JP4656816B2 - Light emitting device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light-emitting device in which the occurrence of chromaticity deviation caused by a change in ambient temperature is suppressed. <P>SOLUTION: In the light-emitting device including a light-emitting element, and a phosphor which absorbs at least a part of light emitted from the light-emitting element and emits light having a different wavelength, the phosphor includes a first phosphor which emits light in a green region from an yellow region, and a second phosphor which emits light in a red region, and light-emitting output reduction rates of the first phosphor and the second phosphor with respect to temperature elevation are approximately equal. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&amp;NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蛍光表示管、ディスプレイ、PDP、CRT、FL、FED及び投写管等、特に、青色発光ダイオード又は紫外発光ダイオードを光源とする発光特性に極めて優れた白色の発光装置等に使用される蛍光体に関する。また、本願発明に係る蛍光体を有する白色の発光装置は、店頭のディスプレイ用の照明、医療現場用の照明などの蛍光ランプに使用することができる他、液晶ディスプレイのバックライト光源、発光ダイオード(LED)の分野などにも応用することができる。
【0002】
【従来技術】
LEDを使用した発光装置として、LEDからの光と、LEDからの光を蛍光体により波長変換して得られる光とを混色することにより所望の発光色を得る発光装置がある。例えば、白色を発光するLED(以下「白色LED」と呼ぶ)は、発光スペクトルのピーク波長460nm程度の青色を発光するLEDと、同じく励起吸収スペクトルのピーク波長が460nm近辺のイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体(以下「YAG系蛍光体」と呼ぶ)により青色の光が波長変換されて生じる黄色とを混色し、白色光を得る発光ダイオードである。このような白色LEDにおいては、青色と黄色の加法混色で得られる混色光の演色性を向上させることを目的として、赤色領域に発光スペクトルのピーク波長を有する光を発光する蛍光体をYAG系蛍光体と共に用いる(例えば、特許文献1参照。)。
【0003】
【特許文献1】
特願2000−31534号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記発光装置が例えば継続的に強い光を発光する照明用光源として用いられると、発光素子の発熱により各種蛍光体の励起効率が低下するため、発光装置全体の光束[lm]が低下する問題が生じる。さらに、発熱により励起効率がそれぞれ異なった割合で低下する複数の蛍光体を組み合わせて発光装置を形成すると、各蛍光体の発光出力の差が周囲温度の変化とともに変動するため、発光装置から出光する光の色度が所望の色度からずれた位置に観測される色ズレが生じていた。
【0005】
また、発光素子は、投入電流を増加するに従って、発光素子の発光スペクトルのピーク波長が短波長側に移行する(例えば、図2参照)。このピーク波長が短波長側に移行することにより、発光素子により励起される蛍光体の発光強度が変動する。特に、蛍光体を2種類以上組み合わせている場合は、その発光強度の変動が色ズレに大きく左右する。
【0006】
このような色ズレが僅かなものであっても、上記発光装置が例えば液晶プロジェクタの光源として使用された場合には、スクリーンに拡大投射されて映し出されるカラー映像の色調に大きな影響を与えるという問題が生じる。
【0007】
そこで本発明は、周囲温度が変化しても、光束[lm]の低下や色度ズレの発生を抑えることが可能な発光装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、発光素子と、該発光素子からの光の少なくとも一部を吸収して異なる波長の光を発する第1の蛍光体と、該発光素子からの光の少なくとも一部を吸収して異なる波長の光を発する第2の蛍光体と、を有する発光装置であって、該発光素子が持つ発光スペクトルのピーク波長が、前記第1の蛍光体が持つ励起スペクトルのピーク波長、及び、前記第2の蛍光体が持つ励起スペクトルのピーク波長よりも長波長側にあることを特徴とする発光装置に関する。これにより、色度ズレの発生を抑えた発光装置を提供することができる。特に、本発光装置では黒体放射の軌跡に沿って色ズレが生じるため、黒体放射の軌跡に垂直な方向に色ズレが生じる場合と比べて、人間の視覚において、色ズレを感じることが少ない。また、第1の蛍光体と第2の蛍光体との相互作用により、色調ズレの振り幅が極めて狭い。
【0009】
前記発光素子は、電流密度が増加するにしたがって、前記発光素子が持つ発光スペクトルのピーク波長が短波長側に移行される。発光素子の投入電流を増加させると、電流密度の増加を生じ、発光素子の持つ発光スペクトルのピーク波長が短波長側に移行する。この作用を利用して、色ズレを防止した発光装置を提供するものである。
【0010】
前記第1の蛍光体及び前記第2の蛍光体は、その第1の蛍光体及び第2の蛍光体の周囲温度の変化に伴う発光強度の変化がほぼ等しいことが好ましい。このような構成とすることによって、蛍光体の投入電力増加に伴う周囲温度の変化により励起効率が変動する第1の蛍光体と第2の蛍光体の温度特性がほぼ同じとなり、周囲温度が変化しても色ズレの発生を抑えることが可能な発光装置を提供することができる。特に、発光素子の電流密度の増加に伴う色ズレと、蛍光体の周囲温度の変化に伴う色ズレと、の相互作用により、より色ズレの発生を抑制した発光装置を提供することができる。
【0011】
前記第1の蛍光体及び第2の蛍光体の周囲温度の変化は、主に前記発光素子への投入電流の変化によるものである。このような構成とすることによって、発光素子からの熱の影響により励起効率が変化する第1の蛍光体と第2の蛍光体の温度変化がほぼ同じとなり、蛍光体の周囲温度が変化しても色ズレの発生を抑えることが可能な発光装置を形成することができる。
【0012】
前記発光素子は、発光スペクトルのピーク波長が350nmから530nmであることが好ましい。特に発光素子からの光に色調を有する400nmから530nmが好ましい。このような構成とすることによって、半導体発光素子の色調変化と蛍光体の色調変化を制御し発光装置全体の色ズレを制御することが可能である。
【0013】
前記第1の蛍光体は、前記発光素子の電流密度を変化させたときに生じる発光素子の波長変化の範囲において、該波長変化の範囲の短波長側が長波長側よりも励起効率が高い、言い換えれば、発光素子の短波長側の励起光による蛍光体の発光が、発光素子の長波長側の励起光による蛍光体の発光よりも発光強度が高い発光装置に関する。これにより、発光素子の電流密度を増加させたとき、第1の蛍光体の発光強度が増加する。また、後述するように、第2の蛍光体の発光強度も増加する。よって、色調ズレが極めて抑制された発光装置を提供することができる。
【0014】
前記第1の蛍光体は、前記発光素子の電流密度を変化させたときに生じる発光素子の波長変化の範囲において、該波長変化の範囲の短波長側に、第1の蛍光体の持つ励起スペクトルのピーク波長を持つことが好ましい。発光素子の発光スペクトルのピーク波長が、第1の蛍光体の最も励起吸収の大きいピーク波長の位置にあることによって、第1の蛍光体を最も効率よく発光させることができ発光装置全体の光束を最大に制御することが可能だからである。
【0015】
前記第1の蛍光体は、YとAlを含み、かつLu、Sc、La、Gd、Tb、Eu及びSmから選択された少なくとも一種の元素と、Ga及びInから選択された一種の元素とを含み、希土類元素から選択された少なくとも一種の元素で付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体を含むことが好ましい。このような構成とすることによって、周囲温度が変化しても色ズレの発生を抑えることを可能とし、さらに発熱を伴う発光装置全体の光束[lm]の相対的な低下を抑えることが可能な発光装置とすることが可能である。前記イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体の励起吸収スペクトルのピーク波長が420nmから470nmであることが好ましい。このような構成とすることによって、従来技術と比較して投入電流による色度ズレが縮小し、かつ演色性を向上させた発光装置を形成することが可能である。
【0016】
前記第1の蛍光体が持つ励起スペクトルのピーク波長と、前記発光素子が持つ発光スペクトルのピーク波長との差が、40nm以下であることが好ましい。このような構成とすることによって、従来技術と比較して投入電流による色度ズレが縮小し、かつ演色性を向上させた発光装置を形成することが可能である。
【0017】
前記第2の蛍光体は、前記発光素子の電流密度を変化させたときに生じる発光素子の波長変化の範囲において、該波長変化の範囲の短波長側が長波長側よりも励起効率が高い、言い換えれば、発光素子の短波長側の励起光による蛍光体の発光が、発光素子の長波長側の励起光による蛍光体の発光よりも発光強度が高い発光装置に関する。これにより、発光素子の電流密度を増加させたとき、第2の蛍光体の発光強度が増加する。また、前述するように、第1の蛍光体の発光強度も増加する。よって、色調ズレが極めて抑制された発光装置を提供することができる。
【0018】
前記第2の蛍光体は、Nを含み、かつBe、Mg、Ca、Sr、Ba、及びZnから選択された少なくとも一種の元素と、C、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、及びHfから選択された少なくとも一種の元素とを含み、希土類元素から選択された少なくとも一種の元素で付活された窒化物系蛍光体を含むことが好ましい。このような構成とすることによって、周囲温度が変化しても色ズレの発生を抑えることを可能とし、さらに発熱を伴う発光装置全体の光束[lm]の低下を抑えることが可能な発光装置とすることが可能である。また、前記第2の蛍光体は、波長が350〜600nmの光で励起されて発光する蛍光体であることが好ましい。このような構成とすることによって、従来技術と比較して投入電流による色度ズレが縮小し、かつ演色性を向上させた発光装置を形成することが可能である。
【0019】
前記発光装置は、液晶ディスプレイのバックライト光源、または照明用光源であることが好ましい。このような構成とすることによって、周囲温度の変化によっても色ズレが従来技術と比較して発生しにくい液晶ディスプレイや照明用光源を形成することが可能である。
【0020】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光装置を例示するものであって、本発明は発光装置を以下に限定するものではない。また、各図面に示す部材の大きさや位置関係などは説明を明確にするために誇張しているが、事実に即している。
【0021】
本発明で使用する蛍光体は、第1の蛍光体と、蛍光体の周囲温度の変化にともなう発光強度の変化が第1の蛍光体とほぼ等しい第2の蛍光体を含む蛍光体である。さらには、発光素子への投入電流の変化によって蛍光体の周囲温度が変化する条件下において、発光強度の変化が第1の蛍光体とほぼ等しい第2の蛍光体を含む蛍光体である。特に本実施の形態で使用される蛍光体は、黄色から緑色領域に発光スペクトルのピーク波長を有する光を発光する第1の蛍光体と、赤色領域に発光スペクトルのピーク波長を有する光を発光する第2の蛍光体である。第1の蛍光体は、YとAlを含み、かつLu、Sc、La、Gd、Tb、Eu及びSmから選択された少なくとも一つの元素と、Ga及びInから選択された一つの元素とを含みセリウムで付活されたYAG系蛍光体とすることができる。また、第2の蛍光体はNを含み、かつBe、Mg、Ca、Sr、Ba、及びZnから選択された少なくとも一つの元素と、C、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、及びHfから選択された少なくとも一つの元素とを含みEu及び/または希土類元素で付活された窒化物蛍光体とすることができる。
【0022】
図1の発光ダイオード100は、マウント・リード105とインナー・リード106とを備えたリードタイプの発光ダイオードであって、マウント・リード105のカップ部上にLEDチップ102が設けられ、カップ部内に、LEDチップ102を覆うように、上記蛍光体を含むコーティング部101が充填された後に、モールド部材104により樹脂モールドされて構成される。ここで、LEDチップ102のn側電極及びp側電極はそれぞれ、マウント・リード105とインナー・リード106とにワイヤー103を用いて接続される。
【0023】
以上のように構成された発光ダイオードにおいては、発光素子(LEDチップ)102によって発光された光(以下「LED光」という)の一部が、コーティング部101に含まれた蛍光体を励起してLED光と異なる波長の蛍光を発生させて、蛍光体が発生させる蛍光と、蛍光体の励起に寄与することなく出力されるLED光とが混色されて出力される。
【0024】
一般に、蛍光体は周囲温度の上昇と共に励起効率が低下するため、蛍光体から出光する光の出力も低下する。本実施の形態においては、周囲温度を1℃変化させたときの相対発光出力の低下割合を発光出力低下率と定義し、第1の蛍光体および第2の蛍光体の発光出力低下率は共に4.0×10−3[a.u./℃]以下、好ましくは3.0×10−3[a.u./℃]以下、より好ましくは2.0×10−3[a.u./℃]以下とし、従来技術と比較して発熱を伴う発光装置全体の光束[lm]の低下を更に抑えることが可能な構成としてある。また、第1の蛍光体と前記第2の蛍光体の温度上昇に対する発光出力低下率がほぼ等しい構成としてある。即ち、第1の蛍光体と第2の蛍光体との発光出力低下率の差を2.0×10−3[a.u./℃]以下、より好ましくは2.0×10−4[a.u./℃]以下として、発光出力低下率をほぼ同じにしてある。このようにすることにより発熱によって励起効率が低下する蛍光体の温度特性がほぼ同じとなり、周囲温度が変化しても色ズレの発生を抑えることが可能な発光装置を形成することができる。
【0025】
以下、本発明の実施の形態の各構成について詳述する。
【0026】
[蛍光体]
本実施の形態において使用される蛍光体は、イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体と、赤色系の光を発光可能な蛍光体、特に窒化物蛍光体とを組み合わせたものを使用することができる。これらのYAG系蛍光体および窒化物系蛍光体は、混合してコーティング部101中に含有させてもよいし、複数の層から構成されるコーティング部101中に別々に含有させてもよい。以下、それぞれの蛍光体について詳細に説明していく。
【0027】
(イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体)
本実施の形態に用いられるイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体(YAG系蛍光体)とは、YとAlを含み、かつLu、Sc、La、Gd、Tb、Eu及びSmから選択された少なくとも一種の元素と、Ga及びInから選択された一種の元素とを含み、希土類元素から選択された少なくとも一種の元素で付活された蛍光体であり、LEDチップ102から発光された可視光や紫外線で励起されて発光する蛍光体である。特に本実施の形態において、CeあるいはPrで付活され組成の異なる2種類以上のイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体も利用することができる。例えば、YAlO:Ce、YAl12Y:Ce(YAG:Ce)やYAl:Ce、更にはこれらの混合物などが挙げられる。またBa、Sr、Mg、Ca、Znの少なくとも一種が含有されていてもよく、さらにSiを含有させることによって、結晶成長の反応を抑制し蛍光物質の粒子を揃えることもできる。ここで、Ceで付活されたYAG系蛍光体は特に広義に解釈するものとし、イットリウムの一部あるいは全体を、Lu、Sc、La、Gd及びSmからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素に置換され、あるいは、アルミニウムの一部あるいは全体をBa、Tl、Ga、Inの何れが又は両方で置換され蛍光作用を有する蛍光体を含む広い意味に使用する。更に詳しくは、一般式(YzGd1-z3Al512:Ce(但し、0<z≦1)で示されるフォトルミネッセンス蛍光体や一般式(Re1-aSma3Re’512:Ce(但し、0≦a<1、0≦b≦1、Reは、Y、Gd、La、Scから選択される少なくとも一種、Re’は、Al、Ga、Inから選択される少なくとも一種である。)で示されるフォトルミネッセンス蛍光体である。
【0028】
発光層に窒化物系化合物半導体を用いた発光素子から発光した青色系の光と、青色光を吸収させるためボディーカラーが黄色である蛍光体から発光する緑色系及び赤色系の光と、或いは、黄色系の光であってより緑色系及びより赤色系の光を混色表示させると所望の白色系発光色表示を行うことができる。発光装置はこの混色を起こさせるために蛍光体の粉体やバルクをエポキシ樹脂、アクリル樹脂或いはシリコーン樹脂などの各種樹脂や酸化珪素、酸化アルミニウムなどの無機物中に含有させることが好ましい。このように蛍光体が含有されたものは、LEDチップからの光が透過する程度に薄く形成させたドット状のものや層状ものなど用途に応じて種々用いることができる。蛍光体と樹脂などとの比率や塗布、充填量を種々調整すること及び発光素子の発光波長を選択することにより白色を含め電球色など任意の色調を提供させることができる。
【0029】
また、2種類以上の蛍光体をそれぞれ発光素子からの入射光に対して順に配置させることによって効率よく発光可能な発光装置とすることができる。即ち、反射部材を有する発光素子上には、長波長側に吸収波長があり長波長に発光可能な蛍光体が含有された色変換部材と、それよりも長波長側に吸収波長がありより長波長に発光可能な色変換部材とを積層などさせることで反射光を有効利用することができる。
【0030】
YAG系蛍光体を使用すると、放射照度として(Ee)=0.1W・cm−2以上1000W・cm−2以下のLEDチップと接する或いは近接して配置された場合においても高効率に十分な耐光性を有する発光装置とすることができる。
【0031】
本実施の形態に用いられるセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体である緑色系が発光可能なYAG系蛍光体では、ガーネット構造のため、熱、光及び水分に強く、励起吸収スペクトルのピーク波長が420nmから470nm付近にさせることができる。また、発光ピーク波長λpも510nm付近にあり700nm付近まで裾を引くブロードな発光スペクトルを持つ。一方、セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体である赤色系が発光可能なYAG系蛍光体でも、ガーネット構造であり熱、光及び水分に強く、励起吸収スペクトルのピーク波長が420nmから470nm付近にさせることができる。また、発光ピーク波長λpが600nm付近にあり750nm付近まで裾を引くブロードな発光スペクトルを持つ。
【0032】
ガーネット構造を持ったYAG系蛍光体の組成の内、Alの一部をGaで置換することで発光スペクトルが短波長側にシフトし、また組成のYの一部をGd及び/又はLaで置換することで、発光スペクトルが長波長側へシフトする。このようなYAG系蛍光体は、例えば化学量論比より過剰の置換元素が添加されるように調整した原料を焼成することにより得ることもできる。Yの置換が2割未満では、緑色成分が大きく赤色成分が少なくなる。また、8割以上では、赤み成分が増えるものの輝度が急激に低下する。また、励起吸収スペクトルについても同様に、ガーネット構造を持ったYAG系蛍光体の組成の内、Alの一部をGaで置換することで励起吸収スペクトルが短波長側にシフトし、また組成のYの一部をGd及び/又はLaで置換することで、励起吸収スペクトルが長波長側へシフトする。YAG系蛍光体の励起吸収スペクトルのピーク波長は、発光素子の発光スペクトルのピーク波長より短波長側にあることが好ましい。このように構成すると、発光素子に投入する電流を増加させた場合、励起吸収スペクトルのピーク波長は、発光素子の発光スペクトルのピーク波長にほぼ一致するため、蛍光体の励起効率を低下させることなく、色度ズレの発生を抑えた発光装置を形成することができる。
【0033】
このような蛍光体は、Y、Gd、Ce、La、Al、Sm及びGaの原料として酸化物、又は高温で容易に酸化物になる化合物を使用し、それらを化学量論比で十分に混合して原料を得る。又は、Y、Gd、Ce、La、Smの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で共沈したものを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウム、酸化ガリウムとを混合して混合原料を得る。これにフラックスとしてフッ化アンモニウム等のフッ化物、あるいはNHClを適量混合して坩堝に詰め、空気中1350〜1450°Cの温度範囲で2〜5時間焼成して焼成品を得、次に焼成品を水中でボールミルして、洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通すことで得ることができる。また、別の実施の形態の蛍光体の製造方法では、蛍光体の原料を混合した混合原料とフラックスからなる混合物を、大気中又は弱還元雰囲気中にて行う第一焼成工程と、還元雰囲気中にて行う第二焼成工程とからなる、二段階で焼成することが好ましい。ここで、弱還元雰囲気とは、混合原料から所望の蛍光体を形成する反応過程において必要な酸素量は少なくとも含むように設定された弱い還元雰囲気のことをいい、この弱還元雰囲気中において所望とする蛍光体の構造形成が完了するまで第一焼成工程を行うことにより、蛍光体の黒変を防止し、かつ光の吸収効率の低下を防止できる。また、第二焼成工程における還元雰囲気とは、弱還元雰囲気より強い還元雰囲気をいう。このように二段階で焼成すると、励起波長の吸収効率の高い蛍光体が得られる。従って、このように形成された蛍光体にて発光装置を形成した場合に、所望とする色調を得るために必要な蛍光体量を減らすことができ、光取り出し効率の高い発光装置を形成することができる。
【0034】
組成の異なる2種類以上のセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物系蛍光体は、混合させて用いても良いし、それぞれ独立して配置させても良い。蛍光体をそれぞれ独立して配置させる場合、発光素子から光をより短波波長側で吸収発光しやすい蛍光体、それよりも長波長側で吸収発光しやすい蛍光体の順に配置させることが好ましい。これによって効率よく吸収及び発光させることができる。
【0035】
本実施の形態において、第1の蛍光体として、YAG系蛍光体を使用する場合、例えば、以下の組成のものを使用することができる。
【0036】
蛍光体10:(Y0.90Gd0.10)2.85Ce0.15Al512
蛍光体11:(Y0.395Gd0.605)2.85Ce0.15Al512
蛍光体12:Y2.965Ce0.035(Al0.8Ga0.2)512
蛍光体13:(Y0.8,Gd0.2)2.965Ce0.035Al512
蛍光体14:Y2.965Ce0.035(Al0.5,Ga0.5)512
蛍光体15:Y2.85Ce0.15Al512
【0037】
尚、本発明におけるYAG系蛍光体は、これらに限定されるものではない。
【0038】
図20〜25を参照しながら蛍光体10〜15についてより詳細に説明する。
図20は、蛍光体10〜13のYAG系蛍光体をEX=460nmで励起させたときの発光スペクトルを示す図である。図21は、蛍光体10〜13のYAG系蛍光体の反射スペクトルを示す図である。図22は、蛍光体10〜13のYAG系蛍光体の励起スペクトルを示す図である。図23は、蛍光体14及び蛍光体15のYAG系蛍光体をEX=460nmで励起させたときの発光スペクトルを示す図である。図24は、蛍光体14のYAG系蛍光体の励起スペクトルを示す図である。図25は、蛍光体15のYAG系蛍光体の励起スペクトルを示す図である。
【0039】
これら蛍光体10〜15のYAG系蛍光体は、発光ピーク波長が異なるため、所望の色調を有するYAG系蛍光体を選定する。次に、励起スペクトル及び反射スペクトルから、発光素子を選定する。例えば蛍光体10のYAG系蛍光体は、励起スペクトルの長波長側のピーク波長が約456nmである。投入電流の増加に伴い発光素子が短波長側に移行した場合を考慮して、該456nmよりも5〜10nm程度長波長側に発光ピーク波長を持つ発光素子を選定する。また、第2の蛍光体の励起スペクトルも考慮して、発光素子を選定する。
【0040】
一方、第2の蛍光体として、ある波長で発光する蛍光体を選定してから、YAG系蛍光体を選定する場合は、以下の点を考慮する。例えば、第2の蛍光体と発光素子との関係から、投入電流が低い場合、20mAの定格駆動では、発光ピーク波長が457nmの発光素子を使用する。蛍光体15のYAG系蛍光体を選定する場合、蛍光体15のYAG系蛍光体の励起スペクトルのピーク波長が457nmにある。よって、発光素子への投入電流密度が比較的低い場合は、該蛍光体15のYAG系蛍光体は、最も効率よく発光する。しかし、該発光素子への投入電流が増加するにしたがって、該発光素子の発光スペクトルのピーク波長は、短波長側に10nm程度移行する。10nm程度短波長側に発光ピーク波長が移行した場合、蛍光体15のYAG系蛍光体の励起効率が下降するため、YAG系蛍光体の相対的な発光強度が低下する。すなわち、励起光に対する変換後の発光の発光強度の割合が相対的に低下する。そのため、蛍光体15のYAG系蛍光体を用いた発光装置は、発光素子への投入電流の増加により、色調ズレが生じる。それに対し、蛍光体14のYAG系蛍光体を選定する場合、励起スペクトルのピーク波長が440nmである。発光素子への投入電流を増加させるにしたがって、蛍光体14のYAG系蛍光体の発光強度は、向上する。一方、通常、発光素子の発熱に伴って、YAG系蛍光体の発光出力が低下する。そのため、蛍光体14のYAG系蛍光体を用いた発光装置は、発光素子への投入電流を増加した場合でも、熱による色調のズレと、発光素子の電流密度の増加に伴うスペクトルシフトによる色調ズレが相殺されるため、色調ズレが少ない、安定した発光を有する発光装置を提供することができる。よって、第1の蛍光体に発光素子の投入電流を増加させた時のピーク波長と同じ、若しくは、短波長側に励起スペクトルのピーク波長を持つYAG系蛍光体を用いる場合、色調及び発光強度の変化が極めて少ない。上述の蛍光体の他、種々のYAG系蛍光体を使用することができる。
【0041】
(窒化物系蛍光体)
本発明で使用される第1の蛍光体は、Nを含み、かつBe、Mg、Ca、Sr、Ba、及びZnから選択された少なくとも一種の元素と、C、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、及びHfから選択された少なくとも一種の元素とを含み、希土類元素から選択された少なくとも一種の元素で付活された窒化物系蛍光体である。また、本実施の形態に用いられる窒化物系蛍光体としては、LEDチップ102から発光された可視光、紫外線、及びYAG系蛍光体からの発光を吸収することによって励起され発光する蛍光体をいう。特に本発明に係る蛍光体は、Mnが添加されたSr−Ca−Si−N:Eu、Ca−Si−N:Eu、Sr−Si−N:Eu、Sr−Ca−Si−O−N:Eu、Ca−Si−O−N:Eu、Sr−Si−O−N:Eu系シリコンナイトライドである。この蛍光体の基本構成元素は、一般式LSi(2/3X+4/3Y):Eu若しくはLSi(2/3X+4/3Y−2/3Z):Eu(Lは、Sr、Ca、SrとCaのいずれか。0.5≦X≦3、1.5≦Y≦8である。)で表される。一般式中、X及びYは、X=2、Y=5又は、X=1、Y=7であることが好ましいが、任意のものも使用できる。具体的には、基本構成元素は、Mnが添加された(SrCa1−XSi:Eu、SrSi:Eu、CaSi:Eu、SrCa1−XSi10:Eu、SrSi10:Eu、CaSi10:Euで表される蛍光体を使用することが好ましいが、この蛍光体の組成中には、Mg、Sr、Ca、Ba、Zn、B、Al、Cu、Mn、Cr及びNiからなる群より選ばれる少なくとも1種以上が含有されていてもよい。但し、本発明は、この実施の形態及び実施例に限定されない。
【0042】
Lは、Sr、Ca、SrとCaのいずれかである。SrとCaは、所望により配合比を変えることができる。
【0043】
蛍光体の組成にSiを用いることにより安価で結晶性の良好な蛍光体を提供することができる。
【0044】
発光中心に希土類元素であるユウロピウムEuを用いる。ユウロピウムは、主に2価と3価のエネルギー準位を持つ。本発明の蛍光体は、母体のアルカリ土類金属系窒化ケイ素に対して、Eu2+を付活剤として用いる。Eu2+は、酸化されやすく、3価のEuの組成で市販されている。しかし、市販のEuでは、Oの関与が大きく、良好な蛍光体が得られにくい。そのため、EuからOを、系外へ除去したものを使用することが好ましい。たとえば、ユウロピウム単体、窒化ユウロピウムを用いることが好ましい。但し、Mnを添加した場合は、その限りではない。
【0045】
添加物であるMnは、Eu2+の拡散を促進し、発光輝度、エネルギー効率、量子効率等の発光効率の向上を図る。Mnは、原料中に含有させるか、又は、製造工程中にMn単体若しくはMn化合物を含有させ、原料と共に焼成する。但し、Mnは、焼成後の基本構成元素中に含有されていないか、含有されていても当初含有量と比べて少量しか残存していない。これは、焼成工程において、Mnが飛散したためであると思われる。
【0046】
蛍光体には、基本構成元素中に、若しくは、基本構成元素とともに、Mg、Sr、Ca、Ba、Zn、B、Al、Cu、Mn、Cr、O及びNiからなる群より選ばれる少なくとも1種以上を含有する。これらの元素は、粒径を大きくしたり、発光輝度を高めたりする等の作用を有している。また、B、Al、Mg、Cr及びNiは、残光を抑えることができるという作用を有している。
【0047】
このような窒化物系蛍光体は、LEDチップ102によって発光された青色光の一部を吸収して黄から赤色領域の光を発光する。窒化物系蛍光体をYAG系蛍光体と共に上記の構成を有する発光装置に使用して、LEDチップ102により発光された青色光と、窒化物系蛍光体による黄色から赤色光とが混色により暖色系の白色に発光する発光装置を提供する。窒化物系蛍光体の他に加える蛍光体には、セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質が含有されていることが好ましい。前記イットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質を含有することにより、所望の色度に調節することができるからである。セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質は、LEDチップ102により発光された青色光の一部を吸収して黄色領域の光を発光する。ここで、LEDチップ102により発光された青色光と、イットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質の黄色光とが混色により青白い白色に発光する。従って、このイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質と赤色発光する蛍光体とを、透光性を有するコーティング部材101中に一緒に混合し、LEDチップ102により発光された青色光とを組み合わせることにより白色系の混色光を発光する発光装置を提供することができる。特に好ましいのは、色度が色度図における黒体放射の軌跡上に位置する白色の発光装置である。但し、所望の色温度の発光装置を提供するため、イットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質の蛍光体量と、赤色発光の蛍光体量を適宜変更することもできる。この白色系の混色光を発光する発光装置は、特殊演色評価数R9の改善を図っている。従来の青色発光素子とセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質との組み合わせのみの白色に発光する発光装置は、色温度Tcp=4600K付近において特殊演色評価数R9がほぼ0に近く、赤み成分が不足していた。そのため特殊演色評価数R9を高めることが解決課題となっていたが、本発明において赤色発光の蛍光体をイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質と共に用いることにより、色温度Tcp=4600K付近において特殊演色評価数R9を40付近まで高めることができる。
【0048】
次に、本発明に係る蛍光体((SrCa1−XSi:Eu)の製造方法を説明するが、本製造方法に限定されない。上記蛍光体には、Mn、Oが含有されている。
【0049】
原料のSr、Caを粉砕する。原料のSr、Caは、単体を使用することが好ましいが、イミド化合物、アミド化合物などの化合物を使用することもできる。また原料Sr、Caには、B、Al、Cu、Mg、Mn、Alなどを含有するものでもよい。原料のSr、Caの粉砕を行う。粉砕により得られたSr、Caは、平均粒径が約0.1μmから15μmであることが好ましいが、この範囲に限定されない。Sr、Caの純度は、2N以上であることが好ましいが、これに限定されない。より混合状態を良くするため、金属Ca、金属Sr、金属Euのうち少なくとも1以上を合金状態としたのち、窒化し、粉砕後、原料として用いることもできる。
【0050】
原料のSiを粉砕する。原料のSiは、単体を使用することが好ましいが、窒化物化合物、イミド化合物、アミド化合物などを使用することもできる。例えば、Si、Si(NH、MgSiなどである。原料のSiの純度は、3N以上のものが好ましいが、Al、Mg、金属ホウ化物(CoB、NiB、CrB)、酸化マンガン、HBO、B、CuO、CuOなどの化合物が含有されていてもよい。Siも、原料のSr、Caと同様に、粉砕を行う。Si化合物の平均粒径は、約0.1μmから15μmであることが好ましい。
【0051】
次に、原料のSr、Caを、窒素雰囲気中で窒化する。この反応式を、以下の式1および式2にそれぞれ示す。
【0052】
3Sr + N → Sr ・・・(式1)
3Ca + N → Ca ・・・(式2)
Sr、Caを、窒素雰囲気中、600〜900℃、約5時間、窒化する。Sr、Caは、混合して窒化しても良いし、それぞれ個々に窒化しても良い。これにより、Sr、Caの窒化物を得ることができる。Sr、Caの窒化物は、高純度のものが好ましいが、市販のものも使用することができる。
【0053】
原料のSiを、窒素雰囲気中で窒化する。この反応式を、以下の式3に示す。
【0054】
3Si + 2N → Si ・・・(式3)
ケイ素Siも、窒素雰囲気中、800〜1200℃、約5時間、窒化する。これにより、窒化ケイ素を得る。本発明で使用する窒化ケイ素は、高純度のものが好ましいが、市販のものも使用することができる。
【0055】
Sr、Ca若しくはSr−Caの窒化物を粉砕する。
同様に、Siの窒化物を粉砕する。また、同様に、Euの化合物Euを粉砕する。Euの化合物として、酸化ユウロピウムを使用するが、金属ユウロピウム、窒化ユウロピウムなども使用可能である。このほか、原料のZは、イミド化合物、アミド化合物を用いることもできる。酸化ユウロピウムは、高純度のものが好ましいが、市販のものも使用することができる。粉砕後のアルカリ土類金属の窒化物、窒化ケイ素及び酸化ユウロピウムの平均粒径は、約0.1μmから15μmであることが好ましい。
【0056】
上記原料中には、Mg、Sr、Ca、Ba、Zn、B、Al、Cu、Mn、Cr、O及びNiからなる群より選ばれる少なくとも1種以上が含有されていてもよい。また、Mg、Zn、B等の上記元素を以下の混合工程において、配合量を調節して混合することもできる。これらの化合物は、単独で原料中に添加することもできるが、通常、化合物の形態で添加される。この種の化合物には、HBO、Cu、MgCl、MgO・CaO、Al、金属ホウ化物(CrB、Mg、AlB、MnB)、B、CuO、CuOなどがある。
【0057】
上記粉砕を行った後、Sr、Ca、Sr−Caの窒化物、Siの窒化物、Euの化合物Euを混合し、Mnを添加する。
【0058】
最後に、Sr、Ca、Sr−Caの窒化物、Siの窒化物、Euの化合物Euの混合物をアンモニア雰囲気中で、焼成する。焼成により、Mnが添加された(SrCa1−XSi:Euで表される蛍光体を得ることができる。この焼成によるベース窒化物蛍光体の反応式を、以下に示す。
【0059】
【化1】

Figure 0004656816
ただし、各原料の配合比率を変更することにより、目的とする蛍光体の組成を変更することができる。
【0060】
焼成温度は、1200から1700℃の範囲で焼成を行うことができるが、1400から1700℃の焼成温度が好ましい。焼成は、徐々に昇温を行い1200から1500℃で数時間焼成を行う一段階焼成を使用することが好ましいが、800から1000℃で一段階目の焼成を行い、徐々に加熱して1200から1500℃で二段階目の焼成を行う二段階焼成(多段階焼成)を使用することもできる。蛍光体の原料は、窒化ホウ素(BN)材質の坩堝、ボートを用いて焼成を行うことが好ましい。窒化ホウ素材質の坩堝の他に、アルミナ(Al)材質の坩堝を使用することもできる。
【0061】
以上の製造方法を使用することにより、目的とする蛍光体を得ることが可能である。
【0062】
本発明の実施例において、赤味を帯びた光を発光する蛍光体として、特に窒化物系蛍光体を使用するが、本発明においては、上述したYAG系蛍光体と赤色系の光を発光可能な蛍光体とを備える発光装置とすることも可能である。このような赤色系の光を発光可能な蛍光体は、波長が400〜600nmの光によって励起されて発光する蛍光体であり、例えば、YS:Eu、LaS:Eu、CaS:Eu、SrS:Eu、ZnS:Mn、ZnCdS:Ag,Al、ZnCdS:Cu,Al等が挙げられる。このようにYAG系蛍光体とともに赤色系の光を発光可能な蛍光体を使用することにより発光装置の演色性を向上させることが可能である。
【0063】
(第1の蛍光体及び第2の蛍光体)
本実施の形態において、窒化物系蛍光体は、LEDチップ102によって発光された青色光の一部を吸収して黄から赤色領域の光を発光する。窒化物系蛍光体をYAG系蛍光体と共に上記の構成を有する発光装置に使用して、LEDチップ102により発光された青色光と、窒化物系蛍光体による黄色から赤色光とが混色により暖色系の白色に発光する発光装置を提供する。窒化物系蛍光体の他に加える蛍光体には、セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質が含有されていることが好ましい。前記イットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質を含有することにより、所望の色度に調節することができるからである。セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質は、LEDチップ102により発光された青色光の一部を吸収して黄色領域の光を発光する。ここで、LEDチップ102により発光された青色光と、イットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質の黄色光とが混色により青白い白色に発光する。従って、このイットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質と赤色発光する蛍光体とを、透光性を有するコーティング部材101中に一緒に混合し、LEDチップ102により発光された青色光とを組み合わせることにより白色系の混色光を発光する発光装置を提供することができる。特に好ましいのは、色度が色度図における黒体放射の軌跡上に位置する白色の発光装置である。但し、所望の色温度の発光装置を提供するため、イットリウム・アルミニウム酸化物蛍光物質の蛍光体量と、赤色発光の蛍光体量を適宜変更することもできる。この白色系の混色光を発光する発光装置は、特殊演色評価数R9の改善を図っている。
【0064】
従来、半導体素子を用いた白色系の発光装置は、発光素子からの青色光と蛍光体からの緑から赤色光のバランスを人間の視感度に合わせて調整し、これら光の混色により得ている。通常、半導体発光素子を用いた発光装置の白色系の色調は発光装置の出力特性が安定する定格駆動領域で発光のバランスを調整し得られる。しかし、これら発光装置は液晶バックライト、調光可能な照明光源の場合、投入電力、電流密度を変化させて用いる。従来技術では発光装置の出力調整のため電流密度を変化させると、発光のバランスが崩れ色調ズレが生じ、光源の品質を低下させていた。以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【0065】
まず、図2を参照する。
【0066】
発光素子は、投入電流を増加することにより、発光素子が持つ発光スペクトルのピーク波長は、短波長側に移行する。これは、投入電流を増加すると、電流密度が大きくなり、エネルギー準位が上がる。これによって、バンドギャップが大きくなることなどの要因による。発光素子への電流密度が小さい場合の発光スペクトルのピーク波長と、投入電流を増加させた時の発光スペクトルのピーク波長との変動の振り幅は、例えば、本実施の形態では20mAから100mAの投入電流を増加させたとき、約10nm程度である。
【0067】
図3及び図4を用いて説明する。
【0068】
例えば、第1の蛍光体として、YAG系蛍光体を使用する。蛍光体3のYAG系蛍光体は、励起スペクトルのピーク波長が約448nmである。この励起スペクトルのピーク波長448nmの発光強度を100とした場合、460nmでの発光強度は95である。そのため、460nmでYAG系蛍光体を励起させたときよりも、448nmでYAG系蛍光体を励起させたときの方が高い発光強度を有する。このことから、発光素子と第1の蛍光体との関係を概説する。発光素子に電流を投入した直後、発光素子の発光ピーク波長が460nmである発光素子を選定する。この発光素子は、青色に発光する。この発光素子の青色光により励起されたYAG系蛍光体は、約530nmの緑色に発光する。次に、発光素子の投入電流を増加させ100mAの電流を投入する。これにより半導体素子の発光出力が増加しこれに伴い発光素子及び周辺温度が増加する。また、発光素子の発光ピーク波長は、460nmから450nmの短波長側に移行いる。このときYAG系蛍光体は、励起スペクトルのピーク波長が460nmよりも450nmの方が、発光強度が高い。そのため、YAG系蛍光体は、励起光が460nmよりも450nmの方が、相対的に高い発光輝度を示す。また、青色光は、450nmの方が、460nmよりも視感効率が低い。よって、発光素子の青色光とYAG系蛍光体の緑色光は輝度が高くなるため、青色光に対する緑色光の相対的な強度が強くなる。従って発光装置の色調は、青色光と緑色光とを結ぶ直線において、緑色光側にわずかに移行する。一方、周囲温度増加により蛍光体は輝度を低下するため、青色光に対する緑色光の相対的な強度が弱くなる。従って発光装置の色調は、青色光と緑色光とを結ぶ直線において、青色光側にわずかに移行する。
これらのバランスにより色調ズレが抑制される。
【0069】
図5及び図6を用いて説明する。
【0070】
例えば、第2の蛍光体として、窒化物系蛍光体を使用する。蛍光体5の窒化物系蛍光体は、350nmから500nmの間において、励起スペクトルのピーク波長が約450nmである。この励起スペクトルのピーク波長450nmの発光強度を100とした場合、460nmでの発光強度は95である。そのため、460nmで窒化物系蛍光体を励起させたときよりも、450nmでYAG系蛍光体を励起させたときの方が高い発光強度を有する。このことから、発光素子と第2の蛍光体との関係を概説する。発光素子への投入電流密度が低い時、発光素子の発光ピーク波長が460nmである発光素子を選定する。この発光素子は、第1の蛍光体を励起させるときに使用するものと同じものを使用する。この発光素子は、青色に発光する。この発光素子の青色光により励起された窒化物系蛍光体は、約637nmの赤色に発光する。次に、発光素子の投入電流を増加させ100mAの電流を投入する。これにより、半導体素子の発光出力が増加しこれに伴い発光素子及び周辺温度が増加する。また、発光素子の発光ピーク波長は、460nmから450nmの短波長側に移行する。このとき窒化物系蛍光体は、励起スペクトルのピーク波長が460nmよりも450nmの方が、相対的に発光強度が高い。そのため、窒化物系蛍光体は、励起光が460nmよりも450nmの方が、高い発光輝度を示す。また、青色光は、450nmの方が、460nmよりも視感効率が低い。よって、発光素子の青色光と窒化物系蛍光体の赤色光は、赤色光の輝度が高くなるため、青色光に対する赤色光の相対的な強度が強くなる。従って発光装置の色調は、青色光と赤色光とを結ぶ直線において、赤色光側にわずかに移行する。一方、周囲温度増加により蛍光体は輝度を低下するため、青色光に対する緑色光の相対的な強度が弱くなる。従って発光装置の色調は、青色光と赤色光とを結ぶ直線において、青色光側にわずかに移行する。これらのバランスにより色調ズレが抑制される。
【0071】
第1の蛍光体と第2の蛍光体との関係を概説する。窒化物系蛍光体は、発光素子からの光だけでなく、YAG系蛍光体の発光スペクトルのピーク波長(約530nm)付近の光も吸収し、励起される。
【0072】
さらに、前述の発光素子と第1の蛍光体及び第2の蛍光体との相互関係を詳述する。発光素子に電流を投入することにより発熱が生じる。発光素子への投入電流を増加することにより、発熱量も増加する。この発光素子で生じた熱の大部分は、コーティング部材や蛍光体に蓄積される。これにより、周囲温度が上昇し蛍光体自身の発光出力の低下が生じる。これに対して、発光素子への投入電流を増加することにより、前述のように発光素子の発光スペクトルのピーク波長が短波長側に移行して、第1の蛍光体の発光強度が増加する。これらの相互作用により、第1の蛍光体は、色調及び発光出力をほとんど変化することなく維持することができる。また、第2の蛍光体も第1の蛍光体と同様に、色調及び発光出力をほとんど変化することなく維持することができる。
【0073】
以上の発光素子と第1の蛍光体と第2の蛍光体とのそれぞれの発光の相互作用により、発光装置の色調が決まる。つまり、発光素子は、投入電流の増加に伴い、発光スペクトルのピーク波長が短波長側に移行する。これに伴い、該発光素子により励起される第1の蛍光体及び第2の蛍光体の発光強度は、増加する。一方、発光素子への投入電流の増加に伴い、発光素子が発熱する。この発熱により、第1の蛍光体及び第2の蛍光体やコーティング部材などに熱が蓄積される。この蓄熱により、これらの蛍光体の発光出力が低下する。従って、発光素子への投入電流を増加した場合でも、発光装置の色調ズレを抑制することができる。第1の蛍光体及び第2の蛍光体の選定により、発光装置に色調ズレが生じる場合であっても、視覚的にほとんど色調ズレを感じなくすることができる。発光素子と第1の蛍光体と第2の蛍光体との相互作用を勘案すると、発光装置の色調は、色調xが増加する方向、色調yも増加する方向に移行する。この色調がずれる方向は、黒体放射の軌跡に沿って変動する。黒体放射の軌跡に沿った色ズレは、黒体放射の軌跡に垂直な方向の色ズレと比べて、人間の視覚において、色ズレを感じる感度が低い。また、第1の蛍光体と第2の蛍光体との相互作用(自己吸収等)によって、色ズレの振り幅が狭い。よって、本発明は、色調ズレを防止した発光装置を提供することができる。本発明は、熱の影響を受けやすい発光装置、例えば、DC駆動や投入電力が大きいパワー系の半導体発光装置、放熱が困難で、蓄熱しやすい発光装置や、駆動環境下で、特に効果が大きい。
【0074】
なお、発光素子が投入電力の増加により、の短波長側に移行する範囲で、励起スペクトルがほとんど変化しない蛍光体を用いることもできる。例えば、実施例の蛍光体5の窒化物系蛍光体を使用する場合、420nmから450nmでほとんど励起スペクトルが変化していないが、本発明の特徴を有するYAGとの組み合わせにより、効果を示す。また、上述のような蛍光体の温度特性の特徴を有し、励起スペクトルと発光素子との特徴を有する、上記以外の他の蛍光体を用いる場合でも、本発明の発光装置を提供することができる。
【0075】
また、発光装置の熱抵抗値や放熱特性、発光素子のジャンクション温度等を考慮して、励起スペクトルと発光素子のピーク波長の位置を調整することもできる。
【0076】
尚、明細書における色名と色度座標との関係は、全てJIS規格に基づく(JIS Z8110)。
【0077】
また、粒径は、F.S.S.S.No.(Fisher Sub Sieve Sizer's No.)という空気透過法による値である。
【0078】
[LEDチップ102]
本発明において使用される発光素子は、LEDチップ102である。蛍光体と発光素子とを組み合わせ、蛍光体を励起させることによって波長変換した光を出光させる発光装置とする場合、蛍光体を励起可能な波長の光を出光するLEDチップが使用される。LEDチップ102は、MOCVD法等により基板上にGaAs、InP、GaAlAs、InGaAlP、InN、AlN、GaN、InGaN、AlGaN、InGaAlN等の半導体を発光層として形成させる。半導体の構造としては、MIS接合、PIN接合やPN接合などを有するホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構成のものが挙げられる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を種々選択することができる。また、半導体活性層を量子効果が生ずる薄膜に形成させた単一量子井戸構造や多重量子井戸構造とすることもできる。好ましくは、蛍光体を効率良く励起できる比較的短波長を効率よく発光可能な窒化物系化合物半導体(一般式IniGajAlkN、ただし、0≦i、0≦j、0≦k、i+j+k=1)である。
【0079】
窒化ガリウム系化合物半導体を使用した場合、半導体基板にはサファイア、スピネル、SiC、Si、ZnO、GaN等の材料が好適に用いられる。結晶性の良い窒化ガリウムを形成させるためにはサファイア基板を用いることがより好ましい。サファイア基板上に半導体膜を成長させる場合、GaN、AlN等のバッファー層を形成しその上にPN接合を有する窒化ガリウム半導体を形成させることが好ましい。また、サファイア基板上にSiO2をマスクとして選択成長させたGaN単結晶自体を基板として利用することもできる。この場合、各半導体層の形成後SiO2をエッチング除去させることによって発光素子とサファイア基板とを分離させることもできる。窒化ガリウム系化合物半導体は、不純物をドープしない状態でN型導電性を示す。発光効率を向上させるなど所望のN型窒化ガリウム半導体を形成させる場合は、N型ドーパントとしてSi、Ge、Se、Te、C等を適宜導入することが好ましい。一方、P型窒化ガリウム半導体を形成させる場合は、P型ドーパンドであるZn、Mg、Be、Ca、Sr、Ba等をドープさせる。
【0080】
窒化ガリウム系化合物半導体は、P型ドーパントをドープしただけではP型化しにくいためP型ドーパント導入後に、炉による加熱、低速電子線照射やプラズマ照射等によりアニールすることでP型化させることが好ましい。具体的な発光素子の層構成としては、窒化ガリウム、窒化アルミニウムなどを低温で形成させたバッファー層を有するサファイア基板や炭化珪素上に、窒化ガリウム半導体であるN型コンタクト層、窒化アルミニウム・ガリウム半導体であるN型クラッド層、Zn及びSiをドープさせた窒化インジュウムガリウム半導体である活性層、窒化アルミニウム・ガリウム半導体であるP型クラッド層、窒化ガリウム半導体であるP型コンタクト層が積層されたものが好適に挙げられる。LEDチップ102を形成させるためにはサファイア基板を有するLEDチップ102の場合、エッチングなどによりP型半導体及びN型半導体の露出面を形成させた後、半導体層上にスパッタリング法や真空蒸着法などを用いて所望の形状の各電極を形成させる。SiC基板の場合、基板自体の導電性を利用して一対の電極を形成させることもできる。
【0081】
次に、形成された半導体ウエハー等をダイヤモンド製の刃先を有するブレードが回転するダイシングソーにより直接フルカットするか、又は刃先幅よりも広い幅の溝を切り込んだ後(ハーフカット)、外力によって半導体ウエハーを割る。あるいは、先端のダイヤモンド針が往復直線運動するスクライバーにより半導体ウエハーに極めて細いスクライブライン(経線)を例えば碁盤目状に引いた後、外力によってウエハーを割り半導体ウエハーからチップ状にカットする。このようにして窒化物系化合物半導体であるLEDチップ102を形成させることができる。
【0082】
蛍光体を励起させて発光させる本発明の発光装置においては、蛍光体との補色等を考慮してLEDチップ102の主発光波長は350nm以上530nm以下が好ましい。
【0083】
[導電性ワイヤー103]
導電性ワイヤー103としては、LEDチップ102の電極とのオーミック性、機械的接続性、電気伝導性及び熱伝導性がよいものが求められる。熱伝導度としては0.01cal/(s)(cm)(℃/cm)以上が好ましく、より好ましくは0.5cal/(s)(cm)(℃/cm)以上である。また、作業性などを考慮して導電性ワイヤーの直径は、好ましくは、Φ10μm以上、Φ45μm以下である。特に、蛍光体が含有されたコーティング部と蛍光体が含有されていないモールド部材との界面で導電性ワイヤーが断線しやすい。それぞれ同一材料を用いたとしても蛍光体が入ることにより実質的な熱膨張量が異なるため断線しやすいと考えられる。そのため、導電性ワイヤーの直径は、25μm以上がより好ましく、発光面積や扱い易さの観点から35μm以下がより好ましい。
【0084】
このような導電性ワイヤーとして具体的には、金、銅、白金、アルミニウム等の金属及びそれらの合金を用いた導電性ワイヤーが挙げられる。このような導電性ワイヤーは、各LEDチップの電極と、インナー・リード及びマウント・リードなどと、をワイヤーボンディング機器によって容易に接続させることができる。
【0085】
[マウント・リード105]
マウント・リード105としては、LEDチップ102を配置させるものであり、ダイボンド機器などで積載するのに十分な大きさがあれば良い。また、LEDチップを複数設置しマウント・リードをLEDチップの共通電極として利用する場合においては、十分な電気伝導性とボンディングワイヤー等との接続性が求められる。また、マウント・リード上のカップ内にLEDチップを配置すると共に蛍光体を内部に充填させる場合は、近接して配置させた別の発光ダイオードからの光により疑似点灯することを防止することができる。
【0086】
LEDチップ102とマウント・リード105のカップとの接着は熱硬化性樹脂などによって行うことができる。具体的には、エポキシ樹脂、アクリル樹脂やイミド樹脂などが挙げられる。また、フェースダウンLEDチップなどによりマウント・リードと接着させると共に電気的に接続させるためにはAgペースト、カーボンペースト、金属バンプ等を用いることができる。さらに、発光ダイオードの光利用効率を向上させるためにLEDチップが配置されるマウント・リードの表面を鏡面状とし、表面に反射機能を持たせても良い。この場合の表面粗さは、0.1S以上0.8S以下が好ましい。また、マウント・リードの具体的な電気抵抗としては300μΩ−cm以下が好ましく、より好ましくは、3μΩ−cm以下である。また、マウント・リード上に複数のLEDチップを積置する場合は、LEDチップからの発熱量が多くなるため熱伝導度がよいことが求められる。具体的には、0.01cal/(s)(cm)(℃/cm)以上が好ましくより好ましくは 0.5cal/(s)(cm)(℃/cm)以上である。これらの条件を満たす材料としては、鉄、銅、鉄入り銅、錫入り銅、メタライズパターン付きセラミック等が挙げられる。
【0087】
[インナー・リード106]
インナー・リード106としては、マウント・リード105上に配置されたLEDチップ102と接続された導電性ワイヤー103との接続を図るものである。マウント・リード上に複数のLEDチップを設けた場合は、各導電性ワイヤー同士が接触しないよう配置できる構成とする必要がある。具体的には、マウント・リードから離れるに従って、インナー・リードのワイヤーボンディングさせる端面の面積を大きくすることなどによってマウント・リードからより離れたインナー・リードと接続させる導電性ワイヤーの接触を防ぐことができる。導電性ワイヤーとの接続端面の粗さは、密着性を考慮して1.6S以上10S以下が好ましい。インナー・リードの先端部を種々の形状に形成させるためには、あらかじめリードフレームの形状を型枠で決めて打ち抜き形成させてもよく、あるいは全てのインナー・リードを形成させた後にインナー・リード上部の一部を削ることによって形成させても良い。さらには、インナー・リードを打ち抜き形成後、端面方向から加圧することにより所望の端面の面積と端面高さを同時に形成させることもできる。
【0088】
インナー・リードは、導電性ワイヤーであるボンディングワイヤー等との接続性及び電気伝導性が良いことが求められる。具体的な電気抵抗としては、300μΩ−cm以下が好ましく、より好ましくは3μΩ−cm以下である。これらの条件を満たす材料としては、鉄、銅、鉄入り銅、錫入り銅及び銅、金、銀をメッキしたアルミニウム、鉄、銅等が挙げられる。
【0089】
[コーティング部101]
本願発明に用いられるコーティング部101とは、モールド部材104とは別にマウント・リードのカップに設けられるものでありLEDチップの発光を変換する蛍光体が含有されるものである。コーティング部の具体的材料としては、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコーンなどの耐候性に優れた透明樹脂や、耐光性に優れたシリカゾル、硝子などの透光性無機材料が好適に用いられる。ここで特に、酸化珪素や酸化アルミニウムを具体的材料とするコーティング部は、エチルシリケートやアルミニウムアルコレートのような金属アルコキシドに蛍光体を含有させた溶液をカップ内に充填後、焼結・乾燥させることにより形成される。また、蛍光体と共に拡散剤を含有させても良い。具体的な拡散剤としては、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素、二酸化珪素等が好適に用いられる。
【0090】
[モールド部材104]
モールド部材104は、発光ダイオードの使用用途に応じてLEDチップ102、導電性ワイヤー103、蛍光体が含有されたコーティング部101などを外部から保護するために設けることができる。モールド部材は、一般には樹脂を用いて形成させることができる。また、蛍光体を含有させることによって視野角を増やすことができるが、樹脂モールドに拡散剤を含有させることによってLEDチップ102からの指向性を緩和させ視野角をさらに増やすことができる。更にまた、モールド部材104を所望の形状にすることによってLEDチップからの発光を集束させたり拡散させたりするレンズ効果を持たせることができる。従って、モールド部材104は複数積層した構造でもよい。具体的には、凸レンズ形状、凹レンズ形状さらには、発光観測面から見て楕円形状やそれらを複数組み合わせた物である。モールド部材104の具体的材料としては、主としてエポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコーン樹脂などの耐候性に優れた透明樹脂や硝子などが好適に用いられる。また、拡散剤としては、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素、二酸化珪素等が好適に用いられる。さらに、拡散剤に加えてモールド部材中にも蛍光体を含有させることもできる。したがって、蛍光体はモールド部材中に含有させてもそれ以外のコーティング部などに含有させて用いてもよい。また、コーティング部を蛍光体が含有された樹脂、モールド部材を硝子などに変えた異なる部材を用いて形成させても良い。この場合、生産性良くより水分などの影響が少ない発光装置とすることができる。また、屈折率を考慮してモールド部材とコーティング部とを同じ部材を用いて形成させても良い。本願発明においてモールド部材に拡散剤や着色剤を含有させることは、発光観測面側から見た蛍光体の着色を隠すことができる。なお、蛍光体の着色とは、本願発明の蛍光体が強い外光からの光のうち、青色成分を吸収し発光する。そのため黄色に着色しているように見えることである。特に、凸レンズ形状などモールド部材の形状によっては、着色部が拡大されて見えることがある。このような着色は、意匠上など好ましくない場合がある。モールド部材に含有された拡散剤は、モールド部材を乳白色に着色剤は所望の色に着色することで着色を見えなくさせることができる。したがって、このような発光観測面側から蛍光体の色が観測されることはない。
【0091】
また、LEDチップから放出される光の主発光波長が430nm以上では、光安定化剤である紫外線吸収剤をモールド部材中に含有させた方が耐候性上より好ましい。
【0092】
【実施例】
以下、本発明に係る実施例について、比較例を交えながら詳述する。なお、本発明は以下に示す実施例のみに限定されないことは言うまでもない。
【0093】
(実施例1)
図1に示されるように、本比較例1から5において形成された発光ダイオード100は、マウント・リード105とインナー・リード106とを備えたリードタイプの発光ダイオードであって、マウント・リード105のカップ部上にLEDチップ102が載置され、カップ部内に、LEDチップ102を覆うように、下記表2のように組み合わせた蛍光体を含むコーティング部101が充填された後に、モールド部材104により樹脂モールドされて構成される。ここで、LEDチップ102のn側電極及びp側電極はそれぞれ、マウント・リード105とインナー・リード106とにワイヤー103を用いて接続される。
【0094】
図3は、本実施例で使用されるYAG系蛍光体の励起吸収スペクトルを示す。また、図4は、本実施例で使用されるYAG系蛍光体の発光スペクトルを示す。本実施例では、それぞれ組成の異なるYAG系蛍光体として、(Y0.8Gd0.2Al12:Ce(以下「蛍光体1」と呼ぶ)、YAl12:Ce(以下「蛍光体2」と呼ぶ)、およびY(Al0.8Ga0.2 :Ce(以下「蛍光体3」と呼ぶ)を使用した。これらの蛍光体は、LEDチップからの青色光を吸収して励起し、黄色系から緑色系の光を発光する蛍光体である。
【0095】
図5は本実施例で使用される窒化物蛍光体の励起吸収スペクトルを示す。また、図6は本実施例で使用される窒化物蛍光体の発光スペクトルを示す。本実施例では、それぞれ組成の異なる窒化物蛍光体として、(Ca0.985Eu0.015Si(以下「蛍光体4」と呼ぶ)、および(Sr0.679Ca0.291Eu0.03Si(以下「蛍光体5」と呼ぶ)を使用した。これらの蛍光体は、LEDチップからの青色光を吸収して励起し、赤色系の光を発光する蛍光体である。以下に、上記蛍光体の組成と発光スペクトルのピーク波長を示す。
【0096】
【表1】
Figure 0004656816
まず、蛍光体1から蛍光体5を1種類ずつ使用して発光ダイオードを形成した後、20mAのパルス電流を加えることによりLEDチップ自体の発熱が無視できる条件下にて周囲温度を上昇させ、周囲温度に対する発光ダイオードの発光出力を測定した。次に、蛍光体1から蛍光体5のそれぞれについて、25℃を基準とするLED発光の相対出力を求め、周囲温度−相対光出力特性として図10から図14に示した。図10は、本発明の一実施例における蛍光体1の周囲温度−相対光出力特性を示す図である。図11は、本発明の一実施例における蛍光体2の周囲温度−相対光出力特性を示す図である。図12は、本発明の一実施例における蛍光体3の周囲温度−相対光出力特性を示す図である。図13は、本発明の一実施例における蛍光体4の周囲温度−相対光出力特性を示す図である。図14は、本発明の一実施例における蛍光体5の周囲温度−相対光出力特性を示す図である。図10から図14は、いずれもIf=20mA、f=200Hz、Duty=1%の条件である。また、発光ダイオードの周囲温度を1℃変化させたときLED発光相対出力の低下率を各蛍光体について求め、第1の蛍光体と第2の蛍光体の温度上昇に対する発光出力低下率として以下の表2に示す。
【0097】
【表2】
Figure 0004656816
本実施例にて蛍光体を励起するために使用するLEDチップ102は、InGaAlN系化合物半導体を発光層として形成させた発光素子であり、発光スペクトルのピーク波長は460nmである。また、電流密度を3〜300A/cmの間で高くすることにより色度座標が黒体放射軌跡に沿って低色温度側へシフトする。図2は、LEDチップ102に流す電流を変化させたときの発光スペクトルの電流特性を示す図である。図2は、蛍光体励起用460nmLEDの電流−相対発光スペクトル特性を示し、Ta=25℃、f=200Hz、Duty=1%の条件である。図2に示されるように、発光スペクトルの電流特性は、投入電流を増加させていくに従って、ピーク波長が短波長側にシフトする。
【0098】
そこで、図3に示されるように、LEDチップに投入される電流の増加によりLEDチップの発光スペクトルのピーク波長がシフトした位置に、上記3つの蛍光体1から3の励起吸収スペクトルのピーク波長の位置をほぼ一致させる。ここで、蛍光体1から3の励起吸収スペクトルのピーク波長と、LEDチップの発光スペクトルのピーク波長との差が、40nm以下であることが好ましい。このような蛍光体を使用することにより、該蛍光体の励起効率が向上し、波長変換されることなくLEDから出光してくる光の量が減少するため、発光装置の色度ズレを防ぐことができる。
【0099】
ここで、蛍光体3を使用した場合、蛍光体3の発光スペクトルは、図4に示されるように蛍光体1の発光スペクトルよりも短波長側に移動する。従って、YAG系蛍光体の励起吸収スペクトルのピーク位置をずらすことによって発光装置の色度ズレが防止できたものの発光装置の発光は黒体放射軌跡から外れているため、蛍光体4あるいは蛍光体5を加えることにより混色光に赤味成分を付加し、黒体放射軌跡付近に色度座標を調整する。
【0100】
YAG系蛍光体に対する窒化物蛍光体の調合比を以下の表3に示す。
【0101】
【表3】
Figure 0004656816
実施例1および比較例1から3において発光ダイオードを形成した場合の光学特性の測定結果を以下の表4に示す。
【0102】
【表4】
Figure 0004656816
表4に示されるように実施例1および比較例3の場合の演色性は、共にRaが85以上となり他の比較例と比べて演色性を向上させることができる。また、図7は、実施例1および比較例1から3について、周囲温度に対する色度の変化を示す図である。図7は、If=20mA、f=200Hz、Duty=1%の条件である。図7に示されるように、実施例1および比較例1から3の何れも温度上昇によって図中の太矢印の方向に色度が変化する。
【0103】
図8は、実施例1および比較例1から3について、LEDチップに投入されるパルス電流に対する色度の変化を示す図である。図8は、Ta=RT(室温)、f=200Hz、Duty=1%の条件である。本実施例においては1〜100mA(1、5、10、20、40、60、80、100mA)のパルス電流をLEDチップに加えることにより、LEDチップの発熱が無視できる条件下で、白色LEDに赤み成分を付加したLEDの電流特性を確認した。図8に示されるように、比較例1から比較例3の場合は、投入電流を増加させていくに従って、色度は黒体放射軌跡から矢印の方向に遠離っていくように高色温度領域に移動する。一方、実施例1の場合は、色度が黒体放射軌跡にほぼ沿うように矢印の方向に低色度側に移動することが分かる。
【0104】
図9は、実施例1および比較例1について、DC駆動させたときの色度の変化を示す図である。図9は、If=1mA、5mA、10mA、20mA、40mA、60mA、Ta=RT(室温)、DC駆動の条件である。比較例1の場合は、電流を1mAから5mA、10mA、20mA、40mA、60mAと増加させていくと、それぞれの電流値における色度が黒体放射軌跡から矢印の方向に遠ざかるように高色度側に移動する。一方、実施例1の場合は、混色による光の色度の変動が、色度図上において、X座標が0.326から0.333、Y座標が0.343から0.348の範囲内にある。即ち、実施例1の場合、混色による光の色度は、電流を増加させても黒体放射軌跡にほぼ沿う位置で移動し、色度の変化がほとんど生じない。このように実施例1の場合に色度の変化が殆ど生じないのは、周囲温度−色度特性として図7に示されるような黒体放射軌跡に沿う高色度側への色度の変化と、投入電流−色度特性として図8に示されるような黒体放射軌跡に沿う低色度側への色度の変化とが互いに相殺し合った結果である。
【0105】
実施例1の構成は、組み合わせる蛍光体の周囲温度に対する発光出力低下率が共に2.0×10−3[a.u./℃]以下と他の実施例の蛍光体と比較して小さく、かつ発光出力低下率の差が2.0×10−4[a.u./℃]と他の実施例と比較して小さい組み合わせとしたものである。即ち、蛍光体3と蛍光体5の温度上昇に対する発光出力低下率がほぼ等しい。このように構成することにより、発光素子の発熱等による周囲温度の上昇によって蛍光体3および蛍光体5それぞれの発光出力が低下した場合であっても、蛍光体3と蛍光体5の発光出力差は、周囲温度の影響を受けることなく殆ど同じ値に保たれる。即ち、本発明の構成とすることにより、発光装置の周囲温度、特に電流の変化による発光装置の周囲温度の変化によらず演色性を向上させ、かつ色度ズレが殆ど生じない発光装置とすることが可能である。また、本発明に係る発光装置と、該発光装置から出光した光を発光観測面側に導く導光板とを組み合わせ、液晶ディスプレイの構成部材として使用可能なバックライト光源を形成した場合、周囲温度の変化によらず演色性を向上させ、かつ色度ズレが殆ど生じないバックライト光源とすることが可能である。
【0106】
(実施例2、3)
本実施例においては、YAG系蛍光体と、窒化物系蛍光体を組み合わせて、暖かみのある光、いわゆる電球色領域(色温度2500K〜3800K)の光が発光可能な発光装置を形成する。本実施例で使用するYAG系蛍光体(蛍光体6、7)および窒化物系蛍光体(蛍光体8、9)の組成式、発光ピーク波長λp[nm]、および色調は、以下の表5に示す通りである。
【0107】
【表5】
Figure 0004656816
また、実施例1と同様にして測定した各蛍光体の発光出力低下率[a.u./℃]は、以下の表6に示す通りである。
【0108】
【表6】
Figure 0004656816
本実施例では以下の表7に示される重量比にて、樹脂、蛍光体7と蛍光体8および蛍光体9とをそれぞれ組み合わせ、実施例1と同様にして発光装置を形成し、電球色を発光可能とする。
【0109】
【表7】
Figure 0004656816
実施例2および実施例3において形成した発光装置の光学特性の測定結果を以下の表8に示す。
【0110】
【表8】
Figure 0004656816
図19は、実施例2および実施例3について、DC駆動させたときの色度の変化を示す図である。図19は、Ta=RT(室温)の条件である。以下に述べられる比較例4の場合は、電流を1mAから5mA、10mA、20mA、40mA、60mAと増加させていくと、それぞれの電流値における色度が黒体放射軌跡と交差して高色温度側に移動する。一方、実施例2および実施例3の場合は、投入電流を変化させても色度はほとんど変化しない。実施例2および実施例3の構成は、組み合わせる蛍光体の周囲温度に対する発光出力低下率が共に3.0×10−3[a.u./℃]以下として、比較例4の蛍光体6と比較して小さくしたものである。本発明の構成とすることにより、発光素子の周囲温度、特に電流の変化による蛍光体の周囲温度の変化によらず色度ズレが殆ど生じない、かつ演色性を向上させた発光装置とすることが可能である。
【0111】
表5に示されるYAG系蛍光体6を単独で用いて、上述した実施例2、3と同様に電球色を発光可能な発光装置を比較例4として形成する。ここで、本比較例における樹脂と蛍光体との重量比を表7中に示す。また、比較例4として形成した発光装置の光学特性の測定結果を実施例2、3と共に以下の表8中に示す。さらに、図19中に、比較例4について、DC駆動させたときの色度の変化を示す。図19に示されるように本比較例における発光装置は、電流を1mAから5mA、10mA、20mA、40mA、60mAと増加させていくと、それぞれの電流値における色度が黒体放射軌跡と交差して高色温度側に移動する。これは、LEDチップの発光ピーク波長は、図2に示されるように電流の増加につれて短波長側に移動し、図15に示される蛍光体6の励起吸収スペクトルのピーク波長からずれていくため、蛍光体の波長変換効率が低下し、蛍光体によって波長変換されないLEDチップからの光の波長成分が多くなっていくためと思われる。一方、実施例2および実施例3で使用される蛍光体7の励起吸収スペクトルのピーク波長は、蛍光体6のピーク波長と比較して短波長側にあり、かつLEDチップの発光ピーク波長が投入電流の変化により移動する範囲内にあるため、蛍光体の波長変換効率が低下することがない。さらに、実施例2および実施例3の場合は、励起吸収スペクトルのピーク波長が、LEDチップの発光ピーク波長が投入電流の変化により移動する範囲内にある窒化物系蛍光体をYAG系蛍光体と組み合わせて使用することにより、電流の変化による発光素子の周囲温度、すなわち蛍光体の周囲温度の変化にかかわらず色度ズレが殆ど生じない、かつ演色性が向上した電球色を発光可能な発光装置とすることができる。
【0112】
(実施例4)
本発明において、表1および表5中に示したYAG系蛍光体の他、組成式がY2.965Ce0.035Al12で表される蛍光体を基準にして、AlをGaで置換あるいはYをGdで置換して蛍光体を得る。即ち、Gaによる置換については、一般式Y2.965Ce0.035(Al1−XGa12において、0<X≦0.8の範囲で置換した蛍光体を任意に形成し、Gdによる置換については、一般式(Y1−YGd2.965Ce0.035Al12において、0<X≦0.9の範囲で置換した蛍光体を任意に形成する。また、一般式Y3−ZCeAl12において、0.015≦Z≦0.600の範囲で任意に蛍光体を形成する。
【0113】
上述した実施例と同様に、本実施例における蛍光体と窒化物系蛍光体とを適宜組み合わせることにより色度ズレが殆ど生じず、演色性を向上させかつ所望の色調が発光可能な発光装置とすることができる。
【0114】
【発明の効果】
本発明により、発光素子の周囲温度の変化、特に発光装置の投入電流の変化による蛍光体の周囲温度の変化によっても従来技術と比較して色度ズレが縮小でき、かつ演色性を向上させた発光装置を形成することが可能である。
【0115】
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施例に係る発光ダイオードの模式的な断面図である。
【図2】 本発明の一実施例におけるLEDチップの発光スペクトル特性を示す図である。
【図3】 本発明の一実施例におけるYAG系蛍光体の励起吸収スペクトルを示す図である。
【図4】 本発明の一実施例におけるYAG系蛍光体の発光スペクトルを示す図である。
【図5】 本発明の一実施例における窒化物系蛍光体の励起吸収スペクトルを示す図である。
【図6】 本発明の一実施例における窒化物系蛍光体の発光スペクトルを示す図である。
【図7】 本発明の一実施例における周囲温度−色度特性(パルス駆動による測定)を示す図である。
【図8】 本発明の一実施例における電流−色度特性(パルス駆動による測定)を示す図である。
【図9】 本発明の一実施例における電流−色度特性(DC駆動による測定)を示す図である。
【図10】 本発明の一実施例における蛍光体1の周囲温度−相対光出力特性を示す図である。
【図11】 本発明の一実施例における蛍光体2の周囲温度−相対光出力特性を示す図である。
【図12】 本発明の一実施例における蛍光体3の周囲温度−相対光出力特性を示す図である。
【図13】 本発明の一実施例における蛍光体4の周囲温度−相対光出力特性を示す図である。
【図14】 本発明の一実施例における蛍光体5の周囲温度−相対光出力特性を示す図である。
【図15】 本発明の一実施例におけるYAG系蛍光体の励起吸収スペクトルを示す図である。
【図16】 本発明の一実施例におけるYAG系蛍光体の発光スペクトルを示す図である。
【図17】 本発明の一実施例における窒化物系蛍光体の励起吸収スペクトルを示す図である。
【図18】 本発明の一実施例における窒化物系蛍光体の発光スペクトルを示す図である。
【図19】 本発明の一実施例における電流−色度特性(DC駆動による測定)を示す図である。
【図20】 蛍光体10〜13のYAG系蛍光体をEX=460nmで励起させたときの発光スペクトルを示す図である。
【図21】 蛍光体10〜13のYAG系蛍光体の反射スペクトルを示す図である。
【図22】 蛍光体10〜13のYAG系蛍光体の励起スペクトルを示す図である。
【図23】 蛍光体14及び蛍光体15のYAG系蛍光体をEX=460nmで励起させたときの発光スペクトルを示す図である。
【図24】 蛍光体14のYAG系蛍光体の励起スペクトルを示す図である。
【図25】 蛍光体15のYAG系蛍光体の励起スペクトルを示す図である。
【符号の説明】
100・・・発光ダイオード
101・・・コーティング部
102・・・LEDチップ
103・・・ワイヤー
104・・・モールド部材
105・・・マウント・リード
106・・・インナー・リード[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is used for fluorescent display tubes, displays, PDPs, CRTs, FLs, FEDs, projection tubes, and the like, in particular, white light emitting devices that have extremely excellent light emission characteristics using blue light emitting diodes or ultraviolet light emitting diodes as light sources. The present invention relates to a phosphor. In addition, the white light-emitting device having the phosphor according to the present invention can be used for fluorescent lamps for storefront display lighting, medical site lighting, etc., as well as backlight light sources for liquid crystal displays, light-emitting diodes ( It can also be applied to the field of LEDs.
[0002]
[Prior art]
As a light emitting device using an LED, there is a light emitting device that obtains a desired light emission color by mixing light from an LED and light obtained by wavelength-converting light from the LED with a phosphor. For example, an LED that emits white light (hereinafter referred to as “white LED”) is an LED that emits blue light having an emission spectrum peak wavelength of about 460 nm, and an yttrium / aluminum / garnet system having an excitation absorption spectrum peak wavelength around 460 nm. It is a light emitting diode that obtains white light by mixing yellow light generated by wavelength conversion of blue light by a phosphor (hereinafter referred to as “YAG phosphor”). In such a white LED, a phosphor that emits light having a peak wavelength of an emission spectrum in a red region is used for the purpose of improving the color rendering property of the mixed color light obtained by additive color mixture of blue and yellow. Used together with the body (for example, see Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application No. 2000-31534
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the light-emitting device is used as an illumination light source that continuously emits strong light, for example, the excitation efficiency of various phosphors decreases due to heat generation of the light-emitting elements, and thus the luminous flux [lm] of the entire light-emitting device decreases. Problems arise. Further, when a light emitting device is formed by combining a plurality of phosphors whose excitation efficiencies are reduced at different rates due to heat generation, the difference in the light emission output of each phosphor fluctuates with a change in ambient temperature, so that light is emitted from the light emitting device. There was a color shift observed at a position where the chromaticity of light deviated from the desired chromaticity.
[0005]
In the light emitting element, as the input current increases, the peak wavelength of the emission spectrum of the light emitting element shifts to the short wavelength side (see, for example, FIG. 2). When the peak wavelength shifts to the short wavelength side, the emission intensity of the phosphor excited by the light emitting element varies. In particular, when two or more kinds of phosphors are combined, the variation in the emission intensity greatly affects the color shift.
[0006]
Even if such color misregistration is slight, when the light emitting device is used as a light source of a liquid crystal projector, for example, it has a problem of greatly affecting the color tone of a color image projected and projected on a screen. Occurs.
[0007]
Therefore, an object of the present invention is to provide a light-emitting device that can suppress the decrease in luminous flux [lm] and the occurrence of chromaticity deviation even when the ambient temperature changes.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention provides a light emitting element, a first phosphor that emits light of a different wavelength by absorbing at least part of the light from the light emitting element, and at least the light from the light emitting element. A second phosphor that absorbs a part and emits light of a different wavelength, and a peak wavelength of an emission spectrum of the light emitting element is equal to an excitation spectrum of the first phosphor. The present invention relates to a light emitting device having a peak wavelength and a wavelength longer than a peak wavelength of an excitation spectrum of the second phosphor. Thereby, the light-emitting device which suppressed generation | occurrence | production of chromaticity deviation can be provided. In particular, since the color deviation occurs along the locus of black body radiation in this light emitting device, color deviation may be perceived in human vision compared to the case where color deviation occurs in a direction perpendicular to the locus of black body radiation. Few. In addition, due to the interaction between the first phosphor and the second phosphor, the amplitude of the color misregistration is extremely narrow.
[0009]
In the light emitting element, as the current density increases, the peak wavelength of the emission spectrum of the light emitting element is shifted to the short wavelength side. When the input current of the light emitting element is increased, the current density is increased, and the peak wavelength of the emission spectrum of the light emitting element is shifted to the short wavelength side. By utilizing this action, a light-emitting device that prevents color misregistration is provided.
[0010]
It is preferable that the first phosphor and the second phosphor have substantially the same change in emission intensity due to a change in ambient temperature of the first phosphor and the second phosphor. By adopting such a configuration, the temperature characteristics of the first phosphor and the second phosphor whose excitation efficiency fluctuates due to a change in ambient temperature accompanying an increase in input power of the phosphor become substantially the same, and the ambient temperature changes. Even in this case, it is possible to provide a light emitting device capable of suppressing the occurrence of color misregistration. In particular, it is possible to provide a light emitting device in which the occurrence of color misregistration is further suppressed by the interaction between the color misregistration accompanying an increase in the current density of the light emitting element and the color misregistration accompanying a change in ambient temperature of the phosphor.
[0011]
The change in the ambient temperature of the first phosphor and the second phosphor is mainly due to the change in the input current to the light emitting element. By adopting such a configuration, the temperature change of the first phosphor and the second phosphor whose excitation efficiency changes due to the influence of heat from the light emitting element becomes almost the same, and the ambient temperature of the phosphor changes. In addition, a light emitting device capable of suppressing the occurrence of color misregistration can be formed.
[0012]
The light emitting element preferably has a peak wavelength of an emission spectrum of 350 nm to 530 nm. In particular, 400 nm to 530 nm having a color tone to light from the light emitting element is preferable. With this configuration, it is possible to control the color shift of the entire light emitting device by controlling the color tone change of the semiconductor light emitting element and the color tone change of the phosphor.
[0013]
In the first phosphor, in the range of wavelength change of the light emitting element that occurs when the current density of the light emitting element is changed, the short wavelength side of the wavelength change range has higher excitation efficiency than the long wavelength side, in other words, For example, the present invention relates to a light emitting device in which light emission of a phosphor by excitation light on the short wavelength side of the light emitting element has higher emission intensity than light emission of the phosphor by excitation light on the long wavelength side of the light emitting element. Thereby, when the current density of the light emitting element is increased, the light emission intensity of the first phosphor increases. Further, as will be described later, the emission intensity of the second phosphor also increases. Therefore, it is possible to provide a light-emitting device in which color shift is extremely suppressed.
[0014]
The first phosphor has an excitation spectrum of the first phosphor on the short wavelength side of the wavelength change range in the range of wavelength change of the light emitting element that occurs when the current density of the light emitting element is changed. It is preferable to have a peak wavelength of Since the peak wavelength of the emission spectrum of the light emitting element is at the position of the peak wavelength with the largest excitation absorption of the first phosphor, the first phosphor can emit light most efficiently, and the light flux of the entire light emitting device can be reduced. This is because maximum control is possible.
[0015]
The first phosphor includes Y and Al, and includes at least one element selected from Lu, Sc, La, Gd, Tb, Eu, and Sm, and one element selected from Ga and In. It is preferable to include an yttrium / aluminum / garnet phosphor activated by at least one element selected from rare earth elements. By adopting such a configuration, it is possible to suppress the occurrence of color misregistration even when the ambient temperature changes, and it is also possible to suppress a relative decrease in the luminous flux [lm] of the entire light emitting device that generates heat. A light emitting device can be obtained. The peak wavelength of the excitation absorption spectrum of the yttrium / aluminum / garnet phosphor is preferably 420 nm to 470 nm. By adopting such a structure, it is possible to form a light emitting device in which the chromaticity shift due to the input current is reduced as compared with the conventional technique and the color rendering property is improved.
[0016]
The difference between the peak wavelength of the excitation spectrum of the first phosphor and the peak wavelength of the emission spectrum of the light emitting element is preferably 40 nm or less. By adopting such a structure, it is possible to form a light emitting device in which the chromaticity shift due to the input current is reduced as compared with the conventional technique and the color rendering property is improved.
[0017]
In the second phosphor, in the range of wavelength change of the light emitting element that occurs when the current density of the light emitting element is changed, the short wavelength side of the wavelength change range has higher excitation efficiency than the long wavelength side, in other words, For example, the present invention relates to a light emitting device in which light emission of a phosphor by excitation light on the short wavelength side of the light emitting element has higher emission intensity than light emission of the phosphor by excitation light on the long wavelength side of the light emitting element. Thereby, when the current density of the light emitting element is increased, the light emission intensity of the second phosphor increases. Further, as described above, the emission intensity of the first phosphor also increases. Therefore, it is possible to provide a light-emitting device in which color shift is extremely suppressed.
[0018]
The second phosphor contains N and includes at least one element selected from Be, Mg, Ca, Sr, Ba, and Zn, and C, Si, Ge, Sn, Ti, Zr, and Hf. It is preferable to include a nitride-based phosphor including at least one element selected and activated by at least one element selected from rare earth elements. By adopting such a configuration, a light emitting device that can suppress the occurrence of color misregistration even when the ambient temperature changes, and further can suppress a decrease in the luminous flux [lm] of the entire light emitting device that generates heat, Is possible. The second phosphor is preferably a phosphor that emits light when excited with light having a wavelength of 350 to 600 nm. By adopting such a structure, it is possible to form a light emitting device in which the chromaticity shift due to the input current is reduced as compared with the conventional technique and the color rendering property is improved.
[0019]
The light emitting device is preferably a backlight light source of a liquid crystal display or a light source for illumination. By adopting such a configuration, it is possible to form a liquid crystal display or an illumination light source in which color misregistration is less likely to occur in comparison with the prior art due to changes in ambient temperature.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the embodiment described below exemplifies a light emitting device for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention does not limit the light emitting device to the following. Moreover, although the size and positional relationship of the members shown in each drawing are exaggerated for clarity of explanation, they correspond to the facts.
[0021]
The phosphor used in the present invention is a phosphor including a first phosphor and a second phosphor whose light emission intensity change with a change in ambient temperature of the phosphor is substantially equal to that of the first phosphor. Furthermore, the phosphor includes a second phosphor whose light emission intensity change is substantially equal to that of the first phosphor under a condition in which the ambient temperature of the phosphor changes due to a change in input current to the light emitting element. In particular, the phosphor used in the present embodiment emits a first phosphor that emits light having a peak wavelength of the emission spectrum in the yellow to green region, and light having a peak wavelength of the emission spectrum in the red region. This is the second phosphor. The first phosphor includes Y and Al, and includes at least one element selected from Lu, Sc, La, Gd, Tb, Eu, and Sm, and one element selected from Ga and In. A YAG phosphor activated with cerium can be obtained. The second phosphor contains N and contains at least one element selected from Be, Mg, Ca, Sr, Ba, and Zn, and C, Si, Ge, Sn, Ti, Zr, and Hf. A nitride phosphor containing at least one selected element and activated by Eu and / or rare earth elements can be obtained.
[0022]
The light emitting diode 100 of FIG. 1 is a lead type light emitting diode having a mount lead 105 and an inner lead 106, and an LED chip 102 is provided on the cup portion of the mount lead 105, and in the cup portion, After the coating portion 101 containing the phosphor is filled so as to cover the LED chip 102, it is configured by resin molding with a molding member 104. Here, the n-side electrode and the p-side electrode of the LED chip 102 are connected to the mount lead 105 and the inner lead 106 using the wire 103, respectively.
[0023]
In the light emitting diode configured as described above, part of the light emitted by the light emitting element (LED chip) 102 (hereinafter referred to as “LED light”) excites the phosphor contained in the coating unit 101. Fluorescence having a wavelength different from that of the LED light is generated, and the fluorescence generated by the phosphor and the LED light output without contributing to excitation of the phosphor are mixed and output.
[0024]
In general, since the excitation efficiency of a phosphor decreases with increasing ambient temperature, the output of light emitted from the phosphor also decreases. In the present embodiment, the decrease rate of the relative light output when the ambient temperature is changed by 1 ° C. is defined as the light output decrease rate, and both the light output decrease rates of the first phosphor and the second phosphor are the same. 4.0 × 10-3[A. u. / ° C] or less, preferably 3.0 × 10-3[A. u. / ° C.] or less, more preferably 2.0 × 10-3[A. u. / [Deg.] C.] or less, and the configuration can further suppress the decrease in the luminous flux [lm] of the entire light emitting device that generates heat as compared with the prior art. Further, the light emission output reduction rate with respect to the temperature rise of the first phosphor and the second phosphor is substantially equal. That is, the difference in the light output reduction rate between the first phosphor and the second phosphor is 2.0 × 10-3[A. u. / ° C.] or less, more preferably 2.0 × 10-4[A. u. / ° C.] or less, the light emission output reduction rate is made substantially the same. By doing so, the temperature characteristics of the phosphors whose excitation efficiency decreases due to heat generation are substantially the same, and a light emitting device capable of suppressing the occurrence of color misregistration even when the ambient temperature changes can be formed.
[0025]
Hereafter, each structure of embodiment of this invention is explained in full detail.
[0026]
[Phosphor]
The phosphor used in the present embodiment may be a combination of an yttrium / aluminum / garnet phosphor and a phosphor capable of emitting red light, particularly a nitride phosphor. These YAG phosphors and nitride phosphors may be mixed and contained in the coating unit 101, or may be separately contained in the coating unit 101 composed of a plurality of layers. Hereinafter, each phosphor will be described in detail.
[0027]
(Yttrium / Aluminum / Garnet phosphor)
The yttrium-aluminum-garnet-based phosphor (YAG-based phosphor) used in the present embodiment includes at least one selected from Lu, Sc, La, Gd, Tb, Eu, and Sm, including Y and Al. And a phosphor activated by at least one element selected from rare earth elements, and visible light or ultraviolet light emitted from the LED chip 102. It is a phosphor that emits light when excited. In particular, in the present embodiment, two or more kinds of yttrium / aluminum oxide phosphors activated by Ce or Pr and having different compositions can be used. For example, YAlO3: Ce, Y3Al5O12Y: Ce (YAG: Ce) or Y4Al2O9: Ce, and also a mixture thereof. In addition, at least one of Ba, Sr, Mg, Ca, and Zn may be contained, and by further containing Si, the crystal growth reaction can be suppressed and the phosphor particles can be aligned. Here, the YAG-based phosphor activated with Ce is to be interpreted in a broad sense, and part or all of yttrium is converted into at least one element selected from the group consisting of Lu, Sc, La, Gd and Sm. It is substituted or a part or all of aluminum is used in a broad sense including a phosphor having a fluorescent action in which any one or both of Ba, Tl, Ga, and In are substituted. More specifically, the general formula (YzGd1-z)ThreeAlFiveO12: Photoluminescence phosphor represented by Ce (where 0 <z ≦ 1) or a general formula (Re1-aSma)ThreeRe ’FiveO12: Ce (where 0 ≦ a <1, 0 ≦ b ≦ 1, Re is at least one selected from Y, Gd, La, Sc, and Re ′ is at least one selected from Al, Ga, In) The photoluminescence phosphor shown in FIG.
[0028]
Blue light emitted from a light emitting element using a nitride compound semiconductor in the light emitting layer and green light and red light emitted from a phosphor whose body color is yellow to absorb blue light, or When yellow light and green light and red light are mixedly displayed, a desired white light emission color display can be performed. In order to cause this color mixture, the light emitting device preferably contains phosphor powder or bulk in various resins such as epoxy resin, acrylic resin or silicone resin, and inorganic materials such as silicon oxide and aluminum oxide. Thus, the thing containing the fluorescent substance can be variously used according to uses, such as a dot-like thing and a layer-like thing formed so thinly that the light from the LED chip is transmitted. Arbitrary color tones such as a light bulb color including white can be provided by variously adjusting the ratio, coating, and filling amount of the phosphor and the resin, and selecting the emission wavelength of the light emitting element.
[0029]
In addition, by arranging two or more kinds of phosphors in order with respect to the incident light from the light emitting element, a light emitting device capable of efficiently emitting light can be obtained. That is, on a light emitting element having a reflective member, a color conversion member containing a phosphor that has an absorption wavelength on the long wavelength side and can emit light at a long wavelength, and an absorption wavelength on the longer wavelength side that has a longer wavelength. The reflected light can be used effectively by laminating a color conversion member capable of emitting light at a wavelength.
[0030]
When a YAG phosphor is used, the irradiance is (Ee) = 0.1 W · cm-21000W ・ cm-2Even in the case where the following LED chips are in contact with or in close proximity to each other, a light-emitting device having sufficient light resistance can be obtained with high efficiency.
[0031]
The cerium-activated yttrium / aluminum oxide phosphor used in the present embodiment, which is a green-based YAG phosphor capable of emitting light, has a garnet structure and is resistant to heat, light and moisture, and is excited and absorbed. The peak wavelength of the spectrum can be in the vicinity of 420 nm to 470 nm. Also, the emission peak wavelength λp is near 510 nm, and has a broad emission spectrum that extends to the vicinity of 700 nm. On the other hand, the YAG phosphor that emits red light, which is an yttrium-aluminum oxide phosphor activated by cerium, has a garnet structure, is resistant to heat, light and moisture, and has a peak wavelength of 420 nm in the excitation absorption spectrum. To about 470 nm. Further, the emission peak wavelength λp is in the vicinity of 600 nm, and has a broad emission spectrum that extends to the vicinity of 750 nm.
[0032]
Of the composition of YAG phosphors with a garnet structure, the emission spectrum is shifted to the short wavelength side by substituting part of Al with Ga, and part of Y of the composition is replaced with Gd and / or La. By doing so, the emission spectrum shifts to the long wavelength side. Such a YAG-based phosphor can also be obtained, for example, by firing a raw material adjusted so as to add an excess of substitutional elements relative to the stoichiometric ratio. If the substitution of Y is less than 20%, the green component is large and the red component is small. On the other hand, at 80% or more, although the reddish component increases, the luminance rapidly decreases. Similarly, the excitation absorption spectrum is shifted to the short wavelength side by substituting part of Al with Ga in the composition of the YAG phosphor having a garnet structure. By substituting a part of Gd and / or La, the excitation absorption spectrum is shifted to the longer wavelength side. The peak wavelength of the excitation absorption spectrum of the YAG phosphor is preferably on the shorter wavelength side than the peak wavelength of the emission spectrum of the light emitting element. With this configuration, when the current input to the light emitting element is increased, the peak wavelength of the excitation absorption spectrum substantially matches the peak wavelength of the emission spectrum of the light emitting element, so that the excitation efficiency of the phosphor is not reduced. Thus, a light emitting device in which the occurrence of chromaticity deviation is suppressed can be formed.
[0033]
Such phosphors use oxides or compounds that easily become oxides at high temperatures as raw materials for Y, Gd, Ce, La, Al, Sm and Ga, and mix them well in a stoichiometric ratio. And get the raw materials. Alternatively, a coprecipitated oxide obtained by co-precipitation of a solution obtained by coprecipitation of a solution obtained by dissolving a rare earth element of Y, Gd, Ce, La, and Sm in an acid at a stoichiometric ratio with oxalic acid, and aluminum oxide or gallium oxide. To obtain a mixed raw material. Fluoride such as ammonium fluoride or NH as flux4A suitable amount of Cl is mixed and packed in a crucible, and fired in air at a temperature of 1350 to 1450 ° C. for 2 to 5 hours to obtain a fired product, and then the fired product is ball milled in water for washing, separation, drying, Finally, it can be obtained by passing through a sieve. Further, in the method for manufacturing a phosphor according to another embodiment, a first firing step in which a mixture composed of a mixture of phosphor materials and a flux is mixed in the atmosphere or in a weak reducing atmosphere, and in a reducing atmosphere. It is preferable to perform the baking in two stages, which includes the second baking step performed in step (b). Here, the weak reducing atmosphere refers to a weak reducing atmosphere set to include at least the amount of oxygen necessary in the reaction process of forming a desired phosphor from the mixed raw material. By performing the first firing step until the formation of the phosphor structure is completed, blackening of the phosphor can be prevented and a decrease in light absorption efficiency can be prevented. In addition, the reducing atmosphere in the second firing step refers to a reducing atmosphere stronger than the weak reducing atmosphere. By firing in two stages in this way, a phosphor with high absorption efficiency at the excitation wavelength can be obtained. Therefore, when a light emitting device is formed with the phosphor thus formed, the amount of the phosphor necessary for obtaining a desired color tone can be reduced, and a light emitting device with high light extraction efficiency can be formed. Can do.
[0034]
Yttrium / aluminum oxide phosphors activated with two or more types of cerium having different compositions may be used in combination, or may be arranged independently. When the phosphors are arranged independently, it is preferable to arrange the phosphors in the order of the phosphor that easily absorbs and emits light from the light emitting element on the shorter wavelength side and the phosphor that easily absorbs and emits light on the longer wavelength side. This makes it possible to efficiently absorb and emit light.
[0035]
In the present embodiment, when a YAG phosphor is used as the first phosphor, for example, one having the following composition can be used.
[0036]
Phosphor 10: (Y0.90Gd0.10)2.85Ce0.15AlFiveO12,
Phosphor 11: (Y0.395Gd0.605)2.85Ce0.15AlFiveO12,
Phosphor 12: Y2.965Ce0.035(Al0.8Ga0.2)FiveO12,
Phosphor 13: (Y0.8, Gd0.2)2.965Ce0.035AlFiveO12,
Phosphor 14: Y2.965Ce0.035(Al0.5, Ga0.5)FiveO12,
Phosphor 15: Y2.85Ce0.15AlFiveO12.
[0037]
The YAG phosphor in the present invention is not limited to these.
[0038]
The phosphors 10 to 15 will be described in more detail with reference to FIGS.
FIG. 20 is a diagram showing an emission spectrum when the YAG phosphors of phosphors 10 to 13 are excited at EX = 460 nm. FIG. 21 is a diagram showing a reflection spectrum of the YAG phosphors of phosphors 10 to 13. FIG. 22 is a diagram showing an excitation spectrum of YAG phosphors of phosphors 10 to 13. FIG. 23 is a diagram showing an emission spectrum when the YAG phosphors of the phosphor 14 and the phosphor 15 are excited at EX = 460 nm. FIG. 24 is a diagram showing an excitation spectrum of the YAG phosphor of the phosphor 14. FIG. 25 is a diagram showing an excitation spectrum of the YAG phosphor of the phosphor 15.
[0039]
Since these YAG phosphors of the phosphors 10 to 15 have different emission peak wavelengths, YAG phosphors having a desired color tone are selected. Next, a light emitting element is selected from the excitation spectrum and the reflection spectrum. For example, the YAG phosphor of the phosphor 10 has a peak wavelength on the long wavelength side of the excitation spectrum of about 456 nm. Considering the case where the light emitting element shifts to the short wavelength side with an increase in input current, a light emitting element having an emission peak wavelength on the long wavelength side about 5 to 10 nm from the 456 nm is selected. Further, the light emitting element is selected in consideration of the excitation spectrum of the second phosphor.
[0040]
On the other hand, when a YAG phosphor is selected after selecting a phosphor that emits light at a certain wavelength as the second phosphor, the following points are considered. For example, from the relationship between the second phosphor and the light emitting element, when the input current is low, a light emitting element having an emission peak wavelength of 457 nm is used at a rated drive of 20 mA. When the YAG phosphor of the phosphor 15 is selected, the peak wavelength of the excitation spectrum of the YAG phosphor of the phosphor 15 is 457 nm. Therefore, when the input current density to the light emitting element is relatively low, the YAG phosphor of the phosphor 15 emits light most efficiently. However, as the input current to the light emitting element increases, the peak wavelength of the emission spectrum of the light emitting element shifts by about 10 nm to the short wavelength side. When the emission peak wavelength shifts to the short wavelength side of about 10 nm, the excitation efficiency of the YAG phosphor of the phosphor 15 decreases, and the relative emission intensity of the YAG phosphor decreases. That is, the ratio of the emission intensity of the converted light to the excitation light is relatively lowered. Therefore, the light emitting device using the YAG phosphor of the phosphor 15 causes a color shift due to an increase in current applied to the light emitting element. On the other hand, when the YAG phosphor of the phosphor 14 is selected, the peak wavelength of the excitation spectrum is 440 nm. As the input current to the light emitting element is increased, the emission intensity of the YAG phosphor of the phosphor 14 is improved. On the other hand, normally, the light emission output of the YAG phosphor decreases as the light emitting element generates heat. Therefore, in the light emitting device using the YAG phosphor of the phosphor 14, even when the input current to the light emitting element is increased, the color shift due to heat and the color shift due to the spectrum shift accompanying the increase in the current density of the light emitting element. Therefore, it is possible to provide a light emitting device that emits light stably and has little color misregistration. Therefore, when a YAG-based phosphor having the same peak wavelength as that when the input current of the light emitting element is increased for the first phosphor or having a peak wavelength of the excitation spectrum on the short wavelength side is used, the color tone and the emission intensity are reduced. Very little change. In addition to the phosphors described above, various YAG phosphors can be used.
[0041]
(Nitride phosphor)
The first phosphor used in the present invention contains N and at least one element selected from Be, Mg, Ca, Sr, Ba, and Zn, and C, Si, Ge, Sn, Ti, A nitride-based phosphor containing at least one element selected from Zr and Hf and activated by at least one element selected from rare earth elements. Further, the nitride-based phosphor used in the present embodiment refers to a phosphor that emits light by being absorbed by absorbing visible light, ultraviolet light, and light emitted from the YAG-based phosphor emitted from the LED chip 102. . In particular, the phosphor according to the present invention includes Mn-added Sr—Ca—Si—N: Eu, Ca—Si—N: Eu, Sr—Si—N: Eu, Sr—Ca—Si—O—N: Eu, Ca-Si-ON: Eu, Sr-Si-ON: Eu-based silicon nitride. The basic constituent element of this phosphor is represented by the general formula LXSiYN(2 / 3X + 4 / 3Y): Eu or LXSiYOZN(2 / 3X + 4 / 3Y-2 / 3Z): Eu (L is any of Sr, Ca, Sr and Ca. 0.5 ≦ X ≦ 3 and 1.5 ≦ Y ≦ 8). In the general formula, X and Y are preferably X = 2, Y = 5, or X = 1, Y = 7, but any can be used. Specifically, Mn is added as a basic constituent element (SrXCa1-X)2Si5N8: Eu, Sr2Si5N8: Eu, Ca2Si5N8: Eu, SrXCa1-XSi7N10: Eu, SrSi7N10: Eu, CaSi7N10: It is preferable to use a phosphor represented by Eu, but in the composition of this phosphor, from the group consisting of Mg, Sr, Ca, Ba, Zn, B, Al, Cu, Mn, Cr and Ni At least one or more selected may be contained. However, the present invention is not limited to this embodiment and examples.
[0042]
L is any one of Sr, Ca, Sr and Ca. The mixing ratio of Sr and Ca can be changed as desired.
[0043]
By using Si for the composition of the phosphor, it is possible to provide a phosphor having good crystallinity at low cost.
[0044]
Europium Eu, which is a rare earth element, is used for the emission center. Europium mainly has bivalent and trivalent energy levels. The phosphor of the present invention has Eu as a base material for alkaline earth metal silicon nitride.2+Is used as an activator. Eu2+Is easily oxidized and trivalent Eu2O3It is marketed with the composition. However, commercially available Eu2O3Then, the involvement of O is large, and it is difficult to obtain a good phosphor. Therefore, Eu2O3It is preferable to use a product obtained by removing O from the system. For example, it is preferable to use europium alone or europium nitride. However, this is not the case when Mn is added.
[0045]
The additive Mn is Eu.2+Is promoted to improve luminous efficiency such as luminous brightness, energy efficiency, and quantum efficiency. Mn is contained in the raw material, or Mn alone or a Mn compound is contained in the manufacturing process and fired together with the raw material. However, Mn is not contained in the basic constituent elements after firing, or even if contained, only a small amount remains compared to the initial content. This is probably because Mn was scattered in the firing step.
[0046]
The phosphor has at least one selected from the group consisting of Mg, Sr, Ca, Ba, Zn, B, Al, Cu, Mn, Cr, O and Ni in the basic constituent element or together with the basic constituent element. Contains the above. These elements have actions such as increasing the particle diameter and increasing the luminance of light emission. Further, B, Al, Mg, Cr and Ni have an effect that afterglow can be suppressed.
[0047]
Such a nitride-based phosphor absorbs part of the blue light emitted by the LED chip 102 and emits light in the yellow to red region. Using a nitride-based phosphor together with a YAG-based phosphor in the light-emitting device having the above-described configuration, the blue light emitted from the LED chip 102 and the yellow to red light by the nitride-based phosphor are mixed and warmed Provided is a light emitting device that emits white light. It is preferable that the phosphor added in addition to the nitride-based phosphor contains an yttrium / aluminum oxide phosphor activated with cerium. This is because it can be adjusted to a desired chromaticity by containing the yttrium aluminum oxide phosphor. The yttrium / aluminum oxide phosphor activated with cerium absorbs part of the blue light emitted by the LED chip 102 and emits light in the yellow region. Here, the blue light emitted by the LED chip 102 and the yellow light of the yttrium / aluminum oxide fluorescent material emit light blue-white by mixing colors. Therefore, the yttrium / aluminum oxide phosphor and the phosphor emitting red light are mixed together in the coating member 101 having translucency and combined with the blue light emitted by the LED chip 102 to produce a white system. Can be provided. Particularly preferred is a white light emitting device whose chromaticity is located on the locus of black body radiation in the chromaticity diagram. However, in order to provide a light emitting device having a desired color temperature, the amount of phosphor of the yttrium / aluminum oxide phosphor and the amount of phosphor of red light emission can be appropriately changed. This light-emitting device that emits white-based mixed color light improves the special color rendering index R9. A conventional light emitting device that emits white light only in combination with a blue light emitting element and a yttrium aluminum oxide phosphor activated by cerium has a special color rendering index R9 of nearly 0 at a color temperature of Tcp = 4600K, The red component was insufficient. Therefore, increasing the special color rendering index R9 has been a problem to be solved. In the present invention, the special color rendering index near the color temperature Tcp = 4600K is obtained by using the phosphor emitting red light together with the yttrium aluminum oxide phosphor. R9 can be increased to around 40.
[0048]
Next, the phosphor according to the present invention ((SrXCa1-X)2Si5N8: Eu) manufacturing method will be described, but is not limited to this manufacturing method. The phosphor contains Mn and O.
[0049]
Raw materials Sr and Ca are pulverized. The raw materials Sr and Ca are preferably used alone, but compounds such as imide compounds and amide compounds can also be used. The raw materials Sr and Ca include B, Al, Cu, Mg, Mn, and Al.2O3Etc. may be contained. The raw materials Sr and Ca are pulverized. Sr and Ca obtained by pulverization preferably have an average particle diameter of about 0.1 μm to 15 μm, but are not limited to this range. The purity of Sr and Ca is preferably 2N or higher, but is not limited thereto. In order to improve the mixed state, at least one of the metal Ca, the metal Sr, and the metal Eu can be alloyed, nitrided, pulverized, and used as a raw material.
[0050]
The raw material Si is pulverized. The raw material Si is preferably a simple substance, but a nitride compound, an imide compound, an amide compound, or the like can also be used. For example, Si3N4, Si (NH2)2, Mg2Si and the like. The purity of the raw material Si is preferably 3N or more, but Al2O3, Mg, metal boride (Co3B, Ni3B, CrB), manganese oxide, H3BO3, B2O3, Cu2Compounds such as O and CuO may be contained. Si is also pulverized in the same manner as the raw materials Sr and Ca. The average particle size of the Si compound is preferably about 0.1 μm to 15 μm.
[0051]
Next, the raw materials Sr and Ca are nitrided in a nitrogen atmosphere. This reaction formula is shown in the following formula 1 and formula 2, respectively.
[0052]
3Sr + N2  → Sr3N2  ... (Formula 1)
3Ca + N2  → Ca3N2  ... (Formula 2)
Sr and Ca are nitrided in a nitrogen atmosphere at 600 to 900 ° C. for about 5 hours. Sr and Ca may be mixed and nitrided, or may be individually nitrided. Thereby, a nitride of Sr and Ca can be obtained. Sr and Ca nitrides are preferably of high purity, but commercially available ones can also be used.
[0053]
The raw material Si is nitrided in a nitrogen atmosphere. This reaction formula is shown in the following formula 3.
[0054]
3Si + 2N2  → Si3N4  ... (Formula 3)
Silicon Si is also nitrided in a nitrogen atmosphere at 800 to 1200 ° C. for about 5 hours. Thereby, silicon nitride is obtained. The silicon nitride used in the present invention is preferably highly pure, but commercially available ones can also be used.
[0055]
Sr, Ca or Sr—Ca nitride is pulverized.
Similarly, Si nitride is pulverized. Similarly, Eu compound Eu2O3Crush. Europium oxide is used as the Eu compound, but metal europium, europium nitride, and the like can also be used. In addition, as the raw material Z, an imide compound or an amide compound can also be used. Europium oxide preferably has a high purity, but commercially available products can also be used. The average particle size of the alkaline earth metal nitride, silicon nitride and europium oxide after pulverization is preferably about 0.1 μm to 15 μm.
[0056]
The raw material may contain at least one selected from the group consisting of Mg, Sr, Ca, Ba, Zn, B, Al, Cu, Mn, Cr, O, and Ni. In addition, the above elements such as Mg, Zn, and B can be mixed by adjusting the blending amount in the following mixing step. These compounds can be added alone to the raw material, but are usually added in the form of compounds. This type of compound includes H3BO3, Cu2O3MgCl2, MgO / CaO, Al2O3, Metal borides (CrB, Mg3B2, AlB2, MnB), B2O3, Cu2O, CuO, and the like.
[0057]
After the pulverization, Sr, Ca, Sr—Ca nitride, Si nitride, Eu compound Eu2O3And add Mn.
[0058]
Finally, Sr, Ca, Sr—Ca nitride, Si nitride, Eu compound Eu2O3The mixture is calcined in an ammonia atmosphere. Mn was added by firing (SrXCa1-X)2Si5N8: A phosphor represented by Eu can be obtained. The reaction formula of the base nitride phosphor by this firing is shown below.
[0059]
[Chemical 1]
Figure 0004656816
However, the composition of the target phosphor can be changed by changing the blending ratio of each raw material.
[0060]
The firing temperature can be in the range of 1200 to 1700 ° C, but the firing temperature is preferably 1400 to 1700 ° C. It is preferable to use a one-step baking in which the temperature is gradually raised and the baking is performed at 1200 to 1500 ° C. for several hours, but the first baking is performed at 800 to 1000 ° C. and the heating is gradually started from 1200. Two-stage firing (multi-stage firing) in which the second stage firing is performed at 1500 ° C. can also be used. The phosphor material is preferably fired using a boron nitride (BN) crucible and boat. In addition to crucible made of boron nitride, alumina (Al2O3) Material crucibles can also be used.
[0061]
By using the above manufacturing method, it is possible to obtain a target phosphor.
[0062]
In the embodiment of the present invention, a nitride-based phosphor is used as the phosphor that emits reddish light. In the present invention, the above-described YAG-based phosphor can emit red light. It is also possible to provide a light emitting device including a simple phosphor. Such a phosphor capable of emitting red light is a phosphor that emits light when excited by light having a wavelength of 400 to 600 nm.2O2S: Eu, La2O2S: Eu, CaS: Eu, SrS: Eu, ZnS: Mn, ZnCdS: Ag, Al, ZnCdS: Cu, Al, and the like. Thus, by using a phosphor capable of emitting red light together with a YAG phosphor, it is possible to improve the color rendering properties of the light emitting device.
[0063]
(First phosphor and second phosphor)
In the present embodiment, the nitride-based phosphor absorbs part of the blue light emitted by the LED chip 102 and emits light in the yellow to red region. Using a nitride-based phosphor together with a YAG-based phosphor in the light-emitting device having the above-described configuration, the blue light emitted from the LED chip 102 and the yellow to red light by the nitride-based phosphor are mixed and warmed Provided is a light emitting device that emits white light. It is preferable that the phosphor added in addition to the nitride-based phosphor contains an yttrium / aluminum oxide phosphor activated with cerium. This is because it can be adjusted to a desired chromaticity by containing the yttrium aluminum oxide phosphor. The yttrium / aluminum oxide phosphor activated with cerium absorbs part of the blue light emitted by the LED chip 102 and emits light in the yellow region. Here, the blue light emitted by the LED chip 102 and the yellow light of the yttrium / aluminum oxide fluorescent material emit light blue-white by mixing colors. Therefore, the yttrium / aluminum oxide phosphor and the phosphor emitting red light are mixed together in the coating member 101 having translucency and combined with the blue light emitted by the LED chip 102 to produce a white system. Can be provided. Particularly preferred is a white light emitting device whose chromaticity is located on the locus of black body radiation in the chromaticity diagram. However, in order to provide a light emitting device having a desired color temperature, the amount of phosphor of the yttrium / aluminum oxide phosphor and the amount of phosphor of red light emission can be appropriately changed. This light-emitting device that emits white-based mixed color light improves the special color rendering index R9.
[0064]
Conventionally, a white light emitting device using a semiconductor element is obtained by adjusting the balance between blue light from a light emitting element and green to red light from a phosphor in accordance with human visual sensitivity and mixing these lights. . Usually, the white color tone of a light emitting device using a semiconductor light emitting element can be adjusted by adjusting the balance of light emission in a rated drive region where the output characteristics of the light emitting device are stable. However, in the case of a liquid crystal backlight and a dimmable illumination light source, these light emitting devices are used by changing input power and current density. In the prior art, if the current density is changed to adjust the output of the light emitting device, the balance of light emission is lost and color tone deviation occurs, reducing the quality of the light source. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
[0065]
First, referring to FIG.
[0066]
By increasing the input current, the light emitting element shifts the peak wavelength of the emission spectrum of the light emitting element to the short wavelength side. This is because when the input current is increased, the current density increases and the energy level increases. This is due to factors such as an increased band gap. The amplitude of fluctuation between the peak wavelength of the emission spectrum when the current density to the light emitting element is small and the peak wavelength of the emission spectrum when the input current is increased is, for example, from 20 mA to 100 mA in this embodiment. When the current is increased, it is about 10 nm.
[0067]
This will be described with reference to FIGS.
[0068]
For example, a YAG phosphor is used as the first phosphor. The YAG phosphor of the phosphor 3 has an excitation spectrum peak wavelength of about 448 nm. When the emission intensity at the peak wavelength of 448 nm of this excitation spectrum is 100, the emission intensity at 460 nm is 95. Therefore, the emission intensity is higher when the YAG phosphor is excited at 448 nm than when the YAG phosphor is excited at 460 nm. From this, the relationship between the light emitting element and the first phosphor will be outlined. Immediately after supplying current to the light emitting element, a light emitting element having a light emission peak wavelength of 460 nm is selected. This light emitting element emits blue light. The YAG phosphor excited by the blue light of the light emitting element emits green light of about 530 nm. Next, the input current of the light emitting element is increased and a current of 100 mA is input. As a result, the light emission output of the semiconductor element increases, and the light emitting element and the ambient temperature increase accordingly. In addition, the emission peak wavelength of the light emitting element shifts from 460 nm to 450 nm. At this time, the YAG-based phosphor has higher emission intensity when the peak wavelength of the excitation spectrum is 450 nm than 460 nm. For this reason, the YAG phosphor exhibits relatively high emission luminance when the excitation light is 450 nm rather than 460 nm. Moreover, the luminous efficiency of blue light is lower at 450 nm than at 460 nm. Therefore, since the luminance of the blue light of the light emitting element and the green light of the YAG phosphor increases, the relative intensity of the green light with respect to the blue light increases. Therefore, the color tone of the light emitting device slightly shifts to the green light side in the straight line connecting the blue light and the green light. On the other hand, since the phosphor decreases in luminance due to an increase in ambient temperature, the relative intensity of green light to blue light becomes weak. Therefore, the color tone of the light emitting device slightly shifts to the blue light side in the straight line connecting the blue light and the green light.
Color balance is suppressed by these balances.
[0069]
This will be described with reference to FIGS.
[0070]
For example, a nitride-based phosphor is used as the second phosphor. The nitride phosphor of phosphor 5 has an excitation spectrum peak wavelength of about 450 nm between 350 nm and 500 nm. When the emission intensity at a peak wavelength of 450 nm of this excitation spectrum is 100, the emission intensity at 460 nm is 95. Therefore, the emission intensity is higher when the YAG phosphor is excited at 450 nm than when the nitride phosphor is excited at 460 nm. From this, the relationship between the light emitting element and the second phosphor will be outlined. When the input current density to the light emitting element is low, a light emitting element having a light emission peak wavelength of 460 nm is selected. This light emitting element is the same as that used when exciting the first phosphor. This light emitting element emits blue light. The nitride phosphor excited by the blue light of the light emitting element emits red light of about 637 nm. Next, the input current of the light emitting element is increased and a current of 100 mA is input. As a result, the light emission output of the semiconductor element increases, and the light emitting element and the ambient temperature increase accordingly. In addition, the emission peak wavelength of the light emitting element shifts from 460 nm to 450 nm. At this time, the nitride-based phosphor has a relatively high emission intensity when the peak wavelength of the excitation spectrum is 450 nm rather than 460 nm. Therefore, the nitride-based phosphor exhibits higher light emission luminance when the excitation light is 450 nm than at 460 nm. Moreover, the luminous efficiency of blue light is lower at 450 nm than at 460 nm. Therefore, the blue light of the light emitting element and the red light of the nitride-based phosphor have high brightness of the red light, so that the relative intensity of the red light with respect to the blue light is increased. Therefore, the color tone of the light emitting device slightly shifts to the red light side in the straight line connecting the blue light and the red light. On the other hand, since the phosphor decreases in luminance due to an increase in ambient temperature, the relative intensity of green light to blue light becomes weak. Therefore, the color tone of the light emitting device slightly shifts to the blue light side in the straight line connecting the blue light and the red light. Color balance is suppressed by these balances.
[0071]
The relationship between the first phosphor and the second phosphor will be outlined. The nitride-based phosphor absorbs not only light from the light-emitting element but also light near the peak wavelength (about 530 nm) of the emission spectrum of the YAG-based phosphor, and is excited.
[0072]
Further, the interrelationship between the aforementioned light emitting element and the first phosphor and the second phosphor will be described in detail. Heat is generated by supplying current to the light emitting element. Increasing the input current to the light emitting element increases the amount of heat generation. Most of the heat generated in the light emitting element is accumulated in the coating member and the phosphor. Thereby, ambient temperature rises and the light emission output of fluorescent substance itself falls. On the other hand, by increasing the input current to the light emitting element, the peak wavelength of the emission spectrum of the light emitting element shifts to the short wavelength side as described above, and the emission intensity of the first phosphor increases. By these interactions, the first phosphor can maintain the color tone and the light emission output with almost no change. Also, the second phosphor can maintain the color tone and the light emission output with almost no change, like the first phosphor.
[0073]
The color tone of the light emitting device is determined by the interaction of light emission of the light emitting element, the first phosphor, and the second phosphor. That is, in the light emitting element, the peak wavelength of the emission spectrum shifts to the short wavelength side as the input current increases. Along with this, the emission intensity of the first phosphor and the second phosphor excited by the light emitting element increases. On the other hand, as the input current to the light emitting element increases, the light emitting element generates heat. Due to this heat generation, heat is accumulated in the first phosphor, the second phosphor, the coating member, and the like. Due to this heat storage, the light emission output of these phosphors decreases. Therefore, even when the input current to the light emitting element is increased, the color tone shift of the light emitting device can be suppressed. By selecting the first phosphor and the second phosphor, even when the color tone shift occurs in the light emitting device, it is possible to hardly feel the color shift visually. Considering the interaction between the light emitting element, the first phosphor, and the second phosphor, the color tone of the light emitting device shifts in the direction in which the color tone x increases and the color tone y also increases. The direction in which the color tone shifts varies along the locus of black body radiation. The color misregistration along the locus of black body radiation is less sensitive to human color perception than the color misalignment in the direction perpendicular to the locus of black body radiation. In addition, due to the interaction (self-absorption, etc.) between the first phosphor and the second phosphor, the width of the color shift is narrow. Therefore, the present invention can provide a light-emitting device that prevents color shift. INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is particularly effective in light-emitting devices that are easily affected by heat, for example, power-driven semiconductor light-emitting devices with large DC drive and input power, light-emitting devices that are difficult to dissipate and store heat easily, and driving environments .
[0074]
It is also possible to use a phosphor whose excitation spectrum hardly changes within a range in which the light emitting element shifts to the short wavelength side due to an increase in input power. For example, when the nitride-based phosphor of the phosphor 5 of the example is used, the excitation spectrum hardly changes from 420 nm to 450 nm, but the effect is exhibited by the combination with YAG having the characteristics of the present invention. In addition, the present invention provides the light emitting device of the present invention even when a phosphor other than the above having the characteristics of the temperature characteristics of the phosphor and having the characteristics of the excitation spectrum and the light emitting element is used. it can.
[0075]
In addition, the position of the excitation spectrum and the peak wavelength of the light emitting element can be adjusted in consideration of the thermal resistance value and heat dissipation characteristics of the light emitting device, the junction temperature of the light emitting element, and the like.
[0076]
The relationship between the color name and the chromaticity coordinates in the specification is based on the JIS standard (JIS Z8110).
[0077]
The particle size is F. S. S. S. No. (Fisher Sub Sieve Sizer's No.) Value by air permeation method.
[0078]
[LED chip 102]
The light emitting element used in the present invention is the LED chip 102. When a light emitting device that emits light having a wavelength converted by exciting the phosphor by combining the phosphor and the light emitting element, an LED chip that emits light having a wavelength that can excite the phosphor is used. In the LED chip 102, a semiconductor such as GaAs, InP, GaAlAs, InGaAlP, InN, AlN, GaN, InGaN, AlGaN, or InGaAlN is formed as a light emitting layer on a substrate by MOCVD or the like. Examples of the semiconductor structure include a homostructure having a MIS junction, a PIN junction, a PN junction, etc., a heterostructure, or a double heterostructure. Various emission wavelengths can be selected depending on the material of the semiconductor layer and the degree of mixed crystal. In addition, a single quantum well structure or a multiple quantum well structure in which the semiconductor active layer is formed in a thin film in which a quantum effect is generated can be used. Preferably, a nitride compound semiconductor (general formula In) capable of efficiently emitting a relatively short wavelength capable of efficiently exciting the phosphor.iGajAlkN, where 0 ≦ i, 0 ≦ j, 0 ≦ k, i + j + k = 1).
[0079]
When a gallium nitride compound semiconductor is used, a material such as sapphire, spinel, SiC, Si, ZnO, or GaN is preferably used for the semiconductor substrate. In order to form gallium nitride with good crystallinity, it is more preferable to use a sapphire substrate. When a semiconductor film is grown on a sapphire substrate, it is preferable to form a gallium nitride semiconductor having a PN junction on a buffer layer made of GaN, AlN or the like. In addition, SiO on the sapphire substrate2A GaN single crystal itself selectively grown using as a mask can also be used as a substrate. In this case, after forming each semiconductor layer, SiO2It is also possible to separate the light emitting element and the sapphire substrate by etching away. Gallium nitride-based compound semiconductors exhibit N-type conductivity without being doped with impurities. When forming a desired N-type gallium nitride semiconductor such as improving luminous efficiency, Si, Ge, Se, Te, C, etc. are preferably introduced as appropriate as N-type dopants. On the other hand, when a P-type gallium nitride semiconductor is formed, a P-type dopant such as Zn, Mg, Be, Ca, Sr, or Ba is doped.
[0080]
Since a gallium nitride compound semiconductor is difficult to become P-type only by doping with a P-type dopant, it is preferable to make it P-type by annealing by heating in a furnace, low-speed electron beam irradiation, plasma irradiation, etc. after introducing the P-type dopant. . Specific examples of the layer structure of the light-emitting element include an N-type contact layer, which is a gallium nitride semiconductor, and an aluminum nitride / gallium semiconductor on a sapphire substrate or silicon carbide having a buffer layer in which gallium nitride, aluminum nitride, or the like is formed at a low temperature. An N-type cladding layer, an active layer that is an indium gallium nitride semiconductor doped with Zn and Si, a P-type cladding layer that is an aluminum nitride-gallium semiconductor, and a P-type contact layer that is a gallium nitride semiconductor Are preferable. In order to form the LED chip 102, in the case of the LED chip 102 having a sapphire substrate, an exposed surface of a P-type semiconductor and an N-type semiconductor is formed by etching or the like, and then a sputtering method or a vacuum evaporation method is performed on the semiconductor layer. Each electrode is formed in a desired shape. In the case of a SiC substrate, a pair of electrodes can be formed using the conductivity of the substrate itself.
[0081]
Next, the formed semiconductor wafer or the like is directly fully cut by a dicing saw with a blade having a diamond cutting edge, or a groove having a width wider than the cutting edge width is cut (half cut), and then the semiconductor is applied by an external force. Break the wafer. Alternatively, after a very thin scribe line (meridian) is drawn on the semiconductor wafer by, for example, a grid shape by a scriber in which the diamond needle at the tip moves reciprocally linearly, the wafer is divided by an external force and cut into chips. In this way, the LED chip 102 which is a nitride compound semiconductor can be formed.
[0082]
In the light emitting device of the present invention that excites the phosphor to emit light, the main emission wavelength of the LED chip 102 is preferably 350 nm or more and 530 nm or less in consideration of the complementary color with the phosphor and the like.
[0083]
[Conductive wire 103]
The conductive wire 103 is required to have good ohmic properties with the electrodes of the LED chip 102, mechanical connectivity, electrical conductivity and thermal conductivity. The thermal conductivity is 0.01 cal / (s) (cm2) (° C./cm) or more, more preferably 0.5 cal / (s) (cm2) (° C./cm) or more. In consideration of workability and the like, the diameter of the conductive wire is preferably Φ10 μm or more and Φ45 μm or less. In particular, the conductive wire is likely to break at the interface between the coating portion containing the phosphor and the mold member not containing the phosphor. Even if the same material is used, it is considered that wire breakage easily occurs because the substantial amount of thermal expansion differs depending on the phosphor. Therefore, the diameter of the conductive wire is more preferably 25 μm or more, and more preferably 35 μm or less from the viewpoint of light emission area and ease of handling.
[0084]
Specific examples of such conductive wires include conductive wires using metals such as gold, copper, platinum, and aluminum, and alloys thereof. Such a conductive wire can easily connect the electrode of each LED chip to the inner lead, the mount lead, and the like by a wire bonding device.
[0085]
[Mount lead 105]
As the mount lead 105, the LED chip 102 is disposed, and it is sufficient that the mount lead 105 has a size sufficient to be stacked by a die bond apparatus or the like. In addition, when a plurality of LED chips are installed and the mount lead is used as a common electrode of the LED chip, sufficient electrical conductivity and connectivity with a bonding wire or the like are required. Further, when the LED chip is arranged in the cup on the mount lead and the phosphor is filled inside, it is possible to prevent the pseudo lighting by the light from another light emitting diode arranged in the vicinity. .
[0086]
The LED chip 102 and the mount lead 105 can be bonded to each other with a thermosetting resin or the like. Specifically, an epoxy resin, an acrylic resin, an imide resin, etc. are mentioned. In addition, Ag paste, carbon paste, metal bumps, or the like can be used for bonding and electrical connection with the mount lead using a face-down LED chip or the like. Further, in order to improve the light utilization efficiency of the light emitting diode, the surface of the mount lead on which the LED chip is arranged may be a mirror surface, and the surface may have a reflection function. In this case, the surface roughness is preferably 0.1 S or more and 0.8 S or less. The specific electric resistance of the mount lead is preferably 300 μΩ-cm or less, more preferably 3 μΩ-cm or less. In addition, when a plurality of LED chips are stacked on the mount lead, the heat generation from the LED chip increases, so that the thermal conductivity is required to be good. Specifically, 0.01 cal / (s) (cm2) (° C./cm) or more, preferably 0.5 cal / (s) (cm2) (° C./cm) or more. Examples of materials that satisfy these conditions include iron, copper, iron-containing copper, tin-containing copper, and ceramic with a metallized pattern.
[0087]
[Inner lead 106]
The inner lead 106 is intended to connect the conductive wire 103 connected to the LED chip 102 disposed on the mount lead 105. When a plurality of LED chips are provided on the mount lead, it is necessary to be able to arrange the conductive wires so that they are not in contact with each other. Specifically, as the distance from the mount lead increases, the area of the end surface of the inner lead that is wire-bonded increases to prevent contact of the conductive wire that is connected to the inner lead that is further away from the mount lead. it can. The roughness of the connecting end surface with the conductive wire is preferably 1.6 S or more and 10 S or less in consideration of adhesion. In order to form the tip of the inner lead in various shapes, the shape of the lead frame may be determined in advance by the mold, and it may be punched or formed, or after all the inner leads are formed, the upper part of the inner lead You may form by shaving a part of. Furthermore, after punching and forming the inner lead, it is possible to simultaneously form the desired end face area and end face height by applying pressure from the end face direction.
[0088]
The inner lead is required to have good connectivity and electrical conductivity with a bonding wire or the like that is a conductive wire. The specific electric resistance is preferably 300 μΩ-cm or less, more preferably 3 μΩ-cm or less. Examples of materials that satisfy these conditions include iron, copper, iron-containing copper, tin-containing copper and copper, gold, silver plated aluminum, iron, copper, and the like.
[0089]
[Coating part 101]
The coating portion 101 used in the present invention is provided on the cup of the mount lead separately from the mold member 104, and contains a phosphor that converts the light emission of the LED chip. As a specific material for the coating portion, a transparent resin having excellent weather resistance such as epoxy resin, urea resin, and silicone, and a light-transmitting inorganic material such as silica sol and glass having excellent light resistance are preferably used. Here, in particular, the coating portion using silicon oxide or aluminum oxide as a specific material is filled with a solution containing a phosphor in a metal alkoxide such as ethyl silicate or aluminum alcoholate, and then sintered and dried. Is formed. Moreover, you may contain a diffusing agent with fluorescent substance. As a specific diffusing agent, barium titanate, titanium oxide, aluminum oxide, silicon oxide, silicon dioxide or the like is preferably used.
[0090]
[Mold member 104]
The mold member 104 can be provided in order to protect the LED chip 102, the conductive wire 103, the coating portion 101 containing the phosphor, and the like from the outside according to the use application of the light emitting diode. In general, the mold member can be formed using a resin. Moreover, although a viewing angle can be increased by containing a fluorescent substance, the directivity from the LED chip 102 can be relaxed and the viewing angle can be further increased by adding a diffusing agent to the resin mold. Furthermore, by forming the mold member 104 in a desired shape, it is possible to have a lens effect that focuses or diffuses light emitted from the LED chip. Accordingly, a plurality of mold members 104 may be stacked. Specifically, a convex lens shape, a concave lens shape, an elliptical shape as viewed from the light emission observation surface, or a combination of them. As a specific material of the mold member 104, a transparent resin or glass having excellent weather resistance such as an epoxy resin, a urea resin, or a silicone resin is preferably used. As the diffusing agent, barium titanate, titanium oxide, aluminum oxide, silicon oxide, silicon dioxide, or the like is preferably used. Furthermore, in addition to the diffusing agent, a phosphor can also be contained in the mold member. Therefore, the phosphor may be contained in the mold member or may be contained in other coating portions. Alternatively, the coating portion may be formed using a resin containing a phosphor, and a different member obtained by replacing the mold member with glass or the like. In this case, a light-emitting device with high productivity and less influence of moisture or the like can be obtained. Further, in consideration of the refractive index, the mold member and the coating portion may be formed using the same member. In the present invention, adding a diffusing agent or a coloring agent to the mold member can hide the coloring of the phosphor viewed from the light emission observation surface side. In addition, the coloring of the phosphor means that the phosphor of the present invention emits light by absorbing the blue component of the strong external light. Therefore, it seems to be colored yellow. In particular, depending on the shape of the mold member such as a convex lens shape, the colored portion may appear enlarged. Such coloring may be undesirable in terms of design. The diffusing agent contained in the mold member can make the mold member invisible white by coloring the mold member milky white and the colorant in a desired color. Therefore, the color of the phosphor is not observed from such a light emission observation surface side.
[0091]
Moreover, when the main light emission wavelength of the light emitted from the LED chip is 430 nm or more, it is more preferable in terms of weather resistance to contain an ultraviolet absorber as a light stabilizer in the mold member.
[0092]
【Example】
Hereinafter, examples according to the present invention will be described in detail with reference to comparative examples. Needless to say, the present invention is not limited to the following examples.
[0093]
Example 1
As shown in FIG. 1, the light emitting diode 100 formed in Comparative Examples 1 to 5 is a lead type light emitting diode including a mount lead 105 and an inner lead 106. After the LED chip 102 is placed on the cup part and the coating part 101 containing phosphors combined as shown in Table 2 below is filled in the cup part so as to cover the LED chip 102, the resin is formed by the mold member 104. Molded and configured. Here, the n-side electrode and the p-side electrode of the LED chip 102 are connected to the mount lead 105 and the inner lead 106 using the wire 103, respectively.
[0094]
FIG. 3 shows the excitation absorption spectrum of the YAG phosphor used in this example. FIG. 4 shows the emission spectrum of the YAG phosphor used in this example. In this example, as YAG phosphors having different compositions, (Y0.8Gd0.2)3Al5O12: Ce (hereinafter referred to as “phosphor 1”), Y3Al5O12: Ce (hereinafter referred to as “phosphor 2”), and Y3(Al0.8Ga0.2)5O1 2: Ce (hereinafter referred to as “phosphor 3”) was used. These phosphors are phosphors that absorb and excite blue light from the LED chip and emit yellow to green light.
[0095]
FIG. 5 shows the excitation absorption spectrum of the nitride phosphor used in this example. FIG. 6 shows an emission spectrum of the nitride phosphor used in this example. In this example, as nitride phosphors having different compositions, (Ca0.985Eu0.015)2Si5N8(Hereinafter referred to as “phosphor 4”), and (Sr0.679Ca0.291Eu0.03)2Si5N8(Hereinafter referred to as “phosphor 5”) was used. These phosphors are phosphors that absorb and excite blue light from the LED chip and emit red light. The composition of the phosphor and the peak wavelength of the emission spectrum are shown below.
[0096]
[Table 1]
Figure 0004656816
First, after forming a light emitting diode by using phosphors 1 to 5 one by one, a 20 mA pulse current is applied to raise the ambient temperature under conditions where the heat generation of the LED chip itself can be ignored, The light emission output of the light emitting diode with respect to temperature was measured. Next, with respect to each of the phosphors 1 to 5, the relative output of LED light emission based on 25 ° C. was obtained, and the ambient temperature-relative light output characteristics are shown in FIGS. 10 to 14. FIG. 10 is a diagram showing the ambient temperature-relative light output characteristics of the phosphor 1 in one embodiment of the present invention. FIG. 11 is a diagram showing the ambient temperature-relative light output characteristics of the phosphor 2 in one embodiment of the present invention. FIG. 12 is a diagram showing the ambient temperature-relative light output characteristics of the phosphor 3 in one embodiment of the present invention. FIG. 13 is a diagram showing the ambient temperature-relative light output characteristics of the phosphor 4 in one embodiment of the present invention. FIG. 14 is a diagram showing the ambient temperature-relative light output characteristics of the phosphor 5 in one embodiment of the present invention. 10 to 14 are all conditions of If = 20 mA, f = 200 Hz, and Duty = 1%. Further, when the ambient temperature of the light emitting diode is changed by 1 ° C., the LED light emission relative output reduction rate is obtained for each phosphor, and the light emission output reduction rate with respect to the temperature rise of the first phosphor and the second phosphor is as follows. It shows in Table 2.
[0097]
[Table 2]
Figure 0004656816
The LED chip 102 used for exciting the phosphor in this embodiment is a light emitting element in which an InGaAlN compound semiconductor is formed as a light emitting layer, and the peak wavelength of the emission spectrum is 460 nm. The current density is 3 to 300 A / cm.2The chromaticity coordinates are shifted to the low color temperature side along the black body radiation locus. FIG. 2 is a diagram showing current characteristics of the emission spectrum when the current flowing through the LED chip 102 is changed. FIG. 2 shows the current-relative emission spectral characteristics of the phosphor excitation 460 nm LED under the conditions of Ta = 25 ° C., f = 200 Hz, and Duty = 1%. As shown in FIG. 2, in the current characteristics of the emission spectrum, the peak wavelength shifts to the short wavelength side as the input current is increased.
[0098]
Therefore, as shown in FIG. 3, the peak wavelength of the excitation absorption spectrum of the three phosphors 1 to 3 is located at the position where the peak wavelength of the emission spectrum of the LED chip is shifted by the increase of the current input to the LED chip. Make the position almost the same. Here, the difference between the peak wavelength of the excitation absorption spectrum of the phosphors 1 to 3 and the peak wavelength of the emission spectrum of the LED chip is preferably 40 nm or less. By using such a phosphor, the excitation efficiency of the phosphor is improved, and the amount of light emitted from the LED without being wavelength-converted is reduced, thereby preventing the chromaticity deviation of the light emitting device. Can do.
[0099]
Here, when the phosphor 3 is used, the emission spectrum of the phosphor 3 moves to a shorter wavelength side than the emission spectrum of the phosphor 1 as shown in FIG. Therefore, although the chromaticity shift of the light emitting device can be prevented by shifting the peak position of the excitation absorption spectrum of the YAG phosphor, the light emission of the light emitting device deviates from the black body radiation locus. Is added to the mixed color light to adjust the chromaticity coordinates near the black body radiation locus.
[0100]
The compounding ratio of the nitride phosphor to the YAG phosphor is shown in Table 3 below.
[0101]
[Table 3]
Figure 0004656816
Table 4 below shows the measurement results of the optical characteristics when the light emitting diodes were formed in Example 1 and Comparative Examples 1 to 3.
[0102]
[Table 4]
Figure 0004656816
As shown in Table 4, the color rendering properties in the case of Example 1 and Comparative Example 3 are both Ra of 85 or more, and the color rendering properties can be improved as compared with other comparative examples. Moreover, FIG. 7 is a figure which shows the change of chromaticity with respect to ambient temperature about Example 1 and Comparative Examples 1-3. FIG. 7 shows the conditions of If = 20 mA, f = 200 Hz, and Duty = 1%. As shown in FIG. 7, the chromaticity changes in the direction of the thick arrow in the figure as the temperature rises in both Example 1 and Comparative Examples 1 to 3.
[0103]
FIG. 8 is a diagram showing a change in chromaticity with respect to a pulse current applied to the LED chip in Example 1 and Comparative Examples 1 to 3. FIG. 8 shows the conditions of Ta = RT (room temperature), f = 200 Hz, and Duty = 1%. In this embodiment, by applying a pulse current of 1 to 100 mA (1, 5, 10, 20, 40, 60, 80, 100 mA) to the LED chip, the white LED is formed under the condition that the heat generation of the LED chip can be ignored. The current characteristics of the LED to which the red component was added were confirmed. As shown in FIG. 8, in the case of Comparative Example 1 to Comparative Example 3, as the input current is increased, the chromaticity is in the high color temperature region so as to move away from the black body radiation locus in the direction of the arrow. Move to. On the other hand, in the case of Example 1, it can be seen that the chromaticity moves to the low chromaticity side in the direction of the arrow so as to substantially follow the black body radiation locus.
[0104]
FIG. 9 is a diagram illustrating a change in chromaticity when DC driving is performed for Example 1 and Comparative Example 1. FIG. FIG. 9 shows the conditions of If = 1 mA, 5 mA, 10 mA, 20 mA, 40 mA, 60 mA, Ta = RT (room temperature), and DC drive. In the case of Comparative Example 1, when the current is increased from 1 mA to 5 mA, 10 mA, 20 mA, 40 mA, and 60 mA, the chromaticity at each current value increases from the black body radiation locus to the direction of the arrow. Move to the side. On the other hand, in the case of the first embodiment, the change in the chromaticity of light due to the color mixture is within the range of the X coordinate from 0.326 to 0.333 and the Y coordinate from 0.343 to 0.348 on the chromaticity diagram. is there. That is, in the case of Example 1, the chromaticity of the light due to the color mixture moves at a position substantially along the black body radiation locus even when the current is increased, and the chromaticity hardly changes. As described above, the change in chromaticity hardly occurs in the case of Example 1 because the change in chromaticity toward the high chromaticity along the black body radiation locus as shown in FIG. 7 as the ambient temperature-chromaticity characteristic. And the change in chromaticity toward the low chromaticity side along the black body radiation locus as shown in FIG. 8 as the input current-chromaticity characteristics cancel each other.
[0105]
In the configuration of Example 1, the emission output decrease rate with respect to the ambient temperature of the phosphors to be combined is 2.0 × 10.-3[A. u. / ° C.] and smaller than the phosphors of the other examples, and the difference in the light output reduction rate is 2.0 × 10-4[A. u. / ° C.] and a smaller combination than the other examples. That is, the light emission output reduction rate with respect to the temperature rise of the phosphor 3 and the phosphor 5 is substantially equal. With this configuration, even if the light emission outputs of the phosphor 3 and the phosphor 5 are reduced due to an increase in ambient temperature due to heat generation of the light emitting element, the light emission output difference between the phosphor 3 and the phosphor 5 is different. Are kept almost the same without being affected by the ambient temperature. That is, by employing the structure of the present invention, the color rendering property is improved regardless of a change in the ambient temperature of the light-emitting device, in particular, the ambient temperature of the light-emitting device due to a change in current, and a light-emitting device in which chromaticity deviation hardly occurs. It is possible. In addition, when the light emitting device according to the present invention and a light guide plate that guides the light emitted from the light emitting device to the light emission observation surface side are combined to form a backlight light source that can be used as a constituent member of a liquid crystal display, It is possible to improve a color rendering property regardless of a change and to provide a backlight light source that hardly causes chromaticity deviation.
[0106]
(Examples 2 and 3)
In this embodiment, a YAG phosphor and a nitride phosphor are combined to form a light emitting device capable of emitting warm light, that is, light in a so-called light bulb color region (color temperature 2500K to 3800K). The composition formula, emission peak wavelength λp [nm], and color tone of the YAG phosphors (phosphors 6, 7) and nitride phosphors (phosphors 8, 9) used in this example are shown in Table 5 below. As shown in
[0107]
[Table 5]
Figure 0004656816
Further, the emission output decrease rate of each phosphor measured in the same manner as in Example 1 [a. u. / ° C.] is as shown in Table 6 below.
[0108]
[Table 6]
Figure 0004656816
In this example, resin, phosphor 7, phosphor 8, and phosphor 9 were combined in the weight ratios shown in Table 7 below to form a light emitting device in the same manner as in Example 1, and the light bulb color was changed. Enable to emit light.
[0109]
[Table 7]
Figure 0004656816
The measurement results of the optical characteristics of the light emitting devices formed in Example 2 and Example 3 are shown in Table 8 below.
[0110]
[Table 8]
Figure 0004656816
FIG. 19 is a diagram illustrating a change in chromaticity when DC driving is performed in the second and third embodiments. FIG. 19 shows the condition of Ta = RT (room temperature). In the case of Comparative Example 4 described below, when the current is increased from 1 mA to 5 mA, 10 mA, 20 mA, 40 mA, and 60 mA, the chromaticity at each current value intersects with the black body radiation locus, resulting in a high color temperature. Move to the side. On the other hand, in the case of Example 2 and Example 3, the chromaticity hardly changes even when the input current is changed. In the configurations of Example 2 and Example 3, the emission output decrease rate with respect to the ambient temperature of the phosphors to be combined is 3.0 × 10.-3[A. u. / ° C.] The following is made smaller than the phosphor 6 of Comparative Example 4. By adopting the structure of the present invention, a light emitting device in which the chromaticity shift hardly occurs and the color rendering property is improved regardless of the ambient temperature of the light emitting element, in particular, the ambient temperature of the phosphor due to the change of current. Is possible.
[0111]
A light emitting device capable of emitting a light bulb color is formed as Comparative Example 4 in the same manner as in Examples 2 and 3 described above using the YAG phosphor 6 shown in Table 5 alone. Here, the weight ratio of the resin and the phosphor in this comparative example is shown in Table 7. The measurement results of the optical characteristics of the light emitting device formed as Comparative Example 4 are shown in Table 8 below together with Examples 2 and 3. Further, FIG. 19 shows a change in chromaticity when DC driving is performed for Comparative Example 4. As shown in FIG. 19, in the light emitting device in this comparative example, when the current is increased from 1 mA to 5 mA, 10 mA, 20 mA, 40 mA, and 60 mA, the chromaticity at each current value crosses the black body radiation locus. Move to the higher color temperature. This is because the emission peak wavelength of the LED chip moves to the short wavelength side as the current increases as shown in FIG. 2, and shifts from the peak wavelength of the excitation absorption spectrum of the phosphor 6 shown in FIG. This is probably because the wavelength conversion efficiency of the phosphor decreases, and the wavelength component of light from the LED chip that is not wavelength-converted by the phosphor increases. On the other hand, the peak wavelength of the excitation absorption spectrum of the phosphor 7 used in Example 2 and Example 3 is shorter than the peak wavelength of the phosphor 6, and the emission peak wavelength of the LED chip is input. Since it exists in the range which moves by the change of an electric current, the wavelength conversion efficiency of fluorescent substance does not fall. Further, in the case of Example 2 and Example 3, a nitride-based phosphor in which the peak wavelength of the excitation absorption spectrum is within a range in which the emission peak wavelength of the LED chip moves due to a change in input current is referred to as a YAG-based phosphor. Light emitting device capable of emitting light bulb color with almost no chromaticity deviation and improved color rendering regardless of the ambient temperature of the light emitting element due to the change of current, that is, the change of the ambient temperature of the phosphor. It can be.
[0112]
(Example 4)
In the present invention, in addition to the YAG phosphors shown in Tables 1 and 5, the composition formula is Y2.965Ce0.035Al5O12With reference to the phosphor represented by the formula, the phosphor is obtained by substituting Al for Ga or Y for Gd. That is, for substitution with Ga, the general formula Y2.965Ce0.035(Al1-XGaX)5O12In the above, a phosphor substituted in the range of 0 <X ≦ 0.8 is arbitrarily formed.1-YGdY)2.965Ce0.035Al5O12Then, a phosphor substituted in the range of 0 <X ≦ 0.9 is arbitrarily formed. In addition, the general formula Y3-ZCeZAl5O12, A phosphor is arbitrarily formed in the range of 0.015 ≦ Z ≦ 0.600.
[0113]
Similar to the above-described embodiment, a light emitting device capable of improving a color rendering property and emitting a desired color tone with almost no chromaticity deviation by appropriately combining the phosphor and the nitride phosphor in the present embodiment. can do.
[0114]
【The invention's effect】
According to the present invention, the chromaticity shift can be reduced and the color rendering can be improved by changing the ambient temperature of the light emitting element, in particular, the ambient temperature of the phosphor due to the change of the input current of the light emitting device. A light emitting device can be formed.
[0115]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a light emitting diode according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing an emission spectrum characteristic of an LED chip in an example of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing an excitation absorption spectrum of a YAG phosphor in one example of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing an emission spectrum of a YAG phosphor in one example of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing an excitation absorption spectrum of a nitride-based phosphor in one example of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing an emission spectrum of a nitride-based phosphor in one example of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing ambient temperature-chromaticity characteristics (measurement by pulse driving) in one embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing current-chromaticity characteristics (measurement by pulse driving) in one embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing current-chromaticity characteristics (measurement by DC driving) in one embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram showing the ambient temperature-relative light output characteristics of the phosphor 1 in one embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a diagram showing ambient temperature-relative light output characteristics of the phosphor 2 in one embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing the ambient temperature-relative light output characteristics of the phosphor 3 in one embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a diagram showing the ambient temperature-relative light output characteristics of the phosphor 4 in one embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a diagram showing the ambient temperature-relative light output characteristics of the phosphor 5 in one embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a diagram showing an excitation absorption spectrum of a YAG phosphor in an example of the present invention.
FIG. 16 is a view showing an emission spectrum of a YAG phosphor in one example of the present invention.
FIG. 17 is a diagram showing an excitation absorption spectrum of a nitride-based phosphor in an example of the present invention.
FIG. 18 is a diagram showing an emission spectrum of a nitride-based phosphor in one example of the present invention.
FIG. 19 is a diagram showing current-chromaticity characteristics (measurement by DC driving) in an example of the present invention.
FIG. 20 is a diagram showing an emission spectrum when the YAG phosphors of phosphors 10 to 13 are excited at EX = 460 nm.
FIG. 21 is a view showing a reflection spectrum of YAG phosphors of phosphors 10 to 13;
FIG. 22 is a diagram showing excitation spectra of YAG phosphors of phosphors 10 to 13;
FIG. 23 is a diagram showing an emission spectrum when the YAG phosphors of the phosphor 14 and the phosphor 15 are excited at EX = 460 nm.
FIG. 24 is a diagram showing an excitation spectrum of a YAG phosphor of phosphor 14.
FIG. 25 is a diagram showing an excitation spectrum of a YAG phosphor of phosphor 15.
[Explanation of symbols]
100: Light emitting diode
101 ... Coating part
102 ... LED chip
103 ... Wire
104 ... Mold member
105 ... Mount lead
106 ... Inner lead

Claims (9)

発光素子と、該発光素子からの光の少なくとも一部を吸収して異なる波長の光を発する第1の蛍光体と、該発光素子からの光の少なくとも一部を吸収して異なる波長の光を発する第2の蛍光体と、を有する発光装置であって、
前記第2の蛍光体が持つ発光ピーク波長は、前記第1の蛍光体が持つ発光ピーク波長よりも長波長側にあり、
前記発光素子が持つ発光スペクトルのピーク波長が、前記第1の蛍光体が持つ励起スペクトルのピーク波長、及び、前記第2の蛍光体が持つ励起スペクトルのピーク波長よりも長波長側にあり、
前記発光素子は、電流密度が増加するにしたがって、前記発光素子が持つ発光スペクトルのピーク波長が短波長側に移行されるものであって、
前記第1の蛍光体は、前記発光素子の電流密度を変化させたときに生じる波長変化の範囲において、該波長変化の範囲の短波長側が長波長側よりも励起効率が高く、
前記第2の蛍光体は、前記発光素子の電流密度を変化させたときに生じる波長変化の範囲において、該波長変化の範囲の短波長側が長波長側よりも励起効率が高く、
前記発光素子の電流密度を増加させたとき、前記発光装置から放出される光は、黒体放射軌跡に沿うように色度変化することを特徴とする発光装置。
A light emitting element, a first phosphor that emits light of a different wavelength by absorbing at least part of light from the light emitting element, and light of different wavelength by absorbing at least part of the light from the light emitting element. A second phosphor that emits light,
The emission peak wavelength of the second phosphor is on the longer wavelength side than the emission peak wavelength of the first phosphor,
The peak wavelength of the emission spectrum of the light emitting element is on the longer wavelength side than the peak wavelength of the excitation spectrum of the first phosphor and the excitation spectrum of the second phosphor,
The light emitting element, as the current density increases, the peak wavelength of the emission spectrum of the light emitting element is shifted to the short wavelength side,
The first phosphor has higher excitation efficiency on the short wavelength side than on the long wavelength side in the wavelength change range that occurs when the current density of the light emitting element is changed,
In the second phosphor, in the range of wavelength change that occurs when the current density of the light emitting element is changed, the short wavelength side of the wavelength change range has higher excitation efficiency than the long wavelength side,
When the current density of the light emitting element is increased, light emitted from the light emitting device changes in chromaticity so as to follow a black body radiation locus .
前記第1の蛍光体及び前記第2の蛍光体は、その第1の蛍光体及び第2の蛍光体の周囲温度の変化に伴う発光出力低下率がほぼ等しいことを特徴とする請求項1に記載の発光装置。The first phosphor and the second phosphor, to claim 1 where the light output reduction rate due to the change in the ambient temperature of the first phosphor and the second phosphor is characterized in that approximately equal The light emitting device described. 前記第1の蛍光体及び第2の蛍光体の周囲温度の変化は、前記発光素子への投入電流の変化によるものであることを特徴とする請求項2に記載の発光装置。The light emitting device according to claim 2 , wherein a change in ambient temperature of the first phosphor and the second phosphor is due to a change in input current to the light emitting element. 前記発光素子は、発光スペクトルのピーク波長が350nmから530nmであることを特徴とする請求項1乃至3のうちのいずれか1つに記載の発光装置。The light emitting device according to any one of claims 1 to 3 , wherein the light emitting element has a peak wavelength of an emission spectrum of 350 nm to 530 nm. 前記第1の蛍光体は、前記発光素子の電流密度を変化させたときに生じる波長変化の範囲において、該波長変化の範囲の短波長側に、第1の蛍光体の持つ励起スペクトルのピーク波長を持つことを特徴とする請求項1乃至4のうちのいずれか1つに記載の発光装置。The first phosphor has a peak wavelength of an excitation spectrum of the first phosphor on the short wavelength side of the wavelength change range in a wavelength change range that occurs when the current density of the light emitting element is changed. The light emitting device according to claim 1, wherein 前記第1の蛍光体は、YとAlを含み、かつLu、Sc、La、Gd、Tb、Eu及びSmから選択された少なくとも一種の元素と、Ga及びInから選択された一種の元素とを含み、希土類元素から選択された少なくとも一種の元素で付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体を含むことを特徴とする請求項1乃至5のうちのいずれか1つに記載の発光装置。The first phosphor includes Y and Al, and includes at least one element selected from Lu, Sc, La, Gd, Tb, Eu, and Sm, and one element selected from Ga and In. The light emitting device according to claim 1 , further comprising an yttrium / aluminum / garnet phosphor activated by at least one element selected from rare earth elements. 前記第1の蛍光体が持つ励起スペクトルのピーク波長と、前記発光素子が持つ発光スペクトルのピーク波長との差が、40nm以下であることを特徴とする請求項1乃至6のうちのいずれか1つに記載の発光装置。The peak wavelength of excitation spectrum which the first phosphor has the difference between the peak wavelength of the emission spectrum of the light emitting device has found any one of claims 1 to 6, characterized in that at 40nm or less The light-emitting device as described in one. 前記第2の蛍光体は、Nを含み、かつBe、Mg、Ca、Sr、Ba、及びZnから選択された少なくとも一種の元素と、C、Si、Ge、Sn、Ti、Zr、及びHfから選択された少なくとも一種の元素とを含み、希土類元素から選択された少なくとも一種の元素で付活された窒化物系蛍光体を含むことを特徴とする請求項1乃至5のうちのいずれか1つに記載の発光装置。The second phosphor contains N and contains at least one element selected from Be, Mg, Ca, Sr, Ba, and Zn, and C, Si, Ge, Sn, Ti, Zr, and Hf. and at least one element selected, any one of claims 1 to 5, characterized in that it comprises at least one nitride is activated by element phosphor selected from rare earth elements The light emitting device according to 1. 前記発光装置は、液晶ディスプレイのバックライト光源、または照明用光源であることを特徴とする請求項1乃至8のうちのいずれか1つに記載の発光装置。The light emitting device according to any one of claims 1 to 8 , wherein the light emitting device is a backlight light source of a liquid crystal display or a light source for illumination.
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