JP4591106B2

JP4591106B2 - 白色発光装置

Info

Publication number: JP4591106B2
Application number: JP2005034727A
Authority: JP
Inventors: 浩二西岡; 秀吉木村; 拓磨橋本; 健一山田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2005-02-10
Filing date: 2005-02-10
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2025-02-10
Also published as: JP2006222297A

Description

本発明は、ＧａＮ系青色発光ダイオードと黄色蛍光体とを組み合わせた白色発光装置に関するものである。

従来から、窒化ガリウム系化合物半導体（例えば、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮなど）を用いた発光ダイオードとして、青色光を放射するＧａＮ系青色発光ダイオードや、紫外光を放射するＧａＮ系紫外発光ダイオードが提供されている。

また、近年では、一般的に白色ＬＥＤと呼ばれている白色発光装置として、４００〜５００ｎｍ付近に発光波長域を有するＧａＮ系青色発光ダイオード（チップ）と、ＧａＮ系青色発光ダイオードから放射された光によって励起されて５００〜７００ｎｍの波長域に亘るブロードな黄色系の光を放射する粒子状の黄色蛍光体を封止樹脂中に分散させた色変換部とを備え、ＧａＮ系青色発光ダイオードから放射された光と黄色蛍光体から放射された光との合成光からなる白色の光（白色光の発光スペクトル）を得る白色発光装置の開発・商品化がなされている（例えば、非特許文献１参照）。なお、上記非特許文献１では、ＧａＮ系青色発光ダイオードからの光によって励起されて青色の補色である黄色の光を放射する黄色蛍光体として、例えば、セリウムで付活されたＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）系の黄色蛍光体を用いることが記載されている。なお、白色発光装置に用いる黄色蛍光体としては、上述のＹＡＧ系の黄色蛍光体の他に、アルカリ土類金属オルトケイ酸塩系の黄色蛍光体として、組成が（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋の黄色蛍光体なども知られている（例えば、特許文献１参照）。

上述の白色発光装置は、従来の白熱電球や蛍光灯などの白色光源に比べて、小型化、軽量化、省電力化を図れるといった長所があり、現在、表示用光源、小型電球（白熱電球、ハロゲン電球など）の代替の光源、液晶パネル用光源（液晶パネル用バックライト）などとして広く用いられている。

なお、光源を照明用途に用いる場合の評価尺度の一つに演色性という指標があるが、活性層としてＩｎＧａＮ層を採用したＧａＮ系青色発光ダイオードとセリウムで付活されたＹＡＧ系の黄色蛍光体とを組み合わせた白色発光装置からなる白色ＬＥＤの平均演色評価数（Ｒａ）は８５前後であり、比較的良好な演色性を有している。

ところで、国際照明委員会（ＣＩＥ）では、美術館の照明には３０００〜７０００Ｋ程度の色温度でＲａが９０あるいはそれ以上の高演色性を有する光源の使用を推奨しており、このような高演色性を有する白色発光装置の需要を満たすために、一般的に知られている黄色蛍光体の代替となる新規な蛍光体や、色変換部へ添加する新規な蛍光体が研究されている。すなわち、白色発光装置の発光スペクトルが演色性評価用の標準光源Ｄ_６５（色温度は６５０４Ｋ、色度座標はｘ＝０．３１２７，ｙ＝０．３２９０）の発光スペクトルと比較して光強度が小さい波長域において光強度を大きくし、且つ、光強度が大きい青色の波長域において光強度を小さくすることにより、発光スペクトルを標準光源Ｄ_６５の発光スペクトルに近づける目的で、新規な蛍光体の研究・開発が各所で行われている。

しかしながら、青色発光ダイオードから放射された青色の光を吸収し、且つ、７００ｎｍ以上の波長領域に高い光強度を有する蛍光体が発見されておらず、ＧａＮ系青色発光ダイオードと黄色蛍光体とを基本構成要素としてＲａが９０以上の高演色性を有する白色発光装置は未だ商品化されていないのが現状である。

また、上記非特許文献１に記載されているように、紫外線を放射するＧａＮ系紫外発光ダイオード（チップ）と、ＧａＮ系紫外発光ダイオードから放射された光によって励起されそれぞれ赤色、緑色、青色の光を放射する３種類の蛍光体を組み合わせることにより、Ｒａが９０以上の白色発光装置を開発する試みもある。しかしながら、このような白色発光装置では、現在用いられている蛍光体での光の変換効率が低く、その上、ＧａＮ系紫外発光ダイオードを用いた白色発光装置では原理的にＧａＮ系青色発光ダイオードを用いた白色発光装置に比べて蛍光体の励起エネルギが大きいので、エネルギ損失（ストークスロス）が大きくなり、蛍光体自身の量子効率が同じであっても、発光効率の低い光源となってしまう。

また、食料品売り場では商品の赤色、医療分野では動脈の赤色が再現性良く見えるようにするために、赤色の特殊演色評価数（Ｒ_９）の高い光源が求められているが、現状の白色発光装置のＲ_９は３０程度の低い値であり、白色発光装置を食料品売り場や医療分野で用いるには、Ｒ_９を更に高める必要がある。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、ＧａＮ系青色発光ダイオードと黄色蛍光体とを基本構成要素としながらも平均演色評価数および赤色の特殊演色評価数それぞれを従来に比べて高めることが可能な白色発光装置を提供することにある。

請求項１の発明は、青色の波長域の光を放射するＧａＮ系青色発光ダイオードと、ＧａＮ系青色発光ダイオードから放射された光によって励起されて発光し発光波長域が赤色波長域を含む黄色蛍光体を有する色変換部とを備えた白色発光装置であって、光吸収率の波長依存性を利用して全体の発光スペクトルを目的の発光スペクトルとなるように調整する発光スペクトル調整部を有し、該発光スペクトル調整部は、前記光吸収率の波長依存性を規定する材料として、前記ＧａＮ系青色発光ダイオードから放射された光の一部および前記黄色蛍光体であるアルカリ土類金属オルトケイ酸塩系の黄色蛍光体から放射された光の一部それぞれを吸収し、且つ、黄色の波長域の光よりも青色の波長域の光をより多く吸収する酸化鉄からなる光吸収体を有することを特徴とする。

この発明によれば、光吸収率の波長依存性を利用して全体の発光スペクトルを目的の発光スペクトルとなるように調整する発光スペクトル調整部を有していることにより、ＧａＮ系青色発光ダイオードと黄色蛍光体とを基本構成要素としながらも平均演色評価数および赤色の特殊演色評価数それぞれを従来に比べて高めることが可能になり、平均演色評価数を９０以上とするとともに、赤色の特殊演色評価数を４０以上とすることが可能になる。

特に、前記ＧａＮ系青色発光ダイオードから放射された青色の波長域の光の一部および前記黄色蛍光体から放射された黄色の波長域の光の一部それぞれが光吸収体に吸収されるが、黄色の波長域の光よりも青色の波長域の光がより多く吸収されるので、白色発光装置から外部へ放射される青色の光の光強度と黄色の光の光強度とのバランスが改善され、平均演色評価数を９０以上とするとともに、赤色の特殊演色評価数を４０以上とすることが可能になる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記光吸収体は、前記色変換部の光取り出し面の外側に配置されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記色変換部の光取り出し面よりも前記ＧａＮ系青色発光ダイオードに近い領域において青色の光が前記光吸収体によって吸収されることがないので、前記光吸収体が前記色変換部内に配置されている場合に比べて、前記ＧａＮ系青色発光ダイオードから放射された青色の光が効率的に前記黄色蛍光体の励起に使われることとなって前記黄色蛍光体の発光効率が高まり、白色発光装置の発光効率を向上させることができる。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記色変換部は、シート状に形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記色変換部がシート状に形成されていることにより、前記ＧａＮ系青色発光ダイオードを封止する封止樹脂と前記黄色蛍光体との混合物により前記色変換部を構成する場合に比べて、白色発光装置の発光面における色むらを緩和することができる。また、前記色変換部を他の構成要素とは独立した部品として作製できるので、前記混合物により前記色変換部を構成する場合に比べて、前記色変換部の寸法や形状、前記色変換部中の前記黄色蛍光体の濃度などの制御が容易になり、白色発光装置ごとの平均演色評価数、赤色の特殊演色評価数や色温度などの製造ばらつきを低減できる。ここで、請求項１の発明において、前記色変換部がシート状の形状に形成されている場合には、前記光吸収体を前記色変換部の製造時に前記色変換部中に添加するようにすれば、前記光吸収体の濃度の制御も容易となり、白色発光装置ごとの平均演色評価数や色温度などの製造ばらつきをより低減できる。また、請求項２の発明において、前記色変換部がシート状の形状に形成されている場合には、前記色変換部の光取り出し面の外側に光吸収体を容易に配置することができ、量産性を向上させることができ、また、前記発光スペクトル調整部を光吸収体と可視光を透光する媒質とを混合してシート状の形状とし、前記発光スペクトル調整部を前記色変換部に積層する構造を採用すれば、前記発光スペクトル調整部内の光吸収体の濃度の制御も容易となり、白色発光装置ごとの平均演色評価数、赤色の特殊演色評価数や色温度などの製造ばらつきをより低減することができる。

請求項１の発明では、ＧａＮ系青色発光ダイオードと黄色蛍光体とを基本構成要素としながらも平均演色評価数および赤色の特殊演色評価数それぞれを従来に比べて高めることが可能になり、平均演色評価数を９０以上とするとともに、赤色の特殊演色評価数を４０以上とすることが可能になるという効果がある。

（実施形態１）
本実施形態の白色発光装置は、図１に示すように、青色の波長域の光を放射するＧａＮ系青色発光ダイオード１と、ＧａＮ系青色発光ダイオード１から放射された光によって励起されて発光する粒子状の黄色蛍光体を有する色変換部２とを備えており、ＧａＮ系青色発光ダイオードから放射された光と黄色蛍光体から放射された光との合成光からなる白色の光が得られる。

ＧａＮ系青色発光ダイオード１は、ＧａＮ系化合物半導体材料からなる発光部が当該発光部にて発光する光に対して透明なベース基板であるサファイア基板の一表面側に形成されたチップである。ここに、ＧａＮ系青色発光ダイオード１は、発光部の活性層としてＩｎＧａＮ層を採用しており、図２中の「イ」に示す室温での発光スペクトルの発光ピーク波長が略４６０ｎｍとなっている。

上述のＧａＮ系青色発光ダイオード１を収納するパッケージ５は、セラミック基板５１の一表面に収納凹所５２が設けらており、ＧａＮ系青色発光ダイオード１の上記発光部を収納凹所５２の内底面に対向させた形でＧａＮ系青色発光ダイオード１がフリップチップ実装されている。ここにおいて、パッケージ５は、収納凹所５２の内底面に、ＧａＮ系青色発光ダイオード１のアノード側およびカソード側の各パッド（図示せず）とそれぞれバンプ６，６を介して電気的に接続される２つの配線（図示せず）が設けられている。要するに、ＧａＮ系青色発光ダイオード１は、上記サファイア基板の他表面が光取り出し面となるようにパッケージ５へ実装されており、ＧａＮ系青色発光ダイオード１の発光部にて発光した光が上記サファイア基板を通して図１の上面側へ取り出される。

上述の各バンプ６，６は、金などの金属材料により形成されている。また、上記各配線はそれぞれ、セラミック基板５１における収納凹所５２の内底面とセラミック基板５１の他表面（図１における下面）との間の部分に貫設された貫通配線（図示せず）を介して、セラミック基板５１の上記他表面に設けられた外部接続電極（図示せず）と電気的に接続されている。なお、パッケージ５における収納凹所５２は、当該収納凹所５２の内底面から離れるほど開口面積が大きくなっている。

また、本実施形態の白色発光装置は、パッケージ５の収納凹所５２内において、ＧａＮ系青色発光ダイオード１の光取り出し面（上記サファイア基板における上記他表面）側に配置される半球状の光取り出し率増大部３を備えている。

本実施形態では、光取り出し率増大部３をシリコーン樹脂の成形品により構成してあり光取り出し率増大部３の屈折率が空気の屈折率よりも大きく、且つ、光取り出し率増大部３の形状を半球状とすることで光取り出し率増大部３と空気との界面が上記サファイア基板の上記他表面に対して非平行となっているので、光取り出し率増大部３を備えていない場合に比べて、ＧａＮ系青色発光ダイオード１内での多重反射が起こりにくくなり、光取り出し効率を高めることができ、色変換部２の黄色蛍光体をより効率的に励起することができる。ところで、パッケージ５における収納凹所５２の底部には、ＧａＮ系発光ダイオード１を封止する透明な封止樹脂（例えば、シリコーン樹脂など）からなる封止部７が設けられており、光取り出し率増大部３は封止樹脂によりパッケージ５に接着されている。なお、本実施形態では、光取り出し率増大部３は、屈折率が空気の屈折率よりも大きく、且つ、空気との界面が上記サファイア基板の厚み方向に直交する平面（従来のＧａＮ系青色発光ダイオード１の光取り出し面）に対して非平行であることによりＧａＮ系青色発光ダイオード１の光取り出し効率を増大させる機能を有していればよく、半球状の形状に限らず、例えば、錘状の形状でもよい。また、光取り出し率増大部３は、ＧａＮ系青色発光ダイオード１と別部品ではなく、ＧａＮ系青色発光ダイオード１における光取り出し面側（ここでは、上記サファイア基板の上記他表面側）に加工（凹凸加工）を施すことにより形成してもよい。

色変換部２は、ＧａＮ系青色発光ダイオード１から放射された青色の光の吸収によって励起されてそれぞれＧａＮ系青色発光ダイオード１の発光ピーク波長とは異なる発光ピーク波長の光を放射する２種類の黄色蛍光体を有している。ここにおいて、色変換部２は、２種類の黄色蛍光体とシリコーン樹脂とを混合した混合物をシート状に成形することで形成されている。つまり、可視光を透光する媒体であるシリコーン樹脂からなる母体中に２種類の黄色蛍光体を分散させてある。

本実施形態では、パッケージ５の収納凹所５２の開口面付近に段部５３が形成されており、色変換部２の周部を段部５３に対して接着剤を用いて封着することによって、パッケージ５の収納凹所５２がシート状の色変換部２により閉塞されている。なお、パッケージ５の外周形状は矩形状に形成されており、色変換部２の外周形状も矩形状に形成されている。また、本実施形態では、色変換部２の光取り出し面とセラミック基板５１の上記一表面とが略面一となるように色変換部２の厚み寸法を設定してある。

色変換部２における２種類の黄色蛍光体としては、ＧａＮ系青色発光ダイオード１から放射された青色の光を吸収して励起されて５００〜７００ｎｍの波長域に亘るブロードな光を放射する周知の黄色蛍光体を用いればよく（つまり、発光ピーク波長が黄色波長域内にあり、且つ、発光波長域が赤色波長域を含むような黄色蛍光体を用いればよく）、例えば、アルカリ土類金属オルトケイ酸塩系の黄色蛍光体を用いればよい。本実施形態では、一例として、組成が（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋の黄色蛍光体で、室温での発光ピーク波長が５２０ｎｍの黄色蛍光体と５９０ｎｍの黄色蛍光体を用いた場合について例示する。なお、上述の各黄色蛍光体では、Ｓｒの組成をａ、Ｃａの組成をｂ、Ｂａの組成をｃとすれば、ａ＋ｂ＋ｃ＝２（つまり、ａ＝２−ｂ−ｃ）であり、組成比を調整することによって、発光スペクトルの半値幅をほとんど変えることなく発光ピーク波長のみをずらすことができ、発光ピーク波長が５２０ｎｍの黄色蛍光体では、発光ピーク波長が５９０ｎｍの黄色蛍光体に比べて、Ｂａの組成ｃとＣａの組成ｂとの組成比（＝ｃ／ｂ）が高くなっている。

上述の色変換部２では、発光ピーク波長が５２０ｎｍの黄色蛍光体と、発光ピーク波長が５９０ｎｍの黄色蛍光体との濃度比（ｗｔ％比）を、３５：６５としてある。ここで、各黄色蛍光体としては、平均粒径ｄ_５０が５μｍの粒子状の黄色蛍光体を用いている。なお、平均粒径ｄ_５０がμｍオーダの蛍光体（いわゆるバルク蛍光体）は、平均粒径ｄ_５０が大きいほうが、欠陥密度が小さくエネルギ損失が少なくて発光効率が高くなるので、発光効率の観点からは平均粒径ｄ_５０が５μｍ以上の黄色蛍光体を採用することが好ましい。ただし、上述のシート状の色変換部２を採用する場合、平均粒径ｄ_５０が色変換部２の厚み寸法の１０分の１以上であると、発光面の色むらが生じる。

ところで、本実施形態の白色発光装置は、光吸収率の波長依存性を利用して全体の発光スペクトルを目的の発光スペクトルとなるように調整するシート状の発光スペクトル調整部４を備えている。ここで、発光スペクトル調整部４は、色変換部２における光取り出し面側に透明な接着剤を用いて接着されている。すなわち、発光スペクトル調整部４は、色変換部２の光取り出し面の外側に配置されている。

発光スペクトル調整部４は、ＧａＮ系青色発光ダイオード１から放射された光の一部および黄色蛍光体から放射された光の一部それぞれを吸収し、且つ、黄色の波長域の光よりも青色の波長域の光をより多く吸収する光吸収体である酸化鉄の粒子とシリコーン樹脂とを混合した混合物をシート状に成形することで形成されている。すなわち、発光スペクトル調整部４は、可視光を透光する媒質であるシリコーン樹脂からなる母体中に光吸収体である酸化鉄を分散させてある。

ここにおいて、発光スペクトル調整部４は、シリコーン樹脂中の酸化鉄の濃度を０．０５ｗｔ％に設定してあり、図３に示すような光透過特性を有している。図３から分かるように、発光スペクトル調整部４は、光吸収率の波長依存性により、可視光域の光の波長が短いほど透過率が低くなっている。要するに、発光スペクトル調整部４では、色変換部２の光取り出し面を通して入射される光（ＧａＮ系青色発光ダイオード１から放射され色変換部２を透過した光および色変換部２の各黄色蛍光体から放射された光）のうち波長が短い光ほど光吸収体である酸化鉄に吸収されやすくなる。なお、発光スペクトル調整部４における酸化鉄の濃度は特に限定するものではない。

以上説明した本実施形態の白色発光装置では、光吸収率の波長依存性を利用して全体の発光スペクトルを目的の発光スペクトルとなるように調整する発光スペクトル調整部４を有していることにより、ＧａＮ系青色発光ダイオードと黄色蛍光体とを基本構成要素とした従来の白色発光装置に比べて演色性を向上させることができ、ＧａＮ系青色発光ダイオード１と黄色蛍光体とを基本構成要素としながらもＲａを９０以上とするとともに、Ｒ_９を４０以上とすることが可能になる。ここにおいて、発光スペクトル調整部４では、ＧａＮ系青色発光ダイオード１から放射された青色の波長域の光の一部および黄色蛍光体から放射された黄色の波長域の光の一部それぞれが光吸収体である酸化鉄に吸収されるが、黄色の波長域の光よりも青色の波長域の光がより多く吸収されるので、白色発光装置から外部へ放射される青色の光の光強度と黄色の光の光強度とのバランスが改善されて演色性が向上し、Ｒａを９０以上とするとともに、Ｒ_９を４０以上とすることが可能になる。

ここで、発光スペクトル調整部４を設けていない比較例では図２中の「ハ」に示す白色発光スペクトルが得られたのに対して、発光スペクトル調整部４を設けた実施例１では図２中の「ロ」に示す白色発光スペクトルが得られ、比較例では色温度が約５０００ＫにおいてＲａが８０、Ｒ_９が９であったのに対して、実施例１では色温度が約５０００ＫにおいてＲａが９０、Ｒ_９が４２に改善された。また、実施例１では、色変換部２における２種類の黄色蛍光体の発光ピーク波長が５２０ｎｍと５９０ｎｍであったが、色変換部２における２種類の黄色蛍光体の発光ピーク波長を５２０ｎｍと６００ｎｍとした実施例２では、Ｒａが９３に改善された。

したがって、本実施形態の白色発光装置は、美術館などで展示物を照明する照明光源のようにＲａが９０以上の高演色性を必要とされる照明光源や、食料品売り場や医療分野などのように比較的大きなＲ_９の値が必要とされる光源として用いることが可能となる。

また、本実施形態では、発光スペクトル調整部４が色変換部２の光取り出し面の外側に配置されているので、色変換部２の光取り出し面よりもＧａＮ系青色発光ダイオード１に近い領域において青色の光が発光スペクトル調整部４の光吸収体によって吸収されることがないので、後述の実施形態２のように光吸収体が色変換部２内に配置されている場合に比べて、ＧａＮ系青色発光ダイオード１から放射された青色の光が効率的に黄色蛍光体の励起に使われることとなって各黄色蛍光体の発光効率が高まり、白色発光装置の発光効率を向上させることができる。

また、本実施形態の白色発光装置では、色変換部２がシート状に形成されていることにより、後述の実施形態３のようにＧａＮ系青色発光ダイオード１を封止する封止樹脂と黄色蛍光体との混合物により色変換部２を構成する場合に比べて、白色発光装置の発光面における色むらを緩和することができる。また、色変換部２を他の構成要素とは独立した部品として作製できるので、上記封止樹脂と黄色蛍光体との混合物により色変換部２を構成する場合に比べて、色変換部２の寸法や形状、色変換部２中の黄色蛍光体の濃度などの制御が容易になり、白色発光装置ごとのＲａ，Ｒ_９や色温度などの製造ばらつきを低減できる。

また、色変換部２がシート状に形成されていることにより、色変換部２の光取り出し面の外側に発光スペクトル調整部４を容易に配置することができ、量産性を向上させることができる。また、本実施形態では、発光スペクトル調整部４もシート状の形状に形成しているので、発光スペクトル調整部４内の光吸収体の濃度の制御も容易となり、白色発光装置ごとのＲａ，Ｒ_９や色温度などの製造ばらつきをより低減することができる。

ところで、上述の図１に示した例では、シート状の色変換部２とシート状の発光スペクトル調整部４とを積層してあるが、図４に示すように、図１の構成から発光スペクトル調整部４をなくした複数個（図示例では、３個）の白色発光装置本体Ａを１枚の実装基板１１上に並べて実装して、実装基板１１と、実装基板１１に対向配置されるシート状の透光性部材（例えば、ガラス基板など）１３と、実装基板１１と透光性部材１３との間に介在する枠状のフレーム１２とで構成される気密容器１０内に白色発光装置本体Ａを収納する構成を採用し、透光性部材１３における実装基板１１との対向面に、発光スペクトル調整部４を配置するようにしてもよい。

なお、本実施形態では、発光スペクトル調整部４における光吸収体として酸化鉄を採用しているが、光吸収体の材料は酸化鉄に限定するものではない。また、発光スペクトル調整部４は、ＧａＮ系青色発光ダイオード１から放射された青色の波長域の光の一部および黄色蛍光体から放射された黄色の波長域の光の一部それぞれを吸収し、且つ、黄色の波長域の光よりも青色の波長域の光をより多く吸収する特性を有していればよく、光学多層膜により構成してもよい。

（実施形態２）
以下、本実施形態の白色発光装置について図５を参照しながら説明する。

本実施形態の白色発光装置の基本構成は実施形態１と略同じであって、実施形態１にて説明した光吸収体である酸化鉄が色変換部２に添加されており、色変換部２が実施形態１にて説明した発光スペクトル調整部４を兼ねている点が相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態における色変換部２は、２種類の黄色蛍光体それぞれの粒子と光吸収体である酸化鉄の粒子とシリコーン樹脂とを混合した混合物をシート状に成形することで形成されている。つまり、本実施形態における色変換部２は、可視光を透光する媒体であるシリコーン樹脂からなる母体中に２種類の黄色蛍光体と光吸収体である酸化鉄とが分散されている。

しかして、本実施形態の白色発光装置においても、実施形態１と同様に、ＧａＮ系青色発光ダイオード１から放射された青色の波長域の光の一部および黄色蛍光体から放射された黄色の波長域の光の一部それぞれが光吸収体である酸化鉄に吸収されるが、黄色の波長域の光よりも青色の波長域の光がより多く吸収されるので、白色発光装置から外部へ放射される青色の光の光強度と黄色の光の光強度とのバランスが改善されて演色性が向上し、ＧａＮ系青色発光ダイオード１と黄色蛍光体とを基本構成要素としながらもＲａを９０以上、Ｒ_９を４０以上とすることが可能になる。

また、本実施形態では、色変換部２が発光スペクトル調整部４を兼ねているので、実施形態１の白色発光装置に比べて、部品点数の削減による低コスト化および装置全体の厚みの薄型化を図れる。

（実施形態３）
以下、本実施形態の白色発光装置について図６を参照しながら説明する。

本実施形態の白色発光装置の基本構成は実施形態１と略同じであって、色変換部２が、ＧａＮ系青色発光ダイオード１を封止する封止樹脂であるシリコーン樹脂と各黄色蛍光体との混合物により構成され、パッケージ５の収納凹所５２に埋設されている点などが相違する。本実施形態では、実施形態１にて説明した光取り出し率増大部３（図１参照）を備えておらず、収納凹所５２に充填された上記封止樹脂と各黄色蛍光体との混合物により、色変換部２が構成されている。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

また、本実施形態では、色変換部２の光取り出し面がセラミック基板５１の上記一表面と略面一になっており、実施形態１と同様に、シート状に形成された発光スペクトル調整部４が色変換部２の光取り出し面側に配設されているので、色変換部２の光取り出し面よりもＧａＮ系青色発光ダイオード１に近い領域において青色の光が発光スペクトル調整部４の光吸収体によって吸収されることがないから、実施形態２のように光吸収体が色変換部２内に配置されている場合に比べて、ＧａＮ系青色発光ダイオード１から放射された青色の光が効率的に黄色蛍光体の励起に使われることとなって各黄色蛍光体の発光効率が高まり、白色発光装置の発光効率を向上させることができる。

（実施形態４）
以下、本実施形態の白色発光装置について図７を参照しながら説明する。

本実施形態の白色発光装置の基本構成は実施形態３と略同じであって、光吸収体である酸化鉄が色変換部２に添加されており、色変換部２が発光スペクトル調整部４を兼ねている点が相違する。なお、実施形態３と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態における色変換部２は、２種類の黄色蛍光体それぞれの粒子と光吸収体である酸化鉄の粒子と上記封止樹脂であるシリコーン樹脂とを混合した混合物をパッケージ５の収納凹所５２に充填することにより形成されている。要するに、色変換部２は、可視光を透光する媒体であるシリコーン樹脂からなる母体中に２種類の黄色蛍光体と光吸収体である酸化鉄とが分散されている。

また、本実施形態では、色変換部２が発光スペクトル調整部４を兼ねているので、実施形態３の白色発光装置に比べて、部品点数の削減による低コスト化および装置全体の厚みの薄型化を図れる。

（実施形態５）
以下、本実施形態の白色発光装置について図８を参照しながら説明する。

本実施形態の白色発光装置の基本構成は実施形態１と略同じであって、色変換部２の光取り出し面に平行な面内における発光スペクトル調整部４の形状がストライプ状に形成されており、色変換部２の光取り出し面の一部が発光スペクトル調整部４で覆われ残りの部分が露出している点が相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

しかして、本実施形態の白色発光装置においても、実施形態１と同様に、ＧａＮ系青色発光ダイオード１から放射された青色の波長域の光の一部および黄色蛍光体から放射された黄色の波長域の光の一部それぞれが光吸収体である酸化鉄に吸収されるが、黄色の波長域の光よりも青色の波長域の光がより多く吸収されるので、白色発光装置から外部へ放射される青色の光の光強度と黄色の光の光強度とのバランスが改善されて演色性が向上し、Ｒａを９０以上、Ｒ_９を４０以上とすることが可能になる。

また、本実施形態の白色発光装置では、発光スペクトル調整部４を通して外部へ放射される光と、発光スペクトル調整部４を通さずに外部へ放射される光とが混色されるので、実施形態１の白色発光装置に比べて、色温度および演色性の調整可能な範囲が広がるという利点がある。

なお、本実施形態では、色変換部２の光取り出し面に平行な面内における発光スペクトル調整部４の形状をストライプ状の形状としてあるが、発光スペクトル調整部４の形状はストライプ状に限らず、色変換部２の光取り出し面の一部を覆い残りの部分を露出可能な形状であればよく、例えば、メッシュ状の形状でもよい。

（実施形態６）
以下、本実施形態の白色発光装置について図９を参照しながら説明する。

本実施形態の白色発光装置の基本構成は実施形態１と略同じであって、色変換部２の側面からも光が取り出されるように色変換部２の厚み寸法を実施形態１における色変換部２の厚み寸法よりも大きく設定してある点が相違する。すなわち、本実施形態では、色変換部２がセラミック基板５１の上記一表面に形成された収納凹所５２を閉塞し、且つ、セラミック基板５１の上記一表面を含む平面よりも一部が突出する形で、セラミック基板５１の段部５３に接着されている。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

また、本実施形態の白色発光装置では、発光スペクトル調整部４を通して外部へ放射される光と、発光スペクトル調整部４を通さずに色変換部２の側面から外部へ放射される光とが混色されるので、実施形態１の白色発光装置に比べて、色温度および演色性の調整可能な範囲が広がるという利点がある。要するに、本実施形態では、色変換部２の厚み寸法を変化させて色変換部２のうちセラミック基板５１の上記一表面を含む平面よりも突出する部分の突出寸法を変化させることにより、色温度および演色性を調整することができるのである。本実施形態では、実施形態５の白色発光装置のように色変換部２をストライプ状に形成する場合に比べて、製造が容易になる。

なお、上記各実施形態では、色変換部２において２種類の黄色蛍光体を有しているが、黄色蛍光体の種類は２種類に限らず、１種類でも３種類以上でもよい。

実施形態１を示す白色発光装置の概略断面図である。同上における発光スペクトルの説明図である。同上に用いる発光スペクトル調整部の光透過特性図である。同上の他の構成例を示す概略断面図である。実施形態２を示す白色発光装置の概略断面図である。実施形態３を示す白色発光装置の概略断面図である。実施形態４を示す白色発光装置の概略断面図である。実施形態５を示す白色発光装置の概略断面図である。実施形態６を示す白色発光装置の概略断面図である。

符号の説明

１ＧａＮ系青色発光ダイオード
２色変換部
３光取り出し率増大部
４発光スペクトル調整部
５パッケージ
６バンプ
５１セラミック基板
５２収納凹所

Claims

青色の波長域の光を放射するＧａＮ系青色発光ダイオードと、ＧａＮ系青色発光ダイオードから放射された光によって励起されて発光し発光波長域が赤色波長域を含む黄色蛍光体を有する色変換部とを備えた白色発光装置であって、光吸収率の波長依存性を利用して全体の発光スペクトルを目的の発光スペクトルとなるように調整する発光スペクトル調整部を有し、該発光スペクトル調整部は、前記光吸収率の波長依存性を規定する材料として、前記ＧａＮ系青色発光ダイオードから放射された光の一部および前記黄色蛍光体であるアルカリ土類金属オルトケイ酸塩系の黄色蛍光体から放射された光の一部それぞれを吸収し、且つ、黄色の波長域の光よりも青色の波長域の光をより多く吸収する酸化鉄からなる光吸収体を有することを特徴とする白色発光装置。
前記光吸収体は、前記色変換部の光取り出し面の外側に配置されてなることを特徴とする請求項１記載の白色発光装置。
前記色変換部は、シート状に形成されてなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の白色発光装置。