JP7417153B2 - 発光装置 - Google Patents
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Description
そこで、本発明の一態様は、低誘虫効果を大きくするとともに、人間の視環境において十分な演色性を有する発光装置を提供することを目的とする。
本発明の第一の態様は、430nm以上470nm以下の範囲内に発光ピーク波長を有する発光素子と、前記発光素子からの光により励起されて発光する蛍光体を含む蛍光部材と、を備え、前記発光素子の光と前記蛍光体の光による混色光のJIS Z8725に準拠して測定される相関色温度が1500K以上11000K以下の範囲であり、前記混色光のCIE1931色度図上の黒体放射軌跡からの偏差であり、JIS Z8725に準拠して測定される色偏差duvが、1500K以上11000K以下の相関色温度において、0を超えて0.02以下の範囲であり、前記混色光の分光分布とヒトの標準分光視感効率の各相対強度の積をヒトの可視領域の波長範囲で積分した値を積分値aとし、前記混色光の分光分布と昆虫の分光視感効率の各相対強度の積を昆虫が正の走光性を示す波長範囲で積分した値を積分値bとし、前記積分値aに対する前記積分値bの比(b/a)により定義される誘虫性指数Iが、前記色偏差duvが0であるときの誘虫性指数I0の50%以上99%以下である、発光装置である。
(Lu,Y,Gd,Tb)3(Al,Ga)5O12:Ce (I)
前記(1a)Ceで賦活される希土類アルミン酸塩蛍光体は、例えば、Y3Al5O12:Ce、(Y0.8Gd0.2)3Al5O12:Ce、Y3(Al0.8Ga0.2)5O12:Ce、(Y,Gd)3(Al,Ga)5O12:Ce、Tb3Al5O12:Ce、及びLu3Al5O12:Ceで表される組成を含む蛍光体も挙げられる。本明細書において、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する。組成式中のカンマ(,)で区切られて記載されている複数の元素は、組成中にカンマで区切られた複数の元素から選ばれる少なくとも一種の元素を含み、前記複数の元素から二種以上を組み合わせて含んでいてもよい。また、本明細書において、蛍光体の組成を表す式中、コロン(:)の前は母体結晶を表し、コロン(:)の後は賦活元素を表す。
(La,Cd,Y)3(Al,Si)6N11:Ce (II)
CaSc2O4:Ce (III)
Ca3Sc2Si3O12:Ce (IV)
(Sr,Ca,Ba)4Al14O25:Eu (V)
前記(1e)Euで賦活されるアルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体は、SrAl2O4:R、Sr4Al14O25:R、CaAl2O4:R、BaMg2Al16O27:R、BaMg2Al16O12:R、及びBaMgAl10O17:R(Rは、Eu、Mn、EuとMn、のいずれか1種以上である。)で表される組成を含む蛍光体も挙げられる。
(Ca,Sr,Ba)8MgSi4O16(F,Cl,Br)2:Eu (VI)
(Ca1-s-tSrsEut)xAluSivNw (i)
(式(I)中、s、t、u、v、w及びxは、それぞれ0≦s≦1.0、0<t<1.0、0<s+t<1.0、0.8≦x≦1.0、0.8≦u≦1.2、0.8≦v≦1.2、1.9≦u+v≦2.1、2.5≦w≦3.5を満たす数である。)式(i)で表される組成を含む蛍光体を、CaAlSiN3:Eu蛍光体又は(Sr,Ca)AlSiN3:Eu蛍光体と表す場合もある。前記式(i)中、変数tは、前記式(i)で表される組成における賦活元素Euのモル比である。変数tは、好ましくは0.0001≦t≦0.2、より好ましくは0.001≦t≦0.1、さらに好ましくは0.0002≦t≦0.05である。前記式(i)中、変数sは、前記式(i)で表される組成におけるSrのモル比である。変数sは、好ましくは0≦s≦0.98、より好ましくは0≦s≦0.95、さらに好ましくは0≦s≦0.9である。
(Ca1-p-q-rSrpBaqEur)2Si5N8 (ii)
式(ii)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。
A2[M1 1-gMn4+ gF6] (iii)
式(iii)中、Aは、K、Li、Na、Rb、Cs及びNH4 +からなる群から選択される少なくとも1種であり、M1は、第4族元素及び第14族元素からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素であり、gは0<g<0.2を満たす数である。
(i-j)MgO・(j/2)Sc2O3・kMgF2・mCaF2・(1-n)GeO2・(n/2)M3 2O3:zMn4+ (iv)
式(iv)中、M3はAl、Ga及Inからなる群から選択される少なくとも1種であり、i、j、k、m、n及びzはそれぞれ、2≦i≦4、0≦j<0.5、0<k<1.5、0≦m<1.5、0<n<0.5、及び0<z<0.05を満たす数である。
発光装置100は、発光ピーク波長が450nmである窒化物半導体を発光素子10として用いた。
蛍光部材50を構成する封止材料としてシリコーン樹脂を用いた。第一蛍光体71は、前記発光素子10からの光により励起されて533nmに発光ピーク波長を有し、Y3Al5O12:Ceで表される組成を有する希土類アルミン酸塩蛍光体を用いた。第二蛍光体72は、前記発光素子10からの光により励起されて610nmに発光ピーク波長を有し、(Sr,Ca)AlSiN3:Euで表される組成を有するシリコンナイトライド系蛍光体を用いた。発光素子10からの光と、第一蛍光体71及び第二蛍光体72を含む蛍光体70の光による混色光の相関色温度が2700K付近、JIS Z8725に準拠して測定される色偏差duvが0.01になるように第一蛍光体71及び第二蛍光体72を配合した。各実施例及び比較例において、CIE1931色度図上の黒体放射軌跡からの偏差であるduvは、JIS Z8725に準拠して測定される値である。実施例1から2及び比較例1から3の第一蛍光体に対する第二蛍光体の質量比率(第二蛍光体/第一蛍光体)を表1に示す。第一蛍光体71及び第二蛍光体72を含む蛍光体70をシリコン―ン樹脂に添加し、混合分散した後、脱泡して蛍光部材を構成する蛍光部材用組成物を得た。この蛍光部材用組成物を成形体40の凹部の発光素子10上に注入して、前記凹部に充填し、さらに150℃で3時間加熱し、蛍光部材用組成物を硬化させ、蛍光部材50を形成し、図1に示されるような発光装置100を製造した。
混色光の色偏差duvが0.02になるように第一蛍光体71及び第二蛍光体72を配合したこと以外は実施例1と同様にして、発光装置を製造した。
混色光の色偏差duvが0.00になるように第一蛍光体71及び第二蛍光体72を配合したこと以外は実施例1と同様にして、発光装置を製造した。
混色光の色偏差duvが-0.01になるように第一蛍光体71及び第二蛍光体72を配合したこと以外は実施例1と同様にして、発光装置を製造した。
混色光の色偏差duvが-0.02になるように第一蛍光体71及び第二蛍光体72を配合したこと以外は実施例1と同様にして、発光装置を製造した。
発光ピーク波長が450nmである窒化物半導体を発光素子10として用いた。第一蛍光体71は、前記発光素子10からの光により励起されて555nmに発光ピーク波長を有する希土類アルミン酸塩蛍光体を用いた。第二蛍光体72は、前記発光素子10からの光により励起されて610nmに発光ピーク波長を有し、(Sr,Ca)AlSiN3:Euで表される組成を有するシリコンナイトライド系蛍光体を用いた。前記第一蛍光体及び前記第二蛍光体を用い、第一蛍光体に対する第二蛍光体の質量比率(第二蛍光体/第一蛍光体)を変えたこと以外は、実施例1と同様にして、発光装置を製造した。実施例3から6並びに比較例1及び4の第一蛍光体に対する第二蛍光体の質量比率(第二蛍光体/第一蛍光体)を表2に示す。
第二蛍光体72として、前記発光素子10からの光により励起されて615nmに発光ピーク波長を有するシリコンナイトライド系蛍光体を用い、第一蛍光体に対する第二蛍光体の質量比率(第二蛍光体/第一蛍光体)を変えたこと以外は、実施例3と同様にして、発光装置を製造した。
第二蛍光体72として、前記発光素子10からの光により励起されて620nmに発光ピーク波長を有するシリコンナイトライド系蛍光体を用い、第一蛍光体に対する第二蛍光体の質量比率(第二蛍光体/第一蛍光体)を変えたこと以外は、実施例3と同様にして、発光装置を製造した。
第二蛍光体72として、前記発光素子10からの光により励起されて625nmに発光ピーク波長を有するシリコンナイトライド系蛍光体を用い、第一蛍光体に対する第二蛍光体の質量比率(第二蛍光体/第一蛍光体)を変えたこと以外は、実施例3と同様にして、発光装置を製造した。
第一蛍光体71として、前記発光素子10からの光により励起されて523nmに発光ピーク波長を有し、(Ca,Sr,Ba)8MgSi4O16(F,Cl,Br)2:Euで表される組成を有するケイ酸塩蛍光体を用い、第二蛍光体72として、前記発光素子10からの光により励起されて620nmに発光ピーク波長を有するシリコンナイトライド系蛍光体を用い、第一蛍光体に対する第二蛍光体の質量比率(第二蛍光体/第一蛍光体)を変えたこと以外は、実施例3と同様にして、発光装置を製造した。
発光装置100は、発光ピーク波長が420nmである窒化物半導体を発光素子10として用い、第一蛍光体に対する第二蛍光体の質量比率(第二蛍光体/第一蛍光体)を変えたこと以外は、実施例1と同様にして、発光装置を製造した。実施例1とともに、比較例1、5及び6の第一蛍光体に対する第二蛍光体の質量比率(第二蛍光体/第一蛍光体)を表3に示す。
発光装置100は、発光ピーク波長が490nmである窒化物半導体を発光素子10として用い、第一蛍光体に対する第二蛍光体の質量比率(第二蛍光体/第一蛍光体)を変えたこと以外は、実施例1と同様にして、発光装置を製造した。
混色光の相関色温度が2000K付近であり、実施例7は色偏差duvが0.01になり、比較例7は色偏差duvが0.00になるように、第一蛍光体71及び第二蛍光体72を配合したこと以外は実施例1と同様にして、発光装置を製造した。実施例7から15及び比較例7から13の第一蛍光体に対する第二蛍光体の質量比率(第二蛍光体/第一蛍光体)を表4に示す。
混色光の相関色温度が3000K付近であり、実施例8は色偏差duvが0.01になり、実施例9は色偏差duvが0.02になり、比較例8は色偏差duvが0.00になるように、第一蛍光体71及び第二蛍光体72を配合したこと以外は実施例1と同様にして、発光装置を製造した。
混色光の相関色温度が4000K付近であり、実施例10は色偏差duvが0.01になり、実施例11は色偏差duvが0.02になり、比較例9は色偏差duvが0.00になるように、第一蛍光体71及び第二蛍光体72を配合したこと以外は実施例1と同様にして、発光装置を製造した。
混色光の相関色温度が5000K付近であり、実施例12は色偏差duvが0.01になり、実施例13は色偏差duvが0.02になり、比較例10は色偏差duvが0.00になるように、第一蛍光体71及び第二蛍光体72を配合したこと以外は実施例1と同様にして、発光装置を製造した。
混色光の相関色温度が6500K付近であり、実施例14は色偏差duvが0.01になり、実施例15は色偏差duvが0.02になり、比較例11は色偏差duvが0.00になり、比較例12は色偏差duvが-0.01になり、比較例13は色偏差duvが-0.02になるように、第一蛍光体71及び第二蛍光体72を配合したこと以外は実施例1と同様にして、発光装置を製造した。
発光ピーク波長が450nmである窒化物半導体を発光素子10として用いた。第一蛍光体71は、前記発光素子10からの光により励起されて522nmに発光ピーク波長を有する希土類アルミン酸塩蛍光体を用いた。第二蛍光体72は、前記発光素子10からの光により励起されて610nmに発光ピーク波長を有し、(Sr,Ca)AlSiN3:Euで表される組成を有するシリコンナイトライド系蛍光体を用いた。混色光の相関色温度が8300K付近であり、実施例16は色偏差duvが0.01になり、実施例17は色偏差duvが0.02になり、比較例14は色偏差duvが0.00になるように、前記第一蛍光体及び前記第二蛍光体を配合したこと以外は、実施例1と同様にして、発光装置を製造した。
混色光の相関色温度が10000K付近であり、実施例18は色偏差duvが0.01になり、実施例19は色偏差duvが0.02になり、比較例15は色偏差duvが0.00になるように、前記第一蛍光体及び前記第二蛍光体を配合したこと以外は、実施例16と同様にして、発光装置を製造した。
各実施例及び各比較例の発光装置から発せられる混色光の発光スペクトル(分光分布)を分光蛍光光度計(製品名:F-4500、日立ハイテクノロジーズ株式会社製)用いて測定した。得られた結果を図3から図12に示す。明所視においてヒトが最も明るく感じる555nmの波長の発光強度を測定し、色偏差がduvが0である目標とする各相関温度を有する比較例の発光装置の555nmにおける発光強度を100%として、目標とする各相関色温度を有する他の実施例及び比較例の発光装置の555nmにおける発光強度を、各実施例及び比較例の相対発光強度(555nm)(%))とした。各実施例及び比較例の発光装置は、発光素子の順方向電圧(Vf)は2.88(V)であった。結果を表1から表4に示す。また、各実施例及び各比較例の発光装置の発光スペクトル(分光分布)を図3から図12に示す。図3から図12は、各実施例及び各比較例の発光装置の発光スペクトル(分光分布)とともに、昆虫の分光視感効率曲線(Bickford)と、ヒトの標準分光視感効率曲線(明所視)も記載した。
得られた各実施例及び比較例の発光装置から発せられる混色光の発光スペクトル(分光分布)から誘虫性指数Iを下記式(1)により算出した。
目標とする各相関色温度を有する色偏差duvが0である発光装置から発せられる光の誘虫性指数I0に対する目標とする各相関色温度を有する実施例及び比較例の発光装置から発せられる光の誘虫性指数Iの比率(I/I0×100(%))を相対誘虫性指数(I/I0)(%)として表した。結果を表1から表4に示す。
各実施例及び比較例の発光装置について、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で、発光色の色度座標(色度x、y)、JIS Z8725に準拠して相関色温度(Tcp;K)、JIS Z8726に準拠して平均演色評価数Raを測定した。結果を表1から表4に示す。
Claims (11)
- 430nm以上470nm以下の範囲内に発光ピーク波長を有する発光素子と、前記発光素子からの光により励起されて発光する、第一蛍光体及び第二蛍光体を含有する蛍光体を含む蛍光部材と、を備え、前記発光素子の光と前記蛍光体の光による混色光のJIS Z8725に準拠して測定される相関色温度が1500K以上11000K以下の範囲であり、
平均演色評価数Raが60以上80以下であり、
前記混色光のCIE1931色度図上の黒体放射軌跡からの偏差であり、JIS Z8725に準拠して測定される色偏差duvが、1500K以上11000K以下の相関色温度において、0.01以上0.02以下の範囲であり、
下記式(3)により算出される誘虫性指数I0の100%に対して、下記式(1)により算出される誘虫性指数Iが50%以上99%以下であるか、又は、下記式(4)により算出される誘虫性指数I0の100%に対して、下記式(2)より算出される誘虫性指数Iが50%以上99%以下である、発光装置。
(前記式(1)又は(2)中、Iは発光装置から発せられる混色光の誘虫性指数であり、P(λ)は発光装置から発せられる目標とする相関色温度の混色光の波長に対する分光分布強度であり、S(λ)は昆虫の波長に対する分光視感効率であり、V(λ)はヒトの波長に対する標準分光視感効率である。)
(前記式(3)又は(4)中、I0は色偏差duvが0である発光装置から発せられる混色光の誘虫性指数であり、P0(λ)は色偏差duvが0である発光装置から発せられる前記目標とする相関色温度の混色光の波長に対する分光分布強度であり、S(λ)は昆虫の波長に対する分光視感効率であり、V(λ)はヒトの波長に対する標準分光視感効率である。) - 前記平均演色評価数Raが80未満である、請求項1に記載の発光装置。
- 前記第一蛍光体が、前記発光素子からの光により励起されて530nm以上580nm以下の範囲に少なくとも一つの発光ピーク波長を有する、請求項1又は2に記載の発光装置。
- 前記第一蛍光体が、(1a)Ceで賦活される希土類アルミン酸塩蛍光体、(1b)Ceで賦活される希土類シリコンナイトライド系蛍光体、(1c)Ceで賦活されるスカンジウム塩蛍光体、(1d)Ceで賦活されるスカンジウムケイ酸塩蛍光体、(1e)Euで賦活されるアルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体、及び(1f)Ca、Mg及びClを組成に含み、Euで賦活されるケイ酸塩蛍光体からなる群から選択される少なくとも一種の蛍光体を含む、請求項1から3のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記第一蛍光体が、下記式(I)で表される組成を有する希土類アルミン酸塩蛍光体、下記式(II)で表される組成を有する希土類シリコンナイトライド系蛍光体、下記式(III)で表される組成を有するスカンジウム塩蛍光体、下記式(IV)で表される組成を有するスカンジウムケイ酸塩蛍光体、下記式(V)で表される組成を有するアルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体、及び下記式(VI)で表される組成を有するケイ酸塩蛍光体からなる群から選択される少なくとも一種の蛍光体を含む、請求項1から4のいずれか1項に記載の発光装置。
(Lu,Y,Gd,Tb)3(Al,Ga)5O12:Ce (I)
(La,Cd,Y)3(Al,Si)6N11:Ce (II)
CaSc2O4:Ce (III)
Ca3Sc2Si3O12:Ce (IV)
(Sr,Ca,Ba)4Al14O25:Eu (V)
(Ca,Sr,Ba)8MgSi4O16(F,Cl,Br)2:Eu (VI) - 前記第二蛍光体が、前記発光素子からの光により励起されて600nm以上670nm以下の範囲に少なくとも一つの発光ピーク波長を有する、請求項1から5のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記第二蛍光体が、(2a)Sr及びCaから選ばれる少なくとも一種の元素とAlを組成に含み、Euで賦活されるシリコンナイトライド系蛍光体、(2b)Euで賦活されるアルカリ土類金属シリコンナイトライド系蛍光体、(2c)K、Li、Na、Rb、Cs及びNH4 +からなる群から選択される少なくとも一種と、第4族元素及び第14族元素からなる群から選択される少なくとも一種の元素を組成に含み、Mnで賦活されるフッ化物蛍光体、及び(2d)Mnで賦活されるフルオロジャーマネート蛍光体からなる群から選択される少なくとも一種の蛍光体を含む、請求項1から6のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記第二蛍光体が、下記式(i)で表される組成を有するシリコンナイトライド系蛍光体、
下記式(ii)で表される組成を有するアルカリ土類金属シリコンナイトライド系蛍光体、下記式(iii)で表される組成を有するフッ化物蛍光体、及び下記式(iv)で表される組成を有するフルオロジャーマネート蛍光体からなる群から選択される少なくとも一種の蛍光体を含む、請求項1から7のいずれか1項に記載の発光装置。
(Ca1-s-tSrsEut)xAluSivNw (i)
(式(i)中、s、t、u、v、w及びxは、それぞれ0≦s≦1.0、0<t<1.0、0<s+t<1.0、0.8≦x≦1.0、0.8≦u≦1.2、0.8≦v≦1.2、1.9≦u+v≦2.1、2.5≦w≦3.5を満たす数である。)
(Ca1-p-q-rSrpBaqEur)2Si5N8 (ii)
(式(ii)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。)
A2[M1 1-gMn4+ gF6] (iii)
(式(iii)中、Aは、K、Li、Na、Rb、Cs及びNH4 +からなる群から選択される少なくとも1種であり、M1は、第4族元素及び第14族元素からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素であり、gは0<g<0.2を満たす数である。)
(i-j)MgO・(j/2)Sc2O3・kMgF2・mCaF2・(1-n)GeO2・(n/2)M3 2O3:zMn4+ (iv)
(式(iv)中、M3はAl、Ga及Inからなる群から選択される少なくとも1種であり、i、j、k、m、n及びzはそれぞれ、2≦i≦4、0≦j<0.5、0<k<1.5、0≦m<1.5、0<n<0.5、及び0<z<0.05を満たす数である。) - 前記第一蛍光体に対する前記第二蛍光体の質量比率(第二蛍光体/第一蛍光体)が、0.005以上0.27以下の範囲内である、請求項1から8のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記第一蛍光体が、(Lu,Y,Gd,Tb)3(Al,Ga)5O12:Ceで表される組成を有する希土類アルミン酸塩蛍光体を含み、前記第二蛍光体が、(Sr,Ca)AlSiN3:Euで表される組成を有するシリコンナイトライド系蛍光体を含む、請求項1から9のいずれか1項に記載の発光装置。
- 430nm以上470nm以下の範囲内に発光ピーク波長を有する発光素子と、
前記発光素子からの光により励起されて発光する、第一蛍光体及び第二蛍光体を含む蛍光体と、樹脂と、を含む蛍光部材用組成物と、を準備することと、
前記蛍光部材用組成物を硬化させることによって、前記発光素子上に蛍光部材を形成することを含み、
前記発光装置は、平均演色評価数Raが60以上80以下であり、前記発光素子の光と前記蛍光体の光による混色光のJIS Z8725に準拠して測定される相関色温度が1500K以上11000K以下の範囲であり、
前記混色光のCIE1931色度図上の黒体放射軌跡からの偏差であり、JIS Z8725に準拠して測定される色偏差duvが、1500K以上11000K以下の相関色温度において、0.01以上0.02以下の範囲であり、
下記式(3)により算出される誘虫性指数I0の100%に対して、下記式(1)により算出される誘虫性指数Iが50%以上99%以下であるか、又は、下記式(4)により算出される誘虫性指数I0の100%に対して、下記式(2)より算出される誘虫性指数Iが50%以上99%以下である、発光装置の製造方法。
(前記式(1)又は(2)中、Iは発光装置から発せられる混色光の誘虫性指数であり、P(λ)は発光装置から発せられる目標とする相関色温度の混色光の波長に対する分光分布強度であり、S(λ)は昆虫の波長に対する分光視感効率であり、V(λ)はヒトの波長に対する標準分光視感効率である。)
(前記式(3)又は(4)中、I0は色偏差duvが0である発光装置から発せられる混色光の誘虫性指数であり、P0(λ)は色偏差duvが0である発光装置から発せられる前記目標とする相関色温度の混色光の波長に対する分光分布強度であり、S(λ)は昆虫の波長に対する分光視感効率であり、V(λ)はヒトの波長に対する標準分光視感効率である。)
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