专利名称：白色发光装置以及使用该白色发光装置的车辆用灯具的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于车辆用灯具的白色发光装置以及使用该白色发光装置的车辆用 灯具。更为详细而言，涉及使用半导体发光元件和利用该半导体发光元件的光高效地激发 而发光的荧光体，能够以高的发光强度发出可见度高的白色光的白色发光装置以及使用该 白色发光装置的车辆用灯具，其中，白色光处在用于车辆用灯具的白色光源的色度的规定 范围内。
背景技术：
近年来，作为寿命长且消耗电力少的白色发光装置，这样的白色发光装置备受瞩 目将发出蓝色光的发光二极管(LED)、激光二极管(LD)等半导体发光元件和以它们为激 发光源的荧光体组合，作为合成光谱得到基于从两者得到的发光的加色混合的白色发光。 作为该白色发光装置的用途，期待利用于车辆用灯具特别是车辆用前照灯的白色光源(参 照专利文献1)在此，车辆用灯具的白色光源，根据色度规定，要求发光光谱处于规定的色度坐标 (cx, cy)的范围内，例如，根据JIS :D5500，要求处于图6的色度图所示的区域A的范围内。区域A通过下列式子表示。<车辆用前照灯的白色光源的色度规定(JIS :D5500) >黄色方向 cx彡0.50蓝色方向 cx彡0.31绿色方向 cy 彡 0. 44 及 cy 彡 0. 15+0. 64cx紫色方向cy ^ 0. 50+0. 75cx 及 cy 彡 0. 382作为能够以高的发光强度发出符合所述色度规定的白色光的白色发光装置的例 子，已知这样的发光装置(参照专利文献2)将在蓝色波长域(420 490nm)具有发光峰 值波长的InCaN系的半导体发光元件以及在510 600nm之间具有发光峰值波长的铈激活 的钇铝石榴石(YAG)系的黄色发光荧光体组合而实现白色发光。专利文献1 (日本)专利申请公开2004-095480号公报专利文献2 (日本)专利第3503139号公报但是，组合了发出蓝色光的半导体发光元件和黄色荧光体的白色发光装置可再现 的色度范围，可通过将半导体发光元件发出的蓝色光的色度坐标和荧光体发出的黄色光的 色度坐标连结的直线近似地表示，并且，通过调整两者的发光强度，能够得到该直线上的任 意的色度坐标的光。图6的色度图所示的直线L是此种直线的一例，是表示利用将发光峰值波长为 450nm的蓝色半导体发光元件和主波长(K $少 > 卜波長)为572nm的黄色荧光体组合而 成的白色发光装置可再现的色度范围的直线。在此，对于人的眼睛感受亮度的可见度而言，由于黄色光比蓝色光高出约20倍， 所以，在将蓝色光和黄色光加色混合的白色光的情况下，即使是同样的发光强度，黄色光成分多的白色光使人的眼睛觉得明亮。这表示对于所述直线L上的各色度坐标的光而言， 如果发光强度相同，则靠近黄色荧光体一侧的光使人的眼睛觉得明亮。另外，在所述区域 A(车辆用灯具的白色光源的色度规定)的范围内，可见度最高的色度坐标为区域A的黄色 荧光体侧边界线和所述直线L的交叉点X。因此，如果在所述区域A(车辆用灯具的白色光源的色度规定)的范围内追求白色 光的可见度的高度，则需要以使交叉点X的坐标更加靠近黄色荧光体侧(图6中X’侧)的 方式选择半导体光元件的发光色和荧光体的发光色。具体而言，在将半导体发光元件的发光峰值波长设为450nm左右的情况下，所述 交叉点X的坐标成为可见度高的范围的就是黄色荧光体的主波长为575 590nm的范围。但是，在目前已知的将发出蓝色光的半导体发光元件和YAG系荧光体组合的白色 发光装置中，由于还未知在主波长为575 590nm的范围内得到高发光强度的YAG系荧光 体，因此，能够以高的发光强度发出可见度高的白色光的白色发光装置难以实现。
发明内容
本发明是鉴于以上情况而做出的，其目的在于，提供一种白色发光装置以及使用 该白色发光装置的车辆用灯具，该白色发光装置使用半导体发光元件和利用该半导体发光 元件的光高效地激发而发光的荧光体，能够以高的发光强度发出可见度高的白色光，该白 色光处在用于车辆用灯具的白色光源的色度的规定范围内。为了解决上述课题，本发明的发明者经过多次研究重新发现由通式 Sr1^yBaxSi2O2N2 :Eu2+y 表示且该通式中的 χ 为 0. 3<x<1.0 的范围、y 为 0. 03 < y < 0. 3 的范围、x+y为x+y < 1. 0的范围的荧光体，在370 480nm的波长域被高效地激发，能够以 高的发光强度发出含有大量黄色成分的可见光，通过使用该种荧光体构成白色发光装置， 直至完成了本发明。S卩，本发明第一方面提供一种白色发光装置，用于车辆用灯具，其特征在于，具有 在370 480nm的波长域具有发光光谱的峰值的半导体发光元件以及被所述半导体发光 元件发出的光激发而发出可见光的至少一种以上的荧光体，作为所述荧光体，具有由通式 Sivx_yBaxSi202N2:Eu2+y(其中，χ 为 0. 3 < χ < 1. 0 的范围，y 为 0. 03 < y < 0. 3 的范围，x+y 为x+y < 1. 0的范围)表示的荧光体。所述白色发光装置所具备的所述荧光体，如果上述通式中的χ在0. 3 < χ < 0. 90 的范围，y在0. 05 < y < 0. 25的范围，x+y在x+y < 0. 98的范围，则可以得到高的光束。另外，只要发出可见光，对于所述荧光体的发光光谱就不做特别限定，但是，为了 得到可见度高的色温低的暖色系白色光，优选所述荧光体的发光光谱的主波长为567 590nm，更优选为575 590nm的波长域。另外，从演色性的观点来看，所述荧光体的发光光谱优选的峰值波长为540 590nm，更优选为575 590nm的波长域，半幅值为80nm以上。另外，所述荧光体优选如下制得将SrC03、BaCO3> SiO2及Eu2O3的混合物在还原氛 围中进行一次烧结而制造出铕激活的正硅酸盐(-一 Π 々Λ付活Θ才Jl V硅酸塩)，将 该铕激活的正位硅酸盐作为前体，将该前体、Si3N4及NH4Cl的混合物在还原氛围中进行二 次烧结。这样制得的所述荧光体能够显示良好的绿 橙色的发光。
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只要在370 480nm的波长域具有发光光谱的峰值，对于所述半导体发光元件就 不做特别限定，但是，从所述荧光体的激发波长域的观点看，优选发光光谱的峰值在430 470nm的波长域，作为适宜的例子，可列举450nm附近的波长域的发光特性好的InGaN系 LED。本发明第二方面提供一种车辆用灯具，其特征在于，将所述白色发光装置作为光 源使用。本发明的白色发光装置能够以高输出发出演色性高且适合于作为车辆用前照灯 的光源规定的色度的白色光。另外，在将这种白色发光装置作为光源使用的车辆用灯具中， 也能够得到同样的效果。
图1是本发明实施方式的白色发光装置1的示意剖面图；图2是表示荧光体1的发光光谱(实线)及比较用荧光体1的发光光谱(虚线) 的图；图3是表示荧光体1的激发光谱(实线)及比较用荧光体1的激发光谱(虚线) 的图；图4是表示各荧光体的色度坐标及使用这些荧光体的白色发光装置的可再现的 色度范围等的色度图；图5是表示本发明实施例1的发光光谱(实线)及比较例1的发光光谱(虚线) 的图；图6是表示将发出蓝色光的半导体发光元件和黄色荧光体组合的白色发光装置 可再现的色度范围的色度图。符号说明1发光装置2 基板3a电极(阳极)3b电极(阴极)4半导体发光元件5固定部件6接合线7荧光层
具体实施例方式下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。本发明不受以下说明中的示 例等的任何限定。图1是本发明实施方式的白色发光装置1的示意剖面图。如图1所示，白色发光 装置1在基板2上形成有一对电极3a(阳极)及3b (阴极)。在电极3a上通过固定部件
々 > 卜部材)5固定有半导体发光元件4。半导体发光元件4和电极3a通过所述固定 部件5通电，半导体发光元件4和电极3b通过接合线6通电。在半导体发光元件上形成有荧光层7。基板2优选由不具有导电性但热传导性高的材料形成，例如可使用陶瓷基板(氮 化铝基板、氧化铝基板、富铝红柱石基板、玻璃陶瓷基板)、玻璃环氧树脂基板等。电极3a及3b是由金或铜等金属材料形成的导电层。半导体发光元件4为用于本发明的白色发光装置的发光元件之一例，例如可使用 发出紫外线或者短波长可见光的LED、LD等。作为具体例，可列举InGaN系的化合物半导 体。InGaN系的化合物半导体因In的含有量不同而发光波长域发生变化。显示出若In的 含有量多，发光波长变为长波长，若In的含有量少，发光波长变为短波长的倾向。固定部件5例如是银膏等导电性粘接材料或金锡共晶焊料等，将半导体发光元件 4的下表面固定于电极3a上，将半导体发光元件4的下表面侧电极和基板2上的电极3a电 连接。接合线6是金接合线等导电部件，例如通过超声波热压接等与半导体发光元件4 的上表面侧电极及电极3b接合，将两者电连接。在荧光层7上，后述的荧光体通过粘合剂部件密封成覆盖半导体发光元件4的上 表面的膜状。这样的荧光层7例如可形成为，在液状或凝胶状的粘合剂部件上制作混入有 荧光体的荧光体膏后，将该荧光体膏涂敷于半导体发光元件4的上表面，之后使涂敷后的 荧光体膏的粘合剂部件固化。作为粘合剂部件可使用例如硅酮树脂、氟树脂等。使用于本发明的白色发光装置的荧光体是用通式Sri_x_yBaxSi202N2:Eu2+y(其中，χ 为0. 3 < χ < 1. 0，y为0. 03 < y < 0. 3，x+y为x+y < 1. 0的范围)表示的荧光体，例如可 如下得到。将SrC03、BaCO3> SiO2, Eu2O3的混合粉末在还原氛围中进行烧结，将铕激活的正硅 酸盐制作为前体。将该前体粉碎，加上Si3N4和NH4Cl,在还原氛围中烧结，由此能够得到本 发明的荧光体。在荧光层7上可混入具有与所述荧光体不同的发光特性的一种或者多种荧光体。 通过使这些荧光体的配合量变化，能够调整从白色发光装置得到的白色光的色度。另外，在荧光层7上也可以混入具有各种物性的除荧光体以外的物质。例如，通过 将折射率比金属氧化物、氟化合物、硫化物等粘合剂部件更高的物质混入荧光层7，能够提 高荧光层7的折射率。由此，得到如下效果使从半导体发光元件4产生的光入射荧光层7 时产生的全反射降低，提高激发光向荧光层7的取入效率的效果。进而，通过使混入的物质 粒径达到纳米尺寸，不使荧光层7的透明度降低，可以提高折射率。另外，也可以将氧化铝、氧化锆、氧化钛等的平均粒径为0. 3 2 μ m程度的白色粉 末作为光散射剂混入荧光层7。由此，能够防止发光面的亮度、色度不均。在上述白色发光装置1中，若对于电极3a、3b施加驱动电流，则半导体发光元件4 通电，半导体发光元件4朝向荧光层7照射包含蓝色光的固有波长域的光。该光的一部分 用于荧光层7内的荧光体的激发，剩余的光透过荧光层7而直接向外部照射。荧光体被来 自半导体发光元件4的光激发并照射固有波长域的光。通过将透过了荧光层7的来自半导 体发光元件4的光和荧光体发出的光加色混合而能够得到白色光。实施例下面，使用发光装置的实施例对上述白色发光装置1进行更具体的说明。下述的发光装置的原料、制造方法、荧光体的化学组成等的记载丝毫不限定本发明。首先，对于在本实施例的发光装置中使用的荧光体进行详细阐述。〈荧光体1>用Sra 425Baa 425Si2O2N2: Eu2+。. 15表示的荧光体。本荧光体1的制造工序如下首先，分别称量SrCO3 1. 321g、BaCO3 1. 766g、Eu2O3 0. 556g、SiO2 0. 632g,将各原 料投入到氧化铝研钵混合粉碎约20分钟，将该混合物放入到氧化铝坩埚并盖上盖，在还原 氛围 H2/N2(5/95)、1100°C的电炉中烧结 3 小时，得到前体 Sr。.85Ba。.85Si04:Eu2+。.30。接着，分别称量所述前体3. 289g、Si3N4 1. 403g，作为熔剂(7，夕夕》)的NH4Cl 0. 047g，将各原料投入到氧化铝研钵混合粉碎约20分钟，将该混合物放入到氧化铝坩埚并 盖上盖，在还原氛围H2/N2 (5/95)、1200 1400°C下烧结6小时，得到荧光体1。<荧光体2>用Sr0.05Baa75Si2O2N2: Eu2+0. 2 表示的荧光体。本荧光体2的制造工序如下首先，分别称量SrCO3 0. 114g、BaCO3 2. 277g、Eu2O3 0. 541g、SiO2 0. 462g，将各原 料投入到氧化铝研钵混合粉碎约20分钟，将该混合物放入到氧化铝坩埚并盖上盖，在还原 氛围H2/N2(5/95)、1100°C的电炉中烧结3小时，得到前体Sr^Ba^SiCVEu2+。」。接着，分别称量所述前体2. 451g，Si3N4 0. 935g，作为熔剂的NH4Cl 0. 034g,将各原 料投入到氧化铝研钵混合粉碎约20分钟，将该混合物放入到氧化铝坩埚并盖上盖，在还原 氛围H2/N2 (5/95)、1200 1400°C下烧结6小时，得到荧光体2。〈荧光体3>用Sra 225Baa 675Si2O2N2: Eu2+。, i 表示的荧光体。本荧光体3的制造工序如下首先，分别称量SrCO3 0. 51 lg, BaCO3 2. 049g、Eu2O3 0. 271g、SiO2 0. 462g，将各原 料投入到氧化铝研钵混合粉碎约20分钟，将该混合物放入到氧化铝坩埚并盖上盖，在还原 氛围H2/N2 (5/95)、1100°C的电炉中烧结3小时，得到前体Sr^BauSiC^Eu2+。」。接着，分别称量所述前体2. 315g、Si3N4 0. 935g，作为熔剂的NH4Cl 0. 03g,将各原 料投入到氧化铝研钵混合粉碎约20分钟，将该混合物放入到氧化铝坩埚并盖上盖，在还原 氛围H2/N2 (5/95)、1200 1400°C下6小时，得到荧光体3。<参考用荧光体1>作为参考用荧光体1，制作了用31~(|.9射202队工112+(|.(17表示的荧光体。该参考用荧光体1的制造工序如下首先，分别称量SrCO3 3. 051g、Eu2O3 0. 274g、SiO2 0. 668g，将各原料投入到氧 化铝研钵混合粉碎约20分钟，将该混合物放入到氧化铝坩埚并盖上盖，在还原氛围H2/ N2 (5/95)、1100°C的电炉中烧结3小时，得到前体SiY86SiO4:Eu2+Q.14。接着，分别称量所述前体2. 763g、Si3N4l. 402g、作为熔剂的NH4Cl 0. 04g，将各原料 投入到氧化铝研钵混合粉碎约20分钟，将该混合物放入到氧化铝坩埚并盖上盖，在还原氛 围H2/N2 (5/95)、1200 1400°C下烧结6小时，得到参考用荧光体1。〈参考用荧光体2>
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作为参考用荧光体2，制作了用Sr—Ba—SiAN^Eu2+。.表示的荧光体。该参考用荧光体2的制造工序如下首先，分别称量SrCO3 1. 517g、BaCO3 0. 759g、Eu2O3 0. 217g、SiO2 0. 462g,将各原 料投入到氧化铝研钵混合粉碎约20分钟，将该混合物放入到氧化铝坩埚并盖上盖，在还原 氛围 H2/N2 (5/95)、1100°C 的电炉中烧结 3 小时，得到前体 SiY34Baa5SiO4:Eu2+。. 16。接着，分别称量所述前体2. 106g、Si3N40. 935g、作为熔剂的NH4Cl 0. 03g，将各原料 投入到氧化铝研钵混合粉碎约20分钟，将该混合物放入到氧化铝坩埚并盖上盖，在还原氛 围H2/N2 (5/95)、1200 1400°C下烧结6小时，得到参考用荧光体2。<比较荧光体1>作为比较用荧光体1，使用铈激活的钇铝石榴石荧光体(化成才卜二 ” 7公司 产品:P46-Y3)。作为能够以高的发光强度发出符合这种色度规定的白色光的白色发光装置的例 子，已知这样的发光装置将在蓝色波长域(420 490nm)具有发光峰值波长的InGaN系的 半导体发光元件和在510 600nm之间具有发光峰值波长的铈激活的钇铝石榴石(YAG)系 的黄色荧光体组合而实现白色发光。该荧光体作为用蓝色波长域的光激发而发出黄色光的荧光体是已知的。<荧光体1 3的评价结果>下面，详述对荧光体1 3、参考用荧光体1 2及比较用荧光体1测定的450nm 激发下的各种发光特性。表1表示450nm激发下的各荧光体的积分发光强度比、色度坐标(cx，cy)及主波 长(nm)。另外，积分发光强度比作为将450nm激发下的比较用荧光体1的积分发光强度设 为100时的相对值来表示。[表 1]
权利要求
一种白色发光装置，用于车辆用灯具，其特征在于，具有半导体发光元件，其在370～480nm的波长域具有发光光谱的峰值；和至少一种以上的荧光体，其被所述半导体发光元件发出的光激发而发出可见光；所述荧光体由通式Sr1 x yBaxSi2O2N2:Eu2+y表示，所述通式中的x为0.3＜x＜1.0的范围，y为0.03＜y＜0.3的范围，x+y为x+y＜1.0的范围。
2.如权利要求1所述的白色发光装置，其特征在于，所述通式中的χ为0. 3 < χ < 0. 90的范围，y为0. 05 < y < 0. 25的范围，x+y为x+y < 0. 98的范围。
3.如权利要求1或2所述的白色发光装置，其特征在于，所述荧光体的发光光谱的主波长在567 590nm的波长域。
4.如权利要求3所述的白色发光装置，其特征在于，所述荧光体的发光光谱的主波长在575 590nm的波长域。
5.如权利要求1 4中任一项所述的白色发光装置，其特征在于，所述荧光体的发光光谱的峰值波长在540 595nm的波长域，半幅值在SOnm以上。
6.如权利要求5所述的白色发光装置，其特征在于，所述荧光体的发光光谱的峰值波长在575 590nm的波长域。
7.如权利要求1 6中任一项所述的白色发光装置，其特征在于，所述荧光体通过将SrC03、BaCO3> SiO2及Eu2O3的混合物在还原氛围中进行一次烧结而 制造出铕激活的正硅酸盐，并将该铕激活的正硅酸盐作为前体，将该前体、Si3N4及NH4Cl的 混合物在还原氛围中进行二次烧结而得到。
8.如权利要求1 7中任一项所述的白色发光装置，其特征在于，所述白色发光装置是所述半导体发光元件的峰值波长在430 470nm的波长域的 InGaN 系 LED。
9.一种车辆用灯具，其特征在于，以权利要求1 8中任一项所述的白色发光装置作为 光源。
全文摘要
本发明提供一种白色发光装置以及使用该白色发光装置的车辆用灯具，该白色发光装置使用半导体发光元件和利用该半导体发光元件的光高效地激发而发光的荧光体，能够以高的发光强度发出可见度高的白色光，该白色光处在用于车辆用灯具的白色光源的色度的规定范围内。发光装置具有在370～480nm的波长域具有发光光谱的峰值的半导体发光元件和被所述半导体发光元件发出的光激发而发出可见光的至少一种以上的荧光体，其中，所述荧光体由通式Sr1-x-yBaxSi2O2N2:Eu2+y表示，所述通式中的x为0.3＜x＜1.0的范围，y为0.03＜y＜0.3的范围，x+y为x+y＜1.0的范围。
文档编号H01L33/50GK101946336SQ200980105299
公开日2011年1月12日 申请日期2009年2月18日 优先权日2008年2月18日
发明者大长久芳, 宫本快畅, 尹奉九, 山元明, 水野正宣 申请人:株式会社小糸制作所