チオガレート系緑色蛍光体、アルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体、及びこれらを採用した白色発光素子
【課題】１つの発光源を使用して白色発光が可能であり、フィルタ濾過後に色再現性に優れた色純度を有するチオガレート系緑色蛍光体、アルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体、及びこれらを採用した白色発光素子を提供する。
【解決手段】（Ａ１−ｘ−ｙＥｕｘ（ＭＩ０．５ＭＩＩＩ０．５）ｙ）Ｂ２Ｓ４（ここでｘ＋ｙ＜１）であり、ここで、Ａは、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａよりなる群から選択された少なくとも１つの元素であり、Ｂは、Ｇａ及びＡｌ、Ｇａ及びＩｎ、並びにＧａ、Ａｌ及びＩｎよりなる群から選択され、ｘは、０．０１から０．１の範囲内に設定され、ＭＩは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋよりなる群から選択された少なくとも１つの元素であり、ＭＩＩＩは、Ｓｃ、Ｙ、Ｌｕ、Ｇｄ、Ｌａよりなる群から選択された少なくとも１つの元素であり、ｙは、０＜ｙ＜１の範囲内に設定されることを特徴とするチオガレート系緑色蛍光体。
【解決手段】（Ａ１−ｘ−ｙＥｕｘ（ＭＩ０．５ＭＩＩＩ０．５）ｙ）Ｂ２Ｓ４（ここでｘ＋ｙ＜１）であり、ここで、Ａは、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａよりなる群から選択された少なくとも１つの元素であり、Ｂは、Ｇａ及びＡｌ、Ｇａ及びＩｎ、並びにＧａ、Ａｌ及びＩｎよりなる群から選択され、ｘは、０．０１から０．１の範囲内に設定され、ＭＩは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋよりなる群から選択された少なくとも１つの元素であり、ＭＩＩＩは、Ｓｃ、Ｙ、Ｌｕ、Ｇｄ、Ｌａよりなる群から選択された少なくとも１つの元素であり、ｙは、０＜ｙ＜１の範囲内に設定されることを特徴とするチオガレート系緑色蛍光体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光体及びこれを採用した発光素子に係り、より詳細には、改善された光効率を有するチオガレート（ｔｈｉｏｇａｌｌａｔｅ）系緑色蛍光体、アルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体、及びこれらを採用した白色発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
白色発光素子（ｗｈｉｔｅ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）は、照明、ノートパソコン、携帯電話、ＰＤＡなどに使われるＬＣＤ用の背面光源（ｂａｃｋｌｉｇｈｔ）として広く利用されている。
【０００３】
従来、白色発光素子を製作するための方法として、青色発光ダイオードに、「ＹＡＧ：Ｃｅ」蛍光体又は「（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ」蛍光体を結合させて製作する方法や、赤色、緑色、及び青色発光ダイオードを１つのパッケージに付着して、赤色、緑色、及び青色光の混色により白色光を放出可能に製作する方法が使われている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、青色発光ダイオードを用いた白色発光素子は、主に４５０〜４７０ｎｍ波長帯の青色光源により上部層に位置する「ＹＡＧ：Ｃｅ」又は「（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ」などの黄色蛍光体を励起・発光させることによって、青色と黄色の混色により白色を放出するように構成されているので、ＬＣＤの背面光源に適合した白色発光にとっては多くの問題点を有している。
【０００５】
即ち、４５０〜４７０ｎｍ波長帯の青色発光ダイオードと「ＹＡＧ：Ｃｅ」又は「（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ」などの黄色蛍光体との組合せからなる白色発光ダイオードは、物質の特性上、緑色部と赤色部のスペクトルが足りないので、背面光の特性において最も重要な、色フィルタ濾過後の色再現性（ｃｏｌｏｒ ｒｅｐｒｏｄｕｃｉｂｉｌｉｔｙ）が劣化するという短所がある。
【０００６】
一方、赤色、緑色、及び青色発光ダイオードを用いて白色発光素子を製造するためには、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＧａＮなどの異なる基板を製造し、異なる半導体薄膜を活用しなければならないので、発光ダイオードの製造が困難になり、これを背面光源として利用する時に発光ダイオードの動作が非常に複雑になり、さらに混色における困難が増すという大きい問題があり、さらに製造コストが高くなるという問題がある。
【０００７】
本発明が達成しようとする技術的課題は、１つの発光源を使用して白色発光が可能であり、フィルタ濾過後に色再現性に優れた色純度（Ｃｏｌｏｒ Ｐｕｒｉｔｙ）を有するチオガレート系緑色蛍光体、アルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体、及びこれらを採用した白色発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明の一態様によれば、一般式が（Ａ１−ｘ−ｙＥｕｘ（ＭＩ０．５ＭＩＩＩ０．５）ｙ）Ｂ２Ｓ４（ここでｘ＋ｙ＜１）であり、ここで、Ａは、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａよりなる群から選択された少なくとも１つの元素であり、Ｂは、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎよりなる群から選択された少なくとも１つの元素であり、ｘは、０．０１から０．１の範囲内に設定され、ＭＩは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋよりなる群から選択された少なくとも１つの元素であり、ＭＩＩＩは、Ｓｃ、Ｙ、Ｌｕ、Ｇｄ、Ｌａよりなる群から選択された少なくとも１つの元素であり、ｙは、０＜ｙ＜１の範囲内に設定されるチオガレート系緑色蛍光体を提供する。
【０００９】
本発明の他の態様によれば、一般式がＡｘ−ａＥｕａＧｅＳｚであり、ここで、Ａは、Ｃａ、Ｓｒよりなる群から選択された少なくとも１つの元素であり、ｚ＝ｘ＋２であり、ｘは、２から５の範囲内に設定され、ａ／ｘは、０．０００５から０．０２の範囲内に設定されるアルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体を提供する。
【００１０】
本発明のさらに他の態様によれば、青色光を放出する発光ダイオードと、前記発光ダイオードの上部に設置され、前記発光ダイオードから放出された光により励起されて緑色光を放出するチオガレート緑色蛍光体と、前記発光ダイオードの上部に設置され、前記発光ダイオードから放出された光により励起されて赤色光を放出するアルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体と、を含み、前記発光ダイオードから放出された光の一部と混色されて白色光を放出すること白色発光素子を提供する。
【００１１】
好ましくは、前記白色発光素子は、紫外線を放出する紫外発光ダイオードをさらに含み、前記緑色蛍光体及び前記赤色蛍光体のうち少なくとも１つは、前記紫外発光ダイオードから放出された光により励起されて光を放出することができる。
【００１２】
好ましくは、前記白色発光素子は、透光性モールド材をさらに含み、前記チオガレート緑色蛍光体及び前記アルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体は、前記透光性モールド材内に分散されることができる。
【００１３】
好ましくは、前記チオガレート系緑色蛍光体は、一般式（Ａ１−ｘ−ｙＥｕｘ（ＭＩ０．５ＭＩＩＩ０．５）ｙ）Ｂ２Ｓ４（ここでｘ＋ｙ＜１）であり、ここで、Ａは、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａよりなる群から選択された少なくとも１つの元素であり、Ｂは、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎよりなる群から選択された少なくとも１つの元素であり、ｘは、０．０１から０．１の範囲内に設定され、ＭＩは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋよりなる群から選択された少なくとも１つの元素であり、ＭＩＩＩは、Ｓｃ、Ｙ、Ｌｕ、Ｇｄ、Ｌａよりなる群から選択された少なくとも１つの元素であり、ｙは、０＜ｙ＜１の範囲内に設定されることができる。
【００１４】
好ましくは、前記アルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体は、一般式がＡｘ−ａＥｕａＧｅＳｚであり、ここで、Ａは、Ｃａ、Ｓｒよりなる群から選択された少なくとも１つの元素であり、ｚ＝ｘ＋２であり、ｘは、２から５の範囲内に設定され、ａ／ｘは、０．０００５から０．０２の範囲内に設定されることができる。
【００１５】
好ましくは、前記アルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体は、一般式が（Ｃａ、Ｓｒ）１−ｘ−ｙＥｕｘＣｙ（Ｓ１−ｚＳｅｚ）であり、ここで、Ｃは、Ｍｎ及びＰｂよりなる群から選択された少なくとも１つの元素であり、ｘは、０．０００５から０．１の範囲内に設定され、ｙは、０から０．５の範囲内に設定され、ｚは、０から１の範囲内に設定されることができる。
【００１６】
さらに好ましくは、前記アルカリ土類金属硫化物系蛍光体は、一般式が（Ｃａ、Ｓｒ）１−ｘ−ｙＥｕｘＰｂｙＳであり、ここで、ｘは、０．０００５から０．０１の範囲内に設定され、ｙは、０から０．５の範囲内に設定されることができる。
【００１７】
さらに好ましくは、前記アルカリ土類金属硫化物系蛍光体は、組成によって６００ｎｍから６６０ｎｍの範囲の波長の光を放出することができる。
【００１８】
このように本発明による白色発光素子は、紫外線又は青色光を放出する発光ダイオードの上部に緑色発光が可能なチオガレート系蛍光体及び赤色発光が可能なアルカリ土類金属硫化物系蛍光体を配置することによって得られ、これらの混色によって高輝度の白色光、従って高い色純度を有し、フィルタ濾過後の色再現性に優れた優秀な白色光を発光する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によるチオガレート系緑色蛍光体及びアルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体を有する白色発光素子は、長波長の紫外線領域及び特に青色領域帯の励起下に非常に優れた緑色及び赤色発光を示す。
それ故、本発明は、紫外線発光ダイオード用の緑色、赤色、及び白色発光素子と、青色発光ダイオード用のブルーラグーン（ｂｌｕｅｌａｇｏｏｎ）、ピンク、及び白色半導体発光装置と、長波長の紫外線及び青色領域帯をエネルギー源とする応用分野と、に適用することができる。
【００２０】
特に、緑色及び赤色蛍光体を単一の青色発光ダイオードに適用することによって白色光を具現しているので、青色発光ダイオード及び黄色蛍光体により具現された白色光よりも色再現性に優れた色純度を有する。
それと共に、発光ダイオード自体の製造工程における困難及び製造コストに関する問題を画期的に解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】は、本発明の一実施例に係る白色発光素子の概略的な断面構成図である。
【図２】は、本発明の一実施例に係る白色発光素子に採用されるチオガレート系緑色蛍光体の吸収スペクトル及び発光スペクトルグラフである。
【図３】は、本発明の一実施例に係る白色発光素子に採用されるアルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体の吸収スペクトル及び発光スペクトルグラフである。
【図４】は、本発明の一実施例に係るチオガレート系緑色蛍光体とアルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体及び青色発光ダイオードを利用した白色発光素子の発光スペクトルグラフである。
【図５】は、本発明の一実施例に係る白色発光素子と従来の白色発光素子の色座標特性を比較したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本発明の一実施例に係る白色発光素子の概略的な断面構成図である。
【００２４】
図２は、本発明の一実施例に係る白色発光素子に採用されるチオガレート系緑色蛍光体の吸収スペクトル及び発光スペクトルグラフである。
【００２５】
図３は、本発明の一実施例に係る白色発光素子に採用されるアルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体の吸収スペクトル及び発光スペクトルグラフである。
【００２６】
図４は、本発明の一実施例に係るチオガレート系緑色蛍光体、アルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体、及び青色発光ダイオードを利用した白色発光素子の発光スペクトルグラフである。
【００２７】
図５は、本発明の一実施例に係る白色発光素子と従来の白色発光素子の色座標特性を比較したグラフである。
【実施例１】
【００２８】
図１は、本発明の一実施例に係る白色発光素子の概略的な断面構成図である。
【００２９】
図１を参照すれば、本発明の一実施例に係る白色発光素子は、反射型の表面実装白色発光素子であって、射出成形、プレス成形又はその他の加工により凹溝部（ｒｅｃｅｓｓ）が形成されたフレーム本体１にヒートシンク２が設置され、ヒートシンク２上に青色光を放出する発光ダイオード３が設置される。
【００３０】
発光ダイオード３の上部には、発光ダイオード３から放出された光の一部と混色されて白色光を放出させるように、発光ダイオード３から放出された光により励起されて緑色光を放出するチオガレート緑色蛍光体５と、赤色光を放出するアルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体６とを含む透光性モールド材４がフレーム本体１内に形成される。
【００３１】
もちろん、透光性モールド材４を使用せずに、チオガレート系緑色蛍光体５及びアルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体６を直接発光ダイオード３の上部に塗布して設置することもできる。
【００３２】
ここでは、チオガレート系緑色蛍光体５及びアルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体６が透光性モールド材４に含まれ、発光ダイオード３の上部に設置された例を説明する。
【００３３】
発光ダイオード３は、外部電源に連結するために２つの電極を備える。電極は、発光ダイオード３の同一側面及び反対側面上のいずれに位置してもよい。電極は、接着剤を介するか、又は細金線を介してリード端子に電気的に連結される。
【００３４】
ここでは、フレームの両側に設けたアノードリード８及びカソードリード７を各々細金線８ａ、７ａを介して発光ダイオード３に接続する。
【００３５】
発光ダイオード３は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ又はＡｌＧａＩｎＮ系の発光ダイオードであって、青色光を放出する。ここでは、発光ダイオード３としては、４２０から４８０ｎｍの範囲の青色光を放出する発光ダイオードを使用した。
【００３６】
しかし、これに限定されるものではなく、青色光だけでなく、２５０から４１０ｎｍの範囲の紫外線（ＵＶ）を放出する発光ダイオードをさらに備えてもよい。また、発光ダイオード３の個数は、１つでもよいが、必要なら多数個で構成してもよい。
【００３７】
ここでは本発明は、射出成形、プレス成形、又はその他の加工により凹溝部が形成されたフレーム本体１に、ヒートシンク２を嵌挿し、ヒートシンク２の上に発光ダイオード３を設置し、フレームの両側に設置された端子であるアノードリード及びカソードリードを発光ダイオード３に細金線で接続して構成した、反射型の表面実装白色発光素子として具現化したが、様々な変形が可能である。
【００３８】
１つの変形例として、リードフレーム（図示せず）の先端に反射カップ又は反射板の形を有するダム形状の凹溝部を形成し、該凹溝部に発光ダイオード３を設置し、フレームの凹（ｃｏｎｃａｖｅ）部に設置された端子であるアノードリードとカソードリードとを発光ダイオード３に細金線で連結して構成した、リードタイプの白色発光素子として具現してもよい。
【００３９】
リードタイプの場合には、発光ダイオード３の上部面を含んで凹溝部の内部にチオガレート系緑色蛍光体５及びアルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体６を含む透光性モールド材４を凹溝部の上面と同一面になるまで充填し、透光性モールド材、及びアノードとカソードの一部を透光性被覆外装材で密封して具現してもよい。
【００４０】
他の変形例として、射出成形、プレス成形、又はその他の加工によりフレームの凹部に凹溝部を形成し、該凹溝部に発光ダイオードを設置し、フレームの凹部に設置された端子であるアノードリード及びカソードリードを発光ダイオード３に細金線で接続して構成した、印刷基板（ＰＣＢ）タイプの表面実装白色発光素子として具現してもよい。
【００４１】
表面実装型の場合には、発光ダイオード３の上部面を含んでフレーム本体１の内部にチオガレート系緑色蛍光体５及びアルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体６を含む透光性モールド材４をフレーム本体１の上面と同一面になるまで充填することにより、具現してもよい。
【００４２】
この時、発光ダイオード３としては、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）を基板とするＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮ系の発光ダイオード、又は、ＳｉＣ材質を基板とするＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮ系の発光ダイオードを使ってもよい。
【００４３】
又は、任意の基板を使用して製作されたＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮ系の発光ダイオードを使ってもよい。
【００４４】
一方、チオガレート緑色蛍光体５及びアルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体６は、発光ダイオード３の上部に位置し、発光ダイオード３から放出された光の一部をそれより相対的に長波長の光に変換する。
【００４５】
この時、チオガレート緑色蛍光体５及びアルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体６は、透光性モールド材４内に分散されて位置する。
【００４６】
透光性モールド材４は、発光ダイオード３を覆って、湿気又は外力のような外部環境から発光ダイオード３を保護する。透光性モールド材４は、例えばエポキシ又はシリコーン（ｓｉｌｉｃｏｎｅ）からなり、図示したようにフレーム本体１内に位置する。
【００４７】
一方、発光ダイオード３が青色光を放出する場合、発光ダイオード３から放出された青色光と、チオガレート緑色蛍光体５から放出される緑色光と、アルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体６から放出される赤色光とが混色されて白色光になって外部に放出される。
【００４８】
具体的には、チオガレート系緑色蛍光体５は、一般式（Ａ１−ｘ−ｙＥｕｘ（ＭＩ０．５ＭＩＩＩ０．５）ｙ）Ｂ２Ｓ４（ここでｘ＋ｙ＜１）で表示される。
【００４９】
ここで、Ａは、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａよりなる群から選択された少なくとも１つの元素であり、Ｂは、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎよりなる群から選択された少なくとも１つの元素である。
【００５０】
ｘは、０．０１から０．１の範囲内に設定され、ＭＩは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋよりなる群から選択された少なくとも１つの元素であり、ＭＩＩＩは、Ｓｃ、Ｙ、Ｌｕ、Ｇｄ、Ｌａよりなる群から選択された少なくとも１つの元素であり、ｙは、０＜ｙ＜１の範囲内に設定される。
【００５１】
アルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体６は、一般式Ａｘ−ａＥｕａＧｅＳｚで表示される。ここで、Ａは、Ｃａ、Ｓｒよりなる群から選択された少なくとも１つの元素である。ｚ＝ｘ＋２であり、ｘは、２から５の範囲内に設定され、ａ／ｘは、０．０００５から０．０２の範囲内に設定される。
【００５２】
このような緑色及び赤色蛍光体５、６は次の方法で得られる。即ち、蛍光体原料物質と活性剤を所望の組成に見合う所定の混合比になるように秤量し、より効果的な混合のためにアルコール溶媒下で、ボールミーリング（ｂａｌｌ ｍｉｌｌｉｎｇ）又は瑪瑙乳鉢のようなミキサを用いて均一な組性になるように十分に混合する。
【００５３】
その後、この混合物をオーブンに入れ、１００℃から１５０℃の範囲の温度で１〜２時間乾燥する。乾燥した混合物を高純度アルミナボートに入れて、電気炉を使用して８００〜１３００℃の温度でＨ２Ｓ雰囲大気中で熱処理して、蛍光体粉末を合成した後、十分に粉砕する。
【００５４】
これらの粉末に対して光発光強度（Ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ、ＰＬ）を測定した結果、Ｓｒ０．３６Ｅｕ０．０４Ｙ０．３Ｌｉ０．３Ｇａ２Ｓ４で表現される代表的な組成のチオガレート系緑色蛍光体は、４７０〜６３０ｎｍの領域にわたって強い発光スペクトルを示し、Ｓｒ２．１８５Ｅｕ０．０１５Ｃａ０．８ＧｅＳ５で表現されるアルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体は、５２０〜７８０ｎｍの領域にわたって強い発光スペクトルを示す。
【００５５】
白色発光素子の製作の際、前述のような緑色及び赤色蛍光体５、６は透光性モールド材４に含まれていて、緑色及び赤色蛍光体を含むモールド材は発光ダイオード３の上部面を含むフレーム本体１の内部に充填される。
【００５６】
このように、青色発光又は紫外線の発光が可能な窒化ガリウム系（ＡｌＩｎＧａＮ）化合物半導体素子からなる発光ダイオード３、チオガレート系緑色蛍光体５、及びアルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体６を組み合わせることによって、発光ダイオード３からの青色発光とその発光により励起された蛍光体５、６からの緑色及び赤色発光との混色により白色光の具現が可能になる。
【００５７】
図２は、本発明の一実施例に係る白色発光素子に採用されるチオガレート系緑色蛍光体の吸収（励起）スペクトル及び発光（放出）スペクトルグラフである。
【００５８】
図２を参照すれば、チオガレート系緑色蛍光体の吸収スペクトルは、３５０〜５００ｎｍで高い吸収ピークを示し、５３５ｎｍで最大ピークを有する優秀な発光スペクトルを示す。
【００５９】
図３は、本発明の一実施例に係る白色発光素子に採用されるアルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体の吸収（励起）スペクトル及び発光（放出）スペクトルグラフである。
【００６０】
図３を参照すれば、本発明の一実施例に係る白色発光素子に採用されるアルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体の吸収スペクトルは、４００〜５５０ｎｍで高い吸収ピークを示し、６３０ｎｍで最大ピークを有する優秀な発光スペクトル特性を示す。
【００６１】
図４は、本発明の一実施例に係るチオガレート系緑色蛍光体、アルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体、及び青色発光ダイオードを利用した白色発光素子の発光スペクトルグラフである。
【００６２】
図４を参照すれば、青色発光ダイオードから発生した基準光と放出された光の一部を蛍光体が吸収又は励起されて放出される第２の光である緑色光及び赤色光とが混色されて白色が具現されることが分かる。
【００６３】
即ち、青色、緑色及び赤色の混色による白色光を具現することによって、ＬＣＤ構造内の色フィルタ濾過後に色再現性に優れた色純度を有する。
【００６４】
これにより、本発明の一実施例に係る白色発光素子を直列又は並列構造で配置してＬＣＤ用背面光源（ｂａｃｋｌｉｇｈｔ）に適用する場合、従来の青色発光ダイオードに「ＹＡＧ：Ｃｅ」又は「（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ」黄色蛍光体を結合して得られる白色光に比べて優れた色純度を提供できる。
【００６５】
図５は、本発明の一実施例に係る白色発光素子と従来の白色発光素子のサック（色）座標特性を比較したグラフである。
【００６６】
本発明の一実施例に係る白色発光素子と従来の白色発光素子が各々同じ色フィルタを通過した後に具現できる色再現の範囲を色座標で示す。
【００６７】
図５を参照すれば、本発明の一実施例に係る、チオガレート系緑色蛍光体とアルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体及び青色発光ダイオードを組合わせた白色発光素子での色再現の範囲が、従来の技術による、青色発光ダイオードと「（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ」黄色蛍光体を使用する白色発光素子での色再現の範囲より非常に広いことがわかる。
【００６８】
白色発光素子において色座標の範囲が広いほど表現できる色の数は増加するようになり、さらに自然色に近い色表現が可能であることを意味する。
【００６９】
以上、好ましい実施例及び多くの具体的な変形実施例を参照して本発明を説明した。しかし、これらの具体的に説明されたものとは異なる多くのその他の実施例がまた本発明の精神と範囲に入ることがこの分野の当業者にとって自明であろう。
【００７０】
例えば、本発明の一実施例では、青色光を放出する発光ダイオードの上部に発光ダイオードから放出された青色光により励起されて緑色発光が可能なチオガレート系蛍光体及び赤色発光が可能なアルカリ土類金属硫化物系蛍光体を含む白色発光素子について説明した。
【００７１】
しかしながら、本発明によるチオガレート系蛍光体及びアルカリ土類金属硫化物系蛍光体は、青色光だけでなく、紫外線によっても励起されて、優秀な緑色発光及び赤色発光が可能である。
【００７２】
従って、白色発光素子に青色光を放出する発光ダイオードと一緒に紫外線を放出する紫外線発光ダイオードをさらに付加することによって、チオガレート系蛍光体及びアルカリ土類金属硫化物系蛍光体を紫外線発光ダイオードから放出された紫外線により励起して、さらに優秀な緑色発光及び赤色発光を得ることができる。
【００７３】
また、本発明の一実施例では、青色光を放出する発光ダイオードの上部に緑色発光が可能なチオガレート系蛍光体及び赤色発光が可能なアルカリ土類金属硫化物系蛍光体を配置するにあたって、一般式がＡｘ−ａＥｕａＧｅＳｚであり、ここで、Ａは、Ｃａ、Ｓｒよりなる群から選択された少なくとも１つの元素であり、ｚ＝ｘ＋２であり、ｘは、２から５の範囲内に設定され、ａ／ｘは、０．０００５から０．０２の範囲内に設定されるアルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体について説明した。
【００７４】
尚、その他にも変形例として、一般式が（Ｃａ、Ｓｒ）１−ｘ−ｙＥｕｘＣｙ（Ｓ１−ｚＳｅｚ）であるアルカリ土類金属硫化物系蛍光体が可能である。
【００７５】
ここで、Ｃは、Ｍｎ及びＰｂよりなる群から少なくとも１つの元素が選択される。また、ｘは、０．０００５から０．１の範囲内に設定され、ｙは、０から０．５の範囲内に設定され、ｚは、０から１の範囲内に設定される。
【００７６】
さらに他の変形例として、一般式が（Ｃａ、Ｓｒ）１−ｘ−ｙＥｕｘＰｂｙＳであるアルカリ金属硫化物系蛍光体が可能である。
【００７７】
ここで、ｘは、０．０００５から０．０１の範囲内に設定され、ｙは、０から０．５の範囲内に設定される。
【００７８】
さらに他の変形例として、一般式がＣａ０．９４７Ｐｂ０．０５Ｅｕ０．００３Ｓであるアルカリ金属硫化物系蛍光体が可能である。この場合、蛍光体は、６５０ｎｍ波長の光を放出することができる。
【００７９】
さらに他の変形例として、一般式がＣａ０．４４７Ｓｒ０．５Ｐｂ０．０５Ｅｕ０．００３Ｓであるアルカリ金属硫化物系蛍光体が可能である。この場合、蛍光体は、６３０ｎｍ波長の光を放出することができる。
【００８０】
さらに他の変形例として、一般式がＣａ０．８９７Ｐｂ０．１Ｅｕ０．００３Ｓであるアルカリ金属硫化物系蛍光体が可能である。この場合、蛍光体は、６４８ｎｍ波長の光を放出することができる。
【００８１】
このように、アルカリ土類金属硫化物系蛍光体は、構成元素及びその組成比率によって発光波長の調節が可能である。
【符号の説明】
【００８２】
１ フレーム本体
２ ヒートシンク
３ 発光ダイオード
４ 透光性モールド材
５ チオガレート系緑色蛍光体
６ アルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体
７ カソードリード
７ａ 細金線
８ アノードリード
８ａ 細金線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光体及びこれを採用した発光素子に係り、より詳細には、改善された光効率を有するチオガレート（ｔｈｉｏｇａｌｌａｔｅ）系緑色蛍光体、アルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体、及びこれらを採用した白色発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
白色発光素子（ｗｈｉｔｅ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）は、照明、ノートパソコン、携帯電話、ＰＤＡなどに使われるＬＣＤ用の背面光源（ｂａｃｋｌｉｇｈｔ）として広く利用されている。
【０００３】
従来、白色発光素子を製作するための方法として、青色発光ダイオードに、「ＹＡＧ：Ｃｅ」蛍光体又は「（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ」蛍光体を結合させて製作する方法や、赤色、緑色、及び青色発光ダイオードを１つのパッケージに付着して、赤色、緑色、及び青色光の混色により白色光を放出可能に製作する方法が使われている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、青色発光ダイオードを用いた白色発光素子は、主に４５０〜４７０ｎｍ波長帯の青色光源により上部層に位置する「ＹＡＧ：Ｃｅ」又は「（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ」などの黄色蛍光体を励起・発光させることによって、青色と黄色の混色により白色を放出するように構成されているので、ＬＣＤの背面光源に適合した白色発光にとっては多くの問題点を有している。
【０００５】
即ち、４５０〜４７０ｎｍ波長帯の青色発光ダイオードと「ＹＡＧ：Ｃｅ」又は「（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ」などの黄色蛍光体との組合せからなる白色発光ダイオードは、物質の特性上、緑色部と赤色部のスペクトルが足りないので、背面光の特性において最も重要な、色フィルタ濾過後の色再現性（ｃｏｌｏｒ ｒｅｐｒｏｄｕｃｉｂｉｌｉｔｙ）が劣化するという短所がある。
【０００６】
一方、赤色、緑色、及び青色発光ダイオードを用いて白色発光素子を製造するためには、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＧａＮなどの異なる基板を製造し、異なる半導体薄膜を活用しなければならないので、発光ダイオードの製造が困難になり、これを背面光源として利用する時に発光ダイオードの動作が非常に複雑になり、さらに混色における困難が増すという大きい問題があり、さらに製造コストが高くなるという問題がある。
【０００７】
本発明が達成しようとする技術的課題は、１つの発光源を使用して白色発光が可能であり、フィルタ濾過後に色再現性に優れた色純度（Ｃｏｌｏｒ Ｐｕｒｉｔｙ）を有するチオガレート系緑色蛍光体、アルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体、及びこれらを採用した白色発光素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明の一態様によれば、一般式が（Ａ１−ｘ−ｙＥｕｘ（ＭＩ０．５ＭＩＩＩ０．５）ｙ）Ｂ２Ｓ４（ここでｘ＋ｙ＜１）であり、ここで、Ａは、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａよりなる群から選択された少なくとも１つの元素であり、Ｂは、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎよりなる群から選択された少なくとも１つの元素であり、ｘは、０．０１から０．１の範囲内に設定され、ＭＩは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋよりなる群から選択された少なくとも１つの元素であり、ＭＩＩＩは、Ｓｃ、Ｙ、Ｌｕ、Ｇｄ、Ｌａよりなる群から選択された少なくとも１つの元素であり、ｙは、０＜ｙ＜１の範囲内に設定されるチオガレート系緑色蛍光体を提供する。
【０００９】
本発明の他の態様によれば、一般式がＡｘ−ａＥｕａＧｅＳｚであり、ここで、Ａは、Ｃａ、Ｓｒよりなる群から選択された少なくとも１つの元素であり、ｚ＝ｘ＋２であり、ｘは、２から５の範囲内に設定され、ａ／ｘは、０．０００５から０．０２の範囲内に設定されるアルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体を提供する。
【００１０】
本発明のさらに他の態様によれば、青色光を放出する発光ダイオードと、前記発光ダイオードの上部に設置され、前記発光ダイオードから放出された光により励起されて緑色光を放出するチオガレート緑色蛍光体と、前記発光ダイオードの上部に設置され、前記発光ダイオードから放出された光により励起されて赤色光を放出するアルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体と、を含み、前記発光ダイオードから放出された光の一部と混色されて白色光を放出すること白色発光素子を提供する。
【００１１】
好ましくは、前記白色発光素子は、紫外線を放出する紫外発光ダイオードをさらに含み、前記緑色蛍光体及び前記赤色蛍光体のうち少なくとも１つは、前記紫外発光ダイオードから放出された光により励起されて光を放出することができる。
【００１２】
好ましくは、前記白色発光素子は、透光性モールド材をさらに含み、前記チオガレート緑色蛍光体及び前記アルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体は、前記透光性モールド材内に分散されることができる。
【００１３】
好ましくは、前記チオガレート系緑色蛍光体は、一般式（Ａ１−ｘ−ｙＥｕｘ（ＭＩ０．５ＭＩＩＩ０．５）ｙ）Ｂ２Ｓ４（ここでｘ＋ｙ＜１）であり、ここで、Ａは、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａよりなる群から選択された少なくとも１つの元素であり、Ｂは、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎよりなる群から選択された少なくとも１つの元素であり、ｘは、０．０１から０．１の範囲内に設定され、ＭＩは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋよりなる群から選択された少なくとも１つの元素であり、ＭＩＩＩは、Ｓｃ、Ｙ、Ｌｕ、Ｇｄ、Ｌａよりなる群から選択された少なくとも１つの元素であり、ｙは、０＜ｙ＜１の範囲内に設定されることができる。
【００１４】
好ましくは、前記アルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体は、一般式がＡｘ−ａＥｕａＧｅＳｚであり、ここで、Ａは、Ｃａ、Ｓｒよりなる群から選択された少なくとも１つの元素であり、ｚ＝ｘ＋２であり、ｘは、２から５の範囲内に設定され、ａ／ｘは、０．０００５から０．０２の範囲内に設定されることができる。
【００１５】
好ましくは、前記アルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体は、一般式が（Ｃａ、Ｓｒ）１−ｘ−ｙＥｕｘＣｙ（Ｓ１−ｚＳｅｚ）であり、ここで、Ｃは、Ｍｎ及びＰｂよりなる群から選択された少なくとも１つの元素であり、ｘは、０．０００５から０．１の範囲内に設定され、ｙは、０から０．５の範囲内に設定され、ｚは、０から１の範囲内に設定されることができる。
【００１６】
さらに好ましくは、前記アルカリ土類金属硫化物系蛍光体は、一般式が（Ｃａ、Ｓｒ）１−ｘ−ｙＥｕｘＰｂｙＳであり、ここで、ｘは、０．０００５から０．０１の範囲内に設定され、ｙは、０から０．５の範囲内に設定されることができる。
【００１７】
さらに好ましくは、前記アルカリ土類金属硫化物系蛍光体は、組成によって６００ｎｍから６６０ｎｍの範囲の波長の光を放出することができる。
【００１８】
このように本発明による白色発光素子は、紫外線又は青色光を放出する発光ダイオードの上部に緑色発光が可能なチオガレート系蛍光体及び赤色発光が可能なアルカリ土類金属硫化物系蛍光体を配置することによって得られ、これらの混色によって高輝度の白色光、従って高い色純度を有し、フィルタ濾過後の色再現性に優れた優秀な白色光を発光する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によるチオガレート系緑色蛍光体及びアルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体を有する白色発光素子は、長波長の紫外線領域及び特に青色領域帯の励起下に非常に優れた緑色及び赤色発光を示す。
それ故、本発明は、紫外線発光ダイオード用の緑色、赤色、及び白色発光素子と、青色発光ダイオード用のブルーラグーン（ｂｌｕｅｌａｇｏｏｎ）、ピンク、及び白色半導体発光装置と、長波長の紫外線及び青色領域帯をエネルギー源とする応用分野と、に適用することができる。
【００２０】
特に、緑色及び赤色蛍光体を単一の青色発光ダイオードに適用することによって白色光を具現しているので、青色発光ダイオード及び黄色蛍光体により具現された白色光よりも色再現性に優れた色純度を有する。
それと共に、発光ダイオード自体の製造工程における困難及び製造コストに関する問題を画期的に解決することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】は、本発明の一実施例に係る白色発光素子の概略的な断面構成図である。
【図２】は、本発明の一実施例に係る白色発光素子に採用されるチオガレート系緑色蛍光体の吸収スペクトル及び発光スペクトルグラフである。
【図３】は、本発明の一実施例に係る白色発光素子に採用されるアルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体の吸収スペクトル及び発光スペクトルグラフである。
【図４】は、本発明の一実施例に係るチオガレート系緑色蛍光体とアルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体及び青色発光ダイオードを利用した白色発光素子の発光スペクトルグラフである。
【図５】は、本発明の一実施例に係る白色発光素子と従来の白色発光素子の色座標特性を比較したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本発明の一実施例に係る白色発光素子の概略的な断面構成図である。
【００２４】
図２は、本発明の一実施例に係る白色発光素子に採用されるチオガレート系緑色蛍光体の吸収スペクトル及び発光スペクトルグラフである。
【００２５】
図３は、本発明の一実施例に係る白色発光素子に採用されるアルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体の吸収スペクトル及び発光スペクトルグラフである。
【００２６】
図４は、本発明の一実施例に係るチオガレート系緑色蛍光体、アルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体、及び青色発光ダイオードを利用した白色発光素子の発光スペクトルグラフである。
【００２７】
図５は、本発明の一実施例に係る白色発光素子と従来の白色発光素子の色座標特性を比較したグラフである。
【実施例１】
【００２８】
図１は、本発明の一実施例に係る白色発光素子の概略的な断面構成図である。
【００２９】
図１を参照すれば、本発明の一実施例に係る白色発光素子は、反射型の表面実装白色発光素子であって、射出成形、プレス成形又はその他の加工により凹溝部（ｒｅｃｅｓｓ）が形成されたフレーム本体１にヒートシンク２が設置され、ヒートシンク２上に青色光を放出する発光ダイオード３が設置される。
【００３０】
発光ダイオード３の上部には、発光ダイオード３から放出された光の一部と混色されて白色光を放出させるように、発光ダイオード３から放出された光により励起されて緑色光を放出するチオガレート緑色蛍光体５と、赤色光を放出するアルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体６とを含む透光性モールド材４がフレーム本体１内に形成される。
【００３１】
もちろん、透光性モールド材４を使用せずに、チオガレート系緑色蛍光体５及びアルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体６を直接発光ダイオード３の上部に塗布して設置することもできる。
【００３２】
ここでは、チオガレート系緑色蛍光体５及びアルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体６が透光性モールド材４に含まれ、発光ダイオード３の上部に設置された例を説明する。
【００３３】
発光ダイオード３は、外部電源に連結するために２つの電極を備える。電極は、発光ダイオード３の同一側面及び反対側面上のいずれに位置してもよい。電極は、接着剤を介するか、又は細金線を介してリード端子に電気的に連結される。
【００３４】
ここでは、フレームの両側に設けたアノードリード８及びカソードリード７を各々細金線８ａ、７ａを介して発光ダイオード３に接続する。
【００３５】
発光ダイオード３は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ又はＡｌＧａＩｎＮ系の発光ダイオードであって、青色光を放出する。ここでは、発光ダイオード３としては、４２０から４８０ｎｍの範囲の青色光を放出する発光ダイオードを使用した。
【００３６】
しかし、これに限定されるものではなく、青色光だけでなく、２５０から４１０ｎｍの範囲の紫外線（ＵＶ）を放出する発光ダイオードをさらに備えてもよい。また、発光ダイオード３の個数は、１つでもよいが、必要なら多数個で構成してもよい。
【００３７】
ここでは本発明は、射出成形、プレス成形、又はその他の加工により凹溝部が形成されたフレーム本体１に、ヒートシンク２を嵌挿し、ヒートシンク２の上に発光ダイオード３を設置し、フレームの両側に設置された端子であるアノードリード及びカソードリードを発光ダイオード３に細金線で接続して構成した、反射型の表面実装白色発光素子として具現化したが、様々な変形が可能である。
【００３８】
１つの変形例として、リードフレーム（図示せず）の先端に反射カップ又は反射板の形を有するダム形状の凹溝部を形成し、該凹溝部に発光ダイオード３を設置し、フレームの凹（ｃｏｎｃａｖｅ）部に設置された端子であるアノードリードとカソードリードとを発光ダイオード３に細金線で連結して構成した、リードタイプの白色発光素子として具現してもよい。
【００３９】
リードタイプの場合には、発光ダイオード３の上部面を含んで凹溝部の内部にチオガレート系緑色蛍光体５及びアルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体６を含む透光性モールド材４を凹溝部の上面と同一面になるまで充填し、透光性モールド材、及びアノードとカソードの一部を透光性被覆外装材で密封して具現してもよい。
【００４０】
他の変形例として、射出成形、プレス成形、又はその他の加工によりフレームの凹部に凹溝部を形成し、該凹溝部に発光ダイオードを設置し、フレームの凹部に設置された端子であるアノードリード及びカソードリードを発光ダイオード３に細金線で接続して構成した、印刷基板（ＰＣＢ）タイプの表面実装白色発光素子として具現してもよい。
【００４１】
表面実装型の場合には、発光ダイオード３の上部面を含んでフレーム本体１の内部にチオガレート系緑色蛍光体５及びアルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体６を含む透光性モールド材４をフレーム本体１の上面と同一面になるまで充填することにより、具現してもよい。
【００４２】
この時、発光ダイオード３としては、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）を基板とするＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮ系の発光ダイオード、又は、ＳｉＣ材質を基板とするＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮ系の発光ダイオードを使ってもよい。
【００４３】
又は、任意の基板を使用して製作されたＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮ系の発光ダイオードを使ってもよい。
【００４４】
一方、チオガレート緑色蛍光体５及びアルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体６は、発光ダイオード３の上部に位置し、発光ダイオード３から放出された光の一部をそれより相対的に長波長の光に変換する。
【００４５】
この時、チオガレート緑色蛍光体５及びアルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体６は、透光性モールド材４内に分散されて位置する。
【００４６】
透光性モールド材４は、発光ダイオード３を覆って、湿気又は外力のような外部環境から発光ダイオード３を保護する。透光性モールド材４は、例えばエポキシ又はシリコーン（ｓｉｌｉｃｏｎｅ）からなり、図示したようにフレーム本体１内に位置する。
【００４７】
一方、発光ダイオード３が青色光を放出する場合、発光ダイオード３から放出された青色光と、チオガレート緑色蛍光体５から放出される緑色光と、アルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体６から放出される赤色光とが混色されて白色光になって外部に放出される。
【００４８】
具体的には、チオガレート系緑色蛍光体５は、一般式（Ａ１−ｘ−ｙＥｕｘ（ＭＩ０．５ＭＩＩＩ０．５）ｙ）Ｂ２Ｓ４（ここでｘ＋ｙ＜１）で表示される。
【００４９】
ここで、Ａは、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａよりなる群から選択された少なくとも１つの元素であり、Ｂは、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎよりなる群から選択された少なくとも１つの元素である。
【００５０】
ｘは、０．０１から０．１の範囲内に設定され、ＭＩは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋよりなる群から選択された少なくとも１つの元素であり、ＭＩＩＩは、Ｓｃ、Ｙ、Ｌｕ、Ｇｄ、Ｌａよりなる群から選択された少なくとも１つの元素であり、ｙは、０＜ｙ＜１の範囲内に設定される。
【００５１】
アルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体６は、一般式Ａｘ−ａＥｕａＧｅＳｚで表示される。ここで、Ａは、Ｃａ、Ｓｒよりなる群から選択された少なくとも１つの元素である。ｚ＝ｘ＋２であり、ｘは、２から５の範囲内に設定され、ａ／ｘは、０．０００５から０．０２の範囲内に設定される。
【００５２】
このような緑色及び赤色蛍光体５、６は次の方法で得られる。即ち、蛍光体原料物質と活性剤を所望の組成に見合う所定の混合比になるように秤量し、より効果的な混合のためにアルコール溶媒下で、ボールミーリング（ｂａｌｌ ｍｉｌｌｉｎｇ）又は瑪瑙乳鉢のようなミキサを用いて均一な組性になるように十分に混合する。
【００５３】
その後、この混合物をオーブンに入れ、１００℃から１５０℃の範囲の温度で１〜２時間乾燥する。乾燥した混合物を高純度アルミナボートに入れて、電気炉を使用して８００〜１３００℃の温度でＨ２Ｓ雰囲大気中で熱処理して、蛍光体粉末を合成した後、十分に粉砕する。
【００５４】
これらの粉末に対して光発光強度（Ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ、ＰＬ）を測定した結果、Ｓｒ０．３６Ｅｕ０．０４Ｙ０．３Ｌｉ０．３Ｇａ２Ｓ４で表現される代表的な組成のチオガレート系緑色蛍光体は、４７０〜６３０ｎｍの領域にわたって強い発光スペクトルを示し、Ｓｒ２．１８５Ｅｕ０．０１５Ｃａ０．８ＧｅＳ５で表現されるアルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体は、５２０〜７８０ｎｍの領域にわたって強い発光スペクトルを示す。
【００５５】
白色発光素子の製作の際、前述のような緑色及び赤色蛍光体５、６は透光性モールド材４に含まれていて、緑色及び赤色蛍光体を含むモールド材は発光ダイオード３の上部面を含むフレーム本体１の内部に充填される。
【００５６】
このように、青色発光又は紫外線の発光が可能な窒化ガリウム系（ＡｌＩｎＧａＮ）化合物半導体素子からなる発光ダイオード３、チオガレート系緑色蛍光体５、及びアルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体６を組み合わせることによって、発光ダイオード３からの青色発光とその発光により励起された蛍光体５、６からの緑色及び赤色発光との混色により白色光の具現が可能になる。
【００５７】
図２は、本発明の一実施例に係る白色発光素子に採用されるチオガレート系緑色蛍光体の吸収（励起）スペクトル及び発光（放出）スペクトルグラフである。
【００５８】
図２を参照すれば、チオガレート系緑色蛍光体の吸収スペクトルは、３５０〜５００ｎｍで高い吸収ピークを示し、５３５ｎｍで最大ピークを有する優秀な発光スペクトルを示す。
【００５９】
図３は、本発明の一実施例に係る白色発光素子に採用されるアルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体の吸収（励起）スペクトル及び発光（放出）スペクトルグラフである。
【００６０】
図３を参照すれば、本発明の一実施例に係る白色発光素子に採用されるアルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体の吸収スペクトルは、４００〜５５０ｎｍで高い吸収ピークを示し、６３０ｎｍで最大ピークを有する優秀な発光スペクトル特性を示す。
【００６１】
図４は、本発明の一実施例に係るチオガレート系緑色蛍光体、アルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体、及び青色発光ダイオードを利用した白色発光素子の発光スペクトルグラフである。
【００６２】
図４を参照すれば、青色発光ダイオードから発生した基準光と放出された光の一部を蛍光体が吸収又は励起されて放出される第２の光である緑色光及び赤色光とが混色されて白色が具現されることが分かる。
【００６３】
即ち、青色、緑色及び赤色の混色による白色光を具現することによって、ＬＣＤ構造内の色フィルタ濾過後に色再現性に優れた色純度を有する。
【００６４】
これにより、本発明の一実施例に係る白色発光素子を直列又は並列構造で配置してＬＣＤ用背面光源（ｂａｃｋｌｉｇｈｔ）に適用する場合、従来の青色発光ダイオードに「ＹＡＧ：Ｃｅ」又は「（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ」黄色蛍光体を結合して得られる白色光に比べて優れた色純度を提供できる。
【００６５】
図５は、本発明の一実施例に係る白色発光素子と従来の白色発光素子のサック（色）座標特性を比較したグラフである。
【００６６】
本発明の一実施例に係る白色発光素子と従来の白色発光素子が各々同じ色フィルタを通過した後に具現できる色再現の範囲を色座標で示す。
【００６７】
図５を参照すれば、本発明の一実施例に係る、チオガレート系緑色蛍光体とアルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体及び青色発光ダイオードを組合わせた白色発光素子での色再現の範囲が、従来の技術による、青色発光ダイオードと「（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ」黄色蛍光体を使用する白色発光素子での色再現の範囲より非常に広いことがわかる。
【００６８】
白色発光素子において色座標の範囲が広いほど表現できる色の数は増加するようになり、さらに自然色に近い色表現が可能であることを意味する。
【００６９】
以上、好ましい実施例及び多くの具体的な変形実施例を参照して本発明を説明した。しかし、これらの具体的に説明されたものとは異なる多くのその他の実施例がまた本発明の精神と範囲に入ることがこの分野の当業者にとって自明であろう。
【００７０】
例えば、本発明の一実施例では、青色光を放出する発光ダイオードの上部に発光ダイオードから放出された青色光により励起されて緑色発光が可能なチオガレート系蛍光体及び赤色発光が可能なアルカリ土類金属硫化物系蛍光体を含む白色発光素子について説明した。
【００７１】
しかしながら、本発明によるチオガレート系蛍光体及びアルカリ土類金属硫化物系蛍光体は、青色光だけでなく、紫外線によっても励起されて、優秀な緑色発光及び赤色発光が可能である。
【００７２】
従って、白色発光素子に青色光を放出する発光ダイオードと一緒に紫外線を放出する紫外線発光ダイオードをさらに付加することによって、チオガレート系蛍光体及びアルカリ土類金属硫化物系蛍光体を紫外線発光ダイオードから放出された紫外線により励起して、さらに優秀な緑色発光及び赤色発光を得ることができる。
【００７３】
また、本発明の一実施例では、青色光を放出する発光ダイオードの上部に緑色発光が可能なチオガレート系蛍光体及び赤色発光が可能なアルカリ土類金属硫化物系蛍光体を配置するにあたって、一般式がＡｘ−ａＥｕａＧｅＳｚであり、ここで、Ａは、Ｃａ、Ｓｒよりなる群から選択された少なくとも１つの元素であり、ｚ＝ｘ＋２であり、ｘは、２から５の範囲内に設定され、ａ／ｘは、０．０００５から０．０２の範囲内に設定されるアルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体について説明した。
【００７４】
尚、その他にも変形例として、一般式が（Ｃａ、Ｓｒ）１−ｘ−ｙＥｕｘＣｙ（Ｓ１−ｚＳｅｚ）であるアルカリ土類金属硫化物系蛍光体が可能である。
【００７５】
ここで、Ｃは、Ｍｎ及びＰｂよりなる群から少なくとも１つの元素が選択される。また、ｘは、０．０００５から０．１の範囲内に設定され、ｙは、０から０．５の範囲内に設定され、ｚは、０から１の範囲内に設定される。
【００７６】
さらに他の変形例として、一般式が（Ｃａ、Ｓｒ）１−ｘ−ｙＥｕｘＰｂｙＳであるアルカリ金属硫化物系蛍光体が可能である。
【００７７】
ここで、ｘは、０．０００５から０．０１の範囲内に設定され、ｙは、０から０．５の範囲内に設定される。
【００７８】
さらに他の変形例として、一般式がＣａ０．９４７Ｐｂ０．０５Ｅｕ０．００３Ｓであるアルカリ金属硫化物系蛍光体が可能である。この場合、蛍光体は、６５０ｎｍ波長の光を放出することができる。
【００７９】
さらに他の変形例として、一般式がＣａ０．４４７Ｓｒ０．５Ｐｂ０．０５Ｅｕ０．００３Ｓであるアルカリ金属硫化物系蛍光体が可能である。この場合、蛍光体は、６３０ｎｍ波長の光を放出することができる。
【００８０】
さらに他の変形例として、一般式がＣａ０．８９７Ｐｂ０．１Ｅｕ０．００３Ｓであるアルカリ金属硫化物系蛍光体が可能である。この場合、蛍光体は、６４８ｎｍ波長の光を放出することができる。
【００８１】
このように、アルカリ土類金属硫化物系蛍光体は、構成元素及びその組成比率によって発光波長の調節が可能である。
【符号の説明】
【００８２】
１ フレーム本体
２ ヒートシンク
３ 発光ダイオード
４ 透光性モールド材
５ チオガレート系緑色蛍光体
６ アルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体
７ カソードリード
７ａ 細金線
８ アノードリード
８ａ 細金線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一般式が（Ａ１−ｘ−ｙＥｕｘ（ＭＩ０．５ＭＩＩＩ０．５）ｙ）Ｂ２Ｓ４（ここでｘ＋ｙ＜１）であり、ここで、Ａは、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａよりなる群から選択された少なくとも１つの元素であり、Ｂは、Ｇａ及びＡｌ、Ｇａ及びＩｎ、並びにＧａ、Ａｌ及びＩｎよりなる群から選択され、ｘは、０．０１から０．１の範囲内に設定され、ＭＩは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋよりなる群から選択された少なくとも１つの元素であり、ＭＩＩＩは、Ｓｃ、Ｙ、Ｌｕ、Ｇｄ、Ｌａよりなる群から選択された少なくとも１つの元素であり、ｙは、０＜ｙ＜１の範囲内に設定されることを特徴とするチオガレート（ｔｈｉｏｇａｌｌａｔｅ）系緑色蛍光体。
【請求項２】
請求項１に記載のチオガレート（ｔｈｉｏｇａｌｌａｔｅ）系緑色蛍光体と、
一般式がＡｘ−ａＥｕａＧｅＳｚであり、ここで、Ａは、Ｃａ、Ｓｒよりなる群から選択された少なくとも１つの元素であり、ｚ＝ｘ＋２であり、ｘは、２から５の範囲内に設定され、ａ／ｘは、０．０００５から０．０２の範囲内に設定されるアルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体と
を含むことを特徴とする発光素子。
【請求項３】
青色光を放出する発光ダイオードと、
前記発光ダイオードの上部に設置され、前記発光ダイオードから放出された光により励起されて緑色光を放出する請求項１に記載のチオガレート系緑色蛍光体と、
前記発光ダイオードの上部に設置され、前記発光ダイオードから放出された光により励起されて赤色光を放出するアルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体と、を含み、前記緑色光及び前記赤色光が前記発光ダイオードから放出された前記青色光の一部と混色されて白色光を放出することを特徴とする白色発光素子。
【請求項４】
紫外線を放出する紫外発光ダイオードをさらに含み、
前記緑色蛍光体及び前記赤色蛍光体のうち少なくとも１つは、前記紫外発光ダイオードから放出された光により励起されて光を放出することを特徴とする請求項３に記載の白色発光素子。
【請求項５】
透光性モールド材をさらに含み、
前記チオガレート系緑色蛍光体及び前記アルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体は、前記透光性モールド材内に分散されることを特徴とする請求項３に記載の白色発光素子。
【請求項６】
前記アルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体は、一般式がＡｘ−ａＥｕａＧｅＳｚであり、ここで、Ａは、Ｃａ、Ｓｒよりなる群から選択された少なくとも１つの元素であり、ｚ＝ｘ＋２であり、ｘは、２から５の範囲内に設定され、ａ／ｘは、０．０００５から０．０２の範囲内に設定されることを特徴とする請求項３に記載の白色発光素子。
【請求項７】
前記アルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体は、一般式が（Ｃａ、Ｓｒ）１−ｘ−ｙＥｕｘＣｙ（Ｓ１−ｚＳｅｚ）であり、ここで、Ｃは、Ｍｎ及びＰｂよりなる群から選択された少なくとも１つの元素であり、ｘは、０．０００５から０．１の範囲内に設定され、ｙは、０から０．５の範囲内に設定され、ｚは、０から１の範囲内に設定されることを特徴とする請求項３に記載の白色発光素子。
【請求項８】
前記アルカリ土類金属硫化物系蛍光体は、一般式が（Ｃａ、Ｓｒ）１−ｘ−ｙＥｕｘＰｂｙＳであり、ここで、ｘは、０．０００５から０．０１の範囲内に設定され、ｙは、０から０．５の範囲内に設定されることを特徴とする請求項３に記載の白色発光素子。
【請求項９】
前記アルカリ土類金属硫化物系蛍光体は、組成によって６００ｎｍから６６０ｎｍの範囲の波長の光を放出することを特徴とする請求項７に記載の白色発光素子。
【請求項１】
一般式が（Ａ１−ｘ−ｙＥｕｘ（ＭＩ０．５ＭＩＩＩ０．５）ｙ）Ｂ２Ｓ４（ここでｘ＋ｙ＜１）であり、ここで、Ａは、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａよりなる群から選択された少なくとも１つの元素であり、Ｂは、Ｇａ及びＡｌ、Ｇａ及びＩｎ、並びにＧａ、Ａｌ及びＩｎよりなる群から選択され、ｘは、０．０１から０．１の範囲内に設定され、ＭＩは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋよりなる群から選択された少なくとも１つの元素であり、ＭＩＩＩは、Ｓｃ、Ｙ、Ｌｕ、Ｇｄ、Ｌａよりなる群から選択された少なくとも１つの元素であり、ｙは、０＜ｙ＜１の範囲内に設定されることを特徴とするチオガレート（ｔｈｉｏｇａｌｌａｔｅ）系緑色蛍光体。
【請求項２】
請求項１に記載のチオガレート（ｔｈｉｏｇａｌｌａｔｅ）系緑色蛍光体と、
一般式がＡｘ−ａＥｕａＧｅＳｚであり、ここで、Ａは、Ｃａ、Ｓｒよりなる群から選択された少なくとも１つの元素であり、ｚ＝ｘ＋２であり、ｘは、２から５の範囲内に設定され、ａ／ｘは、０．０００５から０．０２の範囲内に設定されるアルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体と
を含むことを特徴とする発光素子。
【請求項３】
青色光を放出する発光ダイオードと、
前記発光ダイオードの上部に設置され、前記発光ダイオードから放出された光により励起されて緑色光を放出する請求項１に記載のチオガレート系緑色蛍光体と、
前記発光ダイオードの上部に設置され、前記発光ダイオードから放出された光により励起されて赤色光を放出するアルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体と、を含み、前記緑色光及び前記赤色光が前記発光ダイオードから放出された前記青色光の一部と混色されて白色光を放出することを特徴とする白色発光素子。
【請求項４】
紫外線を放出する紫外発光ダイオードをさらに含み、
前記緑色蛍光体及び前記赤色蛍光体のうち少なくとも１つは、前記紫外発光ダイオードから放出された光により励起されて光を放出することを特徴とする請求項３に記載の白色発光素子。
【請求項５】
透光性モールド材をさらに含み、
前記チオガレート系緑色蛍光体及び前記アルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体は、前記透光性モールド材内に分散されることを特徴とする請求項３に記載の白色発光素子。
【請求項６】
前記アルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体は、一般式がＡｘ−ａＥｕａＧｅＳｚであり、ここで、Ａは、Ｃａ、Ｓｒよりなる群から選択された少なくとも１つの元素であり、ｚ＝ｘ＋２であり、ｘは、２から５の範囲内に設定され、ａ／ｘは、０．０００５から０．０２の範囲内に設定されることを特徴とする請求項３に記載の白色発光素子。
【請求項７】
前記アルカリ土類金属硫化物系赤色蛍光体は、一般式が（Ｃａ、Ｓｒ）１−ｘ−ｙＥｕｘＣｙ（Ｓ１−ｚＳｅｚ）であり、ここで、Ｃは、Ｍｎ及びＰｂよりなる群から選択された少なくとも１つの元素であり、ｘは、０．０００５から０．１の範囲内に設定され、ｙは、０から０．５の範囲内に設定され、ｚは、０から１の範囲内に設定されることを特徴とする請求項３に記載の白色発光素子。
【請求項８】
前記アルカリ土類金属硫化物系蛍光体は、一般式が（Ｃａ、Ｓｒ）１−ｘ−ｙＥｕｘＰｂｙＳであり、ここで、ｘは、０．０００５から０．０１の範囲内に設定され、ｙは、０から０．５の範囲内に設定されることを特徴とする請求項３に記載の白色発光素子。
【請求項９】
前記アルカリ土類金属硫化物系蛍光体は、組成によって６００ｎｍから６６０ｎｍの範囲の波長の光を放出することを特徴とする請求項７に記載の白色発光素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１４０６２７（Ｐ２０１２−１４０６２７Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−３０９５８（Ｐ２０１２−３０９５８）
【出願日】平成２４年２月１５日（２０１２．２．１５）
【分割の表示】特願２００８−５１３３６２（Ｐ２００８−５１３３６２）の分割
【原出願日】平成１８年５月２３日（２００６．５．２３）
【出願人】（５０７１９４９６９）ソウル セミコンダクター カンパニー リミテッド (66)
【住所又は居所原語表記】１４８−２９，Ｇａｓａｎ−ｄｏｎｇ，Ｇｅｕｍｃｈｅｏｎ−ｇｕ，Ｓｅｏｕｌ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年２月１５日（２０１２．２．１５）
【分割の表示】特願２００８−５１３３６２（Ｐ２００８−５１３３６２）の分割
【原出願日】平成１８年５月２３日（２００６．５．２３）
【出願人】（５０７１９４９６９）ソウル セミコンダクター カンパニー リミテッド (66)
【住所又は居所原語表記】１４８−２９，Ｇａｓａｎ−ｄｏｎｇ，Ｇｅｕｍｃｈｅｏｎ−ｇｕ，Ｓｅｏｕｌ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
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