JP2002223008A - 発光素子 - Google Patents
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Abstract
光層2を具える。発光素子1の耐用年数を延ばすため
に、蛍光層2の蛍光体4は耐水コーティングを有する。
Description
発光ダイオード及び蛍光層を設けた発光素子に関するも
のである。
半導体ダイオードが従来既知である。半導体ダイオード
の発光は、順方向にバイアスをかけられた半導体のpn
遷移の遷移領域の電子−ホール対(励起子)の再結合に
基づく。半導体のバンドギャップの寸法は、放出された
光の波長を大まかに決定する。
ラーディスプレイでも使用される。カラーディスプレイ
において、3原色の赤色、緑色及び青色を、赤色発光半
導体ダイオード、緑色発光半導体ダイオード及び青色発
光半導体ダイオードのアレイによって発生させる。しか
しながら、この場合、本物に近いカラー画像描写、特に
画像中の緑色及び青色の真の描写を達成する方法が問題
となる。
よって、ダイオードのアドレス指定を行うカラー画像ス
クリーン上における真のカラー画像表示の可能性が増大
している。UV放射を行う半導体ダイオードとUV放射
を可視光に変換する発光体を組み合わせることによっ
て、半導体ダイオードによる所望の可視光のうちの任意
の色及び白色を表現することができる。そのようなカラ
ーディスプレイは、例えばドイツ国特許番号第1980
0983号から既知である。この原理は、適切な発光体
を使用する場合には、紫色又は青色光を出射する半導体
ダイオードにも当てはまる。
た場合における発光半導体ダイオードの主な利点は、高
い安定性及びそれに伴う長い耐用年数である。ダイオー
ドのアドレス指定を行うカラー画像スクリーンの制限要
因は、蛍光層で用いられる蛍光体の安定性である。蛍光
体が周辺雰囲気から完全に分離されないので、水に反応
する蛍光体は、空気からの水分によって加水分解される
おそれがある。比較的安定な蛍光体も、高温及び高湿度
の影響下で加水分解されるおそれがある。蛍光層中の蛍
光体の劣化によって、発光素子の耐用年数が短縮する。
層が設けられた耐用年数が向上した発光素子を提供する
ことである。
1個の発光ダイオード及び蛍光層を設け、この蛍光体
が、コーティングを有する少なくとも一つの蛍光体を具
えることを特徴とする発光素子によって達成される。
度の耐水フィルムを有する蛍光体粒子のコーティングに
よって防止される。
料、無機材料及びガラス材料からなる群から選択する。
ス及びポリオルガノシロキサンからなる群から選択す
る。
イ酸塩、ホスホケイ酸塩、アルカリケイ酸塩からなる群
から選択する。
ホウ酸塩、リン酸塩及びこれら材料の組合せからなる群
から選択する。
は、蛍光体粒子に対して肉薄で水に対して不溶性のコー
ティングを形成し、そのコーティングは蛍光体と反応せ
ず、かつ、UV放射すなわち410−450nmの波長
を有する放射によって劣化されない。さらに、コーティ
ングは無色であり、したがって、蛍光体の色の値に影響
を及ぼさない。
a,Sc,Y及びLuからなる群から選択したオルトリ
ン酸塩MPO4、又は、101と106との間の鎖長n
及びMをCa,Sr及びBaから選択した組成(M
0.5PO3)を有するポリリン酸塩としたことを特徴
とする。
面を有する十分に閉ざされた薄膜を形成する。
化発光体、アルミン酸発光体、ホウ酸発光体、バナジン
発光体及びケイ酸発光体からなる群から選択する。
ることによって、UV放射又は青色光を、更に長い波長
の可視光に変換する。
Al5O12:Ce,(Y,Gd) 3(Al,Ga)5
O12:Ce及びBaMgAl10O17:Eu,Mn
からなる群から選択する。
l5O12は、青色光によって励起されると黄色を発す
る蛍光体となる。
S:Eu,SrGa2S4:Eu,(Sr,Ca,B
a)(Al,Ga)2S4:Eu,SrY2S4:E
u,(Mg,Ca)S:Eu,SrS:Ce,CaS:
Ce,CaLa2S4:Ce及びCaS:Ce,Euか
らなる群から選択する。
蛍光体は、以下の反応式に基づいて空気中の水分によっ
て加水分解される。 SrS+2H2O→Sr(OH)2+H2S したがって、好適には硫化物を有するコーティングによ
って蛍光体が安定化される。
及びケイ酸塩のコーティングを有するSrS:Euを含
む。
は、最も簡単な場合において、UV放射又は青色光を発
するダイオード2と、ダイオード3に設けられた蛍光層
2とを具える。本実施の形態では、蛍光層2は、耐水コ
ーティングを行った蛍光体4を有する透明層5を具え
る。透明層5の材料を、例えば、ポリアクリレート(pol
yacrylate)、ポリスチロール(polystyrol)、エポキシ樹
脂(epoxide resin)、ポリプロピレン、ポリカーボネー
ト又は他の一部の重合体とすることができる。
は、通常、エポキシ樹脂のレンズが成形されるエポキシ
ハウジング6によって保護される。このレンズは、発光
素子1からの光の案内を向上させる役割を果たす。本実
施の形態では、蛍光層2を透明層5とエポキシハウジン
グ6との間に設けてもよい。蛍光層2を、エポキシハウ
ジング6の外側のコーティングとして設けることもでき
る。これらの場合において、蛍光層2は、コーティング
を設けた蛍光体4を具える蛍光体混合物(phosphor)を含
む。他の実施の形態では、蛍光層2がエポキシ樹脂から
形成され、蛍光体4にコーティングを設ける。本実施の
形態では、蛍光層2はエポキシハウジング6を形成す
る。
合、蛍光層は、赤色を発する蛍光体、青色を発する蛍光
体及び緑色を発する蛍光体の物理的な混合を含む。
ード3のアレイによって容易に製造することができる。
そのような発光ダイオード3のアレイを、蛍光層2によ
って押しつけられたガラスプレートによってカバーする
ことができる。蛍光層2は、三角形に配置した3点パタ
ーンで設けられた赤色発光体、緑色発光体及び青色発光
体を具える。
INGaN又はGaNを含む。このUVを出射するダイ
オード3は、半値幅FWHM<50nmである370n
mと410nmの間の最大発光(emission maximun)を有
する。410nmと450nmの間の波長を有する青色
光を出射するダイオード3は、例えば、InGaN/A
lGaN構造を有する。UV又は青色光を出射するダイ
オード3に電気的なエネルギーを供給する手段を、発光
を維持するために設ける。その手段は、少なくとも2個
の電極を有する。
酸化蛍光体、硫化蛍光体、アルミン酸蛍光体、ほう酸蛍
光体、バナジン酸蛍光体又は珪酸蛍光体とする。特に、
以下の蛍光体が使用される:Y3Al5O12:Ce,
(Y,Gd)3(Al,Ga)5O12:Ce,BaM
gAl10O17:Eu,Mn,Y2O2S:Eu,B
i,YVO4:Eu,Bi,YVO4:Eu,Bi,Y
BO3:Ce,Tb,(Sr,Ba)2SiO4:E
u,Ca2MgSi2O7:Eu,Sr2CeO 4:E
u,SrS:Eu,SrGa2S4:Eu,(Sr,C
a,Ba)(Al,Ga)2S4:Eu,SrY
2S4:Eu,(Ca,Sr)S:Eu,(Mg,C
a)S:Eu,SrS:Ce,CaS:Ce,CaLa
2S4:Ce又はCaS:Ce,Eu。
よって被覆される。対数コーティングの層の厚さは、通
常、0.001−0.2μmであり、したがって、非常
に薄いので、光子が、エネルギーをほとんど損失するこ
となく層を通過することができる。
に応じて種々の方法に従う。
テックスを有機溶媒で溶解する。その後、蛍光体4がこ
の溶媒中で懸濁(suspend)される。ラテックスは、ラテ
ックスが溶解しない溶媒を加えることによって、蛍光体
2の粒子に沈殿(precipitate)される。コーティングさ
れた蛍光体を濾過及び乾燥した後、ラテックスは高温で
溶融(fuse)される。
リシロキサンを蛍光体4に直接混合することによって得
られる。代わりに、ポリシロキサンを有機溶媒に溶融
し、その後、蛍光体4をこの溶媒に懸濁させることもで
きる。溶媒の蒸発後、蛍光体4の粒子に接着するポリシ
ロキサンを、過熱、触媒又はラディカルな開始(radical
initiation)によって交差結合させる。
licate)又はアルカリケイ酸塩からガラスタイプのコー
ティングを製造するために、例えば珪酸カリウム又は珪
酸ナトリウムの珪酸塩のコロイド溶液を、水酸化アンモ
ニウム溶媒に加える。蛍光体4を加えた後、結果的に得
られる混合物を強力にかき混ぜる。コーティングを有す
る蛍光体4を濾過して取り出すとともに、100℃で乾
燥する。
を含むのがコーティングに有利である。そのようなコー
ティングを製造するためには、ホウケイ酸塩、ホスホケ
イ酸塩又はアルカリケイ酸塩のコロイド溶液を水酸化ア
ンモニウム溶液に加える。蛍光体4を加えた後、エタノ
ール中のテトラエチルオルトケイ酸塩(tetraethyl orth
osilicate)の溶液を混合物に加え、結果的に得られた混
合物を強力にかき混ぜる。コーティングを有する蛍光体
4は、取り出されるとともに100℃で乾燥される。
ィング層を設けることができる。このために、既に説明
したように、ホウケイ酸塩、ホスホケイ酸塩又はアルカ
リケイ酸塩のコロイド溶液を水酸化アンモニウム溶液に
加える。先ず、既にコーティングを設けた蛍光体4をこ
の混合物に加え、その後、エタノール中のテトラエチル
オルトケイ酸塩(tetraethyl orthosilicate)の溶液を加
える。強力にかき混ぜた後、二重コーティングした蛍光
体4を取り出すとともに100℃で乾燥する。
に、所望のコーティング材料、例えば、酸化物、ホウ酸
塩、リン酸塩又はこれらコーティング材料の組合せを含
む懸濁液を作る。
ィング材料の前駆物質も含み、それは、その後、熱処理
によって所望の粒子に転化される。したがって、例え
ば、Mg(OH)2を含む懸濁液は、先ず、蛍光体4の
粒子の上に設けられ、その後、MgOの層に熱的に転化
される。
化物を含むコーティングに使用される開始化合物を、水
溶性の金属塩、特に、水溶性の硝酸塩、酢酸塩、又はク
エン酸塩とする。これら金属塩の一つ以上が、コーティ
ング溶液を作る間に水中で溶解され、pH値が7に調整
される。被覆すべき蛍光体4はこの溶液中で拡散する。
このようにして得られた蛍光体4の水性懸濁液は、懸濁
液のpH値が9.5まで上昇するとともに酸化物又は水
酸化物が蛍光体粒子に沈殿するまで、かき混ぜながらア
ンモニアを含む雰囲気に接触し続ける。コーティングを
有する蛍光体4が取り除かれ及び乾燥される。蛍光体が
水酸化物で被覆された場合、それは、段階的に上昇する
温度で焼成されて、水酸化物が、対応する酸化物に転化
される。
適には、単量体の加水分解可能な無水ケイ酸、例えば、
テトラエチルオルトケイ酸を最初に調合する。蛍光体4
を加えた後、結果的に得られる混合物を強力にかき混
ぜ、その後、溶媒、例えばエタノールを除去する。コー
ティングを有する蛍光体4は、高密度のSiO2のコー
ティングを得るために80℃の水蒸気で飽和した雰囲気
に露出する。
的に凝縮してもよい。このために、単量体の無水ケイ酸
を、希薄HClの触媒量に混合し、還流下で24時間加
熱する。その後、溶媒を、予め凝縮された無水ケイ酸を
含むことなく、蒸留によって除去する。
いられる開始化合物を、組成MX3・H2Oを有する可
溶性金属塩とする。この場合、Mは、金属Al,Sc,
Y,Lu及びLaのうちの一つを表し、Xは、陰イオン
CH3COO−,RO−,NO3 −,Cl−,CH3C
OCH=C(O−)CH3及びーOOCCH2CH(O
H)(COO−)CH2COO−のうちの一つ以上を表
し、yは、零以上の数を表す。溶媒としては一般に水が
用いられる。
この溶液に加える。結果的に得られる溶液を好適には薄
膜ナイロンフィルタによって濾過した後、蛍光体4を加
える。懸濁液を、そのpH値が7になるまでかき混ぜな
がら加熱する。室温まで冷却した後、コーティング4を
有する蛍光体4は、取り出され、すすがれ、かつ、乾燥
される。
形成するために、ポリリン酸塩の水溶液を、被覆すべき
蛍光体4の懸濁液に加える。ポリリン酸塩は、組成(M
0. 5PO3)nを有し、この場合、Mを、Ca,Sr
及びBaの群から選択し、鎖長nは101と106の間
にある。Ca,Sr又はBaの水溶性の塩の水溶液を、
この懸濁液に加える。懸濁液のpH値は、アンモニア又
はナトリウムの苛性アルカリ溶液を加えることによっ
て、アルカリ領域に保持される。コーティングを有する
蛍光体4は、取り出され、すすがれ、かつ、乾燥され
る。
するために、ほう酸エステルのアルコール溶液に、被覆
すべき蛍光体4の懸濁液を加え、そのエステルは、一般
式H n−2BnO2n−1を有する多ほう酸(polyboric
acid)から得られる。この場合、n≦3である。結果的
に得られる反応混合物は、2−24時間室温でかき混ぜ
られ、コーティングを有する蛍光体4が取り出され、か
つ、乾燥される。
る。
ルトケイ酸塩(TEOS)30.0gを、0.1M H
Cl0.864mlに混合する。結果的に得られる反応
混合物は、還流下で24時間加熱される。その後、凝縮
が行われなかったTEOS及びエタノールが、蒸留によ
って除去される。
0.0mlで懸濁する。予め凝縮されたTEOSをこの
懸濁に加え、結果的に得られる混合物を15分間かき混
ぜる。真空における溶媒の蒸留後、結果的に得られるT
EOSを被覆したSrS:Euを、80℃の温度の水蒸
気を含む空気に露出する。SiO2のコーティングの膜
厚を100nmとする。
2の層によるSrS:Euの蛍光体粒子のコーティング
によって量子効率がほとんど減少しないことを示す。
びSrS:Euの量子効率(Q.E.)、吸収(Ab
s.)及び表面組成
iO2を被覆したSrS:Euを含む蛍光層2を有する
発光素子1を製造する。このために、InGaN/Al
GaNダイオード3を、ポリアクリレートの透明層5に
よって包囲する。透明層5は、蛍光体4としてSiO2
を被覆したSrS:Euを更に含む。その後、発光素子
1はエポキシハウジング6によって保護される。
%の)コロイド状のケイ酸カリウム溶液25gをこの混
合物に加える。その後、SrS:Euを加え、結果的に
得られる懸濁液を強力にかき混ぜる。エタノール750
ml中のテトラエチルオルトケイ酸塩10mlの溶液
を、15分未満の期間に亘って懸濁液に滴下する。結果
的に得られる反応混合物は、室温で90分間かき混ぜら
れる。被覆されたSrS:Euが取り出され、100℃
で乾燥される。被覆された蛍光体は、水750g中のア
ンモニア250g及びコロイド上のケイ酸カリウム25
gの混合物中で再び懸濁される。エタノール1リットル
と、エタノール500ml中のテトラエチルオルトケイ
酸10mlとの混合物を、この懸濁液に滴下する。結果
的に得られる反応混合物を、室温で60分間かき混ぜ
る。ケイ酸カリウムのコーティングを有するSrS:E
uが取り出され、100℃で乾燥される。
ケイ酸カリウムを被覆したSrS:Euを含む蛍光層2
を有する発光素子1を製造する。このために、InGa
N/AlGaNダイオード3は、ポリアクリレートの透
明層5によって包囲される。蛍光体4が透明層5の上に
設けられると、ケイ酸カリウムを被覆したSrS:Eu
を含む蛍光層2が設けられる。その後、発光素子1は、
エポキシハウジング6によって保護される。
5リットル中に溶解する。85%H3PO41.37g
及び尿素36.04gをこの溶液に加える。結果的に得
られる混合物を膜厚0.2μmのナイロンフィルタに濾
過した後、SrGa2S4を加える。懸濁液を、溶液の
pH値が7になるまで90℃でかき混ぜる。懸濁液を室
温まで冷却することができ、AlPO4を被覆した蛍光
体SrGa2S4を取り出し、純水で数回洗浄し、か
つ、100℃で1時間加熱する。
AlPO4を被覆したSrGa2O 4を含む蛍光層2を
有する発光素子1を製造する。このために、InGaN
/AlGaNダイオード3を、ポリアクリレートの透明
層5によって包囲する。透明層5は、蛍光体4としての
AlPO4を被覆したSrGa2S4を更に含む。その
後、発光素子1はエポキシハウジング6によって保護さ
れる。
を、水50ml中に溶解する。Y3Al5O12を水5
0ml中で懸濁し、窒化マグネシウム溶液をこの懸濁液
に加える。7.5のpH値を有する結果的に得られた懸
濁液を強力にかき混ぜる。懸濁液のpH値は、濃縮アン
モニア溶液によってpH9.1まで上昇し、その結果、
Mg(OH)2が沈殿し始める。強力に2時間かき混ぜ
た後、コーティングが施された蛍光体が取り出され、8
0℃で乾燥され、最終的には250℃で2時間焼成され
る。
被覆したY3Al5O12を含む蛍光層2を有する発光
素子1を製造する。このために、このために、InGa
N/AlGaNダイオード3を、ポリアクリレートの透
明層5によって包囲する。透明層5は、蛍光体4として
のMgOを被覆したY3Al5O12を更に含む。その
後、発光素子1はエポキシハウジング6によって保護さ
れる。
Claims (10)
- 【請求項1】 少なくとも1個の発光ダイオード及び蛍
光層を設け、この蛍光体が、コーティングを有する少な
くとも一つの蛍光体を具えることを特徴とする発光素
子。 - 【請求項2】 前記コーティングを、有機材料、無機材
料及びガラス材料からなる群から選択したことを特徴と
する請求項1記載の発光素子。 - 【請求項3】 前記有機材料を、ラテックス及びポリオ
ルガノシロキサンからなる群から選択したことを特徴と
する請求項2記載の発光素子。 - 【請求項4】 前記ガラス材料を、ホウケイ酸塩、ホス
ホケイ酸塩、アルカリケイ酸塩からなる群から選択した
ことを特徴とする請求項2記載の発光素子。 - 【請求項5】 前記無機材料を、酸化物、ホウ酸塩、リ
ン酸塩及びこれら材料の組合せからなる群から選択した
ことを特徴とする請求項2記載の発光素子。 - 【請求項6】 前記リン酸塩を、MをAl,La,S
c,Y及びLuからなる群から選択したオルトリン酸塩
MPO4、又は、101と106との間の鎖長n及びM
をCa,Sr及びBaから選択した組成(M0.5PO
3)を有するポリリン酸塩としたことを特徴とする請求
項5記載の発光素子。 - 【請求項7】 前記発光体を、酸化発光体、硫化発光
体、アルミン酸発光体、ホウ酸発光体、バナジン発光体
及びケイ酸発光体からなる群から選択したことを特徴と
する請求項1記載の発光素子。 - 【請求項8】 前記アルミン酸発光体を、Y3Al5O
12:Ce,(Y,Gd)3(Al,Ga)5O12:
Ce及びBaMgAl10O17:Eu,Mnからなる
群から選択したことを特徴とする請求項7記載の発光素
子。 - 【請求項9】 前記硫化発光体を、SrS:Eu,Sr
Ga2S4:Eu,(Sr,Ca,Ba)(Al,G
a)2S4:Eu,SrY2S4:Eu,(Mg,C
a)S:Eu,SrS:Ce,CaS:Ce,CaLa
2S4:Ce及びCaS:Ce,Euからなる群から選
択したことを特徴とする請求項7記載の発光素子。 - 【請求項10】 前記発光素子が、SiO2及びケイ酸
塩のコーティングを有するSrS:Euを含むことを特
徴とする請求項1から9のうちのいずれか1項に記載の
発光素子。
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