TWI549320B

TWI549320B - 發光裝置

Info

Publication number: TWI549320B
Application number: TW103105106A
Authority: TW
Inventors: 石田邦夫; 恵子阿爾貝薩; 服部靖; 三石巌; 褔田由美; 平松亮介; 岡田葵; 加藤雅礼
Original assignee: 東芝股份有限公司
Priority date: 2013-03-07
Filing date: 2014-02-17
Publication date: 2016-09-11
Also published as: US9520540B2; JP6081235B2; TW201442295A; US20140252391A1; CN104037308A; EP2775539A3; EP2775539A2; KR20140110735A; JP2014175378A; EP2775539B1

Description

發光裝置

相關申請案之參照

本案係以2013年3月7日申請的日本國申請案之特願2013-044914作為優先權基礎案。此特願2013-044914所記載的所有內容被組入本申請案。

本發明係關於發光裝置。

使用發光二極體(Light Emitting Diode：LED)之發光裝置，主要由作為激發光源的LED晶片，與螢光體之組合而構成的。接著，藉由該組合可以實現種種顏色的發光色。

於放出白色光的白色LED發光裝置，例如使用放出藍色光的藍色LED晶片與螢光體之組合。作為螢光體主要使用藍色的補色之黃色螢光體，作為擬似白色光LED使用。其他還開發出放出藍色光的藍色LED晶片，與綠色螢光體及紅色螢光體之組合的3波長型白色LED 等。

原本，激發光源之藍色光的波長，有可能會在溫度、驅動電流量、或者製造的離散等要素改變時，螢光體發出的黃色光、綠色光、或者紅色光失去平衡而產生色度變化的可能。這個場合，會發生無法得到所要的色度的「色偏離」的問題。

特別是隨著藍色LED的發光強度改變，而改變白色光的強度的調光型的發光裝置，因為隨著驅動電流的變化而在藍色LED的發光波長產生變化，所以「色偏離」的問題變得顯著。

實施型態之發光裝置，具備：發藍色激發光的發光元件、被形成於前述發光元件上，被前述激發光激發而發黃色的螢光之黃色螢光體、被前述激發光激發而發綠色的螢光之綠色螢光體、或者，被前述激發光激發而發紅色的螢光之紅色螢光體之至少一種，而且是螢光的峰波長為520nm以上而未滿660nm，前述激發光的峰波長偏移的場合，在同一方向上螢光的峰波長也偏移的波長偏移螢光體。

本說明書中，所謂藍色光意味著最大峰波長為420nm以上而未滿480nm的光。此外，所謂綠色光意味著最大峰波長為480nm以上而未滿550nm的光。此外，所謂黃色光意味著最大峰波長為550nm以上而未滿 600nm的光。此外，所謂紅色光意味著最大峰波長為600nm以上而未滿760nm的光。又，也把綠色或黃色，且在綠色與黃色的邊界區域的光稱為黃綠色光。此外，所謂黃綠/黃色光意味著最大峰波長為520nm以上而未滿600nm的光。

在本說明書中，所謂「波長偏移螢光體」，是指伴隨著激發光的峰波長的改變，發出的螢光的峰波長也改變的螢光體。

10‧‧‧發光元件

20‧‧‧螢光體層

80‧‧‧調光機構

100‧‧‧發光裝置

200‧‧‧發光裝置

圖1係第1實施型態的發光裝置的模式剖面圖。

圖2係說明第1實施型態的作用及效果之圖。

圖3係顯示第1實施型態之黃色螢光體的波長偏移量之圖。

圖4係第2實施型態的發光裝置的電路構成之概略圖。

圖5係顯示實施例的發光裝置的色度變化之圖。

圖6係顯示比較例的發光裝置的色度變化之圖。

以下，使用圖式說明實施型態。

(第1實施型態)

本實施型態之發光裝置，具備：發藍色激發光的發光元件、以及被形成於發光元件上，被激發光激發而發黃色的螢光之黃色螢光體、被藍色的光激發而發綠色的螢光之綠色螢光體、或者，被藍色光激發而發紅色的螢光之紅色螢光體之至少一種，而且是螢光的峰波長為520nm以上而未滿660nm，激發光的峰波長偏移的場合，在同一方向上螢光的峰波長也偏移的波長偏移螢光體。

圖1係實施型態的發光裝置的模式剖面圖。以下，以波長偏移螢光體為黃色螢光體，藉由發光元件發出的藍色激發光，與黃色螢光體發出的黃色螢光混合，而發出白晝色(色溫度5000K)的白色發光裝置為例進行說明。

發光裝置100，具備具有實裝發光元件10的平面之實裝基板12。

接著，例如作為發出波長420nm以上460nm以下的峰波長的光的發光元件10，例如藍色LED10被實裝於實裝基板12的平面上。

藍色LED10，例如為以GaInN為發光層的AlGaInN系的LED。

於發光元件10上，設有由半球狀的透明樹脂所構成的元件密封透明層18。透明樹脂例如為聚矽氧樹脂。

進而，以覆蓋元件密封透明層18的方式，形成對平面垂直的剖面之外周形狀為半圓狀的螢光體層20。於螢光體層20，具備：以由發光元件10射出的藍色光為激發光，被激發光激發而發黃色的螢光之黃色螢光體、被藍色的光激發而發綠色的螢光之綠色螢光體、或者，被藍色光激發而發紅色的螢光之紅色螢光體之至少一種，而且是螢光的峰波長為520nm以上而未滿660nm，激發光的峰波長偏移的場合，在同一方向上螢光的峰波長也偏移的波長偏移螢光體。

螢光體層20中含有的螢光體，螢光的峰波長為520nm以上而未滿660nm。接著，是在激發光的峰波長偏移的場合，在同一方向上螢光的峰波長也偏移的波長偏移螢光體。因為峰波長在與激發光的峰波長相同方向上偏移，所以即使成為激發光的藍色光的發光波長改變也可以實現色度變化小的發光裝置。

例如，波長偏移螢光體，為發出520nm以上而未滿600nm的峰波長的黃綠/黃色的螢光之黃綠/黃色螢光體。

螢光體層20，其黃綠/黃色螢光體的粒子，例如被分散於透明的聚矽氧樹脂中而形成。螢光體層20，吸收由藍色LED產生的藍色光而變換為黃綠/黃色光。

螢光體發出的螢光的峰波長，例如可以藉由分光光度計來測定。接著，藉由使照射於螢光體的激發光的峰波長偏移而測定螢光的峰波長，可以測定螢光的峰波長的偏移方向。

圖2係說明本實施型態的作用及效果之圖。圖2為CIE色度圖。圖中的數值表示光的波長。

例如，組合激發光的峰波長為420nm發出色度為圖中"b1"的激發光的藍色LED，與以此藍色LED激發的螢光的峰波長為565nm色度為圖中"y1"的黃綠/黃色螢光體而構成白色發光裝置。此白色發光裝置發出的白色的色度在連接"b1"與"y1"的第1線段上，例如色度為圖中的"w1"。

假設，藍色LED的激發光的峰波長由420nm 往470nm長波長側偏移，色度成為圖中的"b2"。如此一來，白色發光裝置發出的光的色度在連接"b2"與"y1"的第2線段(圖中虛線)上，例如色度變化為圖中"w2"，亦即成為產生色偏離的問題。

藍色LED的激發光的峰波長的偏移，例如會因為藍色LED的溫度上升而產生。或者是，例如因為藍色LED之製造時的離散而產生。

在本實施型態，做為黃綠/黃色螢光體，適用在激發光的峰波長偏移的場合，在同一方向上螢光的峰波長也偏移的波長偏移螢光體。在此偏移於「同一方向」，是指藍色LED的激發光的峰波長偏移往長波長側的場合，螢光體的螢光的峰波長也往長波長側偏移，藍色LED的激發光的峰波長偏移往短波長側的場合，螢光的峰波長也往短波長側偏移。

例如，藍色LED的激發光的峰波長偏移往長波長側而激發光的色度由圖中"b1"往"b2"變化的場合，黃綠/黃色螢光體的螢光也往長波長側，例如往570nm偏移而螢光的色度由圖中"y1"往"y2"變化。在此場合，白色發光裝置發出的白色的色度，成為連接"b2"與"y2"的第2線段上，色度成為接近於激發光的偏移前的"w1"。亦即，色偏離的問題被抑制。

如此，在本實施型態，波長偏移螢光體的峰波長偏移在與激發光的峰波長的偏移相同的方向上。藉此，激發光的峰波長的偏移導致的色度變化受到補償，可以抑制色度的變化。亦即，即使產生激發光的峰波長的偏移，也可以實現色度變化小的發光裝置。

又，在本實施型態，選擇激發光的峰波長偏移前的連接激發光的色度圖上之點與螢光的色度圖上之點的第1線段，與激發光的峰波長偏移後的連接激發光的色度圖上之點與螢光的色度圖上之點的第2線段，具備有交點的方式來選擇激發光與螢光。或者是以具備有交點的方式選擇發光元件與螢光體。藉此，可以抑制色偏離的問題。

又，本實施型態的波長偏移螢光體的螢光的峰波長為520nm以上而未滿660nm。低於此範圍的話，由圖2的色度圖可知，即使螢光的峰波長可以長波長化，色度的變化方向也無法成為補償激發光的色度變化之方向。此外，高於此範圍的話，即使螢光的峰波長可以長波長化，色度的變化也很小，無法得到充分的色度變化的補償效果。

激發光的藍色光的峰波長由420nm往460nm 偏移時，波長偏移螢光體的螢光的峰波長以偏移20nm以上為佳。因為偏移20nm以上的話，即使激發光的色度變化很大的場合，也可以充分予以補償。又，峰波長的偏移量的上限，以50nm以下為佳。超過此範圍的話，螢光的峰波長的偏移會變得太大而有導致色偏離的疑慮。

黃綠/黃色螢光體，以下列一般式(1)所表示的黃綠/黃色螢光體為佳。此螢光體為含有矽(Si)、鋁(Al)、氧(O)及氮(N)之所謂的矽鋁氧氮聚合材料(SiAlON)螢光體。

(Sr_1-x1Ce_x1)_a1AlSi_b1O_c1N_d1．．．．．(1)

又，前述一般式(1)中，x1、a1、b1、c1、d1滿足以下的關係。0<x1<1、0.6<a1<0.95、2.0<b1<3.9、0<c1<0.45、4.0<d1<5.0。

以前述一般式(1)表示的黃色螢光體，因為藍色激發光的峰波長改變的場合之螢光的峰波長的變化量很大所以是較佳的螢光體。根據以前述一般式(1)表示的黃綠/黃色螢光體，也可以在激發光的藍色光的峰波長由420nm往460nm偏移時，使螢光的峰波長偏移20nm以上。

圖3係顯示以前述一般式(1)表示的黃綠/黃色螢光體的波長偏移量之圖。橫軸為波長，縱軸為規格化的光強度。顯示激發光的藍色光的峰波長由420nm往460nm以10nm為刻度改變的場合之螢光的強度輪廓(profile)。

由圖3可知，此黃綠/黃色螢光體，隨著激發光的峰波長變長，被激發的螢光的峰波長也變長。螢光的峰波長，在激發光的峰波長為420nm時為528nm，在460nm時為550nm。亦即，激發光的藍色光的波長由420nm往460nm偏移時，波長偏移螢光體的螢光的峰波長偏移20nm以上。

又，在本實施型態，以作為波長偏移螢光體使用黃綠/黃色螢光體的場合為例進行了說明。但是波長偏移螢光體並不限於黃綠/黃色螢光體。例如，作為波長偏移螢光體，亦可使用綠色螢光體或紅色螢光體。此外，組合複數種類的波長偏移螢光體亦可。

此外，在本實施型態除了波長偏移螢光體之黃綠/黃色螢光體以外，進而加上發出其他顏色的綠色螢光體或紅色螢光體亦可。藉此，可以調整發光裝置100的色度。

作為綠色螢光體，以加入下列一般式(2)所表示的綠色螢光體為佳。此螢光體，為所謂的矽鋁氧氮聚合材料(SiAlON)螢光體。

(Sr_1-x2Eu_x2)_a2AlSi_b2O_c2N_d2．．．．．(2)

又，前述一般式(2)中，x2、a2、b2、c2、d2滿足以下的關係。0<x2<1、0.93<a2<1.3、4.0<b2<5.8、0.6<c2<1.0、6.0<d2<11。

作為紅色螢光體，以加入下列一般式(3)所表示的紅色螢光體為佳。此螢光體，為所謂的矽鋁氧氮聚合材料(SiAlON)螢光體。

(Sr_1-x3Eu_x3)_a3AlSi_b3O_c3N_d3．．．．．(3)

又，前述一般式(3)中，x3、a3、b3、c3、d3滿足以下的關係。0<x3<1、0.6<a3<0.95、2.0<b3<3.9、0.25<c3<0.45、4.0<d3<5.0。

特別是，在同一螢光體層20，除了矽鋁氧氮聚合材料(SiAlON)黃綠/黃色螢光體，再加上矽鋁氧氮聚合材料(SiAlON)綠色螢光體或者矽鋁氧氮聚合材料(SiAlON)紅色螢光體的場合，螢光體粒子的粒徑或形狀類似所以在螢光體製造時提高各粒子的分散性。亦即，螢光體層20內的螢光體粒子的分布變得均勻。亦即，可以實現發光強度或色度的分布均勻的發光裝置。

(第2實施型態)

本實施型態之發光裝置，具備：發藍色激發光的發光元件、以及被形成於發光元件上，被激發光激發而發黃色的螢光之黃色螢光體、被激發光激發而發綠色的螢光之綠色螢光體、或者，被激發光激發而發紅色的螢光之紅色螢光體之至少一種，而且是螢光的峰波長為520nm以上而未滿660nm，激發光的峰波長偏移的場合，在同一方向上螢光的峰波長也偏移的波長偏移螢光體，以及改變發光元件的發光強度的調光機構。

本實施型態的發光裝置，除了具備調光機構以外，與第1實施型態相同。亦即，與第1實施型態重複的內容，省略記載說明。

圖4係實施型態的發光裝置的電路構成之概略圖。藉由發光元件發出的藍色激發光，與黃綠/黃色螢光體發出的黃色螢光混合，而發出白晝色(色溫度5000K)的白色發光裝置為例進行說明。

本實施型態的發光裝置200，具備發光部 70，與導電連接於發光部70的調光機構80。調光機構80，被插入發光部70與電源90之間。又，發光部70的構成，與第1實施型態的發光裝置100相同。

調光機構80，具備使發光部70的發光強度成為所要的強度的方式變化的機能。調光機構80，具備控制電路82與雙方向閘流器(thyristor)84。發光裝置200，係藉由振幅控制而調光的發光裝置。

例如，藉由以不圖示的調光旋鈕設定控制電路82內的計時器的值，改變雙方向閘流器(thyristor)打開的計時。藉此，因應於變化的電源波形，藉由控制電路82改變被輸入發光部70的藍色LED的電流值。亦即，發光部70的藍色ED發出的激發光的強度改變，伴此發光部70的螢光體發出的螢光的強度也改變。從而，發光部70的發光強度變化為所要的強度。

輸入至藍色LED的電流值改變時，藍色LED 發出的激發光的峰波長會有大幅偏移的情形。根據本實施型態，即使藍色LED發出的激發光的峰波長大幅偏移，波長偏移螢光體發出的螢光的峰波長也在與激發光的峰波長相同的方向上偏移。因此，藍色LED發出的激發光的峰波長之偏移導致的色度變化受到補償，實現色度偏離很小的發光裝置。

[實施例] (實施例)

作為黃綠/黃色螢光體使用矽鋁氧氮聚合材料(SiAlON)螢光體之(Sr_0.98Ce_0.02)₂Al₃Si₇O₁N₁₃，作為紅色螢光體使用矽鋁氧氮聚合材料(SiAlON)螢光體之(Sr_0.98Eu_0.02)₂Al₃Si₇O₁N₁₃，將這些以5：1的重量比混合而分散於樹脂。接著，於藍寶石基板上，塗佈分散了黃綠/黃色螢光體及紅色螢光體的樹脂，藉由在150℃環境放置30分鐘使樹脂硬化。如此進行，於基板上形成螢光體層。藉由調整此樹脂的塗佈量，調整色差，得到發出白色光的發光裝置。

又，矽鋁氧氮聚合材料(SiAlON)螢光體之 (Sr_0.98Ce_0.02)₂Al₃Si₇O₁N₁₃，螢光的峰波長為520nm以上而未滿600nm，激發光的峰波長偏移的場合螢光在同一方向上峰波長偏移。

圖5係顯示實施例的發光裝置的色度變化之圖。比較了藍色LED的峰波長為430nm與450nm的場合之色度。430nm的場合的色度為圖中的"W_e1"，450nm的場合的色度為圖中的"W_e2"。其色度之差為Cx為0.02、Cy為0.02。

(比較例)

除了作為黃色螢光體使用YAG：Ce以外，製作了與實施例同樣的發光裝置。又，YAG：Ce幾乎完全未確認到螢光的峰波長對激發光的峰波長的偏移而偏移。

圖6係顯示比較例的發光裝置的色度變化之圖。比較了藍色LED的峰波長為430nm與450nm的場合之色度。430nm的場合的色度為圖中的"W_c1"，450nm的場合的色度為圖中的"W_c2"。其色度之差為Cx為0.02、Cy為0.03。

藉由實施例與比較例之比較，確認了色偏離被抑制之本發明的效果。

在前述實施型態，以白色發光裝置為例進行了說明。特別是對於藍色激發光的色度變化，會敏感地反應於發光的光的色度之白色發光裝置，本發明是有效的。但是，本發明的適用並不以白色發光裝置為限，例如也可以適用於綠色發光裝置或紅色發光裝置。

此外，在前述實施型態，針對單層的螢光體層進行了說明，但亦可以是層積複數的螢光體層的構造。

此外，作為螢光體層的透明基材，以聚矽氧樹脂為例進行了說明，但可以使用激發光的透過性高，而且耐熱性高的任意材料。作為這樣的材料，除了聚矽氧樹脂以外，可以使用環氧樹脂、尿素樹脂、氟樹脂、丙烯酸樹脂、聚醯亞胺樹脂等。特別是容易取得，操作容易，而且為廉價的理由，使用環氧樹脂或聚矽氧樹脂為適切的。此外，除了樹脂以外，也可以使用燒結體等。

說明了本發明的幾個實施型態，但這些實施型態只是提示作為例子之用，並未意圖限定發明的範圍。這些新穎的發光裝置的實施型態，能夠以其他種種型態來實施，在不逸脫發明要旨的範圍，可以進行種種的省略、置換、變更。這些實施型態或者其變形，包含於發明的範圍或是要旨，同時包含於申請專利範圍所記載的發明以及其均等的範圍。

10‧‧‧發光元件

12‧‧‧實裝基板

18‧‧‧元件密封透明層

20‧‧‧螢光體層

100‧‧‧發光裝置

Claims

一種發光裝置，其特徵為具備：發藍色激發光的發光元件、以及被形成於前述發光元件上，被前述激發光激發而發黃綠/黃色的螢光之黃綠/黃色螢光體、被前述激發光激發而發綠色的螢光之綠色螢光體、或者，被前述激發光激發而發紅色的螢光之紅色螢光體之至少一種，而且是螢光的峰波長為520nm以上而未滿660nm，前述激發光的色度的x座標減少，色度的y座標增加的場合，螢光的色度的x座標增加，色度的y座標減少的波長偏移螢光體。
如申請專利範圍第1項之發光裝置，其中前述波長偏移螢光體，為黃綠/黃色螢光體。
如申請專利範圍第1項之發光裝置，其中前述波長偏移螢光體，係以一般式(1)表示的黃綠/黃色螢光體，一般式(1)中，x1、a1、b1、c1、d1滿足0<x1<1、0.6<a1<0.95、2.0<b1<3.9、0<c1<0.45、4.0<d1<5.0之關係，(Sr_1-x1Ce_x1)_a1AlSi_b1O_c1N_d1．．．．．(1)。
如申請專利範圍第3項之發光裝置，其中含有以一般式(2)表示的綠色螢光體，一般式(2)中，x2、a2、b2、c2、d2滿足0<x2<1、0.93<a2<1.3、4.0<b2<5.8、0.6<c2<1.0、6.0<d2<11之關係，(Sr_1-x2Eu_x2)_a2AlSi_b2O_c2N_d2．．．．．(2)。
如申請專利範圍第4項之發光裝置，其中含有以一般式(3)表示的紅色螢光體，一般式(3)中，x3、a3、b3、c3、d3滿足0<x3<1、0.6<a3<0.95、2.0<b3<3.9、0.25<c3<0.45、4.0<d3<5.0之關係，(Sr_1-x3Eu_x3)_a3AlSi_b3O_c3N_d3．．．．．(3)。
如申請專利範圍第1項之發光裝置，其中進而具備使前述發光元件的發光強度改變的調光機構。
一種發光裝置，其特徵為具備：發藍色激發光的發光元件、以及被形成於前述發光元件上，被前述激發光激發而發黃色的螢光之黃色螢光體、被前述激發光激發而發綠色的螢光之綠色螢光體、或者，被前述激發光激發而發紅色的螢光之紅色螢光體之至少一種，螢光的峰波長為520nm以上而未滿660nm，前述激發光的峰波長往長波長側偏移的場合，螢光的色度的x座標增加，色度的y座標減少之波長偏移螢光體。
如申請專利範圍第7項之發光裝置，其中前述波長偏移螢光體，為黃綠/黃色螢光體。
如申請專利範圍第7項之發光裝置，其中前述激發光的峰波長由420nm往460nm偏移時，前述波長偏移螢光體的螢光的峰波長偏移20nm以上。
如申請專利範圍第7項之發光裝置，其中前述波長偏移螢光體，係以一般式(1)表示的黃綠/黃色螢光體，一般式(1)中，x1、a1、b1、c1、d1滿足0<x1<1、0.6<a1<0.95、2.0<b1<3.9、0<c1<0.45、4.0<d1<5.0之關係，(Sr_1-x1Ce_x1)_a1AlSi_b1O_c1N_d1．．．．．(1)。
如申請專利範圍第10項之發光裝置，其中含有以一般式(2)表示的綠色螢光體，一般式(2)中，x2、a2、b2、c2、d2滿足0<x2<1、0.93<a2<1.3、4.0<b2<5.8、0.6<c2<1.0、6.0<d2<11之關係，(Sr_1-x2Eu_x2)_a2AlSi_b2O_c2N_d2．．．．．(2)。
如申請專利範圍第11項之發光裝置，其中含有以一般式(3)表示的紅色螢光體，一般式(3)中，x3、a3、b3、c3、d3滿足0<x3<1、0.6<a3<0.95、2.0<b3<3.9、0.25<c3<0.45、4.0<d3<5.0之關係，(Sr_1-x3Eu_x3)_a3AlSi_b3O_c3N_d3．．．．．(3)。
如申請專利範圍第7項之發光裝置，其中進而具備使前述發光元件的發光強度改變的調光機構。