JP2008300524A - 蛍光粉末組成物含有の発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コストが低く、消費電力が低下され、大量生産が容易であり、光色が均一で色の傾きがなく、そして、寿命が長い等の特性が得られ、また、希土類元素を添加することにより、その蛍光粉末組成物の変換効率が向上されて、有効に発光効率を向上できる利点が得られる蛍光粉末組成物含有の発光装置を提供する。
【解決手段】ウェット塗布工程やドライ堆積工程により、発光素子上に、蛍光粉末層が形成され、また、該蛍光粉末層は、所定の割合で、均一的に混合された蛍光粉末組成物から構成され、該蛍光粉末組成物粒子によるマイクロライト色混合効果により、各発光素子の異なる発光スペクトラムに基づいて、該蛍光粉末層が、必要とする各種類の発光スペクトラムに変換できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、蛍光粉末組成物含有の発光装置に関し、特に、何れかの稀土族元素や基板材料である蛍光粉末組成物をドーピングして、有効に発光効率が向上される発光装置に関する。

既存の発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ、 ＬＥＤ）光源は、白光発光ダイオード（ｗｈｉｔｅ ＬＥＤ）と高輝度発光ダイオードが、主な発展方向であり、環境保護意識が高くなり、高価エネルギー時代である今では、白光発光ダイオードについて、消費電力の節約や軽薄短小化等の特性が要請され、それは、表示技術や照明技術において、至急に解決しなければならない課題である。

白光発光ダイオードに用いられたのは、有機発光ダイオードと無機発光ダイオードがある。

市販されている発光ダイオードの白光発光装置は、主として、２種類がある。

（Ａ）青光発光ダイオードで黄色イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）の蛍光粉末を励起することにより得られた白光発光ダイオードは、市場の主流である。図３のように、波長約４００〜５３０ナノメートル（ｎｍ）を発射できる青光発光ダイオードチップ２１の回りに、黄光イットリウムアルミニウムガーネット蛍光粉末の光学接着剤２２が充填され、該青光発光ダイオードチップ２１が発射した光線で、該光学接着剤２２のイットリウムアルミニウムガーネット蛍光粉末を励起して、青光に相補する５５５ナノメートル波長の黄光を生成するとともに、一部の青光が発射され、そして、レンズを利用して、相補する黄光と青光を混合して、二つの波長を混合する白光が形成される。

しかし、このような青光発光ダイオードと黄光イットリウムアルミニウムガーネット蛍光粉末からなる白光発光ダイオードにおいて、次の欠点があり、（１）青光が、ルミネセンススペクトルの大部分を占めるため、色温度がやや高い且つ不均一である現象を起きる。（２）該青光発光ダイオードの発光波長が、温度が上昇により変化するため、白光源色を制御し難い。（３）赤色ルミネセンススペクトルが弱いため、演色（ｃｏｌｏｒ ｒｅｎｄｉｔｉｏｎ）が悪くなる。

（Ｂ）もう一つは、赤青緑の三色蛍光粉末を有する白光発光モジュールであり、高発光効率と高演色性の利点が得られるが、異なるカラーのチップエピタキシャル材料が異なるため、電圧特性も、それにより異なる。そのため、コストが高くなり、制御回路設計が複雑になり、そして光混合が難しい。図４のように、紫外光（ＵＶ）発光ダイオードチップ３１で、所定の割合である赤青緑蛍光粉末が均一混合された透明光学接着剤３２を励起すると、三つの波長が混合された白光が得られる。この三つの波長が混合された白光発光ダイオードは、高演色性を有する利点が得られるが、発光効率が不足である欠点があり、また、紫外光発光ダイオードを励起することにより、白光の光源が得られる場合、紫外光の波長が短いほど、肉眼に対する傷害が大きくなり、そのため紫外光を該白光発光ダイオード構造内に隔離することが必要である。

上記から分かるように、既存の白光発光ダイオードは、青光チップや紫外光チップと蛍光粉末を混合してなり、その共通欠点として、発光輝度が不足で、また、均一的に制御し難い。上記のような問題点を解消するために、蛍光粉末の白光変換効率を向上させ、また、紫外光の漏れを阻止し、一方、螢光の発光量を向上し、そして、発光の均一性を改善することが必要である。そのため、一般の従来のものは、実用的ではない。

本発明の主な目的は、コストが低く、消費電力が低下され、大量生産が容易であり、光色が均一で、色の傾きがなく、そして、寿命が長い等の特性が得られ、また、希土類元素を添加することにより、その蛍光粉末組成物の変換効率が向上されて、有効に発光効率を向上できる蛍光粉末含有の発光装置を提供する。

本発明は、上記の目的を達成するため、少なくとも、発光素子と蛍光粉末層が備われ、該蛍光粉末層中に含まれた蛍光粉末組成物粒子によるマイクロライト色混合効果により、各発光素子により、異なる発光スペクトラムが得られ、該蛍光粉末層により、必要とする各種類の発光スペクトラムに変換され、例えば、紫外光や青光、白光或いる他の光源が得られる蛍光粉末組成物含有の発光装置である。そのため、コストが低く、消費電力が低下され、大量生産が容易であり、光色が均一で、色の傾きがなく、そして、寿命が長い等の特性が得られ、また、希土類元素を添加することにより、その蛍光粉末組成物の変換効率が向上されて、有効に、発光効率を向上できる蛍光粉末含有の発光装置を提供できる。

図１は、本発明の第１の実施例の構造概念図である。図のように、本発明に係わる蛍光粉末組成物含有の発光装置は、少なくとも、発光素子１１ａと蛍光粉末層１２ａとが備われ、コストが低く、消費電力が低下され、大量生産が容易であり、光色が均一で、色の傾きがなく、そして、寿命が長い等の特性が得られ、また、希土類元素を添加することにより、その蛍光粉末組成物の変換効率が向上されて、有効に、発光効率を向上できる利点が得られる。

該発光素子１１ａは、発光スペクトラムを生成するためのもので、例えば、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ、 ＬＥＤ）や電子銃、有機発光ダイオード（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ、 ＯＬＥＤ）及び通常光源等である。

該蛍光粉末層１２ａは、該発光素子１１ａの上に形成され、該発光素子１１ａの発光色を変調し、また、該蛍光粉末層は、平面や円弧面或いは幾何形状である。

本発明を利用する時、ウェット塗布工程やドライ堆積工程により、該発光素子１１ａ上に、該蛍光粉末層１２ａが形成され、また、該蛍光粉末層１２ａは、所定の割合で、均一的に混合された蛍光粉末組成物から構成され、該蛍光粉末組成物粒子によるマイクロライト色混合効果により、該発光素子１１ａの発光波長が変化する。該蛍光粉末層１２ａは、少なくとも、Ｃｅ：ＬｉＡｌＯ_２の赤、青、緑の三原色蛍光粉末組成物からなり、その線量率が、０．０００１％〜５％であり、また、透明誘電体と、均一に混合されることにより、該蛍光粉末層１２ａが形成され、また、該蛍光粉末組成物は、各発光素子の異なる発光スペクトラムに基づいて、該蛍光粉末組成物粒子によるマイクロライト色混合効果を利用して、該蛍光粉末層１２ａにより、必要とする各種類の発光スペクトラムに変換され、例えば、紫外光や青光、白光或いは他の光源であり、また、該透明誘電体は、酸化シリコン（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｘｉｄｅ）や酸化チタン（Ｔｉｔａｎｉｕｍ Ｏｘｉｄｅ）或いはエポキシ樹脂（Ｅｐｏｘｙ Ｒｅｓｉｎ）である。

該ウェット塗布工程は、０．０００１％〜５％のＣｅ：ＬｉＡｌＯ_２蛍光粉末と該透明誘電体とを直接に計量した後、適当な溶剤を添加して均一に混合し、或いは、ゾルゲル法や共沈法により、溶液により、原子的状態で混合しながら、適当な溶剤を添加する。その後、スピンコーティングや印刷塗布により、該溶液を均一的に該発光素子１１ａの上にコーティングし、これにより、光励起の時、発光スペクトラムが形成される。

該ドライ堆積工程は、０．０００１％〜５％のＣｅ：ＬｉＡｌＯ_２蛍光粉末と該透明誘電体とを直接に計量してから、均一的に混合してターゲットとし、また、ゾルゲル法や共沈法によりターゲットを作製する。その後、該ターゲットに対して、蒸着やスパッタリング或いはイオンビーム蒸着により、該発光素子１１ａを光励起させ、発光スペクトラムを形成する。

また、該Ｃｅ：ＬｉＡｌＯ_２蛍光粉末組成物に含まれる希土類元素セリウム（Ｃｅ）は、代わりに、何れかの希土類元素を利用しても良く、例えば、ランタン（Ｌａ）やプラセオジム（Ｐｒ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、エルビウム（Ｅｒ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）、スカンジウム（Ｓｃ）或いはイットリウム（Ｙ）であり、また、該Ｃｅ：ＬｉＡｌＯ_２蛍光粉末組成物に含まれる酸化アルミニウムリチウム（ｌｉｔｈｉｕｍ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｏｘｉｄｅ、 ＬｉＡｌＯ_２）は、代わりに、酸化ガリウムリチウム（Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｇａｌｌｉｕｍ Ｏｘｉｄｅ、 ＬｉＧａＯ_２）や酸化シリコンリチウム（Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｘｉｄｅ、 Ｌｉ_２ＳｉＯ_３）、酸化ゲルマニウムリチウム（Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｇｅｒｍａｎｉｕｍ Ｏｘｉｄｅ、 ＬｉＧｅＯ_３）、酸化アルミニウムナトリウム（Ｓｏｄｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｏｘｉｄｅ、 ＮａＡｌＯ_２）、酸化ゲルマニウムナトリウム（Ｓｏｄｉｕｍ Ｇｅｒｍａｎｉｕｍ Ｏｘｉｄｅ、 Ｎａ_２ＧｅＯ_３）、酸化シリコンナトリウム（Ｓｏｄｉｕｍ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｘｉｄｅ、 Ｎａ_２ＳｉＯ_３）、リン酸リチウム（Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｐｈｏｓｐｈｏｒ Ｏｘｉｄｅ、 Ｌｉ_３ＰＯ_４）、ヒ酸リチウム（Ｌｉｔｈｉｕｍ Ａｒｓｅｎｉｃ Ｏｘｉｄｅ、 Ｌｉ_３ＡｓＯ_４）、バナジウム酸リチウム（Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｖａｎａｄｉｕｍ Ｏｘｉｄｅ、 Ｌｉ_３ＶＯ_４）、酸化ゲルマニウムリチウムマグネシウム（Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ Ｇｅｒｍａｎｉｕｍ Ｏｘｉｄｅ、 Ｌｉ_２ＭｇＧｅＯ_４）、酸化ゲルマニウムリチウム亜鉛（Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｇｅｒｍａｎｉｕｍ Ｏｘｉｄｅ、 Ｌｉ_２ＺｎＧｅＯ_４）、酸化ゲルマニウムリチウムカドミウム（Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｃａｄｍｉｕｍ Ｇｅｒｍａｎｉｕｍ Ｏｘｉｄｅ、 Ｌｉ_２ＣｄＧｅＯ_４）、酸化シリコンリチウムマグネシウム（Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｘｉｄｅ、 Ｌｉ_２ＭｇＳｉＯ_４）、酸化シリコンリチウム亜鉛（Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｘｉｄｅ、 Ｌｉ_２ＺｎＳｉＯ_４）、酸化シリコンリチウムカドミウム（Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｃａｄｍｉｕｍ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｘｉｄｅ、 Ｌｉ_２ＣｄＳｉＯ_４）、酸化ゲルマニウムナトリウムマグネシウム（Ｓｏｄｉｕｍ Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ Ｇｅｒｍａｎｉｕｍ Ｏｘｉｄｅ、 Ｎａ_２ＭｇＧｅＯ_４）、酸化ゲルマニウムナトリウム亜鉛（Ｓｏｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｇｅｒｍａｎｉｕｍ Ｏｘｉｄｅ、 Ｎａ_２ＺｎＧｅＯ_４）或いは酸化シリコンナトリウム亜鉛（Ｓｏｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｘｉｄｅ、 Ｎａ_２ＺｎＳｉＯ_４）を利用しても良い。

図２は、本発明の第２の実施例の構造概念図である。図のように、本発明に係わる蛍光粉末組成物含有の発光装置は、少なくとも、発光素子１１ｂと蛍光粉末層１２ｂとが備われ、コストが低く、消費電力が低下され、大量生産が容易であり、光色が均一で、色の傾きがなく、そして、寿命が長い等の特性が得られ、また、希土類元素を添加することにより、その蛍光粉末組成物の変換効率が向上されて、有効に、発光効率を向上できる利点が得られる。

該発光素子１１ｂは、発光スペクトラムを生成するためもので、例えば、発光ダイオードや電子銃、有機発光ダイオード及び通常光源であり、また、該蛍光粉末層１２ｂは、該発光素子１１ｂの上に形成され、該発光素子１１ｂの発光色を変調し、また、該蛍光粉末層１２ｂは、アクリル系樹脂やフッ素系樹脂、エポキシ系樹脂、窒化シリコンフィルム或いはダイヤモンドライクフィルムから構成されるパッケージ層１３が備われ、また、該蛍光粉末層は、平面や円弧面或いは幾何形状である。

本発明を利用する時、ウェット塗布工程やドライ堆積工程により、該発光素子１１ｂ上に、該蛍光粉末層１２ｂが形成され、また、該蛍光粉末層１２ｂは、所定の割合で、均一的に嵌合された蛍光粉末組成物から構成され、該蛍光粉末組成物粒子によるマイクロライト色混合効果により、該発光素子１１ｂの発光波長が変化する。該蛍光粉末層１２ｂは、少なくとも、Ｃｅ：ＬｉＡｌＯ_２の赤、青、緑の三原色蛍光粉末組成物からなり、その線量率が、０．０００１％〜５％であり、また、透明誘電体と、均一に混合されることにより、該蛍光粉末層１２ｂが形成され、また、該蛍光粉末組成物４は、各発光素子の異なる発光スペクトラムに基づいて、該蛍光粉末層１２ｂにより、必要とする各種類の発光スペクトラムに変換され、例えば、紫外光や青光、白光或いは他の光源であり、また、該透明誘電体は、酸化シリコンや酸化チタン或いはエポキシ樹脂である。

該ウェット塗布工程は、０．０００１％〜５％のＣｅ：ＬｉＡｌＯ_２蛍光粉末と該透明誘電体とを直接に計量して均一的に混合しながら、適当な溶剤を添加し、或いは、ゾルゲル法や共沈法により、溶液により、原子的状態で混合しながら、適当な溶剤を添加する。その後、スピンコーティングや印刷塗布により、該溶剤を均一的に該発光素子１１ｂの上にコーティングし、また、ベーキングして溶剤と水分を除去してから、更に、パッケージ層１３を塗布や堆積し、また、該パッケージ層１３は、アクリル系樹脂やエポキシ樹脂、フッ素系樹脂、窒化シリコンフィルム或いはダイヤモンドライクフィルムから構成される。

該ドライ堆積工程は、０．０００１％〜５％のＣｅ：ＬｉＡｌＯ_２蛍光粉末と該透明誘電体とを直接に計量してから、均一的に混合してターゲットとし、また、ゾルゲル法や共沈法によりターゲットを作製する。その後、該ターゲットに対して、蒸着やスパッタリング或いはイオンビーム蒸着により、該発光素子１１ｂ上に該蛍光粉末層１２ｂが形成され、光励起の時、発光スペクトラムが形成される。また、更に、例えば、窒化シリコンフィルムやダイヤモンドライクフィルムを堆積して、或いは、例えば、アクリル系樹脂やエポキシ系樹脂或いはフッ素系樹脂を塗布して、パッケージ層１３とし、これにより、本発明は、該蛍光粉末層１２ｂの上に、保護作用を有するパッケージ層１３が得られ、また、該Ｃｅ：ＬｉＡｌＯ_２蛍光粉末組成物に含まれる希土類元素セリウムは、代わりに、何れかの希土類元素を利用することができ、例えば、ランタンやプラセオジム、ネオジム、プロメチウム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム、スカンジウム或いはイットリウムであり、また、該Ｃｅ：ＬｉＡｌＯ_２蛍光粉末組成物に含まれる酸化アルミニウムリチウムは、代わりに、酸化ガリウムリチウムや酸化シリコンリチウム、酸化ゲルマニウムリチウム、酸化アルミニウムナトリウム、酸化ゲルマニウムナトリウム、酸化シリコンナトリウム、リン酸リチウム、ヒ酸リチウム、バナジウム酸リチウム、酸化ゲルマニウムリチウムマグネシウム、酸化ゲルマニウムリチウム亜鉛、酸化ゲルマニウムリチウムカドミウム、酸化シリコンリチウムマグネシウム、酸化シリコンリチウム亜鉛、酸化シリコンリチウムカドミウム、酸化ゲルマニウムナトリウムマグネシウム、酸化ゲルマニウムナトリウム亜鉛或いは酸化シリコンナトリウム亜鉛を利用することができる。

上記のように、本発明は、蛍光粉末組成物含有の発光装置であり、有効的に従来の諸欠点を改善でき、コストが低く、消費電力が低下され、大量生産が容易であり、光色が均一で、色の傾きがなく、そして、寿命が長い等の特性が得られ、また、希土類元素を添加することにより、その蛍光粉末組成物の変換効率が向上されて、有効に、発光効率を向上でき、そのため、本発明はより進歩的かつより実用的で、法に従って特許請求を出願する。

以上は、ただ、本発明のより良い実施例であり、本発明は、それによって制限されることが無く、本発明に係わる特許請求の範囲や明細書の内容に基づいて行った等価の変更や修正は、全てが、本発明の特許請求の範囲内に含まれる。

本発明の第１の実施例の構造概念図 本発明の第２の実施例の構造概念図 従来の白光発光ダイオードの概念図 従来の紫外光励起の白光発光ダイオードの概念図

符号の説明

（本発明部分）
１１ａ 発光素子
１１ｂ 発光素子
１２ａ 蛍光粉末層
１２ｂ 蛍光粉末層
１３ パッケージ層
（従来部分）
２１ 青光発光ダイオードチップ
２２ イットリウムアルミニウムガーネット蛍光粉末
３１ 紫外光発光ダイオードチップ
３２ 赤青緑蛍光粉末

Claims (3)

1. 発光スペクトラムを生成する発光素子と、Ｃｅ：ＬｉＡｌＯ_２の蛍光粉末組成物からなり、該発光素子の上に位置し、該発光素子の発光色を変調する蛍光粉末層とが含有されることを特徴とする、蛍光粉末組成物含有の発光装置。
2. 該蛍光粉末層は、少なくとも赤と青及び緑の三原色蛍光粉末組成物からなることを特徴とする、請求項１に記載の蛍光粉末組成物含有の発光装置。
3. 該蛍光粉末組成物の線量率は、０．０００１％〜５％であることを特徴とする、請求項２に記載の蛍光粉末組成物含有の発光装置。