JP5098221B2 - 発光装置、照明装置、ディスプレイ用バックライトおよびディスプレイ - Google Patents
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Description
特に、輝度と演色性が高く、且つ温度特性が安定なために発光色の変移が少ない発光装置、並びにこの発光装置を光源とする照明装置、ディスプレイ用バックライトおよびディスプレイに関する。
第1:発光装置の発光効率が32lm/W以上であること。
第2:平均演色評価数Raが85以上であること。
第3:二つの異なる駆動電流密度17.5A/cm2と70A/cm2における色度座表値の差が下記(A)および(B)の範囲内にあること。
−0.01≦x1(17.5)−x1(70)≦0.01 (A)
−0.01≦y1(17.5)−y1(70)≦0.01 (B)
すなわち、本発明は以下を要旨とする。
該発光装置の効率が32lm/W以上であり、
平均演色評価数Raが85以上であり、
17.5A/cm2の駆動電流密度で得られる発光の色度座標値xをx1(17.5)、yをy1(17.5)とし、
70A/cm2の駆動電流密度で得られる発光の色度座標値xをx1(70)、yをy1(70)としたとき、
色度座標値xおよびyのずれ量、[x1(17.5)−x1(70)]と[y1(17.5)−y1(70)]が下記式(A)および(B)を満足し、
該波長変換材料が2種以上の蛍光体の混合物であって、該蛍光体の1種が、緑色系蛍光体であり、下記一般式(1)で表される母体結晶内に少なくともCeを含有する蛍光体からなる群より選ばれるものを含有し、
該蛍光体の1種が、赤色系蛍光体であり、下記一般式(3)で表される群より選ばれるものを含有し、
該緑色系蛍光体と該赤色系蛍光体の合計重量に対する該緑色系蛍光体の重量百分率による量が65%以上、99%以下であることを特徴とする発光装置。
−0.01≦x1(17.5)−x1(70)≦0.01 (A)
−0.01≦y1(17.5)−y1(70)≦0.01 (B)
M1 aM2 bM3 cOd (1)
(上記一般式(1)において、M1はCa及びMgを、M2はScを、M3はSiをそれぞれ示し、a、b、c、dはそれぞれa=3、b=2、c=3、d=12である。)
M6 hAiDjEkXm (3)
(上記一般式(3)において、M6は、Euを表し、Aは、Ca及び/又はSrを表し、Dは、Siを表し、Eは、Alを表し、Xは、Nを表し、h、i、j、k、及びmはそれぞれ下記範囲の数である。
0.00001≦h≦0.1
h+i=1
j=1
k=1
m=3 )
25℃においてピーク波長455nmの青色光で励起して得られる蛍光の輝度をBR(25)、色度座標値xをx2(25)、色度座標値yをy2(25)とし、
125℃においてピーク波長455nmの青色光で励起して得られる蛍光の輝度をBR(125)、色度座標値xをx2(125)、色度座標値yをy2(125)としたとき、
下記式(C)、(D)及び(E)を満足する蛍光体混合物を用いることを特徴とする[1]に記載の発光装置。
0.85≦BR(125)/BR(25)≦1.15 (C)
−0.03≦x2(25)−x2(125)≦0.03 (D)
−0.03≦y2(25)−y2(125)≦0.03 (E)
該発光装置の効率が32lm/W以上であり、
平均演色評価数Raが85以上であり、
17.5A/cm2の駆動電流密度で得られる発光の色度座標値xをx1(17.5)、yをy1(17.5)とし、
70A/cm2の駆動電流密度で得られる発光の色度座標値xをx1(70)、yをy1(70)としたとき、
色度座標値xおよびyのずれ量、[x1(17.5)−x1(70)]と[y1(17.5)−y1(70)]が下記式(A)および(B)を満足するものである。
−0.01≦x1(17.5)−x1(70)≦0.01 (A)
−0.01≦y1(17.5)−y1(70)≦0.01 (B)
従来、発光効率が30lm/W以下の発光装置は知られていたが、照明用途など大電力を消費する場合には発熱量の軽減のため、発光効率の高いことが望まれている。本発明者等は鋭意検討を重ね32lm/W以上の従来に無い高効率の発光装置を実現した。
光源としては、駆動電流を流通させると発光するものであれば、特に制限は無いが、紫外から可視光領域に発光ピーク波長を有するものを使用することが好ましい。光源の発光ピーク波長としては、通常370nm以上、好ましくは380nm以上、また、通常500nm以下、好ましくは480nm以下の範囲が好ましい。この範囲の上限を上回る場合や下限を下回る場合には、発光効率の高い発光装置を得るのが難しくなる。
−0.01≦x1(17.5)−x1(70)≦0.01 (A)
−0.01≦y1(17.5)−y1(70)≦0.01 (B)
すなわち、ずれ量[x1(17.5)−x1(70)]は、通常−0.005以上、好ましくは−0.004以上、より好ましくは−0.003以上、また、通常0.005以下、好ましくは0.004以下、より好ましくは0.003以下である。さらに、ずれ量[y1(17.5)−y1(70)]も、通常−0.005以上、好ましくは−0.004以上、より好ましくは−0.003以上、また、通常0.005以下、好ましくは0.004以下、より好ましくは0.003以下である。
−0.03≦x2(25)−x2(125)≦0.03 (D)
−0.03≦y2(25)−y2(125)≦0.03 (E)
色ずれの少ない発光装置の中でも特に演色性の高い発光装置を得るためには、本発明の発光装置に用いる蛍光体混合物等の波長変換材料は、500nm〜550nmの波長範囲に蛍光強度のピーク値を有する緑色系蛍光体の少なくとも一種を含有することが好ましい。この様な波長範囲に蛍光強度のピーク値を有する緑色系蛍光体を使用することにより、青緑色、緑色、黄緑色などの緑色域についての色再現性の高い発光装置を得ることが出来、更にはこの発光装置を用いることにより該緑色域での色再現性に優れたディスプレイ用バックライト、画像表示装置(ディスプレイ)や照明装置を得ることが可能となる。緑色蛍光体の蛍光強度のピーク値が500nmより短波長の場合や550nmより長波長の場合には、青色LEDと組み合わせて使用する際に緑色域の色再現性が低くなり好ましくない。
ここで、M1は2価の金属元素、M2は3価の金属元素、M3は4価の金属元素をそれぞれ示し、a、b、c、dはそれぞれ下記の範囲の数である。
2.7≦a≦3.3
1.8≦b≦2.2
2.7≦c≦3.3
11.0≦d≦13.0
ここで、M4は2価の金属元素、M5は3価の金属元素をそれぞれ示し、e、f、gはそれぞれ下記の範囲の数である。
0.9≦e≦1.1
1.8≦f≦2.2
3.6≦g≦4.4
本発明で使用される好適な緑色蛍光体は、下記一般式(1)表される母体結晶内に発光中心イオンとして少なくともCeを含有するものであり、式中、M1は2価の金属元素、M2は3価の金属元素、M3は4価の金属元素をそれぞれ示す。
M1 aM2 bM3 cOd (1)
2.7≦a≦3.3
1.8≦b≦2.2
2.7≦c≦3.3
11.0≦d≦13.0
本発明の好適な緑色蛍光体は、下記一般式(2)表される母体結晶内に発光中心イオンとして少なくともCeを含有するものであり、ここで、M4は2価の金属元素、M5は3価の金属元素をそれぞれ示す。
M4 eM5 fOg (2)
0.9≦e≦1.1
1.8≦f≦2.2
3.6≦g≦4.4
これらの中でも、Mgを添加したものが好ましく、特にMgの濃度が母体結晶1モルに対して0.001モル以上、好ましくは0.01モル以上、また、0.5モル以下、好ましくは0.3モル以下であるものが好ましい。このような蛍光体としては、Ca2.97Ce0.03Sc1.97Mg0.03Si3O12、Ca2.97Ce0.03Sc1.94Mg0.06Si3O12、Ca2.94Ce0.03Sc1.94Mg0.06Si3O12、Ca2.94Ce0.06Sc1.97Mg0.03Si3O12、Ca2.94Ce0.06Sc1.94Mg0.06Si3O12、Ca2.94Ce0.06Sc1.9Mg0.1Si3O12、Ca2.9Ce0.1Sc1.97Mg0.03Si3O12、Ca2.9Ce0.1Sc1.94Mg0.06Si3O12が挙げられる。
なお、これらの蛍光体は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
本発明の発光装置において、色ずれの少ない発光装置の中でも特に演色性の高い発光装置を得るためには、発光装置に用いる蛍光体混合物等の波長変換材料が、610nm〜680nmの波長範囲に蛍光強度のピーク値を有する赤色系蛍光体を少なくとも1種含有することが好ましい。この様な波長範囲に蛍光強度のピーク値を有する赤色系蛍光体を使用することにより、橙色、赤色、深赤色などの赤色域についての色再現性の高い発光装置を得ることができ、更にはこの発光装置を用いることにより該赤色域での色再現性に優れたディスプレイ用バックライト、画像形成装置(ディスプレイ)や照明装置を得ることが可能となる。蛍光強度のピーク値が610nmより短波長の場合には、青色LEDと組み合わせて使用する際に赤色域の色再現性が低くなり、680nmより長波長の場合には演色性は高くなるが、輝度が低くなる傾向にある。
M6 hAiDjEkXm (3)
0.00001≦h≦0.1
h+i=1
0.5≦j≦4
0.5≦k≦8
0.8×(2/3+4/3×j+k)≦m
m≦1.2×(2/3+4/3×j+k)
本発明に係る蛍光体混合物等の波長変換材料を構成する蛍光体は、その発光効率が20%以上であることが好ましく、30%以上がより好ましく、40%以上であることが更に好ましく、発光効率は高いほど良い。蛍光体の発光効率が20%より低いと輝度の高い発光装置が得られない。なお、発光効率は、蛍光体に照射された光の量子数に対する蛍光体から発せられる光の量子数として定義する。
まず、測定対象となる蛍光体サンプル(例えば、粉末状など)を、測定精度が保たれるように、十分に表面を平滑にしてセルに詰め、積分球などの集光装置に取り付ける。積分球などの集光装置を用いるのは、サンプルで反射したフォトン及びサンプルからフォトルミネッセンスで放出されたフォトンを全て計上できるようにする、すなわち、計上されずに測定系外へ飛び去るフォトンをなくすためである。
前者のサンプルによって吸収された励起光のフォトン数Nabsは下記(式II)で求められる量に比例する。
以上より、αq=Nabs/N=(式II)/(式I)と求められる。
ここで、NPLは、下記(式III)で求められる量に比例する。
以上により、ηi=(式III)/(式II)と求められる。
そして、上記のようにして求めた量子吸収効率αqと内部量子効率ηiの積をとることで、本発明で定義される発光効率を求める。
このように合金を経て製造された蛍光体は、不純物が少なく、輝度が高い蛍光体となる。
図1は本発明の第1実施形態としての発光装置の要部を模式的に示す図である。
本実施形態の発光装置1は、フレーム2と、光源である青色LED(青色発光部)3と、青色LED3から発せられる光の一部を吸収し異なる波長を有する光を発する蛍光発光部4で主に構成される。
図2は本発明の第2実施形態としての発光装置の要部を模式的に示す図である。
本実施形態の発光装置10は、フレーム12と、光源である青色LED(青色発光部)13と、青色LED13から発せられる光の一部を吸収し異なる波長を有する光を発する蛍光発光部14とで主に構成される。
フレーム12の凹部12Aの内面は、可視光域全般の光の反射率が高かい材質からなる。これにより、フレーム12の凹部12A内面に当たった光も、発光装置10から所定方向に向けて放出できるようになっている。なお、電極は可視光域全般の光の反射率が高い金属メッキが施される。
以下においては、上述した本発明の第1実施形態の発光装置と同様の構成の発光装置を作製し、その発光効率および演色性を評価した。なお、以下の実施例及び比較例の各構成要素のうち、図1に対応する部分については、適宜、その符号をカッコ書きにて示す。
カップ形状の凹部(2A)を有するフレーム(2)を用意し、その凹部(2A)の底に、波長450nm〜470nmで発光する光源としての青色LED(3)を、接着剤として銀ペースト(5)を用いてダイボンディングした。この際、青色LED(3)で発生する熱の放熱性を考慮して、ダイボンディングに使う銀ペースト(5)は、薄く均一に塗った。150℃で2時間加熱して、銀ペーストを硬化させた後、青色LED(3)とフレーム(2)の電極とをワイヤボンディングした。ワイヤ(6)には直径25μmの金線を用いた。
蛍光発光部(4)の発光物質としては、おおよそ波長470nm〜690nmの光を発光するCa2.94Ce0.06Sc1.94Mg0.06Si3O12(蛍光体Aと呼ぶ)で表わされる蛍光体と、おおよそ波長520nm〜760nmの光を発光するSr0.8Ca0.192Eu0.008AlSiN3(蛍光体Bと呼ぶ)の混合物を用いた。
蛍光発光部(4)の蛍光体混合物の蛍光体AおよびBの比率は90:10(重量比)とした。また、蛍光体混合物の重量とエポキシ樹脂の重量の比は25:75として、蛍光体スラリーを作成した。
フレーム(2)の凹部(2A)にこの蛍光体スラリーを注入し、加熱して硬化させた。
次にフレーム全体をエポキシ樹脂でモールドした。モールド部の形成にはカップ状の型を用いた。
表1において、色度(x/y)は色座標を表わす。
なお、用いた蛍光体Aおよび蛍光体Bの混合物の温度特性は、
BR(125)/BR(25)=0.998
|x2(25)−x2(125)|=0.012
|y2(25)−y2(125)|=0.000
であった。
蛍光体Aと蛍光体Bの混合比率を91:9としたこと以外は実施例1と同様に発光装置を作成し、同様にその特性を評価し、結果を表2に示した。また、図5に本発光装置の発光スペクトルを示す。
なお、用いた蛍光体Aおよび蛍光体Bの混合物の温度特性は、
BR(125)/BR(25)=0.998
|x2(25)−x2(125)|=0.012
|y2(25)−y2(125)|=0.000
であった。
青色LED(3)としてCree社製「C460MB」を用い、蛍光発光部(4)の蛍光体としては、おおよそ波長480nm〜720nmの光を発光するYAG:Ceで表わされる蛍光体を用いた以外は、実施例1と同様に発光装置を作成し、同様にその特性を評価し、結果を表3に示した。また、図6に本発光装置の発光スペクトルを示す。
2,12 クレーム
3,13 青色LED
4,14 蛍光発光部
5,15 銀ペースト
9 面発光照明装置
9A 保持ケース
9B 拡散板
Claims (7)
- 駆動電流を流通させると発光する、発光ピーク波長が420nm以上、500nm以下の青色LEDと、該青色LEDからの光の少なくとも一部を吸収して異なる波長を有する光を発する少なくとも1種類の波長変換材料とを備える発光装置であって、
該発光装置の効率が32lm/W以上であり、
平均演色評価数Raが85以上であり、
17.5A/cm2の駆動電流密度で得られる発光の色度座標値xをx1(17.5)、yをy1(17.5)とし、
70A/cm2の駆動電流密度で得られる発光の色度座標値xをx1(70)、yをy1(70)としたとき、
色度座標値xおよびyのずれ量、[x1(17.5)−x1(70)]と[y1(17.5)−y1(70)]が下記式(A)および(B)を満足し、
該波長変換材料が2種以上の蛍光体の混合物であって、該蛍光体の1種が、緑色系蛍光体であり、下記一般式(1)で表される母体結晶内に少なくともCeを含有する蛍光体からなる群より選ばれるものを含有し、
該蛍光体の1種が、赤色系蛍光体であり、下記一般式(3)で表される群より選ばれるものを含有し、
該緑色系蛍光体と該赤色系蛍光体の合計重量に対する該緑色系蛍光体の重量百分率による量が65%以上、99%以下であることを特徴とする発光装置。
−0.01≦x1(17.5)−x1(70)≦0.01 (A)
−0.01≦y1(17.5)−y1(70)≦0.01 (B)
M1 aM2 bM3 cOd (1)
(上記一般式(1)において、M1はCa及びMgを、M2はScを、M3はSiをそれぞれ示し、a、b、c、dはそれぞれa=3、b=2、c=3、d=12である。)
M6 hAiDjEkXm (3)
(上記一般式(3)において、M6は、Euを表し、Aは、Ca及び/又はSrを表し、Dは、Siを表し、Eは、Alを表し、Xは、Nを表し、h、i、j、k、及びmはそれぞれ下記範囲の数である。
0.00001≦h≦0.1
h+i=1
j=1
k=1
m=3 ) - 該波長変換材料として、2種類以上の蛍光体の混合物であって、
25℃においてピーク波長455nmの青色光で励起して得られる蛍光の輝度をBR(25)、色度座標値xをx2(25)、色度座標値yをy2(25)とし、
125℃においてピーク波長455nmの青色光で励起して得られる蛍光の輝度をBR(125)、色度座標値xをx2(125)、色度座標値yをy2(125)としたとき、
下記式(C)、(D)及び(E)を満足する蛍光体混合物を用いることを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
0.85≦BR(125)/BR(25)≦1.15 (C)
−0.03≦x2(25)−x2(125)≦0.03 (D)
−0.03≦y2(25)−y2(125)≦0.03 (E) - 特殊演色評価数R9が64以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載の発光装置。
- 該赤色系蛍光体が、前記一般式(3)で表され、AがCa及びSrを含有する蛍光体である請求項1ないし3のいずれか1項に記載の発光装置。
- 請求項1ないし4のいずれか1項に記載の発光装置を備えることを特徴とする照明装置。
- 請求項1ないし4のいずれか1項に記載の発光装置を備えることを特徴とするディスプレイ用バックライト。
- 請求項1ないし4のいずれか1項に記載の発光装置を備えることを特徴とするディスプレイ。
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