(57)【要約】【課題】  本発明は、耐熱性、耐光性に富む蛍光体を提供することを目的とする。【解決手段】  一般式  （ＡｌＮ）１−Ｘ（ＳｉＣ）Ｘ：Ｒｅ  （Ｘは、０＜Ｘ＜１である。Ｒｅは希土類元素である。）で表される蛍光体に関する。賦活剤は、Ｅｕなどの希土類元素（Ｒｅ）を用い、Ｘは０＜Ｘ≦０．４のときが好ましい。この蛍光体は、ＡｌＮとＳｉＣと希土類元素単体もしくはその化合物を所定量秤量し、混合し、所定の温度で焼成することにより合成することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一般式
（ＡｌＮ）１−Ｘ（ＳｉＣ）Ｘ：Ｒｅ
（Ｘは、０＜Ｘ＜１である。Ｒｅは希土類元素である。）で表されることを特徴とする蛍光体。
【請求項２】
前記Ｘは、０＜Ｘ≦０．４であることを特徴とする請求項１に記載の蛍光体。
【請求項３】
前記Ｒｅは、Ｅｕであることを特徴とする請求項１に記載の蛍光体。
【請求項４】
光源と、前記光源からの光により励起され、前記光源と異なる波長の光を放出する蛍光体と、を有する発光装置であって、
前記蛍光体は、一般式
（ＡｌＮ）１−Ｘ（ＳｉＣ）Ｘ：Ｒｅ
（Ｘは、０＜Ｘ＜１である。Ｒｅは希土類元素である。）で表されることを特徴とする発光装置。
【請求項５】
前記蛍光体は、層状若しくは基板状に成形されていることを特徴とする請求項４に記載の発光装置。
【請求項６】
前記光源は、ウルツ型窒化物半導体からなる発光素子であり、層状若しくは基板状の蛍光体の面に接するように前記発光素子が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新規の蛍光体に関し、半導体発光素子、蛍光ランプ等の照明、ディスプレイ、液晶用バックライト等に使用される発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子を用いた発光装置は、小型で電力効率が良く鮮やかな色の発光をする。また、半導体素子であるため球切れなどの心配がない。さらに初期駆動特性が優れ、振動やオン・オフ点灯の繰り返しに強いという特徴を有する。このような優れた特性を有するため、半導体発光素子は、各種の光源として利用されている。
【０００３】
一般に、蛍光体は発光素子近傍に配置されるため、光源からの光や熱に対して安定性が要求される。特に半導体発光素子と組み合わせて使用される蛍光体においては、電流を投入すると半導体発光素子は１００℃以上に発熱し、蛍光体の発光輝度が温度消光により低下する場合がある。また、蛍光体には化学薬品に対する安定性も要求される。
【０００４】
半導体発光素子と蛍光体を組み合わせた発光装置においては、蛍光体は、エポキシ樹脂と混合して、発光素子上に塗布、蛍光体層を成形するのが一般的である。しかしながら、この場合において、樹脂硬化中の蛍光体の沈降により樹脂内での蛍光体の分散程度が変化し、均一な混色光が得られず、歩留まりが低くなるという問題がある。また、発光素子からの光や熱によって樹脂が劣化し、発光輝度が経時で低下する問題もある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
よって、本発明は、耐熱性、耐光性に富む蛍光体を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の問題点を解決すべく、本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、本発明を完成するに到った。すなわち、本発明は以下の新規蛍光体とそれを用いた発光装置に係るものである。
【０００７】
本発明は、一般式  （ＡｌＮ）１−Ｘ（ＳｉＣ）Ｘ：Ｒｅ  （Ｘは、０＜Ｘ＜１である。Ｒｅは希土類元素である。）で表される蛍光体に関する。これにより、耐熱性、耐光性に富む蛍光体を提供することができる。また、温度消光による発光輝度の低下を抑制することができる。
【０００８】
前記Ｘは、０＜Ｘ≦０．４であることが好ましい。これにより高輝度に発光させることができる。
【０００９】
前記Ｒｅは、Ｅｕであることが好ましい。これにより所定の色調に発光させることができる。
【００１０】
本発明は、光源と、前記光源からの光により励起され、前記光源と異なる波長の光を放出する蛍光体と、を有する発光装置であって、前記蛍光体は、一般式  （ＡｌＮ）１−Ｘ（ＳｉＣ）Ｘ：Ｒｅ  （Ｘは、０＜Ｘ＜１である。Ｒｅは希土類元素である。）で表される発光装置に関する。これにより、耐熱性、耐光性に富む蛍光体を有する発光装置を提供することができる。また、光源等の発熱による温度消光からの発光輝度の低下を抑制することができる。
【００１１】
前記蛍光体は、層状若しくは基板状に成形されていることが好ましい。従来の発光装置においては、蛍光体層を形成する場合、樹脂硬化の際に蛍光体が沈降する。しかし、樹脂中の蛍光体の分散状態が変化すると均一な混色光が得られず、歩留まりが低下する。これに対して本発明では、蛍光体自身を所定の形状に成形することで、樹脂中での蛍光体の分散不均一による歩留まり低下や樹脂劣化による発光輝度の経時劣化を回避している。
【００１２】
前記光源は、ウルツ型窒化物半導体からなる発光素子であり、層状若しくは基板状の蛍光体の面に接するように前記発光素子が形成されていることが好ましい。これにより、層状もしくは基板状の前記蛍光体を効率良く励起することができる。若しくは光源にウルツ型の結晶構造を有する発光素子を用いることで、層状もしくは基板状の蛍光体面に前記発光素子を結晶成長等により良好に形成することが出来る。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、耐熱性、耐光性に優れた蛍光体及びそれを用いた発光装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る蛍光体及びその製造方法並びに発光装置を、実施の形態及び実施例を用いて説明する。但し、本発明は、この実施の形態及び実施例に限定されない。
（１）蛍光体
本発明の蛍光体は、一般式（ＡｌＮ）１−Ｘ（ＳｉＣ）Ｘ：Ｒｅ（Ｘは、０＜Ｘ＜１である。Ｒｅは希土類元素である。）で表される。賦活剤は、Ｅｕなどの希土類元素（Ｒｅ）を用いる。Ｘが０＜Ｘ≦０．４のときに高い発光輝度を有し、かつ、温度消光も少ない。励起光源としては２５０ｎｍ〜４２０ｎｍの紫外〜青紫色の光を用いることが好ましい。例えば３６５ｎｍの光を蛍光体に照射すると、蛍光体は青色に発光する。
【００１５】
蛍光体は、ＡｌＮとＳｉＣと希土類元素単体もしくはその化合物を秤量・混合し、所定の温度で焼成することにより合成する。希土類元素は希土類元素単体若しくは窒化物を用いることが好ましいが、硫化物やハロゲン化物を用いることも出来る。秤量・混合作業は、酸素、水分を含まない窒素若しくはアルゴン雰囲気のグローブボックス中で行う。焼成温度は１８００℃〜２２００℃、焼成時間は０．５時間〜２４時間である。焼成は、窒素やアンモニア等の雰囲気中にて行うのが望ましい。希土類元素に窒化物を用いたときは、焼成雰囲気をアルゴン等の不活性雰囲気にすることも出来る。焼成雰囲気には、０．１ＭＰa以上の加圧雰囲気を用いることが好ましい。また、得られた焼結体は、粉砕して、分級、洗浄等することが好ましい。
【００１６】
このようにして得られた蛍光体は、半導体発光素子、蛍光ランプ等の照明、ディスプレイ、液晶用バックライト等に使用される。
（２）発光装置
本発明の発光装置は、２５０ｎｍ〜４２０ｎｍの紫外〜青紫色の波長の光を放出する励起光源と、前記光源からの光により励起され、前記光源と異なる波長の光を放出する一般式（ＡｌＮ）１−Ｘ（ＳｉＣ）Ｘ：Ｒｅ（Ｘは、０＜Ｘ＜１である。Ｒｅは希土類元素である。）で表される蛍光体からなる。
【００１７】
更に、発光装置は、前記組成を有する層状もしくは基板状の蛍光体とその蛍光体面に接して形成した半導体発光素子からなる。この発光装置においては、半導体発光素子からの励起光を蛍光体が吸収して、励起光と異なる波長の光を放出する。
【００１８】
蛍光体を効率良く励起出来る紫外から可視短波長領域の光を発光可能な半導体発光素子としては、ウルツ型の結晶構造を持つ窒化物半導体(例えば、ＡｌやＧａを含む窒化物半導体、ＩｎやＧａを含む窒化物半導体としてＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）を発光層に有する発光ダイオードが挙げられる。
【００１９】
一般式（ＡｌＮ）１−Ｘ（ＳｉＣ）Ｘ：Ｒｅ（Ｘは、０＜Ｘ＜１である。Ｒｅは希土類元素である。）で表される蛍光体はＡｌＮとＳｉＣの連続固溶体であり、ウルツ型の結晶構造を有しており、格子定数も前記窒化物半導体に非常に近い。従って、前記蛍光体上には、ウルツ型の窒化物半導体の発光ダイオードを結晶成長等により良好に形成することが出来る。
【００２０】
層状若しくは基板状の蛍光体面に接して半導体発光素子を配置した前記発光装置においては、樹脂中に蛍光体を分散した形態の蛍光体層を用いていないために、樹脂硬化中の蛍光体の沈降により樹脂内での蛍光体の分散程度が変化、均一な混色光が得られないことによる歩留まり低下や、樹脂劣化による発光輝度の低下が無い。
【００２１】
層状若しくは基板状の蛍光体は以下の手順で合成される。
【００２２】
ＡｌＮとＳｉＣの粉末原料を秤量・混合し坩堝に収納する。坩堝の直上にはＳｉＣの単結晶基板を配置する。
【００２３】
この構成において、窒素含有の減圧雰囲気中で、原料を収納した坩堝を１８００℃〜２２００℃に、直上のＳｉＣ基板については、原料より数℃〜１００℃低い温度に維持することにより、前記ＳｉＣ基板上には、原料のＡｌＮとＳｉＣの調合比に対応した（ＡｌＮ）１−Ｘ（ＳｉＣ）Ｘ（Ｘは、０＜Ｘ＜１である）なる組成の結晶層が堆積される。
【００２４】
このような複合結晶基板をＳｉＣ側から、研削することにより、（ＡｌＮ）１−Ｘ（ＳｉＣ）Ｘ（Ｘは、０＜Ｘ＜１である）なる結晶層のみを分離する。分離した結晶層の両面を研磨することにより、鏡面状の基板を得る。前記基板の希土類元素賦活は、希土類元素をイオン注入することにより行う。イオン注入後、希土類元素が発光中心として機能するようにするため、前記基板には、窒素含有雰囲気中で１８００℃〜２２００℃の熱処理を施す。高い発光輝度を得るためには、イオン注入過程において、前記基板を４００℃〜１０００℃に加熱することが望ましい。
【００２５】
尚、蛍光体層を堆積する下地の基板としては、ＳｉＣに代えて、ＡｌＮやサファイアを用いることも出来る。また、下地の基板上に蛍光体層を付けたままの形態でも構わない。更に、層状または基板状の前記蛍光体は、ＣＶＤやスパッタ等の方法によっても形成することが出来る。
【００２６】
前述の方法で形成した蛍光体上に、ウルツ型窒化物半導体からなる発光ダイオードを公知の方法にて形成する。発光ダイオードは光取り出し面を蛍光体側とするフリップチップ型であることが好ましい。
【実施例】
【００２７】
＜実施例１乃至４＞
実施例１乃至４に係る蛍光体は、一般式（ＡｌＮ）１−Ｘ（ＳｉＣ）Ｘ：Ｅｕ（Ｘは、０＜Ｘ＜１である。）で表される。表１に各実施例に係る蛍光体の原料モル比と諸発光特性を示す。蛍光体組成は原料モル比と同等である。発光輝度は、３６５ｎｍの励起光を照射したときのものであり、実施例１に係る蛍光体の発光輝度で規格化してある。温度特性についても、励起光は３６５ｎｍであり、３００℃のときの発光輝度を室温のときの発光輝度で規格化してある。図１は、実施例１に係る蛍光体の発光スペクトル（励起波長３６５ｎｍ）を示す図である。図２は、実施例１に係る蛍光体の励起スペクトル（発光波長４７０ｎｍ）を示す図である。図３は、実施例１に係る蛍光体の発光輝度の温度特性（励起波長３６５ｎｍ）を示す図である。
【００２８】
【表１】
2008115307.tif 000003
【００２９】
各実施例に係る蛍光体の合成手順を以下に記す。ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＥｕＮ粉末原料を所定の組成比（モル比）にて調合し、混合した。ＥｕＮは、Ｅｕメタルの塊を窒素雰囲気中で８００℃にて窒化・粉砕することにより得た。原料の秤量と混合は、露点−５０℃以下に管理されたアルゴン雰囲気のグローブボックス中で行った。この原料混合物は、坩堝に入れ、５ＭＰａの加圧窒素雰囲気中にて約２０００℃、６時間焼成した。焼成後、焼結体を０．１μｍ〜１０μｍに粉砕し、諸発光特性を測定した。
【００３０】
実施例１乃至４に係る蛍光体は、３６５ｎｍの励起光を照射すると４７０ｎｍ近傍にピーク波長を有する青色に発光する。また、発光波長４７０ｎｍに対する励起光のピーク波長は２９５ｎｍであった。また、実施例１、２に係る蛍光体の発光輝度は、温度３００℃においても、室温の輝度の８９％を維持しており、温度消光が極めて少ないことが判る。
【００３１】
一般式（ＡｌＮ）１−Ｘ（ＳｉＣ）Ｘ：Ｅｕで表される本発明の蛍光体は、実施例１、２が含まれるＸが０＜Ｘ≦０．４となる組成にて良好な温度特性を有する。また、粉砕した蛍光体は、分級、洗浄後、半導体発光素子、蛍光ランプ等の照明、ディスプレイ、液晶用バックライト等に使用される。
＜実施例５＞
実施例５に係る蛍光体は、以下のように製造される。図４は、実施例５に係る発光装置の構成を示す図である。
【００３２】
ＡｌＮとＳｉＣの粉末原料をモル比で９：１の比率で秤量・混合し坩堝に収納した。そして、坩堝の直上には６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）面の単結晶基板を配置した。窒素含有の減圧雰囲気中で、原料を約１９００℃、直上のＳｉＣ基板を原料より約５０℃低い温度に維持することにより、ＳｉＣ基板上には、ほぼ（ＡｌＮ）０．９（ＳｉＣ）０．１なる組成の結晶層を形成した。
【００３３】
その後、この複合基板をＳｉＣ側から、研削することにより、前記組成の結晶層のみからなる基板を得た。更に、両面を研磨し、鏡面基板に仕上げた。前記基板へのＥｕイオンの注入は公知のイオン注入装置を用いて行った。注入層のＥｕイオンの濃度は、約１×１０２０ｃｍ−３になるようにした。イオン注入後、窒素含有雰囲気中で１９００℃の熱処理を施した。このようにして形成した蛍光体基板１０上に、紫外発光ダイオード２０を形成した。
【００３４】
紫外発光ダイオード２０は、アンドープＧａＮ層を膜厚５μｍ、ｎ型クラッド層を膜厚４００ÅでＳｉドープＡｌ０．１８Ｇａ０．８２Ｎ（Ｓｉのドープ量：５×１０１７／ｃｍ３）、活性層を膜厚２００ÅのＳｉドープＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ／膜厚７０ÅのＩｎ０．０３Ａｌ０．０２Ｇａ０．９５Ｎ／膜厚４０ÅのＳｉドープＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ／膜厚７０ÅのＩｎ０．０３Ａｌ０．０２Ｇａ０．９５Ｎ／膜厚４０ÅのＳｉドープＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎを合計膜厚４２０Åで形成する。次に、ｐ型クラッド層を膜厚６００ÅでＭｇドープＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ、ｐ型コンタクト層を膜厚０．１μｍでＭｇドープＡｌ０．０４Ｇａ０．９６Ｎ（Ｍｇのドープ量：１×１０１９／ｃｍ３）、膜厚０．０２μｍでＭｇドープＡｌ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ（Ｍｇのドープ量：２×１０２１／ｃｍ３）で形成される。以上より得られる発光ダイオードには、同一面側にｎ電極３１及びｐ電極３２を形成した。
【００３５】
上記構成の発光ダイオードは、光取り出し面を蛍光体基板側とするフリップチップ型であり、３７３ｎｍの紫外光を発する。そして、前記紫外光の一部若しくは全部は前記蛍光体基板中で波長変換されて約４７０ｎｍの青色光となり、前記蛍光体基板外に放出される。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の蛍光体は、半導体発光素子、蛍光ランプ等の照明、ディスプレイ、液晶用バックライト等と組み合わせて使用することができる。また、本発明の発光装置は、照明器具、ディスプレイなどに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】実施例１に係る蛍光体の発光スペクトルを示す図である。
【図２】実施例１に係る蛍光体の励起スペクトルを示す図である。
【図３】実施例１に係る蛍光体の温度特性を示す図である。
【図４】実施例５に係る発光装置の構成を示す図である。
【００３８】
１０  蛍光体基板
２０  紫外発光ダイオード
３１  ｎ電極
３２  ｐ電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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