JP2016092401A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】赤色の単色光を発光する発光装置を提供する。【解決手段】発光装置は、４００ｎｍ以上４６０ｎｍ以下の範囲に発光ピークを有する発光素子１０と、発光素子１０からの光により励起されて６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下に発光ピークを有する蛍光を発する蛍光体７０と、該発光素子１０からの光の一部を吸収する顔料８０を含む封止部材５０とを備え、発光の色度が、ＣＩＥ１９３１における色度座標のｘ値について、ｘ≧０．６０の範囲にある。【選択図】図２Ｂ

Description

本発明は、発光素子と蛍光体とを組み合わせた発光装置に関する。

近年、省エネルギー性に優れた発光素子として、発光ダイオード（Light Emitting Diode：以下「ＬＥＤ」ともいう。）が広く利用されている。また、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）を用いた半導体発光素子と、この発光素子が発する光で励起されて黄色光の蛍光を発する黄色蛍光体とを組み合わせて、白色系の混色光を発光する発光装置が、照明用途として用いられている。

さらに、照明の技術分野では、イベントでの光の演出や、橋や建物等の建造物をライトアップする目的で、白色系の混色光以外の色の光による多彩な光の演色も行われてきている。

ここで、一般的に赤色の単色光を発光するＬＥＤ、緑色の単色光を発光するＬＥＤや青色の単色光を発光するＬＥＤ等、光の三原色それぞれの光を発光するＬＥＤは既に知られている。しかしながら、上述したような単色の光を発光するＬＥＤを組み合わせて使用する場合、例えば赤色の単色を発光するＬＥＤと青色の単色を発光するＬＥＤとでは、ＬＥＤを構成する半導体の材料が異なるので、それぞれのＬＥＤに加える駆動電圧も異なってしまう。この結果、これら駆動電圧の異なるＬＥＤを組み合わせて発光装置を構成すると、上述したＬＥＤ毎に異なる特性を考慮せねばならず、発光装置の構成や制御が非常に複雑となり、装置自体や運用の費用も嵩むという懸念がある。

その一方で、単色光を発光するＬＥＤに代えて、発光素子と、この発光素子の発する光で励起される蛍光体とを組み合わせて、単色光を発光する発光装置とすることも考えられる。例えば、特許文献１には、紫外線から青色光を発する発光素子と、この発光素子からの光を吸収して波長変換を行う蛍光体とを備え、赤色に発光する発光装置が開示されている。

国際公開ＷＯ２００９−０９９２１１号

しかしながら、発光素子と蛍光体とを組み合わせて赤色光を発光させる発光装置において、例えば、紫外線を含む光を発する発光素子と、紫外線により励起される蛍光体とを組み合わせた発光装置とした場合、発光装置を構成する部材の一部（例えば樹脂）が、紫外線による劣化を受ける懸念がある。

また、特に発光装置が小型の場合は、発光素子からの光を十分に吸収することのできる量の蛍光体をスペース上の制約から配置できないことがある。この場合、蛍光体の量が十分でないと、発光素子からの光の一部が、発光装置からの光として外部に放出されることとなり、本来企図しない色の光が出力される結果、単色の赤色光を発光する発光装置としての所期の色純度が低下する事態を招く。

例えば、特許文献１に開示される蛍光体は、発光ピーク波長が４５０ｎｍの励起光における反射率が比較的高いので、この蛍光体を発光させるために十分な励起光を吸収させるため、蛍光体の量を多くする必要がある。その一方、特に小型の発光装置では、蛍光体を発光装置に配置できる広さには限界があり、赤色の発光をさせるのに十分な量の蛍光体を配置することができない場合がある。その場合、発光素子からの光のうち、赤色蛍光体に吸収しきれなかった光は発光装置から外部へ放出されることとなる。すなわち、青色光の一部が発光装置の外部へ放出するため、赤色の単色光を発光する発光装置として、その赤色の色純度を高めることができない懸念がある。

本発明は、従来のこのような問題点を解決するためになされたものであり、その目的の一は、色純度の高い赤色の単色光を発光する発光装置を提供することにある。

以上の目的を達成するため、本発明の一の側面に係る発光装置は、４００ｎｍ以上４６０ｎｍ以下の範囲に発光ピークを有する発光素子と、発光素子からの光により励起されて、６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下に発光ピークを有する蛍光を発する蛍光体と、該発光素子からの光の一部を吸収する顔料を含む封止部材とを備え、発光の色度が、ＣＩＥ１９３１における色度座標のｘ値について、ｘ≧０．６００の範囲にある。

上記構成によれば、紫外線による劣化の懸念を回避し、小型の発光装置においても色純度の高い赤色の単色光を発光可能な発光装置を得ることができる。

図１は、本発明の実施の形態１に係る発光装置の模式的な平面図である。 図２Ａは、図１の発光装置の「ＩＩ−ＩＩ」線における断面図である。 図２Ｂは、変形例に係る発光装置について、図１の「ＩＩ−ＩＩ」線に相当する位置における断面図である。 図３は、本発明の実施の形態２に係る発光装置の模式的な断面図である。 図４は、本発明の実施の形態３に係る発光装置の模式的な断面図である。 図５は、本発明の実施の形態４に係る発光装置の模式的な断面図である。 図６は、本発明の実施の形態５に係る発光装置の模式的な断面図である。 図７は、本発明の実施の形態６に係る発光装置の模式的な断面図である。 図８は、本発明の実施の形態７に係る発光装置の模式的な断面図である。 図９は、本発明の実施の形態８に係る発光装置の模式的な断面図である。 図１０は、本発明の実施の形態９に係る発光装置の模式的な断面図である。 図１１は、本発明の実施の形態１に係る顔料のＳＥＭ写真である。 図１２は、本発明の実施の形態１に係る赤色蛍光体のＳＥＭ写真である。 図１３は、本発明の実施の形態１に係る顔料の反射スペクトル、発光素子の発光スペクトルと、赤色蛍光体の反射スペクトル、発光スペクトル、励起スペクトルをそれぞれ示すグラフである。 図１４は、本発明の一実施例と比較例に係る発光装置の発光スペクトルを示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想の例示であって、本発明を以下に限定しない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、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。

色名と色度座標との関係、光の波長範囲と単色光の色名との関係等は、ＪＩＳ Ｚ８１１０に従う。具体的には、３８０ｎｍ〜４１０ｎｍが紫色、４１０ｎｍ〜４５５ｎｍが青紫色、４５５ｎｍ〜４８５ｎｍが青色、４８５ｎｍ〜４９５ｎｍが青緑色、４９５ｎｍ〜５４８ｎｍが緑色、５４８ｎｍ〜５７３ｎｍが黄緑色、５７３ｎｍ〜５８４ｎｍが黄色、５８４ｎｍ〜６１０ｎｍが黄赤色、６１０ｎｍ〜７８０ｎｍが赤色である。また、色度ｘ値、ｙ値は、ＣＩＥ１９３１における色度座標の値である。

発光素子を搭載した発光装置には、砲弾型や表面実装型等種々の形式がある。ここでいう砲弾型発光装置とは、外部への接続電極となるリードに発光素子を配置し、リード及び発光素子を被覆する封止部材とから構成されており、封止部材を砲弾のような形状に形成した発光装置を言う。また、表面実装型発光装置とは、リード電極を備えた成形体に発光素子及びその発光素子を覆う封止部材を配置して形成された発光装置を言う。さらに平板状の実装基板上に発光素子を実装し、その発光素子を覆うように、蛍光体を含有した封止部材をレンズ状等に形成した発光装置もある。

本発明の実施の形態１に係る発光装置を、図１および図２Ａに基づいて説明する。これらの図において、図１は、発光装置１００の模式的な平面図であり、図２Ａは、図１の発光装置１００の「ＩＩ−ＩＩ」線における模式的な断面図を、それぞれ示している。この発光装置１００は、表面実装型発光装置の一例である。発光装置１００は、発光素子１０と、その発光素子１０を載置する成形体４０とを有する。成形体４０には底面と側面を持つ凹部（キャビティ）が形成されており、その凹部の底面に発光素子１０が載置されている。成形体４０は、凹部の底面に一部が露出された第一リード２０と第二リード３０とを有しており、熱可塑性樹脂若しくは熱硬化性樹脂により一体成形されている。発光素子１０は正負一対の電極を有しており、その正負一対の電極は、ワイヤ６０を介して第一リード２０及び第二リード３０と電気的に接続されている。発光素子１０やワイヤ６０は、封止部材５０により覆われている。封止部材５０は、発光素子１０からの光を波長変換する蛍光体７０と、これら発光素子１０の発光を吸収させ、蛍光体７０の光を反射させる顔料８０を含有している。以下、各構成要素について説明する。
（顔料８０）

図１および図２Ａに示されるように、封止部材５０には、蛍光体７０と、顔料８０が含有される。図２Ａに示す例では蛍光体７０と顔料８０は、同じ封止部材５０に含有されており、蛍光体７０と顔料８０が封止部材５０の中で略均一に分布するように混合させている。このようにすることで、発光装置の製造工程において、蛍光体と顔料と封止部材の材料を混合するだけで済むので、後述する他の実施の形態と比較して発光装置を製造する際の作業性を向上させることができる。

顔料８０は、発光素子１０からの光のうち、蛍光体７０に吸収されることなく封止部材５０を透過しようとする光を効率よく吸収できるようにするため、発光素子１０や蛍光体７０の周囲に配置される。

顔料８０としては、蛍光体７０を励起する光を発する発光素子１０の発光ピーク波長を含む４００ｎｍ以上４６０ｎｍ以下の波長範囲における反射率が４０％以下とする。好ましくは、３９％以下である。より好ましくは、３８％以下である。これにより、赤色蛍光体を励起する光を確保しつつ、単色の赤色を発する発光装置からの光としては不要な青色光の成分を吸収することができる。

一方、６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の反射率を７５％以上とすることが好ましい。より好ましくは、７８％以上である。さらに好ましくは、８０％以上である。これにより、赤色蛍光体の発光が顔料により吸収されてしまうことを抑え、発光装置の外部に効率よく赤色の単色光を取り出すことができる。

すなわち、上記のような顔料を含むことにより、本形態の発光装置の発光の色度は、ＣＩＥ１９３１における色度座標のｘ値について、ｘ≧０．６００の範囲にある。好ましくは、ｘ≧０．６１０の範囲にある。より好ましくは、ｘ≧０．６２０の範囲にある。

また、６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲における発光ピークの発光強度に対する、発光素子の発光ピークの発光強度の比が、０．１０以下である。好ましくは、発光強度の比が、０．０５以下である。より好ましくは、発光強度の比が、０．０２以下である。

顔料の材料として、特に限定されるものではないが、例えば無機系材料や有機系材料があり、以下の材料を挙げることができる。

無機系材料として、例えば、べんがら（Ｆｅ₂Ｏ₃）、鉛丹（Ｐｂ₃Ｏ₄）、チタンニッケルアンチモン系酸化物、チタンニッケルバリウム系酸化物、チタンクロムアンチモン系酸化物、チタンクロムニオブ系酸化物等が挙げられる。

有機系材料として、例えば、アントラキノン系、アゾ系、キナクリドン系、ペリレン系、ジケトピロロピロール系、モノアゾ系、ジスアゾ系、ピラゾロン系、ベンツイミダゾロン系、キノキサリン系、アゾメチン系、イソイソドリノン系、イソイソドリン系等が挙げられる。

これらの材料のうち、比較的入手し易い点で、チタンニッケルアンチモン系酸化物、組成式で（Ｔｉ，Ｎｉ，Ｓｂ）Ｏ₂や、べんがら（Ｆｅ₂Ｏ₃）の材料が好ましい。

本実施の形態に係る顔料は、粒子状の材料であることが好ましく、その平均粒径は１０μｍ以下である。平均粒径が小さいほど、顔料の粒子の比表面積が大きくなるので、発光素子からの光のうち、赤色蛍光体に吸収されなかった余分な光を、効率的に吸収できるからである。また、顔料の平均粒径は、赤色蛍光体の平均粒径よりも小さいことが好ましい。顔料の平均粒径を赤色蛍光体の平均粒径よりも大きくすると、発光素子からの光のうち、顔料に吸収される光の量が多くなる一方で、赤色蛍光体に吸収される光の量が減少するからである。

ここで、本明細書において、「平均粒径」は、コールター原理に基づく細孔電気抵抗法（電気的検知帯法）により測定される平均粒径を意味する。細孔電気抵抗法は、電気抵抗を利用した粒子測定法であり、具体的には、電解質溶液中に蛍光体や拡散材を分散させ、アパーチャーチューブの細孔を通過するときに生じる電気抵抗に基づいて蛍光体や拡散材の粒径を求める方法である。

図２Ａに示す例では、顔料８０に加えて、蛍光体７０も同じ封止部材５０に混入させている。これにより、蛍光体７０と顔料８０を分散させる部材を共用できる。蛍光体７０と顔料８０を封止部材５０で均一に混合させた状態でも何ら問題はないが、顔料８０を、封止部材５０中で均一に分散させるのでなく、蛍光体７０の外側に位置するように偏在させることもできる。例えば、封止部材を形成する工程で、予め調整された各部材の沈降速度の差を利用して、封止部材５０の材料内で先に蛍光体７０を沈降させ、その上に、顔料８０を沈降させる。好ましくは遠心分離機を利用して、相対的に比重の大きい蛍光体７０を顔料８０よりも優先して強制的に沈降させるようにする。そのようにして得られた発光装置１００’は、図２Ｂの断面図に示すように、封止部材５０中に、封止部材５０の上面から発光素子１０に向かって、顔料８０および蛍光体７０が殆ど含まれない領域と、蛍光体７０よりも顔料８０が多く含まれる（好ましくは、顔料８０を含むが、蛍光体７０が殆ど含まれない）領域と、顔料８０および蛍光体７０が混在して含まれる領域を有する。あるいは、蛍光体を配置する工程、顔料を配置する工程を別々の工程に分け、先に蛍光体を含む材料を配置した後、その上に顔料を含む材料を配置することにより、蛍光体の上に顔料が位置するようにすることもできる。本発明の実施例でも後述するように、蛍光体と顔料を別々の領域に配置するほうが発光効率は高くなる傾向がある。また、図２Ｂに示す発光装置１００’を製造する際には、蛍光体を配置する工程と、顔料を配置する工程の別々の工程を有することがない。すなわち、図２Ｂに示す発光装置１００’を製造する際には、蛍光体および顔料の沈降を利用した同一の工程で、蛍光体が含まれる領域の上に、より顔料を多く含む領域を形成することができるため、製造工程を簡略化することができる。
（発光素子１０）

発光素子１０は、紫外から可視光領域を含む光を発光し、その光により蛍光体を励起する。発光素子１０の発光ピーク波長は、蛍光体７０を励起させることを考慮すると、２４０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下が好ましく、４００ｎｍ以上４６０ｎｍ以下がさらに好ましい。この発光素子１０は、例えば、窒化物半導体素子（Ｉｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）を用いることができる。

発光素子１０は、サファイア基板上にそれぞれ窒化物半導体からなるｎ型層、活性層、ｐ型層の順に積層されてなる半導体層を有している。互いに分離されてライン上に露出されたｎ型半導体にはｎパッド電極が形成され、一方ｐオーミック電極の上にはｐパッド電極が形成されている。さらに、発光素子１０は、特に２４０ｎｍ〜５２０ｎｍ近傍に発光ピーク波長を有し、蛍光体を効率よく励起可能な発光波長を有する光を発光できる活性層を有することが好ましい。ここでは発光素子１０として窒化物半導体発光素子を例にとって説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

発光素子１０は、上記の波長領域に発光ピーク波長を有する光を放出し、この発光素子１０からの光により、少なくとも一以上の蛍光体７０が励起され、所定の発光色を示す。また、この発光素子１０は発光スペクトル幅を狭くさせることが可能であることから、蛍光体を効率よく励起することができる。
（蛍光体７０）

本実施の形態１に係る蛍光体７０は、封止部材５０中に配合されている。このとき封止部材５０は、発光素子１０や蛍光体７０を外部環境から保護するための部材としてのみならず、発光素子からの光の一部の波長を変換する波長変換部材としても機能する。このように発光素子１０に接近させて載置することにより、発光素子１０からの光を効率よく波長変換することができ、発光効率の優れた発光装置とできる。なお、蛍光体７０を含む封止部材５０と、発光素子１０との配置は、それらを接近して配置させる形態に限定されることなく、蛍光体への熱の影響を考慮して、発光素子と蛍光体を含む波長変換部材との間隔を空けて配置することもできる。また、蛍光体を封止部材中にほぼ均一の割合で混合することで、色むらのない光を得ることもできる。

本実施の形態の蛍光体は、赤色から黄赤色の波長領域を含む６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下に発光ピークを有する蛍光体（以下、「赤色蛍光体」とも呼ぶ。）を含む。赤色蛍光体は、Ｍｎ⁴⁺を付活剤として発光する蛍光体とすることが好ましい。このようなＭｎ⁴⁺を付活剤とする蛍光体の赤色光は、その発光の半値幅が狭いので、発光装置から発光される赤色の色純度を高くすることができる。

このようなＭｎ⁴⁺を付活剤とする蛍光体は、以下の一般式（Ｉ）又は（ＩＩ）を挙げることができる。Ｍｎ⁴⁺を付活剤とする蛍光体のより具体的な組成は、Ｋ₂ＳｉＦ₆：Ｍｎ⁴⁺や３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ₂・ＧｅＯ₂：Ｍｎ⁴⁺であり、この他には、Ｍｇ₂ＴｉＯ₄：Ｍｎ⁴⁺等が挙げられる。

Ａ₂［Ｍ_1-aＭｎ⁴⁺ _aＦ₆］・・・（Ｉ）
（ただし、上記一般式（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。）で表される蛍光体を含むことを特徴とする発光装置。

（ｘ−ａ）ＭｇＯ・ａ（Ｍａ）Ｏ・ｂ／２（Ｍｂ）₂Ｏ₃・ｙＭｇＦ₂・ｃ（Ｍｃ）Ｘ₂・（１−ｄ−ｅ）ＧｅＯ₂・ｄ（Ｍｄ）Ｏ₂・ｅ（Ｍｅ）₂Ｏ₃：Ｍｎ・・・（ＩＩ）
（ただし、上記一般式（ＩＩ）中、Ｍａは、Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｚｎから選択された少なくとも１種であり、Ｍｂは、Ｓｃ，Ｌａ，Ｌｕから選択された少なくとも１種であり、Ｍｃは、Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｚｎから選択された少なくとも１種であり、Ｘは、Ｆ，Ｃｌから選択された少なくとも１種であり、Ｍｄは、Ｔｉ，Ｓｎ，Ｚｒから選択された少なくとも１種であり、Ｍｅは、Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎから選択された少なくとも１種である。また、ｘ、ｙ、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅについて、２≦ｘ≦４、０＜ｙ≦２、０≦ａ≦１．５、０≦ｂ＜１、０≦ｃ≦２、０≦ｄ≦０．５、０≦ｅ＜１）

一般式（Ｉ）に表される蛍光体（以下、「ＫＳＦ蛍光体」と呼ぶ。）の半値幅は、１０ｎｍ以下である。また、一般式（ＩＩ）に表される蛍光体（以下、「ＭＧＦ蛍光体」と呼ぶ。）の半値幅は、１５ｎｍ以上３５ｎｍ以下である。

上記一般式（Ｉ）に示されるように、ＫＳＦ蛍光体の組成Ｋ₂ＳｉＦ₆：Ｍｎ⁴⁺を構成するＳｉの一部を、別の４価の元素であるＴｉやＳｉで置換（組成式では、Ｋ₂（Ｓｉ，Ｔｉ，Ｇｅ）Ｆ₆：Ｍｎと表される）したり、またＫＳＦ蛍光体の組成Ｋ₂ＳｉＦ₆：Ｍｎ⁴⁺を構成するＫの一部を別のアルカリ金属に置換したり、Ｓｉの一部を３価の元素のＡｌ等で置換したり、複数の元素の置換を組み合わせたりしても構わない。

またＭＧＦ蛍光体についても、上記一般式（ＩＩ）で示されるように、各種元素を置換した組成とすることにより、青色光を吸収して、効率よく赤色光を発光させることもできる。

さらに蛍光体７０は、赤色光の色純度を損なわない程度であれば、赤色蛍光体の他に他の種類の蛍光体を含んでいてもよい。例えば、本実施の形態に係る発光装置において、青色光を放出する発光素子１０と、これに励起されて黄色光の蛍光を発する蛍光体と、さらに赤色光を発する蛍光体を併用することができる。

上述したＫＳＦ蛍光体及びＭＧＦ蛍光体に代えて、あるいはそれらと共に、Ｍｎ⁴⁺を付活剤とする蛍光体以外の赤色蛍光体として、例えば、（Ｃａ_1-xＳｒ_x）ＡｌＳｉＮ₃：Ｅｕ（０≦ｘ≦１．０）又は（Ｃａ_1-x-yＳｒ_xＢａ_y）₂Ｓｉ₅Ｎ₈：Ｅｕ（０≦ｘ≦１．０、０≦ｙ≦１．０）、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ₃：Ｅｕ、ＣａＡｌＳｉＮ₃：Ｅｕ等、（Ｃａ，Ｓｒ）ＬｉＡｌ₃Ｎ₄：Ｅｕの窒化物蛍光体、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）Ｓ：Ｅｕ系の硫化物蛍光体を用いることができる。

本実施の形態の蛍光体は、粒子状の材料であり、その平均粒径は、１μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。蛍光体の平均粒径が小さすぎると発光効率が低下するためである。一方、蛍光体の平均粒径が大きすぎると、発光装置の製造工程において、蛍光体を含む封止部材を形成するときの作業性が低下するためである。

以上の実施の形態１の発光装置は、その製造工程において蛍光体と顔料を封止部材中で偏在あるいは分離させる作業が省略できるので、製造し易く製造の作業性を向上させることができる利点が得られる。
（実施の形態２）

図１および図２Ａに示す実施の形態１に係る発光装置１００では、赤色蛍光体７０と顔料８０とを同一の封止部材５０中に混合して分散させる構成について説明した。ただ本発明はこの構成に限らず、蛍光体と顔料とを、それぞれ個別の封止部材に含ませる構成としてもよい。このような例を実施の形態２として、図３の断面図に示す。この図に示す発光装置２００では、封止部材５０は、蛍光体７０を含む第一封止部材５１と、顔料８０を含む第二封止部材５２とで構成される。特に第一封止部材５１が、発光素子１０を覆うように配置されており、第二封止部材５２が、第一封止部材５１をさらに覆うように配置されていることが好ましい。このように、蛍光体７０と顔料８０とを物理的に分離し、かつ発光素子１０に近い側に、蛍光体７０を含めた第一封止部材５１を配置することで、色純度の高い発光装置を得ることができる。すなわち、このような構成によれば、発光素子１０が発する光（例えば青色光）でもって一旦赤色蛍光体を励起させた後、蛍光体の励起に使用されずに第一封止部材５１を透過した青色光は、第二封止部材５２の顔料８０でもって吸収させることができ、発光装置からの出力光に青色光が混入する事態を低減して、赤色光の色純度を高めた発光装置を実現できる。いいかえると、共通の封止部材に蛍光体と顔料を混入させた場合に、発光素子からの光が蛍光体を励起させる前に顔料に吸収されて、蛍光が低下される事態を効果的に回避できる。
（実施の形態３）

また、第一封止部材と第二封止部材の配置例は、図３の例に限らず、種々のパターンが適宜利用できる。例えば、図４に示す実施の形態３に係る発光装置３００では、成形体４０の側壁の上部に段差を形成している。このような段差は、側壁の傾斜を変化させることにより容易に形成することができる。段差の下方側には、蛍光体７０を沈降させた第一封止部材５１を充填し、この第一封止部材５１の上には顔料８０を含む第二封止部材５２を配置させている。この構成によれば、第二封止部材５２を成形体４０の上部に固定し易くでき、成形後の脱離が生じにくい構成とできる。
（実施の形態４）

あるいは、図５に示す実施の形態４に係る発光装置４００のように、蛍光体７０を含む第一封止部材５１を、成形体４０の凹部を形成する側壁上面とほぼ同一面となるように充填させ、さらにこの上面に顔料８０を含む第二封止部材５２を配置する構成としてもよい。
（実施の形態５）

さらに蛍光体を含む第一封止部材と、顔料を含む第二封止部材とは、明確に層状に分離された構成とする必要はなく、第一封止部材と第二封止部材との境界部分が曖昧あるいは境界のない構成としてもよい。例えば第一封止部材と第二封止部材を同一の封止部材としてもよく、その同一の封止部材中に蛍光体と顔料とを分離させて配置させる構成としてもよい。このような例として、実施の形態５に係る発光装置５００の断面図を図６に示す。この発光装置５００は、封止部材５０を、蛍光体７０を含有し発光素子１０を被覆する第一封止部材５１と、その第一封止部材５１を被覆し顔料８０を含有する第二封止部材５２とで構成している。このような封止部材５０は、蛍光体７０を含む封止部材の材料を発光素子１０の上に滴下した後、続けて顔料８０を含む材料を滴下して材料を硬化させることにより形成することもできる。このような形成方法により、上記第一封止部材５１及び第二封止部材５２を含む封止部材５０を、比較的容易に蛍光体７０と顔料８０を発光素子１０の上に配置できる。
（実施の形態６）

また図７に示す実施の形態６に係る発光装置６００の例では、実施の形態５と同じく封止部材を複数の部位に分けて、例えば蛍光体７０を含む第一封止部材５１と、その上に顔料８０を含む第二封止部材５２とを、層の厚みを各方位で略均一になるように層状に分離して配置している。このような第一封止部材５１及び第二封止部材５２は、例えば、第一封止部材５１及び第二封止部材５２それぞれの外形に対応した型枠に材料を充填してそれぞれの部位を成型する方法により形成することができる。さらに第二封止部材５２の周囲を、第三封止部材５３で被覆している。このように実施の形態６に係る発光装置では、封止部材５０を、蛍光体７０を含む第一封止部材５１と、顔料８０を含む第二封止部材５２と、第三封止部材５３で構成している。第三封止部材５３には、必要に応じてフィラーや拡散材などを分散させてもよい。

なお、図７では、蛍光体７０を含む第一封止部材５１と顔料８０を含む第二封止部材５２との界面を図面作成の便宜上明瞭に示している。ただ、上述の通り本発明はこの構成に限られず、蛍光体を含む第一封止部材と顔料を含む第二封止部材との界面が必ずしも明確でない態様も包含する。すなわち、第一封止部材と第二封止部材との間に明確な境界が実質的に存在せず、例えば、顔料と蛍光体の含有濃度が層の厚み方向に変化するような形態も含むものとする。
（実施の形態７）

以上説明した例では、顔料を蛍光体や発光素子に近接して配置する構成を説明したが、本発明はこれに限られない。すなわち、上記の第一封止部材と第二封止部材を離間させて配置することもできる。例えば、図８に示す実施の形態７に係る発光装置７００では、蛍光体７０を発光素子１０の周囲に近接させて配置する一方で、蛍光体７０と顔料８０との間に、それらを実質的に含まない第三封止部材５３を配置させて、顔料８０を含む第二封止部材５２を第三封止部材５３の上に配置する構成としてもよい。さらにまた、第三封止部材５３を設けることなく、成形体４０の凹部内を空間とすることもできる。

上述した実施の形態５〜７で説明したように、顔料８０を蛍光体７０から物理的に分離して配置することで、発光素子１０の光の一部を顔料８０で吸収し、その他を透過させる効果を高めることができる。すなわち、両者を分離しない場合は、発光素子の光の一部が顔料の作用を受けずに発光装置の外部に放出される虞もある。その一方、両者を分離して、発光素子に対して蛍光体の外側に顔料を配置することにより、発光素子と蛍光体からの光のそれぞれについて顔料による作用を受けやすくすることができる。
（実施の形態８）

顔料８０と同様に蛍光体７０についても、例えば、図９に示す実施の形態８に係る発光装置８００のように、顔料８０を含む第二封止部材５２の下に層状に配置する等して、顔料８０と蛍光体７０の両者を発光素子１０から離間させてもよい。このように構成することで、蛍光体７０を発光素子１０と離間させて発熱から保護でき、特に熱に弱い蛍光体を使用する際には有効となる。なお、図９に示す実施の形態８に係る発光装置８００では、発光素子１０を配置する成形体４０の凹部は空間としているが、別の形態として、空間の代わりに第三封止部材で被覆することもできる。

さらに、上記の第一封止部材又は第二封止部材は、成形体の上面に配置することもできる。例えば、図５、図８の例では凹部を有する成形体４０の上面に、顔料８０を含む第二封止部材５２が配置されている。

顔料を含む封止部材の形状は、特に限定する必要はない。例えば、図８に示すように、上述の発光装置７００は、顔料８０を含む第二封止部材５２の形状をレンズ形状としている。
（実施の形態９）

また、図１０に示すように、実施の形態９に係る発光装置９００は、発光素子１０の周囲を断面視円形に覆う円筒状のカバー８８の内部に顔料８０を含む。なお、発光素子１０の周囲とカバー８８との間は、空間でもよく、あるいは空間の代わりに第三封止部材を配置していてもよい。さらに別の構成としてカバーの表面に、顔料８０を配置することもできる。このように顔料８０を、蛍光体７０を含む封止部材とは別の部材として配置することにより、本発明の顔料の作用を既存の発光装置に対しても容易に付加できる。

以上の各実施の形態について、第一封止部材の材料に対する蛍光体の含有率は、４０重量％以上１４０重量％以下とする。好ましくは、蛍光体の含有率が５０重量％以上１４０重量％以下であり、より好ましくは、蛍光体の含有率が７０重量％以上１４０重量％以下とする。また第二封止部材の材料に対する顔料の含有率は、０．３重量％以上２．５重量％以下とする。好ましくは、顔料の含有率が０．３重量％以上２．０重量％以下であり、より好ましくは、顔料の含有率が０．３重量％以上１．５重量％以下とする。このように蛍光体および顔料の含有量を調整することにより、発光装置の外部に効率よく赤色の単色光を取り出すことができる。
（封止部材５０）

第一封止部材および第二封止部材から構成される封止部材５０は、発光装置１００の凹部内に載置された発光素子１０を覆うように透光性の樹脂やガラスで充填されて形成される。製造のし易さを考慮すると、それらの封止部材の材料は、透光性樹脂が好ましい。透光性樹脂は、耐光性を考慮してシリコーン樹脂組成物を使用することが好ましいが、エポキシ樹脂組成物、アクリル樹脂組成物等の絶縁樹脂組成物を用いることもできる。また、封止部材５０には蛍光体７０又は顔料８０が含有されているが、さらに適宜、その他の材料を添加することもできる。例えば、顔料８０とは別に拡散材を含むことで、発光素子１０からの指向性を緩和させ、視野角を増大させることができる。拡散材として、シリカやアルミナを材料とする粒子を挙げることができる。

以下、本発明に係る実施例について詳述する。なお、本発明は以下に示す実施例のみに限定されないことは言うまでもない。
（実施例１〜６）

実施例１〜６は、発光ピーク波長が４４０ｎｍの発光素子と、顔料として市販の（Ｔｉ，Ｉｎ，Ｓｂ）Ｏ₂と、赤色蛍光体としてＫＳＦ蛍光体（組成がＫ₂ＳｉＦ₆：Ｍｎ⁴⁺）とにより発光装置を構成した。この実施例で使用した顔料のＳＥＭ写真を図１１に示す。また、実施例で使用した赤色蛍光体のＳＥＭ写真を図１２に示す。

また本実施例における赤色蛍光体の励起スペクトル、反射スペクトル及び発光スペクトルと、赤色蛍光体の励起光を発光する発光素子の発光スペクトルと、顔料の反射スペクトルを図１３に示す。

本実施例における顔料について、赤色蛍光体の励起光を出力する発光素子の発光ピーク波長である４４０ｎｍにおいて、反射率の最大値が３１．５％であり、赤色蛍光体の発光ピーク波長６２９ｎｍを含む６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長の範囲における反射率の最小値が８０％である。すなわち、本実施例の顔料の反射率は、４００ｎｍ以上４６０ｎｍ以下の波長範囲で４０％以下であり、６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長範囲で７５％以上であった。

本実施例では、発光素子からの光のうち、赤色蛍光体の励起に使われなかった光を顔料で吸収させる。これにより、特に小型の発光装置において、発光装置に配置できる赤色蛍光体の量に限りがある場合であっても、単色光の色純度を向上させることができる。

各実施例における封止部材中の赤色蛍光体及び顔料の含有率は、表１に示される含有率とした。

実施例１及び３は、封止部材の材料であるシリコーン樹脂に顔料と赤色蛍光体を、蛍光体と顔料が封止部材中で略均一に分布するように混合した。さらにその混合物を、予め準備しておいた成形体の凹部に充填し硬化させることにより封止部材を形成した。図２Ａは、本実施例における発光装置の断面図を示す。

実施例２、４〜７は、封止部材の材料であるシリコーン樹脂に赤色蛍光体を混合したものを成形体の凹部に充填した後、硬化させた。さらにその上に、顔料を含むシリコーン樹脂を配置させて硬化させた。その他は、実施例１及び３と同様にして発光装置を製造した。図５は、本実施例における発光装置の断面図を示す。
（比較例１〜５）

顔料を含有しない、あるいは顔料の含有量を上記実施例と変更する以外は、実施例と同様にして、比較例１〜５に係る発光装置を製造した。
（実施例７）

顔料をペリレン系に変更し、顔料の含有率を表１に示す値に変更する以外は実施例２と同様に発光装置を製造した。

実施例及び比較例の発光装置について、その発光特性の測定結果を、表１に示す。

図１４は、実施例２と比較例１に係る発光装置の発光スペクトルを示す。図１４中の点線で示すように、比較例１は、発光装置の発光スペクトルにおいて、発光素子の発光ピーク波長である４５０ｎｍ付近の発光強度が比較的大きく存在している。また、表１に示されるように、比較例１、３、５では、６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲における発光ピークの発光強度に対する、発光素子の発光ピークの発光強度の比が、０．１０よりも大きく、例えば、比較例１は、０．１４であった。そのため、これらの比較例の発光装置は、表１に示すように、発光装置の発光の色度ｘ値が０．６０よりも小さく、赤色光としては純度が低いことが分かる。

ここで、赤色蛍光体の含有比率を上げることで、４５０ｎｍの発光を完全に吸収させることも考えられる。しかしながら、表１に示すように蛍光体の比率が高くても、例えば比較例２は、赤色蛍光体のみで色純度の高い発光装置を構成させることは困難であった。

実施例１〜７の発光装置は、封止部材の材料である樹脂に対する赤色蛍光体の含有率が４０重量％以上１４０重量％以下であり、かつ、封止部材の材料である樹脂に対する顔料の含有率が０．３重量％以上２．５重量％以下である。これらの実施例１〜７の発光装置は、例えば実施例２について図１４中の太線で示すように、４５０ｎｍ付近の発光が殆ど観測されなかった。すなわち、表１に示すように、６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲における発光ピークの発光強度に対する、発光素子の発光ピークの発光強度の比が、０．１０以下であった。また、表１に示すように、発光装置の発光の色度ｘ値が０．６よりも大きくなっており、赤色光としての色純度が高いことが分かる。

さらに、実施例１，３と、実施例２，４〜７について、顔料と赤色蛍光体の配置を変更した場合、実施例２，４〜７のほうが実施例１，３よりも色度ｘ値が高くなっており、赤赤色光としての色純度が高いことが分かる。この理由について、実施例１，３は、発光素子からの光のうち、赤色蛍光体に吸収されず、顔料にも吸収されなかった光の一部が発光装置の外へ放出される可能性が高い一方で、実施例２，４〜７は、発光素子からの光のうち、赤色蛍光体に吸収されなかった光は、顔料に吸収される可能性がより高いからであると考えられる。

また、実施例２，４〜７のほうが実施例１，３よりも光束が高いことが分かる。この理由について、実施例２，４〜７は、発光素子からの光のうち、赤色蛍光体の励起に使われなかった光を顔料で吸収しているだけなのに対し、実施例１，３は、赤色蛍光体の励起に使われる前に顔料によって吸収される光の量が比較的多いので、赤色蛍光体の励起に使われる光の量が減少し、結果として赤色蛍光体からの光の量が低下するためであると考えられる。

本発明の発光装置は、赤色の単色光を発光する発光装置として、特に、照明用途の他、ディスプレイやレーダー等の表示装置にも利用することができる。

１００、１００’、２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００…発光装置
１０…発光素子
２０…第一リード
３０…第二リード
４０…成形体
５０…封止部材
５１…第一封止部材
５２…第二封止部材
５３…第三封止部材
６０…ワイヤ
７０…蛍光体
８０…顔料
８８…カバー

Claims (12)

1. ４００ｎｍ以上４６０ｎｍ以下の範囲に発光ピークを有する発光素子と、
   前記発光素子からの光により励起されて、６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下に発光ピークを有する蛍光を発する蛍光体と、該発光素子からの光の一部を吸収する顔料を含む封止部材と
   を備え、
   発光の色度が、ＣＩＥ１９３１における色度座標のｘ値について、ｘ≧０．６００の範囲にある発光装置。
2. 請求項１に記載の発光装置であって、
   前記封止部材は、前記蛍光体を含む第一封止部材と、前記顔料を含む第二封止部材とから構成されており、前記第一封止部材が、前記発光素子を覆うように配置されており、前記第二封止部材が、前記第一封止部材をさらに覆うように配置されている発光装置。
3. 請求項１に記載の発光装置であって、
   前記封止部材は、前記発光素子の側から順に、前記蛍光体と顔料が混在して含まれる領域と、前記顔料が前記蛍光体よりも多く含まれる領域と、前記蛍光体と前記顔料を実質的に含まない領域を有する発光装置。
4. 請求項１から３のいずれか一に記載の発光装置であって、
   前記顔料の反射率が、４００ｎｍ以上４６０ｎｍ以下の波長範囲で４０％以下である発光装置。
5. 請求項１から４のいずれか一に記載の発光装置であって、
   前記顔料の反射率が、６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長範囲で７５％以上である発光装置。
6. 請求項１から５のいずれか一に記載の発光装置であって、
   前記蛍光体の含有率が、該蛍光体を含む封止部材の材料に対して、４０重量％以上１４０重量％以下である発光装置。
7. 請求項１から６のいずれか一に記載の発光装置であって、
   前記顔料の含有率が、該顔料を含む封止部材の材料に対して、０．３重量％以上２．５重量％以下である発光装置。
8. 請求項１から７のいずれか一に記載の発光装置であって、
   ６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲における発光ピークの発光強度に対する、前記発光素子の発光ピークの発光強度の比が、０．１０以下である発光装置。
9. 請求項１から８のいずれか一に記載の発光装置であって、
   前記蛍光体がＭｎ⁴⁺を付活剤として含む蛍光体である発光装置。
10. 請求項９に記載の発光装置であって、
    前記蛍光体は、その組成が一般式（Ｉ）
    Ａ₂［Ｍ_1-aＭｎ⁴⁺ _aＦ₆］・・・（Ｉ）
    （ただし、上記一般式（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。）で表される蛍光体を含む発光装置。
11. 請求項９又は１０に記載の発光装置であって、
    前記蛍光体は、その組成が３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ₂・ＧｅＯ₂：Ｍｎ、
    又は一般式（ＩＩ）
    （ｘ−ａ）ＭｇＯ・ａ（Ｍａ）Ｏ・ｂ／２（Ｍｂ）₂Ｏ₃・ｙＭｇＦ₂・ｃ（Ｍｃ）Ｘ₂・（１−ｄ−ｅ）ＧｅＯ₂・ｄ（Ｍｄ）Ｏ₂・ｅ（Ｍｅ）₂Ｏ₃：Ｍｎ・・・（ＩＩ）
    （ただし、上記一般式（ＩＩ）中、Ｍａは、Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｚｎから選択された少なくとも１種であり、Ｍｂは、Ｓｃ，Ｌａ，Ｌｕから選択された少なくとも１種であり、Ｍｃは、Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｚｎから選択された少なくとも１種であり、Ｘは、Ｆ，Ｃｌから選択された少なくとも１種であり、Ｍｄは、Ｔｉ，Ｓｎ，Ｚｒから選択された少なくとも１種であり、Ｍｅは、Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎから選択された少なくとも１種である。また、ｘ、ｙ、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅについて、２≦ｘ≦４、０＜ｙ≦２、０≦ａ≦１．５、０≦ｂ＜１、０≦ｃ≦２、０≦ｄ≦０．５、０≦ｅ＜１）で表される蛍光体を含む発光装置。
12. 請求項１から１１のいずれか一に記載の発光装置であって、
    前記顔料が、チタンニッケルアンチモン系酸化物又はペリレン系顔料である発光装置。