(57)【要約】  本発明は、青色／近紫外線系の光を吸収して可視光を出す光源用として用いられる蛍光体において、前記蛍光体は、蛍光体の単独または蛍光体と光透過性セラミック素材との混合物がシート状に成形及び焼結されたことを特徴とするシート状蛍光体と、その製造方法、及びこれを用いた発光装置に関し、本発明によるシート状蛍光体は、近紫外線と青色光との間の領域の発光素子チップと結合し、波長変換用として発光装置を製造する場合、従来の蛍光体粉末を用いた発光装置に比べて、顕著な不良率及び製造原価の減少をもたらし、さらに、優れた熱的耐久性及び色再現性を提供し、ＬＣＤ用バックライト光源及び家庭用照明灯等に応用され得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
青色／近紫外線系の光を吸収して可視光を出す光源用として用いられる蛍光体において、
前記蛍光体は、蛍光体単独または蛍光体と光透過性セラミック素材との混合物が、シート状に成形及び焼結されたことを特徴とするシート状蛍光体。
【請求項２】
前記シート状蛍光体が、その表面の少なくとも片面に溝が形成されたことを特徴とする請求項１に記載のシート状蛍光体。
【請求項３】
前記溝が、一方向に平行にまたは両方向に直交してメッシュ状に形成されたことを特徴とする請求項２に記載のシート状蛍光体。
【請求項４】
前記光透過性セラミック素材が、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＳｉＯ２、ＧｅＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＡｌＯＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＣｅＯ２、Ｓｍ２Ｏ３、ＢａＴｉＯ３、ＢａＴａ２Ｏ６、Ｔａ２Ｏ３、Ｓｒ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３、ＰｂＴｉＯ３、ＷＯ３、Ｖ２Ｏ３、Ｉｎ２Ｏ３‐ＳｎＯ２からなる群より選ばれた１つ以上であり、シート状蛍光体の全重量に対して、０乃至６０重量％の重量比で混合されることを特徴とする請求項１に記載のシート状蛍光体。
【請求項５】
青色／近紫外線系の光を吸収して可視光を出す光源用として用いられる蛍光体の製造方法であって、
（i）前記蛍光体の原料を混合及び粉砕する段階と、
（ii）前記粉砕された混合物を、還元雰囲気下で、１１００乃至１６００℃で焼成させ、蛍光体粉末を合成する焼成段階と、
（iii）前記一次焼成された混合物を再粉砕する段階と、
（iv）前記再粉砕した蛍光体粉末をモールドに入れ、圧力をかけてシート状に成形する段階と、
（v）前記成形された蛍光体を、還元雰囲気下で、１１００乃至１６００℃で焼結させる段階と
を含むことを特徴とするシート状蛍光体の製造方法。
【請求項６】
前記蛍光体が、（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、ＹＡＧ（（Ｙ、Ｇｄ）３（Ａｌ、Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ３＋）系蛍光体、ＴＡＧ（（Ｔｂ、Ｇｄ）３（Ａｌ、Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ３＋）系蛍光体、（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）３ＳｉＯ５：Ｅｕ２＋、（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）ＭｇＳｉ２Ｏ６：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋、（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）３ＭｇＳｉ２Ｏ８：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋、及び（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）ＭｇＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋からなる群より選ばれた１種以上であることを特徴とする請求項５に記載のシート状蛍光体の製造方法。
【請求項７】
前記成形段階（iv）を行う前に、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＳｉＯ２、ＧｅＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＡｌＯＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＣｅＯ２、Ｓｍ２Ｏ３、ＢａＴｉＯ３、ＢａＴａ２Ｏ６、Ｔａ２Ｏ３、Ｓｒ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３、ＰｂＴｉＯ３、ＷＯ３、Ｖ２Ｏ３、Ｉｎ２Ｏ３‐ＳｎＯ２からなる群より選ばれた１つ以上の光透過性セラミック素材を、シート状蛍光体の全重量に対して、０乃至６０重量％の範囲となるように、蛍光体に加えて混合する段階を、さらに含むことを特徴とする請求項５または６に記載のシート状蛍光体の製造方法。
【請求項８】
前記成形段階（iv）または焼結段階（v）の後、シート状蛍光体の少なくとも片面上に溝を形成する段階を、さらに含むことを特徴とする請求項５に記載のシート状蛍光体の製造方法。
【請求項９】
前記溝が、一方向に平行にまたは両方向に直交してメッシュ状に形成されたことを特徴とする請求項８に記載のシート状蛍光体の製造方法。
【請求項１０】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のシート状蛍光体を、青色／近紫外線ＬＥＤ上に接合して製造されたことを特徴とする発光装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
〔技術分野〕
本発明は、青色／近紫外線系の光を吸収して可視光を出す光源用として用いられる蛍光体において、前記蛍光体は、蛍光体単独または蛍光体と光透過性セラミック素材との混合物が、シート状に成形及び焼結されたことを特徴とするシート状蛍光体と、その製造方法、及びそれを用いた発光装置に関する。
【０００２】
〔背景技術〕
従来の白色発光装置では、高輝度の青色ＬＥＤから放出され、充分に高いエネルギーを有する光が、黄色ＹＡＧ系蛍光体を励起させ、黄色領域の光を放出させることにより、ＬＥＤの青色及び蛍光体の黄色の組合せで白色を誘導する方法を用いていた。図１は、従来の青色ＬＥＤ及びパウダータイプの黄色発光ＹＡＧ系蛍光体を適用した白色発光装置を示す構造図である。しかしながら、図１のような従来のＹＡＧ系白色発光装置は、ＬＥＤチップから出る青色及び蛍光体から発光する黄色の組合せが、蛍光体の塗布方法及びＬＥＤチップの動作条件に非常に敏感であるため、同一の白色を再現するのに多くの困難があった。特に、図１のように、蛍光体の塗布時に用いられるエポキシ樹脂またはシリコン樹脂の混合割合、これらの樹脂の熱的不安定性、また、硬化時の蛍光体の不規則な堆積等により、発光輝度が不規則であり、素子の不良率が高く、色再現性に劣るという問題点があった。
【０００３】
したがって、青色領域のＧａＮ系ＬＥＤ及び蛍光体を用いて白色発光装置を得るために、新たな構造の蛍光体の開発及び新たなパッケージング方法が求められている。
【発明の開示】
【０００４】
〔技術的課題〕
本発明が解決しようとする技術的課題は、従来の蛍光体粉末を用いた発光装置に比べて、不良率及び製造原価を減少させ、優れた熱的耐久性及び色再現性を提供し、ＬＣＤ用バックライト光源及び家庭用照明灯等に応用され得る発光装置及びその製造方法を提供することである。
【０００５】
本発明の他の技術的課題は、前記のシート状蛍光体を近紫外線／青色光ＬＥＤに接合した、新規な発光装置を提供することである。
【０００６】
〔技術的解決手段〕
上述した技術的課題を達成するために、本発明の一側面によると、青色／近紫外線系の光を吸収して可視光を出す光源用として用いられる蛍光体において、前記蛍光体は、蛍光体単独または蛍光体と光透過性セラミック素材との混合物が、シート状に成形及び焼結されたことを特徴とするシート状蛍光体を提供する。
【０００７】
また、前記シート状蛍光体が、その表面の少なくとも片面に溝が形成されたことを特徴とする。
【０００８】
また、前記溝が、一方向に平行にまたは両方向に直交してメッシュ状に形成されたことを特徴とする。
【０００９】
また、前記光透過性セラミック素材が、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＳｉＯ２、ＧｅＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＡｌＯＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＣｅＯ２、Ｓｍ２Ｏ３、ＢａＴｉＯ３、ＢａＴａ２Ｏ６、Ｔａ２Ｏ３、Ｓｒ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３、ＰｂＴｉＯ３、ＷＯ３、Ｖ２Ｏ３、Ｉｎ２Ｏ３‐ＳｎＯ２からなる群より選ばれた１つ以上であり、シート状蛍光体の全重量に対して、０乃至６０重量％の重量比で混合されることを特徴とする。
【００１０】
本発明の他の側面によると、青色／近紫外線系の光を吸収して可視光を出す光源用として用いられる蛍光体の製造方法であって、（i）前記蛍光体の原料を混合及び粉砕する段階と、（ii）前記粉砕された混合物を、還元雰囲気下で、１１００乃至１６００℃で焼成させ、蛍光体粉末を合成する焼成段階と、（iii）前記一次焼成された混合物を再粉砕する段階と、（iv）前記再粉砕した蛍光体粉末をモールドに入れ、圧力をかけてシート状に成形する段階と、（v）前記成形された蛍光体を、還元雰囲気下で、１１００乃至１６００℃で焼結させる段階とを含むシート状蛍光体の製造方法を提供する。
【００１１】
また、前記蛍光体が、（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、ＹＡＧ（（Ｙ、Ｇｄ）３（Ａｌ、Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ３＋）系蛍光体、ＴＡＧ（（Ｔｂ、Ｇｄ）３（Ａｌ、Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ３＋）系蛍光体、（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）３ＳｉＯ５：Ｅｕ２＋、（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）ＭｇＳｉ２Ｏ６：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋、（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）３ＭｇＳｉ２Ｏ８：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋、及び（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）ＭｇＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋からなる群より選ばれた１種以上であることを特徴とする。
【００１２】
また、前記成形段階（iv）を行う前に、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＳｉＯ２、ＧｅＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＡｌＯＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＣｅＯ２、Ｓｍ２Ｏ３、ＢａＴｉＯ３、ＢａＴａ２Ｏ６、Ｔａ２Ｏ３、Ｓｒ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３、ＰｂＴｉＯ３、ＷＯ３、Ｖ２Ｏ３、Ｉｎ２Ｏ３‐ＳｎＯ２からなる群より選ばれた１つ以上の光透過性セラミック素材を、シート状蛍光体の全重量に対して、０乃至６０重量％の範囲となるように、蛍光体に加えて混合する段階を、さらに含むことを特徴とする。
また、前記成形段階（iv）または焼結段階（v）の後、シート状蛍光体の少なくとも片面上に溝を形成する段階を、さらに含むことを特徴とする。
【００１３】
また、前記溝が一方向に平行にまたは両方向に直交してメッシュ状に形成されたことを特徴とする。
【００１４】
本発明のまた他の側面によると、前記シート状蛍光体を青色／近紫外線ＬＥＤ上に接合して製造された発光装置を提供する。
【００１５】
以下、本発明ついてさらに詳述する。
【００１６】
本発明のシート状蛍光体は、青色／近紫外線系の光を吸収して可視光を出す光源用として用いられるものであって、前記蛍光体は、蛍光体単独または蛍光体と光透過性セラミック素材との混合物が、シート状に成形及び焼結されたことを特徴とする。上述のように、従来の波長変換発光装置は、青色／近紫外線領域の発光ダイオードを、蛍光体と混合されたエポキシ樹脂に埋め込む方式で作製され、熱的安全性に劣り、光安全性が不足であるのに対して、本発明のシート状蛍光体は、熱的安全性及び光安全性に優れ、高輝度の発光が可能である。前記蛍光体の種類は、特に制限されるものではなく、公知の波長変換用蛍光体であれば、全て使用可能であり、例えば、（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、ＹＡＧ（（Ｙ、Ｇｄ）３（Ａｌ、Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ３＋）系蛍光体、ＴＡＧ（（Ｔｂ、Ｇｄ）３（Ａｌ、Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ３＋）系蛍光体、（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）３ＳｉＯ５：Ｅｕ２＋、（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）ＭｇＳｉ２Ｏ６：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋、（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）３ＭｇＳｉ２Ｏ８：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋、及び（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）ＭｇＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋からなる群より選ばれた１種以上のものが挙げられ、本発明の実施例では、Ｓｒ２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋またはＣａＭｇＳｉ２Ｏ６：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋である蛍光体を用いた。
【００１７】
本発明のシート状蛍光体は、波長変化用に用いられるとき、発光ダイオード上に付着して使う。図２は、本発明によるセラミックシートタイプの蛍光体を適用した白色発光装置を示す構造図である。図２に示すように、所定のハウジング内に発光ダイオードを構成し、その上部に本発明のシート状蛍光体を位置させ、発光装置を構成するようになる。すると、前記発光ダイオードから発光する光の一部は、シート状蛍光体を通過して発光され、残りは、前記シート状蛍光体に吸収され、蛍光体の特性に合う光を放出するようになる。前記発光ダイオードとシート状蛍光体との間には、キャビティを形成してもよく、目的に応じて、他の物質を充填してもよいことは勿論である。
【００１８】
前記蛍光体シートは、蛍光体単独または蛍光体と光透過性セラミック素材との混合物が、成形及び焼結されることで取得可能である。前記蛍光体もセラミックの一種であり、単独で成形及び焼結過程を経てシート状に作成されてもよく、熱的安全性や輝度調節等の目的で、他のセラミック素材と混合して成形及び焼結され、本発明のシート状蛍光体に製造されてもよい。前記光透過性セラミック素材は、特に制限されるものではなく、発光ダイオードまたは蛍光体から発生する波長の光と反応せず、前記波長帯の可視光線を透過可能なものであれば全て使用可能である。
【００１９】
但し、本発明の目的に応じて、可視光領域において透明な素材であることが好ましく、前記光透過性セラミック素材の好適な例としては、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＳｉＯ２、ＧｅＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＡｌＯＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、Ｇａ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＣｅＯ２、Ｓｍ２Ｏ３、ＢａＴｉＯ３、ＢａＴａ２Ｏ６、Ｔａ２Ｏ３、Ｓｒ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ３、ＰｂＴｉＯ３、ＷＯ３、Ｖ２Ｏ３、Ｉｎ２Ｏ３‐ＳｎＯ２からなる群より選ばれた１つ以上であることが好ましい。また、前記光透過性セラミック素材は、シート状蛍光体の全重量に対して、０乃至６０重量％の範囲であることが好ましい。前記光透過性セラミック素材の添加量が、シート状蛍光体の全重量に対して６０重量％を超えると、蛍光体から発生する発光の輝度が落ち、好ましくない。
【００２０】
また、前記シート状蛍光体は、その表面の少なくとも片面上に溝を形成することが好ましい。前記溝は、シート状蛍光体の表面積を広げ、発光ダイオードから発光された光との反応性を高める役割を果たす。前記溝は、ダイヤモンドホイールまたはレーザー等のセラミック表面の加工に用いられる公知の手段で形成可能であり、その数や形態等は特に制限されない。但し、本発明の一実施例では、加工の便宜上、前記溝は、前記シート状蛍光体の少なくとも片面上に一方向に平行にまたは両方向に直交してメッシュ状に形成されることが好ましい。
【００２１】
前記シート状蛍光体は、（i）前記蛍光体の原料を混合及び粉砕する段階と、（ii）前記粉砕された混合物を、還元雰囲気下で、１１００乃至１６００℃で焼成させ、蛍光体粉末を合成する焼成段階と、（iii）前記一次焼成された混合物を再粉砕する段階と、（iv）前記再粉砕した蛍光体粉末をモールドに入れ、圧力をかけてシート状に成形する段階と、（v）前記成形された蛍光体を、還元雰囲気下で、１１００乃至１６００℃で焼結させる段階とを含む過程を経て製造され得る。ここで、前記原料の混合粉砕、焼成、及び再粉砕等の過程は、従来の蛍光体の製造方法と類似するので、詳細な説明は省略する。本発明によるシート状蛍光体の製造方法は、前記原料の混合粉砕、焼成、及び再粉砕等の段階を経た後、蛍光体粉末をモールドに入れ、成形及び焼結の段階をさらに経て、シート状に製造される。上述のように、前記シート状蛍光体は、光透過性セラミック素材と一緒に成形及び焼結されてもよく、この場合、前記成形段階において、光透過性セラミック素材を所望の組成で混合して成形するようになる。
【００２２】
前記段階を経た後、またはバルク状に成形した後、前記シート状蛍光体の形態のまま使用し、または、加工段階をさらに経てもよい。特に、シート状蛍光体の厚さや大きさがサブミクロン乃至ミクロン程度であることを要する場合は、前記成形及び焼結段階では、これを維持しにくく、先ずある程度の厚さ及び大きさを有するシート状またはバルク状蛍光体を得た後、これを切断及び／またはスライスする等の加工を経て、所望の形態と大きさを有するシート状蛍光体を得ることができる。前記加工後は、加工による汚染物の除去のために、追加の焼結段階をさらに経てもよい。
【００２３】
前記シート状蛍光体の発光輝度は、その厚さ、空隙率またはセラミック素材の混用率により調節可能である。上述のように、本発明のシート状蛍光体の幾何学的形態を調節したり、光透過性セラミック素材を混用したりすることにより、輝度等の発光特性をある程度制御することができることはもとより、シート状蛍光体の厚さや空隙率を調節し、発光特性を制御することができる。前記空隙率の調節は、焼結時間や温度等の制御により行われ、このような事項は、本発明が属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、理解することができるものであるので、詳細な説明は省略する。
【００２４】
また、本発明によるシート状蛍光体の製造方法は、前記成形段階（iv）または焼結段階（v）の後、シート状蛍光体の少なくとも片面上に溝を形成する段階を、さらに含んでもよい。上述のように、シート状蛍光体の表面に溝を形成すると、発光輝度がさらに高くなる。前記溝の形成は、成形段階または焼結段階後に形成してもよく、さらには、前記追加の加工段階の前、中または後に行ってもよいが、シート状蛍光体の大きさが小さいときに溝を形成すると、作業性が劣るため、作業の便宜性等を考慮して、成形段階または焼結段階後に行うことが好ましい。
【００２５】
かくして製造されたシート状蛍光体は、青色／近紫外線の発光特性を有する発光ダイオードに接合して、波長変換用発光装置を構成するようになる。
【００２６】
従来の発光装置が、エポキシ樹脂に前記発光ダイオードを含浸して製造されるものとは異なり、本発明の発光装置は、発光ダイオード上に、前記シート状蛍光体を所定の距離だけ離隔して位置させればよく、接合方法は、特に制限されない。すなわち、従来の接着剤、シール剤等の化学的方法または機械的装着構造等を用いて接合すればよい。
【００２７】
〔発明の効果〕
上述のように、本発明によるシート状蛍光体を波長変換用蛍光体として、近紫外線と青色光との間の領域の発光素子チップと結合すると、従来の発光装置による蛍光体粉末とエポキシ樹脂またはシリコン樹脂の混合方法における劣等な熱特性を向上させ、蛍光体コーティングの際の高い不良率を克服することができ、また、製造工程が単純化し、製造原価を低くすることができ、さらには、ＬＣＤ用バックライト光源及び家庭用照明灯等に応用され得る発光装置を提供することができる。
【００２８】
上述され、図示された本発明の一実施例は、本発明の技術的思想を限定するものと解釈されてはならない。本発明の保護範囲は、請求の範囲に記載された事項によってのみ制限され、本発明の技術の分野における通常の知識を有する者は、本発明の技術的思想を様々な形態に改良・変更することが可能である。したがって、これらの改良及び変更は、通常の知識を有する者にとって自明なことである限り、本発明の保護範囲に属するものである。
【００２９】
〔図面の簡単な説明〕
図１は、従来の青色ＬＥＤ及びパウダータイプの黄色発光ＹＡＧ系蛍光体を適用した白色発光装置を示す構造図である。
【００３０】
図２は、本発明によるセラミックシートタイプ蛍光体を適用した白色発光装置を示す構造図である。
【００３１】
図３は、本発明による厚さ３０μｍのセラミックシートタイプの青色ベース白色発光ダイオードの発光スペクトルである。
【００３２】
図４は、本発明による厚さ５０μｍのセラミックシートタイプの青色ベース白色発光ダイオードの発光スペクトルである。
【００３３】
図５は、本発明による厚さ１００μｍのセラミックシートタイプの青色ベース白色発光ダイオードの発光スペクトルである。
【００３４】
図６は、実施例２‐１で製造された、２時間の焼結時間を経た８％空隙率のセラミックシートを、青色ベース発光ダイオードと結合した白色発光装置の発光スペクトルである。
【００３５】
図７は、実施例４で製造された、ＳｉＯ２を混合したシート状蛍光体を、青色発光ダイオードと接合して製造された発光装置の発光スペクトルである。
【００３６】
図８は、実施例２‐２で製造された、８時間の焼結時間を経た２％空隙率のセラミックシートを、青色ベース発光ダイオードと結合した白色発光装置の発光スペクトルである。
【００３７】
図９は、本発明による溝が形成されたシート状蛍光体を、青色ベース発光ダイオードと接合した発光装置の概略的な構造図である。
【００３８】
図１０は、本発明による溝が形成されたシート状蛍光体を、青色ベース発光ダイオードと接合した発光装置の発光スペクトルである。
【００３９】
図１１は、本発明による白色発光セラミックシート蛍光体が適用された近紫外線基盤白色発光ダイオードの発光スペクトルである。
【００４０】
＜図面の主要部分に対する符号の説明＞
１    ＹＡＧ系蛍光体粉末
２    エポキシ樹脂
３    青色ＬＥＤ
４    シート状蛍光体
５    キャビティまたはエポキシ樹脂
６    溝が形成されたシート状蛍光体
７    近紫外線ＬＥＤ
８    白色平面シート状蛍光体
〔発明を実施するための最良の形態〕
以下、本発明の好適な実施例について詳述する。但し、下記の実施例は、本発明を理解しやすくするためのものであり、本発明の範囲が下記の実施例にのみ制限されるものではない。
【００４１】
＜実施例１‐１（シート状蛍光体及びこれを用いた白色発光装置の製造）＞
炭酸ストロンチウム（ＳｒＣＯ３）、シリカ（ＳｉＯ２）、酸化ユーロピウム（Ｅｕ２Ｏ３）を、所望の組成に秤量し、容器に入れ、２４時間の間ボールミルで混合しながら粉砕した。前記粉砕された混合物を、水素と窒素の混合比（Ｈ２／Ｎ２）５％の混合ガス雰囲気の電気炉で、１２５０℃、４時間の間焼成させ、Ｓｒ２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋蛍光体粉末を合成した。次に、焼成された蛍光体を、２４時間の間、再びボールミルした。前記再粉砕した焼成された蛍光体粉末の約３０ｇを、直径５ｃｍ厚さ５ｍｍのディスク状金属モールドに入れ、７００ｋｇ／ｃｍ２の圧力で２時間の間圧着させ、直径５ｃｍ厚さ５ｍｍのディスク状蛍光体を成形した。前記成形されたディスクを、水素と窒素の混合比（Ｈ２／Ｎ２）５％の混合ガス雰囲気の電気炉で、１３００℃、４時間の間焼結させ、シート状蛍光体を製造した。
【００４２】
このように製造された蛍光体は、ダイヤモンドホイールを用いて、横５ｍｍ、縦５ｍｍ、厚さ３０μｍの大きさに加工した。前記加工されたシート状蛍光体は、水素と窒素の混合比（Ｈ２／Ｎ２）５％の混合ガス雰囲気の電気炉で、１２５０℃、１時間の間焼結させ、切断過程で用いられた潤滑剤または水残存物を除去した。このように製造されたシート状蛍光体を、青色光の発光特性を有するＧａＮ系発光ダイオードの上端に接合して白色発光装置を作製した。
【００４３】
＜実施例１‐２（シート状蛍光体及びこれを用いた白色発光装置の製造）＞
シート状蛍光体の厚さを５０μｍとした以外には、前記実施例１‐１と同様にし、シート状蛍光体及び発光装置を製造した。
【００４４】
＜実施例１‐３（シート状蛍光体及びこれを用いた白色発光装置の製造）＞
シート状蛍光体の厚さを１００μｍとした以外には、前記実施例１‐１と同様にし、シート状蛍光体及び発光装置を製造した。
【００４５】
図３乃至図５は、それぞれ前記実施例１‐１乃至１‐３で製造された３０、５０及び１００μｍ厚さのシート状蛍光体を、青色光の発光特性を有するＧａＮ系発光ダイオードの上端に接合して製造された白色発光装置の発光スペクトルである。前記発光スペクトルにおいて、４６０ｎｍの発光ピックは、青色発光ＧａＮダイオードの発光ピークピックであり、５６０ｎｍの発光ピックは、シート状蛍光体のＥｕ２＋のｆ軌道からｄ軌道への電子遷移による発光ピークである。図３乃至図５に示すように、厚さ５０μｍのセラミックシート蛍光体が、最適の白色を示し、ｘ＝０．３、ｙ＝０．３の純白色の色座標を示す。これに対して、厚さ１００μｍのシート状蛍光体は、４６０ｎｍの青色発光ＧａＮダイオードの発光ピークが、相対的に低くなることが分かり、これは、シート状蛍光体の厚さが大きいと、青色発光ＧａＮダイオードの発光ピークがシート状蛍光体に吸収される量が増加するからである。一方、厚さ３０μｍのシート状蛍光体は、４６０ｎｍの青色発光ＧａＮダイオードの発光ピークが、相対的に増加することが分かり、これは、シート状蛍光体の厚さが減少すると、青色発光ＧａＮダイオードの発光ピークがシート状蛍光体に吸収される量が減少するからと考えられる。
【００４６】
＜実施例２‐１（シート状蛍光体の空隙率による発光特性）＞
成形されたシート状蛍光体の焼結時間を２時間とした以外には、実施例１‐２と同様にし、シート状蛍光体及び発光装置を製造した。
【００４７】
＜実施例２‐２（シート状蛍光体の空隙率による発光特性）＞
成形されたシート状蛍光体の焼結時間を８時間とした以外には、実施例１‐２と同様にし、シート状蛍光体及び発光装置を製造した。
【００４８】
下記表１は、焼結時間によるシート状蛍光体の空隙率を測定して整理したものである。
【００４９】
【表１】
2009524235.tif 000003
上記表１から明らかなように、焼結時間を増加させると、空隙率が減るようになる。図６及び図７は、それぞれ前記実施例２‐1で製造された２時間の焼結時間を経た８％空隙率のセラミックシートを、青色ベース発光ダイオードと結合した白色発光装置の発光スペクトル、及び実施例２‐２で製造された８時間の焼結時間を経た２％空隙率のセラミックシートを、青色ベース発光ダイオードと結合した白色発光装置の発光スペクトルである。前記発光スペクトルをみると、焼結時間２時間で作製されたセラミックシート蛍光体は、４６０ｎｍの青色発光ＧａＮダイオードの発光ピークが、相対的に高く示され、焼結時間８時間で作製されたセラミックシート蛍光体は、４６０ｎｍの青色発光ＧａＮダイオードの発光ピークが、相対的に低く示されることが分かるが、これは、セラミックシートの空隙の減少により、青色発光ＧａＮダイオードの発光がシート状蛍光体に吸収される量が増加するからと考えられる。
【００５０】
＜実施例３（表面上に溝が形成されたシート状蛍光体及び発光装置の製造）＞
実施例１‐２で製造されたシート状蛍光体の片面に、ダイヤモンドホイールまたはレーザービームにより、０．５μｍの間隔で凹溝を形成した。このような溝が形成されたシート状蛍光体を、青色光の発光特性を有するＧａＮ系発光ダイオード側に接合させ、白色発光装置を作製した。図９は、本発明による溝が形成されたシート状蛍光体を、青色ベース発光ダイオードと接合した発光装置の概略的な構造図である。図１０は、本発明による溝が形成されたシート状蛍光体を、青色ベース発光ダイオードと接合した発光装置の発光スペクトルである。図１０に示すように、溝が形成されたシート状蛍光体は、実施例１‐２のシート状蛍光体と比べて、発光輝度が増加することが観察される。これは、溝の存在により、光接触面積を広げ、ＧａＮの青色光がセラミックシート蛍光体にさらに多く吸収されるからと推測する。
【００５１】
＜実施例４（セラミック素材を混合したシート状蛍光体の製造）＞
成形段階において、蛍光体粉末にＳｉＯ２粉末を２０重量％含有させた以外には、実施例１‐２と同様にし、シート状蛍光体及び発光装置を製造した。図７は、実施例４で製造されたＳｉＯ２を混合したシート状蛍光体を、青色発光ダイオードと接合して製造された発光装置の発光スペクトルである。図７に示すように、前記ＳｉＯ２が含まれたシート状蛍光体は、可視光領域において透明なＳｉＯ２により、セラミック蛍光体の発光密度が減少することが分かる。すなわち、ＳｉＯ２の混合により、青色発光ＧａＮダイオードの発光ピークが、相対的に高く示されるようになり、図６のスペクトルに類似したスペクトルを得た。これは、ＳｉＯ２の含量変化により蛍光密度を制御することができることを示唆する。
【００５２】
＜  実施例５（近紫外線で励起される白色発光シート状蛍光体の製造）＞
蛍光体粉末として、近紫外線領域を吸収して白色発光するＣａＭｇＳｉ２Ｏ６：Ｅｕ２＋、Ｍｎ２＋を適用した以外には、実施例１‐２と同様にし、シート状蛍光体を製造した。このように作製された白色発光するシート状蛍光体を、近紫外線を発光するＩｎＧａＮ系の発光ダイオード側に接合させて白色発光装置を作製した。図１１は、本発明による白色発光セラミックシート蛍光体が適用された近紫外線基盤白色発光ダイオードの発光スペクトルである。図１１に示すように、非可視光の近紫外線スペクトルはみられず、Ｅｕ２＋による４６０ｎｍの青色発光ピーク及びＭｎ２＋による５８０ｎｍと６８０ｎｍの発光ピークを示し、ｘ＝０．２８、ｙ＝０．３８の色座標を有する白色発光スペクトルを示す。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】従来の青色ＬＥＤ及びパウダータイプの黄色発光ＹＡＧ系蛍光体を適用した白色発光装置を示す構造図である。
【図２】本発明によるセラミックシートタイプ蛍光体を適用した白色発光装置を示す構造図である。
【図３】本発明による厚さ３０μｍのセラミックシートタイプの青色ベース白色発光ダイオードの発光スペクトルである。
【図４】本発明による厚さ５０μｍのセラミックシートタイプの青色ベース白色発光ダイオードの発光スペクトルである。
【図５】本発明による厚さ１００μｍのセラミックシートタイプの青色ベース白色発光ダイオードの発光スペクトルである。
【図６】実施例２‐１で製造された、２時間の焼結時間を経た８％空隙率のセラミックシートを、青色ベース発光ダイオードと結合した白色発光装置の発光スペクトルである。
【図７】実施例４で製造された、ＳｉＯ２を混合したシート状蛍光体を、青色発光ダイオードと接合して製造された発光装置の発光スペクトルである。
【図８】実施例２‐２で製造された、８時間の焼結時間を経た２％空隙率のセラミックシートを、青色ベース発光ダイオードと結合した白色発光装置の発光スペクトルである。
【図９】本発明による溝が形成されたシート状蛍光体を、青色ベース発光ダイオードと接合した発光装置の概略的な構造図である。
【図１０】本発明による溝が形成されたシート状蛍光体を、青色ベース発光ダイオードと接合した発光装置の発光スペクトルである。
【図１１】本発明による白色発光セラミックシート蛍光体が適用された近紫外線基盤白色発光ダイオードの発光スペクトルである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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