請求項2に記載の発光装置。
- 前記蛍光物質は、さらに青色に発光する蛍光体、緑色に発光する蛍光体、黄色に発光する蛍光体の少なくともいずれか1以上を有している請求項1又は請求項2に記載の発光装置。
- 前記発光装置は、前記励起光源からの光の一部と、前記蛍光物質から放出される光の全部若しくは一部と、が混合されて白色系に発光する請求項1又は請求項2に記載の発光装置。
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