発光装置
【課題】蛍光体間の再吸収を抑制し優れた発光効率を実現する発光装置の提供。
【解決手段】基板１２に実装される発光素子１４と、この発光素子上に形成される径ｒの半円状であり、下式（１）の赤色蛍光体を含有する赤色蛍光体層２０と、（Ｍ１−ｘ１Ｅｕｘ１）ａＳｉｂＡｌＯｃＮｄ（１）（式中、ＭはＩＡ族元素、ＩＩＡ族元素、ＩＩＩＡ族元素、Ａｌを除くＩＩＩＢ族元素、希土類元素、およびＩＶＢ族元素から選択される元素である。ｘ１、ａ、ｂ、ｃ、ｄは、０＜ｘ１＜１、０．５５＜a＜０．９５、２．０＜ｂ＜３．９、０＜c＜０．６、４＜ｄ＜５．７）、赤色蛍光体層上に形成され、径ｄの半円状である透明樹脂の中間透明層２２と、この中間透明層上に形成され、半円状で緑色蛍光体を含有する緑色蛍光体層２４とを有し、径ｒと径ｄとの関係が、下式（２）を充足する発光装置１０。２．０ｒ（μｍ）≦ｄ≦（ｒ＋１０００）（μｍ）（２）
【解決手段】基板１２に実装される発光素子１４と、この発光素子上に形成される径ｒの半円状であり、下式（１）の赤色蛍光体を含有する赤色蛍光体層２０と、（Ｍ１−ｘ１Ｅｕｘ１）ａＳｉｂＡｌＯｃＮｄ（１）（式中、ＭはＩＡ族元素、ＩＩＡ族元素、ＩＩＩＡ族元素、Ａｌを除くＩＩＩＢ族元素、希土類元素、およびＩＶＢ族元素から選択される元素である。ｘ１、ａ、ｂ、ｃ、ｄは、０＜ｘ１＜１、０．５５＜a＜０．９５、２．０＜ｂ＜３．９、０＜c＜０．６、４＜ｄ＜５．７）、赤色蛍光体層上に形成され、径ｄの半円状である透明樹脂の中間透明層２２と、この中間透明層上に形成され、半円状で緑色蛍光体を含有する緑色蛍光体層２４とを有し、径ｒと径ｄとの関係が、下式（２）を充足する発光装置１０。２．０ｒ（μｍ）≦ｄ≦（ｒ＋１０００）（μｍ）（２）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、青色の発光ダイオード（ＬＥＤ）にＹＡＧ：Ｃｅなどの黄色蛍光体を組合せ、単一のチップで白色光を発する、いわゆる白色ＬＥＤに注目が集まっている。従来、ＬＥＤは赤色、緑色、青色と単色で発光するものであり、白色または中間色を発するためには、単色の波長を発する複数のＬＥＤを用いてそれぞれ駆動しなければならなかった。しかし、現在では、発光ダイオードと、蛍光体とを組合せることにより、上述の煩わしさを排し、簡便な構造によって白色光を得ることができるようになっている。
【０００３】
発光ダイオードを用いたＬＥＤランプは、携帯機器、ＰＣ周辺機器、ＯＡ機器、各種スイッチ、バックライト用光源、および表示板などの各種表示装置に用いられている。これらＬＥＤランプは高効率化が強く望まれており、加えて一般照明用途には高演色化、バックライト用途には高色域化の要請がある。高効率化には、蛍光体の高効率化が必要であり、高演色化あるいは高色域化には、青色の励起光と青色で励起され緑色の発光を示す蛍光体および青色で励起され赤色の発光を示す蛍光体を組み合わせた白色光源が望ましい。
【０００４】
また、高負荷ＬＥＤは駆動により発熱し、蛍光体の温度が１００〜２００℃程度まで上昇することが一般的である。このような温度上昇が起こると蛍光体の発光強度は一般に低下し、いわゆる温度消光が生ずる。このため、特に、高温領域、すなわち高電流範囲で発光効率が低下するという問題がある。
【０００５】
さらに、複数の蛍光体を用いる場合、蛍光体間の再吸収により発光効率が低下するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−３１２０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、蛍光体間の再吸収を抑制し優れた発光効率を実現する発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施の形態の発光装置は、発光素子を実装する平面を有する基板と、この平面に実装され、波長２５０ｎｍ乃至５００ｎｍの光を発する発光素子と、この発光素子上に形成され、平面に対して垂直な断面における外周形状が径ｒの半円状であり、下記式（１）の赤色蛍光体を含有する赤色蛍光体層と、
（Ｍ１−ｘ１Ｅｕｘ１）ａＳｉｂＡｌＯｃＮｄ （１）
（上記式（１）中、ＭはＩＡ族元素、ＩＩＡ族元素、ＩＩＩＡ族元素、Ａｌを除くＩＩＩＢ族元素、希土類元素、およびＩＶＢ族元素から選択される元素である。ｘ１、ａ、ｂ、ｃ、ｄは、次の関係を満たす。
０＜ｘ１＜１、
０．５５＜a＜０．９５、
２．０＜ｂ＜３．９、
０＜c＜０．６、
４＜ｄ＜５．７）
上記赤色蛍光体層上に形成され、平面に対して垂直な断面における外周形状が径ｄの半円状である透明樹脂の中間透明層と、この中間透明層上に形成され、平面に対して垂直な断面における外周形状が半円状であり、緑色蛍光体を含有する緑色蛍光体層と、を有し、
上記径ｒと上記径ｄとの関係が、下記式（２）を充足する。
２．０ｒ（μｍ）≦ｄ≦（ｒ＋１０００）（μｍ） （２）
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施の形態の発光装置の模式断面図である。
【図２】第１の実施の形態の赤色蛍光体の光吸収率を示す図である。
【図３】第１の実施の形態の発光装置の作用を示す図である。
【図４】第１の実施の形態の発光装置の光束ロスを示す図である。
【図５】第２の実施の形態の発光装置の模式断面図である。
【図６】実施例の白色発光モジュールの配線図である。
【図７】実施例２１の赤色蛍光体のＸＲＤプロファイルである。
【図８】実施例２３の赤色蛍光体のＸＲＤプロファイルである。
【図９】実施例３の緑色蛍光体のＸＲＤプロファイルである。
【図１０】実施例６の緑色蛍光体のＸＲＤプロファイルである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を用いて実施の形態を説明する。
【００１１】
また、本明細書中、赤色蛍光体とは、波長２５０ｎｍ乃至５００ｎｍの光、すなわち、近紫外光もしくは青色光で励起した際、励起光よりも長波長であり、橙色から赤色にわたる領域の発光、すなわち波長５８０ｎｍ〜７００ｎｍ（以下、総称して赤色とも記載）の間にピークを有する発光を示す蛍光体を意味する。
【００１２】
なお、本明細書中、緑色蛍光体とは、波長２５０ｎｍ乃至５００ｎｍの光、すなわち、近紫外光もしくは青色光で励起した際、励起光よりも長波長であり、青緑色から黄緑色（以下、総称して緑色とも記載）にわたる領域の発光、すなわち波長４９０ｎｍ〜５５０ｎｍの間にピークを有する発光を示す蛍光体を意味する。
【００１３】
また、本明細書中、「白色光」とは一般的に照明装置に用いられる異なる波長の光が混合し、電球色、温白色、白色、昼白色、昼光色等を包含する概念である。
【００１４】
（第１の実施の形態）
本実施の形態の発光装置は、発光素子を実装する平面を有する基板と、この平面に実装され、波長２５０ｎｍ乃至５００ｎｍの光を発する発光素子と、この発光素子上に形成され、平面に対して垂直な断面における外周形状が径ｒの半円状であり、下記式（１）の赤色蛍光体を含有する赤色蛍光体層と、
（Ｍ１−ｘ１Ｅｕｘ１）ａＳｉｂＡｌＯｃＮｄ （１）
（上記式（１）中、ＭはＩＡ族元素、ＩＩＡ族元素、ＩＩＩＡ族元素、Ａｌを除くＩＩＩＢ族元素、希土類元素、およびＩＶＢ族元素から選択される元素である。ｘ１、ａ、ｂ、ｃ、ｄは、次の関係を満たす。
０＜ｘ１＜１、
０．５５＜a＜０．９５、
２．０＜ｂ＜３．９、
０＜c＜０．６、
４＜ｄ＜５．７）
上記赤色蛍光体層上に形成され、平面に対して垂直な断面における外周形状が径ｄの半円状である透明樹脂の中間透明層と、この中間透明層上に形成され、平面に対して垂直な断面における外周形状が半円状であり、緑色蛍光体を含有する緑色蛍光体層と、を有し、
上記径ｒと上記径ｄとの関係が、下記式（２）を充足する。
２．０ｒ（μｍ）≦ｄ≦（ｒ＋１０００）（μｍ） （２）
【００１５】
上記式（１）で表わされる組成を有するサイアロン系蛍光体は赤色蛍光体（Ｒ）であり、波長２５０ｎｍ乃至５００ｎｍの光、すなわち、近紫外光もしくは青色光で励起した際、励起光よりも長波長であり、橙色から赤色にわたる領域の発光、すなわち波長５８０〜７００ｎｍの間にピークを有する発光を示す。
【００１６】
そして、この赤色蛍光体は、温度消光が小さいため、高温領域においても優れた発光効率が得られるという利点がある。一方で、励起スペクトルが、近紫外光から緑色までの広い範囲におよぶため、緑色蛍光体と組み合わせて白色発光装置（白色ＬＥＤ）を構成しようとする場合、緑色光の赤色蛍光体による再吸収が顕著になり、発光効率が低下したり色ずれが生じたりする恐れがある。
【００１７】
本実施の形態の発光装置は、赤色蛍光体層と緑色蛍光体層との間に透明樹脂の中間透明層を設けるとともに、赤色蛍光体層と中間透明層の径を限定することにより、サイアロン系の赤色蛍光体による緑色光の再吸収を抑制し、発光効率が高く、色ずれが抑制される白色発光装置が実現される。
【００１８】
図１は、本実施の形態の発光装置の模式断面図である。この発光装置１０は、白色光を発する白色ＬＥＤである。発光装置１０は、発光素子を実装する平面を有する基板１２を備えている。基板１２には、例えば、高反射材料が用いられる。
【００１９】
そして、波長２５０ｎｍ乃至５００ｎｍの光を発する発光素子１４として、例えば、青色ＬＥＤチップが基板１２の平面上に実装されている。青色ＬＥＤチップは、例えば金のワイヤ１６を介して図示しない配線に接続されている。そして、この配線を介して外部から駆動電流が青色ＬＥＤチップに供給されることにより、青色ＬＥＤチップが励起用の青色光を発生する。
【００２０】
発光素子１４上には、半球形状の透明樹脂からなる素子封止透明層１８が設けられている。透明樹脂は例えばシリコーン樹脂である。
【００２１】
さらに、素子封止透明層１８を覆うように、平面に対して垂直な断面における外周形状が径ｒの半円状であり、下記式（１）の組成を有する赤色蛍光体を含有する赤色蛍光体層２０が形成される。
（Ｍ１−ｘ１Ｅｕｘ１）ａＳｉｂＡｌＯｃＮｄ （１）
（上記式（１）中、ＭはＩＡ族元素、ＩＩＡ族元素、ＩＩＩＡ族元素、Ａｌを除くＩＩＩＢ族元素、希土類元素、およびＩＶＢ族元素から選択される元素である。ｘ１、ａ、ｂ、ｃ、ｄは、次の関係を満たす。
０＜ｘ１＜１、
０．５５＜a＜０．９５、
２．０＜ｂ＜３．９、
０＜c＜０．６、
４＜ｄ＜５．７）
【００２２】
なお、ＭはＳｒ（ストロンチウム）であることが望ましいが、Ｃａ（カルシウム）などの他元素をＭに対して約１０ｍｏｌ％以下の割合で混ぜてもよい。
【００２３】
赤色蛍光体層２０は、赤色蛍光体が例えば透明なシリコーン樹脂中に分散されて形成される。赤色蛍光体層２０は、青色ＬＥＤから発生された青色光を吸収して赤色光に変換する。
【００２４】
さらに、赤色蛍光体層２０上に形成され、基板１２の平面に対して垂直な断面における外周形状が径ｄの半円状である透明樹脂の中間透明層２２が形成されている。透明樹脂は例えばシリコーン樹脂である。
【００２５】
中間透明層２２を覆うように、平面に対して垂直な断面における外周形状が半円状で、緑蛍光体を含有する緑色蛍光体層２４が形成される。中間透明層２２を設けることにより、赤色蛍光層２０による再吸収が抑制される。
【００２６】
緑色蛍光体層２４は、緑色蛍光体が例えば透明なシリコーン樹脂中に分散されて形成される。緑色蛍光体層２４は、青色ＬＥＤから発生された青色光を吸収して緑色光に変換する。
【００２７】
さらに、緑色蛍光体層２４を覆うように、例えば透明なシリコーン樹脂で形成される外表面透明層２６が形成される。この外表面透明層２６は、発光素子１４、赤色蛍光体２０、緑色蛍光体層２４から発せられる光が、大気との界面で全反射されることを抑制する機能がある。
【００２８】
以上のように、発光装置１０は、発光素子１４状に半球状に積層された、赤色蛍光体層２０、中間透明樹脂層２２、緑色蛍光体層２４を備えている。このように、蛍光体層を半球状にすることで、発光強度や色合いの均質性の高い白色光が発光装置１０より発せられる。
【００２９】
そして、赤色蛍光体層２０の外側の径ｒと、中間透明層２２の外側の径ｄとの関係が、下記式（２）を充足する。
２．０ｒ（μｍ）≦ｄ≦（ｒ＋１０００）（μｍ） （２）
【００３０】
なお、赤色蛍光体層２０や中間透明層２２は、例えば、製造上の要因等で完全な半球形状からずれることは許容される。この場合、径ｒや径ｄは、基板１２の平面に対して垂直方向の径と、基板１２の平面に対して平行な方向の径を平均することで算出すればよい。
【００３１】
次に、発光装置１０の作用について説明する。
【００３２】
図２は、上記式（１）で示される組成を有するサイアロン系の赤色蛍光体の規格化発光強度を示す図である。横軸が励起光の波長、縦軸がモニター波長を６０２ｎｍとした時の規格化発光強度である。
【００３３】
ピーク波長４５７ｎｍの青色ＬＥＤで励起した場合の発光特性評価から、４５７ｎｍの吸収率として８７％が求められている。この値と図２の特性から、比例配分により、５２５ｎｍの緑色光の吸収率は６８％と求められる。以降、本実施の形態の赤色蛍光体による緑色光の吸収率βを０．６８で代表させて議論する。
【００３４】
赤色蛍光体層２０による緑色光の再吸収による光束ロスは、実使用上５％以下にすることが発光装置の特性上望まれる。以下、この条件を満たすために赤色蛍光体層２０の外側の径ｒと、中間透明層２２の外側の径ｄとに要求される関係を導出する。
【００３５】
図３は、本実施の形態の発光装置の作用の説明図である。図３に示すように、例えば、緑色蛍光体層２４中の位置Ａから発せられる緑色光は、３６０度全方位に広がる。このうち、図中、２本の片矢印と点線楕円で概念的に示される範囲の光束、すなわち、位置Ａから赤色蛍光体層２０を見込んだ範囲の光束が、赤色蛍光体層２０に吸収されるうる光束となる。
【００３６】
緑色蛍光体層２４からの全光束Ｌ１に対する赤色蛍光体層２０の外面に到達する光束Ｌ２（赤色蛍光体層２０に吸収されるうる光束）の比、Ｌ２／Ｌ１は下記式（４）で表わされる、
Ｌ２／Ｌ１＝２π（１−（１−（ｒ／ｄ）２）−１／２）／２π
＝１−（１−（１−（ｒ／ｄ）２）−１／２） （４）
となる。
【００３７】
緑色光が赤色蛍光体層２０に再吸収されて生ずる光束ロスγは、上述の緑色光の赤色蛍光体による吸収率β（＝０．６８）と、上記式（４）で表わされるＬ２／Ｌ１と、緑色光（波長５２５ｎｍ）と赤色光（波長６００ｎｍ）との視感度差δ（＝０．６３）の積で表わされる。すなわち、下記式（５）で表わされる。
γ＝βδ（１−（１−（１−（ｒ／ｄ）２）−１／２）） （５）
【００３８】
図４は、本実施の形態の光束ロスを示すグラフである。横軸がｄ／ｒ、縦軸が式（４）から算出される光束ロスγである。β＝０．６８、δ＝０．６３として計算している。
【００３９】
図４から明らかなように、光束ロスγを５％以下にするためには、ｄ／ｒが２．０以上であることが望ましく、２．２以上であることがより望ましい。よって、下記式（６）を充足することが望ましい。ｄ／ｒが２．０以上であると、光束ロスの飽和傾向が顕著になることからも好適である。
２．０ｒ（μｍ）≦ｄ（μｍ） （６）
【００４０】
もっとも、中間透明層２２が厚くなりすぎると、中間透明層２２による光の吸収による光束ロスが顕在化し、赤色蛍光体層２０と中間透明層２２等の径に制約を設けた効果が失われる恐れがある。代表的な透明樹脂であるシリコーン樹脂の近紫外から青色光の透過率は、２０００μｍの厚みの樹脂板において９０％である。すなわち吸収率が１０％である。
【００４１】
したがって、中間透明層２２における励起光や蛍光体発光の吸収による光束ロスを５％以下に抑ええるためには、中間透明層２２の厚さ（ｄ−ｒ）は、下記式（７）を充足することが必要である。
（ｄ−ｒ）≦１０００（μｍ） （７）
【００４２】
さらに中間透明層２２の影響を抑えるために、（ｄ−ｒ）≦５００であることが望ましく、（ｄ−ｒ）≦２００であることがより望ましい。
【００４３】
よって、式（６）および式（７）から、発光装置の赤色蛍光体層２０や中間透明層２２による吸収ロスを実使用上要請される５％以下とするためには、赤色蛍光体層２０の外側の径ｒと、中間透明層２２の外側の径ｄが下記式（２）を充足することが必要となる。
２．０ｒ（μｍ）≦ｄ≦（ｒ＋１０００）（μｍ） （２）
【００４４】
以上より、本実施の形態の発光装置は、温度消光の小さい赤色蛍光体を用いつつ、赤色蛍光体層による緑色光の再吸収を抑制し、優れた発光効率を有する発光装置を実現する。
【００４５】
なお、本実施の形態の発光装置において、緑色蛍光体が、下記式（３）で表わされる組成を有することが望ましい。
（Ｍ’１−ｘ２Ｅｕｘ２）３−ｙＳｉ１３−ｚＡｌ３＋ｚＯ２＋ｕＮ２１−ｗ （３）
（上記式（３）中、Ｍ’はＩＡ族元素、ＩＩＡ族元素、ＩＩＩＡ族元素、Ａｌを除くＩＩＩＢ族元素、希土類元素、およびＩＶＢ族元素から選択される元素である。ｘ２、ｙ、ｚ、ｕ、ｗは、次の関係を満たす。
０＜ｘ２＜１、
−０．１＜ｙ＜０．３、
−３＜ｚ≦１、
−３＜ｕ−ｗ≦１.５）
【００４６】
上記式（３）で表わされる組成を有するサイアロン系蛍光体は緑色蛍光体（Ｇ）であり、波長２５０ｎｍ乃至５００ｎｍの光、すなわち、近紫外光もしくは青色光で励起した際、励起光よりも長波長であり、青緑色から黄緑色にわたる領域の発光、すなわち波長４９０〜５８０ｎｍの間にピークを有する発光を示す。
【００４７】
そして、温度消光が小さく、特に高温領域で優れた発光効率を実現する。したがって、より温度消光特性に優れた高効率の発光装置を実現することが可能である。
【００４８】
なお、Ｍ’はＳｒ（ストロンチウム）であることが望ましいが、Ｃａ（カルシウム）などの他元素をＭ’に対して約１０ｍｏｌ％以下の割合で混ぜてもよい。
【００４９】
なお、本実施の形態で用いる上記一般式（１）で表される赤色蛍光体の結晶構造は、斜方晶であり、ＣｕＫα特性Ｘ線（波長１．５４０５６Å）を用いたＸ線回折において、図７、８に示すように、３１．６−３１．８°、３０．９−３１．１°、２４．８５−２５．０５°、３５．２５−３５．４５°、１５．０−１５．２５°、５６．４−５６．６５°、３６．１−３６．２５°、３３．０―３３．２０°、２３．１―２３．２０°、２９．３−２９．６°、２６．９５−２６．１５°の回折角度（２θ）、１１箇所のうち、少なくとも９箇所に同時に回折ピークを示す一成分を含有するものである。
【００５０】
さらに、本実施の形態で用いる上記一般式（３）で表される緑色蛍光体の結晶構造は、斜方晶であり、ＣｕＫα特性Ｘ線（波長１．５４０５６Å）を用いたＸ線回折において、図９、１０に示すように、３０．５−３０．９°、２５．６−３０．０°、３１．８−３２．２°、３７．２−３７．６°、３７．０−３７．４°、２９．３−２９．７°、３４．０−３４．４°、２１．７―２２．１°、４８．９―４９．３°、４５．７−４６．１°、６２．８−６３．２°、１５．２−１５．６°、６１．３−６１．７°、４０．５−４０．９°、５５．８°−５６．２°の回折角度（２θ）、１５箇所のうち、少なくとも６箇所に同時に回折ピークを示す一成分を含有するものである。
【００５１】
（第２の実施の形態）
本実施の形態の発光装置は、第１の実施の形態の発光素子が青色ＬＥＤであったのに対し、近紫外ＬＥＤであること、および、青色蛍光体層を有すること以外は、第１の実施の形態と同様である。したがって、第１の実施の形態と重複する内容については記載を省略する。
【００５２】
図５は、本実施の形態の発光装置の模式断面図である。この発光装置２０は、白色光を発する白色発光装置である。発光装置２０は、発光素子１４が近紫外光を発光する近紫外ＬＥＤである。また、緑色蛍光体層２４と外表面透明層２６との間に、さらに、青色蛍光体層２８が形成されている。
【００５３】
青色蛍光体層２８は、青色蛍光体が例えば透明なシリコーン樹脂中に分散されて形成される。青色蛍光体層２８は、近紫外光ＬＥＤから発生された近紫外光を吸収して青色光に変換する。
【００５４】
上記以外の構成については第１の実施の形態と同様である。本実施の形態の発光装置においても第１の実施の形態同様、温度消光の小さい赤色蛍光体を用いつつ、赤色蛍光体層による緑色光の再吸収を抑制し、優れた発光効率が実現される。
【００５５】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。上記、実施の形態はあくまで、例として挙げられているだけであり、本発明を限定するものではない。
【００５６】
例えば、発光装置に使用する励起光を発生する発光素子は、近紫外光または青色の発光をする半導体発光素子であれば足りる。例えば、窒化ガリウム系化合物半導体を用いたＬＥＤを用いることが可能である。
【００５７】
また、実施の形態では赤色蛍光体層の上に直接中間透明層が形成される場合を例に説明したが、例えば、赤色蛍光体層と中間透明層との間に黄色蛍光体層を形成する構成とすることも可能である。
【００５８】
また、素子封止透明層や外表面透明層は形成されていることが望ましいが、必ずしも必須の構成要素ではなく、いずれか一方または両方を省略することも可能である。
【００５９】
さらに、封止樹脂の基材となるバインダー樹脂は、発光素子（励起素子）のピーク波長近傍およびこれよりも長波長領域で実質的に透明であれば、その種類を問わず用いることができる。一般的なものとしては、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、またはエポキシ基を有するポリジメチルシロキサン誘導体、またはオキセタン樹脂、またはアクリル樹脂、またはシクロオレフィン樹脂、またはユリア樹脂、またはフッ素樹脂、またはポリイミド樹脂などが考えられる。
【００６０】
そして、実施の形態の説明においては、発光装置等で、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされる発光装置に関わる要素を適宜選択して用いることができる。
【００６１】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての発光装置は、本発明の範囲に包含される。本発明の範囲は、特許請求の範囲およびその均等物の範囲によって定義されるものである。
【実施例】
【００６２】
（実施例１〜１０）
図６は実施例の白色発光モジュールの配線図である。図１に示した第１の実施の形態の発光装置１０を、図６のように４直列４並列となるように接続し、アノード電極６０とカソード電極６２を形成した。
【００６３】
赤色蛍光体には、下記式（８）の組成式で表わされ、表１の組成を有するサイアロン系蛍光体をそれぞれの実施例で適用した。
（Ｓｒ１−ｘ１Ｅｕｘ１）ａＳｉｂＡｌＯｃＮｄ （８）
【００６４】
緑色蛍光体には、下記式（９）の組成式で表わされ、表２の組成を有するサイアロン系蛍光体をそれぞれの実施例で適用した。
（Ｓｒ１−ｘ２Ｅｕｘ２）３−ｙＳｉ１３−ｚＡｌ３＋ｚＯ２＋ｕＮ２１−ｗ （９）
【００６５】
赤色蛍光体層の外側の径ｒは１０５μｍ、中間透明層の外側の径ｄは４１０μｍとした。このｒとｄは、下記のように、上記式（２）を充足する。
２．０ｒ＝２１０（μｍ）≦ｄ＝４１０（μｍ）≦ｒ＋１０００＝１１０５ （μｍ）
【００６６】
この白色発光モジュールを８０ｍＡで駆動させ、発光効率を、積分球を用いての全光束測定により求めた。結果は表３に示す。
【００６７】
【表１】
【００６８】
【表２】
【００６９】
（比較例１〜５）
中間透明層を形成せず、赤色蛍光体層上に直接緑色蛍光体層を形成すること以外は実施例１〜５と同様に白色発光モジュールを製造し、評価した。結果は表３に示す。
【００７０】
（比較例６〜１０）
中間透明層の外側の径ｄを２１５０μｍとすること以外は実施例１〜５と同様に白色発光モジュールを製造し、評価した。結果は表３に示す。このｒとｄは、下記のように、上記式（２）を充足しない。
２．０ｒ＝２１０（μｍ）≦ｄ＝２１５０（μｍ）≧ｒ＋１０００＝１１０５ （μｍ）
【００７１】
【表３】
【００７２】
表３から明らかなように、実施例１〜１０で発光効率の向上が確認された。
【００７３】
（実施例１１〜１５）
緑色蛍光体としてＥｕ付活アルカリ土類正ケイ酸塩蛍光体を用い、赤色蛍光体層の外側の径ｒを１２０μｍ、中間透明層の外側の径ｄを５０５μｍとすること以外は、実施例１〜５と同様に白色発光モジュールを製造し、評価した。結果は表４に示す。このｒとｄは、下記のように、上記式（２）を充足する。
２．０ｒ＝２４０（μｍ）≦ｄ＝５０５（μｍ）≦ｒ＋１０００＝１１２０（μｍ）
【００７４】
（比較例１１〜１５）
中間透明層を形成せず、赤色蛍光体層上に直接緑色蛍光体層を形成すること以外は実施例６〜１０と同様に白色発光モジュールを製造し、評価した。結果は表４に示す。
【００７５】
（比較例１６〜２０）
中間透明層の外側の径ｄを２１５０μｍとすること以外は実施例６〜１０と同様に白色発光モジュールを製造し、評価した。結果は表４に示す。このｒとｄは、下記のように、上記式（２）を充足しない。
２．０ｒ＝２４０（μｍ）≦ｄ＝２１５０（μｍ）≧ｒ＋１０００＝１１２０（μｍ）
【００７６】
【表４】
【００７７】
表４から明らかなように、実施例１１〜１５で発光効率の向上が確認された。
【００７８】
（実施例１６〜２０）
図５に示した発光素子として近紫外ＬＥＤを用いた第２の実施の形態の発光装置２０を、図６のように４直列４並列となるように接続し、アノード電極６０とカソード電極６２を形成した。
【００７９】
赤色蛍光体には、下記式（８）の組成式で表わされ、表１の組成を有するサイアロン系蛍光体をそれぞれの実施例で適用した。
（Ｓｒ１−ｘ１Ｅｕｘ１）ａＳｉｂＡｌＯｃＮｄ （８）
【００８０】
緑色蛍光体には、下記式（９）の組成式で表わされ、表２の組成を有するサイアロン系蛍光体をそれぞれの実施例で適用した。
（Ｓｒ１−ｘ２Ｅｕｘ２）３−ｙＳｉ１３−ｚＡｌ３＋ｚＯ２＋ｕＮ２１−ｗ （９）
【００８１】
青色蛍光体には、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ２＋を用いた。
【００８２】
赤色蛍光体層の外側の径ｒは９５μｍ、中間透明層の外側の径ｄは３２０μｍとした。このｒとｄは、下記のように、上記式（２）を充足する。
２．０ｒ＝１９０（μｍ）≦ｄ＝３２０（μｍ）≦ｒ＋１０００＝１０９５（μｍ）
【００８３】
実施例１〜５と同様に、この白色発光モジュールを２０ｍＡで駆動させ、発光効率を、積分球を用いての全光束測定により求めた。結果は表５に示す。
【００８４】
（比較例２１〜２５）
中間透明層を形成せず、赤色蛍光体層上に直接緑色蛍光体層を形成すること以外は実施例１１〜１５と同様に白色発光モジュールを製造し、評価した。結果は表５に示す。
【００８５】
（比較例２６〜３０）
中間透明層の外側の径ｄを１８５０μｍとすること以外は実施例１１〜１５と同様に白色発光モジュールを製造し、評価した。結果は表５に示す。このｒとｄは、下記のように、上記式（２）を充足しない。
２．０ｒ＝１９０（μｍ）≦ｄ＝１８５０（μｍ）≧ｒ＋１０００＝１０９５ （μｍ）
【００８６】
【表５】
【００８７】
表５から明らかなように、実施例１６〜２０で発光効率の向上が確認された。
【００８８】
（実施例２１〜２５）
緑色蛍光体としてＥｕ付アルカリ土類正ケイ酸塩蛍光体を用い、赤色蛍光体層の外側の径ｒは１３０μｍ、中間透明層の外側の径ｄは４５０μｍとすること以外は、実施例１１〜１５と同様に白色発光モジュールを製造し、評価した。結果は表６に示す。このｒとｄは、下記のように、上記式（２）を充足する。
２．０ｒ＝２６０（μｍ）≦ｄ＝４５０（μｍ）≦ｒ＋１０００＝１１３０（μｍ）
【００８９】
（比較例３１〜３５）
中間透明層を形成せず、赤色蛍光体層上に直接緑色蛍光体層を形成すること以外は実施例１６〜２０と同様に白色発光モジュールを製造し、評価した。結果は表６に示す。
【００９０】
（比較例３６〜４０）
中間透明層の外側の径ｄを２１５０μｍとすること以外は実施例１６〜２０と同様に白色発光モジュールを製造し、評価した。結果は表６に示す。このｒとｄは、下記のように、上記式（２）を充足しない。
２．０ｒ＝２６０（μｍ）≦ｄ＝２１５０（μｍ）≧ｒ＋１０００＝１１３０（μｍ）
【００９１】
【表６】
【００９２】
表６から明らかなように、実施例２１〜２５で発光効率の向上が確認された。
【符号の説明】
【００９３】
１０ 発光装置
１２ 基板
１４ 発光素子
１６ ワイヤ
１８ 素子封止透明層
２０ 赤色蛍光体層
２２ 中間透明層
２４ 緑色蛍光体層
２６ 外表面透明層
２８ 青色蛍光体層
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施の形態は、発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、青色の発光ダイオード（ＬＥＤ）にＹＡＧ：Ｃｅなどの黄色蛍光体を組合せ、単一のチップで白色光を発する、いわゆる白色ＬＥＤに注目が集まっている。従来、ＬＥＤは赤色、緑色、青色と単色で発光するものであり、白色または中間色を発するためには、単色の波長を発する複数のＬＥＤを用いてそれぞれ駆動しなければならなかった。しかし、現在では、発光ダイオードと、蛍光体とを組合せることにより、上述の煩わしさを排し、簡便な構造によって白色光を得ることができるようになっている。
【０００３】
発光ダイオードを用いたＬＥＤランプは、携帯機器、ＰＣ周辺機器、ＯＡ機器、各種スイッチ、バックライト用光源、および表示板などの各種表示装置に用いられている。これらＬＥＤランプは高効率化が強く望まれており、加えて一般照明用途には高演色化、バックライト用途には高色域化の要請がある。高効率化には、蛍光体の高効率化が必要であり、高演色化あるいは高色域化には、青色の励起光と青色で励起され緑色の発光を示す蛍光体および青色で励起され赤色の発光を示す蛍光体を組み合わせた白色光源が望ましい。
【０００４】
また、高負荷ＬＥＤは駆動により発熱し、蛍光体の温度が１００〜２００℃程度まで上昇することが一般的である。このような温度上昇が起こると蛍光体の発光強度は一般に低下し、いわゆる温度消光が生ずる。このため、特に、高温領域、すなわち高電流範囲で発光効率が低下するという問題がある。
【０００５】
さらに、複数の蛍光体を用いる場合、蛍光体間の再吸収により発光効率が低下するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−３１２０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、蛍光体間の再吸収を抑制し優れた発光効率を実現する発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施の形態の発光装置は、発光素子を実装する平面を有する基板と、この平面に実装され、波長２５０ｎｍ乃至５００ｎｍの光を発する発光素子と、この発光素子上に形成され、平面に対して垂直な断面における外周形状が径ｒの半円状であり、下記式（１）の赤色蛍光体を含有する赤色蛍光体層と、
（Ｍ１−ｘ１Ｅｕｘ１）ａＳｉｂＡｌＯｃＮｄ （１）
（上記式（１）中、ＭはＩＡ族元素、ＩＩＡ族元素、ＩＩＩＡ族元素、Ａｌを除くＩＩＩＢ族元素、希土類元素、およびＩＶＢ族元素から選択される元素である。ｘ１、ａ、ｂ、ｃ、ｄは、次の関係を満たす。
０＜ｘ１＜１、
０．５５＜a＜０．９５、
２．０＜ｂ＜３．９、
０＜c＜０．６、
４＜ｄ＜５．７）
上記赤色蛍光体層上に形成され、平面に対して垂直な断面における外周形状が径ｄの半円状である透明樹脂の中間透明層と、この中間透明層上に形成され、平面に対して垂直な断面における外周形状が半円状であり、緑色蛍光体を含有する緑色蛍光体層と、を有し、
上記径ｒと上記径ｄとの関係が、下記式（２）を充足する。
２．０ｒ（μｍ）≦ｄ≦（ｒ＋１０００）（μｍ） （２）
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施の形態の発光装置の模式断面図である。
【図２】第１の実施の形態の赤色蛍光体の光吸収率を示す図である。
【図３】第１の実施の形態の発光装置の作用を示す図である。
【図４】第１の実施の形態の発光装置の光束ロスを示す図である。
【図５】第２の実施の形態の発光装置の模式断面図である。
【図６】実施例の白色発光モジュールの配線図である。
【図７】実施例２１の赤色蛍光体のＸＲＤプロファイルである。
【図８】実施例２３の赤色蛍光体のＸＲＤプロファイルである。
【図９】実施例３の緑色蛍光体のＸＲＤプロファイルである。
【図１０】実施例６の緑色蛍光体のＸＲＤプロファイルである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を用いて実施の形態を説明する。
【００１１】
また、本明細書中、赤色蛍光体とは、波長２５０ｎｍ乃至５００ｎｍの光、すなわち、近紫外光もしくは青色光で励起した際、励起光よりも長波長であり、橙色から赤色にわたる領域の発光、すなわち波長５８０ｎｍ〜７００ｎｍ（以下、総称して赤色とも記載）の間にピークを有する発光を示す蛍光体を意味する。
【００１２】
なお、本明細書中、緑色蛍光体とは、波長２５０ｎｍ乃至５００ｎｍの光、すなわち、近紫外光もしくは青色光で励起した際、励起光よりも長波長であり、青緑色から黄緑色（以下、総称して緑色とも記載）にわたる領域の発光、すなわち波長４９０ｎｍ〜５５０ｎｍの間にピークを有する発光を示す蛍光体を意味する。
【００１３】
また、本明細書中、「白色光」とは一般的に照明装置に用いられる異なる波長の光が混合し、電球色、温白色、白色、昼白色、昼光色等を包含する概念である。
【００１４】
（第１の実施の形態）
本実施の形態の発光装置は、発光素子を実装する平面を有する基板と、この平面に実装され、波長２５０ｎｍ乃至５００ｎｍの光を発する発光素子と、この発光素子上に形成され、平面に対して垂直な断面における外周形状が径ｒの半円状であり、下記式（１）の赤色蛍光体を含有する赤色蛍光体層と、
（Ｍ１−ｘ１Ｅｕｘ１）ａＳｉｂＡｌＯｃＮｄ （１）
（上記式（１）中、ＭはＩＡ族元素、ＩＩＡ族元素、ＩＩＩＡ族元素、Ａｌを除くＩＩＩＢ族元素、希土類元素、およびＩＶＢ族元素から選択される元素である。ｘ１、ａ、ｂ、ｃ、ｄは、次の関係を満たす。
０＜ｘ１＜１、
０．５５＜a＜０．９５、
２．０＜ｂ＜３．９、
０＜c＜０．６、
４＜ｄ＜５．７）
上記赤色蛍光体層上に形成され、平面に対して垂直な断面における外周形状が径ｄの半円状である透明樹脂の中間透明層と、この中間透明層上に形成され、平面に対して垂直な断面における外周形状が半円状であり、緑色蛍光体を含有する緑色蛍光体層と、を有し、
上記径ｒと上記径ｄとの関係が、下記式（２）を充足する。
２．０ｒ（μｍ）≦ｄ≦（ｒ＋１０００）（μｍ） （２）
【００１５】
上記式（１）で表わされる組成を有するサイアロン系蛍光体は赤色蛍光体（Ｒ）であり、波長２５０ｎｍ乃至５００ｎｍの光、すなわち、近紫外光もしくは青色光で励起した際、励起光よりも長波長であり、橙色から赤色にわたる領域の発光、すなわち波長５８０〜７００ｎｍの間にピークを有する発光を示す。
【００１６】
そして、この赤色蛍光体は、温度消光が小さいため、高温領域においても優れた発光効率が得られるという利点がある。一方で、励起スペクトルが、近紫外光から緑色までの広い範囲におよぶため、緑色蛍光体と組み合わせて白色発光装置（白色ＬＥＤ）を構成しようとする場合、緑色光の赤色蛍光体による再吸収が顕著になり、発光効率が低下したり色ずれが生じたりする恐れがある。
【００１７】
本実施の形態の発光装置は、赤色蛍光体層と緑色蛍光体層との間に透明樹脂の中間透明層を設けるとともに、赤色蛍光体層と中間透明層の径を限定することにより、サイアロン系の赤色蛍光体による緑色光の再吸収を抑制し、発光効率が高く、色ずれが抑制される白色発光装置が実現される。
【００１８】
図１は、本実施の形態の発光装置の模式断面図である。この発光装置１０は、白色光を発する白色ＬＥＤである。発光装置１０は、発光素子を実装する平面を有する基板１２を備えている。基板１２には、例えば、高反射材料が用いられる。
【００１９】
そして、波長２５０ｎｍ乃至５００ｎｍの光を発する発光素子１４として、例えば、青色ＬＥＤチップが基板１２の平面上に実装されている。青色ＬＥＤチップは、例えば金のワイヤ１６を介して図示しない配線に接続されている。そして、この配線を介して外部から駆動電流が青色ＬＥＤチップに供給されることにより、青色ＬＥＤチップが励起用の青色光を発生する。
【００２０】
発光素子１４上には、半球形状の透明樹脂からなる素子封止透明層１８が設けられている。透明樹脂は例えばシリコーン樹脂である。
【００２１】
さらに、素子封止透明層１８を覆うように、平面に対して垂直な断面における外周形状が径ｒの半円状であり、下記式（１）の組成を有する赤色蛍光体を含有する赤色蛍光体層２０が形成される。
（Ｍ１−ｘ１Ｅｕｘ１）ａＳｉｂＡｌＯｃＮｄ （１）
（上記式（１）中、ＭはＩＡ族元素、ＩＩＡ族元素、ＩＩＩＡ族元素、Ａｌを除くＩＩＩＢ族元素、希土類元素、およびＩＶＢ族元素から選択される元素である。ｘ１、ａ、ｂ、ｃ、ｄは、次の関係を満たす。
０＜ｘ１＜１、
０．５５＜a＜０．９５、
２．０＜ｂ＜３．９、
０＜c＜０．６、
４＜ｄ＜５．７）
【００２２】
なお、ＭはＳｒ（ストロンチウム）であることが望ましいが、Ｃａ（カルシウム）などの他元素をＭに対して約１０ｍｏｌ％以下の割合で混ぜてもよい。
【００２３】
赤色蛍光体層２０は、赤色蛍光体が例えば透明なシリコーン樹脂中に分散されて形成される。赤色蛍光体層２０は、青色ＬＥＤから発生された青色光を吸収して赤色光に変換する。
【００２４】
さらに、赤色蛍光体層２０上に形成され、基板１２の平面に対して垂直な断面における外周形状が径ｄの半円状である透明樹脂の中間透明層２２が形成されている。透明樹脂は例えばシリコーン樹脂である。
【００２５】
中間透明層２２を覆うように、平面に対して垂直な断面における外周形状が半円状で、緑蛍光体を含有する緑色蛍光体層２４が形成される。中間透明層２２を設けることにより、赤色蛍光層２０による再吸収が抑制される。
【００２６】
緑色蛍光体層２４は、緑色蛍光体が例えば透明なシリコーン樹脂中に分散されて形成される。緑色蛍光体層２４は、青色ＬＥＤから発生された青色光を吸収して緑色光に変換する。
【００２７】
さらに、緑色蛍光体層２４を覆うように、例えば透明なシリコーン樹脂で形成される外表面透明層２６が形成される。この外表面透明層２６は、発光素子１４、赤色蛍光体２０、緑色蛍光体層２４から発せられる光が、大気との界面で全反射されることを抑制する機能がある。
【００２８】
以上のように、発光装置１０は、発光素子１４状に半球状に積層された、赤色蛍光体層２０、中間透明樹脂層２２、緑色蛍光体層２４を備えている。このように、蛍光体層を半球状にすることで、発光強度や色合いの均質性の高い白色光が発光装置１０より発せられる。
【００２９】
そして、赤色蛍光体層２０の外側の径ｒと、中間透明層２２の外側の径ｄとの関係が、下記式（２）を充足する。
２．０ｒ（μｍ）≦ｄ≦（ｒ＋１０００）（μｍ） （２）
【００３０】
なお、赤色蛍光体層２０や中間透明層２２は、例えば、製造上の要因等で完全な半球形状からずれることは許容される。この場合、径ｒや径ｄは、基板１２の平面に対して垂直方向の径と、基板１２の平面に対して平行な方向の径を平均することで算出すればよい。
【００３１】
次に、発光装置１０の作用について説明する。
【００３２】
図２は、上記式（１）で示される組成を有するサイアロン系の赤色蛍光体の規格化発光強度を示す図である。横軸が励起光の波長、縦軸がモニター波長を６０２ｎｍとした時の規格化発光強度である。
【００３３】
ピーク波長４５７ｎｍの青色ＬＥＤで励起した場合の発光特性評価から、４５７ｎｍの吸収率として８７％が求められている。この値と図２の特性から、比例配分により、５２５ｎｍの緑色光の吸収率は６８％と求められる。以降、本実施の形態の赤色蛍光体による緑色光の吸収率βを０．６８で代表させて議論する。
【００３４】
赤色蛍光体層２０による緑色光の再吸収による光束ロスは、実使用上５％以下にすることが発光装置の特性上望まれる。以下、この条件を満たすために赤色蛍光体層２０の外側の径ｒと、中間透明層２２の外側の径ｄとに要求される関係を導出する。
【００３５】
図３は、本実施の形態の発光装置の作用の説明図である。図３に示すように、例えば、緑色蛍光体層２４中の位置Ａから発せられる緑色光は、３６０度全方位に広がる。このうち、図中、２本の片矢印と点線楕円で概念的に示される範囲の光束、すなわち、位置Ａから赤色蛍光体層２０を見込んだ範囲の光束が、赤色蛍光体層２０に吸収されるうる光束となる。
【００３６】
緑色蛍光体層２４からの全光束Ｌ１に対する赤色蛍光体層２０の外面に到達する光束Ｌ２（赤色蛍光体層２０に吸収されるうる光束）の比、Ｌ２／Ｌ１は下記式（４）で表わされる、
Ｌ２／Ｌ１＝２π（１−（１−（ｒ／ｄ）２）−１／２）／２π
＝１−（１−（１−（ｒ／ｄ）２）−１／２） （４）
となる。
【００３７】
緑色光が赤色蛍光体層２０に再吸収されて生ずる光束ロスγは、上述の緑色光の赤色蛍光体による吸収率β（＝０．６８）と、上記式（４）で表わされるＬ２／Ｌ１と、緑色光（波長５２５ｎｍ）と赤色光（波長６００ｎｍ）との視感度差δ（＝０．６３）の積で表わされる。すなわち、下記式（５）で表わされる。
γ＝βδ（１−（１−（１−（ｒ／ｄ）２）−１／２）） （５）
【００３８】
図４は、本実施の形態の光束ロスを示すグラフである。横軸がｄ／ｒ、縦軸が式（４）から算出される光束ロスγである。β＝０．６８、δ＝０．６３として計算している。
【００３９】
図４から明らかなように、光束ロスγを５％以下にするためには、ｄ／ｒが２．０以上であることが望ましく、２．２以上であることがより望ましい。よって、下記式（６）を充足することが望ましい。ｄ／ｒが２．０以上であると、光束ロスの飽和傾向が顕著になることからも好適である。
２．０ｒ（μｍ）≦ｄ（μｍ） （６）
【００４０】
もっとも、中間透明層２２が厚くなりすぎると、中間透明層２２による光の吸収による光束ロスが顕在化し、赤色蛍光体層２０と中間透明層２２等の径に制約を設けた効果が失われる恐れがある。代表的な透明樹脂であるシリコーン樹脂の近紫外から青色光の透過率は、２０００μｍの厚みの樹脂板において９０％である。すなわち吸収率が１０％である。
【００４１】
したがって、中間透明層２２における励起光や蛍光体発光の吸収による光束ロスを５％以下に抑ええるためには、中間透明層２２の厚さ（ｄ−ｒ）は、下記式（７）を充足することが必要である。
（ｄ−ｒ）≦１０００（μｍ） （７）
【００４２】
さらに中間透明層２２の影響を抑えるために、（ｄ−ｒ）≦５００であることが望ましく、（ｄ−ｒ）≦２００であることがより望ましい。
【００４３】
よって、式（６）および式（７）から、発光装置の赤色蛍光体層２０や中間透明層２２による吸収ロスを実使用上要請される５％以下とするためには、赤色蛍光体層２０の外側の径ｒと、中間透明層２２の外側の径ｄが下記式（２）を充足することが必要となる。
２．０ｒ（μｍ）≦ｄ≦（ｒ＋１０００）（μｍ） （２）
【００４４】
以上より、本実施の形態の発光装置は、温度消光の小さい赤色蛍光体を用いつつ、赤色蛍光体層による緑色光の再吸収を抑制し、優れた発光効率を有する発光装置を実現する。
【００４５】
なお、本実施の形態の発光装置において、緑色蛍光体が、下記式（３）で表わされる組成を有することが望ましい。
（Ｍ’１−ｘ２Ｅｕｘ２）３−ｙＳｉ１３−ｚＡｌ３＋ｚＯ２＋ｕＮ２１−ｗ （３）
（上記式（３）中、Ｍ’はＩＡ族元素、ＩＩＡ族元素、ＩＩＩＡ族元素、Ａｌを除くＩＩＩＢ族元素、希土類元素、およびＩＶＢ族元素から選択される元素である。ｘ２、ｙ、ｚ、ｕ、ｗは、次の関係を満たす。
０＜ｘ２＜１、
−０．１＜ｙ＜０．３、
−３＜ｚ≦１、
−３＜ｕ−ｗ≦１.５）
【００４６】
上記式（３）で表わされる組成を有するサイアロン系蛍光体は緑色蛍光体（Ｇ）であり、波長２５０ｎｍ乃至５００ｎｍの光、すなわち、近紫外光もしくは青色光で励起した際、励起光よりも長波長であり、青緑色から黄緑色にわたる領域の発光、すなわち波長４９０〜５８０ｎｍの間にピークを有する発光を示す。
【００４７】
そして、温度消光が小さく、特に高温領域で優れた発光効率を実現する。したがって、より温度消光特性に優れた高効率の発光装置を実現することが可能である。
【００４８】
なお、Ｍ’はＳｒ（ストロンチウム）であることが望ましいが、Ｃａ（カルシウム）などの他元素をＭ’に対して約１０ｍｏｌ％以下の割合で混ぜてもよい。
【００４９】
なお、本実施の形態で用いる上記一般式（１）で表される赤色蛍光体の結晶構造は、斜方晶であり、ＣｕＫα特性Ｘ線（波長１．５４０５６Å）を用いたＸ線回折において、図７、８に示すように、３１．６−３１．８°、３０．９−３１．１°、２４．８５−２５．０５°、３５．２５−３５．４５°、１５．０−１５．２５°、５６．４−５６．６５°、３６．１−３６．２５°、３３．０―３３．２０°、２３．１―２３．２０°、２９．３−２９．６°、２６．９５−２６．１５°の回折角度（２θ）、１１箇所のうち、少なくとも９箇所に同時に回折ピークを示す一成分を含有するものである。
【００５０】
さらに、本実施の形態で用いる上記一般式（３）で表される緑色蛍光体の結晶構造は、斜方晶であり、ＣｕＫα特性Ｘ線（波長１．５４０５６Å）を用いたＸ線回折において、図９、１０に示すように、３０．５−３０．９°、２５．６−３０．０°、３１．８−３２．２°、３７．２−３７．６°、３７．０−３７．４°、２９．３−２９．７°、３４．０−３４．４°、２１．７―２２．１°、４８．９―４９．３°、４５．７−４６．１°、６２．８−６３．２°、１５．２−１５．６°、６１．３−６１．７°、４０．５−４０．９°、５５．８°−５６．２°の回折角度（２θ）、１５箇所のうち、少なくとも６箇所に同時に回折ピークを示す一成分を含有するものである。
【００５１】
（第２の実施の形態）
本実施の形態の発光装置は、第１の実施の形態の発光素子が青色ＬＥＤであったのに対し、近紫外ＬＥＤであること、および、青色蛍光体層を有すること以外は、第１の実施の形態と同様である。したがって、第１の実施の形態と重複する内容については記載を省略する。
【００５２】
図５は、本実施の形態の発光装置の模式断面図である。この発光装置２０は、白色光を発する白色発光装置である。発光装置２０は、発光素子１４が近紫外光を発光する近紫外ＬＥＤである。また、緑色蛍光体層２４と外表面透明層２６との間に、さらに、青色蛍光体層２８が形成されている。
【００５３】
青色蛍光体層２８は、青色蛍光体が例えば透明なシリコーン樹脂中に分散されて形成される。青色蛍光体層２８は、近紫外光ＬＥＤから発生された近紫外光を吸収して青色光に変換する。
【００５４】
上記以外の構成については第１の実施の形態と同様である。本実施の形態の発光装置においても第１の実施の形態同様、温度消光の小さい赤色蛍光体を用いつつ、赤色蛍光体層による緑色光の再吸収を抑制し、優れた発光効率が実現される。
【００５５】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。上記、実施の形態はあくまで、例として挙げられているだけであり、本発明を限定するものではない。
【００５６】
例えば、発光装置に使用する励起光を発生する発光素子は、近紫外光または青色の発光をする半導体発光素子であれば足りる。例えば、窒化ガリウム系化合物半導体を用いたＬＥＤを用いることが可能である。
【００５７】
また、実施の形態では赤色蛍光体層の上に直接中間透明層が形成される場合を例に説明したが、例えば、赤色蛍光体層と中間透明層との間に黄色蛍光体層を形成する構成とすることも可能である。
【００５８】
また、素子封止透明層や外表面透明層は形成されていることが望ましいが、必ずしも必須の構成要素ではなく、いずれか一方または両方を省略することも可能である。
【００５９】
さらに、封止樹脂の基材となるバインダー樹脂は、発光素子（励起素子）のピーク波長近傍およびこれよりも長波長領域で実質的に透明であれば、その種類を問わず用いることができる。一般的なものとしては、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、またはエポキシ基を有するポリジメチルシロキサン誘導体、またはオキセタン樹脂、またはアクリル樹脂、またはシクロオレフィン樹脂、またはユリア樹脂、またはフッ素樹脂、またはポリイミド樹脂などが考えられる。
【００６０】
そして、実施の形態の説明においては、発光装置等で、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされる発光装置に関わる要素を適宜選択して用いることができる。
【００６１】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての発光装置は、本発明の範囲に包含される。本発明の範囲は、特許請求の範囲およびその均等物の範囲によって定義されるものである。
【実施例】
【００６２】
（実施例１〜１０）
図６は実施例の白色発光モジュールの配線図である。図１に示した第１の実施の形態の発光装置１０を、図６のように４直列４並列となるように接続し、アノード電極６０とカソード電極６２を形成した。
【００６３】
赤色蛍光体には、下記式（８）の組成式で表わされ、表１の組成を有するサイアロン系蛍光体をそれぞれの実施例で適用した。
（Ｓｒ１−ｘ１Ｅｕｘ１）ａＳｉｂＡｌＯｃＮｄ （８）
【００６４】
緑色蛍光体には、下記式（９）の組成式で表わされ、表２の組成を有するサイアロン系蛍光体をそれぞれの実施例で適用した。
（Ｓｒ１−ｘ２Ｅｕｘ２）３−ｙＳｉ１３−ｚＡｌ３＋ｚＯ２＋ｕＮ２１−ｗ （９）
【００６５】
赤色蛍光体層の外側の径ｒは１０５μｍ、中間透明層の外側の径ｄは４１０μｍとした。このｒとｄは、下記のように、上記式（２）を充足する。
２．０ｒ＝２１０（μｍ）≦ｄ＝４１０（μｍ）≦ｒ＋１０００＝１１０５ （μｍ）
【００６６】
この白色発光モジュールを８０ｍＡで駆動させ、発光効率を、積分球を用いての全光束測定により求めた。結果は表３に示す。
【００６７】
【表１】
【００６８】
【表２】
【００６９】
（比較例１〜５）
中間透明層を形成せず、赤色蛍光体層上に直接緑色蛍光体層を形成すること以外は実施例１〜５と同様に白色発光モジュールを製造し、評価した。結果は表３に示す。
【００７０】
（比較例６〜１０）
中間透明層の外側の径ｄを２１５０μｍとすること以外は実施例１〜５と同様に白色発光モジュールを製造し、評価した。結果は表３に示す。このｒとｄは、下記のように、上記式（２）を充足しない。
２．０ｒ＝２１０（μｍ）≦ｄ＝２１５０（μｍ）≧ｒ＋１０００＝１１０５ （μｍ）
【００７１】
【表３】
【００７２】
表３から明らかなように、実施例１〜１０で発光効率の向上が確認された。
【００７３】
（実施例１１〜１５）
緑色蛍光体としてＥｕ付活アルカリ土類正ケイ酸塩蛍光体を用い、赤色蛍光体層の外側の径ｒを１２０μｍ、中間透明層の外側の径ｄを５０５μｍとすること以外は、実施例１〜５と同様に白色発光モジュールを製造し、評価した。結果は表４に示す。このｒとｄは、下記のように、上記式（２）を充足する。
２．０ｒ＝２４０（μｍ）≦ｄ＝５０５（μｍ）≦ｒ＋１０００＝１１２０（μｍ）
【００７４】
（比較例１１〜１５）
中間透明層を形成せず、赤色蛍光体層上に直接緑色蛍光体層を形成すること以外は実施例６〜１０と同様に白色発光モジュールを製造し、評価した。結果は表４に示す。
【００７５】
（比較例１６〜２０）
中間透明層の外側の径ｄを２１５０μｍとすること以外は実施例６〜１０と同様に白色発光モジュールを製造し、評価した。結果は表４に示す。このｒとｄは、下記のように、上記式（２）を充足しない。
２．０ｒ＝２４０（μｍ）≦ｄ＝２１５０（μｍ）≧ｒ＋１０００＝１１２０（μｍ）
【００７６】
【表４】
【００７７】
表４から明らかなように、実施例１１〜１５で発光効率の向上が確認された。
【００７８】
（実施例１６〜２０）
図５に示した発光素子として近紫外ＬＥＤを用いた第２の実施の形態の発光装置２０を、図６のように４直列４並列となるように接続し、アノード電極６０とカソード電極６２を形成した。
【００７９】
赤色蛍光体には、下記式（８）の組成式で表わされ、表１の組成を有するサイアロン系蛍光体をそれぞれの実施例で適用した。
（Ｓｒ１−ｘ１Ｅｕｘ１）ａＳｉｂＡｌＯｃＮｄ （８）
【００８０】
緑色蛍光体には、下記式（９）の組成式で表わされ、表２の組成を有するサイアロン系蛍光体をそれぞれの実施例で適用した。
（Ｓｒ１−ｘ２Ｅｕｘ２）３−ｙＳｉ１３−ｚＡｌ３＋ｚＯ２＋ｕＮ２１−ｗ （９）
【００８１】
青色蛍光体には、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ２＋を用いた。
【００８２】
赤色蛍光体層の外側の径ｒは９５μｍ、中間透明層の外側の径ｄは３２０μｍとした。このｒとｄは、下記のように、上記式（２）を充足する。
２．０ｒ＝１９０（μｍ）≦ｄ＝３２０（μｍ）≦ｒ＋１０００＝１０９５（μｍ）
【００８３】
実施例１〜５と同様に、この白色発光モジュールを２０ｍＡで駆動させ、発光効率を、積分球を用いての全光束測定により求めた。結果は表５に示す。
【００８４】
（比較例２１〜２５）
中間透明層を形成せず、赤色蛍光体層上に直接緑色蛍光体層を形成すること以外は実施例１１〜１５と同様に白色発光モジュールを製造し、評価した。結果は表５に示す。
【００８５】
（比較例２６〜３０）
中間透明層の外側の径ｄを１８５０μｍとすること以外は実施例１１〜１５と同様に白色発光モジュールを製造し、評価した。結果は表５に示す。このｒとｄは、下記のように、上記式（２）を充足しない。
２．０ｒ＝１９０（μｍ）≦ｄ＝１８５０（μｍ）≧ｒ＋１０００＝１０９５ （μｍ）
【００８６】
【表５】
【００８７】
表５から明らかなように、実施例１６〜２０で発光効率の向上が確認された。
【００８８】
（実施例２１〜２５）
緑色蛍光体としてＥｕ付アルカリ土類正ケイ酸塩蛍光体を用い、赤色蛍光体層の外側の径ｒは１３０μｍ、中間透明層の外側の径ｄは４５０μｍとすること以外は、実施例１１〜１５と同様に白色発光モジュールを製造し、評価した。結果は表６に示す。このｒとｄは、下記のように、上記式（２）を充足する。
２．０ｒ＝２６０（μｍ）≦ｄ＝４５０（μｍ）≦ｒ＋１０００＝１１３０（μｍ）
【００８９】
（比較例３１〜３５）
中間透明層を形成せず、赤色蛍光体層上に直接緑色蛍光体層を形成すること以外は実施例１６〜２０と同様に白色発光モジュールを製造し、評価した。結果は表６に示す。
【００９０】
（比較例３６〜４０）
中間透明層の外側の径ｄを２１５０μｍとすること以外は実施例１６〜２０と同様に白色発光モジュールを製造し、評価した。結果は表６に示す。このｒとｄは、下記のように、上記式（２）を充足しない。
２．０ｒ＝２６０（μｍ）≦ｄ＝２１５０（μｍ）≧ｒ＋１０００＝１１３０（μｍ）
【００９１】
【表６】
【００９２】
表６から明らかなように、実施例２１〜２５で発光効率の向上が確認された。
【符号の説明】
【００９３】
１０ 発光装置
１２ 基板
１４ 発光素子
１６ ワイヤ
１８ 素子封止透明層
２０ 赤色蛍光体層
２２ 中間透明層
２４ 緑色蛍光体層
２６ 外表面透明層
２８ 青色蛍光体層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子を実装する平面を有する基板と、
前記平面に実装され、波長２５０ｎｍ乃至５００ｎｍの光を発する発光素子と、
前記発光素子上に形成され、前記平面に対して垂直な断面における外周形状が径ｒの半円状であり、下記式（１）の赤色蛍光体を含有する赤色蛍光体層と、
（Ｍ１−ｘ１Ｅｕｘ１）ａＳｉｂＡｌＯｃＮｄ （１）
（上記式（１）中、ＭはＩＡ族元素、ＩＩＡ族元素、ＩＩＩＡ族元素、Ａｌを除くＩＩＩＢ族元素、希土類元素、およびＩＶＢ族元素から選択される元素である。ｘ１、ａ、ｂ、ｃ、ｄは、次の関係を満たす。
０＜ｘ１＜１、
０．５５＜a＜０．９５、
２．０＜ｂ＜３．９、
０＜c＜０．６、
４＜ｄ＜５．７）
前記赤色蛍光体層上に形成され、前記平面に対して垂直な断面における外周形状が径ｄの半円状である透明樹脂の中間透明層と、
前記中間透明層上に形成され、前記平面に対して垂直な断面における外周形状が半円状であり、緑色蛍光体を含有する緑色蛍光体層と、を有し、
前記径ｒと前記径ｄとの関係が、下記式（２）を充足することを特徴とする発光装置。
２．０ｒ（μｍ）≦ｄ≦（ｒ＋１０００）（μｍ） （２）
【請求項２】
前記緑色蛍光体が、下記式（３）で表わされる組成を有することを特徴とする請求項１記載の発光装置。
（Ｍ’１−ｘ２Ｅｕｘ２）３−ｙＳｉ１３−ｚＡｌ３＋ｚＯ２＋ｕＮ２１−ｗ （３）
（上記式（３）中、Ｍ’はＩＡ族元素、ＩＩＡ族元素、ＩＩＩＡ族元素、Ａｌを除くＩＩＩＢ族元素、希土類元素、およびＩＶＢ族元素から選択される元素である。ｘ２、ｙ、ｚ、ｕ、ｗは、次の関係を満たす。
０＜ｘ２＜１、
−０．１＜ｙ＜０．３、
−３＜ｚ≦１、
−３＜ｕ−ｗ≦１.５）
【請求項１】
発光素子を実装する平面を有する基板と、
前記平面に実装され、波長２５０ｎｍ乃至５００ｎｍの光を発する発光素子と、
前記発光素子上に形成され、前記平面に対して垂直な断面における外周形状が径ｒの半円状であり、下記式（１）の赤色蛍光体を含有する赤色蛍光体層と、
（Ｍ１−ｘ１Ｅｕｘ１）ａＳｉｂＡｌＯｃＮｄ （１）
（上記式（１）中、ＭはＩＡ族元素、ＩＩＡ族元素、ＩＩＩＡ族元素、Ａｌを除くＩＩＩＢ族元素、希土類元素、およびＩＶＢ族元素から選択される元素である。ｘ１、ａ、ｂ、ｃ、ｄは、次の関係を満たす。
０＜ｘ１＜１、
０．５５＜a＜０．９５、
２．０＜ｂ＜３．９、
０＜c＜０．６、
４＜ｄ＜５．７）
前記赤色蛍光体層上に形成され、前記平面に対して垂直な断面における外周形状が径ｄの半円状である透明樹脂の中間透明層と、
前記中間透明層上に形成され、前記平面に対して垂直な断面における外周形状が半円状であり、緑色蛍光体を含有する緑色蛍光体層と、を有し、
前記径ｒと前記径ｄとの関係が、下記式（２）を充足することを特徴とする発光装置。
２．０ｒ（μｍ）≦ｄ≦（ｒ＋１０００）（μｍ） （２）
【請求項２】
前記緑色蛍光体が、下記式（３）で表わされる組成を有することを特徴とする請求項１記載の発光装置。
（Ｍ’１−ｘ２Ｅｕｘ２）３−ｙＳｉ１３−ｚＡｌ３＋ｚＯ２＋ｕＮ２１−ｗ （３）
（上記式（３）中、Ｍ’はＩＡ族元素、ＩＩＡ族元素、ＩＩＩＡ族元素、Ａｌを除くＩＩＩＢ族元素、希土類元素、およびＩＶＢ族元素から選択される元素である。ｘ２、ｙ、ｚ、ｕ、ｗは、次の関係を満たす。
０＜ｘ２＜１、
−０．１＜ｙ＜０．３、
−３＜ｚ≦１、
−３＜ｕ−ｗ≦１.５）
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−７７２９０（Ｐ２０１２−７７２９０Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７７８０８（Ｐ２０１１−１７７８０８）
【出願日】平成２３年８月１６日（２０１１．８．１６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１６日（２０１１．８．１６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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