JP6010638B2 - 発光装置 - Google Patents

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Description

本発明は、発光装置に関する。
一次光を発する発光素子と、該一次光を吸収して二次光を発する波長変換部と、を組み合わせた発光装置は、低消費電力化、小型化、および高輝度かつ広範囲な色再現性が実現できる発光装置として近年急速に普及しており、さらなる性能向上のために、活発に研究開発が行なわれている。
ここで、発光素子から発せられる一次光には、通常、長波長の紫外線〜青色光の範囲の光が用いられている。また、波長変換部には、発光装置の用途に適した様々な蛍光体が用いられているが、たとえば酸化物の蛍光体がよく用いられている。
このような状況下において、近年、ＧａＮ等の窒化物半導体を用いた半導体発光素子から発せられる励起光によって励起する窒化物蛍光体である酸窒化物蛍光体が提案されている。酸窒化物蛍光体は、従来の蛍光体よりも熱的および化学的に安定で、かつ近紫外領域から可視域の波長の光に対して強い吸収性能を有している。
酸窒化物蛍光体の中でも、特にβ型サイアロン蛍光体は、波長５００ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲の波長にピークを持つシャープな発光スペクトル形状を有しており、ＣＩＥ座標上の（ｘ，ｙ）の値で、０≦ｘ≦０．３、０．６≦ｙ≦０．８３の範囲の値を採ることが特許文献１に開示されている。また、特許文献１には、β型サイアロン蛍光体が、照明器具や画像表示装置に用いられることが記載されている。
また、特許文献２には、Ｅｕ賦活β型サイアロン蛍光体の一次粒子の５０％面積平均径を５μｍ以上とし、Ｅｕ賦活β型サイアロン蛍光体の発光強度を高くすることによって、当該Ｅｕ賦活β型サイアロン蛍光体を用いた発光装置の発光強度を高くすることが記載されている。
特開２００５−２５５８９５号公報 国際公開第２０１２／０１１４４４号
W.J.Wiscombe, "Improved Mie scattering algorithms", Applied Optics, Vol.19, page 1505, May 1, 1980
しかしながら、本発明者らが、Ｅｕ賦活β型サイアロン蛍光体の発光強度と、当該Ｅｕ賦活β型サイアロン蛍光体を用いた発光装置の発光効率との関係を研究した結果、Ｅｕ賦活β型サイアロン蛍光体の発光強度を高くするためにＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体の一次粒子の５０％面積平均径を大きくしたとしても、透明部材に分散させた状態においてＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体が励起光を吸収する効率が低下するため、Ｅｕ賦活β型サイアロン蛍光体自体の発光強度自体が高い場合でも、当該蛍光体を含む発光装置の発光効率が向上しない、という新たな課題を見出した。
上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、一次粒子の５０％面積平均径の大きいＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体を用いた発光装置の発光効率を向上させることにある。
本発明は、透明部材と、透明部材中に設けられた、励起光源と、Ｅｕ賦活β型サイアロン蛍光体と、散乱部材と、を備え、Ｅｕ賦活β型サイアロン蛍光体の一次粒子の５０％面積平均径が１０μｍ以上であり、励起光源から発せられる励起光のピーク波長における散乱部材の散乱確率が０．１ｍｍ-1以上０．５ｍｍ-1以下であって、Ｅｕ賦活β型サイアロン蛍光体は、散乱部材とともに、透明部材中に分散された状態で封入されている発光装置である。このような構成とすることにより、一次粒子の５０％面積平均径が１０μｍ以上といった大粒子径のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体を用いた場合でも、発光装置の発光効率を向上させることができる。
本発明によれば、一次粒子の５０％面積平均径の大きいＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体を用いた発光装置の発光効率を向上させることができる。
実施の形態の発光装置の模式的な断面図である。 Ｅｕ賦活β型サイアロン蛍光体の一次粒子の５０％平均面積ＡＳを算出するのに用いられるグラフの一例である。 製造例１のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体粉末の発光スペクトルである。 製造例１のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体粉末の励起スペクトルである。 製造例１の波長変換部の発光スペクトルである。 製造例２の波長変換部の発光スペクトルである。 製造例３の波長変換部の発光スペクトルである。 平均粒子径が２μｍのＹ2Ｏ3粒子の粒度分布である。 平均粒子径が３．９μｍのＹ2Ｏ3粒子の粒度分布である。 平均粒子径が９μｍのＹ2Ｏ3粒子の粒度分布である。 実施例１〜３および比較例２〜５の発光装置の散乱部材の散乱確率と発光装置の光束の相対値との関係を示す図である。 比較例１の発光装置の模式的な断面図である。
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、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一例である実施の形態の発光装置の模式的な断面図を示す。図１に示すように、発光装置１は、励起光源２と、Ｅｕ賦活β型サイアロン蛍光体１３と、散乱部材１４とが透明部材５中に含まれている構成を有している。ここで、Ｅｕ賦活β型サイアロン蛍光体１３および散乱部材１４は、透明部材５中に分散された状態で封入されており、透明部材５とＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体１３と散乱部材１４とによって波長変換部が構成されている。また、透明部材５は、配線基板２１の表面の外周を取り囲むようにして設けられた枠体４の内側に充填されている。
配線基板２１は、絶縁性基材３と、絶縁性基材３の表面に設けられたｎ型電極部９とｐ型電極部１１とを備えている。ｎ型電極部９およびｐ型電極部１１は、絶縁性基材３の表面から側面を通って裏面に至るように設けられており、ｎ型電極部９とｐ型電極部１１との間には所定の間隔が空けられて、互いに電気的に絶縁されている。
励起光源２は、本実施の形態においては窒化物半導体発光素子からなり、ｎ型の窒化物半導体からなるｎ型窒化物半導体層と、ｐ型の窒化物半導体からなるｐ型窒化物半導体層との間にＩｎＧａＮ等の窒化物半導体からなる活性層が設けられた構成の窒化物半導体積層構造体６を有している。そして、窒化物半導体積層構造体６のｎ型窒化物半導体層上およびｐ型窒化物半導体層上には、それぞれ、ｎ側電極７およびｐ側電極８が設けられている。
励起光源２は、配線基板２１上に設置されており、励起光源２のｎ側電極７と配線基板２１のｎ型電極部９とが導電性接着材１０によって電気的に接続され、励起光源２のｐ側電極８と配線基板２１のｐ型電極部１１とが金属ワイヤ１２によって電気的に接続されている。
以上の構成を有する発光装置１において、励起光源２から発せられた励起光は、Ｅｕ賦活β型サイアロン蛍光体１３に吸収され、Ｅｕ賦活β型サイアロン蛍光体１３で波長変換された後に蛍光が発光され、発光装置１から所望の色の光が放出される。
実施の形態の発光装置１においては、一次粒子の５０％面積平均径が１０μｍ以上といった大粒子径のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体１３が、励起光源２から発せられる励起光のピーク波長における散乱確率が０．１ｍｍ-1以上０．５ｍｍ-1以下である散乱部材１４とともに、透明部材５中に分散された状態で封入されている。これにより、実施の形態の発光装置１においては、一次粒子の５０％面積平均径が１０μｍ以上といった大粒子径のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体１３を用いた場合でも、発光装置１全体としての発光効率を向上させることができる。
これは、本発明者が鋭意検討した結果、Ｅｕ賦活β型サイアロン蛍光体の発光強度を高くするためにＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体の一次粒子の５０％面積平均径を大きくしたことによって、Ｅｕ賦活β型サイアロン蛍光体の発光強度増加分が発光装置の光束増大に寄与しにくいというＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体を用いた発光装置特有の課題が、一次粒子の５０％面積平均径が１０μｍ以上といった大粒子径のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体１３とともに、励起光源２から発せられる励起光のピーク波長における散乱確率が０．１ｍｍ-1以上０．５ｍｍ-1以下である散乱部材１４を分散させた状態で透明部材５で封入することによって解決され、Ｅｕ賦活β型サイアロン蛍光体１３を用いた発光装置１の発光効率を向上させることができることを見い出したことによるものである。
励起光源２としては、Ｅｕ賦活β型サイアロン蛍光体１３に吸収されて蛍光が生じる励起光が発するものであれば特に限定されないが、励起光源２から発せられる励起光のピーク波長は、４２０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下であることが好ましく、４４０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下であることがより好ましい。励起光源２から発せられる励起光のピーク波長が４２０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下である場合、特に４４０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下である場合には、発光装置１の発光効率をより向上することができる。
また、透明部材５としては、少なくともＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体１３から発せられる蛍光の少なくとも一部を透過させることができる材質を用いることができるが、なかでも、シリコーン樹脂を用いることが好ましい。透明部材５としてシリコーン樹脂を用いた場合には、発光装置１から取り出すことができる光束を増大させることにより、発光装置１の発光効率をより向上することができる。
Ｅｕ賦活β型サイアロン蛍光体１３としては、たとえば、以下の組成式（Ｉ）で表わされる蛍光体を用いることができる。この結晶は、β型Ｓｉ3Ｎ4と同一の結晶構造を有する酸窒化物または窒化物を母体結晶とし、Ｅｕが発光中心として添加された固溶体結晶である。
Ｓｉ6-zＡｌzＯzＮ8-z：Ｅｕ …（Ｉ）
上記の式（Ｉ）において、ｚは、０＜ｚ＜４．２の関係を満たすことが好ましい。なお、上記の式（Ｉ）において、Ｓｉ、Ａｌ、Ｏ、ＮおよびＥｕは、それぞれ、ケイ素、アルミニウム、酸素、窒素およびユーロピウムを示し、ｚは、Ｅｕ賦活β型サイアロン蛍光体１３を構成するそれぞれの原子の固溶量（原子数比）を示している。
また、Ｅｕ賦活β型サイアロン蛍光体１３の一次粒子の５０％面積平均径は、以下のようにして算出することができる。まず、個々のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体１３粒子の一次粒子の断面積を求める。ここで、個々のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体１３粒子の一次粒子の断面積は、電子後方散乱回折像（ＥＢＳＰ：Electron Backscatter Diffraction Pattern）法を利用して算出することができる。
すなわち、個々のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体１３に電子線を照射して、電子散乱を生じさせ、Ｅｕ賦活β型サイアロン蛍光体１３の結晶構造と結晶面とに対応した電子散乱のパターンを得る。そして、当該電子散乱のパターンの測定範囲内に存在する一次粒子の全個数Ｎを数え、当該電子散乱のパターンの測定範囲の全面積Ｓを当該電子散乱のパターンの測定範囲内に存在する一次粒子の全個数Ｎで除した値（Ｓ／Ｎ）を、個々のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体１３粒子の一次粒子の断面積ＣＡとする。
そして、個々のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体１３粒子の一次粒子の断面積の小さい方から、粒子Ａ１，粒子Ａ２，・・・，粒子Ａｉ，・・・，粒子Ａｋの順に並べ、それぞれのＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体１３粒子の一次粒子の断面積ＣＡ１，ＣＡ２，・・・，ＣＡi，・・・，ＣＡｋを順に足していって、個々のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体１３粒子の一次粒子の断面積の和（ＣＡ１＋ＣＡ２＋・・・＋ＣＡｉ＋・・・＋ＣＡｋ）を算出する。
このようにして求められた個々のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体１３粒子のすべての一次粒子の断面積の和を１００％とし、たとえば図２に示すように、横軸にＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体１３粒子を一次粒子の断面積の小さい方から配列していくとともに、縦軸に個々のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体１３粒子の一次粒子の断面積を足していき、Ｅｕ賦活β型サイアロン蛍光体１３粒子の一次粒子の断面積の和（累積面積）が５０％となるときのＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体１３粒子の一次粒子の断面積ＣＡｉを、発光装置１に含まれるＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体１３全体の一次粒子の５０％平均面積ＡＳとする。
そして、上記のようにして求めたＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体１３全体の一次粒子の５０％平均面積ＡＳを以下の式（ＩＩ）に代入することによって、発光装置１に含まれるＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体１３全体の一次粒子の５０％面積平均径が求められる。
発光装置１に含まれるＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体１３全体の一次粒子の５０％面積平均径＝２×（ＡＳ／π）1/2 …（ＩＩ）
また、散乱部材１４としては、励起光源２から発せられる励起光のピーク波長における散乱確率が０．１ｍｍ-1以上０．５ｍｍ-1以下である材質であれば特に限定なく用いることができるが、なかでも金属酸化物を用いることが好ましく、酸化イットリウムを用いることがより好ましい。散乱部材１４として金属酸化物を用いた場合、特に酸化イットリウムを用いた場合には、発光装置１の発光効率をより向上することができる。
なお、散乱部材１４の散乱確率は、たとえば非特許文献１（W.J.Wiscombe, “Improved Mie scattering algorithms”, Applied Optics, Vol.19, page 1505, May 1, 1980）等に例示されるＭｉｅ散乱理論によって計算される。散乱部材１４の散乱確率の計算のために必要なパラメータは、励起光の波長、散乱部材１４の直径の平均値、散乱部材１４の励起光の波長における屈折率、散乱部材１４の透明部材５に対する濃度、散乱部材１４の比重、透明部材５の励起光の波長における屈折率、および透明部材５の比重である。
散乱部材１４の散乱確率を実際に計算する場合には、市販ソフトウェアのＬｉｇｈｔ Ｔｏｏｌｓ（サイバネット社製）、およびＷｅｂ上で公開されているソフトウェア（ｈｔｔｐ：／／ｏｍｌｃ．ｏｇｉ．ｅｄｕ／ｃａｌｃ／ｍｉｅ＿ｃａｌｃ．ｈｔｍｌ）などを用いて計算することができる。
また、散乱部材１４の散乱確率の計算に必要なパラメータである散乱部材１４の直径の平均値は、レーザ回折式粒度分布測定装置を用いたレーザ回折・散乱法によって、散乱部材１４の平均粒子径（体積平均径）を求めることにより算出することができる。
散乱部材１４の屈折率（絶対屈折率）は、１．５以上であることが好ましい。散乱部材１４の屈折率が１．５以上である場合には、励起光源２から発せられる励起光を散乱部材１４で効果的に散乱することができ、透明部材５中に分散された状態のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体１３に励起光を高効率で吸収させることができるため、発光装置１の発光効率をより向上することができる。
なお、発光装置１において、Ｅｕ賦活β型サイアロン蛍光体１３および散乱部材１４は透明部材５中に分散された状態で封入されていればよいが、分散された状態は、完全に分散されている必要はなく、その一部が凝集していてもよい。
＜蛍光体製造例１＞
上記のＳｉ6-zＡｌzＯzＮ8-z：Ｅｕで表わされる組成式（Ｉ）において、ｚ＝０．０６となり、Ｅｕの固溶量が０．１原子％となるように、Ｅｕが賦活されたＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体を得るべく、以下の調製を行なった。
まず、網目の大きさが４５μｍの篩を通した金属Ｓｉ粉末、窒化アルミニウム粉末および酸化ユーロピウム粉末が、それぞれ、金属Ｓｉ粉末９３．５９重量％、窒化アルミニウム粉末５．０２重量％および酸化ユーロピウム粉末１．３９重量％の組成となるように所定量秤量した。そして、これらの粉末をメノウ製の乳鉢に入れて、乳棒を用いて１０分以上混合して、粉体凝集体を得た。この粉体凝集体を、直径２０ｍｍおよび高さ２０ｍｍの大きさの窒化ホウ素製のるつぼに自然落下させて入れた。
次に、粉体凝集体が収容されたるつぼを、黒鉛抵抗加熱方式の加圧電気炉にセットし、拡散ポンプにより焼成雰囲気を真空とし、室温から８００℃まで毎時５００℃の速度で加熱した。そして、るつぼの温度が８００℃となった時点で、純度が９９．９９９体積％の窒素を焼成雰囲気に導入して圧力を０．５ＭＰａとした後、毎時５００℃で１３００℃まで昇温し、その後毎分１℃で１６００℃まで昇温し、さらにその温度で８時間保持した。その後、上記のようにして得られた試料をメノウ製乳鉢によって粉末に粉砕し、粉末試料を得た。
次に、上記のようにして得られた粉末試料を１６００℃で焼成した。１６００℃で焼成した粉末試料を窒化ケイ素製の乳鉢と乳棒とを用いて粉砕した後に、直径２０ｍｍおよび高さ２０ｍｍの大きさの窒化ホウ素製のるつぼに自然落下させて入れた。
次に、上記焼成後の粉末試料が収容されたるつぼを、黒鉛抵抗加熱方式の加圧電気炉にセットし、拡散ポンプにより焼成雰囲気を真空とし、室温から８００℃まで毎時５００℃の速度で加熱した。そして、るつぼの温度が８００℃となった時点で、純度が９９．９９９体積％の窒素を導入して圧力を１ＭＰａとした後、毎時５００℃で２０００℃まで昇温し、さらにその温度で１０時間保持して、蛍光体前駆体試料を得た。
次に、上記のようにして得られた蛍光体前駆体試料３ｇを、内径２０ｍｍおよび深さ２０ｍｍのＢＮ製のルツボに充填し、管状炉を用いて、大気圧のＡｒ雰囲気中１５００℃、８時間の加熱処理を施した。そして、濃度５０％フッ化水素酸と濃度７０％硝酸とを体積比１：１で混合して作製した混合溶液を用い、混合溶液の温度が８０℃の条件で、上記の加熱処理後の粉末を１時間洗浄処理することによって、製造例１のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体を得た。
次に、製造例１のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体のＸ線回折パターンをＣｕのＫ−α線を用いた（株）リガク製のＸ線回折装置により調べたところ、β型サイアロンが生成していることが確認された。
また、製造例１のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体を、幅１０ｍｍ×長さ１０ｍｍ×深さ５０ｍｍの大きさの石英セルにタッピングにより最蜜充填し、蛍光分光光度計（（株）堀場製作所製：Ｆｌｕｏｒｏｍａｘ４）を用いて、波長４５０ｎｍの光により励起した際の発光スペクトルを測定した。その結果、製造例１のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体については、図３に示す発光スペクトルが得られ、図３に示す発光スペクトルの発光強度を励起波長でプロットすることによって、図４に示す励起スペクトルが得られた。
さらに、上記のようにして得られた製造例１のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体の一次粒子の５０％面積平均径をＥＢＳＰ法を利用して、上述の式（ＩＩ）を用いて算出したところ、５μｍであった。
＜蛍光体製造例２＞
製造例１のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体を蒸留水中に分散させ、目開き１０μｍのナイロンメッシュを用いて、粒子径の小さいＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体粒子を取り除くことによって、製造例２のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体を得た。
そして、製造例１のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体と同一の方法および同一の条件で、製造例２のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体の発光スペクトルを求めたところ、製造例２のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体の発光ピーク強度の大きさは、製造例１のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体の発光ピーク強度の１０３％であり、製造例１のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体の発光ピーク強度よりも大きくなっていた。
また、製造例１のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体と同一の方法で、製造例２のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体の一次粒子の５０％面積平均径を算出したところ、１１μｍであった。
＜波長変換部製造例１＞
製造例１のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体を、シリコーン樹脂（ＫＥＲ−２５００：信越化学工業（株）製）に対して１０重量％の比率で混合し、深さ１ｍｍおよび直径１０ｍｍのフッ素樹脂により形成された型に流し込み、８０℃で３０分間、１５０℃で１時間加熱した後に、型から取り出すことによって、製造例１の波長変換部を作製した。
図５に、上記のようにして作製した製造例１の波長変換部を、窒化物半導体発光素子である青色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）から発せられた励起光で励起した際の発光スペクトルを示す。
ここで、図５に示される発光スペクトルは、分光光度計（大塚電子（株）製：ＭＣＰＤ−２０００）を接続した内径３０ｃｍφの積分球の中で、励起光のピーク波長が４５０ｎｍである上記の青色ＬＥＤの光出射面上に製造例１の波長変換部を設置し、青色ＬＥＤを駆動電流２０ｍＡおよび駆動電圧３．２Ｖで駆動することにより測定したものである。
＜波長変換部製造例２＞
製造例１のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体に代えて、製造例２のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体を用いたこと以外は製造例１の波長変換部と同様にして、製造例２の波長変換部を作製した。
そして、製造例１の波長変換部と同一の方法および同一の条件で、製造例２の波長変換部の発光スペクトルを求めた。その結果を図６に示す。
＜波長変換部製造例３＞
製造例１のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体に代えて製造例２のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体を用いるとともに、製造例２のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体のシリコーン樹脂（ＫＥＲ−２５００：信越化学工業（株）製）に対する混合比率を１１．２重量％としたこと以外は製造例１の波長変換部と同様にして、製造例３の波長変換部を作製した。
そして、製造例１の波長変換部と同一の方法および同一の条件で、製造例３の波長変換部の発光スペクトルを求めた。その結果を図７に示す。
＜波長変換部の評価＞
図５〜図７の発光スペクトルに基づき、発光スペクトルの測定装置に付属していたソフトウェアを用いて、製造例１〜３の波長変換部の特性を評価した。その結果を表１に示す。
Figure 0006010638
表１に示すように、製造例１のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体を用いて作製された製造例１の波長変換部から発光した光の光束を１００としたときの、製造例２のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体を用いて作製された製造例２〜３の波長変換部から発光した光の光束の相対値は１００未満となっており、波長変換部の外部に取り出すことができる光の光束が少なくなっていることが確認された。
これは、製造例１の波長変換部と製造例２の波長変換部との比較において、表１に示すように、製造例２の波長変換部の方が、製造例１の波長変換部と比べて、ＣＩＥｘおよびＣＩＥｙの値が小さくなっていることからも明らかである。すなわち、製造例２の波長変換部は、製造例１の波長変換部と比較して、励起光の透過光に起因する波長４５０ｎｍの発光ピーク強度が大きく、Ｅｕ賦活β型サイアロン蛍光体の蛍光に起因する波長５４０ｎｍ付近の発光ピーク強度が小さくなっている。
すなわち、シリコーン樹脂中に、製造例２のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体は、製造例１のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体と比較して、シリコーン樹脂に対して同一の重量比率で混合して波長変換部を作製したときの励起光の吸収率が低いことがわかる。
次に、製造例１の波長変換部と製造例３の波長変換部とを比較すると、表１に示す色度点を比べても両者に違いは見られないが、光束の相対値は、製造例３の波長変換部の方が低くなっている。
すなわち、製造例２のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体を用いて作製された製造例３の波長変換部は、励起光源として上記の青色ＬＥＤを用いて励起した際に、製造例１の波長変換部と色度点が同一になるように、シリコーン樹脂に対する重量比率を調整した場合でも製造例１のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体を用いて作製された製造例１の波長変換部よりも発光の光束の相対値が低くなっている。これは、製造例３の波長変換部は、製造例１の波長変換部と比較して、Ｅｕ賦活β型サイアロン蛍光体の分散量が増大しているため、Ｅｕ賦活β型サイアロン蛍光体による不要な散乱および吸収の影響が増大していることに起因することによるものである。
表１に示す結果から、製造例２のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体は、製造例１のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体と比べて、蛍光体としての発光ピーク強度は大きい。しかしながら、上述のとおり、製造例２のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体をシリコーン樹脂中に分散して波長変換部を構成し、青色ＬＥＤから発せられた励起光で励起した場合には、製造例１のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体を用いて作製された製造例１の波長変換部から発光する光の方が光束が多くなることがわかる。
以上の結果に示されるように、Ｅｕ賦活β型サイアロン蛍光体は、Ｅｕ賦活β型サイアロン蛍光体の一次粒子の５０％面積平均径を大きくしていって、蛍光体の発光ピーク強度を増大させた場合であっても、青色ＬＥＤからの励起光の光束増大に対して、Ｅｕ賦活β型サイアロン蛍光体の発光ピーク強度増大が寄与しにくい、といった課題を有している。
Ｅｕ賦活β型サイアロン蛍光体は、図４に示すように、波長４５０ｎｍ付近の青色光よりも、波長３５０ｎｍ付近の近紫外領域の光による励起効率が高く、青色光で励起した際の励起効率が実用蛍光体としては低いため、上記のような特有の課題を有している。
本発明者らは、Ｅｕ賦活β型サイアロン蛍光体を白色ＬＥＤ用緑色蛍光体として実用化する過程において、Ｅｕ賦活β型サイアロン蛍光体の発光ピーク強度を増大させる検討を行い、発光装置の試作を重ねる中で、Ｅｕ賦活β型サイアロン蛍光体を透明部材に分散させる際の新たな課題と、その解決手段を見出した。
すなわち、本発明の発光装置においては、Ｅｕ賦活β型サイアロン蛍光体を透明部材に分散して、青色光を発する半導体発光素子からなる励起光源とともに用いる際に、励起光源の発する励起光のピーク波長における散乱確率が０．１ｍｍ-1以上０．５ｍｍ-1以下である散乱部材とともに透明部材に分散された状態で封入することによって、従来よりも発光効率の高いＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体を用いた発光装置を実現することができる。
以下に、Ｅｕ賦活β型サイアロン蛍光体が半導体発光素子からなる励起光源の発する励起光のピーク波長における散乱確率が０．１ｍｍ-1以上０．５ｍｍ-1以下である散乱部材とともに、透明部材に分散された状態で封止されている発光装置の具体的構成例について述べる。
＜比較例１＞
図１２の模式的断面図に示すように、発光装置から散乱部材１４を除去し、透明部材５を構成するシリコーン樹脂に対するＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体１３の重量比率を６．３重量％として比較例１の発光装置を作製した。
また、比較例１の発光装置において、励起光源２となる半導体発光素子は、窒化物半導体積層構造体６中の活性層としてＩｎＧａＮ層を有し、ＩｎＧａＮ層を挟んで、ｎ側電極７とｐ側電極８とが設けられており、ピーク波長が４５０ｎｍの光を発光する。
また、比較例１の発光装置において、Ｅｕ賦活β型サイアロン蛍光体１３として、製造例２のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体を用い、透明部材５として、屈折率が１．４２で、比重が１の市販品のシリコーン樹脂（信越化学工業（株）製：ＫＥＲ−２５００）を用いた。なお、上述のように、比較例１の発光装置においては、シリコーン樹脂からなる透明部材５中に散乱部材１４を含めず、シリコーン樹脂に対する製造例２のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体の重量比率を６．３重量％として分散させた。
＜実施例１＞
図１に示すように透明部材５としてのシリコーン樹脂中に散乱部材１４を封入するとともに、シリコーン樹脂に対する製造例２のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体の重量比率を５．９重量％としたこと以外は比較例１と同様にして、実施例１の発光装置を作製した。
実施例１の発光装置において、散乱部材１４は、シリコーン樹脂に対する散乱部材１４の重量比率が０．０５重量％となるようにシリコーン樹脂中に封入された。また、散乱部材１４としては、平均粒子径が２μｍであって、波長４５０ｎｍの光に対する散乱効率が０．１９ｍｍ-1である屈折率が１．８のＹ2Ｏ3粒子（日本高純度化学（株）製）を用いた。
＜実施例２＞
図１に示すように透明部材５としてのシリコーン樹脂中に散乱部材１４を封入するとともに、シリコーン樹脂に対する製造例２のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体の重量比率を５．９重量％としたこと以外は比較例１と同様にして、実施例２の発光装置を作製した。
実施例２の発光装置において、散乱部材１４は、シリコーン樹脂に対する散乱部材１４の重量比率が０．１重量％となるようにシリコーン樹脂中に封入された。また、散乱部材１４としては、平均粒子径が２μｍであって、波長４５０ｎｍの光に対する散乱効率が０．３８ｍｍ-1である屈折率が１．８のＹ2Ｏ3粒子（日本高純度化学（株）製）を用いた。
＜実施例３＞
図１に示すように透明部材５としてのシリコーン樹脂中に散乱部材１４を封入するとともに、シリコーン樹脂に対する製造例２のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体の重量比率を６．２重量％としたこと以外は比較例１と同様にして、実施例３の発光装置を作製した。
実施例３の発光装置において、散乱部材１４は、シリコーン樹脂に対する散乱部材１４の重量比率が０．１重量％となるようにシリコーン樹脂中に封入された。また、散乱部材１４としては、平均粒子径が３．９μｍであって、波長４５０ｎｍの光に対する散乱効率が０．１９ｍｍ-1である屈折率が１．８のＹ2Ｏ3粒子（日本高純度化学（株）製）を用いた。
＜比較例２＞
図１に示すように透明部材５としてのシリコーン樹脂中に散乱部材１４を封入するとともに、シリコーン樹脂に対する製造例２のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体の重量比率を５．２重量％としたこと以外は比較例１と同様にして、比較例２の発光装置を作製した。
比較例２の発光装置において、散乱部材１４は、シリコーン樹脂に対する散乱部材１４の重量比率が０．２６重量％となるようにシリコーン樹脂中に封入された。また、散乱部材１４としては、平均粒子径が２μｍであって、波長４５０ｎｍの光に対する散乱効率が０．９９ｍｍ-1である屈折率が１．８のＹ2Ｏ3粒子（日本高純度化学（株）製）を用いた。
＜比較例３＞
図１に示すように透明部材５としてのシリコーン樹脂中に散乱部材１４を封入するとともに、シリコーン樹脂に対する製造例２のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体の重量比率を５重量％としたこと以外は比較例１と同様にして、比較例３の発光装置を作製した。
比較例３の発光装置において、散乱部材１４は、シリコーン樹脂に対する散乱部材１４の重量比率が０．４２重量％となるようにシリコーン樹脂中に封入された。また、散乱部材１４としては、平均粒子径が２μｍであって、波長４５０ｎｍの光に対する散乱効率が１．５８ｍｍ-1である屈折率が１．８のＹ2Ｏ3粒子（日本高純度化学（株）製）を用いた。
＜比較例４＞
図１に示すように透明部材５としてのシリコーン樹脂中に散乱部材１４を封入したこと以外は比較例１と同様にして、比較例４の発光装置を作製した。
比較例４の発光装置において、散乱部材１４は、シリコーン樹脂に対する散乱部材１４の重量比率が０．１重量％となるようにシリコーン樹脂中に封入された。また、散乱部材１４としては、平均粒子径が９．７μｍであって、波長４５０ｎｍの光に対する散乱効率が０．０６ｍｍ-1である屈折率が１．８のＹ2Ｏ3粒子（日本高純度化学（株）製）を用いた。
＜比較例５＞
図１に示すように透明部材５としてのシリコーン樹脂中に散乱部材１４を封入するとともに、シリコーン樹脂に対する製造例２のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体の重量比率を５．６重量％としたこと以外は比較例１と同様にして、比較例５の発光装置を作製した。
比較例５の発光装置において、散乱部材１４は、シリコーン樹脂に対する散乱部材１４の重量比率が１重量％となるようにシリコーン樹脂中に封入された。また、散乱部材１４としては、平均粒子径が９．７μｍであって、波長４５０ｎｍの光に対する散乱効率が０．６３ｍｍ-1である屈折率が１．８のＹ2Ｏ3粒子（日本高純度化学（株）製）を用いた。
＜比較例６＞
製造例２のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体に代えて、製造例１のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体を用い、シリコーン樹脂に対する製造例１のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体の重量比率を５．８重量％としたこと以外は比較例１と同様にして、比較例６の発光装置を作製した。
＜その他＞
なお、上記の実施例１〜３および比較例２〜５の発光装置において、シリコーン樹脂に対する製造例２のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体の濃度は、実施例１〜３および比較例２〜５の発光装置の発光スペクトルより計算される色度点が、比較例１の発光装置の色度点付近となるように調整された。
また、上記の実施例１〜３および比較例２〜５の発光装置におけるＹ2Ｏ3粒子の粒子径はナイロン製のふるいを用いて調整され、Ｙ2Ｏ3粒子の平均粒子径はレーザ回折式粒度分布測定装置（（株）堀場製作所製：ＬＡ−９５０）を用い、装置付属のソフトウェアにより測定した。図８に平均粒子径が２μｍのＹ2Ｏ3粒子の粒度分布を示し、図９に平均粒子径が３．９μｍのＹ2Ｏ3粒子の粒度分布を示し、図１０に平均粒子径が９μｍのＹ2Ｏ3粒子の粒度分布を示す。
また、Ｙ2Ｏ3粒子の屈折率（絶対屈折率）の値は文献値を用い、Ｙ2Ｏ3粒子の散乱確率は非特許文献１を参照して作製した自作のソフトウェアを用いて計算した。
＜評価＞
上記のようにして作製した実施例１〜３および比較例２〜６の発光装置の色度点（ＣＩＥｘおよびＣＩＥｙ）と光束の相対値とを測定した。その結果を表２に示す。また、図１１に、実施例１〜３および比較例２〜５の発光装置の散乱部材の散乱確率と発光装置の光束の相対値との関係を示す。なお、光束の相対値は、比較例６の発光装置の光束を１００としたときの相対値である。
Figure 0006010638
表２および図１１に示すように、実施例１〜３の発光装置は、比較例２〜６の発光装置と比較して、光束が増大することが確認された。これは、Ｅｕ賦活β型サイアロン蛍光体の一次粒子の５０％面積平均径を大きくすることによってＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体の発光強度増加分が発光装置の光束増大に寄与しにくいという、Ｅｕ賦活β型サイアロン蛍光体特有の課題が、適切な散乱確率を示す散乱部材を添加することにより、解決されたことを示している。
＜まとめ＞
本発明は、透明部材と、透明部材中に設けられた、励起光源と、Ｅｕ賦活β型サイアロン蛍光体と、散乱部材と、を備え、Ｅｕ賦活β型サイアロン蛍光体の一次粒子の５０％面積平均径が１０μｍ以上であり、励起光源から発せられる励起光のピーク波長における散乱部材の散乱確率が０．１ｍｍ-1以上０．５ｍｍ-1以下であって、Ｅｕ賦活β型サイアロン蛍光体は、散乱部材とともに、透明部材中に分散された状態で封入されている発光装置である。このような構成とすることにより、一次粒子径が１０μｍ以上といった大粒子径のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体を用いた場合でも、発光装置の発光効率を向上させることができる。
また、本発明の発光装置において、励起光のピーク波長は、４２０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下であることが好ましい。このような構成とすることにより、発光装置の発光効率をより向上することができる。
また、本発明の発光装置において、透明部材は、シリコーン樹脂であることが好ましい。このような構成とすることにより、発光装置から取り出すことができる光束を増大させて発光装置の発光効率をより向上することができる。
また、本発明の発光装置において、散乱部材は、金属酸化物であることが好ましい。このような構成とすることにより、発光装置の発光効率をより向上することができる。
また、本発明の発光装置において、散乱部材の屈折率は、１．５以上であることが好ましい。このような構成とすることにより、励起光源から発せられる励起光を散乱部材で効果的に散乱することができ、透明部材中に分散された状態のＥｕ賦活β型サイアロン蛍光体に励起光を高効率で吸収させることができるため、発光装置の発光効率をより向上することができる。
以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の実施の形態および各実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。
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請求の範囲によって示され、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。
本発明は、発光装置に利用することができ、特に、照明装置および画像表示装置などに好適に利用することができる。
１ 発光装置、２ 励起光源、３ 絶縁性基材、４ 枠体、５ 透明部材、６ 窒化物半導体積層構造体、７ ｎ側電極、８ ｐ側電極、９ ｎ型電極部、１０ 導電性接着材、１１ ｐ型電極部、１２ 金属ワイヤ、１３ Ｅｕ賦活β型サイアロン蛍光体、１４ 散乱部材、２１ 配線基板。

Claims (5)

  1. 透明部材と、
    前記透明部材中に設けられた、励起光源と、Ｅｕ賦活β型サイアロン蛍光体と、散乱部材と、を備え、
    前記Ｅｕ賦活β型サイアロン蛍光体の一次粒子の５０％面積平均径が１０μｍ以上であり、
    前記励起光源から発せられる励起光のピーク波長における前記散乱部材の散乱確率は０．１ｍｍ-1以上０．５ｍｍ-1以下であって、
    前記Ｅｕ賦活β型サイアロン蛍光体は、前記散乱部材とともに、前記透明部材中に分散された状態で封入されている、発光装置。
  2. 前記励起光のピーク波長は、４２０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下である、請求項１に記載の発光装置。
  3. 前記透明部材は、シリコーン樹脂である、請求項１または２に記載の発光装置。
  4. 前記散乱部材は、金属酸化物である、請求項１から３のいずれか１項に記載の発光装置。
  5. 前記散乱部材の屈折率は、１．５以上である、請求項１から４のいずれか１項に記載の発光装置。
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