JP4024892B2

JP4024892B2 - 蓄光性発光素子

Info

Publication number: JP4024892B2
Application number: JP34348096A
Authority: JP
Inventors: 尭長谷
Original assignee: 化成オプトニクス株式会社
Priority date: 1996-12-24
Filing date: 1996-12-24
Publication date: 2007-12-19
Anticipated expiration: 2016-12-24
Also published as: JPH10188649A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示素子又は光源として点灯中に、何らかの原因で発光ダイオードが突然その発光を停止した場合でも、表示素子又は光源として発光を持続することができ、屋内や屋外、さらには水中などにおける表示又は光源用として利用できる蓄光性発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、発光ダイオードは緑色ないし赤色を呈し、これを単体で又は複数個並べて１つの画素として組み合わせて光源やカラーディスプレイとして利用されており、近年、高効率の青色発光ダイオードが開発されるに至り、発光ダイオードを用いた大型のフルカラーディスプレイも実現している。
【０００３】
ところで、これらの発光ダイオードを用いた光源やディスプレイにあっては、例えば、停電等による不慮の電源停止等のトラブルがあった場合、直ちにその発光が停止するため、当然のことながら、光源やディスプレイとしての機能が停止して支障を来すことが多い。そこで、発光素子としては点灯中、突然発光が停止しても、直ちには光源やディスプレイとしての機能が停止しないような蓄光性発光素子が求められている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、光源やディスプレイに適した発光素子であって、発光ダイオードを有する発光素子が何かの原因で発光停止した場合でも、光源やディスプレイとしての機能を持続させることができる蓄光性発光素子を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、ある種の蛍光体は従来の発光ダイオードの発する発光光によって励起されて自らが発光し、励起源である発光ダイオードの発光が停止した後も、自らの発光を持続させることが可能な蛍光体（いわゆる、蓄光性蛍光体）が存在し、これらの蓄光性蛍光体と発光ダイオードとを組み合わせることによって上記課題が解消できることを見出し、本発明を完成させるに至った。即ち、本発明の構成は下記のとおりである。
【０００６】
(1) 近紫外域ないし可視光域に発光する発光ダイオードと、該発光ダイオードの発光光で励起されて瞬時発光し得る蓄光性蛍光体とを組み合わせた蓄光性発光素子であって、前記発光ダイオードの上に銅（Ｃｕ）付活硫化亜鉛系蛍光体、ユーロピウム（Ｅｕ）付活アルカリ土類硫化物系蛍光体、ユーロピウム（Ｅｕ）付活アルカリ土類アルミン酸塩系蛍光体、及び、ユーロピウム（Ｅｕ）付活アルカリ土類珪酸塩蛍光体の群から選択される１種以上の蓄光性蛍光体が塗布されてなり、該発光ダイオードの発光が停止した後も、自らの発光を持続させることが可能なことを特徴とする蓄光性発光素子。
【０００７】
(2) 前記発光ダイオード上にキャップを備えたことを特徴とする上記(1)に記載の蓄光性発光素子。
【０００８】
(3) 前記キャップが樹脂モールドであることを特徴とする上記(2)に記載の蓄光性発光素子。
(4) 前記キャップが半球状であることを特徴とする上記(2)又は(3)に記載の蓄光性発光素子。
【０００９】
(5) 前記発光ダイオードの発光ピーク波長が５００ｎｍ以下であることを特徴とする上記(1)〜(4)のいずれかに記載の蓄光性発光素子。
(6)前記蓄光性蛍光体が同一種の蛍光体又は２種以上の混合蛍光体であることを特徴とする上記(1)〜(5)のいずれかに記載の蓄光性発光素子。
【００１０】
(7)前記発光ダイオードが（Ｇａ_1-x-yＡｌ_xＩｎ_y）Ｎ（但し、ｘ及びｙはそれぞれ０≦ｘ≦１、及び、０≦ｙ≦１なる条件を満たす数である）、ＳｉＣ、ＢＮ及びＺｎ（Ｓ，Ｓｅ）の群から選択される１種以上のものであることを特徴とする上記１〜(6)のいずれか一項に記載の蓄光性発光素子。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明は、近紫外域ないし可視光域に発光する発光ダイオードと、発光ダイオードの発光光で励起されて瞬時発光し得る蓄光性蛍光体とを組み合わせたことにより、発光ダイオードの発光を停止しても依然として青色〜赤色の発光を持続する蓄光性発光素子の提供を可能にした。
【００１２】
本発明の蓄光性発光素子に用いる発光ダイオードは、発光ピーク波長が４００〜５００ｎｍの範囲にあるものが好ましい。一般に５００ｎｍより長い波長領域には蛍光体の励起帯が存在しないので、そのような波長領域に発光ダイオードの発光ピーク波長が有っても蛍光体の瞬時発光に寄与せず、また、４００ｎｍより短い波長領域で発光する発光ダイオードは製造が難しいためである。
【００１３】
本発明の蓄光性発光素子に用いる青色発光蛍光体は、組成式が（Ｃａ_1-mＭｇ_m）Ｏ・ｒ（Ａｌ_1-nＢ_n）₂Ｏ₃：Ｅｕ，Ｎｄ（但し、ｍ、ｎ及びｒはそれぞれ０≦ｍ≦０．２、０≦ｎ≦０．２及び０．７≦ｒ≦２．０の範囲である）で表されるユーロピウム付活アルカリ土類アルミン酸塩系蛍光体、組成式がｍＣａＯ・ｎＭｇＯ・２ＳｉＯ₂：Ｅｕ，Ｄｙ，Ｘ（但し、ＸはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ及びＩの群から選択される１種以上のハロゲン元素であり、ｍ及びｎはそれぞれ、１．５≦ｍ≦３．５及び０．５≦ｎ≦１．５である）で表されるユーロピウム付活アルカリ土類珪酸塩系蛍光体、組成式がｍＣａＯ・ｎＭｇＯ・２ＳｉＯ₂：Ｅｕ，Ｎｄ，Ｘ（但し、ＸはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ及びＩの群から選択される１種以上のハロゲン元素であり、ｍ及びｎはそれぞれ１．５≦ｍ≦３．５、０．５≦ｎ≦１．５である）で表されるユーロピウム付活アルカリ土類珪酸塩系蛍光体等などを挙げることができる。
【００１４】
本発明の蓄光性発光素子に用いる緑色発光蛍光体は、組成式が（Ｓｒ_1-mＭｇ_m）Ｏ・ｒ（Ａｌ_1-nＢ_n）₂Ｏ₃：Ｅｕ，Ｄｙ（但し、ｍ、ｎ及びｒはそれぞれ０≦ｍ≦０．２、０≦ｎ≦０．２、０．７≦ｒ≦２．０である）で表されるユーロピウム付活アルカリ土類アルミン酸塩系蛍光体、組成式がｍＳｒＯ・ｎＭｇＯ・２ＳｉＯ₂：Ｅｕ，Ｄｙ，Ｘ（但し、ＸはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ及びＩの群から選択される１種以上のハロゲン元素であり、ｍ及びｎは、１．５≦ｍ≦３．５及び０．５≦ｎ≦１．５）で表されるユーロピウム付活アルカリ土類珪酸塩系蛍光体、組成式がｍＳｒＯ・ｎＭｇＯ・２ＳｉＯ₂：Ｅｕ，Ｎｄ，Ｘ（但し、ＸはＦ、Ｃｌ、Ｂｒ及びＩの群から選択される１種以上のハロゲン元素であり、ｍ及びｎはそれぞれ１．５≦ｍ≦３．５及び０．５≦ｎ≦１．５である）で表されるユーロピウム付活アルカリ土類珪酸塩系蛍光体、組成式がＺｎＳ：Ｃｕ，Ｃｌで表される銅（Ｃｕ）付活硫化亜鉛蛍光体などを挙げることができる。
【００１５】
本発明の蓄光性発光素子に用いる橙色〜赤色発光蛍光体は、組成式がＣａＳ：Ｅｕで表されるユーロピウム付活硫化カルシウム蛍光体などを挙げることができる。
そして、得られる蓄光性発光素子の所望の発光色に対応して、上記蓄光性蛍光体の中の１種又は２種以上の蛍光体を適宜選択して発光ダイオードと組み合わせて用いることができる。
【００１６】
本発明の蓄光性発光素子に用い発光ダイオードは、同時に用いられる蓄光性蛍光体を励起して、その蛍光体を効率良く瞬時に発光させることができるものが適している。具体的には、（Ｇａ_1-x-yＡｌ_x,Ｉｎ_y）Ｎ（但し、ｘ及びｙはそれぞれ０≦ｘ≦１、及び、０≦ｙ≦１なる条件を満たす数である）、ＳｉＣ、ＢＮ及びＺｎ（Ｓ, Ｓｅ）の群から選択される１種以上のものであって、その発光スペクトルのピーク波長が、４００〜５００ｎｍである発光ダイオードが適している。
【００１７】
図１は、本発明の蓄光性発光素子の構造の一例を示す断面模式図である。フレーム３の上に発光ダイオードチップを載せ、その上に蓄光性蛍光体を塗布し、電極端子５を引き出した状態で樹脂モールドでキャップを形成して素子とする。
【００１８】
本発明の蓄光性発光素子の製造には、予め所定量秤取した上記蓄光蛍光体の少なくとも一種を、アセトンやトルエン等有機溶剤及び脱イオン水等に希釈したアクリル樹脂、エポキシ樹脂及びポリイミド樹脂等の透明な樹脂と混合し、この混合物を注射器のような細いノズルから発光ダイオードの発光チップ上に容積にして数十μｌ滴下して塗布する（特公昭５２−４０９５９号公報参照）。なお、上記有機溶剤の代わりに水溶性樹脂やアルカリ珪酸塩を用いることも可能である。
【００１９】
上記蛍光体が塗布された発光ダイオードのチップを乾燥した後、エポキシ樹脂等の透明な樹脂やガラス等のキャップを前記チップの上に取り付けて蓄光性発光素子を得る。
【００２０】
このようにして得た発光素子は、最大５Ｖで、最大３０ｍＡまでの定格直流負荷を数分間加えてしばらく発光させた後、負荷電流を遮断した時、発光ダイオードチップ上の蓄光性蛍光体はその固有の発光を持続した。
【００２１】
【実施例】
〔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１０ｇｒ
青色発光蛍光体２ｍｇ
（Ｓｒ_1.995ＭｇＳｉ₂Ｏ₇：Ｅｕ_0.005，Ｄｙ_0.025，Ｃｌ_0.025）
【００２２】
上記の蛍光体と樹脂との混合物を調製し、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のチップ上に５０μｌ滴下して乾燥した後、その上に半球状の透明なエポキシ樹脂キャップを設けて蓄光性発光素子とした。
得られた蓄光性発光素子に５Ｖ、３０ｍＡの電流を３０分間印加して点灯させた後、電流を遮断した後の残光特性を調べたところ、図２の曲線（ａ）に示すとおりであった。なお、その際の残光の発光スペクトルは図３の曲線（ａ）であった。
【００２３】
〔実施例２〕
アクリル樹脂１ｇｒ
（日本カーバイト工業社製、ニッカゾール、固形分５０％）
脱イオン水５ｇｒ
緑色発光蛍光体１ｍｇ
（Ｓｒ_0.994Ｍｇ_0.005Ａｌ_2.196Ｂ_0.004Ｏ₄：Ｅｕ_0.001Ｄｙ_0.005）
【００２４】
上記の蛍光体と樹脂との混合物を調製し、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のチップ上に５０μｌ滴下して乾燥した後、その上に半球状の透明なアクリル樹脂キャップを設けて蓄光性発光素子とした。
得られた蓄光性発光素子に５Ｖ、３０ｍＡの電流を３０分間印加して点灯させた後、電流を遮断した後の残光特性を調べたところ、図２の曲線（ｂ）に示すとおりであった。なお、その際の残光の発光スペクトルは図３の曲線（ｂ）であった。
【００２５】
〔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
赤色発光蛍光体（ＣａＳ：Ｅｕ）１ｍｇ
【００２６】
上記の蛍光体と水ガラスとの混合物を調製し、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のチップ上に５０μｌ滴下して乾燥した後、その上に半球状の透明なエポキシ樹脂キャップを設けて蓄光性発光素子とした。
得られた蓄光性発光素子に５Ｖ、３０ｍＡの電流を３０分間印加して点灯させた後、電流を遮断した後の残光特性を調べたところ、図２の曲線（ｄ）に示すとおりであった。なお、その際の残光の発光スペクトルは図３の曲線（ｄ）であった。
【００２７】
〔実施例４〕
青色発光蛍光体（Ｓｒ_1.995ＭｇＳｉ₂Ｏ₇：Ｅｕ_0.005,Ｄｙ_0.025,Ｃｌ_0.025）に代えて、緑色発光蛍光体（ＺｎＳ：Ｃｕ，Ｃｌ）を用いた以外は実施例１と同様にして蓄光性発光素子を得た。
得られた発光素子について、実施例１と同様にしてその残光特性及び残光の発光スペクトルを調べたところ、それぞれ図２の曲線（ｃ）及び図３の曲線（ｃ）に示すとおりであった。
【００２８】
【発明の効果】
本発明は、上記の構成を採用することにより、従来不可能であった発光素子の励起源が停止した後にも、長時間視認可能な所望の発光色で発光を持続することができ、表示の多色化多様化、電力節減等に大きく寄与し、かつ、光源やディスプレイの用途を広げるのに大きく寄与するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の蓄光性発光素子の概略構造を示した断面図である。
【図２】実施例１〜４で作製した蓄光性発光素子の残光特性を示したグラフである。
【図３】実施例１〜４で作製した蓄光性発光素子の、励起源を停止した後の発光スペクトルを示したグラフである。

Claims

近紫外域ないし可視光域に発光する発光ダイオードと、該発光ダイオードの発光光で励起されて瞬時発光し得る蓄光性蛍光体とを組み合わせた蓄光性発光素子であって、前記発光ダイオードの上に銅（Ｃｕ）付活硫化亜鉛系蛍光体、ユーロピウム（Ｅｕ）付活アルカリ土類硫化物系蛍光体、ユーロピウム（Ｅｕ）付活アルカリ土類アルミン酸塩系蛍光体、及び、ユーロピウム（Ｅｕ）付活アルカリ土類珪酸塩蛍光体の群から選択される１種以上の蓄光性蛍光体が塗布されてなり、該発光ダイオードの発光が停止した後も、自らの発光を持続させることが可能なことを特徴とする蓄光性発光素子。
前記発光ダイオード上にキャップを備えたことを特徴とする請求項１に記載の蓄光性発光素子。
前記キャップが樹脂モールドであることを特徴とする請求項２に記載の蓄光性発光素子。
前記キャップが半球状であることを特徴とする請求項２又は３に記載の蓄光性発光素子。
前記発光ダイオードの発光ピーク波長が５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の蓄光性発光素子。
前記蓄光性蛍光体が同一種の蛍光体又は２種以上の混合蛍光体であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の蓄光性発光素子。
前記発光ダイオードが（Ｇａ_1-x-yＡｌ_xＩｎ_y）Ｎ（但し、ｘ及びｙはそれぞれ０≦ｘ≦１、及び、０≦ｙ≦１なる条件を満たす数である）、ＳｉＣ、ＢＮ及びＺｎ（Ｓ，Ｓｅ）の群から選択される１種以上のものであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の蓄光性発光素子。