JP6835000B2 - 発光装置及び光源 - Google Patents

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Description

本発明は、発光装置及び光源に関する。
発光ダイオード（Light emitting diode：LED）を使用した発光装置は、ディスプレイ、警告灯、表示灯、照明灯として広く使用されている。
例えば、青色発光ダイオード素子と、青色光で励起され黄色光を発する黄色蛍光体とを有してなり、有色光を発する有色発光ダイオードランプ知られている（例えば、特許文献１参照）。また、青色に発光する青色発光ダイオードと、青色発光ダイオードからの光を赤色に変換する蛍光体と、によって自動車のテイルランプ及びブレーキランプを形成する照明が知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００７−０８８２４８号公報 特開２０１１−２０４４０６号公報
しかしながら、所定の赤色に発光する発光装置は実現されていない。
本実施形態に係る発光装置は、輝度の高い所定の赤色に発光する発光装置及び光源を提供することを目的とする。
本実施形態に係る第１発光装置は、発光源として、３７０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下に第１発光ピーク波長を持つ第１発光素子と、５５０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下に第２発光ピーク波長を持つ少なくとも１種の蛍光体と、を主に含み、ＣＩＥ１９３１の色度図において、色度座標がｘ＝０．６６６、ｙ＝０．３３４である第一の点、色度座標がｘ＝０．６４３、ｙ＝０．３３４である第二の点、色度座標がｘ＝０．５７６、ｙ＝０．２９１である第三の点及び色度座標がｘ＝０．７３７、ｙ＝０．２６３である第四の点について、第一の点及び第二の点を結ぶ第一の直線と、第二の点及び第三の点を結ぶ第二の直線と、第三の点及び第四の点を結ぶ第三の直線と、第四の点及び第一の点を結ぶ色度図の曲線とで囲まれる範囲の光を発する。
本実施形態に係る光源は、前記第１発光装置と、窒化物系半導体である緑色を発光する第２発光素子を持つ第２発光装置と、窒化物系半導体である青色を発光する第３発光素子を持つ第３発光装置と、を備える。
これにより輝度の高い所定の赤色に発光する発光装置及び光源を提供することができる。
第１実施形態に係る発光装置の一例を示す概略断面図である。 第１実施形態に係る発光装置が発する光の色度座標（ＣＩＥ１９３１）を示す色度図である。 第１実施形態に係る発光装置の一例を示す概略断面図である。 実施例１〜３、比較例１〜３に係る発光装置の発光スペクトルを示す図である。 実施例１〜３、比較例１〜３に係る発光装置の発光スペクトルを示す図である。 実施例１〜３、比較例１〜３に係る発光装置が発する光の色度座標を示す図である。 ２°視野における等色関数を示す図である。 実施例４及び比較例４に係る発光装置の発光スペクトルを示す図である。 実施例４及び比較例４に係る発光装置の発光スペクトルの一部を示す図である。 実施例４及び比較例４に係る発光装置が発する光の色度座標を示す図である。
以下、第１実施形態に係る第１発光装置を、実施の形態及び実施例を用いて説明する。但し、本発明は、この実施の形態及び実施例に限定されない。以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための第１発光装置を例示するものであって、本発明は第１発光装置を以下のものに特定しない。
色名と色度座標との関係、光の波長範囲と単色光の色名との関係等は、ＪＩＳ Ｚ８１１０に従う。具体的には、３８０ｎｍ〜４１０ｎｍが紫色、４１０ｎｍ〜４５５ｎｍが青紫色、４５５ｎｍ〜４８５ｎｍが青色、４８５ｎｍ〜４９５ｎｍが青緑色、４９５ｎｍ〜５４８ｎｍが緑色、５４８ｎｍ〜５７３ｎｍが黄緑色、５７３ｎｍ〜５８４ｎｍが黄色、５８４ｎｍ〜６１０ｎｍが黄赤色、６１０ｎｍ〜７８０ｎｍが赤色である。
本明細書において「〜」を用いて示された数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を示す。さらに組成物中の各成分の含有量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。
＜第１発光装置＞
第１発光装置について図面を用いて説明する。図１は、第１実施形態に係る発光装置の一例を示す概略断面図である。図２は、第１実施形態に係る発光装置が発する光の色度座標（ＣＩＥ１９３１）を示す色度図である。
第１発光装置１０１は、可視光の短波長側の光、例えば３６０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の光を発し、３７０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下に第１発光ピーク波長を持つ窒化ガリウム系化合物半導体の第１発光素子１１と、第１発光素子１１を載置するパッケージ２０と、を有する。パッケージ２０は第１リード２１と第２リード２２と固定部２３とを有している。パッケージ２０は底面と側面を持つ凹部を形成しており、底面は第１リード２１、第２リード２２が配置されており、第１リード２１と第２リード２２とを絶縁するために絶縁性の固定部２３が配置されている。固定部２３は、第１リード２１と第２リード２２との間にあると共に、凹部の側面を一体で形成されていることが好ましいが、固定部２３は、第１リード２１と第２リード２２との間にのみあり、凹部の側面を別部材で形成してもよい。パッケージ２０の凹部の底面に第１発光素子１１が載置されている。第１発光素子１１は同一面側に正負一対の電極を有しており、フェイスダウン実装され、第１発光素子１１と第１リード２１及び第２リード２２は導電部材３０により電気的に接続されている。第１発光素子１１は蛍光体６０が含有された封止部材５０により覆われている。
なお、フェイスダウン実装に代えて、フェイスアップ実装することもできる。フェイスアップ実装の場合は、導電部材３０に代えて、ワイヤを用いて第１リード２１、第２リード２２と接続させてもよい。
発光源として、３７０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下に第１発光ピーク波長を持つ第１発光素子１１と、波長５５０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下に第２発光ピーク波長を持つ少なくとも１種の蛍光体６０と、を主に含む第１発光装置１０１である。「主に含む」は発光にほとんど寄与しない蛍光体が含まれるのを除外したものである。
第１発光装置１０１は、ＣＩＥ１９３１の色度図において、色度座標がｘ＝０．６６６、ｙ＝０．３３４である第一の点、色度座標がｘ＝０．６４３、ｙ＝０．３３４である第二の点、色度座標がｘ＝０．５７６、ｙ＝０．２９１である第三の点及び色度座標がｘ＝０．７３７、ｙ＝０．２６３である第四の点について、第一の点及び第二の点を結ぶ第一の直線と、第二の点及び第三の点を結ぶ第二の直線と、第三の点及び第四の点を結ぶ第三の直線と、第四の点及び第一の点を結ぶ色度図の曲線とで囲まれる範囲の光を発する。
このような構成にすることにより、輝度の高い所定の赤色に発光する第１発光装置１０１を提供することができる。
第１発光素子１１は、３７０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下に第１発光ピーク波長を持つが、例えば、４００ｎｍ以上４１５ｎｍ以下に第１発光ピーク波長を持つものが好ましい。可視光のうち短波長側の光を利用することで輝度への影響を少なくすることができる。つまり、視感度とは、人間の目が波長ごとに光を感じ取る強さの度合を表すものであり、また、波長ごとに光を感じ取る強さが異なるという現象全体を指す。人が光の波長によってその強度の感じ方が異なるということは、純物理量としての光の量、例えば光子の量と人が感じる明るさには波長によって差が生じる事を意味しており、例えば、明るいところで青色の４５０ｎｍの波長の１０００個の光子を目に受けた時に感じる光の強さは、緑色の５５５ｎｍの波長の３８個の光子を目に受けた時に感じる光の強さに等しくなり、同様に赤色の７００ｎｍの波長の１０００個の光子を目に受けた時に感じる光の強さは、緑色の５５５ｎｍの波長の４個の光子を目に受けた時に感じる光の強さに等しくなる。このように可視光のうち４００ｎｍ以上４１５ｎｍ以下の短波長側の光が所定量発せられていたとしても、人間の目には僅かの光量しか届いていないと感じられるため、第１発光装置からは赤色光が発せられていると感じられる。一方で、蛍光体６０を所定の光量で励起することができるため、輝度の高い発光装置を提供することができる。
第１発光素子１１の発光スペクトルの半値幅は特に限定されないが、３０ｎｍ以下とすることが好ましい。３０ｎｍ以下の半値幅とすることで、短波長側の光を視認しづらくすることができる。
第１発光装置１０１の発光スペクトルにおいて、第２発光ピーク波長の最大強度を１とした場合に、第１発光ピーク波長の相対強度が、０．００５〜０．２とすることが好ましく、０．０２〜０．１５とすることがさらに好ましい。第１発光ピーク波長と第２発光ピーク波長とを所定の割合とすることにより、高輝度の赤色に発光する第１発光装置１０１を提供することができる。蛍光体６０に吸収される光の量を増やし、第１発光装置１０１から外部に放出される第１発光素子１１からの光の量を大幅に減らすことで、赤色に発光する第１発光装置１０１を実現できたものである。一方、第１発光素子１１からの光を完全に遮蔽してしまうと、第１発光装置１０１から外部に放出される光量が減り、高輝度の第１発光装置１０１を提供することができない。そのため、第２発光ピーク波長の最大強度を１とした場合に、第１発光ピーク波長の相対強度が、０．００５〜０．２とすることが好ましく、特に、０．０２〜０．１５とすることが特に好ましい。
少なくとも１種の蛍光体６０は、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ蛍光体、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ蛍光体、Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎ蛍光体、から選択される少なくとも１種であることが好ましい。これにより高輝度の第１発光装置を提供することができる。
少なくとも１種の蛍光体６０は、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ蛍光体と、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ蛍光体と、の組合せであることが好ましい。この組合せとすることにより（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ蛍光体と、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ蛍光体と、の相互の光吸収を低減でき、かつ、所定の明るさの第１発光装置を提供することができる。つまり、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ蛍光体の発光ピーク波長は、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ蛍光体の発光ピーク波長よりも１０ｎｍ以上長波長であるため、より深紅の第１発光装置１０１を提供することができる。
第１発光装置１０１は、さらに第１発光素子１１の側面を覆う反射部材４０と、第１発光素子１１の上面を覆い蛍光体６０が含有されている封止部材５０と、を備えることが好ましい。第１発光素子１１の側面から放出される光の多くを正面方向に出射するためである。また、第１発光素子１１の上面と反射部材４０の上面とを蛍光体６０で覆うことにより、第１発光素子１１から出射され、蛍光体６０や他の部材に照射され、反射された光の一部が第１発光素子１１に戻ってくる光を減らすためである。つまり戻ってきた光が第１発光素子１１の側面から第１発光素子１１の内部に伝播されると、第１発光装置１０１から外部に出射される光量が減少するためである。
封止部材５０は、第１発光素子１１に近い側から遠い側に順に、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ蛍光体が含有された層、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ蛍光体が含有された層、が配置されていることが好ましい。このように配置することで、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ蛍光体から発せられた光がＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ蛍光体に吸収される光量を減らすことで、より効率良い第１発光装置１０１を提供することができる。
封止部材５０は、第１発光素子１１に近い側から遠い側に順に、蛍光体が含有された第１層、蛍光体が含有された第２層、が配置されており、第１層と第２層との間に界面が存在しており、第１層に含まれる蛍光体の含有量を１００％としたときに、第２層に含まれる蛍光体の含有量が１％〜６０％であることが好ましい。第１層と第２層との間に界面を設けることにより第２層から第１層に戻ってくる光量を減らすことができる。また、第２層に含まれる蛍光体の量を減らすことにより、第１発光素子１１からの光、第１層に含まれる蛍光体からの光を増やすことができる。
蛍光体６０の含有量は、封止部材５０の１００重量部に対して、２０〜５０重量部であることが好ましい。赤色の光量を増やすに際し、蛍光体６０を使用すると、第１発光装置１０１から外部に放出される光量が減少するため、蛍光体６０の含有量を所定の範囲内にすることが好ましい。
第１発光素子１１は、窒化物系半導体であることが好ましい。耐熱性、耐光性に優れているからである。
図３は、第１実施形態に係る発光装置の一例を示す概略断面図である。
第１発光装置１０１は、さらに封止部材５０上に誘電体多層膜７０を備えることが好ましい。第１発光装置１０１から外部に放出される第１発光素子１１の光を誘電体多層膜７０により蛍光体側に戻すことにより、より効率的に所定の赤色光を発する第１発光装置１０１を提供することができる。例えば、蛍光体を分散することにより、上層の蛍光体によって遮られていた光量を減らし、第１発光装置から外部に放出される蛍光体の光量を増やすことができる。その一方、第１発光素子からの光が分散された蛍光体中を透過し易くなり、第１発光装置から外部に漏れ出す光量が増えてしまう。この外部に漏れ出す光を誘電体多層膜７０により反射させ、蛍光体に照射することにより第１発光装置から放出される第１発光素子からの光量を減らすことができる。
誘電体多層膜７０は、封止部材５０の表面に配置することが好ましい。また、誘電体多層膜７０は、封止部材５０の表面だけでなく、凹部を持つパッケージ２０の上面に配置することが好ましい。これにより第１発光素子の光の全部若しくは大部分を誘電体多層膜７０で反射させることができ、第１発光素子の光を第１発光装置から外部に漏らすことを低減することができる。第１発光装置において誘電体多層膜７０を形成することで、色純度の高い赤色光を実現することができる。
誘電体多層膜７０は、第１発光素子の光を反射し、かつ第２発光ピーク波長の光を透過する性質を有する。誘電体多層膜７０は、誘電体多層膜７０に対する第１の光の入射角が０°から８５°における３７０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下の光の反射率が４０％以上である反射スペクトルを持つことが好ましく、より好ましくは４５％以上である。誘電体多層膜７０は、第１発光素子の光の入射角が０°から５０°における３７０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下の光の反射率が９０％以上である反射スペクトルを持つことが更に好ましい。
これにより、第１発光素子１１の光と誘電体多層膜７０との入射角が垂直（０°）でない場合でも、第１発光素子の光の透過を抑えることができ、人体に悪影響のある近紫外光、紫色光または青紫色光を抑制できる第１発光装置１０１を提供できる。
第１発光装置１０１は、周囲温度２５℃における色度座標の第１点と、周囲温度１５０℃における色度座標の第２点と、の範囲の差がいずれもｘ＝０．０１０、ｙ＝０．０１０以内であることが好ましい。このように周囲温度が変化した場合であっても、色度の変化量が小さい第１発光装置１０１を提供することができる。特に警告灯や表示灯のように色度範囲が決まっているものにおいて、色ずれが大きくなることは好ましくない。そのため、色ずれを最小限に抑えることができる第１発光装置１０１は非常に有意義である。
第１発光装置１０１は、砲弾型、表面実装型、チップタイプ等を挙げることができる。一般に砲弾型とは、外面を構成する樹脂の形状を砲弾型に形成したものを指す。例えば一方にカップを有するリードフレームと、カップ内に配置される発光素子と、発光素子及びリードフレームの一部を覆う封止樹脂と、を有する。また表面実装型とは、凹状の収納部内に発光素子を載置し、発光素子を樹脂にて充填して形成されたものを示す。収容部の材質として熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、セラミックス、金属等で作成したものがある。さらにチップタイプとしては、表面実装型のように凹状の収容部を持たず、発光素子に蛍光体を直接形成して発光素子の側面等を樹脂で固定したものである。チップタイプは蛍光体を含む層を平板状とできる他、レンズ形状としてもよい。
ここでは表面実装型を例にとって説明する。
［発光素子］
第１発光素子の第１発光ピーク波長は、３７０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下の範囲にある。この範囲に第１発光ピーク波長を有する第１発光素子を励起光源として用いることにより、第１発光素子からの光と蛍光体からの光との混色光を発する第１発光装置を構成することが可能となる。
第１発光素子には半導体発光素子を用いることが好ましい。半導体発光素子は高効率で入力に対する出力のリニアリティが高く、機械的衝撃にも強く、安定しているからである。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）を用いた近紫外光や紫色、青紫色に発光する半導体発光素子を用いることができる。
［パッケージ］
表面実装型のパッケージは第１リードと第２リードと固定部とを有している。パッケージは実装面に対して略垂直方向に光を放出するトップビュー型、実装面に対して略平行方向に光を放出するサイドビュー型が主にあるが、いずれにも本件を使用することができる。
第１リード、第２リードは板状の金属で形成される。ここでは凹部の開口方向から見て第１リード、第２リードは固定部から外側に突出していないが、固定部から外側に突出した構成もとることができる。
第１リード、第２リードを構成する材料は、例えば、金属で、２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度以上の熱伝導率を有しているもの、比較的大きい機械的強度を有するもの、あるいは打ち抜きプレス加工又はエッチング加工等が容易な材料が好ましい。具体的には、銅、アルミニウム、金、銀、タングステン、鉄、ニッケル等の金属又は鉄−ニッケル合金、燐青銅等の合金等が挙げられる。また、母材の表面に母材よりも光反射率の高い銀、アルミニウム、金などで被覆されていてもよい。
固定部は熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂などの樹脂、セラミックスなどの無機物、絶縁物で被覆された金属、などが使用できる。また、固定部の樹脂中などに光反射性材料が含有されていることが好ましい。
［導電部材］
導電部材は、第１発光素子をパッケージに固定し、第１発光素子が有する正負一対の電極を第１リード及び第２リードに対して電気的に接続する部材である。導電部材としては、銀、金、パラジウム等の導電性ペーストや、錫−ビスマス系、錫−銅系、錫−銀系、金−錫系等の半田、低融点金属等のろう材を目的に応じて適宜選択して用いることができる。
［反射部材］
反射部材は、第１発光素子の側面、並びに、第１リード及び第２リードの上面を覆う。反射部材は第１発光素子と接触する部分において、反射部材は第１発光素子の上面と同一面若しくはそれよりも低く配置することが好ましい。反射部材はパッケージの凹部の側面と接触するように配置されていることが好ましい。反射部材は酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、炭酸バリウム、硫酸バリウム、酸化マグネシウム及び炭酸マグネシウムからなる群から選択される光拡散材を少なくとも一種は含まれることが好ましく、反射部材の粒子を直接、若しくは、接着剤等を用いて第１リード上に固定することもできる。
［封止部材］
封止部材は電気的絶縁性を有し、第１発光素子と蛍光体から発せられる光を透過可能であり、かつ固化若しくは硬化前は流動性を有する材料であれば、特に限定されるものではない。封止部材としては、例えば、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂、ガラス等が挙げられる。熱硬化性樹脂として、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。中でも、シリコーン樹脂は、耐熱性や耐光性に優れ、固化後の体積収縮が少ないため、好ましい。
封止部材は蛍光体を分散させることが好ましい。ただし完全に分散されておらず、蛍光体の一部がわずかに沈降していたり、蛍光体に濃度差があったりしていても、発明の効果を妨げない限り使用することができる。つまり粘度の高い封止部材を用いて蛍光体を均一に分散させることが好ましいが、やや粘度の低い封止部材を用いて硬化時間を短縮し蛍光体の一部は沈降するが蛍光体の残りは分散している形態を採ることも出来る。蛍光体の粒子を封止部材に混合するに際し、粘度の高い封止部材を用いた場合、蛍光体の量によって粘度が更に上がるため、均一に分散することが難しい。そのため、粘度の低い封止部材を用いることにより封止部材の粘度の上昇を抑え、高濃度に蛍光体を分散させることができる。
また、蛍光体を均一に分散させるに際し、拡散材等の他の成分を必要に応じて含有してもよい。
封止部材は１層に限られず、２層、３層等複数層とすることができる。例えば、封止部材は第１発光素子に近い側に第１層を設け、第１発光素子から遠い側に第２層を設け、第１層と第２層との間に界面が存在していてもよい。第１層と第２層とが同じ材料としても良いが、第１層と第２層を異なる材料を用いてもよい。
例えば第１層よりも屈折率の高い第２層を設けることにより第１発光素子から出射された光は第１層と第２層との界面で反射され、第１発光素子からの光が第１層側に戻ってくることにより第１層に含まれる蛍光体に照射される光量を増やすことができる。
また、例えば第１層よりも屈折率の低い第２層を設けることにより第１層に含まれる蛍光体から放出される光を効率良く第１層から第２層に放出することができ、第１発光装置から外部への光取り出し効率を上げることができる。
［蛍光体］
蛍光体は、第１発光素子からの光を吸収し、異なる波長に発光するものである。ここでは３７０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下に第１発光ピーク波長を持つ第１発光素子からの光を吸収し、５５０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下に第２発光ピーク波長を持つ蛍光体を少なくとも1種使用する。ここで蛍光体の発光色として、主に赤色を発光する。蛍光体は５５０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下に第２発光ピーク波長を持つに過ぎず、５５０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下に発光スペクトルを持つものに限定されない。特に６１０ｎｍ以上６８０ｎｍ以下に第２発光ピーク波長を持つものが好ましく、６１０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下に第２発光ピーク波長を持つものが更に好ましい。視感度は約５５５ｎｍをピークに５５５ｎｍより長波長側にいくに従って視感度が低下するため、赤色領域のうち比較的視感度の高い６１０ｎｍ以上６５０ｎｍに第２発光ピーク波長を持つ蛍光体を使用することが輝度向上に好ましいからである。
蛍光体は封止部材に含有されており、少なくとも１種が好ましいが、２種類若しくは３種類とすることもできる。使用する蛍光体の種類が増えることにより個々の蛍光体の劣化や温度特性の変化等を考慮しなければならず制御が難しくなるからである。
蛍光体は、例えば、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ等のＳＣＡＳＮ系蛍光体、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ等のＣＡＳＮ系蛍光体やＣａ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｃａ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ等のＣＥＳＮ系蛍光体、Ｋ２ＳｉＦ６：ＭｎのＫＳＦ蛍光体等を用いることができる。中でも、ＳＣＡＳＮ系蛍光体とＣＡＳＮ系蛍光体とを少なくとも１種、或いは複数を組み合わせて用いることが好ましい。ＳＣＡＳＮ蛍光体であっても、ＳｒとＣａの比率を変えることにより異なる発光色となるため、発光ピーク波長が５ｎｍ以上離れるものを異なる種類の蛍光体とする。
第１発光装置の発光スペクトルにおいて、第２発光ピーク波長の最大強度を１とした場合に、第１発光ピーク波長の相対強度が０．００５〜０．２である。その相対強度は蛍光体の種類や使用量により簡易に調整することができる。
蛍光体の含有質量％は、走査型電子顕微鏡を用い、第１発光装置断面に対して電子ビームを照射したとき放出される特性Ｘ線を測定することで求められる。例えば、走査型電子顕微鏡Ｓ−４７００（日立製作所製）を用いて測定される。
蛍光体の平均粒径は、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。蛍光体の平均粒径は、発光効率の観点から、１μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましく、５μｍ以上１５μｍ以下であることがより好ましい。
［拡散材等］
封止部材内に蛍光体をより均一に分散させるために、拡散材を含有することが好ましい。拡散材はシリカ、アルミナ、酸化マグネシウム、酸化アンチモン、水酸化アルミニウム、硫酸バリウム、炭酸マグネシウム、炭酸バリウム、チタン酸バリウム等を使用することができるが、シリカを用いることが好ましい。使用されるシリカの粒径は１〜３００μｍであってもよく、１〜５０μｍであることが好ましい。また、使用されるシリカの屈折率は１．４６〜１．５３であり、封止部材に屈折率１．５４〜１．５６のシリコーン樹脂を用いることにより、反射効率を高めることができる。拡散材の含有量は封止部材１００１００重量部に対して、０．１〜１０重量部であってもよく、０．８〜２重量部であることが好ましい。
封止部材は、蛍光体及び拡散材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フィラー、光安定化剤、着色剤、酸化防止剤等を挙げることができる。フィラーは光反射を主な目的とせずパッケージの固定部の強度を上げるためなどに用いられるものである。封止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、フィラーを含む場合、その含有量は封止樹脂１００重量部に対して、０．０１〜２０重量部とすることができる。
＜光源＞
上述した第１発光装置を使用した応用製品として、第１発光装置と、窒化物系半導体である緑色を発光する第２発光素子を持つ第２発光装置と、窒化物系半導体である青色を発光する第３発光素子を持つ第３発光装置と、を備える光源がある。この光源は３ｉｎ１として光の三原色を光源とするもので、ディスプレイ等に使用される１画素に相当する。
従来、ＧａＰやＧａＡｓ等の赤色に発光する発光素子を用いた光源を使用する場合、ＧａＰやＧａＡｓと窒化物系半導体とは温度特性が異なるため、温度変化に伴い光源に色ずれが生じている。このＧａＰやＧａＡｓ等の赤色に発光する発光素子を用い、この発光素子の周囲温度を２５℃から１５０℃に上げた場合、発光スペクトルにおいて２０ｎｍ〜３０ｎｍ程度短波長側に発光ピーク波長がシフトし、色ずれが生じている。
それに対し、窒化物系半導体である第１発光素子を用いた第１発光装置と、窒化物系半導体である緑色を発光する第２発光素子を持つ第２発光装置と、窒化物系半導体である青色を発光する第３発光素子を持つ第３発光装置と、を備える光源は、いずれの発光素子も窒化物系半導体であるため、温度特性が共通しており、温度変化が生じても光源の色ずれは極めて小さい。特に窒化物系半導体である第１発光素子を用い、この発光素子の周囲温度を２５℃から１５０℃に上げた場合、発光スペクトルにおいて３ｎｍ以下しか発光ピーク波長がシフトせず、大幅な色ずれは生じていない。
このような光源の色ずれはディスプレイのように直視するものにおいては極めて深刻な問題である。よって光源の色ずれを防止することができる点で極めて有用である。
以下、実施例を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
実施例１〜３及び比較例１〜３の第１発光装置について説明する。図４は、実施例１〜３、比較例１〜３に係る発光装置の発光スペクトルを示す図である。図５は、実施例１〜３及び比較例１〜３に係る発光装置の発光スペクトルを示す図である。図６は、実施例１〜３、比較例１〜３に係る発光装置が発する光の色度座標を示す図である。図７は２°視野における等色関数を示す。２°視野とはＪＩＳ規格に従う。例えば、２°視野とは、観察者が５０ｃｍの位置で直径１．７ｃｍの試料を観察し、色を判定する場合をいう。
＜実施例１〜３、比較例１〜３＞
表１は、蛍光体Ａ〜Ｃの粉体特性、発光特性等を示す。蛍光体Ａ〜Ｃの発光特性として４６０ｎｍの励起光による蛍光の色度座標ｘおよびｙを示す。平均粒径はフィッシャー・サブ・シーブ・サイザーズ・ナンバーであり、空気透過法を用いてフィッシャー・サブ・シーブ・サイザー（フィッシャー社製）にて測定した。平均粒径のＤｍは、中央粒径であり、電気抵抗法を用いてCoulter Multisizer II（ベックマン・コールター社製）にて測定した。
Figure 0006835000
実施例１〜３、比較例１〜３の第１発光装置を作製する。第１実施形態と重複する箇所については説明を省略することもある。
実施例１〜３、比較例１〜３の第１発光装置に使用する第１発光素子として、実施例１〜３については約４０５ｎｍに第１発光ピーク波長λｐを持ち、比較例１〜３については約４５０ｎｍに第１発光ピーク波長λｐを持つ窒化物系半導体発光素子を用いる。また、実施例１〜３、比較例１〜３の第１発光装置に使用する蛍光体Ａ及びＢとして６１０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下に第２発光ピーク波長を持つものを用いる。実施例１〜３、比較例１〜３の第１発光装置に使用するパッケージとして日亜化学工業株式会社製ＮＪＳＷ１７２Ａを使用し、封止部材としてシリコーン樹脂（信越化学工業社製ＫＪＲ−９０２３ＮＷ）を使用する。
第１発光装置が発する光の主波長が６２０ｎｍ〜６４０ｎｍ付近となるように、蛍光体Ａ及びＢを用いる。実施例１〜３、比較例１〜３は蛍光体Ａ及びＢをそれぞれ混合して使用する。ここで、主波長とは、白色光の色度点から第１発光装置の発する光の色度点を直線で結び、その延長線と単色光軌跡とが交わる点の波長である。
上記の蛍光体Ａ及びＢを所定の割合で封止部材中に含有し、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る。蛍光体の含有率は封止部材を１００％とした場合の重量基準の百分率である。
次に、この蛍光体含有樹脂組成物をパッケージに載置した第１発光素子の上に注入し、充填し、さらに約１５０℃で４時間加熱することで樹脂組成物を硬化させる。このような工程により第１発光装置をそれぞれ作製する。実施例１〜３、比較例１〜３の第１発光装置においては反射材及び拡散材を添加していない。
表２は実施例１〜３、比較例１〜３の第１発光装置の発光特性を示す。
Figure 0006835000
実施例１〜３、比較例２及び３の第１発光装置において、いずれも所定の赤色に発光する。比較例１は所定の色度範囲になく、主波長λｄは実施例１に比べ短くなっている。ほぼ同一の蛍光体種と蛍光体含有量において、比較例１に比べ、実施例１は高い色純度を示す。また、ほぼ同一の蛍光体種と蛍光体含有量において、比較例２に比べ、実施例２は高い色純度を示す。さらに、ほぼ同一の蛍光体種と蛍光体含有量において、比較例３に比べ、実施例３は高い色純度を示す。比較例１〜３に比べ、実施例１〜３は所定の赤色かつ色純度良く発光させるために使用される蛍光体量の割合が少なくて済むことから、安価に第１発光装置を製造することができる。ここで、色純度とは、白色光の色度点から第１発光装置の発する光の色度点を直線で結んだ距離を、白色光の色度点から第１発光装置の発する光の色度点を通り単色光軌跡と交わる点までの距離で除したものである。実施例１〜３の蛍光体量の割合が少なくて済むのは、発光素子波長が図７に示すような等色関数に寄与しないため、発光素子からの光が外部に取り出されても人間の眼には色と認識され難いためである。ここで、等色関数とは、ＸＹＺ表色系における人間の眼の分光応答感度のことで、波長の関数として求めたものである。
＜実施例４、比較例４＞
実施例４及び比較例４の第１発光装置について説明する。図８は、実施例４及び比較例４に係る発光装置の発光スペクトルを示す図である。図９は、実施例４及び比較例４に係る発光装置の発光スペクトルを示す図である。図１０は、実施例４及び比較例４に係る発光装置が発する光の色度座標を示す図である。
実施例４及び比較例４は、パッケージとして日亜化学工業株式会社製ＮＪＳＷ１７２Ａを使用する。第１発光素子として、実施例４については約４０５ｎｍに第１発光ピーク波長λｐを持ち、比較例４については約４５０ｎｍに第１発光ピーク波長λｐを持つものを使用する。封止部材としてシリコーン樹脂（信越化学工業株式会社製ＫＪＲ−９０２３）を使用する。第１発光装置が発する光の主波長が６１５ｎｍ〜６４０ｎｍ付近となるように、蛍光体Ａ、Ｂ及びＣを用いる。実施例４及び比較例４は蛍光体Ａ、Ｂ及びＣをそれぞれ混合して使用する。上記の蛍光体Ａ、Ｂ及びＣを所定の割合で封止部材中に含有し、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る。蛍光体の含有率は封止部材を１００％とした場合の重量基準の百分率である。
次に、この蛍光体含有樹脂組成物をパッケージに載置した第１発光素子の上に注入し、充填し、さらに約１５０℃で４時間加熱することで樹脂組成物を硬化させる。このような工程により第１発光装置をそれぞれ作製する。実施例４及び比較例４の第１発光装置においては反射材及び拡散材を添加していない。
表３は実施例４及び比較例４の第１発光装置の発光特性を示す。
Figure 0006835000
実施例４及び比較例４の第１発光装置において、いずれも所定の赤色に発光する。ほぼ同一の色度点において、比較例４に比べ、実施例４は蛍光体量が少なくて済むことから、安価に第１発光装置を製造することができる。また、同一の色度点において、比較例４に比べて実施例４の方が、発光効率として０．４（ｌｍ／Ｗ）高くなり明るくなっている。実施例４は、比較例４に比べて蛍光体量が少なく、第１発光素子からの光を効率良く蛍光体に照射でき、かつ、蛍光体からの光を自身の他の粒子に遮られることなく効率良く外部に取り出せることから、高い発光効率を得ることができる。
本実施形態の第１発光装置は、一般照明、車載照明、観賞用照明、警告灯、表示灯等の幅広い分野で用いることができる。
１１ 第１発光素子
２０ パッケージ
２１ 第１リード
２２ 第２リード
２３ 固定部
３０ 導電部材
４０ 反射部材
５０ 封止部材
６０ 蛍光体
７０ 誘電体多層膜
１０１ 第１発光装置

Claims (14)

  1. 発光源として、３７０ｎｍ以上４１５ｎｍ以下に第１発光ピーク波長を持つ第１発光素子と、
    ５５０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下に第２発光ピーク波長を持つ少なくとも１種の蛍光体と、
    前記第１発光素子の上面を覆い前記蛍光体が含有されている樹脂から形成される封止部材と、を主に含み、
    前記発光素子から発せられる光と前記少なくとも１種の蛍光体から発せられる光とから形成される光の色度が、ＣＩＥ１９３１の色度図において、色度座標がｘ＝０．６６６、ｙ＝０．３３４である第一の点、色度座標がｘ＝０．６４３、ｙ＝０．３３４である第二の点、色度座標がｘ＝０．５７６、ｙ＝０．２９１である第三の点及び色度座標がｘ＝０．７３７、ｙ＝０．２６３である第四の点について、第一の点及び第二の点を結ぶ第一の直線と、第二の点及び第三の点を結ぶ第二の直線と、第三の点及び第四の点を結ぶ第三の直線と、第四の点及び第一の点を結ぶ色度図の曲線とで囲まれる範囲であり、
    発光スペクトルにおいて、前記第２発光ピーク波長の最大強度を１とした場合に、前記第１発光ピーク波長の相対強度が、０．０２〜０．１５である第１発光装置。
  2. 前記少なくとも１種の蛍光体は、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ蛍光体、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ蛍光体、Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎ蛍光体、から選択される少なくとも１種である請求項１に記載の第１発光装置。
  3. 前記少なくとも１種の蛍光体は、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ蛍光体と、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ蛍光体と、の組合せである請求項１に記載の第１発光装置。
  4. 前記第１発光装置は、さらに前記第１発光素子の側面を覆う反射部材を備える請求項1乃至３のいずれか一項に記載の第１発光装置。
  5. 前記封止部材は、前記第１発光素子に近い側から遠い側に順に、前記ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ蛍光体が含有された層、前記（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ蛍光体が含有された層、が配置されている請求項２又は３に記載の第１発光装置。
  6. 前記封止部材は、前記第１発光素子に近い側から遠い側に順に、前記蛍光体が含有された第１層、前記蛍光体が含有された第２層、が配置されており、前記第１層と第２層との間に界面が存在しており、前記第１層に含まれる前記蛍光体の含有量を１００％としたときに、前記第２層に含まれる前記蛍光体の含有量が１％〜６０％である請求項１乃至５のいずれか一項に記載の第１発光装置。
  7. 前記蛍光体の含有量は、前記封止部材１００重量部に対して、２０〜３０重量部である請求項１乃至４のいずれか一項に記載の第１発光装置。
  8. 前記第１発光素子は、窒化物系半導体である請求項１乃至７のいずれか一項に記載の第１発光装置。
  9. 前記第１発光装置は、さらに前記封止部材上に誘電体多層膜を備える請求項１乃至８のいずれか一項に記載の第１発光装置。
  10. 前記誘電体多層膜は、前記誘電体多層膜に対する第１発光素子の光の入射角が０°から８５°における３７０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下の光の反射率が４０％以上である反射スペクトルを持つ請求項９に記載の第１発光装置。
  11. 前記誘電体多層膜は、第１発光素子の光の入射角が０°から５０°における３７０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下の光の反射率が９０％以上である反射スペクトルを持つ請求項９又は１０に記載の第１発光装置。
  12. 前記第１発光装置は、周囲温度２５℃における色度座標の第１点と、周囲温度１５０℃における色度座標の第２点と、の範囲の差がいずれもｘ＝０．０１０、ｙ＝０．０１０以内である請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の第１発光装置。
  13. ほぼ同一の蛍光体種と蛍光体含有量において、４５０ｎｍの発光ピーク波長を持つ発光素子を有する発光装置に比べ、高い色純度を示す請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の第１発光装置。
  14. 請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の第１発光装置と、
    窒化物系半導体である緑色を発光する第２発光素子を持つ第２発光装置と、
    窒化物系半導体である青色を発光する第３発光素子を持つ第３発光装置と、を備える光源。
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