JP2006524425A - 白色半導体発光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】高輝度及び色純度が優れた白色半導体発光装置を提供する。
【解決手段】本発明の白色半導体発光装置は、青色発光チップを有する発光素子の透光性樹脂層にシリケート系緑色蛍光体及びセレニウム系赤色蛍光体を混合含有させることで、青色発光素子によって発光された青色光とこの発光され青色光の一部を吸収して発光するシリケート系蛍光体からの緑色光と前記青色光の一部を吸収して発光するセレニウム系蛍光体からの赤色光との混色によって白色光が発光される発光装置である。
【解決手段】本発明の白色半導体発光装置は、青色発光チップを有する発光素子の透光性樹脂層にシリケート系緑色蛍光体及びセレニウム系赤色蛍光体を混合含有させることで、青色発光素子によって発光された青色光とこの発光され青色光の一部を吸収して発光するシリケート系蛍光体からの緑色光と前記青色光の一部を吸収して発光するセレニウム系蛍光体からの赤色光との混色によって白色光が発光される発光装置である。
Description
本発明は、白色半導体発光装置に関し、特に、発光素子から放出される青色光と、この放出された青色光の一部を吸収し、緑色発光が可能なバリウムシリケート系蛍光体及び赤色発光が可能な亜鉛セレニウム系蛍光体を前記発光素子を被覆している透光性樹脂層に提供し、その色混合によって白色発光が可能な白色半導体発光装置に関する。
半導体発光素子（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）は、ｐ型とｎ型半導体の接合からなり、電圧を加えれば電子と正孔の結合で半導体のバンドギャップ（ｂａｎｄ ｇａｐ）に相当するエネルギーを光の形態で放出する光電子素子の一種である。
このような光電子素子が照明として使用されるためには、白色光を発光する必要がある。ＧａＮ系の窒化物半導体発光装置によって高輝度の青色ＬＥＤが開発され、ＬＥＤのフルカラー化が実現され、ＬＥＤの使用が次第に増えている。特に、現在一般に使用されている蛍光灯や白熱灯のような照明器具に比べて、少ない電力消耗と寿命延長、及び環境親和的な特性を有しており、経済的な照明手段として脚光を浴びている。
現在、照明、ノート型パソコン、携帯電話などのＬＣＤ用背面光源として脚光を浴びている白色発光ダイオードは、青色ＬＥＤにＹＡＧ:Ｃｅ蛍光体を結合したり、赤色、緑色及び青色ＬＥＤを一つのパッケージとして製造される。青色ＬＥＤを用いた白色ＬＥＤは、主に４５０〜４７０ｎｍ波長帯の青色光源によって上部層に配されたＹＡＧ:Ｃｅ黄色蛍光体を励起・発光させることによって、青色と黄色の混色で白色半導体発光装置の製造が可能である。ところが、４５０〜４７０ｎｍ波長帯の青色ＬＥＤを用いた白色ＬＥＤは、それに適した蛍光物質がＹＡＧ:Ｃｅと限定されており、色純度（ＣｏｌｏｒＰｕｒｉｔｙ）上の問題点もある。
また、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ及び青色ＬＥＤを用いて白色半導体発光装置を製造する際に、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＩｎＧａＮ、ＧａＮ等の互いに異なる基板を製造し、互いに異なる半導体薄膜を活用する必要があるため、製造工程が複雑になり、かつ投資費用も増加し、製造コストが高くなるという問題点がある。よって、同一の半導体薄膜を用いて、白色発光が可能でかつ優れた色純度を有する白色半導体発光装置の開発が急務となっている。
なお、紫外線ＬＥＤを光源として用いて、三原色蛍光体を励起させて白色を実現する方法として、ＩｎＧａＮ/Ｒ、Ｇ、Ｂ蛍光体を発光物質として用いる方法が知られている。この方法は、高電流下で使用可能であり、色感を改善することができる。しかし、前記方法は、現在、緑色を実現するための物質の開発が満足できるものではなく、短波長である青色ＬＥＤから放出された光が長波長である赤色ＬＥＤに吸収され、全体の発光効率が低下するおそれがあるという問題点がある。
従来の白色半導体発光装置としては以下のようなものがある。
Ｎｉｃｈｉａ社の米国特許５，９９８，９２５号及び６，０６９，４４０号には、窒化物半導体を用いる白色半導体発光装置であって、ＩｎｉＧａｊＡｌｋＮ（０ｉ、０ｊ、０ｋ、ｉ+ｊ+ｋ=１）で表される窒化物半導体を含有する青色発光素子と、前記青色発光素子によって放出される光の一部を吸収して吸収光と異なる波長の光を放出するＹＡＧ（Ｙｔｔｒｉｕｍ、Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ、Ｇａｒｎｅｔ）系ガーネット蛍光物質を含有する黄色蛍光体を有する発光装置が開示されている。
Ｏｓｒａｍ社の米国特許６，５０４，１７９号には、既存ＲＧＢアプローチ（赤色、緑色及び青色の組み合わせを用いる方法）及びＢＹアプローチ（青色と黄色の組み合わせを用いる方法）とは異なって、ＢＹＧアプローチ（青色、黄色及び緑色の組み合わせを用いる方法）を採用した白色照明装置が開示されている。
また、ＧｅｎｅｒａｌＥｌｅｃｔｒｉｃ社の米国特許６，５９６，１９５号には、近紫外線乃至青色波長領域（約３１５ｎｍ乃至約４８０ｎｍ領域）の光によって励起されることができ、緑色乃至黄色波長領域（約４９０ｎｍ乃至約７７０ｎｍ）の広範囲領域で発光ピークを示す可視光線を放出する蛍光体と、これを採用した白色光源が開示されている。
前記のように、従来の白色半導体発光装置は、主にＵＶ乃至青色ＬＥＤによってＹＡＧ系の黄色蛍光体を励起、発光させることで、混色による白色を実現する方式を採用している。しかし、ＹＡＧ系黄色蛍光体は黄緑色光を発光しており、この問題点を解決するため、黄緑色光の波長を長波長側に変化させるために他の物質を添加するが、他の物質を添加する場合、発光輝度が減少するという問題点がある。
本発明の白色半導体発光装置は、青色発光チップを有する発光素子の透光性樹脂層にシリケート系緑色蛍光体及びセレニウム系赤色蛍光体を混合含有させることで、青色発光素子によって発光された青色光と、この発光された青色光の一部を吸収して発光するシリケート系蛍光体からの緑色光と、前記青色光の一部を吸収して発光するセレニウム系蛍光体からの赤色光との混色によって白色光が発光される発光装置である。
本発明の目的は、ＢｌｕｅＬＥＤチップを有する発光素子と、この発光素子から発光される光を吸収して励起されて緑色で発光するバリウムシリケート系蛍光体、及び前記発光素子から発光する光を吸収して赤色で発光する亜鉛セレニウム系蛍光体が前記発光素子の光透視方向に提供され、混色作用によって白色発光が可能な高輝度及び色純度が優れた白色半導体発光装置を提供することである。
本発明の目的を達成するために本発明は、アノード端子及びカソード端子と各々接続され電流が供給されれば発光する青色または紫外線発光素子と、
前記発光素子の発光領域に提供されこの発光素子から光を吸収して赤色で発光する亜鉛セレニウム系赤色蛍光体と、
前記発光素子の発光領域に提供されこの発光素子から光を吸収して緑色で発光するバリウムシリケート系緑色蛍光体とを有し、
前記亜鉛セレニウム系赤色蛍光体とバリウムシリケート系緑色蛍光体は、前記発光素子の少なくとも１面以上を囲うエポキシモールド層の内部または外部に提供される白色半導体発光装置を提供する。
前記発光素子の発光領域に提供されこの発光素子から光を吸収して赤色で発光する亜鉛セレニウム系赤色蛍光体と、
前記発光素子の発光領域に提供されこの発光素子から光を吸収して緑色で発光するバリウムシリケート系緑色蛍光体とを有し、
前記亜鉛セレニウム系赤色蛍光体とバリウムシリケート系緑色蛍光体は、前記発光素子の少なくとも１面以上を囲うエポキシモールド層の内部または外部に提供される白色半導体発光装置を提供する。
前記エポキシモールド層は、発光素子を物理的衝撃から保護し、反射カップまたは反射板形状のダムが形成されている構造のリードタイプまたは表面実装型の全てに適用されるモールド層であることができる。
前記リードタイプは、ＬＥＤチップ上部面を含めてホールカップ内部にバリウムシリケート系緑色蛍光体及び亜鉛セレニウム系赤色蛍光体を有するエポキシモールド層をホールカップ上面に充填させるものである。
前記表面実装型は、ＬＥＤチップ上部面を含めてフレーム凹部内部にバリウムシリケート系緑色蛍光体及び亜鉛セレニウム系赤色蛍光体を有する透光性樹脂モールド層をフレーム凹部上面に充填させるものである。
この時、前記チップは、サファイアを基板とするＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮ系のＢｌｕｅチップであるか、炭化ケイ素を基板とするＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮ系のＢｌｕｅチップを用いる。
また、任意の基板を使用して製作されたＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮ系の青色発光チップを用いることも可能である。
本発明の白色半導体発光装置に適した蛍光体は、半導体発光層から発光した紫外線または可視光領域帯の光エネルギーによって励起されて発光する互いに異なる波長を有する緑色及び赤色発光蛍光体である。
具体的に、前記緑色発光蛍光体は、バリウムシリケート系の緑色発光蛍光体であり、次式１で表される。
式中、Ｘは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｋ、Ｎａより選択された少なくとも一つ以上の元素であり、Ｙは、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｍｎ、Ｙ、Ｇｄ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｌａ、Ｓｍ、Ｄｙからなるグループより選択された少なくとも一つ以上の元素を含む。具体的に、前記赤色発光蛍光体は、亜鉛セレニウム系の赤色発光蛍光体であり、次式２で表される。
式中、Ｘは、Ｃｄ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｂａ、Ｓｒより選択された少なくとも一つ以上の元素であり、Ｙは、周期律表のIＢ族（Ｃｕ、Ａｇ）、IIIＢ族（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）、VIIＢ族（Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ）、または希土類元素（Ｅｕ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｄｙ、Ｓｍ）からなるグループより選択された少なくとも一つ以上の元素を含む。
本発明で用いられる前記バリウムシリケート系緑色蛍光体及び亜鉛セレニウム系赤色蛍光体をさらに詳細に説明する。
バリウムシリケート系緑色蛍光体は、一般的な式（Ｂａ１-ＰＸＰ）２ＳｉＯ４:Ｙで表され、Ｘは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｋ、Ｎａより選択された少なくとも一つ以上の元素であり、０から１ｍｏｌ範囲内の比率で設定することが好ましい。また、Ｙは、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｍｎ、Ｙ、Ｇｄ、Ｈｏ、Ｃｅ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｌａ、Ｓｍ、Ｄｙからなるグループより選択された少なくとも一つ以上の元素であり、０から０．５ｍｏｌ範囲内の比率で設定することが好ましい。
亜鉛セレニウム系赤色蛍光体の場合、一般的な化学式（Ｚｎ１-ｑＸｑ）２ＳｅＯ４:Ｙで表され、Ｘは、Ｃｄ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｌｉ、Ｂａ、Ｓｒより選択された少なくとも一つ以上の元素であり、０から０．１ｍｏｌ範囲内の比率で設定することが好ましく、Ｙは、ＩＢ族（Ｃｕ、Ａｇ）、IIIＢ族（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）、VIIＢ族（Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ）、または希土類元素（Ｅｕ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｄｙ、Ｓｍ）からなるグループより選択された少なくとも一つ以上の元素であり、０から１ｍｏｌ範囲内の比率で設定することが好ましい。バリウムシリケート系緑色蛍光体及び亜鉛セレニウム系赤色蛍光体において共付活剤の使用量が前記範囲未満であれば、共付活剤としての機能をするのに不十分な量であり、前記範囲以上を超えれば、濃度クエンチング効果による輝度低下が生じる問題点があり得る。
このような本発明に用いられる緑色及び赤色蛍光体は、蛍光体原料物質と共付活剤を所望の組成による各々の所定比となるように秤量し、より効果的な混合のため、アセトン溶媒下でボールミリング（ｂａｌｌｍｉｌｌｉｎｇ）またはメノウ乳鉢のような混合器を利用して、組成が均一になるように混合する。その後、この混合物を１００乃至１５０度で１〜２時間乾燥する。乾燥した混合物を８００〜１５００度の温度で熱処理して蛍光体粉末を合成し、合成された蛍光体粉末を還元雰囲気下で８００〜１５００度の温度で１〜１０時間焼成した後、粉砕する。これら粉末に対する光発光強度（ＰＬ）を測定した結果、バリウムシリケート系緑色蛍光体は４５０〜６００ｎｍの領域で強い発光スペクトルを表し、亜鉛セレニウム系赤色蛍光体は５００〜７００ｎｍの領域で強い発光スペクトルを表す。
以上のような緑色発光及び赤色発光蛍光体は、白色半導体発光装置を製造する際に、ＬＥＤチップ上部面を含めてホールカップまたはフレーム凹部内部を充填させる状態で提供される。該蛍光体は、実質的にＬＥＤチップ上部に配される透光性樹脂モールド層に提供される。この透光性樹脂モールド層に含まれたバリウムシリケート系緑色蛍光体及び亜鉛セレニウム系赤色蛍光体は、粒子サイズ（粒度）によってホールカップまたはフレーム溝部の内部の底面を基準に大粒子、中粒子、小粒子蛍光体の順になり、透光性樹脂モールド層の緑色及び赤色蛍光体が沈降して充填されるようにした後、硬化し、モールド材が凝固するようにすることが好ましい。この透光性樹脂モールド層に蛍光体が充分に沈降してモールド材が凝固されれば、発光素子から発生した光が蛍光体粒子などによって吸収され、散乱し、白色光の強度上昇はもちろん、均一な白色発光が可能となる。
しかし、前記透光性樹脂モールド層に前記蛍光体の沈降が充分に行われず、蛍光体粒子が浮遊した状態でモールド材が凝固すれば、発光素子から発生した光が、ＬＥＤチップ表面に近接した部分の浮遊した蛍光体粒子では、蛍光体に吸収されて励起された２次光として放出されるが、励起された２次放出光は、チップ表面から離れている蛍光体粒子に衝突して発光に寄与できず、一部は透過し、一部は反射して拡散され、さらに一部は、消滅して発光強度を著しく低下させる。また、透光性樹脂モールド層に含まれたバリウムシリケート系緑色蛍光体及び亜鉛セレニウム系赤色蛍光体の粒子サイズ（粒度）において、大粒子及び中粒子蛍光体のサイズは２μｍ〜５０μｍであり、小粒子蛍光体のサイズは０．１μｍ〜２μｍの範囲が好ましい。蛍光体は、主に粉末の表面で発光するため、粒子サイズが小さくなるほど粒子表面積が増加し発光強度が向上されるが、粒子サイズが臨界以下に小さくなれば、散乱された光が粒子の間で吸収される光経路差によって消滅し、また、透光性樹脂モールド層で充分な沈降が行われず、浮遊した状態でモールド材が凝固され、発光強度を低下させる。即ち、粒子サイズ（粒度）に応じて沈降させる際に、２μｍ〜５０μｍ範囲の粒子サイズを有する大粒子及び中粒子蛍光体をホールカップまたはフレーム凹部の内部の底面を基準に充填させてＬＥＤチップの近い部分に存在するようにし、その外側に０．１μｍ〜２μｍ範囲の粒子サイズを有する小粒子蛍光体を充填させ、特に大粒子蛍光体をＬＥＤチップ周辺に可能な限り互いに重畳しないように配することで、発光強度の上昇はもちろん、均一な白色発光を可能とする。
このように、上述したような発光ダイオードは、発光層に高エネルギーバンドギャップを有し、青色発光が可能な窒化ガリウム系化合物半導体素子とバリウムシリケート系緑色蛍光体及び亜鉛セレニウム系赤色蛍光体を組み合わせたものであって、発光素子からの青色発光とその発光によって励起された蛍光体からの緑色及び赤色発光との混色により白色光が実現される。
また、本発明によるバリウムシリケート系緑色蛍光体及び亜鉛セレニウム系赤色蛍光体を有する白色発光ダイオードの場合、発光素子から放出された可視光領域帯の高エネルギー光を長時間照射したときにも、発光色の変化や発光輝度の低下が極めて少ない白色光が実現可能である。
本発明によるバリウムシリケート系緑色発光蛍光体及び亜鉛セレニウム系赤色発光蛍光体を有する発光ダイオードは、長波長ＵＶ領域及びＢｌｕｅ領域帯の励起下で極めて優れた緑色及び赤色発光を示しており、ＵＶＬＥＤを基準光として緑色、赤色発光蛍光体を有する白色半導体発光装置、Ｂｌｕｅ ＬＥＤを基準光として緑色、ピンク発光蛍光体を有する白色半導体発光装置や、長波長ＵＶ及びＢｌｕｅ領域帯をエネルギー源とする応用分野に適用することができる。特に、緑色及び赤色発光蛍光体を一つの青色ＬＥＤチップに適用して白色光を実現することによって、赤色、緑色、青色ＬＥＤチップを適用した白色半導体発光装置の優れた色純度をそのまま維持しながら、ＬＥＤ製造工程及び製造コストなどの問題点を画期的に解決することができる。
以下、添付した図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
図１（ａ），（ｂ）は、本発明の一実施形態を示す図であって、本発明に係るバリウムシリケート系緑色蛍光体及び亜鉛セレニウム系赤色蛍光体を適用したリードタイプ白色発光ダイオードの概略的な構成図及び一部拡大断面図である。図１（ａ），（ｂ）に示されるように、本発明のリードタイプ白色発光ダイオードは既に通常の構造であるカップ形態の反射板を有するものやこれと類似する構造の発光ダイオードが適用できる。アノードワイヤ１及びカソードワイヤ２を用いてＬＥＤチップ３とアノードリード４及びカソードリード５を各々接続することによって、前記ＬＥＤチップ３に電流を印加する手段を有している。前記カソードリード５の一端には、反射手段としてホールカップ（Ｃ）が一体に形成されており、このホールカップ内部に前記ＬＥＤチップ３が配される。前記ＬＥＤチップ３として青色ＬＥＤチップを用いることができる。
前記ＬＥＤチップ３は、物理的な力によって保護されるようにしながら、このＬＥＤチップ３を前記ホールカップ（Ｃ）に固定するため、前記ＬＥＤチップと前記アノード及びカソードワイヤ１、２の一部分が共にエポキシによってモールディングされる。このエポキシには本発明に関わる２種類の蛍光体が混合される。
このような構造により、ホールカップ（Ｃ）の内部にはエポキシモールド層６が形成され、このエポキシモールド層６を含めてその周囲に無色または着色された透光性樹脂がモールディングされる外装材７を有する。
本発明は、上記したような構造の発光ダイオードにおいて、前記エポキシモールド層６が本発明の特徴として、青色発光素子の発光経路にバリウムシリケート系緑色発光蛍光体及び亜鉛セレニウム系赤色発光蛍光体が提供されることを特徴とする。
本発明において、前記バリウムシリケート系緑色発光蛍光体と亜鉛セレニウム系赤色発光蛍光体は、エポキシ樹脂と混合された状態で前記エポキシモールド層６に不規則に提供されたり、またはバリウムシリケート系緑色発光蛍光体と亜鉛セレニウム系赤色発光蛍光体が交互に隣接し、マトリックス配列構造で提供される。
図２（ａ），（ｂ）は、本発明の他の実施形態を示す図であって、本発明に係るバリウムシリケート系緑色発光蛍光体と亜鉛セレニウム系赤色発光蛍光体が二重モールド構造のリードタイプ白色発光ダイオードに適用されたものを示す。図２は、図１と比較して、カップ内部に２階構造のモールド材を形成している点が異なる。即ち、ホールカップ（Ｃ）内部に青色ＬＥＤチップ３の周辺領域を含めてその上部の任意領域まで透明な性質のシリコンを含む透明な物質を積層させたシリコン層またはモールド材８を形成している。ホールカップ（Ｃ）内部の深さが０．２５ｍｍ〜０．５５ｍｍ範囲の値であることを勘案して、前記シリコン層またはモールド材８を１００μｍ〜２００μｍ範囲で設定された高さほど積層することが好ましい。これは、青色ＬＥＤチップ３の高さがカップ内部の底面を基準に１００μｍ程度であることを考慮したものである。このシリコン層またはモールド材８上部に、バリウムシリケート系緑色発光蛍光体及び亜鉛セレニウム系赤色発光蛍光体を有するエポキシモールド層６をカップ上端の上面と同一な面を有するように積層する。
図３は、本発明の他の実施形態を示す図であって、本発明に係るバリウムシリケート系緑色発光蛍光体及び亜鉛セレニウム系赤色発光蛍光体を提供したリフレクター射出構造タイプの表面実装型白色発光ダイオードの断面図である。図３に示されるように、発光ダイオードは、青色ＬＥＤチップ１０と、アノードリード１１と、カソードリード１２と、エポキシモールド層１３、及び反射機能を有する不透明樹脂材のカップ状のリフレクター１６を有する通常の構造を有するものが示されている。このリフレクター１６は、内側面に反射面１７を形成している。前記アノード及びカソードリード１１、１２は、ボンディングワイヤ１４で各々青色ＬＥＤチップ１０のＮ型電極及びＰ型電極と各々接続されている。前記エポキシモールド層１３は、本発明に係る蛍光体であるバリウムシリケート系緑色発光蛍光体及び亜鉛セレニウム系赤色発光蛍光体を有するエポキシモールド層１３であり、前記青色ＬＥＤチップ１０上部を含めてカップ内部の底まで積層される。そして、該エポキシモールド層１３上部に、リフレクター１６の上面と同一な面を有するように透明シリコン層またはモールド材１５が積層される。この実施形態でも前記青色ＬＥＤチップはＵＶチップを用いることができる。
図４は、本発明の他の実施形態を示す図であって、バリウムシリケート系緑色蛍光体と亜鉛セレニウム系赤色蛍光体が二重モールド構造を有するリフレクター射出構造タイプの表面実装型白色発光ダイオードに適用されたものを示している。
この実施形態の発光ダイオードは、図３の２層構造のモールド材を形成したものと異なって、３層構造のモールド材を形成している。即ち、まず前記ＬＥＤチップ１０上部を含めてカップ内部の底に透明シリコン層またはモールド材１５を先に積層させ、その後、前記透明シリコン層またはモールド材１５上部に、バリウムシリケート系緑色蛍光体及び亜鉛セレニウム系赤色蛍光体を有する蛍光体を有するエポキシモールド層１３’を形成させ、前記エポキシモールド層１３’上部にカップ上端の上面と同一な面を有する透明シリコン層またはモールド材を積層させる。前記エポキシモールド層１３’は、上述した実施形態と同様に、モールド材との比重差を利用して蛍光体が沈殿するようにし、光密度を向上させることができる。
図５は、本発明の他の実施形態であって、バリウムシリケート系緑色蛍光体及び亜鉛セレニウム系赤色蛍光体が適用されたＰＣＢタイプの表面実装型白色発光ダイオードの断面図である。同図に示すように、ＬＥＤチップ２０と、アノードリード２２と、カソードリード２１と、蛍光体を有するエポキシ樹脂層２３で構成されている。前記ＬＥＤチップ２０はＰＣＢ２５上に配され、このチップのＮ型電極及びＰ型電極が前記リード２１、２２と各々ボンディングワイヤで接続されている。前記エポキシモールド層２３は、バリウムシリケート系緑色蛍光体及び亜鉛セレニウム系赤色蛍光体を有するエポキシモールド層２３であり、前記ＬＥＤチップ２０上部を含めて一定の高さに積層される。さらに、このエポキシモールド層２３上部に透明シリコン層またはモールド材２４が積層される。
前記実施形態で、ＬＥＤチップ２０として青色ＬＥＤチップが用いられたり、ＵＶＬＥＤチップを用いることができる。なお、前記実施形態において、多層構造は様々な変形が可能である。
図６Ａ，図６Ｂは、本発明に係るバリウムシリケート系緑色発光蛍光体及び亜鉛セレニウム系赤色発光蛍光体の吸収スペクトル及び発光スペクトルを示すグラフである。図示するように、図６Ａは、前記蛍光体のうち亜鉛セレニウム系赤色発光蛍光体の吸収及び発光スペクトルを示すものであって、この蛍光体は４００〜４５０ｎｍ領域で高い吸収ピークを示し、６００ｎｍ〜６５０ｎｍ領域で強い発光ピークを示す。
図６Ｂは、前記蛍光体のうちバリウムシリケート系緑色発光蛍光体の吸収及び発光スペクトルを示すものであって、この蛍光体は３００〜４２０ｎｍ領域で高い吸収ピークを示し、５００〜５５０ｎｍ領域で強い発光ピークを示す。
このようなスペクトルは、ＵＶＬＥＤチップを用いた場合やＢｌｕｅチップを用いたダイオードの場合、これらのチップから出る波長帯の光エネルギーが前記蛍光体を励起させ発光させることで白色が実現される。これにより、前記波長帯をエネルギー源とする応用分野に、バリウムシリケート系緑色蛍光体及び亜鉛セレニウム系赤色蛍光体が適していることが分かる。
図７は、本発明のバリウムシリケート系緑色蛍光体と亜鉛セレニウム系赤色蛍光体と青色ＬＥＤを組み合わせた白色発光ダイオードの発光スペクトルを示す。同図に示されるように、Ｂｌｕｅチップから発生した基準光と放出された光の一部を蛍光体が吸収励起されて放出される第２の光である緑色光及び赤色光が混色して白色が実現されることが分かる。
即ち、ＢＬＵＥチップから発生した基準光とこの基準光を吸収して発光する緑色発光蛍光体及び赤色発光蛍光体によって白色光が実現されるので、演色性が優れている色純度を有することができる。よって、従来のＢＬＵＥチップにＹＡＧ:Ｃｅ黄色発光蛍光体を結合して得られる白色光よりもＬＣＤ用背面光源として適している。
図８は、本発明のバリウムシリケート系緑色発光蛍光体と亜鉛セレニウム系赤色発光蛍光体と青色ＬＥＤを組み合わせた発光ダイオードによって実現される色再現範囲を示す色座標である。同図に示されるように、Ｂｌｕｅチップに適用するバリウムシリケート系緑色発光蛍光体及び亜鉛セレニウム系赤色発光蛍光体の含有量を調整することによって、選択された領域の色座標を具現できる。
図示するように、(1)領域（ｇｒｅｅｎｉｓｈ ｂｌｕｅ ｃｏｌｏｒ）と(2)領域（ｇｒｅｅｎ ｃｏｌｏｒ）は、コーティング部に使用される透光性モールド樹脂層に含有されている緑色発光蛍光体の重量パーセントを変化させることで実現可能であり、前記(1)領域は透光性物質樹脂に対して１０重量％の緑色発光蛍光体を含有させることによって実現され、(2)領域は透光性モールド樹脂に対して６０重量％の緑色発光蛍光体を含有させることによって実現可能である。
また、(4)領域（ｐｕｒｐｌｅ ｃｏｌｏｒ）と(5)領域（ｐｉｎｋ ｃｏｌｏｒ）は、コーティング部に使用される透光性物質樹脂に含有されている赤色発光蛍光体の重量パーセントを変化させることで実現可能であり、(4)領域は透光性モールド樹脂に対して５重量％の赤色発光蛍光体を含有させることによって実現され、(5)領域は透光性モールド樹脂に対して１０重量％の赤色発光蛍光体を含有させることによって実現可能である。
(3)領域は白色領域であって、透光性モールド樹脂に対して緑色発光蛍光体を２５〜３５重量％含有させ、赤色発光蛍光体を２〜５重量％含有させることによって白色を実現することができる。
このように、図８に示す選択された領域は、透光性モールド樹脂のうちバリウムシリケート緑色発光蛍光体及び亜鉛セレニウム系赤色発光蛍光体の含有量を調節することによって、実線内に存在する任意の色を発光させることができる。
以上のように、本発明によるバリウムシリケート系緑色発光蛍光体及び亜鉛セレニウム系赤色発光蛍光体を有する発光ダイオードは、長波長ＵＶ領域及びＢｌｕｅ領域帯の励起下で極めて優れた緑色及び赤色発光を示しており、ＵＶＬＥＤを基準光として緑色、赤色発光蛍光体を有する白色半導体発光装置、Ｂｌｕｅ ＬＥＤを基準光として緑色、ピンク発光蛍光体を有する白色半導体発光装置や、長波長ＵＶ及びＢｌｕｅ領域帯をエネルギー源とする応用分野に適用することができる。特に、緑色及び赤色発光蛍光体を一つの青色ＬＥＤチップに適用して白色光を実現することによって、赤色、緑色、青色ＬＥＤチップを適用した白色半導体発光装置の優れた色純度をそのまま維持しながら、ＬＥＤ製造工程及び製造コストなどの問題点を画期的に解決することができる。
本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で当分野の通常の知識を有する者であれば様々な変形が可能であることは明白である。
Claims (15)
- 半導体発光素子と、
前記発光素子から発光する光の拡散領域でこの光の一部を吸収し、該光と異なる波長帯の光を各々発光する２系列の蛍光体とを有し、
前記２系列の蛍光体は、バリウムシリケート系緑色発光蛍光体及び亜鉛セレニウム系赤色発光蛍光体である白色半導体発光装置。 - 前記半導体発光素子は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮまたはＡｌＧａＩｎＮ系発光素子の青色ＬＥＤチップである請求項１に記載の白色半導体発光装置。
- 前記発光素子は、この発光素子から発光した光を反射するためのホールカップまたはリフレクター内部に位置し、該発光素子は蛍光体が混合されたエポキシ樹脂によってモールディングされる請求項１に記載の白色半導体発光装置。
- 前記エポキシモールド層には、バリウムシリケート系緑色発光蛍光体及び亜鉛セレニウム系赤色発光蛍光体が提供される請求項３に記載の白色半導体発光装置。
- 前記蛍光体は、エポキシ樹脂に不規則に混合されたり、マトリックス状に提供される請求項１、３、４のいずれか一項に記載の白色半導体発光装置。
- 前記蛍光体は、球形粒子形態（ｓｐｈｅｒｉｃａｌｐａｒｔｉｃｌｅｓ）及び薄片粒子形態（ｆｌａｋｅｌｉｋｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ）を有し、粒子サイズが０．１μｍ〜５０μｍ範囲であることを特徴とする請求項１に記載の白色半導体発光装置。
- 前記蛍光体は、バリウムシリケート系緑色蛍光体及び亜鉛セレニウム系赤色蛍光体であり、これら蛍光体は粒子サイズ（粒度）に応じて大粒子、中粒子、小粒子の順に充填される請求項１に記載の白色半導体発光装置。
- 前記発光素子は、光経路差を減少させるために透明なシリコン層または透明なモールド層をさらに有する請求項１に記載の白色半導体発光装置。
- アノードリード及びカソードリードと、
前記リードのいずれか一つのリード先端部に形成されるホールカップと、
前記ホールカップに配され、前記リードと電気的に接続される発光素子と、
前記ホールカップ内部で前記発光素子をモールディングするエポキシモールドと、
前記エポキシモールドに提供され前記発光素子から出る光を吸収し、この光と異なる波長帯の光を発光させて、これらの色混色によって白色光を実現するバリウムシリケート系緑色発光蛍光体及び亜鉛セレニウム系赤色発光蛍光体とを有する白色半導体発光装置。 - 白色半導体発光装置は、リードタイプまたはリフレクタータイプの表面実装型であることを特徴とする請求項１に記載の白色半導体発光装置。
- 前記発光素子は、基板がサファイアまたは炭化ケイ素で形成される請求項１に記載の白色半導体発光装置。
- 発光素子は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮまたはＡｌＧａＩｎＮ系のＵＶＬＥＤチップであることを特徴とする請求項１に記載の白色半導体発光装置。
- 発光素子と、
前記発光素子の電極と各々接続されるアノード及びカソードリードと、
前記発光素子が配されるリフレクターと、
前記リフレクター内部に配された発光素子をモールディングし、蛍光体が混合されたエポキシモールド層と、
前記エポキシモールド層上部に配される透明シリコン層または透明モールド層を有する白色半導体発光装置。 - 発光素子と、
前記発光素子の電極と各々接続されるアノード及びカソードリードと、
前記発光素子が配されるリフレクターと、
前記リフレクター内部に積層され発光素子をモールディングするシリコン層またはモールド材と、
前記エポキシモールド層上部に提供される蛍光体が含まれたエポキシモールド層とを有する白色半導体発光装置。 - ＰＣＢと、
前記ＰＣＢ上に配される発光素子と、
前記ＰＣＢ上で前記発光素子をモールディングし、バリウムシリケート系緑色発光蛍光体及び亜鉛セレニウム系赤色発光蛍光体が混合された透光性エポキシモールド層と、
前記透光性エポキシモールド層上部に積層される透明シリコン層またはモールド層とを有する白色半導体発光装置。
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