CN104106150A - 发光装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高效率的发光装置。另外，在构成将蓝色LED与荧光体层组合而成的白色系发光装置的情况下，还提供高效率且白色发光的色温度的不均小的发光装置。其具备放出规定波长的光的荧光体层，在上述荧光体层中包含通式aYO3/2·(3-a)CeO3/2·bAlO3/2·cGaO3/2·fWO3(2.80≤a≤2.99、3.00≤b≤5.00、0≤c≤2.00、0.003≤f≤0.020、且4.00≤b+c≤5.00)所表示的荧光体、及通式aYO3/2·(3-a)CeO3/2·bAlO3/2·cGaO3/2·gK2WO4(2.80≤a≤2.99、3.00≤b≤5.00、0≤c≤2.00、0.003≤g≤0.015、且4.00≤b+c≤5.00)所表示的荧光体中的至少任一者。
Description
技术领域
本发明涉及使用了钇铝石榴石型的荧光体的发光装置。
背景技术
一直以来，以Y3Al3O12的化学式表示的化合物以钇铝石榴石的称呼被广泛知晓，其被用于固体激光器、透光性陶瓷等中。
特别是已知在钇铝石榴石中添加作为发光中心发挥功能的Ce离子而形成的荧光体(YAG：Ce)在电子射线或紫外线及蓝色光等的粒子射线或电磁波的照射下被激发，放出黄色～绿色的可见光。此外，已知1/10余辉时间极短，为数ns以下。因此，在各种发光装置中被广泛利用(例如，参照专利文献1、2、非专利文献1)。
作为这样的使用了钇铝石榴石荧光体的发光装置的代表例子，可列举出将蓝色发光二级管(LED)与黄色荧光体组合而成的白色系LED、利用LED或半导体激光器(LD)和荧光体的投影仪、以及利用了白色系LED的照明光源或带LED背光源的LCD、利用荧光体的传感器或增感器等。
进而，在带立体图像显示功能的等离子体显示面板(3D-PDP)中，若所使用的荧光体的余辉时间变长，则因产生以短时间转换显示的左眼图像与右眼图像之间重叠的动态影像串扰，而导致左眼图像与右眼图像的重叠恶化，产生无法显示良好的立体图像这样的问题。因此，作为显示立体图像的PDP用的绿色荧光体，提出了使用余辉时间显著短的YAG：Ce的技术(例如，参照专利文献3)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3503139号公报
专利文献2：美国专利公报6812500号
专利文献3：日本特开2006-193712号公报
非专利文献
非专利文献1：蛍光体ハンドブック、蛍光体同学会編、オーム社、12頁、237～238頁、268～278頁、332頁
发明内容
发明所要解决的课题
然而，在上述以往的方法中，由于YAG：Ce荧光体的亮度低，所以难以构成高效率的发光装置。此外，当构成将蓝色LED与YAG：Ce荧光体组合而成的白色系发光装置时，通过将YAG：Ce荧光体小粒径化，能够减小白色发光的色温度的不均，但在现有的技术中，因将YAG：Ce荧光体小粒径化而导致亮度进一步下降，具有难以兼顾降低色温度的不均和高亮度这样的课题。
本发明是解决上述以往的课题的发明，目的是提供高效率的发光装置，此外，当构成例如将蓝色LED与荧光体层组合而成的白色系发光装置时，提供高效率且白色发光的色温度的不均小的发光装置。
用于解决课题的方法
为了解决上述课题，本发明的发光装置的特征在于，其具备放出规定波长的光的荧光体层，在上述荧光体层中包含通式aYO3/2·(3-a)CeO3/2·bAlO3/2·cGaO3/2·fWO3(2.80≤a≤2.99、3.00≤b≤5.00、0≤c≤2.00、0.003≤f≤0.020、且4.00≤b+c≤5.00)所表示的荧光体、及通式aYO3/2·(3-a)CeO3/2·bAlO3/2·cGaO3/2·gK2WO4(2.80≤a≤2.99、3.00≤b≤5.00、0≤c≤2.00、0.003≤g≤0.015、且4.00≤b+c≤5.00)所表示的荧光体中的至少任一者。
发明的效果
根据本发明，能够提供高效率的发光装置。此外，通过与蓝色LED组合，能够提供高效率且白色发光的色温度的不均小的白色系发光装置。
附图说明
图1是表示发光装置的构成的一个例子的截面示意图。
具体实施方式
本申请中公开的发光装置具备放出规定波长的光的荧光体层，在上述荧光体层中包含通式aYO3/2·(3-a)CeO3/2·bAlO3/2·cGaO3/2·fWO3(2.80≤a≤2.99、3.00≤b≤5.00、0≤c≤2.00、0.003≤f≤0.020、且4.00≤b+c≤5.00)所表示的荧光体、及通式aYO3/2·(3-a)CeO3/2·bAlO3/2·cGaO3/2·gK2WO4(2.80≤a≤2.99、3.00≤b≤5.00、0≤c≤2.00、0.003≤g≤0.015、且4.00≤b+c≤5.00)所表示的荧光体中的至少任一者。
本申请中公开的发光装置通过具备上述构成，由于荧光体层中包含的荧光体为短余辉且发光亮度高，所以能够提供高效率的发光装置。此外，通过将蓝色LED与荧光体层组合，能够提供高效率且白色发光的色温度的不均小的白色系发光装置。
在上述发光装置中，在上述荧光体层中包含通式aYO3/2·(3-a)CeO3/2·bAlO3/2·cGaO3/2·fWO3所表示的荧光体时，优选f的值为0.005≤f≤0.010，此外，在上述荧光体层中包含通式aYO3/2·(3-a)CeO3/2·bAlO3/2·cGaO3/2·gK2WO4所表示的荧光体时，优选g的值为0.005≤g≤0.010。
通过这样构成，能够进一步提高所使用的YAG荧光体的亮度，能够得到高效率的发光装置。
此外，优选进一步具备放出在380～460nm的波长范围内具有峰值波长的光的半导体发光元件，上述荧光体层吸收上述半导体发光元件所放出的光的一部分，放出与所吸收的光相比在较长的波长范围内具有峰值波长的光。通过这样构成，利用半导体发光元件所发出的蓝色光和经荧光体层转换的黄色～绿色的光，能够实现放射白色光的LED。
这种情况下，作为上述半导体发光元件，可以使用具有由氮化镓系化合物半导体构成的发光层的半导体发光元件。
以下，作为本发明的发光装置的实施方式，例示出具备与蓝色LED元件组合的荧光体层的发光装置进行详细说明。
<荧光体的组成>
本申请中公开的发光装置的荧光体层中包含的第1荧光体用通式aYO3/2·(3-a)CeO3/2·bAlO3/2·cGaO3/2·fWO3(2.80≤a≤2.99、3.00≤b≤5.00、0≤c≤2.00、0.003≤f≤0.020、且4.00≤b+c≤5.00)表示。另外，关于f，从亮度的观点出发，优选的范围为0.005≤f≤0.010。
此外，本申请中公开的发光装置的荧光体层中包含的第2荧光体用通式aYO3/2·(3-a)CeO3/2·bAlO3/2·cGaO3/2·gK2WO4(2.80≤a≤2.99、3.00≤b≤5.00、0≤c≤2.00、0.003≤g≤0.015、且4.00≤b+c≤5.00)表示。这种情况下，关于g，从亮度的观点出发，优选的范围为0.005≤g≤0.010。
<荧光体的制造方法>
以下，对上述本申请中公开的发光装置的荧光体层中包含的荧光体的制造方法进行说明。需要说明的是，下述制造方法为一个例子，本申请中公开的发光装置的荧光体层中包含的荧光体的制造方法并不限于以下方法。
作为原料，可以使用高纯度(纯度为99％以上)的氢氧化物、碳酸盐、硝酸盐等通过烧成而形成氧化物的化合物或高纯度(纯度为99％以上)的氧化物。
此外，为了促进反应，优选少量添加氟化物(氟化铝等)或氯化物(氯化锌等)。
荧光体的制造通过将上述的原料混合并烧成来进行，作为原料的混合方法，可以是在溶液中的湿式混合，也可以是干燥粉体的干式混合，可以使用工业上通常采用的球磨机、介质搅拌磨、行星磨、振动磨、气流磨、V型混合机、搅拌机等。
首先在大气中在1100～1600℃的温度范围内进行1～50小时左右的混合粉体的烧成。
进而，在利用氮气、包含0～50体积％的氮的二氧化碳气体或包含0～5体积％的氢的氮气等混合气体的特定氧分压气氛中，在1200～1400℃的温度范围内进行1～50小时左右的烧成。
用于烧成的炉可以使用工业上通常采用的炉，可以使用推杆式加热炉等连续式的电炉、或间歇式的电炉以及燃气炉。
将所得到的荧光体粉末使用球磨机或气流磨等再次进行粉碎，进一步根据需要进行洗涤或分级，由此能够调整荧光体粉末的粒度分布或流动性。
<发光装置的构成>
边参照附图边对本实施方式的发光装置的构成进行说明。
图1是表示本实施方式的发光装置的一个例子的截面示意图。
发光装置100具备半导体发光元件13和按照覆盖半导体发光元件13的方式形成的荧光体层10。荧光体层10包含分散在树脂12中的荧光体11。
半导体发光元件13介由芯片焊接15固定在基板17上。此外，半导体发光元件13通过焊线16与电极14电连接。通过对电极14施加规定的电压，半导体发光元件13放出在380～460nm的波长范围内具有峰值波长的蓝色区域的光。
荧光体层10的荧光体11吸收半导体发光元件13所放出的光的一部分，放出与所吸收的光相比在较长的波长范围内具有峰值波长的黄色区域的光。由于构成荧光体层10的树脂12透射半导体发光元件13所放出的蓝色区域的光，所以发光装置100由于没有被荧光体11吸收的蓝色发光与由荧光体11产生的黄色发光混色而放出白色系的光。
另外，当没有被荧光体11吸收的蓝色发光与由荧光体11产生的黄色发光的混色比例发生变化时，白色系发光的色温度发生变化。因此，需要使荧光体11在树脂12中的分散状态为均质，荧光体11的粒径优选较小。
实施例
以下，列举出具体的实施例及比较例，对本申请中公开的发光装置进行详细说明。需要说明的是，以下的实施例并不是对本申请中公开的发光装置进行限定。
<第1荧光体试样的制作>
作为起始原料，使用Y2O3、Al2O3、Ga2O3、CeO2、WO3，将它们按照达到规定的组成的方式称量，使用球磨机在纯水中进行湿式混合。使该混合物干燥后，在大气中在1100～1600℃的温度范围内烧成4小时。进而，在包含0～50体积％的氮的二氧化碳气体中、在1200～1400℃下烧成4小时，由此得到荧光体。
进而，将所得到的荧光体粉末使用球磨机再次进行粉碎，调整粒度分布。
<亮度的测定>
对于相当于实施例及比较例的荧光体试样，在以下的条件下实施亮度的测定。
(1)在真空中照射波长为146nm的真空紫外光，测定绿色区域的发光
(2)在大气中照射波长为450nm的蓝色光，测定黄色区域的发光
将所制作的荧光体的组成比和平均粒径及亮度(Y)示于表1中。另外，亮度(Y)为国际照明委员会XYZ表色系中的亮度Y，为以作为试样编号1制成的a＝2.80、b＝5.00、c＝0、f＝0的荧光体的Y值为100时的相对值。表1中，试样编号带有*符号的试样表示偏离本申请中公开的荧光体的组成范围的相当于比较例的荧光体。
表1
如由表1表明的那样，组成比为本申请中公开的组成范围内的满足(2.80≤a≤2.99、3.00≤b≤5.00、0≤c≤2.00、0.003≤f≤0.020、且4.00≤b+c≤5.00)条件的荧光体(试样编号13～27)因真空紫外光激发及蓝色光激发产生的亮度均高。其中，组成比在0.005≤f≤0.010的范围内的荧光体即表1中以试样编号19～27表示的荧光体的亮度特别高。此外，因小粒径化而导致的亮度下降显著小。
<第2荧光体试样的制作>
作为起始原料，使用Y2O3、Al2O3、Ga2O3、CeO2、K2WO4，将它们按照达到规定的组成的方式称量，使用球磨机在纯水中进行湿式混合。使该混合物干燥后，在大气中在1100～1600℃的温度范围内烧成4小时，进而在氮气或包含0～5体积％的氢的氮气中，在1200～1400℃的温度范围内烧成4小时，由此得到荧光体。
将所得到的荧光体粉末使用球磨机再次进行粉碎，调整粒度分布。
将所制作的荧光体的组成比和平均粒径及上述测定方法中的试样的亮度(Y)示于表2中。另外，表2中，Y也为表1中以作为试样编号1制成的荧光体的Y值为100时的相对值，表2中，试样编号带有*符号的试样表示偏离本申请中公开的荧光体的组成范围的相当于比较例的荧光体。
表2
如由表2表明的那样，组成比为本申请中公开的组成范围内的满足(2.80≤a≤2.99、3.00≤b≤5.00、0≤c≤2.00、0.003≤g≤0.015、且4.00≤b+c≤5.00)条件的荧光体(试样编号31～45)因真空紫外光激发及蓝色光激发产生的亮度均高。其中，组成比在0.005≤g≤0.010的范围内的荧光体即表2中以试样编号37～45表示的荧光体的亮度特别高。此外，因小粒径化而导致的亮度下降显著小。
如由以上的测定结果获知的那样，本申请中公开的荧光体由于亮度高，所以若应用该荧光体作为具有荧光体层的发光装置的荧光体，则能够构成高效率的发光装置。具体而言，在具有使用以往的YAG：Ce荧光体的荧光体层的发光装置中，将荧光体置换成上述的第1荧光体或第2荧光体，关于荧光体层以外的其它构成要素，可以依据公知的方法构成发光装置。
作为发光装置的例子，可列举出将蓝色LED与黄色荧光体组合而成的白色系发光装置、作为利用LED或LD与荧光体的投影仪的光源的发光装置、以及照明光源或带LED背光源的LCD的背光源、利用荧光体的传感器或增感器、3D-PDP等。
<发光装置的制作>
将与上述表1中所示的作为比较例的试样编号1～3、该表1中所示的作为实施例的试样编号22～24、表2中所示的作为比较例的试样编号28～30、表2中所示的作为实施例的试样编号31～33及试样编号40～42同样地制作的荧光体和二甲基硅酮树脂使用三辊混炼机进行混炼，得到混合物。
将混合物填充到模具中，通过真空脱泡进行脱泡后，与布线在基板上的600μm见方的氮化镓系半导体发光元件(峰值波长为442nm)贴合，在150℃下进行10分钟的准加热固化。卸下模具后，在150℃下进行4小时的加热固化，得到如图1中所示那样的发光装置。另外，将荧光体与树脂的混合物中的荧光体的重量比调整到30重量百分比左右，以使白色系发光的色温度达到6500K左右。
将这样操作而制成的发光装置按照所使用的荧光体试样的编号顺序记为试样编号46～60，使各发光装置发光并测定其发光效率。
发光效率的测定是对上述的试样编号46～60的发光装置，以脉冲宽度30ms施加500mA的电流，利用全光束测定系统(HMφ300mm)测定白色系发光。
将所制作的发光装置中使用的荧光体的试样编号和通过上述测定方法得到的各发光装置试样的发光效率示于表3中。另外，发光效率是以试样编号46的发光装置的发光效率的值为100时表示的相对值。此外，表3中试样编号带有*符号的试样表示所使用的荧光体使用了偏离本申请中公开的荧光体的组成范围的相当于比较例的荧光体的、作为比较例的发光装置。
表3
如由表3表明的那样，本申请中公开的相当于实施例的试样编号49～51及试样编号55～60的发光装置的发光效率均高。此外，由于即使将荧光体小粒径化也得到高的发光效率，所以可得到高效率且白色发光的色温度的不均小的发光装置。
实际上，各制作10台与试样编号58的发光装置及试样编号60的发光装置同样的发光装置，评价色温度的不均，结果可以确认，通过荧光体的小粒径化，色温度的不均幅度、即色温度的最大值－最小值的值与使用了以往的YAG：Ce荧光体的发光元件的情况相比被抑制到1/3以下。
上述本申请中公开的发光装置由于在荧光体层中包含通式aYO3/2·(3-a)CeO3/2·bAlO3/2·cGaO3/2·fWO3(2.80≤a≤2.99、3.00≤b≤5.00、0≤c≤2.00、0.003≤f≤0.020、且4.00≤b+c≤5.00)所表示的荧光体、及通式aYO3/2·(3-a)CeO3/2·bAlO3/2·cGaO3/2·gK2WO4(2.80≤a≤2.99、3.00≤b≤5.00、0≤c≤2.00、0.003≤g≤0.015、且4.00≤b+c≤5.00)所表示的荧光体中的至少任一者，所以能够提供高效率的发光装置。此外，通过与蓝色LED组合，能够提供高效率且白色发光的色温度的不均小的白色系发光装置。
另外，在上述实施方式中，作为本申请中公开的发光装置的例子，例示出使用峰值波长为442nm的氮化镓系半导体发光元件作为蓝色LED并由荧光体层放出白色的光的发光装置进行了说明。
但是，本申请中公开的发光装置并不限于此，作为放射白色光的发光装置与荧光体层一起使用的蓝色LED，可以使用发光波长为380～460nm的范围的蓝色LED，此外，半导体发光元件也不限于氮化镓系的半导体发光元件。另外，当然应当按照所期望的白色光的色温度、作为半导体发光元件的蓝色LED所放射的光的波长，来适当选择荧光体层中包含的荧光体的比例或发光色以及构成荧光体层的树脂的色调等。
此外，在上述实施方式中，例示出了作为荧光体层仅使用了通式aYO3/2·(3-a)CeO3/2·bAlO3/2·cGaO3/2·fWO3(2.80≤a≤2.99、3.00≤b≤5.00、0≤c≤2.00、0.003≤f≤0.020、且4.00≤b+c≤5.00)所表示的第1荧光体、或通式aYO3/2·(3-a)CeO3/2·bAlO3/2·cGaO3/2·gK2WO4(2.80≤a≤2.99、3.00≤b≤5.00、0≤c≤2.00、0.003≤g≤0.015、且4.00≤b+c≤5.00)所表示的第2荧光体中的任一者的荧光体的发光装置，但本申请中公开的发光装置并不限于此。特别是在调整荧光体层中包含的荧光体的发光色的情况下，可以制成包含上述第1荧光体和第2荧光体这两者的荧光体的荧光体层，还可以制成包含除第1荧光体及第2荧光体以外的其它荧光体的荧光体层。
此外，作为与半导体发光元件组合使用荧光体层的发光装置，并不限于如上述实施方式那样放出白色光的发光装置，可以与其它颜色的半导体发光元件组合等，制成放出其它波长的光的发光装置。这种情况下，作为半导体发光元件，除了LED以外还可以使用LD。
此外，作为本申请中公开的发光装置，能够得到具备包含上述第1荧光体及第2荧光体中的至少任一者的荧光体层的利用发光二级管(LED)或半导体激光器(LD)与荧光体的投影仪或白色LED照明光源等、及利用荧光体的传感器或增感器、等离子体显示面板(PDP)等各种发光装置。
另外，例如在构成PDP作为发光装置的情况下，没有成为如上述实施方式中所示的发光装置那样透射来自蓝色LED的放射光的构成，而成为荧光体在被面板内的放电激发的紫外线作用下进行发光的构成。因此，作为荧光体层，没有成为如图1中例示的那样在树脂中分散荧光体粒子而配置的构成，而成为介由粘合剂但更密地配置荧光体粒子的荧光体层。当然如此本申请中公开的发光装置的荧光体层的构成为符合该发光装置中的发光原理的构成。
产业上的可利用性
本发明的发光装置由于为高效率，所以在各种用途中是有用的。具体而言，可以应用于将蓝色LED与黄色荧光体组合而成的白色系发光装置、利用LED或LD与荧光体的投影仪、及利用了白色系发光装置的照明光源或带LED背光源的LCD、利用荧光体的传感器或增感器、3D-PDP等用途中。此外，在构成将蓝色LED与YAG：Ce荧光体组合而成的白色系发光装置的情况下，能够提供高效率且白色发光的色温度的不均小的发光装置。
Claims (5)
1.一种发光装置，其特征在于，其具备放出规定波长的光的荧光体层，
在所述荧光体层中，包含通式aYO3/2·(3-a)CeO3/2·bAlO3/2·cGaO3/2·fWO3所表示的荧光体、及通式aYO3/2·(3-a)CeO3/2·bAlO3/2·cGaO3/2·gK2WO4所表示的荧光体中的至少任一者；其中，前一通式中，2.80≤a≤2.99、3.00≤b≤5.00、0≤c≤2.00、0.003≤f≤0.020、且4.00≤b+c≤5.00；后一通式中，2.80≤a≤2.99、3.00≤b≤5.00、0≤c≤2.00、0.003≤g≤0.015、且4.00≤b+c≤5.00。
2.根据权利要求1所述的发光装置，其中，在所述荧光体层中包含通式aYO3/2·(3-a)CeO3/2·bAlO3/2·cGaO3/2·fWO3所表示的荧光体、且0.005≤f≤0.010。
3.根据权利要求1所述的发光装置，其中，在所述荧光体层中包含通式aYO3/2·(3-a)CeO3/2·bAlO3/2·cGaO3/2·gK2WO4所表示的荧光体、且0.005≤g≤0.010。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的发光装置，其中，其进一步具备放出在380～460nm的波长范围内具有峰值波长的光的半导体发光元件，
所述荧光体层吸收所述半导体发光元件所放出的光的一部分、放出与所吸收的光相比在较长的波长范围内具有峰值波长的光。
5.根据权利要求4所述的发光装置，其中，所述半导体发光元件具有由氮化镓系化合物半导体构成的发光层。
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