JP2009289961A

JP2009289961A - 紫ｌｅｄによる白光の製造方法

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Publication number: JP2009289961A
Application number: JP2008140733A
Authority: JP
Inventors: Wade Lee Wang; 偉立王
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-05-29
Filing date: 2008-05-29
Publication date: 2009-12-10

Abstract

【課題】紫ＬＥＤが発する紫光が蛍光パウダーを励起することによって白光を作り出す白光の製造方法において、白光の演白性、エネルギー転換効率、及び強度の向上を図る。
【解決手段】蛍光パウダーに少なくとも、亜鉛（Ｚｎ）、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、酸素（Ｏ）の四元素を含み、紫ＬＥＤチップからの発光波長３７０〜４３０ｎｍの紫光で、蛍光パウダーを直接に励起して、連続波長４７０ｎｍ〜６７０ｎｍの黄白い光を放出させ、黄白い光と紫の光を混合して、高演色性の白光（光源）を生じせしめる。
【選択図】なし

Description

本発明は、紫ＬＥＤ（発光ダイオード）による白光の製造方法に関し、特に、紫ＬＥＤチップと黄白い蛍光パウダーを利用して、高演色性の白色を生じせしめる方法に関する。

１９９６年、日本の日亜化学会社は青い発光ダイオードを開発し、さらに、この発光ダイオードを用いて、蛍光パウダーを黄色の光が生じるように励起し、光の色を混合することで、高輝度の白光を実現した。これは白熱灯の代わりに白光の光源として使え、将来、白光ＬＥＤが照明に使用される道が開かれた。なお、この種の発光ダイオードは特許文献１などに提案されている。

ところで、青ＬＥＤの青色で蛍光物質を放出し、青い光と相互補完する黄い光を生じさせて、黄色の光と青い光をレンズで混合すると、人間の目には白光に見えるようになるが、このような方法で作られた白光は、演色性がよいとは言い難く、長時間見ていると目が疲れてくる。また、白光は多色の混合光で、目で感じられる白光は、少なくとも二種類以上の波長の混合光が含まれる。例えば、人の目は、赤、青、緑の光を同時に励起、発光したとき、又は青と黄色の光を同時に励起、発光したとき、又は紫と黄白の光を励起、発光したとき、何れも白光が感じられる。この原理で様々な白光ＬＥＤの光源を得ることができる。

従来、三波長タイプの白光の光源を製造する際、演色性を高めるために、３種類又はそれ以上の蛍光パウダーが使用されるが、多種類の蛍光パウダーを利用して、蛍光を放つとき、使用される激発光がこれらの蛍光パウダーに吸収されるのが先決条件の一つであり、しかも、三原色の蛍光パウダーの割合で最高の白光を得るため、各蛍光パウダーの光励起による光の波長の光吸収係数は相違が大きくならず、光エネルギー転換の量子効率もできるだけ近いものでなければならないが、これが原因で、蛍光パウダー材の使用やその混合が困難である。

これまでの実験データに基づき、紫の光の励起を受けた蛍光パウダーは、赤外光又は青の光に励起された蛍光パウダーより、その放った可視光のエネルギーへの転換効率が通常高いことが分かった。したがって、ＧａＮ系の青ＬＥＤに続いて、紫ＬＥＤが今度発展するものと考えられる。現在、米国ＳｅｍｉＬＥＤｓ会社は２００７年２月、１００ｌｍ／Ｗの青ＬＥＤチップに励起された超高輝度の白光ＬＥＤはその他のあらゆる形式の光源より、発光効率が高いと発表したが、このＳｅｍｉＬＥＤｓ社の製造する紫ＬＥＤチップの光出力も青ＬＥＤチップのものに近いため、将来の白光を放つ紫ＬＥＤは、発展潜在力のある製品である。

特開２００５−３４７６７７公報

そこで、本願出願人は、この紫ＬＥＤによる白光の製造方法に注目し、白光の演白性、エネルギー転換効率、及び強度の向上を図り、そして白光光源を大量生産で高品質に提供することを本願発明の課題とした。

上記の課題を解決するために、この発明の請求項１に係る発明は、紫ＬＥＤによる白光の製造方法であり、発光波長３７０〜４３０ｎｍの紫ＬＥＤチップからの紫光で、直接に励起された発光パウダーは、少なくとも、亜鉛（Ｚｎ）、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、酸素（Ｏ）の四元素が含まれる材料であり、蛍光パウダーが励起され、連続波長４７０ｎｍ〜６７０ｎｍの黄白い光を放ち、紫ＬＥＤの紫光を合わせて、高演色性の白光が生じられることを特徴とする。この発明の請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、使用される高純度（９９．９９％以上）の硫化亜鉛とセレン化亜鉛の粉末を重量比８：２で、水の中で沈降、混合してから乾燥したあと、固体反応法で、酸素含有の空気を高温炉に流し、温度１０００〜１１００℃に設定、混合パウダーをシルバーシートに置き、燃焼してから、常温の水中に投入し、急速冷却して作られていることを特徴とする。この発明の請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る発明において、前記紫ＬＥＤチップは、半導体材が基板で成長して、作られたものであることを特徴とする。

本発明は、紫の光の励起による白光光源の製造方法であり、以下の得点がある。
（１）本発明は、高演色性の白光光源の製造方法であり、使用される黄白い蛍光パウダーにあって、白光スペクトルは連続波長４７０〜６７０ｎｍで、紫光チップの放出した紫の光をプラスして、高演出性の白光が形成される。本発明の製造する白光の演出性指数は、８５〜９０で、現在よく使われる青光チップと蛍光パウダーを利用して、作られた白光の演色性指数７０〜７５を上回っている。
（２）本発明の製造する白光光源は、紫の光に励起、得られたもので、エネルギー転換の効率が高く、放出する白光の強度が良好である。
（３）本発明の製造する白光光源は、蛍光パウダーだけを使用するもので、しかも、当該蛍光パウダーの製造工程が簡単、量産スペクトルの正確性と再現性が良好で、このような製造方法は、大量生産で高品質の白光光源を製造するのに大変よい。

この実施の形態において主要な目的は、紫光を発する紫ＬＥＤチップと黄白い光を放つ蛍光パウダーを利用して、高演色性の白色発光ダイオードの光源を作ることにある。そして、この実施の形態は、紫ＬＥＤが発する紫光が蛍光パウダーを励起することによって白光を作り出す紫ＬＥＤによる白光（光源）の製造方法であって、蛍光パウダーに少なくとも、亜鉛（Ｚｎ）、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、酸素（Ｏ）の四元素を含み、紫ＬＥＤチップからの発光波長３７０〜４３０ｎｍの紫光で、蛍光パウダーを直接に励起して、連続波長４７０ｎｍ〜６７０ｎｍの黄白い光を放出させ、黄白い光と紫の光を混合して、高演色性の白光（光源）を生じせしめるものである。この場合、使用される紫ｌＥＤチップは、基板が半導体材料で作られる。このチップに適当な分量の蛍光パウダーを添加し、ＬＥＤレンズのパッキングを経る。そして、これに電流を流すと、高演色性の白色光源が得られる。

ここで使用される蛍光パウダーは、高純度（９９．９９％以上）の硫化亜鉛（ＺｎＳ）とセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）の粉末を重量比８：２で、水の中で沈降、混合してから乾燥した後、固体反応法で、黄白い光の蛍光パウダーを合成する。この場合、使用される固体反応法は、適当な流量（５Ｌ／Ｍｉｎ）の酸素含有空気を高温炉に流し、温度１０００〜１１００℃に設定して、混合パウダーをシルバーシートに置き、燃焼してから、常温の水中に投入し、急速冷却する。出来上がった蛍光パウダーは、成分分析を行った結果、少なくとも亜鉛（Ｚｎ）、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、酸素（Ｏ）の四元素があることが明らかになった。このようにして蛍光パウダーが作られ、発光波長３７０〜４３０ｎｍの紫の光の励起により、連続波長４７０ｎｍ〜６７０ｎｍ放射スペクトルの黄白い光を放つ。この蛍光パウダーでは、光励起スペクトルは図１、光励起による放射スペクトルは図２に示すようになる。

（基板で成長した放射波長３７０〜４３０ｎｍの）紫ＬＥＤチップは、導電用ゴールドワイヤにつながる。上述の合成した黄白い光の蛍光パウダーを出来上がった紫ＬＥＤチップの表面に固着し、レンズのパッキングを経る。そして、これに電流を流すと、高演色性の白光光源が得られる。出来上がった白光発光ダイオードの光源における発光スペクトルは、図３に示すように、色度座標Ｘ：０．３０〜０．３３、Ｙ：０．２９〜０．３６は、純なる白光の範囲内にある。演色性の指数は８５〜９５で、良好である。

以上説明したように、この紫ＬＥＤによる白光の製造方法では、使用される蛍光パウダーの白光スペクトルは連続波長４７０〜６７０ｎｍで、紫光チップの放出した紫の光を合わせて、高演出性の白光を形成することができる。この白光の製造方法による白光の演出性指数は８５〜９０で、現在よく使われる青光チップと蛍光パウダーを利用して作られた白光の演色性指数７０〜７５を上回っている。また、この白光の製造方法では、白光光源は紫の光の励起により得られたもので、エネルギー転換の効率が高く、放出する白光の強度が良好である。さらに、この白光の製造方法では、白光光源は蛍光パウダーだけを使用するもので、しかも、この蛍光パウダーの製造工程が簡単で、かつ量産スペクトルの正確性と再現性が良好なので、大量生産で高品質の白光光源を製造するのに非常に優れている。

以上、本発明について好ましい実施の形態に基づいて詳しく説明したが、本発明はこの実施の形態に制限されるものではなく、本発明の要旨に一致する限り、変更や改造を加えたものとしても、すべて本発明の範囲内に属するものである。

本発明の実施の形態において、黄白い光の蛍光パウダーが紫の光に励起され、生じた光励起スペクトルを示す図同実施の形態において、黄白い光の蛍光パウダーが紫の光に励起され、生じた光励起による放射スペクトルを示す図同実施の形態により製造された白光発光ダイオード光源の発光スペクトルを示す図

Claims

紫ＬＥＤが発する紫光が蛍光パウダーを励起することによって白光を作り出す紫ＬＥＤによる白光の製造方法であって、
前記蛍光パウダーに、少なくとも、亜鉛（Ｚｎ）、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、酸素（Ｏ）の四元素を含み、
前記紫ＬＥＤチップからの発光波長３７０〜４３０ｎｍの紫光で、直接、前記蛍光パウダーを励起して、連続波長４７０ｎｍ〜６７０ｎｍの黄白い光を放出させ、前記紫ＬＥＤの紫光を合わせて、高演色性の白光を生じせしめる、
ことを特徴とする紫ＬＥＤによる白光の製造方法。
蛍光パウダーを、高純度（９９．９９％以上）の硫化亜鉛とセレン化亜鉛の粉末を重量比８：２で、水の中で沈降、混合し、乾燥した後、固体反応法で、酸素含有の空気を高温炉に流し、温度１０００〜１１００℃に設定して、前記混合パウダーをシルバーシートに置き、燃焼してから、常温の水中に投入し、急速冷却して作ることを特徴とする請求項１に記載の紫ＬＥＤによる白光の製造方法。
紫ＬＥＤチップを、基板を半導体材料で形成して作ることを特徴とする請求項１又は２に記載の紫ＬＥＤによる白光の製造方法。