JP3150457U - カラー発光ダイオード - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら、上記LEDで得られる白色光には、青色系可視光中の青色成分と、黄緑色系可視光中の黄緑色成分しか含まれていないため、白色光の表現範囲が非常に狭かった。
そこで、本出願人は、先に、赤色成分の不足を補うことができるよう、青色系の可視光を発光するLEDチップと、黄緑色系の可視光を発光するYAG蛍光体と、赤色系の可視光を発光する赤色蛍光体とを備え、上記青色系可視光、黄緑色系可視光、赤色系可視光とを混色させて白色光を放射するよう構成した発光ダイオードを提案した(特開2004−152993号)。
また、上記コーティング材72中には、LEDチップ66の発光を黄緑色系の可視光に変換するYAG蛍光体73と、LEDチップ66の発光を赤色系の可視光に変換する赤色系蛍光体74が分散状態で多数混入されている。
さらに、コーティング材72で被覆された上記LEDチップ66、第1のリードフレーム62の先端部62a及び端子部62bの上端、第2のリードフレーム68の先端部68a及び端子部68bの上端は、先端に凸レンズ部76を有する透光性樹脂材78によって被覆・封止されている。
そして、LEDチップ66から放射された青色系可視光、YAG蛍光体73から放射された黄緑色系可視光、赤色系蛍光体74から放射された赤色系可視光が混色することにより白色光が得られ、該白色光が透光性樹脂材78の凸レンズ部76によって集光されて外部へ放射されるようになっている。
例えば、上記した従来のLED60において、赤色系蛍光体74として(Zn,Cd)S:Ag、(Zn,Cd)S:Ag,Cl、ZnS:Mn、CaS:Eu等の硫化物系蛍光体を用いた場合、赤色成分の不足を補って暖色系白色光を得るためには、赤色系蛍光体74をYAG蛍光体73に対する重量比で20〜30重量%程度も用いる必要があるが、その分コーティング材72中に混入されるYAG蛍光体73の量が減少するため高輝度な暖色系白色光を実現することができなかった。
また、上記YAG蛍光体73、赤色系蛍光体74から放射される光の輝度は、一般に蛍光体の量及び表面積に略比例するものであるが、上記従来のLED60にあっては、リフレクタ64内に充填したコーティング材72中にYAG蛍光体73、赤色系蛍光体74を混入していたことから、混入できる蛍光体の量には限界があった。
また、本考案の他の目的は、蛍光体で波長変換された光の取出し効率を向上させることができると共に蛍光体の量及び表面積を増大させることのできる高輝度なカラー発光ダイオードを実現することにある。
上記繊維の集合体としては、不織布が好ましく、この場合、不織布を構成する繊維に、上記着色剤及び多色発光蛍光体を担持させる。
尚、着色剤としては、例えば顔料が該当する。
しかも、着色剤の色成分と、多色発光蛍光体から放射される着色剤の色と同系色の可視光とが重畳されるため、高輝度な可視光を得ることができる。
さらに、本考案のカラー発光ダイオードは、単位体積当たりの繊維の表面積が大きい繊維の集合体に、着色剤及び多色発光蛍光体を担持せしめたことから、従来の発光ダイオード60の如く、リフレクタ64内に充填したコーティング材72中にYAG蛍光体73、赤色系蛍光体74を混入した場合に比べ、多色発光蛍光体の量及び表面積を増大させることができる。
該不織布を構成する繊維に、着色剤及び多色発光蛍光体を担持させた場合には、単位体積当たりの繊維の表面積が極めて大きいことから、従来の発光ダイオード60の如く、リフレクタ64内に充填したコーティング材72中にYAG蛍光体73、赤色系蛍光体74を混入した場合に比べ、多色発光蛍光体の量及び表面積を飛躍的に増大させることができる。
図1は、本考案に係るカラーLED10を模式的に示す概略断面図であり、このカラーLED10は、樹脂やセラミック等の絶縁材料より成る基板12上に、青色系可視光を発光するLEDチップ14を接続・固定して成る。該LEDチップ14は、約430nm〜500nmの波長の青色又は青紫等の青色系の可視光(以下、青色系可視光と称する)を発光し、例えば、窒化ガリウム系半導体結晶で構成されている。
また、上記基板12の表面から側面を経て裏面にまで延設された一対の外部電極16a,16bが相互に絶縁された状態で形成されている。
尚、上記不織布22は、ドーム状に限定されるものではなく、例えば内部が中空の直方体状であっても良く、要するに、LEDチップ14が不織布22で覆われていれば良い。
上記繊維24は、ナイロン、ポリエステル、アクリル、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、フッ素樹脂等の樹脂繊維、レーヨン等のセルロース系の化学繊維、ガラス繊維、アルミナ、ボロン等の金属繊維、天然繊維等の短繊維から成り、その直径は1〜20μm、長さは0.5〜20mm程度である。
尚、長さが50〜100mm程度の長繊維から成る繊維24を用いることも勿論可能である。
顔料付き蛍光体20の粒子は、不織布22を構成する繊維24の表面に多数被着・担持されているものである。
本考案に使用可能な着色剤は着色力が大きく出来るだけ光透過性のものが良く、また耐久力に優れたものが好ましい。
また、顔料の粒径は、0.01〜0.5ミクロン、好ましくは、0.01〜0.1ミクロン程度の超微粒子のものが好適である。これは、蛍光体に対する量が少なくても良好な効果が得られ、輝度低下を防ぐことができるからである。
先ず、ポリプロピレン等の高融点材料より成る繊維24を、ポリエチレン等の低融点材料より成る繊維32で被覆した所定長さの複合繊維34(図5参照)を多数準備し、カード法やエアレイ法等を用いて、これら多数の複合繊維34より成るシート状の集積体(ウェブ)を形成する。
上記方法にあっては、高融点材料より成る繊維24を低融点材料より成る繊維32で被覆した複合繊維34を用い、低融点材料より成る繊維32のみを溶融させて接着剤として機能させることにより、不織布22の形成と、不織布22を構成する繊維24の表面への顔料付き蛍光体20の担持を略同時に行うことができるので、極めて製造容易である。
上記方法で製造されたシート状の不織布22を型抜き等して、上記ドーム状の不織布22は形成される。
また、不織布22を加熱して、該不織布22を構成する繊維24の表面を溶融させた状態で、粒子状の顔料付き蛍光体20を吹き付けることにより、不織布22を構成する繊維24の表面に顔料付き蛍光体20を被着・担持させることもできる。
さらに、粒子状の顔料付き蛍光体20を高温加熱した状態で不織布22に吹きつけ、不織布22を構成する繊維24を一部溶融させることにより、不織布22を構成する繊維24の表面に顔料付き蛍光体20を被着・担持させることもできる。
そして、LEDチップ14の青色系可視光と多色発光蛍光体20aの黄緑色系可視光とが混色して得られる白色光中に、赤色系顔料20bの赤色成分と多色発光蛍光体20aの赤色系可視光が混色することにより赤色系可視光が得られ、該赤色系可視光が外囲器30の凸レンズ部28によって集光されて外部へ放射されるようになっている。
上記赤色系顔料20bの量は、多色発光蛍光体20aに対する重量比で0.001〜2量%、好ましくは0.01〜0.5重量%と成される。
而して、0.001重量%の赤色系顔料20bの量で赤色系可視光を実現できると共に、カラーLED10の輝度低下を生じないよう赤色系顔料20bの量は2重量%%以下とするのが適当である。このように、赤色系顔料04bの量を、多色発光蛍光体20aに対する重量比で0.001〜2量%と成すことにより、多色発光蛍光体20aの量を十分に確保することができ、高輝度なカラーLED10を実現できる。
また、0.01〜0.5重量%とした場合には、赤色系顔料20bの色成分を十分に加えることができると共に、多色発光蛍光体20aの量を一層確保することができ、輝度の低下を殆ど生じることのないカラーLED10を得ることができる。
本考案のカラーLED10は、多色発光蛍光体20aとしてCaAlSiN3:Eu、赤色系顔料24bとして弁柄赤(Fe2O3)を用い、図6において、(1)は多色発光蛍光体20aに対する赤色系顔料20bの割合が0重量%の場合の色度、(2)は多色発光蛍光体20aに対する赤色系顔料20bの割合が0.005重量%の場合の色度、(3)は多色発光蛍光体20aに対する赤色系顔料20bの割合が0.01重量%の場合の色度、(4)は多色発光蛍光体20aに対する赤色系顔料20bの割合が0.1重量%の場合の色度、(5)は多色発光蛍光体20aに対する赤色系顔料20bの割合が1重量%の場合の色度、(6)は比較例として、黄緑色系可視光のみを放射する希土類元素を付活させたCa(Si,Al)12(N,O)16より成るサイアロン蛍光体のみ使用した場合の色度を示している。
図6に示される通り、本考案のカラーLED10の場合には、0.005〜1重量%の範囲の少量の赤色系顔料20bを用いるだけで、赤色系可視光が得られている。
さらに、本考案のLED10は、単位体積当たりの繊維24の表面積が極めて大きい不織布22を構成する繊維24の表面に顔料付き蛍光体20を担持せしめたことから、従来の発光ダイオード60の如く、リフレクタ64内に充填したコーティング材72中にYAG蛍光体73、赤色系蛍光体74を混入した場合に比べ、多色発光蛍光体20aの量及び表面積が飛躍的に増大し、高輝度化を実現できる。
この場合、多色発光蛍光体20aと赤色系顔料20bを混合分散させた樹脂液中に上記不織布22を浸漬したり、多色発光蛍光体20aと赤色系顔料20bを混合分散させた樹脂液を不織布22に吹付塗布すれば良い。また、不織布22を加熱して、該不織布22を構成する繊維24の表面を溶融させた状態で、多色発光蛍光体20aと赤色系顔料20bとの混合粒子を吹き付けることにより、不織布22を構成する繊維24の表面に、多色発光蛍光体20aと赤色系顔料20bとを混合状態で担持できる。
尚、多色発光蛍光体20aと赤色系顔料20bとは粒径や比重が異なるが、本考案のカラーLED10は、多数の繊維24が立体的に絡み合って形成された不織布22の繊維24表面に、多色発光蛍光体20aと赤色系顔料20bを担持させるので、多色発光蛍光体20aと赤色系顔料20bとが偏在することなく、不織布22の繊維24表面に略均一に分散配置することができる。従って、多色発光蛍光体20aから放射される黄緑色系可視光と、赤色系顔料20bの赤色成分とを十分に混色させることができ、色ムラの発生を抑制することができる。
このシリカ21で被覆された顔料付き蛍光体20は、以下の方法で作製できる。先ず、水硝子水中に多色発光蛍光体20a粉末を均一に分散させた液中に、予め乳化剤と共に非水溶剤中等に所定量の赤色系顔料20bを均一分散させた着色液を入れ、高速攪拌しで微細な乳化分散液を作成する。その後、水硝子の硬化剤又はPH調整等を行うことにより、多色発光蛍光体20a表面に赤色系顔料20bが均一に付着すると共に、多色発光蛍光体20a及び赤色系顔料20bが水硝子のシリカ成分によって被覆(カプセル化)された顔料付蛍光体20が得られる。
上記顔料付き蛍光体20は、シリカ21で被覆されているのでカラーLED10内部に浸入してきた水分が多色発光蛍光体20aや赤色系顔料20bに付着することを防止でき、耐湿性に優れている。
すなわち、青色系可視光を発光するLEDチップ14と、所定色の顔料(着色剤)と、LEDチップ14の発光を黄緑色系可視光及び上記顔料(着色剤)の色と同系色の可視光に変換して放射する多色発光蛍光体を用いることにより、顔料(着色剤)の色成分と、多色発光蛍光体から放射される顔料(着色剤)の色と同系色の可視光とが加わり、カラーLED10から放射される光の色の表現範囲を広げることができる。しかも、顔料(着色剤)の色成分と、多色発光蛍光体から放射される顔料(着色剤)の色と同系色の可視光とが重畳されるため、高輝度な可視光を得ることができる。
例えば、着色剤としての酸化クロム(Cr2O3)、ピリジアン(Cr2O(OH)4)、コバルトグリーン(CoO・ZnO・MgO)、ダイピロキサイドTMグリーン等の緑色系の無機顔料やフタロシアニングリーン等の緑色系の有機顔料と、LEDチップ14の発光を黄緑色系可視光及び緑色系可視光の2色の可視光に変換して放射するSrGa2S:EuやCa3Sc2Si3O12:Ce等の多色発光蛍光体を用いれば、着色剤の緑色系成分と多色発光蛍光体の緑色系可視光とが重畳して、高輝度な緑色系可視光を得ることができる。
尚、所定色の顔料(着色剤)の量は、上記赤色系顔料20bの場合と同様に、多色発光蛍光体に対する重量比で0.001〜2重量%と成される。
すなわち、0.001重量%の顔料(着色剤)の量で、当該顔料(着色剤)の色成分を十分に加えることができると共に、カラーLED10の輝度低下を生じないよう顔料(着色剤)の量は2重量%以下とするのが適当である。
本考案のカラーLED10は、多色発光蛍光体20aとしてCa3Sc2Si3O12:Ce、緑色系顔料としてコバルトグリーンを用い、図8において、(1)は多色発光蛍光体20aに対する緑色系顔料の割合が0重量%の場合の色度、(2)は多色発光蛍光体20aに対する緑色系顔料の割合が0.001重量%の場合の色度、(3)は多色発光蛍光体20aに対する緑色系顔料の割合が0.01重量%の場合の色度、(4)は多色発光蛍光体20aに対する緑色系顔料の割合が0.1重量%の場合の色度、(5)は多色発光蛍光体20aに対する緑色系顔料の割合が0.5重量%の場合の色度、(6)は比較例として、黄緑色系可視光のみを放射する希土類元素を付活させたCa(Si,Al)12(N,O)16より成るサイアロン蛍光体のみ使用した場合の色度を示している。
図8に示される通り、本考案のカラーLED10の場合には、0.001〜0.5重量%の範囲の少量の緑色系顔料を用いるだけで、緑色系可視光が得られている。
また、有機ELに用いられる色変換材料である非共役系高分子(ポリイミド系、ポリビニールカルバゾール誘導体)、共役系高分子等を用いることもできる。さらに、雲母扁平表面にチタンを被覆した各色顔料も有用である。これら着色剤は、色成分を加えることができると共に、カラーLED10の更なる輝度向上も図ることができる。
また、繊維の集合体としては、上記不織布22の他に、多数の繊維を織り込んで形成した織布を用い、該織布を構成する繊維に蛍光体を担持させても良い。この織布も、不織布22には及ばないものの、単位体積当たりの繊維の表面積が大きいものである。
この場合、例えば、未硬化状態の透明樹脂中に、顔料付き蛍光体20を所定量混合した後、透明樹脂を延伸、硬化させ、その後、所定の長さに切断することにより、顔料付き蛍光体20が練り混まれた多数の繊維を形成し、斯かる顔料付き蛍光体20が練り混まれた多数の繊維を用いて不織布22を形成すれば良い。
12 基板
14 LEDチップ
16a外部電極
16b外部電極
18 ボンディングワイヤ
20 顔料付き蛍光体
20a多色発光蛍光体
20b赤色系顔料
22 不織布
24 繊維
28 枠部材
30 蓋部材
34 複合繊維
Claims (4)
- 青色系可視光を発光するLEDチップと、所定色の着色剤と、LEDチップの発光を黄緑色系可視光及び上記着色剤の色と同系色の可視光に変換して放射する多色発光蛍光体とを備え、上記LEDチップの青色系可視光、着色剤の色成分、多色発光蛍光体の黄緑色系可視光及び着色剤の色と同系色の可視光とを混色させて、所望の色の可視光を放射するよう構成されているカラー発光ダイオードであって、上記着色剤及び多色発光蛍光体を繊維の集合体に担持させたことを特徴とするカラー発光ダイオード。
- 上記繊維の集合体が不織布であり、該不織布を構成する繊維に、上記着色剤及び多色発光蛍光体を担持させたことを特徴とする請求項1に記載のカラー発光ダイオード。
- 上記着色剤の量は、多色発光蛍光体に対する重量比で0.001〜2重量%であることを特徴とする請求項1又は2に記載のカラー発光ダイオード。
- 上記着色剤が顔料であることを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載のカラー発光ダイオード。
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