JP2007149909A - Light-emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、液晶バックライト光源、照明器具、ディスプレイのバックライト光源、カメラのフラッシュライト、動画照明補助光源などに用いられる発光装置に関する。 The present invention relates to a light-emitting device used for a liquid crystal backlight light source, a lighting fixture, a backlight light source for a display, a flashlight for a camera, a moving image illumination auxiliary light source, and the like.
発光素子を用いた発光装置は、小型で電力効率が良く鮮やかな色の発光をする。また、発光素子は半導体素子であるため球切れなどの心配がない。さらに発光素子は初期駆動特性に優れ、振動やオン・オフ点灯の繰り返しに強いという特徴を有する。このような優れた特性を有するため、発光ダイオード(以下、「LED」という)、レーザーダイオード(以下、「LD」という。)などの発光素子を用いる発光装置は、各種の光源として利用されている。 A light-emitting device using a light-emitting element emits light with a small color, high power efficiency, and vivid colors. In addition, since the light emitting element is a semiconductor element, there is no fear of a broken ball. Furthermore, the light-emitting element is characterized by excellent initial drive characteristics and resistance to vibration and repeated on / off lighting. Because of such excellent characteristics, light-emitting devices using light-emitting elements such as light-emitting diodes (hereinafter referred to as “LEDs”) and laser diodes (hereinafter referred to as “LDs”) are used as various light sources. .
従来、LEDを用いた白色発光装置には、以下の組合せが知られている。 Conventionally, the following combinations are known for white light emitting devices using LEDs.
まず、青色LEDと黄色に発光するいわゆるYAG蛍光体とを組み合わせた発光装置がある。この発光装置は、青色LEDの光によりYAG蛍光体を励起して、青色光と黄色光との混色光により白色光を放出するものである。この発光装置は、消費電力を低減することができ、LEDの駆動制御を容易に行え、混色性も良好であることから、広く一般に使用されている。しかし、この発光装置は演色性に乏しい。また蛍光体の粒子サイズは5μm乃至15μm程度と可視光の波長(380nm〜780nm)より大きいため、蛍光が前方の粒子により後方散乱されて、光の取り出し効率が低下する。 First, there is a light-emitting device that combines a blue LED and a so-called YAG phosphor that emits yellow light. This light-emitting device excites a YAG phosphor with the light of a blue LED and emits white light with mixed color light of blue light and yellow light. This light-emitting device is widely used because it can reduce power consumption, easily perform LED drive control, and has good color mixing. However, this light-emitting device has poor color rendering properties. Further, since the phosphor particle size is about 5 μm to 15 μm, which is larger than the wavelength of visible light (380 nm to 780 nm), the fluorescence is backscattered by the front particles, and the light extraction efficiency is lowered.
また、青色LEDと有機染料とを組み合わせた発光装置がある。この発光装置は、無機物の蛍光体と異なり有機物の染料を用いることから、青色LEDから出射された光が散乱せず、利用効率が高い。しかし、有機染料はLEDの青色光や外光に劣化し易く、寿命が短い。 There is also a light emitting device that combines a blue LED and an organic dye. Since this light emitting device uses an organic dye unlike an inorganic phosphor, the light emitted from the blue LED does not scatter and has high utilization efficiency. However, organic dyes tend to degrade to blue light or external light of LEDs, and have a short life.
さらに、発光素子と、平均粒子径が0.1nm〜100nmのナノクリスタル蛍光体と、を組み合わせた発光装置がある(例えば、特許文献1参照)。しかし、この発光装置は、色むらが生じやすい。発光素子は上面から出射される光と、側面から出射される光と、に発光強度差があるため、発光装置から出射される光は見る方向によって発光色が異なることが生じる。 Furthermore, there is a light-emitting device that combines a light-emitting element and a nanocrystal phosphor having an average particle diameter of 0.1 nm to 100 nm (see, for example, Patent Document 1). However, this light emitting device tends to cause color unevenness. Since the light emitting element has a light emission intensity difference between light emitted from the upper surface and light emitted from the side surface, the light emitted from the light emitting device may have different emission colors depending on the viewing direction.
以上のことから、本発明は、色むらの極めて少ない発光装置を提供することを目的とする。また、異なる観点として高輝度の発光装置を提供することを目的とする。 In view of the above, an object of the present invention is to provide a light emitting device with extremely little color unevenness. Another object of the present invention is to provide a light-emitting device with high brightness.
上記の問題点を解決すべく、本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、本発明を完成するに到った。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have intensively studied and as a result, the present invention has been completed.
本発明は、光源と、前記光源が配置される台座と、前記光源の少なくとも一部が被覆される第1の波長変換部材と、前記第1の波長変換部材の少なくとも一部が被覆される第2の波長変換部材と、を有する発光装置であって、前記第1の波長変換部材は、前記光源からの光の少なくとも一部を吸収して前記光源と異なる波長の光を放出する、平均粒子径が1μm乃至200μmであり、前記第2の波長変換部材は、前記光源からの光及び前記第1の波長変換部材からの光の少なくとも一部を吸収して前記光源と異なる波長の光を放出する、平均粒子径が0.1nm乃至100nmである発光装置に関する。これにより色むらの極めて少ない発光装置を提供することができる。 The present invention includes a light source, a pedestal on which the light source is disposed, a first wavelength conversion member that covers at least a part of the light source, and a first that covers at least a part of the first wavelength conversion member. 2, wherein the first wavelength conversion member absorbs at least part of light from the light source and emits light having a wavelength different from that of the light source. The diameter is 1 μm to 200 μm, and the second wavelength conversion member absorbs at least a part of light from the light source and light from the first wavelength conversion member and emits light having a wavelength different from that of the light source. The present invention relates to a light emitting device having an average particle diameter of 0.1 nm to 100 nm. Thus, a light emitting device with extremely little color unevenness can be provided.
前記第1の波長変換部材は、前記光源の発光ピーク波長よりも長波長側に発光ピーク波長を有し、前記第2の波長変換部材は、前記光源の発光ピーク波長よりも長波長側に発光ピーク波長を有することが好ましい。波長変換効率が高いため、高輝度の発光装置を提供することができる。 The first wavelength conversion member has a light emission peak wavelength on the longer wavelength side than the light emission peak wavelength of the light source, and the second wavelength conversion member emits light on a longer wavelength side than the light emission peak wavelength of the light source. It preferably has a peak wavelength. Since the wavelength conversion efficiency is high, a light-emitting device with high luminance can be provided.
前記第1の波長変換部材の発光ピーク波長は、前記第2の波長変換部材の発光ピーク波長より長波長であることが好ましい。第1の波長変換部材から放出された光は、第2の波長変換部材に吸収されることなく外部に放出されるため、光の損失が少ない。よって、高輝度の発光装置を提供することができる。 The emission peak wavelength of the first wavelength conversion member is preferably longer than the emission peak wavelength of the second wavelength conversion member. Since the light emitted from the first wavelength conversion member is emitted to the outside without being absorbed by the second wavelength conversion member, there is little loss of light. Thus, a light-emitting device with high luminance can be provided.
前記第1の波長変換部材の発光ピーク波長は、550nm乃至780nmの範囲にあることが好ましい。黄色から赤色の成分を増加することにより高い演色性を有する発光装置を提供することができる。 The emission peak wavelength of the first wavelength conversion member is preferably in the range of 550 nm to 780 nm. By increasing the yellow to red component, a light emitting device having high color rendering properties can be provided.
前記第2の波長変換部材の発光ピーク波長は、470nm乃至550nmの範囲にあることが好ましい。青緑色から黄緑色の成分を増加することにより高い演色性を有する発光装置を提供することができる。また、従来の緑色に発光する蛍光体は熱による劣化が生じやすかったため、本構成にすることにより、長寿命の発光装置を提供することができる。 The emission peak wavelength of the second wavelength conversion member is preferably in the range of 470 nm to 550 nm. By increasing the components of blue-green to yellow-green, a light emitting device having high color rendering properties can be provided. In addition, since the conventional phosphor that emits green light easily deteriorates due to heat, a long-life light-emitting device can be provided by adopting this structure.
前記光源の発光ピーク波長は、360nm乃至470nmの範囲にあることが好ましい。第1の波長変換部材及び第2の波長変換部材を効率よく励起することができるからである。350nm以下の紫外線を発光装置から放出しないようにするためである。 The emission peak wavelength of the light source is preferably in the range of 360 nm to 470 nm. This is because the first wavelength conversion member and the second wavelength conversion member can be excited efficiently. This is to prevent ultraviolet rays of 350 nm or less from being emitted from the light emitting device.
前記光源は、発光素子であることが好ましい。小型でかつ、高効率だからである。 The light source is preferably a light emitting element. This is because it is small and highly efficient.
本発明は、光源と、前記光源が配置される台座と、前記光源を被覆する被覆部材と、を有する発光装置であって、前記被覆部材は、平均粒子径が1μm乃至200μmである第1の波長変換部材と、平均粒子径が0.1nm乃至100nmである第2の波長変換部材と、を有する発光装置に関する。これにより所望の発光色を示す発光装置を提供することができる。特に、第2の波長変換部材は平均粒子径がナノ単位であるため、光源からの光や第1の波長変換部材からの光が、第2の波長変換部材によって遮られず、外部に放出されることから、発光輝度を高くすることができる。 The present invention is a light emitting device having a light source, a pedestal on which the light source is disposed, and a covering member that covers the light source, wherein the covering member has a first particle diameter of 1 μm to 200 μm. The present invention relates to a light emitting device having a wavelength conversion member and a second wavelength conversion member having an average particle diameter of 0.1 nm to 100 nm. Thus, a light emitting device that exhibits a desired emission color can be provided. In particular, since the second wavelength conversion member has an average particle diameter of nano units, the light from the light source and the light from the first wavelength conversion member are not blocked by the second wavelength conversion member and are emitted to the outside. Therefore, the emission luminance can be increased.
前記第1の波長変換部材は、前記光源からの光及び前記第2の波長変換部材からの光の少なくとも一部を吸収して前記光源と異なる波長の光を放出することもできる。これにより光源と異なる発光色を示す発光装置を提供することができる。 The first wavelength conversion member may absorb at least a part of light from the light source and light from the second wavelength conversion member and emit light having a wavelength different from that of the light source. As a result, a light-emitting device that emits light different from the light source can be provided.
前記第2の波長変換部材は、前記光源からの光及び前記第1の波長変換部材からの光の少なくとも一部を吸収して前記光源と異なる波長の光を放出することもできる。これにより光源と異なる発光色を示す発光装置を提供することができる。 The second wavelength conversion member may absorb at least part of light from the light source and light from the first wavelength conversion member and emit light having a wavelength different from that of the light source. As a result, a light-emitting device that exhibits an emission color different from that of the light source can be provided.
前記第1の波長変換部材及び前記第2の波長変換部材は、少なくとも15重量%以上であることが好ましい。色調を変更するためには所定量以上含まれていることを要するからである。 The first wavelength conversion member and the second wavelength conversion member are preferably at least 15% by weight or more. This is because a predetermined amount or more is required to change the color tone.
本発明は、以上説明したように構成されており、例えば、色むらの極めて少ない発光装置を提供することができる。また、高輝度の発光装置を提供することができる。 The present invention is configured as described above. For example, it is possible to provide a light emitting device with extremely little color unevenness. In addition, a high-luminance light-emitting device can be provided.
以下、本発明に係る発光装置及びその製造方法を、実施の形態及び実施例を用いて説明する。だたし、本発明は、この実施の形態及び実施例に限定されない。図面は、便宜上、発明を説明するために誇張している部分を有する場合がある。 Hereinafter, a light-emitting device and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described with reference to embodiments and examples. However, the present invention is not limited to this embodiment and example. For the sake of convenience, the drawings may have portions exaggerated to describe the invention.
<第1の実施の形態>
第1の実施の形態に係る発光装置について説明する。図1は、第1の実施の形態に係る発光装置の概略断面図である。
<First Embodiment>
The light emitting device according to the first embodiment will be described. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the light emitting device according to the first embodiment.
発光装置100は、発光素子10(光源)と、発光素子10が配置される第1のリード20(台座)と、発光素子10と電気的に接続される第2のリード21と、第1のリード10のカップ内に配置され発光素子10を被覆する蛍光体30(第1の波長変換部材)と、蛍光体30を被覆するナノ蛍光体40(第2の波長変換部材)と、を有する。第1の樹脂31中に蛍光体30が混合されている。第2の樹脂41中にナノ蛍光体40が混合されている。発光素子10が配置されている第1のリード20のカップを含む部分と、第2のリード21の一部と、を第2の樹脂41により固定する。
The
発光素子10は、同一面側に正負一対の電極を有する。この一対の電極と第1のリード20、第2のリード21とをそれぞれワイヤを介して電気的に接続する。発光素子10は第1のリード20のカップ内にダイボンド部材を用いて固定する。発光素子10は、同一面側に正負の電極を有するものの他、表面と裏面に電極を有するものも使用することができる。この場合、裏面側電極と第1のリード20とは半田等の導電性部材を用いて電気的に接続し、表面側電極と第2のリード21とはワイヤを介して電気的に接続している。
The
第1のリード20は発光素子10を配置するためのカップを設けている。カップ内には発光素子10を配置する他、発光素子10を被覆する、蛍光体30が混合された第1の樹脂31を充填している。カップは発光素子10からの光を効率よく開口方向に出射するためすり鉢状に形成することもできる。また、発光素子10からの光を効率よく反射させるためカップに反射率の高い部材を使用するか、若しくはカップの内側に反射率の高い部材を配置することもできる。
The
第1の樹脂31中に混合された蛍光体30は、カップ内で均一に分散されていてもよいが、発光素子10の近傍に沈降していることが好ましい。発光素子10の近傍に蛍光体30が配置されることにより、より色むらが低減されるからである。
The
第2の樹脂41中に混合されたナノ蛍光体40は、均一に分散されていることが好ましい。色むらが低減されるからである。第1の樹脂31は、水分の透過やゴミなどの付着が生じないように第2の樹脂41で保護されている。よって第2の樹脂41は、第1の樹脂31よりも硬質であることが好ましい。また、ナノ蛍光体40は、発光源かつ熱源ともなる発光素子10から離間されているので熱による劣化が生じにくい。
It is preferable that the
蛍光体30は発光素子10からの光の一部を吸収して波長変換を行い、発光素子10と異なる波長の光を放出する。蛍光体30は発光素子10からの光により励起され、発光素子10の発光ピーク波長よりも長波長側に蛍光体30の発光ピーク波長を有することが好ましい。波長変換効率が良いためである。ナノ蛍光体40は発光素子10からの光の一部を吸収して波長変換を行い、発光素子10と異なる波長の光を放出する。ナノ蛍光体40も発光素子10からの光により励起され、発光素子10の発光ピーク波長よりも長波長側にナノ蛍光体40の発光ピーク波長を有することが好ましい。特に、蛍光体30の発光ピーク波長は、ナノ蛍光体40の発光ピーク波長より長波長であることが好ましい。これは蛍光体30から放出される光がナノ蛍光体40に吸収されず、外部に放出されるからである。
The
蛍光体30(第1の波長変換部材)の平均粒子径は1μm乃至200μmである。より好ましくは2μm乃至15μmである。蛍光体30を効率よく励起させた場合でも、わずかに反射する部分を有する。蛍光体30は所定の大きさを有するため、この反射する部分が光を拡散させる作用を有する。
The average particle diameter of the phosphor 30 (first wavelength conversion member) is 1 μm to 200 μm. More preferably, it is 2 μm to 15 μm. Even when the
ナノ蛍光体40(第2の波長変換部材)の平均粒子径は0.1nm乃至100nmである。ナノ蛍光体40は、極めて小径であるため、光の拡散をほとんど生じない。よってナノ蛍光体40に吸収されない光が入射されてきた場合でも、ナノ蛍光体40に遮られることがほとんどなく、大部分の光はナノ蛍光体40を含む層を透過していく。よって、光を遮るものをなくすことで発光効率を高めることができる。またナノ蛍光体40を用いることと、蛍光体のような温度上昇に伴う温度消光を低減でき、発光効率を高めることができる。
The average particle diameter of the nanophosphor 40 (second wavelength conversion member) is 0.1 nm to 100 nm. Since the
発光素子10から出射された光の一部は蛍光体30に照射される。蛍光体30に照射された光の一部は波長変換を行い所定の光を放出するが、蛍光体30に吸収されなかった光は反射される。また、蛍光体30の粒子は所定の大きさを有するため、発光素子10から出射された光が蛍光体30に照射され、光の分散が生じる。これにより発光素子10から出射された光が、蛍光体30を含む第1の樹脂31を通過する際に、比較的均一化された光となり、第2の樹脂41に含まれるナノ蛍光体40に照射される。第1の樹脂31を透過してナノ蛍光体40に吸収された光は、波長変換され、外部に放出される。ただし、第1の樹脂31を透過した光であっても、ナノ蛍光体40の発光ピーク波長よりも長波長の光は吸収されないが、ナノ蛍光体40に吸収されなかった光であっても、光が分散されずに外部に照射される。ナノ蛍光体40の粒子サイズは光の波長(380nm〜780nm)より小さいため、第2の樹脂41に照射された光がナノ蛍光体40に遮られず、外部に放出される。よって、発光装置100全体の発光効率を高めることができる。なお、第1の樹脂31を透過してナノ蛍光体40に照射されなかった光は透過される。
A part of the light emitted from the
特に、発光ピーク波長が360nm乃至470nmの範囲にある発光素子10を用いることが好ましい。エネルギーが高いからである。また、発光ピーク波長が470nm乃至550nmの範囲にあるナノ蛍光体40を用いることが好ましく、発光ピーク波長が550nm乃至780nmの範囲にある蛍光体30を用いることが好ましい。これらを組み合わせることにより均一な白色光とすることもできる。上述のような光の分散が生じるからである。
In particular, it is preferable to use the light-emitting
さらに詳述する。 Further details will be described.
(光源)
光源として、発光ダイオード(LED)やレーザーダイオード(LD)のような発光素子を用いることができる。その他、フィラメントやランプのような光源となりうるものも用いることができる。本明細書では小型で発光輝度の高い発光素子を用いて説明する。
(light source)
A light emitting element such as a light emitting diode (LED) or a laser diode (LD) can be used as the light source. In addition, a light source such as a filament or a lamp can be used. In this specification, description is made using a light-emitting element that is small and has high emission luminance.
(発光素子)
発光素子10は、基板上にGaAlN、ZnS、ZnSe、SiC、GaP、GaAlAs、AlN、InN、AlInGaP、InGaN、GaN、AlInGaN等の半導体を発光層として形成させたものが用いられる。半導体の構造としては、MIS接合、PIN接合やPN接合を有したホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルへ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紫外光から赤外光まで種々選択することができる。発光層は、量子効果が生ずる薄膜とした単一量子井戸構造や多重量子井戸構造としても良い。
(Light emitting element)
The
発光素子10は、1個に限られず複数個用いることもできる。複数個の発光素子10を組み合わせることによって白色表示における混色性を向上させることもできる。
The
発光素子10は、蛍光体30やナノ蛍光体40の吸収スペクトル、発光スペクトルや発光装置100の発光色等によって適宜変更するが、発光ピーク波長が360nm乃至470nmにあることが好ましい。発光ピーク波長が300nm以下であると蛍光体30を保持する第1の樹脂31が劣化してしまうからである。
The light-emitting
(蛍光体)
蛍光体30(第1の波長変換部材)は、発光素子10からの光を吸収し異なる波長の光に波長変換するものであればよい。例えば、Eu、Ce等のランタノイド系元素で主に賦活される窒化物系蛍光体・酸窒化物系蛍光体、Eu等のランタノイド系、Mn等の遷移金属系の元素により主に付活されるアルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体、アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体、アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体、アルカリ土類ケイ酸塩、アルカリ土類硫化物、アルカリ土類チオガレート、アルカリ土類窒化ケイ素、ゲルマン酸塩、又は、Ce等のランタノイド系元素で主に付活される希土類アルミン酸塩、希土類ケイ酸塩又はEu等のランタノイド系元素で主に賦活される有機及び有機錯体等から選ばれる少なくともいずれか1以上であることが好ましい。具体例として、下記の蛍光体を使用することができるが、これに限定されない。
(Phosphor)
The phosphor 30 (first wavelength conversion member) may be any member that absorbs light from the
Eu、Ce等のランタノイド系元素で主に賦活される窒化物系蛍光体は、M2Si5N8:Eu(Mは、Sr、Ca、Ba、Mg、Znから選ばれる少なくとも1種以上である。)などがある。また、M2Si5N8:EuのほかMSi7N10:Eu、M1.8Si5O0.2N8:Eu、M0.9Si7O0.1N10:Eu(Mは、Sr、Ca、Ba、Mg、Znから選ばれる少なくとも1種以上である。)などもある。 A nitride phosphor mainly activated by a lanthanoid element such as Eu or Ce is M 2 Si 5 N 8 : Eu (M is at least one selected from Sr, Ca, Ba, Mg, Zn). There is.) In addition to M 2 Si 5 N 8 : Eu, MSi 7 N 10 : Eu, M 1.8 Si 5 O 0.2 N 8 : Eu, M 0.9 Si 7 O 0.1 N 10 : Eu (M Is at least one selected from Sr, Ca, Ba, Mg, and Zn.
Eu、Ce等のランタノイド系元素で主に賦活される酸窒化物系蛍光体は、MSi2O2N2:Eu(Mは、Sr、Ca、Ba、Mg、Znから選ばれる少なくとも1種以上である。)などがある。 An oxynitride phosphor mainly activated by a lanthanoid element such as Eu or Ce is MSi 2 O 2 N 2 : Eu (M is at least one selected from Sr, Ca, Ba, Mg, Zn) Etc.).
Eu等のランタノイド系、Mn等の遷移金属系の元素により主に付活されるアルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体には、M5(PO4)3X:R(Mは、Sr、Ca、Ba、Mg、Znから選ばれる少なくとも1種以上である。Xは、F、Cl、Br、Iから選ばれる少なくとも1種以上である。Rは、Eu、Mn、EuとMn、のいずれか1以上である。)などがある。 Alkaline earth halogen apatite phosphors mainly activated by lanthanoid compounds such as Eu and transition metal elements such as Mn include M 5 (PO 4 ) 3 X: R (M is Sr, Ca, Ba). X is at least one selected from F, Cl, Br and I. R is any one of Eu, Mn, Eu and Mn. Etc.).
アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体には、M2B5O9X:R(Mは、Sr、Ca、Ba、Mg、Znから選ばれる少なくとも1種以上である。Xは、F、Cl、Br、Iから選ばれる少なくとも1種以上である。Rは、Eu、Mn、EuとMn、のいずれか1以上である。)などがある。 The alkaline earth metal borate phosphor has M 2 B 5 O 9 X: R (M is at least one selected from Sr, Ca, Ba, Mg, Zn. X is F, Cl , Br, or I. R is Eu, Mn, or any one of Eu and Mn.).
アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体には、SrAl2O4:R、Sr4Al14O25:R、CaAl2O4:R、BaMg2Al16O27:R、BaMg2Al16O12:R、BaMgAl10O17:R(Rは、Eu、Mn、EuとMn、のいずれか1以上である。)などがある。 Alkaline earth metal aluminate phosphors include SrAl 2 O 4 : R, Sr 4 Al 14 O 25 : R, CaAl 2 O 4 : R, BaMg 2 Al 16 O 27 : R, BaMg 2 Al 16 O 12 : R, BaMgAl 10 O 17 : R (R is Eu, Mn, or any one of Eu and Mn).
アルカリ土類硫化物蛍光体には、La2O2S:Eu、Y2O2S:Eu、Gd2O2S:Euなどがある。 Examples of the alkaline earth sulfide phosphor include La 2 O 2 S: Eu, Y 2 O 2 S: Eu, and Gd 2 O 2 S: Eu.
Ce等のランタノイド系元素で主に賦活される希土類アルミン酸塩蛍光体には、Y3Al5O12:Ce、(Y0.8Gd0.2)3Al5O12:Ce、Y3(Al0.8Ga0.2)5O12:Ce、(Y,Gd)3(Al,Ga)5O12の組成式で表されるYAG系蛍光体などがある。また、Yの一部若しくは全部をTb、Lu等で置換したTb3Al5O12:Ce、Lu3Al5O12:Ceなどもある。 Examples of rare earth aluminate phosphors mainly activated with lanthanoid elements such as Ce include Y 3 Al 5 O 12 : Ce, (Y 0.8 Gd 0.2 ) 3 Al 5 O 12 : Ce, Y 3 (Al 0.8 Ga 0.2) 5 O 12: Ce, and the like (Y, Gd) 3 (Al , Ga) YAG -based phosphor represented by the compositional formula of 5 O 12. Further, there are Tb 3 Al 5 O 12 : Ce, Lu 3 Al 5 O 12 : Ce, etc. in which a part or all of Y is substituted with Tb, Lu or the like.
その他の蛍光体には、ZnS:Eu、Zn2GeO4:Mn、MGa2S4:Eu(Mは、Sr、Ca、Ba、Mg、Znから選ばれる少なくとも1種以上である。Xは、F、Cl、Br、Iから選ばれる少なくとも1種以上である。)などがある。 Other phosphors include ZnS: Eu, Zn 2 GeO 4 : Mn, MGa 2 S 4 : Eu (M is at least one selected from Sr, Ca, Ba, Mg, Zn. X is At least one selected from F, Cl, Br, and I).
上述の蛍光体は、所望に応じてEuに代えて、又は、Euに加えてTb、Cu、Ag、Au、Cr、Nd、Dy、Co、Ni、Tiから選択される1種以上を含有させることもできる。 The phosphor described above contains at least one selected from Tb, Cu, Ag, Au, Cr, Nd, Dy, Co, Ni, and Ti instead of Eu or in addition to Eu as desired. You can also.
また、上記蛍光体以外の蛍光体であって、同様の性能、効果を有する蛍光体も使用することができる。 Moreover, it is fluorescent substance other than the said fluorescent substance, Comprising: The fluorescent substance which has the same performance and effect can also be used.
これらの蛍光体は、発光素子10の励起光により、黄色、赤色、緑色、青色に発光スペクトルを有する蛍光体を使用することができるほか、これらの中間色である黄色、青緑色、橙色などに発光スペクトルを有する蛍光体も使用することができる。これらの蛍光体を種々組み合わせて使用することにより、種々の発光色を有する発光装置を製造することができる。
These phosphors can use phosphors having emission spectra in yellow, red, green, and blue by the excitation light of the
蛍光体30は、発光ピーク波長が550nm乃至780nmの範囲にあるものを用いることが好ましい。
As the
(ナノ蛍光体)
ナノ蛍光体40(第2の波長変換部材)として、例えば、BaMgAl10O17:Eu、BaMg2Al16O27:Eu、M5(PO4)3Cl:Eu(ただし、MはSr、Ca、Ba、Mgの中から選ばれた少なくとも1種類の元素)、M10(PO4)6Cl2:Eu(ただし、MはSr、Ca、Ba、Mgの中から選ばれた少なくとも1種類の元素)、Sr4Al14O25:Eu、(Sr,Ba)Al2Si2O8:Eu、2SrO・xP2O5・yB2O3:Eu(ただし、x+y=1)、ZnS:Ag、ZnS:Ag,Al、ZnS:Ag,Cl、(ZnCd)S:Ag、(ZnCd)S:Ag,Al、(ZnCd)S:Ag,Clなどが挙げられる。
(Nanophosphor)
As the nanophosphor 40 (second wavelength converting member), for example, BaMgAl 10 O 17 : Eu, BaMg 2 Al 16 O 27 : Eu, M 5 (PO 4 ) 3 Cl: Eu (where M is Sr, Ca , Ba, Mg), M 10 (PO 4 ) 6 Cl 2 : Eu (where M is at least one element selected from Sr, Ca, Ba, Mg) element), Sr 4 Al 14 O 25 : Eu, (Sr, Ba) Al 2 Si 2 O 8: Eu, 2SrO · xP 2 O 5 · yB 2 O 3: Eu ( provided that, x + y = 1), ZnS: Ag ZnS: Ag, Al, ZnS: Ag, Cl, (ZnCd) S: Ag, (ZnCd) S: Ag, Al, (ZnCd) S: Ag, Cl, and the like.
また、Sr2Si3O8・2SrCl2:Eu、Ba3MgSi2O8:Eu、SrGa2S4:Eu、Y2SiO5:Ce,Tb、LaPO4:Ce,Tb、MgAl11O19:Ce,Tb、GdMgB5O10:Ce,Tb、Zn2SiO4:Mn、Re3M5O12:Ce(ただし、ReはY、Lu、Se、La、Gd、Smの中から選ばれた少なくとも1種類の元素、MはAl、Ga、Inの中から選ばれた少なくとも1種類の元素)、ZnS:Cu、ZnS:Cu,Cl、ZnS:Cu,Al、ZnS:Cu,Ag、ZnS:Cu,Au,Al、(ZnCd)S:Cu、(ZnCd)S:Cu,Cl、(ZnCd)S:Cu,Al、(ZnCd)S:Cu,Ag、(ZnCd)S:Cu,Au,Alなどが挙げられる。 Further, Sr 2 Si 3 O 8 · 2SrCl 2: Eu, Ba 3 MgSi 2 O 8: Eu, SrGa 2 S 4: Eu, Y 2 SiO 5: Ce, Tb, LaPO 4: Ce, Tb, MgAl 11 O 19 : Ce, Tb, GdMgB 5 O 10 : Ce, Tb, Zn 2 SiO 4 : Mn, Re 3 M 5 O 12 : Ce (where Re is selected from Y, Lu, Se, La, Gd, Sm) And at least one element selected from Al, Ga and In), ZnS: Cu, ZnS: Cu, Cl, ZnS: Cu, Al, ZnS: Cu, Ag, ZnS. : Cu, Au, Al, (ZnCd) S: Cu, (ZnCd) S: Cu, Cl, (ZnCd) S: Cu, Al, (ZnCd) S: Cu, Ag, (ZnCd) S: Cu, Au, A And the like.
さらに、Y2O3:Eu、Y2O2S:Eu、Y2O2S:Eu,Bi、YVO4:Eu、YVO4:Eu,Bi、Y(PV)O4:Eu、Y(PV)O4:Eu,Bi、CaS:Eu、SrS:Eu、(CaSr)S:Eu、3.5MgO・0.5MgF2・GeO2:Mn、Re3M5O12:Ce,Pr(ただし、ReはY、Lu、Se、La、Gd、Smの中から選ばれた少なくとも1種類の元素、MはAl、Ga、Inの中から選ばれた少なくとも1種類の元素)などが挙げられる。 Further, Y 2 O 3 : Eu, Y 2 O 2 S: Eu, Y 2 O 2 S: Eu, Bi, YVO 4 : Eu, YVO 4 : Eu, Bi, Y (PV) O 4 : Eu, Y ( PV) O 4 : Eu, Bi, CaS: Eu, SrS: Eu, (CaSr) S: Eu, 3.5MgO.0.5MgF 2 .GeO 2 : Mn, Re 3 M 5 O 12 : Ce, Pr , Re is at least one element selected from Y, Lu, Se, La, Gd, and Sm, and M is at least one element selected from Al, Ga, and In).
また、CdTe、CdSe、ZnTe、ZnSe、CdS、ZnSなどが挙げられる。 Moreover, CdTe, CdSe, ZnTe, ZnSe, CdS, ZnS, etc. are mentioned.
ナノ蛍光体40として発光ピーク波長が470nm乃至550nmの範囲にあるものを使用することが好ましい。
It is preferable to use the
<発光装置の製造方法>
一対の第1のリード20と第2のリード21とを用いる。第1のリード20は、発光素子10を配置するためのカップを設ける。第1のリード20と第2のリード21とは外部の電流供給源と接続するため、導電性の部材を用いる。
<Method for manufacturing light emitting device>
A pair of first leads 20 and second leads 21 are used. The
第1のリード20のカップ内にダイボンド部材を用いて発光素子10を配置する。ダイボンド部材にはエポキシ樹脂などの樹脂の他、半田などの金属も用いることができる。発光素子10が持つ正負一対の電極と第1のリード20、第2のリード21とをそれぞれワイヤを介して電気的に接続する。発光素子10は同一面側に正負一対の電極を持つものを使用する他、表面と裏面に正負一対の電極を持つものを使用することもできる。この場合、発光素子10と第1のリード20とを電気的に接続するため、ダイボンド部材は導電性のものを用いる。
The
次に、発光素子10が配置されている第1のリード20のカップ内に、蛍光体30が混合された第1の樹脂31を注入して硬化する。蛍光体30はあらかじめ第1の樹脂31中に混合しておき均一に分散させておく。第1の樹脂31は第1のリード20と密着性の良いものを使用することが好ましい。カップ内に配置した第1の樹脂31中の蛍光体30は均一に分散された状態とするほか、沈降された状態とすることもできる。蛍光体30を沈降された状態とする方が、発光素子10からの光を均一にすることができる。
Next, the
次に、おわん形状に凹んだ金型内に液状の第2の樹脂41を注入する。第2の樹脂41中にはナノ蛍光体40を混合しておく。その金型内に注入された第2の樹脂41中に、上述の第1のリード20及び第2のリード21を挿入する。第2の樹脂41中には、第1のリード20のカップ部分が浸積する程度まで沈める。その後、第2の樹脂41を硬化して第1のリード20と第2のリード21とを固定する。
Next, the liquid
これにより発光装置100を製造することができる。
Thereby, the
<第2の実施の形態>
第2の実施の形態に係る発光装置200について説明する。図2は、第2の実施の形態に係る発光装置の概略断面図である。ただし、第1の実施の形態に係る発光装置100とほぼ同一の部材を使う部分は説明を省略する。
<Second Embodiment>
The
発光装置200は、底面と側面とを持つ凹部を有するパッケージ120(台座)と、パッケージ120の凹部の底面に配置される発光素子110(光源)と、発光素子110を被覆する第1の樹脂131と、パッケージ120の凹部の上部に設けられ第1の樹脂を被覆する第2の樹脂141と、を有する。第1の樹脂131中には蛍光体130(第1の波長変換部材)が混合されている。また、第2の樹脂141中にはナノ蛍光体140(第2の波長変換部材)が混合されている。
The
発光素子110は、窒化ガリウム系化合物半導体などを用いることができる。発光素子110は、同一面側に正負一対の電極を有するものの他、表面と裏面に正負一対の電極を有するものも使用することができる。
The light-emitting
パッケージ120は、底面と側面を持つ凹部を有する。この凹部は底面側から開口方向に向かうに従って広口となるように形成している。また凹部は多段階に形成している。この凹部内に金属製のリードを設ける。このリードはパッケージ120の凹部内からパッケージ120の外側まで連続して繋がっており発光素子110に電気を供給する役割を有する。パッケージ120の凹部は開口方向から見て、略円形となっていることが好ましい。このパッケージ120の凹部は2段階になっている。底面側に近い1段目にリードを配置する。開口方向に近い2段目まで第1の樹脂131を配置する。パッケージ120の凹部の上方には凸レンズ形状を成す第2の樹脂141を組み込み固定する。パッケージ120の外形は略立方体であるが、略直方体とすることもできる。また、パッケージ120の外周部分にはリードが配置されている。パッケージ120は、ポリアミド樹脂、液晶ポリマーなどの樹脂系の他、セラミックスなども用いることができる。
蛍光体130は第1の樹脂131中に混合する。パッケージ120の凹部内のリード21と発光素子110の電極とをワイヤを介して電気的に接続する。このワイヤは第1の樹脂131中に配置することが好ましい。
The
第2の樹脂141は、あらかじめレンズ状に形成したものを用いる。アクリル樹脂などで成形する。また、第2の樹脂141は、樹脂に代えてガラスなども使用することができる。所定の形状に形成した第2の樹脂141をパッケージ120の凹部内に嵌め込み固定する。第2の樹脂141中にナノ蛍光体40を混合する。ナノ蛍光体40は0.1nm乃至100nmと極めて小径であるため、沈降が生じにくく、ほぼ均一に第2の樹脂141中に分散されている。
As the second resin 141, a lens formed in advance is used. Molded with acrylic resin. Further, as the second resin 141, glass or the like can be used instead of the resin. The second resin 141 formed in a predetermined shape is fitted into the recess of the
第2の樹脂141と第1の樹脂131との間に気体層を設ける。これにより発光素子110への電流投入により第1の樹脂131が熱膨張しても、気体層が介在するため、第2の樹脂141を押し上げることがない。なお、気体層に代えて樹脂を配置することもできる。例えば、第1の樹脂131、気体層に代えた樹脂、第2の樹脂141の順に屈折率の低いものを使用することにより、発光素子110等からの光の取り出しを向上させることができる。
A gas layer is provided between the second resin 141 and the
以上により発光装置200を提供することができる。
Thus, the
<第3の実施の形態>
第3の実施の形態に係る発光装置について説明する。図3は、第3の実施の形態に係る発光装置の概略断面図である。
<Third Embodiment>
A light emitting device according to a third embodiment will be described. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the light emitting device according to the third embodiment.
発光装置300は、発光素子210(光源)と、発光素子210を配置するパッケージ220(台座)と、発光素子210を被覆する被覆部材250と、を有する。被覆部材250は、平均粒子径が1μm乃至200μmである蛍光体230(第1の波長変換部材)と、平均粒子径が0.1nm乃至100nmであるナノ蛍光体240(第2の波長変換部材)と、を有する。パッケージ220は、正負一対のリード電極を有しており、発光素子210はそのリード電極と電気的に接続されている。被覆部材250は、特に限定されていないが、樹脂やガラスなどを用いることができる。
The
発光素子210と蛍光体230、ナノ蛍光体240の吸収波長、発光波長、発光ピーク波長の関係は種々考えられる。
Various relationships among the absorption wavelength, emission wavelength, and emission peak wavelength of the
発光ピーク波長が可視光の短波長側である発光素子210を用い、この発光素子210からの光を吸収して波長変換を行い、発光素子210よりも長波長側に発光ピーク波長を持つ蛍光体230と、この発光素子210からの光を吸収して波長変換を行い、発光素子210よりも長波長側に発光ピーク波長を持つナノ蛍光体240と、を用いることもできる。例えば、青色に発光する発光素子210と、赤色に発光する蛍光体230と、黄色に発光するナノ蛍光体240と、を用いることにより演色性に富む発光装置300を提供することができる。なお、蛍光体230は主に発光素子210からの光を吸収するが、ナノ蛍光体240からの光を吸収するものも使用することができる。同様に、ナノ蛍光体240も主に発光素子210からの光を吸収するが、蛍光体230からの光を吸収するものも使用することができる。
A phosphor that has a light emission peak wavelength on the short wavelength side of visible light, absorbs light from the
また、発光ピーク波長が可視光の短波長側である発光素子210を用い、この発光素子210からの光を吸収して波長変換を行い、発光素子210よりも長波長側に発光ピーク波長を持つ蛍光体230と、この蛍光体230からの光を吸収して波長変換を行い、蛍光体230よりも長波長側に発光ピーク波長を持つナノ蛍光体240と、を用いることもできる。例えば、青色に発光する発光素子210と、緑色に発光する蛍光体230と、緑色の光を吸収して黄赤色に発光するナノ蛍光体240と、を用いることにより演色性に富む発光装置300を提供することができる。なお、ナノ蛍光体240も主に蛍光体230からの光を吸収するが、発光素子210からの光を吸収するものも使用することができる。
Further, the
また、発光ピーク波長が可視光の短波長側である発光素子210を用い、この発光素子210からの光を吸収して波長変換を行い、発光素子210よりも長波長側に発光ピーク波長を持つナノ蛍光体240と、このナノ蛍光体240からの光を吸収して波長変換を行い、ナノ蛍光体240よりも長波長側に発光ピーク波長を持つ蛍光体230と、を用いることもできる。例えば、青色に発光する発光素子210と、緑色に発光するナノ蛍光体240と、緑色の光を吸収して赤色に発光する蛍光体230と、を用いることにより演色性に富む発光装置300を提供することができる。蛍光体230は主にナノ蛍光体240からの光を吸収するが、発光素子210からの光を吸収するものも使用することができる。
Further, the
さらに、上述の発光ピーク波長が可視光の短波長側である発光素子210に代えて、発光ピーク波長が近紫外である発光素子210を用いることもできる。この場合、発光素子210からの光は見え難いため、蛍光体230及びナノ蛍光体240の光を主に見ることとなる。例えば、近紫外に発光ピーク波長を持つ発光素子210と、青色に発光する蛍光体230と、青色を吸収して黄色に発光するナノ蛍光体240と、を用いることもできる。
Furthermore, instead of the
いずれの発光装置もナノ蛍光体240が発光素子210からの光や蛍光体230からの光を遮らないため、発光輝度を高めることができる。
In any of the light emitting devices, since the
なお、発光ピーク波長が可視光の短波長側とは、380nm以上495nm以下をいい、発光ピーク波長が近紫外とは、300nm以上380nm未満のものをいう。 Note that the emission peak wavelength of short wavelength side of visible light means 380 nm or more and 495 nm or less, and the emission peak wavelength of near ultraviolet means that of 300 nm or more and less than 380 nm.
蛍光体230及びナノ蛍光体240は、少なくとも15重量%以上であることが好ましく、30重量%以上であることが更に好ましい。
The
被覆部材250中に含有される蛍光体230及びナノ蛍光体240の分散状態は明確には言えないが、蛍光体230とナノ蛍光体240とを混合することにより蛍光体230の凝集を抑制することができる。これは蛍光体230の外周にナノ蛍光体240が付着し、蛍光体230の凝集を抑制しているためであると考えられる。
Although the dispersion state of the
被覆部材250中の蛍光体230及びナノ蛍光体240は、おおよそ2層に分かれていても良い。比重の異なる蛍光体230とナノ蛍光体240を用いることにより、比重の大きい物質が下側に沈降することにより製造することができる。下側に蛍光体230、上側にナノ蛍光体240が沈降された被覆部材250を用いることにより、蛍光体230からの光が上側のナノ蛍光体240に遮られることなく外部に放出することができる。ナノ蛍光体240よりも長波長側に発光ピーク波長を持つ蛍光体230を用いることにより、蛍光体230から出射された光がナノ蛍光体240に吸収されることなく外部に放出することができるため高輝度の発光装置を提供することができる。
The
<実施例1>
実施例1に係る発光装置100について説明する。図1は、発光装置の概略断面図である。なお、第1の実施の形態に係る発光装置100とほぼ同様の構成を採るため説明を省略する部分もある。
<Example 1>
The
発光素子10は約460nmに発光ピーク波長を持つ窒化ガリウム系化合物半導体を用いる。第1のリード20のカップ内に発光素子10を配置する。発光素子10を固定するためのダイボンド部材にはエポキシ樹脂を用いる。第1のリード20と第2のリード21とを用いる。発光素子10が持つ正負一対の電極と第1のリード20、第2のリード21とを、それぞれAuワイヤを介して電気的に接続する。第1のリード20のカップ内に第1の樹脂31を滴下して充填する。第1の樹脂31中には蛍光体30が混合されている。蛍光体30は630nm乃至670nmに発光ピーク波長を有する、平均粒子径が5μmのCaAlSiN3:Euを用いる。第1の樹脂31及び第1のリード20のカップ、第2のリード21の一部を覆うように第2の樹脂41を配置する。第2の樹脂41中にはナノ蛍光体40が混合されている。ナノ蛍光体40は470nm乃至550nmに発光ピーク波長を有するZnS:Cuを用いる。蛍光体30は発光素子10からの光により励起されて赤色に発光する。発光素子10からの光のうち蛍光体30に照射されても一部反射する。この蛍光体30に照射されて反射された光が分散され、ナノ蛍光体40に照射される。また、第1の樹脂31中を透過した発光素子10からの光も、ナノ蛍光体40に照射される。これによりナノ蛍光体40に照射された光は、波長変換され緑色に発光する。一方、蛍光体30から放出された光はナノ蛍光体40に吸収されず、第2の樹脂41中を透過していく。これにより発光素子10からの青色光と、蛍光体30からの赤色光と、ナノ蛍光体40からの緑色光と、が混合されて白色に発光する発光装置100を提供することができる。これにより色むらの極めて少ない発光装置100を提供することができる。また、演色性が高く、高輝度の発光装置100を提供することができる。
The
<実施例2>
実施例2に係る発光装置は、ナノ蛍光体40が異なる以外は実施例1に係る発光装置とほぼ同様である。
<Example 2>
The light emitting device according to Example 2 is substantially the same as the light emitting device according to Example 1 except that the
ナノ蛍光体40に平均粒子径40nmのYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)蛍光体を用いる。発光素子10は約460nmに発光ピーク波長を持つ窒化ガリウム系化合物半導体を用いる。蛍光体30は630nm乃至670nmに発光ピーク波長を有する、平均粒子径が5μmのCaAlSiN3:Euを用いる。蛍光体30は発光素子10からの光により励起されて赤色に発光する。発光素子10からの光のうち蛍光体30に照射されても一部反射する。この蛍光体30に照射されて反射された光が分散され、ナノ蛍光体40に照射される。また、第1の樹脂31中を透過した発光素子10からの光も、ナノ蛍光体40に照射される。これによりナノ蛍光体40に照射された光は、波長変換され黄色に発光する。一方、蛍光体30から放出された光はナノ蛍光体40に吸収されず、第2の樹脂41中を透過していく。これにより発光素子10からの青色光と、蛍光体30からの赤色光と、ナノ蛍光体40からの黄色光と、が混合されて白色に発光する発光装置100を提供することができる。これにより色むらの極めて少ない発光装置100を提供することができる。また、演色性が高く、高輝度の発光装置100を提供することができる。
A YAG (yttrium, aluminum, garnet) phosphor having an average particle diameter of 40 nm is used as the
本発明の発光装置は、液晶バックライト光源、照明器具、ディスプレイのバックライト光源、カメラのフラッシュライト、動画照明補助光源などに利用することができる。 The light emitting device of the present invention can be used for a liquid crystal backlight light source, a lighting fixture, a display backlight light source, a camera flash light, a moving image illumination auxiliary light source, and the like.
10 発光素子
20 第1のリード
21 第2のリード
30 蛍光体
31 第1の樹脂
40 ナノ蛍光体
41 第2の樹脂
100 発光装置
110 発光素子
120 パッケージ
130 蛍光体
131 第1の樹脂
140 ナノ蛍光体
141 第2の樹脂
200 発光装置
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記光源が配置される台座と、
前記光源の少なくとも一部が被覆される第1の波長変換部材と、
前記第1の波長変換部材の少なくとも一部が被覆される第2の波長変換部材と、
を有する発光装置であって、
前記第1の波長変換部材は、前記光源からの光の少なくとも一部を吸収して前記光源と異なる波長の光を放出する、平均粒子径が1μm乃至200μmであり、
前記第2の波長変換部材は、前記光源からの光及び前記第1の波長変換部材からの光の少なくとも一部を吸収して前記光源と異なる波長の光を放出する、平均粒子径が0.1nm乃至100nmであることを特徴とする発光装置。 A light source;
A pedestal on which the light source is disposed;
A first wavelength conversion member on which at least a part of the light source is coated;
A second wavelength conversion member that covers at least a portion of the first wavelength conversion member;
A light emitting device comprising:
The first wavelength conversion member absorbs at least a part of light from the light source and emits light having a wavelength different from that of the light source, and has an average particle diameter of 1 μm to 200 μm,
The second wavelength conversion member absorbs at least a part of light from the light source and light from the first wavelength conversion member and emits light having a wavelength different from that of the light source. A light emitting device having a thickness of 1 nm to 100 nm.
前記光源が配置される台座と、
前記光源を被覆する被覆部材と、
を有する発光装置であって、
前記被覆部材は、平均粒子径が1μm乃至200μmである第1の波長変換部材と、平均粒子径が0.1nm乃至100nmである第2の波長変換部材と、を有することを特徴とする発光装置。 A light source;
A pedestal on which the light source is disposed;
A covering member that covers the light source;
A light emitting device comprising:
The covering member includes a first wavelength conversion member having an average particle diameter of 1 μm to 200 μm and a second wavelength conversion member having an average particle diameter of 0.1 nm to 100 nm. .
The light emitting device according to claim 8, wherein the first wavelength conversion member and the second wavelength conversion member are at least 15 wt% or more.
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