JP6520553B2 - 発光装置 - Google Patents
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Description
また、特許文献2に記載の発光装置では、緑色蛍光体の半値幅が広いために、色再現範囲を正確にカバーすることが難しいという懸念がある。
更に特許文献3に記載のバックライト光源に含まれる緑色蛍光体を、ピーク波長が430nm以上480nm以下である発光素子とともに用いる場合、該蛍光体の励起波長が発光素子のピーク波長と一致せず、その発光効率が著しく低いという懸念がある。
本開示の第一の態様は、発光ピーク波長が400nm以上455nm以下である発光素子と、
650nm以上670nm以下の範囲に発光ピーク波長を有する蛍光を発し、下記組成式(I)で表される第一の蛍光体と、
520nm以上550nm以下の範囲に発光ピーク波長を有する蛍光を発する第二の蛍光体と、を備え、
400nm以上455nm以下の範囲における最大発光強度を100%とした場合に、600nm以上620nm以下の範囲における平均発光強度が6%以下である発光スペクトルを有する発光装置である。
(x−a)MgO・a(Ma)O・b/2(Mb)2O3・yMgF2・c(Mc)X2・(1−d−e)GeO2・d(Md)O2・e/2(Me)2O3:Mn (I)
650nm以上670nm以下の範囲に発光ピーク波長を有する蛍光を発し、上記組成式(I)で表される第一の蛍光体と、
520nm以上550nm以下の範囲に発光ピーク波長を有する蛍光を発する第二の蛍光体と、を備え、
520nm以上550nm以下の範囲における最大発光強度を100%とした場合に、600nm以上620nm以下の範囲における平均発光強度が30%以下である発光スペクトルを有する発光装置である。
本実施形態の発光装置は、発光ピーク波長が400nm以上455nm以下である発光素子と、650nm以上670nm以下の範囲に発光ピーク波長を有する蛍光を発し、下記組成式(I)で表される第一の蛍光体と、520nm以上550nm以下の範囲に発光ピーク波長を有する蛍光を発する第二の蛍光体と、を備え、400nm以上455nm以下の範囲における最大発光強度を100%とした場合に、600nm以上620nm以下の範囲における平均発光強度が6%以下である発光スペクトルを有する発光装置である。
また、本実施形態の発光装置は、520nm以上550nm以下の範囲における最大発光強度を100%とした場合に、600nm以上620nm以下の範囲における平均発光強度が30%以下である発光スペクトルを有する発光装置である。
(x−a)MgO・a(Ma)O・b/2(Mb)2O3・yMgF2・c(Mc)X2・(1−d−e)GeO2・d(Md)O2・e/2(Me)2O3:Mn (I)
また発光装置の発光スペクトルは、520nm以上550nm以下の範囲における最大発光強度を100%とした場合に、600nm以上620nm以下の範囲における平均発光強度が30%以下であるが、色再現域拡大の観点から、25%以下であることが好ましく、20%以下であることがより好ましい。
600nm以上620nm以下の範囲における平均発光強度は、例えば、第一の蛍光体及び第二の蛍光体の構成を適宜選択することで調整することができる。
なお、特定の波長範囲の平均発光強度は、発光スペクトルにおける、その波長範囲の発光強度の算術平均値である。すなわち、発光スペクトルにおいて、その波長範囲について1nm毎に発光強度を測定し、測定された発光強度の総和を測定数で除して算出される。
発光装置100は、可視光の短波長側(例えば380nm以上485nm以下)の光を発し、発光ピーク波長が400nm以上455nm以下である窒化ガリウム系化合物半導体の発光素子10と、発光素子10を載置する成形体40と、を有する。成形体40は第1のリード20及び第2のリード30と、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂とが一体的に成形されてなるものである。成形体40は底面と側面を持つ凹部を形成しており、凹部の底面に発光素子10が載置されている。発光素子10は一対の正負の電極を有しており、その一対の正負の電極は第1のリード20及び第2のリード30とワイヤ60を介して電気的に接続されている。発光素子10は蛍光部材50により被覆されている。蛍光部材50はエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ変性シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂を含むことが好ましい。蛍光部材50は発光素子10からの光を波長変換する蛍光体70として赤色蛍光体(第一の蛍光体71)及び緑色蛍光体(第二の蛍光体72)と樹脂とを含有してなる。
図2は、本実施形態に係る発光装置の別の一例を示す概略断面図である。図2では、発光素子10に近い方から順に、第一の蛍光体71及び第二の蛍光体72がこの順に配置されている。第二の蛍光体72を上に配置することにより、第一の蛍光体の反射に起因する発光ロスが抑制され、第二の蛍光体72の発光を発光装置の外へ取り出し易くすることができる。また第一の蛍光体71は青色光の吸収が少ないため蛍光体量が多くなる傾向があるが、第一の蛍光体71を下に配置することで第二の蛍光体72の発光がより取り出しやすくなる傾向がある。以上により、発光装置の発光効率がより向上すると考えられる。
発光素子の発光ピーク波長は、400nm以上455nm以下の範囲にある。この範囲に発光ピーク波長を有する発光素子を励起光源として用いることにより、発光素子からの光と蛍光体からの蛍光との混色光を発する発光装置を構成することが可能となる。さらに、発光素子から外部に放射される光を有効に利用することができるため、発光装置から出射される光の損失を少なくすることができ、高効率な発光装置を得ることができる。
発光素子には半導体発光素子を用いることが好ましい。光源として半導体発光素子を用いることによって、高効率で入力に対する出力のリニアリティが高く、機械的衝撃にも強い安定した発光装置を得ることができる。
半導体発光素子としては、例えば、窒化物系半導体(InXAlYGa1−X−YN、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)を用いた青色、緑色等に発光する半導体発光素子を用いることができる。
第一の蛍光体
発光装置は、650nm以上670nm以下の範囲に発光ピーク波長を有する蛍光を発し、下記組成式(I)で表される第一の蛍光体の少なくとも1種を備える。
(x−a)MgO・a(Ma)O・b/2(Mb)2O3・yMgF2・c(Mc)X2・(1−d−e)GeO2・d(Md)O2・e/2(Me)2O3:Mn (I)
式中、Maは、Ca、Sr、Ba及びZnからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、Mbは、Sc、La及びLuからなる群から選択された少なくとも1種の元素であり、Mcは、Ca、Sr、Ba及びZnからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、Xは、F及びClからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、Mdは、Ti、Sn及びZrからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、Meは、B、Al、Ga及びInからなる群から選択される少なくとも1種の元素である。また、x、y、a、b、c、d及びeはそれぞれ、2≦x≦4、0<y≦2、0≦a≦1.5、0≦b<1、0≦c≦2、0≦d≦0.5、0≦e<1及び0<d+e<1を満たす。
発光装置は第一の蛍光体を1種単独でも、2種以上を組合せて含んでいてもよい。
第一の蛍光体の平均粒径は、フィッシャー・サブ・シーブ・サイザーズ・ナンバー(Fisher Sub Sieve Sizer's No.)と呼ばれる数値であり、空気透過法を用いて測定される。
(1)2.5<x<3.6
(2)0<y<1
(3)a=0
(4)0≦b<0.5、又は0≦b<0.2
(5)0≦c≦1.5、又は0≦c≦0.5
(6)0≦d≦0.25、又は0≦d≦0.1
(7)0≦e≦0.5、又は0≦e≦0.3
(8)0<d+e<0.2
(9)MbがScを含む。
(10)McがCaを含み、XがF又はClである。
(11)MdがTiを含む。
(12)MeがGaを含む。
発光装置は、520nm以上550nm以下の範囲に発光ピーク波長を有する蛍光を発する第二の蛍光体の少なくとも1種を含む。
第二の蛍光体は、発光スペクトルの半値幅が70nm以下であることが好ましく、65nm以下であることがより好ましい。また第二の蛍光体は、発光スペクトルにおける最大発光強度を100%とした場合に、600nm以上620nm以下の範囲における平均発光強度が20%以下であることが好ましく、17%以下であることがより好ましい。
Si6−zAlzOzN8−z:Eu (IIa)
(式中、zは、0<z≦4.2を満たす。)
(Ba,Sr,Ca,Mg)2SiO4:Eu (IIb)
(Ca,Sr,Ba)8MgSi4O16(F,Cl,Br)2:Eu (IIc)
(Ba,Sr,Ca)Ga2S4:Eu (IId)
組成式(IIa)中、zは、0.01<z<2を満たすことが好ましい。
発光装置は第二の蛍光体を1種単独でも、2種以上を組合せて含んでいてもよい。
第二の蛍光体の平均粒径は、フィッシャー・サブ・シーブ・サイザーズ・ナンバー(Fisher Sub Sieve Sizer's No.)と呼ばれる数値であり、空気透過法を用いて測定される。
発光装置は、第一の蛍光体及び第二の蛍光体以外のその他の蛍光体を必要に応じて含んでいてもよい。その他の蛍光体としては、(Y,Gd,Tb,Lu)3(Al,Ga)5O12:Ce、Ca3Sc2Si3O12:Ce、CaSc2O4:Ce、(La,Y)3Si6N11:Ce、(Ca,Sr,Ba)3Si6O9N4:Eu、(Ca,Sr,Ba)3Si6O12N2:Eu、(Sr,Ca)AlSiN3:Eu、(Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu、(Ca,Sr,Ba)S:Eu、(Ca,Sr)LiAl3N4:Eu等を挙げることができる。発光装置がその他の蛍光体を含む場合、その含有量は、目的等に応じて適宜選択することができ、例えば第一の蛍光体及び第二の蛍光体の総量に対して10重量%以下であり、1重量%以下である。
発光装置は、例えば、蛍光体及び樹脂を含み、発光素子を被覆する蛍光部材を備えることができる。蛍光部材を構成する樹脂としては、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂が挙げられる。熱硬化性樹脂として、具体的には、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ変性シリコーン樹脂等の変性シリコーン樹脂などを挙げることができる。
蛍光部材は、蛍光体及び樹脂に加えてその他の成分を必要に応じて含んでいてもよい。その他の成分としては、シリカ、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム等のフィラー、光安定化剤、着色剤等を挙げることができる。蛍光部材がその他の成分を含む場合、その含有量は特に制限されず、目的等に応じて適宜選択することができる。例えば、その他の成分として、フィラーを含む場合、その含有量は樹脂100重量部に対して、0.01重量部以上20重量部以下とすることができる。
発光装置の製造に先立ち、実施例及び比較例用の蛍光体として下表に示す赤色蛍光体及び緑色蛍光体をそれぞれ準備した。
赤色蛍光体として、蛍光体1から4及び蛍光体C1からC3を準備した。蛍光体1は、3.0MgO・(0.1/2)Sc2O3・0.65MgF2・0.25CaF2・0.9GeO2・(0.1/2)Ga2O3:Mnで表され、蛍光体2は、2.75MgO・1.0MgF2・0.25CaF2・0.95GeO2・0.05TiO2:Mnで表され、蛍光体3は、3.4MgO・(0.1/2)Sc2O3・0.5MgF2・0.9GeO2・(0.1/2)Ga2O3:Mnで表され、蛍光体4は、3.1MgO・0.65MgF2・0.25CaF2・0.9GeO2・(0.1/2)Ga2O3:Mnで表されるゲルマネート系蛍光体である。蛍光体C1は、3.5MgO・0.5MgF2・GeO2:Mnで表されるMGF蛍光体、蛍光体C2は、CaAlSiN3:Euで表されるCASN蛍光体、蛍光体C3はK2SiF6:Mnで示されるKSF蛍光体である。
緑色蛍光体として、蛍光体5から10を準備した。蛍光体5から7は、Si6−zAlzOzN8−z:Eu(0<z≦4.2、z値変更による波長違い)で表されるβサイアロン蛍光体であり、蛍光体8は、Ca8MgSi4O16Cl2-δ:Eu(0≦δ≦1、δは、Clの組成ズレを示す)で表されるクロロシリケート蛍光体であり、蛍光体9は、(Ba,Sr)2SiO4:Euで表されるシリケート蛍光体であり、蛍光体10は、SrGa2S4:Euで表されるチオガレート蛍光体である。
各蛍光体の発光ピーク波長、50%強度波長幅(最高発光強度の50%となる波長幅)、最大発光強度を100%とした場合の600nm以上620nm以下の波長範囲の平均発光強度を示す。図3、4には、各蛍光体の最大発光強度を100%とした場合の、波長に対する発光強度を示す発光スペクトルを示す。
蛍光体C2の発光ピーク波長は661nmだが、50%強度波長幅は90nmと広く、さらに600nmから620nmの平均発光強度も20%以上あり、黄赤色成分が多かった。また蛍光体C3の発光ピーク波長は632nmと短波であり、50%強度波長幅は8nmと非常に狭く、平均発光強度20%以下であった。
緑色蛍光体である蛍光体5から10の発光ピーク波長は523nmから544nmであり、50%強度波長幅は70nm以下と狭く、また600nmから620nmの平均発光強度は20%以下であった。
発光装置の作製
発光波長445nmの青色発光LED(発光素子)に、表2に示す赤色蛍光体と緑色発光蛍光体とを組み合わせて、発光装置を調製した。
発光装置が発する混色光の色度座標がx=0.250、y=0.220付近となるように、赤色蛍光体及び緑色発光蛍光体をシリコーン樹脂(信越化学工業社製)に添加し、混合分散した後、更に脱泡することにより蛍光体含有樹脂組成物を得た。次にこの蛍光体含有樹脂組成物を発光素子の上に注入、充填し、さらに150℃で4時間加熱することで樹脂組成物を硬化させた。このような工程により発光装置をそれぞれ作製した。
NTSC比は、カラーフィルターとしてYAG:Ceを用いた発光装置のNTSC比が70%程度になる一般的なものを用い、発光装置からの光をカラーフィルターを通過させて、青色光、緑色光及び赤色光を取り出し、その時の各色より色再現域を示すNTSC比をそれぞれ求め、実施例1の発光装置で得られたNTSC比を100.0%とした相対色再現域として評価した。
図5及び6に実施例1から4、比較例1及び4の発光装置の発光スペクトルを示す。図5は波長に対する規格化された発光強度を示す発光スペクトルであり、400nm以上455nm以下の範囲における最大発光強度で規格化した図である。図6は発光スペクトルを520nm以上550nm以下の範囲における最大発光強度で規格化して示す図である。
比較例4は、フッ化物蛍光体である蛍光体C3を用いたものである。比較例4は光束が高いものの、600nmから620nmの平均発光強度が、400nmから455nmの最大発光強度を基準とした場合には8.5%、520nmから550nmの最大発光強度を基準とした場合には36.8%と高く、実施例と比較して色再現域にやや劣る。
実施例1において、発光素子の発光波長及び赤色蛍光体を表3に示すように変更したこと以外は、実施例1と同様にして発光装置を作製し、同様にして評価した。
また図7及び8に実施例5、6と比較例2、3の発光装置の発光スペクトルを示す。図7は波長に対する規格化された発光強度を示す発光スペクトルであり、400nm以上455nm以下の範囲における最大発光強度で規格化した図である。図8は発光スペクトルを520nm以上550nm以下の範囲における最大発光強度で規格化して示す図である。
実施例5、6、比較例3は青色発光LEDの発光波長による影響を示すものであるが、発光波長が短いほど光束が高くなっていることが分かる。発光波長が460nmとなると光束が大きく低下しており、またNTSC比も低下しており、455nm以下が好ましい。これは赤色蛍光体が長波長ほど励起されにくいためである。600nm以上620nm以下の平均発光強度は、400nm以上455nm以下の最大発光強度を基準とした場合には6%以下であり、520nm以上550nm以下の最大発光強度を基準とした場合には30%以下と低い。
実施例1において、緑色蛍光体を表4に示すように変更したこと以外は、実施例1と同様にして発光装置を作製し、同様にして評価した。
また図9及び10に実施例7から11の発光装置の発光スペクトルを示す。図9は波長に対する規格化された発光強度を示す発光スペクトルであり、400nm以上455nm以下の範囲における最大発光強度で規格化した図である。図10は発光スペクトルを520nm以上550nm以下の範囲における最大発光強度で規格化して示す図である。
Claims (13)
- 発光ピーク波長が400nm以上455nm以下である発光素子と、
650nm以上670nm以下の範囲に発光ピーク波長を有する蛍光を発し、下記組成式(I)で表される第一の蛍光体と、
520nm以上550nm以下の範囲に発光ピーク波長を有する蛍光を発する第二の蛍光体と、を備える発光装置。
(x−a)MgO・a(Ma)O・b/2(Mb)2O3・yMgF2・c(Mc)X2・(1−d−e)GeO2・d(Md)O2・e/2(Me)2O3:Mn (I)
(式中、Maは、Ca、Sr、Ba及びZnからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、Mbは、Sc、La及びLuからなる群から選択された少なくとも1種の元素であり、Mcは、Ca、Sr、Ba及びZnからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、Xは、F及びClからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、Mdは、Ti、Sn及びZrからなる群から選択される少なくとも1種の元素であり、Meは、B、Al、Ga及びInからなる群から選択される少なくとも1種の元素である。また、x、y、a、b、c、d及びeはそれぞれ、2≦x≦4、0<y≦2、0≦a≦1.5、0<b<1、0≦c≦2、0≦d≦0.5、0<e<1及び0<d+e<1を満たす。) - 520nm以上550nm以下の範囲における最大発光強度を100%とした場合に、600nm以上620nm以下の範囲における平均発光強度が30%以下である発光スペクトルを有する請求項1に記載の発光装置。
- 400nm以上455nm以下の範囲における最大発光強度を100%とした場合に、600nm以上620nm以下の範囲における平均発光強度が6%以下である発光スペクトルを有する、請求項1に記載の発光装置。
- 前記第二の蛍光体が、下記組成式(IIa)で表されるβサイアロン蛍光体、下記組成式(IIb)で表されるシリケート蛍光体、下記組成式(IIc)で表されるハロシリケート蛍光体及び下記組成式(IId)で表される硫化物蛍光体からなる群から選択される少なくとも1種である、請求項1から3のいずれか1項に記載の発光装置。
Si6−zAlzOzN8−z:Eu (IIa)
(式中、zは、0<z≦4.2を満たす。)
(Ba,Sr,Ca,Mg)2SiO4:Eu (IIb)
(Ca,Sr,Ba)8MgSi4O16(F,Cl,Br)2:Eu (IIc)
(Ba,Sr,Ca)Ga2S4:Eu (IId) - 前記第二の蛍光体は、発光スペクトルの半値幅が70nm以下である、請求項1から4のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記第二の蛍光体の最大発光強度を100%とした場合に、600nm以上620nm以下の範囲における平均発光強度が20%以下である、請求項5に記載の発光装置。
- 前記発光素子が、発光ピーク波長が400nm以上430nm以下である第一の発光素子と、発光ピーク波長が430nmより大きく455nm以下である第二の発光素子とを含む、請求項1から6のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記組成式(I)中、a=0であり、MbはScであり、McはCaであり、XはFまたはClであり、MdはTiであり、MeはGaである請求項1から7のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記組成式(I)中、y、b、c、d及びeはそれぞれ、0<y≦1.5、0<b<0.5、0≦c≦1.5、0≦d≦0.25及び0<e≦0.5を満たす請求項8に記載の発光装置。
- 前記第一の蛍光体と樹脂を含む蛍光部材を備え、前記第一の蛍光体の含有量は、前記蛍光部材に含まれる樹脂100重量部に対して10重量部以上100重量部以下である請求項1から9のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記第二の蛍光体と樹脂を含む蛍光部材を備え、前記第二の蛍光体の含有量は、前記蛍光部材に含まれる樹脂100重量部対して1重量部以上50重量部以下である請求項1から10のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記第二の蛍光体に対する前記第一の蛍光体の含有重量比は、0.2以上50以下である請求項1から11のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記発光素子に近い方から順に、前記第一の蛍光体及び前記第二の蛍光体がこの順に配置される請求項1から12のいずれか1項に記載の発光装置。
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