JP2005311136A

JP2005311136A - 発光装置

Info

Publication number: JP2005311136A
Application number: JP2004127249A
Authority: JP
Inventors: Keiji Shibata; 圭史柴田; Takao Hayashi; 隆夫林; Naoko Doi; 尚子土井
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2004-04-22
Filing date: 2004-04-22
Publication date: 2005-11-04

Abstract

【課題】
波長変換部における異なる蛍光体間での波長変換の繰り返しを防止することにより、発光装置の輝度を向上させることが可能な発光装置を提供すること。
【解決手段】
発光素子２と、この発光素子２からの光を２種類以上の蛍光体により波長変換する波長変換部２０とを備えた発光装置１において、波長変換部２０は複数の蛍光体層からなるとともに発光素子２からの光の進行方向に積層するように設けられてなり、波長変換部２０に含有される蛍光体のうち、ある１つの蛍光体の発光スペクトルが他の蛍光体の励起スペクトルと重なる場合には、それらの蛍光体はそれぞれ異なる蛍光体層に含有されてなるとともに、発光波長が長い方の蛍光体を含有する蛍光体層が発光素子２に近い側に設けられてなるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、波長変換部を備えた発光装置に関するものである。

従来より、発光素子から放射された光を複数の発光体により波長変換し、もとの発光素子の発光色とは別の色の光を得ることが可能な発光装置が知られている。（特許文献１）
特許文献１における発光装置では、紫外線を吸収して青色に発光する第１の蛍光体と、紫外線を吸収して黄色に発光する第２の蛍光体を混合、分散することにより紫外線発光素子の周囲に蛍光体層を形成し、紫外線発光素子から放射された光を白色光に変換するようにしている。
特開２００３−５１６２２公報

しかしながら、上記のように複数の蛍光体を混合、分散させた蛍光体層を用いる場合、例えば、第１の蛍光体の発光スペクトルが第２の蛍光体の励起スペクトルと重なるものであるとすると、発光素子から放射された光が第１の蛍光体によって波長変換された後に、この第１の蛍光体によって波長変換された光が第２の蛍光体によって再度波長変換されることになる。

ここで、蛍光体の波長変換効率は１００％ではないため、このように異なる蛍光体間で波長変換が繰り返されることは、波長変換部の波長変換効率を低下させる原因となるものであった。

本発明は、かかる事由に鑑みてなしたもので、その目的とするところは、波長変換部における異なる蛍光体間での波長変換の繰り返しを防止することにより、発光装置の輝度を向上させることが可能な発光装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明では、第１には、発光素子と、この発光素子からの光を２種類以上の蛍光体により波長変換する波長変換部とを備えた発光装置において、波長変換部は複数の蛍光体層からなるとともに発光素子からの光の進行方向に積層するように設けられてなり、波長変換部に含有される蛍光体のうち、ある１つの蛍光体の発光スペクトルが他の蛍光体の励起スペクトルと重なる場合には、それらの蛍光体はそれぞれ異なる蛍光体層に含有されてなるとともに、発光波長が長い方の蛍光体を含有する蛍光体層が発光素子に近い側に設けられてなるようにする。

第２には、発光素子と、この発光素子からの光を２種類以上の蛍光体により波長変換する波長変換部とを備えた発光装置において、波長変換部は複数の蛍光体層からなるとともに発光素子からの光の進行方向に積層するように設けられてなり、波長変換部に含有される蛍光体のうち、発光波長が長い方の蛍光体を含有する蛍光体層が発光素子に近い側に設けられてなるようにする。

第３には、蛍光体層は、それぞれ蛍光体が１種類のみ含有されてなるようにする。

第４には、発光素子と、この発光素子からの光を２種類以上の蛍光体により波長変換する波長変換部とを備えた発光装置において、波長変換部は１層の蛍光体層からなるとともにこの蛍光体層は複数の区画を有してなり、波長変換部に含有される蛍光体のうち、ある１つの蛍光体の発光スペクトルが他の蛍光体の励起スペクトルと重なる場合には、それらの蛍光体はそれぞれ異なる区画に含有されてなるようにする。

上記本発明の第１の発光装置では、波長変換部における異なる蛍光体間での波長変換の繰り返しを防止することができ、発光装置の輝度を向上させることができる。

上記本発明の第２の発光装置では、上記第１の発光装置と同様の効果が得られ、また、発光波長の長さ順に蛍光体層を積層すればよいので、積層順を間違えたりすることを防止でき、確実に発光装置の輝度を向上させることができる。

上記本発明の第３の発光装置では、上記第１の発光装置と同様の効果が得られ、また、蛍光体層はそれぞれ蛍光体が１種類のみ含有されてなるので、発光装置の発光色を設計するのが容易になる。

上記本発明の第４の発光装置では、上記第１の発光装置と同様の効果が得られ、また、波長変換部を１層の蛍光体層で形成することができるので、発光素子から放射される光の進行方向における蛍光体層の厚みを薄くできるとともに蛍光体層間の境界面の数を減らすことができるので、波長変換部における光の吸収や散乱を減少させることができ、その結果、さらに発光装置の輝度を向上させることができる。

（実施形態１）
本発明の実施形態１における発光装置１について、図１に基づいて説明する。本実施形態における発光装置１は、図１に示すように、ＬＥＤからなる発光素子２と、この発光素子２からの光を第１蛍光体３、第２蛍光体４により波長変換する波長変換部２０とを備えている。

発光素子２は、ＧａＮ系化合物半導体材料からなる発光部が当該発光部にて発光する光に対して透明なベース基板であるサファイア基板の一表面側に形成されたものであり、発光部が実装基板１０に対向する形で実装基板１０に対してフリップチップ実装されており、発光部にて発光した光がサファイア基板を通して図１の上面側へ取り出されることになる。要するに、発光素子２は、サファイア基板の他表面が光取り出し面となるように実装されている。

実装基板１０は、絶縁基板１１の一表面に２つの導体パターン１２が形成されるとともに、発光素子２を収納する凹所１３が設けられ、導体パターン１２が凹所１３の内底面まで延長されており、凹所１３内で発光素子２がフリップチップ実装されている。

波長変換部２０は第１蛍光体層２０ａ、第２蛍光体層２０ｂの２層からなり、第１蛍光体層２０ａには第１蛍光体３が含有され、第２蛍光体層２０ｂには第２蛍光体４が含有されている。そして、凹所１３内において、発光素子２からの光の進行方向に積層するように設けられている。

ここで、第２蛍光体４の発光スペクトルは第１蛍光体３の励起スペクトルと重なるものであり、これらの第１蛍光体３、第２蛍光体４は上述のとおりそれぞれ第１蛍光体層２０ａ、第２蛍光体層２０ｂに含有されるようにしている。

さらに、第１蛍光体３の発光波長は第２蛍光体４の発光波長よりも長いものであり、発光波長が長い方の第１蛍光体３を含有する第１蛍光体層２０ａを発光素子２に近い側に設けている。

第１蛍光体層２０ａ、第２蛍光体層２０ｂは、媒質であるシリコーン樹脂（信越化学工業製、ＫＥ−１０３１）にそれぞれ第１蛍光体３、第２蛍光体４を混合、分散させて得られるものである。ここで、各蛍光体層の媒質としては発光素子２や第１蛍光体３、第２蛍光体４が放射する光に対して透明であればよく、エポキシ樹脂やゾルゲル法で作製したガラス等を用いてもよい。

本実施形態においては、発光素子２が第１蛍光体層２０ａ内に含有されるように波長変換部２０を形成しており、波長変換部２０が発光素子２の封止材料としての機能も有するようにしている。

発光素子２から放射される光は、第１蛍光体層２０ａにおいて第１蛍光体３により波長変換され第２蛍光体層２０ｂを透過して外部へ放射されるもの、第１蛍光体層２０ａを透過して第２蛍光体層２０ｂにおいて第２蛍光体４により波長変換されて外部へ放射されるもの、及び第１蛍光体層２０ａと第２蛍光体層２０ｂを透過して外部へ放射されるものとに分類される。そして、これらの光が混ざり合うことにより所望の色の光を得ることができる。

以上のように、本実施形態における発光装置１は、波長変換部２０において異なる蛍光体間での波長変換の繰り返しを防止することができ、発光装置１の輝度を向上させることができる。

また、波長変換部２０は発光素子２の封止材料としての機能も有しているため、発光装置１の厚みを薄くすることができる。

なお、本実施形態においては、発光素子２としてＬＥＤを用いたが、これに限定されるものではなく、レーザーダイオード（ＬＤ）や蛍光ランプ等を用いてもよい。

（実施形態２）
本発明の実施形態２における発光装置１について、図２に基づいて説明する。実施形態２においては、実施形態１と基本構成が略同じであるため、実施形態１と異なる点についてのみ説明する。

本実施形態における発光装置１は、図２に示すように、発光素子２の周囲の凹所１３に封止材料１５が充填されている。

そして、凹所１３の上部には、実施形態１と同様の第１蛍光体３、第２蛍光体４をそれぞれ含有する第１蛍光体層２０ａ、第２蛍光体層２０ｂが積層されている。

封止材料１５としては、発光素子２から放射される光に対して透明な材料であればよく、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ゾルゲル法で作製したガラス等を用いることができる。

ここで、封止材料１５は凹所１３の全部に充填されていてもよいし、少なくとも発光素子２の周囲を覆うように凹所１３の一部のみに充填されていてもよい。

また、凹所１３に封止材料１５を充填する代わりに、凹所１３を真空状態にしておいてもよいし、あるいは凹所１３に不活性ガスを充填してもよい。

また、凹所１３内に封止材料１５を充填し、凹所１３の上部に波長変換部２０を設けているので、蛍光体が発光素子２の熱によって劣化するのを防止することができる。

また、凹所１３内において、拡散板やレンズ等の光学部品を発光素子２に接近させて設置することが可能となる。

（実施形態３）
本発明の実施形態３における発光装置１について説明する。実施形態３においては、実施形態１と基本構成が略同じであるため、実施形態１と異なる点についてのみ説明する。

本実施形態における発光装置１は、図３に示すように、第２蛍光体層２０ｂ内に、第２蛍光体４に加えて第３蛍光体５が含有されている。

ここで、第３蛍光体５の励起スペクトルは、第１蛍光体３及び第２蛍光体４の発光スペクトルと重ならず、また、第３蛍光体５の発光スペクトルは第２蛍光体４の励起スペクトルと重ならないものである。

このように、ある蛍光体（蛍光体Ａとする）の励起スペクトルが、蛍光体Ａが含有される蛍光体層及びそれよりも発光素子２に近い層に含有される他の蛍光体の発光スペクトルと重ならず、しかも、蛍光体Ａの発光スペクトルが、蛍光体Ａが含有される蛍光体層及びそれよりも発光素子２から遠い層に含有される他の蛍光体の励起スペクトルと重ならない場合には、波長変換部２０のうちの１層の蛍光体層に複数の蛍光体を含有させることができる。

また、波長変換部２０のうちの１層の蛍光体層に複数の蛍光体を含有させることができるので、発光装置１の厚みを薄くすることができる。

（実施形態４）
本発明の実施形態４における発光装置１について説明する。実施形態４においては、実施形態３と基本構成が略同じであるため、実施形態３と異なる点についてのみ説明する。

本実施形態における発光装置１は、図４に示すように、第１蛍光体層２０ａ内に、第１蛍光体３に加えて第３蛍光体５が含有されている。

すなわち、第３蛍光体５は第１蛍光体層２０ａ、第２蛍光体層２０ｂの両方に含有されている。

ここで、第３蛍光体５の励起スペクトルは、第１蛍光体３及び第２蛍光体４の発光スペクトルと重ならず、また、第３蛍光体５の発光スペクトルは第１蛍光体３及び第２蛍光体４の励起スペクトルと重ならないものである。

このように、ある蛍光体（蛍光体Ａとする）の励起スペクトルが、蛍光体Ａが含有される蛍光体層及びそれよりも発光素子２に近い層に含有される他の蛍光体の発光スペクトルと重ならず、しかも、蛍光体Ａの発光スペクトルが、蛍光体Ａが含有される蛍光体層及びそれよりも発光素子２から遠い層に含有される他の蛍光体の励起スペクトルと重ならない場合には、波長変換部２０のうちの複数の蛍光体層に複数の蛍光体を含有させることができる。

また、波長変換部２０のうちの複数の蛍光体層に複数の蛍光体を含有させることができるので、発光装置１の厚みをさらに薄くすることができる。

（実施形態５）
本発明の実施形態５における発光装置１について説明する。実施形態５においては、実施形態３と基本構成が略同じであるため、実施形態３と異なる点についてのみ説明する。

本実施形態における発光装置１は、図５に示すように、第１蛍光体層２０ａ内に、第１蛍光体３に加えて第４蛍光体６が含有されている。

ここで、第４蛍光体６の励起スペクトルは、第１蛍光体３の発光スペクトルと重ならず、また、第４蛍光体６の発光スペクトルは第１蛍光体３、第２蛍光体４及び第３蛍光体５の励起スペクトルと重ならないものである。

このように、ある蛍光体（蛍光体Ａとする）の励起スペクトルが、蛍光体Ａが含有される蛍光体層及びそれよりも発光素子２に近い層に含有される他の蛍光体の発光スペクトルと重ならず、しかも、蛍光体Ａの発光スペクトルが、蛍光体Ａが含有される蛍光体層及びそれよりも発光素子２から遠い層に含有される他の蛍光体の励起スペクトルと重ならない場合には、波長変換部２０のうちの複数の蛍光体層に複数の異なる蛍光体を含有させることができる。

また、波長変換部２０のうちの複数の蛍光体層に複数の異なる蛍光体を含有させることができるので、発光装置１の厚みをさらに薄くすることができるとともに、発光装置１の発光色のパターンを増やすことができる。

（実施形態６）
本発明の実施形態６における発光装置１について、図６に基づいて説明する。実施形態６においては、実施形態１と基本構成が略同じであるため、実施形態１と異なる点についてのみ説明する。

本実施形態における発光装置１は、図６に示すように、波長変換部２０は第１蛍光体層２０ａ、第２蛍光体層２０ｂ及び第３蛍光体層２０ｃの３層からなり、各蛍光体層には、それぞれ第１蛍光体３、第２蛍光体４、第３蛍光体５というふうに、それぞれ蛍光体が１種類ずつ含有されている。

ここで、各蛍光体の発光波長は、第１蛍光体３が最も長く、次いで第２蛍光体４、第３蛍光体５の順に長いものであり、発光波長が長い方の蛍光体を含有する蛍光体層が発光素子２に近い側に設けられている。すなわち、発光素子２に近い側から、第１蛍光体層２０ａ、第２蛍光体層２０ｂ、第３蛍光体層２０ｃの順に積層されている。

また、第３蛍光体５の励起スペクトルは、第１蛍光体３及び第２蛍光体４の発光スペクトルと重ならないものである。

また、発光波長の長さ順に各蛍光体層を積層すればよいので、積層順を間違えたりすることを防止でき、確実に発光装置１の輝度を向上させることができる。

また、各蛍光体層にはそれぞれ蛍光体が１種類のみ含有されてなるので、発光装置１の発光色を設計するのが容易になる。

（実施形態７）
本発明の実施形態７における発光装置１について、図７に基づいて説明する。実施形態７においては、実施形態２と基本構成が略同じであるため、実施形態２と異なる点についてのみ説明する。

本実施形態における発光装置１は、図７に示すように、ＬＥＤからなる発光素子２と、この発光素子２からの光を第１蛍光体３、第２蛍光体４、第３蛍光体５及び第４蛍光体６により波長変換する波長変換部２０とを備えている。

波長変換部２０は１層の蛍光体層からなるとともに、この蛍光体層は複数の区画（本実施形態においては９区画）を有している。そして、各区画には、第１蛍光体３、第２蛍光体４、第３蛍光体５及び第４蛍光体６が含有されており、第２蛍光体４と第３蛍光体５については同じ区画内に混合されて含有されている。

ここで、第１蛍光体３、第２蛍光体４、第３蛍光体５及び第４蛍光体６のうち、第２蛍光体４と第３蛍光体５の組み合せについては、互いに一方の発光スペクトルが他方の励起スペクトルと重ならないものであり、その他の組み合せにおいては一方の発光スペクトルが他方の励起スペクトルと重なるものである。

すなわち、ある蛍光体の発光スペクトルが他の蛍光体の励起スペクトルと重なる場合には、それらの蛍光体はそれぞれ異なる区画に含有されるようになっている。

発光素子２から放射される光の一部は、波長変換部２０の各区画にそれぞれ含有されている蛍光体によりそれぞれ波長変換され、そして、これらの光が混ざり合うことにより所望の色の光を得ることができる。

ここで、本実施形態における発光装置１を上方から見た場合、実施形態１〜６と比較して光の均一性については劣ることがあるが、この点については、波長変換部２０の発光素子２に対向する側とは反対側に、拡散板やレンズ等の光学部品（図示せず）を備えることにより、発光装置１から放射される光を支障のない程度に均一にすることができる。

また、波長変換部２０を１層の蛍光体層で形成することができるので、発光素子２から放射される光の進行方向における波長変換部２０の厚みを薄くできるとともに蛍光体層間の境界面の数を減らすことができるので、波長変換部２０における光の吸収や散乱を減少させることができ、その結果、さらに発光装置１の輝度を向上させることができる。

本発明の実施形態１における発光装置１の断面図である。本発明の実施形態２における発光装置１の断面図である。本発明の実施形態３における発光装置１の断面図である。本発明の実施形態４における発光装置１の断面図である。本発明の実施形態５における発光装置１の断面図である。本発明の実施形態６における発光装置１の断面図である。本発明の実施形態７における（ａ）波長変換部２０の上面図、（ｂ）発光装置１の断面図である。

符号の説明

１発光装置
２発光素子
３第１蛍光体
４第２蛍光体
５第３蛍光体
６第４蛍光体
２０波長変換部

Claims

発光素子と、この発光素子からの光を２種類以上の蛍光体により波長変換する波長変換部とを備えた発光装置において、
前記波長変換部は複数の蛍光体層からなるとともに前記発光素子からの光の進行方向に積層するように設けられてなり、
波長変換部に含有される蛍光体のうち、ある１つの蛍光体の発光スペクトルが他の蛍光体の励起スペクトルと重なる場合には、それらの蛍光体はそれぞれ異なる蛍光体層に含有されてなるとともに、発光波長が長い方の蛍光体を含有する蛍光体層が前記発光素子に近い側に設けられてなることを特徴とする発光装置。
発光素子と、この発光素子からの光を２種類以上の蛍光体により波長変換する波長変換部とを備えた発光装置において、
前記波長変換部は複数の蛍光体層からなるとともに前記発光素子からの光の進行方向に積層するように設けられてなり、
波長変換部に含有される蛍光体のうち、発光波長が長い方の蛍光体を含有する蛍光体層が前記発光素子に近い側に設けられてなることを特徴とする発光装置。
前記蛍光体層は、それぞれ蛍光体が１種類のみ含有されてなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光装置。
発光素子と、この発光素子からの光を２種類以上の蛍光体により波長変換する波長変換部とを備えた発光装置において、
前記波長変換部は１層の蛍光体層からなるとともにこの蛍光体層は複数の区画を有してなり、
波長変換部に含有される蛍光体のうち、ある１つの蛍光体の発光スペクトルが他の蛍光体の励起スペクトルと重なる場合には、それらの蛍光体はそれぞれ異なる区画に含有されてなることを特徴とする発光装置。