JP2015211202A - 発光装置 - Google Patents

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邦夫 石田
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恵子 アルベサール
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靖 服部
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Abstract


【課題】発光効率が向上する発光装置を提供する。
【解決手段】実施形態の発光装置は、近紫外光または青色光の励起光を発する発光素子と、式（１）で表され励起光を黄色光に変換する黄色蛍光体と、黄色蛍光体を囲む樹脂を含み、黄色蛍光体の体積濃度が７％以下であり、発光素子の発光面に平行な断面の断面積が発光面よりも大きい領域を有する第１の色変換層と、を備える。
（Ｓｒ１−ｘ１Ｃｅｘ１）ａ１ＡｌＳｉｂ１Ｏｃ１Ｎｄ１・・・・・（１）
（式（１）中、ｘ１、ａ１、ｂ１、ｃ１、ｄ１は、次の関係を満たす。０＜ｘ１≦０．１、０．６＜ａ１＜０．９５、２．０＜ｂ１＜３．９、０＜ｃ１＜０．４５、４．０＜ｄ１＜５．０）
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、発光装置に関する。
発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）を用いた発光装置は、主に励起光源としてのＬＥＤと蛍光体との組み合わせから構成される。そして、その組み合わせによって様々な色の発光を実現することができる。
発光ダイオードを用いた発光装置は、携帯機器、ＰＣ周辺機器、ＯＡ機器、各種スイッチ、バックライト用光源、および表示板などの各種表示装置に用いられている。これら発光装置には、高効率化および高演色化が強く望まれている。
特開２０１０−５０４９０号公報
本発明が解決しようとする課題は、発光効率が向上する発光装置を提供することにある。
実施形態の発光装置は、近紫外光または青色光の励起光を発する発光素子と、式（１）で表され励起光を黄色光に変換する黄色蛍光体と、黄色蛍光体を囲む樹脂を含み、黄色蛍光体の体積濃度が７％以下であり、発光素子の発光面に平行な断面の断面積が発光面よりも大きい領域を有する第１の色変換層と、を備える。
（Ｓｒ１−ｘ１Ｃｅｘ１）ａ１ＡｌＳｉｂ１Ｏｃ１Ｎｄ１・・・・・（１）
（式（１）中、ｘ１、ａ１、ｂ１、ｃ１、ｄ１は、次の関係を満たす。０＜ｘ１≦０．１、０．６＜ａ１＜０．９５、２．０＜ｂ１＜３．９、０＜ｃ１＜０．４５、４．０＜ｄ１＜５．０）
第１の実施形態の発光装置の模式断面図。 第１の実施形態の発光装置の作用の説明図。 第２の実施形態の発光装置の模式断面図。 第３の実施形態の発光装置の模式断面図。 第４の実施形態の発光装置の模式断面図。 第５の実施形態の発光装置の模式断面図。 第６の実施形態の発光装置の模式断面図。 第７の実施形態の発光装置の模式断面図。 第８の実施形態の発光装置の模式断面図。 第９の実施形態の発光装置の模式断面図。 第１０の実施形態の発光装置の模式断面図。
本明細書中、発光素子や蛍光体の発する光のピーク波長とは、発光素子や蛍光体の発する光の分布の中で光強度が最大となる波長を意味する。また、ピーク強度とは、ピーク波長における光強度を意味する。なお、ピーク波長や光強度は、公知の光スペクトルアナライザや光パワーメータ等を用いて測定することが可能である。
本明細書中、特に断りのない限り、白色光とは、色温度が電球色（２７００Ｋ）から昼光色（６５００Ｋ）の範囲の光を意味するものとする。
本明細書中、近紫外光とは最大ピーク波長が２００ｎｍ以上４１０ｎｍ未満の光を意味するものとする。青色光とは最大ピーク波長が４１０ｎｍ以上４８０ｎｍ未満である光を意味するものとする。また、緑色光とは最大ピーク波長が４８０ｎｍ以上５３０ｎｍ未満である光を意味するものとする。また、黄色光とは最大ピーク波長が５３０ｎｍ以上６００ｎｍ未満である光を意味するものとする。また、赤色光とは最大ピーク波長が６００ｎｍ以上７６０ｎｍ未満である光を意味するものとする。
以下、図面を用いて実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
実施形態の発光装置は、近紫外光または青色光の励起光を発する発光素子と、式（１）で表され励起光を黄色光に変換する黄色蛍光体と、黄色蛍光体を囲む樹脂を含み、黄色蛍光体の体積濃度が７％以下であり、発光素子の発光面に平行な断面の断面積が発光面よりも大きい領域を有する第１の色変換層と、を備える。
（Ｓｒ１−ｘ１Ｃｅｘ１）ａ１ＡｌＳｉｂ１Ｏｃ１Ｎｄ１・・・・・（１）
（式（１）中、ｘ１、ａ１、ｂ１、ｃ１、ｄ１は、次の関係を満たす。０＜ｘ１≦０．１、０．６＜ａ１＜０．９５、２．０＜ｂ１＜３．９、０＜ｃ１＜０．４５、４．０＜ｄ１＜５．０）
図１は、本実施形態の発光装置の模式断面図である。この発光装置は、白色光を発する発光装置である。
本実施形態の発光装置は、基板１、発光素子１０、色変換層（第１の色変換層）１２を備えている。発光素子１０は、基板１上に実装される。基板１には、例えば、高反射材料が用いられる。
発光素子１０は、基板１上の図示しない配線に接続される。そして、配線を介して外部から発光素子１０に駆動電流が供給され発光する。
発光素子１０は、例えば、ピーク波長が４１０ｎｍ以上４８０ｎｍ未満の青色光を、励起光として発する。励起光は、発光素子１０の上面から発せられる。
発光素子１０は、例えば、青色ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）である。青色ＬＥＤは、例えば、発光層をＧａＩｎＮとするＡｌＧａＩｎＮ系ＬＥＤである。青色ＬＥＤは、例えば、上面が一辺３００μｍの正方形の形状を備える。
色変換層１２は、発光素子１０から発せられる励起光の光路上に設けられる。本実施形態では、色変換層１２は、ドーム状であり、発光素子１０の上面および側面を覆い、発光素子１０を埋め込むように配置されている。色変換層１２は、発光素子１０の発光面に平行な断面の断面積が発光面よりも大きい領域を有する。ここで、発光素子１０の発光面とは、図１中、発光素子１０の上面に相当する。
色変換層１２は、複数の蛍光体粒子（黄色蛍光体）１２ａと、蛍光体粒子１２ａを囲む樹脂１２ｂを備える。色変換層１２の膜厚は、例えば、０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下である。なお、色変換層１２の膜厚は、発光装置を切断し、断面を顕微鏡観察などで実測することで測定する。
本実施形態の蛍光体粒子１２ａの化学組成は、下記式（１）で表わされ、励起光を黄色光に変換する黄色蛍光体である。
（Ｓｒ１−ｘ１Ｃｅｘ１）ａ１ＡｌＳｉｂ１Ｏｃ１Ｎｄ１・・・・・（１）
（式（１）中、ｘ１、ａ１、ｂ１、ｃ１、ｄ１は、次の関係を満たす。０＜ｘ１≦０．１、０．６＜ａ１＜０．９５、２．０＜ｂ１＜３．９、０＜ｃ１＜０．４５、４．０＜ｄ１＜５．０）
本実施形態において、蛍光体粒子１２ａは、ピーク波長が５３０ｎｍ以上６００ｎｍ未満の黄色光を発する。本実施形態の蛍光体粒子１２ａは、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ストロンチウム（Ｓｒ）を含む酸窒化物蛍光体、いわゆるサイアロン蛍光体である。この蛍光体は、Ｓｒ２Ｓｉ７Ａｌ３ＯＮ１３の結晶構造と実質的に同じ結晶構造を備え、Ｃｅで付活されている。サイアロン蛍光体は高い効率で発光する蛍光体である。
蛍光体粒子１２ａの粒径は、１μｍ以上２５μｍ以下であることが望ましい。蛍光体粒子１２ａの粒径は、３μｍ以上であることがより望ましく、５μｍ以上であることが、さらに望ましい。
なお、蛍光体粒子１２ａの粒径は、市販の粒度分布測定装置によって測定することができる。例えば、Ｓｙｍｐａｔｅｃ社製レーザー回折式ＨＥＬＯＳ＆ＲＯＤＯＳを用いることができる。なお、蛍光体粒子が凝集し、塊状である場合には、量子効率の低下が５％未満になる程度に解砕した上で測定を行う。なお、本実施形態において粒径とはメジアン径（Ｄ５０）を意味する。
樹脂１２ｂは、色変換層１２のマトリックスである。樹脂１２ｂ中に蛍光体粒子１２ａが分散される。樹脂１２ｂは、透明樹脂である。透明樹脂は、例えば、シリコーン樹脂である。
色変換層１２中の蛍光体粒子（黄色蛍光体）１２ａの体積濃度は７％以下である。なお、体積濃度は、蛍光体粒子１２ａの体積を分子、色変換層１２の体積を分母とする。例えば、顕微鏡写真を用いて、色変換層１２の０．１ｍｍ四方中に蛍光体粒子１２ａの占める面積を測定し、０．０１ｍｍ２で除することで、蛍光体粒子の体積濃度を求める。
次に、本実施形態の発光装置の作用および効果について説明する。
図２は、本実施形態の発光装置の作用の説明図である。図２（ａ）は、本実施形態のサイアロン蛍光体を用いた場合の、ＣＩＥ色度図上のＸ座標（Ｃｘ）と発光効率の関係を示す図である。図２（ｂ）は、比較形態のＹＡＧ蛍光体を用いた場合の、色度図上のＸ座標（Ｃｘ）と発光効率の関係を示す図である。
本実施形態および比較形態いずれの場合も、青色光を励起光とし、以下の２つの方法で色変換層中の黄色蛍光体の量を変化させて、発光効率を評価している。第１の方法は、色変換層中の蛍光体の体積濃度を一定にし、色変換層の膜厚を振る方法である（図２中、濃度一定・膜厚振り）。第２の方法は、色変換層の膜厚を一定にし、変換層中の蛍光体の体積濃度を振る方法である（図２中、膜厚一定・濃度振り）。
サイアロン蛍光体には、（Ｓｒ０．９７Ｃｅ０．０３）０．６７ＡｌＳｉ２．３Ｏ０．３３Ｎ４．３を用いている。
本実施形態のサイアロン蛍光体の場合には、特に、Ｃｘ＝２．６近傍から第１の方法と第２の方法で発光効率が乖離を見せ、第１の方法、すなわち、黄色蛍光体の体積濃度を一定にして黄色蛍光体の量を増加させる方が、発光効率が良くなることが分かる。例えば、白色光に相当するＣｘ＝０．３３では、第１の方法と第２の方法で発光効率が７％以上異なっている。Ｃｘ＝０．３３における黄色蛍光体の体積濃度は、第１の方法の場合が７％、第２の方法の場合は１４％である。
一方、比較形態のＹＡＧ蛍光体の場合には、第１の方法と第２の方法との間に発光効率に顕著な差は見られない。
以上のように、本実施形態のサイアロン蛍光体では、比較形態のＹＡＧ蛍光体にない特異な傾向が見られる。これは、蛍光体による励起光の散乱に関連すると考えられる。
色変換層１２中の蛍光体の体積濃度が増加すると、発光素子が色変換層を見込む立体角が増加するため色変換層内での励起光密度が上昇し、励起光が蛍光体によって散乱される確率が上昇する。このため、発光素子１０側への戻り光が増加し、結果的に発光効率が低下する。
サイアロン蛍光体はＹＡＧ蛍光体と比較して、単位体積当たりの賦活剤であるセリウム（Ｃｅ）の量が少ない。したがって、同じ強度の黄色光を発するために必要とされる蛍光体の体積が多くなる。よって、サイアロン蛍光体はＹＡＧ蛍光体と比較して蛍光体による励起光の散乱が顕在化しやすいと考えられる。
サイアロン蛍光体の場合、発光効率の低下を抑制する観点から、色変換層中１２の黄色蛍光体の体積濃度が７％以下であることが望ましい。そして、６％以下であることがより望ましく、４％以下であることがさらに望ましい。
また、色変換層１２中の黄色蛍光体の体積濃度は、０．２％以上であることが、色変換層１２の膜厚が厚くなりすぎることを防ぎ、発光装置のサイズが実用性を損なわないようにする観点から望ましい。
また、発光装置が同じ色度の光を発する場合でも、発光効率の低下を抑制する観点から、蛍光体の体積濃度は低い方が望ましい。したがって、賦活剤であるセリウム（Ｃｅ）の量が多いことが望ましく、０．０５≦ｘ１≦０．１であることが望ましい。
また、図２（ａ）に示すように、特に、青色光を励起光として白色光を発する領域で、第１の方法と第２の方法とでの発光効率の差が顕在化している。したがって、発光装置の励起光が青色光であり、ＣＩＥ色度図の座標（Ｃｘ，Ｃｙ）で表記した場合に、０．３０≦Ｃｘ≦０．４８、０．３０≦Ｃｙ≦０．４４の色度の光を発することが望ましい。
本実施形態の発光装置によれば、色変換層中の黄色蛍光体の体積濃度が一定濃度以下に制限される。したがって、励起光の散乱による発光効率の低下が抑制される。よって、発光効率が向上する発光装置を提供することが可能となる。
なお、ここでは、青色光の励起光を発する発光素子１０を例に説明したが、近紫外光の励起光を発する発光素子とすることも可能である。この場合、発光装置は白色光ではなく、黄色光を発することになる。
本実施形態の発光装置が発する光の色度は、蛍光体粒子の色変換層中の体積密度を７％以下に制限した条件で、励起光の波長、強度、色変換層の膜厚、蛍光体量を適宜調整することで所望の色度とすることが可能となる。
（第２の実施形態）
本実施形態の発光装置は、近紫外光または青色光の励起光を発する発光素子と、式（２）で表され励起光を緑色光に変換する緑色蛍光体と、緑色蛍光体を囲む樹脂を含み、緑色蛍光体の体積濃度が７％以下である色変換層と、を備える。黄色蛍光体を含む色変換層にかえて、緑色蛍光体を含む色変換層を備えること以外は、第１の実施形態と同様である。したがって、第１の実施形態と重複する内容については記述を省略する。
（Ｓｒ１−ｘ２Ｅｕｘ２）ａ２ＡｌＳｉｂ２Ｏｃ２Ｎｄ２・・・・・（２）
（式（２）中、ｘ２、ａ２、ｂ２、ｃ２、ｄ２は、次の関係を満たす。０＜ｘ２≦０．２、０．９３＜ａ２＜１．３、４．０＜ｂ２＜５．８、０．６＜ｃ２＜１．０、６．０＜ｄ２＜１１）
図３は、本実施形態の発光装置の模式断面図である。
本実施形態の発光装置は、発光素子１０と、色変換層１４を備えている。発光素子１０は、例えば、図示しない基板上に実装される。基板には、例えば、高反射材料が用いられる。
発光素子１０は、近紫外光または青色光の励起光を発する。例えば、励起光が近紫外光の場合、発光装置は緑色光を発する。また、例えば、励起光が青色光の場合、発光装置は青緑色光を発する。
本実施形態の発光装置は、色変換層１２にかえて、色変換層１４を備える点で第１の実施形態と異なる。色変換層１４は、ドーム状であり、発光素子１０を埋め込むように配置されている。
色変換層１４は、複数の蛍光体粒子（緑色蛍光体）１４ａと、蛍光体粒子１４ａを囲む樹脂１４ｂを備える。色変換層１４の膜厚は、例えば、０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下である。
本実施形態の蛍光体粒子１４ａの化学組成は、下記式（２）で表わされ、励起光を緑色光に変換する緑色蛍光体である。
（Ｓｒ１−ｘ２Ｅｕｘ２）ａ２ＡｌＳｉｂ２Ｏｃ２Ｎｄ２・・・・・（２）
（式（２）中、ｘ２、ａ２、ｂ２、ｃ２、ｄ２は、次の関係を満たす。０＜ｘ２≦０．２、０．９３＜ａ２＜１．３、４．０＜ｂ２＜５．８、０．６＜ｃ２＜１．０、６．０＜ｄ２＜１１）
本実施形態において、蛍光体粒子１４ａは、ピーク波長が４８０ｎｍ以上５３０ｎｍ未満の緑色光を発する。本実施形態の蛍光体粒子１４ａは、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ストロンチウム（Ｓｒ）を含む酸窒化物蛍光体、いわゆるサイアロン蛍光体である。この蛍光体は、Ｓｒ３Ｓｉ１３Ａｌ３Ｏ２Ｎ２１の結晶構造と実質的に同じ結晶構造を備え、Ｅｕで付活されている。サイアロン蛍光体は高い効率で発光する。
蛍光体粒子１４ａの粒径は、１μｍ以上２５μｍ以下であることが望ましい。蛍光体粒子１４ａの粒径は、３μｍ以上であることがより望ましく、５μｍ以上であることが、さらに望ましい。
本実施形態の緑色蛍光体も、第１の実施形態の黄色蛍光体と同様、色変換層１４中の体積濃度が７％より大きくなると発光効率の低下が生ずる。
色変換層１４中の蛍光体粒子（緑色蛍光体）１４ａの体積濃度が７％以下である。発光効率の低下を抑制する観点から、色変換層中１４の緑色蛍光体の体積濃度が７％以下であることが望ましい。そして、６％以下であることがより望ましく、４％以下であることがさらに望ましい。
また、色変換層１４中の緑色蛍光体の体積濃度は、０．２％以上であることが、色変換層１４の膜厚が厚くなりすぎることを防ぎ、発光装置のサイズが実用性を損なわないようにする観点から望ましい。
また、発光装置が同じ色度の光を発する場合でも、発光効率の低下を抑制する観点から、蛍光体の体積濃度は低い方が望ましい。したがって、賦活剤であるセリウム（Ｃｅ）の量が多いことが望ましく、０．０５≦ｘ１≦０．１であることが望ましい。
本実施形態の発光装置によれば、色変換層中の緑色蛍光体の体積濃度が一定濃度以下に制限される。したがって、励起光の散乱による発光効率の低下が抑制される。よって、発光効率が向上する発光装置を提供することが可能となる。
（第３の実施形態）
本実施形態の発光装置は、近紫外光または青色光の励起光を発する発光素子と、式（３）で表され励起光を赤色光に変換する赤色蛍光体と、赤色蛍光体を囲む樹脂を含み、赤色蛍光体の体積濃度が７％以下である色変換層と、を備える。黄色蛍光体を含む色変換層にかえて、赤色蛍光体を含む色変換層を備えること以外は、第１の実施形態と同様である。したがって、第１の実施形態と重複する内容については記述を省略する。
（Ｓｒ１−ｘ３Ｅｕｘ３）ａ３ＡｌＳｉｂ３Ｏｃ３Ｎｄ３・・・・・（３）
（式（３）中、ｘ３、ａ３、ｂ３、ｃ３、ｄ３は、次の関係を満たす。０＜ｘ３≦０．２、０．６＜ａ３＜０．９５、２．０＜ｂ３＜３．９、０．２５＜ｃ３＜０．４５、４．０＜ｄ３＜５．０）
図４は、本実施形態の発光装置の模式断面図である。
本実施形態の発光装置は、発光素子１０と、色変換層１６を備えている。発光素子１０は、例えば、図示しない基板上に実装される。基板には、例えば、高反射材料が用いられる。
発光素子１０は、近紫外光または青色光の励起光を発する。例えば、励起光が近紫外光の場合、発光装置は赤色光を発する。また、例えば、励起光が青色光の場合、発光装置は紫色光を発する。
本実施形態の発光装置は、色変換層１２にかえて、色変換層１６を備える点で第１の実施形態と異なる。色変換層１６は、ドーム状であり、発光素子１０を埋め込むように配置されている。
色変換層１６は、複数の蛍光体粒子（赤色蛍光体）１６ａと、蛍光体粒子１６ａを囲む樹脂１６ｂを備える。色変換層１６の膜厚は、例えば、０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下である。
本実施形態の蛍光体粒子１６ａの化学組成は、下記式（３）で表わされ、励起光を赤色光に変換する赤色蛍光体である。
（Ｓｒ１−ｘ３Ｅｕｘ３）ａ３ＡｌＳｉｂ３Ｏｃ３Ｎｄ３・・・・・（３）
（式（３）中、ｘ３、ａ３、ｂ３、ｃ３、ｄ３は、次の関係を満たす。０＜ｘ３≦０．２、０．６＜ａ３＜０．９５、２．０＜ｂ３＜３．９、０．２５＜ｃ３＜０．４５、４．０＜ｄ３＜５．０）
本実施形態において、蛍光体粒子１６ａは、ピーク波長が６００ｎｍ以上７６０ｎｍ未満の赤色光を発する。本実施形態の蛍光体粒子１６ａは、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ストロンチウム（Ｓｒ）を含む酸窒化物蛍光体、いわゆるサイアロン蛍光体である。この蛍光体は、Ｓｒ２Ｓｉ７Ａｌ３ＯＮ１３の結晶構造と実質的に同じ結晶構造を備え、Ｅｕで付活されている。サイアロン蛍光体は高い効率で発光する。
蛍光体粒子１６ａの粒径は、１μｍ以上２５μｍ以下であることが望ましい。蛍光体粒子１６ａの粒径は、３μｍ以上であることがより望ましく、５μｍ以上であることが、さらに望ましい。
本実施形態の赤色蛍光体も、第１の実施形態の黄色蛍光体と同様、色変換層１６中の体積濃度が７％より大きくなると発光効率の低下が生ずる。
色変換層１６中の蛍光体粒子（赤色蛍光体）１６ａの体積濃度が７％以下である。発光効率の低下を抑制する観点から、色変換層中１６の緑色蛍光体の体積濃度が７％以下であることが望ましい。そして、６％以下であることがより望ましく、４％以下であることがさらに望ましい。
また、色変換層１６中の赤色蛍光体の体積濃度は、０．２％以上であることが、色変換層１６の膜厚が厚くなりすぎることを防ぎ、発光装置のサイズが実用性を損なわないようにする観点から望ましい。
また、発光装置が同じ色度の光を発する場合でも、発光効率の低下を抑制する観点から、蛍光体の体積濃度は低い方が望ましい。したがって、賦活剤であるセリウム（Ｃｅ）の量が多いことが望ましく、０．０５≦ｘ１≦０．１であることが望ましい。
本実施形態の発光装置によれば、色変換層中の赤色蛍光体の体積濃度が一定濃度以下に制限される。したがって、励起光の散乱による発光効率の低下が抑制される。よって、発光効率が向上する発光装置を提供することが可能となる。
（第４の実施形態）
本実施形態の発光装置は、下記式（２）で表され励起光を緑色光に変換する緑色蛍光体と、緑色蛍光体を囲む樹脂を含み、緑色蛍光体の体積濃度が７％以下である第２の色変換層を、さらに備えること以外は、第１の実施形態と同様である。したがって、第１の実施形態と重複する内容については、記述を省略する。
（Ｓｒ１−ｘ２Ｅｕｘ２）ａ２ＡｌＳｉｂ２Ｏｃ２Ｎｄ２・・・・・（２）
（式（２）中、ｘ２、ａ２、ｂ２、ｃ２、ｄ２は、次の関係を満たす。０＜ｘ２≦０．２、０．９３＜ａ２＜１．３、４．０＜ｂ２＜５．８、０．６＜ｃ２＜１．０、６．０＜ｄ２＜１１）
図５は、本実施形態の発光装置の模式断面図である。この発光装置は、例えば、白色光を発する発光装置である。
本実施形態の発光装置は、色変換層（第１の色変換層）１２の上に、色変換層（第２の色変換層）１４を備える点で第１の実施形態と異なる。また、色変換層１４は、第２の実施形態と同様である。
本実施形態の発光装置によれば、色変換層中の黄色蛍光体および緑色の体積濃度が一定濃度以下に制限される。したがって、励起光の散乱による発光効率の低下が抑制される。よって、発光効率が向上する発光装置を提供することが可能となる。
また、第１の実施形態と比較して、緑色蛍光体により色度調整の範囲が拡大する。
（第５の実施形態）
本実施形態の発光装置は、下記式（３）で表され励起光を赤色光に変換する赤色蛍光体と、赤色蛍光体を囲む樹脂を含み、赤色蛍光体の体積濃度が７％以下である第２の色変換層を、さらに備えること以外は、第１の実施形態と同様である。したがって、第１の実施形態と重複する内容については、記述を省略する。
（Ｓｒ１−ｘ３Ｅｕｘ３）ａ３ＡｌＳｉｂ３Ｏｃ３Ｎｄ３・・・・・（３）
（式（３）中、ｘ３、ａ３、ｂ３、ｃ３、ｄ３は、次の関係を満たす。０＜ｘ３≦０．２、０．６＜ａ３＜０．９５、２．０＜ｂ３＜３．９、０．２５＜ｃ３＜０．４５、４．０＜ｄ３＜５．０）
図６は、本実施形態の発光装置の模式断面図である。この発光装置は、例えば、白色光を発する発光装置である。
本実施形態の発光装置は、色変換層（第１の色変換層）１２の下、すなわち、発光素子１０と色変換層１２との間に、色変換層（第３の色変換層）１６を備える点で第１の実施形態と異なる。また、色変換層１６は、第３の実施形態と同様である。
本実施形態の発光装置によれば、色変換層中の黄色蛍光体および赤色蛍光体の体積濃度が一定濃度以下に制限される。したがって、励起光の散乱による発光効率の低下が抑制される。よって、発光効率が向上する発光装置を提供することが可能となる。
また、第１の実施形態と比較して、赤色蛍光体により色度調整の範囲が拡大する。
（第６の実施形態）
図７は、本実施形態の発光装置の模式断面図である。この発光装置は、例えば、白色光を発する発光装置である。
本実施形態の発光装置は、色変換層（第１の色変換層）１２の下に、色変換層（第３の色変換層）１６を備え、色変換層（第１の色変換層）１２の上に、色変換層（第２の色変換層）１４を備える点で第１の実施形態と異なる。色変換層１４は、第２の実施形態と同様である。また、色変換層１６は、第３の実施形態と同様である。
色変換層（第３の色変換層）１６は、複数の蛍光体粒子（赤色蛍光体）１６ａと、蛍光体粒子１６ａを囲む樹脂１６ｂを備える。色変換層（第１の色変換層）１２は、複数の蛍光体粒子（黄色蛍光体）１２ａと、蛍光体粒子１２ａを囲む樹脂１２ｂを備える。色変換層（第２の色変換層）１４は、複数の蛍光体粒子（緑色蛍光体）１４ａと、蛍光体粒子１４ａを囲む樹脂１４ｂを備える。
本実施形態の発光装置によれば、色変換層中の黄色蛍光体、赤色蛍光体および緑色蛍光体の体積濃度が一定濃度以下に制限される。したがって、励起光の散乱による発光効率の低下が抑制される。よって、発光効率が向上する発光装置を提供することが可能となる。
また、第１の実施形態と比較して、赤色蛍光体および緑色蛍光体により色度調整の範囲が拡大する。
（第７の実施形態）
図８は、本実施形態の発光装置の模式断面図である。この発光装置は、例えば、白色光を発する発光装置である。
本実施形態の発光装置は、励起光として近紫外光を発する発光素子１１上に、色変換層１６、色変換層１４、色変換層１８を備える。色変換層１４は、第２の実施形態と同様である。また、色変換層１６は、第３の実施形態と同様である。
色変換層１６は、複数の蛍光体粒子（赤色蛍光体）１６ａと、蛍光体粒子１６ａを囲む樹脂１６ｂを備える。色変換層１４は、複数の蛍光体粒子（緑色蛍光体）１４ａと、蛍光体粒子１４ａを囲む樹脂１４ｂを備える。色変換層１８は、複数の蛍光体粒子（青色蛍光体）１８ａと、蛍光体粒子１８ａを囲む樹脂１８ｂを備える。青色蛍光体は、例えば、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕである。ただし、青色蛍光体はこれに限定されるものではない。
本実施形態の発光装置によれば、色変換層中の赤色蛍光体および緑色蛍光体の体積濃度が一定濃度以下に制限される。したがって、励起光の散乱による発光効率の低下が抑制される。よって、発光効率が向上する発光装置を提供することが可能となる。
また、第１の実施形態と比較して、赤色蛍光体、緑色蛍光体および青色蛍光体により色度調整の範囲が拡大する。
（第８の実施形態）
本実施形態の発光装置は、第１の色変換層が、式（２）で表され励起光を緑色光に変換する緑色蛍光体を含み、黄色蛍光体の体積濃度と緑色蛍光体の体積濃度の和が７％以下であること以外は、第１の実施形態と同様である。したがって、第１の実施形態と重複する内容については記述を省略する。
（Ｓｒ１−ｘ２Ｅｕｘ２）ａ２ＡｌＳｉｂ２Ｏｃ２Ｎｄ２・・・・・（２）
（式（２）中、ｘ２、ａ２、ｂ２、ｃ２、ｄ２は、次の関係を満たす。０＜ｘ２≦０．２、０．９３＜ａ２＜１．３、４．０＜ｂ２＜５．８、０．６＜ｃ２＜１．０、６．０＜ｄ２＜１１）
図９は、本実施形態の発光装置の模式断面図である。この発光装置は、例えば、白色光を発する発光装置である。
色変換層１２は、複数の蛍光体粒子（黄色蛍光体）１２ａと、複数の蛍光体粒子（緑色蛍光体）１４ａと、蛍光体粒子１２ａおよび蛍光体粒子１４ａを囲む樹脂１２ｂを備える。蛍光体粒子（黄色蛍光体）１２ａは、第１の実施形態と同様である。蛍光体粒子（緑色蛍光体）１４ａは、第２の実施形態と同様である。
蛍光体粒子（黄色蛍光体）１２ａの体積濃度と、蛍光体粒子（緑色蛍光体）１４ａの体積濃度の和が７％以下である。
本実施形態の発光装置によれば、色変換層中の黄色蛍光体および緑色蛍光体の体積濃度が一定濃度以下に制限される。したがって、励起光の散乱による発光効率の低下が抑制される。よって、発光効率が向上する発光装置を提供することが可能となる。
また、第１の実施形態と比較して、緑色蛍光体により色度調整の範囲が拡大する。また、同一の色変換層に黄色蛍光体および緑色蛍光体を含有させるため、発光装置の製造が容易となる。
（第９の実施形態）
本実施形態の発光装置は、第１の色変換層が、式（３）で表され励起光を赤色光に変換する赤色蛍光体を含み、黄色蛍光体の体積濃度と赤色蛍光体の体積濃度の和が７％以下であること以外は、第１の実施形態と同様である。したがって、第１の実施形態と重複する内容については記述を省略する。
（Ｓｒ１−ｘ３Ｅｕｘ３）ａ３ＡｌＳｉｂ３Ｏｃ３Ｎｄ３・・・・・（３）
（式（３）中、ｘ３、ａ３、ｂ３、ｃ３、ｄ３は、次の関係を満たす。０＜ｘ３≦０．２、０．６＜ａ３＜０．９５、２．０＜ｂ３＜３．９、０．２５＜ｃ３＜０．４５、４．０＜ｄ３＜５．０）
図１０は、本実施形態の発光装置の模式断面図である。この発光装置は、例えば、白色光を発する発光装置である。
色変換層１２は、複数の蛍光体粒子（黄色蛍光体）１２ａと、複数の蛍光体粒子（赤色蛍光体）１６ａと、蛍光体粒子１２ａおよび蛍光体粒子１６ａを囲む樹脂１２ｂを備える。蛍光体粒子（黄色蛍光体）１２ａは、第１の実施形態と同様である。蛍光体粒子（赤色蛍光体）１６ａは、第３の実施形態と同様である。
蛍光体粒子（黄色蛍光体）１２ａの体積濃度と、蛍光体粒子（赤色蛍光体）１６ａの体積濃度の和が７％以下である。
本実施形態の発光装置によれば、色変換層中の黄色蛍光体および赤色蛍光体の体積濃度が一定濃度以下に制限される。したがって、励起光の散乱による発光効率の低下が抑制される。よって、発光効率が向上する発光装置を提供することが可能となる。
また、第１の実施形態と比較して、赤色蛍光体により色度調整の範囲が拡大する。また、同一の色変換層に黄色蛍光体および赤色蛍光体を含有させるため、発光装置の製造が容易となる。
（第１０の実施形態）
図１１は、本実施形態の発光装置の模式断面図である。この発光装置は、例えば、白色光を発する発光装置である。
本実施形態の発光装置は、励起光として近紫外光を発する発光素子１１上に、色変換層２０を備える。色変換層１２は、複数の蛍光体粒子（緑色蛍光体）１４ａと、複数の蛍光体粒子（赤色蛍光体）１６ａと、複数の蛍光体粒子（青色蛍光体）１８ａと、蛍光体粒子１４ａ、蛍光体粒子１６ａおよび蛍光体粒子１８ａを囲む樹脂２０ｂを備える。蛍光体粒子（黄色蛍光体）１４ａは、第２の実施形態と同様である。蛍光体粒子（赤色蛍光体）１６ａは、第３の実施形態と同様である。
蛍光体粒子（緑色蛍光体）１４ａの体積濃度と蛍光体粒子（赤色蛍光体）１６ａの体積濃度の和が７％以下である。
本実施形態の発光装置によれば、色変換層中の緑色蛍光体および赤色蛍光体の体積濃度が一定濃度以下に制限される。したがって、励起光の散乱による発光効率の低下が抑制される。よって、発光効率が向上する発光装置を提供することが可能となる。
また、第１の実施形態と比較して、赤色蛍光体、緑色蛍光体および青色蛍光体により色度調整の範囲が拡大する。また、同一の色変換層に緑色蛍光体、赤色蛍光体および赤色蛍光体を含有させるため、発光装置の製造が容易となる。
実施形態においては、発光層をＧａＩｎＮとするＡｌＧａＩｎＮ系ＬＥＤを用いる場合を例に説明した。発光層（活性層）として、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体である窒化アルミニウムガリウムインジウム（ＡｌＧａＩｎＮ）、あるいはＩＩ−ＶＩ族化合物半導体である酸化マグネシウム亜鉛（ＭｇＺｎＯ）等を用いたＬＥＤを用いることが出来る。
例えば、発光層として用いるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、Ａｌ、Ｇａ、及びＩｎからなる群から選ばれた少なくとも１種を含む窒化物半導体である。この窒化物半導体は、具体的には、ＡｌｘＧａｙＩｎ（１−ｘ−ｙ）Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦（ｘ＋ｙ）≦１）と表わされるものである。このような窒化物半導体には、ＡｌＮ、ＧａＮ、及びＩｎＮの２元系、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎ（０＜ｘ＜１）、ＡｌｘＩｎ（１−ｘ）Ｎ（０＜ｘ＜１）、及びＧａｙＩｎ（１−ｙ）Ｎ（０＜ｙ＜１）の３元系、更にすべてを含む４元系のいずれもが含まれる。Ａｌ、Ｇａ、及びＩｎの組成ｘ、ｙ、（１−ｘ−ｙ）に基づいて、紫外から青までの範囲の発光ピーク波長が決定される。また、ＩＩＩ族元素の一部をホウ素（Ｂ）、タリウム（Ｔｌ）等に置換することができる。更に、Ｖ族元素のＮの一部をリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等に置換することができる。
同様に、発光層として用いるＩＩ−ＶＩ族化合物半導体は、Ｍｇ及びＺｎの少なくとも１種を含む酸化物半導体することができる。具体的には、ＭｇｚＺｎ（１−ｚ）Ｏ（０≦ｚ≦１）と表されるものがあり、Ｍｇ及びＺｎの組成ｚ、（１−ｚ）に基づいて、紫外領域の発光ピーク波長が決定される。
また、発光素子は、近紫外光または青色光を発する光源であれば、ＬＥＤに限られることはなく、例えばレーザダイオード（ＬＤ）を使用することも可能である。
また、色変換層の樹脂としては、シリコーン樹脂を例に説明したが、励起光の透過性が高く、かつ耐熱性の高い任意の材料を用いることができる。そのような材料として、例えば、シリコーン樹脂の他に、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、フッ素樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ基を有するポリジメチルシロキサン誘導体、オキセタン樹脂、シクロオレフィン樹脂等が使用可能である。特に、入手し易く、取り扱いやすく、しかも安価であることから、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂が好適に使用される。
また、色変換層がドーム状である場合を例に説明したが、色変換層はドーム状に限られるものではない。発光素子の側面も含めて覆う形状であれば、例えば、カップ形状等、その他の形状とすることも可能である。
また、発光素子と色変換層の間、色変換層と色変換層の間、または、色変換層の最外周等に、蛍光体をふくまない透明樹脂層を設ける構成とすることも可能である。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。例えば、一実施形態の構成を他の実施形態の構成に加えたり置き換えたりしてもかまわない。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１０ 発光素子
１１ 発光素子
１２ 色変換層（第１の色変換層）
１２ａ 蛍光体粒子（黄色蛍光体）
１２ｂ 樹脂
１４ 色変換層（第２の色変換層）
１４ａ 蛍光体粒子（緑色蛍光体）
１４ｂ 樹脂
１６ 色変換層（第３の色変換層）
１６ａ 蛍光体粒子（赤色蛍光体）
１６ｂ 樹脂
１８ａ 蛍光体粒子（青色蛍光体）
２０ 色変換層
２０ｂ 樹脂

Claims (11)

  1. 近紫外光または青色光の励起光を発する発光素子と、
    式（１）で表され前記励起光を黄色光に変換する黄色蛍光体と、前記黄色蛍光体を囲む樹脂を含み、前記黄色蛍光体の体積濃度が７％以下であり、前記発光素子の発光面に平行な断面の断面積が前記発光面よりも大きい領域を有する第１の色変換層と、
    を備えることを特徴とする発光装置。
    （Ｓｒ１−ｘ１Ｃｅｘ１）ａ１ＡｌＳｉｂ１Ｏｃ１Ｎｄ１・・・・・（１）
    （式（１）中、ｘ１、ａ１、ｂ１、ｃ１、ｄ１は、次の関係を満たす。０＜ｘ１≦０．１、０．６＜ａ１＜０．９５、２．０＜ｂ１＜３．９、０＜ｃ１＜０．４５、４．０＜ｄ１＜５．０）
  2. 前記式（１）中、０．０５≦ｘ１≦０．１であることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
  3. 前記励起光は青色光であり、ＣＩＥ色度図の座標（Ｃｘ，Ｃｙ）で表記した場合に、０．３０≦Ｃｘ≦０．４８、０．３０≦Ｃｙ≦０．４４の色度の光を発することを特徴とする請求項１または請求項２記載の発光装置。
  4. 式（２）で表され前記励起光を緑色光に変換する緑色蛍光体と、前記緑色蛍光体を囲む樹脂を含み、前記緑色蛍光体の体積濃度が７％以下であり、前記発光素子の発光面に平行な断面の断面積が前記発光面よりも大きい領域を有する第２の色変換層を、
    さらに備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３いずれか一項記載の発光装置。
    （Ｓｒ１−ｘ２Ｅｕｘ２）ａ２ＡｌＳｉｂ２Ｏｃ２Ｎｄ２・・・・・（２）
    （式（２）中、ｘ２、ａ２、ｂ２、ｃ２、ｄ２は、次の関係を満たす。０＜ｘ２≦０．２、０．９３＜ａ２＜１．３、４．０＜ｂ２＜５．８、０．６＜ｃ２＜１．０、６．０＜ｄ２＜１１）
  5. 式（３）で表され前記励起光を赤色光に変換する赤色蛍光体と、前記赤色蛍光体を囲む樹脂を含み、前記赤色蛍光体の体積濃度が７％以下であり、前記発光素子の発光面に平行な断面の断面積が前記発光面よりも大きい領域を有する第３の色変換層を、
    さらに備えることを特徴とする請求項１ないし請求項４いずれか一項記載の発光装置。
    （Ｓｒ１−ｘ３Ｅｕｘ３）ａ３ＡｌＳｉｂ３Ｏｃ３Ｎｄ３・・・・・（３）
    （式（３）中、ｘ３、ａ３、ｂ３、ｃ３、ｄ３は、次の関係を満たす。０＜ｘ３≦０．２、０．６＜ａ３＜０．９５、２．０＜ｂ３＜３．９、０．２５＜ｃ３＜０．４５、４．０＜ｄ３＜５．０）
  6. 前記第１の色変換層は、式（２）で表され前記励起光を緑色光に変換する緑色蛍光体を含み、前記黄色蛍光体の体積濃度と前記緑色蛍光体の体積濃度の和が７％以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項３いずれか一項記載の発光装置。
    （Ｓｒ１−ｘ２Ｅｕｘ２）ａ２ＡｌＳｉｂ２Ｏｃ２Ｎｄ２・・・・・（２）
    （式（２）中、ｘ２、ａ２、ｂ２、ｃ２、ｄ２は、次の関係を満たす。０＜ｘ２≦０．２、０．９３＜ａ２＜１．３、４．０＜ｂ２＜５．８、０．６＜ｃ２＜１．０、６．０＜ｄ２＜１１）
  7. 前記第１の色変換層は、式（３）で表され前記励起光を赤色光に変換する赤色蛍光体を含み、前記黄色蛍光体の体積濃度と前記赤色蛍光体の体積濃度の和が７％以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項３いずれか一項記載の発光装置。
    （Ｓｒ１−ｘ３Ｅｕｘ３）ａ３ＡｌＳｉｂ３Ｏｃ３Ｎｄ３・・・・・（３）
    （式（３）中、ｘ３、ａ３、ｂ３、ｃ３、ｄ３は、次の関係を満たす。０＜ｘ３≦０．２、０．６＜ａ３＜０．９５、２．０＜ｂ３＜３．９、０．２５＜ｃ３＜０．４５、４．０＜ｄ３＜５．０）
  8. 前記発光素子がＬＥＤであることを特徴とする請求項１ないし請求項７いずれか一項記載の発光装置。
  9. 前記黄色蛍光体の粒径が１μｍ以上２５μｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項８いずれか一項記載の発光装置。
  10. 近紫外光または青色光の励起光を発する発光素子と、
    式（２）で表され前記励起光を緑色光に変換する緑色蛍光体と、前記緑色蛍光体を囲む樹脂を含み、前記緑色蛍光体の体積濃度が７％以下であり、前記発光素子の発光面に平行な断面の断面積が前記発光面よりも大きい領域を有する色変換層と、
    を備えることを特徴とする発光装置。
    （Ｓｒ１−ｘ２Ｅｕｘ２）ａ２ＡｌＳｉｂ２Ｏｃ２Ｎｄ２・・・・・（２）
    （式（２）中、ｘ２、ａ２、ｂ２、ｃ２、ｄ２は、次の関係を満たす。０＜ｘ２≦０．２、０．９３＜ａ２＜１．３、４．０＜ｂ２＜５．８、０．６＜ｃ２＜１．０、６．０＜ｄ２＜１１）
  11. 近紫外光または青色光の励起光を発する発光素子と、
    式（３）で表され前記励起光を赤色光に変換する赤色蛍光体と、前記赤色蛍光体を囲む樹脂を含み、前記赤色蛍光体の体積濃度が７％以下であり、前記発光素子の発光面に平行な断面の断面積が前記発光面よりも大きい領域を有する色変換層と、
    を備えることを特徴とする発光装置。
    （Ｓｒ１−ｘ３Ｅｕｘ３）ａ３ＡｌＳｉｂ３Ｏｃ３Ｎｄ３・・・・・（３）
    （式（３）中、ｘ３、ａ３、ｂ３、ｃ３、ｄ３は、次の関係を満たす。０＜ｘ３≦０．２、０．６＜ａ３＜０．９５、２．０＜ｂ３＜３．９、０．２５＜ｃ３＜０．４５、４．０＜ｄ３＜５．０）
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