JP2001267632A - 発光ダイオード - Google Patents

発光ダイオード

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JP2001267632A JP2000070878A JP2000070878A JP2001267632A JP 2001267632 A JP2001267632 A JP 2001267632A JP 2000070878 A JP2000070878 A JP 2000070878A JP 2000070878 A JP2000070878 A JP 2000070878A JP 2001267632 A JP2001267632 A JP 2001267632A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 毒性がなく、必要以上のコストアップをもた
らすこともなく、演色性に優れたLED、並びにこのよ
うなLEDに用いられる被覆材を提供する。 【解決手段】 青色〜緑色発光素子と該発光素子から発
光される光の波長を変換する蛍光物質とを有する発光ダ
イオードであって、前記蛍光物質には、Euで付活した
CaS蛍光物質、あるいは一般式AEu(1-x)Lnx2
8(AはLi,K,Na,及びAgよりなる群から選
ばれる1種、LnはY,La,及びGdよりなる群から
選ばれる1種、BはW又はMoであり、xは0以上1未
満の数である。)で表される蛍光物質が含まれている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、カラー化液晶ディ
スプレイの外部照射光としてのバックライト、フロント
ライト、室内照明等に用いられる演色性に優れた白色発
光ダイオードに関するもので、特に光源として青色また
は緑色発光素子を取り付けるだけで白色発光を可能にし
た白色発光ダイオード、及び本発明の発光ダイオードに
用いられるダイオード用被覆材に関するものである。
【0002】
【従来の技術】発光ダイオード(以下、「LED」と称
する)は、PN接合半導体で、順電圧を印加するとN領
域からの電子とP領域からの正孔がPN接合部分に移動
して、電子と正孔が再結合する際に発光する。自由にな
っていた電子が結合状態になるときに放出されるエネル
ギーが光となって放射されるため、LEDから発光され
る光は、狭い波長範囲の光、すなわち、赤色、青色とい
った単色である。
【0003】一方、カラー化液晶ディスプレイの照明光
源や室内照明としては、蛍光管さらには自然光に近い白
色の光を発する必要がある。
【0004】このため、カラー化液晶ディスプレイの照
明光源や室内照明としてLEDを用いる場合、赤色を発
光する赤色発光素子、青色を発光する青色発光素子、緑
色を発光する緑色発光素子を組み合せて白色発光を得て
いるフルカラーLEDを用いている。
【0005】しかしながら、フルカラーLEDの場合、
各発光素子毎にアノード端子及びカソード端子が必要に
なるため、構造的に複雑な設計になるとともに、3種類
の発光素子を必要とすることから、要求されるスペー
ス、コストが高くなる。また、発光素子の一つが破損す
ると、色調のバランスがくずれ、目的とする発光色がえ
られなくなってしまうこともある。このような事情か
ら、1種類の発光素子を用いて、白色光を発光できるL
ED(このようなLEDは白色LEDと呼ばれ、上記フ
ルカラーLEDと区別されている)の研究が盛んに行な
われている。白色LEDを用いることにより、簡単な電
気回路でバックライト等を駆動できるようになるので消
費電力の低減を図ることができ、またインバータ回路等
が不要となり、このため駆動回路の外形寸法が小さくな
るとともに、電磁雑音をなくせるという利点がある。こ
のような優れた利点から、白色LEDの開発が進められ
ている。
【0006】白色LEDの場合、1種類の発光素子を用
いて白色光を発光する必要があることから、単色発光素
子から発光された光の波長を変換して他の色を発光でき
る蛍光物質を組み合せて用いるのが一般的である。例え
ば、青色発光素子上にYAG(アルミン酸イットリウ
ム)系蛍光物質を含有する層を設けた白色LEDが市販
されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】YAG系蛍光物質は、
付活する元素の種類にもよるが、一般に緑から黄色の光
が発光されるだけのため、YAGの励起波長の光を発光
する青色発光素子とYAG系蛍光物質とを組み合わせて
得られる白色LEDでは、赤色の光が不足する。このこ
とは、赤色の表示物については、赤色がくすんで見える
という問題につながる。
【0008】YAGの付活元素の種類を工夫することに
より、例えばY3Al512においてYサイトをGdで置
換することにより発光ピークを長波長側、すなわち赤色
側にシフトさせて、赤色に近い蛍光を発光できるYAG
を用いることも考えられる。しかし、このような方法で
は、対象とする物体が基準の光の下での色知覚にあって
いるかどうかの指標となる平均演色評価数(Ra)が8
5以上の白色LEDを得ることはできない。蛍光層にお
ける赤色系のYAGの含有量を多くすることにより、赤
色の光を高めることもできるが、この場合、YAGが発
光する黄色味の光の発光強度も高くなるため、結局平均
演色評価数Raの値として85以上のものは得られてい
ない。
【0009】白色LEDにおいて、青色、緑色、黄色だ
けでなく、赤色の光も補償する方法として、赤色蛍光物
質を用いることも考えられる。しかし、蛍光ランプ用深
赤色発光蛍光物質として知られているマンガン付活ヒ酸
マグネシウム蛍光物質はその毒性ゆえに現在生産が行な
われていない。また、マンガン付活フッ化ゲルマン酸マ
グネシウム蛍光物質は、高価であるため、軽量薄型化、
低消費電力をメリットとする白色LEDをバックライト
として用いる用途には不適である。
【0010】また、蛍光物質層に赤色顔料を混合するこ
とも検討されている(例えば特開平5−152609
号)。しかし、顔料は他の色をカットすることにより、
特定の色を目立たせようとする光のフィルターのような
ものであるから、顔料の添加は、LEDとしての輝度の
低下をもたらすことになるため、省スペース化、低コス
ト化、省消費電力を目的とする白色LEDには好適でな
い。
【0011】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、その目的とするところは、毒性がなく、
必要以上のコストアップをもたらすこともなく、演色性
に優れたLED、並びにこのようなLEDに用いられる
被覆材を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の発光ダイオード
は、青色〜緑色発光素子と該発光素子から発光される光
の波長を変換する蛍光物質とを有する発光ダイオードで
あって、前記蛍光物質には、Euで付活したCaS蛍光
物質、あるいは一般式AEu(1-x)Lnx28(AはL
i,K,Na,及びAgよりなる群から選ばれる1種、
LnはY,La,及びGdよりなる群から選ばれる1
種、BはW又はMoであり、xは0以上1未満の数であ
る。)で表される蛍光物質が含まれている。
【0013】前記発光素子は、具体的には400〜60
0nmの光を発光する素子である。
【0014】前記蛍光物質には、さらに、Ceで付活し
たYxGd3-xAl512蛍光物質(0≦x≦3)が含ま
れていることが好ましい。
【0015】前記蛍光物質は、前記発光素子表面に積層
された蛍光層に含まれていてもよいし、発光素子を封止
する透明樹脂中に含まれていてもよいし、前記発光素子
を透明樹脂で封止した封止体に被覆する被覆材に含まれ
ていてもよい。
【0016】前記被覆材は、基材ポリマー100質量
部、AEu(1-x)Lnx28で表わされる蛍光物質2〜
40質量部、及びCeで付活したYxGd3-xAl512
蛍光物質を含有するポリマー組成物の成形体;あるいは
基材ポリマー100質量部、Euで付活したCaSを2
〜40質量部、及びCeで付活したYxGd3-xAl51
2蛍光物質を含有するポリマー組成物の成形体であるこ
とが好ましい。また、前記基材ポリマーは、ゴム及び/
又は熱可塑性エラストマーであることが好ましい。
【0017】また、本発明の発光ダイオードは、平均演
色評価数(Ra)の値が85以上であることが好まし
く、より好ましくは特殊演色評価数R9の値が80以上
である。さらに、470nm±2nmの発光強度
(Ia)に対する610〜640nmの発光強度(Ib
の比(Ia:Ib)が1:0.5〜1:2であることが好
ましい。
【0018】本発明の発光ダイオード用被覆材は、青色
〜緑色発光素子が透明樹脂で封止された発光ダイオード
本体に被覆して用いられる発光ダイオード用被覆材であ
って、基材ポリマーと、Euで付活したCaS蛍光物質
又は一般式AEu(1-x)Lnx28(AはLi,K,N
a,及びAgよりなる群から選ばれる1種、LnはY,
La,及びGdよりなる群から選ばれる1種、BはW又
はMoであり、xは0以上1未満の数である。)で表さ
れる蛍光物質、好ましくは、さらにCeで付活したYx
Gd3-xAl512蛍光物質を含んでいる。
【0019】
【発明の実施の形態】本発明の発光ダイオードは、青〜
緑色発光素子と、該発光素子から発光される光の波長を
変換して赤色の光を変換できる蛍光物質(以下、「赤色
蛍光物質」という)を用いたことを特徴とするものであ
る。
【0020】本発明で用いられる発光素子は、青〜緑色
の光、具体的には400〜600nm、好ましくは40
0〜500nmの青色の光、500〜600nmの緑色
の光を発光する発光素子である。後で説明するように、
本発明で用いられる赤色蛍光物質は、これらの光で励起
されるからである。
【0021】青色発光素子として、GaN系青色LE
D;SiC系青色LED;ZnS、ZnSeなどのII−
IV族青色LED等が挙げられ、緑色LEDとしては、G
aP:N緑色LED、GaP系LED等が挙げられる。
【0022】次に、赤色蛍光物質について説明する。
【0023】本発明のLEDで用いられる赤色蛍光物質
は、Euで付活したCaS、あるいは、一般式AEu
(1-x)Lnx28(AはLi,K,Na,及びAgより
なる群から選ばれる1種、LnはY,La,及びGdよ
りなる群から選ばれる1種、BはW又はMoである。)
で表される化合物である。
【0024】Euで付活したCaSは、420〜600
nmの光で励起して、630nmをピークとする570
〜690nmの光を発光する。
【0025】AEu(1-x)Lnx28(AはLi,K,
Na,及びAgよりなる群から選ばれる1種、Lnは
Y,La,及びGdよりなる群から選ばれる1種、Bは
W又はMoである。)は、Eu3+イオンの5072
移により614nm付近の光を発光する蛍光物質で、
A,Bの元素の種類により励起波長及び発光波長は異な
るが、共通して、470nm付近(青色)及び540n
m付近(緑色)の光に励起して、620nm付近(赤
色)の光を発光することができる。尚、A,Bの元素の
種類が同じであれば、xの値に拘わらず励起、発光波長
は同じである。
【0026】一般式AEu(1-x)Lnx28(A=L
i,K,Na,Ag Ln=Y,La,Gd B=W,
Mo)において、xは0以上、1未満であり、好ましく
は0である。すなわち、AEuB28のときに、615
nm付近(赤色)の発光強度が最も高くなるからであ
る。
【0027】このような化合物は、蛍光物質を構成する
金属Li、K、Na、Y、La、Gd、W、Mo、Eu
の酸化物、炭酸化物等を、所望の化学量論比率で混合す
ることにより得られる。
【0028】このように、赤色の光を発光する蛍光物質
を積極的に含むことにより、赤色ダイオードを用いなく
ても、鮮やかな赤色を表示できる光源として利用可能な
LEDを提供することができる。
【0029】本発明で用いる蛍光物質には、上記赤色蛍
光物質の他に、発光素子からの光で励起して赤色以外の
色の光を発光する蛍光物質を含んでいてもよい。特に発
光素子から発光する光と赤色以外の色の光を発光できる
蛍光物質を含むことが好ましい。具体的には、アルミン
酸イットリウム系蛍光物質が好ましく用いられる。
【0030】アルミン酸イットリウム系蛍光物質(いわ
ゆるYAG)は、Y3Al512のY原子位置の一部をG
dで置換したガーネット構造を持つ安定な酸化物で、特
に青色(400〜530nm)の光で励起して、550
nmを中心に黄色〜緑色の光を発光する蛍光物質であ
る。アルミン酸イットリウム系蛍光物質に添加する付活
剤としては、セリウム、ユウロピウム、マンガン、サマ
リウム、テルビウム、スズ、クロム等の元素を挙げるこ
とができるが、これらのうちセリウムが好ましい。すな
わちCeで付活したYxGd3-xAl512が好ましく用
いられる。このようなYAG蛍光物質は、1種類だけ用
いてもよいし、2種類以上用いてもよい。
【0031】本発明のLEDから発光される光は、発光
素子から発光される光と上記蛍光物質に由来する光との
組み合わせからなるもので、発光素子の光(青色又は緑
色)成分に、上記蛍光物質に由来する光が加算されて、
発光色は発光素子の光である青色又は緑色から、白色に
変わる。そして、上記赤色蛍光物質に起因して、従来で
は実現することが難しかった鮮やかな赤色を表示するこ
とができる。
【0032】また、発光素子の光を赤色以外に変換でき
る蛍光物質を含むことにより、種々の色を実現できる演
色性に優れた白色LEDを提供することができる。具体
的には、YAGの種類を変えたり、蛍光物質の含有量を
変化させたり、顔料の添加では達成することができなか
った平均演色評価数85以上、さらには鮮やかな赤色の
指標となるR9の値が80以上である演色性に優れた白
色LEDを提供することができる。
【0033】ここで演色性とは、照明光が物体色の見え
方に及ぼす影響についての光源の特性をいい、演色性が
よいほど、該当光源の下で物体の色知覚が規定の基準の
光の下での同じ物体の色知覚にあっていることを示す。
平均演色評価数Raとは、規定された8種類の試験色に
ついての演色評価数の平均を示したもので、高いほど、
あらゆる色彩に対する演色性が優れていることを示す。
【0034】本発明のLEDは、第1の実施形態とし
て、蛍光物質が上記発光素子の表面に表面に積層された
蛍光物質層に含まれている態様である。例えば、図1
(a)に示すように、発光素子1の表面に、蛍光物質4
を含んだコーティング剤をコーティングすることにより
蛍光層2が形成されている場合であってもよいし、図1
(b)に示すように、発光素子1の表面に、蛍光物質4
を含んだ樹脂組成物からなるフィルムを貼付することに
より蛍光層2′が形成されている場合であってもよい。
このように蛍光層2(又は2′)が積層された発光素子
1は、リード線(図示せず)が接続されたカップ3内に
配置されてチップ型LEDを構成する場合もあるし、さ
らにこのチップ型LEDを透明樹脂で封止した封止体型
LEDを構成する場合もある。
【0035】蛍光層を形成するコーティング剤として
は、赤色蛍光物質、必要に応じてYAG蛍光物質を含
み、さらにバインダー、溶剤を含むコーティング剤が用
いられる。フィルムにより蛍光層2′を形成する場合、
基材樹脂中に上記蛍光物質を配合してなる樹脂組成物を
用いてシート成形したフィルムを、バインダーを介し
て、あるいは焼き付けにより、発光素子に貼付すればよ
い。
【0036】本発明のLEDの第2の実施形態は、蛍光
物質を含有する樹脂組成物で、発光素子を埋設するよう
に封止した封止型LEDである。例えば図2(a)は砲
弾型の封止体を形成した場合であり、リードフレーム8
に接続されたカップ3に発光素子1を配置し、これらを
リードフレーム8が貫通できる基板にセットした状態
で、基板10上に、蛍光物質4を含有する樹脂組成物で
砲弾型の封止体11を形成している。封止体11は、発
光素子1を埋設した状態で成形される。また、図2
(b)は、ブロック型封止体を形成した場合であり、基
板10′に印刷されたリード線に発光素子1が載置さ
れ、かかる状態で蛍光物質4を含有する樹脂組成物でブ
ロック型の封止体12を形成している。
【0037】上記封止体材料となる樹脂組成物は、透明
樹脂を基材樹脂として、これに上記発光物質を含有して
なる樹脂組成物である。基材樹脂としては、発光素子か
ら発光する光の透過性がよい透明性の樹脂であればよ
く、所望により、耐久性、耐薬品性、絶縁性を有する樹
脂である。具体的には、アクリル樹脂、ポリカーボネー
ト樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエステル樹脂、エポキ
シ樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、シリ
コーン樹脂等を用いることができる。
【0038】封止用樹脂組成物において、樹脂基材10
0質量部に対して赤色蛍光物質の含有量は2〜40質量
部であることが好ましい。また、YAGを含む場合、Y
AGと赤色蛍光物質との含有比率(YAG:赤色蛍光物
質)は1:0.2〜1:4であることが好ましい。
【0039】尚、第2の実施形態において、封止体の形
状は、上記砲弾型、ブロック型には限定されない。ま
た、発光素子に接続する端子の構造も限定されない。
【0040】以上のように、蛍光物質を封止体の材料に
含有させる場合、第1の実施形態よりも安定した色調の
白色LEDを得易い。つまり、発光素子は大変小さいも
のであるため、素子表面に形成される蛍光層に含まれる
蛍光物質は微量である。従って、蛍光物質の含有量のば
らつきがLEDの発光特性に大きな影響を与えることに
なるので、高度な塗布技術、蛍光物質の含有量をはじめ
とする材料の高度な品質管理が要求されることになる。
一方、封止体では、その体積に基づき、LED1個あた
りに含有される樹脂量、蛍光物質の量が多くなるので、
樹脂と蛍光物質の含有比率のばらつきが小さくて済む。
また、封止体に蛍光物質を含有する第2実施形態は、生
産上都合がよい。つまり、小さな発光素子にフィルムを
貼付する作業は面倒で、歩留まりが大きくなる原因の工
程であるのに対し、一般にLEDは封止型で市場を流通
するので、封止型LEDを製造する工程において、封止
材料に蛍光物質を添加すればよく、新たな工程を必要と
しないからである。
【0041】本発明の第3の実施形態は、発光素子を埋
設した封止体を被覆する被覆材に蛍光物質が含有された
ものである。具体的には、図3に示すように、リードフ
レーム8が接続してなるカップ3に載置された発光素子
1を封止してなる封止体20に、蛍光物質4を含有した
被覆材21で被覆したものである。図4は、封止体がブ
ロック型の場合を示しており、この場合に用いられる被
覆材23は、封止体22の形状に合うように、ブロック
型のものが用いられる。
【0042】第3の実施形態で用いられる封止体の形
状、端子の接続方法などは、特に限定されず、例えば、
図5に示すように、被覆材21′の装着が安定するよう
に、係止部24が突設した封止体20′であってもよ
く、この場合に用いられる被覆材21′は封止体20′
の係止部24に係合する係合凹部25を有するものであ
る。
【0043】また、図6に示すように、発光素子1を埋
設している封止体28の周囲を反射枠27で囲で直方体
乃至円柱となし、発光素子1からの光が透過する上面に
蛍光物質4を含有する被覆材を配置してもよい。
【0044】被覆材は、基材ポリマーに上記蛍光組成物
を添加してなるポリマー組成物の成形体である。基材ポ
リマーとしては、発光素子から発光する光の透光性のよ
い透明性のポリマーであればよく、所望により、耐久
性、耐薬品性、絶縁性を有するポリマーである。具体的
には、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチ
レン樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリプロ
ピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、シリコーン系エラスト
マー、ポリスチレン系熱可塑性エラストマー、ポリオレ
フィン系熱可塑性エラストマー、ポリウレタン系熱可塑
性エラストマー等の樹脂を使用できる。これらのうち、
封止体への被覆作業が簡単でしかも装着後は、取れにく
い安定な被覆材を提供できるように、弾力性に優れたゴ
ム、エラストマー又はこれらの混合物が好ましく用いら
れる。
【0045】被覆材料組成は、封止材料と同様に、基材
ポリマー100質量部に対する赤色蛍光物質の含有量は
2〜40質量部であることが好ましい。また、YAGを
含有する場合には赤色蛍光物質との混合割合(YAG:
赤色蛍光物質)は、1:0.2〜1:4であることが好
ましい。
【0046】被覆材の形状は、封止体に装着できる形状
であればよく、必要に応じて、先端部分に集光機構を有
していてもよい。かかる機構によって輝度を大きくする
ことができ、少ないエネルギーで効率的に照明作用を果
たすことができる。集光機構としては、例えば先端部分
の肉厚を他の部分より厚くしたレンズ構造などが挙げら
れる。
【0047】被覆材の装着は、例えばキャップ形状であ
れば封止体に被覆するだけでもよいし、封止体が係合部
を有している場合には、被覆材を係合させることによ
り、被覆材をはずれにくくすることができる。シート形
状の被覆材の場合には、接着剤を介して、あるいは熱融
着や超音波接着等により封止体に固着することが好まし
い。
【0048】以上のような構成を有する第3の実施形態
の場合、封止材料には蛍光物質を含有させる必要はな
く、基材樹脂で成形された透明体を用いればよので、封
止材の自由度が高まり、色調変更を容易に実現すること
ができるという効果がある。つまり、封止材用樹脂組成
物は、少なくとも1ロット分調製する必要があるので、
材料の変更すなわち色調の変更が大掛かりなものとな
り、多品種少量生産に適さない。この点、第3の実施形
態では、被覆材の種類を変更するだけでLEDの色調を
変更することができるので、封止材の材料を一定にして
おけばよく、生産調整が行ないやすいという利点があ
る。
【0049】
【実施例】〔評価方法〕 励起スペクトル 分光蛍光光度計FP−750(日本分光社製)を用い
て、励起スペクトル(横軸に波長、縦軸に吸光強度)を
測定した。
【0050】発光スペクトル 分光蛍光光度計FP−750(日本分光社製)を用い
て、所定の励起波長に対する発光スペクトル(横軸に波
長、縦軸に発光強度)を得た。
【0051】発光特性 LEDから拡散発光される発光色を、分光放射輝度計
(Photo Research社製のPR704)を
用いて、CIE(国際照明委員会)色度座標x,y及び
輝度Lを測定した。
【0052】輝度は大きいほど明るいことを示し、色度
座標は座標の値が大きくなるほど、白色から離れて黄色
味を帯びた色であることを示す。
【0053】演色性 平均演色評価数Ra及び特殊演色評価数R9〜R15によ
り評価した。
【0054】平均演色評価数Raとは、規定された8種
類の試験色についての特殊演色評価数の平均値に相当す
る演色評価数であり、特殊演色評価数(Ri)とは規定
された試験色の各々について、基準の光で照明したとき
と試料光源で照明したときとの規定の均等色空間におけ
る座標の変化から求める演色評価数である。
【0055】〔赤色蛍光物質LiEu(1-x)x28
調製〕Li2O、Eu23、Y23、WO3を化学量論比
で秤量しエタノール中でボールミルにて混合を行った。
乾燥後粉砕し、アルミナ製るつぼに入れて大気中、10
00℃で2時間焼成することにより、LiEuW28
LiEu0.70.328、LiEu0.50.528、L
iEu0.30.728、LiEu0.10.928を得
た。
【0056】LiEuW28化合物の励起スペクトルを
測定した結果を、図7に示す。図7から、465nm,
536nmに励起帯が存在することがわかる。つまり、
LiEuxLnW28系化合物は、青色LED、緑色L
EDに対する赤色発光蛍光物質として有用であることが
わかる。
【0057】次に、上記で調製した蛍光物質について、
励起波長を470nmとした場合の発光特性を測定し
た。得られた発光スペクトルを図8に示す。図8におい
て、横軸は波長(nm)を示し、縦軸は発光強度を示し
ている。
【0058】図8から、LiEu(1-x)x28系化合
物における620nm付近の発光強度は、xが0のと
き、すなわちLiEuW28のときが最も大きかった。
【0059】〔赤色蛍光物質LiEu(1-x)MoO8の調
製〕Li2O、Eu23、MoO3を化学量論比で秤量し
エタノール中でボールミルにて混合を行った。乾燥後粉
砕し、アルミナ製るつぼに入れて大気中にて600℃で
3時間焼成することにより、LiEuMo28化合物を
得た。
【0060】このLiEuMo28の励起スペクトル及
び励起波長を470nmとした場合発光スペクトルを測
定した結果を、図9に示す。図9において、縦軸に吸光
(又は発光強度、横軸に波長(nm)を示し、実線が励
起スペクトルであり、破線が発光スペクトルである。
【0061】図9から、LiEuW28化合物と同様に
614nmにEu+3イオンの50 72遷移による赤色
発光が得られることがわかる。また、励起波長は46
5,537nmにピークを持つことから、青色LEDだ
けでなく緑色LEDに対しても利用することが出来る。
【0062】〔LEDにおける赤色蛍光物質の含有量と
発光色との関係〕シリコーンゴム100質量部に対する
LiEu0.70.328の含有量を表1に示すように変
えた被覆材料用組成物を調製した。この組成物を用い
て、肉厚0.35mmのキャップ形状の被覆材を成形し
た。この被覆材を、青色発光素子を埋設した封止体およ
び緑色発光素子を埋設した封止体に装着し、20mAで
積分球内で点灯させ発光色を測定した。測定結果を表1
に示す。
【0063】
【表1】
【0064】表1から、蛍光物質の含有量が多くなるに
つれて、輝度が低下することがわかる。しかしながら、
蛍光物質の添加量が増えるにつれて、x,yの値はそれ
ぞれ増大し、赤味がかった色の光が発光されていること
がわかる。
【0065】〔YAG蛍光物質が共存するLEDにおけ
る赤色蛍光物質の含有量と発光色との関係〕シリコーン
ゴム100質量部に対して、Ce3+イオンを母体結晶に
対し4mol%添加したY1.8Gd1.2Al512を20
質量部、LiEu0.70.328化合物を表2に示す量
だけ添加した被覆材用組成物を調製した。この組成物を
用いて、肉厚0.35mmのキャップ形状の被覆材を成
形した。
【0066】成形した被覆材を、青色発光素子(主発光
波長468nm)を埋設した砲弾型封止体に装着して白
色LEDを製造し、その発光スペクトル及び発光特性を
測定した。発光特性を表2に、発光スペクトルを図10
に、夫々示す。尚、図10における発光強度は、赤色蛍
光物質の添加量0部の場合の468nmの発光強度を1
とした場合の相対値を示している。
【0067】
【表2】
【0068】表2からわかるように、LiEu0.70.3
28の添加量が30部までは色度は白色から黄色方向
にシフトしていくが、40部以上では逆に白色方向へシ
フトしている。また、添加量が増えるに従って、輝度が
低下していくことがわかる。
【0069】図10から、LiEu0.70.328を添
加することにより、468nmでの発光強度が低下する
とともに、616nmに5072遷移によるLiEu
0.70.328の発光ピークが表れることがわかる。そ
して、LiEu0.70.328の添加量の増大に従っ
て、468nmの発光度が低下するとともに全体的に発
光強度が下がる傾向にあるが、616nmの発光強度が
大きくなっていくことがわかる。具体的には、468n
mの発光強度(Ia)と616nmの発光強度(Ib)の
比(Ia:Ib)は1:0.5〜1:2であった。
【0070】〔LEDにおける演色性ついて〕 LED1,2;基材ポリマー(シリコーンゴム)100
質量部に、YAGを表3に示す量を添加して、被覆材用
樹脂組成物を調製し、肉厚0.35mmの被覆材No.
1,2を成形した。これを青色発光素子を埋設した封止
体に装着して、演色性、発光特性を測定した。結果を表
3に示す。
【0071】尚、YAG蛍光物質としては、赤系YAG
蛍光物質を用いた。
【0072】LED3〜5;基材ポリマー(シリコーン
ゴム)100質量部に、YAG蛍光物質及び赤色蛍光物
質(CaS:Eu)を表3に示す量を添加して、被覆材
用樹脂組成物を調製し、肉厚0.35mmの被覆材N
o.3〜5を成形した。これを青色発光素子を埋設した
封止体に装着して、演色性、発光特性を測定した。結果
を表3に示す。さらにNo.4,5の発光スペクトルを
図11,12に示す。
【0073】尚、YAG蛍光物質としては、赤系YAG
蛍光物質又は緑系YAG蛍光物質を用いた。
【0074】LED6:基材ポリマー(シリコーンゴ
ム)100質量部に、YAG蛍光物質及び赤色顔料(ア
ゾ系)を表3に示す量を添加して、被覆材用樹脂組成物
を調製し、肉厚0.35mmの被覆材No.6を成形し
た。これを青色発光素子を埋設した封止体に装着して、
演色性、発光特性を測定し、その結果を表3に示す。さ
らに発光スペクトルを図13に示す。
【0075】LED7:市販されている白色LEDで、
青色発光素子にYAGを含む蛍光層が積層されたものを
樹脂で砲弾型に封止したものである。尚、ここに用いら
れている青色発光素子は、上記白色LEDで用いた青色
発光素子とは異なる。
【0076】この白色LEDの演色性、発光特性を測定
した結果を表3に示す。また、発光スペクトルを図14
に示す。
【0077】尚、図11〜14に示す発光スペクトルの
縦軸は、発光ピークである青色(図11,13,14)
又は赤色(図12)の光の発光強度を100とした相対
発光強を示している。
【0078】
【表3】
【0079】図13は、赤系YAGを用いているので、
発光素子からの光458nmの他に、580〜600n
mにもピーク(発光強度は青色の光の60%程度)が現
われている。そして、500nm付近の光は少なくなっ
ている。
【0080】図14は赤色顔料を入れた場合の発光スペ
クトルで、そのスペクトルパターンは図13と類似して
いるが、強度の100%が図13では3.3×10-3
あり、図14では1.62×10-3であることからわか
るように、顔料を使用した場合には全体として発光強度
が低下している。
【0081】一方、図11,12は本発明に係るLED
の発光スペクトルであり、650nm付近にピークが見
られ、そのピークは青色の発光ピークの60%以上の強
度を有しており、また500nm付近で図13,14の
ような発光の落ち込みは認められなかった。つまり、4
00〜700nmまで、平均的に発光し、演色性が向上
していることがわかる。
【0082】以上のことは、表3において、赤色蛍光物
質を含有する本発明に係る白色LEDだけがRa85以
上を示しており、演色性が向上していることからも明ら
かである。
【0083】つまり、No.2のように、赤系YAG蛍
光物質の含有量を増やしても、Ra85以上は達成でき
ないばかりか、YAGから発光される黄色の光も強くな
りすぎて、鮮やかな赤色の指標となるR9を極端に低下
させることとなった。一方、本発明に係る白色LED
は、YAG蛍光物質の種類に拘わらず、Ra85以上を
達成できたばかりか、特殊演色評価数R9〜R15の値を
それ程低下させることもなく、演色性に優れていること
がわかる。具体的には、赤系YAGを用いたNo.1,
2や、赤色顔料を用いたNo.6、更に市販品のいずれ
と比べても優れた演色性を示すことがわかる。また、N
o.6は被覆材に赤色顔料が添加されているので、鮮や
かな赤色の指標となるR9の値は増加したが、黄色の指
標となるR1 0が極端に低下したばかりか、顔料の影響か
ら、輝度が低下することとなった。
【0084】尚、輝度については、市販品が特に高くな
っているが、これは埋設されている青色発光素子の差に
よるものと考えられる。
【0085】
【発明の効果】本発明の発光ダイオードは、青色〜緑色
発光素子を用いた従来の発光ダイオードよりも赤色の発
光に優れている。従って、YAGと組み合せて用いるこ
とにより、蛍光灯や自然光に近い演色性に優れた白色ダ
イオードを提供することができる。
【0086】また、本発明の被覆材を用いれば、従来の
発光ダイオードに装着するだけで本発明の演色性に優れ
た白色LEDとして利用することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態のダイオードの主要部分
の構成を示す模式図であり、(a)はコーティングタイ
プ、(b)はフィルムタイプを示している。
【図2】本発明の第2実施形態のダイオードの構成を示
す模式図であり、(a)は砲弾型、(b)はブロック型
を示している。
【図3】本発明の第3実施形態のキャップ型ダイオード
の構成を示す模式図である。
【図4】本発明の第3実施形態のブロック型ダイオード
の構成を示す模式図である。
【図5】本発明の第3実施形態において係合部を有する
被覆材を用いたLEDの構成を示す模式図である。
【図6】本発明の第3実施形態においてシートタイプの
被覆材を用いたLEDの構成を示す模式図である。
【図7】LiEuW28の励起及び発光スペクトルであ
る。
【図8】LiEu(1-x)x28系蛍光物質におけるx
と発光強度との関係を示す発光スペクトルである。
【図9】LiEuMo28の発光及び励起スペクトルで
ある。
【図10】赤色蛍光物質の含有量と発光強度との関係を
示す発光スペクトルである。
【図11】白色LED4の発光スペクトルである。
【図12】白色LED5の発光スペクトルである。
【図13】白色LED6の発光スペクトルである。
【図14】白色LED7の発光スペクトルである。
【符号の説明】
1 発光素子 2,2′ 蛍光層 4 蛍光物質 11,12 封止体 20,20′ 封止体 21,21′,23 被覆材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 市川 明 福島県西白河郡泉崎村大字泉崎字坊頭窪1 番地 株式会社朝日ラバー内 (72)発明者 高木 和久 福島県西白河郡泉崎村大字泉崎字坊頭窪1 番地 株式会社ファインラバー研究所内 (72)発明者 小田喜 勉 福島県西白河郡泉崎村大字泉崎字坊頭窪1 番地 株式会社ファインラバー研究所内 Fターム(参考) 2H091 FA45Z LA12 LA15 LA16 5F041 AA12 CA40 CB31 DA41 FF01

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 青色〜緑色発光素子と該発光素子から発
    光される光の波長を変換する蛍光物質とを有する発光ダ
    イオードであって、 前記蛍光物質には、Euで付活したCaS蛍光物質が含
    まれている発光ダイオード。
  2. 【請求項2】 青色〜緑色発光素子と該発光素子から発
    光される光の波長を変換する蛍光物質とを有する発光ダ
    イオードであって、 前記蛍光物質には、一般式AEu(1-x)Lnx28(A
    はLi,K,Na,及びAgよりなる群から選ばれる1
    種、LnはY,La,及びGdよりなる群から選ばれる
    1種、BはW又はMoであり、xは0以上1未満の数で
    ある。)で表される蛍光物質が含まれている発光ダイオ
    ード。
  3. 【請求項3】 前記発光素子は、400〜600nmの
    光を発光するダイオードである請求項1又は2に記載の
    発光ダイオード。
  4. 【請求項4】 前記蛍光物質には、さらに、Ceで付活
    したYxGd3-xAl 512蛍光物質(0≦x≦3)が含
    まれている請求項1〜3のいずれかに記載の発光ダイオ
    ード。
  5. 【請求項5】 前記蛍光物質は、前記発光素子表面に積
    層された蛍光層に含まれている請求項1〜4のいずれか
    に記載の発光ダイオード。
  6. 【請求項6】 前記蛍光物質は、発光素子を封止する透
    明樹脂中に含まれている請求項1〜4のいずれかに記載
    の発光ダイオード。
  7. 【請求項7】 前記発光素子は透明樹脂に封止されて封
    止体とされており、 前記蛍光物質は、該封止体を被覆する被覆材に含まれて
    いる請求項1〜4のいずれかに記載の発光ダイオード。
  8. 【請求項8】 前記被覆材は、基材ポリマー100質量
    部、AEu(1-x)Lnx28で表わされる蛍光物質2〜
    40質量部、及びCeで付活したYxGd3- xAl512
    蛍光物質を含有するポリマー組成物の成形体である請求
    項7に記載の発光ダイオード。
  9. 【請求項9】 前記被覆材は、基材ポリマー100質量
    部、Euで付活したCaSを2〜40質量部、及びCe
    で付活したYxGd3-xAl512蛍光物質を含有するポ
    リマー組成物の成形体である請求項7に記載の発光ダイ
    オード。
  10. 【請求項10】 前記基材ポリマーは、ゴム及び/又は
    熱可塑性エラストマーである請求項8又は9に記載の発
    光ダイオード。
  11. 【請求項11】 平均演色評価数(Ra)の値が85以
    上である請求項4〜10のいずれかに記載の発光ダイオ
    ード。
  12. 【請求項12】 特殊演色評価数R9の値が80以上で
    ある請求項11に記載の発光ダイオード。
  13. 【請求項13】 470nm±2nmの発光強度
    (Ia)に対する610〜640nmの発光強度(Ib
    の比(Ia:Ib)が1:0.5〜1:2である請求項1
    〜10のいずれかに記載の発光ダイオード。
  14. 【請求項14】 青色〜緑色発光素子が透明樹脂で封止
    された発光ダイオード本体に被覆して用いられる発光ダ
    イオード用被覆材であって、 基材ポリマーと、 Euで付活したCaS蛍光物質とを含んでいる発光ダイ
    オード用被覆材。
  15. 【請求項15】 青色〜緑色発光素子が透明樹脂で封止
    された発光ダイオード本体に被覆して用いられるダイオ
    ード用被覆材であって、 基材ポリマーと、 一般式AEu(1-x)Lnx28(AはLi,K,Na,
    及びAgよりなる群から選ばれる1種、LnはY,L
    a,及びGdよりなる群から選ばれる1種、BはW又は
    Moであり、xは0以上1未満の数である。)で表され
    る蛍光物質とを含んでいる発光ダイオード用被覆材。
  16. 【請求項16】 さらに、Ceで付活したYxGd3-x
    512蛍光物質を含む請求項14または15に記載の
    発光ダイオード用被覆材。
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