CN104103743A - 发光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施方式涉及一种发光装置，其具备发出峰值波长为425nm～465nm的光的发光元件、发出峰值波长为485nm～530nm的光的第1荧光体、发出峰值波长比第1荧光体长的光的第2荧光体和发出比峰值波长第2荧光体长的光的第3荧光体。而且在将发光元件的峰值波长规定为λ0（nm）、将第1荧光体的峰值波长规定为λ1（nm）的情况下，满足30≤λ1－λ0≤70。

Description

发光装置
技术领域
本发明涉及发光装置。
本申请基于2013年4月3日提出的日本专利申请第2013-078015号并主张其优先权，在此引用其内容。
背景技术
采用发光二极管（Light Emitting Diode：LED）的发光装置主要由作为激发光源的LED芯片和荧光体的组合而构成。而且通过该组合能够实现各式各样的色彩的发光。
在发白色光的白色LED发光装置中，例如，采用发蓝色光的蓝色LED和荧光体的组合。作为荧光体，主要使用蓝色的补色即黄色荧光体，作为伪白色光（pseudo-white light）LED使用。除此以外，还有组合发蓝色光的蓝色LED和选自绿色荧光体、黄色荧光体、红色荧光体中的2种以上荧光体而成的白色LED。
对于白色发光装置，为了再现接近自然光的颜色，希望实现高的演色性，特别是高的平均演色评价指数（Ra）。
发明内容
本发明要解决的课题是提供一种具有高演色性的发光装置。
实施方式的发光装置具备发出峰值波长为425nm～465nm的光的发光元件、发出峰值波长为485nm～530nm的光的第1荧光体、发出峰值波长比第1荧光体长的光的第2荧光体和发出峰值波长比第2荧光体长的光的第3荧光体。而且，在将发光元件的峰值波长规定为λ0（nm）、将第1荧光体的峰值波长规定为λ1（nm）的情况下，满足30≤λ1－λ0≤70。
根据上述构成，可提供一种具有高演色性的发光装置。
附图说明
图1是第1实施方式的发光装置的示意剖视图。
图2是表示第1实施方式的发光装置的发光光谱的模拟结果的图示。
图3是表示第1实施方式的发光装置的Ra和流明当量的波长依赖性的图示。
图4是表示第1实施方式的蓝色LED的峰值波长λ0和绿色荧光体的峰值波长λ1的关系的图示。
图5是第2实施方式的发光装置的示意剖视图。
具体实施方式
本说明书中，所谓发光元件和荧光体的峰值波长，是指在发光元件或荧光体所发的光的分布中光强度达到最大的波长。此外，所谓峰值强度，是指峰值波长下的光强度。再者，峰值波长和光强度可采用公知的光谱分析器或光功率计等进行测定。
以下，使用附图对实施方式进行说明。
（第1实施方式）
本实施方式的发光装置具备发出峰值波长为425nm～465nm的光的发光元件、发出峰值波长为485nm～530nm的光的第1荧光体、发出峰值波长比第1荧光体长的光的第2荧光体和发出峰值波长比第2荧光体长的光的第3荧光体。在将发光元件的峰值波长规定为λ0（nm）、将第1荧光体的峰值波长规定为λ1（nm）的情况下，满足30≤λ1－λ0≤70。
图1是本实施方式的发光装置的示意剖视图。该发光装置10是发白色光的白色发光装置。特别是发光色为色温在4600K～5400K的中性白（neutral white color）的白色发光装置（白色LED）。
白色发光装置10具备基板12，该基板12具有用于安装发光元件的平面。作为基板12，例如可使用高反射材料。
而且作为发出峰值波长为425nm～465nm的光的发光元件14，例如，将蓝色LED安装在基板12的平面上。蓝色LED例如通过金丝16与基板12上的未图示的布线连接。然后，经由该布线从外部向蓝色LED供给驱动电流，从而蓝色LED发生激发用蓝色光。
蓝色LED例如是将发光层规定为GaInN的AlGaInN系LED。
在发光元件14上，设有由半球形状的透明树脂构成的元件密封透明层18。透明树脂例如为硅树脂。
另外，为了覆盖元件密封透明层18，形成有与平面垂直的断面上的外周形状为半圆状的第1荧光体层20。在第1荧光体层20含有第3荧光体，该第3荧光体将从发光元件14射出的光作为激发光，发出峰值波长为580nm以上且低于660nm的光。
第3荧光体为红色荧光体。第1荧光体层20例如通过将红色荧光体的粒子例如分散在透明的硅树脂中而形成。第1荧光体层20吸收从蓝色LED发生的蓝色光而变换为红色光。
为了覆盖第1荧光体层20，形成有与平面垂直的断面上的外周形状为半圆状的第2荧光体层22。第2荧光体层22含有第2荧光体，该第2荧光体将从发光元件14射出的光作为激发光，发出比第1荧光体的峰值波长短的峰值波长的光。
第2荧光体为黄色荧光体。第2荧光体层22例如通过将黄色荧光体的粒子例如分散在透明的硅树脂中而形成。第2荧光体层22吸收从蓝色LED发生的蓝色光而变换为黄色光。第2荧光体所发出的峰值波长为大于530nm且低于580nm。
为了覆盖第2荧光体层22，形成有与平面垂直的断面上的外周形状为半圆状的第3荧光体层24。在第3荧光体层24含有第1荧光体，该第1荧光体将从发光元件14射出的光作为激发光，发出比第1及第2荧光体的峰值波长短的峰值波长的光。
第1荧光体为绿色荧光体。第3荧光体层24例如通过将绿色荧光体的粒子例如分散在透明的硅树脂中而形成。第3荧光体层24吸收从蓝色LED发生的蓝色光而变换为绿色光。第1荧光体所发出的峰值波长为485nm～530nm。
再者，在将发光元件的峰值波长规定为λ0（nm）、将第1荧光体的峰值波长规定为λ1（nm）的情况下，满足30≤λ1－λ0≤70。
第2荧光体发出峰值波长比第1荧光体长的光，第3荧光体发出峰值波长比第2荧光体长的光。
本实施方式的白色发光装置10通过具备上述构成，可实现平均演色系数（Ra）为95以上的优良的演色性。
图2是表示本实施方式的发光装置的发光光谱的模拟结果的一个例子的图示。模拟以实测的蓝色LED的光谱和实测的由蓝色LED激发的各荧光体的光谱为基础，将光谱进行加算来进行。
相对于给出的蓝色LED的光谱，使绿色荧光体的峰值波长变化，以合计的光谱的色度达到5000K的中性白（Cx＝0.3452、Cy＝0.3517）的方式调整各荧光体的峰值强度比。
图2为从蓝色LED发出的激发光的峰值波长λ0为445nm的情况。在此种情况下，绿色荧光体（第1荧光体）的峰值波长λ1为490nm，黄色荧光体（第2荧光体）的峰值波长为550nm，红色荧光体（第3荧光体）的峰值波长为630nm。此外，黄色荧光体的峰面积相对于黄色荧光体和绿色荧光体的峰面积之和的比（黄色荧光体峰面积/（黄色荧光体峰面积＋绿色荧光体峰面积），以下简记为Y/（Y＋G）比）为0.60。在此种情况下，流明当量为271lm/W，Ra为98。再者，峰面积是指通过将重叠的峰分离成各自的成分而算出的面积。
图3是表示本实施方式的发光装置的Ra和流明当量的波长依赖性的图示。流明当量是发光效率的理论值。
图3示出了绿色荧光体（第1荧光体）的峰值波长λ1为490nm的情况。将黄色荧光体（第2荧光体）的峰值波长规定为550nm，将红色荧光体（第3荧光体）的峰值波长规定为630nm。而且是以如下的方式进行模拟的结果：即更换蓝色LED的峰值波长λ0，并对于各个峰值波长λ0使Y/（Y＋G）比变化，从而使色度达到5000K的中性白。再者，也调整红色荧光体的峰面积相对于黄色荧光体和绿色荧光体的峰面积之和的比，使合计的光谱的色度达到5000K的中性白（Cx＝0.3452、Cy＝0.3517）。
再者，只要黄色荧光体（第2荧光体）的峰值波长在530nm以上且低于580nm的范围，红色荧光体（第3荧光体）的峰值波长在580nm以上且低于660nm的范围，Ra的变化就小，所以将黄色荧光体（第2荧光体）的峰值波长固定在550nm，将红色荧光体（第3荧光体）的峰值波长固定在630nm。也就是说，由于黄色荧光体（第2荧光体）具有比较宽的半峰宽，所以波长变动对Ra的影响小。此外，特别是在色温为4600K～5400K的范围，由于只少量地使用红色荧光体（第3荧光体），所以波长变动对Ra的影响小。
再者，在发光元件和绿色荧光体的峰值波长满足上述条件时，从提高Ra的观点出发，优选黄色荧光体（第2荧光体）的峰值波长为535nm～565nm。此外，基于同样的理由，优选红色荧光体（第3荧光体）的峰值波长为615nm～645nm。
在图3中，在被黒框围住的区域可实现Ra为95以上的高演色性。通过使绿色荧光体（第1荧光体）的峰值波长λ1变化而进行与图3所示结果同样的模拟，求出在各自的情况下Ra达到95以上的条件。
图4是表示实现Ra为95以上时的蓝色LED的峰值波长λ0和绿色荧光体的峰值波长λ1的关系的图示。虚线为λ1－λ0＝k的直线。
如图4所示，通过满足30≤λ1－λ0≤70的关系，可实现95以上的Ra。此时，为0.15≤Y/（Y＋G）≤0.70。
此外，优选满足38≤λ1－λ0≤57、且λ0≤455的关系。通过满足该关系，可实现96以上的Ra。此时，为0.30≤Y/（Y＋G）≤0.70。
此外，更优选满足43≤λ1－λ0≤52、且λ0≤455的关系。通过满足该关系，可实现97以上的Ra。此时，为0.50≤Y/（Y＋G）≤0.65。
此外，本实施方式的第1荧光体例如是含有硅（Si）、铝（Al）、锶（Sr）的氧氮化物荧光体，即所谓赛隆荧光体（Sialon phosphor）。该荧光体具备与Sr3Si13Al3O2N21的晶体结构实质上相同的晶体结构，用Eu激活。
本实施方式的第1荧光体（绿色荧光体）的化学组成用下述通式（1）表示。
（M1－x1ECx1）3－y1Al3＋z1Si13－z1O2＋u1N21－w1   （1）
式中，M为Sr，Sr的一部分也可以用选自Ba、Ca及Mg之中的至少一种置换。
EC是选自Eu、Ce、Mn、Tb、Yb、Dy、Sm、Tm、Pr、Nd、Pm、Ho、Er、Cr、Sn、Cu、Zn、As、Ag、Cd、Sb、Au、Hg、Tl、Pb、Bi及Fe之中的元素。
x1、y1、z1、u1、w1满足以下的关系。
0＜x1≤1、
－0.1≤y1≤0.3、
－3≤z1≤1、
－3＜u1－w1≤1.5、
0＜2＋u1、
0＜21－w1。
通过使用含有硅（Si）、铝（Al）、锶（Sr）的氧氮化物荧光体作为第1荧光体，容易实现上述发光元件及各荧光体的峰值波长的范围。此外，容易实现高的发光效率。
此外，本实施方式的第2荧光体（黄色荧光体）例如是含有硅（Si）、铝（Al）、锶（Sr）的氧氮化物荧光体，即所谓赛隆荧光体。该荧光体具备与Sr2Si7Al3ON13的晶体结构实质上相同的晶体结构，用Ce激活。
本实施方式的第2荧光体的化学组成用下述通式（2）表示。
（M1－x2Cex2）2yAlzSi10－zOuNw   （2）
式中，M为Sr，Sr的一部分也可以用选自Ba、Ca及Mg中的至少一种置换。
x2、y、z、u及w满足以下的关系。
0＜x2≤1、
0.8≤y≤1.1、
2≤z≤3.5、
0＜u≤1、
1.8≤z－u、
0＜w、
13≤u＋w≤15。
通过采用含有硅（Si）、铝（Al）、锶（Sr）的氧氮化物荧光体作为第2荧光体，容易实现高的发光效率。
此外，本实施方式的第3荧光体例如是含有硅（Si）、铝（Al）、锶（Sr）的氧氮化物荧光体，即所谓赛隆荧光体。该荧光体具备与Sr2Si7Al3ON13的晶体结构实质上相同的晶体结构，用Eu激活。
本实施方式的第3荧光体（红色荧光体）的化学组成用下述通式（3）表示。
（M1－x3ECx3）aSibAlOcNd   （3）
式中，M为Sr，Sr的一部分也可以用选自Ba、Ca及Mg中的至少一种置换。
EC为选自Eu、Ce、Mn、Tb、Yb、Dy、Sm、Tm、Pr、Nd、Pm、Ho、Er、Cr、Sn、Cu、Zn、As、Ag、Cd、Sb、Au、Hg、Tl、Pb、Bi及Fe之中的元素。
x3、a、b、c、d满足以下的关系。
0＜x3＜0.4、
0.55＜a＜0.80、
2＜b＜3、
0＜c≤0.6、
4＜d＜5。
通过采用含有硅（Si）、铝（Al）、锶（Sr）的氧氮化物荧光体作为第3荧光体，容易实现高的发光效率。
根据本实施方式的发光装置，可实现具备高演色性的白色发光装置。此外，由于使用蓝色LED作为激发光源，所以紫外成分非常少。因此，可抑制由紫外光造成的发光装置的构成部件的劣化，可实现可靠性高的发光装置。
（第2实施方式）
本实施方式的发光装置除了第1、第2及第3荧光体被混合包含在树脂中以外，与第1实施方式相同。所以，对于与第1实施方式重复的内容，在此省略说明。
图5是本实施方式的发光装置的示意剖视图。该发光装置50是发出白色光的白色发光装置。特别是发光色为色温在4600K～5400K的中性白的白色发光装置（白色LED）。
发光装置50为了覆盖元件密封透明层18，形成有与平面垂直的断面上的外周形状为半圆状的荧光体层30。荧光体层30例如通过将第1荧光体（绿色荧光体）、第2荧光体（黄色荧光体）、第3荧光体（红色荧光体）的粒子混合分散于例如透明的硅树脂中而形成。
本实施方式的发光装置50在同一树脂层内混合含有第1、第2及第3荧光体。所以，与第1实施方式相比，容易形成荧光体层30。
在本实施方式的发光装置中，优选第1、第2及第3荧光体都是含有硅（Si）、铝（Al）、锶（Sr）的氧氮化物荧光体，即所谓赛隆荧光体。通过将第1、第2及第3荧光体都规定为赛隆荧光体，各荧光体粒子的形状或重量接近，形成荧光体层30时的荧光体粒子的分散性及分散后的均匀性提高。所以，可实现具备均匀的发光分布的白色发光装置。
在实施方式中，以采用将发光层规定为GaInN的AlGaInN系LED的情况为例进行了说明。能够使用采用III-V族化合物半导体即氮化铝镓铟（AlGaInN）或II-VI族化合物半导体即氧化镁锌（MgZnO）等作为发光层（活性层）的LED。
例如，作为发光层使用的III-V族化合物半导体是含有选自Al、Ga及In之中的至少1种的氮化物半导体。该氮化物半导体具体地说，是表示为AlxGayIn（1－x－y）N（0≤x≤1、0≤y≤1、0≤（x＋y）≤1）的半导体。在这样的氮化物半导体中，可含有AlN、GaN及InN的二元系、AlxGa（1－x）N（0＜x＜1）、AlxIn（1－x）N（0＜x＜1）及GayIn（1－y）N（0＜y＜1）的三元系、进一步含有上述全部的四元系中的任一个。可基于Al、Ga及In的组成x、y、（1－x－y）决定从紫外到蓝的范围的发光峰值波长。此外，能够将III族元素的一部分置换为硼（B）、铊（Tl）等。另外，也能够将V族元素的N的一部分置换为磷（P）、砷（As）、锑（Sb）、铋（Bi）等。
同样，用作发光层的II－VI族化合物半导体可以是含有Mg及Zn中的至少1种的氧化物半导体。具体地说，有时表示为MgzZn（1－z）O（0≤z≤1），基于Mg及Zn的组成z、（1－z），决定紫外区域的发光峰值波长。
此外，作为荧光层的透明基体材料，以硅树脂为例进行了说明，但也能够使用激发光的透过性高、且耐热性高的任意的材料。作为这样的材料，例如除硅树脂以外，还可使用环氧树脂、脲醛树脂、氟树脂、丙烯酸树脂、聚酰亚胺树脂等。特别是，由于容易得到、容易使用、而且廉价，所以优选使用环氧树脂或硅树脂。此外，除树脂以外，也可使用玻璃、烧结体等。
以上，对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子提示的，并不有意限定本发明的范围。发光装置还能够以其它多种方式实施，在不脱离发明要旨的范围内，能够进行多种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形都包含在本发明的范围和精神内，同时包含在附加的权利要求书和其均等的范围内。

Claims (16)

1.一种发光装置，其特征在于，具备：
发出峰值波长为425nm～465nm的光的发光元件、
发出峰值波长为485nm～530nm的光的第1荧光体、
发出峰值波长比所述第1荧光体长的光的第2荧光体、
发出峰值波长比所述第2荧光体长的光的第3荧光体；
在将所述发光元件的峰值波长规定为λ0、将所述第1荧光体的峰值波长规定为λ1的情况下，满足30≤λ1－λ0≤70，λ0和λ1的单位为nm。
2.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述第1、第2及第3荧光体是含有硅（Si）、铝（Al）、锶（Sr）的氧氮化物荧光体。
3.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，发出色温为4600K～5400K的光。
4.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，在将所述发光元件的峰值波长规定为λ0、将所述第1荧光体的峰值波长规定为λ1的情况下，满足38≤λ1－λ0≤57，λ0和λ1的单位为nm。
5.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述第1、第2及第3荧光体被混合包含在树脂中。
6.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述第2荧光体的峰值波长为530nm以上且低于580nm，所述第3荧光体的峰值波长为580nm以上且低于660nm。
7.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述第2荧光体的峰值波长为535nm～565nm，所述第3荧光体的峰值波长为615nm以上且低于645nm。
8.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述第2荧光体的峰面积相对于所述第2荧光体和所述第1荧光体的峰面积之和的比为0.15～0.70。
9.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，满足38≤λ1－λ0≤57、且λ0≤455，所述第2荧光体的峰面积相对于所述第2荧光体和所述第1荧光体的峰面积之和的比为0.30～0.70。
10.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，满足43≤λ1－λ0≤52，且λ0≤455，所述第2荧光体的峰面积相对于所述第2荧光体和所述第1荧光体的峰面积之和的比为0.50～0.65。
11.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，
所述第1荧光体具备与Sr3Si13Al3O2N21的晶体结构实质上相同的晶体结构，用Eu激活；
所述第2荧光体具备与Sr2Si7Al3ON13的晶体结构实质上相同的晶体结构，用Ce激活；
所述第3荧光体具备与Sr2Si7Al3ON13的晶体结构实质上相同的晶体结构，用Eu激活。
12.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述第1荧光体的化学组成用下述通式（1）表示：
（M1－x1ECx1）3－y1Al3＋z1Si13－z1O2＋u1N21－w1  （1）
式（1）中，M为Sr、或者为Sr和选自Ba、Ca及Mg之中的元素，
EC为选自Eu、Ce、Mn、Tb、Yb、Dy、Sm、Tm、Pr、Nd、Pm、Ho、Er、Cr、Sn、Cu、Zn、As、Ag、Cd、Sb、Au、Hg、Tl、Pb、Bi及Fe之中的元素，
x1、y1、z1、u1、w1满足以下的关系：
0＜x1≤1、
－0.1≤y1≤0.3、
－3≤z1≤1、
－3＜u1－w1≤1.5、
0＜2＋u1、
0＜21－w1。
13.根据权利要求12所述的发光装置，其特征在于，所述第2荧光体的化学组成用下述通式（2）表示：
（M1－x2Cex2）2yAlzSi10－zOuNw   （2）
式（2）中，M为Sr、或者为Sr和选自Ba、Ca及Mg之中的元素，
x2、y、z、u及w满足以下的关系：
0＜x2≤1、
0.8≤y≤1.1、
2≤z≤3.5、
0＜u≤1、
1.8≤z－u、
0＜w、
13≤u＋w≤15。
14.根据权利要求13所述的发光装置，其特征在于，所述第3荧光体的化学组成用下述通式（3）表示：
（M1－x3ECx3）aSibAlOcNd   （3）
式（3）中，M为Sr、或者为Sr和选自Ba、Ca及Mg之中的元素，
EC为选自Eu、Ce、Mn、Tb、Yb、Dy、Sm、Tm、Pr、Nd、Pm、Ho、Er、Cr、Sn、Cu、Zn、As、Ag、Cd、Sb、Au、Hg、Tl、Pb、Bi及Fe之中的元素，
x3、a、b、c、d满足以下的关系：
0＜x3＜0.4、
0.55＜a＜0.80、
2＜b＜3、
0＜c≤0.6、
4＜d＜5。
15.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，进一步具备第3荧光体层、设在所述发光元件与所述第3荧光体层之间的第2荧光体层、设在所述发光元件与所述第2荧光体层之间的第1荧光体层；
所述第3荧光体层含有所述第1荧光体，所述第2荧光体层含有所述第2荧光体，所述第1荧光体层含有所述第3荧光体。
16.根据权利要求11所述的发光装置，其特征在于，所述第1、第2及第3荧光体被混合包含在树脂中。
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