特許 5886070 蛍光体及び発光装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5886070

(24)【登録日】2016年2月19日

(45)【発行日】2016年3月16日

(54)【発明の名称】蛍光体及び発光装置

(51)【国際特許分類】

   C09K 11/08 20060101AFI20160303BHJP

   C09K 11/64 20060101ALI20160303BHJP

   C09K 11/79 20060101ALI20160303BHJP

   H01L 33/50 20100101ALI20160303BHJP

【ＦＩ】

   C09K11/08 J

   C09K11/64CQE

   C09K11/79CQD

   H01L33/00 410

【請求項の数】3

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2012-26612(P2012-26612)

(22)【出願日】2012年2月9日

(65)【公開番号】特開2013-163739(P2013-163739A)

(43)【公開日】2013年8月22日

【審査請求日】2015年1月29日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003296

【氏名又は名称】デンカ株式会社

(72)【発明者】

【氏名】小林 慶太

(72)【発明者】

【氏名】岡田 拓也

(72)【発明者】

【氏名】伏井 康人

【審査官】 西澤 龍彦

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００８−１６６８２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０９４２３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２１２５０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３４０７４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／０９３４２７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１１／１４２２２８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０９Ｋ １１／００− １１／８９

Ｈ０１Ｌ ３３／００− ３３／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

４５５ｎｍの光で励起したピーク波長５３６ｎｍ、標準試料（ＹＡＧ）のピーク高さを１００％とした相対値を％表示した蛍光強度１５０％、半価幅１１１ｎｍのＣｅ付活のＬａ系シリコンナイトライドである蛍光体（Ａ）と、４５５ｎｍの光で励起したピーク波長５４４ｎｍ、標準試料（ＹＡＧ）のピーク高さを１００％とした相対値を％表示した蛍光強度２８８％のβ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６２０ｎｍのＳＣＡＳＮである窒化物蛍光体（Ｃ）を有し、蛍光体（Ａ）の配合比が３９．０質量％以上７２．０質量％以下であり、蛍光体（Ｂ）の配合比が１３．６質量％以上４５．０質量％以下であり、蛍光体（Ｃ）の配合比が１０．０質量％以上２０．０質量％以下であり、蛍光体（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）の合計が８８．０質量％以上である蛍光体。

【請求項2】

蛍光体（Ａ）の配合比ａ、蛍光体（Ｂ）の配合比ｂとした際に、１≦ａ／ｂ≦４となるように配合した請求項１記載の蛍光体。

【請求項3】

請求項１または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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７−１８０４８３号公報

【特許文献2】特開２００８−１６６８２５号公報

【特許文献3】特許第３５０３１３９号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

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。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明は、４５５ｎｍの光で励起したピーク波長５３６ｎｍ、標準試料（ＹＡＧ）のピーク高さを１００％とした相対値を％表示した蛍光強度１５０％、半価幅１１１ｎｍのＣｅ付活のＬａ系シリコンナイトライドである蛍光体（Ａ）と、４５５ｎｍの光で励起したピーク波長５４４ｎｍ、標準試料（ＹＡＧ）のピーク高さを１００％とした相対値を％表示した蛍光強度２８８％のβ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６２０ｎｍのＳＣＡＳＮである窒化物蛍光体（Ｃ）を有し、蛍光体（Ａ）の配合比が３９質量％以上７２質量％以下であり、蛍光体（Ｂ）の配合比が１３．６質量％以上４５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）及び（Ｃ）の合計が８８質量％以上である蛍光体である。

【0006】

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、１≦ａ／ｂ≦４となるように配合することが好ましい。

【0007】

蛍光体（Ａ）がＣｅ付活のＬａ系シリコンナイトライド、蛍光体（Ｂ）がβサイアロン、蛍光体（Ｃ）がＳＣＡＳＮである。

【0008】

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。

【発明の効果】

【0009】

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。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明は、４５５ｎｍの光で励起したピーク波長５３６ｎｍ、標準試料（ＹＡＧ）のピーク高さを１００％とした相対値を％表示した蛍光強度１５０％、半価幅１１１ｎｍのＣｅ付活のＬａ系シリコンナイトライドである蛍光体（Ａ）と、４５５ｎｍの光で励起したピーク波長５４４ｎｍ、標準試料（ＹＡＧ）のピーク高さを１００％とした相対値を％表示した蛍光強度２８８％のβ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６２０ｎｍのＳＣＡＳＮである窒化物蛍光体（Ｃ）を有し、蛍光体（Ａ）の配合比が３９質量％以上７２質量％以下であり、蛍光体（Ｂ）の配合比が１３．６質量％以上４５．０質量％以下であり、蛍光体（Ｃ）の配合比が１０．０質量％以上２０．０質量％以下であり、蛍光体（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）の合計が８８質量％以上である蛍光体である。

【0011】

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。

【0012】

蛍光体（Ａ）は緑から黄色を発光するブロードな蛍光体であり、蛍光体（Ｂ）は緑色を発光するシャープな蛍光体である。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、発光ピークは合成した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る。この下に、ＹＡＧの持つ黄色領域をカバーするブロードな蛍光体（Ａ）とＹＡＧより遙かにピーク強度が高いシャープな蛍光体（Ｂ）を組み合わせることで、演色性と明るさを両立させることが出来る。更に、蛍光体（Ａ）、（Ｂ）には赤色成分が少ないため、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３９．０質量％以上７２．０質量％以下であり、蛍光体（Ｂ）の配合比が１３．６質量％以上４５．０質量％以下であり、蛍光体（Ｃ）の配合比が１０．０質量％以上２０．０質量％以下である。

【0013】

蛍光体の蛍光強度は、標準試料（ＹＡＧ、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。

【0014】

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部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。

【0015】

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５３６ｎｍ、標準試料（ＹＡＧ）のピーク高さを１００％とした相対値を％表示した蛍光強度１５０％、半価幅１１１ｎｍの窒化物蛍光体である。具体的には、Ｃｅ付活のＬａ系シリコンナイトライドがあり、より具体的には、三菱化学株式会社のＢＹ−２０１Ａとして入手できる。これは緑色領域に発光ピークを有する蛍光体であるが、黄色領域まで広くカバーしているため、高輝度が得られ易い。また、蛍光体（Ｂ）の発光ピークである５４４ｎｍでは励起が殆ど発生しないため、蛍光体（Ｂ）との効率的な組み合わせが可能となる。更に、βサイアロンに比べてやや短波長側に発光ピークがあるため、シャープな蛍光体（Ｂ）と組み合わせることで良好な色再現性を発現する。

【0016】

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５４４ｎｍ、標準試料（ＹＡＧ）のピーク高さを１００％とした相対値を％表示した蛍光強度２８８％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−ＭＷ５４０Ｋがある。これらはβサイアロンとしては、従来にない高い量子効率を有するため高輝度が得られ易く、半価幅５０〜５５ｎｍ程度のシャープなピーク波形を示すため、高い色再現性を発現する。

【0017】

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６２０ｎｍ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−１０２Ｄがある。これらの赤色蛍光体の添加量を超えない範囲で、発光領域の調整用として、三菱化学株式会社のＢＲ−１０１Ａ（ピーク波長６５０ｎｍ）を混在させた蛍光体を蛍光体（Ｃ）としても良い。

【0018】

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、８８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、赤色等の蛍光体を加えたり、高輝度の黄、橙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。また、蛍光体（Ａ）と（Ｂ）の組み合わせの比率は、混合した蛍光体が高い発光ピーク強度を持つために１≦ａ／ｂの範囲が好ましく、黄色領域をカバーするためにはａ／ｂ≦４の範囲が好ましい。特に好ましくは、１．２≦ａ／ｂ≦２．５である。

【0019】

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。

【0020】

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。

【実施例】

【0021】

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。

【0022】

【表1】

【0023】

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、Ｐ７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。

【0024】

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。

【0025】

【表2】

【0026】

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３９質量％、蛍光体（Ｂ）としての表１のＰ５の蛍光体を３９質量％、蛍光体（Ｃ）として表１のＰ７の蛍光体を２０質量％、更に蛍光体（Ａ）の比較例である表１のＰ３の蛍光体を２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Ｐ９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Ｐ２の配合比をａ、蛍光体（Ｂ）実施例であるＰ５の配合比をｂ、蛍光体（Ｃ）の実施例であるＰ７の配合比をｃとしたときの値である。但し、ｃは、Ｐ７の配合量を超えない場合には、Ｐ８、Ｐ９を含む。

【0027】

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。

【0028】

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７０％以上であり、７２％以上は優れた色再現性、６８％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。

【0029】

表２の輝度は２５℃での輝度光束で評価した。電流１００ｍＡ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、２７．７ｌｍ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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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２、４、８、９、１１は色再現性に劣り、比較例１、３、５、６、７、１０及び１２では光束値が小さい。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１乃至４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。

【産業上の利用可能性】

【0033】

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。