JP2023145094A - 発光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ＬＥＤと蛍光体でアンバー色を発光する発光装置において、明るさを飛躍的に向上させたアンバー色の発光装置を提供する。【解決手段】青色ＬＥＤと第一の蛍光体と第二の蛍光体とを含み、アンバー色の光を発光する発光装置であって、前記第一の蛍光体は、前記青色ＬＥＤの光により励起されて緑から黄色の光を発光するものであり、前記第二の蛍光体は、前記青色ＬＥＤの光により励起されて、前記第一の蛍光体の発光ピーク波長よりも大きく６２５ｎｍ以下の発光ピーク波長を有する光を発光するものであり、発光装置の発光ピーク波長の発光強度に対する発光波長６５０ｎｍの発光強度は６０％以下である発光装置。【選択図】図１
Description
本発明は、アンバー色の光を発光する発光装置に関する。
アンバー色の発光装置として、白熱電球に色ガラスフィルターを取りつけたものや、ＡｌＩｎＧａＰ系の発光ダイオード（ＬＥＤチップ）が用いられていた。また、下記特許文献１のような、青色ＬＥＤとＹＡＧ蛍光体と窒化物蛍光体とで構成される発光装置も用いられている。
人間の目は波長５５５ｎｍの黄色い光を一番明るく感じことが知られている（図６参照）。白色照明においては、青色や赤色成分も必要になる。しかし、これらの波長は視感度が低いため演色性と明るさを両立させるために様々な技術が色々開発されている（非特許文献：非特許文献１から３参照）。
Ｇｒｅｇｏｒ Ｊ． Ｈｏｅｒｄｅｒ ｅｔ ａｌ．，Ｓｒ［Ｌｉ２Ａｌ２Ｏ２Ｎ２］：Ｅｕ２＋－Ａ ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｒｅｄ ｐｈｏｓｐｈｏｒ ｔｏ ｂｒｉｇｈｔｅｎ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ， ＮＡＴＵＲＥ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ， ｖｏｌｕｍｅ １０， １８２４ （２０１９）
Ｗ． Ａ． Ｔｈｏｒｎｔｏｎ，Ｌｕｍｉｎｏｓｉｔｙ ａｎｄ Ｃｏｌｏｒ－Ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｗｈｉｔｅ Ｌｉｇｈｔ， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ ａｍｅｒｉｃａ， Ｖｏｌ６１ Ｎｏ．９，１９７１
Ｍ． Ｋｏｅｄａｍ ａｎｄ Ｊ．Ｊ．Ｏｐｓｔｅｌｔｅｎ， Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｃｏｍｐｕｔｅｒ－ａｉｄｅｄ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｐｏｗｅｒ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ，Ｌｉｇｈｔｉｎｇ Ｒｅｓｅａｃｈ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｖｏｌ３ Ｎｏ．３ １９７１
ＡｌＩｎＧａＰ系の発光ダイオード（ＬＥＤチップ）は蛍光体を用いなくてもよいが、電流値で色の変化が大きく、温度特性が悪いという問題がある。そのため、青色ＬＥＤと蛍光体を組合せ、白色やアンバー色などを作ることは重要である。特許文献１のアンバー色の発光装置においては演色性が高いが、インジケータ等でアンバー色の発光装置を点灯させたときに点灯有無を視認することが重要な分野などでは、十分な明るさを得ることができなかった。
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、ＬＥＤと蛍光体でアンバー色を発光する発光装置において、明るさを飛躍的に向上させたアンバー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、青色ＬＥＤと第一の蛍光体と第二の蛍光体とを含み、アンバー色の光を発光する発光装置であって、前記第一の蛍光体は、前記青色ＬＥＤの光により励起されて緑から黄色の光を発光するものであり、前記第二の蛍光体は、前記青色ＬＥＤの光により励起されて、前記第一の蛍光体の発光ピーク波長よりも大きく６２５ｎｍ以下の発光ピーク波長を有する光を発光するものであり、発光装置の発光ピーク波長の発光強度に対する発光波長６５０ｎｍの発光強度は６０％以下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、長波長で視感度の悪い発光を抑え、明るさを飛躍的に向上させたアンバー色の発光装置となる。
このとき、前記発光装置に含まれる前記第一の蛍光体及び前記第二の蛍光体の総量に対する前記第二の蛍光体の量は１５質量％以上とすることができる。
これにより、明るさをより向上させたアンバー色の発光装置となる。
このとき、前記第一の蛍光体は発光ピークの半値幅が１１０ｎｍ以下のものとすることができる。
半値幅が狭い蛍光体を用いることで、長波長の深い赤色領域の発光強度がより小さくなり、明るいアンバー色の発光装置となる。
このとき、前記第二の蛍光体が発光する光の発光ピーク波長は６１５ｎｍ以下であり、前記発光装置の発光ピーク波長の発光強度に対する発光波長６５０ｎｍの発光強度は５０％以下とすることができる。
これにより、長波長で視感度の低い発光をさらに抑えることで、さらに明るさを飛躍的に向上させたアンバー色の発光装置となる。
このとき、前記発光装置に含まれる前記第一の蛍光体及び前記第二の蛍光体の総量に対する前記第二の蛍光体の量は２０質量％以上とすることができる。
これにより、長波長の視感度の低い部分を減らした蛍光体を使用することで、蛍光体全体に占める第二の蛍光体の割合を増やすことができ、アンバー色の発光装置の明るさをより高めることができる。
このとき、前記第一の蛍光体は粒径が２４μｍ以上のものとすることができる。
これにより、明るさをさらに飛躍的に向上させたアンバー色の発光装置となる。
以上のように、本発明の発光装置によれば、長波長で視感度の低い発光を抑え、明るさを飛躍的に向上させたアンバー色の発光装置となる。
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、明るさを飛躍的に向上させたアンバー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、青色ＬＥＤと第一の蛍光体と第二の蛍光体とを含み、アンバー色の光を発光する発光装置であって、前記第一の蛍光体は、前記青色ＬＥＤの光により励起されて緑から黄色の光を発光するものであり、前記第二の蛍光体は、前記青色ＬＥＤの光により励起されて、前記第一の蛍光体の発光ピーク波長よりも大きく６２５ｎｍ以下の発光ピーク波長を有する光を発光するものであり、発光装置の発光ピーク波長の発光強度に対する発光波長６５０ｎｍの発光強度は６０％以下である発光装置により、長波長で視感度の悪い発光を抑え、明るさを飛躍的に向上させたアンバー色の発光装置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は、青色ＬＥＤと第一の蛍光体と第二の蛍光体とを含み、アンバー色の光を発光する発光装置である。そして、青色ＬＥＤと第一の蛍光体と第二の蛍光体を組み合わせてなる発光装置の発光ピーク波長の発光強度に対する発光波長６５０ｎｍの発光強度が６０％以下ものである。発光装置の発光ピーク波長の発光強度に対する発光波長６５０ｎｍの発光強度が５０％以下のものであれば、長波長の深い赤色領域の発光強度がより小さくなり、より明るいものとなるため好ましい。
まず、本発明に係る発光装置は、青色ＬＥＤと第一の蛍光体と第二の蛍光体とを含み、アンバー色の光を発光する発光装置である。そして、青色ＬＥＤと第一の蛍光体と第二の蛍光体を組み合わせてなる発光装置の発光ピーク波長の発光強度に対する発光波長６５０ｎｍの発光強度が６０％以下ものである。発光装置の発光ピーク波長の発光強度に対する発光波長６５０ｎｍの発光強度が５０％以下のものであれば、長波長の深い赤色領域の発光強度がより小さくなり、より明るいものとなるため好ましい。
アンバー色とは、ＪＩＳ規格Ｚ８１１０における黄色のうちの長波長領域と黄～赤の短波長領域とからなる領域や、安全色彩のＪＩＳ規格Ｚ９１０１による黄色の領域と黄～赤の短波長領域に挟まれた領域の色度範囲が該当する。具体的には、車載用アンバー色のＪＩＳ規格や黄色の交通信号灯の規格があるが、本明細書では、これらの規格の全てを包含する範囲は全てアンバー色とする。
より具体的には、車載用アンバー色の規格として、ＳＡＥ規格（ＳＡＥ Ｊ５８８）があり、これによれば、色度図表内の（ｘ、ｙ）＝（０．５６、０．４４）、（０．５４、０．４２）、（０．６０、０．３９）、（０．６１、０．３９）に囲まれる領域をアンバー色としている。また、同様に車載用アンバー色の規格として、ＪＩＳ規格（ＪＩＳ Ｄ５５００）があり、これによれば、色度図表内の（ｘ、ｙ）＝（０．５７１、０．４２９）、（０．５６４、０．４２９）、（０．５９５、０．３９８）、（０．６０２、０．３９８）に囲まれる領域をアンバー色としている。さらにまた、黄色の交通信号灯としてＣＩＥ規格（ＣＩＥ ＤＳ００４ ２／Ｅ－１９９６）があり、色度図表内の（ｘ、ｙ）＝（０．５４７、０．４５２）、（０．５３６、０．４４４）、（０．５９３、０．３８７）、（０．６１３、０．３８７）に囲まれる領域をアンバー色としている。本明細書では、少なくともこれらのいずれかの範囲に入るものはアンバー色であるとする。なお、明細書における色名と色度座標との関係は、全てＪＩＳ規格に基づく（ＪＩＳ Ｚ８１１０）。
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、例えば、基板４０上に配置された青色ＬＥＤ１０と、青色ＬＥＤ１０からの光の一部を吸収して青色ＬＥＤ１０の発光波長とは異なる波長の光に変換する蛍光体１とを含むものである。蛍光体１は、第一の蛍光体１ａ、第二の蛍光体１ｂを含んでおり、これらの第一の蛍光体１ａ、第二の蛍光体１ｂは、青色ＬＥＤ１０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に収納されていてもよい。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。以下、詳細に説明する。
（青色ＬＥＤ）
本発明に係る青色ＬＥＤ１０は特に限定されないが、発光ピーク波長が３８０～４８０ｎｍの範囲にあるものを使用することができる。このような青色ＬＥＤは、高品質で低コストのものが比較的容易に入手が可能なものである。
本発明に係る青色ＬＥＤ１０は特に限定されないが、発光ピーク波長が３８０～４８０ｎｍの範囲にあるものを使用することができる。このような青色ＬＥＤは、高品質で低コストのものが比較的容易に入手が可能なものである。
（第一の蛍光体）
本発明に係る第一の蛍光体は、青色ＬＥＤの光により励起されて緑から黄色の光を発光するものである。図２に、青色ＬＥＤの光により励起されて緑から黄色の光を発光する第一の蛍光体１ａの発光スペクトルを示す。第一の蛍光体１ａとしては、例えば、ＹＡＧ系蛍光体、ＬｕＡＧ系蛍光体、ＳｉＡｌＯＮ系蛍光体、シリケート系蛍光体を用いることができる。ＹＡＧ系蛍光体とは、例えば、Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅなどのような蛍光体である。ＬｕＡＧ系蛍光体とは、例えば、Ｌｕ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅなどのような蛍光体である。ＳｉＡｌＯＮ系蛍光体とは、例えばβ－ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ（βサイアロン）やＣａ－α－ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕなどの蛍光体である。シリケート系蛍光体とは、（Ｂａ，Ｓｒ）２ＳｉＯ４：ＥｕやＣａ８Ｍｇ（ＳｉＯ４）４Ｃｌ２：Ｅｕなどのような蛍光体である。特許文献１にも記載されるようにＹＡＧ系蛍光体が一般的であるが、図２に示すように、ＹＡＧ蛍光体に比べてＬｕＡＧ蛍光体の方が発光半値幅が狭く、深い赤色領域の発光強度は小さいことが分かる。また、βサイアロン蛍光体のようなＥｕ発光のものは、さらに半値幅が狭いことが分かる。
本発明に係る第一の蛍光体は、青色ＬＥＤの光により励起されて緑から黄色の光を発光するものである。図２に、青色ＬＥＤの光により励起されて緑から黄色の光を発光する第一の蛍光体１ａの発光スペクトルを示す。第一の蛍光体１ａとしては、例えば、ＹＡＧ系蛍光体、ＬｕＡＧ系蛍光体、ＳｉＡｌＯＮ系蛍光体、シリケート系蛍光体を用いることができる。ＹＡＧ系蛍光体とは、例えば、Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅなどのような蛍光体である。ＬｕＡＧ系蛍光体とは、例えば、Ｌｕ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅなどのような蛍光体である。ＳｉＡｌＯＮ系蛍光体とは、例えばβ－ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ（βサイアロン）やＣａ－α－ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕなどの蛍光体である。シリケート系蛍光体とは、（Ｂａ，Ｓｒ）２ＳｉＯ４：ＥｕやＣａ８Ｍｇ（ＳｉＯ４）４Ｃｌ２：Ｅｕなどのような蛍光体である。特許文献１にも記載されるようにＹＡＧ系蛍光体が一般的であるが、図２に示すように、ＹＡＧ蛍光体に比べてＬｕＡＧ蛍光体の方が発光半値幅が狭く、深い赤色領域の発光強度は小さいことが分かる。また、βサイアロン蛍光体のようなＥｕ発光のものは、さらに半値幅が狭いことが分かる。
ここで、第一の蛍光体１ａは発光ピークの半値幅が１１０ｎｍ以下のものを用いることが好ましい。このような蛍光体は、図２に示す蛍光体のうち、ＬｕＡＧ、βサイアロンが該当する。第一の蛍光体１ａとしてこのようなものを用いれば、長波長の深い赤色領域の発光強度がより小さくなり、明るいアンバー色の発光装置となる。
また、第一の蛍光体１ａは粒径が２４μｍ以上のものであることが好ましい。このような第一の蛍光体を用いれば、さらに明るさを飛躍的に向上させたアンバー色の発光装置となる。
（第二の蛍光体）
本発明に係る第二の蛍光体は、青色ＬＥＤの光により励起されて、第一の蛍光体の発光ピーク波長よりも大きく６２５ｎｍ以下の発光ピーク波長を有する光を発光するものである。図３に、青色ＬＥＤの光により励起されて、赤色の光を発光する蛍光体の発光スペクトルを示す。このような蛍光体の中から、本発明に係る第二の蛍光体１ｂを選択して、上述の第一の蛍光体１ａと組み合わせて用いる。第二の蛍光体としては、特に、６１５ｎｍ以下の発光ピーク波長を有する光を発光するものが好ましい。
本発明に係る第二の蛍光体は、青色ＬＥＤの光により励起されて、第一の蛍光体の発光ピーク波長よりも大きく６２５ｎｍ以下の発光ピーク波長を有する光を発光するものである。図３に、青色ＬＥＤの光により励起されて、赤色の光を発光する蛍光体の発光スペクトルを示す。このような蛍光体の中から、本発明に係る第二の蛍光体１ｂを選択して、上述の第一の蛍光体１ａと組み合わせて用いる。第二の蛍光体としては、特に、６１５ｎｍ以下の発光ピーク波長を有する光を発光するものが好ましい。
また、赤色の光を発光する蛍光体としては、ＣＡＳＮと呼ばれるＣａＡｌＳｉＮ３：ＥｕやＳＣＡＳＮと呼ばれる（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ、２５８系と呼ばれる（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕなどの蛍光体を使うことが出来る。従来、赤色蛍光体は半値幅の広い蛍光体が使われていたが、近年では半値幅が狭く蛍光体の開発が進んでいる。アンバー色用の蛍光体として知られるαサイアロンに比べても、深い赤色領域の発光強度が小さいＳＣＡＳＮ系蛍光体が開発されている。本発明に係る第二の蛍光体としては、このような深い赤色領域の発光強度が小さいものを用いることが好ましい。
（蛍光体の組み合わせ）
第一の蛍光体と第二の蛍光体の組合せについては特に限定されないが、ＬｕＡＧとＳＣＡＳＮとの組合せが好ましい。このような組み合わせは半値幅が狭いため、長波長の視感度の低い部分（深い赤色発光）を減らすことができ、さらに明るさを飛躍的に向上させたアンバー色の発光装置を提供することができる。
第一の蛍光体と第二の蛍光体の組合せについては特に限定されないが、ＬｕＡＧとＳＣＡＳＮとの組合せが好ましい。このような組み合わせは半値幅が狭いため、長波長の視感度の低い部分（深い赤色発光）を減らすことができ、さらに明るさを飛躍的に向上させたアンバー色の発光装置を提供することができる。
発光装置に含まれる第一の蛍光体及び第二の蛍光体の総量に対する第二の蛍光体の量は１５質量％以上であることが好ましく、２０質量％以上であることがより好ましい。これにより、より明るさが向上したアンバー色の発光装置となる。
以下、実施例を挙げて本発明について具体的に説明するが、これは本発明を限定するものではない。
発光装置として、３５２８サイズ（３．５ｍｍ×２．８ｍｍ）のバスタブ型のＳＭＤ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔ Ｄｅｖｉｃｅ）に、発光ピーク波長４４７ｎｍの青色ＬＥＤを実装したものを用意した。蛍光体をシリコーン樹脂に混錬し、所定量を塗布し、その光学特性を評価した。なお、青色ＬＥＤは個々の出力差があるため、Ｉｆ＝６５ｍＡ時の光出力が２５ｍＷ／ｓｒとなるように光度を補正した。第一及び第二の蛍光体として様々な物性を有するものを準備し、これらを組み合わせて評価を行う発光装置とし、評価を行った。比較例１では、蛍光体として１種類（α－ＳｉＡｌＯＮ）のみを使用し、この光度の評価結果を基準とした。本実施例、比較例で使用した各種蛍光体を表１に示す。
まず、発光装置の光度の第二の蛍光体のピーク波長依存性について評価した結果について説明する。表２に、各材料の詳細、各材料の配合及び評価結果を示す。表２の「Ｉｐ６５０」は、発光装置の発光ピーク波長の発光強度に対する発光波長６５０ｎｍの発光強度を示す。また、図４には、発光装置の光度（表２における「光度（相対値）」）の、第二の蛍光体のピーク波長依存性の評価結果（実施例３～６、比較例３）を示す。
表２の実施例１～６、図４に示すように、第二の蛍光体として６２５ｎｍ以下の発光ピーク波長を有する光を発光するものを用い、かつ、発光装置の発光ピーク波長の発光強度に対する発光波長６５０ｎｍの発光強度が６０％以下のものであれば、光度（相対値）が１００％以上となることがわかる。また、実施例３～６の結果から、第二の蛍光体の発光ピーク波長が６１５ｎｍ以下（実施例４，５）、Ｉｐ６５０が５０％以下（実施例４～６）であれば、より光度（相対値）が高くなることがわかる。さらに、第一の蛍光体及び第二の蛍光体の総量に対する第二の蛍光体の量（表２の「赤色比率」）は１５質量％以上（実施例５）、さらには、２０質量％以上（実施例４）とすると、より光度（相対値）が高くなることがわかる。
次に、第二の蛍光体は同じものを用い、第一の蛍光体の条件を変えて評価した結果について説明する。表３に、各材料の詳細、各材料の配合及び評価結果を示す。また、図５に、発光装置の光度（相対値）の、第一の蛍光体のピーク波長依存性について評価した結果を示す。
表３の実施例７～９に示すように、第一の蛍光体として発光ピークの半値幅が１１０ｎｍ以下のものを用いると、発光装置の光度（相対値）がより高くなることがわかる。一方、図５に示すように、発光装置の発光光度における第一の蛍光体のピーク波長依存性は小さいことがわかる。
次に、第二の蛍光体は同じものを用い、第一の蛍光体の粒径を変えて評価した結果（第一の蛍光体の粒径依存性）について説明する。表４に、各材料の詳細、各材料の配合及び評価結果を示す。
表４に示すように、第一の蛍光体の粒径は大きいほど発光装置の光度（相対値）がより高くなり、特に、粒径が２４μｍ以上のものを用いるとよいことがわかる。
以上のとおり、本発明の実施例によれば、光度の高い（明るい）アンバー色の発光装置を得ることができた。
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、 １ａ…第一の蛍光体、 １ｂ…第二の蛍光体、 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。
１０…発光素子、 ２０…蛍光体層、 ３０…パッケージ、 ４０…基板、
１００…発光装置。
Claims (6)
- 青色ＬＥＤと第一の蛍光体と第二の蛍光体とを含み、アンバー色の光を発光する発光装置であって、
前記第一の蛍光体は、前記青色ＬＥＤの光により励起されて緑から黄色の光を発光するものであり、
前記第二の蛍光体は、前記青色ＬＥＤの光により励起されて、前記第一の蛍光体の発光ピーク波長よりも大きく６２５ｎｍ以下の発光ピーク波長を有する光を発光するものであり、
発光装置の発光ピーク波長の発光強度に対する発光波長６５０ｎｍの発光強度は６０％以下であることを特徴とする発光装置。 - 前記発光装置に含まれる前記第一の蛍光体及び前記第二の蛍光体の総量に対する前記第二の蛍光体の量は１５質量％以上であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
- 前記第一の蛍光体は発光ピークの半値幅が１１０ｎｍ以下のもの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。
- 前記第二の蛍光体が発光する光の発光ピーク波長は６１５ｎｍ以下であり、前記発光装置の発光ピーク波長の発光強度に対する発光波長６５０ｎｍの発光強度は５０％以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の発光装置。
- 前記発光装置に含まれる前記第一の蛍光体及び前記第二の蛍光体の総量に対する前記第二の蛍光体の量は２０質量％以上であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の発光装置。
- 前記第一の蛍光体は粒径が２４μｍ以上のものであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の発光装置。
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