JP2019204831A - 発光素子 - Google Patents

Abstract

【課題】広帯域の発光を示し、且つ、経時的に発光強度のスペクトルの傾向が変化しにくい発光素子を提供する。【解決手段】発光素子は、３８０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲内に単一のピーク波長を有する励起光を発するＬＥＤ素子と、励起光の少なくとも一部が入射されて、励起光よりも長波長の蛍光を発する蛍光体と、励起光と蛍光とが重ね合わされてなる出射光を出射する光取り出し面とを備える。出射光は、少なくとも励起光のピーク波長以上１０５０ｎｍ以下の範囲にわたる発光を示し、且つ、少なくとも励起光のピーク波長から１０５０ｎｍまでの範囲内において、全て１０５０ｎｍでの発光強度以上の発光強度を示す。【選択図】 図１

Description

本発明は発光素子に関し、特に励起用のＬＥＤ素子と蛍光体とを含む発光素子に関する。

従来、米や豆などの穀物に含まれる異物を除去する選別機が知られている（例えば、特許文献１参照）。従来の選別機は、選別対象となる穀物に対して予め定められた波長の光を照射し、受光センサによって受光された光量の相違に基づいて、異物の混入を検知している。

ところで、近年、選別機に対して、受光センサによって受光された画像情報だけでは選別できないような対象物への適応が求められている。一例として、選別対象としてのプラスチック群から、異なる成分からなるプラスチックを選別することのできる選別機の実現が求められている。このような選別を行うに際しては、従来の方法で受光センサで受光された画像情報だけでは不十分であり、対象物からの反射光に含まれる詳細な波長情報を取得することが要求される。

このような波長情報を取得するために、ハイパースペクトルカメラを組み合わせた選別機の開発が近年進んでいる。対象物を構成する成分が相違すると光の吸収特性が相違するため、対象物から反射された光をハイパースペクトルカメラで受光して波長を分析することで、成分の分析が可能となる。つまり、このような選別機によれば、上述したように、選別対象としてのプラスチック群から、異なる成分からなるプラスチックを選別することが可能となる。

ハイパースペクトルカメラで対象物からの反射光を受光して、波長分析を行うに際しては、分析精度を高める観点からは対象物に照射する光が広帯域であることが望ましい。従来、このような光源として、蛍光灯やハロゲンランプなどが広く用いられてきた（例えば、下記特許文献２参照）。

特公平８−２９３０３号公報 特許第３０７９９３２号公報

ハロゲンランプは寿命が短く、ランプ交換などのメンテナンス頻度が高くなってしまう。このため、本発明者らは、ハロゲンランプに代えて、寿命特性に優れたＬＥＤ素子を用いた光源を採用することを検討している。しかしながら、従来、可視域から赤外域にわたる広帯域の波長成分を有するＬＥＤ素子は存在していなかった。

ところで、従来、青色光を出射するＧａＮ系のＬＥＤ素子と蛍光体とを用いて、白色光を生成する発光素子が例えば照明用途として利用されている。また、従来、赤外光を出射するＧａＡｓ系のＬＥＤ素子が知られている。ＧａＡｓ系のＬＥＤ素子は、ＧａＮ系のＬＥＤ素子よりも前から開発が進められていたこともあり、現在は、ＧａＮ系のＬＥＤ素子と比べて極めて安価に入手することができる。よって、ＧａＮ系のＬＥＤ素子と蛍光体とを含む白色ＬＥＤ素子と、ＧａＡｓ系の赤外ＬＥＤ素子とを組み合わせることで、広帯域のＬＥＤ素子を実現することは原理的に可能である。

図３Ａは、ピーク波長が４５０ｎｍのＧａＮ系ＬＥＤ素子とＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系材料からなる蛍光体とで構成された白色ＬＥＤ素子と、ピーク波長が７８０ｎｍのＧａＡｓ系ＬＥＤ素子と、ピーク波長が９４０ｎｍのＧａＡｓ系ＬＥＤ素子とを配列し、同時に点灯させた場合における出射光のスペクトルの一例である。図３Ａにおいて、横軸は波長［ｎｍ］を示し、縦軸は発光強度の相対値［ａ．ｕ．］を示す。各波長の発光強度は、励起用光源としてのＧａＮ系ＬＥＤ素子のピーク波長における発光強度を基準としたときの相対値で規定されている。

図３Ａに示されるスペクトルによれば、可視域から赤外域までの広範囲にわたって、高い発光強度が実現されている。このため、このような光を対象物に照射して、反射光をハイパースペクトルカメラで受光し、波長毎の強度分析を行うことで、対象物の成分分析に利用することができるように思われる。

しかし、上述したように、図３Ａに示すスペクトルは、異なるピーク波長を示す複数種類のＬＥＤ素子、より詳細にはＧａＮ系のＬＥＤ素子及びＧａＡｓ系のＬＥＤ素子が組み合わされて実現されたものである。すなわち、これらのＬＥＤ素子は、それぞれ組成や構造（層数や膜厚など）を異ならせることで、異なるピーク波長が実現するように設計されたものである。

光源を点灯すると、経時的に温度が上昇する。ＬＥＤ素子は、この温度環境によって発光波長がシフトすることが知られている。そして、この波長シフト量は、ＬＥＤ素子の組成や構造によって異なる。つまり、図３Ｂに示されるように、ピーク波長のシフト量△λ₁、△λ₂、及び△λ₃の値がそれぞれ異なる。更に、ＬＥＤ素子は、発光状態が継続すると、素子が劣化して発光強度が低下するが、この低下する度合もＬＥＤ素子の組成や構造によって異なる。

つまり、異なるピーク波長を示す複数のＬＥＤ素子を組み合わせて光源を実現すると、発光時間が経過するに連れ、光源からの出射光のスペクトルの態様が変化する。かかる光源を選別機用途に用いた場合、同一の対象物に対して光を照射しても、反射光の波長分布が経時的に変化する可能性があり、このような反射光に含まれる波長別の発光強度に基づいて対象物の成分分析を行った場合に、分析の精度が低下するおそれがある。

本発明は、上記の課題に鑑み、広帯域の発光を示し、且つ、経時的に発光強度のスペクトルの傾向が変化しにくい発光素子を提供することを目的とする。

本発明に係る発光素子は、３８０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲内に単一のピーク波長を有する励起光を発するＬＥＤ素子と、
前記励起光の少なくとも一部が入射されて、前記励起光よりも長波長の蛍光を発する蛍光体と、
前記励起光と前記蛍光とが重ね合わされてなる出射光を出射する光取り出し面とを備え、
前記出射光は、少なくとも前記励起光のピーク波長以上１０５０ｎｍ以下の範囲にわたる発光を示し、且つ、少なくとも前記励起光のピーク波長から１０５０ｎｍまでの範囲内において、全て１０５０ｎｍでの発光強度以上の発光強度を示すことを特徴とする。

上記発光素子は、ピーク波長の異なる複数種類のＬＥＤ素子を備えず、単一のピーク波長を示すＬＥＤ素子を備える。そして、このＬＥＤ素子から出射された励起光と、この励起光によって励起された蛍光体から出射する蛍光とによって、広帯域の光が生成される。

本発明に係る発光素子は、物性や構造が異なる複数種類のＬＥＤ素子を備えていないため、経時的な温度変化や素子の劣化に伴うスペクトルの変化の態様は、励起光を発する前記ＬＥＤ素子の特性に由来する。このため、経時的に出射光全体の発光強度が低下することはあっても、出射光のスペクトルの態様はほとんど変化しない。また、本発明に係る発光素子は、少なくとも励起光のピーク波長以上１０５０ｎｍ以下の広帯域に発光を示す。よって、この発光素子からの出射光を、成分分析などの用途に供される選別機の光源に利用した場合に、経時的に分析の精度が低下するおそれが少ない。

なお、本明細書おいて、「発光を示す」とは、励起光のピーク波長における発光強度に対して、０．０３％以上の強度を示すことを意味する。

前記出射光は、波長が４３０ｎｍ以上１０５０ｎｍ以下の範囲にわたる発光を示すものとしても構わない。ハイパースペクトルカメラを用いた選別機では、通常の可視光域による光で撮像された画像情報と詳細な波長情報とを用いて対象物の識別が行われる。上記発光素子によれば、４３０ｎｍ以上１０５０ｎｍ以下の波長成分を示す出射光が得られるため、かかる出射光を対象物に照射させることで、上記画像情報と波長情報の両者を得ることができる。

前記出射光は、前記励起光のピーク波長以上１０５０ｎｍ以下の範囲内における発光強度の極小値が、前記励起光のピーク波長における発光強度に対して０．５％以上であるものとすることができる。

例えば、図３Ａに示される例によれば、符号ａ、ｂ、及びｃで図示された箇所において、スペクトルに極小値が現れている。符号ａによって示されている極小値は、励起光のスペクトルと白色ＬＥＤ用の蛍光体で生成された蛍光のスペクトルの接続箇所に対応する。符号ｂによって示されている極小値は、前記蛍光のスペクトルとピーク波長が７８０ｎｍのＬＥＤ素子のスペクトルの接続箇所に対応する。符号ｃによって示されている極小値は、ピーク波長が７８０ｎｍのＬＥＤ素子のスペクトルとピーク波長が９４０ｎｍのＬＥＤ素子のスペクトルの接続箇所に対応する。

励起用のＬＥＤ素子から出射される光（励起光）は、ピーク波長を最大強度として、そのピーク波長から離れるに連れて発光強度が低下する。そして、この励起光が蛍光体に入射されることで生成される蛍光についても、蛍光体の特性によって決定されるある波長（蛍光体のピーク波長）近傍を最大強度とし、その波長から離れるに連れて発光強度が低下する。つまり、本発明に係る発光素子から出射される光のスペクトルにおいて、励起光由来の波長域と、蛍光由来の波長域との境界付近には、発光強度の極小値が確認される可能性がある。上記の構成のように、かかる極小値が励起光のピーク波長における発光強度に対して０．５％以上となるよう発光素子が実現されることで、発光素子からの出射光が広帯域にわたって十分高い発光強度を示すこととなる。この結果、上記発光素子を選別機用の光源として利用した場合に、高い分析精度が実現される。

本明細書において、「発光強度の極小値」には、スペクトルに含まれる微小なノイズ由来の発光強度の変動に由来する値を含まない。このような微小なノイズは、出射光のスペクトルを測定する装置に由来するものであり、例えば異なる装置で出射光を受光してスペクトルを測定すると、態様が変化するため、ノイズ成分であるか否かを判別することができる。

前記蛍光体は、前記励起光が入射されると、５００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の範囲内にピーク波長を有する第一蛍光を生成する第一蛍光体と、６００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の範囲内にピーク波長を有する第二蛍光を生成する第二蛍光体とを含んでなるものとしても構わない。

なお、前記第二蛍光体は、６００ｎｍ以上９００ｎｍ以下の範囲内にピーク波長を有する蛍光を生成する蛍光体と、９００ｎｍ以上１０５０ｎｍ以下の範囲内にピーク波長を有する蛍光を生成する蛍光体とを含んでなるものとしても構わない。この場合、波長が１０００ｎｍ近傍においても、高い発光強度を示す発光素子が実現される。

前記蛍光体は、少なくとも前記第一蛍光体と前記第二蛍光体とが混合又は積層されているものとすることができる。

本発明によれば、広帯域の発光を示しつつ、且つ、経時的に発光強度のスペクトルの傾向が変化しにくい発光素子が実現される。

本発明の発光素子の一実施形態の構成を模式的に示す図面である。 本発明の発光素子から出射される光のスペクトルの一例である。 本発明の発光素子から出射される光のスペクトルの別の一例である。 本発明の発光素子から出射される光のスペクトルの別の一例である。 異なるピーク波長を示す複数のＬＥＤ素子を組み合わせてなる光源から出射される光のスペクトルの一例である。 図３Ａのスペクトルを示す発光素子の環境温度が上昇した場合における、前記スペクトルのピーク値の変化を模式的に示す図である。

本発明に係る発光素子の実施形態につき、適宜図面を参照して説明する。なお、以下の図面において、図面上の寸法比と実際の寸法比は必ずしも一致しない。

図１は、発光素子の一実施形態の構成を模式的に示す図面である。発光素子１は、ＬＥＤ素子３と、蛍光体５と、封止層７と、パッケージ９と、光取り出し面１０とを備える。

ＬＥＤ素子３は、３８０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲内に単一のピーク波長を有する光Ｌ０を発する素子である。この光Ｌ０は、少なくとも一部が蛍光体５に入射されて、蛍光体５を励起して、光Ｌ０よりも長波長の蛍光Ｌ１に変換される。以下、光Ｌ０を「励起光Ｌ０」と記載する。

一例として、ＬＥＤ素子３は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮなどの窒化物半導体からなる活性層を含む素子として実現することができる。ＬＥＤ素子３から出射される励起光Ｌ０のピーク波長は、好ましくは４００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、より好ましくは、４３０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下である。

本実施形態において、蛍光体５は、ＬＥＤ素子３の光取り出し面上に形成されている。蛍光体５は、励起光Ｌ０を受光すると励起して５００ｎｍ以上１０５０ｎｍ以下において発光強度を示す蛍光Ｌ１を生成する材料を含む。より好ましくは、蛍光体５は、励起光Ｌ０が入射されると、５００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の範囲内にピーク波長を有する第一蛍光を生成する第一蛍光体と、６００ｎｍ以上１０５０ｎｍ以下の範囲内にピーク波長を有する第二蛍光を生成する第二蛍光体とを含む。

第一蛍光体としては、例えば青色光を受光して緑色光や黄色光を生成する材料が利用可能であり、より詳細には、ＹＡＧ（Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ³⁺）、βサイアロン（ＳｒＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ²⁺）、Ｃａ₃Ｓｃ₂Ｓｉ₃Ｏ₁₂：Ｃｅ³⁺、ＢａＳｉ₂Ｏ₂Ｎ₂：Ｅｕ²⁺、Ｌｉ₂ＳｒＳｉＯ₄：Ｅｕ²⁺などが利用可能である。

第二蛍光体としては、例えば青色光を受光して波長が８００ｎｍ以上の赤外光を生成する材料が利用可能であり、より詳細には、Ｚｎ₂ＳｎＯ₄：Ｃｒ³⁺、Ｓｃ₂ＣａＭｏＯ₆：Ｙｂ³⁺などが利用可能である。

本実施形態では、上記第一蛍光体と第二蛍光体とが有機系又は無機系材料からなるバインダーと共に混合された混合物として蛍光体５が生成されており、この蛍光体５がＬＥＤ素子３の光取り出し面上に載置されている。バインダーとしては、有機系であればシリコーン樹脂やエポキシ樹脂などが利用可能であり、無機系であればＡｌ₂Ｏ₃やＳｉＯ₂などが利用可能である。

別の例として、第一蛍光体そのもの又は第一蛍光体と所定のバインダーとが混合されてなる層と、第二蛍光体そのもの又は第二蛍光体と所定のバインダーとが混合されてなる層とが積層されることで、蛍光体５が形成されていても構わない。

更に、蛍光体５は、励起光Ｌ０を受光して生成される蛍光のピーク波長がそれぞれ異なる、３種類以上の蛍光体材料を含むものとしても構わない。

本実施形態では、ＬＥＤ素子３の上面に蛍光体５が載置されてなる素子の、上面及び側面を覆うように、封止層７が形成されている。封止層７は、励起光Ｌ０及び蛍光Ｌ１に対する透過性の高い材料で形成され、ＬＥＤ素子３及び蛍光体５に対する異物や水分などの混入を防ぐと共に、励起光Ｌ０及び蛍光Ｌ１の拡散機能を有している。封止層７は、例えばシリコーン樹脂やエポキシ樹脂などによって構成することができる。

本実施形態の発光素子１は、ＬＥＤ素子３を固定するための基台を構成するパッケージ９を備える。パッケージ９は、例えば樹脂材料で構成される。より詳細には、パッケージ９は、ポリフタルアミド樹脂、液晶ポリマー、不飽和ポリエステルなどの熱可塑性樹脂や、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などの熱硬化性樹脂を用いて形成される。また、パッケージ９を、Ａｌ₂Ｏ₃やＡｌＮなどのセラミックスで形成しても構わない。

パッケージ９は、予めＬＥＤ素子３及び蛍光体５を含む素子と封止層７とを配置することができるように凹部領域が形成されている。この凹部領域内に、ＬＥＤ素子３及び蛍光体５が載置され、更にその周囲に封止層７が充填される。

なお、パッケージ９の面のうち、少なくとも励起用のＬＥＤ素子３が載置されている面には、励起光Ｌ０を反射する反射部材が設けられているものとしても構わない。また、パッケージ９そのものを、励起光Ｌ０に対して反射率の高い材料で構成しても構わない。

パッケージ９を介してＬＥＤ素子３に対して通電されると、ＬＥＤ素子３から励起光Ｌ０が出射される。この励起光Ｌ０は、蛍光体５に入射され、一部は蛍光体５及び封止層７を透過して光取り出し面１０から出射される。また、蛍光体５は、励起光Ｌ０が入射されることで励起されて蛍光Ｌ１を生成し、この蛍光Ｌ１が封止層７を透過して光取り出し面１０から出射される。すなわち、発光素子１は、光取り出し面１０から、励起光Ｌ０と蛍光Ｌ１とを含む出射光Ｌａを出射する。

なお、ＬＥＤ素子３から出射された励起光Ｌ０の一部が、蛍光体５に入射されずに封止層７を介して光取り出し面１０から出射されるものとしても構わない。

次に、発光素子１の製造方法の一例について説明する。

ＧａＮ系材料からなるＬＥＤ素子３を準備する。ＬＥＤ素子３の外形の一例は、光取り出し面の寸法が１ｍｍ□であり、高さが１５０μｍである。このＬＥＤ素子３は、上述した凹部領域が形成されたパッケージ９の面上に実装され、通電可能な状態にしておく。

次に、例えば上述したＹＡＧ（Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ³⁺）からなる第一蛍光体と、Ｚｎ₂ＳｎＯ₄：Ｃｒ³⁺からなる第二蛍光体とを、シリコーン樹脂中に十分に均一になるように撹拌して混合物を生成する。一例として、混合物中の第一蛍光体及び第二蛍光体の合計の割合は、３０質量部〜５０質量部である。

次に、上記蛍光体が混合されたシリコーン樹脂を、例えばディスペンサーによってＬＥＤ素子３の光取り出し面上に塗布する。ここでは、シリコーン樹脂の塗布量は、ＬＥＤ素子３の光取り出し面上に留まる程度の量とする。一例として、塗布されるシリコーン樹脂の厚みは１００μｍ〜５００μｍである。ここで塗布されるシリコーン樹脂は、上記第一及び第二蛍光体が内部に含有されたものであり、図１における蛍光体５に対応する。

ＬＥＤ素子３の上面に上記シリコーン樹脂を塗布後、加熱により乾燥させる。その後、ＬＥＤ素子３及び蛍光体５の上面及び側面を覆うように、パッケージ９の凹部領域内を例えばシリコーン樹脂からなる封止層７で充填する。その後、再び加熱により乾燥させる。

図２Ａは、上記方法で製造された発光素子１の光取り出し面１０から出射される光Ｌａのスペクトルの一例である。図２Ａにおいて、横軸は波長［ｎｍ］を示し、縦軸は発光強度の相対値［ａ．ｕ．］を示している。

ここでは、ＬＥＤ素子３として、ピーク波長４５０ｎｍ、半値幅１０ｎｍのＧａＮ系素子を用いた。図２Ａによれば、単一のピーク波長λ₁を有する１種類のＬＥＤ素子３を用いながらも、４００ｎｍ〜１０５０ｎｍの広い波長域において発光を示し、且つ、励起光のピーク波長λ₁から１０５０ｎｍまでの範囲内において、全て１０５０ｎｍでの発光強度以上の発光強度を示す発光素子１が実現されていることが確認できる。ＬＥＤ素子３の半値幅は、例えば５ｎｍ以上２０ｎｍ以下である。

図２Ａの結果において、ピーク波長がλ₂（＝５８２ｎｍ）である第一蛍光体由来の蛍光Ｌ１（以下では、便宜上「蛍光Ｌ１ａ」と呼ぶことがある。）は、波長λ₂における発光強度を最大値としたときの半値幅が１２０ｎｍである。第一蛍光体由来の蛍光Ｌ１（Ｌ１ａ）の半値幅は、例えば５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。

図２Ａの結果において、ピーク波長がλ₃（＝８０９ｎｍ）である第二蛍光体由来の蛍光Ｌ１（以下では、便宜上「蛍光Ｌ１ｂ」と呼ぶことがある。）は、波長λ₃における発光強度を最大値としたときの半値幅が１２０ｎｍである。第二蛍光体由来の蛍光Ｌ１（Ｌ１ｂ）の半値幅は、例えば５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。

なお、図２Ａの結果によれば、励起光Ｌ０のピーク波長λ₁以上１０５０ｎｍ以下の範囲内における発光強度の極小値を示す波長λ₄及びλ₅に関し、波長λ₄における発光強度は、励起光Ｌ０のピーク波長λ₁における発光強度に対して１．２％であり、波長λ₅における発光強度は、励起光のピーク波長λ₁における発光強度に対して２．０％である。

極小値を示す波長λ₄は、励起光Ｌ０のピーク波長λ₁よりも長波長側における裾の部分と、第一蛍光体由来の蛍光Ｌ１（Ｌ１ａ）のピーク波長λ₂よりも短波長側における裾の部分との接続箇所に対応する。また、極小値を示す波長λ₅は、第一蛍光体由来の蛍光Ｌ１（Ｌ１ａ）のピーク波長λ₂よりも長波長側における裾の部分と、第二蛍光体由来の蛍光Ｌ１（Ｌ１ｂ）のピーク波長λ₃よりも短波長側における裾の部分との接続箇所に対応する。

すなわち、図２Ａの結果によれば、励起光Ｌ０のピーク波長λ₁以上１０５０ｎｍ以下の広範囲にわたって、励起光Ｌ０のピーク波長λ₁における発光強度に対して０．５％以上の発光強度が実現されている。

図２Ｂは、図２Ａに示した発光素子１から、蛍光体５の材料を異ならせたときの、光取り出し面１０から出射される光Ｌａのスペクトルの一例である。この例では、蛍光体５として、ＹＡＧ（Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ³⁺）からなる第一蛍光体と、ＳｃＢＯ₃：Ｃｒ³⁺からなる第二蛍光体とをシリコーン樹脂に混合させて製造されたものを採用した。

図２Ｂの結果においても、単一のピーク波長λ₁を有する１種類のＬＥＤ素子３を用いながらも、４００ｎｍ〜１０５０ｎｍの広い波長域において発光を示し、且つ、励起光のピーク波長λ₁から１０５０ｎｍまでの範囲内において、全て１０５０ｎｍでの発光強度以上の発光強度を示す発光素子１が実現されていることが確認できる。

図２Ｂの結果において、ピーク波長がλ₁₂（＝５８２ｎｍ）である第一蛍光体由来の蛍光Ｌ１（以下では、便宜上「蛍光Ｌ１ａ」と呼ぶことがある。）は、波長λ₁₂における発光強度を最大値としたときの半値幅が１２０ｎｍである。第一蛍光体由来の蛍光Ｌ１（Ｌ１ａ）の半値幅は、例えば５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。

図２Ｂの結果において、ピーク波長がλ₁₃（＝８００ｎｍ）である第二蛍光体由来の蛍光Ｌ１（以下では、便宜上「蛍光Ｌ１ｂ」と呼ぶことがある。）は、波長λ₁₃における発光強度を最大値としたときの半値幅が１２０ｎｍである。第二蛍光体由来の蛍光Ｌ１（Ｌ１ｂ）の半値幅は、例えば５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。

なお、図２Ｂの結果によれば、励起光Ｌ０のピーク波長λ₁以上１０５０ｎｍ以下の範囲内における発光強度の極小値を示す波長λ₁₄及びλ₁₅に関し、波長λ₁₄における発光強度は、励起光Ｌ０のピーク波長λ₁における発光強度に対して１．２％であり、波長λ₁₅における発光強度は、励起光のピーク波長λ₁における発光強度に対して２．１％である。

極小値を示す波長λ₁₄は、励起光Ｌ０のピーク波長λ₁よりも長波長側における裾の部分と、第一蛍光体由来の蛍光Ｌ１（Ｌ１ａ）のピーク波長λ₁₂よりも短波長側における裾の部分との接続箇所に対応する。また、極小値を示す波長λ₁₅は、第一蛍光体由来の蛍光Ｌ１（Ｌ１ａ）のピーク波長λ₁₂よりも長波長側における裾の部分と、第二蛍光体由来の蛍光Ｌ１（Ｌ１ｂ）のピーク波長λ₁₃よりも短波長側における裾の部分との接続箇所に対応する。

すなわち、図２Ｂの結果によれば、励起光Ｌ０のピーク波長λ₁以上１０５０ｎｍ以下の広範囲にわたって、励起光Ｌ０のピーク波長λ₁における発光強度に対して０．５％以上の発光強度が実現されている。

図２Ａにおける極小値を示す波長λ₅と、図２Ｂにおける極小値を示す波長λ₁₅は、共に６００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の範囲に位置している。これは、第一蛍光体を、ピーク波長（λ₂、λ₁₂）が５００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の範囲内の蛍光Ｌ１（Ｌ１ａ）を生成可能な材料で構成し、第二蛍光体を、ピーク波長（λ₃、λ₁₃）が６００ｎｍ以上１０５０ｎｍ以下の範囲内の蛍光Ｌ１（Ｌ１ｂ）を生成可能な材料で構成したことに由来するものである。

図２Ｃは、図２Ａに示した発光素子１から、蛍光体５の材料を異ならせたときの、光取り出し面１０から出射される光Ｌａのスペクトルの一例である。この例では、蛍光体５として、ＹＡＧ（Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ³⁺）からなる第一蛍光体と、Ｚｎ₂ＳｎＯ₄：Ｃｒ³⁺及びＳｃ₂ＣａＭｏＯ₆：Ｙｂ³⁺からなる第二蛍光体とをシリコーン樹脂に混合させて製造されたものを採用した。すなわち、この例では、蛍光体５として３種類の蛍光体が含まれている。

図２Ｃの結果においても、単一のピーク波長λ₁を有する１種類のＬＥＤ素子３を用いながらも、４００ｎｍ〜１０５０ｎｍの広い波長域において発光を示し、且つ、励起光のピーク波長λ₁から１０５０ｎｍまでの範囲内において、全て１０５０ｎｍでの発光強度以上の発光強度を示す発光素子１が実現されていることが確認できる。

図２Ｃの結果において、ピーク波長がλ₂₂（＝５８２ｎｍ）である第一蛍光体由来の蛍光Ｌ１（以下では、便宜上「蛍光Ｌ１ａ」と呼ぶことがある。）は、波長λ₂₂における発光強度を最大値としたときの半値幅が１２０ｎｍである。第一蛍光体由来の蛍光Ｌ１（Ｌ１ａ）の半値幅は、例えば５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。

図２Ｃの結果において、ピーク波長がλ₂₃（＝８０９ｎｍ）である第二蛍光体由来の蛍光Ｌ１（以下では、便宜上「蛍光Ｌ１ｂ」と呼ぶことがある。）は、波長λ₂₃における発光強度を最大値としたときの半値幅が１２０ｎｍである。ピーク波長がλ₂₃である第二蛍光体由来の蛍光Ｌ１（Ｌ１ｂ）の半値幅は、例えば５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。

図２Ｃの結果において、ピーク波長がλ₂₄（＝１０１０ｎｍ）である第二蛍光体由来の蛍光Ｌ１（以下、便宜上「蛍光Ｌ１ｃ」と呼ぶことがある。）は、波長λ₂₄における発光強度を最大値としたときの半値幅が８０ｎｍである。ピーク波長がλ₂₄である第二蛍光体由来の蛍光Ｌ１（Ｌ１ｃ）の半値幅は、例えば５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。

なお、図２Ｃの結果によれば、励起光Ｌ０のピーク波長λ₁以上１０５０ｎｍ以下の範囲内における発光強度の極小値を示す波長λ₂₅、λ₂₆及びλ₂₇に関し、波長λ₂₅における発光強度は、励起光Ｌ０のピーク波長λ₁における発光強度に対して１．２％であり、波長λ₂₆における発光強度は、励起光のピーク波長λ₁における発光強度に対して１．２％であり、波長λ₂₇における発光強度は、励起光のピーク波長λ₁における発光強度に対して０．７６％である。

極小値を示す波長λ₂₅は、励起光Ｌ０のピーク波長λ₁よりも長波長側における裾の部分と、第一蛍光体由来の蛍光Ｌ１（Ｌ１ａ）のピーク波長λ₂₂よりも短波長側における裾の部分との接続箇所に対応する。また、極小値を示す波長λ₂₆は、第一蛍光体由来の蛍光Ｌ１（Ｌ１ａ）のピーク波長λ₂₂よりも長波長側における裾の部分と、第二蛍光体由来の蛍光Ｌ１（Ｌ１ｂ）のピーク波長λ₂₃よりも短波長側における裾の部分との接続箇所に対応する。更に、極小値を示す波長λ₂₇は、第二蛍光体由来の蛍光Ｌ１（Ｌ１ｂ）のピーク波長λ₂₃よりも長波長側における裾の部分と、第二蛍光体由来の蛍光Ｌ１（Ｌ１ｃ）のピーク波長λ₂₄よりも短波長側における裾の部分との接続箇所に対応する。

すなわち、図２Ｃの結果によれば、励起光Ｌ０のピーク波長λ₁以上１０５０ｎｍ以下の広範囲にわたって、励起光Ｌ０のピーク波長λ₁における発光強度に対して０．５％以上の発光強度が実現されている。

図２Ｃにおける極小値を示す波長λ₂₆は、６００ｎｍ以上９００ｎｍ以下の範囲に位置しており、極小値を示す波長λ₂₇は、９００ｎｍ以上１０５０ｎｍ以下の範囲に位置している。これは、第一蛍光体を、ピーク波長λ₂₂が５００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の範囲内の蛍光Ｌ１（Ｌ１ａ）を生成可能な材料で構成し、第二蛍光体を、ピーク波長λ₂₃が６００ｎｍ以上９００ｎｍ以下の範囲内の蛍光Ｌ１（Ｌ１ｂ）を生成可能な材料と、ピーク波長λ₂₄が９００ｎｍ以上１０５０ｎｍ以下の範囲内の蛍光Ｌ１（Ｌ１ｃ）を生成可能な材料とで構成したことに由来するものである。

［別実施形態］
以下、別実施形態につき説明する。

〈１〉図１は、あくまで発光素子１の一例を示す図面であり、本発明は図１の構造に限定されない。例えば、蛍光体５をＬＥＤ素子３の上面及び側面を覆うようにドーム状に形成しても構わない。このとき、封止層７は必ずしも備えなくてもよい。この場合、ドーム状に形成された蛍光体５の面が光取り出し面１０を構成する。

また、蛍光体５は、２種類以上の蛍光体が含まれていればよく、必ずしも樹脂を介して混合されていなくても構わない。単に、各蛍光体を板状に焼結してなる蛍光板が積層されていても構わない、複数種類の蛍光体粒子を混合したものを板状に焼結したものが利用されていてもよい。

〈２〉上記実施形態では、蛍光体５が２種類又は３種類の蛍光体を含む場合を例に挙げて説明したが、４種類以上の蛍光体を含むものとしても構わない。また、本発明に係る発光素子１は、単一のピーク波長を有する励起光Ｌ０を発するＬＥＤ素子３を備えていればよく、同一種類のＬＥＤ素子３を複数個備える場合を本発明から排除する趣旨ではない。

１ ： 発光素子
３ ： ＬＥＤ素子
５ ： 蛍光体
７ ： 封止層
９ ： パッケージ
１０ ： 光取り出し面
Ｌ０ ： 励起光
Ｌ１ ： 蛍光
Ｌａ ： 出射光

Claims (6)

1. ３８０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲内に単一のピーク波長を有する励起光を発するＬＥＤ素子と、
   前記励起光の少なくとも一部が入射されて、前記励起光よりも長波長の蛍光を発する蛍光体と、
   前記励起光と前記蛍光とが重ね合わされてなる出射光を出射する光取り出し面とを備え、
   前記出射光は、少なくとも前記励起光のピーク波長以上１０５０ｎｍ以下の範囲にわたる発光を示し、且つ、少なくとも前記励起光のピーク波長から１０５０ｎｍまでの範囲内において、全て１０５０ｎｍでの発光強度以上の発光強度を示すことを特徴とする、発光素子。
2. 前記出射光は、波長が４３０ｎｍ以上１０５０ｎｍ以下の範囲にわたる発光を示すことを特徴とする、請求項１に記載の発光素子。
3. 前記出射光は、前記励起光のピーク波長以上１０５０ｎｍ以下の範囲内における発光強度の極小値が、前記励起光のピーク波長における発光強度に対して０．５％以上であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の発光素子。
4. 前記蛍光体は、前記励起光が入射されると、５００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の範囲内にピーク波長を有する第一蛍光を生成する第一蛍光体と、６００ｎｍ以上１０５０ｎｍ以下の範囲内にピーク波長を有する第二蛍光を生成する第二蛍光体とを含んでなることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光素子。
5. 前記第二蛍光体は、６００ｎｍ以上９００ｎｍ以下の範囲内にピーク波長を有する蛍光を生成する蛍光体と、９００ｎｍ以上１０５０ｎｍ以下の範囲内にピーク波長を有する蛍光を生成する蛍光体とを含んでなることを特徴とする、請求項４に記載の発光素子。
6. 前記蛍光体は、少なくとも前記第一蛍光体と前記第二蛍光体とが混合又は積層されてなることを特徴とする、請求項４又は５に記載の発光素子。

Images