(57)【要約】      （修正有）【課題】１つの発光素子で輝度と同時に発光光の色温度を変化させることが可能な発光素子およびそれを用いた発光装置を提供する。【解決手段】発光素子は、発光素子と、発光素子を駆動するパルス電流によって駆動する駆動回路とを備えた発光装置であって、発光素子は、青色発光ダイオード２と、青色発光ダイオードの上部に配置され、５８０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の範囲の発光波長を有し、且つ、発光強度が１０％に低下するまでの残光時間が５ｍｓ以上１０ｍｓ以下である第一の蛍光体５と、青色発光ダイオードの上部に配置され、４９０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の範囲の発光波長を有しで、且つ、発光強度が１０％に低下するまでの残光時間が１ｎｓ以上１０ｎｓ以下の第二の蛍光体６とを有する蛍光体層とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、前記発光素子を駆動するパルス電流によって駆動する駆動回路とを備えた発光装置であって、
前記発光素子は、
青色発光ダイオードと、
前記青色発光ダイオードの上部に配置され、５８０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の範囲の発光波長を有し、且つ、発光強度が１０％に低下するまでの残光時間が５ｍｓ以上１０ｍｓ以下である第一の蛍光体と、前記青色発光ダイオードの上部に配置され、４９０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の範囲の発光波長を有しで、且つ、発光強度が１０％に低下するまでの残光時間が１ｎｓ以上１０ｎｓ以下の第二の蛍光体とを有する蛍光体層とを含む発光装置。
【請求項２】
前記駆動回路がパルス幅変調方式を用いた駆動する請求項１記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明用光源等に使用する発光ダイオード（以下、白色ＬＥＤという。）を用いた発光素子およびそれを用いた発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、窒化ガリウム（ＧａＮ）に代表される窒化物半導体により構成される半導体素子の研究開発が盛んである。窒化物半導体は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ＧａＮ、窒化インジウム（ＩｎＮ）およびそれらの混晶体を含む。
【０００３】
窒化物半導体により構成される半導体発光素子は、その膜組成を制御することによって紫外あるいは青色から赤外線領域までの幅広い波長領域において発光が実現できる。その応用例として窒化物半導体を用いた可視域発光ダイオードが既に商品化されている（例えば、非特許文献１）。
【０００４】
図５は従来の白色ＬＥＤ素子の断面構成を示している。
【０００５】
図５に示す白色ＬＥＤ素子は、パッケージ１と、青色ＬＥＤチップ２と、リード端子３と、配線ワイヤー４とを備える。パッケージ１の内側は、ＹＡＧ蛍光体５がシリコーン樹脂６により封止されている。ＹＡＧ蛍光体５は、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋黄色蛍光体粒子である。
【０００６】
白色ＬＥＤ素子を照明に用いる際に、明るさを調整する調光機能とともに照明光の色調を調整するために、白色ＬＥＤと赤色ＬＥＤを組み合わせた発光装置が提案されている。（例えば、特許文献１、２、３参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１０３４４３号公報
【特許文献２】特開２００５−１０１２９６号公報
【特許文献３】特開２００８−３００１２４号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｓｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａ  ｅｔ．ａｌ．，  Ｊｐｎ．  Ｊ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｖｏｌ．３４  （１９９５）Ｌ．１３３２  −  Ｌ．１３３５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、上述した従来の発光装置は、光の色調を変えるために２種類の発光波長を発するＬＥＤ素子を必要とし、さらにそれぞれに対して駆動回路を必要とするためにコストが上昇するという課題を有する。
【００１０】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、簡便な方法で１つの発光素子で輝度と同時に発光光の色温度を変化させることが可能な発光素子およびそれを用いた発光装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記従来の課題を解決するために、本発明の発光装置は、青色発光ダイオードと青色光によって励起される蛍光体層を有する白色発光ダイオードを用いた発光装置において、主な発光波長が５８０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下で、且つ、発光強度が１０％に低下するまでの残光時間が５ｍｓ以上１０ｍｓ以下の第一の蛍光体と主な発光波長が４９０ｎｍ以上６００ｎｍ以下で、且つ、発光強度が１０％に低下するまでの残光時間が１ｎｓ以上１０ｎｓ以下の第二の蛍光体とから成る蛍光体層を有する発光素子と、前記発光素子をパルス電流によって駆動する駆動回路を具備し、前記駆動回路がパルス幅変調方式を用いた駆動方法を用いることで、発光時の光束と同時に色温度を調節可能な発光装置を実現することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の発光素子は、１つの発光素子で輝度と同時に発光光の色温度を変化させることが可能な発光素子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１における発光素子の断面構成図
【図２】本発明の実施の形態１における発光素子の製造方法の工程順の断面構成図
【図３】本発明の実施の形態１における発光装置のブッロクダイアグラム図
【図４】本発明の実施の形態１における駆動パルスと蛍光体の残光特性の概略図
【図５】従来のＬＥＤを用いた発光素子の断面構成図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
第１の態様は、発光素子と、前記発光素子を駆動するパルス電流によって駆動する駆動回路とを備えた発光装置であって、前記発光素子は、青色発光ダイオードと、前記青色発光ダイオードの上部に配置され、５８０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の範囲の発光波長を有し、且つ、発光強度が１０％に低下するまでの残光時間が５ｍｓ以上１０ｍｓ以下である第一の蛍光体と、前記青色発光ダイオードの上部に配置され、４９０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の範囲の発光波長を有しで、且つ、発光強度が１０％に低下するまでの残光時間が１ｎｓ以上１０ｎｓ以下の第二の蛍光体とを有する蛍光体層とを含む。
【００１５】
第２の態様は、駆動回路がパルス幅変調方式を用いた駆動する。
【００１６】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
実施の形態１の発光装置は、発光素子と、駆動回路とを備える。
【００１８】
図１は、実施の形態１の発光素子の断面構成図である。
【００１９】
図１に示す発光素子は、パッケージ１と、青色ＬＥＤチップ２と、リード端子３と、配線ワイヤー４と、蛍光体層５１とを備える。青色ＬＥＤチップ２から放射された青色の光は、蛍光体層５１を入射する。蛍光体層５１に入射した青色の光は、蛍光体層５１で白色の光に変換されて、外部に放射される。
【００２０】
パッケージ１は、たとえば、凹部を有する。パッケージ１の凹部には、青色ＬＥＤチップ２と、青色ＬＥＤチップ２の上部を覆う蛍光体層５１とが配置されている。
【００２１】
蛍光体層５１は、第１の蛍光体層と第２の蛍光体層を有する。
【００２２】
第１の蛍光体層は、第１の蛍光体と、第１の蛍光体を覆うシリコーン樹脂６とを有する。第１の蛍光体は、シリコーン樹脂６で封止されている。
【００２３】
第１の蛍光体は、ＹＡＧ蛍光体５で構成される。第１の蛍光体は、５８０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下の範囲の発光波長を有し、且つ、発光強度が１０％に低下するまでの残光時間が５ｍｓ以上１０ｍｓ以下である。
【００２４】
第２の蛍光体層は、第２の蛍光体と、第２の蛍光体を覆うシリコーン樹脂８とを有する。第２の蛍光体は、シリコーン樹脂８で封止されている。
【００２５】
第２の蛍光体は、Ｒ蛍光体７で構成される。Ｒ蛍光体は、Ｂａ２ＺｎＳ３：Ｍｎ２＋赤色蛍光体粒子である。第２の蛍光体は、４９０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の範囲の発光波長を有しで、且つ、発光強度が１０％に低下するまでの残光時間が１ｎｓ以上１０ｎｓ以下の第二の蛍光体とを有する。
【００２６】
以下、前記のように構成された発光素子の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【００２７】
図２（ａ）〜図２（ｃ）は、第１の実施形態に係る発光素子の製造方法の工程順の断面構成を示している。
【００２８】
図２（ａ）に示されるように、パッケージ上に青色ＬＥＤチップを実装しリード端子に配線ワイヤーをワイヤーボンディングによって接続する。
【００２９】
次に、図２（ｂ）に示されるように、ＹＡＧ蛍光体をシリコン樹脂に１０ｗｔ％分散させた蛍光体ペーストをポッティングによってパッケージ内部に塗布し、加熱乾燥させ黄色蛍光体層を形成する。
【００３０】
その後、図２（ｃ）に示されるように、Ｒ蛍光体を０．４ｗｔ％シリコン樹脂に分散させた蛍光体シートをパッケージ上部に貼り合わせることで発光素子を作製することができる。
【００３１】
図３は、前記発光素子を駆動する駆動回路と発光素子からなる本実施の形態１の発光装置の構成を示すブロックダイアグラムである。
【００３２】
図３に示すように、発光装置は、白色ＬＥＤ素子３０１と、パルス電流発生回路３０２と、タイミングコントローラー３０３と、調光用ボリューム３０４とを備える。
【００３３】
白色ＬＥＤ素子３０１に接続されたパルス電流発生回路３０２のパルス周波数およびＯＮ/ＯＦＦのデューティー比をタイミングコントローラー３０３で制御し、調光用ボリューム３０４でデューティー比を調整することで白色ＬＥＤ素子３０１に流れる平均電流値を変化させ、明るさを可変することが出来る。
【００３４】
図４に、前記発光素子を駆動する駆動パルスと発光タイミングを示すタイミングチャートの一例を示す。
【００３５】
ＹＡＧ蛍光体５は、発光中心であるＣｅ３＋のｆ−ｄ遷移を使用しているため、残光時間が数ｎｓから１０ｎｓと非常に短い。一方、Ｒ蛍光体７は、発光中心であるＭｎ２＋のｄ−ｄ遷移が禁制遷移であるため残光時間が１ｍｓから１０ｍｓと長い。電流パルスの周波数を１００Ｈｚ程度で駆動する際、デューティー比が小さい場合は、残光の長いＲ蛍光体からの光量が発光素子全体の光量に占める割合が多くなる。一方、デューティー比が大きい場合は、残光の長いＲ蛍光体からの光量は飽和し、残光の短いＹＡＧ蛍光体からの光量は、デューティー比に比例して増加する為、発光素子全体の光量に占めるＲ蛍光体からの光の割合が少なくなる。
【００３６】
表１に本実施の形態１の発光装置における１００Ｈｚで駆動した際の駆動パルスの各デューティーと発光素子の光束および色温度を示す。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
表１から明らかなように、デューティー比が５％のときは、発光素子からの光束が小さく、また色温度が２２００Ｋと低い。デューティー比を増加させるに従って、光束が増加すると共に色温度が高くなり１００％では色温度が７０００Ｋとかなり高い値を示した。
【００３９】
このように実施の形態１の発光装置は、白熱電球と同様に光束が少ないとき即ち光源が暗いときには色温度が低く、光束が多いとき即ち光源が明るいときには色温度が高いという自然な明るさを持った発光装置を簡便な素子構成と制御回路で実現することができる。また、低コストで優れた調光性を有する発光装置を実現できる。
【００４０】
尚、本実施の形態では、発光素子の蛍光体としてＹＡＧ蛍光体を塗布したのちにＲ蛍光体のシートを貼り合わせたがこの構成に限定されるものではなく、ＹＡＧ蛍光体とＲ蛍光体を混合した蛍光体ペーストをパッケージ内に塗布してもよい。
【００４１】
また、ＹＡＧ蛍光体を塗布する前にＲ蛍光体を含む蛍光体ペーストを塗布したのちＹＡＧ蛍光体のペーストを塗布してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明にかかる発光装置は、１つの発光素子で輝度と同時に発光光の色温度を変化させることが可能な発光素子を実現することができ、低コストで優れた調光性を有し、照明、ディスプレイ等の用途に応用できる。
【符号の説明】
【００４３】
１      パッケージ
２      青色ＬＥＤチップ
３      リード端子
４      配線ワイヤー
５      ＹＡＧ蛍光体
６      シリコーン樹脂
７      Ｒ蛍光体
８      シリコーン樹脂
５１    蛍光体層
３０１  ＬＥＤ素子
３０２  パルス電流発生回路
３０３  タイミングコントローラー
３０４  調光用ボリューム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2013239551.tif 000008