JP4963749B2 - 赤の不足を補償する蛍光体を使用したｌｅｄ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、発光ダイオードに関するものであり、とりわけ、蛍光体を使用した発光ダイオードに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、ある特定の光スペクトル領域内のピーク波長を備えた光を発生することが可能な周知の半導体デバイスである。ＬＥＤは、一般に、照明、インジケータ、及びディスプレイとして用いられる。従来、最も効率の良いＬＥＤは、光スペクトルの赤色領域におけるピーク波長を備えた光、即ち、赤色光を放出する。しかし、スペクトルの青色領域におけるピーク波長を備える光、即ち、青色光を効率よく放出することが可能な窒化ガリウム（ＧａＮ）をベースにしたあるタイプのＬＥＤが、最近になって開発された。この新タイプのＬＥＤは、従来のＬＥＤに比べて大幅に明るい出力光を発生することが可能である。
【０００３】
さらに、青色光は赤色光よりも波長が短いので、ＧａＮベースのＬＥＤによって発生する青色光は、簡単に変換して、より長い波長の光を生じさせることが可能である。当該技術において周知のように、第１のピーク波長を備えた光（「一次光」）は、蛍光として知られるプロセスを利用して、よりピーク波長の長い光に（「二次光」）変換することが可能である。蛍光プロセスには、フォトルミネセンス蛍光物質による一次光の吸収を伴い、これによって、蛍光物質中の原子に励起状態が生じ、二次光が放出される。二次光のピーク波長は、蛍光物質によって決まる。蛍光物質のタイプは、特定のピーク波長を備える二次光が生じるように選択することが可能である。蛍光プロセスを利用するＬＥＤは、本明細書において、「蛍光体ＬＥＤ」と定義される。
【０００４】
図１を参照すると、先行技術による蛍光体ＬＥＤ１０が示されている。ＬＥＤ１０には、活性化されると、青色の一次光を発生するＧａＮダイ１２が含まれている。ＧａＮダイ１２は、リフレクタのカップ状リード・フレーム１４に配置され、リード１６及び１８に電気的に結合されている。リード１６及び１８は、電力をＧａＮダイ１２に供給する。ＧａＮダイ１２は、蛍光物質２２を含む層２０によって被われている。層２０を形成するために利用される蛍光物質のタイプ又は種類は、蛍光物質２２によって発生する二次光の所望のスペクトル分布によって異なる可能性がある。ＧａＮダイ１２及び蛍光層２０は、レンズ２４によって封じ込められる。レンズ２４は、一般に透明エポキシから造られる。
【０００５】
動作時、ＧａＮダイ１２を活性化するため、ＧａＮダイに電力が供給される。活性化されると、ＧａＮダイ１２は、ＧａＮダイ１２の上部表面から一次光、即ち、青色光を放出する。放出される一次光の一部は、層２０の蛍光物質２２によって吸収される。次に、蛍光物質２２は、一次光の吸収に反応して、二次光、即ち、より長いピーク波長を備えた変換光を放出する。放出された一次光の残りの非吸収部分は、二次光と共に層２０を透過する。レンズ２４は、非吸収一次光と二次光を、出力光として、ほぼ矢印２６で表示された方向に送り出す。従って、出力光は、ＧａＮダイ１２から放出された一次光と蛍光層２０から放出された二次光から構成される複合光である。
【０００６】
出力光は、「白色光」に見えるようなスペクトル分布を備える可能性がある。出力光の複合カラーは、二次光と一次光のスペクトル分布及び強度によって変動する。
【０００７】
清水他によるＰＣＴ出願Ｎｏ．ＰＣＴ／ＪＰ９７／０２６１０には、およそ５，０００〜６，０００゜Ｋほどの色温度を有する白色の出力光を発生するさまざまな蛍光体ＬＥＤの記載がある。清水他によるＬＥＤは、図１のＬＥＤ１０とほぼ同じである。実施形態の１つにおいて、清水他によるＬＥＤは、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）蛍光体を利用して、一次光の一部を、ピーク波長が約５８０ｎｍの二次光に変換する。図２には、清水他によるＬＥＤからの出力光のスペクトル分布２８が示されている。スペクトル分布２８は、２つのピーク３０及び３２を備えている。ピーク３０は、主として、清水他によるＬＥＤのＧａＮダイから放出される一次光によって生じる。ピーク３２は、主として、ＹＡＧ蛍光体から放出される二次光によって生じる。
【０００８】
清水他によるＬＥＤに関する問題は、「白色」出力光が、真の演色にとって望ましくないカラー・バランスを有していることである。清水他によるＬＥＤの出力光は、単純な照明を必要とする用途には十分である。しかし、高度な演色が所望される用途の場合、可視光スペクトルの赤色領域（６４７〜７００ｎｍの範囲）の出力光では不十分である。こうした用途に用いられる場合、出力光における赤色の不足によって、照射される赤い物体が、うまくバランスのとれた色特性を備える白色光の下における場合よりも、色の強さが弱いように見えることになる。即ち、カラー液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライトとして用いられる場合、清水他によるＬＥＤの出力光では、赤色光がＬＣＤ上において弱く表示されることになる。清水他によるＬＥＤによって発生する出力光の赤色の不足を補償するには、清水他によるＬＥＤと共に、独立した赤色光源を利用しなければならない可能性があり、清水他によるＬＥＤを具現化するシステムの複雑性を増すことになる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、真の演色に関してうまくバランスのとれた色特性を備えた白色の出力光を発生することが可能な蛍光体ＬＥＤを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
発光素子及び発光素子の製造方法には、複合出力光の赤色成分を強めるため、可視光スペクトルの赤色スペクトル領域における二次光を放射する補助蛍光物質が利用されている。補助蛍光物質からの二次光によって、発光素子は真の演色用途にとってうまくバランスのとれた「白色」出力光を発光することが可能になる。一例として、発光素子は、カラーＬＣＤ用のバック・ライト又はカラー・スキャナ用の光源として利用することが可能である。
【００１１】
発光素子は、電気信号に反応して一次光を放出するダイを含むＬＥＤである。ダイは、ピーク波長が４７０ｎｍの青色光を放出する窒化ガリウム（ＧａＮ）をベースにしたダイが望ましい。ダイは、オプションの透明層によって封じ込められる。オプションの透明層によって、次の層のためのほぼ均一な表面が得られる。オプションの透明層は、透明な樹脂から造られるのが望ましい。次の層は、補助蛍光物質を含む蛍光層である。蛍光層には、可視光スペクトルの黄色領域内における第１のピーク波長を備えた広帯域の二次光を放射する主蛍光物質も含まれている。蛍光層には、ダイ及び蛍光層からの光をダイの上部表面にほぼ垂直な方向に向ける働きをするレンズが結合されている。
【００１２】
動作時、ＧａＮダイは、リードを介してダイに供給される電力によって活性化される。活性化されると、ＧａＮダイは、ダイの面（例えば上部表面）から一次光、即ち、青色光を放出する。放出された一次光は、オプションの透明層を通って、蛍光層に伝搬する。一次光の一部は、蛍光層の主蛍光物質に入射する。主蛍光物質は、入射一次光を吸収し、第１のピーク波長を備えた二次光を放出する。一次光の別の部分は、蛍光層の補助蛍光物質に入射する。補助蛍光物質は、入射一次光を吸収し、可視光スペクトルの赤色スペクトル領域における第２のピーク波長を備えた第２の二次光を放出する。一方、一次光の一部は、主蛍光物質及び補助蛍光物質のいずれにも吸収されない。蛍光層によって吸収されない一次光の量は、いくつかの変数の関数である。これらの変数には、蛍光層の厚さ及び蛍光層内における蛍光材料の密度が含まれる。
【００１３】
吸収されない一次光及び２つの二次光は、ＬＥＤのレンズを通って伝搬する。レンズは、一般に、伝搬する光をダイの上部表面に対して垂直な方向に向ける。伝搬される光は、白色出力光としてレンズから出射する。白色出力光の複合カラーは、放出される出射光の強度とスペクトル分布によって決まる。
【００１４】
第１の好適実施形態の場合、主蛍光物質は、セリウム（Ｃｅ）で活性化され、ガドリニウム（Ｇｄ）をドープされたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）蛍光体（「Ｃｅ：ＹＡＧ蛍光体」）であり、一方、補助蛍光物質は、化学的に変性されたＣｅ：ＹＡＧ蛍光体である。化学的に変性されたＣｅ：ＹＡＧ蛍光体は、Ｃｅ：ＹＡＧ蛍光体にプラセオジム（Ｐｒ）の三価イオンをドープすることによって得られる化合物である。
【００１５】
第２の好適実施形態の場合、補助蛍光物質は、ユーロピウム（Ｅｕ）で活性化された硫化ストロンチウム（ＳｒＳ）蛍光体（「Ｅｕ：ＳｒＳ」）である。Ｅｕ：ＳｒＳ蛍光体の量は、蛍光層における全蛍光体重量の約１０％以下が望ましい。蛍光層内のＥｕ：ＳｒＳ蛍光体の量は、白色出力光において必要とされる可能性のある赤色の量によって変動する場合がある。Ｅｕ：ＳｒＳ蛍光体の正確な量は、本発明にとって特に重要ではない。
【００１６】
本発明に従って、発光素子を製造する方法には、第１のピーク波長を備えた一次光を放出する光源を設ける工程が含まれている。光源は、約４７０ｎｍのピーク波長を備える一次光を放出するＧａＮが望ましい。次に、透明樹脂の第１の層が、光源の上に付着させられ、封緘層を形成する。もう１つの工程では、蛍光体・樹脂混合物が調製される。蛍光体・樹脂混合物には、樹脂ペーストと化合させられた２つの蛍光物質が含まれている。第１の蛍光物質は、一次光に反応して、可視光スペクトルの黄色領域にピーク波長を備える二次光を放出する特性を有している。第１の蛍光物質によって放出される二次光は、広帯域のスペクトル分布を備えていることが望ましい。第２の蛍光物質は、可視光スペクトルの赤色領域にピーク波長を備える二次光を放出する特性を有している。
【００１７】
第１の好適実施形態の場合、蛍光体・樹脂混合物は、最初に、Ｃｅ：ＹＡＧ蛍光体に元素Ｐｒの三価イオンをドープして、蛍光体Ｐｒ、Ｃｅ：ＹＡＧを生じさせることによって調製される。Ｃｅ：ＹＡＧ蛍光体のうち、ドーピング・プロセスによる影響を受けなかった部分は、蛍光体・樹脂混合物における第１の蛍光物質を構成する。Ｃｅ：ＹＡＧ蛍光体のうち、ドーピング・プロセスによって変化した部分は、第２の蛍光物質を構成する。前述の実施形態と同様、蛍光体・樹脂混合物における特定の蛍光体の量は、白色出力光の所望の複合カラーによって変更しても良い。
【００１８】
第２の好適実施形態の場合、蛍光体・樹脂混合物は、Ｃｅ：ＹＡＧ蛍光体の第１の蛍光物質にＥｕ：ＳｒＳ蛍光体の第２の蛍光材料を混合することによって調製される。この好適実施形態の場合、蛍光体・樹脂混合物には、約７４重量％の樹脂、１８重量％のＣｅ：ＹＡＧ蛍光体、及び、８重量％のＥｕ：ＳｒＳ蛍光体を含むことが可能である。蛍光体・樹脂混合物における特定の蛍光体の量は、ＬＥＤによって発生する白色出力光の所望の複合カラーによって変更しても良い。
【００１９】
次に、封緘層の上に蛍光体・樹脂混合物を付着させて、封緘層を均一に被覆する蛍光層が形成される。次に、付着した蛍光体・樹脂混合物をゲル化、即ち、部分的に硬化させることができる。蛍光層の上に透明樹脂の第２の層を付着させて、ＬＥＤのレンズが形成される。次に、第２の樹脂層と蛍光層が、単一プロセスで、まとめて、完全に硬化させられる。層をまとめて硬化させることによって、蛍光層とレンズの緊密な結合が保証される。
【００２０】
本発明の利点は、発光素子によって、カラーに対してうまくバランスのとれた複合白色出力光を生じさせることができるという点である。即ち、本発明によれば、複合白色出力光の赤色の量が、従来の蛍光体ＬＥＤよりも多い。この特性によって、発光素子は、赤色の不足を補償するために、補助赤色光源を組み込むことを必要とせずに、真のカラー表現が必要とされる用途にとって理想的なものになる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、本発明の好適実施形態となる蛍光体ＬＥＤ及びその製造方法について詳細に説明する。図３を参照すると、本発明による赤色の不足を補償する蛍光体発光ダイオード（ＬＥＤ）３４が示されている。適用可能な場合、図１の同じ参照番号が、図３に示す対応するコンポーネントに用いられる。ＬＥＤ３４は、カラーに対してうまくバランスのとれた「白色」出力光を発生して、真の演色のための照射が行えるように設計されている。ＬＥＤ３４は、リフレクタのカップ状リード・フレーム１３に配置されてリード１６及び１８に電気的に結合された窒化ガリウム（ＧａＮ）ダイ１２を含む。リード１６及び１８によって、ＧａＮダイ１２に対する励起電力が供給される。ＧａＮダイ１２は、一般に、正方形の形状とすることが可能である。好適実施形態の場合、ＧａＮダイ１２は、ピーク波長が光スペクトルの青色領域内にある４７０ｎｍの一次光、即ち、青色光を放出するように構成されている。ＧａＮダイ１２は、透明材料から形成されるスペーシング層３６によって被覆されている。透明材料は、透明エポキシ又はガラスとすることが可能である。
【００２２】
スペーシング層３６に隣接して、蛍光層３８が設けられている。蛍光層３８には、蛍光物質２２と、第２の蛍光物質４０が含まれている。蛍光物質２２は、一次光を吸収し、第１のピーク波長を備える二次光を放出する特性を有しており、一方、蛍光物質４０は、一次光を吸収し、第２のピーク波長を備える二次光を放出する特性を有している。蛍光物質２２によって放出される二次光は、可視スペクトルの黄色領域に中心がくる広帯域スペクトル分布を備えることが望ましい。しかし、蛍光物質４０によって放出される二次光は、可視スペクトル中での赤色領域に比較的大きく且つ比較的狭いスペクトル分布を備えている。従って、蛍光物質２２及び４０によって放出される一次光及び二次光が結合すると、他のカラーに加えて、赤色が豊かな白色光が生じる。二次光のピーク波長は、一次光のピーク波長に加えて、蛍光物質２２及び４０の組成によって決まる。
【００２３】
蛍光層３８は、レンズ２４によって封じ込められるが、レンズ２４は、一次光及び二次光の吸収されなかった部分をほぼ矢印２６によって表示される方向に向ける働きをする。レンズ２４は、透明エポキシのような透明材料から製造されるのが望ましい。しかし、ガラスのような他の透明材料を利用することも可能である。レンズ２４の形成に用いられる透明材料は、本発明にとって特に重要ではない。層３８内の蛍光物質２２及び４０からの二次光、及び一次光の非吸収部分は、白色出力光としてレンズ２４から出射する。
【００２４】
動作時、ＧａＮダイ１２は、リード１６及び１８を介してＧａＮダイ１２に供給される電力によって活性化される。活性化されると、ＧａＮダイ１２は、ＧａＮダイ１２の上部表面から一次光を放出する。放出された一次光は、スペーシング層３６を通って、蛍光層３８まで伝搬する。一次光の一部は、層３８内の蛍光物質２２に入射する。蛍光物質２２は、入射一次光を吸収し、第１のピーク波長を備えた二次光を放出する。一次光の別の部分は、層３８の蛍光物質４０に入射する。蛍光物質４０は、入射一次光を吸収し、第２のピーク波長を備えた二次光を放出する。しかし、一次光の一部には、蛍光物質２２にも、或いは、蛍光物質４０にも吸収されないものもある。一次光の吸収されなかった部分は、蛍光層３８を通って伝搬する。層３８内の蛍光物質２２及び４０からの二次光、及び、ＧａＮダイ１２からの非吸収一次光は、レンズ２４によって集束させられ、白色出力光としてＬＥＤ３４から出射し、ほぼ矢印２６の方向に伝搬する。ＧａＮダイ１２からの非吸収一次光と、層３８の蛍光物質２２及び４０からの二次光が結合すると、カラーに対してうまくバランスのとれた白色出力光が生じる。
【００２５】
第１の好適実施形態の場合、蛍光物質２２は、セリウム（Ｃｅ）で活性化され、ガドリニウム（Ｇｄ）をドープされたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）蛍光体（「Ｃｅ：ＹＡＧ蛍光体」）であり、蛍光物質４０は、化学的に変化させられた又は変性されたＣｅ：ＹＡＧ蛍光体である。変性されたＣｅ：ＹＡＧ蛍光体は、Ｃｅ：ＹＡＧ蛍光体にプラセオジム（Ｐｒ）の三価イオンをドープすることによって得られる不定比化合物である。Ｃｅ：ＹＡＧ蛍光体におけるＰｒの存在には、Ｃｅ3+の機能をＰｒ3+によって「引き継ぐ」効果がある。この結果、Ｐｒによって、可視スペクトルの黄色領域にほぼ中心がくるところのＣｅ：ＹＡＧ蛍光体からの典型的な広帯域二次発光の代わりに、可視スペクトルの赤色領域に中心がくる二次発光が生じることになる。蛍光層３８内におけるＰｒをドープしたＣｅ：ＹＡＧ蛍光体の量は、変性されたＣｅ：ＹＡＧにおけるＰｒの量と同様、特定の用途に関して、白色出力光において必要とされる可能性のある赤色の量によって、変化させても良い。即ち、上述したように、同一のＣｅ：ＹＡＧ蛍光体で、Ｐｒのドーピング・プロセスによる影響のない部分、及び影響のある部分を、それぞれ主蛍光物質、及び補助蛍光物質としても良く、従って蛍光体は必ずしもＰｒをドープしないＣｅ：ＹＡＧ蛍光体を含めて２種類とする必要はない。
【００２６】
図４において、第１の好適実施形態に従って、ＬＥＤ３４によって発生する白色出力光のスペクトル分布４２が示されている。スペクトル分布４２には、ピーク４４、４６、及び４８が含まれている。ピーク４４は、主としてＬＥＤ光からの非吸収一次放出成分によって生じる。ピーク４６は、主として、蛍光物質２２からの二次放出によって生じ、一方、ピーク４８は、主として、蛍光物質４０からの二次放出によって生じる。清水他による先行技術のＬＥＤ（図２）によって発生する白色出力光のスペクトル分布２８と比較すると、スペクトル分布４２における明らかな相違は、可視スペクトルの赤色領域内にある余分なピーク４８である。従って、ＬＥＤ３４によって発生する白色出力光は、清水他による先行技術のＬＥＤによって発生する出力光に比較すると、赤色の量が大幅に増している。第１の好適実施形態によるＬＥＤ３４は、３，８００゜Ｋの色温度及び８５の色調指数を備える白色出力光を発生するように構成することが可能である。
【００２７】
第２の実施形態の場合、蛍光物質２２は、やはり、Ｃｅ：ＹＡＧ蛍光体である。しかし、蛍光物質４０は、ユーロピウム（Ｅｕ）で活性化された硫化ストロンチウム（ＳｒＳ）蛍光体（「Ｅｕ：ＳｒＳ」）である。Ｅｕ：ＳｒＳ蛍光体の量は、蛍光層３８における全蛍光体重量の約１０％以下が望ましい。蛍光層３８内のＥｕ：ＳｒＳ蛍光体の量は、白色出力光において必要とされる可能性のある赤色の量によって変動する場合がある。蛍光層３８におけるＥｕ：ＳｒＳ蛍光体の正確な量は、本発明にとって特に重要ではない。
【００２８】
第２の好適実施形態と第１の好適実施形態との相違は、蛍光物質４０の組成が２つの実施形態で異なるという点だけである。しかし、両方の実施形態に関する蛍光物質４０は、白色出力光の赤色成分を強めて、赤色の不足を補償する働きをする。２つの実施形態の働きはほぼ同じであるため、第２の好適実施形態に関する出力光のスペクトル分布は、第１の好適実施形態によって発生する出力光のスペクトル分布４２と極めてよく似ている。従って、第２の実施形態に従ってＬＥＤ３４によって発生する白色出力光のスペクトル分布は、やはり、可視光スペクトルの赤色領域内にピーク波長を備えている。
【００２９】
赤色の不足を補償する蛍光体ＬＥＤの製造方法については、図５の流れ図に関連して説明することにする。工程５０において、第１のピーク波長を備える一次光を放出する光源が設けられる。光源は、ピーク波長が約４７０ｎｍの一次光を放出するＧａＮダイが望ましい。次に、工程５２において、光源の上に第１の透明樹脂層を付着させて、封緘層が形成される。工程５２は、本発明にとって特に重要ではなく、該方法から省略することが可能である。工程５４において、蛍光体・樹脂混合物を調製して、ＬＥＤの蛍光層が形成される。蛍光体・樹脂混合物には、樹脂ペーストと化合させられた２つの蛍光物質が含まれている。第１の蛍光物質は、一次光に反応して、可視光スペクトルの黄色領域にピーク波長を備える二次光を放出する特性を有している。第１の蛍光物質によって放出される二次光は、広帯域のスペクトル分布を備えていることが望ましい。第２の蛍光物質は、可視光スペクトルの赤色領域にピーク波長を備える二次光を放出する特性を有している。
【００３０】
第１の好適実施形態の場合、蛍光体・樹脂混合物は、Ｃｅ：ＹＡＧ蛍光体の第１の蛍光物質にＥｕ：ＳｒＳ蛍光体の第２の蛍光材料を混合することによって調製される。この好適実施形態の場合、蛍光体・樹脂混合物には、約７４重量％の樹脂、１８重量％のＣｅ：ＹＡＧ蛍光体、及び、８重量％のＥｕ：ＳｒＳ蛍光体を含むことが可能である。蛍光体・樹脂混合物における特定の蛍光体の量は、ＬＥＤによって発生する白色出力光の所望の複合カラーによって変動する可能性がある。例えば、白色出力光の赤色成分は、蛍光体・樹脂混合物により多くのＥｕ：ＳｒＳ蛍光体を添加することによって強めることが可能である。
【００３１】
第２の好適実施形態の場合、蛍光体・樹脂混合物は、最初に、Ｃｅ：ＹＡＧ蛍光体に元素Ｐｒの三価イオンをドープすることによって調製される。Ｃｅ：ＹＡＧ蛍光体のうち、ドーピング・プロセスによる影響を受けなかった部分は、蛍光体・樹脂混合物における第１の蛍光物質を構成する。Ｃｅ：ＹＡＧ蛍光体のうち、ドーピング・プロセスによって変化した部分は、第２の蛍光物質を構成する。前述の実施形態と同様、蛍光体・樹脂混合物における特定の蛍光体の量は、白色出力光の所望の複合カラーによって変動する可能性がある。
【００３２】
次に、工程５６において、封緘層の上に蛍光体・樹脂混合物を付着させて、封緘層を均一に被覆する蛍光層が形成される。次に、付着した蛍光体・樹脂混合物をゲル化、即ち、部分的に硬化させることができる。工程５８において、蛍光層の上に透明樹脂の第２の層を付着させて、ＬＥＤのレンズが形成される。次に、工程６０において、第２の樹脂層と蛍光層が、単一プロセスで、まとめて、完全に硬化させられる。層をまとめて硬化させることによって、蛍光層とレンズの緊密な結合が保証される。
【００３３】
上述の好適実施形態に即して、本発明を説明すると、本発明によれば、発光素子（３４）であって、加えられる電気信号に応答して、第１のスペクトル範囲内における第１のピーク波長を備える第１の光を放出する光源（１２）と、前記光源の上に配置されて、該光源から放出される前記第１の光を受け、該第１の光に反応して、第２のスペクトル範囲内における第２のピーク波長を備えた第２の光を放射する特性を備えた第１の蛍光物質（２２）を含んでおり、また、可視光スペクトルの赤色スペクトル範囲内における第３のピーク波長を備えた第３の光を放射する特性を備えた第２の蛍光物質（４０）を含んでいるところの蛍光層（３８）と、該蛍光層に光学的に結合されて、前記第１の光、前記第２の光、及び前記第３の光を、少なくとも部分的に、前記第１の光、前記第２の光、及び前記第３の光の強度によって色特性が決まる複合出力光として、前記光源から離れる方向に伝搬する光伝搬媒体（２４）が含まれていることを特徴とする、発光素子（３４）が提供される。
【００３４】
好ましくは、前記蛍光層（３８）中の前記第２の蛍光物質（４０）に、硫化ストロンチウム（ＳｒＳ）が含まれる。
【００３５】
好ましくは、前記蛍光層（３８）中の前記第２の蛍光物質（４０）に、ユーロピウム（Ｅｕ）で活性化された硫化ストロンチウム（ＳｒＳ）が含まれる。
【００３６】
好ましくは、前記蛍光層（３８）に、前記第１の蛍光物質（２２）よりも少ない重量の前記ユ−ロピウム（Ｅｕ）で活性化された硫化ストロンチウム（ＳｒＳ）が含まれる。
【００３７】
好ましくは、前記蛍光層（３８）の前記第２の蛍光物質（４０）に、三価のプラセオジム（Ｐｒ3+）が含まれる。
【００３８】
好ましくは、前記蛍光層（３８）の前記第１の蛍光物質（２２）に、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）が含まれる。
【００３９】
更に本発明によれば、発光素子（３４）の製造方法であって、第１のピーク波長を備えた第１の光を放出する光源を設ける工程（５０）と、前記第１の光の露光に反応して、第２のピーク波長を備えた第２の光を放出する主蛍光物質（２２）と、前記第１の光の露光に反応して、可視光スペクトルの赤色スペクトル領域内における第３のピーク波長を備える第３の光を放出する補助蛍光物質（４０）を含む、蛍光体・エポキシ混合物を調製する工程（５４）と、前記光源の上に前記蛍光体・エポキシ混合物を付着させ、少なくとも前記光源を部分的に封じ込める蛍光層（３８）を形成する工程（５６）と、
前記蛍光層（３８）の上に透明材料を付着させて、前記蛍光層の上にレンズ（２４）を形成する工程（５８）が含まれることを特徴とする、発光素子（３４）の製造方法が提供される。
【００４０】
好ましくは、前記蛍光体・エポキシ混合物を調製する前記工程（５４）に、ユーロピウム（Ｅｕ）で活性化された硫化ストロンチウム（ＳｒＳ）の前記補助蛍光物質（４０）と前記主蛍光物質（２２）を混合して、前記蛍光体・エポキシ混合物を作成する工程が含まれる。
【００４１】
好ましくは、前記ユーロピウム（Ｅｕ）で活性化された硫化ストロンチウム（ＳｒＳ）の前記補助蛍光物質（４０）と前記主蛍光物質（２２）とを混合する前記工程が、前記ユーロピウム（Ｅｕ）で活性化された硫化ストロンチウム（ＳｒＳ）を含む前記補助蛍光物質（４０）と、セリウム（Ｃｅ）で活性化され、ガドリニウム（Ｇｄ）をドープされたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）を含む前記主蛍光物質を混合する工程を有する。
【００４２】
好ましくは、前記蛍光体・エポキシ混合物を調製する前記工程（５４）に、セリウム（Ｃｅ）で活性化され、ガドリニウム（Ｇｄ）をドープされたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）の前記主蛍光物質に三価プラセオジム（Ｐｒ3+）をドープして、前記蛍光体・エポキシ混合物を作成する工程が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な先行技術による蛍光体発光ダイオード（ＬＥＤ）の概略図である。
【図２】特定の先行技術による蛍光体ＬＥＤからの出力光に関するスペクトル分布を示すグラフである。
【図３】本発明による赤色の不足を補償する蛍光体ＬＥＤの概略図である。
【図４】第１の実施形態による図３の蛍光体ＬＥＤからの出力光に関するスペクトル分布を示すグラフである。
【図５】本発明による蛍光体ＬＥＤの製造方法に関する流れ図である。
【符号の説明】
１２ 光源
２２ 第１の蛍光物質
３４ 発光素子
３８ 蛍光層
４０ 第２の蛍光物質
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、発光ダイオードに関するものであり、とりわけ、蛍光体を使用した発光ダイオードに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、ある特定の光スペクトル領域内のピーク波長を備えた光を発生することが可能な周知の半導体デバイスである。ＬＥＤは、一般に、照明、インジケータ、及びディスプレイとして用いられる。従来、最も効率の良いＬＥＤは、光スペクトルの赤色領域におけるピーク波長を備えた光、即ち、赤色光を放出する。しかし、スペクトルの青色領域におけるピーク波長を備える光、即ち、青色光を効率よく放出することが可能な窒化ガリウム（ＧａＮ）をベースにしたあるタイプのＬＥＤが、最近になって開発された。この新タイプのＬＥＤは、従来のＬＥＤに比べて大幅に明るい出力光を発生することが可能である。
【０００３】
さらに、青色光は赤色光よりも波長が短いので、ＧａＮベースのＬＥＤによって発生する青色光は、簡単に変換して、より長い波長の光を生じさせることが可能である。当該技術において周知のように、第１のピーク波長を備えた光（「一次光」）は、蛍光として知られるプロセスを利用して、よりピーク波長の長い光に（「二次光」）変換することが可能である。蛍光プロセスには、フォトルミネセンス蛍光物質による一次光の吸収を伴い、これによって、蛍光物質中の原子に励起状態が生じ、二次光が放出される。二次光のピーク波長は、蛍光物質によって決まる。蛍光物質のタイプは、特定のピーク波長を備える二次光が生じるように選択することが可能である。蛍光プロセスを利用するＬＥＤは、本明細書において、「蛍光体ＬＥＤ」と定義される。
【０００４】
図１を参照すると、先行技術による蛍光体ＬＥＤ１０が示されている。ＬＥＤ１０には、活性化されると、青色の一次光を発生するＧａＮダイ１２が含まれている。ＧａＮダイ１２は、リフレクタのカップ状リード・フレーム１４に配置され、リード１６及び１８に電気的に結合されている。リード１６及び１８は、電力をＧａＮダイ１２に供給する。ＧａＮダイ１２は、蛍光物質２２を含む層２０によって被われている。層２０を形成するために利用される蛍光物質のタイプ又は種類は、蛍光物質２２によって発生する二次光の所望のスペクトル分布によって異なる可能性がある。ＧａＮダイ１２及び蛍光層２０は、レンズ２４によって封じ込められる。レンズ２４は、一般に透明エポキシから造られる。
【０００５】
動作時、ＧａＮダイ１２を活性化するため、ＧａＮダイに電力が供給される。活性化されると、ＧａＮダイ１２は、ＧａＮダイ１２の上部表面から一次光、即ち、青色光を放出する。放出される一次光の一部は、層２０の蛍光物質２２によって吸収される。次に、蛍光物質２２は、一次光の吸収に反応して、二次光、即ち、より長いピーク波長を備えた変換光を放出する。放出された一次光の残りの非吸収部分は、二次光と共に層２０を透過する。レンズ２４は、非吸収一次光と二次光を、出力光として、ほぼ矢印２６で表示された方向に送り出す。従って、出力光は、ＧａＮダイ１２から放出された一次光と蛍光層２０から放出された二次光から構成される複合光である。
【０００６】
出力光は、「白色光」に見えるようなスペクトル分布を備える可能性がある。出力光の複合カラーは、二次光と一次光のスペクトル分布及び強度によって変動する。
【０００７】
清水他によるＰＣＴ出願Ｎｏ．ＰＣＴ／ＪＰ９７／０２６１０には、およそ５，０００〜６，０００゜Ｋほどの色温度を有する白色の出力光を発生するさまざまな蛍光体ＬＥＤの記載がある。清水他によるＬＥＤは、図１のＬＥＤ１０とほぼ同じである。実施形態の１つにおいて、清水他によるＬＥＤは、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）蛍光体を利用して、一次光の一部を、ピーク波長が約５８０ｎｍの二次光に変換する。図２には、清水他によるＬＥＤからの出力光のスペクトル分布２８が示されている。スペクトル分布２８は、２つのピーク３０及び３２を備えている。ピーク３０は、主として、清水他によるＬＥＤのＧａＮダイから放出される一次光によって生じる。ピーク３２は、主として、ＹＡＧ蛍光体から放出される二次光によって生じる。
【０００８】
清水他によるＬＥＤに関する問題は、「白色」出力光が、真の演色にとって望ましくないカラー・バランスを有していることである。清水他によるＬＥＤの出力光は、単純な照明を必要とする用途には十分である。しかし、高度な演色が所望される用途の場合、可視光スペクトルの赤色領域（６４７〜７００ｎｍの範囲）の出力光では不十分である。こうした用途に用いられる場合、出力光における赤色の不足によって、照射される赤い物体が、うまくバランスのとれた色特性を備える白色光の下における場合よりも、色の強さが弱いように見えることになる。即ち、カラー液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライトとして用いられる場合、清水他によるＬＥＤの出力光では、赤色光がＬＣＤ上において弱く表示されることになる。清水他によるＬＥＤによって発生する出力光の赤色の不足を補償するには、清水他によるＬＥＤと共に、独立した赤色光源を利用しなければならない可能性があり、清水他によるＬＥＤを具現化するシステムの複雑性を増すことになる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、真の演色に関してうまくバランスのとれた色特性を備えた白色の出力光を発生することが可能な蛍光体ＬＥＤを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
発光素子及び発光素子の製造方法には、複合出力光の赤色成分を強めるため、可視光スペクトルの赤色スペクトル領域における二次光を放射する補助蛍光物質が利用されている。補助蛍光物質からの二次光によって、発光素子は真の演色用途にとってうまくバランスのとれた「白色」出力光を発光することが可能になる。一例として、発光素子は、カラーＬＣＤ用のバック・ライト又はカラー・スキャナ用の光源として利用することが可能である。
【００１１】
発光素子は、電気信号に反応して一次光を放出するダイを含むＬＥＤである。ダイは、ピーク波長が４７０ｎｍの青色光を放出する窒化ガリウム（ＧａＮ）をベースにしたダイが望ましい。ダイは、オプションの透明層によって封じ込められる。オプションの透明層によって、次の層のためのほぼ均一な表面が得られる。オプションの透明層は、透明な樹脂から造られるのが望ましい。次の層は、補助蛍光物質を含む蛍光層である。蛍光層には、可視光スペクトルの黄色領域内における第１のピーク波長を備えた広帯域の二次光を放射する主蛍光物質も含まれている。蛍光層には、ダイ及び蛍光層からの光をダイの上部表面にほぼ垂直な方向に向ける働きをするレンズが結合されている。
【００１２】
動作時、ＧａＮダイは、リードを介してダイに供給される電力によって活性化される。活性化されると、ＧａＮダイは、ダイの面（例えば上部表面）から一次光、即ち、青色光を放出する。放出された一次光は、オプションの透明層を通って、蛍光層に伝搬する。一次光の一部は、蛍光層の主蛍光物質に入射する。主蛍光物質は、入射一次光を吸収し、第１のピーク波長を備えた二次光を放出する。一次光の別の部分は、蛍光層の補助蛍光物質に入射する。補助蛍光物質は、入射一次光を吸収し、可視光スペクトルの赤色スペクトル領域における第２のピーク波長を備えた第２の二次光を放出する。一方、一次光の一部は、主蛍光物質及び補助蛍光物質のいずれにも吸収されない。蛍光層によって吸収されない一次光の量は、いくつかの変数の関数である。これらの変数には、蛍光層の厚さ及び蛍光層内における蛍光材料の密度が含まれる。
【００１３】
吸収されない一次光及び２つの二次光は、ＬＥＤのレンズを通って伝搬する。レンズは、一般に、伝搬する光をダイの上部表面に対して垂直な方向に向ける。伝搬される光は、白色出力光としてレンズから出射する。白色出力光の複合カラーは、放出される出射光の強度とスペクトル分布によって決まる。
【００１４】
第１の好適実施形態の場合、主蛍光物質は、セリウム（Ｃｅ）で活性化され、ガドリニウム（Ｇｄ）をドープされたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）蛍光体（「Ｃｅ：ＹＡＧ蛍光体」）であり、一方、補助蛍光物質は、化学的に変性されたＣｅ：ＹＡＧ蛍光体である。化学的に変性されたＣｅ：ＹＡＧ蛍光体は、Ｃｅ：ＹＡＧ蛍光体にプラセオジム（Ｐｒ）の三価イオンをドープすることによって得られる化合物である。
【００１５】
第２の好適実施形態の場合、補助蛍光物質は、ユーロピウム（Ｅｕ）で活性化された硫化ストロンチウム（ＳｒＳ）蛍光体（「Ｅｕ：ＳｒＳ」）である。Ｅｕ：ＳｒＳ蛍光体の量は、蛍光層における全蛍光体重量の約１０％以下が望ましい。蛍光層内のＥｕ：ＳｒＳ蛍光体の量は、白色出力光において必要とされる可能性のある赤色の量によって変動する場合がある。Ｅｕ：ＳｒＳ蛍光体の正確な量は、本発明にとって特に重要ではない。
【００１６】
本発明に従って、発光素子を製造する方法には、第１のピーク波長を備えた一次光を放出する光源を設ける工程が含まれている。光源は、約４７０ｎｍのピーク波長を備える一次光を放出するＧａＮが望ましい。次に、透明樹脂の第１の層が、光源の上に付着させられ、封緘層を形成する。もう１つの工程では、蛍光体・樹脂混合物が調製される。蛍光体・樹脂混合物には、樹脂ペーストと化合させられた２つの蛍光物質が含まれている。第１の蛍光物質は、一次光に反応して、可視光スペクトルの黄色領域にピーク波長を備える二次光を放出する特性を有している。第１の蛍光物質によって放出される二次光は、広帯域のスペクトル分布を備えていることが望ましい。第２の蛍光物質は、可視光スペクトルの赤色領域にピーク波長を備える二次光を放出する特性を有している。
【００１７】
第１の好適実施形態の場合、蛍光体・樹脂混合物は、最初に、Ｃｅ：ＹＡＧ蛍光体に元素Ｐｒの三価イオンをドープして、蛍光体Ｐｒ、Ｃｅ：ＹＡＧを生じさせることによって調製される。Ｃｅ：ＹＡＧ蛍光体のうち、ドーピング・プロセスによる影響を受けなかった部分は、蛍光体・樹脂混合物における第１の蛍光物質を構成する。Ｃｅ：ＹＡＧ蛍光体のうち、ドーピング・プロセスによって変化した部分は、第２の蛍光物質を構成する。前述の実施形態と同様、蛍光体・樹脂混合物における特定の蛍光体の量は、白色出力光の所望の複合カラーによって変更しても良い。
【００１８】
第２の好適実施形態の場合、蛍光体・樹脂混合物は、Ｃｅ：ＹＡＧ蛍光体の第１の蛍光物質にＥｕ：ＳｒＳ蛍光体の第２の蛍光材料を混合することによって調製される。この好適実施形態の場合、蛍光体・樹脂混合物には、約７４重量％の樹脂、１８重量％のＣｅ：ＹＡＧ蛍光体、及び、８重量％のＥｕ：ＳｒＳ蛍光体を含むことが可能である。蛍光体・樹脂混合物における特定の蛍光体の量は、ＬＥＤによって発生する白色出力光の所望の複合カラーによって変更しても良い。
【００１９】
次に、封緘層の上に蛍光体・樹脂混合物を付着させて、封緘層を均一に被覆する蛍光層が形成される。次に、付着した蛍光体・樹脂混合物をゲル化、即ち、部分的に硬化させることができる。蛍光層の上に透明樹脂の第２の層を付着させて、ＬＥＤのレンズが形成される。次に、第２の樹脂層と蛍光層が、単一プロセスで、まとめて、完全に硬化させられる。層をまとめて硬化させることによって、蛍光層とレンズの緊密な結合が保証される。
【００２０】
本発明の利点は、発光素子によって、カラーに対してうまくバランスのとれた複合白色出力光を生じさせることができるという点である。即ち、本発明によれば、複合白色出力光の赤色の量が、従来の蛍光体ＬＥＤよりも多い。この特性によって、発光素子は、赤色の不足を補償するために、補助赤色光源を組み込むことを必要とせずに、真のカラー表現が必要とされる用途にとって理想的なものになる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、本発明の好適実施形態となる蛍光体ＬＥＤ及びその製造方法について詳細に説明する。図３を参照すると、本発明による赤色の不足を補償する蛍光体発光ダイオード（ＬＥＤ）３４が示されている。適用可能な場合、図１の同じ参照番号が、図３に示す対応するコンポーネントに用いられる。ＬＥＤ３４は、カラーに対してうまくバランスのとれた「白色」出力光を発生して、真の演色のための照射が行えるように設計されている。ＬＥＤ３４は、リフレクタのカップ状リード・フレーム１３に配置されてリード１６及び１８に電気的に結合された窒化ガリウム（ＧａＮ）ダイ１２を含む。リード１６及び１８によって、ＧａＮダイ１２に対する励起電力が供給される。ＧａＮダイ１２は、一般に、正方形の形状とすることが可能である。好適実施形態の場合、ＧａＮダイ１２は、ピーク波長が光スペクトルの青色領域内にある４７０ｎｍの一次光、即ち、青色光を放出するように構成されている。ＧａＮダイ１２は、透明材料から形成されるスペーシング層３６によって被覆されている。透明材料は、透明エポキシ又はガラスとすることが可能である。
【００２２】
スペーシング層３６に隣接して、蛍光層３８が設けられている。蛍光層３８には、蛍光物質２２と、第２の蛍光物質４０が含まれている。蛍光物質２２は、一次光を吸収し、第１のピーク波長を備える二次光を放出する特性を有しており、一方、蛍光物質４０は、一次光を吸収し、第２のピーク波長を備える二次光を放出する特性を有している。蛍光物質２２によって放出される二次光は、可視スペクトルの黄色領域に中心がくる広帯域スペクトル分布を備えることが望ましい。しかし、蛍光物質４０によって放出される二次光は、可視スペクトル中での赤色領域に比較的大きく且つ比較的狭いスペクトル分布を備えている。従って、蛍光物質２２及び４０によって放出される一次光及び二次光が結合すると、他のカラーに加えて、赤色が豊かな白色光が生じる。二次光のピーク波長は、一次光のピーク波長に加えて、蛍光物質２２及び４０の組成によって決まる。
【００２３】
蛍光層３８は、レンズ２４によって封じ込められるが、レンズ２４は、一次光及び二次光の吸収されなかった部分をほぼ矢印２６によって表示される方向に向ける働きをする。レンズ２４は、透明エポキシのような透明材料から製造されるのが望ましい。しかし、ガラスのような他の透明材料を利用することも可能である。レンズ２４の形成に用いられる透明材料は、本発明にとって特に重要ではない。層３８内の蛍光物質２２及び４０からの二次光、及び一次光の非吸収部分は、白色出力光としてレンズ２４から出射する。
【００２４】
動作時、ＧａＮダイ１２は、リード１６及び１８を介してＧａＮダイ１２に供給される電力によって活性化される。活性化されると、ＧａＮダイ１２は、ＧａＮダイ１２の上部表面から一次光を放出する。放出された一次光は、スペーシング層３６を通って、蛍光層３８まで伝搬する。一次光の一部は、層３８内の蛍光物質２２に入射する。蛍光物質２２は、入射一次光を吸収し、第１のピーク波長を備えた二次光を放出する。一次光の別の部分は、層３８の蛍光物質４０に入射する。蛍光物質４０は、入射一次光を吸収し、第２のピーク波長を備えた二次光を放出する。しかし、一次光の一部には、蛍光物質２２にも、或いは、蛍光物質４０にも吸収されないものもある。一次光の吸収されなかった部分は、蛍光層３８を通って伝搬する。層３８内の蛍光物質２２及び４０からの二次光、及び、ＧａＮダイ１２からの非吸収一次光は、レンズ２４によって集束させられ、白色出力光としてＬＥＤ３４から出射し、ほぼ矢印２６の方向に伝搬する。ＧａＮダイ１２からの非吸収一次光と、層３８の蛍光物質２２及び４０からの二次光が結合すると、カラーに対してうまくバランスのとれた白色出力光が生じる。
【００２５】
第１の好適実施形態の場合、蛍光物質２２は、セリウム（Ｃｅ）で活性化され、ガドリニウム（Ｇｄ）をドープされたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）蛍光体（「Ｃｅ：ＹＡＧ蛍光体」）であり、蛍光物質４０は、化学的に変化させられた又は変性されたＣｅ：ＹＡＧ蛍光体である。変性されたＣｅ：ＹＡＧ蛍光体は、Ｃｅ：ＹＡＧ蛍光体にプラセオジム（Ｐｒ）の三価イオンをドープすることによって得られる不定比化合物である。Ｃｅ：ＹＡＧ蛍光体におけるＰｒの存在には、Ｃｅ3+の機能をＰｒ3+によって「引き継ぐ」効果がある。この結果、Ｐｒによって、可視スペクトルの黄色領域にほぼ中心がくるところのＣｅ：ＹＡＧ蛍光体からの典型的な広帯域二次発光の代わりに、可視スペクトルの赤色領域に中心がくる二次発光が生じることになる。蛍光層３８内におけるＰｒをドープしたＣｅ：ＹＡＧ蛍光体の量は、変性されたＣｅ：ＹＡＧにおけるＰｒの量と同様、特定の用途に関して、白色出力光において必要とされる可能性のある赤色の量によって、変化させても良い。即ち、上述したように、同一のＣｅ：ＹＡＧ蛍光体で、Ｐｒのドーピング・プロセスによる影響のない部分、及び影響のある部分を、それぞれ主蛍光物質、及び補助蛍光物質としても良く、従って蛍光体は必ずしもＰｒをドープしないＣｅ：ＹＡＧ蛍光体を含めて２種類とする必要はない。
【００２６】
図４において、第１の好適実施形態に従って、ＬＥＤ３４によって発生する白色出力光のスペクトル分布４２が示されている。スペクトル分布４２には、ピーク４４、４６、及び４８が含まれている。ピーク４４は、主としてＬＥＤ光からの非吸収一次放出成分によって生じる。ピーク４６は、主として、蛍光物質２２からの二次放出によって生じ、一方、ピーク４８は、主として、蛍光物質４０からの二次放出によって生じる。清水他による先行技術のＬＥＤ（図２）によって発生する白色出力光のスペクトル分布２８と比較すると、スペクトル分布４２における明らかな相違は、可視スペクトルの赤色領域内にある余分なピーク４８である。従って、ＬＥＤ３４によって発生する白色出力光は、清水他による先行技術のＬＥＤによって発生する出力光に比較すると、赤色の量が大幅に増している。第１の好適実施形態によるＬＥＤ３４は、３，８００゜Ｋの色温度及び８５の色調指数を備える白色出力光を発生するように構成することが可能である。
【００２７】
第２の実施形態の場合、蛍光物質２２は、やはり、Ｃｅ：ＹＡＧ蛍光体である。しかし、蛍光物質４０は、ユーロピウム（Ｅｕ）で活性化された硫化ストロンチウム（ＳｒＳ）蛍光体（「Ｅｕ：ＳｒＳ」）である。Ｅｕ：ＳｒＳ蛍光体の量は、蛍光層３８における全蛍光体重量の約１０％以下が望ましい。蛍光層３８内のＥｕ：ＳｒＳ蛍光体の量は、白色出力光において必要とされる可能性のある赤色の量によって変動する場合がある。蛍光層３８におけるＥｕ：ＳｒＳ蛍光体の正確な量は、本発明にとって特に重要ではない。
【００２８】
第２の好適実施形態と第１の好適実施形態との相違は、蛍光物質４０の組成が２つの実施形態で異なるという点だけである。しかし、両方の実施形態に関する蛍光物質４０は、白色出力光の赤色成分を強めて、赤色の不足を補償する働きをする。２つの実施形態の働きはほぼ同じであるため、第２の好適実施形態に関する出力光のスペクトル分布は、第１の好適実施形態によって発生する出力光のスペクトル分布４２と極めてよく似ている。従って、第２の実施形態に従ってＬＥＤ３４によって発生する白色出力光のスペクトル分布は、やはり、可視光スペクトルの赤色領域内にピーク波長を備えている。
【００２９】
赤色の不足を補償する蛍光体ＬＥＤの製造方法については、図５の流れ図に関連して説明することにする。工程５０において、第１のピーク波長を備える一次光を放出する光源が設けられる。光源は、ピーク波長が約４７０ｎｍの一次光を放出するＧａＮダイが望ましい。次に、工程５２において、光源の上に第１の透明樹脂層を付着させて、封緘層が形成される。工程５２は、本発明にとって特に重要ではなく、該方法から省略することが可能である。工程５４において、蛍光体・樹脂混合物を調製して、ＬＥＤの蛍光層が形成される。蛍光体・樹脂混合物には、樹脂ペーストと化合させられた２つの蛍光物質が含まれている。第１の蛍光物質は、一次光に反応して、可視光スペクトルの黄色領域にピーク波長を備える二次光を放出する特性を有している。第１の蛍光物質によって放出される二次光は、広帯域のスペクトル分布を備えていることが望ましい。第２の蛍光物質は、可視光スペクトルの赤色領域にピーク波長を備える二次光を放出する特性を有している。
【００３０】
第１の好適実施形態の場合、蛍光体・樹脂混合物は、Ｃｅ：ＹＡＧ蛍光体の第１の蛍光物質にＥｕ：ＳｒＳ蛍光体の第２の蛍光材料を混合することによって調製される。この好適実施形態の場合、蛍光体・樹脂混合物には、約７４重量％の樹脂、１８重量％のＣｅ：ＹＡＧ蛍光体、及び、８重量％のＥｕ：ＳｒＳ蛍光体を含むことが可能である。蛍光体・樹脂混合物における特定の蛍光体の量は、ＬＥＤによって発生する白色出力光の所望の複合カラーによって変動する可能性がある。例えば、白色出力光の赤色成分は、蛍光体・樹脂混合物により多くのＥｕ：ＳｒＳ蛍光体を添加することによって強めることが可能である。
【００３１】
第２の好適実施形態の場合、蛍光体・樹脂混合物は、最初に、Ｃｅ：ＹＡＧ蛍光体に元素Ｐｒの三価イオンをドープすることによって調製される。Ｃｅ：ＹＡＧ蛍光体のうち、ドーピング・プロセスによる影響を受けなかった部分は、蛍光体・樹脂混合物における第１の蛍光物質を構成する。Ｃｅ：ＹＡＧ蛍光体のうち、ドーピング・プロセスによって変化した部分は、第２の蛍光物質を構成する。前述の実施形態と同様、蛍光体・樹脂混合物における特定の蛍光体の量は、白色出力光の所望の複合カラーによって変動する可能性がある。
【００３２】
次に、工程５６において、封緘層の上に蛍光体・樹脂混合物を付着させて、封緘層を均一に被覆する蛍光層が形成される。次に、付着した蛍光体・樹脂混合物をゲル化、即ち、部分的に硬化させることができる。工程５８において、蛍光層の上に透明樹脂の第２の層を付着させて、ＬＥＤのレンズが形成される。次に、工程６０において、第２の樹脂層と蛍光層が、単一プロセスで、まとめて、完全に硬化させられる。層をまとめて硬化させることによって、蛍光層とレンズの緊密な結合が保証される。
【００３３】
上述の好適実施形態に即して、本発明を説明すると、本発明によれば、発光素子（３４）であって、加えられる電気信号に応答して、第１のスペクトル範囲内における第１のピーク波長を備える第１の光を放出する光源（１２）と、前記光源の上に配置されて、該光源から放出される前記第１の光を受け、該第１の光に反応して、第２のスペクトル範囲内における第２のピーク波長を備えた第２の光を放射する特性を備えた第１の蛍光物質（２２）を含んでおり、また、可視光スペクトルの赤色スペクトル範囲内における第３のピーク波長を備えた第３の光を放射する特性を備えた第２の蛍光物質（４０）を含んでいるところの蛍光層（３８）と、該蛍光層に光学的に結合されて、前記第１の光、前記第２の光、及び前記第３の光を、少なくとも部分的に、前記第１の光、前記第２の光、及び前記第３の光の強度によって色特性が決まる複合出力光として、前記光源から離れる方向に伝搬する光伝搬媒体（２４）が含まれていることを特徴とする、発光素子（３４）が提供される。
【００３４】
好ましくは、前記蛍光層（３８）中の前記第２の蛍光物質（４０）に、硫化ストロンチウム（ＳｒＳ）が含まれる。
【００３５】
好ましくは、前記蛍光層（３８）中の前記第２の蛍光物質（４０）に、ユーロピウム（Ｅｕ）で活性化された硫化ストロンチウム（ＳｒＳ）が含まれる。
【００３６】
好ましくは、前記蛍光層（３８）に、前記第１の蛍光物質（２２）よりも少ない重量の前記ユ−ロピウム（Ｅｕ）で活性化された硫化ストロンチウム（ＳｒＳ）が含まれる。
【００３７】
好ましくは、前記蛍光層（３８）の前記第２の蛍光物質（４０）に、三価のプラセオジム（Ｐｒ3+）が含まれる。
【００３８】
好ましくは、前記蛍光層（３８）の前記第１の蛍光物質（２２）に、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）が含まれる。
【００３９】
更に本発明によれば、発光素子（３４）の製造方法であって、第１のピーク波長を備えた第１の光を放出する光源を設ける工程（５０）と、前記第１の光の露光に反応して、第２のピーク波長を備えた第２の光を放出する主蛍光物質（２２）と、前記第１の光の露光に反応して、可視光スペクトルの赤色スペクトル領域内における第３のピーク波長を備える第３の光を放出する補助蛍光物質（４０）を含む、蛍光体・エポキシ混合物を調製する工程（５４）と、前記光源の上に前記蛍光体・エポキシ混合物を付着させ、少なくとも前記光源を部分的に封じ込める蛍光層（３８）を形成する工程（５６）と、
前記蛍光層（３８）の上に透明材料を付着させて、前記蛍光層の上にレンズ（２４）を形成する工程（５８）が含まれることを特徴とする、発光素子（３４）の製造方法が提供される。
【００４０】
好ましくは、前記蛍光体・エポキシ混合物を調製する前記工程（５４）に、ユーロピウム（Ｅｕ）で活性化された硫化ストロンチウム（ＳｒＳ）の前記補助蛍光物質（４０）と前記主蛍光物質（２２）を混合して、前記蛍光体・エポキシ混合物を作成する工程が含まれる。
【００４１】
好ましくは、前記ユーロピウム（Ｅｕ）で活性化された硫化ストロンチウム（ＳｒＳ）の前記補助蛍光物質（４０）と前記主蛍光物質（２２）とを混合する前記工程が、前記ユーロピウム（Ｅｕ）で活性化された硫化ストロンチウム（ＳｒＳ）を含む前記補助蛍光物質（４０）と、セリウム（Ｃｅ）で活性化され、ガドリニウム（Ｇｄ）をドープされたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）を含む前記主蛍光物質を混合する工程を有する。
【００４２】
好ましくは、前記蛍光体・エポキシ混合物を調製する前記工程（５４）に、セリウム（Ｃｅ）で活性化され、ガドリニウム（Ｇｄ）をドープされたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）の前記主蛍光物質に三価プラセオジム（Ｐｒ3+）をドープして、前記蛍光体・エポキシ混合物を作成する工程が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な先行技術による蛍光体発光ダイオード（ＬＥＤ）の概略図である。
【図２】特定の先行技術による蛍光体ＬＥＤからの出力光に関するスペクトル分布を示すグラフである。
【図３】本発明による赤色の不足を補償する蛍光体ＬＥＤの概略図である。
【図４】第１の実施形態による図３の蛍光体ＬＥＤからの出力光に関するスペクトル分布を示すグラフである。
【図５】本発明による蛍光体ＬＥＤの製造方法に関する流れ図である。
【符号の説明】
１２ 光源
２２ 第１の蛍光物質
３４ 発光素子
３８ 蛍光層
４０ 第２の蛍光物質
Claims (5)
- 発光素子であって、
加えられる電気信号に応答して、第１のスペクトル範囲内における第１のピーク波長を備える第１の光を放出する光源と、
前記光源に光学的に結合されており、該光源から放出される前記第１の光を受け、該第１の光に反応して、第２のスペクトル範囲内における第２のピーク波長を備えた第２の光を放射する特性を備えた第１の蛍光物質を含んでおり、また、可視光スペクトルの赤色スペクトル範囲内における第３のピーク波長を備えた第３の光を放射する特性を備えた第２の蛍光物質を含んでいるところの蛍光層と、
該蛍光層に光学的に結合されて、前記第１の光、前記第２の光、及び前記第３の光を、少なくとも部分的に、前記第１の光、前記第２の光、及び前記第３の光の強度によって色特性が決まる複合出力光として、前記光源から離れる方向に伝搬する光伝搬媒体とが含まれ、
前記第２のスペクトル範囲は、可視光スペクトルの黄色領域であり、
前記第３の光の第３のピーク波長におけるスペクトル強度は、前記第１及び第２の光の第１及び第２のピーク波長におけるスペクトル強度よりも大きく、
前記第２のピーク波長付近における前記第２の光のスペクトル分布は、前記第１のピーク波長付近における前記第１の光のスペクトル分布、及び、前記第３のピーク波長付近における前記第３の光のスペクトル分布よりも広い広帯域スペクトル分布を有しており、
前記蛍光層の前記第２の蛍光物質は、Ｐｒのイオンをドープされている前記第１の蛍光物質を含むことを特徴とする、発光素子。 - 前記蛍光層の前記第２の蛍光物質に、三価のプラセオジム（Ｐｒ3+）が含まれることを特徴とする、請求項１に記載の発光素子。
- 前記蛍光層の前記第１の蛍光物質に、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）が含まれることを特徴とする、請求項１又は２に記載の発光素子。
- 発光素子の製造方法であって、
第１のピーク波長を備えた第１の光を放出する光源を設ける工程と、
前記第１の光の露光に反応して、第２のピーク波長を備えた第２の光を放出する主蛍光物質と、前記第１の光の露光に反応して、可視光スペクトルの赤色スペクトル領域内における第３のピーク波長を備える第３の光を放出する補助蛍光物質を含む、蛍光体・エポキシ混合物を調製する工程と、
前記光源の上に前記蛍光体・エポキシ混合物を付着させ、少なくとも前記光源の放射を部分的に覆う蛍光層を形成する工程と、
前記蛍光層の上に透明材料を付着させる工程が含まれ、
前記第２のピーク波長は、可視光スペクトルの黄色領域内にあり、
前記第３の光の第３のピーク波長におけるスペクトル強度は、前記第１及び第２の光の第１及び第２のピーク波長におけるスペクトル強度よりも大きく、
前記第２のピーク波長付近における前記第２の光のスペクトル分布は、前記第１のピーク波長付近における前記第１の光のスペクトル分布、及び、前記第３のピーク波長付近における前記第３の光のスペクトル分布よりも広い広帯域スペクトル分布を有しており、
前記蛍光層の前記第２の蛍光物質は、Ｐｒのイオンをドープされている前記第１の蛍光物質を含むことを特徴とする、発光素子の製造方法。 - 前記蛍光体・エポキシ混合物を調製する前記工程に、セリウム（Ｃｅ）で活性化され、ガドリニウム（Ｇｄ）をドープされたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）の前記主蛍光物質に三価プラセオジム（Ｐｒ3+）をドープして、前記蛍光体・エポキシ混合物を作成する工程が含まれることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
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