黄色蛍光体及びこれを用いた白色発光装置
【課題】赤色波長部分が補強された黄色蛍光体及びこれを用いた白色発光装置を提供する。
【解決手段】本発明による黄色蛍光体は、Mx(Al、Ga)5O12:Cey、Euzの化学式を有し、上記化学式において、MはTb、Y、Gd、La及びSmから成る群より少なくとも一つ選択され、x、y、zは2.4≦x≦2.998、0.001≦y≦0.3、0.001≦z≦0.3である。
【解決手段】本発明による黄色蛍光体は、Mx(Al、Ga)5O12:Cey、Euzの化学式を有し、上記化学式において、MはTb、Y、Gd、La及びSmから成る群より少なくとも一つ選択され、x、y、zは2.4≦x≦2.998、0.001≦y≦0.3、0.001≦z≦0.3である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、黄色蛍光体及びこれを用いた白色発光装置に関し、特に赤色波長部分が補強されることにより優れた演色指数と色再現性を実現する黄色蛍光体及びこれを用いた白色発光装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、発光ダイオード(LED:Light Emiting Diode)がLCDディスプレイのバックライト(backlight)光源及び次世代照明用光源として注目を浴びている。特に、LEDを用いた白色発光装置が集中的に研究されており、高品質で高効率の白色発光装置を実現するために、LED構造自体に対する研究と共に多様な蛍光体に対する研究が行われている。
【0003】
LEDを用いて白色発光装置を実現する方法中、現在普遍的に使用している方法は、青色LEDの上に黄色蛍光体を塗布する方法である。その黄色蛍光体としては、YAG:Ce、TAG:Ceまたは珪酸塩蛍光体が主に使用されている。特に、YAG:CeまたはTAG:CeはCeの発光特性を利用した優れた蛍光体として、青色光を励起光に使用する。しかし、このような従来の黄色蛍光体は黄色発光部分の単一スペクトラムのみを有しており、赤色波長部分の補強を要する。
【0004】
図1は、従来の黄色蛍光体、特にTAG:Ce蛍光体の発光スペクトラムを示すグラフである。図1を参照すると、従来のTAG:Ce蛍光体は600nm以上の赤色波長領域では特に脆弱な発光強度を示す。従って、赤色LEDチップとTAG:Ceから成る黄色蛍光体を用いて優れた演色指数を得るためには、赤色波長部分が補強されるべきである。
【0005】
このような赤色波長部分の脆弱性を補強するために、黄色蛍光体に赤色蛍光体を添加する方法が研究されている。しかし、2種蛍光体を使用する方法は発光特性の減少をもたらす。また、2種蛍光体の互いに異なる密度により、2種の蛍光体がモールディング樹脂内で不均一に分布してしまう。従って、赤色波長部分が十分に補強された黄色蛍光体が要求される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、上記した問題点を解決するためのものであり、本発明の目的は優れた演色指数を実現できるように赤色波長部分の補強された黄色蛍光体を提供することである。
【0007】
本発明の他の目的は、上記黄色蛍光体を用いることで優れた演色指数及び色再現性を実現する白色発光装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上述した技術的課題を達成するために、本発明による黄色蛍光体は、Mx(Al、Ga)5O12:Cey、Euzの化学式を有し、上記化学式において、MはTb、Y、Gd、La及びSmから成る群より少なくとも一つ選択され、x、y、zは2.4≦x≦2.998、0.001≦y≦0.3、0.001≦z≦0.3である。
【0009】
本発明の一実施形態によると、上記蛍光体は、TAG:Ce、Eu(Tb3−y−zAl5O12:Cey、Euz)の化学式を有する。この場合、上記蛍光体内のCeの含量は1乃至10モール%(即ち、0.01≦y≦0.1)であることができる。また、上記蛍光体内のCe含量が1乃至10モール%である場合、Euの含量は1乃至10モール%(即ち、0.01≦z≦0.1)であることができる。他の実施例として、上記蛍光体はYAG:Ce、Eu(Y3−y−zAl5O12:Cey、Euz)の化学式を有することができる。
【0010】
本発明によると、Euは上記蛍光体の赤色波長部分を補強する不活性剤として作用する。上記蛍光体内のEu含量が大きくなるほど、Euにより赤色波長部分において補強される効果は相対的に大きくなる。一方、上記蛍光体内のCe含量が大きくなるほど、Euによる赤色波長部分の補強効果は相対的に小さくなる。従って、上記蛍光体のCe含量とEu含量を適切に制御することによって、赤色波長部分を十分補強することができる。
【0011】
本発明の他の目的を達成するために、本発明による白色発光装置は、青色光源と、上記青色光源の上に分布した黄色蛍光体を含み、上記黄色蛍光体はMx(Al、Ga)5O12:Cey、Euzの化学式を有し、上記化学式において、MはTb、Y、Gd、La及びSmから成る群より少なくとも一つ選択され、x、y、zは2.4≦x≦2.998、0.001≦y≦0.3、0.001≦z≦0.3である。
【0012】
一実施形態によると、上記白色発光装置内の上記黄色蛍光体はTAG:Ce、Euの化学式を有する。他の実施形態として、上記白色発光装置の上記黄色蛍光体は、YAG:Ce、Euの化学式を有することができる。
【0013】
本発明の好ましき実施形態によると、上記青色光源は、青色LEDである。この場合、上記青色LEDは420乃至480nmのピーク放出波長を有することができる。上記白色発光装置は、上記青色LEDの上に形成されたモールディング物質をさらに含み、上記黄色蛍光体は上記モールディング物質に分散していることがあり得る。上記モールディング物質では、エポキシ樹脂、シリコン樹脂またはエポキシとシリコンのハイブリッド樹脂を使用することができる。他の方案として、青色LEDの代わりに青色発光ランプなどの他種類の青色光源を使用することもできる。
【0014】
本発明によると、黄色蛍光体自体によって、従来脆弱していた赤色波長部分を補強できるようになる。これにより、別の赤色蛍光体を使用する必要なく黄色蛍光体のみでも優れた演色指数及び色再現性を有する白色発光装置を実現可能となる。
【発明の効果】
【0015】
本発明による黄色蛍光体によれば、赤色波長部分が適切に補強された発光スペクトラムを得るようになる。したがって、上記黄色蛍光体を利用すると、優れた演色指数及び色再現性を有する白色発光装置を実現できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳しく説明する。以下で説明する実施形態は例示的なものであり、本発明において外れない限り多様な変形例、修正例が可能である。
【0017】
図2乃至図5は、活性剤であるCeが1モール%含有されているTAG:Ce、Eu蛍光体等の発光スペクトラムを示す。特に、青色LEDへの適用性を確認するために、この発光スペクトラム等は460nm波長の励起光を利用して得たものである。
【0018】
先ず、図2は不活性剤であるEuが7モール%含有されたTAG:Ce、Eu蛍光体の発光スペクトラムを示す。図2を参照すると、図1に示された従来のTAG:Ce蛍光体と異なって、赤色波長領域にEu不活性剤による発光ピーク(peaks)が形成される。即ち、図2の発光スペクトラム(TAG:Ce、Euのスペクトラム)は、従来のTAG:Ceのスペクトラム(点線)にEu発光ピーク等が加えられた形態を示す。約591nm、597nm、610nm、631nm、696nm及び710nmにおいてEuによる発光ピーク等が形成される。Eu発光波長(Eu発光ピークが形成された波長)に形成されたEu発光ピークは黄色蛍光体の赤色部分を補強する役目を果たす。
【0019】
図3乃至図5は、各々不活性剤であるEuが5モール%、3モール%及び1モール%含有されたTAG:Ce、Eu蛍光体の発光スペクトラムを示す。図3乃至図5に示されているように、不活性剤であるEuの含量が異なっても、Eu発光波長は略差異がない。従って、図3乃至図5の実施形態でも、約591nm、597nm、610nm、631nm、696nm及び710nmにおいてEu発光波長が形成され赤色波長部分を補強している。
【0020】
図2乃至図5に示されているように、Ce活性剤の含量が一定に(特に、Ceの含量を1モール%に)固定された場合、Eu不活性剤の含量が小さいほどEu発光波長の強度は相対的に小くなる。従って、図2乃至図5のうち、特に図2の場合(Ceが1モール%、Euが7モール%の場合)、Euによる赤色部分の補強効果が最も大きく奏される。
【0021】
図6乃至図9は、活性剤であるCeが3モール%に含有されているTAG:Ce、Eu蛍光体等の発光スペクトラムを示す。特に、図6乃至図9は各々Euが7モール%、5モール%、3モール%及び1モール%含有されたTAG:Ce、Eu蛍光体の発光スペクトラムを示す。図6乃至図9の実施形態でも、赤色波長部分においてEu発光波長が形成される。図2乃至図5と同じく、図6乃至図9でも約591nm、597nm、610nm、631nm、696nm及び710nmにおいてEu発光波長が形成される。この実施形態でも、Ceの含量が一定である場合(Ceの含量は3モール%)、Euの含量が小くなるほどEu発光波長の強度は相対的に小くなる。
【0022】
図10乃至図13は、活性剤であるCeが5モール%含有されているTAG:Ce、Eu蛍光体等の発光スペクトラムを示す。特に、図10乃至図11は各々Euが7モール%、5モール%、3モール%及び1モール%含有されたTAG:Ce、Eu蛍光体の発光スペクトラムを示す。図10乃至図13に示されているように、Ceの含量が一定である場合(Ceの含量は5モール%である)、Euの含量が小くなるほどEu発光波長の強度は相対的に小くなる。
【0023】
図2乃至図5の発光スペクトラム(Ceの含量が1モール%である)と、図6乃至図9の発光スペクトラム(Ceの含量が3モール%である)と、図10乃至図13の発光スペクトラム(Ceの含量が5モール%である)を相互比較してみると、TAG:Ce黄色蛍光体にEu不活性剤を添加することで、固有の波長値(591nm、597nm、610nm、631nm、696nm及び710nm)でEu発光波長が形成されることが分かる。
【0024】
また、Ceの含量が一定である場合、Euの含量が増加するほどEu発光波長の強度は増加する。即ち、Euの含量が増加するほど赤色波長部分を補強する効果も増加することが分かる。これに加えて、Ceの含量が増加するほどEu不活性剤によるEu発光波長の相対的な強度(TAG:Ce、Eu蛍光体全体強度と対比したEu発光波長の相対的強度)は減少し、これにより赤色部分の補強効果が減少する。したがって、TAG:Ce、Eu蛍光体のCe含量とEu含量を調節することによって、最適の色再現性を実現するように赤色波長部分を適切に補強することが可能となる。
【0025】
図14は、TAG:Ce蛍光体の発光強度に対するTAG:Ce、Eu蛍光体の相対的な発光強度を示すグラフである。特に図14はCe及びEuの含量によるTAG:Ce、Euの相対的な強度(TAG:Ceに対比したTAG:Ce、Euの相対的な発光強度)の変化を示している。
【0026】
図14を参照すると、同一なCe含量においてEu含量が増加するほどTAG:Ce、Eu蛍光体のEu発光波長の相対的強度(つまり、赤色波長部分の補強程度)は増加することが分かる。例えば、Ceの含量が3モール%と一定である場合、(TAG:Ceに対比した)3モール%EuにおけるEu発光波長の相対的強度は約10%であり、5モール%EuにおけるEu発光波長の相対的強度は約25%である。
【0027】
また、活性剤であるCeの含量が増加するほどTAG:Ce、Eu蛍光体のEu発光波長の相対的強度(つまり、赤色波長部分の補強程度)は減少することが分かる。例えば、Euの含量が5モール%である場合、1モール%CeにおけるEu発光波長の相対的強度は約50%であり、5モール%CeにおけるEu発光波長の相対的強度は約10%である。これは、Ceの含量が増加するほどEu発光波長の実際強度に比べてCe活性剤による実際強度はより大きくなるからである。
【0028】
従って、Eu含量の増加及び/またはCe含量の減少により、Eu発光波長の相対的強度(つまり、赤色波長部分の補強程度)を高めることができる。これと反対に、Eu含量の減少及び/またはCe含量の増加により、Eu発光波長の相対的強度(つまり、赤色波長部分の補強程度)を低めることができる。このように、本発明によると、活性剤であるCeと不活性剤であるEu含量の適切な調節によって最適の色再現性が得られるように赤色波長部分の補強程度を制御することができる。特に、黄色蛍光体としての特性を維持しながらも赤色波長部分の十分な補強のためには、Ceの含量は1モール%乃至30モール%であり、Euの含量は1モール%乃至30モール%である。
【0029】
図15は、青色LEDにTAG:Ce、Eu黄色蛍光体を適用した白色発光装置の発光スペクトラムを示す。図15の発光スペクトラムを得るために、GaN系青色LEDの上にTAG:Ce、Eu蛍光体が分散したモールディング樹脂を塗布した。図15のスペクトラムにおいて左側の部分に表されている発光ピークは、LEDチップから出射された青色光の発光ピークを示す。図15に示されているように、TAG:Ce、Euを青色LEDに適用した場合にも、TAG:Ce、Eu自体の発光スペクトラム(図2乃至図13参照)と同じく、赤色波長領域に該当する約591nm、597nm、610nm、631nm、696nm及び710nmにおいてEu発光波長が観察される。このように白色発光装置においてTAG:Ce、Eu蛍光体を使用することによって、赤色波長部分に改善された発光スペクトラムを得ることが可能となる。
【0030】
TAG:Ce、Eu蛍光体を製造するために固相法を利用することができる。具体的には、テルビウム(Tb)原料としてTb4O7を使用し、アルミニウム原料としてAl2O3、セリウム原料としてCeO2、ユウロピウム(Eu)原料としてEu2O3を使用することができる。これと異なって、各元素の原料として、酸化物の代りに窒化物、塩化物、硫化物または水酸化物を使用することもできる。融剤としては、BaF2、LiFまたはH3BO3などを使用することができる。上記原料と融剤をアルコール及び水化物に分散させた後、この分散物を撹拌して適切に混合した混合物を得る。その後、アルコールと水化物を蒸発させ、H2及びN2ガス雰囲気の1000乃至1700℃の高温で一定時間加熱して上記蒸発した結果物を還元させる。これにより、TAG:Ce、Eu蛍光体が得られる。
【0031】
前述した実施形態では、黄色蛍光体としてTAG:Ce、Euのみを言及したが、本発明がこれに限定されるものではない。TAG:Ce、Euと同様にYAG:Ce、Eu黄色蛍光体を用いる場合には、不活性剤であるEuによる赤色波長部分の補強効果を得ることができる。本発明によると、赤色波長部分の補強効果を得るためにMx(Al、Ga)5O12:Cey、Euzの化学式(ここで、MはTb、Y、Gd、La及びSmから成る群より少なくとも一つ選択され、x、y、zは2.4≦x≦2.998、0.001≦y≦0.3、0.001≦z≦0.3である)を有する黄色蛍光体を利用することができる。このような蛍光体が青色光源(特に、青色LED)に適用されることによって、優れた発光特性を有する白色発光装置を実現できるようになる。
【0032】
図16は本発明の一実施形態による白色発光装置の断面図である。図16を参照すると、発光装置100はケーシング101の凹部に青色LED108が配置されている。上記青色LED108には420乃至480nmの青色光を発するガリウム窒化物系LEDを使用することができる。ケーシング101の凹部の側面は反射面を形成する。ケーシング101に設けられた端子電極102は、ボンディングワイヤ109を介して青色LED108と接続するようになる。LED108の上には、LED108を封止するモールディング樹脂が形成されている。このモールディング樹脂では、エポキシ樹脂、シリコン樹脂またはエポキシとシリコンのハイブリッド樹脂を用いることができる。
【0033】
上記モールディング樹脂105には、本発明による(赤色波長部分が適切に補強された)黄色蛍光体(A)が分散している。例えば、上記黄色蛍光体(A)にはTAG:Ce、Euを用いることができる。このように青色LEDに本発明による黄色蛍光体を用いることで、従来問題となった脆弱した赤色波長部分が補強される。結局、白色発光装置100の演色指数と色再現性が改善される。
【0034】
図16の実施形態では、青色光源として青色LEDを使用しているが、発明がこれに限定されるものではない。青色LEDの外にも、例えば青色発光ランプなどを使用しても良い。
【0035】
本発明は、上述した実施形態及び添付された図面によって限定されるものではなく、請求範囲に記載された本発明の技術的思想を外れない範囲内において多様な形態の置換、変形及び変更が可能であることは当該技術分野の通常の知識を有する者にとって自明である。
【図面の簡単な説明】
【0036】
【図1】従来の黄色蛍光体の発光スペクトラムを示すグラフである。
【図2】本発明の実施形態による黄色蛍光体の発光スペクトラムを示すグラフである。
【図3】本発明の実施形態による黄色蛍光体の発光スペクトラムを示すグラフである。
【図4】本発明の実施形態による黄色蛍光体の発光スペクトラムを示すグラフである。
【図5】本発明の実施形態による黄色蛍光体の発光スペクトラムを示すグラフである。
【図6】本発明の他の実施形態による黄色蛍光体の発光スペクトラムを示すグラフである。
【図7】本発明の他の実施形態による黄色蛍光体の発光スペクトラムを示すグラフである。
【図8】本発明の他の実施形態による黄色蛍光体の発光スペクトラムを示すグラフである。
【図9】本発明の他の実施形態による黄色蛍光体の発光スペクトラムを示すグラフである。
【図10】本発明のさらに他の実施形態による黄色蛍光体の発光スペクトラムを示すグラフである。
【図11】本発明のさらに他の実施形態による黄色蛍光体の発光スペクトラムを示すグラフである。
【図12】本発明のさらに他の実施形態による黄色蛍光体の発光スペクトラムを示すグラフである。
【図13】本発明のさらに他の実施形態による黄色蛍光体の発光スペクトラムを示すグラフである。
【図14】TAG:Ce蛍光体の発光強度に対するTAG:Ce、Eu蛍光体の相対的な発光強度を示すグラフである。
【図15】本発明の一実施形態による黄色蛍光体を利用した発光装置の発光スペクトラムを示すグラフである。
【図16】本発明の一実施形態による白色発光装置の断面図である。
【符号の説明】
【0037】
100 白色発光装置
101 ケーシング
102 端子電極
105 モールディング樹脂
108 青色LED
109 ボンディングワイヤ
A 黄色蛍光体
【技術分野】
【0001】
本発明は、黄色蛍光体及びこれを用いた白色発光装置に関し、特に赤色波長部分が補強されることにより優れた演色指数と色再現性を実現する黄色蛍光体及びこれを用いた白色発光装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、発光ダイオード(LED:Light Emiting Diode)がLCDディスプレイのバックライト(backlight)光源及び次世代照明用光源として注目を浴びている。特に、LEDを用いた白色発光装置が集中的に研究されており、高品質で高効率の白色発光装置を実現するために、LED構造自体に対する研究と共に多様な蛍光体に対する研究が行われている。
【0003】
LEDを用いて白色発光装置を実現する方法中、現在普遍的に使用している方法は、青色LEDの上に黄色蛍光体を塗布する方法である。その黄色蛍光体としては、YAG:Ce、TAG:Ceまたは珪酸塩蛍光体が主に使用されている。特に、YAG:CeまたはTAG:CeはCeの発光特性を利用した優れた蛍光体として、青色光を励起光に使用する。しかし、このような従来の黄色蛍光体は黄色発光部分の単一スペクトラムのみを有しており、赤色波長部分の補強を要する。
【0004】
図1は、従来の黄色蛍光体、特にTAG:Ce蛍光体の発光スペクトラムを示すグラフである。図1を参照すると、従来のTAG:Ce蛍光体は600nm以上の赤色波長領域では特に脆弱な発光強度を示す。従って、赤色LEDチップとTAG:Ceから成る黄色蛍光体を用いて優れた演色指数を得るためには、赤色波長部分が補強されるべきである。
【0005】
このような赤色波長部分の脆弱性を補強するために、黄色蛍光体に赤色蛍光体を添加する方法が研究されている。しかし、2種蛍光体を使用する方法は発光特性の減少をもたらす。また、2種蛍光体の互いに異なる密度により、2種の蛍光体がモールディング樹脂内で不均一に分布してしまう。従って、赤色波長部分が十分に補強された黄色蛍光体が要求される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、上記した問題点を解決するためのものであり、本発明の目的は優れた演色指数を実現できるように赤色波長部分の補強された黄色蛍光体を提供することである。
【0007】
本発明の他の目的は、上記黄色蛍光体を用いることで優れた演色指数及び色再現性を実現する白色発光装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上述した技術的課題を達成するために、本発明による黄色蛍光体は、Mx(Al、Ga)5O12:Cey、Euzの化学式を有し、上記化学式において、MはTb、Y、Gd、La及びSmから成る群より少なくとも一つ選択され、x、y、zは2.4≦x≦2.998、0.001≦y≦0.3、0.001≦z≦0.3である。
【0009】
本発明の一実施形態によると、上記蛍光体は、TAG:Ce、Eu(Tb3−y−zAl5O12:Cey、Euz)の化学式を有する。この場合、上記蛍光体内のCeの含量は1乃至10モール%(即ち、0.01≦y≦0.1)であることができる。また、上記蛍光体内のCe含量が1乃至10モール%である場合、Euの含量は1乃至10モール%(即ち、0.01≦z≦0.1)であることができる。他の実施例として、上記蛍光体はYAG:Ce、Eu(Y3−y−zAl5O12:Cey、Euz)の化学式を有することができる。
【0010】
本発明によると、Euは上記蛍光体の赤色波長部分を補強する不活性剤として作用する。上記蛍光体内のEu含量が大きくなるほど、Euにより赤色波長部分において補強される効果は相対的に大きくなる。一方、上記蛍光体内のCe含量が大きくなるほど、Euによる赤色波長部分の補強効果は相対的に小さくなる。従って、上記蛍光体のCe含量とEu含量を適切に制御することによって、赤色波長部分を十分補強することができる。
【0011】
本発明の他の目的を達成するために、本発明による白色発光装置は、青色光源と、上記青色光源の上に分布した黄色蛍光体を含み、上記黄色蛍光体はMx(Al、Ga)5O12:Cey、Euzの化学式を有し、上記化学式において、MはTb、Y、Gd、La及びSmから成る群より少なくとも一つ選択され、x、y、zは2.4≦x≦2.998、0.001≦y≦0.3、0.001≦z≦0.3である。
【0012】
一実施形態によると、上記白色発光装置内の上記黄色蛍光体はTAG:Ce、Euの化学式を有する。他の実施形態として、上記白色発光装置の上記黄色蛍光体は、YAG:Ce、Euの化学式を有することができる。
【0013】
本発明の好ましき実施形態によると、上記青色光源は、青色LEDである。この場合、上記青色LEDは420乃至480nmのピーク放出波長を有することができる。上記白色発光装置は、上記青色LEDの上に形成されたモールディング物質をさらに含み、上記黄色蛍光体は上記モールディング物質に分散していることがあり得る。上記モールディング物質では、エポキシ樹脂、シリコン樹脂またはエポキシとシリコンのハイブリッド樹脂を使用することができる。他の方案として、青色LEDの代わりに青色発光ランプなどの他種類の青色光源を使用することもできる。
【0014】
本発明によると、黄色蛍光体自体によって、従来脆弱していた赤色波長部分を補強できるようになる。これにより、別の赤色蛍光体を使用する必要なく黄色蛍光体のみでも優れた演色指数及び色再現性を有する白色発光装置を実現可能となる。
【発明の効果】
【0015】
本発明による黄色蛍光体によれば、赤色波長部分が適切に補強された発光スペクトラムを得るようになる。したがって、上記黄色蛍光体を利用すると、優れた演色指数及び色再現性を有する白色発光装置を実現できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳しく説明する。以下で説明する実施形態は例示的なものであり、本発明において外れない限り多様な変形例、修正例が可能である。
【0017】
図2乃至図5は、活性剤であるCeが1モール%含有されているTAG:Ce、Eu蛍光体等の発光スペクトラムを示す。特に、青色LEDへの適用性を確認するために、この発光スペクトラム等は460nm波長の励起光を利用して得たものである。
【0018】
先ず、図2は不活性剤であるEuが7モール%含有されたTAG:Ce、Eu蛍光体の発光スペクトラムを示す。図2を参照すると、図1に示された従来のTAG:Ce蛍光体と異なって、赤色波長領域にEu不活性剤による発光ピーク(peaks)が形成される。即ち、図2の発光スペクトラム(TAG:Ce、Euのスペクトラム)は、従来のTAG:Ceのスペクトラム(点線)にEu発光ピーク等が加えられた形態を示す。約591nm、597nm、610nm、631nm、696nm及び710nmにおいてEuによる発光ピーク等が形成される。Eu発光波長(Eu発光ピークが形成された波長)に形成されたEu発光ピークは黄色蛍光体の赤色部分を補強する役目を果たす。
【0019】
図3乃至図5は、各々不活性剤であるEuが5モール%、3モール%及び1モール%含有されたTAG:Ce、Eu蛍光体の発光スペクトラムを示す。図3乃至図5に示されているように、不活性剤であるEuの含量が異なっても、Eu発光波長は略差異がない。従って、図3乃至図5の実施形態でも、約591nm、597nm、610nm、631nm、696nm及び710nmにおいてEu発光波長が形成され赤色波長部分を補強している。
【0020】
図2乃至図5に示されているように、Ce活性剤の含量が一定に(特に、Ceの含量を1モール%に)固定された場合、Eu不活性剤の含量が小さいほどEu発光波長の強度は相対的に小くなる。従って、図2乃至図5のうち、特に図2の場合(Ceが1モール%、Euが7モール%の場合)、Euによる赤色部分の補強効果が最も大きく奏される。
【0021】
図6乃至図9は、活性剤であるCeが3モール%に含有されているTAG:Ce、Eu蛍光体等の発光スペクトラムを示す。特に、図6乃至図9は各々Euが7モール%、5モール%、3モール%及び1モール%含有されたTAG:Ce、Eu蛍光体の発光スペクトラムを示す。図6乃至図9の実施形態でも、赤色波長部分においてEu発光波長が形成される。図2乃至図5と同じく、図6乃至図9でも約591nm、597nm、610nm、631nm、696nm及び710nmにおいてEu発光波長が形成される。この実施形態でも、Ceの含量が一定である場合(Ceの含量は3モール%)、Euの含量が小くなるほどEu発光波長の強度は相対的に小くなる。
【0022】
図10乃至図13は、活性剤であるCeが5モール%含有されているTAG:Ce、Eu蛍光体等の発光スペクトラムを示す。特に、図10乃至図11は各々Euが7モール%、5モール%、3モール%及び1モール%含有されたTAG:Ce、Eu蛍光体の発光スペクトラムを示す。図10乃至図13に示されているように、Ceの含量が一定である場合(Ceの含量は5モール%である)、Euの含量が小くなるほどEu発光波長の強度は相対的に小くなる。
【0023】
図2乃至図5の発光スペクトラム(Ceの含量が1モール%である)と、図6乃至図9の発光スペクトラム(Ceの含量が3モール%である)と、図10乃至図13の発光スペクトラム(Ceの含量が5モール%である)を相互比較してみると、TAG:Ce黄色蛍光体にEu不活性剤を添加することで、固有の波長値(591nm、597nm、610nm、631nm、696nm及び710nm)でEu発光波長が形成されることが分かる。
【0024】
また、Ceの含量が一定である場合、Euの含量が増加するほどEu発光波長の強度は増加する。即ち、Euの含量が増加するほど赤色波長部分を補強する効果も増加することが分かる。これに加えて、Ceの含量が増加するほどEu不活性剤によるEu発光波長の相対的な強度(TAG:Ce、Eu蛍光体全体強度と対比したEu発光波長の相対的強度)は減少し、これにより赤色部分の補強効果が減少する。したがって、TAG:Ce、Eu蛍光体のCe含量とEu含量を調節することによって、最適の色再現性を実現するように赤色波長部分を適切に補強することが可能となる。
【0025】
図14は、TAG:Ce蛍光体の発光強度に対するTAG:Ce、Eu蛍光体の相対的な発光強度を示すグラフである。特に図14はCe及びEuの含量によるTAG:Ce、Euの相対的な強度(TAG:Ceに対比したTAG:Ce、Euの相対的な発光強度)の変化を示している。
【0026】
図14を参照すると、同一なCe含量においてEu含量が増加するほどTAG:Ce、Eu蛍光体のEu発光波長の相対的強度(つまり、赤色波長部分の補強程度)は増加することが分かる。例えば、Ceの含量が3モール%と一定である場合、(TAG:Ceに対比した)3モール%EuにおけるEu発光波長の相対的強度は約10%であり、5モール%EuにおけるEu発光波長の相対的強度は約25%である。
【0027】
また、活性剤であるCeの含量が増加するほどTAG:Ce、Eu蛍光体のEu発光波長の相対的強度(つまり、赤色波長部分の補強程度)は減少することが分かる。例えば、Euの含量が5モール%である場合、1モール%CeにおけるEu発光波長の相対的強度は約50%であり、5モール%CeにおけるEu発光波長の相対的強度は約10%である。これは、Ceの含量が増加するほどEu発光波長の実際強度に比べてCe活性剤による実際強度はより大きくなるからである。
【0028】
従って、Eu含量の増加及び/またはCe含量の減少により、Eu発光波長の相対的強度(つまり、赤色波長部分の補強程度)を高めることができる。これと反対に、Eu含量の減少及び/またはCe含量の増加により、Eu発光波長の相対的強度(つまり、赤色波長部分の補強程度)を低めることができる。このように、本発明によると、活性剤であるCeと不活性剤であるEu含量の適切な調節によって最適の色再現性が得られるように赤色波長部分の補強程度を制御することができる。特に、黄色蛍光体としての特性を維持しながらも赤色波長部分の十分な補強のためには、Ceの含量は1モール%乃至30モール%であり、Euの含量は1モール%乃至30モール%である。
【0029】
図15は、青色LEDにTAG:Ce、Eu黄色蛍光体を適用した白色発光装置の発光スペクトラムを示す。図15の発光スペクトラムを得るために、GaN系青色LEDの上にTAG:Ce、Eu蛍光体が分散したモールディング樹脂を塗布した。図15のスペクトラムにおいて左側の部分に表されている発光ピークは、LEDチップから出射された青色光の発光ピークを示す。図15に示されているように、TAG:Ce、Euを青色LEDに適用した場合にも、TAG:Ce、Eu自体の発光スペクトラム(図2乃至図13参照)と同じく、赤色波長領域に該当する約591nm、597nm、610nm、631nm、696nm及び710nmにおいてEu発光波長が観察される。このように白色発光装置においてTAG:Ce、Eu蛍光体を使用することによって、赤色波長部分に改善された発光スペクトラムを得ることが可能となる。
【0030】
TAG:Ce、Eu蛍光体を製造するために固相法を利用することができる。具体的には、テルビウム(Tb)原料としてTb4O7を使用し、アルミニウム原料としてAl2O3、セリウム原料としてCeO2、ユウロピウム(Eu)原料としてEu2O3を使用することができる。これと異なって、各元素の原料として、酸化物の代りに窒化物、塩化物、硫化物または水酸化物を使用することもできる。融剤としては、BaF2、LiFまたはH3BO3などを使用することができる。上記原料と融剤をアルコール及び水化物に分散させた後、この分散物を撹拌して適切に混合した混合物を得る。その後、アルコールと水化物を蒸発させ、H2及びN2ガス雰囲気の1000乃至1700℃の高温で一定時間加熱して上記蒸発した結果物を還元させる。これにより、TAG:Ce、Eu蛍光体が得られる。
【0031】
前述した実施形態では、黄色蛍光体としてTAG:Ce、Euのみを言及したが、本発明がこれに限定されるものではない。TAG:Ce、Euと同様にYAG:Ce、Eu黄色蛍光体を用いる場合には、不活性剤であるEuによる赤色波長部分の補強効果を得ることができる。本発明によると、赤色波長部分の補強効果を得るためにMx(Al、Ga)5O12:Cey、Euzの化学式(ここで、MはTb、Y、Gd、La及びSmから成る群より少なくとも一つ選択され、x、y、zは2.4≦x≦2.998、0.001≦y≦0.3、0.001≦z≦0.3である)を有する黄色蛍光体を利用することができる。このような蛍光体が青色光源(特に、青色LED)に適用されることによって、優れた発光特性を有する白色発光装置を実現できるようになる。
【0032】
図16は本発明の一実施形態による白色発光装置の断面図である。図16を参照すると、発光装置100はケーシング101の凹部に青色LED108が配置されている。上記青色LED108には420乃至480nmの青色光を発するガリウム窒化物系LEDを使用することができる。ケーシング101の凹部の側面は反射面を形成する。ケーシング101に設けられた端子電極102は、ボンディングワイヤ109を介して青色LED108と接続するようになる。LED108の上には、LED108を封止するモールディング樹脂が形成されている。このモールディング樹脂では、エポキシ樹脂、シリコン樹脂またはエポキシとシリコンのハイブリッド樹脂を用いることができる。
【0033】
上記モールディング樹脂105には、本発明による(赤色波長部分が適切に補強された)黄色蛍光体(A)が分散している。例えば、上記黄色蛍光体(A)にはTAG:Ce、Euを用いることができる。このように青色LEDに本発明による黄色蛍光体を用いることで、従来問題となった脆弱した赤色波長部分が補強される。結局、白色発光装置100の演色指数と色再現性が改善される。
【0034】
図16の実施形態では、青色光源として青色LEDを使用しているが、発明がこれに限定されるものではない。青色LEDの外にも、例えば青色発光ランプなどを使用しても良い。
【0035】
本発明は、上述した実施形態及び添付された図面によって限定されるものではなく、請求範囲に記載された本発明の技術的思想を外れない範囲内において多様な形態の置換、変形及び変更が可能であることは当該技術分野の通常の知識を有する者にとって自明である。
【図面の簡単な説明】
【0036】
【図1】従来の黄色蛍光体の発光スペクトラムを示すグラフである。
【図2】本発明の実施形態による黄色蛍光体の発光スペクトラムを示すグラフである。
【図3】本発明の実施形態による黄色蛍光体の発光スペクトラムを示すグラフである。
【図4】本発明の実施形態による黄色蛍光体の発光スペクトラムを示すグラフである。
【図5】本発明の実施形態による黄色蛍光体の発光スペクトラムを示すグラフである。
【図6】本発明の他の実施形態による黄色蛍光体の発光スペクトラムを示すグラフである。
【図7】本発明の他の実施形態による黄色蛍光体の発光スペクトラムを示すグラフである。
【図8】本発明の他の実施形態による黄色蛍光体の発光スペクトラムを示すグラフである。
【図9】本発明の他の実施形態による黄色蛍光体の発光スペクトラムを示すグラフである。
【図10】本発明のさらに他の実施形態による黄色蛍光体の発光スペクトラムを示すグラフである。
【図11】本発明のさらに他の実施形態による黄色蛍光体の発光スペクトラムを示すグラフである。
【図12】本発明のさらに他の実施形態による黄色蛍光体の発光スペクトラムを示すグラフである。
【図13】本発明のさらに他の実施形態による黄色蛍光体の発光スペクトラムを示すグラフである。
【図14】TAG:Ce蛍光体の発光強度に対するTAG:Ce、Eu蛍光体の相対的な発光強度を示すグラフである。
【図15】本発明の一実施形態による黄色蛍光体を利用した発光装置の発光スペクトラムを示すグラフである。
【図16】本発明の一実施形態による白色発光装置の断面図である。
【符号の説明】
【0037】
100 白色発光装置
101 ケーシング
102 端子電極
105 モールディング樹脂
108 青色LED
109 ボンディングワイヤ
A 黄色蛍光体
【特許請求の範囲】
【請求項1】
Mx(Al、Ga)5O12:Cey、Euzの化学式を有し、
前記化学式において、MはTb、Y、Gd、La及びSmから成る群より少なくとも一つ選択され、x、y、zは2.4≦x≦2.998、0.001≦y≦0.3、0.001≦z≦0.3であることを特徴とする、黄色蛍光体。
【請求項2】
前記化学式は、TAG:Ce、Euであることを特徴とする、請求項1に記載の黄色蛍光体。
【請求項3】
Ceの含量は、1乃至10モール%であることを特徴とする、請求項2に記載の黄色蛍光体。
【請求項4】
Euの含量は、1乃至10モール%であることを特徴とする、請求項3に記載の黄色蛍光体。
【請求項5】
前記化学式は、YAG:Ce、Euであることを特徴とする、請求項1に記載の黄色蛍光体。
【請求項6】
青色光源と、
前記青色光源の上に分布された黄色蛍光体を含み、
前記黄色蛍光体はMx(Al、Ga)5O12:Cey、Euzの化学式を有し、
前記化学式において、MはTb、Y、Gd、La及びSmから成る群より少なくとも一つ選択され、x、y、zは2.4≦x≦2.998、0.001≦y≦0.3、0.001≦z≦0.3であることを特徴とする、白色発光装置。
【請求項7】
前記黄色蛍光体は、TAG:Ce、Euの化学式を有することを特徴とする、請求項6に記載の白色発光装置。
【請求項8】
前記黄色蛍光体は、YAG:Ce、Euの化学式を有することを特徴とする、請求項6に記載の白色発光装置。
【請求項9】
前記青色光源は、青色LEDであることを特徴とする、請求項6に記載の白色発光装置。
【請求項10】
前記青色LEDは、420乃至480nmのピーク放出波長を有することを特徴とする、請求項9に記載の白色発光装置。
【請求項11】
前記青色LEDの上に形成されたモールディング物質をさらに含み、
前記黄色蛍光体は前記モールディング物質に分散していることを特徴とする、請求項9に記載の白色発光装置。
【請求項12】
前記モールディング物質は、エポキシ樹脂、シリコン樹脂またはエポキシとシリコンのハイブリッド樹脂であることを特徴とする、請求項11に記載の白色発光装置。
【請求項1】
Mx(Al、Ga)5O12:Cey、Euzの化学式を有し、
前記化学式において、MはTb、Y、Gd、La及びSmから成る群より少なくとも一つ選択され、x、y、zは2.4≦x≦2.998、0.001≦y≦0.3、0.001≦z≦0.3であることを特徴とする、黄色蛍光体。
【請求項2】
前記化学式は、TAG:Ce、Euであることを特徴とする、請求項1に記載の黄色蛍光体。
【請求項3】
Ceの含量は、1乃至10モール%であることを特徴とする、請求項2に記載の黄色蛍光体。
【請求項4】
Euの含量は、1乃至10モール%であることを特徴とする、請求項3に記載の黄色蛍光体。
【請求項5】
前記化学式は、YAG:Ce、Euであることを特徴とする、請求項1に記載の黄色蛍光体。
【請求項6】
青色光源と、
前記青色光源の上に分布された黄色蛍光体を含み、
前記黄色蛍光体はMx(Al、Ga)5O12:Cey、Euzの化学式を有し、
前記化学式において、MはTb、Y、Gd、La及びSmから成る群より少なくとも一つ選択され、x、y、zは2.4≦x≦2.998、0.001≦y≦0.3、0.001≦z≦0.3であることを特徴とする、白色発光装置。
【請求項7】
前記黄色蛍光体は、TAG:Ce、Euの化学式を有することを特徴とする、請求項6に記載の白色発光装置。
【請求項8】
前記黄色蛍光体は、YAG:Ce、Euの化学式を有することを特徴とする、請求項6に記載の白色発光装置。
【請求項9】
前記青色光源は、青色LEDであることを特徴とする、請求項6に記載の白色発光装置。
【請求項10】
前記青色LEDは、420乃至480nmのピーク放出波長を有することを特徴とする、請求項9に記載の白色発光装置。
【請求項11】
前記青色LEDの上に形成されたモールディング物質をさらに含み、
前記黄色蛍光体は前記モールディング物質に分散していることを特徴とする、請求項9に記載の白色発光装置。
【請求項12】
前記モールディング物質は、エポキシ樹脂、シリコン樹脂またはエポキシとシリコンのハイブリッド樹脂であることを特徴とする、請求項11に記載の白色発光装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【公開番号】特開2007−126670(P2007−126670A)
【公開日】平成19年5月24日(2007.5.24)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−300496(P2006−300496)
【出願日】平成18年11月6日(2006.11.6)
【出願人】(591003770)三星電機株式会社 (982)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成19年5月24日(2007.5.24)
【国際特許分類】
【出願日】平成18年11月6日(2006.11.6)
【出願人】(591003770)三星電機株式会社 (982)
【Fターム(参考)】
[ Back to top ]