JP2018147929A

JP2018147929A - 発光装置

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Publication number: JP2018147929A
Application number: JP2017038517A
Authority: JP
Inventors: 朋弘三輪; Tomohiro Miwa; 下西　正太; Shota Shimonishi; 正太下西; 重郎武田; Shigeo Takeda; 聡美関; Satomi Seki; 加藤　大典; Daisuke Kato; 大典加藤
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2017-03-01
Filing date: 2017-03-01
Publication date: 2018-09-20
Anticipated expiration: 2037-03-01
Also published as: US20180254387A1; US10134959B2; JP6783987B2

Abstract

【課題】従来の発光装置よりも夕方の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第１の蛍光体と、４９１ｎｍ以上かつ６００ｎｍ以下のピーク波長を有する蛍光を発する第２の蛍光体と、６０１ｎｍ以上かつ６７０ｎｍ以下のピーク波長を有する蛍光を発する第３の蛍光体と、前記第１の蛍光体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、を有し、前記第１の蛍光体、前記第２の蛍光体、及び前記第３の蛍光体の質量の合計に対する、前記第１の蛍光体の質量の割合ｘ、前記第２の蛍光体の質量の割合ｙ、前記第３の蛍光体の質量の割合ｚが、０．５８６≦ｘ≦０．７３４、０．０１７≦ｙ≦０．０８１、０．２３９≦ｚ≦０．３８４、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１を満たす。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光装置に関する。

従来、４００ｎｍ以上４６０ｎｍ以下の波長範囲に発光ピークを有する発光素子と蛍光体とを有し、発光素子からの光と蛍光体の蛍光との混色光を発する発光装置であって、混色光の平均演色評価数Ｒａが８５より大きく、特殊演色評価数Ｒ９（赤色）が５０より大きい発光装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、従来、近紫外乃至青色領域にピーク発光波長を有する光を放射する発光素子と蛍光体とを有し、平均演色評価数Ｒａが９０≦Ｒａ≦９７である発光装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。

ここで、平均演色評価数Ｒａ、特殊演色評価数Ｒ９は、演色性を数値として評価するためのパラメータであり、これらの数値が１００に近いほど基準光（太陽光等）に近いことになる。

特開２０１６−１１１１９０号公報特開２０１６−１５７９６５号公報

本発明の目的は、従来の発光装置よりも夕方の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］〜［５］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第１の蛍光体と、４９１ｎｍ以上かつ６００ｎｍ以下のピーク波長を有する蛍光を発する第２の蛍光体と、６０１ｎｍ以上かつ６７０ｎｍ以下のピーク波長を有する蛍光を発する第３の蛍光体と、前記第１の蛍光体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、を有し、前記第１の蛍光体、前記第２の蛍光体、及び前記第３の蛍光体の質量の合計に対する、前記第１の蛍光体の質量の割合ｘ、前記第２の蛍光体の質量の割合ｙ、前記第３の蛍光体の質量の割合ｚが、０．５８６≦ｘ≦０．７３４、０．０１７≦ｙ≦０．０８１、０．２３９≦ｚ≦０．３８４、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１を満たす、発光装置。

［２］色温度が２８００〜３２００Ｋの光を基準光としたときの演色評価数Ｒｆ、ＲｇがそれぞれＲｆ≧８５、９３≦Ｒｇ≦１０７を満たす光を発する、上記［１］に記載の発光装置。

［３］前記ｘ、前記ｙ、及び前記ｚが、０．６６４≦ｘ≦０．７３４、０．０１７≦ｙ≦０．０４７、０．２３９≦ｚ≦０．２８８を満たす、上記［１］又は［２］に記載の発光装置。

［４］色温度が２８００〜３２００Ｋの光を基準光としたときの演色評価数Ｒｆ、ＲｇがそれぞれＲｆ≧９４、９９≦Ｒｇ≦１０１を満たす光を発する、上記［３］に記載の発光装置。

［５］前記第１の蛍光体が、アルカリ土類ハロリン酸塩蛍光体を含み、前記第２の蛍光体が、β−サイアロン蛍光体を含み、前記第３の蛍光体群が、ＣＡＳＯＮ蛍光体を含む、上記［１］〜［４］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夕方の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、実施の形態に係る蛍光体における第１の蛍光体、第２の蛍光体、第３の蛍光体の配合割合を示す三角図である。図３は、図２の三角図内の太線で描かれた六角形の領域周辺を拡大した図である。

〔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、４４５ｎｍ以上かつ４９０ｎｍ以下のピーク波長を有する蛍光を発する第１の蛍光体と、４９１ｎｍ以上かつ６００ｎｍ以下のピーク波長を有する蛍光を発する第２の蛍光体と、６０１ｎｍ以上かつ６７０ｎｍ以下のピーク波長を有する蛍光を発する第３の蛍光体を含む。

第１の蛍光体、第２の蛍光体、前記第３の蛍光体の質量の合計に対する、第１の蛍光体の質量の割合ｘ、第２の蛍光体の質量の割合ｙ、第３の蛍光体の質量の割合ｚが、０．５８６≦ｘ≦０．７３４、０．０１７≦ｙ≦０．０８１、０．２３９≦ｚ≦０．３８４、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１を満たす。これによって、色温度が２８００〜３２００Ｋの光を基準光としたときの演色評価数Ｒｆ、Ｒｇの数値を１００に近づけることができる。

また、上記のｘ、ｙ、ｚが０．６６４≦ｘ≦０．７３４、０．０１７≦ｙ≦０．０４７、０．２３９≦ｚ≦０．２８８を満たす場合は、色温度が２８００〜３２００Ｋの光を基準光としたときの演色評価数Ｒｆ、Ｒｇの数値を１００により近づけることができる。

４４５ｎｍ以上かつ４９０ｎｍ以下のピーク波長を有する蛍光を発する青色系の蛍光体としては、例えば、アルカリ土類ハロリン酸塩蛍光体を用いることができる。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。

また、４９１ｎｍ以上かつ６００ｎｍ以下のピーク波長を有する蛍光を発する黄色〜緑色系の蛍光体としては、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蛍光体を用いることができる。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。

また、６０１ｎｍ以上かつ６７０ｎｍ以下のピーク波長を有する赤色系の蛍光体としては、ＣＡＳＮ蛍光体、ＳＣＡＳＮ蛍光体、又はＣＡＳＯＮ蛍光体を用いることができる。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。

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２８００〜３２００Ｋである夕方の太陽光を基準光としたときの演色評価数Ｒｆ、Ｒｇが１００に近くなるように調整される。

例えば、第１の蛍光体、第２の蛍光体、前記第３の蛍光体の質量の合計に対する、第１の蛍光体の質量の割合ｘ、第２の蛍光体の質量の割合ｙ、第３の蛍光体の質量の割合ｚが、０．５８６≦ｘ≦０．７３４、０．０１７≦ｙ≦０．０８１、０．２３９≦ｚ≦０．３８４、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１を満たす場合は、色温度が２８００〜３２００Ｋの光を基準光としたときの発光装置１の発する光の演色評価数Ｒｆ、ＲｇがそれぞれＲｆ≧８５、９３≦Ｒｇ≦１０７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。

また、上記のｘ、ｙ、ｚが０．６６４≦ｘ≦０．７３４、０．０１７≦ｙ≦０．０４７、０．２３９≦ｚ≦０．２８８を満たす場合は、色温度が２８００〜３２００Ｋの光を基準光としたときの発光装置１の発する光の演色評価数Ｒｆ、ＲｇがそれぞれＲｆ≧９４、９９≦Ｒｇ≦１０１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。

発光素子１２の発する光は蛍光体１５の励起源であるため、第１の蛍光体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。

また、発光素子１２の発する光のピーク波長が長すぎると、発光装置１の発光スペクトルの短波長域（紫の波長域）の発光強度が弱くなるため、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。このため、発光素子１２の発する光のピーク波長が４５０ｎｍ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の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。このため、発光素子１２の発する光のピーク波長が３８５ｎｍ以上であることが好ましい。

なお、発光装置１の構成は、発光素子１２と蛍光体１５を有するものであれば、上述の図１に示される構成に限られない。

（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夕方の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。

第１の蛍光体としてアルカリ土類ハロリン酸塩蛍光体、第２の蛍光体としてβ−サイアロン蛍光体、第３の蛍光体群としてＣＡＳＯＮ蛍光体を用いて、これらの配合割合と、色温度が２８００〜３２００Ｋの光を基準光としたときの演色性評価数Ｒｆ、Ｒｇとの関係を調べた。

図２は、蛍光体１５における第１の蛍光体、第２の蛍光体、第３の蛍光体の配合割合を示す三角図である。図２中の「ｘ」は、第１の蛍光体、第２の蛍光体、及び第３の蛍光体の質量の合計（以下、合計質量とする）に対する、第１の蛍光体の質量の割合ｘを示す。「ｙ」は、合計質量に対する、第２の蛍光体の質量の割合ｙを示す。「ｚ」は、合計質量に対する、第３の蛍光体の質量の割ｚを示す。

また、三角図の頂点に記載された「青」、「緑」、「赤」は、それぞれの頂点に近付くほど蛍光体１５の発光色が青、緑、赤に近付くことを示している。

図３は、図２の三角図内の太線で描かれた六角形の領域周辺を拡大した図である。図３中の点は、演色性評価数Ｒｆ、Ｒｇを測定した蛍光体１５の配合割合（ｘ、ｙ、ｚの値）を示す点であり、各点に添えられた文字列の先頭の数字は蛍光体１５の試料番号、カッコ内の数字は演色性評価数Ｒｆ、Ｒｇを示す。

次の表４に、評価した各蛍光体１５の配合割合ｘ、ｙ、ｚ、及び演色評価数Ｒｆ、Ｒｇを示す。

図３の領域Ａは、試料番号１１、１３〜１９の蛍光体１５が含まれる領域であって、蛍光体１５の配合割合ｘ、ｙ、ｚが０．５８６≦ｘ≦０．７３４、０．０１７≦ｙ≦０．０８１、０．２３９≦ｚ≦０．３８４を満たす領域であり、配合割合が領域Ａ内に収まる場合、色温度が２８００〜３２００Ｋの光を基準光としたときの発光装置１の発する光の演色評価数Ｒｆ、ＲｇがそれぞれＲｆ≧８５、９３≦Ｒｇ≦１０７を満たすことができる。

また、配合割合が領域Ａ内に収まる場合、ＴＭ−３０−１５の９９の評価色の演色評価数の全てが５６以上であり、Ｒｆｈ，１〜Ｒｆ，１６の全てが７４以上である。ここで、Ｒｆｈ，１〜Ｒｆ，１６は、９９の基準光を色相角で１６分割したときの、各色相角に含まれる基準光と評価光の色差の平均値である。

また、図３の領域Ｂは、試料番号１５〜１９の蛍光体１５が含まれる領域であって、蛍光体１５の配合割合ｘ、ｙ、ｚが０．６６４≦ｘ≦０．７３４、０．０１７≦ｙ≦０．０４７、０．２３９≦ｚ≦０．２８８を満たす領域であり、配合割合が領域Ｂ内に収まる場合、色温度が２８００〜３２００Ｋの光を基準光としたときの発光装置１の発する光の演色評価数Ｒｆ、ＲｇがそれぞれＲｆ≧９４、９９≦Ｒｇ≦１０１を満たすことができる。

また、配合割合が領域Ｂ内に収まる場合、ＴＭ−３０−１５の９９の評価色の演色評価数の全てが７９以上であり、Ｒｆｈ，１〜Ｒｆ，１６の全てが８６以上である。

なお、上記の演色評価数Ｒｆ、Ｒｇが高くなる蛍光体１５の配合割合において、青色系の蛍光体である第１の蛍光体の割合が小さいのは、青色系の蛍光が、黄色〜緑色系の蛍光体である第２の蛍光体と赤色系の蛍光体である第３の蛍光体に吸収されるためである。また、赤色系の蛍光体である第３の蛍光体の割合が小さいのは、青色系の蛍光体である第１の蛍光体、黄色〜緑色系の蛍光体である第２の蛍光体と比較して、同じ光を吸収したときの発光強度が小さいためである。

以上、本発明の実施の形態及び実施例を説明したが、本発明は、上記の実施の形態及び実施例に限定されず、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。

また、上記の実施の形態及び実施例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、実施の形態及び実施例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発光装置
１０ケース
１１リードフレーム
１２発光素子
１３ボンディングワイヤー
１４封止樹脂
１５蛍光体

Claims

４４５ｎｍ以上かつ４９０ｎｍ以下のピーク波長を有する蛍光を発する第１の蛍光体と、
４９１ｎｍ以上かつ６００ｎｍ以下のピーク波長を有する蛍光を発する第２の蛍光体と、
６０１ｎｍ以上かつ６７０ｎｍ以下のピーク波長を有する蛍光を発する第３の蛍光体と、
前記第１の蛍光体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、
を有し、
前記第１の蛍光体、前記第２の蛍光体、及び前記第３の蛍光体の質量の合計に対する、前記第１の蛍光体の質量の割合ｘ、前記第２の蛍光体の質量の割合ｙ、前記第３の蛍光体の質量の割合ｚが、０．５８６≦ｘ≦０．７３４、０．０１７≦ｙ≦０．０８１、０．２３９≦ｚ≦０．３８４、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１を満たす、
発光装置。
色温度が２８００〜３２００Ｋの光を基準光としたときの演色評価数Ｒｆ、ＲｇがそれぞれＲｆ≧８５、９３≦Ｒｇ≦１０７を満たす光を発する、
請求項１に記載の発光装置。
前記ｘ、前記ｙ、及び前記ｚが、０．６６４≦ｘ≦０．７３４、０．０１７≦ｙ≦０．０４７、０．２３９≦ｚ≦０．２８８を満たす、
請求項１又は２に記載の発光装置。
色温度が２８００〜３２００Ｋの光を基準光としたときの演色評価数Ｒｆ、ＲｇがそれぞれＲｆ≧９４、９９≦Ｒｇ≦１０１を満たす光を発する、
請求項３に記載の発光装置。
前記第１の蛍光体が、アルカリ土類ハロリン酸塩蛍光体を含み、
前記第２の蛍光体が、β−サイアロン蛍光体を含み、
前記第３の蛍光体群が、ＣＡＳＯＮ蛍光体を含む、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光装置。