JP2014112729A - 白色発光素子 - Google Patents
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Abstract
【課題】 青色又は青紫色発光ダイオードを用い、高輝度でコンパクトな白色発光素子を提供しようとするものである。
【解決手段】 青色又は青紫色の発光ダイオードと、該発光ダイオードの発光を吸収して可視域に発光する1種又は2種類以上の蛍光体とを組み合わせた白色発光素子において、前記発光ダイオードの発光色と前記蛍光体の発光色とが互いに補色の関係になり、図1の色度座標中のWで示した領域内の発光色度点を有する白色に発光するように、前記蛍光体を選択した白色発光素子である。
【選択図】図1
【解決手段】 青色又は青紫色の発光ダイオードと、該発光ダイオードの発光を吸収して可視域に発光する1種又は2種類以上の蛍光体とを組み合わせた白色発光素子において、前記発光ダイオードの発光色と前記蛍光体の発光色とが互いに補色の関係になり、図1の色度座標中のWで示した領域内の発光色度点を有する白色に発光するように、前記蛍光体を選択した白色発光素子である。
【選択図】図1
Description
本発明は、屋内、屋外、さらに水中などにおける表示や、光源またはディスプレイ用バックライトとして利用することができる、高輝度で耐候性及び寿命特性に優れた白色発光素子に関する。
従来、可視発光ダイオードとしては緑色から赤色発光の素子しか実用化されていなかったが、近年、青色発光ダイオードが実用に供され始め、それに伴い、青色、緑色、赤色の各色発光素子を一つの画素として組み合わせたフルカラーの大型ディスプレイが実現している。
これに対し、ダイオード単独で白色に発光する白色発光素子を得るためには、青色、緑色、赤色の各色発光素子を同時に発光させ、混色して白色化させることはできるが、小型の白色ディスプレイ、光源又は液晶ディスプレイ等のバックライト等を得るために、前記の各色発光素子を組み合わせると、画素自身が大きくなりすぎ、また、各色の駆動条件が異なると、駆動制御が煩雑になるという欠点があった。
他方、特許文献1、特許文献2等には、(Ga,Al)N青色発光ダイオードと、蛍光顔料又は蛍光物質を組み合わせた発光素子が記載されているが、発光ダイオードと蛍光物質とを組み合わせ白色発光を得ることについては何も記載はされていない。
そこで、本発明では、青色又は青紫色発光ダイオードを用い、高輝度でコンパクトな白色発光素子を提供しようとするものである。
本発明者等は、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、青色又は青紫色発光の発光ダイオードが高輝度でバンド巾の狭いシャープな青色発光を呈することに着目し、この青色又は青紫色発光で励起され得る蛍光体を調べ、前記ダイオードの発光色と前記蛍光体の発光色を混色するときに、加色混合して白色光を呈する蛍光体を見出し、高輝度でコンパクトな白色発光素子の提供を可能にした。
即ち、本発明の構成は以下のとおりである。
(1)青色の発光ダイオードと、該発光ダイオードの発光を吸収して可視域に発光する2種類以上の蛍光体とを組み合わせた白色発光素子において、前記発光ダイオードと前記蛍光体の発光色が加色して互いに補色の関係になるように、前記蛍光体を選択し、
前記蛍光体は、前記発光ダイオードの発光の一部を励起光として黄色発光する蛍光体及び前記発光ダイオードの発光の一部を励起光として赤色発光する蛍光体を備え、前記黄色発光する蛍光体は(Y 1−u ,Gd u ) 3 (AI 1−v Ga v ) 5 O 12 :Ce,Eu蛍光体(但し、u及びvはそれぞれ、0≦u≦0.3、及び0≦v≦0.5)であり、
前記白色発光素子の発光色の発光色度点(x、y)が0.21≦x≦0.48、0.19
≦y≦0.45の範囲にあり、前記発光色の発光スペクトルが赤色発光領域に発光ピークを有する、
ことを特徴とする白色発光素子。
(2)前記発光ダイオードが(Inx,Aly,Ga1-x-y) N(但し、0≦x,0≦y,x+y≦1)である上記(1)に記載の白色発光素子。
(1)青色の発光ダイオードと、該発光ダイオードの発光を吸収して可視域に発光する2種類以上の蛍光体とを組み合わせた白色発光素子において、前記発光ダイオードと前記蛍光体の発光色が加色して互いに補色の関係になるように、前記蛍光体を選択し、
前記蛍光体は、前記発光ダイオードの発光の一部を励起光として黄色発光する蛍光体及び前記発光ダイオードの発光の一部を励起光として赤色発光する蛍光体を備え、前記黄色発光する蛍光体は(Y 1−u ,Gd u ) 3 (AI 1−v Ga v ) 5 O 12 :Ce,Eu蛍光体(但し、u及びvはそれぞれ、0≦u≦0.3、及び0≦v≦0.5)であり、
前記白色発光素子の発光色の発光色度点(x、y)が0.21≦x≦0.48、0.19
≦y≦0.45の範囲にあり、前記発光色の発光スペクトルが赤色発光領域に発光ピークを有する、
ことを特徴とする白色発光素子。
(2)前記発光ダイオードが(Inx,Aly,Ga1-x-y) N(但し、0≦x,0≦y,x+y≦1)である上記(1)に記載の白色発光素子。
(3)前記発光ダイオードおよび前記蛍光体が透明樹脂モールドで被覆されている、上記(1)又は(2)に記載の白色発光素子。
(4)前記発光ダイオードおよび前記蛍光体の上部に透明樹脂またはガラス製キャップが取り付けられている、上記(1)又は(2)に記載の白色発光素子。
(5)前記黄色発光する蛍光体がY 3 AI 5 O 12 :Ce,Eu蛍光体及び/又はY 0.8 ,Gd 0.2 ) 3 AI 5 O 12 :Ce蛍光体である、上記(1)〜(4)のいづれかに記載の白色発光素子。
(4)前記発光ダイオードおよび前記蛍光体の上部に透明樹脂またはガラス製キャップが取り付けられている、上記(1)又は(2)に記載の白色発光素子。
(5)前記黄色発光する蛍光体がY 3 AI 5 O 12 :Ce,Eu蛍光体及び/又はY 0.8 ,Gd 0.2 ) 3 AI 5 O 12 :Ce蛍光体である、上記(1)〜(4)のいづれかに記載の白色発光素子。
(5)前記蛍光体が(Zn,Cd)S:Ag,Cl蛍光体、(Zn,Cd)S:Ag,Al蛍光体、(Zn,Cd)S:Cu,Al蛍光体、(Zn,Cd)S:Cu,Cl蛍光体,(Zn,Cd)S:Cu,Au,Al蛍光体及び(Y,Gd)3(Al,Ga)5 O12
:Ce,Eu蛍光体の群から選択される少なくとも一種の蛍光体であることを特徴とする上記(1)〜(4)のいずれかに記載の白色発光素子。
(6)前記発光ダイオードが(Inx,Aly,Ga1-x-y) N(但し、0≦x,0≦y,x+y≦1)、SiC、BN及びZn(S,Se)の群から選択される少なくとも一種のものであることを特徴とする上記(1)〜(5)のいづれかに記載の白色発光素子。
:Ce,Eu蛍光体の群から選択される少なくとも一種の蛍光体であることを特徴とする上記(1)〜(4)のいずれかに記載の白色発光素子。
(6)前記発光ダイオードが(Inx,Aly,Ga1-x-y) N(但し、0≦x,0≦y,x+y≦1)、SiC、BN及びZn(S,Se)の群から選択される少なくとも一種のものであることを特徴とする上記(1)〜(5)のいづれかに記載の白色発光素子。
本発明は、上記の構成を採用することにより、従来の青色、緑色及び赤色発光ダイオードの組み合わせや、青色及び黄色発光ダイオードの組み合わせでは得られなかった、コンパクトで安価で簡便な白色発光素子を得ることができ、表示の多色化多様化に大きく寄与するものである。
本発明は、青色又は青紫色の発光ダイオードと1種又は2種類以上の蛍光体とを組み合わせた白色発光素子であって、発光ダイオードの発光を吸収して可視域に発光する蛍光体を選択し、かつ、発光ダイオードと蛍光体の発光色を加色するときに互いに補色の関係になるような蛍光体を選択することにより、高輝度の白色発光を可能にした。
図2は、本発明の白色発光素子の1例である断面構造を示した模式図である。フレーム3の上に青色又は青紫色発光ダイオードチップ4をセットし、その上に蛍光体を塗布し、全体を透明樹脂モールドで被覆し、チップからの電極端子5、6を引き出して素子を形成したものである。
本発明で使用する青色又は青紫色発光ダイオードとしては、(Inx,Aly,Ga1-x-y)N(但し、0≦x,0≦y,x+y≦1)、SiC、BN及びZn(S,Se)など
を挙げることができ、それらを組み合わせて用いることもできる。図3は、GaN発光ダイオードの発光スペクトル図を示したものである。この発光スペクトルの発光ピーク波長は、ほぼ450nm付近にある。本発明の蛍光体は、前記発光ダイオードの発光の一部を用いて励起される。その結果、発光ダイオードの発光色と励起された蛍光体の発光色が混色する。両者が補色の関係にあるときには、混色により白色発光を呈する。
を挙げることができ、それらを組み合わせて用いることもできる。図3は、GaN発光ダイオードの発光スペクトル図を示したものである。この発光スペクトルの発光ピーク波長は、ほぼ450nm付近にある。本発明の蛍光体は、前記発光ダイオードの発光の一部を用いて励起される。その結果、発光ダイオードの発光色と励起された蛍光体の発光色が混色する。両者が補色の関係にあるときには、混色により白色発光を呈する。
本発明で使用する蛍光体は、青色又は青紫色発光ダイオードの発光の一部を励起光として発光する、ほぼ400〜500nmの範囲に励起波長を有する蛍光体であって、発光ダイオードの発光色と蛍光体の発光色が補色の関係にあり、混色により白色を呈するような蛍光体が選択される。具体的には、発光ダイオードの発光を吸収して自ら青色ないし赤色の可視光に発光する、以下の組成式で表される蛍光体を挙げることがてきる。
青色発光する(Zn1-x,Cdx)S:Ag,Cl蛍光体(但し0≦x≦0.07)、(Zn1-x,Cdx)S:Ag,Al蛍光体(但し0≦x≦0.07)等。緑色発光する(Zn1-x,Cdx)S:Cu,Al蛍光体(但し、0≦x≦0.15)、(Zn1-x,Cdx)S:Cu,Cl蛍光体(但し、0≦x≦0.20)、(Zn1-x,Cdx)S:Ag,Cl蛍光体(但し、0.07≦x≦0.50)、(Zn1-x,Cdx)S:Ag,Al蛍光体(但し、0.07≦x≦0.50)、ZnS:Au,Cu,Al蛍光体等。
黄色発光する(Y1-u,Gdu)3(Al1-v,Gav)5O12:Ce,Eu蛍光体(但し、0≦u≦0.3、0≦v≦0.5)等。橙色又は赤色発光する(Zn1-x,Cdx)S:Cu,Al蛍光体(但し、0.15≦x≦0.30)、(Zn1-x,Cdx)S:Cu,Cl蛍光体(但し、0.20≦x≦0.30)、(Zn1-x,Cdx)S:Ag,Cl蛍光体(但し、0.50≦x≦0.90)、(Zn1-x,Cdx)S:Ag,Al蛍光体(但し、0.50≦x≦0.90)等。
本発明の蛍光体は、400〜500nmの範囲に励起波長を有し、これらの蛍光体の1
種もしくは2種以上の中から、同時に用いる青色又は青紫色発光ダイオードと組み合わせて使用した時、その発光色の発光色度点(x、y)が0.21≦x≦0.48、0.19≦y≦0.45の範囲に入り、図1の色度座標中の領域W内に入りほぼ白色の発光を呈するように蛍光体の組み合わせを選択したものである。
種もしくは2種以上の中から、同時に用いる青色又は青紫色発光ダイオードと組み合わせて使用した時、その発光色の発光色度点(x、y)が0.21≦x≦0.48、0.19≦y≦0.45の範囲に入り、図1の色度座標中の領域W内に入りほぼ白色の発光を呈するように蛍光体の組み合わせを選択したものである。
なお、発光ダイオードと組み合わせて用いる蛍光体の種類や混合蛍光体の混合比により、上記x、y、u及びvの値が上記範囲を外れると、得られる白色発光素子の色度及び輝度において本発明の特性が得られなくなる。
本発明の白色発光素子の製造は、予め所定量秤取した蛍光体を、アセトンやトルエン等有機溶剤等に希釈したアクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の透明な樹脂と混合し、例えば、注射器のような細いノズルから発光ダイオードチップ上に数十μg滴下して塗布する。また、上記の樹脂の代わりに水溶性樹脂を用いたり、アルカリ珪酸塩を用いても良い。
蛍光体を塗布した発光ダイオードチップは乾燥後、エポキシ樹脂等の透明樹脂又はガラス製キャップを発光チップの蛍光体塗布部分に取り付けて白色発光素子を完成する。本発明の発光素子には、最大5V、30mAまでの定格直流負荷を加え発光させて白色発光を得ることができる。
図4〜8は、本発明で使用する蛍光体の主発光を与えるための励起スペクトルを例示したものであり、図4はZnS:Ag,Cl蛍光体、図5はZnS;Cu,Al蛍光体、図6は(Zn0.15,Cd0.85)S:Ag,Cl蛍光体、図7はY3Al5O12:Ce,Eu蛍光体、図8は(Y0.8,Gd0.2)3Al5O12:Ce蛍光体の励起スペクトルを例示したものである。
図9〜13は、市販のGaN青色発光ダイオードの発光ピークである450nmで、上記各蛍光体を励起した時の発光スペクトルを示したものであり、図9はZnS:Ag,Cl蛍光体、図10はZnS;Cu,Al蛍光体、図11は(Zn0.15,Cd0.85)S:Ag,Cl蛍光体、図12はY3Al5O12:Ce,Eu蛍光体、図13は(Y0.8,Gd0.2)3Al5O12:Ce蛍光体の発光スペクトルを示したものである。
図14〜16は、GaN青色発光ダイオードと組み合わせた本発明の白色発光素子の発光スペクトルを示したものであり、図14で使用した蛍光体は(Y0.8,Gd0.2)3Al5O12:Ce、図15で使用した蛍光体はZnS:Cu,Al及び(Zn0.15,Cd0.85)S:Ag,Cl、図16で使用した蛍光体はY3Al5O12:Ce,Eu及び(Zn0.15,Cd0.85)S:Ag,Clである。
〔実施例1〕
エポキシ樹脂(日東電工社製、NT8014) 1gr
酸無水物系硬化剤 1gr
蛍光体(Y0.8,Gd0.2)3Al5O12:Ce 2mg
上記の蛍光体と樹脂との混合液を注射器を用いて、450nmに発光ピークを有するGaN青色発光ダイオードチップ(0.4mm角)上に50μリットル滴下し、乾燥した後、更に半円形の透明なエポキシ樹脂キャップで被覆して白色発光素子を得た。
この白色発光素子は図14の発光スペクトルを示し、その発光色度W3はx=0.27
5、y=0.335であった。なお、上記蛍光体の発光色度はY1であった。
エポキシ樹脂(日東電工社製、NT8014) 1gr
酸無水物系硬化剤 1gr
蛍光体(Y0.8,Gd0.2)3Al5O12:Ce 2mg
上記の蛍光体と樹脂との混合液を注射器を用いて、450nmに発光ピークを有するGaN青色発光ダイオードチップ(0.4mm角)上に50μリットル滴下し、乾燥した後、更に半円形の透明なエポキシ樹脂キャップで被覆して白色発光素子を得た。
この白色発光素子は図14の発光スペクトルを示し、その発光色度W3はx=0.27
5、y=0.335であった。なお、上記蛍光体の発光色度はY1であった。
〔実施例2〕
アクリル樹脂(日本カーバイト工業製、ニッカゾール、固形分50%) 1gr
脱イオン水 5gr
蛍光体 ZnS:Cu,Al 1mg
(Zn0.15,Cd0.85)S:Ag,Cl 0.5mg
上記の蛍光体と樹脂との混合液を注射器を用いて、450nmに発光ピークを有するGaN青色発光ダイオードチップ(0.4mm角)上に50μリットル滴下し、乾燥した後、更に半円形の透明なエポキシ樹脂キャップで被覆して白色発光素子を得た。この白色発光素子は図15の発光スペクトルを示し、その発光色度W2はx=0.237、y=0.
274であった。なお、上記蛍光体の発光色度はG2とRであった。
アクリル樹脂(日本カーバイト工業製、ニッカゾール、固形分50%) 1gr
脱イオン水 5gr
蛍光体 ZnS:Cu,Al 1mg
(Zn0.15,Cd0.85)S:Ag,Cl 0.5mg
上記の蛍光体と樹脂との混合液を注射器を用いて、450nmに発光ピークを有するGaN青色発光ダイオードチップ(0.4mm角)上に50μリットル滴下し、乾燥した後、更に半円形の透明なエポキシ樹脂キャップで被覆して白色発光素子を得た。この白色発光素子は図15の発光スペクトルを示し、その発光色度W2はx=0.237、y=0.
274であった。なお、上記蛍光体の発光色度はG2とRであった。
〔実施例3〕
水ガラス(東京応化社製、オーカシールA) 1gr
酢酸バリウム 10gr
蛍光体 Y3Al5O12:Ce,Eu0.001 1mg
(Zn0.15,Cd0.85)S:Ag,Cl 0.5mg
上記の蛍光体と水ガラスの混合液を注射器を用いて、450nmに発光ピークを有するGaN青色発光ダイオードチップ(4mm角)上に30μリットル滴下し、乾燥した後、更に半円形の透明なエポキシ樹脂キャップで被覆して白色発光素子を得た。
この白色発光素子は図16の発光スペクトルを示し、その発光色度W1はx=0.22
3、y=0.253であった。なお、上記蛍光体の発光色度はY2とRであった。
水ガラス(東京応化社製、オーカシールA) 1gr
酢酸バリウム 10gr
蛍光体 Y3Al5O12:Ce,Eu0.001 1mg
(Zn0.15,Cd0.85)S:Ag,Cl 0.5mg
上記の蛍光体と水ガラスの混合液を注射器を用いて、450nmに発光ピークを有するGaN青色発光ダイオードチップ(4mm角)上に30μリットル滴下し、乾燥した後、更に半円形の透明なエポキシ樹脂キャップで被覆して白色発光素子を得た。
この白色発光素子は図16の発光スペクトルを示し、その発光色度W1はx=0.22
3、y=0.253であった。なお、上記蛍光体の発光色度はY2とRであった。
1.樹脂モールド
2.蛍光体
3.フレーム
4.発光ダイオードチップ
5.電極端子
2.蛍光体
3.フレーム
4.発光ダイオードチップ
5.電極端子
Claims (5)
- 青色の発光ダイオードと、該発光ダイオードの発光を吸収して可視域に発光する2種類以上の蛍光体とを組み合わせた白色発光素子において、前記発光ダイオードと前記蛍光体の発光色が加色して互いに補色の関係になるように、前記蛍光体を選択し、
前記蛍光体は、前記発光ダイオードの発光の一部を励起光として黄色発光する蛍光体及び前記発光ダイオードの発光の一部を励起光として赤色発光する蛍光体を備え、前記黄色発光する蛍光体は(Y 1−u ,Gd u ) 3 (AI 1−v Ga v ) 5 O 12 :Ce,Eu蛍光体(但し、u及びvはそれぞれ、0≦u≦0.3、及び0≦v≦0.5)であり、
前記白色発光素子の発光色の発光色度点(x、y)が0.21≦x≦0.48、0.19≦y≦0.45の範囲にあり、前記発光色の発光スペクトルが赤色発光領域に発光ピークを有する、
ことを特徴とする白色発光素子。 - 前記発光ダイオードが(Inx,Aly,Ga1-x-y) N(但し、0≦x,0≦y,x+y≦1)である請求項1に記載の白色発光素子。
- 前記発光ダイオードおよび前記蛍光体が透明樹脂モールドで被覆されている、請求項1又は2に記載の白色発光素子。
- 前記発光ダイオードおよび前記蛍光体の上部に透明樹脂またはガラス製キャップが取り付けられている、請求項1又は2に記載の白色発光素子。
- 前記黄色発光する蛍光体がY 3 AI 5 O 12 :Ce,Eu蛍光体及び/又はY 0.8 ,Gd 0.2 ) 3 AI 5 O 12 :Ce蛍光体である、請求項1〜4のいづれか1項に記載の白色発光素子。
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH064027A (ja) * | 1992-06-17 | 1994-01-14 | Dainippon Printing Co Ltd | コードパターンラベル |
JPH07176794A (ja) * | 1993-12-17 | 1995-07-14 | Nichia Chem Ind Ltd | 面状光源 |
JPH087614A (ja) * | 1994-06-17 | 1996-01-12 | Nichia Chem Ind Ltd | 面状光源 |
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2014
- 2014-03-14 JP JP2014051100A patent/JP2014112729A/ja active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPH064027A (ja) * | 1992-06-17 | 1994-01-14 | Dainippon Printing Co Ltd | コードパターンラベル |
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Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
JPN3003002305; 日経エレクトロニクス 1996年9月23日号, 19960920, p.15 * |
JPN4003000280; 日経産業新聞 , 19960913, 第1頁 * |
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