JP2009507936A - 発光素子及びそれのためのアルカリ土類金属硫化物系蛍光体 - Google Patents

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Abstract

【課題】
本発明は、青色光または紫外線を放出する発光ダイオードチップと、前記発光ダイオードチップの上部に緑色から黄色領域の光を発光する少なくとも１つのオルソシリケート系蛍光体及び赤色領域の光を発光するアルカリ土類金属硫化物系蛍光体とを含むことを特徴とする発光素子を提供する。
【解決手段】
本発明による発光素子は、緑色から赤色に至る連続的なスペクトルを有する白色光を具現し、さらに優れた延色性や色再現性を得ることができ、一般照明及びフラッシュ用だけでなく、ＬＥＤ背面光源にも使用可能であるという長所がある。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発光素子及びそれのための蛍光体に関し、より詳細には、向上した延色性により一般照明またはフラッシュ用に使用可能だけでなく、優れた色再現性によりＬＣＤ背面光源用に使用可能な発光素子及びそれのためのアルカリ土類金属硫化物系蛍光体に関する。
発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）は、Ｎ型半導体とＰ型半導体とが互いに接合された構造を有する光電変換半導体素子であって、電子と正孔の再結合によって光を発散する。
発光ダイオードには、ＧａＡｓＰなどを利用した赤色発光ダイオード、ＧａＰなどを利用した緑色発光ダイオード、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮダブルヘテロ（ｄｏｕｂｌｅ ｈｅｔｅｒｏ）構造を利用した青色発光ダイオードなどがある。
このような発光ダイオードは、パッケージ化されて多様な発光素子（Ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）を製作するのに使われる。発光ダイオードがパッケージ化されて製作された発光素子は、消費電力が少なく、寿命が長く、狭い空間に設置可能であり、また、振動に強い特性を提供する。最近、単一の色成分、例えば、赤色、青色、または緑色発光素子以外に白色発光素子が市販されている。白色発光素子は、自動車用及び照明用製品に応用されていて、その需要が急速に増加することと予想される。
発光素子技術において白色を具現する方式は、大きく２つに区分可能である。第一に、赤色、青色、緑色発光ダイオードを隣接するように設置し、各素子の発光を混色させて白色を具現する方式である。しかし、各発光ダイオードは、熱的または時間的特性が異なるため、使用環境によって色調が変わり、特に、色むらが発生するなど均一な混色を具現せず、輝度が高くないという短所がある。また、各発光ダイオードの駆動を考慮した回路構成が複雑であり、発光ダイオードの位置によって三色光が混合される最適の条件は、一般的にパッケージ形態上具現することが難しいため、完全な白色光の具現が難しい。さらに、そのＣＲＩは、４０程度と低いため、一般照明やフラッシュ光源に適していない。
第二に、蛍光体を発光ダイオードに配置させて、発光ダイオードの１次発光の一部と蛍光体により波長変換された２次発光とが混色されて白色を具現する方式である。例えば、青色発光する発光ダイオード上にその光の一部を励起源として黄緑色または黄色発光する蛍光体を付着させて、発光ダイオードの青色発光と蛍光体の黄緑色または黄色発光により白色を得ることができる。また、紫外線を発光する発光ダイオード上に発光されたＵＶ光を吸収して、青色から赤色までの可視光線を発光するように蛍光体を塗布して白色を得ることができる。
一般的に、白色発光のために４５０乃至４７０ｎｍ波長の青色発光ダイオードとＹＡＧ：Ｃｅまたは（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕなどの黄色蛍光体を使用する。青色光源により黄色蛍光体を励起、発光させることによって、青色及び黄色光の混合により白色光を発光することができる。
しかし、このような発光素子は、緑色と赤色領域のスペクトル欠乏に起因して典型的にＣＲＩ（Ｃｏｌｏｒ ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ ｉｎｄｅｘ）を用いて測定される延色性が低いという問題点がある。すなわち、青色発光ダイオードと黄色蛍光体の組合よりなる白色発光素子は、緑色と赤色部のスペクトル欠乏に起因して、これを一般照明、特に写真機用フラッシュ光源に使用する場合に、事物の本然の色を十分に反映できない色歪曲現象を引き起こすようになる。
また、ＬＣＤ背面白色光源に利用される場合に、ＲＧＢ色フィルタを透過した時に表現できる色再現範囲がかなり狭いため、さらに自然色に近い画像を具現するにあたって制約を受ける。
本発明は、上記の問題点を解決するためのものであって、その目的は、青色または紫外線発光ダイオードの上部に緑色から黄色領域までの波長帯域を有する少なくとも１つのオルソシリケート系蛍光体と、赤色の波長帯域を有するアルカリ土類金属硫化物系蛍光体とを含み、延色性が高い白色光を発光し、一般照明及びフラッシュ用に使用可能な発光素子及びそれのためのアルカリ土類金属硫化物系蛍光体を提供することにある。
本発明の他の目的は、ＬＣＤ背面光源において従来の青色発光ダイオードと黄色発光蛍光体で構成された白色発光素子より色再現範囲を最大約４０％向上させることができる発光素子を提供することにある。
上記目的を達成するための本発明の一態様によれば、青色光を放出する発光ダイオードと、前記発光ダイオードの上部に緑色から黄色領域の光を発光する少なくとも１つのオルソシリケート系蛍光体と、赤色領域の光を発光するアルカリ土類金属硫化物系蛍光体とを含むことを特徴とする発光素子を提供する。
好ましくは、前記オルソシリケート系蛍光体は、化学式がａ（Ｍ［Ｉ］Ｏ）・ｂ（Ｍ［ＩＩ］Ｏ）・ｃ（Ｍ［ＩＩＩ］Ａ）・ｄ（Ｍ［ＩＩＩ］２Ｏ）・ｅ（Ｍ［ＩＶ］２Ｏ３）・ｆ（Ｍ［Ｖ］ｏＯｐ）・ｇ（ＳｉＯ２）・ｈ（Ｍ［ＶＩ］ｘＯｙ）であり、前記Ｍ［Ｉ］は、鉛（Ｐｂ）及び銅（Ｃｕ）を含む群から少なくとも１つの元素が選択され、前記Ｍ［ＩＩ］は、ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）及びマンガン（Ｍｎ）を含む群から少なくとも１つの元素が選択され、前記Ｍ［ＩＩＩ］は、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）、金（Ａｕ）及び銀（Ａｇ）を含む群から少なくとも１つの元素が選択され、前記Ｍ［ＩＶ］は、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）及びインジウム（Ｉｎ）を含む群から少なくとも１つの元素が選択され、前記Ｍ［Ｖ］は、ゲルマニウム（Ｇｅ）、バナジウム（Ｖ）、ネオジム（Ｎｄ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）及びハフニウム（Ｈｆ）を含む群から少なくとも１つの元素が選択され、前記Ｍ［ＶＩ］は、ビスマス（Ｂｉ）、錫（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、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）、ユーロピウム（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）及びルテチウム（Ｌｕ）を含む群から少なくとも１つの元素が選択され、前記Ａは、フルオル（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、ブロム（Ｂｒ）及びヨード（Ｉ）を含む群から少なくとも１つの元素が選択され、前記ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｏ、ｐ、ｘ、ｙは、０≦ａ≦２、０≦ｂ≦８、０≦ｃ≦４、０≦ｄ≦２、０≦ｅ≦２、０≦ｆ≦２、０≦ｇ≦１０、０≦ｈ≦５、１≦ｏ≦２、１≦ｐ≦５、１≦ｘ≦２、１≦ｙ≦５の範囲に設定されることを特徴とする。
より好ましくは、前記オルソシリケート系蛍光体は、化学式が（（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）１−ｘ（Ｐｂ、Ｃｕ）ｘ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ、Ｂであり、前記Ｂは、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕよりなる群から少なくとも１つの元素が選択され、前記ｘは、０乃至１の範囲内に設定され、ＥｕとＢは、０乃至０．２の範囲内に設定されることを特徴とする。
前記オルソシリケート系蛍光体は、組成によって５０５ｎｍ乃至６０５ｎｍ波長の光を放出することができる。
好ましくは、前記アルカリ土類金属硫化物系蛍光体は、化学式が（Ｃａ、Ｓｒ）１−ｘ−ｙＥｕｘＣｙ（Ｓ１−ｚＳｅｚ）であり、前記Ｃは、Ｍｎ及びＰｂを含む群から少なくとも１つの元素が選択され、前記ｘは、０．０００５乃至０．１の範囲内に設定され、ｙは、０乃至０．５の範囲内に設定され、ｚは、０乃至１の範囲内に設定されることを特徴とする。
好ましくは、前記アルカリ土類金属硫化物系蛍光体は、化学式が（Ｃａ、Ｓｒ）１−ｘ−ｙＥｕｘＰｂｙＳであり、前記ｘは、０．０００５乃至０．０１の範囲内に設定され、ｙは、０乃至０．５の範囲内に設定されることを特徴とする。
前記アルカリ土類金属硫化物系蛍光体は、組成によって６００ｎｍ乃至６６０ｎｍ波長の光を放出することができる。
好ましくは、前記アルカリ土類金属硫化物系蛍光体は、化学式がＡｘ−ａＥｕａＧｅＳｚであり、前記Ａは、Ｃａ、Ｓｒ群から選択された少なくとも１つの元素であり、ｚ＝ｘ＋２であり、ｘは、２から５範囲内に設定され、ａ／ｘは、０．０００５から０．０２範囲内に設定されることを特徴とする。
本発明の発光素子は、前記青色光を発光する発光ダイオードの上部に緑色領域の光を発光する１つのオルソシリケート系蛍光体及び赤色領域の光を発光するアルカリ土類金属硫化物系蛍光体を含むことができる。
前記発光ダイオードは、４２０乃至４８０ｎｍ波長の光を放出することができる。
前記発光ダイオードは、胴体と、前記胴体の上部に前記発光ダイオードを封止するモルディング部とをさらに含むことができ、前記オルソシリケート系蛍光体と前記アルカリ土類金属硫化物系蛍光体は、前記モルディング部内に混合されて分布することができる。前記胴体は、基板、ヒートシンクまたはリード端子のうちいずれか１つであることができる。
前記発光素子は、紫外線を放出する紫外線発光ダイオードをさらに含み、前記オルソシリケート系蛍光体及びアルカリ土類金属硫化物系蛍光体のうち少なくとも１つは、前記紫外線発光ダイオードから放出された光により励起されて光を放出することができる。
本発明の他の態様によれば、青色光を放出する発光ダイオードの上部に緑色から黄色領域の光を発光する少なくとも１つのオルソシリケート系蛍光体及び赤色領域の光を発光するアルカリ土類金属硫化物系蛍光体を含み、延色性が向上して一般照明またはフラッシュ用に使われる発光素子を提供する。
また、本発明のさらに他の態様によれば、青色光を放出する発光ダイオードの上部に緑色から黄色領域の光を発光する１つのオルソシリケート系蛍光体及び赤色領域の光を発光するアルカリ土類金属硫化物系蛍光体を含み、色再現範囲が向上してＬＣＤ背面光源用に使われる発光素子を提供する。
本発明のさらに他の態様によれば、化学式が（Ｃａ、Ｓｒ）１−ｘ−ｙＥｕｘＣｙ（Ｓ１−ｚＳｅｚ）であり、前記Ｃは、Ｍｎ及びＰｂを含む群から少なくとも１つの元素が選択され、前記ｘは、０．０００５乃至０．１の範囲内に設定され、ｙは、０乃至０．５の範囲内に設定され、ｚは、０乃至１の範囲内に設定されることを特徴とするアルカリ土類金属硫化物系蛍光体を提供する。
好ましくは、前記アルカリ土類金属硫化物系蛍光体は、化学式が（Ｃａ、Ｓｒ）１−ｘ−ｙＥｕｘＰｂｙＳであり、前記ｘは、０．０００５乃至０．０１の範囲内に設定され、ｙは、０乃至０．５の範囲内に設定されることを特徴とする。
本発明による発光素子は、オルソシリケート系蛍光体及びアルカリ土類金属硫化物系蛍光体を含み、長波長の紫外線領域及び青色領域帯の励起下に非常に優れた緑色、黄色及び赤色光を発光することによって、紫外線発光ダイオード用緑色、赤色及び白色発光素子や青色発光ダイオード用ブルーラグーン、ピンク及び白色発光素子のように長波長の紫外線及び青色領域帯をエネルギー源とする多様な応用分野に適用することができるという長所がある。
特に、青色発光ダイオードの上部に緑色から黄色領域までの波長帯域を有する少なくとも１つのオルソシリケート系蛍光体及び赤色の波長帯域を有するアルカリ土類金属硫化物系蛍光体を混合分布させることによって、緑色から赤色に至る連続的なスペクトルを有する白色光を具現し、さらに優れた延色性を有する白色発光素子を提供することができる。このような本発明の発光素子は、９０以上の高いＣＲＩを有する白色光を具現することができるので、一般照明だけでなく、フラッシュ用に使用することができるという長所がある。
また、本発明の発光素子は、色再現性に優れていて、ＬＥＤ背面光源にも使用可能である。
添付の図面を参照して本発明による発光素子をさらに詳細に説明する。しかし、本発明は、以下に開示される実施例に限定されるものでなく、互いに異なる多様な形態で具現され、本実施例は、ただ本発明の開示が完全にし、通常の知識を有する者に発明の範ちゅうを完全に知らせるために提供されるものである。図面において、同一符号は、同じ要素を示す。
本発明による発光素子は、緑色から黄色領域までの波長帯域を有する少なくとも１つのオルソシリケート系蛍光体と、赤色の波長帯域を有するアルカリ土類金属硫化物系蛍光体とを含み、長波長の紫外線（ＵＶ）領域及び青色領域帯の励起下に非常に優れた緑色、黄色及び赤色発光を示すことができる。
前記オルソシリケート系蛍光体は、下記化学式１の構造を有する。
［化学式１］
ａ（Ｍ［Ｉ］Ｏ）・ｂ（Ｍ［ＩＩ］Ｏ）・ｃ（Ｍ［ＩＩＩ］Ｏ）・ｄ（Ｍ［ＩＩＩ］２Ｏ）・ｅ（Ｍ［ＩＶ］２Ｏ３）・ｆ（Ｍ［Ｖ］ｏＯｐ）・ｇ（ＳｉＯ２）・ｈ（Ｍ［ＶＩ］ｘＯｙ）
前記化学式１において、Ｍ［Ｉ］は、鉛（Ｐｂ）及び銅（Ｃｕ）を含む群から少なくとも１つの元素が選択され、Ｍ［ＩＩ］は、ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）及びマンガン（Ｍｎ）を含む群から少なくとも１つの元素が選択され、Ｍ［ＩＩＩ］は、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）、金（Ａｕ）及び銀（Ａｇ）を含む群から少なくとも１つの元素が選択され、Ｍ［ＩＶ］は、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）及びインジウム（Ｉｎ）を含む群から少なくとも１つの元素が選択され、Ｍ［Ｖ］は、ゲルマニウム（Ｇｅ）、バナジウム（Ｖ）、ネオジム（Ｎｄ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）及びハフニウム（Ｈｆ）を含む群から少なくとも１つの元素が選択され、Ｍ［ＶＩ］は、ビスマス（Ｂｉ）、錫（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、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）、ユーロピウム（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）及びルテチウム（Ｌｕ）を含む群から少なくとも１つの元素が選択され、Ａは、フルオル（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、ブロム（Ｂｒ）及びヨード（Ｉ）を含む群から少なくとも１つの元素が選択される。
また、前記化学式１において、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｏ、ｐ、ｘ、ｙは、０≦ａ≦２、０≦ｂ≦８、０≦ｃ≦４、０≦ｄ≦２、０≦ｅ≦２、０≦ｆ≦２、０≦ｇ≦１０、０≦ｈ≦５、１≦ｏ≦２、１≦ｐ≦５、１≦ｘ≦２、１≦ｙ≦５の範囲に設定される。
前記オルソシリケート系蛍光体は、好ましくは下記化学式２で表現される。
［化学式２］
（（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）１−ｘ（Ｐｂ，Ｃｕ）ｘ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ，Ｂ
前記化学式２において、Ｂは、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕよりなる群から少なくとも１つの元素が選択される。また、前記ｘは、０乃至１の範囲内に設定され、ＥｕとＢは、０乃至０．２の範囲内に設定される。
前記オルソシリケート系蛍光体の代表的な組成は、下記化学式３乃至化学式５で表現される。
［化学式３］
Ｐｂ０．１Ｂａ０．９５Ｓｒ０．９５ＳｉＯ４：Ｅｕ
［化学式４］
Ｃｕ０．０５Ｓｒ１．７Ｃａ０．２５ＳｉＯ４：Ｅｕ
［化学式５］
Ｃｕ０．１Ｂａ０．１Ｓｒ０．９Ｃａ０．９ＳｉＯ４：Ｅｕ
前記化学式３で表現される蛍光体は、５２７ｎｍ波長の光を放出し、前記化学式４で表現される蛍光体は、５９２ｎｍ波長の光を放出し、前記化学式５で表現される蛍光体は、６０５ｎｍ波長の光を放出する。このように前記オルソシリケート系蛍光体は、元素及び組成によって発光波長の調節が可能である。
また、前記アルカリ土類金属硫化物系蛍光体は、下記化学式６の構造を有する。
［化学式６］
（Ｃａ，Ｓｒ）１−ｘ−ｙＥｕｘＣｙ（Ｓ１−ｚＳｅｚ）
前記化学式６において、Ｃは、Ｍｎ及びＰｂを含む群から少なくとも１つの元素が選択される。また、前記ｘは、０．０００５乃至０．１の範囲内に設定され、ｙは、０乃至０．５の範囲内に設定され、ｚは、０乃至１の範囲内に設定される。
前記アルカリ土類金属硫化物系蛍光体は、好ましくは、下記化学式７の構造を有する。
［化学式７］
（Ｃａ，Ｓｒ）１−ｘ−ｙＥｕｘＰｂｙＳ
前記化学式７において、前記ｘは、０．０００５乃至０．０１の範囲内に設定され、ｙは、０乃至０．５の範囲内に設定される。
前記アルカリ土類金属硫化物系蛍光体の代表的な組成は、下記化学式８乃至化学式１０で表現される。
［化学式８］
Ｃａ０．９４７Ｐｂ０．０５Ｅｕ０．００３Ｓ
［化学式９］
Ｃａ０．４４７Ｓｒ０．５Ｐｂ０．０５Ｅｕ０．００３Ｓ
［化学式１０］
Ｃａ０．８９７Ｐｂ０．１Ｅｕ０．００３Ｓ
前記化学式８で表現される蛍光体は、６５０ｎｍ波長の光を放出し、前記化学式９で表現される蛍光体は、６３０ｎｍ波長の光を放出し、前記化学式１０で表現される蛍光体は、６４８ｎｍ波長の光を放出する。このように前記アルカリ土類金属硫化物系蛍光体は、元素及び組成によって発光波長の調節が可能である。
本発明は、前述したような蛍光体を使用して長波長の紫外線領域及び青色領域帯の励起下に非常に優れた緑色、黄色及び赤色光を具現することができる。紫外線発光ダイオードの場合に、前記蛍光体を各々または混合使用して緑色、赤色及び白色の多様な色を具現することができる。また、青色発光ダイオードの場合に、前記蛍光体を各々または混合して使用してブルーラグーン、ピンク及び白色の多様な色を具現することができる。
以下、前述したような蛍光体を利用した本発明の発光素子について図面を参照して説明する。
図１は、本発明によるチップ型発光素子を示す断面図である。
図面を参照すれば、発光素子は、基板１０と、基板１０上に形成された電極３０、３５と、第１電極３０上に実装された発光ダイオード２０と、発光ダイオード２０を封止するモルディング部５０とを含む。前記モルディング部５０には、前述した少なくとも１つのオルソシリケート系蛍光体６０と、アルカリ土類金属硫化物系蛍光体７０とが均一に混合されて分布している。
前記基板１０は、発光ダイオード２０が実装される中心領域に所定の溝を形成して、溝の側壁面に所定の傾きを形成することができる。この時、前記発光ダイオード２０は、溝の下部面に実装され、所定の傾きを有する側壁面により発光ダイオード２０で発光する光の反射を極大化し、発光効率を増大させることができる。
前記電極３０、３５は、基板１０上に発光ダイオード２０の陽極端子及び陰極端子に接続するための第１及び第２電極３０、３５で構成する。前記第１及び第２電極３０、３５は、印刷技法を通じて形成することができる。第１及び第２電極３０、３５は、導電性に優れた銅またはアルミニウムを含む金属物質で形成するものの、第１電極３０と第２電極３５とは電気的に短絡されるように形成する。
前記発光ダイオード２０は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮまたはＡｌＧａＩｎＮ系の青色発光する発光ダイオードを使用する。本実施例は、４２０乃至４８０ｎｍ範囲の青色光を放出する発光ダイオードを使用する。しかし、これに限らず、青色光だけでなく、２５０乃至４１０ｎｍ範囲の紫外線（ＵＶ）を放出する発光ダイオードをさらに備えることができる。また、発光ダイオード２０の個数は、１つであることができ、目的に応じて多数個で構成することもできる。
前記発光ダイオード２０は、第１電極３０上に実装され、ワイヤー８０を介して第２電極３５に電気的に連結される。また、発光ダイオード２０が電極３０、３５上に実装されずに、基板１０上に形成される場合に、２つのワイヤー８０を介して各々第１電極３０または第２電極３５に連結されることができる。
また、基板１０の上部には、前記発光ダイオード２０を封止するためのモルディング部５０が形成される。前記モルディング部５０内には、前述したように、少なくとも１つのオルソシリケート系蛍光体６０とアルカリ土類金属硫化物系蛍光体７０とが均一に混合されて分布している。モルディング部５０は、所定の透明エポキシ樹脂と前記蛍光体６０、７０の混合物を利用した射出工程を通じて形成することができる。また、別途の鋳型を用いて製作した後、これを加圧または熱処理してモルディング部５０を形成することができる。モルディング部５０は、光学レンズ形態、平板形態及び表面に所定の凹凸を有する形態など多様な形状で形成することができる。
このような本発明の発光素子は、発光ダイオード２０から１次光が放出され、１次光により、各蛍光体６０、７０は、波長変換された２次光を放出し、これらの混色により所望のスペクトル領域の色を具現する。すなわち、青色発光ダイオードから青色光が放出され、青色光により、オルソシリケート系蛍光体は、緑色から黄色波長までの光を放出し、アルカリ土類金属硫化物系蛍光体は、赤色波長の光を放出する。かくして、１次光である青色光の一部と、２次光である緑色、黄色及び赤色光とが混色されて白色光を具現することができる。これにより、本発明の発光素子は、緑色から赤色に至る連続的なスペクトルを有する白色光を具現し、延色性を向上させることができる。
図２は、本発明によるトップ型発光素子を示す断面図である。
図面を参照すれば、発光素子は、基板１０と、基板１０上に形成された電極３０、３５と、第１電極３０上に実装された発光ダイオード２０とを含む。これは、前記チップ型発光素子の構成とほぼ同一であり、これに対する具体的説明は、図１に関連した説明に代える。ただトップ型発光素子は、前記基板１０の上部に発光ダイオード２０を取り囲むように形成された反射器４０を含み、前記反射器４０の中央孔に発光ダイオード２０を保護するために充填されたモルディング部５０を含む。
光の輝度及び集光能力を向上させるために、発光ダイオードチップを取り囲む反射器４０の内側壁が所定の傾きを有するように形成することができる。これは、発光ダイオード２０で発光する光の反射を極大化し、発光効率を増大するために好ましい。
前記モルディング部５０には、前述した少なくとも１つのオルソシリケート系蛍光体６０と、アルカリ土類金属硫化物系蛍光体７０とが均一に混合されて分布している。かくして、発光ダイオードチップ２０で発生する１次光と、各蛍光体６０、７０により波長変換された２次光とが混色されて、所望のスペクトル領域の色が具現される。
図３は、本発明によるランプ型発光素子を示す断面図である。
図面を参照すれば、発光素子は、反射部４５が形成された第１リード端子９０と、前記第１リード端子９０から所定間隔で離隔された第２リード端子９５とで構成される。前記第１リード端子９０の反射部４５内に発光ダイオード２０が実装され、ワイヤー８０を介して第２リード端子９５に電気的に連結される。前記発光ダイオード２０の上部には、蛍光体６０、７０を含むモルディング部５０が形成され、リード端子９０、９５の先端には、成形用フレームを用いて形成した外周モルディング部５５を含む。
前記モルディング部５０内には、前記発光ダイオード２０から放出された光を吸収し、各々の波長に光を波長転換させる少なくとも１つのオルソシリケート系蛍光体６０とアルカリ土類金属硫化物系蛍光体７０とが均一に混合されている。前記外周モルディング部５５は、発光ダイオード２０で放出された光の透過率を向上させることができるように透明なエポキシ樹脂で製作される。
図４は、本発明によるハウジングを含む発光素子を示す断面図である。
図面を参照すれば、発光素子は、両側に電極３０、３５が形成され、貫通孔を含むハウジング１００と、前記ハウジング１００の貫通孔に装着される基板１０と、基板１０上に実装される発光ダイオード２０とを含む。この時、前記基板１０は、熱伝導性に優れた材質を使用してヒートシンクで構成することによって、発光ダイオード２０から発散される熱の放出を一層効果的に行うことができる。また、前記発光ダイオードチップ２０を封止するモルディング部５０を含み、前記モルディング部５０には、前述した少なくとも１つのオルソシリケート系蛍光体６０とアルカリ土類金属硫化物系蛍光体７０とが均一に混合されて分布している。
本実施例の電極３０、３５は、基板１０上に発光ダイオード２０の陽極端子及び陰極端子に接続するための第１及び第２電極３０、３５で構成する。前記発光ダイオードチップ２０は、基板１０上に実装され、ワイヤー８０を介して第１電極３０または第２電極３５に電気的に連結される。
このように本発明は、多様な構造の製品に応用されることができ、本発明の技術的要旨は、前述した実施例に限定されるものではなく、様々な修正や変形が可能である。
図５は、本発明の発光素子に使われるオルソシリケート系蛍光体の組成による発光スペクトルを示すグラフである。図面から分かるように、ホストの組成及び発光中心元素の濃度によって最下５０５ｎｍから最大６０５ｎｍの発光波長の調節が可能であり、優れた発光スペクトルを示す。
図６は、本発明の発光素子に使われるアルカリ土類金属硫化物系蛍光体の組成による発光スペクトルを示すグラフである。図面から分かるように、ホストの組成及び発光中心元素の濃度によって最下６００ｎｍから最大６６０ｎｍの発光ピークの調節が可能であり、優れた発光スペクトルを示す。
図７は、青色発光ダイオードと２つの種類のオルソシリケート系蛍光体及びアルカリ土類金属硫化物系蛍光体を使用した本発明の発光素子の発光スペクトルを示すグラフである。前記蛍光体としては、５１５ｎｍ発光波長の（Ｂａ０．４５Ｓｒ０．４５Ｐｂ０．１）２ＳｉＯ４：Ｅｕと、５６５ｎｍの（Ｓｒ０．７９５Ｂａ０．２Ｐｂ０．００５）２ＳｉＯ４：Ｅｕと、６５０ｎｍ発光波長のＣａ０．８９７Ｐｂ０．１Ｅｕ０．００３Ｓを使用した。
図面を参照すれば、青色発光ダイオードから発生した１次光と、１次光の一部を蛍光体が吸収または励起されて放出される２次光である緑色、黄色及び赤色光が混色されて白色が具現されることが分かる。これにより、青色発光ダイオードと黄色蛍光体を使用する従来の白色発光素子に比べてさらに高い延色性を得ることができる。
図８は、青色発光ダイオードと１つの種類のオルソシリケート系蛍光体及びアルカリ土類金属硫化物系蛍光体を使用した本発明の発光素子の発光スペクトルを一般的なＬＣＤ色フィルタの透過度と共に示すグラフである。前記蛍光体としては、５１５ｎｍ発光波長の
（Ｂａ０．４５Ｓｒ０．４５Ｐｂ０．１）２ＳｉＯ４：Ｅｕと、６５０ｎｍ発光波長のＣａ０．８９７Ｐｂ０．１Ｅｕ０．００３Ｓを使用した。
図面を参照すれば、青色発光ダイオードチップから発生した１次光と、１次光の一部を蛍光体が吸収または励起されて放出される２次光である緑色及び赤色光とが混色されて白色が具現されることが分かる。これは、従来の白色発光素子に比べてさらに向上された色再現範囲を得ることができる。
本発明は、好ましい実施例及び多くの具体的な変形実施例を参照して説明された。しかしながら、具体的に説明されたものとは異なる多くのその他の実施例がまた本発明の思想及び範囲内に入ることがこの分野の当業者にとって自明であろう。
例えば、本発明の一実施例では、青色または紫外線発光ダイオードの上部に緑色から黄色領域の光を発光する少なくとも１つのオルソシリケート系蛍光体及び赤色領域の光を発光するアルカリ土類金属硫化物系蛍光体を含む発光素子を具現するにあたって、化学式が（Ｃａ、Ｓｒ）１−ｘ−ｙＥｕｘＣｙ（Ｓ１−ｚＳｅｚ）であり、前記Ｃは、Ｍｎ及びＰｂを含む群から少なくとも１つの元素が選択され、前記ｘは、０．０００５乃至０．１の範囲内に設定され、ｙは、０乃至０．５の範囲内に設定され、ｚは、０乃至１の範囲内に設定されるアルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体について説明した。
しかしながら、その他にも、変形例として、化学式がＡｘ−ａＥｕａＧｅＳｚであり、ここで、Ａは、Ｃａ、Ｓｒ群から選択された少なくとも１つの元素であり、ｚ＝ｘ＋２であり、ｘは、２から５範囲内に設定され、ａ／ｘは、０．０００５から０．０２範囲内に設定されるアルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体が可能である。
本発明によるチップ型発光素子を示す断面図である。 本発明によるトップ型発光素子を示す断面図である。 本発明によるランプ型発光素子を示す断面図である。 本発明によるハウジングを含む発光素子を示す断面図である。 本発明の発光素子に使われるオルソシリケート系蛍光体の組成による発光スペクトルを示すグラフである。 本発明の発光素子に使われるアルカリ土類金属硫化物系蛍光体の組成による発光スペクトルを示すグラフである。 本発明の発光素子の発光スペクトルを示すグラフである。 本発明の発光素子の発光スペクトルを一般的なＬＣＤ色フィルタの透過度と共に示すグラフである。
符号の説明
１０ 基板
２０ 発光ダイオード
３０、３５ 電極
４０ 反射器
５０ モルディング部
６０、７０ 蛍光体
８０ ワイヤー
９０、９５ リード端子
１００ ハウジング

Claims (17)

  1. 青色光を放出する発光ダイオードと、
    前記発光ダイオードの上部に緑色から黄色領域の光を発光する少なくとも１つのオルソシリケート系蛍光体及び赤色領域の光を発光するアルカリ土類金属硫化物系蛍光体とを含むことを特徴とする発光素子。
  2. 前記オルソシリケート系蛍光体は、化学式がａ（Ｍ［Ｉ］Ｏ）・ｂ（Ｍ［ＩＩ］Ｏ）・ｃ（Ｍ［ＩＩＩ］Ａ）・ｄ（Ｍ［ＩＩＩ］２Ｏ）・ｅ（Ｍ［ＩＶ］２Ｏ３）・ｆ（Ｍ［Ｖ］ｏＯｐ）・ｇ（ＳｉＯ２）・ｈ（Ｍ［ＶＩ］ｘＯｙ）であり、
    前記Ｍ［Ｉ］は、鉛（Ｐｂ）及び銅（Ｃｕ）を含む群から少なくとも１つの元素が選択され、前記Ｍ［ＩＩ］は、ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）及びマンガン（Ｍｎ）を含む群から少なくとも１つの元素が選択され、前記Ｍ［ＩＩＩ］は、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）、金（Ａｕ）及び銀（Ａｇ）を含む群から少なくとも１つの元素が選択され、前記Ｍ［ＩＶ］は、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）及びインジウム（Ｉｎ）を含む群から少なくとも１つの元素が選択され、前記Ｍ［Ｖ］は、ゲルマニウム（Ｇｅ）、バナジウム（Ｖ）、ネオジム（Ｎｄ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）及びハフニウム（Ｈｆ）を含む群から少なくとも１つの元素が選択され、前記Ｍ［ＶＩ］は、ビスマス（Ｂｉ）、錫（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ランタン（Ｌａ）、セリウム（Ｃｅ）、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）、ユーロピウム（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）及びルテチウム（Ｌｕ）を含む群から少なくとも１つの元素が選択され、前記Ａは、フルオル（Ｆ）、塩素（Ｃｌ）、ブロム（Ｂｒ）及びヨード（Ｉ）を含む群から少なくとも１つの元素が選択され、
    前記ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｏ、ｐ、ｘ、ｙは、０≦ａ≦２、０≦ｂ≦８、０≦ｃ≦４、０≦ｄ≦２、０≦ｅ≦２、０≦ｆ≦２、０≦ｇ≦１０、０≦ｈ≦５、１≦ｏ≦２、１≦ｐ≦５、１≦ｘ≦２、１≦ｙ≦５の範囲に設定されることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
  3. 前記オルソシリケート系蛍光体は、化学式が（（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）１−ｘ（Ｐｂ、Ｃｕ）ｘ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ、Ｂであり、
    前記Ｂは、Ｂｉ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕよりなる群から少なくとも１つの元素が選択され、
    前記ｘは、０乃至１の範囲内に設定され、ＥｕとＢは、０乃至０．２の範囲内に設定されることを特徴とする請求項２に記載の発光素子。
  4. 前記オルソシリケート系蛍光体は、組成によって５０５ｎｍ乃至６０５ｎｍ波長の光を放出することを特徴とする請求項２に記載の発光素子。
  5. 前記アルカリ土類金属硫化物系蛍光体は、化学式が（Ｃａ、Ｓｒ）１−ｘ−ｙＥｕｘＣｙ（Ｓ１−ｚＳｅｚ）であり、
    前記Ｃは、Ｍｎ及びＰｂを含む群から少なくとも１つの元素が選択され、
    前記ｘは、０．０００５乃至０．１の範囲内に設定され、ｙは、０乃至０．５の範囲内に設定され、ｚは、０乃至１の範囲内に設定されることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
  6. 前記アルカリ土類金属硫化物系蛍光体は、化学式が（Ｃａ、Ｓｒ）１−ｘ−ｙＥｕｘＰｂｙＳであり、
    前記ｘは、０．０００５乃至０．０１の範囲内に設定され、ｙは、０乃至０．５の範囲内に設定されることを特徴とする請求項５に記載の発光素子。
  7. 前記アルカリ土類金属硫化物系蛍光体は、組成によって６００ｎｍ乃至６６０ｎｍ波長の光を放出することを特徴とする請求項５に記載の発光素子。
  8. 前記アルカリ土類金属硫化物系蛍光体は、化学式がＡｘ−ａＥｕａＧｅＳｚであり、
    前記Ａは、Ｃａ、Ｓｒ群から選択された少なくとも１つの元素であり、ｚ＝ｘ＋２であり、ｘは、２から５範囲内に設定され、ａ／ｘは、０．０００５から０．０２範囲内に設定されることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
  9. 前記少なくとも１つのオルソシリケート系蛍光体は、緑色光を放出することを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
  10. 前記発光ダイオードは、４２０乃至４８０ｎｍ波長の光を放出することを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
  11. 胴体と、前記胴体の上部に前記発光ダイオードを封止するモルディング部とをさらに含み、前記オルソシリケート系蛍光体と前記アルカリ土類金属硫化物系蛍光体は、前記モルディング部内に混合されて分布することを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
  12. 前記胴体は、基板、ヒートシンクまたはリード端子のうちいずれか１つであることを特徴とする請求項１１に記載の発光素子。
  13. 紫外線を放出する紫外線発光ダイオードをさらに含み、
    前記オルソシリケート系蛍光体及びアルカリ土類金属硫化物系蛍光体のうち少なくとも１つは、前記紫外線発光ダイオードから放出された光により励起されて光を放出することを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
  14. 青色光を放出する発光ダイオードの上部に緑色から黄色領域の光を発光する少なくとも１つのオルソシリケート系蛍光体及び赤色領域の光を発光するアルカリ土類金属硫化物系蛍光体を含み、延色性が向上して一般照明またはフラッシュ用に使われることを特徴とする発光素子。
  15. 青色光を放出する発光ダイオードの上部に緑色から黄色領域の光を発光する１つのオルソシリケート系蛍光体及び赤色領域の光を発光するアルカリ土類金属硫化物系蛍光体を含み、色再現範囲が向上してＬＣＤ背面光源用に使われることを特徴とする発光素子。
  16. 化学式が（Ｃａ、Ｓｒ）１−ｘ−ｙＥｕｘＣｙ（Ｓ１−ｚＳｅｚ）であり、
    前記Ｃは、Ｍｎ及びＰｂを含む群から少なくとも１つの元素が選択され、前記ｘは、０．０００５乃至０．１の範囲内に設定され、ｙは、０乃至０．５の範囲内に設定され、ｚは、０乃至１の範囲内に設定されることを特徴とするアルカリ土類金属硫化物系蛍光体。
  17. 前記アルカリ土類金属硫化物系蛍光体は、化学式が（Ｃａ、Ｓｒ）１−ｘ−ｙＥｕｘＰｂｙＳであり、
    前記ｘは、０．０００５乃至０．０１の範囲内に設定され、ｙは、０乃至０．５の範囲内に設定されることを特徴とする請求項１６に記載のアルカリ土類金属硫化物系蛍光体。
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