JP2016072614A - 発光装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】発光装置は、430nm以上470nm以下の波長範囲に極大発光波長を有する半導体発光素子と、620nm以上650nm未満の波長範囲に極大発光波長を有する赤色蛍光体の第一蛍光体と、600nm以上620nm未満の波長範囲に極大発光波長を有する赤色蛍光体の第二蛍光体と、650nm以上の波長範囲に極大発光波長を有する赤色蛍光体の第三蛍光体と、500nm以上565nm以下の波長範囲に極大発光波長を有する第四蛍光体とを備える。第一蛍光体は、その組成が式(I)で表される。A2[M1−aMn4+ aF6]・・・(I)(Aは、K+、Li+、Na+、Rb+、Cs+及びNH4 +からなる群から選ばれる少なくとも1種、Mは、第4族元素及び第14族元素からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素、aは0<a<0.2を満たす数を示す。)
【選択図】図8
Description
本開示の態様は、430nm以上470nm以下の波長範囲に極大発光波長を有する半導体発光素子と、620nm以上650nm未満の波長範囲に極大発光波長を有する赤色蛍光体である第一蛍光体と、600nm以上620nm未満の波長範囲に極大発光波長を有する赤色蛍光体である第二蛍光体と、650nm以上の波長範囲に極大発光波長を有する赤色蛍光体である第三蛍光体と、500nm以上565nm以下の波長範囲に極大発光波長を有する第四蛍光体と、を備え、第一蛍光体は、その組成が下記式(I)
A2[M1−aMn4+ aF6]・・・(I)
(Aは、K+、Li+、Na+、Rb+、Cs+及びNH4 +からなる群から選ばれる少なくとも1種であり、Mは、第4族元素及び第14族元素からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素であり、aは0<a<0.2を満たす数を示す。)で表される発光装置である。
本実施形態の発光装置は、430nm以上470nm以下の波長範囲に極大発光波長を有する半導体発光素子と、620nm以上650nm未満の波長範囲に極大発光波長を有する赤色蛍光体である第一蛍光体と、600nm以上620nm未満の波長範囲に極大発光波長を有する赤色蛍光体である第二蛍光体と、650nm以上の波長範囲に極大発光波長を有する赤色蛍光体である第三蛍光体と、500nm以上565nm以下の波長範囲に極大発光波長を有する第四蛍光体と、を備え、第一蛍光体は、その組成が下記式(I)で表される発光装置である。
A2[M1−aMn4+ aF6]・・・(I)
式(I)中、Aは、K+、Li+、Na+、Rb+、Cs+及びNH4 +からなる群から選ばれる少なくとも1種であり、Mは、第4族元素及び第14族元素からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素であり、aは0<a<0.2を満たす数を示す。
さらに第一蛍光体は、視感度の低い長波域の深赤色成分が少ないため、優れた発光効率を達成可能で、照明用途に用いる場合は発光効率と演色性のバランスにも優れる。また、第一蛍光体に加えて、第二蛍光体及び第三蛍光体である赤色蛍光体を少なくとも2種含むことで、発光装置を製造する際に、蛍光体が分散された樹脂の流動性が低下することを抑制することができ、効率的に発光装置を製造することができる。
また発光装置の色温度は特に制限されず、目的等に応じて適宜選択される。発光装置の色温度は、例えば、2500K以上3500K以下が好ましい。発光装置の色温度は、例えば、第一蛍光体、第二蛍光体、第三蛍光体及び第四蛍光体(以下、まとめて単に「蛍光体」ともいう。)の種類及び含有量を適宜選択することで調整することができる。
発光装置は430nm以上470nm以下の波長範囲に極大発光波長を有する半導体発光素子(以下、単に「発光素子」ともいう。)を備える。半導体発光素子を励起光源として用いることによって、高効率で入力に対する出力のリニアリティが高く、機械的衝撃にも強い安定した発光装置を得ることができる。
第一蛍光体は赤色蛍光体であり、その蛍光スペクトルのピーク(極大発光波長)を620nm以上650nm未満の波長範囲に有し、式(I)で表される化学組成を有する。
A2[M1−aMn4+ aF6]・・・(I)
Aは、K+、Li+、Na+、Rb+、Cs+及びNH4 +からなる群から選択される少なくとも1種の陽イオンであり、Mは、第4族元素及び第14族元素からなる群から選択される少なくとも1種の元素を示し、aは0<a<0.2を満たす数を示す。
Mがケイ素(Si)、又はケイ素(Si)及びゲルマニウム(Ge)を含む場合、Si及びGeの少なくとも一方の一部が、Ti、Zr及びHfを含む第4族元素、並びにC及びSnを含む第14族元素からなる群から選択される少なくとも1種で置換されていてもよい。
第一蛍光体は、1種単独でも、2種以上を組合せて用いてもよい。
第二蛍光体は赤色蛍光体であり、その蛍光スペクトルの発光ピーク波長(極大発光波長)を600nm以上620nm未満の波長範囲に有する。第二蛍光体は、可視光の短波長領域の光を吸収して赤色に発光可能であることが好ましく、可視光の短波長領域の光である励起光は、主に青色領域の光であることがより好ましい。第二蛍光体における励起光の好ましい範囲は第一蛍光体と同様である。
第二蛍光体の極大発光波長は、演色性と光束の観点から、600nm以上610nm以下であることが好ましい。
(Ba,Sr,Ca)2Si5N8:Eu・・・(II)
第二蛍光体は、1種単独でも、2種以上を組合せて用いてもよい。なお、この蛍光体の詳細については、例えば、特開2006−152296号公報を参照できる。
第三蛍光体は赤色蛍光体であり、その蛍光スペクトルの発光ピーク波長(極大発光波長)を650nm以上の波長範囲に有する。第三蛍光体の極大発光波長は、発光効率の観点から、650nm以上670nm以下であることが好ましい。第三蛍光体は、可視光の短波長領域の光を吸収して赤色に発光可能であることが好ましく、可視光の短波長領域の光である励起光は、主に青色領域の光であることがより好ましい。第三蛍光体における励起光の好ましい範囲は第一蛍光体と同様である。
第三蛍光体の極大発光波長は、演色性と光束の観点から、650nm以上660nm以下であることもまた好ましい。
CaAlSiN3:Eu・・・(III)
第三蛍光体は、1種単独でも、2種以上を組合せて用いてもよい。なお、この蛍光体の詳細については、例えば、国際公開WO2006/077740号を参照できる。
発光装置がその他の赤色蛍光体を含む場合、その含有率は赤色蛍光体の総質量中に20質量%以下であり、10質量%以下が好ましい。その他の赤色蛍光体の含有率の下限値は特に制限されず、例えば0.5質量%である。
また、第二蛍光体の第三蛍光体に対する質量比は、演色性と光束の観点から、30:70以上70:30以下が好ましい。
特に、赤色蛍光体の総質量中における第一蛍光体の含有率が90質量%以上99質量%以下である場合には、第二蛍光体の第三蛍光体に対する質量比が30:70以上70:30以下であることが好ましい。
また、赤色蛍光体の総質量中における第一蛍光体の含有率が85質量%以上90質量%未満である場合には、第二蛍光体の第三蛍光体に対する質量比が30:70以上50:50未満であることが好ましい。
赤色蛍光体の粒径は例えば、それぞれ体積平均粒子径として1μm以上100μm以下であり、5μm以上70μm以下であることが好ましい。
第四蛍光体は、その蛍光スペクトルのピーク(極大発光波長)を500nm以上565nm以下の波長範囲に有する。第四蛍光体の極大発光波長は、演色性と光束の観点から、550nm以上560nm以下であることが好ましい。第四蛍光体は、可視光の短波長領域の光を吸収して黄色から緑色に発光可能である。可視光の短波長領域の光である励起光は、主に青色領域の光であることが好ましい。
Lu3Al5O12:Ce・・・(IV)
Y3(Al,Ga)5O12:Ce・・・(V)
(Lu,Y,Gd,Tb)3(Al,Ga)5O12:Ce・・・(VI)
Y3(Al,Ga)5O12:Ce・・・(VIa)
第四蛍光体は、1種単独でも、2種以上を組合せて用いてもよい。
第四蛍光体の粒径は例えば、体積平均粒子径として1μm以上100μm以下であり、5μm以上70μm以下であることが好ましい。
発光装置が蛍光材料中にフィラーを含む場合、フィラーの総含有量は蛍光材料に含まれる樹脂100質量部に対して、例えば、0.5質量部以上20質量部以下とすることができる。
発光装置100は、可視光の短波長側(例えば380nm以上485nm以下)の光を発し、発光ピーク波長が430nm以上470nm以下である窒化ガリウム系化合物半導体の発光素子10と、発光素子10を載置する成形体40と、を有する。成形体40は第1のリード20と第2のリード30と、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂とが一体成形されている。成形体40は底面と側面を持つ凹部を形成しており、凹部の底面に発光素子10が載置されている。発光素子10は一対の正負の電極を有しており、その一対の正負の電極は第1のリード20及び第2のリード30とワイヤ60を介して電気的に接続されている。発光素子10は蛍光部材50により被覆されている。蛍光部材50はエポキシ樹脂やシリコーン樹脂、エポキシ変性シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂を含むことが好ましい。蛍光部材50は発光素子10からの光を波長変換する蛍光体70を含有し、それぞれの蛍光体70は第一蛍光体、第二蛍光体、第三蛍光体又は第四蛍光体であり、これらの蛍光体を所定の含有比率で含んでいる。発光装置100においては、発光素子10からの光と、発光素子10からの光で励起された蛍光体70からの光との混合光が、蛍光部材50の発光面から取り出される。なお、蛍光部材50について、その発光面は、第一のリード20及び第二のリード30が配置された側とは反対側に位置する。
・半導体発光素子:極大発光波長が455nmであるLEDチップ
・第一蛍光体:K2[Si0.97Mn4+ 0.03F6](以下、「KSF」ともいう)、極大発光波長が630nmの赤色蛍光体。
・第二蛍光体:Ba1.33Sr0.63Si5N8:Eu0.44(以下、「BSESN」ともいう)、極大発光波長607nmの赤色蛍光体。
・第三蛍光体:Ca0.993AlSiN3:Eu0.007(以下、「CASN」ともいう)、極大発光波長が650nmの赤色蛍光体。
・第四蛍光体:Y3(Al,Ga)5O12:Ce(以下、「YAG」ともいう)、極大発光波長が556nmの黄色蛍光体。
シリコーン樹脂(信越化学工業社製)に、赤色蛍光体と黄色蛍光体とを、赤色蛍光体の構成が表1に示すようになり、色温度が3450Kとなるように混合分散して蛍光体含有樹脂組成物を得た。次にこの蛍光体含有樹脂組成物をLEDパッケージ(極大発光波長455nm)の上に注入、充填し、さらに150℃で4時間加熱することで樹脂組成物を硬化させて、発光装置を作製した。
なお、表中の「赤色蛍光体中のKSF含有率(%)」及び「BSESN:CASN」は質量基準である。
得られた発光装置について、発光スペクトルを測定した。得られた発光スペクトルを図7及び図8に示す。
図7は、比較例1及び2に係る発光装置の発光スペクトルである。また、図8は、実施例1から4及び比較例1に係る発光装置の発光スペクトルである。図7および図8とも、各比較例および実施例における発光装置の発光スペクトルのうち、発光強度が最大となるKSFの極大発光波長における発光強度を1として規格化した相対発光強度を示している。
得られた発光装置について、JIS Z 8726 光源の演色性評価方法に準じて、平均演色性評価数Raを算出した。
得られた発光装置について、積分球を用いて光束を測定し、比較例1における光束を100%として相対光束を算出した。
また、赤色蛍光体として第一蛍光体(KSF)に加えて、第二蛍光体(BSESN)及び第三蛍光体(CASN)を組合せることで、演色性と相対光束とを両立できることが分かる。
一方、赤色蛍光体として第一蛍光体(KSF)に加えて、第二蛍光体(BSESN)のみを組合せた場合、相対光束は大きくなるものの演色性が低下する。また、また赤色蛍光体として第一蛍光体(KSF)に加えて、第三蛍光体(CASN)のみを組合せた場合、良好な演色性が得られるものの十分な相対光束が得られない。
Claims (7)
- 430nm以上470nm以下の波長範囲に極大発光波長を有する半導体発光素子と、
620nm以上650nm未満の波長範囲に極大発光波長を有する赤色蛍光体である第一蛍光体と、
600nm以上620nm未満の波長範囲に極大発光波長を有する赤色蛍光体である第二蛍光体と、
650nm以上の波長範囲に極大発光波長を有する赤色蛍光体である第三蛍光体と、
500nm以上565nm以下の波長範囲に極大発光波長を有する第四蛍光体と、を備え、
前記第一蛍光体は、その組成が下記式(I)
A2[M1−aMn4+ aF6]・・・(I)
(Aは、K+、Li+、Na+、Rb+、Cs+及びNH4 +からなる群から選ばれる少なくとも1種であり、Mは、第4族元素及び第14族元素からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素であり、aは0<a<0.2を満たす数を示す。)で表される発光装置。 - 前記第二蛍光体は、Eu2+で賦活されたアルカリ土類ケイ窒化物蛍光体であり、その組成が、
(Ba,Sr,Ca)2Si5N8:Eu
で表される、請求項1に記載の発光装置。 - 前記第三蛍光体は、Eu2+で賦活されたアルカリ土類ケイ窒化物蛍光体であり、その組成が、
CaAlSiN3:Eu
で表される、請求項1又は2に記載の発光装置。 - 前記第四蛍光体は、その組成が
Lu3Al5O12:Ce、
Y3(Al,Ga)5O12:Ce及び
(Lu,Y,Gd,Tb)3(Al,Ga)5O12:Ce
のいずれかで表される化合物からなる群から選択される少なくとも1種である、請求項1から3のいずれか1項に記載の発光装置。 - 色温度が2500K以上3500K以下である、請求項1から4のいずれか1項に記載の発光装置。
- 赤色蛍光体の総質量中における前記第一蛍光体の含有率が90質量%以上99質量%以下であり、
前記第二蛍光体の第三蛍光体に対する質量比が30:70以上70:30以下である、請求項1から5のいずれか1項に記載の発光装置。 - 赤色蛍光体の総質量中における前記第一蛍光体の含有率が85質量%以上90質量%未満であり、
前記第二蛍光体の第三蛍光体に対する質量比が30:70以上50:50未満である、請求項1から5のいずれか1項に記載の発光装置。
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