(57)【要約】【課題】異なる要求に従って放射光線の波長を調整できる蛍光パウダーを提供し、比較的良好な演色性および比較的良好な品質を備える白色光発光素子を提供する。【解決手段】蛍光材料と白色光発光素子とが提供される。白色光発光素子が、発光ダイオードチップと、第１蛍光材料と、第２蛍光材料とを含む。発光ダイオードチップがレーザー光を発射するために基板上に配置される。第１蛍光材料と第２蛍光材料とが発光ダイオードチップ上に配置される。第１蛍光材料の組成成分がユウロピウム（eurpium = Eu）およびマンガン（Mn）のうち少なくとも１つをドーピングした窒化アルミニウム酸化物を含む。第２蛍光材料が発光ダイオードチップ上に配置され、そのうち、発光ダイオードチップから発射されたレーザー光を吸収した後に第１蛍光材料が放射する第１放射光および発光ダイオードチップから発射されたレーザー光を吸収した後に第２蛍光材料が放射する第２放射光が混合されて白色光線を形成する。【選択図】図４
2012111928.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
組成成分がユウロピウム（eurpium = Eu）およびマンガン（Mn）のうち少なくとも１つがドーピングされた窒化アルミニウム酸化物を含む蛍光材料。
【請求項２】
前記窒化アルミニウム酸化物が（Ｍ1-m-nＥｕmＭｎn）Ａｌl1１０16Ｎを含み、そのうち、Ｍが金属であり、０≦ｍ≦０．２，かつ０≦ｎ≦０．２５である請求項１記載の蛍光材料。
【請求項３】
前記Ｍが、アルカリ土類金属を含む請求項２記載の蛍光材料。
【請求項４】
前記組成成分の吸収するレーザー光波長が、２５０ｎｍ〜４００ｎｍである請求項１記載の蛍光材料。
【請求項５】
前記組成成分の放出する放射光波長が、４２０ｎｍ〜５６０ｎｍである請求項１記載の蛍光材料。
【請求項６】
基板上に配置されるとともに、レーザー光を発射するために用いる発光ダイオードチップと；
前記発光ダイオードチップ上に配置され、組成成分がユウロピウム（eurpium = Eu）およびマンガン（Mn）のうち少なくとも１つのドーピングされた窒化アルミニウム酸化物を含む第１蛍光材料と；
前記発光ダイオードチップ上に配置された第2蛍光材料であって、そのうち、前記第１蛍光材料が前記発光ダイオードチップの発射する前記レーザー光を吸収した後に第１放射光を放射し、前記第２蛍光材料が前記発光ダイオードチップの発射する前記レーザー光を吸収した後に第２放射光を放射し、かつ前記第１放射光および前記第２放射光を混合して白色光を形成する第２蛍光材料と
を含む白色光発光素子。
【請求項７】
前記窒化アルミニウム酸化物が（Ｍ1-m-nＥｕmＭｎn）Ａｌl1１０16Ｎを含み、そのうち、Ｍが金属であり、０≦ｍ≦０．２，かつ０≦ｎ≦０．２５である請求項６記載の白色光発光素子。
【請求項８】
前記Ｍが、アルカリ土類金属を含む請求項７記載の白色光発光素子。
【請求項９】
前記レーザー光の波長が、２５０ｎｍ〜４００ｎｍである請求項６記載の白色光発光素子。
【請求項１０】
前記第１放射光の波長が、４２０ｎｍ〜５６０ｎｍである請求項６記載の白色光発光素子。
【請求項１１】
前記第２放射光の波長が、５７０ｎｍ〜６８０ｎｍである請求項６記載の白色光発光素子。
【請求項１２】
さらに、パッケージコロイドを含み、前記基板上に配置して、前記発光ダイオードチップを被覆し、前記第１蛍光材料と前記第２蛍光材料とをいずれも前記パッケージコロイド中に分散させる請求項６記載の白色光発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、蛍光材料および白色光照明（発光）素子（Fluorescence material and White light illumination element）に関し、特に、蛍光材料ならびにこの蛍光材料を応用した白色光発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードは、例えば、寿命が長く、体積が小さく、耐震性に優れ、低い熱発生および低い電力消費などの利点を備えるので、広く家庭用ならびに各設備中の表示灯または光源として応用されている。近年、発光ダイオードは、既にマルチカラーおよび高輝度へ向けて発展しているため、その応用領域が既に大型屋外看板・交通標識灯ならびに関連する領域へと拡張している。近年、発光ダイオードの発光効率が絶えず上昇し、白色発光ダイオードが例えばスキャナーの光源・液晶スクリーンのバックライト源あるいは照明設備などの応用領域において従来の蛍光灯および白熱ランプから次第に置き換えられる傾向にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ＷＯ２００２／０１１１７３号公報（特表２００４−５０５１７２号公報）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来よく見られる白色発光ダイオード素子としては、下記する幾つかのタイプがある。
１．同時に赤色光・青色光・緑色光の発光ダイオードチップを使用して白色光を発生させる。このような白色発光ダイオード素子は、多くの単色発光ダイオードチップを同時に使用する必要があるため、生産コストが割と高く駆動回路も比較的複雑である。
２．青色発光ダイオードチップに黄色蛍光パウダーを組み合わせて、白色光を発生させる。このような白色発光ダイオード素子の製作コストは相対的に廉価である。しかし、現在よく見かける黄色蛍光パウダーは、イットリウムアルミニウムガーネット蛍光パウダーであり、それが白色発光ダイオード素子として応用される時、しばしば演色性が好くないという問題がある。
３．発光ダイオードチップに赤色蛍光パウダーおよび黄緑色蛍光パウダーを組み合わせて、白色光を発生させる。特許文献１中、硫化物蛍光パウダーを黄緑色蛍光パウダーとして利用している。このようにして、白色発光ダイオード素子が良い演色性を備える。しかし、硫化物蛍光パウダーが空気中の水蒸気と容易に反応するので、安定性に欠け、白色発光ダイオード素子の品質に不利である。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、異なる要求に従って放射光線の波長を調整できる蛍光パウダーを提供することにある。
【０００６】
この発明の別な目的は、比較的良好な演色性および比較的良好な品質を備える白色光発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
組成成分がユウロピウム（eurpium = Eu）およびマンガン（Mn）のうち少なくとも１つがドーピングされた窒化アルミニウム酸化物を含む蛍光材料である。
【０００８】
この発明の実施形態中、上記窒化アルミニウム酸化物が（Ｍ1-m-nＥｕmＭｎn）Ａｌl1１０16Ｎを含み、そのうち、Ｍが金属であり、０≦ｍ≦０．２，かつ０≦ｎ≦０．２５である。そのうち、Ｍがアルカリ土類金属を含む。
【０００９】
この発明の実施形態中、上記組成成分の吸収するレーザー光波長が、２５０ｎｍ〜４００ｎｍである。
【００１０】
この発明の実施形態中、上記組成成分の放出する放射光波長が、４２０ｎｍ〜５６０ｎｍである。
【００１１】
この発明が別に提供する白色光発光素子が、発光ダイオードチップと、第１蛍光材料と、第２蛍光材料とを含む。発光ダイオードチップが基板上に配置されるとともに、レーザー光を発射するために用いられる。第１蛍光材料が発光ダイオードチップ上に配置され、かつ第１蛍光材料の組成成分がユウロピウム（eurpium = Eu）およびマンガン（Mn）のうち少なくとも１つのドーピングされた窒化アルミニウム酸化物を含む。第２蛍光材料が発光ダイオードチップ上に配置され、そのうち、第１蛍光材料が発光ダイオードチップの発射するレーザー光を吸収した後に第１放射光を放射し、第２蛍光材料が発光ダイオードチップの発射するレーザー光を吸収した後に第２放射光を放射するとともに、第１放射光および第２放射光を混合して白色光を形成する。
【００１２】
この発明の実施形態中、上記窒化アルミニウム酸化物が（Ｍ1-m-nＥｕmＭｎn）Ａｌl1１０16Ｎを含み、そのうち、Ｍが金属であり、０≦ｍ≦０．２，かつ０≦ｎ≦０．２５である。そのうち、Ｍがアルカリ土類金属を含む。
【００１３】
この発明の実施形態中、上記レーザー光波長が、２５０ｎｍ〜４００ｎｍである。
【００１４】
この発明の実施形態中、上記第１放射光波長が、４２０ｎｍ〜５６０ｎｍである。
【００１５】
この発明の実施形態中、上記第２放射光波長が、５７０ｎｍ〜６８０ｎｍである。
【００１６】
この発明の実施形態中、さらに、パッケージコロイドを含み、それが基板上に配置されて、発光ダイオードチップを被覆し、かつ第１蛍光材料と第２蛍光材料とをいずれも前記パッケージコロイド中に分散させるものである。
【００１７】
上記に基づき、この発明の蛍光材料は、温度および湿度の影響により容易に変質しない。つまり、この発明の蛍光材料は、良好な安定性を有して白色光発光素子の品質を向上させる助けとなる。また、この発明の蛍光材料が発射する放射光の波長は、異なる必要に基づいて青色−緑色光を提供できる。従って、この発明の蛍光材料は、白色光発光素子中に応用されて白色光発光素子の演色性を向上させる助けとなる。
【発明の効果】
【００１８】
つまり、この発明の蛍光材料は、ドーピングされた窒化アルミニウム酸化物からなり、良好な安定性を有する。従って、この発明の蛍光材料は、白色光発光素子に応用される時、白色光発光素子の品質を向上させる助けとなる。また、この発明の蛍光材料は、放射できる放射光が青色−緑色光であり、それと赤色蛍光材料と組み合わせて高い色飽和度の白色光を獲得できる。従って、白色光発光素子は、この発明の蛍光材料を使用することによって良好な演色性を備えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明の実施形態にかかる蛍光材料製作を示すフローチャートである。
【図２】蛍光材料の組成成分をＢａＡｌ11Ｏ16Ｎ：Ｅｕ2+とする時、レーザー光波長と強度との関係を示すグラフである。
【図３】蛍光材料の組成成分をＢａＡｌ11Ｏ16Ｎ：Ｅｕ2+とする時の放射光波長と強度と関係、および蛍光材料の組成成分をＢａＡｌ11Ｏ16Ｎ：Ｅｕ2+とする時のレーザー光波長と強度との関係を示すグラフである。
【図４】この発明の実施形態中、蛍光材料の放射光の色度座標中の分布位置を示す説明図である。
【図５】この発明の実施形態中の白色光発光素子を示す説明図である。
【図６】この発明の別な実施形態中の白色光発光素子を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、この発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。
この発明の実施形態が一種の蛍光材料を提供し、その組成成分がユウロピウム（eurpium = Eu）およびマンガン（Mn）のうち少なくとも１つがドーピングされた窒化アルミニウム酸化物を含む。具体的に言うと、窒化アルミニウム酸化物が（Ｍ1-m-nＥｕmＭｎn）Ａｌl1１０16Ｎを含み、そのうち、Ｍが金属であり、０≦ｍ≦０．２，かつ０≦ｎ≦０．２５である。そのうち、Ｍがアルカリ土類金属を含む。
【００２１】
詳細に言えば、図１は、この発明の実施形態にかかる蛍光材料製作を示すフローチャートである。図１において、先ずステップ１１０を行い、原料を計量する。この実施形態について言えば、上記蛍光材料を調製する時、必要とする材料がアルカリ土類金属炭酸塩・酸化アルミニウムおよび窒化アルミニウム原料を含むが、これに限定されるものではない。また、この実施形態が使用する原料は、さらに、選択的に二塩化ユウロピウム（eurpium = Eu）および酸化マンガン（Mn）のうち少なくとも１つを含む。つまり、二塩化ユウロピウム（Eu）および酸化マンガン（Mn）中、二塩化ユウロピウムだけ又は酸化マンガンだけを含むことができるし、また同時に二塩化ユウロピウムおよび酸化マンガンが使用されて、この実施形態の蛍光材料を調製することができる。上記した各種原料の計量される量は、化学式（Ｍ1-m-nＥｕmＭｎn）Ａｌl1１０16Ｎ中の各元素が占める比率（例えば、ｍおよびｎの数値）により決定される。
【００２２】
次に、ステップ１２０を行い、上記した原料を均一に混合する。一般的に、上記した原料を均一に混合する方法は、上記した原料を１つの容器に入れるとともに、それを研磨する。研磨時間は、３０分間または実際の状況に応じて増加あるいは減少させることができる。
【００２３】
その後、ステップ１３０を行い、均一に混合した後の原料を焼結する。この実施形態中、焼結温度は、１４００℃〜１６００℃とすることができる。しかし、別な実施形態中、焼結温度は、原料の特性を見て変化させることができる。また、焼結時間は、例えば、６時間〜１０時間とすることができる。もちろん、焼結必要時間もまた原料の特性を考慮して調整することができる。上記パラメーター（parameter）は、例を挙げての説明用に過ぎず、この発明を限定するためではない。
【００２４】
注意すべきことは、この実施形態の蛍光材料を製作する方法中、例えば、還元雰囲気において焼結を行うことである。上記した原料が焼結を経た後に組成成分を（Ｍ1-m-nＥｕmＭｎn）Ａｌl1１０16Ｎとする蛍光材料を獲得し、そのうち、Ｍが金属であり、０≦ｍ≦０．２，かつ０≦ｎ≦０．２５である。また、蛍光材料中の窒素および酸素が三重結合方式で一体的に結合されるため、この実施形態の蛍光材料は、良好な安定性を備えている。更に詳しく言えば、この実施形態の蛍光材料中、硫黄などの温度および湿度に対して敏感な元素を含んでいない。従って、この実施形態の蛍光材料は、比較的良好な安定性を備え、それが温度または湿度の変化により変質しにくい。
【００２５】
また、図２は、蛍光材料の組成成分をＢａＡｌ11Ｏ16Ｎ：Ｅｕ2+とする時、蛍光材料の吸収するレーザー光波長と強度との関係を示すグラフである。図２において、曲線２１０〜２７０が蛍光材料の組成成分をＢａＡｌ11Ｏ16Ｎ：Ｅｕ2+とする時、異なるエウロピウム（Ｅｕ）の含有量のもと蛍光材料が吸収するレーザー光波長と強度との関係を示す。曲線２１０〜２７０から分かるように、蛍光材料の組成成分をＢａＡｌ11Ｏ16Ｎ：Ｅｕ2+とする時、蛍光材料が吸収できるレーザー光波長は、２５０ｎｍ〜４００ｎｍである。つまり、この実施形態の蛍光材料は、紫外線（例えば、波長が３４３ｎｍ）を受けて励起されレーザー光を発射できる。
【００２６】
図３は、波長と強度との関係を示す。図３において、曲線３１０は、例えば、蛍光材料の組成成分をＢａＡｌ11Ｏ16Ｎ：Ｅｕ2+とする時、蛍光材料が放射する放射光波長と強度との関係を示す。ここで、例えば、蛍光材料の組成成分をＢａＡｌ11Ｏ16Ｎ：Ｅｕ2+とする時、蛍光材料の放射光波長は、４２０ｎｍ〜４９０ｎｍである。図３の曲線３１０および図２から分かるように、蛍光材料の組成成分をＢａＡｌ11Ｏ16Ｎ：Ｅｕ2+とする時、蛍光材料は、波長が２５０ｎｍ〜４００ｎｍのレーザー光を４２０ｎｍ〜４９０ｎｍの放射光に変換できる。
【００２７】
また、曲線３２０は、例えば、蛍光材料の組成成分をＢａＡｌ11Ｏ16Ｎ：Ｍｎ2+とする時、蛍光材料の吸収するレーザー光波長と強度との関係を示す。例えば、蛍光材料の組成成分をＢａＡｌ11Ｏ16Ｎ：Ｍｎ2+とする時、蛍光材料が吸収するレーザー光波長は、例えば、３５０ｎｍ〜４６０ｎｍである。曲線３１０と曲線３２０とから分かるように、蛍光材料の組成成分をＢａＡｌ11Ｏ16Ｎ：Ｍｎ2+とする時、蛍光材料の放射する放射光は、組成成分をＢａＡｌ11Ｏ16Ｎ：Ｍｎ2+とする蛍光材料に吸収される。従って、蛍光材料が同時にエウロピウム（Ｅｕ）およびマンガン（Ｍｎ）をドーピングされている時、蛍光材料がエネルギー変換（energy transfer）の作用を有することができる。つまり、蛍光材料の放射する放射光が蛍光材料自体を励起することができて更に多くの放射光を放出できる。従って、この実施形態の蛍光材料は、高い発光効率を備える。
【００２８】
実施形態中、組成成分をＢａＡｌ11Ｏ16Ｎ：Ｍｎ2+とする蛍光材料は、励起された後に発射する放射光波長が例えば４９０ｎｍ〜５６０ｎｍである。全体として、上記した製作方法を経て製作された蛍光材料は、その放出する放射光波長が４２０ｎｍ〜５６０ｎｍである。
【００２９】
図４は、この発明の実施形態中、蛍光材料が放出する放射光の色度座標中の分布位置を示す説明図である。図４において、色度座標４００中、位置４１０〜４３０は、それぞれ異なる組成成分の蛍光材料の放射光色彩である。位置４１０は、蛍光材料の組成成分をＢａＡｌ11Ｏ16Ｎ：Ｍｎ2+とする時の蛍光材料の放射光色彩である。位置４３０は、蛍光材料の組成成分をＢａＡｌ11Ｏ16Ｎ：Ｅｕ2+とする時の蛍光材料の放射光色彩である。位置４２０は、蛍光材料ＢａＡｌ11Ｏ16Ｎ：Ｅｕ2+，Ｍｎ2+とする時の蛍光材料の放射光色彩である。図４から分かるように、位置４１０は、実質的に青色光範囲中にあり、位置４３０は、実質的に緑色光範囲中にある。もしも蛍光材料が同時にエウロピウム（Ｅｕ）およびマンガン（Ｍｎ）をドーピングされている時、蛍光材料のレーザー光色彩は、青色−緑色の間にある、つまり位置４２０にある。従って、この実施形態の蛍光材料は、異なる必要性に従って蛍光材料のドーピング成分を調整することができ、異なる放射光色彩を提供する。
【００３０】
図５は、この発明の実施形態の白色光発光素子を示す説明図である。図５において、白色光発光素子５００は、基板５１０と、発光ダイオードチップ５２０と、第１蛍光材料５３０と、第２蛍光材料５４０とを含む。発光ダイオードチップ５２０が基板５１０上に配置されるとともに、レーザー光Ｌを発射する。第１蛍光材料５３０および第２蛍光材料５４０がいずれも発光ダイオードチップ５２０上に配置され、かつ第１蛍光材料５３０の組成成分がエウロピウム（Ｅｕ）およびマンガン（Ｍｎ）のうち少なくとも１つをドーピングした窒化アルミニウム酸化物である。つまり、第１蛍光材料５３０が上記した実施形態に記載した製造方法により調製された蛍光材料である。言い換えれば、白色光発光素子５００が一種のダブル蛍光材料の発光素子である。
【００３１】
この実施形態中、第１蛍光材料５３０の窒化アルミニウム酸化物が（Ｍ1-m-nＥｕmＭｎn）Ａｌl1１０16Ｎを含み、そのうち、Ｍが金属であり、０≦ｍ≦０．２，かつ０≦ｎ≦０．２５である。また、Ｍが実質的にアルカリ土類金属から選択できる。レーザー光Ｌの波長が例えば２５０ｎｍ〜４００ｎｍである。第１蛍光材料５３０が発光ダイオードチップ５２０の発射するレーザー光Ｌを吸収した後に第１放射光Ｅ１を放射する。上記した実施形態から分かるように、第１放射光Ｅ１の波長は、４２０ｎｍ〜５６０ｎｍであることができ、それが例えば青色光・青色−緑色光または緑色光である。同時に、第２蛍光材料５４０が発光ダイオードチップ５２０の発射するレーザー光Ｌを吸収した後に第２放射光Ｅ２を放射する。第２放射光Ｅ２の波長は、例えば、５７０ｎｍ〜６８０ｎｍであることができ、それが例えば赤色光である。従って、第１放射光Ｅ１と第２放射光Ｅ２とは、混合して白色光Ｗとなることができる。
【００３２】
上記した図４から分かるように、第１蛍光材料５３０の第１放射光Ｅ１は、緑色に近い青色光または緑色光であることがわかる。第１放射光Ｅ１と第２放射光Ｅ２（赤色光）とが混合した後に色飽和度が良好な白色光Ｗを獲得できる。従って、白色光発光素子５００は、良好な演色性を備える。また、第１蛍光材料５３０中の窒素と酸素とが三重結合方式で一体的に結合される。しかも、第１蛍光材料５３０の組成成分が実質的に硫黄を含まず、温度または湿度の変化により変質しにくい。そのため、第１蛍光材料５３０の良好な安定性は、白色光発光素子５００が良好な品質および比較的長い使用寿命を備える助けとなる。
【００３３】
図６は、この発明の別な実施形態の白色光発光素子を示す説明図である。図６において、白色発光素６００が、基板６１０と、発光ダイオードチップ６２０と、パッケージコロイド６３０と、第１蛍光材料６４０と、第２蛍光材料６５０とを含む。発光ダイオードチップ６２０が基板６１０上に配置される。パッケージコロイド６３０が基板６１０上に配置されて、発光ダイオードチップ６２０を被覆し、かつ第１蛍光材料６４０と第２蛍光材料６５０とがいずれもパッケージコロイド６３０中に分散されている。この実施形態中、第１蛍光材料６４０と第２蛍光材料６５０とは、例えば、それぞれ前記した実施形態中の第１蛍光材料５３０と第２蛍光材料５４０とである。
【００３４】
言い換えれば、第１蛍光材料６４０の組成成分がエウロピウム（Ｅｕ）およびマンガン（Ｍｎ）のうち少なくとも１つをドーピングした窒化アルミニウム酸化物であり、第２蛍光材料６５０が例えば赤色蛍光パウダーである。前記した実施形態の記述から分かるように、第１蛍光材料６４０が比較的良好な安定性を備え、かつ第１蛍光材料６４０の放射光の波長分布範囲が比較的広いので、白色発光素６００は、理想的な品質および良好な演色性を備えている。
【００３５】
以上のように、この発明を実施形態により開示したが、もとより、この発明を限定するためのものではなく、当業者であれば容易に理解できるように、この発明の技術思想の範囲内において、適当な変更ならびに修正が当然なされうるものであるから、その特許権保護の範囲は、特許請求の範囲および、それと均等な領域を基準として定めなければならない。
【符号の説明】
【００３６】
１１０〜１３０  ステップ
２１０〜２７０  曲線
３１０，３２０  曲線
４００  色度座標
４１０〜４３０  （分布）位置（色度座標中の）
５００  白色光発光素子
５１０  基板
５２０  発光ダイオードチップ
５３０  第１蛍光材料
５４０  第２蛍光材料
Ｌ  レーザー光
Ｅ１  第１放射光
Ｅ２  第２放射光
Ｗ  白色光
６００  白色光発光素子
６１０  基板
６２０  発光ダイオードチップ
６３０  パッケージコロイド
６４０  第１蛍光材料
６５０  第２蛍光材料
【図１】
2012111928.tif 000003
【図２】
2012111928.tif 000004
【図３】
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【図４】
2012111928.tif 000006
【図５】
2012111928.tif 000007
【図６】
2012111928.tif 000008