CN102473815B - 发光装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种实现发光效率高、发出具有高演色性的光的发光装置。本发明所涉及的半导体发光装置(1)具备:发出蓝色光的半导体发光元件(2)、吸收该蓝色光来发出绿色光的绿色荧光体(14)、和吸收该蓝色光来发出橙色光的橙色荧光体(13),上述绿色荧光体(14)和橙色荧光体(13)所发出的荧光的发光光谱的峰值波长在540nm以上且565nm以下的范围,在设该峰值波长的发光强度为PI(MAX)、比该峰值波长长90nm的长波长下的发光强度为PI(90)时,满足下面的关系:0.70>PI(90)/PI(MAX)>0.55。
Description
技术领域
本发明涉及具备荧光体以及半导体发光元件的发光装置。
背景技术
发光二极管(LED)等的半导体发光元件具有小型且消耗功率少、能稳定地进行高亮度发光的优点,近年来,将白炽灯等照明器具置换成使用由LED构成的发出白色光的发光装置的照明器具的动向不断进展。作为发出白色光的LED,例如有组合了蓝色LED和以(Y,Gd)3(Al,GGa)5O12的组成式来表示的YAG系荧光体的LED。
在上述构成的发光装置中,通过将LED的蓝色光和由荧光体的YAG荧光体发出的黄色光的混色而实现了白色光。在该构成中,由于YAG荧光体的发光特性而导致红色成分不足,在用于家庭用照明器具等的情况下,例如会产生让人的皮肤看起来不自然这样的不适。
具体地,在上述发光装置中,在用于照明器具中的以昼白色或灯泡色来定义的色温区域中,平均演色评价指数(Ra)为70程度,特别是表示看到红色的效果的特殊演色评价指数(R9)为-40程度,在作为照明器具而使用时,看红色的效果极端恶化。另外,所谓Ra是指:将以基准光而看到的颜色为100,表示试验光能何种程度忠实再现试验颜色的指标,特别是R9,它是红色的特殊演色评价指数。
另外,除了上述的蓝色LED和YAG系荧光体等黄色荧光体和绿色荧光体之外,近年来提出了如下组合:通过还嵌入氮化物类的红色荧光体,来提高由荧光体发出的荧光的发光光谱的均匀性,提高从半导体发光装置发出的白色光的Ra和R9。
但是,由于在该构成中,利用了长波长区域的红色光,因此在从人的视感度曲线偏离的波长区域的能量会变大。进而,除此之外,由于红色荧光体会吸收黄色荧光体所发出的黄色光,因此,发光装置的发光效率会显著降低。
在这样的状况下,示出了组合了蓝色LED和绿色荧光体和橙色荧光体的白色发光装置(例如参照专利文献1)。
在上述构成中,由于在蓝色LED中组合使用了2种以上的荧光体,因此,与仅组合了蓝色LED和黄色荧光体的构成比较,Ra以及R9高。
另外,在专利文献1中,由于组合了绿色荧光体和橙色荧光体,发光光谱与人的视感度匹配,因此,与在蓝色LED以及黄色荧光体中组合红色荧光体的构成比较,发光效率高。
先行技术文献
专利文献
专利文献1:日本国公开特许公报“特开2007-227928号公报(2007年9月6日公开)”
发明概要
发明所要解决的课题
但是,在专利文献1记载的构成中,发光装置的发光光谱中的红色成分不足,在演色性评价指数内,表示红色的指标的值不充分。另外,由于荧光体所发出的光的峰值波长较大地偏离人的视感度曲线,因此发光效率不充分。
发明内容
本发明鉴于上述问题点而开发的,其目的在于提高一种发光效率高、具有发出高的演色性的光的发光装置。
用于解决课题的手段
本发明的发明者们,如上所述,为了在发出的光中实现高演色性且提供发光效率高的发光装置,反复进行荧光体、以及使用了荧光体和半导体发光元件的发光装置的试制。其结果,发现通过以下所示的组合,能提供解决上述课题的发光装置,直到完成本发明。以下记述了本发明的详细的内容。
本发明所涉及的发光装置为了解决上述课题,具备:发出蓝色光的半导体发光元件;吸收该蓝色光来发出绿色光的绿色荧光体;和吸收该蓝色光来发出橙色光的橙色荧光体,上述绿色荧光体和上述橙色荧光体所发出的荧光的发光光谱中,峰值波长在540nm以上且565nm以下的范围内,在设该峰值波长中的发光强度为PI(MAX)、比该峰值波长长90nm的波长下的发光强度为PI(90)时,满足下面的关系:0.70>PI(90)/PI(MAX)>0.55。
根据上述构成,由于荧光的发光光谱的峰值波长非常接近人的视感度的峰值即555nm,因此发光装置的发光效率高。并且,由于满足上述PI(90)/PI(MAX)>0.55的关系,因此发光装置的发光光谱遍及整个可视区域而分布,发光装置所发出的光的演色性变得良好,特别是示出了R9等表示看红色效果的指标为良好的值。因此,能兼顾与视感度曲线的匹配和发光光谱的均匀性,特别是能实现演色性优良、发光效率高的发光装置。因此,根据上述构成,起到能提供发光效率高、发出高演色性的光的发光装置的效果。
发明的效果
如以上,本发明所涉及的发光装置特征在于,具备:发出蓝色光的半导体发光元件;吸收该蓝色光来发出绿色光的绿色荧光体;和吸收该蓝色光来发出橙色光的橙色荧光体,上述绿色荧光体和上述橙色荧光体所发出的荧光的发光光谱中,峰值波长在540nm以上且565nm以下的范围内,在设该峰值波长中的发光强度为PI(MAX)、比该峰值波长长90nm的波长下的发光强度为PI(90)时,满足下面的关系:0.70>PI(90)/PI(MAX)>0.55。
因此,起到了能提供发光效率高、发出具有高演色性的光的发光装置。
附图说明
图1是表示本实施方式所涉及的半导体装置的概略构成的截面图。
图2是表示在制造例1-1所获得的荧光体粉末的发光光谱的曲线图。
图3是表示在制造例1-1所获得的荧光体粉末的激发光谱的曲线图。
图4是表示在制造例1-1所获得的荧光体粉末的吸收光谱的曲线图。
图5是表示在制造例1-2所获得的荧光体粉末的发光光谱的曲线图。
图6是表示在制造例1-2所获得的荧光体粉末的激发光谱的曲线图。
图7是表示在制造例1-2所获得的荧光体粉末的吸收光谱的曲线图。
图8是表示在制造例2-1所获得的荧光体粉末的发光光谱的曲线图。
图9是表示在制造例2-2所获得的荧光体粉末的发光光谱的曲线图。
图10是表示在比较制造例1所获得的荧光体粉末的发光光谱的曲线图。
图11是表示在比较制造例2所获得的荧光体粉末的发光光谱的曲线图。
图12是表示在实施例1制作的发光装置的发光光谱的曲线图。
图13是表示在实施例2制作的发光装置的发光光谱的曲线图。
图14是表示在实施例3制作的发光装置的发光光谱的曲线图。
图15是表示在实施例4制作的发光装置的发光光谱的曲线图。
图16是表示在实施例5制作的发光装置的发光光谱的曲线图。
图17是表示在实施例6制作的发光装置的发光光谱的曲线图。
图18是表示在实施例7制作的发光装置的发光光谱的曲线图。
图19是表示在实施例8制作的发光装置的发光光谱的曲线图。
图20是表示在比较例1制作的发光装置的发光光谱的曲线图。
图21是表示在比较例2制作的发光装置的发光光谱的曲线图。
图22是表示半导体发光装置的Ra和PI(90)/PI(MAX)的关系的曲线图。
图23是表示半导体发光装置的R9和PI(90)/PI(MAX)的关系的曲线图。
图24是表示半导体发光装置的Ra和PI(-35)/PI(MAX)的关系的曲线图。
图25是表示半导体发光装置的LED发光强度和PI(-35)/PI(MAX)的关系的曲线图。
图26是将橙色荧光体的吸收光谱和绿色荧光体的发光光谱在同一个曲线图上进行描绘的曲线图。
图27是表示半导体发光装置的LED发光强度和绿色荧光体的波长600nm中的光吸收率的关系的曲线图。
图28是表示在比较制造例3获得的荧光体粉末的发光光谱的曲线图。
图29是表示在比较例3制作的发光装置的发光光谱的曲线图。
图30是表示固溶了Ce和氧的固溶体结晶的发光强度的Li浓度依赖性的曲线图。
图31是表示固溶了Ce和氧的固溶体结晶的以波长450nm的光激发时的发光强度的周边温度依赖性的曲线图。
图32是表示固溶了Ce和氧的固溶体结晶的以波长450nm的光激发时的发光强度的周边温度依赖性的曲线图。
图33是表示固溶了Ce和氧的固溶体结晶的以波长450nm的光激发时的发光光谱的半值幅度(half width)的Li浓度依赖性的曲线图。
图34是表示在制造例1-1获得的荧光体粉末的XRD测定结果的曲线图。
图35是表示在制造例1-2获得的荧光体粉末的XRD测定结果的曲线图。
图36是表示在制造例2-1获得的荧光体粉末的XRD测定结果的曲线图。
图37是表示在制造例1-1获得的荧光体粉末的改变了激发波长时的发光光谱的变化的曲线图。
具体实施方式
如下来说明本发明的一个实施方式。另外,在本说明书中,表示范围的“A~B”为A以上且B以下。另外,本说明书所举出的各种物性,只要没有特别的例外,就意味是用后述的实施例中所记载的方法测定出的值。
图1是表示本发明的实施方式所涉及的半导体装置的概略构成的截面图。
本实施方式所涉及的半导体发光装置1具备:发出蓝色光的半导体发光元件2、吸收该蓝色光而发出橙色光的橙色荧光体13、和吸收该蓝色光而发出绿色光的绿色荧光体14。
在此,上述“蓝色光”是指以波长420~480nm的光为主成份的光,上述“绿色光”是指以波长500~550nm的光为主成份的光,上述“橙色光”是指以波长560~620nm的光为主成份的光,“红色光”意味着以波长620~680nm的光为主成份的光。
另外,上述“绿色荧光体”是指,被上述蓝色光激发而发出上述绿色光的物质,上述“橙色荧光体”是指,被上述蓝色光激发而发出上述黄橙光的物质。
上述的“为主成份”是指含有50%以上,更具体地,是指用以后述的实施例所记载的方法来测定的发光光谱中的面积比例来计,含有50%以上。
本实施方式所涉及的半导体发光装置1在作为基体的印刷布线基板3上配置有半导体发光装置2,在同样载置于印刷布线基板3上的树脂框4的内侧填充由分散有上述橙色荧光体13以及上述绿色荧光体14的透光性树脂构成的模制树脂5,从而密封半导体发光元件2。
上述半导体发光元件2作为活性层具有InGaN层6,夹着InGaN层6而具有p侧电极7以及n侧电极8,该n侧电极8介由具有导电性的粘接剂10与从印刷布线基板3的上表面直到背面而设置的n电极部9电连接。另外,半导体元件2的p侧电极7介由金属导线12与从和上述的n电极部9不同印刷布线基板3的上表面直到背面而设置的p电极部11电连接。
另外,本实施方式所涉及的半导体装置1并不限定图1所示的构造,能采用现有公知的一般的半导体发光装置的构造。
(I)发光光谱
在本实施方式所涉及的半导体发光装置1中,绿色荧光体14和橙色荧光体13所发出的荧光的发光光谱的峰值波长为540nm以上且565nm以下的范围内。
另外,记为上述“绿色荧光体14和橙色荧光体13所发出的荧光的发光光谱”(在下面,有仅记为“荧光体所发出的荧光的发光光谱”的情况),是指将上述橙色荧光体13吸收了半导体发光元件2所发出的蓝色光后发出的橙色光、和上述绿色荧光体14吸收半导体发光元件2所发出的蓝色光后发出的绿色光彼此重叠后的光谱。
另外,在设荧光体所发出的荧光的荧光光谱中的上述峰值波长下的发光强度为PI(MAX)、比该峰值波长长90nm的波长下的发光强度为PI(90)时,满足下述的关系:
0.70>PI(90)/PI(MAX)>0.55。
通过上述发光光谱的峰值波长处于上述范围内,人的视感度为最高的555nm附近的发光强度变高,其结果,能实现发光效率高的发光装置。
另外,通过满足PI(90)/PI(MAX)>0.55,该发光光谱遍及可视区域的整个区域而分布,因此演色性变高。进而,通过满足0.70>PI(90)/PI(MAX),抑制了人的视感度低的红色区域中的发光强度,维持发光装置的发光效率不变,能实现较高的演色性。
在本实施方式所涉及的半导体发光装置1中,更优选在设比上述峰值波长短35nm的波长下的发光强度为PI9(-35)时,满足以下的关系:
PI(-35)/PI(MAX)<0.60。
通过满足上述关系,人的视感度的峰值即555nm附近的强度进一步提高,因此能实现发光效率更高的发光装置。
通常,在将半导体发光元件与各种的荧光体组合来构成发光装置的情况下,为了提高演色性,设计为发光装置的发光光谱在可视区域附近的波长区域中成为平坦。
但是,在更优选的本实施方式中,由于荧光体所发出的荧光的荧光光谱如上所述,满足PI(-35)/PI(MAX)<0.60,因此,如后述的图12等所示,成为在蓝色区域和绿色区域之间具有强度急剧变化的谷的发光光谱。
这虽然与现有的发光装置的设计思想相反,但本发明的发明者们为了提高兼顾高演色性和发光效率的发光装置,从进行使用了荧光体和半导体发光装置的发光装置的试制的结果中找出适宜的光谱形状。
(II)半导体发光元件
在本实施方式中,上述半导体发光元件2是发光二极管(LED),但作为上述半导体发光元件2并不限于发光二极管(LED),也能使用半导体激光器、无机EL(electroluminescence)元件等发出蓝色光的现有公知的元件。另外,LED例如能使用Cree公司制造的市场公开出售商品。
虽然上述半导体发光元件2的发光峰值波长没有特别的限定,但从Ra、R9值高的观点出发,更优选在440nm~470nm的范围内。
[III]橙色荧光体
上述橙色荧光体13优选发光光谱的峰值波长处于570nm~620nm的范围内,该峰值的半值幅度优选处于120nm~150nm的范围内。
通过发光光谱的峰值波长以及该峰值的半值幅度为上述范围,能使荧光体所发出的荧光的荧光光谱处于上述的范围内,因此示出更高的发光效率,能实现具有更高的演色性的半导体发光装置。
另外,在设比420nm长的波长侧的上述橙色荧光体13的吸收率的最大值为ABS(MAX),设波长520nm的上述橙色荧光体13的吸收率(吸光率)为ABS(520)时,上述橙色荧光体13优选满足以下的关系:
ABS(520)/ABS(MAX)<0.60。
通过橙色荧光体13的吸收率满足上述条件,充分抑制了橙色荧光体13吸收绿色光,能实现更高发光效率的发光装置。
上述橙色荧光体13优选在其激发光谱中,在440nm~470nm中具有激发峰值。通过橙色荧光体13的激发光谱满足上述要件,能实现更高发光效率的发光装置。
作为上述橙色荧光体13,只要是示出了上述峰值波长以及半值幅度的发光光谱的橙色荧光体则没有特别的限定,但优选是由Ce激活的Ce激活荧光体。这是因为由于Ce的基态能级的***较大,所以Ce激活荧光体示出宽幅的光谱。
作为上述Ce激活荧光体,具体地能适宜地使用Ce激活氮化物系荧光体或Ce激活氮氧化物系荧光体。氮化物系荧光体和氮氧化物系荧光体例如与氧化物系荧光体和硫化物系荧光体比较,由于母体的共价键合性强,因此,母体的稳定性高,即使在高温环境下,发光强度也难以降低。
上述橙色荧光体优选是含有具有以下述一般式(1)来表示的化学组成的含有Ce的结晶相的荧光体。
(1-a-b)(Ln′pM(II)′(1-p)M(III)′M(IV)′N3)·a(M(IV)′(3n+2)/4NnO)·b(A·M(IV)′2N3)……(1)
(式中,Ln′是从镧系元素、Mn以及Ti构成的群中选择的至少一种金属元素,
M(II)′是从由Ln′元素以外的2价的金属元素构成的群中选择的一种或2种以上的元素,
M(III)′是从由3价金属元素构成的群中选择的1种或2种以上的元素,
M(IV)′是从由4价金属元素构成的群中选择的1种或2种以上的元素,
A是从Li、Na、以及K构成的群中选择的1种以上的1价金属元素,
P为满足0<p≤0.2的数,
a、b以及n为满足0≤a、0≤b、a+b>0、0≤n以及0.002≤(3n+2)a/4≤0.9的数)。
具有式(1)中所表示的组成的化合物例如能通过将各构成金属元素的氮化物或氧化物以成为期望的组成比的比率混合后,烧制而获得。
作为式(1)所示的代表性的组成,能例示进行橙色的发光的由Ce激活的CaAlSiN3,能依据日本国特许公报“特许第3837588号”的记载来制造。
另外,能例示由下面的式(2)、(3)所表示的组成,能依据日本国公开特许公报“特许公开公报2007-231245号”的记载来制造,其中式(2)、(3)示为:
(1-a)(CepCa1-pAlSiN3)·aSi2N2O ……(2)
(1-x)(Cey(Ca,Sr)1-yAlSiN3)·xLiSi2N3……(3)
在此,在上述式(2)中,p为0<p≤0.2,更优选为0.005<p≤0.1,a为0≤a≤0.45,更优选为0≤a≤0.3,更优选为0.002≤a≤0.3,进一步优选为0.15≤a≤0.3。
另外,在上述式(3)中,y为0<y≤0.2,优选为0.003<y≤0.2,x为0<x<1.0,更优选为0.02≤x≤0.4,更优选0.03≤x≤0.35。
在此,从进行橙色发光的观点出发,优选在Ce激活荧光体的母体结晶中包含氧和Li。这种情况下,在母体结晶中,也可以仅包含氧和Li中的任一个,也可以包含两者,更优选包含两者。在该Ce激活荧光体中包含Li、氧或氧以及Li的两者的情况下,发光光谱、吸收率、激发光谱满足上述要件,该Ce激活CaAlSiN3荧光体的发光效率变高。
尤其是,上述的Ce激活荧光体由于在具有cCaAlSiN3·(1-c)LiSi2N3(式中,0.2≤c≤0.8)的组成的结晶中,固溶了Ce和氧的固溶体结晶的情况下,由于橙色发光的发光效率特别高,因此作为橙色荧光体更为优选。
为了使上述Ce激活荧光体的具有上述组成的结晶中固溶了Ce和氧的固溶体结晶,例如需要将如CeO2那样构成的金属元素的氧化物包含在至少一种原料粉末中。
在固溶了Ce和氧的上述固溶体结晶中的Li浓度,从发光效率的观点出发优选为4重量%以下。
另外,在将半导体发光元件用于照明器具等中的情况下,与用于指示器等中的情况相比需要流过大电流,半导体发光元件的周边温度甚至会达到100℃~150℃。例如,日本国公开特许公报“特开2003-321675号公报”中例示的YAG:Ce荧光体如日本国公开特许公报“特开2008-127529号公报”所公开那样,在周边温度150℃的高温环境下,发光强度降低到室温的50%。相对于这样的现有的荧光体,本申请说明书在所例示的氮氧化物系荧光体特别是在高温环境下的发光特性优良,例如,如非专利文献(Science and Technology of Advanced Materials 8(2007)588-600)所例示那样,在周边温度为100℃~150℃的高温环境中也维持室温的85%~90%程度的发光强度。
本发明所涉及的半导体发光装置所具备的荧光体也优选与上述非专利文献中例示的荧光体具有同等的在高温环境下的发光特性,从这样的观点出发,固溶了Ce和氧的上述固溶体结晶中的Ce浓度优选超过0重量%、6重量%以下。
进而,固溶了Ce和氧的上述固溶体结晶中的Li浓度从使发光光谱的半值幅度较大的观点出发,优选为1.5重量%以上。在本发明所涉及的半导体发光装置中,能实现具有橙色荧光体的发光光谱的半值幅度越大、演色性就越高的演色性,发光效率高的发光装置。
(IV)绿色荧光体
上述绿色荧光体14能适宜地使用发光光谱的半值幅度窄、峰值波长为520nm~545nm的范围的荧光体。
若绿色荧光体14的发光光谱的峰值波长为上述范围内,则在通过组合上述橙色荧光体13以及发出蓝色的光的半导体发光元件2来构成发出白色光的发光装置1时,能使荧光发光光谱的峰值波长为540nm~565nm的范围。因此,能实现发光效率高的发光装置。
另外,上述绿色荧光体14优选其发光光谱的半值幅度为55nm以下,特别能适宜地使用30nm以上55nm以下的范围内的荧光体。
若绿色荧光体14的发光光谱的半值幅度为上述范围,则由于与上述橙色荧光体13的发光光谱的半值幅度相比较,绿色荧光体14的发光光谱的半值幅度充分窄,因此,橙色荧光体13对绿色光的吸收被抑制,能实现发光效率更高的发光装置。
作为上述那样的绿色荧光体14并没有特别的限定,例如,由于稳定性高且温度特性优良,因此能适宜地使用Eu激活氮氧化物系荧光体。进而,在Eu激活氮氧化物系荧光体中,能适宜地使用日本国公开特许公报“特开2008-138156号公报”所示的Eu激活BSON荧光体、或日本国公开特许公报“特开2005-255895号公报”所示的Eu激活β硅铝氧氮陶瓷荧光体。
作为上述Eu激活BSON荧光体,具体地优选具有如下组成的荧光体:
Bay′Eux′Siu′Ov′Nw′
(其中,0≤y′≤3,1.6≤y′+x′≤3,5≤u′≤7,9<v′<15,0<w′≤4)
上述的y′、x′、u′、v′、w′的更优选的范围为1.5≤y′≤3,2≤y′+x′≤3,5.5≤u′≤7,10<v′<13,1.5<W′≤4。
另外,作为上述Eu激活β硅铝氧氮陶瓷荧光体,具体地优选具有如下组成的荧光体:
Si6-z′Alz′Oz′N8-z′
(其中,0<z′<4.2)
上述z′的更优选的范围为0<z′<0.5。
特别是Eu激活β硅铝氧氮陶瓷荧光体,表示出在稳定性以及温度特性上优良,还有发光光谱的半值幅度特别窄的发光特性。
另外,在国际公开WO2008/062781中公开的Eu激活β硅铝氧氮陶瓷荧光体在烧制后通过氧处理的后处理除去了荧光体的损伤相,因此不需要的吸收较少,发光效率高。
作为上述的绿色荧光体14,更具体地,能适宜地使用对Eu激活β硅铝氧氮陶瓷荧光体的发光完全无贡献的波长区域、且在上述橙色荧光体的峰值波长附近的600nm下的光的吸收率为10%以下的荧光体。
另外,在本实施方式中所使用的绿色荧光体是Eu激活氮氧化物系荧光体,且橙色荧光体13为Ce激活氮化物系荧光体或Ce激活氮氧化物系荧光体的情况下,由于这两种荧光体都是氮化物系,因此,两种荧光体的温度依赖性、比重、粒径等成为接近的值。因此,在形成上述那样的半导体发光元件时,能成品率良好地进行制造,发光元件成为具有不被周围环境影响的具有高可靠性的发光元件。此外,由于氮化物系荧光体的共价键合性强,因此温度依赖性较小,在化学、物理性上难以受损伤。
(V)模制树脂
在上述半导体发光装置1中用于密封半导体发光元件2的模制树脂5例如是在硅酮树脂、环氧树脂等的透光性树脂中分散上述橙色荧光体13以及绿色荧光体14而形成的。作为该分散方法并没有特别的限定,能采用公知的方法。
使分散的橙色荧光体13以及绿色荧光体14的混合比率并没有特别的限定,能按照可获得期望的表示白色点的光谱的方式来适宜地决定。
例如,能使透光性树脂相对于橙色荧光体13以及绿色荧光体14的质量比(透光性树脂的质量/(橙色荧光体13+绿色荧光体14))为2~20的范围内。进而,能使绿色荧光体14相对于橙色荧光体13的质量比(绿色荧光体14/橙色荧光体13的质量比)为0.2~2的范围内。
(VI)其它
在本实施方式所涉及的半导体发光装置中,关于半导体发光元件2、橙色荧光体13、绿色荧光体14以及模制树脂5以外的印刷布线基板3、粘接剂10、金属导线12等,能采用与现有技术(例如日本国公开特许公报“2003-321675号公报”、日本国公开特许公报“特开2006-8721号公报”等)相同的构成,能通过与现有技术相同的方法来制造。
如以上,在本发明所涉及的发光装置中,在绿色荧光体和橙色荧光体所发出的荧光的上述发光光谱中,在设比峰值波长短35nm的波长下的发光强度为PI(-35)时,优选还满足以下的关系:
PI(-35)/PI(MAX)<0.60。
根据上述构成,通过上述发光光谱满足上述PI(-35)/PI(MAX)<0.60的关系,在将由发光装置所发出的光的色度点设为期望的白色点时,由于人的视感度的峰值即555nm附近的强度提高,因此能实现发光效率更高的发光装置。
在本发明所涉及的发光装置中,优选:上述半导体发光元件所发出的蓝色光的峰值波长为440nm以上且470nm以下的范围内,上述橙色荧光体所发出的荧光的发光光谱中的峰值波长为570nm以上且620nm以下的范围内,上述橙色荧光体所发出的荧光的上述发光光谱中的半值幅度为120nm以上且150nm以下的范围内。
根据上述构成,能实现发出的光的演色性更高、发光效率更高的发光装置。
在本发明所涉及的发光装置中,优选上述绿色荧光体所发出的发光光谱的峰值波长为520nm以上且545nm以下的范围内。
根据上述构成,由于人的视感度的峰值即555nm附近的强度提高,因此能实现发光效率更好的发光装置。
在本发明所涉及的发光装置中,优选上述绿色荧光体所发出的发光光谱的半值幅度为55nm以下。
在本发明所涉及的发光装置中,在设比420nm长的波长侧中的上述橙色荧光体的吸收率的最大值为ABS(MAX),设波长520nm的上述橙色荧光体的吸收率为ABS(520)时,在优选满足以下的关系:
ABS(520)/ABS(MAX)<0.60。
通过橙色荧光体的吸收率满足上述关系,充分抑制了橙色荧光体吸收绿色光,能实现发光效率高的发光装置。
在本发明所涉及的发光装置中,优选上述橙色荧光体为Ce激活荧光体。
在本发明所涉及的发光装置中,上述Ce激活荧光体优选是Ce激活氮化物系荧光体或Ce激活氮氧化物系荧光体。
在本发明所涉及的发光装置中,上述Ce激活荧光体优选是含有具有用下面的式(1)表示的化学组成的结晶相的荧光体:
(1-a-b)(Ln′pM(II)′(1-p)M(III)′M(IV)′N3)·a(M(IV)′(3n+2)/4NnO)·b(A·M(IV)′2N3)……(1)
(式中,Ln′是从镧系元素、Mn以及Ti构成的群中选择的至少一种金属元素,
M(II)′是从由Ln′元素以外的2价的金属元素构成的群中选择的一种或2种以上的元素,
M(III)′是从由3价金属元素构成的群中选择的1种或2种以上的元素,
M(IV)′是从由4价金属元素构成的群中选择的1种或2种以上的元素,
A是从Li、Na、以及K构成的群中选择的1种以上的1价金属元素,
P为满足0<p≤0.2的数,
a、b以及n为满足0≤a、0≤b、0<a+b<1、0≤n以及0.002≤(3n+2)a/4≤0.9的数)。
关于母体具有满足上述要件的结晶构造的激活了Ce的荧光体,其示出了通过蓝色光被有效地激发、且基于蓝色光的激发满足本发明的要件的发光。
在本发明所涉及的发光装置中,上述Ce激活荧光体优选是在具有下述组成的结晶中固溶了Ce和氧的固溶体结晶,其中该组成为:
cCaAlSiN3·(1-c)LiSi2N3
(其中,0.2≤c≤0.8)。
根据上述构成,由于橙色发光体的发光效率特别高,因此能实现发光效率更高的发光装置。
在本发明所涉及的发光装置中,固溶了Ce和氧的上述固溶体结晶中的Ce的浓度有选为6重量%以下的范围。
根据上述构成,能实现发光效率高、温度特性优良的发光装置。
在本发明所涉及的发光装置中,在上述固溶了Ce和氧的固溶体结晶中,被取入到结晶中的Li浓度优选为1.5重量%~4重量%的范围。
根据上述构成,能实现发光效率高、演色性优良的发光装置。
在本发明所涉及的发光装置中,优选上述橙色荧光体的激发光谱在440nm以上且470nm以下的范围内具有激发峰值,上述橙色荧光体的荧光光谱在580nm以上且620以下的范围内具有发光峰值。
通过橙色荧光体的激发光谱满足上述要件,能实现发光效率更高的发光装置。
在本发明所涉及的发光装置中,优选上述绿色荧光体为Eu激活β硅铝氧氮陶瓷荧光体。
Eu激活β硅铝氧氮陶瓷荧光体示出了通过蓝色光而被有效地激发且在基于蓝色光的激发下满足本发明的要件的发光。
本发明所涉及的发光装置中,优选上述Eu激活β硅铝氧氮陶瓷荧光体的600nm的吸收率为10%以下。
根据上述构成,抑制了绿色荧光体对橙色光的不需要的吸收,能提高发光装置的发光效率。
实施例
下面,举出实施例以及比较例来更详细地说明本发明,但本发明并不限定于它们。
(1)荧光体的制作
(制造例1-1:橙色荧光体的制作1)
将0.2CaAlSiN3·0.8LiSi2N3组成的结晶作为母体结晶,来合成在其中激活了Ce的荧光体。
为了获得Ce0.0017Li0.13Ca0.0313Al0.033Si0.30O0.0025N0.50的理论组成式的化合物,以Si3N4:74.3质量%、AlN:7.24质量%、Li3N:8.2质量%、Ca3N2:8.73质量%、CeO2:1.52质量%的组成比率,按照全部量成为2g的方式来称量原料粉末,用玛瑙的研杵和研钵混合10分钟,之后,使获得的混合物自然落下到氮化硼制的坩埚中并填充(体积填充率38%)。
另外,粉末的称量、混合的各工序全部在能保持水分1ppm以下、氧1ppm以下的氮气氛的罩箱中进行。
将该混合粉末放入氮化硼制的坩埚中,并设置在石墨电阻加热方式的电炉上。烧制的操作为:首先通过扩散泵使烧制气氛成为真空,从室温以每小时1200℃的速度升温到800℃,在800℃下,导入纯度99.999体积%的氮并使其压力为0.92Mpa,直到1800℃的烧制温度为止以每小时600℃来升温,在1800℃的烧制温度下保持2个小时。烧制后,对获得的烧制体用水洗除去多余的Li3N,接下来,在粗粉碎后,使用铝研钵用手将其粉碎,从而获得荧光体粉末。另外,通过用ICP(日本ジヤ一レル·アツシユ公司制:IRIS Advantage)来测定该荧光体粉末的Li浓度结果,为3.84重量%。在此,基于ICP测定的Li浓度虽然成为比理论组成的4.9重量%低的值,但这被认为是烧制中Li的挥发和烧制后的水洗带来的影响。另外,同样地通过ICP测定的Ce浓度为1.25重量%。
另外,上述荧光体粉末由于在原料粉末中包含氧化物原料,因此是固溶了Ce和氧的固溶体结晶。
在获得的荧光体粉末中,进行了Cu的Kα线的粉末X射线衍射测定(XRD)的结果,获得如图34所示的XRD图谱,能确认上述荧光体粉末具有以CaAlSiN3相为主相的结晶构造。另外,用发出波长365nm的光的灯来照射荧光体粉末的结果,能确认发出橙色的光。
另外,在本说明书中,“主相”是指最多存在的相,具体地是指存在50重量%以上的相。
图2是表示获得的荧光体粉末的发光光谱的曲线图,纵轴是发光强度(任意单位)、横轴是波长(nm)。另外,图3是表示获得的荧光体粉末的激发光谱的曲线图,纵轴是吸光度(任意单位),横轴是波长(nm)。
另外,图2以及图3所示的荧光体粉末的激发光谱以及发光光谱是使用F-4500(日立制作所)来进行测定的结果。激发光谱是扫描发光峰值的强度来进行测定。另外,各发光光谱是以各吸收光谱中的峰值波长的光进行激发来测定。
图2所示的发光光谱的色度坐标(u′,v′)=(0.264,0.557),峰值波长为596nm,半值幅度为146nm。
另外,图4是在制造例获得的荧光体粉末的吸收光谱,若设比本制造例的荧光体的420nm长的波长下的吸收率的最大值为ABS(MAX),波长520nm下的吸收率为ABS(520),则有ABS(520)/ABS(MAX)=52%。
另外,图4所示的荧光体粉末的吸收光谱是使用组合了MCPD-7000(“大電子”制造)和积分球的测定***来进行测定的结果。
(制造例1-2“橙色光荧光体的制作2)
将0.3CaAlSiN3·0.7LiSi2N3组成的结晶作为母体结晶,来合成在其中激活了Ce的荧光体。
为了获得Ce0.0017Li0.12Ca0.0483Al0.050Si0.28O0.0025N0.50的理论组成式的化合物,以Si3N4:68.3质量%、AlN:10.6质量%、Li3N:7.0质量%、Ca3N2:12.7质量%、CeO2:1.48质量%的组成比率,按照全部量成为2g的方式来称量原料粉末,用玛瑙的研杵和研钵混合10分钟,之后,使获得的混合物自然落下到氮化硼制的坩埚中并填充(体积填充率38%)。
另外,粉末的称量、混合的各工序全部在能保持水分1ppm以下、氧1ppm以下的氮气氛的罩箱中进行。
将该混合粉末放入氮化硼制的坩埚中,并设置在石墨电阻加热方式的电炉上。烧制的操作为:首先通过扩散泵使烧制气氛成为真空,从室温以每小时1200℃的速度升温到800℃,在800℃下,导入纯度99.999体积%的氮并使其压力为0.92Mpa,直到1800℃的烧制温度为止以每小时600℃来升温,在1800℃的烧制温度下保持2个小时。烧制后,对获得的烧制体用水洗除去多余的Li3N,接下来,在粗粉碎后,使用铝研钵用手将其粉碎,从而获得荧光体粉末。另外,通过用ICP(日本“ジヤ一レル·アツシユ”公司制:IRIS Advantage)来测定该荧光体粉末的Li浓度结果,为3.24重量%。在此,基于ICP测定的Li浓度虽然成为比理论组成的4.17重量%低的值,但这被认为是烧制中Li的挥发和烧制后的水洗带来的影响。另外,同样地通过ICP测定的Ce浓度为1.21重量%。
另外,上述荧光体粉末由于在原料粉末中包含氧化物原料,因此是固溶了Ce和氧的固溶体结晶。
在获得的荧光体粉末中,进行了Cu的Kα线的粉末X射线衍射测定(XRD)的结果,获得如图35所示的XRD图谱,能确认上述荧光体粉末具有以CaAlSiN3相为主相的结晶构造。另外,用发出波长365nm的光的灯来照射荧光体粉末的结果,能确认发出橙色的光。
图5是表示在本制造例获得的荧光体粉末的发光光谱的曲线图,纵轴是发光强度(任意单位)、横轴是波长(nm)。另外,图6是表示获得的荧光体粉末的激发光谱的曲线图,纵轴是吸光度(任意单位),横轴是波长(nm)。
另外,图5以及图6所示的荧光体粉末的发光光谱以及激发光谱是使用F-4500(日立制作所)来进行测定的结果。激发光谱是扫描发光峰值的强度来进行测定。另外,各发光光谱是以各吸收光谱中的峰值波长的光进行激发来测定。
图5所示的发光光谱的色度坐标(u′,v′)=(0.263,0.558),峰值波长为592nm,半值幅度为142nm。
另外,图7是在制造例获得的荧光体粉末的吸收光谱,若设比本制造例的荧光体的420nm长的波长下的吸收率的最大值为ABS(MAX),波长520nm下的吸收率为ABS(520),则有ABS(520)/ABS(MAX)=51%。
另外,图7所示的荧光体粉末的吸收光谱是使用组合了MCPD-7000(“大電子”制造)和积分球的测定***来进行测定的结果。
(制造例1-3-1~1-3-11:橙色荧光体的制作3)
通过以表1所示的组成比率来混合Si3N4、AlN、Li3、Ca3N2、CeO2,使Ce浓度以及Li浓度变化,合成固溶了Ce和氧的各种固溶体结晶。在表2示出通过ICP而获得的Ce浓度以及Li浓度。
[表1]
[表2]
关于获得的各种固溶体结晶,在图30中示出表示发光强度的Li浓度依赖性。
如图30所示,若固溶体结晶中的Li浓度为4重量%以下,则发光强度有变高的倾向。在此,关于在固溶体结晶中的Ce浓度以及Li浓度从上述范围偏离的情况下发光强度降低的原因,认为是由贡献于发光的元素的浓度降低或异相生成等引起的。
接下来,在图31以及图32中示出关于获得的各种固溶体结晶,以波长450nm的光激发时的发光强度的周边温度依赖性的曲线图。根据图31以及图32,可知:固溶体结晶中的Li浓度即使变高,高温环境下的发光强度也不降低,若Ce浓度变高,则高温环境下的发光强度有降低的倾向,可知优选固溶体结晶中的Ce浓度为6%以下。在此,可知:从高温环境下的发光强度的观点出发,并不特别限定Li浓度。
另外,在图33中示出以波长450nm的光来激发上述各种固溶体结晶时的发光光谱的半值幅度的Li浓度依赖性。根据图33,可知:Li浓度在1.5%以上,发光光谱的半值幅度特别有增大的倾向。
另外,在本制造例中叙述的发光强度使用组合了MCPD-7000(“大電子”制造)和积分球的装置来进行测定。
(制造例2-1:绿色荧光体(Eu激活β硅铝氧氮陶瓷荧光体)的制作)
在以Si6-z′Alz′Oz′N8-z′所表示的组成式中,为了获得z′=0.23条件下Eu被0.09at.%激活的Eu激活β硅铝氧氮陶瓷荧光体,按照成为α型氮化硅粉末95.82质量%、氮化铝粉末3.37质量%以及氧化铕粉末0.81质量%的组成的方式来进行称量,并使用氮化硅的烧结体制的研钵和研杵,混合10分钟以上,获得粉体凝集体。使该粉体凝集体自然落下到氮化硼制的坩埚中并填充。
将上述坩埚设置在石墨电阻加热方式的电炉上,通过扩散泵使烧制气氛成为真空,从室温以每小时500℃的速度升温到800℃,在800℃下,导入纯度99.999体积%的氮并使其压力为1Mpa,直到1900℃的,以每小时500℃来升温,进而在该温度下保持8个小时,获得荧光体试料。将获得的荧光体试料用玛瑙的研钵粉碎,进而在50%的氢氟酸和70%的硝酸的1∶1混酸中处理,获得荧光体粉末。
关于对获得的荧光体粉末使用了Cu的Kα线进行粉末X射线衍射测定(XRD),其结果获得如图36所示的XRD图谱,示出了由该荧光体粉末而获得的图谱全部都是β硅铝氧氮陶瓷构造。另外,对该荧光体粉末用发出波长365nm的光的灯照射的结果,确认发出绿色光。
使用F-4500(日立制作所)来测定以450nm的光来激发β硅铝氧氮陶瓷荧光体时的发光光谱,其结果获得图8所示的发光光谱。在图8中,纵轴是发光强度(任意单位),横轴是波长(nm)。
图8所示的发光光谱的色度坐标(u′,v′)=(0.129,0.570),峰值波长为540nm,半值幅度为53nm。另外,使用MCPD-7000(“大電子”制造)测定波长600nm的光的吸收率,其测定结果为9.1%。
(制造例2-2:绿色荧光体(Eu激活BSON荧光体)的制作)
按照β型氮化硅粉末17.12质量%、氧化硅粉末29.32质量%、碳酸钡粉末50.75质量%以及氧化铕粉末2.81质量%的组成的方式,使用玛瑙制研钵和研杵来进行混合,获得粉体混合物50g。将获得的粉体混合物在150cc的乙醇中通过使用了玛瑙制小球和尼龙罐的转动球磨机来混合,获得浆。
将获得的浆以100℃开放干燥,通过使用了玛瑙制小球和尼龙罐的转动球磨机来粉碎,获得粒径10μm程度的微粒子。将获得的微粒子填充到铝坩埚中,轻微地施重来压缩成型后,在空气中以1100℃、3小时的条件进行烧制,通过用玛瑙制研钵粉碎获得烧制体,从而获得前体试料。
接下来,将上述坩埚设置在石墨电阻加热方式的电炉上,通过扩散泵使烧制气氛成为真空,从室温以每小时500℃的速度升温到800℃,在800℃下,导入纯度99.999体积%的氮并使其压力为1Mpa,其后,以每小时500℃来升温直到1900℃,进而在该温度下保持2个小时,获得荧光体试料。将获得的荧光体试料用玛瑙的研钵粉碎,再填充到铝坩埚中轻微地施重而压缩成型后,以氮气氛下1300℃、48小时的条件烧制,通过玛瑙制研钵来粉碎获得的烧制体,从而得到荧光体粉末。
对获得的荧光体粉末进行使用了Cu的Kα线的粉末X射线衍射测定(XRD),示出了由该荧光体粉末而获得的图谱全部都是BSO构造。另外,对该荧光体粉末用发出波长365nm的光的灯照射的结果,确认发出绿色光。
使用F-4500(日立制作所)来测定获得的以450nm的光来激发BOSN荧光体时的发光光谱,其测定结果获得图9所示的发光光谱。在图8中,纵轴是发光强度(任意单位),横轴是波长(nm)。图9所示的发光光谱的色度坐标(u′,v′)=(0.116,0.566),峰值波长为528nm,半值幅度为69nm。
(比较制造例1:Sr3SiO5:Eu荧光体的制作)
按照使SrCO3粉末86.13质量%、Eu2O3粉末2.07质量%、SiO2粉末11.80质量%成为规定的组成的方式在空气中称量,通过使用了玛瑙制小球和尼龙罐的转动球磨机来混合,获得粉体混合物。将获得的混合物填充到石英坩埚中,在N2(95%)+H2(5%)的还原气氛中以1400℃、5小时的条件来进行烧制,其后通过玛瑙制研钵来粉碎获得的烧制体,从而得到荧光体粉末。
用发出波长365nm的光的灯来照射Sr3SiO5:Eu荧光体粉末,其结果确认发出橙色的光。使用F-4500(日立制作所)来测定获得的以450nm的光来激发该粉末时的发光光谱,其结果获得图10所示的发光光谱。
在图10中,纵轴是发光强度(任意单位),横轴是波长(nm)。图10所示的发光光谱的色度坐标(u′,v′)=(0.294,0.555),峰值波长为587nm,半值幅度为76nm。另外,使用MCPD-7000来测定吸收率的波长依赖性的结果为ABS(520)/ABS(MAX)=0.78。
(比较制造例2:ZnSe0.1S0.9:Cu荧光体的制作)
按照成为ZnS粉末84.75质量%、ZnSe粉末13.95质量%、CuCl2粉末1.30质量%的组成的方式在N2气氛下进行称量,以上述比率使用玛瑙制研钵将ZnS粉末以及ZnSe粉末混合10分钟以上,获得粉体混合物50g。接下来,将CuCl2粉末加到150ml的乙醇中,与上述获得的ZnS粉末与ZnSe的混合物50g一起,通过使用了玛瑙制小球和尼龙罐的转动球磨机进行混合,得到浆。
将得到的浆以100℃开放干燥,通过使用了玛瑙制小球和尼龙罐的干式转动球磨机来粉碎,获得粒径10μm程度的微粒子。将获得的微粒子填充到石英坩埚中,在Ar气氛下以1000℃、2小时的条件来烧制,将获得的烧制粉末再次通过干式转动球磨机粉碎,得到ZnSe0.1S0.9:Cu荧光体粉末。
用发出波长365nm的光的灯照射ZnSe0.1S0.9:Cu荧光体粉末,其结果确认发出橙色的光。
使用F-4500(日立制作所)来测定以450nm的光来激发时的发光光谱,其测定的结果获得图11所示的发光光谱。
在图11中,纵轴是发光强度(任意单位),横轴是波长(nm)。图11所示的发光光谱的色度坐标(u′,v′)=(0.311,0.553),峰值波长为585nm,半值幅度为86nm。
(比较制造例3:Eu激活CaAlSiN3荧光体的制作)
按照成为氮化铝粉末29.741质量%、α型氮化硅粉末33.925质量%、氮化钙粉末35.642质量%以及氮化铕粉末0.692质量%的方式来称量规定量,使用氮化硅烧结体制的研钵和研杵混合10分钟以上获得粉体凝集体。另外,氮化铕使用将金属铕在氨水中氮化而合成的氮化铕。
使该粉体凝集体自然落下进入到直径20mm、高度20mm大小的氮化硼制的坩埚中。另外,粉末的称量、混合、成形的各工序全部在能保持水分1ppm以下、氧1ppm以下的氮气氛的罩箱中进行。
接下来,将上述坩埚设置在石墨电阻加热方式的电炉上,导入纯度99.999体积%的氮并使其压力为1Mpa,以每小时500℃来升温直到1800℃,进而在1800℃下保持2个小时,获得荧光体试料。使用玛瑙的研钵来粉碎获得的荧光体试料,得到荧光体粉末。关于对获得的荧光体粉末进行使用了Cu的Kα线的粉末X射线衍射测定(XRD)的测定结果,示出了由该荧光体粉末具有CaAlSiN3结晶构造。另外,关于对该荧光体粉末用发出波长365nm的光的灯照射的结果,确认发出红色光。
图28是表示获得的荧光体粉末的发光光谱的曲线图,纵轴是发光强度(任意单位),横轴是波长(nm)。
另外,图28所示的荧光体粉末的发光光谱是使用F-4500(日立制作所)进行测定的结果,是以450nm的光进行激发时的发光光谱。图28所示的发光光谱的色度坐标(u′,v′)=(0.460,0.530),峰值波长为650nm,半值幅度为94nm。
[2]半导体发光装置的制作
<实施例1~8>
使用硅酮树脂(商品名:KER2500,“信越シリコ一ン”公司制造),将表3所示的荧光体与该硅酮树脂以表3所示的质量比率分别混合分散来制作模制树脂,制作出具有图1所示的构造的各实施例的半导体发光装置。
[表3]
另外,作为半导体发光元件,使用具有表3所示的发光峰值波长的LED(商品名:EZR,Cree公司制造),按照发光装置的色温成为5000K附近的方式来适当调整树脂、橙色荧光体、绿色荧光体的各比率。
在图12~19中,示出了实施例1~8的各半导体发光装置的发光光谱。另外,使用MCPD-7000(“大電子”制造)来测定图12~19所示的发光光谱。
<比较例1、2>
使用硅酮树脂(商品名:KER2500,“信越シリコ一ン”公司制造),将表3所示的荧光体与该硅酮树脂以表3所示的质量比率分别混合分散来制作模制树脂,制作具有图1所示的构造的比较例1、2的半导体发光装置。
另外,作为半导体发光元件,使用具有表3所示的发光峰值波长的LED(商品名:EZR,Cree公司制造),按照发光装置的色温成为5000K附近的方式来适当调整树脂、橙色荧光体、绿色荧光体的各比率。
在图20以及图21中,示出了比较例1、2的半导体发光装置的发光光谱。另外,使用MCPD-7000(“大電子”制造)来测定图20以及
图21所示的发光光谱。
<比较例3>
使用硅酮树脂(商品名:KER2500,“信越シリコ一ン”公司制造),按照(硅酮树脂)∶(制造例1-1所示的荧光体)∶(制造例2所示的荧光体)∶(比较制造例3所示的荧光体)=1∶0.017∶0.1∶0.041的质量比率来混合分散制造例1-1所示的荧光体、制造例2所示的荧光体、比较制造例3所示的荧光体,制作模制树脂,制作出具有图1所示的构造的比较例3的半导体发光装置。
另外,作为半导体发光元件,使用在波长450nm具有发光峰值波长的LED(商品名:EZR,Cree公司制造),按照发光装置的色温成为5000K附近的方式来适当调整树脂、橙色荧光体、绿色荧光体的各比率。
在图29中,示出了比较例3的半导体发光装置的发光光谱。另外,使用MCPD-7000(“大電子”制造)来测定图29所示的发光光谱。
在表4中示出上述实施例以及比较例中制作的各半导体发光元件中的发光光谱的荧光峰值波长、和PI(90)/PI(MAX)、以及PI(-35)/PI(MAX)。另外,在表5中,示出在实施例以及比较例中制作的各发光装置的发光特性。
[表4]
荧光峰值波长(nm) | PI(90)/PI(MAX) | PI(-35)/PI(MAX) | |
实施例1 | 546 | 0.574 | 0.421 |
实施例2 | 546 | 0.594 | 0.419 |
实施例3 | 546 | 0.621 | 0.417 |
实施例4 | 546 | 0.656 | 0.417 |
实施例5 | 548 | 0.572 | 0.461 |
实施例6 | 548 | 0.594 | 0.457 |
实施例7 | 551 | 0.604 | 0.523 |
实施例8 | 554 | 0.626 | 0.756 |
比较例1 | 571 | 0.159 | 0.823 |
比较例2 | 560 | 0.325 | 0.683 |
比较例3 | 540 | 0.744 | 0.322 |
[表5]
另外,根据通过分光光度计MCPD-7000(“大電子”制造)所测定的发光光谱来计算表4、5所示的各指数。另外,半导体发光装置的光度使用组合了MCPD-7000(“大電子”制造)和积分球的测定***来进行测定。
如表4所示,可知:实施例1~8所示的半导体发光装置满足本发明的荧光光谱中的要件、即荧光光谱的峰值波长为540nm~565nm、以及0.70>PI(90)/PI(MAX)>0.55,实施例1~7所示的半导体发光装置还满足PI(-35)/PI(MAX)<0.60。
接下来,通过表5来比较实施例的发光装置和比较例的发光装置的发光特性。
如表5所示,可知:实施例所示的发光装置与比较例1、2相比,示出Ra、R9都为高的值,适于家庭用照明等的一般照明用。这是因为在实施例中制作的发光装置中,荧光光谱满足本发明的要件,特别是满足PI(90)/PI(MAX)>0.55,因此改善了红色成分的指标的缘故。
另外,在比较例3所示的发光装置中,虽然示出了比实施例所示的发光装置高的Ra、R9,但由于不满足0.70>PI(90)/PI(MAX),因此发光效率明显较低。
使用图22以及图23来说明上述效果。
图22以及图23示出如下的曲线:作为绿色荧光体使用在制造例2-1获得的荧光体,作为橙色荧光体使用制造例1-1、1-2以及与它们类似的组成的荧光体,使用峰值波长450nm的LED来构成与上述实施例同样地发出白色光的LED时的Ra、R9根据PI(90)/PI(MAX)的值如何变化。
如图22所示,若PI(90)/PI(MAX)超过0.55前后,则Ra急剧上升。另外,根据图23,在PI(90)/PI(MAX)=0.55附近,R9从负值转为正值。在产业利用上,优选Ra比起70充分高,优选R9为正值。
另外,若比较实施例以及比较例中的发光装置的发光效率(光度),则除了实施例8以外的实施例所示的发光装置较高。一般在组合了绿色荧光体和其它颜色的荧光体来构成发光装置的情况下,存在根据在视感度高且对明亮度敏感的波长区域中具有峰值波长的绿色荧光体的发光效率来决定发光装置的发光效率的倾向。
尽管实施例1~7和比较例1、2所示的发光装置使用的都是相同的制造例1-1的绿色荧光体,但实施例1~7的发光装置示出了更高的发光效率,这是因为实施例1~7的发光装置的发光光谱中,峰值波长为540nm以上且小于560nm。
另外,尽管实施例1~7和比较例1、2所示的发光装置使用的都是相同的制造例2-1的绿色荧光体,但实施例1~7的发光装置示出了更高的发光效率,这是因为实施例1~7的发光装置满足了PI(-35)/PI(MAX)<0.60,从而在视感度高的部分具有锐利的峰值。
另外,实施例1~8的发光装置与比较例1比较,发光效率特别高,这是因为适用于实施例1~8中的橙色荧光体满足ABS(520)/ABS(MAX)<0.60,因此从绿色荧光体发出的绿色光的吸收被充分抑制。
使用图24以及图25来说明上述效果。
图24以及图25是表示Ra以及LED的相对发光强度随PI(-35)/PI(MAX)的值如何变化的曲线图。
具体地,是如下曲线图:作为橙色荧光体,使用制造例1-1所记载的荧光体,作为绿色荧光体,组合制造例2-1以及与制造例2-1所记载的荧光体发光效率为同等级别但发光光谱不同的荧光体,使用峰值波长450nm的LED来构成与上述实施例同样地发出白色光的LED,来确认Ra以及LED的相对发光强度随PI(-35)/PI(MAX)的值如何变化。
如图24所示,相对于Ra在PI(-35)/PI(MAX)为0.8以下的区域大致平稳,LED的发光强度在PI(-35)/PI(MAX)>0.60的区域急剧降低。这是因为随着PI(-35)/PI(MAX)变高,人的视感度高的部分的发光强度相对变弱的缘故。
进而,PI(-35)/PI(MAX)高是指,作为绿色荧光体的发光光谱的半值幅度宽,或者峰值波长使用位于短波长侧的峰值波长。若绿色荧光体的发光光谱的半值幅度宽、峰值波长靠向短波长侧,则由橙色荧光体进行的绿色光的吸收就会增加,成为进一步使发光效率降低的要因。使用图26来说明这情况。
图26是在同一曲线图上描绘制造例1-1的橙色荧光体的吸收光谱和制造例2-1、2-2所示的绿色荧光体的发光光谱的曲线图。
如上所述,制造例2-1的绿色荧光体的发光光谱的半值幅度为53nm,峰值波长为540nm,制造例2-2的绿色荧光体的发光光谱的半值幅度为69nm,峰值波长为528nm。因此,制造例2-2所示的绿色荧光体与制造例2-1所示的绿色荧光体比较,发光光谱的半值幅度宽,峰值波长靠向短波长侧。在此,如图26所示,可知:制造例2-2所示的绿色荧光体的发光光谱与制造例2-1比较,与橙色荧光体的吸收光谱的重叠更大。
另外,本实施例的发光装置由于使用波长600nm的光的吸收率为10%以下的荧光体来作为绿色荧光体,因此发光效率特别高。使用图27来说明该情况。
图27是表示LED的相对发光强度随绿色荧光体的波长600nm的光的吸收率的值如何变化的曲线图。具体地,是如下的曲线:作为橙色荧光体使用在制造例1-1获得的荧光体,作为绿色荧光体,组合了在制造例2-1中获得的荧光体以及改变了制造例2的制造工序而使600nm吸收率变化的荧光体,使用峰值波长450nm的LED来构成与上述实施例同样地发出白色光的LED,由此来确认LED的相对发光强度随绿色荧光体的波长600nm光的吸收率的值如何变化。
如图27所示,在绿色荧光体的波长600nm光的吸收率为10%以下的区域,LED的相对发光强度飞跃性地增大。这是因为,通过使绿色荧光体的波长600nm光的吸收率为10%以下,充分抑制了绿色荧光体的不需要的吸收,提高了绿色荧光体的发光效率,此外,充分抑制了橙色光的不需要的吸收。
另外,比较实施例1~4以及实施例5~7,可知在使用同一荧光体的情况下,随着LED的波长成为长波长,演色性也随之提高。这是因为,随着LED的波长成为长波长,发光装置的从蓝色区域向绿色区域过渡的区域的发光光谱的连续性提高,此外橙色荧光体的发光光谱发生变化。
图37是比较用波长440nm、450nm、460nm的光来激发制造例1-1所示的橙色荧光体时的发光光谱的图。根据图37,可知本发明中的橙色荧光体随着激发波长成为长波长,橙色荧光体的发光光谱也有向长波长侧偏移的倾向。若橙色荧光体的发光光谱在满足本发明的要件的范围长波长化,则由于发光装置的演色性有提高的倾向,因此,如上述,本发明的发光装置若LED的波长从450nm向460nm来长波长化,则发光装置的演色性提高。
本发明并不限于上述各实施方式,能够在权利要求所示的范围内进行各种的变更,组合不同的实施方式中分别公开的技术手段而获得的实施方式也包含在本发明的技术的范围中。
产业上的利用可能性
本发明的半导体发光元件的发光效率高,发出示出高Ra以及R9的白色光。因此,能适宜地在家庭用照明、车辆用灯具等各种照明器具中使用。
符号的说明
1半导体发光装置(发光装置)
2半导体发光元件
3印刷布线基板
4树脂框
5模制树脂
6InGaN层
7p侧电极
8n侧电极
9n电极部
10粘接剂
11p电极部
12金属导线
13橙色荧光体
14绿色荧光体
Claims (9)
1.一种半导体发光装置,其特征在于,具备:
发出蓝色光的半导体发光元件;
吸收该蓝色光来发出绿色光的绿色荧光体;和
吸收该蓝色光来发出橙色光的橙色荧光体,
将上述绿色荧光体发出的荧光和上述橙色荧光体发出的荧光混合后的光的发光光谱的峰值波长在540nm以上且565nm以下的范围内,在设该峰值波长的发光强度为PI(MAX)、比该峰值波长长90nm的波长下的发光强度为PI(90)时,满足下面的关系:
0.70>PI(90)/PI(MAX)>0.55,
上述橙色荧光体是Ce激活荧光体,
上述Ce激活荧光体是在具有下述组成的结晶中固溶了Ce和氧的固溶体结晶,该组成为:
cCaAlSiN3·(1-c)LiSi2N3,其中,0.2≤c≤0.8,
并且,固溶了Ce和氧的上述固溶体结晶中的Ce浓度在1.07重量%以上且6重量%以下的范围内,
固溶了Ce和氧的上述固溶体结晶中的Li浓度为1.5重量%以上且4重量%以下的范围内,
在将上述绿色荧光体发出的荧光和上述橙色荧光体发出的荧光混合后的光的发光光谱中,设比峰值波长短35nm的波长下的发光强度为PI(-35)时,还满足以下关系:
PI(-35)/PI(MAX)<0.60。
2.根据权利要求1所述的半导体发光装置,其特征在于,
上述半导体发光元件发出的蓝色光的峰值波长在440nm以上且470nm以下的范围内,
上述橙色荧光体发出的荧光的发光光谱中的峰值波长在570nm以上且620nm以下的范围内,
上述橙色荧光体发出的荧光的上述发光光谱中的半值幅度在120nm以上且150nm以下的范围内。
3.根据权利要求1所述的半导体发光装置,其特征在于,
在设比420nm长的波长侧中的上述橙色荧光体的吸收率的最大值为ABS(MAX)、设波长520nm下的上述橙色荧光体的吸收率为ABS(520)时,满足以下关系:
ABS(520)/ABS(MAX)<0.60。
4.根据权利要求1所述的半导体发光装置,其特征在于,
上述Ce激活荧光体是Ce激活氮化物系荧光体或Ce激活氮氧化物系荧光体。
5.根据权利要求1所述的半导体发光装置,其特征在于,
上述橙色荧光体的激发光谱在440nm以上且470nm以下的范围内具有激发峰值,
上述橙色荧光体的发光光谱在580nm以上且620nm以下的范围内具有发光峰值。
6.根据权利要求1所述的半导体发光装置,其特征在于,
上述绿色荧光体所发出的发光光谱的峰值波长在520nm以上且545nm以下的范围内。
7.根据权利要求1所述的半导体发光装置,其特征在于,
上述绿色荧光体发出的发光光谱的半值幅度为55nm以下。
8.根据权利要求1所述的半导体发光装置,其特征在于,
上述绿色荧光体是Eu激活β硅铝氧氮陶瓷荧光体。
9.根据权利要求8所述的半导体发光装置,其特征在于,
上述Eu激活β硅铝氧氮陶瓷荧光体在600nm下的光的吸收率为10%以下。
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