JP5712590B2 - 白色発光装置 - Google Patents

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Description

本発明は、白色発光装置に係り、特に点灯直後から一定時間経過後の色調変化が抑制された白色発光装置に関する。
近年、発光ダイオード素子を用いた発光装置の高輝度、白色化に伴い、照明、各種ディスプレイ、大型液晶ＴＶのバックライト等にこのような白色発光装置が用いられている。白色発光装置は、例えばＧａＮにＩｎが添加されたＩｎＧａＮを発光層とする量子井戸構造の発光ダイオード素子を有しており、樹脂材料中にＹＡＧ蛍光体が分散含有された蛍光体層による封止が行われて構成されている。
このような白色発光装置は、例えば以下のようにして白色光源として機能する。すなわち、発光ダイオード素子に直流電流を流すと、該発光ダイオード素子から青色光が放出される。一方、該青色光の一部によってＹＡＧ蛍光体が励起され、この蛍光体から黄色光（蛍光）が放出される。この青色光と黄色光とは補色関係にあり、これらが入り混じって人間の目に入り加法混色の原理により白色光として見える（例えば、特許文献１参照）。
特開２００９−２９６００１号公報
しかしながら、このような白色発光装置については、点灯直後から一定時間経過後に白色光が青味を帯びることがある。すなわち、白色発光装置の使用により温度が上昇し、この温度上昇に伴って白色光が青味を帯びる。従来、このような色調変化を抑制するために、白色発光装置の放熱性を向上させて温度上昇を抑制することが検討されている。しかしながら、このような方法によっては、必ずしも十分に色調変化を抑制できない。また、より簡単な方法で色調変化を抑制することが求められている。本発明は、上記課題を解決するものであって、点灯直後から一定時間経過後の色調変化が抑制された白色発光装置の提供を目的とする。
本発明の第１の白色発光装置は、紫外光または青色光を放出する発光素子と、前記発光素子から放出される紫外光または青色光により励起されて混合色として白色光を得る蛍光体を含有する蛍光体層と、前記蛍光体層の発光面側に配置され、または前記蛍光体層中に分散され、温度上昇とともに透過率の波長依存性が変化するガラスからなる色調調整部とを有し、前記ガラスは、酸化物基準のモル％表示で、Ｂｉ ２ Ｏ ３ ２５〜５０％、Ｂ ２ Ｏ ３ １５〜５０％、ＳｉＯ ２ ０〜３０％、ＴｉＯ ２ ０〜１５％、ＴｅＯ ２ ０．１〜３０％、Ｐ ２ Ｏ ５ ０〜１５％、Ａｌ ２ Ｏ ３ ０〜１０％、ＺｎＯ ０〜１５％、Ｎｂ ２ Ｏ ５ ０〜１０％、Ｔａ ２ Ｏ ５ ０〜３％、を含有することを特徴とする。
本発明の第２の白色発光装置は、紫外光または青色光を放出する発光素子と、前記発光素子から放出される紫外光または青色光により励起されて混合色として白色光を得る蛍光体を含有する蛍光体層と、前記蛍光体層の発光面側に配置され、または前記蛍光体層中に分散され、温度上昇とともに透過率の波長依存性が変化するガラスからなる色調調整部とを有し、前記ガラスは、酸化物基準のモル％表示で、Ｂｉ ２ Ｏ ３ ４５〜７５％、Ｂ ２ Ｏ ３ １２〜４５％、Ｇａ ２ Ｏ ３ １〜２０％、Ｉｎ ２ Ｏ ３ １〜２０％、ＺｎＯ ０〜２０％、ＢａＯ ０〜１５％、ＳｉＯ ２ ＋Ａｌ ２ Ｏ ３ ＋ＧｅＯ ２ ０〜１５％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ ０〜１５％、ＳｎＯ ２ ＋ＴｅＯ ２ ＋ＴｉＯ ２ ＋ＺｒＯ ２ ＋Ｔａ ２ Ｏ ３ ＋Ｙ ２ Ｏ ３ ＋ＷＯ ３ ０〜１０％、ＣｅＯ ２ ０〜５％、Ｇａ ２ Ｏ ３ ＋Ｉｎ ２ Ｏ ３ ＋ＺｎＯ ５％以上を含有することを特徴とする。
本発明の第３の白色発光装置は、紫外光または青色光を放出する発光素子と、該発光素子から放出される紫外光または青色光により励起されて発光し、混合色として白色光を得る蛍光体を含有する蛍光体層と、該蛍光体層の発光面側に配置され、または該蛍光体層中に分散され、温度上昇とともに透過率の波長依存性が変化するガラスからなる色調調整部とを有し、該ガラスは、Ｂｉ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、およびＴｅＯ２を必須成分とすることを特徴とする。該ガラスは、酸化物基準のモル％表示で、Ｂｉ２Ｏ３を２０〜７５％含有するビスマスガラスからなることが好ましい。
本発明の第３の白色発光装置におけるガラスとしては、以下に示される第１〜第３のガラスが好適に用いられる。
第１のガラスは、酸化物基準のモル％表示で、Ｂｉ２Ｏ３ ２０〜５０％、Ｂ２Ｏ３ １５〜５０％、ＳｉＯ２ ０〜３０％、ＴｉＯ２ ０〜１５％、ＴｅＯ２ ０．１〜３０％、Ｐ２Ｏ５ ０〜１５％、Ａｌ２Ｏ３ ０〜１０％、ＺｎＯ ０〜１５％、Ｎｂ２Ｏ５ ０〜１０％、Ｔａ２Ｏ５ ０〜３％、を含有する。
第２のガラスは、酸化物基準のモル％表示で、Ｂｉ２Ｏ３ ２５〜７０％、Ｂ２Ｏ３＋ＳｉＯ２ ５〜７５％、ＣｅＯ２ ０〜１０％、Ａｌ２Ｏ３ ０〜２０％、Ｇａ２Ｏ３ ０〜２０％、Ａｌ２Ｏ３＋Ｇａ２Ｏ３ ０〜３０％、ＺｎＯ＋ＴｅＯ２＋ＢａＯ＋ＷＯ３ ４０％以下含有する。
第３のガラスは、酸化物基準のモル％表示で、Ｂｉ２Ｏ３ ４５〜７５％、Ｂ２Ｏ３ １２〜４５％、Ｇａ２Ｏ３ １〜２０％、Ｉｎ２Ｏ３ １〜２０％、ＺｎＯ ０〜２０％、ＢａＯ ０〜１５％、ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋ＧｅＯ２ ０〜１５％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ ０〜１５％、ＳｎＯ２＋ＴｅＯ２＋ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２＋Ｔａ２Ｏ３＋Ｙ２Ｏ３＋ＷＯ３ １０％以下、ＣｅＯ２ ０〜５％、Ｇａ２Ｏ３＋Ｉｎ２Ｏ３＋ＺｎＯ ５％以上を含有する。
本発明の第１〜第３の白色発光装置に用いられるガラスは、温度上昇とともに透過率が低下することが好ましい。また、本発明の第１〜第３の白色発光装置に用いられるガラスは、波長４２０ｎｍにおける３０℃での透過率から１１０℃での透過率を引いた透過率の差が０．０５％以上であることが好ましい。
本発明の白色発光装置によれば、特に蛍光体層の発光面側に、または蛍光体層中に、透過率が変化するガラスからなる色調調整部を有することで、点灯直後からの白色光の色調変化を抑制できる。
本発明の白色発光装置の一例を示す断面図。 従来の白色発光装置の色度変化の一例を示す図。 ビスマスガラス（ガラスＡ）の温度と透過率との関係を示す図。 ビスマスガラス（ガラスＢ）の温度と透過率との関係を示す図。 ビスマスガラス（ガラスＣ）の温度と透過率との関係を示す図。 ビスマスガラス（ガラスＤ）の温度と透過率との関係を示す図。
以下、本発明について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の白色発光装置の一例を示す断面図である。
白色発光装置１は、例えば発光素子用基板１１（以下、単に基板１１という）と、この基板１１に搭載される発光素子１２と、この発光素子１２から放出される光により励起されて混合色として白色光を得る蛍光体を含有する蛍光体層１３と、この蛍光体層１３の発光面側（図中、上側）に配置される色調調整部１４とを有している。
基板１１は、例えば基板本体１１１と、この基板本体１１１の一方の主面側に設けられる反射枠体１１２とを有している。基板本体１１１は、例えば全体が板状であり、側面部を通して一方の主面側から他方の主面側に達するように一対の電極１１３が設けられている。この一対の電極１１３は、一方の主面側（図中、上側）の一部が発光素子１２の搭載される搭載部１１４として機能する。また、他方の主面側（図中、下側）は、外部接続端子として機能する。
反射枠体１１２は、発光素子１２から水平方向に放出される光を反射して上面から効率よく取り出すために設けられており、搭載部１１４を取り囲むように枠状に設けられている。反射枠体１１２の内側は、例えば円形状であり、基板本体１１１に向かって縮径する形状とされている。なお、内側形状は、典型的には円形状であるが、必ずしもこのようなものに限定されるものではなく、例えば楕円形状、四角形状等であってもよい。
発光素子１２は、図示しない電極が一対のボンディングワイヤ１５により一対の電極１１３とそれぞれ電気的に接続されている。そして、発光素子１２、ボンディングワイヤ１５を封止するように反射枠体１１２の内側に蛍光体層１３が充填されている。そして、蛍光体層１３を覆うように色調調整部１４が設けられて白色発光装置１が構成されている。色調調整部１４は、例えば円板状であり、外周部が反射枠体１１２の内側上面に係止されるように接着等により固定されている。
発光素子１２は図１に示されているワイヤボンディング１５による電気的接続に限らず、フリップチップと呼ばれる基板１１上に並んだ端子により電気的に接続しても良い。
基板１１、具体的には基板本体１１１、反射枠体１１２の素材、形態等は、必ずしも限定されるものではなく、例えばチタニア等の白色無機顔料を分散させた樹脂材料からなるもの、アルミナ等のセラミックス材料からなるもの、またはガラス中にセラミック粉末が分散含有されたガラスセラミックス材料からなるもののいずれであってもよい。また、基板１１は、例えば基板本体１１１と反射枠体１１２とを別々に製造した後、これらを接着して一体化したものであってもよいし、また例えば基板本体１１１と反射枠体１１２とを一体に成形して製造したものであってもよい。
発光素子１２は、その発光により蛍光体層１３に含有される蛍光体を励起して発光させ、混合色として白色光を得るものが挙げられる。このようなものとしては、波長が３６０〜４８０ｎｍの紫外光または青色光を放出する発光ダイオード素子が挙げられ、具体的にはＧａＮにＩｎを添加したＩｎＧａＮを発光層とする量子井戸構造のＩｎＧａＮ系発光ダイオード素子等が例示される。本発明では、特に発光素子１２として４２０〜４８０ｎｍにピーク波長を有する青色光を放出する発光ダイオード素子を用いる場合に、点灯直後から一定時間経過後に白色光が青味を帯びる色調変化を効果的に抑制できる。
蛍光体層１３は、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂等の樹脂材料中に蛍光体が分散含有されたものである。シリコーン樹脂は、特に耐光性、耐熱性に優れるために好ましい。蛍光体は、発光素子１２から放出される紫外光または青色光により励起されて発光し、混合色として白色光を得ることができる。このようなものとしては、例えば発光素子１２から放出される青色光により励起されて黄色光を放出し、発光素子１２から放出される青色光と合わせて白色光を実現するものが挙げられる。また、例えば発光素子１２から放出される紫外光により励起されて赤色光、緑色光、青色光等を放出し、これらの混合色として白色光を実現するものが挙げられる。このような蛍光体としては、例えばＹＡＧ蛍光体が挙げられる。なお、蛍光体層１３としては、必ずしも樹脂材料中に蛍光体が分散含有されたものに限られるものではなく、例えばガラス材料中に蛍光体が分散して含有されるものであっても構わない。
本発明の白色発光装置１は、このような蛍光体層１３の発光面側（図中、上側）に、透過率が変化するガラス、例えば酸化物基準のモル％表示で、Ｂｉ２Ｏ３を２０〜７５％含有するビスマスガラスからなる色調調整部１４を有することを特徴としている。この色調調整部１４は、上記したように、例えば円板状であり、外周部が反射枠体１１２の内側上面に係止されるように接着等により固定される。
なお、色調調整部１４は、必ずしも反射枠体１１２の内側上面に係止される必要はなく、蛍光体層１３の表面のみを覆うように設けられていてもよい。また、色調調整部１４は、必ずしも蛍光体層１３の表面全体を覆う必要はないが、通常、蛍光体層１３の表面全体を覆うことが好ましい。
色調調整部１４の光の透過する少なくとも一方の面に光学多層膜を形成しても良い。光学多層膜は、例えば反射防止膜や一部の波長を反射させるダイクロイック多層膜などから要求される色調に応じて適宜選択や設計が可能である。
透過率が変化するガラス、特にビスマスガラスからなる色調調整部１４は、温度上昇とともに、波長が３５０〜５００ｎｍの範囲、特に３８０〜４８０ｎｍの範囲の光吸収特性が上昇し、透過率が低下する。従って、温度上昇に伴って白色光が青味を帯びるものにこのような色調調整部１４を設けることで、温度上昇に伴って増加する青色光を遮断し、結果として白色光が青味を帯びることを抑制できる。ここで、Ｂｉ２Ｏ３の含有量が２０％以上の場合、十分な吸収特性が得られ、白色光が青味を帯びることを効果的に抑制できる。一方、Ｂｉ２Ｏ３の含有量が７５％以下の場合、ガラス化が困難となることを効果的に抑制できる。
本発明の白色発光装置１においては、このようなガラスからなる色調調整部１４を有することにより、例えば点灯直後のＪＩＳ Ｚ８７０１に規定される色度（ｘ、ｙ）と９０分経過後の同色度（ｘ、ｙ）との差で表される色度差（Δｘ、Δｙ）がそれぞれ±０．００２以内であることが好ましく、±０．００１以内であることがより好ましく、±０．０００５以内であることがさらに好ましい。
色調調整部１４となるガラスは、色調調整部１４を有しない白色発光装置１の温度上昇および該温度上昇による色調変化に応じて、該色調変化が最も少なくなるように透過率が変化するものを適宜選択して用いることが好ましい。なお、透過率、およびその温度変化は、例えばビスマスガラスの場合、主としてＢｉ２Ｏ３の含有量により調整できる。
具体的には、発光素子１２、蛍光体層１３（蛍光体）の種類、白色発光装置１の使用時の温度上昇等によっても異なるが、温度上昇により主として増加する波長、例えば波長４２０ｎｍにおける３０℃での透過率と１１０℃での透過率との差（３０℃での透過率−１１０℃での透過率、以下単に透過率差という）が０．０５％以上であることが好ましく、０．１％以上であることがより好ましく、０．５％以上であることがさらに好ましい。このようなものとすることで、色調変化を効果的に抑制できる。一方、透過率差は、２５％程度もあれば十分であり、これを超えるとかえって別の色調変化が発生するおそれがあるために好ましくない。
また、ガラスの厚さも、発光素子１２、蛍光体層１３（蛍光体）の種類、白色発光装置１の使用時の温度上昇等によって異なるが、例えば１μｍ以上が好ましい。このような厚さとすることで、色調変化を効果的に抑制できる。より好ましくは５μｍ以上、さらに好ましくは１０μｍ以上である。一方、厚さは６ｍｍ以下が好ましい。このような厚さとすることで、白色発光装置１の高さを抑制しつつ、色調変化を効果的に抑制できる。より好ましくは４ｍｍ以下、さらに好ましくは２ｍｍ以下である。
なお、上記色調調整部１４となるガラスは、粉体にして蛍光体層１３に分散させることで、蛍光体層１３と一体化することもできる。その場合、使用するガラスの量は図１に示された色調調整部１４として使用されるときと同等であることが好ましい。
次に、色調調整部１４に適用可能な第１〜第３のビスマスガラスについて説明する。
第１のビスマスガラスは、酸化物基準のモル％表示で、Ｂｉ２Ｏ３ ２０〜５０％、Ｂ２Ｏ３ １５〜５０％、ＳｉＯ２ ０〜３０％、ＴｉＯ２ ０〜１５％、ＴｅＯ２ ０．１〜３０％、Ｐ２Ｏ５ ０〜１５％、Ａｌ２Ｏ３ ０〜１０％、ＺｎＯ ０〜１５％、Ｎｂ２Ｏ５ ０〜１０％、Ｔａ２Ｏ５ ０〜３％、を含有する。第１のビスマスガラスによれば、青色光の吸収は勿論のこと、熱膨張係数が小さいために熱衝撃等による成形不良を抑制でき、成型品の形状精度も向上できる。
Ｂｉ２Ｏ３は必須成分であり、青色光の吸収特性を向上させる効果がある。含有量が２０％未満であると、青色光の吸収特性が不十分となるおそれがある。好ましくは３０％以上、より好ましくは３５％以上である。一方、含有量が５０％を超えるとガラスが不安定になるおそれがある。好ましくは４５％以下、より好ましくは４０％以下である。
Ｂ２Ｏ３は必須成分であり、ガラスを形成する主成分である。含有量が１５％未満であると、ガラスが不安定になるおそれがある。好ましくは１８％以上、より好ましくは２２％以上、さらに好ましくは２８％以上である。一方、含有量が５０％を超えると、ガラスの成形時に失透するおそれがある。含有量は、好ましくは４４％以下、より好ましくは３８％以下、さらに好ましくは３２％以下である。
ＳｉＯ２は必須成分ではないが、ガラスを形成する主成分となる。添加する場合はガラスの安定性等の点から３０％以下である。好ましくは２０％以下、より好ましくは１０％以下である。
ガラスの安定性等の点から、Ｂ２Ｏ３およびＳｉＯ２の合計した含有量は、好ましくは１５％以上、より好ましくは２０％以上、さらに好ましくは２５％以上である。一方、Ｂ２Ｏ３およびＳｉＯ２の合計した含有量は、好ましくは４５％以下、より好ましくは４０％以下、さらに好ましくは３３％以下である。
ＴｉＯ２は必須成分ではないが、ガラスを高屈折率化させる効果がある。含有量は、好ましくは３％以上、より好ましくは６％以上、さらに好ましくは８％以上である。一方、含有量が１５％を超えると、ガラスが不安定になるとともに、可視域の光透過特性が全体的に低下しやすい。好ましくは１４％以下、より好ましくは１３％以下、さらに好ましくは１２％以下である。
ＴｅＯ２は必須成分であり、光透過特性を全体的に高くし、またガラスを高屈折率化させる効果がある。含有量が０．１％未満であると、上記効果を十分に得ることができない。含有量は、好ましくは５％以上、より好ましくは１０％以上、さらに好ましくは１５％以上である。一方、含有量が３０％を超えると、ガラスが不安定になるおそれがある。好ましくは２５％以下、より好ましくは２３％以下、さらに好ましくは２０％以下である。
Ｐ２Ｏ５は必須成分ではないが、ガラスを形成する成分であり、また光透過特性を全体的に高くする成分である。光透過特性の観点などから、好ましくは０．１％以上、より好ましくは２％以上、さらに好ましくは４％以上である。一方、含有量が１５％を超えると、ガラスが不安定になるおそれがある。好ましくは１２％以下、より好ましくは１０％以下、さらに好ましくは８％以下である。
Ａｌ２Ｏ３は必須成分ではないが、ガラスを安定化させる効果がある。上記効果を得るために０．１％以上が好ましい。一方、含有量が１０％を超えると光学特性が低下するおそれがある。含有量は、好ましくは３％以下、より好ましくは１％以下、さらに好ましくは０．５％以下である。
ＺｎＯは必須成分ではないが、ガラスを安定化させる効果がある。しかし、含有量が１５％を超えると、分散が大きくなり、化学的耐久性も低下するおそれがある。好ましくは１０％以下、より好ましくは５％以下である。
第１のビスマスガラスは、光学特性を調整するための任意成分として、ＧｅＯ２、Ｇａ２Ｏ３、またはＣｅＯ２を含有できる。また、光学特性を調整するために、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏを含有できる。しかし、これらの成分はガラスの熱膨張係数を大きくし、成形時の寸法精度を低下させるほか、光学特性も低下させることから、合計した含有量は、好ましくは６％以下、より好ましくは２％以下、さらに好ましくは０．５％以下である。
さらに、光学特性を調整するために、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、またはＢａＯを含有できる。しかし、これらの成分はガラスの熱膨張係数を大きくし、成形時の寸法精度を低下させるほか、光学特性も低下させることから、合計した含有量は、好ましくは１％以下、より好ましくは０．７％以下、さらに好ましくは０．５％以下である。
また、光学特性を調整するために、Ｎｂ２Ｏ５、ＷＯ３、ＺｒＯ２、Ｇｄ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、またはＹ２Ｏ３を含有できる。これらを含有させる場合には、含有量が少なすぎると光学特性を調整する効果がほとんど得られないことから、それぞれ単独で０．１％以上が好ましく、１％以上がより好ましく、２％以上がさらに好ましい。一方、光透過性を重視する場合には、極力含有量を抑制することが好ましい。各成分はそれぞれ単独で１０％以下が好ましく、５％以下がより好ましく、４％以下がさらに好ましい。
さらに、光学特性を調整するために、Ｔａ２Ｏ５、またはＹｂ２Ｏ３を含有させてもよい。これらを含有させる場合には、含有量が少なすぎると光学特性を調整する効果がほとんど得られないことから、それぞれ単独で０．１％以上が好ましく、１％以上がより好ましく、また３％以下が好ましい。
成形温度の観点や環境面への影響等から、ＰｂＯ、Ｆ、Ａｓ２Ｏ３は実質的に含有させないことが好ましい。また、Ｓｂ２Ｏ３は必須成分ではないが、ガラス溶融の際の清澄剤として含有できる。Ｓｂ２Ｏ３を含有させる場合には、含有量は、０．０１％以上が好ましく、０．０５％以上がより好ましい。一方、含有量は、１％以下が好ましく、０．５％以下がより好ましい。
第２のビスマスガラスは、酸化物基準のモル％表示で、Ｂｉ２Ｏ３ ２５〜７０％、Ｂ２Ｏ３＋ＳｉＯ２ ５〜７５％、ＣｅＯ２ ０〜１０％、Ａｌ２Ｏ３ ０〜２０％、Ｇａ２Ｏ３ ０〜２０％、Ａｌ２Ｏ３＋Ｇａ２Ｏ３ ０〜３０％、ＺｎＯ＋ＴｅＯ ２ ＋ＢａＯ＋ＷＯ３ ０〜４０％を含有する。第２のビスマスガラスによれば青色光を効果的に吸収できる。なお、第２のビスマスガラスは、カドミウムおよび鉛を実質的に含有しないことが好ましい。カドミウムおよび鉛を含有する場合、これらの材料が赤色光を吸収しやすく、また環境上好ましくない。
Ｂｉ２Ｏ３は必須成分であり、青色光の吸収特性を向上させる効果がある。含有量が２５％未満であると、青色光の吸収特性が不十分となるおそれがある。好ましくは３０％以上、より好ましくは３５％以上である。一方、含有量が７０％を超える場合、ガラス化が困難になる。好ましくは６３％以下、より好ましくは５８％以下である。
Ｂ２Ｏ３およびＳｉＯ２はガラスを形成する主成分であり、いずれか一種を含有する必要がある。Ｂ２Ｏ３およびＳｉＯ２の合計した含有量が５％未満ではガラス化が困難になり、また成形時に失透するおそれがある。好ましくは２０％以上、より好ましくは２５％以上、さらに好ましくは３０％以上、最も好ましくは３５％以上である。一方、Ｂ２Ｏ３およびＳｉＯ２の合計した含有量が７５％を超える場合、成形時に失透するおそれがある。好ましくは７０％以下、より好ましくは６５％以下、さらに好ましくは６０％以下である。
また、ＳｉＯ２を含有させることで、化学的安定性を向上できる。すなわち、耐湿性を向上させ、ヤケに対して強いガラスを得ることができる。このため、Ｂ２Ｏ３およびＳｉＯ２においては、ＳｉＯ２を含有させることが好ましい。ＳｉＯ２の含有量は、好ましくは５％以上、より好ましくは１０％以上である。
ＣｅＯ２は必須ではないが、ガラス組成中のＢｉ２Ｏ３が溶融ガラス中に金属ビスマスとして析出してガラスの透過率を低下させることを抑制する効果を有している。このため、ＣｅＯ２は１０％以下の範囲で含有させることが好ましい。１０％を超える場合、ガラス化が困難となるおそれがある。好ましくは５％以下、より好ましくは１％以下である。また、金属ビスマスの析出を抑制する観点から、好ましくは０．０１％以上、より好ましくは０．０５％以上、さらに好ましくは０．１％以上である。
一方、ＣｅＯ２を含有させた場合、黄色またはオレンジ色の着色が強くなり、６００ｎｍ以上の帯域の波長における光の透過率を低下させてしまう場合がある。このため、高い光の透過率が要求される場合には０．１５％以下が好ましく、０．１％以下がより好ましい。
Ａｌ２Ｏ３は必須ではないが、成形時の失透を抑制する効果があり、２０％以下の範囲で含有できる。２０％を超える場合、失透により６００ｎｍ以上の帯域の波長における光の透過率が低下するおそれがある。含有量は、好ましくは０．１％以上、より好ましくは１％以上、さらに好ましくは２％以上である。
Ｇａ２Ｏ３は必須ではないが、成形時の失透を抑制する効果があり、２０％以下の範囲で含有できる。２０％を超える場合、失透により６００ｎｍ以上の帯域の波長における光の透過率が低下するおそれがある。好ましくは１８％以下、より好ましくは１５％以下、さらに好ましくは１０％以下である。一方、成形時の失透を抑制する観点から、好ましくは０．１％以上、より好ましくは１％以上、さらに好ましく２％以上である。
Ａｌ２Ｏ３およびＧａ２Ｏ３の合計した含有量は３０％以下である。合計した含有量が３０％を超える場合、失透により６００ｎｍ以上の帯域の波長における光の透過率が低下するおそれがある。好ましくは２５％以下、より好ましくは２０％以下、さらに好ましくは１５％以下である。一方、成形時の失透を抑制する観点から、好ましくは２％以上、より好ましくは４％以上である。
ＺｎＯ、ＴｅＯ ２ 、ＢａＯ、ＷＯ３はいずれも必須成分ではないが、屈折率、熱膨張係数等の物性値を調整するため、またガラス化を容易にするために、合計で４０％以下の範囲で含有してもよい。これらの合計した含有量は、好ましくは３０％以下、より好ましくは２０％以下、さらに好ましくは１０％以下である。
第２のビスマスガラスは、本発明の効果を損なわない限度において、上記以外の成分を合計で１０％以下の範囲で含有できる。例えば、成形時の失透を抑制するために、またはガラス化を容易にするために、ＢｅＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、Ｃｓ２Ｏ、Ｌａ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＧｅＯ２、ＺｒＯ２、Ｉｎ２Ｏ３等を含有できる。
なお、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ等のアルカリ金属成分を多く含むと結晶化により失透性が低下しやすく、またガラス成形が困難になるおそれがある。また、アルカリ金属成分を含むことにより屈折率が低下する傾向がある。これらの合計した含有量は、好ましくは８％以下、より好ましくは５％以下、実質的には含有しないことが好ましい。
第３のビスマスガラスは、酸化物基準のモル％表示で、Ｂｉ２Ｏ３ ４５〜７５％、Ｂ２Ｏ３ １２〜４５％、Ｇａ２Ｏ３ １〜２０％、Ｉｎ２Ｏ３ １〜２０％、ＺｎＯ ０〜２０％、ＢａＯ ０〜１５％、ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋ＧｅＯ２ ０〜１５％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ ０〜１５％、ＳｎＯ２＋ＴｅＯ２＋ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２＋Ｔａ２Ｏ３＋Ｙ２Ｏ３＋ＷＯ３ ０〜１０％、ＣｅＯ２ ０〜５％、Ｇａ２Ｏ３＋Ｉｎ２Ｏ３＋ＺｎＯ ５％以上を含有する。第３のビスマスガラスによれば、成形時の熱処理による結晶化を抑制でき、熱的安定性に優れる。
Ｂｉ２Ｏ３は必須成分であり、青色光の吸収特性を向上させる効果がある。含有量が４５％未満であると、青色光の吸収特性が不十分となるおそれがある。一方、含有量が７５％を超える場合、ガラス化が困難になる。
Ｂ２Ｏ３はガラスを形成する主成分であり必須である。含有量が１２％未満であると、ガラス化が困難になる。一方、４５％を超えると、ガラスの成形時に失透するおそれがある。
Ｇａ２Ｏ３は成形時の失透を抑制するために含有される。１％未満であると、上記効果を十分に得ることができないおそれがある。一方、２０％を超える場合、失透により６００ｎｍ以上の帯域の波長における光の透過率が低下するおそれがある。
Ｉｎ２Ｏ３は必須であり、成形時の失透を抑制するために、またガラス化を容易にするために含有される。含有量が１％未満であると、上記効果を十分に得ることができないおそれがある。一方、含有量が２０％を超えると、失透により６００ｎｍ以上の帯域の波長における光の透過率が低下するおそれがある。含有量は、好ましくは２％以上である。また、含有量は、好ましくは１３％以下である。
ＺｎＯは必須ではないが、屈折率、熱膨張係数等の物性値を調整するため、またガラス化を容易にする効果を有する。含有量が２０％を超えると、ガラス溶解時にかえって結晶が析出しやすくなりガラスの透過率が低下するおそれがある。好ましくは１８％以下である。ＺｎＯを含有する場合、その含有量は１％以上が好ましい。
Ｇａ２Ｏ３、Ｉｎ２Ｏ３、およびＺｎＯの合計した含有量は５％以上である。含有量が５％未満であると、上記した効果を十分に得ることができないおそれがある。Ｇａ２Ｏ３、Ｉｎ２Ｏ３、およびＺｎＯの合計した含有量は、好ましくは７％以上、より好ましくは９％以上である。
ＢａＯは必須ではないが、ガラス化を容易にするために１５％まで含有してもよい。含有量が１５％を超えると、ガラス溶解時にかえって結晶が析出しやすくなるおそれがある。好ましくは１０％以下、より好ましくは６％以下である。ＢａＯを含有する場合、その含有量は１％以上が好ましい。
ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３およびＧｅＯ２はいずれも必須ではないが、Ｔｇを高くするため、膨張係数を調整するために合計で１５％までの範囲で含有してもよい。１５％を超えると、ガラス溶解時に結晶が析出しやすくなおそれがある。好ましくは１０％以下である。
ＭｇＯ、ＣａＯおよびＳｒＯはいずれも必須ではないが、ガラス化を容易にするために合計で１５％までの範囲で含有してもよい。１５％を超えると、ガラス溶解時に結晶が析出しやすくなるおそれがある。好ましくは１０％以下である。
ＳｎＯ２、ＴｅＯ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｔａ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＷＯ３はいずれも必須ではないが、屈折率等の物性値調整するために合計で１０％までの範囲で含有してもよい。合計で１０％を超えると、ガラス溶解時に結晶が析出しやすくなるおそれがある。好ましくは５％以下である。
ＣｅＯ２は必須ではないが、ガラス組成中のＢｉ２Ｏ３がガラス溶融中に還元されて金属ビスマスとして析出しガラスの透明性を低下させることを抑制するために５％まで含有してもよい。５％を超えると、ガラス化が困難になり、または黄色もしくはオレンジ色の着色が強くなってガラスの透過率が低下するおそれがある。好ましくは３％以下である。
ＣｅＯ２を含有する場合、その含有量は、好ましくは０．０１％以上、より好ましくは０．０５％以上、さらに好ましくは０．１％以上である。なお、上記着色によるガラスの透過率の低下を避けたい場合、ＣｅＯ２の含有量は０．１５％以下が好ましく、０．１％以下がより好ましい。
第３のビスマスガラスは、本発明の目的を損なわない範囲で上記以外の他の成分を含有してもよい。他の成分の含有量の合計は、好ましくは２０％以下、より好ましくは１５％以下である。また、第３のビスマスガラスは、本質的に上記成分からなることがより好ましい。
第３のビスマスガラスとしては、例えばＢｉ２Ｏ３ ５５％超７５％以下、Ｂ２Ｏ３ １２〜２０％、Ｇａ２Ｏ３ ３〜１８％、Ｉｎ２Ｏ３ ２〜１３％、ＺｎＯ ０〜１３％、ＢａＯ ０〜３％、ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋ＧｅＯ２ ０〜６％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ ０〜１０％、ＳｎＯ２＋ＴｅＯ２＋ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２＋Ｔａ２Ｏ３＋Ｙ２Ｏ３＋ＷＯ３ ０〜５％、ＣｅＯ２ ０．１〜１％を含有するものが好ましい。
また、例えばＢｉ２Ｏ３ ５５％超７５％以下、Ｂ２Ｏ３ ２０％超４５％以下、Ｉｎ２Ｏ３ ２〜１３％、ＺｎＯ ０〜１８％、ＢａＯ ０〜６％、ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋ＧｅＯ２ ０〜１０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ ０〜１０％、ＳｎＯ２＋ＴｅＯ２＋ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２＋Ｔａ２Ｏ３＋Ｙ２Ｏ３＋ＷＯ３ ０〜５％、ＣｅＯ２ ０．１〜３％を含有するものが好ましい。
図２は、従来の白色発光装置における点灯直後から９０分経過後までの白色光の色度変化の一例を示したものである。ここで、図中右側が点灯直後の色度であり、１０分間隔で９０分間の測定結果をプロットしている。従来の白色発光装置については、時間の経過とともに色度座標におけるｘ値が低下し、白色光が青味を帯びてくる。なお、このときの表面温度は、例えば１００℃程度である。
図３〜６は、色調調整部１４となるビスマスガラス（ガラスＡ〜Ｄ）の３０〜１１０℃における透過率を示したものである。ここで、透過率は、厚さ２ｍｍのビスマスガラスについて、分光光度計（Ｏｃｅａｎ Ｏｐｔｉｃｓ製、ＨＲ２０００）を用いて波長３８０〜７８０ｎｍの範囲で測定した。図３〜５のガラスＡ〜Ｃは、少なくとも第１のビスマスガラスの組成範囲を満たすものであり、図６のガラスＤは、少なくとも第２のビスマスガラスの組成範囲を満たすものである。
ガラスＡは、酸化物基準のモル％表示で、Ｂｉ２Ｏ３ ３５．９％、Ｂ２Ｏ３ ３１．４％、ＴｉＯ２ ８．３％、ＴｅＯ２ １８．１％、Ｐ２Ｏ５ ４．７％、ＺｎＯ １．７％を含有する。ガラスＢは、酸化物基準のモル％表示で、Ｂｉ２Ｏ３ ４２．９％、Ｂ２Ｏ３ ４２．９％、ＴｅＯ２ ９．５％、Ｐ２Ｏ５ ４．８％を含有する。ガラスＣは、Ｂｉ２Ｏ３ ４７．１％、Ｂ２Ｏ３ ３４．２％、ＴｉＯ２ １．９％、ＴｅＯ２ ５．８％、Ｐ２Ｏ５ ８．８％、Ｎｂ２Ｏ５ １．２％、Ｔａ２Ｏ５ １．０％を含有する。ガラスＤは、Ｂｉ２Ｏ３ ３７．０％、Ｂ２Ｏ３ ２５．０％、ＳｉＯ２ １５．０％、ＴｉＯ２ ３．０％、ＴｅＯ２ １５．０％、ＺｎＯ ５．０％を含有する。
図３〜６から明らかなように、組成によっても若干異なるがビスマスガラスは波長が３８０〜４８０ｎｍの帯域で温度が上昇するにつれて透過率が低下する。また、概して、Ｂｉ２Ｏ３の含有量が少なくなると、全体的にグラフが高波長側に移動し、高波長側の透過率差（３０℃での透過率−１１０℃での透過率）が大きくなり、低波長側の透過率差が小さくなる。
なお、このときの波長４２０ｎｍにおける透過率差はいずれも１０％以上である。また、波長４００〜４３５ｎｍの帯域で透過率差はいずれも３％以上であり、波長４０２〜４３０ｎｍの帯域で透過率差はいずれも５％以上であり、波長４０５〜４２０ｎｍの帯域で透過率差はいずれも１０％以上である。さらに、透過率差の最大値は２４．４である。また、４８０ｎｍを超える帯域で、３０℃での透過率、１１０℃での透過率のいずれも７０％以上である。
このように、ビスマスガラスによれば、温度上昇に伴う青色光の増加を該温度上昇による透過率変化によって抑制できる。従って、このようなビスマスガラスからなる色調調整部１４を蛍光体層１３の発光面側等に配置することで、白色発光装置１の点灯直後からの色調変化、特に青味を帯びることを抑制できる。
本発明の白色発光装置１は、透過率が変化するガラスからなる色調調整部１４を設けることを除き、基本的に従来の白色発光装置と同様にして製造できる。また、色調調整部１４、すなわちビスマスガラスは、溶融法、ゾルゲル法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等の気相法等によって製造できる。
なお、色調調整部１４は、例えば基板１１等とは別に円板状等のものを作製しておき、基板１１または蛍光体層１３に公知の接着剤を用いて接着等を行うことにより固定してもよいし、蛍光体層１３上に直接形成してもよい。すなわち、基板１１に発光素子１２を搭載し、蛍光体層１３による封止を行った後、この蛍光体層１３を覆うように予め作製した色調調整部１４を公知の接着剤を用いて接着等を行うことにより固定してもよいし、また蛍光体層１３による封止が行われた基板１１に色調調整部１４を直接形成してもよい。
本発明の白色発光装置１によれば、透過率が変化するガラスからなる色調調整部１４を設けることで、点灯直後から一定時間経過後においても白色光が青味を帯びる色調変化を抑制できる。このため、例えば液晶ディスプレイ等のバックライト、小型情報端末の操作ボタンにおける発光部、自動車用もしくは装飾用の照明、その他の光源として好適に使用できる。
１…白色発光装置、１１…発光素子用基板、１１１…基板本体、１１２…反射枠体、１１３…電極、１１４…搭載部、１２…発光素子、１３…蛍光体層、１４…色調調整部、１５…ボンディングワイヤ

Claims (9)

  1. 紫外光または青色光を放出する発光素子と、
    前記発光素子から放出される紫外光または青色光により励起されて混合色として白色光を得る蛍光体を含有する蛍光体層と、
    前記蛍光体層の発光面側に配置され、または前記蛍光体層中に分散され、温度上昇とともに透過率の波長依存性が変化するガラスからなる色調調整部と
    を有し、
    前記ガラスは、酸化物基準のモル％表示で、Ｂｉ ２ Ｏ ３ ２５〜５０％、Ｂ ２ Ｏ ３ １５〜５０％、ＳｉＯ ２ ０〜３０％、ＴｉＯ ２ ０〜１５％、ＴｅＯ ２ ０．１〜３０％、Ｐ ２ Ｏ ５ ０〜１５％、Ａｌ ２ Ｏ ３ ０〜１０％、ＺｎＯ ０〜１５％、Ｎｂ ２ Ｏ ５ ０〜１０％、Ｔａ ２ Ｏ ５ ０〜３％、を含有することを特徴とする白色発光装置。
  2. 紫外光または青色光を放出する発光素子と、
    前記発光素子から放出される紫外光または青色光により励起されて混合色として白色光を得る蛍光体を含有する蛍光体層と、
    前記蛍光体層の発光面側に配置され、または前記蛍光体層中に分散され、温度上昇とともに透過率の波長依存性が変化するガラスからなる色調調整部と
    を有し、
    前記ガラスは、酸化物基準のモル％表示で、Ｂｉ ２ Ｏ ３ ４５〜７５％、Ｂ ２ Ｏ ３ １２〜４５％、Ｇａ ２ Ｏ ３ １〜２０％、Ｉｎ ２ Ｏ ３ １〜２０％、ＺｎＯ ０〜２０％、ＢａＯ ０〜１５％、ＳｉＯ ２ ＋Ａｌ ２ Ｏ ３ ＋ＧｅＯ ２ ０〜１５％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ ０〜１５％、ＳｎＯ ２ ＋ＴｅＯ ２ ＋ＴｉＯ ２ ＋ＺｒＯ ２ ＋Ｔａ ２ Ｏ ３ ＋Ｙ ２ Ｏ ３ ＋ＷＯ ３ ０〜１０％、ＣｅＯ ２ ０〜５％、Ｇａ ２ Ｏ ３ ＋Ｉｎ ２ Ｏ ３ ＋ＺｎＯ ５％以上を含有することを特徴とする白色発光装置。
  3. 紫外光または青色光を放出する発光素子と、
    前記発光素子から放出される紫外光または青色光により励起されて混合色として白色光を得る蛍光体を含有する蛍光体層と、
    前記蛍光体層の発光面側に配置され、または前記蛍光体層中に分散され、温度上昇とともに透過率の波長依存性が変化するガラスからなる色調調整部と
    を有し、
    前記ガラスは、Ｂｉ２Ｏ３、Ｂ２Ｏ３、およびＴｅＯ２を必須成分とすることを特徴とする白色発光装置。
  4. 前記ガラスは、酸化物基準のモル％表示で、Ｂｉ２Ｏ３を２０〜７５％含有するビスマスガラスからなることを特徴とする請求項３記載の白色発光装置。
  5. 前記ガラスは、酸化物基準のモル％表示で、Ｂｉ２Ｏ３ ２０〜５０％、Ｂ２Ｏ３ １５〜５０％、ＳｉＯ２ ０〜３０％、ＴｉＯ２ ０〜１５％、ＴｅＯ２ ０．１〜３０％、Ｐ２Ｏ５ ０〜１５％、Ａｌ２Ｏ３ ０〜１０％、ＺｎＯ ０〜１５％、Ｎｂ２Ｏ５ ０〜１０％、Ｔａ２Ｏ５ ０〜３％、を含有することを特徴とする請求項３記載の白色発光装置。
  6. 前記ガラスは、酸化物基準のモル％表示で、Ｂｉ２Ｏ３ ２５〜７０％、Ｂ２Ｏ３＋ＳｉＯ２ ５〜７５％、ＣｅＯ２ ０〜１０％、Ａｌ２Ｏ３ ０〜２０％、Ｇａ２Ｏ３ ０〜２０％、Ａｌ２Ｏ３＋Ｇａ２Ｏ３ ０〜３０％、ＺｎＯ＋ＴｅＯ２＋ＢａＯ＋ＷＯ３ ４０％以下含有することを特徴とする請求項３記載の白色発光装置。
  7. 前記ガラスは、酸化物基準のモル％表示で、Ｂｉ２Ｏ３ ４５〜７５％、Ｂ２Ｏ３ １２〜４５％、Ｇａ２Ｏ３ １〜２０％、Ｉｎ２Ｏ３ １〜２０％、ＺｎＯ ０〜２０％、ＢａＯ ０〜１５％、ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋ＧｅＯ２ ０〜１５％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ ０〜１５％、ＳｎＯ２＋ＴｅＯ２＋ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２＋Ｔａ２Ｏ３＋Ｙ２Ｏ３＋ＷＯ３ １０％以下、ＣｅＯ２ ０〜５％、Ｇａ２Ｏ３＋Ｉｎ２Ｏ３＋ＺｎＯ ５％以上を含有することを特徴とする請求項３記載の白色発光装置。
  8. 前記ガラスは、温度上昇とともに透過率が低下することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の白色発光装置。
  9. 前記ガラスは、波長４２０ｎｍにおける３０℃での透過率から１１０℃での透過率を引いた透過率の差が０．０５％以上であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項記載の白色発光装置。
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