JP2016076699A - 発光装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】青色光を発光する発光素子1と、発光素子を覆う封止樹脂12と、封止樹脂の外側に配置された硫化物蛍光体含有層20と、を有し、封止樹脂は、その組成が一般式A2[M1-aMn4+ aF6]で表され発光素子の発光する青色光の一部を吸収して赤色光を発光するKSF蛍光体、およびその組成が一般式(x−a)MgO・(a/2)Sc2O3・yMgF2・cCaF2・(1−b)GeO2・(b/2)Mt2O3:zMn4+で表され、発光素子の発光する青色光の一部を吸収して赤色光を発光するMGF蛍光体の少なくとも一方を含み、硫化物蛍光体含有層は、その組成が一般式M1Ga2S4:Euで表され、発光素子の発光する青色光の一部を吸収し、緑色光を発光する硫化物蛍光体24を含むことを特徴とする発光装置。
【選択図】図1
Description
このため、硫化物蛍光体を用いた発光装置は、液晶ディスプレイ等のカラーフィルタと組み合わせる場合に、色再現範囲が広くなるという利点を有する。さらに、カラーフィルタのピーク波長(透過率がピークとなる波長)を硫化物蛍光体の発光ピークと対応させることで、より多くの光がカラーフィルタを通過できることから、カラーフィルタを使用した際に光の減衰が少なく、光取り出し効率が向上する。
特に従来の緑色蛍光体よりも、発光効率が高いため、高輝度な液晶パネルを得ることができる。
一方、ディスプレイおよび照明装置等の多くの用途では、より少ない電力消費でより明るい光を発することができる、すなわち、より発光効率の高い発光装置が求められている。
A2[M1-aMn4+ aF6] (1)
(式中、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を満足する。)
(x−a)MgO・(a/2)Sc2O3・yMgF2・cCaF2・(1−b)GeO2・(b/2)Mt2O3:zMn4+ (2)
(式中x、y、z、a、b、cは、2.0≦x≦4.0、0<y<1.5、0<z<0.05、0≦a<0.5、0<b<0.5、0≦c<1.5、y+c<1.5を満足し、MtはAl、Ga、Inから選択された少なくとも1種である。)
M1Ga2S4:Eu (3)
(式中、M1=Mg,Ca,Sr,Baで示されるEu付活チオガレート蛍光体)
各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張していることがあることに留意されたい。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一の部分又は部材を示す。さらに、例えば符号「10A」のように、数字とアルファベットから成る符号により示される部材は、特段の断りがない事項については、例えば符号「10」のように同じ数字を有しアルファベットを有しない符号により示される部材および同じ数字と異なるアルファベットを有する符号により示される部材と同じ構成を有してよい。
これにより、硫化物蛍光体含有層(蛍光体シート)の厚みを増やすことなくKSF蛍光体を用いることができる。蛍光体量を減らせるので、コストも低減することができる。
以下に本発明の複数の実施形態に係る発光装置について詳述する。
図1は、本発明の実施形態1にかかる発光装置100の概略断面図である。発光装置100は、青色光を発光する発光素子1と、発光素子1が発する青色光の一部を吸収し、緑色光を発光する緑色硫化物蛍光体24と、発光素子1の発する青色光の一部を吸収し、赤色光を発光する赤色蛍光体14を含んでいる。赤色蛍光体14は、詳細を後述する、KSF蛍光体およびMGF蛍光体の少なくとも一方である。
樹脂パッケージ3のキャビティの底面にリードを配置して、発光素子1をこのリードの上に配置してもよい。リードを用いる場合、リードと発光素子の負極および/または正極を金属ワイヤで接続し、リードを介して発光素子1を外部電源に接続してよい。また、金属ワイヤを用いずに、半田等でフリップチップ接続してもよい。また、リードは必要に応じて表面にめっき層を有してよい。
封止樹脂12は、発光素子1の周囲(図1に示す実施形態では、発光素子1の底面を除いた、上面および側面)を覆っている。封止樹脂12は赤色蛍光体14を含む。すなわち、封止樹脂12の内部には、赤色蛍光体14が分散配置されている。
なお、図1に示す実施形態では、赤色蛍光体14は、封止樹脂12内に均一に分散しているが、赤色蛍光体の分散配置の形態はこれに限定されるものではない。赤色蛍光体14は、例えば、発光素子1の近傍において、高い密度で配置されている等、封止樹脂12内の一部において、より高い密度で配置されてよい。このような配置として、赤色蛍光体の分散密度が、封止樹脂の上部で小さく、封止樹脂12底部(発光素子1の直上を含む)で高くなっている、所謂、沈降配置がある。沈降配置は、例えば、赤色蛍光体14を均一に分散させた、硬化前の封止樹脂12を樹脂パッケージ3のキャビティに充填した後、封止樹脂12を未硬化のままで所定の時間放置し、封止樹脂12内の赤色蛍光体14が重力により移動し、その分布が封止樹脂12の底部において高くなってから、封止樹脂12を硬化させることで形成できる。遠心力により沈降させてもよい。
なお、封止樹脂12の内部に、赤色蛍光体14に加えて、フィラーを配置してもよい。
発光素子パッケージ10の上面から出射した青色光の多くは、緑色硫化物蛍光体含有層20の下面から内部に進入する。緑色硫化物蛍光体含有層20の下面から内部に進入した青色光の一部は、緑色硫化物蛍光体含有層20の透光性材料22を透過した後、緑色硫化物蛍光体含有層20上面より外側に出て行く。緑色硫化物蛍光体含有層20の下面から内部に進入した青色光の別の一部は、緑色硫化物蛍光体24に吸収され、緑色硫化物蛍光体24が緑色光を発光する。緑色硫化物蛍光体24が発した緑色光の多くは、透光性材料22の内部を進み、緑色硫化物蛍光体含有層20上面より外側に出て行く。この結果、緑色硫化物蛍光体含有層20上面の外側では、青色光と赤色光と緑色光が混ざり白色光を得ることができる。
しかし、これに限定されるものではなく、緑色硫化物蛍光体含有層20と封止樹脂12(または樹脂パッケージ3)とは接触していてもよい。この場合、発光素子パッケージ10から出射した光が、より多く緑色硫化物蛍光体含有層20に進入し、取り出し効率を更に高くすることが可能となる。また、緑色硫化物蛍光体含有層20と封止樹脂12(または樹脂パッケージ3)とは接触していても発光素子1と緑色硫化物蛍光体24とはある程度、距離がはなれているため、緑色硫化物蛍光体24の熱劣化を抑制する効果を得ることができる。
また、図1に示す実施形態では、樹脂パッケージ3を含む発光素子パッケージ10を用いているがこれに限定されるものではない。発光素子パッケージ10に代えて、樹脂パッケージを用いずに、発光素子1の表面に、赤色蛍光体14を含む蛍光体層を形成した、所謂、パッケージレスの形態であってもよい。
発光素子パッケージ10から出射する光の色度が図2中に実線で示した四角形の範囲(すなわち、CIE1931色度図のxy色度座標系において、(0.19、0.099779)、(0.19、0.027013)、(0.3、0.09111)および(0.3、0.14753)の4点を結んでできる四角形の範囲)内であることがより好ましい。
色度をこのような範囲とすることで、緑色硫化物蛍光体含有層20とともに用いた際に、バックライトとして好ましい色調を得ることができる。
図3Aは作製した発光素子パッケージ10の断面の一部を示すSEM像であり、図3Bは図3AのA部の拡大SEM像であり、図3Cは図3AのB部の拡大SEM像であり、図3Dは図3AのC部の拡大SEM像であり、図3Eは図3BのD部の拡大SEM像である。
上面視で角部に丸みを帯びた略四角形のキャビティを備え、縦4mm、横1.4mm、高さ0.6mmの外形寸法を有する樹脂パッケージ3を用いた。樹脂パッケージ3はキャビティの底面に一対のリード5を有し、リード5は表面にめっき層15を有する。一対のリード5の一方の上に、透光性基板13と半導体層11とを有する発光素子1を配置した。発光素子1と一対のリードとを金ワイヤにより電気的に接続した。発光素子1の発する光は、435nm〜465nmの間に発光強度のピークを有する。
図3Cに示すように、発光素子1の側面上部は、赤色蛍光体14およびフィラー16により覆われていなかった。
CIE1931における色度座標の値は、x=0.216、y=0.054であった。
1)発光素子
発光素子1は、青色光(発光ピーク波長が435〜465nmの範囲内である)を発光する限り、既知の任意の発光素子であってよく、青色LEDチップであってよい。発光素子1は、半導体積層体を備えてよく、窒化物半導体積層体を備えることが好ましい。半導体積層体(好ましくは窒化物半導体積層体)は、順に、第1半導体層(例えば、n型半導体層)、発光層および第2半導体層(例えば、p型半導体層)を有してよい。
好ましい窒化物半導体材料として、具体的には、InXAlYGa1−X−YN(0≦X、0≦Y、X+Y≦1)を用いてよい。各層の膜厚及び層構造は、当該分野で既知のものを用いてよい。
赤色蛍光体14は、KSF蛍光体およびMGF蛍光体の少なくとも一方である。KSF蛍光体およびMGF蛍光体は、緑色光をほとんど吸収せず、従って2次吸収をほとんど生じないという利点を有する。また、発光ピークの半値幅が35nm以下、好ましくは10nm以下と小さいことを特徴とする。また、粒径は例えば20〜50μm(平均粒径)である。なお、本明細書中において、平均粒径の値は、空気透過法を利用したF.S.S.S.No(Fisher−SubSieve−Sizers−No.)によるものとする。
以下に、KSF蛍光体およびMGF蛍光体について詳述する。
KSF蛍光体は、その発光波長のピークが610〜650nmの範囲にある赤色蛍光体である。その組成は、下記一般式(1)に表される。
A2[M1-aMn4+ aF6] (1)
(式中、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を満足する。)
なお、このKSF蛍光体については、本願出願人が先に特許出願した特願2014−122887号を参照してよい。
MGFは深赤色の蛍光を発する赤色蛍光体である。すなわち、その発光波長のピークがKSF蛍光体よりも長波長側の650nm以上であり、Mn4+で付活された蛍光体である。組成式の一例として3.5MgO・0.5MgF2・GeO2:Mn4+で表される。MGF蛍光体の半値幅は、15nm以上35nm以下である。
(x−a)MgO・(a/2)Sc2O3・yMgF2・cCaF2・(1−b)GeO2・(b/2)Mt2O3:zMn4+ (2)
(式中x、y、z、a、b、cは、2.0≦x≦4.0、0<y<1.5、0<z<0.05、0≦a<0.5、0<b<0.5、0≦c<1.5、y+c<1.5を満足し、MtはAl、Ga、Inから選択された少なくとも1種である。)
発光素子のピーク波長における発光強度と赤色蛍光体のピーク波長における発光強度の比は、第1:第2=100:55〜70であることが好ましい。
緑色硫化物蛍光体24は、下記一般式(3)で示される蛍光体である。
M1Ga2S4:Eu (3)
(式中、M1=Mg,Ca,Sr,Baで示されるEu付活チオガレート蛍光体)
緑色硫化物蛍光体24は、例えば、5〜20μmの粒径(平均粒径)を有する。緑色硫化物蛍光体24は、例えば、その発光波長のピークが520〜560nmの範囲にある緑色光を発光する。緑色硫化物蛍光体24の発光ピークの半値幅は55μm以下、好ましくは50μm以下である。
透光性材料22は、青色光、緑色光および赤色光を透過させることができる。透光性材料は、発光素子1から出射され透光性材料22に入射した光のうち、好ましくは60%以上、より好ましくは70%以上、80%以上または90%以上を透過する。
好ましい透光性材料22として、高歪点ガラス、ソーダガラス(Na2O・CaO・SiO2)、硼珪酸ガラス(Na2O・B2O3・SiO2)、フォルステライト(2MgO・SiO2)、鉛ガラス(Na2O・PbO・SiO2)、無アルカリガラスを例示することができる。あるいは、ポリメチルメタクリレート(ポリメタクリル酸メチル,PMMA)やポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルフェノール(PVP)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリイミド、ポリカーボネート(PC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリスチレン(PS)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、環状非晶質ポリオレフィン、多官能アクリレート、多官能ポリオレフィン、不飽和ポリエステル、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂に例示される有機ポリマー(高分子材料から構成された可撓性を有するプラスチック・フィルムやプラスチック・シート、プラスチック基板といった高分子材料の形態を有する)を挙げることができる。
封止樹脂12は、青色光および赤色光を透過させることができ、好ましくは緑色光も透過させることができる。透光性材料は、発光素子1から出射され透光性材料22に入射した光のうち、好ましくは60%以上、より好ましくは70%以上、80%以上または90%以上を透過する。
好ましい封止樹脂12として、シリコーン樹脂、シリコーン変性樹脂、エポキシ樹脂、エポキシ変性樹脂、フェノール樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、TPX樹脂、ポリノルボルネン樹脂またはこれらの樹脂を1種以上含むハイブリッド樹脂等の樹脂を挙げることができる。なかでもシリコーン樹脂またはエポキシ樹脂が好ましく、特に耐光性、耐熱性に優れるシリコーン樹脂がより好ましい。
樹脂パッケージ3は任意の種類の樹脂により構成されてよい。好ましい樹脂として、芳香族ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、液晶樹脂の少なくとも1種以上含む熱可塑性樹脂、または、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、ハイブリッド樹脂、アクリレート樹脂、ウレタン樹脂、これらの樹脂を少なくとも1種以上含む熱硬化性樹脂などを例示できる。樹脂パッケージ3は、好ましくは白色の樹脂より成る。封止樹脂12の内部を進む光のうち、樹脂パッケージ3に達した光をより多く反射できるからである。
図6は、本発明の実施形態2に係る発光装置100Bを用いた液晶ディスプレイ200を示す概略断面図である。発光装置100Bは、発光素子パッケージ10と、緑色硫化物蛍光体含有層20と、発光素子パッケージ10と緑色硫化物蛍光体含有層20との間に配置された導光板52とを含む。
図6に示す実施形態では、発光素子パッケージ10の封止樹脂12と、緑色硫化物蛍光体含有層20との間に導光板52が配置されている。より詳細には、封止樹脂12が導光板52の1つの側面に対向して配置され、緑色硫化物蛍光体含有層20が導光板52の上面に対向して配置されている。図6に示す実施形態では発光素子パッケージ10は、トップビュー型であるが、これに限定されるわけではなく、上述のサイドビュー型等の他の形態を有してよい。
緑色硫化物蛍光体含有層20は、導光板52の上面に接触して配置されてもよく、また導光板52から離間して配置されてもよい。
発光素子1が発光した青色光の一部は、封止樹脂12から出てくる。また発光素子1が発光した青色光の一部は、封止樹脂12内に配置された赤色蛍光体14に吸収され、赤色蛍光体14から赤色光が発光され、この赤色光は封止樹脂12から出てくる。すなわち、発光素子パッケージ10からは、青色光と赤色光が混じった紫色光が出射し、この紫色光(青色光+赤色光)は導光板52を介して、緑色硫化物蛍光体含有層20に進入する。緑色硫化物蛍光体含有層20に入った青色光の一部は、緑色硫化物蛍光体24に吸収され、緑色硫化物蛍光体24は緑色光を発光する。この結果、緑色硫化物蛍光体含有層20の上面からは、青色光と緑色光と赤色光が混じった白色光が出射し、この白色光は下部偏光フィルム53Aに入る。下部偏光フィルム53Aに入った白色光(青色光+緑色光+赤色光)の一部は、下部偏光フィルム53Aを通過し、液晶セル54に進入する。液晶セル54に入った白色光の一部は、液晶セル54を通過して、カラーフィルタアレイ55に到達する。なお、緑色硫化物蛍光体含有層20と下部偏光フィルム53Aの間に、プリズムシートや輝度向上フィルムを使用することにより、効率よく青色光を変換することができるため、より少ない蛍光体量で目的の色度を得ることができる。
上述のように赤色蛍光体14が発する赤色光および緑色硫化物蛍光体24が発する緑色光は、その発光ピークの半値幅が狭く、よって色純度が高い。また、より多くの光が赤色カラーフィルタ部55Aおよび緑色カラーフィルタ部55Bを通過できるため効率を向上させることができる。
実施形態2ではエッジ方式の液晶ディスプレイを例に挙げて説明したが、直下方式の液晶ディスプレイであっても同様の効果を得ることができる。図7は、本発明の実施形態3に係る発光装置100Cを用いた液晶ディスプレイ300を示す概略断面図である。発光装置100Cは、発光素子パッケージ10と、緑色硫化物蛍光体含有層20と、発光素子パッケージ10と緑色硫化物蛍光体含有層20との間に配置された拡散板56とを含む。直下方式の場合は、封止樹脂12と硫化物蛍光体含有層20の間に拡散板56が封止樹脂12と離間して配置される。
3 樹脂パッケージ
5 リード
10 発光素子パッケージ
11 半導体層
12 封止樹脂
13 透光性基板
14 赤色蛍光体
15 めっき層
16 フィラー
20 緑色硫化物蛍光体含有層
22 透光性材料
23 蛍光体シート
24 緑色硫化物蛍光体
25 透明層
27a,27b 封止フィルム
51 反射板
52 導光板
53A 下部偏光フィルム
53B 上部偏光フィルム
54 液晶セル
55 カラーフィルタアレイ
55A 赤色カラーフィルタ部
55B 緑色カラーフィルタ部
55C 青色カラーフィルタ部
56 拡散板
100、100B 発光装置
200、300 液晶ディスプレイ
Claims (6)
- 青色光を発光する発光素子と、
前記発光素子を覆う封止樹脂と、
前記封止樹脂の外側に配置された硫化物蛍光体含有層と、を有し、
前記封止樹脂は、その組成が下記一般式(1)で表され、前記発光素子の発光する青色光の一部を吸収して赤色光を発光するKSF蛍光体およびその組成が下記一般式(2)で表され、前記発光素子の発光する青色光の一部を吸収して赤色光を発光するMGF蛍光体の少なくとも一方を含み、
前記硫化物蛍光体含有層は、その組成が下記一般式(3)で表され、前記発光素子の発光する青色光の一部を吸収し、緑色光を発光する硫化物蛍光体を含むことを特徴とする発光装置。
A2[M1-aMn4+ aF6] (1)
(式中、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を満足する。)
(x−a)MgO・(a/2)Sc2O3・yMgF2・cCaF2・(1−b)GeO2・(b/2)Mt2O3:zMn4+ (2)
(式中x、y、z、a、b、cは、2.0≦x≦4.0、0<y<1.5、0<z<0.05、0≦a<0.5、0<b<0.5、0≦c<1.5、y+c<1.5を満足し、MtはAl、Ga、Inから選択された少なくとも1種である。)
M1Ga2S4:Eu (3)
(式中、M1=Mg,Ca,Sr,Baで示されるEu付活チオガレート蛍光体) - 前記硫化物蛍光体含有層が、シートであり、かつ前記封止樹脂から離間していることを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
- 前記封止樹脂と前記硫化物蛍光体含有層の間に導光板が配置されていることを特徴とする請求項2に記載の発光装置。
- 前記封止樹脂が前記導光板の1つの側面に対向して配置され、前記硫化物蛍光体含有層が前記導光板の上面に対向して配置されていることを特徴とする請求項3に記載の発光装置。
- 前記封止樹脂と前記硫化物蛍光体含有層の間に拡散板が配置されていることを特徴とする請求項2に記載の発光装置。
- 前記硫化物蛍光体含有層の厚みが20〜40μmである請求項2〜5のいずれか1項に記載の発光装置。
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