KR20070036156A - 발광 소자 그리고 그것을 이용한 조명 장치, 화상 표시장치 - Google Patents

발광 소자 그리고 그것을 이용한 조명 장치, 화상 표시장치 Download PDF

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히데아키 가네다
나오토 기지마
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미쓰비시 가가꾸 가부시키가이샤
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Abstract

파장 변환 재료로서의 형광체와 가시광을 발광하는 반도체 발광 소자를 함유하는 발광 소자의 휘도 및 연색성을 향상시키기 위해, 형광체로서, 산화물, 산 질화물, 질화물로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종 이상의 형광체로서, 또한, 반도체 발광 소자로부터의 가시광에 의해 여기될 때의 실온에 있어서의 발광 효율이 35% 이상인 2 종류 이상의 형광체의 혼합물을 사용한다. 또, 이 혼합물을, 제 1 형광체와, 제 1 형광체로부터의 발광을 흡수할 수 있는 제 1 형광체와는 상이한 제 2 형광체를 함유하도록 하고, 제 1 형광체를 형광체의 혼합물에 대하여 중량 백분율로 85% 이상 함유시키도록 한다.
발광소자, 휘도, 연색성, 조명, 화상 표시 장치

Description

발광 소자 그리고 그것을 이용한 조명 장치, 화상 표시 장치 {LIGHT-EMITTING DEVICE, AND ILLUMINATING DEVICE AND IMAGE DISPLAY USING SAME}
본 발명은 발광 소자, 그리고 그것을 이용한 조명 장치, 화상 표시 장치에 관한 것이다.
종래부터 반도체 발광 소자로서의 질화갈륨 (GaN) 계 발광 다이오드 (LED) 와, 파장 변환 재료로서의 형광체를 조합하여 구성되는 백색 발광의 발광 소자가, 소비 전력이 작고 장수명이라는 특징을 살려 화상 표시 장치나 조명 장치의 발광원으로서 주목받고 있다.
그 중에서도, In 첨가 GaN 계 청색 LED 와 Ce 부활 (付活) 이트륨 알루미늄 가넷계 황색 형광체를 조합한 백색 LED 를 대표적인 발광 소자로서 들 수 있지만, 종래부터 지적되고 있는 적색 영역 (600㎚ 이상) 의 광량이 적은 것, 및 청록색 영역 (480 ∼ 510㎚) 의 광량이 적은 것이 문제이며, 발광 소자로부터의 광의 평균 연색 (演色) 평가수 Ra 가 낮아, 개량이 요구되고 있었다.
이 문제를 개량하기 위해, 특허 문헌 1 에서는 (Y1 -a- bGdaCeb)3(Al1 - cGac)5O12 계 녹색 형광체의 발광색에 더하여, 적색 성분을 증대시키기 위해서 (Ca1 -a- bSraEub)S : Eu2+ 계 적색 형광체로 이루어지는 형광체를 청색 LED 에 의해 여기시킴으로써 백색 합성광을 발하는 백색 LED 가 얻어지는 것을 개시하고 있다. 그리고, 녹색 형광체와 적색 형광체의 혼합물에 있어서의 녹색 형광체의 중량비를 40 ∼ 80% 로 함으로써, 백색광을 얻는 방법을 나타내고 있다. 여기서 사용되고 있는 적색 형광체는 녹색 형광체의 발광에 의해 여기되는 물질이다. 그러나, 이들 형광체의 조합과 중량비의 형광체의 혼합물을 사용한 경우에는, 녹색 형광체의 발광 효율에 비해 적색 형광체의 발광 효율이 낮기 때문에, 적색 형광체의 중량비를 20% ∼ 60% 로 비교적 많이 사용할 필요가 있고, 녹색 형광체로부터 발해지는 녹색광을 발광 효율이 낮은 다량의 적색 형광체가 흡수해 버리기 때문에, 백색 LED 로부터 발해지는 광속이 낮아진다는 문제점이 있었다. 또, 사용되는 적색 형광체가 내습성이 낮은 황화물계 적색 형광체로서 열화되기 쉽고, 합성이 곤란하기 때문에 제조 비용이 높으며, 이것을 사용하여 얻어지는 백색 LED 는 내구성이 낮고, 가격이 고가로 된다는 문제점이 있었다. 또, 사용되는 녹색 형광체의 발광색이 황색으로 치우쳐 있기 때문에 청록색 영역의 발광이 부족하여 연색성이 떨어진다는 문제점도 있었다. 또, 비특허 문헌 1 에서는 녹색 형광체로서 SrGa2S4 : Eu2 +, 적색 형광체로서 ZnCdS : Ag, Cl 을 사용한 백색 LED 를 개시하고 있지만, 이로써도 충분한 광속과 연색성이 얻어지지 않는 점과, 황화물이 백색 LED 사용시에 열화되기 쉽다는 문제점이 있었다.
특허 문헌 1 : 일본 공개특허공보 2003-243715호
비특허 문헌 1 : J.Electrochem.Soc. Vol.150 (2003) pp.H57-H60
발명의 개시
발명이 해결하고자 하는 과제
본 발명은 상기 기술한 종래 기술을 감안하여, 휘도가 높고 연색성이 높은 발광 소자를 개발하기 위하여 이루어진 것이다. 따라서, 본 발명은 휘도가 높고 연색성이 높은 발광 소자, 그리고 그것을 이용한 조명 장치, 화상 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
과제를 해결하기 위한 수단
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토한 결과, 반도체 발광 소자로부터의 가시광에 의해 여기될 때의 실온에 있어서의 발광 효율이 35% 이상인 2 종류 이상의 형광체의 혼합물을 사용하고, 이 혼합물이 제 1 형광체와, 제 1 형광체로부터의 발광을 흡수할 수 있는 제 1 형광체와는 상이한 제 2 형광체를 함유하며, 제 1 형광체를 형광체의 혼합물에 대하여 중량 백분율로 85% 이상 함유시킴으로써, 휘도가 높고 연색성이 높은 발광 소자가 얻어지는 것을 발견하여, 본 발명에 도달했다.
발명의 효과
본 발명에 의하면, 휘도와 연색성이 높은 발광 소자를 얻을 수 있다. 또, 본 발명의 발광 소자를 이용하면, 발광 효율 및 연색성이 우수한 조명 장치 및 화상 표시 장치를 제공할 수 있다.
도 1 은, 파장 변환 재료로서의 본 발명의 형광체와, 반도체 발광 소자로 구성되는 발광 소자의 일 실시예를 나타내는 모식적 단면도이다.
도 2 는, 도 1 에 나타내는 발광 소자를 삽입한 면 발광 조명 장치의 일 실시예를 나타내는 모식적 단면도이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 본 발명에 대하여 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이하의 예시 등에 의해 어떠한 제한도 받지 않고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 임의로 변형하여 실시할 수 있다.
본 발명의 발광 소자는 파장 변환 재료로서의 형광체와, 가시광을 발광하는 반도체 발광 소자를 함유하는 발광 소자로서, 그 형광체가 산화물, 산 질화물, 질화물로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종 이상의 형광체로서, 또한, 반도체 발광 소자로부터의 가시광에 의해 여기될 때의 실온에 있어서의 발광 효율이 35% 이상인 2 종류 이상의 형광체의 혼합물로 이루어지고, 그 혼합물이 제 1 형광체와, 제 1 형광체로부터의 발광을 흡수할 수 있는 제 1 형광체와는 상이한 제 2 형광체를 함유하며, 제 1 형광체를 형광체의 혼합물에 대하여 중량 백분율로 85% 이상 함유하는 것이다.
본 발명의 형광체로서 사용하는 물질로는 산화물, 산 질화물, 질화물로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종 이상의 형광체이지만, 이들을 사용함으로써, 발광 소자의 사용시의 열화가 적고, 파워 LED 등 고부하의 광조사 하에서의 형광체의 온도 상승시에 높은 발광 효율을 나타내기 때문에, 열화가 적고 높은 휘도를 나타내는 것으로 바람직하다. 그 중에서도, 무기의 산화물, 무기의 산 질화물, 무기의 질화물로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종 이상의 형광체를 사용하는 것이 발광 소자의 사용시의 열화가 매우 적기 때문에 바람직하다.
또, 본 발명에서 사용되는 형광체는 반도체 발광 소자로부터의 가시광에 의해 여기될 때의 실온에서의 발광 효율이 35% 이상인 2 종류 이상의 형광체의 혼합물로 이루어진다. 35% 미만의 형광체를 사용하면, 형광체를 여기시키는 반도체 발광 소자의 효율이 높아도, 이들을 조합하여 얻어지는 발광 소자 전체의 발광 효율이 낮아지기 때문에 바람직하지 않다. 형광체의 혼합물은 제 1 형광체와, 제 1 형광체로부터의 발광을 흡수할 수 있는 제 1 형광체와는 상이한 제 2 형광체를 함유하지만, 특히, 제 1 형광체의 발광 효율은 제 1 형광체로부터의 발광이 제 2 형광체의 여기에 사용되기 때문에, 40% 이상인 것이 보다 바람직하고, 45% 이상이 더욱 바람직하고, 50% 이상인 것이 특히 바람직하며, 발광 효율은 높을수록 좋다. 또, 제 2 형광체의 발광 효율도 높을수록 바람직하고, 발광 효율이 40% 이상인 것이 바람직하고, 45% 이상인 것이 보다 바람직하며, 50% 이상인 것이 더욱 바람직하다.
이하에, 양자 흡수 효율 αq 와 내부 양자 효율 ηi 의 곱으로 표시되는 발광 효율을 구하는 방법을 설명한다. 우선, 측정 대상이 되는 분말 형상 등으로 한 형광체 샘플을, 측정 정밀도가 유지되도록 충분히 표면을 평활하게 하여 셀에 채우고, 적분구 등이 부착된 분광 광도계에 장착한다. 이 분광 광도계로는, 예를 들어 오오츠카 전자 주식회사 제조 MCPD2000 등이 있다. 적분구 등을 이용하는 것은 샘플에서 반사된 포톤 및 샘플로부터 포토 루미네선스에 의해 방출된 포톤을 모두 계상(計上)될 수 있도록 하는, 즉, 계상되지 않고 측정계 밖으로 날아가 버리는 포톤을 없애기 위해서이다. 이 분광 광도계에 형광체를 여기시키는 발광원을 장착한다. 이 발광원은, 예를 들어 Xe 램프 등이며, 발광 피크 파장이 400㎚ 가 되도록 필터 등을 이용하여 조정이 이루어진다. 이 400㎚ 의 파장 피크를 갖도록 조정된 발광원으로부터의 광을 측정하려고 하고 있는 샘플에 조사하여, 그 발광 스펙트럼을 측정한다. 이 측정 스펙트럼에는, 실제로는 여기 발광 광원으로부터의 광 (이하에서는 간단하게 여기광이라고 한다.) 에서 포토 루미네선스에 의해 샘플로부터 방출된 포톤 이외에, 샘플에서 반사된 여기광 분의 포톤의 기여가 중복되어 있다. 흡수 효율 αq 는 샘플에 의해 흡수된 여기광의 포톤수 Nabs 를 여기광의 전체 포톤수 N 으로 나눈 값이다. 우선, 후자의 여기광의 전체 포톤수 N 은 다음과 같이 구한다. 즉, 여기광에 대하여 거의 100% 의 반사율 R 을 갖는 물질, 예를 들어 Labsphere 제 Spectralon (400㎚ 의 여기광에 대하여 98% 의 반사율을 갖는다.) 등의 반사판을, 측정 대상으로서 그 분광 광도계에 장착하여, 반사 스펙트럼 Iref (λ) 를 측정한다. 여기서 이 반사 스펙트럼 Iref (λ) 로부터 (식 1) 에 의해 구해진 수치는, N 에 비례한다.
Figure 112007008308392-PCT00001
여기서, 적분 구간은 실질적으로 Iref (λ) 가 유의한 값을 갖는 구간에서만 실시된 것이어도 된다. 전자의 Nabs 는 (식 2) 에 의해 구해지는 양에 비례한다.
Figure 112007008308392-PCT00002
여기서, I(λ) 는, αq 를 구하려 하고 있는 대상 샘플을 부착했을 때의 반사 스펙트럼이다. (식 2) 의 적분 범위는 (식 1) 에서 구한 적분 범위와 동일하게 한다. 이와 같이 적분 범위를 한정함으로써, (식 2) 의 제 2 항은, 대상 샘플이 여기광을 반사함으로써 발생한 포톤수에 대응한 것, 즉, 대상 샘플로부터 발생하는 전체 포톤 중 여기광에 의한 포토 루미네선스에 의해 생긴 포톤을 제거한 것에 대응한 것이 된다. 실제의 스펙트럼 측정치는, 일반적으로는 λ 에 관한 어느 유한의 밴드 폭으로 구분한 디지털 데이터로서 얻어지기 때문에, (식 1) 및 (식 2) 의 적분은 그 밴드 폭에 기초한 합계분에 의해 구해진다. 이상으로부터, αq=Nabs/N=(식 2)/(식 1) 로 구해진다.
다음으로, 내부 양자 효율 ηi 를 구하는 방법을 설명한다. ηi 는, 포토 루미네선스에 의해 발생된 포톤의 수 NPL 을 샘플이 흡수한 포톤의 수 Nabs 로 나눈 값이다. 여기서, NPL 은 (식 3) 에 의해 구해지는 양에 비례한다.
Figure 112007008308392-PCT00003
이 때, 적분 구간은 샘플로부터 포토 루미네선스에 의해 발생된 포톤이 갖는 파장역에 한정한다. 샘플로부터 반사된 포톤의 기여를 I(λ) 로부터 제거하기 위해서이다. 구체적으로 (식 3) 의 적분의 하한은 (식 1) 의 적분의 상단을 취하고, 포토 루미네선스 유래의 스펙트럼을 포함하는데 바람직한 범위를 상단으로 한다. 이상에 의해, ηi=(식 3)/(식 2) 로 구해진다. 또한, 디지털 데이터로 된 스펙트럼으로부터 적분을 실시하는 것에 관해서는, αq 를 구한 경우와 동일하다.
그리고, 상기와 같이 구해진 양자 흡수 효율 αq 와 내부 양자 효율 ηi 의 곱을 취함으로써, 본 발명에서 정의되는 발광 효율을 구한다.
또, 반도체 발광 소자로부터의 발광 파장에 있어서의 제 2 형광체의 흡수 효율이, 제 1 형광체의 발광 피크 파장에 있어서의 제 2 형광체의 흡수 효율보다 큰 것이 바람직하고, 이 경우에는, 반도체 발광 소자로부터의 발광이 제 2 형광체에 흡수되어 제 2 형광체가 여기되고 발광될 확률이, 제 1 형광체로부터의 발광이 제 2 형광체에 흡수되어 제 2 형광체가 여기되고 발광될 확률보다 높아져, 발광 효율이 보다 높은 발광 소자를 얻을 수 있기 때문에 바람직하다.
본 발명의 발광 소자에 있어서는, 상기 기술한 바와 같이, 발광 효율이 35% 이상인 2 종류 이상의 형광체의 혼합물을 함유하며, 제 1 형광체와, 제 1 형광체로부터의 발광을 흡수할 수 있는 제 1 형광체와는 상이한 제 2 형광체를 함유하지만, 그 때에, 형광체의 혼합물에 대하여 구체적으로는, 제 1 형광체와 제 2 형광체의 합계에 대하여, 제 1 형광체를 중량 백분율로 85% 이상 함유하고 있다. 제 1 형광체의 중량 백분율이 85% 미만인 경우에는, 고휘도이고 바람직한 백색을 나타내는 백색 LED 를 얻을 수 없고, 붉은 기가 강한 백색 LED 가 되는 경향이 있다. 보다 바람직한 백색을 얻기 위해서는, 제 1 형광체와 제 2 형광체의 발광 효율의 밸런스나, 제 2 형광체에 대한 제 1 형광체로부터의 발광의 흡수 효율에 따라 다르지만, 제 1 형광체를 중량 백분율로 89% 이상 함유하고 있는 것이 바람직하다. 또, 순수한 백색을 얻기 위해서는, 제 1 형광체의 중량 백분율을 92% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
고휘도이고 녹색이나 적색의 성분이 많은 연색성이 높은 발광을 나타내는 발광 소자를 얻기 위해서는, 통상, 제 1 형광체의 발광 피크 파장 L1 이 490㎚
Figure 112007008308392-PCT00004
L1
Figure 112007008308392-PCT00005
550㎚ 의 범위로 하고, 제 2 형광체의 발광 피크 파장 L2 가 600㎚
Figure 112007008308392-PCT00006
L2
Figure 112007008308392-PCT00007
700㎚ 의 범위가 되도록 형광체를 선택한다. 또한, 제 1 형광체의 발광 피크 파장 L1 이 490㎚
Figure 112007008308392-PCT00008
L1
Figure 112007008308392-PCT00009
550㎚ 의 범위이며, 또한, 제 2 형광체의 발광 피크 파장 L2 가 600㎚
Figure 112007008308392-PCT00010
L2
Figure 112007008308392-PCT00011
700㎚ 의 범위가 되도록 형광체를 선택하는 것이 바람직하다.
이와 같은 조합의 형광체를 선택하면, 380 ∼ 480㎚ 의 가시역에 피크 파장을 갖는 반도체 발광 소자로부터의 발광으로 이들의 형광체를 여기시키면, 거의 모든 색에 발광 스펙트럼을 갖는 연색성이 높은 발광 소자를 얻을 수 있다. 반도체 발광 소자의 피크 파장이 420㎚ ∼ 480㎚ 의 청색광일 때에 특히 고휘도이고 연색성이 높아진다. 또, 반도체 발광 소자의 피크 파장이 435㎚ ∼ 465㎚ 의 순청색광일 때에 가장 고휘도이고 연색성이 높아진다.
본 발명의 고휘도이고 연색성이 높은 백색광을 나타내는 발광 소자는, 이 발광 소자로부터의 광의 평균 연색 평가수 Ra 가 80 이상, 그 중에서도 Ra 는 85 이상이 바람직하고, 가장 양호한 반도체 발광 소자와 형광체의 조합에서는 Ra 가 88 이상으로 매우 높아진다. 또한, Ra 의 상한값은 100 이다.
제 1 형광체의 발광 피크 파장 L1 이 490㎚
Figure 112007008308392-PCT00012
L1
Figure 112007008308392-PCT00013
550㎚ 의 범위보다 작거나 큰 경우나, 제 2 형광체의 발광 피크 파장 L2 가 600㎚
Figure 112007008308392-PCT00014
L2
Figure 112007008308392-PCT00015
700㎚ 의 범위보다 작거나 큰 경우에는, 휘도와 연색성이 떨어지는 발광 소자가 되어 바람직하지 않다. 이러한 이유로, 제 1 형광체의 발광 피크 파장 L1 을 500㎚
Figure 112007008308392-PCT00016
L1
Figure 112007008308392-PCT00017
540㎚ 의 범위로 하고, 제 2 형광체의 발광 피크 파장 L2 를 610㎚
Figure 112007008308392-PCT00018
L2
Figure 112007008308392-PCT00019
670㎚ 의 범위로 하는 것이 보다 바람직하다. 또, 제 1 형광체의 발광 피크 파장 L1 을 510㎚
Figure 112007008308392-PCT00020
Ll
Figure 112007008308392-PCT00021
540㎚ 의 범위로 하고, 제 2 형광체의 발광 피크 파장 L2 를 620㎚
Figure 112007008308392-PCT00022
L2
Figure 112007008308392-PCT00023
660㎚ 의 범위로 함으로써, 녹색이나 적색이 강하고 고휘도이고 연색성이 높은 것뿐만 아니라, 화상 표시 장치에 사용할 때에 색 재현 범위가 넓어지기 때문에 특히 바람직하다.
이하, 본 발명의 발광 소자에 이용되는 제 1 형광체 및 제 2 형광체의 예를 설명하지만, 형광체는 이하의 예시물에 한정되는 것은 아니다.
제 1 형광체으로는, 하기 일반식 (1) 또는 (2) 로 표시되는 모체 결정 내에 발광 중심 이온으로서 적어도 Ce 를 함유하는 형광체를 들 수 있고, 적어도 어느 하나를 함유하는 것이, 발광 소자를 사용하고 있을 때의 열화가 적고, 발광 소자의 사용 온도의 변화에 의한 휘도의 변화가 적어, 고휘도이고 연색성이 높은 발광 소자를 얻는 데 있어서 특히 바람직하다.
M1 aM2 bM3 cOd (1)
M4 eM5 fOg (2)
이하, 상기 일반식 (1) 에 대하여 설명한다.
M1 은 2 가의 금속 원소, M2 는 3 가의 금속 원소, M3 은 4 가의 금속 원소를 각각 나타내며, a, b, c, d 는 각각 하기 범위의 수이다.
2.7
Figure 112007008308392-PCT00024
a
Figure 112007008308392-PCT00025
3.3
1.8
Figure 112007008308392-PCT00026
b
Figure 112007008308392-PCT00027
2.2
2.7
Figure 112007008308392-PCT00028
c
Figure 112007008308392-PCT00029
3.3
11.0d
Figure 112007008308392-PCT00031
13.0
여기서, 식 (1) 에 있어서의 M1 은 2 가의 금속 원소이지만, 발광 효율 등의 면에서, Mg, Ca, Zn, Sr, Cd, 및 Ba 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종인 것이 바람직하고, Mg, Ca, 또는 Zn 인 것이 더욱 바람직하며, Ca 가 특히 바람직하다. 이 경우, Ca 는 단독계로도 되고, Mg 와의 복합계이어도 된다. 기본적으로는, M1 은 상기에 있어서 바람직하다고 여겨지는 원소로 이루어지는 것이 바람직하지만, 성능을 저해하지 않는 범위에서 다른 2 가의 금속 원소를 함유하고 있어도 된다.
또, 식 (1) 에 있어서의 M2 는 3 가의 금속 원소이지만, 동일한 면에서 Al, Sc, Ga, Y, In, La, Gd, 및 Lu 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종인 것이 바람직하고, Al, Sc, Y, 또는 Lu 인 것이 더욱 바람직하며, Sc 가 특히 바람직하다. 이 경우, Sc 는 단독계이어도 되고, Y 또는 Lu 와의 복합계이어도 된다. 기본적으로는, M2 는 상기에 있어서 바람직하다고 여겨지는 원소로 이루어지는 것이 바람직하지만, 성능을 저해하지 않는 범위에서, 다른 3 가의 금속 원소를 함유하고 있어도 된다.
또, 식 (1) 에 있어서의 M3 은 4 가의 금속 원소이지만, 동일한 면에서 적어도 Si 를 함유하는 것이 바람직하고, 통상, M3 으로 표시되는 4 가의 금속 원소의 50몰% 이상이 Si 이고, 바람직하게는 70몰% 이상, 더욱 바람직하게는 80몰% 이상, 특히 90몰% 이상이 Si 인 것이 바람직하다. Si 이외의 4 가의 금속 원소 M3 으로는, Ti, Ge, Zr, Sn, 및 Hf 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종인 것이 바람직하고, Ti, Zr, Sn, 및 Hf 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종인 것이 보다 바람직하며, Sn 인 것이 특히 바람직하다. 특히, M3 이 Si 인 것이 바람직하다. 기본적으로는, M3 은 상기에 있어서 바람직하다고 여겨지는 원소로 이루어지는 것이 바람직하지만, 성능을 저해하지 않는 범위에서 다른 4 가의 금속 원소를 함유하고 있어도 된다.
또한, 본 발명에 있어서 성능을 저해하지 않는 범위에서 함유한다는 것은, 상기 M1, M2, M3 각각에 대하여 통상 10몰% 이하, 바람직하게는 5몰% 이하, 보다 바람직하게는 1몰% 이하로 함유하는 것을 말한다.
또, 식 (1) 에 있어서 a, b, c, d 는 각각 2.7
Figure 112007008308392-PCT00032
a
Figure 112007008308392-PCT00033
3.3, 1.8
Figure 112007008308392-PCT00034
b
Figure 112007008308392-PCT00035
2.2, 2.7
Figure 112007008308392-PCT00036
c
Figure 112007008308392-PCT00037
3.3, 11.0
Figure 112007008308392-PCT00038
d
Figure 112007008308392-PCT00039
13.0 의 범위의 수이다. 본 형광체는 발광 중심 이온의 원소가 M1, M2, M3 의 어느 하나의 금속 원소의 결정 격자의 위치로 치환되거나, 또는 결정 격자 사이의 간극에 배치되는 등에 의해, a ∼ d 는 상기 범위 중에서 변동되지만, 본 형광체의 결정 구조는 가넷 결정 구조이며, a=3, b=2, c=3, d=12 의 체심 입방 격자의 결정 구조를 취하는 것이 일반적이다.
또, 이 결정 구조의 화합물 모체 내에 함유되는 발광 중심 이온으로는, 적어도 Ce 를 함유하고, 발광 특성의 미세 조정을 위해서 Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, 및 Yb 로 이루어지는 군에서 선택된 1 종 이상의 2 ∼ 4 가의 원소를 공부활제(共付活劑)로서 함유하는 것도 가능하고, 특히, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Sm, Eu, Tb, Dy, 및 Yb 로 이루어지는 군에서 선택된 1 종 이상의 2 ∼ 4 가의 원소를 함유하는 것이 가능하며, 2 가의 Mn, 2 ∼ 3 가의 Eu, 또는 3 가의 Tb 를 바람직하게 첨가할 수 있다. 공부활제를 함유시키는 경우, Ce 1㏖ 에 대한 공부활제의 양은 통상 0.01 ∼ 20㏖ 이다.
부활제(付活劑))가 되는 Ce 의 농도는, 지나치게 작으면 발광되는 부활제가 지나치게 적어 발광 강도가 낮고, 지나치게 크면 농도 소광이 커져 발광 강도가 낮아진다. 발광 강도의 관점에서, Ce 의 농도는 M1 의 1몰에 대하여 몰비로 0.0001 이상 0.3 이하의 범위가 바람직하고, 0.001 이상 0.1 이하의 범위가 보다 바람직하며, 0.005 이상 0.05 이하의 범위가 더욱 바람직하다.
다음으로, 하기 일반식 (2) 에 대하여 설명한다.
M4 eM5 fOg (2)
여기서, 식 (2) 중, M4 는 2 가의 금속 원소, M5 는 3 가의 금속 원소를 각각 나타내며, e, f, g 는 각각 하기 범위의 수이다.
0.9
Figure 112007008308392-PCT00040
e
Figure 112007008308392-PCT00041
1.1
1.8
Figure 112007008308392-PCT00042
f
Figure 112007008308392-PCT00043
2.2
3.6
Figure 112007008308392-PCT00044
g
Figure 112007008308392-PCT00045
4.4
식 (2) 에 있어서의 M4 는 2 가의 금속 원소이지만, 발광 효율 등의 면에서, Mg, Ca, Zn, Sr, Cd, 및 Ba 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종인 것이 바람직하고, Mg, Ca, 또는 Zn 인 것이 더욱 바람직하며, Ca 가 특히 바람직하다. 이 경우, Ca 는 단독계이어도 되고, Mg 와의 복합계이어도 된다. 기본적으로는, M4 는 상기에 있어서 바람직하다고 여겨지는 원소로 이루어지는 것이 바람직하지만, 성능을 저해하지 않는 범위에서 다른 2 가의 금속 원소를 함유하고 있어도 된다.
또, 식 (2) 에 있어서의 M5 는 3 가의 금속 원소이지만, 동일한 면에서 Al, Sc, Ga, Y, In, La, Gd, 및 Lu 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종인 것이 바람직하고, Al, Sc, Y, 또는 Lu 인 것이 더욱 바람직하며, Sc 가 특히 바람직하다. 이 경우, Sc 는 단독이어도 되고, Y 또는 Lu 와의 복합계이어도 된다. 기본적으로는, M5 는 상기에 있어서 바람직하다고 여겨지는 원소로 이루어지는 것이 바람직하지만, 성능을 저해하지 않는 범위에서 다른 3 가의 금속 원소를 함유하고 있어도 된다.
또한, 본 발명에 있어서 성능을 저해하지 않는 범위에서 함유한다는 것은, 상기 M4, M5 각각에 대하여 통상 10몰% 이하, 바람직하게는 5몰% 이하, 보다 바람직하게는 1몰% 이하로 함유하는 것을 말한다.
원소비는 하기의 범위로 하는 것이 발광 특성의 면에서 바람직하다. 특 히, 부활제가 되는 Ce 의 농도는 지나치게 작으면 발광되는 부활제가 지나치게 적어 발광 강도가 낮고, 지나치게 크면 농도 소광이 커져 발광 강도가 낮아진다. 발광 강도의 관점에서, Ce 의 농도는 M4 의 1몰에 대하여 몰비로 0.0001 이상 0.3 이하의 범위가 바람직하고, 0.001 이상 0.1 이하의 범위가 보다 바람직하며, 0.005 이상 0.05 이하의 범위가 더욱 바람직하다.
또, 이 결정 구조의 화합물 모체 내에 함유되는 발광 중심 이온으로는, 적어도 Ce 를 함유하고, 발광 특성의 미세 조정을 위해서 Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, 및 Yb 로 이루어지는 군에서 선택된 1 종 이상의 2 ∼ 4 가의 원소를 공부활제로서 함유하는 것도 가능하고, 특히, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Sm, Eu, Tb, Dy, 및 Yb 로 이루어지는 군에서 선택된 1 종 이상의 2 ∼ 4 가의 원소를 함유하는 것이 가능하며, 2 가의 Mn, 2 ∼ 3 가의 Eu, 또는 3 가의 Tb 를 바람직하게 첨가할 수 있다. 공부활제를 함유시키는 경우, Ce 1㏖ 에 대한 공부활제의 양은 통상 0.01 ∼ 20㏖ 이다.
다음으로, 제 2 형광체에 대하여 설명한다. 제 2 형광체는 상기 기술한 제 1 형광체로부터의 발광을 흡수할 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않지만, 적어도 M 원소와, A 원소와, D 원소와, E 원소와, X 원소를 함유하는 조성물 (단, M 은 Mn, Ce, Pl, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소로서, 적어도 Eu 를 함유하며, A 는 M 원소 이외의 2 가의 금속 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소, D 는 4 가의 금속 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소, E 는 3 가의 금속 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소, X 는 O, N, F 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소) 을 함유하는 것이 발광 소자를 사용하고 있을 때의 열화가 적고, 발광 소자의 사용 온도의 변화에 의한 휘도의 변화가 적어, 고휘도이고 연색성이 높은 발광 소자를 얻는데 있어서 특히 바람직하다.
여기서, M 은 적어도 Eu 를 함유하고, Mn, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소이지만, 그 중에서도 Mn, Ce, Sm, Eu, Tb, Dy, Er, Yb 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소인 것이 바람직하고, Eu 인 것이 더욱 바람직하다.
A 는 M 원소 이외의 2 가의 금속 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소이지만, 그 중에서도 Mg, Ca, Sr, Ba 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소인 것이 바람직하고, Ca 인 것이 더욱 바람직하다.
D 는 4 가의 금속 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소이지만, 그 중에서도 Si, Ge, Sn, Ti, Zr, Hf 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소인 것이 바람직하고, Si 인 것이 더욱 바람직하다.
E 는 3 가의 금속 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소이지만, 그 중에서도 B, Al, Ga, In, Sc, Y, La, Gd, Lu 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소인 것이 바람직하고, Al 인 것이 더욱 바람직하다.
X 는 O, N, F 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소이지만, 그 중에서도 N 또는 N 과 O 로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 조성물의 구체적인 조성식으로는, 예를 들어, 하기 일반식 (3) 으로 나타내어진다.
MaAbDcEdXe (3)
식 (3) 중, a, b, c, d, e 의 값은,
0.00001
Figure 112007008308392-PCT00046
a
Figure 112007008308392-PCT00047
0.1 ··········(i)
a+b=1··········(ⅱ)
0.5
Figure 112007008308392-PCT00048
c
Figure 112007008308392-PCT00049
4··········(ⅲ)
0.5
Figure 112007008308392-PCT00050
d
Figure 112007008308392-PCT00051
8··········(ⅳ)
0.8×(2/3+4/3×c+d)
Figure 112007008308392-PCT00052
e··········(ⅴ)
e
Figure 112007008308392-PCT00053
1.2×(2/3+4/3×c+d)··········(ⅵ)
의 조건을 모두 만족하는 값에서 선택된다.
a 는 발광 중심이 되는 원소 M 의 첨가량을 나타내고, 형광체 중의 M 과 (M+A) 의 원자 수의 비 a (단, a=M/(M+A)) 가 0.00001 이상 0.1 이하가 되도록 하는 것이 좋다. a 값이 0.00001 보다 작으면 발광 중심이 되는 M 의 수가 적기 때문에 발광 휘도가 저하된다. a 값이 0.1 보다 크면 M 이온간의 간섭에 의해 농도 소광을 일으켜 휘도가 저하된다.
그 중에서도, M 이 Eu 인 경우에는 발광 휘도가 높아지는 점에서, a 값이 0.002 이상 0.03 이하인 것이 바람직하다.
c 값은 Si 등의 D 원소의 함유량이며, 0.5
Figure 112007008308392-PCT00054
c
Figure 112007008308392-PCT00055
4 로 나타내는 양이다. 바람직하게는 0.5
Figure 112007008308392-PCT00056
c
Figure 112007008308392-PCT00057
1.8, 더욱 바람직하게는 c=1 이 좋다. c 값이 0.5 보다 작은 경우 및 4 보다 큰 경우에는 발광 휘도가 저하된다. 0.5
Figure 112007008308392-PCT00058
c
Figure 112007008308392-PCT00059
1.8 의 범위는 발광 휘도가 높고, 그 중에서도 c=1 이 특히 발광 휘도가 높다.
d 값은 Al 등의 E 원소의 함유량이며, 0.5
Figure 112007008308392-PCT00060
d
Figure 112007008308392-PCT00061
8 로 나타내는 양이다. 바람직하게는 0.5
Figure 112007008308392-PCT00062
d
Figure 112007008308392-PCT00063
1.8, 더욱 바람직하게는 d=1 이 좋다. d 값이 0.5 보다 작은 경우 및 8 보다 큰 경우에는 발광 휘도가 저하된다. 0.5
Figure 112007008308392-PCT00064
d
Figure 112007008308392-PCT00065
1.8 의 범위는 발광 휘도가 높고, 그 중에서도 d=1 이 특히 발광 휘도가 높다.
e 값은 N 등의 X 원소의 함유량이며, 0.8×(2/3+4/3×c+d) 이상 1.2×(2/3+4/3×c+d) 이하로 나타내는 양이다. 더욱 바람직하게는 e=3 이 좋다. e 값이 이 값의 범위 이외에서는 발광 휘도가 저하된다.
이상의 조성 중에서, 발광 휘도가 높아 바람직한 조성은, 적어도 M 원소에 Eu 를 함유하고, A 원소에 Ca 를 함유하고, D 원소에 Si 를 함유하고, E 원소에 Al 을 함유하며, X 원소에 N 을 함유하는 것이다. 그 중에서도, M 원소가 Eu 이고, A 원소가 Ca 이고, D 원소가 Si 이고, E 원소가 Al 이며, X 원소가 N 또는 N 과 O 의 혼합물인 무기 화합물이다.
X 원소가 N 또는 N 과 O 의 혼합물인 경우, (O 의 몰 수)/(N 의 몰 수 + O 의 몰 수) 는 지나치게 크면 발광 강도가 낮아진다. 발광 강도의 관점에서는 (O 의 몰 수)/(N 의 몰 수 + O 의 몰 수) 는 0.5 이하가 바람직하고, 0.3 이하가 보다 바람직하며, 0.1 이하가 발광 파장 640 ∼ 660㎚ 에 발광 피크 파장을 갖는 색 순도가 높은 적색 형광체가 되기 때문에, 더욱 바람직하다. 또, (O 의 몰 수) / (N 의 몰 수 + O 의 몰 수) 를 0.1 ∼ 0.3 으로 함으로써 발광 피크 파장을 600 ∼ 640㎚ 로 조정할 수 있어, 인간의 시감도가 높은 파장역에 가까워지기 때문에 휘도가 높은 발광 소자가 얻어지므로, 다른 관점에서 바람직하다.
반도체 발광 소자로부터의 광을 조사하는 형광체의 혼합물은, 제 1 형광체와 제 2 형광체의 혼합 비율을, 반도체 발광 소자로부터의 거리에 따라 그 거리가 커지는 만큼 제 1 형광체의 혼합 비율이 높아지도록, 단계적 또는 연속적으로 조정하는 것이 바람직하다.
즉, 제 1 형광체와 제 2 형광체를 혼합하여 그것을 반도체 발광 소자로부터의 광이 직접 조사되는 부위에 배치할 때에, 반도체 발광 소자의 근처에서 그곳으로부터의 광이 직접 조사되는 장소에는 형광체 혼합물 중의 제 1 형광체의 혼합 비율을 비교적 낮게 하고, 반도체 발광 소자로부터 멀어져 거기로부터의 광이 직접 조사되지 않는 장소에는 형광체 혼합물에 함유되는 제 1 형광체의 혼합 비율을 비교적 높게 하는 것이 바람직하다. 이와 같이 형광체 혼합 비율에 그라데이션을 부여함으로써, 반도체 발광 소자로부터의 광의 일부를 우선 제 2 형광체가 많이 혼합되어 있는 부분에 흡수시켜 제 2 형광체를 강하게 여기하고, 다음으로 제 2 형광체에 흡수되지 않은 나머지의 광으로, 제 1 형광체의 비율 보다 많은 형광체 혼합 물을 여기시킴으로써, 형광체 전체의 발광 효율을 높게 할 수 있다.
반도체 발광 소자로부터의 발광에 의해 조사될 때의 형광체 혼합물로부터의 발광의 색도 좌표값이, CIE 색도 좌표에 있어서 색도 좌표값 (0.450, 0.350), (0.550, 0.450), (0.400, 0.600), (0.300, 0.500) 을 정점으로 하는 사변형으로 둘러싸이는 범위가 되는 형광체 혼합물을 함유하는 것이, 고휘도이고 연색성이 높은 백색광을 나타내는 발광 소자를 얻는데 있어서 바람직하다. 이 범위 이외의 발광을 나타내는 형광체 혼합물을 사용한 경우에는, 청색광을 발하는 반도체 발광 소자와 조합한 경우에는 백색광을 얻는 것이 어렵다. 보다 순도가 높은 백색광을 나타내는 발광 소자를 얻기 위해서는, 형광체 혼합물로부터의 발광의 색도 좌표값이 (0.500, 0.400), (0.550, 0.450), (0.400, 0.600), (0.320, 0.520) 을 정점으로 하는 사변형으로 둘러싸이는 범위가 되는 것이 보다 바람직하고, (0.480, 0.420), (0.520, 0.480), (0.410, 0.590), (0.340, 0.520) 을 정점으로 하는 사변형으로 둘러싸이는 범위가 되는 것이 더욱 바람직하다.
또, 본 발광 소자에 있어서는 반도체 발광 소자로부터의 발광과 그 반도체 발광 소자로부터의 발광에 의해 여기되는 형광체 혼합물로부터의 발광의 합성광의 색도 좌표값은, CIE 색도 좌표에 있어서 색도 좌표값 (0.275, 0.175), (0.450, 0.400), (0.350, 0.450), (0.175, 0.250) 을 정점으로 하는 사변형으로 둘러싸이는 범위가 되도록, 반도체 발광 소자의 발광 파장과 형광체 혼합물의 혼합비와 반도체 발광 소자 상에 대한 형광체의 도포량을 조정하는 것이, 휘도와 색도와 연색성이 바람직한 백색계의 광이 되기 때문에 바람직하다. 동일한 이유로, 반도체 발광 소자의 발광 파장과 형광체 혼합물의 혼합비와 형광체 도포량을 조정하여 발광 소자의 합성광의 색도 좌표값을 (0.278, 0.210), (0.410, 0.385), (0.353, 0.420), (0.215, 0.265) 를 정점으로 하는 사변형으로 둘러싸이는 범위로 하는 것이 보다 바람직하고, (0.280, 0.250), (0.370, 0.370), (0.355, 0.390), (0.255, 0.275) 를 정점으로 하는 사변형으로 둘러싸이는 범위가 되는 것이 더욱 바람직하며, (0.295, 0.275), (0.340, 0.330), (0.330, 0.340), (0.285, 0295) 를 정점으로 하는 사변형으로 둘러싸이는 범위가 되는 것이 가장 바람직하다.
본 발명의 발광 소자는, 파장 변환 재료로서의 형광체를 적어도 2 종류 이상 함유하고, 가시광을 발광하는 반도체 발광 소자, 예를 들어 LED 나 LD 등의 반도체 발광 소자를 함유하고 있으며, 반도체 발광 소자가 발하는 가시광을 흡수하여 보다 긴 파장의 가시광을 발하는 고휘도이고 연색성이 높은 발광 소자이기 때문에, 컬러 액정 디스플레이 등의 화상 표시 장치나 면 발광 등의 조명 장치 등의 광원으로서 바람직하다.
본 발명의 발광 소자를 도면에 기초하여 설명하면, 도 1 은, 파장 변환 재료로서의 형광체와, 반도체 발광 소자로 구성되는 발광 소자의 일 실시예를 나타내는 모식적 단면도, 도 2 는 도 1 에 나타내는 발광 소자를 삽입한 면 발광 조명 장치의 일 실시예를 나타내는 모식적 단면도이며, 도 1 및 도 2 에 있어서, 1 은 발광 소자, 2 는 마운트 리드, 3 은 이너 리드, 4 는 반도체 발광 소자, 5 는 형광체 함유 수지부, 6 은 도전성 와이어, 7 은 몰드 부재, 8 은 면 발광 조명 장치, 9는 확산판, 10 은 유지 케이스이다.
본 발명의 발광 소자 (1) 는 도 1 에 나타내는 바와 같이, 일반적인 포탄형의 형태를 이루고, 마운트 리드 (2) 의 상부 컵 내에는, GaN 계 청색 발광 다이오드 등으로 이루어지는 반도체 발광 소자 (4) 가, 그 위가, 본 발명의 형광체를 에폭시 수지나 아크릴 수지 등의 바인더에 혼합, 분산시켜, 컵 내에 흘려 넣음으로써 형성된 형광체 함유 수지부 (5) 로 피복됨으로써 고정되어 있다. 한편, 반도체 발광 소자 (4) 와 마운트 리드 (2) 는 은 페이스트 등의 마운트 부재에 의해 도통되어 있고, 반도체 발광 소자 (4) 와 이너 리드 (3) 는 도전성 와이어 (6) 에 의해 도통되어 있으며, 이들 전체가 에폭시 수지 등에 의한 몰드 부재 (7) 에 의해 피복, 보호된다.
또, 이 발광 소자 (1) 를 주입한 면 발광 조명 장치 (8) 는 도 2 에 나타내는 바와 같이, 내면을 백색의 평활면 등의 광불투과성으로 한 방형 (方形) 의 유지 케이스 (10) 의 저면에 다수의 발광 소자 (1) 를, 그 외측에 발광 소자 (1) 의 구동을 위한 전원 및 회로 등 (도시 생략) 을 설치하여 배치하고, 유지 케이스 (10) 의 덮개부에 상당하는 지점에 유백색으로 한 아크릴판 등의 확산판 (9) 을 발광의 균일화를 위해서 고정시킨다.
그리고, 면 발광 조명 장치 (8) 를 구동하여, 발광 소자 (1) 의 반도체 발광 소자 (4) 에 전압을 인가함으로써 청색광 등을 발광시키고, 그 발광의 일부를 형광체 함유 수지부 (5) 에서의 파장 변환 재료로서의 형광체 혼합물이 흡수하여, 보다 긴 파장의 광을 발광하며, 한편, 형광체에 흡수되지 않은 청색광 등과의 혼합색에 의해 연색성이 높은 발광이 얻어지고, 이 광이 확산판 (9) 을 투과하여, 도면 상방 에 출사되어, 유지 케이스 (10) 의 확산판 (9) 면 내에 있어서 균일한 밝기의 조명광이 얻어지게 된다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 그 요지를 넘어서지 않는 한 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
발광 효율이 46% 이며 부활제로서 Ce 를 0.03몰 (화학 조성식 Ca 1 몰에 대하여 0.01몰) 함유하고 Ca3Sc2Si3O12 의 화학 조성을 가지며 505㎚ 로 발광 피크 파장을 갖는 제 1 산화물의 형광체와, 발광 효율이 54% 이며 부활제로서 Eu 를 0.01몰 함유하고 CaAlSiN3 의 화학 조성을 가지며 650㎚ 에 발광 피크 파장을 갖는 제 2 질화물의 형광체를, 제 1 형광체의 중량 백분율이 94% 가 되고 제 2 형광체의 중량 백분율이 6% 가 되도록 혼합하여 형광체 혼합물을 얻었다.
이 제 1 형광체의 발광 스펙트럼에서 관찰되는 강한 발광 피크는, 제 2 형광체의 여기 스펙트럼에서 관찰되는 여기대의 파장과 충분히 중첩되어 있고, 제 1 형광체로부터의 발광이 제 2 형광체에 의해 흡수되어 제 2 형광체를 여기시키는 것이 확인되었다.
다음으로, 발광 피크 파장 460㎚ 의 In 첨가 GaN 계 반도체 발광 소자로부터의 청색 발광을 이 형광체 혼합물에 조사한 결과, 형광체는 CIE 색도 좌표에 있어서의 색도 좌표값 (x, y) 이 (0.420, 0.500) 의 발광을 나타냈다.
또, 이하의 순서로 포탄형 백색 LED 를 제작했다. 우선, 포탄형 LED 용 의 프레임의 컵부에, 460㎚ 의 파장으로 발광하는 LED (Cree 사 제조 C460XT) 를, 은 페이스트의 도전성 마운트 부재를 사용하여 마운트했다. 다음으로, Au 선을 사용하여 LED 의 전극과 이너 리드를 본딩했다. 그리고, 상기 형광체 혼합물 1g에 대하여 에폭시 수지를 10g 의 비율로 잘 혼합하여 얻어진 형광체와 수지의 혼합물 (이하, 형광체 페이스트라고 한다) 을, LED 를 마운트한 프레임의 컵 부분에 부었다. 이것을 120℃ 에서 1 시간 유지시켜, 에폭시 수지를 경화시켰다. 다음으로, 에폭시 수지를 흘려 넣은 포탄형의 틀에, 상기 기술한 바와 같이 LED 및 형광체를 장착한 프레임을 삽입하여, 120℃ 에서 1 시간 유지시켰다. 수지를 경화시킨 후, 틀로부터 떼어내어 포탄형 백색 LED 를 얻었다.
이와 같게 하여 얻어진 백색 LED 를 실온 (약 24℃) 에서 전류 20mA 로 구동시켜, 백색 LED 로부터의 모든 발광을 적분구로 받아 광섬유에 의해 분광기에 도입하여 발광 스펙트럼을 측정했다. 발광 스펙트럼의 데이터는 380㎚ 내지 780㎚ 의 범위를 5㎚ 간격으로 발광 강도의 수치를 기록했다. 그 결과, 이 백색 LED 는 색 온도가 6800K, CIE 색도 좌표값 x, y 가 각각 0.309, 0.318, 평균 연색 평가수 Ra 가 90, 전체 광속이 2.5lm 로 높은 발광 특성을 나타냈다.
이 백색 LED 는 종래의 제품인 청색 LED 와 이트륨 알루미늄 가넷계 형광체를 조합한 백색 LED 의 평균 연색 평가수 79 나 전체 광속 1.9lm 와 비교하여, 평균 연색 평가수와 전체 광속이 현저하게 높고 양호한 발광을 나타냈다.
그 때문에, 본 발광 소자를 사용함으로써, 종래의 제품과 비교하여 높은 휘도를 갖고 색 재현 범위의 넓은 화상 표시 장치나, 고휘도이고 연색성이 높은 조명 장치를 얻을 수 있는 것을 알았다.
실시예 2
발광 효율이 43% 이며 부활제로서 Ce 를 0.01몰 함유하고 CaSc2O4 의 화학 조성을 가지며 516㎚ 에 발광 피크 파장을 갖는 제 1 산화물의 형광체와, 발광 효율이 54% 이며 부활제로서 Eu 를 0.01몰 함유하고 CaAlSiN3 의 화학 조성을 가지며 650㎚ 에 발광 피크 파장을 갖는 제 2 질화물의 형광체를, 제 1 형광체를 중량 백분율이 95% 되도록 혼합하여 형광체의 혼합물을 얻었다.
이 제 1 형광체의 발광 스펙트럼에서 관찰되는 강한 발광 피크는, 제 2 형광체의 여기 스펙트럼에서 관찰되는 여기대의 파장과 충분히 중첩되어 있고, 제 1 형광체로부터의 발광이 제 2 형광체에 의해 흡수되어 제 2 형광체를 여기시키는 것이 확인되었다.
다음으로, 파장 460㎚ 의 In 첨가 GaN 계 반도체 발광 소자로부터의 청색 발광을 형광체 혼합물에 조사한 결과, 형광체는 CIE 색도 좌표에 있어서의 색도 좌표값 (x, y) 이 (0.420, 0.495) 의 발광을 나타냈다.
또, 실시예 1 에 나타내는 순서로 포탄형 백색 LED 를 제작하여 발광 특성을 측정했다.
그 결과, 이 백색 LED 는 색 온도가 6400K, CIE 색도 좌표값 x, y 가 각각 0.320, 0.320, 평균 연색성 평가수 Ra 가 89, 전체 광속이 2.3lm 가 되는 발광 특성을 갖고, 평균 연색 평가수와 전체 광속이 종래의 유사백색 LED 와 비교하여 현 저하게 높고 양호한 발광을 나타냈다.
그 때문에, 본 발광 소자를 사용함으로써, 종래의 제품과 비교하여 높은 휘도를 갖고 색 재현 범위의 넓은 화상 표시 장치나, 고휘도이고 연색성이 높은 조명 장치를 얻을 수 있는 것을 알았다.
본 발명은 광을 이용하는 임의의 분야에 있어서 이용할 수 있고, 예를 들어 옥내 및 옥외용의 조명 등 이외에, 휴대 전화, 가정용 전화 제품, 옥외 설치용 디스플레이 등의 각종 전자 기기의 화상 표시 장치 등에 이용하는데 바람직하다.
본 발명을 특정한 양태를 이용하여 상세하게 설명했지만, 본 발명의 의도와 범위를 벗어나지 않고 여러가지 변경이 가능한 것은 당업자에게 분명하다.
또한 본 출원은, 2004 년 6 월 30 일자로 출원된 일본 특허 출원 (일본 특허출원 2004-194509) 에 기초하고 있고, 그 전체가 인용에 의해 원용된다.

Claims (6)

  1. 파장 변환 재료로서의 형광체와, 가시광을 발광하는 반도체 발광 소자를 포함하는 발광 소자로서,
    상기 형광체가 산화물, 산 질화물, 질화물로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종 이상의 형광체로서, 또한, 반도체 발광 소자로부터의 가시광에 의해 여기될 때의 실온에 있어서의 발광 효율이 35% 이상인 2 종류 이상의 형광체의 혼합물로 이루어지고,
    상기 혼합물이, 제 1 형광체와, 제 1 형광체로부터의 발광을 흡수할 수 있는 제 1 형광체와는 상이한 제 2 형광체를 함유하며, 제 1 형광체를 형광체의 혼합물에 대하여 중량 백분율로 85% 이상 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제 1 형광체의 발광 피크 파장 L1 이 490㎚
    Figure 112007008308392-PCT00066
    L1
    Figure 112007008308392-PCT00067
    550㎚ 의 범위이며, 또한, 제 2 형광체의 발광 피크 파장 L2 가 600㎚
    Figure 112007008308392-PCT00068
    L2
    Figure 112007008308392-PCT00069
    700㎚ 의 범위가 되는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    반도체 발광 소자로부터의 발광에 의해 조사될 때의 형광체 혼합물로부터의 발광의 색도 좌표값 (x, y) 이, CIE 색도 좌표에 있어서의 색도 좌표값으로 (0.450, 0.350), (0.550, 0.450), (0.400, 0.600), (0.300, 0.500) 을 정점으로 하는 사변형으로 둘러싸이는 범위가 되는 형광체의 혼합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    반도체 발광 소자로부터의 발광과 상기 반도체 발광 소자로부터의 발광에 의해 여기되는 형광체의 혼합물로부터의 발광의 합성광의 색도 좌표값이, CIE 색도 좌표에 있어서의 색도 좌표값으로 (0.275, 0.175), (0.450, 0.400), (0.350, 0.450), (0.175, 0.250) 을 정점으로 하는 사변형으로 둘러싸이는 범위인 것을 특징으로 하는 발광 소자.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 발광 소자를 이용한 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 발광 소자를 이용한 것을 특징으로 하는 화상 표시 장치.
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