JP2019165257A - 発光装置 - Google Patents
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Abstract
Description
そこで、本発明は、液晶表示装置に用いる場合に、広範囲な色再現性及び明るさを両立できる発光装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様は、400nm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、蛍光部材とを備え、前記蛍光部材は、510nm以上525nm以下の範囲に発光ピーク波長を有し、Ba、Sr、及びCaからなる群より選択される少なくとも1種のアルカリ土類金属と、Mgと、Mnとを含むアルミン酸塩を含む第一蛍光体、510nm以上550nm以下の範囲に発光ピーク波長を有し、前記第一蛍光体と組成が異なる第二蛍光体、及び620nm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み、510nm以上535nm以下の範囲における極大発光の発光強度を100%とする場合に、500nmにおける相対発光強度が35%以下であり、540nmにおける相対発光強度が65%以下である発光スペクトルを有する発光装置である。
本実施形態に係る発光装置100は、400nm以上470nm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。前記蛍光部材50は、510nm以上525nm以下の範囲に発光ピーク波長を有し、Ba、Sr、及びCaからなる群より選択される少なくとも1種のアルカリ土類金属と、Mgと、Mnとを含むアルミン酸塩を含む第一蛍光体71、510nm以上550nm以下の範囲に発光ピーク波長を有し、前記第一蛍光体71とは組成が異なる第二蛍光体72、及び620nm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を含む。そして発光装置100は、510nm以上535nm以下の範囲における極大発光の発光強度を100%とする場合に、500nmにおける相対発光強度が35%以下であり、540nmにおける相対発光強度が65%以下である発光スペクトルを有する。
発光装置100は、可視光の短波長側(例えば、380nm以上500nm以下の範囲)の光を発し、発光ピーク波長が400nm以上470nm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を載置する成形体40とを有する。成形体40は、第1のリード20および第2のリード30と、樹脂部42とが一体的に成形されてなるものである。成形体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のリード20および第2のリード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と樹脂とを含有してなる。蛍光体70は、第一蛍光体71、第二蛍光体72及び第三蛍光体73を含んで構成される。
発光素子10は、可視光の短波長側(例えば380nm以上485nm以下の範囲)に発光スペクトルを有する光を発し、発光ピーク波長が400nm以上470nm以下の範囲内であり、好ましくは430nm以上470nm以下、より好ましくは440nm以上460nm以下の範囲内である。これらの範囲内であることにより、第一蛍光体から第三蛍光体の発光効率を向上させることができる。
蛍光部材50は、蛍光体70を含み、必要に応じてその他の蛍光体、樹脂、光拡散材等を含むことができる。蛍光体70は、緑色に発光する第一蛍光体71及び第二蛍光体72と、赤色に発光する第三蛍光体73とを少なくとも含む。
第一蛍光体71は、510nm以上525nm以下の範囲に発光ピーク波長を有し、Ba、Sr、及びCaからなる群より選択される少なくとも1種のアルカリ土類金属と、Mgと、Mnとを含むアルミン酸塩を含む。アルカリ土類金属は少なくともBaを含むことが好ましい。アルミン酸塩がBaを含む場合、アルミン酸塩を構成するアルカリ土類金属におけるBaの含有比率は、例えば、50モル%以上、好ましくは70モル%以上であり、また99モル%以下であってもよい。第一蛍光体の発光ピーク波長は510nm以上520nm未満であってもよい。
X1 pEutMgqMnrAlsOp+t+q+r+1.5s (I)
式(I)中、X1は、Ba、Sr及びCaからなる群から選択される少なくとも1種であり、p、q、r、sは、0.5≦p≦1、0≦q≦0.7、0.2≦r≦0.7、8.5≦s≦13、0≦t≦0.5、0.5≦p+t≦1.2、0.2≦q+r≦1を満たす。
またp+tは、0.5以上1.2以下である。p+tが、5未満又は1.2を超えると、第一蛍光体(I)の結晶構造が不安定となる傾向があり、また発光強度が低下する虞がある。p+tは、好ましくは0.55以上、より好ましくは0.60以上であり、また好ましくは1.1以下、より好ましくは1.05以下である。
フラックスとしては、アルカリ金属フッ化物、アルカリ金属塩化物等を用いることができ、好ましくはフッ化ナトリウム(NaF)又はフッ化カリウム(KF)であり、より好ましくはNaFである。
第一蛍光体71は、400nm以上470nm以下の範囲内に発光ピーク波長を有する発光素子によって励起され、緑色の発光スペクトルの半値幅が狭い発光スペクトルを有する蛍光体であり、第一蛍光体を含む発光装置を液晶表示装置に用いる場合に、色再現範囲を広くすることができる。
発光装置100が備える蛍光部材50は、緑色発光の蛍光体として、第一蛍光体71に加えて、少なくとも1種の第二蛍光体72を含む。第二蛍光体は510nm以上550nm以下の範囲に発光ピーク波長を有し、第一蛍光体とは異なる組成を有する蛍光体から選択される。第二蛍光体72は、1種の蛍光体を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
Si6−zAlzOzN8−z:Eu (ただし、0≦z≦4.2、好ましくは0.02≦z≦0.5) (IIa)
(Ca,Sr)8MgSi4O16(Cr,F,Br)2:Eu (IIb)
(Sr,Ca,Ba)Ga2S4:Eu (IIc)
(Ba,Sr,Ca)2SiO4:Eu (IId)
本実施形態の発光装置が備える蛍光部材50は、620nm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を含む。第三蛍光体は、620nm以上670nm以下の範囲に発光ピーク波長を有する蛍光体から選択される。第三蛍光体73は、1種の蛍光体を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
K2(Si,Ge,Ti)F6:Mn (IIIa)
3.5MgO・0.5MgF2・GeO2:Mn (IIIb)
(Sr,Ca)AlSiN3:Eu (IIIc)
(Sr,Ca)LiAl3N4:Eu (IIId)
(Ca,Sr)S:Eu (IIIe)
蛍光部材50は、第一蛍光体71、第二蛍光体72及び第三蛍光体73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は、例えば(Y,Gd,Tb,Lu)3(Al,Ga)5O12:Ce、Ca3Sc2Si3O12:Ce、CaSc2O4:Ce、(La,Y)3Si6N11:Ce、(Ca,Sr,Ba)3Si6O9N4:Eu、(Ca,Sr,Ba)3Si6O12N2:Eu、(Ba,Sr,Ca)Si2O2N2:Eu等が挙げられる。発光装置がその他の蛍光体を含む場合、その含有量は、目的等に応じて適宜選択することができ、例えば第一蛍光体71、第二蛍光体72及び第三蛍光体73の総量に対して、その他の蛍光体の含有量は、例えば5質量%以下、好ましくは2質量%以下である。
なお、510nm以上535nm以下の範囲に発光の極大値が2以上存在する場合は、それらのうちの発光強度の最大値を基準とする。
実施例及び比較例の発光装置の製造に先立ち、緑色に発光する第一蛍光体及び第二蛍光体並びに赤色に発光する第三蛍光体をそれぞれ準備した。第一蛍光体として、表1に示す蛍光体A及びA2と、第二蛍光体として、表1に示す蛍光体BからDを準備した。
蛍光体Aとして、式(I):X1 pEutMgqMnrAlsOp+t+q+r+1.5sで表される組成を有する蛍光体であって、X1としてBaを選択し、tが0、pが1.0、qが0.5、rが0.5、sが10.0となるようにモル組成比を設定したものを準備した。具体的には、原料としてBaCO3、MgO、MnCO3、Al2O3、及びMgF2を準備し、フラックスとしてNaFを準備した。これらをBaCO3:MgO:MgF2:MnCO3:Al2O3:NaFがモル比で1.0:0.4:0.1:0.5:10.0:0.1になるように計量、混合して混合物を得た。この混合物をアルミナルツボに充填し、H2/N2=3/97(体積比)の混合ガス雰囲気で常圧下、1500℃で5時間、熱処理して粉末を得た。
得られた粉末について、量子効率測定装置(大塚電子株式会社製、QE−2000)を用いて、励起波長450nmの光を照射し、室温(25℃±5℃)における発光スペクトルを測定し、発光強度が最大となる波長を発光ピーク波長(nm)として測定した。得られた粉末の発光ピーク波長は517nmであった。この粉末をBa1.0Mg0.5Mn0.5Al10O17で表される組成を有する蛍光体Aとした。
蛍光体A2として、式(I):X1 pEutMgqMnrAlsOp+t+q+r+1.5sで表される組成を有する蛍光体であって、X1としてBaを選択し、tが0.1、pが0.9、qが0.5、rが0.5、sが10.0となるようにモル組成比を設定したものを準備した。具体的には、原料としてBaCO3、Eu2O3、MgO、MnCO3、Al2O3、及びMgF2を準備し、フラックスとしてNaFを準備した。これらをBaCO3:Eu2O3:MgO:MgF2:MnCO3:Al2O3:NaFがモル比で0.9:0.1:0.4:0.1:0.5:10.0:0.1になるように計量、混合して混合物を得た。その他は蛍光体Aと同様の条件で熱処理して粉末を得た。
得られた粉末について、蛍光体Aと同様にして測定した発光ピーク波長は517nmであった。この粉末をBa0.9Eu0.1Mg0.5Mn0.5Al10O17で表される組成を有する蛍光体A2とした。
蛍光体Bとして、Si6−zAlzOzN8−z:Eu(z=0.06)で表される組成を有する蛍光体(以下、「βサイアロン蛍光体」とも称する。)を準備した。蛍光体Aと同様にして測定した発光ピーク波長は529nmであった。
蛍光体Cとして、Ca8MgSi4O16Cl2:Euで表される組成を有する蛍光体(以下、「クロロシリケート蛍光体」とも称する。)を準備した。蛍光体Aと同様にして測定した発光ピーク波長は522nmであった。
蛍光体Dとして、SrGa2S4:Euで表される組成を有する蛍光体(以下、「チオガレート蛍光体」とも称する。)を準備した。蛍光体Aと同様にして測定した発光ピーク波長は535nmであった。
赤色に発光する第三蛍光体として、K2SiF6:Mnで表される組成を有する蛍光体(以下、「KSF蛍光体」とも称する。)を準備した。蛍光体Aと同様にして測定した発光ピーク波長は631nmであった。
<発光特性の評価>
蛍光体A、蛍光体A2、蛍光体B、蛍光体C、及び蛍光体Dについて、発光特性を測定した。得られた発光スペクトルの半値幅を測定した。結果を表1に示す。また、蛍光体A、蛍光体B、蛍光体C、及び蛍光体Dの発光スペクトルを、各蛍光体の最大発光強度で規格化して図3に示す。なお、蛍光体A2の発光スペクトルは、蛍光体Aとほぼ同じであった。
表2に示す配合比率となるように、第一蛍光体、第二蛍光体及び第三蛍光体とシリコーン樹脂とを混合分散し、脱泡して蛍光部材用組成物を得た。蛍光部材用組成物は、製造する発光装置が発する混色光がCIE1931に規定されるxy色度座標において、xが0.26、yが0.22(x=0.26、y=0.22)付近となるように配合比を調整した。発光ピーク波長が455nmである青色発光LED(発光素子)上に、蛍光部材用組成物を充填、硬化させて、図1に示されるような発光装置100をそれぞれ製造した。なお、第一蛍光体として蛍光体AまたはA2を、第二蛍光体として蛍光体BからDのいずれかを、第三蛍光体としてKSF蛍光体を用いた。表2中、総蛍光体量(重量%)は組成物中の樹脂量に対する蛍光体の総含有率(重量%)を示す。また蛍光体内訳は、総蛍光体量に対する各蛍光体の含有比率(重量%)を示す。
積分球を使用した全光束測定装置を用いて測定した各発光装置の発光スペクトルデータと、カラーフィルタの透過率曲線データとを用いて、シミュレーションを実行したことにより、液晶表示装置としてBT.2020に基づき、色再現範囲の相対値を算出した。すなわち、比較例1の発光装置を用いた液晶表示装置を100%とし、これに対する相対値として、他の発光装置を用いた液晶表示装置の「相対BT.2020(%)」を求めた。併せて液晶表示装置としての明るさ(輝度「cd/m2」)を算出し、比較例1を基準(100.0%)とする相対値として「明るさ(%)」を求めた。なお、カラーフィルタとしては、比較例1の発光装置を用いた液晶表示装置の場合にBT.2020に基づく色再現範囲の値が80%程度になるカラーフィルタを用いた。
積分球を使用した全光束測定装置を用いて、光束を測定した。比較例1の発光装置の光束を100%として、他の発光装置の相対光束を算出した。
各発光装置の発光スペクトルデータと、カラーフィルタの透過率曲線データを用いて、シミュレーションを実行したことにより、カラーフィルタ透過後の発光色の色度(x、y)を、CIE1931に規定されるxy色度座標における数値(x、y)として求めた。
相対光束の測定と同様の装置を用いて、波長に対する相対強度を示す発光スペクトルを測定した。各発光装置の発光スペクトルにおける510nm以上535nm以下の範囲における極大発光強度を100%とし、この発光強度に対する500nm、及び540nmにおける相対発光強度を算出した。極大発光強度を与える波長をλpGreen(nm)、500nmにおける相対発光強度をI500(%)、540nmにおける相対発光強度をI540(%)として表3に示す。また、図4〜7に、各発光装置の発光スペクトルを示す。なお、各発光装置の発光スペクトルは、510nm以上535nm以下の範囲における極大発光の発光強度で規格化されている。
以上から、緑色発光の蛍光体として、第一蛍光体に加えて第二蛍光体を用い、緑色領域の発光スペクトルが所定の形状となるようにすることで、色再現範囲の拡大と明るさの両立が可能となった。
Claims (13)
- 400nm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、蛍光部材とを備え、
前記蛍光部材が、510nm以上525nm以下の範囲に発光ピーク波長を有し、Ba、Sr、及びCaからなる群より選択される少なくとも1種のアルカリ土類金属と、Mgと、Mnとを含むアルミン酸塩を含む第一蛍光体、510nm以上550nm以下の範囲に発光ピーク波長を有し、前記第一蛍光体と組成が異なる第二蛍光体、及び620nm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み、
前記第一蛍光体に対する第二蛍光体の半値幅の比が、1.1以上2.5以下である発光装置。 - 前記第一蛍光体が、下記式(I)で表される組成を有する請求項1に記載の発光装置。
X1 pEutMgqMnrAlsOp+t+q+r+1.5s (I)
(式(I)中、X1は、Ba、Sr及びCaからなる群から選択される少なくとも1種であり、p、q、r、sは、0.5≦p≦1、0≦q≦0.7、0.2≦r≦0.7、8.5≦s≦13、0≦t≦0.5、0.5≦p+t≦1.2、0.2≦q+r≦1を満たす。) - 前記式(I)において、X1がBaを含み、pが0.6≦p≦1を満たす請求項2に記載の発光装置。
- 前記式(I)において、rが0.3≦r<0.6を満たす請求項2又は3に記載の発光装置。
- 前記第二蛍光体は、βサイアロン系蛍光体、シリケート系蛍光体及び硫化物系蛍光体からなる群から選択される少なくとも1種である請求項1から4のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記第二蛍光体が、下記式(IIa)から式(IId)のいずれかで表される組成を有する蛍光体からなる群から選択される少なくとも1種である請求項1から5のいずれか1項に記載の発光装置。
Si6−zAlzOzN8−z:Eu 0≦z≦4.2 (IIa)
(Ca,Sr)8MgSi4O16(Cr,F,Br)2:Eu (IIb)
(Sr,Ca,Ba)Ga2S4:Eu (IIc)
(Ba,Sr,Ca)2SiO4:Eu (IId) - 前記第二蛍光体が、前記式(IIa)で表される組成を有し、前記蛍光部材に含まれる第一蛍光体と第二蛍光体の総量に対する、前記第二蛍光体の含有比率が10重量%未満である請求項6に記載の発光装置。
- 前記第二蛍光体が、前記式(IIb)または式(IId)で表される組成を有し、前記蛍光部材に含まれる第一蛍光体と第二蛍光体の総量に対する前記第二蛍光体の含有比率が1重量%未満である請求項6に記載の発光装置。
- 前記第二蛍光体が、前記式(IIc)で表される組成を有し、前記蛍光部材に含まれる第一蛍光体と第二蛍光体の総量に対する前記第二蛍光体の含有比率が0.5重量%未満である請求項6に記載の発光装置。
- 前記第三蛍光体が、フッ化物系蛍光体、マグネシウムフルオロゲルマネート系蛍光体、窒化物系蛍光体及び硫化物蛍光体からなる群から選択される少なくとも1種である請求項1から9のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記第三蛍光体が、下記式(IIIa)から式(IIIe)のいずれかで表される組成を有する蛍光体からなる群から選択される少なくとも1種である請求項1から10のいずれか1項に記載の発光装置。
K2(Si,Ge,Ti)F6:Mn (IIIa)
3.5MgO・0.5MgF2・GeO2:Mn (IIIb)
(Sr,Ca)AlSiN3:Eu (IIIc)
(Sr,Ca)LiAl3N4:Eu (IIId)
(Ca,Sr)S:Eu (IIIe) - 前記第二蛍光体の発光ピーク波長が、前記第一蛍光体の発光ピーク波長よりも長い、請求項1から11のいずれか1項に記載の発光装置。
- CIE1931に規定されるxy色度座標において、xが0.22以上0.34以下且つyが0.16以上0.40以下の範囲である光を発する、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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