(57)【要約】【課題】実施形態は、演色性および発光効率を向上させることが可能な発光モジュールおよび照明装置を提供する。【解決手段】実施形態に係る発光モジュールは、基板と、前記基板上に設けられた発光体と、前記発光体の放射光により励起される第１蛍光体と、前記発光体と前記第１蛍光体との間に配置される第２蛍光体と、を備える。前記第１蛍光体は、６１０ｎｍ以上、６５０ｎｍ未満の波長範囲に半値幅が２０ｎｍ以下の発光ピークを有する。前記第２蛍光体は、前記発光体の放射光により励起され、前記発光体の発光スペクトルのピーク波長と、前記第１蛍光体の発光スペクトルのピーク波長と、の間の波長範囲に発光ピークを有する。【選択図】図１
2014164830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と；
前記基板上に設けられた発光体と；
前記発光体の放射光により励起される第１蛍光体であって、６１０ｎｍ以上、６５０ｎｍ未満の波長範囲に半値幅が２０ｎｍ以下の発光ピークを有する第１蛍光体と；
前記第１蛍光体と前記発光体の間に配置され、前記発光体の放射光により励起される第２蛍光体であって、前記発光体の発光スペクトルのピーク波長と、前記第１蛍光体の発光スペクトルのピーク波長と、の間の波長範囲に発光ピークを有する第２蛍光体と；
を備えた発光モジュール。
【請求項２】
前記第１蛍光体の励起帯の長波長端は、前記第２蛍光体の発光スペクトルのピーク波長よりも短波長側にある請求項１記載の発光モジュール。
【請求項３】
前記第１蛍光体および前記第２蛍光体の少なくともいずれか１つを含む蛍光層と、
前記基板上において前記発光体を覆い前記発光体の放射光を透過する中間層と、
をさらに備え、
前記蛍光層は、前記中間層の上に設けられる請求項１または２に記載の発光モジュール。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の発光モジュールと、
前記発光モジュールを実装した筐体と、
を備えた照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態は、発光モジュールおよび照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
照明器機の光源として使用される発光モジュールの多くは、青色発光素子と、その放射光により励起される蛍光体と、を備え、青色発光素子が放射する青色光と、蛍光体が放射するより長波長の光と、を組み合わせた白色光を出力する。そして、青色光を長波長の光へ変換する蛍光体には、発光効率が高く、周囲温度の上昇に伴う光束低下の小さなものを用いることが望ましい。例えば、このような特性を鑑みて、黄色光を放射するＹＡＧ蛍光体や、赤色光を放射するＣＡＳＮ蛍光体などが使用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２００９−５２８４２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
赤色蛍光体として用いられるＣＡＳＮもしくはＳＣＡＳＮ蛍光体の発光スペクトルは６５０ｎｍを超える比視感度の低い波長帯を含み、励起帯の長波長端も６００ｎｍを超える。すなわち、比視感度の高い波長領域の光を吸収し、比視感度の低い光を放射する側面がある。このため、赤色蛍光体を多く含む相関色温度の低い発光モジュールでは、平均演色評価数および発光効率が低下する。そこで、実施形態は、演色性および発光効率を向上させることが可能な発光モジュールおよび照明装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態に係る発光モジュールは、基板と、前記基板上に設けられた発光体と、前記発光体の放射光により励起される第１蛍光体と、前記発光体と前記第１蛍光体との間に配置される第２蛍光体と、を備える。前記第１蛍光体は、６１０ｎｍ以上、６５０ｎｍ未満の波長範囲に半値幅が２０ｎｍ以下の発光ピークを有する。前記第２蛍光体は、前記発光体の放射光により励起され、前記発光体の発光スペクトルのピーク波長と、前記第１蛍光体の発光スペクトルのピーク波長と、の間の波長範囲に発光ピークを有する。
【発明の効果】
【０００６】
実施形態は、演色性および発光効率を向上させた発光モジュールおよび照明装置を実現する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態に係る発光モジュールおよび照明装置を表す模式断面図。
【図２】実施形態に係る蛍光体の特性を表すグラフ。
【図３】実施形態に係る蛍光体の温度特性を表すグラフ。
【図４】実施形態の変形例に係る発光モジュールを表す模式断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。図面中の同一部分には、同一番号を付してその詳しい説明は適宜省略し、異なる部分について説明する。なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
【０００９】
図１は、実施形態に係る発光モジュール１０および照明装置１００を表す模式断面図である。図１（ａ）は、発光モジュール１０を表し、図１（ｂ）は、それを内蔵した照明装置１００を表している。
【００１０】
図１（ａ）に表すように、発光モジュール１０は、基板３と、基板３の上に設けられた発光体５と、蛍光層１１と、蛍光層１３と、を備える。蛍光層１１は、発光体５の放射光により励起される第１蛍光体を含む。蛍光層１３は、発光体５の放射光により励起される第２蛍光体を含み、発光体５と蛍光層１１との間に設けられる。
【００１１】
すなわち、基板３の上において、第２蛍光体は、第１蛍光体と発光体５との間に配置される。以下の例では、第１蛍光体を含む蛍光層１１と、第２蛍光体を含む蛍光層１３と、を積層した構造を説明するが、実施形態はこれに限定されない。例えば、１つの層に第１蛍光体と第２蛍光体が含まれ、第１蛍光体と発光体５との間に第２蛍光体が配置されても良い。
【００１２】
第１蛍光体は、赤色光を放射する赤色蛍光体１５である。第２蛍光体は、発光体５の発光スペクトルのピーク波長と、赤色蛍光体１５の発光スペクトルのピーク波長と、の間の波長帯に発光ピークを有する。以下、第２蛍光体として、黄色光を放射する黄色蛍光体１７を用いる例を説明するが、これに限定される訳ではない。例えば、第２蛍光体として、緑色蛍光体を用いても良いし、黄色蛍光体と緑色蛍光体を混合したものでも良い。
【００１３】
基板３は、例えば、セラミック基板である。発光体５は、波長４００〜４８０ナノメートル（ｎｍ）の光を放射し、赤色蛍光体１５および黄色蛍光体１７を励起する。具体的には、発光体５は、発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）であり、例えば、ドミナント波長４５０〜４６０ｎｍの青色光を放射する。
【００１４】
発光体５は、例えば、接着剤を介して基板３の上面３ａにマウントされる。基板３の上には、複数の発光体５がマウントされ、金属ワイヤを用いて直列もしくは並列に接続される。そして、複数の発光体５がマウントされた領域の周りを囲むようにバンク７が設けられる。バンク７は、例えば、白色樹脂を含む。
【００１５】
例えば、バンク７の内側に黄色蛍光体１７を分散した透光性樹脂１６を流し込み硬化させる。これにより、発光体５を覆う蛍光層１３が設けられる。続いて、赤色蛍光体１５を分散した透光性樹脂１４を流し込み硬化させる。これにより、蛍光層１３の上に蛍光層１１が設けられる。赤色蛍光体１５は、例えば、化学式Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎで表される蛍光体を含み、黄色蛍光体１７は、例えば、ＹＡＧ蛍光体である。
【００１６】
発光モジュール１０は、例えば、照明装置１００に光源として内蔵される。図２（ｂ）に表すように、照明装置１００は、例えば、電球形ランプであり、発光モジュール１０と、発光モジュール１０を実装した筐体２１と、発光モジュール１０を覆うカバー３０と、を備える。なお、ここに示す照明装置１００は１つの例であり、実施形態は、これに限定される訳ではない。
【００１７】
筐体２１の内部には、発光モジュール１０に電力を供給する電力変換部４０が設けられる。電力変換部４０は、発光モジュール１０および口金５０にリード線４１、４２を介して電気的に接続される。また、電力変換部４０は、筐体２１の内部に設けられた絶縁ケース２３に収容される。電力変換部４０は、図示しない商用電源から口金５０を介して交流電力の供給を受け、例えば、直流電力に変換して発光モジュール１０に供給する。
【００１８】
発光モジュール１０は、電力変換部４０から電力の供給を受けて白色光を放射する。すなわち、発光体５から放射される青色光、赤色蛍光体１５から放射される赤色光、および、黄色蛍光体１７から放射される黄色光を混合した白色光を放出する。
【００１９】
次に、図２〜図３を参照して、発光モジュール１０の特性を説明する。図２（ａ）〜図３は、蛍光層１１に含まれる赤色蛍光体１５の特性を表すグラフである。
【００２０】
図２（ａ）は、蛍光体の発光スペクトルを表すグラフである。横軸は、発光波長λ、縦軸は発光強度ＩＬである。同図中のグラフＡは、赤色蛍光体１５の発光スペクトルを表し、グラフＢは、比較例に係るＣＡＳＮ蛍光体の発光スペクトルを表している。
【００２１】
グラフＡに表すように、赤色蛍光体１５は、６１０ｎｍ以上、６５０ｎｍ未満の波長範囲に半値幅が２０ｎｍ以下の発光ピークＰ１、Ｐ２およびＰ３を有する。また、６５０ｎｍ以上の波長領域における発光強度ＩＬは、発光ピークＰ１およびＰ２の１／２以下である。一方、グラフＢに表すように、ＣＡＳＮ蛍光体は、６１０〜６２０ｎｍの波長範囲に発光ピークを有し、その半値幅は約１７０ｎｍに達する。そして、波長６５０ｎｍにおける発光強度は、ピーク波長における発光強度の約８０％である。
【００２２】
本実施形態に係る赤色蛍光体１５は、比視感度が低下する６５０ｎｍ以上の波長帯における発光スペクトルの強度がＣＡＳＮ蛍光体よりも低い。このため、相関色温度および平均演色評価数が同じであれば、赤色蛍光体１５を用いた発光モジュールの方が、ＣＡＳＮ蛍光体を用いたものよりも光束が大きくなる。すなわち、発光効率が高い。
【００２３】
図２（ｂ）は、蛍光体の励起スペクトルを表すグラフである。横軸は、励起光の波長λであり、縦軸は、相対的な発光強度αＥである。同図中のグラフＡは、赤色蛍光体１５の励起スペクトルを表し、グラフＢは、比較例に係るＣＡＳＮ蛍光体の励起スペクトルを表している。
【００２４】
グラフＡに表すように、赤色蛍光体１５では、３００ｎｍ以上、５５０ｎｍ以下の波長範囲に励起帯が有り、波長３５０ｎｍおよび４５０ｎｍの近傍に励起光の吸収ピークα１およびα２を有する。一方、グラフＢに表すように、ＣＡＳＮ蛍光体は、例えば、波長３００ｎｍから長波長側に徐々に低下するスペクトルを有し、３００ｎｍよりも短波長側から６００ｎｍを超える波長範囲に励起帯を有する。
【００２５】
ここで、励起帯とは、蛍光体が励起光のエネルギーを吸収し発光する波長範囲である。
【００２６】
赤色蛍光体１５の励起ピークα２は、青色ＬＥＤの発光スペクトルのピーク波長に重なる。そして、５００ｎｍ以上の波長範囲における赤色蛍光体１５の励起帯は、励起ピークα２の１０％以下である。すなわち、赤色蛍光体１５は、その励起帯の長波長端が５００ｎｍ近傍にあり、青色ＬＥＤの放射光を効率よく吸収するが、黄色蛍光体１７の放射光をほぼ吸収しない。
【００２７】
これに対し、ＣＡＳＮ蛍光体の励起帯は、６００ｎｍを超える波長まで長波長側に広がっている。そして、ＣＡＳＮ蛍光体は、黄色蛍光体１７の放射光を吸収し赤色光に変換する。すなわち、ＣＡＳＮ蛍光体を用いる発光モジュールでは、その出力光は、黄色蛍光体１７およびＣＡＳＮ蛍光体の両方に吸収される成分を含む。このため、発光モジュールの発光効率が低下する。
【００２８】
このように、第１蛍光体の励起帯の長波長端は、第２蛍光体の発光ピークの波長よりも短波長であることが望ましい。実施形態に係る赤色蛍光体１５に含まれるＫ２ＳｉＦ６：Ｍｎの励起帯は５２０ｎｍよりも短波長側であり、黄色蛍光体および緑色蛍光体の放射光をほぼ吸収しない。このため、Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎを用いることにより、発光モジュール１０の発光効率を高くすることができる。
【００２９】
例えば、平均演色評価数Ｒａ８０、相関色温度２８００ケルビン（Ｋ）の発光モジュールで比較すると、ＣＡＳＮ蛍光体を用いた場合の発光効率は、８３ルーメン（ｌｍ）／ワット（Ｗ）である。一方、Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎを含む赤色蛍光体１５を用いた場合の発光効率は、１００ｌｍ／Ｗである。また、発光効率を同じとした場合、ＣＡＳＮ蛍光体を用いた発光モジュールの平均演色評価数８０に対して、赤色蛍光体１５を用いた発光モジュールの平均演色評価数は９０となる。すなわち、Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎを含む赤色蛍光体１５を用いる発光モジュールでは、発光効率および平均演色評価数Ｒａの少なくともいずれか一方を高くすることができる。
【００３０】
さらに、蛍光体は、その平均粒径を大きくすると励起光の吸収率が大きくなる。したがって、赤色蛍光体１５の平均粒径を大きくすることにより、その使用量を削減し低コスト化を図ることができる。例えば、赤色蛍光体１５の平均粒径を、黄色蛍光体１７の平均粒径の１．６倍以上とすることが好ましい。
【００３１】
発光体５として青色ＬＥＤを備える発光モジュールにおいて、相関色温度を２８００Ｋとする場合、黄色蛍光体１７の平均粒径を１０μｍ、赤色蛍光体１５の平均粒径を１６μｍとすると、赤色蛍光体１５の含有量（重量パーセント：ｗｔ％）は、黄色蛍光体１７の含有量の約５倍となる。さらに、赤色蛍光体１５の平均粒径を４５μｍとすれば、その含有量は黄色蛍光体１７の３．８倍に削減される。
【００３２】
また、本実施形態に係る赤色蛍光体１５を用いることにより、黄色蛍光体１７の使用量も抑制することができる。例えば、ＣＡＳＮ蛍光体は、励起スペクトルが波長６５０ｎｍまで広がっているため、黄色蛍光体１７の放射光を吸収する。このため、所望の相関色温度を実現するには、ＣＡＳＮ蛍光体の吸収を補償する量の黄色蛍光体１７を増やす必要がある。
【００３３】
一方、本実施形態に係る赤色蛍光体１５に含まれるＫ２ＳｉＦ６：Ｍｎでは、励起スペクトルの長波長端は５２０ｎｍである。したがって、黄色蛍光体１７の放射光を吸収することはなく、その吸収を補償する必要はない。このため、黄色蛍光体の含有量を削減することができる。例えば、相関色温度が３０００Ｋ以下の発光モジュールにおいて、黄色蛍光体１７の含有量（ｗｔ％）に対する赤色蛍光体１５の含有量（ｗｔ％）は、３倍以上となる。例えば、相関色温度２８００Ｋの発光モジュールにおいて、赤色蛍光体１５の平均粒径を２０〜３０μｍとした場合、その含有量は黄色蛍光体１７（ＹＡＧ蛍光体）の６〜７倍である。
【００３４】
図３は、実施形態に係る赤色蛍光体１５の温度特性を表すグラフである。横軸は、発光モジュール１０の温度、縦軸は、赤色蛍光体１５の発光ピークの相対強度ＩＰである。
【００３５】
赤色蛍光体１５は、６１０ｎｍ以上、６５０ｎｍ未満の波長範囲において複数の発光ピークＰ１、Ｐ２およびＰ３を有する（図２（ａ）参照）。これらの発光ピークは、Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎの発光ピークに対応し、ピーク波長はそれそれ６１５ｎｍ、６３３ｎｍおよび６１８ｎｍである。そして、その半値幅は、それぞれ２０ｎｍ以下である。
【００３６】
図３では、各発光ピークにおける発光強度の温度変化を、２５℃の発光強度を基準として示している。同図に示すように、波長６１５ｎｍの発光ピークＰ１の発光強度は、２５℃から２００℃の温度範囲において低下せず、むしろ２５℃から１００℃の間で上昇する。一方、ピーク波長６３３ｎｍおよび６４８ｎｍにおける発光ピークＰ２、Ｐ３の発光強度は、温度上昇と共に単調に減少し、２００℃において２５℃の約７０％まで低下する。
【００３７】
人間の比視感度は波長５５５ｎｍにおいてピークを有し、長波長になるに従って低下する。したがって、赤色蛍光体１５では、比視感度の高いピーク波長６１５ｎｍにおける発光ピークＰ１の発光強度は、モジュール温度の上昇に対して低下しない。一方、発光強度の温度変化が大きい発光ピークＰ２およびＰ３では、その視感度が低い。このため、比視感度を勘案すれば、赤色蛍光体１５の発光強度の温度変化は抑制される。そして、赤色蛍光体１５を用いた発光モジュール１０では、大光量動作における温度消光を抑制することができる。
【００３８】
また、赤色蛍光体は、ストークスロスが大きく、その温度が上昇し易い。このため比視感度が高い波長領域において温度上昇に伴う発光強度の低下を抑制できれば、発光モジュールの温度特性を向上させることができる。例えば、赤色蛍光体１５を用いた発光モジュール１０では、大光量動作における温度消光を抑制することができる。
【００３９】
さらに、本実施形態のように、赤色蛍光体１５を発光体５から隔離して配置することにより、発光体５の温度上昇の影響を軽減することができる。すなわち、ストークスロスによる温度上昇と発光体５の温度上昇の両方の作用により発光モジュールの演色性および発光効率が低下することを防ぐことができる。
【００４０】
赤色蛍光体１５および黄色蛍光体１７をそれぞれ蛍光層１１と蛍光層１３に含有させた場合には、蛍光層１１の屈折率が蛍光層１３の屈折率よりも低くなるように、透光性樹脂１４および１６を選択することが望ましい。これにより、蛍光層１１の上面から放出される光の取り出し効率を向上させることができる。
【００４１】
図４は、実施形態の変形例に係る発光モジュール２０を表す模式断面図である。同図に表すように、発光モジュール２０は、基板３と、基板３の上に設けられた発光体５と、蛍光層１１および１３と、を備える。そして、基板３の上において、発光体５を覆う中間層１９をさらに備える。蛍光層１３および蛍光層１１は、中間層１９の上に順次積層されれる。中間層１９は、発光体５の放射光を透過する。ここで、「透過」とは、発光体５の放射光の全てを透過することに限らず、その一部を吸収する場合も含む。
【００４２】
中間層１９は、例えば、シリコーンなどの透光性樹脂であり、透光性無機酸化物またはガラスなどを含む。また、中間層１９は、透光性無機酸化物またはガラスなどを、例えば、２０ｗｔ％以上含有する。
【００４３】
例えば、図１（ａ）に表す発光モジュール１０では、蛍光層１３が発光体５を直接覆うため、蛍光層１３における黄色蛍光体１７の発光は、発光体５の温度上昇の影響を受ける。これに対し、発光モジュール２０では、中間層１９が蛍光層１３を発光体５から隔離する。これにより、発光体５の温度上昇の影響を軽減し、例えば、各蛍光体の発光効率の低下や相関色温度の上昇を抑制することができる。
【００４４】
上記の通り、本実施形態に係る発光モジュールでは、比視感度の低い６５０ｎｍ以上の波長領域の光を放射せず、さらに、視感度の高い可視光領域の発光を吸収しない赤色蛍光体１５を用いる。これにより、演色性を向上させ、且つ、相関色温度の低いモジュールにおいて高い発光効率を得ることができる。また、赤色蛍光体１５の粒径を大きくすることにより、その含有量を削減し、発光モジュールの低コスト化を実現することも可能である。さらに、基板３の上において、黄色蛍光体１７を、赤色蛍光体１５と発光体５の間に配置することにより、発光モジュールの演色性および発光効率の温度特性を向上させることができる。
【００４５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４６】
３・・・基板、  ３ａ・・・上面、  ５・・・発光体、  ７・・・バンク、  １０・・・発光モジュール、  １１、１３・・・蛍光層、  １４、１６・・・透光性樹脂、  １５・・・赤色蛍光体、  １７・・・黄色蛍光体、  １９・・・中間層、  ２０・・・発光モジュール、  ２１・・・筐体、  ２３・・・絶縁ケース、  ３０・・・カバー、  ４０・・・電力変換部、  ４１・・・リード線、  ５０・・・口金、  １００・・・照明装置
【図１】
2014164830.tif 000003
【図２】
2014164830.tif 000004
【図３】
2014164830.tif 000005
【図４】
2014164830.tif 000006