JP2006523017A - 蛍光体を基礎とするled及びこれに属する蛍光体 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、請求項1の上位概念による蛍光体を基礎とするLED及びこれに属する蛍光体に関する。この場合、特に、青色に又はUVを発光する一次放射体を有する白色又は有色のルミネセンス変換型LEDである。本明細書中においてLEDという概念は、常に、無機蛍光体を有するLEDを意味するものとする。
WO02/089175号から、一次発光光源のUV線が蛍光体により変換される、蛍光体を基礎とするLED及びこれに属する蛍光体が既に知られている。UV線がLEDから漏れるのを確実に防ぐために、高度にUVを散乱させるが変換特性を有してはならない材料が付加的に使用される。この特性を達成するためには、材質というよりは、UV散乱用材料の粒度が可能な限り小さく、かつその直径が数ナノメートルの範囲内であることが重要である。従ってこの場合、樹脂内では蛍光体の他に付加的な材料(拡散体)が必要とされる。また、これによりハロー効果及び半影効果も回避される。
本発明の課題は、請求項1の上位概念による、高効率及び光線の均一性により優れた蛍光体を基礎とするLEDを提供することである。
− 現行のLEDの明るさを、反射損失の低下及び/又は回避により、30%以下だけ増加させること、
− 量子収量が高いが吸収は弱い、多種の蛍光体を使用可能にすること、
− 蛍光体の濃度を介して調節可能な色の範囲を拡大すること、
− 不所望な短波長の放射線が減るので、少ない残留量のみが変換範囲から外れること:この側面は、2種類の観点:(1)外被部の老化が、特にUV−LEDの場合に顕著に減る点;(2)人体に有害な短波長の放射線(とりわけ、UV)が、もはやLED表面から漏れることがない点から見て有利である。
1.SCAP:Eu(青色)
2.SCAP:Eu、Mn(青色、青緑色、緑色、白色)
3.SrMgAl10O17:Eu(SAE、青色)
4.BAM:Eu(青色)及びBAM:Eu、Mn(青色、青緑色、白色)
5.Sr−アルミン酸塩:Eu及びSr−アルミン酸塩:Eu、Mnである。具体的には、SrAl2O4、Sr4Al14O25である。これらは全て、Eu型及びEu、Mn型であり、可能であれば全て、付加的に、Srについて部分的にBa置換、Ca置換されている(全て、青色、青緑色、緑色)。
6.Sr2SiO4:Eu、またSrについて部分的にBa置換、Ca置換されているもの。この蛍光体は、UV−LEDについて特に良好に機能する(緑色、黄色、橙色)。
7.YBO3:Ce、Tb(緑色)、一般的に、YについてはLn=La、Gd又はこれらからなる混合物
8.Y2SiO5:Ce、Tb(緑色)、一般的に、YについてはLn=La、Gd又はこれらからなる混合物
9.ZnS:Ag(青色)、ZnS:Cu、ZnS:Cu、Al(緑色)、必要であれば、CdZnS:Cu、Al;更にZnS:Cu、Mnは、ZnS:Cu、Al及びZnS:Cuに対する緑色の代替物である。
10.Y2O2S:Eu、一般的にはLn2O2S:Eu、YについてはLn=La、Gd又はこれらからなる混合物である(赤色)。また、Biも一緒にドーピングされている。
11.SrS:Eu(赤色)
12.赤色発光窒化物
1.YAG:Ce及び他のガーネット;
2.Sr2SiO4:Eu、既に説明済み;
3.半導体ナノ材料
との組合せである。
以下、本発明を複数の実施例に基づいて、より詳細に説明する。図は:
図1 LED断面図;
図2 CIE図における色度点のシフトの原理の説明(図2a)、特に吸収が弱い蛍光体(図2b)及び改質された蛍光体(図2c)の場合の説明;
図3 改質された蛍光体の吸収の低下の原理の説明;
図4 改質された蛍光体の発光のシフトの原理の説明;
図5 YAG:Ceについての低いCe濃度の場合及びYAG:Ce系にGaないしAlを添加した場合の色度点のシフトの説明;
図6 一次放射線の発光の弱吸収性の原理の説明;
図7 半導体蛍光体の発光原理の説明
を示す。
Lukoled原理により機能する白色LEDにおいて使用するために、InGaNチップと一緒に、例えばUS5998925号の記載と同様の構成物を使用する。白色LED用のかかる光源のこの構成物は、図1に明示されている。一次光源は、ピーク発光波長460nmのInGaN型の半導体素子(チップ1)であり、このチップには第1の電気端子2及び第2の電気端子3が達しており、この構成要素は遮光性の基礎外被部8内に、凹部9の範囲内で埋設されている。端子3の一方は、ボンディングワイヤ4を介してチップ1と接続されている。この凹部は、チップ1の青色一次放射線の反射器として利用される壁部7を有する。この凹部9は、主要構成成分としてポリマー、シリコーン又はエポキシ注型樹脂(80〜90質量%)、及び蛍光体顔料6(15質量%未満)を含有する非導電性の充填材料5で充填されている。かかるダイオードを、一般的には3Vの電圧で駆動させる。この電圧を、電圧源SPから端子2、端子3に伝えさせる。
スピンオン法又はスピンコーティング:少量の液体量を、回転しているウェーハに滴下する。この回転により均一な層が形成される (半導体工業におけるホトレジストの施与の標準的方法)。蛍光体粒子を使用する場合、この遠心力によりこれらは凝離される。このことは、ナノ粒子の場合には該当しない。
Claims (16)
- LEDチップが300〜470nmの範囲のピーク波長を有する一次放射線を放出し、前記放射線が部分的に又は完全に、光ルミネセンスによりLEDの一次放射線に曝されている少なくとも1種の蛍光体によってより長波長の二次放射線に変換されるルミネセンス変換型LEDであって、前記変換が、少なくとも、以下にナノ蛍光体として呼称する、平均粒度d50が1〜50nmの範囲内、好ましくはd50が2〜25nmである蛍光体の利用下で達成されることを特徴とするルミネセンス変換型LED。
- 蛍光体が、一次放射線に曝されている、絶縁性材料からなる充填物中に分散されていることを特徴とする請求項1に記載のLED。
- 420〜470nmのピーク波長の青色発光する一次放射線と、二次黄色を発光する蛍光体とが一緒に使用されることを特徴とする請求項1に記載のLED。
- 330〜410nmのピーク波長のUV発光一次放射線と、二次赤色、二次緑色及び二次青色を発光する3種の蛍光体とが一緒に使用されることを特徴とする請求項1に記載のLED。
- 以下の蛍光体系:赤色:Y2O2S:Eu;と、緑色:ZnS:Cu、Al又はZnS:Cu、Mn若しくはZnS:Cu;と、青色:SCAP又はZnS:Agとが使用されることを特徴とする請求項4に記載のLED。
- 一次放射線のピーク波長の範囲で弱い吸収を示すにすぎず、かつ特にルミネセンスが活性体により生ずる蛍光体が選択されていることを特徴とする請求項1に記載のLED。
- 以下にμm型蛍光体と呼称される、ナノ蛍光体と同質であるが粗粒の蛍光体が、光学的に密な、すなわち角度積分された透過率が<5%であるμm型蛍光体から構成された圧縮粉末タブレットについて反射率測定を実施した場合にLEDチップのピーク波長で50%を上回る反射率を示すようにナノ蛍光体が選択されており、その際、粗粒とは、1μmを上回る平均粒度d50であり、特にd50≦20μm、好ましくはd50≦10μmであることを特徴とする請求項6に記載のLED。
- 点A50により記載されているナノ蛍光体の長波長側の吸収端が、長波長側の点FW90、好ましくはFW70、特に好ましくはFW50、殊に好ましくはピーク波長それ自体により記載されている一次発光の長波長端を下回っていることを特徴とする請求項6に記載のLED。
- 活性体濃度が低く選択されている、それも同質のμm型蛍光体の場合の活性体の高くても75%、好ましくは10〜50%の濃度に達するように選択されている、活性体を有するナノ蛍光体が使用され、そのため、この所与のμm型蛍光体の活性体濃度はより高く、100%に相当する基準値として利用され、その際、μm型蛍光体は一次放射線のピーク波長の範囲内で強い、好ましくは50%を上回るまで、特に好ましくは70%を上回るまでの吸収を示すように選択されているが、活性体濃度が低い同質の蛍光体は一次放射線のピーク波長の範囲内で弱い、好ましくは高くても30%、特に好ましくは高くても20%で吸収を示すことを特徴とする請求項7に記載のLED。
- 半導体ナノ粒子、特にCdSeからなる1種の蛍光体が使用されることを特徴とする請求項1に記載のLED。
- チップと電圧源とを、導電性端子を介して接続できることを特徴とする請求項1に記載のLED。
- 電圧源が、最大5Vの電圧を伝えることを特徴とする請求項11記載のLED。
- ナノ蛍光体が、希土類元素DでドーピングされたガーネットA3B5O12であり、その際、D部分は、Aに対して高くても0.9モル%であることを特徴とする請求項9に記載のLED。
- 請求項1から13までの何れか1項に記載のナノ蛍光体を有するLEDの製造方法において、前記蛍光体を、CVR又はCVDによりチップ上に直接的に施与する方法。
- 請求項1から13までの何れか1項に記載のナノ蛍光体を有するLEDの製造方法において、前記蛍光体を、プリント、吹き付け又はインクジェットによりチップ上に施与する方法。
- 300〜470nmの短波長一次発光放射線をより長波長の放射線に変換するため、特に430〜750nmの範囲の可視光線に変換するためのLukoled型の光学半導体素子内における変換手段としての、1〜50nmの平均粒度d50を有するナノ蛍光体の使用。
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