JP2006032491A

JP2006032491A - 色彩温度調整可能な白色光発光方法及び白色光発光装置

Info

Publication number: JP2006032491A
Application number: JP2004206227A
Authority: JP
Inventors: Hung-Yuan Su; 蘇宏元
Original assignee: Lite On Technology Corp
Current assignee: Lite On Technology Corp
Priority date: 2004-07-13
Filing date: 2004-07-13
Publication date: 2006-02-02

Abstract

【課題】所要の色彩度と所要の強度が得られる白色光発光装置及びその発光方法を提供すること。
【解決手段】青色光発光ダイオードによって波長範囲が４００ｎｍないし５００ｎｍの青色光を発光するステップ１と、前記の青色光に励起されて波長範囲が５４０ｎｍないし７００ｎｍの蛍光を発光でき、且つ前記の青色光発光ダイオードの発光する青色光と混合して色彩温度６５００Ｋ以上の白色光を発光可能な複数の蛍光体を合成するステップ２と、波長範囲が５４０ｎｍないし６００ｎｍに設定されるオレンジ色光発光ダイオードを加入することによって白色光の色彩温度を調整するステップ３と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、随時に色彩温度調整可能な白色光発光方法及び白色光発光装置に係わり、特に青色光を発光可能な発光ダイオードを使用するとともに、複数の前記の青色光に励起されることができる蛍光材料を合せて使用し、先に高い色彩温度または低い色彩温度の白色光ライト・イネーブル（ｌｉｇｈｔｅｎａｂｌｅ）手段とするように混合し、また、他の複数個の発光ダイオード素子のイネーブル発光を合せて使用することによる調整する手段とすることによってその白色光ライト・イネーブル発光の色彩温度を随時に調整するようにした、色彩温度調整可能な白色光発光方法及び白色光発光装置に関するものである。

白色光は、一種の多くの色彩の混合光であり、人間の目に白色光であると認識される光線は、少なくとも二種以上の波長の光線の混合光である。例えば、人間の目が同時に赤色光と青色光と緑色光に刺激される場合に、または、同時に青色光と黄色い光に刺激される場合に、すべて白色光と認識されることになる。目前では、よく使用される光源には、蛍光灯があり、その色彩温度がほぼ７５００Ｋであり、また、白熱灯もあり、その色彩温度が３０００Ｋであり、また、他のものには、発展中の白色光発光ダイオードである。

既知の白色光発光ダイオードの製作方法には五種類あり、第一種の方法は、ＩｎＧａＡｌＰとＧａＮとＧａＮを材質とする三つのダイオードを使用し、それぞれダイオードを通過する電流をコントロールすることによって赤色光と緑色光と青色光とを発光させつつ、三つの色彩光を混合することによって白色光を生成するものである。第二種の方法は、ＧａＮとＩｎＧａＡｌＰを材質とする二つのダイオードを使用しつつ、それぞれのダイオードを通過する電流をコントロールすることによって、青色光と黄色い緑色光または青緑色光と赤色光を発光させることによって、二つの色彩光を混合して白色光を生成させるものである。第三種の方法は、１９９６年に日本の日亜化学会社の開発した窒化インジウム・ガリウム青色光発光ダイオードを使用するとともに、黄色い光を発光するイツトリウムアルミニウムガーネット型の蛍光粉を合せて使用することにより二つの色彩光を混合して白色光を発光させるものである。

第四種の方法は、日本の住友電工が１９９９年１月に開発したＺｎＳｅ材料を使用する白色光発光ダイオードを採用する方法であり、その技術は、まずＺｎＳｅのシングル・チップにＣｄＺｎＳｅ薄膜を形成し、通電後に、薄膜が青色光を発光し、同時に一部の青色光が基板に照射されて黄色い光を発光し、最後に、それらの青色光と黄色い光とが相補する色彩を形成して白色光を発光するものである。第五種の方法は、紫外線白色光発光ダイオードを採用するものであり、その原理は、紫外線ダイオードによって複数種の蛍光粉末を励起して蛍光を発光させ、色彩光を混合してから白色光を発光させるものである（例えば、特許文献１）。
ＵＳＰ６，５１３，９４９Ｂ１

前記の五種類の方法によって生成される白色光発光ダイオードについては、第一種と第二種の方法のほか、他の三種類の方法によると、単に単一の固定の色彩温度の白色光しか発光できなく、随時に色彩温度を調整できない。また、第一種の方法によると、三つのチップの電流を調整することによって混合してそれぞれ異なる色彩温度の白色光を発光できるが、三つのチップのそれぞれの電流をコンロールする必要があるので、制御電気回路が複雑になり、コストを高価にすることがあるので、好ましくないと認められている。また、前記の第二種の方法による場合では、二つのチップの電流をコントロールすることによってそれぞれ異なる色彩温度を有する白色光を混合生成できるが、単に二つの色彩の光線しか使用しないため、そのカバー可能な色彩温度の範囲は一部しかなく、随時に常用光源の色彩温度、例えば、蛍光灯の７５００Ｋと白熱灯の３０００Ｋを混合して出すことができないという課題を有している。

前記のそれぞれの課題を解消するために、本発明は、一種の色彩温度を調整可能な白色光発光方法及びその装置を提供し、当該方法においては、青色光を発光可能な青色光発光ダイオードを使用し、また、複数の前記の青色光に励起されることができる蛍光材料同士を合せて使用し、さきに高い色彩温度または低い色彩温度の白色ライト・イネーブル発光構成を作成し、それから、他の複数個の発光ダイオード同士のライト・イネーブル発光作用を合せて使用して調整することによって、随時にその白色ライト・イネーブル発光の色彩温度を調整可能にする。

また、本発明による装置は、第一の発光素子と、前記の第一の発光素子を案内して白色光を発光させる第二の発光素子と、電流をコントロールすることによって随時に前記の白色光を所要する色彩温度を有する白色光を生成させるように調整する第三の発光素子と、を備えている。
また、本発明の他の技術的手段は、青色光発光ダイオードによって波長範囲が４００ｎｍないし５００ｎｍの青色光を発光するステップ１と、
前記の青色光に励起されて波長範囲が５４０ｎｍないし７００ｎｍの蛍光を発光でき、且つ前記の青色光発光ダイオードの発光する青色光と混合して色彩温度６５００Ｋ以上の白色光を発光可能な複数の蛍光体を合成するステップ２と、
波長範囲が５４０ｎｍないし６００ｎｍに設定されるオレンジ色光発光ダイオードを加入することによって白色光の色彩温度を調整するステップ３と、
を備える点にある。
また、本発明の他の技術的手段は、青色光発光ダイオードによって波長範囲が４００ｎｍないし５００ｎｍの青色光を発光するステップ１と、
前記の青色光に励起されて波長範囲が５４０ｎｍないし７００ｎｍの蛍光を発光でき、且つ前記の青色光発光ダイオードの発光する青色光と混合して色彩温度６５００Ｋ以下の白色光を発光可能な複数の蛍光体を合成するステップ２と、
波長範囲が４８０ｎｍないし５００ｎｍに設定される青緑色光発光ダイオードを加入することによって白色光の色彩温度を調整するステップ３と、
を備える点にある。
また、本発明の他の技術的手段は、青色光発光可能な発光ダイオードからなる第一の発光素子と、
前記の第一の発光素子を案内して高い色彩温度または低い色彩温度の白色光を発光させる、複数個のライト・イネーブル発光体同士からなる第二の発光素子と、
波長範囲が４８０ｎｍないし６００ｎｍにあり、前記白色光の所要する色彩温度を調整する発光ダイオードからなる第三の発光素子と、
からなる点にある。

本発明による白色光発光装置には、少なくとも下記のような複数点の優れる点を有している。
（１）本発明の白色光発光装置による場合、随時にライト・イネーブル発光の色彩温度を調整でき、例えば、蛍光灯の７５００Ｋと白熱灯の３０００Ｋに調整でき、一つの発光装置内に同時に常用光源の色彩温度を有させることができる。つまり、同時に蛍光灯と白熱灯の色彩を所有することができる。
（２）単一のシングル・チップの電流をコントロールすることによって、ライト・イネーブル発光の色彩温度を調整できるので、その電気回路の製作コストがかなり安価的であり、極産業上の利用可能性に富むものを提供できる。
（３）その使用される蛍光材料が結晶体構造のものであるので、同時に蛍光粉と散光粉としての作用を所有しており、白色光発光の均一さを好適に改善できる。
本発明は、従来物と全く異なる構造を有する発光装置を提供できるので、全体の使用価値を大幅に向上できる。

前記のそれぞれの課題に鑑みて、本発明の発明者は研究開発を進めるとともに、学術の運用を合せて極めた結果、とうとう設計が合理的で効果的に前記のそれぞれの課題を解消可能な本発明を提出するに至った。

本発明による色彩温度を調整可能な白色光発光方法においては、青色光を発光可能な青色光発光ダイオードを使用し、また、複数の前記の青色光に励起されることができる蛍光材料同士を合せて使用し、さきに高い色彩温度または低い色彩温度の白色ライト・イネーブル発光構成を作成し、それから、他の複数個の発光ダイオード同士のライト・イネーブル発光作用を合せて使用して調整することによって、随時にその白色ライト・イネーブル発光の色彩温度を調整可能にする。前記の青色光発光ダイオードの発光層として窒化物系化合物半導体からなるものを使用し、その青色光発光ダイオードの波長が４００ｎｍ−５００ｎｍに設定され、且つ前記の蛍光体としてはＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ，ＧｄやＣａＳ：ＥｕまたはＳｒＧａ_２Ｓ_４：Ｅｕなどのいずれか一種を採用し、且つそれらの蛍光体のライト・イネーブル発光体の波長が５４０ｎｍ−７００ｎｍに設定され、且つ前記の合成方法として固形反応法または化学合成法などを好適に採用でき、また、前記の化学合成法には、さらにレモン酸ゲル法または共沈殿法などを好適に使用でき、また、前記の色彩調整用の発光ダイオードの色彩調整用発光層が窒化物系化合物半導体またはリン化物系化合物半導体からなるものを好適に使用し、且つ前記の色彩調整用の発光ダイオードの波長を４８０ｎｍ−６００ｎｍに設定し、その中では、その色彩調整用の発光ダイオードとして青緑光発光ダイオードまたはオレンジ色光発光ダイオードを好適に使用でき、下記に言及されるそれぞれの実施の形態は単に例を挙げて説明するものに過ぎなく、それらのものに限定するものではないことが言うまでもないことである。

また、本発明による色彩温度を調整可能な白色光発光装置には、第一の発光素子を有し、その第一の発光素子として発光ダイオードなどの手段を好適に採用でき、且つその発光ダイオードとして青色光を発光可能な青色光発光ダイオードを好適に使用でき、その青色光発光ダイオードに例えば３０ｍＡの電流を流すと、青色光を発光でき、この実施の形態において採用される青色光発光ダイオードの波長が４８０ｎｍに設定される。また、本装置には第二の発光素子を有し、それによって前記の第一の発光素子を案内して白色光を発光させることができる。その中では、前記の第一の発光素子の前記第二の発光素子に案内されて形成される白色光の強度が７５００Ｋである。

前記の第二の発光素子として複数個のライト・イネーブル（ＬｉｇｈｔＥｎａｂｌｅ）発光体同士を使用でき、それらのライト・イネーブル発光体同士が黄色い光を発光可能なライト・イネーブル発光体同士であり、それらのライト・イネーブル発光体同士の波長が５４０ｎｍないし７００ｎｍに設定され、それらのライト・イネーブル発光体としてＹ，Ｔｂ，Ｌａ，Ｇｄ，Ｐｒ，Ｓｍからなるグループより選出される少なくとも一つの元素、または、Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｆｅからなるグループより選出される少なくとも一つの元素を使用してＣｅとイネーブル反応を起こさせるものである。また、本装置には、第三の発光素子を有し、それによって白色光を所要する色彩温度を有する白色光となるように調整するものであり、その中では、前記の第三の発光素子として発光ダイオードを好適に使用でき、且つその第三の発光素子として好ましくはオレンジ色光を発光可能なダイオードを使用したほうがよく、そのオレンジ色発光ダイオードの波長が５９２ｎｍに設定される。

前記のオレンジ色発光ダイオードは、３０ｍＡの電流を流すと、オレンジ色の光線を発光でき、その第三の発光素子によって前記の白色光の強度を調整できるとともに、色彩温度を調整でき、その色彩温度が３０００Ｋ〜７５００Ｋの間にあり、且つ前記の第三の発光素子に所定の電流を流すと、所要するモジュレートした色彩温度を獲得できる。前記の第三の発光素子の発光層として窒化物化合物半導体またはリン化物系化合物半導体によって作製されるものを好適に使用できる。

図１に示すのは、青色光発光ダイオードの発射スペクトルであり、この発射スペクトルからわかるように、前記の青色光発光ダイオードの波長が４３０−５３０ｎｍの範囲にあり、その中では、４８０ｎｍの場合では、最高の反射光強度の値“１”に達することができる。

図２は、本発明の色彩度座標図であり、それは、青色光発光ダイオード１０を主な発光素子とし、それは、複数の黄色い蛍光粉１２によって青色光発光ダイオードの発光する一部の光線を吸収して波長が吸収される光線の波長と異なる光線１４を発光し、その色彩温度が７５００Ｋである。また、色彩を調整するためのオレンジ色発光ダイオード１６を使用したほうが好ましくなり、その発光の波長が５９２ｎｍに設定され、前記のオレンジ色発光ダイオードに対しそれぞれ異なるタイプの電流を流すと、その取得可能な光源の光色の変化のことが黒物体輻射線１８の色彩光線混合理論の連接線条に沿うようになっている。

図３は好ましい実施の形態の高い色彩温度を有する白色光の発光スペクトルであり、これは、青色光発光ダイオードに複数の黄色い蛍光粉を加入する場合の発光スペクトルである。図４は、オレンジ色光発光ダイオードの発光スペクトルであり、その最も高い発光の波長範囲が５３０−６３０ｎｍであり、その反射光の強度が１．２０Ｅ−０５ないし１．４０Ｅ−０５との間にある。

図５は、最も好ましい実施の形態の低色彩温度の白色光の発射スペクトルであり、そのものには、青色光発光ダイオードと、複数の黄色い蛍光粉ドープするとともに、オレンジ色発光ダイオードを加入する場合の生成する発射スペクトルのものを包含している。
なお、前記に説明した具体的な構成は、単に本発明の好適な実施の形態に過ぎなく、本発明の要旨を狭義的に局限するものではなく、いずれの青色光発光ダイオードを使用するとともに、一種または一種以上の青色光に励起されることができる蛍光材料を合わせ、且つ先に高い色彩温度または低い色彩温度の白色光のライト・イネーブル・タイプの装置を作って、随時にその色彩温度を調整可能な白色光発光装置などのものは、本発明と相同の効果を達成できる場合では、すべて本発明のカバーする範囲内に含まれることはいうまでもないことである。

本発明は色彩温度を調整可能な種々の白色光の発光装置に好適に利用できる。

青色光発光ダイオードの発射スペクトルを示す説明図である。本発明の色彩度座標図を示す説明図である。最も優れる実施の形態の高い色彩温度を有する白色光発射スペクトルである。オレンジ色光発光ダイオードの発射スペクトルを示す説明図である。最も優れる実施の形態の低い色彩温度を有する白色光発射スペクトルを示す説明図である。

符号の説明

１０青色光発光ダイオード
１２複数の黄色い蛍光粉
１４混合光
１６オレンジ色発光ダイオード
１８黒物体輻射（色彩温度曲線）

Claims

青色光発光ダイオードによって波長範囲が４００ｎｍないし５００ｎｍの青色光を発光するステップ１と、
前記の青色光に励起されて波長範囲が５４０ｎｍないし７００ｎｍの蛍光を発光でき、且つ前記の青色光発光ダイオードの発光する青色光と混合して色彩温度６５００Ｋ以上の白色光を発光可能な複数の蛍光体を合成するステップ２と、
波長範囲が５４０ｎｍないし６００ｎｍに設定されるオレンジ色光発光ダイオードを加入することによって白色光の色彩温度を調整するステップ３と、
を備えることを特徴とする色彩温度調整可能な白色光発光方法。
前記青色光発光ダイオードの発光層として窒化物系化合物半導体を使用することを特徴とする請求項１に記載の色彩温度調整可能な白色光発光方法。
前記蛍光体として、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ，Ｇｄ、ＣａＳ：Ｅｕ、及びＳｒＧａ_２Ｓ_４：Ｅｕのいずれか一種を採用することを特徴とする請求項１に記載の色彩温度調整可能な白色光発光方法。
前記の蛍光体を合成するステップ２おいては、その合成方法として固形反応法または化学合成法などを好適に使用できることを特徴とする請求項１に記載の色彩温度調整可能な白色光発光方法。
前記の化学合成法として、レモン酸ゲル法や共沈殿法などのいずれか一種を好適に使用できることを特徴とする請求項４に記載の色彩温度調整可能な白色光発光方法。
前記のオレンジ色発光ダイオードの発光層として窒化物系化合物半導体またはリン化物系化合物半導体によって作製されるものを好適に使用することを特徴とする請求項１に記載の色彩温度調整可能な白色光発光方法。
前記のオレンジ色光発光ダイオードとして白色光の強度と色彩温度を調整可能な手段を好適に使用することを特徴とする請求項１に記載の色彩温度調整可能な白色光発光方法。
前記のオレンジ色光発光ダイオードに所定の電流を流すことにより、所要の色彩温度を獲得できることを特徴とする請求項１に記載の色彩温度調整可能な白色光発光方法。
前記調整される色彩温度が２０００Ｋないし２００００Ｋにあることを特徴とする請求項８に記載の色彩温度調整可能な白色光発光方法。
青色光発光ダイオードによって波長範囲が４００ｎｍないし５００ｎｍの青色光を発光するステップ１と、
前記の青色光に励起されて波長範囲が５４０ｎｍないし７００ｎｍの蛍光を発光でき、且つ前記の青色光発光ダイオードの発光する青色光と混合して色彩温度６５００Ｋ以下の白色光を発光可能な複数の蛍光体を合成するステップ２と、
波長範囲が４８０ｎｍないし５００ｎｍに設定される青緑色光発光ダイオードを加入することによって白色光の色彩温度を調整するステップ３と、
を備えることを特徴とする色彩温度調整可能な白色光発光方法。
前記青色光発光ダイオードの発光層として窒化物系化合物半導体を使用することを特徴とする請求項１０に記載の色彩温度調整可能な白色光発光方法。
前記蛍光体として、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ，ＧｄやＣａＳ：ＥｕやＳｒＧａ_２Ｓ_４：Ｅｕなどのいずれか一種を採用することを特徴とする請求項１０に記載の色彩温度調整可能な白色光発光方法。
前記の蛍光体を合成するステップ２においては、その合成方法として固形反応法または化学合成法などを好適に使用できることを特徴とする請求項１０に記載の色彩温度調整可能な白色光発光方法。
前記の化学合成法として、レモン酸ゲル法や共沈殿法などのいずれか一種を好適に使用できることを特徴とする請求項１３に記載の色彩温度調整可能な白色光発光方法。
前記の青緑色光発光ダイオードの発光層として、窒化物系化合物半導体または燐化物系化合物半導体によって作製されるものを好適に使用することを特徴とする請求項１０に記載の色彩温度調整可能な白色光発光方法。
前記のオレンジ色光発光ダイオードとして白色光の強度と色彩温度を調整可能な手段を好適に使用することを特徴とする請求項１０に記載の色彩温度調整可能な白色光発光方法。
前記のオレンジ色光発光ダイオードに所定の電流を流すと、所要するように調整される色彩温度を獲得できることを特徴とする請求項１０に記載の色彩温度調整可能な白色光発光方法。
前記調整される色彩温度が２０００Ｋないし２００００Ｋにあることを特徴とする請求項１７に記載の色彩温度調整可能な白色光発光方法。
青色光発光可能な発光ダイオードからなる第一の発光素子と、
前記の第一の発光素子を案内して高い色彩温度または低い色彩温度の白色光を発光させる、複数個のライト・イネーブル発光体同士からなる第二の発光素子と、
波長範囲が４８０ｎｍないし６００ｎｍにあり、前記白色光の所要する色彩温度を調整する発光ダイオードからなる第三の発光素子と、
からなることを特徴とする色彩温度調整可能な白色光発光装置。
前記の青色光発光ダイオードの発光層として窒化物系化合物半導体からなるものを好適に使用することを特徴とする請求項１９に記載の色彩温度調整可能な白色光発光装置。
前記青色光発光ダイオードの波長が４００−５００ｎｍに設定されることを特徴とする請求項１９に記載の色彩温度調整可能な白色光発光装置。
前記のライト・イネーブル発光体の波長が５４０ｎｍ−７００ｎｍに設定されることを特徴とする請求項１９に記載の色彩温度調整可能な白色光発光装置。
前記ライト・イネーブル蛍光体として、Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅ，ＧｄやＣａＳ：ＥｕやＳｒＧａ_２Ｓ_４：Ｅｕのいずれか一種を採用することを特徴とする請求項１９に記載の色彩温度調整可能な白色光発光装置。
前記のＡ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅライト・イネーブル発光体においては、ＡとしてＹ，Ｔｂ，Ｌａ，Ｇｄ，Ｐｒ，Ｓｍからなるグループより選出される少なくとも一つの元素を使用し、ＢとしてＡｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｆｅからなるグループより選出される少なくとも一つの元素を使用することによって、Ｃｅとイネーブルするように設定されることを特徴とする請求項２３に記載の色彩温度調整可能な白色光発光装置。
前記の第三の発光素子が前記白色光の強度とその色彩温度を調整することに使用できることを特徴とする請求項１９に記載の色彩温度調整可能な白色光発光装置。
前記の第三の発光素子に所定の電流を流すと、調整された色彩温度を有する光線を取得できることを特徴とする請求項１９に記載の色彩温度調整可能な白色光発光装置。
前記の調整される色彩温度が２０００Ｋないし２００００Ｋの間にあるように設定されることを特徴とする請求項２６に記載の色彩温度調整可能な白色光発光装置。
前記の第三の発光素子の発光層として窒化物系化合物半導体またはリン化物系化合物半導体によって作製されるものを好適に使用することを特徴とする請求項１９に記載の色彩温度調整可能な白色光発光装置。