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

紫色ｌｅｄを用いた白色発光装置 Download PDF

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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、ＳｉＯ２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Ｃａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ発光材料を用いることが好ましい。例えば、化学式Ｃａ８−ｘ−ｙＥｕｘＭｎｙＭｇ（ＳｉＯ４）４Ｃｌ２を満たすクロロ珪酸塩蛍光粉末、Ｃａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２：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、ＳｉＯ２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％Ｎ２＋５％Ｈ２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−ｙＥｕｘＭｎｙＭｇ（ＳｉＯ４）４Ｃｌ２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、Ｃａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２：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、Ｃａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２：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、Ｃａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２：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Ｃａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２：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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