JP6323177B2 - 半導体発光装置 - Google Patents
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Description
本発明は、発光素子と蛍光体とを組み合わせた半導体発光装置に関する。
発光装置として、青色発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）と黄色蛍光体を組み合わせた構成が利用されている（例えば、特許文献１を参照。）。この発光装置は、ＬＥＤからの青色光と、このＬＥＤから発せられた青色光の一部を、黄色蛍光体で変換させた黄色光とを混色することにより、白色系の混色光を得ることができるようにしたものである。そのため、この発光装置に用いられる蛍光体としては、ＬＥＤから発光される４２０ｎｍ〜４７０ｎｍの波長の青色光によって効率よく励起され、黄色に発光する特性が求められている。
黄色蛍光体としては、セリウム付活イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（以下、「ＹＡＧ系蛍光体」と呼ぶ。）が知られている。また、この黄色蛍光体のＹの一部を、Ｌｕ，Ｔｂ，Ｇｄ等で置換したり、Ａｌの一部をＧａ等で置換したりした蛍光体が知られている。このようなセリウム付活イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体は、（Ｙ，Ｌｕ，Ｔｂ，Ｇｄ）3（Ａｌ，Ｇａ）5Ｏ12：Ｃｅと表示することができ、組成を調整することで幅広く発光波長を調整することが可能である。
このような黄色蛍光体と青色ＬＥＤとを組み合わせた一般的な発光装置を、照明装置に用いる場合は、光束と演色性が重要である。例えば、青色ＬＥＤとＹＡＧ系蛍光体とを組み合わせると、青色と黄色の混色であることから緑色成分、赤色成分が不足して、演色性が低くなる傾向にある。このため、更に色温度の高い温かみのある電球色を発光させるには演色性を向上させる必要がある。そこで、温かみのある電球色に発光させ、かつ演色性を改善させるために、青色ＬＥＤと緑色から黄緑色に発光する蛍光体と、橙色から赤色に発光する蛍光体の２種類以上を組み合わせた発光装置が開発されている。
このような緑色、黄緑色、赤色蛍光体として、例えば、ケイ酸塩蛍光体、リン酸塩蛍光体、アルミン酸塩蛍光体、ホウ酸塩蛍光体、硫化物蛍光体、酸硫化物蛍光体等が知られている。さらに、これらの蛍光体に代わり、高エネルギーの励起においても輝度低下の少ない蛍光体として、例えば、サイアロン蛍光体、酸窒化物蛍光体、窒化物蛍光体等のように、結晶構造に窒素を含有する無機結晶を母体とする蛍光体が提案されている。
発光装置に用いられる赤色蛍光体として代表的なものは、ＣａＡｌＳｉＮ3を母体結晶としてＥｕ2+を付活させた窒化物蛍光体（以下、「ＣＡＳＮ蛍光体」と呼ぶ。）が知られている（特許文献２）。この蛍光体は、６５０ｎｍ付近に発光ピーク波長を有しており、この蛍光体に緑色から黄緑色に発光する蛍光体を組み合わせることで、演色性の高い発光装置を得ることができる。
さらに、ＣａＡｌＳｉＮ3：ＥｕのＣａの一部をＳｒに置換した、組成式が（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ3：Ｅｕで表される蛍光体（以下、「ＳＣＡＳＮ蛍光体」と呼ぶ。）が知られており、Ｓｒが多いほど、短波長化する（特許文献２）。また、ＳＣＡＳＮ蛍光体は、そのピーク波長が６１０〜６５０ｎｍであり、ＣＡＳＮ蛍光体よりも短い発光を示す。このような波長の短い赤色蛍光体を用いることで、赤味成分を付与しながらも、視感度の影響により発光装置をより明るくすることができる。このためＳＣＡＳＮ蛍光体は非常に有望な赤色蛍光体といえる。
ここで、ＳＣＡＳＮ蛍光体は、概略以下に述べるような製造プロセスによって製造される。まず窒化カルシウム（Ｃａ3Ｎ2）、窒化ストロンチウム（Ｓｒ3Ｎ2）窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ユーロピウム（ＥｕＮ）の原料粉末をＣａ：Ｓｒ：Ａｌ：Ｓｉ：Ｅｕ＝０.１９８４：０.７９３６：１：１：０.００８となるように窒素雰囲気のグローブボックス中で混合する。そして５００μｍのふるいを通して窒化ホウ素るつぼに自然落下させて充填した後、黒鉛抵抗加熱方式の電気炉にセットし、１ＭＰａの窒素ガス中において１８００℃の温度で２時間保持するガス加圧焼結法により焼成する。このようにしてＳＣＡＳＮ蛍光体が製造される。
しかしながら、この合成方法ではＣＡＳＮ蛍光体と比較して、発光強度が約８割と特性の低い蛍光体しか得られないことが判明した。この原因は、このような合成条件ではＣＡＳＮ蛍光体は安定であるのに対して、ＳＣＡＳＮ蛍光体は安定して存在できず、徐々に別の化合物（Ｓｒ2ＳｉＮ5，ＡｌＮ等）に分解して、純粋なＳＣＡＳＮが得られためであった。このため、更に特性を改善する方法が検討されていた。
このため、窒化カルシウムや窒化ケイ素、窒化アルミニウム等を用いず、カルシウム、ストロンチウム、ケイ素、アルミニウム、ユーロピウム金属を合金化し、合金を粉砕した粉末を窒化する方法が提案されている（特許文献３、非特許文献１（H. Watanabe, et al. "Synthetic Method and Luminescence Properties of SrxCa1-xAlSiN3:Eu2+ Mixed Nitride Phosphors" Journal of The Electrochemical Society,155 (3) F31-F36 (2008)））。
また演色性の高い、発光効率の高い発光装置を得るため、緑色蛍光体と赤色蛍光体の組み合わせが検討されているが、演色性と発光効率は不十分であり、更なる改善が求められている（特許文献４、５）。
このように従来の発光装置は、実用性においては未だ演色性、発光効率が不十分なものである。
H. Watanabe, et al. "Synthetic Method and Luminescence Properties of SrxCa1-xAlSiN3:Eu2+ Mixed Nitride Phosphors" Journal of The Electrochemical Society,155 (3) F31-F36 (2008)
本発明は、従来のこのような問題点に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、演色性を備えつつも、高い発光効率を示す白色系の混色光を出力可能な半導体発光装置を提供することにある。
本発明の一の側面に係る半導体発光装置は、発光素子と、その発光素子からの光により励起されて、波長が６１０ｎｍ〜６５０ｎｍの範囲内に発光ピークを有する第一発光スペクトルの蛍光を発する第一蛍光体と、前記発光素子からの光により励起されて、波長が５００ｎｍ〜５４０ｎｍの範囲内に発光ピークを有する第二発光スペクトルの蛍光を発する第二蛍光体と、セリウムで付活されたアルミン酸塩蛍光体である第三蛍光体と、を備え、前記発光素子からの光と前記第一蛍光体、前記第二蛍光体、及び第三蛍光体からの蛍光との混色光を発する。この半導体発光装置は、前記混色光の発光スペクトルが、波長が６００ｎｍ〜６４０ｎｍの範囲内に第一発光ピークを有しており、波長が５１０ｎｍ〜５４５ｎｍの範囲内に第二発光ピークを有し、かつ波長が５４５ｎｍ〜５８０ｎｍの範囲内に極小を有しており、６４０ｎｍよりも大きく発光強度が前記第一発光ピークの３０％となる波長と、前記第一発光ピークの波長との差が７６ｎｍよりも小さく、平均演色性評価数Ｒａが９０以上であり、前記第一蛍光体は、その組成の一般式が、
Ｓｒ t Ｃａ v Ｅｕ w Ａｌ x Ｓｉ y Ｎ z
（０．５≦ｔ＜１、０＜ｖ≦０．５、０．００５＜ｗ≦０．０３、ｔ＋ｖ＋ｗ＜１、０．９０≦ｘ≦１．１、０．９０≦ｙ≦１．１、２．５≦ｚ≦３．５）で表され、
前記第二蛍光体は、その組成の一般式が、
Ｃａ 8 ＭｇＳｉ 4 Ｏ 16 Ｃｌ 2 ：Ｅｕ、
（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ，Ｍｇ） 2 ＳｉＯ 4 ：Ｅｕ
のいずれかで表され、
前記第三蛍光体は、その組成の一般式が、
Ｌｕ 3 Ａｌ 5 Ｏ 12 :Ｃｅ、Ｙ 3 （Ａｌ，Ｇａ） 5 Ｏ 12 ：Ｃｅ、
Ｙ 3 Ａｌ 5 Ｏ 12 ：Ｃｅ、（Ｙ，Ｇｄ） 3 Ａｌ 5 Ｏ 12 ：Ｃｅ、
（Ｌｕ，Ｙ，Ｇｄ，Ｔｂ） 3 （Ａｌ，Ｇａ） 5 Ｏ 12 ：Ｃｅ
のいずれかで表される。
Ｓｒ t Ｃａ v Ｅｕ w Ａｌ x Ｓｉ y Ｎ z
（０．５≦ｔ＜１、０＜ｖ≦０．５、０．００５＜ｗ≦０．０３、ｔ＋ｖ＋ｗ＜１、０．９０≦ｘ≦１．１、０．９０≦ｙ≦１．１、２．５≦ｚ≦３．５）で表され、
前記第二蛍光体は、その組成の一般式が、
Ｃａ 8 ＭｇＳｉ 4 Ｏ 16 Ｃｌ 2 ：Ｅｕ、
（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ，Ｍｇ） 2 ＳｉＯ 4 ：Ｅｕ
のいずれかで表され、
前記第三蛍光体は、その組成の一般式が、
Ｌｕ 3 Ａｌ 5 Ｏ 12 :Ｃｅ、Ｙ 3 （Ａｌ，Ｇａ） 5 Ｏ 12 ：Ｃｅ、
Ｙ 3 Ａｌ 5 Ｏ 12 ：Ｃｅ、（Ｙ，Ｇｄ） 3 Ａｌ 5 Ｏ 12 ：Ｃｅ、
（Ｌｕ，Ｙ，Ｇｄ，Ｔｂ） 3 （Ａｌ，Ｇａ） 5 Ｏ 12 ：Ｃｅ
のいずれかで表される。
上記半導体発光装置は、視感度の低い長波成分を少なくしながら、高い演色性と高い光束との両立を実現できる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための、半導体発光装置を例示するものであって、本発明は、半導体発光装置を以下のものに特定しない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
本発明者等は、上述したような問題点に鑑み、更に鋭意研究を重ねた結果、発光装置の発光スペクトル形状、特に６１０ｎｍ以上の長波長領域の発光成分の強度と、５２０〜５８０ｎｍの発光成分の強度を最適化し、またこの発光装置に用いる赤色蛍光体であるＳＣＡＳＮ蛍光体の発光スペクトル形状、特に発光ピーク波長、半値幅又は反射率を制御することで、本発明を完成させたものである。
すなわち、本発明は、発光素子と、その発光素子からの光により励起されて６１０ｎｍ〜６５０ｎｍの波長領域に発光ピークを有する第一発光スペクトルの蛍光を発する第一蛍光体と、発光素子からの光により励起されて５００ｎｍ〜５４０ｎｍの波長領域に発光ピークを有する第二発光スペクトルの蛍光を発する第二蛍光体とを備えており、発光素子からの光と第一蛍光体及び第二蛍光体からの蛍光との混色光を発光可能な半導体発光装置である。混色光の発光スペクトルは、６００ｎｍ〜６４０ｎｍの波長領域に第一発光ピークを有している。また６４０ｎｍよりも大きく発光強度が第一発光ピークの３０％となる波長と、第一発光ピークの波長との差が７６ｎｍよりも小さく、平均演色性評価数Ｒａが９０以上、特殊演色性評価数Ｒ９が５０以上である。
なお、本明細書における近紫外線から可視光の短波長領域は、２４０ｎｍ〜５００ｎｍ付近の領域をいう。励起光源は、２４０ｎｍ〜４８０ｎｍに発光ピーク波長を有するものを用いることができる。そのうち、３６０ｎｍ〜４７０ｎｍに発光ピーク波長を有する励起光源を用いることが好ましい。特に、半導体発光素子で使用されている３８０ｎｍ〜４２０ｎｍ若しくは４５０ｎｍ〜４７０ｎｍの励起光源を用いることが好ましい。励起光源に半導体発光素子を利用することによって、高効率で入力に対する出力のリニアリティが高く、機械的衝撃にも強い安定した発光装置を得ることができる。
また本明細書において色名と色度座標との関係、光の波長範囲と単色光の色名との関係等は、ＪＩＳ Ｚ８１１０に従う。具体的には、３８０ｎｍ〜４５５ｎｍが青紫色、４５５ｎｍ〜４８５ｎｍが青色、４８５ｎｍ〜４９５ｎｍが青緑色、４９５ｎｍ〜５４８ｎｍが緑色、５４８ｎｍ〜５７３ｎｍが黄緑色、５７３ｎｍ〜５８４ｎｍが黄色、５８４ｎｍ〜６１０ｎｍが黄赤色、６１０ｎｍ〜７８０ｎｍが赤色である。
（蛍光体）
（蛍光体）
本発明の実施の形態に係る窒化物蛍光体は、ユーロピウムで付活され、近紫外線ないし青色光を吸収して赤色に発光する。この蛍光体は、一般式が（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ3：Ｅｕで示さる。また、この蛍光体には、フラックスとして種々の添加元素や、必要に応じてホウ素が含有されることもある。これにより、固相反応を促進させて均一な大きさの粒子を形成することが可能となる。
また、本発明の実施の形態に係る窒化物蛍光体は、紫外線から可視光の短波長側領域の光を吸収して、励起光の発光ピーク波長よりも長波長側に蛍光体の発光ピーク波長を有する。可視光の短波長側領域の光は、主に青色光領域となる。具体的には２５０ｎｍ〜５００ｎｍに発光ピーク波長を有する励起光源からの光により励起され、６００〜６５０ｎｍの波長の範囲にピーク波長のもつ蛍光を発光する。このような範囲の励起光源を用いることにより、発光効率の高い蛍光体を提供することができるからである。特に、２５０ｎｍ〜４２０ｎｍ或いは４２０ｎｍ〜５００ｎｍに主発光ピーク波長を有する励起光源を用いることが好ましく、更に４２０〜４８０ｎｍに発光ピーク波長を有する励起光源を用いることが好ましい。
また、窒化物蛍光体は、少なくとも一部が結晶を有することが好ましい。例えばガラス体（非晶質）は構造がルーズであるため、その生産工程における反応条件が厳密に一様になるよう管理できなければ、蛍光体中の成分比率が一定せず、色度ムラを生じる。これに対し、本実施の形態に係る窒化物蛍光体は、ガラス体でなく結晶性を有するため製造及び加工し易い。また、この蛍光体は有機媒体に均一に溶解できるため、発光性プラスチックやポリマー薄膜材料の調整が容易である。具体的に、本実施の形態に係る窒化物蛍光体は、少なくとも５０重量％以上、より好ましくは８０重量％以上が結晶を有している。これは、発光性を有する結晶相の割合を示し、５０重量％以上、結晶相を有しておれば、実用に耐え得る発光が得られるため好ましい。ゆえに結晶相が多いほど良い。これにより、発光輝度を高くすることができ、かつ加工し易くできる。
本発明の実施の形態に係る窒化物蛍光体は、希土類であるユーロピウムＥｕが発光中心となる。ただ、ユーロピウムのみに限定されず、その一部を他の希土類金属やアルカリ土類金属に置き換えて、Ｅｕと共賦活させたものも使用できる。２価希土類イオンであるＥｕ2+は適当な母体を選べば安定に存在し、発光する効果を奏する。
（蛍光体原料）
（蛍光体原料）
次に、窒化物蛍光体の製造方法について説明する。本発明の実施の形態に係る窒化物蛍光体は、湿式、乾式で、各種蛍光体原料を混合して製造される。蛍光体原料として、Ｓｒ、Ｃａ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｅｕ、必要に応じて添加元素が単独で、あるいは各々の化合物が使用される。以下に個々の原料について説明する。
蛍光体組成のＳｒは、単独、あるいはＳｒの一部を、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂａ等で置換することもできる。蛍光体組成のＣａもＳｒと同じく、単独あるいはＣａの一部を、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｂａ等で置換することもできる。これにより、窒化物蛍光体の発光波長のピークを調整することができる。
蛍光体組成のＣａは、単体を使用することが好ましいが、イミド化合物、アミド化合物等の化合物を使用することもできる。また原料Ｃａは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｂ、Ａｌ等を含有するものでもよい。原料は、精製したものが好ましい。これにより、精製工程を必要としないため、蛍光体の製造工程を簡略化でき、安価な窒化物蛍光体を提供することができるからである。原料のＣａは、アルゴン雰囲気中、グローブボックス内で粉砕を行う。Ｃａの粉砕の目安としては、平均粒径が約０．１μｍ〜１５μｍの範囲であることが、他の原料との反応性、焼成時及び焼成後の粒径制御等の観点から好ましいが、この範囲に限定されない。Ｃａの純度は、２Ｎ以上であることが好ましいが、これに限定されない。
蛍光体組成のＳｉも好ましくは単独で使用されるが、その一部を第ＩＶ族元素のＧｅ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆで置換することもできる。ただ、Ｓｉのみを使用して、安価で結晶性の良好な窒化物蛍光体となる。
蛍光体組成のＡｌも好ましくは単独で使用されるが、その一部を第ＩＩＩ族元素のＧａやＩｎ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｏで置換することもできる。ただ、Ａｌのみを使用して、安価で結晶性の良好な窒化物蛍光体となる。ただ、Ａｌの窒化物、Ａｌの酸化物を利用しても良い。これらの原料は精製したものを用いる方が良いが、市販の物を用いても良い。具体的にはＡｌの窒化物として窒化アルミニウムＡｌＮ、Ａｌの酸化物として酸化アルミニウムＡｌ2Ｏ3を使用できる。
賦活剤のＥｕは、好ましくは単独で使用されるが、Ｅｕの一部を、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕで置換してもよい。Ｅｕの一部を他の元素で置換することにより、他の元素は、共賦活として作用する。共賦活とすることにより色調を変化することができ、発光特性の調整を行うことができる。Ｅｕを必須とする混合物を使用する場合、所望により配合比を変えることができる。ユーロピウムは、主に２価と３価のエネルギー準位を持つが、窒化物蛍光体は、母体の例えばＣａに対して、Ｅｕ2+を賦活剤として用いる。
また、原料としてＥｕの化合物を使用しても良い。この場合、原料は精製したものを用いる方が良いが、市販の物を用いても良い。具体的にはＥｕの化合物として酸化ユーロピウムＥｕ2Ｏ3、金属ユーロピウム、窒化ユーロピウム等も使用可能である。また、原料のＥｕは、イミド化合物、アミド化合物を用いることもできる。酸化ユーロピウムは、高純度のものが好ましく、また市販のものも使用することができる。本発明の実施の形態に係る蛍光体は発光の中心として２価のＥｕを用いるが、２価のＥｕは酸化され易く、一般に３価のＥｕ2Ｏ3の組成で市販されている。
さらに必要に応じて加える元素は、通常、酸化物、若しくは酸化水酸化物で加えられるが、これに限定されるものではなく、メタル、窒化物、イミド、アミド、若しくはその他の無機塩類でも良く、また、予め他の原料に含まれている状態でも良い。
また、本発明の実施の形態に係る窒化物系蛍光体の組成中に酸素が含有されることがある。酸素は、原料となる各種酸化物から導入されるか、焼成中に原料が酸化されるか、或いは生成後の蛍光体に付着して混入すると考えられる。一般に組成中の酸素のモル比を制御することで、蛍光体の結晶構造を変化させ、蛍光体の発光ピーク波長をシフトさせることが可能である。しかし一方で、発光効率の観点からは、蛍光体に含まれる酸素濃度は少ない方が好ましく、生成相の質量に対して５ｗ％以下の酸素濃度であることが好ましい。
（フラックス）
（フラックス）
本発明の実施の形態に係る窒化物蛍光体に、例えば、ホウ素のようなフラックスを添加させることができる。一般的に窒化物蛍光体は融点の高い物が多く、固相反応させた際に液相が生じ難く、反応がスムーズに進行しない場合が多い。しかし、ホウ素を含有したものでは、液相の生成温度が低下し、液相が生じ易くなるために、反応が促進され、さらには個相反応がより均一に進行するために発光特性に優れた蛍光体を得ることができると考えられる。窒化物蛍光体に添加するホウ素のモル濃度を０．５モル以下とし、好ましくは、０．３モル以下としてもよい。さらに、０．００１モル以上とする。さらに好ましくは、ホウ素のモル濃度は、０．００１以上であって、０．２以下の範囲とする。この範囲の濃度であれば、上記の効果が得られ、また、焼結が激しくならず、解砕工程で発光特性が低下しない効果が得られるからである。ホウ素化合物は熱伝導率が高い物質であるため、原料に添加することにより、焼成中における原料の温度分布が均一となり、個相反応を促進させ、発光特性が向上するものと推定される。添加の方法としては、原料混合の際に一緒に添加し、混合する方法が採用できる。
蛍光体のホウ素原料として、ボロン、ホウ化物、窒化ホウ素、酸化ホウ素、ホウ酸塩等が使用できる。具体的には、蛍光体原料に添加するホウ素として、Ｂ、ＢＮ、Ｈ3ＢＯ3、Ｂ2Ｏ3、ＢＣｌ3、ＳｉＢ6、ＣａＢ6等が挙げられる。これらのホウ素化合物は、原料に所定量を秤量して、添加する。
（蛍光体の製造方法）
（蛍光体の製造方法）
次に、本発明の実施の形態に係る窒化物蛍光体の一例として一般式ＳｒtＣａvＥｕwＡｌxＳｉyＮz（０．５≦ｔ＜１、０＜ｖ≦０．５、０．００５＜ｗ≦０．０３、ｔ＋ｖ＋ｗ＜１、０．９０≦ｘ≦１．１、０．９０≦ｙ≦１．１、２．５≦ｚ≦３．５）の内、Ｓｒ0.85Ｃａ0.135Ｅｕ0.015ＡｌＳｉＮ3の製造方法を用いて説明するが、蛍光体の製造方法は、本製造方法に限定されない。
まず原料のＣａを粉砕する。次に原料のＣａを、窒素雰囲気中で窒化する。即ち、窒素雰囲気中、原料のＣａを６００℃〜９００℃で約５時間窒化することにより、Ｃａの窒化物を得ることができる。Ｃａの窒化物は、高純度のものが好ましい。この反応式を、化１に示す。
さらにＣａの窒化物を、アルゴン雰囲気中、若しくは、窒素雰囲気中、グローブボックス内で粉砕を行う。
また原料のＳｒもＣａと同じように窒素雰囲気で窒化を行う。窒化は６００℃〜９００℃で行い、この反応式を化２に示す。
一方、原料のＳｉを粉砕する。原料のＳｉは、単体を使用することが好ましいが、窒化物化合物、イミド化合物、アミド化合物等を使用することもできる。例えば、Ｓｉ3Ｎ4、Ｓｉ（ＮＨ2）2、Ｍｇ2Ｓｉ等である。原料のＳｉの純度は、３Ｎ以上のものが好ましいが、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｂ、Ａｌ、Ｃｕ等の異なる元素が含有されていてもよい。Ｓｉも、原料のＣａと同様に、アルゴン雰囲気中、若しくは、窒素雰囲気中、グローブボックス内で粉砕を行う。Ｓｉ化合物の平均粒径は、約０．１μｍ〜１５μｍの範囲であることが他の原料との反応性、焼成時及び焼成後の粒径制御等の観点から好ましいが、これに限定されない。
次に原料のＳｉを、窒素雰囲気中で窒化する。具体的には、窒素雰囲気中、ケイ素Ｓｉを８００℃〜２０００℃で約５時間窒化することにより窒化ケイ素を得る。本発明の実施の形態で使用する窒化ケイ素は、高純度のものが好ましい。この反応式を、以下の化３に示す。
さらに同様に、Ｓｉの窒化物を窒素雰囲気中、グローブボックス内で０．１μｍ〜１０μｍに粉砕を行う。
また一方で、Ａｌの直接窒化法等によりＡｌＮを合成する。このＡｌの窒化物であるＡｌＮ、及びＥｕの化合物Ｅｕ2Ｏ3を粉砕する。粉砕後の平均粒径は、好ましくは約０．１μｍから１５μｍ、また、より好ましくは約０．１μｍから１０μｍの範囲であれば、他の原料との反応性、焼成時及び焼成後の粒径制御等の観点から好適であるが、これに限定されない。ただし、すでに市販されているＡｌＮ粉を使用することもできる。これにより工程を簡易化できる。
上記粉砕を行った後、例えばＳｒ：Ｃａ：Ｅｕ：Ａｌ：Ｓｉ＝０．８５：０．１３５：０．０１５：１．０：１．０の組成比となるように、Ｓｒの窒化物、Ｃａの窒化物、Ｓｉの窒化物、Ａｌの窒化物、Ｅｕの酸化物と、必要に応じて添加元素の化合物を計量して混合する。なお、目的の蛍光体の組成比は、上記組成比に限定されることはない。また、この混合は乾式でも行うことができる。
上記の混合物を窒素雰囲気中で焼成する。焼成は、ガス加圧電気炉を使用することができる。焼成温度は、１２００℃から２２００℃の範囲で焼成を行うことができるが、１５００℃から２１００℃の焼成温度が好ましい。焼成は、８００℃から１４００℃で一段階目の焼成を行い、徐々に加熱して１５００℃から２１００℃で二段階目の焼成を行う二段階焼成（多段階焼成）を使用することもできる。蛍光体の原料は、黒鉛等の炭素材質、窒化ホウ素（ＢＮ）材質のルツボ、ボートを用いて焼成を行うことが好ましい。上記以外に、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）やＭｏ材質等のルツボを使用することもできるが、ＢＮが好ましい。
また、還元雰囲気は、窒素、水素、アルゴン、二酸化炭素、一酸化炭素、アンモニアの少なくとも１種以上を含む雰囲気とできる。ただ、これら以外の還元雰囲気下でも焼成を行うことができる。
焼成により、Ｓｒ0.85Ｃａ0.135Ｅｕ0.015ＡｌＳｉＮ3で表される蛍光体を得ることができる。この焼成による窒化物蛍光体の反応式の例を、化４に示す。
ただし、この組成は、配合比率より推定される代表組成である。また、各原料の配合比率を変更することにより、目的とする蛍光体の組成を変更することができる。
また別の合成法も可能である。具体的には各元素の金属を所定の組成比になるように計量した後に溶融させ、合金を合成する。その合金の粉砕を行った後、Ｎ２ガス雰囲気中でガス加圧焼結炉やＨＩＰ炉により合金を窒化させて、目的組成となる窒化物を合成することもできる。
以上の製造方法によって、目的とする窒化物蛍光体を得ることが可能である。また、Ｅｕは希土類元素であり、Ｅｕの一部を各種の希土類に置き換えて、又はＥｕに加えて、Ｌａ、Ｃｅ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｌｕ等の希土類元素を含んでいる窒化物蛍光体とすることも可能である。以上のようにして、良好な窒化物蛍光体を得ることができる。
上記の窒化物蛍光体に係る発光特性のデータは後述するが、本発明の実施の形態に係る窒化物蛍光体は、発光ピーク波長と半値幅を制御でき、特に長波長成分を少なくし、半値幅を狭くできることが確認された。したがって、窒化物蛍光体を用いた発光装置において、窒化物蛍光体を用いることで演色性を損なうことなく、光束を高くできる特長を有する。
（粒径）
（粒径）
窒化物蛍光体の粒径は５μｍ〜２０μｍの範囲が好ましい。５μｍ〜２０μｍの粒径範囲の蛍光体は、光の吸収率及び変換効率が高い。このように、光学的に優れた特徴を有する粒径の大きな蛍光体を後述する発光装置に含有させることにより、発光装置の発行効率が向上する。
ここで粒径は、Ｆ．Ｓ．Ｓ．Ｓ．Ｎｏ．（Fisher Sub Sieve Sizer's No.）における空気透過法で得られる平均粒径を指す。具体的には、気温２５℃、湿度７０％の環境下において、１ｃｍ3分の試料を計り取り、専用の管状容器にパッキングした後、一定圧力の乾燥空気を流し、差圧から比表面積を読み取り、平均粒径に換算した値である。本実施の形態で用いられる蛍光体の平均粒径は２μｍ〜１５μｍの範囲であることが好ましい。また、この平均粒径値を有する蛍光体が、頻度高く含有されていることが好ましい。また、粒度分布も狭い範囲に分布しているものが好ましい。このように粒径、及び粒度分布のバラツキが小さい蛍光体を用いることにより、より色ムラが抑制され、良好な色調を有する発光装置が得られる。
（発光装置）
（発光装置）
次に、上記の窒化物蛍光体を波長変換部材として利用した発光装置について説明する。発光装置には、例えば蛍光ランプ等の照明器具、ディスプレイやレーダー等の表示装置等が挙げられる。波長変換部材の励起光源には、半導体発光素子を使用する。ここで発光素子には、可視光を発する素子のみならず、近紫外光や遠紫外光等を発する素子も含める意味で使用する。また励起光源として、半導体発光素子以外に、既存の蛍光灯に使用される水銀灯等、紫外から可視光の短波長領域に発光ピーク波長を有する励起光源を適宜利用できる。
ここでは発光装置の実施の形態として、励起光源に近紫外から可視光の短波長領域の光を放つ発光素子を備えた表面実装型の半導体発光装置を使用する。発光素子は、小型で電力効率が良く鮮やかな色の発光をする。また、発光素子は半導体素子であるため球切れ等の心配がない。さらに初期駆動性が優れ、振動やオン・オフ点灯の繰り返しに強いという特長を有する。そのため、発光素子と、窒化物蛍光体とを組み合わせる発光装置であることが好ましい。
（発光素子）
（発光素子）
発光素子は、サファイア基板上にそれぞれ窒化物半導体からなるｎ型層、活性層及びｐ型層の順に積層されてなる半導体層を有している。互いに分離されて露出されたｎ型半導体にはｎ電極が形成され、一方、ｐ型半導体にはｐ電極が形成されている。
具体的に、発光素子は、成長基板上に半導体層をエピタキシャル成長させた半導体発光素子が好適に利用できる。成長基板としてはサファイア基板が好適に挙げられるが、これに限定されず例えばスピネル、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓ等、公知の部材を用いることができる。また、サファイア基板のような絶縁性基板でなく、ＳｉＣ、ＧａＮ、ＧａＡｓ等の導電性基板を用いることにより、ｐ電極及びｎ電極を発光素子の上面と下面にそれぞれ対向して配置させることもできる。
発光素子は、紫外線領域から可視光領域までの光を発することができる。特に３５０ｎｍ〜５５０ｎｍ近傍に発光ピーク波長を有する発光素子を使用し、蛍光物質を効率よく励起可能な発光波長を有する光を発光できる発光層を有することが好ましい。ここでは発光素子として窒化物半導体発光素子を例にとって説明するが、これに限定されるものではない。
このように発光素子から放出される光を励起光源とすることで、従来の水銀ランプに比して消費電力の低い、効率の良い発光装置を実現できる。
このような発光素子を搭載した発光装置として、いわゆる砲弾型や表面実装型等種々のタイプがある。本実施の形態では、図１を参照しながら、表面実装型の発光装置について説明する。この図は、本実施の形態に係る発光装置１００の模式図である。本実施の形態に係る発光装置１００は、凹部を有するパッケージ４０と、発光素子１０と、発光素子１０を被覆する封止部材５０とを備える。発光素子１０は、パッケージ４０に形成された凹部の底面に配置されており、パッケージ４０に配置された正負一対のリード電極２０、３０に導電性ワイヤ６０によって電気的に接続されている。封止部材５０は、凹部内に充填されており、蛍光体７０を含有する樹脂によって形成されている。さらに正負一対のリード電極２０、３０は、その一端がパッケージ４０の外側面に突出されて、パッケージ４０の外形に沿うように屈曲されている。これらのリード電極２０、３０を介して、外部から電力の供給を受けて発光装置１００が発光する。以下に、本実施の形態に係る発光装置を構成する部材について説明する。
（蛍光体）
（蛍光体）
本実施の形態に係る蛍光体７０は、封止部材５０中で部分的に偏在するよう配合されている。このとき封止部材は、発光素子や蛍光体を外部環境から保護するための部材としてではなく、波長変換部材としても機能する。このように発光素子１０に接近して載置することにより、発光素子１０からの光を効率よく波長変換することができ、発光効率の優れた発光装置とできる。なお、蛍光体を含む部材と、発光素子との配置は、それらを接近して配置させる形態に限定されることなく、蛍光体への熱の影響を考慮して、発光素子と蛍光体を含む波長変換部材との間隔を空けて配置することもできる。また、蛍光体７０を封止部材５０中にほぼ均一の割合で混合することによって、色ムラのない光を得るようにすることもできる。
また、蛍光体７０は２種以上の蛍光体を用いてもよい。例えば、本実施の形態に係る発光装置１００において、青色光を放出する発光素子１０と、これに励起される実施の形態に係る蛍光体と、緑色光を発する蛍光体を併用することで、演色性に優れた白色系の混色光を得ることができる。
また、発光ピーク波長が微妙に異なる緑色に発光する蛍光体をさらに追加することで、色再現性や演色性を更に向上させることができる。また、紫外線を吸収して青色に発光する蛍光体により、青色に発光する発光素子に代わりに紫外線を発光する発光素子を組み合わせることで、色再現性や演色性を向上させることもできる。
緑色光を発する蛍光体としては、例えば、組成の一般式が、（Ｙ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｌｕ）3（Ａｌ，Ｇａ）5Ｏ12：Ｃｅで表されるＣｅ付活アルミン酸塩蛍光体、Ｓｉ6-zＡｌzＯzＮ8-z：Ｅｕで表されるβ型サイアロン蛍光体、Ｃａ3Ｓｃ2Ｓｉ3Ｏ12：Ｃｅ、あるいは（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ、Ｃａ3Ｓｃ2Ｓｉ3Ｏ12：Ｃｅ等のケイ酸塩蛍光体、（Ｃａ，Ｓｒ）8ＭｇＳｉ4Ｏ16Ｃｌ2：Ｅｕ、Ｃａ8ＭｇＳｉ4Ｏ16Ｃｌ2-δ：Ｅｕ，Ｍｎ等のクロロシリケート蛍光体、ＳｒＧａＳ4：Ｅｕ、ＳｒＧａ2Ｓ4：Ｅｕ等のＥｕ付活硫化物蛍光体、その他、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）3Ｓｉ6Ｏ9Ｎ4：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）3Ｓｉ6Ｏ12Ｎ2：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）Ｓｉ2Ｏ2Ｎ2：Ｅｕ、ＣａＳｃ2Ｏ4：Ｃｅ、を用いることができる。
（封止部材）
（封止部材）
封止部材５０は、発光装置１００の凹部内に載置された発光素子１０を覆うように透光性の樹脂やガラスで充填されて形成される。製造のし易さを考慮すると、封止部材の材料は、透光性樹脂が好ましい。透光性樹脂は、シリコーン樹脂組成物を使用することが好ましいが、エポキシ樹脂組成物、アクリル樹脂組成物等の絶縁樹脂組成物を用いることもできる。また、封止部材５０には蛍光体７０が含有されているが、さらに適宜、その他の材料を添加することもできる。例えば、光拡散材を含むことで、発光素子からの指向性を緩和させ、視野角を増大させることができる。
［実施例］
［実施例］
以下、本発明の実施例として、窒化物蛍光体及びそれを用いた発光装置を製造し、その発光特性を測定した結果について説明する。
（蛍光体の実施例および比較例）
（蛍光体の実施例および比較例）
まず、第一蛍光体である一般式（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ3：Ｅｕで表される実施例１、２、比較例１の蛍光体は、その構成元素が下記の表２に各々示される仕込み組成比になるよう秤量された各材料から、上述したような蛍光体の製造方法によって製造した。
得られた比較例１及び実施例１、２の蛍光体の発光特性を表１に示す。なお、表１において、Ｄは蛍光体の粒径（平均粒径）、ｘ、ｙは蛍光体の色度、ＥＮＧはエネルギー、λpは発光ピーク波長を表す。また蛍光体の各元素の設計組成比を表２に示す。さらに図２は、実施例１、２、比較例１の蛍光体について、規格化された発光スペクトルを示す。表１、図２に示すようにこれら実施例１、２の蛍光体の発光波長は６２０〜６３５ｎｍであり、半値幅が９２ｎｍ（８５ｎｍ以上）である比較例１の蛍光体と比較して、実施例１、２の蛍光体は、その半値幅が８０ｎｍ，８１ｎｍと小さく、輝度は比較例１よりも高い。
また、第二蛍光体として、一般式がＣａ8ＭｇＳｉ4Ｏ16Ｃｌ2：Ｅｕ（実施例３、５）、あるいは（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ，Ｍｇ）2ＳｉＯ4：Ｅｕ（実施例４）で表される実施例３，４，５の蛍光体と、一般式がＬｕ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅで示される比較例２の蛍光体、更に第三蛍光体として、一般式がＹ3（Ａｌ，Ｇａ）5Ｏ12：Ｃｅで示される実施例６の蛍光体の発光特性を表３に、発光スペクトルを図３に示す。
表３、図３に示されるように実施例３，４，５、比較例２の蛍光体は５１０〜５３０ｎｍに発光ピークを有しているが、比較例２の蛍光体は半値幅が８０ｎｍ以上であり、それに対して実施例３，４，５の蛍光体は半値幅が５５〜７０ｎｍと狭い。
以上の実施例１〜６は、本発明に係る発光装置に使用可能な蛍光体例を説明した。次に実施例１１以降では、上述した蛍光体にＬＥＤを組み合わせた例について説明する。表４、５は、実施例１、比較例１の第一蛍光体と実施例３の第二蛍光体とを組み合わせて発光装置を構成した実施例１１、比較例１１の特性を評価した結果を示す。また、図４に実施例１１及び比較例１１の発光装置の規格化された発光スペクトルを示す。本実施例および比較例の発光装置におけるＬＥＤとして、大きさが５００μｍ×２９０μｍであり、発光ピーク波長が４５５ｎｍであるＬＥＤチップを用い、蛍光体と組み合わせて表面実装型の発光装置を試作した。
なお、以下の説明における、ｘ、ｙは発光装置の色度、Ｒａは赤味を表す平均演色性評価数、Ｒ９は特殊演色性評価数、λp30%は６４０ｎｍ以上の波長領域で最高ピーク強度の３０％となる波長、λp30%−λp100%は、６４０ｎｍよりも大きい波長において発光強度が第一発光ピークの３０％となる波長（λp30%）から第一の発光ピークの波長を引いた波長を示す。また、「第一発光ピークの強度と波長」は波長が６００〜６４０ｎｍの範囲の極大となる最大発光強度とその発光ピーク波長であり、「第二発光ピークの強度と波長」は波長が５１０〜５４５ｎｍの範囲の極大となる最大発光強度とその発光ピーク波長であり、「極小の強度と波長」は５４５〜５８０ｎｍの範囲で極小となる最小発光強度とその極小となる波長である。
表４に示すように、この実施例１１及び比較例１１の発光装置の一般演色性Ｒａ、Ｒ９は、ともに９０よりも大きい値を示している。比較例１１と実施例１１のＲａ、Ｒ９はほぼ同じであるが、比較例１１の光束を１００％とした場合の実施例１１の光束は、１０６．１％であり、比較例１１よりも約６％高くなっている。
また表５に示すように、実施例１１の第一発光ピークの波長は６２３．１ｎｍ、第二発光ピークの波長は５２６．７ｎｍであり、６４０ｎｍよりも大きい波長において発光強度が第一発光ピークの３０％となる波長６８８．４ｎｍ（λp30%）と、第一発光ピークの波長（λp100%）との差（λp30%−λp100%）は６５．４ｎｍであり、７６ｎｍより小さくなっている。つまり、これは発光強度が第一発光ピークの３０％の強度となる波長が第一発光ピークの波長に近いことを示している。これにより、視感度の低い長波長成分が減少することで、実施例の光束が高くなっていると考えられる。
また第二のピークの波長が５２６．７ｎｍ、黄色領域での極小が５６３．４ｎｍにあり、凹凸を有する特殊な発光スペクトル形状にすることでＲａ、Ｒ９を高くすることができている。このように特定の蛍光体を用い、発光装置の発光スペクトルを調整することで、演色性Ｒａ、Ｒ９を高くしながら、光束も高くすることができる。
比較例１２、１３、実施例１２における発光装置の発光特性を表６、７に示す。これらの発光装置の構成は、第二蛍光体について、実施例３の蛍光体から実施例４および比較例２の蛍光体へ、それぞれ変更した以外は比較例１１、実施例１１と同じである。表６、表７は、実施例１２及び比較例１２、１３の発光装置の特性を示す。また、図５は、実施例１２、１３及び比較例１２の発光装置の規格化された発光スペクトルを、それぞれ示す。さらに、図６は、規格化された発光スペクトルのうち波長を５２０〜５８０ｎｍの範囲に限定し、第二発光ピークと極小を分かり易くするために示した発光スペクトルである。
表６に示すとおり、実施例１２は比較例１２より光束が約７％高くなっている。このとき、実施例１２の第一発光ピークの波長（λp100%）は６１８．６ｎｍ、λp30%−λp100%は６９．１であり、７６ｎｍより小さく、これは長波成分が少ないことを示している。また第二発光ピークの波長は５３１．２ｎｍ、黄色領域での極小が５６０．４ｎｍにある。また比較例１３は第二発光ピークや極小がなく、光束は高いがＲａが９０より小さく、Ｒ９が５０より小さくなっており、実施例１２よりも演色性が劣る。それに対して、実施例１２は演色性Ｒａ、Ｒ９を高くしながら高い光束が得られた。
比較例１４、実施例１３、１４、１５は第三蛍光体として実施例６の蛍光体を用い、第一蛍光体と第二蛍光体を表８に示す組み合わせとした以外は同様に発光装置を作成した。
表８、表９は、実施例１３、１４、１５、１６及び比較例１４の発光装置の特性を示す。また、図７Ａ〜図７Ｄは、実施例１３、１４、１５、１６及び比較例１４における発光装置の規格化された発光スペクトルを示す。さらに、図８Ａ〜図８Ｄは、その規格化された発光スペクトルのうち波長が５２０〜５８０ｎｍの範囲を拡大して、第二発光ピーク、極小が分かり易く拡大した発光スペクトルを示す。
表８、表９は、実施例１３、１４、１５、１６及び比較例１４の発光装置の特性を示す。また、図７Ａ〜図７Ｄは、実施例１３、１４、１５、１６及び比較例１４における発光装置の規格化された発光スペクトルを示す。さらに、図８Ａ〜図８Ｄは、その規格化された発光スペクトルのうち波長が５２０〜５８０ｎｍの範囲を拡大して、第二発光ピーク、極小が分かり易く拡大した発光スペクトルを示す。
これらに示すとおり、実施例１３、１４、１５、１６は比較例１４よりそれぞれ０．４〜２．４％光束が高くなっている。このとき、実施例１３、１４、１５、１６の第一発光ピークの波長は、それぞれ６２０．１ｎｍ、６１９．３ｎｍ、６１４．９ｎｍ、６１５．６ｎｍであり、λp30%−λp100%は、それぞれ６３．１ｎｍ、６９．１ｎｍ、７３．５ｎｍ、７２．１ｎｍであり、７６ｎｍより小さく、長波成分が少ないことを示している。また第二発光ピークの波長は、それぞれ５３２．７ｎｍ、５２９．７ｎｍ、５２６．７ｎｍ、５４２．５ｎｍであり、黄色領域での極小が５５１．４ｎｍ、５５１．４ｎｍ、５５０．０ｎｍ、５５１．４ｎｍにある。その一方、比較例１３は第二発光ピークや極小が観測されない。実施例１３、１４、１５、１６のようにスペクトルを調整することでＲａ、Ｒ９を高くしながら光束を高くすることができる。
比較例１５、実施例１７は実施例１５の組合せで、蛍光体配合比を変更し、色温度を約３０００Ｋとした以外は同様の方法で発光装置を作成した。
表１０、表１１は、実施例１７及び比較例１５の発光装置の特性を示す。また、図９は、実施例１７及び比較例１５の発光装置の規格化された発光スペクトルを示す。
表１０、表１１は、実施例１７及び比較例１５の発光装置の特性を示す。また、図９は、実施例１７及び比較例１５の発光装置の規格化された発光スペクトルを示す。
表１０に示すとおり、実施例１７は比較例１５より１．６％光束が高くなっている。このとき、表１１に示すとおり、実施例１７の第一発光ピークの波長は、６２０．８ｎｍ、λp30%−λp100%は６６．８ｎｍであり、７６ｎｍより小さく、これは長波成分が少ないことを示す。また実施例１７の第二発光ピークの波長は、５３１．２ｎｍであり、黄色領域での極小が５６０．４ｎｍにある。実施例１７のようにスペクトルを調整することでＲａ、Ｒ９を高くしながら光束を高くすることができる。
比較例１６、実施例１８は実施例１５の組合せで、蛍光体配合比を変更し、色温度を約４０００Ｋとした以外は同様の方法で発光装置を作成した。表１２、表１３は、実施例１８及び比較例１６の発光装置の特性を示す。また、図１０は、実施例１８及び比較例１６における発光装置の規格化された発光スペクトルを示す。
表１２に示すとおり、実施例１８は比較例１６より１．５％光束が高くなっている。このとき、表１３に示すとおり、実施例１８の第一発光ピークの波長は、６１６．４ｎｍ、λp30%−λp100%は７２．１ｎｍであり、７６ｎｍより小さく、長波成分が少ないことを示している。また第二発光ピークの波長は、５２９．７ｎｍ、黄色領域での極小が５６７．９ｎｍにある。実施例１８のようにスペクトルを調整することでＲａ、Ｒ９を高くしながら光束を高くすることができる。
比較例１７、実施例１９は実施例１５の組合せで、蛍光体配合比を変更し、色温度を約５０００Ｋとした以外は同様の方法で発光装置を作成した。表１４、表１５は、実施例１９及び比較例１７の発光装置の特性を示す。また、図１１は、実施例１９及び比較例１７の発光装置の規格化された発光スペクトルを示す。
表１４に示すとおり、実施例１９は比較例１７より２．０％光束が高くなっている。このとき、表１５に示すとおり、実施例１９の第一発光ピークの波長は、６１７.９ｎｍ、λp30%−λp100%は６９．８ｎｍであり、７６ｎｍより小さく、長波成分が少ないことを示している。また第二発光ピークの波長は、５２４．５ｎｍ、黄色領域での極小が５７２．４ｎｍにある。実施例１９のようにスペクトルを調整することでＲａ、Ｒ９を高くしながら光束を高くすることができる。
比較例１８、実施例２０は実施例１５の組合せで、蛍光体配合比を変更し、色温度を約６３００Ｋとした以外は同様の方法で発光装置を作成した。表１６、表１７は、実施例２０及び比較例１８の発光装置の特性を示す。また、図１２は、実施例２０及び比較例１８の発光装置の規格化された発光スペクトルを示す。
表１６に示すとおり、実施例２０は比較例１８より１．８％光束が高くなっている。このとき、表１７に示すとおり、実施例１９の第一発光ピークの波長は、６１１．９ｎｍ、λp30%−λp100%は７５ｎｍであり、７６ｎｍより小さく、長波成分が少ないことを示している。また第二発光ピークの波長は、５２４．５ｎｍ、黄色領域での極小が５７７．６ｎｍにある。スペクトルを調整することでＲａ、Ｒ９を高くしながら光束を高くすることができる。
以上のように実施例に係る発光装置によれば、混色光のスペクトル形状を最適化することで、演色性と発光効率を両立することが可能となる。また発光装置は、青色発光するＬＥＤと緑色蛍光体と赤色蛍光体、あるいは第三蛍光体を組み合わせとして、赤色蛍光体にＳＣＡＳＮ蛍光体を用いることが好適である。さらにＳＣＡＳＮ蛍光体の発光スペクトルを制御することで、演色性と効率との両立が実現される。
本発明の半導体発光装置は、特に青色発光ダイオード又は紫外線発光ダイオードを励起光源とする発光特性に極めて優れた照明用光源、ＬＥＤディスプレイ、バックライト光源、信号機、照明式スイッチ、各種センサ及び各種インジケータ等に好適に利用できるので、産業上の利用価値は極めて高い。
１００…発光装置、１０…発光素子、２０、３０…リード電極、４０…パッケージ、５０…封止部材、６０…導電性ワイヤ、７０…蛍光体。
Claims (6)
- 発光素子と、
前記発光素子からの光により励起されて、波長が６１０ｎｍ〜６５０ｎｍの範囲内に発光ピークを有する第一発光スペクトルの蛍光を発する第一蛍光体と、
前記発光素子からの光により励起されて、波長が５００ｎｍ〜５４０ｎｍの範囲内に発光ピークを有する第二発光スペクトルの蛍光を発する第二蛍光体と、
セリウムで付活されたアルミン酸塩蛍光体である第三蛍光体と、
を備え、
前記発光素子からの光と前記第一蛍光体、前記第二蛍光体、及び第三蛍光体からの蛍光との混色光を発する半導体発光装置であって、
前記混色光の発光スペクトルは、
波長が６００ｎｍ〜６４０ｎｍの範囲内に第一発光ピークを有しており、
波長が５１０ｎｍ〜５４５ｎｍの範囲内に第二発光ピークを有し、かつ
波長が５４５ｎｍ〜５８０ｎｍの範囲内に極小を有しており、
６４０ｎｍよりも大きく発光強度が前記第一発光ピークの３０％となる波長と、前記第一発光ピークの波長との差が７６ｎｍよりも小さく、
平均演色性評価数Ｒａが９０以上であり、
前記第一蛍光体は、その組成の一般式が、
Ｓｒ t Ｃａ v Ｅｕ w Ａｌ x Ｓｉ y Ｎ z
（０．５≦ｔ＜１、０＜ｖ≦０．５、０．００５＜ｗ≦０．０３、ｔ＋ｖ＋ｗ＜１、０．９０≦ｘ≦１．１、０．９０≦ｙ≦１．１、２．５≦ｚ≦３．５）で表され、
前記第二蛍光体は、その組成の一般式が、
Ｃａ 8 ＭｇＳｉ 4 Ｏ 16 Ｃｌ 2 ：Ｅｕ、
（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ，Ｍｇ） 2 ＳｉＯ 4 ：Ｅｕ
のいずれかで表され、
前記第三蛍光体は、その組成の一般式が、
Ｌｕ 3 Ａｌ 5 Ｏ 12 :Ｃｅ、Ｙ 3 （Ａｌ，Ｇａ） 5 Ｏ 12 ：Ｃｅ、
Ｙ 3 Ａｌ 5 Ｏ 12 ：Ｃｅ、（Ｙ，Ｇｄ） 3 Ａｌ 5 Ｏ 12 ：Ｃｅ、
（Ｌｕ，Ｙ，Ｇｄ，Ｔｂ） 3 （Ａｌ，Ｇａ） 5 Ｏ 12 ：Ｃｅ
のいずれかで表されることを特徴とする半導体発光装置。 - 請求項１に記載の半導体発光装置であって、
前記混色光の色温度が２５００Ｋ以上７０００Ｋ未満であることを特徴とする半導体発光装置。 - 請求項１又は２に記載の半導体発光装置であって、
前記第一発光スペクトルの半値幅が５０ｎｍ〜８５ｎｍであることを特徴とする半導体発光装置。 - 請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体発光装置であって、
前記第二発光スペクトルの半値幅が４０ｎｍ〜８０ｎｍであることを特徴とする半導体発光装置。 - 請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体発光装置であって、
前記発光素子は、３５０ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲内に発光ピーク波長を有することを特徴とする半導体発光装置。 - 請求項１〜５のいずれか一項に記載の半導体発光装置であって、
特殊演色性評価数Ｒ９が５０以上であることを特徴とする半導体発光装置。
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