KR101194129B1 - 발광 장치 - Google Patents

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다까히로 나이또
히로또 다마끼
도모히사 기시모또
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니치아 카가쿠 고교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 여기 광원으로부터의 빛을 흡수하여 파장 변환하는 파장 변환 부재를 갖는 발광 장치이며, 그 발광 스펙트럼은 여기 광원으로부터의 빛이 에너지 강도의 최대값을 나타내는 파장을 제1 파장, 파장 변환 부재로부터의 빛이 에너지 강도의 최대값을 나타내는 파장을 제2 파장, 제1 파장과 상기 제2 파장 사이에서 상기 발광 장치의 발광 스펙트럼이 에너지 강도의 최소값을 나타내는 파장을 제3 파장, 650 nm를 제4 파장으로 할 때, 제1 파장에서의 에너지 강도와 상기 제3 파장에서의 에너지 강도의 비는 100:15 내지 150이고, 제1 파장에서의 에너지 강도와 제4 파장에서의 에너지 강도의 비는 100:45 내지 200의 관계이다.
여기 광원, 발광 스펙트럼, 파장 변환 부재, 발광 장치

Description

발광 장치{LIGHT EMITTING DEVICE}
본 발명은 액정 백 라이트 광원, 조명 기구, 디스플레이의 백 라이트 광원, 카메라의 플래시라이트, 동화상 조명 보조 광원 등에 이용되는 발광 장치에 관한 것이다. 특히 연색성(演色性, color rendition) 요구되는 발광 장치에 관한 것이다.
현재 형광 램프가 일반적인 조명 기구로서 사용되고 있다. 그러나 환경 대책으로서 수은이 적은 광원으로의 이행이 강하게 요망되고 있어, 발광 다이오드(이하, "LED"라고도 함)나 레이저 다이오드(이하, "LD"라 함) 등의 발광 소자를 이용한 발광 장치가 주목받고 있다.
이들 발광 소자를 이용한 발광 장치는 소형이고 전력 효율이 양호하며 선명한 색을 발광한다. 또한, 상기 발광 소자는 반도체 소자이기 때문에 퓨즈가 끊어지는 등의 염려가 없다. 또한 초기 구동 특성이 우수하고, 진동이나 온?오프 점등의 반복에 강하다는 특징을 갖는다. 이러한 우수한 특성을 갖기 때문에, LED나 LD 등의 발광 소자를 이용하는 발광 장치는 각종 광원으로서 이용되고 있다.
종래, LED를 이용한 백색 발광 장치에는 이하의 2종의 조합이 알려져 있다.
첫번째로 청색 LED와 황색으로 발광하는 소위 YAG 형광체를 조합한 발광 장 치가 있다. 이 발광 장치는 청색 LED의 빛에 의해 YAG 형광체를 여기하고, 청색광과 황색광과의 혼색광에 의해 백색광을 방출하는 것이다. 이 발광 장치는 소비 전력을 감소시킬 수 있고, LED의 구동 제어를 용이하게 행할 수 있으며, 혼색성도 양호하기 때문에, 널리 일반적으로 사용되고 있다.
두번째로 청색 LED, 녹색 LED 및 적색 LED를 조합한 발광 장치가 있다. 이들 발광 장치는, 소위 삼파장의 발광 장치이고, 3개의 LED로부터의 빛에 의해 백색광을 방출하는 것이다. 이 발광 장치는 소비 전력을 줄일 수 있고, 액정 투과 후의 색 표시 범위가 넓다. 또한, 고효율화와 고연색성화를 도모하기 위해서, 청색 LED, 청록색 LED, 오렌지색 LED 및 적색 LED를 조합한 발광 장치가 있다(예를 들면, 특허 문헌 1).
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2003-45206호 공보
<발명이 해결하고자 하는 과제>
그러나, 첫번째 발광 장치는 청색광과 황색광과의 조합이기 때문에, 백열 전구에 비하여 청록색 영역 및 적색 영역에서의 방사속(radiant flux)이 작고, 가시광 영역에서의 방사속 강도에 편차가 있다.
두번째 발광 장치는 혼색하기 어렵고, 연색성이 부족하다. LED로부터 방출되는 빛은 형광체로부터 방출되는 빛과 달리 선명한 빛이기 때문에, 각 LED로부터 방출되는 빛을 혼합하여도 연속한 발광 스펙트럼을 실현하기 어렵다. 특히 각 LED의 발광 피크 사이에서의 에너지 강도가 낮다. 또한, 하나의 광원에서 3개 이상의 LED를 요하기 때문에, 구동 제어가 복잡해지고, 또한 색조 조정도 복잡해진다.
이들 발광 장치에 의해서 조사된 물체의 색은 태양광이나 백열 전구의 빛과 같이 연속한 스펙트럼을 갖는 백색광을 조사광원으로서 이용한 경우와 다른 표면색이라 판단되는 경우도 있다.
또한, 청색 LED 대신에 자외 LED를 이용한 발광 장치도 알려져 있다. 자외 LED와 형광체를 이용하는 발광 장치에서는, 가시광 영역에서의 방사속 강도의 편차를 감소시킬 수도 있다. 그러나 이 발광 장치는 자외선을 포함하기 때문에, 자외선을 외부로 누설시키지 않는 대책을 실시하여야 한다. 또한, 자외선에 의해 부재의 열화가 촉진된다. 또한, 자외 LED는 거의 시감할 수 없기 때문에, 발광 장치로부터 누설된 자외광을 가시광으로서 유효하게 이용할 수 없어 발광 효율이 낮아진다.
이상의 점으로부터, 본 발명은 가시광 영역에서의 방사속 강도의 편차를 감소시키고, 태양광이나 백열 전구의 빛과 같이 연속한 스펙트럼을 갖는 발광 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
<발명을 해결하기 위한 수단>
상기한 문제점을 해결하기 위해 본 발명자들은 예의 검토를 거듭한 결과, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명의 발광 장치는 가시광의 단파장 영역의 빛을 발하는 여기 광원, 및
상기 여기 광원으로부터의 빛을 흡수하여 파장 변환하고, 상기 여기 광원으로부터의 빛보다도 장파장 영역의 빛을 발하는 파장 변환 부재를 갖고,
색 온도가 4000 K 이상 5000 K 이하의 빛을 발광하는 발광 장치이며,
상기 발광 장치의 가시광 영역에서의 발광 스펙트럼은 상기 여기 광원으로부터의 빛이 에너지 강도의 최대값을 나타내는 파장을 제1 파장, 상기 파장 변환 부재로부터의 빛이 에너지 강도의 최대값을 나타내는 파장을 제2 파장, 상기 제1 파장과 상기 제2 파장 사이에서 상기 발광 장치의 발광 스펙트럼이 에너지 강도의 최소값을 나타내는 파장을 제3 파장, 650 nm를 제4 파장으로 할 때,
상기 제1 파장에서의 에너지 강도와 상기 제3 파장에서의 에너지 강도의 비는 100:15 내지 150이고,
상기 제1 파장에서의 에너지 강도와 제4 파장에서의 에너지 강도의 비는 100:45 내지 200의 관계인 것을 특징으로 한다. 이에 따라 태양광이나 백열 전구의 빛과 같이 연속한 발광 스펙트럼을 갖는 발광 장치를 제공할 수 있다. 또한, 적색 영역의 발광을 높일 수도 있다. 또한, 연색성을 높일 수도 있다. 또한, 본 발광 장치는 가시광을 발하는 여기 광원을 이용하기 때문에, 자외선은 거의 조사되지 않고, 부재의 열화 촉진을 방지하며, 자외선의 누설 대책도 실시하지 않아도 된다. 특히, 상기 제1 파장의 에너지 강도와 상기 제3 파장의 에너지 강도는 (제1 파장의 에너지 강도):(제3 파장의 에너지 강도)=100:20 내지 100이 바람직하다. 고휘도를 유지하면서 높은 연색성을 얻을 수 있기 때문이다. 특히, 상기 제1 파장의 에너지 강도와 제4 파장의 에너지 강도는 (제1 파장의 에너지 강도):(제4 파장의 에너지 강도)=100:45 내지 100의 관계인 것이 바람직하다. 이에 따라 고휘도, 또한, 특히 특수 연색 평가수(R9)를 높여 적색 영역의 발광을 높일 수 있다.
또한, 파장 변환 부재는 여기 광원으로부터의 빛을 흡수하기 때문에, 파장 변환 부재가 흡수하는 광량이 많아지면, 여기 광원으로부터 외부에 조사되는 광량이 저하되고, 소정의 색 온도 및 소정의 발광색을 나타내지 않게 된다. 따라서, 제1 파장의 에너지 강도와 제2 내지 제4 파장의 에너지 강도를 소정의 범위가 되도록 여기 광원과 파장 변환 부재를 선택한 것이다.
상기 발광 장치는, 평균 연색 평가수가 75 이상 99 이하인 것이 바람직하다. 이에 따라 연색성이 높은 발광 장치를 제공할 수 있다.
상기 여기 광원은 발광 소자이고, 상기 파장 변환 부재는 1종의 형광 물질 또는 조성이 다른 2종 이상의 형광 물질을 갖는 것이 바람직하다. 이에 따라 소형이며, 전력 효율이 양호한 발광 장치를 제공할 수 있다.
상기 발광 스펙트럼은, 추가로 680 nm를 제5 파장으로 할 때, 상기 제1 파장의 에너지 강도와 제5 파장의 에너지 강도는 (제1 파장의 에너지 강도):(제5 파장의 에너지 강도)=100:25 내지 200의 관계인 것이 바람직하다. 이에 따라, 더욱 적색 영역의 발광을 높임으로써 태양광이나 백열 전구의 빛과 같은 연속한 발광 스펙트럼으로 할 수 있다. 상기 제1 파장의 에너지 강도와 제5 파장의 에너지 강도는 (제1 파장의 에너지 강도):(제5 파장의 에너지 강도)=100:30 내지 100의 관계인 것이 바람직하다. 이에 따라 특히 특수 연색 평가수(R9)를 높여 적색 영역의 발광을 높일 수 있다.
상기 파장 변환 부재는 Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Lu로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 희토류 원소에 의해 부활되는, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 제II족 원소, C, Si, Ge, Sn, Ti, Zr, Hf로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 제IV족 원소, 및 Al, B, N으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 N을 필수로 하는 1종 이상의 제III족 원소를 포함하는 질화물 형광체를 갖는 것이 바람직하다. 이 질화물 형광체는 가시광의 장파장 영역에서 발광 피크를 갖기 때문에, 적색 영역의 에너지 강도를 높일 수 있다. 또한, 이 질화물 형광체는 넓은 발광 스펙트럼을 갖기 때문에, 연색성이 우수한 발광 장치를 제공할 수 있다. 또한, 황화물의 형광체 등에 비하여 내열성이 우수하기 때문에, 열에 의한 열화가 적다.
<발명의 효과>
본 발명은 가시광 영역에서의 방사속 강도의 편차를 감소시킨 발광 장치를 제공할 수 있다. 또한, 태양광이나 백열 전구의 빛과 같이 연속한 스펙트럼을 갖는 고휘도의 발광 장치를 제공할 수 있다. 또한, 조명광의 품질을 평가하는 방법 중 하나인 연색 평가수가 개선되어 고연색성의 발광 장치를 제공할 수 있다.
[도 1] 실시 형태에 관한 발광 장치를 나타내는 개략적인 사시도이다.
[도 2] 실시 형태에 관한 발광 장치를 나타내는 개략적인 II-II 단면도이다.
[도 3] 실시예에서 이용하는 발광 소자의 발광 스펙트럼을 도시한 도면이다.
[도 4] Y3(Al, Ga)5O12:Ce의 형광체의 발광 스펙트럼을 도시한 도면이다.
[도 5] CaSiAlBxN3 +x:Eu의 형광체의 발광 스펙트럼을 도시한 도면이다.
[도 6] 실시예 1 내지 8의 발광 스펙트럼을 도시한 도면이다.
[도 7] Sr4Al14O25:Eu의 형광체의 발광 스펙트럼을 도시한 도면이다.
[도 8] 실시예 9 내지 17의 발광 스펙트럼을 도시한 도면이다.
[도 9] 발광 스펙트럼의 비교를 도시한 도면이다.
[도 10] (Y, Gd)3Al5O12:Ce의 형광체의 발광 스펙트럼을 도시한 도면이다.
[도 11] 비교예 1 내지 9의 발광 스펙트럼을 도시한 도면이다.
<부호의 설명>
10: 발광 소자
11: 보호 소자
20: 패키지
20a: 저면부
20b: 측면부
30a: 제1 전극
30b: 제2 전극
40: 와이어
50: 파장 변환 부재
51: 수지
52: 형광 물질
<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>
이하, 본 발명에 따른 발광 장치 및 그의 제조 방법을 실시 형태 및 실시예를 이용하여 설명한다. 단, 본 발명은 이 실시 형태 및 실시예로 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 발광 장치를 나타내는 개략적인 사시도이다. 도 1에서, 도면을 명료하게 하기 위해서, 파장 변환 부재 (50)을 생략하고 있다. 도 2는 실시 형태에 따른 발광 장치를 나타내는 개략적인 II-II 단면도이다.
발광 장치 (100)은, 여기 광원으로서의 발광 소자 (10), 발광 소자 (10)을 설치한 저면부 (20a)와 저면부 (20a)로부터 연장되는 측면부 (20b)를 갖는 오목부를 갖는 패키지 (20), 및 파장 변환 부재 (50)을 갖고 있다. 패키지 (20)의 오목부의 저면부 (20a)의 일부에는, 제1 전극 (30a) 및 제2 전극 (30b)가 설치되어 있다. 제1 전극 (30a)는 패키지 (20)의 외측의 모서리부 및 배면부에 연결되어 있고, 그 외측의 모서리부 및 배면부가 외부 전극과 전기적으로 접속되어 있다. 마찬가지로, 제2 전극 (30b)는 패키지 (20)의 외측의 모서리부 및 배면부에 연결되어 있고, 그 외측의 모서리부 및 배면부가 외부 전극과 전기적으로 접속되어 있다. 발광 소자 (10)은 패키지 (20)의 오목부의 저면에 설치되어 있는 제1 전극 (30a) 상에 설치되어 있다. 파장 변환 부재 (50)으로는, 형광 물질 (52)를 수지 (51) 중에 혼합한 것을 사용하고 있다.
발광 소자 (10)은, 예를 들면 GaN계의 화합물 반도체를 포함하고, 절연성의 사파이어 기판 상에 n형의 화합물 반도체를 적층하고, 그 위에 p형의 화합물 반도 체를 적층한다. 발광 소자 (10)의 사파이어 기판측을 제1 전극 (30a) 상에 설치하고 있지만, 화합물 반도체측을 제1 전극 (30a) 상에 설치할 수도 있다. n형층의 상면에 형성된 n측 전극은 와이어 (40)에 의해 제1 전극 (30a)에 전기적으로 접속되어 있다. 또한, p형층의 상면에 형성된 p측 전극은 와이어 (40)에 의해 제2 전극 (30b)에 전기적으로 접속되어 있다. 제1 전극 (30a)와 제2 전극 (30b)는 한쌍의 정부(正負)의 전극이다. 발광 소자 (10)은 GaN계 이외에 InGaN계, AlGaN계, InAlGaN계의 것 등도 사용할 수 있다. 발광 소자 (10)은 청자색, 청색광 또는 녹색광 등의 가시광의 단파장 영역의 빛을 발하는 것을 사용한다. 발광 소자 (10)은 400 nm 내지 495 nm에서 발광 피크를 갖는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 440 nm 내지 495 nm에서 발광 피크 파장을 갖는다. 형광 물질 (52)에 흡수되지 않고 투과한 빛을 유효하게 이용할 수 있는 것, 자외선을 방출하지 않는 것, 높은 에너지를 갖고 있는 것 등으로부터이다.
패키지 (20)은 상향으로 개구하는 오목부를 형성하고 있다. 오목부는 발광 소자 (10)을 설치한 저면부 (20a) 및 저면부 (20a)로부터 연장되는 측면부 (20b)를 가지고 있다. 패키지 (20)의 형상은 특별히 한정되는 것은 아니고, 패키지 (20)의 바닥부의 투영 형상이 원, 타원, 사각형, 다각형 또는 대략 이들에 대응하는 형상 등, 여러 가지를 들 수 있다. 패키지 (20)의 크기는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 0.1 ㎟ 내지 100 ㎟의 것 등을 들 수 있다. 패키지 (20)의 두께는 100 ㎛ 내지 20 mm 정도를 들 수 있다. 패키지 (20)의 재질은 세라믹을 사용하고 있지만, 특별히 한정되지 않으며, 공지된 재료, 통상 내열성 수지인 열가소성 엔지니어링 중합체, 열경화성 수지 등의 1종 또는 2종 이상을 조합하여 형성할 수 있다. 예를 들면, 액정 중합체(LCP), 폴리페닐렌술피드(PPS), 방향족 나일론(PPA), 에폭시 수지, 경질 실리콘 레진 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 열가소성 엔지니어링 중합체가 비용면에서 적당하다. 또한, 패키지 (20)에는 산화티탄, 산화아연, 알루미나, 실리카, 티탄산바륨, 인산칼슘, 탄산칼슘, 화이트카본, 탈크, 탄산마그네슘, 질화붕소, 유리 섬유 등의 무기 충전재 등의 1종 또는 2종 이상이 조합되어 첨가될 수도 있다. 또한, 산화 방지제, 열 안정제, 광 안정제 등의 첨가제가 적절하게 첨가될 수도 있다. 패키지 (20)의 오목부의 개구 부분은 원형상이지만, 타원형상이나 사각 형상, 다각형 및 대략 이들에 대응하는 형상 등을 형성할 수도 있다.
제1 전극 (30a) 및 제2 전극 (30b)는, 세라믹의 패키지 (20)과 일체 성형되어 있다. 제1 전극 (30a) 및 제2 전극 (30b)는 무전해 도금을 실시한 것일 수도 있고, 노광 처리, 에칭 처리, 레지스트 제거 등이 공정을 거친 동박에 니켈 및 금속으로 전해 도금을 실시한 것일 수도 있다. 제1 전극 (30a) 및 제2 전극 (30b)는 구리, 철 등의 합금에 의한 고열전도체에 의해 형성할 수 있다. 또한, 이들 합금의 표면에 은, 알루미늄, 금 등의 도금이 실시될 수도 있다.
발광 소자 (10)은, 제1 전극 (30a) 상에 접합 부재를 통해 직접 설치되어 있다. 보호 소자 (11)도 제1 전극 (30a) 상에 설치되어 있다. 그 밖에, 보호 소자 (11) 상에 발광 소자 (10)을 설치하고, 이 보호 소자를 제1 전극 (30a) 상에 접합 부재를 통해 설치할 수도 있다. 보호 소자 (11)이란, 발광 소자 (10) 등의 반도체 소자와 함께 패키지 (20)의 오목부 내에 수납되는 소자이고, 다른 반도체 소자를 과전압에 의한 파괴로부터 보호하기 위한 것이다. 보호 소자 (11)은 반도체 구조를 갖는 것 이외에, 반도체 구조를 갖지 않는 것도 포함한다. 보호 소자 (11)로는, 예를 들면 제너(Zener) 다이오드, 컨덴서, 다이악(DIAC) 등을 들 수 있다.
제너 다이오드는, 정전극을 갖는 p형 반도체 영역 및 부전극을 갖는 n형 반도체 영역을 갖고, 보호 소자의 부전극 및 정전극이 발광 소자의 p측 전극과 n측 전극에 대하여 역병렬이 되도록 접속된다. 이와 같이, 보호 소자를 제너 다이오드로 함으로써, 정부 전극 사이에 과대한 전압이 인가되어도 발광 소자의 정부 양전극간에는 제너 전압으로 유지되게 되고, 과대한 전압으로부터 발광 소자를 보호하고, 소자 파괴나 성능 열화의 발생을 방지할 수 있다.
컨덴서는 표면 실장용의 칩 부품을 사용할 수 있다. 이러한 구조의 컨덴서는 양측에 벨트 형태의 전극이 설치되어 있고, 이 전극이 발광 소자의 정전극 및 부전극에 병렬 접속된다. 정부 전극 사이에 과전압이 인가된 경우, 이 과전압에 의해서 충전 전류가 컨덴서에 흐르고, 컨덴서의 단자 전압을 순간적으로 낮춰, 발광 소자에 대한 인가 전압이 높아지지 않도록 함으로써, 발광 소자를 과전압으로부터 보호할 수 있다. 또한, 고주파 성분을 포함하는 노이즈가 인가된 경우도, 컨덴서가 바이패스컨덴서로서 기능하기 때문에, 외래 노이즈를 배제할 수 있다.
파장 변환 부재 (50)은, 형광 물질 (52)가 수지 (51) 중에 혼합된 것을 사용하는 것이 바람직하다. 수지 (51) 중에는 추가로 충전재, 확산제, 안료, 광 흡수 부재 등도 혼합될 수 있다. 형광 물질 (52) 대신에 또는 형광 물질 (52)와 함께 형광 염료도 사용할 수 있다. 형광 물질 (52)는 발광 소자 (10)으로부터의 빛을 흡수하여 파장 변환되고, 발광 소자 (10)으로부터의 빛보다도 장파장 영역의 빛을 발한다. 에너지 변환 효율의 관점에서 효율적이다. 수지 (51)은 파장을 크게 변환시키는 것은 아니지만, 파장 변환 가능한 형광 물질 (52)를 수지 (51) 중에 혼합시킴으로써 형광 물질 (52)를 용이하게 고정시킬 수 있다. 형광 물질 (52)와 수지 (51)을 합쳐서 파장 변환 부재 (50)으로 한 것이다. 수지 (51)은 내열성이 좋은 실리콘 수지나 에폭시 수지, 비정질 폴리아미드 수지, 불소 수지 등을 사용할 수 있다. 형광 물질 (52)는 Ce 등의 희토류계 원소로 부활되는 희토류 알루민산염 형광체 및 Eu 등의 희토류 원소에 의해 부활되는 질화물 형광체를 이용하여 백색으로 발광하는 발광 장치를 제조하는 것이 고연색성이나 고휘도의 관점에서 바람직하지만, 이것으로 한정되지 않고 여러 가지 형광체를 사용할 수 있다.
발광 장치 (100)으로부터는, 발광 소자 (10)의 빛과, 파장 변환 부재 (50)으로부터의 빛이 혼합된 것이 방출된다. 발광 장치 (100)으로부터 방출되는 빛은, 4000 K 이상 5000 K 이하가 되도록 발광 소자 (10)의 발광 파장, 파장 변환 부재 (50)으로부터의 빛의 분광 분포의 파장을 조정하는 것이 바람직하다. 특히, 분광 분포의 조정은 파장 변환 부재 (50)에 함유되는 형광 물질 (52)의 조성이나 배합량을 조정함으로써 간편히 행할 수 있다.
발광 장치 (100)의 가시광 영역에서의 발광 스펙트럼은 여기 광원인 발광 소자 (10)의 에너지 강도의 최대값을 나타내는 파장을 제1 파장, 파장 변환 부재 (50)의 에너지 강도의 최대값을 나타내는 파장을 제2 파장, 제1 파장과 제2 파장 사이에서 발광 장치의 발광 스펙트럼이 에너지 강도의 최소값을 나타내는 파장을 제3 파장, 650 nm를 제4 파장으로 할 때, 제1 파장의 에너지 강도와 제3 파장의 에너지 강도는 (제1 파장의 에너지 강도):(제3 파장의 에너지 강도)=100:15 내지 150의 관계이다. 또한, 제1 파장의 에너지 강도와 제4 파장의 에너지 강도는, (제1 파장의 에너지 강도):(제4 파장의 에너지 강도)=100:45 내지 200의 관계이다. 예를 들면, 청색(제1 파장 영역)으로 발광하는 여기 광원 및 녹색으로부터 황색(제2 파장 영역)으로 발광하는 파장 변환 부재를 이용하는 경우, 청록색(제3 파장 영역)의 발광을 높임으로써 연속한 발광 스펙트럼으로 할 수 있는 것이다. 예를 들면, 약 450 nm(제1 파장)에서 발광 피크(에너지 강도)를 갖는 발광 소자 (10) 및 약 530 nm 또는 약 650 nm(제2 파장)에서 발광 피크(에너지 강도)를 갖는 형광 물질 (52)를 이용하면, 약 480 nm(제3 파장)에서 에너지 강도의 최소값을 나타낸다. 이 때 약 450 nm의 에너지 강도를 100으로 했을 때, 약 480 nm의 에너지 강도가 20 내지 40의 관계로 되어 있다. 또한, 발광 장치 (100)은 평균 연색 평가수가 75 이상 99 이하로 발광하는 것이다. 평균 연색 평가수가 85 이상 100 이하로 발광하는 것이 보다 바람직하다. 특히 평균 연색 평가수가 91 이상 99 이하로 발광하는 것이 바람직하다. 상기 설명에서는 발광 소자 (10)을 450 nm로 한 것을 예로 들어 설명했지만, 상기 파장으로 한정되는 것은 아니고, 440 nm나 420 nm 등에서 발광 피크 파장을 갖는 것도 사용할 수 있다. 발광 소자 (10)을 보다 가시광 영역의 단파장측(400 nm 내지 420 nm)에서 발광 피크 파장을 갖는 것을 사용했을 때, 형광 물질 (52)도 가시광 영역의 단파장측에서 발광 피크 파장을 갖는 것을 선택한다. 이에 따라 제3 파장의 에너지 강도를 높게 한 발광 장치 (100)을 제공할 수 있다.
종래의 발광 장치는, 약 450 nm(제1 파장)에서 발광 피크(에너지 강도)를 갖는 발광 소자 및 약 560 nm(제2 파장)에서 발광 피크(에너지 강도)를 갖는 형광 물질을 이용하고 있다. 이 경우는 약 485 nm 내지 500 nm(제3 파장)에서 에너지 강도의 최소값을 나타낸다. 이 때 약 450 nm의 에너지 강도를 100으로 했을 때, 약 485 nm 내지 500 nm의 에너지 강도가 10 ％ 이하의 관계로 되어 있다. 이 종래의 발광 장치보다도 연색성을 한층 높이는 것이 요구되고 있다.
또한, 종래의 3파장 LED를 이용하는 발광 장치와 달리, 본 발명의 발광 장치 (100)은 연속한 스펙트럼을 갖기 때문에 태양광이나 백열 전구의 빛에 가까운 발광 장치를 제공할 수 있다.
또한, 색 온도의 차이에 의해 평균 연색 평가수, 특수 연색 평가수가 달라진다. 이 때문에 에너지 강도의 발광 스펙트럼이 닮은 것이 있었다고 하더라도, 색 온도가 다른 것끼리의 대비는 정확하지 않지만, 색 온도 4000 K 내지 5000 K의 범위에서는 제1 파장, 제2 파장, 제3 파장에서의 에너지 강도를 소정의 범위로 함으로써 연색성이 향상된다.
본 명세서 중에서의 "가시광의 단파장 영역"은 λp=380 nm 이상 495 nm 이하의 파장 영역을 말한다. 또한, "자외 영역"은 λp=380 nm 미만까지의 파장 영역을 말한다. 본 명세서에서의 실시예 및 비교예의 발광 특성은 JIS Z 8724-1997에 준거한 방법에 의해 측정하였다. 이 측정 결과를 바탕으로 평균 연색 평가수 및 특수 연색 평가수를 JIS Z 8726-1990에 준거한 계산에 의해 구하였다.
(형광 물질)
형광 물질 (52)는 수지 (51) 중에 함유되어 있는 것이 바람직하다.
형광 물질 (52)는, 예를 들면 질화물계 반도체를 발광층으로 하는 반도체 발광 소자로부터의 빛을 흡수하고 다른 파장의 빛으로 파장 변환하는 것이면 좋다. 예를 들면, Eu, Ce 등의 란탄족계 원소로 주로 부활되는 질화물계 형광체?산질화물계 형광체, Eu 등의 란탄족계, Mn 등의 전이 금속계의 원소에 의해 주로 부활되는 알칼리토류 할로겐인회석 형광체, 알칼리 토금속 붕산할로겐 형광체, 알칼리 토금속 알루민산염 형광체, 알칼리토류 규산염, 알칼리토류 황화물, 알칼리토류 티오갈레이트, 알칼리토류 질화규소, 게르마늄산염, 또는 Ce 등의 란탄족계 원소로 주로 부활되는 희토류 알루민산염, 희토류 규산염 또는 Eu 등의 란탄족계 원소로 주로 부활되는 유기 및 유기 착체 등으로부터 선택되는 적어도 하나 이상인 것이 바람직하다. 구체예로서, 하기의 형광체를 사용할 수 있지만, 이것으로 한정되지 않는다.
Eu, Ce 등의 란탄족계 원소로 주로 부활되는 질화물계 형광체는 M2Si5N8:Eu(M은 Sr, Ca, Ba, Mg, Zn으로부터 선택되는 적어도 1종 이상임) 등이 있다. 또한, M2Si5N8:Eu 이외에 MSi7N10:Eu, M1 .8Si5O0 .2N8:Eu, M0 .9Si7O0 .1N10:Eu(M은 Sr, Ca, Ba, Mg, Zn으로부터 선택되는 적어도 1종 이상임) 등도 있다.
또한, Eu 등의 희토류 원소에 의해 부활되고, 제II족 원소 M, Si, Al 및 N을 포함하는 질화물 형광체로, 자외선 내지 청색광을 흡수하여 황적색으로부터 적색의 범위에서 발광한다. 이 질화물 형광체는, 화학식이 MwAlxSiyN((2/3)w+x+(4/3)y):Eu로 표시 되고, 또한 첨가 원소로서 희토류 원소 및 4가의 원소, 3가의 원소로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 포함한다. M은 Mg, Ca, Sr, Ba의 군으로부터 선택되는 1종 이상이다.
상기 화학식에서, w, x, y의 범위는 바람직하게는 0.04≤w≤9, x=1, 0.056≤y≤18로 한다. 또한 w, x, y의 범위는 0.04≤w≤3, x=1, 0.143≤y≤8.7로 할 수도 있고, 보다 바람직하게는 0.05≤w≤3, x=1, 0.167≤y≤8.7로 할 수도 있다.
또한 질화물 형광체는, 붕소 B를 추가한 화학식 MwAlxSiyBzN((2/3)w+x+(4/3)y+z):Eu로 할 수도 있다. 상기에서도 M은 Mg, Ca, Sr, Ba의 군으로부터 선택되는 1종 이상이고, 0.04≤w≤9, x=1, 0.056≤y≤18, 0.0005≤z≤0.5이다. 붕소를 첨가하는 경우, 그 몰 농도 z는 상술한 바와 같이 0.5 이하로 하고, 바람직하게는 0.3 이하이며, 또한 0.0005보다도 크게 설정된다. 더욱 바람직하게는, 붕소의 몰 농도는 0.001 이상이며, 0.2 이하로 설정된다.
또한 이들 질화물 형광체는, 추가로 La, Ce, Pr, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Lu의 군으로부터 선택되는 1종 이상, 또는 Sc, Y, Ga, In 중 어느 1종, 또는 Ge, Zr 중 어느 1종이 함유되어 있다. 이들을 함유함으로써 Gd, Nd, Tm보다도 동등 이상의 휘도, 양자 효율 또는 피크 강도를 출력할 수 있다.
Eu, Ce 등의 란탄족계 원소로 주로 부활되는 산질화물계 형광체는 MSi2O2N2:Eu(M은 Sr, Ca, Ba, Mg, Zn으로부터 선택되는 적어도 1종 이상임) 등이 있다.
Eu 등의 란탄족계, Mn 등의 전이 금속계의 원소에 의해 주로 부활되는 알칼리토류 할로겐인회석 형광체로는 M5(PO4)3X:R(M은 Sr, Ca, Ba, Mg, Zn으로부터 선택되는 적어도 1종 이상이고, X는 F, Cl, Br, I로부터 선택되는 적어도 1종 이상이ㄱ고, R은 Eu, Mn, Eu와 Mn 중 어느 1종 이상임) 등이 있다.
알칼리 토금속 붕산할로겐 형광체에는 M2B5O9X:R(M은 Sr, Ca, Ba, Mg, Zn으로부터 선택되는 적어도 1종 이상이고, X는 F, Cl, Br, I로부터 선택되는 적어도 1종 이상이고, R은 Eu, Mn, Eu와 Mn 중 어느 하나 이상임) 등이 있다.
알칼리 토금속 알루민산염 형광체로는 SrAl2O4:R, Sr4Al14O25:R, CaAl2O4:R, BaMg2Al16O27:R, BaMg2Al16O12:R, BaMgAl10O17:R(R은 Eu, Mn, Eu와 Mn 중 어느 1종 이상임) 등이 있다.
알칼리토류 황화물 형광체로는 La2O2S:Eu, Y2O2S:Eu, Gd2O2S:Eu 등이 있다.
Ce 등의 란탄족계 원소로 주로 부활되는 희토류 알루민산염 형광체로는, Y3Al5O12:Ce, (Y0 .8Gd0 .2)3Al5O12:Ce, Y3(Al0 .8Ga0 .2)5O12:Ce, (Y, Gd)3(Al, Ga)5O12의 조성식으로 표시되는 YAG계 형광체 등이 있다. 또한, Y의 일부 또는 전부를 Tb, Lu 등으로 치환한 Tb3Al5O12:Ce, Lu3Al5O12:Ce 등도 있다.
그 밖의 형광체에는 ZnS:Eu, Zn2GeO4:Mn, MGa2S4:Eu(M은 Sr, Ca, Ba, Mg, Zn으로부터 선택되는 적어도 1종 이상고, X는 F, Cl, Br, I로부터 선택되는 적어도 1종 이상임) 등이 있다.
상술한 형광체는 소망에 따라서 Eu 대신에 또는 Eu에 추가로 Tb, Cu, Ag, Au, Cr, Nd, Dy, Co, Ni, Ti로부터 선택되는 1종 이상을 함유할 수도 있다.
Ca-Al-Si-O-N계 옥시질화물 글라스 형광체란, 몰％ 표시로, CaCO3을 CaO로 환산하여 20 내지 50 몰％, Al2O3을 0 내지 30 몰％, SiO를 25 내지 60 몰％, AlN을 5 내지 50 몰％, 희토류 산화물 또는 전이 금속 산화물을 0.1 내지 20 몰％로 하고, 5 성분의 합계가 100 몰％가 되는 옥시질화물 글라스를 모체 재료로 한 형광체이다. 또한, 옥시질화물 유리를 모체 재료로 한 형광체에서는, 질소 함유량이 15 중량％ 이하인 것이 바람직하고, 희토류 산화물 이온 이외에 증감제가 되는 다른 희토류 원소 이온을 희토류 산화물로서 형광 유리 중에 0.1 내지 10 몰％의 범위의 함유량으로 공부활제로서 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 형광체 이외의 형광체로서, 동일한 성능, 작용, 효과를 갖는 형광체도 사용할 수 있다.
형광체는 535 nm 이하에서 발광 피크 파장을 갖는 형광체와, 645 nm 이상에서 발광 피크 파장을 갖는 형광체와의 조합이 바람직하다. 2종 이상의 형광체의 조합은 형광체를 개별적으로 측정한 경우, 가장 단파장측에 있는 발광 피크 파장과 가장 장파장측에 있는 발광 피크 파장과의 파장의 차가 100 nm 이상인 것이 바람직하다. 특히 110 nm 이상이 바람직하다. 이에 따라, 넓은 발광 스펙트럼을 갖는 연색성이 높은 발광 장치를 제공할 수 있기 때문이다. 이는 가장 단파장측에 있는 발광 피크 파장과 가장 장파장측에 있는 발광 피크 파장 사이에, 발광 피크 파장을 갖는 다른 형광체를 이용할 수도 있다. 또한, 상기 목적을 달성할 수 있는 1종의 형광체를 이용할 수도 있다. 또한, 상기한 110 nm의 파장의 차가 있는, 2종 이상의 형광체를 조합하여 발광 장치로 하고, 그 발광 장치의 발광 스펙트럼을 측정한 경우, 상기한 110 nm보다도 짧은 파장의 차가 된다.
보다 구체적으로는, 다음 2종의 형광 물질을 조합하고, 본건 소정의 발광 스펙트럼을 실현하는 것이 바람직하다. 하기의 YAG 형광체는 황색의 넓은 발광을 나타내고, 하기의 질화물 형광체는 적색의 넓은 발광을 나타내기 때문에, 본건 소정의 발광 스펙트럼을 용이하게 실현하고, 연색성이 우수한 발광 장치를 실현할 수 있다.
(a) 500 nm 이상, 600 nm 이하(보다 바람직하게는 535 nm 이하)에서 발광 피크 파장을 갖는 YAG 형광체
여기서 YAG 형광체란, MxAyDz로 표시되는 가넷 구조의 형광체를 가리킨다.
M=Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu 중 어느 하나를 포함하는 금속 원소
A=Al 또는 B 중 어느 하나를 포함하는 금속 원소
D=O 및/또는 N
1≤x≤4
4≤y≤6
5≤z≤15
(b) 600 nm 이상(보다 바람직하게는 645 nm 이상), 700 nm 이하에서 발광 피 크 파장을 갖는 질화물 형광체
여기서 질화물 형광체란, MxAyDz 및/또는 MhAiEjDl로 표시되는 형광체의 단일체 또는 혼합품을 말한다.
M=Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu 중 어느 하나, 및
Mg, Ca, Sr, Ba, Zn 중 어느 하나를 포함하는 금속 원소
A=Si, Ge 중 어느 하나를 포함하는 금속 원소
E=Al, B 중 어느 하나를 포함하는 금속 원소
D=N 및/또는 O로 구성됨
1≤x≤3
3≤y≤7
4≤z≤17
1≤h≤3
1≤i≤3
1≤j≤3
3≤l≤14
또한, 상기 YAG 형광체와 질화물 형광체에 추가로, 하기의 알칼리토류 알루민산염 형광체를 이용하면, 제3 파장에서의 에너지 강도가 높아지기 때문에, 연색성이 한층 양호해진다.
(c) 450 nm 이상, 550 nm 이하에서 발광 피크 파장을 갖는 알칼리토류 알루민산염 형광체
여기서 알칼리토류 알루민산염 형광체란, MxAyDz로 표시되는 형광체를 가리킨다.
M=Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu 중 어느 하나, 및
Mg, Ca, Sr, Ba, Zn 중 어느 하나를 포함하는 금속 원소
A=Al, B 중 어느 하나를 포함하는 금속 원소
D=O 및/또는 N
2≤x≤6
10≤y≤18
11≤z≤33
<실시예 1 내지 8>
실시예 1 내지 8의 발광 장치는 실시 형태에 따른 발광 장치를 이용한다. 도 1은 실시 형태에 따른 발광 장치를 나타내는 개략적인 사시도이다. 도 2는 실시 형태에 관한 발광 장치를 나타내는 개략적인 II-II 단면도이다. 도 3은 실시예에 이용하는 발광 소자의 발광 스펙트럼을 도시한 도면이다. 도 4는 Y3(Al, Ga)5O12:Ce의 형광체의 발광 스펙트럼을 도시한 도면이다. 여기광은 460 nm이다. 도 5는 CaSiAlBxN3 +x:Eu의 형광체의 발광 스펙트럼을 도시한 도면이다. 여기광은 460 nm이다. 도 6은 실시예 1 내지 8의 발광 스펙트럼을 도시한 도면이다. 실시예에 따른 발광 장치 (100)은, 상술한 실시 형태에 따른 발광 장치의 설명을 참작하기 때문에 일부 설명을 생략한다. 본 명세서에서 발광색, 색도 좌표는 특별한 명기가 없는 한, CIE(국제조명위원회)가 정한 CIE 표색계에 따르는 것으로 한다.
실시예 1 내지 8의 발광 장치는 발광 소자 (10), 저면부 (20a)와 측면부 (20b)를 갖는 오목부를 갖는 패키지 (20), 및 형광 물질 (52)를 수지 (51) 중에 혼합시킨 파장 변환 부재 (50)을 이용한다.
패키지 (20)의 재질은 Al2O3을 주성분으로 하는 세라믹이고, 종횡 350 mm, 높이 10 mm의 것을 사용한다.
발광 소자 (10)은 □ 600 ㎛의 ITO 다이스이고, 약 450 nm에서 발광 피크 파장을 갖는 것을 사용한다. 이 발광 소자 (10)은 청색으로 발광한다. 보호 소자 (11)에 제너 다이오드를 사용한다.
형광 물질 (52)는 Y3(Al, Ga)5O12:Ce의 조성의 제1 YAG 형광체 및CaSiAlBxN3+x:Eu(x>0)의 조성의 질화물 형광체를 사용한다. 제1 YAG 형광체는 530 nm 부근에서 발광 피크 파장을 갖는 넓은 발광 스펙트럼을 갖는다. 질화물 형광체는 약 650 nm에서 발광 피크 파장을 갖는 넓은 발광 스펙트럼을 갖는다. 수지 (51) 중에서의 형광 물질 (52)의 배합량은 (수지 (51)의 중량):(제1 YAG 형광체의 중량):(질화물 형광체의 중량)=3:0.40 내지 0.60:0.065 내지 0.095이다. 이 형광 물질 (52)의 양은, 수지 (51) 중에 균일하게 제1 YAG 형광체 및 질화물 형광체를 혼합한 배합량이다. 이 균일하게 혼합한 파장 변환 부재 (50)을 패키지 (20)의 오목부 내에 적하한다. 패키지 (20)은 매우 소형이기 때문에, 파장 변환 부재 (50)의 형광 물질 (52)의 분산 상태 또는 적하양에 의해 배합량이 동일하여도 다른 색도 좌표를 나타내는 경우가 있다.
하기 표 1은 실시예 1 내지 8의 발광 장치의 발광 특성을 나타낸다.
Figure 112008002742883-pct00001
실시예 1 내지 8의 발광 장치는 색 온도 4000 K 내지 5000 K가 되는 것을 여러 가지 제조하였다. 평균 연색 평가수(Ra), 특수 연색 평가수(R1 내지 R15)는 JIS Z 8726-1990의 방법으로, 상관 색 온도가 동등한 기준의 빛에 의해 구하였다. 실시예 9 내지 17, 비교예 1 내지 9도 마찬가지이다.
실시예 1 내지 8의 발광 장치의 평균 연색 평가수(Ra)는 모두 91 이상으로 매우 높은 연색성을 나타내었다. 또한, 실시예 1 내지 8의 특수 연색 평가수(R1 내지 R15)도 매우 높은 연색성을 나타내었다. 특히, 적색을 나타내는 특수 연색 평가수(R9)는 70 이상이다. 후술하는 비교예의 발광 장치, 즉 붉은 빛 성분이 적은, 청색 발광 소자와 황색 형광체(제2 YAG 형광체;(Y, Gd)3Al5O12:Ce)와의 백색 발광 장치에 비해 연색성을 개선할 수 있었다.
<실시예 9 내지 17>
실시예 9 내지 17은 실시예 1 내지 8의 형광 물질 (52)에 추가로 Sr4Al14O25:Eu의 알칼리 토금속 알루민산염 형광체를 사용한 것이다. 도 7은, Sr4Al14O25:Eu의 형광체의 발광 스펙트럼을 도시한 도면이다. 여기광은 400 nm이다. 도 8은, 실시예 9 내지 17의 발광 스펙트럼을 도시한 도면이다.
실시예 9 내지 17은 실시예 1 내지 8의 발광 장치 (100)과 형광 물질 (52)를 제외하고 동일하다. 실시예 9 내지 17은 형광 물질 (52)에 Y3(Al, Ga)5O12:Ce의 조성의 제1 YAG 형광체, CaSiAlBxN3 +x:Eu(x>0)의 조성의 질화물 형광체, 및 Sr4Al14O25:Eu의 알칼리 토금속 알루민산염 형광체를 사용한다. Sr4Al14O25:Eu의 알칼리 토금속 알루민산염 형광체는 약 400 nm에서 여기시켰을 때, 495 nm 부근에서 발광 피크 파장을 갖는 약간 넓은 발광 스펙트럼을 갖는다. 수지 (51) 중에서의 형광 물질 (52)의 배합량은 (수지 (51)의 중량):(제1 YAG 형광체의 중량):(질화물 형광체의 중량):(알칼리 토금속 알루민산염 형광체)=3:0.25 내지 0.60:0.065 내지 0.100:0.05 내지 0.40이다. 실시예 11 내지 17은 실시예 9 또는 10보다도 알칼리 토금속 알루민산염 형광체의 배합량이 많다.
하기 표 2는, 실시예 9 내지 17의 발광 장치의 발광 특성을 나타낸다.
Figure 112008002742883-pct00002
실시예 9 내지 17의 발광 장치의 평균 연색 평가수(Ra)는 모두 92 이상으로 매우 높은 연색성을 나타내었다. 특히 알칼리 토금속 알루민산염 형광체의 양을 늘린 실시예 11 내지 17에 대해서는 95 이상으로 매우 높은 연색성을 나타내었다. 또한, 실시예 9 내지 17의 특수 연색 평가수(R1 내지 R15)도 매우 높은 연색성을 나타내었다. 특히, 적색을 나타내는 특수 연색 평가수(R9)는 70 이상, 특히 알칼리 토금속 알루민산염 형광체의 양을 늘린 실시예 11 내지 17에 대해서는 80 이상이다. 후술하는 비교예의 발광 장치, 즉 붉은 빛 성분이 적은, 청색 발광 소자와 황색 형광체(제2 YAG 형광체;(Y, Gd)3Al5O12:Ce)와의 백색 발광 장치에 비해 연색성을 개선할 수 있었다. 특히, 제3 파장의 에너지 강도를 보충하기 위한 형광체를 형광 물질 (52) 중에 혼입함으로써 한층 연색성을 개선할 수 있다. 또한, 제3 파장의 에너지 강도를 보충하는 형광체로 확산된 여기 광원으로부터의 빛에 의해, 가시광 영역의 장파장측에서 발광하는 형광체(예를 들면 질화물 형광체)가 효율적으로 여기되고, 붉은 빛 성분이 더욱 증가한다.
도 9는 발광 스펙트럼의 비교를 도시한 도면이다. 도 9는 실시예 3, 실시예 10, 비교예 4의 색 온도 4200 K에서의 에너지 강도를 비교하기 위한 것이다.
실시예 1 내지 17은 발광 소자 (10)의 에너지 강도의 최대값을 나타내는 약 450 nm(제1 파장), 형광 물질 (52)의 에너지 강도의 최대값을 나타내는 530 nm 내지 650 nm(제2 파장), 및 제1 파장과 제2 파장 사이의 에너지 강도의 최소값을 나타내는 약 480 nm(제3 파장)를 나타내는 발광 스펙트럼을 갖는다.
도면에 나타낸 발광 스펙트럼에서, 비교예 4의 제3 파장(488 nm)의 에너지 강도는 8 ％인 것에 대하여, 실시예 3 및 실시예 10의 제3 파장(481 nm)의 에너지 강도는 각각 27 ％ 및 30 ％이다. 또한, 붉은 빛 성분을 나타내는 파장 영역(하나의 예로서 제4 파장의 650 nm)의 에너지 강도는 비교예에서 33 ％인 것에 대하여, 실시예 3 및 실시예 10의 에너지 강도는 각각 62 ％ 및 69 ％이다. 또한, 붉은 빛 성분을 나타내는 파장 영역(하나의 예로서 제5 파장의 680 nm)의 에너지 강도는 비교예에서 18 ％인 것에 대하여, 실시예 3 및 실시예 10의 에너지 강도는 각각 43 ％ 및 47 ％이다.
설명상, 실시예 3, 실시예 10, 비교예 4에서 제1 파장, 제2 파장, 제3 파장의 에너지 강도를 나타내었지만, 그 밖의 실시예에 대해서도 각각의 파장의 에너지 강도를 측정하였다. 그 결과, 실시예 1 내지 17에서 제1 파장의 에너지 강도를 100 ％로 했을 때, 제3 파장의 에너지 강도는 20 ％ 내지 35 ％가 된다. 단, 제3 파장의 에너지 강도를 15 ％ 이상 150 ％ 이하로 함으로써 본 발명의 목적을 달성할 수 있다. 또한, 비교예 1 내지 9의 제3 파장의 에너지 강도는 7 ％ 내지 10 ％ 이다. 이 범위에서는 평균 연색 평가수(Ra)는 73.7 이하이다.
또한, 붉은 빛 성분을 나타내는 파장 영역(650 nm)의 에너지 강도는 실시예 1 내지 17에서 45 ％ 내지 80 ％이다. 단, 650 nm의 파장의 에너지 강도를 45 ％ 이상 200 ％ 이하로 함으로써 본 발명의 목적을 달성할 수 있다. 또한, 비교예 1 내지 9에서의 650 nm의 파장의 에너지 강도는 24 ％ 내지 42 ％이다. 이 범위에서는 특수 연색 평가수(R9)는 0 이하이다.
또한, 붉은 빛 성분을 나타내는 파장 영역(하나의 예로서 제5 파장의 680 nm)의 에너지 강도는 실시예 1 내지 17에서 25 ％ 내지 60 ％이다. 단, 680 nm의 파장의 에너지 강도를 25 ％ 이상 200 ％ 이하로 함으로써 본 발명의 목적을 달성할 수 있다. 또한, 비교예 1 내지 9에서의 680 nm의 파장의 에너지 강도는 13 ％ 내지 23 ％이다. 이 범위에서는 특수 연색 평가수(R9)는 0 이하이다.
<비교예 1 내지 9>
비교예 1 내지 9는 실시예 1 내지 17의 형광 물질 (52)에 (Y, Gd)3Al5N12:Ce의 제2 YAG 형광체를 사용한 것이다. 도 10은 (Y, Gd)3Al5O12:Ce의 형광체의 발광 스펙트럼을 도시한 도면이다. 여기광은 460 nm이다. 도 11은 비교예 1 내지 9의 발광 스펙트럼을 도시한 도면이다.
비교예 1 내지 9는, 실시예 1 내지 17의 발광 장치 (100)과 형광 물질 (52)를 제외하고 동일하다. 비교예 1 내지 9는 형광 물질 (52)에 (Y, Gd)3Al5O12:Ce의 제2 YAG 형광체를 사용한다. 제2 YAG 형광체는 570 nm 부근에서 발광 피크 파장을 갖는 넓은 발광 스펙트럼을 갖는다. 수지 (51) 중에서의 형광 물질 (52)의 배합량은 (수지 (51)의 중량):(제2 YAG 형광체의 중량)=3:0.220 내지 0.300이다.
하기 표 3은 비교예 1 내지 9의 발광 장치의 발광 특성을 나타낸다.
Figure 112008002742883-pct00003
비교예 1 내지 9의 발광 장치의 평균 연색 평가수(Ra)는 모두 68.1 내지 73.7을 나타내었다. 또한, 비교예 1 내지 9의 적색을 나타내는 특수 연색 평가수(R9)는 -28.2 내지 -1.3이었다.
본 발명의 발광 장치는 액정의 백 라이트 광원, 조명 기구, 디스플레이의 백 라이트 광원, 카메라의 플래시라이트, 동화상 조명 보조 광원 등에 이용할 수 있다. 특히 연색성이 요구되는 조명 장치나 광원에 사용할 수 있다.

Claims (6)

  1. 가시광의 단파장 영역의 빛을 발하는 여기 광원 및 상기 여기 광원으로부터의 빛을 흡수하여 파장 변환하고, 상기 여기 광원으로부터의 빛보다도 장파장 영역의 빛을 발하는 파장 변환 부재를 갖고, 색 온도가 4000 K 이상 5000 K 이하의 빛을 발광하는 발광 장치이며,
    상기 파장 변환 부재는
    란탄족계 또는 전이 금속계의 원소에 의해 부활되는, 알칼리토류 할로겐인회석, 알칼리 토금속 붕산할로겐, 알칼리 토금속 알루민산염, 알칼리토류 규산염, 알칼리토류 황화물, 알칼리토류 티오갈레이트, 알칼리토류 질화규소 및 게르마늄산염; 란탄족계 원소로 부활되는, 희토류 알루민산염 및 희토류 규산염; 란탄족계 원소로 부활되는 유기 및 유기 착체로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 형광체와,
    화학식 MAlSiBzN3+z:Eu(M은 Mg, Ca, Sr, Ba로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종, 0≤z≤0.5)로 나타내는 질화물계 형광체를 갖고,
    상기 발광 장치의 가시광 영역에서의 발광 스펙트럼은 상기 여기 광원으로부터의 빛이 에너지 강도의 최대값을 나타내는 파장을 제1 파장, 상기 파장 변환 부재로부터의 빛이 에너지 강도의 최대값을 나타내는 파장을 제2 파장, 상기 제1 파장과 상기 제2 파장 사이에서 상기 발광 장치의 발광 스펙트럼이 에너지 강도의 최소값을 나타내는 파장을 제3 파장, 650 nm를 제4 파장으로 할 때, 상기 제1 파장에서의 에너지 강도와 상기 제3 파장에서의 에너지 강도의 비는 100:20 내지 100이고,
    상기 제1 파장에서의 에너지 강도와 제4 파장에서의 에너지 강도의 비는 100:45 내지 200의 관계이며,
    평균 연색 평가수가 91 이상인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 여기 광원은 발광 소자이고, 상기 파장 변환 부재는 형광 물질을 갖는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 파장 변환 부재는 조성이 다른 2종 이상의 형광 물질을 갖는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 발광 스펙트럼은 680 nm를 제5 파장으로 할 때, 상기 제1 파장에서의 에너지 강도와 제5 파장에서의 에너지 강도의 비가 100:25 내지 200인 것을 특징으로 하는 발광 장치.
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