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JP2006527501A - 発光素子及び発光素子の蛍光体 - Google Patents

発光素子及び発光素子の蛍光体 Download PDF

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JP2006527501A JP2006516970A JP2006516970A JP2006527501A JP 2006527501 A JP2006527501 A JP 2006527501A JP 2006516970 A JP2006516970 A JP 2006516970A JP 2006516970 A JP2006516970 A JP 2006516970A JP 2006527501 A JP2006527501 A JP 2006527501A
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Abstract

発光チップで出射される光の少なくとも一部分が通過されて少なくとも他の二つの波長帯の光に変換されて出射されるための蛍光体が提供されて、前記蛍光体によって白色光が具現される発光素子が開示される。

Description

本発明は発光素子及び発光素子の蛍光体に関することで、詳細に説明するとシリルケート系黄色蛍光体とシリルケート系緑色蛍光体が混合した混合蛍光体及び前記混合蛍光体を利用して白色光が発光される白色発光素子に関することである。
一般的な窒化ガリウム(GaN)係白色発光素子の製作方法は、単一チップ形態の方法として青色発光素子やUV発光素子上に蛍光体層をより形成して白色発光素子を得る方法と、マルチチップ形態で二つ以上の発光素子をお互いに組み合わせて白色発光素子を得る二つの方法で大きく分けられる。そして、前記白色発光素子は白色発光ダイオードに例示されることができるはずである。
一方、マルチチップ形態で白色発光素子を具現する代表的な方法はRGB三つの発光素子を組み合わせて製作することで遂行される。しかし、このようなマルチチップ形態の発光素子はそれぞれのチップごとに動作電圧が不均一になる問題点、周辺温度によってそれぞれのチップの出力が変化し色座標が変わるなどの問題点がある。前記のような問題点によって、前記マルチチップ形態は白色発光素子の具現よりは回路構成を通じて各色の発光素子を個別的に制御して多様な色相の演出を要する特殊照明の目的に適合して、白色発光素子に適用される方法では適応しない。
前記する理由によって白色発光素子の具現方法では比較的製作が容易で効率が優秀なバイナリーシステムが代表的に利用されている。前記バイナリーシステムは、青色発光素子と前記青色発光素子によって励起されて黄色を発光する蛍光体層が組み合わされて使われる白色光を発する方式である。
前記バイナリーシステムを詳細に説明すれば、青色発光素子を励起光源で使用して、フィトリュ3價イオンであるCe3+を活性剤に利用するイットリウムアルミニウムがカネット系(YAG:Yttrium Aluminum Garnet)蛍光体、すなわちYAG:Ce蛍光体を前記青色LEDで出射される励起光で励起させる方式で白色光が発光される方式の発光素子である。
又、白色発光素子はその利用分野によって多くの形態のパッケージを使用して、代表的に携帯電話のバックライトに適用される表面実装型(SMD:Surface Mounting Device)形態であるマイクロ発光素子と、電光板又は固体表示素子又は画像表示用のバーチカルランプタイプがある。
一方、白色光の特性を分析することにおいて使用される指標として、相関色温度(CCT:Correlated Color Temperature)演色性指数(CRI:Color Rendering Index)がある。
詳細に説明すると、前記相関色温度(CCT)は物体が可視光線を出しながら輝いている時その色がどんな温度の黒体がコピーする色のように見える時、該当の黒体の温度と物体の温度が同じだとみてその温度を意味する。そして、相関色温度の高いほど目が眩しくて緑色を帯びる白色になる。そうすることで、同じ白色光でも色温度が低ければその色がもう少し暖かく感じられて、色温度が高ければ冷たく感じられる。従って、色温度を調節することで多様な色感を要求する特殊照明の特性までも満足させることができる。
従来のYAG:Ce蛍光体を利用した白色発光素子の場合においては色温度が6000 〜 8000Kに過ぎない状態で固定されているため、前記色温度を調節することで、多様な色感を現わすのが不可能な問題点がある。
前記、連色性指数(CRI)は太陽光を事物に調査した時とその他人工的に製作した照明を調査した時事物の色が変わる程度を意味して、事物の色が太陽光と同じ時CRI値を100に定義する。すなわち、 演色性指数(CRI)は人工照明下で事物の色相が太陽光を調査した時との色相とどのくらい近接するかを示す指数として0 〜 100までの数値を持つ。そうすることで、 CRIが100に接近する白色光源であればあるほど太陽光の下で人間の目が認識する事物の色相と別段差がない色相を感じるようになるのである。
現在白熱電球のCRIは80以上で蛍光ランプは75以上なのに比べて、 YAG:Ce蛍光体を利用した白色発光素子の場合にはCRIがおおよそ70 〜 75程度を示しして連色性指数の低い問題点がある。
従って、従来のYAG:Ce蛍光体を利用した白色LEDは色温度の幅が狭くて、 演色性指数が多少低い問題点がある。
本発明は前記する問題点を解決するために提案されることとして、色温度の範囲が広く調節される発光素子及び発光素子の蛍光体を提案することを目的とする。
又、発光素子の連色性指数が高くなって自然光により近いように発光素子が動作されるようにする発光素子及び発光素子の蛍光体を提案することを目的とする。
又、多種の蛍光体が混合して使用されるようにすることで、色座標、色温度、連色性指数が使用者が望むように円滑に制御が可能なようにする発光素子及び発光素子の蛍光体を提案することを目的とする。
前記する目的を果たすための本発明による発光素子は発光チップ;及び前記 発光チップから出射される出射光が通過される蛍光体が含まれて、 前記蛍光体には前記出射光によって第1主ピークの光が励起される第1シリルケート系蛍光体と、前記出射光によって第2主ピークの光が励起される第2シリルケート系蛍光体が混合することを特徴とする。
他の側面による本発明の発光素子の蛍光体は発光チップから発生される光によって励起される化学式Sr3-xSiO5:Eu2+x(0 < x≦ 1)である第1シリルケート系蛍光体;及び前記発光チップから発生される光によって励起される化学式Ba2-xSiO4:Eu2+x(0.001≦ｘ≦１）、 Ca1-xMgSi2O7:Eu2+x（０．００１≦ｘ ≦１）、及びSr2-xSiO4:Eu2+x（０．００１≦ｘ ≦１）の中で選択される第2シリルケート系蛍光体が混入されることを特徴とする。又他の側面による本発明による発光素子は基板;光を発する発光チップ;前記基板と前記発光チップ間の通電のための連結部;前記発光チップを取り囲んで前記光が通過される蛍光体;前記蛍光体に含まれるSr3-xSiO5:Eu2+x（０＜ｘ≦１）化学式の第1シリルケート系蛍光体;及び前記蛍光体に含まれるBa2-xSiO4:Eu2+ x（０．００１≦ｘ≦１） 、 Ca1-xMgSi2O7:Eu2+x（０．００１≦ｘ≦１）、 Sr2-xSiO4:Eu2+ x（０．００１≦ｘ≦１）の中で選択される第2シリルケート系蛍光体が含まれる。
又他の側面による本発明による白色発光素子はリードフレーム;光を発する発光チップ;前記リードフレームと前記発光チップ間の通電のための連結部;前記発光チップを取り囲んでモールディングされ前記光が通過される蛍光体; 前記 蛍光体にはSr3-xSiO5:Eu2+x（０＜ｘ≦１）の組成を持つ第1シリルケート系蛍光体とBa2-xSiO4:Eu2+ x（０．００１≦ｘ≦１）、 Ca1-xMgSi2O7:Eu2+x（０．００１≦ｘ≦１）、及びSr2-xSiO4:Eu2+ x（０．００１≦ｘ≦１）中で選択されるある一つの第2シリルケート系蛍光体が含まれる。
又他の側面による本発明の発光素子は発光チップ;及び前記発光チップから出射される出射光が通過される樹脂材ベースの蛍光体が含まれて、 前記蛍光体には前記出射光によって第1周ピークの光が励起される黄色シリルケート系蛍光体と、前記出射光によって第2周ピークの光が励起される緑色シリルケート系蛍光体が混合していて、前記緑色シリルケート系蛍光体と黄色シリルケート系蛍光体の混合割合は1 : 2 〜 1 : 5の範囲内であることを特徴とする。
本発明によって発光素子の品質がより一層向上する効果を得ることができるし、使用者が望むように発光素子の発光状態の制御が可能になる長所がある。
又、より天然色の白色具現が可能になるから、発光素子特に発光ダイオードの使用範囲が広くなる長所を得ることができる。
以下、本発明による蛍光体を利用した白色発光素子を添付された図面を参照して詳細に説明する。
［第１実施例］
図１は本発明の思想にしたがって表面実長型(SMD)形態に製作された白色発光素子の断面図である。
図１を参照すれば、本発明による表面実長型白色発光素子は両極及び陰極のリードフレーム(110)と、電圧を印加すれば400〜480nm領域に発光スペクトラムの周ピーク(centered emission peak)を持つ光を発生させるInGaNの発光 チップ(130)と、前記リードフレーム(110)と発光チップ(130)の通電のための連結部で作動されるワイヤ(150)と、前記発光素子チップ(130)周囲にモールディングされた光透過性のエポックの時樹脂又は光透過性のシリコン樹脂に提供される蛍光体層(170)が含む。
前記蛍光体層(170)には蛍光体が含まれて前記発光チップ(130)で発光される光によって他の波長の光が放出されるようにして、結局は使用者が望む、例えば白色光が発光されるようにする。
詳細に説明すると、前記蛍光体層(170)にはSr3-xSiO5:Eu2+x（０＜ｘ≦１）であるシリルケート系黄色蛍光体(172)とBa2-xSiO4:Eu2+ｘ（０．００１≦ｘ≦１）又はCa1-xMgSi2O7:Eu2+x（０．００１≦ｘ≦１）又はSr2-xSiO4:Eu2+x（０．００１≦ｘ≦１）の中で選択されるシリルケート系緑色蛍光体(174)が混合している。
結局、前記蛍光体層(170)は、光透過性のエポックの時樹脂又は光透過性のシリコン樹脂をベースにした状態で、シリルケート黄色蛍光体(172)及びシリルケート系緑色蛍光体(174)が混合した状態に提供される。そして、前記蛍光体層(170)が前記発光チップ(130)の周囲にモールディングされているため、前記発光チップ(130)から発散される光は前記蛍光体(172)(174)を励起して使用者が望む光、例えば白色光に発光されることである。
ここで、前記蛍光体層(170)に混入されるシリルケート系黄色蛍光体(172)とシリルケート系緑色蛍光体(174)の混合割合は１：１〜１：９又は１：９〜１：１の割合になることができる。
ここで、本発明発光素子がトップビュー(top view)方式で使われる場合には、前記黄色蛍光体と緑色蛍光体の混合の割合が１：２〜１：３にすることが望ましい。そして、前記本発明の発光素子がサイドビュー(side view)方式で使われる場合には、前記黄色蛍光体と緑色蛍光体の混合の割合が1 : 3 〜 1 : 4であることが望ましい。
ここで、前記蛍光体(172)(174)の粒子の大きさはｄ９０≦２０μm、５≦ｄ５０≦１０μmであるのが望ましい。前記d90の意味は特定メッシュを通じて濾過する時通過率が90%に至ることができる粒子の大きさを意味する。
又、蛍光体が混入される樹脂はエポックの時樹脂又はシリコン樹脂が使われるのが望ましい。
図2は本発明の思想によるバーチカルランプタイプに製作された発光素子の断面図である。
図２を参照すれば、バーチカルランプタイプの発光素子は一対のリードフレーム(210)と、前記リードフレーム(210)に実装されるInGaN系の発光チップ(230)と、前記リードフレーム(210)と発光チップ(230)を電気的に連結するための連結部で作動されるワイヤ(250)と、前記発光チップ(230)周囲全体を取り囲む蛍光体層(270)と、前記蛍光体層(270)外部の外装材(280)が含まれる。前記蛍光体層(270)は光透過性のエポックの時樹脂又は光透過性のシリコン樹脂に所定の蛍光体が混入された状態で、前記発光チップ(230)の外部空間を取り囲んで提供される。そして、前記蛍光体層(270)は樹脂の状態で前記発光チップ(230)の周囲にモールディングされる。
前記蛍光体層(270)には前記第1実施例と同じで、 Sr3-xSiO5:Eu2+x（０＜ｘ≦１）のシリルケート系黄色蛍光体(272)と、 Ba2-xSiO4:Eu2+x（０．００１≦ｘ≦１）又はCa1-xMgSi2O7:Eu2+x（０．００１≦ｘ≦１）又はSr2-xSiO4:Eu2+x（０．００１≦ｘ≦１）の中で選択されるある一つのシリルケート系緑色蛍光体(274)が混入されている。
その外に、蛍光体層に混入されるシリルケート系黄色蛍光体とシリルケート系緑色蛍光体の割合、重量費、及び粒子の大きさは前記第1実施例で説明されたところと同一なので、それを利用するようにその詳細な説明は略して、以下では前記蛍光体層(270)の作動乃至作用に対して詳細に説明する。
前記蛍光体層(270)は前記発光チップ(230)で発生される光が通過されるようにするために、前記発光チップ(230)を全体的に取り囲んでいる。
この状態で前記発光チップ(230)に電源が印加されれば、前記発光チップ(230)では波長が400〜480nmに至る青色光が発光されて、前記青色光によって前記シリルケート系黄色蛍光体(272)には主ピークの波長が550 〜 600nmである光で励起されて、シリルケート系緑色蛍光体(274)には主ピークの波長が500 〜 550nmである光が励起される。
詳細に説明すれば、前記InGaN系の発光チップ(130)(230)では400 〜 480nm波長の青色光が出射された後に、前記蛍光体層(270)を通過するようになる。この時、蛍光体層(270)を通過中に出射光の一部は前記シリルケート系黄色蛍光体(172)(272)及びシリルケート系緑色蛍光体(174)(274)を励起させるようになる。そうすることで、前記シリルケート系黄色蛍光体(172)(272)では主ピークの波長が550 〜 600nmである光が出射されて、前記シリルケート系緑色蛍光体(174)(274)では主ピークの波長が500 〜 550nmである光が出射される。勿論、前記蛍光体(172)(272)(174)(274)を通過しない残りの光は発光チップ(230)で出射された青色光がそのまま出射される。
このように、二つの種類の蛍光体が混合している蛍光体層(270)から励起される光と発光チップ(230)からそのまま出射される光によって、本発明の発光素子の発光スペクトラムは全般的に広い波長帯域の光が発散されることが容易に予想できるはずである。図3は本発明による発光素子の発光スペクトラムが図示されているのに、図3を参照すれば、 400 〜 700nmに至る広い波長の光が発光素子から出射されることとみられる。勿論、広い波長の光が出射されればそういう光は白色により近くなるだろうということはより容易に予想されるはずであり、 蛍光体の混入割合が調節されれば使用者が望む光の状態が容易に調節されることも容易に予想できるはずである。
図4は本発明による発光素子の蛍光体層に混入される蛍光体の混入割合を異にする時発光素子から発光される光の発光スペクトラムを示したグラフである。
図4を参照すればシリルケート系緑色蛍光体だけによった発光スペクトラム線図(1)、シリルケート系黄色蛍光体だけによった発光スペクトラム線図(2)、シリルケート系緑色蛍光体とシリルケート系黄色蛍光体がそれぞれ3:1の割合で混合された場合の発光スペクトラム線図(3)、シリルケート系緑色蛍光体とシリルケート系黄色蛍光体がそれぞれ5:1の割合で混合された場合の発光スペクトラム線図(4)、シリルケート系緑色蛍光体とシリルケート系黄色蛍光体がそれぞれ7:1の割合で混合された場合の発光スペクトラム線図(5)がそれぞれ図示されている。 500nm以下の波長の光は青色発光チップ(230)から出射されて蛍光体を通さない光が該当することは容易に見当がつくはずである。
このようにシリルケート系緑色蛍光体とシリルケート系黄色蛍光体の含有割合を変化させることによって、発光素子の出射光の性質が調節されることができるし、出射光の性質を制御して色座標及び色温度、演色性指数の制御が可能になる。そうすることで、消費者が望む方向で光の状態を調節することができる長所がある。
［発明に実施のための形態］
本発明による発光素子はキーパッドのバックライト白色光源として使われることができる。
この時には、発光素子の光が白色(white)である場合には緑色蛍光体と黄色蛍光体は1 : 2 〜 1 : 5で混合して、前記光透過性樹脂に対する蛍光体の含量が15 〜 30 wt%であることが望ましい。そして、発光素子の光が青白色(bluish white)である場合には、緑色蛍光体と黄色蛍光体は1 : 2 〜 1 : 5で混合して、前記光透過性樹脂に対する蛍光体の含量が 5 〜 10 wt%であるのが望ましい。
又、ここで蛍光体が混入される樹脂はエポックの時樹脂又はシリコーン樹脂が使われるのが望ましい。
そして、説明されない具体的な条件は図1に関連する説明がそのまま引用されて製造されることができる。
本発明による発光素子及び発光素子の蛍光体によってより天然に近い白色光の具現の可能な長所がある。
又、発光素子で出射される光の色座標及び色温度、演色性指数の制御が可能になることで、使用者の趣味観がより増進される長所がある。
又、本発明は携帯電話のバックライト、ランプ、電燈を代理するエネルギー節約型照明光源で使うことができる実用性がより一層再考される長所がある。
以上本発明の実施例を添付された図面を参照して説明したが、本発明はこれに限定されるのではなく本発明の技術の要旨を脱しないで変更及び修正をしても本発明に含まれることで当業者に自明なはずである。
本発明の思想にしたがって表面実装型（ＳＭＤ）形態に製作された白色発光素子の断面図。 本発明の思想によるバーチカルランプタイプに製作された発光素子の断面図。 本発明による発光素子の発光スペクトラムのグラフ。 本発明による発光素子の蛍光体層に混入される蛍光体の混入割合を異にする時発光素子で発光される光の発光スペクトラムを示したグラフ。

Claims (20)

  1. 発光チップ、及び
    前記発光チップから出射される出射光が通過される蛍光体が含まれて、
    前記蛍光体には前記出射光によって第1主ピークの光が励起される第1シリルケート系蛍光体と、前記出射光によって第2主ピークの光が励起される第2シリルケート系蛍光体が混合する発光素子。
  2. 前記第1周ピークは550〜600nm領域であることを特徴とする、請求項１に記載の発光素子。
  3. 前記第2主ピークは500〜550nm領域であることを特徴とする、請求項１に記載の発光素子。
  4. 前記第1シリルケート系蛍光体は、 Sr3-xSiO5:Eu2+x(0 < x ≦1)の化学式を持つことを特徴とする、請求項１に記載の発光素子。
  5. 前記第2シリルケート系蛍光体は、 Ba2-xSiO4:Eu2+x(0.001≦x ≦1)、 Ca1-xMgSi2O7:Eu2+x(0.001≦x ≦1)、及びSr2-xSiO4:Eu2+x(0.001≦x ≦1)の中で選択されることを特徴とする、請求項１に記載の発光素子。
  6. 前記第1シリルケート系蛍光体と第2シリルケート系蛍光体の割合は1 : 1 〜 1 : 9又は9 : 1 〜 1 : 1であることを特徴とする、請求項１に記載の発光素子。
  7. 前記蛍光体の粒子の大きさはd90≦20μm、5≦d50 ≦10μmであることを特徴とする、請求項１に記載の発光素子。
  8. 前記発光チップは青色光を出射することを特徴とする、請求項１に記載の発光素子。
  9. 前記蛍光体は前記発光チップ周囲又は上側にモールドされることを特徴とする、請求項１に記載の発光素子。
  10. 前記蛍光体は光透過樹脂に前記蛍光体が混入されて製作されることを特徴とする、請求項１に記載の発光素子。
  11. 前記樹脂はエポックの時樹脂又はシリコン樹脂であることを特徴とする、請求項１０に記載の発光素子。
  12. 前記第1シリルケート蛍光体は黄色系列で、前記第2シリルケート系蛍光体は緑色系列であることを特徴とする、請求項１に記載の発光素子。
  13. 発光チップで発生される光によって励起される化学式Sr3-xSiO5:Eu2+x(0 < x ≦1)である第1シリルケート系蛍光体、及び
    前記発光チップで発生される光によって励起される化学式Ba2-xSiO4:Eu2+x(0.001≦x≦1)、 Ca1-xMgSi2O7:Eu2+x(0.001≦x≦1)、及びSr2-xSiO4:Eu2+x(0.001≦x≦1)の中で選択される第2シリルケート系蛍光体が混入される発光素子の蛍光体。
  14. 基板と、
    光を発する発光チップと、
    前記基板と前記発光チップの間の通電のための連結部と、
    前記発光チップを取り囲む前記光が通過される蛍光体と、
    前記蛍光体に含まれるSr3-xSiO5:Eu2+x(0 < x ≦ 1)化学式の第1シリルケート系蛍光体、及び
    前記蛍光体に含まれるBa2-xSiO4:Eu2+x(0.001≦x ≦1) 、Ca1-xMgSi2O7:Eu2+x(0.001≦x≦1)、 Sr2-xSiO4:Eu2+x(0.001≦x≦1)の中で選択される第2シリルケート系蛍光体が含まれる発光素子。
  15. 前記発光素子がトップビュー方式の場合には、前記第1シリルケート系蛍光体と第2シリルケート系蛍光体の割合が1 : 2 〜 1 : 3で製造されることを特徴とする、請求項１４に記載の発光素子。
  16. 前記発光素子がサイドビュー方式の場合には、前記第1シリルケート系蛍光体と第2シリルケート系蛍光体の割合が1 : 3 〜 1 : 4で製造されることを特徴とする、請求項１４に記載の発光素子。
  17. リードフレームと、
    光を発する発光チップと、
    前記リードプレームと前記発光チップの間の通電のための連結部と、
    前記発光チップを取り囲みモールディングされ前記光が通過される蛍光体、及び
    前記蛍光体にはSr3-xSiO5:Eu2+x(0 < x ≦1)の造成を持つ第1シリルケート系蛍光体とBa2-xSiO4:Eu2+x(0.001≦x ≦1)、 Ca1-xMgSi2O7:Eu2+x(0.001≦x ≦1)、及びSr2-xSiO4:Eu2+x(0.001≦x ≦1)の中で選択されるある一つの第2シリルケート系蛍光体が含まれる白色発光素子。
  18. 発光チップ、及び
    前記発光チップから出射される出射光が通過される樹脂材ベースの蛍光体が含まれて、
    前記蛍光体には前記出射光によって第1主ピークの光が励起される黄色シリルケート系蛍光体と、前記出射光によって第2主ピークの光が励起される緑色シリルケート系蛍光体が混合していて、
    前記緑色シリルケート蛍光体と黄色シリルケート系蛍光体の混合割合は1 : 2 〜 1 : 5の範囲内に置かれる発光素子。
  19. 白色光が出射されるために、
    前記樹脂材備蛍光体の割合は15 〜 30 wt%であることを特徴とする、請求項１８に記載の発光素子。
  20. 青白色光(bluish white)が出射されるために、
    前記樹脂材備蛍光体の割合は5 〜 15 wt%であることを特徴とする、請求項１８に記載の発光素子。
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