JP2007332217A - 酸窒化物蛍光体および発光装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】組成式M(1)1-jM(2)jSibAlcOdNeまたはM(1)1-a-jM(2)jCeaSibAlcOdNeで表される酸窒化物蛍光体であって、JEM相を50%以上含むことを特徴とする酸窒化物蛍光体、ならびに、励起光を発する半導体発光素子と、前記励起光を吸収して蛍光を発する、本発明の酸窒化物蛍光体である第1の蛍光体と、前記励起光を吸収して前記第1の蛍光体が発する蛍光より長波長の蛍光を発する1種類または複数種類の第2の蛍光体とを備える発光装置。
【選択図】図1
Description
本発明の第2の酸窒化物蛍光体は、組成式M(1)1-a-jM(2)jCeaSibAlcOdNeで表されるものであることを前提とする。本発明の第2の酸窒化物蛍光体は、上述した本発明の第1の酸窒化物蛍光体の組成に加え、Ce(セリウム)を必須の成分として含有する組成である。このような組成を有し、かつ、JEM相を50%以上含むことを特徴とする本発明の第2の酸窒化物蛍光体によれば、上述した本発明の第1の酸窒化物蛍光体と比較して、特に400nm近傍の近紫外線領域の吸収により青〜青緑の発光が得られやすいというような利点を有するものである。
組成式La0.5-jScjCe0.5SibAlcOdNeで示され、Svの組成比jが0<j≦0.313の範囲でそれぞれ異なる実施例1〜5の試料、および別のScの組成比jを有する2種類の試料(実施例6、比較例1)を下記のように作製した。
なお、上記の実施例では、Ce組成比aを全て0.5としたが、0<a≦1で同様に高効率の蛍光体が得られる。特に0.1≦a≦1で近紫外励起に適した高効率の蛍光体が得られた。
組成式La0.5-jYjCe0.5SibAlcOdNeで示され、Yの組成比jが0<j≦0.313の範囲でそれぞれ異なる実施例7〜11の試料、および別のYの組成比jを有する1種類の試料(実施例12)を下記のように作製した。
組成式La0.5-jLujCe0.5SibAlcOdNeで示され、Luの組成比jが0<j≦0.313の範囲でそれぞれ異なる実施例13〜17の試料、および別のLuの組成比jを有する1種類の試料(実施例18)を下記のように作製した。
図12に示した例の発光装置1を作製した。第1の蛍光体2として、実施例8で得られた本発明の酸窒化物蛍光体(青色蛍光体)を用い、第2の蛍光体3として、組成式Ca0.93Eu0.07Si9Al3ON15のαサイアロン蛍光体(黄色蛍光体)を用い、発光装置の発光色が白色となるようにした。これらの蛍光体を、青色蛍光体:黄色蛍光体=16:6の比率(質量比)で混合し、封止部材9としてシリコーン樹脂を用い、当該樹脂中に分散させて封止した。また、半導体発光素子4としては、発光ピーク波長が405nmのInGaN系半導体LEDを用いた。
従来から用いられている発光装置の一例として、青色発光ダイオードと、青色発光ダイオードから発する励起光によって黄色の蛍光を発するYAG:Ce3+蛍光体を組み合わせたものがある(特許文献1)。この構成を有する比較例2の発光装置の発光スペクトルを図17に示す。この場合、発光ダイオードから発する青色光とYAG:Ce3+蛍光体から発する黄色がちょうど補色の関係となっているため、擬似的に白色に見える発光を示すが、青色光の発光スペクトル半値全幅が狭いため、500nm付近に発光強度の落ち込みがある。このため、自然光とは異なる、不自然な発光スペクトルとなり、平均演色性評価数Raは84と実施例19に比べて低い。
青色蛍光体を、やや長波長光吸収率の高い青色蛍光体(組成は実施例8と同じ、JEM相の含有率:85%)で置き換えたこと以外は実施例19と同様にして、実施例20の発光装置を作製した。ただし、この青色蛍光体は、焼成温度1950℃で製作したため、各実施例の波長590nmでの吸収率が15%以下であるのに対比し、約30%の吸収率を有した。実施例20の発光装置では、半導体発光素子の駆動電流40mAで光度760ミリカンデラ(実施例19の42%)であり、発光色の色度座標x=0.35、色度座標y=0.36となった。この理由としては、当該実施例20で用いた青色蛍光体の光吸収率が黄色の波長において、上述した実施例19で用いた青色蛍光体より高いため、黄色の蛍光が減衰する影響と、実施例20で用いた青色蛍光体の発光効率自体が、上述した実施例19で用いた青色蛍光体より低い影響が、光度の減少については合成されて働き、色度の変化については打ち消し合ったためであると考えられる。また、5個の発光装置のサンプルを作ったところ、サンプル間の色度のばらつきが実施例19に比べ大きかった。
図13に示した例の発光装置11を作製した。第1の蛍光体2として、実施例8で得られた本発明の酸窒化物蛍光体(青色蛍光体)を用い、第2の蛍光体3として、組成式(Ca0.93Eu0.07)0.25Si11.25Al0.75ON15.75のαサイアロン蛍光体(黄色蛍光体)を用い、第2の蛍光体12として非特許文献2に記載されているCaAlSiN3:Eu3+(Eu付活量:0.8%)を用い、発光装置の発光色が白色となるようにした。これらの蛍光体を、青色蛍光体:黄色蛍光体:赤色蛍光体=16:6:2の比率(質量比)で混合し、封止部材9としてシリコーン樹脂を用い、当該樹脂中に分散させて封止した。本実施例で用いた赤色蛍光体は、非常に発光効率が高いため、添加量は蛍光体の量の緩和の10%程度としている。そのため、赤色蛍光体による励起光の吸収や蛍光の散乱が少なく、発光装置の光度の低下は殆ど見られなかった。また、半導体発光素子4としては、発光ピーク波長が405nmのInGaN系半導体LEDを用いた。
青色蛍光体としてBaMgAl10O17:Eu2+、緑色蛍光体としてSrAl2O4:Eu2+、赤色蛍光体として0.5MgF2・3.5MgO・GeO2:Mn4+を用いたこと以外は、実施例21と同様にして、比較例3の発光装置を作製した。
第1の蛍光体2として、実施例14で得られた青緑色蛍光体を用いたこと以外は実施例21と同様にして、図13に示した発光装置11を作製した。蛍光体の混合比率は、青緑色蛍光体:黄色蛍光体:赤色蛍光体=8:6:2.5(質量比)とし、実施例21と比較して第1の蛍光体2の混合比率を約50%減らし、赤色蛍光体の混合比率を約25%増加するようにした。
図14に示した例の発光装置21を作製した。第1の蛍光体2として、実施例8で得られた本発明の酸窒化物蛍光体(青色蛍光体)を用い、第2の蛍光体3として、組成式Ca0.93Eu0.07Si9Al3ON15のαサイアロン蛍光体(黄色蛍光体)を用い、第2の蛍光体12として非特許文献2に記載されているCaAlSiN3:Eu3+(Eu付活量:0.8%)を用い、第2の蛍光体22として非特許文献1に記載されたEu付活βサイアロン(組成:Eu0.003Si0.414Al0.013O0.005N0.56528(緑色蛍光体)を用い、発光装置の発光色が白色となるようにした。これらの蛍光体を、青色蛍光体:黄色蛍光体:赤色蛍光体:緑色蛍光体=16:6:2:2の比率(質量比)で混合し、封止部材9としてシリコーン樹脂を用い、当該樹脂中に分散させて封止した。本実施例で用いた赤色蛍光体は、非常に発光効率が高いため、添加量は蛍光体の量の緩和の10%程度としている。そのため、赤色蛍光体による励起光の吸収や蛍光の散乱が少なく、発光装置の光度の低下は殆ど見られなかった。また、本実施例で用いた緑色蛍光体は、紫外から紫色の励起光により波長約540nmの強い発光を示し、発光スペクトル半値全幅は、約55nmである。緑色蛍光体は、青色蛍光体と黄色蛍光体の発光スペクトルの谷間を埋めるのが目的であるため、45nm以上の発光スペクトル半値全幅があればよい。本実施例の場合は、逆にあまり発光スペクトルの平坦性がなくなり、不自然な発光となる場合がある。また、半導体発光素子4としては、発光ピーク波長が405nmのInGaN系半導体LEDを用いた。
第1の蛍光体2として、実施例14で得られた蛍光体(青緑色蛍光体)を用い、第2の蛍光体3として、組成式(Ca0.93Eu0.07)0.25Si11.25Al0.75ON15.75のαサイアロン蛍光体(黄色蛍光体)を用い、混合比率を変えたこと以外は、実施例23と同様にして図14に示した発光装置21を作製した。蛍光体の混合比率は、青緑色蛍光体:黄色蛍光体:赤色蛍光体:緑色蛍光体=8:6.6:2.2:1.6(質量比)とし、実施例20と比較して第1の蛍光体の混合比率を約50%減らし、緑色蛍光体の混合比率を約20%減らし、赤色蛍光体および黄色蛍光体の混合比率を約10%増加するようにした。
Claims (26)
- 組成式M(1)1-jM(2)jSibAlcOdNeで表される酸窒化物蛍光体であって、
前記組成式において、前記M(1)はLaを示すか、またはLaを主成分とし、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、YbおよびLuからなる群から選択された少なくとも1種の元素を副成分とするものを示し、前記M(2)は、Sc、Y、Pr、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、YbおよびLuからなる群から選択された少なくとも1種の元素を示し、
Siの組成比を示す前記bはb=(6−z)×fを満たす実数であり、
Alの組成比を示す前記cはc=(1+z)×gを満たす実数であり、
Oの組成比を示す前記dはd=z×hを満たす実数であり、
Nの組成比を示す前記eはe=(10−z)×iを満たす実数であって、
前記zは0.1≦z≦3を満たす実数であり、
前記fは0.7≦f≦1.3を満たす実数であり、
前記gは0.7≦g≦3を満たす実数であり、
前記hは0.7≦h≦3を満たす実数であり、
前記iは0.7≦i≦1.3を満たす実数であって、
前記Sc、Y、Pr、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、YbおよびLuからなる群から選択された少なくとも1種の元素の組成比jは0<j≦1であり、
JEM相を50%以上含むことを特徴とする、酸窒化物蛍光体。 - 式M(1)1-jM(2)jAl(Si6-zAlz)N10-zOzで表されるJEM相を前記酸窒化物蛍光体のうち50%以上を含むことを特徴とする、請求項1に記載の酸窒化物蛍光体。
- 組成式M(1)1-a-jM(2)jCeaSibAlcOdNeで表される酸窒化物蛍光体であって、
前記組成式において、前記M(1)はLaを示すか、またはLaを主成分とし、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、YbおよびLuからなる群から選択された少なくとも1種の元素を副成分とするものを示し、前記M(2)は、Sc、Y、Pr、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、YbおよびLuからなる群から選択された少なくとも1種の元素を示し、
Ceの組成比を示す前記aは0.1≦a≦1を満たす実数であり、
Siの組成比を示す前記bはb=(6−z)×fを満たす実数であり、
Alの組成比を示す前記cはc=(1+z)×gを満たす実数であり、
Oの組成比を示す前記dはd=z×hを満たす実数であり、
Nの組成比を示す前記eはe=(10−z)×iを満たす実数であって、
前記zは0.1≦z≦3を満たす実数であり、
前記fは0.7≦f≦1.3を満たす実数であり、
前記gは0.7≦g≦3を満たす実数であり、
前記hは0.7≦h≦3を満たす実数であり、
前記iは0.7≦i≦1.3を満たす実数であって、
前記Sc、Y、Pr、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、YbおよびLuからなる群から選択された少なくとも1種の元素の組成比jは0<j<1−aであり、
JEM相を50%以上含むことを特徴とする、酸窒化物蛍光体。 - 式M(1)1-a-jM(2)jCeaAl(Si6-zAlz)N10-zOzで表されるJEM相を前記酸窒化物蛍光体のうち50%以上含むことを特徴とする、請求項3に記載の酸窒化物蛍光体。
- 発光ピーク波長が450〜510nmであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の酸窒化物蛍光体。
- 前記JEM相が70%以上含まれることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の酸窒化物蛍光体。
- 前記dは1<d≦2を満たす実数であり、前記eは8<e<9を満たす実数であるこおを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の酸窒化物蛍光体。
- 前記M(2)の主成分がScであることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の酸窒化物蛍光体。
- 前記M(2)の主成分がYであることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の酸窒化物蛍光体。
- 前記M(2)の主成分がLuであることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の酸窒化物蛍光体。
- 前記M(2)の組成比が0<j<0.63であることを特徴とする請求項8〜10のいずれかに記載の酸窒化物蛍光体。
- 前記M(2)の組成比が0<j<(1−a)×0.63であることを特徴とする請求項8〜10のいずれかに記載の酸窒化物蛍光体。
- 510〜800nmの波長の光の吸収率が30%以下であることを特徴とする請求項1〜12のいずれかに記載の酸窒化物蛍光体。
- 励起光を発する半導体発光素子と、
前記励起光を吸収して蛍光を発する第1の蛍光体と、
前記励起光を吸収して前記第1の蛍光体が発する蛍光より長波長の蛍光を発する1種類または複数種類の第2の蛍光体とを備え、
前記第1の蛍光体が、請求項1〜13のいずれかに記載の蛍光体であることを特徴とする発光装置。 - 前記第1の蛍光体の発光ピーク波長が450〜510nmであることを特徴とする請求項14に記載の発光装置。
- 前記第1の蛍光体の発光スペクトル半値全幅が80nm以上であることを特徴とする請求項14または15に記載の発光装置。
- 前記第1の蛍光体の発光の色度座標xが0.05〜0.25、色度座標yが0.02〜0.38であることを特徴とする請求項14〜16のいずれかに記載の発光装置。
- 前記第2の蛍光体の主たる1種類の発光ピーク波長が565〜605nmであることを特徴とする請求項14〜17のいずれかに記載の発光装置。
- 前記第2の蛍光体の主たる1種類の発光スペクトル半値全幅が、80nm以上であることを特徴とする請求項14〜18のいずれかに記載の発光装置。
- 前記第2の蛍光体が酸窒化物蛍光体を含むことを特徴とする請求項14〜19のいずれかに記載の発光装置。
- 前記第2の蛍光体が、Eu付活αサイアロン蛍光体を含むことを特徴とする請求項20に記載の発光装置。
- 前記第2の蛍光体が、Eu付活βサイアロン蛍光体を含むことを特徴とする請求項20に記載の発光装置。
- 前記第2の蛍光体が窒化物蛍光体を含むことを特徴とする請求項14〜19のいずれかに記載の発光装置。
- 前記第2の蛍光体が、Eu付活CaAlSiN3を含むことを特徴とする請求項23に記載の発光装置。
- 前記励起光の発光ピーク波長が、350〜420nmであることを特徴とする請求項14〜24のいずれかに記載の発光装置。
- 前記発光装置の発光の色度座標xが0.22〜0.44、色度座標yが0.22〜0.44であるか、または、前記発光装置の発光の色度座標xが0.36〜0.5、色度座標yが0.33〜0.46であることを特徴とする請求項14〜25のいずれかに記載の発光装置。
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