JP6177040B2 - 波長変換部材及び発光装置 - Google Patents
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Description
[1] 励起光を吸収して蛍光を発するβ型サイアロン蛍光体と、フォトニック結晶構造を有し、入射された前記励起光を反射する構造体とを含み、
前記β型サイアロン蛍光体に対する前記構造体の含有量比が、重量比で0.1未満である、波長変換部材。
[5] 前記金属酸化物は、SiO2である、[4]に記載の波長変換部材。
[8] 透光性樹脂と、該透光性樹脂中に分散された前記β型サイアロン蛍光体及び前記構造体とを含む、[1]〜[7]のいずれかに記載の波長変換部材。
図3は、本実施形態に係る波長変換部材及びこれを用いた発光装置の一例を模式的に示す断面図である。図3に示される発光装置1は、n電極部11及びp電極部13を備えるプリント配線基板4;プリント配線基板4上に配置される枠5(例えば樹脂製);プリント配線基板4上の枠5内に配置される一次光光源としての半導体発光素子7;枠5内に充填され、半導体発光素子7を封止する、透光性樹脂(モールド樹脂)からなる封止樹脂部6を含む。
本実施形態において波長変換部材15は、β型サイアロン蛍光体粒子2及びフォトニック結晶構造を有する構造体3である粒子(粒状物)が分散された封止樹脂部6からなる。構造体3をβ型サイアロン蛍光体粒子2とともに分散させることにより、半導体発光素子7から構造体3に入射された励起光を選択的に反射させることができる結果、励起光が効果的にβ型サイアロン蛍光体粒子2に吸収され、効果的にβ型サイアロン蛍光体粒子2が励起されるため、発光装置1の発光効率を向上させることができる。
フォトニック結晶構造を有する構造体とは、光の波長と同程度の周期的な屈折率変化を有する構造体である。より具体的には、フォトニック結晶構造を有する構造体は、周期構造体を形成する第1物質と、この周期構造体の間隙に存在する第2物質とを含む。一般に、フォトニック結晶構造における周期構造は、微粒子の規則配列や、多層膜の形成によって実現することができる。フォトニック結晶構造を有する構造体3は、その構造に起因して、その周期長に応じた特定波長の光を選択的に反射することができる。特定波長の光とは、本発明においては励起光である。フォトニック結晶構造は、1次元であってもよいし、2次元であってもよいし、3次元であってもよいが、様々な方向から入射する励起光を反射できることが好ましいことから、3次元であることが好ましい。
β型サイアロン蛍光体粒子2としては、380nmから470nmの近紫外から青色の光によって効率良く励起される、Eu付活β型サイアロン蛍光体を好適に用いることができる。Eu付活β型サイアロン蛍光体は、従来公知の方法により製造することができ、具体的には、たとえばEu2O3、EuN等の光学活性元素Euを含有する金属化合物粉末と、窒化アルミニウム(AlN)粉末と、窒化ケイ素粉末(Si3N4)又は金属Siとを均一に混合し、この混合物を焼成することにより得ることができる。これら原料粉末の混合比は、所望する焼成後の蛍光体の組成比及びEu付活量を考慮して適宜選択される。
本実施形態において封止樹脂部6は、半導体発光素子7を封止する透光性樹脂(モールド樹脂)からなる。透光性樹脂としては、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等を挙げることができる。
図3に示されるように、一次光光源として半導体発光素子7を好適に用いることができる。図3において模式的に示されるように、半導体発光素子7は、少なくともn側電極10、活性層9、p側電極8をこの順に含むものであり、図示されていないが、適宜必要な他の層を含む。
図6は、本実施形態に係る波長変換部材及びこれを用いた発光装置の一例を模式的に示す断面図である。図6に示される発光装置20は、半導体発光素子7を封止する封止樹脂部6に波長変換機能を持たせるのではなく、透光性樹脂26にβ型サイアロン蛍光体粒子2及びフォトニック結晶構造を有する構造体3である粒子(粒状物)が分散された波長変換部材25を封止樹脂部6上に別途配置したこと以外は、上記第1の実施形態と同様の構造を有する。波長変換部材25は、必要に応じて、ガラス基板等の透明基材21を介して封止樹脂部6上に配置される。
平均粒径200nmのシリカ球が5重量%の濃度で純水に分散されたコロイド溶液(Micromod社製、商品名:sicaster)10mLを、縦10mm×横10mmのAl基板が沈められたビーカ中に注ぎ、30℃で2週間放置することにより純水を徐々に蒸発させて、Al基板上に平均粒径200nmのシリカ球が規則配列した、図4に示されるようなオパール型フォトニック結晶膜を得た。
平均粒径220nmのポリスチレン球が10重量%の濃度で純水に分散されたコロイド溶液(Thermo Fisher社製、商品名:5000シリーズ)10mLを、縦10mm×横10mmのAl基板が沈められたビーカ中に注ぎ、30℃で2週間放置することにより純水を蒸発させて、Al基板上に平均粒径220nmのポリスチレン球が規則配列したオパール型フォトニック結晶膜を得た。
Si6-xAlxOxN8-xで表される組成式において、x=0.06である酸窒化物にEuが0.10at.%付活されたEu付活β型サイアロン蛍光体を得るべく、目開き45μmの篩を通した金属Si粉末93.59重量%、窒化アルミニウム粉末5.02重量%及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、メノウ製の乳鉢と乳棒とを用い、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、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。
シリコーン樹脂(信越化学製:KER−2500)と、製造例P1で得られたEu付活β型サイアロン蛍光体と、製造例S1で得られたフォトニック結晶粉末S1とを混合して樹脂組成物を得た。シリコーン樹脂の含有量を100重量%としたときのEu付活β型サイアロン蛍光体、フォトニック結晶粉末S1の含有量はそれぞれ5.7重量%、0.13重量%とした。
フォトニック結晶粉末S1の代わりに製造例S2で得られたフォトニック結晶粉末S2を用い、蛍光体濃度及びフォトニック結晶粉末濃度を表1に示す濃度としたこと以外は、実施例1と同様にして半導体発光装置を作製した。実施例1と同様にして、色度点(x,y)及びその色度点における光束を測定した。結果を下記の表1に示す。
蛍光体濃度が6.3重量%であり、フォトニック結晶粉末を含まない樹脂組成物を用いたこと以外は、実施例1と同様にして半導体発光装置を作製した。実施例1と同様にして、色度点(x,y)及びその色度点における光束を測定した。結果を下記の表1に示す。
蛍光体濃度が6.1重量%であり、フォトニック結晶粉末S1の代わりに市販のSiO2粉末(高純度化学製)をナイロンメッシュを用いて平均粒径11μmに粒径調整したものを用い、SiO2粉末の含有量を0.14重量%としたこと以外は、実施例1と同様にして半導体発光装置を作製した。実施例1と同様にして、色度点(x,y)及びその色度点における光束を測定した結果、色度点(x,y)=(0.195,0.186)であり、光束相対値は100.2%であった。
次の手順で、図6と同様の構造を有する半導体発光装置を作製した。まず、シリコーン樹脂(信越化学製:KER−2500)と、製造例P1で得られたEu付活β型サイアロン蛍光体と、製造例S1で得られたフォトニック結晶粉末S1とを混合して樹脂組成物を得た。シリコーン樹脂の含有量を100重量%としたときのEu付活β型サイアロン蛍光体、フォトニック結晶粉末S1の含有量はそれぞれ17.0重量%、1.5重量%とした。
Claims (5)
- 励起光を吸収して蛍光を発するβ型サイアロン蛍光体と、フォトニック結晶構造を有し、入射された前記励起光を反射する構造体とを含み、
前記構造体は、周期長が150〜250nmであり、
前記β型サイアロン蛍光体に対する前記構造体の含有量比が、重量比で0.1未満である、波長変換部材。 - 前記構造体は、440〜460nmの波長領域に発光ピーク波長を有する青色光を反射する構造体である、請求項1に記載の波長変換部材。
- 前記構造体は、オパール型又は逆オパール型のフォトニック結晶構造を有する、請求項1又は2に記載の波長変換部材。
- 前記構造体は、粒状物である、請求項1〜3のいずれかに記載の波長変換部材。
- 前記励起光を発する光源と、請求項1〜4のいずれかに記載の波長変換部材とを含む、発光装置。
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