JP2012009684A - Semiconductor light-emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はLED素子等の半導体発光素子を備えた半導体発光装置に関するものであり、詳しくは発光色度の調整が可能で、発光効率の良い半導体発光装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor light emitting device including a semiconductor light emitting element such as an LED element, and more particularly to a semiconductor light emitting device capable of adjusting the light emission chromaticity and having good light emission efficiency.
近年、LED素子(以下LEDと略記する)は半導体発光素子であるため、長寿命で優れた駆動特性を有し、さらに小型で発光効率が良く、鮮やかな発光色を有することから、カラー表示装置のバックライトや照明等に広く利用されるようになってきた。本発明においても半導体発光装置としてLED発光装置を実施形態として説明する。 In recent years, an LED element (hereinafter abbreviated as LED) is a semiconductor light emitting element, and therefore has a long life and excellent driving characteristics, is small in size, has high luminous efficiency, and has a bright emission color. It has come to be widely used for backlights and lighting. Also in the present invention, an LED light emitting device will be described as an embodiment as a semiconductor light emitting device.
特に近年、LEDの高効率化に伴いLED発光装置としては、室内の照明装置として多く採用されるようになってきており、効率の良い発光装置に加えて色調の変化が求められている。現在色調調整型の照明装置についていろいろ提案されている。(例えば引用文献1及び引用文献2)
Particularly in recent years, LED light emitting devices have come to be widely used as indoor lighting devices as LED efficiency increases, and there is a demand for changes in color tone in addition to efficient light emitting devices. Various proposals have been made for color-tuning lighting devices. (For example, cited
以下従来の照明装置としてのLED発光装置に付いて説明する。
図10は引用文献1に示された従来のLED発光装置100の構成を示す断面図であり、1個の基板101の上に青色系半導体発光素子103(以下B・LEDと略記する)と近紫外系半導体発光素子104(以下UV・LEDと略記する)を並べて実装し、全体を波長変換部材102で被覆している。
The LED light emitting device as a conventional lighting device will be described below.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional LED
この波長変換部材102は透明樹脂中に以下の蛍光粒子が混入されている。
すなわちB・LED103の発光を黄色系に波長変換した黄色光Pyと元のB・LED103の青色光Pbと加えることにより白色光Pwを出射光とするYAG系蛍光体と、UV・LEDの発光を緑色光Pgと赤色光Prに波長変換して出射光とする金属アルミネート系蛍光体とが混入されている。
In the
That is, by adding the yellow light Py obtained by wavelength conversion of the light emitted from the B • LED 103 to the yellow light and the blue light Pb from the original B • LED 103, the YAG phosphor that emits the white light Pw and the light emitted from the UV • LED. A metal aluminate-based phosphor that is converted into green light Pg and red light Pr to emit light is mixed.
上記LED発光装置100はUV・LED104を単独で発光させることにより波長変換部材102によって緑色光Pgと赤色光Prが出射光となる。またB・LED103を単独で発光させることにより波長変換部材102によって波長変換された黄色光Pyと、元のB・LED103の青色光Pbと加えることにより白色光Pwを出射光となる。すなわちB・LED103の単独発光で得られる白色光Pwに対し、B・LED103とUV・LED104とを同時に発光させることにより、白色光Pwに緑色光Pgと赤色光Prとを混合した中間色は色温度が低くなる。つまりUV・LED104の点灯制御により調色が可能となる。
The LED
図11は引用文献2に示された従来のLED発光装置200の構成を示す断面図であり、1個の基板201の上にB・LED203とUV・LED204を並べて実装し、全体を波長変換部材202で被覆している。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional LED light emitting device 200 disclosed in the cited
青色光PbはB・LED203の発光波長による出射光、緑色光PgはUV・LED204の発光が緑色蛍光体によって波長変換された出射光、赤色光PrはB・LED203の発光または、UV・LED204の発光から選ばれる少なくとも1つの発光が赤色蛍光体によって波長変換された出射光である。すなわち波長変換部材202である蛍光樹脂にはUV・LED204の発光によって励起される緑色蛍光体と、B・LED203の発光または、UV・LED204の発光から選ばれる少なくとも1つの発光によって励起される赤色蛍光体が混入されており、これらの青色光Pb、緑色光Pg、赤色光Prが合成されることにより、白色光Pwが出射される。
The blue light Pb is emitted light by the emission wavelength of the
引用文献1と引用文献2に開示された従来技術は、いずれもB・LEDとUV・LEDとを1個の基板の上に実装し、この各LEDの発光と波長変換部材との組み合わせによって、B・LEDの青色光Pbと波長変換部材による黄色光Py、緑色光Pg、赤色光Prとの組み合わせにより、白色光Pwや中間色を出射光として取り出している。
The prior arts disclosed in the cited
しかしながら引用文献1は、B・LEDとUV・LEDを同時に点灯させたとき比較的自由に所望の色に設定できるのに対し、B・LEDのみを点灯させた場合に白色光Pwは赤みが足りず演色性が悪いという問題がある。引用文献2は、B・LED或いはUV・LEDの強度比を変更して調色できるが、例えばB・LEDを弱めると青色光Pb成分の減少とともに赤色光Pr成分も減少してしまうため色温度を低下させることが容易ではない。以上のようにこれまでに知られている蛍光体とB・LED、UV・LEDの組み合わせでは満足のいく調色ができていなかった。
However, in the cited
本発明の目的は上記問題点を解決しようとするものであり、波長変換部材に比較的微量の蛍光材料を追加し、容易に色度調整が可能となる半導体発光装置を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above problems, and to provide a semiconductor light emitting device in which a relatively small amount of a fluorescent material is added to a wavelength conversion member and chromaticity can be easily adjusted.
上記目的を達成するため本発明における構成は、基板上に、B・LEDとUV・LEDを実装し、B・LEDとUV・LED上を蛍光体層で封止した半導体発光装置において、前記蛍光体層が、前記B・LEDからの放射光とUV・LEDからの放射光とを赤色系出射光に変調する第1の赤色系蛍光粒子と、緑色系出射光に変調する緑色系蛍光粒子と、UV・LEDからの放射光のみを赤色系出射光に変調する第2の赤色系蛍光粒子とを含有していることを特徴とする。 In order to achieve the above object, in the semiconductor light emitting device in which the B • LED and the UV • LED are mounted on a substrate and the B • LED and the UV • LED are sealed with a phosphor layer, The body layer includes first red fluorescent particles that modulate the emitted light from the B • LED and the emitted light from the UV • LED into red emitted light, and green fluorescent particles that modulate the green emitted light; And second red fluorescent particles that modulate only the emitted light from the UV LED into red light.
上記構成によれば、波長変換部材としての蛍光体層は、B・LEDからの放射光とUV・LEDからの放射光の両者に反応する第1の蛍光粒子と、UV・LEDからの放射光のみに反応する第2の赤色系蛍光粒子を備えている。B・LEDとUV・LEDが同時に点灯しているときの白色光に対し、B・LEDの強度を相対的に弱くすると、青色成分の減少に対し第2の赤色系蛍光体による赤色成分は変化しないため、容易に所望の色温度を得ることができる。またUV・LEDにより第1の赤色系蛍光体及び緑色系蛍光体も励起されるのでこれらの蛍光体の利用効率が高くなるため第2の赤色系蛍光粒子の添加が微量で済む。 According to the above configuration, the phosphor layer serving as the wavelength conversion member includes the first fluorescent particles that react to both the emitted light from the B • LED and the emitted light from the UV • LED, and the emitted light from the UV • LED. 2nd red fluorescent particle which reacts only to is provided. When the intensity of B • LED is relatively weak with respect to white light when B • LED and UV • LED are lit at the same time, the red component due to the second red phosphor changes as the blue component decreases. Therefore, a desired color temperature can be easily obtained. In addition, since the first red phosphor and the green phosphor are also excited by the UV LED, the use efficiency of these phosphors is increased, so that the addition of the second red phosphor particles is small.
前記第1の赤色系蛍光粒子は570〜670nmの発光波長を有する窒化物系、酸化物系、酸窒化物系、又は硫化物系蛍光粒子であり、緑色系蛍光粒子は500〜600nmの発光波長を有するケイ酸塩系、酸窒化物系、又は硫化物系蛍光粒子であり、第2の赤色系蛍光粒子は600〜670nmの発光波長を有する酸化物系、フッ化物系蛍光粒子であると良い。 The first red fluorescent particles are nitride-based, oxide-based, oxynitride-based, or sulfide-based fluorescent particles having an emission wavelength of 570 to 670 nm, and the green fluorescent particles are an emission wavelength of 500 to 600 nm. The second red fluorescent particles may be oxide-based or fluoride-based fluorescent particles having an emission wavelength of 600 to 670 nm. .
前記蛍光体層は、さらにUV・LEDからの放射光のみを緑色系出射光に変調する第2の緑色系蛍光粒子を含有した蛍光体層であると良い。 The phosphor layer may further be a phosphor layer containing second green phosphor particles that modulate only the emitted light from the UV / LED into a green emitting light.
上記構成によれば、B・LED及びUV・LEDを点灯させたときの5000K付近の昼光色発光からB・LEDを相対的に弱くしていくと、UV・LEDからの放射光による赤及び緑色光成分が減少しないため、より正確且つ容易に3000K付近の暖色に発光を移すことができる。 According to the above configuration, when the B LED is relatively weakened from the daylight color emission around 5000K when the B LED and the UV LED are turned on, red and green light due to the emitted light from the UV LED is obtained. Since the component does not decrease, light emission can be transferred to a warm color around 3000K more accurately and easily.
前記蛍光体層は、さらに近紫外系半導体発光素子からの放射光のみを青色系出射光に変調する第2の青色系蛍光粒子を含有した蛍光体層であると良い。 The phosphor layer may further be a phosphor layer containing second blue fluorescent particles that modulate only the emitted light from the near-ultraviolet semiconductor light-emitting element into blue outgoing light.
上記構成によれば、B・LED及びUV・LEDを点灯させたときの発光色からB・LEDを相対的に弱くしていくと、UV・LEDからの放射光による赤、緑、及び青色光成分が減少しないため、より正確且つ容易に所望色に発光を移すことができる。また同時に第2の青色系蛍光粒子による青色発光スペクトルはB・LEDによる青色発光スペクトルより幅が広いので、演色性が向上する。 According to the above configuration, when the B LED is relatively weakened from the emission color when the B LED and the UV LED are turned on, the red, green, and blue light emitted from the UV LED is emitted. Since the component does not decrease, light emission can be transferred to a desired color more accurately and easily. At the same time, since the blue emission spectrum by the second blue fluorescent particles is wider than the blue emission spectrum by the B LED, the color rendering is improved.
前記B・LEDとUV・LEDとを独立に点灯させる2つの駆動回路を有すると良い。 It is preferable to have two drive circuits for lighting the B • LED and the UV • LED independently.
上記構成によれば、B・LEDのみの点灯により、色温度の高い白色光Pwを出射光とし、さらにB・LEDとUV・LEDとを同時に点灯させることにより、色調が補正された暖色(色温度の低い)光を出射光とする2種類の照明を効率良くおこなうことができる。 According to the above configuration, by turning on only the B • LED, the white light Pw having a high color temperature is used as the outgoing light, and the B • LED and the UV • LED are turned on at the same time, thereby correcting the warm tone (color). It is possible to efficiently perform two types of illumination using light (low temperature) as outgoing light.
上記の如く本発明によれば、波長変換部材としてB・LEDからの放射光とUV・LEDからの放射光の両者に反応する第1の蛍光粒子と、UV・LEDからの放射光のみに反応する第2の蛍光粒子とを用いることによって、色度調整が適切な半導体発光装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, the wavelength conversion member reacts only with the first fluorescent particles that react to both the emitted light from the B • LED and the emitted light from the UV • LED, and only the emitted light from the UV • LED. By using the second fluorescent particles, it is possible to provide a semiconductor light emitting device with appropriate chromaticity adjustment.
(第1実施形態)
以下図面により、本発明の実施形態を説明する。図1は本発明の第1実施形態におけるLED発光装置の断面図である。図1においてLED発光装置10は
1個の基板1の上にB・LED3とUV・LED4を並べて実装し、全体を波長変換部材2で被覆している。
(First embodiment)
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of an LED light emitting device according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the LED
この波長変換部材2は透明樹脂中に以下の蛍光粒子が混入されている。
すなわちB・LED3とUV・LED4の両方の発光に反応して、その発光を緑色光Pgと赤色光Prに波長変換する緑色系蛍光粒子Gよび赤色系蛍光粒子Rと、UV・LED4の発光(400〜405nm)にのみ反応し、その発光を赤色光Pr2に波長変換する赤色系蛍光粒子R2とが混入されている。
In the
That is, in response to the light emission of both the B •
なお、本発明の実施形態においては、波長変換部材2の透明樹脂中に混入する蛍光粒子としては、第1の赤色系蛍光粒子Rは570〜670nmの発光波長を有する窒化物系、酸化物系、酸窒化系、又は硫化物系蛍光体粒子である。緑色系蛍光粒子Gは500〜600nmの発光波長を有するケイ酸塩系、酸窒化物系、又は硫化物系蛍光体粒子である。第2の赤色系蛍光粒子R2は600〜670nmの発光波長を有する酸化物系、フッ化物系蛍光粒子である。
In the embodiment of the present invention, as the fluorescent particles mixed in the transparent resin of the
図2はLED発光装置10とその駆動回路のブロック線図であり、駆動回路
15はB・LED駆動回路16とUV・LED駆動回路17を有し、B・LED駆動回路16はB・LED点灯スイッチ18の操作によってB・LED3を点灯駆動するよう構成され、またUV・LED駆動回路17はUV・LED点灯スイッチ19の操作によってUV・LED4を点灯駆動するよう構成されている。
FIG. 2 is a block diagram of the LED light-emitting
図3から図5はLED発光装置10の各点灯状態を示す断面図であり、図3はB・LED点灯スイッチ18の操作によってB・LED駆動回路16がB・LED3のみを点灯させた状態を示している。すなわち実線でしめす如く、B・LED3からの発光は直接青色光Pbとして出射すると共に、緑色系蛍光粒子Gよび赤色系蛍光粒子Rに反応して波長変換され、緑色光Pgと赤色光Prとして出射される。
3 to 5 are cross-sectional views showing the lighting states of the LED
図4はUV・LED点灯スイッチ19の操作によってUV・LED駆動回路17がUV・LED4のみを点灯させた状態を示している。すなわち点線でしめす如く、UV・LED4からの発光は、緑色系蛍光粒子Gよび赤色系蛍光粒子Rに反応して波長変換され、緑色光Pgと赤色光Prとして出射されると共に、第2赤色系蛍光粒子R2に反応して波長変換され、第2赤色光Pr2として出射される。
FIG. 4 shows a state in which only the UV /
図5はB・LED点灯スイッチ18と、UV・LED点灯スイッチ19の両者が同時に操作されることにより、B・LED駆動回路16とUV・LED駆動回路17が動作して、B・LED3とUV・LED4とを同時に点灯させた状態を示している。この状態においては図3に示す発光状態と図4に示す発光状態とが加算された表示状態となっている。
In FIG. 5, when both the B / LED lighting switch 18 and the UV /
すなわち、実線で示すB・LED3の発光として青色光Pb、緑色光Pg、赤色光Prと、点線で示す発光として緑色光Pg、赤色光Prに加え第2赤色光Pr2が出射される。すなわち緑色光Pgと赤色光Prとは、B・LED3とUV・LED4との両者によって励起されるので、効率よく強い出射光が得られる。
また、B・LED3によって得られる色温度の高い白色光に対してUV・LED4によって励起された第2赤色光Pr2の色補正が行われることによって、明るい暖色光の発光ができる。
That is, blue light Pb, green light Pg, and red light Pr are emitted as the light emission of the
Further, by performing color correction of the second red light Pr2 excited by the UV •
次に各点灯条件に対する発光波長特性に付いて説明する。
図6から図8は、駆動回路15の動作条件に対するLED発光装置10の発光特性を示す発光特性図であり、図6は駆動回路15のB・LED点灯スイッチ18のみが動作した状態、すなわち図3に示すB・LED3のみが点灯した状態の発光波長特を示し、図3に示す如く青色光Pb、緑色光Pg、赤色光Prにより図6の特性カーブは青色波長(450nm)付近にピークを有する全体として白色光Pwの特性カーブOBとなる。
Next, the emission wavelength characteristic for each lighting condition will be described.
6 to 8 are light emission characteristic diagrams showing the light emission characteristics of the LED
図7は駆動回路15のUV・LED点灯スイッチ19のみが動作した状態、すなわち図4に示すUV・LED4のみが点灯した状態の発光波長特を示し、図4に示す如く緑色光Pg、赤色光Pr、第2赤色光Pr2により、図7の特性カーブは赤色波長(650nm)付近にピークを有する、補正光の特性カーブOUVとなる。
FIG. 7 shows the emission wavelength characteristics when only the UV /
図8は駆動回路15のB・LED点灯スイッチ18及びUV・LED点灯スイッチ19の両者が動作した状態の発光波長特を示し、点線で示すUV・LED4の点灯による特性カーブOUVと、一点線で示すB・LEDの点灯による特性カーブOBを加算した特性カーブBUVとなる。すなわち、図5に示す如く実線及び点線で示す青色光Pb、緑色光Pg、赤色光Pr、第2赤色光Pr2により、図7の特性カーブBUVは赤色波長(650nm)付近にピークを有すると共に、各波長領域に発光成分を有する、補正された暖色光の特性カーブとなる。なお赤色系蛍光体R及び緑色系蛍光体GはB・LED3の発光では飽和しない。同様にUV・LED4の発光でも飽和しない。このため赤色系蛍光体R及び緑色系蛍光体Gの発光強度は、概ねはB・LED3とUV・LED4の発光の発光強度の和に比例する。
FIG. 8 shows the emission wavelength characteristics when both the B / LED lighting switch 18 and the UV /
上記の如く、本発明の第1実施形態におけるLED発光装置10は、駆動回路15のB・LED点灯スイッチ18のみの操作時には図6のOB特性図の如く昼光色発光を行い、また駆動回路15のB・LED点灯スイッチ18及びUV・LED点灯スイッチ19の両者の操作時には図8に示す如く、赤橙色系の明るい暖色系発光を行うことで、2種類の照明装置を実現できる。なお、本実施形態ではB・LED3及びUV・LED4に対しON−OFF制御を行っていたが、LED駆動回路15が電流量を制御できると中間的な調色ができるようになる。
As described above, the LED
(第2実施形態)
次に、図9(a)により本発明の第2実施形態におけるLED発光装置について説明する。図9(a)は第2実施形態におけるLED発光装置20の断面図であり、第1実施形態におけるLED発光装置10と基本的構成は同じであり、同一要素には同一番号を付し、重複する説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, an LED light emitting device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9A is a cross-sectional view of the LED light-emitting device 20 in the second embodiment, and the basic configuration is the same as that of the LED light-emitting
図9(a)に示すLED発光装置20の断面図は、図5に示す第1実施形態におけるLED発光装置10断面図に対応している。すなわち図9(a)に示すLED発光装置20が図5に示すLED発光装置10と異なるところは、波長変換部材2の透明樹脂中にUV・LED4の発光にのみ反応する第2緑色系蛍光粒子G2が混入していることである。これによって駆動回路15のB・LED点灯スイッチ18及びUV・LED点灯スイッチ19の両者の操作時には、図9(a)に示すように第2赤色系蛍光粒子R2の赤色光Pr2に加えて第2緑色系蛍光粒子G2の緑色光Pg2による補正が行われることにより、さらに広範囲な色度補正がおこなわれ、やわらかで明るい暖色系発光を行うことができる。
The cross-sectional view of the LED light-emitting device 20 shown in FIG. 9A corresponds to the cross-sectional view of the LED light-emitting
(第3実施形態)
次に、図9(b)により本発明の第3実施形態におけるLED発光装置について説明する。図9(b)は第3実施形態におけるLED発光装置30の断面図であり、第1、2実施形態におけるLED発光装置10、20と基本的構成は同じであり、同一要素には同一番号を付し、重複する説明を省略する。
(Third embodiment)
Next, the LED light-emitting device in 3rd Embodiment of this invention is demonstrated with FIG.9 (b). FIG. 9B is a cross-sectional view of the LED light-emitting device 30 in the third embodiment, and the basic configuration is the same as the LED light-emitting
図9(b)に示すLED発光装置30の断面図は、図9(a)に示す第2実施形態におけるLED発光装置20の断面図に対応している。すなわち図9(b)に示すLED発光装置30が図9(a)に示すLED発光装置20と異なるところは、波長変換部材2の透明樹脂中にUV・LED4の発光にのみ反応する第2青色系蛍光粒子B2が混入していることである。これによって駆動回路15のB・LED点灯スイッチ18及びUV・LED点灯スイッチ19の両者の操作時には、図9(b)に示すように第2赤色系蛍光粒子R2の赤色光Pr2、第2緑色系蛍光粒子G2の緑色光Pg2に加えて第2青色系蛍光粒子B2の青色光Pb2による補正が行われることにより、さらに広範囲な色度補正が可能となる。
The cross-sectional view of the LED light-emitting device 30 shown in FIG. 9B corresponds to the cross-sectional view of the LED light-emitting device 20 in the second embodiment shown in FIG. That is, the LED light emitting device 30 shown in FIG. 9B is different from the LED light emitting device 20 shown in FIG. 9A in that the second blue that reacts only with the light emitted from the
以上の如く、本発明のように波長変換部材の中にB・LEDとUV・LEDの両者によって励起される基本発光用の蛍光粒子と、UV・LEDのみによって励起される補正用の蛍光粒子を混入させることによって広範囲な色度補正が可能となる。所望の発色を得るためのB・LED3と赤色系蛍光体R及び緑色系蛍光体Gの組み合わせにおいて、まだ赤色系蛍光体R及び緑色系蛍光体Gは飽和していないことが多い。このため暖色化においてUV・LED4は赤色系蛍光体R及び緑色系蛍光体Gも励起するため、追加する第2赤色系蛍光体R2は微量で済む。またこの励起にともない赤色系蛍光体R及び緑色系蛍光体Gの利用効が高まり容易に発光輝度を高めた照明が得られるようになる。
As described above, as shown in the present invention, in the wavelength conversion member, the fluorescent particles for basic light emission excited by both the B • LED and the UV • LED and the correction fluorescent particles excited only by the UV • LED are provided. By mixing, wide-range chromaticity correction is possible. In the combination of B •
1、101,201 基板
2、102、202 波長変換部材
3、103、203 B・LED
4 、104、204 UV・LED
10、20,30、100,200 LED発光装置
15 駆動回路
16 B・LED駆動回路
17 UV・LED駆動回路
18 B・LED点灯スイッチ
19 UV・LED点灯スイッチ
R、R2 赤色蛍光粒子
G、G2 緑色蛍光粒子
Pr、Pr2 赤色光
Pg,Pg2 緑色光
Pb 青色光
Pw 白色光
1, 101, 201
4, 104, 204 UV LED
10, 20, 30, 100, 200 LED light emitting device 15 Drive circuit 16 B /
Claims (5)
5. The semiconductor light emitting device according to claim 1, further comprising two drive circuits for lighting the blue semiconductor light emitting element and the near ultraviolet semiconductor light emitting element independently.
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