JP6405738B2 - 発光装置 - Google Patents
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Description
特許文献1には、発光素子から放射された1次光によって励起され緑色領域にピーク発光波長を有する光を放射する緑色蛍光体と、前記1次光によって励起され赤色領域にピーク発光波長を有する光を放射する第1赤色蛍光体および第2赤色蛍光体を含有する蛍光体層とを備える発光装置が開示されている。
n)OnN8−nで表される単位構造の組成で構造の中に2箇所の空隙がある結晶構造である。この空隙に比較的イオン半径の小さなCa2+等の金属イオンが固溶可能であり、金属イオンが固溶したα−サイアロンの一般式はMm/vSi12−(m+n)Al(m+n)OnN8−n:Eu(ここでMは金属イオンであり、vはその原子価である。)で表される。0<m<12、0<n<8であり、Mは例えばLi、Mg、Ca、Y、Zn等である。)、LSN蛍光体(LnxSiyNn:Z(Lnは付活剤として用いる元素を除いた希土類元素であり、Zは賦活剤であり、xは2.7≦x≦3.3を満たし、yは5.4≦y≦6.6を満たし、nは10≦n≦12を満たす。))が挙げられる。
一般式: M13(M21−x,Cex)2(SiO4)3
但し、M1は、Ca,Sr及びBaの中から選択される少なくとも1種の元素であり、M2は、Mg,Al,Ga,In,Sc,Y,La,Gd及びLuから選択される少なくとも1種の元素であり、0.01≦x≦0.4である。
.0、0 ≦ b < 0.2、0.2 ≦ c ≦ 0.8、0 ≦ d < 0.2および0 < x ≦ 0.5)、β−SiAlON蛍光体:(Si6−zAlzOzN8−z:Eu(0<z<4.2))、アルカリ土類金属スカンジウム酸塩蛍光体(CSO蛍光体)CaSc2O4:Ce、酸窒化物蛍光体(BSON蛍光体):(Ba,Ca,Sr,Mg,Zn,Eu)3Si6O12N2、SiON蛍光体:(組成式MSi2O2N2:Eu2+(M:二価の金属元素を表わす。通常は、Ca、Sr、及びBaからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素))が挙げられる。
で第1蛍光体の発光スペクトルの半値幅は、第1蛍光体を1種類で用いることを考慮した場合、青色領域の発光が発光半値幅の広いときは狭い方が好ましく、例えば50nm以上の蛍光体を使用する。また励起波長の変化に対する色度の温度特性を調整するために緑色蛍光体を2種類使用することもある。その際は励起波長に対する発光強度変化の異なる特性
を持つ緑色蛍光体を使用してもよい。上記LuAG蛍光体、CSMS蛍光体、及び、YAG蛍光体は、何れもCeを付活剤とするガーネット結晶構造のCe付活アルミニウムガーネット蛍光体であり、Ceを付活剤として使用するので、半値幅の広い(95nm以上)蛍光スペクトルが得られ、高い演色性を得るのに好適な蛍光体である。当該半値幅は、例えば、Lu3Al5O12:Ce蛍光体では102nm、Ca3(Sc,Mg)2Si3O12:Ce蛍光体では103nmが得られる。
第1赤色蛍光体および第2赤色蛍光体として、(Sr1−y,Cay)1−xAlSiN3:Eux蛍光体(但し、0.001≦x≦0.1、0<y≦1)を使用する。第1赤色蛍光体のピーク発光波長は625nmより長波長である。
第2赤色蛍光体としては特にCa1−xAlSiN3:Eux(但し、0.001≦x≦0.1)(CaAlSiN3:Eu蛍光体)が好ましく、xの好ましい範囲は上述の通りである。
強度変化・スペクトル変化など)に合わせて光源の色変化をなくす特性があることが望ま
しい。
比重差が小さいので、後述するように、発光素子を封止する透明樹脂中に添加した際、比重差による沈降バラツキが小さく、演色性を含めた発光装置の発光特性のバラツキを軽減できる。
本発明では、第1赤色蛍光体のピーク発光波長を625nmより長い(625nmは含まない)波長とすることにより、特許文献1開示の発光装置等の従来の発光装置と比較して、長波長側の発光成分が多いため第2赤色蛍光体と組み合わせて得られる発光スペクトルに占める第2赤色蛍光体の割合を減らすことができる。これにより第2赤色蛍光体に起因する特性を抑制することができる。例えば抑制される特性として、長波長側成分が多く視感度の悪い第2赤色蛍光体を減らすことで得られる光束が増加しその結果発光効率が改善される。また温度変化に対する特性変化を小さくすることができる。
発光効率を向上させる観点から、第2赤色蛍光体として好ましいピーク発光波長は640nm以上であり、更には645nm以上であり、演色性を向上させる観点から、好ましいピーク発光波長は670nm以下であり、更には660nm以下である。
配合比(重量部)については、演色性を向上する観点から、第1蛍光体100部に対して赤色蛍光体(第1及び第2赤色蛍光体の合計)は1部以上、更には30部以上が好ましく、発光効率を向上する観点から、第1蛍光体100部に対して赤色蛍光体は200部以下、更には150部以下が好ましい。
本発明に係る発光装置(以下、適宜「本発光装置」という。)の実施の形態につき、照明用の白色光源として使用される場合を想定して、図面に基づいて説明する。尚、本発光装置の構造を示す図面においては、適宜、要部を強調し、或いは、模式的に図示している箇所が存在するため、各部の寸法比は必ずしも実際の構造と一致していない。
うにセラミック基板2上に形成されている。電極ランド4a,4kは、外部接続用(例えば電源供給用途)の電極として形成される。電極ランド4aは配線パターン3aとセラミクスを貫通する貫通ビアを介して接続され、電極ランド4kは配線パターン3kの一端と貫通ビアを介して接続されている。
励起光透過率(%)=Ip<chip>/Ip<phos>
Ip<chip>:チップの発光スペクトルにおける発光ピーク強度
Ip<phos>:蛍光体からの発光スペクトルにおける発光ピーク強度
※蛍光体が複数ある場合は、各蛍光体の発光スペクトルが重ね合わされたスペクトルにおける発光ピーク強度を用いる。
LEDチップ6は、紫色乃至青色領域(波長:380nm以上490nm以下)にピーク発光波長が存在する紫色乃至青色成分を含む光を放射する半導体発光素子のベアチップで、InGaN系LED等のGaN系LEDチップで構成される。本実施形態では、一例として、ピーク発光波長が405nm近傍のものを使用する。また、本実施形態では、LEDチップ6は、セラミック基材からなるパッケージ本体部13上にダイボンドされ、セラミック基材からなるパッケージ本体部13の一辺(X方向)にほぼ平行になるように複数個が直線状に複数列配置されている。図1に示す例では、LEDチップ6は6個並列に接続されて構成されている。また、LEDチップ6は、チップ上面から発光が主に出射される構造で、チップ表面に隣接するLEDチップ6または配線パターン3とワイヤー7で相互に接続するための図示しない電極パッド(アノード用、カソード用)が形成されている。尚、LEDチップ6が裏面出射タイプの場合は、ワイヤー7に相当する配線及びランドをセラミック基材からなるパッケージ本体部13上に予め形成し、LEDチップ6を表面の電極パッドを基板2の表面に対向させてバンプを介してフリップチップ接続により搭載するようにしても構わない。
このときの励起光透過率の好ましい範囲は40%以上、更には60%以上、更には80%以上であり、200%以下、更には150%以下、更には120%以下が好ましい。
以下、上記実施形態の別実施形態について説明する。
なお、別実施形態においては、第1蛍光体として緑色蛍光体を用いた場合を例に示すが、第1蛍光体として黄色蛍光体を使用することも可能であり、緑色蛍光体と黄色蛍光体の混合物を用いることも可能である。またチップから放射される光を青色として例を示すが、近紫外から紫色を放射するチップを用いて、青色光を第2蛍光体(青色蛍光体)で代替することも可能である。
本発光装置の実施の別形態につき、照明用の白色光源として使用される場合を想定して、図面に基づいて説明する。尚、本発光装置の構造を示す図面においては、適宜、要部を強調し、或いは、模式的に図示している箇所が存在するため、各部の寸法比は必ずしも実際の構造と一致していない。
リコーン樹脂を使用する。また、シリコーン樹脂には、各蛍光体の沈降を抑制するため、更に、LEDチップ6及び各蛍光体からの発光を効率良く拡散させるために、一例として、微細シリカ粒子が混入されている。尚、シリカ粒子等の沈降抑制剤や拡散剤は必ずしも混入する必要はない。
例えば、図3に模式的に示すように、蛍光体層5を、透明樹脂に粒状の第1赤色蛍光体を混合した第1赤色蛍光体層5aと、透明樹脂に粒状の第2赤色蛍光体を混合した第2赤色蛍光体層5bと、透明樹脂に粒状の緑色蛍光体を混合した緑色蛍光体層5cをLEDチ
ップ6側から順番に積層して構成しても良い。近紫外から紫に発光するチップを使用する際は、更に青色蛍光体層(図示せず)を最上部に積層して構成しても良い。この場合、各蛍光体層5a〜5cの全体での各蛍光体の配合比は、蛍光体層5を1層で構成した場合と同様に決定すれば良い。
尚、上記実施形態で例示した第1及び第2赤色蛍光体に使用する(Sr,Ca)AlSiN3:Eu蛍光体やCaAlSiN3:Eu蛍光体は、吸収帯域が広く、緑色成分の光も吸収するため、図3または図4に示す構成において、緑色蛍光体層5cを蛍光体層5の最上層に設けることで、緑色蛍光体から放射される緑色成分の光が第1または第2赤色蛍光体で吸収されるのを抑制でき、結果として発光効率の低下を抑制でき好ましい。青色蛍光体層を最上部に設ける理由も同様である。
成元素として含有するもの)を用いることができ、さらにハロリン酸塩蛍光体としては下記一般式[1]の化学組成のものが例示される。
(上記一般式[1]において、c、d及びxは、2.7≦c≦3.3、0.9≦d≦1.1、0.3≦x≦1.2を満足する数である。さらに、a及びbは、a+b=5−xかつ0.05≦b/(a+b)≦0.6の条件を満足する。)
なお、該蛍光体は、本発明の効果を損なわない程度に、上述以外の元素を含有していてもよい。
一般式[2]: (M3,Eu)aO・(Al2O3)b
一般式[3]: (M3,Euc,Mnd)aO・(Al2O3)b
但し、M3は、Mg,Ca,Sr,Ba及びZnから選択される少なくとも1種の元素であり、a、b、c及びdは,a>0、b>0、0.1≦a/b≦1.0、0.001≦d /c≦0を満足する数である。
の何れの実装例においても、一方がアノード端子、他方がカソード端子となる2つのリード端子11,12を備え、一方のリード端子にLEDチップ6を収容する凹部が形成され、LEDチップ6が当該一方のリード端子の凹部上にダイボンディングされ、LEDチップ6及びリード端子11,12の上側に、緑色蛍光体と第1赤色蛍光体と第2赤色蛍光体を含む透明樹脂が充填され、蛍光体層5が形成されている。また、リード端子11,12の下側及び上記透明樹脂が充填される領域の周囲に、不透明樹脂からなるリード端子11,12を固定するパッケージ本体部13が形成されている。
〈5〉更に、LEDチップ6をセラミック基板2上に搭載し、蛍光体層5を平板状に形成するのではなく、図6に例示するようなドーム状の蛍光体層5を備える構造としても良い。
で、LEDチップ6を封止するドーム状の蛍光体層5が形成される。
〈7〉更に、上記実施形態では、本発光装置が照明用の白色光源として使用される場合を想定して説明したが、本発光装置は、液晶表示装置のバックライトに適した実装形態を採用することで、当該バックライトに応用可能である。本発光装置は、白色照明器具等の照明器具にも応用可能である。
この時作製したサンプルに使用した蛍光体について配合比率とともに表1に示している。実施例に使用した蛍光体は青色蛍光体:SBCA、緑色蛍光体:β−SiAlON、第1赤色蛍光体:SCASN、第2赤色蛍光体:CASNである。実施例では第1赤色蛍光体として630nmの発光ピーク波長を持つSCASN630を使用し、比較例では620nmの発光ピーク波長を持つSCASN620を使用した。
表1に示される配合比では、樹脂と青色蛍光体・緑色蛍光体・赤色蛍光体とを混合するときの総重量を100%とし、例えば比較例1を例とすると青色蛍光体の配合(重量)比は9.5%であり、緑色蛍光体の配合(重量)比は3.6%であり、赤色蛍光体の配合(重量)比は4.0%であった。ここで配合比4%の赤色蛍光体はSCASN:50%とCASN:50%から構成されている。
に安定したところでパルス測定をすることにより得られたものである。表1に示す全光束
の相対値では、SCASN620:CASN650の配合比率を50%:50%として作
製した白色LED(比較例1)の発光効率を100%として相対値で示している。
比較例1と実施例1は、Ra=96でありR9−R15もほぼ同じ値となるように、S
CASN620/CASN650とSCASN630/CASN650の配合比率を調整し
て作製した白色LEDの積分球で測定し得られた特性である。このときの全光束の相対値
では比較例1より実施例1が5%高い値となっている。同様にして比較例2と実施例2で
は、Ra=93でありR9−R15もほぼ同じ値とした結果比較例2より実施例2のほう
が発光効率の相対値が3%高い結果であった。
また表3に示すのは、PKG直下の温度を25度または80℃に変化させ安定したところでパルス測定したときの相関色温度と色度図(CIE1931)上の色度点の変化(Δ
CCT、Δx、Δy、d)を示している。
このとき温度に対する色度点の変化は、実施例のほうが比較例より小さく照明器具にした際の温度環境変化による色シフトが小さいことがわかる。LEDの大光束化に伴いLEDの発熱は上昇しておりLEDチップ近傍は150℃になることもあり本願における温度評価は80℃までであるが、COBなどの大光束を放射するLEDでは本願の特性がより明確となることは自明である。
表5に示すのは、白色LEDにおいて、チップ励起光の発光ピーク波長を変更したときの特性の変化である。発光ピーク波長が長波長側になるほど演色性は向上する傾向があり、効率の向上と演色性の向上について確認した。また、このときの光源で照射した白色の被照射物は長波長側の発光ピーク波長の特に406nm以上のチップを使用したときで、更に励起光透過率が高いほうがより白が際立って白く見えることがわかった。発光ピーク波長が長波長側のほうが白が白く見えることは、一般的に考えられている紫外線等の短波長側の光を照射して蛍光増白剤を発光させて白く見せる原理とは異なる傾向であることがわかる。白の見えは、官能試験により2段階で評価した。この特性は白色領域以外でも効果的で例えば、1600K〜2500Kのような通常一般照明では使用されない極めて低い色温度や生鮮食品用途などで使用されることのあるduv≦0.02の特殊色領域でも有効である。
。白色発光装置とする場合の色温度は、2500K以上、7000K以下とすることができる。
本発明の発光装置の平均演色評価数Raは80以上、85以上、90以上、95以上とすることができ、一般にはRa98以下とすることができる。
2: セラミック基板
3,3a,3k: 配線パターン
4,4a,4k: 電極ランド
5: 蛍光体層
5a: 第1赤色蛍光体層
5b: 第2赤色蛍光体層
5c: 緑色蛍光体層
5d: 赤色蛍光体層
6: LEDチップ
7: ワイヤー
8: 印刷抵抗素子
9: 樹脂ダム
10: 透明樹脂層
11,12: リード端子
13: パッケージ本体部
14: ツェナーダイオード
15: 絶縁性フィルム
16a,16b: ランド部
17a,17b: 端子部
18,19: 接着層
20: 開口部
21: 撥液層
Claims (11)
- 近紫外乃至青色領域にピーク発光波長を有する光を放射する発光素子と、
前記発光素子から放射された1次光によって励起され光を放射する第1蛍光体、前記1
次光によって励起され赤色領域にピーク発光波長を有する光を放射する第1赤色蛍光体、
および、前記1次光によって励起され赤色領域の前記第1赤色蛍光体よりも長波長側にピ
ーク発光波長を有する光を放射する第2赤色蛍光体を含有する蛍光体層と、を備える発光
装置であって、
前記第1赤色蛍光体および第2赤色蛍光体のそれぞれは、(Sr1−y,Cay)1−
xAlSiN3:Eux(但し、0.001≦x≦0.1、 0<y≦1)で表される蛍
光体であって、前記第1赤色蛍光体が(Sr,Ca)AlSiN 3 :Euで表される蛍光
体であり、前記第2赤色蛍光体が、CaAlSiN 3 :Euで表される蛍光体であり、
前記第1赤色蛍光体のピーク発光波長が625nmより長波長であり、635nm以下
であり、
前記発光素子の前記ピーク発光波長が406nm以上である
ことを特徴とする発光装置。 - 前記発光装置が白色発光装置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2赤色蛍光体のピーク発光波長が、630nm以上670nm以下であることを
特徴とする請求項1または2に記載の発光装置。 - 前記第1蛍光体のピーク発光波長が、490nm以上610nm以下であることを特徴
とする請求項1〜3のいずれかに記載の発光装置。 - 前記第1蛍光体が、Ce付活アルミニウムガーネット蛍光体であることを特徴とする請
求項1〜4のいずれかに記載の発光装置。 - 連続した一つの前記蛍光体層に対して、2以上の前記発光素子を配置してなることを特
徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の発光装置。 - 前記発光素子は、GaN系LEDチップであることを特徴とする請求項1〜6のいずれ
かに記載の発光装置。 - 前記蛍光体層が、ピーク発光波長435nm以上490nm以下の第2蛍光体を含有す
ることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の発光装置。 - 下記式で規定される励起光透過率が、40%以上200%以下であることを特徴とする
請求項1〜8のいずれかに記載の発光装置。
励起光透過率(%)=Ip<chip>/Ip<phos>
Ip<chip>:チップの発光スペクトルにおける発光ピーク強度
Ip<phos>:蛍光体からの発光スペクトルにおける発光ピーク強度
(蛍光体が複数ある場合は、各蛍光体の発光スペクトルが重ね合わされたスペクトルにお
ける発光ピーク強度を用いる。) - 請求項1〜9のいずれかに記載の発光装置を具備する照明器具。
- 請求項1〜9のいずれかに記載の発光装置を具備する表示装置。
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