KR100645403B1 - 백색 발광 장치 - Google Patents

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쇼오따 시모니시
고오이찌 오오따
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도요다 고세이 가부시키가이샤
리텍 게베에르
로이히슈토프베르크 브라이퉁엔 게엠베하
트리도닉 옵토엘렉트로닉스 게엠베하
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Abstract

프레임(17)의 컵(17a) 내에 있어서의 리드 프레임(14, 15) 상에 마운트(21)로 자색 LED(19)를 고정하고, 이 자색 LED(19)를 컵(17a) 내에 투명 수지에 의한 밀봉재(26)를 충전함으로써 밀봉한다. 또한, 자색 LED(19)에서 발광되는 빛을 흡수하고, 이 흡수한 빛의 파장과 다른 적색, 녹색 및 청색 파장의 빛을 발광하는 적색ㆍ녹색ㆍ청색 형광체(28 내지 30)를 밀봉재(26)에 혼입한다. 이러한 백색 발광 장치에 있어서의 밀봉재(26)에 자색 LED(19)에서 발광되는 빛을 흡수하고, 이 흡수한 빛의 파장과 다른 황색 파장의 빛을 발광하는 황색 형광체(31)를 추가 혼입한다.
프레임, 리드 프레임, 마운트, 밀봉재, 자색 LED, 황색 형광체

Description

백색 발광 장치{WHITE LIGHT EMITTING DEVICE}
본 출원은, 일본 특허 출원 번호 제2002-286089호를 기초로 하고, 일본 출원의 전체 내용은 본 출원에 있어서 참조되어 도입된다.
본 발명은, 발광 소자와 형광체를 갖고 백색에 발광하는 백색 발광 장치에 관한 것으로, 예를 들어 LED 디스플레이, 백 라이트 장치, 신호기, 조광식 스위치, 각종 센서, 각종 인디케이터 등에 적용되는 백색 발광 장치에 관한 것이다.
일반적으로 발광 장치에 이용되는 발광 소자로서는, 무기 LED(Light Emitting Diode), 유기 LED, 레이저 다이오드, 무기 후막 일렉트로루미네센스 시트 또는 무기 박막 일렉트로루미네센스 부품 등을 예로 들 수 있다. LED는 특히, 수명이 길고, 장소를 차지하지 않고, 충격에 강하며, 또한 좁은 스펙트럼 밴드로 발광한다는 특징으로 뛰어나 있다.
다수의 발광색, 특별히 넓은 스펙트럼 밴드의 다수의 발광색은, LED에 있어서의 활성 반도체 재료의 고유 발광에서는 실현 불가능하거나, 비효율적으로 밖에 실현할 수 없다. 특히 이 점은, 백색의 발광을 얻는 경우에 적합하다.
공지 기술 수준에 따르면, 반도체에서는 본래 실현할 수 없는 발광색은, 파 장 변환 기술에 의해 얻을 수 있다. 이 파장 변환 기술은, 본질적으로 다음 원리를 기초로 하고 있다. 즉, 적어도 하나의 형광체를 LED 상에 배치하고, 그 형광체에 의해 LED가 발광된 빛을 흡수하고, 이 흡수한 빛의 파장과 다른 파장의 빛을 발광하는 것이다. 바꿔 말하면, LED에서 발광된 빛을 흡수하고, 그 후에 포토루미네센스광을 다른 발광색으로 방사한다.
이러한 원리에 의해 백색을 발광하는 발광 장치로서, 자색 LED에서 발광된 빛을 현재 실용화되고 있는 적색ㆍ녹색ㆍ청색 각 색의 형광체(이하, 통합하여 표현하는 경우에는 적색ㆍ녹색ㆍ청색 형광체라 함)이고, 파장 변환하여 발광하는 백색 LED 램프가 알려져 있다. 적색ㆍ녹색ㆍ청색 형광체 각각의 성분은, 다음 식과 같다.
적색 형광체 : La2O2S : Eu, Sm(YOS : Eu)
녹색 형광체 : 3(Ba, Mg, Eu, Mu) Oㆍ8Al2O3(BAM : Eu, Mn)
청색 형광체 : (Sr, Ca, Ba, Eu)10(PO4)6ㆍCl2
그러나, 종래의 백색 발광 장치(백색 LED 램프)에 있어서는, 연색성이 낮다는 문제가 있다.
도1은, 종래의 백색 발광 장치(백색 LED 램프)의 발광 강도를 나타내는 스펙트럼도이다. 이렇게 나타낸 바와 같이, 560 내지 590 ㎚ 파장의 황색(yellow) 성분이 거의 없기 때문에, 이 백색 LED 램프의 평균 연색 평가수(Ra)는 약 50 내지 60으로 낮다. 일반적인 형광등에서는, 평균 연색 평가수(Ra)가 약 80 내지 90이며, 100이 이상이다.
한편, 청색 LED와 형광체와의 조합에 의해 백색을 실현하고 있는 백색 발광 장치는, 온도의 상승에 수반하여 청색 LED의 발광 파장이 긴 파장 측에 시프트하기 때문에, 백색 발광 장치의 색 어긋남이 생기는 경우가 있다.
본 발명의 목적은 개선된 연색성을 갖는 백색 발광 장치를 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명의 목적은 색 어긋남이 생기기 어려운 백색 발광 장치를 제공하는 데 있다.
(A) 본 발명에 의해, 500 ㎚ 이하의 피크 파장을 갖는 발광 소자와,
이 발광 소자로부터 발광되는 빛을 흡수하고, 이 흡수한 빛의 파장과 다른 황색 파장의 빛을 발광하는 제1 형광체와,
적어도 상기 제1 형광체와 다른 발광 파장을 갖는 제2 형광체로 구성되는 백색 발광 장치가 제공된다.
상기 백색 발광 장치는, 다음 한정 중 어느 하나 혹은 조합을 갖더라도 좋다.
1) 상기 발광 파장은 400 ㎚ 이하의 피크 파장으로 이루어진다.
2) 상기 제2 형광체는, 청색 내지 적색의 발광 파장을 갖는 1종 또는 그 이상의 형광체로 이루어진다.
3) 상기 제2 형광체는, 청색, 적색, 녹색광을 발광하는 형광체 중 어느 하나 또는 이들 모든 형광체로 이루어진다.
4) 상기 제1 형광체는, 알칼리토류 금속 규산염으로 이루어진다.
5) 상기 제1 형광체는, 유로퓸으로 활성화된 알칼리토류 금속 규산염으로 이루어진다.
6) 상기 제1 형광체는, 식 :
(2 - x - y) SrOㆍx(Ba, Ca) Oㆍ(1 - a - b - c - d) SiO2ㆍaP2O5 bAl2O3 cB2O3 dGeO2 : y Eu2+
(식 중, 0 < x < 1.6, 0.005 < y < 0.5, 0 < a, b, c, d < 0.5임)
로 나타내는 2가의 유로퓸으로 활성화된 알칼리토류 금속 오르토규산염 및/또는 식 :
(2 - x - y) BaOㆍx(Sr, Ca) Oㆍ(1 - a - b - c - d) SiO2ㆍaP2O5 bAl2O3 cB2O3 dGeO2 : y Eu2+
(식 중, 0.01 < x < 1.6, 0.005 < y < 0.5, 0 < a, b, c, d < 0.5임)
로 나타내는 알칼리토류 금속 오르토규산염이며, 이 경우 유리하게는 a, b, c 및 d의 값 중 적어도 1개가 0.01보다 크다.
7) 상기 적색, 녹색, 청색 및/또는 황색의 형광체는, 상기 발광 소자를 피복하는 피복 부재로 혼입된다.
8) 상기 피복 부재로 혼입되는 상기 적색, 녹색, 청색 및/또는 황색의 형광체는, 상기 발광 소자의 근방에 고밀도 상태로 혼입된다.
9) 상기 적색, 녹색, 청색 및/또는 황색의 형광체는, 또한 상기 발광 소자를 리드 프레임에 고정하기 위한 절연성의 접착 재료로도 혼입된다.
(B) 본 발명의 다른 측면에 의해,
마운트 리드의 컵 내에 배치되고, GaN계 반도체로 이루어지는 자색의 빛을 발광하는 발광 소자와,
상기 컵 내에 충전되고 상기 발광 소자를 밀봉하는 투명 수지로 이루어지는 밀봉재로 구성되고,
상기 밀봉재는, 상기 발광 소자로부터 발광되는 빛을 흡수하고, 이 흡수한 빛의 파장과 다른 적색, 녹색 및 청색 파장의 빛을 각각 발광하는 적색, 녹색 및 청색의 형광체 및 상기 발광 소자에서 발광되는 빛을 흡수하고, 이 흡수한 빛의 파장과 다른 황색 파장의 빛을 발광하는 황색의 형광체가 혼입되는 백색 발광 장치가 제공된다.
상기 백색 발광 장치는, 다음 한정을 갖더라도 좋다.
상기 백색 발광 장치는, 또한 상기 밀봉재가 충전된 상기 컵과 상기 마운트 리드의 일부를 피복하는 투명 수지로 이루어지는 렌즈형의 몰드 부재를 포함한다.
(C) 본 발명의 다른 측면에 의해,
마운트 리드의 컵 내에 배치되고, GaN계 반도체로 이루어지는 자색의 빛을 발광하는 발광 소자와,
상기 컵 내에 충전되고 상기 발광 소자를 밀봉하는 투명 수지로 이루어지는 밀봉재와,
상기 밀봉재가 충전된 상기 컵과 상기 마운트 리드의 일부를 피복하는 투명 수지로 이루어지는 렌즈형의 몰드 부재와,
상기 몰드 부재에 끼워 맞추어지고, 상기 발광 소자에서 발광되는 빛을 흡수하고, 이 흡수한 빛의 파장과 다른 적색, 녹색 및 청색 파장의 빛을 각각 발광하는 적색, 녹색 및 청색의 형광체가 혼입되는 형광 커버로 구성되고,
상기 형광 커버는, 상기 발광 소자에서 발광되는 빛을 흡수하고, 이 흡수한 빛의 파장과 다른 황색 파장의 빛을 발광하는 황색의 형광체가 혼입되는 백색 발광 장치가 제공된다.
(D) 본 발명의 다른 측면에 의해,
자색의 빛을 발광하는 발광 소자와,
이 발광 소자로부터 발광되는 빛을 도입하여 광 출력면으로부터 출력하는 대략 직사각형의 도광판으로 구성되고,
상기 도광판은, 그 광 출력면 상에 상기 발광 소자에서 발광되는 빛을 흡수하고, 이 흡수한 빛의 파장과 다른 적색, 녹색 및 청색 파장의 빛을 각각 발광하는 적색, 녹색 및 청색의 형광체 및 상기 발광 소자로부터 발광되는 빛을 흡수하고, 이 흡수한 빛의 파장과 다른 황색 파장의 빛을 발광하는 황색의 형광체가 도포되는 백색 발광 장치가 제공된다.
(E) 본 발명의 다른 측면에 의해,
자색의 빛을 발광하는 발광 소자와,
이 발광 소자로부터 발광되는 빛을 도입하여 광 출력면으로부터 출력하는 대략 직사각형의 도광판과,
상기 도광판의 광 출력면 상에 배치되고, 상기 발광 소자로부터 발광되는 빛을 흡수하고, 이 흡수한 빛의 파장과 다른 적색, 녹색 및 청색 파장의 빛을 각각 발광하는 적색, 녹색 및 청색의 형광체가 혼입되는 필름으로 구성되고,
상기 필름은, 상기 발광 소자로부터 발광되는 빛을 흡수하고, 이 흡수한 빛의 파장과 다른 황색 파장의 빛을 발광하는 황색의 형광체가 혼입되는 백색 발광 장치가 제공된다.
도1은 종래의 백색 LED 램프의 발광 강도를 나타내는 스펙트럼도이다.
도2는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 백색 LED 램프를 도시하는 단면도이다.
도3은 백색 LED 램프에 있어서의 자색 LED의 층 구성을 도시하는 도면이다.
도4는 제1 실시 형태에 관한 백색 LED 램프의 발광 강도를 나타내는 스펙트럼도이다.
도5는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 백색 LED 램프를 도시하는 단면도이다.
도6은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 백색 LED 램프를 도시하는 단면도이다.
도7은 제3 실시 형태에 관한 백색 LED 램프에 있어서 제너 다이오드를 이용 한 과전압 보호 소자를 도시하는 회로도이다.
도8은 제3 실시 형태에 관한 백색 LED 램프에 있어서 컨덴서를 이용한 과전압 보호 소자를 도시하는 회로도이다.
도9는 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 백색 LED 램프를 도시하는 단면도이다.
도10의 (a)는 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 면 형상 광원용 장치를 도시하는 평면도, 도10의 (b)는 도10의 (a)의 A-A선 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
(제1 실시 형태)
도2는, 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 백색 LED 램프를 도시하는 단면도이다.
도2에 도시되는 백색 LED 램프(10)는, SMD(Surface Mounted Device)형의 것이고, 다음과 같은 구성으로 되어 있다. 절연성을 갖는 유리 에폭시 수지 기판(12)의 상하 측면에, 전기적으로 절연된 2개의 리드 프레임(14, 15)이 금 패턴에 의해 형성되고, 리드 프레임(14, 15) 상에 플라스틱제의 컵(17a)을 갖는 프레임(17)이 형성되어 있다. 컵(17a)은 그 표면이 자색 LED(19)에서 발광된 빛을 반사하는 반사경으로 되어 있다. 리드 프레임(14, 15)은 비대칭이며, 한 쪽의 리드 프레임(15)의 상면은 프레임(17)의 컵(17a)이 형성되는 공간 바닥부의 중앙 부분까지 형성되어 있지만, 다른 쪽의 리드 프레임(14)은 상기 공간 바닥부에 조금만 노출시 킨 상태로 형성되어 있다.
자색 LED(19)는 395 ㎚의 자색광을 발광하는 것이며, 리드 프레임(15)의 상면에 은 필러 함유 에폭시 수지 페이스트 등에 의한 마운트(21)로 고정 부착되어 있다. 단, 자색 LED(19)는 350 내지 400 ㎚의 파장 영역 중 어느 하나의 빛을 발광하는 것으로 치환해도 좋다. 자색 LED(19)의 p 전극과 리드 프레임(15)은 금으로 된 본딩 와이어(23)에 의해 접속되고, 자색 LED(19)의 n 전극과 리드 프레임(14)은 금으로 된 본딩 와이어(24)에 의해 접속되어 있다.
프레임(17)의 컵(17a)이 형성되는 공간에는, 고화 후에 투명해지는 밀봉재(26)가 충전되어 있고, 이 밀봉재(26)에 의해 자색 LED(19)가 고정되어 있다. 밀봉재(26)는 실리콘 수지 또는 에폭시 수지를 이용한 것이고, 이 밀봉재(26)에는 종래예에서 설명한 적색 형광체(28), 녹색 형광체(29), 청색 형광체(30) 외에, 본 발명의 특징 요소인 황색 형광체(31)(후술에서 상세하게 설명)가 혼입되어 있다.
단, 적색ㆍ녹색ㆍ청색ㆍ황색 형광체(28 내지 31)가 혼입된 밀봉재(26)는, 프레임(17)의 컵(17a)이 형성되는 공간 내에 가득 차게 충전되어도 좋고, 또한 프레임(17)의 상부 모서리로부터 내려간 부위까지 충전되어 있어도 좋다. 또한, 적색ㆍ녹색ㆍ청색ㆍ황색 형광체(28 내지 31)를 혼입한 밀봉재(26)에는, 빛을 확산하는 확산재를 혼입해도 좋다. 이 경우, 확산재에 의해 자색 LED(19)에서 발광된 빛이 난반사하여 산란광이 되므로, 자색 LED(19)에서 발광된 빛이 적색ㆍ녹색ㆍ청색ㆍ황색 형광체(28 내지 31)에 닿기 쉬워져, 적색ㆍ녹색ㆍ청색ㆍ황색 형광체(28 내지 31)로부터 방사되는 빛의 광량이 증가된다. 이 확산재는, 특별히 한정되는 것은 아니며, 주지의 물질을 사용할 수 있다.
황색 형광체(31)는, 자색 LED(19)에서 발광된 395 ㎚의 자색광의 파장을 560 내지 590 ㎚ 파장의 황색의 빛에 파장 변환을 행하여 방사하는 것이다. 이를 포함한 적색ㆍ녹색ㆍ청색ㆍ황색 형광체(28 내지 31)가 밀봉재(26)로 혼입되어 있지만, 그 혼입 비율은 밀봉재(26)를 포함한 모든 부피비의 5 ％ 정도가 바람직하다.
황색 형광체(31)는, 2가의 유로퓸으로 부활된 알칼리토류 금속 오르토규산염으로 이루어진다.
즉, 황색 형광체(31)가, 식 :
(2 - x - y) SrOㆍx(Ba, Ca) Oㆍ(1 - a - b - c - d) SiO2ㆍaP2O5 bAl2O3 cB2O3 dGeO2 : y Eu2+
(식 중, 0 < x < 1.6, 0.005 < y < 0.5, 0 < a, b, c, d < 0.5임)
로 나타내는 2가의 유로퓸으로 활성화된 알칼리토류 금속 오르토규산염 및/또는, 식 :
(2 - x - y) BaOㆍx(Sr, Ca) Oㆍ(1 - a - b - c - d) SiO2ㆍaP2O5 bAl2O3 cB2O3 dGeO2 : y Eu2+
(식 중, 0.01 < x < 1.6, 0.005 < y < 0.5, 0 < a, b, c, d < 0.5임)
로 나타내는 알칼리토류 금속 오르토규산염이라도 좋다. 이 경우, 유리하게는 a, b, c 및 d의 값 중 적어도 1개가 0.01보다 크다.
즉, 규산 바륨 대신에 규산 스트론튬 또는 규산 바륨과 규산 스트론튬 오르토규산염인 혼합형이 사용되는 경우에, 방사되는 빛의 파장이 길어지는 것이 의외로 발견되었다. 규소 부분의 게르마늄에 의한 치환 및 부가적으로 존재하는 P2O3, Al2O3 및/또는 B2O3도 발광 스펙트럼으로의 영향을 갖고, 그 결과 상기 발광 스펙트럼은, 각각의 사용 경우에 대해 가장 적절하게 조정할 수 있다.
유리하게는 형광체(31)는, 2가의 유로퓸 및/또는 망간으로 활성화된 알칼리토류 금속 알루민산염의 군으로부터의 다른 형광체 및/또는 Y(V, P, Si) O4 : Eu 또는 다음 식 :
Me(3 - x - y) MgSi2O3 : xEu, yMn
(식 중, 0.005 < x < 0.5, 0.005 < y < 0.5, Me은 Ba 및/또는 Sr 및/또는 Ca을 나타냄)
으로 나타내는 알칼리토류 금속 - 마그네슘 - 이규산염 : Eu2+, Mn2+의 군으로부터의 또 다른 적색에 가까운 색으로 발광하는 형광체를 갖고 있다.
또한, 소량의 1가의 이온, 특히 할로겐화물이 형광체 격자 중에 조립되어 있는 경우가, 결정화도 및 방사율에 대해 유리한 것이 발견되었다. 스펙트럼 영역이 300으로부터 500 ㎚인 경우에는 유리하다. 이 파장 영역에서, 황색 형광체(31)는 양호하게 여기된다.
또한, 황색 형광체(31)의 제조의 중요한 공정을 설명한다.
규산염 형광체의 제조를 위해, 선택한 조성에 따라서 출발 물질 알칼리토류 금속 탄산염, 이산화 규소 및 산화 유로퓸의 화학 양론적량을 엄밀하게 혼합하고, 또한 형광체의 제조에 상용의 고체 반응으로, 환원성 분위기 하에서 온도 1100 ℃ 및 1400 ℃에서 원하는 형광체로 변환한다. 이 때, 결정화도에 따라 반응 혼합물이 적은 비율로, 유리하게는 0.2몰 미만의 비율로 염화암모늄 또는 다른 할로겐화물을 첨가하는 것은 유리하다. 필요에 따라서 규소의 일부를 게르마늄, 붕소, 알루미늄, 인으로 치환할 수도 있고, 유로퓸의 일부를 망간으로 치환할 수도 있으며, 이 점은 열에 의해 산화물로 분해하는 상기 원소 화합물의 상응량의 첨가에 의해 행해진다. 이 경우에는 반응 조건의 범위는 유지된다.
이렇게 얻어진 규산염은, 파장 510 ㎚로부터 600 ㎚로 방사하고, 또한 110 ㎚까지의 절반치 폭을 갖는다.
상기의 군으로부터의 형광체의 1개 또는 상기의 군으로부터 조합한 형광체의 사용에 의해, 혹은 2가의 유로퓸 및/또는 망간으로 활성화된 알칼리토류 금속 알루민산염 및 Y(V, P, Si) O4 : Eu2+의 군으로부터의 또 다른 적색에 가까운 색으로 발광하는 형광체, Y2O2S : Eu3+, 형광체의 군으로부터의 상용의 형광체와의 조합에 의해, 정의된 색 온도를 갖는 발광색 및 높은 색 재현성을 얻을 수 있고, 이 점은 다음 실시예에서 나타내고 있는 바와 같다.
T = 2778K(464 ㎚ + Sr1.4Ba0.6SiO4 : Eu2+) ; x = 0.4619, y = 0.4247, Ra = 72,
T = 2950K(464 ㎚ + Sr1.4Ba0.6SiO4 : Eu2+) ; x = 0.4380, y = 0.4004, Ra = 73,
T = 3497K(464 ㎚ + Sr1.6Ba0.4SiO4 : Eu2+) ; x = 0.4086, y = 0.3996, Ra = 74,
T = 4183K(464 ㎚ + Sr1.9Ba0.08Ca0.02SiO4 : Eu2+) ; x = 0.3762, y = 0.3873, Ra = 75,
T = 6624K(464 ㎚ + Sr1.9Ba0.02Ca0.08SiO4 : Eu2+) ; x = 0.3101, y = 0.3306, Ra = 76,
T = 6385K(464 ㎚ + Sr1.6Ba0.4SiO4 : Eu2+ + Sr0.4Ba1.6SiO4 : Eu2+) ; x = 0.3135, y = 0.3397, Ra = 82,
T = 4216K(464 ㎚ + Sr1.9Ba0.08Ca0.02SiO4 : Eu2+) ; x = 0.3710, y = 0.3696, Ra = 82,
T = 3954K(464 ㎚ + Sr1.6Ba0.4SiO4 : Eu2+ + Sr0.4Ba1.6SiO4 : Eu2+ + YVO4 : Eu3+) ; x = 0.3756, y = 0.3816, Ra = 84,
T = 6489K(464 ㎚ + Sr1.6Ba0.4SiO4 : Eu2+ + Sr0.4Ba1.6SiO4 : Eu2+ + 알루민산 바륨 마그네슘 : Eu2+) ; x = 0.3115, y = 0.3390, Ra = 66,
T = 5097K(464 ㎚ + Sr1.6Ba0.4(Si0.08B0.02) O4 : Eu2+ + Sr0.6Ba1.4SiO4 : Eu2+) ; x = 0.3423, y = 0.3485, Ra = 82,
T = 5084K(464 ㎚ + Sr1.6Ba0.4(Si0.08B0.02) O4 : Eu2++ Sr0.6Ba1.4SiO4 : Eu2+ + 알루민산 스트론튬 마그네슘 : Eu2+) ; x= O.3430, y = 0.3531, Ra = 83,
T = 3369K(464 ㎚ + Sr1.4Ba0.6Si0.95Ge0.05O4 : Eu2+) ; x = 0.4134, y = 0.3959, Ra = 74,
T = 2787K(466 ㎚ + Sr1.4Ba0.6Si0.98P0.02O4 : Eu2+) ; x = 0.4630, y = 0.4280, Ra = 72,
T = 2913K(464 ㎚ + Sr1.4Ba0.6Si0.98Al0.02O4 : Eu2+) ; x = 0.4425, y = 0.4050, Ra = 73.
다음에, 백색 LED 램프(10)의 마운트(21)에 대해 설명한다.
마운트(21)(접착 재료)로는 취급하기 쉬우므로, 에폭시 수지 등의 여러 가지의 수지를 이용할 수 있다. 마운트(21)에 이용되는 수지는 접착성을 갖는 동시에, 극소 형상의 자색 LED(19)의 측면에 마운트(21)가 융기되어도 측면에서 각 층 사이가 쇼트되지 않도록 절연성을 갖는 수지가 바람직하다.
마운트(21)는 자색 LED(19)로부터 등방적으로 발하게 되는 빛을 투과하여 컵(17a)의 표면의 반사경으로 반사시키고, 백색 LED 램프(10)의 상측으로 방출시키기 위해 투명한 수지를 이용한다. 여기서는, 백색 LED 램프(10)가 백색계의 광원이므로, 마운트(21)는 백색광이 방해가 되지 않는 백색으로 해도 좋다.
또한, 마운트(21)에 적색ㆍ녹색ㆍ청색ㆍ황색 형광체(28 내지 31)를 함유시켜도 좋다. 자색 LED(19)는 등방적으로 발광하고, 그 빛은 컵(17a)의 표면에서도 반사되므로, 이들의 빛이 마운트(21) 속을 투과하기 때문에, 마운트(21) 속은 매우 광밀도가 높다. 그래서, 마운트(21) 속에 적색ㆍ녹색ㆍ청색ㆍ황색 형광체(28 내지 31)를 함유시키면, 자색 LED(19)에서 발광된 빛은 마운트(21) 속의 적색ㆍ녹색ㆍ청색ㆍ황색 형광체(28 내지 31)에서 반사되고, 또한 마운트(21) 속의 적색ㆍ녹색ㆍ청색ㆍ황색 형광체(28 내지 31)에 의해 여기된 광으로서 등방적으로 새롭게 방출된다. 이와 같이 마운트(21)에도 적색ㆍ녹색ㆍ청색ㆍ황색 형광체(28 내지 31)를 함유시키면, 백색 LED 램프(10)는 더욱 고휘도가 된다.
또한, 마운트(21)에 Ag 등의 무기 재료를 함유시킨 수지를 이용할 수 있다. 고휘도의 백색 LED 램프(10)를 장시간 사용하면, 마운트(21)나 밀봉재(26)에는 실리콘 수지 또는 에폭시 수지 등의 수지가 이용되고 있기 때문에, 자색 LED(19)의 극 근방의 합성 수지로 가능한 마운트(21)나 밀봉재(26)가 갈색이나 흑색으로 착색되고 열화되어 발광 효율이 저하된다. 특히, 자색 LED(19) 근방의 마운트(21)의 착색이 발광 효율을 크게 저하시킨다. 마운트(21)는 자색 LED(19)로부터의 빛에 의한 내후성뿐만 아니라 접착성 및 밀착성 등도 요구되지만, 이 빛에 의한 수지의 열화는 마운트(21)에 Ag 등의 무기 재료를 함유시킨 수지를 이용함으로써 해소할 수 있다. 이러한 마운트(21)는 Ag 페이스트와 적색ㆍ녹색ㆍ청색ㆍ황색 형광체(28 내지 31)를 마운트 페이스트로 혼합하여 리드 프레임(15) 상에 마운트 기기로 도포시켜 자색 LED(19)를 접착시킴으로써 간단하게 형성시킬 수 있다.
또한, 마운트(21)는 Ag 함유의 에폭시 수지 외에, 무기 재료를 함유시킨 유기 수지로서 실리콘 수지를 이용할 수도 있다. 마운트(21) 중의 무기 재료는 수지와의 밀착성이 양호하고, 자색 LED(19)로부터의 빛에 의해 열화되지 않는 것이 필요하다. 그로 인해, 무기 재료로서는 은, 금, 알루미늄, 구리, 알루미나, 실리카, 산화 티탄, 질화붕소, 산화 주석, 산화 아연, ITO로부터 1종 이상을 선택하여 수지에 함유시킨다. 특히, 은, 금, 알루미늄, 구리 등은 방열성을 향상시켜 도전성을 가지므로 도전성을 기대하는 반도체 장치에 적용할 수 있다. 또, 알루미나, 실리카, 산화 티탄, 질화붕소 등은 내후성이 강해 높은 반사율을 유지시킬 수 있다. 무기 재료는 분산성이나 전기적 도통 등을 고려하여 그 형상을 구상, 침상이나 플레이크상 등 여러 가지의 형상으로 할 수 있다. 마운트(21)의 수지 중의 무기 재료 함유량은 방열성이나 전기 전도성 등 여러 가지로 조절할 수 있다. 그러나, 수지 중의 무기 재료 함유량을 많게 하면, 밀착성이 저하되므로 5 중량 ％ 이상으로부터 80 중량 ％ 이하로 하지만, 또한 60 중량 ％ 이상으로부터 80 중량 ％ 이하로 하면 가장 적절하게 수지의 열화를 방지할 수 있다.
또한, 적색ㆍ녹색ㆍ청색ㆍ황색 형광체(28 내지 31)를 마운트(21)에도 함유시킴으로써 백색 LED 램프(10)의 휘도를 더욱 높이는 것이 가능하다.
이에 의해 고휘도 및 장시간 사용에 있어서도 발광 효율의 저하가 매우 적은 고휘도인 발광이 가능한 백색 LED 램프(10)를 제공할 수 있다. 또한, 열전도성이 좋은 재료를 이용함으로써 자색 LED(19)의 특성을 안정화시켜 색 불균일을 적게 할 수도 있다.
다음에, 자색 LED(19)의 층 구성을 설명한다.
도3은 자색 LED(19)의 층 구성을 나타낸다. 자색 LED(19)는 투명 기판으로서 예를 들어 사파이어 기판(41)을 갖고, 이 사파이어 기판(41) 상에 MOCVD법 등에 의해 질화물 반도체층으로서, 예를 들어 버퍼층(42), n형 컨택트층(43), n형 클래드층(44), MQW(multi - quantum well) 활성층(45), p형 클래드층(46) 및 p형 컨택트층(47)을 차례로 형성하고, 스퍼터링법 및 진공 증착법 등에 의해, p형 컨택트층(47) 상의 전체면에 투광성 전극(50), 투광성 전극(50) 상의 일부에 p 전극(48) 및 n형 컨택트층(43) 상의 일부에 n 전극(49)을 형성한 것이다.
버퍼층(42)은, 예를 들어 AlN으로 이루어지고, D형 컨택트층(43)은, 예를 들어 GaN으로 이루어진다. n형 클래드층(44)은, 예를 들어 AlyGal - yN(0 ≤ y < 1)으로 이루어지고, p형 클래드층(46)은, 예를 들어 AlxGal - xN(0 < x < 1)으로 이루어지고, p형 컨택트층(47)은, 예를 들어 GaN으로 이루어진다. 또한, p형 클래드층(46)의 밴드 갭은 n형 클래드층(44)의 밴드 갭보다 크게 한다. n형 클래드층(44) 및 p형 클래드층(46)은, 단일 조성의 구성이라도 좋고, 초격자 구조가 되도록 서로 조성이 다른 두께 100 Å 이하의 상기 질화물 반도체막이 적층되는 구성이라도 좋다. 막 두께를 100 Å 이하로 함으로써, 막 속에 크랙이나 결정 결함이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
MQW 활성층(45)은 InGaN으로 이루어지는 복수의 우물층과, AlGaN으로 이루어지는 복수의 배리어층으로 이루어진다. 또한, 초격자층을 구성하도록 우물층 및 배리어층의 두께는 100 Å 이하, 바람직하게는 60 내지 70 Å으로 한다. InGaN은 결정의 성질이 다른 AlGaN과 같은 Al을 포함하는 질화물 반도체와 비교하여 부드럽기 때문에, InGaN을 활성층(45)을 구성하는 층에 이용함으로써, 적층한 각 질화물 반도체층 전체에 크랙이 들어가기 어렵다. 또, MQW 활성층(45)은 InGaN으로 이루어지는 복수의 우물층과, GaN으로 이루어지는 복수의 배리어층으로 구성해도 좋다. 또, AlInGaN으로 이루어지는 복수의 우물층과, AlInGaN으로 이루어지는 복수의 배리어층으로 구성해도 좋다. 단, 배리어층의 밴드 갭 에너지는 우물층의 밴드 갭 에너지보다 크게 한다.
또, MQW 활성층(45)으로부터 사파이어 기판(41)측, 예를 들어 n형 컨택트층(43)의 버퍼층(42) 측으로 반사층을 형성해도 좋다. 또, 반사층은 MQW 활성층(45)이 적층되어 있는 사파이어 기판(41)의 표면과 반대측의 표면에 형성해도 좋다. 반사층은 활성층(45)으로부터의 방출광에 대해 최대의 반사율을 갖고 있는 것이 바람직하고, 예를 들어 Al으로 형성해도 좋고, GaN계의 박막의 다층막으로 형성해도 좋다. 반사층을 설치함으로써, 활성층(45)으로부터의 방출광을 반사층에서 반사할 수 있어 활성층(45)으로부터의 방출광의 내부 흡수를 감소시키고, 상측으로의 출력 광을 증대시킬 수 있어 마운트(21)로의 광 입사를 저감하여 그 광 열화를 방지할 수 있다.
이와 같이 구성된 백색 LED 램프(10)에 있어서, 리드 프레임(14, 15) 사이에 전압을 인가하면, 자색 LED(19)가 395 ㎚ 파장의 자색의 빛을 발광한다.
도4는, 제1 실시 형태에 관한 백색 LED 램프의 발광 강도를 나타내는 스펙트럼도이다. 이 자색의 빛은, 밀봉재(26) 속의 적색ㆍ녹색ㆍ청색ㆍ황색 각각의 형광체(28 내지 31)를 여기하고, 여기된 각 형광체(28 내지 31)는 도4의 발광 강도의 스펙트럼도에 도시한 바와 같이, 청색ㆍ녹색ㆍ황색ㆍ적색의 각 색의 빛을 발광한다. 이 때, 황색 형광체(31)는 자색의 빛으로 여기되어 560 내지 590 ㎚ 파장의 황색의 빛을 발광한다.
또한, 밀봉재(26) 속의 자색의 빛과, 청색ㆍ녹색ㆍ황색ㆍ적색의 각 색의 빛이 혼합된 빛은 외부로 누출되지만, 그 혼합된 빛은 인간의 눈으로서는 백색으로 보이고, 결과적으로 백색 LED 램프(60)는 백색으로 발광하고 있는 것과 같이 보인다.
이와 같이, 제1 실시 형태의 백색 LED 램프(10)에 따르면, 도4와 종래예에서 인용한 도1의 스펙트럼도와의 비교로부터 알 수 있는 바와 같이, 청색ㆍ녹색ㆍ황색ㆍ적색의 각 색의 빛의 발광 강도를 전체적으로 높게 할 수 있다. 따라서, 각 형광체(28 내지 31)로 파장 변환된 빛의 청색ㆍ녹색ㆍ황색ㆍ적색의 각 색의 색 성분이 충분하게 되어 연색성을 향상시킬 수 있다. 또한, 평균 연색 평가수(Ra)를, 종래의 약 50 내지 60으로부터, 약 80 내지 90으로 개선할 수 있고, 또한 광도도 종 래의 약 160 mcd로부터 250 mcd로 향상시킬 수 있다.
이 외에, 밀봉재(26)에 적색ㆍ녹색ㆍ청색ㆍ황색 형광체(28 내지 31)를 혼입할 때에, 자색 LED(19)의 근방을 고밀도로 해도 좋다. 이 경우, 자색 LED(19)의 근방에서 많은 빛이 파장 변환되므로, 외부로부터 백색 LED 램프(10)를 보았을 때에 광원을 보다 작게 보이게 하는 것이 가능해진다.
(제2 실시 형태)
도5는, 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 백색 LED 램프를 도시하는 단면도이다. 단, 이 도5에 도시한 제2 실시 형태에 있어서 도2의 각 부에 대응하는 부분에는 동일 부호를 부여한다.
이 도5에 도시한 백색 LED 램프(60)는 렌즈 타입의 것이고, 자색 LED(19)는 자색 LED(19)의 발광을 백색 LED 램프(60)의 상측에 반사시키도록 반사경으로서의 역할을 다하는 컵(17a)을 형성한 메탈 스템(62)에 마운트(21)를 통해 부착되어 있다. 메탈 스템(62)은 한 쪽의 리드 프레임(64)에 일체 형성되어 있고, 그 메탈 스템(62) 상의 자색 LED(19)의 한 쪽의 전극과 리드 프레임(64)이 금으로 된 본딩 와이어(23)에 의해 접속되고, 다른 쪽의 전극과 리드 프레임(65)이 금으로 된 본딩 와이어(24)에 의해 접속되어 있다.
또한, 자색 LED(19)를 고정하기 위해, 코팅 부재인 밀봉재(26)로 컵(17a) 내가 피복되어 있다. 또한, 리드 프레임(65) 및 메탈 스템(62)이 형성된 리드 프레임(64)이 몰드 부재인 외부 수지(69)로 밀봉되어 있다. 따라서, 자색 LED(19)는 밀봉재(26) 및 외부 수지(69)로부터 2중으로 밀봉되어 있다. 또, 메탈 스템(62)과 리드 프레임(64)은 마운트 리드라고도 한다.
밀봉재(26)는 컵(17a)의 상부 모서리의 수평면보다도 낮은 컵(17a) 내부에 충전시킨다. 이에 의해, 복수의 LED를 근접하여 배치한 경우에, LED 사이의 혼색이 발생하지 않고, LED에서 평면 디스플레이를 실현시켜 해상도가 좋은 화상을 얻을 수 있다.
밀봉재(26)로는 적색ㆍ녹색ㆍ청색ㆍ황색 형광체(28 내지 31)가 혼입되어 있다. 이 적색ㆍ녹색ㆍ청색ㆍ황색 형광체(28 내지 31)는, 상기 제1 실시 형태에서 설명한 바와 같이 포토루미네센스 효과를 갖고, 자색 LED(19)가 발광되는 빛을 흡수하여 흡수한 빛의 파장과 다른 파장의 빛을 발광한다.
또, 밀봉재(26)로서 사용되는 실리콘 수지 또는 에폭시 수지 대신에 저융점 유리를 이용해도 좋다. 저융점 유리는 내습성이 우수한 동시에 자색 LED(19)에 유해한 이온의 침입을 저지할 수 있다. 또한, 자색 LED(19)로부터의 발광을 흡수하지 않고 그대로 투과할 수 있으므로, 흡수분을 전망하여 강하게 발광시킬 필요가 없다.
또한, 적색ㆍ녹색ㆍ청색ㆍ황색 형광체(28 내지 31)를 혼입한 밀봉재(26)인 실리콘 수지, 에폭시 수지 또는 저융점 유리에 확산재를 더욱 혼입해도 좋다. 확산재에 의해, 발광한 자색 LED(19)로부터의 빛을 난반사하여 산란광으로 하기 때문에, 자색 LED(19)로부터의 빛이 적색ㆍ녹색ㆍ청색ㆍ황색 형광체(28 내지 31)에 닿기 쉬워져, 적색ㆍ녹색ㆍ청색ㆍ황색 형광체(28 내지 31)로부터 발색하는 광량을 증가시킬 수 있다. 이 확산재는 특별히 한정되는 것은 아니며, 주지의 물질을 사용 할 수 있다. 외부 수지(69)로는 고화 후에 투명해지는 에폭시 수지를 이용할 수 있다.
이와 같이 구성된 백색 LED 램프(60)에 있어서, 리드 프레임(64, 65) 사이에 전압을 인가하면, 자색 LED(19)가 395 ㎚의 파장의 자색의 빛을 발광한다. 이 자색의 빛은 밀봉재(26) 속의 적색ㆍ녹색ㆍ청색ㆍ황색 각각의 형광체(28 내지 31)를 여기하고, 여기된 각 형광체(28 내지 31)는 도4의 발광 강도의 스펙트럼도에 도시한 바와 같이, 청색ㆍ녹색ㆍ황색ㆍ적색의 각 색의 빛을 발광한다. 이 때, 황색 형광체(31)는 자색의 빛으로 여기되고, 560 내지 590 ㎚ 파장의 황색의 빛을 발광한다.
또한, 밀봉재(26) 중의 자색의 빛과, 청색ㆍ녹색ㆍ황색ㆍ적색의 각 색의 빛이 혼합된 빛은 외부 수지(69)를 통과하여 외부로 누출되지만, 그 혼합된 빛은 인간의 눈으로서는 백색으로 보이고, 결과적으로 백색 LED 램프(60)는 백색으로 발광하고 있도록 보인다.
이와 같이, 제2 실시 형태의 백색 LED 램프(60)에 따르면, 도4와 종래예에서 인용한 도1의 스펙트럼도와의 비교로부터 알 수 있는 바와 같이, 청색ㆍ녹색ㆍ황색ㆍ적색의 각 색의 빛의 발광 강도를 전체적으로 높게 할 수 있다. 따라서, 각 형광체(28 내지 31)로 파장 변환된 빛의 청색ㆍ녹색ㆍ황색ㆍ적색의 각 색의 색 성분이 충분하게 되어 연색성을 향상시킬 수 있다. 또한, 외부 수지(69)로 적색ㆍ녹색ㆍ청색ㆍ황색 형광체(28 내지 31)를 혼입시켜도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
(제3 실시 형태)
도6은, 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 백색 LED 램프를 도시하는 단면도이다. 단, 이 도6에 도시한 제3 실시 형태에 있어서 도5의 각 부에 대응하는 부분에는 동일 부호를 부여한다.
이 도6에 도시한 백색 LED 램프(70)는 자색 LED(19)를 정전기 등의 과전압으로부터 보호할 수 있게 한 것으로, 도5에 도시한 백색 LED 램프(60)의 구성 광원에 과전압 보호 소자(72)를 추가한 구성으로 되어 있다.
과전압 보호 소자(72)는 자색 LED(19)와 동일한 정도의 크기로 칩화되어 있고, 자색 LED(19)와 마운트(21) 사이에 배치된다. 본 실시 형태에 있어서는, 도5인 경우와 다르고, 후술하는 이유로부터 자색 LED(19)는 플립 칩이 실장된다. 과전압 보호 소자(72)는, 자색 LED(19) 및 리드 프레임(64)과 접속하기 위한 전극(74, 75)을 구비하고 있다. 전극(74)은, 도3에 도시한 p 전극(48)에 대향하는 위치에 설치되어 있다. 또한, 전극(75)은 n 전극(49)에 대향하는 위치에 설치되어 본딩 와이어(24)로 리드 프레임(65)과 전기적으로 접속하고 있다.
과전압 보호 소자(72) 상의 전극(74, 75)은, 각각 금 범프(77, 78)를 통해 자색 LED(19)의 p 전극(48), n 전극(49)에 접속된다. 이 과전압 보호 소자(72)에는 규정 전압 이상의 전압이 인가되면 통전 상태가 되는 제너 다이오드 및 펄스성의 전압을 흡수하는 컨덴서 등을 이용할 수 있다.
도7은, 제너 다이오드를 이용한 과전압 보호 소자(72)를 도시하는 회로도이다. 과전압 보호 소자(72)로서의 제너 다이오드(100)는 자색 LED(19)에 전기적으로 병렬 접속되고, 자색 LED(19)의 애노드와 제너 다이오드(100)의 캐소드가 접속 되고, 자색 LED(19)의 캐소드와 제너 다이오드(100)의 애노드가 접속되어 있다. 리드 프레임(64)과 리드 프레임(65) 사이에 과대한 전압이 인가된 경우, 그 전압이 제너 다이오드(100)의 제너 전압을 넘으면, 자색 LED(19)의 단자간 전압은 제너 전압으로 보유 지지되고, 이 제너 전압 이상이 되는 일은 없다. 따라서, 자색 LED(19)에 과대한 전압이 인가되는 것을 방지할 수 있어, 과대 전압으로부터 자색 LED(19)를 보호하여 소자 파괴나 성능 열화의 발생을 방지할 수 있다.
도8은, 컨덴서를 이용한 과전압 보호 소자(72)를 도시하는 회로도이다. 과전압 보호 소자(72)로서의 컨덴서(102)는 표면 실장용의 칩 부품을 이용할 수 있다. 이러한 구조의 컨덴서(102)는 양측에 띠 형상의 전극이 설치되어 있고, 이 전극이 자색 LED(19)의 애노드 및 캐소드로 병렬 접속된다. 리드 프레임(64)과 리드 프레임(65) 사이에 과대한 전압이 인가된 경우, 이 과대 전압에 의해 충전 전류가 컨덴서(102)에 흐르고, 컨덴서(102)의 단자간 전압을 순간적으로 내려 자색 LED(19)에 대한 인가 전압이 올라가지 않도록 하므로, 자색 LED(19)를 과전압으로부터 보호할 수 있다. 또, 고주파 성분을 포함하는 노이즈가 인가된 경우도, 컨덴서(102)가 바이패스 컨덴서로서 기능하므로 외래 노이즈를 배제할 수 있다.
상기한 바와 같이, 도6에 도시한 백색 LED 램프(70)의 자색 LED(19)는 도5의 백색 LED 램프(60)에 대해 상하를 반전시킨 플립 칩 실장을 행하고 있다. 그 이유는, 과전압 보호 소자(72)를 설치하였으므로, 과전압 보호 소자(72)와 자색 LED(19)의 양쪽에 전기적인 접속이 필요하게 된다. 임시로, 자색 LED(19)와 과전압 보호 소자(72)의 각각을 본딩 와이어에 의해 접속한 경우, 본딩수가 증가되므로 생산성이 저하되고, 또한 본딩 와이어끼리의 접촉 및 단선 등이 증가되므로 신뢰성의 저하를 초래할 우려가 있다. 그래서, 자색 LED(19)를 플립 칩 실장으로 하고 있다. 즉, 도3에 도시한 사파이어 기판(41)의 하면을 최상면으로 하고, p 전극(48)을 금 범프(77)를 통해 과전압 보호 소자(72)의 전극(74)에 접속하고, n 전극(49)을 금 범프(78)를 통해 과전압 보호 소자(72)의 전극(75)에 접속하고, 본딩 와이어(23, 7)를 자색 LED(19)에 접속하지 않고 완료하도록 하고 있다. 또, 자색 LED(19)를 플립 칩으로 한 경우, 도3에 도시한 투광성 전극(50)은 비투광성의 전극으로 바꾸는 것이 가능하다. 또한, p 전극(48)의 표면과 동일 높이가 되도록 n 전극(49)을 두껍게 하거나, 혹은 n 전극(42)에 신규로 도전체를 접속하여, 이를 전극으로 해도 좋다.
이와 같이 구성된 제3 실시 형태의 백색 LED 램프(70)에 있어서도, 리드 프레임(64, 65) 사이에 전압을 인가하면, 도5에 도시한 백색 LED 램프(60)와 같이 청색ㆍ녹색ㆍ황색ㆍ적색의 각 색의 빛을 발광하기 때문에, 마찬가지로 연색성을 향상시킬 수 있다.
또한, 백색 LED 램프(70)에 있어서는 과전압 보호 소자(72)를 설치함으로써, 정전기 등에 의한 과전압이 인가되어도 자색 LED(19)를 손상시키거나, 성능 열화를 초래하거나 하는 일이 없게 된다. 또한, 과전압 보호 소자(72)가 서브 마운트로서 기능하기 때문에, 자색 LED(19)를 플립 칩 실장해도, 본딩 와이어(23, 24)의 칩측에 있어서의 본딩 위치의 높이는 내려가는 일이 없으므로, 도5의 백색 LED 램프(60)의 경우와 거의 동일한 높이 위치에서 본딩을 행할 수 있다.
또, 과전압 보호 소자(72)에 반도체 소자를 이용하는 경우, 제너 다이오드(100) 대신에 일반적인 실리콘 다이오드를 이용할 수도 있다. 이 경우, 복수의 실리콘 다이오드를 동일 극성으로 하여 직렬 접속하고, 그 전체의 순방향 전압 강하(약 0.7 V × 개수)의 값은, 과전압에 대한 동작 전압이 상당하게 되도록 실리콘 다이오드의 사용 개수를 결정한다. 또한, 과전압 보호 소자(72)에는 가변 저항 소자를 이용할 수도 있다. 이 가변 저항 소자는 인가 전압의 증가에 수반하여 저항치가 감소되는 특성을 갖고, 제너 다이오드(100)와 마찬가지로 과전압을 억제할 수 있다.
(제4 실시 형태)
도9는, 본 발명의 제4 실시 형태에 관한 백색 LED 램프를 도시하는 단면도이다. 단, 이 도9에 도시한 제4 실시 형태에 있어서 도5의 각 부에 대응하는 부분에는 동일 부호를 부여한다.
이 도9에 도시한 백색 LED 램프(110)는, 발광 소자로부터 발광된 빛을 파장 변환하여 렌즈형의 수지 밀봉 부재 외부로 방사하는 것이며, 리드 프레임(64, 65)과, 메탈 스템(62)과, 자색 LED(19)와, 마운트(21)와, 본딩 와이어(23, 24)와, 적색ㆍ녹색ㆍ청색ㆍ황색 형광체(28 내지 31)를 포함하지 않는 밀봉재(26)와, 외부 수지(69)와, 컵(17a)을 포함하는 구성 외에, 외부 수지(69)의 외면에 밀착하여 포위하고 또한 적색ㆍ녹색ㆍ청색ㆍ황색 형광체(28 내지 31)를 함유하는 투광성의 형광 커버(112)를 구비하여 구성되어 있다.
형광 커버(112)의 수지 베이스는, 예를 들어 투광성의 폴리에스테르 수지, 아크릴 수지, 우레탄, 나일론, 실리콘 수지, 염화비닐, 폴리스틸렌, 베이클라이트, CR39(아크릴ㆍ글리콜ㆍ카보네이트 수지) 등이며, 우레탄, 나일론, 실리콘 수지는 형광 커버(112)에 어느 정도의 탄력성을 부여하므로, 외부 수지(69)로의 장착이 용이하다.
또한, 형광 커버(112)는 외부 수지(69)의 외면에 밀착하는 형상, 즉 원통 형상의 커버 상부에 반구 형상의 커버가 일체 형성된 형상을 이루고 있고, 외부 수지(69)에 착탈 가능하게 부착되어 있다. 또한, 형광 커버(112)는 적색ㆍ녹색ㆍ청색ㆍ황색 형광체(28 내지 31)에 의한 광 산란을 작게 하기 때문에 얇은 필름형으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 형광 커버(112)는 적색ㆍ녹색ㆍ청색ㆍ황색 형광체(28 내지 31)를 함유하는 수지의 사출 성형에 의해 소정의 형상으로 형성한 후, 외부 수지(69)에 밀착하면 비교적 간단하게 완성할 수 있지만, 외부 수지(69)와 형광 커버(112) 사이에 공기층이 형성되지 않도록 하기 때문에, 적색ㆍ녹색ㆍ청색ㆍ황색 형광체(28 내지 31)를 포함하는 수지 원료를 외부 수지(69)에 직접 분무한 후, 경화시켜 형광 커버(112)를 형성해도 좋다.
이와 같이 구성된 백색 LED 램프(110)에 있어서, 자색 LED(19)로부터의 출사광은 밀봉재(26) 및 외부 수지(69)를 통해 형광 커버(112)에 입사된다. 이 입사광의 일부가 적색ㆍ녹색ㆍ청색ㆍ황색 형광체(28 내지 31)에 의해 흡수되고, 동시에 파장 변환되어 외부로 출사된다. 이에 의해 형광 커버(112)의 외면으로부터 관측되는 발광색은 이들의 빛을 합성한 색이 되어, 예를 들어 전술의 원리로부터 백색이 된다.
이와 같이, 제4 실시 형태의 백색 LED 램프(110)에 따르면, 자색 LED(19)의 수지 밀봉 부재인 밀봉재(26) 및 외부 수지(69)에는 적색ㆍ녹색ㆍ청색ㆍ황색 형광체(28 내지 31)를 함유하지 않지만, 외부 수지(69)의 외면을 피복하는 형광 커버(112)에 적색ㆍ녹색ㆍ청색ㆍ황색 형광체(28 내지 31)를 함유시켰으므로, 도5에 도시한 백색 LED 램프(60)와 같이 청색ㆍ녹색ㆍ황색ㆍ적색의 각 색의 빛을 발광시킬 수 있어, 마찬가지로 연색성을 향상시킬 수 있다.
또한, 밀봉재(26) 및 외부 수지(69)에서는, 적색ㆍ녹색ㆍ청색ㆍ황색 형광체(28 내지 31)를 함유하지 않으므로, 적색ㆍ녹색ㆍ청색ㆍ황색 형광체(28 내지 31)에 의한 광 산란이 생기지 않는다. 또한, 형광 커버(112)는 얇은 필름형을 이루기 때문에, 적색ㆍ녹색ㆍ청색ㆍ황색 형광체(28 내지 31)에 의한 광 산란은 비교적 작다. 이로 인해, 외부 수지(69)의 렌즈부의 형상을 임의 형상(상기 실시 형태에서는 반구형)으로 함으로써 원하는 광 지향성을 얻을 수 있어, 파장 변환에 수반하는 휘도의 저하를 최소한으로 억제할 수 있다.
또한, 적색ㆍ녹색ㆍ청색ㆍ황색 형광체(28 내지 31)는 형광 커버(112)에 함유시키는 외에, 형광 커버(112)의 표면에 도포해도 함유시킨 것과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 또한, 이미 시판되어 있는 반도체 발광 소자에 형광 커버(112)를 장착할 수 있으므로, 백색 LED 램프를 저렴하게 제조할 수 있다.
(제5 실시 형태)
도10의 (a) 및 (b)는, 본 발명의 제5 실시 형태에 관한 면 형상 광원용 장치를 도시하고, (a)는 평면도, (b)는 (a)의 A-A선 단면도이다. 단, 이 도10에 도시 한 제5 실시 형태에 있어서 도2의 각 부에 대응하는 부분에는 동일 부호를 부여한다.
이 도10에 도시한 면 형상 광원용 장치(120)는, 예를 들어 액정 패널의 백 라이트 장치로서 적용되고, 액정 패널의 이면측으로부터 액정 패널에 빛을 조사하고, 비발광성인 액정 패널의 문자나 화상에 밝기나 콘트라스트를 공급함으로써, 그 시인성을 향상시키는 것이며, 다음 요소를 구비하여 구성되어 있다.
즉, 면 형상 광원용 장치(120)는 투명한 개략 직사각 형상의 도광판(122)과, 이 도광판(122)의 측면에 어레이 형상으로 배열되어 매립됨으로써 도광판(122)과 광학적으로 접속된 복수의 자색 LED(19)와, 도광판(122)의 빛의 출사면(122a)을 제외하는 다른 면을 포위하여 도광판(122)에 부착된 빛을 반사하는 광 반사 케이스(124)와, 도광판(122)의 출사면(122a)과 대향하는 빛의 반사면(126)에 규칙적으로 미세한 요철 모양을 형성하여 이루어지는 광 확산 모양(128)과, 도광판(122)에 출사면(122a)을 덮어 부착되고, 내부에 적색ㆍ녹색ㆍ청색ㆍ황색 형광체(28 내지 31)를 함유하는 투명한 필름(130)으로 구성되어 있다.
또한, 각 자색 LED(19)는 본딩 와이어 및 리드 프레임 등의 전원 공급용의 수단을 통해 전원으로부터 소정 전압의 구동 전압이 공급되도록 광 반사 케이스(124)에 부착되어 있다. 광 확산 모양(128)은 자색 LED(19)로부터 출사된 빛을 도광판(122)의 내부에서 확산하는 것이다.
이와 같이 구성된 면 형상 광원용 장치(120)에 있어서, 각 자색 LED(19)에 구동 전압이 인가되면, 구동된 각 자색 LED(19)로부터 빛이 출사된다. 이 출사광 은 도광판(122) 속을 소정 방향으로 진행하고, 반사면(126)으로 형성된 광 확산 모양(128)에 해당하여 반사 확산하면서 출사면(122a)으로부터 필름(130)을 통과하고 면 형상의 출사광으로서 출사된다. 자색 LED(19)의 출사광은 필름(130)을 통과할 때에, 일부가 적색ㆍ녹색ㆍ청색ㆍ황색 형광체(28 내지 31)에 의해 흡수되고, 동시에 파장 변환되어 출사된다. 이에 의해 필름(130)의 전방면으로부터 관측되는 발광색은, 이들의 빛을 합성한 색이 되어, 예를 들어 전술의 원리로부터 백색이 된다.
이와 같이, 제5 실시 형태의 면 형상 광원용 장치(120)에 따르면, 자색 LED(19)로부터의 출사광을 도광판(122)에 입사시키고, 이 입사된 광을 도광판(122)의 반사면(126)으로 형성된 광 확산 모양(128)으로 반사 확산시키면서 출사면(122a)으로부터 필름(130)으로 출사하고, 이 필름(130)에 있어서 빛의 일부가 적색ㆍ녹색ㆍ청색ㆍ황색 형광체(28 내지 31)에 의해 흡수되고, 동시에 파장 변환되어 출사되도록 구성하였으므로, 도2에 도시한 백색 LED 램프(10)와 마찬가지로 연색성을 향상시킬 수 있다.
또한, 적색ㆍ녹색ㆍ청색ㆍ황색 형광체(28 내지 31)와 자색 LED(19)가 직접 접촉하지 않는 구조로 되어 있기 때문에, 적색ㆍ녹색ㆍ청색ㆍ황색 형광체(28 내지 31)의 열화를 장기간 억제할 수 있어 장기간에 걸쳐 면 형상 광원의 소정의 색조를 보유 지지할 수 있다.
또한, 적색ㆍ녹색ㆍ청색ㆍ황색 형광체(28 내지 31)는 필름(130)에 함유시키는 외에, 필름(130)의 표면에 도포해도 함유시킨 것과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.
또한, 자색 LED(19)는 도광판(122)에 매립됨으로써 도광판(122)과 광학적으로 접속되어 있지만, 이 외 자색 LED(19)를 도광판(122)의 단부면에 접착하거나, 자색 LED(19)의 발광을 광 섬유 등의 광 전도 수단에 의해 도광판(122)의 단부면에 유도함으로써, 자색 LED(19)와 도광판(122)을 광학적으로 접속해도 좋다. 또, 자색 LED(19)는 1개라도 좋다.
이상 설명한 제1 내지 제5 실시 형태에 있어서는, 파장 400 ㎚ 이하의 피크 파장을 갖는 LED가 이용되고, 그 발광 파장은 자외선 내지 가시광선이라도 인식도가 낮은 자색이다. 한편, 인간의 눈으로 느끼는 색은 LED 및 형광체로부터 나오는 빛의 혼색이다. 이로 인해, 예를 들어 LED의 발광 파장이 다소 긴 파장 측에 어긋나도, LED로부터 나오는 빛은 인식도가 낮으므로 색 어긋남이 발생하기 어렵다.
또한, 제1 내지 제5 실시 형태에 있어서는, 적색ㆍ녹색ㆍ청색ㆍ황색의 형광체를 이용하여 백색을 실현하고 있었지만, 이에 대신에 2가의 유로퓸으로 부활된 알칼리토류 금속 오르토규산염(황색의 형광체)과 청색의 형광체와의 2 종류를 이용하여 백색을 실현해도 좋다. 이 경우, 백색 발광 장치의 휘도가 높아진다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 발광 소자에서 발광된 자색의 빛이 적색ㆍ녹색ㆍ청색ㆍ황색의 각 색의 형광체로 파장 변환되기 때문에, 적색ㆍ녹색ㆍ청색 각 색의 형광체에 의해 거의 얻어지지 않았던 황색 성분의 빛을 얻을 수 있으므로, 연색성을 향상시킬 수 있다.
또한, 파장 4O0 ㎚ 이하의 피크 파장을 갖는 발광 소자가 이용되고, 그 발광 파장은 자외선 내지 가시광선이라도 인식도가 낮은 자색이다. 한편, 인간의 눈으로 느끼는 색은 LED 및 형광체로부터 나오는 빛의 혼색이다. 이로 인해, 예를 들어 LED의 발광 파장이 다소 긴 파장 측에 어긋나도, LED로부터 나오는 빛은 인식도가 낮으므로 색 어긋남이 발생하기 어렵다.

Claims (18)

  1. 400 ㎚ 이하의 피크 파장을 갖는 발광 소자와,
    이 발광 소자로부터 발광되는 빛을 흡수하고, 이 흡수한 빛의 파장과 다른 황색 파장의 빛을 발광하는, 유로퓸으로 활성화된 알칼리토류 금속 오르토규산염으로 이루어진 황색 형광체와,
    청색 형광체, 적색 형광체 및 녹색 형광체 중 어느 하나 또는 이들의 조합으로 이루어진 형광체를 포함하고, 청색, 적색 및 녹색 형광체는 발광 소자로부터 발광되는 빛을 흡수하고 각각 흡수한 빛의 파장과 다른 파장을 갖는 적색, 녹색 및 청색 빛을 발광하도록 된 백색 발광 장치.
  2. 400 ㎚ 이하의 피크 파장을 갖는 발광 소자와,
    이 발광 소자로부터 발광되는 빛을 흡수하고, 이 흡수한 빛의 파장과 다른 황색 파장의 빛을 발광하는 황색 형광체와,
    청색 형광체와,
    적색 형광체와,
    녹색 형광체를 포함하고,
    청색, 적색 및 녹색 형광체는 발광 소자로부터 발광되는 빛을 흡수하고 각각 흡수한 빛의 파장과 다른 파장을 갖는 적색, 녹색 및 청색 빛을 발광하도록 된 백색 발광 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제2항에 있어서, 상기 황색 형광체는 알칼리토류 금속 규산염으로 이루어지는 백색 발광 장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 황색 형광체는 유로퓸으로 활성화된 알칼리토류 금속 규산염으로 이루어지는 백색 발광 장치.
  7. 제1항, 제2항, 제5항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 황색 형광체는, 식 :
    (2 - x - y) SrOㆍx(Ba, Ca) Oㆍ(1 - a - b - c - d) SiO2ㆍaP2O5 bAl2O3 cB2O3 dGeO2 : y Eu2+
    (식 중, 0 < x < 1.6, 0.005 < y < 0.5, 0 < a, b, c, d < 0.5임)
    로 나타내는 2가의 유로퓸으로 활성화된 알칼리토류 금속 오르토규산염을 포함하는 백색 발광 장치.
  8. 제1항, 제2항, 제5항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적색, 녹색, 청색 또는 황색의 형광체는, 상기 발광 소자를 피복하는 피복 부재로 혼입되는 백색 발광 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 피복 부재로 혼입되는 상기 적색, 녹색, 청색 또는 황색의 형광체는, 상기 발광 소자의 근방에 고밀도 상태로 혼입되는 백색 발광 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 적색, 녹색, 청색 또는 황색의 형광체는, 또한 상기 발광 소자를 리드 프레임에 고정하기 위한 절연성의 접착 재료로도 혼입되는 백색 발광 장치.
  11. 마운트 리드의 컵 내에 배치되고, GaN계 반도체로 이루어지는 자색의 빛을 발광하는 발광 소자와,
    상기 컵 내에 충전되고 상기 발광 소자를 밀봉하는 투명 수지로 이루어지는 밀봉재로 구성되고,
    상기 밀봉재는, 상기 발광 소자로부터 발광되는 빛을 흡수하고, 이 흡수한 빛의 파장과 다른 적색, 녹색 및 청색 파장의 빛을 각각 발광하는 적색, 녹색 및 청색의 형광체 및 상기 발광 소자에서 발광되는 빛을 흡수하고, 이 흡수한 빛의 파장과 다른 황색 파장의 빛을 발광하는 황색의 형광체가 혼입되는 백색 발광 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 백색 발광 장치는, 또한 상기 밀봉재가 충전된 상기 컵과 상기 마운트 리드의 일부를 피복하는 투명 수지로 이루어지는 렌즈형의 몰드 부재를 포함하는 백색 발광 장치.
  13. 마운트 리드의 컵 내에 배치되고, GaN계 반도체로 이루어지는 자색의 빛을 발광하는 발광 소자와,
    상기 컵 내에 충전되고 상기 발광 소자를 밀봉하는 투명 수지로 이루어지는 밀봉재와,
    상기 밀봉재가 충전된 상기 컵과 상기 마운트 리드의 일부를 피복하는 투명 수지로 이루어지는 렌즈형의 몰드 부재와,
    상기 몰드 부재에 끼워 맞추어지고, 상기 발광 소자에서 발광되는 빛을 흡수하고, 이 흡수한 빛의 파장과 다른 적색, 녹색 및 청색 파장의 빛을 각각 발광하는 적색, 녹색 및 청색의 형광체가 혼입되는 형광 커버로 구성되고,
    상기 형광 커버는, 상기 발광 소자에서 발광되는 빛을 흡수하고, 이 흡수한 빛의 파장과 다른 황색 파장의 빛을 발광하는 황색의 형광체가 혼입되는 백색 발광 장치.
  14. 자색의 빛을 발광하는 발광 소자와,
    이 발광 소자로부터 발광되는 빛을 도입하여 광 출력면으로부터 출력하는 직사각형의 도광판으로 구성되고,
    상기 도광판은, 그 광 출력면 상에 상기 발광 소자에서 발광되는 빛을 흡수하고, 이 흡수한 빛의 파장과 다른 적색, 녹색 및 청색 파장의 빛을 각각 발광하는 적색, 녹색 및 청색의 형광체 및 상기 발광 소자로부터 발광되는 빛을 흡수하고, 이 흡수한 빛의 파장과 다른 황색 파장의 빛을 발광하는 황색의 형광체가 도포되는 백색 발광 장치.
  15. 자색의 빛을 발광하는 발광 소자와,
    이 발광 소자로부터 발광되는 빛을 도입하여 광 출력면으로부터 출력하는 직사각형의 도광판과,
    상기 도광판의 광 출력면 상에 배치되고, 상기 발광 소자로부터 발광되는 빛을 흡수하고, 이 흡수한 빛의 파장과 다른 적색, 녹색 및 청색 파장의 빛을 각각 발광하는 적색, 녹색 및 청색의 형광체가 혼입되는 필름으로 구성되고,
    상기 필름은, 상기 발광 소자로부터 발광되는 빛을 흡수하고, 이 흡수한 빛의 파장과 다른 황색 파장의 빛을 발광하는 황색의 형광체가 혼입되는 백색 발광 장치.
  16. 제1항, 제2항, 제5항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 황색 형광체는, 식:
    (2 - x - y) BaOㆍx(Sr, Ca) Oㆍ(1 - a - b - c - d) SiO2ㆍaP2O5 bAl2O3 cB2O3 dGeO2 : y Eu2+
    (식 중, 0.01 < x < 1.6, 0.005 < y < 0.5, 0 < a, b, c, d < 0.5임)
    로 나타내는 알칼리토류 금속 오르토규산염을 포함하는 백색 발광 장치.
  17. 제7항에 있어서, 상기 식에서 a, b, c 및 d의 값 중 적어도 1개가 0.01보다 큰 백색 발광 장치.
  18. 제16항에 있어서, 상기 식에서 a, b, c 및 d의 값 중 적어도 1개가 0.01보다 큰 백색 발광 장치.
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