JP2000509912A - 白色光発光ダイオード - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、300nm≦λ≦370nmの初期発光を有するＵＶダイオードと、430nm≦λ≦490nmの発光バンドを有する青色発光蛍光体と、520nm≦λ≦570nmの発光バンドを有する緑色蛍光体と、590nm≦λ≦630nmの発光バンドを有する赤色発光蛍光体の組み合わせからなる蛍光体とを備える発光装置に関し、この装置は高い品質の白色光を発光する。色調指数ＣＲＩは、4000Ｋの色温度で90である。色調は、３種の蛍光体の混合にのみ依存し、変換前の光と変換後の光との関係には依存しないため、制御および調整が簡単である。

Description

【発明の詳細な説明】 白色光発光ダイオード 本発明は、発光ダイオードと蛍光体層とから構成される、白色光を発生する発 光ダイオードに関するものである。 発光ダイオードは、光結合器、赤外線リモートコントロールシステムおよび光 導波路伝達システムのための、信号光、表示装置、パイロットおよびワーニング ランプ、光バリアにおける光トランスミッタとして使用される。発光ダイオード は白熱電球のような他の発光要素に対応した多くの利点を提供する。この発光ダ イオードは、長い使用寿命、ショックや振動に対する大きな耐久力、ＭＨｚレン ジへの良好な変調能力、高い充填密度、スイッチ回路との大きな互換性、侵入電 流が発生しない特性を有する。発光ダイオードは、低い動作電圧を必要とし、小 さい電力消費特性を有する。 しかしながら、可視光のすべての色を同じ光強度で使用できないことが、昔か らの欠点であった。発光ダイオードの効率は、例えば赤から緑を介して青に至る ように波長が短くなるに従って減少する。赤色発光ダイオードおよび緑色発光ダ イオードの輝度は、大変良好であり、近代の製造方法を使用することによってさ らに改良されているが、青色発光ダイオードは比較的小さい光強度しか示さない 。その結果、簡単な手段を使うことによっては、発光ダイオードの組み合わせに よって中間色の白の発光を達成することはできなかった。 理論的には、可視光の各色は、短い波長を有する光例えば青色光、紫光、紫外 光から発生させることができる。これを達成するために、短い波長を有する光を 発光する発光ダイオードは、短い波長の光を吸収して長い波長領域において他の 色の光を再び発光することにより、短い波長の光を望ましい色に変換する蛍光体 と組み合わされる。 白色光は、例えば、青色発光ダイオードが、青色を吸収し変換することで実質 的にスペクトラムの黄色−橙色の領域の光を発光する蛍光体と組み合わされた場 合は、青色発光ダイオードによって作成することができる。この黄色−橙色の光 は発光ダイオードからの残りの青色光と混合し、青色とこの補足的な黄色の組み 合わせが結果として白色光となる。 例えば、JP08007614A（日本の特許アブストラクト）は、青色を発光し橙色− 蛍光の色素の蛍光層と組み合わされ、その結果青色光が白色光として観察される 、発光ダイオードを使用した平面上の光源を開示している。この光源の欠点は、 白色光の色度が蛍光層中の少量の蛍光色素によって実質的に影響され、そのため 、コントロールが難しいことである。8000から8600Ｋの領域の高い色温度でのみ 、良好な色調を得ることができる。色温度が減少した場合は、色調指数ＣＲＩも また実質的に減少する。 そのため、本発明の目的は、その色調をすぐに調整することができ高い色調指 数を有する、白色光を作成するための発光装置を提供しようとするものである。 本発明によれば、この目的は、300nm≦λ≦370nmの初期発光を有するＵＶダイ オードと、430nm≦λ≦470nmの発光バンドを有する青色発光蛍光体と、525nm≦ λ≦570nmの発光バンドを有する緑色蛍光体と、600nm≦λ≦630nmの発光バンド を有する赤色発光でユーロピウムを含有する蛍光体の組み合わせからなる蛍光体 とを備える発光装置によって達成される。 発光装置は、蛍光体が高い効率でＵＶバンドを吸収し、量子化の効率が例えば 90％以上というように高く、発光線の半値幅が小さいため、高い色調と同時に高 い効率を示す。目の感受性が低い440nm以上で650nm以下の領域において、光の発 光が起こらないため、光の出力は高い。 発光装置によって発光される白色光は、高い質を有する。色調指数ＣＲＩは40 00Ｋの色温度において約９０である。また、色調は、３種の蛍光体の組成にのみ 依存し、変換された光と変換されなかった光との関係には依存せず、そのため、 簡単な方法で色調を制御や調整することができる。 本発明の範囲内で、赤色発光蛍光体が、605nm≦λ≦620nmの最大波長の発光バ ンドを有する線発光装置であることが好ましい。 また、緑色発光蛍光体が、520nm≦λ≦570nmの最大波長の発光バンドを有する 線発光装置であることが好ましい。 さらに、ＵＶダイオードがGaNダイオードであることが好ましい。 本発明の範囲内で、蛍光体層が、その量x1が重量％で0≦x1≦30％の青色発光 蛍光体と、その量x2が重量％で20≦x2≦50％の緑色発光蛍光体と、その量x3が重 量％で30≦x3≦70％の赤色発光蛍光体とを備えることが好ましい。 また、蛍光体層が、青色発光蛍光体としてのBaMgAl₁₀O₁₇:Euと、緑色発光蛍光 体としてのZnS:Cuと、赤色発光蛍光体としてのY₂O₂Sとを備えることが好ましい 。 本発明の範囲内で、蛍光体層が、赤色発光蛍光体として一般式[Eu（ジケトネ ート）_aX_b1X'_b2]、ここで、X=ピリジンまたはモノデンテート・ピリジンの誘導 体で、X'=2,2'バイピリジンまたは2,2'バイピリジルの誘導体で、2a+2b₁+2b₂=8 である、からなる蛍光体を備えることが特に好ましい。 本発明のこれらのあるいは他の例は、以下に記載された実施例から明らかであ るか、あるいは、以下に記載された実施例を参照して明らかにされる。 図面において： 図１は発光装置を示す。 本発明に係る発光装置は、ＵＶ発光のための励振源としてのＵＶダイオードと 、ＵＶダイオードのＵＶ光を目に見える白色光に変換する３種の蛍光体の混合を 含む蛍光体層と、を備えている。図面に示された例において、装置は、ＵＶダイ オードが透明基板（全面パネル）１上に設けられたポリマー材料からなる半球の ボール中に埋め込まれて実現される。３種の蛍光体粉末２は、ポリマー３中に細 かく分布される。ポリマーボールと蛍光体粉末とは、共に、蛍光体層を構成する 。本発明に係る装置は、さらに、光の減結合性を向上させるためにＵＶ光および 可視光のためのミラー４を備えることもできる。例えば、ボール自体はリフレク タで実現することができる。 最も簡単な場合において、発光装置は、ＵＶダイオードと、その上に設けられ た蛍光体を含む透明なコーティングとを備えている。透明なコーティングは、例 えば、ポリアクリレート、ポリスチレン、エポキシ樹脂、または、その他のポリ マーの透明なマトリックス中の固溶体中に存在する蛍光体を有する。 大量生産のために、ＬＥＤは、通常、エポキシ樹脂ハウジングのカプセル中に 包まれ、このエポキシ樹脂ハウジングはダイオードからの光の減結合性を向上さ せるために使用されるエポキシ樹脂のドーム型レンズをそれと一体にモールドし ている。この実施例において、蛍光体は、実際のダイオードとエポキシ樹脂ドー ムとの間の接触層として設けられる。これらの蛍光体は、場合によっては、エポ キシ樹脂ドームの外面上のコーティングとして設けられる。 大きな二次元の発光装置は、本発明によれば、ダイオードアレイを蛍光体層と 組み合わせることで簡単に作製することができる。例えば、ダイオードアレイは 、その上に蛍光体を印刷したガラスプレートでカバーすることができる。 特に、ＵＶダイオードは、InGaNまたはGaNからなるＵＶダイオードで、反値幅 ＦＷＨＭ＜50nmで370から410nmの間の最大発光を有する。 光の発光を維持するために、電力をＵＶダイオードに供給するための手段が設 けられている。これらの手段は、少なくとも２つの電極を備えている。 ３種の蛍光体は、それらがＵＶダイオードのＵＶ光によって励振され、また、 赤色蛍光体が590nm≦λ≦630nmの狭い発光線を有し、緑色蛍光体が520nm≦λ≦5 70nmの狭い発光線を有し、青色蛍光体が430nm≦λ≦490nmの狭い発光線を有する ように選択される。青色蛍光体として、場合によっては、狭い発光線を有する線 発光器の代わりブロードバンドの発光器を使用することもできる。３種の蛍光体 の発光線は、発光の側面が部分的に重複するために、発光が互いに完全に独立で ない場合でも、互いに大変正確に調整される。その結果、白色光の色の位置は正 確にセットされる。蛍光体は、例えばEu³⁺活性化蛍光体やTb³⁺活性化蛍光体のよ うに、ランタニドで活性化された蛍光体であることが好ましい。 赤色蛍光体として、一般式［Eu（ジケトネート）_aX_b1X'_b2］、ここで、X=ピリ ジンまたはモノデンテート・ピリジンの誘導体で、X'=2,2'バイピリジンまたは2 ,2'バイピリジルの誘導体で、2a+2b₁+2b₂=8である、からなる蛍光体を使用する ことが好ましい。ユーロピウム(III)の化合物と等位のこれらの複合体は、金属 中心としてのEu³⁺と、中性キレート化合物の配位子としての2,2'バイピリジンま たは2,2'バイピリジル誘導体を含んでいる。ジケトネートとして、ペンタン2,4 ジチオネート（acac)、2,2,6,6,テトラメチル3,5ヘプタンジチオネート(thd)、1 （2セノイル）4,4,4トリフルオル1,3ブタンジチオネート（ttfa）、7,7ジメチル 1,1,1,2,2,3,3ヘプタフルオル4,6オクタンジチオネート（fod）、4,4, 4トリフルオル1（2ナフチル）1,3ブタンジチオネート（tfnb）、1,3ジフェニル1 .3プロパンジチオネート（dpm）を使用し、中性配位子として、Ｘピリジン、ま たは、バイデンテート・リガンデ2,2'バイピリジン（bpy）、1,10フェナンスロ リン（phen）、4,7ジフェニル10フェナンスロリン（dpphen）、5メチル1,10フェ ナンスロリン（mphen）、4,7ジメチル1,10フェナンスロリン（dmphen）、3,4,7, 8テトラメチル1,10フェナンスロリン（tmphen）、5ニトロ1,10フェナンスロリン （NOphen）、5クロロ1,10フェナンスロリン（Clphen）、またはジピリジン・フ ェナジン（dppz）を使用する。 表１は、本発明に係る発光装置のための青色発光、緑色発光および赤色発光蛍 光体、および、これらの蛍光体の370nmでの吸収と最大波長をリストとして表示 する。 表 １ 青色発光蛍光体 緑色発光蛍光体 緑色発光蛍光体 本発明の混合のため、良好な色調指数および良好なエネルギ効率を得ることが できる。発光装置は、色温度≧4000Ｋで色調指数ＣＲＩ＜90を有し、そのため、 人工的なライティングインテリアとして使用することもできる。 蛍光体層を作製するために、３種の蛍光体は、ダイオード表面上のバインダー を有するコーティングとして設けられている。バインダーとして、例えば、メチ ルアクリレートおよびポリスチレンのような薄膜形成用のアクリルの重合体を使 用することができる。あるいは、それらは、マイクログラムの量でエポキシ樹脂 ドームのエポキシ樹脂と混ぜ合わされ、エポキシ樹脂ドーム全体に均一に分散さ れる。エポキシ樹脂の代わりに、他の透明な熱硬化性プラスチック樹脂を使用す ることもできる。この場合は、白色光のより発散した発光となる。発光装置の高 い輝度のため、安全面の理由から、発光はより発散的であることが望まれる。 動作中、ＵＶダイオードは、波長λ≦370nmのＵＶ光を発生し、このＵＶ光波 蛍光体層中の蛍光体混合物上に入射する。混合物の蛍光体は、発光を吸収し、よ り長い波長の光の発光を行う、すなわち、蛍光体は、目に見えないＵＶ発光を可 視光に変換し、それを可視光に蛍光体によって変換する。異なる発光線を有する ３種の蛍光体を混合することによって、望ましい化合物の光を得ることができる 。 本発明に係る発光装置によって作り出される光は、白熱体に由来せず、その代 わりに蛍光体層の蛍光体の励振によって発生するため、光の出力は非常に高い。 本発明に係る発光装置は、高い色の忠実度を有する快活な光を作成する。可視光 の範囲の蛍光体の発光線は、擬似連続スペクトラムが得られる程度に密に間隔を 開けていて、その結果良好な色調を得ることができる。例１ ＵＶダイオードと３種の蛍光体の混合物を含む蛍光体層とを備える発光装置を 作製した。この目的のため、ダイオード基板として透明なサファイヤを有する、 ドープされていないGaNダイオードを使用した。このダイオード基板は、１％の ポリビニル・アルコール溶液中に表２に従った異なる混合比で混合させた３種の 蛍光体の懸濁液でコーティングされ、200℃で加熱された。 例２ ＵＶダイオードと３種の蛍光体の混合物を含む蛍光体層とを備える発光装置を 作製した。この目的のため、ダイオード基板として透明なサファイヤを有する、 ドープされていないGaNダイオードを使用した。このダイオード基板は、１％の ポリビニル・アルコール溶液中に表２に従った異なる混合比で混合させた３種の 蛍光体の懸濁液でコーティングされ、200℃で加熱された。 例３ ＵＶダイオードと３種の蛍光体の混合物を含む蛍光体層とを備える発光装置を 作製した。この目的のため、ダイオード基板として透明なサファイヤを有する、 ドープされていないGaNダイオードを使用した。このダイオード基板は、１％の ポリビニル・アルコール溶液中に表２に従った異なる混合比で混合させた３種の 蛍光体の懸濁液でコーティングされ、200℃で加熱された。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 33/00 Ｈ０１Ｌ 33/00 Ｃ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ，ＵＳ (72)発明者 ロンダ セーズ オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホルストラーン ６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1．300nm≦λ≦370nmの初期発光を有するＵＶダイオードと、430nm≦λ≦49 0nmの発光バンドを有する青色発光蛍光体と、520nm≦λ≦570nmの発光バン ドを有する緑色蛍光体と、590nm≦λ≦630nmの発光バンドを有する赤色発光 蛍光体の組み合わせからなる蛍光体とを備える発光装置。 2．赤色発光蛍光体が、605nm≦λ≦620nmの最大波長の発光バンドを有する線 発光器であることを特徴とする請求項１記載の発光装置。 3．緑色発光蛍光体が、520nm≦λ≦570nmの最大波長の発光バンドを有する線 発光器であることを特徴とする請求項１記載の発光装置。 4．ＵＶダイオードがGaNダイオードであることを特徴とする請求項１記載の発 光装置。 5．蛍光体層が、その量x1が重量％で0≦x1≦30％の青色発光蛍光体と、その量 x2が重量％で20≦x2≦50％の緑色発光蛍光体と、その量x3が重量％で30≦x3≦ 70％の赤色発光蛍光体とを備えることを特徴とする請求項１記載の発光装置。 6．蛍光体層が、青色発光蛍光体としてのBaMgAl₁₀O₁₇:Euと、緑色発光蛍光体と してのZnS:Cuと、赤色発光蛍光体としてのY₂O₂Sとを備えることを特徴とする 請求項１記載の発光装置。 7．蛍光体層が、赤色発光蛍光体として一般式［Eu（ジケトネート）_aX_b1X'_b2] ここで、X=ピリジンまたはモノデンテート・ピリジンの誘導体で、X'=2,2' バイピリジンまたは2,2'バイピリジルの誘導体で、2a+2b₁+2b₂=8である、から なる蛍光体を備える請求項１記載の発光装置。