JP2016119383A - 発光装置 - Google Patents
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Abstract
Description
一方、390〜420nmに発光ピーク波長を有する励起光源と各種蛍光物質とからなる発光装置が提案され、良好な色調が実現可能とされている(例えば、特許文献2参照)。
また、従来のような彩度が高い色を発する発光装置だけでなく、彩度が低く見た目に柔らかい印象を与える様々な中間色の光を発する発光装置が求められている。
発光ピーク波長が420nm以上480nm以下である発光素子と、
下記組成式(1)で表されるアルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体及び下記組成式(2)で表される酸窒化物系蛍光体からなる群から選択される少なくとも1種の蛍光体と
を含み、青色から緑色の光を発する、発光装置である。
(Sr1−x,Eux)4Al14O25 (1)
式中、xは、0.025<x<0.4を満たし、Srの一部はMg、Ca、Ba及びZnからなる群から選択される少なくとも1種の元素で置換されていてもよい。
(Ba1−y,Euy)Si2O2N2 (2)
式中、yは、0<y<1を満たす。
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。
本実施形態の発光装置は、発光ピーク波長が420nm以上480nm以下である発光素子と、下記組成式(1)で表されるアルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体及び下記組成式(2)で表される酸窒化物系蛍光体からなる群から選択される少なくとも1種の蛍光体とを含み、青色から緑色の光を発する、発光装置である。
(Sr1−x,Eux)4Al14O25 (1)
式中、xは、0.025<x<0.4を満たし、Srの一部はMg、Ca、Ba及びZnからなる群から選択される少なくとも1種の元素で置換されていてもよい。
(Ba1−y,Euy)Si2O2N2 (2)
式中、yは、0<y<1を満たす。
発光装置は、発光素子の発光ピーク波長、蛍光体の使用量等を適宜選択することで、青から緑色の中間色のなかでも、CIE1931の色度図において、第1の点(x=0.148、y=0.327)、第2の点(x=0.079、y=0.447)、第3の点(x=0.069、y=0.201)及び第4の点(x=0.170、y=0.006)を順次結んで囲まれる範囲の中間色、すなわち、第四の点及び第一の点を結ぶ第一の直線と、第一の点及び第二の点を結ぶ第二の直線と、第二の点及び第三の点を結ぶ第三の直線と、第三の点及び第四の点を結ぶ色度図の曲線とで囲まれる領域の任意の色度座標の光を発することができる。すなわち、発光装置は、図3において、3本の破線と色度図の曲線とで囲まれる領域の任意の色度の光を発することができる。
発光装置100は、可視光の短波長側(例えば380nm〜485nm)の光を発し、発光ピーク波長が420nm以上480nm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とを有しており、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂である封止樹脂により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は封止部材50により封止されている。封止部材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用いることが好ましい。封止部材50は発光素子10からの光を波長変換するアルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体及び酸窒化物系蛍光体からなる群から選択される少なくとも1種の蛍光体70と封止樹脂とを含有してなる。
また図2は、本発明に係る発光装置の別の一例を示す概略断面図である。この発光装置は、発光素子10からの光を波長変換するアルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体71及び酸窒化物系蛍光体72の両方を蛍光体70として含むこと以外は、図1に示す発光装置と同様の構成を有する。
発光素子の発光ピーク波長は、420nm以上480nm以下の範囲にある。この範囲に発光ピーク波長を有する発光素子を励起光源として用いることにより、発光素子からの光と蛍光体からの蛍光との混色光を発する発光装置を構成することが可能となる。さらに、発光素子から外部に放射される光を有効に利用することができるため、発光装置から出射される光の損失を少なくすることができ、高効率かつ色度の調整が容易な発光装置を得ることができる。また、紫外線の成分が含まれないことで、発光装置の構成部品の劣化を少なくでき、人体への悪影響がほとんどない高効率な発光装置が得られる。
発光素子の発光ピーク波長は、例えば、440nm以上460nm以下であってもよく、445nm以上455nm以下であることが好ましい。
発光素子の発光スペクトルの半値幅は特に制限されない。半値幅は例えば、30nm以下とすることができる。
半導体発光素子としては、例えば、窒化物系半導体(InXAlYGa1−X−YN、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)を用いた青色、緑色等に発光する半導体発光素子を用いることができる。
蛍光体は、組成式(1)で表されるアルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体及び下記組成式(2)で表される酸窒化物系蛍光体からなる群から選択される少なくとも1種を含む。蛍光体は、例えば、封止部材に含有されて発光装置を構成する。
蛍光体は、組成式(1)で表されるアルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体及び下記組成式(2)で表される酸窒化物系蛍光体の一方のみを含んでもよく、両方を含んでいてもよい。またアルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体及び酸窒化物系蛍光体はそれぞれ1種のみであっても複数種を含んでいてもよい。発光装置が複数種の蛍光体を含む場合、それぞれの蛍光体の含有割合は特に制限されず、目的等に応じて適宜選択すればよい。
発光装置は、アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体の少なくとも1種と、酸窒化物系蛍光体の少なくとも1種とを含むことが好ましい。発光装置がアルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体と酸窒化物系蛍光体とを含む場合、その含有比(アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体/酸窒化物系蛍光体)は例えば、0.01〜99とすることができる。
アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体は、下記組成式(1)で表される。
(Sr1−x,Eux)4Al14O25 (1)
式中、xは、0.025<x<0.4を満たし、Srの一部はMg、Ca、Ba及びZnからなる群から選択される少なくとも1種の元素で置換されていてもよい。
xは、発光効率の観点から、0.038<x<0.3を満たすことが好ましい。さらに、0.05<x<0.2であることが好ましい。Srの一部が他の元素で置換されている場合、その置換率は例えば、0.1〜50モル%であり、1〜30モル%であることが好ましい。
組成式(1)で表されるアルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体は、1種単独でも、2種以上を組合せて用いることができる。
アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体の平均粒径は、フィッシャー・サブ・シーブ・サイザーズ・ナンバー(Fisher Sub Sieve Sizer's No.)と呼ばれる数値であり、空気透過法により比表面積を測定し、一次粒子の粒径の平均値を求めたものである。例えば、フィッシャー・サブ・シーブ・サイザー(フィッシャー社製)を用いて測定される。
酸窒化物系蛍光体は、下記組成式(2)で表される。
(Ba1−y,Euy)Si2O2N2 (2)
式中、yは、0<y<1を満たし、0<y<0.2を満たすことが好ましく、0.005<y<0.13を満たすことが更に好ましい。
組成式(2)で表される酸窒化物系蛍光体は、1種単独でも、2種以上を組合せて用いることができる。
発光装置は、アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体及び酸窒化物系蛍光体以外のその他の蛍光体を必要に応じて含んでいてもよい。その他の蛍光体としては、例えば、Eu、Ce等のランタノイド系元素で主に付活される窒化物系蛍光体、酸窒化物系蛍光体、サイアロン系蛍光体;Eu等のランタノイド系、Mn等の遷移金属系の元素により主に付活されるアルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体、アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体、アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体、アルカリ土類ケイ酸塩、アルカリ土類硫化物、アルカリ土類チオガレート、アルカリ土類窒化ケイ素、ゲルマン酸塩;Ce等のランタノイド系元素で主に付活される希土類アルミン酸塩、希土類ケイ酸塩;Mn付活のフッ化物蛍光体;Eu等のランタノイド系元素で主に付活される有機及び有機錯体等から選ばれる少なくともいずれか1以上であることが好ましい。具体的には例えば、(Ca, Sr, Ba)2SiO4:Eu、(Y, Gd)3(Ga, Al)5O12:Ce、(Ca, Sr)2Si5N8:Eu、CaAlSiN3:Eu、(Ca, Sr)AlSiN3:Eu、K2SiF6:Mn等を挙げることができる。発光装置がその他の蛍光体を含む場合、その含有量は、発光装置が全体として青色から緑色の光を発する限り特に制限されず、目的等に応じて適宜選択することができる。
発光装置は、例えば、蛍光体及び封止樹脂を含み、発光素子を封止する封止部材を備えることができる。封止部材を構成する封止樹脂としては、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂が挙げられる。熱硬化性樹脂として、具体的には、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ変性シリコーン樹脂等の変性シリコーン樹脂などを挙げることができる。
封止部材は、蛍光体及び封止樹脂に加えてその他の成分を必要に応じて含んでいてもよい。その他の成分としては、シリカ、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム等のフィラー、光安定化剤、着色剤等を挙げることができる。封止部材がその他の成分を含む場合、その含有量は特に制限されず、目的等に応じて適宜選択することができる。例えば、その他の成分として、フィラーを含む場合、その含有量は封止樹脂100重量部に対して、0.01〜20重量部とすることができる。
蛍光体A〜Eの粉体特性、発光特性等を表1に、励起スペクトルを図4に示した。
ここで、蛍光体A及びBは、組成式(1)におけるxがそれぞれ0.05/4=0.0125、0.1/4=0.025である比較例の蛍光体に該当する。
発光装置の作製
準備したアルカリ土類金属アルミン酸蛍光体を、発光装置が発する光の色度座標がx=0.150、y=0.175付近となるように、表2に示すシリコーン樹脂(信越化学工業社製)に対する含有率で添加し、シリカフィラーを5%添加し、混合分散した後、更に脱泡することにより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(発光ピーク波長447nm)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た。このような工程により発光装置をそれぞれ作製した。
なお、蛍光体及びシリカフィラーの含有率は樹脂を100%とした場合の重量基準の百分率である。
蛍光体として、実施例3と同じ蛍光体Eを用い、蛍光体の添加量を表3に示すように変更したこと以外は、上記と同様にして発光装置を作製し、同様にして評価した。
発光スペクトルを図7に示した。
蛍光体として、組成式(Ba1−y,Euy)Si2O2N2(y=0.02)の酸窒化物系蛍光体を用い、蛍光体の添加量を表4に示すように変更したこと以外は、上記と同様にして発光装置を作製し、同様にして評価した。
発光スペクトルを図8に示した。
蛍光体として、組成式Sr3.3Al14O25:Eu0.7のアルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体Eと、(Ba1−y,Euy)Si2O2N2(y=0.02)の酸窒化物系蛍光体とを重量比で1:1に混合したものを用い、樹脂に対する蛍光体の総添加率を表5に示すように変更したこと以外は、上記と同様にして発光装置を作製し、同様にして評価した。
発光スペクトルを図9に示した。
さらに、実施例3〜19では発光ピーク波長λp=447nmである発光素子を用いたが、これに代えて発光ピーク波長λp=420nm〜λp=480nmの発光素子を用いることにより、第1の点(x=0.148、y=0.327)、第2の点(x=0.079、y=0.447)、λp=480nmのLEDチップに関する第3の点(x=0.069、y=0.201)、λp=420nmのLEDチップに関する第4の点(x=0.170、y=0.006)を順次結んで囲まれる範囲内の光を任意に再現することができる。
Claims (5)
- 発光ピーク波長が420nm以上480nm以下である発光素子と、
下記組成式(1)で表されるアルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体及び下記組成式(2)で表される酸窒化物系蛍光体からなる群から選択される少なくとも1種の蛍光体と
を含み、青色から緑色の光を発する、発光装置。
(Sr1−x,Eux)4Al14O25 (1)
(式中、xは、0.025<x<0.4を満たし、Srの一部はMg、Ca、Ba及びZnからなる群から選択される少なくとも1種の元素で置換されていてもよい)
(Ba1−y,Euy)Si2O2N2 (2)
(式中、yは、0<y<1を満たす) - 前記アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体の少なくとも1種と、前記酸窒化物系蛍光体の少なくとも1種とを含む、請求項1に記載の発光装置。
- CIE1931の色度図において、色度座標がx=0.148、y=0.327である第一の点、色度座標がx=0.079、y=0.447である第二の点、色度座標がx=0.069、y=0.201である第三の点及び色度座標がx=0.170、y=0.006である第四の点について、第四の点及び第一の点を結ぶ第一の直線と、第一の点及び第二の点を結ぶ第二の直線と、第二の点及び第三の点を結ぶ第三の直線と、第三の点及び第四の点を結ぶ色度図の曲線とで囲まれる範囲の光を発する、請求項1又は2に記載の発光装置。
- 前記アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体は、励起スペクトルにおいて、その最大強度を100%とした場合に、励起波長450nmにおける相対強度が50%以上である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体の平均粒径が、11μm以上30μm以下である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の発光装置。
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