JP2012049422A

JP2012049422A - 発光装置

Info

Publication number: JP2012049422A
Application number: JP2010191906A
Authority: JP
Inventors: Yosuke Umezu; 陽介梅津
Original assignee: Sanken Electric Co Ltd
Current assignee: Sanken Electric Co Ltd
Priority date: 2010-08-30
Filing date: 2010-08-30
Publication date: 2012-03-08

Abstract

【課題】近紫外光による励起効率の高い緑色蛍光体を有する発光装置を提供する。
【解決手段】近紫外光を出射する発光素子１０と、発光素子１０の出射光により励起されて緑色光を発光する、Ｍ_1-x-y-zＩｎ_xＢＯ₃：Ｃｅ_y，Ｔｂ_z（ＭはＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｌｕから選択される少なくとも１種の元素を示し、０＜ｘ、０＜ｙ、０＜ｚ、０＜ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）で表される緑色蛍光体を含む蛍光体層２０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、蛍光体を用いて光を出力する発光装置に関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ）などの発光素子を光源に用いた発光装置が実用化されている。白色光を出力する発光装置を実現するために、赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ出射する複数のＬＥＤが使用されたり、青色ＬＥＤと各種の青色励起蛍光体（黄色蛍光体、緑色蛍光体、赤色蛍光体）とを組み合わせた擬似白色ＬＥＤが使用されたりしている。

更に、近紫外光を出射するＬＥＤと、近紫外光によって励起される各種の蛍光体（青色蛍光体、緑色蛍光体、赤色蛍光体）とを組み合わせた白色ＬＥＤランプが提案されている（例えば特許文献１参照。）。

特開２００９−８１２８８号公報

近紫外光を出射する発光素子を光源に用いる発光装置では、近紫外領域での励起効率がより高い緑色蛍光体が求められている。上記要求に応えるために、本発明は、近紫外光による励起効率の高い緑色蛍光体を有する発光装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、（イ）近紫外光を出射する発光素子と、（ロ）発光素子の出射光により励起されて緑色光を発光する、Ｍ_1-x-y-zＩｎ_xＢＯ₃：Ｃｅ_y，Ｔｂ_z（ＭはＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｌｕから選択される少なくとも１種の元素を示し、０＜ｘ、０＜ｙ、０＜ｚ、０＜ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）で表される緑色蛍光体を含む蛍光体層とを備える発光装置が提供される。

本発明によれば、近紫外光による励起効率の高い緑色蛍光体を有する発光装置を提供できる。

本発明の実施形態に係る発光装置の構成を示す模式図である。本発明の実施形態に係る発光装置に使用可能な蛍光体と比較例の蛍光体の発光強度を示すグラフであり、図２（ａ）は測定波長全体の発光強度を示し、図２（ｂ）は発光ピーク波長付近の発光強度を示す。図２に示した発光強度を比較した表である。本発明の実施形態に係る発光装置に使用可能な蛍光体と比較例の蛍光体の励起スペクトルを示すグラフである。

次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

本発明の実施形態に係る発光装置１は、図１に示すように、近紫外光を出射する発光素子１０と、Ｍ_1-x-y-zＩｎ_xＢＯ₃：Ｃｅ_y，Ｔｂ_z（０＜ｘ、０＜ｙ、０＜ｚ、０＜ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）で表される緑色蛍光体を含む蛍光体層２０とを備える。蛍光体層２０に含まれる緑色蛍光体は、発光素子１０の出射光により励起されて緑色光を発光する。また、緑色蛍光体に含まれる元素Ｍはスカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、ルテチウム（Ｌｕ）から選択される少なくとも１種の元素を示す。したがって、蛍光体層２０に含まれる緑色蛍光体は、３価のセリウム（Ｃｅ）とテルビウム（Ｔｂ）で付活された、少なくともインジウム（Ｉｎ）を含むホウ酸塩蛍光体である。

蛍光体層２０には、励起用蛍光体２５を含有する樹脂などが採用可能である。蛍光体層２０は、上記の緑色蛍光体と共に、発光素子１０の出射光により励起されて青色光を発光する青色蛍光体、及び発光素子１０の出射光により励起されて赤色光を発光する赤色蛍光体を、励起用蛍光体２５として含む。

蛍光体層２０に含まれる青色蛍光体には、例えばＢａＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇：Ｅｕ²⁺などが採用可能である。また、蛍光体層２０に含まれる赤色蛍光体には、例えばＹ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅｕ³⁺などが採用可能である。

ＣｅとＴｂで付活されたＭ_1-x-y-zＩｎ_xＢＯ₃：Ｃｅ_y，Ｔｂ_z（０＜ｘ、０＜ｙ、０＜ｚ、０＜ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）で表される、緑色蛍光体のホウ酸塩蛍光体（以下において、「実施形態の蛍光体」という。）では、元素Ｍ、Ｉｎの一部が３価のＣｅ及びＴｂで置換されることにより、発光を生じる結晶が得られる。元素Ｍは、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｌｕのいずれかの元素であるか、或いは元素ＭとしてＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｌｕから２種以上の元素を選択してもよい。例えば、元素Ｍの合計量を１００原子％としたとき、Ｌａを１０原子％とし、Ｓｃ、Ｙ、Ｇｄ、Ｌｕのいずれかを９０原子％として、元素Ｍが構成される。

蛍光体層２０に含まれる実施形態の蛍光体の元素Ｍ、Ｉｎの一部がＣｅ³⁺イオン及びＴｂ³⁺イオンで置換されることにより、蛍光体層２０に入射した近紫外光は、先ずＣｅ³⁺イオンに吸収され、この吸収されたエネルギーがＴｂ³⁺イオンに伝達されて、緑色光が実施形態の蛍光体から放射される。

発光素子１０は、例えば波長が３２０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下の光を出射する。発光素子１０には、ＬＥＤやレーザダイオードなどの半導体発光素子が採用可能である。

図１に示したように、発光素子１０は、上部よりも底部が狭い凹部を有するパッケージ３０の凹部底面に配置されている。パッケージ３０の凹部は、蛍光体層２０により充填されている。

パッケージ３０は、基板４０上に実装されている。図示を省略した電気配線が基板４０に配置されており、この電気配線に発光素子１０が電気的に接続されている。例えば発光素子１０がＬＥＤの場合、発光素子１０の正電極と負電極間に電圧を印加することにより発光素子１０に駆動電流が流れる。これにより、発光素子１０は近紫外光を出射する。

発光素子１０から出射された近紫外光は、蛍光体層２０に入射する。蛍光体層２０に含有される各種の励起用蛍光体（緑色蛍光体、青色蛍光体、赤色蛍光体）は、発光素子１０から出射された近紫外光により励起され、特定の色の光をそれぞれ放射する。具体的には、緑色蛍光体は近紫外光の一部を緑色光に変換し、青色蛍光体は近紫外光の一部を青色光に変換し、赤色蛍光体は近紫外光の一部を赤色光に変換する。変換された緑色光、青色光及び赤色光を成分とする白色光Ｌが、出力面１００から出力される。

上記のように、図１に示した発光装置１は、近紫外光を出射する発光素子１０と、近紫外光により励起される蛍光体を含有する蛍光体層２０との組み合わせによって、白色光Ｌを発光する白色発光装置である。発光素子１０をパッケージ３０の凹部底面に配置することにより、白色光Ｌの指向性が向上する。

図２（ａ）及び図２（ｂ）に、波長３９５ｎｍの近紫外光によって励起された場合の、実施形態の蛍光体Ａの発光強度と、Ｉｎを含まないホウ酸塩蛍光体（以下において、「比較例の蛍光体」という。）Ｂの発光強度を測定した例を示す。比較例の蛍光体Ｂは、Ｎ_1-x-yＢＯ₃：Ｃｅ_x，Ｔｂ_y（ＮはＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｌｕから選択される少なくとも１種の元素を示し、０＜ｘ、０＜ｙ、０＜ｘ＋ｙ＜１）で表される。図２（ａ）及び図２（ｂ）に示した例では、実施形態の蛍光体ＡがＬｕ_0.275Ｉｎ_0.275ＢＯ₃：Ｃｅ_0.30，Ｔｂ_0.15であり、比較例の蛍光体ＢがＬｕ_0.55ＢＯ₃：Ｃｅ_0.30，Ｔｂ_0.15である。図２（ａ）は波長４５０ｎｍ〜７００ｎｍにおける発光強度を示し、図２（ｂ）は波長５３０ｎｍ〜５７０ｎｍにおける発光強度を示す。

図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、実施形態の蛍光体Ａは、比較例の蛍光体Ｂに比べて、発光強度の発光ピーク強度及び積分強度が高い。図３に、実施形態の蛍光体Ａと比較例の蛍光体Ｂの発光ピーク強度を比較した表を示す。

上記のように、Ｉｎを含まない比較例の蛍光体に比べて、実施形態の蛍光体は励起効率が高い。この現象は、蛍光体の励起スペクトルの違いに起因すると考えられる。

図４に、実施形態の蛍光体Ａと、Ｉｎを含まない比較例の蛍光体Ｂ１〜Ｂ５の、励起スペクトルの例を示す。図４の横軸は波長、縦軸はフォトルミネッセンス励起（ＰＬＥ）強度である。図４において、実施形態の蛍光体ＡはＬｕ_0.75Ｉｎ_0.25ＢＯ₃：Ｃｅ，Ｔｂである。比較例の蛍光体Ｂ１はＳｃＢＯ₃：Ｃｅ，Ｔｂ、比較例の蛍光体Ｂ２はＬｕＢＯ₃：Ｃｅ，Ｔｂ、比較例の蛍光体Ｂ３はＹＢＯ₃：Ｃｅ，Ｔｂ、比較例の蛍光体Ｂ４はＧｄＢＯ₃：Ｃｅ，Ｔｂ、比較例の蛍光体Ｂ５はＬａＢＯ₃：Ｃｅ，Ｔｂである。

元素Ａを含むＡＢＯ₃で表されるホウ酸塩の結晶構造は、Ａ³⁺イオンのイオン半径に応じてカルサイト構造、バテライト構造、アラゴナイト構造のいずれかである。具体的には、３価元素である元素ＡがＩｎ、Ｌｕ、Ｙ、Ｇｄの場合にホウ酸塩はバテライト構造であり、元素ＡがＬａの場合にホウ酸塩はアラゴナイト構造、元素ＡがＳｃの場合にホウ酸塩はカルサイト構造又はバテライト構造である。

図４に示したように、上記の結晶構造と励起スペクトルには密接な関係がある。図４から、ホウ酸塩の結晶構造がバテライト構造である場合に、他の結晶構造に比較してＰＬＥ強度のピークが長波長側にシフトしていることがわかる。更に、図４に示すように、実施形態の蛍光体Ａの励起スペクトルのＰＬＥ強度は、比較例の蛍光体Ｂ１〜Ｂ５の励起スペクトルに比べてピークが長波長側にシフトしている。このため、Ｉｎを含まない比較例の蛍光体に比べて実施形態の蛍光体は励起効率が高く、発光強度の発光ピーク強度及び積分強度が高い。

したがって、近紫外光を出射する発光素子１０を光源に使用した場合に、実施形態の蛍光体Ａを用いた発光装置１は、Ｉｎを含まない蛍光体を用いた発光装置よりも長波長励起で効率よく発光する。蛍光体層２０に含有される緑色蛍光体は、その結晶構造が長波長励起に好適なバテライト構造であるように、Ｉｎなどの組成比が設定される。

以上に説明したように、本発明の実施形態に係る発光装置１は、近紫外光を出射する発光素子１０とＭ_1-x-y-zＩｎ_xＢＯ₃：Ｃｅ_y，Ｔｂ_z（ＭはＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｌｕから選択される少なくとも１種の元素を示し、０＜ｘ、０＜ｙ、０＜ｚ、０＜ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）で表される緑色蛍光体を含有する蛍光体層２０とを組み合わせて、白色光Ｌを発光する。このため、図１に示した発光装置１によれば、Ｉｎを含まない緑色蛍光体を含有する蛍光体層を備える発光装置に比べて、蛍光体層２０に含有される緑色蛍光体が近紫外光により高い効率で励起され、緑色光を放射する。

したがって、発光装置１によれば、近紫外光による励起効率の高い緑色蛍光体を有する発光装置を提供することができる。

（その他の実施形態）
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

既に述べた実施形態の説明においては、発光素子１０が１つである例を示したが、発光装置１が複数の発光素子１０を備えてもよい。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

１…発光装置
１０…発光素子
２０…蛍光体層
２５…励起用蛍光体
３０…パッケージ
４０…基板
１００…出力面

Claims

近紫外光を出射する発光素子と、
前記発光素子の出射光により励起されて緑色光を発光する、Ｍ_1-x-y-zＩｎ_xＢＯ₃：Ｃｅ_y，Ｔｂ_z（ＭはＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｌｕから選択される少なくとも１種の元素を示し、０＜ｘ、０＜ｙ、０＜ｚ、０＜ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）で表される緑色蛍光体を含む蛍光体層と
を備えることを特徴とする発光装置。
前記緑色蛍光体の結晶構造がバテライト構造であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記蛍光体層が、前記発光素子の出射光により励起されて青色光及び赤色光をそれぞれ発光する青色蛍光体及び赤色蛍光体を更に含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。