JP2013516075A - 紫色ledを用いた白色発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は光変換効率及び演色指数が高い紫色LEDを用いた白色発光装置を提供する。
【解決手段】紫色LEDを用いた白色発光装置は、筐体と、筐体内に設けられた支持板と、支持板上に少なくとも一つ設けられた発光波長210nm〜410nmの紫色LED半導体光源と、筐体内に設けられ且つ紫色LED半導体光源と対向するEuイオンドープ高シリカ発光ガラス板と、高シリカ発光ガラス板の紫色LED半導体光源と対向する一面と反対側の面に設けられ且つ黄色蛍光粉末と赤色蛍光粉末との混合物、緑色蛍光粉末と赤色蛍光粉末との混合物、黄色蛍光粉末からなる群から選ばれる一種から形成される蛍光粉末層とを含む。
【選択図】図2

Description

本発明は発光装置に関し、特に紫色LEDを用いた白色発光装置に関する。
発光ガラスは近年発展してきた新規発光材料であり、その中、高シリカ発光ガラス系発光材料は紫色光により効果的に励起されることができ、発光スペクトルが可視域全域をカバーする。高シリカ発光ガラス系発光材料の製造方法において、SiO含有量95wt%(重量百分率)超の多孔質ガラスをガラス基質として、溶液浸漬法により多孔質ガラスを活性イオン(例えば、Eu、Ce、Tb、Cu、Zn、Snなど)含有の水溶液、酸性溶液又は有機溶液に浸し、次に高温(1050℃以上)条件で空気又は還元性雰囲気中で焼結して高シリカ発光ガラス系発光材料を得る。
現在、白色LEDは、紫色LEDチップと三原色蛍光粉末との組み合わせで白色発光を実現する傾向となり、その演色性は、青色LED(460nm)とYAG:Ce黄色蛍光粉末との組み合わせで白色光を発光する方式よりも高い。しかし、紫外光LEDに適用の三原色蛍光粉末の光励起による光変換効率は高くないので、より向上させる必要がある。
本発明は、紫色LEDチップと三原色蛍光粉末との組み合わせで白色発光を実現する従来技術で用いられる三原色蛍光粉末の光励起による光変換効率が低いという問題を解決するものであり、光変換効率及び演色指数が高い紫色LEDを用いた白色発光装置を提供する。
本発明は以下の技術案を用いてその技術課題を解決する。紫色LEDを用いた白色発光装置は、筐体と、筐体内に設けられた支持板と、支持板上に少なくとも一つ設けられた発光波長210nm〜410nmの紫色LED半導体光源と、筐体内に設けられ且つ紫色LED半導体光源と対向するEuイオンドープ高シリカ発光ガラス板と、高シリカ発光ガラス板の紫色LED半導体光源と対向する一面と反対側の面に設けられ且つ黄色蛍光粉末と赤色蛍光粉末との混合物、緑色蛍光粉末と赤色蛍光粉末との混合物、及び黄色蛍光粉末からなる群から選ばれる一種から形成される蛍光粉末層と、を含む。
上記Euイオンドープ高シリカ発光ガラス板の製造方法は以下の通りであり、孔径数ナノメートル〜数十ナノメートルの且つ細孔体積がガラス総体積の25%〜40%である高シリカ多孔質ガラスを用いて、高シリカ多孔質ガラスをEuイオン濃度0.005M〜0.1Mの且つ水やアルコールなどを溶媒とする溶液中に浸し、浸漬後のガラスを取り出して乾燥させ、1050℃〜1200℃の温度条件で焼結させることにより、緻密なEuイオンドープ高シリカ発光ガラス板を得る。
上記Euイオンドープ高シリカ発光ガラス板の厚さは0.1mm〜50mmである。
上記Euイオンドープ高シリカ発光ガラス板は、波長210nm〜410nmの光を吸収し波長430nm〜460nmの青色光を発する発光ガラス板である。
上記黄色蛍光粉末は、Euイオンドープ高シリカ発光ガラス板から発した青色光を吸収し黄色光を発する材料であり、その最大発光ピークが530nm〜590nmである。上記黄色蛍光粉末としては、広帯域で励起できる珪酸塩蛍光粉末又はCeを活性剤とする希土類ガーネット系蛍光粉末からなる群から選ばれる一種又は二種を用いることが好ましい。例えば、YAG:Ce系蛍光粉末(例えば、中国大連ルミングライト有限公司製、製品番号LMY−60−C)、珪酸塩系蛍光粉末(例えば、中国大連ルミングライト有限公司製、製品番号LMS−550)、窒化物系蛍光粉末(例えば、中国北京中村宇極科技有限公司製、製品番号ZYP560)などが挙げられる。
上記緑色蛍光粉末は、Euイオンドープ高シリカ発光ガラス板から発した青色光を吸収し緑色光を発する材料であり、その最大発光ピークが490nm〜525nmである。上記緑色蛍光粉末としては、クロロ珪酸塩蛍光粉末又は緑色CaScSi12:Ce発光材料を用いることが好ましい。例えば、化学式Ca8−x−yEuMnMg(SiOClを満たすクロロ珪酸塩蛍光粉末、CaScSi12:Ce蛍光粉末等が挙げられる。
上記赤色蛍光粉末は、Euイオンドープ高シリカ発光ガラス板から発した青色光を吸収し赤色光を発する材料であり、最大発光ピーク595nm〜680nmの硫化物蛍光粉末又は窒化物蛍光粉末である。硫化物蛍光粉末としてはCaS:Eu,SrS:Eu等が挙げられ、窒化物蛍光粉末としては中国北京中村宇極科技有限公司の製品番号ZYP630の発光材料が挙げられる。
上記黄色蛍光粉末と赤色蛍光粉末との混合物中、黄色蛍光粉末と赤色蛍光粉末との重量比は1:0.1〜1:1である。
上記緑色蛍光粉末と赤色蛍光粉末との混合物中、緑色蛍光粉末と赤色蛍光粉末との重量比は1:0.1〜1:1である。
本発明によれば、支持板上に発光波長210nm〜410nmの紫色LED半導体光源が少なくとも一つ設けられ、当該紫色LED半導体光源から紫外光が発射され、Euイオンドープ高シリカ発光ガラス板に照射すると、Euイオンドープ高シリカ発光ガラスは、紫色LEDから発した210nm〜410nmの紫外光を発光ピークが約450nmの強い青色光に効率的に変換し、そして、高シリカ発光ガラス中に存在するEuのドープ率及びガラス厚さを調整することで、紫外光の吸収と青色光の発光強度を制御することができる。次に、青色光により、高シリカ発光ガラス板に設けられ且つ450nmで励起できる黄色蛍光粉末と赤色蛍光粉末との混合物、緑色蛍光粉末と赤色蛍光粉末との混合物、及び黄色蛍光粉末からなる群から選ばれる一種が励起され発光し、青色光と、蛍光粉末が発する光とを混合して、異なる色温度及び異なる演色指数を持つ白色光を形成することで、高演色指数の白色光を合成することができる。
以下、図面と実施例に基づいて本発明を更に詳しく説明する。
Euイオンドープ高シリカ発光ガラスの励起スペクトルと発光スペクトルを示す図である。 本発明に係る紫色LEDを用いた白色発光装置を示す図である。 黄色蛍光粉末LMS−550の励起スペクトルと発光スペクトルを示す図である。
以下、本発明を実施例と図面に基づいて更に詳しく説明する。
Euドープ高シリカ青色発光ガラスの製造方法は以下の通りである。
先ずは、Euイオン含有材料を用いてEuイオン含有水溶液、硝酸溶液、硫酸溶液、エタノール溶液又はアセトン溶液を製造した後、SiO含有量が95wt%超の高シリカ多孔質ガラスを上記溶液中に浸漬させる。ここで、Euイオンの濃度は0.005M〜0.1Mであり、紫外光の吸収強度と青色光の発光強度への要求に応じて、高シリカ多孔質ガラスを異なる濃度のEuイオン溶液中に浸しEuイオン含有量が異なる高シリカ発光ガラスを製造することができ、このようにして、紫外光の吸収強度と青色光の発光強度を制御する。次に、浸漬後の高シリカ多孔質ガラスを取り出して乾燥させ、高温炉に入れ、95%N+5%Hの還元性雰囲気の中で1050℃〜1200℃の高温条件で2時間焼結し、高温炉の電源を切り、ガラスを炉とともに冷却させ、Euドープ高シリカ青色発光ガラスを得る。図1は、Euイオンドープ高シリカ発光ガラスの励起スペクトルと発光スペクトルを示す。図から、このようなガラスは約240nm〜約410nmの紫外光を激しく吸収し約450nmの強い青色光を放出することができることが分かる。
本実施例に使用した450nmで励起できる黄、緑、赤色蛍光粉末の何れも直接に市販の商業用蛍光粉末を使用しても良い。
<実施例1>
図2に示すように、紫色LEDを用いた白色発光装置は、筐体3と、筐体3内に設けられた支持板2と、支持板2上に少なくとも一つ設けられた発光波長210nm〜410nmの紫色LED半導体光源1と、筐体3内に設けられ且つ紫色LED半導体光源1と対向するEuイオンドープ高シリカ発光ガラス板4と、高シリカ発光ガラス板4の紫色LED半導体光源1と対向する一面と反対側の面に設けられ且つ黄色蛍光粉末と赤色蛍光粉末との混合物、緑色蛍光粉末と赤色蛍光粉末との混合物、及び黄色蛍光粉末からなる群から選ばれる一種から形成される蛍光粉末層5と、を含み、本実施例において、四つの紫色LED半導体光源1が設けられており、紫色LED半導体光源1とEuイオンドープ高シリカ発光ガラス板4との間に距離がある。なお、蛍光粉末層5は、上記蛍光粉末を透明エポキシ樹脂中に分散させ、回転塗布又はスプレー塗布方式により直接に高シリカ発光ガラス板4の表面に塗布して形成するものである。
<実施例2>
紫色LEDを用いた白色発光装置において、蛍光粉末層5における黄色蛍光粉末は広帯域で励起できる珪酸塩蛍光粉末である。本実施例において、中国大連路明発光科技股ふん有限公司LMSシリーズの希土類により活性化された珪酸塩蛍光粉末(製品番号LMS−550)が使用される。その装置の構造、紫色LEDの選択及び蛍光粉末の塗布方式は実施例1と同じであるため、説明を省略する。
図3は黄色蛍光粉末LMS−550の励起スペクトルと発光スペクトルを示す。上記励起スペクトルから以下のことが分かる。即ち、LMS−550蛍光粉末は、約300nm〜約460nmの青紫色光を効率的に吸収し約550nmの黄色光を放出することができる。本装置において、紫色LEDから発した365nmの紫色光がEuドープ高シリカ発光ガラス板4にほとんど吸収され442nmの青色光を発光し、Euドープ高シリカ発光ガラス板4から発した青色光が高シリカ発光ガラス板4の表面に塗布されたLMS−550蛍光粉末に部分的に吸収され黄色光を発光し、残った青色光が黄色光と混合し白色光を形成する。
<実施例3>
紫色LEDを用いた白色発光装置において、蛍光粉末層5における黄色蛍光粉末はCeを活性剤とする希土類ガーネット系蛍光粉末である。本実施例において、中国大連ルミングライト有限公司製品番号LMY−60−Cの蛍光粉末が使用される。装置の構造、紫色LEDの選択及び蛍光粉末の塗布方式は実施例1と同じであるため、説明を省略する。
<実施例4>
紫色LEDを用いた白色発光装置において、蛍光粉末層5に採用された黄色蛍光粉末と赤色蛍光粉末との混合物は、白色発光装置の演色性を向上させることができ、黄色蛍光粉末と赤色蛍光粉末との重量比が1:0.4である。ここで、黄色蛍光粉末としては、中国大連路ルミングライト有限公司LMSシリーズの希土類により活性化された珪酸塩蛍光粉末(製品番号LMS−550)が使用され、赤色蛍光粉末としては、中国北京中村宇極科技有限公司ZYP650Hの赤色蛍光粉末が使用される。装置の構造、紫色LEDの選択及び蛍光粉末の塗布方式は実施例1と同じであるため、説明を省略する。
<実施例5>
紫色LEDを用いた白色発光装置において、蛍光粉末層5に採用された緑色蛍光粉末と赤色蛍光粉末との混合物は、白色発光装置の演色性を向上させることができ、緑色蛍光粉末と赤色蛍光粉末との重量比が1:0.6である。ここで、緑色蛍光粉末としては、中国大連ルミングライト有限公司LMSシリーズの希土類により活性化された珪酸塩蛍光粉末(製品番号LMS−520)が使用され、赤色蛍光粉末としては、中国北京中村宇極科技有限公司ZYP650Hの赤色蛍光粉末が使用される。装置の構造、紫色LEDの選択及び蛍光粉末の塗布方式は実施例1と同じであるため、説明を省略する。
<実施例6>
紫色LEDを用いた白色発光装置において、蛍光粉末層5に採用された緑色蛍光粉末と赤色蛍光粉末との混合物は、白色発光装置の演色性を向上させることができ、緑色蛍光粉末と赤色蛍光粉末との重量比が1:0.5である。ここで、緑色蛍光粉末としては、Ca8−x−yEuMnMg(SiOClが使用され、赤色蛍光粉末としては、中国北京中村宇極科技有限公司ZYP650Hの赤色蛍光粉末が使用される。装置の構造、紫色LEDの選択及び蛍光粉末の塗布方式は実施例1と同じであるため、説明を省略する。
<実施例7>
紫色LED光源の白色発光装置において、蛍光粉末層5に採用された緑色蛍光粉末と赤色蛍光粉末との混合物は、白色発光装置の演色性を向上させることができ、緑色蛍光粉末と赤色蛍光粉末との重量比が1:0.2である。ここで、緑色蛍光粉末としては、CaScSi12:Ceが使用され、赤色蛍光粉末としては、CaS:Euが使用される。装置の構造、紫色LEDの選択及び蛍光粉末の塗布方式は実施例1と同じであるため、説明を省略する。
<実施例8>
紫色LEDを用いた白色発光装置において、蛍光粉末層5に採用された緑色蛍光粉末と赤色蛍光粉末との混合物は、白色発光装置の演色性を向上させることができ、緑色蛍光粉末と赤色蛍光粉末との重量比が1:0.1である。ここで、緑色蛍光粉末としては、CaScSi12:Ceが使用され、赤色蛍光粉末としては、SrS:Euが使用される。装置の構造、紫色LEDの選択及び蛍光粉末の塗布方式は実施例1と同じであるため、説明を省略する。
<実施例9>
紫色LED光源の白色発光装置において、蛍光粉末層5に採用された緑色蛍光粉末と赤色蛍光粉末との混合物は、白色発光装置の演色性を向上させることができ、緑色蛍光粉末と赤色蛍光粉末との重量比が1:1である。ここで、緑色蛍光粉末としては、CaScSi12:Ceが使用され、赤色蛍光粉末としては、CaS:Euが使用される。装置の構造、紫色LEDの選択及び蛍光粉末の塗布方式は実施例1と同じであるため、説明を省略する。
<実施例10>
紫色LEDを用いた白色発光装置において、蛍光粉末層5に採用された黄色蛍光粉末と赤色蛍光粉末との混合物は、白色発光装置の演色性を向上させることができ、黄色蛍光粉末と赤色蛍光粉末との重量比が1:0.1である。ここで、黄色蛍光粉末としては、中国大連路明発光科技股ふん有限公司LMSシリーズの希土類により活性化された珪酸塩蛍光粉末(製品番号LMS−560)が使用され、赤色蛍光粉末としては、中国北京中村宇極科技有限公司ZYP630Hの赤色蛍光粉末が使用される。装置の構造、紫色LEDの選択及び蛍光粉末の塗布方式は実施例1と同じであるため、説明を省略する。
<実施例11>
紫色LEDを用いた白色発光装置において、蛍光粉末層5に採用された黄色蛍光粉末と赤色蛍光粉末との混合物は、白色発光装置の演色性を向上させることができ、黄色蛍光粉末と赤色蛍光粉末との重量比が1:1である。ここで、黄色蛍光粉末としては、中国大連路明発光科技股ふん有限公司LMSシリーズの希土類により活性化された珪酸塩蛍光粉末(製品番号LMS−555)が使用され、赤色蛍光粉末としては、中国北京中村宇極科技有限公司ZYP650の赤色蛍光粉末が使用される。装置の構造、紫色LEDの選択及び蛍光粉末の塗布方式は実施例1と同じであるため、説明を省略する。
1 紫色LED半導体光源
2 支持板
3 筐体
4 高シリカ発光ガラス板
5 蛍光粉末層

Claims (10)

  1. 紫色LEDを用いた白色発光装置であって、
    筐体と、
    前記筐体内に設けられた支持板と、
    前記支持板上に少なくとも一つ設けられた発光波長210nm〜410nmの紫色LED半導体光源と、
    前記筐体内に設けられ且つ紫色LED半導体光源と対向するEuイオンドープ高シリカ発光ガラス板と、
    前記高シリカ発光ガラス板の前記紫色LED半導体光源と対向する一面と反対側の面に設けられ且つ黄色蛍光粉末と赤色蛍光粉末との混合物、緑色蛍光粉末と赤色蛍光粉末との混合物、及び黄色蛍光粉末からなる群から選ばれる一種から形成される蛍光粉末層と、を含むことを特徴とする紫色LEDに基づく白色発光装置。
  2. 前記Euイオンドープ高シリカ発光ガラス板は、波長210nm〜410nmの光を吸収し波長430nm〜460nmの青色光を発する発光ガラス板であることを特徴とする請求項1に記載の紫色LEDを用いた白色発光装置。
  3. 前記Euイオンドープ高シリカ発光ガラス板の厚さは0.1mm〜50mmであることを特徴とする請求項2に記載の紫色LEDを用いた白色発光装置。
  4. 前記黄色蛍光粉末の最大発光ピークは530nm〜590nmであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の紫色LEDを用いた白色発光装置。
  5. 前記黄色蛍光粉末は、広帯域で励起できる珪酸塩蛍光粉末、又はCeを活性剤とする希土類ガーネット系蛍光粉末からなる群から選ばれる一種又は二種であることを特徴とする請求項4に記載の紫色LEDを用いた白色発光装置。
  6. 前記緑色蛍光粉末の最大発光ピークは、490nm〜525nmであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の紫色LEDを用いた白色発光装置。
  7. 前記緑色蛍光粉末は、クロロ珪酸塩蛍光粉末又はCaScSi12:Ce緑色発光材料であることを特徴とする請求項6に記載の紫色LEDを用いた白色発光装置。
  8. 前記赤色蛍光粉末は、最大発光ピーク595nm〜680nmの硫化物蛍光粉末又は窒化物蛍光粉末であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の紫色LEDを用いた白色発光装置。
  9. 前記黄色蛍光粉末と赤色蛍光粉末との混合物中、黄色蛍光粉末と赤色蛍光粉末との重量比は1:0.1〜1:1であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の紫色LEDを用いた白色発光装置。
  10. 前記緑色蛍光粉末と赤色蛍光粉末との混合物中、緑色蛍光粉末と赤色蛍光粉末との重量比は1:0.1〜1:1であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の紫色LEDを用いた白色発光装置。
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