JP2010010378A - 発光装置および照明ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】発光装置の光出力および発光色を改善すること。
【解決手段】発光装置１０は、発光素子１００および発光部材２００を有している。発光素子１００は、３９５ｎｍから４１０ｎｍまでの範囲に含まれるピーク発光波長を有する波長スペクトルを発生する。波長スペクトルは、３８８ｎｍから４１６ｎｍまでの範囲に含まれる半値発光波長を有している。発光部材２００は、マトリクス材料２０１および第１蛍光材料を含んでいる。第１蛍光材料は、発光素子１００によって発生される波長スペクトルの少なくとも一部の波長によって励起される。第１蛍光材料は、（Ｂａ，Ｓｒ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕの組成式で表される。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば発光ダイオード素子などの光源を有する発光装置および照明ユニットに関するものである。

近年、例えば照明分野などにおいて、発光ダイオード素子などの光源を有する発光装置の開発が進められている。光源は、駆動電力によって活性化されて、第１次光を放射する。発光装置は、蛍光材料を含んでいる。光源から放射された第１次光は、蛍光材料によって吸収される。蛍光材料は、第１次光の吸収に応じて、第２次光を放射する。発光装置の開発において、発光特性のさらなる向上が求められている。
特開２００７−１４２２８０号公報

改善が求められている発光特性には、光出力および発光色が含まれている。発光装置は、長寿命化が期待されているため、使用期間における光出力の低下に関して改善される必要がある。加えて、発光装置は、光源の製造ばらつきによる発光色のばらつきに関して改善される必要がある。

本発明の一つの態様によれば、発光装置は、発光素子および発光部材を有している。発光素子は、３９５ｎｍから４１０ｎｍまでの範囲に含まれるピーク発光波長を有する波長スペクトルを発生する。波長スペクトルは、３８８ｎｍから４１６ｎｍまでの範囲に含まれる半値発光波長を有している。発光部材は、マトリクス材料および第１蛍光材料を含んでいる。第１蛍光材料は、発光素子によって発生される波長スペクトルの少なくとも一部の波長によって励起される。第１蛍光材料は、（Ｂａ，Ｓｒ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕの組成式で表される。

本発明の一つの態様によれば、発光装置は、発光素子および第１蛍光材料を有している。発光素子は、３９５ｎｍから４１０ｎｍまでの範囲に含まれるピーク発光波長を有する波長スペクトルを発生する。波長スペクトルは、３８８ｎｍから４１６ｎｍまでの範囲に含まれる半値発光波長を有している。第１蛍光材料は、（Ｂａ，Ｓｒ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕの組成式で表される。発光装置は、このような構成により、光出力および発光色に関して改善されている。

本発明の発光装置１０における一つの実施形態の発光方式が、図１を参照して説明されている。この実施形態において、発光装置１０は、光源１００および発光部材２００を含んでいる。光源１００は、第１次光を放射する。発光部材２００は、第１次光に応じて第２次光を放射する。一つの実施形態における発光装置１０は、多色性白色光を放射する。“多色性白色光”とは、３色以上の混合光を含んでいる白色光のことをいう。発光装置１０において、第２次光が、多色性白色光である。

光源１００の例は、半導体発光素子である。半導体発光素子の例は、発光ダイオード（ＬＥＤ）素子である。図２Ａおよび２Ｂに示されているように、第１次光は、３９５ｎｍから４１０ｎｍまでの範囲に含まれるピーク発光波長を含む波長スペクトルを有している。

ピーク発光波長の下限が３９５ｎｍであることにより、光源１００から放射される紫外領域の光の量が低減されている。ピーク発光波長の上限が４１０ｎｍであることにより、光源１００から放射される可視領域の光の量が低減されている。

図２Ａおよび２Ｂにおいて、横軸は波長（単位は、ナノメートル）を示している。縦軸は、相対強度を示している。図２Ａに示されているように、第１次光の一つの例１００ａにおいて、ピーク発光波長は３９５ｎｍである。図２Ｂに示されているように、第１次光の他の例１００ｂにおいて、ピーク発光波長は４１０ｎｍである。

標準分光比視感度Ｖ［λ］が、図２Ａおよび２Ｂに示されている。標準分光比視感度は、１９２４年に国際照明委員会（ＣＩＥ）によって定められたものである。標準分光比視感度は、波長による人間の目の感覚を示している。上限値である４１０ｎｍのピーク発光波長を有する例１００ｂは、人間の目ではほとんど感じることができない。さらに、下限値である３９５ｎｍのピーク波長を有する例１００は、人間の目ではほとんど感じることができない。例１００ａおよび１００ｂの波長スペクトルは、標準分光比視感度にほとんど重なっていない。従って、仮に、光源１００の特性ばらつきがあったとしても、発光装置１０の出力光における発光色に関する影響は、低減されている。光源１００の特性ばらつきとは、複数の光源１００を製造した場合において、複数の光源１００のうちのある２つの光源１００の間に生じる特性に関する差のことをいう。特性は、発光波長に関するものである。

第１次光の波長スペクトルは、３８８ｎｍから４１６ｎｍまでの範囲に含まれる半値発光波長を有している。“半値発光波長”とは、波長スペクトルにおいてピーク値の２分の１の値となる波長のことをいう。例１００ａの波長スペクトルにおいて、半値発光波長は、３８８ｎｍおよび４０１ｎｍである。例１００ｂの波長スペクトルにおいて、半値発光波長は、４０３ｎｍおよび４１６ｎｍである。半値発光波長が３８８ｎｍから４１６ｎｍまでの範囲に含まれていることにより、波長スペクトルにおける裾部分の広がりが低減されている。

発光部材２００は、マトリクス材料２０１および蛍光材料２０２を有している。マトリクス材料２０１は透光性を有している。マトリクス材料２０１の“透光性”とは、光源１００から放射された第１次光の波長の少なくとも一部が透過できることをいう。マトリクス材料の例は樹脂である。樹脂の例はシリコーンである。

蛍光材料２０２は、マトリクス材料２０１の中に含有されている。蛍光材料２０２は、第１蛍光材料、第２蛍光材料および第３蛍光材料を含んでいる。第１蛍光材料は、複数の第１蛍光粒子２０２ａを含んでいる。第２蛍光材料は、複数の第２蛍光粒子２０２ｂを含んでいる。第３蛍光材料は、複数の第３蛍光粒子２０２ｃを含んでいる。

第１蛍光材料は、緑色領域の波長を含む光を放射する。図３Ａおよび３Ｂに示されているように、第１蛍光材料は、光源１００から放射された第１次光によって励起されることに適している。従って、第１蛍光材料は、光源１００から放射された第１次光を白色光に変換する上で、理想的な特性を有している。

図３Ａおよび３Ｂにおいて、横軸は波長（単位は、ナノメートル）を示している。縦軸は、相対強度を示している。第１蛍光材料は、３９５ｎｍから４１０ｎｍの範囲に含まれる光によって励起されることに適している。第１蛍光材料の例は、（Ｂａ，Ｓｒ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕの組成式で表される。

第２蛍光材料は、青色領域の波長を含む光を放射する。図４Ａおよび４Ｂに示されているように、第２蛍光材料は、光源１００から放射された第１次光によって励起されることに適している。従って、第２蛍光材料は、光源１００から放射された第１次光を白色光に変換する上で、理想的な特性を有している。

図４Ａおよび４Ｂにおいて、横軸は波長（単位は、ナノメートル）を示している。縦軸は、相対強度を示している。第２蛍光材料は、３９５ｎｍから４１０ｎｍの範囲に含まれる光によって励起されることに適している。第２蛍光材料の一つの例は、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）_１０（ＰＯ_４）_６Ｃｌ_２：Ｅｕの組成式で表される。第２蛍光材料の他の例は、（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ）_１０（ＰＯ_４）_６Ｃｌ_２：Ｅｕの組成式で表される。

第３蛍光材料は、赤色領域の波長を含む光を放射する。図５Ａおよび５Ｂに示されているように、第３蛍光材料は、光源１００から放射された第１次光によって励起されることに適している。従って、第３蛍光材料は、光源１００から放射された第１次光を白色光に変換する上で、理想的な特性を有している。

図５Ａおよび５Ｂにおいて、横軸は波長（単位は、ナノメートル）を示している。縦軸は、相対強度を示している。第３蛍光材料は、３９５ｎｍから４１０ｎｍの範囲に含まれる光によって励起されることに適している。第３の蛍光材料の例は、(ＣａＥｕ)ＡｌＳｉＮ_３の組成式で表される。

図６に示されているように、発光装置１０は、標準分光比視感度Ｖ［λ］との関係において、効果的な多色性白色光を放射する。図６において、横軸は、波長（単位は、ナノメートル）を示している。縦軸は、相対強度を示している。発光装置１０の多色性白色光は、緑色光、青色光および赤色光を含んでいる。緑色光は、第１蛍光材料から放射される。青色光は、第２蛍光材料から放射される。赤色光は、第３蛍光材料から放射される。多色性白色光において、３９５ｎｍから４１０ｎｍの範囲に含まれるピーク発光波長を有する第１次光は、発光色に関してほとんど影響を与えない。従って、発光装置１０は、発光色に関して改善されている。

これまで説明された第１−第３蛍光材料および光源１００を含む発光装置１０の光束が、図７に示されている。図７において、横軸は、光源１００に供給される電流値（単位は、ミリアンペア）を示している。左側の縦軸は、光源１００の放射束（単位は、ミリワット）を示している。右側の縦軸は、発光装置１０の光束（単位は、ルーメン）を示している。光源１０の放射束が、グラフＳによって示されている。光源１００に関して、供給される電流値が増加するに伴って、放射束が増加している。

本発明の発光装置１０の一つの実施形態における光束が、グラフＡによって示されている。発光装置１０に関して、光源１００に供給される電流値が４８０ｍＡまで、光源１００に供給される電流値が増加するに伴って、光束が増加している。比較例の発光装置の光束がグラフＢによって示されている。比較例の発光装置に関して、光源１００に供給される電流値が３００ｍＡを超えることによって、光束が減少している。発光装置１０は、比較例に比べて、光出力の観点において改善されている。

以下、これまで説明された光源１００および蛍光材料が用いられた照明ユニット１および発光装置１０が説明されている。本発明の照明ユニット１の一つの実施形態は、図８に示されているように、プレート部材１１、照明モジュール１２および反射部材１４を有している。照明ユニット１は、カバー部材１５をさらに有している。その一つの実施形態において、照明ユニット１は、多色性白色光を放射する。

照明モジュール１２は、プレート部材１１の上に設けられている。照明モジュール１２は、プリント基板１３および複数の発光装置１０を有している。複数の発光装置１０は、プリント基板１３に実装されている。発光装置１０の例は、表面実装型の発光ランプである。反射部材１４は、プレート部材１１の上に設けられており、複数の発光装置１０を囲んでいる。カバー部材１５は、反射部材１４の上に設けられており、透光性を有している。カバー部材１５の“透光性”とは、複数の発光装置１０から放射された光の少なくとも一部の波長が透過できることをいう。

図９−１１に示されているように、発光装置１０の一つの例は、光源１００および発光部材２００を含んでいる。発光装置１０は、基体３００、フレーム部材４００および封入層５００をさらに含んでいる。発光装置１０は、多色性白色光を放射する。

光源１００の例は、発光ダイオード（ＬＥＤ）素子である。以下、この実施形態において、光源１００は、ＬＥＤ素子１００として示されている。ＬＥＤ素子１００は、第１次光を放射する。第１次光は、３９５ｎｍから４１０ｎｍまでの範囲に含まれるピーク発光波長を含む波長スペクトルを有している。ピーク発光波長の上限が４１０ｎｍであることにより、仮に、ＬＥＤ素子１００の特性ばらつきがあったとしても、発光装置１０の出力光における発光色に関する影響は、低減されている。ピーク発光波長の下限が３９５ｎｍであることにより、ＬＥＤ素子１００から放射される紫外領域の光の量が低減されている。発光装置１０は、例えば発光部材２００または封入層５００における紫外領域の光による劣化に関して改善されている。従って、発光装置１０は、使用期間における光出力の低下に関して改善されている。ＬＥＤ素子１００は、図１に示された光源１００の波長スペクトルを有する第１次光を放射する。

発光部材２００は、ＬＥＤ素子１００の上方に配置されており、ＬＥＤ素子１００を覆っている。発光部材２００は、フレーム部材４００に固定されている。発光部材２００および封入層５００の間に、空隙６００が存在する。

図１１に示されているように、発光部材２００は、マトリクス材料２０１および蛍光材料２０２を含んでいる。発光部材２００の内部構造が、点線による円の内側に、模式的に示されている。蛍光材料２０２は、第１蛍光材料、第２蛍光材料および第３蛍光材料を含んでいる。第１蛍光材料は、複数の第１蛍光粒子２０２ａを含んでいる。第２蛍光材料は、複数の第２蛍光粒子２０２ｂを含んでいる。第３蛍光材料は、複数の第３蛍光粒子２０２ｃを含んでいる。複数の蛍光粒子２０２ａ−２０２ｃは、図１を参照して説明されたものである。

基体３００は、ＬＥＤ素子１００に電気的に接続された導体パターン３０１を含んでいる。基体３００の主な部分は絶縁材料からなる。絶縁材料の例は、セラミックスである。フレーム部材４００は、基体３００上に設けられており、ＬＥＤ素子１００を囲んでいる。フレーム部材４００の材料の一つの例は、絶縁材料である。絶縁材料の例は、セラミックスである。フレーム部材４００の材料の他の例は、金属材料である。

封入層５００は、ＬＥＤ素子１００の上端および側面を囲んでおり、ＬＥＤ素子１００の上端および側面に付着されている。封入層５００は、基体３００の上に設けられており、フレーム部材４００の内側に位置する。封入層５００は、透光性を有する絶縁材料からなる。封入層５００の“透光性”とは、ＬＥＤ素子１００から放射された第１次光の少なくとも一部の波長が透過できることをいう。特に、封入層５００は、３４３ｎｍから４４３ｎｍまでの範囲に含まれる光が透過できることが好ましい。さらに、封入層５００は、３８８ｎｍから４１６ｎｍまでの範囲に含まれる光が透過できることが好ましい。さらに、封入層５００は、３９５ｎｍから４１０ｎｍまでの範囲に含まれる光が透過できることが好ましい。

作動の際には、ＬＥＤ素子１００に電力が供給され、ＬＥＤ素子１００が活性化される。ＬＥＤ素子１００が活性化されると、ＬＥＤ素子１００は、第１次光を放射する。放射された第１次光の少なくとも一部は、発光部材２００内の蛍光材料２０２によって吸収される。蛍光材料２０２は、第１次光の吸収に応じて、第２次光を放射する。第２次光は、複数種類の蛍光材料から放射される３色の光を含んでいる。従って、発光装置１０の出力光は、３色の光を含む混合光である。発光装置１０は、多色性白色を放射する。

本発明の発光装置１０の他の実施形態が、図１２および１３を参照して説明されている。他の実施形態の発光装置１０は、光源１００、発光部材２００および基体３００を含んでいる。光源１００および基体３００は、図９−１１を参照して説明された構成と同様である。

発光部材２００は、基体３００上に設けられている。発光部材２００は、光源１００の上端および側面を囲んでおり、光源１００の上端および側面に付着されている。発光部材２００は、マトリクス材料２０１および蛍光材料２０２を含んでいる。蛍光材料２０２は、第１蛍光材料、第２蛍光材料および第３蛍光材料を含んでいる。図１３において、点線の円の内側に模式的に示されているように、第１蛍光材料は、複数の第１蛍光材料２０２ａを含んでいる。第２蛍光材料は、複数の第２蛍光粒子２０２ｂを含んでいる。第３蛍光材料は、複数の第３蛍光粒子を含んでいる。複数の蛍光粒子２０２ａ−２０２ｃは、図１を参照して説明されたものである。

作動の際には、ＬＥＤ素子１００に電力が供給され、ＬＥＤ素子１００が活性化される。ＬＥＤ素子１００が活性化されると、ＬＥＤ素子１００は、第１次光を放射する。放射された第１次光の少なくとも一部は、発光部材２００内の蛍光材料２０２によって吸収される。蛍光材料２０２は、第１次光の吸収に応じて、第２次光を放射する。第２次光は、複数種類の蛍光材料から放射される３色の光を含んでいる。従って、発光装置１０の出力光は、３色の光を含む混合光である。発光装置１０は、多色性白色を放射する。

本発明の発光装置１０における一つの実施形態の概要を示している。 第１次光の波長スペクトルの一つの例１００ａを示している。 第１次光の波長スペクトルの他の例１００ｂを示している。 例１００ａの波長スペクトルおよび第１蛍光材料の励起スペクトルの関係を示している。 他の例１００ｂの波長スペクトルおよび第１蛍光材料の励起スペクトルの関係を示している。 例１００ａの波長スペクトルおよび第２蛍光材料の励起スペクトルの関係を示している。 他の例１００ｂの波長スペクトルおよび第２蛍光材料の励起スペクトルの関係を示している。 例１００ａの波長スペクトルおよび第３蛍光材料の励起スペクトルの関係を示している。 他の例１００ｂの波長スペクトルおよび第３蛍光材料の励起スペクトルの関係を示している。 第１−第３蛍光材料の波長スペクトルを示している。 発光装置１０の光束を示している。 本発明の照明ユニット１の一つの実施形態を示している。 図８に示された発光装置１０を示している。 図９に示された発光装置１０の内部を示している。 図９に示された発光装置１０の断面を示している。 本発明の発光装置１０の他の実施形態を示している。 図１２に示された発光装置１０の断面を示している。

符号の説明

１０ 発光装置
１００ 光源
２００ 発光部材
２０１ マトリクス材料
２０２ 蛍光材料
２０２ａ 第１蛍光粒子
２０２ｂ 第２蛍光粒子
２０２ｃ 第３蛍光粒子

Claims (6)

1. ３９５ｎｍから４１０ｎｍまでの範囲に含まれるピーク発光波長を有する波長スペクトルを発生し、前記波長スペクトルが３８８ｎｍから４１６ｎｍまでの範囲に含まれる半値発光波長を有している、発光素子と、
   マトリクス材料および第１蛍光材料を含んでおり、前記第１蛍光材料が、前記波長スペクトルの少なくとも一部の波長によって励起されるとともに（Ｂａ，Ｓｒ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕの組成式で表される、発光部材と、
   を備えた発光装置。
2. 前記発光部材が、
   青色領域の波長を有する光を放射する第２蛍光材料と、
   赤色領域の波長を有する光を放射する第３蛍光材料と、
   をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の発光装置。
3. 前記第２蛍光材料が、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）_１０（ＰＯ_４）_６Ｃｌ_２：Ｅｕまたは（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ）_１０（ＰＯ_４）_６Ｃｌ_２：Ｅｕの組成式で表されることを特徴とする請求項２記載の発光装置。
4. 前記第３蛍光材料が、(ＣａＥｕ)ＡｌＳｉＮ_３の組成式で表されることを特徴とする請求項２記載の発光装置。
5. 前記第２蛍光材料が、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）_１０（ＰＯ_４）_６Ｃｌ_２：Ｅｕまたは（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ）_１０（ＰＯ_４）_６Ｃｌ_２：Ｅｕの組成式で表され、前記第３蛍光材料が、(ＣａＥｕ)ＡｌＳｉＮ_３の組成式で表されることを特徴とする請求項２記載の発光装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の発光装置と、
   前記発光装置を囲んでいる反射部材と、
   を備えた照明ユニット。

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