JP2006261554A - Light emitting diode device - Google Patents

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義之 重岡
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-luminance light emitting diode device where an uniform color balance is easily set and an unevenness of emitted light is eliminated. <P>SOLUTION: The light emitting diode device mixes the light emitted from a plurality of phosphors, and includes a light emitting diode emitting a primary light and a wavelength conversion portion which absorbs the primary light to emit a secondary light and contains a plurality of phosphor layers. The wavelength conversion portion includes a first phosphor layer to which the primary light emitted from the light emitting diode is incident first, and a second phosphor layer to which the primary light transmitting through the first phosphor layer is incident. The band gap energy that the phosphor of the second phosphor layer has is larger than the energy of peak wavelength the second light emitted from the first phosphor layer. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、発光ダイオード装置に関し、特に発光ダイオード素子と2種類以上の蛍光体とを備えた発光ダイオード装置に関する。   The present invention relates to a light emitting diode device, and more particularly to a light emitting diode device including a light emitting diode element and two or more kinds of phosphors.

低消費電力、小型、かつ高輝度が期待される次世代の発光ダイオード装置として、ナノ結晶の蛍光体と、その蛍光体を励起する一次光を発する光源とからなる発光ダイオード装置の開発が盛んに行われている。蛍光体にナノ結晶を用いることにより、従来の蛍光体と比較して発光効率の向上が期待されている。更に、このようなナノ結晶は、従来の蛍光体を励起するために必要とされる吸収帯幅(エネルギー幅)と比較して吸収帯幅が広いため、光源の波長幅に対する許容度が高い。そのため、光源としては半導体発光素子等を使用できる。このような発光ダイオード装置の一例を示したものに以下の特許文献1、2がある。   As a next-generation light-emitting diode device that is expected to have low power consumption, small size, and high brightness, the development of a light-emitting diode device comprising a nanocrystalline phosphor and a light source that emits primary light that excites the phosphor is actively developed. Has been done. The use of nanocrystals for the phosphor is expected to improve the light emission efficiency as compared with conventional phosphors. Furthermore, since such a nanocrystal has a broad absorption band width compared to the absorption band width (energy width) required to excite a conventional phosphor, the tolerance for the wavelength width of the light source is high. Therefore, a semiconductor light emitting element or the like can be used as the light source. Examples of such light emitting diode devices include the following Patent Documents 1 and 2.

特許文献1には、図4に示すような、全体が50で表される面実装タイプの発光ダイオード装置が開示されている。発光ダイオード装置50では、エッチングなどにより回路配線51aが形成された基板51上に青色発光ダイオードチップ52がダイボンドされ、この青色発光ダイオードチップ52からは金線により回路配線51aに配線が行われている。また、基板51には青色発光ダイオードチップ52を取囲むように略コーン状の凹部53aが設けられたレンズホルダ53が取付けられている。凹部53aにはYAG蛍光体54aが混和されたエポキシ樹脂など透明樹脂が、ポッティングモールドなどの手段で注入され、熱硬化されてレンズ54が形成されている。
発光ダイオード装置50では、青色発光ダイオードチップ52を点灯させることで、波長が430〜480nm付近の出射光により、(Y,Gd)Al12:Ce組成から成るYAG蛍光体54aが励起されて波長が570nm付近の黄色光を発光し、最終的に合成色として白色光(図3のスペクトル曲線Bを参照)が得られる。
Patent Document 1 discloses a surface-mount type light-emitting diode device represented as a whole by 50 as shown in FIG. In the light emitting diode device 50, the blue light emitting diode chip 52 is die-bonded on the substrate 51 on which the circuit wiring 51a is formed by etching or the like, and the blue light emitting diode chip 52 is wired to the circuit wiring 51a by a gold wire. . Further, a lens holder 53 provided with a substantially cone-shaped recess 53 a is attached to the substrate 51 so as to surround the blue light emitting diode chip 52. A transparent resin such as an epoxy resin mixed with the YAG phosphor 54a is injected into the recess 53a by means of a potting mold or the like, and is thermally cured to form the lens 54.
In the light-emitting diode device 50, the blue light-emitting diode chip 52 is turned on to excite the YAG phosphor 54a composed of (Y, Gd) 3 Al 5 O 12 : Ce by the emitted light having a wavelength of about 430 to 480 nm. Thus, yellow light having a wavelength of around 570 nm is emitted, and finally, white light (see spectrum curve B in FIG. 3) is obtained as a composite color.

また、特許文献2では、ナノ結晶からなる青色蛍光体を混在させた白色蛍光体を有する波長変換部と、その波長変換部を励起する光源とからなる発光ダイオード装置が開示されている。
特許第3428597号公報 特開平11−340516号公報
Patent Document 2 discloses a light-emitting diode device including a wavelength conversion unit having a white phosphor mixed with a blue phosphor made of nanocrystals, and a light source that excites the wavelength conversion unit.
Japanese Patent No. 3428597 JP 11-340516 A

しかしながら、特許文献1に示す発光ダイオード装置50では、465nmと560nm付近の波長にピークを生じ、視感的には白色光が得られるが、そのスペクトル分布を検証すると、赤色領域である620nm以上の出力は相対的に弱いものとなっている。
このことは、発光ダイオード装置50を、例えばカラー液晶表示器のバックライト光源等の照明として使用する場合、赤が暗くなりがちで演色性に劣るとの問題を有することを意味する。また、レンズ54の形成時に比重の重い蛍光体54aの沈殿を生じやすく、点灯時に色ムラを生じるという問題や、青色発光ダイオードチップ52からの紫外線によりレンズ54が比較的短時間で黄変するという問題も有する。
However, in the light emitting diode device 50 shown in Patent Document 1, peaks occur at wavelengths near 465 nm and 560 nm, and white light is obtained visually. However, when the spectrum distribution is verified, the red region has a wavelength of 620 nm or more. The output is relatively weak.
This means that when the light-emitting diode device 50 is used as illumination for a backlight light source of a color liquid crystal display, for example, red tends to be dark and color rendering is poor. Further, when the lens 54 is formed, the phosphor 54a having a high specific gravity is likely to be precipitated, causing a problem of color unevenness at the time of lighting, and that the lens 54 is yellowed in a relatively short time due to ultraviolet rays from the blue light emitting diode chip 52. There are also problems.

一方、特許文献2に記載の発光ダイオード装置では、赤色、緑色、青色蛍光体を混在させて白色光を発しているので、均一な白色光を得るためには波長変換部となる領域全面に均一に赤色、緑色、青色蛍光体を混在させなければならず、製造が非常に困難であるという問題を有する。また、青色蛍光体の上に緑色或いは赤色蛍光体が形成されると、青色蛍光体から発光された青色光は緑色或いは赤色蛍光体に吸収され、緑色光或いは赤色光が発光される。同様に、緑色蛍光体の上に赤色蛍光体が形成されると、緑色蛍光体から発光された緑色光は赤色蛍光体に吸収され、赤色光が発光される。この結果、発光ダイオード装置の色バランスは設定した色からずれてしまい、設定色に対する輝度が低下するという問題が生じる。   On the other hand, in the light-emitting diode device described in Patent Document 2, white light is emitted by mixing red, green, and blue phosphors. Therefore, in order to obtain uniform white light, the entire region serving as the wavelength conversion unit is uniform. In addition, red, green, and blue phosphors must be mixed together, which makes it difficult to manufacture. When a green or red phosphor is formed on the blue phosphor, blue light emitted from the blue phosphor is absorbed by the green or red phosphor, and green light or red light is emitted. Similarly, when the red phosphor is formed on the green phosphor, the green light emitted from the green phosphor is absorbed by the red phosphor and the red light is emitted. As a result, the color balance of the light emitting diode device deviates from the set color, causing a problem that the luminance with respect to the set color is lowered.

本発明は、上記の問題点に鑑み、色バランスの設定が容易であり、かつ、高輝度で発光むらを解消した発光ダイオード装置の提供を目的とする。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a light emitting diode device that can easily set a color balance and has high luminance and eliminates uneven light emission.

即ち、本発明は、複数の蛍光体から放出された光を混色させる発光ダイオード装置であって、一次光を発する発光ダイオード素子と、一次光を吸収して二次光を放出する、複数の蛍光体層を含む波長変換部とを含み、波長変換部が、発光ダイオードが発した一次光が最初に入射する第1蛍光体層と、第1蛍光体層を透過した一次光が入射する第2蛍光体層とを含み、第2蛍光体層の蛍光体が有するバンドギャップエネルギが、第1蛍光体層から放出される二次光のピーク波長のエネルギより大きいことを特徴とする発光ダイオード装置である。   That is, the present invention is a light emitting diode device that mixes light emitted from a plurality of phosphors, a light emitting diode element that emits primary light, and a plurality of fluorescent light that absorbs primary light and emits secondary light. A wavelength conversion unit including a body layer, wherein the wavelength conversion unit includes a first phosphor layer on which primary light emitted from the light emitting diode first enters and a second light on which primary light transmitted through the first phosphor layer enters. A light emitting diode device comprising: a phosphor layer, wherein a band gap energy of a phosphor of the second phosphor layer is larger than an energy of a peak wavelength of secondary light emitted from the first phosphor layer. is there.

このように、本発明によれば、第1蛍光体層から放出された二次光が第2蛍光体層に吸収されないため、高輝度で、偏りがなく、かつバランス調整の容易な二次光が得られる。この結果、色バランスの設定が容易で、色むらの無い、高輝度な発光ダイオード装置を提供できる。   Thus, according to the present invention, since the secondary light emitted from the first phosphor layer is not absorbed by the second phosphor layer, the secondary light has high brightness, no bias, and easy balance adjustment. Is obtained. As a result, it is possible to provide a high-intensity light-emitting diode device that can easily set the color balance and has no color unevenness.

図1は、全体が10で表される、本実施の形態にかかる発光ダイオード装置の断面図である。発光ダイオード装置10は、例えばシリコンからなる半導体基板1を含む。半導体基板1の上には、発光ダイオード素子2と、発光ダイオード素子2を囲むように略コーン状の凹部4が設けられたレンズホルダ3が取付けられている。レンズホルダ3内には、波長変換部8とレンズ部9が設けられている。レンズ部9は、例えばエポキシ樹脂からなる。波長変換部8は、赤色蛍光体5、緑色蛍光体6、青色蛍光体7からなり、発光ダイオード素子2から出射された一次光の少なくとも一部を吸収して、一次光のピーク波長よりも長いピーク波長を有する二次光を発する。   FIG. 1 is a cross-sectional view of the light emitting diode device according to the present embodiment, indicated as a whole by 10. The light emitting diode device 10 includes a semiconductor substrate 1 made of, for example, silicon. On the semiconductor substrate 1, a light emitting diode element 2 and a lens holder 3 provided with a substantially cone-shaped recess 4 so as to surround the light emitting diode element 2 are attached. In the lens holder 3, a wavelength conversion unit 8 and a lens unit 9 are provided. The lens unit 9 is made of, for example, an epoxy resin. The wavelength conversion unit 8 includes a red phosphor 5, a green phosphor 6, and a blue phosphor 7, absorbs at least part of the primary light emitted from the light emitting diode element 2, and is longer than the peak wavelength of the primary light. Secondary light having a peak wavelength is emitted.

発光ダイオード素子2としては、例えば、465nmにピーク波長を有するGaN系発光ダイオード、ZnO系発光ダイオード、ダイヤモンド系発光ダイオード等が用いられる。
また、蛍光体5〜7には、InN系のナノ結晶を用いることができる。InNはバルク構造では2.05eVのバンドギャップを有しているという説と0.6〜0.8eVのバンドギャップを有しているという説があるが、その何れにおいても、粒子径を小さく(ナノ結晶化)していくと、量子効果によってバンドギャップを青色から赤色の範囲で制御することができる。
As the light emitting diode element 2, for example, a GaN light emitting diode having a peak wavelength at 465 nm, a ZnO light emitting diode, a diamond light emitting diode, or the like is used.
Further, for the phosphors 5 to 7, InN-based nanocrystals can be used. There are theories that InN has a band gap of 2.05 eV in the bulk structure and the theory that it has a band gap of 0.6 to 0.8 eV. In either case, the particle size is small ( When nanocrystallization is performed, the band gap can be controlled in the range from blue to red by the quantum effect.

なお、ここで「ナノ結晶」とは、結晶サイズを励起子ボーア半径程度まで小さくすることにより、量子サイズ効果による励起子の閉じこめやバンドギャップの増大が観測される結晶をいうものとする。具体的には、バンドギャップの小さな材料からなる球状部を、バンドギャップの大きな材料からなる被覆部で覆った構造となっている。   Here, the “nanocrystal” refers to a crystal in which confinement of excitons and increase in band gap due to the quantum size effect are observed by reducing the crystal size to about the exciton Bohr radius. Specifically, a spherical portion made of a material having a small band gap is covered with a covering portion made of a material having a large band gap.

波長変換部8は、赤色発光する粒径を有し、最も粒径の大きいInN系ナノ結晶である赤色蛍光体5と、緑色発光する粒子径を有し、中間の粒子径のInN系ナノ結晶である緑色蛍光体6と、青色発光する粒径を有し、最も粒径の小さいInN系ナノ結晶である青色蛍光体7とが、アクリル樹脂中に積層されたものである。
これらの蛍光体5〜7は、光源である発光ダイオード素子2に近い順に、赤色蛍光体5、緑色蛍光体6、青色蛍光体7と積層されている。蛍光体5〜7の材料としては、InNの他、Si、Zn1−xCdSe等、バルクで青色から近紫外領域に少なくとも吸収帯があるような材料を用いることができる。
The wavelength conversion unit 8 has a red phosphor 5 having a particle size that emits red light, and a red phosphor 5 that is an InN-based nanocrystal having the largest particle size; The green phosphor 6 and the blue phosphor 7 which is an InN-based nanocrystal having the smallest particle size and emitting blue light are laminated in an acrylic resin.
These phosphors 5 to 7 are stacked with a red phosphor 5, a green phosphor 6, and a blue phosphor 7 in the order close to the light emitting diode element 2 that is a light source. As materials for the phosphors 5 to 7, in addition to InN, materials such as Si, Zn 1-x Cd x Se, or the like that have at least an absorption band in the blue to near-ultraviolet region in bulk can be used.

このような粒径の異なる蛍光体5〜7は、化学合成法やイオン注入法等により作製することができる。なお、波長変換部8は、蛍光体5〜7を直接積み上げたもの、蛍光体5〜7を直接積み上げたものをシリコン樹脂等で埋め込んだもの、又は蛍光体5〜7をシリコン樹脂だけでなく他の有機物や無機物に埋め込んだもの等から形成することができる。   Such phosphors 5 to 7 having different particle sizes can be produced by a chemical synthesis method, an ion implantation method, or the like. In addition, the wavelength conversion part 8 is not only the one in which the phosphors 5 to 7 are directly stacked, the one in which the phosphors 5 to 7 are directly stacked is embedded with silicon resin, or the phosphors 5 to 7 are not only silicon resins. It can be formed from those embedded in other organic or inorganic materials.

発光ダイオード装置10では、凹部4内に波長変換部8が混和され、エポキシ樹脂など透明樹脂がポッティングモールドなどの手段で注入され、熱硬化が行われてレンズ部9が形成される。   In the light emitting diode device 10, the wavelength conversion unit 8 is mixed in the recess 4, a transparent resin such as an epoxy resin is injected by means such as potting mold, and thermosetting is performed to form the lens unit 9.

上述のように、蛍光体5〜7は、光源である発光ダイオード素子2に近い順(光路順)に、赤色蛍光体5、緑色蛍光体6、青色蛍光体7と積層されている。即ち、二次光のピーク波長の長い方から順に蛍光体5〜7が積層されている。このように、各蛍光体を層状に積層することにより、色むらの発生を防止できる。
この場合、粒径の異なるナノ結晶を、光路順に、粒径の大きい蛍光体から小さくなる順に積層することにより、赤色蛍光体5、緑色蛍光体6、青色蛍光体7の順に積層することができる。
As described above, the phosphors 5 to 7 are laminated with the red phosphor 5, the green phosphor 6, and the blue phosphor 7 in the order close to the light emitting diode element 2 that is a light source (in the order of the optical path). That is, the phosphors 5 to 7 are laminated in order from the longer peak wavelength of the secondary light. In this way, the occurrence of uneven color can be prevented by laminating the phosphors in layers.
In this case, by stacking nanocrystals having different particle diameters in the order of the optical path, the phosphors having the larger particle diameters are stacked in the order of decreasing, so that the red phosphor 5, the green phosphor 6, and the blue phosphor 7 can be stacked in this order. .

複数の蛍光体を用いて、それぞれ一種の蛍光体を含む色変換薄膜層が積層された色変換多重層を構成する場合、それぞれの蛍光体の紫外光透過率を考慮し、各層中における蛍光体の紫外光透過率は、基板1側(発光ダイオード素子2側)である下層から上層に向かって高くなることが好ましい。   When using a plurality of phosphors to form a color conversion multi-layer in which color conversion thin film layers each containing one kind of phosphor are laminated, the phosphors in each layer are considered in consideration of the ultraviolet light transmittance of each phosphor. The ultraviolet light transmittance is preferably increased from the lower layer on the substrate 1 side (light emitting diode element 2 side) toward the upper layer.

また、各層中における蛍光体の平均粒径は、基板1側(発光ダイオード素子2側)である下層から上層に向かって小さくなることが好ましい。これにより、最上層の蛍光体まで効率的に紫外線を照射でき、さらに装置外部へ紫外線が漏れるのを防止できる。
例えば、赤色蛍光体5、青色蛍光体6、緑色蛍光体7を使用する場合、基板1側から赤色蛍光体5、緑色蛍光体6、そして青色蛍光体7の順に積層することが好ましく、各蛍光物質の中心粒径は、赤色蛍光体>緑色蛍光体>青色蛍光体という関係になるのが好ましい。
Moreover, it is preferable that the average particle diameter of the phosphor in each layer decreases from the lower layer on the substrate 1 side (light emitting diode element 2 side) toward the upper layer. As a result, it is possible to efficiently irradiate the uppermost phosphor layer with ultraviolet rays and further prevent the ultraviolet rays from leaking outside the apparatus.
For example, when using the red phosphor 5, the blue phosphor 6, and the green phosphor 7, it is preferable to stack the red phosphor 5, the green phosphor 6, and the blue phosphor 7 in this order from the substrate 1 side. The center particle diameter of the substance is preferably in the relationship of red phosphor> green phosphor> blue phosphor.

また、各層中における蛍光体の密度は、基板1側(発光ダイオード素子2側)である下層から上層に向かって低くなることが好ましい。これにより、最上層の蛍光体まで効率的に紫外線を照射でき、さらに装置外部へ紫外線が漏れるのを防止できる。   Moreover, it is preferable that the density of the phosphor in each layer decreases from the lower layer on the substrate 1 side (light emitting diode element 2 side) toward the upper layer. As a result, it is possible to efficiently irradiate the uppermost phosphor layer with ultraviolet rays and further prevent the ultraviolet rays from leaking outside the apparatus.

また、赤色蛍光体5、緑色蛍光体6、青色蛍光体7の各層の膜厚は同一でも良いが、膜厚を異なるようにして、各蛍光体に吸収される一次光の量を調整しても良い。   The red phosphor 5, the green phosphor 6, and the blue phosphor 7 may have the same film thickness, but the amount of primary light absorbed by each phosphor is adjusted by changing the film thickness. Also good.

図1では、基板1側から、赤色蛍光体5の層、緑色蛍光体6の層、そして青色蛍光体7の層の各層を積層するため、蛍光体5〜7の粒径は、下層側(半導体チップ2側)から上層側に向かって順に小さくなる。   In FIG. 1, since the layers of the red phosphor 5, the green phosphor 6, and the blue phosphor 7 are laminated from the substrate 1 side, the particle sizes of the phosphors 5 to 7 are set on the lower layer side ( It becomes smaller in order from the semiconductor chip 2 side) to the upper layer side.

蛍光体5〜7は、それぞれの有するバンドギャップより大きなエネルギを有した光を全て吸収し、バンドギャップに相当する波長の二次光を発色する。図2はかかる発光工程を示した模式図である。   The phosphors 5 to 7 absorb all light having energy larger than the band gap of the phosphors 5 and develop secondary light having a wavelength corresponding to the band gap. FIG. 2 is a schematic view showing such a light emitting process.

図2に示すように、蛍光体5〜7からなる波長変換部8に入射した一次光(励起光)は、バンドギャップEgの大きな蛍光体、バンドギャップEgの小さな蛍光体の双方に入射し、これらを励起する。最終的に、各蛍光体5〜7から放射された二次光が混色することによって、所定の発色を生じる。 As shown in FIG. 2, the primary light (excitation light) incident on the wavelength conversion unit 8 composed of the phosphors 5 to 7 is incident on both the phosphor having a large band gap Eg 1 and the phosphor having a small band gap Eg 2. And excite them. Eventually, the secondary light emitted from each of the phosphors 5 to 7 is mixed, thereby producing a predetermined color.

図2の模式図では、バンドギャップEgの大きな蛍光体(例えば青色)が励起されて二次光を発光すると、かかる二次光は、バンドギャップEgの小さな蛍光体(例えば赤色)に再吸収されてしまう。この結果、バンドギャップEgの大きな蛍光体(例えば青色)からの発色が少なくなり、発光ダイオード装置全体として、所望の発色が得られなくなる。 In the schematic diagram of FIG. 2, when a phosphor having a large band gap Eg 1 (for example, blue) is excited and emits secondary light, the secondary light is re-emitted to a phosphor having a small band gap Eg 2 (for example, red). Will be absorbed. As a result, color development from a phosphor having a large band gap Eg 1 (for example, blue) is reduced, and desired color development cannot be obtained as a whole of the light emitting diode device.

これに対して、本実施の形態にかかる発光ダイオード装置10では、図1に示すように、光源である発光ダイオード素子2に近い方から、赤色蛍光体5、緑色蛍光体6、青色蛍光体7の順に積層されている。
かかる構造では、発光ダイオード素子2から出射された励起光(一次光)の一部が、まず赤色蛍光体5に吸収されて赤色光(二次光)が放射される。
次に、励起光の残りの成分が緑色蛍光体6に吸収されて緑色光(二次光)が放射される。このとき、赤色光(二次光)のエネルギは緑色蛍光体6のバンドギャップのエネルギより小さいので、緑色蛍光体6に吸収されることなく透過する。
更に、励起光の残りの成分が青色蛍光体7に吸収されて青色光(二次光)が放射される。このとき、赤色光(二次光)或いは緑色光(二次光)のエネルギは、青色蛍光体7のバンドギャップのエネルギより小さいので、青色蛍光体7に吸収されることなく透過する。
最終的に、これらの蛍光体から放射された各二次光が混色することによって、白色光が発せられる。
On the other hand, in the light emitting diode device 10 according to the present embodiment, as shown in FIG. 1, the red phosphor 5, the green phosphor 6, and the blue phosphor 7 are arranged from the side closer to the light emitting diode element 2 that is a light source. Are stacked in this order.
In such a structure, a part of the excitation light (primary light) emitted from the light emitting diode element 2 is first absorbed by the red phosphor 5 to emit red light (secondary light).
Next, the remaining components of the excitation light are absorbed by the green phosphor 6 and green light (secondary light) is emitted. At this time, the energy of the red light (secondary light) is smaller than the energy of the band gap of the green phosphor 6, so that it is transmitted without being absorbed by the green phosphor 6.
Further, the remaining components of the excitation light are absorbed by the blue phosphor 7 and blue light (secondary light) is emitted. At this time, the energy of red light (secondary light) or green light (secondary light) is smaller than the band gap energy of the blue phosphor 7, and thus is transmitted without being absorbed by the blue phosphor 7.
Finally, white light is emitted by mixing each secondary light emitted from these phosphors.

このように、本実施の形態にかかる発光ダイオード装置10では、発光ダイオード素子2に近い方から順に、バンドギャップが小さくなるように蛍光体5〜7を積層することにより、各蛍光体5〜7から発光した二次光は他の蛍光体に再吸収されることがなく、設定した色バランスを容易に得ることができ、かつ設定色の輝度が高い照明装置を得ることができる。また、色バランスの設定は、各蛍光体5〜7の膜厚や密度を変えるだけで容易にかつ独立に制御することができる。   As described above, in the light emitting diode device 10 according to the present embodiment, the phosphors 5 to 7 are stacked in such a manner that the band gap becomes smaller in order from the side closer to the light emitting diode element 2. The secondary light emitted from the light source is not reabsorbed by other phosphors, and a set color balance can be easily obtained, and an illuminating device having a high brightness of the set color can be obtained. Moreover, the setting of the color balance can be easily and independently controlled only by changing the film thickness and density of each phosphor 5-7.

図3は、発光ダイオード装置から発せられる白色光のスペクトルであり、横軸が波長、縦軸が相対強度を示す。図3中、Aは、本実施の形態にかかる発光ダイオード装置10(図1)の発光スペクトルであり、Bは、従来の発光ダイオード装置(図4)の発光スペクトルである。   FIG. 3 shows a spectrum of white light emitted from the light emitting diode device, where the horizontal axis indicates the wavelength and the vertical axis indicates the relative intensity. 3, A is the emission spectrum of the light emitting diode device 10 (FIG. 1) according to the present embodiment, and B is the emission spectrum of the conventional light emitting diode device (FIG. 4).

本実施の形態にかかる発光ダイオード装置10では、長波長側において二次光の再吸収が防止されるため、特に、波長が600nmよりも長波長の領域において、従来よりも発光強度が相対的に高くなっている。また、発光ダイオード装置10では、波長変換部8に対して、CeとPrの二種類のドープ剤を有するYAG蛍光体をドープした(ダブルドープ)ため、波長620nm付近に新しいピークが出現している。
この結果、本実施の形態にかかる発光ダイオード装置10は白色性が向上し、従来よりも照明に適した光源となる。
In the light emitting diode device 10 according to the present embodiment, since the secondary light is prevented from being reabsorbed on the long wavelength side, the light emission intensity is relatively higher than that in the past, particularly in the region where the wavelength is longer than 600 nm. It is high. Further, in the light emitting diode device 10, since the wavelength conversion section 8 is doped with a YAG phosphor having two kinds of dopants Ce and Pr (double dope), a new peak appears in the vicinity of a wavelength of 620 nm. .
As a result, the light emitting diode device 10 according to the present embodiment has improved whiteness and becomes a light source that is more suitable for illumination than in the past.

なお、図3において、波長465nmは青色光、波長560nmは緑色光、波長620nmは赤色光にそれぞれ相当する。   In FIG. 3, the wavelength 465 nm corresponds to blue light, the wavelength 560 nm corresponds to green light, and the wavelength 620 nm corresponds to red light.

本発明の実施の形態にかかる発光ダイオード装置の断面図である。It is sectional drawing of the light emitting diode apparatus concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかる蛍光体の発光メカニズムを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the light emission mechanism of the fluorescent substance concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態にかかる発光ダイオード装置と、従来の発光ダイオード装置との発光スペクトル特性を示すグラフである。It is a graph which shows the light emission spectrum characteristic of the light emitting diode apparatus concerning embodiment of this invention, and the conventional light emitting diode apparatus. 従来の発光ダイオード装置の断面図である。It is sectional drawing of the conventional light emitting diode apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1:基板、2:発光ダイオード素子、3:レンズホルダ、4:凹部、5:赤色蛍光体、6:緑色蛍光体、7:青色蛍光体、8:波長変換部、9:レンズ部、10:発光ダイオード装置

1: substrate, 2: light-emitting diode element, 3: lens holder, 4: recess, 5: red phosphor, 6: green phosphor, 7: blue phosphor, 8: wavelength conversion unit, 9: lens unit, 10: Light emitting diode device

Claims (11)

複数の蛍光体から放出された光を混色させる発光ダイオード装置であって、
一次光を発する発光ダイオード素子と、
該一次光を吸収して二次光を放出する、複数の蛍光体層を含む波長変換部とを含み、
該波長変換部が、該発光ダイオードが発した該一次光が最初に入射する第1蛍光体層と、該第1蛍光体層を透過した該一次光が入射する第2蛍光体層とを含み、
該第2蛍光体層の蛍光体が有するバンドギャップエネルギが、該第1蛍光体層から放出される二次光のピーク波長のエネルギより大きいことを特徴とする発光ダイオード装置。
A light emitting diode device for mixing colors emitted from a plurality of phosphors,
A light emitting diode element that emits primary light;
A wavelength conversion unit including a plurality of phosphor layers that absorbs the primary light and emits secondary light; and
The wavelength conversion unit includes a first phosphor layer on which the primary light emitted from the light emitting diode is first incident, and a second phosphor layer on which the primary light transmitted through the first phosphor layer is incident. ,
The light emitting diode device, wherein the band gap energy of the phosphor of the second phosphor layer is larger than the energy of the peak wavelength of the secondary light emitted from the first phosphor layer.
上記第1蛍光体層と上記第2蛍光体層との膜厚が略等しいことを特徴とする請求項1に記載の発光ダイオード装置。   The light emitting diode device according to claim 1, wherein the first phosphor layer and the second phosphor layer have substantially the same film thickness. 上記第1蛍光体層と上記第2蛍光体層との膜厚を異ならせて、該第1蛍光体層と該第2蛍光体層のそれぞれに吸収される一次光の量を調整したことを特徴とする請求項1に記載の発光ダイオード装置。   The amount of primary light absorbed in each of the first phosphor layer and the second phosphor layer is adjusted by changing the film thicknesses of the first phosphor layer and the second phosphor layer. The light-emitting diode device according to claim 1. 上記第1蛍光体層と上記第2蛍光体層とに含まれる蛍光体の粒子径が略均一であることを特徴とする請求項1に記載の発光ダイオード装置。   The light emitting diode device according to claim 1, wherein the particle diameters of the phosphors included in the first phosphor layer and the second phosphor layer are substantially uniform. 上記第1蛍光体層に含まれる蛍光体の平均粒子径が、上記第2蛍光体層に含まれる蛍光体の平均粒子径より大きいことを特徴とする請求項1に記載の発光ダイオード装置。   2. The light emitting diode device according to claim 1, wherein an average particle diameter of the phosphor contained in the first phosphor layer is larger than an average particle diameter of the phosphor contained in the second phosphor layer. 上記第1蛍光体層に含まれる粒状の蛍光体と、上記第2蛍光体層に含まれる粒状の蛍光体の平均粒子径が、略10nm〜略100nmの範囲内にあることを特徴とする請求項4又は5に記載の発光ダイオード装置。   The average particle diameter of the granular phosphor contained in the first phosphor layer and the granular phosphor contained in the second phosphor layer is in the range of about 10 nm to about 100 nm. Item 6. The light-emitting diode device according to Item 4 or 5. 上記第1蛍光体層に含まれる蛍光体の密度が、上記第2蛍光体層に含まれる蛍光体の密度より高いことを特徴とする請求項1に記載の発光ダイオード装置。   The light emitting diode device according to claim 1, wherein the density of the phosphor contained in the first phosphor layer is higher than the density of the phosphor contained in the second phosphor layer. 上記第1蛍光体層が赤色蛍光体層からなり、上記第2蛍光体層が緑色蛍光体層からなり、更に、該第2蛍光体層を挟んで該第1蛍光体層と反対側に、第3蛍光体層である青色蛍光体層を有することを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の発光ダイオード装置。   The first phosphor layer is composed of a red phosphor layer, the second phosphor layer is composed of a green phosphor layer, and further, on the opposite side of the first phosphor layer with the second phosphor layer sandwiched therebetween, The light emitting diode device according to claim 1, further comprising a blue phosphor layer that is a third phosphor layer. 上記赤色蛍光体から二次光として赤色光が放出され、上記緑色蛍光体から二次光として緑色光が放出され、上記青色蛍光体から二次光として青色光が放出されることを特徴とする請求項8に記載の発光ダイオード装置。   Red light is emitted as secondary light from the red phosphor, green light is emitted as secondary light from the green phosphor, and blue light is emitted as secondary light from the blue phosphor. The light emitting diode device according to claim 8. 上記発光ダイオード素子から放出される一次光の波長が、略250nm〜略365nmの範囲内にあることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の発光ダイオード装置。   The light emitting diode device according to any one of claims 1 to 8, wherein a wavelength of primary light emitted from the light emitting diode element is in a range of about 250 nm to about 365 nm. 上記蛍光体が、ナノ結晶であることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の発光ダイオード装置。

The light-emitting diode device according to claim 1, wherein the phosphor is a nanocrystal.

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