JP2021132172A

JP2021132172A - 発光装置

Info

Publication number: JP2021132172A
Application number: JP2020027951A
Authority: JP
Inventors: 祐室▲崎▼; Yu Murozaki; 陽介梅津; Yosuke Umezu
Original assignee: Sanken Electric Co Ltd
Current assignee: Sanken Electric Co Ltd
Priority date: 2020-02-21
Filing date: 2020-02-21
Publication date: 2021-09-09

Abstract

【課題】彩度が高く、視認性に優れた青緑色の発光装置を提供することを目的とする。【解決手段】発光ピーク波長が３８０〜４９０ｎｍの範囲にある発光素子と、前記発光素子によって励起される蛍光体とを備えた発光装置であって、前記蛍光体は、発光ピーク波長が４９５〜５２５ｎｍの範囲にあり、半値幅が３１〜６７ｎｍのものである発光装置。【選択図】図１

Description

本発明は、発光ピーク波長が３８０〜４９０ｎｍの範囲にある発光素子と、発光素子によって励起される蛍光体とを備えた発光装置に関する。

光源と、この光源からの光で励起されて、光源の色相とは異なる色相の光を放出可能な波長変換部材とを組み合わせることで、光の混色の原理により多様な色相の光を放出可能な発光装置が開発されている。特に、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ−ＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ：ＬＥＤ）と蛍光体とを組み合わせて形成した発光装置は、一般照明、車載照明、ディスプレイやレーダー等の表示装置の光源、液晶表示装置のバックライト等、幅広い分野に応用されている。

特許文献１には、発光ピーク波長が４２０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下である発光素子と、アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体及び酸窒化物系蛍光体からなる群から選択される少なくとも１種の蛍光体とを含む、青色から緑色の光を発する発光装置が記載されている。特許文献２には、緑色で発光する蛍光体が記載されている。

特開２０１６−１１９３８３号公報特表２０１０−５３４７５５号公報

しかしながら、これまでに、青緑色の発光装置については、彩度や、視認性などの特性については、十分な検討はされていない。また、発光素子（ＬＥＤ）との組み合わせについても、十分な検討はされていなかった。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、彩度が高く、視認性に優れた青緑色の発光装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、発光ピーク波長が３８０〜４９０ｎｍの範囲にある発光素子と、前記発光素子によって励起される蛍光体とを備えた発光装置であって、前記蛍光体は、発光ピーク波長が４９５〜５２５ｎｍの範囲にあり、半値幅が３１〜６７ｎｍのものである発光装置を提供する。

このような発光装置によれば、彩度が高く、視認性に優れたものとなる。

このとき、前記蛍光体は、前記発光ピーク波長が５００〜５１５ｎｍの範囲にあり、前記半値幅が３１〜５３ｎｍのものである発光装置とすることができる。

これにより、視認性がより優れたものとなる。

このとき、前記蛍光体が、前記蛍光体は、一般式Ｓｒ_４Ａｌ_１４Ｏ_２５：Ｅｕ、Ｃａ_８Ｍｇ（ＳｉＯ_４）_４Ｃｌ_２：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｓｒ）Ｓｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ又はＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕで表されるものである発光装置とすることができる。また、前記蛍光体は、Ｃｌ元素を含む（Ｂａ_１−ｘ，Ｅｕ_ｘ）Ｓｉ_２Ｏ_２Ｎ_２又は（Ｂａ_１−ｘＥｕ_ｘ）Ｓｉ_２（Ｏ_{２−１／２ｎ}Ｃｌ_ｎ）Ｎ_２（但し、０．００５≦ｘ≦０．１５、０．０２≦ｎ≦０．２）で表されるものである発光装置とすることができる。

これにより、より安定して、彩度が高く、視認性により優れたものとなる。

このとき、前記蛍光体は、さらに酸化エルビウム（Ｅｒ_２Ｏ_３）を含むものである発光装置とすることができる。

これにより、明るさを低下させずに、色純度がより良い発光装置となる。

このとき、前記蛍光体は、量子ドット蛍光体である発光装置とすることができる。

量子ドットは、粒子のサイズを変更することで容易に発光ピーク波長を制御できる材料であり、好適に使用できる。

このとき、車載表示灯用のものである発光装置とすることができる。

彩度が高く、視認性に優れた発光装置の特性を有効に活用できる。

以上のように、本発明の発光装置によれば、彩度が高く、視認性に優れた青緑色の発光装置を提供することが可能になる。

本発明に係る発光装置の一例を示す。青緑色の発光装置に要求される色度領域を示したｘｙ色度図である。ピーク波長４９５ｎｍの青緑蛍光体を用いた発光装置のｘｙ色度図を示す。ピーク波長５００ｎｍの青緑蛍光体を用いた発光装置のｘｙ色度図を示す。ピーク波長５０５ｎｍの青緑蛍光体を用いた発光装置のｘｙ色度図を示す。ピーク波長５１０ｎｍの青緑蛍光体を用いた発光装置のｘｙ色度図を示す。ピーク波長５１５ｎｍの青緑蛍光体を用いた発光装置のｘｙ色度図を示す。ピーク波長５２０ｎｍの青緑蛍光体を用いた発光装置のｘｙ色度図を示す。ピーク波長５２５ｎｍの青緑蛍光体を用いた発光装置のｘｙ色度図を示す。酸化エルビウム（Ｅｒ_２Ｏ_３）粉末の拡散反射スペクトルを示す。蛍光体に酸化エルビウム（Ｅｒ_２Ｏ_３）を添加した場合について、実験結果から得られた発光スペクトルを示す。

以下、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

上述のように、彩度が高く、視認性に優れた青緑色の発光装置が求められていた。

本発明者らは、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、発光ピーク波長が３８０〜４９０ｎｍの範囲にある発光素子と、前記発光素子によって励起される蛍光体とを備えた発光装置であって、前記蛍光体は、発光ピーク波長が４９５〜５２５ｎｍの範囲にあり、半値幅が３１〜６７ｎｍのものである発光装置により、彩度が高く、視認性に優れたものとなることを見出し、本発明を完成した。

以下、図面を参照して説明する。

（発光装置）
まず、本発明に係る発光装置について説明する。発光装置の形式は特に限定されず、公知の発光装置から適宜選択して適用することができる。図１に、本発明に係る発光装置１００の一例を示す。本発明に係る発光装置１００は、基板４０上に配置された発光素子１０と、発光素子１０からの光の一部を吸収して発光素子１０の発光波長とは異なる波長の光Ｌに変換する蛍光体１とを含むものである。蛍光体１は、発光素子１０を被覆する樹脂やガラスなどからなる封止体としても機能する蛍光体層２０の中に分散させられ、パッケージ３０に収納されている。蛍光体層２０の中には樹脂のほか、例えば、フィラー２や、蛍光体１等の分散性を高めるための添加物などを、適宜添加することができる。また、パッケージ３０と基板４０とは一体成型されていても良い。

（発光素子）
発光素子１０としては、発光ピーク波長が３８０〜４８０ｎｍの範囲にあるものを使用する。このような発光素子は、青色発光するものであり、高品質で低コストのものが比較的容易に入手が可能である。

（蛍光体）
蛍光体１としては、蛍光体は、発光ピーク波長が４９５〜５２５ｎｍの範囲にあり、半値幅が３１〜６７ｎｍのものを使用する。このような蛍光体を用いることで、彩度が高く、視認性に優れた発光装置となる。蛍光体１としては、発光ピーク波長が５００〜５１５ｎｍの範囲にあり、前記半値幅が３１〜５３ｎｍのものが好ましい。視認性により優れた発光装置となる。以下、このような蛍光体について詳細に説明する。

青緑色の発光装置に要求される色度座標のデータを表１に示す。表１に記載の座標は、青緑色の発光装置に要求される、彩度が高く、視認性に優れた色度座標領域の外縁における代表的な座標である。また、青緑色の発光装置に要求される色度座標領域を併せて示したｘｙ色度図を図２に示す。図２には、ｘｙ色度図において、表１に示す４つの座標が実線で結ばれた四角形で囲まれた領域が示されており、この領域が、青緑色の発光装置に要求される色度座標領域である。さらに、より視認性に優れた領域は、図２中の点線で結ばれた四角形で囲まれた領域である。表２には、点線で結ばれた四角形の各頂点の座標を示す。

上述のように、ＬＥＤチップ（発光素子）などの光源と、光源からの光で励起されて、光源の色相とは異なる色相の光を放出可能な波長変換部材（蛍光体）とを組み合わせることで、光の混色の原理により多様な色相の光を放出可能な発光装置を得ることができる。青色ＬＥＤチップの色度座標と、蛍光体の色度座標を結んだライン上の色度座標に対応する発光装置を作製することができる。したがって、ＬＥＤチップ（発光素子）の色度座標と、蛍光体の色度座標を結んだラインが、図２の色度図において実線で結んだ四角の内部を通る直線となるような色度座標を有する蛍光体を用いる必要がある。なお、青色ＬＥＤチップの色度座標と蛍光体の色度座標を結んだライン上における、発光装置の発光の色度座標の調整は、蛍光体の含有量を調整するなどして行うことができる。

ここで、光源であるＬＥＤチップにおける半導体の組成を変更することで、ＬＥＤチップそのものの発光の色を調節することも可能である。このようにすれば、ＬＥＤチップの色度座標が変化するため、ＬＥＤチップの色度座標と、蛍光体の色度座標を結んだラインも変化する。しかしながら、本発明者がさらに鋭意調査を行ったところ、例えばＩｎＧａＮの組成を変化させ、緑領域を作ると、明るさや色純度の低下、温度特性の低下等が生じることがわかった。そこで、光源は変更せず、発光ピーク波長が３８０〜４８０ｎｍの範囲にある青色ＬＥＤチップを使用することとした。

上述のとおり、発光ピーク波長が３８０〜４８０ｎｍの範囲にある青色ＬＥＤチップを使用して、蛍光体の色度座標を変化させる方がよいことがわかった。つまり、光源である青色ＬＥＤチップの色度座標を固定して、青色ＬＥＤチップの色度座標と、蛍光体の色度座標を結んだラインが、図１の色度図の実線で囲まれた領域内を通るように、蛍光体の色度座標を設定すればよい。この場合、蛍光体の色純度が高い、つまり半値幅が狭い蛍光体を用いることで、彩度が高く、視認性に優れた青緑色の発光装置が得られることがわかった。

まず、蛍光体の発光スペクトルを仮想的に作成してシミュレーションを行った。ガウシアン分布になるようにスペクトルを作成し、発光ピーク波長を４９５〜５２５ｎｍの範囲で、半値幅を３１，５３，６７としたスペクトルを用意した。各発光ピーク波長と半値幅におけるガウシアン分布のスペクトルから得られた色度点を表３に示す。さらに励起光源である青色ＬＥＤの色度点と、表３に記載の各蛍光体の色度点を結び、ｘｙ色度図に示したものを図３〜９に示す。

図３〜９に示すように、ピーク波長４９５〜５２５ｎｍ、半値幅３１〜６７ｎｍの蛍光体を用いることで、実線で囲まれた領域（青緑色）の発光特性を有する発光装置を作製することが可能となることがわかる。また、蛍光体として、発光ピーク波長が５００〜５１５ｎｍの範囲にあり、半値幅が３１〜５３ｎｍの蛍光体を使用すれば、図中の点線で囲まれた領域の発光特性を有する、視認性がより優れた発光装置を作製することができる。

このような蛍光体としては、ＳＡＥ、ＣＭＳ−Ｃｌ、Ｂａ−ＳｉＯＮ又はＳＡＳが挙げられ、それぞれ一般式Ｓｒ_４Ａｌ_１４Ｏ_２５：Ｅｕ、Ｃａ_８Ｍｇ（ＳｉＯ_４）_４Ｃｌ_２：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｓｒ）Ｓｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ又はＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕで表される蛍光体を使用することができる。また、Ｃｌ元素を含む（Ｂａ_１−ｘ，Ｅｕ_ｘ）Ｓｉ_２Ｏ_２Ｎ_２又は（Ｂａ_１−ｘＥｕ_ｘ）Ｓｉ_２（Ｏ_{２−１／２ｎ}Ｃｌ_ｎ）Ｎ_２（但し、０．００５≦ｘ≦０．１５、０．０２≦ｎ≦０．２）で表される蛍光体を使用することができる。このような蛍光体であれば、さらに視認性が優れた彩度の高い発光装置となる。

なお、緑色に発光するＬＥＤ用の蛍光体としては、ＬｕＡＧ、ＧａＹＡＧ、βサイアロン、ＳＧＳ、γＡｌＯＮ、ＳＡＳ等が知られており、青緑色の蛍光体よりも種類が多い。

様々な特性値を有する蛍光体の具体例について、特性を表４に示す。なお、測定は、日本分光（株）の分光光度計ＦＰ−６５００を用いた。発光ピーク波長と半値幅は４５０ｎｍ励起における数値である。色度座標（ｘ、ｙ）は２５４ｎｍ励起における数値である。表４に示されるような蛍光体から、所望の発光ピーク波長、半値幅を有する蛍光体を選択して用いることができる。

本発明者は、また、希土類イオンのエルビウム（Ｅｒ）イオンに着目した。希土類イオンは、その原子種によって特異な光物性を示す。例えば、３価のユーロピウムイオンは赤色領域に鋭い発光を示す蛍光体として、また、３価のテルビウムイオンは、緑色領域に鋭い発光を示す蛍光体として知られている。

図１０に、酸化エルビウム（Ｅｒ_２Ｏ_３）粉末の拡散反射スペクトルを示す。図から、５２０〜５３０ｎｍ付近に鋭い吸収があることがわかる。これは３価のエルビウムイオンによるものである。酸化エルビウムに限らず、適切な母体材料に３価のエルビウムイオンが含まれていれば、類似の光吸収が起こるものと考えられる。

次に、蛍光体に酸化エルビウムを添加した場合の効果について、実験例１，２に基づいて説明する。

（実験例１）
発光ピーク波長が４５２ｎｍのＩｎＧａＮ系の青色チップと、発光ピーク波長４９６ｎｍの青緑色蛍光体である（Ｂａ，Ｓｒ）Ｓｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ蛍光体を用いて、発光装置を作製した。熱硬化型のシリコーン樹脂と蛍光体の沈降を防ぐためにアエロジルを用いた。配合比率を以下に示す。
シリコーン樹脂Ａ（主剤）０．５０００ｇ
シリコーン樹脂Ｂ（硬化剤）０．５０００ｇ
アエロジル０．０１５０ｇ
（Ｂａ，Ｓｒ）Ｓｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ蛍光体０．６７６８ｇ

（実験例２）
発光ピーク波長が４５２ｎｍのＩｎＧａＮ系の青色チップと、発光ピーク波長４９６ｎｍの青緑色蛍光体である（Ｂａ，Ｓｒ）Ｓｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ蛍光体と酸化エルビウム（Ｅｒ_２Ｏ_３）粉末を用いて、発光装置を作製した。熱硬化型のシリコーン樹脂と蛍光体の沈降を防ぐためにアエロジルを用いた。配合比率を以下に示す。
シリコーン樹脂Ａ（主剤）０．５０００ｇ
シリコーン樹脂Ｂ（硬化剤）０．５０００ｇ
アエロジル０．０１５０ｇ
（Ｂａ，Ｓｒ）Ｓｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ蛍光体０．６５１６ｇ
酸化エルビウム（Ｅｒ_２Ｏ_３）０．０６９２ｇ

表５に、蛍光体に酸化エルビウムを添加した場合の評価結果を示す。また、図１１に、蛍光体に酸化エルビウムを添加した場合の効果を確認するために、実験結果から得られた発光スペクトルを示す。

表５及び図１１が示すように、酸化エルビウムを添加すると、３価のエルビウムイオンの光吸収の作用が得られ、青緑色ＬＥＤの色純度が良くなることがわかった。しかも、明るさの低下も少ない。これは、ＬＥＤ用の青緑色蛍光体の種類が少ない現状において、色純度が高く、視認性に優れた青緑色の発光装置を作る一つの選択肢として有効な手法であることがわかる。

また、本発明に係る蛍光体としては、量子ドット蛍光体を使用することもできる。量子ドット蛍光体は、容易に粒子サイズ（粒径）を調節することで特性を制御でき、これにより発光ピーク波長等の発光特性を容易に制御することができる材料である。

本発明に係る発光装置は、車載表示灯用に用いることが好ましい。具体的には、自動運転機能等を有する自動車の運転状態を外部に表示する表示灯などが例示される。車載表示灯は、高い視認性を要求されるものであり、彩度が高く、視認性に優れた本発明に係る発光装置の特性を有効に活用できる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

１…蛍光体、２…フィラー、１０…発光素子、２０…蛍光体層、
３０…パッケージ、４０…基板、１００…発光装置。
Ｌ…光。

Claims

発光ピーク波長が３８０〜４９０ｎｍの範囲にある発光素子と、前記発光素子によって励起される蛍光体とを備えた発光装置であって、
前記蛍光体は、発光ピーク波長が４９５〜５２５ｎｍの範囲にあり、半値幅が３１〜６７ｎｍのものであることを特徴とする発光装置。
前記蛍光体は、前記発光ピーク波長が５００〜５１５ｎｍの範囲にあり、前記半値幅が３１〜５３ｎｍのものであることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記蛍光体は、一般式Ｓｒ_４Ａｌ_１４Ｏ_２５：Ｅｕ、Ｃａ_８Ｍｇ（ＳｉＯ_４）_４Ｃｌ_２：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｓｒ）Ｓｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ又はＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕで表される蛍光体であることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。
前記蛍光体は、Ｃｌ元素を含む（Ｂａ_１−ｘ，Ｅｕ_ｘ）Ｓｉ_２Ｏ_２Ｎ_２又は（Ｂａ_１−ｘＥｕ_ｘ）Ｓｉ_２（Ｏ_{２−１／２ｎ}Ｃｌ_ｎ）Ｎ_２（但し、０．００５≦ｘ≦０．１５、０．０２≦ｎ≦０．２）で表される蛍光体であることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。
前記蛍光体は、さらに酸化エルビウム（Ｅｒ_２Ｏ_３）を含むものであることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の発光装置。
前記蛍光体は、量子ドット蛍光体であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の発光装置。
車載表示灯用のものであることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の発光装置。