JP2019016632A - 発光装置 - Google Patents
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Abstract
Description
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。
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(InXAlYGa1−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。
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。
(Sr,Ca,Ba)4Al14O25:Eu (1a)
Sr4Al14O25:Eu (1a’)
(Ca,Sr,Ba)8MgSi4O16(F,Cl,Br)2:Eu (1b)
Ca8MgSi4O16Cl2:Eu (1b’)
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。
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。
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。
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)3(Al,Ga)5O12:Ce (2)
Y3Al5O12:Ce (2’)
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)AlSiN3:Eu (3)
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・0.5MgF2・GeO2:Mn (4a)
(x-s)MgO・(s/2)Sc2O3・yMgF2・uCaF2・(1-t)GeO2・(t/2)Mt 2O3:zMn (4b)
3.4MgO・0.1Sc2O3・0.5MgF2・0.885GeO2・0.1Ga2O3:0.015Mn (4b’)
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。
(Ca,Sr,Ba)5(PO4)3(Cl,Br):Eu (5)
Ca5(PO4)3Cl:Eu (5’)
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。
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。
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。
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)
- 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。 - 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。
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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)4Al14O25:Eu (1a)
(Ca,Sr,Ba)8MgSi4O16(F,Cl,Br)2:Eu (1b) - 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)3(Al,Ga)5O12:Ce (2) - 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)AlSiN3:Eu (3) - 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・0.5MgF2・GeO2:Mn (4a)
(x-s)MgO・(s/2)Sc2O3・yMgF2・uCaF2・(1-t)GeO2・(t/2)Mt 2O3: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。) - 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。
- 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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