(57)【要約】      （修正有）【課題】発光装置間における色度誤差の発生を抑制する発光素子及びこれを備える発光装置を提供する。【解決手段】発光装置１は、励起光によって励起されて発光する２種類の蛍光体１１，１２を含有する樹脂部材１０を備え、ｘｙ色度図における２種類の蛍光体の色度点を結んだ線分が黒体軌跡上で規定した所望の白色光の色度点を通り、樹脂部材の光の吸収係数をα、樹脂部材の厚さをＴとしたときにＥＸＰ（−α×Ｔ）≦０．０１を満たす。【選択図】図１
2015015435.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光によって励起されて発光する２種類の蛍光体を含有する樹脂部材を備え、
ｘｙ色度図における前記２種類の蛍光体の色度点を結んだ線分が黒体軌跡上で規定した所望の白色光の色度点を通り、前記樹脂部材の光の吸収係数をα、前記樹脂部材の厚さをＴとしたときにＥＸＰ（−α×Ｔ）≦０．０１を満たす発光体。
【請求項２】
前記線分は色度分類規格によって定められる色温度の規格範囲の内、３種類以上の色温度の規格範囲を通る請求項１に記載の発光体。
【請求項３】
前記線分は黒体軌跡上で規定した所望の白色光の色度点の接線である請求項１又は請求項２に記載の発光体。
【請求項４】
前記２種類の蛍光体の少なくとも一方はナノ粒子蛍光体である請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発光体。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の発光体と、
前記発光体に励起光を照射する励起光源と、
を備える発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所望の白色光を発光する発光体及びこれを備える発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、発光する半導体ダイオード等の半導体発光素子を励起光源として用いて、励起光源から生じた励起光を蛍光体を含む発光体に照射することで所望の白色光を発光する発光装置が提供されている。
【０００３】
例えば特許文献１の半導体発光装置は励起光源として青色光を発する半導体発光素子と赤色蛍光体及び緑色蛍光体とを備えている。そして、半導体発光素子から発せられる青色光と励起光に励起されて各蛍光体から発せられる赤色光及び緑色光とが混合されて白色光が実現される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１４１０３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで使用する発光素子や複数の蛍光体の分量比は実現したい白色光の色度（色温度）に基づいて適宜設定される。しかしながら発光素子から発せられる光の波長は製造誤差等によりばらつきが発生することがあり、また、蛍光体の分量比も製造過程においてばらつきが生じるなど多くの要因によって発光装置間における色度誤差が生じうる。
【０００６】
本発明は上述した問題点に鑑み、発光装置間における色度誤差の発生を抑制する発光素子及びこれを備える発光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明の発光体は、励起光によって励起されて発光する２種類の蛍光体を含有する樹脂部材を備え、ｘｙ色度図における前記２種類の蛍光体の色度点を結んだ線分が黒体軌跡上で規定した所望の白色光の色度点を通り、前記樹脂部材の光の吸収係数をα、前記樹脂部材の厚さをＴとしたときにＥＸＰ（−α×Ｔ）≦０．０１を満たすことを特徴としている。
【０００８】
また上記構成の発光体において、前記線分は色度分類規格によって定められる色温度の規格範囲の内、３種類以上の色温度の規格範囲を通ることが望ましい。
【０００９】
また上記構成の発光体において、前記線分は黒体軌跡上で規定した所望の白色光の色度点の接線であることが望ましい。
【００１０】
また上記構成の発光体において、前記２種類の蛍光体の少なくとも一方はナノ粒子蛍光体であることが望ましい。
【００１１】
上記目的を達成するために本発明の発光装置は、上記いずれかに記載の発光体と、前記発光体に励起光を照射する励起光源と、を備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、樹脂部材に２種類の蛍光体が含有される。そして樹脂部材の光の吸収係数をα、前記樹脂部材の厚さをＴとしたときにＥＸＰ（−α×Ｔ）≦０．０１を満たすことにより、励起光は樹脂部材で全て波長変換若しくは吸収される。従って励起光の波長のばらつきは得られる光の色度に影響を与えない。また、得られる光は励起光によって励起されて発光する２種類の蛍光体から発せられる光を混合した光であり、２種類の蛍光体の色度点を結んだ線分が黒体軌跡上で規定した所望の白色光の色度点を通るので所望の白色光となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一実施形態における発光装置を示す断面図
【図２】２種類の蛍光体の色度点を結んだ線分と黒体軌跡を示すｘｙ色度図
【図３】２種類の蛍光体の色度点を結んだ線分と黒体軌跡を示す他のｘｙ色度図
【図４】２種類の蛍光体の色度点を結んだ線分と黒体軌跡を示すさらに他のｘｙ色度図
【図５】ＡＮＳＩ規格による色温度の規格範囲を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜第１実施形態＞
以下に本発明の発光装置について図面を参照して説明する。なお、本実施形態及び以降の実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するために発光装置の一例を示すものであって、本発明をこれら発光装置に特定することを意図するものではなく、特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態の発光装置にも等しく適応し得るものである。
【００１５】
図１は本実施形態の発光装置を示す断面図である。発光装置１は基板２を備え、基板２の表面にはポリイミドやエポキシ系などの熱伝導性絶縁樹脂層３が設けられる。熱伝導性絶縁樹脂層３の表面には光反射性を有する配線パターン（銅パターン）４が設けられる。配線パターン４は例えば後述するＬＥＤチップ６に駆動電流を供給するためのカソード電極４ａ及びアノード電極４ｂを備える。
【００１６】
配線パターン４の一部はレジスト層（ソルダーレジスト）５に覆われて保護される。レジスト層５としてはＬＥＤチップの出射光の反射光率及び拡散効率を高めることを目的として白色のレジスト層とすることが望ましい。
【００１７】
ＬＥＤチップ６は後述する蛍光体１１、１２から発せられる光の波長よりも短波長の光（青色光、紫色光、紫外光）を出射する発光素子であればよい（蛍光体１１又は１２が青色蛍光体であれば紫色光又は紫外光となる）。ＬＥＤチップ６の大きさとしては例えば長辺６００μｍ、短辺２００μｍ、高さ１００μｍのものが使用される。ＬＥＤチップ６はダイボンド等の固定材料７によってレジスト層５上に固定される。ＬＥＤチップ６とカソード電極４ａ及びアノード電極４ｂとは夫々ワイヤ等の接続部材８ａ、８ｂによって接続される。
【００１８】
また、レジスト層５上にはＬＥＤチップ６の周囲を囲むようにダム材９が設けられ、ダム材９の内側（ダム材９で囲まれた部分）には樹脂部材１０が配されてＬＥＤチップ６が封止される。樹脂部材１０はＬＥＤチップ６の出射光（励起光）に励起されて所定の蛍光を出射する２種類の蛍光体１１、１２とシリコーン等の封止樹脂１３と沈降防止剤（不図示）を混合してドーム状に形成される。なお、本明細書及び特許請求の範囲では樹脂部材１０を備える構成を発光体（励起光の照射対象物）とも称する。
【００１９】
以下、樹脂部材１０及び２種類の蛍光体１１、１２に関して図２を参照して説明する。図２は２種類の蛍光体の色度点を結んだ線分と黒体軌跡を示すｘｙ色度図（ＣＩＥ１９３１色度図）である。
【００２０】
本実施形態では２種類の蛍光体１１、１２として、ＬＥＤチップ６の出射光に励起されてピーク波長が５００ｎｍの光を発光する青緑色蛍光体（例えばＣｅ賦活αサイアロン蛍光体）１１とＬＥＤチップ６の出射光に励起されてピーク波長が６２５ｎｍの光を発光する赤色蛍光体（例えばＥｕ賦活ＣａＡｌＳｉＮ3蛍光体）１２を使用する。青緑色蛍光体１１と赤色蛍光体１２は重量％で１．０６：１の割合で樹脂部材１０に含有される。
【００２１】
樹脂部材１０には青緑色蛍光体１１及び赤色蛍光体１２の合計重量は２ｍｇに対して封止樹脂１３は５ｍｇが含まれる。
【００２２】
ｘｙ色度図において各蛍光体１１、１２から発せられる光の色度点は夫々（０．２５，０．４５）、（０．６３、０．３６）であり、両点を結ぶ線分Ｌ１と黒体軌跡との交点は白色光の色度点を通る。本実施形態では線分Ｌ１と黒体軌跡との交点が色温度３０００Ｋの白色光となるように、樹脂部材１０が青緑色蛍光体１１と赤色蛍光体１２を含有する。
【００２３】
なお、白色光として好適に使用される色温度は３０００Ｋに限られるものではなく２０００Ｋから１００００Ｋの間の所望の白色光が得られるように適切な蛍光体を樹脂部材１０に含有させることすればよい。例えば、色温度２５００Ｋの暖光色や６０００Ｋの昼光色を実現することができる。
【００２４】
仮に、このような樹脂部材１０に対してＬＥＤチップ６の出射光を照射した場合に、その一部が樹脂部材１０を透過し、青緑色蛍光体１１から発せられる光及び赤色蛍光体１２から発せられる光と合成されて白色光を得ると、ＬＥＤチップ６の出射光の波長及び各光の強度差によって得られる白色光の色温度にばらつきが生じる。
【００２５】
図２における線分Ｌ２及びＬ３を参照して説明する。線分Ｌ２はＬＥＤチップ６の出射光のピーク波長が４５０ｎｍ、色度が（０．１７、０．０５）である場合に得られる光の範囲を示す線分である。また、線分Ｌ２において点Ｐ１は、青緑色蛍光体１１から発せられる光及び赤色蛍光体１２から発せられる光の合成光（以下、蛍光体の合成光とも称する。）と樹脂部材１０を透過したＬＥＤチップ６の出射光の光強度の比が５：１である場合に得られる白色光である。
【００２６】
これに対して線分Ｌ３はＬＥＤチップ６の出射光のピーク波長が４６０ｎｍ、色度が（０．１２、０．０３）である場合に得られる光の範囲を示す線分である。また、線分Ｌ３において点Ｐ２は、蛍光体の合成光と樹脂部材１０を透過したＬＥＤチップ６の出射光の光強度の比が５：１である場合に得られる白色光である。
【００２７】
つまりＬＥＤチップ６の出射光の色度（出射光の波長）にばらつきが生じると蛍光体の合成光に合成されて得られる白色光の色温度が点Ｐ１から点Ｐ２に変化してしまう。そこで本実施形態ではＬＥＤチップ６の出射光が樹脂部材１０を透過しないように構成することで、得られる白色光の色度がＬＥＤチップ６の出射光の波長のばらつきに起因してばらつかないようにする。
【００２８】
ＬＥＤチップ６の出射光が得られる白色光の一部を構成しないようにするためには、ＬＥＤチップ６の出射光の全てが樹脂部材１０に吸収され、或いは変換されればよい。樹脂部材１０がＬＥＤチップ６の出射光の全てを吸収或いは変換するか否かは樹脂部材１０の吸収係数及び樹脂部材１０の厚さによって定まる。樹脂部材１０の吸収係数は含有する蛍光体１１、１２と封止樹脂１３の重量％及び全重量に応じて定まる。
【００２９】
樹脂部材１０の厚さとはＬＥＤチップ６と樹脂部材１０の光出射面までの距離であり、本実施形態のように樹脂部材１０がドーム状に形成される場合にはＬＥＤチップ６を中心とした各方向への距離である。なお、樹脂部材１０はドーム状に形成しなくてもよく、例えば直方体状に形成される場合には、ＬＥＤチップと樹脂部材１０との距離のうち、最も距離が近い距離を基準とする。
【００３０】
ここで樹脂部材１０の吸収係数をα、樹脂部材１０の厚さをＴとすると、次式（１）を満たすことでＬＥＤチップ６の出射光は樹脂部材１０によって全て吸収或いは変換される。
ＥＸＰ（−α×Ｔ）≦０．０１・・・（１）
【００３１】
なお、青緑色蛍光体１１及び赤色蛍光体１２としては上述したものに限られるものではない。青緑色蛍光体１１としてはハロ燐酸塩蛍光体、Ｃｅ賦活Ｍ2Ｓｉ5Ｎ8蛍光体等が使用可能である。赤色蛍光体１２としてはＥｕ賦活Ｃａ2Ｓｉ5Ｎ8蛍光体等が使用可能である。
【００３２】
また、その他の蛍光体として、ナノ粒子蛍光体を使用することも可能である。ナノ粒子蛍光体は、耐熱性に優れ、粒子径が可視光の波長の１０分の１程度まで小さくなった蛍光体であり、光散乱の影響を無視出来るほど低減することが可能となる。ナノ粒子蛍光体の使用で蛍光体内部での光の吸収率が大きく低減されるため、ＬＥＤチップ６の出射光の全てを樹脂部材１０で変換もしくは吸収する発光体の構成には極めて効果的である。
【００３３】
本実施形態によれば、樹脂部材の光の吸収係数をα、樹脂部材の厚さをＴとしたときにＥＸＰ（−α×Ｔ）≦０．０１を満たすことにより、励起光は樹脂部材で全て波長変換若しくは吸収される。従って励起光の波長のばらつきは得られる光の色度に影響を与えない。また、得られる光は励起光によって励起されて発光する２種類の蛍光体から発せられる光を混合した光であり、２種類の蛍光体の色度点を結んだ線分が黒体軌跡上で規定した所望の白色光の色度点を通るので所望の白色光となる。
【００３４】
また、２種類の蛍光体の少なくとも一方はナノ粒子蛍光体であるのでＬＥＤチップ６の出射光の全てを樹脂部材１０で変換もしくは吸収する発光体の構成には極めて効果的である。
【００３５】
＜第２実施形態＞
上記第１実施形態の発光装置１は比較的入手が容易な青緑色蛍光体と赤色蛍光体を使用して白色光を得ることとした。第１実施形態の構成ではＬＥＤチップ６の出射光の全てが吸収或いは変換されるので、ＬＥＤチップ６の出射光の波長のばらつきに起因する白色光の色度のばらつきは発生しない。一方で、黒体軌跡において所望の白色光の色温度（第１実施形態では３０００Ｋ）の点における接線Ｌ４と線分Ｌ１とは傾きが大きく異なり、接線Ｌ４と線分Ｌ１のなす角が大きい。
【００３６】
従って蛍光体自体のばらつきや分量比のばらつきにより、得られる白色光の色温度が黒体軌跡に対して大きくずれてしまう可能性がある。そこで本実施形態では蛍光体自体のばらつきや分量比のばらつきに起因する白色光の色温度の黒体軌跡に対するずれを抑制する構成とする。
【００３７】
具体的には線分Ｌ１と接線Ｌ４の傾きを略同一にする、すなわち、線分Ｌ１が所望の白色光の色温度の点における接線となるように蛍光体１１及び蛍光体１２をの種類及び重量％を定める。本実施形態では蛍光体１１、１２としてＬＥＤチップ６の出射光に励起されてピーク波長が５８６ｎｍの光を発光する橙色蛍光体（例えばＥｕ賦活αサイアロン蛍光体）１１とＬＥＤチップ６の出射光に励起されてピーク波長が４９０ｎｍの光を発光する青緑色蛍光体（例えばＡＩＮ蛍光体やＪＥＭ蛍光体）１２を使用する。橙色蛍光体１１と青緑色蛍光体１２は重量％で１：２の割合で樹脂部材１０に含有される。
【００３８】
図３を参照して、ｘｙ色度図において各蛍光体１１、１２から発せられる光の色度点は夫々（０．５５，０．４４）、（０．２３、０．３４）であり、両点を結ぶ線分Ｌ５と黒体軌跡との交点は色温度３０００Ｋの白色光の色度点を通り、且つ、当該色度点における接線である。
【００３９】
本実施形態によれば第１実施形態と同様の効果を奏する。加えて、蛍光体の色度点を結ぶ線分が所望の白色光の色度点の接線であることにより、蛍光体の発光色のばらつきや蛍光体の分量比のばらつきに起因する白色光のばらつきが黒体軌跡に沿って生じるため得られる白色光の色温度の黒体軌跡に対するずれを抑制することができる。
【００４０】
＜第３実施形態＞
上記第２実施形態の発光装置１は蛍光体自体のばらつきや分量比のばらつきに起因する得られる白色光の色温度の黒体軌跡に対するずれを抑制する構成とするために、各蛍光体１１、１２から発せられる光の色度点同士を結んだ線分が黒体軌跡における所望の白色光の色温度の点における接線となるようにした。本実施形態では、さらに、蛍光体自体のばらつきや分量比のばらつきに起因して白色光の色度にばらつきが発生しても他の照明装置用発光体として使用可能とする構成を示す。
【００４１】
米国において照明光（２７００Ｋ〜６５００Ｋの白色光）はＡＮＳＩ規格により８色の色温度の規格範囲が定められている。図５は図２〜図４に示したＣＩＥ１９３１色度図の黒体軌跡の一部の拡大図である。図５に示すように白色光は色温度に応じて８種類の色温度に規定され、図５において黒体軌跡上の×印は各色温度の中心点である。各色温度における規格範囲は図５において黒体軌跡に沿って各色温度を囲む四角形（菱形）の範囲であり、当該範囲内の色温度の白色光はＡＮＳＩ規格内の照明装置用発光体として使用できる。
【００４２】
従って各蛍光体１１、１２から発せられる光の色度点を結ぶ線分がＡＮＳＩ規格による８種類の色温度の規格範囲のうち、３種類以上の色温度の規格範囲を通ることとすれば、白色光の色度にばらつきが発生してもＡＮＳＩ規格内の白色光となる可能性が高く、その場合は異なる色温度の他の照明装置用発光体として使用可能である。
【００４３】
また、より望ましくは図５に示すように全ての色温度の規格範囲を通ることとすればよく、本実施形態では蛍光体１１、１２としてＬＥＤチップ６の出射光に励起されてピーク波長が４６５ｎｍの光を発光する青緑色蛍光体（例えば（Ｓｒ，Ｂａ）10（ＰＯ4）6Ｃ12：ＥＵ（ハロリン酸塩蛍光体））１１と、ＬＥＤチップ６の出射光に励起されてピーク波長が５８３ｎｍの光を発光する橙色蛍光体（例えば（Ｓｒ3ＳｉＯ5：Ｅｕ，Ｙｂ（シリケート蛍光体））１２を使用する。
【００４４】
ｘｙ色度図において各蛍光体１１、１２から発せられる光の色度点は夫々（０．１５，０．２２）、（０．５３、０．４７）であり、両点を結ぶ線分Ｌ６と黒体軌跡との交点は白色光の色度点を通る（図４参照）。本実施形態では線分Ｌ６と黒体軌跡との交点が色温度５０００Ｋの白色光となるように、樹脂部材１０が青緑色蛍光体１１と橙色蛍光体１２を含有する。樹脂部材１０内における封止樹脂１３、青緑色蛍光体１１、橙色蛍光体１２の重量％は８８：６：６である。
【００４５】
本実施形態によれば第１実施形態と同様の効果を奏する。加えて、蛍光体自体のばらつきや分量比のばらつきに起因して白色光の色度にばらつきが発生しても、ＡＮＳＩ規格外れになりにくく、異なる色温度の他の照明装置用発光体として使用可能である。従ってＡＮＳＩ規格外れによる製品不良を劇的に低減することができる。
【００４６】
なお、本実施形態では色度分類規格としてＡＮＳＩ規格を用いて説明したが、色度分類規格はこれに限られるものではない。例えば日本国において照明光について５色の色温度の規格範囲を定めるＪＩＳ規格であってもよい。また、ＡＮＳＩ規格やＪＩＳ規格に基づいて独自に色温度の規格範囲を定めた（一般的に独自に定める場合はＡＮＳＩ規格やＪＩＳ規格よりも厳しい規格範囲とする）ものであってもよい。その場合にも線分Ｌ６が３種類以上の色温度の規格範囲を通ることで同様の効果を奏する。
【００４７】
また、第２実施形態と第３実施形態は組み合わせることが可能である。すなわち、蛍光体１１、１２の色度点を結ぶ線分が、黒体軌跡における所望の白色光の色度点の接線であり、且つ、色度分類規格における３種類以上の色温度の規格範囲を通ることとすればよい。
【符号の説明】
【００４８】
１      発光装置
２      基板
３      熱伝導性絶縁樹脂層
４      配線パターン
５      レジスト層
６      ＬＥＤチップ
７      固定材料
８      接続部材
９      ダム材
１０      樹脂部材
１１、１２      蛍光体
１３      封止樹脂
【図１】
2015015435.tif 000003
【図２】
2015015435.tif 000004
【図３】
2015015435.tif 000005
【図４】
2015015435.tif 000006
【図５】
2015015435.tif 000007