KR20100080930A - 조명 장치 - Google Patents

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KR20100080930A
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phosphor
emission
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KR1020107010234A
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아케오 가사쿠라
요시히토 사토우
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미쓰비시 가가꾸 가부시키가이샤
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Abstract

반도체 발광 소자를 사용한 반도체 발광 장치를 갖는 조명 장치로서, 출력광의 합성을 안정적으로 실시하여 광의 분리를 억제하고 또한 색조 가변으로 하고, 또한 발광 장치 구동을 위한 제어를 가급적 간결한 것으로 한다. 반도체 발광 소자 및 형광체를 구비하고, 그 반도체 발광 소자로부터의 발광 및 그 발광으로 여기하여 형광되는 그 형광체로부터의 발광에 의해, 또는 그 반도체 발광 소자로부터의 발광으로 여기하여 형광되는 그 형광체로부터의 발광에 의해, 외부에 대해 광을 출사하는 반도체 발광 장치를, 발광색이 상이한 복수 종, 집적 배치한 발광부를 갖는 조명 장치로서, 각 반도체 발광 장치의 발광색은, UCS (u, v) 표색계 (CIE1960) 의 uv 색도도에 있어서, 흑체 복사 궤적으로부터의 편차 duv 가 -0.02
Figure pct00059
duv
Figure pct00060
0.02 의 범위 내에 들어가고, 복수 종의 반도체 발광 장치가 집적 배치된 발광부로부터의 각각의 출력광이 혼합되어 외부에 출사된다.

Description

조명 장치{LIGHTING SYSTEM}
본 발명은, 반도체 발광 소자로부터의 발광에 의해 외부에 대해 발광하는 반도체 발광 장치를 갖는 조명 장치에 관한 것이다.
종래에 백색계의 조명 장치로는, 형광체 등 다양한 것이 사용되어 왔으나, 최근, 무기 EL (Electro Luminescence), 유기 EL (OLED (Organic Light Emitting Diode)) 및 발광 다이오드 등의 반도체 발광 소자와 같은 새로운 광원이 개발되고 있고, 이들을 사용한 조명 장치도 개발되고 있다.
예를 들어 특허문헌 1 에는, 각각 청색, 녹색, 적색의 광을 발하는 3 종류의 발광 다이오드를 발광 장치로서 구비하고, 이들 3 종류의 발광 다이오드로부터 발하여진 광의 혼색에 의해 백색광을 얻는 조명 장치가 개시되어 있다. 특허문헌 1 에 개시된 조명 장치는, 또한, 3 종류의 발광 다이오드에 공급하는 구동 전류의 전류값을 3 종류의 발광 다이오드의 순방향 전압에 따라 변경하는 전류 조정 회로도 갖고, 각 발광 다이오드의 특성에 따라 화이트 밸런스를 조정할 수 있게 되어 있다.
그러나, 발광 다이오드는 발광 스펙트럼 폭이 비교적 좁기 때문에, 발광 다이오드를 발광 장치로서 사용한 조명 장치는, 일반 조명에서는 중요해지는 연색성이 낮아진다.
그래서 특허문헌 2 에는, 발광 다이오드로부터의 광을 형광체에 의해 파장 변환하는 발광 장치를 이용한 조명 장치가 개시되어 있다. 구체적으로는, (a) 청색 발광 다이오드로 이루어지는 청색 발광 장치, (b) 청색 발광 다이오드와, 청색 다이오드로부터의 청색광에 의해 여기되어 녹색광을 발하는 녹색 형광체를 조합한 녹색 발광 장치 및 (c) 청색 발광 다이오드와, 청색 발광 다이오드로부터의 청색광에 의해 여기되어 적색광을 발하는 적색 형광체를 조합한 적색 발광 장치를 구비한 조명 장치의 예가 특허문헌 2 에 나타나 있다. 이와 같이, 발광 다이오드로부터의 발광을 형광체에 의해 파장 변환함으로써 연색성이 개선된다. 또한 특허문헌 2 에는, 이들 각 색의 발광 장치의 출력을 조정함으로써, 발광색을 변화시키는 것도 기재되어 있다.
여기서 LED 는, 종래의 광원에서는 실현하기 곤란했던 색조 가변 조명의 광원으로서도 기대되고 있다. 그 일례로서, 적색 LED, 녹색 LED, 청색 LED 를 하나의 패키지로 함으로써 백색광을 출력하는 조명 장치가 개시되어 있다 (예를 들어 특허문헌 3 등을 참조). 이 기술에 있어서는, 상기 3 종류의 LED 에 공급되는 구동 전류를 각 LED 의 순방향 전압에 따라 조정함으로써, 각 LED 의 발광 효율을 일정하게 하고, 백색광의 휘도 안정화를 도모하기 위해, 또한 여러 가지 색조의 광을 출사하도록 연구되었다.
또한 LED 를 이용한 조명 기술로서, 청색 LED 와 적색 및 녹색 발색을 위한 형광체를 사용하여 적색, 청색, 녹색의 광을 발광하는 반도체 발광 장치를 조합하고, LED 의 출력을 제어함으로써, 흑체 복사 궤적을 트레이스하여, 자연광에 가까운 백색광을 출사하는 기술이 개시되어 있다 (예를 들어 특허문헌 3 ∼ 5, 비특허문헌 1 등을 참조). 또한 특허문헌 6-10 에도 다양한 LED 를 사용한 조명 장치가 제안되어 있다.
일본 공개특허공보 제2006-4839호 일본 공개특허공보 제2007-122950호 일본 공개특허공보 제2007-59260호 일본 공개특허공보 제2007-265818호 일본 공개특허공보 제2007-299590호 일본 공개특허공보 제2007-27310호 일본 공개특허공보 제2005-57272호 일본 공개특허공보 제2006-310613호 일본 공개특허공보 제2007-80880호 일본 공개특허공보 제2007-266314호
http://techon.nikkeibp.co.jp/article/NEWS/20070704/13537 3/(닛케이 BPnet 의 Tech-on 의 기사 보도)
상기 서술한 바와 같이, 특허문헌 1, 2 에 개시된 조명 장치는 3 색의 발광 장치를 갖고 있고, 이들 3 색을 혼색함으로써 백색광을 얻고 있다. 그 때문에, 혼색된 조명광은 백색이지만, 조명 장치의 발광부를 직접 보면, 혼색되기 전의 청색, 녹색 및 적색 3 색의 광이 보여, 관찰자에게 있어서 위화감이 있다. 또한 당해 조명 장치에 있어서는, 각 반도체 발광 소자로부터의 출력광이 합성됨으로써 백색광 등의 광이 출사되게 되는데, 일반적으로 반도체 발광 소자는 그 배향각이 좁기 때문에, 각 반도체 발광 소자의 출력광의 합성이 어렵고, 또한 합성광의 조사면에서는 광의 분리가 발생하는 경우가 있다. 따라서, 물체를 조명함으로써 발생하는 그림자도, 그 주변에서는 각 색 발광 소자의 위치에서 기인하여 청색, 녹색 및 적색의 그림자가 발생하고, 역시 단일의 백색 광원으로 조명한 경우와 비교하여 위화감이 있다.
또한 특허문헌 1, 2 에 개시된 조명 장치는, 각 색 발광 장치의 출력을 조정하여 발광색을 변화시키는데, 청색광, 녹색광 및 적색광을 혼색하여 원하는 발광색이 되도록 변화시키기 위해서는 복잡한 제어가 필요하다. 예를 들어 적색 반도체 발광 소자, 녹색 반도체 발광 소자, 청색 반도체 발광 소자를 그대로 광원으로서 사용한 조명 장치에 있어서는, 각 반도체 발광 소자의 구동 전압이 각각 상이하기 때문에, 요구되는 출력광을 얻기 위해 각 반도체 발광 소자에 공급되는 전압 및 전류를 각 반도체 발광 소자의 특성마다 세세하게 제어할 필요가 있다.
또한, 조명 장치의 광의 색온도를 제어하고자 하는 경우, 종래 기술에 의하면 색온도에 대한 발광 효율의 변동이 비교적 크기 때문에, 안정적인 출력광을 얻기 위해서도 복잡한 반도체 발광 소자의 구동 제어가 요구되게 된다.
본 발명에서는, 상기한 문제를 감안하여, 반도체 발광 소자를 사용한 반도체 발광 장치를 갖는 조명 장치로서, 출력광의 합성을 안정적으로 실시하여 광의 분리를 억제하고 또한 색조 가변으로 하고, 또한 발광 장치 구동을 위한 제어를 가급적 간결한 것으로 하는 반도체 발광 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 첫 번째로, 본 발명은, 반도체 발광 소자 및 형광체를 구비하고, 그 반도체 발광 소자로부터의 발광 및 그 발광으로 여기하여 형광되는 그 형광체로부터의 발광에 의해, 혹은 그 반도체 발광 소자로부터의 발광으로 여기하여 형광되는 그 형광체로부터의 발광에 의해, 외부에 대해 광을 출사하는 반도체 발광 장치를, 발광색이 상이한 복수 종, 집적 배치한 발광부를 갖는 조명 장치로서, 상기 각 반도체 발광 장치의 발광색은, UCS (u, v) 표색계 (CIE1960) 의 uv 색도도에 있어서, 흑체 복사 궤적으로부터의 편차 duv 가 -0.02
Figure pct00001
duv
Figure pct00002
0.02 의 범위 내에 들어가고, 복수 종의 반도체 발광 장치가 집적 배치된 발광부로부터의 각각의 출력광이 혼합되어 외부에 출사된다.
본 발명에 있어서의 흑체 복사 궤적으로부터의 편차 duv 는, JIS Z 8725 (광원의 분포 온도 및 색온도·상관 색온도의 측정 방법) 의 5.4 항의 비고의 정의에 따른다. 그리고, 상기 복수 종의 반도체 발광 장치에서는 발광색이 서로 상이함으로써, 바꿔 말하면, 각 반도체 발광 장치에 있어서는 출력광의 색온도가 서로 상이하다. 이와 같이 편차 duv 가 각 반도체 발광 장치에 있어서 설정되고, 또한 복수 종의 반도체 발광 장치가 집적 배치된 발광부에 의한 발광이 실시됨으로써, 본 발명에 관련된 조명 장치에 있어서, 백색광의 색온도를 안정적으로, 또한 용이한 전력 공급 제어에 의해 조정할 수 있게 된다.
여기서, 상기 조명 장치에 있어서, 상기 반도체 발광 소자는, 발광 피크 파장이 350 ㎚ 이상 430 ㎚ 이하의 범위에 있어도 된다. 즉, 반도체 발광 소자의 발광 영역이 이른바 근자외 영역 또는 자외 영역에 속하는 것이어도 된다. 근자외 영역 또는 자외 영역에 발광 영역을 갖는 반도체 발광 소자는, 물리적 성질로서, 형광체를 통한 출력광의 색온도에 대한 휘도가 안정적인 경향이 있기 때문에, 반도체 발광 장치의 출력광의 휘도를 안정시키면서 그 색조를 조정하고자 할 때의 각 반도체 발광 소자에 대한 공급 전력의 제어가 용이해진다.
또한, 상기 서술한 조명 장치에 있어서, 상기 복수 종의 반도체 발광 장치 중 적어도 1 종의 반도체 발광 장치는 상기 흑체 복사 궤적으로부터의 편차 duv 의 값이 정 (正) 이어도 된다. 이는 편차 duv 의 값의 일례로서, 한정할 의도는 없다.
또한, 상기 서술한 조명 장치를, 상기 복수 종의 반도체 발광 장치에 대한 공급 전력을 각각 제어함으로써, 상기 발광부로부터의 출력광의 발광색을 제어하는 발광 강도 제어부를 구비하도록 구성해도 된다. 즉, 발광 강도 제어부가, 발광색이 상이한 반도체 발광 장치에 대한 공급 전력을 각각 제어함으로써, 조명 장치로서의 출력광의 발광색이 제어되게 된다. 이 구성에 의해, 조명 장치로부터의 발광색의 제어가 용이해진다.
여기서, 상기 발광 강도 제어부는, 상기 발광부로부터의 발광색의 상관 색온도를, 반도체 발광 장치의 발광색의 역수 상관 색온도로 소정량을 변화시킴으로써 제어해도 된다. 당해 역수 상관 색온도는, 본 발명에 있어서는, 반도체 발광 장치의 출력광의 상관 색온도의 역수라고 정의된다. 반도체 발광 장치의 출력광의 상관 색온도의 변동은, 인간의 시각에 대해서는 비례적으로 반영되지 않는 점에 출원인은 주목하고, 그래서 역수 상관 색온도를 발광 강도 제어부에 의한 제어의 파라미터로서 이용한 것이다. 이로써, 인간의 시각을 기준으로 한 색온도의 제어, 바꿔 말하면 인간의 감각에 따른 색온도의 제어를 용이하게 실시할 수 있게 된다.
또한, 상기 복수 종의 반도체 발광 장치 중 적어도 하나의 반도체 발광 장치는, 그 반도체 발광 장치의 발광색의 역수 상관 색온도가, 그 반도체 발광 장치에 대한 공급 전력의 변화에 대한 그 반도체 발광 장치의 상관 색온도 변화가 소정량 이상이 되는 소정 범위에 속하도록 설정되어도 된다. 인간의 시각에 있어서는, 역수 상관 색온도의 변화량이 작은 경우, 즉 상기 소정량보다 낮은 값인 경우에는, 당해 인간은 발광색의 상관 색온도의 변화를 인식하기가 곤란해지는 점에 출원인은 주목하고, 그래서 반도체 발광 장치의 발광색의 역수 상관 색온도를 상기 소정량 이상의 소정 범위에 속하도록 설정함으로써, 효과적인 조명 장치로서의 발광색의 상관 색온도의 제어가 가능해진다.
상기 서술한 조명 장치에 있어서, 상기 발광 강도 제어부는, 상기 반도체 발광 장치의 발광색의 역수 상관 색온도에 기초하여 상기 복수 종의 반도체 발광 장치에 대한 공급 전력을 제어해도 된다. 그리고, 사용자로부터의, 상기 반도체 발광 장치의 발광색의 상관 색온도의 조정 요구를, 그 상관 색온도에 관련된 소정 파라미터량의 변화를 통해 접수하는 요구 접수부를 구비하는 경우, 상기 요구 접수부에 의해 접수된 조정 요구에 관한 상기 소정 파라미터가, 상기 반도체 발광 장치의 발광색의 상관 색온도의 변화에 대해 비례적으로 변화하도록, 상기 발광 강도 제어부는, 역수 상관 색온도에 기초하여 그 반도체 발광 장치에 대한 공급 전력을 제어해도 된다. 즉, 사용자로부터의 상관 색온도에 관한 요구와 반도체 발광 장치의 발광색의 상관 색온도가 비례적으로 변동하도록, 발광 강도 제어부는, 상관 색온도의 특성, 즉 상관 색온도의 변동이 인간의 시각에 대해서는 비례적으로 반영되지 않는 점에 근거하여 역수 상관 색온도에 기초한 공급 전력을 제어한다. 이 결과, 사용자 자신은, 상기 상관 색온도의 특성을 인식하지 않아도, 조명 장치로서의 발광색의 상관 색온도를 용이하게 제어할 수 있다.
상기 서술한 조명 장치에 있어서, 상기 발광 강도 제어부는, 상기 복수 종의 반도체 발광 장치의 각각을 제어함으로써, 그 복수 종의 반도체 발광 장치로부터의 각각의 발광색에 대응하는 복수의 색도점 사이를 연결하는 직선 상에 있는, 또는 그 직선에 의해 형성되는 다각형 내에 있는 색도점이 되도록, 상기 발광부로부터의 출력광의 발광색을 조정해도 된다. 즉, 본 발명에 관련된 조명 장치에서는, 각각의 반도체 발광 장치가 발광 강도 제어부에 의해 전력 공급을 제어할 수 있으므로, 상기 색도점 사이를 연결하는 직선 상 또는 그 직선으로 형성되는 다각형의 내부에 있는 색도점이 되도록, 반도체 발광 장치의 출력광을 용이하게 제어할 수 있다.
상기 서술한 조명 장치에 있어서, 상기 발광 강도 제어부는, 상기 복수 종의 반도체 발광 장치에 대한 전력을 PWM 제어에 의해 공급함으로써, 상기 발광부로부터 발하여지는 발광색의 상관 색온도를 제어해도 된다. PWM (Pulse Width Modulation) 제어를 실시함으로써, 각각의 반도체 발광 장치로부터의 단위 시간당 출력광량의 비율을 조정하고, 이로써 반도체 발광 장치의 출력광의 색온도가 조정된다.
또한, 다른 반도체 발광 장치에 대한 공급 전력의 제어로서, 발광색의 상관 색온도가 상이한 2 종류의 상기 반도체 발광 장치가, 순 (順) 바이어스 방향이 서로 역방향이 되도록 병렬 접속된 회로를 구비하는 경우, 상기 발광 강도 제어부는, 상기 회로에 직사각형파 형상의 교류 전압을 인가하고, 또한 그 직사각형파 형상의 교류 전압의 듀티비를 제어해도 된다. 상기 회로에 의해, 각 반도체 발광 장치에 대한 전력 공급의 제어가 매우 간결해지게 된다.
여기서, 상기 서술한 조명 장치에 있어서, 상기 반도체 발광 장치는, 상기 형광체로서, 상기 반도체 발광 소자로부터의 발광에 의해 여기되어 청색의 형광을 발하는 청색 형광체, 상기 반도체 발광 소자로부터의 발광에 의해 여기되어 녹색의 형광을 발하는 녹색 형광체, 및 상기 반도체 발광 소자로부터의 발광에 의해 여기되어 적색의 형광을 발하는 적색 형광체를 포함해도 된다.
또한 상기 반도체 발광 장치는, 상기 반도체 발광 소자 및 상기 형광체를 봉지 (封止) 하는 투광성 재료를 추가로 갖는 것이어도 되고, 일례로서 그 투광성 재료는 규소 함유 화합물이어도 된다.
또한, 상기 서술한 상기 반도체 발광 장치의 발광색은, 상관 색온도가 2000 K 이상 50000 K 이하의 범위에 있는 것을 채용할 수 있다.
또한, 상기 서술한 조명 장치를 다른 측면에서 파악하여, 다음과 같이 구성해도 된다. 발광색이 상이한 복수 종의 고체 발광 장치를 집적 배치한 발광부를 갖는 조명 장치로서, 상기 각 고체 발광 장치의 발광색은, XYZ 표색계 (CIE1931) 의 xy 색도도에 있어서 흑체 복사 궤적으로부터의 편차 Δuv 가 -0.02
Figure pct00003
Δuv
Figure pct00004
0.02 의 범위 내에 있다. 그리고 이 조명 장치에 대해서도, 상기 서술까지에 개시된 기술적 특징은 적용할 수 있다.
또한 고체 발광 장치의 발광색이 「XYZ 표색계 (CIE1931) 의 xy 색도도에 있어서 흑체 복사 궤적으로부터의 편차 Δuv 가 -0.02
Figure pct00005
Δuv
Figure pct00006
0.02 의 범위 내에 있다」라는 것은, 고체 발광 장치의 발광색이 「UCS (u, v) 표색계 (CIE1960) 의 uv 색도도에 있어서, 흑체 복사 궤적으로부터의 편차 duv 가 -0.02
Figure pct00007
duv
Figure pct00008
0.02 의 범위 내에 들어가는」것과 동일한 의미이다.
다음으로, 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명을 다른 측면에서 파악한다. 그것에서는, 반도체 발광 소자가 실장되어 있는 패키지로부터의 발광에 의해 외부에 대해 발광하는 반도체 발광 장치에 있어서, 패키지로부터의 광의 출력면을 복수로 분할하고, 각각에 반도체 발광 소자와 형광부를 대응시켜 배치시키고, 2 개 이상의 형광부에 의해 출력된 광의 스펙트럼이 서로 상이하도록 하였다. 요컨대, 하나의 패키지에 있어서 각각에 형광부가 배치됨으로써, 출력광의 합성이 안정적으로 실시되게 되고, 또한 발광 장치의 발광은 스펙트럼이 상이한 2 개의 형광부에 의해 주로 조정되기 때문에, 당해 반도체 발광 소자의 구동도 간결해진다.
상세하게는, 본 발명은, 적어도 패키지, 반도체 발광 소자 및 형광체를 구비하고, 그 반도체 발광 소자로부터의 발광 및 그 발광으로 여기하여 형광되는 그 형광체로부터의 발광에 의해, 혹은 그 반도체 발광 소자로부터의 발광으로 여기하여 형광되는 그 형광체로부터의 발광에 의해, 외부에 대해 광을 출사하는 반도체 발광 장치다. 그리고, 당해 반도체 발광 장치에 있어서, 상기 패키지는, 상기 반도체 발광 장치의 출사 방향으로 개구되는 개구부와, 그 패키지 내부를 분할하여 획정되는 복수의 분할 영역부를 갖고, 그 분할 영역부의 각각은 상기 개구부의 일부인 분할 개구부에 있어서 개구되어 있다. 또한, 상기 복수의 분할 영역부의 각각은, 1 또는 복수의 상기 반도체 발광 소자와, 상기 반도체 발광 소자에 전력을 공급하는 전력 공급부와, 상기 형광체와, 상기 분할 영역부를 봉지하는 투광성 재료를 포함하는 형광부를 갖고, 상기 복수의 분할 영역부 중 적어도 1 의 분할 영역부와 다른 분할 영역부에 있어서, 상기 형광부로부터 출력되는 광의 스펙트럼이 서로 상이하다.
상기 반도체 발광 장치에 있어서는, 장치로부터의 출력광을 출사하기 위한 개구부를 복수로 분할하도록, 패키지 내부에 분할 영역부가 획정된다. 이 분할 영역부에 있어서의 개구 부분은 상기 분할 개구부로서 정의되고, 이 분할 개구부는 상기 발광 장치 본체의 개구부의 일부를 차지하게 된다. 여기서, 각 분할 영역부에는, 반도체 발광 소자와 그에 대응하는 전력 공급부 및 형광체와 투광성 재료를 포함하는 형광부가 구비된다. 따라서, 각 반도체 발광 소자로부터의 출력광은 형광체를 여기하여 형광시킨 후, 형광체에 의한 발광과 함께 투광성 재료를 거쳐, 대응하는 분할 영역부의 분할 개구부로부터 외부에 도달하게 된다.
이와 같이 상기 반도체 발광 장치에서는, 하나의 패키지에 1 또는 복수의 반도체 발광 소자와 그에 대응하는 전력 공급부와 형광부가 조합이 되어, 그 복수 조합이 패키지화된 상태로 되어 있다. 그리고, 각 형광부로부터 출력되는 광이 각각의 분할 개구부로부터 출사 방향을 따라 출력되기 때문에, 출력광이 적당히 산란되기 쉬워져 출력광끼리의 합성이 안정적으로 실시되게 된다. 그 결과, 반도체 발광 장치의 외부의 조사면에 있어서는, 그 분할 개구부로부터 출사된 출력광의 합성광에 있어서의 광의 분리가 억제된다.
또한 상기 반도체 발광 장치에서는, 1 의 분할 영역부로부터의 출력광과 다른 분할 영역부로부터의 출력광에 대해, 각각의 출력광의 스펙트럼이 상이하다. 따라서, 반도체 발광 장치 외의 조사면에 있어서는, 적어도 2 종류의 스펙트럼을 갖는 광의 합성광이 도달하게 되므로, 이 적어도 2 종류의 스펙트럼의 광을 이용하여, 반도체 발광 장치로부터의 출력광을 조정할 수 있다.
여기서, 상기 서술한 반도체 발광 장치의 상기 복수의 분할 영역부의 각각에 있어서, 상기 반도체 발광 소자는, 근자외 영역 또는 자외 영역에 발광 영역을 갖도록 해도 된다. 예를 들어 반도체 발광 소자의 발광 피크 파장이 350 ㎚ 이상 430 ㎚ 이하의 범위에 들어가면 된다. 근자외 영역 또는 자외 영역에 발광 영역을 갖는 반도체 발광 소자는, 물리적 성질로서, 형광체를 통한 출력광의 색온도에 대한 휘도가 안정적인 경향이 있기 때문에, 반도체 발광 장치의 출력광의 휘도를 안정시키면서 그 색조를 조정하고자 할 때의 각 반도체 발광 소자에 대한 공급 전력의 제어가 용이해진다.
또한, 상기 반도체 발광 장치의 복수의 분할 영역부의 각각에 있어서, 상기 형광부로부터 출력되는 광의 발광색은, UCS (u, v) 표색계 (CIE1960) 의 uv 색도도에 있어서, 흑체 복사 궤적으로부터의 편차 duv 가 -0.02
Figure pct00009
duv
Figure pct00010
0.02 의 범위 내에 들어가도록 해도 된다. 또한, 본 발명에 있어서의 흑체 복사 궤적으로부터의 편차 duv 는, JIS Z 8725 (광원의 분포 온도 및 색온도·상관 색온도의 측정 방법) 의 5.4 항의 비고의 정의에 따른다. 이와 같이 함으로써, 본 발명에 관련된 반도체 발광 장치에 있어서, 백색광의 색온도를 안정적으로, 또한 용이한 전력 공급 제어에 의해 조정할 수 있게 된다.
여기서, 상기 반도체 발광 장치에 있어서, 상기 전력 공급부를 통해, 상기 복수의 분할 영역부의 각각에 있어서의 상기 반도체 발광 소자에 대한 공급 전력을 제어함으로써, 각 분할 영역부로부터의 출력광의 발광 강도를 독립적으로 제어하는 발광 강도 제어부를 추가로 구비하도록 해도 된다. 상기 반도체 발광 장치에 있어서는, 분할 영역부의 각각에는, 반도체 발광 소자와 그에 대응하는 형광부가 조합이 되어 구비되어 있다. 따라서, 발광 강도 제어부는, 전력 공급부를 통해 각 분할 영역부의 반도체 발광 소자에 공급하는 전력을 여러 가지 목적에서 독립적으로 제어함으로써, 각 분할 영역부로부터의 출력광을 조정할 수 있고, 이로써, 반도체 발광 장치의 출력광을 제어할 수 있다.
특히, 상기 1 의 분할 영역부의 반도체 발광 소자와 다른 분할 영역부의 반도체 발광 소자에 대한 전력 공급을 제어함으로써, 상이한 스펙트럼의 출력광의 발광 강도를 조정할 수 있게 된다. 그 결과, 반도체 발광 장치의 출력광의 스펙트럼을, 상기 적어도 2 종류의 스펙트럼에 의해 결정되는 스펙트럼의 범위에서 조정할 수 있게 된다.
또한, 각 분할 영역부로부터의 출력광의 발광 강도의 제어를 보다 용이하게 하기 위해, 각 분할 영역부 내의 반도체 발광 소자를 모두 동일 종으로 하는 것이 바람직하다. 이로써 각 반도체 발광 소자의 물리 특성, 특히 공급 전력과 발광 강도의 상관이 동일해지므로, 상기 제어의 용이화에 공헌하게 된다. 이 때, 각 분할 영역부로부터의 출력광의 스펙트럼에 대해서는, 각각의 형광부의 종류를 선택함으로써, 각 분할 영역부로부터의 출력광의 스펙트럼을 조정할 수 있으므로, 이로써 공급 전력의 제어를 보다 용이하게 하면서 안정적인 광의 합성을 가능하게 하는 출력광을 얻을 수 있다. 또한 상기한 것은, 본 발명에 관련된 반도체 발광 장치에 있어서, 종류가 상이한 반도체 발광 소자의 채용을 저해하는 것은 아니다.
여기서, 상기 발광 강도 제어부는, 상기 발광부로부터의 발광색의 상관 색온도를, 반도체 발광 장치의 발광색의 역수 상관 색온도로 소정량을 변화시킴으로써 제어해도 된다. 또한 상기 발광 강도 제어부는, 상기 복수의 분할 영역부로부터의 발광색의 역수 상관 색온도에 기초하여 그 복수의 분할 영역부의 각각에 있어서의 상기 반도체 발광 소자에 대한 공급 전력을 제어해도 된다. 또한 사용자로부터의, 상기 복수의 분할 영역부로부터의 발광색의 상관 색온도의 조정 요구를, 그 상관 색온도에 관련된 소정 파라미터량의 변화를 통해 접수하는 요구 접수부를 구비하는 경우, 상기 요구 접수부에 의해 접수된 조정 요구에 관한 상기 소정 파라미터가, 상기 복수의 분할 영역부로부터의 발광색의 상관 색온도의 변화에 대해 비례적으로 변화하도록, 상기 발광 강도 제어부는, 역수 상관 색온도에 기초하여 그 복수의 분할 영역부의 각각에 있어서의 상기 반도체 발광 소자에 대한 공급 전력을 제어해도 된다. 이와 같은 역수 상관 색온도에 기초한 발광 강도 제어부에 의한 제어에 대해서는, 상기 서술한 바와 같다.
여기서, 상기 서술한 반도체 발광 장치에 있어서, 각 반도체 발광 소자에 대한 전력 공급에 대해 언급한다. 먼저, 상기 전력 공급부는, 상기 복수의 분할 영역부가 갖는 상기 반도체 발광 소자에 대해 전력을 공급하는 복수의 배선을 갖고, 상기 발광 강도 제어부는, 상기 복수의 배선을 통해 상기 반도체 발광 소자에 대한 공급 전력을 상기 분할 영역부마다 독립적으로 제어하도록 해도 된다. 즉, 각 반도체 발광 소자에 대응하는 배선을 이용하여, 발광 강도 제어부는 각 반도체 발광 소자에 대한 전력 공급을 독립적으로 제어한다.
또한 상기 반도체 발광 장치에 있어서, 상기 반도체 발광 소자는, 공급 전력에 관한 극성을 갖는 쌍의 입력 전극 (예를 들어 p 전극과 n 전극) 을 포함하고, 상기 전력 공급부는, 상기 쌍의 입력 전극이 각각 접속됨으로써 전력 공급을 실시하는 1 쌍의 배선을 갖고, 상기 복수의 분할 영역부 중 상기 1 의 분할 영역부를 포함하는 일부분의 분할 영역부 내의 상기 반도체 발광 소자의, 상기 배선에 대한 접속은, 상기 다른 분할 영역부를 포함하는 남은 부분의 분할 영역부 내의 상기 반도체 발광 소자의, 상기 배선에 대한 접속에 있어서의 극성과 반전 상태가 되고, 상기 발광 강도 제어부는, 상기 1 쌍의 배선에 교류 전력을 공급하도록 해도 된다.
상기 반도체 발광 소자는, 극성을 갖는 쌍의 입력 전극을 갖고 있기 때문에, 그 입력 전극에 인가되는 전압의 방향이 순방향 (반도체 발광 소자의 p 전극에 +, n 전극에 -) 시에는 발광하고, 역방향시에는 비발광이 된다. 그리고, 상기 일부분의 분할 영역부 내의 반도체 발광 소자와, 상기 남은 부분의 분할 영역부 내의 반도체 발광 소자에서는 극성이 반전 상태에서 접속되어 있다. 그 결과, 발광 강도 제어부가, 1 쌍의 전력 공급선에 교류 전력을 공급하면, 일부분의 발광 영역 내의 반도체 발광 소자와, 남은 부분의 발광 영역 내의 반도체 발광 소자가 교대로 발광하므로, 그 발광 강도 제어부가, 그 교류 전력을 제어하는 것만으로 반도체 발광 장치의 출력광의 발광 강도를 용이하게 조정하여 색조를 가변으로 할 수 있게 된다.
그 발광 강도 제어부에 의한 교류 전력의 제어의 일례로서, 상기 발광 강도 제어부는, 상기 1 쌍의 배선에 직사각형파 형상의 교류 전압을 인가하고, 또한 그 직사각형파 형상의 교류 전압의 듀티비를 제어하도록 해도 된다. 즉, 발광 강도 제어부가, 1 쌍의 배선에 대해 인가하는 직사각형파 전압의 이른바 PWM (Pulse Width Modulation) 제어를 실시함으로써, 상기 일부분의 분할 영역부로부터의 단위 시간당 출력광량과 남은 부분의 분할 영역부로부터의 단위 시간당 출력광량의 비율을 조정하고, 이로써 반도체 발광 장치의 출력광의 색조가 조정된다. 특히, 일부분의 분할 영역부에는 상기 1 의 분할 영역부가 포함되고, 남은 부분의 분할 영역부에는 상기 다른 분할 영역부가 포함되기 때문에, 상이한 스펙트럼의 단위 시간당 출력광의 광량의 비율을 용이하게 조정할 수 있어, 색조 가변이 되게 된다.
여기서, 상기 서술한 반도체 발광 장치의 상기 복수의 분할 영역부의 각각에 있어서, 상기 발광 강도 제어부는, 상기 복수의 분할 영역부의 각각을 제어함으로써, 그 복수의 분할 영역부로부터의 각각의 발광색에 대응하는 복수의 색도점 사이를 연결하는 직선 상에 있는, 또는 그 직선에 의해 형성되는 다각형 내에 있는 색도점이 되도록, 상기 반도체 발광 장치로부터의 출력광의 발광색을 조정하도록 해도 된다. 즉, 본 발명에 관련된 반도체 발광 장치에서는, 각 분할 영역부의 반도체 발광 소자를 독립적으로 제어할 수 있으므로, 상기 색도점 사이를 연결하는 직선 상 또는 그 직선으로 형성되는 다각형의 내부에 있는 색도점이 되도록, 반도체 발광 장치의 출력광을 용이하게 제어할 수 있다.
또한 상기 서술한 조명 장치에 있어서, 상기 투광성 재료는 규소 함유 화합물이어도 된다. 또한, 상기 서술한 상기 분할 영역의 발광색은, 상관 색온도가 2000 K 이상 50000 K 이하의 범위에 있어도 된다.
또한 상기 반도체 발광 장치에 있어서, 출사되는 광의 상관 색온도가 3000 K 에서 6500 K 로 변화할 때, 그 발광 스펙트럼의 파장의 540 ∼ 560 ㎚ 의 파장 범위에 있어서, 발광 강도의 변화율의 절대값이 10 % 이하여도 된다.
반도체 발광 소자를 사용한 반도체 발광 장치를 갖는 조명 장치에 있어서, 출력광의 합성을 안정적으로 실시하여 광의 분리를 억제하고 또한 색조 가변으로 하고, 또한 발광 장치 구동을 위한 제어를 가급적 간결한 것으로 할 수 있게 된다.
도 1 은 본 발명의 실시형태 1 에 의한 고체 발광 장치의 모식적 단면도이다.
도 2a 는 본 발명의 실시형태 2 에 의한 고체 발광 장치의 모식적 사시도이다.
도 2b 는 도 2a 에 나타내는 고체 발광 장치의 분해 사시도이다.
도 3 은 LED 의 구조축을 설명하는 도면이다.
도 4(a) ∼ 4(d) 는 본 발명의 조명 장치에 있어서의 고체 발광 장치의 배치예를 나타내는 모식도이다.
도 5(a) ∼ 5(d) 는 본 발명의 조명 장치에 있어서의 고체 발광 장치의 배치예를 나타내는 모식도이다.
도 6 은 본 발명의 조명 장치에 있어서의 고체 발광 장치의 배치예를 나타내는 모식도이다.
도 7 은 본 발명의 조명 장치에 있어서의 고체 발광 장치의 배치예를 나타내는 모식도이다.
도 8 은 본 발명에 있어서 상관 색온도가 상이한 2 종류의 고체 발광 장치를 갖는 경우의, 흑체 복사 궤적과 상관 색온도의 관계의 일례를 나타내는 xy 색도도이다.
도 9 는 도 8 에 나타내는 xy 색도도의 요부 확대도이다.
도 10 은 흑체 복사 궤적과 상관 색온도의 관계의 다른 예를 나타내는 xy 색도도의 요부 확대도이다.
도 11 은 본 발명에 있어서 상관 색온도가 상이한 3 종류의 고체 발광 장치를 갖는 경우의, 흑체 복사 궤적과 상관 색온도의 관계의 일례를 나타내는 xy 색도도의 요부 확대도이다.
도 12 는 PWM 제어에 의해 반도체 발광 소자의 에너지비를 제어하는 경우의 회로도의 일례이다.
도 13 은 고체 발광 장치가 PWM 제어되는 복수의 발광부를 갖는 조명 장치의 일례의 블록도이다.
도 14a 는 본 발명의 실시예에 관련된 제 1 반도체 발광 장치의 개략 구성의 사시도이다.
도 14b 는 도 14a 에 나타내는 패키지 내의 반도체 발광 소자에 전력을 공급하는 배선의 실장 상태를 나타내는 도면이다.
도 15 는 도 14a, 도 14b 에 나타내는 반도체 발광 장치의 단면도이다.
도 16 은 도 14a, 도 14b 에 나타내는 반도체 발광 장치에서의 반도체 발광 소자와 기판의 접속 관계를 나타내는 도면이다.
도 17 은 본 발명의 실시예에 관련된 반도체 발광 장치의 제조 공정을 나타내는 제 1 도면이다.
도 18 은 본 발명의 실시예에 관련된 반도체 발광 장치의 제조 공정을 나타내는 제 2 도면이다.
도 19 는 패키지 내의 반도체 발광 소자에 전력을 공급하는 배선의 실장 상태를 나타내는 제 2 도면이다.
도 20 은 도 19 에 나타내는 패키지에 있어서, 각 반도체 발광 소자의 전극과 배선의 접속 관계를 나타내는 도면이다.
도 21 은 도 19 및 도 20 에 나타내는 반도체 발광 장치의 전극에 인가되는 직사각형파 전압의 예를 나타내는 도면이다.
도 22 는 반도체 발광 장치에 대한 전력 공급 제어의 플로우 차트이다.
도 23 은 본 발명의 실시예에 관련된 반도체 발광 장치에 있어서, 각 분할 영역부로부터의 출력광에 설정되는 백색광의 색도점과 흑체 복사 궤적의 관계를 나타내는 도면이다.
도 24 는 도 23 에 나타내는 백색광의 색도점과 흑체 복사 궤적의 관계에 대한 요부 확대도이다.
도 25 는 본 발명의 실시예에 관련된 반도체 발광 장치에 있어서 채용이 가능한 각종 반도체 발광 소자와 형광체의 조합에 대해, 출력광의 색온도와 발광 효율의 상관 관계를 나타내는 도면이다.
도 26 은 본 발명의 실시예에 관련된 반도체 발광 장치로 구성되는 발광 모듈의 개략 구성을 나타내는 도면이다.
도 27 은 도 26 에 나타내는 발광 모듈의 발광 스펙트럼의 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 28 은 도 26 에 나타내는 발광 모듈의 색도도이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
여기서, 본 발명에 관련된 조명 장치의 실시예에 대해, 명세서 첨부의 도면에 기초하여 설명한다. 또한, 당해 실시예는 본 발명에 관련된 반도체 발광 장치의 일례를 나타내는 것으로서, 본 발명의 권리 범위를 이에 한정하는 것은 아니다.
<제 1 실시형태>
본 발명의 조명 장치는, 발광색, 특히 상관 색온도가 상이한 복수 종의 고체 발광 장치를 집적 배치한 발광부를 갖는 조명 장치로서, 각 고체 발광 장치의 발광색은, XYZ 표색계 (CIE1931) 의 xy 색도도에 있어서 흑체 복사 궤적으로부터의 편차 Δuv 가 -0.02
Figure pct00011
Δuv
Figure pct00012
0.02 의 범위 내, 바람직하게는 -0.01
Figure pct00013
Δuv
Figure pct00014
0.01 의 범위 내, 보다 바람직하게는 0
Figure pct00015
Δuv
Figure pct00016
0.01 의 범위 내인 것이 특징이다. 이하, 각 구성 요건에 대해 상세히 서술한다.
[1] 고체 발광 장치
본 발명의 조명 장치에 사용되는 고체 발광 장치는, 조명 장치의 합성광의 성분이 되는 1 차 광을 발한다. 고체 발광 장치는, 고체 발광 소자 및 형광체를 함유하는 것이 바람직하고, 필요에 따라 기타 임의의 성분을 함유하고 있어도 된다.
이하, 고체 발광 장치의 구성 요소에 대해 상세히 서술한다.
[1-1] 고체 발광 소자
고체 발광 소자는, 후술하는 [1-2] 항의 형광체를 여기하는 광을 발광한다. 고체 발광 소자의 발광 파장은, 형광체의 흡수 파장과 중복되는 것이면 특별히 제한되지 않고, 폭넓은 발광 파장 영역의 발광 소자를 사용할 수 있다.
본 발명의 조명 장치에 사용되는 고체 발광 소자의 종류는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 반도체 발광 소자, 무기 EL 및 유기 EL 등을 들 수 있다. 이들 중에서도, 긴 수명, 에너지 절약, 저발열량, 고속 응답성, 내충격성, 소형·경량성, 내환경성의 관점에서 반도체 발광 소자를 사용하는 것이 바람직하다.
반도체 발광 소자로는, 구체적으로는 발광 다이오드 (LED) 나 반도체 레이저 다이오드 (LD) 등을 사용할 수 있다. 반도체 발광 소자의 발광 피크 파장은, 형광체의 여기 효율, 나아가서는 형광체의 여기광으로부터 형광으로의 변환 효율과 관계하는 중요한 요소로서, 통상적으로는 자외 영역부터 청색 영역까지의 발광 파장을 갖는 발광 소자를 사용할 수 있고, 구체적 수치로는 통상 300 ㎚ 이상, 바람직하게는 330 ㎚ 이상, 보다 바람직하게는 350 ㎚ 이상, 또한 통상 500 ㎚ 이하, 바람직하게는 480 ㎚ 이하, 보다 바람직하게는 430 ㎚ 이하의 피크 발광 파장을 갖는 발광 소자가 사용된다.
그 중에서도, GaN 계 화합물 반도체를 사용한 GaN 계 LED 나 LD 가 바람직하다. 왜냐하면, GaN 계 LED 나 LD 는, 이 영역의 광을 발하는 SiC 계 LED 등에 비하여 발광 출력이나 외부 양자 효율이 현격하게 크고, 후술하는 형광체와 조합함으로써 매우 저전력으로 매우 밝은 발광이 얻어지기 때문이다. 예를 들어 동일한 전류 부하에 대해, 통상 GaN 계 LED 나 LD 는 SiC 계의 100 배 이상의 발광 강도를 갖는다. GaN 계 LED 나 LD 에 있어서는, AlxGayN 발광층, GaN 발광층 또는 InxGayN 발광층을 갖고 있는 것이 바람직하다. GaN 계 LED 에 있어서는, 그들 중에서 InxGayN 발광층을 갖는 것이 발광 강도가 매우 강하기 때문에 특히 바람직하고, GaN 계 LD 에 있어서는, InxGayN 층과 GaN 층의 다중 양자 우물 구조인 것이 발광 강도가 매우 강하기 때문에 특히 바람직하다.
또한, 상기 조성식에 있어서 x + y 의 값은 통상 0.8 ∼ 1.2 의 범위의 값이다. GaN 계 LED 에 있어서, 이들 발광층에 Zn 이나 Si 를 도프한 것이나 도펀트가 없는 것이 발광 특성을 조절하는 데 있어서 바람직한 것이다.
GaN 계 LED 는 이들 발광층, p 층, n 층, 전극 및 기판을 기본 구성 요소로 한 것으로서, 발광층을 n 형과 p 형의 AlxGayN 층, GaN 층 또는 InxGayN 층 등으로 샌드위치로 한 헤테로 구조를 갖고 있는 것이 발광 효율이 높아 바람직하고, 또한 헤테로 구조를 양자 우물 구조로 한 것이 발광 효율이 더욱 높아 보다 바람직하다.
GaN 계 반도체 발광 소자를 형성하기 위한 GaN 계 결정층의 성장 방법으로는, HVPE 법, MOVPE 법, MBE 법 등을 들 수 있다. 후막을 형성하는 경우에는 HVPE 법이 바람직하지만, 박막을 형성하는 경우에는 MOVPE 법이나 MBE 법이 바람직하다.
[1-2] 형광체
본 발명의 조명 장치에 사용되는 형광체는, [1-1] 항에서 상기 서술한 고체 발광 소자로부터의 발광으로 여기되어, 고체 발광 소자로부터의 광을 상이한 파장의 광으로 변환시킨다.
이러한 형광체의 조성에는 특별히 제한은 없지만, 산화물 형광체 또는 질화물 형광체가 화학적으로 안정적이기 때문에, 반도체 발광 소자 및 조명 장치의 수명이 길어지므로 바람직하다. 그 중에서도, 결정 모체인 Y2O3, Zn2SiO4 등으로 대표되는 금속 산화물, Sr2Si5N8 등으로 대표되는 금속 질화물, Ca5(PO4)3Cl 등으로 대표되는 인산염 및 ZnS, SrS, CaS 등으로 대표되는 황화물에, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 등의 희토류 금속의 이온이나 Ag, Cu, Au, Al, Mn, Sb 등의 금속의 이온을 부활 원소 또는 공부활 원소로서 조합한 것이 바람직하다.
결정 모체의 바람직한 예로는, 예를 들어 (Zn,Cd)S, SrGa2S4, SrS, ZnS 등의 황화물, Y2O2S 등의 산 황화물, (Y,Gd)3Al5O12, YAlO3, BaMgAl10O17, (Ba,Sr)(Mg,Mn)Al10O17, (Ba,Sr,Ca)(Mg,Zn,Mn)Al10O17, BaAl12O19, CeMgAl11O19, (Ba,Sr,Mg)O·Al2O3, BaAl2Si2O8, SrAl2O4, Sr4Al14O25, Y3Al5O12 등의 알루민산염, Y2SiO5, Zn2SiO4 등의 규산염, SnO2, Y2O3 등의 산화물, GdMgB5O10, (Y,Gd)BO3 등의 붕산염, Ca10(PO4)6(F,Cl)2, (Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6Cl2 등의 할로인산염, Sr2P2O7, (La,Ce)PO4 등의 인산염 등을 들 수 있다.
단, 상기 결정 모체 및 부활 원소 또는 공부활 원소는, 원소 조성에는 특별히 제한은 없고, 동족의 원소와 일부 치환할 수도 있고, 얻어진 형광체는 근자외로부터 가시 영역의 광을 흡수하여 가시광을 발하는 것이면 사용할 수 있다.
구체적으로는, 형광체로서 이하에 거론하는 것을 사용할 수 있는데, 이들은 어디까지나 예시로서, 본 발명에서 사용할 수 있는 형광체는 이들에 한정되지는 않는다. 또한 이하의 예시에서는, 구조의 일부만이 상이한 형광체를 적절히 생략하여 나타내고 있다. 예를 들어 「Y2SiO5 : Ce3 +」, 「Y2SiO5 : Tb3 +」및 「Y2SiO5 : Ce3 +,Tb3 +」를 「Y2SiO5 : Ce3 +,Tb3 +」로, 「La2O2S : Eu」, 「Y2O2S : Eu」및 「(La,Y)2O2S : Eu」를 「(La,Y)2O2S : Eu」로 통합하여 나타내고 있다. 생략 지점은 콤마 (,) 로 구분하여 나타낸다. 또한 ( ) 내의 원소의 합계는 1 몰이다.
본 발명에서 사용되는 형광체의 형광색은, 고체 발광 장치의 발광색이 XYZ 표색계 (CIE1931) 의 xy 색도도에 있어서 -0.02 Δuv
Figure pct00018
0.02 를 만족하도록 1 종 또는 복수 종을 선택할 수 있고, 구체적으로는 이하에 거론되는 것을 사용할 수 있다.
[1-2-1] 등색 (橙色) 내지 적색 형광체
등색 내지 적색의 형광을 발하는 기체 (基體) 형광체 (이하 적절히 등색의 형광을 발하는 기체 형광체를 「등색 형광체」라고 하고, 적색의 형광을 발하는 기체 형광체를 「적색 형광체」라고 하고, 등색 내지 적색의 형광을 발하는 기체 형광체를 「등색 내지 적색 형광체」라고 한다) 로는, 이하의 것을 들 수 있다.
본 발명에 바람직한 적색 형광체가 발하는 형광의 구체적인 파장의 범위를 예시하면, 주발광 피크 파장이 통상 570 ㎚ 이상, 바람직하게는 580 ㎚ 이상, 특히 바람직하게는 610 ㎚ 이상이고, 또한 통상 700 ㎚ 이하, 바람직하게는 680 ㎚ 이하, 특히 바람직하게는 660 ㎚ 이하이다.
또한 주발광 피크의 반값폭은 통상 1 ㎚ 이상, 바람직하게는 10 ㎚ 이상, 특히 바람직하게는 30 ㎚ 이상이고, 또한 통상 120 ㎚ 이하, 바람직하게는 110 ㎚ 이하, 특히 바람직하게는 100 ㎚ 이하이다.
주발광 피크 파장은, 지나치게 길면 시감도가 저하되기 때문에 조명 장치의 조도가 저하될 (어두워질) 우려가 있고, 또한 지나치게 짧으면 조명 장치로 한 경우의 연색성이 저하될 우려가 있다. 또한, 주발광 피크의 반값폭이 상기 범위 외인 경우에는, 조명 장치로 한 경우의 연색성이 저하될 우려가 있다.
등색 내지 적색 형광체로는, 예를 들어 적색 파단면을 갖는 파단 입자로 구성되고, 적색 영역의 발광을 실시하는 (Mg,Ca,Sr,Ba)2Si5N8 : Eu 로 나타내는 유로퓸 부활 알칼리 토류 실리콘나이트라이드계 형광체, 규칙적인 결정 성장 형상으로서 거의 구 형상을 갖는 성장 입자로 구성되고, 적색 영역의 발광을 실시하는 (Y,La,Gd,Lu)2O2S : Eu 로 나타내는 유로퓸 부활 희토류 옥시칼코게나이드계 형광체 등을 들 수 있다.
또한, 일본 공개특허공보 제2004-300247호에 기재된, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, W 및 Mo 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 원소를 함유하는 산 질화물 및/또는 산 황화물을 함유하는 형광체로서, Al 원소의 일부 또는 전부가 Ga 원소로 치환된 알파 사이알론 구조를 갖는 산 질화물을 함유하는 형광체도 사용할 수 있다. 또한, 이들은 산 질화물 및/또는 산 황화물을 함유하는 형광체이다.
또한 적색 형광체로는, 하기 식 [3] 으로 나타내는 화학 조성을 갖는 결정상을 함유하는 형광체를 사용하는 것이, 반도체 발광 장치로부터 출사되는 광의 상관 색온도가 3000 K 내지 6500 K 사이에서 변화할 때, 출사광의 발광 강도의 변화율의 절대값은, 10 % 의 범위에 들어가는 반도체 발광 장치를 얻는 데 있어서 바람직하다.
이 형광체는, 근자외광에 의한 여기 하에서 사용하면, 백색 발광 장치에 사용한 경우의 연색성 및 발광 효율 면에서 특히 우수하다.
(1-a-b)(EuyLn'wMII' 1 -y- wMIII'MIV'N3)
·a(MIV' (3n+2)/4NnO)·b(AMIV' 2N3)…[3]
(상기 식 [3] 에 있어서,
Ln' 는 Eu 를 제외한 란타노이드, Mn 및 Ti 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종의 금속 원소이고,
MII' 는 Eu 및 Ln' 원소 이외의 2 가의 금속 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소이고,
MIII' 는 3 가의 금속 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소이고,
MIV' 는 4 가의 금속 원소로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 원소이고,
A 는 Li, Na 및 K 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종류 이상의 1 가의 금속 원소이고,
y 는 0 < y
Figure pct00019
0.2 를 만족하는 수이고,
w 는 0
Figure pct00020
w < 0.2 를 만족하는 수이고,
a, b 및 n 은, 0
Figure pct00021
a, 0
Figure pct00022
b, a + b > 0, 0
Figure pct00023
n, 및 0.002
Figure pct00024
(3n + 2)a/4
Figure pct00025
0.9 를 만족하는 수이다)
상기 식 [3] 에 있어서, Ln' 로는, Ce, Tb, Sm, Mn, Dy, Yb 에서 선택되는 적어도 1 종의 금속 원소가 휘도 면에서 바람직하다.
MII' 로는, Mg, Ca, Sr, Ba 및 Zn 으로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 합계로 90 mol% 이상 함유하는 것이 바람직하다. 형광체의 휘도 면에서, MII' 중의 Mg, Ca, Sr, Ba, Zn 이외의 원소로는, Mn, Sm, Eu, Tm, Yb, Pb, Sn 등을 들 수 있다. 형광체의 휘도 면에서, MII' 는 특히 Ca 및/또는 Sr 을 합계로 80 mol% 이상을 함유하는 것이 바람직하고, 90 mol% 이상 함유하는 것이 더욱 바람직하고, 100 mol% 인 것이 가장 바람직하다. 또한, MII' 중의 Ca 와 Sr 의 합계에 대한 Ca 의 비율이 10 mol% 를 초과하는 것이 바람직하고, 100 mol% 인 것, 즉 MII' 는 Ca 만으로 이루어지는 것이 가장 바람직하다.
MIII' 로는, Al 이 80 mol% 이상을 차지하는 것이 바람직하다. 형광체의 휘도 면에서, MIII' 중의 Al 이외의 원소로는, Ga, In, B, Sc, Y, Bi, Sb, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu 등을 들 수 있는데, 이 중에서도 Ga, In, B, Bi, Sc, Y, La, Ce, Gd, Lu 가 바람직하다. 형광체의 휘도 면에서, MIII' 는 Al 을 90 mol% 이상 함유하는 것이 바람직하고, 100 mol% 인 것, 즉 MIII' 는 Al 만으로 이루어지는 것이 가장 바람직하다.
MIV' 로는, Si 가 90 mol% 이상을 차지하는 것이 바람직하다. 형광체의 휘도 면에서, MIV' 중의 Si 이외의 원소로는 Ge, Sn, Ti, Zr, Hf 등을 들 수 있고, 이 중에서도 Ge 가 바람직하다. 형광체의 휘도 면에서, MIV' 는 Si 만으로 이루어지는 것이 가장 바람직하다.
상기 형광체는, 상기 결정상의 결정 구조가 공간군 Cmc21 또는 P21 에 속하는 것이다.
또한, 그 밖에 적색 형광체로는, (La,Y)2O2S : Eu 등의 Eu 부활 산 황화물 형광체, Y(V,P)O4 : Eu, Y2O3 : Eu 등의 Eu 부활 산화물 형광체, (Ba,Sr,Ca,Mg)2SiO4 : Eu,Mn, (Ba,Mg)2SiO4 : Eu,Mn 등의 Eu,Mn 부활 규산염 형광체, (Ca,Sr)S : Eu 등의 Eu 부활 황화물 형광체, YAlO3 : Eu 등의 Eu 부활 알루민산염 형광체, LiY9(SiO4)6O2 : Eu, Ca2Y8(SiO4)6O2 : Eu, (Sr,Ba,Ca)3SiO5 : Eu, Sr2BaSiO5 : Eu 등의 Eu 부활 규산염 형광체, (Y,Gd)3Al5O12 : Ce, (Tb,Gd)3Al5O12 : Ce 등의 Ce 부활 알루민산염 형광체, (Ca,Sr,Ba)2Si5N8 : Eu, (Mg,Ca,Sr,Ba)SiN2 : Eu, (Mg,Ca,Sr,Ba)AlSiN3 : Eu 등의 Eu 부활 질화물 형광체, (Mg,Ca,Sr,Ba)AlSiN3 : Ce 등의 Ce 부활 질화물 형광체, (Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6Cl2 : Eu,Mn 등의 Eu,Mn 부활 할로인산염 형광체, Ba3MgSi2O8 : Eu,Mn, (Ba,Sr,Ca,Mg)3(Zn,Mg)Si2O8 : Eu,Mn 등의 Eu,Mn 부활 규산염 형광체, 3.5MgO·0.5MgF2·GeO2 : Mn 등의 Mn 부활 게르만산염 형광체, Eu 부활
Figure pct00026
사이알론 등의 Eu 부활 산 질화물 형광체, (Gd,Y,Lu,La)2O3 : Eu,Bi 등의 Eu,Bi 부활 산화물 형광체, (Gd,Y,Lu,La)2O2S : Eu,Bi 등의 Eu,Bi 부활 산 황화물 형광체, (Gd,Y,Lu,La)VO4 : Eu,Bi 등의 Eu,Bi 부활 바나딘산염 형광체, SrY2S4 : Eu,Ce 등의 Eu,Ce 부활 황화물 형광체, CaLa2S4 : Ce 등의 Ce 부활 황화물 형광체, (Ba,Sr,Ca)MgP2O7 : Eu,Mn, (Sr,Ca,Ba,Mg,Zn)2P2O7 : Eu,Mn 등의 Eu,Mn 부활 인산염 형광체, (Y,Lu)2WO6 : Eu,Mo 등의 Eu,Mo 부활 텅스텐산염 형광체, (Ba,Sr,Ca)xSiyNz : Eu,Ce (단, x, y, z 는 1 이상의 정수) 등의 Eu,Ce 부활 질화물 형광체, (Ca,Sr,Ba,Mg)10(PO4)6(F,Cl,Br,OH)2 : Eu,Mn 등의 Eu,Mn 부활 할로인산염 형광체, ((Y,Lu,Gd,Tb)1- xScxCey)2(Ca,Mg)1-r(Mg,Zn)2+ rSiz - qGeqO12 +δ등의 Ce 부활 규산염 형광체 등을 사용할 수도 있다.
적색 형광체로는, β-디케토네이트, β-디케톤, 방향족 카르복실산 또는 브렌스테드산 등의 아니온을 배위자로 하는 희토류 원소 이온 착물로 이루어지는 적색 유기 형광체, 페릴렌계 안료 (예를 들어 디벤조{[f,f']-4,4',7,7'-테트라페닐}디인데노[1,2,3-cd : 1',2',3'-lm]페릴렌), 안트라퀴논계 안료, 레이크계 안료, 아조계 안료, 퀴나크리돈계 안료, 안트라센계 안료, 이소인돌린계 안료, 이소인돌리논계 안료, 프탈로시아닌계 안료, 트리페닐메탄계 염기성 염료, 인단트론계 안료, 인도페놀계 안료, 시아닌계 안료, 디옥사진계 안료를 사용할 수도 있다.
또한 적색 형광체 중, 피크 파장이 580 ㎚ 이상, 바람직하게는 590 ㎚ 이상, 또한 620 ㎚ 이하, 바람직하게는 610 ㎚ 이하의 범위 내에 있는 것은, 등색 형광체로서 바람직하게 사용할 수 있다. 이와 같은 등색 형광체의 예로는, (Sr,Ba)3SiO5 : Eu, (Sr,Mg)3(PO4)2 : Sn, Eu 부활의 사이알론 등의 Eu 부활 산 질화물 형광체 등을 들 수 있다.
[1-2-2] 녹색 형광체
녹색의 형광을 발하는 기체 형광체 (이하 적절히 「녹색 형광체」라고 한다)
로는, 이하의 것을 들 수 있다.
본 발명에 바람직한 녹색 형광체가 발하는 형광의 구체적인 파장의 범위를 예시하면, 주발광 피크 파장이 통상 500 ㎚ 이상, 바람직하게는 510 ㎚ 이상, 특히 바람직하게는 520 ㎚ 이상이고, 또한 통상 580 ㎚ 이하, 바람직하게는 570 ㎚ 이하, 특히 바람직하게는 560 ㎚ 이하이다.
또한, 주발광 피크의 반값폭이 통상 1 ㎚ 이상, 바람직하게는 10 ㎚ 이상, 특히 바람직하게는 30 ㎚ 이상이고, 또한 통상 120 ㎚ 이하, 바람직하게는 90 ㎚ 이하, 특히 바람직하게는 60 ㎚ 이하이다.
주발광 피크 파장은, 상기 범위보다 지나치게 짧으면 시감도가 저하되기 때문에 조명 장치의 조도가 저하될 (어두워질) 우려가 있고, 또한 지나치게 길면 조명 장치로 한 경우의 연색성이 저하될 우려가 있다. 또한 주발광 피크의 반값폭은, 상기 범위 외인 경우에는 조명 장치로 한 경우의 연색성이 저하될 우려가 있다.
이와 같은 녹색 형광체로서, 예를 들어 파단면을 갖는 파단 입자로 구성되고, 녹색 영역의 발광을 실시하는 (Mg,Ca,Sr,Ba)Si2O2N2 : Eu 로 나타내는 유로퓸 부활 알칼리 토류 실리콘옥시나이트라이드계 형광체, 파단면을 갖는 파단 입자로 구성되고, 녹색 영역의 발광을 실시하는 (Ba,Ca,Sr,Mg)2SiO4 : Eu 로 나타내는 유로퓸 부활 알칼리 토류 실리케이트계 형광체 등을 들 수 있다.
또한, 그 밖의 녹색 형광체로는, Sr4Al14O25 : Eu, (Ba,Sr,Ca)Al2O4 : Eu 등의 Eu 부활 알루민산염 형광체, (Sr,Ba)Al2Si2O8 : Eu, (Ba,Mg)2SiO4 : Eu, (Ba,Sr,Ca,Mg)2SiO4 : Eu, (Ba,Sr,Ca)2(Mg,Zn)Si2O7 : Eu 등의 Eu 부활 규산염 형광체, Y2SiO5 : Ce,Tb 등의 Ce,Tb 부활 규산염 형광체, Sr2P2O7-Sr2B2O5 : Eu 등의 Eu 부활 붕산인산염 형광체, Sr2Si3O8-2SrCl2 : Eu 등의 Eu 부활 할로규산염 형광체, Zn2SiO4 : Mn 등의 Mn 부활 규산염 형광체, CeMgAl11O19 : Tb, Y3Al5O12 : Tb 등의 Tb 부활 알루민산염 형광체, Ca2Y8(SiO4)6O2 : Tb, La3Ga5SiO14 : Tb 등의 Tb 부활 규산염 형광체, (Sr,Ba,Ca)Ga2S4 : Eu,Tb,Sm 등의 Eu,Tb,Sm 부활 티오갈레이트 형광체, Y3(Al,Ga)5O12 : Ce, (Y,Ga,Tb,La,Sm,Pr,Lu)3(Al,Ga)5O12 : Ce 등의 Ce 부활 알루민산염 형광체, Ca3Sc2Si3O12 : Ce, Ca3(Sc,Mg,Na,Li)2Si3O12 : Ce 등의 Ce 부활 규산염 형광체, CaSc2O4 : Ce 등의 Ce 부활 산화물 형광체, SrSi2O2N2 : Eu, (Sr,Ba,Ca)Si2O2N2 : Eu, Eu 부활 β 사이알론 등의 Eu 부활 산 질화물 형광체, M3Si6O12N2 : Eu (단, M 은 알칼리 토금속 원소를 나타낸다) 등의 Eu 부활 산 질화물 형광체, BaMgAl10O17 : Eu,Mn 등의 Eu,Mn 부활 알루민산염 형광체, SrAl2O4 : Eu 등의 Eu 부활 알루민산염 형광체, (La,Gd,Y)2O2S : Tb 등의 Tb 부활 산 황화물 형광체, LaPO4 : Ce,Tb 등의 Ce,Tb 부활 인산염 형광체, ZnS : Cu,Al, ZnS : Cu,Au,Al 등의 황화물 형광체, (Y,Ga,Lu,Sc,La)BO3 : Ce,Tb, Na2Gd2B2O7 : Ce,Tb, (Ba,Sr)2(Ca,Mg,Zn)B2O6 : K,Ce,Tb 등의 Ce,Tb 부활 붕산염 형광체, Ca8Mg(SiO4)4Cl2 : Eu,Mn 등의 Eu,Mn 부활 할로규산염 형광체, (Sr,Ca,Ba)(Al,Ga,In)2S4 : Eu 등의 Eu 부활 티오알루미네이트 형광체나 티오갈레이트 형광체, (Ca,Sr)8(Mg,Zn)(SiO4)4Cl2 : Eu,Mn 등의 Eu,Mn 부활 할로규산염 형광체 등을 사용할 수도 있다.
또한 녹색 형광체로는, 피리딘-프탈이미드 축합 유도체, 벤조옥사지논계, 퀴나졸리논계, 쿠마린계, 퀴노프탈론계, 나프탈산이미드계 등의 형광 색소, 테르븀 착물 등의 유기 형광체를 사용할 수도 있다.
[1-2-3] 청색 형광체
청색의 형광을 발하는 기체 형광체 (이하 적절히 「청색 형광체」라고 한다)
로는 이하의 것을 들 수 있다.
본 발명에 바람직한 청색 형광체가 발하는 형광의 구체적인 파장의 범위를 예시하면, 주발광 피크 파장이 통상 430 ㎚ 이상, 바람직하게는 440 ㎚ 이상이고, 또한 통상 500 ㎚ 이하, 바람직하게는 480 ㎚ 이하, 특히 바람직하게는 460 ㎚ 이하이다.
또한, 주발광 피크의 반값폭이 통상 1 ㎚ 이상, 바람직하게는 10 ㎚ 이상, 특히 바람직하게는 30 ㎚ 이상이고, 또한 통상 100 ㎚ 이하, 바람직하게는 80 ㎚ 이하, 특히 바람직하게는 70 ㎚ 이하이다.
주발광 피크 파장은, 지나치게 짧으면 시감도가 저하되기 때문에, 조명 장치의 조도가 저하될 (어두워질) 우려가 있고, 또한 지나치게 길면 조명 장치로 한 경우의 연색성이 저하될 우려가 있다. 또한, 주발광 피크의 반값폭이 상기 범위 외인 경우에는, 조명 장치로 한 경우의 연색성이 저하될 우려가 있다.
이와 같은 청색 형광체로는, 규칙적인 결정 성장 형상으로서 거의 육각 형상을 갖는 성장 입자로 구성되고, 청색 영역의 발광을 실시하는 BaMgAl10O17 : Eu 로 나타내는 유로퓸 부활 바륨마그네슘알루미네이트계 형광체, 규칙적인 결정 성장 형상으로서 거의 구 형상을 갖는 성장 입자로 구성되고, 청색 영역의 발광을 실시하는 (Ca,Sr,Ba)5(PO4)3Cl : Eu 로 나타내는 유로퓸 부활 할로인산칼슘계 형광체, 규칙적인 결정 성장 형상으로서 거의 입방체 형상을 갖는 성장 입자로 구성되고, 청색 영역의 발광을 실시하는 (Ca,Sr,Ba)2B5O9Cl : Eu 로 나타내는 유로퓸 부활 알칼리 토류 클로로보레이트계 형광체, 파단면을 갖는 파단 입자로 구성되고, 청록색 영역의 발광을 실시하는 (Sr,Ca,Ba)Al2O4 : Eu 또는 (Sr,Ca,Ba)4Al14O25 : Eu 로 나타내는 유로퓸 부활 알칼리 토류 알루미네이트계 형광체 등을 들 수 있다.
또한, 그 밖의 청색 형광체로는, Sr2P2O7 : Sn 등의 Sn 부활 인산염 형광체, Sr4Al14O25 : Eu, BaMgAl10O17 : Eu, BaAl8O13 : Eu 등의 Eu 부활 알루민산염 형광체, SrGa2S4 : Ce, CaGa2S4 : Ce 등의 Ce 부활 티오갈레이트 형광체, (Ba,Sr,Ca)MgAl10O17 : Eu, BaMgAl10O17 : Eu,Tb,Sm 등의 Eu,Tb,Sm 부활 알루민산염 형광체, (Ba,Sr,Ca)MgAl10O17 : Eu,Mn 등의 Eu,Mn 부활 알루민산염 형광체, (Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6Cl2 : Eu, (Ba,Sr,Ca)5(PO4)3(Cl,F,Br,OH) : Eu,Mn,Sb 등의 Eu,Tb,Sm 부활 할로인산염 형광체, BaAl2Si2O8 : Eu, (Sr,Ba)3MgSi2O8 : Eu 등의 Eu 부활 규산염 형광체, Sr2P2O7 : Eu 등의 Eu 부활 인산염 형광체, ZnS : Ag, ZnS : Ag,Al 등의 황화물 형광체, Y2SiO5 : Ce 등의 Ce 부활 규산염 형광체, CaWO4 등의 텅스텐산염 형광체, (Ba,Sr,Ca)BPO5 : Eu,Mn, (Sr,Ca)10(PO4)6·nB2O3 : Eu, 2SrO·0.84P2O5·0.16B2O3 : Eu 등의 Eu,Mn 부활 붕산인산염 형광체, Sr2Si3O8·2SrCl2 : Eu 등의 Eu 부활 할로규산염 형광체 등을 사용할 수도 있다.
또한 청색 형광체로는, 예를 들어 나프탈산이미드계, 벤조옥사졸계, 스티릴계, 쿠마린계, 피라졸린계, 트리아졸계 화합물의 형광 색소, 튤륨 착물 등의 유기 형광체 등을 사용할 수도 있다.
또한, 상기 서술한 바와 같은 형광체는 1 종류를 단독으로 사용해도 되고, 2 종류 이상을 임의의 조합 및 비율로 병용해도 된다.
[1-2-4] 황색 형광체
황색의 형광을 발하는 형광체 (이하 적절히 「황색 형광체」라고 한다) 로는, 이하의 것을 들 수 있다.
황색 형광체가 발하는 형광의 구체적인 파장의 범위를 예시하면, 통상 530 ㎚ 이상, 바람직하게는 540 ㎚ 이상, 보다 바람직하게는 550 ㎚ 이상, 또한 통상 620 ㎚ 이하, 바람직하게는 600 ㎚ 이하, 보다 바람직하게는 580 ㎚ 이하의 파장 범위에 있는 것이 바람직하다.
황색 형광체의 발광 피크 파장이 지나치게 짧으면 황색 성분이 적어져 연색성이 열등한 조명 장치가 될 가능성이 있고, 지나치게 길면 조명 장치의 휘도가 저하될 우려가 있다.
이와 같은 황색 형광체로는, 각종 산화물계, 질화물계, 산 질화물계, 황화물계, 산 황화물계 등의 형광체를 들 수 있다.
특히, RE3M5O12 : Ce (여기서 RE 는, Y, Tb, Gd, Lu, Sm 의 적어도 1 종류의 원소를 나타내고, M 은, Al, Ga, Sc 의 적어도 1 종류의 원소를 나타낸다) 나 M2 3M3 2M4 3O12 : Ce (여기서 M2 는 2 가의 금속 원소, M3 은 3 가의 금속 원소, M4 는 4 가의 금속 원소) 등으로 나타내는 가닛 구조를 갖는 가닛계 형광체, AE2M5O4 : Eu (여기서 AE 는, Ba, Sr, Ca, Mg, Zn 의 적어도 1 종류의 원소를 나타내고, M5 는, Si, Ge 의 적어도 1 종류의 원소를 나타낸다) 등으로 나타내는 오르토실리케이트계 형광체, 이들 계의 형광체의 구성 원소인 산소의 일부를 질소로 치환한 산 질화물계 형광체, AEAlSiN3 : Ce (여기서 AE 는, Ba, Sr, Ca, Mg, Zn 의 적어도 1 종류의 원소를 나타낸다) 등의 CaAlSiN3 구조를 갖는 질화물계 형광체 등의 Ce 로 부활한 형광체를 들 수 있다.
또한, 그 밖의 황색 형광체로는, CaGa2S4 : Eu(Ca,Sr)Ga2S4 : Eu, (Ca,Sr)(Ga,Al)2S4 : Eu 등의 황화물계 형광체, Cax(Si,Al)12(O,N)16 : Eu 등의 SiAlON 구조를 갖는 산 질화물계 형광체 등의 Eu 로 부활한 형광체를 사용할 수도 있다.
전술한 [1-2-1] ∼ [1-2-4] 항에 기재된 형광체는 원하는 발광 스펙트럼, 색온도, 색도 좌표, 연색성, 발광 효율 등에 따라 적절히 조합하여 사용해도 된다. 특정한 형광체를 적절히 조합함으로써, 백색계 (주광색 ∼ 주백색 ∼ 백색 ∼ 온백색 ∼ 전구색) 뿐만이 아니라, 파스텔색, 단색광 등도 실현할 수 있게 된다. 백색계의 발광색을 얻기 위해 바람직한 형광체의 조합은, 고체 발광 소자가 자외로부터 근자외 영역의 광을 발하는 것인 경우에는, 청색 형광체, 녹색 형광체 및 적색 형광체의 조합이고, 고체 발광 소자가 청색 영역의 광을 발하는 것인 경우에는, 황색 형광체만을 사용하거나, 또는 녹색 형광체와 적색 형광체의 조합이다.
[1-2-5] 형광체의 그 밖의 물성
본 발명에 사용하는 형광체의 입경은 특별히 제한은 없지만, 중앙 입경 (D50) 으로 통상 0.1 ㎛ 이상, 바람직하게는 2 ㎛ 이상, 더욱 바람직하게는 10 ㎛ 이상이다. 또한 통상 100 ㎛ 이하, 바람직하게는 50 ㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 20 ㎛ 이하이다.
형광체의 중앙 입경 (D50) 이 상기 범위에 있는 경우에는, 반도체 발광 소자로부터 발하는 광이 충분히 산란된다. 또한, 반도체 발광 소자로부터 발하는 광이 충분히 형광체 입자에 흡수되기 때문에, 파장 변환이 고효율로 실시됨과 함께, 형광체로부터 발하여지는 광이 전체 방향으로 조사된다. 이로써, 복수 종류의 형광체로부터의 1 차 광을 혼색하여 백색으로 할 수 있음과 함께, 균일한 백색이 얻어지기 때문에, 조명 장치가 발하는 합성광에 있어서 균일한 백색광과 조도가 얻어진다.
형광체의 중앙 입경 (D50) 이 상기 범위보다 큰 경우에는, 형광체가 발광부의 공간을 충분히 메울 수 없기 때문에, 발광 소자로부터의 광이 충분히 형광체에 흡수되지 않을 우려가 있다. 또한, 형광체의 중앙 입경 (D50) 이 상기 범위보다 작은 경우에는, 형광체의 발광 효율이 저하되기 때문에, 조명 장치의 조도가 저하될 우려가 있다.
형광체 입자의 입도 분포 (QD) 는, 예를 들어 후술하는 형광체 함유부 중에서의 입자의 분산 상태를 고르게 하기 위해 작은 편이 바람직하지만, 작게 하기 위해서는 분급 수율이 내려가 비용 상승으로 연결되므로, 통상 0.03 이상, 바람직하게는 0.05 이상, 더욱 바람직하게는 0.07 이상이다. 또한, 통상 0.4 이하, 바람직하게는 0.3 이하, 더욱 바람직하게는 0.2 이하이다. 또한 형광체 입자의 형상은, 형광체 함유부 형성에 영향을 주지 않는 한, 특별히 한정되지 않는다.
형광체의 중앙 입경 (D50) 및 입도 분포 (QD) 는, 중량 기준 입도 분포 곡선에서 얻을 수 있다. 중량 기준 입도 분포 곡선은, 레이저 회절·산란법에 의해 입도 분포를 측정하여 얻어지는 것으로서, 구체적으로는 예를 들어 이하와 같이 측정할 수 있다.
온도 25 ℃, 습도 70 % 의 환경하에 있어서, 에틸렌글리콜 등의 용매에 형광체를 분산시킨다.
레이저 회절식 입도 분포 측정 장치 (예를 들어 호리바 제작소 제조 「LA-300」) 에 의해, 입경 범위 0.1 ㎛ ∼ 600 ㎛ 에서 측정한다.
이 중량 기준 입도 분포 곡선에 있어서 적산값이 50 % 일 때의 입경값을 중앙 입경 D50 으로 표기한다. 또한, 적산값이 25 % 및 75 % 일 때의 입경값을 각각 D25, D75 로 표기하고, QD = (D75 - D25)/(D75 + D25) 로 정의한다. QD 가 작은 것은 입도 분포가 좁은 것을 의미한다.
[1-2-6] 형광체의 표면 처리
본 발명에 사용하는 형광체는, 내수성을 높이는 목적에서, 및/또는 후술하는 형광체 함유부 중에서 형광체의 불필요한 응집을 방지하는 목적에서 표면 처리가 실시되어 있어도 된다.
이러한 표면 처리의 예로는, 예를 들어 일본 공개특허공보 제2002-223008호에 기재된 유기 재료, 무기 재료, 유리 재료 등을 사용한 표면 처리, 일본 공개특허공보 제2000-96045호 등에 기재된 금속 인산염에 의한 피복 처리, 금속 산화물에 의한 피복 처리, 실리카 코트 등의 공지된 표면 처리를 들 수 있다.
구체적으로는, 예를 들어 형광체의 표면에 상기 금속 인산염을 피복시키기 위해서는, 다음의 순서로 실시할 수 있다.
(1) 소정량의 인산칼륨, 인산나트륨 등의 수용성 인산염과 염화칼슘, 황산스트론튬, 염화망간, 질산아연 등의 알칼리 토금속, Zn 및 Mn 중 적어도 1 종의 수용성 금속염 화합물을 형광체 현탁액 중에 첨가하여, 교반한다.
(2) 알칼리 토금속, Zn 및 Mn 중 적어도 1 종의 금속 인산염을 현탁액 중에서 생성시킴과 함께, 생성된 이들 금속 인산염을 형광체 표면에 퇴적시킨다.
(3) 수분을 제거한다.
또한 실리카 코트 처리로는, 물유리를 중화하여 SiO2 를 석출시키는 방법, 알콕시실란을 가수 분해한 것을 표면 처리하는 방법 (예를 들어 일본 공개특허공보 평3-231987호) 등을 들 수 있고, 분산성을 높이는 점에 있어서는 알콕시실란을 가수 분해한 것을 표면 처리하는 방법이 바람직하다.
[1-2-7] 형광체의 사용량
고체 발광 장치에 사용되는 이들 형광체의 양은, 고체 발광 장치의 원하는 특성을 만족하도록 적절히 선택할 수 있는데, 형광체의 총 중량과, 후술하는 봉지 재료인 투명 수지 등의 중량과, 필요에 따라 첨가되는 점도 조정제 등의 첨가제의 중량의 총 합에 대해 5 중량% ∼ 90 중량% 인 것이 바람직하다. 형광체를 투과형으로 사용하는 경우에는 이 비율이 5 중량% ∼ 50 중량% 로 적은 것이 바람직하고, 반사형으로 사용하는 경우에는 이 비율이 50 중량% ∼ 90 중량% 로 많은 것이 바람직하다.
[1-3] 봉지 재료 (투광성 재료)
본 발명의 조명 장치에 사용되는 고체 발광 장치는, 상기 서술한 고체 발광 소자 및 형광체를 구비하고 있으면 되고, 그 밖의 구성은 특별히 제한되지 않는다. 고체 발광 소자 및 형광체는, 통상, 고체 발광 소자의 발광에 의해 형광체가 여기되어 발광을 발생시키고, 이 발광이 외부에 꺼내지도록 배치되게 된다. 이러한 구조를 갖는 경우, 상기 서술한 고체 발광 소자, 형광체는 통상적으로는 봉지 재료로 봉지 보호된다. 구체적으로는, 이 봉지 재료는, 상기 서술한 형광체를 분산시켜 발광 부분을 구성하거나, 반도체 발광 소자, 형광체 및 기판 사이를 접착시키는 목적으로 채용된다.
사용되는 봉지 재료로는, 통상 열가소성 수지, 열경화성 수지, 광경화성 수지 등을 들 수 있는데, 고체 발광 소자로부터의 여기광 (보다 바람직한 피크 파장의 범위는 350 ㎚ ∼ 430 ㎚) 에 대해 충분한 투명성과 내구성이 있는 수지가 바람직하다.
구체적으로는, 폴리(메트)아크릴산메틸 등의 (메트)아크릴 수지 ; 폴리스티렌, 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체 등의 스티렌 수지 ; 폴리카보네이트 수지 ; 폴리에스테르 수지 ; 페녹시 수지 ; 부티랄 수지 ; 폴리비닐알코올 ; 에틸셀룰로오스, 셀룰로오스아세테이트, 셀룰로오스아세테이트부틸레이트 등의 셀룰로오스계 수지 ; 에폭시 수지 ; 페놀 수지 ; 실리콘 수지 등을 들 수 있다. 또한, 무기계 재료, 예를 들어 금속 알콕시드, 세라믹 전구체 폴리머 혹은 금속 알콕시드를 함유하는 용액을 졸-겔법에 의해 가수 분해 중합하여 이루어지는 용액 또는 이들의 조합을 고화한 무기계 재료, 예를 들어 실록산 결합을 갖는 무기계 재료나 유리를 사용할 수도 있다.
이들 중, 내열성, 내자외선 (UV) 성 등의 면에서, 실리콘 수지나 금속 알콕시드, 세라믹 전구체 폴리머 혹은 금속 알콕시드를 함유하는 용액을 졸-겔법에 의해 가수 분해 중합하여 이루어지는 용액 또는 이들의 조합을 고화한 무기계 재료, 예를 들어 실록산 결합을 갖는 무기계 재료가 바람직하다.
이와 같은 봉지 재료 중에서는, 특히 이하의 특징 (1) ∼ (3) 중 하나 이상을 갖는 실리콘계 재료나 실리콘 수지 (이하 「본 발명의 실리콘계 재료」라고 칭하는 경우가 있다) 가 바람직하다.
(1) 고체 Si-핵자기 공명 (NMR) 스펙트럼에 있어서, 하기 (i) 및/또는 (ii) 의 피크를 적어도 하나 갖는다.
(i) 피크 탑의 위치가 케미컬 시프트 -40 ppm 이상, 0 ppm 이하의 영역에 있고, 피크의 반값폭이 0.3 ppm 이상, 3.0 ppm 이하인 피크.
(ii) 피크 탑의 위치가 케미컬 시프트 -80 ppm 이상, -40 ppm 미만의 영역에 있고, 피크의 반값폭이 0.3 ppm 이상 5.0 ppm 이하인 피크.
(2) 규소 함유율이 20 중량% 이상이다.
(3) 실란올 함유율이 0.01 중량% 이상, 10 중량% 이하이다.
본 발명에 있어서는, 상기 특징 (1) ∼ (3) 중, 특징 (2) 를 갖는 실리콘계 재료나 실리콘 수지를 바람직하게 사용할 수 있다. 보다 바람직하게는, 상기 특징 (1) 및 (2) 를 갖는 실리콘계 재료나 실리콘 수지가 사용된다. 특히 바람직하게는, 상기 특징 (1) ∼ (3) 을 전부 갖는 실리콘계 재료나 실리콘 수지가 사용된다.
이하, 이들 특징 (1) ∼ (3) 에 대해 설명한다.
[1-3-1] 고체 Si-NMR 스펙트럼
규소를 주성분으로 하는 화합물은, SiO2·nH2O 의 시성식으로 나타내는데, 구조적으로는, 규소 원자 Si 의 사면체의 각 정점에 산소 원자 O 가 결합되고, 이들 산소 원자 O 에 추가로 규소 원자 Si 가 결합하여 네트 형상으로 확산된 구조를 갖는다. 그리고, 이하에 나타내는 모식도 (A), (B) 는, 상기 사면체 구조를 무시하고 Si-O 의 네트 구조를 나타낸 것인데, Si-O-Si-O- 의 반복 단위에 있어서, 산소 원자 O 의 일부가 다른 성원 (예를 들어 -H, -CH3 등) 으로 치환되어 있는 것도 있고, 하나의 규소 원자 Si 에 주목한 경우, 모식도의 (A) 에 나타내는 바와 같이 4 개의 -OSi 를 갖는 규소 원자 Si(Q4), 모식도의 (B) 에 나타내는 바와 같이 3 개의 -OSi 를 갖는 규소 원자 Si(Q3) 등이 존재한다. 그리고, 고체 Si-NMR 측정에 있어서, 상기 각 규소 원자 Si 에 기초하는 피크는, 순서대로 Q4 피크, Q3 피크,···로 불린다.
[화학식 1]
Figure pct00027
이들 산소 원자가 4 개 결합한 규소 원자는, 일반적으로 Q 사이트로 총칭된다. 본 발명에 있어서는, Q 사이트에서 유래하는 Q0 ∼ Q4 의 각 피크를 Qn 피크군이라고 하기로 한다. 유기 치환기를 포함하지 않는 실리카막의 Qn 피크군은, 통상 케미컬 시프트 -80 ∼ -130 ppm 의 영역에서 연속한 다봉성의 피크로서 관측된다.
이에 대해, 산소 원자가 3 개 결합하고, 그 이외의 원자 (통상적으로는 탄소이다) 가 1 개 결합되어 있는 규소 원자는, 일반적으로 T 사이트로 총칭된다. T 사이트에서 유래하는 피크는 Q 사이트의 경우와 동일하게 T0 ∼ T3 의 각 피크로서 관측된다. 본 발명에 있어서는 T 사이트에서 유래하는 각 피크를 Tn 피크군이라고 하기로 한다. Tn 피크군은 일반적으로 Qn 피크군보다 고자장측 (통상 케미컬 시프트 -80 ∼ -40 ppm) 의 영역에서 연속한 다봉성의 피크로서 관측된다.
또한, 산소 원자가 2 개 결합함과 함께, 그 이외의 원자 (통상적으로는 탄소이다) 가 2 개 결합되어 있는 규소 원자는, 일반적으로 D 사이트로 총칭된다. D 사이트에서 유래하는 피크도 Q 사이트나 T 사이트에서 유래하는 피크군과 동일하게 D0 ∼ Dn 의 각 피크 (Dn 피크군이라고 칭한다) 로서 관측되고, Qn 이나 Tn 의 피크군보다 더욱 고자장측의 영역 (통상 케미컬 시프트 0 ∼ -40 ppm 의 영역) 에서 다봉성의 피크로서 관측된다. 이들 Dn, Tn, Qn 의 각 피크군의 면적의 비는, 각 피크군에 대응하는 환경에 놓인 규소 원자의 몰비와 각각 동등하므로, 전체 피크의 면적을 전체 규소 원자의 몰량으로 하면, Dn 피크군 및 Tn 피크군의 합계 면적은 통상 이에 대한 탄소 원자와 직접 결합한 전체 규소의 몰량과 대응하게 된다.
본 발명의 실리콘계 재료의 고체 Si-NMR 스펙트럼을 측정하면, 유기기의 탄소 원자가 직접 결합한 규소 원자에서 유래하는 Dn 피크군 및 Tn 피크군과, 유기기의 탄소 원자와 결합하지 않은 규소 원자에서 유래하는 Qn 피크군이 각각 상이한 영역에 출현한다. 이들 피크 중 -80 ppm 미만의 피크는 전술한 바와 같이 Qn 피크에 해당하고, -80 ppm 이상의 피크는 Dn, Tn 피크에 해당한다. 본 발명의 실리콘계 재료에 있어서는 Qn 피크는 필수는 아니지만, Dn, Tn 피크 영역에서 적어도 1 개, 바람직하게는 복수 개의 피크가 관측된다.
또한 본 발명의 실리콘계 재료에 있어서, -80 ppm 이상의 영역에서 관측되는 피크의 반값폭은, 지금까지 졸 겔법에서 알려져 있는 실리콘계 재료의 반값폭 범위보다 작은 (좁은) 것을 특징으로 한다.
케미컬 시프트마다 정리하면, 본 발명의 실리콘계 재료에 있어서, 피크 탑의 위치가 -80 ppm 이상 -40 ppm 미만에 관측되는 Tn 피크군의 반값폭은, 통상 5.0 ppm 이하, 바람직하게는 4.0 ppm 이하, 또한 통상 0.3 ppm 이상, 바람직하게는 0.4 ppm 이상의 범위이다.
동일하게, 피크 탑의 위치가 -40 ppm 이상 0 ppm 이하에서 관측되는 Dn 피크군의 반값폭은, 분자 운동의 구속이 작기 때문에 전반적으로 Tn 피크군의 경우보다 작고, 통상 3.0 ppm 이하, 바람직하게는 2.0 ppm 이하, 또한 통상 0.3 ppm 이상의 범위이다.
상기 케미컬 시프트 영역에서 관측되는 피크의 반값폭이 상기 범위보다 크면, 분자 운동의 구속이 크고 변형이 큰 상태가 되어, 크랙이 발생하기 쉽고, 내열·내후 내구성이 열등한 부재가 될 우려가 있다. 예를 들어 4 관능 실란을 다용한 경우나, 건조 공정에서 급속한 건조를 실시하여 큰 내부 응력을 축적한 상태 등에 있어서, 반값폭 범위가 상기 범위보다 커진다.
또한, 피크의 반값폭이 상기 범위보다 작은 경우, 그 환경에 있는 Si 원자는 실록산 가교에 관련되지 않게 되어, 3 관능 실란이 미가교 상태에서 잔류하는 예 등, 실록산 결합 주체로 형성되는 물질보다 내열·내후 내구성이 열등한 부재가 될 우려가 있다.
또한, 본 발명의 실리콘계 재료의 조성은, 계 내의 가교가 주로 실리카를 비롯한 무기 성분에 의해 형성되는 경우로 한정된다. 즉, 대량의 유기 성분 중에 소량의 Si 성분이 함유되는 실리콘계 재료에 있어서 -80 ppm 이상에서 상기 서술한 반값폭 범위의 피크가 관찰되어도, 양호한 내열·내광성 및 도포 성능은 얻을 수 없다.
본 발명의 실리콘계 재료의 케미컬 시프트의 값은, 예를 들어 이하의 방법을 이용하여 고체 Si-NMR 측정을 실시하고, 그 결과에 기초하여 산출할 수 있다. 또한, 측정 데이터의 해석 (반값폭이나 실란올량 해석) 은, 예를 들어 가우스 함수나 로렌츠 함수를 사용한 파형 분리 해석 등에 의해, 각 피크를 분할하여 추출하는 방법으로 실시한다.
{고체 Si-NMR 스펙트럼 측정}
실리콘계 재료에 대해 고체 Si-NMR 스펙트럼을 실시하는 경우, 이하의 조건으로 고체 Si-NMR 스펙트럼 측정 및 파형 분리 해석을 실시한다. 또한, 얻어진 파형 데이터로부터, 실리콘계 재료에 대해 각각의 피크의 반값폭을 구한다.
<장치 조건>
장치 : Chemagnetics 사 Infinity CMX-400 핵자기 공명 분광 장치
29Si 공명 주파수 : 79.436 MHz
프로브 : 7.5 ㎜φCP/MAS 용 프로브
측정 온도 : 실온
시료 회전수 : 4 kHz
측정법 : 싱글 펄스법
1H 디커플링 주파수 : 50 kHz
29Si 플립각 : 90˚
29Si 90˚ 펄스폭 : 5.0 ㎲
반복 시간 : 600 s
적산 횟수 : 128 회
관측 폭 : 30 kHz
브로드닝 팩터 : 20 Hz
<데이터 처리법>
실리콘계 재료에 대해서는, 512 포인트를 측정 데이터로서 받아들이고, 8192 포인트에 제로 필링하여 푸리에 변환한다.
<파형 분리 해석법>
푸리에 변환 후의 스펙트럼의 각 피크에 대해 로렌츠 파형 및 가우스 파형 혹은 양자의 혼합에 의해 작성한 피크 형상의 중심 위치, 높이, 반값폭을 가변 파라미터로 하여, 비선형 최소 이승법에 의해 최적화 계산을 실시한다.
또한 피크의 동정은, AIChE Journal, 44(5), p.1141, 1998년 등을 참고로 한다.
[1-3-2] 규소 함유율
본 발명의 실리콘계 재료는, 규소 함유율이 20 중량% 이상인 것이 바람직하다 (특징 (2)). 종래의 실리콘계 재료의 기본 골격은 탄소-탄소 및 탄소-산소 결합을 기본 골격으로 한 에폭시 수지 등의 유기 수지인데, 이에 대해 본 발명의 실리콘계 재료의 기본 골격은 유리 (규산염 유리) 등과 동일한 무기질의 실록산 결합이다. 이 실록산 결합은, 하기 표 1 의 화학 결합의 비교표로부터도 분명한 바와 같이, 실리콘계 재료로서 우수한 이하의 특징이 있다.
(I) 결합 에너지가 크고, 열분해·광분해되기 어렵기 때문에, 내광성이 양호하다.
(II) 전기적으로 약간 분극되어 있다.
(III) 사슬형 구조의 자유도는 크고, 플렉시블성이 풍부한 구조가 가능하고, 실록산 사슬 중심으로 자유 회전할 수 있다.
(IV) 산화도가 크고, 더 이상 산화되지 않는다.
(V) 전기 절연성이 풍부하다.
Figure pct00028
이들 특징으로부터, 실록산 결합이 3 차원적으로, 게다가 고가교도로 결합한 골격으로 형성되는 실리콘계 재료는 유리 혹은 암석 등의 무기질에 가까워, 내열성·내광성이 풍부한 보호 피막이 되는 것을 이해할 수 있다. 특히 메틸기를 치환기로 하는 실리콘계 재료는, 자외 영역에 흡수를 갖지 않기 때문에 광 분해가 잘 일어나지 않아, 내광성이 우수하다.
본 발명의 실리콘계 재료의 규소 함유율은, 상기 서술한 바와 같이 20 중량% 이상인데, 그 중에서도 25 중량% 이상이 바람직하고, 30 중량% 이상이 보다 바람직하다. 한편, 상한으로는 SiO2 만으로 이루어지는 유리의 규소 함유율이 47 중량% 라는 이유로부터, 통상 47 중량% 이하의 범위이다.
또한, 실리콘계 재료의 규소 함유율은, 예를 들어 이하의 방법을 이용하여 유도 결합 고주파 플라스마 분광 (inductively coupled plasma spectrometry : 이하 적절히 「ICP」라고 약칭한다) 분석을 실시하고, 그 결과에 기초하여 산출할 수 있다.
{규소 함유율의 측정}
실리콘계 재료의 단독 경화물을 입경이 100 ㎛ 정도가 될 때까지 분쇄하고, 백금 도가니 중에서 대기 중, 450 ℃ 에서 1 시간, 이어서 750 ℃ 에서 1 시간, 950 ℃ 에서 1.5 시간 유지하여 소성시키고, 탄소 성분을 제거한 후, 얻어진 잔사 소량에 10 배량 이상의 탄산나트륨을 첨가하여 버너 가열하여 용융시키고, 이것을 냉각시켜 탈염수를 첨가하고, 다시 염산으로 pH 를 중성 정도로 조정하면서 규소로서 수 ppm 정도가 되도록 정용 (定容) 하여, ICP 분석을 실시한다.
[1-3-3] 실란올 함유율
본 발명의 실리콘계 재료는, 실란올 함유율이 통상 0.01 중량% 이상, 바람직하게는 0.1 중량% 이상, 더욱 바람직하게는 0.3 중량% 이상, 또한 통상 10 중량% 이하, 바람직하게는 8 중량% 이하, 더욱 바람직하게는 5 중량% 이하의 범위이다 (특징 (3)).
본 발명의 실리콘계 재료는, 실란올 함유율이 낮기 때문에 시간 경과적 변화가 적고, 장기간의 성능 안정성이 우수하고, 흡습·투습성 모두 낮은 우수한 성능을 갖는다. 단, 실란올이 전혀 함유되지 않는 부재는 밀착성이 열등하기 때문에, 실란올 함유율에 상기와 같이 최적인 범위가 존재한다.
또한, 실리콘계 재료의 실란올 함유율은, 예를 들어 전술한 {고체 Si-NMR 스펙트럼 측정} 의 항에 있어서 설명한 방법을 이용하여 고체 Si-NMR 스펙트럼 측정을 실시하고, 전체 피크 면적에 대한 실란올 유래의 피크 면적의 비율로부터, 전체 규소 원자 중의 실란올로 되어 있는 규소 원자의 비율 (%) 을 구하고, 별도로 분석한 규소 함유율과 비교함으로써 산출할 수 있다.
또한, 본 발명의 실리콘계 재료는, 적당량의 실란올을 함유하고 있기 때문에, 디바이스 표면에 존재하는 극성 부분에 실란올이 수소 결합하여, 밀착성이 발현된다. 극성 부분으로는, 예를 들어 수산기나 메탈록산 결합의 산소 등을 들 수 있다.
또한, 본 발명의 실리콘계 재료는, 적당한 촉매의 존재 하에서 가열함으로써, 디바이스 표면의 수산기와의 사이에 탈수 축합에 의한 공유 결합을 형성하여, 더욱 강고한 밀착성을 발현할 수 있다.
한편, 실란올 함유량이 지나치게 많으면, 계 내가 증점되어 도포가 곤란해지거나, 활성이 높아져 가열에 의해 경비 (輕沸) 분이 휘발되기 전에 고화됨으로써, 발포나 내부 응력의 증대가 발생하여 크랙 등을 야기할 우려가 있다.
[1-3-4] 경도 측정값
본 발명의 실리콘계 재료는, 엘라스토머 형상을 나타내는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 이하의 특징 (4) 를 갖고 있다.
(4) 듀로미터 타입 A 에 의한 경도 측정값 (쇼어 A) 이, 통상 5 이상, 바람직하게는 7 이상, 보다 바람직하게는 10 이상, 또한 통상 90 이하, 바람직하게는 80 이하, 보다 바람직하게는 70 이하이다.
상기 범위의 경도 측정값을 가짐으로써, 크랙이 잘 발생하지 않고, 내리플로우성 및 내온도 사이클성이 우수하다는 이점을 얻을 수 있다. 리플로우란, 땜납 페이스트를 기판에 인쇄하고, 그 위에 부품을 탑재하여 가열, 접합하는 납땜 공법을 말한다. 그리고, 내리플로우성이란, 최고 온도 260 ℃, 10 초간의 열충격에 견딜 수 있는 성질을 가리킨다.
또한, 상기 경도 측정값 (쇼어 A) 은, JIS K 6253 에 기재된 방법에 의해 측정할 수 있다. 구체적으로는, 후루사토 정기 제작소 제조의 A 형 고무 경도계를 사용하여 측정을 실시할 수 있다.
[1-3-5] 그 밖의 첨가제
본 발명의 실리콘계 재료는, 봉지 재료의 굴절률을 조정하기 위해, 높은 굴절률을 갖는 금속 산화물을 부여할 수 있는 금속 원소를 봉지 재료 중에 존재시킬 수 있다. 높은 굴절률을 갖는 금속 산화물을 부여하는 금속 원소의 예로는, Si, Al, Zr, Ti, Y, Nb, B 등을 들 수 있다. 이들 금속 원소는 단독으로 사용되어도 되고, 2 종 이상이 임의의 조합 및 비율로 병용되어도 된다.
이와 같은 금속 원소의 존재 형태는, 봉지 재료의 투명도를 해치지 않으면 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 메탈록산 결합으로서 균일한 유리층을 형성하고 있어도 되고, 봉지 재료 중에 입자 형상으로 존재하고 있어도 된다. 입자 형상으로 존재하고 있는 경우, 그 입자 내부의 구조는 아모르퍼스 형상이어도 되고 결정 구조여도 되는데, 고굴절률을 부여하기 위해서는 결정 구조인 것이 바람직하다. 또한 그 입자경은, 봉지 재료의 투명도를 해치지 않기 위해, 통상적으로는 반도체 발광 소자의 발광 파장 이하, 바람직하게는 100 ㎚ 이하, 더욱 바람직하게는 50 ㎚ 이하, 특히 바람직하게는 30 ㎚ 이하이다. 예를 들어 실리콘계 재료에 산화규소, 산화알루미늄, 산화지르코늄, 산화티탄, 산화이트륨, 산화니오브 등의 입자를 첨가함으로써, 상기 금속 원소를 봉지 재료 중에 입자 형상으로 존재시킬 수 있다.
또한 본 발명의 실리콘계 재료는, 추가로 확산제, 필러, 점도 조정제, 자외선 흡수제 등 공지된 첨가제를 함유하고 있어도 된다.
본 발명의 실리콘계 재료로는, 구체적으로는 예를 들어 일본 특허출원 2006-176468호 명세서에 기재된 실리콘계 재료를 들 수 있다.
[1-4] 그 밖의 성분
본 발명의 조명 장치에 사용되는 고체 발광 장치는, 상기 성분 외에 임의 성분으로서, 색소, 산화 방지제, 안정화제 (인계 가공 안정화제 등의 가공 안정화제, 산화 안정화제, 열 안정화제, 자외선 흡수제 등의 내광성 안정화제 등), 실란 커플링제, 광 확산재, 필러 등, 당해 분야에서 공지된 첨가물의 어느 것이나 사용할 수 있다.
[1-5] 고체 발광 장치의 구조
본 발명의 조명 장치에 사용되는 고체 발광 장치는, 상기 서술한 발광 소자 및 형광체를 함유하는 것이면, 그 구체적인 구조에 특별히 한정은 없지만, 예를 들어 고체 발광 소자로서 LED 를 사용하는 것이 바람직하다.
이하에, LED 를 사용한 고체 발광 장치의 실시형태의 예를 상세히 서술하는데, 본 발명은 이하의 설명으로 한정되는 것은 아니며, 그 요지의 범위 내에 있어서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
[1-5-1] 실시예 1
도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 고체 발광 장치인 LED 램프의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
본 실시형태의 LED 램프 (1) 는, 배선 기판 (2) 과, 반도체 발광 소자인 LED (3) 와, LED (3) 로부터 발하여지는 광의 일부를 흡수하고, 그것과는 상이한 파장을 갖는 광을 발하는 형광체 함유부 (4) 를 갖는다.
배선 기판 (2) 은, LED (3) 및 형광체 함유부 (4) 를 유지하기 위한 기부 (基部) 로서, 메탈 베이스 부재 (2A), 메탈 베이스 부재 (2A) 상에 형성된 절연층 (2D) 및 절연층 (2D) 상에 형성된 1 쌍의 도전부 (2B, 2C) 를 갖고 있다. LED (3) 는, 상대하는 저면 및 상면에 1 쌍의 전극 (도시 생략) 을 갖고 있고, 일방의 도전부 (2B) 의 상면에 AuSn 의 공정 (共晶) 땜납 (5) 을 통해 LED (3) 의 저면측의 전극이 접합되어 있다. LED (3) 의 상면측의 전극은, 금속제의 와이어 (106) 에 의해 다른 일방의 도전부 (2C) 에 접속되어 있다.
LED (3) 는, 전력이 공급됨으로써 근자외 영역부터 청색 영역까지의 광을 발광하는 것으로서, 전술한 [1-1] 항에 기재한 것을 사용할 수 있다. 또한, 배선 기판 (2) 상에는, LED (3) 로부터 발하여지는 광의 일부를 흡수하여 상이한 파장의 광을 발하는 형광체 함유부 (4) 가 LED (3) 를 덮어 형성되어 있다. LED (3) 로부터 발하여진 광의 일부는, 형광체 함유부 (4) 내의 발광 물질 (형광체) 에 여기광으로서 흡수되고, 또 다른 일부는, 형광체 함유부 (4) 를 투과하여 LED 램프 (1) 로부터 방출되게 되어 있다. 형광체 함유부 (4) 는, 도전부 (2B, 2C) 의 일부를 노출시켜 형성되어 있고, 노출된 도전부 (2B, 2C) 의 부분이 LED 램프 (1) 에 대한 전력 공급용 전극으로 된다.
LED (3) 와 배선 기판 (2) 의 한 쌍의 도전부 (2B, 2C) 의 전기적 접속은, LED (3) 에 있어서의 전극 세트 (도시 생략) 의 배치에 따라 적절한 방법으로 실시할 수 있다. 예를 들어 LED (3) 의 편면에만 전극 세트가 형성되어 있는 경우에는, 전극이 형성되어 있는 면을 위를 향하여 LED (3) 를 설치하고, 각 세트의 전극과 각 도전부 (2B, 2C) 를 예를 들어 금제의 와이어 (106) 로 각각 접속시킴으로써, 도전부 (2B, 2C) 와 LED (3) 를 전기적으로 접속시킬 수 있다. 또한, LED (3) 가 플립 칩 (페이스 다운) 인 경우에는, LED (3) 의 전극과 도전부 (2B, 2C) 를 금 범프나 땜납으로 접합함으로써 전기적으로 접속시킬 수 있다.
형광체 함유부 (4) 는, 투명 수지와 형광체를 함유하고 있다. 형광체는, LED (3) 가 발하는 광에 의해 여기되어 파장이 상이한 광을 발하는 물질이다. 형광체 함유부 (4) 에 함유되는 형광체의 종류는, LED (3) 가 발하는 광과 형광체 함유부 (4) 가 함유하는 형광체가 발하는 광의 총 합 혹은 형광체가 발하는 광이, XYZ 표색계 (CIE1931) 의 xy 색도도에 있어서 -0.02
Figure pct00029
Δuv
Figure pct00030
0.02 를 만족하도록 선택된다. 또한 투명 수지는, LED (3) 및 형광체가 발한 광을 투과시킬 뿐만 아니라, LED (3) 를 봉지하고 또한 형광체를 분산 유지하는 기능을 갖고 있다. 이와 같은 기능을 갖고 있으면, 투명 수지로는 임의의 재료를 사용할 수 있고, 여기서는 [1-3] 항에서 서술한 봉지 재료를 사용하고 있다.
이상과 같이 LED (3) 및 형광체 함유부 (4) 를 갖는 고체 발광 장치인 LED 램프 (1) 는, 복수 개가 예를 들어 기판 상에 집적 배치되어, 본 발명에 있어서의 발광부를 구성한다.
[1-5-2] 실시예 2
실시형태 1 에서는 LED (3) 를 형광체 함유부 (4) 로 봉지함으로써 고체 발광 소자 및 형광체를 동일한 모듈로서 구성한 예를 나타냈으나, 고체 발광 소자와 형광체를 별도의 모듈로 구성할 수도 있다. 이하에, 고체 발광 소자와 형광체를 별도의 모듈로 구성한 실시형태 2 의 고체 발광 장치에 대해 설명한다.
도 2a 에 나타내는 고체 발광 장치는, 고체 발광 소자를 모듈화한 고체 발광 소자 모듈 (10) 과, 형광체 함유부를 모듈화한 형광체 모듈 (20) 을 갖는다. 도 2b 에 나타내는 바와 같이, 형광체 모듈 (20) 은, 고체 발광 소자 모듈 (10) 에 접합되고, 이로써 고체 발광 장치가 구성된다.
이하, 각 모듈에 대해 설명한다.
[1-5-2-1] 고체 발광 소자 모듈
도 2b 에 나타내는 바와 같이, 고체 발광 소자 모듈 (10) 은 기부 (11) 와, 기부 (11) 상에 배치된 적어도 하나의 고체 발광 소자 (12) 를 구비한다.
(i) 기부
고체 발광 소자 모듈 (10) 의 기부 (11) 는, 고체 발광 소자 (12) 를 고정시켜 지지하는 것이다. 도 2b 에서는 원판 형상의 기부 (11) 가 도시되어 있는데, 기부 (11) 는 온도 조건 등의, 본 실시형태에 있어서의 고체 발광 소자 모듈의 기부로서의 사용 조건에 견딜 수 있는 것이면, 본 실시형태의 효과를 현저하게 해치지 않는 범위에서 임의의 소재, 형상, 치수로 구성할 수 있다. 또한, 기부 (11) 의 고체 발광 소자 (12) 가 배치된 표면은, 고체 발광 소자 (12) 를 봉지하도록 기부 (11) 전체를 덮어 몰드부 (7) 가 형성되어 있어도 된다. 몰드부 (7) 를 구성하는 수지로는, 실시형태 1 의 형광체 함유부에서 사용한 투명 수지와 동일한 수지를 사용할 수 있다.
(ii) 고체 발광 소자
고체 발광 소자 (12) 는, 고체 발광 장치가 1 차 광을 발하기 위해 상기 서술한 것과 동일한 것, 특히 LED 를 바람직하게 사용할 수 있다. 따라서, 도 2b 에 나타내는 바와 같이 고체 발광 소자 (12) 와 형광체 함유부 (22) 를 이용하여 1 차 광을 발하는 경우에는, 고체 발광 소자 모듈 (10) 에는 적어도 하나의 고체 발광 소자 (12) 를 형성하도록 한다. 이 경우, 고체 발광 소자 (12) 는 2 이상의 형광체부 (22) 에 공유될 수 있는 구성으로 해도 된다.
고체 발광 소자 (12) 의 수는, 기부 (11) 의 사이즈 등에 따라 적절한 수로 할 수 있다. 본 형태에서는 기부 (11) 상에 복수 개, 구체적으로는 9 개의 고체 발광 소자 (12) 가 배치되어 있다.
(iii) 그 밖의 부재
또한, 고체 발광 소자 모듈 (10) 은, 기부 (11) 및 고체 발광 소자 (12) 이외의 부재를 구비하고 있어도 된다. 예를 들어 고체 발광 소자 모듈 (10) 은, 고체 발광 소자 (12) 에 전력을 공급하기 위한 배선 (13) 을 갖고 있어도 된다. 통상, 이 배선 (13) 은, 고체 발광 소자 모듈 (10) 의 기부 (11) 에 형성된다. 기부 (11) 에 복수의 고체 발광 소자 (12) 가 형성되어 있는 경우에는, 배선 (13) 은 각 고체 발광 소자 (12) 에 전력을 공급할 수 있도록 형성된다.
[1-5-2-2] 형광체 모듈
도 2b 에 나타내는 바와 같이, 형광체 모듈 (20) 은, 고체 발광 소자 모듈 (10) 의 상면에 접합됨으로써, 본 실시형태의 고체 발광 장치를 고체 발광 소자 모듈 (10) 및 필요에 따라 그 밖의 부재와 함께 구성하는 것으로서, 기부 (21) 와, 기부 (21) 상에 배치된 형광체 함유부 (22) 를 구비한다. 고체 발광 소자 모듈 (10) 로부터의 광을 유효하게 이용하기 위해서는, 고체 발광 소자 모듈 (10) 에 형광체 모듈 (20) 을 밀착시키는 편이 좋지만, 고체 발광 소자 모듈 (10) 의 표면 재질이나 형광체 모듈 (20) 의 투명 수지 재료에 따라서는, 고체 발광 소자 모듈 (10) 과의 사이에 공간을 비워 형광체 모듈 (20) 을 배치해도 된다.
(i) 기부
형광체 모듈 (20) 의 기부 (21) 는, 형광체 함유부 (22) 의 지지체로서, 예를 들어 투명한 필름이나 판 (시트) 등으로 구성할 수 있다.
형광체 모듈 (20) 의 기부 (21) 는, 온도 조건 등의, 본 실시형태에 있어서의 형광체 모듈의 기부로서의 사용 조건에 견딜 수 있는 것이면, 본 실시형태의 효과를 현저하게 해치지 않는 범위에서 임의의 소재, 형상, 치수로 구성할 수 있다.
(ii) 형광체 함유부
형광체 함유부 (22) 는, 기부 (21) 의 일부 영역에 형성되어 있고, 실시형태 1 에서 서술한 형광체 함유부 (4) 와 동일하게, 투명 수지와, 투명 수지 중에 분산된 형광체를 갖고 구성되어 있다. 형광체 함유부 (22) 가 함유하는 형광체의 종류는, 도 2a 에 나타내는 고체 발광 장치 전체로부터의 발광색이, XYZ 표색계 (CIE1931) 의 xy 색도도에 있어서 -0.02
Figure pct00031
Δuv
Figure pct00032
0.02 를 만족하고 있으면 임의의 종류를 선택할 수 있다. 예를 들어 각 형광체 함유부 (22) 로부터 원하는 색온도의 발광색이 얻어지도록 각 형광체 함유부 (22) 에 복수 종류의 형광체를 함유시킬 수도 있고, 복수의 형광체 함유부 (22) 로부터의 발광을 혼색시킴으로써 원하는 색온도의 발광색이 얻어지도록, 각 형광체 함유부 (22) 에 함유시키는 적어도 1 종류의 형광체를 선택할 수도 있다.
형광체 함유부 (22) 는, 통상적으로는 기부 (21) 의 표면에 형성되는데, 형광체 함유부 (22) 의 투명 수지가 기부 (21) 를 구성하는 소재와 동일한 경우에는, 형광체를 기부 (21) 의 일부 영역에 함유시킴으로써 형광체 함유부 (22) 를 구성할 수도 있다.
형광체 함유부 (22) 를 기부 (21) 의 표면에 형성하는 경우, 기부 (21) 에 형광체 함유부 (22) 를 형성하는 방법으로는, 예를 들어 형광체를 투명 수지 (바인더 수지) 중에 분산시킨 분산액을 제조하고, 이것을 기부 (21) 상에 패터닝 도포 형성하는 방법을 들 수 있다.
기부 (21) 에 형광체 함유부 (22) 를 패터닝 도포 형성하는 구체적인 방법으로는, 스크린 인쇄, 그라비아 인쇄, 플렉소 인쇄, 잉크젯 인쇄 등의 인쇄법 혹은 투명 수지로서 감광성 레지스트를 사용하고, 이것에 형광체를 분산시킨 분산액을 제조하여, 분산액을 기부 (21) 의 표면에 도포한 후, 마스크를 통해 노광시키고, 미노광부를 현상 처리하여 제거함으로써 패터닝하는 방법 등을 들 수 있다. 물론, 이들 방법 이외에도, 형광체 함유부 (22) 를 일괄적으로 형성하는 다른 방법으로서, 예를 들어 컬러 필터를 제조할 때에 사용되는 임의의 패터닝 방법을 이용할 수 있고, 선정하는 투명 수지에 따라서는, 트랜스퍼 성형법이나 인젝션 성형법을 이용할 수도 있다. 또한, 형광체 함유부 (22) 를 필요한 부분에만 형성하는 방법으로서, 일반적인 디스펜서에 의한 방법도 가능하다.
형광체 함유부 (22) 의 위치는, 고체 발광 소자 모듈 (10) 의 고체 발광 소자 (12) 로부터 발하여진 광을 형광체 함유부 (22) 가 효율적으로 수광할 수 있도록, 형광체 함유부 (22) 는 고체 발광 소자 (12) 와 대향하는 위치에 배치되는 것이 바람직하다.
또한, 형광체 함유부 (22) 의 수는, 기부 (21) 의 사이즈 등에 따라 하나로 할 수도 있고 복수로 할 수도 있다. 본 실시형태에서는, 고체 발광 소자 모듈 (10) 에 있어서의 고체 발광 소자 (12) 의 수에 대응하여 9 개의 형광체 함유부 (22) 를 형성하고 있다.
(iii) 그 밖의 부재
또한 형광체 모듈 (20) 에는, 기부 (21) 및 형광체 함유부 (22) 이외의 부재를 구비하고 있어도 된다.
이상과 같이 구성된 형광체 모듈 (20) 은, 고체 발광 소자 모듈 (10) 과 조합되어, 고체 발광 소자 모듈 (10) 의 고체 발광 소자 (12) 로부터 발하여진 광 (여기광) 을 형광체 함유부 (22) 가 수광한다. 형광체 함유부 (22) 가 고체 발광 소자 (12) 로부터의 광을 수광함으로써, 형광체 함유부 (22) 중의 형광체가 여기되어, 형광 (즉, 1 차 광) 을 발한다.
[2] 발광부
본 발명의 조명 장치는, 상기 서술한 고체 발광 장치를 집적 배치한 발광부를 갖는다. 발광부에서는, 고체 발광 장치가 발하는 1 차 광이 발광부의 발광면으로부터 소정 거리 이하에서 합성되어, 합성광을 발하도록 복수의 고체 발광 장치가 배치된다.
또한, 상기 서술한 실시형태 2 에서 서술한 바와 같이 고체 발광 소자 모듈 (10) 및 형광체 모듈 (20) 이 각각 복수의 고체 발광 소자 (12) 및 형광체 함유부 (22) 를 갖는 경우에는, 도 2a 에 나타낸 구성 전체를 고체 발광 장치로 하고, 그것을 복수 집적 배치함으로써 발광부를 구성할 수도 있고, 서로 대향하는 고체 발광 소자 (12) 와 형광체 함유부 (22) 의 세트를 각각 고체 발광 장치로 하고, 도 2a 에 나타낸 구성 전체를 하나의 발광부로서 구성할 수도 있다. 후자의 경우에는, 색온도가 상이한 복수 종의 1 차 광이 발광부로부터 발하여지도록, 각 형광체 함유부 (22) 가 함유하는 형광체의 종류나 함유량 등이 선정된다.
[2-1] 고체 발광 장치의 배열
본 발명의 조명 장치에 있어서, 집적하는 고체 발광 장치의 수 및 배치는, 설계되는 조명 장치의 크기, 요구되는 조도에 따라 적절히 선택할 수 있다.
고체 발광 장치가, 실시형태 1 에서 서술한 바와 같은 표면 실장형의 LED 램프 (이하, 「SMD」라고도 한다) 인 경우, 집적된 복수의 SMD 의 구조축 (혹은 광축) (L) (도 3 에 나타낸다) 이 서로 비평행이면, 복수의 SMD 로부터의 발광의 합성광이 닿는 조사면에 있어서 조도의 균일성이 얻어지기 어려워진다. 특히, SMD 사이의 거리가 떨어진 경우에는 조도의 균일성을 얻기가 곤란해진다. 그래서, 복수의 SMD 를 실장 기판 상에 실장하여 발광부를 구성하는 경우, SMD (100) 의 구조축 (혹은 광축) (L) 이 실장 기판면에 대해 수직이 되도록 배열되어 있는 것이 바람직하다.
고체 발광 장치가 상기 서술한 바와 같은 SMD 의 LED 패키지인 경우, 본 발명에 있어서의 발광부의 발광면은, 고체 발광 장치의 광 출사측의 선단을 포함하고, 또한 고체 발광 소자가 집적 배치되는 배선 기판에 평행한 면으로 한다. 또한, 상기 서술한 실시형태 2 와 같이 모듈화된 고체 발광 장치 및 발광부의 경우에는, 형광체 모듈의 광 출사측의 면을 발광면으로 한다.
[2-2] 고체 발광 장치의 조합
본 발명의 조명 장치는, 고체 발광 장치를 복수 구비한다. 복수의 고체 발광 장치는, 발광색이 상이한 2 종 이상의 광 (1 차 광) 을 발한다. 이들 발광색이 상이한 2 종 이상의 1 차 광을 혼색함으로써, 합성광으로 할 수 있다.
고체 발광 장치가 발하는 1 차 광의 발광색은, 적절히 설정하여 조합할 수 있으나, 발광색마다 상관 색온도가 상이한 것이 바람직하다. 이로써, 주광색 ∼ 주백색 ∼ 백색 ∼ 온백색 ∼ 전구색 등의 조명 광원, CIE 표준 광원 (A, B, C 및 D65), 태양광 (자연광) 스펙트럼 등, 근자외광부터 근적외광까지 광범위의 스펙트럼을 갖는 타겟 컬러를 재현할 수 있게 된다.
고체 발광 장치가 발하는 1 차 광의 상관 색온도는, 바람직하게는 2000 K 이상, 보다 바람직하게는 2200 K 이상이고, 또한 바람직하게는 50000 K 이하, 보다 바람직하게는 10000 K 이하이다. 조명 장치에 사용되는 복수 종의 고체 발광 장치 중, 가장 상관 색온도가 높은 고체 발광 장치와 가장 상관 색온도가 낮은 고체 발광 장치 사이에서의 상관 색온도의 범위가 넓을수록, 합성광의 상관 색온도의 설정 범위를 넓게 할 수 있다. 단, 이 상관 색온도의 범위를 지나치게 넓게 하면, 조명 장치의 발광부를 직접 보았을 때나 물체를 조명함으로써 생긴 그림자를 보았을 때에, 발광색의 차이가 인식되기 쉬워지기 때문에, 조명 장치의 용도 등에 따라 적절한 범위로 하는 것이 바람직하다.
또한 1 차 광은, XYZ 표색계 (CIE1931) 의 xy 색도도에 있어서 -0.02
Figure pct00033
Δuv
Figure pct00034
0.02 를 만족하도록 상관 색온도가 선택되어 있고, 실질적으로 흑체 복사 궤적 상에 있다고 해도 된다. 따라서, 고체 발광 장치로부터 발하여지는 1 차 광은 백색계의 색미를 갖고 있으므로, 종래와 같이 청색광, 녹색광 및 적색광을 혼색하여 백색광을 얻는 조명 장치와 비교하여, 조명 장치의 발광부를 직접 보았을 때의 조명광의 색, 및 물체를 조명하였을 때의 그림자의 발생 방법에 대한 위화감이 대폭 저감된다.
[2-3] 고체 발광 장치의 광 출사부의 에너지비
본 발명의 조명 장치는, [2-2] 항에서 전술한 바와 같이, 복수의 고체 발광 장치로부터 상관 색온도가 상이한 2 종 이상의 발광색의 1 차 광을 발하고, 그들 1 차 광을 혼색함으로써, 원하는 색의 합성광을 창출할 수 있다. 여기서, 고체 발광 장치의 광 출사 에너지를 상관 색온도마다 설정함으로써, 합성광의 상관 색온도를, 각 고체 발광 장치로부터의 1 차 광 중 가장 낮은 상관 색온도와 가장 높은 상관 색온도 사이에서 조정할 수 있다.
여기서, 「고체 발광 장치의 광 출사부의 에너지」란, 각 색온도의 고체 발광 장치가 사출하는 광을 에너지량으로 나타낸 것을 말한다. 또한 조명 장치가, 동일한 상관 색온도의 광을 출사하는 고체 발광 장치를 복수 포함하고 있는 경우에는, 그 복수의 고체 발광 장치의 에너지의 총 합을 나타낸다. 에너지량을 결정하는 인자로는, 예를 들어 고체 발광 장치의 광 사출부의 면적, 고체 발광 장치의 광 사출 시간, 고체 발광 장치의 구동 전류값, 고체 발광 장치의 전력량 (구동 전류값 × 전압값) 등을 들 수 있다.
[2-3-1] 고체 발광 장치의 광 사출부의 면적
고체 발광 장치의 광 사출부의 면적이란, 고체 발광 장치 1 단위의 광 출사부를 면으로 하여 단위당의 면적으로 하고, 동일한 상관 색온도마다 고체 발광 장치의 수로 곱한 것을 말한다.
즉, 상관 색온도마다 고체 발광 장치의 개수나 단위당의 면적을 조정함으로써, 광 사출부의 에너지비를 조절할 수 있다.
따라서, 각 상관 색온도에 있어서, 광 사출부의 면적 이외의 에너지량을 결정하는 인자가 동일하면, 각 상관 색온도에 있어서의 고체 발광 장치의 광 사출부의 면적을, 고체 발광 장치의 광 출사부의 에너지로 하여 상기 서술한 에너지비를 산출할 수 있다.
[2-3-2] 고체 발광 장치의 광 사출 시간
고체 발광 장치의 광 사출 시간이란, 고체 발광 장치 1 단위의 일정 시간 내에 있어서의 광 출사 시간을 단위당의 광 사출 시간으로 하고, 동일한 상관 색온도마다 고체 발광 장치의 수로 곱한 것을 말한다.
즉, 상관 색온도마다 고체 발광 장치의 광 사출 시간을 조정함으로써 광 사출부의 에너지비를 조절할 수 있다.
따라서, 각 상관 색온도에 있어서, 광 사출 시간 이외의 에너지량을 결정하는 인자가 동일하면, 각 상관 색온도에 있어서의 고체 발광 장치의 광 사출 시간을, 고체 발광 장치의 광 출사부의 에너지로 하여 상기 서술한 에너지비를 산출할 수 있다.
[2-3-3] 고체 발광 장치의 구동 전류값
고체 발광 장치의 구동 전류값이란, 고체 발광 장치 1 단위의 구동 전류값을 단위당의 구동 전류값으로 하고, 동일한 상관 색온도마다 고체 발광 장치의 수로 곱한 것을 말한다. 고체 발광 장치가 동일한 타입인 경우, 구동 전압값이 거의 동일해진다.
즉, 상관 색온도마다 고체 발광 장치의 구동 전류값을 조정함으로써 광 사출부의 에너지비를 조절할 수 있다.
따라서, 각 상관 색온도에 있어서, 구동 전류값 이외의 에너지량을 결정하는 인자가 동일하면, 각 상관 색온도에 있어서의 고체 발광 장치의 구동 전류값을, 고체 발광 장치의 광 출사부의 에너지로 하여 상기 서술한 에너지비를 산출할 수 있다.
[2-3-4] 고체 발광 장치의 전력량 (구동 전류값 × 전압값)
고체 발광 장치의 전력량이란, 고체 발광 장치 1 단위의 전력량을 단위당의 전력량으로 하고, 동일한 상관 색온도마다 고체 발광 장치의 수로 곱한 것을 말한다. 고체 발광 장치가 다른 타입 (소자 구조, 소자 사이즈, 파장 등) 인 경우, 구동 전압값이 상이하다.
즉, 상관 색온도마다 고체 발광 장치의 전력량을 조정함으로써 광 사출부의 에너지비를 조절할 수 있다.
따라서, 각 상관 색온도에 있어서, 전력량 이외의 에너지량을 결정하는 인자가 동일하면, 각 상관 색온도에 있어서의 고체 발광 장치의 전력량을, 고체 발광 장치의 광 출사부의 에너지로 하여 상기 서술한 에너지비를 산출할 수 있다.
[2-3-5] 고체 발광 장치의 배치
또한, 상기 서술한 에너지비 이외에 조광에 기여하는 인자로는, 각 상관 색온도의 고체 발광 장치를 적절히 배치하는 것을 들 수 있다. 상관 색온도마다의 고체 발광 장치의 적절한 배치의 예로서, 하기의 것을 들 수 있다.
(i) 상이한 상관 색온도의 고체 발광 장치가 서로 이웃하고, 또한 동일한 상관 색온도의 고체 발광 장치가 가능한 한 이웃하지 않게 함으로써, 불균일이 없는 백색을 달성할 수 있다. 이 경우, 각 상관 색온도의 에너지비를 면적비로 조정하는 경우에는, 각 상관 색온도가 각각 많아지는 패턴을 조합함으로써 불균일이 없는 백색을 달성할 수 있다.
예를 들어 조사하는 광의 상관 색온도가 상이한 2 종류의 고체 발광 장치를 복수 개씩 매트릭스 형상으로 배치하는 경우에는, 상관 색온도가 상이한 고체 발광 장치가 행 방향 및 열 방향으로 교대로 배열되도록 배치할 수 있다. 또한, 상관 색온도가 상이한 3 종류의 고체 발광 장치를 복수 개씩 매트릭스 형상으로 배치하는 경우에 있어서, 특정한 1 종류의 상관 색온도의 면적비를 크게 하는 배치 패턴의 예를 도 4(a) ∼ 4(b) 에 나타낸다. 도 4(a) ∼ 4(d) 에서는, 상관 색온도가 상이한 3 종류의 고체 발광 장치를 W1, W2 및 W3 으로 구별하고 있고, W1 의 면적비가 커지는 예를 나타내고 있다. 또한, W1, W2, W3 을 교체하는 것도 가능하다. 또한 도 4(a) ∼ 4(d) 의 패턴을 적절히 조합하여 모듈화해도 된다.
(ii) 상이한 상관 색온도의 고체 발광 장치가 서로 이웃하고, 또한 동일한 상관 색온도의 고체 발광 장치가 일부만 이웃하도록 할 수도 있다. 예를 들어 도 5(a) ∼ 5(d) 에, 상관 색온도가 상이한 3 종류의 고체 발광 장치를 복수 개씩 매트릭스 형상으로 배치하는 경우에, 각 상관 색온도의 면적비를 일정하게 하고, 에너지비를 구동 전력량 혹은 구동 전류값으로 조정하는 4 개의 패턴예를 나타낸다. 도 5(a) ∼ 5(d) 에서도, 상관 색온도가 상이한 3 종류의 고체 발광 장치를 W1, W2 및 W3 으로 구별하고 있다. 도 5(c) 에 나타내는 패턴은, 도 4(a) 에 나타내는 패턴과 동일하다. 또한, W1, W2, W3 을 교체하는 것도 가능하다. 또한 도 5(a) ∼ 5(d) 의 패턴을 적절히 조합하여 모듈화해도 된다.
(iii) 예를 들어 도 6 에 나타내는 바와 같이, 상관 색온도가 상이한 3 종류의 고체 발광 장치 (W1, W2, W3) 의 간격 (피치 P1, P2, P3) 을 좁히기 위해, W1, W2, W3 을 1 개씩 세밀 충전으로 조합한 정삼각형의 최소 유닛의 반복 단위로서 배열한다. 피치 P1, P2, P3 을 좁게 함으로써, 각 상관 색온도의 고체 발광 장치의 혼색 거리를 짧게 하는 효과가 얻어진다.
(iv) 상관 색온도가 상이한 3 종류의 고체 발광 장치 (W1, W2, W3) 의 간격 (피치) 을 좁혀 배열하는 다른 예로는, 도 7(a) 와 같은, 고체 발광 장치를 정사각형으로 한 배열을 45 도 기울인 허니컴 구조를 들 수 있다. 고체 발광 장치를 정사각형으로 한 배열 (도 7(b)) 보다, 고체 발광 장치의 피치를 좁힐 수 있기 때문에, 각 상관 색온도의 고체 발광 장치의 혼색 거리를 짧게 하는 효과를 얻을 수 있다.
[2-4] 고체 발광 장치의 에너지 제어
상기 서술한 고체 발광 장치의 광 출사부의 면적, 광 출사 시간, 구동 전류값, 전력량 및 배치 중, 광 출사부의 면적 및 배치는, 그들이 한 번 설정되면 발광색마다의 에너지비를 변경하는 것은 곤란하다. 그러나, 광 출사 시간, 구동 전류값 및 전력량에 대해서는, 발광색이 상이한 고체 발광 장치마다 고체 발광 장치의 구동 조건을 제어하는 제어 장치를 조명 장치에 부가하면, 고체 발광 장치의 전기적인 제어에 의해 발광색마다의 에너지비의 변경을 매우 용이하게 실시할 수 있다. 제어 장치가 제어하는 고체 발광 장치의 구동 조건은, 구체적으로는 상기 서술한 광 출사 시간, 구동 전류값 또는 전력량으로 할 수 있다.
예를 들어 도 8 에 나타내는 바와 같이, xy 색도도 상에 있어서 각각 색도점 WL, WH 로 나타내는 광을 발하는 2 종류의 고체 발광 장치를 갖는 조명 장치를 생각한다. 여기서, 도 8 의 요부 확대도인 도 9 에 나타내는 바와 같이, 색도점 (WL) 의 상관 색온도는 2600 K, 색도점 (WH) 의 상관 색온도는 9000 K 로 한다. 또한 색도점 (WL) 은, 흑체 복사 궤적 (BBL) 으로부터의 편차 (Δuv) 가 +0.005 이고, 색도점 (WH) 은, 흑체 복사 궤적 (BBL) 으로부터의 편차 (Δuv) 가 +0.01 이라고 한다.
상기 경우에 있어서, 발광색의 상관 색온도가 상이한 2 종류의 고체 발광 장치의 광 출사 시간, 구동 전류값 또는 전력량과 같은 구동 조건을 제어함으로써, 발광색마다 고체 발광 장치의 에너지비를 자유롭게 변화시켜, 색도점 (WL) 과 색도점 (WH) 을 연결하는 직선 상에서 임의로 상관 색온도를 조정할 수 있다. 게다가, 색도점 (WL, WH) 은 -0.02
Figure pct00035
Δuv
Figure pct00036
0.02 이고, 이들 색도점 (WL, WH) 을 연결하는 직선도 -0.02
Figure pct00037
Δuv
Figure pct00038
0.02 의 범위 내에 들어가 있다. 따라서, 조명 장치로부터 발하여지는 광은, 실질적으로 흑체 복사 궤적 (BBL) 을 따르고 있다고 할 수 있으며, 조명광으로서 적합하다.
또한 도 9 에 나타낸 예에서는, 색도점 (WL, WH) 모두 Δuv 의 값이 정인 경우를 나타냈으나, 도 10 에 나타내는 바와 같이, 색도점 (WL) 의 Δuv 가 정, 또한 색도점 (WH) 의 Δuv 가 부 (負) 여도 되고, 도면에는 나타내지 않지만 양방 모두 부여도 된다. 또한 도 11 에 나타내는 바와 같이, 조명 장치는 xy 색도도 상에 있어서 각각 색도점 WL, WM, WH 로 나타내는 광을 발하는 3 종류의 고체 발광 장치를 갖고 있어도 된다.
이 경우, 발광색마다 고체 발광 장치의 구동 조건을 제어함으로써, 3 개의 색도점 (WL, WM, WH) 을 정점으로 하는 삼각형의 범위 내에서, 조명 장치로부터의 발광색의 상관 색온도를 변화시킬 수 있다. 게다가, 각 색도점 (WL, WM, WH) 은 모두 흑체 복사 궤적 (BBL) 으로부터의 편차 (Δuv) 가 -0.02
Figure pct00039
Δuv
Figure pct00040
0.02 를 만족하고 있으므로, 보다 흑체 복사 궤적 (BBL) 을 따른 색온도의 제어가 가능해진다.
도 11 에서는, 고체 발광 장치가 발하는 광의 색도점이 3 점인 경우를 예로 들었으나, 색도점은 4 점 이상, 즉, 조명 장치는 발광색이 상이한 4 종류 이상의 고체 발광 장치를 갖고 있어도 된다.
Δuv 의 값은, 상기 서술한 바와 같이 정이어도 상관없고 부여도 상관없지만, 동일한 상관 색온도에서도 Δuv 의 값이 작으면 휘도가 저하되는 경향이 있다. 따라서, 보다 고휘도로 발광시키기 위해서는, 적어도 하나의 발광색은 Δuv 의 값이 정인 것이 바람직하고, 모든 발광색에서 Δuv 의 값이 정인 것이 보다 바람직하다.
이하에, 고체 발광 장치의 구동 조건의 제어에 대해, 고체 발광 장치의 광 출사 시간을 제어하는 경우를 예로 들어 설명한다.
고체 발광 장치의 광 출사 시간을 제어하는 구체적인 제어 장치로는, 일반 교류 전원 (50/60 Hz) 을 베이스로 한 것, 혹은 고주파 회로를 사용한 것이 있으며, 고체 발광 장치를 펄스적으로 발광시키는 PWM (Pulse Width Modulation) 제어에 의해 실시할 수 있다. 발광색이 상이한 2 종류의 고체 발광 장치의 PWM 제어에 있어서는, 2 종류의 고체 발광 장치를 예를 들어 200 Hz 의 주파수로 교대로 점등시켜, 각각의 점등 시간의 비를 변화시킨다.
이 경우, 2 종류의 고체 발광 장치를 따로 따로 제어해도 되는데, 보다 간단한 방법으로서, 고체 발광 소자로서 LED 를 사용한 고체 발광 장치에 있어서는, 도 12 에 나타내는 바와 같이, 발광색의 상관 색온도가 상이한 2 종류의 고체 발광 장치 (30L, 30H) 를, 순바이어스 방향이 서로 역방향이 되도록 병렬 접속한 회로를 구성하고, 이 회로에 교류 전압을 펄스 상태로 인가하는 방법이 있다. 이렇게 함으로써, 1 주기에 있어서의 펄스의 듀티비를 제어하는 것만으로, 각 고체 발광 장치 (30L, 30H) 는 그 듀티비에 따라 교대로 점등되고, 결과적으로 각 고체 발광 장치 (30L, 30H) 의 듀티비에 따라 발광부로부터의 발광색의 상관 색온도를 변화시킬 수 있다.
또한, 이 응용으로서 복수의 발광부를 구비하고, 각 발광부로부터 발하여지는 광의 상관 색온도를 독립적으로 제어하는 조명 장치를 실현할 수 있다. 그러한 조명 장치의 일례로서, 도 13 에 나타내는 바와 같이, 복수의 발광부 (35) 와, 각 발광부 (35) 에 대응한 복수의 PWM 제어 회로 (36) 와, 이들 PWM 제어 회로 (36) 를 독립적으로 제어하는 발광부 제어 회로 (37) 를 갖는 조명 장치를 들 수 있다. 각 발광부 (35) 는, 발광색의 상관 색온도가 상이한 광을 발하는 복수 종의 고체 발광 장치를 구비하고 있다. 각 PWM 제어 회로 (36) 는, 대응하는 발광부 (35) 의 복수 종류의 고체 발광 장치를 PWM 제어한다. 발광부 제어 회로 (37) 는, PWM 제어 회로 (36) 마다 펄스의 듀티비를 지령한다. 도 12 에 나타내는 조명 장치에서는, 발광부 (35) 마다 상관 색온도를 변화시킬 수 있다. 도 12 에 나타내는 조명 장치에서는 3 개의 발광부 (35) 를 갖고 있으나, 발광부 (35) 의 수는 2 개여도 되고 4 개 이상이어도 된다.
이상 서술한 바와 같이, 고체 발광 장치의 구동 조건을 제어함으로써, 매우 간단한 제어로 조명 대상이나 조명하는 환경 등 희망에 따라 조명 품질을 임의로 조정할 수 있다.
[3] 조명 장치
[3-1] 조도
본 발명의 조명 장치에 있어서, 발광부의 발광면으로부터 수직 방향으로 30 ㎝ 떨어진 위치에 있어서의 조도는 150 룩스 이상인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 300 룩스 이상, 특히 바람직하게는 500 룩스 이상이다. 이 조도가 지나치게 낮으면 합성광이 지나치게 약하기 때문에 조사면이 지나치게 어두워지고, 그 반대로 조도가 지나치게 높으면 합성광이 지나치게 눈부셔, 어느 경우에도 조명 용도에 부적합해질 우려가 있다. 한편, 조명의 질은 조도만으로 정해지는 것은 아니며, 색온도나 연색성에 따라서도 인상이 바뀌므로 종합적인 성능이 중요하다.
본 발명의 조명 장치가 상기 조도를 달성하기 위해서는, 구체적으로는 집적하는 고체 발광 장치의 구조, 수 및 배치를 조명 장치의 크기나 필요한 조도에 따라 적절히 선택하면 된다.
[3-2] 조명색
본 발명의 조명 장치는, 바람직하게는 발광부의 발광면으로부터 수직 방향으로 적어도 10 ㎝ 떨어진 위치에 있어서 관찰되는 합성광의 색이 백색이다.
일반적으로 조명에 있어서는 물체의 색을 올바르게 관측자가 지각할 수 있도록, 가능한 한 백색이고 또한 연색성이 높을 것이 요구된다. 예를 들어 적색등이나 황색등, 혹은 나트륨 램프등 아래에서는 물체의 색이 올바르게는 지각될 수 없다. 그래서, 본 발명의 조명 장치에 의한 조명의 색으로는, 백색 혹은 백색 주변색인 파스텔색이 바람직하다.
이 조명색은, 전술한 복수 종의 고체 발광 장치의 광 출사부의 에너지비를 조정함으로써 실현된다. 예를 들어 2000 K 정도의 낮은 상관 색온도의 고체 발광 장치의 에너지비를 높게 하면, 적색미를 띤 조명색이 얻어진다.
본 발명의 조명 장치에 의한 합성광의 색이 백색인 것이 관찰되는 위치는, 발광부의 발광면으로부터 수직 방향으로, 바람직하게는 적어도 10 ㎝ 이상의 위치이고, 더욱 바람직하게는 적어도 5 ㎝ 이상의 위치이다. 백색이 관찰되는 위치가 지나치게 짧으면, 조사면에서 색 분리가 일어날 우려가 있다. 또한, 백색이 조사된 면 내에 있어서 조명측의 색이 분리되면, 물체색을 올바르게 지각할 수 없게 될 우려가 있다.
[3-3] 색온도
또한, 본 실시형태에 관한 합성광의 색온도도 그 용도 등에 따라 임의로 설정할 수 있는데, 통상 2000 K 이상, 바람직하게는 2100 K 이상, 보다 바람직하게는 2200 K 이상, 또한 통상 12000 K 이하, 바람직하게는 10000 K 이하, 보다 바람직하게는 9000 K 이하이다. 이 범위의 광은, 한색, 난색이 보이는 것이 양호하기 때문에 일반적으로 자주 사용된다. 또한 이 범위를 벗어나면, 통상 용도의 조명 장치에 본 실시형태의 광원을 사용하기가 곤란해진다. 또한 합성광의 색온도는, 예를 들어 색채 휘도계, 방사 휘도계 등에 의해 측정할 수 있다.
[3-4] 발광 효율
또한 본 실시형태의 조명 장치에 있어서, 합성광의 발광 효율은, 통상 30 lm/W 이상, 바람직하게는 40 lm/W 이상, 보다 바람직하게는 50 lm/W 이상이다.
발광 효율이 지나치게 낮으면, 사용시에 필요로 하는 에너지 비용이 지나치게 커질 우려가 있어, 에너지 효율이 높은 조명 장치로서의 요구 특성을 만족하지 않는다. 발광 효율이 지나치게 낮으면, 고체 발광 장치를 집적한 경우, 발열에 의해 소자 파괴가 발생할 우려가 있다. 또한 고체 발광 장치의 발광 효율은, 예를 들어 적분구로 측정한 합성광의 광속을 공급 전력으로 나눔으로써 측정할 수 있다.
그런데, 고체 발광 소자 및 형광체를 함유하는 고체 발광 장치에서는, 발하는 광의 색온도가 높아짐에 따라 발광 효율도 높아지는 경향이 있다. 이 경향은, 고체 발광 소자가 발하는 여기광의 파장에 따라 상이하고, 발광 피크 파장이 350 ㎚ 이상 430 ㎚ 이하의 범위에 있는 근자외 영역의 여기광을 발하는 고체 발광 소자 및 그 여기광으로 여기되는 형광체를 갖는 고체 발광 장치는, 보다 파장이 긴 청색 영역의 여기광을 발하는 고체 발광 소자 및 그 여기광으로 여기되는 형광체를 갖는 고체 발광 장치에 비해, 색온도의 변화에 대한 발광 효율 변화의 비율이 작다. 요컨대, 근자외 영역의 여기광을 발하는 고체 발광 소자를 구비한 고체 발광 장치는, 동일한 구동 조건으로 구동시킨 경우에도 상이한 색온도의 광을 발하는 고체 발광 장치 사이에서의 휘도 차이가 작아지고, 그 결과, 고체 발광 장치의 색온도마다의 휘도 밸런스의 조정을 필요로 하지 않거나, 또는 용이하게 실시할 수 있다. 또한, 상이한 색온도의 광을 발하는 복수 종의 고체 발광 장치 사이에서의 에너지비를 제어 장치에 의해 제어하는 경우에는, 에너지비를 변화시키는 것에 의한 합성광의 휘도 변화를 억제한 제어를 용이하게 실시할 수 있게 된다.
따라서, 고체 발광 장치로서, 자외 영역의 광을 발하는 고체 발광 소자를 구비한 고체 발광 장치를 사용하는 것이 바람직하다. 이로써, 색온도가 상이한 복수 종의 고체 발광 장치 사이에서의 휘도의 편차를 억제할 수 있다.
[3-5] 평균 연색 평가수 (Ra)
또한 본 발명의 조명 장치는, 평균 연색 평가수 (Ra) 가 80 이상, 바람직하게는 85 이상, 특히 바람직하게는 90 이상이고, 연색성이 매우 우수한 것이다.
또한, 상기 평균 연색 평가수 (Ra) 는, JIS Z 8726 에 의해 산출된다.
[3-6] 합성광의 스펙트럼의 특징
또한 본 실시형태에 관한 합성광의 스펙트럼은, 통상 1 차 광의 스펙트럼을 조합한 것이 된다. 또한 합성광의 스펙트럼은, 가시광의 연속광이 되는 것이 양호한 연색성을 나타내는 조명 장치가 얻어지므로 바람직하고, 또한 가능한 한 플랑크 방사에 가까운 편이 바람직하다.
또한 합성광의 스펙트럼은, 분광 광도계에 의해 측정할 수 있다.
<제 2 실시형태>
여기서, 도 14a 는 본 발명에 관련된 반도체 발광 장치 (이하, 간단히 「발광 장치」라고 한다) (108) 에 포함되는 패키지 (101) 의 개략 구성의 사시도이고, 도 14b 는 패키지 (101) 에 형성된 반도체 발광 소자 (103A, 103B) 에 전력을 공급하는 배선 (120A, 120B) 의 실장 상태를 나타내는 도면이다. 또한, 도 15 는 도 14a 에 나타내는 발광 장치 (108) 에 있어서, 상기 배선 (120A, 120B) 을 포함하는 면에서 절단한 경우의 단면도이다. 도 14a 에 나타내는 바와 같이, 발광 장치 (108) 는 패키지 (101) 를 포함하여 구성되고, 그 패키지 (101) 는, 기판 (102) 상에 배치된 고리형 또한 원추 사다리꼴 형상의 리플렉터 (110) 를 갖는다. 이 리플렉터 (110) 는 후술하는 각 분할 영역부 (112) 로부터의 출력광의 일부를, 발광 장치 (108) 의 출사 방향으로 유도하는 기능을 가짐과 함께, 패키지 (101) 의 본체로서의 기능도 완수한다. 또한, 리플렉터 (110) 의 원추 사다리꼴 형상의 상면측은, 발광 장치 (108) 에 의한 광의 출사 방향이 되고, 개구부 (113) 를 형성하고 있다. 한편으로, 리플렉터 (110) 의 원추 사다리꼴 형상의 하면측은 기판 (102) 이 배치되고, 상세한 것은 후술하겠지만 각 반도체 발광 소자에 대한 전력 공급을 위한 배선이 부설 등 되어 있다 (당해 배선은 도 14a 에는 도시 생략).
그리고, 이 고리형의 리플렉터 (110) 내부의 공간을 도 14a, 도 14b, 도 15 에 나타내는 바와 같이 균등하게 2 개의 영역으로 분할하는 공간 분할부 (111) 가, 기판 (102) 에 대해 수직으로 형성되어 있다. 이 공간 분할부 (111) 에 의해, 리플렉터 (110) 내에 2 개의 분할 영역부 (112A, 112B) 가 획정됨과 함께, 도 14a, 도 15 에 나타내는 바와 같이, 분할 영역부 (112A) 의 개구부는, 리플렉터 (110) 의 개구부 (113) 의 우측 절반을 차지하고, 분할 영역부 (112B) 의 개구부는, 리플렉터 (110) 의 개구부 (113) 의 좌측 절반을 차지하게 된다. 본 출원에 있어서는, 분할 영역부 (112A) 의 개구부를 분할 개구부 (113A) 라고 하고, 분할 영역부 (112B) 의 개구부를 분할 개구부 (113B) 라고 한다. 즉, 개구부 (113) 는, 공간 분할부 (111) 에 의해 분할 개구부 (113A 와 113B) 로 분할되게 된다.
이 분할 영역부 (112A, 112B) 에는, 각각 반도체 발광 소자로서 근자외광을 출력광으로 하는 근자외 반도체 발광 소자 (103A, 103B) (발광 피크 파장이 350 ㎚ 이상 430 ㎚ 이하의 범위에 속한다) 가 각각 4 개씩 형성되어 있다. 이 근자외 반도체 발광 소자 (103A, 103B) (이들 근자외 반도체 발광 소자를 포괄적으로 참조하는 경우에는 근자외 반도체 발광 소자 (103) 라고 칭한다) 는, 쌍이 되는 배선 (120A, 120B) (포괄적으로 배선 (120) 이라고 칭하는 경우도 있다) 에 각각 접속되어, 전력 공급을 받음으로써 발광을 실시한다. 또한, 각 분할 영역부에서의 배선 (120) 에 대한 근자외 반도체 발광 소자 (103) 의 접속은, 도 14b 에 나타내는 바와 같이, 배선 (120A) 위에 4 개의 근자외 반도체 발광 소자 (103A) 가 실장되고, 배선 (120B) 위에 4 개의 근자외 반도체 발광 소자 (103B) 가 실장된다. 그리고, 각 분할 영역에 있어서의 4 개의 반도체 발광 소자 (103) 는, 대응하는 배선에 대해 순방향으로 병렬 접속되어 있다.
여기서, 근자외 반도체 발광 소자 (103) 의 기판 (102) 에 대한 실장에 대해, 도 16 에 기초하여 설명한다. 또한, 도 16 에 나타내는 근자외 반도체 발광 소자 (103) 의 실장 상태는, 제 1 실시형태에서 나타낸 도 1 과 실질적으로 동일한 상태이지만, 제 2 실시형태를 설명하는 데 있어서 중요하므로 재차 설명한다. 기판 (102) 은, 근자외 반도체 발광 소자 (103) 를 포함하는 발광 장치 (108) 를 유지하기 위한 기부로서, 메탈 베이스 부재 (102A), 메탈 베이스 부재 (102A) 상에 형성된 절연층 (102D) 및 절연층 (102D) 상에 형성된 쌍 배선 (120C, 120D) 을 갖고 있다. 근자외 반도체 발광 소자 (103) 는, 상대하는 저면 및 상면에 1 쌍의 전극인 p 전극 및 n 전극을 갖고 있고, 쌍 배선 (120C) 의 상면에, AuSn 의 공정 땜납 (105) 을 통해 근자외 반도체 발광 소자 (103) 의 저면측의 전극이 접합되어 있다. 근자외 반도체 발광 소자 (103) 의 상면측의 전극은, 금속제의 와이어 (106) 에 의해 다른 일방의 쌍 배선 (120D) 에 접속되어 있다. 이들 쌍 배선 (120C, 120D) 의 쌍으로, 도 14b 에 나타내는 1 개 쌍의 배선 (120A 혹은 120B) 을 이루어, 각 분할 영역부의 4 개의 근자외 반도체 발광 소자 (103) 에 대한 전력 공급이 실시된다.
또한, 근자외 반도체 발광 소자 (103) 와 기판 (102) 의 1 쌍의 쌍 배선 (120C, 120D) 의 전기적 접속은, 도 16 에 나타내는 형태로 한정되지 않고, 근자외 반도체 발광 소자 (103) 에 있어서의 전극 세트의 배치에 따라 적절한 방법으로 실시할 수 있다. 예를 들어 근자외 반도체 발광 소자 (103) 의 편면에만 전극 세트가 형성되어 있는 경우에는, 전극이 형성되어 있는 면을 위를 향하여 근자외 반도체 발광 소자 (103) 를 설치하고, 각 세트의 전극과 각 쌍 배선 (120C, 120D) 을 예를 들어 금제의 와이어 (106) 로 각각 접속함으로써, 쌍 배선 (120C, 120D) 과 근자외 반도체 발광 소자 (103) 를 전기적으로 접속할 수 있다. 또한, 근자외 반도체 발광 소자 (103) 가 플립 칩 (페이스 다운) 인 경우에는, 근자외 반도체 발광 소자 (103) 의 전극과 쌍 배선 (120C, 120D) 을 금 범프나 땜납으로 접합함으로써 전기적으로 접속할 수 있다.
여기서, 근자외 반도체 발광 소자 (103) 는, 전력이 공급됨으로써 근자외 영역 (발광 피크 파장 350 ㎚ ∼ 430 ㎚ 의 영역) 의 광을 발광하고, 후술하는 형광부 (114A, 114B) (포괄적으로 형광부 (114) 라고 칭하는 경우도 있다) 를 여기하는 것이다. 그 중에서도, GaN 계 화합물 반도체를 사용한 GaN 계 반도체 발광 소자가 바람직하다. 왜냐하면, GaN 계 반도체 발광 소자는, 이 영역의 광을 발하는 데에, 발광 출력이나 외부 양자 효율이 현격하게 크고, 후술하는 형광체와 조합함으로써, 매우 저전력으로 매우 밝은 발광이 얻어지기 때문이다. GaN 계 반도체 발광 소자에 있어서는, AlxGayN 발광층, GaN 발광층, 또는 InxGayN 발광층을 갖고 있는 것이 바람직하다. GaN 계 반도체 발광 소자에 있어서는, 그들 중에서 InxGayN 발광층을 갖는 것이 발광 강도가 매우 강하기 때문에 특히 바람직하고, InxGayN 층과 GaN 층의 다중 양자 우물 구조인 것이 발광 강도가 매우 강하기 때문에 특히 바람직하다.
또한, 상기 조성식에 있어서 x + y 의 값은 통상 0.8 ∼ 1.2 의 범위의 값이다. GaN 계 반도체 발광 소자에 있어서, 이들 발광층에 Zn 이나 Si 를 도프한 것이나 도펀트가 없는 것이 발광 특성을 조절하는 데 있어서 바람직하다.
GaN 계 반도체 발광 소자는 이들 발광층, p 층, n 층, 전극 및 기판을 기본 구성 요소로 한 것으로서, 발광층을 n 형과 p 형의 AlxGayN 층, GaN 층 또는 InxGayN 층 등으로 샌드위치로 한 헤테로 구조를 갖고 있는 것이 발광 효율이 높아 바람직하고, 또한 헤테로 구조를 양자 우물 구조로 한 것이 발광 효율이 더욱 높아 보다 바람직하다.
또한, GaN 계 반도체 발광 소자를 형성하기 위한 GaN 계 결정층의 성장 방법으로는, HVPE 법, MOVPE 법, MBE 법 등을 들 수 있다. 후막을 형성하는 경우에는 HVPE 법이 바람직하지만, 박막을 형성하는 경우에는 MOVPE 법이나 MBE 법이 바람직하다.
그리고, 도 16 에 나타내는 바와 같이, 기판 (102) 상에는, 이 근자외 반도체 발광 소자 (103) 로부터 발하여지는 광의 일부를 흡수하여 상이한 파장의 광을 발하는 복수 혹은 단독의 형광체 및 상기 형광체를 봉지하는 투광성 재료를 함유하는 형광부 (114) 가 근자외 반도체 발광 소자 (103) 를 덮어 형성되어 있다. 또한, 도 16 에서는 리플렉터 (110) 의 기재는 생략되어 있으나, 이와 같은 형태도 패키지로 구성되는 반도체 발광 장치의 일 형태가 될 수 있다. 근자외 반도체 발광 소자 (103) 로부터 발하여진 광의 일부는, 형광부 (114) 내의 발광 물질 (형광체) 에 여기광으로서 일부 또는 전부가 흡수된다. 보다 구체적으로 발광 장치 (108) 에 있어서의 형광부에 대해 도 15 에 기초하여 설명하면, 분할 영역부 (112A) 에 있어서는, 형광부 (114A) 가 근자외 반도체 발광 소자 (103A) 를 덮고, 또한 그 형광부 (114A) 는 분할 개구부 (113A) 에서 노출된다. 또한, 분할 영역부 (112B) 에 있어서는, 형광부 (114B) 가 근자외 반도체 발광 소자 (103B) 를 덮고, 또한 그 형광부 (114B) 는 분할 개구부 (113B) 에서 노출된다. 따라서, 각 형광부로부터의 출력광은, 각 분할 개구부로부터 외부에 출사된다.
다음으로, 형광부 (114) 에 대해 설명한다. 본 실시예에 관련된 발광 장치 (108) 는 백색광을 출력하는 것을 목적으로 하고, 특히 발광 장치 (108) 의 발광색이 UCS (u, v) 표색계 (CIE1960) 의 uv 색도도에 있어서, 흑체 복사 궤적으로부터의 편차 duv 가 -0.02
Figure pct00041
duv
Figure pct00042
0.02 를 만족하도록, 적색 형광체, 녹색 형광체, 청색 형광체의 3 종류의 형광체를 채용한다. 구체적으로는 이하에 거론되는 것을 사용할 수 있다.
본 발명에 바람직한 적색 형광체가 발하는 형광의 구체적인 파장의 범위를 예시하면, 주발광 피크 파장이 통상 570 ㎚ 이상, 바람직하게는 580 ㎚ 이상, 특히 바람직하게는 610 ㎚ 이상이고, 또한 통상 700 ㎚ 이하, 바람직하게는 680 ㎚ 이하, 특히 바람직하게는 660 ㎚ 이하이다. 또한 주발광 피크의 반값폭은, 통상 1 ㎚ 이상, 바람직하게는 10 ㎚ 이상, 특히 바람직하게는 30 ㎚ 이상이고, 또한 통상 120 ㎚ 이하, 바람직하게는 110 ㎚ 이하, 특히 바람직하게는 100 ㎚ 이하이다. 채용할 수 있는 적색 형광체에 대해서는, 상기 서술한 제 1 실시형태에 나타낸 바와 같다. 단, 이것은 일례로서, 바람직한 특성이 얻어지는 것이면, 상기 이외의 적색 형광체도 채용할 수 있다.
본 발명에 바람직한 녹색 형광체가 발하는 형광의 구체적인 파장의 범위를 예시하면, 주발광 피크 파장이 통상 500 ㎚ 이상, 바람직하게는 510 ㎚ 이상, 특히 바람직하게는 520 ㎚ 이상이고, 또한 통상 580 ㎚ 이하, 바람직하게는 570 ㎚ 이하, 특히 바람직하게는 560 ㎚ 이하이다. 또한, 주발광 피크의 반값폭이 통상 1 ㎚ 이상, 바람직하게는 10 ㎚ 이상, 특히 바람직하게는 30 ㎚ 이상이고, 또한 통상 120 ㎚ 이하, 바람직하게는 90 ㎚ 이하, 특히 바람직하게는 60 ㎚ 이하이다. 채용할 수 있는 녹색 형광체에 대해서는, 상기 서술한 제 1 실시형태에 나타낸 바와 같다. 단, 이것은 일례로서, 바람직한 특성이 얻어지는 것이면, 상기 이외의 녹색 형광체도 채용할 수 있다.
본 발명에 바람직한 청색 형광체가 발하는 형광의 구체적인 파장의 범위를 예시하면, 주발광 피크 파장이 통상 430 ㎚ 이상, 바람직하게는 440 ㎚ 이상이고, 또한 통상 500 ㎚ 이하, 바람직하게는 480 ㎚ 이하, 특히 바람직하게는 460 ㎚ 이하이다. 또한 주발광 피크의 반값폭이 통상 1 ㎚ 이상, 바람직하게는 10 ㎚ 이상, 특히 바람직하게는 30 ㎚ 이상이고, 또한 통상 100 ㎚ 이하, 바람직하게는 80 ㎚ 이하, 특히 바람직하게는 70 ㎚ 이하이다. 채용할 수 있는 청색 형광체에 대해서는, 상기 서술한 제 1 실시형태에 나타낸 바와 같다. 단, 이것은 일례로서, 바람직한 특성이 얻어지는 것이면, 상기 이외의 청색 형광체도 채용할 수 있다.
또한 상기 서술한 적색, 녹색, 청색 형광체는, 원하는 발광 스펙트럼, 색온도, 색도 좌표, 연색성, 발광 효율 등에 따라 적절히 조합하여 사용해도 된다.
본 발명의 발광 장치 (108) 는, 상기 서술한 근자외 반도체 발광 소자 (103) 및 형광체를 포함하는 형광부 (114) 를 구비하고 있으면 되고, 그 밖의 구성은 특별히 제한되지 않는다. 근자외 반도체 발광 소자 (103) 및 형광부 (114) 는, 통상 근자외 반도체 발광 소자 (103) 의 발광에 의해 형광체가 여기되어 발광을 발생시키고, 이 발광이 외부에 꺼내지도록 배치되게 된다. 이와 같은 구조를 갖는 경우, 상기 서술한 근자외 반도체 발광 소자 (103) 및 형광체는, 통상적으로는 투광성 재료 (봉지 재료) 로 봉지 보호된다. 구체적으로는, 이 봉지 재료는 상기 형광부 (114) 에 포함됨으로써 형광체를 분산시켜 발광 부분을 구성하거나, 근자외 반도체 발광 소자 (103), 형광체 및 기판 (102) 사이를 접착하는 목적에서 채용된다.
그리고, 사용되는 투광성 재료로는, 통상 열가소성 수지, 열경화성 수지, 광경화성 수지 등을 들 수 있는데, 근자외 반도체 발광 소자 (103) 는 그 출력광의 피크 파장이 350 ㎚ ∼ 430 ㎚ 의 근자외 영역에 있기 때문에, 그 출력광에 대해 충분한 투명성과 내구성이 있는 수지가 봉지 재료로서 바람직하다. 구체적인 봉지 재료에 대해서는, 상기 서술한 제 1 실시형태에서 나타낸 바와 같다.
<제조 방법>
다음으로, 상기 서술한 발광 장치 (108) 의 제조 방법에 대해, 본 발명의 제 ３ 실시예로서 도 17 및 도 18 에 기초하여 설명한다. 먼저, 도 17(a) 에 나타내는 바와 같이, 리플렉터 (110) 를 기판 (102) 위에 배치한다. 또한, 리플렉터 (110) 가 장착되는 위치는, 나중에 설치되는 근자외 반도체 발광 소자 (103) 와 리플렉터 (110) 의 상대 위치 관계가 적절한 상태가 되도록, 즉 근자외 반도체 발광 소자 (103) 에 의한 발광이 형광부 (14) 를 여기하고, 그 출력광이 외부에 적절히 출사되도록 결정되어 있다. 다음으로, 기판 (102) 에 장착된 리플렉터 (110) 에 대해 공간 분할부 (111) 를 설치한다. 이 공간 분할부 (111) 는, 리플렉터 (110) 를 등분할하는 위치에 설치된다. 이로써, 2 개의 분할 영역부 (112A, 112B) 가 획정되게 된다.
또한, 리플렉터 (110) 에 미리 공간 분할부 (111) 가 구비되어 있는 것을 기판 (102) 에 장착해도 된다. 또한 리플렉터 (110) 는 메탈이어도 되고 표면을 메탈라이즈한 수지 성형체 혹은 세라믹이어도 된다. 기판 (102) 에 대한 리플렉터 (110) 의 장착은 메탈이면 은 브레이징, 수지 등이면 접착제로 고착시키면 된다. 특히, 메탈인 경우에는 쌍의 배선 (120) 이 쇼트되지 않도록 유의한다. 이 경우에는, 배선 (120) 상에 절연성 레지스트를 형성하는 것이 좋다. 또한 은 브레이징부는 배선 (120) 과는 별도로 기판 (102) 상에 메탈 부위를 형성해 두는 것에 의한다.
다음으로, 공간 분할부 (111) 로 단락지어져 형성된 분할 영역부 (112A, 112B) 에, 각각 근자외 반도체 발광 소자 (103A, 103B) 를 기판 (102) 상의 배선 (120) 에 대해 상기 서술한 접속 관계가 되도록 실장하고, 그 후, 디스펜서 (140) 에 의해 각 분할 영역부에, 각각에 대응한 발광체와 봉지 재료가 혼합된 페이스트 형상의 발광부용 재료를 흘려 넣어, 그것들을 굳힌다. 이 공정에 의해, 발광 장치 (108) 가 제조된다.
또한 도 18 에는, 도 17 과는 상이한 발광 장치 (108) 제조 방법의 개략을 기재하고 있다. 먼저, 도 18(a) 에 나타내는 바와 같이, 디스펜서 (140) 를 사용하여, 기판 상에 리플렉터에 상당하는 고리형 측벽 (200) 을 묘화한다. 이 때 디스펜서 (140) 로부터 토출되는 것은, 페이스트 형상의 열경화성 또는 UV 경화성의 수지 재료이다. 바람직하게는, 무기 필러를 함유시킨 실리콘 수지를 채용할 수 있다. 이 페이스트 형상의 수지 재료는 비교적 점성이 높기 때문에, 디스펜서 (140) 로부터 토출된 직후의 측벽 (200) 의 높이는 0.5 ∼ 1 ㎜ 정도가 된다. 또한, 고리형 측벽 (200) 의 기판 상에 있어서의 위치에 대해서는, 상기한 바와 같다.
다음으로, 도 18(b) 에 나타내는 바와 같이 고리형 측벽 (200) 을 균등하게 2 분할하는 위치에 공간 분할부에 상당하는 분할부 (210) 가 디스펜서 (140) 에 의해 묘화된다. 이 분할부 (210) 의 묘화에 사용되는 것은, 상기 측벽 (200) 의 묘화에 사용한 수지 재료와 동일한 재료이다. 분할부 (210) 의 묘화가 종료되면, 측벽 (200) 과 함께 가열됨으로써, 측벽 (200) 과 분할부 (210) 에서 사용되는 수지 재료가 경화된다. 이로써, 측벽 (200) 과 분할부 (210) 로 둘러싸인 영역인 분할 영역부 (112A, 112B) 가 2 개 획정되게 된다.
그 후, 분할부 (210) 로 분할되어 형성된 분할 영역부 (112A, 112B) 에, 각각 근자외 반도체 발광 소자 (103A, 103B) 를 기판 상의 배선에 대해 상기 서술한 접속 관계가 되도록 실장하고, 그 후, 디스펜서 (140) 에 의해 각 분할 영역부에, 각각에 대응한 발광체와 봉지 재료가 혼합된 페이스트 형상의 발광부용 재료를 흘려 넣어, 그것들을 굳힌다. 이 공정에 의해, 발광 장치 (108) 가 제조된다.
<전력 공급 제어 1>
여기서, 발광 장치 (108) 의 근자외 반도체 발광 소자 (103) 에 대한 전력 공급의 제어에 대해 설명한다. 발광 장치 (108) 에 있어서 도 14b 에 나타내는 배선 형태가 채용되는 경우, 2 개의 분할 영역부 (112) 의 각각에 설치된 반도체 발광 소자 (103A, 103B) 에 대해, 배선 (120A) 과 배선 (120B) 을 통해 전력 공급을 실시함으로써, 각 분할 영역부로부터의 발광색의 강도가 조정되고, 최종적으로 발광 장치 (108) 의 조사광의 상관 색온도가 제어되게 된다. 즉, 배선 (120A) 을 통해 공급되는 전력과, 배선 (120B) 을 통해 공급되는 전력의 비율을 조정함으로써, 발광 장치 (108) 의 조사광의 상관 색온도를 임의로 제어할 수 있다.
다음으로, 발광 장치 (108) 에 대한 전력 공급의 다른 형태에 대해, 도 19 ∼ 도 21 에 기초하여 설명한다. 당해 전력 공급의 제어가 적용되는 패키지 (101) 는, 도 19 에 나타내는 바와 같이 구성되는 패키지이다. 도 19 는 도 14b 와 동일하게, 패키지 (101) 에 형성된 반도체 발광 소자 (103A, 103B) 에 전력을 공급하는 배선 (120A, 120B) 의 실장 상태를 나타내는 도면이다. 또한, 도 19 에 나타내는 패키지 (101) 에 있어서 도 14a, 도 14b, 도 15 에 나타내는 구성과 동일한 것에 관해서는, 동일한 참조 번호를 부여하여 그 상세한 설명을 생략한다. 여기서, 도 19 에 나타내는 패키지 (101) 에서는, 도 14a, 도 14b 에 나타내는 패키지 (101) 와는 달리, 분할 영역부 (112A 및 112B) 에 대한 전력 공급이, 각 근자외 반도체 발광 소자 (103) 의 쌍이 되는 배선 (120E) 만, 즉, 1 쌍의 배선 (120E) 만으로 실시되는 점이다.
여기서 도 20 에, 도 19 에 나타내는 패키지 (101) 에서의 각 근자외 반도체 발광 소자 (103) 와 배선 (120E) 에 대한 접속을 모식적으로 나타낸다. 상기 서술한 바와 같이 배선 (120E) 은, 쌍의 배선 (120E1 과 20E2) 에 의해 형성되고, 이 쌍의 배선으로부터 각 근자외 반도체 발광 소자 (103) 의 p 전극 및 n 전극에 전압이 인가된다. 여기서, 분할 영역부 (112A) 에 구비되는 모든 근자외 반도체 발광 소자 (103A) (도 20 에 있어서는, 2 개의 반도체 발광 소자만 간략 표기되어 있다) 의 p 전극은 배선 (120E1) 에 접속되고, 한편으로, 모든 근자외 반도체 발광 소자 (103A) 의 n 전극은 배선 (120E2) 에 접속되어 있다. 또한, 분할 영역부 (112B) 에 구비되는 모든 근자외 반도체 발광 소자 (103B) (도 20 에 있어서는, 2 개의 반도체 발광 소자만 간략 표기되어 있다) 의 p 전극은 배선 (120E2) 에 접속되고, 한편으로, 모든 근자외 반도체 발광 소자 (103B) 의 n 전극은 배선 (120E1) 에 접속되어 있다. 즉, 배선 (120E) 에 대한 근자외 반도체 발광 소자 (103) 의 접속 상태에 대해, 분할 영역부 (112A) 에 속하는 근자외 반도체 발광 소자 (103A) 와, 분할 영역부 (112B) 에 속하는 근자외 반도체 발광 소자 (103B) 에서는, 반도체 발광 소자 전극의 극성이 반전 상태로 되어 있다.
이와 같이 근자외 반도체 발광 소자 (103A, 103B) 와 배선 (120E) 이 접속된 경우, 전원 (30) 에 의해 배선 (120E) 에 대해 교류 직사각형파 전압을 인가하면, 근자외 반도체 발광 소자 (103A) 와 근자외 반도체 발광 소자 (103B) 가 교대로 발광하게 된다. 일반적으로 반도체 발광 소자는 소자당 10 mA ∼ 40 mA 의 정전류를 순방향으로 흘렸을 때 순방향 강하 전압이 3 V ∼ 4 V 정도 존재하기 때문에, 도 21(a) 에 나타내는 바와 같은 이 순방향 강하 전압을 초과하는 직사각형파 전압을 인가하는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는, 인가 전압이 H1 에 있을 때에는 근자외 반도체 발광 소자 (103A) 의 순방향으로 전압이 인가되고, 인가 전압이 L1 에 있을 때에는 근자외 반도체 발광 소자 (103B) 의 순방향으로 전압이 인가되게 된다.
여기서, 도 21(a) 에 나타내는 직사각형파형에서는, 인가 전압 H1 시간과 인가 전압 L1 시간의 비 (듀티) 가 50 : 50 으로 되어 있기 때문에, 근자외 반도체 발광 소자 (103A) 와 근자외 반도체 발광 소자 (103B) 의 발광 시간은 동일한 정도가 된다. 따라서, 분할 영역부 (112A 와 112B) 의 각각으로부터의 출력광의 광량이 동일한 정도가 되고, 결과적으로 발광 장치 (108) 의 출력광을, 그 색온도가 도 18 에 나타내는 2600 K 와 9000 K 의 중간의 색온도 (약 5800 K) 이고, 흑체 복사 궤적 (BBL) 으로부터의 편차 duv 가 상기 서술한 범위에 들어가는 출력광으로 할 수 있다.
한편으로, 도 21(b) 에 나타내는 직사각형파형에서는, 상기 듀티가 80 : 20 으로 되어 있기 때문에, 근자외 반도체 발광 소자 (103A) 와 근자외 반도체 발광 소자 (103B) 의 발광 시간의 비는 4 : 1 이 된다. 따라서, 분할 영역부 (112A 와 112B) 의 각각으로부터의 단위 시간당 출력광의 발광 강도도 4 : 1 이 되고, 결과적으로 발광 장치 (108) 의 출력광을, 그 색온도가 도 18 에 나타내는 2600 K 와 9000 K 사이의 색온도로서 4 : 1 의 비율에 따라 정해지는 색온도 (약 3900 K) 이고, 흑체 복사 궤적 (BBL) 으로부터의 편차 duv 가 상기 서술한 범위에 들어가는 출력광으로 할 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 관련된 발광 장치 (108) 에서는, 배선 (120E) 에 직사각형파 전압을 인가하여 그 듀티를 제어함으로써, 발광 장치 (108) 로부터의 출력광의 색온도를 자유롭게 조정할 수 있다. 그리고, 이 출력광은 도 19 등에 나타내는 구성을 갖는 발광 장치 (108) 로부터 출력되기 때문에, 각 분할 영역부로부터의 출력광의 합성이 안정적으로 실시된다.
<전력 공급 제어 2>
다음으로, 발광 장치 (108) 에 대한 전력 공급의 다른 형태에 대해, 도 22 에 기초하여 설명한다. 당해 전력 공급의 제어가 적용되는 패키지 (101) 는, 도 14b 또는 도 19 에 나타낸 어느 구성의 패키지여도 된다.
각 분할 영역부 (112) 로부터의 발광색의 상관 색온도는, 각각에 설치되어 있는 반도체 발광 소자 (113A, 113B) 와, 형광부 (114A, 114B) 의 관계로 정해진다. 그리고 상기 서술한 바와 같이, 각 분할 영역부 (112) 에 대응하는 반도체 발광 소자에 대한 공급 전력의 비율에 의해, 발광 장치 (108) 로서의 조사광의 상관 색온도가 결정되게 된다. 여기서, 조사광의 상관 색온도는, 일반적으로 단위를 K (켈빈) 로 하여 정의되는데, 이 상관 색온도의 값이 변동되어도, 인간의 시각에 대해서는 당해 변동에 비례한 자극을 주게 되지는 않는다. 즉, 상관 색온도에 있어서의 500 K 의 변동이어도, 예를 들어 전구색 정도의 2800 K 로부터의 변동과 주광색 정도의 6500 K 로부터의 변동으로는, 인간의 시각에 있어서는 동일한 정도의 변동, 즉 비례적인 변동폭으로는 인식되지 않는다. 일반적인 경향으로는, 인간의 시각에 있어서는, 상관 색온도가 비교적 높은 상태로부터의 변동은, 비교적 낮은 상태로부터의 변동보다 작게 인식된다.
그래서, 이와 같은 상관 색온도의 값의 변동과, 인간의 시각에 있어서의 변동의 차이를 보완하는 파라미터로서 역수 상관 색온도를 이용하여, 발광 장치 (108) 에 대한 전력 공급을 제어한다. 이로써, 발광 장치 (108) 의 발광색의 상관 색온도를, 인간의 시각을 따라 용이하게 제어할 수 있게 된다. 이 역수 상관 색온도는, 발광색의 상관 색온도의 역수에 100 만을 곱한 MK-1 (매 (每) 메가켈빈) 로서 정의되고, 발광색의 역수 상관 색온도의 변동과, 인간의 시각에 있어서의 변동이 대체로 비례적인 관계를 갖는다. 예를 들어 3000 K 의 상관 색온도와 6000 K 의 상관 색온도에 있어서, 인간의 시각에 대해 동일한 정도의 변동을 인식시키기 위해서는, 후자 쪽을 전자보다 2 배 정도 크게 상관 색온도로 변동시킬 필요가 있다.
여기서, 상기 역수 상관 색온도에 따른 발광 장치 (108) 에 대한 전력 공급 제어에 대해, 도 22 에 기초하여 설명한다. S101 에서는, 사용자로부터의 발광색의 상관 색온도의 조정에 관한 요구를 접수한다. 이 요구의 접수는 여러 가지 형태를 채용할 수 있다. 다음으로, S102 에서는 S101 에서 접수한 요구에 따라, 역상관 색온도에 기초하는 반도체 발광 소자 (103A 와 103B) 에 공급되는 전력의 비율을 정하는 듀티비가 결정된다. 예를 들어 사용자로부터 상관 색온도의 변경이 지시되면, 변경 전의 상관 색온도의 값이 높을수록, 상관 색온도가 비교적 높은 분할 영역의 반도체 발광 소자에 공급되는 전력의 증가폭이 커지도록 당해 듀티비가 결정된다. 즉, 변경 전의 상관 색온도의 값이 높다는 것은, 그 역수 상관 색온도는 낮아지기 때문에, 변경 전의 상관 색온도의 값이 비교적 낮은 경우보다 상관 색온도의 변동폭을 크게 함으로써, 그 비교적 낮은 경우와 동일한 정도의 자극을 사용자의 시각에 대해 줄 수 있다. S102 의 처리 후에는 S103 으로 진행되고, 결정된 듀티비에 따라 각 반도체 발광 소자에 대한 전력 공급이 실시된다.
또한, 발광 장치 (108) 의 발광색의 조정 방법으로서, 상기 역수 상관 색온도를 기준으로 하여, 그 값이 소정량씩 변화하도록, 각 반도체 발광 소자에 전력을 공급해도 된다. 이 경우, 각 분할 영역부로부터의 발광색의 상관 색온도 자체는 비례적으로 변동되지는 않지만, 역수 상관 색온도가 비례적으로 변동됨으로써, 인간의 시각에 대해서는, 동일한 정도의 색온도의 변동에 상당하는 자극이 주어지게 된다.
또한, 역수 상관 색온도에 기초한 발광 장치 (108) 의 발광색의 조정 방법에 있어서, 당해 역수 상관 색온도가, 공급 전력의 변화에 대한 상관 색온도의 변화가 소정량 이상이 되도록, 즉, 전력 공급이, 인간의 시각이 색온도의 변화라고 인식할 수 있는 상태에 귀결되도록 설정된 범위의 값으로 해도 된다. 인간의 시각에 있어서는, 상관 색온도의 소규모의 변화는 색온도의 변화로서 인식되지 않기 때문에, 발광 장치 (108) 에 대한 전력 공급의 효과를 사용자에게 인식시키기 위해, 역수 상관 색온도에 기초하여 전력 공급을 실시하는 것은 유용하다.
<실시예>
상기 서술한 바와 같이 구성되는 발광 장치 (108) 에 있어서 실시되는 백색광의 조사의 실시예에 대해 이하에 설명한다. 발광 장치 (108) 는, 공간 분할부 (111) 에 의해 분할된 2 개의 분할 영역부 (112A, 112B) 에 각각, 4 개의 근자외 반도체 발광 소자 (103) 를 광원으로 하는 근자외광에 의해 여기되는 형광부 (114) 가 형성되고, 또한 리플렉터 (110) 의 내부에 있어서 2 개의 분할 영역부 (112A, 112B) 가, 그 출력광의 출사구, 즉 분할 개구부 (113A, 113B) 를 배열하여 일체적으로 형성되어 있다. 그리고, 각 형광부 (114A, 114B) 로부터의 출력광인 백색광은, 각각 분할 개구부 (113A, 113B) 로부터 외부로 출사된다. 여기서, 이 분할 개구부로부터 방출되는 각 백색광은, 형광체를 포함하는 형광부 (114) 를 통해 얻어지기 때문에, 근자외 반도체 발광 소자 (103A, 103B) 로부터의 출력광이 충분히 산란되고, 배광 (配光) 이 램버시안적으로 되어 출사된다. 이로써, 상기 3 종류의 형광체로부터의 1 차 광을 합성하여 백색으로 할 수 있음과 함께, 균일한 백색이 얻어지기 때문에, 발광 장치 (108) 가 발하는 합성광에 있어서는 균일한 백색광과 조도가 얻어지게 된다.
여기서, 분할 영역부 (112A) 로부터 출력되는 백색광 (이하, 「백색광 A」라고 한다) 과 분할 영역부 (112B) 로부터 출력되는 백색광 (이하, 「백색광 B」라고 한다) 의 스펙트럼은, 서로 상이하도록, 형광부 (114A) 에 포함되는 형광체와 형광부 (114B) 에 포함되는 형광체가 적절히 선택된다. 또한, 백색광 A, B 에 대응하는 xy 색도도 (CIE1931) 상의 색도점을 WL, WH 로 나타내는 것으로 하면, 도 23, 도 24 에 나타내는 바와 같이, 색도점 (WL) 의 상관 색온도는 2600 K, 색도점 (WH) 의 상관 색온도는 9000 K 로 한다. 또한 색도점 (WL) 은, 흑체 복사 궤적 (BBL) 으로부터의 편차 duv 가 +0.005 이고, 색도점 (WH) 은, 흑체 복사 궤적 (BBL) 으로부터의 편차 duv 가 +0.01 이라고 한다. 또한 도 24 는 도 23 의 요부 확대도로서, 도면 중에 나타나 있는 흑체 복사로부터의 편차의 범위 -0.02
Figure pct00043
duv
Figure pct00044
0.02 는, UCS 표색계 (CIE1960) 로부터 xy 색도도 (CIE1931) 상으로 변환한 것이다.
상기 경우에 있어서, 분할 영역부 (112A) 로부터의 백색광 A 와 분할 영역부 (112B) 로부터의 백색광 B 의 상관 색온도가 상이하도록 설정하고, 또한 백색광 A, B 에 대응하는 색도점 각각의 흑체 복사 궤적 (BBL) 으로부터의 편차 duv 를 -0.02
Figure pct00045
duv
Figure pct00046
0.02 에 들어가게 함으로써, 발광 장치 (108) 의 출력광이 실질적으로 흑체 복사 궤적 (BBL) 을 따르고 있다고 할 수 있고, 또한 각 분할 영역부에 형성된 근자외 반도체 발광 소자 (103A, 103B) 의 광 출사 시간, 구동 전류값 또는 전력량과 같은 구동 조건을 제어함으로써, 백색광 A, B 마다 그 에너지비를 자유롭게 변화시켜, 발광 장치 (108) 의 최종적인 출력광인 합성광의 색도점을, 상기 색도점 (WL) 과 색도점 (WH) 을 연결하는 직선 상의 임의의 색도점에 대응하는 상관 색온도로 조정할 수 있다. 즉, 발광 장치 (108) 에 있어서는, 배선 (120A, 120B) 을 통해, 대응하는 각각의 분할 영역부 (112A, 112B) 에 형성된 근자외 반도체 발광 소자 (103) 에 대한 공급 전력을 각각 제어함으로써, 발광 장치 (108) 의 출력광인 합성광의 상관 색온도를 2600 K 내지 9000 K 사이의 임의의 값으로 조정할 수 있고, 또한 그 합성광의 색도점은 실질적으로 흑체 복사 궤적 (BBL) 을 따르고 있기 때문에, 인간의 시각에 대해 매우 자연에 가까운 백색광을 제공하고, 또한 2600 K 에서 9000 K 에 걸쳐 색온도를 자유롭게 가변할 수 있게 된다.
여기서, 근자외 반도체 발광 소자 (103A, 103B) 의 구동 제어의 일례로서, 전류 가변의 정전류 전원을 2 계통 사용한 것이 있으며, 근자외 반도체 발광 소자 (103A, 103B) 에 독립적으로 전력 공급함으로써, 각각의 입력 전류를 제어함으로써 색온도의 가변이 실현된다. 즉 2600 K 측의 전력만 공급하고, 9000 K 측을 오프하면 발광 장치 (108) 로부터는 2600 K 의 광만이 출사되고, 반대로 9000 K 를 온 2600 K 를 오프하면 발광 장치 (108) 로부터는 9000 K 의 광이 출사된다. 9000 K 내지 2600 K 사이의 상관 색온도를 발광 장치 (108) 로부터 출사시키는 경우에는 적절히 쌍방의 전류량을 조정함으로써 실현할 수 있다.
또한, 발광 장치 (108) 에 있어서 합성광으로서의 백색광을 출력하기 위해, 상기 서술한 실시예에서는, 근자외 반도체 발광 소자 (103) 와 적색, 녹색, 청색 형광체를 조합하고, 그것을 각 분할 영역부 (112) 에 도 14a 등에 나타내는 바와 같이 배치하였다. 물론, 백색광을 출력하기 위해, 그 밖의 반도체 발광 소자와 형광체의 조합을 채용하고, 각 분할 영역부 (112) 에 배치하도록 해도 된다. 그래서, 상기 서술한 근자외 반도체 발광 소자 (103) 와 적색, 녹색, 청색 형광체의 조합을 조합 A 로 하면, 그 이외의 백색광이 얻어지는 조합으로서, 청색 반도체 발광 소자와 적색, 녹색 형광체의 조합 (조합 B), 청색 반도체 발광 소자와 황색 형광체의 조합 (조합 C) 도, 도 14a 등에 나타내는 분할 영역부 (112) 에 배치할 수 있다. 조합 B 및 C 에 의해 백색광을 출력하는 기술 그 자체는 공지된 것이므로, 그들의 상세한 설명은 생략한다.
여기서 상기 조합 A, B, C 에 있어서, 형광체의 농도를 조정함으로써 얻어지는 백색광의 색온도와, 그 발광 효율의 상관을 도 25 에 나타낸다. 도 25 의 가로축은 색온도 (K) 를 나타내고, 세로축은 발광 효율 (lm/W) 을 나타낸다. 그리고, 도면 중의 선 (LA) 은 조합 A 에 대응하고, 선 (LB) 은 조합 B 에 대응하고, 선 (LC) 은 조합 C 에 대응하고 있다. 도 25 로부터 알 수 있듯이, 상기 3 개의 조합 중에서, 조합 A 에 대응하는 선 (LA) 의 기울기가 가장 작아, 거의 수평인 직선 상태로 되어 있고, 조합 C 에 대응하는 선 (LC) 의 기울기가 가장 크게 되어 있다. 이 각 직선의 기울기가 커질수록, 색온도를 변화시키고자 할 때, 그 발광 효율이 크게 변동하는 것을 의미한다.
따라서, 그 직선의 기울기의 증대는, 색온도를 변화시켰을 때, 반도체 발광 소자에 공급하는 전력이 일정한 상태 그대로이면, 당해 반도체 발광 소자의 휘도가 크게 변동하는 것을 의미한다. 바꿔 말하면, 그 직선의 기울기가 비교적 클 때에는, 휘도를 안정화시키기 위해 반도체 발광 소자에 대한 공급 전력도 확실하게 제어할 필요성이 높아지고, 그 결과 발광 장치 (108) 의 구동 제어 전체가 번잡해질 가능성이 높다. 따라서, 안정적인 휘도의 발광 장치 (108) 를 구성하기 위해서는, 가급적으로 도 25 에 나타내는 직선의 기울기가 작은 조합, 즉 근자외 반도체 발광 소자 (103) 와 대응하는 3 색의 형광체의 조합 A 를 채용하는 것이 바람직하다. 단, 이것은, 본 발명에 관련된 발광 장치 (108) 에 조합 B, C 나 그 밖의 반도체 발광 소자와 형광체의 조합을 적용하는 것을 배제하는 것은 아니다.
또한, 조합 B, C 에 있어서의 백색화는 형광체 여기원인 청색 반도체 발광 소자의 광 자체를 청색광으로서 혼색에 이용하고 있기 때문에, 저색 온도 영역을 내기 위해 적색이나 녹색 혹은 황색의 형광체량을 증가시켜 청색광이 차지하는 비율을 줄일 필요가 있다. 또한, 청색광은 형광체 변환광보다 효율이 좋기 때문에, 청색광이 차지하는 비율이 줄어들수록 효율이 떨어지게 된다. 한편, 조합 A 와 같이 근자외 반도체 발광 소자를 사용한 경우, 근자외광은 거의 백색화에는 기여하지 않고 대부분이 형광체의 여기에 사용되어 백색화는 오로지 청색, 녹색, 적색의 형광체 변환광이 된다. 따라서, 색온도를 변화시키기 위해 형광체의 조성비를 바꾸어도 발광 효율에는 크게 영향이 나타나지 않는다.
이와 같이 본 실시예에 관련된 발광 장치 (108) 에 의하면, 색온도가 2600 K 와 9000 K 사이의 색온도가 되는 백색광을 용이하게 출력할 수 있고, 또한 도 15 등에 나타내는 구조를 채용함으로써, 각 분할 영역부 (112) 로부터의 출력광의 합성광이 조사면에서 분리될 우려를 충분히 억제할 수 있다.
또한 상기 실시예에서는, 고리형의 리플렉터 (110) 를 2 개의 분할 영역부로 분할하였으나, 그 분할 수를 3 개 이상으로 해도 된다. 이 때, 각 분할 영역부의 분할 개구부가 리플렉터 (110) 의 개구부의 어느 위치에서 개구될 필요가 있다. 또한, 각 분할 영역부의 크기를 반드시 균등하게 할 필요는 없고, 발광 장치의 출력광에 요구되는 스펙에 따라 적절히 조정해도 된다. 여기서, 각 분할 영역부로부터의 출력광을 백색광으로 할 때에는, 상기 실시예와 같이 각 분할 영역부로부터의 출력광의 색도점의 흑체 복사 궤적 (BBL) 으로부터의 편차 duv 가 -0.02
Figure pct00047
duv
Figure pct00048
0.02 의 범위 내에 들어가도록 하는 것이 바람직하다. 이로써, 보다 흑체 복사 궤적 (BBL) 을 따른 색온도의 제어가 가능해진다.
또한, 분할 영역부의 수가 3 개 이상이 될 때에는, 각 분할 영역부에 대한 공급 전력을 제어함으로써, 도 24 에 나타내는 xy 색도도 상의 각 분할 영역부로부터의 출력광에 대응하는 색도점을 연결하는 복수의 직선으로 둘러싸인 삼각형 영역의 임의의 색도점에 대응하는 상관 색온도를 갖는 출력광을 발광 장치 (108) 가 출력할 수 있다.
또한, 상기 서술한 실시예에 있어서는, 발광 장치 (108) 의 출력광을 백색광으로 하는 것을 전제로 하고 있으나, 이 백색광에 한정하지 않고, 목적에 따른 여러 가지 색의 광, 예를 들어 적색, 청색 등을 출력하기 위해, 분할 영역부에 배치되는 반도체 발광 소자 및 형광체를 적절히 선택할 수 있다.
<조명 장치>
상기 서술한 발광 장치 (108) 를 이용하여, 대상물을 조명하는 조명 장치를 구성할 수도 있다. 예를 들어 발광 장치 (108) 를 1 면에 복수 개 배열하고, 각 발광 장치 (108) 의 출력광의 출사 방향을 대상물을 향하도록 설정하면 되고, 그 일례를 도 26 ∼ 도 28 에 나타낸다. 이들 도면에 나타내는 조명 장치를 구성함으로써, 그것에서 조사되는 조명광의, 조사면에 있어서의 분리를 낮게 억제할 수 있다.
도 26 에는, 상기 발광 장치 (108) 에 상당하는 발광 모듈의 개략 구성이 나타나 있다. 발광 모듈에는, 외형 8 ㎜ × 8 ㎜ × t 1.5 ㎜ 의 내부를 2 개로 분할한 세라믹제 표면 실장형 패키지가 사용되었다. 이 패키지 내에서 2 개로 분할된 영역이 상기 분할 영역부 (112) 에 상당한다. 이 발광 모듈에서 사용되는 반도체 발광 소자, 형광체, 봉지 재료 (투광성 재료) 는 이하와 같다.
<반도체 발광 소자>
피크 파장이 405 ㎚, 반값폭 30 ㎚, 사이즈 350 ㎛ × 350 ㎛ 사각형, 사파이어 기판 상에 제조한 GaN 계 발광 다이오드 (LED) 를 사용하였다.
<형광체>
청색 형광체 : Ba0 .7Eu0 .3MgAl10O17, 주발광 피크의 피크 파장 457 ㎚, 중량 메디안 직경 11 ㎛
녹색 형광체 : Ba1 .39Sr0 .46Eu0 .15SiO4, 주발광 피크의 피크 파장 525 ㎚, 중량 메디안 직경 20 ㎛
적색 형광체 : (1-x)Ca0 .9925Eu0 .0075AlSiN3·xSi2N2O (x = 0.09 ∼ 0.12), 주발광 피크의 피크 파장 638 ㎚, 중량 메디안 직경 13 ㎛ 를 사용하였다.
<봉지 부재>
형광체를 분산시키는 봉지 부재에는 일액성 투명 실리콘 수지를 사용하였다.
도 26 에 나타내는 패키지에 형성된 2 분할 영역 각각에는, 근자외 LED 로 이루어지는 발광 장치 (108) 가 4 개씩 실장되었다. 102 는 기판, 111 은 공간 분할부이다. 패키지는 각 4 개가 병렬 배선되어, 2 분할 영역 (112A, 112B) 에서 따로 따로 통전할 수 있게 되어 있다. 패키지의 2 분할의 일방의 영역에는 저색 온도 (3000 K) 이고 또한 흑체 복사 궤적 (BBL) 으로부터의 편차 duv 가 -0.02
Figure pct00049
duv
Figure pct00050
0.02 의 범위 내에 들어가도록 혼합 비율을 조정한 형광체를 분산시킨 봉지 부재를 넣고, 다른 일방의 영역에는 고색 온도 (6500 K) 이고 또한 흑체 복사 궤적 (BBL) 으로부터의 편차 duv 가 -0.02
Figure pct00051
duv
Figure pct00052
0.02 의 범위 내에 들어가도록 혼합 비율을 조정한 형광체를 분산시킨 봉지 부재를 넣어, 가열 경화시켰다.
도 26 에 나타내는 조명 모듈에 있어서, 전체 광속, 연색성 (Ra), 색온도 등의 데이터를 취득하였다. 당해 조명 모듈의 측정에는, 모듈 전체에 대형 적분구를 사용하였다. 발광 스펙트럼은 멀티 채널 분광기로 분광 해석하여, 전체 광속, 연색성 (Ra), 색온도 등의 데이터를 취득하였다. LED 광원의 통전은 전체적으로 전류값을 일정하게 하고, 2 분할 영역의 각각에 전류를 배분함으로써, 저색 온도 영역과 고색 온도 영역의 발광 출력을 변화시켜, 조명 모듈로서 3000 K 내지 6500 K 의 범위의 색온도가 되도록 조정하였다.
측정 결과를 하기 표 2 및 도 27, 도 28 에 나타낸다. 대표적인 색온도, 3000 K, 4500 K, 6500 K 의 각 색온도에서의 전체 광속은 각각 136 lm, 131 lm, 128 lm 으로 모든 색온도 범위에서 전체 광속이 일정하다. 또한 3000 K, 4500 K, 6500 K 의 각 색온도에서의 평균 연색 평가수 (Ra) 는 각각 94, 98, 97 로 모든 색온도 범위에서 연색성이 높게 유지되어 있다. 이와 같이 근자외 LED 와 RGB 형광체를 조합하여 구성된 LED 광원을 사용한 상기 조명 모듈에 있어서는, 표 2 에 나타내는 바와 같이, 3000 K ∼ 6500 K 의 색온도 범위에서 전체 광속 (발광 효율) 의 변화가 적고, 평균 연색 평가수 (Ra) 도 높게 유지되어 있어, 조명 장치로서 우수한 것을 알 수 있었다.
Figure pct00053
또한 표 3 에는, 반도체 발광 장치로부터 출사되는 광의 상관 색온도가 3000 K 내지 6500 K 의 사이에서 변화될 때의, 그 발광 스펙트럼의 파장과 발광 강도의 상관을 수치화하여 나타내고 있다. 이 수치는, 상관 색온도가 4500 K 이고 발광 스펙트럼의 파장이 550 ㎚ 일 때의 발광 강도의 값을 기준값 (= 1.00) 으로 한 경우의, 각 조건화에 있어서의 발광 강도를 상대적으로 나타내는 것이다. 그리고, 표 3 에 나타내는 바와 같이, 반도체 발광 장치로부터 출사되는 광의 상관 색온도가 3000 K 내지 6500 K 의 사이에서 변화될 때, 출사광의 발광 강도의 변화율의 절대값은 10 % 의 범위에 들어가 있다. 즉, 반도체 발광 소자, 형광체, 봉지 부재, 패키지를 적절히 조합함으로써, 상기 조건에서의 발광 강도의 변화율은, 그 절대값이, 발광 스펙트럼의 파장이 540 ㎚ ∼ 560 ㎚ 의 범위에서 10 % 에 들어가는 반도체 발광 장치를 얻을 수 있다. 형광체의 구체적 조합으로는, 상기 청색 형광체 : Ba0 .7Eu0 .3MgAl10O17, 녹색 형광체 : Ba1 .39Sr0 .46Eu0 .15SiO4, 적색 형광체 : (1-x)Ca0.9925Eu0.0075AlSiN3·xSi2N2O (x = 0.09 ∼ 0.12) 의 조합 외에, 녹색 형광체로는 Ba3Si6O12N2 : Eu 등을, 적색 형광체로는 Sr0 .792Ca0 .2AlSiEu0 .008N3, CaAlSiN3 : Eu 등을 조합할 수도 있다.
이와 같이, 반도체 발광 장치로부터 출사되는 광의 상관 색온도가 3000 K 에서 6500 K 로 변화될 때, 그 발광 스펙트럼의 파장의 540 ∼ 560 ㎚ 의 파장 범위에 있어서, 발광 강도의 변화율의 절대값이 10 % 의 범위에 들어가도록 조정함으로써, 도 25 에 나타내는 바와 같이, 반도체 발광 소자에 공급하는 전류가 일정해도, 당해 반도체 발광 소자의 휘도 변화를 작게 억제할 수 있어, 휘도 안정성을 높일 수 있다. 이 파장 범위가 540 ㎚ ∼ 560 ㎚ 인 출사광은, 인간의 시각에 대해 가장 밝은 자극을 주는 것이기 때문에, 이 파장 범위에서의 휘도 안정성은 매우 유용함을 이해할 수 있다.
Figure pct00054
본 발명을 상세하게 또한 특정한 실시형태를 참조하여 설명하였으나, 본 발명의 정신과 범위를 일탈하지 않고 여러 가지 변경이나 수정을 추가할 수 있는 것은 당업자에게 있어 분명하다.
본 출원은, 2007년 11월 12일 출원된 일본 특허출원 (일본 특허출원 2007-293602) 및 2008년 3월 6일 출원된 일본 특허출원 (일본 특허출원 2008-056336) 에 기초하는 것으로서, 그 내용은 여기에 참조로서 도입된다.
산업상의 이용 가능성
본 발명은, 반도체 발광 소자를 사용한 반도체 발광 장치를 갖는 조명 장치로서, 출력광의 합성을 안정적으로 실시하여 광의 분리를 억제하고 또한 색조 가변으로 하고, 또한 발광 장치 구동을 위한 제어를 가급적 간결한 것으로 하는 반도체 발광 장치를 제공할 수 있다.
1····LED 램프
2····배선 기판
3····LED
4····형광체 함유부
6····와이어
10····고체 발광 소자 모듈
11····기부
12····고체 발광 소자
20····형광체 모듈
21····기부
22····형광체 함유부
35····발광부
36····PWM 제어 회로
37····발광부 제어 회로
101····패키지
102····기판
103, 103A, 103B····근자외 반도체 발광 소자
105····공정 땜납
106····와이어
108····반도체 발광 장치 (발광 장치)
110····리플렉터
111····공간 분할부
112, 112A, 112B····분할 영역부
113····개구부
113A, 113B····분할 개구부
114, 114A, 114B····형광부
120, 120A, 120B, 120E····배선
120C, 120D····쌍 배선
130····전원
140····디스펜서
200····측벽
210····분할부

Claims (27)

  1. 반도체 발광 소자 및 형광체를 구비하고, 상기 반도체 발광 소자로부터의 발광 및 상기 발광으로 여기하여 형광되는 상기 형광체로부터의 발광에 의해, 또는 상기 반도체 발광 소자로부터의 발광으로 여기하여 형광되는 상기 형광체로부터의 발광에 의해, 외부에 대해 광을 출사하는 반도체 발광 장치를, 발광색이 상이한 복수 종, 집적 배치한 발광부를 갖는 조명 장치로서,
    상기 각 반도체 발광 장치의 발광색은, UCS (u, v) 표색계 (CIE1960) 의 uv 색도도에 있어서, 흑체 복사 궤적으로부터의 편차 duv 가 -0.02
    Figure pct00055
    duv
    Figure pct00056
    0.02 의 범위 내에 들어가고, 복수 종의 반도체 발광 장치가 집적 배치된 발광부로부터의 각각의 출력광이 혼합되어 외부에 출사되는, 조명 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 발광 소자는, 발광 피크 파장이 350 ㎚ 이상 430 ㎚ 이하의 범위에 있는, 조명 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 복수 종의 반도체 발광 장치 중 적어도 1 종의 반도체 발광 장치는 상기 흑체 복사 궤적으로부터의 편차 duv 의 값이 정 (正) 인, 조명 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수 종의 반도체 발광 장치에 대한 공급 전력을 각각 제어함으로써, 상기 발광부로부터의 출력광의 발광색을 제어하는 발광 강도 제어부를 구비하는, 조명 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 발광 강도 제어부는, 상기 발광부로부터의 발광색의 상관 색온도를, 반도체 발광 장치의 발광색의 역수 상관 색온도로 소정량을 변화시킴으로써 제어하는, 조명 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 복수 종의 반도체 발광 장치 중 적어도 하나의 반도체 발광 장치는, 상기 반도체 발광 장치의 발광색의 역수 상관 색온도가, 상기 반도체 발광 장치에 대한 공급 전력의 변화에 대한 상기 반도체 발광 장치의 상관 색온도 변화가 소정량 이상이 되는 소정 범위에 속하도록 설정되는, 조명 장치.
  7. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광 강도 제어부는, 상기 반도체 발광 장치의 발광색의 역수 상관 색온도에 기초하여 상기 복수 종의 반도체 발광 장치에 대한 공급 전력을 제어하는, 조명 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    사용자로부터의, 상기 반도체 발광 장치의 발광색의 상관 색온도의 조정 요구를, 상기 상관 색온도에 관련된 소정 파라미터량의 변화를 통해 접수하는 요구 접수부를 구비하고,
    상기 요구 접수부에 의해 접수된 조정 요구에 관한 상기 소정 파라미터가, 상기 반도체 발광 장치의 발광색의 상관 색온도의 변화에 대해 비례적으로 변화하도록, 상기 발광 강도 제어부는, 역수 상관 색온도에 기초하여 상기 반도체 발광 장치에 대한 공급 전력을 제어하는, 조명 장치.
  9. 제 4 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광 강도 제어부는, 상기 복수 종의 반도체 발광 장치의 각각을 제어함으로써, 상기 복수 종의 반도체 발광 장치로부터의 각각의 발광색에 대응하는 복수의 색도점 사이를 연결하는 직선 상에 있는, 또는 상기 직선에 의해 형성되는 다각형 내에 있는 색도점이 되도록, 상기 발광부로부터의 출력광의 발광색을 조정하는, 조명 장치.
  10. 제 4 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광 강도 제어부는, 상기 복수 종의 반도체 발광 장치에 대한 전력을 PWM 제어에 의해 공급함으로써, 상기 발광부로부터 발하여지는 발광색의 상관 색온도를 제어하는 것을 특징으로 하는, 조명 장치.
  11. 제 4 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    발광색의 상관 색온도가 상이한 2 종류의 상기 반도체 발광 장치가, 순 (順) 바이어스 방향이 서로 역방향이 되도록 병렬 접속된 회로를 구비하고,
    상기 발광 강도 제어부는, 상기 회로에 직사각형파 형상의 교류 전압을 인가하고, 또한 상기 직사각형파 형상의 교류 전압의 듀티비를 제어하는 것을 특징으로 하는, 조명 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 발광 장치는, 상기 형광체로서, 상기 반도체 발광 소자로부터의 발광에 의해 여기되어 청색의 형광을 발하는 청색 형광체, 상기 반도체 발광 소자로부터의 발광에 의해 여기되어 녹색의 형광을 발하는 녹색 형광체, 및 상기 반도체 발광 소자로부터의 발광에 의해 여기되어 적색의 형광을 발하는 적색 형광체를 포함하는, 조명 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 발광 장치는, 상기 반도체 발광 소자 및 상기 형광체를 봉지하는 투광성 재료를 추가로 갖는, 조명 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 투광성 재료는 규소 함유 화합물인, 조명 장치.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 발광 장치의 발광색은, 상관 색온도가 2000 K 이상 50000 K 이하의 범위에 있는, 조명 장치.
  16. 적어도 패키지, 발광 피크 파장이 350 ㎚ 이상 430 ㎚ 이하의 범위에 있는 반도체 발광 소자 및 형광체를 구비하고, 상기 반도체 발광 소자로부터의 발광 및 상기 발광으로 여기하여 형광되는 상기 형광체로부터의 발광에 의해, 또는 상기 반도체 발광 소자로부터의 발광으로 여기하여 형광되는 상기 형광체로부터의 발광에 의해, 외부에 대해 광을 출사하는 반도체 발광 장치를 갖는 조명 장치로서,
    상기 패키지는, 상기 반도체 발광 장치의 출사 방향으로 개구되는 개구부와, 상기 패키지 내부를 분할하여 획정되는 복수의 분할 영역부를 갖고, 상기 분할 영역부의 각각은 상기 개구부의 일부인 분할 개구부에 있어서 개구되어 있고,
    상기 복수의 분할 영역부의 각각은,
    1 또는 복수의 상기 반도체 발광 소자와,
    상기 반도체 발광 소자에 전력을 공급하는 전력 공급부와,
    상기 형광체와, 상기 분할 영역부를 봉지하는 투광성 재료를 포함하는 형광부를 갖고,
    상기 복수의 분할 영역부 중 적어도 1 의 분할 영역부와 다른 분할 영역부에 있어서, 상기 형광부로부터 출력되는 광의 스펙트럼이 서로 상이하고, 또한 각각의 출력되는 광의 발광색은, UCS (u, v) 표색계 (CIE1960) 의 uv 색도도에 있어서, 흑체 복사 궤적으로부터의 편차 duv 가 -0.02
    Figure pct00057
    duv
    Figure pct00058
    0.02 의 범위 내에 들어가고, 상기 1 의 분할 영역부와 상기 다른 분할 영역부로부터의 각각의 출력광이 혼합되어 외부에 출사되는, 조명 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 전력 공급부를 통해, 상기 복수의 분할 영역부의 각각에 있어서의 상기 반도체 발광 소자에 대한 공급 전력을 제어함으로써, 각 분할 영역부로부터의 출력광의 발광 강도를 독립적으로 제어하는 발광 강도 제어부를 추가로 구비하는, 조명 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 발광 강도 제어부는, 상기 발광부로부터의 발광색의 상관 색온도를, 반도체 발광 장치의 발광색의 역수 상관 색온도로 소정량을 변화시킴으로써 제어하는, 조명 장치.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 발광 강도 제어부는, 상기 복수의 분할 영역부로부터의 발광색의 역수 상관 색온도에 기초하여 상기 복수의 분할 영역부의 각각에 있어서의 상기 반도체 발광 소자에 대한 공급 전력을 제어하는, 조명 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    사용자로부터의, 상기 복수의 분할 영역부로부터의 발광색의 상관 색온도의 조정 요구를, 상기 상관 색온도에 관련된 소정 파라미터량의 변화를 통해 접수하는 요구 접수부를 구비하고,
    상기 요구 접수부에 의해 접수된 조정 요구에 관한 상기 소정 파라미터가, 상기 복수의 분할 영역부로부터의 발광색의 상관 색온도의 변화에 대해 비례적으로 변화하도록, 상기 발광 강도 제어부는, 역수 상관 색온도에 기초하여 상기 복수의 분할 영역부의 각각에 있어서의 상기 반도체 발광 소자에 대한 공급 전력을 제어하는 것을 특징으로 하는, 조명 장치.
  21. 제 17 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력 공급부는, 상기 복수의 분할 영역부가 갖는 상기 반도체 발광 소자에 대해 전력을 공급하는 복수의 배선을 갖고,
    상기 발광 강도 제어부는, 상기 복수의 배선을 통해 상기 반도체 발광 소자에 대한 공급 전력을 상기 분할 영역부마다 독립적으로 제어하는, 조명 장치.
  22. 제 17 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 발광 소자는, 공급 전력에 관한 극성을 갖는 쌍의 입력 전극을 포함하고,
    상기 전력 공급부는, 상기 쌍의 입력 전극이 각각 접속됨으로써 전력 공급을 실시하는 1 쌍의 배선을 갖고,
    상기 복수의 분할 영역부 중 상기 1 의 분할 영역부를 포함하는 일부분의 분할 영역부 내의 상기 반도체 발광 소자의, 상기 배선에 대한 접속은, 상기 다른 분할 영역부를 포함하는 남은 부분의 분할 영역부 내의 상기 반도체 발광 소자의, 상기 배선에 대한 접속에 있어서의 극성과 반전 상태가 되고,
    상기 발광 강도 제어부는, 상기 1 쌍의 배선에 교류 전력을 공급하는, 조명 장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 발광 강도 제어부는, 상기 1 쌍의 배선에 직사각형파 형상의 교류 전압을 인가하고, 또한 상기 직사각형파 형상의 교류 전압의 듀티비를 제어하는, 조명 장치.
  24. 제 17 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광 강도 제어부는, 상기 복수의 분할 영역부의 각각을 제어함으로써, 상기 복수의 분할 영역부로부터의 각각의 발광색에 대응하는 복수의 색도점 사이를 연결하는 직선 상에 있는, 또는 상기 직선에 의해 형성되는 다각형 내에 있는 색도점이 되도록, 상기 반도체 발광 장치로부터의 출력광의 발광색을 조정하는, 조명 장치.
  25. 제 16 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 투광성 재료는 규소 함유 화합물인, 조명 장치.
  26. 제 16 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분할 영역부의 발광색은, 상관 색온도가 2000 K 이상 50000 K 이하의 범위에 있는, 조명 장치.
  27. 제 1 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 발광 장치로부터 출사되는 광의 상관 색온도가 3000 K 에서부터 6500 K 로 변화할 때, 그 발광 스펙트럼의 파장의 540 ∼ 560 ㎚ 의 파장 범위에 있어서, 발광 강도의 변화율의 절대값이 10 % 이하인 것을 특징으로 하는, 조명 장치.
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