CN1854858A - 发光装置、液晶显示装置和照明装置 - Google Patents

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Abstract

一种发光装置包括：半导体发光元件，其能够发射两种波长成分的光；和荧光材料部分，其中含有荧光材料，能够发射光，当由两种波长成分激发所述的荧光材料时，作为来自荧光材料的荧光的结果而发射光，其中调节所述的两种波长成分和由荧光得到的波长成分，以将其设置在黑体辐射的特性曲线上的任意色温。

Description

发光装置、液晶显示装置和照明装置
此非临时申请在35U.S.C.§119(a)下要求于2005年4月19日在日本提交的专利申请2005-121465的优先权，其全部内容通过引用而结合在此。
技术领域
本发明涉及：用于使用荧光材料得到白光的发光装置，所述的发光装置料将从作为半导体发光元件的发光二极管(LED)中发射的光进行波长变换；安装在电子信息设备(例如，液晶电视装置、个人计算机、PDA(个人数字助理(personal display association))和移动电话)上的液晶显示装置，其使用所述的发光装置作为液晶显示屏的背光；和室内或室外的照明装置，其使用所述的发光装置作为光源。
背景技术
常规地，使用这种类型的发光装置例如作为液晶显示器背光的光源。将从发光二极管(LED)中发射的光或从被LED光激发的荧光材料中发射的光用于得到白光。
目前，下面的方法(1)至(5)认为是用于使用发光二极管和荧光材料得到白光的方法：
(1)组合从相应发光二极管中发射的蓝色LED光、绿色LED光和红色LED光的方法。
(2)组合从发光二极管中发射的蓝光和从被LED光激发的荧光材料中发射的黄光的方法。
(3)组合从发光二极管中发射的蓝色LED光和分别从被蓝色LED光激发的荧光材料中发射的绿光和红光的方法。
(4)组合分别从被近紫外光和/或紫外光激发的荧光材料中发射的蓝光和黄光的方法。
(5)组合分别从被近紫外光和/或紫外光激发的荧光材料中发射的蓝光、绿光和红光的方法。
最近，大批量生产InGaN发光二极管，由该InGaN发光二极管发射两种颜色成分的光(在邻近光谱的蓝色部分中的主峰出现副峰)。因此，可以使用一个发光二极管得到在(2)中所述的白光。通过使用黑体辐射的色温来表示自然光。在照明领域，使用发光二极管的照明引起了兴趣。
作为使用一种发光二极管进行在(1)中所述的方法的实例，参考文献1公开了一种发光二极管，其中从一个InGaN发光二极管中发射分别具有三原色(即，蓝色、绿色和红色)中三种颜色成分的光。在参考文献1中，作为其中将由InGaN材料制成的半导体层层压在衬底上的发光二极管，将由AlN或InyGa1-yN(0≤y≤1)制成的第二半导体层形成在由InxGa1-xN(0≤x≤1)制成的第一半导体层上，并且将由InzGa1-zN(0≤z≤1)制成的第三半导体层形成在第二半导体层上。在比第一半导体层低的温度下生长第二半导体层。在比第二半导体层高的温度下生长第三半导体层
作为在(5)中所述的方法的实例，参考文献2公开了一种发光装置，其中将分别从被一种LED光激发的三种荧光材料发射的蓝光、绿光和红光用于得到白光。在参考文献2中，从发光二极管中发射具有390nm至420nm发射波长的LED光。从被LED光激发的第一荧光材料发射在600nm至670nm的发射波长范围内具有主峰的红光。从被LED光激发的第二荧光材料发射在500nm至540nm的发射波长范围内具有主峰的绿光。从被LED光激发的第三荧光材料发射在410nm至480nm的发射波长范围内具有主峰的蓝光。将分别从各自荧光材料中发射的红光、绿光和蓝光混合，以得到白光。
[参考文献1]日本公开出版物11-145513
[参考文献2]日本公开出版物2002-171000
发明内容
在其中将从发光二极管中发射的蓝色LED光和从被该蓝色LED光激发的荧光材料中发射的黄光组合的常规方法(2)中，容易控制颜色强度的平衡，因为没有使用三原色。但是，仅在沿着黑体辐射的特性曲线的一个点处可以发射具有白色特性的自然光。因此，不能发射沿着黑体辐射的特性曲线具有白色特性的任意自然光。在其中将分别从被紫外光和/或近紫外光激发的荧光材料中发射的蓝光和黄光组合的另一常规方法(4)中，省去了三原色之一的红色。因此，沿着黑体辐射的特性曲线，不能发射具有白色特性的任意自然光。结果，不能省去具有更多与自然白光的特性更接近的特性的光。
因此，作为使用发光二极管用于再现黑体辐射的色温作为任意自然光的常规方法，分别使用方法(1)、(3)和(5)，因为在每种方法将三原色作为一组使用。但是，方法(1)、(3)和(5)每种中，必须控制三原色的三种波长或四种波长。例如，在如常规方法(1)和参考文献1中所公开的，其中将从相应的发光二极管中发射的蓝色LED光、绿色LED光和红色LED光组合的方法中，难以控制三原色，并且难以发射具有沿着黑体辐射的特性曲线的白色特性的任意自然光，因为必须准确地控制相应三原色的每种颜色强度的平衡。
在(3)、(5)和参考文献2中公开的方法，存在发射效率的缺点，因为在两种荧光材料之间发生两种波长的吸收和发射。此外，由于每种荧光材料比重的差异，难以均匀地将两种荧光材料混合于树脂材料中。结果，出现在产生的各种荧光颜色之间的颜色强度的差异。因此，产生难以大批量生产的问题。
本发明有意解决上面所述的问题。本发明的一个目的在于提供一种能够发射沿着黑体辐射的特性曲线的任意自然光的发光装置，由该装置容易控制每种颜色强度的平衡，所述的发光装置具有发射效率和大批量生产的能力方面的优点；安装在电子信息设备上的液晶显示装置，其使用所述的发光装置作为液晶显示屏的背光；和照明装置，其使用所述的发光装置作为光源。
根据本发明的发光装置包含：半导体发光元件，其能够发射两种波长成分的光；和荧光材料部分，其中含有荧光材料，能够发射光，当由两种波长成分中的至少一种激发所述的荧光材料时，从所述的荧光材料发射光，其中调节所述的两种波长成分和由荧光得到的波长成分，以将其设置在黑体辐射的特性曲线上的任意色温，从而达到了上面所述的目的。
优选地，在根据本发明的发光装置中，所述的半导体发光元件是发光二极管(元件)。
此外，优选地，在根据本发明的发光装置中，所述的发光二极管是InGaN发光二极管。
此外，优选地，在根据本发明的发光装置中，所述的两种波长成分是在蓝色和黄色之间颜色范围内的两种颜色，并且由荧光得到的波长成分是红色。
此外，优选地，在根据本发明的发光装置中，所述的两种波长成分是两种颜色，并且所述的两种颜色是蓝色和在绿色和黄色之间颜色范围内的颜色。
此外，优选地，在根据本发明的发光装置中，所述的两种波长成分是两种颜色，并且所述的两种颜色是蓝色和黄色。
此外，优选地，在根据本发明的发光装置中，在所述的荧光材料部分中，调节在树脂中含有的荧光材料的含量，以将三种波长成分的组合光设置在黑体辐射的特性曲线上的一个色温。
此外，优选地，在根据本发明的发光装置中，在所述的荧光材料部分中，调节其中含有荧光材料的树脂的厚度，以将三种波长成分的组合光设置在黑体辐射的特性曲线上的一个色温。
此外，优选地，在根据本发明的发光装置中，所述的荧光材料包括选自一组荧光材料中的一种或多种荧光材料，所述的荧光材料被表示为：
CaAlSiN3:Eu2+；
M2O2S:Eu；(其中M是一种或多种选自La、Gd和Y中的元素)，
0.5MgF2·3.5MgO·GeO2:Mn；
Y(P，V)O4:Eu；和
YVO4:Eu。
此外，优选地，在根据本发明的发光装置中，将所述的半导体发光元件提供在壳体构件的上表面处的凹面部分的底部，并且提供混合有所述荧光材料的树脂以填充所述半导体发光元件的发光面正面处的凹面部分的内部，并且所述凹面部分的内部是荧光材料部分。
根据本发明的液晶显示装置使用根据本发明上面所述的发光装置作为背光。
根据本发明的照明装置使用根据本发明上面所述的发光装置作为光源。
以下，将描述具有上面所述结构的本发明的功能。
本发明包括半导体发光元件(例如，发光二极管)和其中含有荧光材料的荧光材料部分。半导体发光元件能够发射两种波长成分的光。可以从被两种波长成分激发的荧光材料中发射光。调节从半导体发光元件中发射的光的两种波长成分和从荧光材料发射的光的波长成分，以将其设置在黑体辐射的特性曲线上的任意色温。
在这种情况下，可以通过控制从半导体发光元件中发射的两种波长成分的光，来控制从荧光材料中发射的光。因此，不需要如常规所要求的同时控制原色的三种波长或四种波长。因此，可以比常规更容易地控制每种颜色成分，以将其设置在黑体辐射的特性曲线上的任意色温。当调节在树脂中含有的荧光材料的含量和其中含有荧光材料的树脂的厚度时，容易调节发射自从半导体发光元件中发射的光的三种波长成分和从荧光材料中发射的光的波长成分的组合所得到的光。因此，可以将组合的光容易地设置在黑体辐射的特性曲线上的任意色温。
此外，由于本发明的装置中仅使用一种荧光材料，与在常规装置中观察到的两种波长成分的吸收和发射相比时，本发明的装置具有发射效率的优点。此外，不需要如采用常规装置所需要的、将两种荧光材料均匀混合于树脂材料中。因此，不出现在所产生的每种荧光色之间颜色强度的差异。因此，由本发明解决了采用常规装置达到大批量生产能力的问题。
如上所述，本发明可以容易地控制每种颜色强度的平衡，并且具有发射效率和大批量生产能力方面的优点。而且，本发明可以发射沿着黑体辐射的特性曲线的任意自然光。
对于本领域的技术人员而言，通过阅读和理解下面参考附图的详述，本发明的这些和其它优点将变得清楚。
附图说明
图1所示为根据本发明一个实施方案的发光装置结构的视图。(a)是其平面图。(b)是由(a)的A-A’线剖开的剖面图。
图2所示为芯片A、B和C在CIE色度坐标上的色度坐标和黑体辐射的特性曲线的色度坐标图。
图3所示为在20mA下运行根据本实施方案的发光装置时的典型发射光谱的视图。
具体实施方式
以下，将参考附图描述根据本发明的发光装置的实施方案。
图1所示为根据本发明该实施方案的发光装置结构的视图。(a)是其平面图。(b)是由(a)的A-A’线剖开的剖面图。
在图1(a)和1(b)中，根据本实施方案的发光装置10具有提供在金属底座1上的LED芯片2。LED芯片2的每个末端分别与阳极端子3和阴极端子4连接。阳极端子3和阴极端子4是金属座的一部分，并且从树脂壳体5中伸出。基座1与阳极端子3集成在一起。在树脂壳体5的上表面中心中的凹面部分的底部提供的LED芯片2的发光面(凹面部分的开口侧向上方向上)的正面，提供混合有用于红色荧光的指定荧光材料6的树脂，以填充该凹面部分的内部。所述的凹面部分的内部用作荧光材料部分。因此，从LED芯片2中发射的光能够激发荧光材料6。可以将LED芯片2的指定末端用导电粘合剂固定在基座1上，并且可以与阳极端子3连接。将阴极端子4和LED芯片2的指定末端通过Au线7结合，以彼此连接。将基座1、LED芯片2、阳极端子3和阴极端子4包装，其中阳极端子3和阴极端子4每一部分从树脂壳体5中拔起，同时树脂密封壳体5的内部。参考符号D是指树脂壳体被切割和凹入的部分。这将标志阳极侧。
将发光二极管(未显示)安装在LED芯片2上。发光二极管能够发射两种波长成分(蓝以和绿色至黄色)的光。发光二极管可以由InGaN发光二极管构成。将能够发射两种波长的光的发光二极管与用以发射从红色荧光发出的光的荧光材料6组合。结果，可以得到用于相应三原色的三种波长的光。
在通常使用的荧光材料中，从荧光材料中发射的光的波长越短，其激发效率越好。在这种情况下，从安装在LED芯片2上的发光二极管中发射的光的蓝色成分被荧光材料6吸收的程度比绿色至蓝色成分更高。因此，当提高荧光材料6与密封树脂的混合比率或含有荧光材料6的树脂的厚度时，在绿色至黄色波长成分的色度比蓝色波长成分的色度变得更强之后，用于红色荧光的成分的色度变得更强。然后，用于红色荧光的成分的色度服从黑体辐射的特性曲线。引用发射两种颜色成分(三原色中的两种原色)的光的InGaN发光二极管的情况。当将两种波长成分：蓝色和绿色至黄色与从用于红色荧光的荧光材料6中发出的成分组合时，在图2所示的CIE色度坐标上，约在3000K(开氏)和1500K(开氏)的范围内的黑体辐射的特性曲线上，可以得到色度坐标。具体地，引用发射两种颜色成分的光的InGaN发光二极管的情况。当将两种波长成分(蓝色和黄色)的组合与从用于红色荧光的荧光材料6中发出的成分组合时，在图2所示的CIE色度坐标上，约在12000K(开氏)和1500K(开氏)的范围内的黑体辐射的特性曲线上，可以得到色度坐标。
这里，将描述根据本发明的发光装置10的具体实例，其原型为LED器件(以下，称作“TOP LED设备”)，所述的LED设备具有图1中所示的结构。
在发射两种颜色成分的InGaN发光二极管中，蓝色成分的峰波长440nm和绿色成分的峰波长540nm的组合在图2中用○记号示为芯片A。以类似的方式，蓝色成分的峰波长440nm和黄色成分的峰波长590nm的组合，其中，分别地，蓝色成分的发射强度强于黄色成分，在图2中用△记号示为芯片B，并且黄色成分的发射强度强于蓝色成分，在图2中用□记号示为芯片C。LED芯片2的色度坐标为：芯片A(0.16，0.46)、芯片B(0.25，0.26)和芯片C(0.35，0.40)。
至于发射红光的荧光材料，例如，将CaAlSiN3:Eu2+用作荧光材料6。从荧光材料6中发射的光的色度坐标在(0.59，0.40)。荧光材料6由有机硅树脂保持。以安装在根据本发明的发光装置10上的TOP LED设备为原型，其中在每种情况下改变荧光材料6与有机硅树脂的混合比率。
首先，将LED芯片2顺序地芯片接合和引线接合在组件浇铸的引线框上。接着，分别制备五种混合比率(0∶1、1∶80、1∶40、1∶20和1∶10)的荧光材料6与树脂。将混合有荧光材料6的树脂铸塑成与完成了引线接合步骤的框架粘附的组件的凹面部分，并且在150摄氏度热固化与荧光材料6一起的铸塑成型树脂。最后，将每个组件彼此分离，并且完成TOP LED设备。
如上所述制备的TOP LED设备在20mA下运行的典型发射光谱示于图3中。
随着荧光材料6与树脂的混合比率的提高，蓝色LED波长的发射强度比黄绿色LED波长降低的程度更大。与此相对应的是，从荧光材料中发射的红光的波长提高。随着荧光材料6与树脂的混合比率的提高，发射强度以红色、黄绿色和蓝色的顺序升高。再现了获自具有优异可控性的假黑体的光谱。来自黑体的黑体辐射的光谱本来是连续的。但是，在所述黑体的情况下，黑体辐射没有显示如在假黑体的情况下观察到的波动光谱曲线。因此，这里将由假黑体产生的黑体辐射光谱称作假黑体辐射光谱。
当此时的原型TOP LED设备在20mA下运行时，TOP LED设备的色度坐标示于图2中。随着荧光材料6与树脂的混合比率的提高，从在20mA下运行的TOP LED设备发射的光的色度坐标收敛至从荧光材料6发射的光的色度坐标。如上所述，在从LED发射的光的波长成分中，光的黄绿成分比光的蓝色成分被荧光材料6吸收的程度更低。因此，一旦CIE-Y成分与荧光材料6与树脂的混合比率成比例地增加，LED芯片2本身的色度坐标收敛至荧光材料6的色度坐标。
采用这种TOP LED设备，当从LED芯片2本身发射的光的色度坐标选自黑体辐射的特性曲线上的色度坐标时，可以以上面所述的方式得到具有在黑体辐射的特性曲线上的色度坐标的LED设备。
如上所述，根据本实施方案的发光装置包括：LED芯片2，所述的LED芯片上安装有半导体发光元件(发光二极管)，能够发射两种波长成分(即，蓝色和绿色)的光；和荧光材料部分，所述的荧光材料部分具有在其中含有的树脂中含有的荧光材料6，能够发射红光，当用两种波长成分激发荧光材料(所述的荧光材料可以被两种波长成分中的至少一种激发)时，红光从荧光材料中发射。将从半导体发光材料中发射的光的两种波长成分与从荧光材料6中发射的光的波长成分组合，以将其设置在黑体辐射的特性曲线上的任意色温。在这种情况下，更容易控制每种颜色强度的平衡。而且，存在发射效率和大批量生产的能力方面的优点。
本实施方案中的荧光材料6使用CaAlSiN3:Eu2+。但是，它还可以包括选自一组荧光材料中的一种或多种荧光材料，所述的荧光材料被表示为：
CaAlSiN3:Eu2+；
M2O2S:Eu；(其中M是一种或多种选自La、Gd和Y中的元素)，
0.5MgF2·3.5MgO·GeO2:Mn；
Y(P，V)O4:Eu；和
YVO4:Eu。
虽然在上面所述的实施方案中没有给出具体实例，但是，可以得到用于以下的液晶显示装置：使用根据本发明的发光装置作为液晶显示屏的背光的电子信息设备(例如，液晶电视装置和PDA以及移动电话)；和使用根据本发明的发光装置作为液晶监视器的背光的电子信息设备(例如，个人计算机)。还可以得到使用该发光装置作为光源的照明装置。即使在液晶显示装置和照明装置中，根据本发明的发光装置，更容易控制每种颜色强度的平衡，并且存在发射效率和大批量生产能力方面的优点。此外，使用根据本发明的发光装置，可以得到这样的效果，即可以发射沿着黑体的特性曲线的任意自然光。
如上所述，本发明是通过使用其优选实施方案来示例的。但是，不应当仅仅基于上面所述的实施方案来解释本发明。应当理解的是，本发明的范围只应当基于权利要求书来解释。还应当理解的是，本领域的技术人员可以基于本发明的描述以及来自本发明详述的优选实施方案的描述的公知常识可以实施等价的技术范围。此外，应当理解的是，在本说明书中引用的任何专利、任何专利申请和任何参考文献应当通过引用以如同其中具体描述其内容的相同方式而结合在本说明书中。
工业适用性
根据本发明，在用于通过使用荧光材料得到白光的发光装置领域中，所述的荧光材料将从作为半导体发光元件的发光二极管(LED)中发射的光进行波长变换；安装在电子信息设备(例如，液晶电视装置、个人计算机、PDA和移动电话)上的液晶显示装置，其使用所述的发光装置作为液晶显示屏的背光；和室内或室外的照明装置，其使用所述的发光装置作为光源，更容易控制每种颜色强度的平衡，并且存在发射效率和大批量生产能力方面的优点。此外，可以发射沿着黑体的特性曲线的任意自然光。
对于本领域的技术人员而言，在不离开本发明的范围和精神下，各种其它的改变将是明显的并且可以容易做出的。因此，不想将后附权利要求的范围受这些所述的说明书的限制，而应当广义地解释权利要求。

Claims (19)

1.一种发光装置，其包含：
半导体发光元件，其能够发射两种波长成分的光；和
荧光材料部分，其中含有荧光材料，能够发射光，当由两种波长成分中的至少一种激发所述的荧光材料时，从所述的荧光材料发射光，
其中调节所述的两种波长成分和由荧光得到的波长成分，以将其设置在黑体辐射的特性曲线上的任意色温。
2.根据权利要求1的发光装置，其中所述的半导体发光元件是发光二极管。
3.根据权利要求2的发光装置，其中所述的发光二极管是InGaN发光二极管。
4.根据权利要求2的发光装置，其中所述的两种波长成分是在蓝色和黄色之间颜色范围内的两种颜色，并且由荧光得到的波长成分是红色。
5.根据权利要求4的发光装置，其中所述的两种波长成分是两种颜色，并且所述的两种颜色是蓝色和在绿色和黄色之间颜色范围内的颜色。
6.根据权利要求4的发光装置，其中所述的两种波长成分是两种颜色，并且所述的两种颜色是蓝色和黄色。
7.根据权利要求1的发光装置，其中所述的两种波长成分是在蓝色和黄色之间颜色范围内的两种颜色，并且由荧光得到的波长成分是红色。
8.根据权利要求7的发光装置，其中所述的两种波长成分是两种颜色，并且所述的两种颜色是蓝色和在绿色和黄色之间颜色范围内的颜色。
9.根据权利要求7的发光装置，其中所述的两种波长成分是两种颜色，并且所述的两种颜色是蓝色和黄色。
10.根据权利要求1的发光装置，其中在所述的荧光材料部分中，调节在树脂中含有的荧光材料的含量，以将三种波长成分的组合光设置在黑体辐射的特性曲线上的一个色温。
11.根据权利要求10的发光装置，其中在所述的荧光材料部分中，调节其中含有荧光材料的树脂的厚度，以将三种波长成分的组合光设置在黑体辐射的特性曲线上的一个色温下。
12.根据权利要求11的发光装置，其中所述的荧光材料包括选自一组荧光材料中的一种或多种荧光材料，所述的荧光材料被表示为：
CaAlSiN3:Eu2+；
M2O2S:Eu；(其中M是一种或多种选自La、Gd和Y中的元素)，
0.5MgF2·3.5MgO·GeO2:Mn；
Y(P，V)O4:Eu；和
YVO4:Eu。
13.根据权利要求10的发光装置，其中所述的荧光材料包括选自一组荧光材料中的一种或多种荧光材料，所述的荧光材料被表示为：
CaAlSiN3:Eu2+；
M2O2S:Eu；(其中M是一种或多种选自La、Gd和Y中的元素)，
0.5MgF2·3.5MgO·GeO2:Mn；
Y(P，V)O4:Eu；和
YVO4:Eu。
14.根据权利要求1的发光装置，其中在所述的荧光材料部分中，调节其中含有荧光材料的树脂的厚度，以将三种波长成分的组合光设置在黑体辐射的特性曲线上的一个色温。
15.根据权利要求14的发光装置，其中所述的荧光材料包括选自一组荧光材料中的一种或多种荧光材料，所述的荧光材料被表示为：
CaAlSiN3:Eu2+；
M2O2S:Eu；(其中M是一种或多种选自La、Gd和Y中的元素)，
0.5MgF2·3.5MgO·GeO2:Mn；
Y(P，V)O4:Eu；和
YVO4:Eu。
16.根据权利要求1的发光装置，其中所述的荧光材料包括选自一组荧光材料中的一种或多种荧光材料，所述的荧光材料被表示为：
CaAlSiN3:Eu2+；
M2O2S:Eu；(其中M是一种或多种选自La、Gd和Y中的元素)，
0.5MgF2·3.5MgO·GeO2:Mn；
Y(P，V)O4:Eu；和
YVO4:Eu。
17.根据权利要求1的发光装置，其中将所述的半导体发光元件提供在壳体构件的上表面处的凹面部分的底部，并且提供混合有所述荧光材料的树脂以填充所述半导体发光元件的发光面正面处的凹面部分的内部，并且所述凹面部分的内部是荧光材料部分。
18.一种液晶显示装置，其使用根据权利要求1的发光装置作为背光。
19.一种照明装置，其使用根据权利要求1的发光装置作为光源。
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