JP6917179B2

JP6917179B2 - 白色発光装置

Info

Publication number: JP6917179B2
Application number: JP2017081908A
Authority: JP
Inventors: 創太郎坂野
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2017-04-18
Filing date: 2017-04-18
Publication date: 2021-08-11
Anticipated expiration: 2037-04-18
Also published as: JP2018182152A

Description

本発明は白色発光装置、たとえば白色発光ダイオード（ＬＥＤ）装置に関する。

第１の従来の白色ＬＥＤ装置は、３原色ＬＥＤ素子、すなわち、赤色ＬＥＤ素子、緑色ＬＥＤ素子及び青色ＬＥＤ素子によって構成されている。この場合の赤色ＬＥＤ素子の赤色ＬＥＤ色度領域Ｒ１、緑色ＬＥＤ素子の緑色ＬＥＤ色度領域Ｇ１、青色ＬＥＤ素子の青色ＬＥＤ色度領域Ｂ１は図７に示される。

しかしながら、図７の第１の従来の白色ＬＥＤ装置の色度図においては、赤色ＬＥＤ素子の赤色ＬＥＤ色度領域Ｒ１、緑色ＬＥＤ素子の緑色ＬＥＤ色度領域Ｇ１、青色ＬＥＤ素子の青色ＬＥＤ色度領域Ｂ１の各色ばらつき（面積）は大きく、従って、これらの面積の掛け合わせである混色（白色）色度領域Ｗ１の色ばらつき（面積）は非常に大きい。

第２の従来の白色ＬＥＤ装置においては、赤色ＬＥＤ素子、緑色ＬＥＤ素子、青色ＬＥＤ素子の仕様（光度、波長、色度）を図８に示すごとく狭く設定する。この場合の赤色ＬＥＤ素子の赤色ＬＥＤ色度領域Ｒ２、緑色ＬＥＤ素子の緑色ＬＥＤ色度領域Ｇ２、青色ＬＥＤ素子の青色ＬＥＤ色度領域Ｂ２は図９に示される。

しかしながら、図９の第２の従来の白色ＬＥＤ装置の色度図においては、赤色ＬＥＤ素子の赤色ＬＥＤ色度領域Ｒ２、緑色ＬＥＤ素子の緑色ＬＥＤ色度領域Ｇ２、青色ＬＥＤ素子の青色ＬＥＤ色度領域Ｂ２の各色ばらつき（面積）は依然として大きく、従って、これらの面積の掛け合わせである混色（白色）領域Ｗ２の色ばらつき（面積）は大きい。

比較例として白色ＬＥＤ装置は、同一の第１、第２、第３の青色ＬＥＤ素子を備え、第１の青色ＬＥＤ素子上に赤色蛍光体を設け、第２の青色ＬＥＤ素子上に緑色蛍光体を設け、第３の青色ＬＥＤ素子上に青色蛍光体を設ける。尚、青色ＬＥＤ素子の波長は４５０ｎｍ以下とし、青色蛍光体が青色ＬＥＤ素子の４５０ｎｍ以下の波長の光を青色光に変換できるようにする。この場合の色度図を図１０に示す。

図１０においては、比較例としての原理を簡単に説明するために、青色ＬＥＤ素子の発光波長は４５０ｎｍとし、赤色蛍光体色度領域Ｒ３、緑色蛍光体色度領域Ｇ３、青色蛍光体色度領域Ｂ３は単一であり、つまり色ばらつき（面積）を有しないものとする。従って、赤色蛍光体の赤色蛍光体色度領域Ｒ３は、４５０ｎｍの色度からの第１の直線軌跡に存在し、緑色蛍光体の緑色蛍光体色度領域Ｇ３は、４５０ｎｍの色度からの第２の直線軌跡に存在し、青色蛍光体の青色蛍光体色度領域Ｂ３は、４５０ｎｍの色度からの第３の直線軌跡に存在する。

赤色蛍光体色度領域Ｒ３においては、赤色蛍光体濃度を大きくすることにより、赤色蛍光体色度を第１の直線軌跡である赤色蛍光体色度領域Ｒ３上の赤色色度領域Ｒ３０とする。また、緑色蛍光体色度領域Ｇ３においては、緑色蛍光体濃度を大きくすることにより、緑色蛍光体色度を第２の直線軌跡である緑色蛍光体色度領域Ｇ３上の緑色色度領域Ｇ３０とする。さらに、青色蛍光体色度領域Ｂ３においては、青色蛍光体濃度を小さくすることにより、青色蛍光体色度を第３の直線軌跡である青色蛍光体色度領域Ｂ３上の青色色度領域Ｂ３０とする。

しかしながら、図１０の比較例としての白色ＬＥＤ装置の色度図においては、緑色色度領域Ｇ３０、青色色度領域Ｂ３０の各色ばらつき（面積）は非平行であるので、これらの面積の掛け合わせである緑色／青色混色色度領域ＧＢの色ばらつき面積は比較的小さいが存在する。従って、赤色色度領域Ｒ３０の色ばらつき（面積）は小さいものの、赤色色度領域Ｒ３０の面積と緑色／青色混色色度領域ＧＢの面積との掛け合わせである混色（白色）色度領域Ｗ３の色ばらつき（面積）は依然として大きく存在するという課題がある。

上述の課題を解決するために、本発明に係る白色発光装置は、基板と、基板上に設けられた同一の第１、第２、第３の青色発光素子と、第１の青色発光素子の少なくとも上部に設けられた緑色蛍光体含有樹脂層と、第２の青色発光素子の少なくとも上部に設けられた第１の赤色蛍光体含有樹脂層と、第３の青色発光素子の少なくとも上部に設けられた第２の赤色蛍光体含有樹脂層とを具備し、第１の赤色蛍光体含有樹脂層の赤色蛍光体と第２の赤色蛍光体含有樹脂層の赤色蛍光体とは同一であり、第１の赤色蛍光体含有樹脂層の赤色蛍光体の濃度は第２の赤色蛍光体含有樹脂層の赤色蛍光体の濃度より高く、かつ第１の赤色蛍光体含有樹脂層の厚さは第２の赤色蛍光体含有樹脂層の厚さより大きい。

本発明によれば、第１、第２、第３の青色発光素子上に、それぞれ、緑色蛍光体含有樹脂層、濃度及び厚さが異なる同一の２つの赤色蛍光体含有樹脂層を設ける。これにより、同一の赤色蛍光体含有樹脂層間の混色色度領域の色ばらつき（面積）を小さくでき、この結果、この混色色度領域と緑色蛍光体色度領域との混色（白色）色度領域も小さくできる。

本発明に係る白色ＬＥＤ装置の原理を説明するための色度図である。本発明に係る白色ＬＥＤ装置の実例を説明するための色度図である。本発明に係る白色ＬＥＤ装置の第１の実施の形態を示し、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。本発明に係る白色ＬＥＤ装置の第２の実施の形態を示し、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。本発明に係る白色ＬＥＤ装置の第３の実施の形態を示し、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。図１の原理の変更例を示す色度図である。第１の従来の白色ＬＥＤ装置を説明するための色度図である。第２の従来の白色ＬＥＤ装置の仕様を示す表である。第２の従来の白色ＬＥＤ装置を説明するための色度図である。比較例としての白色ＬＥＤ装置の原理を説明するための色度図である。

本発明に係る白色ＬＥＤ装置は、同一の第１、第２、第３の青色ＬＥＤ素子を備え、第１の青色ＬＥＤ素子上に赤色蛍光体を設け、第２、第３の青色ＬＥＤ素子上に濃度の異なる同一の緑色蛍光体を設ける。尚、青色ＬＥＤ素子の波長は４５０ｎｍ以下とし、青色蛍光体が青色ＬＥＤ素子の４５０ｎｍ以下の波長の光を青色光に変換できるようにする。また、青色ＬＥＤ素子は紫外光ＬＥＤ素子でもよい。この場合の色度図を図１に示す。

図１においては、本発明の原理を簡単に説明するために、青色ＬＥＤ素子の発光波長は４５０ｎｍとし、赤色蛍光体色度領域Ｒ３、緑色蛍光体色度領域Ｇ３、青色蛍光体色度領域Ｂ３は単一であり、つまり色ばらつき（面積）を有しないものとする。従って、赤色蛍光体の赤色蛍光体色度領域Ｒ３は、４５０ｎｍの色度からの第１の直線軌跡に存在し、緑色蛍光体の緑色蛍光体色度領域Ｇ３は、４５０ｎｍの色度からの第２の直線軌跡に存在する。

第１の直線軌跡である赤色蛍光体色度領域Ｒ３においては、赤色蛍光体濃度を大きくすることにより、赤色蛍光体色度を赤色蛍光体色度領域Ｒ３上の赤色色度領域Ｒ３０とする。また、第２の直線軌跡である緑色蛍光体色度領域Ｇ３においては、緑色蛍光体濃度を大きくすることにより、緑色蛍光体色度を緑色蛍光体色度領域Ｇ３上の緑色色度領域Ｇ３０とする。さらに、第２の直線軌跡である緑色蛍光体色度領域Ｇ３においては、緑色蛍光体濃度を小さくすることにより、青色蛍光体色度を緑色蛍光体色度領域Ｇ３上の青色色度領域Ｂ３０’とする。

本発明に係る白色ＬＥＤ装置の色度図においては、緑色色度領域Ｇ３０、青色色度領域Ｂ３０’の各色ばらつき（面積）は共に小さくかつ緑色色度領域Ｇ３０、青色色度領域Ｂ３０’は同一の第２の直線軌跡上にある。従って、これらの面積の掛け合わせである緑色／青色混色色度領域ＧＢ’の色ばらつき（面積）も直線状となり非常に小さくなる。従って、赤色色度領域Ｒ３０の面積と緑色／青色混色色度領域ＧＢ’の面積との掛け合わせである混色（白色）色度領域Ｗ３’の色ばらつき（面積）も非常に小さくなる。

図２は本発明に係る白色ＬＥＤ装置の実際の色度図である。

図２において用いられる白色ＬＥＤ装置は、１つのパッケージに同一の第１、第２、第３の青色ＬＥＤ素子を搭載する。この場合、青色ＬＥＤ素子の青色光の波長は４８０ｎｍ以下たとえば４３５〜４８０ｎｍである。青色光の波長が４８０ｎｍを超えると、蛍光体が青色光を発生し得ないからである。また、赤色に対する赤色蛍光体のピーク波長は、
５９０〜７５０ｎｍ
であり、緑色（青色）に対する緑色蛍光体のピーク波長は、
５００〜５６０ｎｍ
である。この場合、赤色蛍光体の赤色色度領域Ｒ３０は、
５９０〜７５０ｎｍ、色純度５０〜１００％
であり、緑色蛍光体の緑色色度領域Ｇ３０は、
５００〜５６０ｎｍ、色純度５０〜１００％
であり、緑色蛍光体の青色色度領域Ｂ３０’は、
４３５〜４８０ｎｍ、色純度５０〜１００％
である。この場合、緑色色度領域Ｇ３０及び青色色度領域Ｂ３０’は濃度の異なる同一の緑色蛍光体に基づくので、緑色／青色混色色度領域ＧＢ’の色ばらつき（面積）は小さくなり、また、混色（白色）色度領域Ｗ３’の色ばらつき（面積）も小さくなる。

図３は本発明に係る白色ＬＥＤ装置の第１の実施の形態を示し、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。

図３においては、上部に凹部１ａを囲む枠が形成された基板１たとえば低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ）基板又は高温同時焼成セラミック（ＨＴＣＣ）基板には、波長４８０ｎｍ以下の青色光を発光する同一の青色ＬＥＤ素子２−１、２−２、２−３が接着層たとえばＡｕＳｎ共晶接合層（図示せず）によって実装してある。青色ＬＥＤ素子２−１の上面には比較的高濃度の赤色蛍光体含有樹脂層３−１を形成し、青色ＬＥＤ素子２−２の上面には高濃度緑色蛍光体含有樹脂層３−２を形成し、青色ＬＥＤ素子２−３の上面には高濃度緑色蛍光体含有樹脂層３−２の濃度より低い低濃度緑色蛍光体含有樹脂層３−３を形成する。この場合、高濃度緑色蛍光体含有樹脂層３−２の緑色蛍光体と低濃度緑色蛍光体含有樹脂層３−３の緑色蛍光体とは同一である。これにより、赤色蛍光体含有樹脂層３−１は図２の赤色色度領域Ｒ３０を呈し、高濃度緑色蛍光体含有樹脂層３−２は図２の緑色色度領域Ｇ３０を呈し、低濃度緑色蛍光体含有樹脂層３−３は図２の青色色度領域Ｂ３０’を呈する。尚、樹脂層３−１、３−２、３−３の樹脂はシリコーン樹脂又はエポキシ樹脂である。

図４は本発明に係る白色ＬＥＤ装置の第２の実施の形態を示し、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。

図４においては、赤色蛍光体含有樹脂層３−１、高濃度緑色蛍光体含有樹脂層３−２、低濃度緑色蛍光体含有樹脂層３−３は各青色ＬＥＤ素子２−１、２−２、２−３の上部及び周囲に形成する。これにより、図３の白色ＬＥＤ装置に比較して青色ＬＥＤ素子２−１、２−２、２−３からの青色光の漏れを少なくできると共に、赤色色度領域Ｒ３０、緑色色度領域Ｇ３０、青色色度領域Ｂ３０’の各光度を大きくできる。

図５は本発明に係る白色ＬＥＤ装置の第３の実施の形態を示し、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。

図５においては、基板１の凹部１ａの底部にさらに３つの凹部１ｂ−１、１ｂ−２、１ｂ−３を設け、青色ＬＥＤ素子２−１、２−２、２−３を凹部１ｂ−１、１ｂ−２、１ｂ−３内に実装すると共に、赤色蛍光体含有樹脂層３−１、高濃度緑色蛍光体含有樹脂層３−２、低濃度緑色蛍光体含有樹脂層３−３を塗布注入して硬化させる。これにより、図３、図４の白色ＬＥＤ装置に比較して青色ＬＥＤ素子２−１、２−２、２−３からの青色光の漏れを完全に小さくできる。

尚、上述の実施の形態においては、高濃度緑色蛍光体含有樹脂層３−２及び低濃度緑色蛍光体含有樹脂層３−３の代りに、濃度が同一である厚さの大きい緑色蛍光体含有樹脂層及び厚さが小さい緑色蛍光体含有樹脂層を設けてもよく、また、高濃度かつ厚さの大きい緑色蛍光体含有樹脂層及び低濃度かつ厚さが小さい緑色蛍光体含有樹脂層を設けてもよい。

また、高濃度緑色蛍光体含有樹脂層及び低濃度緑色蛍光体含有樹脂層の代りに、高濃度赤色蛍光体含有樹脂層及び低濃度赤色蛍光体含有樹脂層を設けてもよい。すなわち、図１の原理の変更例である図６を参照すると、第２の直線軌跡である緑色蛍光体色度領域Ｇ３においては、緑色蛍光体濃度を大きくすることにより、緑色蛍光体色度を緑色蛍光体色度領域Ｇ３上の緑色色度領域Ｇ３０とする。また、第１の直線軌跡である赤色蛍光体色度領域Ｒ３においては、赤色蛍光体濃度を大きくすることにより、赤色蛍光体色度を赤色蛍光体色度領域Ｒ３上の赤色色度領域Ｒ３０とする。さらに、第１の直線軌跡である赤色蛍光体色度領域Ｒ３においては、赤色蛍光体濃度を小さくすることにより、青色蛍光体色度を赤色蛍光体色度領域Ｒ３上の青色色度領域Ｂ３０”とする。

図６の色度図においては、赤色色度領域Ｒ３０、青色色度領域Ｂ３０”の各色ばらつき（面積）は共に小さくかつ赤色色度領域Ｒ３０、青色色度領域Ｂ３０”は同一の第１の直線軌跡上にある。従って、これらの面積の掛け合わせである赤色／青色混色色度領域ＲＢ’の色ばらつき（面積）も直線状となり非常に小さくなる。従って、赤色色度領域Ｒ３０の面積と赤色／青色混色色度領域ＲＢ”の面積との掛け合わせである混色（白色）色度領域Ｗ３’の色ばらつき（面積）も非常に小さくなる。

尚、上述の変更例においては、高濃度赤色蛍光体含有樹脂層及び低濃度赤色蛍光体含有樹脂層の代りに、濃度が同一である厚さの大きい赤色蛍光体含有樹脂層及び厚さが小さい赤色蛍光体含有樹脂層を設けてもよく、また、高濃度かつ厚さの大きい赤色蛍光体含有樹脂層及び低濃度かつ厚さが小さい赤色蛍光体含有樹脂層を設けてもよい。

さらに、上述の実施の形態においては、発光素子はＬＥＤ素子であるが、本発明は他の発光素子たとえばレーザダイオード（ＬＤ）素子にも利用できる。

Ｒ１、Ｒ２：赤色ＬＥＤ色度領域
Ｒ３：赤色蛍光体色度領域
Ｒ３０：赤色色度領域
Ｇ１、Ｇ２：緑色ＬＥＤ色度領域
Ｇ３：緑色蛍光体色度領域
Ｇ３０：緑色色度領域
Ｂ１、Ｂ２：青色ＬＥＤ色度領域
Ｂ３：青色蛍光体色度領域
Ｂ３０、Ｂ３０’、Ｂ３０”：青色色度領域
Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ３’：混色（白色）色度領域
ＧＢ、ＧＢ’：緑色／青色混色色度領域
ＲＢ’：赤色／青色混色色度領域
１：基板
２−１、２−２、２−３：青色ＬＥＤ素子
３−１：赤色蛍光体含有樹脂層
３−２：高濃度緑色蛍光体含有樹脂層
３−３：低濃度緑色蛍光体含有樹脂層

Claims

基板と、
前記基板上に設けられた同一の第１、第２、第３の青色発光素子と、
前記第１の青色発光素子の少なくとも上部に設けられた緑色蛍光体含有樹脂層と、
前記第２の青色発光素子の少なくとも上部に設けられた第１の赤色蛍光体含有樹脂層と、
前記第３の青色発光素子の少なくとも上部に設けられた第２の赤色蛍光体含有樹脂層と
を具備し、
前記第１の赤色蛍光体含有樹脂層の赤色蛍光体と前記第２の赤色蛍光体含有樹脂層の赤色蛍光体とは同一であり、
前記第１の赤色蛍光体含有樹脂層の赤色蛍光体の濃度は前記第２の赤色蛍光体含有樹脂層の赤色蛍光体の濃度より高く、かつ
前記第１の赤色蛍光体含有樹脂層の厚さは前記第２の赤色蛍光体含有樹脂層の厚さより大きい白色発光装置。