JP2009532856A - 発光素子及びそれを有する照明システム - Google Patents

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Abstract

本発明は、６０００Ｋ以上の高い色温度の昼光色を発する第１の発光部と、３０００Ｋ以下の色温度の温白色を発する第２の発光部と、を備え、前記第１の発光部及び前記第２の発光部は発光ダイオードチップ及び蛍光物質を含み、前記第１の発光部及び前記第２の発光部は独立して駆動されることを特徴とする発光素子を提供する。本発明は、異なる光スペクトラムと色温度を有する白色光を認識して所望の雰囲気及び用途に合わせて異なった発光素子が提供される点で有利である。特に、人間の生理的リズムによって光の波長又は色温度を調節することで、本発明は健康に効果がある。
【選択図】図１

Description

本発明は発光素子に係り、さらに詳しくは、一つのパッケージ内に複数の発光部を形成して種々の光スペクトル及び色温度の光を実現可能な発光素子に関する。
発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ；ＬＥＤ）とは、主なキャリアが電子であるｎ型半導体及び主なキャリアがホール（正孔）であるｐ型半導体の接合構造を有し、これらの電子とホールとの再結合によって所定の光を発するエレクトロルミネッセンス素子を言う。発光ダイオードは、従来の電球又は蛍光灯に比べて消費電力が小さく、また耐用年数が長い。発光ダイオードの消費電力は、これら従来の照明装置の十倍弱から百倍弱少なく、また寿命が数倍から数十倍であり、従って消費電力を削減し優れた耐久性を有する。また、発光ダイオードは、狭い空間に据付可能であり、振動に対して長持ちする。かかる発光ダイオードを用いた発光素子は、ディスプレイ及びバックライトとして用いられており、照明にこれを適用するための研究が盛んに行われている。例えば、赤色、青色、または、緑色といった単一色の発光ダイオードと同様に、近年白色発光ダイオードがリリースされている。白色発光ダイオードを用いた発光素子は自動車用及び照明用の製品に適用されるに伴い、その需要が急増すると見込まれている。
人間という生物は、２４時間周期リズムを持っており、これは、生理的リズムが２４時間周期で繰り返されることを意味する。例えば、ストレスホルモンとして知られているヒト・ホルモン・コルチゾールは、睡眠ホルモンとして知られているメラトニンと同様に、覚醒と睡眠に大きく影響する。午前中は、コルチゾールのレベルは、一日の活動量のベースとして増加され、深夜にはコルチゾールのレベルが最小となる。これに対し、メラトニンのレベルは午前中には低下し、眠気が減退する。しかし、昼間が終わり暗くなるとメラトニンのレベルは増加し、睡眠ホルモンが効果的になり健康な眠りの基礎となる。
一般に、光は人間の生理的リズムに大きく影響し、特に、日光はこのような効果に極めて重要な役割を果たす。日光の色温度は午前中は６０００Ｋよりも高く、午後は次第に減少していく。色温度とは光源の色に対する物理的な数値をケルビン温度（Ｋ）で示すものである。色温度が高くなるにつれて青い部分が増え、色温度が低くなるにつれて赤黄色の部分が支配的となる。また、色温度の増加に伴い脳の活動性と集中力が増加し、色温度の減少に伴い感受性が活発になり、心が快適になる。
光は波長または色温度に応じて種々の感じを与え、人間の生理的リズムに大きく影響する。生理的リズムが正常に適応しない場合に消化機能の障害、慢性疲労など多くの疾病を引き起こすことがある。このため、２４時間周期リズムを考慮した照明装置についての研究が進められているのである。
従来の発光ダイオードを用いた発光素子において、様々な白色光の作成方式が提案されている。白色光を作成する一般的な方法は、発光ダイオードから発せられる第一の光の一部と、発光ダイオードチップの周りに蛍光物質を配置し、蛍光物質により波長変換された第２の光とを混色する方法である。白色光の作成のための蛍光物質は、ガーネット蛍光体、チオガレート蛍光体、スルフィド蛍光体、シリケート蛍光体またはオキシナイトライド蛍光体などであってもよい。しかしながら、このような蛍光物質を用いた発光素子は色温度の範囲が狭く、演色評価数が極めて低く、ランプの安定性が悪いという不都合がある。すなわち、種々の光スペクトルまたは色温度を与える発光素子の製造が困難であるという不都合がある。
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、一つのパッケージ内に複数の発光部を形成することにより種々の光のスペクトルまたは色温度の光を実現する同様の能力を有する発光素子及び照明システムを提供することにある。
本発明の他の目的は、人間の生理的リズムによって光のスペクトルまたは色温度を調節する同様の能力を有する発光素子及び照明システムを提供することにある。
本発明の一実施形態によれば、６０００Ｋ以上の高い色温度の昼光色を発する第１の発光部と、３０００Ｋ以下の色温度の温白色を発する第２の発光部と、を備え、前記第１の発光部及び第２の発光部は発光ダイオードチップ及び蛍光物質を含み、前記第１の発光部及び前記第２の発光部は独立して駆動されることを特徴とする発光素子が提供される。
前記蛍光物質は下記の化学式１で表わされ、
（化学式１）
ａ（ＭＩＯ）・ｂ（ＭＩＩ ２Ｏ）・ｃ（ＭＩＩＸ）・ｄＡｌ２Ｏ３・ｅ（ＭＩＩＩＯ）・ｆ（ＭＩＶ ２Ｏ３）・ｇ（ＭＶ ｏＯｐ）・ｈ（ＭＶＩ ｘＯｙ）
式中、前記金属ＭＩはＰｂ、Ｃｕの群から選ばれた一種以上の元素であり、前記金属ＭＩＩはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ａｕ、Ａｇの群から選ばれた一種以上の一価元素であり、前記ＭＩＩＩはＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｎよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＶはＳｃ、Ｂ、Ｇａ、Ｉｎよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＶはＳｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＶＩはＢｉ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＸはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、０＜ａ≦２、０≦ｂ≦２、０≦ｃ≦２、０≦ｄ≦８、０＜ｅ≦４、０≦ｆ≦３、０≦ｇ≦８、１≦ｏ≦２、１≦ｐ≦５、０≦ｈ≦２、１≦ｘ≦２、１≦ｙ≦５である。
前記蛍光物質は下記の化学式２で表わされ、
（化学式２）
ａ（ＭＩＯ）・ｂ（ＭＩＩ ２Ｏ）・ｃ（ＭＩＩＩＸ）・４−ａ−ｂ−ｃ（ＭＩＩＩＯ）・７（Ａｌ２Ｏ３）・ｄ（Ｂ２Ｏ３）・ｅ（Ｇａ２Ｏ３）・ｆ（ＳｉＯ２）・ｇ（ＧｅＯ２）・ｈ（ＭＩＶ ｘＯｙ）
式中、ＭＩはＰｂ、Ｃｕよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＩはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ａｕ、Ａｇよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＩＩはＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｎよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＶはＢｉ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｉｎ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＸはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｊよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、０＜ａ≦４、０≦ｂ≦２、０≦ｃ≦２、０≦ｄ≦１、０≦ｅ≦１、０≦ｆ≦１、０≦ｇ≦１、０＜ｈ≦０．５、１≦ｘ≦２、１≦ｙ≦５である。
前記蛍光物質は下記の化学式３で表わされ、
（化学式３）
ａ（ＭＩＯ）・ｂ（ＭＩＩＯ）・ｃ（Ａｌ２Ｏ３）・ｄ（ＭＩＩＩ ２Ｏ３）・ｅ（ＭＩＶＯ２）・ｆ（ＭＶ ｘＯｙ）
式中、ＭＩはＰｂ、Ｃｕよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＩはＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｎよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＩＩはＢ、Ｇａ、Ｉｎよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＶはＳｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＶはＢｉ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、０＜ａ≦１、０≦ｂ≦２、０＜ｃ≦８、０≦ｄ≦１、０≦ｅ≦１、０＜ｆ≦２、１≦ｘ≦２、１≦ｙ≦５である。
前記蛍光物資は下記の化学式４で表わされ、
（化学式４）
ａ（ＭＩＯ）・ｂ（ＭＩＩＯ）・ｃ（ＭＩＩＩＸ）・ｄ（ＭＩＩＩ ２Ｏ）・ｅ（ＭＩＶ ２Ｏ３）・ｆ（ＭＶ ｏＯｐ）・ｇ（ＳｉＯ２）・ｈ（ＭＶＩ ｘＯｙ）
式中、ＭＩはＰｂ、Ｃｕよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＩはＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｎよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＩＩはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ａｕ、Ａｇよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＶはＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｂよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＶはＧｅ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｐよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＶＩはＢｉ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＸはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、０＜ａ≦２、０＜ｂ≦８、０≦ｃ≦４、０≦ｄ≦２、０≦ｅ≦２、０≦ｆ≦２、０≦ｇ≦１０、０＜ｈ≦５、１≦ｏ≦２、１≦ｐ≦５、１≦ｘ≦２、１≦ｙ≦５である。
前記蛍光物質は下記の化学式５で表わされ、
（化学式５）
ａ（ＭＩＯ）・ｂ（ＭＩＩ ２Ｏ）・ｃ（ＭＩＩＸ）・ｄ（Ｓｂ２Ｏ５）・ｅ（ＭＩＩＩＯ）・ｆ（ＭＩＶ ｘＯｙ）
式中、ＭＩはＰｂ、Ｃｕよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＩはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ａｕ、Ａｇよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＩＩはＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｎよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＶはＢｉ、Ｓｎ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｇｄよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＸはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、０＜ａ≦２、０≦ｂ≦２、０≦ｃ≦４、０＜ｄ≦８、０≦ｅ≦８、０≦ｆ≦２、１≦ｘ≦２、１≦ｙ≦５である。
前記蛍光物質は下記の化学式６で表わされ、
（化学式６）
ａ（ＭＩＯ）・ｂ（ＭＩＩ ２Ｏ）・ｃ（ＭＩＩＸ）・ｄＧｅＯ２・ｅ（ＭＩＩＩＯ）・ｆ（ＭＩＶ ２Ｏ３）・ｇ（ＭＶ ｏＯｐ）・ｈ（ＭＶＩ ｘＯｙ）
式中、ＭＩはＰｂ、Ｃｕよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＩはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ａｕ、Ａｇよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＩＩはＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＶはＳｃ、Ｙ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｌａよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＶはＳｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＶＩはＢｉ、Ｓｎ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、ＸはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、０＜ａ≦２、０≦ｂ≦２、０≦ｃ≦１０、０＜ｄ≦１０、０≦ｅ≦１４、０≦ｆ≦１４、０≦ｇ≦１０、０≦ｈ≦２、１≦ｏ≦２、１≦ｐ≦５、１≦ｘ≦２、１≦ｙ≦５である。
前記蛍光物質は下記の化学式７で表わされ、
（化学式７）
ａ（ＭＩＯ）・ｂ（ＭＩＩ ２Ｏ）・ｃ（ＭＩＩＸ）・ｄＰ２Ｏ５・ｅ（ＭＩＩＩＯ）・ｆ（ＭＩＶ ２Ｏ３）・ｇ（ＭＶＯ２）・ｈ（ＭＶＩ ｘＯｙ）
式中、ＭＩはＰｂ、Ｃｕよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＩはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ａｕ、Ａｇよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＩＩはＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｎよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＶはＳｃ、Ｙ、Ｂ、Ａｌ、Ｌａ、Ｇａ、Ｉｎよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＶはＳｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＶＩはＢｉ、Ｓｎ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｃｅ、Ｔｂよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、ＸはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、０＜ａ≦２、０≦ｂ≦１２、０≦ｃ≦１６、０＜ｄ≦３、０≦ｅ≦５、０≦ｆ≦３、０≦ｇ≦２、１≦ｘ≦２、１≦ｙ≦５である。
前記発光素子は、一又は複数の蛍光物質を含んでもよい。
前記発光ダイオードチップは、青色光またはＵＶ光を発してもよい。
前記発光素子は、前記第１の発光部及び前記第２の発光部の少なくともいずれか一つに印加される電圧を調節する制御部をさらに備えてもよい。
前記制御部は外部より入力された電圧を時間ごとに制御して前記第１の発光部及び前記第２の発光部の少なくともいずれか一つに印加してもよい。
前記制御部は２４時間を周期として電圧を増減し、前記第１の発光部及び前記第２の発光部の少なくともいずれか一つに前記電圧を印加してもよい。
前記第１の発光部及び前記第２の発光部は一つのパッケージ内に形成されてもよい。
前記パッケージはさらに基板を有し、前記第１の発光部及び前記第２の発光部の発光ダイオードチップは前記基板上に実装され、前記第１の発光部及び前記第２の発光部の蛍光物質は前記発光ダイオードチップ上にそれぞれ配置されてもよい。
前記発光素子はさらに前記発光ダイオードチップで発せられる熱を放熱するヒートシンクを備え、前記第１の発光部及び前記第２の発光部の発光ダイオードチップは前記ヒートシンク上に実装され、前記第１の発光部及び前記第２の発光部の蛍光物質は前記発光ダイオードチップ上にそれぞれ配置されてもよい。
前記基板には溝が形成され、前記溝の下部に前記第１の発光部及び前記第２の発光部が形成されてもよい。
前記溝は複数の溝を含み、それぞれの溝は相互に離隔して位置し、前記第１の発光部又は前記第２の発光部が、それぞれの溝の下部に形成されてもよい。
前記第１の発光部及び前記第２の発光部を共通して封止するモールディング部をさらに備えてもよい。
本発明の一実施形態によれば、相対的に高い色温度の第１の白色光を発する第１の発光部と、相対的に低い色温度の第２の白色光を発する第２の発光部と、を有し、前記第１の発光部及び前記第２の発光部は独立して駆動されることを特徴とする発光素子が提供される。
本発明の一実施形態によれば、ベースプレートと、前記ベースプレートの上に配置される複数の発光素子と、を備え、前記発光素子のそれぞれは、６０００Ｋ以上の高い色温度の昼白色を発する第１の発光部と、３０００Ｋ以下の低い色温度の温白色を発する第２の発光部と、を備え、前記第１の発光部及び前記第２の発光部のそれぞれは発光ダイオードチップ及び蛍光物質を含み、前記第１の発光部及び前記第２の発光部は独立して駆動されることを特徴とする照明システムが提供される。
本発明の一実施形態によれば、ベースプレートと、前記ベースプレートの上に配置される少なくとも１以上の第１の発光素子と、少なくとも１以上の第２の発光素子と、を備え、前記第１の発光素子は６０００Ｋ以上の高い色温度の昼白色を発する第１の発光部を有し、前記第２の発光素子は３０００Ｋ以下の低い色温度の温白色を発する第２の発光部を有し、前記第１の発光部及び前記第２の発光部のそれぞれは発光ダイオードチップ及び蛍光物質を含み、前記第１の発光部及び前記第２の発光部は独立して駆動されることを特徴とする照明システムが提供される。
前記第１の発光素子と前記第２の発光素子は隣接して繰り返して配置されてもよい。
前記第１の発光素子は前記ベースプレートの第１の領域に配置され、前記第２の発光素子は前記ベースプレートの第２の領域に配置されてもよい。
本発明は一つのパッケージ内に複数の発光部を形成するので、異なる光のスペクトル及び色温度を有する白色光を実現することにより所望の雰囲気及び用途に多様に適用可能であるという利点がある。特に、本発明は、人間の２４時間周期リズムに従って光の波長または色温度を適切に調節することにより、健康上の効果がある。
さらに、種々のスペクトル及び色温度を有する白色光を実現するために、従来技術においては別のパッケージとして構成していたものを、一つのパッケージに形成することにより、工程上の煩雑さ及びコストを低減し空間の有効使用を増大させるという効果がある。
以下、添付図面に基づき、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。これらの実施の形態は、単に本発明の目的を説明するためのものであり、且つ、当業者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものである。従って、本発明は実施の形態に限定されるものではなく、相異なる形で実現可能である。図中、各部品の幅、長さ、厚さ等は、説明の利便性と明晰性のために誇張される場合がある。図中、同じ符号は同じ要素を示す。
本発明に係る発光素子は、一つのパッケージ内に相対的に色温度が高い白色光を発する第１の発光部と、相対的に色温度が低い光を発する第２の発光部と、を備え、第１の発光部と第２の発光部は互いに独立して駆動可能であることを特徴とする。
第１の発光部は、色温度が６０００Ｋ以上の白色光、すなわち、昼光色として知られている白色光を発する。第２の発光部は、色温度が３０００Ｋ以下の白色光、すなわち、温白色として知られている白色光を発する。
第１の発光部及び第２の発光部は、発光ダイオードチップ及び蛍光物質を含む。発光ダイオードチップから発せられる青色光またはＵＶ光と、蛍光物質により波長変換された光との混合により、所望の光のスペクトル及び色温度を有する白色光を実現することができる。
第１の発光部または第２の発光部を構成する発光ダイオードチップ及び蛍光物質は多様に構成することができる。例えば、第１の発光部または第２の発光部は一つの青色発光ダイオードチップと、一つの黄色発光蛍光物質を含むことができる。発光ダイオードチップから発せられる青色光と、蛍光物質により波長変換された黄色光との混合によって白色光が実現される。さらに、第１の発光部または第２の発光部は、一つの青色発光ダイオードチップと、緑色発光蛍光物質及び燈色発光蛍光物質を含んでもよい。発光ダイオードチップから発せられる青色光と、蛍光物質により波長変換された緑色光及び燈色光の混合により白色光が実現される。この場合には、前記発光ダイオードチップから発せられる青色光と蛍光物質によって波長変換された黄色光との混合により実現される白色光に比べて、より向上した演色評価数が得られるという長所がある。すなわち、発光ダイオードチップと、異なる発光ピークを有する多数の蛍光物質の原料を用いることにより、演色評価数を向上させることができる。
前述した発光ダイオードチップとしては、青色発光ダイオードチップまたはＵＶ発光ダイオードチップを用いることが好ましい。
前述した蛍光物質は、例えば、緑色から赤色までの発光ピークを有するシリケート蛍光体などの異なる発光ピークを有する蛍光物質の原料を用いることを特徴とする。発光ダイオードチップから発せられる光から種々の色を作成することにより、種々の光のスペクトル及び色温度を有する白色光を実現することができる。複数の蛍光物質の原料を使用する場合、同じ系列の蛍光物質の原料を用いることにより、蛍光物質の原料相互間の影響力を最小化することができる。
前述した蛍光物質の原料は、アルミネート系、シリケート系、オキシナイトライド系、アンチモネート系、ゲルマネート系またはフォスフェイト系を含む。特に、鉛または銅を含有する蛍光物質の原料を用いることにより、高い安定性と優れた光励起特性が得られる。
アルミネート系蛍光物質は、下記の化学式１、化学式２、化学式３で表わされる蛍光物質の原料を含む。
（化学式１）
ａ（ＭＩＯ）・ｂ（ＭＩＩ ２Ｏ）・ｃ（ＭＩＩＸ）・ｄＡｌ２Ｏ３・ｅ（ＭＩＩＩＯ）・ｆ（ＭＩＶ ２Ｏ３）・ｇ（ＭＶ ｏＯｐ）・ｈ（ＭＶＩ ｘＯｙ）
式中、金属ＭＩはＰｂ、Ｃｕよりなる群から選ばれた一種以上の元素であり、金属ＭＩＩはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ａｕ、Ａｇよりなる群から選ばれた一種以上の一価元素であり、ＭＩＩＩはＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｎよりなる群から選ばれた一種以上の二価元素であり、ＭＩＶはＳｃ、Ｂ、Ｇａ、Ｉｎよりなる群から選ばれた一種以上の三価元素であり、ＭＶはＳｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏよりなる群から選ばれた一種以上の元素であり、ＭＶＩはＢｉ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素であり、ＸはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉよりなる群から選ばれた一種以上の元素である。そして、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｏ、ｐ、ｈ、ｘ、ｙの範囲は、それぞれ０＜ａ≦２、０≦ｂ≦２、０≦ｃ≦２、０≦ｄ≦８、０＜ｅ≦４、０≦ｆ≦３、０≦ｇ≦８、１≦ｏ≦２、１≦ｐ≦５、０≦ｈ≦２、１≦ｘ≦２、１≦ｙ≦５である。
（化学式２）
ａ（ＭＩＯ）・ｂ（ＭＩＩ ２Ｏ）・ｃ（ＭＩＩＩＸ）・４−ａ−ｂ−ｃ（ＭＩＩＩＯ）・７（Ａｌ２Ｏ３）・ｄ（Ｂ２Ｏ３）・ｅ（Ｇａ２Ｏ３）・ｆ（ＳｉＯ２）・ｇ（ＧｅＯ２）・ｈ（ＭＩＶ ｘＯｙ）
式中、ＭＩはＰｂ、Ｃｕよりなる群から選ばれた一種以上の元素であり、ＭＩＩはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ａｕ、Ａｇよりなる群から選ばれた一種以上の一価元素であり、ＭＩＩＩはＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｎよりなる群から選ばれた一種以上の二価元素であり、ＭＩＶはＢｉ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｉｎ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕよりなる群から選ばれた一種以上の元素であり、ＸはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉよりなる群から選ばれた一種以上の元素である。そして、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｘ、ｙの範囲は、それぞれ０＜ａ≦４、０≦ｂ≦２、０≦ｃ≦２、０≦ｄ≦１、０≦ｅ≦１、０≦ｆ≦１、０≦ｇ≦１、０＜ｈ≦０．５、１≦ｘ≦２、１≦ｙ≦５である。
（化学式３）
ａ（ＭＩＯ）・ｂ（ＭＩＩＯ）・ｃ（Ａｌ２Ｏ３）・ｄ（ＭＩＩＩ ２Ｏ３）・ｅ（ＭＩＶＯ２）・ｆ（ＭＶ ｘＯｙ）
式中、ＭＩはＰｂ、Ｃｕよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素であり、ＭＩＩはＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｎよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の二価元素であり、ＭＩＩＩはＢ、Ｇａ、Ｉｎよりなる群から選ばれた一種以上の元素であり、ＭＩＶはＳｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆよりなる群から選ばれた一種以上の元素であり、ＭＶはＢｉ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素である。
そして、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｘ、ｙの範囲は、それぞれ０＜ａ≦１、０≦ｂ≦２、０＜ｃ≦８、０≦ｄ≦１、０≦ｅ≦１、０＜ｆ≦２、１≦ｘ≦２、１≦ｙ≦５である。
シリケート系蛍光物質は、下記の化学式４で表わされる蛍光物質の原料を含む。
（化学式４）
ａ（ＭＩＯ）・ｂ（ＭＩＩＯ）・ｃ（ＭＩＩＩＸ）・ｄ（ＭＩＩＩ ２Ｏ）・ｅ（ＭＩＶ ２Ｏ３）・ｆ（ＭＶ ｏＯｐ）・ｇ（ＳｉＯ２）・ｈ（ＭＶＩ ｘＯｙ）
式中、ＭＩはＰｂ、Ｃｕよりなる群から選ばれた一種以上の元素であり、ＭＩＩはＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｎよりなる群から選ばれた一種以上の二価元素であり、ＭＩＩＩはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ａｕ、Ａｇよりなる群から選ばれた一種以上の一価元素であり、ＭＩＶはＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｂよりなる群から選ばれた一種以上であり、ＭＶはＧｅ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｐよりなる群から選ばれた一種以上の元素であり、ＭＶＩはＢｉ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素であり、ＸはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素である。そして、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｏ、ｐ、ｘ、ｙの範囲は、０＜ａ≦２、０＜ｂ≦８、０≦ｃ≦４、０≦ｄ≦２、０≦ｅ≦２、０≦ｆ≦２、０≦ｇ≦１０、０＜ｈ≦５、１≦ｏ≦２、１≦ｐ≦５、１≦ｘ≦２、１≦ｙ≦５である。
アンチモネート系蛍光物質は、下記の化学式５で表わされる蛍光物質の原料を含む。
（化学式５）
ａ（ＭＩＯ）・ｂ（ＭＩＩ ２Ｏ）・ｃ（ＭＩＩＸ）・ｄ（Ｓｂ２Ｏ５）・ｅ（ＭＩＩＩＯ）・ｆ（ＭＩＶ ｘＯｙ）
式中、ＭＩはＰｂ、Ｃｕよりなる群から選ばれた一種以上の元素であり、ＭＩＩはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ａｕ、Ａｇよりなる群から選ばれた一種以上の一価元素であり、ＭＩＩＩはＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｎよりなる群から選ばれた一種以上の二価元素であり、ＭＩＶはＢｉ、Ｓｎ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｇｄよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素であり、ＸはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素である。そして、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｏ、ｐ、ｈ、ｘ、ｙの範囲は、それぞれ０＜ａ≦２、０≦ｂ≦２、０≦ｃ≦４、０＜ｄ≦８、０≦ｅ≦８、０≦ｆ≦２、１≦ｘ≦２、１≦ｙ≦５である。
ゲルマネート系蛍光物質は、下記の化学式６で表わされる蛍光物質の原料を含む。
（化学式６）
ａ（ＭＩＯ）・ｂ（ＭＩＩ ２Ｏ）・ｃ（ＭＩＩＸ）・ｄＧｅＯ２・ｅ（ＭＩＩＩＯ）・ｆ（ＭＩＶ ２Ｏ３）・ｇ（ＭＶ ｏＯｐ）・ｈ（ＭＶＩ ｘＯｙ）
式中、ＭＩはＰｂ、Ｃｕよりなる群から選ばれた一種以上の元素であり、ＭＩＩはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ａｕ、Ａｇよりなる群から選ばれた一種以上の一価元素であり、ＭＩＩＩはＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄよりなる群から選ばれた一種以上の二価元素であり、ＭＩＶはＳｃ、Ｙ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｌａよりなる群から選ばれた一種以上の三価元素であり、ＭＶはＳｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏよりなる群から選ばれた一種以上の元素であり、ＭＶＩはＢｉ、Ｓｎ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素であり、ＸはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素である。そして、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｏ、ｐ、ｘ、ｙの範囲は、それぞれ０＜ａ≦２、０≦ｂ≦２、０≦ｃ≦１０、０＜ｄ≦１０、０≦ｅ≦１４、０≦ｆ≦１４、０≦ｇ≦１０、０≦ｈ≦２、１≦ｏ≦２、１≦ｐ≦５、１≦ｘ≦２、１≦ｙ≦５である。
フォスフェイト系蛍光物質は、下記の化学式７で表わされる蛍光物質の原料を含む。
（化学式７）
ａ（ＭＩＯ）・ｂ（ＭＩＩ ２Ｏ）・ｃ（ＭＩＩＸ）・ｄＰ２Ｏ５・ｅ（ＭＩＩＩＯ）・ｆ（ＭＩＶ ２Ｏ３）・ｇ（ＭＶＯ２）・ｈ（ＭＶＩ ｘＯｙ）
式中、ＭＩはＰｂ、Ｃｕよりなる群から選ばれた一種以上の元素であり、ＭＩＩはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ａｕ、Ａｇよりなる群から選ばれた一種以上の一価元素であり、ＭＩＩＩはＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｎよりなる群から選ばれた一種以上の二価元素であり、ＭＩＶはＳｃ、Ｙ、Ｂ、Ａｌ、Ｌａ、Ｇａ、Ｉｎよりなる群から選ばれた一種以上の三価元素であり、ＭＶはＳｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏよりなる群から選ばれた一種以上の元素であり、ＭＶＩはＢｉ、Ｓｎ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｃｅ、Ｔｂよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素であり、ＸはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素である。そして、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｏ、ｐ、ｘ、ｙの範囲は、それぞれ０＜ａ≦２、０≦ｂ≦１２、０≦ｃ≦１６、０＜ｄ≦３、０≦ｅ≦５、０≦ｆ≦３、０≦ｇ≦２、１≦ｘ≦２、１≦ｙ≦５である。
図１は、本発明の一実施形態に係る発光素子を説明するための概念ブロック図である。
図１を参照すると、発光素子は、色温度が６０００Ｋ以上の白色光を発する第１の発光部と、色温度が３０００Ｋ以下の白色光を発する第２の発光部とを備え、前記第１の発光部と第２の発光部は互いに独立して駆動可能であることを特徴とする。この種の発光素子は、一つのパッケージ（Ａ）における複数の発光部が独自の電気接続を取ることが可能であることから、前記第１の発光部と第２の発光部は独立して駆動することができる。例えば、第１の発光部のみが電源を投入された場合、色温度が６０００Ｋ以上の白色光（昼光色）を実現することができ、第２の発光部のみが電源を投入された場合、色温度が３０００Ｋ以下の白色光（温白色）を実現することができる。更に、第１の発光部と第２の発光部が同時に電源を投入された場合、第１の発光部の白色光と第２の発光部の白色光との混合により色温度が３０００〜６０００Ｋの範囲を有する白色光を実現することができる。このため、発光素子は、第１の発光部と第２の発光部を選択的に駆動させることにより、高演色指数、可変スペクトル及び色温度を有しする白色光を実現することができる。本発明に係る発光素子は、可変スペクトル及び色温度を有する白色光を実現することができることから、一つのパッケージ（Ａ）によって所望の雰囲気及び用途に様々に適用することができるという利点がある。例えば、昼間には、６０００Ｋ以上の色温度（昼白色）を有する白色光を発する第１の発光部を駆動することで、人間の脳の活動性と集中力を高めることができ、夜間には、３０００Ｋ以下の色温度（温白色）を有する白色光を発する第２の発光部を駆動して人々がより安らかで心地よい休息を取る手助けとなる。特に、人間の２４時間周期機能によって光の波長または色温度を適切に調節することにより、健康を増進させることができるという効果がある。
図２は、本発明の他の実施形態に係る発光素子を説明するための概念ブロック図である。
図２を参照すると、本発光素子は、色温度が６０００Ｋ以上の白色光を発する第１の発光部と、色温度が３０００Ｋ以下の白色光を発する第２の発光部と、前記第１の発光部に接続される第１の制御部と、前記第２の発光部に接続される第２の制御部とを有する。そして、第１及び第２の制御部は、外部から第１及び第２の発光部に印加される電圧を制御することを特徴とする。
前記第１及び第２の制御部は、第１及び第２の発光部に印加される電圧をそれぞれ制御するためのもので、例えば、前記第１及び第２の制御部は電源からの入力電圧を時間により制御して出力する。そこで、前記第１及び第２の制御部は、タイマーと電圧制御回路を備えてもよい。すなわち、外部電源より制御部に入力される電圧は、タイマーと電圧制御回路を通じて時間によって制御され、第１及び第２の発光部に受け渡される。
図３及び図４は、第１及び第２の制御部の一実施形態をそれぞれ説明するため図である。
図３に示すように、第１の制御部（イメージ（１））は、一日の最初の１４時間中には外部電源からの電圧を受け渡し、一日の残りの１２時間中には電圧の印加を止める。対照的に、第２の制御部（イメージ（２））は、図４に示すように、一日の最初の１２時間中には外部電源からの電圧の印加を止め、一日の残りの１２時間中には外部電源からの電圧を受け渡す。すなわち、 一日中の１２時間中には電源は第１の発光部を駆動するために第１の発光部のみに伝えられ、残りの１２時間中には電源は第２の発光部を駆動するために第２の発光部のみに伝えられる。
発光素子の動作を説明すると、以下の通りである。電源が第１及び第２の制御部に印加され、第１及び第２の制御部は時間により電圧を制御して第１及び第２の発光部に伝える。上述したように、一日中の１２時間中には、外部電源より印加された電圧が第１の発光部にのみ伝えられ、残りの１２時間中には、外部電源より印加された電圧が第２の発光部にのみ伝えられる。
すなわち、一日中の１２時間、例えば、昼間には第１の発光部のみを駆動して色温度が６０００Ｋ以上の白色光（昼白色）を実現することができ、残りの１２時間、例えば、第２の発光部のみを駆動して色温度が３０００Ｋ以下の白色光（温白色）を実現することができる。
以上、第１及び第２の発光部の電源のオン／オフの一例を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々に適用可能である。例えば、図５及び図６に示すように、時間により電圧を増減させて第１及び第２の発光部の光度を増減することができる。従って、発光素子から発せられた白色光の色温度が次第に増減するようにすることができる。
この種の発光素子は、第１及び第２の制御部を通じて第１及び第２の発光部の動作を制御することができることから、要求される通りに種々に適用することができる。
すなわち、別個の入力をすることなく時間により色温度が自動的に調節される発光素子を提供することができる。例えば、発光素子を、昼間には色温度が相対的に高い白色光を実現し、夜間には色温度が相対的に低い白色光を実現するように形成することができる。特に、人間の２４時間周期リズムにより光の波長または色温度を適切に調節することにより、健康を増進することができるという効果がある。
以上、時間により電圧を制御する制御部の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、前記制御部は別個の入力部をさらに備えてユーザーの要求に応じて色温度を調節するように形成してもよい。また、上記において第１及び第２の制御部に電源が同時に印加される一実施形態を説明したが、これに限定されるものではなく、第１及び第２の制御部は別個の電源に接続されてもよく、独立して駆動されてもよい。さらに、第１の発光部と第２の発光部を共に制御可能な一つの制御部だけを備えてもよい。
このように、そのような発光素子は、白色光の種々の光スペクトル及び色温度を実現することができるので、一つのパッケージ（Ａ）のみで所望の雰囲気及び用途に様々に適用することができる。例えば、昼間に６０００Ｋ以上の色温度を有する白色光（昼白色）を発する第１の発光部のみを駆動することにより、人間の脳の活動性と集中力を増進し、夜間に３０００Ｋ以下の色温度を有する白色光（温白色）を発する第２の発光部のみを駆動することで、人々がより安らかで心地よい休息を取る手助けとなる。特に、人間の２４時間周期リズムにより光の波長または色温度を適切に調節することにより、健康を増進することができるという効果がある。
さらに、種々のスペクトル及び色温度を有する白色光の実現のために、従来技術においては別のパッケージとして構成していたものを、一つのパッケージに形成することにより、工程上の煩雑さ及びコストを低減し空間の有効使用を増大させるという効果がある。
以下、本発明について下記の実施例を基に詳述する。
［実施例１］
第１の発光部を、４５６ｎｍの波長（青色光）を有する発光ダイオードチップと、５１５ｎｍの発光ピークを有するＣｕ０、１５Ｂａ１、８２Ｓｒ０、０３Ｓｉ０、９９Ｇｅ０、０１Ｏ４：Ｅｕから成る蛍光物質と、５９３ｎｍの発光ピークを有するＣｕ０、０５Ｓｒ１、７２Ｃａ０、２３Ｓｉ０、９９Ｇｅ０、０１Ｏ４：Ｅｕから成る蛍光物質を用いて構成する。
第２の発光部を、４５２ｎｍの波長を有する発光ダイオードチップと、５０８ｎｍの発光ピークを有するＣｕ０、１５Ｂａ１、８４Ｓｒ０、０１Ｓｉ０、９９Ｚｒ０、０１Ｏ４：Ｅｕから成る蛍光物質と、６０５ｎｍの発光ピークを有するＣｕ０、０５Ｓｒ１、８５Ｃａ０、１０ＳｉＯ４：Ｅｕから成る蛍光物質を用いて構成する。
図７は、第１の発光部の発光スペクトルを示し、図８は、第２の発光部の発光スペクトルを示す。これらの図に示すように、第１の発光部の光度は青色発光領域の光度が相対的に高く、第２の発光部の光度は黄色ないし赤色発光領域の光度が相対的に高い。すなわち、第１の発光部は相対的に色温度が高く、第２の発光部は相対的に色温度が低いと言える。
本実施形態の第１の発光部は、演色評価数８８という優れた評価数の９５００Ｋの色温度を有する。更に、第２の発光部は、演色評価数８３という優れた評価数の２６４０Ｋの色温度を有する。
つまり、第１の発光部と第２の発光部を選択的に駆動することにより、優れた演色評価数及び種々のスペクトルを有する白色光を実現することができる。例えば、昼間には第１の発光部のみを駆動することで９５００Ｋの相対的に高い色温度を有する白色光を実現し、夜間には第２の発光部のみを駆動することで２６４０Ｋの相対的に低い色温度を有する白色光を実現する。
［実施例２］
第１の発光部を、４５６ｎｍの波長を有する発光ダイオードチップと、５１５ｎｍの発光ピークを有するＣｕ０、１５Ｂａ１、８２Ｓｒ０、０３Ｓｉ０、９９Ｇｅ０、０１Ｏ４：Ｅｕから成る蛍光物質と、６００ｎｍの発光ピークを有するＣｕ０、０５Ｓｒ１、８Ｃａ０、１５ＳｉＯ４：Ｅｕからなる蛍光物質を用いて構成する。
第２の発光部を、４５６ｎｍの波長を有する発光ダイオードチップと、５１５ｎｍの発光ピークを有するＣｕ０、１５Ｂａ１、８２Ｓｒ０、０３Ｓｉ０、９９Ｇｅ０、０１Ｏ４：Ｅｕから成る蛍光物質と、６００ｎｍの発光ピークを有するＣｕ０、０５Ｓｒ１、８Ｃａ０、１５ＳｉＯ４：Ｅｕから成る蛍光物質を用いて構成する。
第１の発光部の蛍光物質組成比と第２の発光部の蛍光物質組成比は異なるため、第１の発光部の色温度及び演色評価数と第２の発光部の色温度及び演色評価数は異なる。
図９は、第１の発光部の発光スペクトルを示し、図１０は、第２の発光部の発光スペクトルを示す。図９及び図１０に示すように、第１の発光部の色温度は相対的に高く、第２の発光部の色温度は相対的に低い。
本実施形態の第１の発光部は、演色評価数９２という優れた評価数の８８００Ｋの色温度を有する。さらに、第２の発光部は、演色評価数８０という優れた評価数の２５５０Ｋの色温度を有する。
第１の発光部と第２の発光部を選択的に駆動することにより、優れた演色評価数、種々の光スペクトル及び色温度を有する白色光を実現することができる。例えば、第１の発光部のみを駆動することで、日中は相対的に高い８８００Ｋの色温度を有する白色光を表現し、第２の発光部のみを駆動することで、夜間には相対的に低い２５５０Ｋの色温度を有する白色光を表現する。
［実施例３］
第１の発光部を、４０５ｎｍの波長のＵＶ光を発する発光ダイオードチップと、４４０ｎｍの発光ピークを有するＣｕ０、０２Ｂａ２、８Ｓｒ０、２Ｍｇ０、９８Ｓｉ２Ｏ８：Ｅｕから成る蛍光物質と、５０８ｎｍの発光ピークを有するＣｕ０、１５Ｂａ１、８４Ｓｒ０、０１Ｓｉ０、９９Ｚｒ０、０１Ｏ４：Ｅｕから成る蛍光物質と、５６５ｎｍの発光ピークを有するＣｕ０、０２Ｂａ０、９８Ｓｒ０、９８Ｃａ０、０２ＳｉＯ４：Ｅｕから成る蛍光物質と、６３０ｎｍの発光ピークを有するＣｕ０、１５Ｍｇ０、８５ＢａＰ２Ｏ７：Ｅｕ、Ｍｎから成る蛍光物質を用いて構成する。
第２の発光部を、４０５ｎｍの波長のＵＶ光を発する発光ダイオードチップと、４４０ｎｍの発光ピークを有するＣｕ０、０２Ｂａ２、８Ｓｒ０、２Ｍｇ０、９８Ｓｉ２Ｏ８：Ｅｕから成る蛍光物質と、５１５ｎｍの発光ピークを有するＣｕ０、１５Ｂａ１、８２Ｓｒ０、０３Ｓｉ０、９９Ｇｅ０、０１Ｏ４：Ｅｕから成る蛍光物質と、５９３ｎｍの発光ピークを有するＣｕ０、０５Ｓｒ１、７２Ｃａ０、２３Ｓｉ０、９９Ｇｅ０、０１Ｏ４：Ｅｕから成る蛍光物質と、６３０ｎｍの発光ピークを有するＣｕ０、１５Ｍｇ０、８５ＢａＰ２Ｏ７：Ｅｕ、Ｍｎから成る蛍光物質を用いて構成する。
図１１は、第１の発光部の発光スペクトルを示し、図１２は、第２の発光部の発光スペクトルを示す。図１１及び図１２に示すように、第１の発光部の色温度は相対的に高く、第２の発光部の色温度は相対的に低い。
本実施形態の第１の発光部は、演色評価数８８という優れた評価数の８８００Ｋの色温度を有する。更に、第２の発光部は、演色評価数９５という優れた評価数の２６００Ｋの色温度を有する。
第１の発光部と第２の発光部を選択的に駆動することにより、優れた演色評価数、種々の光スペクトル及び色温度を有する白色光を実現することができる。例えば、第１の発光部のみを駆動することで、日中は相対的に高い８８００Ｋの色温度を有する白色光を表現し、第２の発光部のみを駆動することで、夜間には相対的に低い２６００Ｋの色温度を有する白色光を表現する。
図１３から図１７は、異なる構造を適用した本発明に係る発光素子を示すものである。
図１３を参照すると、発光素子は、基板（１０）と、基板（１０）の上に実装された第１の発光部（２００）及び第２の発光部（３００）を備える。
第１の発光部（２００）は、第１の発光ダイオードチップ（２０）と第１の蛍光物質（３０）を備える。第１の蛍光物質（３０）は、エポキシまたはシリコンのような熱硬化性樹脂（５０）に混合されて第１の発光ダイオードチップ（２０）の上に配置される。第１の発光部（２００）は、第１の発光ダイオードチップ（２０）から発せられた光と、第１の蛍光物質（３０）により波長変換された光との混合により色温度が６０００Ｋ以上の白色光（昼白色）を表現する。
同様に、第２の発光部（３００）は第２の発光ダイオードチップ（６０）と第２の蛍光物質（７０）を備える。第２の蛍光物質（７０）は、エポキシまたはシリコンのような熱硬化性樹脂（９０）に混合されてで第２の発光ダイオードチップ（６０）の上に配置される。第２の発光部（３００）は、第２の発光ダイオードチップ（６０）から発せられた光と、第２の蛍光物質（７０）により波長変換された光との混合により色温度が３０００Ｋ以下の白色光（温白色）を表現する。
基板（１０）には所定の凹所が凹設され、凹所には第１及び第２の発光部（２００、３００）が形成され、凹所の側壁は所定の勾配をつけることができる。図１４を参照すると、発光素子は、凹所（１００）を有する基板（１０）と凹所（１００）の底部に形成された第１の発光部（２００）及び第２の発光部（３００）を備える。第１の発光ダイオードチップ（２０）及び第１の蛍光物質（３０）を含む第１の発光部（２００）及び第２の発光ダイオードチップ（６０）及び第２の蛍光物質（７０）を含む第２の発光部（３００）が、凹所（１００）の底部上に形成される。第１及び第２の蛍光物質（３０、７０）と熱硬化性樹脂との混合物（５０、９０）が、第１及び第２の発光ダイオードチップ（２０、６０）の上部に配置される。凹所（１００）の側壁の所定の勾配は、発光ダイオードチップ（２０、６０）から発せられる光の反射を最大化し、発光効率を高めることができる。第１及び第２の発光部（２００、３００）の保護のために、凹所（１００）の内部に透明な熱硬化性樹脂を充填することによって、モールド部（図示せず）を形成してもよい。
更に、第１の発光部（２００）と第２の発光部（３００）を分離するために、それぞれの発光部に対応する凹所を形成してもよい。図１５を参照すると、発光素子は、発光部（２００、３００）を分離する複数の凹所を有する基板（１００）と、凹所の底部上に分離されて形成された第１の発光部（２００）及び第２の発光部（３００）を備える。第１の発光部（２００）は、１個の凹所（１１０）の底部上に第１の発光ダイオードチップ（２０）が実装され凹所（１１０）の内部に第１の蛍光物質（３０）と熱硬化性樹脂との混合物（５０）が充填されて形成される。第２の発光部（３００）も、同様の方法で形成することができる。このとき、それぞれの凹所の側壁に所定の勾配をつけることによって、発光ダイオードチップ（２０、６０）から発せられる光の反射を最大化し、発光効率を高めることができる。
凹所の側壁の形状は、まっすぐの他、湾曲していてもよい。図１６を参照すると、発光素子は、湾曲した側壁を有する凹所（１２０）を有する基板（１０）と、凹所（１２０）の底部上に形成された第１の発光部（２００）と第２の発光部（３００）とを備える。更に、凹所第１の発光部（２００）と第２の発光部（３００）とを分離するために、凹所（１２０）の底部の所定の領域に１つの隔壁（１３０）を形成してもよい。隔壁（１３０）は、図１５に示すように、基板（１０）と同じ高さに形成されてもよいし、図１６に示すように、第１の発光部（２００）と第２の発光部（３００）とを分離するために基板（１０）よりも低い高さに形成され、第１の発光部（２００）と第２の発光部（３００）に充填されるモールド部（１４０）が同時に形成されてもよい。この場合、第１及び第２の発光部（２００、３００）を保護し、第１及び第２の発光部（２００、３００）から発せられる光の混色が容易であるという利点がある。
図１７は、発光ダイオードチップ（２０、６０）から発せられる熱を効率的に放熱するための発光素子の一例を示す図である。発光素子は、ヒートシンク（１６０）と、ヒートシンク（１６０）上に形成された第１の発光部（２００）および第２の発光部（３００）と、ヒートシンク（１６０）を取り囲む筐体（１５０）と、筐体（１５０）の外部に向かって突設されたリース（leas）フレーム（１７０、１８０）と、第１及び第２の発光部(２００、３００)に充填されるモールド部（１９０）とを備える。このとき、ヒートシンク（１６０）として、例えば金属などの熱伝導性に優れた材質を用いることで、発光ダイオードチップ（２０、６０）から発せられる熱の放熱を一層効率的に行うことができる。
ヒートシンク（１６０）は、発光ダイオードチップ（２０、６０）上に蛍光物質（３０、７０）と熱硬化性樹脂との混合物（５０、９０）を配置し易くするために、それぞれの発光部（２００、３００）に対応する突部を備えるが、これに限定されるわけではない。さらに、発光部は、ヒートシンクの平らな面或いはヒートシンクの凹所の底部に凹所形成されるかもしれない。
以上詳述したように、第１及び第２の発光部は、それぞれ１つの発光ダイオードチップから成るが、これに限定されるものではない。第１及び第２の発光部は、複数の発光ダイオードチップから成ってもよい。
上述したように、本発明は、照明機器と同様に種々の製品に応用可能である。照明機器に適用するためには、５０〜８０個の個数の発光ダイオードが必要とされる。従って、異なる構造を有するように製造されたパッケージが基板上に実装されてもよいし、多数の発光ダイオードが直接基板上に実装されてもよい。
図１８に示すように、基板（４００）上に多数のドット（５００）が形成され、それぞれのドット（５００）は、第１の発光部及び第２の発光部を備える。すなわち、それぞれのドット（５００）が、昼光色及び温白色を表現することができるが、これに限定されるものではない。それぞれのドット（５００）は、第１の発光部及び第２の発光部のどちらか一方を備えることもできる。第１の発光部を備えるドットと第２の発光部を備えるドットとが、互いに一つおきに配置されてもよいし、あるいは、第１の発光部を備えるドット・グループと第２の発光部を備えるドット・グループとが、相互に離れて配置されてもよい。ドットは、工程上の便宜または所望の目的に応じて種々な形で配置することができる。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、これらの実施形態は、本発明の目的の例証及び、当業者が本発明の範疇を充分に理解することができるように提供されるものである。従って、本発明はこれらの実施形態に限定されず、異なる形で実施されてもよい。
本発明の一実施形態による発光素子を説明するための概念ブロック図である。 本発明の他の実施形態による発光素子を説明するための概念ブロック図である。 本発明の第１及び第２の制御部の一実施形態を説明するためのグラフである。 本発明の第１及び第２の制御部の一実施形態を説明するためのグラフである。 本発明の第１および第２の制御部の他の実施形態を説明するためのグラフである。 本発明の第１および第２の制御部の他の実施形態を説明するためのグラフである。 本発明の第１の実施形態に係る発光素子の発光スペクトルを示すグラフである。 本発明の第１の実施形態に係る発光素子の発光スペクトルを示すグラフである。 本発明の第２の実施形態に係る発光素子の発光スペクトルを示すグラフである。 本発明の第２の実施形態に係る発光素子の発光スペクトルを示すグラフである。 本発明の第３の実施形態に係る発光素子の発光スペクトルを示すグラフである。 本発明の第３の実施形態に係る発光素子の発光スペクトルを示すグラフである。 本発明に係る発光素子を種々の構造に適用した例を示す概略断面図である。 本発明に係る発光素子を種々の構造に適用した例を示す概略断面図である。 本発明に係る発光素子を種々の構造に適用した例を示す概略断面図である。 本発明に係る発光素子を種々の構造に適用した例を示す概略断面図である。 本発明に係る発光素子を種々の構造に適用した例を示す概略断面図である。 本発明に係る発光素子を種々の構造に適用した例を示す概略断面図である。
符号の説明
２０、６０：発光ダイオードチップ、
３０、７０：蛍光物質、
２００：第１の発光部、
３００：第２の発光部、
本発明は発光素子に係り、さらに詳しくは、一つのパッケージ内に複数の発光部を形成して種々の光スペクトル及び色温度の光を実現可能な発光素子に関する。
発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ；ＬＥＤ）とは、主なキャリアが電子であるｎ型半導体及び主なキャリアがホール（正孔）であるｐ型半導体の接合構造を有し、これらの電子とホールとの再結合によって所定の光を発するエレクトロルミネッセンス素子を言う。発光ダイオードは、従来の電球又は蛍光灯に比べて消費電力が小さく、また耐用年数が長い。発光ダイオードの消費電力は、これら従来の照明装置の十倍弱から百倍弱少なく、また寿命が数倍から数十倍であり、従って消費電力を削減し優れた耐久性を有する。また、発光ダイオードは、狭い空間に据付可能であり、振動に対して長持ちする。かかる発光ダイオードを用いた発光素子は、ディスプレイ及びバックライトとして用いられており、照明にこれを適用するための研究が盛んに行われている。例えば、赤色、青色、または、緑色といった単一色の発光ダイオードと同様に、近年白色発光ダイオードがリリースされている。白色発光ダイオードを用いた発光素子は自動車用及び照明用の製品に適用されるに伴い、その需要が急増すると見込まれている。
人間という生物は、２４時間周期リズムを持っており、これは、生理的リズムが２４時間周期で繰り返されることを意味する。例えば、ストレスホルモンとして知られているヒト・ホルモン・コルチゾールは、睡眠ホルモンとして知られているメラトニンと同様に、覚醒と睡眠に大きく影響する。午前中は、コルチゾールのレベルは、一日の活動量のベースとして増加され、深夜にはコルチゾールのレベルが最小となる。これに対し、メラトニンのレベルは午前中には低下し、眠気が減退する。しかし、昼間が終わり暗くなるとメラトニンのレベルは増加し、睡眠ホルモンが効果的になり健康な眠りの基礎となる。
一般に、光は人間の生理的リズムに大きく影響し、特に、日光はこのような効果に極めて重要な役割を果たす。日光の色温度は午前中は６０００Ｋよりも高く、午後は次第に減少していく。色温度とは光源の色に対する物理的な数値をケルビン温度（Ｋ）で示すものである。色温度が高くなるにつれて青い部分が増え、色温度が低くなるにつれて赤黄色の部分が支配的となる。また、色温度の増加に伴い脳の活動性と集中力が増加し、色温度の減少に伴い感受性が活発になり、心が快適になる。
光は波長または色温度に応じて種々の感じを与え、人間の生理的リズムに大きく影響する。生理的リズムが正常に適応しない場合に消化機能の障害、慢性疲労など多くの疾病を引き起こすことがある。このため、２４時間周期リズムを考慮した照明装置についての研究が進められているのである。
従来の発光ダイオードを用いた発光素子において、様々な白色光の作成方式が提案されている。白色光を作成する一般的な方法は、発光ダイオードから発せられる第一の光の一部と、発光ダイオードチップの周りに蛍光物質を配置し、蛍光物質により波長変換された第２の光とを混色する方法である。白色光の作成のための蛍光物質は、ガーネット蛍光体、チオガレート蛍光体、スルフィド蛍光体、シリケート蛍光体またはオキシナイトライド蛍光体などであってもよい。しかしながら、このような蛍光物質を用いた発光素子は色温度の範囲が狭く、演色評価数が極めて低く、ランプの安定性が悪いという不都合がある。すなわち、種々の光スペクトルまたは色温度を与える発光素子の製造が困難であるという不都合がある。
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、一つのパッケージ内に複数の発光部を形成することにより種々の光のスペクトルまたは色温度の光を実現する同様の能力を有する発光素子及び照明システムを提供することにある。
本発明の他の目的は、人間の生理的リズムによって光のスペクトルまたは色温度を調節する同様の能力を有する発光素子及び照明システムを提供することにある。
本発明の一実施形態によれば、６０００Ｋ以上の高い色温度の昼光色を発する第１の発光部と、３０００Ｋ以下の色温度の温白色を発する第２の発光部と、を備え、前記第１の発光部及び第２の発光部は発光ダイオードチップ及び蛍光物質を含み、前記第１の発光部及び前記第２の発光部は独立して駆動されることを特徴とする発光素子が提供される。
前記蛍光物質は下記の化学式１で表わされ、
（化学式１）
ａ（ＭＩＯ）・ｂ（ＭＩＩ ２Ｏ）・ｃ（ＭＩＩＸ）・ｄＡｌ２Ｏ３・ｅ（ＭＩＩＩＯ）・ｆ（ＭＩＶ ２Ｏ３）・ｇ（ＭＶ ｏＯｐ）・ｈ（ＭＶＩ ｘＯｙ）
式中、前記金属ＭＩはＰｂ、Ｃｕの群から選ばれた少なくとも一種以上の元素であり、前記金属ＭＩＩはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ａｕ、Ａｇの群から選ばれた少なくとも一種以上の一価元素であり、前記ＭＩＩＩはＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｎよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＶはＳｃ、Ｂ、Ｇａ、Ｉｎよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＶはＳｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＶＩはＢｉ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＸはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、０＜ａ≦２、０≦ｂ≦２、０≦ｃ≦２、０≦ｄ≦８、０＜ｅ≦４、０≦ｆ≦３、０≦ｇ≦８、１≦ｏ≦２、１≦ｐ≦５、０≦ｈ≦２、１≦ｘ≦２、１≦ｙ≦５である。
前記蛍光物質は下記の化学式２で表わされ、
（化学式２）
ａ（ＭＩＯ）・ｂ（ＭＩＩ ２Ｏ）・ｃ（ＭＩＩＩＸ）・４−ａ−ｂ−ｃ（ＭＩＩＩＯ）・７（Ａｌ２Ｏ３）・ｄ（Ｂ２Ｏ３）・ｅ（Ｇａ２Ｏ３）・ｆ（ＳｉＯ２）・ｇ（ＧｅＯ２）・ｈ（ＭＩＶ ｘＯｙ）
式中、ＭＩはＰｂ、Ｃｕよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＩはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ａｕ、Ａｇよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＩＩはＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｎよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＶはＢｉ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｉｎ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＸはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、０＜ａ≦４、０≦ｂ≦２、０≦ｃ≦２、ａ＋ｂ＋ｃ≦４、０≦ｄ≦１、０≦ｅ≦１、０≦ｆ≦１、０≦ｇ≦１、０＜ｈ≦０．５、１≦ｘ≦２、１≦ｙ≦５である。
前記蛍光物質は下記の化学式３で表わされ、
（化学式３）
ａ（ＭＩＯ）・ｂ（ＭＩＩＯ）・ｃ（Ａｌ２Ｏ３）・ｄ（ＭＩＩＩ ２Ｏ３）・ｅ（ＭＩＶＯ２）・ｆ（ＭＶ ｘＯｙ）
式中、ＭＩはＰｂ、Ｃｕよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＩはＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｎよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＩＩはＢ、Ｇａ、Ｉｎよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＶはＳｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＶはＢｉ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、０＜ａ≦１、０≦ｂ≦２、０＜ｃ≦８、０≦ｄ≦１、０≦ｅ≦１、０＜ｆ≦２、１≦ｘ≦２、１≦ｙ≦５である。
前記蛍光物資は下記の化学式４で表わされ、
（化学式４）
ａ（ＭＩＯ）・ｂ（ＭＩＩＯ）・ｃ（ＭＩＩＩＸ）・ｄ（ＭＩＩＩ ２Ｏ）・ｅ（ＭＩＶ ２Ｏ３）・ｆ（ＭＶ ｏＯｐ）・ｇ（ＳｉＯ２）・ｈ（ＭＶＩ ｘＯｙ）
式中、ＭＩはＰｂ、Ｃｕよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＩはＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｎよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＩＩはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ａｕ、Ａｇよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＶはＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｂよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＶはＧｅ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｐよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＶＩはＢｉ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＸはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、０＜ａ≦２、０＜ｂ≦８、０≦ｃ≦４、０≦ｄ≦２、０≦ｅ≦２、０≦ｆ≦２、０≦ｇ≦１０、０＜ｈ≦５、１≦ｏ≦２、１≦ｐ≦５、１≦ｘ≦２、１≦ｙ≦５である。
前記蛍光物質は下記の化学式５で表わされ、
（化学式５）
ａ（ＭＩＯ）・ｂ（ＭＩＩ ２Ｏ）・ｃ（ＭＩＩＸ）・ｄ（Ｓｂ２Ｏ５）・ｅ（ＭＩＩＩＯ）・ｆ（ＭＩＶ ｘＯｙ）
式中、ＭＩはＰｂ、Ｃｕよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＩはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ａｕ、Ａｇよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＩＩはＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｎよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＶはＢｉ、Ｓｎ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｇｄよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＸはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、０＜ａ≦２、０≦ｂ≦２、０≦ｃ≦４、０＜ｄ≦８、０≦ｅ≦８、０≦ｆ≦２、１≦ｘ≦２、１≦ｙ≦５である。
前記蛍光物質は下記の化学式６で表わされ、
（化学式６）
ａ（ＭＩＯ）・ｂ（ＭＩＩ ２Ｏ）・ｃ（ＭＩＩＸ）・ｄＧｅＯ２・ｅ（ＭＩＩＩＯ）・ｆ（ＭＩＶ ２Ｏ３）・ｇ（ＭＶ ｏＯｐ）・ｈ（ＭＶＩ ｘＯｙ）
式中、ＭＩはＰｂ、Ｃｕよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＩはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ａｕ、Ａｇよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＩＩはＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＶはＳｃ、Ｙ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｌａよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＶはＳｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＶＩはＢｉ、Ｓｎ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、ＸはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、０＜ａ≦２、０≦ｂ≦２、０≦ｃ≦１０、０＜ｄ≦１０、０≦ｅ≦１４、０≦ｆ≦１４、０≦ｇ≦１０、０≦ｈ≦２、１≦ｏ≦２、１≦ｐ≦５、１≦ｘ≦２、１≦ｙ≦５である。
前記蛍光物質は下記の化学式７で表わされ、
（化学式７）
ａ（ＭＩＯ）・ｂ（ＭＩＩ ２Ｏ）・ｃ（ＭＩＩＸ）・ｄＰ２Ｏ５・ｅ（ＭＩＩＩＯ）・ｆ（ＭＩＶ ２Ｏ３）・ｇ（ＭＶＯ２）・ｈ（ＭＶＩ ｘＯｙ）
式中、ＭＩはＰｂ、Ｃｕよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＩはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ａｕ、Ａｇよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＩＩはＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｎよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＶはＳｃ、Ｙ、Ｂ、Ａｌ、Ｌａ、Ｇａ、Ｉｎよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＶはＳｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＶＩはＢｉ、Ｓｎ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｃｅ、Ｔｂよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、ＸはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、０＜ａ≦２、０≦ｂ≦１２、０≦ｃ≦１６、０＜ｄ≦３、０≦ｅ≦５、０≦ｆ≦３、０≦ｇ≦２、０＜ｈ≦２、１≦ｘ≦２、１≦ｙ≦５である。
前記発光素子は、一又は複数の蛍光物質を含んでもよい。
前記発光ダイオードチップは、青色光またはＵＶ光を発してもよい。
前記発光素子は、前記第１の発光部及び前記第２の発光部の少なくともいずれか一つに印加される電圧を調節する制御部をさらに備えてもよい。
前記制御部は外部より入力された電圧を時間ごとに制御して前記第１の発光部及び前記第２の発光部の少なくともいずれか一つに印加してもよい。
前記制御部は２４時間を周期として電圧を増減し、前記第１の発光部及び前記第２の発光部の少なくともいずれか一つに前記電圧を印加してもよい。
前記第１の発光部及び前記第２の発光部は一つのパッケージ内に形成されてもよい。
前記パッケージはさらに基板を有し、前記第１の発光部及び前記第２の発光部の発光ダイオードチップは前記基板上に実装され、前記第１の発光部及び前記第２の発光部の蛍光物質は前記発光ダイオードチップ上にそれぞれ配置されてもよい。
前記発光素子はさらに前記発光ダイオードチップで発せられる熱を放熱するヒートシンクを備え、前記第１の発光部及び前記第２の発光部の発光ダイオードチップは前記ヒートシンク上に実装され、前記第１の発光部及び前記第２の発光部の蛍光物質は前記発光ダイオードチップ上にそれぞれ配置されてもよい。
前記基板には凹所が形成され、前記凹所の下部に前記第１の発光部及び前記第２の発光部が形成されてもよい。
前記凹所は複数の凹所を含み、それぞれの凹所は相互に離隔して位置し、前記第１の発光部又は前記第２の発光部が、それぞれの凹所の下部に形成されてもよい。
前記第１の発光部及び前記第２の発光部を共通して封止するモールディング部をさらに備えてもよい。
本発明の一実施形態によれば、相対的に高い色温度の第１の白色光を発する第１の発光部と、相対的に低い色温度の第２の白色光を発する第２の発光部と、を有し、前記第１の発光部及び前記第２の発光部は独立して駆動されることを特徴とする発光素子が提供される。
本発明の一実施形態によれば、ベースプレートと、前記ベースプレートの上に配置される複数の発光素子と、を備え、前記発光素子のそれぞれは、６０００Ｋ以上の高い色温度の昼白色を発する第１の発光部と、３０００Ｋ以下の低い色温度の温白色を発する第２の発光部と、を備え、前記第１の発光部及び前記第２の発光部のそれぞれは発光ダイオードチップ及び蛍光物質を含み、前記第１の発光部及び前記第２の発光部は独立して駆動されることを特徴とする照明システムが提供される。
本発明の一実施形態によれば、ベースプレートと、前記ベースプレートの上に配置される少なくとも１以上の第１の発光素子と、少なくとも１以上の第２の発光素子と、を備え、前記第１の発光素子は６０００Ｋ以上の高い色温度の昼白色を発する第１の発光部を有し、前記第２の発光素子は３０００Ｋ以下の低い色温度の温白色を発する第２の発光部を有し、前記第１の発光部及び前記第２の発光部のそれぞれは発光ダイオードチップ及び蛍光物質を含み、前記第１の発光部及び前記第２の発光部は独立して駆動されることを特徴とする照明システムが提供される。
前記第１の発光素子と前記第２の発光素子は隣接して繰り返して配置されてもよい。
前記第１の発光素子は前記ベースプレートの第１の領域に配置され、前記第２の発光素子は前記ベースプレートの第２の領域に配置されてもよい。
本発明は一つのパッケージ内に複数の発光部を形成するので、異なる光のスペクトル及び色温度を有する白色光を実現することにより所望の雰囲気及び用途に多様に適用可能であるという利点がある。特に、本発明は、人間の２４時間周期リズムに従って光の波長または色温度を適切に調節することにより、健康上の効果がある。
さらに、種々のスペクトル及び色温度を有する白色光を実現するために、従来技術においては別のパッケージとして構成していたものを、一つのパッケージに形成することにより、工程上の煩雑さ及びコストを低減し空間の有効使用を増大させるという効果がある。
以下、添付図面に基づき、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。これらの実施の形態は、単に本発明の目的を説明するためのものであり、且つ、当業者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものである。従って、本発明は実施の形態に限定されるものではなく、相異なる形で実現可能である。図中、各部品の幅、長さ、厚さ等は、説明の利便性と明晰性のために誇張される場合がある。図中、同じ符号は同じ要素を示す。
本発明に係る発光素子は、一つのパッケージ内に相対的に色温度が高い白色光を発する第１の発光部と、相対的に色温度が低い白色光を発する第２の発光部と、を備え、第１の発光部と第２の発光部は互いに独立して駆動可能であることを特徴とする。
第１の発光部は、色温度が６０００Ｋ以上の白色光、すなわち、昼光色として知られている白色光を発する。第２の発光部は、色温度が３０００Ｋ以下の白色光、すなわち、温白色として知られている白色光を発する。
第１の発光部及び第２の発光部は、発光ダイオードチップ及び蛍光物質を含む。発光ダイオードチップから発せられる青色光またはＵＶ光と、蛍光物質により波長変換された光との混合により、所望の光のスペクトル及び色温度を有する白色光を実現することができる。
第１の発光部または第２の発光部を構成する発光ダイオードチップ及び蛍光物質は多様に構成することができる。例えば、第１の発光部または第２の発光部は一つの青色発光ダイオードチップと、一つの黄色発光蛍光物質を含むことができる。発光ダイオードチップから発せられる青色光と、蛍光物質により波長変換された黄色光との混合によって白色光が実現される。さらに、第１の発光部または第２の発光部は、一つの青色発光ダイオードチップと、緑色発光蛍光物質及び燈色発光蛍光物質を含んでもよい。発光ダイオードチップから発せられる青色光と、蛍光物質により波長変換された緑色光及び燈色光の混合により白色光が実現される。この場合には、前記発光ダイオードチップから発せられる青色光と蛍光物質によって波長変換された黄色光との混合により実現される白色光に比べて、より向上した演色評価数が得られるという長所がある。すなわち、発光ダイオードチップと、異なる発光ピークを有する多数の蛍光物質の原料を用いることにより、演色評価数を向上させることができる。
前述した発光ダイオードチップとしては、青色発光ダイオードチップまたはＵＶ発光ダイオードチップを用いることが好ましい。
前述した蛍光物質は、例えば、緑色から赤色までの発光ピークを有するシリケート蛍光体などの異なる発光ピークを有する蛍光物質の原料を用いることを特徴とする。発光ダイオードチップから発せられる光から種々の色を作成することにより、種々の光のスペクトル及び色温度を有する白色光を実現することができる。複数の蛍光物質の原料を使用する場合、同じ系列の蛍光物質の原料を用いることにより、蛍光物質の原料相互間の影響力を最小化することができる。
前述した蛍光物質の原料は、アルミネート系、シリケート系、オキシナイトライド系、アンチモネート系、ゲルマネート系またはフォスフェイト系を含む。特に、鉛または銅を含有する蛍光物質の原料を用いることにより、高い安定性と優れた光励起特性が得られる。
アルミネート系蛍光物質は、下記の化学式１、化学式２、化学式３で表わされる蛍光物質の原料を含む。
（化学式１）
ａ（ＭＩＯ）・ｂ（ＭＩＩ ２Ｏ）・ｃ（ＭＩＩＸ）・ｄＡｌ２Ｏ３・ｅ（ＭＩＩＩＯ）・ｆ（ＭＩＶ ２Ｏ３）・ｇ（ＭＶ ｏＯｐ）・ｈ（ＭＶＩ ｘＯｙ）
式中、金属ＭＩはＰｂ、Ｃｕよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素であり、金属ＭＩＩはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ａｕ、Ａｇよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の一価元素であり、ＭＩＩＩはＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｎよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の二価元素であり、ＭＩＶはＳｃ、Ｂ、Ｇａ、Ｉｎよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の三価元素であり、ＭＶはＳｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素であり、ＭＶＩはＢｉ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素であり、ＸはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素である。そして、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｏ、ｐ、ｈ、ｘ、ｙの範囲は、それぞれ０＜ａ≦２、０≦ｂ≦２、０≦ｃ≦２、０≦ｄ≦８、０＜ｅ≦４、０≦ｆ≦３、０≦ｇ≦８、１≦ｏ≦２、１≦ｐ≦５、０≦ｈ≦２、１≦ｘ≦２、１≦ｙ≦５である。
（化学式２）
ａ（ＭＩＯ）・ｂ（ＭＩＩ ２Ｏ）・ｃ（ＭＩＩＩＸ）・４−ａ−ｂ−ｃ（ＭＩＩＩＯ）・７（Ａｌ２Ｏ３）・ｄ（Ｂ２Ｏ３）・ｅ（Ｇａ２Ｏ３）・ｆ（ＳｉＯ２）・ｇ（ＧｅＯ２）・ｈ（ＭＩＶ ｘＯｙ）
式中、ＭＩはＰｂ、Ｃｕよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素であり、ＭＩＩはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ａｕ、Ａｇよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の一価元素であり、ＭＩＩＩはＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｎよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の二価元素であり、ＭＩＶはＢｉ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｉｎ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素であり、ＸはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素である。そして、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｘ、ｙの範囲は、それぞれ０＜ａ≦４、０≦ｂ≦２、０≦ｃ≦２、ａ＋ｂ＋ｃ≦４、０≦ｄ≦１、０≦ｅ≦１、０≦ｆ≦１、０≦ｇ≦１、０＜ｈ≦０．５、１≦ｘ≦２、１≦ｙ≦５である。
（化学式３）
ａ（ＭＩＯ）・ｂ（ＭＩＩＯ）・ｃ（Ａｌ２Ｏ３）・ｄ（ＭＩＩＩ ２Ｏ３）・ｅ（ＭＩＶＯ２）・ｆ（ＭＶ ｘＯｙ）
式中、ＭＩはＰｂ、Ｃｕよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素であり、ＭＩＩはＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｎよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の二価元素であり、ＭＩＩＩはＢ、Ｇａ、Ｉｎよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素であり、ＭＩＶはＳｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素であり、ＭＶはＢｉ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素である。
そして、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｘ、ｙの範囲は、それぞれ０＜ａ≦１、０≦ｂ≦２、０＜ｃ≦８、０≦ｄ≦１、０≦ｅ≦１、０＜ｆ≦２、１≦ｘ≦２、１≦ｙ≦５である。
シリケート系蛍光物質は、下記の化学式４で表わされる蛍光物質の原料を含む。
（化学式４）
ａ（ＭＩＯ）・ｂ（ＭＩＩＯ）・ｃ（ＭＩＩＩＸ）・ｄ（ＭＩＩＩ ２Ｏ）・ｅ（ＭＩＶ ２Ｏ３）・ｆ（ＭＶ ｏＯｐ）・ｇ（ＳｉＯ２）・ｈ（ＭＶＩ ｘＯｙ）
式中、ＭＩはＰｂ、Ｃｕよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素であり、ＭＩＩはＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｎよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の二価元素であり、ＭＩＩＩはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ａｕ、Ａｇよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の一価元素であり、ＭＩＶはＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｂよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素であり、ＭＶはＧｅ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｐよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素であり、ＭＶＩはＢｉ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素であり、ＸはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素である。そして、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｏ、ｐ、ｘ、ｙの範囲は、０＜ａ≦２、０＜ｂ≦８、０≦ｃ≦４、０≦ｄ≦２、０≦ｅ≦２、０≦ｆ≦２、０≦ｇ≦１０、０＜ｈ≦５、１≦ｏ≦２、１≦ｐ≦５、１≦ｘ≦２、１≦ｙ≦５である。
アンチモネート系蛍光物質は、下記の化学式５で表わされる蛍光物質の原料を含む。
（化学式５）
ａ（ＭＩＯ）・ｂ（ＭＩＩ ２Ｏ）・ｃ（ＭＩＩＸ）・ｄ（Ｓｂ２Ｏ５）・ｅ（ＭＩＩＩＯ）・ｆ（ＭＩＶ ｘＯｙ）
式中、ＭＩはＰｂ、Ｃｕよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素であり、ＭＩＩはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ａｕ、Ａｇよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の一価元素であり、ＭＩＩＩはＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｎよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の二価元素であり、ＭＩＶはＢｉ、Ｓｎ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｇｄよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素であり、ＸはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素である。そして、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｏ、ｐ、ｈ、ｘ、ｙの範囲は、それぞれ０＜ａ≦２、０≦ｂ≦２、０≦ｃ≦４、０＜ｄ≦８、０≦ｅ≦８、０≦ｆ≦２、１≦ｘ≦２、１≦ｙ≦５である。
ゲルマネート系蛍光物質は、下記の化学式６で表わされる蛍光物質の原料を含む。
（化学式６）
ａ（ＭＩＯ）・ｂ（ＭＩＩ ２Ｏ）・ｃ（ＭＩＩＸ）・ｄＧｅＯ２・ｅ（ＭＩＩＩＯ）・ｆ（ＭＩＶ ２Ｏ３）・ｇ（ＭＶ ｏＯｐ）・ｈ（ＭＶＩ ｘＯｙ）
式中、ＭＩはＰｂ、Ｃｕよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素であり、ＭＩＩはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ａｕ、Ａｇよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の一価元素であり、ＭＩＩＩはＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の二価元素であり、ＭＩＶはＳｃ、Ｙ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｌａよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の三価元素であり、ＭＶはＳｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素であり、ＭＶＩはＢｉ、Ｓｎ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素であり、ＸはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素である。そして、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｏ、ｐ、ｘ、ｙの範囲は、それぞれ０＜ａ≦２、０≦ｂ≦２、０≦ｃ≦１０、０＜ｄ≦１０、０≦ｅ≦１４、０≦ｆ≦１４、０≦ｇ≦１０、０≦ｈ≦２、１≦ｏ≦２、１≦ｐ≦５、１≦ｘ≦２、１≦ｙ≦５である。
フォスフェイト系蛍光物質は、下記の化学式７で表わされる蛍光物質の原料を含む。
（化学式７）
ａ（ＭＩＯ）・ｂ（ＭＩＩ ２Ｏ）・ｃ（ＭＩＩＸ）・ｄＰ２Ｏ５・ｅ（ＭＩＩＩＯ）・ｆ（ＭＩＶ ２Ｏ３）・ｇ（ＭＶＯ２）・ｈ（ＭＶＩ ｘＯｙ）
式中、ＭＩはＰｂ、Ｃｕよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素であり、ＭＩＩはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ａｕ、Ａｇよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の一価元素であり、ＭＩＩＩはＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｎよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の二価元素であり、ＭＩＶはＳｃ、Ｙ、Ｂ、Ａｌ、Ｌａ、Ｇａ、Ｉｎよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の三価元素であり、ＭＶはＳｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素であり、ＭＶＩはＢｉ、Ｓｎ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｃｅ、Ｔｂよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素であり、ＸはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉよりなる群から選ばれた少なくとも一種以上の元素である。そして、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｏ、ｐ、ｘ、ｙの範囲は、それぞれ０＜ａ≦２、０≦ｂ≦１２、０≦ｃ≦１６、０＜ｄ≦３、０≦ｅ≦５、０≦ｆ≦３、０≦ｇ≦２、０＜ｈ≦２、１≦ｘ≦２、１≦ｙ≦５である。
図１は、本発明の一実施形態に係る発光素子を説明するための概念ブロック図である。
図１を参照すると、発光素子は、色温度が６０００Ｋ以上の昼光色を発する第１の発光部と、色温度が３０００Ｋ以下の温白色を発する第２の発光部とを備え、前記第１の発光部と第２の発光部は互いに独立して駆動可能であることを特徴とする。この種の発光素子は、一つのパッケージ（Ａ）における複数の発光部が独自の電気接続を取ることが可能であることから、前記第１の発光部と第２の発光部は独立して駆動することができる。例えば、第１の発光部のみが電源を投入された場合、色温度が６０００Ｋ以上の白色光（昼光色）を実現することができ、第２の発光部のみが電源を投入された場合、色温度が３０００Ｋ以下の白色光（温白色）を実現することができる。更に、第１の発光部と第２の発光部が同時に電源を投入された場合、第１の発光部の白色光と第２の発光部の白色光との混合により色温度が３０００〜６０００Ｋの範囲を有する白色光を実現することができる。このため、発光素子は、第１の発光部と第２の発光部を選択的に駆動させることにより、高演色指数、可変スペクトル及び色温度を有しする白色光を実現することができる。本発明に係る発光素子は、可変スペクトル及び色温度を有する白色光を実現することができることから、一つのパッケージ（Ａ）によって所望の雰囲気及び用途に様々に適用することができるという利点がある。例えば、昼間には、６０００Ｋ以上の色温度（昼白色）を有する白色光を発する第１の発光部を駆動することで、人間の脳の活動性と集中力を高めることができ、夜間には、３０００Ｋ以下の色温度（温白色）を有する白色光を発する第２の発光部を駆動して人々がより安らかで心地よい休息を取る手助けとなる。特に、人間の２４時間周期機能によって光の波長または色温度を適切に調節することにより、健康を増進させることができるという効果がある。
図２は、本発明の他の実施形態に係る発光素子を説明するための概念ブロック図である。
図２を参照すると、本発光素子は、色温度が６０００Ｋ以上の昼光色を発する第１の発光部と、色温度が３０００Ｋ以下の温白色を発する第２の発光部と、前記第１の発光部に接続される第１の制御部と、前記第２の発光部に接続される第２の制御部とを有する。そして、第１及び第２の制御部は、外部から第１及び第２の発光部に印加される電圧を制御することを特徴とする。
前記第１及び第２の制御部は、第１及び第２の発光部に印加される電圧をそれぞれ制御するためのもので、例えば、前記第１及び第２の制御部は電源からの入力電圧を時間により制御して出力する。そこで、前記第１及び第２の制御部は、タイマーと電圧制御回路を備えてもよい。すなわち、外部電源より制御部に入力される電圧は、タイマーと電圧制御回路を通じて時間によって制御され、第１及び第２の発光部に受け渡される。
図３及び図４は、第１及び第２の制御部の一実施形態をそれぞれ説明するため図である。
図３に示すように、第１の制御部（イメージ（１））は、一日の最初の１２時間中には外部電源からの電圧を受け渡し、一日の残りの１２時間中には電圧の印加を止める。対照的に、第２の制御部（イメージ（２））は、図４に示すように、一日の最初の１２時間中には外部電源からの電圧の印加を止め、一日の残りの１２時間中には外部電源からの電圧を受け渡す。すなわち、 一日中の１２時間中には電源は第１の発光部を駆動するために第１の発光部のみに伝えられ、残りの１２時間中には電源は第２の発光部を駆動するために第２の発光部のみに伝えられる。
発光素子の動作を説明すると、以下の通りである。電源が第１及び第２の制御部に印加され、第１及び第２の制御部は時間により電圧を制御して第１及び第２の発光部に伝える。上述したように、一日中の１２時間中には、外部電源より印加された電圧が第１の発光部にのみ伝えられ、残りの１２時間中には、外部電源より印加された電圧が第２の発光部にのみ伝えられる。
すなわち、一日中の１２時間、例えば、昼間には第１の発光部のみを駆動して色温度が６０００Ｋ以上の白色光（昼白色）を実現することができ、残りの１２時間、例えば、第２の発光部のみを駆動して色温度が３０００Ｋ以下の白色光（温白色）を実現することができる。
以上、第１及び第２の発光部の電源のオン／オフの一例を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々に適用可能である。例えば、図５及び図６に示すように、時間により電圧を増減させて第１及び第２の発光部の光度を増減することができる。従って、発光素子から発せられた白色光の色温度が次第に増減するようにすることができる。
この種の発光素子は、第１及び第２の制御部を通じて第１及び第２の発光部の動作を制御することができることから、要求される通りに種々に適用することができる。
すなわち、別個の入力をすることなく時間により色温度が自動的に調節される発光素子を提供することができる。例えば、発光素子を、昼間には色温度が相対的に高い白色光を実現し、夜間には色温度が相対的に低い白色光を実現するように形成することができる。特に、人間の２４時間周期リズムにより光の波長または色温度を適切に調節することにより、健康を増進することができるという効果がある。
以上、時間により電圧を制御する制御部の一実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、前記制御部は別個の入力部をさらに備えてユーザーの要求に応じて色温度を調節するように形成してもよい。また、上記において第１及び第２の制御部に電源が同時に印加される一実施形態を説明したが、これに限定されるものではなく、第１及び第２の制御部は別個の電源に接続されてもよく、独立して駆動されてもよい。さらに、第１の発光部と第２の発光部を共に制御可能な一つの制御部だけを備えてもよい。
このように、そのような発光素子は、白色光の種々の光スペクトル及び色温度を実現することができるので、一つのパッケージ（Ａ）のみで所望の雰囲気及び用途に様々に適用することができる。例えば、昼間に６０００Ｋ以上の色温度を有する白色光（昼白色）を発する第１の発光部のみを駆動することにより、人間の脳の活動性と集中力を増進し、夜間に３０００Ｋ以下の色温度を有する白色光（温白色）を発する第２の発光部のみを駆動することで、人々がより安らかで心地よい休息を取る手助けとなる。特に、人間の２４時間周期リズムにより光の波長または色温度を適切に調節することにより、健康を増進することができるという効果がある。
さらに、種々のスペクトル及び色温度を有する白色光の実現のために、従来技術においては別のパッケージとして構成していたものを、一つのパッケージに形成することにより、工程上の煩雑さ及びコストを低減し空間の有効使用を増大させるという効果がある。
以下、本発明について下記の実施例を基に詳述する。
［実施例１］
第１の発光部を、４５６ｎｍの波長（青色光）を有する発光ダイオードチップと、５１５ｎｍの発光ピークを有するＣｕ０ . １５Ｂａ１ . ８２Ｓｒ０ . ０３Ｓｉ０ . ９９Ｇｅ０ . ０１Ｏ４：Ｅｕから成る蛍光物質と、５９３ｎｍの発光ピークを有するＣｕ０ . ０５Ｓｒ１ . ７２Ｃａ０ . ２３Ｓｉ０ . ９９Ｇｅ０ . ０１Ｏ４：Ｅｕから成る蛍光物質を用いて構成する。
第２の発光部を、４５２ｎｍの波長を有する発光ダイオードチップと、５０８ｎｍの発光ピークを有するＣｕ０ . １５Ｂａ１ . ８４Ｓｒ０ . ０１Ｓｉ０ . ９９Ｚｒ０ . ０１Ｏ４：Ｅｕから成る蛍光物質と、６０５ｎｍの発光ピークを有するＣｕ０ . ０５Ｓｒ１ . ８５Ｃａ０ . １０ＳｉＯ４：Ｅｕから成る蛍光物質を用いて構成する。
図７は、第１の発光部の発光スペクトルを示し、図８は、第２の発光部の発光スペクトルを示す。これらの図に示すように、第１の発光部の光度は青色発光領域の光度が相対的に高く、第２の発光部の光度は黄色ないし赤色発光領域の光度が相対的に高い。すなわち、第１の発光部は相対的に色温度が高く、第２の発光部は相対的に色温度が低いと言える。
本実施形態の第１の発光部は、演色評価数８８という優れた評価数の９５００Ｋの色温度を有する。更に、第２の発光部は、演色評価数８３という優れた評価数の２６４０Ｋの色温度を有する。
つまり、第１の発光部と第２の発光部を選択的に駆動することにより、優れた演色評価数及び種々のスペクトルを有する白色光を実現することができる。例えば、昼間には第１の発光部のみを駆動することで９５００Ｋの相対的に高い色温度を有する白色光を実現し、夜間には第２の発光部のみを駆動することで２６４０Ｋの相対的に低い色温度を有する白色光を実現する。
［実施例２］
第１の発光部を、４５６ｎｍの波長を有する発光ダイオードチップと、５１５ｎｍの発光ピークを有するＣｕ０ . １５Ｂａ１ . ８２Ｓｒ０ . ０３Ｓｉ０ . ９９Ｇｅ０ . ０１Ｏ４：Ｅｕから成る蛍光物質と、６００ｎｍの発光ピークを有するＣｕ０ . ０５Ｓｒ１ . ８Ｃａ０ . １５ＳｉＯ４：Ｅｕからなる蛍光物質を用いて構成する。
第２の発光部を、４５６ｎｍの波長を有する発光ダイオードチップと、５１５ｎｍの発光ピークを有するＣｕ０ . １５Ｂａ１ . ８２Ｓｒ０ . ０３Ｓｉ０ . ９９Ｇｅ０ . ０１Ｏ４：Ｅｕから成る蛍光物質と、６００ｎｍの発光ピークを有するＣｕ０ . ０５Ｓｒ１ . ８Ｃａ０ . １５ＳｉＯ４：Ｅｕから成る蛍光物質を用いて構成する。
第１の発光部の蛍光物質組成比と第２の発光部の蛍光物質組成比は異なるため、第１の発光部の色温度及び演色評価数と第２の発光部の色温度及び演色評価数は異なる。
図９は、第１の発光部の発光スペクトルを示し、図１０は、第２の発光部の発光スペクトルを示す。図９及び図１０に示すように、第１の発光部の色温度は相対的に高く、第２の発光部の色温度は相対的に低い。
本実施形態の第１の発光部は、演色評価数９２という優れた評価数の８８００Ｋの色温度を有する。さらに、第２の発光部は、演色評価数８０という優れた評価数の２５５０Ｋの色温度を有する。
第１の発光部と第２の発光部を選択的に駆動することにより、優れた演色評価数、種々の光スペクトル及び色温度を有する白色光を実現することができる。例えば、第１の発光部のみを駆動することで、日中は相対的に高い８８００Ｋの色温度を有する白色光を表現し、第２の発光部のみを駆動することで、夜間には相対的に低い２５５０Ｋの色温度を有する白色光を表現する。
［実施例３］
第１の発光部を、４０５ｎｍの波長のＵＶ光を発する発光ダイオードチップと、４４０ｎｍの発光ピークを有するＣｕ０ . ０２Ｂａ２ . ８Ｓｒ０ . ２Ｍｇ０ . ９８Ｓｉ２Ｏ８：Ｅｕから成る蛍光物質と、５０８ｎｍの発光ピークを有するＣｕ０ . １５Ｂａ１ . ８４Ｓｒ０ . ０１Ｓｉ０ . ９９Ｚｒ０ . ０１Ｏ４：Ｅｕから成る蛍光物質と、５６５ｎｍの発光ピークを有するＣｕ０ . ０２Ｂａ０ . ９８Ｓｒ０ . ９８Ｃａ０ . ０２ＳｉＯ４：Ｅｕから成る蛍光物質と、６３０ｎｍの発光ピークを有するＣｕ０ . １５Ｍｇ０ . ８５ＢａＰ２Ｏ７：Ｅｕ、Ｍｎから成る蛍光物質を用いて構成する。
第２の発光部を、４０５ｎｍの波長のＵＶ光を発する発光ダイオードチップと、４４０ｎｍの発光ピークを有するＣｕ０ . ０２Ｂａ２ . ８Ｓｒ０ . ２Ｍｇ０ . ９８Ｓｉ２Ｏ８：Ｅｕから成る蛍光物質と、５１５ｎｍの発光ピークを有するＣｕ０ . １５Ｂａ１ . ８２Ｓｒ０ . ０３Ｓｉ０ . ９９Ｇｅ０ . ０１Ｏ４：Ｅｕから成る蛍光物質と、５９３ｎｍの発光ピークを有するＣｕ０ . ０５Ｓｒ１ . ７２Ｃａ０ . ２３Ｓｉ０ . ９９Ｇｅ０ . ０１Ｏ４：Ｅｕから成る蛍光物質と、６３０ｎｍの発光ピークを有するＣｕ０ . １５Ｍｇ０ . ８５ＢａＰ２Ｏ７：Ｅｕ、Ｍｎから成る蛍光物質を用いて構成する。
図１１は、第１の発光部の発光スペクトルを示し、図１２は、第２の発光部の発光スペクトルを示す。図１１及び図１２に示すように、第１の発光部の色温度は相対的に高く、第２の発光部の色温度は相対的に低い。
本実施形態の第１の発光部は、演色評価数８８という優れた評価数の８８００Ｋの色温度を有する。更に、第２の発光部は、演色評価数９５という優れた評価数の２６００Ｋの色温度を有する。
第１の発光部と第２の発光部を選択的に駆動することにより、優れた演色評価数、種々の光スペクトル及び色温度を有する白色光を実現することができる。例えば、第１の発光部のみを駆動することで、日中は相対的に高い８８００Ｋの色温度を有する白色光を表現し、第２の発光部のみを駆動することで、夜間には相対的に低い２６００Ｋの色温度を有する白色光を表現する。
図１３から図１７は、異なる構造を適用した本発明に係る発光素子を示すものである。
図１３を参照すると、発光素子は、基板（１０）と、基板（１０）の上に実装された第１の発光部（２００）及び第２の発光部（３００）を備える。
第１の発光部（２００）は、第１の発光ダイオードチップ（２０）と第１の蛍光物質（３０）を備える。第１の蛍光物質（３０）は、エポキシまたはシリコンのような熱硬化性樹脂（５０）に混合されて第１の発光ダイオードチップ（２０）の上に配置される。第１の発光部（２００）は、第１の発光ダイオードチップ（２０）から発せられた光と、第１の蛍光物質（３０）により波長変換された光との混合により色温度が６０００Ｋ以上の白色光（昼白色）を表現する。
同様に、第２の発光部（３００）は第２の発光ダイオードチップ（６０）と第２の蛍光物質（７０）を備える。第２の蛍光物質（７０）は、エポキシまたはシリコンのような熱硬化性樹脂（９０）に混合されてで第２の発光ダイオードチップ（６０）の上に配置される。第２の発光部（３００）は、第２の発光ダイオードチップ（６０）から発せられた光と、第２の蛍光物質（７０）により波長変換された光との混合により色温度が３０００Ｋ以下の白色光（温白色）を表現する。
基板（１０）には所定の凹所が凹設され、凹所には第１及び第２の発光部（２００、３００）が形成され、凹所の側壁は所定の勾配をつけることができる。図１４を参照すると、発光素子は、凹所（１００）を有する基板（１０）と凹所（１００）の底部に形成された第１の発光部（２００）及び第２の発光部（３００）を備える。第１の発光ダイオードチップ（２０）及び第１の蛍光物質（３０）を含む第１の発光部（２００）及び第２の発光ダイオードチップ（６０）及び第２の蛍光物質（７０）を含む第２の発光部（３００）が、凹所（１００）の底部上に形成される。第１及び第２の蛍光物質（３０、７０）と熱硬化性樹脂との混合物（５０、９０）が、第１及び第２の発光ダイオードチップ（２０、６０）の上部に配置される。凹所（１００）の側壁の所定の勾配は、発光ダイオードチップ（２０、６０）から発せられる光の反射を最大化し、発光効率を高めることができる。第１及び第２の発光部（２００、３００）の保護のために、凹所（１００）の内部に透明な熱硬化性樹脂を充填することによって、モールド部（図示せず）を形成してもよい。
更に、第１の発光部（２００）と第２の発光部（３００）を分離するために、それぞれの発光部に対応する凹所を形成してもよい。図１５を参照すると、発光素子は、発光部（２００、３００）を分離する複数の凹所を有する基板（１０）と、凹所の底部上に分離されて形成された第１の発光部（２００）及び第２の発光部（３００）を備える。第１の発光部（２００）は、１個の凹所（１１０）の底部上に第１の発光ダイオードチップ（２０）が実装され凹所（１１０）の内部に第１の蛍光物質（３０）と熱硬化性樹脂との混合物（５０）が充填されて形成される。第２の発光部（３００）も、同様の方法で形成することができる。このとき、それぞれの凹所の側壁に所定の勾配をつけることによって、発光ダイオードチップ（２０、６０）から発せられる光の反射を最大化し、発光効率を高めることができる。
凹所の側壁の形状は、まっすぐの他、湾曲していてもよい。図１６を参照すると、発光素子は、湾曲した側壁を有する凹所（１２０）を有する基板（１０）と、凹所（１２０）の底部上に形成された第１の発光部（２００）と第２の発光部（３００）とを備える。更に、凹所第１の発光部（２００）と第２の発光部（３００）とを分離するために、凹所（１２０）の底部の所定の領域に１つの隔壁（１３０）を形成してもよい。隔壁（１３０）は、図１５に示すように、基板（１０）と同じ高さに形成されてもよいし、図１６に示すように、第１の発光部（２００）と第２の発光部（３００）とを分離するために基板（１０）よりも低い高さに形成され、第１の発光部（２００）と第２の発光部（３００）に充填されるモールド部（１４０）が同時に形成されてもよい。この場合、第１及び第２の発光部（２００、３００）を保護し、第１及び第２の発光部（２００、３００）から発せられる光の混色が容易であるという利点がある。
図１７は、発光ダイオードチップ（２０、６０）から発せられる熱を効率的に放熱するための発光素子の一例を示す図である。発光素子は、ヒートシンク（１６０）と、ヒートシンク（１６０）上に形成された第１の発光部（２００）および第２の発光部（３００）と、ヒートシンク（１６０）を取り囲む筐体（１５０）と、筐体（１５０）の外部に向かって突設されたリードフレーム（１７０、１８０）と、第１及び第２の発光部(２００、３００)に充填されるモールド部（１９０）とを備える。このとき、ヒートシンク（１６０）として、例えば金属などの熱伝導性に優れた材質を用いることで、発光ダイオードチップ（２０、６０）から発せられる熱の放熱を一層効率的に行うことができる。
ヒートシンク（１６０）は、発光ダイオードチップ（２０、６０）上に蛍光物質（３０、７０）と熱硬化性樹脂との混合物（５０、９０）を配置し易くするために、それぞれの発光部（２００、３００）に対応する突部を備えるが、これに限定されるわけではない。さらに、発光部は、ヒートシンクの平らな面或いはヒートシンクの凹所の底部に凹所形成されるかもしれない。
以上詳述したように、第１及び第２の発光部は、それぞれ１つの発光ダイオードチップから成るが、これに限定されるものではない。第１及び第２の発光部は、複数の発光ダイオードチップから成ってもよい。
上述したように、本発明は、照明機器と同様に種々の製品に応用可能である。照明機器に適用するためには、５０〜８０個の個数の発光ダイオードが必要とされる。従って、異なる構造を有するように製造されたパッケージが基板上に実装されてもよいし、多数の発光ダイオードが直接基板上に実装されてもよい。
図１８に示すように、基板（４００）上に多数のドット（５００）が形成され、それぞれのドット（５００）は、第１の発光部及び第２の発光部を備える。すなわち、それぞれのドット（５００）が、昼光色及び温白色を表現することができるが、これに限定されるものではない。それぞれのドット（５００）は、第１の発光部及び第２の発光部のどちらか一方を備えることもできる。第１の発光部を備えるドットと第２の発光部を備えるドットとが、互いに一つおきに配置されてもよいし、あるいは、第１の発光部を備えるドット・グループと第２の発光部を備えるドット・グループとが、相互に離れて配置されてもよい。ドットは、工程上の便宜または所望の目的に応じて種々な形で配置することができる。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、これらの実施形態は、本発明の目的の例証及び、当業者が本発明の範疇を充分に理解することができるように提供されるものである。従って、本発明はこれらの実施形態に限定されず、異なる形で実施されてもよい。
本発明の一実施形態による発光素子を説明するための概念ブロック図である。 本発明の他の実施形態による発光素子を説明するための概念ブロック図である。 本発明の第１及び第２の制御部の一実施形態を説明するためのグラフである。 本発明の第１及び第２の制御部の一実施形態を説明するためのグラフである。 本発明の第１および第２の制御部の他の実施形態を説明するためのグラフである。 本発明の第１および第２の制御部の他の実施形態を説明するためのグラフである。 本発明の第１の実施形態に係る発光素子の発光スペクトルを示すグラフである。 本発明の第１の実施形態に係る発光素子の発光スペクトルを示すグラフである。 本発明の第２の実施形態に係る発光素子の発光スペクトルを示すグラフである。 本発明の第２の実施形態に係る発光素子の発光スペクトルを示すグラフである。 本発明の第３の実施形態に係る発光素子の発光スペクトルを示すグラフである。 本発明の第３の実施形態に係る発光素子の発光スペクトルを示すグラフである。 本発明に係る発光素子を種々の構造に適用した例を示す概略断面図である。 本発明に係る発光素子を種々の構造に適用した例を示す概略断面図である。 本発明に係る発光素子を種々の構造に適用した例を示す概略断面図である。 本発明に係る発光素子を種々の構造に適用した例を示す概略断面図である。 本発明に係る発光素子を種々の構造に適用した例を示す概略断面図である。 本発明に係る発光素子を種々の構造に適用した例を示す概略断面図である。
符号の説明
２０、６０：発光ダイオードチップ、
３０、７０：蛍光物質、
２００：第１の発光部、
３００：第２の発光部、

Claims (24)

  1. ６０００Ｋ以上の高い色温度の昼光色を発する第１の発光部と、
    ３０００Ｋ以下の色温度の温白色を発する第２の発光部と、を備え、
    前記第１の発光部及び前記第２の発光部は発光ダイオードチップ及び蛍光物質を含み、前記第１の発光部及び前記第２の発光部は独立して駆動されることを特徴とする発光素子。
  2. 前記蛍光物質は下記の化学式１で表わされ、
    （化学式１）
    ａ（ＭＩＯ）・ｂ（ＭＩＩ ２Ｏ）・ｃ（ＭＩＩＸ）・ｄＡｌ２Ｏ３・ｅ（ＭＩＩＩＯ）・ｆ（ＭＩＶ ２Ｏ３）・ｇ（ＭＶ ｏＯｐ）・ｈ（ＭＶＩ ｘＯｙ）
    式中、前記金属ＭＩはＰｂ、Ｃｕの群から選ばれた一種以上の元素であり、前記金属ＭＩＩはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ａｕ、Ａｇの群から選ばれた一種以上の一価元素であり、前記ＭＩＩＩはＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｎよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＶはＳｃ、Ｂ、Ｇａ、Ｉｎよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＶはＳｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＶＩはＢｉ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＸはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｊよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、０＜ａ≦２、０≦ｂ≦２、０≦ｃ≦２、０≦ｄ≦８、０＜ｅ≦４、０≦ｆ≦３、０≦ｇ≦８、１≦ｏ≦２、１≦ｐ≦５、０≦ｈ≦２、１≦ｘ≦２、１≦ｙ≦５であることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
  3. 前記蛍光物質は下記の化学式２で表わされ、
    （化学式２）
    ａ（ＭＩＯ）・ｂ（ＭＩＩ ２Ｏ）・ｃ（ＭＩＩＩＸ）・４−ａ−ｂ−ｃ（ＭＩＩＩＯ）・７（Ａｌ２Ｏ３）・ｄ（Ｂ２Ｏ３）・ｅ（Ｇａ２Ｏ３）・ｆ（ＳｉＯ２）・ｇ（ＧｅＯ２）・ｈ（ＭＩＶ ｘＯｙ）
    式中、ＭＩはＰｂ、Ｃｕよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＩはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ａｕ、Ａよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＩＩはＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｎよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＶはＢｉ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｉｎ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＸはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、０＜ａ≦４、０≦ｂ≦２、０≦ｃ≦２、０≦ｄ≦１、０≦ｅ≦１、０≦ｆ≦１、０≦ｇ≦１、０＜ｈ≦０．５、１≦ｘ≦２、１≦ｙ≦５であることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
  4. 前記蛍光物質は下記の化学式３で表わされ、
    （化学式３）
    ａ（ＭＩＯ）・ｂ（ＭＩＩＯ）・ｃ（Ａｌ２Ｏ３）・ｄ（ＭＩＩＩ ２Ｏ３）・ｅ（ＭＩＶＯ２）・ｆ（ＭＶ ｘＯｙ）
    式中、ＭＩはＰｂ、Ｃｕよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＩはＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｎよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＩＩはＢ、Ｇａ、Ｉｎよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＶはＳｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＶはＢｉ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、０＜ａ≦１、０≦ｂ≦２、０＜ｃ≦８、０≦ｄ≦１、０≦ｅ≦１、０＜ｆ≦２、１≦ｘ≦２、１≦ｙ≦５であることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
  5. 前記蛍光物質は下記の化学式４で表わされ、
    （化学式４）
    ａ（ＭＩＯ）・ｂ（ＭＩＩＯ）・ｃ（ＭＩＩＩＸ）・ｄ（ＭＩＩＩ ２Ｏ）・ｅ（ＭＩＶ ２Ｏ３）・ｆ（ＭＶ ｏＯｐ）・ｇ（ＳｉＯ２）・ｈ（ＭＶＩ ｘＯｙ）
    式中、ＭＩはＰｂ、Ｃｕよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＩはＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｎよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＩＩはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ａｕ、Ａｇよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＶはＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｂよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＶはＧｅ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｐよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＶＩはＢｉ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＸはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、０＜ａ≦２、０＜ｂ≦８、０≦ｃ≦４、０≦ｄ≦２、０≦ｅ≦２、０≦ｆ≦２、０≦ｇ≦１０、０＜ｈ≦５、１≦ｏ≦２、１≦ｐ≦５、１≦ｘ≦２、１≦ｙ≦５であることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
  6. 前記蛍光物質は下記の化学式５で表わされ、
    （化学式５）
    ａ（ＭＩＯ）・ｂ（ＭＩＩ ２Ｏ）・ｃ（ＭＩＩＸ）・ｄ（Ｓｂ２Ｏ５）・ｅ（ＭＩＩＩＯ）・ｆ（ＭＩＶ ｘＯｙ）
    式中、ＭＩはＰｂ、Ｃｕよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＩはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ａｕ、Ａｇよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＩＩはＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｎよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＶはＢｉ、Ｓｎ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｇｄよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＸはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、０＜ａ≦２、０≦ｂ≦２、０≦ｃ≦４、０＜ｄ≦８、０≦ｅ≦８、０≦ｆ≦２、１≦ｘ≦２、１≦ｙ≦５であることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
  7. 前記蛍光物質は下記の化学式６で表わされ、
    （化学式６）
    ａ（ＭＩＯ）・ｂ（ＭＩＩ ２Ｏ）・ｃ（ＭＩＩＸ）・ｄＧｅＯ２・ｅ（ＭＩＩＩＯ）・ｆ（ＭＩＶ ２Ｏ３）・ｇ（ＭＶ ｏＯｐ）・ｈ（ＭＶＩ ｘＯｙ）
    式中、ＭＩはＰｂ、Ｃｕよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＩはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ａｕ、Ａｇよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＩＩはＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＶはＳｃ、Ｙ、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｌａよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＶはＳｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｎ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＶＩはＢｉ、Ｓｎ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、ＸはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、０＜ａ≦２、０≦ｂ≦２、０≦ｃ≦１０、０＜ｄ≦１０、０≦ｅ≦１４、０≦ｆ≦１４、０≦ｇ≦１０、０≦ｈ≦２、１≦ｏ≦２、１≦ｐ≦５、１≦ｘ≦２、１≦ｙ≦５であることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
  8. 前記蛍光物質は下記の化学式７で表わされ、
    （化学式７）
    ａ（ＭＩＯ）・ｂ（ＭＩＩ ２Ｏ）・ｃ（ＭＩＩＸ）・ｄＰ２Ｏ５・ｅ（ＭＩＩＩＯ）・ｆ（ＭＩＶ ２Ｏ３）・ｇ（ＭＶＯ２）・ｈ（ＭＶＩ ｘＯｙ）
    式中、ＭＩはＰｂ、Ｃｕよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＩはＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ａｕ、Ａｇよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＩＩはＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｎよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＩＶはＳｃ、Ｙ、Ｂ、Ａｌ、Ｌａ、Ｇａ、Ｉｎよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＶはＳｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｗ、Ｍｏよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、前記ＭＶＩはＢｉ、Ｓｎ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｃｅ、Ｔｂよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、ＸはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉよりなる群から選ばれた少なくとも一種の元素を含み、０＜ａ≦２、０≦ｂ≦１２、０≦ｃ≦１６、０＜ｄ≦３、０≦ｅ≦５、０≦ｆ≦３、０≦ｇ≦２、１≦ｘ≦２、１≦ｙ≦５であることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
  9. 前記発光素子は、一又は複数の蛍光物質を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一に記載の発光素子。
  10. 前記発光ダイオードチップは青色光またはＵＶ光を発することを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一に記載の発光素子。
  11. 前記第１の発光部及び前記第２の発光部の少なくともいずれか一つに印加される電圧を制御する制御部をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一に記載の発光素子。
  12. 前記制御部は外部より入力された電圧を時間ごとに制御して前記第１の発光部及び前記第２の発光部の少なくともいずれか一つに前記電圧を印加することを特徴とする請求項１１に記載の発光素子。
  13. 前記制御部は２４時間を周期として電圧を増減し、前記第１の発光部及び前記第２の発光部の少なくともいずれか一つに前記電圧を印加することを特徴とする請求項１４に記載の発光素子。
  14. 前記第１の発光部及び前記第２の発光部が一つのパッケージ内に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一に記載の発光素子。
  15. 前記発光素子はさらに基板を有し、
    前記第１の発光部及び前記第２の発光部の発光ダイオードチップは前記基板上に実装され、前記第１の発光部及び前記第２の発光部の蛍光物質は前記発光ダイオードチップ上にそれぞれ配置されることを特徴とする請求項１４に記載の発光素子。
  16. 前記発光素子はさらに前記発光ダイオードチップで発せられる熱を放熱するヒートシンクを備え、
    前記第１の発光部及び前記第２の発光部の発光ダイオードチップは前記ヒートシンク上に実装され、前記第１の発光部及び前記第２の発光部の蛍光物質は前記発光ダイオードチップ上にそれぞれ配置されることを特徴とする請求項１４に記載の発光素子。
  17. 前記基板には溝が形成され、前記溝の下部に前記第１の発光部及び前記第２の発光部が形成されることを特徴とする請求項１７に記載の発光素子。
  18. 前記溝は複数の溝を含み、それぞれの溝は相互に離隔して位置し、前記第１の発光部又は前記第２の発光部が、それぞれの溝の下部に形成されることを特徴とする請求項１７に記載の発光素子。
  19. 前記第１の発光部及び前記第２の発光部を共通して封止するモールディング部をさらに備えることを特徴とする請求項１８に記載の発光素子。
  20. 相対的に高い色温度の第１の白色光を発する第１の発光部と、
    相対的に低い色温度の第２の白色光を発光する第２の発光部と、を有し、
    前記第１の発光部及び前記第２の発光部は独立して駆動されることを特徴とする発光素子。
  21. ベースプレートと、
    前記ベースプレートの上に配置される複数の発光素子と、を備え、
    前記発光素子のそれぞれは、
    ６０００Ｋ以上の高い色温度の昼白色を発する第１の発光部と、
    ３０００Ｋ以下の低い色温度の温白色を発する第２の発光部と、を備え、
    前記第１の発光部及び前記第２の発光部のそれぞれは発光ダイオードチップ及び蛍光物質を含み、前記第１の発光部及び前記第２の発光部は独立して駆動されることを特徴とする照明システム。
  22. ベースプレートと、
    前記ベースプレートの上に配置される少なくとも１以上の第１の発光素子と、少なくとも１以上の第２の発光素子と、を備え、
    前記第１の発光素子は６０００Ｋ以上の高い色温度の昼白色を発する第１の発光部を有し、
    前記第２の発光素子は３０００Ｋ以下の低い色温度の温白色を発する第２の発光部を有し、
    前記第１の発光部及び前記第２の発光部のそれぞれは発光ダイオードチップ及び蛍光物質を含み、前記第１の発光部及び前記第２の発光部は独立して駆動されることを特徴とする照明システム。
  23. 前記第１の発光素子と前記第２の発光素子は隣接して繰り返して配置されることを特徴とする請求項２２に記載の照明システム。
  24. 前記第１の発光素子は前記ベースプレートの第１の領域に配置され、前記第２の発光素子は前記ベースプレートの第２の領域に配置されることを特徴とする請求項２２に記載の照明装置。
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