JP4226989B2 - 発光装置 - Google Patents

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Description

本発明は、発光装置に関し、特に発光強度が大きい光や様々な種類の色の光を発光する発光装置に関する。
発光ダイオード(LED)やレーザダイオード(LD)を用いた発光装置は、小型で効率良く鮮やかな発光をするため、種々の光源に用いられている。
特に、LEDを用いた白色光を発光する発光装置が次世代の省エネルギ型の光源として脚光を浴びている。これは、III−V族化合物半導体(InGaN、AlGaInP)を用いた光電変換効率の高いLEDが開発され、可視光全領域において、極めて高い光度を有する固体光源が実用化されたためである。
演色性の高い白色光を得るためには、基本的に2つの方式がある。1つは、赤色・緑色・青色(R・G・B)等を発光する複数のLEDを同時に点灯させる方式(マルチチップ型)である。もう1つは青色光や紫外光を放射するLEDを励起用光源として蛍光体を励起する方式(ワンチップ型)である。
マルチチップ型においては、各色LEDの駆動電圧、発光出力、温度特性および素子寿命に違いがある等の問題があるため、実用化に向けての課題が多いという問題があった。
一方、ワンチップ型においては、励起用光源であるLEDが一種類で済み、駆動回路の設計が非常に容易となる。このワンチップ型の白色LEDにも2つの方式がある。
まず、図8の模式的断面図に示すように、青色LEDチップ10と黄色YAG蛍光体11とを用いた発光装置がある。この発光装置においては、青色LEDチップ10にはInGaNを主体とした半導体が用いられ、黄色YAG蛍光体11にはYAG((Y,Gd)3(Al,Ga)512:Ce)が用いられている。黄色YAG蛍光体11には青色LEDチップ10による青色光12の透過部分があって、この透過部分からは青色光12が透過する。他方、黄色YAG蛍光体11にある不透過部分においては、青色光12が黄色YAG蛍光体11に照射されてフォトルミネッセンスにより黄色光13を発光する。これら青色光12と黄色光13とを同時に発光することによって人間の目には白色光として認識される。
しかしながら、この発光装置を駅のプラットホーム等における蛍光表示灯に用いる場合には支障はないが、発光色が2色であって演色性に問題があるため、この発光装置を高精細なディスプレイ用や照明器具用に用いた場合には白色が鮮明でないという問題があった。
また、ワンチップ型の他の発光装置としては、図9の模式的断面図に示すように、紫外LEDチップ20と、紫外LEDチップ20から紫外線17が照射されることにより赤色光18a、緑色光18bおよび青色光18cをそれぞれ発光する3種類の蛍光体を含有する三原色(R・G・B)蛍光体16とを用いたものがある。この発光装置においては、紫外LEDチップ20にはInGaNを主体とした半導体が用いられ、R・G・B蛍光体16には酸化物を含む蛍光体(酸化物蛍光体)や硫化物を含む蛍光体(硫化物蛍光体)が用いられている。紫外LEDチップ20からR・G・B蛍光体16に紫外線17が照射されると、フォトルミネッセンスにより赤色光18a、緑色光18bおよび青色光18cがそれぞれ発光する。これらの色の光が同時に発光することによって、人間の目には白色光として認識される。
この方式は、三原色発光であって演色性が良好であるため高精細なディスプレイ用や照明器具用として好適に用いられる。しかしながら、R・G・B蛍光体16として用いられる酸化物蛍光体や硫化物蛍光体を用いた発光装置は、発光強度が不十分であるという問題があった。また、酸化物蛍光体や硫化物蛍光体を用いた発光装置においては、用いられる付活剤の種類が限定されているため、発光色も限定されているという問題があった。
特開2000−183408号公報 特開2003−110150号公報 特開2000−347601号公報 特開2002−64220号公報 特開2002−50798号公報 特開2001−196645号公報 特開2003−101081号公報 特開平10−12925号公報
本発明の目的は、発光強度が大きい光や様々な種類の色の光を発光する発光装置を提供することにある。
本発明は、紫外光を含む光を発光する発光素子と、発光素子から発光された光の少なくとも一部を吸収して可視光を発光する蛍光体とを含む発光装置であって、蛍光体はマトリックスとして下記一般式(1)で表わされる少なくとも一種の塩化物を含み、付活剤として一般式Lnm+(mは2または3を示す。)で表わされる希土類元素イオンを含む発光装置である。
AxByClz…(1)
[Aはアルカリ金属またはアルカリ土類金属を示し、Bは希土類元素を示し、x、y、zはそれぞれ0.1≦x≦10、0.1≦y≦10、0.4≦z≦60の範囲内にある実数を示す。]
本発明の発光装置においては、上記一般式(1)において、Aがバリウム(Ba)、カリウム(K)およびストロンチウム(Sr)の群より選ばれるいずれか一種のアルカリ金属またはアルカリ土類金属を示し、Bがスカンジウム(Sc)、イットリウム(Y)、ランタン(La)、ガドリニウム(Gd)およびイッテルビウム(Yb)の群より選ばれるいずれか一種の希土類元素を示し、一般式Lnm+がセリウム(Ce)、プラセオジム(Pr)、ネオジム(Nd)、サマリウム(Sm)、ユウロピウム(Eu)、ガドリニウム(Gd)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)およびツリウム(Tm)の群より選ばれるいずれか一種の希土類元素のイオンを示すことが好ましい。
また、本発明の発光装置において、上記一般式(1)で表わされる塩化物は、AがBaを示し、BがYを示す一般式BaxYyClzで表わされる複合塩化物であることが好ましい。
また、本発明の発光装置においては、蛍光体が350nm以上420nm以下の波長の光を吸収して発光することが好ましい。
また、本発明の発光装置は、赤色光を発光する赤色蛍光体と、緑色光を発光する緑色蛍光体と、青色光を発光する青色蛍光体とを含み、白色光を発光することが好ましい。
また、本発明の発光装置においては、上記一般式Lnm+のLnがSmまたはEuを示し、mが3を示すことが好ましい。
また、本発明の発光装置においては、上記一般式Lnm+のLnがErまたはTbを示し、mが3を示すことが好ましい。
また、本発明の発光装置は、上記一般式Lnm+のLnがTm、Ce、EuまたはPrを示し、LnがTm、Ce、またはPrを示すときはmが3を示し、LnがEuを示すときはmが2を示すことが好ましい。
本発明によれば、発光強度が大きい光や様々な種類の色の光を発光する発光装置を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本明細書の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
図1に本発明の発光装置の好ましい一例の模式的な断面図を示す。この発光装置1は、ダイボンディング用フレーム2と、ダイボンディング用フレーム2のカップ2a上に電気的に接続されたLEDチップ3と、ワイヤボンディング用フレーム4と、LEDチップ3とワイヤボンディング用フレーム4とを電気的に接続するボンディングワイヤ5と、赤色蛍光体6a、緑色蛍光体6bおよび青色蛍光体6cからなる塩化物蛍光体6が混合されている樹脂7と、を含む。
塩化物蛍光体6は、マトリックスとして一般式(1)AxByClzで表わされる塩化物を含む。そして、一般式(1)AxByClzで表わされる塩化物は、一般式(2)AxClz1で表わされるアルカリ金属またはアルカリ土類金属の塩化物と、一般式(3)ByClz2で表わされる希土類元素の塩化物とから構成される。なお、z1、z2はz1+z2=zを満たす実数を示す。
ここで、一般式(2)AxClz1で表わされるアルカリ金属またはアルカリ土類金属の塩化物をマトリックス中に含めた場合には、塩化物蛍光体6の発光強度および発光効率が従来の酸化物蛍光体よりも向上する。これは、塩化物系蛍光体6は酸化物蛍光体と比べてマトリックス中のイオン間の結合エネルギが小さく、無輻射緩和が少ないため、光を発する準位にあるエネルギが熱等に変換されずにそのまま光として放出される確率が高いためである。また、酸化物蛍光体においては用いることができないEr3+やSm3+等の付活剤を用いることができるため、従来と比べて様々な種類の色の光を発光する発光装置を製造することができる。
また、一般式(1)AxByClzおよび一般式(2)AxClz1において、Aで示されるアルカリ金属またはアルカリ土類金属が、Ba、KおよびSrからなる群より選ばれるいずれか一種類の金属であることが好ましく、なかでもBaであることがより好ましい。Aで示されるアルカリ金属またはアルカリ土類金属にこれらの金属を用いた場合には、塩化物蛍光体6の発光強度および発光効率をより向上させることができる傾向にあり、Aで示されるアルカリ土類金属にBaを用いた場合には、塩化物蛍光体6の発光強度および発光効率を特に優れたものとすることができる傾向にある。
また、上記一般式(3)ByClz2で表わされる希土類元素の塩化物をマトリックス中に含めることによって、さらに塩化物蛍光体6の発光強度および発光効率を向上させることができる。ここで、上記一般式(3)ByClz2において、Bで示される希土類元素が、Sc、Y、La、GdおよびYbからなる群より選ばれるいずれか一種類であることが好ましく、なかでもYであることがより好ましい。上記一般式(3)ByClz2で表わされる塩化物に、これらの希土類元素の塩化物を用いた場合には、塩化物蛍光体6の発光効率および発光強度をより向上させることができる傾向にある。特に、上記一般式(3)ByClz2で表わされる塩化物に、Yの塩化物を用いた場合には、塩化物蛍光体6の発光強度および発光効率を特に優れたものとすることができる傾向にある。
すなわち、上記一般式(1)AxByClzで表わされる塩化物は、AがBaを示し、BがYを示す一般式BaxYyClzで表わされる複合塩化物であることが、塩化物蛍光体6の発光強度および発光効率を特に優れたものとすることができる点で好ましい。
上記一般式(1)AxByClzにおいて、xはAで示されるアルカリ金属またはアルカリ土類金属のイオンのマトリックス中における組成比を示し、xは0.1≦x≦10、好ましくは0.5≦x≦7、さらに好ましくは1≦x≦4の範囲内にある実数を示す。また、yはBで示される希土類元素のイオンのマトリックス中における組成比を示し、yは0.1≦y≦10、好ましくは0.3≦y≦5、さらに好ましくは0.5≦y≦3の範囲内にある実数を示す。zはマトリックス中における塩化物イオンの組成比を示し、zは0.4≦z≦60、好ましくは1.9≦z≦29、さらに好ましくは3.5≦z≦17の範囲内にある実数を示す。x、yおよびzで示される実数がこれらの範囲内にある場合には、塩化物蛍光体6の発光強度および発光効率をより向上させることができる傾向にある。
また、塩化物蛍光体6は、付活剤として一般式Lnm+(mは2または3を示す。)で表わされる希土類元素イオンを含む。ここで、mは希土類元素イオンの価数を示し、mは2または3を表わす。
ここで、赤色蛍光体6aとしては、例えばK2YCl5:Sm3+、Ba32Cl12:Sm3+、Sr32Cl12:Sm3+、K2GdCl5:Sm3+、Ba3Gd2Cl12:Sm3+、Sr3Gd2Cl12:Sm3+、Ba3Sc2Cl12:Sm3+、K2YbCl5:Sm3+、Ba3Yb2Cl12:Sm3+、Sr3Yb2Cl12:Sm3+、K2YCl5:Eu3+、Ba32Cl12:Eu3+、Sr32Cl12:Eu3+、K2GdCl5:Eu3+、Ba3Gd2Cl12:Eu3+、Sr3Gd2Cl12:Eu3+、Ba3Sc2Cl12:Eu3+、K2YbCl5:Eu3+、Ba3Yb2Cl12:Eu3+またはSr3Yb2Cl12:Eu3+の式で表わされる蛍光体が用いられる。
また、緑色蛍光体6bとしては、例えばK2YCl5:Er3+、Ba32Cl12:Er3+、Sr32Cl12:Er3+、K2GdCl5:Er3+、Ba3Gd2Cl12:Er3+、Sr3Gd2Cl12:Er3+、Ba3Sc2Cl12:Er3+、K2YbCl5:Er3+、Ba3Yb2Cl12:Er3+、Sr3Yb2Cl12:Er3+、K2YCl5:Tb3+、Ba32Cl12:Tb3+、Sr32Cl12:Tb3+、K2GdCl5:Tb3+、Ba3Gd2Cl12:Tb3+、Sr3Gd2Cl12:Tb3+、Ba3Sc2Cl12:Tb3+、K2YbCl5:Tb3+、Ba3Yb2Cl12:Tb3+またはSr3Yb2Cl12:Tb3+の式で表わされる蛍光体が用いられる。
また、青色蛍光体6cとしては、例えばK2YCl5:Eu2+、Ba32Cl12:Eu2+、Sr32Cl12:Eu2+、K2GdCl5:Eu2+、Ba3Gd2Cl12:Eu2+、Sr3Gd2Cl12:Eu2+、Ba3Sc2Cl12:Eu2+、K2YbCl5:Eu2+、Ba3Yb2Cl12:Eu2+、Sr3Yb2Cl12:Eu2+、K2YCl5:Tm3+、Ba32Cl12:Tm3+、Sr32Cl12:Tm3+、K2GdCl5:Tm3+、Ba3Gd2Cl12:Tm3+、Sr3Gd2Cl12:Tm3+、Ba3Sc2Cl12:Tm3+、K2YbCl5:Tm3+、Ba3Yb2Cl12:Tm3+、Sr3Yb2Cl12:Tm3+、K2YCl5:Ce3+、Ba32Cl12:Ce3+、Sr32Cl12:Ce3+、K2GdCl5:Ce3+、Ba3Gd2Cl12:Ce3+、Sr3Gd2Cl12:Ce3+、Ba3Sc2Cl12:Ce3+、K2YbCl5:Ce3+、Ba3Yb2Cl12:Ce3+、Sr3Yb2Cl12:Ce3+、K2YCl5:Pr3+、Ba32Cl12:Pr3+、Sr32Cl12:Pr3+、K2GdCl5:Pr3+、Ba3Gd2Cl12:Pr3+、Sr3Gd2Cl12:Pr3+、Ba3Sc2Cl12:Pr3+、K2YbCl5:Pr3+、Ba3Yb2Cl12:Pr3+、Sr3Yb2Cl12:Pr3+の式で表わされる蛍光体が用いられる。
なお、赤色蛍光体6a、緑色蛍光体6bおよび青色蛍光体6cを表わす上記の式は、「:」の左側が赤色蛍光体6a、緑色蛍光体6bおよび青色蛍光体6cを構成するマトリックスの組成式を示し、「:」の右側が付活剤の種類を示す。
また、塩化物蛍光体6は、例えば以下のようにして製造される。まず、一般式(2)AxClz1で表わされる塩化物の無水塩と、一般式(3)ByClz2で表わされる希土類元素の塩化物の無水塩と、一般式Lnm+で表わされる希土類元素イオンを含有させるための一般式(4)LnClmで表わされる塩化物の無水塩とを混合して塩化物の混合物を作製する。ここで、上記一般式(2)〜(4)で表わされる塩化物の無水塩は、例えばアルカリ金属、アルカリ土類金属または希土類元素の酸化物または炭酸塩を塩酸に溶解させた後に加熱して脱水することにより得ることができる。
次に、この混合物を例えば純度99.99%以上のアルゴンまたは窒素等からなる高純度の乾燥不活性ガス雰囲気下において酸化物蛍光体の焼成温度(約1100℃〜1600℃)よりも低温である600℃以上900℃以下で焼成することで溶解した後に、室温まで冷却して固化する。そして、最後に固化後の混合物を粉砕することによって、塩化物蛍光体6が製造される。
ここで、混合される、一般式(2)AxClz1で表わされる塩化物の無水塩および一般式(3)ByClz2で表わされる希土類元素の塩化物の無水塩の総物質量と、一般式(4)LnClmで表わされる塩化物の無水塩の物質量とのモル比である(AxClz1+ByClz2)/LnClmは、1/10以上1500/1以下であることが好ましく、1/30以上1000/1以下であることがより好ましく、1/40以上500/1以下であることがさらに好ましい。(AxClz1+ByClz2)/LnClmが1/10未満である場合には、LnClmの無水塩の混合量が多すぎて濃度消光が起こる傾向にあり、1500/1よりも大きい場合には、LnClmの無水塩の混合量が少なすぎて一般式Lnm+で表わされる希土類元素イオンが励起エネルギを捕捉する確率が低下する傾向にある。また、(AxClz1+ByClz2)/LnClmが上記範囲内にある場合には、付活剤としての一般式Lnm+で表わされる希土類元素イオンが励起エネルギを捕捉する確率と濃度消光とのバランスが優れているため、塩化物蛍光体6の発光強度をさらに向上させることができる傾向にある。
また、上記塩化物の混合物には添加剤を添加することができる。なかでも添加剤としてはNH4Clを添加することが好ましい。この場合には、付活剤となる一般式Lnm+で表わされる希土類元素イオンがマトリックス中へ溶け込みやすくなり、また、不純物となるオキシ塩化物の副生成がなくなることから、より高品質の塩化物蛍光体6を得ることができる。また、NH4Clは塩化物蛍光体6の焼成の過程において系外へ放出されるため、塩化物蛍光体6の組成に影響を及ぼさない。ここで、一般式(2)AxClz1で表わされる塩化物の無水塩および一般式(3)ByClz2で表わされる希土類元素の塩化物の無水塩の総物質量と、添加されるNH4Clの物質量とのモル比である(AxClz1+ByClz2)/NH4Clが、1/10以上5/1以下であることが好ましく、1/7以上2/1以下であることがより好ましい。(AxClz1+ByClz2)/NH4Clが1/10未満である場合には、NH4Clの添加量が少なすぎてNH4Clを添加した効果が十分に得られない傾向にあり、(AxClz1+ByClz2)/NH4Clが5/1よりも大きい場合には、NH4Clの添加量が多すぎて塩化物蛍光体6の発光強度および発光効率が低下する傾向にある。
そして、ダイボンディング用フレーム2のカップ2a上にLEDチップ3を電気的に接続し、ボンディングワイヤ5によってLEDチップ3とワイヤボンディング用フレーム4とを電気的に接続した部材の一部を、上記のようにして製造された赤色蛍光体6a、緑色蛍光体6bおよび青色蛍光体6cが混ぜ込まれた樹脂7中に浸漬させて、樹脂7をモールドすることにより、発光装置1が製造される。ここで、樹脂7にはエポキシ樹脂等が用いられる。
この発光装置1のLEDチップ3はInGaNの組成式で表わされる半導体結晶層を含む発光素子であって、LEDチップ3に電流を注入することによって、紫外光を含む波長350nm以上420nm以下の光を発光する。LEDチップ3から発光された光は、直接またはダイボンディング用フレーム2のカップ2aに反射した後に、樹脂7に含有されている塩化物蛍光体6を構成する赤色蛍光体6a、緑色蛍光体6bおよび青色蛍光体6cを照射し、赤色蛍光体6a、緑色蛍光体6bおよび青色蛍光体6c中に含有されている希土類イオンをそれぞれ励起して、これらの希土類イオンが励起状態から基底状態に戻るときに赤色光8a、緑色光8bおよび青色光8cをそれぞれ発光する。そして、これらの色の光が同時に発せられることによって、人間の目には白色光として認識される。
なお、上記においては、赤色蛍光体6a、緑色蛍光体6bおよび青色蛍光体6cの3種類の塩化物蛍光体6が樹脂7中に含有されているが、赤色蛍光体6a、緑色蛍光体6bおよび青色蛍光体6cのうち1種類のみを含有させることもでき、赤色光、緑色光および青色光以外の光を発光する塩化物蛍光体6を樹脂7中に含有させることもできる。すなわち、本発明においては、塩化物蛍光体6の少なくとも一種を用いていればよく、塩化物蛍光体6と共に酸化物蛍光体や硫化物蛍光体等を用いることもできる。
ここで、赤色光、緑色光および青色光以外の光を発光する塩化物蛍光体6としては、例えばK2YCl5:Nd3+、Ba32Cl12:Nd3+、Sr32Cl12:Nd3+、K2GdCl5:Nd3+、Ba3Gd2Cl12:Nd3+、Sr3Gd2Cl12:Nd3+、Ba3Sc2Cl12:Nd3+、K2YbCl5:Nd3+、Ba3Yb2Cl12:Nd3+、Sr3Yb2Cl12:Nd3+、K2YCl5:Dy3+、Ba32Cl12:Dy3+、Sr32Cl12:Dy3+、K2GdCl5:Dy3+、Ba3Gd2Cl12:Dy3+、Sr3Gd2Cl12:Dy3+、K2YCl5:Ho3+、Ba32Cl12:Ho3+、Sr32Cl12:Ho3+、K2GdCl5:Ho3+、Ba3Gd2Cl12:Ho3+またはSr3Gd2Cl12:Ho3+の式で表わされる蛍光体が用いられる。
また、塩化物蛍光体6以外の蛍光体としては、例えばY22S:Eu3+、(Zn,Cd)S:Ag、Y(V,P,B)O4:Eu、YNbO4:Eu、YTaO4:Eu、YAlO3:Eu、Ca22(SiO46:Eu、YVO4:Eu、CaS:Eu、Gd23:Eu、Gd22S:Euの式で表わされる赤色光を発光する蛍光体、ZnS:Cu2+,Al3+、ZnS:Cu、BaMgAl1017:Eu2+,Mn2+、Y2SiO5:Ce,Tb、Y2SiO4:Euの式で表わされる緑色光を発光する蛍光体、または(Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO46Cl2:Eu2+、ZnS:Ag、BaMgAl1017:Eu2+、Sr5(PO43Cl:Eu2+、Sr4Al1425:Eu2+、BaMg2Al1637:Eu2+の式で表わされる青色光を発光する蛍光体が用いられる。
なお、これらの式は、赤色蛍光体6a、緑色蛍光体6bおよび青色蛍光体6cを表わす上記の式と同様に、「:」の左側がマトリックスの組成式を示し、「:」の右側が付活剤の種類を示す。
また、上記においては、塩化物蛍光体6を樹脂7中に含有させたが、塩化物蛍光体6は一般式(2)AxClz1で表わされる耐湿性に優れるアルカリ金属またはアルカリ土類金属の塩化物を含有しているため、塩化物蛍光体6を樹脂7中に含有させずに用いることもできる。
(実施例1)
まず、6mol/lの塩酸溶液中に酸化エルビウム(Er23)を完全に溶解させた。そして、その溶液を攪拌しながら105℃で加熱して、溶液内の水分を蒸発させ、その後127℃まで加熱した。これを放冷し固化させたものを粉砕して、塩化エルビウムの六水和物(ErCl3・6H2O)を得た。
ErCl3・6H2Oをシャーレに取り、減圧乾燥器(ヤマト科学(株)製DP23型)内に設置して、減圧乾燥器内の圧力を1.3×103Paまで減圧した後に、乾燥塩化水素ガスの雰囲気下においてErCl3・6H2Oを130℃で24時間加熱した。その後、減圧乾燥器内に乾燥アルゴンガスを加えて減圧乾燥器内の圧力を1.0×105Paまで戻すことにより、塩化エルビウム(ErCl3)の無水塩を得た。
上記のErCl3の無水塩を得た方法と同様の方法を用いて、塩化バリウム(BaCl2)の無水塩および塩化イットリウム(YCl3)の無水塩もそれぞれ調製した。
また、以下のようにして、乾燥塩化アンモニウムを調製した。まず、市販の特級・塩化アンモニウム(NH4Cl)をシャーレに取り、減圧乾燥器(ヤマト科学(株)製DP23型)内に設置して、減圧乾燥器内の圧力を1.3×103Paまで減圧した後に、乾燥アルゴンガスの雰囲気下において120℃で5時間加熱した。次に、減圧乾燥器内に乾燥アルゴンガスを加えて減圧乾燥器内の圧力を1.0×105Paまで戻し、乾燥NH4Clを得た。
上記のようにして得られたBaCl2、YCl3、ErCl3および乾燥NH4Clが表1に示すモル比(BaCl2:YCl3:ErCl3:乾燥NH4Cl=300:200:1:300)となるように所要質量を算出した。次に、高純度の乾燥アルゴンガス雰囲気中において、BaCl2、YCl3、ErCl3および乾燥NH4Clの所要質量をそれぞれ秤量し、秤量後のBaCl2、YCl3、ErCl3および乾燥NH4Clを乳鉢に入れて攪拌してこれらの混合物を作製した。次いで、この混合物を高純度の乾燥アルゴンガス雰囲気の電気炉内に設置されている坩堝に入れて焼成した。ここで、焼成は高純度の乾燥アルゴンガス雰囲気下において800℃で2時間保持することにより行われた。そして、焼成後の混合物を室温まで徐冷することにより固化させ、粉砕することにより粉末状のBa32Cl12:Er3+の式で表わされる塩化物蛍光体を得た。この塩化物蛍光体の励起スペクトルを図2に示す。図2に示すように、この塩化物蛍光体は350nm以上420nm以下の波長の光を吸収することがわかる。なお、図2における縦軸は励起スペクトルの相対強度を示している。
この粉末状の塩化物蛍光体をエポキシ樹脂中に入れた後、エポキシ樹脂を攪拌することによってエポキシ樹脂中に塩化物蛍光体を均一に拡散させた。
そして、図3の模式的断面図に示すように、ダイボンディング用フレーム2のカップ2a上にLEDチップ3を電気的に接続し、ボンディングワイヤ5によってLEDチップ3とワイヤボンディング用フレーム4とを電気的に接続した部材の一部を、塩化物蛍光体6が拡散されたエポキシ樹脂7中に浸漬させた後、エポキシ樹脂7をモールドすることによって発光装置1を作製した。この発光装置1のLEDチップ3はInGaNの組成式で表わされる半導体結晶層を含む発光素子である。
発光装置1のLEDチップ3に電流を注入し、図4に示すスペクトルを有する波長350nm以上420nm以下の光をこの塩化物蛍光体6に照射することによって緑色光8bが発光した。その発光強度の値を表1に示し、発光スペクトルを図5に示す。なお、表1に示す発光強度の値は、後述する比較例1の発光装置の発光強度を1としたときの相対値である。
表1からもわかるように、実施例1の発光装置の発光強度は、比較例1の発光装置の発光強度の1.69倍であって、非常に大きな発光強度が確認できた。これは、実施例1の発光装置の塩化物蛍光体6が波長350nm以上420nm以下の光を効率良く吸収し、無輻射緩和が少なかったためであると考えられる。
(実施例2)
BaCl2、YCl3、ErCl3および乾燥NH4Clのモル比が、BaCl2:YCl3:ErCl3:乾燥NH4Cl=200:133:1:333となるように混合してBa32Cl12:Er3+の式で表わされる塩化物蛍光体を調製したこと以外は実施例1と同様にして発光装置の発光強度と発光スペクトルを測定した。その発光強度の値を表1に示し、発光スペクトルを図6に示す。なお、実施例2の発光装置からも緑色光が発光された。また、表1に示す発光強度の値は、後述する比較例1の発光装置の発光強度を1としたときの相対値である。
表1からもわかるように、実施例2の発光装置の発光強度は、比較例1の発光装置の発光強度の1.50倍であって、非常に大きな発光強度が確認できた。これは、実施例2の発光装置の塩化物蛍光体が波長350nm以上420nm以下の光を効率良く吸収し、無輻射緩和が少なかったためであると考えられる。
(実施例3)
BaCl2、YCl3、ErCl3および乾燥NH4Clのモル比が、BaCl2:YCl3:ErCl3:乾燥NH4Cl=400:267:1:667となるように混合してBa32Cl12:Er3+の式で表わされる塩化物蛍光体を調製したこと以外は実施例1と同様にして発光装置の発光強度と発光スペクトルを測定した。その発光強度の値を表1に示し、発光スペクトルを図6に示す。なお、実施例3の発光装置からも緑色光が発光された。また、表1に示す発光強度の値は、後述する比較例1の発光装置の発光強度を1としたときの相対値である。
表1からもわかるように、実施例3の発光装置の発光強度は、比較例1の発光装置の発光強度の1.36倍であって、非常に大きな発光強度が確認できた。これは、実施例3の発光装置の塩化物蛍光体が波長350nm以上420nm以下の光を効率良く吸収し、無輻射緩和が少なかったためであると考えられる。
(実施例4)
BaCl2、YCl3、ErCl3および乾燥NH4Clのモル比が、BaCl2:YCl3:ErCl3:乾燥NH4Cl=300:200:1:100となるように混合してBa32Cl12:Er3+の式で表わされる塩化物蛍光体を調製したこと以外は実施例1と同様にして発光装置の発光強度と発光スペクトルを測定した。その発光強度の値を表1に示し、発光スペクトルを図6に示す。なお、実施例4の発光装置からも緑色光が発光された。また、表1に示す発光強度の値は、後述する比較例1の発光装置の発光強度を1としたときの相対値である。
表1からもわかるように、実施例4の発光装置の発光強度は、比較例1の発光装置の発光強度の1.38倍であって、非常に大きな発光強度が確認できた。これは、実施例4の発光装置の塩化物蛍光体が波長350nm以上420nm以下の光を効率良く吸収し、無輻射緩和が少なかったためであると考えられる。
(実施例5)
BaCl2の代わりに塩化ストロンチウム(SrCl2)を用い、SrCl2、YCl3、ErCl3および乾燥NH4Clのモル比が、SrCl2:YCl3:ErCl3:乾燥NH4Cl=300:200:1:400となるように混合してSr32Cl12:Er3+の式で表わされる塩化物蛍光体を調製したこと以外は実施例1と同様にして発光装置の発光強度と発光スペクトルを測定した。その発光強度の値を表1に示し、発光スペクトルを図6に示す。なお、実施例5の発光装置からも緑色光が発光された。また、表1に示す発光強度の値は、後述する比較例1の発光装置の発光強度を1としたときの相対値である。
表1からもわかるように、実施例5の発光装置の発光強度は、比較例1の発光装置の発光強度の1.89倍であって、非常に大きな発光強度が確認できた。これは、実施例5の発光装置の塩化物蛍光体が波長350nm以上420nm以下の光を効率良く吸収し、無輻射緩和が少なかったためであると考えられる。
(実施例6)
ErCl3の代わりに塩化ツリウム(TmCl3)を用い、BaCl2、YCl3、TmCl3および乾燥NH4Clのモル比が、BaCl2:YCl3:TmCl3:乾燥NH4Cl=300:200:1:500となるように混合してBa32Cl12:Tm3+の式で表わされる塩化物蛍光体を調製したこと以外は実施例1と同様にして発光装置の発光強度と発光スペクトルを測定した。その発光強度の値を表2に示し、発光スペクトルを図7に示す。なお、実施例6の発光装置からは青色光が発光された。また、表2に示す発光強度の値は、後述する比較例2の発光装置の発光強度を1としたときの相対値である。
表2からもわかるように、実施例6の発光装置の発光強度は、比較例2の発光装置の発光強度の1.21倍であって、非常に大きな発光強度が確認できた。これは、実施例6の発光装置の塩化物蛍光体が波長350nm以上420nm以下の光を効率良く吸収し、無輻射緩和が少なかったためであると考えられる。
(実施例7)
ErCl3の代わりに塩化ツリウム(TmCl3)を用い、BaCl2、YCl3、TmCl3および乾燥NH4Clのモル比が、BaCl2:YCl3:TmCl3:乾燥NH4Cl=60:40:1:100となるように混合してBa32Cl12:Tm3+の式で表わされる塩化物蛍光体を調製したこと以外は実施例1と同様にして発光装置の発光強度と発光スペクトルを測定した。その発光強度の値を表2に示し、発光スペクトルを図7に示す。なお、実施例7の発光装置からは青色光が発光された。また、表2に示す発光強度の値は、後述する比較例2の発光装置の発光強度を1としたときの相対値である。
表2からもわかるように、実施例7の発光装置の発光強度は、比較例2の発光装置の発光強度の1.82倍であって、非常に大きな発光強度が確認できた。これは、実施例7の発光装置の塩化物蛍光体が波長350nm以上420nm以下の光を効率良く吸収し、無輻射緩和が少なかったためであると考えられる。
(比較例1)
BaCl2を用いず、YCl3、ErCl3および乾燥NH4Clのモル比が、YCl3:ErCl3:乾燥NH4Cl=200:1:100となるように混合してYCl3:Er3+の式で表わされる塩化物蛍光体を調製したこと以外は実施例1と同様にして発光装置の発光強度と発光スペクトルを測定した。その発光強度の値を表1に示し、発光スペクトルを図5に示す。なお、比較例1の発光装置からは緑色光が発光された。
(比較例2)
BaCl2を用いず、YCl3、TmCl3および乾燥NH4Clのモル比が、YCl3:TmCl3:乾燥NH4Cl=200:1:200となるように混合してYCl3:Tm3+の式で表わされる塩化物蛍光体を調製したこと以外は実施例1と同様にして発光装置の発光強度と発光スペクトルを測定した。その発光強度の値を表2に示し、発光スペクトルを図7に示す。なお、比較例2の発光装置からは青色光が発光された。
Figure 0004226989
Figure 0004226989
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本発明によれば、紫外光を含む光を吸収して発光強度の大きい光や様々な種類の色の光を発光する発光装置を提供することができるため、本発明は蛍光表示灯、照明器具、ディスプレイ、バックライト光源、信号機、光センサ、光プリンタヘッド、照光式スイッチまたは各種インジケータ等に好適に利用される。特に、本発明の発光装置に用いられる塩化物蛍光体は350nm以上420nm以下の波長の光を効率良く吸収し、無輻射緩和が少なく発光効率および発光強度が大きいため、本発明の発光装置は紫外光を含む光によって励起されて可視光を発光するLEDとして好適に利用することができる。
本発明の発光装置の好ましい一例の模式的な断面図である。 本発明に用いられる塩化物蛍光体の励起スペクトル図である。 実施例1〜7および比較例1〜2の発光装置の模式的な断面図である。 実施例1〜7および比較例1〜2の発光装置のLEDチップから照射された光のスペクトル図である。 実施例1および比較例1の発光装置の発光スペクトル図である。 実施例2〜5の発光装置の発光スペクトル図である。 実施例6〜7および比較例2の発光装置の発光スペクトル図である。 従来のワンチップ型の白色LEDの一例の模式的な断面図である。 従来のワンチップ型の白色LEDの他の例の模式的な断面図である。
符号の説明
1 発光装置、2 ダイボンディング用フレーム、2a カップ、3 LEDチップ、4 ワイヤボンディング用フレーム、5 ボンディングワイヤ、6 塩化物蛍光体、6a 赤色蛍光体、6b 緑色蛍光体、6c 青色蛍光体、7 樹脂、8a,18a 赤色光、8b,18b 緑色光、8c,12,18c 青色光、10 青色LEDチップ、11 黄色YAG蛍光体、13 黄色光、16 R・G・B蛍光体、17 紫外線、20 紫外LEDチップ。

Claims (8)

  1. 紫外光を含む光を発光する発光素子と、前記発光素子から発光された光の少なくとも一部を吸収して可視光を発光する蛍光体と、を含む発光装置であって、前記蛍光体の少なくとも一種はマトリックスとして下記一般式(1)で表わされる塩化物を含み、付活剤として一般式Lnm+(mは2または3を示す。)で表わされる希土類元素イオンを含むことを特徴とする、発光装置。
    AxByClz…(1)
    [Aはアルカリ金属またはアルカリ土類金属を示し、Bは希土類元素を示し、x、y、zはそれぞれ0.1≦x≦10、0.1≦y≦10、0.4≦z≦60の範囲内にある実数を示す。]
  2. 前記一般式(1)において、Aがバリウム、カリウムおよびストロンチウムの群より選ばれるいずれか一種のアルカリ金属またはアルカリ土類金属を示し、Bがスカンジウム、イットリウム、ランタン、ガドリニウムおよびイッテルビウムの群より選ばれるいずれか一種の希土類元素を示し、一般式Lnm+がセリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウムおよびツリウムの群より選ばれるいずれか一種の希土類元素のイオンを示すことを特徴とする、請求項1に記載の発光装置。
  3. 前記一般式(1)で表わされる塩化物は、Aがバリウムを示し、Bがイットリウムを示す一般式BaxYyClzで表わされる複合塩化物であることを特徴とする、請求項1または2に記載の発光装置。
  4. 前記蛍光体が350nm以上420nm以下の波長の光を吸収して発光することを特徴とする、請求項1から3のいずれかに記載の発光装置。
  5. 前記蛍光体が、赤色光を発光する赤色蛍光体と、緑色光を発光する緑色蛍光体と、青色光を発光する青色蛍光体と、を含み、白色光を発光することを特徴とする、請求項1から4のいずれかに記載の発光装置。
  6. 前記一般式Lnm+のLnがサマリウムまたはユウロピウムを示し、mが3を示すことを特徴とする、請求項1から4のいずれかに記載の発光装置。
  7. 前記一般式Lnm+のLnがエルビウムまたはテルビウムを示し、mが3を示すことを特徴とする、請求項1から4のいずれかに記載の発光装置。
  8. 前記一般式Lnm+のLnがツリウム、セリウム、ユウロピウムまたはプラセオジムを示し、Lnがツリウム、セリウム、またはプラセオジムを示すときはmが3を示し、Lnがユウロピウムを示すときはmが2を示すことを特徴とする、請求項1から4のいずれかに記載の発光装置。
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