JPWO2009028657A1 - 発光装置 - Google Patents
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Abstract
Description
である。
2 発光素子
3A 赤色蛍光体
3B 緑色蛍光体
3C YAG系蛍光体
4 透光性樹脂
5,7 導電性ワイヤ
6,8 外部電極
9 光反射材
100 発光装置
図6は、より優れた演色性を示す実施形態に係る発光装置100の発光スペクトルの例(実施例5)である。
このように、高い演色性が達成できるのは、青、緑、黄色および赤色の発光の何れについても高い強度を有する持つ白色発光を得られるからである。
また、上述の所定の条件下では、演色性と色再現性が高い次元で両立する発光装置も得ることが可能である。このような演色性と色再現性の両方に優れた照明装置は例えば、モニター、デジカメ、プリンタ等の表示装置の液晶バックライトとして用いることが可能である。
同様に、第2のピーク波長は主に緑色蛍光体3Bの発する光と多くの場合緑色蛍光体3Bよりもブロードな発光ピークを有するYAG蛍光体3Cの発する光とにより形成されるが、発光素子2の発する光および赤色蛍光体3Aの発する光も第2のピーク波長の形成に寄与している。このため、第2のピーク波長は、緑色蛍光体3Bの発する光のピーク波長と異なる場合がある。
さらに、第3のピーク波長は主に赤色蛍光体3Aの発する光により形成されるが、発光素子2の発する光、緑色蛍光体3Bの発する光およびYAG蛍光体3Cの発する光も第3のピーク波長の形成に寄与している。このため、第3のピーク波長は、赤色蛍光体3Aの発する光のピーク波長と異なる場合がある。
赤色蛍光体(赤色発光蛍光体)3Aは、窒化物蛍光体であり、発光素子2が発する紫外線ないし青色光を吸収して赤色に発光する。赤色蛍光体3Aとして、好ましくは、Euにより賦活され、第II族元素M1、Si、Al、B、及びNを含む、下記一般式(I)で示される窒化物蛍光体を用いることができる。
より好ましくは0.4≦w≦3、x=1、0.143≦y≦8.7、0≦z≦0.5であり、最も好ましくは0.5≦w≦3、x=1、0.167≦y≦8.7、0.0005≦z≦0.5である。より望ましい色目、高輝度及びより望ましい発光半値幅を得ることができからである。また、zは、好ましくは0.5以下、より好ましくは0.3以下であり、0.0005以上であることが望ましい。さらに好ましくは、ホウ素のモル濃度は、0.001以上であって、0.2以下に設定される。このような窒化物蛍光体は、Euにより賦活されるが、Euの一部を、Sc、Tm、Yb、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Luからなる群から選ばれる少なくとも一種以上の希土類元素により置換することも可能である。
また、M1としてSrを一部もしくは全量用いることで、ピーク波長を短波長側にシフトすることができる。
なお、上述したように赤色蛍光体3Aのピーク波長と第3のピーク波長とは一致しない場合があり、赤色蛍光体3Aのピーク波長が630nm〜670nmの間になくても、第3のピーク波長を630nm〜670nmの間とすることが可能である。
次に緑色蛍光体(緑色発光蛍光体)3Bについて説明する。緑色蛍光体3Bは、ハロシリケートより成る。緑色半導体3Bは、発光素子2が発する紫外線ないし青色光を吸収して緑色に発光する。
緑色蛍光体3Bとして用いることができる蛍光体の例としては、下記一般式(II)で示されるものを挙げることができる。
またy、a及びbは、0.001≦y≦0.3、7.0≦a<10.0、3.0≦b<5.0である。
例えば、(Ca,Eu)8 MgSi4O16Cl2の組成において、Euの比率をCaの10mol%まで増やすことによりピーク波長を525nmまで長波長側に調整(シフト)することができる。一方、Euの比率をCaに対して下げることでピーク波長を短波長側にシフトできる。例えば、Euの比率をCaの1mol%まで下げることでピーク波長を500nmぐらいまで短波長化できる。
本発明に係る発光装置100は、赤色蛍光体3Aと緑色蛍光体3Bとに加え、さらに、黄緑から黄色に発光するYAG系蛍光体(YAG系発光蛍光体)3Cを有する。
YAG系蛍光体3Cを用いることにより黄色や橙色の発光を補うことが可能となり演色性を大きく改善でき、光束を大きく向上できる。
以下に発光装置100の一実施形態について図1を用いて詳述する。図1に示す発光装置100は、表面実装型発光装置であるが、これに限定されるものではなく、砲弾型発光ダイオード等の従来から用いられている発光装置の形態に本発明を適用することが可能である。
以下、発光装置100の各構成要素について説明する。
発光素子2は例えば窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光層を有し、本発明で用いられる白色発光装置100の発光スペクトルにおける第1のピーク波長を形成する光を発光するものであり、かつ、赤色蛍光体3A、緑色蛍光体3BおよびYAG系蛍光体3Cの励起光源となるものである。
発光素子搭載筐体1は、発光素子2からの光を外部に漏らさないために遮光率の高い材料からなることが好ましい。また外部電極6および8等と接触することから絶縁性を有する材料からなる必要がある。
具体的材料としては、例えばガラスエポキシ積層板、BTレジン積層板、セラミックス、液晶ポリマー、ポリイミドがある。筐体1は、例えば金型内に外部電極6および8となる金属片を配置した後、前記材料を注入しインサート形成し、冷却後、金型から取り出すことにより形成できる。
外部電極6および8は、第1のワイヤ5および第2のワイヤ7を介して発光素子2を筐体1の外部と電気的に接続させるための電極であり、電気伝導性に優れたものが好ましい。例えばニッケル等のメタライズあるいはリン青銅、鉄、銅等の電気良導体を外部電極6および8に用いることができる。
光反射材9として、例えばポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリプロピレン樹脂等の樹脂中に反射材としてチタン酸バリウム、酸化アルミニュウム、酸化チタン、酸化珪素、燐酸カルシュウム等を含有させて形成させたフィルム状部材を用いることが可能である。光反射材9は例えばシリコーン樹脂やエポキシ樹脂等によって筐体1の側壁に固定することができる。
また、Al、Ag、Cu等の金属膜を筐体1の側壁の内面または外面、または両面にメッキ、スパッタリングにより形成し光反射材9として用いてもよい。
ダイボンド剤は、発光素子2を筐体1の凹部内に固定させるものである。ダイボンド剤は、発光素子2から放出される熱により特性が損なわれないように耐熱性を有する必要がある。ダイボンド剤として、例えばエポキシ樹脂、Agペースト、共晶材料を用いることができる。
第1のワイヤ5および第2のワイヤ7は、導電性ワイヤよりなる。第1のワイヤ5および第2のワイヤ7は、発光素子2の電極とのオーミック性、機械的接続性、電気伝導性及び熱伝導性が良好であるものが求められる。第1のワイヤ5および第2のワイヤ7として用いる導電性ワイヤの材料として、例えば金、銅、白金、アルミニウム等の金属及びそれらの合金を用いることができる。
筐体1の凹部内に充填する透光性樹脂4は、その赤色蛍光体3A、緑色蛍光体3BおよびYAG蛍光体3Cを分散させるとともに、発光素子2、導電性ワイヤ(第1のワイヤおよび第2のワイヤ)5および7を封止し外部応力から保護する機能がある。透光性樹脂(封止樹脂)4として、各種樹脂を用いることが可能であり、例えばエポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコーンなどの耐候性に優れた透明樹脂が好適に用いられる。また、透光性樹脂4に拡散剤を含有させることによって発光素子2からの指向性を緩和し、視野角を増やすことができる。拡散剤のとしては、例えばチタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素等が好適に用いられる。なお、発光素子2の発光色に応じて、透光性樹脂に種々の蛍光体を含有させ、任意の発光色の発光装置とすることができる。
正及び負の一対の外部電極6および8がインサートされて閉じられた金型内に、溶融したポリフタルアミド樹脂を流し込み、硬化させて、筺体1を形成する。筺体1は、発光素子2を収納可能な開口部(凹部)を有している。金型を冷却することで筐体1と外部電極6および8とを一体的に成形する。
このように形成した筐体1の凹部の底面に、ピーク波長(主波長ピーク)が455nmである発光素子(LEDチップ)2をエポキシ樹脂にてダイボンドした後、外部電極6および8と発光素子2とを導電性ワイヤ5および7にて電気的に接続する。
第1のピーク波長は450nm付近、第2のピーク波長は520nm付近、第3のピーク波長は650nm付近にある。
第2のピーク波長と第3のピーク波長との間の最低相対発光強度値は0.32であり、第3のピーク波長の相対発光強度値0.64よりも低い第2のピーク波長の相対発光強度値0.62に対して52%である。演色性を示す平均演色評価数Raは79であり高い演色性を示す。
シリコーン樹脂組成物3gに520nm付近にピーク波長を持つハロシリケートCa8MgSi4O16Cl2:Eu((Ca7.6,Eu0.4)MgSi4O16Cl2)約0.3gと、540nm付近にピーク波長を持ち、発光スペクトルが緑色蛍光体と比べブロードなYAG系蛍光体(Y2.95(Al0.8,Ga0.2)5O12:Ce0.05)を0.15g、660nm付近に発光ピークを持つ窒化物蛍光体CaAlSiBN3:Eu((Ca0.97,Eu0.03)AlSiBN3)約0.11gとを添加し、混合する以外は、実施例1と同じ方法で発光装置100を作製する。
第1のピーク波長は450nm付近、第2のピーク波長は520nm付近、第3のピーク波長は650nm付近にある。
第2のピーク波長と第3のピーク波長との間の最低相対発光強度値は、第3のピーク波長の相対発光強度値よりも低い第2のピーク波長の相対発光強度値に対して61%である。そしてRaが84という高い演色性を示す。
シリコーン樹脂組成物3gに対して、520nm付近に発光ピークを持つハロシリケートCa8MgSi4O16Cl2:Eu((Ca7.6,Eu0.4)MgSi4O16Cl2)約0.3gと、540nm付近に発光ピークを持ち、発光スペクトルがブロードなYAG系蛍光体(Y2.95(Al0.8,Ga0.2)5O12:Ce0.05)0.25gと、660nm付近に発光ピークを持つ窒化物蛍光体CaAlSiBN3:Eu((Ca0.97,Eu0.03)AlSiBN3)約0.13gとを添加し、混合する以外は、実施例1と同じ方法で発光装置100を作製する。
第1のピーク波長は450nm付近、第2のピーク波長は520nm付近、第3のピーク波長は640nm付近にある。
第2のピーク波長と第3のピーク波長との間の最低相対発光強度値は、第3のピーク波長の相対発光強度値よりも低い第2のピーク波長の相対発光強度値に対して75%である。Raは89というかなり高い演色性を示す。
シリコーン樹脂組成物3gに、515nm付近に発光ピークを持つハロシリケートCa8MgSi4O16Cl2:Eu((Ca7.7,Eu0.3)MgSi4O16Cl2)約0.28gと、540nm付近に発光ピークを持ち、発光スペクトルがブロードなYAG系蛍光体(Y2.95(Al0.8,Ga0.2)5O12:Ce0.05)0.16gと、650nm付近に発光ピークを持つ窒化物蛍光体CaAlSiBN3:Eu((Ca0.99,Eu0.01)AlSiN3)約0.2gとを添加し、混合する以外は、実施例1と同じ方法で発光装置100を作製する。
第1のピーク波長は450nm付近、第2のピーク波長は520nm付近、第3のピーク波長は640nm付近にある。
第2のピーク波長と第3のピーク波長との間の最低相対発光強度値は、第2のピーク波長の相対発光強度値よりも低い第3のピーク波長の相対発光強度値に対して73%である。Raは80というかなり高い演色性を示す。
シリコーン樹脂組成物3gに、520nm付近に発光ピークを持つハロシリケートCa8MgSi4O16Cl2:Eu((Ca7.6,Eu0.4)MgSi4O16Cl2)約0.1gと、540nm付近に発光ピークを持ち、発光スペクトルがブロードなスペクトルのYAG系蛍光体(Y2.95(Al0.8,Ga0.2)5O12:Ce0.05)0.3gと、660nm付近に発光ピークを持つ窒化物蛍光体CaAlSiBN3:Eu((Ca0.97,Eu0.03)AlSiBN3)約0.11gとを添加し、混合する以外は、実施例1と同じ方法で発光装置100を作製する。
第1のピーク波長は450nm付近、第2のピーク波長は530nm付近、第3のピーク波長は640nm付近にある。
第2のピーク波長と第3のピーク波長との間の最低相対発光強度値は、第3のピーク波長の相対発光強度値よりも低い第2のピーク波長の相対発光強度値に対して96%である。Raは93というかなり高い演色性を示す。
シリコーン樹脂組成物3gに、515nm付近に発光ピークを持つハロシリケートCa8MgSi4O16Cl2:Eu(Ca7.7,Eu0.3)MgSi4O16Cl2)約0.22gと、560nm付近に発光ピークを持つブロードなスペクトルのYAG系蛍光体(Y2.95Al5O12:Ce0.05)0.2gと、650nm付近に発光ピークを持つ窒化物蛍光体CaAlSiBN3:Eu(Ca0.99,Eu0.01)AlSiBN3)約0.1gとを添加し、混合する以外は、実施例1と同じ方法により発光装置100を作製する。
第1のピーク波長は450nm付近、第2のピーク波長は530nm付近、第3のピーク波長は630nm付近にある。
第2のピーク波長と第3のピーク波長との間の最低相対発光強度値は、第2のピーク波長の相対発光強度値よりも低い第3のピーク波長の相対発光強度値に対して97%である。Raが90というかなり高い演色性を示す。
(実施例7)
シリコーン樹脂組成物3gに、515nm付近に発光ピークを持つハロシリケートCa8MgSi4O16Cl2:Eu((Ca7.7,Eu0.3)MgSi4O16Cl2)約0.18gと、560nm付近に発光ピークを持ち、発光スペクトルがブロードなスペクトルのYAG系蛍光体(Y2.95Al5O12:Ce0.05)0.08gと、650nm付近に発光ピークを持つ窒化物蛍光体CaAlSiBN3:Eu(Ca0.99,Eu0.01)AlSiBN3)約0.26gとを添加し、混合する以外は、実施例1と同じ方法で発光装置100を作製する。
発光素子2による発光ピークと蛍光体3A、3B、3Cによるブロードな発光ピークを一つ有し、明確な第3のピークは認められない。
Raは92というかなり高い演色性を示す。
シリコーン樹脂組成物3gに、515nm付近に発光ピークを持つハロシリケートCa8MgSi4O16Cl2:Eu((Ca7.7,Eu0.3)MgSi4O16Cl2)約0.28gと、560nm付近に発光ピークを持ち、発光スペクトルがブロードなYAG系蛍光体(Y2.95Al5O12:Ce0.05)0.14gと、650nm付近に発光ピークを持つ窒化物蛍光体CaAlSiBN3:Eu(Ca0.99,Eu0.01)AlSiBN3)約0.14gとを添加し、混合する以外は、実施例1と同じ方法により発光装置100を作製する。
第1のピーク波長は450nm付近、第2のピーク波長は520nm付近、第3のピーク波長は630nm付近にある。
第2のピーク波長と第3のピーク波長との間の最低相対発光強度値は、第2のピーク波長の相対発光強度値よりも低い第3のピーク波長の相対発光強度値に対して82%である。
Raは88とかなり高い演色性を示す。
シリコーン樹脂組成物3gに、515nm付近に発光ピークを持つハロシリケートCa8MgSi4O16Cl2:Eu((Ca7.7,Eu0.3)MgSi4O16Cl2)約0.28gと、570nm付近に発光ピークを持ち、発光スペクトルがブロードなYAG系蛍光体((Y0.8,Gd0.2)2.85Al5O12:Ce0.15)0.14gと、650nm付近に発光ピークを持つ窒化物蛍光体CaAlSiBN3:Eu(Ca0.99,Eu0.01)AlSiBN3)約0.2gとを添加し、混合する以外は、実施例1と同じ方法により発光装置100を作製する。
第1のピーク波長は450nm付近、第2のピーク波長は520nm付近、第3のピーク波長は630nm付近にある。
このようにして得られた発光装置は、第2のピーク波長と第3のピーク波長との間の最低相対発光強度値は、第2のピーク波長の相対発光強度値よりも低い第3のピーク波長の相対発光強度値に対して約83%である。
Raは89というかなり高い演色性を示す。
シリコーン樹脂組成物3gに、525nm付近に発光ピークを持つハロシリケートCa8MgSi4O16Cl2:Eu((Ca7.5,Eu0.5)MgSi4O16Cl2)約0.16gと、560nm付近に発光ピークを持ち、発光スペクトルがブロードなYAG系蛍光体(Y2.95Al5O12:Ce0.05)0.12gと、650nm付近に発光ピークを持つ窒化物蛍光体CaAlSiBN3:Eu(Ca0.99,Eu0.01)AlSiBN3)約0.2gとを添加し、混合する以外は、実施例1と同じ方法により発光装置100を作製する。
発光素子2による発光ピークと蛍光体3A、3B、3Cによるブロードな発光ピークを一つ有し、明確な第3のピークは認められない。
Raは88というかなり高い演色性を示す。
シリコーン樹脂組成物3gに、515nm付近に発光ピークを持つハロシリケートCa7.85Eu0.3MgSi4.3O15.91Cl1.84約0.22gと、560nm付近に発光ピークを持ち、発光スペクトルがブロードなYAG系蛍光体(Y2.95Al5O12:Ce0.05)0.2gと、650nm付近に発光ピークを持つ窒化物蛍光体CaAlSiBN3:Eu(Ca0.99,Eu0.01)AlSiBN3)約0.1gとを添加し、混合する以外は、実施例1と同じ方法により発光装置100を作製する。
第1のピーク波長は450nm付近、第2のピーク波長は520nm付近、第3のピーク波長は630nm付近にある。
第2のピーク波長と第3のピーク波長との間の最低相対発光強度値は、第2のピーク波長の相対発光強度値よりも低い第3のピーク波長の相対発光強度値に対して97%である。
Raが89というかなり高い演色性を示す。
Claims (7)
- 発光素子と、
窒化物蛍光体より成り、前記発光素子の光により励起されて発光する赤色蛍光体と、
ハロシリケートより成り、前記発光素子の光により励起されて発光する緑色蛍光体と、
前記発光素子の光により励起されて発光するYAG系蛍光体と、
を含むことを特徴とする発光装置。 - 発光スペクトルが、440nm以上470nm以下の第1のピーク波長と、510nm以上550nm以下の第2のピーク波長と、630nm以上670nm以下の第3のピーク波長とを有し、前記第2のピーク波長と前記第3のピーク波長との間の最低相対発光強度値が前記第2のピーク波長における相対発光強度値と前記第3のピーク波長における相対発光強度値とのいずれか低い方の値の80%より大きいことを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
- 前記赤色蛍光体が、Euにより賦活され、下記一般式(I)で表されることを特徴とする請求項1または2に記載の発光装置。
M1 wAlxSiyBzN((2/3)w+x+(4/3)y+z):Eu2+ (I)
ここで、M1はMg、Ca、SrおよびBaからなる群から選ばれる少なくとも1種であり、0.056≦w≦9、x=1、0.056≦y≦18、0≦z≦0.5である。 - 前記緑色蛍光体が下記一般式(II)で表されることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の発光装置。
(M2 1−yRy)aMgM3 bM4 cOa+2b+(3/2)cX2 (II)
ここで、M2はCa、Sr、Ba、ZnおよびMnからなる群から選ばれる少なくとも1種、M3はSi、GeおよびSnからなる群から選ばれる少なくとも1種、M4はB、Al、GaおよびInからなる群から選ばれる少なくとも1種、XはF、Cl、BrおよびIからなる群から選ばれる少なくとも1種、RはEuを必須とする希土類元素から選択される少なくとも1種であり、0.0001≦y≦0.3、7.0≦a<10.0、3.0≦b<5.0、0≦c<1.0である。 - 前記緑色蛍光体が下記一般式(III)で表されることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の発光装置。
M5 xEuyMgSizAlwOaXbNc (III)
ここでM5はCa、Sr、Ba、ZnおよびMnからなる群から選ばれる少なくとも1種、XはF、Cl、BrおよびIからなる群から選ばれる少なくとも1種であり、6.5≦x<8.0、0.01≦y≦2.0、3.7≦z≦4.3、0<w≦0.5、a=x+y+1+2z+(3/2)w−b/2−(3/2)c、1.0≦b≦1.9、0≦c≦3.0である。 - 前記発光素子のピーク波長と前記緑色蛍光体のピーク波長との差が80nm以下であることを特徴とする請求項1〜5の何れかに記載の発光装置。
- 前記YAG系蛍光体が下記一般式(IV)で表されることを特徴とする請求項1〜6の何れかに記載の発光装置。
M6 3M7 5O12:Ce (IV)
ここで、M6は希土類元素からなる群から選ばれる少なくとも1種、M7はB、Al、GaおよびInからなる群から選ばれる少なくとも1種である。
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