JP2018125438A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の発光装置よりも太陽光に近い演色性に優れた光を発する発光装置を提供する。【解決手段】本発明の一態様に係る発光装置１は、４４５ｎｍ以上かつ４９０ｎｍ以下のピーク波長を有する蛍光を発する少なくとも２種の蛍光体を含む第１の蛍光体群と、４９１ｎｍ以上かつ６００ｎｍ以下のピーク波長を有する蛍光を発する少なくとも２種の蛍光体を含む第２の蛍光体群と、６０１ｎｍ以上かつ６７０ｎｍ以下のピーク波長を有する蛍光を発する少なくとも２種の蛍光体を含む第３の蛍光体群と、第１の蛍光体群の発する蛍光のピーク波長よりも短波長側にピーク波長を有する光を発する発光素子１２と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、発光装置に関する。

従来、３８０ｎｍから７８０ｎｍの波長領域において連続した発光スペクトル分布を示す光を発するＬＥＤモジュールが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１のＬＥＤモジュールにおいては、青色蛍光体、緑色蛍光体、黄色蛍光体、赤色蛍光体のそれぞれから、各１種類の蛍光体を選択し、組み合わせて用いる。また、赤色蛍光体の中から２種類の蛍光体を併用したり、中間色の青緑蛍光体を追加混合し、５〜６種類の組み合わせとしたりすることも可能であるとされている。

特開２０１６−７６６５２号公報

本発明の目的は、従来の発光装置よりも太陽光に近い演色性に優れた光を発する発光装置を提供することにある。

本発明の一態様は、上記目的を達成するために、下記［１］〜［４］の発光装置を提供する。

［１］４４５ｎｍ以上かつ４９０ｎｍ以下のピーク波長を有する蛍光を発する少なくとも２種の蛍光体を含む第１の蛍光体群と、４９１ｎｍ以上かつ６００ｎｍ以下のピーク波長を有する蛍光を発する少なくとも２種の蛍光体を含む第２の蛍光体群と、６０１ｎｍ以上かつ６７０ｎｍ以下のピーク波長を有する蛍光を発する少なくとも２種の蛍光体を含む第３の蛍光体群と、前記第１の蛍光体群の発する蛍光のピーク波長よりも短波長側にピーク波長を有する光を発する発光素子と、を有する、発光装置。

［２］前記発光素子の発する光のピーク波長が４１０ｎｍ以上かつ４２５ｎｍ以下である、上記［１］に記載の発光装置。

［３］色温度が５０００〜６５００Ｋの光を基準光としたときの演色性評価数Ｒｆ、ＲｇがそれぞれＲｆ≧９０、９５≦Ｒｇ≦１０５を満たす光を発する、上記［１］又は［２］に記載の発光装置。

［４］前記第１の蛍光体群が、２種のアルカリ土類ハロリン酸塩蛍光体を含み、前記第２の蛍光体群が、β−サイアロン蛍光体及びＣａ固溶α−サイアロン蛍光体を含み、前記第３の蛍光体群が、ＣＡＳＯＮ蛍光体及びＣＡＳＮ蛍光体を含む、上記［１］〜［３］のいずれか１項に記載の発光装置。

本発明によれば、従来の発光装置よりも太陽光に近い演色性に優れた光を発する発光装置を提供することができる。

図１は、実施の形態に係る発光装置の垂直断面図である。 図２は、付活剤やアルカリ土類金属の濃度が異なる複数種のアルカリ土類ハロリン酸塩蛍光体の発光スペクトルを示すグラフである。 図３（ａ）、（ｂ）は、Ｃａ固溶α−サイアロン蛍光体、β−サイアロン蛍光体、ケイ酸塩蛍光体、窒化物蛍光体、ＬＳＮ蛍光体、ＹＡＧ蛍光体、及びＬｕＡＧ蛍光体の発光スペクトルを示すグラフである。 図４は、ＣＡＳＮ蛍光体、ＳＣＡＳＮ蛍光体、及びＣＡＳＯＮ蛍光体の発光スペクトルを示すグラフである。 図５は、発光強度が規格化された、第１の蛍光体群に含まれる２種の蛍光体、第２の蛍光体群に含まれる２種の蛍光体、及び第３の蛍光体群に含まれる２種の蛍光体の発光スペクトルを示す。 図６は、２種のアルカリ土類ハロリン酸塩蛍光体、β−サイアロン蛍光体、Ｃａ固溶α−サイアロン蛍光体、ＣＡＳＯＮ蛍光体、及びＣＡＳＮ蛍光体の励起スペクトルを示す。 図７は、実施の形態に係る発光装置の変形例の垂直断面図である。 図８は、蛍光体が封止樹脂に含まれるＳＭＤ型の発光装置の発光スペクトル、及び蛍光体が塗布により形成された蛍光体層に含まれるＣＯＢ型の発光装置の発光スペクトルを示す。

〔実施の形態〕
（発光装置の構成）
図１は、実施の形態に係る発光装置１の垂直断面図である。発光装置１は、凹部１０ａを有するケース１０と、凹部１０ａの底部に露出するようにケース１０に含まれるリードフレーム１１と、リードフレーム１１上に搭載された発光素子１２と、リードフレーム１１と発光素子１２の電極を電気的に接続するボンディングワイヤー１３と、凹部１０ａ内に充填され、発光素子１２を封止する封止樹脂１４と、封止樹脂１４中に含まれる粒子状の蛍光体１５とを有する。

ケース１０は、例えば、ポリフタルアミド樹脂、ＬＣＰ（Liquid Crystal Polymer）、ＰＣＴ（Polycyclohexylene Dimethylene Terephalate）等の熱可塑性樹脂、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂からなり、射出成形又はトランスファー成形により形成される。ケース１０は、光反射率を向上させるための二酸化チタン等からなる光反射粒子を含んでもよい。

リードフレーム１１は、例えば、全体またはその表面がＡｇ、Ｃｕ、Ａｌ等の導電材料からなる。

発光素子１２は、典型的にはＬＥＤ素子やレーザーダイオード素子である。図１に示される例では、発光素子１２はボンディングワイヤー１３によりリードフレーム１１に接続されるフェイスアップ型の素子であるが、フェイスダウン型の素子であってもよいし、導電バンプ等のボンディングワイヤー以外の接続部材によってリードフレームに接続されてもよい。

封止樹脂１４は、例えば、シリコーン系樹脂やエポキシ系樹脂等の樹脂材料からなる。

蛍光体１５は、発光素子１２の発する光を励起源として蛍光を発する蛍光体である。蛍光体１５は、発光装置１の発光スペクトルを太陽光に近づけるため、少なくとも、４４５ｎｍ以上かつ４９０ｎｍ以下のピーク波長を有する蛍光を発する少なくとも２種の蛍光体を含む第１の蛍光体群と、４９１ｎｍ以上かつ６００ｎｍ以下のピーク波長を有する蛍光を発する少なくとも２種の蛍光体を含む第２の蛍光体群と、６０１ｎｍ以上かつ６７０ｎｍ以下のピーク波長を有する蛍光を発する少なくとも２種の蛍光体を含む第３の蛍光体群を含む。すなわち、蛍光体１５は少なくとも６種類の蛍光体から構成される。なお、発光素子１２は蛍光体１５の励起源であるため、第１の蛍光体群の発する蛍光のピーク波長よりも短波長側にピーク波長を有する光を発する。

第１の蛍光体群は、青色系の蛍光体の群であり、例えば、アルカリ土類ハロリン酸塩蛍光体を含む。アルカリ土類ハロリン酸塩蛍光体の主な組成を以下の表１に示す。

アルカリ土類ハロリン酸塩蛍光体は、付活剤であるＥｕやアルカリ土類金属であるＣａ、Ｓｒ、ＢａやＭｇの濃度を変えることにより発光スペクトルを変化させることができる。

図２は、付活剤やアルカリ土類金属の濃度が異なる複数種のアルカリ土類ハロリン酸塩蛍光体の発光スペクトルを示すグラフである。

第２の蛍光体群は、黄色〜緑色系の蛍光体の群であり、例えば、Ｃａ固溶α−サイアロン蛍光体、β−サイアロン蛍光体、ケイ酸塩蛍光体、窒化物蛍光体、ＬＳＮ蛍光体、ＹＡＧ蛍光体、又はＬｕＡＧ蛍光体を含む。これらの蛍光体の主な組成を以下の表２に示す。

ＹＡＧ蛍光体、ＬｕＡＧ蛍光体は、Ｇｄ、Ｇａや付活剤であるＣｅの濃度を変えることにより発光スペクトルを変化させることができる。

図３（ａ）、（ｂ）は、Ｃａ固溶α−サイアロン蛍光体、β−サイアロン蛍光体、ケイ酸塩蛍光体、窒化物蛍光体、ＬＳＮ蛍光体、ＹＡＧ蛍光体、及びＬｕＡＧ蛍光体の発光スペクトルを示すグラフである。ここで、図３（ａ）中の「α」、「β」、「ケイ酸塩」、「窒化物」、「ＬＳＮ」は、それぞれＣａ固溶α−サイアロン蛍光体、β−サイアロン蛍光体、ケイ酸塩蛍光体、窒化物蛍光体、ＬＳＮ蛍光体を意味し、図３（ｂ）中の「ＹＡＧ」、「ＬｕＡＧ」は、それぞれＹＡＧ蛍光体、ＬｕＡＧ蛍光体を意味する。

第３の蛍光体群は、赤色系の蛍光体の群であり、例えば、ＣＡＳＮ蛍光体、ＳＣＡＳＮ蛍光体、又はＣＡＳＯＮ蛍光体を含む。これらの蛍光体の主な組成を以下の表３に示す。

ＣＡＳＮ蛍光体、ＳＣＡＳＮ蛍光体、ＣＡＳＯＮ蛍光体は、付活剤であるＥｕやアルカリ土類金属であるＳｒ、Ｃａの濃度を変えることにより発光スペクトルを変化させることができる。

図４は、ＣＡＳＮ蛍光体、ＳＣＡＳＮ蛍光体、及びＣＡＳＯＮ蛍光体の発光スペクトルを示すグラフである。

蛍光体１５を構成する蛍光体の組み合わせやそれらの濃度比は、発光装置１の発光スペクトルが太陽光に近くなるように、例えば色温度が５０００〜６５００Ｋである朝から昼までの太陽光を基準光としたときの演色性評価数Ｒｆ、Ｒｇが１００に近くなるように調整される。色温度が５０００〜６５００Ｋの光を基準光としたときの発光装置１の発する光の演色性評価数Ｒｆ、ＲｇがそれぞれＲｆ≧９０、９５≦Ｒｇ≦１０５を満たすように、蛍光体１５を構成する蛍光体の組み合わせやそれらの濃度比が調整されることが好ましい。

上記の演色性評価数Ｒｆ、Ｒｇは、北米照明学会（ＩＥＳ）によって定められた光の演色性の新しい評価方法「ＴＭ−３０−１５」において用いられる演色性評価数である。

Ｒｆは色の忠実度を表すパラメータであり、９９種の色についての試験により得られるため、平均演色評価数Ｒａよりも高い精度で色の忠実度を評価することができる。Ｒｆの上限は１００であり、１００に近いほどテスト光の色が基準光（太陽光等）の色に近いことを示す。

Ｒｇは従来の評価方法にはなかった色の鮮やかさを表すパラメータである。Ｒｇが１００に近いほど、テスト光の色の鮮やかさが基準光（太陽光等）の色の鮮やかさに近いことを示す。Ｒｇは１００より小さい値も大きい値もとり得る。

図５は、発光強度が規格化された、第１の蛍光体群に含まれる２種の蛍光体、第２の蛍光体群に含まれる２種の蛍光体、及び第３の蛍光体群に含まれる２種の蛍光体の発光スペクトルを示す。ここで、図５の発光スペクトルを測定するために、これらの蛍光体を波長４０５ｎｍの光で励起させた。

図５に示される例では、第１の蛍光体群に含まれる蛍光体としてアルカリ土類ハロリン酸塩蛍光体１５ａ、１５ｂ、第２の蛍光体群に含まれる蛍光体としてβ−サイアロン蛍光体１５ｃ及びＣａ固溶α−サイアロン蛍光体１５ｄ、第３の蛍光体群に含まれる蛍光体としてＣＡＳＯＮ蛍光体１５ｅ及びＣＡＳＮ蛍光体１５ｆを用いている。次の表４は、これらの蛍光体１５に含まれる蛍光体の特性を示す表である。

このように、第１の蛍光体群に含まれる２種の蛍光体、第２の蛍光体群に含まれる２種の蛍光体、及び第３の蛍光体群に含まれる２種の蛍光体を用いることにより、発光装置１の発光スペクトルを太陽光に近づけることができる。

図６は、アルカリ土類ハロリン酸塩蛍光体１５ａ、１５ｂ、β−サイアロン蛍光体１５ｃ、Ｃａ固溶α−サイアロン蛍光体１５ｄ、ＣＡＳＯＮ蛍光体１５ｅ、及びＣＡＳＮ蛍光体１５ｆの励起スペクトルを示す。図６は、これらの蛍光体がおよそ４２５ｎｍ以下の波長の光によって効率的に励起することを示している。このため、蛍光体１５の励起源である発光素子１２の発する光のピーク波長が４２５ｎｍ以下であることが好ましい。

なお、第１の蛍光体群に含まれる蛍光体としてアルカリ土類ハロリン酸塩蛍光体１５ａ、１５ｂ以外の４４５ｎｍ以上かつ４９０ｎｍ以下のピーク波長を有する蛍光を発する蛍光体を用いた場合、第２の蛍光体群に含まれる蛍光体としてβ−サイアロン蛍光体１５ｃ、Ｃａ固溶α−サイアロン蛍光体１５ｄ以外の４９１ｎｍ以上かつ６００ｎｍ以下のピーク波長を有する蛍光を発する蛍光体を用いた場合、第３の蛍光体群に含まれる蛍光体としてＣＡＳＯＮ蛍光体１５ｅ、ＣＡＳＮ蛍光体１５ｆ以外の６０１ｎｍ以上かつ６７０ｎｍ以下のピーク波長を有する蛍光を発する蛍光体を用いた場合も、およそ４２５ｎｍ以下の波長の光によって第１の蛍光体群、第２の蛍光体群、及び第３の蛍光体群に含まれる蛍光体を効率的に励起させることができるため、発光素子１２の発する光のピーク波長が４２５ｎｍ以下であることが好ましい。

一方、発光素子１２の発する光のピーク波長が短すぎると、発光素子１２の発光スペクトルのピークと蛍光体１５の発光スペクトルのピークとの間のスペクトル谷が大きくなって発光装置１の発光スペクトルを太陽光に近づけることが困難になるため、発光素子１２の発する光のピーク波長が４１０ｎｍ以上であることが好ましい。

蛍光体１５は、図１に示されるように封止樹脂１４中に含まれていてもよいが、発光素子上に塗布により形成される蛍光体層中に含まれていてもよい。

図７は、発光装置１の変形例である、塗布により形成される蛍光体層を有する発光装置２の垂直断面図である。発光装置２は、配線基板２０と、配線基板２０の表面に設置された発光素子２５と、発光素子２５の表面を覆う蛍光体層２７と、蛍光体層２７の表面を覆う封止材２９とを有する。

配線基板２０は、例えば、ＡｌＮ基板であり、その表面にはＣｕ等からなる配線２１、裏面にはＣｕ等からなる導通パターン２２及び放熱用の放熱パターン２３が設けられ、配線２１と導通パターン２２はビア２４を介して電気的に接続されている。

発光素子２５は発光装置１の発光素子１２と同様の発光特性を有し、発光素子２５の電極２６は、Ａｇペースト等により配線２１に接続される。

蛍光体層２７は、発光素子２５上に塗布により形成される層であり、バインダー樹脂２８とバインダー樹脂２８に含まれる蛍光体１５から構成される。

発光装置１のように蛍光体１５が封止樹脂１４中に含まれる場合、通常、封止樹脂１４はポッティングにより形成されるため、ポッティング可能な粘度を保つために蛍光体１５の濃度が制限される（封止樹脂１４中の蛍光体１５の濃度は、例えば、２５〜５５質量％）。この形態は、発光装置１のような表面実装型（ＳＭＤ型）の発光装置において用いられることが多い。

塗布用の樹脂は、ポッティング用の樹脂と比較して、粘度を高くすることができる。このため、発光装置２の塗布により形成される蛍光体層２７のバインダー樹脂２８中の蛍光体１５の濃度は、ポッティングにより形成される発光装置１の封止樹脂１４中の蛍光体１５の濃度よりも高くすることができる（蛍光体層２７のバインダー樹脂中の蛍光体１５の濃度は、例えば、７０〜８０質量％）。この形態は、発光装置２のようなチップオンボード型（ＣＯＢ型）の発光装置において用いられることが多い。

図８は、蛍光体１５が封止樹脂１４に含まれるＳＭＤ型の発光装置１の発光スペクトル、及び蛍光体１５が塗布により形成された蛍光体層に含まれるＣＯＢ型の発光装置２の発光スペクトルを示す。ここで、発光装置１、２には、それぞれ４２０ｎｍ、４２２ｎｍのピーク波長を有する光を発する発光素子１２を用いた。

これらの発光装置１、２において、アルカリ土類ハロリン酸塩蛍光体１５ａ、１５ｂ、β−サイアロン蛍光体１５ｃ、Ｃａ固溶α−サイアロン蛍光体１５ｄ、ＣＡＳＯＮ蛍光体１５ｅ、及びＣＡＳＮ蛍光体１５ｆが蛍光体１５として用いられた。次の表２は、ＳＭＤ型の発光装置１とＣＯＢ型の発光装置２における、蛍光体１５の濃度及び蛍光体１５に含まれる各蛍光体の濃度を示す表である。

上述の樹脂の形成方法の違いに起因して、蛍光体１５が封止樹脂１４に含まれるＳＭＤ型の発光装置１は、蛍光体１５が塗布により形成された蛍光体層に含まれるＣＯＢ型の発光装置２よりも、発光素子１２上の蛍光体１５の量が少ない。このため、発光スペクトルにおける発光素子１２の発光による左端のピーク強度がより高くなっている。

ここで、図８に示されるＳＭＤ型の発光装置１の発光スペクトルの演色性評価数Ｒｆ、Ｒｇは、それぞれ９７、１００であり、ＣＯＢ型の発光装置２の発光スペクトルの演色性評価数Ｒｆ、Ｒｇは、それぞれ９８、１００であり、いずれも優れた値である。

すなわち、蛍光体１５に含まれる第１の蛍光体群の少なくとも２種の蛍光体、第２の蛍光体群の少なくとも２種の蛍光体、及び第３の蛍光体群の少なくとも２種の蛍光体の配合比率を調整することにより、蛍光体１５が封止樹脂１４に含まれる場合、蛍光体１５が塗布により形成される蛍光体層に含まれる場合のいずれであっても、本実施の形態に係る発光装置は太陽光に近い優れた演色性を有する光を発することができる。

（実施の形態の効果）
上記の実施の形態によれば、従来の発光装置よりも太陽光に近い演色性に優れた光を発する発光装置を提供することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。例えば、発光装置の構成は、発光素子１２と蛍光体１５を有するものであれば、実施の形態に示される構成に限られない。

また、上記の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１、２ 発光装置
１０ ケース
１１ リードフレーム
１２、２５ 発光素子
１３ ボンディングワイヤー
１４ 封止樹脂
１５ 蛍光体
２０ 配線基板
２１ 配線
２２ 導通パターン
２３ 放熱パターン
２４ ビア
２６ 電極
２７ 蛍光体層
２８ バインダー樹脂
２９ 封止材

Claims (4)

1. ４４５ｎｍ以上かつ４９０ｎｍ以下のピーク波長を有する蛍光を発する少なくとも２種の蛍光体を含む第１の蛍光体群と、
   ４９１ｎｍ以上かつ６００ｎｍ以下のピーク波長を有する蛍光を発する少なくとも２種の蛍光体を含む第２の蛍光体群と、
   ６０１ｎｍ以上かつ６７０ｎｍ以下のピーク波長を有する蛍光を発する少なくとも２種の蛍光体を含む第３の蛍光体群と、
   前記第１の蛍光体群の発する蛍光のピーク波長よりも短波長側にピーク波長を有する光を発する発光素子と、
   を有する、発光装置。
2. 前記発光素子の発する光のピーク波長が４１０ｎｍ以上かつ４２５ｎｍ以下である、
   請求項１に記載の発光装置。
3. 色温度が５０００〜６５００Ｋの光を基準光としたときの演色性評価数Ｒｆ、ＲｇがそれぞれＲｆ≧９０、９５≦Ｒｇ≦１０５を満たす光を発する、
   請求項１又は２に記載の発光装置。
4. 前記第１の蛍光体群が、２種のアルカリ土類ハロリン酸塩蛍光体を含み、
   前記第２の蛍光体群が、β−サイアロン蛍光体及びＣａ固溶α−サイアロン蛍光体を含み、
   前記第３の蛍光体群が、ＣＡＳＯＮ蛍光体及びＣＡＳＮ蛍光体を含む、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光装置。

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