JP5901985B2 - 蛍光体及び発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）に用いられる蛍光体及びＬＥＤを用いた発光装置に関する。

白色発光装置に用いられる蛍光体として、βサイアロンと赤色発光蛍光体の組み合わせがあり（特許文献１参照）、特定の色座標を有する赤色発光蛍光体と緑色発光蛍光体を組み合わせた蛍光体がある（特許文献２参照）。一方、黄色蛍光体であるイットリウムアルミニウムガーネット（以後ＹＡＧと記載）系蛍光体を用いて白色を得る方法（特許文献３参照）もある。前者と区別するために、このような白色を「疑似白色」と称する。「疑似白色」を用いた発光装置は、比較的容易に高輝度が得られ易いが、演色性に劣る。また、両者とも高温や長期間使用した際の輝度低下の小さいことが求められている。

特開２００７−１８０４８３号公報 特開２００８−１６６８２５号公報 特開２００２−０５０７９８号公報

本発明の目的は、ＹＡＧ系蛍光体に比べてその高輝度な発光を損なうことなく、演色性、信頼性を改善した蛍光体を提供することにあり、この蛍光体を用いた白色発光装置を提供することにある。

本発明は、４５５ｎｍの光で励起したピーク波長５５２ｎｍ、蛍光強度２５６％のβサイアロンである酸窒化物蛍光体（Ａ）と、４５５ｎｍの光で励起したピーク波長５９５ｎｍ、蛍光強度２０５％のαサイアロンである酸窒化物蛍光体（Ｂ）と、４５５ｎｍの光で励起したピーク波長６３０ｎｍのＳＣＡＳＮである窒化物蛍光体（Ｃ）を有し、蛍光体（Ａ）の配合比が４３質量％以上８０質量％以下であり、蛍光体（Ｂ）の配合比が７質量％以上３０質量％以下であり、蛍光体（Ｃ）の配合比が１０質量％以上２０質量％以下であり、蛍光体（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の合計が８５重量％以上である蛍光体。

前記蛍光体は、蛍光体（Ａ）の配合比ａ、蛍光体（Ｂ）の配合比ｂとした際に、２≦ａ／ｂ≦８となるように配合することが好ましい。

蛍光体（Ａ）がβサイアロン、蛍光体（Ｂ）がαサイアロン、蛍光体（Ｃ）がＳＣＡＳＮである。

本願の他の観点からの発明は、前述の蛍光体と、当該蛍光体を発光面に搭載したＬＥＤとを有する発光装置である。

本発明によれば、ＹＡＧ系蛍光体に比べてその高輝度な発光を損なうことなく、演色性、信頼性を改善した蛍光体を提供することができ、この蛍光体を用いた白色発光装置を提供することができる。

本発明は、４５５ｎｍの光で励起したピーク波長５５２ｎｍ、蛍光強度２５６％のβサイアロンである酸窒化物蛍光体（Ａ）と、４５５ｎｍの光で励起したピーク波長５９５ｎｍ、蛍光強度２０５％のαサイアロンである酸窒化物蛍光体（Ｂ）と、４５５ｎｍの光で励起したピーク波長６３０ｎｍのＳＣＡＳＮである窒化物蛍光体（Ｃ）を有し、蛍光体（Ａ）の配合比が４３質量％以上８０質量％以下であり、蛍光体（Ｂ）の配合比が７質量％以上３０質量％以下であり、蛍光体（Ｃ）の配合比が１０質量％以上２０質量％以下であり、蛍光体（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の合計が８５重量％以上である蛍光体である。

この３種の蛍光体を混在させることにより、ＹＡＧ系蛍光体に比べてその高輝度な発光を損なうことなく、演色性、信頼性を改善した蛍光体を得ることができた。

蛍光体（Ａ）は緑から黄色を発光する蛍光体であり、蛍光体（Ｂ）は橙色を発光する蛍光体である。両者とも高信頼性の酸窒化物蛍光体であり、これらを配合した蛍光体も高信頼性となる。通常、色合いの異なる蛍光体を配合した場合、各々の励起波長域と発光波長域が重なることなどから、加成性が成り立たなくなり、発光ピークは計算値よりも低くなるが、本発明の組み合わせでは、一方の蛍光体の発光が他方の蛍光体の励起に使われる割合が低いため、ほぼ計算値に近くなり、ピーク強度は、ＹＡＧ系蛍光体同等以上となる。本発明に係る蛍光体は、ＹＡＧ系蛍光体のような黄色単色の蛍光体に比べて、緑色成分や赤色成分を多く含んでいるので、演色性は向上する。本発明に係る蛍光体は、更に高い演色性を得るため、赤色成分として、蛍光体（Ｃ）を加える必要がある。その配合比は、蛍光体（Ａ）の配合比が４３質量％以上８０質量％以下であり、蛍光体（Ｂ）の配合比が７質量％以上３０質量％以下であり、蛍光体（Ｃ）の配合比が１０質量％以上２０質量％以下である。

蛍光体の蛍光強度は、標準試料（ＹＡＧ、より具体的には三菱化学株式会社製Ｐ４６Ｙ３）のピーク高さを１００％とした相対値を％表示して示したものである。蛍光強度の測定機は、株式会社日立ハイテック社製Ｆ−７０００形分光光度計を用い、測定方法は、次のものである。
＜測定法＞
１）試料セット：石英製セルに測定試料及び標準試料を充填し、十分にエイジングした測定機に交互にセットして測定する。充填は、相対充填密度３５％程度になるようにしてセル高さの３／４程度まで充填した。
２）測定：４５５ｎｍの光で励起し、４００〜７００ｎｍの最大ピークの高さを読み取った。測定を５回行ない、最大、最小値を除いて残りの３点の平均値とした。

蛍光体のピーク波長は、蛍光強度の測定時に最大強度の波長として求められる。蛍光体の半価幅は、大塚電子社製のＭＣＰＤ−７０００瞬間マルチ測定システムにより、ＨＡＬＭＡＣｏｍｐａｎｙ製のｌａｂｓｐｈｅｒｅ（登録商標） スペクトラロン標準反射板（９９％、２．０“×２．０”）を標準試料として用いる。測定方法は、アルミナ製の石板の中央％φ１６ｍｍに３ｍｍ厚さに試料を充填し、石英板で軽く押しつけ、すり切ってセットする。４５５ｎｍの光で励起し、３００〜８００ｎｍのピーク高さを読み取って積分強度を定め、最大値の半分の高さの幅を求める。測定は５回行って、最大、最小値を除いて残り３点の平均値とした。

本発明における蛍光体（Ａ）は、４５５ｎｍの光で励起したピーク波長５５２ｎｍ、蛍光強度２５６％の緑色発光酸窒化物蛍光体である。具体的には、βサイアロンがあり、より具体的には、電気化学工業株式会社アロンブライト（登録商標）のうち、ＧＲ−ＬＷ５５２Ｆが該当する。これはβサイアロン蛍光体としては、ピーク波長が長波長域にあるにもかかわらず、高いピーク強度を有することと両立させた従来にない蛍光体材料である。βサイアロン蛍光体では、ピーク波長がこの波長域にあると、通常の緑色蛍光体に比べて視感度が高いため明るくなる一方、色再現性の低下は比較的小さい。

本発明における蛍光体（Ｂ）は、４５５ｎｍの光で励起したピーク波長５９５ｎｍの酸窒化物蛍光体である。具体的には、αサイアロンがあり、より具体的には、電気化学工業株式会社アロンブライト（登録商標）のうち、ＹＬ５９５Ａが該当する。これは橙色の蛍光体であり、赤色の蛍光体に比べて視感度が高く、通常用いられる赤色の窒化物蛍光体に比べてシャープでピーク強度が高いため、高輝度が得られ易い。また、βサイアロンに比べてやや半価幅が広いため、赤色成分を含み、蛍光体（Ａ）と組み合わせることで、比較的高い色再現性を発現する。

本発明における蛍光体（Ｃ）は、４５５ｎｍの光で励起したピーク波長６３０ｎｍの窒化物蛍光体である。具体的には、ＳＣＡＳＮと略されてエスカズンとよばれる赤色蛍光体であり、より具体的には、三菱化学株式会社ＢＲ−１０２Ｃがある。また、この赤色蛍光体の添加量を超えない範囲で、ピーク波長の調整用として、Ｉｎｔｅｍａｔｉｘ社Ｒ６５３５（ピーク波長６４０ｎｍ）や三菱化学株式会社のＢＲ−１０２Ｄ（ピーク波長６２０ｎｍ）やＢＲ−１０１Ａ（ピーク波長６５０ｎｍ）を混在させても良い。

高輝度かつ高信頼性を維持するためには、蛍光体（Ａ）、蛍光体（Ｂ）及び（Ｃ）の配合量は多い方がよく、それぞれの配合比をａ、ｂ、ｃとしたとき、８５質量％≦ａ＋ｂ＋ｃが必要である。残部は、更に高い色再現性を得るために、緑、橙、赤色等の蛍光体を加えたり、高輝度の黄色蛍光体を加えたりすることもできるが、高信頼性の蛍光体の配合が好ましい。

蛍光体（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）更には他の蛍光体との混合手段は、均一に混合又は希望する混合度合いに混合できれば、適宜選択できるものである。この混合手段にあっては、不純物が混入したり、蛍光体の形状や粒度が明らかに変わったりしないことが前提である。

本願の他の観点からの発明は、上述の蛍光体と、当該蛍光体を発光面に搭載したＬＥＤとを有する発光装置である。ＬＥＤの発光面に搭載される際の蛍光体は、封止部材によって封止されたものである。封止部材としては、樹脂とガラスがあり、樹脂としてはシリコーン樹脂がある。ＬＥＤとしては、最終的に発光される色に合わせて赤色発光ＬＥＤ、青色発光ＬＥＤ、他の色を発光するＬＥＤを適宜選択することが好ましく、青色発光ＬＥＤの場合、窒化ガリウム系半導体で形成され、ピーク波長は４４０ｎｍ以上４６０ｎｍ以下にあるものが好ましく、さらに好ましくピーク波長は、４４５ｎｍ以上４５５ｎｍ以下である。ＬＥＤの発光部の大きさは０．５ｍｍ角以上のものが好ましく、ＬＥＤチップの大きさは、かかる発光部の面積を有するものであれば適宜選択でき、好ましくは、１．０ｍｍ×０．５ｍｍ、更に好ましくは１．２ｍｍ×０．６ｍｍである。

本発明に係る実施例を、表及び比較例を用いて詳細に説明する。

表１に示した蛍光体は、本発明の蛍光体における蛍光体（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）とその比較例の蛍光体である。表１の蛍光体（Ａ）のうち、Ｐ２だけが請求項１記載の範囲内のピーク波長及び蛍光強度を有する蛍光体である。表１の蛍光体（Ｂ）のうち、Ｐ５のみが請求項１記載の範囲内のピーク波長及び蛍光強度を有する蛍光体である。表１の蛍光体（Ｃ）のうち、Ｐ８のみが請求項１記載の範囲内のピーク波長及び蛍光強度を有する蛍光体である。

これら蛍光体を表２の割合で混合して、実施例、比較例に係る蛍光体を得た。

実施例１の蛍光体は、蛍光体（Ａ）としての表１のＰ２の蛍光体を５０質量％、蛍光体（Ｂ）としての表１のＰ５の蛍光体を２６質量％、蛍光体（Ｃ）として表１のＰ８の蛍光体を１７質量％、更に蛍光体（Ａ）の比較例である表１のＰ１の蛍光体を７質量％配合したものである。表１での蛍光体の構成におけるＰ１乃至Ｐ１０の値は質量％である。蛍光体同士の混合にあっては、合計２．５ｇを計量してビニール袋内で混合した上、シリコーン樹脂（東レダウコーニング株式会社ＯＥ６６５６）４７．５ｇと一緒に自転公転式の混合機（株式会社シンキー社株式会社あわとり練太郎ＡＲＥ−３１０（登録商標））で混合した。表１のａ＋ｂ＋ｃ及びａ／ｂは、蛍光体（Ａ）の実施例であるＰ１の配合比をａ、蛍光体（Ｂ）実施例であるＰ６の配合比をｂ及び蛍光体（Ｃ）の実施例であるＰ８の配合比をｃとしたときの値である。但し、ｃは、Ｐ８の配合量を超えない場合には、Ｐ７及び９を含む。

ＬＥＤへの搭載は、凹型のパッケージ本体の底部にＬＥＤを置いて、基板上の電極とワイヤボンディングした後、混合した蛍光体をマイクロシリンジから注入して行なった。搭載後、１２０℃で硬化させた後、１１０℃×１０時間のポストキュアを施して封止した。ＬＥＤは、発光ピーク波長４４８ｎｍで、チップ１．０ｍｍ×０．５ｍｍの大きさのものを用いた。

表２で示した評価について説明する。
表２の初期評価として、演色性の評価を採用した。演色性の評価には色再現範囲を採用し、色座標におけるＮＴＳＣ規格比の面積（％）で表した。数字が大きいほど演色性が高い。評価の合格条件は６６％以上であり、７０％以上は優れた色再現性、６４％未満は色再現性に劣ると言える。これはＬＥＤモニターで採用されていると言われている条件である。

表２の輝度は２５℃での輝度光束で評価した。電流９０ｍＡを１０分間印加した後の測定値を取った。評価の合格条件は、２８．２ｌｍ以上である。この値は測定機や条件によって変わるため、実施例との相対的な比較するために、（実施例の下限値）×９０％として設定した値である。

表２の高温特性は、２５℃の光束に対する減衰性で評価した。５０℃、１００℃、１５０℃での光束を測定して、２５℃を１００％とした時の値である。評価の合格条件は、５０℃で９７％以上、１００℃で９５％以上、１５０℃で９０％以上である。この値も世界共通の規格値ではないが、現状、高信頼性の発光素子の目安と考えられている。

表２の長期信頼性は、８５℃、８５％ＲＨに５００及び２，０００ｈｒｓ放置後取り出して室温で乾燥した際の光束を測定し、初期値を１００％としたときの光束の減衰値である。
評価の合格条件は、５００ｈｒｓで９６％以上、２，０００ｈｒｓで９３％以上である。これは高信頼性の蛍光体でなくては達成できない値である。

表２が示すように、本発明の実施例は、比較的良好な色再現性、光束値を示し、高温や高温高湿下で長期保存した際の光束の減衰も比較的小さい。
本発明の比較例１はＹＡＧを用いたいわゆる疑似白色発光装置であり、輝度は良好であるが、演色性に劣り、実施例に比べて信頼性も低くなっている。比較例３、４、６乃至１２も、色再現性に劣り、比較例２、５、１０、１３では光束値が小さい。また、蛍光体（Ａ）に本発明の範囲外のシリケート系蛍光体を用いた比較例２乃至５、８及び１３では、高温特性、長期信頼性に劣り、信頼性の低いＬＥＤパッケージとなって、テレビやモニターなどの製品に適用することは到底望めない。

本発明の蛍光体は、白色発光装置に用いられる。本発明の白色発光装置としては、液晶パネルのバックライト、照明装置、信号装置、画像表示装置に用いられる。

Claims (3)

1. ４５５ｎｍの光で励起したピーク波長５５２ｎｍ、蛍光強度２５６％のβサイアロンである酸窒化物蛍光体（Ａ）と、４５５ｎｍの光で励起したピーク波長５９５ｎｍ、蛍光強度２０５％のαサイアロンである酸窒化物蛍光体（Ｂ）と、４５５ｎｍの光で励起したピーク波長６３０ｎｍのＳＣＡＳＮである窒化物蛍光体（Ｃ）を有し、蛍光体（Ａ）の配合比が４３質量％以上８０質量％以下であり、蛍光体（Ｂ）の配合比が７質量％以上３０質量％以下であり、蛍光体（Ｃ）の配合比が１０質量％以上２０質量％以下であり、蛍光体（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の合計が８５質量％以上である蛍光体。
2. 蛍光体（Ａ）の配合比ａ、蛍光体（Ｂ）の配合比ｂとした際に、２≦ａ／ｂ≦８となるように配合した請求項１記載の蛍光体。
3. 請求項１乃至２のいずれか一項に記載の蛍光体と、当該蛍光体を発光面に搭載したＬＥＤとを有する発光装置。