JPWO2017200097A1 - 白色光源 - Google Patents
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Abstract
Description
[1] 発光ダイオード(以下LEDと称す)と蛍光体の組合せからなる白色光源であり、蛍光体の1種が少なくともセリウム付活イットリウムアルミニウムガーネット系蛍光体であって、前記白色光源から出射される白色光の発光スペクトルの、400nmから500nmの波長範囲に存在する少なくとも1以上の極大値のうち、最大値を示す極大値と、前記最大の極大値の長波長側に隣接する極小値において、極小値に対する極大値の比率(極大値を示す波長における発光スペクトル強度/極小値を示す波長における発光スペクトル強度)が1.9以上となる発光スペクトルピークが存在しないことを特徴とする白色光源。
[2] [1]記載の白色光源において、LEDが350nm以上420nm以下に発光ピークを有する紫外乃至紫色光を出射すると共に、前記蛍光体が青色蛍光体を更に含有する混合蛍光体であり、前記混合蛍光体から出射される白色光が、400nmから780nmの波長範囲に亘って連続スペクトルを有することを特徴とする白色光源。
[3] [1]または[2]記載の白色光源において、セリウム付活イットリウムアルミニウムガーネット系蛍光体が、波長範囲510nmから570nmに発光ピークを有する緑色乃至黄色蛍光体であり、前記青色蛍光体がユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩蛍光体もしくはユーロピウム付活バリウムマグネシウムアルミン酸塩蛍光体の少なくとも1種であり、発光ピークが430nmから480nmの波長範囲にあることを特徴とする白色光源。
[4] [3]記載の白色光源において、前記青色蛍光体が、ユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩蛍光体であり、
一般式:(Sr1−x−yBaxCay)5(PO4)3Cl:Eu
(式中、x、yは0≦x≦0.44、0≦y≦0.01を満足する数値である)
の化学組成を有することを特徴とする白色光源。
[5] [4]記載の白色光源において、前記青色発光蛍光体の発光ピーク波長が440nmから470nmの波長範囲にあることを特徴とする白色光源。
[6] [4]乃至[5]記載の白色光源において、前記青色蛍光体が、ユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩であり、
一般式:(Sr1−x−yBaxCay)5(PO4)3Cl:Eu
(式中、x、yは0≦x≦0.35、0≦y≦0.01を満足する数値である。)
の化学組成を有することを特徴とする白色光源。
[7] [1]乃至[6]記載の白色光源において、前記蛍光体の平均粒子径が10μm以上50μm以下であることを特徴とする白色光源。
[8] [1]乃至[7]記載の白色光源において、前記蛍光体が赤色蛍光体を更に含み、前記赤色蛍光体が、ユーロピウム付活ストロンチウムサイアロン蛍光体、ユーロピウム付活アルカリ土類ニトリドアルミニノシリケート蛍光体、マンガン付活マグネシウムフロロジャーマネート蛍光体のうち、少なくとも1種であることを特徴とする白色光源。
[9] [4]乃至[8]記載の白色光源において、前記蛍光体にはセリウム付活イットリウムアルミニウムガーネット系蛍光体とユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩蛍光体の2種類の蛍光体が含まれており、前記セリウム付活イットリウムアルミニウムガーネット系蛍光体と前記ユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩蛍光体の重量比率が、29重量部:71重量部乃至10重量部:90重量部の範囲にあることを特徴とする白色光源。
[10] [1]乃至[9]記載の白色光源において、前記白色光源から出射される白色光の平均演色評価数Raが96以上であり、演色評価数R1からR15の全てが85以上であることを特徴とする白色光源。
[11] [3]記載の白色光源において、前記青色蛍光体が、ユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩蛍光体であり、
一般式:(Sr1−x−yBaxCay)5(PO4)3Cl:Eu(式中、x、yは0≦x≦0.44、0≦y≦0.1を満足する数値である)の化学組成を有することを特徴とする白色光源。
[12] [11]記載の白色光源において、前記青色発光蛍光体の発光ピーク波長が440nmから470nmの波長範囲にあることを特徴とする白色光源。
[13] [11]乃至[12]記載の白色光源において、前記青色蛍光体が、ユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩であり、
一般式:(Sr1−x−yBaxCay)5(PO4)3Cl:Eu(式中、x、yは0≦x≦0.35、0≦y≦0.1を満足する数値である。)の化学組成を有することを特徴とする白色光源。
[14] [11]乃至[13]記載の白色光源において、前記蛍光体にはセリウム付活イットリウムアルミニウムガーネット系蛍光体とユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩蛍光体の2種類の蛍光体が含まれており、前記セリウム付活イットリウムアルミニウムガーネット系蛍光体と前記ユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩蛍光体の重量比率が、29重量部:71重量部乃至10重量部:90重量部の範囲にあることを特徴とする白色光源。
[15] [2]記載の白色光源において、前記セリウム付活イットリウムアルミニウムガーネット系蛍光体が、波長範囲510nmから570nmに発光ピークを有する緑色乃至黄色蛍光体であり、前記青色蛍光体は発光ピーク波長が430nmから470nmの範囲内にある第一の青色蛍光体の少なくとも1種と、発光ピーク波長が470nmを超え、485nmまでの範囲内にある第二の青色蛍光体の少なくとも1種の混合蛍光体であり、前記第一の青色蛍光体がユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩蛍光体およびユーロピウム付活アルカリ土類アルミン酸塩蛍光体のうち少なくとも1種であり、前記第二の青色蛍光体がユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩蛍光体であることを特徴とする白色光源。
[16] [15]記載の白色光源において、前記混合蛍光体は、前記第一の青色蛍光体が前記青色蛍光体全体の50重量%以上、前記第二の青色蛍光体が前記青色蛍光体全体の50重量%以下であることを特徴とする白色光源。
[17] [3]乃至[16]記載の白色光源において、前記緑色乃至黄色蛍光体としてユーロピウム付活アルカリ土類オルソ珪酸塩蛍光体を更に含むことを特徴とする白色光源。
[18] [1]乃至[17]記載の白色光源において、前記蛍光体が赤色蛍光体を更に含み、前記赤色蛍光体が、ユーロピウム付活ストロンチウムサイアロン蛍光体、ユーロピウム付活アルカリ土類ニトリドアルミニノシリケート蛍光体、マンガン付活マグネシウムフロロジャーマネート蛍光体のうち、少なくとも1種であることを特徴とする白色光源。
[19] [1]乃至[18]記載の白色光源において、前記蛍光体の平均粒子径が10μm以上50μm以下であることを特徴とする白色光源。
[20] [1]乃至[19]記載の白色光源において、前記白色光源から出射される白色光の平均演色評価数Raが96以上であり、演色評価数R1からR15の全てが85以上であることを特徴とする白色光源。
上記白色光源は、以下の知見に基づいてなされたものである。
紫外乃至紫色LEDを用いた白色LEDは、高演色で人体に優しい白色光を得ることができるとの利点を有しているが、得られる白色発光の強度が、青色LEDを用いた白色LEDより劣るとの問題がある。特に、長時間連続点灯させた場合の発光強度において、両者間の差異が拡がる傾向にある。
LEDは発光ピーク波長が紫外乃至紫色領域にあるものを使用することが望ましく、具体的には350nmから420nmの範囲とする。発光ピーク波長が420nmより長波長にある場合、蛍光体と組み合わせた場合に、いわゆる青色励起蛍光体しか使用することができず、使用可能な蛍光体の種類が著しく制限されるため、あらゆる色温度の白色光で高い演色性を示す出力光を得ることが難しくなる。またLEDの放つ強い青色光がブルーライトハザード等の原因になるとの問題もある。一方、ピーク波長が350nmより短波長にある場合、励起波長域が拡大して、使用可能となる蛍光体の種類の幅を拡張できるとの一面もあるが、現状では十分な出力強度を有する紫外LEDが開発されておらず、実用的な明るさを得るとの観点では、350nmが下限値である。従い、将来において、出力強度の改善されたLEDが開発されれば、発光ピークの下限値はこの限りではない。また、LEDの種類については、発光ピーク波長以外では特に制限される条件は無く、レーザー発光のLEDであっても、またLED材料がどの様なものであっても構わない。
本発明では、緑色乃至黄色発光蛍光体として、少なくともYAG蛍光体を使用することが望ましい。YAG蛍光体とは、セリウム(Ce)を賦活材とし、基本組成がY3Al5O12であるガーネット構造の材料を母体とする蛍光体(Y3Al5O12:Ce)である。この蛍光体は緑色乃至黄色に明るく発光すると同時に、ガーネット構造を有する無機材料の特徴として、高硬度、高強度、高耐熱性、高耐食性等の優れた特徴も合わせて有している。従い、様々な使用環境において、安定な発光特性を発揮することのできる材料として重宝されており、白色LED用以外にも過去においては水銀灯やCRT等、様々な発光装置に使用されてきた。
一方、図2は、図1に示されるピーク波長が550nmであるYAG蛍光体の発光スペクトルに対応する、励起スペクトルを示したものである。図2から判る様に、YAG蛍光体の励起スペクトルは、青色波長域より短波長側にある光を殆ど吸収せず、紫外乃至紫色LEDとYAG蛍光体を組合せても、蛍光体は殆ど発光しない。YAG蛍光体が実用レベルの明るさに発光するには、励起源となるLEDの発光ピーク波長が、青色波長域に存在することが求められる。図2を参照し、励起光源の発光スペクトルに求められる望ましいピーク波長の範囲を確認すると、YAG蛍光体の励起光の吸収量が最大値から最大値の99%までとなる範囲で、440nmから470nm、最大値および最大値の95%までとなる範囲で430nmから480nmの波長範囲となる。
γULn3-U-VωVαXAl5-X-YβYO12:Ce
上記組成式において、LnはY、Gd、Luからなる元素のうち、いずれかの元素であり、蛍光体母体の基本組成はY3Al5O12である。ただし、Yの変わりにLuや(γ、ω)のペアとなる微量元素、Alの変わりに(α、β)のペアとなる微量元素を置換することにより、発光色を変化させることが可能である。例えば、ピーク波長を長波長側にシフトさせる場合には、(α、β)として(Mg,Si)の元素のペア、(γ、ω)として(Sr、Zr)の元素のペアで置換すれば良い。また短波長側にシフトさせる場合は、Yの一部をLuで置換すれば良い。そして、置換するペア元素は前記元素に限られることなく、(α、β)として例えば(B,Sc)、(γ、ω)として例えば(Sr,Hf)等で置換しても良い。これらの蛍光体において、置換量の望ましい範囲は、変数x、yはx<2、y<2、0.9≦x/y≦1.1の各関係式を満たすこと、変数u,vはu≦0.5、v≦0.5、0.9≦u/v≦1.1の各関係式を満たすことが求められる。
本発明の白色LEDにおいて、緑色乃至黄色成分の発光を示す蛍光体には、すくなくとも前記YAG系蛍光体を使用する必要はあるが、YAG系蛍光体のみに限定することはない。YAG系蛍光体を単独で使用する方が、YAG系蛍光体の特長を、より有効に活かすことは可能であるが、YAG系蛍光体に加えて、既存の有力蛍光体を混合使用して、既存蛍光体の長所も加味したハイブリッド型蛍光体とすることも可能である。混合使用の可能な既存蛍光体としては、例えばユーロピウム付活アルカリ土類オルソ珪酸塩蛍光体((Sr,Ba)2SiO4:Eu)、或いはユーロピウム付活サイアロン蛍光体((Si,Al)6(O,N)8:Eu)等が使用可能である。
前記の混合蛍光体において、YAG系蛍光体と組み合わせる蛍光体として、ユーロピウム付活アルカリ土類オルソ珪酸塩蛍光体を選択した場合、YAG系蛍光体を単独使用した場合に比べて演色特性を改善することができる。これは、ユーロピウム付活アルカリ土類オルソ珪酸塩蛍光体の発光スペクトルの方が、YAG系蛍光体の発光スペクトルに比べて、緑乃至黄色波長域の発光面積が大きい事による。なお、ユーロピウム付活アルカリ土類オルソ珪酸塩蛍光体の混合割合が多いほど、ハイブリッド蛍光膜の演色特性改善効果は大きくなるが、本発明の本来の目的は緑色乃至黄色蛍光膜の光束維持率向上であり、緑色乃至黄色蛍光体のトータル重量に占めるYAG系蛍光体の割合は、少なくとも40重量%とすることが好ましい。
本発明の白色LEDにおいて、YAG系蛍光体とLEDの組み合わせのみでは白色光を得ることができない、何故なら本発明の白色LEDは、LEDとして紫外乃至紫色LEDを使用しており、このLEDからの光を受けて、YAG系蛍光体が緑色乃至黄色光を発することができないためである、本発明においては、LEDからの紫外乃至紫色光を受けて、青色に発光する蛍光体を必ず使用することが必要となる。
(Sr1−XBaX,CaY)5(PO4)3Cl:Eu
この組成の蛍光体のうち、YAG蛍光体の励起スペクトルにおいて、吸収率が最大値もしくは最大値の95%以上の吸収率を示す青色光の波長範囲が430nm乃至480nmであり、この波長範囲を満たす組成は0≦x≦0.44、0≦y≦0.1である。また、yは、0≦y≦0.01の範囲を取り得る。
(青色発光蛍光体混合物)
青色蛍光膜には、発光ピーク波長の異なる2種類以上の蛍光体を混合使用しても良い。複数種の蛍光体を混合使用することにより、発光スペクトルの形状がよりブロードなものとなり、単独使用の場合に対して、演色性を改善できる効果がある。この場合、平均演色評価数(Ra)に与える効果は僅かだが、特殊演色評価数(R9〜R15)を改善することが可能となる。
本発明の混合青色蛍光膜においては、発光ピーク波長が430nmから470nmの間にある蛍光体(第一の青色蛍光体)と、発光ピーク波長が470nm超から485nmの間にある蛍光体(第二の青色蛍光体)の2種類を混合使用することができる。具体的に使用可能な蛍光体として、発光ピーク波長が約450nmであるユーロピウム付活アルミン酸塩蛍光体がある。ただしこの蛍光体は、発光ピーク波長が470nm超から485nmの間には存在しないため、長波長成分の青色蛍光体には、他の組成の蛍光体を使用する必要がある。一方、ユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩を使用する場合では、この蛍光体の発光ピーク波長は430nmから485nmの範囲内の任意の値を得ることができるため、混合条件に合わせて同種の蛍光体を複数種選択使用することもできる。また単一種類のユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩蛍光体を青色蛍光体に用いる場合では、使用可能なピーク波長の範囲は、430nmから480nm迄であったが、2種類以上の混合蛍光体として使用する場合、430nmから485nm迄の範囲となり、上限値を拡張することができる。上限値が大きいほど、演色性の改善効果が大きくなるためである。しかしながら、図3のスペクトル変化を見ればわかる通り、ユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩蛍光体では、ピーク波長が長波長にシフトするに従い、スペクトル曲線がブロードになると共に、発光強度が低下する傾向がある。このため、長波長側に発光ピークを有する成分の混合割合は、全体の発光強度を維持する観点から、一定値以下に抑える必要がある。具体的な混合割合は、430nmから470nmの間に発光ピークを有する第一の青色蛍光体が、青色発光蛍光体全体の50重量部以上であり、470nm超から485nmの間に発光ピークを有する第二の青色蛍光体が、青色発光蛍光体全体の50重量%以下であることが望ましい。
本発明の白色LEDには、青色蛍光体および、緑色乃至黄色蛍光体に加えて、様々な発光色の蛍光体を混合使用しても良い。特に、赤色発光蛍光体は、白色光を構成する青、緑、赤3原色成分の1つであり、特に色温度の低い白色光を得る為には、必須となる蛍光体である。赤色蛍光体としては、ユーロピウム付活ストロンチウムサイアロン蛍光体(Sr2Si7Al3ON13:Eu)、ユーロピウム付活アルカリ土類ニトリドアルミニノシリケート蛍光体((Sr、Ca)AlSiN3:Eu)等の蛍光体を使用することが望ましい。また、演色性を更に向上させる目的で、深赤色に発光するマンガン付活マグネシウムフロロジャーマネート蛍光体(αMgO・βMgF2・(Ge、Mn)O2)を加えても良い。
本発明の白色LEDにおいて、蛍光体は樹脂材料と混ぜ合わされ、蛍光膜の形で使用される。LEDチップの周囲を直接または間接的に蛍光膜で被覆することにより、LEDから出射された一次光が、蛍光膜で二次光(白色光)に変換され、装置の外部に出射されることになる。使用する樹脂材料としては、透明な材料であれば特に制限されることは無いが、LEDとして紫外LEDを用いる場合には、紫外線に対する耐劣化特性の良好な、シリコーン樹脂等を用いることが望ましい。
図4の曲線8は、本発明の白色LEDで得られる白色光の発光スペクトルの一例である。この白色光は、405nmに発光ピークを持つLEDと、青色蛍光体((Sr,Ba,Ca)5(PO4)3Cl:Eu)と黄色蛍光体(Y3Al5O12:Ce)及び赤色蛍光体(CaAlSiN3:Eu)を所定割合で混合して、5000Kの色温度の白色光を示す様に、調整したものである。図からも判る様に、本発明の白色光源の発光スペクトルは400nmから780nmまでの全可視光域において、途切れることのない連続スペクトルを有することが特徴である。
X=A/B (I)
LEDモジュールの一例を図7〜図12に示す。
LEDモジュール50では、例えば図7に示される様に、多数個のLEDチップ52が、基板51上に線状に配列される。チップ列は、一列以上にすることができる。使用個数に応じて複数のチップ列を配列することができる。例えば図7では、複数のチップ列がマトリックス状に配列されている。LEDチップ52は、出来るだけ高密度に配列されるのが望ましいが、LEDチップ52間の距離が余り近づきすぎると、LEDチップ52同士によるLED発光の相互吸収が生じるため好ましくなく、また連続点灯時にLEDチップ52により発生する熱の放熱を促す為にも、LEDチップ52は適当な間隔を置いて配列するのが望ましい。なお、チップの配列は、線状に限定されることなく、千鳥格子状等に配列しても、同様に高密度な配列とすることができる。
図7において、各LEDチップ52はワイヤ53で接続されると共に、電極54と繋がっている。電極54は特定パターンを有し、基板51上の導電部を兼ねている。導電部の材料には、Ag、Pt、Ru、PdおよびAl等から選択される少なくとも一種類の金属を使用することが望ましい。そして金属の表面には、腐食等を防止する目的でAu膜が形成されることが望ましい。Au膜は、印刷法、蒸着法およびメッキ法のいずれを用いて形成してもかまわない。
基板51上のLEDチップ52の周囲は、直接または間接的に蛍光体層で被覆される。蛍光体層の配置例を図8〜図12に示す。図8に示すように、LEDチップ52の表面上に直接蛍光体層55を形成しても良い。図9に示すように、LEDチップ52の周囲を蛍光体層55で被覆した後、蛍光体層の周囲を透明樹脂層56で被覆しても良い。また、図10に示す様に、LEDチップ52の表面を透明樹脂層56で被覆した後、透明樹脂層56のほぼ全面を蛍光体層55で被覆しても良い。さらに図8〜図10では複数個のLEDチップ52を単一の蛍光体層55もしくは透明樹脂層56で被覆する構造としたが、図11、図12の様に単一のLEDチップ52を、単一の蛍光体層55または単一の透明樹脂層56で被覆しても良い。更に応用例の1つとして、単独または複数のLEDチップの周囲を、透明樹脂層で被覆し、その外側に蛍光体層を形成し、更に外側に透明樹脂層を形成する積層構造にしても良い。
以下において、本発明の白色LEDについて、実施例を用いて具体的に説明する。なお、以下の実施例や比較例の白色LEDに使用する蛍光体材料については、下記の10種類の蛍光体の何れかを使用するものとし、以下においては蛍光体の名称や化学組成ではなく、発光色と下記番号で区別して呼称する(例えば、(Sr0.69Ba0.31)5(PO4)3Cl:Euのアルカリ土類ハロリン酸塩蛍光体を、青色蛍光体(2)と呼称する)。
青色蛍光体
(1)アルカリ土類ハロ燐酸塩((Sr0.86Ba0.14)5(PO4)3Cl:Eu),発光ピーク波長が450nm、
(2)アルカリ土類ハロ燐酸塩((Sr0.69Ba0.305Ca0.005)5(PO4)3Cl:Eu),発光ピーク波長が465nm、
(3)アルカリ土類アルミン酸塩(BaMg2Al16O27:Eu),発光ピーク波長が450nm。
緑色乃至黄色蛍光体
(4)YAG(Y0.98Ce0.02)3Al5O12,発光ピーク波長が558nm、
(5)YAG系(Y0.97573Ce0.024Sr0.00017Hf0.0001)3(Al0.9992Mg0.0004Si0.0004)5O12,発光ピーク波長が555nm
(6)アルカリ土類オルソ珪酸塩(Sr,Ba)2SiO4:Eu,発光ピーク波長が548nm。
赤色蛍光体
(7)CaAlSiN3:Eu,発光ピーク波長が650nm。
青色蛍光体
(8)アルカリ土類ハロ燐酸塩(Sr0.54Ba0.45Ca0.01)5(PO4)3Cl:Eu,発光ピーク波長が480nm、
(9)アルカリ土類ハロ燐酸塩(Sr0.64Ba0.35Ca0.01)5(PO4)3Cl:Eu,発光ピーク波長が470nm、
(10)アルカリ土類ハロ燐酸塩(Sr0.34Ba0.65Ca0.01)5(PO4)3Cl:Eu,発光ピーク波長が485nm。
先ず、青色蛍光体、緑色乃至黄色蛍光体、赤色蛍光体の3種類の蛍光体とLEDの組み合わせによるLEDモジュールを作成した。405nmに発光ピークを有するInGaN系のLEDチップを30個用意し、15mm×12mmの大きさのアルミナ基板の上に、格子状に配列した。その後、配列されたLEDの全体を蛍光体で被覆した。蛍光体は、表2に記載された通り、所定の材料を所定の割合で混合し、5000Kの色温度に発光する混合白色蛍光体を使用した。各蛍光体は平均粒径が25〜35μmの粉末を用い、シリコーン樹脂に分散させたスラリーをLEDチップの周囲に塗布することで、モジュールを形成した。蛍光膜の膜厚は、約700μmとした。以上の様なLEDモジュールに電子回路を接続して実施例の白色LEDとした。
比較例の白色LEDを作成した。使用する部材の種類は実施例1と全く同じのものを使用したが、緑色乃至黄色蛍光体のみは、実施例が緑色乃至黄色蛍光体(4)を使用しているのに対し、緑色乃至黄色蛍光体(6)に変更し、各蛍光体の混合比率を表2に記載の通りとして、色温度が5000Kの白色光に相当する白色光源を作成した。なお、使用した緑色乃至黄色蛍光体(6)の平均粒子径は30μmであり、蛍光膜の膜厚は約670μmであった。
緑色乃至黄色蛍光体としてYAG系蛍光体の緑色乃至黄色蛍光体(4)を使用し、前記蛍光体に組み合わせるLEDとして、青色LEDを使用した場合と、紫外乃至紫色LEDを使用した場合の2種類を使用した光源の、発光特性の比較を行った。なお蛍光体とLED以外については、使用した部材の種類および構成は、実施例1と全く同じである。
実施例2〜4では、405nmに発光ピークを有するInGaN系の紫外乃至紫色LEDと、青色蛍光体(1)、緑色乃至黄色蛍光体(4)、赤色蛍光体(7)を組み合わせた白色LEDを作成した。表4に示す通り、蛍光体の混合比率を種々変更し、色温度がそれぞれ2500K、4000K、6500Kの3種類の白色LEDを作成した。蛍光体の平均粒子径は35〜45μmの粉末材料を使用し、蛍光膜の膜厚は700〜900μmに調整した。なお、緑色乃至黄色蛍光体と青色蛍光体の混合比率(緑色乃至黄色蛍光体の混合量:青色蛍光体の混合量)は、下記の表5記載の数値より、実施例2が26:74、実施例3が20:80、実施例4が10:90であった。
使用するLEDの種類、蛍光体の組成、種類および混合比率を種々変更した白色LEDを作成した。ただし、白色光の色温度は全て約5000Kとなる様に調整し、発光強度や演色特性を、より厳密に比較できる様にした。また、使用した蛍光体の平均粒径は、全て15乃至25μmの範囲にあり、蛍光膜の膜厚は250μmから450μmの範囲に収まる様に調整した。なお、実施例8は、緑色乃至黄色蛍光体を複数種使用した例であり、緑色乃至黄色蛍光体中のYAG系蛍光体の混合割合は54重量%であった。
(実施例10〜16)
先ず、青色蛍光体、黄色蛍光体、赤色蛍光体の3種類の蛍光体とLEDの組み合わせによるLEDモジュールを作成した。白色光の色温度は、表10に示す値にして約5000Kとなる様に調整し、発光強度や演色特性を、より厳密に比較できる様にした。表10の青色、黄色、赤色の欄の左欄に蛍光体の種類を示す番号を、右欄に青色、黄色及び赤色の蛍光体のトータル重量に対する比率(重量%)を示す。実施例10〜16では、2種類の青色蛍光体を使用した。2種類の青色蛍光体のトータル重量に対する各青色蛍光体の比率を、右欄のかっこ内に示す。また、実施例16のLEDモジュール中の黄色蛍光体の種類は2種類であった。2種類の黄色蛍光体のトータル重量に対するYAG系蛍光体の割合は55重量%であった。
各蛍光体粒子の平均粒径は、10μm以上25μm以下の範囲にあった。また、LEDには、405nmに発光ピークを有するInGaN系のLEDチップを使用した。
表10に示す比率で混合された蛍光体粒子及びLEDチップを用いて実施例1と同様にしてLEDモジュールを作成した。蛍光膜の膜厚は200μm以上450μm以下の範囲に収まる様に調整した。以上の様なLEDモジュールに電子回路を接続して実施例の白色LEDとした。
なお、セリウム付活イットリウムアルミニウムガーネット系蛍光体とユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩蛍光体の混合比率(セリウム付活イットリウムアルミニウムガーネット系蛍光体の混合量G1:ユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩蛍光体の混合量G2)は、下記の表10記載の数値より、実施例10が13重量部:87重量部、実施例11が10重量部:90重量部、実施例12が8重量部:92重量部、実施例13が13重量部:87重量部、実施例14が13重量部:87重量部であった。
また、実施例10〜16と実施例7の白色LEDの演色特性を比較すると、平均演色評価数では両者間に大きな差異は無いものの、特殊演色評価数(R9〜R15)では実施例10〜16の白色LEDの方が総合的に優れていることが確認された。従い、青色蛍光膜に混合蛍光体を採用する方が、演色特性の面でより優れた効果を発揮できることが明確となった。よって、実施例10〜16の白色光源は、黒体輻射により得られ、かつ各実施例の白色光と同じ色温度を有する白色光の発光スペクトル分布の形状により近いものである。
実施例10〜16の比較により、青色蛍光体にユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩蛍光体のみを含む実施例10〜14,16の白色光源は、特殊演色評価数の値が全体的に高く、実施例15に比して演色特性に優れていることがわかる。
実施例10〜12の比較により、青色蛍光体として発光ピーク波長が異なる複数の青色蛍光体を使用する場合、短波長の発光ピーク波長を有する青色蛍光体の混合比率が高い実施例10,11の白色光源は、特殊演色評価数のR11が実施例12に比して高く、実施例12に比して演色特性に優れていることがわかる。
(比較例7)
450nmに発光ピークを有するInGaN系の青色LEDと、緑色乃至黄色蛍光体(4)、赤色蛍光体(7)を組み合わせた白色LEDを作成した。白色光の色温度は5000Kであった。蛍光体の混合比率は、緑色乃至黄色蛍光体(4)を85重量%、赤色蛍光体(7)を15重量%とした。なお、各蛍光体の平均粒子径及び蛍光体の膜厚は、比較例4と同様に設定した。
実施例1、11及び比較例7の発光スペクトルを図13に示す。図13において、実施例1の発光スペクトルを14で、実施例11の発光スペクトルを16で、比較例7の発光スペクトルを15で示す。
図13から明らかな通り、比較例7の白色光源は、450nmの波長において、極小値に対する極大値の比率(A/B)が1.9以上となる発光スペクトルピークが存在している。一方、実施例1,11の白色光源の発光スペクトルには、400nmから500nmの波長範囲に極大値が二つ存在する。長波長側に位置する極大値が、実施例1,11についての最大値であり、Aで表す。最大値Aを示すピークに隣接する凹部の極小値をBで表す。表5及び表11に示す通り、実施例1,11の白色光源の発光スペクトルには、極小値に対する極大値の比率(A/B)が1.9未満となる発光スペクトルピークが存在している。また、実施例1,11の白色光源から出射される白色光は、400nmから780nmの波長範囲に亘って連続スペクトルを有している。発光強度が450nmから500nmの波長範囲における発光強度の変化を、実施例1の発光スペクトル14と実施例11の発光スペクトル16とで比較すると、発光強度の低下が実施例11の方が小さい。よって、実施例11の方が黒体輻射により得られ、かつ実施例11の白色光と同じ色温度を有する白色光の発光スペクトル分布の形状により近いものである。これは、実施例11の白色光源が、発光ピーク波長が430nmから470nmの範囲内にある第一の青色蛍光体と、発光ピーク波長が470nmを超え、485nmまでの範囲内にある第二の青色蛍光体とを含むため、400〜500nmの可視波長域における発光波長域を実施例1よりも広くできることが一因である。
Claims (13)
- 発光ダイオード(以下LEDと称す)と蛍光体の組合せからなる白色光源であり、蛍光体の1種が少なくともセリウム付活イットリウムアルミニウムガーネット系蛍光体であって、前記白色光源から出射される白色光の発光スペクトルの、400nmから500nmの波長範囲に存在する少なくとも1以上の極大値のうち、最大値を示す極大値と、前記最大の極大値の長波長側に隣接する極小値において、極小値に対する極大値の比率(極大値を示す波長における発光スペクトル強度/極小値を示す波長における発光スペクトル強度)が1.9以上となる発光スペクトルピークが存在しない白色光源。
- 請求項1記載の白色光源において、LEDが350nm以上420nm以下に発光ピークを有する紫外乃至紫色光を出射すると共に、前記蛍光体が青色蛍光体を更に含有する混合蛍光体であり、前記混合蛍光体から出射される白色光が、400nmから780nmの波長範囲に亘って連続スペクトルを有する白色光源。
- 請求項2に記載の白色光源において、セリウム付活イットリウムアルミニウムガーネット系蛍光体が、波長範囲510nmから570nmに発光ピークを有する緑色乃至黄色蛍光体であり、前記青色蛍光体がユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩蛍光体もしくはユーロピウム付活バリウムマグネシウムアルミン酸塩蛍光体の少なくとも1種であり、発光ピークが430nmから480nmの波長範囲にある白色光源。
- 請求項3記載の白色光源において、前記青色蛍光体が、ユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩蛍光体であり、
一般式:(Sr1−x−yBaxCay)5(PO4)3Cl:Eu(式中、x、yは0≦x≦0.44、0≦y≦0.1を満足する数値である)の化学組成を有する白色光源。 - 請求項4記載の白色光源において、前記青色蛍光体の発光ピーク波長が440nmから470nmの波長範囲にある白色光源。
- 請求項4乃至5のいずれか1項に記載の白色光源において、前記青色蛍光体が、ユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩であり、
一般式:(Sr1−x−yBaxCay)5(PO4)3Cl:Eu(式中、x、yは0≦x≦0.35、0≦y≦0.1を満足する数値である。)の化学組成を有する白色光源。 - 請求項4乃至6のいずれか1項に記載の白色光源において、前記蛍光体にはセリウム付活イットリウムアルミニウムガーネット系蛍光体とユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩蛍光体の2種類の蛍光体が含まれており、前記セリウム付活イットリウムアルミニウムガーネット系蛍光体と前記ユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩蛍光体の重量比率が、29重量部:71重量部乃至10重量部:90重量部の範囲にある白色光源。
- 請求項2記載の白色光源において、前記セリウム付活イットリウムアルミニウムガーネット系蛍光体が、波長範囲510nmから570nmに発光ピークを有する緑色乃至黄色蛍光体であり、前記青色蛍光体は発光ピーク波長が430nmから470nmの範囲内にある第一の青色蛍光体の少なくとも1種と、発光ピーク波長が470nmを超え、485nmまでの範囲内にある第二の青色蛍光体の少なくとも1種の混合蛍光体であり、前記第一の青色蛍光体がユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩蛍光体およびユーロピウム付活アルカリ土類アルミン酸塩蛍光体のうち少なくとも1種であり、前記第二の青色蛍光体がユーロピウム付活アルカリ土類ハロ燐酸塩蛍光体である白色光源。
- 請求項8記載の白色光源において、前記混合蛍光体は、前記第一の青色蛍光体が前記青色蛍光体全体の50重量%以上、前記第二の青色蛍光体が前記青色蛍光体全体の50重量%以下である白色光源。
- 請求項3乃至9のいずれか1項に記載の白色光源において、前記緑色乃至黄色蛍光体としてユーロピウム付活アルカリ土類オルソ珪酸塩蛍光体を更に含む白色光源。
- 請求項1乃至10のいずれか1項に記載の白色光源において、前記蛍光体が赤色蛍光体を更に含み、前記赤色蛍光体が、ユーロピウム付活ストロンチウムサイアロン蛍光体、ユーロピウム付活アルカリ土類ニトリドアルミニノシリケート蛍光体、マンガン付活マグネシウムフロロジャーマネート蛍光体のうち、少なくとも1種である白色光源。
- 請求項1乃至11のいずれか1項に記載の白色光源において、前記蛍光体の平均粒子径が10μm以上50μm以下である白色光源。
- 請求項1乃至12のいずれか1項に記載の白色光源において、前記白色光源から出射される白色光の平均演色評価数Raが96以上であり、演色評価数R1からR15の全てが85以上である白色光源。
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