JP5178993B2 - 発光装置 - Google Patents
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図3は、本発明の好ましい第一の例の発光装置100を模式的に示す図である。図3に示す発光装置100においては、支持基板101上に、InGaN半導体で構成された青紫色発光を呈する半導体励起光源102が配置され、その上に本発明の赤色酸化物蛍光体を均一に分散させた樹脂層104が配置される。青紫色発光を呈する半導体励起光源102として、図3には、たとえば300μm角の大きさの半導体レーザ素子を用い、50μmの等間隔でアレイ状に配置されてなる青紫色半導体レーザ素子を用いている。支持基板101としては、半導体励起光源102および樹脂層104を支持することができるならば、その材質は任意のものを用いることができ、たとえばガラス、プラスチック、セラミックスなどを用いてよい。また、サファイアなどIII族窒化物半導体のエピタキシャル成長用基板を支持基板101に用いることもでき、半導体励起光源102をアレイ状に作り付けた基板をそのまま支持基板として用いれば、半導体励起光源102の配置および配線の手間を大幅に省くことができる。また図3に示す例においては、青紫色半導体レーザ素子を仕切る隔壁105が設けられる。隔壁105は、当該隔壁105に入射した光が赤色酸化物蛍光体に向けて高効率に反射されるように、その表面がたとえばAl、Pt、Agなどの光反射率の高い材料にて形成されるのが好ましい。
Smを0.2mol%添加した希土類元素の単純酸化物を母体とする蛍光体を固相反応により作製した。希土類元素酸化物Gd2O3を5g秤量し、Gdに対しSmが0.2mol%となるようSm酸化物Sm2O3を秤量して乳鉢で60分混合した。混合試料をプレス器を用いてペレット(径:20mm、高さ:3mm)に成形した後、電気炉を用いて1600℃で6時間焼結し、その後室温まで冷却して、赤色酸化物蛍光体を作製した。
Smを0.2mol%添加した希土類元素の単純酸化物を母体とする蛍光体を固相反応により作製した。希土類元素酸化物La2O3を5g秤量し、Laに対しSmが0.2mol%となるようSm酸化物Sm2O3を秤量して乳鉢で60分混合した。混合試料をプレス器を用いてペレット(径:20mm、高さ:3mm)に成形した後、電気炉を用いて1600℃で6時間焼結し、その後室温まで冷却して、赤色酸化物蛍光体を作製した。
Smを0.2mol%添加した希土類元素の単純酸化物を母体とする蛍光体を固相反応により作製した。希土類元素酸化物Eu2O3を5g秤量し、Euに対しSmが0.2mol%となるようSm酸化物Sm2O3を秤量して乳鉢で60分混合した。混合試料をプレス器を用いてペレット(径:20mm、高さ:3mm)に成形した後、電気炉を用いて1600℃で6時間焼結し、その後室温まで冷却して、赤色酸化物蛍光体を作製した。
Smを0.2mol%添加した希土類元素の単純酸化物を母体とする蛍光体を固相反応により作製した。希土類元素酸化物Lu2O3を5g秤量し、Luに対しSmが0.2mol%となるようSm酸化物Sm2O3を秤量して乳鉢で60分混合した。混合試料をプレス器を用いてペレット(径:20mm、高さ:3mm)に成形した後、電気炉を用いて1600℃で6時間焼結し、その後室温まで冷却して、赤色酸化物蛍光体を作製した。
Smを0.2mol%添加した希土類の単純酸化物を母体とする蛍光体を固相反応により作製した。希土類酸化物La2O3を5g秤量し、Laに対しSmが0.2mol%となるようSm酸化物Sm2O3を秤量して乳鉢で60分混合した。混合試料をプレス器を用いてペレット(径:20mm、高さ:3mm)に成形した後、電気炉を用いて1600℃で6時間焼結し、その後室温まで冷却して、赤色酸化物蛍光体を作製した。
Smを0.2mol%添加した希土類の単純酸化物を母体とする蛍光体を固相反応により作製した。希土類酸化物Lu2O3を5g秤量し、Luに対しSmが0.2mol%となるようSm酸化物Sm2O3を秤量して乳鉢で60分混合した。混合試料をプレス器を用いてペレット(径:20mm、高さ:3mm)に成形した後、電気炉を用いて1600℃で6時間焼結し、その後室温まで冷却して、赤色酸化物蛍光体を作製した。
参考実験例1〜4、比較実験例1、2で得られた赤色酸化物蛍光体について、X線回折による結晶構造評価と積分球によるピーク波長405nmの半導体レーザ光の吸収効率および内部量子効率の評価を行った。結果を表1に示す。
Smを含み、複合酸化物(Y0.2Lu0.8)2O3を母体材料として用いた赤色酸化物蛍光体を作製した。酸化ルテチウムLu2O3、酸化イットリウムY2O3をそれぞれ4.38gおよび0.62g(Lu/Yモル比=8/2)秤量し、LuとYの総モル量に対しSmが0.2mol%となるようSm酸化物Sm2O3を秤量して乳鉢で60分混合した。混合試料を成型した後、1800℃で6時間焼結させ、その後室温まで急冷して参考実験例1と同様のペレットを得た。X線回折により結晶構造評価を行った結果、本参考実験例の蛍光体における母体材料はB型単斜晶構造であった。
参考実験例5で作製した赤色酸化物蛍光体について積分球によるピーク波長405nmの半導体レーザ光の吸収効率および内部量子効率の評価を行った結果、吸収効率は80%で内部量子効率は75%であった。表1に示した単純酸化物であるLu2O3(参考実験例4)を母体として用いた赤色酸化物蛍光体と比較すると、発光特性が改善されていることが分かった。
Smを含み、複合酸化物(Gd0.8Y0.2)2O3を母体材料として用いた赤色酸化物蛍光体を作製した。酸化ガドリウムGd2O3、酸化イットリウムY2O3をそれぞれ4.32gおよび0.68g(Gd/Yモル比=8/2)秤量と、GdとYの総モル量に対しSmが0.2mol%となるようSm酸化物Sm2O3を秤量して乳鉢で60分混合した。混合試料を成型および焼結させ、参考実験例1と同様のペレットを得た。X線回折により結晶構造評価を行った結果、得られた蛍光体における母体材料はB型単斜晶構造であった。
Smを含み、複合酸化物(Gd0.5Y0.5)2O3を母体材料として用いた赤色酸化物蛍光体を作製した。酸化ガドリウムGd2O3、酸化イットリウムY2O3をそれぞれ2.72gおよび1.70g(Gd/Yモル比=5/5)秤量と、GdとYの総モル量に対しSmが0.2mol%となるようSm酸化物Sm2O3を秤量して乳鉢で60分混合した。混合試料を成型および焼結させ、参考実験例1と同様のペレットを得た。X線回折により結晶構造評価を行った結果、得られた蛍光体における母体材料はC型立方晶構造であった。
Smを含み、複合酸化物である(Gd0.8Sc0.2)2O3を母体材料として用いた赤色酸化物蛍光体を作製した。酸化ガドリウムGd2O3、酸化スカンジウムSc2O3をそれぞれ4.35gおよび0.42g(Gd/Scモル比=8/2)秤量と、GdとScの総モル量に対しSmが0.2mol%となるようSm酸化物Sm2O3を秤量して乳鉢で60分混合した。混合試料を成型および焼結させ、参考実験例1と同様のペレットを得た。X線回折により結晶構造評価を行った結果、得られた蛍光体における母体材料はB型単斜晶構造であった。
Smを含み、複合酸化物である(Gd0.5Sc0.5)2O3を母体材料として用いた赤色酸化物蛍光体を作製した。酸化ガドリウムGd2O3、酸化スカンジウムSc2O3をそれぞれ2.72gおよび1.03g(Gd/Scモル比=5/5)秤量と、GdとScの総モル量に対しSmが0.2mol%となるようSm酸化物Sm2O3を秤量して乳鉢で60分混合した。混合試料を成型および焼結させ、参考実験例1と同様のペレットを得た。X線回折により結晶構造評価を行った結果、得られた蛍光体における母体材料はC型立方晶構造であった。
Smを含み、複合酸化物である(Gd0.8Lu0.2)2O3を母体材料として用いた赤色酸化物蛍光体を作製した。酸化ガドリウムGd2O3、酸化ルテチウムLu2O3をそれぞれ4.35gおよび1.20g(Gd/Luモル比=8/2)秤量と、GdとLuの総モル量に対しSmが0.2mol%となるようSm酸化物Sm2O3を秤量して乳鉢で60分混合した。混合試料を成型および焼結させ、参考実験例1と同様のペレットを得た。X線回折により結晶構造評価を行った結果、得られた蛍光体における母体材料はB型単斜晶構造であった。
Smを含み、複合酸化物である(Gd0.5Lu0.5)2O3を母体材料として用いた赤色酸化物蛍光体を作製した。酸化ガドリウムGd2O3、酸化ルテチウムLu2O3をそれぞれ2.72gおよび2.98g(Gd/Luモル比=5/5)秤量と、GdとLuの総モル量に対しSmが0.2mol%となるようSm酸化物Sm2O3を秤量して乳鉢で60分混合した。混合試料を成型および焼結させ、参考実験例1と同様のペレットを得た。X線回折により結晶構造評価を行った結果、得られた母体材料はC型立方晶構造であった。
Smを含み、複合酸化物である(Gd0.8Ga0.2)2O3を母体材料として用いた赤色酸化物蛍光体を作製した。酸化ガドリウムGd2O3、酸化ガリウムGa2O3をそれぞれ4.35gおよび0.56g(Gd/Gaモル比=8/2)秤量と、GdとGaの総モル量に対しSmが0.2mol%となるようSm酸化物Sm2O3を秤量して乳鉢で60分混合した。混合試料を成型および焼結させ、参考実験例1と同様のペレットを得た。X線回折により結晶構造評価を行った結果、得られた蛍光体における母体材料はB型単斜晶構造であった。
Smを含み、複合酸化物である(Gd0.8B0.2)2O3を母体材料として用いた赤色酸化物蛍光体を作製した。酸化ガドリウムGd2O3、酸化ホウ素B2O3をそれぞれ4.35gおよび0.21g(Gd/Bモル比=8/2)秤量と、GdとBの総モル量に対しSmが0.2mol%となるようSm酸化物Sm2O3を秤量して乳鉢で60分混合した。混合試料を成型および焼結させ、参考実験例1と同様のペレットを得た。X線回折により結晶構造評価を行った結果、得られた蛍光体における母体材料はB型単斜晶構造であった。
Smを含み、複合酸化物である(Gd0.8Al0.2)2O3を母体材料として用いた赤色酸化物蛍光体を作製した。酸化ガドリウムGd2O3、酸化アルミニウムAl2O3をそれぞれ4.35gおよび0.31g(Gd/Alモル比=8/2)秤量と、GdとAlの総モル量に対しSmが0.2mol%となるようSm酸化物Sm2O3を秤量して乳鉢で60分混合した。混合試料を成型および焼結させ、参考実験例1と同様のペレットを得た。X線回折により結晶構造評価を行った結果、得られた蛍光体における母体材料はB型単斜晶構造であった。
Smを含み、複合酸化物である(Gd0.8In0.2)2O3を母体材料として用いた赤色酸化物蛍光体を作製した。酸化ガドリウムGd2O3、酸化インジウムIn2O3をそれぞれ4.35gおよび0.83g(Gd/Inモル比=8/2)秤量と、GdとInの総モル量に対しSmが0.2mol%となるようSm酸化物Sm2O3を秤量して乳鉢で60分混合した。混合試料を成型および焼結させ、参考実験例1と同様のペレットを得た。X線回折により結晶構造評価を行った結果、得られた蛍光体における母体材料はB型単斜晶構造であった。
実験例1、2、参考実験例6〜10および比較実験例3〜5で得られた各赤色酸化物蛍光体について、積分球によるピーク波長405nmの半導体レーザ光の吸収効率および内部量子効率の評価を行った。結果を表2に示す。
Smを含み、III族金属の単純酸化物Y2O3を母体とする赤色酸化物蛍光体を、以下のようにして作製した。Y2O3を5g秤量し、Euに対しSmが0.2mol%となるようSm酸化物Sm2O3を秤量して乳鉢で60分混合した。混合試料をプレス器を用いてペレット(径:20mm、高さ:3mm)に成形した後、電気炉を用いて1600℃で6時間焼結し、その後室温まで冷却した。
図3に示した例の発光装置100を作製した。参考実験例1で作製した赤色酸化物蛍光体103をエポキシ樹脂に均一に分散させて、樹脂層104を形成した。具体的には、ビスフェノールAを含むエポキシ主剤(スタイキャスト1266、エマーソンアンドカミング社製)10gに赤色酸化物蛍光体103を20mg添加後、均一に混合分散させ、硬化剤を添加した後ただちに支持基板101上に塗布し、常温にて24時間架橋硬化させるという手順にて、支持基板101上に樹脂層104を形成した。支持基板101としては、サファイアを用いた。青紫色発光を呈する半導体励起光源102としては、ピーク波長405nmのInGaN半導体レーザ素子であって、300μm角の大きさのものを、50μmの等間隔でアレイ状に配置し、光出射面端面が樹脂層104を向くように実装した。また青紫色発光素子102間は、Alで形成された隔壁105にて仕切るようにした。このように構成された発光装置100において、InGaN半導体レーザ素子に80mAの電流を流したところ、出力30mWで波長405nmのレーザ光が樹脂層104に入射し、樹脂層104上表面から赤色発光が得られた。発光装置のパワー変換効率を、発光装置100を積分球内に設置し、放射された白色光を集光して全光束量を測定し、これを励起光源である発光素子102の消費電力で除することによって測定したところ、501m/Wであった。
Smを含み、立方晶構造を有するY2O3を母体とする赤色酸化物蛍光体を用いたこと以外は参考例1と同様にして、図3に示した構造の発光装置を作製した。参考例1と同様にして測定されたパワー変換効率は251m/Wであった。
図4に示した例の発光装置201を作製した。媒質としてアクリル樹脂を用い、これに参考実験例1で作製した赤色酸化物蛍光体204a、SrAl2O4:Eu緑色蛍光体204b、およびCaAl2O4:Eu青色蛍光体204cを、0.2:1:2.5の比率で均一に分散させた後硬化させ、これを直径3mmに成形するというようにして、線状発光体202を形成した。青紫色発光を呈する半導体励起光源203としては、InGaN窒化物半導体レーザ素子を用い、線状樹脂202の一端より青紫色の励起光を入射可能に配置した。このように構成された発光装置201において、InGaN窒化物半導体レーザ素子に80mAの電流を流したところ、出力30mWで波長405nmのレーザ光が線状樹脂202の一端より入射し、線状樹脂202の側面およびレーザ光を入射したのと反対側の端面から白色発光が得られた。参考例1と同様にして測定されたパワー変換効率は50m/Wであった。
図5に示した例の発光装置301を作製した。コア302およびその外周部を同心円状に被覆したクラッド303よりなる光ファイバにおいて、クラッド303に参考実験例1で作製した赤色酸化物蛍光体304a、SrAl2O4:Eu緑色蛍光体304b、およびCaAl2O4:Eu青色蛍光体304cを、0.2:1:2.5の比率で均一に分散させたものを形成した。光ファイバは、コア(導径:0.2mm)がポリメチルメタクリレート樹脂(PMMA)で形成され、クラッド(導径:0.5mm)がフッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体で形成され、クラッド303の屈折率がコア302よりも小さいものを用いた。また、コア302を導光するレーザ光の一部がクラッド303に漏洩するよう、クラッドにおけるフッ化ビニリデンとテトラフルオロエチレンの重合体比を調整した。青紫色発光を呈する半導体励起光源305としてはInGaN窒化物半導体レーザ素子を用い、光ファイバの一端より青紫色の励起光を入射可能に配置した。このように構成された発光装置301において、InGaN窒化物半導体レーザ素子305に80mAの電流を流したところ、出力30mWで波長405nmのレーザ光がコア302に入射し、クラッド303から白色発光が得られた。参考例1と同様にして測定されたパワー変換効率は50m/Wであった。
Claims (4)
- InGaNを発光層に含みピーク波長400〜415nmの青紫色を呈するIII族窒化物半導体発光素子である半導体励起光源と、付活元素としてSmを含み、単斜晶構造を有する((Y,Sc)1-xGdx)2O3(0.7≦x<1)で表される酸化物結晶を母体とする酸化物蛍光体であって、前記Smの不活濃度が、対応する前記酸化物結晶の((Y,Sc)1-xGdx)に対して0.05〜1mol%の範囲である酸化物蛍光体とを備え、前記半導体励起光源からの青紫色発光が前記酸化物蛍光体で赤色に変換されることを特徴とする発光装置。
- 前記半導体励起光源が、半導体レーザ素子である請求項1に記載の発光装置。
- 前記半導体励起光源が、発光ダイオード素子である請求項1に記載の発光装置。
- 前記半導体励起光源からの青紫色発光をピーク波長500〜550nmの緑色に変換する蛍光体と、前記半導体励起光源からの青紫色発光をピーク波長420〜490nmの青色に変換する蛍光体をさらに含む、請求項1に記載の発光装置。
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