JP2019067808A - 発光装置 - Google Patents
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Abstract
Description
発光装置は、440nm以上470nm以下の範囲に発光ピーク波長を有する発光素子と、480nm以上520nm未満の範囲に発光ピーク波長を有する第一蛍光体、520nm以上600nm未満の範囲に発光ピーク波長を有する第二蛍光体、及び600nm以上670nm以下の範囲に発光ピーク波長を有する第三蛍光体を含む蛍光部材と、を備える。そして発光装置が発する光は、青色光による網膜傷害の実効放射強度に対するメラトニン分泌抑制の実効放射強度の割合が、相関色温度が2700K以上3500K未満の場合に1.53以上1.70以下であり、相関色温度が3500K以上4500K未満の場合に1.40以上1.70以下であり、相関色温度が4500K以上5700K未満の場合に1.40以上1.70以下であり、相関色温度が5700K以上7200K以下の場合に1.35以上1.65以下である。
また発光装置の相関色温度が3500K以上4500K未満の場合に、例えば1.40以上1.70以下、好ましくは1.45以上1.70以下、より好ましくは1.46以上1.68以下である。
また発光装置の相関色温度が4500K以上5700K未満の場合に、例えば1.40以上1.70以下、好ましくは1.43以上1.60以下、より好ましくは1.43以上1.58以下である。
また発光装置の相関色温度が5700K以上7200K以下の場合に、例えば1.35以上1.65以下、好ましくは1.37以上1.55以下、より好ましくは1.37以上1.53以下である。
発光素子10の発光ピーク波長は、440nm以上470nm以下の範囲にあり、網膜傷害の低減とメラトニン分泌抑制の観点から、445nm以上465nm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の光の一部を蛍光体70の励起光として用いることにより、発光素子10の光の一部を外部に放射される光の一部として有効に利用することができるため、高効率な発光装置を得ることができる。さらに、発光ピーク波長が近紫外領域よりも長波側にあり、紫外線の成分が少ないため、光源としての安全性にも優れる。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。発光素子10として、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を得ることができる。
蛍光部材50は、発光素子10から発せられる光により、480nm以上520nm未満の範囲に発光ピーク波長を有する第一蛍光体71の少なくとも1種と、520nm以上600nm未満の範囲に発光ピーク波長を有する第二蛍光体72の少なくとも1種と、600nm以上670nm以下の範囲に発光ピーク波長を有する第三蛍光体73の少なくとも1種とを含む。蛍光部材50は、必要に応じてその他の蛍光体、樹脂等を含むことができる。
第一蛍光体71の発光ピーク波長は、480nm以上520nm未満の範囲であり、好ましくは485nm以上515nm以下の範囲である。第一蛍光体71の発光スペクトルにおける半値幅は、例えば30nm以上、好ましくは40nm以上、より好ましくは50nm以上であり、また例えば80nm以下、好ましくは70nm以下である。
(Ca,Sr,Ba)8MgSi4O16(F,Cl,Br)2:Eu (1B)
式(1A)中、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。
(Sr1−x,Eux)4Al14O25 (1a)
式(1a)中、xは、0.01≦x≦0.5を満たし、好ましくは0.05≦x≦0.4を満たし、より好ましくは0.1≦x≦0.3を満たす。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。
発光装置の相関色温度が2700K以上3500K未満の場合に、第一蛍光体の含有率は蛍光体総量に対して、例えば35質量%以上60質量%以下であり、好ましくは37質量%以上55質量%以下であり、より好ましくは40質量%以上50質量%以下である。
また、発光装置の相関色温度が3500K以上4500K未満の場合に、第一蛍光体の含有率は蛍光体総量に対して、例えば50質量%以上80質量%以下であり、好ましくは51質量%以上79質量%以下であり、より好ましくは52質量%以上78質量%以下である。
また、発光装置の相関色温度が4500K以上5700K未満の場合に、第一蛍光体の含有率は蛍光体総量に対して、例えば45質量%以上80質量%以下であり、好ましくは46質量%以上78質量%以下であり、より好ましくは47質量%以上75質量%以下である。
また、発光装置の相関色温度が5700K以上7200K以下の場合に、第一蛍光体の含有率は蛍光体総量に対して例えば45質量%以上85質量%以下であり、好ましくは47質量%以上83質量%以下であり、より好ましくは50質量%以上80質量%以下である。
第二蛍光体72の発光ピーク波長は、520nm以上600nm未満の範囲であり、好ましくは525nm以上565nm以下の範囲である。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20nm以上、好ましくは30nm以上であり、また例えば120nm以下、好ましくは115nm以下である。
(Y,Gd,Tb,Lu)3(Al,Ga)5O12:Ce (2B)
(Sr,M1)Ga2S4:Eu (2C)
(Ca,Sr)Sc2O4:Ce (2D)
(Ca,Sr)3(Sc,Mg)2Si3O12:Ce (2E)
(Ca,Sr,Ba)2SiO4:Eu (2F)
(La,Y,Gd)3Si6N11:Ce (2G)
Ln3Al5−pGapO12:Ce (2b)
式(2b)中、LnはY、Gd、Tb及びLuからなる群から選択される少なくとも1種であり、pは0≦p≦3を満たす。
また式(2C)で表される組成は、下記式(2c)で表されてもよい。
(Sr1−x−y,M1 y,Eux)Ga2S4 (2c)
式(2c)中、M1は、Be、Mg、Ca、Ba及びZnからなる群から選択される少なくとも1種の元素を表し、x及びyは0.03≦x≦0.25、0≦y<0.97及びx+y<1を満たす。
発光装置の相関色温度が2700K以上3500K未満の場合に、第二蛍光体の含有率は蛍光体総量に対して、例えば35質量%以上60質量%以下であり、好ましくは37質量%以上55質量%以下であり、より好ましくは40質量%以上50質量%以下である。
また、発光装置の相関色温度が3500K以上4500K未満の場合に、第二蛍光体の含有率は蛍光体総量に対して、例えば8質量%以上45質量%以下であり、好ましくは11質量%以上39質量%以下であり、より好ましくは12質量%以上38質量%以下である。
また、発光装置の相関色温度が4500K以上5700K未満の場合に、第二蛍光体の含有率は蛍光体総量に対して、例えば0.5質量%以上45質量%以下であり、好ましくは1質量%以上44質量%以下であり、より好ましくは1質量%以上43質量%以下である。
また、発光装置の相関色温度が5700K以上7200K以下の場合に、第二蛍光体の含有率は蛍光体総量に対して例えば10質量%以上40質量%以下であり、好ましくは12質量%以上38質量%以下であり、より好ましくは14質量%以上36質量%以下である。
第三蛍光体73の発光ピーク波長は、600nm以上670nm以下の範囲であり、好ましくは600nm以上630nm以下の範囲である。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5nm以上100nm以下であり、好ましくは6nm以上90nm以下である。
しい。
式(3A)中、Aは、アルカリ金属及びアンモニウムからなる群から選択される少なくとも1種を示し、好ましくは少なくともカリウムを含む。Mは、第4族元素及び第14族元素からなる群から選択される少なくとも1種を示し、好ましくはケイ素、ゲルマニウム及びチタニウムからなる群から選択される少なくとも1種を含む。
(i-j)MgO・(j/2)Sc2O3・kMgF2・mCaF2・(1-n)GeO2・(n/2)Mt 2O3:Mn (3B)
式(3B)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種である。i、j、k、m、n及びzはそれぞれ、2≦i≦4、0≦j<0.5、0<k<1.5、0≦m<1.5、0<n<0.5を満たす。
(Ca,Sr)AlSiN3:Eu (3C)
Ma vMb wAl3−ySiyNz:Mc (3D)
式(3D)中、Maは、Ca、Sr、Ba及びMgからなる群より選択される少なくとも1種の元素であり、Mbは、Li、Na及びKからなる群より選択される少なくとも1種の元素であり、Mcは、Eu、Ce、Tb及びMnからなる群より選択される少なくとも1種の元素であり、v、w、y及びzは、それぞれ0.80≦v≦1.05、0.80≦w≦1.05、0≦y≦0.5、3.0≦z≦5.0を満たす数である。
(Ca1−r−sSrrBas)2Si5N8 :Eu (3E)
式(3E)中、r及びsは、0≦r≦1.0、0≦s≦1.0、及びr+s≦1.0を満たす数である。
(Ca,Sr)S:Eu (3F)
式(3a)中、Aは、アルカリ金属及びアンモニウムからなる群から選択される少なくとも1種を示し、Mは、第4族元素及び第14族元素からなる群から選択される少なくとも1種を示し、aは0.01<a<0.2を満たす。
よい。
(i-j)MgO・(j/2)Sc2O3・kMgF2・mCaF2・(1-n)GeO2・(n/2)Mt 2O3:zMn (3b)
式(3b)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種である。i、j、k、m、n及びzはそれぞれ、2≦i≦4、0≦j<0.5、0<k<1.5、0≦m<1.5、0<n<0.5、及び0<z<0.05を満たす。
(Ca1−p−qSrpEuq)AlSiN3 (3c)
式(3c)中、p及びqは、0≦p≦1.0、0<q<1.0及びp+q<1.0を満たす数である。
Ma vMb wMc xAl3−ySiyNz (3d)
式(3d)中、Maは、Ca、Sr、Ba及びMgからなる群より選択される少なくとも1種の元素であり、Mbは、Li、Na及びKからなる群より選択される少なくとも1種の元素であり、Mcは、Eu、Ce、Tb及びMnからなる群より選択される少なくとも1種の元素であり、v、w、x、y及びzは、それぞれ0.80≦v≦1.05、0.80≦w≦1.05、0.001<x≦0.1、0≦y≦0.5、3.0≦z≦5.0を満たす数である。
(Ca1−r−s−tSrrBasEut)2Si5N8 (3e)
式(3e)中、r、s及びtは、0≦r≦1.0、0≦s≦1.0、0<t<1.0及びr+s+t≦1.0を満たす数である。
発光装置の相関色温度が2700K以上3500K未満の場合に、第三蛍光体の含有率は蛍光体総量に対して、例えば2質量%以上10質量%以下であり、好ましくは2.5質量%以上9質量%以下であり、より好ましくは3質量%以上8質量%以下である。
また発光装置の相関色温度が3500K以上4500K未満の場合に、第三蛍光体の含有率は蛍光体総量に対して、例えば1質量%以上18質量%以下であり、好ましくは2.5質量%以上14質量%以下であり、より好ましくは3質量%以上13質量%以下である。
また発光装置の相関色温度が4500K以上5700K未満の場合に、第三蛍光体の含有率は蛍光体総量に対して、例えば3質量%以上35質量%以下であり、好ましくは5.5質量%以上32質量%以下であり、より好ましくは6質量%以上31質量%以下である。
また発光装置の相関色温度が5700K以上7200K以下の場合に、第三蛍光体の含有率は蛍光体総量に対して例えば3質量%以上10質量%以下であり、好ましくは4.5質量%以上7質量%以下であり、より好ましくは5質量%以上6質量%以下である。
蛍光部材50は、蛍光体70に加えて少なくとも1種の樹脂を含むことができる。樹脂は熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂のいずれであってもよい。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、その含有量は樹脂に対して0.01質量%から20質量%とすることができる。
灯具は、前記発光装置の少なくとも1種を備えて構成され、反射部材、保護部材、発光装置に電力を供給するための付属装置等を更に備えていてもよい。灯具は複数の発光装置を備えていてもよい。灯具が複数の発光装置を備える場合、同一の発光装置を複数備えていてもよく、例えば相関色温度が異なる発光装置を複数備えていてもよい。また、複数の発光装置を個別に駆動して、明るさや相関色温度を好みに合わせて調節可能な駆動装置を備えていてもよい。灯具の使用形態としては、直付型、埋め込み型、吊り下げ型等のいずれであってもよい。
(Sr0.825,Eu0.175)4Al14O25 (1a’)
Ca8MgSi4O16Cl2:Eu (1b’)
(Y,Gd,Tb,Lu)3(Al,Ga)5O12:Ce (2)
(Ca,Sr)AlSiN3:Eu (3)
色度座標がx=0.314、y=0.329付近となるように配合した蛍光体70と、シリコーン樹脂とを混合分散した後、更に脱泡することにより蛍光体含有樹脂組成物を得た。このとき蛍光体含有樹脂組成物中の蛍光体総量は樹脂100質量%に対して50.2質量%であった。また、蛍光体総量に対する各蛍光体の含有率は、第一蛍光体71としてのSAEが59.7質量%、第二蛍光体72が34.7質量%、第三蛍光体73としてのSCASN1が5.5質量%であった。次に凹部を有する成形体40を準備し、凹部の底面に発光ピーク波長が450nmであり、窒化ガリウム系化合物半導体を有する発光素子を配置した後、蛍光体含有樹脂組成物を、発光素子10の上に注入、充填し、さらに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実施例1の発光装置を作製した。上記色度座標は、発光装置の相関色温度として約6500Kであり、相関色温度5700K以上7200K以下に対応する。
蛍光体総量に対する各蛍光体の含有率を、表1に示すように変更したこと以外は実施例1と同様にして発光装置を作製した。
第三蛍光体73をSCASN2とSCASN3の50:50の混合物に変更したことと、蛍光体総量及び各蛍光体の含有率を、表1に示すように変更したこと以外は実施例1と同様にして発光装置を作製した。
蛍光体70を色度座標がx=0.346、y=0.354付近となるように配合したことと、蛍光体含有樹脂組成物中の蛍光体総量は樹脂100質量%に対して71.5質量%としたこと、また蛍光体総量に対する各蛍光体の含有率を、第一蛍光体71が69.9質量%、第二蛍光体72が23.3質量%、第三蛍光体73が6.8質量%に変更したこと以外は実施例1と同様にして発光装置を作製した。上記色度座標は、発光装置の相関色温度として約5000Kであり、相関色温度4500K以上7200K以下に対応する。
第三蛍光体をSCASN5に変更したことと、蛍光体総量及び各蛍光体の含有率を、表2に示すように変更したこと以外は実施例3と同様にして発光装置を作製した。
第一蛍光体をクロロシリケートに変更したことと、第三蛍光体をSCASN5に変更したことと、蛍光体総量及び各蛍光体の含有率を、表2に示すように変更したこと以外は実施例3と同様にして発光装置を作製した。
第三蛍光体73をSCASN2とSCASN3の50:50の混合物に変更したことと、蛍光体総量及び各蛍光体の含有率を、表2に示すように変更したこと以外は実施例3と同様にして発光装置を作製した。
蛍光体総量及び各蛍光体の含有率を、表2に示すように変更したこと以外は実施例3と同様にして発光装置を作製した。
第三蛍光体をSCASN5に変更したことと、蛍光体70を色度座標がx=0.383、y=0.381付近となるように配合したことと、蛍光体総量及び各蛍光体の含有率を、表3に示すように変更したこと以外は実施例1と同様にして発光装置を作製した。上記色度座標は、発光装置の相関色温度として約4000Kであり、相関色温度3500K以上4500K未満に対応する。
第三蛍光体をSCASN1に変更したことと、蛍光体総量及び各蛍光体の含有率を、表3に示すように変更したこと以外は実施例7と同様にして発光装置を作製した。
第三蛍光体をSCASN2に変更したことと、蛍光体総量及び各蛍光体の含有率を、表3に示すように変更したこと以外は実施例7と同様にして発光装置を作製した。
第三蛍光体をSCASN6に変更したことと、蛍光体総量及び各蛍光体の含有率を、表3に示すように変更したこと以外は実施例7と同様にして発光装置を作製した。
第三蛍光体をSCASN4に変更したことと、蛍光体総量及び各蛍光体の含有率を、表3に示すように変更したこと以外は実施例7と同様にして発光装置を作製した。
第三蛍光体をSCASN2に変更したことと、蛍光体70を色度座標がx=0.435、y=0.404付近となるように配合したことと、蛍光体総量及び各蛍光体の含有率を、表4に示すように変更したこと以外は実施例1と同様にして発光装置を作製した。上記色度座標は、発光装置の相関色温度として約3000Kであり、相関色温度2700K以上3500K未満に対応する。
第三蛍光体をSCASN4に変更したことと、蛍光体総量及び各蛍光体の含有率を、表4に示すように変更したこと以外は実施例11と同様にして発光装置を作製した。
第三蛍光体をSCASN3に変更したことと、蛍光体総量及び各蛍光体の含有率を、表4に示すように変更したこと以外は実施例11と同様にして発光装置を作製した。
第三蛍光体をSCASN4に変更したことと、蛍光体総量及び各蛍光体の含有率を、表4に示すように変更したこと以外は実施例11と同様にして発光装置を作製した。
第三蛍光体をSCASN4に変更したことと、蛍光体総量及び各蛍光体の含有率を、表4に示すように変更したこと以外は実施例11と同様にして発光装置を作製した。
上記で得られた発光装置について、発光色の色度座標、相関色温度、演色評価数として平均演色評価数Ra及び特殊演色評価数R9を求めた。また、積分球を用いて光束と発光スペクトルを測定した。測定で得られた分光分布に青色光による網膜傷害の作用関数を乗じて、波長が300nmから700nmの範囲で積分して青色光による網膜傷害の実効放射強度を算出した。また、同様に分光分布にメラトニン分泌抑制の作用関数を乗じて、波長が400nmから700nmの範囲で積分してメラトニン分泌抑制の実効放射強度を算出した。青色光による網膜傷害の実効放射強度に対するメラトニン分泌抑制の実効放射強度の比を求めて実効放射強度比とした。次に、相関色温度毎に基準となる発光装置を選択し、これの光束を基準として相対光束を算出し光束が同等になるように換算した分光分布を得た。光束同等換算後の分光分布を用いて青色光による網膜傷害の実効放射強度、メラトニン分泌抑制の実効放射強度を算出した。更に得た値を相関色温度毎に基準となる発光装置の実効放射強度に対して規格化して、光束同等換算における青色光による網膜傷害とメラトニン分泌抑制の相対実効放射強度を算出した。結果を発光装置の相関色温度毎に、表5から表8に示す。
Claims (10)
- 440nm以上470nm以下の範囲に発光ピーク波長を有する発光素子と、
480nm以上520nm未満の範囲に発光ピーク波長を有する第一蛍光体、520nm以上600nm未満の範囲に発光ピーク波長を有する第二蛍光体、及び600nm以上670nm以下の範囲に発光ピーク波長を有する第三蛍光体を含む蛍光部材と、を備え、
青色光による網膜傷害の実効放射強度に対するメラトニン分泌抑制の実効放射強度の割合が、
相関色温度が2700K以上3500K未満の場合に1.53以上1.70以下であり、
相関色温度が3500K以上4500K未満の場合に1.40以上1.70以下であり、
相関色温度が4500K以上5700K未満の場合に1.40以上1.70以下であり、
相関色温度が5700K以上7200K以下の場合に1.35以上1.65以下である発光装置。 - 前記割合が、相関色温度が2700K以上3500K未満の場合に1.54以上1.65以下であり、
相関色温度が3500K以上4500K未満の場合に1.45以上1.70以下であり、
相関色温度が4500K以上5700K未満の場合に1.43以上1.60以下であり、
相関色温度が5700K以上7200K以下の場合に1.37以上1.55以下である請求項1に記載の発光装置。 - 前記第一蛍光体は、発光ピーク波長が485nm以上515nm以下、発光スペクトルの半値幅が30nm以上80nm以下であり、
前記第二蛍光体は、発光ピーク波長が525nm以上565nm以下、発光スペクトルの半値幅が20nm以上120nm以下であり、
前記第三蛍光体は、発光ピーク波長が600nm以上630nm以下、発光スペクトルの半値幅が5nm以上100nm以下である請求項1又は2に記載の発光装置。 - 前記第一蛍光体、第二蛍光体及び第三蛍光体の総量に対する前記第一蛍光体の含有比が、
相関色温度が2700K以上3500K未満の場合に35質量%以上60質量%以下であり、
相関色温度が3500K以上4500K未満の場合に50質量%以上80質量%以下であり、
相関色温度が4500K以上5700K未満の場合に45質量%以上80質量%以下であり、
相関色温度が5700K以上7200K以下の場合に45質量%以上85質量%以下である請求項1から3のいずれか1項に記載の発光装置。 - 平均演色評価数Raが80以上である請求項1から4のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記発光素子は、発光ピーク波長が445nm以上465nm以下であり、発光スペクトルの半値幅が30nm以下である請求項1から5のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記第一蛍光体は、下記式(1A)又は(1B)で表される組成を有する蛍光体の少なくとも1種を含む請求項1から6のいずれか1項に記載の発光装置。
Sr4Al14O25:Eu (1A)
(式中、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。)
(Ca,Sr,Ba)8MgSi4O16(F,Cl,Br)2:Eu (1B) - 前記第二蛍光体は、下記式(2)で表される組成を有する蛍光体を含む請求項1から7のいずれか1項に記載の発光装置。
(Y,Gd,Tb,Lu)3(Al,Ga)5O12:Ce (2) - 前記第三蛍光体は、下記式(3)で表される組成を有する蛍光体を含む請求項1から8のいずれか1項に記載の発光装置。
(Ca,Sr)AlSiN3:Eu (3) - 請求項1から9のいずれか1項に記載の発光装置を備える灯具。
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