CN102403438A - 发光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及发光装置，具有：基板；安装于基板p主面的发光元件；红色荧光体层，是在发光元件上形成的半径为r的半圆状且含有式(1)的红色荧光体：(M1-x1Eux1)aSibAlOcNd(1)(M是从IA族元素、IIA族元素、IIIA族元素、除Al外的IIIB族元素、稀土族元素及IVB族元素选取的元素，x1、a、b、c、d满足以下关系：0＜x1≤1、0.60＜a＜0.95、2.0＜b＜3.9、0.04≤c≤0.6、4＜d＜5.7)；透明树脂的中间层，形成于红色荧光体层上且是半径为D的半圆状；和绿色荧光体层，形成于中间层上且是半圆状并含有绿色荧光体，半径r和半径D的关系满足式(2)：2.0r(μm)≤D≤(r+1000)(μm)(2)。

Description

发光装置
技术领域
本发明涉及发光装置。
背景技术
近年来，在蓝色的发光二极管(LED)中组合YAG:Ce等黄色荧光体，以单一芯片来发出白色光的所谓白色发光二极管受到瞩目。一直以来，LED是以红色、绿色、蓝色来单色发光的器件，为了发出白色或中间色，必须使用并分别驱动发出单色波长的多个LED。但是，现在，通过组合发光二极管和荧光体，来消除上述麻烦，并可通过简单的结构来得到白色光。
使用发光二极管的LED灯在便携设备、PC周边设备、OA设备、各种开关、背光灯用光源及显示板等各种显示装置中使用。因此，非常希望这些LED灯高效率化，此外，在普通照明用途中，需要高显色化(高彩色再现化)，在LCDTV的背光灯用途中需要高色域化。在高效率化中，需要荧光体的高效率化，在高显色化或高色域化中，期望将发出蓝色的激励光的荧光体、由蓝色激励而进行绿色发光的荧光体和由蓝色激励而进行红色发光的荧光体组合的白色光源。
此外，高功率LED通常因驱动而发热，荧光体的温度上升到100～200℃左右。在发生该温度上升时荧光体的发光强度通常下降，产生所谓的温度猝灭。因此，特别地，存在在高温区域即高电流范围发光效率下降的问题。
再有，在使用多个荧光体的情况下，存在因荧光体间的再吸收而使发光效率下降的问题。
发明内容
本发明的目的是提供发光装置。本发明的发光装置，其特征在于，具有：基板；发光元件，其安装于所述基板的主面，且发出波长为250nm至500nm的光；红色荧光体层，其在所述发光元件上形成，且相对于所述主面垂直的剖面的外周形状是半径为r的半圆状，并含有下述式(1)的红色荧光体：(M1-x1Eux1)aSibAlOcNd (1)(其中，所述式(1)中，元素M是从IA族元素、IIA族元素、IIIA族元素、除了Al之外的IIIB族元素、稀土族元素及IVB族元素中选取的元素，x1、a、b、c、d满足以下的关系：0＜x1≤1、0.60＜a＜0.95、2.0＜b＜3.9、0.04≤c≤0.6、4＜d＜5.7)；透明树脂的中间层，其在所述红色荧光体层上形成，且相对于所述主面垂直的剖面的外周形状是半径为D的半圆状；和绿色荧光体层，其在所述中间层上形成，且相对于所述主面垂直的剖面的外周形状是半圆状，并含有绿色荧光体，所述半径r和所述半径D的关系满足下述式(2)：2.0r(μm)≤D≤(r+1000)(μm)  (2)。
附图说明
图1是第一实施方式的发光装置的示意剖视图。
图2是表示第一实施方式的红色荧光体的光吸收率的图。
图3是表示第一实施方式的发光装置的作用的图。
图4是表示第一实施方式的发光装置的光束损失的图。
图5是第二实施方式的发光装置的示意剖视图。
图6是实施例的白色发光模块的布线图。
具体实施方式
下面使用附图来说明实施方式。
在本说明书中，红色荧光体意指在用波长250nm至500nm的光即近紫外光或蓝色光激励时发出具有比激励光长的波长且在从橙色到红色的区域的光即在波长580nm～700nm(以下统称为红色)之间具有峰值的光的荧光体。
再有，在本说明书中，绿色荧光体意指在用波长250nm至500nm的光即近紫外光或蓝色光激励时发出具有比激励光长的波长且在从蓝绿色到黄绿色(以下统称为绿色)的区域的光即在波长490nm～550nm之间具有峰值的光的荧光体。
此外，在本说明书中，“白色光”的概念是通常在照明装置中使用的不同波长的光混合，且包含灯泡色、暖白色、白色、白天色、日光色等。
(第一实施方式)
本实施方式的发光装置具有：具有安装发光元件的主面的基板；安装于该主面，且发出波长为250nm至500nm的光的发光元件；在该发光元件上形成，且相对于主面垂直的剖面的外周形状是半径为r的半圆状，并含有下述式(1)的红色荧光体的红色荧光体层：(M1-x1Eux1)aSibAlOcNd(1)(上述式(1)中，元素M是从IA族元素、IIA族元素、IIIA族元素、除了Al之外的IIIB族元素、稀土族元素及IVB族元素中选取的元素，x1、a、b、c、d满足以下的关系：0＜x1≤1、0.60＜a＜0.95、2.0＜b＜3.9、0.04≤c≤0.6、4＜d＜5.7)；在上述红色荧光体层上形成，且相对于主面垂直的剖面的外周形状是半径为D的半圆状的透明树脂的中间层；和在该中间层上形成，且相对于主面垂直的剖面的外周形状是半圆状，并含有绿色荧光体的绿色荧光体层，上述半径r和上述半径D的关系满足下述式(2)：2.0r(μm)≤D≤(r+1000)(μm)  (2)。
具有由上述式(1)表示的组成的塞隆(sialon)系荧光体是红色荧光体(R)，在用波长为250nm至500nm的光即近紫外光或蓝色光激励时发出具有比激励光长的波长且在从橙色到红色的区域的光即在波长580nm～700nm之间具有峰值的光。
而且，该红色荧光体的温度猝灭小，因此具有在高温区域也能得到优良的发光效率的优点。另一方面，激励光谱达到从近紫外光到绿色的广大范围，因此在与绿色荧光体组合来构成白色发光装置(白色LED)的情况下，绿色光被红色荧光体所进行的再吸收变得显著，也可能出现发光效率下降、产生颜色偏差。
本实施方式的发光装置在红色荧光体层与绿色荧光体层之间设置透明树脂的中间层，且限定红色荧光体层和中间层的半径，由此来抑制塞隆系的红色荧光体所进行的绿色光的再吸收，可实现发光效率高、能够抑制颜色偏差的白色发光装置。
图1是本实施方式的发光装置的示意剖视图。该发光装置10是发出白色光的白色LED。发光装置10具备基板12，该基板12具有安装发光元件的主面。在基板12中，使用例如高反射材料。主面意指基板顶面的平面。
而且，在基板12的主面上安装例如蓝色LED芯片来作为发出波长为250nm至500nm的光的发光元件14。蓝色LED芯片经例如金的金属丝线16而连接到未图示的布线。而且，通过将驱动电流经该布线从外部供给到蓝色LED芯片，而使蓝色LED芯片产生激励用的蓝色光。
在发光元件14上，设有由半球形状的透明树脂形成的元件密封透明层18。透明树脂是例如聚硅氧烷树脂。
进而，以覆盖元件密封透明层18的方式，形成相对于主面垂直的剖面的外周形状是半径为r的半圆状的、包含具有下述式(1)的组成的红色荧光体的红色荧光体层20。
(M1-x1Eux1)aSibAlOcNd                 (1)
(上述式(1)中，元素M是从IA族元素、IIA族元素、IIIA族元素、除了Al之外的IIIB族元素、稀土族元素及IVB族元素中选取的元素。x1、a、b、c、d满足以下的关系：0＜x1≤1、0.60＜a＜0.95、2.0＜b＜3.9、0.04≤c≤0.6、4＜d＜5.7)
这里，元素M优选是锶(Sr)。
红色荧光体层20通过在例如透明的聚硅氧烷树脂中分散红色荧光体而形成。红色荧光体层20吸收从蓝色LED产生的蓝色光以转换为红色光。
进而，形成有透明树脂的中间层22，该中间层22在红色荧光体层20上形成，且相对于基板12的主面垂直的剖面的外周形状是半径为D的半圆状。透明树脂是例如聚硅氧烷树脂。
以覆盖中间层22的方式，形成有相对于主面垂直的剖面的外周形状是半圆状且含有绿色荧光体的绿色荧光体层24。通过设置中间层22，来抑制红色荧光体层20所进行的再吸收。
绿色荧光体层24通过在例如透明的聚硅氧烷树脂中分散绿色荧光体而形成。绿色荧光体层24吸收从蓝色LED产生的蓝色光以转换为绿色光。
进而，以覆盖绿色荧光体层24的方式，形成有由例如透明的聚硅氧烷树脂形成的外表面透明层(外表面层)26。该外表面透明层26具有能抑制从发光元件14、红色荧光体层20、绿色荧光体层24发出的光在其与空气的界面被全反射的功能。
如上所述，发光装置10具备在发光元件14上半球状地层叠的红色荧光体层20、中间透明树脂层22、绿色荧光体层24。这样，通过使荧光体层为半球状，而由发光装置10发出发光强度和/或色调的均匀性高的白色光。
而且，红色荧光体层20的外侧的半径r和中间层22的外侧的半径D的关系满足下述式(2)：
2.0r(μm)≤D≤(r+1000)(μm)        (2)
再有，红色荧光体层20和中间层22允许因例如制造上的原因等而偏离于完全的半球形状。该情况下，通过使相对于基板12的主面垂直的方向的半径和相对于基板12的主面平行的方向的半径平均来算出半径r和半径D即可。
接下来，对发光装置10的作用进行说明。
图2是表示具有上述式(1)所示的组成的塞隆系的红色荧光体的标准化发光强度的图。横轴是激励光的波长，纵轴是使监视波长为602nm时的标准化发光强度。
从用峰值波长为457nm的蓝色LED激励的情况下的发光特性评价求出457nm的吸收率为87％。从该值和图2的特性，通过比例分配而求出525nm的绿色光的吸收率是68％。然后，用0.68来代表本实施方式的红色荧光体所产生的绿色光的吸收率β以进行讨论。
红色荧光体层20所进行的绿色光的再吸收所导致的光束损失从发光装置的特性来看期望在实际使用时为5％以下。下面，为满足该条件而算出红色荧光体层20的外侧的半径r和中间层22的外侧的半径D所要求的关系。
图3是表示本实施方式的发光装置的作用的说明图。如图3所示，例如，从绿色荧光体层24中的位置A发出的绿色光在360度全方位扩散。其中，在图中，由两个单向箭头和虚线椭圆概念性表示的范围的光束即从位置A观察红色荧光体层20的范围的光束成为能被红色荧光体层20吸收的光束。
来自绿色荧光体层24的、到达红色荧光体层20外侧的面的光束L2(能被红色荧光体层20吸收的光束)相对于全部光束L1之比L2/L1，由下述式(4)表示：
L2/L1＝2π(1-(1-(r/D)2)-1/2)/2π
     ＝1-(1-(1-(r/D)2)-1/2)            (4)
绿色光被红色荧光体层20再吸收而产生的光束损失γ由上述绿色光被红色荧光体吸收的吸收率β(＝0.68)、由上述式(4)表示的L2/L1、和绿色光(波长为525nm)与红色光(波长为600nm)的能见度差δ(＝0.63)之积表示。即，由下述式(5)表示。
γ＝βδ(1-(1-(1-(r/D)2)-1/2))          (5)
图4是表示本实施方式的光束损失的曲线图。横轴是D/r，纵轴是从式(4)算出的光束损失γ。以β＝0.68、δ＝0.63来计算。
如图4所示，为使光束损失γ为5％以下，D/r优选为2.0以上，更优选为2.2以上。因此，优选满足下述式(6)。在D/r是2.0以上时，光束损失的饱和倾向变得显著，因此合适。
2.0r(μm)≤D(μm)                    (6)
但是，在中间层22变得过厚时，中间层22所进行的光的吸收所引起的光束损失显著，有可能丧失在红色荧光体层20和中间层22等的半径设置制约的效果。作为代表的透明树脂的聚硅氧烷树脂的从近紫外到蓝色光的透射率在2000μm厚度的树脂板中为90％。即，吸收率为10％。
因此，为了将中间层22的激励光和/或荧光体发光的吸收所导致的光束损失抑制在5％以下，中间层22的厚度(D-r)必须满足下述式(7)。
(D-r)≤1000(μm)                (7)
再有，为了抑制中间层22的影响，优选(D-r)≤500，更优选(D-r)≤200。
因此，从式(6)及式(7)可知，为了使发光装置的红色荧光体层20和/或中间层22所产生的吸收损失在实际使用时为所要求的5％以下，红色荧光体层20外侧的半径r和中间层22外侧的半径D必须满足下述式(2)：
2.0r(μm)≤D≤(r+1000)(μm)            (2)
如上所述，本实施方式的发光装置实现：既使用温度猝灭小的红色荧光体，又抑制红色荧光体层所进行的绿色光的再吸收，具有优良的发光效率的发光装置。
再有，在本实施方式的发光装置中，绿色荧光体优选具有由下述式(3)表示的组成：
(M’1-x2Eux2)3-ySi13-zAl3+zO2+uN21-w        (3)
(上述式(3)中，元素M’是从IA族元素、IIA族元素、IIIA族元素、除了Al之外的IIIB族元素、稀土族元素及IVB族元素中选取的元素。X2、y、z、u、w满足以下的关系：0＜x2≤1、-0.1≤y≤0.15、-1≤z≤1、-1＜u-w≤1.5)
具有由上述式(3)表示的组成的塞隆系荧光体是绿色荧光体(G)，在用波长为250nm至500nm的光即近紫外光或蓝色光激励时发出具有比激励光长的波长且在从蓝绿色到黄绿色的区域的光即在波长490nm～580nm之间具有峰值的光。
而且，温度猝灭小，特别地，可实现在高温区域优良的发光效率。因此，可实现温度猝灭特性更优良的高效率的发光装置。
再有，元素M’优选是锶(Sr)。
(第二实施方式)
相对于第一实施方式的发光元件是蓝色LED，本实施方式的发光装置是近紫外LED，且具有蓝色荧光体层，除此之外，与第一实施方式相同。因此，对于与第一实施方式重复的内容省略记载。
图5是本实施方式的发光装置的示意剖视图。该发光装置20是发出白色光的白色发光装置。发光装置20是发光元件14发出近紫外光的近紫外LED。此外，在绿色荧光体层24与外表面透明层26之间，还形成有蓝色荧光体层28。
蓝色荧光体层28通过蓝色荧光体在例如透明的聚硅氧烷树脂中分散而形成。蓝色荧光体层28吸收从近紫外光LED产生的近紫外光以转换为蓝色光。
对于除了上述以外的构成，与第一实施方式相同。在本实施方式的发光装置中也与第一实施方式同样地既使用温度猝灭小的红色荧光体，又抑制红色荧光体层所进行的绿色光的再吸收，能实现优良的发光效率。
在描述某些实施例时，这些实施例仅是用作实例来表述，并不是用来限定本发明。实际上，此处描述的发光装置能以多种其他方式实现，而且，在此处描述的装置和方法的形式上所进行的各种省略、替换、变形皆没有脱离本发明的主旨。所附的技术方案及其等效方式由于将落入本发明的保护范围和主旨之内，因而本发明还包括这些形态和变形例。
例如，产生发光装置中使用的激励光的发光元件只要是发出近紫外光或蓝色光的半导体发光元件即可。例如，可使用应用了氮化镓系化合物半导体的LED。
此外，虽然在实施方式中以在红色荧光体层上直接形成中间层的情况为例进行说明，但也可成为例如在红色荧光体层与中间层之间形成含有黄色荧光体的黄色荧光体层的构成。
另外，虽然优选形成有元件密封透明层和外表面透明层，但也不是必不可少的构成要素，也可省略任一方或两方。
再有，只要作为密封树脂的基材的粘结剂树脂在发光元件(激励元件)的峰值波长附近及比其长的波长区域实质上透明，则可不问其种类地加以使用。作为通常的粘结剂树脂，可以考虑聚硅氧烷树脂、环氧树脂、具有环氧基的聚二甲基硅氧烷衍生物、氧杂环丁烷树脂、丙烯酸类树脂、环烯烃树脂、尿素树脂、氟类树脂、聚酰胺树脂等中的任一种。
实施例
(实施例1～5)
图6是实施例的白色发光模块的布线图。将图1所示的第一实施方式的发光装置10如图6所示那样成为四行四列地连接，形成阳极电极60和阴极电极62。
在各实施例中使用由下述式(8)的组成式表示的、具有表1的组成的塞隆系荧光体来作为红色荧光体。
(Sr1-x1Eux1)aSibAlOcNd                      (8)
在各实施例中使用由下述式(9)的组成式表示的、具有表2的组成的塞隆系荧光体来作为绿色荧光体。
(Sr1-x2Eux2)3-ySi13-zAl3+zO2+uN21-w        (9)
红色荧光体层外侧的半径r是105μm，中间层外侧的半径D是410μm。该r和D如下述那样满足上述式(2)。
2.0r＝210(μm)≤D＝410(μm)≤r+1000＝1105(μm)
以20mA驱动该白色发光模块，通过使用积分球的全光束测定来求出发光效率。结果在表3中表示。
表1
Figure BDA0000048685570000091
表2
Figure BDA0000048685570000092
Figure BDA0000048685570000101
(比较例1～5)
除了不形成中间层、在红色荧光体层上直接形成绿色荧光体层以外，与实施例1～5同样地制造白色发光模块，并进行评价。结果在表3中表示。
(比较例6～10)
除了使中间层外侧的半径D为2150μm以外，与实施例1～5同样地制造白色发光模块，并进行评价。结果在表3中表示。该r和D如下述那样不满足上述式(2)。
2.0r＝210(μm)≤D＝2150(μm)≥r+1000＝1105(μm)
表3
  发光效率(1m/W)
  实施例1～5   52～54
  比较例1～5   48～50
  比较例6～10   46～48
从表3可知，在实施例1～5中确认到发光效率的提高。
(实施例6～10)
除了使用Eu激活碱土族正硅酸盐荧光体来作为绿色荧光体并使红色荧光体层外侧的半径r为120μm、使中间层外侧的半径D为505μm之外，与实施例1～5同样地制造白色发光模块，并进行评价。结果在表4中表示。该r和D如下述那样满足上述式(2)。
2.0r＝240(μm)≤D＝505(μm)≤r+1000＝1120(μm)
(比较例11～15)
除了不形成中间层而在红色荧光体层上直接形成绿色荧光体层之外，与实施例6～10同样地制造白色发光模块，并进行评价。结果在表4中表示。
(比较例16～20)
除了使中间层外侧的半径D为2150μm之外，与实施例6～10同样地制造白色发光模块，并进行评价。结果在表4中表示。该r和D如下述那样不满足上述式(2)。
2.0r＝240(μm)≤D＝2150(μm)≥r+1000＝1120(μm)
表4
  发光效率(1m/W)
  实施例6～10   54～56
  比较例11～15   51～53
  比较例16～20   48～50
从表4可知，在实施例6～10中确认到发光效率的提高。
(实施例11～15)
将图5所示的使用近紫外LED作为发光元件的第二实施方式的发光装置20，如图6所示那样成为四行四列地连接，形成阳极电极60和阴极电极62。
在各实施例中使用由下述式(8)的组成式表示的、具有表1的组成的塞隆系荧光体来作为红色荧光体。
(Sr1-x1Eux1)aSibAlOcNd                             (8)
在各实施例中使用由下述式(9)的组成式表示的、具有表2的组成的塞隆系荧光体来作为绿色荧光体。
(Sr1-x2Eux2)3-ySi13-zAl3+zO2+uN21-w               (9)
在蓝色荧光体中使用(Sr，Ca，Ba)10(PO4)6Cl2:Eu2+。
设红色荧光体层外侧的半径r是95μm，中间层外侧的半径D是320μm。该r和D如下述那样满足上述式(2)。
2.0r＝190(μm)≤D＝320(μm)≤r+1000＝1095(μm)
与实施例1～5同样，以20mA驱动该白色发光模块，通过使用积分球的全光束测定来求出发光效率。结果在表5中表示。
(比较例21～25)
除了不形成中间层而在红色荧光体层上直接形成绿色荧光体层之外，与实施例11～15同样地制造白色发光模块，并进行评价。结果在表5中表示。
(比较例26～30)
除了使中间层外侧的半径D为1850μm之外，与实施例11～15同样地制造白色发光模块，并进行评价。结果在表5中表示。该r和D如下述那样不满足上述式(2)。
2.0r＝190(μm)≤D＝1850(μm)≥r+1000＝1095(μm)
表5
  发光效率(1m/W)
  实施例11～15   47～49
  比较例21～25   42～44
  比较例26～30   39～41
从表5可知，在实施例11～15中确认到发光效率的提高。
(实施例16～20)
除了使用Eu激活碱土族正硅酸盐荧光体来作为绿色荧光体并使红色荧光体层外侧的半径r为130μm、使中间层外侧的半径D为450μm之外，与实施例11～15同样地制造白色发光模块，并进行评价。结果在表6中表示。该r和D如下述那样满足上述式(2)。
2.0r＝260(μm)≤D＝450(μm)≤r+1000＝1130(μm)
(比较例31～35)
除了不形成中间层而在红色荧光体层上直接形成绿色荧光体层之外，与实施例16～20同样地制造白色发光模块，并进行评价。结果在表6中表示。
(比较例36～40)
除了使中间层外侧的半径D为2150μm之外，与实施例16～20同样地制造白色发光模块，并进行评价。结果在表6中表示。该r和D如下述那样不满足上述式(2)。
2.0r＝260(μm)≤D＝2150(μm)≥r+1000＝1130(μm)
表6
  发光效率(1m/W)
  实施例16～20   47～49
  比较例31～35   41～43
  比较例36～40   37～39
从表6可知，在实施例16～20中确认到发光效率的提高。

Claims (9)

1.一种发光装置，其特征在于，具有：
基板；
发光元件，其安装于所述基板的主面，发出波长为250nm至500nm的光；
红色荧光体层，其形成于所述发光元件上，相对于所述主面垂直的剖面的外周形状是半径为r的半圆状，含有下述式(1)的红色荧光体，
(M1-x1Eux1)aSibAlOcNd                (1)
所述式(1)中，元素M是从IA族元素、IIA族元素、IIIA族元素、除了Al之外的IIIB族元素、稀土族元素及IVB族元素中选取的元素，x1、a、b、c、d满足以下的关系：0＜x1≤1、0.60＜a＜0.95、2.0＜b＜3.9、0.04≤c≤0.6、4＜d＜5.7；
透明树脂的中间层，其形成于所述红色荧光体层上，相对于所述主面垂直的剖面的外周形状是半径为D的半圆状；和
绿色荧光体层，其形成于所述中间层上，相对于所述主面垂直的剖面的外周形状是半圆状，含有绿色荧光体，
所述半径r和所述半径D的关系满足下述式(2)：
2.0r(μm)≤D≤(r+1000)(μm)        (2)。
2.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于：
所述绿色荧光体具有由下述式(3)表示的组成，
(M’1-x2Eux2)3-ySi13-zAl3+zO2+uN21-w        (3)
所述式(3)中，元素M’是从IA族元素、IIA族元素、IIIA族元素、除了Al之外的IIIB族元素、稀土族元素及IVB族元素中选取的元素，X2、y、z、u、w满足以下的关系：0＜x2≤1、-0.1≤y≤0.15、-1≤z≤1、-1＜u-w≤1.5。
3.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于：
所述绿色荧光体是Eu激活碱土族正硅酸盐荧光体。
4.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于：
所述发光元件是蓝色LED。
5.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于：
所述透明树脂是聚硅氧烷树脂。
6.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于：
所述元素M是锶(sr)。
7.根据权利要求2所述的发光装置，其特征在于：
所述元素M’是锶(sr)。
8.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于：
在所述绿色荧光体层上还具有包含透明树脂的外表面层。
9.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于：
在所述红色荧光体层与所述中间层之间还具有含有黄色荧光体的黄色荧光体层。
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