(57)【要約】【課題】優れる発光特性と優れる製造方法を提供可能な、白色光発光装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】紫外線を発光可能な発光ダイオードと、前記発光ダイオードの発光する紫外線に励起されることによって主波長範囲が４７０ｎｍないし５００ｎｍの青緑色蛍光を発光し、その化学式が（Ba1-x-yEuxSry）MgAll0O17となるとともに、０＜ｘ≦１，０≦ｙ≦１の関係になるようにした第一の蛍光粉末体と、前記の発光ダイオードの発光する紫外線に励起されることによって主波長範囲が５７０ｎｍないし６００ｎｍのオレンジ色蛍光を発光するとともに、その化学式が（Ca,Eu,Mn）(PO4)3Cｌになるようにした第二の蛍光粉末体と、からなる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線を発光可能な発光ダイオードと、
前記発光ダイオードの発光する紫外線に励起されることによって主波長範囲が４７０ｎｍないし５００ｎｍの青緑色蛍光を発光し、その化学式が（Ba1-x-yEuxSry）MgAll0O17となるとともに、０＜ｘ≦１，０≦ｙ≦１の関係になるようにした第一の蛍光粉末体と、
前記の発光ダイオードの発光する紫外線に励起されることによって主波長範囲が５７０ｎｍないし６００ｎｍのオレンジ色蛍光を発光するとともに、その化学式が（Ca,Eu,Mn）(PO4)3Cｌになるようにした第二の蛍光粉末体と、からなり、
その中では、前記の青緑色蛍光が前記のオレンジ色蛍光とが混合されて白色光を発光するようにしたことを特徴とする白色光発光装置。
【請求項２】
前記の紫外線光源として電子ビームやプラズマなどによる物品を使用することを特徴とする請求項１に記載の白色光発光装置。
【請求項３】
前記第一の蛍光粉末体と前記第二の蛍光粉末体とが混合されつつ、励起光源として紫外線光源を合わせて使用するとともに、モールディング加工後に、電流を流すと、白色光を発光可能な白色光発光装置を取得できるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の白色光発光装置。
【請求項４】
前記第一の蛍光粉末体として、それぞれ異なるイオン半径を有する金属を使用することによってその発光波長を改変取替えられるような機能を備える蛍光粉末体を使用することを特徴とする請求項１に記載の白色光発光装置。
【請求項５】
紫外線光源を提供するステップ（一）と、
前記紫外線光源の発光する光線に励起されることによって主波長範囲が４７０−５００ｎｍの青緑色蛍光を生成可能な第一の蛍光粉末体を合成形成させるステップ（二）と、
前記紫外線光源の発光する光線に励起されることによって主波長範囲が５７０ｎｍ−６００ｎｍのオレンジ色蛍光を生成可能な第二の蛍光粉末体を合成形成させるステップ（三）と、
所定の比例になるように、前記第一の蛍光粉末体と前記第二の蛍光粉末体とを混合するステップ（四）と、
からなることを特徴とする白色光発光装置の製造方法。
【請求項６】
前記の紫外線光源として発光ダイオードや電子ビームやプラズマなどによる物品を使用することを特徴とする請求項５に記載の白色光発光装置の製造方法。
【請求項７】
前記第一の蛍光粉末体と前記第二の蛍光粉末体との合成方法としてレモン酸塩沈殿法や共沈殿法などを使用できることを特徴とする請求項５に記載の白色光発光装置の製造方法。
【請求項８】
前記第一の蛍光粉末体として、それぞれ異なるイオン半径を有する金属を使用することによってその発光波長を改変取替えられるような機能を備える蛍光粉末体を使用することを特徴とする請求項５に記載の白色光発光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、白色光発光装置及びその製造方法に係わり、特に、発光光源に、蛍光特性を有する粉末体を合わせて作製することによって高輝度の白色光を作り出し、且つ紫外線を発光可能な発光光源を励起光源として利用し、且つ第一の粉末体を励起することによって青緑色光を発光させるとともに、第二の粉末体を励起することによってオレンジ色光を発光させて色彩相補の原理を利用することによって白色光を発光させるものに関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
白色光は、一種の複数の色彩からなる混合光であり、人の目が白色光として認識される光源が、少なくとも二種類以上の波長の色彩光線からなる混合光であり、例えば、人間の目が同時に赤色光と青色光と緑色光に刺激される場合に、または、同時に青色光と黄色い光に刺激される場合に、すべて白色光となるように感じられるため、この原理によって白色光発光装置を作製することができる。
【０００３】
従来の白色光発光装置を作製する方法として多くの作製方法が提案されてきた。以下のように簡単に説明する。第一種の方法は、InGaAlPとGaNとGaNを材質とする三つの発光ダイオードを採用し、それらの発光ダイオードを通過する電流をコントロールすることによってそれぞれに赤色光と緑色光と青色光を発光させる。それらの三つの結晶粒子が同一のランプの中に配置されるため、レンズがそれらの素子の発光する光線を混合して白色光を発光させることができる。
【０００４】
第二種の方法は、GaNとGaPを材質とする二つの発光ダイオードを使用し、それらの発光ダイオードを通過する電流をコントロールすることによって、青色光と黄色い緑色光を発光させることによって白色光を生成させる。従来では、これらの二種類の方法の発光効率は２０ｌｍ/Wに達することができた。しかしながら、それらの二種類の方法には欠点があり、それらの異なる色彩の発光ダイオードを使用する際、その中のいずれか一個の発光ダイオードが故障を生じた場合に、ノーマルな白色光を発光不能になることがある。且つそれらの素子の正方向のバイアスがそれぞれ異なるため、複数のセットのコントロール電気回路を使用する必要があるので、そのコストが高価になることがあり、実際に使用される場合の不利な要素となっている。
【０００５】
第三種は、１９９６年日本日亜化学会社（Nichia Chemical）の開発した、窒化インジウム・ガリウムからなる青色光発光ダイオードに、黄色い光を発光するYAGタイプの蛍光粉末体を合わせて使用することによって白色光光源を作製するものである。その方法の発光効率が、従来の製品（２０ｌｍ/W）と比較すると、前記の二種類の方法よりやや暗いほうに属するが、一セットの発光ダイオード・チップしか要しないため、製造コストを大幅に低下させることができ、また、合わせて使用される蛍光粉末と配合する調製技術が既に、成熟しているので、従来では、既に商品化され、製品がマーケットにアピールされている。前記の第二種と第三種の方法は、すべて色彩相補性の原理を利用することによって白色光を生成するものであり、そのスペクトルの波長の分布の連続性が真の太陽光に及ぶことができないので、それらの色彩光の混合後に、可視光線スペクトルの範囲（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）に色彩の不均一の現象を生じることがあり、それによって色彩の飽和度が低下される結果を招くことがあり、これらの方式によって作製される白色光光源が単に簡単な照明の用途にしか利用できない。
【０００６】
従来では、既に開発した紫外線発光ダイオードは、それを使って、従来の蛍光粉末体を励起する場合に白色光を生成できるので、将来では、それを照明道具の分野（従来の蛍光灯や電球などと取り替えることなど）に導入できる。この種の紫外線発光ダイオードは、さらに電気エネルギー節約能力などの特性を有する。従来の白色光光源が、その作製時に、その演色性を向上するために、一般には、三種類または三種類以上の蛍光粉末体を使用する。また、同時に複数種の蛍光粉末体を使用して蛍光を発光させるためには、その先決な条件として選択使用される励起光源が丁度前記のそれらの蛍光粉末体に吸収される可能な材料を使用する必要がある。また、それぞれの蛍光体の前記の波長の光線を吸収するそれぞれの吸収係数が大きな差を生成しないようにコントロールする必要があり、また、光電気エネルギーの転換の量子反応もできるだけ近いほうがよく、こうした場合では、三原色の蛍光粉末体のそれぞれの成分の比例の調製に利し、効果的に白色光を取得できる。前記のそれぞれの要素が大幅に蛍光材料の種類に制限を加えるため、蛍光材料の選択使用には大きな不便さを招く場合がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の発明者は、前記のそれぞれの課題を鑑みて、研究開発を進めると共に、学術の運用と合せて究極を極めた結果、前記のそれぞれの課題を解消しながら、その作製の困難さを低下させる効果を有する、二種類の蛍光粉末体に、励起光源として発光ダイオードを合せて使用することによって、白色光発光装置を作製し得る技術を提供することをその主要な解決しようとする課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を図るために、本発明の白色光発光装置およびその製造方法による場合では、紫外線を発光可能な発光ダイオードを提供するステップ（一）と、紫外線に励起されることによって主波長が４７０ｎｍないし５００ｎｍの青緑色光を生成可能な第一の蛍光粉末体を提供するステップ（二）と、前記の紫外線光源による紫外線によって励起されることによって、主波長が５７０ｎｍないし６００ｎｍのオレンジ色光を生成可能な第二の蛍光粉末体を提供するステップ（三）と、からなる手段を提供する。それらの二種類の蛍光粉末体の所定の比例を調製することによって二種類の蛍光粉末体同士から発光される光線に前記の発光ダイオードの発光する紫外線を混合することによって光学的な色彩混合の原理によって人間の目に白色光であるものを認識させることができるミックス光源を作り出すことができる。
【０００９】
また、前記における蛍光粉末体は、すべて紫外線に直接に励起されることができる粉末体を採用し、その中では、前記の第一の蛍光粉末体の化学式として好ましくは（Ba1-x-yEuxSry）MgAll0O17となるようにするとともに、０＜ｘ≦１，０≦ｙ≦１の関係になるように処理する。また、前記の第一の蛍光粉末体としてそれぞれ異なるイオン半径を有する金属を使用することによってその発光波長を改変取替えられるような機能を備える蛍光粉末体を使用し、その発光する光線が青緑色光となる。また、前記の第二の蛍光粉末体として一種のオレンジ黄色い光またはオレンジ赤色光を発光可能な蛍光粉末体を使用し、その化学式として好ましくは（Ca,Eu,Mn）(PO4)3Cｌになるように設定する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
従来の光色の調製方式として、大体同時に複数の異イオンを添加またはドープしたものをその活性化の中心とし、その場合では、一種が同時に二つの波長段落を発光可能な蛍光粉末体を取得できる。また、それらの活性化中心の比例を調整することによってそれぞれ異なる色を有する蛍光を取得できる。しかしながら、大部分の異イオンの要する励起波長がそれぞれ異なっており、そのため、この方法の実行可能性は予期した通りにならない結果を招く場合がある。
【００１１】
前記のそれぞれの欠陥を克服するために、本発明は、一種の白色光発光装置及びその製造方法を提出した。その中では、その白色光発光装置には、発光光源と、前記発光光源の発光される光線に励起されて主波長範囲が４７０ｎｍないし５００ｎｍの青緑色光を発光可能な第一の蛍光粉末体と、前記の発光光源に励起されて主波長範囲が５７０ｎｍないし６００ｎｍのオレンジ色蛍光を発光可能な第二の蛍光粉末体とを備えており、前記の青緑色光と前記のオレンジ色蛍光とが混合されて白色光を発光できる。また、本発明における第一の蛍光粉末体として使用される（Ba1-x-yEuxSry）MgAll0O17の主波長に青変位を生成させるために、主に主体結晶格子の金属イオンの半径の設定によってその結晶格子場の作用力の大きさを改変することによって光色を調製する。そのＥｕ２＋イオンの４ｆ軌道が自己旋回―軌道カップリング作用（Ｓｐｉｎ−ｏｒｂｉｔａｌ  ｃｏｕｐｌｉｎｇ）２Ｆ５／１２と２Ｆ７／２となるように分裂され、５ｄ軌道が結晶体場の作用によって分裂反応を生成する。また、図１に示すように、イオンの半径が小さいほうの金属イオンが（Ba1-x-yEuxSry）MgAll0O17にドープされると、電子の排斥力の減少を招く場合があり、その５ｄ軌道の分裂もそれに従って縮小されるようになり、また、Ｅｕ２＋に励起されると、５ｄ軌道の最低のエネルギー・レベルより４ｆへ復帰する場合のエネルギーの差もそれに従って増加され、その発光波長が青変位を生成する。
【００１２】
また、本発明においては、Ｓｒ２＋イオンによって従来の（Ba1-x-yEuxSry）MgAll0O17における黄色い蛍光粉末体におけるBa２＋イオンを取り替えるようにする。取替え式の固形溶液について言うと、異イオンのドープ濃度に影響を与える要素については、主に、生成物とその主要な反応物構造との相違性にあり、BaMgAl10O17とSrMgAl10O17の結晶体構造の空間的対称性はすべてP63/mmcであり、且つそれらの結晶体におけるSr2-イオンがBaMgAl10O17結晶体においては極優れる溶解性を有し、Ba2-イオンと比べると、Sr2-イオンが大きいほうの電子雲膨張反応を有するようになり、それは、発光波長に赤変位現象を生じさせることがあり、そのため、Sr2-イオンが漸次的にBa2-イオンを取り替えることに従ってEu2-イオンの４ｆ−５ｄへのスキップのピークが４５０ｎｍ（ｙ＝０．００）より４８０ｎｍ（ｙ＝０．８５）へ移動する。
【００１３】
本発明の第二の蛍光粉末体（Ca,Eu,Mn）（PO4）3Clがオレンジ色光を発光可能な粉末体であり、それらの第一と第二の蛍光粉末体がすべて同時に選択使用される波長を有する紫外線に励起されてそれぞれ青緑色光（４７０ｎｍないし５００ｎｍ）とオレンジ色光（５７０ｎｍないし６００ｎｍ）を発光し、また、二種類の蛍光粉末体の混合比例を適当に調製すると、高輝度の白色光発光ダイオードを作製取得できる。下記に、本発明の実施例を挙げてその作製過程を説明する。
【００１４】
組成が（Ba1-x-yEuxSry）MgAl10O17の蛍光粉末体を合成し、例えば、（Ba0.425Eu0.15Sr0.425）MgAl10O17のものを調製合成し、その合成方法として固形反応法や化学合成法やレモン酸塩ゲル法や共沈殿法などを好適に使用でき、また、組成が（Ca,Eu,Mn）(PO4)３Clの蛍光粉末体を合成し、その合成方法として、例えばレモン酸塩ゲル法や共沈殿法などを好適に使用できる。
【００１５】
図２に示すように、波長が３９６ｎｍである紫外線を励起光源として利用し、前記の組成の中の一者の（Sr0.85Eu0.15）MgAl10O17の蛍光粉末体の発射スペクトルを測量し、そのスペクトルから前記の（Sr0.85Eu0.15）MgAl10O17の蛍光粉末体が青緑色の蛍光を生成できることが分かり、そのデータを１９３１年に国際照明委員会（Commission Internationale de l’Eclairage,CIE）の発行する色彩度座標図（Chromaticity diagram）の公式によってその蛍光体の代表する色彩度座標に換算して図３に記す。
【００１６】
図４に示すように、その励起スペクトルからわかるように、前記の（Ca,Eu,Mn）(PO4)３Clの蛍光粉末体が紫外線に励起されることができるとともに、ピークが５９０ｎｍのオレンジ色光を発光でき、その発光スペクトルのデータを１９３１年に国際照明委員会（Commission Internationale de l’Eclairage,CIE）の発行する色彩度座標図（Chromaticity diagram）の公式によってその蛍光体の代表する色彩度座標に換算して図５に記す。
【００１７】
色彩度座標図においては、点線にて描写された二つの蛍光粉末体の対応しあう色彩度におけるそれぞれの点同士の連線から分かるように、この理論による色彩光線の混合の連線が色彩度座標図における白色区域を通過でき、即ち、色彩光線の混合の原理によると、図６に示すように、人間の視覚神経が同時にA点の（Sr0.85Eu0.15）MgAl10O17の蛍光粉末体の代表する色彩（この例においては青緑色である）とB点の代表する色彩（この例においてはオレンジ色である）に刺激される場合に、白色の視覚を生成できる。そのため、本発明の方法によって得られる二種類の蛍光粉末体を所定の比例に従って混合すると、所定の波長（この例においては３９６ｎｍである）の紫外線発光ダイオードを励起光源として合わせて使用するとともに、好適にモールディング加工すると、所定の電流を流すことによって、発光特性が優れる白色光発光装置を取得できるようになっている。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明によると、発光特性が優れるとともに、好ましい作製方法を提供できる、白色光発光装置及びその製造方法を提供することができる。
【００１９】
また、前記に説明したのは、単に本発明の実施可能な実施の形態に過ぎず、それらの構成によって本発明を狭義的に局限するものではなく、本発明の明細書と図面に開示した技術的要旨に基づいて実行される相同の効果を有する他の実施の形態のことも本発明の主張範囲内に納入されるべきことは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】原子価が２であるEuイオンの５ｄ軌道が結晶格子場の影響を受けて分裂を生じる様子を示す説明図である。
【図２】（Ba1-x-yEuxSry）MgAll0O17（x＝０．１５、ｙ＝０〜０．８５）のサンプルの励起とその発光スペクトルを示す説明図である。
【図３】（Ba1-x-yEuxSry）MgAll0O17（x＝０．１５、ｙ＝０〜０．８５）のサンプルの励起とその発光スペクトルを示す色彩度座標図である。
【図４】オレンジ色蛍光粉末体（Ca,Eu,Mn）(PO4)３Clの励起とその発光スペクトルを示す説明図である。
【図５】オレンジ色蛍光粉末体（Ca,Eu,Mn）(PO4)３Clの色彩度座標図である。
【図６】発光スペクトルに基づいてそれぞれ計算し得た二種類の蛍光粉末体の色彩度座標の点同士が連接されてなる点線の通過した色彩度座標図における白色光区域を示す説明図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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