JP7464959B1 - 発光装置、照明装置、画像表示装置及び車両用表示灯 - Google Patents
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Abstract
Description
第1の発光体と、該第1の発光体からの光の照射によって可視光を発する第2の発光体とを備える発光素子を備え、少なくとも相関色温度4000K以下の1以上の発光色を有する発光装置であって、
前記第2の発光体は少なくとも、450nm以上600nm未満の波長領域に発光ピークを有する1以上の蛍光体と、600nm以上700nm以下の波長領域に発光ピーク波長を有する1以上の別の蛍光体とを含み、
前記相関色温度4000K以下の発光色の少なくとも1つにおいて、
600nm以上700nm以下において発光スペクトルの発光強度が最大となる波長λ1における発光強度をA、
600nmにおける発光強度をB、
700nmにおける発光強度をCとしたとき、
B/Aが0.60以上であり、C/Aが0.20以下である、発光装置である。
前記相関色温度4000K以下の発光色の少なくとも1つにおいて、
励起光の発光ピーク波長λ2以上の波長領域で前記発光スペクトルの発光強度が極小となる波長λ3における発光強度をDとしたとき、
前記発光強度Dと前記発光強度Aとの比率D/Aが0.15以上である、発光装置である。
前記相関色温度4000K以下の発光色の少なくとも1つにおいて、
前記λ1から700nmにかけて、前記発光スペクトルの発光強度が連続的に減少することを特徴とする、発光装置である。
前記第2の発光体に対して、前記600nm以上700nm以下の波長領域に発光ピーク波長を有する1以上の別の蛍光体が占める割合が45重量%以下である、発光装置である。
発光色又は色温度の異なる複数の発光素子と、調光装置とを備え、互いに異なる2以上の発光色を示すことが可能な、発光装置である。
前記600nm以上700nm以下の波長領域に発光ピーク波長を有する1以上の別の蛍光体が実質的にMnを含まない蛍光体を含む、発光装置である。
前記600nm以上700nm以下の波長領域に発光ピーク波長を有する1以上の別の蛍光体が、600nm以上648nm以下の波長領域に発光ピーク波長を示す蛍光体を少なくとも1つ含む、発光装置である。
前記600nm以上700nm以下の波長領域に発光ピーク波長を有する別の蛍光体の内部量子効率が30%以上である、発光装置である。
前記600nm以上700nm以下の波長領域に発光ピーク波長を有する別の蛍光体の発光スペクトルにおけるピーク半値幅が57nm以下である、発光装置である。
前記600nm以上700nm以下の波長領域に発光ピーク波長を有する別の蛍光体の発光ピーク波長x(nm)と発光スペクトルにおけるピーク半値幅y(nm)とが、y≦184-0.2xの関係を満たす、発光装置である。
前記600nm以上700nm以下の波長領域に発光ピーク波長を有する別の蛍光体が少なくとも下記式[1]で表される組成を有する結晶相を含む蛍光体を含む、発光装置である。
RexMAaMBb(Al1-yMCy)cNdXe [1]
(上記式[1]中、
MAはSr、Ca、Ba、Na、K、Y、Gd、及びLaから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、
MBはLi、Mg、及びZnから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、
MCはSi、Ga、In、及びScから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、
XはF、Cl、Br、及びIから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、
ReはEu、Ce、Pr、Tb、及びDyから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、
a、b、c、d、e、x、yは、それぞれ、下記式を満たす。
0.7≦a≦1.3
0.7≦b≦1.3
2.4≦c≦3.6
3.2≦d≦4.8
0.0≦e≦0.2
0.0<x≦0.2
0.0<y≦1.0)
前記450nm以上600nm未満の波長領域に発光ピークを有する1以上の蛍光体は、ガーネット系蛍光体、シリケート系蛍光体、窒化物蛍光体、及び酸窒化物蛍光体のいずれか1種以上を含む、発光装置である。
態様1~12のいずれか1つに記載の発光装置を光源として備える照明装置である。
態様1~12のいずれか1つに記載の発光装置を光源として備える画像表示装置である。
態様1~12のいずれか1つに記載の発光装置を光源として備える車両用表示灯である。
前記第2の発光体は少なくとも、450nm以上600nm未満の波長領域に発光ピークを有する1以上の蛍光体と、600nm以上700nm以下の波長領域に発光ピーク波長を有する1以上の別の蛍光体とを含み、
前記相関色温度4000K以下の発光色の少なくとも1つにおいて、
600nm以上700nm以下において発光スペクトルの発光強度が最大となる波長λ1における発光強度をA、
600nmにおける発光強度をB、
700nmにおける発光強度をCとしたとき、
B/Aが0.60以上であり、
C/Aが0.20以下である、発光装置である。
前記D/Aは好ましくは0.17以上、より好ましくは0.20以上であり、通常0.9以下である。
調光装置は既存のものを用いることができ、例えば異なる発光素子への印加電圧を制御する制御装置、各発光素子への電力供給のオンオフを個別に制御するスイッチなどを用いることができる。
なお、本明細書において特定成分を「実質的に含まない」蛍光体とは、蛍光体の結晶相の組成を構成する元素として特定成分を含まず、また添加元素、賦活剤などとして特定成分が加えられていない蛍光体を意味する。特定成分を「実質的に含まない」蛍光体は、不純物等の形で特定成分が意図せず微量混入することを許容する。
一実施形態において、前記600nm以上700nm以下の波長領域に発光ピーク波長を有する1以上の別の蛍光体は、結晶相の粒径が体積基準の中央粒径(体積メジアン粒径)で通常2μm以上40μm以下であり、下限値は、好ましくは3μm、より好ましくは4μm、更に好ましくは5μmであり、また上限値は、好ましくは35μm、より好ましくは30μm、更に好ましくは25μm、特に好ましくは20μmである蛍光体を含む。
体積基準の中央粒径(体積メジアン粒径)が上記下限以上であると結晶相がLEDパッケージ内で示す発光特性を向上する観点から好ましく、上記上限以下であると結晶相がLEDパッケージの製造工程においてノズルの閉塞を回避できる点から好ましい。
蛍光体の結晶相の体積基準の中央粒径(体積メジアン粒径)は、当業者に周知の測定技術により測定できるが、好ましい実施形態においては、例えばレーザー粒度計により測定できる。本明細書における実施例において、体積基準の中央粒径(体積メジアン粒径、(d50))とは、レーザー回折・散乱法を測定原理とする粒度分布測定装置を用いて、試料を測定し、粒度分布(累積分布)を求めたときの体積基準の相対粒子量が50%になる粒子径と定義される。
[空間群]
一実施形態において、前記600nm以上700nm以下の波長領域に発光ピーク波長を有する1以上の別の蛍光体は、結晶系(空間群)がP-1である蛍光体を含む。本実施形態の蛍光体における空間群は、粉末X線回折又は単結晶X線回折にて区別しうる範囲において統計的に考えた平均構造が上記の長さの繰り返し周期を示していれば特に限定されないが、「International Tables for Crystallography(Third,revised edition),Volume A SPACE-GROUP SYMMETRY」に基づく2番に属するものであることが好ましい。
上記の空間群であることで、発光スペクトルにおけるピーク半値幅(FWHM)が狭くなり、発光効率の良い蛍光体が得られる。
ここで、空間群は常法に従って求めることができ、例えば電子線回折や粉末又は単結晶を用いたX線回折構造解析及び中性子線回折構造解析等により求めることができる。
一実施形態において、前記600nm以上700nm以下の波長領域に発光ピーク波長を有する別の蛍光体の内部量子効率は30%以上である。前記内部量子効率は好ましくは35%以上、より好ましくは40%以上、さらに好ましくは45%以上、特に好ましくは50%以上、殊更好ましくは55%以上であり、上限は制限されず高いほど好ましいが、通常100%以下である。量子効率は常法で求めることができ、例えば分光光度計を用いて測定した発光スペクトルから算出できる。
一実施形態において、前記600nm以上700nm以下の波長領域に発光ピーク波長を有する1以上の別の蛍光体は、適切な波長を有する光を照射することで励起し、発光スペクトルにおいて良好な発光ピーク波長および発光スペクトルにおけるピーク半値幅(FWHM)を示す赤色光を放出する蛍光体を備える。以下、上記発光スペクトル及び励起波長、発光ピーク波長および発光スペクトルにおけるピーク半値幅(FWHM)について記載する。
一実施形態において、前記600nm以上700nm以下の波長領域に発光ピーク波長を有する1以上の別の蛍光体は、通常270nm以上、好ましくは300nm以上、より好ましくは320nm以上、更に好ましくは350nm以上、特に好ましくは400nm以上、また、通常550nm以下、好ましくは520nm以下、より好ましくは500nm以下の波長範囲に励起ピークを有する。即ち、近紫外から青色領域の光で励起される蛍光体を備える。
なお、発光スペクトルの形状、及び下記発光ピーク波長および発光スペクトルにおけるピーク半値幅の記載は励起波長によらず適用できるが、量子効率を向上させる観点からは、吸収及び励起の効率が良い上記範囲の波長を有する光を照射することが好ましい。
一実施形態において、前記600nm以上700nm以下の波長領域に発光ピーク波長を有する1以上の別の蛍光体の発光スペクトルは、発光ピーク波長が通常610nm以上660nm以下の発光ピークを少なくとも1つ含む。
別の特定の実施形態において、前記600nm以上700nm以下の波長領域に発光ピーク波長を有する1以上の別の蛍光体は、好ましくは600nm以上648nm以下、より好ましくは600nm以上645nm以下、さらに好ましくは600nm以上640nm以下、極めて好ましくは600nm以上637nm以下の波長領域に発光ピーク波長を示す蛍光体を少なくとも1つ含む。発光ピーク波長が前記上限以下の発光ピークを少なくとも1つ含む蛍光体を備える発光装置は、比視感度の低い700nm付近の波長領域の発光強度が低く、変換効率が良好である。
一実施形態において、前記600nm以上700nm以下の波長領域に発光ピーク波長を有する1以上の別の蛍光体は、発光スペクトルにおけるピーク半値幅が、通常70nm以下、好ましくは65nm以下、より好ましくは60nm以下、さらに好ましくは57nm以下、特に好ましくは55nm以下、最も好ましくは50nm以下であり、また通常10nm以上である蛍光体を備える。
発光スペクトルにおけるピーク半値幅が上記範囲内である蛍光体を用いることで、液晶ディスプレイなどの画像表示装置において色純度を低下させずに色再現範囲を広くすることができる。
また、発光ピーク波長および発光スペクトルにおけるピーク半値幅が上記上限以下にあることで、発光波長領域の視感度が相対的に高い蛍光体を提供でき、このような蛍光体を発光装置に用いることで、変換効率の高い発光装置を提供することができる。
蛍光体の発光ピーク波長とピーク半値幅が上記式を満たす蛍光体を用いることで、発光装置の変換効率を良化することができる。
本実施形態に係る発光装置に用いられる蛍光体は、発光装置の特性を失わない限り特に制限されないが、発明を実現する1つの例を挙げる。
すなわち、一実施形態において、前記600nm以上700nm以下の波長領域に発光ピーク波長を有する1以上の別の蛍光体は少なくとも、下記式[1]で表される組成を有する結晶相を含む蛍光体を含む。
RexMAaMBb(Al1-yMCy)cNdXe [1]
(上記式[1]中、
MAはSr、Ca、Ba、Na、K、Y、Gd、及びLaから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、
MBはLi、Mg、及びZnから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、
MCはSi、Ga、In、及びScから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、
XはF、Cl、Br、及びIから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、
ReはEu、Ce、Pr、Tb、及びDyから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、
a、b、c、d、e、x、yは、それぞれ、下記式を満たす。
0.7≦a≦1.3
0.7≦b≦1.3
2.4≦c≦3.6
3.2≦d≦4.8
0.0≦e≦0.2
0.0<x≦0.2
0.0<y≦1.0)
上記の構成であることで、前記蛍光体の発光波長を648nmとすることができ、変換効率に優れる発光装置を提供できる。
明記した以外の成分としては、人為的に加えた元素と元素番号1つ異なる元素、人為的に加えた元素の同族元素、人為的に加えた希土類元素と別の希土類元素、及びRe原料にハロゲン化物を用いた際のハロゲン元素、その他各種原料に不純物として一般的に含まれ得る元素などが挙げられる。
本明細書において特定成分を「人為的に加える」とは、蛍光体の結晶相の組成を構成する元素として意図的に特定成分を加えることを意味し、不純物等の形で特定成分が意図せず微量混入した場合は「人為的に加える」ことには当たらない。特定成分が人為的に加えられた蛍光体は、特定成分を実質的に含むということができる。
明記した以外の成分が不可避的に、又は意図せず含まれる場合としては、例えば原料の不純物由来、及び粉砕工程、合成工程等の製造プロセスにおいて導入される場合が考えられる。また、微量添加成分としては反応助剤、及びRe原料などが挙げられる。
bの値は、通常0.6以上、好ましくは0.7以上、より好ましくは0.8以上、更に好ましくは0.9以上であり、通常1.4以下、好ましくは1.3以下、より好ましくは1.2以下、更に好ましくは1.1以下である。
cの値は、通常2.1以上、好ましくは2.4以上、より好ましくは2.6以上、更に好ましくは2.8以上であり、通常3.9以下、好ましくは3.6以下、より好ましくは3.4以下、更に好ましくは3.2以下である。
dの値は、通常3以上、好ましくは3.2以上、より好ましくは3.4以上、更に好ましくは3.6以上、より更に好ましくは3.8以上であり、通常5以下、好ましくは4.8以下、より好ましくは4.6以下、更に好ましくは4.4以下、より更に好ましくは4.2以下である。
eの値は特に制限されないが、通常0以上であり、通常0.2以下、好ましくは0.1以下、より好ましくは0.06以下、更に好ましくは0.04以下、より更に好ましくは0.02以下である。
b+cの値が上記範囲であることで、結晶構造が安定化する。
d+eの値が上記範囲であることで、結晶構造が安定化する。
特定の実施形態に係る前記発光装置に用いられる前記式[1]で表される組成を有する結晶相を含む蛍光体を得る方法を例示する。
本実施形態の蛍光体は、蛍光体を構成する各元素の原料を、各元素の割合が前記式[1]を満たすように混合し、加熱することで合成することができる。
各元素(MA、MB、MC、MC’、MD、Re)の原料は特に制限されないが、例えば各元素の単体、酸化物、窒化物、水酸化物、塩化物、フッ化物などハロゲン化物、硫酸塩、硝酸塩、リン酸塩などの無機塩、酢酸塩などの有機酸塩などが挙げられる。その他、前記元素群が2種以上含まれる化合物を用いてもよい。また、各化合物は水和物などであってもよい。
各原料の純度は特に制限されないが、元素比を厳密にする観点、及び不純物による異相の出現を避ける観点から、純度は高いほど好ましく、通常90モル%以上、好ましくは95モル%以上、より好ましくは97モル%以上、更に好ましくは99モル%以上であり、上限は特に制限されないが、通常100モル%以下であり、不可避的に混入する不純物が含まれていてもよい。
後述の実施例においては、いずれも純度95モル%以上の原料を用いた。
原料の混合方法は特に制限されず、常法を用いることができる。例えば、目的組成が得られるように蛍光体原料を秤量し、ボールミル等を用いて十分混合し、蛍光体原料混合物を得る。上記混合方法としては、特に限定はされないが、具体的には、下記(a)及び(b)の手法が挙げられる。
(a)例えばハンマーミル、ロールミル、ボールミル、ジェットミル等の乾式粉砕機、又は、乳鉢と乳棒等を用いる粉砕と、例えばリボンブレンダー、V型ブレンダー、ヘンシェルミキサー等の混合機、又は、乳鉢と乳棒を用いる混合とを組み合わせ、前述の蛍光体原料を粉砕混合する乾式混合法。
(b)前述の蛍光体原料に水等の溶媒又は分散媒を加え、例えば粉砕機、乳鉢と乳棒、又は蒸発皿と撹拌棒等を用いて混合し、溶液又はスラリーの状態とした上で、噴霧乾燥、加熱乾燥、又は自然乾燥等により乾燥させる湿式混合法。
なお、後述の実施例においては、(a)の方法を採用した。
加熱工程では、例えば、混合工程で得られた蛍光体原料混合物をるつぼに入れ、引き続き、それを500℃~1200℃の温度、好ましくは600℃~1000℃、より好ましくは650~950℃の温度で加熱する。
加熱温度を低温にすることで、特に950℃以下とすることで、式[1]で示される組成の相純度が高く、発光強度の高い蛍光体が得られる。この理由として、1000℃以上、1100℃以上などの高温では蒸気圧の高いLi、Mg、Na等を含んだ物質等が揮発しやすく、蛍光体の合成反応において各元素の比率が変動しやすい反面、950℃以下等の低温で合成を行うことで各元素の比率の変動を抑制できる可能性が挙げられる。
また、加熱工程の圧力は、目的の蛍光体が得られる限り常圧でも加圧状態でも構わないが、原料元素の揮発を防ぐために加圧することが好ましい。加圧する場合、圧力は通常0.1MPa以上200MPa以下であり、好ましくは100MPa以下、より好ましくは50MPa以下である。圧力が上記範囲にあることで原料の良好な反応性を確保できる。
加圧の方法は制限されず、例えば密封した容器を加熱する方法、機械的に加圧する方法、またはガス圧を用いる方法などを用いることができる。
なお、後述の実施例においては、窒素雰囲気下で加熱を行った。
得られた蛍光体について、常法により分級、洗浄などの後処理を行ってもよい。
例えば以上の方法により、前記式[1]を満たす赤色蛍光体を得ることができる。
本実施形態における発光装置は、前記450nm以上600nm未満の波長領域に発光ピークを有する1以上の蛍光体は、ガーネット系蛍光体、シリケート系蛍光体、窒化物蛍光体、及び酸窒化物蛍光体のいずれか1種以上を含む。
具体的には、発光装置を構成する場合、黄色蛍光体として、550nm以上600nm未満の波長範囲に発光ピークを有するものを含んでいてもよく、緑色蛍光体として、500nm以上560nm以下の波長範囲に発光ピークを有するものを含んでいてもよい。
(X)第2の発光体として、550nm以上600nm未満の波長範囲に発光ピークを有する少なくとも1種の蛍光体(黄色蛍光体)と、600nm以上700nm以下の波長領域に発光ピーク波長を有する1以上の別の蛍光体とを用いる態様。
(Y)第2の発光体として、500nm以上560nm以下の波長範囲に発光ピークを有する少なくとも1種の蛍光体(緑色蛍光体)と、600nm以上700nm以下の波長領域に発光ピーク波長を有する1以上の別の蛍光体とを用いる態様。
(Z)第2の発光体として、550nm以上600nm未満の波長範囲に発光ピークを有する少なくとも1種の蛍光体(黄色蛍光体)及び500nm以上560nm以下の波長範囲に発光ピークを有する少なくとも1種の蛍光体(緑色蛍光体)と、600nm以上700nm以下の波長領域に発光ピーク波長を有する1以上の別の蛍光体とを用いる態様。
黄色蛍光体に用いることができるガーネット系蛍光体としては、例えば、(Y,Gd,Lu,Tb,La)3(Al,Ga)5O12:(Ce,Eu,Nd)、シリケート系蛍光体としては、例えば、(Ba,Sr,Ca,Mg)2SiO4:(Eu,Ce)、窒化物蛍光体及び酸窒化物蛍光体としては、例えば、(Ba,Ca,Mg)Si2O2N2:Eu(SION系蛍光体)、(Li,Ca)2(Si,Al)12(O,N)16:(Ce,Eu)(α-サイアロン蛍光体)、(Ca,Sr)AlSi4(O,N)7:(Ce,Eu)(1147蛍光体)、(La,Ca,Y、Gd)3(Al,Si)6N11:(Ce、Eu)(LSN蛍光体)などが挙げられる。
これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
黄色蛍光体としては、上記蛍光体においてガーネット系蛍光体が好ましく、中でも、Y3Al5O12:Ceで表されるYAG系蛍光体が最も好ましい。
緑色蛍光体に用いることができるガーネット系蛍光体としては、例えば、(Y,Gd,Lu,Tb,La)3(Al,Ga)5O12:(Ce,Eu,Nd)、Ca3(Sc,Mg)2Si3O12:(Ce,Eu)(CSMS蛍光体)、シリケート系蛍光体としては、例えば、(Ba,Sr,Ca,Mg)3SiO10:(Eu,Ce)、(Ba,Sr,Ca,Mg)2SiO4:(Ce,Eu)(BSS蛍光体)、酸化物蛍光体としては、例えば、(Ca,Sr,Ba,Mg)(Sc,Zn)2O4:(Ce,Eu)(CASO蛍光体)、窒化物蛍光体及び酸窒化物蛍光体としては、例えば、(Ba,Sr,Ca,Mg)Si2O2N2:(Eu,Ce)、Si6-zAlzOzN8-z:(Eu,Ce)(β-サイアロン蛍光体)(0<z≦1)、(Ba,Sr,Ca,Mg,La)3(Si,Al)6O12N2:(Eu,Ce)(BSON蛍光体)、(La,Ca,Y、Gd)3(Al,Si)6N11:(Ce、Eu)(LSN蛍光体)などが挙げられる。
これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
赤色蛍光体としては、600nm以上700nm以下の波長領域に発光ピーク波長を有する本実施形態の蛍光体を用いるが、本実施形態の蛍光体に加えて、例えばガーネット系蛍光体、硫化物蛍光体、ナノ粒子蛍光体、窒化物蛍光体、酸窒化物蛍光体などの他の橙色ないし赤色蛍光体を用いることができる。他の橙色ないし赤色蛍光体としては、例えば下記の蛍光体を用いることができる。
硫化物蛍光体としては、例えば、(Sr,Ca)S:Eu(CAS蛍光体)、La2O2S:Eu(LOS蛍光体)、ガーネット系蛍光体としては、例えば、(Y,Lu,Gd,Tb)3Mg2AlSi2O12:Ce、ナノ粒子としては、例えば、CdSe、窒化物又は酸窒化物蛍光体としては、例えば、(Sr,Ca)AlSiN3:Eu(S/CASN蛍光体)、(CaAlSiN3)1-x・(SiO2N2)x:Eu(CASON蛍光体)、(La,Ca)3(Al,Si)6N11:Eu(LSN蛍光体)、(Ca,Sr,Ba)2Si5(N,O)8:Eu(258蛍光体)、(Sr,Ca)Al1+xSi4-xOxN7-x:Eu(1147蛍光体)、Mx(Si,Al)12(O,N)16:Eu(Mは、Ca,Srなど)(αサイアロン蛍光体)、Li(Sr,Ba)Al3N4:Eu(上記のxは、いずれも0<x<1)などが挙げられる。
これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本実施形態に係る発光装置は、第1の発光体(励起光源)を有し、且つ、第2の発光体として、少なくとも、450nm以上600nm未満の波長領域に発光ピークを有する1以上の蛍光体と、600nm以上700nm以下の波長領域に発光ピーク波長を有する1以上の別の蛍光体とを備える発光体を使用することができ、その構成は制限されず、公知の装置構成を任意にとることが可能である。
そのほか、LED素子は、砲弾型パッケージ、SMD型パッケージなどのパッケージに固定してもよいし、チップ・オン・ボード型発光装置の場合のように回路基板上に直接固定してもよい。LED素子と蛍光体との光学的な結合の形態に限定はなく、両者の間は単に透明な媒体(空気を含む)で充たされているだけであってもよいし、あるいは、レンズ、光ファイバ、導光板、反射ミラーのような光学素子が両者の間に介在していてもよい。蛍光体粒子が透光性マトリックス中に分散された構造は、典型的には、粒子状の蛍光体を分散させた樹脂ペーストを硬化させることにより形成される。このようなペーストの硬化物がLED素子を埋め込んだ構造の他、かかる硬化物がLED素子の表面の一部を膜状に覆った構造、かかる硬化物からなるフィルムがLED素子から離れた場所に配置された構造など、種々の構造が採用可能である。
発光装置の用途は特に制限されず、通常の発光装置が用いられる各種の分野に使用することが可能であるが、演色性が高い発光装置は、中でも照明装置や画像表示装置の光源として、とりわけ好適に用いることができる。
また、発光波長が良好な赤色蛍光体を備える発光装置は、赤色の車両用表示灯、又は該赤色を含む白色光の車両用表示灯に用いることもできる。
本発明は一実施形態において、前記発光装置を光源として備える照明装置とすることができる。
前記発光装置を照明装置に適用する場合、その照明装置の具体的構成に制限はなく、前述のような発光装置を公知の照明装置に適宜組み込んで用いればよい。例えば、保持ケースの底面に多数の発光装置を並べた面発光照明装置等を挙げることができる。
本発明は一実施形態において、前記発光装置を光源として備える画像表示装置とすることができる。
前記発光装置を画像表示装置の光源として用いる場合、その画像表示装置の具体的構成に制限はないが、カラーフィルターとともに用いることが好ましい。例えば、画像表示装置として、カラー液晶表示素子を利用したカラー画像表示装置とする場合は、前記発光装置をバックライトとし、液晶を利用した光シャッターと赤、緑、青の画素を有するカラーフィルターとを組み合わせることにより画像表示装置を形成することができる。
本発明は一実施形態において、前記発光装置を光源として備える車両用表示灯とすることができる。
車両用表示灯に用いる発光装置は、特定の実施形態においては、白色光を放射する発光装置であることが好ましい。白色光を放射する発光装置は、発光装置から放射される光が、光色の黒体輻射軌跡からの偏差duv(Δuvとも言う)が-0.0200~0.0200であり、かつ相関色温度が5000K以上30000K以下であることが好ましい。
車両用表示灯に用いる発光装置は、特定の実施形態においては、赤色光を放射する発光装置であることが好ましい。該実施形態においては、例えば、発光装置が青色LEDチップから照射される青色光を吸収して赤色に発光することで、赤色光の車両用表示灯としてもよい。
車両用表示灯は、車両のヘッドランプ、サイドランプ、バックランプ、ウインカー、ブレーキランプ、フォグランプなど、他の車両や人等に対して何らかの表示を行う目的で車両に備えられた照明を含む。
発光スペクトルは、分光蛍光光度計FP8500(日本分光株式会社製)にて以下の測定条件のとおり測定した。
・光源:キセノンランプ
・励起波長:455nm
・測定波長範囲:380~780nm
・測定間隔:1.0nm
色度座標の値は、発光スペクトルデータ380nm~780nmからCIE1931 XYZ等式関数を用いて算出した。
量子効率は、分光蛍光光度計FP8500(日本分光株式会社製)にて以下の測定条件のとおり測定した発光スペクトルに基づいて算出した。
・光源:キセノンランプ
・励起波長:455nm
・測定波長範囲:380~780nm
・測定間隔:1.0nm
測定された各蛍光体の励起発光スペクトル、内部量子効率および励起光の吸収効率の情報などから449nmの光を放出する青色LEDチップスペクトルと任意の蛍光体を組み合わせた際に特定の色度座標点を満たすような白色スペクトルを仮想的に作成し、その際の蛍光体配合比を見積もるシミュレーションを行った。
得られた白色スペクトルから、発光スペクトルのエネルギー(Wopt)あたりの光束(Lm)であるスペクトル効率(LER)およびR1~R15の演色指数を算出した。
[蛍光体1]
本発明の一実施形態または比較例に係る発光装置に用いる例示的赤色蛍光体を製造した。
特開2017-008130号公報ならびにChemistry of Materials 2019 31 (12), 4614-4618等を参考に、Sr:Li:Alが約1:1:3となるように各元素の窒化物を混合し、窒化ホウ素製るつぼに収め、容器を密封した上で、窒素ガス雰囲気下1000℃で5時間加熱し、蛍光体1を得た。
蛍光体の組成が表1に示す組成となるように適宜Gaを含む窒化物原料を用い、また焼成温度を845℃としたほかは、蛍光体1と同様にして蛍光体2~8を得た。また、参考蛍光体として発光ピーク波長646nmのCASN蛍光体(三菱ケミカル株式会社製、BR-101/J)を用意した。
蛍光体1~8の特性を表1に、各蛍光体を449nmの光で励起した際の発光スペクトルを図1A~Bに示す。また、参考蛍光体及び蛍光体1、2、5、8の規格化された発光スペクトルを図2に示す。
第一の赤色蛍光体として、式[1]を満たさない、発光ピーク波長620nmのSCASN蛍光体(三菱ケミカル株式会社製、BR-620/A)と、第二の赤色蛍光体として表1に示した各蛍光体又は発光ピーク波長646nmのCASN蛍光体(三菱ケミカル株式会社製、BR-101/J)と、緑色蛍光体としてLuAG蛍光体(三菱ケミカル株式会社製、BG-801/B4)とを用いる想定で、上述した蛍光体配合シミュレーションの手法に基づき、平均演色評価数Raが90以上を満たしたうえで、CIE色度座標がプランク曲線上の3000Kの白色光の座標(0.437、0.404)と一致するように緑色蛍光体及び第一、第二の赤色蛍光体の量を調整し、得られた白色発光スペクトルの特性を比較した。
比較例1~2、実施例1~6、及び参考例1の白色LEDについて、480nm~780nmの波長領域における最大発光強度を1として規格化された前記白色発光スペクトルを図3A~3Dに示す。また、図3A~3Dに示した発光スペクトルを拡大したものを図4A、4Bに示す。また、各スペクトルから発光特性を算出した結果を、表2に示す。
次に、比較例3~4、実施例7~12、及び参考例2として、CIE色度座標がプランク曲線上の4000Kの白色光の座標(0.380、0.377)と一致するようにしたほかは、比較例1~2,参考例1及び実施例1~6と同様にしてシミュレーションを行った。
比較例3~4、実施例7~12、及び参考例2の白色LEDについて、480nm以上780nm以下の波長領域における最大発光強度を1として規格化された発光スペクトルを図5A~5Dに示す。また、図5A~5Dに示した発光スペクトルを拡大したものを図6A、6Bに示す。また、各スペクトルから発光特性を算出した結果を、表3に示す。
なお、表2および表3において「700nm/600-700nm最大値」および「600nm/600-700nm最大値」は、各発光スペクトルにおける600~700nmの波長領域での最大発光強度を1としたときの、それぞれ700nm、600nmにおける発光強度の相対値を示している。
また、表2及び表3における蛍光体の「比率/wt%」とは、各蛍光体の合計重量を100%とした際の、各蛍光体の重量割合であり、「緑」は前記LuAG蛍光体、「赤1」は前記第一の赤色蛍光体、「赤2」は前記第二の赤色蛍光体である。
図から明らかなように、本発明に係る発光装置は、赤色領域に鋭いピークを有し、かつ比視感度の低い700nm等の波長領域の発光強度を低く抑えることができており、演色性または赤色の色再現性が高く、かつ変換効率の高い発光装置を提供できることが分かる。
Claims (12)
- 第1の発光体と、該第1の発光体からの光の照射によって可視光を発する第2の発光体とを備える発光素子を備え、少なくとも相関色温度4000K以下の1以上の発光色を有する発光装置であって、
前記第2の発光体は少なくとも、450nm以上600nm未満の波長領域に発光ピークを有する1以上の蛍光体と、600nm以上700nm以下の波長領域に発光ピーク波長を有する1以上の別の蛍光体とを含み、
前記600nm以上700nm以下の波長領域に発光ピーク波長を有する1以上の別の蛍光体は、600nm以上648nm以下の波長領域に発光ピーク波長を示し、発光スペクトルにおけるピーク半値幅が70nm以下であり、かつ内部量子効率が40%以上である蛍光体を少なくとも1つ含み、
前記600nm以上700nm以下の波長領域に発光ピーク波長を有する1以上の別の蛍光体が少なくとも下記式[1]で表される組成を有する結晶相を含む蛍光体を含み、
前記相関色温度4000K以下の発光色の少なくとも1つにおいて、
600nm以上700nm以下において発光スペクトルの発光強度が最大となる波長λ1における発光強度をA、
600nmにおける発光強度をB、
700nmにおける発光強度をCとしたとき、
B/Aが0.60以上であり、C/Aが0.20以下である、発光装置。
Re x MA a MB b (Al 1-y MC y ) c N d X e [1]
(上記式[1]中、
MAはSrを含み、
MBはLiを含み、
MCはGaを含み、
XはF、Cl、Br、及びIから成る群から選ばれる1種以上の元素を含み、
ReはEuを含み、
a、b、c、d、e、x、yは、それぞれ、下記式を満たす。
0.7≦a≦1.3
0.7≦b≦1.3
2.4≦c≦3.6
3.2≦d≦4.8
0.0≦e≦0.2
0.0<x≦0.2
0.0<y≦1.0) - 前記相関色温度4000K以下の発光色の少なくとも1つにおいて、
励起光の発光ピーク波長λ2以上の波長領域で前記発光スペクトルの発光強度が極小となる波長λ3における発光強度をDとしたとき、
前記発光強度Dと前記発光強度Aとの比率D/Aが0.15以上である、請求項1に記載の発光装置。 - 前記相関色温度4000K以下の発光色の少なくとも1つにおいて、
前記波長λ1から700nmにかけて、前記発光スペクトルの発光強度が連続的に減少することを特徴とする、請求項1又は2に記載の発光装置。 - 前記第2の発光体に対して、前記600nm以上700nm以下の波長領域に発光ピーク波長を有する1以上の別の蛍光体が占める割合が45重量%以下である、請求項1又は2に記載の発光装置。
- 前記発光素子と、これとは発光色又は色温度の異なる発光素子と、調光装置とを備え、互いに異なる2以上の発光色を示すことが可能な、請求項1又は2に記載の発光装置。
- 前記600nm以上700nm以下の波長領域に発光ピーク波長を有する1以上の別の蛍光体が実質的にMnを含まない蛍光体を含む、請求項1又は2に記載の発光装置。
- 前記600nm以上700nm以下の波長領域に発光ピーク波長を有する1以上の別の蛍光体が、発光スペクトルにおけるピーク半値幅が57nm以下である蛍光体を含む、請求項1又は2に記載の発光装置。
- 前記600nm以上700nm以下の波長領域に発光ピーク波長を有する1以上の別の蛍光体の発光ピーク波長x(nm)と発光スペクトルにおけるピーク半値幅y(nm)とが、y≦184-0.2xの関係を満たす、請求項1又は2に記載の発光装置。
- 前記450nm以上600nm未満の波長領域に発光ピークを有する1以上の蛍光体は、ガーネット系蛍光体、シリケート系蛍光体、窒化物蛍光体、及び酸窒化物蛍光体のいずれか1種以上を含む、請求項1又は2に記載の発光装置。
- 請求項1又は2に記載の発光装置を光源として備える照明装置。
- 請求項1又は2に記載の発光装置を光源として備える画像表示装置。
- 請求項1又は2に記載の発光装置を光源として備える車両用表示灯。
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