JP6384302B2 - 発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子と蛍光体とを組み合わせた発光装置に関する。

発光装置の構成として、例えば、青色に発光する発光ダイオード（以下「青色ＬＥＤ」という。）と黄色蛍光体を組み合わせた構成が挙げられる（例えば、特許文献１を参照。）。この発光装置は、青色ＬＥＤからの光と、この青色ＬＥＤから発せられた青色光の一部を、黄色蛍光体で変換させた黄色光とを混色することにより、白色を得ることができるようにしたものである。そのため、この発光装置に用いられる蛍光体としては、青色ＬＥＤから発光される光によって効率よく励起され、黄色に発光する特性が求められている。

黄色蛍光体としては、Ｃｅ付活のアルミン酸塩蛍光体が知られている。また、この黄色蛍光体のＹの一部を、Ｌｕ，Ｔｂ，Ｇｄ等で置換したり、Ａｌの一部をＧａ等で置換したりした蛍光体が知られている。このようなアルミン酸塩蛍光体は、（Ｙ，Ｌｕ，Ｔｂ，Ｇｄ）₃（Ａｌ，Ｇａ）₅Ｏ₁₂：Ｃｅと表示することができ、組成を調整することで発光波長を調整することが可能である。

このような黄色蛍光体と青色ＬＥＤとを組み合わせた一般的な発光装置を、照明装置に用いる場合は、光束と演色性が重要である。例えば、青色ＬＥＤとアルミン酸塩蛍光体とを組み合わせると、赤色成分が不足して、演色性が低くなる傾向にあり、更に演色性を向上させる必要がある。そこで、演色性を改善させるために、青色ＬＥＤと緑色から黄緑色に発光する蛍光体と、橙色から赤色に発光する蛍光体の２種類以上を組み合わせた発光装置が開発されている。

このような緑色、黄緑色、赤色蛍光体として、例えばケイ酸塩蛍光体、リン酸塩蛍光体、アルミン酸塩蛍光体、ホウ酸塩蛍光体、硫化物蛍光体、酸硫化物蛍光体等が知られている。さらに、これらの蛍光体に代わり、高エネルギーの励起においても輝度低下の少ない蛍光体として、例えば、サイアロン蛍光体、酸窒化物蛍光体、窒化物蛍光体等の、結晶構造に窒素を含有する無機結晶を母体とする蛍光体が提案されている。

発光装置に用いられる緑色〜黄緑色蛍光体として代表的なものは、Ｌｕ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ³⁺や、Ｙ₃（Ａｌ，Ｇａ）₅Ｏ₁₂：Ｃｅ³⁺等Ｃｅ付活のアルミン酸塩蛍光体で短波に発光がある蛍光体を用いることが一般的である。この蛍光体に赤色に発光する蛍光体を組み合わせることで、演色性の高い発光装置を得ることができる。（例えば、特許文献２，３を参照。）

さらに、緑色蛍光体としては（Ｂａ，Ｓｒ）₂ＳｉＯ₄：Ｅｕ²⁺等Ｅｕ付活のシリケート蛍光体も知られており、これらと赤色蛍光体とを組み合わせることによっても演色性の高い発光装置を得ることができる。

また発光装置に用いられる赤色蛍光体として代表的なものは、ＣａＡｌＳｉＮ₃を母体結晶としてＥｕ²⁺を付活させた窒化物蛍光体（以下、「ＣＡＳＮ蛍光体」と呼ぶ。）が知られている（例えば、特許文献４を参照。）。この蛍光体は、６５０ｎｍ付近に発光ピーク波長を有しており、この蛍光体に緑色から黄緑色に発光する蛍光体を組み合わせることで、演色性の高い発光装置を得ることができる。

さらに、ＣａＡｌＳｉＮ₃：ＥｕのＣａの一部をＳｒに置換した、組成式が（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ₃：Ｅｕで表される蛍光体（以下、「ＳＣＡＳＮ蛍光体」と呼ぶ。）が知られており、Ｓｒが多い程、短波長化する（例えば、特許文献５を参照。）。また、ＳＣＡＳＮ蛍光体は、そのピーク波長が６１０〜６５０ｎｍであり、ＣＡＳＮ蛍光体よりも短い発光を示す。このような波長の短い赤色蛍光体を用いることで、赤味成分を付与しながらも、視感度の影響により発光装置をより明るくすることができる。

一般照明用器具用途に使用可能な発光装置では、高い演色性を有することが非常に重要である。演色性が高いと、物色の色がより基準光に近く見えるため、見た目が良好になるためである。

演色性及び発光効率が高い発光装置は、アルミン酸塩蛍光体やシリケート蛍光体とＣＡＳＮ蛍光体やＳＣＡＳＮ蛍光体等を２種類以上組み合わせること得ることができる。

国際公開ＷＯ９８／００５０７８号 特開２００７−１１６１１７号公報 特開２０１２−１２４３５６号公報 特開２００６−８７２１号公報 特開２００６−８７２１号公報

このように、演色性及び発光効率が高い発光装置は、実用性においては更なる演色性及び発光効率の向上が求められる。本発明は、従来のこのような問題点に鑑みてなされたものである。本発明の目的は、演色性を備えつつも、高い発光効率を有する発光装置を提供することにある。

本発明の一実施の形態に係る発光装置によれば、４００ｎｍ以上４６０ｎｍ以下の範囲に発光ピークを有する発光素子と、それぞれ発光素子からの光により励起されて、６１０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の範囲に発光ピークを有する第一蛍光体と、６５０ｎｍ以上６７０ｎｍ以下の範囲に発光ピークを有する第二蛍光体と、５００ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲に発光ピークを有する第三蛍光体と、５００ｎｍ以上５８０ｎｍ以下の範囲に発光ピークを有する第四蛍光体を備えており、発光素子からの光と第一蛍光体乃至第四蛍光体の蛍光との混色光を発する発光装置とできる。第二蛍光体は、フルオロジャーマネート蛍光体である。

本発明の一実施の形態に係る発光装置は、複数の蛍光体を組み合わせて混色光の発光スペクトルの形状を制御することにより、高い演色性と光束との両立を実現できる。

図１は本実施の形態に係る発光装置を示す断面図である。 図２は本実施の形態に係る発光装置を示す平面図である。 図３は各実施例及び比較例で用いる蛍光体１〜５の発光スペクトルを示すグラフである。 図４は実施例１、２、比較例１に係る発光装置の規格化された発光スペクトルを示すグラフである。 図５は実施例３、４、比較例２、３に係る発光装置の規格化された発光スペクトルを示すグラフである。 図６は実施例５、６、比較例４に係る発光装置の規格化された発光スペクトルを示すグラフである。 図７は実施例７、８、比較例５に係る発光装置の規格化された発光スペクトルを示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明は以下のものに特定されない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。なお、本明細書において色名と色度座標との関係、光の波長範囲と単色光の色名との関係等は、ＪＩＳ Ｚ８１１０に従う。具体的には、具体的には、３８０ｎｍ〜４１０ｎｍが紫色、４１０ｎｍ〜４５５ｎｍが青紫色、４５５ｎｍ〜４８５ｎｍが青色、４８５ｎｍ〜４９５ｎｍが青緑色、４９５ｎｍ〜５４８ｎｍが緑色、５４８ｎｍ〜５７３ｎｍが黄緑色、５７３ｎｍ〜５８４ｎｍが黄色、５８４ｎｍ〜６１０ｎｍが黄赤色、６１０ｎｍ〜７８０ｎｍが赤色である。

本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、特定の発光スペクトルを持つ蛍光体を複数組み合わせて発光装置を構成させ、混色光の発光スペクトルの特に、６６０ｎｍ付近の発光強度成分を最適化することで発光装置の演色性及び光束を高くすることができるようになることを見出した。

すなわち、一実施の形態に係る発光装置によれば、４００ｎｍ〜４６０ｎｍに発光ピークを示す発光が可能な発光素子と、この発光素子からの光によりそれぞれ励起されて発光する蛍光体として、６１０ｎｍ〜６５０ｎｍの範囲に発光ピークを有する第一蛍光体と、６５０ｎｍ〜６７０ｎｍの範囲に発光ピークを有する第二蛍光体と、５００ｎｍ〜５４０ｎｍの範囲に発光ピークを有する第三蛍光体と、５００ｎｍ以上５８０ｎｍ以下の範囲に発光ピークを有する第四の蛍光体を備える。この発光装置は、発光素子からの光と、第一乃至第四蛍光体の４種類以上の蛍光体とを組み合わせて、混色光を発することができる。ここで第一蛍光体と第二蛍光体の総量に対して、第二蛍光体の重量比が２０％〜８５％であることが好ましく、また混色光の平均演色性評価数Ｒａが８５以上、特殊演色性評価数Ｒ９が５０以上であることが好ましい。

なお、本明細書における近紫外線から可視光の短波長領域は、２４０ｎｍ〜５００ｎｍ付近の領域をいう。励起光源は、４００ｎｍ〜４６０ｎｍに発光ピーク波長を有するものを用いることができる。そのうち、４００ｎｍ〜４５５ｎｍに発光ピーク波長を有する励起光源を用いることが好ましい。これにより、複数種の蛍光体を効率よく励起することができる。

発光装置から出力される混色光の発光スペクトルは、６００ｎｍ以上６４０ｎｍ以下の波長領域に第一発光ピークを有しており、この第一発光ピークの発光強度を１００％としたとき、６６０ｎｍの発光強度比が６１％以上１００％以下であり、好ましくは、６３％以上１００％以下である。また、６８０ｎｍの発光強度比が３０％以上４５％以下とすることが好ましい。

また混色光の発光スペクトルが、同じく６００ｎｍ以上６４０ｎｍ以下の波長領域に第一発光ピークを有しており、この第一発光ピークの発光強度を１００％としたとき、５３０ｎｍ以上５９０ｎｍ以下の波長範囲に第一極小発光を有し、その発光強度が３５％以上８０％以下であることが好ましい。また、４６０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下の波長範囲に第二極小発光強度を有しており、その発光強度が５％以上３５％以下であることが好ましい。

さらに混色光の色温度は、２５００Ｋ以上７０００Ｋ未満とすることが好ましい。より具体的には、混色光の発光スペクトルは、５３０ｎｍ以上５９０ｎｍ以下の波長範囲に第一極小発光を有し、色温度が２５００Ｋ以上２９００Ｋ以下のとき、その発光強度が４５％以上５０％以下であることが好ましい。あるいは、色温度が４９００Ｋ以上５２００Ｋ以下のとき、その発光強度が６１％以上６４％以下であることが好ましい。

混色光の発光スペクトルは、４６０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下の波長範囲に第二極小発光を有し、色温度が２５００Ｋ以上２９００Ｋ以下のとき、その発光強度が６％以上９％以下であることが好ましい。あるいは、色温度が４９００Ｋ以上５２００Ｋ以下のとき、その発光強度が２０％以上３０％以下であることが好ましい。
（第一蛍光体）

また第一蛍光体には、Ｅｕ²⁺付活の赤色蛍光体として、一般式が（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ₃：ＥｕのＳＣＡＳＮ蛍光体が利用できる。この第一蛍光体は、近紫外線〜青色光を吸収して赤色に発光する。また発光波長は６１０ｎｍ以上６４０ｎｍ以下であり、更に半値幅が７０ｎｍ以上９５ｎｍ以下である。第一蛍光体は、その組成が下記の一般式（Ｉ）で表されることが好ましい。
Ｓｒ_tＣａ_vＥｕ_wＡｌ_xＳｉ_yＮ_z・・・（Ｉ）

ただし、前記一般式（Ｉ）中のｔ、ｖ、ｗ、ｚについて、０．５≦ｔ＜１、０＜ｖ≦０．５、０．００５＜ｗ≦０．０３、ｔ＋ｖ＋ｗ≦１、０．９≦ｘ≦１．１、０．９≦ｙ≦１．１、２．５≦ｚ≦３．５である。

このＳＣＡＳＮ蛍光体は、紫外線から可視光の短波長側領域の光を吸収して、励起光の発光ピーク波長よりも長波長側に蛍光体の発光ピーク波長を有する。可視光の短波長側領域の光は、主に青色光領域となる。具体的には２５０ｎｍ〜５００ｎｍに発光ピーク波長を有する励起光源からの光により励起され、６００〜６５０ｎｍの波長の範囲にピーク波長のもつ蛍光を発光する。このような範囲の励起光源を用いることにより、発光効率の高い蛍光体を提供することができるからである。特に、３００ｎｍ〜５００ｎｍに主発光ピーク波長を有する励起光源を用いることが好ましい。

実際に用いるＳＣＡＳＮ蛍光体は発光波長と半値幅を満たす範囲であれば、Ｓｒ，Ｃａ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｅｕ比は問わない。また、ＳＣＡＳＮ蛍光体に酸素や炭素、塩素やフッ素等のハロゲン元素、Ｍｇ，Ｂａ等のアルカリ土類金属、Ｌｉ，Ｋ等のアルカリ金属、Ｃｅ，Ｔｂ等の希土類元素等の不純物を含んでいてもよい。また、ＬｉＳｉ₂Ｎ₃、Ｓｉ₂Ｎ₂Ｏ等が部分的に置換された（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ₃−ＬｉＳｉ₂Ｎ₃：Ｅｕや（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ₃−Ｓｉ₂Ｎ₂Ｏ：Ｅｕであってもよい。
（第二蛍光体）

さらに第二蛍光体には、近紫外線〜青色光を吸収して赤色に発光するＭｎ⁴⁺付活の赤フルオロジャーマネート蛍光体が利用できる。このような第二蛍光体は、主な元素がＭｇ、Ｇｅ、Ｏ、Ｆ、Ｍｎで構成されている。具体的には、一般式が３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ₂・ＧｅＯ₂：Ｍｎで表されるフルオロジャーマネート蛍光体、あるいは第二蛍光体は、その組成が下記の一般式（ＩＩ）
（ｘ−ａ）ＭｇＯ・ａ（Ｍａ）Ｏ・ｂ／２（Ｍｂ）₂Ｏ₃・ｙＭｇＦ₂・ｃ（Ｍｃ）Ｘ₂・（１−ｄ−ｅ）ＧｅＯ₂・ｄ（Ｍｄ）Ｏ₂・ｅ（Ｍｅ）₂Ｏ₃：Ｍｎ⁴⁺・・・（ＩＩ）で表されるフルオロジャーマネート蛍光体である。

ただし、前記一般式（ＩＩ）中、Ｍａは、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎから選択された少なくとも１種であり、Ｍｂは、Ｓｃ、Ｌａ、Ｌｕから選択された少なくとも１種であり、Ｍｃは、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎから選択された少なくとも１種であり、Ｘは、Ｆ、Ｃｌから選択された少なくとも１種であり、Ｍｄは、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｚｒから選択された少なくとも１種であり、Ｍｅは、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎから選択された少なくとも１種であり、ｘ、ｙ、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅについて、２≦ｘ≦４、０＜ｙ≦２、０≦ａ≦１．５、０≦ｂ＜１、０≦ｃ≦２、０≦ｄ≦０．５、０≦ｅ＜１である。この蛍光体の発光波長は６５５ｎｍ以上６６５ｎｍ以下であり、更に半値幅が１５ｎｍ以上３５ｎｍ以下である。さらに、４４０ｎｍにおける反射率が５０％以下であることが好ましい。これにより、青色ＬＥＤで効率よく励起できる。

このフルオロジャーマネート蛍光体は、紫外線から可視光の短波長側領域の光を吸収して、励起光の発光ピーク波長よりも長波長側に蛍光体の発光ピーク波長を有する。可視光の短波長側領域の光は、主に青色光領域となる。具体的には２５０ｎｍ〜４８０ｎｍに発光ピーク波長を有する励起光源からの光により励起され、６５５〜６６５ｎｍの波長の範囲にピーク波長のもつ蛍光を発光する。このような範囲の励起光源を用いることにより、発光効率の高い蛍光体を提供することができるからである。特に、４００ｎｍ〜４６０ｎｍに主発光ピーク波長を有する励起光源を用いることが好ましい。

実際に用いるフルオロジャーマネート蛍光体は、発光波長と半値幅を満たす範囲であれば、Ｃｌ、Ｂｒ等のハロゲン元素、窒素、Ｙ，Ｌａ等の希土類元素等の不純物を含んでいてもよい。
（第三蛍光体）

一方、第三蛍光体には、近紫外線〜青色光を吸収して緑色に発光するＥｕ²⁺付活の緑色蛍光体が利用できる。具体的には、一般式が（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）₈ＭｇＳｉ₄Ｏ₁₆Ｃｌ₂：Ｅｕ、あるいは（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ，Ｍｇ）₂ＳｉＯ₄：Ｅｕのシリケート蛍光体である。この蛍光体の発光波長は５００ｎｍ以上５４５ｎｍ以下であり、更に半値幅が４０ｎｍ以上８０ｎｍ以下である。

またシリケート蛍光体は、紫外線から可視光の短波長側領域の光を吸収して、励起光の発光ピーク波長よりも長波長側に蛍光体の発光ピーク波長を有する。可視光の短波長側領域の光は、主に青色光領域となる。具体的には２５０ｎｍ〜４８０ｎｍに発光ピーク波長を有する励起光源からの光により励起され、５００〜５４５ｎｍの波長の範囲にピーク波長のもつ蛍光を発光する。このような範囲の励起光源を用いることにより、発光効率の高い蛍光体を提供することができるからである。特に、３００ｎｍ〜４８０ｎｍに主発光ピーク波長を有する励起光源を用いることが好ましい。

実際に用いるシリケート蛍光体は、発光波長と半値幅を満たす範囲であれば、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂａ、Ｓｉ、Ｅｕ、Ｃｌ比は問わない。また、シリケート蛍光体に窒素や炭素、フッ素等のハロゲン元素、Ｌｉ、Ｋ等のアルカリ金属、Ｃｅ、Ｔｂ等の希土類元素等の不純物を含んでいてもよい。
（第四蛍光体）

さらに第四蛍光体には、近紫外線〜青色光を吸収して黄色に発光するＣｅ³⁺付活のアルミン酸塩蛍光体が利用できる。具体的には、例えば、一般式がＹ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ、Ｙ₃（Ａｌ，Ｇａ）₅Ｏ₁₂：Ｃｅ、Ｌｕ₃（Ａｌ，Ｇａ）₅Ｏ₁₂：Ｃｅ、Ｌｕ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ、（Ｌｕ，Ｙ）₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ、（Ｌｕ，Ｙ）₃（Ａｌ，Ｇａ）₅Ｏ₁₂：Ｃｅ、（Ｙ，Ｇｄ，Ｔｂ）₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅで表されるいずれかの蛍光体が利用できる。またこの蛍光体の半値幅は、８５ｎｍ以上１３０ｎｍ以下である。

またアルミン酸塩蛍光体は、紫外線から可視光の短波長側領域の光を吸収して、励起光の発光ピーク波長よりも長波長側に蛍光体の発光ピーク波長を有する。可視光の短波長側領域の光は、主に青色光領域となる。具体的には２５０ｎｍ〜４８０ｎｍに発光ピーク波長を有する励起光源からの光により励起され、５００〜５８０ｎｍの波長の範囲にピーク波長のもつ蛍光を発光する。このような範囲の励起光源を用いることにより、発光効率の高い蛍光体を提供することができるからである。特に、３００ｎｍ〜４８０ｎｍに主発光ピーク波長を有する励起光源を用いることが好ましい。

実際に用いるアルミン酸塩蛍光体は、発光波長と半値幅を満たす範囲であれば、Ｃａ、Ｓｒ等アルカリ土類元素、ＳｉやＣｌ、Ｆ等ハロゲン元素、窒素を含んでいてもよい。更には希土類の一部が、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｐｒ等の元素で置換された組成であっても構わない。

また各蛍光体は、少なくとも一部が結晶を有することが好ましい。例えばガラス体（非晶質）は構造がルーズであるため、その生産工程における反応条件が厳密に一様になるよう管理できなければ、蛍光体中の成分比率が一定せず、色度ムラを生じる。また、これらの蛍光体は有機媒体に均一に溶解できるため、発光性プラスチックやポリマー薄膜材料の調整が容易である。具体的に、実施の形態で用いる各蛍光体は、少なくとも５０重量％以上、より好ましくは８０重量％以上が結晶を有している。これは、発光性を有する結晶相の割合を示し、５０重量％以上、結晶相を有しておれば、実用に耐え得る発光が得られるため好ましい。ゆえに結晶相が多い程良い。これにより、発光輝度を高くすることができ、かつ加工し易くできる。

上記の各蛍光体に係る発光特性のデータは後述するが、各蛍光体の発光効率によって、得られる発光装置の発光効率にも関係することは言うまでもない。つまり、発光装置の基本となる発光効率は蛍光体の発光効率に依存する。そのため、より明るい発光装置を得るには発光効率の高い蛍光体を用いることが重要である。本実施の形態に係る蛍光体では蛍光体の発光効率に関しては規定していない。あくまでも蛍光体の組み合わせによる発光装置の発光効率の改善を見出したものである。
（粒径）

各蛍光体の粒径は５μｍ〜５０μｍの範囲が好ましい。５μｍ〜５０μｍの粒径範囲の蛍光体は、光の吸収率及び変換効率が高い。このように、光学的に優れた特徴を有する粒径の大きな蛍光体を後述する発光装置に含有させることにより、発光装置の発光効率が向上する。

ここで粒径は、Ｆ．Ｓ．Ｓ．Ｓ．Ｎｏ．（Fisher Sub Sieve Sizer's No.）における空気透過法で得られる平均粒径を指す。具体的には、気温２５℃、湿度７０％の環境下において、１ｃｍ₃分の試料を計り取り、専用の管状容器にパッキングした後、一定圧力の乾燥空気を流し、差圧から比表面積を読み取り、平均粒径に換算した値である。ただし、他の測定法で測定された粒径でも何ら問題はない。本実施の形態で用いられる蛍光体の平均粒径は、５μｍ〜５０μｍの範囲であることが好ましい。また、この平均粒径値を有する蛍光体が、頻度高く含有されていることが好ましい。また、粒度分布も狭い範囲に分布しているものが好ましい。このように粒径、及び粒度分布のバラツキが小さい蛍光体を用いることにより、より色ムラが抑制され、良好な色調を有する発光装置が得られる。
（発光装置）

次に、上記の窒化物蛍光体を利用した発光装置について説明する。発光装置には、例えば蛍光ランプ等の照明器具、ディスプレイやレーダー等の表示装置等が挙げられる。蛍光体の励起光源には、発光素子を使用する。ここで発光素子には、可視光を発する素子のみならず、近紫外光や遠紫外光等を発する素子も含める意味で使用する。また励起光源として、発光素子以外に、既存の蛍光灯に使用される水銀灯等、紫外から可視光の短波長領域に発光ピーク波長を有する励起光源を適宜利用できる。

ここでは発光装置の実施の形態として、励起光源に近紫外から可視光の短波長領域の光を放つ発光素子を備えた発光装置を説明する。

発光素子としては、可視光の短波長領域である３８０ｎｍ〜４８５ｎｍの波長範囲の光を発するものを使用することができる。好ましくは４００ｎｍ〜４７０ｎｍの波長範囲、より好ましくは４１０ｎｍ〜４６０ｎｍの波長範囲に発光ピーク波長を有するものである。これにより、蛍光体を効率よく励起し、可視光を有効活用することができる。また当該波長範囲の励起光源を用いることにより、発光強度が高い発光装置を提供することができる。発光素子は、例えば、窒化物系半導体（Ｉｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）を用いたものを用いることができる。

このような発光素子を搭載した発光装置として、いわゆる砲弾型や表面実装型等種々のタイプがある。本実施の形態では、発光装置１００の模式図である図１、図２参照しながら、表面実装型の発光装置について説明する。

本実施の形態に係る発光装置１００は、可視光の短波長側（例えば３８０ｎｍ〜４８５ｎｍ）の光を発する窒化ガリウム系化合物半導体の発光素子１０と、発光素子１０を載置する成形体４０とを有する。成形体４０は第一のリード２０と第二のリード３０とを有しており、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂により一体成形されている。成形体４０は底面と側面を持つ凹部を形成しており、凹部の底面に発光素子１０が載置されている。発光素子１０は一対の正負の電極を有しており、その一対の正負の電極は第一のリード２０及び第二のリード３０とワイヤ６０を介して電気的に接続されている。発光素子１０は封止部材５０により封止されている。封止部材５０は発光素子１０からの光を波長変換する蛍光体７０を含有している。蛍光体は、後述する第一乃至第四蛍光体を含む。

本実施の形態に係る蛍光体７０は、封止部材５０中で部分的に偏在するよう配合されている。このとき封止部材は、発光素子や蛍光体を外部環境から保護するための部材としてではなく、波長変換部材としても機能する。このように発光素子１０に接近して載置することにより、発光素子１０からの光を効率よく波長変換することができ、発光効率が優れた発光装置とすることができる。なお、蛍光体を含む部材と、発光素子との配置は、それらを接近して配置させる形態に限定されることなく、蛍光体への熱の影響を考慮して、発光素子と蛍光体を含む波長変換部材との間隔を空けて配置することもできる。また、蛍光体７０を封止部材５０中にほぼ均一の割合で混合することによって、色ムラのない光を得るようにすることもできる。

また、蛍光体７０は３種以上の蛍光体を用いてもよい。例えば、本実施の形態に係る発光装置１００において、青色光を放出する発光素子１０と、これに励起される実施の形態に係る蛍光体と、赤色光を発する蛍光体を併用することで、演色性に優れた白色光を得ることができる。

また、上述した蛍光体（第一蛍光体乃至第四蛍光体）とは異なる青色蛍光体、緑色蛍光体、黄色蛍光体、橙色蛍光体、赤色蛍光体も狙いのスペクトルの多少の調整用に組み合わせることができる。本願に係る蛍光体と組み合わせることで、光束や演色性を微調整することができる。

ここで青色光から青緑色を発する蛍光体としては、例えば、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）₅（ＰＯ４）₃（Ｆ，Ｃｌ，Ｂｒ）：Ｅｕ、ＢａＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）₃ＭｇＳｉ₂Ｏ₈：Ｅｕ、Ｓｒ₄Ａｌ₁₄Ｏ₂₅：Ｅｕ、あるいはＢａＳｉ₇Ｎ₁₀：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）Ａｌ₂Ｓｉ₃Ｏ₄Ｎ₄：Ｅｕ、ＢａＳｉ₂Ｏ₂Ｎ₂：Ｅｕ等の蛍光体を用いることができる。

また、緑色から黄色を発する蛍光体としては、例えば、Ｃａ₃Ｓｃ₂Ｓｉ₃Ｏ₁₂：Ｃｅ等のケイ酸塩蛍光体、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）₃Ｓｉ₆Ｏ₉Ｎ₄：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）₃Ｓｉ₆Ｏ₁₂Ｎ₂：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）Ｓｉ₂Ｏ₂Ｎ₂：Ｅｕ、Ｓｒ₃Ｓｉ₁₃Ａｌ₃Ｏ₂Ｎ₂₁：Ｅｕ等の酸窒化物蛍光体、Ｓｉ_6-zＡｌ_zＯ_zＮ_8-z：Ｅｕ（０＜ｚ＜４．２）のβ型サイアロン等の酸窒化物蛍光体、ＳｒＧａ₂Ｓ₄：Ｅｕ等のＥｕ付活硫化物蛍光体、ＣａＳｃ₂Ｏ₄：Ｃｅ、ＳｒＡｌ₂Ｏ₄：Ｅｕ等の酸化物蛍光体、Ｌａ₃Ｓｉ₆Ｎ₁₁：Ｃｅ等の窒化物蛍光体を用いることができる。

さらに黄色から橙色光を発する蛍光体としては、例えば、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）₃ＳｉＯ₅：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ）Ｓｉ₂Ｏ₂Ｎ₂：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ）_m/2Ｓｉ_12-m-nＡｌ_m+nＯ_nＮ_16-n：Ｅｕ（０．３＜ｍ＜６．０，０≦ｎ＜２．５）、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ₃：Ｃｅ、等の蛍光体を用いることができる。

さらに、橙色から赤色光を発する蛍光体として、（Ｃａ_1-x-yＳｒ_xＢａ_y）₂Ｓｉ₅Ｎ₈：Ｅｕ（０≦ｘ≦１．０、０≦ｙ≦１．０）、ＳｒＡｌＳｉ₄Ｎ₇：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ）ＬｉＡｌ₃Ｎ₄：Ｅｕ等の窒化物蛍光体、Ｋ₂（Ｓｉ_1-x-yＧｅ_xＴｉ_y）Ｆ₆：Ｍｎ（０≦ｘ≦１．０、０≦ｙ≦１．０）等のフッ化物蛍光体、（Ｃａ，Ｓｒ）Ｓ：Ｅｕ等の硫化物蛍光体を、併用して用いることもできる。これらの赤色光を発する蛍光体を併用することで、三原色に相当する成分光の半値幅を調整することができる。特に上記フッ化物蛍光体を併用することにより、演色性及び光束を更に向上させることができる。

封止部材５０は、発光装置１００の凹部内に載置された発光素子１０を覆うように形成される。製造のし易さを考慮すると、封止部材の材料は、透光性樹脂が好ましい。透光性樹脂は、シリコーン樹脂組成物を使用することが好ましいが、エポキシ樹脂組成物、アクリル樹脂組成物等の絶縁樹脂組成物を用いることもできる。また、封止部材５０には蛍光体７０が含有されているが、さらに適宜、その他の材料を添加することもできる。例えば、光拡散材を含むことで、発光素子からの指向性を緩和させ、視野角を増大させることができる。

以下、本発明の実施例と比較例について説明する。
（蛍光体１〜５）

表１に、蛍光体１〜５の組成の一般式と、発光色度座標（ｘ，ｙ）と、発光ピーク波長と、半値幅と、４４０ｎｍの反射率（蛍光体２）を示す。ここで蛍光体１は、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ₃：Ｅｕであり、発光ピーク波長は６２９ｎｍであり、半値幅は８１ｎｍである。また蛍光体２は、３．４ＭｇＯ・０．１Ｓｃ₂Ｏ₃・０．５ＭｇＦ₂・０．８８５ＧｅＯ₂・０．１Ｇａ₂Ｏ₃：０．０１５Ｍｎ⁴⁺であり、６５８ｎｍに発光ピーク波長を有し、半値幅は２５ｎｍである。さらに蛍光体３は、Ｃａ₈ＭｇＳｉ₄Ｏ₁₆Ｃｌ₂：Ｅｕであり、発光ピーク波長は５２３ｎｍであり、半値幅は６４ｎｍである。さらに蛍光体４は、Ｙ₃（Ａｌ，Ｇａ）₅Ｏ₁₂：Ｃｅである。また蛍光体５はＬｕ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅである。各蛍光体１〜５の発光スペクトルを、各蛍光体の発光ピーク波長で規格化して図３に示す。

表２は、実施例１〜８及び比較例１〜５の発光装置における蛍光体の組合せと、青色ＬＥＤの発光ピーク波長と、第二蛍光体の比率を示す。さらに、それらの実施例及び比較例の発光装置を作製して光学特性を測定した結果を示す。ここで、青色ＬＥＤは、それぞれ大きさが４６０μｍ×４６０μｍであり、発光ピーク波長が４４７．９ｎｍと４５２ｎｍである２種類の青色ＬＥＤを用い、それぞれ蛍光体と組み合わせて発光装置を作製した。

表２に示される第二蛍光体の比率は、第一蛍光体と第二蛍光体の総量に対して、第二蛍光体の重量比率である。また、ｘ、ｙは発光装置の色度、Ｒａは発光装置の発光スペクトルの赤味成分を評価する平均演色性評価数であり、Ｒ９は特殊演色性評価数を示す。

表３は、実施例１〜８、比較例１〜５の発光装置発光スペクトルについて、６００ｎｍ以上６４０ｎｍ以下の波長領域に存在する第一発光ピークの波長と、その発光強度を１００％としたときの６６０ｎｍにおける発光強度比と、同じく６８０ｎｍにおける発光強度比と、５３０ｎｍ以上５９０ｎｍ以下の波長範囲に存在する第一極小発光の強度比と、その第一極小発光の波長と、４６０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下の波長範囲に存在する第二極小発光の強度比と、その第二極小発光の波長を示す。

図３は、各実施例及び比較例で用いる蛍光体１〜５の発光スペクトルを示す。図４は、実施例１、２及び比較例１の発光装置における発光スペクトルをそれぞれ示す。図５は実施例３、４、比較例２、３に係る発光装置の発光スペクトルをそれぞれ示す。図６は実施例５、６、比較例４に係る発光装置の発光スペクトルをそれぞれ示す。図７は実施例７、８、比較例５に係る発光装置の発光スペクトルをそれぞれ示す。なお、これらの発光スペクトルは、それぞれ適宜規格化されている。

表２に示すように、各実施例に係る発光装置の色温度は、２５００Ｋ以上２９００Ｋ以下と、４９００Ｋ以上５２００Ｋ以下であり、それらの色温度の範囲で発光装置の演色性は高く、Ｒａ＞８５、Ｒ９＞５０であった。

実施例１、２は比較例１の蛍光体の組合せに、さらに４０％、８０％の比率で第二蛍光体を加えたものであるが、本実施例の組み合わせと配合比にすることで演色性及び光束を高くすることができる。

図４の発光スペクトル、表３の各波長、強度比を参照すると、実施例１、２の第一発光ピーク波長は共に６１９ｎｍであり、６００〜６４０ｎｍ範囲にある。また、実施例１、２について、それぞれ６６０ｎｍの発光強度比は６４．９％、７０．７％であり、６８０ｎｍの発光強度比は３８．２％、３８．４％である。特に６６０ｎｍの発光強度比が実施例１、２とも６１％以上となっており、比較例１よりも高くなっている。一方、６８０ｎｍの発光強度比は比較例含めて３８％程度と低い値となっている。また、発光スペクトルの谷間部分である第一極小発光の波長は、実施例１、２について、それぞれ５４９ｎｍ、５５３ｎｍであり、強度比はそれぞれ４７．７％、４８．２％である。また、第二極小発光の波長は、実施例１、２について、それぞれ４６８ｎｍ、４６９ｎｍであり、強度比はそれぞれ６．５％、６．３％である。

実施例１、２について、発光装置の発光スペクトルにおける６６０ｎｍの発光強度比のみの変化に着目している。この６６０ｎｍの発光強度比の変化は、第二蛍光体が６６０ｎｍ付近に発光ピーク波長を有しており、更にその第二蛍光体の半値幅が狭いことから６６０ｎｍ付近の赤色成分のみが部分的に増加している影響であると考えられる。６６０ｎｍ付近の部分的な赤色成分を増やし、視感度に不利と考えられる比較的波長が長い６８０ｎｍの成分の増加を抑えている。また、６６０ｎｍ付近の成分を増やすと、狙いの色温度に調整するためには視感度の高い緑色から黄色成分を少し増やす必要があり、結果的にＲａ、Ｒ９を維持したまま光束が高くなっていると考えられる。

実施例３、４は、比較例２の蛍光体の組合せに第二蛍光体を加えたものであり、実施例１、２とは発光装置の色温度が異なる。実施例３、４の発光装置における第二蛍光体の比率はそれぞれ４０％、７５％であり、本実施例における蛍光体の組み合わせと配合比にすることで演色性及び光束を高くすることができる。

また図５に示される発光スペクトル、表３の各波長、強度比を参照すると、実施例３、４の第一発光ピーク波長は６２２ｎｍ、６２５ｎｍであり、それぞれ６００〜６４０ｎｍ範囲にある。また実施例３、４の６６０ｎｍにおける発光強度比は、それぞれ６３．７％、７０．７％であり、６８０ｎｍにおける発光強度比は、それぞれ３８．０％、３８．６％である。ここで、６６０ｎｍの発光強度比が６１％以上と高くなっているが、６８０ｎｍの発光強度比は３８％程度と低い値となっている。また発光スペクトルの谷間部分である第一極小発光と第二極小発光の波長は実施例３、４共それぞれ５６９ｎｍと、４７０ｎｍであり、強度比はそれぞれ５６９ｎｍにおいて６１．９％、６３．２％であり、４７０ｎｍにおいて、２２．７％、２１．１％である。このように６６０ｎｍの発光強度が高く、演色性及び光束が高い発光装置が得られた。

比較例３は第四蛍光体に半値幅の広い蛍光体５を用いている。そのため表２に示されるように、光束は高いが、Ｒａ、Ｒ９が低くなっている。また、図５に示すようにスペクトル形状も他の実施例と大きく異なり、表３に示すように６６０ｎｍ、６８０ｎｍの強度比が他の実施例と大きく異なり、また他の実施例では５３０ｎｍ以上５９０ｎｍ以下の波長範囲で見られていた第一極小発光の強度が見られない。そのため演色性が他の実施例と比較して低く、光束は高いものの演色性の高い発光装置となっていない。

実施例５、６、比較例４は、表２に示されるように、実施例１、２、比較例１の青色ＬＥＤの発光ピーク波長がより波長の短いものに変更し、第二蛍光体の配合比を３０％、６５％に変更した以外は蛍光体の組合せも同様にして発光装置を構成した。実施例５、６も他の実施例と同じく、比較例４よりも演色性及び光束が高くなっている。また６６０ｎｍの発光強度比が６１％以上と高くなっており、演色性及び光束が高い発光装置が得られることが分かる。

実施例７、８、比較例５は、表２に示されるように、実施例５、６、比較例４と同じ発光ピーク波長を有する青色ＬＥＤを用い、さらに色温度を約５０００Ｋに変更し、第二蛍光体の配合比を４０％、７５％に変更した以外は同様にして発光装置を構成した。表２に示されるように、他の実施例と同様、実施例７、８は、比較例５よりも演色性及び光束が高くなっている。また６６０ｎｍの発光強度比が６１％以上と高くなっており、演色性及び光束が高い発光装置が得られることが分かる。

以上の実施例に係る発光装置によれば、各実施例に記載の蛍光体の組み合わせにより、混色光のスペクトル形状を最適化することができるので、演色性及び発光効率が高い発光装置とすることができる。

本発明の発光装置は、発光特性に極めて優れた照明用光源、ＬＥＤディスプレイ、バックライト光源、信号機、照明式スイッチ、各種センサ及び各種インジケータ等に好適に利用できるので、産業上の利用価値は極めて高い。

１００…発光装置
１０…発光素子
２０…第一のリード
３０…第二のリード
４０…成形体
５０…封止部材
６０…ワイヤ
７０…蛍光体

Claims (10)

1. ４００ｎｍ以上４６０ｎｍ以下の範囲内に発光ピーク波長を有する発光素子と、
   半値幅が７０ｎｍ以上９５ｎｍ以下であり、６１０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の範囲内に発光ピーク波長を有する第一蛍光体と、半値幅が１５ｎｍ以上３５ｎｍ以下であり、６５０ｎｍ以上６７０ｎｍ以下の範囲内に発光ピーク波長を有するフルオロジャーマネート蛍光体である第二蛍光体と、半値幅が４０ｎｍ以上８０ｎｍ以下であり、５００ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲内に発光ピーク波長を有する第三蛍光体と、半値幅が８５ｎｍ以上１３０ｎｍ以下であり、５００ｎｍ以上５８０ｎｍ以下の範囲内に発光ピーク波長を有する第四蛍光体を備えており、
   前記発光素子からの光と、その光により励起された前記第一蛍光体乃至第四蛍光体の蛍光との混色光を発する発光装置であって、
   前記混色光の発光スペクトルは、６００ｎｍ以上６４０ｎｍ以下の波長領域に第一発光ピークを有し、その第一発光ピークの発光強度を１００％としたとき、６６０ｎｍにおける発光強度比が６１％以上であり、色温度が２５００Ｋ以上２９００Ｋ以下のとき、５３０ｎｍ以上５９０ｎｍ以下の波長範囲に第一極小発光を有し、その発光強度が４５％以上５０％以下であり、４６０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下の波長範囲に第二極小発光を有し、その発光強度が６％以上９％以下であることを特徴とする発光装置。
2. ４００ｎｍ以上４６０ｎｍ以下の範囲内に発光ピーク波長を有する発光素子と、
   半値幅が７０ｎｍ以上９５ｎｍ以下であり、６１０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の範囲に発光ピーク波長を有する第一蛍光体と、半値幅が１５ｎｍ以上３５ｎｍ以下であり、６５０ｎｍ以上６７０ｎｍ以下の範囲内に発光ピーク波長を有するフルオロジャーマネート蛍光体である第二蛍光体と、半値幅が４０ｎｍ以上８０ｎｍ以下であり、５００ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲内に発光ピーク波長を有する第三蛍光体と、半値幅が８５ｎｍ以上１３０ｎｍ以下であり、５００ｎｍ以上５８０ｎｍ以下の範囲内に発光ピーク波長を有する第四蛍光体を備えており、
   前記発光素子からの光と、その光により励起された前記第一蛍光体乃至第四蛍光体の蛍光との混色光を発する発光装置であって、
   前記混色光の発光スペクトルは、６００ｎｍ以上６４０ｎｍ以下の波長領域に第一発光ピークを有し、その第一発光ピークの発光強度を１００％としたとき、６６０ｎｍにおける発光強度比が６１％以上であり、色温度が４９００Ｋ以上５２００Ｋ以下のとき、５３０ｎｍ以上５９０ｎｍ以下の波長範囲に第一極小発光を有し、その発光強度が６１％以上６４％以下であり、４６０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下の波長範囲に第二極小発光を有し、その発光強度が２０％以上３０％以下であることを特徴とする発光装置。
3. 請求項１又は２に記載の発光装置であって、
   前記第一蛍光体は、その組成が下記一般式（Ｉ）で表されることを特徴とする発光装置。
   Ｓｒ_tＣａ_vＥｕ_wＡｌ_xＳｉ_yＮ_z・・・（Ｉ）
   （ただし、前記一般式（Ｉ）中のｔ、ｖ、ｗ、ｚについて、０．５≦ｔ＜１、０＜ｖ≦０．５、０．００５＜ｗ≦０．０３、ｔ＋ｖ＋ｗ≦１、０．９≦ｘ≦１．１、０．９≦ｙ≦１．１、２．５≦ｚ≦３．５である。）
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の発光装置であって、
   前記第二蛍光体は、その組成が３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ ₂ ・ＧｅＯ ₂ ：Ｍｎ又は下記一般式（ＩＩ）で表されることを特徴とする発光装置。
   （ｘ−ａ）ＭｇＯ・ａ（Ｍａ）Ｏ・ｂ／２（Ｍｂ）₂Ｏ₃・ｙＭｇＦ₂・ｃ（Ｍｃ）Ｘ₂・（１−ｄ−ｅ）ＧｅＯ₂・ｄ（Ｍｄ）Ｏ₂・ｅ（Ｍｅ）₂Ｏ₃：Ｍｎ⁴⁺・・・（ＩＩ）
   （ただし、前記一般式（ＩＩ）中、Ｍａは、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎから選択された少なくとも１種であり、Ｍｂは、Ｓｃ、Ｌａ、Ｌｕから選択された少なくとも１種であり、Ｍｃは、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎから選択された少なくとも１種であり、Ｘは、Ｆ、Ｃｌから選択された少なくとも１種であり、Ｍｄは、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｚｒから選択された少なくとも１種であり、Ｍｅは、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎから選択された少なくとも１種であり、ｘ、ｙ、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅについて、２≦ｘ≦４、０＜ｙ≦２、０≦ａ≦１．５、０≦ｂ＜１、０≦ｃ≦２、０≦ｄ≦０．５、０≦ｅ＜１である。）
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の発光装置であって、
   前記第二蛍光体は、４４０ｎｍにおける反射率が５０％以下であることを特徴とする発光装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の発光装置であって、
   前記第三蛍光体は、その組成が（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）₈ＭｇＳｉ₄Ｏ₁₆Ｃｌ₂：Ｅｕ、又は（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ，Ｍｇ）₂ＳｉＯ₄：Ｅｕであることを特徴とする発光装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の発光装置であって、
   前記第四蛍光体は、Ｃｅ付活のアルミン酸塩蛍光体であることを特徴とする発光装置。
8. 請求項７に記載の発光装置であって、
   前記第四蛍光体は、その組成が（Ｙ，Ｌｕ，Ｇｄ，Ｔｂ）₃（Ａｌ，Ｇａ）₅Ｏ₁₂：Ｃｅであることを特徴とする発光装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の発光装置であって、
   前記第一蛍光体と前記第二蛍光体の総量に対して、前記第二蛍光体の重量比が２０％以上８５％以下であることを特徴とする発光装置。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の発光装置であって、
    前記混色光の平均演色性評価数Ｒａが８５より大きく、特殊演色性評価数Ｒ９が５０より大きいことを特徴とする発光装置。

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