JP2007314658A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光強度が高く、耐候性及び信頼性に優れた、蛍光体が含有された波長変換材料を用いた発光装置を得る。
【解決手段】式Ｍ_ｗＡｌ_ｘＳｉ_ｙＢ_ｚＮ_{（（２／３）ｗ＋ｘ＋（４／３）ｙ＋ｚ）}：Ｅｕ（式中、ＭはＣａ、Ｓｒなど、０．５≦ｗ≦３、ｘ＝１、０．５≦ｙ≦３、０≦ｚ≦０．５）で表される窒化物蛍光体、及び式Ｍ’_３（Ａｌ_１−ｖＧａ_ｖ）_５Ｏ_１２（式中、Ｍ’はＬｕ、Ｙなど、０≦ｖ≦０．８）で表され、Ｃｅで付活されたガーネット構造蛍光体のうちの少なくとも１種の蛍光体が、式ｒＲ_２Ｏ−ｓＢ_２Ｏ_３−ｔＺｎＯ−ｕＳｉＯ_２（式中、Ｒは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、及びＣｓから選ばれる、０．１≦ｒ≦０．１５、０．４≦ｓ≦０．６、０．２≦ｔ≦０．４、０．０５≦ｕ≦０．２）で表されるガラス材料中に含有されている波長変換材料と、該波長変換材料に近紫外線ないし青色光を照射する光源と、を備えている。
【選択図】なし

Description

本発明は、蛍光体を用いた波長変換材料を用いた発光装置に関するものである。

蛍光体を用いて波長変換する発光装置においては、蛍光体粉末を発光素子の発光面をシールドする有機系または無機系バインダー樹脂からなるモールド樹脂等に混合してモールドし、発光素子の発光を吸収して所定の波長に変換し発光している。しかしながら、発光ダイオード等を用いた発光装置において、波長変換材料が有機系バインダー樹脂を含有する蛍光体層により構成されていると、有機系バインダー樹脂自身が高出力の短波長領域（紫外線領域〜青色領域）の光によって劣化し、着色等により発光輝度が大きく低下してしまうという問題がある。

特許文献１においては、蛍光体粉末、有機系バインダー樹脂及び無機系焼結助剤の混合物を所望の形状に成型し、蛍光体層の劣化の原因となる有機系バインダー樹脂を焼結して除去することが提案されている。

特許文献２においては、ガラス中に無機蛍光体を分散した発光色変換部材が提案されている。

しかしながら、有機系バインダー樹脂を焼結し除去する方法では、十分な耐候性及び信頼性を得ることができない場合があった。また、高温で焼結させる場合、蛍光体の種類によっては、蛍光体が劣化または分解してしまい、発光強度が低下してしまう場合があった。

また、軟化点がガラス中に蛍光体を分散させる場合においても、加工温度が高くなるため、蛍光体が劣化または分解してしまい、発光強度が低下する場合があった。
特開２００４−１６１８７１号公報 特開２００３−２５８３０８号公報

本発明の目的は、発光強度が高く、耐候性及び信頼性に優れた、蛍光体が含有された波長変換材料を用いた発光装置を提供することにある。

本発明は、一般式Ｍ_ｗＡｌ_ｘＳｉ_ｙＢ_ｚＮ_{（（２／３）ｗ＋ｘ＋（４／３）ｙ＋ｚ）}：Ｅｕ（式中、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａから選ばれる少なくとも一種であり、ｗ、ｘ、ｙ、及びｚは、０．５≦ｗ≦３、ｘ＝１、０．５≦ｙ≦３、０≦ｚ≦０．５を満たす。）で表され、近紫外線ないし青色光を吸収して赤色に発光する、ユーロピウム（Ｅｕ）で付活された窒化物蛍光体、及び一般式Ｍ’_３（Ａｌ_１−ｖＧａ_ｖ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ（式中、Ｍは、Ｌｕ、Ｙ、Ｇｄ、及びＴｂから選ばれる少なくとも１種であり、ｖは、０≦ｖ≦０．８を満たす。）で表され、セリウム（Ｃｅ）で付活されたガーネット構造蛍光体のうちの少なくとも１種の蛍光体が、一般式ｒＲ_２Ｏ−ｓＢ_２Ｏ_３−ｔＺｎＯ−ｕＳｉＯ_２（式中、Ｒは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、及びＣｓから選ばれる少なくとも１種であり、ｒ、ｓ、ｔ、及びｕはモル比を表し、０．１≦ｒ≦０．１５、０．４≦ｓ≦０．６、０．２≦ｔ≦０．４、０．０５≦ｕ≦０．２を満たす。）で表されるガラス材料中に含有されている波長変換材料と、該波長変換材料に近紫外線ないし青色光を照射する光源と、を備える発光装置に関する。

上記の一般式でそれぞれ示される窒化物蛍光体及びガーネット構造蛍光体は、一般に耐熱性が低く、高温に加熱されると、劣化または分解しやすい蛍光体である。このため、従来のガラス材料を用いてガラス中に蛍光体が分散した波長変換材料を作製する場合、加工温度が高くなり、蛍光体が劣化または分解し、波長変換材料の発光強度が低下するという問題があった。

また、低い軟化点を有するガラス材料は、一般に透明になりにくいガラス材料が多く、単に軟化点が低いだけでは上記の蛍光体を分散させる材料としては適切ではない。また、ガラス材料中に含まれる特定の成分が蛍光体と反応し、蛍光体を劣化させるという問題もあった。

一般式ｒＲ_２Ｏ−ｓＢ_２Ｏ_３−ｔＺｎＯ−ｕＳｉＯ_２（式中、Ｒは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、及びＣｓから選ばれる少なくとも１種であり、ｒ、ｓ、ｔ、及びｕはモル比を表し、０．１≦ｒ≦０．１５、０．４≦ｓ≦０．６、０．２≦ｔ≦０．４、０．０５≦ｕ≦０．２を満たす。）で表わされるガラス材料を分散媒体として用いることにより、上記蛍光体を用いても、発光強度が高く、耐候性及び信頼性に優れた波長変換材料とすることができる。

上記ガラス材料において、Ｒ_２Ｏは、アルカリ金属酸化物であり、ＲはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓから選ばれる少なくとも一種以上を含有する。Ｒ_２Ｏはガラスの軟化点を低下させる成分である。Ｒ_２Ｏのモル比であるｒの値が０．１５よりも大きくなると、耐湿性が低下しやすくなる。一方、ｒの値が０．１より小さくなると、ガラスの軟化点が高くなる傾向にあり、蛍光体が劣化しやすくなる。

Ｂ_２Ｏ_３は、ガラスのネットワークを形成する成分であり、そのモル比であるｓの値が０．４〜０．６の範囲にあるときに安定してガラス化する。尚、ｓの値がこの範囲から外れると、ガラスが結晶化しやすくなる傾向にあり、透過率が低下して、輝度が低下したり、発光強度が低下しやすくなる。

ＺｎＯは、ガラスのネットワークを形成する成分であり、そのモル比であるｔの値が０．２〜０．４の範囲にあるときに安定してガラス化する。尚、ｔの値がこの範囲から外れると、ガラスが結晶化しやすくなる傾向にあり、透過率が低下して、輝度が低下したり、発光強度が低下しやすくなる。

ＳｉＯ_２は、耐湿性を高める成分である。ＳｉＯ_２のモル比であるｕの値が０．２より大きくなると、ガラスの軟化点が高くなる傾向にあり、蛍光体が劣化しやすくなる。一方、ｕの値が０．０５より小さくなると、耐湿性を高める効果が得難くなる。

上記のガラス材料の軟化点は、６００℃以下であることが好ましく、さらに好ましくは、５００〜５６０℃の範囲である。ガラス材料の軟化点が高くなると、蛍光体が劣化または分解しやすくなる傾向にある。また、ガラス材料の軟化点が低くなると、ガラス材料と蛍光体材料が反応しやすくなる傾向にある。ガラス材料の軟化点をこのような範囲とすることにより、ガラスと蛍光体との反応、蛍光体の劣化または分解を生じることなく、ガラス材料中に蛍光体が分散した波長変換材料を作製することができる。

蛍光体として用いられる窒化物蛍光体は、近紫外線ないし青色光を吸収して赤色に発光する蛍光体である。近紫外線ないし青色光は、一般に波長３６０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲の光である。また、赤色光は、一般に波長６００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲の光である。但し、光源は、紫外線ないし青色光領域（３６０ｎｍ〜４８０ｎｍ）に発光ピークを有するものを用いる。

上記の窒化物蛍光体は、一般式Ｍ_ｗＡｌ_ｘＳｉ_ｙＢ_ｚＮ_{（（２／３）ｗ＋ｘ＋（４／３）ｙ＋ｚ）}：Ｅｕ（式中、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａから選ばれる少なくとも一種であり、ｗ、ｘ、ｙ、及びｚは、０．５≦ｗ≦３、ｘ＝１、０．５≦ｙ≦３、０≦ｚ≦０．５を満たす。）で表わされる。ｗ、ｘ、ｙ、及びｚが、上記の範囲内に設定されることにより、発光輝度の高い蛍光体とすることができる。

上記のガーネット構造蛍光体は、一般式Ｍ’_３（Ａｌ_１−ｖＧａ_ｖ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ（式中、Ｍ’は、Ｌｕ、Ｙ、Ｇｄ、及びＴｂから選ばれる少なくとも１種であり、ｖは、０≦ｖ≦０．８を満たす。）で表わされる。ｔが、上記範囲内に設定されることにより、発光輝度の高い蛍光体とすることができる。ガーネット構造蛍光体は、近紫外線ないし青色光を吸収して黄色〜緑色の光を発光させることができる。従って、上記の窒化物蛍光体とガーネット構造蛍光体を併用することにより、白色光を発光する波長変換材料とすることができる。

波長変換材料における蛍光体の含有量は、蛍光体の種類により適宜選択され、特に限定されるものではないが、一般には、１．０〜２５重量％の範囲であることが好ましく、さらに好ましくは、８〜１５重量％の範囲である。蛍光体の含有量が多過ぎると、蛍光体とガラス材料を混合して焼結させる際に、発生する泡が焼結体中に残存しやすくなる傾向にあり、その結果、透過率が低下して、輝度が低下したり、発光強度が低下しやすくなる。また、蛍光体の含有量が少な過ぎると、励起光の割合が多くなり過ぎ、色度がずれる傾向にある。

上記波長変換材料は、蛍光体とガラス材料を混合し、この混合粉末をガラス材料の軟化点以上の温度で焼結させて製造することができる。必要に応じて樹脂バインダーを添加して加圧成型し、所定の形状の予備成型体を作製し、これを焼成させて所定の形状の波長変換材料を作製することができる。

本発明の発光装置は、上記の波長変換材料と、該波長変換材料に近紫外線ないし青色光を照射する光源とを備える。

本発明の発光装置においては、光源から照射された光を波長変換材料で変換し、所望の発光色を発光させることができる。例えば、上記アルカリ土類金属窒化物蛍光体を単独で用いることにより、赤色に発光する赤色変換材料を作製することができる。また、上記ガーネット構造蛍光体を用いることにより、白色や黄色〜緑色の所望の色を発光する波長変換材料とすることができる。また、上記窒化物蛍光体及びガーネット構造蛍光体を併用することにより、白色光を含む種々の色を発光する波長変換材料とすることができる。

本発明の発光装置に用いる光源としては、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザーダイオード（ＬＤ）などが挙げられる。

本発明に従えば、発光強度が高く、耐候性及び信頼性に優れる、蛍光体が含有された波長変換材料を用いる発光装置とすることができる。

以下、本発明を具体的な実施例により説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
表１に示す蛍光体及びガラス材料（軟化点５２０℃）を用いて波長変換材料を作製した。具体的には、表１に示す蛍光体とガラス材料を混合機によって乾式で十分に混合し、この原料を、るつぼに詰め、大気雰囲気中にて５２０℃で２０分間加熱し焼成した。これにより、所望の波長変換材料を得た。

（実施例２）
表１に示す蛍光体及びガラス材料（軟化点５２０℃）を用いて波長変換材料を作製した。具体的には、表１に示す蛍光体とガラス材料を混合機によって乾式で十分に混合し、この原料を、るつぼに詰め、大気雰囲気中にて５３０℃で２０分間加熱し焼成した。これにより、所望の波長変換材料を得た。

（実施例３）
表１に示す蛍光体及びガラス材料（軟化点５４０℃）を用いて波長変換材料を作製した。具体的には、表１に示す蛍光体とガラス材料を混合機によって乾式で十分に混合し、この原料を、るつぼに詰め、大気雰囲気中にて５４０℃で２０分間加熱し焼成した。これにより、所望の波長変換材料を得た。

（実施例４）
表１に示す蛍光体及びガラス材料（軟化点５５０℃）を用いて波長変換材料を作製した。具体的には、表１に示す蛍光体とガラス材料を混合機によって乾式で十分に混合し、この原料を、るつぼに詰め、大気雰囲気中にて５４０℃で２０分間加熱し焼成した。これにより、所望の波長変換材料を得た。

（比較例１）
表１に示す蛍光体及びガラス材料（軟化点８２０℃）を用いて波長変換材料を作製した。具体的には、表１に示す蛍光体とガラス材料を混合機によって乾式で十分に混合し、この原料を、るつぼに詰め、大気雰囲気中にて８００℃で２０分間加熱し焼成した。これにより、所望の波長変換材料を得た。

〔発光色の評価〕
実施例１〜４及び比較例１で作製した波長変換材料に、４６０ｎｍに発光ピークを持つ励起光を照射して、波長変換材料から発光した発光色を色度計を用いて測定した。発光色の色とＣＩＥ座標（ｘ，ｙ）は以下の通りである。
実施例１：白色：ｘ／ｙ＝０．３４３／０．３４５
実施例２：白色：ｘ／ｙ＝０．４０２／０．３８９
実施例３：赤色：ｘ／ｙ＝０．６５５／０．３３７
実施例４：黄緑色：ｘ／ｙ＝０．３３５／０．５８９
比較例１：発光はほとんど得られなかった

〔発光輝度の評価〕
実施例１〜４の波長変換材料に４６０ｎｍに発光ピークを持つ励起光を照射して、発光される光の発光輝度を測定した。発光輝度は、樹脂封止のＹＡＧ蛍光体を１００％としたときの相対値である。
実施例１：９５．５％
実施例２：９０．４％
実施例３：２０．３％
実施例４：１１２．３％

〔信頼性の評価〕
実施例１で作製した波長変換材料を用いて信頼性を評価した。比較例２として、実施例１において、ガラス材料に代えて等量の樹脂を用いて樹脂中に蛍光体を分散させた波長変換材料を作製し、これについても信頼性を評価した。照射光のパワーを変化させ、そのときの波長変換材料から発光される光の光束を測定して評価した。

図２は、信頼性の評価に用いた発光装置を示す模式図である。光源１０内には、レーザーダイオード（ＬＤ）からなる発光素子１１が設けられており、発光素子１１から出射された光１は、レンズ１３を通り、出射部１２から出射される。出射部１２には、光ファイバー２０の一方端が接続されており、光ファイバー２０の他方端である出力部２１には、波長変換材料３０が取り付けられている。発光素子１１は、ＧａＮ系の半導体素子であり、４０５ｎｍ近傍に発光ピークを持つ光が出射される。この光は、波長変換材料３０において、波長が変換され、白色光２が波長変換材料３０から照射される。

上記のようにして信頼性を評価した評価結果を図１に示す。信頼性を評価する際の温度（保持温度：Ｔａ）を２５℃、６０℃、１００℃にそれぞれ変化させ、それぞれの条件で評価した。図１において、横軸は、レーザーダイオード（ＬＤ）からの光出力を示しており、縦軸は、波長変換材料における発光の光束を示している。高出力のエネルギーを照射した際に、光束が低下すると信頼性が低いことを意味している。

図１に示すように、本発明のガラス材料を用いた実施例１においては高出力のエネルギーを照射しても、光束は低下していない。これに対して、樹脂を用いた比較例２の波長変換材料においては、高出力のエネルギーを照射すると、光束が低下している。

以上のように、本発明に従う実施例の波長変換材料を用いることにより、発光輝度が高く、信頼性に優れた発光装置とすることができる。

発光素子からの出力と波長変換材料からの光束との関係を示す図。 本発明に従う発光装置の一例を示す模式図。

符号の説明

１…光
２…波長変換材料からの発光
１０…光源
１１…発光素子
１２…出射部
１３…レンズ
２０…光ファイバー
２１…出力部
３０…波長変換材料

Claims (2)

1. 一般式Ｍ_ｗＡｌ_ｘＳｉ_ｙＢ_ｚＮ_{（（２／３）ｗ＋ｘ＋（４／３）ｙ＋ｚ）}：Ｅｕ（式中、Ｍは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａから選ばれる少なくとも一種であり、ｗ、ｘ、ｙ、及びｚは、０．５≦ｗ≦３、ｘ＝１、０．５≦ｙ≦３、０≦ｚ≦０．５を満たす。）で表され、近紫外線ないし青色光を吸収して赤色に発光する、ユーロピウム（Ｅｕ）で付活された窒化物蛍光体、及び一般式Ｍ’_３（Ａｌ_１−ｖＧａ_ｖ）_５Ｏ_１２（式中、Ｍ’は、Ｌｕ、Ｙ、Ｇｄ、及びＴｂから選ばれる少なくとも１種であり、ｖは、０≦ｖ≦０．８を満たす。）で表され、セリウム（Ｃｅ）で付活されたガーネット構造蛍光体のうちの少なくとも１種の蛍光体が、
   一般式ｒＲ_２Ｏ−ｓＢ_２Ｏ_３−ｔＺｎＯ−ｕＳｉＯ_２（式中、Ｒは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、及びＣｓから選ばれる少なくとも１種であり、ｒ、ｓ、ｔ、及びｕはモル比を表し、０．１≦ｒ≦０．１５、０．４≦ｓ≦０．６、０．２≦ｔ≦０．４、０．０５≦ｕ≦０．２を満たす。）で表されるガラス材料中に含有されている波長変換材料と、該波長変換材料に近紫外線ないし青色光を照射する光源と、を備えることを特徴とする発光装置。
2. 前記光源が、発光ダイオードまたはレーザーダイオードであることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。

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