KR20070013283A - 발광 디바이스 및 조명 장치 - Google Patents

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가부시키가이샤후지쿠라
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Abstract

본 발명은, 색 온도가 낮은 영역에서도 효율이 높으며, 장기 신뢰성이 우수하고, 동시에 연색성이 개선된 발광 디바이스(1)와, 이를 이용한 조명 장치를 제공한다. 본 발명의 형광체(7)는, 황녹색광, 황색광 또는 황적색광 중 어느 하나를 발하는 제1 형광 물질과, 제1 형광 물질보다 발광 주파장이 길고 황적색광 또는 적색광을 발하는 제2 형광 물질을 혼합한 것이며, 제1 형광 물질은 일반식 Cax(Si,Al)12(O,N)16:Euy 2+로 표시되며, 주상이 알파사이알론 결정 구조를 가지는 사이알론 형광체이다.
조명, 형광, 발광, 디바이스, 램프, 연색성, 반도체

Description

발광 디바이스 및 조명 장치{LIGHT-EMITTING DEVICE AND ILLUMINATING DEVICE}
본 발명은 발광 디바이스와 이를 이용한 조명 장치에 관한 것이다.
조명 분야에서는, 고체 조명, 특히 반도체 발광 다이오드를 이용한 백색 조명에 기대가 집중되고 있으며, 널리 활발한 연구 개발이 계속되고 있다.
또한, 백색 발광 다이오드 램프는, 이미 백열 전구와 동일하거나 그 이상의 발광 효율을 나타내고 있으며, 개발이 계속되는 중이어서, 가까운 장래에는 에너지 절약 조명 기기로서 널리 보급될 것으로 생각되고 있다.
또한, 백색 발광 다이오드 램프는, 수은 등의 환경 부담이 높은 물질을 포함하지 않는 것도 큰 장점이다. 특히, 소자의 크기가 작으므로, 액정 디스플레이 장치의 백라이트나 휴대폰 등에도 조립되어서, 많이 사용되고 있다.
상기 백색 발광 다이오드 램프는, 청색 등의 단파장을 발광하는 발광 다이오드 소자와, 이 발광 다이오드의 발광의 일부 또는 전부를 흡수함으로써 여기되어, 보다 장파장인 황색 등의 형광을 발하는 형광 물질을 구비하는 백색 발광 다이오드를 이용한 것이다.
이 백색 발광 다이오드의 일례로서는, 화합물 반도체 청색 발광 다이오드 소 자와, 청색광을 흡수해 청색의 반대색인 황색 형광을 발하는 세륨으로 활성화된 이트륨·알루미늄·가넷(yttrium aluminium garnet: YAG)계 형광체를 구비하는 것을 들 수 있다(예를 들면, 특허 제2900928호 공보, 특허 제2927279호 공보, K. Bando, K. Sakano, Y. Noguchi and Y. Shimizu, "Development of High-bright and Pure-white LED Lamps," J. Light & Vis. Env. Vo1. 22, No. 1(1998), pp. 2-5. 참조).
또한, 적색 성분의 부족을 보충하기 위하여 적색 형광체를 추가한 경우도 있다. 구체적으로, 청색 발광 다이오드 소자와, 세륨으로 활성화된 YAG계 형광체로 이루어지는 백색 발광 다이오드에 적색 형광체인 (Sr1 -x-y- zBaxCay)Si5N8:Euz 2 +나 SrS:Eu, CaS:Eu, (CaxSr1 -x)S:Eu2 +를 첨가한다(예를 들면, 특개 2003-273409호 공보, 특개 2003-321675호 공보 및 M. YAMADA, T. NAlTOU, K. lZUNO, H. TAMAKl, Y. MURAZAKl, M. KAMESHIMA and T. MUKAI, "Red-Enhanced White-Light-Emitting Diode Using a New Phosphor," Jpn. J. Appl. Phys. Vo1. 42(2003) pp. L20-L23. 참조).
또한, 청색 발광 다이오드 소자와, 청색 여기 녹색 발광 형광체와, 청색 여기 적색 발광 형광체에 의해 백색 발광 다이오드가 실현되는 경우도 있다 (예를 들면, 일본 특개 평 10-163535호 공보 참조).
또한, 청색 여기 녹색 발광 형광체인 SrGa2S4:Eu2 +와, 청색 여기 적색 발광 형광체인 SrS:Eu2 +를 이용하는 경우도 있다(예를 들면, Pau1 S. Martin, "Performance, Thermal, Cost & Reliability challenges for Solid State Lighting ," OlDA Conference, May 30th 2002. 참조).
또한, 근래, 산질화물 형광체나 질화물 형광체의 연구가 활발히 행해지고 있으며, 그 일례로서는, 유로퓸 원소(Eu)를 활성화시킨 칼슘(Ca) 고용 알파사이알론 형광체를 들 수 있다(예를 들면, 특개 2002-363554호 공보 참조). 이 형광체는, 청색광에 의해 여기되어 황색광을 발하므로, 백색 발광 다이오드용 파장 변환 재료로서 바람직하다.
종래에는, 상기와 같은 형광체로서 산화물 형광체 또는 황화물 형광체가 주류를 이루었으며, 근래에 와서는 보다 장기 신뢰성이 우수한 산질화물 형광체 또는 질화물 형광체의 개발이 활발하게 행해지고 있다.
한편, 반도체 발광 소자와 형광체를 조합한 고체 조명 디바이스의 연구가 활발하게 행해지고 있는데, 이 분야에서는 산화물 형광체 또는 황화물 형광체가 주류이다.
따라서, 발명자들은, 청색 발광 다이오드 소자와 유로퓸 원소(Eu)를 활성화시킨 칼슘(Ca) 고용 알파사이알론 형광체를 이용함으로써, 전구색의 범위에서 따뜻한 느낌의 백색광을 발하는 백색 발광 다이오드 램프를 실현했다.
그러나, 실현된 전구색 발광 다이오드 램프는, 적색 성분이 약간 부족하여, 적색과 관련된 연색성(演色性) 평가 결과에서 개선의 여지가 있는 것으로 결론내려졌다.
따라서, 본 발명의 목적은, 특히 색 온도가 낮은 영역에서도 효율이 높으며, 장기 신뢰성이 우수하고, 연색성이 개선된 발광 디바이스와, 이를 이용한 조명 장치를 제공하는 것이다.
청구항 1에 기재된 본 발명은, 청자색광(菁紫色光) 또는 청색광을 발하는 반도체 발광 소자 및 상기 반도체 발광 소자로부터 발생한 광의 일부 또는 전부를 흡수하고, 상기 광과는 상이한 파장의 형광을 발하는 형광 물질을 포함하며, 상기 형광 물질은, 황녹색광, 황색광 또는 황적색광 중 어느 하나를 발하는 제1 형광 물질 X퍼센트와, 상기 제1 형광 물질보다 발광 주파장이 길고 황적색광 또는 적색광을 발하는 제2 형광 물질 Y퍼센트를 혼합한 것으로서, 그 혼합 비율은, 0<X≤100이면서, 0≤Y<100이면서, 0<X+Y≤100이며, 상기 제1 형광 물질은, 일반식 Cax(Si,Al)12(O,N)16:Euy 2 +로 표시되며, 주상이 알파사이알론 결정 구조를 가지는 사이알론 형광체인 것을 요지로 한다.
청구항 2에 기재된 본 발명은, 청구항 1에 기재된 본 발명에 있어서, 상기 사이알론 형광체는, 상기 x가 0.75 내지 1.0이며, 상기 y가 0.04 내지 0.25인 것을 요지로 한다.
청구항 3에 기재된 본 발명은, 청구항 1 또는 2에 기재된 본 발명에 있어서, 상기 제2 형광 물질은, 일반식 (Sr1 -x-y- zBaxCay)2Si5N8:Euz 2 +로 표시되는 질화물 결정 적색 형광체인 것을 요지로 한다.
청구항 4에 기재된 본 발명은, 청구항 1 또는 2에 기재된 본 발명에 있어서, 상기 제2 형광 물질은, 일반식 Ca1 - xAlSiN3:Eux 2 +로 표시되는 질화물 결정 적색 형광체인 것을 요지로 한다.
청구항 5에 기재된 본 발명은, 청구항 1 내지 4에 중 어느 하나에 기재된 본 발명에 있어서, 상기 반도체 발광 소자는, 발광 중심 파장이 400nm 내지 480nm인 반도체 발광 다이오드 소자인 것을 요지로 한다.
청구항 6에 기재된 본 발명은, 청구항 1 내지 5에 중 어느 하나에 기재된 발광 디바이스와 상기 발광 디바이스가 장착되는 지지부 및 상기 발광 디바이스를 구동시키기 위한 발광 디바이스 구동부를 포함하는 것을 요지로 한다.
청구항 7에 기재된 본 발명은, 청구항 6에 있어서, 반투명 재료 또는 광산란 재료에 의해 제조되며, 상기 발광 디바이스를 덮는 커버를 포함하는 것을 요지로 한다.
본 발명의 발광 디바이스는, 청자색광 또는 청색광을 발하는 반도체 발광 소자와, 반도체 발광 소자로부터 발생한 광의 일부 또는 전부를 흡수하고, 이 광과는 상이한 파장의 형광을 발하는 형광 물질을 구비하고, 형광 물질은, 일반식 Cax(Si,Al)12(O,N)16:Euy 2+로 표시되며, 주상이 알파사이알론 결정 구조를 가지며, 황녹색광, 황색광 또는 황적색광 중 어느 하나를 발하는 사이알론 형광체이므로, 특히, 색 온도가 낮은 영역에서도 효율이 높으며, 장기 신뢰성이 우수하고, 동시에 연색성이 개선된 발광 디바이스를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 발광 디바이스는, 청자색광 또는 청색광을 발하는 반도체 발광 소자와, 반도체 발광 소자로부터 발생한 광의 일부 또는 전부를 흡수하고, 이 광과는 상이한 파장의 형광을 발하는 형광 물질을 구비하고, 형광 물질은, 황녹색광, 황색광 또는 황적색광 중 어느 하나를 발하는 제1 형광 물질과, 제1 형광 물질보다 발광 주파장이 길고 황적색광 또는 적색광을 발하는 제2 형광 물질을 혼합한 것이며, 제1 형광 물질은, 일반식 Cax(Si,Al)12(O,N)16:Euy 2 +로 표시되며, 주상이 알파사이알론 결정 구조를 가지는 사이알론 형광체이므로, 특히 색 온도가 낮은 영역에서도 효율이 높으며, 장기 신뢰성이 우수하고, 동시에 연색성이 개선된 발광 디바이스를 실현할 수 있다.
또한, 상기 사이알론 형광체는, 상기 x가 0.75 내지 1.0이며, 상기 y가 0.04 내지 0.25이기 때문에, 특히 색 온도가 낮은 영역에서도 효율이 높이며, 장기 신뢰성이 우수하고, 동시에 연색성이 개선된 발광 디바이스를 실현할 수 있다.
또한, 상기 제2 형광 물질은, 일반식 (Sr1 -x-y- zBaxCay)2Si5N8:Euz 2 +로 표시되는 질화물 결정 적색 형광체이므로, 특히 색 온도가 낮은 영역에서도 효율이 높으며, 장기 신뢰성이 우수하고, 동시에 연색성이 개선된 발광 디바이스를 실현할 수 있다.
또한, 상기 제2 형광 물질은, 일반식 Ca1 - xAlSiN3:Eux 2 +로 표시되는 질화물 결정 적색 형광체이므로, 특히 색 온도가 낮은 영역에서도 효율이 높으며, 장기 신뢰성이 우수하고, 동시에 연색성이 개선된 발광 디바이스를 실현할 수 있다.
또한, 상기의 반도체 발광 소자는, 발광 중심 파장이 400nm 내지 480nm의 반도체 발광 다이오드 소자이므로, 특히 색 온도가 낮은 영역에서도 효율이 높으며, 장기 신뢰성이 우수하고, 동시에 연색성이 개선된 발광 디바이스를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명의 조명 장치는, 상기 발광 디바이스와, 발광 디바이스가 장착되는 지지부와, 발광 디바이스를 구동시키기 위한 발광 디바이스 구동부를 구비하므로, 특히 색 온도가 낮은 영역에서도 효율이 높으며, 장기 신뢰성이 우수하고, 동시에 연색성이 개선된 조명 장치를 실현할 수 있다.
또한, 본 발명의 조명 장치는, 반투명 재료 또는 광산란 재료에 의해 제조되어, 발광 디바이스를 덮는 커버를 구비하므로, 발광 디바이스로부터 발생한 광이 직접 사람의 눈에 입사되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 백색 발광 다이오드 램프의 단면도이다.
도 2는, 도 1의 백색 발광 다이오드 램프의 사시도이다.
도 3은 형광체의 발광 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 4는 형광체의 여기 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 5는 청색 발광 다이오드 소자와 형광체의 색도 좌표를 나타내는 도면이 다.
도 6은 제1 형광체만을 이용한 백색 발광 다이오드 램프의 발광 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 7은 제1 및 제2 형광체를 이용한 백색 발광 다이오드 램프의 발광 스펙트럼을 나타내는 도면이다.
도 8은 백색 발광 다이오드 램프의 색도 좌표를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 조명 장치의 단면도이다.
이하, 도면을 참조로 본 발명의 발광 디바이스 및 조명 장치를 설명한다.
한편, 아래 실시예에서는, 본 발명의 발광 디바이스가 조명용 백색 발광 다이오드 램프일 경우를 나타내지만, 하기 실시예는 어디까지나 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐, 이에 의하여 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다. 따라서, 당업자라면, 이들의 각 요소 또는 전 요소를 포함한 각종 실시예를 채용할 수 있지만, 이들 실시예도 본 발명의 범위에 포함된다.
또한, 아래의 실시예를 설명하기 위한 전체 도면에서, 동일한 요소에는 동일한 부호를 부여했으며, 이에 대한 반복 설명은 생략한다.
(실시예 1)
상기 문제점을 해결하기 위하여, 발명자들은, 청색 발광 다이오드 소자와 유로퓸 원소(Eu)를 활성화시킨 칼슘(Ca) 고용 알파사이알론 형광체를 구비하고, 전구색의 범위에서 따뜻한 느낌의 백색광을 발하는 백색 발광 다이오드 램프에, 질화물 적색 형광체를 약간 첨가함으로써, 신뢰성 높은 전구색(백색) 발광 다이오드 램프에 있어서의 연색성을 향상시킬 수 있었다. 아래에 이를 상세하게 기재한다.
먼저, 본 발명의 제1 형광체에 대하여 설명한다.
제1 형광체는, 2가의 유로퓸(Eu)에 의하여 활성화된 칼슘(Ca) 고용 알파사이알론 형광체이며, 그 조성은 일반식 Cax(Si,Al)12(O,N)16:Euy 2 +로 표시되며, 황녹색광, 황색광 또는 황적색광 중 어느 하나를 발한다. 한편, 아래의 설명에서는 이 형광체를 "사이알론 형광체"라 지칭한다.
상기 일반식에서의 x 및 y의 값을 각각 변경함으로써 다수의 실험 자료를 합성하고, 그 발광 특성을 비교한 결과, 그 중에서도 조성 범위가 0.75≤x≤1.0(x는 0.75 내지 1.0)이며, 0.04≤y≤0.25(y는 0.04 내지 0.25)에서 발광 강도가 특히 강한 것이 밝혀졌다.
이하, 상기 사이알론 형광체의 합성에 대하여 설명한다.
사이알론 형광체 원료 분말로서는, 질화규소 분말, 질화알루미늄 분말, 탄산칼슘 분말, 산화유로퓸 분말을 준비했다.
이어서, 조성식 Ca0 .875Si9 .05O0 .98N15 .02:Eu0 .07 2+로 표시되는 조성이 얻어지도록, 질화규소 분말 65.78중량%, 질화알루미늄 분말 18.71중량%, 탄산칼슘 분말 13.59중량%, 산화유로퓸 분말 1.91중량%를 각각 칭량하고, n-헥산을 첨가하고, 습식 유성 볼 밀로 2시간 동안 혼합했다.
이어서, 혼합된 원료 분말을 로터리 증발기에 의해 건조시키고, 이를 막자사발을 이용해서 충분히 풀어주고, 질화 붕소 재질의 뚜껑 부착 용기에 수용했다.
이어서, 상기 뚜껑 부착 용기에 수용한 상태로 원료 분말을 가스 가압 소결로에 넣고, 소결 온도 1700℃, 질소 분위기 0.5MPa 로 가스 가압하고, 50시간 동안 소결했다.
소결 후의 분말은 하나의 덩어리 형상이지만, 이는 약간의 힘을 가하면 분말상으로 할 수 있다.
상기와 같이 분쇄하여 얻어진 형광체 분말에 대하여 Cu의 Kα선을 이용한 분말 X선 회절 측정을 행한 결과, 얻어진 차트로부터, 이 형광체 분말이 칼슘 고용 알파사이알론 결정상(구조)을 가지는 것이 확인되었다.
본 발명의 제l 형광체에 관한 설명은 이상이며, 이어서 본 발명의 제2 형광체에 대하여 설명한다.
제2 형광체는, 적색 성분을 보충하기 위하여 첨가하는 것으로서, 황적색광 또는 적색광을 발한다.
제2 형광체로 이용 가능한 광학 특성을 가지는 것으로서는, (Zn1 -x,Cdx)S:Cu,A1 형광체, (Zn1 -x,Cdx)S:Cu,Cl 형광체, (Zn1 -x,Cdx)S:Ag,C1 형광체, (Zn1 -x,Cd)S:Ag, Al 형광체나, SrS:Eu, CaS:Eu, (CaxSr1 -x)S:Eu2 + 등을 들 수 있다.
그러나, 이들의 형광체는, 모두 산화물 형광체 또는 황화물 형광체이며, 장기 신뢰성을 확보하기 위해서는, 질화물 형광체를 선택하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제2 형광체로서 이용 가능한 질화물 형광체로서는, (Sr1 -x-y-zBaxCay)2Si5N8:Euz 2+나 Ca1 - xAlSiN3:Eux 2 +가 있다.
특히, Ca1 - xAlSiN3:Eux 2 +는, 여기 효율, 발광 강도가 우수하므로 바람직하다.
따라서, 이하, Ca1 - xAlSiN3:Eux 2 +의 합성에 대하여 설명한다.
이 형광체 원료 분말로서는, 질화규소 분말, 질화알루미늄 분말, 질화칼슘 분말, 금속 유로퓸을 암모니아 중에서 질화해서 합성한 질화 유로퓸을 준비했다.
이어서, 조성식 Eu0 .0005Ca0 .9995AlSiN3로 표시되는 조성이 얻어지도록, 질화규소 분말 34.0735중량%와 질화알루미늄 분말 29.8705중량%, 질화칼슘 분말 35.9956중량%, 질화유로퓸 분말 0.06048중량%를 각각 칭량했다.
이어서, 이를 마노(agate) 재질의 막자와 막자사발로 30분 동안 혼합하고, 얻어진 혼합물을, 금형을 이용해서 20MPa의 압력을 가하여 형성하여, 직경 12mm, 두께 5mm의 성형체를 제조했다.
한편, 분말의 칭량, 혼합, 성형의 각 공정은 모두, 수분 1ppm 이하 및 산소 1ppm 이하의 질소 분위기를 유지할 수 있는 글러브 박스(glove box) 내에서 행했다.
이어서, 이 성형체를 질화 붕소 재질의 도가니에 넣어서 흑연 저항 가열 방식의 전기로에 세팅햇다.
소성을 행할 때는, 우선, 확산 펌프에 의해 소성 분위기를 진공으로 하고, 실온으로부터 800℃까지 시간당 500℃의 승온 속도로 가열하고, 800℃에서 순도가 99.999부피%의 질소를 도입해서 압력을 1MPa로 하고, 이어서 시간당 500℃의 승온 속도로 1800℃까지 상승시키고, 온도를 1800℃에서 2시간 유지했다.
소성 후, 얻어진 소결체를 마노 재질의 막자와 막자사발을 이용해서 분쇄하고, 이렇게 얻어진 분말 형광체에 대하여 Cu의 Kα선을 이용한 분말 X선 회절 측정을 행한 결과, 얻어진 차트로부터, 이 분말 형광체가 CaAlSiN3 결정상(구조)을 가지는 것이 확인되었다.
이어서, 상기와 같은 순서로 합성된 제1 형광체 및 제2 형광체의 광학 특성을 설명한다.
이 측정에는, 분광 형광 광도계를 이용했다. 이 측정기는, 로다민 B법과, 표준 광원을 이용해서 교정하고, 이에 따라 스펙트럼을 보정해서 측정하는 것이다.
도 3은, 제1 형광체 및 제2 형광체의 발광 스펙트럼을 나타내는 도면이고, 도면 중의 선(12)은 제1 형광체의 발광 스펙트럼을 나타내고, 선(13)은 제2 형광체의 발광 스펙트럼을 나타낸다.
한편, 청색 발광 다이오드에 의한 여기를 가정하고, 모두 여기 파장 450nm에서 측정했다.
제1 형광체는, CIE 1931의 XYZ 표색계 색도도 상의 색도 좌표는 x=0.52, y=O.48이며, 주파장(도미넌트 파장)은 581nm였다. 이는 JIS Z 8110의 참고 부도의 색도 구분의 「황」에 해당된다.
또한, 제2 형광체의 색도 좌표는, x=0.67, y=0.33이며, 주파장은 612nm였다. 이는 JIS Z 8ll0의 참고 부도의 색도 구분의 「적」에 해당된다.
도 4는 제1 형광체 및 제2 형광체의 여기 스펙트럼을 나타내는 도면이고, 도면 중의 선(14)은 제1 형광체의 여기 스펙트럼을 나타내고, 도면 중의 선(15)은 제2 형광체의 여기 스펙트럼을 나타낸다.
한편, 제1 형광체의 여기 스펙트럼을 측정할 때는, 발광 모니터 파장을 585nm로 했다.
또한, 제2 형광체의 여기 스펙트럼을 측정할 때는, 발광 모니터 파장을 653nm로 했다.
두 형광체 모두 청색 영역에 대단히 광범위한 여기 피크를 가지고 있어서, 특히 파장이 450nm 정도인 청색광에 의해 높은 효율로 여기되는 것이 명확했다.
도 5는 CIE 1931의 XYZ 표색계 색도도 상에, 흑체 복사 궤적(도면의 선 16)과, 발광 중심 파장 450nm의 청색 발광 다이오드 소자의 색도 좌표(도면의 점 17)과, 제1 형광체의 색도 좌표(도면의 점 18)과, 제2 형광체의 색도 좌표(도면의 점 19)를 나타낸 도면이다.
본 실시예에서는, 색 온도가 낮은 전구색 근처의 따뜻한 느낌의 백색을 발하는 백색 발광 다이오드 램프에 적색 성분을 첨가하여, 그 연색성이 향상되는 것에 대하여 설명하고 있지만, 청색 발광 다이오드 소자와, 제1 형광체와, 제2 형광체를 구비한 본 발명의 발광 디바이스의 구성에 의하면, 도 5의 삼각형으로 표시되는 영 역(20)의 임의의 중간색에서 발광하는 중간색 가시광 발광 다이오드 램프를 용이하게 실현할 수 있으며, 이러한 발광 디바이스도 본 발명의 범위에 포함된다.
이어서, 본 발명의 제1 실시예(실시예 1)에 따른 발광 디바이스인 백색 발광 다이오드 램프에 대하여 설명한다.
도 1은 상기 백색 발광 다이오드 램프(1)의 단면도이고, 도 2는, 도 1의 백색 발광 다이오드 램프(1)의 사시도이다.
백색 발광 다이오드 램프(1)는, 선단부에 렌즈형의 완만한 곡면이 형성된 거의 원통형상, 바꾸어 말하면 포탄과 유사한 형상을 가지며, 리드 와이어(2 및 3), 청색의 광을 발하는 청색 발광 다이오드 소자(반도체 광원 소자)(4), 본딩 와이어(5), 상기 형광체(7), 투명한 제1 수지(6) 및 제2 수지(8)로 이루어지고, 리드 와이어(2 및 3)의 하부는 노출되어 있다.
리드 와이어(2)의 상단부에는, 오목부가 형성되고, 이 오목부에 발광 다이오드 소자(4)가 탑재된다. 발광 다이오드 소자(4)는, 도전성 페이스트를 이용한 다이 본딩 등에 의해 리드 와이어(2)와 전기적으로 접속된다. 또한, 발광 다이오드 소자(4)는, 본딩 와이어(5)를 이용한 와이어 본딩 등에 의해 리드 와이어(3)와도 전기적으로 접속되어 있다.
또한, 상기 오목부를 포함하는 청색 발광 다이오드 소자(4)의 근처는 제1 수지(6)에 의해 밀봉되며, 이 제1 수지(6) 내에 형광체(7)가 분산되어 있다.
또한, 상기 리드 와이어(2 및 3), 청색 발광 다이오드 소자(4), 본딩 와이어(5), 제1 수지(6)는, 제2 수지(8)에 의해 밀봉되어 있다.
또한, 청색 발광 다이오드 소자(4)로서는, 발광 중심 파장이 400nm 내지 480nm인 것이 바람직하며, 그 중에서도 특히 사이알론 형광체를 효율적으로 여기시킬 수 있는 450nm가 바람직하다. 본 실시예에서 사용한 청색 발광 다이오드 소자에 대해서는, 실제로 측정한 결과, 발광 중심 파장이 454nm였다.
이이서, 상기 백색 발광 다이오드 램프(1)의 제조 순서를 설명한다.
제1 공정에서는, 형광체(7)로서 제1 형광체와 제2 형광체를 칭량하고, 혼합한다.
제2 공정에서는, 리드 와이어(2)에 있는 소자 탑재용 오목부에 청색 발광 다이오드 소자(4)를 도전성 페이스트를 이용해서 다이 본딩한다.
제3 공정에서는, 발광 다이오드 소자와 다른 하나의 리드 와이어(3)를 본딩 와이어(5)로 와이어 본딩한다.
제4 공정에서는, 형광체(7)를 35중량%로 분산시킨 제1 수지(6)로 청색 발광 다이오드 소자(4)를 피복하도록 소자 탑재용의 오목부에 프리딥하고, 제1 수지(6)를 경화시킨다.
제5 공정에서는, 리드 와이어(2 및 3)의 상부, 청색 발광 다이오드 소자(4), 제1 수지(6)를, 제2 수지(8)로 둘러싸서 경화시킨다. 한편, 이 제5 공정은 일반적으로 캐스팅에 의해 행해진다.
또한, 리드 와이어(2 및 3)는, 일체로 제조할 수 있으며, 이 경우, 리드 와이어(2 및 3)는 그 하부에서 연결된 형상이며, 이렇게 일체로 제조된 리드 와이어를 이용할 때는, 공정 5에 이어서 리드 와이어(2 및 3)의 연결 부분을 제거하고, 리드 와이어(2 및 3)를 별개의 부재로 하는 제6 공정이 행해진다.
한편, 제1 수지(6)와 제2 수지(8)로는 동일한 에폭시 수지를 이용한다.
또한, 본 실시예에서는, 형광체를 제1 수지(6) 내에 분산시키는 경우를 나타냈지만, 이에 한정되지 않고, 리드 와이어(2 및 3)와, 청색 발광 다이오드 소자(4)와, 본딩 와이어(5)를 밀봉하는 단일 수지(본 실시예의 제2 수지(8)에 해당됨) 중에 형광체(7)를 분산시키는 구성으로 할 수도 있다.
또한, 본 실시예에서는, 청색 발광 다이오드 소자(4)가 윗쪽(본딩 와이어(5) 측)에 1개, 아래쪽(리드 와이어(2)의 오목부 바닥면 측)에 이미 1개의 전극을 가지는 경우를 나타냈지만, 아래쪽에는 전극이 없고 위쪽에 2개의 전극이 있는 것을 사용할 수도 있다.
이 경우에는, 청색 발광 다이오드 소자(4)가 적절하게 잘 고정될 수 있으므로, 제2 공정에서 도전성 페이스트를 이용할 필요가 없고, 제3 공정에서 2개의 본딩 와이어에 의해 본딩한다.
또한, 본 발명에서의 리드 와이어의 형상은, 발광 다이오드 소자가 탑재할 수 있다면, 어떠한 것이라도 상관없다.
도 6은, 상기 형광체(7)로서 제1 형광체만을 이용한 백색 발광 다이오드 램프(1)의 발광 스펙트럼(도면의 선 21)을 나타내는 도면이다. 이 측정을 행할 때는, 고속 LED 테스트 측정 장치를 사용했다.
또한, 이 백색 발광 다이오드 램프의 CIE 1931의 XYZ 표색계에서의 색도 좌표는 x=0.46, y=0,41이며, 이 결과로부터, 전구색의 범위에서 따뜻한 느낌의 백색 광을 고휘도로 발하는 대단히 우수한 백색 발광 다이오드 램프가 실현될 수 있음이 밝혀졌다.
도 7은, 상기 형광체(7)로서, 제1 형광체와 제2 형광체를 중량비 3:1로 혼합한 것을 이용한 백색 발광 다이오드 램프(1)의 발광 스펙트럼(도면의 선 22)이다.
한편, 이 경우에는, 상기 흑체 복사 궤적과 일치하기 때문에, 도 6에 나타낸 발광 스펙트럼을 가지는 백색 발광 다이오드 램프에 비하여, 형광체(7)를 분산시킨 제1 수지의 도포량을 약간 증가시켰다.
한편, CIE 1931의 XYZ 표색계에서의 색도 좌표는 x=0.50, y=0.42였다.
상기와 같이, 제2 형광체를 첨가함으로써, 연색성이 제1 형광체를 이용한 경우의 Ra55로부터 Ra65까지 향상되었다. 이러한 값은, 통상의 형광등의 Ra60에 비하여 손색없는 것으로서, 일반 조명 용도에 충분히 적용할 수 있다.
한편, 도 8에 도시한 바와 같이, 도 6에 나타낸 발광 스펙트럼을 가지는 백색 발광 다이오드 램프의 색도 좌표(도면의 점 23)와, 도 7에 나타낸 발광 스펙트럼을 가지는 백색 발광 다이오드 램프의 색도 좌표(도면의 점 24) 모두 흑체 복사 궤적(16) 상에 있으며, 색 온도는, 제1 형광체만을 이용한 발광 다이오드 램프(도 6)에서 2750K, 제1 형광체와 제2 형광체를 혼합해서 이용한 발광 다이오드 램프(도 7)에서 2300K이다.
이상과 같이, 산질화물 형광체와 질화물 형광체를 이용함으로써, 따뜻한 느낌의 백색광을 발하는 색 온도가 낮은 백색 발광 다이오드 램프에 있어서 높은 신뢰성을 얻는 동시에, 적색 성분의 부족을 보충하고, 연색성을 향상시킬 수 있었다.
(실시예 2)
이어서, 본 발명의 제2 실시예(실시예 2)에 따른 조명 장치를 설명한다.
도 9는 상기 조명 장치(9)의 단면도이다. 조명 장치(9)는, 1개 또는 복수의 백색 발광 다이오드 램프(1)와, 백색 발광 다이오드 램프(1)가 장착되는 지지부(10)와, 백색 발광 다이오드 램프(1)를 구동시키기 위한 램프(발광 디바이스) 구동부(도시하지 않음)와, 반투명 재료 또는 광산란 재료에 의해 제조되며, 백색 발광 다이오드 램프를 덮는 커버(11)를 구비한다.
지지부(10)는, 일정한 강도를 가지는 상자형 부재이며, 천장 또는 측벽에 고정되는 구조이다.
구동부는, 외부에서 공급된 전원을 이용해서 백색 발광 다이오드 램프(1)를 점등시키기 위한 전기 회로이며, 지지부에 내장되어 있다.
또한, 구동부는 통상, 전원 회로와 백색 발광 다이오드 램프용 드라이버 IC와 이들에 부속되는 주변 부품으로 이루어진다.
또한, 드라이버 IC에는, 백색 발광 다이오드 램프(1)를 펄스 구동하는 기능이나, 조광 기능을 부여할 수도 있다.
지지부(10)에는, 백색 발광 다이오드 램프(l)가 1개 또는 복수로 설치되며, 상기 구동부에 전기적으로 접속되어 있다.
커버(11)는, 백색 발광 다이오드 램프(1) 전체를 덮도록 배치되며, 이에는 반투명 재료나 광산란 재료를 이용할 수 있다. 이러한 광산란 재료의 예로서는,흐린 유리, 표면이 일정한 거칠기를 가지는 수지 등을 들 수 있다.
이러한 커버(11)에 의해, 백색 발광 다이오드 램프(1)로부터 발생한 백색광은, 직접 사람의 눈에 입사되지 않고, 조명 장치(9) 전체가 밝게 발광하는 것으로서 인식되어, 백색 발광 다이오드 램프(1)가 고휘도의 발광 디바이스일지라도, 그 눈부심이 직접 문제가 되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 의하면, 산화물 형광체나 황화물 형광체보다 장기 신뢰성이 우수한 산질화물 형광체 및 질화물 형광체를 이용하기 때문에, 높은 신뢰성을 가지는 발광 다이오드 램프 및 조명 장치를 실현할 수 있다. 또한, 적색 성분을 보충함으로써, 그 연색성을 향상시킬 수도 있다.

Claims (7)

  1. 청자색광(菁紫色光) 또는 청색광을 발하는 반도체 발광 소자; 및
    상기 반도체 발광 소자로부터 발생한 광의 일부 또는 전부를 흡수하고, 상기 광과는 상이한 파장의 형광을 발하는 형광 물질
    을 포함하며,
    상기 형광 물질은, 황녹색광, 황색광 또는 황적색광 중 어느 하나를 발하는 제1 형광 물질 X퍼센트와, 상기 제1 형광 물질보다 발광 주파장이 길고 황적색광 또는 적색광을 발하는 제2 형광 물질 Y퍼센트를 혼합한 것으로서, 그 혼합 비율은, 0<X≤100이면서, 0≤Y<100이면서, 0<X+Y≤100이며,
    상기 제1 형광 물질은, 일반식 Cax(Si,Al)12(O,N)16:Euy 2 +로 표시되며, 주상이 알파사이알론 결정 구조를 가지는 사이알론 형광체인 것을 특징으로 하는 발광 디바이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 사이알론 형광체는, 상기 x가 0.75 내지 1.0이며, 상기 y가 0.04 내지 0.25인 것을 특징으로 하는 발광 디바이스.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 형광 물질은, 일반식 (Sr1 -x-y- zBaxCay)2Si5N8:Euz 2 +로 표시되는 질화물 결정 적색 형광체인 것을 특징으로 하는 발광 디바이스.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 형광 물질은, 일반식 Ca1 - xAlSiN3:Eux 2 +로 표시되는 질화물 결정 적색 형광체인 것을 특징으로 하는 발광 디바이스.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반도체 발광 소자는, 발광 중심 파장이 400nm 내지 480nm인 반도체 발광 다이오드 소자인 것을 특징으로 하는 발광 디바이스.
  6. 제1항 내지 제5중 어느 한 항에 따른 발광 디바이스;
    상기 발광 디바이스가 장착되는 지지부; 및
    상기 발광 디바이스를 구동시키기 위한 발광 디바이스 구동부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    반투명 재료 또는 광산란 재료에 의해 제조되며, 상기 발광 디바이스를 덮는 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 조명 장치.
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