JP2019016632A - 発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】優れた演色性を有する発光装置を提供する。【解決手段】440nm以上460nm以下の範囲に発光ピーク波長を有する発光素子10と、蛍光部材とを備え、蛍光部材は、蛍光体として、440nm以上550nm以下の範囲に発光ピーク波長を有し、Euで賦活されるアルカリ土類アルミン酸塩並びにCa、Mg及びClを組成に有しEuで賦活されるケイ酸塩の少なくとも一方を含む第一蛍光体71と、500nm以上600nm以下の範囲に発光ピーク波長を有し、Ceで賦活される希土類アルミン酸塩を含む第二蛍光体72と、610nm以上650nm以下の範囲に発光ピーク波長を有し、Sr及びCaの少なくとも一方とAlとを組成に有しEuで賦活されるシリコンナイトライドを含む第三蛍光体73と、650nm以上670nm以下の範囲に発光ピーク波長を有し、Mnで賦活されるフルオロジャーマネートを含む第四蛍光体74と、を含む発光装置100。【選択図】図1

Description

本開示は、発光装置に関する。
発光ダイオード(以下、「LED」とも記載する。)を用いて白色系の光を発する発光装置として、例えば、青色に発光するLEDと黄色に発光する蛍光体とを組み合わせた発光装置がある。この発光装置は、LEDの青色光と、その光によって励起された蛍光体による黄色光とが混色することにより白色系の光を発する。このような発光装置では、可視光領域における放射強度が強く発光効率は高いが、青緑色領域及び赤色領域における放射強度が充分に得られない場合がある。そのため照射物の色の見え方(以下、「演色性」と呼ぶ。)に更なる改良の余地がある。
ここで、光源の演色性の評価手順は、JIS Z8726によって、所定の反射率特性を有する試験色(R1からR15)を、試験光源と基準光源とでそれぞれ測色した場合の色差ΔEi(iは1から15の整数)を数値計算して演色評価数を算出して行うと定められている。演色評価数Ri(iは1から15の整数)の上限は100である。つまり、試験光源とそれに対応する色温度の基準光源の色差が小さいほど、演色評価数は100に近づき高くなる。演色評価数のうち、R1からR8の平均値は平均演色評価数(以下、Raとも記載する。)と呼ばれ、R9からR15は特殊演色評価数と呼ばれる。特殊演色評価数について、R9は赤色、R10は黄色、R11は緑色、R12は青色、R13は西洋人の肌の色、R14は木の葉の色、R15は日本人の肌の色とされている。
光源の演色性を高めるため、青色に発光するLEDと、緑色から黄色に発光する2種類の蛍光体として例えば、クロロシリケート蛍光体と、Y又はTbのガーネット蛍光体とを用いた発光装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。また、さらに演色性を高めるため、緑色から黄色に発光する蛍光体に加え、赤色に発光する蛍光体を用いた発光装置が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
特表2003−535477号公報 特開2008−034188号公報
従来技術の発光装置では、黄色、緑色、赤色等に発光する蛍光体を用いることで、それらに相当する波長領域の色差をある程度小さくすることができた。しかしながら、主に発光素子に由来する青色領域の発光強度を基準光源に近づけ青色領域の色差を小さくすることは難しかった。例えば、蛍光体の量を調節したり拡散材を添加したりして青色の発光強度を調節することも考えられるが、満足な解決には至っていない。ここで特殊演色評価数R12は、一般的に、青色の波長領域の発光が大きく関与しており、従来技術の発光装置ではR12の数値が低くなる傾向があった。高い演色性を有する発光装置とするためには、可視光領域において太陽光源のような紫色から青色、そして緑色から黄色、そして橙色から赤色のような一連の連続した発光スペクトルが得られるように発光装置を構成して、このR12の数値を高くする必要がある。
このような問題を解決する発光装置として、演色評価数の算出には寄与しない近紫外領域に発光ピーク波長を有する発光素子を用いる発光装置が挙げられる。しかしながら、近紫外領域の光は、紫外線の成分を多く含んでいるため、人体や照射物に悪影響を及ぼすだけでなく、発光装置の構成部材が劣化したり、発光装置の発光効率が大幅に低下したりする問題があった。
そこで、本開示の一実施形態は、上述したような問題を解決し、優れた演色性を有する発光装置を提供することを目的とする。
本開示の発光装置は、440nm以上460nm以下の範囲に発光ピーク波長を有する発光素子と、蛍光部材とを備え、蛍光部材は、蛍光体として、440nm以上550nm以下の範囲に発光ピーク波長を有し、Euで賦活されるアルカリ土類アルミン酸塩並びにCa、Mg及びClを組成に有しEuで賦活されるケイ酸塩の少なくとも一方を含む第一蛍光体と、500nm以上600nm以下の範囲に発光ピーク波長を有し、Ceで賦活される希土類アルミン酸塩を含む第二蛍光体と、610nm以上650nm以下の範囲に発光ピーク波長を有し、Sr及びCaの少なくとも一方とAlとを組成に有しEuで賦活されるシリコンナイトライドを含む第三蛍光体と、650nm以上670nm以下の範囲に発光ピーク波長を有し、Mnで賦活されるフルオロジャーマネートを含む第四蛍光体と、を含む。
本開示の一実施形態によれば、優れた演色性を有する発光装置を提供することができる。
本実施形態に係る発光装置の一例を示す概略断面図である。 発光装置の発光スペクトルの一例を示す図である。 発光装置の発光スペクトルの一例を示す図である。 発光装置の発光スペクトルの一例を示す図である。 本実施形態に係る発光装置の一例を示す概略的上面図である。 図3A中の3B−3B線における模式的端面図である。 本実施形態に係る発光装置の一例を示す概略的上面図である。 図4A中の4B−4B線における模式的端面図である。 本実施形態に係る発光装置の一例を示す概略的端面図である。 本実施形態に係る発光装置の一例を示す概略的端面図である。 本実施形態に係る発光装置の一例を示す概略的上面図である。
以下、本発明を実施するための形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光装置を例示するものであって、本発明は、以下の発光装置に限定されない。なお、本明細書において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。また、組成物中の各成分の含有量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。
[発光装置]
図1は、本開示の一実施形態に係る発光装置の概略断面図である。発光装置100は、440nm以上460nm以下の範囲に発光ピーク波長を有する発光素子10と、蛍光部材50とを備える。蛍光部材50は、蛍光体70として、第一蛍光体71、第二蛍光体72、第三蛍光体73および第四蛍光体74の少なくとも4種を含む。第一蛍光体71は、440nm以上550nm以下の範囲に発光ピーク波長を有し、Euで賦活されるアルカリ土類アルミン酸塩並びにCa、Mg及びClを組成に有しEuで賦活されるケイ酸塩の少なくとも一方を含む。第二蛍光体72は、500nm以上600nm以下の範囲に発光ピーク波長を有し、Ceで賦活される希土類アルミン酸塩を含む。第三蛍光体73は、610nm以上650nm以下の範囲に発光ピーク波長を有し、Sr及びCaの少なくとも一方とAlとを組成に有しEuで賦活されるシリコンナイトライドを含む。第四蛍光体74は、650nm以上670nm以下の範囲に発光ピーク波長を有し、Mnで賦活されるフルオロジャーマネートを含む。蛍光部材50に含まれる蛍光体70の総量に対する第一蛍光体71の含有率は10質量%以上60質量%以下であることが好ましく、15質量%以上40質量%以下であることがより好ましい。
特定の発光ピーク波長を有する発光素子10と、少なくとも4種の特定の蛍光体を含むことで、演色評価数の算出に係る可視光領域の短波側から長波側の極めて広い範囲において発光装置100の発光スペクトルを基準光源のスペクトルに近づけることができる。これにより、優れた演色性を達成することが可能となる。また特定の波長域に発光ピークを有する発光素子10を含むことで、光源として高い発光効率を達成することができる。更に特定の発光素子10と、第一蛍光体71を特定の含有量で含む蛍光部材50とを備えることで、特に特殊演色評価数R12を向上させることができる。
平均演色評価数Raについて、CIE(国際照明委員会)は、蛍光ランプが具備すべき演色性の指針を1986年に公表している。その指針によれば、使用される場所に応じた好ましい平均演色評価数Raは、一般作業を行う工場では60以上80未満、住宅、ホテル、レストラン、店舗、オフィス、学校、病院、精密作業を行う工場などでは80以上90未満、高い演色性が求められる臨床検査を行う場所、美術館などでは90以上とされている。
本実施形態に係る発光装置100のRaは、例えば80以上であり、90以上が好ましく、95以上がより好ましい。また発光装置100の特殊演色評価数R9からR15はそれぞれ、例えば50以上であり、70以上が好ましく、90以上がより好ましい。特にR12は、例えば60以上であり、80以上が好ましく、90以上がより好ましい。また特殊演色評価数R9からR15の総和(以下、Rtともいう)は、例えば570以上であり、600以上が好ましく、650以上がより好ましい。
発光装置100が発する光は、発光素子10の光と、第一蛍光体71、第二蛍光体72、第三蛍光体73及び第四蛍光体74が発する蛍光との混色光であり、例えば、CIE1931に規定される色度座標が、x=0.00から0.60且つy=0.00から0.50の範囲に含まれる光とすることができ、x=0.25から0.50且つy=0.25から0.50の範囲に含まれる光とすることもできる。また発光装置100が発する光の相関色温度は、例えば2000K以上又は2500K以上である。また相関色温度は7500K以下又は7000K以下である。
本実施形態に係る発光装置100を図1に基づいて詳細に説明する。発光装置100は、表面実装型発光装置の一例である。
図1で示す発光装置100は、可視光の短波長側(例えば、380nm以上485nm以下の範囲)の光を発し、発光ピーク波長が440nm以上460nm以下の範囲内に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を載置するパッケージ40と、を有する。パッケージ40は、例えば、第1リード20及び第2リード30と、樹脂部42とが一体的に形成されてなるものである。なお、樹脂部42に代えてセラミックスを材料として既に知られた方法を利用してパッケージ40を形成することもできる。パッケージ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それぞれ第1リード20及び第2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は蛍光部材50により被覆されている。蛍光部材50は例えば、発光素子10からの光を波長変換する蛍光体70として第一蛍光体71、第二蛍光体72、第三蛍光体73及び第四蛍光体74の少なくとも4種の蛍光体と樹脂部とを含有してなる。
(発光素子10)
発光素子10の発光ピーク波長は、440nm以上460nm以下の範囲にあり、発光効率の観点から、445nm以上455nm以下の範囲にあることが好ましい。この範囲に発光ピーク波長を有する発光素子10を励起光源として用いることにより、発光素子10からの光と蛍光体70からの蛍光との混色光を発する発光装置100を構成することが可能となる。また発光素子10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100から出射される光の損失を少なくすることができ、高効率な発光装置100を得ることができる。
発光素子10の発光スペクトルの半値幅は例えば、30nm以下とすることができる。
発光素子10にはLEDなどの半導体発光素子を用いることが好ましい。光源として半導体発光素子を用いることによって、高効率で入力に対する出力のリニアリティが高く、機械的衝撃にも強い安定した発光装置100を得ることができる。
半導体発光素子としては、例えば、窒化物系半導体(InAlGa1−X−YN、ここでX及びYは、0≦X、0≦Y、X+Y≦1を満たす)を用いた青色に発光する半導体発光素子を用いることができる。なお、発光装置100は、少なくとも1つの発光素子10を備えていればよく、2つ以上の発光素子10を備えていてもよいし、発光素子10と発光素子10と異なる発光ピーク波長を有する別の発光素子を備えていてもよい。
(蛍光部材50)
蛍光部材50は、例えば、蛍光体70と樹脂部とを含むことができる。蛍光部材50は蛍光体70として、発光素子10から発せられる光を吸収し、青〜緑色に発光する第一蛍光体71の少なくとも1種と、黄色に発光する第二蛍光体72の少なくとも1種と、赤色に発光する第三蛍光体73の少なくとも1種と、深赤色に発光する第四蛍光体74の少なくとも1種とを含む。第一蛍光体71から第四蛍光体74は、互いに異なる組成を有している。第一蛍光体71から第四蛍光体74の構成比率を適宜選択することで発光装置100の発光効率、演色性等の特性を所望の範囲とすることができる。
(第一蛍光体71)
発光装置100は、青〜緑色に発光する第一蛍光体71を有することで、従来は発光素子のみに由来していた青色領域の発光強度を基準光源に近づけることが容易になり、発光装置100の演色性を向上させることができる。
第一蛍光体71は、440nm以上550nm以下の範囲に発光ピーク波長を有し、Euで賦活されるアルカリ土類アルミン酸塩、並びにCa、Mg及びClを組成に有しEuで賦活されるケイ酸塩の少なくとも一方を含む緑色発光の蛍光体である。第一蛍光体71は、少なくともアルカリ土類アルミン酸塩を含むことが好ましい。アルカリ土類アルミン酸塩は、例えば下記式(1a)で示される組成を有することが好ましく、下記式(1a’)で示される組成を有することがより好ましい。ケイ酸塩は、例えば下記式(1b)で示される組成を有することが好ましく、下記式(1b’)で示される組成を有することがより好ましい。特定の組成を有することで、以下に説明する第一蛍光体71の各発光特性を比較的容易に得ることができる。
(Sr,Ca,Ba)Al1425:Eu (1a)
SrAl1425:Eu (1a’)
(Ca,Sr,Ba)MgSi16(F,Cl,Br):Eu (1b)
CaMgSi16Cl:Eu (1b’)
第一蛍光体71が式(1b)で示される組成を有する場合、第一蛍光体71はCa、Sr及びBaからなる群から選択される少なくとも1種を含むが、少なくともCaを含むことが好ましく、Ca、Sr及びBaのうちのCa含有率が90モル%以上であることがより好ましい。第一蛍光体71はF、Cl及びBrからなる群から選択される少なくとも1種を含むが、少なくともClを含むことが好ましく、F、Cl及びBrのうちのCl含有率が90モル%以上であることがより好ましい。
第一蛍光体71の極大励起波長は、例えば270nm以上470nm以下であり、370nm以上460nm以下が好ましい。上記発光素子10の発光ピーク波長の範囲で、効率よく励起させることができる。
第一蛍光体71が式(1a)で示される組成を有する場合、その発光ピーク波長は、例えば400nm以上550nm以下であり、460nm以上530nm以下であることが好ましい。また発光スペクトルにおける半値幅は、例えば58nm以上78nm以下であり、63nm以上73nm以下が好ましい。
第一蛍光体71が式(1b)で示される組成を有する場合、その発光ピーク波長は、例えば510nm以上540nm以下であり、520nm以上530nm以下が好ましい。また発光スペクトルにおける半値幅は、例えば50nm以上75nm以下であり、58nm以上68nm以下が好ましい。
このような第一蛍光体71の少なくとも1種を用いることで、色純度を向上させて、青〜緑色領域における発光スペクトルを基準光源に近づけることができ、発光装置100の演色性をより向上させることができる。
例えば、相関色温度が2000K以上7500K以下の光を発する発光装置100の場合、蛍光部材50中の総蛍光体量に対する第一蛍光体71の含有率(第一蛍光体量/総蛍光体量;以下、単に「第一蛍光体71の含有率」ともいう。)は、10質量%以上であり、15質量%以上であることが好ましく、20質量%以上であることがより好ましい。また第一蛍光体71の含有率は、50質量%以下であり、40質量%以下であることが好ましく、35質量%以下であることがより好ましい。また、蛍光部材50全体に対する第一蛍光体71の含有率(第一蛍光体の質量/蛍光部材の質量)は、10質量%以上50質量%以下であり、25質量%以上40質量%以下であることが好ましい。
例えば、相関色温度が2500K以上3500K以下の光を発する発光装置100の場合、第一蛍光体71の含有率は、例えば10質量%以上であり、15質量%以上であることが好ましく、20質量%以上であることがより好ましい。また第一蛍光体71の含有率は、例えば30質量%以下であり、25質量%以下であることが好ましく、23質量%以下であることがより好ましい。
図2Aは、発光装置100の発光スペクトルの一例を示す図である。図2Aで示すように、相関色温度が2500K以上3500K以下である光を発する発光装置100の場合、発光スペクトルにおいて、第一蛍光体71の発光素子10に対する発光ピーク強度比は0.9以上1.15以下であることが好ましい。第一蛍光体71の含有率および発光ピーク強度が上記範囲内であると、発光装置100の青〜緑色領域における発光スペクトルを基準光源により近づけることができ、演色性をより向上させることができる。
例えば、相関色温度が4500K以上5500K未満の光を発する発光装置100の場合、第一蛍光体71の含有率は、例えば15質量%以上であり、20質量%以上であることが好ましく、30質量%以上であることがより好ましい。また第一蛍光体71の含有率は、例えば50質量%以下であり、40質量%以下であることが好ましく、35質量%以下であることがより好ましい。
図2Bおよび図2Cは、発光装置100の発光スペクトルの一例を示す図である。図2Bおよび図2Cで示すように、相関色温度が4500K以上5500K以下である光を発する発光装置100の場合、発光スペクトルにおいて、第一蛍光体71の発光素子10に対する発光ピーク強度比が0.6以下であることが好ましい。第一蛍光体71の含有率および発光ピーク強度が上記範囲内であると、発光装置100の青〜緑色領域における発光スペクトルを基準光源により近づけることができ、演色性をより向上させることができる。
また、図2Aないし図2Cで示すように、相関色温度が2500K以上5500K以下である光を発する発光装置100の場合、発光スペクトルにおいて、発光素子10の発光ピーク波長と第一蛍光体71の発光ピーク波長の間に位置する範囲で、発光ピーク強度が最も低い部分の発光素子10に対する発光ピーク強度比が0.2以上0.27以下であることが好ましい。これにより、発光装置100の青〜緑色領域における発光スペクトルを基準光源により近づけることができ、演色性をより向上させることができる。
(第二蛍光体72)
第二蛍光体72は、500nm以上600nm以下の範囲に発光ピーク波長を有し、Ceで賦活される希土類アルミン酸塩を含む黄色発光の蛍光体である。第二蛍光体72は、例えば下記式(2)で示される組成を有することが好ましく、下記式(2’)で示される組成を有することがより好ましい。これにより、以下に説明する第二蛍光体72の各発光特性を比較的容易に得ることができる。
(Y,Lu,Gd)(Al,Ga)12:Ce (2)
Al12:Ce (2’)
第二蛍光体72の極大励起波長は、例えば220nm以上490nm以下であり、430nm以上470nm以下が好ましい。上記発光素子10の発光ピーク波長の範囲で、効率よく励起させることができる。第二蛍光体72のピーク波長は、例えば480nm以上630nm以下であり、500nm以上560nm以下が好ましい。このような範囲とすることにより、第二蛍光体72の発光スペクトルとの重複を少なくし、黄色領域における発光スペクトルを基準光源に近づけることができ、発光装置100の演色性をより向上させることができる。第二蛍光体72の発光スペクトルにおける半値幅は、例えば95nm以上115nm以下であり、100nm以上110nm以下が好ましい。このような半値幅の範囲にすることにより、色純度を向上させて、黄色領域における発光スペクトルを基準光源に近づけることができるので、発光装置100の演色性をより向上させることができる。
例えば、相関色温度が2000K以上7500K以下の光を発する発光装置100の場合、蛍光部材50中の総蛍光体量に対する第二蛍光体72の含有率(第二蛍光体量/総蛍光体量;以下、単に「第二蛍光体72の含有率」ともいう。)は、例えば15質量%以上であり、20質量%以上であることが好ましく、25質量%以上であることがより好ましい。また第二蛍光体72の含有率は、例えば60質量%以下であり、50質量%以下であることが好ましく、45質量%以下であることがより好ましい。また、蛍光部材50全体に対する第二蛍光体72の含有率(第二蛍光体の質量/蛍光部材の質量)は、10質量%以上80質量%以下であり、20質量%以上70質量%以下であることが好ましい。
また例えば、相関色温度が2500K以上3500K以下の光を発する発光装置100の場合、第二蛍光体72の含有率は、例えば20質量%以上であり、30質量%以上であることが好ましく、35質量%以上であることがより好ましい。また第二蛍光体72の含有率は、例えば55質量%以下であり、50質量%以下であることが好ましく、45質量%以下であることがより好ましい。
また例えば、相関色温度が4500K以上5500K未満の光を発する発光装置100の場合、第二蛍光体72の含有率は、例えば15質量%以上であり、20質量%以上であることが好ましく、25質量%以上であることがより好ましい。また第二蛍光体72の含有率は、例えば40質量%以下であり、35質量%以下であることが好ましく、30質量%以下であることがより好ましい。
第二蛍光体72の含有率が上記範囲内であると、発光装置100の黄色領域における発光スペクトルを基準光源により近づけることができ、演色性をより向上させることができる。
(第三蛍光体73)
第三蛍光体73は、610nm以上650nm以下の範囲に発光ピーク波長を有し、Sr及びCaの少なくとも一方とAlとを組成に有しEuで賦活されるシリコンナイトライドを含む赤色発光の蛍光体である。第三蛍光体73は、例えば下記式(3)で示される組成を有することが好ましい。これにより、以下に説明する第三蛍光体73の各発光特性を比較的容易に得ることができる。
(Sr,Ca)AlSiN:Eu (3)
第三蛍光体73が式(3)で示される組成を有する場合、第三蛍光体73はSr及びCaからなる群から選択される少なくとも1種を含むが、SrとCaの両方を含むことが好ましく、SrとCaの両方を含み、Sr及びCaのうちのSr含有率が0.8モル%以上であることがより好ましい。これにより、第三蛍光体73の発光ピーク波長を所望の範囲とすることができる。
第三蛍光体73の発光ピーク波長は、例えば620nm以上650nm以下であり、630nm以上645nm以下が好ましい。上記下限値以上であると、後述する第四蛍光体74の発光ピーク波長と第三蛍光体73の発光ピーク波長の間の発光強度が不足することなく、赤色領域における発光スペクトルを基準光源により近づけることができる。上記上限値以下であると、第三蛍光体73の発光スペクトルと第四蛍光体74の発光スペクトルとの重複を少なくすることができ、第四蛍光体74の発光スペクトルの効果が効率的に得られ、演色性をより向上させることができる。第三蛍光体73の発光スペクトルにおける半値幅は、例えば80nm以上100nm以下であり、85nm以上95nm以下が好ましい。このような半値幅の範囲とすることにより、第三蛍光体73の発光スペクトルと第四蛍光体74の発光スペクトルとの重複が少なくなるので、第四蛍光体74の発光スペクトルの効果が効率的に得られ、演色性をより向上させることができる。
例えば、相関色温度が2000K以上7500K以下の光を発する発光装置100の場合、蛍光部材中の総蛍光体量に対する第三蛍光体73の含有量の含有率(第三蛍光体量/総蛍光体量;以下、単に「第三蛍光体73の含有率」ともいう。)は、例えば0.5質量%以上であり、1質量%以上であることが好ましく、3質量%以上であることがより好ましい。また第三蛍光体73の含有率は、例えば10質量%以下であり、8質量%以下であることが好ましい。また、蛍光部材50全体に対する第三蛍光体73の含有率(第三蛍光体の質量/蛍光部材の質量)は、1質量%以上15質量%以下であり、3質量%以上10質量%以下であることが好ましい。
また例えば、相関色温度が2500K以上3500K以下の光を発する発光装置100の場合、第三蛍光体73の含有率は、例えば1質量%以上であり、1.5質量%以上であることが好ましく、3質量%以上であることがより好ましい。また第三蛍光体73の含有率は、例えば10質量%以下であり、8質量%以下であることが好ましい。
また例えば、相関色温度が4500K以上5500K未満の光を発する発光装置100の場合、第三蛍光体73の含有率は、例えば0.5質量%以上であり、1質量%以上であることが好ましく、3質量%以上であることがより好ましい。また第三蛍光体73の含有率は、例えば10質量%以下であり、8質量%以下であることが好ましい。
第三蛍光体73の含有率が上記範囲内であると、発光装置100の赤色領域における発光スペクトルを基準光源により近づけることができ、演色性をより向上させることができる。
(第四蛍光体74)
第四蛍光体74は、650nm以上670nm以下の範囲に発光ピーク波長を有し、Mnで賦活されるフルオロジャーマネートを含む深赤色発光の蛍光体である。第四蛍光体74は、例えば下記式(4a)又は(4b)で示される組成を有するフルオロジャーマネートの少なくとも1種であることが好ましい。式(4a)又は(4b)で示される組成を有する蛍光体の発光ピーク波長は、赤色発光の他の蛍光体よりも長く、650nm以上である。そのため、長波長領域の発光スペクトルを効果的に基準光源に近づけることができ、発光装置100の演色性をより向上させることができる。
3.5MgO・0.5MgF・GeO:Mn (4a)
(x-s)MgO・(s/2)Sc・yMgF・uCaF・(1-t)GeO・(t/2)M :zMn (4b)
ただし、式(4b)中、x、y、z、s、t及びuは、2.0≦x≦4.0、0<y<1.5、0<z<0.05、0≦s<0.5、0<t<0.5、0≦u<1.5を満たし、さらにy+u<1.5を満たすことが好ましい。また上記一般式(4b)中のMtはAl、Ga及びInからなる群から選択される少なくとも1種である。
式(4b)において、好ましくは0.05≦s≦0.3、0.05≦t<0.3であり、これによりさらに輝度を向上させることができる。更に第四蛍光体74は、下記式(4b’)で示される組成を有することが好ましい。これにより、上記発光素子10の発光ピーク波長を含む波長範囲の光により、第四蛍光体74を効率よく励起することができる。
3.4MgO・0.1Sc・0.5MgF・0.885GeO・0.1Ga:0.015Mn (4b’)
第四蛍光体74の発光スペクトルにおける半値幅は、例えば45nm以下であり、40nm以下であることが好ましい。このような半値幅の範囲にすることにより、色純度を向上させて、赤色領域における発光スペクトルを基準光源に近づけることができ、発光装置100の演色性をより向上させることができる。また第四蛍光体74の発光スペクトルは、最大発光強度を100%とした場合に、600nm以上620nm以下の範囲における平均発光強度が例えば20%以下であり、10%以下であることが好ましい。上記範囲であると、第四蛍光体74の発光スペクトルが第三蛍光体73の発光スペクトルと重複することが少なくなるので、第三蛍光体73の発光スペクトルの効果がより効率的に得られ、演色性をより向上させることができる。
例えば、相関色温度が2000K以上7500K以下の光を発する発光装置100の場合、蛍光部材50中の総蛍光体量に対する第四蛍光体74の含有率(第四蛍光体量/総蛍光体量;以下、単に「第四蛍光体74の含有率」ともいう。)は、例えば25質量%以上であり、30質量%以上であることが好ましい。また第四蛍光体74の含有率は、例えば50質量%以下であり45質量%以下であることが好ましく、40質量%以下であることがより好ましい。また、蛍光部材50全体に対する第四蛍光体74の含有率(第四蛍光体の質量/蛍光部材の質量)は、20質量%以上60質量%以下であり、30質量%以上55質量%以下であることが好ましい。
また例えば、相関色温度が2500K以上3500K以下の光を発する発光装置100の場合、第四蛍光体74の含有率は、例えば20質量%以上であり、30質量%以上であることが好ましい。また第四蛍光体74の含有率は、例えば50質量%以下であり、40質量%以下であることが好ましい。
また例えば、相関色温度が4500K以上5500K未満の光を発する発光装置100の場合、第四蛍光体74の含有率は、例えば20質量%以上であり、30質量%以上であることが好ましい。また第四蛍光体74の含有率は、例えば50質量%以下であり、40質量%以下であることが好ましい。
第四蛍光体74の含有率が上記範囲内であると、発光装置100の赤色領域における発光スペクトルを基準光源により近づけることができ、演色性をより向上させることができる。
蛍光部材50は、第一蛍光体71から第四蛍光体74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、好ましい蛍光体は、例えば、発光素子10から発せられる光を吸収し、青色に発光する第五蛍光体75である。第五蛍光体75は、430nm以上500nm以下の範囲に発光ピーク波長を有し、Clを組成に有しEuで賦活されるアルカリ土類リン酸塩を含む青色発光の蛍光体である。第五蛍光体75は、例えば下記式(5)で示される組成を有することが好ましく、下記式(5’)で示される組成を有することがより好ましい。これにより、以下に説明する第五蛍光体75の各発光特性を比較的容易に得ることができる。
(Ca,Sr,Ba)(PO(Cl,Br):Eu (5)
Ca(POCl:Eu (5’)
第五蛍光体75の極大励起波長は、例えば360nm以上440nm以下であり、370nm以上430nm以下が好ましい。上記発光素子10の発光ピーク波長の範囲で、効率よく励起させることができる。第五蛍光体75の発光ピーク波長は、例えば430nm以上500nm以下の範囲であり、440nm以上480nm以下の範囲にあることが好ましい。このような範囲とすることにより、発光装置100の発光スペクトルは、特に青色領域について第五蛍光体75の発光スペクトルと、発光素子10の発光スペクトル及び第一蛍光体71の発光スペクトルとの重複が少なくなる。さらに、発光装置100の発光スペクトルを、第一蛍光体71の発光スペクトル、発光素子10の発光スペクトルおよび第五蛍光体75の発光スペクトルによって、従来は発光素子のみに由来していた青色領域の発光強度を基準光源に近づけることが容易になる。その結果、発光装置100の演色性を向上させることができる。第五蛍光体75の発光スペクトルにおける半値幅は、例えば29nm以上49nm以下であり、34nm以上44nm以下が好ましい。このような半値幅の範囲にすることにより、色純度を向上させて、青色領域における発光スペクトルを基準光源に近づけることができ、発光装置100の演色性を更に向上させることができる。
その他の蛍光体としては、CaScSi12:Ce、CaSc:Ce、(La,Y)Si11:Ce、(Ca,Sr,Ba)Si:Eu、(Ca,Sr,Ba)Si12:Eu、(Ba,Sr,Ca)Si:Eu、(Ca,Sr,Ba)Si:Eu、(Ca,Sr,Ba)S:Eu、(Ba,Sr,Ca)Ga:Eu、K(Si,Ti,Ge)F:Mn等を挙げることができる。蛍光部材50がその他の蛍光体を含む場合、その含有率は本発明に係る発光特性が得られるように適宜調整される。その他の蛍光体の含有率は総蛍光体量に対して、例えば2質量%以下であり、1質量%以下が好ましい。
(樹脂部)
蛍光部材50を構成する樹脂部としては、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。
(その他成分)
蛍光部材50は、蛍光体70及び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。蛍光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、その含有量は樹脂100質量部に対して、0.01から20質量部とすることができる。
以下、発光装置の好ましい形態を説明する。
図3Aは発光装置200を上面側から見たときの模式的上面図であり、図3Bは図3A中の3B−3B線における模式的端面図である。図3Aでは、内部の構造を示すため蛍光部材50および蛍光体70は省略して図示している。発光装置200は、発光素子10と、発光素子10を載置するパッケージ40と、蛍光体70を含有する蛍光部材50とを有する。パッケージ40は、第1リード20、第2リード30および樹脂部42を有し、上面側に凹部2を有する。発光装置200は、凹部2内に単一の蛍光部材50を有し、単一の蛍光部材50は第一蛍光体71、第二蛍光体72、第三蛍光体73および第四蛍光体74の4種の蛍光体を含む。
発光装置200では、単一の蛍光部材50内に特定の4種の蛍光体を含有させることで、優れた演色性を有する発光装置とすることができる。また、発光装置200では、蛍光部材50に含有される蛍光体70の含有密度は、発光素子10の上面を基準として、上方の領域よりも下方の領域のほうが高くなっている。これにより、凹部2の開口から蛍光体70を離間させることができるので、水分に弱い蛍光体(例えば、第四蛍光体74としてのMGF蛍光体)を用いたとしても耐湿性を改善した発光装置とすることができる。
発光装置200は、さらにツェナーダイオード等の保護素子12を有していてもよい。これにより、発光装置200の静電耐圧を向上させることができる。また、保護素子12は酸化チタン等の光反射性物質を含む光反射性部材43に内包されていることが好ましい。これにより、保護素子12に発光素子10の光が吸収されることもなく、光取り出し効率の高い発光装置とすることができる。保護素子12は、凹部2の底面に載置される。
図4Aは発光装置300を上面側から見たときの模式的上面図であり、図4Bは図4A中の4B−4B線における模式的端面図である。発光装置300は、第五蛍光体75をさらに含む点で発光装置200と異なる。なお、第五蛍光体75は、440nm以上460nm以下の範囲に発光ピーク波長を有する発光素子10の光で励起されやすい蛍光体であってもよいし、発光素子10の光で励起されない又はほとんど励起されない蛍光体であってもよい。換言すると、第五蛍光体75は、発光素子10からの光を青色に実質的に変換しなくてもよい。
第五蛍光体75として、発光素子10の光で励起されやすい蛍光体を用いた場合は、青色領域における発光スペクトルを基準光源に近づけることができ、発光装置100の演色性を更に向上させることができる。
また、第五蛍光体75として、発光素子10の光で励起されない又はほとんど励起されない蛍光体を用いた場合は、蛍光部材50が発光素子10の熱により膨張や収縮をする場合に、その応力を緩和させる役割を持つ。
また、図4Aで示すように、発光装置300は発光素子10と異なる発光ピーク波長を有する発光素子11をさらに有していてもよい。発光素子11は、例えば、発光素子10よりも短波側に発光ピーク波長を有し、410nm以上440nm以下の範囲に発光ピーク波長を有する。発光装置300が互いに異なる発光ピーク波長を有する発光素子10および発光素子11を備えることで、一方の発光素子の光では励起されない蛍光体を用いたとしても、他方の発光素子で効率的に励起させることができる。その結果、蛍光体70として使用できる蛍光体の選択肢が増え、各波長領域の発光強度を基準光源に近づけることが容易になり、発光装置の演色性を向上させることができる。
第五蛍光体75は、第一蛍光体71、第二蛍光体72、第三蛍光体73および第四蛍光体74と比べて、比重の小さい蛍光体であることが好ましい。第五蛍光体75として比重の小さい蛍光体を用いることで、蛍光部材50内で、第五蛍光体75が上方に位置することになる。これにより、第五蛍光体75が凹部2の開口側で水分等の侵入を抑制することができ、水分に弱い蛍光体(例えば、第四蛍光体74としてのMGF蛍光体)を用いたとしても耐湿性を改善した発光装置とすることができる。また、第五蛍光体75が光劣化しやすい蛍光体である場合は、発光素子10から離間させることができるので、信頼性の高い発光装置とすることができる。
図5は発光装置500を示す模式的端面図である。発光装置400は、発光素子10と、発光素子10を載置するパッケージ40と、蛍光部材50とを有する。蛍光部材50は、第一蛍光体71を含有する第1層51、第二蛍光体72を含有する第2層52、第三蛍光体73を含有する第3層53および第四蛍光体74を含有する第4層54を有する。蛍光部材50が複数の層を有し各蛍光体がそれぞれの層に含有されることで、第一蛍光体71ないし第四蛍光体74を好ましい配置関係で容易に配置することができる。図5で示す発光装置400は、第1層51ないし第4層54は、発光素子10の上方に配置され、第4層54、第3層53、第2層52および第1層51が発光素子10の上面から順に配置されている。換言すると、発光素子10の近傍には長波長の光を発する蛍光体層が配置し、発光素子10から離れる方向において、より短波長の光を発する蛍光体層が並ぶように配置されている。これにより、蛍光体同士の波長の吸収を抑制することができ、光取り出し効率の高い発光装置とすることができる。また、第四蛍光体74として水分に弱い蛍光体(例えばMGF蛍光体)を用いたとしても、第四蛍光体74を含有する第4層54を凹部2の開口から離間させて配置することができるので、耐湿性を改善した発光装置とすることができる。なお、図5で示す発光装置400は、1つの蛍光体層に1種類の蛍光体が含有されているが、これに限らず、1つの蛍光体層に2つ以上の蛍光体が含有されていてもよい。
図6は発光装置500を示す模式的端面図である。発光装置500は、発光素子10と、発光素子10の側面に設けられた透光性部材45と、透光性部材45の外面を覆い酸化チタン等の光反射性物質を含む樹脂部42と、発光装置500の発光面として機能する上面側に蛍光部材50とを有する。蛍光部材50は、第一蛍光体71を含有する第1層51、第二蛍光体72を含有する第2層52、第三蛍光体73を含有する第3層53および第四蛍光体74を含有する第4層54を有する。発光装置500は、特定の発光ピーク波長を有する発光素子10と、少なくとも4種の特定の蛍光体を含むことで発光スペクトルを基準光源のスペクトルに近づけることができる。また、蛍光部材50が複数の層を有し各蛍光体がそれぞれの層に含有されることで、第一蛍光体71ないし第四蛍光体74を好ましい配置関係で容易に配置することができる。なお、発光装置500は、1つの蛍光体層に2つ以上の蛍光体が含有されていてもよいし、蛍光部材50が単一の層からなり、単一の蛍光部材50内に少なくとも4種の蛍光体が含有されていてもよい。
図7は複数のパッケージ40を備える発光装置600を示す模式的上面図である。発光装置600は、複数のパッケージ40と、発光素子10と、第一蛍光体71ないし第四蛍光体74とを有する。図7で示す発光装置600では、第一蛍光体71は第1パッケージ40aに配置され、第二蛍光体72は第2パッケージ40bに配置され、第三蛍光体73は第3パッケージ40cに配置され、第四蛍光体74は第4パッケージ40dに配置されている。発光装置600が複数のパッケージを備え、各蛍光体が各パッケージに配置されることで、蛍光体同士の吸収を抑制することができる。その結果、光取り出し効率の高い発光装置とすることができる。なお、図7で示す発光装置600では、1つの蛍光体が1つのパッケージに配置されているが、これに限らず、2つ以上の蛍光体が1つのパッケージに配置されていてもよい。
本開示の発光装置は、青色発光ダイオードを励起光源とする発光特性に優れた照明器具、LEDディスプレイ、カメラのフラッシュライト、液晶バックライト光源などに利用することができる。特に、高度な演色性が求められる医療用、美術用照明装置や色比較向けの光源等に好適に利用することができる。
100,200,300,400,500,600 発光装置
2 凹部
10 発光素子
11 発光素子
12 保護素子
20 第1リード
30 第2リード
40 パッケージ
40a 第1パッケージ
40b 第2パッケージ
40c 第3パッケージ
40d 第4パッケージ
42 樹脂部
43 光反射性部材
45 透光性部材
50 蛍光部材
51 第1層
52 第2層
53 第3層
54 第4層
60 ワイヤ
70 蛍光体
71 第一蛍光体
72 第二蛍光体
73 第三蛍光体
74 第四蛍光体
75 第五蛍光体

Claims (14)

  1. 440nm以上460nm以下の範囲に発光ピーク波長を有する発光素子と、蛍光部材とを備え、
    前記蛍光部材は、蛍光体として、
    440nm以上550nm以下の範囲に発光ピーク波長を有し、Euで賦活されるアルカリ土類アルミン酸塩並びにCa、Mg及びClを組成に有しEuで賦活されるケイ酸塩の少なくとも一方を含む第一蛍光体と、
    500nm以上600nm以下の範囲に発光ピーク波長を有し、Ceで賦活される希土類アルミン酸塩を含む第二蛍光体と、
    610nm以上650nm以下の範囲に発光ピーク波長を有し、Sr及びCaの少なくとも一方とAlとを組成に有しEuで賦活されるシリコンナイトライドを含む第三蛍光体と、
    650nm以上670nm以下の範囲に発光ピーク波長を有し、Mnで賦活されるフルオロジャーマネートを含む第四蛍光体と、を含む発光装置。
  2. 前記発光装置は、430nm以上500nm以下の範囲に発光ピーク波長を有し、Clを組成に有しEuで賦活されるアルカリ土類リン酸塩を含む第五蛍光体をさらに備える、請求項1に記載の発光装置。
  3. 前記第一蛍光体は第1層に含有され、
    前記第二蛍光体は第2層に含有され、
    前記第三蛍光体は第3層に含有され、
    前記第四蛍光体は第4層に含有され、
    前記第1層ないし前記第4層は積層されて配置される、請求項1または2に記載の発光装置。
  4. 前記第1層ないし前記第4層は、前記発光素子の上方に配置され、
    前記第4層、前記第3層、前記第2層および前記第1層が前記発光素子の上面から順に配置する、請求項3に記載の発光装置。
  5. 前記発光装置は複数のパッケージを備え、
    前記第一蛍光体ないし前記第四蛍光体は、前記複数のパッケージのいずれかに配置される、請求項1または2に記載の発光装置。
  6. 相関色温度が2500K以上3500K以下である光を発し、発光スペクトルにおいて、前記第一蛍光体の前記発光素子に対する発光ピーク強度比が0.9以上1.15以下である請求項1乃至5のいずれか1項に記載の発光装置。
  7. 相関色温度が4500K以上5500K以下である光を発し、発光スペクトルにおいて、前記第一蛍光体の前記発光素子に対する発光ピーク強度比が0.6以下である請求項1乃至5のいずれか1項に記載の発光装置。
  8. 相関色温度が2500K以上5500K以下である光を発し、発光スペクトルにおいて、前記発光素子の発光ピーク波長と前記第一蛍光体の発光ピーク波長の間に位置する範囲で、発光ピーク強度が最も低い部分の前記発光素子に対する発光ピーク強度比が0.2以上0.27以下である請求項1乃至7のいずれか1項に記載の発光装置。
  9. 前記第一蛍光体が、下記式(1a)で示される組成を有するアルカリ土類アルミン酸塩及び下記式(1b)で示される組成を有するケイ酸塩の少なくとも一方を含む請求項1乃至8のいずれか1項に記載の発光装置。
    (Sr,Ca,Ba)Al1425:Eu (1a)
    (Ca,Sr,Ba)MgSi16(F,Cl,Br):Eu (1b)
  10. 前記第二蛍光体が、下記式(2)で示される組成を有する希土類アルミン酸塩を含む請求項1乃至9のいずれか1項に記載の発光装置。
    (Y,Lu,Gd)(Al,Ga)12:Ce (2)
  11. 前記第三蛍光体が、下記式(3)で示される組成を有するシリコンナイトライドを含む請求項1乃至10のいずれか1項に記載の発光装置。
    (Sr,Ca)AlSiN:Eu (3)
  12. 前記第四蛍光体が、下記式(4a)又は(4b)で示される組成を有するフルオロジャーマネートの少なくとも1種を含む請求項1乃至11のいずれか1項に記載の発光装置。
    3.5MgO・0.5MgF・GeO:Mn (4a)
    (x-s)MgO・(s/2)Sc・yMgF・uCaF・(1-t)GeO・(t/2)M :zMn (4b)
    (式中、MtはAl、Ga及Inからなる群から選択される少なくとも1種であり、x、y、z、s、t及びuはそれぞれ、2≦x≦4、0<y<1.5、0<z<0.05、0≦s<0.5、0<t<0.5、及び0≦u<1.5を満たす。)
  13. 特殊演色評価数R12が90以上である請求項1から11のいずれか1項に記載の発光装置。
  14. 特殊演色評価数R9からR15の総和が600以上である請求項1から12のいずれか1項に記載の発光装置。
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