JP5177317B2 - 発光装置と表示装置 - Google Patents
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Description
チ及び各種インジケータなどに利用される発光ダイオードに関し、特に発光素子
が発生する光の波長を変換して発光するフォトルミネセンス蛍光体を備えた発光
装置及びそれを用いた表示装置に関する。
あるため、球切れの心配がなく、初期駆動特性及び耐震性に優れ、さらにON/OFF点
灯の繰り返しに強いという特長を有する。そのため、各種インジケータや種々の光源とし
て広く利用されている。また、最近では、超高輝度、高効率なRGB(赤、緑、青色)の
発光ダイオードがそれぞれ開発され、これらの発光ダイオードを用いた大画面のLEDデ
ィスプレーが使用されるようになった。このLEDディスプレーは、少ない電力で動作さ
せることができ、軽量でしかも長寿命であるという優れた特性を有し、今後益々使用され
るものと期待される。
れている。発光ダイオードを用いて白色光を得るためには、発光ダイオードが単色性ピー
ク波長を有するので、例えば、R、G、Bの3つの発光素子を近接して設けて発光させて
拡散混色する必要がある。このような構成によって白色光を発生させようとした場合、発
光素子の色調や輝度等のバラツキにより所望の白色を発生させることができないという問
題点があった。また、発光素子がそれぞれ異なる材料を用いて形成されている場合、各発
光素子の駆動電力などが異なり個々に所定の電圧を印加する必要があり、駆動回路が複雑
になるという問題点があった。さらに、発光素子が半導体発光素子であるため、個々に温
度特性や経時変化が異なり、色調が使用環境によって変化したり、各発光素子によって発
生される光を均一に混色させる事ができずに色むらを生ずる場合がある等の多くの問題点
を抱えていた。すなわち、発光ダイオードは、個々の色を発光させる発光装置としては有
効であったが、発光素子を用いて白色光を発生させることができる満足な光源は得られて
いなかった。
される発光ダイオードを、特開平5−152609号公報、特開平7−99345号公報
、特開平7−176794号公報、特開平8−8614号公報などにおいて発表した。こ
れらに開示された発光ダイオードは、1種類の発光素子を用いて白色系など他の発光色を
発光させることができるというものであり、以下のように構成される。
ッブが大きい発光素子をリードフレームの先端に設けられたカップ上に配置し、発光素子
を被覆する樹脂モールド部材中に発光素子からの光を吸収して、吸収した光と波長の異な
る光を発光する(波長変換)蛍光体を含有させて構成する。
光素子を用いて、該発光素子をその発光を吸収して黄色系の光を発光する蛍光体を含有し
た樹脂によってモールドすることにより、混色により白色系の光が発光可能な発光ダイオ
ードを作製することができる。
いは蛍光体が黒ずみ光の外部取り出し効率が低下する場合があるという問題点があった。
ここで、黒ずむというのは、例えば、(Cd,Zn)S蛍光体等の無機系の蛍光体を用い
た場合には、この蛍光体を構成する金属元素の一部が析出したり変質したりして着色する
ことであり、また、有機系の蛍光体材料を用いた場合には、2重結合が切れる等により着
色することをいう。特に、発光素子である高エネルギーバンドギャッブを有する半導体を
用い、蛍光体の変換効率を向上させた場合(すなわち、半導体によって発光される光のエ
ネルギーが高くなり、蛍光体が吸収することができるしきい値以上の光が増加し、より多
くの光が吸収されるようになる。)、又は蛍光体の使用量を減らした場合(すなわち、相
対的に蛍光体に照射されるエネルギー量が多くなる。)等においては、蛍光体が吸収する
光のエネルギーが必然的に高くなるので、蛍光体の劣化が著しい。また、発光素子の発光
強度を更に高め長期にわたって使用すると、蛍光体の劣化がさらに激しくなる。
、屋外で使用された場合の太陽光によるもの等)によって高温にもさらされ、この熱によ
って劣化する場合がある。
、上記光及び熱とによって、劣化が促進されるものもある。
またさらに、イオン性の有機染料を使用すると、チップ近傍では直流電界により電気泳
動を起こし、色調が変化する場合がある。
ても発光光度及び発光光率の低下や色ずれの極めて少ない発光装置を提供することを目的
とする。
いて、
(1)発光素子としては、高輝度の発光が可能で、かつその発光特性が長期間の使用に対
して安定していること、
(2)蛍光体としては、上述の高輝度の発光素子に近接して設けられて、該発光素子から
の強い光にさらされて長期間使用した場合においても、特性変化の少ない耐光性及び耐熱
性等に優れていること(特に発光素子周辺に近接して配置される蛍光体は、我々の検討に
よると太陽光に比較して約30倍〜40倍に及ぶ強度を有する光にさらされるので、発光
素子として高輝度のものを使用すれば使用する程、蛍光体に要求される耐光性は厳しくな
る)、
(3)発光素子と蛍光体との関係としては、蛍光体が発光素子からのスペクトル幅をもっ
た単色性ピーク波長の光を効率よく吸収すると共に効率よく異なる発光波長が発光可能で
あること、が必要であると考え、鋭意検討した結果、本発明を完成させた。
,0≦j,0≦k,i+j+k=1)としては、InGaNや各種不純物がドープされた
GaNを始め、種々のものが含まれる。
5O12:Ceを始め、上述のように定義される種々のものが含まれる。
この本願発明の発光装置は、高輝度の発光が可能な窒化物系化合物半導体からなる発光
素子を用いているので、高輝度の発光をさせることができる。また、該発光装置において
、使用している前記フォトルミネッセンス蛍光体は、長時間、強い光にさらされても蛍光
特性の変化が少ない極めて耐光性に優れている。これによって、長時間の使用に対して特
性劣化を少なくでき、発光素子からの強い光のみならず、野外使用時等における外来光(
紫外線を含む太陽光等)による劣化も少なくでき、色ずれや輝度低下が極めて少ない発光
装置を提供できる。また、この本願発明の発光装置は、使用している前記フォトルミネッ
センス蛍光体が、短残光であるため、例えば、120nsecという比較的速い応答速度
が要求される用途にも使用することができる。
むイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体を含むことが好ましく、これによっ
て、発光装置の輝度を高くできる。
rSmr)3(Al1-sGas)5O12:Ceで表される蛍光体を用いることができ(ただ
し、0≦r<1、0≦s≦1、Reは、Y、Gdから選択される少なくとも一種である。
)、イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体用いた場合と同様の優れた特性が
得られる。
くするために、前記フォトルミネセンス蛍光体として、一般式(Y1-p-q-rGdpCeqS
mr)3(Al1-sGas)5O12で表される蛍光体(ただし、0≦p≦0.8、0.0
03≦q≦0.2、0.0003≦r≦0.08、0≦s≦1)を用いることが好ましい
。
Alとを含んでなる互いに組成の異なる2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・ガーネット系蛍光体を含むようにしてもよい。これによって、発光素子の
特性(発光波長)に対応して、フォトルミネッセンス蛍光体の発光スペクトルを調整して
、所望の発光色の発光をさせることができる。
記フォトルミネッセンス蛍光体は、それぞれ一般式(Re1-rSmr)3(Al1-sGas)
5O12:Ce(ただし、0≦r<1、0≦s≦1、Reは、Y、Gdから選択される少
なくとも一種である。)で表され、互いに組成の異なる2以上の蛍光体を含むことが好ま
しい。
ンス蛍光体は、一般式Y3(Al1-sGas)5O12:Ceで表される第1の蛍光体と、
一般式Re3Al5O12:Ceで表される第2の蛍光体とを含んでもよい。
但し、0≦s≦1、Reは、Y、Ga、Laから選択される少なくとも一種である。
また、本発明の発光装置においては、発光波長を調整するために、前記フォトルミネッ
センス蛍光体は、それぞれイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体において、
イットリウムの一部がガドリニウムに置換され、互いに置換量が異なる第1の蛍光体と第
2の蛍光体とを含むようにしてもよい。
0nmから530nmの範囲内に設定し、かつ前記フォトルミネッセンス蛍光体の主発光
波長が前記発光素子の主ピークより長くなるように設定することが好ましい。これによっ
て、白色系の光を効率よく発光させることができる。
半導体を含んでなり、前記フォトルミネセンス蛍光体が、イットリウム・アルミニウム・
ガーネット系蛍光体において、Alの一部がGaによってGa:Al=1:1から4:6
の範囲内の比率になるように置換されかつYの一部がGdによってY:Gd=4:1から
2:3の範囲内の比率になるように置換されていることがさらに好ましい。このように調
整されたフォトルミネセンス蛍光体の吸収スペクトルは、発光層としてInを含む窒化ガ
リウム系半導体を有する発光素子の発光する光の波長と非常によく一致し、変換効率(発
光効率)を良くできる。また、該発光素子の青色光と該蛍光体の蛍光光との混色による光
は、演色性のよい良質な白色となり、その点で極めて優れた発光装置を提供できる。
て前記発光素子が設けられ、かつその一主表面を除く表面が実質的に反射部材で覆われた
略矩形の導光板を備え、前記発光素子が発光した光を前記フォトルミネセンス蛍光体と導
光板とを介して面状にして、前記導光板の前記一主表面から出力することを特徴とする。
その一主表面に前記フォトルミネセンス蛍光体が設けられかつ該一主表面を除く表面が実
質的に反射部材で覆われた略矩形の導光板を備え、前記発光素子が発光した光を導光板と
前記フォトルミネセンス蛍光体とを介して面状にして、前記導光板の前記一主表面から出
力することを特徴とする。
前記マウント・リードのカップ内に載置されかつ一方の電極がマウント・リードに電気
的に接続されたLEDチップと、
該LEDチップの他方の電極に電気的に接続させたインナー・リードと、
前記LEDチップを覆うように前記カップ内に充填された透光性のコーティング部材と
、
前記マウント・リードのカップ部と、前記インナーリードと該LEDチップの他方の電
極との接続部分とを含み、前記コーティング部材で覆われたLEDチップを被覆するモー
ルド部材とを有する発光ダイオードであって、
前記LEDチップが窒化物系化合物半導体であり、かつ前記コーティング部材が、Y、
Lu、Sc、La、Gd及びSmからなる群から選ばれた少なくとも1つの元素と、Al
、Ga及びInからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素とを含み、セリウムで付活
されたガーネット系蛍光体からなるフォトルミネッセンス蛍光体を含むことを特徴とする
。
含むイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体を含むことが好ましく、
また、本発明の発光ダイオードでは、前記フォトルミネッセンス蛍光体として、一般式
(Re1-rSmr)3(Al1-sGas)5O12:Ceで表される蛍光体(ただし、0≦r
<1、0≦s≦1、Reは、Y、Gdから選択される少なくとも一種である。)を用いて
も良い。
また、本発明の発光ダイオードでは、前記フォトルミネッセンス蛍光体として、一般式
(Y1-p-q-rGdpCeqSmr)3(Al1-sGas)5O12で表される(ただし、0≦p
≦0.8、0.003≦q≦0.2、0.0003≦r≦0.08、0≦s≦1)蛍光体を用
いることもできる。
ォトルミネッセンス蛍光体は、それぞれYとAlとを含んでなる互いに組成の異なる2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・ガーネット系蛍光体を含むよう
にすることが好ましい。
ォトルミネッセンス蛍光体として、それぞれ一般式(Re1-rSmr)3(Al1-sGas)
5O12:Ceで表され(ただし、0≦r<1、0≦s≦1、Reは、Y、Gdから選択
される少なくとも一種である。)、互いに組成の異なる2以上の蛍光体を用いてもよい。
ォトルミネッセンス蛍光体として、一般式Y3(Al1-sGas)5O12:Ceで表され
る第1の蛍光体と、一般式Re3Al5O12:Ceで表される第2の蛍光体とを用いて
もよい。ここで、0≦s≦1、Reは、Y、Ga、Laから選択される少なくとも一種で
ある。
ォトルミネッセンス蛍光体は、それぞれイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光
体において、それぞれイットリウムの一部がガドリニウムに置換されてなり、互いに置換
量が異なる第1の蛍光体と第2の蛍光体とを用いてもよい。
長波長の光を吸収して短波長の光を発光するものに比較して効率がよい。発光素子として
は、樹脂(モールド部材やコーティング部材等)を劣化させる紫外光を発光するものより
可視光を発光するものを用いる方が好ましい。従って、本発明の発光ダイオードにおいて
は、発光効率の向上及び長寿命化のために、前記発光素子の発光スペクトルの主ピークを
、可視光のうちで比較的短波長の400nmから530nmの範囲内に設定し、かつ前記
フォトルミネッセンス蛍光体の主発光波長を前記発光素子の主ピークより長く設定するこ
とが好ましい。また、このようにすることにより、蛍光体により変換された光は、発光素
子が発光する光よりも長波長であるため、蛍光体等により反射された変換後の光が発光素
子に照射されても、発光素子によって吸収されることはない(バンドギャップエネルギー
より変換された光のエネルギーの方が小さいため)。このように、蛍光体等により反射さ
れた光は、発光素子を載置したカップにより反射され、さらに効率のよい発光が可能にな
る。
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10
5a上に発光素子102が設られ、カップ部105a内に、発光素子102を覆うように
、所定のフォトルミネッセンス蛍光体を含むコーティング樹脂101が充填された後に、
樹脂モールドされて構成される。ここで、発光素子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。
によって発光された光(以下、LED光という。)の一部が、コーティング樹脂101に
含まれたフォトルミネッセンス蛍光体を励起してLED光と異なる波長の蛍光を発生させ
て、フォトルミネッセンス蛍光体が発生する蛍光と、フォトルミネッセンス蛍光体の励起
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。その結果、発光ダイ
オード100は、発光素子102が
発生するLED光とは波長の異なる光も出力する。
発光素子(LEDチップ)202が設けられ、該凹部に所定のフォトルミネッセンス蛍光
体を含むコーティング材が充填されてコーティング部201が形成されて構成される。こ
こで、発光素子202は、例えばAgを含有させたエポキシ樹脂等を用いて固定され、該
発光素子202のn側電極とp側電極とをそれぞれ、筺体204に設けられた端子金属2
05に、導電性ワイヤー203を用いて接続される。 以上のように構成されたチップタ
イプの発光ダイオードにおいて、図1のリードタイプの発光ダイオードと同様に、フォト
ルミネッセンス蛍光体が発生する蛍光と、フォトルミネッセンス蛍光体に吸収されること
なく伝搬されたLED光とが混色されて出力され、その結果、発光ダイオード200は、
発光素子102が発生するLED光とは波長の異なる光も出力する。
を有する。
1.通常、発光素子(LED)から放出される光は、発光素子に電力を供給する電極を
介して放出される。放出された光は、発光素子に形成された電極の陰となり、特定の発光
パターンを有し、そのために全ての方向に均一に放出されない。しかしながら、蛍光体を
備えた発光ダイオードは、蛍光体により発光素子からの光を散乱させて光を放出するので
、不要な発光パターンを形成することなく、広い範囲に均一に光を放出することができる
。
2.発光素子(LED)からの光は、単色性ピークを有するといっても、ある程度のス
ペクトル幅をもつので演色性が高い。このことは、比較的広い範囲の波長を必要とする光
源として使用する場合には欠かせない長所になる。例えば、スキャナーの光源等に用いる
場合は、スペクトル幅が広いほうが好ましい。
発光ダイオードにおいて、可視光域における光エネルギーが比較的高い窒化物系化合物半
導体を用いた発光素子と、特定のフォトルミネッセンス蛍光体とを組み合わせたことを特
徴とし、これによって、高輝度の発光を可能にし、長時間の使用に対して発光効率の低下
や色ずれが少ないという良好な特性を有する。
方が、長い波長の光を吸収して短い光を放出する蛍光体に比較して変換効率が優れている
ので、本発明の発光ダイオードにおいては、短い波長の青色系の発光が可能な窒化ガリウ
ム系半導体発光素子(発光素子)を用いることが好ましい。また、高い輝度の発光素子を
用いることが好ましいことは言うまでもない。
ネセンス蛍光体としては、
1.発光素子102,202に近接して設けられ、太陽光の約30倍から40倍にもお
よぶ強い光にさらされることになるので、強い強度の光の照射に対して長時間耐え得るよ
うに、耐光性に優れていること。
すること。特に、混色を利用する場合、紫外線ではなく青色系発光で効率よく発光するこ
と。
と。
4.発光素子102,202に近接して設けられ、該チップを発光させる際の発熱によ
る温度変化の影響を受けるので、温度特性が良好であること。
化させることができること。
6.発光ダイオードが使用される環境に応じた耐候性があること、
などの特性が要求される。
本願発明に係る実施の形態1の発光ダイオードは、発光層に高エネルギーバンドギャッ
ブを有し、青色系の発光が可能な窒化ガリウム系化合物半導体素子と、黄色系の発光が可
能なフォトルミネセンス蛍光体である、セリウムで付活されたガーネット系フォトルミネ
ッセンス蛍光体とを組み合わせたものである。これによって、この実施形態1の発光ダイ
オードにおいて、発光素子102,202からの青色系の発光と、その発光によって励起
されたフォトルミネセンス蛍光体からの黄色系の発光光との混色により白色系の発光が可
能になる。
フォトルミネッセンス蛍光体は耐光性及び耐候性を有するので、発光素子102,202
から放出された可視光域における高エネルギー光を長時間その近傍で高輝度に照射した場
合であっても発光色の色ずれや発光輝度の低下が極めて少ない白色光が発光できる。
(フォトルミネセンス蛍光体)
本実施形態1の発光ダイオードに用いられるフォトルミネセンス蛍光体は、半導体発光
層から発光された可視光や紫外線で励起されて、励起した光と異なる波長を有する光を発
光するフォトルミネセンス蛍光体である。具体的にはフォトルミネセンス蛍光体として、
Y、Lu、Sc、La、Gd及びSmから選択された少なくとも1つの元素と、Al、G
a及びInから選択された少なくとも1つの元素とを含み、セリウムで付活されたガーネ
ット系蛍光体である。本発明では、該蛍光体として、YとAlを含みセリウムで付活され
たイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体、又は、一般式(Re1-rSmr)3
(Al1-sGas)5O12:Ce(但し、0≦r<1、0≦s≦1、Reは、Y、Gdか
ら選択される少なくとも一種)であらわされる蛍光体を用いることが好ましい。窒化ガリ
ウム系化合物半導体を用いた発光素子が発光するLED光と、ボディーカラーが黄色であ
るフォトルミネセンス蛍光体が発光する蛍光光が補色関係にある場合、LED光と、蛍光
光とを混色して出力することにより、全体として白色系の光を出力することができる。
コーテイング樹脂101,コーテイング部201を形成する樹脂(詳細は後述する)に混
合して使用されるので、窒化ガリウム系発光素子の発光波長に対応させて、樹脂などとの
混合比率、若しくはカップ部105又は筺体204の凹部への充填量を種々調整すること
により、発光ダイオードの色調を、白色を含め電球色など任意に設定できる。
例えば、フォトルミネセンス蛍光体が含有されたコーティング部やモールド部材の表面側
から発光素子に向かってフォトルミネセンス蛍光体の分布濃度を高くした場合は、外部環
境からの水分などの影響をより受けにくくでき、水分による劣化を防止することができる
。他方、フォトルミネセンス蛍光体を、発光素子からモールド部材等の表面側に向かって
分布濃度が高くなるように分布させると、外部環境からの水分の影響を受けやすいが発光
素子からの発熱、照射強度などの影響をより少なくでき、フォトルミネセンス蛍光体の劣
化を抑制することができる。このような、フォトルミネセンス蛍光体の分布は、フォトル
ミネセンス蛍光体を含有する部材、形成温度、粘度やフォトルミネセンス蛍光体の形状、
粒度分布などを調整することによって種々の分布を実現することができ、発光ダイオード
の使用条件などを考慮して分布状態が設定される。
いは近接して配置され、照射強度(Ee)として、3W・cm−2以上10W・cm−2
以下においても高効率でかつ十分な耐光性を有するので、該蛍光体を用いることにより、
優れた発光特性の発光ダイオードを構成することができる。
光及び水分に強く、図3(A)に示すように、励起スペクトルのピークを450nm付近
にすることができる。また、発光ピークも図3(B)に示すように、580nm付近にあ
り700nmまで裾を引くブロードな発光スペクトルを持つ。また、実施形態1のフォト
ルミネッセンス蛍光体は、結晶中にGdを含有することにより、460nm以上の長波長
域における励起発光効率を高くすることができる。Gdの含有量の増加により、発光ピー
ク波長が、長波長に移動し、全体の発光波長も長波長側にシフトする。すなわち、赤みの
強い発光色が必要な場合、Gdによる置換量を多くすることで達成することができる。
一方、Gdが増加するするとともに、青色光によるフォトルミネッセンスの発光輝度は低
下する傾向にある。
ることで、発光波長が、短波長側にシフトするまた組成のYの一部をGdで置換すること
により、発光波長が長波長側にシフトする。
光体の組成とその発光特性を示す。
と効率は一の材料を100として相対値で示している。
AlをGaによって置換する場合、発光効率と発光波長を考慮してGa:Al=1:1
から4:6の間の比率に設定することが好ましい。同様に、Yの一部をGdで置換する場
合は、Y:Gd=9:1〜1:9の範囲の比率に設定することが好ましく、4:1〜2:
3の範囲に設定することがより好ましい。Gdの置換量が2割未満では、緑色成分が大き
く赤色成分が少なくなるからであり、Gdの置換量が6割以上になると、赤み成分を増や
すことができるが、輝度が急激に低下する。特に、発光素子の発光波長によるがYAG系
蛍光体中のYとGdとの比率を、Y:Gd=4:1〜2:3の範囲に設定することにより
、1種類のイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体を用いて黒体放射軌跡にほ
ぼ沿った白色光の発光が可能な発光ダイオードを構成することができる。また、YAG系
蛍光体中のYとGdとの比率を、Y:Gd=2:3〜1:4の範囲に設定すると、輝度は
低いが電球色の発光が可能な発光ダイオードを構成することができる。
尚、Ceの含有量(置換量)は、0.003〜0.2の範囲に設定することにより、発光
ダイオードの相対発光光度を70%以上にできる。含有量が0.003未満では、Ceに
よるフォトルミネッセンスの励起発光中心の数が減少することにより光度が低下し、逆に
0.2より大きくなると濃度消光が生じる。
トさせることができ、また、組成のYの一部をGdで置換することで、発光波長を長波長
へシフトさせることができる。このように組成を変化することで発光色を連続的に調節す
ることが可能である。また、波長が254nmや365nmであるHg輝線ではほとんど
励起されず450nm付近の青色系発光素子からのLED光による励起効率が高い。さら
に、ピーク波長がGdの組成比で連続的に変えられるなど窒化物半導体発光素子の青色系
発光を白色系発光に変換するための理想条件を備えている。
れたイットリウム・アルミニウム・ガーネット蛍光体(YAG)に希土類元素のサマリウ
ム(Sm)を含有させたフォトルミネセンス蛍光体とを組み合わせることにより、発光ダ
イオードの発光効率をさらに向上させることができる。
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、それらを所定の化学量論
比で十分に混合して混合原料を作製し、作製された混合原料に、フラックスとしてフッ化
アンモニウム等のフッ化物を適量混合して坩堝に詰め、空気中1350〜1450℃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ポールミルして、洗浄、分
離、乾燥、最後に篩を通すことにより作製できる。
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することにより作製してもよい。
ンス蛍光体は、結晶中にGdを含有することにより、特に460nm以上の長波長域の励
起発光効率を高くすることができる。また、ガドリニウムの含有量を増加させることによ
り、発光ピーク波長を、530nmから570nmまで長波長に移動させ、全体の発光波
長も長波長側にシフトさせることができる。赤みの強い発光色が必要な場合、Gdの置換
量を多くすることで達成できる。一方、Gdが増加すると共に、青色光によるフォトルミ
ネセンスの発光輝度は徐々に低下する。したがって、pは0.8以下であることが好まし
く、0.7以下であることがより好ましい。さらに好ましくは0.6以下である。
トルミネセンス蛍光体は、Gdの含有量を増加させても温度特性の低下を少なくできる。
すなわち、Smを含有させることにより、高温度におけるフォトルミネセンス蛍光体の発
光輝度の劣化は大幅に改善される。その改善される程度はGdの含有量が多くなるほど、
大きくなる。特に、Gdの含有量を増加させてフォトルミネセンスの発光の色調に赤みを
付与した組成の蛍光体は、温度特性が悪くなるので、Smを含有させて温度特性を改善す
ることが有効である。なお、ここで言う温度特性とは、450nmの青色光による常温(
25℃)における励起発光輝度に対する、同蛍光体の高温(200℃)における発光輝度
の相対値のことである。
って温度特性を60%以上にすることができる。この範囲よりrが小さいと、温度特性の
改良効果が小さくなる。また、この範囲よりrが大きくなると温度特性は逆に低下してく
る。また、Smの含有量rは0.0007≦r≦0.02の範囲であることがさらに好ま
しく、これによって温度特性は80%以上にできる。
て、相対発光輝度が70%以上にできる。ここで、相対発光輝度とは、q=0.03の蛍
光体の発光輝度を100パーセントとした場合における発光輝度のことをいう。
の数が減少するために輝度が低下し、逆に、0.2より大きくなると濃度消光が生ずる。
ここで、濃度消光とは、蛍光体の輝度を高めるために付活剤の濃度を増加していくとある
最適値以上の濃度では発光強度が低下することである。
る2種類以上の(Y1-p-q-rGdpCeqSmr)3Al5O12フォトルミネセンス蛍光体
を混合して用いてもよい。これによって、蛍光発光中のRGBの波長成分を増やすことが
でき、これに、例えばカラーフィルターを用いることによりフルカラー液晶表示装置用と
しても利用できる。
発光素子は、図1及び図2に示すように、モールド部材に埋設されることが好ましい。
本願発明の発光ダイオードに用いられる発光素子は、セリウムで付活されたガーネット系
蛍光体を効率良く励起できる窒化ガリウム系化合物半導体である。窒化ガリウム系化合物
半導体を用いた発光素子102,202は、MOCVD法等により基板上にInGaN等
の窒化ガリウム系半導体を発光層として形成することにより作製される。発光素子の構造
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
ダブルヘ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程度に薄く形成した
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。特に、本願発明においては、
発光素子の活性層をInGaNの単一量子井戸構造とすることにより、フォトルミネセン
ス蛍光体の劣化がなく、より高輝度に発光する発光ダイオードとして利用することができ
る。
SiC、Si、ZnO等の材料が用いることができるが、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ヤ基板を用いることが好ましい。このサファイヤ基坂上にGa
N、AlN等のバッファー層を介してPN接合を形成するように窒化ガリウム半導体層を
形成する。窒化ガリウム系半導体は、不純物をドーブしない状態でN型導電性を示すが、
発光効率を向上させるなど所望の特性(キャリヤ濃度等)のN型窒化ガリウム半導体を形
成するためには、N型ドーパントとしてSi、Ge、Se、Te、C等を適宜ドープする
ことが好ましい。
一方、p型窒化ガリウム半導体を形成する場合は、p型ドーパンドであるZn、Mg、B
e、Ca、Sr、Ba等をドープする。尚、窒化ガリウム系化合物半導体は、p型ドーパ
ントをドーブしただけでは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p型化させることが好ましい。エッチングなどに
よりp型及びN型の窒化ガリウム半導体の表面を露出させた後、各半導体層上にスバッタ
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する。
ルカットする方法、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方法、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る方法等を用いて、半導体ウエハーをチッ
プ状にカットする。このようにして窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光素子を形成
することができる。
ス蛍光体との補色関係や樹脂の劣化等を考慮して発光素子の発光波長は400nm以上5
30nm以下に設定することが好ましく、420nm以上490nm以下に設定すること
がより好ましい。発光素子とフォトルミネセンス蛍光体との効率をそれぞれより向上させ
るためには、450nm以上475nm以下に設定することがさらに好ましい。実施形態
1の白色系発光ダイオードの発光スペクトルの一例を図4に示す。ここに例示した発光ダ
イオードは、図1に示すリードタイプのものであって、後述する実施例1の発光素子とフ
ォトルミネッセンス蛍光体とを用いたものである。ここで、図4において、450nm付
近にピークを持つ発光が発光素子からの発光であり、570nm付近にピークを持つ発光
が発光素子によって励起されたフォトルミネセンスの発光である。
合わせた白色系発光ダイオードで、実現できる色再現範囲を図16に示す。この白色系発
光ダイオードの発光色は、青色LED起源の色度点と蛍光体起源の色度点とを結ぶ直線上
のいずれかに位置するので、表1の1〜7の蛍光体を使用することにより、色度図中央部
の広範な白色領域(図16中斜線を付した部分)をすべてカバーすることができる。図1
7は、白色系発光ダイオードにおける蛍光体の含有量を変化させた時の発光色の変化を示
したものである。ここで、蛍光体の含有量は、コーティング部に使用する樹脂に対する重
量パーセントで示している。図17から明らかなように、蛍光体の量を増やせば蛍光体の
発光色に近付き、減らすと青色LEDに近付く。
しない発光素子を一緒に用いることもできる。具体的には、蛍光体を励起可能な窒化物系
化合物半導体である発光素子に加えて、蛍光体を実質的に励起しない、発光層がガリウム
燐、ガリウムアルミニウムひ素、ガリウムひ素燐やインジウムアルミニウム燐などである
発光素子を一緒に配置する。このようにすると、蛍光体を励起しない発光素子からの光は
、蛍光体に吸収されることなく外部に放出される。これによって、紅白が発光可能な発光
ダイオードとすることができる。
(導電性ワイヤー103、203)
導電性ワイヤー103、203としては、発光素子102、202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)(cm2)(℃/cm)以上が好ましく、より好ましくは0.
5cal/(s)(cm2)(℃/cm)以上である。また、作業性を考慮すると導電性
ワイヤーの直径は、10μm以上、45μm以下であることが好ましい。特に、蛍光体が
含有されたコーティング部とモールド部材とをそれぞれ同一材料を用いたとしても、どち
らか一方に蛍光体が入ることによる熱膨張係数の違いにより、それらの界面においては、
導電性ワイヤーは断線し易い。そのために導電性ワイヤーの直径は、25μm以上がより
好ましく、発光面積や取り扱い易さの観点から35μm以下が好ましい。導電性ワイヤー
の材質としては、金、銅、白金、アルミニウム等の金属及びそれらの合金が挙げられる。
このような材質、形状からなる導電性ワイヤーを用いることにより、ワイヤーボンディン
グ装置によって、各発光素子の電極と、インナー・リード及びマウント・リードとを容易
に接続することができる。
マウント・リード105は、カップ部105aとリード部105bとからなり、カップ
部105aに、ダイボンディング装置で発光素子102を載置する十分な大きさがあれば
良い。また、複数の発光素子をカップ内に設け、マウント・リードを発光素子の共通電極
として利用する場合においては、異なる電極材料を用いる場合があるので、それぞれに十
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発光素子を配置すると共に蛍光体をカップ内部に充填する場合は、蛍
光体からの光が当方的に放出されたとしても、カップにより所望の方向に反射されるので
、近接して配置させた別の発光ダイオードからの光による疑似点灯を防止することができ
る。ここで、擬似点灯とは、近接して配置された別の発光ダイオードに電力を供給してい
なくても発光しているように見える現象のことをいう。
脂、アクリル樹脂やイミド樹脂等の熱硬化性樹脂などを用いて行うことができる。また、
フェースダウン発光素子(基板側から発光を取り出すタイプであって、発光素子の電極を
カップ部105aに対向させて取り付けるように構成されたもの)を用いる場合は、該発
光素子をマウント・リードと接着させると共に電気的に導通させるために、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発光素子が配置されるマウント・リードのカップ部の表面を
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
ード上に複数の発光素子を積置する場合は、発光素子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、その熱伝導度は、0.01cal/(s)(cm2)(℃/c
m)以上が好ましく、より好ましくは0.5cal/(s)(cm2)(℃/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。
インナー・リード106は、マウント・リード105上に配置された発光素子102の
一方の電極に、導電性ワイヤー等で接続される。マウント・リード上に複数の発光素子を
設けた発光ダイオードの場合は、インナーリード106を複数設け、各導電性ワイヤー同
士が接触しないよう各インナーリードを配置する必要がある。例えば、マウント・リード
から離れるに従って、各インナー・リードのワイヤーボンディングされる各端面の面積を
順次大きくすることによって、導電性ワイヤー間の間隔を開けるようにボンディングし、
導電性ワイヤー間の接触を防ぐことができる。インナーリードの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1OS以下に設定することが好ましい。
成することができる。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調整するようにしても良い。
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
以下であることが好ましく、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。
コーティング部101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、本実施の形態1では、発光素子の発光を変換するフォトルミネセン
ス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侯性に優れた透明樹脂や硝子などが適する。また、フ
ォトルミネセンス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、酸化珪素等を用いることが好ましい。
さらに、蛍光体をスパッタリングにより形成する場合、コーティング部を省略することも
できる。この場合、膜厚を調整したり蛍光体層に開口部を設けることで混色表示が可能な
発光ダイオードとすることができる。
モールド部材104は、発光素子102、導電性ワイヤー103、フォトルミネセンス
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機能を有する。本実施
形態1では、モールド部材104にさらに拡散剤を含有させることが好ましく、これによ
って発光素子102からの指向性を緩和させることができ、視野角を増やすことができる
。また、モールド部材104は、発光ダイオードにおいて、発光素子からの発光を集束さ
せたり拡散させたりするレンズ機能を有する。従って、モールド部材104は、通常、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
わせた形状に形成される。また、モールド部材104は、それぞれ異なる材料を複数積層
した構造にしてもよい。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
化珪素等を用いることができる。さらに、本願発明では、拡散剤に加えてモールド部材中
にフォトルミネセンス蛍光体を含有させてもよい。すなわち、本願発明では、フォトルミ
ネセンス蛍光体をコーティング部に含有させても良いし、モールド部材中に含有させても
よい。モールド部材にフォトルミネセンス蛍光体を含有させることにより、視野角をさら
に大きくすることができる。また、コーティング部とモールド部材の双方に含有させても
よい。またさらに、コーティング部をフォトルミネセンス蛍光体が含有された樹脂とし、
モールド部材を、コーティング部と異なる部材である硝子を用いて形成しても良く、この
ようにすることにより、水分などの影響が少ない発光ダイオードを生産性良く製造できる
。また、用途によっては、屈折率を合わせるために、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してもよい。本願発明においてモールド部材に拡散剤や着色剤を含
有させることによって、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と共によ
り混色性を向上させることができる。すなわち、蛍光体は強い外光のうち青色成分を吸収
し発光し、黄色に着色しているように見える。しかしながら、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し、着色剤は所望の色に着色する。これによって、発光
観測面から蛍光体の色が観測されることはない。さらに、発光素子の主発光波長が430
nm以上では、光安定化剤である紫外線吸収剤を含有させることがより好ましい。
本発明に係る実施の形態2の発光ダイオードは、発光素子として発光層に高エネルギー
バンドギャップを有する窒化ガリウム系半導体を備えた素子を用い、フォトルミネセンス
蛍光体として、互いに組成の異なる2種類以上のフォトルミネセンス蛍光体、好ましくは
セリウム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蛍光体を
用いる。これにより実施の形態2の発光ダイオードは、発光素子によって発光されるLE
D光の発光波長が、製造バラツキ等により所望値からずれた場合でも、2種類以上の蛍光
体の含有量を調節することによって所望の色調を持った発光ダイオードを作製できる。
この場合、発光波長が比較的短い発光素子に対しては、発光波長が比較的短い蛍光体を用
い、発光波長が比較的長い発光素子には発光波長が比較的長い蛍光体を用いることで発光
ダイオードから出力される発光色を一定にすることができる。 蛍光体に関して言うと、
フォトルミネセンス蛍光体として、一般式(Re1-rSmr)3(Al1-sGas)5O12
:Ceで表されるセリウムで付活された蛍光体を用いることもできる。但し、0<r≦1
、0≦s≦1、Reは、Y、Gd、Laから選択される少なくとも一種である。これによ
り発光素子から放出された可視光域における高エネルギーを有する光が長時間高輝度に照
射された場合や種々の外部環境の使用下においても蛍光体の変質を少なくできるので、発
光色の色ずれや発光輝度の低下が極めて少なく、かつ高輝度の所望の発光成分を有する発
光ダイオードを構成できる。
実施の形態2の発光ダイオードに用いられるフォトルミネセンス蛍光体について詳細に
説明する。実施の形態2においては、上述したように、フォトルミネセンス蛍光体として
組成の異なる2種類以上のセリウムで付活されたフォトルミネセンス蛍光体を使用した以
外は、実施の形態1と同様に構成され、蛍光体の使用方法は実施の形態と同様である。
から離れるに従い濃度勾配をつける等)ことによって耐候性の強い特性を発光ダイオード
に持たせることができる。このような分布はフォトルミネセンス蛍光体を含有する部材、
形成温度、粘度やフォトルミネセンス蛍光体の形状、粒度分布などを調整することによっ
て種々調整することができる。
したがって、実施形態2では、使用条件などに対応させて、蛍光体の分布濃度が設定され
る。また、実施の形態2では、2種類以上の蛍光体をそれぞれ発光素子から出力される光
に対応して配置を工夫(例えば、発光素子に近い方から順番に配置する等)することによ
って発光効率を高くすることができる。
として(Ee)=3W・cm−2以上10W・cm−2以下の比較的高出力の発光素子と
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でかつ十分な耐光性を有する発光
ダイオードを構成できる。
ト系蛍光体(YAG系蛍光体)は、実施形態1と同様、ガーネット構造を有するので、熱
、光及び水分に強い。また、実施形態2のイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍
光体は、図5(A)の実線に示すように励起スペクトルのピークを450nm付近に設定
でき、かつ発光スペクトルの発光ピークを図5(B)の実線に示すように510nm付近
に設定でき、しかも発光スペクトルを700nmまで裾を引くようにブロードにできる。
これによって、緑色系の発光をさせることができる。また、実施形態2の別のセリウムで
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は、励起スペクトルのピー
クを図5Aの破線に示すように450nm付近にでき、かつ発光スペクトルの発光ピーク
を図5(B)の破線に示すように600nm付近に設定でき、しかも発光スペクトルを7
50nmまで裾を引くブロードにできる。これによって、赤色系の発光が可能となる。
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
で発光波長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、発光波長が長波長側へシフトする。AlのGaへの置換は、発光効率と発光波長
を考慮してGa:Al=1:1から4:6が好ましい。同様に、Yの一部をGd及び/又
はLaで置換することは、Y:Gd及び/又はLa=9:1から1:9であり、より好ま
しくは、Y:Gd及び/又はLa=4:1から2:3である。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、6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。
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を適量混合して坩堝に詰め、空気中1350〜1450℃
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。 本実施形態2において、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・ガーネット系
蛍光体は、混合して用いても良いし、それぞれ独立して配置(例えば、積層)して用いて
も良い。2種類以上の蛍光体を混合して用いた場合、比較的簡単に量産性よく色変換部を
形成することができ、2種類以上の蛍光体を独立して配置した場合は、所望の色になるま
で重ね合わせることにより、形成後に色調整をすることができる。また、蛍光体をそれぞ
れ独立して配置して用いる場合、LED素子に近いほうに、光をより短波長側で吸収発光
しやすい蛍光体を設け、LEDより離れた所に、それよりも長波長側で吸収発光しやすい
蛍光体を配置することが好ましい。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。
以上のイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体を用いている。これによって、
所望の発光色が効率よく発光可能な発光ダイオードを構成することができる。即ち、半導
体発光素子が発光する光の発光波長が、図6に示す色度図のA点からB点に至る線上に位
置する場合、組成の異なる2種類以上のイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光
体の色度点(C点及びD点)である図6のA点,B点,C点及びD点で囲まれた斜線内に
ある任意の発光色を発光させることができる。実施形態2では、LED素子、蛍光体の組
成若しくはその量を種々選択することによって調節することができる。特に、LED素子
の発光波長に対応して、所定の蛍光体を選択することによりLED素子の発光波長のバラ
ツキを補償することにより、発光波長のバラツキが少ない発光ダイオードを構成すること
ができる。また、蛍光物質の発光波長を選択することにより、RGBの発光成分を高輝度
に含んだ発光ダイオードを構成することができる。
蛍光体は、ガーネット構造を有するので、実施形態2の発光ダイオードは、長時間高輝度
に発光させることができる。また、実施形態1及び2の発光ダイオードは、発光観測面か
らみて蛍光体を介して発光素子を設ける。また、発光素子からの光よりもより長波長側に
発光する蛍光物質を用いているので、効率よく発光させることができる。さらに、変換さ
れた光は発光素子から放出される光よりも長波長側になっているために、発光素子の窒化
物半導体層のバンドギャップよりも小さく、該窒化物半導体層に吸収されにくい。従って
、蛍光体が等方的に発光するために発光された光はLED素子にも向かうが、蛍光体によ
って発光された光はLED素子に吸収されることはないので、発光ダイオードの発光効率
を低下させることはない。
本発明に係る別の実施形態である面状発光光源の例を図7に示す。
図7に示す面状発光光源では、実施形態1又は2で用いたフォトルミネセンス蛍光体が
、コーティング部701に含有されている。これによって、窒化ガリウム系発光素子が発
生する青色系の光を、コーティング部で色変換した後、導光板704及び散乱シート70
6を介して面状にして出力する。
性パターン(図示せず)が形成されたコの字形状の金属基板703内に固定される。発光
素子の電極と導電性パターンとを導通させた後、フォトルミネセンス蛍光体をエポキシ樹
脂と混合して発光素子702が積載されたコの字型の金属基板703の内部に充填する。
こうして固定された発光素子702は、アクリル性の導光板704の一方の端面にエポキ
シ樹脂などで固定される。導光板704の一方の主面上の散乱シート706が形成されて
いない部分には、点状に発光する蛍現象防止のため白色散乱剤が含有されたフィルム状の
反射部材707が形成される。
い他方の端面上にも反射部材705を設け発光効率を向上させるように構成する。これに
より、例えば、LCDのバックライト用として十分な明るさを有する面状発光の発光ダイ
オードを構成することができる。
の主面上に、透光性導電性パターンが形成された硝子基板間(図示せず)に液晶が注入さ
れた液晶装置を介して偏光板を配し構成する。
示す発光装置は、発光ダイオード702によって発生された青色系の光を、フォトルミネ
センス蛍光体が含有された色変換部材701を介して白色系の光に変換した後、導光板7
04によって面状にして出力するように構成されている。
て面状にした後、導光板704の一方の主表面に形成された、フォトルミネッセンス蛍光
体を有する散乱シート706によって白色光に変換して面状の白色光を出力するように構
成されている。ここで、フォトルミネッセンス蛍光体は、散乱シート706に含有させて
も良いし、或いはバインダー樹脂と共に散乱シート706に塗布してシート状に形成して
もよい。さらには、導光板704上にフォトルミネセンス蛍光体を含むバインダーを、シ
ート状ではなく、ドット状に直接形成してもよい。
(表示装置)
次に、本願発明に係る表示装置について説明する。図10は本願発明に係る表示装置の
構成を示すブロック図である。該表示装置は、図10に示すように、LED表示器601
と、ドライバー回路602、画像データ記憶手段603及び階調制御手段604を備えた
駆動回路610とからなる。
ここで、LED表示器601は、図11に示すように、図1又は図2に示す白色系の発光
ダイオード501が、筺体504にマトリクス状に配列され、白黒用のLED表示装置と
して使用される。ここで、筺体504には遮光部材505が一体で成形されている。
像データ記憶手段(RAM)603と、RAM603から読み出したデータに基づいてL
ED表示器601のそれぞれの発光ダイオードを所定の明るさに点灯させるための階調信
号を演算して出力する階調制御手段604と、階調制御手段604から出力される信号に
よってスイッチングされて、発光ダイオードを点灯させるドライバー602とを備える。
階調制御回路604は、RAM603に記憶されるデータを取り出してLED表示器60
1の発光ダイオード点灯時間を演算して点滅させるパルス信号をLED表示器601に出
力する。以上のように構成された表示装置において、LED表示器601は、駆動回路か
ら入力されるパルス信号に基づいて表示データに対応した画像を表示することができ、以
下のような利点がある。
は、RGBの各発光ダイオードの発光出力を調節して表示させる必要があるため、各発光
ダイオードの発光強度、温度特性などを考慮して各発光ダイオードを制御しなけれはなら
ないので、該LED表示器を駆動する駆動回路は複雑になるという問題点があった。しか
しながら、本願発明の表示装置においては、LED表示器601が、RGBの3種類の発
光ダイオードを用いることなく、本願発明に係る白色系の発光が可能な発光ダイオード5
01を用いて構成されているので、駆動回路がRGBの各発光ダイオードを個別に制御す
る必要がなく、駆動回路の構成を簡単にでき、表示装置を安価にできる
1画素毎に、RGBの3つの発光ダイオードを組み合わせて白色表示させるためには、3
つの各発光ダイオードをそれぞれ同時に発光させて混色する必要があり、一画素あたりの
表示領域が大きくなり、高精細に表示させることができなかった。しかしながら、本願発
明の表示装置におけるLED表示器は、1個の発光ダイオードで白色表示できるので、よ
り高精細に白色系表示させることができる。さらに、3つの発光ダイオードの混色によっ
て表示するLED表示器は、見る方向や角度によって、RGBの発光ダイオードのいずれ
かが部分的に遮光され表示色が変化する場合があるが、本願発明のLED表示器ではその
ようなことはない。
器を備えた表示装置は、より高精細化が可能であり、安定した白色系の表示ができ、さら
に、色むらを少なくできる特長がある。また、本願発明に係る白色表示が可能なLED表
示器は、従来の赤色、緑色のみを用いたLED表示器に比べ人間の目に対する刺激が少な
く長時間の使用に適している。
本願発明の発光ダイオードを用いることにより、図12に示すように、RGBの3つの
発光ダイオードに本願発明の発光ダイオードを加えたものを1絵素とするLED表示器を
構成することができる。そして、このLED表示器と所定の駆動回路とを接続することに
より種々の画像を表示することができる表示装置を構成できる。この表示装置における駆
動回路は、モノクロームの表示装置と同様に、入力される表示データを一時的に記憶する
画像データー記憶手段(RAM)と、RAMに記憶されたデータに基づいて各発光ダイオ
ードを所定の明るさに点灯させるための階調信号を演算する階調制御回路と、階調制御回
路の出力信号でスイッチングされて、各発光ダイオードを点灯させるドライバーとを備え
る。ただし、この駆動回路は、RGBと白色系に発光する各発光ダイオードをそれぞれ制
御する専用の回路を必要とする。階調制御回路は、RAMに記憶されるデータから、それ
ぞれの発光ダイオードの点灯時間を演算して、点滅させるパルス信号を出力する。ここで
、白色系の表示を行う場合は、RGB各発光ダイオードを点灯するパルス信号のパルス幅
を短く、あるいは、パルス信号のピーク値を低く、あるいは全くパルス信号を出力しない
ようにする。他方、それを補償するように(すなわち、パルス信号のパルス幅を短く、あ
るいは、パルス信号のピーク値を低く、あるいは全くパルス信号を出力しない分を補うよ
うに)白色系発光ダイオードにパルス信号を供給する。これにより、LED表示器の白色
を表示する。
ディスプレーの輝度を向上させることができる。また、RGBの組合せで白色を表示しよ
うとすると、見る角度によってRGBのうちのいずれか1つ又はいずれか2つの色が強調
され、純粋な白を表現することができないが、本表示装置のように白色の発光ダイオード
を追加することにより、そのような問題を解決することができる。
させるためのパルス信号を演算する階調制御回路としてCPUを別途備えることが好まし
い。階調制御回路から出力されるパルス信号は、白色系発光ダイオードのドライバーに入
力されてドライバをスイッチングさせる。ドライバーがオンになると白色系発光ダイオー
ドが点灯され、オフになると消灯される。
本願発明の発光ダイオードを表示装置の1種である信号機として利用した場合、長時間
安定して発光させることが可能であると共に発光ダイオードの一部が消灯しても色むらな
どが生じないという特長がある。本願発明の発光ダイオードを用いた信号機の概略構成と
して、導電性パターンが形成された基坂上に白色系発光ダイオードを所定の配列に配置す
る。このような発光ダイオードを直列又は直並列に接続された発光ダイオードの回路を発
光ダイオード群として扱う。発光ダイオード群を2つ以上用いそれぞれ渦巻き状に発光ダ
イオードを配置させる。全ての発光ダイオードが配置されると円状に全面に配置される。
各発光ダイオード及び基板から外部電力と接続させる電源コードをそれぞれ、ハンダによ
り接続した後、鉄道信号用の匡体内に固定する。LED表示器は、遮光部材が付いたアル
ミダイキャストの匡体内に配置され表面にシリコーンゴムの充填材で封止されている。匡
体の表示面は、白色レンズを設けてある。また、LED表示器の電気的配線は、筺体の裏
面から筺体を密閉するためにゴムパッキンを介して通し、筺体内を密閉する。このように
して白色系信号機を形成することができる。本願発明の発光ダイオードを、複数の群に分
け中心部から外側に向け輪を描く渦巻き状などに配置し、並列接続することでより信頼性
が高い信号機を構成することができる。この場合、中心部から外側に向け輪を描くことに
より、信頼性が高い信号機を構成することができる。中心部から外側に向け輪を描くこと
には、連続的に輪を描くものも断続的に配置するものの双方を含む。したがって、LED
表示器の表示面積などを考慮して、配置される発光ダイオードの数や発光ダイオード群の
数を種々選択することができる。この信号機により、一方の発光ダイオード群や一部の発
光ダイオードが何らかのトラブルにより消灯したとしても他方の発光ダイオード群や残っ
た発光ダイオードにより信号機を円形状に均一に発光させることが可能となるり、色ずれ
が生ずることもない。渦巻き状に配置してあることから中心部を密に配置することができ
電球発光の信号と何ら違和感なく駆動させることができる。
以下、本願発明の実施例について説明するが、本願発明は、以下に示す実施例のみに限
定されるものではないことを念のために言っておく。
(実施例1)
実施例1は、発光素子として、GaInN半導体を用いた発光ピークが450nm、半
値幅30nmの発光素子を用いた例である。実施例1の発光素子は、洗浄されたサファイ
基板上にTMG(トリメチルガリウム)ガス、TMI(トリメチルインジウム)ガス、窒
素ガス及びドーバントガスをキャリアガスと共に流し、MOCVD法で窒化ガリウム系化
合物半導体を成膜することにより作製される。成膜時に、ドーパントガスとしてSiH4
とCp2Mgと、を切り替えることによってN型導電性を有する窒化ガリウム半導体とP
型導電性を有する窒化ガリウム半導体を形成する。実施例1のLED素子は、N型導電性
を有する窒化ガリウム半導体であるコンタクト層と、P型導電性を有する窒化ガリウムア
ルミニウム半導体であるクラッド層、P型導電性を有する窒化ガリウム半導体層であるコ
ンタクト層を備え、N型導電性を有するコンタクト層とP型導電性を有するクラッド層と
の間に厚さ約3nmの、単一量子井戸構造を構成するためのノンドープInGaNからな
る活性層が形成されている。尚、サファイア基板上には、バッファ層として低温で窒化ガ
リウム半導体層が形成されている。また、P型窒化ガリウム半導体は、成膜後400℃以
上の温度でアニールされている。
n側p側の各電極がそれぞれ形成される。こうして作製された半導体ウエハーにスクライ
ブラインを引いた後、外力を加えて個々の発光素子に分割した。
プ部にエポキシ樹脂でダイボンディングした後、発光素子の各電極とマウント・リード及
びインナー・リードとをそれぞれ直径が30μmの金線を用いてワイヤーボンディングし
て、リードタイプの発光ダイオードを作製した。
で酸に溶解した溶解液を修酸で共沈させ、沈澱物を焼成して得られる共沈酸化物と、酸化
アルミニウムを混合して、この混合原料にフラックスとしてフツ化アンモニウムを混合し
て坩堝に詰めて、空気中1400℃の温度で3時間焼成した後、その焼成品をボールミル
を用いて湿式粉砕して、洗浄、分離、乾燥後、最後に篩を通すことにより作製した。その
結果、フォトルミネセンス蛍光体は、YがGdで約2割置換されたイットリウム・アルミ
ニウム酸化物として(Y0.8Gd0.2)3Al5O12:Ceが形成された。尚、C
eの置換は0.03であった。
量部とエポキシ樹脂100重量部とをよく混合してスラリーとし、このスラリーを発光素
子が載置されたマウント・リードのカップ内に注入した後、130℃の温度で1時間で硬
化させた。こうして発光素子上に厚さ120μmのフォトルミネセンス蛍光体が含有され
たコーティング部を形成した。なお、本実施例1では、コーティング部においては、発光
素子に向かってフォトルミネセンス蛍光体が徐々に多く分布するように構成した。
蛍光体を外部応力、水分及び塵芥などから保護する目的でモールド部材として透光性エポ
キシ樹脂を形成した。ここで、モールド部材は、砲弾型の型枠の中に、リードフレームに
ボンディングされ、フォトルミネセンス蛍光体を含んだコーティング部に覆われた発光素
子を挿入して、透光性エポキシ樹脂を注入した後、150℃5時間にて硬化させて形成し
た。
光体のボディーカラーにより中央部が黄色っぽく着色されていた。
こうして得られた白色系が発光可能な発光ダイオードの色度点、色温度、演色性指数を
測定した結果、それぞれ、色度点は、(x=0.302、y=0.280)、色温度80
80K、演色性指数(Ra)=87.5と三波長型蛍光灯に近い性能を示した。また、発
光効率は9.51m/wと白色電球並であった。さらに、温度25℃60mA通電、温度
25℃20mA通電、温度60℃90%RH下で20mA通電の各寿命試験においても蛍
光体に起因する変化は観測されず通常の青色発光ダイオードと寿命特性に差がないことが
確認できた。
フォトルミネセンス蛍光体を(Y0.8Gd0.2)3Al5O12:Ce蛍光体から
(ZnCd)S:Cu、Alとした以外は、実施例1と同様にして発光ダイオードの形成
及び寿命試験を行った。形成された発光ダイオードは通電直後、実施例1と同様、白色系
の発光が確認されたが輝度は低かった。また、寿命試験においては、約100時間で出力
がゼロになった。劣化原因を解析した結果、蛍光体が黒化していた。
水分により光分解し蛍光体結晶表面にコロイド状亜鉛金属を析出し外観が黒色に変色した
ものと考えられる。温度25℃20mA通電、温度60℃90%RH下で20mA通電の
寿命試験結果を実施例1の結果と共に図13に示す。輝度は初期値を基準にしそれぞれの
相対値を示す。図13において、実線が実施例1であり波線が比較例1を示す。
実施例2の発光ダイオードは、発光素子における窒化物系化合物半導体のInの含有量
を実施例1の発光素子よりも増やすことにより、発光素子の発光ピークを460nmとし
、フォトルミネセンス蛍光体のGdの含有量を実施例1よりも増やし(Y0.6Gd0.
4)3Al5O12:Ceとした以外は実施例1と同様にして発光ダイオードを作製した
。
以上のようにして作製した発光ダイオードは、白色系の発光可能であり、その色度点、
色温度、演色性指数を測定した。それぞれ、色度点(x=0.375、y=0.370)
、色温度4400K、演色性指数(Ra)=86.0であった。
光ダイオードの各発光スペクトルを示す。
また、この実施例2の発光ダイオードを100個作製し、初期の光度に対する1000
時間発光させた後における光度を調べた。その結果、初期(寿命試験前)の光度を100
%とした場合、1000時間経過後における平均光度は、平均して98.8%であり特性
に差がないことが確認できた。
実施例3の発光ダイオードは、フォトルミネセンス蛍光体としてY、Gd、Ceの希土
類元素に加えSmを含有させた、一般式(Y0.39Gd0.57Ce0.03Sm0.
01)3Al5O12蛍光体を用いた以外は、実施例1と同様に作製した。この実施例3
の発光ダイオードを100個作製し、130℃の高温下において評価した結果、実施例1
の発光ダイオードと比較して平均温度特性が8%ほど良好であった。
実施例4のLED表示器は、実施例1の発光ダイオードが、図11に示すように銅パタ
ーンを形成したセラミックス基坂上に、16×16のマトリックス状に配列されて構成さ
れる。尚、実施例4のLED表示器では、発光ダイオードが配列された基板は、フェノー
ル樹脂からなり遮光部材505が一体で形成された筺体504内部に配置され、発光ダイ
オードの先端部を除いて筺体、発光ダイオード、基板及び遮光部材の一部をピグメントに
より黒色に着色したシリコンゴム506が充填される。また、基板と発光ダイオードとの
接続は、自動ハンダ実装装置を用いてハンダ付けを行た。
AM及びRAMに記憶されるデータを取り出して発光ダイオードを所定の明るさに点灯さ
せるための階調信号を演算する階調制御回路と階調制御回路の出力信号でスイッチングさ
れて発光ダイオードを点灯させるドライバーとを備えた駆動手段によって駆動することに
より白黒LED表示装置として使用できることを確認した。
実施例5の発光ダイオードは、フォトルミネセンス蛍光体として一般式(Y0.2Gd
0.8)3Al5O12:Ceで表される蛍光体を用いた以外は、実施例1と同様にして
作製した。この実施例5の発光ダイオードを100個作製して諸特性を測定した。
その結果、色度点(平均値)は(x=0.450,y=0.420)であり、電球色の
光を発光することができた。
光ダイオードの各発光スペクトルを示す。
また、実施例5の発光ダイオードは、実施例1の発光ダイオードに比較して輝度が約4
0%低かったが、寿命試験においては、実施例1と同様に優れた耐候性を示していた。
実施例6の発光ダイオードは、フォトルミネセンス蛍光体として一般式Y3Al5O1
2:Ceで表される蛍光体を用いた以外は、実施例1と同様にして作製した。この実施例
6の発光ダイオードを100個作製して諸特性を測定した。
その結果、実施例1に比較してやや黄緑色がかった白色の光を発光することができた。
図20(A〜C)にそれぞれ、実施例6のフォトルミネセンス蛍光体、発光素子及び発
光ダイオードの各発光スペクトルを示す。
また、実施例6の発光ダイオードは、寿命試験においては、実施例1と同様に優れた耐
候性を示していた。
実施例7の発光ダイオードは、フォトルミネセンス蛍光体として一般式Y3(Al0.
5Ga0.5)5O12:Ceで表される蛍光体を用いた以外は、実施例1と同様にして
作製した。この実施例7の発光ダイオードを100個作製して諸特性を測定した。
その結果、実施例7の発光ダイオードは、輝度は低いが緑色がかった白色の光を発光す
ることができ、寿命試験においては、実施例1と同様に優れた耐候性を示していた。
図21(A〜C)にそれぞれ、実施例7のフォトルミネセンス蛍光体、発光素子及び発
光ダイオードの各発光スペクトルを示す。
実施例8の発光ダイオードは、フォトルミネセンス蛍光体として、一般式Gd3(Al
0.5Ga0.5)5O12:Ceで表されるYを含まない蛍光体を用いた以外は、実施
例1と同様にして作製した。この実施例8の発光ダイオードを100個作製して諸特性を
測定した。
その結果、実施例8の発光ダイオードは、輝度は低いが、寿命試験においては、実施例
1と同様に優れた耐候性を示していた。
実施例9の発光ダイオードは、図7に示す構成を有する面状発光の発光装置である。
発光素子として発光ピークが450nmのIn0.05Ga0.95N半導体を用いた
。発光素子は、洗浄させたサファイヤ基板上にTMG(トリメチルガリウム)ガス、TM
I(トリメチルインジュウム)ガス、窒素ガス及びドーパントガスをキャリアガスと共に
流し、MOCVD法で窒化ガリウム系化合物半導体を成膜することにより形成した。ドー
パントガスとしてSiH4とCp2Mgと、を切り替えることによってN型導電性を有す
る窒化ガリウム半導体とP型導電性を有する窒化ガリウム半導体を形成しPN接合を形成
した。半導体発光素子としては、N型導電性を有する窒化ガリウム半導体であるコンタク
ト層、N型導電性を有する窒化ガリウムアルミニウム半導体であるクラッド層、P型導電
性を有する窒化ガリウムアルミニウム半導体であるクラッド層、P型導電性を有する窒化
ガリウム半導体であるコンタクト層を形成した。N型導電性を有するクラッド層とP型導
電性を有するクラッド層との間にダブルヘテロ接合となるZnドープInGaNの活性層
を形成した。なお、サファイア基板上には、低温で窒化ガリウム半導体を形成し、バッフ
ァ層として用いた。P型窒化物半導体層は、成膜後400℃以上の温度でアニールされて
いる。
タリングにより各電極をそれぞれ形成し、こうして出来上がった半導体ウエハーをスクラ
イブラインを引いた後、外力により分割させ発光素子として発光素子を形成した。
銀メッキした銅製リードフレームの先端にカップを有するマウント・リードに発光素子
をエポキシ樹脂でダイボンディングした。発光素子の各電極とマウント・リード及びイン
ナー・リードと、をそれぞれ直径が30μmの金線でワイヤボンディングし電気的導通を
取った。
光性エポシキ樹脂を混入後、150℃5時間にて硬化させ青色系発光ダイオードを形成さ
せた。青色系発光ダイオードを端面が全て研磨されたアクリル性導光板の一端面に接続さ
せた。アクリル板の片面及び側面は、白色反射部材としてチタン酸バリウムをアクリル系
バインダー中に分散したものでスクリーン印刷及び硬化させた。
e、La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させた。これを焼
成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウム、酸化ガリウムと混合して混合原料をそ
れぞれ得る。これにフラックスとしてフッ化アンモニウムを混合して坩堝に詰め、空気中
1400°Cの温度範囲で3時間焼成して焼成品を得た。焼成品をそれぞれ水中でボール
ミルして、洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通して形成した。
表される緑色系が発光可能な第1の蛍光体120重量部と、同様にして作製された、一般
式(Y0.4Gd0.6)3Al5O12:Ceで表される赤色系が発光可能な第2の蛍
光体100重量部とを、エポキシ樹脂100重量部とよく混合してスラリーとし、このス
ラリーを厚さ0.5mmのアクリル層上にマルチコーターを用いて均等に塗布、乾燥し、
厚さ約30μmの色変換部材として蛍光体膜を形成した。
蛍光体層を導光板の主発光面と同じ大きさに切断し導光板上に配置することにより面状の
発光装置を作製した。以上のように作製した発光装置の色度点、演色性指数を測定した結
果、色度点は、(x=0.29,y=0.34)であり、演色性指数(Ra)は、92.
0と三波長型蛍光灯に近い性能を示した。また、発光効率は12 lm/wと白色電球並
であった。さらに耐侯試験として室温60mA通電、室温20mA通電、60℃90%R
H下で20mA通電の各試験においても蛍光体に起因する変化は観測されなかった。
実施例9の一般式Y3(Al0.6Ga0.4)5O12:Ceで表される緑色系が発
光可能な第1の蛍光体、及び一般式(Y0.4Gd0.6)3Al5O12:Ceで表さ
れる赤色系が発光可能な第2の蛍光体からなるフォトルミネセンス蛍光体に代えて、それ
ぞれペリレン系誘導体である緑色有機蛍光顔料(シンロイヒ(SINLOIHI)化学製
FA−001)と赤色有機蛍光顔料(シンロイヒ化学製FA−005)とを用いて同量で
混合攪拌した以外は、実施例9と同様にして発光ダイオードを作製して実施例9と同様の
耐侯試験を行った。作製した比較例1の発光ダイオードの色度点は、(x=0.34,y
=0.35)であった。耐侯性試験として、カーボンアークで紫外線量を200hrで太
陽光の1年分とほぼ同等とさせ時間と共に輝度の保持率及び色調を測定した。また、信頼
性試験として発光素子を発光させ70℃一定における時間と共に発光輝度及び色調を測定
した。この結果を実施例9と共に図14及び図15にそれぞれ示す。図14,15から明
らかなように、いずれの試験においても、実施例9は、比較例2より劣化が少ない。
実施例10の発光ダイオードは、リードタイプの発光ダイオードである。
実施例10の発光ダイオードでは、実施例9と同様にして作製した450nmのIn0
.05Ga0.95Nの発光層を有する発光素子を用いた。そして、銀メッキした銅製の
マウントリードの先端のカップに発光素子をエポキシ樹脂でダイボンディングし、発光素
子の各電極とマウント・リード及びインナー・リードとをそれぞれ金線でワイヤーボンデ
ィングし電気的に導通させた。
Ceで表される緑色系が発光可能な第1の蛍光体と一般式(Y0.2Gd0.8)3Al
5O12:Ceで表される赤色系が発光可能な第2の蛍光体とをそれぞれ以下のようにし
て作製して混合して用いた。すなわち、必要なY、Gd、Ce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させた。これを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化
アルミニウム、酸化ガリウムと混合して混合原料をそれぞれ得る。これにフラックスとし
てフッ化アンモニウムを混合して坩堝に詰め、空気中1400°Cの温度範囲で3時間焼
成してそれぞれ焼成品を得た。焼成品を水中でボールミルして、洗浄、分離、乾燥、最後
に篩を通して所定の粒度の第1と第2の蛍光体を作製した。
ポキシ樹脂100重量部に混合してスラリーとし、このスラリーを発光素子が配置された
マウント・リード上のカップ内に注入した。注入後、注入されたフォトルミネセンス蛍光
体を含有する樹脂を130℃1時間で硬化させた。こうして発光素子上に厚さ120μの
フォトルミネセンス蛍光体が含有されたコーティング部材を形成した。なお、このコーテ
ィング部材は、発光素子に近いほどフォトルミネセンス蛍光体の量が徐々に多くなるよう
に形成した。その後、さらに発光素子やフォトルミネセンス蛍光体を外部応力、水分及び
塵芥などから保護する目的でモールド部材として透光性エポキシ樹脂を形成した。モール
ド部材は、砲弾型の型枠の中にフォトルミネセンス蛍光体のコーティング部が形成された
リードフレームを挿入し透光性エポシキ樹脂を混入後、150℃5時間にて硬化させて形
成した。このようにして作製された実施例10の発光ダイオードは、発光観測正面から視
認するとフォトルミネセンス蛍光体のボディーカラーにより中央部が黄色っぽく着色され
ていた。
定した結果、色度点は、(x=0.32,y=0.34)であり、演色性指数(Ra)=
89.0、発光効率は10lm/wであった。さらに耐侯試験として室温60mA通電、
室温20mA通電、60℃90%RH下で20mA通電の各試験においてもフォトルミネ
センス蛍光体に起因する変化は観測されず通常の青色系発光ダイオードと寿命特性に差が
ないことが確認できた。
LED素子として発光ピークが470nmのIn0.4Ga0.6N半導体を用いた。
発光素子は、洗浄させたサファイヤ基板上にTMG(トリメチルガリウム)ガス、TMI
(トリメチルインジュウム)ガス、窒素ガス及びドーパントガスをキャリアガスと共に流
し、MOCVD法で窒化ガリウム系化合物半導体を成膜させることにより形成した。ドー
パントガスとしてSiH4とCp2Mgと、を切り替えることによってN型導電性を有す
る窒化ガリウム半導体とP型導電性を有する窒化ガリウム半導体を形成しPN接合を形成
した。LED素子としては、N型導電性を有する窒化ガリウム半導体であるコンタクト層
、P型導電性を有する窒化ガリウムアルミニウム半導体であるクラッド層、P型導電性を
有する窒化ガリウム半導体であるコンタクト層を形成した。N型導電性を有するコンタク
ト層とP型導電性を有するクラッド層との間に厚さ約3nmのノンドープInGaNの活
性層を形成することにより単一井戸構造とした。なお、サファイア基板上には、低温で窒
化ガリウム半導体をバッファ層として形成した。
ッタリングによりp側及びn側の各電極を形成した。こうして出来上がった半導体ウエハ
ーをスクライブラインを引いた後、外力により分割させ発光素子として発光素子を形成し
た。
イボンディングした。発光素子の各電極とマウント・リード及びインナー・リードと、を
それぞれ直径30μmの金線でワイヤーボンディングし電気的導通を取った。
光性エポシキ樹脂を混入後、150℃5時間にて硬化させ青色系発光ダイオードを形成し
た。青色系発光ダイオードを端面が全て研磨されたアクリル性導光板の一端面に接続した
。アクリル板の片面及び側面は、白色反射部材としてチタン酸バリウムをアクリル系バイ
ンダー中に分散したものをスクリーン印刷及び硬化して膜状に形成した。
Ceで表され比較的短波長側の黄色系が発光可能な蛍光体と、一般式(Y0.4Gd0.
6)3Al5O12:Ceで表され比較的長波長側の黄色系が発光可能な蛍光体とを以下
のようにして作製して混合して用いた。これらの蛍光体は、それぞれ必要なY、Gd、C
e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させた。これを焼成して
得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウムと混合して混合原料をそれぞれ得る。これにフ
ラックスとしてフッ化アンモニウムを混合して坩堝に詰め、空気中1400℃の温度範囲
で3時間焼成して焼成品を得た。焼成品をそれぞれ水中でボールミルして、洗浄、分離、
乾燥、最後に篩を通して形成した。
黄色系蛍光体100重量部とを、アクリル樹脂1000重量部とよく混合して押し出し成
形し、厚さ約180μmの色変換部材として用いる蛍光体膜を形成した。蛍光体膜を導光
板の主発光面と同じ大きさに切断し導光板上に配置することにより発光装置を作製した。
このようにして作製した実施例11の発光装置の色度点、演色性指数を測定した結果、色
度点は、(x=0.33,y=0.34)であり、演色性指数(Ra)=88.0を示し
た。また、発光効率は10 lm/wであった。
Al5O12:Ceで表される蛍光体、式(Y0.4Gd0.6)3Al5O12:Ce
で表される蛍光体及び発光素子の各発光スペクトルを示す。また、図23には、実施例1
1の発光ダイオードの発光スペクトルを示す。 さらに耐侯試験として室温60mA通電
、室温20mA通電、60℃90%RH下で20mA通電の各試験においても蛍光体に起
因する変化は観測されなかった。同様に、この蛍光体の含有量を種々変えることによって
発光素子からの波長が変化しても所望の色度点を維持させることができる。
実施例12の発光ダイオードは、フォトルミネセンス蛍光体として一般式Y3In5O
12:Ceで表されるAlを含まない蛍光体を用いた以外は、実施例1と同様にして発光
ダイオードを100個作製した。実施例9の発光ダイオードは、輝度は低いが寿命試験に
おいて実施例1と同様に優れた耐候性を示していた。
ことができ、長時間高輝度の使用においても発光効率の劣化が少なくしかも耐候性に優れ
ている。従って、一般的な電子機器に限られず、高い信頼性が要求される車載用、航空産
業用、港内のブイ表示用及び高速道路の標識照明など屋外での表示や照明として新たな用
途を開くことができる。
Claims (2)
- 白色系を発光する発光ダイオードであって、
該発光ダイオードは、発光層が窒化ガリウム系化合物半導体であり、前記発光層の発光スペクトルのピークが420〜490nmの範囲にあるLEDチップと、該LEDチップによって発光された光の一部を吸収して、吸収した光の波長よりも長波長の光を発光する、Y、Gd及びSmからなる群から選ばれた少なくとも1つの元素と、Al及びGaからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素とを含んでなるセリウムで付活されたガーネット系蛍光体とを含む、
ことを特徴とする発光ダイオード。 - 白色系を発光するLED光源であって、
該LED光源は、発光層が窒化ガリウム系化合物半導体であり、前記発光層の発光スペクトルのピークが420〜490nmの範囲にあるLEDチップと、該LEDチップによって発光された光の一部を吸収して、吸収した光の波長よりも長波長の光を発光する、Y、Gd及びSmからなる群から選ばれた少なくとも1つの元素と、Al及びGaからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素とを含んでなるセリウムで付活されたガーネット系蛍光体とを含む、
ことを特徴とするLED光源。
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