発光装置及びそれを用いた照明装置並びに画像表示装置
【課題】高輝度化された発光装置とこの発光装置を用いた照明装置並びに画像表示装置を提供する。
【解決手段】発光装置１は、発光光源２と波長変換部材５とを含み、波長変換部材５は、発光光源２より発生する近紫外から青色光を吸収し、蛍光を発生する１種類以上の柱状蛍光体粒子８を含み、柱状蛍光体粒子の少なくとも１種類の結晶方位分布の偏りが、発光装置の断面を電子後方散乱回折像法によって解析した下記（１）式で表される配向指数を、５％以上１５％以下とする。
配向指数（％）＝（（柱状の形状を有する蛍光体粒子の底面に相当する結晶面±３０°の結晶方位を有する粒子の断面積）／（柱状の形状を有する蛍光体粒子の断面積））×１００％） （１）
【解決手段】発光装置１は、発光光源２と波長変換部材５とを含み、波長変換部材５は、発光光源２より発生する近紫外から青色光を吸収し、蛍光を発生する１種類以上の柱状蛍光体粒子８を含み、柱状蛍光体粒子の少なくとも１種類の結晶方位分布の偏りが、発光装置の断面を電子後方散乱回折像法によって解析した下記（１）式で表される配向指数を、５％以上１５％以下とする。
配向指数（％）＝（（柱状の形状を有する蛍光体粒子の底面に相当する結晶面±３０°の結晶方位を有する粒子の断面積）／（柱状の形状を有する蛍光体粒子の断面積））×１００％） （１）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置及びそれを用いた照明装置並びに画像表示装置に関する。さらに詳しくは、本発明は、発光装置に用いる波長変換部材中の蛍光体の結晶方位分布の偏りが制御された発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、照明分野では、白色発光ダイオードを光源とする照明が用いられるようになってきた。このような照明は、ＬＥＤ照明やＬＥＤ電球とも呼ばれている。白色発光ダイオードは、例えば青色発光ダイオードチップと蛍光体とから構成されている。具体的には、蛍光体を樹脂等に分散した複合部材が、青色発光ダイオードチップ上に被覆されている。蛍光体の一例は、青色発光ダイオードから青色の光が照射されると黄色の蛍光を発生する材料である。このため、複合部材は、波長変換部材とも呼ばれている。青色発光ダイオードから発生する青色の光とこの青色発光によって励起されて発光する黄色の光とが混色することにより白色光が得られる。
【０００３】
図６は、従来の発光ダイオードの構造を示す断面図である。
図６に示すように、従来の発光ダイオード６０は、発光ダイオードチップ６６搭載用の第１のリードフレーム６２と、第２のリードフレーム６８と、発光ダイオードチップ６６と第１のリードフレーム６２と第２のリードフレーム６８とを被覆する透光性樹脂材７８とから構成されている。第１のリードフレーム６２の上部６２ａには発光ダイオードチップ搭載用の凹部が設けられている。この凹部は、その底面から上方に向かって孔径が徐々に拡大する略漏斗形状を有していると共に、凹部内面が反射面６４となっている。この反射面６４の底面に発光ダイオードチップ６６の下面側の一方の電極がダイボンディングされている。発光ダイオードチップ６６の上面に形成されている他方の電極は、ボンディングワイヤ７０を介して第２のリードフレーム６８の表面６８ａと接続されている（特許文献１参照）。
【０００４】
上記発光ダイオードチップ６６の上面及び側面は、リフレクタ６４内に充填された波長変換部材で被覆されている。波長変換部材は、透光性エポキシ等の樹脂７２と蛍光体７４とからなり、樹脂７２中には、発光ダイオードチップ６６の発光を黄色可視光に変換する蛍光体７４が分散状態で多数混入されている。このような蛍光体７４としては、母材がアルミン酸イットリウム（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）からなり、発光中心がセリウム（Ｃｅ）であるＹＡＧ蛍光体等が挙げられる。第１のリードフレーム６２と第２のリードフレーム６８との間に電圧が印加されると、発光ダイオードチップ６６が発光する。上述したように、発光ダイオードチップ６６の青色発光と、この青色発光によってＹＡＧ蛍光体７４から黄色可視光が放射される。これらの青色可視光とＹＡＧ蛍光体７４から放射される黄色可視光とが混色することにより白色光が得られる。この白色光は、透光性樹脂材７８の凸レンズ部７６によって集光されて外部へ放射される。
【０００５】
白色発光ダイオード用の蛍光体７４として、母体材料にケイ酸塩、リン酸塩、アルミン酸塩、硫化物を用い、付活材（発光中心とも呼ばれている）として、遷移金属もしくは希土類金属が添加されたものが広く知られている。樹脂７２としては、図４で説明したエポキシ樹脂(特許文献１参照)の他には、アクリル樹脂、シリコーン樹脂などが使用されている。
【０００６】
近年、白色発光ダイオードの高輝度化のため、発光ダイオードチップに大きな電流を流すようになっている。これに伴い発光ダイオードチップの温度が上昇する。これにより発光ダイオードチップ上に配設されている蛍光体の温度も上昇する。同じ蛍光体であれば、温度上昇と共に蛍光の輝度が低下する。このため、温度上昇に伴う輝度低下が小さく、耐久性に優れた蛍光体として、結晶構造が安定である窒化物や酸窒化物の蛍光体が使用されるようになってきた。代表的な蛍光体として、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）の固溶体であるサイアロン（Ｓｉａｌｏｎ）が挙げられる。サイアロンは、窒化ケイ素の一部の原子をＡｌと酸素で置換したＳｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ系の化合物である。
【０００７】
サイアロンには、α型、β型の二種類の結晶系が存在し、特定の希土類元素を付活させたα型サイアロン（特許文献２〜４参照）は、有用な蛍光特性を有することから、白色発光ダイオード等への適用が検討されている。
【０００８】
特許文献２及び３には、希土類元素としてＥｕ（ユーロピウム）やＥｒ（エルビウム）が付活されたＣａ-α型サイアロンが開示されている。
【０００９】
特許文献４には、希土類元素としてＥｕが付活されたＣａ−α型サイアロン等の蛍光体と発光ダイオードを用いた照明装置が開示されている。
【００１０】
特許文献５には、希土類元素としてＥｕを付活させたβ型サイアロン蛍光体が開示されている。このβ型サイアロン蛍光体の発光スペクトルは緑色光であり、かつ非常にシャープであるので、光の３原色のうち、緑色発光成分に好適な蛍光体である。このため、特許文献５のβ型サイアロン蛍光体は、青、緑、赤の光の３原色の純度が高い、つまり、半値幅の狭い狭帯域の発光が要求される液晶ディスプレイパネルのバックライト用に使用される白色発光ダイオードに好適な蛍光体である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００４−１５２９９３号公報
【特許文献２】特許第３６６８７７０号公報
【特許文献３】特許第３７２６１３１号公報
【特許文献４】特開２００３−１２４５２７号公報
【特許文献５】特開２００５−２５５８９５号公報
【特許文献６】特許第３８３７５８８号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Electron Backscatter Diffraction in Materials Science, Edited by A. J. Schwartz, M. Kumar and B. L. Adams, Kluwer Academic / Plenum Publishers, New York, 2000
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
発光ダイオードチップから発光される近紫外から青色の光とこの光で励起される蛍光体により波長変換された例えば黄色の光との混色により白色光を得る白色発光ダイオードでは、得られる光の強度、色調のばらつきを低減するために、蛍光体を波長変換部材中に分散させて、又は沈降させて用いている。
【００１４】
さらに、波長変換のために二種類以上の蛍光体を用いる場合においては、それら蛍光体の混合状態を均一、または意図して分離させるなどの制御が行われている。
【００１５】
しかしながら、蛍光体の粒子形状が柱状、あるいは柱状に近い形状を有する場合、蛍光体粒子は柱状粒子が倒れたような一方向に偏った分散を示すため、結晶方位を考慮した場合においては偏りがないとはいえず、より高輝度の発光装置を提供するには蛍光体粒子の結晶方位分布の制御が不十分であった。
【００１６】
本発明は上記課題に鑑み、近紫外から青色光を光源とする発光装置の高輝度化を実現するため、波長変換部材中の蛍光体の結晶方位分布を制御することで、より高輝度化した発光装置と、この発光装置を用いた照明装置並びに画像表示装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明者らは、波長変換部材中に柱状の形状を有する蛍光体を含む発光装置において、柱状の形状を有する蛍光体の結晶方位分布の偏りについて電子後方散乱回折像法（非特許文献１参照）を用いて検討を行い、柱状の形状を有する蛍光体の結晶方位分布を所定範囲内で偏りをもたせることで、発光装置からの発光強度が向上するという知見を得て、本発明に至った。
【００１８】
上記目的を達成するため、本発明の発光装置は、発光光源と波長変換部材とを、含み、波長変換部材は、発光光源より発生する近紫外から青色光を吸収し、蛍光を発生する１種類以上の柱状蛍光体粒子を含み、少なくとも１種類の柱状蛍光体粒子結晶方位分布の偏りは、発光装置の断面を電子後方散乱回折像法によって解析した下記（１）式で表される配向指数を、５％以上１５％以下としたことを特徴とする。
配向指数（％）＝（（柱状の形状を有する蛍光体粒子の底面に相当する結晶面±３０°の結晶方位を有する粒子の断面積）／（柱状の形状を有する蛍光体粒子の断面積））×１００％） （１）
【００１９】
上記構成において、前記発光光源は、好ましくは、３００ｎｍ〜５００ｎｍの波長の光を発生する発光ダイオードである。蛍光体は、β型サイアロン、α型サイアロン、Ｅｕが付活されたＣａＡｌＳｉＮ３の何れか一つを含むことが好ましい。
【００２０】
本発明の発光装置は、照明装置又は画像表示装置に適用することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の発光装置は、青色又は紫外光を光源とする白色発光装置として蛍光体の結晶方位分布を制御しない発光装置に比べて高輝度の発光が得られる。
【００２２】
本発明の発光装置は、照明や画像表示装置の光源に好適に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の発光装置の構造を示す断面図である。
【図２】本発明の波長変換部材中の蛍光体からなる結晶性粒子の結晶方位分布の偏りを解析する方法の手順を示す工程図である。
【図３】実施例３のβ型サイアロン蛍光体の結晶方位分布の偏りを示す図である。
【図４】比較例１のβ型サイアロン蛍光体の結晶方位分布の偏りを示す図である。
【図５】実施例１〜４及び比較例１〜４の発光装置で得られた発光光度とβ型サイアロン蛍光体の配向指数との関係を示す図である。
【図６】従来の発光ダイオードの構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明の発光装置の構造を示す断面図である。図１に示すように、本発明の発光装置１は、発光光源２と、発光光源２を搭載する第１のリードフレーム３と、第２のリードフレーム４と、発光光源２と第１のリードフレーム３と第２のリードフレーム４とを被覆する波長変換部材５とを、含んで構成されている。
【００２５】
第１のリードフレーム３の上部３ａには発光光源２として発光ダイオードチップ搭載用の凹部３ｂが設けられている。この凹部３ｂは、その底面から上方に向かって孔径が徐々に拡大する略漏斗形状を有していると共に、凹部３ｂの内面が反射面となっている。この反射面の底面に発光ダイオードチップ２の下面側の一方の電極がダイボンディングされている。発光ダイオードチップ２の上面に形成されている他方の電極は、ボンディングワイヤ６を介して第２のリードフレーム４の表面と接続されている。
【００２６】
さらに発光装置１は、発光光源２と、第１及び第２のリードフレーム３，４と、波長変換部材５と、ボンディングワイヤ６と、を覆う樹脂やガラスからなるキャップ９を有していてもよい。
【００２７】
発光光源２としては、近紫外から青色光３の３００ｎｍ〜５００ｎｍの波長の光を発生する発光ダイオードチップを使用することができる。
【００２８】
波長変換部材５は、樹脂材７と少なくとも１種類以上の蛍光体８とからなり、樹脂材中に蛍光体８が分散されている。蛍光体８の種類は、発光光源２の光と、この発光光源２の光を吸収し励起される蛍光体８から発生する光との混色によって得られる色調によって選定すればよい。所望の混色光を得るためには、蛍光体８の種類を１つ又は複数組み合わせて使用することができる。
【００２９】
蛍光体８は粒子状の形状を有している。このような蛍光体粒子８としては、β型サイアロン、α型サイアロン、Ｅｕが付活されたＣａＡｌＳＩＮ３等が挙げられる。これらの蛍光体８は六角形等の柱状の結晶形状を有している。
【００３０】
一般式：Ｓｉ６−ｚＡｌｚＯｚＮ8-z：Ｅｕ２＋で表されるβ型サイアロン蛍光体８は、柱状の形状を有し、発光特性としては５２０ｎｍ〜５５０ｎｍをピーク波長とする緑色発光を呈する。
【００３１】
一般式：Ｃａｍ／２Ｓｉ１２−（ｍ＋ｎ）Ａｌ（ｍ＋ｎ）Ｎ１６−ｎＯｎ：Ｅｕ２＋で表されるα型サイアロン蛍光体８も柱状の形状を有し、発光特性としては５５０ｎｍ〜６１０ｎｍをピーク波長とする黄色から橙色の発光を呈する。
【００３２】
ＣａＡｌＳiＮ３：Ｅｕも柱状の形状を有し、発光特性としては６３０ｎｍ〜６５０ｎｍをピーク波長とする赤色発光を呈する。
【００３３】
本発明の発光装置１の特徴は、波長変換部材５中の柱状の形状を有する蛍光体８の結晶方位分布の偏りを所定範囲内に制御することによって、発光装置１からの発光強度を向上させるという点にある。波長変換部材５中の柱状を有する蛍光体８の結晶方位の分布の偏りは、後で詳述するように、発光装置１の波長変換部材５の断面を電子後方散乱回折像法（非特許文献１参照）によって評価することができる。
【００３４】
本発明者は、多数の発光装置１を製作し、波長変換部材５中の蛍光体８粒子の結晶方位分布の偏りを電子後方散乱回折像法によって解析した結果、下記（１）式で表される配向指数が、５％以上１５％以下である場合、発光装置１からの発光強度が向上するということを見出した。
配向指数（％）＝（（柱状の形状を有する蛍光体粒子の底面に相当する結晶面±３０°の結晶方位を有する粒子の断面積）／（柱状の形状を有する蛍光体粒子の断面積））×１００％） （１）
【００３５】
上記（１）式に示した配向指数は、電子後方散乱回折像法（Electron backscatter diffraction、EBSDとも呼ばれている。）で解析して得られた柱状の形状を有する蛍光体粒子８の底面に相当する結晶面と、その法線方向に対して−３０°〜３０°傾いた結晶面に対応する蛍光体粒子８の断面積の和を、全蛍光体粒子８の断面積の和で除し、百分率として求めたものである。すなわち、配向指数は波長変換部材５中における柱状の形状を有する蛍光体粒子８の結晶方位分布の偏りを示すものである。
【００３６】
最初に、波長変換部材５における蛍光体８の結晶方位分布の偏りを、電子後方散乱回折像法（非特許文献１参照）によって評価する方法について説明する。
図２は、本発明の波長変換部材５中の蛍光体８からなる結晶性粒子の結晶方位分布の偏りを解析する方法の手順を示す工程図である。
図２に示すように、ステップＳＴ１において、波長変換部材５中の結晶性粒子の断面を画像化する画像化工程を行う。
ステップＳＴ２では、ステップＳＴ１の画像化工程によって作成された画像の結晶粒子の個々の方位を判定する判定工程を行う。
ステップＳＴ３においては、ステップＳＴ２の判定工程によって判定された方位の分布を特定する分析工程を行う。
最後に、ステップＳＴ４においては、ステップＳＴ３の分析工程で得られた方位分布を解析して結晶方位分布の偏りを解析する解析工程を行う。
【００３７】
ステップＳＴ１の画像化工程において、波長変換部材５を機械研磨及びイオン研磨によりその断面を調製し、次にこの断面を画像化する。この画像化には、上記断面に露出させた結晶性粒子を観察できる装置を用いて行うことができる。例えば、走査電子顕微鏡の試料室内に波長変換部材５の断面を導入し、断面の二次電子像を観察することで画像化することができる。
【００３８】
次に、ステップＳＴ２の判定工程においては、波長変換部材５の断面で観察される結晶性粒子の結晶方位を分析装置で取得する。このような結晶方位の分析装置としては、電子後方散乱回折像法を用いた装置が挙げられる。この装置の一例は、電子後方散乱回折像が取得可能な検出器を走査電子顕微鏡装置に付加したものである。電子後方散乱回折像法を走査電子顕微鏡で実施した場合、空間分解能は、０．１μｍ程度、観察試料の方位決定の分解能は１°程度である。
なお、電子後方散乱回折像法では、結晶粒子の結晶構造と結晶方位に対応した菊池パターンと呼ばれる二次元の幾何学模様が得られる。電子後方散乱回折像法では結晶面に応じた菊池パターンが観測される。その菊池パターンの形状より、観測粒子の結晶方向を決定することができる。
【００３９】
ステップＳＴ３の分析工程にあっては、ステップＳＴ２で取得した菊池パターンによって結晶方位を解析できる解析プログラムを用いて行うことができる。つまり、結晶粒子の菊池パターンを取得して解析プログラムを用いて結晶方位を特定し、これを複数の結晶粒子で繰り返し行うことによって結晶方位分布を得ることができる。
ここで、結晶方位を特定する結晶性粒子の数が多ければ多いほど統計的な解析精度が向上するが、結晶性粒子の数が５０個以上であれば解析に十分なデータが得られる。
【００４０】
次に、ステップＳＴ４の結晶方位分布の偏りを解析する解析工程について説明する。
ステップＳＴ３の分析工程で得られた結晶方位分布によって結晶方位分布の偏りを解析する場合、上記（１）式で定義される配向指数を使用することができる。
【００４１】
発明者らの検討によれば、波長変換部材５の断面で観測したβサイアロン蛍光体粒子８の上記配向指数を５％以上１５％以下とすることが発光装置１の発光光度を向上させるために好ましいことを見出した。配向指数が５％よりも小さい場合には、βサイアロン蛍光体粒子８の結晶方位の偏りがなくなり、発光装置１からの発光光度が低下する。逆に、配向指数が１５％よりも大きい場合には、βサイアロン蛍光体粒子８の結晶方位の偏りが大きくなり過ぎ、この場合も発光装置１の発光光度が低下するので好ましくない。発光装置１の発光光度をさらに向上させるためには、配向指数を７％以上１３％以下とすることが好ましいことが分かった。
【００４２】
また、波長変換部材５中に分散させる蛍光体８を、α型サイアロン及びＥｕが付活されたＣａＡｌＳｉＮ３（ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕとも表記する。）として、上記と同様に蛍光体８の結晶方位分布の偏りの解析を行った。この場合もβ型サイアロンの場合と同様の結果が得られている。
【００４３】
本発明者の実験によれば、配向指数が５％未満でも、あるいは１５％よりも大きくなっても、すなわち柱状の形状を有する蛍光体８の結晶方位分布に上記の範囲を超えた偏りがあると、発光装置１の発光強度が低下する知見が得られている。これは、柱状の形状を有する蛍光体粒子８が一定の方向性をもって波長変換部材５中に存在すると、発光光源から放射される青色光や紫外光、及びそれらと波長変換部材５中で干渉して生じる発光が一定方向へ散乱される確率が高くなり、このため、発光素子内で生じる光の光路に偏りが生じることから、発光素子からの発光を外部へ効率よく取り出せなくなることに起因すると考えられる。このように、配向指数が５％未満、あるいは１５％よりも大きくなる場合には、発光装置１の発光強度が低下する。
【００４４】
以上のように、本発明によれば、波長変換部材５中の蛍光体粒子８の結晶方位分布の偏りを所定の範囲内とすることで、より高輝度で色むらのない発光装置１を提供することができる。
【００４５】
本発明の波長変換部材５中に含まれる柱状の形状を有する蛍光体８の結晶方位分布を制御した発光装置１は、照明装置に用いることができる。
【００４６】
本発明の波長変換部材５中に含まれる柱状の形状を有する蛍光体８の結晶方位分布を制御した発光装置１は、画像表示装置、例えば液晶テレビ用のバックライトに用いることができる。つまり、本発明の発光装置１、特に白色発光装置１をバックライト用の照明装置とした画像表示装置を提供することができる。本発明の発光装置１からなるバックライトは、従来の蛍光灯を用いたバックライトと比較して、三原色のスペクトル純度を高くすることができるので演色性が向上する。さらに、本発明の発光装置１からなるバックライトは発光ダイオードを光源とするので消費電力が小さくなる。
【実施例】
【００４７】
次に、実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。
白色の発光装置１を製作した。具体的には、市販のＬＥＤパッケージ（I-CHIUN PRECISl0N INDUSTRY CO.,LTD製，型番SMD5050）と青色ＬＥＤチップ（Genesis Photonics Inc．製、MODEL RIS45A19）と波長変換部材５とを用意し、白色発光装置１を製作した。波長変換部材５は、赤色蛍光体８としてＣａＡｌＳＩＮ３：Ｅｕ蛍光体と、緑色蛍光体８として自社製のβ型サイアロン蛍光体と、をシリコーン樹脂７（東レ・ダウコー二ング社製、型番EG6301）に配合することで調製し、青色の発光ダイオードチップ２に被覆した。ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ蛍光体８は、特許文献６に開示されている製造方法によって合成した。下記の表１に示すように、実施例１〜４では、波長変換部材５中の蛍光体８の結晶方位分布の偏りが所定の範囲内、すなわち、５％以上１５％以下となるように、著しい針状及び柱状粒子を除去したβ型サイアロン蛍光体８を波長変換部材５中に分散させて、白色の発光装置（以下、白色発光装置と呼ぶ）１を製作した。
【００４８】
（比較例）
また、表1に示すように、比較例１〜４では、それぞれ、波長変換部材５中の蛍光体８の結晶方位分布に所定の範囲外の偏り、すなわち、５％よりも小さいか、１５％よりも大きくなるように、実施例とは逆に著しい針状及び柱状粒子を主成分としたβ型サイアロン蛍光体８を分散させた。それ以外は、実施例と同様にして白色発光装置１を製作した。
【００４９】
白色発光装置１の発光光度と本発明の波長変換部材５中の蛍光体粒子８の結晶方位分布との関係を調べた。結晶方位分布の測定には、上記ステップＳＴ１で説明したように、波長変換部材５の断面を観察する必要がある。しかし、波長変換部材５の断面を作製することによって白色発光装置１が破壊される。このため、最初に実施例及び比較例で製作した白色発光装置１の発光高度を測定した。次に、波長変換部材５中の蛍光体粒子８の結晶方位分布を測定し、配向指数の算出を行った。
【００５０】
作製した白色発光装置１に順方向電圧を印加し、所定の電流を流して白色発光装置１を発光させた。白色光は、青色発光ダイオードチップからの青い光と、この青い光が上記の蛍光体８に照射されて発光する赤及び緑の光と、の混色によって発生する。発光光度の測定は、超高感度瞬間マルチ測光システム（大塚電子（株）社製、MCPD−7000）を用いて行った。
なお、発光光度は、後述する比較例１における白色の発光装置１の発光光度を１００％とした相対数値として算出した。
【００５１】
次に、白色発光装置１の波長変換部材５中の蛍光体８の結晶方位分布の偏りの解析を図２に示した方法で実施した。波長変換部材５中の結晶性粒子の断面を画像化する画像化工程として、白色発光装置１の断面を機械研麿とＡｒ＋イオン研磨とにより露出させた。
次に、白色発光装置１の断面を、電界放射型走査電子顕微鏡（ＦＥ＝ＳＥＭ、日本電子（株）製、JSM−700IF型）で観察し、波長変換部材５、つまり封止樹脂７に配合された蛍光体８の結晶性粒子の断面の画像を得た。
【００５２】
画像化工程によって作成された画像のうちの結晶粒子の個々の方位を判定する判定工程では、上記電界放射型走査電子顕微鏡に、電子後方散乱回折像法測定装置（EDAX-TSL社製、形式OIM）を付加した装置を用いた。この結晶方位解析システムにより結晶方位の測定を行った。電子後方散乱回折像法では結晶面に応じた菊池パターンが観測される。その菊池パターンの形状によって、観測する粒子の結晶方向を決定した。具体的には、電子後方散乱回折像法で得られた菊池パターンから結晶方位を解析することのできるソフトウエア（EDAX−TSL社製、OIM Ver5.2）を使用して、結晶方位の分析を行った。
【００５３】
結晶方位の測定条件を以下に示す。
加速電圧：１５ｋＶ
作動距離：１５ｍｍ
試料傾斜角度：７０°
測定領域：８０μｍ×２００μｍ
ステップ幅：０．２μｍ
測定時間：５０ｍｓｅｃ／ステップ
データポイント数：約４００，０００（４０万）ポイント
なお、測定条件はこれに限定されるものではなく、試料形態、装置性能に応じて適宜に決定することができる。
【００５４】
分析工程で得られた結晶方位分布を解析して、上記（１）式で定義される配向指数を求めた。
【００５５】
次に、測定した発光光度及び配向指数について説明する。
（実施例１の測定結果）
実施例１の発光装置の発光光度は１０６．５％であり、上記（１）式から計算したβ型サイアロン蛍光体８の配向指数は１３．３％であった。
【００５６】
（実施例２の測定結果）
実施例２の発光装置の発光光度は１０３．８％であり、上記（１）式から計算したβ型サイアロン蛍光体８の配向指数は１４．１％であった。
【００５７】
（実施例３の測定結果）
実施例３の発光装置の発光光度は１０８．９％であった。
図３は、実施例３のβ型サイアロン蛍光体８の結晶方位分布の偏りを示す図である。斜線で表示している領域がβ型サイアロン［０００１］結晶面とその法線方向に対して±３０度の結晶面を呈する断面、斜線のない領域がその他の結晶面が露出しているβ型サイアロン蛍光体８である。上記（１）式から計算したβ型サイアロン蛍光体８の配向指数は１１．３％となった。
【００５８】
（実施例４の測定結果）
実施例４の発光装置１の発光光度は１０４．１％であり、上記（１）式から計算したβ型サイアロン蛍光体８の配向指数は７．３％であった。
【００５９】
（比較例１の測定結果）
比較例１の発光装置の発光光度は、１００％であった。
図４は、比較例１のβ型サイアロン蛍光体８の結晶方位分布の偏りを示す図である。斜線で表示している領域がβ型サイアロン［０００１］結晶面とその法線方向に対して±３０度の結晶面を呈する断面、斜線のない領域がその他の結晶面が露出しているβ型サイアロン蛍光体８である。上記（１）式から計算したβ型サイアロン蛍光体８の配向指数は２２％となった。
【００６０】
（比較例２の測定結果）
比較例２の発光装置の発光光度は９８．２％であり、β型サイアロン蛍光体８の結晶方位分布の偏りを示す配向指数は１９．１％であつた。
【００６１】
（比較例３の測定結果）
比較例３の発光装置の発光光度は１０２．８％であり、β型サイアロン蛍光体８の結晶方位分布の偏りを示す配向指数は１６．３％であつた。
【００６２】
（比較例４の測定結果）
比較例４の発光装置の発光光度は１００．９％であり、β型サイアロン蛍光体８の結晶方位分布の偏りを示す配向指数は３．３％であつた。
【００６３】
実施例１〜４及び比較例１〜４で測定した白色発光装置１の発光光度と配向指数の結果を表１に纏めて示す。
【表１】
【００６４】
図５は、実施例１〜４及び比較例１〜４の発光装置１で得られた発光光度とβ型サイアロン蛍光体８の配向指数との関係を示す図である。図５の縦軸は、発光装置１の相対発光光度（％）を示し、横軸がβ型サイアロン蛍光体８の配向指数（％）である。
図５から明らかなように、波長変換部材５中のβ型サイアロン蛍光体８の結晶方位分布の偏りを５％以上１５％以下に調製した実施例１〜４の白色発光装置１では、発光光度が、基準とした比較例１の発光ダイオードに対して、約１０４％〜約１０９％で平均約５％向上した。
一方、波長変換部材５中のβ型サイアロン蛍光体８の結晶方位分布から算出される配向指数が実施例とは異なる範囲、つまり、５％以下１５％以上に調製した比較例１〜４の白色発光装置１では、発光光度の基準とした比較例１の発光装置に対して約９８％〜約１０３％程度であり、発光光度が実施例１〜４に対して低いことが判明した。
【００６５】
これにより、発光装置１の波長変換部材５中のβ型サイアロン蛍光体８の結晶方位分布の偏りが所定の範囲内、つまり配向指数が５％以上１５％以下、さらに好ましくは７％以上１３％以下となる発光装置１において、従来の発光装置よりも発光強度が向上した発光装置１を実現できること分かった。
【００６６】
本発明の波長変換部材５中の蛍光体８の結晶方位分布に所定範囲内の配光指数をもたせた発光装置１は、これらの配向指数の範囲外である発光装置に比べて高輝度の発光を示すことから、青色又は紫外光を光源とする白色発光装置１として好適であり、照明器具、画像表示装置などに好適に使用できる。
【００６７】
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。例えば、発光装置１の色は、緑や赤を発する蛍光体８の配合比を変えることによって白色光以外の例えば電球色に変更できる。
【符号の説明】
【００６８】
１：発光装置
２：発光光源
３：第１のリードフレーム
４：第２のリードフレーム
５：波長変換部材
６：ボンディングワイヤ
７：樹脂
８：蛍光体
９：キャップ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置及びそれを用いた照明装置並びに画像表示装置に関する。さらに詳しくは、本発明は、発光装置に用いる波長変換部材中の蛍光体の結晶方位分布の偏りが制御された発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、照明分野では、白色発光ダイオードを光源とする照明が用いられるようになってきた。このような照明は、ＬＥＤ照明やＬＥＤ電球とも呼ばれている。白色発光ダイオードは、例えば青色発光ダイオードチップと蛍光体とから構成されている。具体的には、蛍光体を樹脂等に分散した複合部材が、青色発光ダイオードチップ上に被覆されている。蛍光体の一例は、青色発光ダイオードから青色の光が照射されると黄色の蛍光を発生する材料である。このため、複合部材は、波長変換部材とも呼ばれている。青色発光ダイオードから発生する青色の光とこの青色発光によって励起されて発光する黄色の光とが混色することにより白色光が得られる。
【０００３】
図６は、従来の発光ダイオードの構造を示す断面図である。
図６に示すように、従来の発光ダイオード６０は、発光ダイオードチップ６６搭載用の第１のリードフレーム６２と、第２のリードフレーム６８と、発光ダイオードチップ６６と第１のリードフレーム６２と第２のリードフレーム６８とを被覆する透光性樹脂材７８とから構成されている。第１のリードフレーム６２の上部６２ａには発光ダイオードチップ搭載用の凹部が設けられている。この凹部は、その底面から上方に向かって孔径が徐々に拡大する略漏斗形状を有していると共に、凹部内面が反射面６４となっている。この反射面６４の底面に発光ダイオードチップ６６の下面側の一方の電極がダイボンディングされている。発光ダイオードチップ６６の上面に形成されている他方の電極は、ボンディングワイヤ７０を介して第２のリードフレーム６８の表面６８ａと接続されている（特許文献１参照）。
【０００４】
上記発光ダイオードチップ６６の上面及び側面は、リフレクタ６４内に充填された波長変換部材で被覆されている。波長変換部材は、透光性エポキシ等の樹脂７２と蛍光体７４とからなり、樹脂７２中には、発光ダイオードチップ６６の発光を黄色可視光に変換する蛍光体７４が分散状態で多数混入されている。このような蛍光体７４としては、母材がアルミン酸イットリウム（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２）からなり、発光中心がセリウム（Ｃｅ）であるＹＡＧ蛍光体等が挙げられる。第１のリードフレーム６２と第２のリードフレーム６８との間に電圧が印加されると、発光ダイオードチップ６６が発光する。上述したように、発光ダイオードチップ６６の青色発光と、この青色発光によってＹＡＧ蛍光体７４から黄色可視光が放射される。これらの青色可視光とＹＡＧ蛍光体７４から放射される黄色可視光とが混色することにより白色光が得られる。この白色光は、透光性樹脂材７８の凸レンズ部７６によって集光されて外部へ放射される。
【０００５】
白色発光ダイオード用の蛍光体７４として、母体材料にケイ酸塩、リン酸塩、アルミン酸塩、硫化物を用い、付活材（発光中心とも呼ばれている）として、遷移金属もしくは希土類金属が添加されたものが広く知られている。樹脂７２としては、図４で説明したエポキシ樹脂(特許文献１参照)の他には、アクリル樹脂、シリコーン樹脂などが使用されている。
【０００６】
近年、白色発光ダイオードの高輝度化のため、発光ダイオードチップに大きな電流を流すようになっている。これに伴い発光ダイオードチップの温度が上昇する。これにより発光ダイオードチップ上に配設されている蛍光体の温度も上昇する。同じ蛍光体であれば、温度上昇と共に蛍光の輝度が低下する。このため、温度上昇に伴う輝度低下が小さく、耐久性に優れた蛍光体として、結晶構造が安定である窒化物や酸窒化物の蛍光体が使用されるようになってきた。代表的な蛍光体として、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）の固溶体であるサイアロン（Ｓｉａｌｏｎ）が挙げられる。サイアロンは、窒化ケイ素の一部の原子をＡｌと酸素で置換したＳｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ系の化合物である。
【０００７】
サイアロンには、α型、β型の二種類の結晶系が存在し、特定の希土類元素を付活させたα型サイアロン（特許文献２〜４参照）は、有用な蛍光特性を有することから、白色発光ダイオード等への適用が検討されている。
【０００８】
特許文献２及び３には、希土類元素としてＥｕ（ユーロピウム）やＥｒ（エルビウム）が付活されたＣａ-α型サイアロンが開示されている。
【０００９】
特許文献４には、希土類元素としてＥｕが付活されたＣａ−α型サイアロン等の蛍光体と発光ダイオードを用いた照明装置が開示されている。
【００１０】
特許文献５には、希土類元素としてＥｕを付活させたβ型サイアロン蛍光体が開示されている。このβ型サイアロン蛍光体の発光スペクトルは緑色光であり、かつ非常にシャープであるので、光の３原色のうち、緑色発光成分に好適な蛍光体である。このため、特許文献５のβ型サイアロン蛍光体は、青、緑、赤の光の３原色の純度が高い、つまり、半値幅の狭い狭帯域の発光が要求される液晶ディスプレイパネルのバックライト用に使用される白色発光ダイオードに好適な蛍光体である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００４−１５２９９３号公報
【特許文献２】特許第３６６８７７０号公報
【特許文献３】特許第３７２６１３１号公報
【特許文献４】特開２００３−１２４５２７号公報
【特許文献５】特開２００５−２５５８９５号公報
【特許文献６】特許第３８３７５８８号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Electron Backscatter Diffraction in Materials Science, Edited by A. J. Schwartz, M. Kumar and B. L. Adams, Kluwer Academic / Plenum Publishers, New York, 2000
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
発光ダイオードチップから発光される近紫外から青色の光とこの光で励起される蛍光体により波長変換された例えば黄色の光との混色により白色光を得る白色発光ダイオードでは、得られる光の強度、色調のばらつきを低減するために、蛍光体を波長変換部材中に分散させて、又は沈降させて用いている。
【００１４】
さらに、波長変換のために二種類以上の蛍光体を用いる場合においては、それら蛍光体の混合状態を均一、または意図して分離させるなどの制御が行われている。
【００１５】
しかしながら、蛍光体の粒子形状が柱状、あるいは柱状に近い形状を有する場合、蛍光体粒子は柱状粒子が倒れたような一方向に偏った分散を示すため、結晶方位を考慮した場合においては偏りがないとはいえず、より高輝度の発光装置を提供するには蛍光体粒子の結晶方位分布の制御が不十分であった。
【００１６】
本発明は上記課題に鑑み、近紫外から青色光を光源とする発光装置の高輝度化を実現するため、波長変換部材中の蛍光体の結晶方位分布を制御することで、より高輝度化した発光装置と、この発光装置を用いた照明装置並びに画像表示装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明者らは、波長変換部材中に柱状の形状を有する蛍光体を含む発光装置において、柱状の形状を有する蛍光体の結晶方位分布の偏りについて電子後方散乱回折像法（非特許文献１参照）を用いて検討を行い、柱状の形状を有する蛍光体の結晶方位分布を所定範囲内で偏りをもたせることで、発光装置からの発光強度が向上するという知見を得て、本発明に至った。
【００１８】
上記目的を達成するため、本発明の発光装置は、発光光源と波長変換部材とを、含み、波長変換部材は、発光光源より発生する近紫外から青色光を吸収し、蛍光を発生する１種類以上の柱状蛍光体粒子を含み、少なくとも１種類の柱状蛍光体粒子結晶方位分布の偏りは、発光装置の断面を電子後方散乱回折像法によって解析した下記（１）式で表される配向指数を、５％以上１５％以下としたことを特徴とする。
配向指数（％）＝（（柱状の形状を有する蛍光体粒子の底面に相当する結晶面±３０°の結晶方位を有する粒子の断面積）／（柱状の形状を有する蛍光体粒子の断面積））×１００％） （１）
【００１９】
上記構成において、前記発光光源は、好ましくは、３００ｎｍ〜５００ｎｍの波長の光を発生する発光ダイオードである。蛍光体は、β型サイアロン、α型サイアロン、Ｅｕが付活されたＣａＡｌＳｉＮ３の何れか一つを含むことが好ましい。
【００２０】
本発明の発光装置は、照明装置又は画像表示装置に適用することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の発光装置は、青色又は紫外光を光源とする白色発光装置として蛍光体の結晶方位分布を制御しない発光装置に比べて高輝度の発光が得られる。
【００２２】
本発明の発光装置は、照明や画像表示装置の光源に好適に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の発光装置の構造を示す断面図である。
【図２】本発明の波長変換部材中の蛍光体からなる結晶性粒子の結晶方位分布の偏りを解析する方法の手順を示す工程図である。
【図３】実施例３のβ型サイアロン蛍光体の結晶方位分布の偏りを示す図である。
【図４】比較例１のβ型サイアロン蛍光体の結晶方位分布の偏りを示す図である。
【図５】実施例１〜４及び比較例１〜４の発光装置で得られた発光光度とβ型サイアロン蛍光体の配向指数との関係を示す図である。
【図６】従来の発光ダイオードの構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明の発光装置の構造を示す断面図である。図１に示すように、本発明の発光装置１は、発光光源２と、発光光源２を搭載する第１のリードフレーム３と、第２のリードフレーム４と、発光光源２と第１のリードフレーム３と第２のリードフレーム４とを被覆する波長変換部材５とを、含んで構成されている。
【００２５】
第１のリードフレーム３の上部３ａには発光光源２として発光ダイオードチップ搭載用の凹部３ｂが設けられている。この凹部３ｂは、その底面から上方に向かって孔径が徐々に拡大する略漏斗形状を有していると共に、凹部３ｂの内面が反射面となっている。この反射面の底面に発光ダイオードチップ２の下面側の一方の電極がダイボンディングされている。発光ダイオードチップ２の上面に形成されている他方の電極は、ボンディングワイヤ６を介して第２のリードフレーム４の表面と接続されている。
【００２６】
さらに発光装置１は、発光光源２と、第１及び第２のリードフレーム３，４と、波長変換部材５と、ボンディングワイヤ６と、を覆う樹脂やガラスからなるキャップ９を有していてもよい。
【００２７】
発光光源２としては、近紫外から青色光３の３００ｎｍ〜５００ｎｍの波長の光を発生する発光ダイオードチップを使用することができる。
【００２８】
波長変換部材５は、樹脂材７と少なくとも１種類以上の蛍光体８とからなり、樹脂材中に蛍光体８が分散されている。蛍光体８の種類は、発光光源２の光と、この発光光源２の光を吸収し励起される蛍光体８から発生する光との混色によって得られる色調によって選定すればよい。所望の混色光を得るためには、蛍光体８の種類を１つ又は複数組み合わせて使用することができる。
【００２９】
蛍光体８は粒子状の形状を有している。このような蛍光体粒子８としては、β型サイアロン、α型サイアロン、Ｅｕが付活されたＣａＡｌＳＩＮ３等が挙げられる。これらの蛍光体８は六角形等の柱状の結晶形状を有している。
【００３０】
一般式：Ｓｉ６−ｚＡｌｚＯｚＮ8-z：Ｅｕ２＋で表されるβ型サイアロン蛍光体８は、柱状の形状を有し、発光特性としては５２０ｎｍ〜５５０ｎｍをピーク波長とする緑色発光を呈する。
【００３１】
一般式：Ｃａｍ／２Ｓｉ１２−（ｍ＋ｎ）Ａｌ（ｍ＋ｎ）Ｎ１６−ｎＯｎ：Ｅｕ２＋で表されるα型サイアロン蛍光体８も柱状の形状を有し、発光特性としては５５０ｎｍ〜６１０ｎｍをピーク波長とする黄色から橙色の発光を呈する。
【００３２】
ＣａＡｌＳiＮ３：Ｅｕも柱状の形状を有し、発光特性としては６３０ｎｍ〜６５０ｎｍをピーク波長とする赤色発光を呈する。
【００３３】
本発明の発光装置１の特徴は、波長変換部材５中の柱状の形状を有する蛍光体８の結晶方位分布の偏りを所定範囲内に制御することによって、発光装置１からの発光強度を向上させるという点にある。波長変換部材５中の柱状を有する蛍光体８の結晶方位の分布の偏りは、後で詳述するように、発光装置１の波長変換部材５の断面を電子後方散乱回折像法（非特許文献１参照）によって評価することができる。
【００３４】
本発明者は、多数の発光装置１を製作し、波長変換部材５中の蛍光体８粒子の結晶方位分布の偏りを電子後方散乱回折像法によって解析した結果、下記（１）式で表される配向指数が、５％以上１５％以下である場合、発光装置１からの発光強度が向上するということを見出した。
配向指数（％）＝（（柱状の形状を有する蛍光体粒子の底面に相当する結晶面±３０°の結晶方位を有する粒子の断面積）／（柱状の形状を有する蛍光体粒子の断面積））×１００％） （１）
【００３５】
上記（１）式に示した配向指数は、電子後方散乱回折像法（Electron backscatter diffraction、EBSDとも呼ばれている。）で解析して得られた柱状の形状を有する蛍光体粒子８の底面に相当する結晶面と、その法線方向に対して−３０°〜３０°傾いた結晶面に対応する蛍光体粒子８の断面積の和を、全蛍光体粒子８の断面積の和で除し、百分率として求めたものである。すなわち、配向指数は波長変換部材５中における柱状の形状を有する蛍光体粒子８の結晶方位分布の偏りを示すものである。
【００３６】
最初に、波長変換部材５における蛍光体８の結晶方位分布の偏りを、電子後方散乱回折像法（非特許文献１参照）によって評価する方法について説明する。
図２は、本発明の波長変換部材５中の蛍光体８からなる結晶性粒子の結晶方位分布の偏りを解析する方法の手順を示す工程図である。
図２に示すように、ステップＳＴ１において、波長変換部材５中の結晶性粒子の断面を画像化する画像化工程を行う。
ステップＳＴ２では、ステップＳＴ１の画像化工程によって作成された画像の結晶粒子の個々の方位を判定する判定工程を行う。
ステップＳＴ３においては、ステップＳＴ２の判定工程によって判定された方位の分布を特定する分析工程を行う。
最後に、ステップＳＴ４においては、ステップＳＴ３の分析工程で得られた方位分布を解析して結晶方位分布の偏りを解析する解析工程を行う。
【００３７】
ステップＳＴ１の画像化工程において、波長変換部材５を機械研磨及びイオン研磨によりその断面を調製し、次にこの断面を画像化する。この画像化には、上記断面に露出させた結晶性粒子を観察できる装置を用いて行うことができる。例えば、走査電子顕微鏡の試料室内に波長変換部材５の断面を導入し、断面の二次電子像を観察することで画像化することができる。
【００３８】
次に、ステップＳＴ２の判定工程においては、波長変換部材５の断面で観察される結晶性粒子の結晶方位を分析装置で取得する。このような結晶方位の分析装置としては、電子後方散乱回折像法を用いた装置が挙げられる。この装置の一例は、電子後方散乱回折像が取得可能な検出器を走査電子顕微鏡装置に付加したものである。電子後方散乱回折像法を走査電子顕微鏡で実施した場合、空間分解能は、０．１μｍ程度、観察試料の方位決定の分解能は１°程度である。
なお、電子後方散乱回折像法では、結晶粒子の結晶構造と結晶方位に対応した菊池パターンと呼ばれる二次元の幾何学模様が得られる。電子後方散乱回折像法では結晶面に応じた菊池パターンが観測される。その菊池パターンの形状より、観測粒子の結晶方向を決定することができる。
【００３９】
ステップＳＴ３の分析工程にあっては、ステップＳＴ２で取得した菊池パターンによって結晶方位を解析できる解析プログラムを用いて行うことができる。つまり、結晶粒子の菊池パターンを取得して解析プログラムを用いて結晶方位を特定し、これを複数の結晶粒子で繰り返し行うことによって結晶方位分布を得ることができる。
ここで、結晶方位を特定する結晶性粒子の数が多ければ多いほど統計的な解析精度が向上するが、結晶性粒子の数が５０個以上であれば解析に十分なデータが得られる。
【００４０】
次に、ステップＳＴ４の結晶方位分布の偏りを解析する解析工程について説明する。
ステップＳＴ３の分析工程で得られた結晶方位分布によって結晶方位分布の偏りを解析する場合、上記（１）式で定義される配向指数を使用することができる。
【００４１】
発明者らの検討によれば、波長変換部材５の断面で観測したβサイアロン蛍光体粒子８の上記配向指数を５％以上１５％以下とすることが発光装置１の発光光度を向上させるために好ましいことを見出した。配向指数が５％よりも小さい場合には、βサイアロン蛍光体粒子８の結晶方位の偏りがなくなり、発光装置１からの発光光度が低下する。逆に、配向指数が１５％よりも大きい場合には、βサイアロン蛍光体粒子８の結晶方位の偏りが大きくなり過ぎ、この場合も発光装置１の発光光度が低下するので好ましくない。発光装置１の発光光度をさらに向上させるためには、配向指数を７％以上１３％以下とすることが好ましいことが分かった。
【００４２】
また、波長変換部材５中に分散させる蛍光体８を、α型サイアロン及びＥｕが付活されたＣａＡｌＳｉＮ３（ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕとも表記する。）として、上記と同様に蛍光体８の結晶方位分布の偏りの解析を行った。この場合もβ型サイアロンの場合と同様の結果が得られている。
【００４３】
本発明者の実験によれば、配向指数が５％未満でも、あるいは１５％よりも大きくなっても、すなわち柱状の形状を有する蛍光体８の結晶方位分布に上記の範囲を超えた偏りがあると、発光装置１の発光強度が低下する知見が得られている。これは、柱状の形状を有する蛍光体粒子８が一定の方向性をもって波長変換部材５中に存在すると、発光光源から放射される青色光や紫外光、及びそれらと波長変換部材５中で干渉して生じる発光が一定方向へ散乱される確率が高くなり、このため、発光素子内で生じる光の光路に偏りが生じることから、発光素子からの発光を外部へ効率よく取り出せなくなることに起因すると考えられる。このように、配向指数が５％未満、あるいは１５％よりも大きくなる場合には、発光装置１の発光強度が低下する。
【００４４】
以上のように、本発明によれば、波長変換部材５中の蛍光体粒子８の結晶方位分布の偏りを所定の範囲内とすることで、より高輝度で色むらのない発光装置１を提供することができる。
【００４５】
本発明の波長変換部材５中に含まれる柱状の形状を有する蛍光体８の結晶方位分布を制御した発光装置１は、照明装置に用いることができる。
【００４６】
本発明の波長変換部材５中に含まれる柱状の形状を有する蛍光体８の結晶方位分布を制御した発光装置１は、画像表示装置、例えば液晶テレビ用のバックライトに用いることができる。つまり、本発明の発光装置１、特に白色発光装置１をバックライト用の照明装置とした画像表示装置を提供することができる。本発明の発光装置１からなるバックライトは、従来の蛍光灯を用いたバックライトと比較して、三原色のスペクトル純度を高くすることができるので演色性が向上する。さらに、本発明の発光装置１からなるバックライトは発光ダイオードを光源とするので消費電力が小さくなる。
【実施例】
【００４７】
次に、実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。
白色の発光装置１を製作した。具体的には、市販のＬＥＤパッケージ（I-CHIUN PRECISl0N INDUSTRY CO.,LTD製，型番SMD5050）と青色ＬＥＤチップ（Genesis Photonics Inc．製、MODEL RIS45A19）と波長変換部材５とを用意し、白色発光装置１を製作した。波長変換部材５は、赤色蛍光体８としてＣａＡｌＳＩＮ３：Ｅｕ蛍光体と、緑色蛍光体８として自社製のβ型サイアロン蛍光体と、をシリコーン樹脂７（東レ・ダウコー二ング社製、型番EG6301）に配合することで調製し、青色の発光ダイオードチップ２に被覆した。ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ蛍光体８は、特許文献６に開示されている製造方法によって合成した。下記の表１に示すように、実施例１〜４では、波長変換部材５中の蛍光体８の結晶方位分布の偏りが所定の範囲内、すなわち、５％以上１５％以下となるように、著しい針状及び柱状粒子を除去したβ型サイアロン蛍光体８を波長変換部材５中に分散させて、白色の発光装置（以下、白色発光装置と呼ぶ）１を製作した。
【００４８】
（比較例）
また、表1に示すように、比較例１〜４では、それぞれ、波長変換部材５中の蛍光体８の結晶方位分布に所定の範囲外の偏り、すなわち、５％よりも小さいか、１５％よりも大きくなるように、実施例とは逆に著しい針状及び柱状粒子を主成分としたβ型サイアロン蛍光体８を分散させた。それ以外は、実施例と同様にして白色発光装置１を製作した。
【００４９】
白色発光装置１の発光光度と本発明の波長変換部材５中の蛍光体粒子８の結晶方位分布との関係を調べた。結晶方位分布の測定には、上記ステップＳＴ１で説明したように、波長変換部材５の断面を観察する必要がある。しかし、波長変換部材５の断面を作製することによって白色発光装置１が破壊される。このため、最初に実施例及び比較例で製作した白色発光装置１の発光高度を測定した。次に、波長変換部材５中の蛍光体粒子８の結晶方位分布を測定し、配向指数の算出を行った。
【００５０】
作製した白色発光装置１に順方向電圧を印加し、所定の電流を流して白色発光装置１を発光させた。白色光は、青色発光ダイオードチップからの青い光と、この青い光が上記の蛍光体８に照射されて発光する赤及び緑の光と、の混色によって発生する。発光光度の測定は、超高感度瞬間マルチ測光システム（大塚電子（株）社製、MCPD−7000）を用いて行った。
なお、発光光度は、後述する比較例１における白色の発光装置１の発光光度を１００％とした相対数値として算出した。
【００５１】
次に、白色発光装置１の波長変換部材５中の蛍光体８の結晶方位分布の偏りの解析を図２に示した方法で実施した。波長変換部材５中の結晶性粒子の断面を画像化する画像化工程として、白色発光装置１の断面を機械研麿とＡｒ＋イオン研磨とにより露出させた。
次に、白色発光装置１の断面を、電界放射型走査電子顕微鏡（ＦＥ＝ＳＥＭ、日本電子（株）製、JSM−700IF型）で観察し、波長変換部材５、つまり封止樹脂７に配合された蛍光体８の結晶性粒子の断面の画像を得た。
【００５２】
画像化工程によって作成された画像のうちの結晶粒子の個々の方位を判定する判定工程では、上記電界放射型走査電子顕微鏡に、電子後方散乱回折像法測定装置（EDAX-TSL社製、形式OIM）を付加した装置を用いた。この結晶方位解析システムにより結晶方位の測定を行った。電子後方散乱回折像法では結晶面に応じた菊池パターンが観測される。その菊池パターンの形状によって、観測する粒子の結晶方向を決定した。具体的には、電子後方散乱回折像法で得られた菊池パターンから結晶方位を解析することのできるソフトウエア（EDAX−TSL社製、OIM Ver5.2）を使用して、結晶方位の分析を行った。
【００５３】
結晶方位の測定条件を以下に示す。
加速電圧：１５ｋＶ
作動距離：１５ｍｍ
試料傾斜角度：７０°
測定領域：８０μｍ×２００μｍ
ステップ幅：０．２μｍ
測定時間：５０ｍｓｅｃ／ステップ
データポイント数：約４００，０００（４０万）ポイント
なお、測定条件はこれに限定されるものではなく、試料形態、装置性能に応じて適宜に決定することができる。
【００５４】
分析工程で得られた結晶方位分布を解析して、上記（１）式で定義される配向指数を求めた。
【００５５】
次に、測定した発光光度及び配向指数について説明する。
（実施例１の測定結果）
実施例１の発光装置の発光光度は１０６．５％であり、上記（１）式から計算したβ型サイアロン蛍光体８の配向指数は１３．３％であった。
【００５６】
（実施例２の測定結果）
実施例２の発光装置の発光光度は１０３．８％であり、上記（１）式から計算したβ型サイアロン蛍光体８の配向指数は１４．１％であった。
【００５７】
（実施例３の測定結果）
実施例３の発光装置の発光光度は１０８．９％であった。
図３は、実施例３のβ型サイアロン蛍光体８の結晶方位分布の偏りを示す図である。斜線で表示している領域がβ型サイアロン［０００１］結晶面とその法線方向に対して±３０度の結晶面を呈する断面、斜線のない領域がその他の結晶面が露出しているβ型サイアロン蛍光体８である。上記（１）式から計算したβ型サイアロン蛍光体８の配向指数は１１．３％となった。
【００５８】
（実施例４の測定結果）
実施例４の発光装置１の発光光度は１０４．１％であり、上記（１）式から計算したβ型サイアロン蛍光体８の配向指数は７．３％であった。
【００５９】
（比較例１の測定結果）
比較例１の発光装置の発光光度は、１００％であった。
図４は、比較例１のβ型サイアロン蛍光体８の結晶方位分布の偏りを示す図である。斜線で表示している領域がβ型サイアロン［０００１］結晶面とその法線方向に対して±３０度の結晶面を呈する断面、斜線のない領域がその他の結晶面が露出しているβ型サイアロン蛍光体８である。上記（１）式から計算したβ型サイアロン蛍光体８の配向指数は２２％となった。
【００６０】
（比較例２の測定結果）
比較例２の発光装置の発光光度は９８．２％であり、β型サイアロン蛍光体８の結晶方位分布の偏りを示す配向指数は１９．１％であつた。
【００６１】
（比較例３の測定結果）
比較例３の発光装置の発光光度は１０２．８％であり、β型サイアロン蛍光体８の結晶方位分布の偏りを示す配向指数は１６．３％であつた。
【００６２】
（比較例４の測定結果）
比較例４の発光装置の発光光度は１００．９％であり、β型サイアロン蛍光体８の結晶方位分布の偏りを示す配向指数は３．３％であつた。
【００６３】
実施例１〜４及び比較例１〜４で測定した白色発光装置１の発光光度と配向指数の結果を表１に纏めて示す。
【表１】
【００６４】
図５は、実施例１〜４及び比較例１〜４の発光装置１で得られた発光光度とβ型サイアロン蛍光体８の配向指数との関係を示す図である。図５の縦軸は、発光装置１の相対発光光度（％）を示し、横軸がβ型サイアロン蛍光体８の配向指数（％）である。
図５から明らかなように、波長変換部材５中のβ型サイアロン蛍光体８の結晶方位分布の偏りを５％以上１５％以下に調製した実施例１〜４の白色発光装置１では、発光光度が、基準とした比較例１の発光ダイオードに対して、約１０４％〜約１０９％で平均約５％向上した。
一方、波長変換部材５中のβ型サイアロン蛍光体８の結晶方位分布から算出される配向指数が実施例とは異なる範囲、つまり、５％以下１５％以上に調製した比較例１〜４の白色発光装置１では、発光光度の基準とした比較例１の発光装置に対して約９８％〜約１０３％程度であり、発光光度が実施例１〜４に対して低いことが判明した。
【００６５】
これにより、発光装置１の波長変換部材５中のβ型サイアロン蛍光体８の結晶方位分布の偏りが所定の範囲内、つまり配向指数が５％以上１５％以下、さらに好ましくは７％以上１３％以下となる発光装置１において、従来の発光装置よりも発光強度が向上した発光装置１を実現できること分かった。
【００６６】
本発明の波長変換部材５中の蛍光体８の結晶方位分布に所定範囲内の配光指数をもたせた発光装置１は、これらの配向指数の範囲外である発光装置に比べて高輝度の発光を示すことから、青色又は紫外光を光源とする白色発光装置１として好適であり、照明器具、画像表示装置などに好適に使用できる。
【００６７】
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれることはいうまでもない。例えば、発光装置１の色は、緑や赤を発する蛍光体８の配合比を変えることによって白色光以外の例えば電球色に変更できる。
【符号の説明】
【００６８】
１：発光装置
２：発光光源
３：第１のリードフレーム
４：第２のリードフレーム
５：波長変換部材
６：ボンディングワイヤ
７：樹脂
８：蛍光体
９：キャップ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光光源と波長変換部材とを含む発光装置であって、
上記波長変換部材は、上記発光光源より発生する近紫外から青色光を吸収し、蛍光を発生する１種類以上の柱状蛍光体粒子を含み、
少なくとも上記１種類の柱状蛍光体粒子結晶方位分布の偏りは、上記発光装置の断面を電子後方散乱回折像法によって解析した下記（１）式で表される配向指数を、５％以上１５％以下とすることを特徴とする、発光装置。
配向指数（％）＝（（柱状の形状を有する蛍光体粒子の底面に相当する結晶面±３０°の結晶方位を有する粒子の断面積）／（柱状の形状を有する蛍光体粒子の断面積））×１００％） （１）
【請求項２】
前記発光光源は、３００ｎｍ〜５００ｎｍの波長の光を発生する発光ダイオードチップであることを特徴とする、請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記蛍光体は、β型サイアロンを含むことを特徴とする、請求項１に記載の発光装置。
【請求項４】
前記蛍光体は、α型サイアロンを含むことを特徴とする、請求項１に記載の発光装置。
【請求項５】
前記蛍光体は、Ｅｕが付活されたＣａＡｌＳｉＮ３を含むことを特徴とする、請求項１に記載の発光装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかに記載の発光装置を含んで構成されることを特徴とする、照明装置。
【請求項７】
請求項１〜５の何れかに記載の発光装置を含んで構成されることを特徴とする、画像表示装置。
【請求項１】
発光光源と波長変換部材とを含む発光装置であって、
上記波長変換部材は、上記発光光源より発生する近紫外から青色光を吸収し、蛍光を発生する１種類以上の柱状蛍光体粒子を含み、
少なくとも上記１種類の柱状蛍光体粒子結晶方位分布の偏りは、上記発光装置の断面を電子後方散乱回折像法によって解析した下記（１）式で表される配向指数を、５％以上１５％以下とすることを特徴とする、発光装置。
配向指数（％）＝（（柱状の形状を有する蛍光体粒子の底面に相当する結晶面±３０°の結晶方位を有する粒子の断面積）／（柱状の形状を有する蛍光体粒子の断面積））×１００％） （１）
【請求項２】
前記発光光源は、３００ｎｍ〜５００ｎｍの波長の光を発生する発光ダイオードチップであることを特徴とする、請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記蛍光体は、β型サイアロンを含むことを特徴とする、請求項１に記載の発光装置。
【請求項４】
前記蛍光体は、α型サイアロンを含むことを特徴とする、請求項１に記載の発光装置。
【請求項５】
前記蛍光体は、Ｅｕが付活されたＣａＡｌＳｉＮ３を含むことを特徴とする、請求項１に記載の発光装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかに記載の発光装置を含んで構成されることを特徴とする、照明装置。
【請求項７】
請求項１〜５の何れかに記載の発光装置を含んで構成されることを特徴とする、画像表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１２４３９３（Ｐ２０１１−１２４３９３Ａ）
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８１０１５（Ｐ２００９−２８１０１５）
【出願日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【出願人】（０００００３２９６）電気化学工業株式会社 (1,539)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【出願人】（０００００３２９６）電気化学工業株式会社 (1,539)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]