JP4916469B2

JP4916469B2 - 蛍光体

Info

Publication number: JP4916469B2
Application number: JP2008062750A
Authority: JP
Inventors: 光広藤田; 正樹入江
Original assignee: Covalent Materials Corp
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 2008-03-12
Filing date: 2008-03-12
Publication date: 2012-04-11
Anticipated expiration: 2028-03-12
Also published as: JP2009215495A

Description

本発明は、蛍光体に関するものである。

発光素子からの光を蛍光体で波長変換して様々な発色光を得る発光ダイオード（LED：Light Emitting Diode）が知られている。

このような発光ダイオードは、発光素子上に樹脂と蛍光体との複合体を設置し、発光素子から発せられた光（例えば、青色光）の一部を前記蛍光体に当てることによってその光を他の色（例えば、黄色）に波長変換させて、該波長変換させた光と前記樹脂のみを透過した発光素子の光（例えば、青色光）とを該複合体内で混色させて、該複合体を所望の色の光（例えば、白色光）に発光させている（例えば、特許文献１）。

また、前記複合体内で発光素子から発せられた光を拡散し、輝度を均一化させるために、樹脂中に光拡散剤を添加する技術も知られている（例えば、特許文献２）。

しかしながら、前記複合体を構成する樹脂は、発光素子から発せられた光や熱によって徐々に劣化する傾向にあり、発光強度の低下や光の変色等を引き起こす要因となる。そのため、前述した複合体を備えた発光ダイオードは、その作動温度が前記樹脂の耐熱性に支配されることになる。

よって、例えば、高輝度の発光ダイオードを得ようとする場合には、樹脂の劣化を防止するため、ヒートシンク等の冷却機構を新たに設ける必要がある。しかしながら、このような冷却機構は、発光ダイオードにおいてより高輝度を求めるほど、より大型化、複雑化するため、発光ダイオードの小型化、省電力化を妨げることになる。

また、前記光拡散剤を添加する技術は、光拡散剤により多重反射された光が発光素子側にも出力されてしまうため、発光強度が低下し、高輝度化を阻害する要因となる。

また、上述した樹脂の劣化による発光強度の低下や短寿命化を抑制するために、無機材料のみから構成され、その表面粗さ（Ｒａ）が０．０５〜３μｍの範囲内にある塊状蛍光体を用いる技術が知られている（例えば、特許文献３）。
特開平７−９９３４５号公報特開２００６−２８６８９６号公報特開２００７−１６１９４４号公報

しかしながら、特許文献３に記載の技術は、発光素子からの光を波長変換させる部位は、前記塊状蛍光体内に析出したＣｅ３＋を含有したガーネット結晶である。このように蛍光体内で結晶が析出してなると、この析出した結晶によって発光素子からの光は多重反射され、この多重反射された光が発光素子側にも出力されてしまうため、発光強度が低下し、高輝度化を阻害する要因となる。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、発光ダイオードを煩雑化させること無く、高輝度化を実現することができ、耐熱性、耐光性に優れ、発光ダイオードの長寿命化を図ることができる蛍光体を提供することを目的とする。

本発明に係る蛍光体は、Ｃｅを含有したＹＡＧ単一相からなる単一の無機材料のみで構成されたセラミックス焼結体からなり、厚さ０．３ｍｍにおける蛍光のピーク波長５５０〜５９０ｎｍに対する直線透過率が７３％以上８３％以下であり、光出射面における表面粗さ（Ｒａ）が０．６μｍ以上２．７μｍ以下であることを特徴とする。

前記直線透過率は８３％であり、前記表面粗さ（Ｒａ）は、０．６μｍ以上１．４μｍ以下である。

本発明は、発光ダイオードを煩雑化させること無く、高輝度化を実現することができ、耐熱性、耐光性に優れ、発光ダイオードの長寿命化を図ることができる蛍光体が提供される。

本発明について、詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る蛍光体の外観の一例を示す概念図である。

本発明に係る蛍光体は、図１に示すように、例えば、板状体１で構成されている。

本発明に係る蛍光体は、単一の無機材料のみで構成されたセラミックス焼結体からなり、蛍光のピーク波長に対する直線透過率が７３％以上であり、光出射面における表面粗さ（Ｒａ）が０．６μｍ以上２．７μｍ以下であることを特徴とする。

ここで「単一の無機材料のみで構成された」とは、蛍光体内に樹脂等の有機物質を一切含まず、一種類の均質な無機材料のみで構成されていることをいう。

また、「光出射面」とは、蛍光体から光が出力される面のことを差す。なお、本実施形態では、便宜上、図１に示す板状体１に対して裏面１ｂ側に図示しない発光素子を配置するという想定で、裏面１ｂを発光素子からの光が入射する面（以下、光入射面という）とし、表面１ａを混色した光が出射される面（以下、光出射面という）とする。

本発明に係る蛍光体は、単一の無機材料のみで構成されている。このように、樹脂等を含まない一種類の均質な無機材料のみで構成されているため、樹脂の劣化による発光強度の低下や短寿命化を防止することができる。

また、一種類の均質な無機材料のみで構成されているため、蛍光体内における光散乱が極めて少なく、発光素子側への光の戻り量（反射量）を少なくすることが可能となる。従って、発光ダイオードの高輝度化を実現することができる。

前記無機材料は、Ｃｅを含有するＹＡＧ単一相で構成されている。

また、本発明に係る蛍光体はセラミックス焼結体で構成されている。そのため、高い耐熱性、耐光性を備えることができ、発光ダイオードの長寿命化を図ることができる。

なお、前記蛍光体を、単一の無機材料のみからなる単結晶で構成することは可能であるが、ＹＡＧ単結晶を製造する際にＣｅを均質に結晶中へ固溶させることが難しく、ＹＡＧ単結晶中におけるＣｅ濃度にバラツキが生じやすくなり、均質な発光色を有する発光ダイオードが得られにくいという問題がある。

また、前記蛍光体が、単一の無機材料のみからなるガラスで構成されている場合には、セラミックス焼結体と比べて、ガラスの熱伝導率が低いために発光ダイオードの温度が上昇しやすくなり、高輝度発光ダイオードでは発光素子に熱損傷が生じやすくなってしまう問題がある。

また、本発明に係る蛍光体は、蛍光のピーク波長に対する直線透過率が７３％以上であり、光出射面における表面粗さ（Ｒａ）が０．６μｍ以上２．７μｍ以下で構成されている。

なお、ここでいう蛍光のピーク波長は、蛍光体がＣｅ：ＹＡＧの場合は５５０〜５９０ｎｍの波長領域で得られるピーク波長を差す。

また、ここでいう直線透過率とは、該蛍光体の光入射面１ｂから光出射面１ａまでの厚さｔ方向に対する直線的な透過率(入射光強度に対する出射光強度率)のことを差す。

また、ここでいう表面粗さ（Ｒａ）は、テーラーホブソン社製の表面形状粗さ測定器フォームタリサーフＰＧＩ８３０を用いて測定したものである。

このように、本発明に係る蛍光体は、直線透過率及び表面粗さ（Ｒａ）が上記のような範囲で構成されているため、発光ダイオードの高輝度化を図ることができ、高輝度化に伴う色分離の発生も抑制することができる。

なお、前記直線透過率が７３％以上であっても、前記光出射面における表面粗さ（Ｒａ）が０．６μｍ未満である場合には、高輝度化に伴い発光素子の光と蛍光体内で波長変換した光との色分離が発生し、発光素子の光と該蛍光体内で波長変換された光とが充分に混色しなくなるため、好ましくない。

さらに、前記表面粗さ（Ｒａ）が０．６μｍ以上２．７μｍ以下であっても、直線透過率が７３％未満である場合には、蛍光体内部における光散乱の増加によって発光強度が極端に低下するため、高輝度の発光ダイオードを得ることが難しい。

また、前記表面粗さ（Ｒａ）が２．７μｍを超える場合においても、高い発光強度を得ることができると考えるが、表面粗さ（Ｒａ）が２．７μｍを超える粗さを得ることは、通常の研削加工では困難であり、新たに、別の加工処理（例えば、エッチング処理による表面への溝やエンボス形状加工）を施す必要が出てくるため、製造工程が煩雑化してしまい好ましくない。よって、製造上、好適な表面粗さ（Ｒａ）の範囲は、０．６μｍ以上２．７μｍ以内であることが好ましい。

なお、前記直線透過率は、高ければ高いほど好ましいが、現時点においてセラミックス焼結体として得ることができる最大直線透過率は８３％であった（実施例参照）。一般的に、物質の最大直線透過率は、物質固有の値である屈折率によって決定され、ＹＡＧの場合は可視光領域波長に対して８３〜８４％である。従って、前記直線透過率は、７３％以上８３％以下であることが実験により見出された最も好適な範囲である。

なお、前記直線透過率を７３％以上とするためには、前記セラミックス焼結体を製造する際の原料粉の粒径や、焼成温度等を制御することにより行うことができる。また、前記表面粗さ（Ｒａ）を、０．６μｍ以上２．７μｍ以内とするためには、前記光出射面に対する研削加工において使用する砥粒の大きさ、加工速度、切り込み深さ等により制御することができる。

以上のような構成を備えることで、本発明に係る蛍光体は、発光ダイオードを煩雑化させること無く、高輝度化を実現することができ、耐熱性、耐光性に優れ、発光ダイオードの長寿命化を図ることができる。

以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的に説明するが、本発明は下記実施例により制限されるものではない。

［実施例１］
純度９９．９％の酸化アルミニウム粉末（平均粒径：０．５μｍ）、純度９９．９％の酸化イットリウム粉末（平均粒径：０．６μｍ）、酸化セリウム粉末（平均粒径：０．８μｍ）を、組成１ａｔ％Ｃｅ：ＹＡＧ組成となるように秤量し、エタノールを分散液として、前記秤量した粉末に対して１ｗｔ％のアクリル樹脂バインダと、焼結助剤として０．５ｗｔ％のコロイダルシリカとともにボールミルによって混合し、スラリーを作製した。得られたスラリーをスプレードライヤによって造粒し、二次粒子径約５０μｍの造粒粉を作製した。この造粒粉を金型成形及び冷間静水圧成形によって成形し、該成形体を大気中１０００℃にて脱脂仮焼した。

次に、前記仮焼した成形体を、表１に示す温度にて焼成し、Ｃｅ：ＹＡＧ焼結体を作製した。

次に、焼成したすべて焼結体を加工し、厚さ１ｍｍの板状体とし、光入射面及び光出射面の表面に鏡面研磨を施し、表面粗さ（Ｒａ）１．０ｎｍの鏡面とした。

次に、光出射面となる一方の面に対して、研削加工を行い、厚さ０．３ｍｍの表１に示す光出射面における表面粗さ（Ｒａ）を各々備えた複数のＣｅ：ＹＡＧ焼結体を作製した（実施例１〜６、比較例１〜４）。

得られた各々のＣｅ：ＹＡＧ焼結体に対して、前記鏡面研磨した表面粗さ（Ｒａ）１．０ｎｍの光入射面を青色発光ダイオード側になるように、各々青色発光ダイオードに設置した。

その後、青色発光ダイオードを点灯させてＣｅ：ＹＡＧ焼結体の光出射面における色分離を目視にて評価した。また、光出射面における出射光を積分球によって集め、フォトダイオードを用いて平均発光量を測定した。

表１に、目視による色分離の評価結果（目視で色分離が確認されなかったものを○、色分離が確認されたものを×）と、平均発光量（実施例１の平均発光量を１００としたときの各試料における平均発光量の相対値）をそれぞれ示す。なお、ここでいう色分離が確認されたとは、光出射面において、発光素子から発せられる青色光と、該青色光が蛍光体により波長変換された黄色光の両方の光が光出射面で確認されてしまうことを差す。この色分離は、発光ダイオードが高輝度になればなるほど発現しやすくなるものである。

以上の結果より、蛍光体の直線透過率が７３％以上であり、表面粗さ（Ｒａ）が０．６〜２．７μｍである場合に、色分離が無く、平均発光量、すなわち、発光強度が高い特性を有する蛍光体を得ることができることがわかる。

なお、直線透過率が比較例４のように高くても、表面粗さ（Ｒａ）を０．６〜２．７μｍに制御しない限り、色分離が発生してしまう。

本発明の実施形態に係る蛍光体の外観の一例を示す概念図である。

符号の説明

１板状体
１ａ表面（光出射面）
１ｂ裏面（光入射面）

Claims

Ｃｅを含有したＹＡＧ単一相からなる単一の無機材料のみで構成されたセラミックス焼結体からなり、厚さ０．３ｍｍにおける蛍光のピーク波長５５０〜５９０ｎｍに対する直線透過率が７３％以上８３％以下であり、光出射面における表面粗さ（Ｒａ）が０．６μｍ以上２．７μｍ以下であることを特徴とする蛍光体。
前記直線透過率は８３％であり、前記表面粗さ（Ｒａ）は、０．６μｍ以上１．４μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の蛍光体。