JP2006054224A

JP2006054224A - 発光装置

Info

Publication number: JP2006054224A
Application number: JP2004232869A
Authority: JP
Inventors: Susumu Nishimura; 晋西村
Original assignee: Tokyo Sanyo Electric Co Ltd; Tottori Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Tokyo Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2004-08-10
Filing date: 2004-08-10
Publication date: 2006-02-23

Abstract

【課題】発光素子間の影響を抑え、色純度の高い混合色を発光する発光装置を提供することである。
【解決手段】発光ダイオード（発光装置）１０は、各発光素子を載置するカップ１１と、カップ１１の中央に形成された凸部１１ａと、凸部１１ａ上に載置された可視光を発する可視発光素子１２と、カップ１１の底部に載置された紫外光を発する２つの紫外発光素子１３ａ、１３ｂと、４本のリード１４ａ〜１４ｄと、各素子の電極とリード１４ｂ〜１４ｄとを接続するワイヤ１５ａ〜１５ｃと、カップ１１の上部を覆い、可視発光素子１２及び紫外発光素子１３ａ、１３ｂ、又は紫外発光素子１３ａ、１３ｂの発光によって励起光を発する蛍光体１６と、カップ１１と蛍光体１６とリード１４ａ〜１４ｄの一部とを封止する封止体１７とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオードや半導体レーザなどの半導体発光素子を搭載した発光装置に関するものである。

従来より、青色ＬＥＤを用い、導光板の片方の面に青色ＬＥＤにより波長変換できる蛍光物質と白色粉末とを含有した蛍光散乱層を有した面状光源がある（特許文献１参照）。この面状光源は白色発光するので、ディスプレイのバックライト、照光式操作スイッチ等に使用できる。

このような白色を発光する発光装置には、より高輝度化が求められている。例えば、発光素子の発光とその発光により蛍光体を励起させ補色となる発光色を得て、その混合色により白色光を得る場合、蛍光体を励起させる発光素子自体の発光強度を向上させたり、複数個の発光素子を用いて発光強度を向上させたりして、蛍光体の発光強度を向上させ、混合色の高輝度化を図っている。
特開平７−１７６７９４号公報

この場合、蛍光体の励起効率（蛍光体が励起され得る光強度の割合）を超えたとき、又は発光素子と蛍光体の位置関係により蛍光体を励起できなかったとき、発光素子の一部の発光が漏れてしまい、所望の混合色は得られず、発光素子の発光色の強い（色純度の低い）混合色となる。

そこで、蛍光体の励起に可視光だけでなく紫外光も用いた発光装置がある。これにより、可視発光素子の発光強度を上げる必要がなくなる。更に、紫外光の一部が漏れた場合でも、紫外光は見えないので混合色の色純度には影響しない。

しかしながら、可視発光素子と紫外発光素子とを用いた場合、バンドギャップの大きな紫外発光素子の発光により、バンドギャップの小さな可視発光素子が励起されてしまう。その結果、可視発光素子から設計値にない過剰な発光が生じ、所望の混合色が得られず、色純度が低下する。

本発明は、発光素子間の影響を抑え、色純度の高い混合色を発光する発光装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の発光装置は、可視光を発する１以上の可視発光素子と、紫外光を発する１以上の紫外発光素子と、前記可視発光素子及び前記紫外発光素子、又は前記紫外発光素子の発光によって励起光を発する１以上の蛍光体とを備え、前記紫外発光素子からの発光が直接的に前記可視発光素子に照射されないように、前記可視発光素子と前記紫外発光素子とを遮断して配設することを特徴とする。

なお、前記紫外発光素子の発光を遮断するには、前記可視発光素子と前記紫外発光素子とを、高低をつけて配設することが有効である。

また、前記可視発光素子と前記紫外発光素子との間に、両素子の発光層より高い遮光板を設けて遮断してもよい。

上記の発光装置において、例えば、前記可視発光素子を青色発光素子、前記蛍光体を黄色発光蛍光体とすれば、白色の混合色の発光が得られる。

また上記の発光装置において、前記可視発光素子を発光波長の異なる２種類の素子とし、前記蛍光体を一方の種類の前記可視発光素子及び前記紫外発光素子、又は前記紫外発光素子の発光によって励起光を発するものとしてもよい。

そして例えば、前記可視発光素子を青色発光素子と赤色発光素子とし、前記蛍光体は前記紫外発光素子の発光によって励起光を発する緑色発光蛍光体とすれば、ＲＧＢの発光が可能となる。

本発明によれば、カップ内に凸部や凹部や遮光板を設けることにより、紫外発光素子からの発光が直接的に可視発光素子に照射されないため、紫外発光素子の発光によって可視発光素子が励起され過剰な可視光を発光することがなくなる。従って、色純度の高い所望の混合色を得ることができる。

以下、本発明の発光装置の一例として発光ダイオードを例に説明する。図１は、発光ダイオードの模式断面図である。発光ダイオード１０は、各発光素子を載置するカップ１１と、カップ１１の中央に形成された凸部１１ａと、凸部１１ａ上に載置された可視光を発する可視発光素子１２と、カップ１１の底部に載置された紫外光を発する２つの紫外発光素子１３ａ、１３ｂと、４本のリード１４ａ〜１４ｄと、各素子１２、１３ａ、１３ｂの電極とリード１４ｂ〜１４ｄとを接続するワイヤ１５ａ〜１５ｃと、カップ１１の上部を覆い、可視発光素子１２及び紫外発光素子１３ａ、１３ｂ、又は紫外発光素子１３ａ、１３ｂの発光によって励起光（可視光）を発する蛍光体１６と、カップ１１と蛍光体１６とリード１４ａ〜１４ｄの一部とを封止する封止体１７とを備えている。

カップ１１は、すり鉢状の金属製でありリード１４ａと一体に成型されている。凸部１１ａもカップ１１と一体に成型されている。凸部１１ａは紫外発光素子１３ａ、１３ｂからの発光が直接的に可視発光素子１２に照射されないように、可視発光素子１２と紫外発光素子１３ａ、１３ｂとを遮断するのに十分な高さを有している。

可視発光素子１２は、高出力化等のために複数設けてもよい。この可視発光素子１２は次のようにして作製できる。サファイア基板上にＭＯ−ＣＶＤ法を用い、低温で成長させたＧａＮ又はＡｌＮ層、ノンドープのｎ型ＧａＮ層、Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層、ＳｉドープＡｌＧａＮ層、ＧａＮ及びＩｎＧａＮを交互に複数積層した多重量子井戸構造からなる発光層、ＭｇドープＡｌＧａＮクラッド層、ＭｇドープＧａＮコンタクト層を順に積層する。その後、エッチングにより各コンタクト層を露出させ、ｎ型及びｐ型電極を蒸着する。例えば、青色（約４５０ｎｍ）を発光させる場合は、発光層のＩｎＧａＮのＩｎ組成を０．１５とすればよい。

紫外発光素子１３ａ、１３ｂは、１つ又は３つ以上設けてもよい。この紫外発光素子１３ａ、１３ｂは次のようにして作製できる。サファイア基板上にＭＯ−ＣＶＤ法を用い、低温で成長させたＡｌＮ層、ノンドープのｎ型ＡｌＧａＮ層、Ｓｉドープｎ型ＡｌＧａＮコンタクト層、ＡｌＧａＮ及びＩｎＧａＮを交互に複数積層した多重量子井戸構造からなる発光層、ＭｇドープＡｌＧａＮクラッド層、ＭｇドープＡｌＧａＮコンタクト層を順に積層する。その後、エッチングにより各コンタクト層を露出させ、ｎ型及びｐ型電極を蒸着する。例えば、紫外（約３６０ｎｍ）を発光させる場合は、発光層のＩｎＧａＮのＩｎ組成を０．０４とすればよい。

リード１４ａ〜１４ｄは、カップ１１と同じ金属製とすることができる。また、ワイヤ１５ａ〜１５ｃには、金線を用いることができる。

蛍光体１６は、蛍光物質を含有した樹脂であり、可視発光素子１２及び紫外発光素子１３ａ、１３ｂを覆っている。例えば、上記の４５０ｎｍの青色光及び３６０ｎｍの紫外光を用いる場合、白色の混合色を得るためには、蛍光体１６は青色光の補色となる黄色を発光するように設計すればよい。この場合、蛍光体１６にはＹＡＧ（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ）を用いることができる。図２は、この蛍光体１６の発光スペクトル及び励起スペクトルを示す図である。発光スペクトルは黄色（約５７０ｎｍ）を示し、励起スペクトルは４５０ｎｍと３５０ｎｍ付近にピークを有している。つまり、励起スペクトルの２波長（４５０ｎｍと３５０ｎｍ）により蛍光体１６が励起され、蛍光体１６から黄色光が発せられる。

封止体１７は、エポキシ樹脂等をキャスティングケース内で硬化させて砲弾型に成型されている。なお、封止体１７の形状としては、レンズ形状等としてもよい。また、本発明の発光ダイオードは、発光素子をライン状に並べた形状としてもよい。

このようにカップ１１内に凸部１１ａを設けることにより、紫外発光素子１３ａ、１３ｂからの発光が直接的に可視発光素子１２に照射されないため、紫外発光素子１３ａ、１３ｂの発光によって可視発光素子１２が励起され過剰な可視光を発光することがなくなる。従って、色純度の高い所望の混合色を得ることができる。

また紫外発光素子１３ａ、１３ｂにより蛍光体１６を励起することができるため、従来のように、可視発光素子１２の発光強度を向上させたり、複数個の可視発光素子１２を用いて発光強度を向上させたりして蛍光体１６の発光強度を向上させる必要がない。従って、可視光の漏れによる混合色の色純度の低下が生じない。更に、蛍光体１６の発光強度は可視光と紫外光を合わせた強度に比例するので、目に見えない紫外発光素子１３ａ、１３ｂの出力を調整することにより、高輝度の混合色を得ることができる。即ち、色純度の高い混合色を得ることが可能となる。

図３は、他の発光ダイオードの模式断面図である。発光ダイオード２０は、カップ１１内に凹部１１ｂが形成され、その凹部１１ｂに可視発光素子１２が載置されている。そして凹部１１ｂは紫外発光素子１３ａ、１３ｂからの発光が直接的に可視発光素子１２に照射されないように、可視発光素子１２と紫外発光素子１３ａ、１３ｂとを遮断するのに十分な深さを有している。

図４は、更に他の発光ダイオードのカップ１１周辺の模式断面図である。図中、ワイヤ１５ａ〜１５ｃは省略している。カップ１１内に遮光板１１ｃが形成され、その遮光板で囲まれた中に可視発光素子１２が載置されている。遮光板１１ｃの高さは、少なくとも可視発光素子１２の発光層と紫外発光素子１３ａ、１３ｂの発光層より高ければよい。

なお図１〜図３において、可視発光素子１２と紫外発光素子１３ａ、１３ｂとの配置を入れ替えても同様の効果を得ることができる。また凸部１１ａや凹部１１ｂや遮光板１１ｃはそれぞれを組み合わせて設けてもよい。また図１〜図３において、紫外発光素子１３ａ、１３ｂの発光の反射光の一部が可視発光素子１２に照射されるが、その光強度は発光装置の発光強度に比べて非常に小さいので、反射した紫外光による可視発光素子１２からの励起光は混合色（発光色）に影響しない程度である。

上記の実施形態では白色光を得るために、（青色光・紫外光・黄色蛍光）を組み合わせた発光ダイオードを用いたが、他にも（赤色光・紫外光・シアン蛍光）や（緑色光・紫外光・マゼンタ蛍光）などの組み合わせを用いても白色光を得ることができる。

また、（赤色蛍光・緑色光・青色光・紫外光）、（赤色蛍光・緑色蛍光・青色光・紫外光）、（赤色蛍光・緑色光・青色蛍光・紫外光）、（赤色光・緑色蛍光・青色光・紫外光）、（赤色光・緑色蛍光・青色蛍光・紫外光）、（赤色光・緑色光・青色蛍光・紫外光）の組み合わせによると、ＲＧＢ発光ダイオードを得ることができる。

なお本発明において、蛍光体は紫外発光素子のみで励起されるものを用いてもよい。

本発明の発光装置は、液晶装置のバックライト、照明器具、自転車のライト、メッセージボード、大型スクリーンなどの光源として利用することができる。

発光ダイオードの模式断面図である。蛍光体の発光スペクトル及び励起スペクトルを示す図である。他の発光ダイオードの模式断面図である。更に他の発光ダイオードのカップ周辺の模式断面図である。

符号の説明

１０、２０、３０発光ダイオード（発光装置）
１１カップ
１２可視発光素子
１３ａ、１３ｂ紫外発光素子
１６蛍光体

Claims

可視光を発する１以上の可視発光素子と、
紫外光を発する１以上の紫外発光素子と、
前記可視発光素子及び前記紫外発光素子、又は前記紫外発光素子の発光によって励起光を発する１以上の蛍光体とを備え、
前記紫外発光素子からの発光が直接的に前記可視発光素子に照射されないように、前記可視発光素子と前記紫外発光素子とを遮断して配設することを特徴とする発光装置。
前記可視発光素子と前記紫外発光素子とを、高低をつけて配設することを特徴とする請求項１記載の発光装置。
前記可視発光素子と前記紫外発光素子との間に、両素子の発光層より高い遮光板を設けることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
前記可視発光素子は青色発光素子であり、前記蛍光体は黄色発光蛍光体であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の発光装置。
前記可視発光素子は発光波長の異なる２種類の素子からなり、前記蛍光体は一方の種類の前記可視発光素子及び前記紫外発光素子、又は前記紫外発光素子の発光によって励起光を発することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の発光装置。
前記可視発光素子は青色発光素子と赤色発光素子とからなり、前記蛍光体は前記紫外発光素子の発光によって励起光を発する緑色発光蛍光体であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の発光装置。