JP2008074890A - 発光モジュール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 発光ピーク波長が350〜420nmである半導体素子と、前記半導体素子からの光を励起光源として発光する蛍光体層を備える発光モジュールであって、前記蛍光体層は、少なくとも下記一般式で表されるα型Caピロリン酸塩結晶構造を有する橙色蛍光体を含むことを特徴とする発光モジュール。
Ca2-X-Y-ZMXP2O7:EuY,MnZ
(式中、MはCa以外のアルカリ土類元素を表し、X≧0、Y>0、Z>0である。)
【選択図】 図15
Description
例えば、特許文献1には、LEDから発せられる青色光と青色系の発光の一部を吸収して発光するCe付活希土類アルミン酸塩蛍光体からの黄色系の発光との加色混合によって全体として白色系の発光を呈する発光ダイオードが開示されている。しかしながら、この組み合わせのタイプは、最終的に得られる白色光の発光色が限定され、また本光源の照明下での色の再現性が好ましい色に再現されず、演色性に問題があった。また、発光ダイオードからの発光の光路上に設置される蛍光体の量のばらつきにより、青色光、黄色光の比率が安定せず、発光モジュールの発光色が安定しない問題もあった。
しかし、その励起ピーク波長が340nmであり、紫外線LEDチップの最高出力波長(400nm)とかけ離れており、400nmの励起光では十分に満足できる明るさの発光が得られないことが問題になっていた。
Ca2-X-Y-ZMXP2O7:EuY,MnZ
(式中、MはCa以外のアルカリ土類元素を表し、X≧0、Y>0、Z>0である。)
(2)前記蛍光体層が前記橙色蛍光体と、少なくとも1種の別色の蛍光体を含んでおり、白色発光することを特徴とする(1)に記載の発光モジュール。
(3)前記一般式において、0.01≦Y≦0.3、0.01≦Z≦0.3であることを特徴とする(1)または(2)に記載の発光モジュール。
(4)前記一般式において、0.2≦Z/Y+Z≦0.8であることを特徴とする(1)〜(3)のいずれか1項に記載の発光モジュール。
(5)青色発光蛍光体と緑色発光蛍光体のうちいずれかの蛍光体と前記橙色蛍光体とを含み、白色発光することを特徴とする(2)〜(4)のいずれか1項に記載の発光モジュール。
(6)前記青色蛍光体がCaアパタイトであることを特徴とする(5)に記載の発光モジュール。
また、本発明の発光モジュールの蛍光体層に含まれる橙色発光体は(4)発光スペクトルがブロードであるため、発光モジュールに用いた場合、演色性に優れたものとなる性質を有する。
(式中、MはCa以外のアルカリ土類元素を表し、X≧0、Y>0、Z>0である。)
さらに、上記一般式で表される橙色蛍光体において、総付活剤(Eu+Mn)中におけるMnの比率Z/Y+Zは、特に限定されないが、0.2〜0.8であることが好ましい。
この場合、橙色蛍光体以外に、基本的にはさらに青色発光蛍光体および緑色発光蛍光体を用いるものであるが、より望ましい、所望の色度の白色を得るためには、さらに他蛍光体を用いることも可能である。
Ca5-X-YMgXEuY(PO4)3Cl
(0.05≦X≦2.5、0<Y<0.5)
公知公用の赤色蛍光体としては、本明細書の背景技術に記載のものが挙げられる。
そして、発光モジュールに必須に橙色蛍光体と、併用しうる青色発光蛍光体、緑色発光蛍光体、公知公用の赤色発光蛍光体、橙色蛍光体は、紫外線耐性のものが好ましい。
InGaN/GaN系の半導体発光素子は、In量が多くなるほど発光ピーク波長が長くなり、In量が減るほど発光ピーク波長が短くなる。よって、InGaN/GaN系の半導体発光素子を発光モジュールに適用するためには、その発光ピーク波長が350〜420nmになるように、Inの量を適宜調整する。
その場合、半導体発光素子上に設ける該蛍光体層は、少なくとも1種以上の蛍光体を単層又は複数層を層状に積層配置しても良いし、複数の蛍光体を単一の層内に混合して配置しても良い。上記半導体発光素子上に蛍光体層を設ける形態としては、半導体発光素子の表面を被覆するコーティング部材に蛍光体を混合する形態、モールド部材に蛍光体を混合する形態、或いはモールド部材に被せる被覆体に蛍光体を混合する形態、更には半導体発光素子ランプの投光側前方に蛍光体を混合した透光可能なプレートを配置する形態等が挙げられる。モールド部材に混合する場合には、耐UV特性の良好なシリコーン樹脂内に分散していることが好ましい。
なお、発光モジュール用の形態はこの発光モジュール構造に限定されるものではなく、例えば短波長可視光LEDチップ1の発光面に蛍光体層としてコーティングする等など、種々の形態がある。
青方向 x≧0.31
緑方向 y≦0.44 及び y≦0.15+0.64x
紫方向 y≧0.05+0.75x 及び y≧0.382
演色性とは、測定光をサンプルに当てて得られる反射光の色が、サンプルの現実の色に対してどの程度近いのかを示す指標である。数値は最大値が100で値が大きいほど演色性が高い(良い)。具体的には、測定光をサンプル当てて得られる反射光の色が、サンプルの現実の色(理想の白色光を当てた場合の色)に対してどの程度近いのか(100がMAX)という値を、様々なサンプル(規定色)について測定し、その値の平均値をRaとするものである。
本発明の橙色蛍光体を用いた白色発光モジュールの演色性は、100に近いほど好ましいが、特に限定されるものではなく、望ましくは60以上である。
[実施例1]
赤色蛍光体としてCaピロリン酸塩(Ca1.7Eu0.2Mn0.1)P2O7、緑色蛍光体としてBAM:Eu,Mn(化成オプトニクス社:KX−671)、青色蛍光体としてCaアパタイト((Ca4.67Mg0.25 Eu0.08)5(PO4)3Cl)を使用し、CIE色度(cx、cy)=(0.360、0.365)となるように混合したところ、スペクトル分率比54:38:8になった。この混合物をシリコン樹脂(東レ・ダウ・コーニング社:JCR6126)と1:1で混合したものを、200μm厚で光学ガラスに製膜し、150℃で1時間、硬化させ蛍光体フィルターを作製した。前記蛍光体フィルターをInGaN/GaN系半導体素子を用いた表面実装型発光モジュールの出射面に設置し、LEDを20mAで通電し、出射光の光束・演色性を評価した。その結果、平均演色指数(Ra)は84、全光束は比較例の1.9倍向上した。
[Caピロリン酸塩:(Ca1.7Eu0.2Mn0.1)P2O7の合成方法]
CaHPO4、Eu2O3、MnCO3および(NH4)H2PO4を1.7:0.1:0.1:0.3のモル比で計量した。均一に混合後、蓋付きアルミナ坩堝で1120〜1250℃の温度で、1〜3時間、H2を5%含むN2雰囲気下で焼成することにより合成した。
CaCO3、MgCO3、Eu2O3、CaCl2およびCaHPO4を、0.17:0.5:0.04:1.25:3.0のモル比で計量した。均一に混合後、蓋付きアルミナ坩堝で1200℃の温度で、3時間、H2を5%含むN2雰囲気下で焼成することにより合成した。
赤色蛍光体としてCaピロリン酸塩(Ca1.7Eu0.2Mn0.1)P2O7、緑色蛍光体としてBAM:Eu,Mn(化成オプトニクス社:KX−671)、青色蛍光体としてSrアパタイト((SrEu)5(PO4)3Cl)(化成オプトニクス社:KX−663)を使用し、CIE色度(cx、cy)=(0.360、0.365)となるように混合したところ、スペクトル分率比52:39:9になった。以降実施例1と同様にして蛍光体フィルターを作製し、発光特性を評価したところ、Raは86、全光束比は、比較例の1.8倍向上した。
赤色蛍光体としてLOS(化成オプトニクス社:KX−681)、緑色蛍光体としてBAM:Eu,Mn(化成オプトニクス社:KX−671)、青色蛍光体としてBAM(化成オプトニクス社:KX−661)を使用し、CIE色度(cx、cy)=(0.360、0.365)を狙い混合したところ、スペクトル分率比66:26:8になった。以降、実施例1と同様にして蛍光体フィルターを作製し、発光特性を評価したところ、Raは37であった。
[実施例3〜12]
表1に示す組成で実施例1および2と同様に発光特性を測定した。用いた蛍光体中、Caピロリン酸塩およびLOSについては発光スペクトルおよび励起スペクトル、それ以外の蛍光体については発光スペクトルを図4〜14に示した。表1および図15〜図18に実施例および比較例の発光特性の評価の結果を示す。
[Srアルミネート:Sr0.8Al2O4:Eu0.2の合成 ]
SrCO3、Eu2O3およびαアルミナを0.8:0.1:1.0のモル比で計量した。均一混合した後、蓋付きアルミナ坩堝中で1200℃の温度で、3時間、H2を5%含むN2雰囲気下で焼成することにより合成した。
Ga2S3、SrS、Eu2O3を1.0:0.85:0.075のモル比で計量した。均一混合した後、蓋付きアルミナ坩堝中で1000℃の温度で、8時間、N2雰囲気下で焼成することにより合成した。
2 リードフレーム
3 金属ワイヤー
4 蛍光体ペースト
5 封止材
Claims (6)
- 発光ピーク波長が350〜420nmである半導体素子と、前記半導体素子からの光を励起光源として発光する蛍光体層を備える発光モジュールであって、前記蛍光体層は、少なくとも下記一般式で表されるα型Caピロリン酸塩結晶構造を有する橙色蛍光体を含むことを特徴とする発光モジュール。
Ca2-X-Y-ZMXP2O7:EuY,MnZ
(式中、MはCa以外のアルカリ土類元素を表し、X≧0、Y>0、Z>0である。) - 前記蛍光体層が前記橙色蛍光体と、少なくとも1種の別色の蛍光体を含んでおり、白色発光することを特徴とする請求項1に記載の発光モジュール。
- 前記一般式において、0.01≦Y≦0.3、0.01≦Z≦0.3であることを特徴とする請求項1または2に記載の発光モジュール。
- 前記一般式において、0.2≦Z/Y+Z≦0.8であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の発光モジュール。
- 青色発光蛍光体と緑色発光蛍光体のうちいずれかの蛍光体と前記橙色蛍光体とを含み、白色発光することを特徴とする請求項2〜4のいずれか1項に記載の発光モジュール。
- 前記青色蛍光体がCaアパタイトであることを特徴とする請求項5に記載の発光モジュール。
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