JP7260793B2 - 発光装置 - Google Patents
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Description
ヒトの視感度曲線は、ヒトの眼が光の各波長における明るさを感じる強度を表した曲線である。特に明所視におけるヒトの視感度曲線は、明所視標準視感度ともいい、CIE(国際照明委員会:Commission international de l’eclairage)によって規定されている。明所視におけるヒトの視感度曲線のピーク波長は555nmである。
発光装置は、380nm以上485nm以下の範囲内に主波長を有する発光素子と、前記発光素子から出射される光に励起されて発光する蛍光体と、ネオジム化合物と、を含む蛍光体層と、を備え、584nm以上780nm以下の範囲内に主波長を有する光を発する。発光素子の主波長λeは、CIEによって規定されたCIE1931色度図における白色光の色度座標(x=0.3333、y=0.3333)と、発光素子の発光色の色度座標(xE、yE)を直線で結び、その延長線とスペクトル軌跡が交わる点の波長をいう。発光装置の主波長λdは、CIE1931色度図における白色光の色度座標(x=0.3333、y=0.3333)と、発光装置の発光色の色度座標(xD、yD)を直線で結び、その延長線とスペクトル軌跡が交わる点の波長をいう。「スペクトル軌跡」は、色度図上で単色(純粋)光の色度点を結んで得られる曲線をいう。発光素子の主波長λe及び発光装置の主波長λdは、マルチチャンネル分光器と積分球を組み合わせた光計測システムで測定することができる。発光装置は、蛍光体層に蛍光体とともにネオジム化合物を含むため、ネオジム化合物が蛍光体から発する特定の波長範囲の光を吸収し、発光装置の発光スペクトルの半値幅を狭めることができる。具体的には、発光装置の584nm以上780nm以下の波長範囲の発光スペクトルの半値幅を狭めることができる。発光装置の発光スペクトルの半値幅を狭めることができると、同じ蛍光体を用いたネオジム化合物を含んでいない蛍光体層を備えた発光装置よりも、発光装置の発光色の主波長を長波長側に移動させることができる。発光装置の発光スペクトルの半値幅を狭め、発光装置の主波長を長波長側に移動させることができると、同じ主波長を有しネオジム化合物を含まない蛍光体層を備えた発光装置の発光スペクトルをよりも、ネオジム化合物を含む蛍光体層を備えた発光装置の発光スペクトルをヒトの視感度曲線に近づけることができ、光束を高くすることができる。半値幅は、蛍光体の発光スペクトルにおける発光ピークの半値全幅(Full Width at Half Maximum:FWHM)をいい、蛍光体の発光スペクトルにおける発光ピークの最大値の50%の値を示す発光ピークの波長幅をいう。
ネオジム化合物
蛍光体層に含まれるネオジム化合物は、例えば、フッ化ネオジム、酸化ネオジム、水酸化ネオジムが挙げられるが、特にフッ化ネオジム、またはフッ化ネオジムの反射スペクトルに近い特性を有するネオジム化合物であることが好ましい。ネオジム化合物は、発光素子からの光によって励起され蛍光体から発光の一部を吸収して、発光装置の発光スペクトルの形状を変化させることができ、発光装置の発光スペクトルの半値幅を狭くすることができる。ネオジム化合物は、中心粒径が0.05μm以上0.50μm以下の範囲内であることが好ましく、より好ましくは0.08μm以上0.40μm以下の範囲内であり、さらに好ましくは0.10μm以上0.30μm以下の範囲内である。中心粒径とは体積平均粒径(メジアン径)であり、小径側からの体積累積頻度が50%に達する粒径(D50:メジアン径)である。レーザー回折式粒度分布測定装置(例えば製品名:MASTER SIZER 2000、MALVERN社製)により、中心粒径を測定することができる。
蛍光体層に含まれる蛍光体は、Caと、Euと、Siと、Alと、Nと、必要に応じてSrと、を含む組成を有する第1窒化物蛍光体、及び、Ca、Sr及びBaからなる群から選択される少なくとも一種の元素と、Euと、Siと、Nと、を含む組成を有する第2窒化物蛍光体からなる群から選択される少なくとも一種の窒化物蛍光体を含むことが好ましい。蛍光体層中に含まれる蛍光体が、前記第1窒化物蛍光体及び前記第2窒化物蛍光体からなる群から選択される少なくとも一種の窒化物蛍光体を含むことによって、380nm以上485nm以下の範囲内に主波長を有する発光素子から出射される光に励起されて、584nm以上780nm以下の波長範囲に主波長を有する光が、発光装置から出射される。蛍光体層中に含まれる蛍光体は、前記第1窒化物蛍光体及び前記第2窒化物蛍光体からなる群から選択される少なくとも一種の窒化物蛍光体を含むことによって、CIE1931色度図のxy色度座標系における前記領域Ar内の発光色となる光が発光装置から出射される。前記第1窒化物蛍光体及び前記第2窒化物蛍光体からなる群から選択される少なくとも一種の窒化物蛍光体を含む蛍光体層を備えた発光装置は、CIE1931色度図のxy色度座標系における前記領域A-1又は領域A-2内の発光色を呈する光が出射されてもよい。蛍光体の主波長λpは、CIE1931色度図における白色光の色度座標(x=0.3333、y=0.3333)と、蛍光体の発光色の色度座標(xp、yp)を直線で結び、その延長線とスペクトル軌跡が交わる点の波長をいう。蛍光体の発光色の色度座標(xp、yp)は、量子効率測定装置(例えば製品名:QE-2000、大塚電子株式会社製)を用いて、励起光の波長450nmの光を各蛍光体に照射し、室温(25℃±5℃)における発光スペクトルから測定することができる。蛍光体のピーク波長λpは、蛍光体の発光スペクトルにおいて、550nm以上800nm以下の波長範囲内のピークトップを示す波長をいい、前記装置を用いて測定した蛍光体の発光スペクトルから求めることができる。
(Ca,Sr)AlSiN3:Eu (1)
(Ca,Sr,Ba)2Si5N8:Eu (2)
蛍光体の組成を表す式中、カンマ(,)で区切られて記載されている複数の元素は、これら複数の元素のうち少なくとも一種の元素を組成中に含むことを意味し、複数の元素から2種以上を組み合わせて含んでいてもよい。また、蛍光体の組成を示す式中、コロン(:)の前は母体結晶を構成する元素及びそのモル比を表し、コロン(:)の後は賦活元素を表す。「モル比」は、蛍光体の組成の1モル中の元素のモル量を表す。
SrtCavEuwAlxSiyNz (1A)
(式(1A)中、0≦t<1、0<v<1、0.01<w≦0.04、t+v+w<1、0.80≦x≦1.2、0.80≦y≦1.2、2.5≦z≦3.5を満たす数である。)
(Ca1-p-q-rSrpBaqEur)2Si5N8 (2A)
(式(2A)中、p、q及びrは、0≦p≦1.0、0≦q≦1.0、0<r<1.0及びp+q+r≦1.0を満たす数である。)
基板71の材料としては、例えば、酸化アルミニウム及び窒化アルミニウムから選択される無機材料、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂(BTレジン)、及びポリフタルアミド樹脂から選択される樹脂が挙げられる。
発光素子11は、380nm以上485nm以下の範囲内に主波長を有する光を発する。発光素子11は、例えば、発光ダイオード(LED)又はレーザダイオード(LD)を用いることができ、発光素子11は、LEDチップを用いることが好ましい。発光素子11は、InXAlYGa1-X-YN(0≦X、0≦Y、X+Y≦1)で表される窒化物半導体を用いた半導体発光素子を用いることができる。窒化物半導体は、半導体層の材料やその混晶度によって発光の波長を種々選択することができる。
蛍光体層31
発光装置100は、蛍光体層31を備える。発光装置100は、蛍光体層31と透光体32とが、一体となった波長変換部材を備えていてもよい。蛍光体層31は、バインダーとなる透光性材料と、蛍光体と、ネオジム化合物とを含む。蛍光体層31に含まれるバインダーとなる透光性材料は、樹脂、ガラス又はガラス以外の無機物であることが好ましい。蛍光体層31における、蛍光体の含有量及びネオジム化合物の含有量は、前述の蛍光体層31中の蛍光体の含有量の範囲及びネオジム化合物の含有量の範囲と同じ範囲である。蛍光体層31は、一種の蛍光体が含まれる単層であってもよく、一種の蛍光体が含まれる一層と、他の種類の蛍光体が含まれる他の一層が積層された積層構造を有するものであってもよい。蛍光体層31には、必要に応じて着色剤、拡散材、フィラーが添加されていてもよい。蛍光体層31は、蛍光体と、ネオジム化合物と、樹脂と、からなるシート状の層であってもよい。蛍光体層31は、蛍光体と、ネオジム化合物と、ガラスとからなる板状の層であってもよい。蛍光体層31は、蛍光体と、ネオジム化合物と、ガラス以外のセラミックスからなる板状の焼結体からなる層であってもよい。蛍光体層31は、発光素子11から出射される光を吸収して、584nm以上780nm以下の範囲内に主波長を有する光を発する。また、蛍光体層31は、発光素子11から出射される光を吸収して、CIE1931色度図のxy色度座標系において、前述の領域Ar内の発光色を呈する光を発光装置100から発する。蛍光体層31は、発光素子11から出射される光を吸収して、600nm以上780nm以下の範囲内に主波長を有する光を発してもよい。また、蛍光体層31は、発光素子11から出射される光を吸収して、CIE1931色度図のxy色度座標系において、前述の領域A-1内の発光色を呈する光を発光装置100から発してもよい。蛍光体層31は、発光素子11から出射される光を吸収して、610nm以上780nm以下の範囲内に主波長を有する光を発してもよい。また、蛍光体層31は、発光素子11から出射される光を吸収して、CIE1931色度図のxy色度座標系において、前述の領域A-2内の発光色を呈する光を発光装置100から発してもよい。
透光体32は、蛍光体層31とは別に設けられる部材であり、蛍光体層31を支持する部材である。透光体32には、ガラスや樹脂のような透光性材料からなる板状体を用いることができる。ガラスとして、例えば、ホウ珪酸ガラス及び石英ガラスから選択することができる。また、樹脂として、例えば、シリコーン樹脂及びエポキシ樹脂から選択することができる。透光体32の厚さは、製造工程における機械的強度が低下せず、蛍光体層31に十分な機械強度を付与することができる厚さであればよい。また、透光体32の厚さは、厚すぎると、発光装置の小型化に支障をきたしたり、放熱性が低下したりするので、適切な厚さにすることが好ましい。また、透光体32には、拡散材を含有させてもよい。蛍光体層31の蛍光体の含有量を多くすると、蛍光体層31の色むらが発生し易くなるが、拡散材が存在すると、色むら、さらには輝度むらを抑制することができる。拡散材には、酸化チタン、チタン酸バリウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素等を用いることができる。また、発光面となる透光体32の上面は平坦な面に限定されず、微細な凹凸を有していてもよい。透光体32の発光面が微細な凹凸を有していると、発光面からの出射光の散乱を促進させて輝度むらや色むらをさらに抑制することが可能となる。
発光素子11と蛍光体層31の間には接着層81が介在してもよい。接着層81は、発光素子11と蛍光体層31を固着する。接着層81を構成する接着剤は、発光素子11からの出射光を蛍光体層31へと有効に導光でき、発光素子11と蛍光体層31を連結できる材料が好ましい。具体例としてはエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、及びポリイミド樹脂からなる群から選択される少なくとも一種の有機樹脂であることが好ましく、シリコーン樹脂がより好ましい。
半導体素子13は、発光素子11とは別に、発光素子11の隣に基板71上に配置されていてもよい。このような半導体素子13として、トランジスタや、以下に説明する保護素子を挙げることができる。保護素子は、発光素子11を過大な電圧印加による素子破壊や性能劣化か保護するための素子である。保護素子は、具体的には、規定電圧以上の電圧が印加されると通電状態になるツェナーダイオード(Zener Diode)であってもよい。
被覆部材91の材料としては、絶縁材料を用いることが好ましい。また、ある程度の強度を確保するために、被覆部材91を構成する絶縁材料としては、例えばフェノール樹脂、エポキシ樹脂、ビスマレイミドトリアジン樹脂(BTレジン)、及びポリフタルアミド(PPA)樹脂、及びシリコーン樹脂からなる群から選択される樹脂が挙げられる。絶縁材料には、必要に応じて着色剤、光反射材であるフィラー、蛍光体が添加されていてもよい。
被覆部材91は、母体となる絶縁材料に光反射材となるフィラーが含まれていることが好ましい。光反射材は、発光素子11からの光を吸収しにくく、かつ被覆部材91の母体となる絶縁材料に対する屈折率差が大きいことが好ましい。被覆部材91に光反射材が分散して含まれていることで、発光素子11からの光を効率よく反射させることができる。光反射材としては、イットリウム、ジルコニウム、アルミニウム、チタン、マグネシウム及びケイ素からなる群から選択される少なくとも一種の元素を含む酸化物であることが好ましく、例えば酸化チタンが挙げられる。光反射材の平均粒径は、例えば0.1μm以上1.0μm以下の範囲内が挙げられる。光反射材の平均粒径は、カタログ値を用いることができ、例えばFSSS法で測定することができる。被覆部材91に含まれる光反射材の量は、樹脂100質量部に対して、反射性及び取り扱い性を考慮して、10質量部以上100質量部以下の範囲内であることが好ましい。
導電部材61としては、バンプを用いることができ、バンプの材料としては、金(Au)あるいは、その合金、他の導電接合部材として、共晶ハンダ(Au-Sn)、Pb-Sn、鉛フリーハンダ等を用いることができる。なお、図1Bでは、導電部材61にバンプを用いた例を示しているが、導電部材61はバンプに限定されず、例えば導電ペーストであってもよい。
A.第1工程は、基板の上に発光素子を実装する工程を含む。
B.第2工程は、透光体の上に、蛍光体層を形成し、透光体と蛍光体層とが一体となった波長変化部材を形成する工程を含む。
C.第3工程は、波長変換部材を、発光素子上に配置して接合する工程を含む。
D.第4工程は、波長変換部材の発光面を除く側面及び発光素子の側面を被覆部材用組成物で覆い、被覆部材を形成する工程を含む。
第1工程では、基板上に発光素子を配置する。また、半導体素子を配置してもよい。発光素子と半導体素子とは、例えば、基板上にフリップチップ実装される。
第2工程では、透光体の上に蛍光体層を形成し、透光体と蛍光体層とが一体となった波長変換部材を形成する。
まず、板状の透光体を準備する。次に、透光体上に、蛍光体層を形成する。
第3工程では、蛍光体層を発光素子の発光面に対向させて、発光素子上に波長変換部材を接着層により接合する。好ましい形態では、波長変換部材と発光素子との接合面、すなわち、蛍光体層と発光素子との接合面は、蛍光体層の接合面の方が、発光素子の発光面より大きいので、蛍光体層の接合面が発光素子の発光面からはみ出し、はみ出した部分から発光素子の側面にかけて接着剤が付着して、断面形状が略三角形の接着層のはみ出し部分が形成される。発光素子の側面に付着した接着層のはみ出し部分は、層の厚さが発光素子の下方に向かって小さくなる三角形状を有している。
第4工程では、発光面を除く波長変換部材の側面を被覆部材用組成物で覆い、発光面を除く波長変換部材の側面に被覆部材を形成する。この被覆部材は、発光素子から出射された光を反射させるためのものであり、波長変換部材の上面を覆うことなく側面を覆いかつ半導体素子を埋設するように形成する。発光素子の側面に付着したはみ出し部は、厚さが発光素子の下方に向かって小さくなる断面三角形状を有しているので、発光素子の側面を覆う被覆部材は、上方ほど拡がる傾斜を有している。これにより、発光素子の側面から出射した光は蛍光体層方向に反射されて、蛍光体を励起することが可能になり、輝度の向上が図られる。
発光装置200は、380nm以上485nm以下の範囲内に主波長を有する発光素子12と、発光素子12からの光により励起されて発光する少なくとも一種の蛍光体21を含む蛍光体層からなる波長変換部材34と、成形体41とを備える。成形体41は、第1リード51と、第2リード52と、樹脂を含む樹脂部42が一体的に成形されてなるものである。成形体41は、底面と側面とを有する凹部を形成しており、凹部の底面に発光素子12が載置されている。発光素子12は、一対の正負の電極を有しており、その一対の正負電極はそれぞれ第1リード51と第2リード52に導電部材63であるワイヤを介して電気的に接続されている。発光素子12は、蛍光体層からなる波長変換部材34により被覆されている。蛍光体層からなる波長変換部材34は、蛍光体21と透光性材料を含む。蛍光体21は、発光素子12から出射される光により励起されて発光する。蛍光体層からなる波長変換部材34には、発光素子12から出射される光に励起されて発光し、584nm以上780nm以下の範囲内に主波長を有する光を発する少なくとも一種の蛍光体21が含まれ、発光ピーク波長が異なる2種以上の蛍光体が含まれていてもよい。発光素子12の正負一対の電極に接続された第1リード51及び第2リード52は、成形体41の外方に向けて一部が露出されている。第1リード51及び第2リード52を介して、発光装置200の外部から電力の供給を受けて、発光装置200を発光させることができる。発光装置200は、584nm以上780nm以下の範囲内に主波長を有する光を発する。発光装置200からの発光は、CIE1931色度図のxy色度座標系において、前述の領域Ar内の発光色を呈する。発光装置200は、600nm以上780nm以下の範囲内に主波長を有する光を発してもよい。発光装置200からの発光は、CIE1931色度図のxy色度座標系において、前述の領域A-1内の発光色を呈してもよい。発光装置200は、610nm以上780nm以下の範囲内に主波長を有する光を発してもよい。発光装置200からの発光は、CIE1931色度図のxy色度座標系において、前述の領域A-2内の発光色を呈してもよい。
第2実施形態の発光装置の製造方法の一例を説明する。なお、詳細は、例えば特開2010-062272号公報の開示を参照することもできる。発光装置の製造方法は、成形体の準備工程と、発光素子の配置工程と、波長変換部材用組成物の配置工程と、樹脂パッケージ形成工程とを含むことが好ましい。
発光素子の配置工程において、成形体の凹部の底面に発光素子が配置され、発光素子の正負の電極が第1リード及び第2リードにワイヤにより接続される。
波長変換部材用組成物の配置工程において、成形体の凹部に波長変換部材用組成物が配置される。
樹脂パッケージ成形工程において、成形体の凹部に配置された波長変換部材用組成物を硬化させて、蛍光体層からなる波長変換部材を形成し、樹脂パッケージが形成され、発光装置が製造される。以上のようにして、図2に示す第2実施形態の発光装置を製造することができる。
実施例及び比較例の各発光装置について、蛍光体は、表1に示すSCASN-1、SCASN-2、SCASN-3、CASN-1及びCASN-2を用いた。SCASN-1、SCASN-2、SCASN-3は、Srを組成に含み式(1)で表される組成又は式(1A)で表される組成を有しており、組成に含まれる元素(例えば、SrやEu)のモル比や製造条件を調節することにより、発光ピーク波長や粒径その他の発光特性を変化させることにより、それぞれ得られた。CASN-1及びCASN-2は、Srを組成に含まず、式(1)で表される組成又は式(1A)で表される組成を有しており、組成に含まれる元素(例えば、Eu)のモル比や製造条件を調節することにより、発光ピーク波長や粒径その他の発光特性を変化させることにより、それぞれ得られた。表1に示す蛍光体の評価の方法を以下に記載した。
各蛍光体について、Fisher Sub-Sieve Sizer Model 95(Fisher Scientific社製)を用いて、FSSS法により平均粒径を測定した。具体的には、1cm3分の体積の試料を計り取り、専用の管状容器にパッキングした後、一定圧力の乾燥空気を流し、差圧から比表面積を読み取り、平均粒径(Fisher Sub-Sieve Sizer’s No)に換算した値である。
各蛍光体について、発光特性を測定した。蛍光体の発光特性は、量子効率測定装置(製品名:QE-2000、大塚電子株式会社製)を用いて、励起光の波長を450nmの光を各蛍光体に照射し、室温(25℃±5℃)における発光スペクトルを測定した。得られた各蛍光体の発光スペクトルから、ICE1931色度図の色度座標系における色度座標(xp、yp)、ピーク波長λp、584nm以上780nmの波長範囲内の発光スペクトルの半値幅を求めた。図3に各蛍光体の発光スペクトルを示した。
各蛍光体について、分光光度計(製品名:F-4500、株式会社日立ハイテクノロジーズ製)を用いて、室温(25℃±5℃)で、励起光源(キセノンランプ)からの光を、試料となる各蛍光体照射し、380nm以上780nm以下の波長範囲内の反射スペクトルを測定した。基準試料としてリン酸水素カルシウム(CaHPO4)を用いた。励起波長450nmの励起光に対するリン酸水素カルシウムの反射率を基準として、相対反射率として、450nm反射率を求めた。
ネオジム化合物として、中心粒径が0.172μmであるフッ化ネオジム(NdF3)を使用した。フッ化ネオジムの中心粒径は、体積平均粒径(メジアン径)であり、小径側からの体積累積頻度が50%に達する粒径(D50:メジアン径)である。レーザー回折式粒度分布測定装置(製品名:MASTER SIZER 2000、MALVERN社製)により、フッ化ネオジムの中心粒径を測定した。また、フッ化ネオジムの反射スペクトルを蛍光体の反射スペクトルを測定した装置と同様の装置を使用して測定した。フッ化ネオジムの380nm以上780nm以下の波長範囲内における最小の反射強度を示す波長Wrは586nmであった。フッ化ネオジムの反射スペクトルを図4に示す。
図1A及び図1Bに示す第1実施形態の発光装置100を製造した。
第1工程
基板71上に発光素子11を配置した。
発光装置100に用いた発光素子11は、サファイア基板上に半導体層が積層されて形成され、厚さが約0.1mm、平面形状が約1.0mm四方の略正方形の形状を有し、主波長λeが450nmである。発光素子の主波長λeは、マルチチャンネル分光器と積分球を組み合わせた光計測システムを用いて、室温(25℃±5℃)における発光スペクトルを測定し、測定した発光素子の発光スペクトルから、ICE1931色度図の色度座標系における色度座標(xE、yE)を求め、発光素子の主波長λeを求めた。
基板71に設けられた導電パターン上に、導電部材61として、金(Au)からなるバンプを予め設けた。このバンプを介して発光素子11及び半導体素子13が一列となるように基板71に配置し、バンプによりフリップチップ実装した。発光素子11は、サファイア基板側を光が出射する発光面となるように配置した。
透光体32の上に蛍光体層31を形成して、透光体32と蛍光体層31とが一体となった波長変換部材33を製造した。透光体32は、材料として厚さが約0.10mmの板状のホウ珪酸ガラスを用いた。蛍光体は、SCASN-1蛍光体を用いた。バインダーとしてシリコーン樹脂を用いた。蛍光体層用組成物は、シリコーン樹脂、SCASN-1蛍光体、ネオジム化合物を含み、シリコーン樹脂100質量部に対して、SCASN-1蛍光体を190質量部含み、ネオジム化合物を50質量部含む。ネオジム化合物は、フッ化ネオジム(NdF3)を用いた。蛍光体層用組成物中のネオジム化合物の含有量は、SCASN-1蛍光体100質量部に対して、26.3質量部であった。透光体32の一方の主面に蛍光体層用組成物を塗布し、シリコーン樹脂を硬化させて、厚さ80μmの蛍光体層31を形成した。その後、蛍光体層31が形成された透光体32を切断し、透光体32の厚さが約0.10mmであり、蛍光体層31の厚さが80μmであり、平面形状が約1.15mm四方の略正方形の形状である、透光体32と蛍光体層31とが一体となった波長変換部材33を製造した。波長変換部材33は、透光体32を所望の大きさに切断した後に蛍光体層31を形成してもよく、蛍光体層31を形成した後に、透光体32と蛍光体層31を所望の大きさ及び形状となるように切断して製造してもよい。
蛍光体層31を発光素子11の発光面に対向させて、発光素子11上に波長変換部材33を接着層81により接合した。接着層81を形成する接着剤として、シリコーン樹脂を用いた。波長変換部材33の蛍光体層31の平面形状は、発光素子11の発光面よりも縦横に約0.15mm大きいので、蛍光体層31と発光素子11の接合面において、蛍光体層31の接合面は、発光素子11の発光面からはみ出し、はみ出した部分から発光素子11の側面にかけて接着剤が付着して、断面形状略三角形のはみだし部分を備えた接着層が形成された。
発光面を除く波長変換部材33の側面を被覆部材用組成物で覆い、被覆部材組成物を硬化させて被覆部材91を形成し、発光装置100を製造した。具体的には、透光体32の発光面を除く、発光素子11、蛍光体層31及び透光体32の周囲と、半導体素子13が完全に埋没するように半導体素子13の周囲に、被覆部材用組成物を充填し、被覆部材91を形成した。被覆部材用組成物は、樹脂と光反射材とを含み、樹脂としてジメチルシリコーン樹脂を用い、光反射材として平均粒径が0.28μmの酸化チタン粒子を用いた。酸化チタン粒子の平均粒径は、カタログ値であり、FSSS法で測定した平均粒径である。被覆部材用組成物中の光反射材の配合量は、樹脂100質量部に対して60質量部とした。
SCASN-3蛍光体を用い、シリコーン樹脂100質量部に対して、SCASN-3蛍光体を190質量部含む、蛍光体層用組成物を用いて蛍光体層31を形成したこと以外は、実施例1と同様にして、発光装置100を製造した。
CASN-1蛍光体を用い、シリコーン樹脂100質量部に対して、CASN-1蛍光体を210質量部含み、ネオジム化合物を50質量部含む、蛍光体層用組成物を用いて蛍光体層31を形成したこと以外は、実施例1と同様にして、発光装置100を製造した。蛍光体層用組成物中のネオジム化合物の含有量は、CASN-1蛍光体100質量部に対して、23.8質量部である。
ネオジム化合物を含まない蛍光体層用組成物を用いて蛍光体層31を形成したこと以外は、実施例1と同様にして、発光装置100を製造した。
SCASN-1蛍光体及びSCASN-2蛍光体を用い、シリコーン樹脂100質量部に対して、SCASN-1蛍光体及びSCASN-2蛍光体を合計量で190質量部含み、ネオジム化合物を含まない、蛍光体層用組成物を用いて蛍光体層31を形成したこと以外は、実施例1と同様にして、発光装置100を製造した。蛍光体層用組成物及び蛍光体層31中、SCASN-1蛍光体とSCASN-2蛍光体の質量比は、合計量100に対して、50:50であった。
SCASN-2蛍光体を用い、シリコーン樹脂100質量部に対して、SCASN-2蛍光体を190質量部含み、ネオジム化合物を含まない、蛍光体層用組成物を用いて蛍光体層31を形成したこと以外は、実施例1と同様にして、発光装置100を製造した。
SCASN-2蛍光体及びSCASN-3蛍光体を用い、シリコーン樹脂100質量部に対して、SCASN-2蛍光体及びSCASN-3蛍光体を合計量で190質量部含み、ネオジム化合物を含まない、蛍光体層用組成物を用いて蛍光体層31を形成したこと以外は、実施例1と同様にして、発光装置100を製造した。蛍光体層用組成物及び蛍光体層31中、SCASN-2蛍光体とSCASN-3蛍光体の質量比は、合計量100に対して、50:50であった。
SCASN-3蛍光体を用い、シリコーン樹脂100質量部に対して、SCASN-3蛍光体を190質量部含み、ネオジム化合物を含まない、蛍光体層用組成物を用いて蛍光体層31を形成したこと以外は、実施例1と同様にして、発光装置100を製造した。
SCASN-3蛍光体及びCASN-1蛍光体を用い、シリコーン樹脂100質量部に対して、SCASN-3蛍光体及びCASN-1蛍光体を合計量で190質量部含み、ネオジム化合物を含まない、蛍光体層用組成物を用いて蛍光体層31を形成したこと以外は、実施例1と同様にして、発光装置100を製造した。蛍光体層用組成物及び蛍光体層31中、SCASN-3蛍光体とCASN-1蛍光体の質量比は、合計量100に対して、50:50であった。
CASN-1蛍光体を用い、シリコーン樹脂100質量部に対して、CASN-1蛍光体を210質量部含み、ネオジム化合物を含まない、蛍光体層用組成物を用いて蛍光体層31を形成したこと以外は、実施例1と同様にして、発光装置100を製造した。
CASN-1蛍光体及びCASN-2蛍光体を用い、シリコーン樹脂100質量部に対して、CASN-1蛍光体及びCASN-2蛍光体を合計量で218質量部含み、ネオジム化合物を含まない、蛍光体層用組成物を用いて蛍光体層31を形成したこと以外は、実施例1と同様にして、発光装置100を製造した。蛍光体層用組成物及び蛍光体層31中、CASN-1蛍光体とCASN-2蛍光体の質量比は、合計量100に対して、20:80であった。
CASN-2蛍光体を用い、シリコーン樹脂100質量部に対して、CASN-2蛍光体を220質量部含み、ネオジム化合物を含まない、蛍光体層用組成物を用いて蛍光体層31を形成したこと以外は、実施例1と同様にして、発光装置100を製造した。
実施例及び比較例の各発光装置について、以下の評価を行った。以下の評価は、発光装置に350mAの電流を流して測定した。
発光装置について、マルチチャンネル分光器と積分球を組み合わせた光計測システムを用いて、発光スペクトルを測定し、CIE1931色度図の色度座標系における色度座標(xD、yD)、主波長λd、及び半値幅を求めた。発光装置の主波長λdは、CIE1931色度図における色度座標系における白色光の色度座標(x=0.3333、y=0.3333)と、発光装置の発光色の色度座標(xD、yD)を直線で結び、その延長線とスペクトル軌跡が交わる点の波長である。結果を表2に記載した。
図9は、SCASN-3蛍光体を含む実施例2に係る発光装置の最大発光強度を1とした相対発光スペクトルと、SCASN-3蛍光体を含む比較例5に係る発光装置の最大発光強度を1とした相対発光スペクトルと、ヒトの視感度曲線と、を示す。
図10は、CASN-1蛍光体を含む実施例3に係る発光装置の最大発光強度を1とした相対発光スペクトルと、CASN-1蛍光体を含む比較例7に係る発光装置の最大発光強度を1とした相対発光スペクトルと、ヒトの視感度曲線と、を示す。
主波長λdが同じである、実施例1に係る発光装置の光束と、比較例4に係る発光装置の光束を、マルチチャンネル分光器と積分球を組み合わせた光計測システムを用いて測定した発光スペクトルから導き出し、比較例4に係る発光装置の光束を100%として、実施例1に係る発光装置の相対光束を求めた。
主波長λdが同じである、実施例2に係る発光装置の光束と、比較例6に係る発光装置の光束を、マルチチャンネル分光器と積分球を組み合わせた光計測システムを用いて測定した発光スペクトルから導き出し、比較例6に係る発光装置の光束を100%として、実施例2に係る発光装置の相対光束を求めた。
主波長λdが同じである、実施例3に係る発光装置の光束と、比較例8に係る発光装置の光束を、マルチチャンネル分光器と積分球を組み合わせた光計測システムを用いて測定した発光スペクトルから導き出し、比較例8に係る発光装置の光束を100%として、実施例3に係る発光装置の相対光束を求めた。結果を表3に示した。
図12は、主波長λdが621nmで同じである、実施例2に係る発光装置の最大発光強度を1とした相対発光スペクトルと、比較例6に係る発光装置の最大発光強度を1とした相対発光スペクトルと、ヒトの視感度曲線と、を示す。
図13は、主波長λdが630nmで同じである、実施例3に係る発光装置の最大発光強度を1とした相対発光スペクトルと、比較例8に係る発光装置の最大発光強度を1とした相対発光スペクトルと、ヒトの視感度曲線と、を示す。
図2に示す第2実施形態の発光装置200を製造した。
第1リード51及び第2リード52と、底面の一部が第1リード51及び第2リード52で構成された底面と、側面と、を有する凹部を有する樹脂を含む成形体41を準備した。発光装置200に用いた発光素子12は、実施例1に用いた発光素子11と同様の発光素子を用いた。発光素子12は、主波長λeが450nmである。凹部の底面に発光素子12を配置し、第1リード51及び第2リード52と発光素子12とを導電部材63であるワイヤでそれぞれ接続した。シリコーン樹脂100質量部に対して、SCASN-1蛍光体を80質量部と、ネオジム化合物5.0質量部を含む蛍光体層用組成物を準備した。ネオジム化合物は、フッ化ネオジム(NdF3)を用いた。蛍光体層用組成物中のネオジム化合物の含有量は、SCASN-1蛍光体100質量部に対して6.3質量部である。蛍光体層用組成物を成形体41の凹部に充填して、150℃で3時間加熱して、蛍光体用組成物を硬化させ、蛍光体層からなる波長変換部材34を形成し、第2実施形態の発光装置200を製造した。
蛍光体層用組成物中のネオジム化合物の量を表4に示す量としたこと以外は、実施例4と同様にして、実施例5及び6の発光装置200を製造した。
SCASN-3蛍光体を用い、シリコーン樹脂100質量部に対して、SCASN-3蛍光体を80質量部含み、ネオジム化合物を表4に示す量含む、蛍光体層用組成物を用いて、蛍光体層からなる波長変換部材34を形成したこと以外は、実施例4と同様にして、発光装置200を製造した。
ネオジム化合物を含まない蛍光体層用組成物を用いて、蛍光体層からなる波長変換部材34を形成したこと以外は、実施例4と同様にして、発光装置200を製造した。
ネオジム化合物を含まない蛍光体層用組成物を用いて、蛍光体層からなる波長変換部材34を形成したこと以外は、実施例7と同様にして、発光装置200を製造した。
CASN-2蛍光体を用い、シリコーン樹脂100質量部に対して、CASN-2蛍光体を100質量部含み、ネオジム化合物を含まない蛍光体層用組成物を用いて、蛍光体層からなる波長変換部材34を形成したこと以外は、実施例7と同様にして、発光装置200を製造した。
実施例4から9及び比較例10から12に係る各発光装置について、前述の方法で、色度座標(xD、yD)、主波長λd、発光スペクトルの半値幅及び光束(lm)を測定した。
Claims (11)
- 380nm以上485nm以下の範囲内に主波長を有する発光素子と、
前記発光素子から出射される光に励起されて発光する蛍光体と、ネオジム化合物と、を含む蛍光体層と、を備え、
前記蛍光体が、下記式(1)で表される組成を有する第1窒化物蛍光体、及び、下記式(2)で表される組成を有する第2窒化物蛍光体からなる群から選択される少なくとも一種の窒化物蛍光体を含み、
前記蛍光体層中の前記ネオジム化合物の含有量が、前記蛍光体100質量部に対して、5質量部以上40質量部以下の範囲内であり、584nm以上780nm以下の範囲内に主波長を有する光を発する、発光装置。
(Ca,Sr)AlSiN 3 :Eu (1)
(Ca,Sr,Ba) 2 Si 5 N 8 :Eu (2) - 黄赤色から赤色の発光色を呈する、請求項1に記載の発光装置。
- CIE1931色度図のxy色度座標系において、色度座標(x、y)が、(x=0.520、y=0.450)を第1点とし、(x=0.538、y=0.461)を第2点とし、(x=0.735、y=0.265)を第3点とし、(x=0.715、y=0.259)を第4点とし、前記第1点と前記第2点を結ぶ第1直線と、前記第2点と前記第3点を結ぶ第2直線と、前記第3点と前記第4点を結ぶ第3直線と、前記第4点と前記第1点を結ぶ第4直線とで画定された領域内の色度を有する光を発する、請求項1又は2に記載の発光装置。
- 前記ネオジム化合物が、フッ化ネオジムである、請求項1から3のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記蛍光体層中の前記ネオジム化合物の含有量が、前記蛍光体100質量部に対して、5質量部以上40質量部以下の範囲内である、請求項1から4のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記蛍光体が、Caと、Euと、Siと、Alと、Nと、必要に応じてSrと、を含む組成を有する第1窒化物蛍光体、及び、
Ca、Sr及びBaからなる群から選択される少なくとも一種の元素と、Euと、Siと、Nと、を含む組成を有する第2窒化物蛍光体からなる群から選択される少なくとも一種の窒化物蛍光体を含む、請求項1から5のいずれか1項に記載の発光装置。 - 前記蛍光体層が樹脂を含み、樹脂100質量部に対して、前記蛍光体の含有量が100質量部以上300質量部以下の範囲内である、請求項1から6のいずれか1項に記載の発光装置。
- 発光装置の584nm以上780nm以下の波長範囲内の発光スペクトルにおける半値幅が、50nm以上100nm以下の範囲内である、請求項1から7のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記蛍光体が、Si6-zAlzOzN8-z:Eu(0<z≦4.2)、Ca3Sc2Si3O12:Ce、CaSc2O4:Ce、(La,Y,Gd)3(Al,Si)6N11:Ce、(Ca,Sr,Ba)8MgSi4O16(F,Cl,Br)2:Eu、(Ca,Sr,Ba)3Si6O9N4:Eu、(Ca,Sr,Ba)3Si6O12N2:Eu、(Ba,Sr,Ca)Si2O2N2:Eu、(Ba,Sr,Ca,Mg)2SiO4:Eu、(Ca,Sr,Ba)S:Eu、(Ba,Sr,Ca)Ga2S4:Eu、K2(Si,Ti,Ge)F6:Mn、(Ca,Sr,Ba,Mg)10(PO4)6(F,Cl,Br,I,OH)2:Eu、(Ba,Sr,Ca)3MgSi2O8:Eu、3.5MgO・0.5MgF2・GeO2:Mn、Sr4Al14O25:Eu、(Si,Al)6(O,N)8:Eu、又は(Sr,Ca)LiAl3N4:Euを含む、請求項1から8のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記蛍光体層が、接着層を介して、前記発光素子の発光面上に配置された、請求項1から9のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記蛍光体層の厚さが、20μm以上200μm以下の範囲内である、請求項1から10のいずれか1項に記載の発光装置。
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