JP4803439B2

JP4803439B2 - 発光ダイオードおよび波長変換材料

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Publication number: JP4803439B2
Application number: JP2006191853A
Authority: JP
Inventors: 文正黄; 志清張; 祥政謝; ▲斤▼樺何
Original assignee: 隆達電子股▲ふん▼有限公司
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Filing date: 2006-07-12
Publication date: 2011-10-26
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Description

この発明は、発光ダイオードおよびその波長変換材料に関する。より詳細には、本発明は、高輝度な発光ダイオードおよびその波長変換材料に関する。

図１は、従来の発光ダイオード（ＬＥＤ）の概略図である。図１を参照すると、このＬＥＤ１００は、キャリアー１１０と、青色ＬＥＤチップ１２０と、黄色蛍光体カプセル体１３０とを含む。青色ＬＥＤチップ１２０はキャリアー１１０上に配置され、ボンディングワイヤー１４０を介してキャリアー１１０と電気的に接続されており、青色ＬＥＤチップ１２０は青色光を出すのに適している。

黄色蛍光体カプセル体１３０は、青色ＬＥＤチップ１２０の上に直接被せられており、青色光の照明範囲内に位置している。黄色蛍光体カプセル体１３０は、透明材料１３２と黄色蛍光体１３４とを含み、黄色蛍光体１３４が透明材料１３２の中に均一に混合されており、青色ＬＥＤチップ１２０が放射した青色光によって励起され、黄色光を放射するのに適している。ＬＥＤ１００は、その中の青色光と黄色光とが適切に混合されて、白色光源として使用することができる。

図２は、図１の領域Ａの拡大概略図である。図２を参照すると、黄色蛍光体１３４は透明材料１３２と均一に混合されるが、実際には、黄色蛍光体１３４ａ〜１３４ｃに示すように、黄色蛍光体１３４の凝集現象（aggregation phenomenon）がしばしば生じている。このように、黄色蛍光体の一部（例えば１３４ａ）が他の黄色蛍光体（例えば１３４ｂや１３４ｃ）によって遮へいされやすく、青色光によって照射されなくなってしまう。従って、凝集現象は、結果として黄色蛍光体の波長変換効率の悪化を招く。

さらに、従来の技術では、ＬＥＤ１００の中で青色光と黄色光とを均一に混合するために、光不感性および好ましい反射率を備えた散乱体（scatter、散乱剤）や気泡が黄色蛍光体カプセル体１３０の中にドープされ、黄色蛍光体１３４と均一に混合されていた。しかしながら、この処理は光量の一部を消費し、ＬＥＤ１００の輝度を減少させていた。

従って、本発明の目的は、高い波長変換効率を備えた波長変換材料を提供することにある。

本発明の他の目的は、高い輝度を備えたＬＥＤを提供することにある。

本発明によって提供される波長変換材料は、波長変換活性剤と散乱体とを備える。この波長変換材料はさらに、前記波長変換活性剤および前記散乱体を被覆する透明被膜を含み、前記波長変換活性剤および前記散乱体を被覆する前記透明被膜の材料は、例えばＳｉＯ_２である。前記波長変換活性剤は、粒子の形状を有し、波長λ_１の光によって励起され波長λ_２の光を放射するのに適している。前記散乱体は、粒子の形状を有し、前記波長変換活性剤上に配置される。前記散乱体は、その表面に照射された光を散乱させるのに適している。この波長変換材料は、さらに、前記波長変換活性剤と前記散乱体との間に位置する結合化合物を含む。

本発明の実施形態で述べられる波長変換材料によれば、前記波長変換活性剤の材料は、蛍光体（fluorescent material）、リン系材料（phosphorous material）、色素（dyes）、およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選ばれる。前記波長変換活性剤の組成は、例えば、
（Ａ）_２ｘ（Ｂ）_２ｙ（Ｃ）_２ｚ（Ｄ）_{３ｘ＋ｓｙ＋ｔｚ}：（Ｅ）（ただし、０≦ｘ≦１５、０≦ｙ≦９、０≦ｚ≦４で、ｓは成分Ｂの原子価数で、ｔは成分Ｃの原子価数で、Ａは、Ｙ，Ｃｅ，Ｔｂ，Ｇｄ，Ｓｃ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ａｌ，Ｇａ，Ｔｌ，Ｉｎ，Ｂ，Ｌｕ、およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、Ｂは、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｚｎ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ａｇ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、Ｃは、Ｍｏ，Ｗ，Ｐ，Ｖ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、Ｄは、Ｏ，Ｓ，Ｓｅ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、Ｅは、Ｃｅ，Ｅｕ，Ｔｂ，Ｍｎ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択される。）によって表される。

本発明の実施形態で述べられる波長変換材料によれば、前記散乱体の材料は、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３，ＺｎＯ，ＳｉＯ_２，ＴｉＯ_２、あるいは、
（Ａ）_２ｘ’（Ｂ）_２ｙ’（Ｃ）_２ｚ’（Ｄ）_{３ｘ’＋ｓ’ｙ’＋ｔ’ｚ’}：（Ｅ）（ただし、０≦ｘ’≦１５、０≦ｙ’≦９、０≦ｚ’≦４で、ｓ’は成分Ｂの原子価数、ｔ’は成分Ｃの原子価数、ＡはＹ，Ｃｅ，Ｔｂ，Ｇｄ，Ｓｃ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ａｌ，Ｇａ，Ｔｌ，Ｉｎ，Ｂ，Ｌｕ、およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、ＢはＭｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｚｎ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ａｇ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、ＣはＭｏ，Ｗ，Ｐ，Ｖ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、Ｄは、Ｏ，Ｓ，Ｓｅ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、Ｅは、Ｃｅ，Ｅｕ，Ｔｂ，Ｍｎ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択される。）の組成をもった物質の中から選択される。

本発明の実施形態で述べられる波長変換材料によれば、前記散乱体は、波長λ_１の光によって励起されて波長λ_３の光を放射するのに適している。

本発明の実施形態で述べられる波長変換材料によれば、前記散乱体は、波長λ_２の光によって励起されて波長λ_３の光を放射するのに適している。

本発明の実施形態で述べられる波長変換材料によれば、この波長変換材料はさらに、前記波長変換活性剤と前記散乱体との間に位置する結合化合物を含む。さらに、前記結合化合物は波長λ_１の光によって励起され、波長λ_４の光を放射するのに適している。前記結合化合物の材料は、Ｍ_２ｓＴｉ_ｔＯ_{ｓｕ＋２ｔ}，Ｍ_２ｘＡｌ_２ｙＯ_{ｘｚ＋３ｙ}（ただし、ＭはＡｌ，Ｙ，Ｃｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｌｉ，Ｎａ、Ｋ，およびＡｇから選択される。）のいずれかである。

本発明の実施形態で述べられる波長変換材料によれば、前記波長変換活性剤は、コアと、前記コアを被覆する透明被膜とを含む。前記コアは、波長λ_１の光によって励起されて波長λ_２の光を放射するのに適している。前記コアの材料は、蛍光体やリン系材料、色素、およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選ばれる。前記コアの組成は、例えば、（Ａ）_２ｘ（Ｂ）_２ｙ（Ｃ）_２ｚ（Ｄ）_{３ｘ＋ｓｙ＋ｔｚ}：（Ｅ）（ただし、０≦ｘ≦１５、０≦ｙ≦９、０≦ｚ≦４で、ｓは成分Ｂの原子価数、ｔは成分Ｃの原子価数、Ａは、Ｙ，Ｃｅ，Ｔｂ，Ｇｄ，Ｓｃ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ａｌ，Ｇａ，Ｔｌ，Ｉｎ，Ｂ，Ｌｕ、およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、Ｂは、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｚｎ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ａｇ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、Ｃは、Ｍｏ，Ｗ，Ｐ，Ｖ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、Ｄは、Ｏ，Ｓ，Ｓｅ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、Ｅは、Ｃｅ，Ｅｕ，Ｔｂ，Ｍｎ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択される）によって表される。

本発明の実施形態で述べられる波長変換材料によれば、この波長変換材料はさらに透明材料を含み、前記波長変換活性剤および前記散乱体は、前記透明材料の中に分散される。

本発明によって提供されるＬＥＤは、キャリアーと、ＬＥＤチップと、波長変換材料とを備える。ＬＥＤチップは、前記キャリアー上に配置され前記キャリアーと電気的に接続され、ＬＥＤチップは波長λ_１の光を放射するのに適している。前記波長変換材料はＬＥＤチップの周囲に配置され、波長変換活性剤と散乱体とを備える。前記波長変換材料は、さらに、前記波長変換活性剤および前記散乱体を被覆する透明被膜を含み、前記波長変換活性剤および前記散乱体を被覆する前記透明被膜は、例えば、ＳｉＯ_２である。前記波長変換活性剤は、粒子の形状を有し、波長λ_１の光によって励起され波長λ_２の光を放射するのに適している。前記散乱体は、粒子の形状を有し、前記波長変換活性剤上に配置され、その表面に照射された光を散乱させるのに適している。この波長変換材料は、さらに、前記波長変換活性剤と前記散乱体との間に位置する結合化合物を含む。

本発明の実施形態で述べられるＬＥＤによれば、前記波長変換活性剤の材料は、蛍光体、リン系材料、色素、およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選ばれる。前記波長変換活性剤の組成は、例えば、（Ａ）_２ｘ（Ｂ）_２ｙ（Ｃ）_２ｚ（Ｄ）_{３ｘ＋ｓｙ＋ｔｚ}：（Ｅ）（ただし、０≦ｘ≦１５、０≦ｙ≦９、０≦ｚ≦４で、ｓは成分Ｂの原子価数で、ｔは成分Ｃの原子価数で、Ａは、Ｙ，Ｃｅ，Ｔｂ，Ｇｄ，Ｓｃ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ａｌ，Ｇａ，Ｔｌ，Ｉｎ，Ｂ，Ｌｕ、およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、Ｂは、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｚｎ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ａｇ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、Ｃは、Ｍｏ，Ｗ，Ｐ，Ｖ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、Ｄは、Ｏ，Ｓ，Ｓｅ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、Ｅは、Ｃｅ，Ｅｕ，Ｔｂ，Ｍｎ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択される。）によって表される。

本発明の実施形態で述べられるＬＥＤによれば、前記散乱体の材料は、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３，ＺｎＯ，ＳｉＯ_２，ＴｉＯ_２、あるいは、
（Ａ）_２ｘ’（Ｂ）_２ｙ’（Ｃ）_２ｚ’（Ｄ）_{３ｘ’＋ｓ’ｙ’＋ｔ’ｚ’}：（Ｅ）（ただし、０≦ｘ’≦１５、０≦ｙ’≦９、０≦ｚ’≦４で、ｓ’は成分Ｂの原子価数、ｔ’は成分Ｃの原子価数、ＡはＹ，Ｃｅ，Ｔｂ，Ｇｄ，Ｓｃ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ａｌ，Ｇａ，Ｔｌ，Ｉｎ，Ｂ，Ｌｕ、およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、ＢはＭｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｚｎ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ａｇ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、ＣはＭｏ，Ｗ，Ｐ，Ｖ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、Ｄは、Ｏ，Ｓ，Ｓｅ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、Ｅは、Ｃｅ，Ｅｕ，Ｔｂ，Ｍｎ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択される。）の組成をもった物質の中から選択される。

本発明の実施形態で述べられるＬＥＤによれば、前記散乱体は、波長λ_１の光によって励起されて波長λ_３の光を放射するのに適している。

本発明の実施形態で述べられるＬＥＤによれば、前記散乱体は、波長λ_２の光によって励起されて波長λ_３の光を放射するのに適している。

本発明の実施形態で述べられるＬＥＤによれば、このＬＥＤはさらに、結合化合物を備え、前記結合化合物は前記波長変換活性剤と前記散乱体との間に配置される。前記結合化合物は波長λ_１の光によって励起され、波長λ_４の光を放射するのに適している。前記結合化合物の材料は、Ｍ_２ｓＴｉ_ｔＯ_{ｓｕ＋２ｔ}，Ｍ_２ｘＡｌ_２ｙＯ_{ｘｚ＋３ｙ}（ただし、ＭはＡｌ，Ｙ，Ｃｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｌｉ，Ｎａ、Ｋ，およびＡｇから選択される）のいずれかである。

本発明の実施形態で述べられるＬＥＤによれば、前記波長変換活性剤は、コアと、前記コアを被覆する透明被膜とを含む。前記コアは、波長λ_１の光によって励起されて波長λ_２の光を放射するのに適している。前記コアを被覆する前記透明被膜の材料は、例えば、ＳｉＯ_２である。前記コアの材料は、蛍光体やリン系材料、色素、およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選ばれる。前記コアの組成は、例えば、（Ａ） _２ｘ（Ｂ）_２ｙ（Ｃ）_２ｚ（Ｄ）_{３ｘ＋ｓｙ＋ｔｚ}：（Ｅ）（ただし、０≦ｘ≦１５、０≦ｙ≦９、０≦ｚ≦４で、ｓは成分Ｂの原子価数、ｔは成分Ｃの原子価数、Ａは、Ｙ，Ｃｅ，Ｔｂ，Ｇｄ，Ｓｃ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ａｌ，Ｇａ，Ｔｌ，Ｉｎ，Ｂ，Ｌｕ、およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、Ｂは、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｚｎ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ａｇ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、Ｃは、Ｍｏ，Ｗ，Ｐ，Ｖ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、Ｄは、Ｏ，Ｓ，Ｓｅ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、Ｅは、Ｃｅ，Ｅｕ，Ｔｂ，Ｍｎ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択される）によって表される。

さらに、前記コアを被覆する前記透明材料の光屈折率は、光が前記コアを被覆する前記透明被膜から前記透明材料の中に照射されたときに、前記コアを被覆する前記透明被膜と前記透明材料との接合点における全反射やフレネルロスを避けるために、前記コアを被覆する前記透明被膜の光屈折率に近似している。

本発明の実施形態で述べられるＬＥＤによれば、前記波長変換材料はさらに透明材料を含み、前記波長変換活性剤および前記散乱体は、前記透明材料の中に分散される。

波長変換活性剤上の散乱体が、互いに隣接する２つの波長変換活性剤間のギャップを増大させるので、波長変換材料が波長λ_１の光によって照射されている時、波長λ_１の光が波長変換活性剤間のギャップを通って波長変換活性剤を励起させる。従って、それらの波長変換活性剤が十分に励起され、波長λ_２の光を放射する。このようにして、この波長変換材料を備えた発光ダイオードの輝度を向上させることができる。

以下、本発明の上述の事柄および他の目的、特徴、利点をより理解するために、添付の図面を用いて本発明の好ましい実施形態について述べる。

なお、添付の図面は、本発明をより理解するために添付されたもので、本発明に組み込まれて本明細書の一部を構成する。図面は明細書と共に本発明の実施形態を説明しており、本発明の原理を説明する働きをする。

図３は、本発明の基本形態に係る波長変換材料の概略図である。図３を参照すると、この波長変換材料３００は、主に波長変換活性剤３１０と、散乱体（scatter、散乱材）３２０とを含んでいる。波長変換活性剤３１０は、波長λ_１の光によって励起されて波長λ_２（ただし、λ_１≠λ_２）の光を放射するのに適している。波長変換材料３１０の材料は、例えば、蛍光体やリン系材料（phosphorous material）、色素（dyes）、およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選ばれる。特に、波長変換活性剤３１０の組成は、例えば、（Ａ）_２ｘ（Ｂ）_２ｙ（Ｃ）_２ｚ（Ｄ）_{３ｘ＋ｓｙ＋ｔｚ}：（Ｅ）（ただし、０≦ｘ≦１５、０≦ｙ≦９、０≦ｚ≦４で、ｓは成分Ｂの原子価数、ｔは成分Ｃの原子価数、Ａは、Ｙ，Ｃｅ，Ｔｂ，Ｇｄ，Ｓｃ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ａｌ，Ｇａ，Ｔｌ，Ｉｎ，Ｂ，Ｌｕ、およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、Ｂは、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｚｎ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ａｇ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、Ｃは、Ｍｏ，Ｗ，Ｐ，Ｖ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、Ｄは、Ｏ，Ｓ，Ｓｅ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、Ｅは、Ｃｅ，Ｅｕ，Ｔｂ，Ｍｎ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択される。）によって表される。

散乱体３２０の材料は、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３，ＺｎＯ，ＳｉＯ_２，ＴｉＯ_２，および特定波長の光を反射することのできる任意の材料から選択される。散乱体３２０は物理的あるいは化学的に波長変換活性剤３１０と結合し、波長変換活性剤３１０上に配置されている。ここで、散乱体３２０は、特定の波長帯の光を反射する機能のみを備えることもできるが、特定の波長帯の光を反射すると共に同時に別の特定の波長帯の別の光によって励起される機能を備えることもできる。そのような２つの機能を備えた散乱体３２０の材料は、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３，ＺｎＯ，ＳｉＯ_２，ＴｉＯ_２，あるいは
（Ａ）_２ｘ’（Ｂ）_２ｙ’（Ｃ）_２ｚ’（Ｄ）_{３ｘ’＋ｓ’ｙ’＋ｔ’ｚ’}：（Ｅ）
（ただし、０≦ｘ’≦１５、０≦ｙ’≦９、０≦ｚ’≦４で、ｓ’は成分Ｂの原子価数、ｔ’は成分Ｃの原子価数、ＡはＹ，Ｃｅ，Ｔｂ，Ｇｄ，Ｓｃ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ａｌ，Ｇａ，Ｔｌ，Ｉｎ，Ｂ，Ｌｕ、およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、ＢはＭｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｚｎ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ａｇ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、ＣはＭｏ，Ｗ，Ｐ，Ｖ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、Ｄは、Ｏ，Ｓ，Ｓｅ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、Ｅは、Ｃｅ，Ｅｕ，Ｔｂ，Ｍｎ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択される。）の組成をもった物質の中から選択される。ここで、ｘ’とｘ、ｙ’とｙ、ｚ’とｚ、ｓ’とｓ、ｔ’とｔ、のうちの少なくとも一組の数値は異なっていることに注意する。つまり、２つの機能を備えた散乱体３２０の構成要素は、波長変換活性剤３１０の構成要素と同様とすることができるが、それらの組成の比は異なっている。

さらにまた、散乱体３２０は波長λ_１の光によって励起されて波長λ_３の光を放射し、波長λ_２の光を反射する。また、他の基本形態および実施形態においては、散乱体３２０は波長λ_２の光によって励起されて波長λ_３の光を放射し、波長λ_１の光を反射する。明らかに、本発明の他の基本形態および実施形態においては、散乱体３２０の一部は波長λ_１の光によって励起されて波長λ_３の光を放射し、波長λ_２の光を反射するのに適しており、散乱体３２０の他の部分は、波長λ_２の光によって励起されて波長λ_３の光を放射し、波長λ_１の光を反射するのに適している。

散乱体３２０が波長変換活性剤３１０と化学的に結合している場合、結合化合物３３０が散乱体３２０と波長変換活性剤３１０との間に位置している。結合化合物３３０の材料は、例えば、Ｍ_２ｓＴｉ_ｔＯ_{ｓｕ＋２ｔ}，Ｍ_２ｘＡｌ_２ｙＯ_{ｘｚ＋３ｙ}（ただし、ＭはＡｌ，Ｙ，Ｃｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｌｉ，Ｎａ、Ｋ，およびＡｇの中から選択される。）、あるいは散乱体３２０と波長変換活性剤３１０が結合したときに生じるあらゆる化合物である。散乱体３２０はその表面に照射された光を散乱させるのに適している。

ここで、発生する結合化合物３３０の量は結合反応の条件に依存するので、図３に示すように波長変換活性剤３１０の表面の一部を露出させることもあれば、図４に示すように、結合化合物３３０が波長変換活性剤を完全に被覆することもありうる。なお、図４は本発明の基本形態に係る波長変換材料の概略図である。また、本基本形態では、結合化合物３３０は、特定の波長帯の光によって励起されるのに適している。例えば、結合化合物３３０は波長λ_１の光によって励起され、波長λ_４の光を放射することができる。

また、粒子の形状に加えて、波長変換材料３００は、製造工程の間、ゲルの形状を取ることもできる。図５を参照すると、図５は本発明の基本形態に係るゲル状の波長変換材料の概略図である。波長変換材料３００’と波長変換材料３００との違いは、主に、波長変換材料３００’はさらに波長変換活性剤３１０と散乱体３２０とが分散された透明材料３４０を含んでいる、という点にある。

なおさらに、波長変換活性剤は、蛍光体やリン系材料、色素、およびそれらのいずれかの組み合わせに加えて、コアと第１透明被膜を含むことができる。以下に、関係する説明を詳細に述べる。

図６は、本発明の別の基本形態にかかる波長変換材料の概略図である。図６を参照すると、この波長変換材料３０１は、主に波長変換活性剤３１０と散乱体３２０とを含む。この波長変換材料３０１と図３の波長変換材料３００との差異は、この波長変換活性剤が主にコア３１２と第１透明被膜３１４とを含んでいる点にある。コア３１２は、波長λ_１の光によって励起されて波長λ_２（ただし、λ_１≠λ_２）の光を放射するのに適している。

コア３１２の材料は、例えば、蛍光体やリン系材料、色素、およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選ばれる。特に、波長変換活性剤３１０の組成は、例えば、
（Ａ）_２ｘ（Ｂ）_２ｙ（Ｃ）_２ｚ（Ｄ）_{３ｘ＋ｓｙ＋ｔｚ}：（Ｅ）（ただし、０≦ｘ≦１５、０≦ｙ≦９、０≦ｚ≦４で、ｓは成分Ｂの原子価数、ｔは成分Ｃの原子価数、Ａは、Ｙ，Ｃｅ，Ｔｂ，Ｇｄ，Ｓｃ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ａｌ，Ｇａ，Ｔｌ，Ｉｎ，Ｂ，Ｌｕ、およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、Ｂは、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｚｎ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ａｇ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、Ｃは、Ｍｏ，Ｗ，Ｐ，Ｖ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、Ｄは、Ｏ，Ｓ，Ｓｅ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、Ｅは、Ｃｅ，Ｅｕ，Ｔｂ，Ｍｎ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択される。）によって表される。第１透明被膜３１４はコア３１２上に被覆されており、第１透明被膜３１４は、例えばＳｉＯ_２や他の透明材料である。散乱体３２０は物理的あるいは化学的に第１透明被膜３１４と結合している。

明らかに、本基本形態の波長変換材料３０１は、図５に示したような透明材料３４０をさらに含むことができ、その結果波長変換材料３０１は、製造工程の間ゲル状となるが、ここでは再度の説明は省略する。

また、本発明の実施形態においては、波長変換材料は、第１透明被膜に加えて、第２透明被膜を含む。図７を参照すると、図７は本発明の実施形態に係る波長変換材料の概略図である。この波長変換材料３０２と図６の波長変換材料３０１との差異は、主に波長変換材料３０２がさらに第２透明被膜３５０を含んでいる点にあり、第２透明被膜３５０は波長変換活性剤３１０および散乱体３２０上に被覆されている。第２透明被膜３５０は、例えばＳｉＯ_２や他の透明材料である。

もちろん、本実施形態の波長変換材料３０２も、さらに図５に示したような透明材料を含むことができ、その結果、波長変換材料３０２は製造工程の間ゲル状となるが、ここでは再度の説明は省略する。

上記の説明を踏まえて、本発明によれば、上記波長変換材料（例えば、波長変換材料３００，３０１，３０２）は、ＬＥＤや、電界放出素子（ＦＥＤ）、その他の発光装置のような様々な発光装置に適用することができる。以下、一例としてＬＥＤを取り上げ、詳細に説明する。

図８は、本発明の実施形態に係るＬＥＤの概略図である。図８を参照すると、このＬＥＤ５００は、主にキャリアー（ｃａｒｒｉｅｒ、支持体）５１０と、ＬＥＤチップ５２０と、波長変換材料３００’とを備え、ＬＥＤチップ５２０は、例えば青色ＬＥＤチップや、紫外線ＬＥＤチップ、青緑色ＬＥＤチップ、あるいは他の励起光源として機能するのに適したＬＥＤチップである。ＬＥＤチップ５２０は、キャリアー５１０上に配置され、ボンディングワイヤー５３０を介してキャリアー５１０と電気的に接続されている。ＬＥＤチップ５２０は、波長λ_１の光を放射するのに適している。ここで、本実施形態は、本発明のキャリアーの形状やＬＥＤチップとキャリアーとの接続方法を限定するものではない点に注意すべきである。本発明の他の実施形態においては、リードフレームのような他の形状のキャリアーを採用することができ、またキャリアーとＬＥＤチップとを他の電気接続方法によって接続することもできる。

波長変換材料３００’はＬＥＤチップ５２０の周囲に配置される。さらに、本発明のＬＥＤ５００は、キャリアー５１０に配置された成形材料５４０を備え、キャリアー５１０と成形材料５４０との間にＬＥＤチップ５２０と波長変換材料３００’とが密閉される。

ＬＥＤチップ５２０が波長λ_１の光を放射したとき、波長λ_１の光の一部は、直接波長変換活性剤３１０へ照射される。波長λ_１の光の残りの部分は、散乱体３２０へ照射され、散乱体３２０によって散乱された後に、波長変換活性剤３１０へ照射される。そして、波長変換活性剤３１０は波長λ_１の光によって励起され、波長λ_２の光を放射する。そのようにして、二つの波長の光が混合されることを経て、ＬＥＤチップ５２０は特定の色の光を放射することができる。例えば、λ_１が青色光の波長帯でλ_２が黄色光の波長帯の時、ＬＥＤチップ５２０は白色光を放射することができる。

なお、波長変換材料３００’を備えたＬＥＤ５００を例に挙げたが、本発明の他の実施形態においては、ゲル状の波長変換材料３０１や、あるいは波長変換材料３０２を備えたＬＥＤもまた使用することができる。ここで、本発明において、ＬＥＤが製造工程中にゲル状である波長変換材料３０１を採用した場合、透明材料の光屈折率を第１透明被膜３１４の光屈折率に近づくように調節することができ、その結果、光が第１透明被膜３１４から透明材料３４０の中に照射されたときに、第１透明被膜３１４と透明材料３４０との接合点における全反射やフレネルロスを避けることができる点に注目すべきである。

上記の説明を鑑みると、本発明によって提供されるＬＥＤと波長変換材料は少なくとも以下の利点を有している。

１．散乱体がその表面に照射された光を散乱させることができるので、ＬＥＤによって放射された波長λ_１の光と、励起された波長変換活性剤によって放射された波長λ_２の光とが、均一に混合されることができる。

２．波長変換活性剤上の散乱体が二つの隣接する波長変換活性剤間のギャップを増大させることができるので、波長変換活性剤が十分に励起されることができる。図５を例に挙げると、散乱体３２０が波長変換活性剤３１０間のギャップを増大させることができるので、波長変換活性剤３１０の凝集現象が起こっても、隣接する波長変換活性剤３１０間に適切なギャップを保つことができる。従って、波長λ_１の光がそのようなギャップを通って波長変換活性剤を励起することができる。つまり、従来技術と比較して、本発明によって提供される波長変換活性剤は、十分に励起されることができて、波長λ_２の光を放射する。

３．ＬＥＤがこの波長変換材料を備えているとき、波長変換活性剤がより一層十分に励起されることができるので、本発明によって提供されるＬＥＤの輝度はより高くなる。

この技術分野における通常の知識を持った人にとって、本発明の範疇および精神から離れることなしに、本発明の構造に様々な変形や修整を施すことができるということは明らかである。その点を鑑みて、もし本発明の修整や変形が添付の請求の範囲やそれに同等なものの範疇にある場合は、本発明はその修整や変形も含むものとする。

従来のＬＥＤの概略図である。図１の領域Ａの拡大概略図である。本発明の基本形態に係る波長変換材料の概略図である。本発明の基本形態に係る波長変換材料の概略図である。本発明の基本形態に係る物質の形状をした波長変換材料の概略図である。本発明の基本形態に係る波長変換材料の概略図である。本発明の実施形態に係る波長変換材料の概略図である。本発明の実施形態に係る発光ダイオードの概略図である。

Claims

波長λ_１の光によって励起され波長λ_２の光を放射するのに適した粒子の形状である波長変換活性剤と、
前記波長変換活性剤上に配置され、その表面に照射された光を散乱させるのに適した粒子の形状である散乱体と、
前記波長変換活性剤および前記散乱体を被覆する透明被膜と、
を備え、
さらに、前記波長変換活性剤と前記散乱体との間に位置する結合化合物を含む
ことを特徴とする波長変換材料。
請求項１に記載の波長変換材料であって、
前記波長変換活性剤の材料は、蛍光体、リン系材料、色素、およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選ばれる。
請求項２に記載の波長変換材料であって、
前記波長変換活性剤の組成は、（Ａ）_２ｘ（Ｂ）_２ｙ（Ｃ）_２ｚ（Ｄ）_{３ｘ＋ｓｙ＋ｔｚ}：（Ｅ）（ただし、０≦ｘ≦１５、０≦ｙ≦９、０≦ｚ≦４で、ｓは成分Ｂの原子価数で、ｔは成分Ｃの原子価数で、Ａは、Ｙ，Ｃｅ，Ｔｂ，Ｇｄ，Ｓｃ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ａｌ，Ｇａ，Ｔｌ，Ｉｎ，Ｂ，Ｌｕ、およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、Ｂは、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｚｎ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ａｇ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、Ｃは、Ｍｏ，Ｗ，Ｐ，Ｖ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、Ｄは、Ｏ，Ｓ，Ｓｅ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、Ｅは、Ｃｅ，Ｅｕ，Ｔｂ，Ｍｎ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択される。）によって表される。
請求項１に記載の波長変換材料であって、
前記散乱体の材料は、Ａｌ_２Ｏ_３，ＺｎＯ，ＳｉＯ_２，ＴｉＯ_２、あるいは、（Ａ）_２ｘ’（Ｂ）_２ｙ’（Ｃ）_２ｚ’（Ｄ）_{３ｘ’＋ｓ’ｙ’＋ｔ’ｚ’}：（Ｅ）（ただし、０≦ｘ’≦１５、０≦ｙ’≦９、０≦ｚ’≦４で、ｓ’は成分Ｂの原子価数、ｔ’は成分Ｃの原子価数、ＡはＹ，Ｃｅ，Ｔｂ，Ｇｄ，Ｓｃ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ａｌ，Ｇａ，Ｔｌ，Ｉｎ，Ｂ，Ｌｕ、およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、ＢはＭｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｚｎ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ａｇ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、ＣはＭｏ，Ｗ，Ｐ，Ｖ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、Ｄは、Ｏ，Ｓ，Ｓｅ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、Ｅは、Ｃｅ，Ｅｕ，Ｔｂ，Ｍｎ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択される。）の組成をもった物質の中から選択される。
請求項１に記載の波長変換材料であって、
前記散乱体は、波長λ_１の光によって励起されて波長λ_３の光を放射するのに適している。
請求項１に記載の波長変換材料であって、
前記散乱体は、波長λ_２の光によって励起されて波長λ_３の光を放射するのに適している。
請求項１に記載の波長変換材料であって、
前記結合化合物の材料は、Ｍ _２ｓＴｉ _ｔＯ _{ｓｕ＋２ｔ} ，Ｍ _２ｘＡｌ _２ｙＯ _{ｘｚ＋３ｙ} （ただし、ＭはＡｌ，Ｙ，Ｃｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｌｉ，Ｎａ、Ｋ，およびＡｇから選択される）、あるいは前記散乱体と前記波長変換活性剤とが結合したときに生じるあらゆる化合物のいずれかである。
請求項１に記載の波長変換材料であって、
前記結合化合物は波長λ _１の光によって励起され、波長λ _４の光を放射するのに適している。
請求項１に記載の波長変換材料であって、
前記波長変換活性剤は、波長λ _１の光によって励起されて波長λ _２の光を放射するのに適したコアと、前記コアを被覆する透明被膜とを含む。
請求項９に記載の波長変換材料であって、
前記コアの材料は、蛍光体やリン系材料、色素、およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選ばれる。
請求項９に記載の波長変換材料であって、
前記コアの組成は、（Ａ） _２ｘ（Ｂ） _２ｙ（Ｃ） _２ｚ（Ｄ） _{３ｘ＋ｓｙ＋ｔｚ} ：（Ｅ）（ただし、０≦ｘ≦１５、０≦ｙ≦９、０≦ｚ≦４で、ｓは成分Ｂの原子価数、ｔは成分Ｃの原子価数、Ａは、Ｙ，Ｃｅ，Ｔｂ，Ｇｄ，Ｓｃ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ａｌ，Ｇａ，Ｔｌ，Ｉｎ，Ｂ，Ｌｕ、およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、Ｂは、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｚｎ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ａｇ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、Ｃは、Ｍｏ，Ｗ，Ｐ，Ｖ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、Ｄは、Ｏ，Ｓ，Ｓｅ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、Ｅは、Ｃｅ，Ｅｕ，Ｔｂ，Ｍｎ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択される）によって表される。
請求項９に記載の波長変換材料であって、
前記コアを被覆する前記透明被膜は、ＳｉＯ _２である。
請求項１に記載の波長変換材料であって、
前記波長変換活性剤および前記散乱体を被覆する前記透明被膜は、ＳｉＯ _２である。
請求項１に記載の波長変換材料であって、
さらに透明材料を含み、
前記波長変換活性剤および前記散乱体は、前記透明材料の中に分散される。
キャリアーと、
前記キャリアー上に配置され前記キャリアーと電気的に接続され、波長λ _１の光を放射するのに適したＬＥＤチップと、
前記ＬＥＤチップの周囲に配置された波長変換材料とを備え、
前記波長変換材料は、
波長λ _１の光によって励起され波長λ _２の光を放射するのに適した粒子の形状である波長変換活性剤と、
前記波長変換活性剤上に配置され、その表面に照射された光を散乱させるのに適した粒子の形状である散乱体と、
前記波長変換活性剤および前記散乱体を被覆する透明被膜とを備え、
さらに、前記波長変換活性剤と前記散乱体との間に位置する結合化合物を含む
ことを特徴とする発光ダイオード。
請求項１５に記載の発光ダイオードであって、
前記波長変換活性剤の材料は、蛍光体、リン系材料、色素、およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選ばれる。
請求項１６に記載の発光ダイオードであって、
前記波長変換活性剤の組成は、（Ａ） _２ｘ（Ｂ） _２ｙ（Ｃ） _２ｚ（Ｄ） _{３ｘ＋ｓｙ＋ｔｚ} ：（Ｅ）（ただし、０≦ｘ≦１５、０≦ｙ≦９、０≦ｚ≦４で、ｓは成分Ｂの原子価数で、ｔは成分Ｃの原子価数で、Ａは、Ｙ，Ｃｅ，Ｔｂ，Ｇｄ，Ｓｃ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ａｌ，Ｇａ，Ｔｌ，Ｉｎ，Ｂ，Ｌｕ、およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、Ｂは、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｚｎ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ａｇ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、Ｃは、Ｍｏ，Ｗ，Ｐ，Ｖ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、Ｄは、Ｏ，Ｓ，Ｓｅ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、Ｅは、Ｃｅ，Ｅｕ，Ｔｂ，Ｍｎ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択される。）によって表される。
請求項１５に記載の発光ダイオードであって、
前記散乱体の材料は、Ａｌ _２Ｏ _３，ＺｎＯ，ＳｉＯ _２，ＴｉＯ _２、あるいは、（Ａ） _２ｘ’ （Ｂ） _２ｙ’ （Ｃ） _２ｚ’ （Ｄ） _{３ｘ’＋ｓ’ｙ’＋ｔ’ｚ’} ：（Ｅ）（ただし、０≦ｘ’≦１５、０≦ｙ’≦９、０≦ｚ’≦４で、ｓ’は成分Ｂの原子価数、ｔ’は成分Ｃの原子価数、ＡはＹ，Ｃｅ，Ｔｂ，Ｇｄ，Ｓｃ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ａｌ，Ｇａ，Ｔｌ，Ｉｎ，Ｂ，Ｌｕ、およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、ＢはＭｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｚｎ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ａｇ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、ＣはＭｏ，Ｗ，Ｐ，Ｖ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、Ｄは、Ｏ，Ｓ，Ｓｅ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、Ｅは、Ｃｅ，Ｅｕ，Ｔｂ，Ｍｎ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択される。）の組成をもった物質の中から選択される。
請求項１５に記載の発光ダイオードであって、
前記散乱体は、波長λ _１の光によって励起されて波長λ _３の光を放射するのに適している。
請求項１５に記載の発光ダイオードであって、
前記散乱体は、波長λ _２の光によって励起されて波長λ _３の光を放射するのに適している。
請求項１５に記載の発光ダイオードであって、
前記結合化合物は波長λ _１の光によって励起され、波長λ _４の光を放射するのに適している。
請求項１５に記載の発光ダイオードであって、
前記結合化合物の材料は、Ｍ _２ｓＴｉ _ｔＯ _{ｓｕ＋２ｔ} ，Ｍ _２ｘＡｌ _２ｙＯ _{ｘｚ＋３ｙ} （ただし、ＭはＡｌ，Ｙ，Ｃｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｌｉ，Ｎａ、Ｋ，およびＡｇから選択される）、あるいは前記散乱体と前記波長変換活性剤とが結合したときに生じるあらゆる化合物のいずれかである。
請求項１５に記載の発光ダイオードであって、
前記波長変換活性剤は、波長λ _１の光によって励起されて波長λ _２の光を放射するのに適したコアと、前記コアを被覆する透明被膜とを含む。
請求項２３に記載の発光ダイオードであって、
前記コアの材料は、蛍光体やリン系材料、色素、およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選ばれる。
請求項２３に記載の発光ダイオードであって、
前記コアの組成は、（Ａ） _２ｘ（Ｂ） _２ｙ（Ｃ） _２ｚ（Ｄ） _{３ｘ＋ｓｙ＋ｔｚ} ：（Ｅ）（ただし、０≦ｘ≦１５、０≦ｙ≦９、０≦ｚ≦４で、ｓは成分Ｂの原子価数、ｔは成分Ｃの原子価数、Ａは、Ｙ，Ｃｅ，Ｔｂ，Ｇｄ，Ｓｃ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ａｌ，Ｇａ，Ｔｌ，Ｉｎ，Ｂ，Ｌｕ、およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、Ｂは、Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｚｎ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｌｉ，Ｎａ，Ｋ，Ａｇ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、Ｃは、Ｍｏ，Ｗ，Ｐ，Ｖ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｔａ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、Ｄは、Ｏ，Ｓ，Ｓｅ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択され、Ｅは、Ｃｅ，Ｅｕ，Ｔｂ，Ｍｎ，およびそれらのいずれかの組み合わせの中から選択される）によって表される。
請求項２３に記載の発光ダイオードであって、
前記波長変換材料はさらに透明材料を含み、
前記波長変換活性剤および前記散乱体は、前記透明材料の中に分散される。
請求項２６に記載の発光ダイオードであって、
前記透明材料の光屈折率は、光が前記コアを被覆する前記透明被膜から前記透明材料の中に照射されたときに、前記コアを被覆する前記透明被膜と前記透明材料との接合点における全反射やフレネルロスを避けるために、前記コアを被覆する前記透明被膜の光屈折率に近似している。
請求項２３に記載の発光ダイオードであって、
前記コアを被覆する前記透明被膜はＳｉＯ _２である。
請求項１５に記載の発光ダイオードであって、
前記波長変換活性剤および前記散乱体を被覆する前記透明被膜は、ＳｉＯ _２である。