TWI413276B - 發光裝置 - Google Patents

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Junji Takeichi
Takahiro Naitou
Hiroto Tamaki
Tomohisa Kishimoto
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Description

發光裝置
本發明係關於一種使用於液晶背光光源、照明器材、顯示器之背光光源、照相機閃光燈、動畫照明輔助光源等之發光裝置，尤其關於一種對顯色性有所要求之發光裝置。
目前，螢光燈用作一般照明器材。然而，作為環境方案，業者強烈要求轉變為無汞光源，因此使用有發光二極體(以下稱為「LED」)或雷射二極體(以下稱為「LD」)等發光元件之發光裝置受到關注。
使用有該等發光元件之發光裝置，小型且電力效率良好，並且發光顏色鮮豔。又，該發光元件係半導體元件，因此不會存在破滅等之顧慮。進而具有初始驅動特性優異，對振動及反覆接通、斷開照明之耐受性較強之特徵。由於具有上述優良特性，故使用有LED或LD等發光元件之發光裝置，可用作各種光源。
先前，使用有LED之白色發光裝置中，眾所周知有以下2種組合。
至於第1種，存在組合有藍色LED與黃色發光之所謂YAG螢光體之發光裝置。該發光裝置係藉由藍色LED光而激勵YAG螢光體，並藉由藍色光與黃色光之混合光而發出白色光者。該發光裝置可降低耗電，並易於進行LED之驅動控制，混色性亦為良好，因此得到廣泛普遍使用。
至於第2種，存在組合有藍色LED、綠色LED、紅色LED 之發光裝置。該等發光裝置係所謂三波長之發光裝置，並藉由來自3個LED之光而發出白色光。該發光裝置可降低耗電，且液晶透過後之色彩顯示範圍較廣。進而，為使之獲得高效率且高顯色性，存在組合有藍色LED、藍綠色LED、橙色LED及紅色LED之發光裝置(例如專利文獻1)。
[專利文獻1]日本專利特開2003-45206號公報
[發明所欲解決之問題]
然而，第1種發光裝置由於組合有藍色光與黃色光，因此與白熾燈相比，藍綠區域及紅色區域之輻射通量較小，且於可見光區域之輻射通量密度中存在有偏差。
第2種發光裝置係難以混色，並缺乏顯色性者。自LED所發出之光與自螢光體發出之光不同，其為耀眼之光，因此即使混合自各LED所發出之光，亦難以實現連續之發光光譜。尤其，各LED之發光峰值間能量強度較低。又，於一個光源中，要求三個以上LED，因此驅動控制變得複雜，且色調調整亦變得複雜。
由該等發光裝置所照射之物體顏色，有時判斷為與將如太陽光或白熾燈光般具有連續光譜之白色光用作照射光源時所不同之表面色。
再者，代替藍色LED而使用紫外LED之發光裝置亦為眾所周知。於使用有紫外LED及螢光體之發光裝置中，可降低可見光區域之輻射通量密度之偏差。然而，該發光裝置由於含有紫外線，因此必須採取不會使紫外線洩漏之方案。又，紫外線會促使構件劣化。進而，由於紫外LED幾 乎無法視覺感知，因此自發光裝置所洩漏之紫外光無法有效用作可見光，故發光效率會降低。
由此，本發明之目的在於提供一種可降低可見光區域之輻射通量密度之偏差，並如太陽光或白熾燈光般具有連續光譜之發光裝置。
為解決上述問題點，本發明者們專心反覆研討之結果，完成本發明。
本發明之發光裝置，其特徵在於包括：發出可見光之短波長區域之光的激射光源；及吸收來自上述激射光源之光而進行波長轉換，發出比來自上述激射光源之光更長波長區域之光的波長轉換構件；發出色溫在4000 K以上5000 K以下之光，且上述發光裝置之可見光區域之發光光譜係以來自上述激射光源之光表示能量強度最大值之波長為第1波長，以來自上述波長轉換構件之光表示能量強度最大值之波長為第2波長，於上述第1波長與上述第2波長之間以上述發光裝置之發光光譜表示能量強度最小值的波長為第3波長，以650 nm為第4波長；上述第1波長之能量強度與上述第3波長之能量強度之比為100：15~150；上述第1波長之能量強度與第4波長之能量強度之比為100：45~200之關係。藉此，可提供一種如太陽光或白熾燈光般具有連續發光光譜之發光裝置。又，亦可提高紅色 區域之發光。又，亦可提高顯色性。再者，本發光裝置由於使用發出可見光之激射光源，因此幾乎並不照射紫外線，可防止促使構件劣化，亦可不實施紫外線之洩漏對策。尤其，較好的是上述第1波長之能量強度與上述第3波長之能量強度為(第1波長之能量強度)：(第3波長之能量強度)=100：20~100。其原因在於可維持高亮度，並獲得較高顯色性。尤其，較好的是上述第1波長之能量強度與第4波長之能量強度為(第1波長之能量強度)：(第4波長之能量強度)=100：45~100之關係。藉此可提高高亮度，且尤其提高特殊演色性指數(R9)，並提高紅色區域之發光。
再者，由於波長轉換構件會吸收來自激射光源之光，因此當波長轉換構件所吸收之光量變多時，則自激射光源照射至外部之光量會下降，導致無法顯示出特定色溫及特定發光色。因此，為使第1波長之能量強度與第2波長~第4波長之能量強度達到特定範圍，而選擇激射光源與波長轉換構件。
上述發光裝置，較好的是平均演色性指數在75以上99以下。藉此，可提供一種顯色性較高之發光裝置。
較好的是，上述激射光源係發光元件，且上述波長轉換構件係包括1種螢光物質或成分不同之兩種以上螢光物質者。藉此，可提供一種小型且電力效率良好之發光裝置。
較好的是，上述發光光譜進而以680 nm為第5波長，且上述第1波長之能量強度與第5波長之能量強度為(第1波長 之能量強度)：(第5波長之能量強度)=100：25~200之關係。由此，藉由進一步提高紅色區域之發光，可形成如太陽光或白熾燈光般連續之發光光譜。較好的是，上述第1波長之能量強度與第5波長之能量強度為(第1波長之能量強度)：(第5波長之能量強度)=100：30~100之關係。藉此，尤其可提高特殊演色性指數(R9)，並提高紅色區域之發光。
較好的是，上述波長轉換構件含有氮化物螢光體，該氮化物螢光體包括由選自由Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Lu所組成之群中至少一種以上稀土元素所活化之選自由Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Zn所組成之群中至少一種第II族元素；選自由C、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、Hf所組成之群中至少一種第IV族元素；及選自由Al、B、N所組成之群中之必需N之至少一種第III族元素。該氮化物螢光體由於於可見光之長波長區域中具有發光峰值，因此可提高紅色區域之能量強度。又，該氮化物螢光體具有寬發光光譜，因此可提供顯色性優異之發光裝置。再者，由於與硫化物螢光體等相比，耐熱性優異，因此熱所導致之劣化較少。
本發明可提供一種降低可見光區域之輻射通量密度之偏差的發光裝置。又，可提供一種如太陽光或白熾燈光般具有連續光譜之高亮度發光裝置。進而，可提供一種作為評價照明光品質之方法之一的演色性指數得到改善之高顯色 性之發光裝置。
以下，使用實施形態及實施例說明本發明之發光裝置及其製造方法。然而，本發明並不限定於該實施形態及實施例。
圖1係表示本發明實施形態之發光裝置的概略立體圖。於圖1中，為使圖式清晰而省略波長轉換構件50。圖2係表示實施形態之發光裝置的概略II-II剖面圖。
發光裝置100包括作為激射光源之發光元件10，具有凹部之封裝20，該凹部具有載置發光元件10之底面部20a與自底面部20a延伸之側面部20b，以及波長轉換構件50。於封裝20之凹部之底面部20a之一部分上設置有第1電極30a與第2電極30b。第1電極30a連接於封裝20外側之角落部及背面部，其外側之角落部及背面部與外部電極電性連接。同樣，第2電極30b連接於封裝20外側之角落部及背面部，其外側之角落部及背面部與外部電極電性連接。發光元件10載置於設置在封裝20凹部之底面上的第1電極30a上。至於波長轉換構件50，使用有於樹脂51中混合有螢光物質52者。
發光元件10包含例如GaN系之化合物半導體，並於絕緣性藍寶石基板上積層n型化合物半導體，再於其上積層p型化合物半導體。發光元件10之藍寶石基板側載置於第1電極30a上，但亦可將化合物半導體側載置於第1電極30a上。形成於n型層上面之n側電極藉由導線40而電性連接於 第1電極30a。又，形成於p型層上面之p側電極藉由導線40而電性連接於第2電極30b。第1電極30a與第2電極30b係一對正負電極。發光元件10除可使用GaN系以外，亦可使用InGaN系、AlGaN系、InAlGaN系者等。發光元件10使用有發出藍紫色、藍色、綠色等可見光之短波長區域之光者。較好的是，發光元件10於400 nm~495 nm內具有發光峰值，更好的是於440 nm~495 nm內具有發光峰值波長。其原因在於可有效利用未被螢光物質52吸收而透過之光，並且不會發出紫外線，以及具有較高能量。
封裝20形成有向上開口之凹部。凹部包括載置發光元件10之底面部20a，及自底面部20a延伸之側面部20b。封裝20之形狀並無特別限定，可列舉封裝20之底部投影形狀為圓形、橢圓形、四邊形、多邊形或大致對應於該等之形狀等各種者。封裝20之尺寸並無特別限定，可列舉例如0.1 mm2 ~100 mm2 者等。封裝20之厚度可列舉100 μm~20 mm左右者。封裝20之材質可使用陶瓷，但並無特別限定，亦可通過組合眾所周知之材料，通常為耐熱性樹脂之熱塑性工程聚合物、熱硬化性樹脂等1種或2種以上而形成。例如，可列舉液晶聚合物(LCP)、聚苯硫醚(PPS)、芳香族尼龍(PPA)、環氧樹脂、硬質矽樹脂等。其中，熱塑性工程聚合物在成本方面較為合適。又，於封裝20中，亦可組合添加1種或2種以上氧化鈦、氧化鋅、氧化鋁、二氧化矽、鈦酸鋇、磷酸鈣、碳酸鈣、膠態氧化矽、滑石、碳酸鎂、氮化硼、玻璃纖維等無機填充料等。進而，亦可適當添加 抗氧化劑、熱穩定劑、光穩定劑等添加劑。封裝20之凹部的開口部分為圓形，但亦可形成為橢圓形或四邊形、多邊形及大致對應該等之形狀等。
第1電極30a及第2電極30b，與陶瓷封裝20成形為一體。第1電極30a及第2電極30b可為經過實施無電解電鍍者，亦可為於經過曝光處理、蝕刻處理、抗蝕劑去除等步驟之銅箔上對鎳及金實施有電解電鍍者。第1電極30a及第2電極30b可由銅、鐵等合金之高導熱體形成。又，亦可於該等合金表面上實施銀、鋁、金等電鍍。
發光元件10經由接合構件直接載置於第1電極30a上。保護元件11亦載置於第1電極30a上。此外，亦可將發光元件10載置於保護元件11上，並經由接合構件將該保護元件載置於第1電極30a上。所謂保護元件11係與發光元件10等半導體元件一併收納於封裝20凹部內之元件，並用以保護其他半導體元件不受過電壓之破壞。保護元件11除含有半導體結構者以外，亦包括不含有半導體結構者。至於保護元件11可列舉例如曾納二極體、電容器、雙向擊穿二極體等。
曾納二極體包括具有正電極之p型半導體區域與具有負電極之n型半導體區域，並且保護元件之負電極及正電極以相對發光元件之p側電極與n側電極反向並列之方式連接。如此，藉由設定曾納二極體為保護元件，則即使於正負電極間施加過強電壓，發光元件之正負兩電極間亦可保持曾納電壓，保護發光元件不受過強電壓影響，因此可防 止元件損壞或性能劣化。
電容器可使用表面安裝用之晶片零件。如此結構之電容器，於兩側設置有帶狀電極，該電極並列連接於發光元件之正電極及負電極。當正負電極間施加有過電壓時，則會因該過電壓使充電電流流向電容器，導致電容器之端子電壓瞬時下降，以使相對於發光元件之施加電壓不會上升，藉此可保護發光元件不受過電壓影響。又，當施加有含有高頻率成分之雜訊時，電容器亦可作為旁路電容器而發揮功能，故可排除外來雜訊。
較好的是，波長轉換構件50使用於樹脂51中混合有螢光物質52者。樹脂51中進而可混合填充料、擴散劑、顏料、光吸收構件等。可代替螢光物質52或與螢光物質52共同使用螢光染料。螢光物質52吸收來自發光元件10之光，進行波長轉換，並發出波長長於來自發光元件10之光之長波長區域的光。就能量轉換效率之觀點而言較為有效。樹脂51無法使波長轉換變大，但可藉由於樹脂51中事先混合可進行波長轉換之螢光物質52，而易於固定螢光物質52。其可混合螢光物質52與樹脂51而製成波長轉換構件50。樹脂51可使用耐熱性良好之矽樹脂或環氧樹脂、非晶系聚醯胺樹脂、氟樹脂等。考慮到高顯色性及高亮度，較好的是，螢光物質52使用藉由Ce等稀土元素活化之稀土類鋁酸鹽螢光體及藉由Eu等稀土元素而活化之氮化物螢光體，製造發光為白色之發光裝置，但並不限定於此，亦可使用各種螢光體。
自發光裝置100將發出混合有發光元件10之光與來自波長轉換構件50之光者。自發光裝置100所發出之光，較好的是調整發光元件10之發光波長、來自波長轉換構件50之光的分光分佈的波長，以達到4000 K以上且5000 K以下。尤其，分光分佈之調整可藉由調整波長轉換構件50所含有之螢光物質52的成分及添加量而簡易進行。
發光裝置100之可見光區域之發光光譜中，以作為激射光源之發光元件10表示能量強度最大值的波長為第1波長，以波長轉換構件50表示能量強度最大值之波長為第2波長，以於第1波長與第2波長間發光裝置之發光光譜表示能量強度最小值的波長為第3波長，並以650 nm為第4波長，並且第1波長之能量強度與第3波長之能量強度之關係為(第1波長之能量強度)：(第3波長之能量強度)=100：15~150。又，第1波長之能量強度與第4波長之能量強度之關係為(第1波長之能量強度)：(第4波長之能量強度)=100：45~200。例如，當使用藍色(第1波長區域)發光之激射光源，及綠色至黃色(第2波長區域)發光之波長轉換構件時，可藉由提高藍綠色光(第3波長區域)之發光而使之為連續之發光光譜。例如，使用於約450 nm(第1波長)處具有發光峰值(能量強度)之發光元件10，及於約530 nm或約650 nm(第2波長)處具有發光峰值(能量強度)之螢光物質52時，則於約480 nm(第3波長)處顯示出能量強度之最小值。此時若使約450 nm之能量強度為100，則其關係為約480 nm之能量強度將達到20~40。又，發光裝置100係於平 均演色性指數為75以上且99以下進行發光者。更好的是於平均演色性指數為85以上且100以下進行發光者。特別好的是於平均演色性指數為91以上且99以下進行發光者。於上述說明中，以發光元件10為450 nm者為例加以說明，但並不限定於該波長，亦可使用於440 nm或420 nm等處具有發光峰值波長者。當發光元件10使用於更短之可見光區域之短波長側(400 nm~420 nm)處具有發光峰值波長者時，螢光物質52亦選擇於可見光區域之短波長側具有發光峰值波長者。藉此可提供第3波長之能量強度得到提高之發光裝置100。
先前之發光裝置，使用有於約450 nm(第1波長)處具有發光峰值(能量強度)之發光元件，及於約560 nm(第2波長)處具有發光峰值(能量強度)之螢光物質。該情形時，於約485 nm~500 nm(第3波長)處顯示有能量強度之最小值。此時使約450 nm之能量強度為100時，則其關係為，約485 nm~500 nm之能量強度為10%以下。可要求顯色性較該先前之發光裝置進一步提高。
又，與先前使用有3波長LED之發光裝置不同，本發明之發光裝置100具有連續光譜，因此可提供近似於太陽光或白熾燈光之發光裝置。
再者，由於色溫差異故平均演色性指數、特殊演色性指數亦有所不同。因此，即使能量強度之發光光譜相似者，色溫不同者彼此之對比亦將不正確，但於色溫4000 K~5000 K範圍內，藉由將第1波長、第2波長、第3波長之 能量強度設定於特定範圍內而提高顯色性。
本說明書中之「可見光之短波長區域」係指λp=380 nm以上且495 nm以下之波長區域。又，「紫外區域」係指不足λp=380 nm為止之波長區域。本說明書中實施例及比較例之發光特性，使用依據JIS Z 8724-1997之方法而測定。以其測定結果為基礎，使用依據JIS Z 8726-1990之計算而求出平均演色性指數及特殊演色性指數。
(螢光物質)
較好的是螢光物質52包含於樹脂51中。
可行的是，螢光物質52係例如吸收來自以氮化物半導體為發光層之半導體發光元件之光，並將其波長轉換為波長不同之光者。例如，較好的是選自主要藉由Eu、Ce等鑭系元素而活化之氮化物螢光體．氮氧化物螢光體，主要藉由Eu等鑭系、Mn等過渡金屬元素而活化之鹼土鹵素磷灰石螢光體、鹼土金屬硼酸鹽鹵素螢光體、鹼土金屬鋁酸鹽螢光體、鹼土矽酸鹽、鹼土硫化物、鹼土硫代鎵酸鹽、鹼土氮化矽、鍺酸鹽，或主要藉由Ce等鑭系元素而活化之稀土鋁酸鹽、稀土矽酸鹽，或主要藉由Eu等鑭系元素而活化之有機及有機錯合物等中至少任意1個以上。至於具體例，可使用下述螢光體，但並不限定於此。
主要藉由Eu、Ce等鑭系元素而活化之氮化物螢光體有M2 Si5 N8 ：Eu(M選自Sr、Ca、Ba、Mg、Zn中之至少1種以上)等。又，除M2 Si5 N8 ：Eu以外，尚有MSi7 N10 ：Eu、M1.8 Si6 O0.2 N8 ：Eu、M0.9 Si7 O0.1 N10 ：Eu(M選自Sr、Ca、 Ba、Mg、Zn中之至少1種以上)等。
又，通過藉由Eu等稀土元素而活化並含有第II族元素M、Si、Al、及N之氮化物螢光體，吸收紫外線乃至藍色光並於黃紅色至紅色範圍內發光。該氮化物螢光體之通式以Mw Alx Siy N((2/3)w+x+(4/3)y) ：Eu表示，進而含有至少一種選自稀土元素及4價元素、3價元素之元素作為添加元素。M係選自Mg、Ca、Sr、Ba之群中之至少1種。
於上述通式中，w、x、y之範圍較好的是0.04≦w≦9、x=1、0.056≦y≦18。又，w、x、y之範圍亦可為0.04≦w≦3、x=1、0.143≦y≦8.7，更好的是亦可為0.05≦w≦3、x=1、0.167≦y≦8.7。
又，氮化物螢光體亦可為追加有硼B之通式Mw Alx Siy Bz N((2/3)w+x+(4/3)y+z) ：Eu。於上述中，M係選自Mg、Ca、Sr、Ba之群中之至少1種，且0.04≦w≦9、x=1、0.056≦y≦18、0.0005≦z≦0.5。當添加有硼時，其莫耳濃度z如上述般設為0.5以下，較好的是0.3以下，更好的是大於0.0005。更好的是將硼之莫耳濃度設定為0.001以上且0.2以下。
又，該等氮化物螢光體進而含有選自La、Ce、Pr、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Lu之群中之至少1種，或者Sc、Y、Ga、In之任1種，或者Ge、Zr之任1種。由於含有其等而可輸出Gd、Nd、Tm同等以上之亮度、量子效率或峰值強度。
主要藉由Eu、Ce等鑭系元素而活化之氮氧化物螢光體有 MSi2 O2 N2 ：Eu(M係選自Sr、Ca、Ba、Mg、Zn中之至少1種以上)等。
主要藉由Eu等鑭系、Mn等過渡金屬元素而活化之鹼土鹵素磷灰石螢光體有M5 (PO4 )3 X：R(M係選自Sr、Ca、Ba、Mg、Zn中之至少1種以上，X係選自F、Cl、Br、I中之至少1種以上，R係Eu、Mn、及Eu與Mn之任1種以上)等。
鹼土金屬硼酸鹽鹵素螢光體有M2 B5 O9 X：R(M係選自Sr、Ca、Ba、Mg、Zn中之至少1種以上，X係選自F、Cl、Br、I中之至少1種以上，R係Eu、Mn、及Eu與Mn之任1種以上)等。
鹼土金屬鋁酸鹽螢光體有SrAl2 O4 ：R、Sr4 Al14 O25 ：R、CaAl2 O4 ：R、BaMg2 Al16 O27 ：R、BaMg2 Al16 O12 ：R、BaMgAl10 O17 ：R(R係Eu、Mn、及Eu與Mn之任1種以上)等。
鹼土硫化物螢光體有La2 O2 S：Eu、Y2 O2 S：Eu、Gd2 O2 S：Eu等。
主要藉由Ce等鑭系元素而活化之稀土鋁酸鹽螢光體有以Y3 Al5 O12 ：Ce、(Y0.8 Gd0.2 )3 Al5 O12 ：Ce、Y3 (Al0.8 Ga0.2 )5 O12 ：Ce、(Y、Gd)3 (Al、Ga)5 O12 之成分式所表示之YAG系螢光體等。又，亦存在有由Tb、LuY等取代Y之一部分或全部之Tb3 Al5 O12 ：Ce、Lu3 Al5 O12 ：Ce等。
其他螢光體有ZnS：Eu、Zn2 GeO4 ：Mn、MGa2 S4 ：Eu(M係選自Sr、Ca、Ba、Mg、Zn中之至少1種以上，X係選自 F、Cl、Br、I中之至少1種以上)等。
上述螢光體，亦可根據要求，代替Eu，或者除含有Eu外，含有選自Tb、Cu、Ag、Au、Cr、Nd、Dy、Co、Ni、Ti中之至少1種以上。
所謂Ca-Al-Si-O-N系氮氧化物玻璃螢光體係以氮氧化物玻璃作為母體材料之螢光體，該氮氧化物玻璃以莫耳%表示，將CaCO3 換算成CaO後為20~50莫耳%，Al2 O3 為0~30莫耳%，SiO為25~60莫耳%，AlN為5~50莫耳%，稀土氧化物或過渡金屬氧化物為0.1~20莫耳%，且5成分合計為100莫耳%。再者，以氮氧化物玻璃作為母體材料之螢光體中，較好的是含氮量為15 wt%以下，且較好的是除稀土氧化物離子以外，含有作為敏化劑之其他稀土元素離子作為稀土類氧化物，並於螢光玻璃中以0.1~10莫耳%範圍之含量製成共活化劑。
又，亦可使用上述螢光體以外且具有同樣性能、作用、效果之螢光體。
螢光體較好的是於535 nm以下具有發光峰值波長之螢光體與於645 nm以上具有發光峰值波長之螢光體之組合。2種以上螢光體之組合，於分別測定螢光體時，較好的是位於最短波長側之發光峰值波長與位於最長波長側之發光峰值波長的波長差為100 nm以上。尤其好的是110 nm以上。其原因在於藉此可提供具有寬發光光譜且顯色性較高之發光裝置。其亦可使用於位於最短波長側之發光峰值波長與位於最長波長側之發光峰值波長之間具有發光峰值波長且 不同的螢光體。又，亦可使用可達成上述目的之1種螢光體。再者，組合具有上述110 nm波長差之2種以上螢光體作為發光裝置，並測定該發光裝置之發光光譜時，波長差短於上述110 nm。
更具體而言，較好的是組合以下2種螢光物質，實現本申請案特定之發光光譜。下述YAG螢光體發出黃色寬光，而下述氮化物螢光體發出紅色寬光，故可易於實現本申請案特定之發光光譜，並提供顯色性優異之發光裝置。
(a)於500 nm以上且600 nm以下(更好的是535 nm以下)具有發光峰值波長之YAG螢光體
此處所謂YAG螢光體係指以Mx Ay Dz 表示之石榴石結構的螢光體。
M係含有Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu之任一者之金屬元素
A係含有Al或B之任一者之金屬元素
D=O及/或N
1≦x≦4
4≦y≦6
5≦z≦15
(b)於600 nm以上(更好的是645 nm以上)、700 nm以下具有發光峰值波長之氮化物螢光體
此處所謂氮化物螢光體係指以Mx Ay Dz 及/或Mh Ai Ej Dl 表示之螢光體之單體或混合物。
M係含有Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、 Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu之任一者及Mg、Ca、Sr、Ba、Zn之任一者之金屬元素
A係含有Si、Ge之任一者之金屬元素
E係含有Al、B之任一者之金屬元素
D為由N及/或O構成
1≦x≦3
3≦y≦7
4≦z≦17
1≦h≦3
1≦i≦3
1≦j≦3
3≦l≦14
進而，除上述YAG螢光體及氮化物螢光體外，若使用下述鹼土鋁酸鹽螢光體，則第3波長之能量強度將會變高，因此顯色性將變得更加良好。
(c)於450 nm以上且550 nm以下具有發光峰值波長之鹼土鋁酸鹽螢光體
此處所謂鹼土鋁酸鹽螢光體係指以MxAyDz表示之螢光體。
M係含有Sc、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu之任一者及Mg、Ca、Sr、Ba、Zn之任一者之金屬元素
A係含有Al、B之任一者之金屬元素
D=O及/或N
2≦x≦6
10≦y≦18
11≦z≦33
<實施例1乃至實施例8>
實施例1乃至實施例8之發光裝置使用有關實施形態之發光裝置。圖1係表示有關實施形態之發光裝置的概略立體圖。圖2係表示關於實施形態之發光裝置的概略II-II剖面圖。圖3係表示用於實施例之發光元件的發光光譜之圖。圖4係表示Y3 (Al、Ga)5 O12 ：Ce之螢光體的發光光譜之圖。激發光為460 nm。圖5係表示CaSiAlBx N3+x ：Eu之螢光體的發光光譜之圖。激發光為460 nm。圖6係表示實施例1乃至實施例8之發光光譜的圖。有關實施例之發光裝置100，因參考上述實施形態之發光裝置之說明，因此省略一部分說明。於本說明書中，只要發光顏色、色度座標未特別明確記載，則遵循CIE(國際照明委員會)所制定之CIE表色系統。
實施例1乃至實施例8之發光裝置使用發光元件10，具有凹部之封裝20，該凹部具有底面部20a及側面部20b，及於樹脂51中混合有螢光物質52之波長轉換構件50。
封裝20之材質係以Al2 O3 為主成分之陶瓷，並使用長寬350 mm、高10 mm者。
發光元件10係600 μm平方之ITO(indium tin oxide，氧化銦錫)小片，並使用於約450 nm處具有發光峰值波長者。該發光元件10發光為藍色。保護元件11中使用曾納二極 體。
螢光物質52使用Y3 (Al、Ga)5 O12 ：Ce成分之第1 YAG螢光體，及CaSiAlBx N3+x ：Eu(x>0)成分之氮化物螢光體。第1 YAG螢光體具有於530 nm附近具有發光峰值波長之寬發光光譜。氮化物螢光體具有於約650 nm處具有發光峰值波長之寬發光光譜。樹脂51中螢光物質52之添加量為(樹脂51之重量)：(第1 YAG螢光體之重量)：(氮化物螢光體之重量)=3：0.40~0.60：0.065~0.095。該螢光物質52之量係於樹脂51中均勻混合有第1 YAG螢光體及氮化物螢光體之添加量。將該均勻混合之波長轉換構件50滴至封裝20之凹部。由於封裝20極其小型，因此有時會因為波長轉換構件50之螢光物質52的分散情況及滴入量，導致添加量相同但表示不同之色度座標。
表1表示實施例1乃至實施例8之發光裝置之發光特性。
實施例1乃至實施例8之發光裝置製造各種色溫達到4000 K~5000 K者。平均演色性指數(Ra)、特殊演色性指數(R1~R15)使用JIS Z 8726-1990之方法，並藉由與相關色溫相等之基準的光而求得。實施例9乃至實施例17、比較例1乃至比較例9亦為同樣。
實施例1乃至實施例8之發光裝置的平均演色性指數(Ra)之任一者均顯示出91以上之極高之顯色性。又，實施例1乃至實施例8之特殊演色性指數(R1~R15)亦顯示出極高之顯色性。尤其，顯示紅色之特殊演色性指數(R9)為70以上。與下述比較例之發光裝置，即偏紅成分較少之藍色發光元件及黃色螢光體(第2 YAG螢光體，(Y、Gd)3 Al5 O12 ：Ce)之白色發光裝置相比，可改善顯色性。
<實施例9乃至實施例17>
實施例9乃至實施例17係於實施例1乃至實施例8之螢光物質52中進一步使用有Sr4 Al14 O25 ：Eu之鹼土金屬鋁酸鹽螢光體者。圖7係表示Sr4 Al14 O25 ：Eu之螢光體的發光光譜之圖。激發光為400 nm。圖8係表示實施例9乃至實施例17之發光光譜之圖。
實施例9乃至實施例17除螢光物質52以外與實施例1乃至實施例8之發光裝置100相同。實施例9乃至實施例17於螢光物質52中，使用Y3 (Al、Ga)6 O12 ：Ce成分之第1 YAG蛍光體、CaSiAlBx N3+x ：Eu(x>0)成分之氮化物螢光體、及Sr4 Al14 O25 ：Eu之鹼土金屬鋁酸鹽螢光體。Sr4 Al14 O25 ：Eu之鹼土金屬鋁酸鹽螢光體於約400 nm處得到激發時，具有 於495 nm附近存在發光峰值波長之略寬發光光譜。樹脂51中之螢光物質52之添加量為(樹脂51之重量)：(第1 YAG螢光體之重量)：(氮化物螢光體之重量)：(鹼土金屬鋁酸鹽螢光體)=3：0.25~0.60：0.065~0.100：0.05~0.40。實施例11乃至實施例17中，鹼土金屬鋁酸鹽螢光體之添加量多於實施例9或實施例10。
表2表示實施例9乃至實施例17之發光裝置之發光特性。
實施例9乃至實施例17之發光裝置之平均演色性指數(Ra)之任一者均顯示出92以上之極高顯色性。尤其於增加鹼土金屬鋁酸鹽螢光體之量的實施例11乃至實施例17中，顯示出95以上之極高顯色性。又，實施例9乃至實施例17之特殊演色性指數(R1~R15)亦顯示出極高顯色性。尤其，表現紅色之特殊演色性指數(R9)為70以上，尤其於增加鹼土金屬鋁酸鹽之量的實施例11乃至實施例17中其為80以上。與下述比較例之發光裝置，即偏紅成分較少之藍色發光元件及黃色螢光體(第2 YAG螢光體，(Y、Gd)3 Al5 O12 ：Ce)之白色發光裝置相比，可改善顯色性。尤其，可藉由將用以增補第3波長能量強度之螢光體混入螢光物質52中，而進一步改善顯色性。又，藉由來自使用增補第3波長能量強度之螢光體而擴散之激射光源之光，於可見光區域之長波長側發光之螢光體(例如氮化物螢光體)將得到有效激發，導致偏紅成分進一步增加。
圖9係表示發光光譜比較之圖。圖9係用以比較實施例3、實施例10、比較例4於色溫4200 K時之能量強度者。
實施例1乃至實施例17具有表示以下波長之發光光譜，即表示發光元件10之能量強度最大值之約450 nm(第1波長)，表示螢光物質52之能量強度最大值之530 nm~650 nm(第2波長)，及表示第1波長與第2波長間之能量強度最小值之約480 nm(第3波長)。
於圖中所示之發光光譜中，比較例4之第3波長(488 nm)之能量強度為8%，相對於此，實施例3及實施例10之第3 波長(481 nm)之能量強度分別為27%及30%。又，表示偏紅成分之波長區域(以第4波長之650 nm為一例)之能量強度，於比較例中為33%，相對於此，實施例3及實施例10之能量強度分別為62%及69%。進而，表示偏紅成分之波長區域(以第5波長680 nm為一例)之能量強度，於比較例中為18%，相對於此，實施例3及實施例10之能量強度分別為43%及47%。
於說明方面，於實施例3、實施例10、比較例4中表示有第1波長、第2波長、第3波長之能量強度，但對於其他實施例亦測定各自波長之能量強度。其結果，於實施例1乃至實施例17中，當使第1波長之能量強度為100%時，則第3波長之能量強度將達到20%~35%。其中，可藉由設定第3波長之能量強度為15%以上且150%以下而達成本發明之目的。再者，比較例1乃至比較例9之第3波長之能量強度為7%~10%。於該範圍內平均演色性指數(Ra)為73.7以下。
又，顯示偏紅成分之波長區域(650 nm)之能量強度於實施例1乃至實施例17中為45%~80%。其中，可藉由將650 nm波長能量強度設定為45%以上且200%以下而達成本發明之目的。再者，比較例1乃至比較例9中650 nm波長之能量強度為24%~42%。該範圍內特殊演色性指數(R9)為0以下。
進而，顯示偏紅成分之波長區域(以第5波長680 nm為一例)之能量強度於實施例1乃至實施例17中為25%~60%。其中，可藉由將680 nm波長之能量強度設定為25%以上且 200%以下而達成本發明之目的。再者，比較例1乃至比較例9中之680 nm波長之能量強度為13%~23%。該範圍內特殊演色性指數(R9)為0以下。
<比較例1乃至比較例9>
比較例1乃至比較例9係於實施例1乃至實施例17之螢光物質52中使用有(Y、Gd)3 Al5 N12 ：Ce之第2 YAG螢光體者。圖10係表示(Y、Gd)3 Al5 O12 ：Ce之螢光體之發光光譜之圖。激發光為460 nm。圖11係表示比較例1乃至比較例9之發光光譜之圖。
比較例1乃至比較例9除螢光物質52以外，與實施例1乃至實施例17之發光裝置100相同。比較例1乃至比較例9於螢光物質52中使用(Y、Gd)3 Al5 O12 ：Ce之第2 YAG螢光體。第2 YAG螢光體具有於570 nm附近具有發光峰值波長之寬發光光譜。樹脂51中螢光物質52之添加量為(樹脂51之重量)：(第2 YAG螢光體之重量)=3：0.220~0.300。
表3表示比較例1乃至比較例9之發光裝置之發光特性。
比較例1乃至比較例9之發光裝置之平均演色性指數(Ra)之任一者均表現為68.1~73.7。又，表現比較例1乃至比較例9之紅色之特殊演色性指數(R9)為-28.2~-1.3。
[產業上之可利用性]
本發明之發光裝置可用於液晶背光光源、照明器材、顯示器之背光光源、照相機閃光燈、動畫照明輔助光源等。尤其可使用於顯色性有所要求之照明裝置或者光源中。
10‧‧‧發光元件
11‧‧‧保護元件
20‧‧‧封裝
20a‧‧‧底面部
20b‧‧‧側面部
30a‧‧‧第1電極
30b‧‧‧第2電極
40‧‧‧導線
50‧‧‧波長轉換構件
51‧‧‧樹脂
52‧‧‧螢光物質
圖1係表示實施形態之發光裝置之概略立體圖。
圖2係表示實施形態之發光裝置之概略II-II剖面圖。
圖3係表示用於實施例之發光元件之發光光譜之圖。
圖4係表示Y3 (Al、Ga)5 O12 ：Ce之螢光體發光光譜之圖。
圖5係表示CaSiAlBx N3+x ：Eu之螢光體發光光譜之圖。
圖6係表示實施例1乃至8之發光光譜之圖。
圖7係表示Sr4 Al14 O25 ：Eu之螢光體發光光譜之圖。
圖8係表示實施例9乃至17之發光光譜之圖。
圖9係表示發光光譜之比較之圖。
圖10係表示(Y、Gd)3 Al5 N12 ：Ce之螢光體的發光光譜之圖。
圖11係表示比較例1乃至9之發光光譜之圖。

Claims (11)

  1. 一種發光裝置，其特徵在於包括：發出可見光之短波長區域之光的激射光源；及吸收來自上述激射光源之光而進行波長轉換，發出比來自上述激射光源之光更長波長區域之光的波長轉換構件；其中上述發光裝置發出色溫在4000 K以上5000 K以下之光，且上述波長轉換構件包含第1螢光體，其包括由選自由鑭系或過度金屬元素所活化之鹼土鹵素磷灰石、鹼土金屬硼酸鹽鹵素、鹼土金屬鋁酸鹽、鹼土矽酸鹽、鹼土硫化物、鹼土硫代鎵酸鹽、鹼土氮化矽及鍺酸鹽；由鑭系元素所活化之稀土鋁酸鹽、稀土矽酸鹽；由鑭系元素所活化之有機、有機錯合物所組成之群中至少一種，及第2螢光體，其包含通式以MAlSiBz N3+z ：Eu(M由選自由Mg、Ca、Sr、Ba所組成之群中至少一種，0≦z≦0.5)表示之氮化物螢光體，上述發光裝置之可見光區域之發光光譜係以來自上述激射光源之光表示能量強度之最大值之波長作為第1波長，以來自上述波長轉換構件之光表示能量強度之最大值之波長作為第2波長，以於上述第1波長與上度第2波長之間來自上述發光裝置之發光光譜表示能量強度之最小值之波長作為第3波長，以650 nm作為第4波長， 上述第1波長之能量強度與上述第3波長之能量強度之比為100：20至100：100，且上述第1波長之能量強度與第4波長之能量強度之比為100：45至100：200；平均演色性指數為91以上之光。
  2. 如請求項1之發光裝置，其中上述發光光譜以680 nm作為第5波長，且上述第1波長之能量強度與第5波長之能量強度之比為100：25至100：200。
  3. 如請求項1之發光裝置，其中上述激射光源在400 nm至420 nm之範圍具有發光峰值波長。
  4. 如請求項1之發光裝置，其中上述激射光源包含作為上述第1螢光體、在535 nm以下具有發光峰值波長的螢光體，及作為上述第2螢光體、在645 nm以上具有發光峰值波長的螢光體。
  5. 如請求項1之發光裝置，其中上述波長轉換構件係上述螢光體中之最短發光峰值波長與最長發光峰值波長之差異為100 nm以上。
  6. 如請求項1之發光裝置，其中上述波長轉換構件包含：作為上述第1螢光體、具有石榴石結構且峰值發光波長在500 nm至600 nm的區域之螢光體，及作為上述第2螢光體、發光峰值波長在600 nm至700 nm的區域之氮化物螢光體。
  7. 如請求項6之發光裝置，其中上述波長轉換構件進一步包含作為上述第1螢光體、在450 nm至550 nm區域具有 發光峰值波長之鹼土鋁酸鹽螢光體。
  8. 如請求項1之發光裝置，其中上述第1波長之能量強度與上述第3波長之能量強度之比為100：20至100：35。
  9. 如請求項1之發光裝置，其中上述發光光譜以680 nm作為第5波長，且上述第1波長之能量強度與第5波長之能量強度之比為100：25至100：60。
  10. 如請求項1之發光裝置，其中平均演色性指數為95以上。
  11. 如請求項1之發光裝置，其中特殊演色性指數R9為80以上。
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