发光模块的制作方法
【专利摘要】本发明提出一种发光模块。实施方式的发光模块包括基板、设置于所述基板上的发光体、以及包含由所述发光体的发射光而激发的第一荧光体及第二荧光体的荧光层。所述第一荧光体在大于或等于610nm且小于650nm的波长范围内具有半宽值为小于或等于20nm的发光波峰，所述第二荧光体在所述发光体的发光光谱的波峰波长与所述第一荧光体的发光光谱的波峰波长之间的波长范围内具有发光波峰。而且，所述第一荧光体的与所述基板垂直的方向上的密度分布具有朝向其两端中的至少其中一端而增高的密度梯度。
【专利说明】发光模块
[0001]本申请基于并主张2013年2月21日申请的日本专利申请案2013-032644号的优先权，该申请的全文以引用的方式并入本文。
【技术领域】
[0002]实施方式涉及一种发光模块。
【背景技术】
[0003]多数作为照明器械的光源而使用的发光模块包括蓝色发光元件、及由该蓝色发光元件的发射光而激发的荧光体，且输出白色光，该白色光是将蓝色发光元件发射的蓝色光及荧光体发射的更长的波长的光进行组合所得。而且，理想的是在用于将蓝色光向长波长的光转换的荧光体中，使用发光效率高且伴随周围温度的上升而光束降低小的荧光体。例如，鉴于所述特性，使用发射黄色光的乾-招-石槽石(Yttrium Aluminium Garnet, YAG)荧光体或发射红色光的CASN(CaAlSiN3:Eu)荧光体等。
【发明内容】
[0004]实施方式的发光模块包括基板、设置于所述基板上的发光体、以及包含由所述发光体的发射光而激发的第一荧光体及第二荧光体的荧光层。所述第一荧光体在大于或等于610nm且小于650nm的波长范围内具有半宽值为小于或等于20nm的发光波峰,所述第二突光体在所述发光体的发光光谱的波峰波长与所述第一荧光体的发光光谱的波峰波长之间的波长范围内具有发光波峰。而且，所述第一荧光体的与所述基板垂直的方向上的密度分布具有朝向其两端中的至少其中一端而增高的密度梯度。
【专利附图】
【附图说明】
[0005]图1(a)、图1(b)是表示实施方式的发光模块及照明装置的示意剖面图。
[0006]图2(a)、图2(b)是表示实施方式的荧光体的特性的曲线图。
[0007]图3 (a)、图3(b)是表示实施方式的荧光体的分布的示意图。
[0008]图4是表示实施方式的荧光体的温度特性的曲线图。
[0009]图5是表示实施方式的变形例的发光模块的示意剖面图。
[0010]符号的说明
[0011]3:基板
[0012]3a:基板的上表面
[0013]5:发光体
[0014]7:挡堤
[0015]9:荧光层
[0016]10、20:发光模块
[0017]13:透光性树脂[0018]15:红色荧光体
[0019]17:黄色荧光体
[0020]19:中间层
[0021]21:框体
[0022]23:绝缘盒
[0023]30:盖
[0024]40:电力转换部
[0025]41、42:导线
[0026]50:灯头
[0027]100:照明装置
[0028]A、B、C:曲线
[0029]Il:发光强度
[0030]Ip:红色荧光体的发光波峰的相对强度 [0031]LE:下端
[0032]Nf:密度
[0033]PpP^P3:发光波峰
[0034]UE:上端
[0035]X:方向
[0036]Ci^a2:吸收波峰
[0037]aE:发光强度
[0038]λ:波长
【具体实施方式】
[0039]实施方式的发光模块包括基板、设置于所述基板上的发光体、以及包含由所述发光体的发射光而激发的第一荧光体及第二荧光体的荧光层。所述第一荧光体在大于或等于610nm且小于650nm的波长范围内具有半宽值为小于或等于20nm的发光波峰,所述第二突光体在所述发光体的发光光谱的波峰波长与所述第一荧光体的发光光谱的波峰波长之间的波长范围内具有发光波峰。而且，所述第一荧光体的与所述基板垂直的方向上的密度分布具有朝向其两端中的至少其中一端而增高的密度梯度(density gradient)。
[0040]被用作红色荧光体的CASN荧光体或SCASN((Sr，Ca)AlSiN3:Eu)荧光体的发光光谱包含超过650nm的相对可见度(relative visibility)低的波带(waveband),激发带的长波长端也超过600nm。也就是，具有吸收相对可见度高的波长区域的光，且发射相对可见度低的光的侧面。因此，在包含大量的红色荧光体的相关色温低的发光模块中，平均显色性指数(color rendering index)及发光效率降低。对此，实施方式提供一种可提高显色性及发光效率的发光模块及照明装置。
[0041]以下，一边参照附图一边对实施方式进行说明。对附图中的相同部分附上相同符号并适当省略其详细说明，并对不同的部分进行说明。另外，附图为示意性或概念性的图，各部分的厚度与宽度的关系、部分间的大小比率等未必与现实的情况相同。而且，即便在表示相同部分的情况下，也有时根据附图的不同而对彼此的尺寸或比率加以不同表示。[0042]图1 (a)、图1(b)是表示实施方式的发光模块10及照明装置100的示意剖面图。图1 (a)表示发光模块10，图1 (b)表示内置有该发光模块10的照明装置100。
[0043]如图1(a)所示，发光模块10包括基板3、设置于基板3之上的发光体5、以及荧光层9。荧光层9包含由发光体5的发射光而激发的第一荧光体及第二荧光体。
[0044]第一荧光体为发射红色光的红色荧光体15。第二荧光体在发光体5的发光光谱的波峰波长与红色荧光体15的发光光谱的波峰波长之间的波带具有发光波峰。以下，对作为第二荧光体而使用发射黄色光的黄色荧光体17的例子进行说明，但当然并不限定于此。例如，作为第二荧光体，也可使用绿色荧光体，还可使用混合了黄色荧光体与绿色荧光体的荧光体。
[0045]基板3例如为陶瓷基板。发光体5发射波长400纳米(nm)?480纳米的光，并激发红色荧光体15及黄色荧光体17。具体来说，发光体5为发光二极管(Light EmittingDiode:LED)，例如发射主(dominant)波长450nb?460nm的蓝色光。
[0046]发光体5例如经由黏接剂而安装于基板3的上表面3a。基板3上安装多个发光体5，并使用金属丝串联或并联连接。而且，以包围安装着多个发光体5的区域的周围的方式设置着挡堤(bank)7。挡堤7例如包含白色树脂。
[0047]此外，向挡堤7的内侧流入分散有红色荧光体15及黄色荧光体17的透光性树脂13并使其硬化。由此，设置覆盖发光体5的荧光层9。红色荧光体15例如包含由化学式K2SiF6 =Mn而表示的荧光体，黄色荧光体17例如为YAG荧光体。
[0048]发光模块10例如作为光源而内置于照明装置100中。如图1(b)所示，照明装置100例如为灯泡形灯，包括发光模块10、安装发光模块10的框体21、及覆盖发光模块10的盖30。另外，此处所示的照明装置100为一例，实施方式当然并不限定于此。
[0049]在框体21的内部，设置着对发光模块10供给电力的电力转换部40。电力转换部40经由导线41、导线42而与发光模块10及灯头50电连接。而且，电力转换部40收容于设置在框体21的内部的绝缘盒23中。电力转换部40从未图示的商用电源经由灯头50而接受交流电力的供给，例如，转换为直流电力而供给至发光模块10。
[0050]发光模块10从电力转换部40接受电力的供给并发射白色光。也就是，发出由混合底下光所得的白色光，即，将从发光体5发射的蓝色光、从红色荧光体15发射的红色光及从黄色荧光体17发射的黄色光进行混合所得。
[0051 ] 然后，参照图2 (a)、图2 (b)?图4对发光模块10的特性进行说明。图2 (a)?图4是表示荧光层9中所包含的红色荧光体15的特性的曲线图。
[0052]图2(a)是表示荧光体的发光光谱的曲线图。横轴是发光波长λ，纵轴是发光强度Ip该图中的曲线A表示红色荧光体15的发光光谱，曲线B表示比较例的CASN荧光体的发光光谱。
[0053]如曲线A所示，红色荧光体15在大于或等于610nm且小于650nm的波长范围内具有半宽值为小于或等于20nm的发光波峰P1、发光波峰P2及发光波峰P3。而且，大于或等于650nm的波长区域的发光强度k为小于或等于发光波峰P1及发光波峰P2的1/2。另一方面，如曲线B所示，CASN荧光体在610nn?620nm的波长范围内具有发光波峰，其半宽值达到约170nm。而且，波长650nm的发光强度大约为波峰波长的发光强度的80%。
[0054]本实施方式的红色荧光体15在相对可见度降低的大于或等于650nm的波带的发光光谱的强度比CASN荧光体低。因此，如果相关色温及平均显色性指数相同，则使用红色荧光体15的发光模块的光束比使用CASN荧光体的发光模块的光束大。也就是，发光效率闻。
[0055]图2(b)是表示荧光体的激发光谱的曲线图。横轴是激发光的波长λ，纵轴是相对的发光强度αΕ。该图中的曲线A表示红色荧光体15的激发光谱，曲线B表示比较例的CASN荧光体的激发光谱。
[0056]如曲线A所示，红色荧光体15中，在大于或等于300nm且小于或等于550nm的波长范围内具有激发带，在波长350nm及450nm的附近具有激发光的吸收波峰a i及吸收波峰α 2。另一方面，如曲线B所示，CASN荧光体具有例如从波长300nm向长波长侧逐渐降低的光谱，且在从短于300nm的波长侧到超过600nm的波长范围内具有激发带。
[0057]此处，激发带是荧光体吸收激发光的能量而发光的波长范围。
[0058]红色荧光体15的激发波峰α 2重叠于蓝色LED的发光光谱的波峰波长。而且，大于或等于500nm的波长范围内的红色荧光体15的激发带为小于或等于激发波峰α 2的10%。也就是，红色荧光体15的激发带的长波长端位于500nm附近，高效地吸收蓝色LED的发射光，而几乎不吸收黄色荧光体17的发射光。
[0059]与此相对，CASN荧光体的激发带向长波长侧扩展直至超过600nm的波长为止。而且，CASN荧光体吸收黄色荧光体17的发射光并转换成红色光。也就是，在使用了 CASN荧光体的发光模块中，其输出光包含被黄色荧光体17及CASN荧光体这两者吸收的成分。因此，发光模块的发光效率降低。
[0060]这样，理想的是第一荧光体的激发带的长波长端位于比第二荧光体的发光光谱的波峰波长短的波长侧。实施方式的红色荧光体15中所含的K2SiF6 =Mn的激发带为比520nm短的波长侧，几乎不吸收黄色荧光体及绿色荧光体的发射光。因此，通过使用K2SiF6:Mn，而可提高发光模块10的发光效率。
[0061]例如，如果以平均显色性指数Ra为80、相关色温为2800K(Kelvin，开氏温度)的发光模块进行比较，则使用CASN荧光体的情况下的发光效率为83流明(Im)/瓦特(W)。另一方面，使用包含K2SiF6 =Mn的红色荧光体15的情况下的发光效率为1001m/W。而且，在将发光效率设为相同的情况下，相对于使用了 CASN荧光体的发光模块的平均显色性指数80，使用了红色荧光体15的发光模块的平均显色性指数为90。也就是，在使用包含K2SiF6:Mn的红色荧光体15的发光模块中，可提高发光效率及平均显色性指数Ra中的至少任一个。
[0062]图3(a)及图3(b)是表示荧光层9的与基板3垂直的方向(图1 (a)所示的X方向)上的荧光体的密度分布的示意图。曲线A表示红色荧光体15的密度分布，曲线C表示黄色荧光体17的密度分布。图3(a)表示红色荧光体15的平均粒径比黄色荧光体17的粒径大的情况。图3(b)表示红色荧光体15的平均粒径与黄色荧光体17的平均粒径相同或比其小的情况。
[0063]在作为荧光层9的主成分的透光性树脂13中，例如使用硅酮(silicone)等热硬化性树脂。而且，其硬化过程中的透光性树脂13的粘度通过加热而降低。因此，分散于透光性树脂13中的红色荧光体15及黄色荧光体17根据其粒径而重新分布。例如，粒径大的荧光体向基板3的方向沉降，且粒径越大则其沉降速度越快。
[0064]因此，如图3(a)的曲线A所示，在红色荧光体15的平均粒径比黄色荧光体17大的情况下，红色荧光体15更多地向基板3侧沉降。因此，红色荧光体15的密度Nf在其分布的下端LE侧(基板3侧)成为高密度。而且，其分布具有向上端UE的方向降低的密度梯度。
[0065]例如，优选将红色荧光体15的平均粒径设为大于或等于黄色荧光体17的平均粒径的1.6倍。由此，可提高基板3侧(发光体5侧)的红色荧光体15的密度，从而提高激发光的吸收率。其结果，相比于使红色荧光体15均匀地分布于荧光层9的情况，可减少红色荧光体15的含量(重量百分比:wt% )。而且，如果增大荧光体的平均粒径则激发光的吸收率提高。就该方面而言，也可减少使荧光层9中所含有的红色荧光体15的量。也就是，可削减红色荧光体15的使用量而实现低成本化。
[0066]另一方面，在红色荧光体15的平均粒径与黄色荧光体17相同或比黄色荧光体17小的情况下，红色荧光体15的沉降得到抑制。例如，K2SiF6 =Mn的比重比YAG荧光体的比重轻。因此，如图3(b)所示，红色荧光体15在密度分布的上端UE侧为高密度。而且，其分布具有从下端UE向上端UE的方向而密度Nf增高的密度梯度。
[0067]这样，在红色荧光体15分布的上端UE侧(荧光层9的上端侧)也可提高其密度。由此，相比于使红色荧光体15于荧光层9均匀地分布而可提高激发光的吸收率，且可减少荧光层9中的红色荧光体15的含量。而且，通过使红色荧光体15分布于荧光层9的上端侧而与发光体5隔离，从而可减轻发光体5的温度上升的影响。
[0068]如所述般，红色突光体15的与基板3垂直的方向上的密度分布优选具有朝向其上端UE及下端LE中的至少任一端而增高的密度梯度。由此，可抑制红色荧光体15的使用量从而削减制造成本。
[0069]此外，通过增大红色荧光体15的平均粒径，而可减少其使用量。例如，在具备蓝色LED作为发光体5的发光模块中，在将相关色温设为2800K的情况下，如果将黄色荧光体17的平均粒径设为10 μ m,红色荧光体15的平均粒径设为16 μ m,则红色荧光体15的含量为黄色荧光体17的含量的约5倍。与此相对，如果将红色荧光体15的平均粒径设为45 μ m,则其含量削减为黄色荧光体17的3.8倍。
[0070]而且，通过使用本实施方式的红色荧光体15，也可抑制黄色荧光体17的使用量。例如，CASN荧光体的激发光谱扩展至波长650nm为止，因而吸收黄色荧光体17的发射光。因此，为了实现所需的相关色温，必须增加补偿CASN荧光体的吸收的量的黄色荧光体17。
[0071]另一方面，本实施方式的红色荧光体15中所含的K2SiF6:Mn中，激发光谱的长波长端为520nm。因此，不吸收黄色荧光体17的发射光，从而不需要补偿该吸收。因此，可削减黄色荧光体的含量。例如，在相关色温为小于或等于3000K的发光模块中，红色荧光体15的含量)相对于黄色荧光体17的含量)为大于或等于3倍。例如，在相关色温为2800K的发光模块中，在将红色荧光体15的平均粒径设为20 μ m?30 μ m的情况下，其含量为黄色荧光体17 (YAG荧光体)的6倍?7倍。
[0072]图4是表示实施方式的红色荧光体15的温度特性的曲线图。横轴是发光模块10的温度，纵轴是红色荧光体15的发光波峰的相对强度Ip。
[0073]红色荧光体15在大于或等于610nm且小于650nm的波长范围内具有多个发光波峰P1、发光波峰P2及发光波峰P3 (参照图2 (a))。这些发光波峰与K2SiF6 =Mn的发光波峰相对应，且波峰波长分别为615nm、633nm及618nm。而且，其半宽值分别为小于或等于20nm。[0074]图4中，以25°C时的发光强度为基准而表示各发光波峰的发光强度的温度变化。如该图所示，波长615nm的发光波峰P1的发光强度不仅并未在25°C到200°C的温度范围内降低，反而在25°C到100°C之间上升。另一方面，波峰波长633nm及648nm的发光波峰P2、发光波峰P3的发光强度随温度上升而单调减少，200°C时会降低至25°C的约70%为止。
[0075]人类的相对可见度在波长555nm处具有波峰，随着变成长波长而降低。因此，红色荧光体15中，相对可见度高的波峰波长615nm的发光波峰P1的发光强度相对于模块温度的上升并未降低。另一方面，发光强度的温度变化大的发光波峰P2及发光波峰P3中，其相对可见度低。因此，如果考虑相对可见度，则红色荧光体15的发光强度的温度变化得到抑制。
[0076]而且，红色荧光体的斯托克斯损失(Stokes loss)大，其温度容易上升。因此，只要在相对可见度高的波长区域中能够抑制伴随温度上升的发光强度的降低，则可提高发光模块的温度特性。例如，在使用了红色荧光体15的发光模块10中，可抑制大光量动作下的温度粹灭(temperature quenching)。
[0077]图5是表示实施方式的变形例的发光模块20的示意剖面图。如该图所示，发光模块20包括基板3、设置于基板3之上的发光体5、以及荧光层9。而且，在基板3之上，还包括覆盖发光体5的中间层19。荧光层9设置于中间层19之上。中间层19透过发光体5的发射光。此处，“透过”不限于透过发光体5的全部发射光，也包含吸收其一部分的情况。
[0078]中间层19例如为硅酮等透光性树脂，包含透光性无机氧化物或玻璃等。而且，中间层19例如含有大于或等于20wt%的透光性无机氧化物或玻璃等。
[0079]例如，图1(a)所示的发光模块10中，因荧光层9直接覆盖发光体5，所以荧光层9中的红色荧光体15及黄色荧光体17的发光受到发光体5的温度上升的影响。与此相对，发光模块20中，中间层19将突光层9与发光体5隔离。由此,可减轻发光体5的温度上升的影响，例如可抑制各荧光体的发光效率的降低或相关色温的上升。
[0080]如所述般，本实施方式的发光模块中，使用红色荧光体15，红色荧光体15不发射相对可见度低的大于或等于650nm的波长区域的光，此外不吸收相对可见度高的可见光区域的发光。由此，可提高显色性，且可在相关色温低的模块中获得高发光效率。而且，荧光层9中，可将红色荧光体15的密度分布控制成在其上端及下端中的至少任一端侧为高密度。由此，可削减红色荧光体15的含量，从而实现发光模块的低成本化。
[0081]对本发明的若干实施方式进行了说明，但这些实施方式仅为例示，并不意图限定发明的范围。这些新颖的实施方式能以其他的各种方式来实施，在不脱离发明的主旨的范围内，可进行各种省略、替换、变更。这些实施方式或其变形包含在发明的范围或主旨内，并且包含在权利要求书中记载的发明及其均等的范围内。
【权利要求】
1.一种发光模块，其特征在于包括: 基板； 发光体，设置于所述基板上；以及 荧光层，包含由所述发光体的发射光而激发的第一荧光体及第二荧光体，所述第一荧光体在大于或等于610nm且小于650nm的波长范围内具有半宽值为小于或等于20nm的发光波峰，所述第二荧光体在所述发光体的发光光谱的波峰波长与所述第一荧光体的发光光谱的波峰波长之间的波长范围内具有发光波峰，所述第一荧光体的与所述基板垂直的方向上的密度分布具有朝向所述第一荧光体的两端中的至少其中一端而增高的密度梯度。
2.根据权利要求1所述的发光模块，其特征在于: 所述第一荧光体的平均粒径比所述第二荧光体的平均粒径大， 所述第一荧光体以所述密度分布朝向所述基板侧而增高的方式来设置。
3.根据权利要求2所述的发光模块，其特征在于: 所述第一荧光体的平均粒径为大于或等于所述第二荧光体的平均粒径的1.6倍。
4.根据权利要求1所述的发光模块，其特征在于: 所述第一荧光体的平均粒径与所述第二荧光体的平均粒径相同或比其小， 所述第一荧光体以所述密度分布随着离开所述基板而增高的方式来设置。
5.根据权利要求1所述的发光模块，其特征在于: 所述第一荧光体的大于或等于650nm的波长区域的发光强度，小于或等于所述第一荧光体的所述发光波峰的强度的1/2。
6.根据权利要求1所述的发光模块，其特征在于: 所述第一突光体在大于或等于610nm且小于650nm的波长范围内具有多个所述发光波峰， 所述多个发光波峰中位于短波长侧的发光波峰的发光强度的温度变化，比位于长波长侧的发光波峰的发光强度的温度变化小。
7.根据权利要求1所述的发光模块，其特征在于: 所述第一荧光体在大于或等于300nm且小于或等于550nm的波长范围内具有激发带，在波长350nm及450nm的附近具有激发光的吸收波峰。
8.根据权利要求7所述的发光模块，其特征在于: 所述第一荧光体的大于或等于500nm的波长范围内的激发带的强度为小于或等于所述吸收波峰的强度的10%。
9.根据权利要求1所述的发光模块，其特征在于: 所述第一荧光体的含量为大于或等于所述第二荧光体的含量的3倍。
10.根据权利要求9所述的发光模块，其特征在于: 所述第一荧光体的含量为大于或等于所述第二荧光体的含量的3.8倍且小于或等于5倍。
【文档编号】H01L25/075GK104009148SQ201310421507
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2013年9月16日 优先权日:2013年2月21日
【发明者】渡边美保 申请人:东芝照明技术株式会社