(57)【要約】【発明の課題】構成要素として水銀などの有害物質を使用せず、省消費電力で蛍光ランプに代わる多色及び白色光源として、色再現、演色性の優れた発光装置を提供することを目的とする。【解決手段】近紫外ないしは短波長可視域に発光スペクトルのピーク波長をもった励起用光源と、該励起用光源からの発光を吸収し得る位置に組成が（Ｍ１−ｘＭ’ｘ）Ｏ・ｎ（Ａｌ１−ｙＧａｙ）２Ｏ３：Ｍｎｚ（但しＭ＝Ｃａ，Ｓｒ、Ｍ’＝Ｂａ，Ｍｇ，Ｚｎ、０≦ｘ≦０．１、０≦ｙ≦０．１、１ｘ１０−４≦ｚ≦１ｘ１０−１（ｇ．ａｔｍ／母体１ｍｏｌ）、２≦ｎ≦８）の赤色発光蛍光体または該赤色蛍光体と他色発光蛍光体とからなる混合蛍光体を具備し、これとは異なるピーク波長の発光を呈する発光装置。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
近紫外ないしは短波長可視域に発光スペクトルのピーク波長をもった励起用光源と、該励起用光源からの発光を吸収し得る位置に配置されて、該励起用光源からの前記発光の少なくとも１部を吸収して、これとは異なるピーク波長の発光を呈する１種以上の蛍光体とを具備する発光装置であって、前記蛍光体の赤色発光蛍光体の組成が（Ｍ１−ｘＭ’ｘ）Ｏ・ｎ（Ａｌ１−ｙＧａｙ）２Ｏ３：Ｍｎｚ（但しＭ＝Ｃａ，Ｓｒ、Ｍ’＝Ｂａ，Ｍｇ，Ｚｎ、０≦ｘ≦０．１、０≦ｙ≦０．１、１ｘ１０−４≦ｚ≦１ｘ１０−１（ｇ．ａｔｍ／母体１ｍｏｌ）、２≦ｎ≦８）のアルミン酸塩であることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
近紫外ないしは短波長可視域に発光スペクトルのピーク波長をもった励起用光源と、該励起用光源からの発光を吸収し得る位置に配置されて、該励起用光源からの前記発光の少なくとも１部を吸収して、これとは異なるピーク波長の発光を呈する赤色、緑色、青色の３種の蛍光体とを具備する発光装置であって、赤色発光蛍光体が（Ｍ１−ｘＭ’ｘ）Ｏ・ｎ（Ａｌ１−ｙＧａｙ）２Ｏ３：Ｍｎｚ（但しＭ＝Ｃａ，Ｓｒ、Ｍ’＝Ｂａ，Ｍｇ，Ｚｎ、０≦ｘ≦０．１、０≦ｙ≦０．１、１ｘ１０−４≦ｚ≦１ｘ１０−１（ｇ．ａｔｍ／母体１ｍｏｌ）、２≦ｎ≦８）であることを特徴とする白色発光装置。
【請求項３】
前記励起用光源の発光スペクトルのピーク波長が３００〜５００ｎｍであることを特徴とする請求項１〜２のいずれか一項目に記載の発光装置。
【請求項４】
前記励起用光源が発光ダイオード（ＬＥＤ）、半導体レーザーの中の少なくとも１種であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項５】
前記励起用光源が（Ｉｎ，Ｇａ）Ｎであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は近紫外または短波長可視域の発光を呈する励起用光源と蛍光体との組合せにより種々の発光色の発光を呈する照明用やディスプレイ用として用いられる発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
蛍光体の代表的な用途の１つとして蛍光ランプが知られており、古くから照明やディスプレーとして実用されている。周知のように蛍光ランプはガラス管の内壁に形成された蛍光体からなる蛍光膜が、水銀蒸気を封入したガラス管内において、放電で発生する紫外線より励起され発光することを利用し、照明用等の光源として用いられている。
【０００３】
ところで、近年、環境問題や省電力の観点から水銀を使用しない、より消費電力の少ない照明用の光源として、発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザー（ＬＤ）を励起用光源として用い、これと蛍光体とを組合せて、ＬＥＤやＬＤからの発光を用い蛍光体を励起して発光させ、その時出る光を光源として用いる方法が開発されている。例えば、特許第２，９２７，２７９号公報には、ＬＥＤチップが発する青色系の可視光と、このＬＥＤチップの青色系の発光の一部を吸収して発光するＣｅ付活希土類アルミン酸塩蛍光体からの黄色系の発光との加色混合によって全体として白色系の発光を呈する発光ダイオードが開示されている。
【０００４】
しかしながら、従来のＬＥＤ等の励起用光源と蛍光体とを組み合わせたタイプの光源では、ＬＥＤ等の励起用光源の発光波長が限定されることや、用いられる励起用光源により発光し得る蛍光体の種類が極めて限られている等のため、最終的に得られる発光色が白色系に限定されるとかマルチカラー的な色が出せない等の制約があった。また白色についても照明下の色は好ましい色が再現されず、演色性も問題であった。
【０００５】
近年、この様な問題を解決するため、２色加色での白色合成の欠点を補う方法として、Ｕ．Ｓ．Ｐ．６２９４８００、Ｕ．Ｓ．Ｐ．６２５５６７０等で３成分、緑、青、赤での混合による方法が紹介されている。ここで使用されている蛍光体は緑発光蛍光体としてはＣａ８Ｍｇ（ＳｉＯ４）４Ｃｌ：Ｅｕ，Ｍｎ、青発光蛍光体としてはＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：ＥＵ等が、また赤色蛍光体としては、Ｙ２Ｏ２Ｓ：ＥｕまたはＹ２Ｏ３：Ｅｕ，Ｂｉ等があげられている。
【０００６】
この３成分の混合による方法は、２色成分法に比べればその光源照明下での映り出される色の再現はかなり改善してきている。しかしながら成分として用いられている個々の蛍光体自身の色調が好ましくない場合、その光源の照明下で映り出される色は再現性の乏しく望む色が出せず、上記の技術の場合特に赤色の蛍光体の色調が望ましい赤色から離れているため、満足な白色光源を得ることができない。
近年、照明、ディスプレー、液晶バックライト用として白色光源に限らず多色光源としても、色再現性、演色性の良好なものがより望まれるようになって来ている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は構成要素として水銀などの有害物質を使用しない省消費電力の蛍光ランプに代わる照明、ディスプレー、液晶バックライト用光源として、色再現性、演色性の優れた赤色及び白色及び又は多色の光源を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的達成のため、種々の蛍光体について、これを励起するための各種励起用光源で発光させてみることによって、好ましい赤色光源となり得る蛍光体を励起用光源との組合について詳細に探索した。その結果、色調の好ましい蛍光体として組成が（Ｍ１−ｘＭ’ｘ）Ｏ・ｎ（Ａｌ１−ｙＧａｙ）２Ｏ３：Ｍｎｚ（但しＭ＝Ｃａ，Ｓｒ、Ｍ’＝Ｂａ，Ｍｇ，Ｚｎ、０≦ｘ≦０．１、０≦ｙ≦０．１、１ｘ１０−４≦ｚ≦１ｘ１０−１（ｇ．ａｔｍ／母体１ｍｏｌ）、２≦ｎ≦８）であることを特徴とする赤色発光蛍光体を見出した。
また一方この蛍光体を用いて、他色蛍光体との混合で白色及び多色について検討した結果、多色としての色再現性が優れていること、また白色光源の場合その照明下で映り出される赤色再現が良好である等の利点を見出し、本発明に至った。
【０００９】
本発明の発光装置は下記の構成を有する。
（１）近紫外ないしは短波長可視域に発光スペクトルのピーク波長をもった励起用光源と、該励起用光源からの発光を吸収し得る位置に配置されて、該励起用光源からの前記発光の少なくとも１部を吸収して、これとは異なるピーク波長の発光を呈する１種以上の蛍光体とを具備する発光装置であって、前記蛍光体の赤色発光蛍光体の組成が（Ｍ１−ｘＭ’ｘ）Ｏ・ｎ（Ａｌ１−ｙＧａｙ）２Ｏ３：Ｍｎｚ（但しＭ＝Ｃａ，Ｓｒ、Ｍ’＝Ｂａ，Ｍｇ，Ｚｎ、０≦ｘ≦０．１、０≦ｙ≦０．１、１ｘ１０−４≦ｚ≦１ｘ１０−１（ｇ．ａｔｍ／母体１ｍｏｌ）、２≦ｎ≦８）のアルミン酸塩であることを特徴とする発光装置。
【００１０】
（２）近紫外ないしは短波長可視域に発光スペクトルのピーク波長をもった励起用光源と、該励起用光源からの発光を吸収し得る位置に配置されて、該励起用光源からの前記発光の少なくとも１部を吸収して、これとは異なるピーク波長の発光を呈する赤色、緑色、青色の３種の蛍光体とを具備する発光装置であって、赤色発光蛍光体が（Ｍ１−ｘＭ’ｘ）Ｏ・ｎ（Ａｌ１−ｙＧａｙ）２Ｏ３：Ｍｎｚ（但しＭ＝Ｃａ，Ｓｒ、Ｍ’＝Ｂａ，Ｍｇ，Ｚｎ、０≦ｘ≦０．１、０≦ｙ≦０．１、１ｘ１０−４≦ｚ≦１ｘ１０−１（ｇ．ａｔｍ／母体１ｍｏｌ）、２≦ｎ≦８）であることを特徴とする白色発光装置。
【００１１】
（３）前記励起用光源の発光スペクトルのピーク波長が３００〜５００ｎｍであることを特徴とする前記（１）〜（２）のいずれかに記載の発光装置。
（４）前記励起用光源が発光ダイオード（ＬＥＤ）、半導体レーザーの中の少なくとも１種であることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の発光装置。
（５）前記励起用光源が（Ｉｎ，Ｇａ）Ｎであることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載の発光装置。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の発光装置は、近紫外ないしは短波長可視域に発光スペクトルのピーク波長をもった発光ダイオード（ＬＥＤ）等の励起用光源と、該励起用光源からの発光を吸収し得る位置にアルミン酸塩赤色発光蛍光体（Ｍ１−ｘＭ’ｘ）Ｏ・ｎ（Ａｌ１−ｙＧａｙ）２Ｏ３：Ｍｎｚ（但しＭ＝Ｃａ，Ｓｒ、Ｍ’＝Ｂａ，Ｍｇ，Ｚｎ、０≦ｘ≦０．１、０≦ｙ≦０．１、１ｘ１０−４≦ｚ≦１ｘ１０−１（ｇ．ａｔｍ／母体１ｍｏｌ）、２≦ｎ≦８）または他色蛍光体である緑色発光蛍光体、青色発光蛍光体との混合で２色または３色混合で構成された蛍光体を配置したもので、光学的に結合される形で組まれた従来の発光装置と同様の構成を有する。なおここで用いられる他色発光蛍光体は、緑色発光蛍光体としてはＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ，Ｍｎ、Ｃａ２ＭｇＳｉ２Ｏ７：Ｅｕ等がまた青色発光蛍光体としてはＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ、Ｃａ２Ｂ５Ｏ９Ｃｌ：Ｅｕ、Ｓｒ２ＭｇＳｉ２Ｏ７：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）３ＭｇＳｉ２Ｏ８：Ｅｕ等が好ましいものとして使用される。
【００１３】
以下、本発明の赤色発光蛍光体を更に詳細に説明する。
本発明のアルミン酸塩物蛍光体は、次のようにして合成される。蛍光体原料としては、▲１▼母体の一構成成分である、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ及びＭｇの１種以上の酸化物もしくはこれらの硝酸塩、炭酸塩等の化合物、▲２▼付活剤成分である、Ｍｎ酸化物もしくはこれらの硝酸塩、炭酸塩、塩化物等の化合物、▲３▼母体の一構成成分である、アルミニウム及びガリウムの酸化物、もしくはこれらの硝酸塩、炭酸塩、塩化物等の化合物、更にこれにアルカリ金属及び／又はアルカリ土類金属やアンモニウムのバロゲン化物等をフラックスとして配合し、湿式又は乾式で充分に混合する。上記原料を所定量秤取し、この原料混合物をルツボ等の耐熱容器に充填し、中性雰囲気中もしくは空気中等の雰囲気中で１０００〜１７５０℃で１〜１２時間で１回以上焼成する。焼成を終えた焼成物は粉砕し、うすい鉱酸水溶液で洗浄したのち水洗を行い、更にボールミル等による分散処理を施した後、水篩等の湿式分級法で不要な大粒子を除くなどのため、分級処理を加えた後、乾燥、篩いを行うことにより本発明のアルミン酸塩蛍光体が得られる。
【００１４】
図１は、この赤色発光蛍光体について、近紫外波長である３８２ｎｍの紫外線励起による発光スペクトルを調べたもので、その発光色は従来検討されている赤色蛍光体Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕの発光ピーク波長が６２４ｎｍであることと比較すると、赤みの強い長波長域の６５６ｎｍに強いピークを持っており、色純度的に好ましい赤色であることを示している。
【００１５】
一方、本発明の発光装置の構成要素の１つである励起用発光としては、近紫外〜短波長可視光の波長域に発光する発光素子が用いられる。この励起用光源である発光素子としては、比較的入手し易く、しかも発光効率が高くて、蛍光体をより高輝度に発光させ得る点で、その発光ピークの波長λが３００〜５００ｎｍで、より好ましくは３７０〜５００ｎｍである（Ｉｎ，Ｇａ）Ｎ等の窒化物系化合物半導体からなる発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザー（ＬＤ）を使用することができる。
本発明の発光装置は、前記の蛍光体が励起用光源からの光を受光して吸収し得るような位置関係にあり、励起光源に対峙するような配置で構成されている。
【００１６】
図３は本発明の発光素子の構造概略図の一例であり、ステム１上には半導体発光素子チップ３が電気的に接着されており、一方、半導体発光素子チップ３の他方の電極とリード２の１つとがリード線５により電気的に接続されている。このステム１にはドーム状の透明樹脂被覆蓋体５が固着される。そして、この透明樹脂被覆蓋体５の内面には、蛍光体を分散させた結合剤が塗布され蛍光体層６が形成されている。透明樹脂被覆蓋体５は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、ポリスチレンなどの樹脂やガラス等の光に対して透明な材料で構成され、半導体発光素子チップ３の気密封止用キャップの役割を兼ねてステム１に固着されている。リード線２に通電することによって半導体発光素子チップ３が発光し、この発光光が空間層を介して透明樹脂被覆蓋体５の内壁面に形成されている蛍光体層６面に照射され、蛍光体層６がこの半導体発光素子チップ３からの発光を吸収して励起され、半導体発光素子チップ３とは異なる発光波長で本発明の構成要素として示された蛍光体に固有の発光を呈する。
【００１７】
図４は本発明の発光装置の別の実施例を示す構造概略図の１例であり、本例の発光装置はヘッダー４上に半導体発光素子チップ１３をマウントし、リード１２に電気的に接続されている。また、半導体発光装置チップ１３を覆うように蛍光体を混入した透明樹脂で被覆し、蛍光体層１６を形成し、該蛍光体層１６の上に透明樹脂をモールドして凸レンズ状の樹脂レンズ１５を形成する。１４は半導体発光素子チップ１３と電極とを電気的に接続するリード線である。リード１２を通じて通電して半導体発光素子チップ１３を発光させ、この発光を吸収した半導体発光素子チップ１３が励起されて半導体発光素子チップ１３とは異なる波長の発光を呈する。なお、樹脂レンズ１５と蛍光体層１６とは一体化し、蛍光体を分散含有させた透明樹脂で半導体発光素子チップ１３の上をモールドしておいても良い。
また更にカップ型のマウント部を有するリードフレームを作製し、底部に発光装置チップを配置し、カップ状マウント部に蛍光体を樹脂と共に注入充填しても良い。
【００１８】
また、これら図３及び図４に例示したような点光源状の発光素子を線状もしくは面状に集積してアレイ状に配列して、線状または面状の光源とすることも出来る。
このような構成を有する本発明の発光装置の一構成要素である蛍光体層において、赤色のアルミン酸塩蛍光体または発光色の異なる複数の蛍光体と混合された蛍光体を用いることにより、所望の発光色を呈し、色再現性、色演性に優れた発光装置を得ることができる。この様な発光装置の実現により、照明、ディスプレー、液晶バックライト用として白色光源に限らず多色光源としても、色再現性、演色性の良好なものを提供することが可能となり、工業的な利用価値は大きい。
【００１９】
【実施例】
次に実施例により本発明を説明するが、本発明は以下の実施例に例示した実施の態様に限定されるものではない。
〔実施例１〕
組成式がＣａＯ・６Ａｌ２Ｏ３：Ｍｎ０．００１で表されるアルミン酸塩蛍光体４ｍｇとアクリル樹脂１ｇとトルエン１５ｇとを混合して蛍光体塗布液を調製した。
これとは別に、励起用光源として主ピーク波長３８２ｎｍの近紫外発光を示す発光ダイオード素子のウエハー部分を水平に保持し、先に調製した蛍光体塗布液をその発光部上に細いノズルから滴下してドーム状の蛍光体塗布膜を作り、次いでこれをそのまま半回転して蛍光体塗布面を逆水平にして表面張力を利用しドーム状の塗膜内で蛍光体を室温で自然乾燥させた後、およそ１５０℃で３時間更に乾燥して表面にＣａＯ・６Ａｌ２Ｏ３：Ｍｎ蛍光体が塗布された実施例１の発光装置を作製した。
【００２０】
このようにして得られた実施例１の発光装置の電極に通電したところ、ＣＩＥ表色系で表される発光色度点がｘ＝０．７１１、ｙ＝０．２８１である、赤色の発光を示す発光装置が得られた。この時の蛍光体層からの発光について、色調をスペクトル解析したものを図１示したが、発光ピーク波長が長波長域の６５６ｎｍに強いピークを持っており、赤みの強い色純度的に好ましい赤色であることを示している。
【００２１】
〔比較例１〕
蛍光体のみ従来蛍光体Ｙ２Ｏ３Ｓ：Ｅｕに変えて実施例１と同様の方法にて発光装置を作製した。このようにして得られた比較例１の発光装置の電極に通電したところ、ＣＩＥ表色系で表される発光色度点がｘ＝０．６６９、ｙ＝０．３２８である、赤色の発光を示す発光装置が得られた。この時の蛍光体層からの発光について、色調をスペクトル解析したものを図１示したが、発光ピーク波長はオレンジサイドによった長波６２４ｎｍに強いピークを持っており、赤みの色純度が乏しく色再現の面で満足行くものではなかった。
【００２２】
〔実施例２〕
本発明の赤色蛍光体ＣａＯ・６Ａｌ２Ｏ３：Ｍｎと青色蛍光体（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕと緑色蛍光体ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌとを混合して作られた白色蛍光体を用いて、実施例１と同様な方法で発光装置を作製した。
このようにして得られた実施例１の発光装置の電極に通電したところ、ＣＩＥ表色系で表される発光色度点がｘ＝０．３１０　ｙ＝０．３９６で通常用いられる白色色度点を示しており、また照明下で映し出される色は良好であり、またそこで得られた発光をスペクトル解析した結果図２からも赤色成分の発光ピーク波長が好ましい赤色の波長である６５０ｎｍに位置していることが確認できた。
【００２３】
〔比較例２〕
従来赤色蛍光体を用いた白色蛍光体として、赤色蛍光体Ｙ２Ｏ３Ｓ：Ｅｕと青色蛍光体（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕと緑色蛍光体ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌとを混合して作られた白色蛍光体を用い、実施例２において蛍光体のみ変更し、其の他は同様な方法で発光装置を作製した。
このようにして得られた比較例２の発光装置の電極に通電したところ、ＣＩＥ表色系で表される発光色度点がｘ＝０．３１８　ｙ＝０．３８６で通常用いられる白色色度点を示した。照明下で映し出される色は赤色の色再現の面で満足行くものではなかった。その得られた発光をスペクトル解析した結果を図２に示した。
【００２４】
【発明の効果】
以上の説明の様に、本発明の実施例１及び実施例２の赤色は、従来技術を用いた比較例１及び比較例２に対し、赤色成分の発光ピーク波長が好ましい赤色の波長である６５０ｎｍに位置して色純度的に良好である。
従って本発明は上述のような構成にすることにより、構成要素として水銀などの有害物質を使用せず、省消費電力で蛍光ランプに代わる多色及び白色光源として、色再現が広く演色性に優れた発光装置の提供を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発光装置に使用されるアルミン酸塩蛍光体ＣａＯ・６Ａｌ２Ｏ３：Ｍｎと比較用赤色蛍光体Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕの励起波長３８２ｎｍでの発光スペクトルを例示するグラフである。
【図２】本発明対象のアルミン酸塩蛍光体ＣａＯ・６Ａｌ２Ｏ３：Ｍｎを用いて作られた白色蛍光体と従来赤色蛍光体Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕを用いて作られた白色蛍光体の発光光源装置で得られた光の励起波長３８２ｎｍでの発光スペクトルを例示するグラフである。
【図３】本発明の発光装置の一実施例を示す概略断面図である。
【図４】本発明の発光装置で別タイプの実施例を示す概略断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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