波長変換用蛍光体混合物とこれを利用した白色発光装置
【課題】幅広い色彩の表現が可能な蛍光体混合物、黄変現象が低減し演色指数の優れた白色発光用蛍光体混合物及びこれを利用した白色発光装置を提供する。
【解決手段】全体重量を基準に0.5〜18wt%のA5(PO4)3Cl:Eu2+、0.7〜14wt%のD2SiO4:Eu、及び68〜98.5%のG5EuS(WO4)2.5+1.5S:Smを含み、ここでAはSr、 Ca、Ba及びMg中少なくとも一つの元素で、DはBa、Sr及びCa中少なくとも一つの元素で、GはLi、Na及びK中少なくとも一つの元素で、1≦s≦5である白色発光用蛍光体混合物。
【解決手段】全体重量を基準に0.5〜18wt%のA5(PO4)3Cl:Eu2+、0.7〜14wt%のD2SiO4:Eu、及び68〜98.5%のG5EuS(WO4)2.5+1.5S:Smを含み、ここでAはSr、 Ca、Ba及びMg中少なくとも一つの元素で、DはBa、Sr及びCa中少なくとも一つの元素で、GはLi、Na及びK中少なくとも一つの元素で、1≦s≦5である白色発光用蛍光体混合物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は波長変換用蛍光体混合物に関するものであって、より詳しくは様々な色彩の表現が可能な波長変換用蛍光体混合物、黄変現象が低減し演色指数の優れた白色発光用蛍光体混合物及びこれを利用した白色発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、波長変換用蛍光体物質は多様な光源の特定波長光を所望の波長光に変換する物質として用いられている。とりわけ、多様な光源中発光ダイオードは低電力駆動及び優れた光効率によりLCDバックライトと自動車の照明及び家庭用照明装置として有利に適用されるので、最近になって蛍光体物質は白色光LEDを製造するための核心技術として脚光を浴びている。
【０００３】
上記白色光発光装置は大体青色LEDに黄色蛍光体を塗布する方式で製造されている。より具体的に、GaN/InGaN活性層を有する青色LEDの光放出面にYAG(Y3Al5O12):Ceの黄色蛍光体を塗布して青色光の一部を黄色に変換し、変換した黄色と他の一部青色光が結合して白色光を提供することができる。
【０００４】
しかし、長時間の使用により作動温度が上がると、黄変現象(yellowing)が生じる問題がある。
【０００５】
また、上記YAG:Ce蛍光体-青色LEDから成る従来の白色発光装置は低い演色性(color rendering)を有する欠点がある。即ち、黄色蛍光体を利用して得た白色光の波長は図1に示したグラフのような青色と黄色にのみ分布されるので演色性が低く、所望の天然白色光を具現するには限界がある。
【０００６】
一方、従来の波長変換用蛍光体物質は特定光源の発光色と特定出力光の色に限定され提供されており、具現可能な色分布も大変制限されるので、使用者の必要に応じた多様な光源の発光色及び/または多様な出力光の色への適用に限界があった。
【０００７】
このように、当技術分野における演色指数(color rendering index)が優れるばかりでなく黄変現象が減少した白色蛍光体混合物及びこれを利用した白色発光装置が要され、ひいては幅広い色分布を具現できる蛍光体混合物が要されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記従来の技術の問題を解決するためのものであって、第1の目的は多様な色表現が可能なよう蛍光体物質が組み合わされた波長変換用蛍光体混合物を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の第2の目的は近紫外線LEDに適用され黄変現象が低減され優れた演色指数を有する白色光を提供するために、青色、黄色及び赤色蛍光体物質が混合された新たな白色発光蛍光体混合物を提供することにある。
【００１０】
さらに、本発明の第3の目的は近紫外線LEDに上記した白色発光蛍光体混合物が適用された優れた特性の白色発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記した技術的課題を成し遂げるために、本発明の第1の側面はCIE色度座標が色座標(0.15、0.03)、(0.19、0.33)及び(0.67、0.33)を頂点とするCIE色度座標上の三角形領域内に位置し、A5(PO4)3Cl:Eu2+、D2SiO4:Eu及びG5EuS(WO4)2.5+1.5S:Smの3種の蛍光体物質を含み、ここでAはSr、Ca、Ba及びMg中少なくとも一つの元素で、DはBa、Sr及びCa中少なくとも一つの元素で、GはLi、Na及びK中少なくとも一つの元素で、1≦s≦5である波長変換用蛍光体混合物を提供する。
【００１２】
また、本発明の第2の側面は全体重量を基準に0.5〜18wt%のA5(PO4)3Cl:Eu2+、0.7〜14wt%のD2SiO4:Eu、及び68〜98.5%のG5EuS(WO4)2.5+1.5S:Smを含み、ここでAはSr、Ca、Ba及びMg中少なくとも一つの元素で、DはBa、Sr及びCa中少なくとも一つの元素で、GはLi、Na及びK中少なくとも一つの元素で、1≦s≦5である白色発光用蛍光体混合物を提供する。
【００１３】
好ましくは、A5(PO4)3Cl:Eu2+は1〜9wt%で、D2SiO4:Euは1.5〜7wt%で、G5EuS(WO4)2.5+1.5S:Smは84〜98.5wt%であることができる。
【００１４】
本発明による好ましき白色発光用蛍光体混合物は近紫外線光に対する出力光の演色指数が少なくとも75以上であることができ、演色指数の向上のための好ましき白色発光用蛍光体混合物は、4.5〜7wt%のA5(PO4)3Cl:Eu2+、2〜3wt%のD2SiO4:Eu、及び89〜94.5wt%のG5EuS(WO4)2.5+1.5S:Smで構成されることができる。
【００１５】
さらに、本発明の第3の側面は上記の白色発光用蛍光体混合物を利用した白色発光装置を提供する。上記白色発光装置は、近紫外線発光ダイオードと、上記発光ダイオードの光放出方向に形成され、全重量を基準に0.5〜18wt%のA5(PO4)3Cl:Eu2+、0.7〜14wt%のD2SiO4:Eu、及び68〜98.5%のG5EuS(WO4)2.5+1.5S:Smを含み、ここでAはSr、Ca、Ba及びMg中少なくとも一つの元素で、DはBa、Sr及びCa中少なくとも一つの元素で、GはLi、Na及びK中少なくとも一つの元素で、1≦s≦5である白色発光用蛍光体混合物を含んだ波長変換部を有する。
【００１６】
上記波長変換部はシリコンまたはエポキシ樹脂をさらに含むモールディング部で具現できる。好ましくは、上記発光装置の出力光、即ち上記波長変換部により変換して得た白色光の演色指数が少なくとも75であることができる。
【００１７】
このように、本発明の主な特徴の一つは赤色蛍光体、緑色蛍光体と青色蛍光体を混合してほぼ全ての色を含む多様な色分布を具現できる波長変換用蛍光体混合物を提供することにある。
【００１８】
また、本発明の異なる特徴は赤色蛍光体、緑色蛍光体と青色蛍光体を適切な配合比で混合して黄変現象が減少し優れた演色性を有する白色発光用蛍光体混合物を提供することにあり、さらに異なる特徴はこうした白色発光用蛍光体混合物を利用して天然白色光に近い光を出力する白色発光装置を提供することにある。
【発明の効果】
【００１９】
上述したように、本発明によると、特定の赤色、緑色、黄色の蛍光体を配合することにより幅広い色表現が可能な波長変換用蛍光体混合物を提供することができ、またこれを適切な配合比で白色発光用蛍光体混合物に具現することにより、黄変現象のような色変わりを最少化し、演色指数の優れた天然白色を提供することができる。さらに、本発明は上記白色発光用蛍光体混合物と近紫外線LEDを利用して優れた白色光を出力する発光装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付の図を参照して、本発明をより詳しく説明する。
【００２１】
本発明による波長変換用蛍光体は多様な色表現が可能なよう適切な赤色、緑色及び青色蛍光体を組み合わせて得られる。本発明に用いられる青色蛍光体はA5(PO4)3Cl:Eu2+で、ここでAはSr、Ca、Ba及びMg中少なくとも一つの元素である。また、緑色蛍光体はD2SiO4:Euで、ここでBa、Sr及びCa中少なくとも一つの元素で、赤色蛍光体はG5EuS(WO4)2.5+1.5S:Smで、ここでGはLi、Na及びK中少なくとも一つの元素で、1≦s≦5の範囲である。このように、赤、緑、青色の3種の蛍光体物質を組み合わせて色を多様に変更することができる。
【００２２】
本発明による蛍光体混合物で具現可能な色範囲は下記実施例1に記載された実験を通してCIE色度座標において(0.15、 0.03)、 (0.19、 0.33)及び(0.67、0.33)を頂点とする座標上の三角形領域内に位置するものと定義することができる。こうした色範囲は従来の単色蛍光体または2個の蛍光体物質の組合からは具現し難かった色度であり、本発明による波長変換用蛍光体混合物は多様な色を適切な配合比により容易に具現できる利点を提供する。
【００２３】
さらに、本発明による波長変換用蛍光体混合物は特定の配合比で近紫外線光(約350ｎｍ〜約450ｎｍ)に対し優れた特性を有する白色光を出力する白色発光用蛍光体として提供されることができる。本発明による白色発光用蛍光体は全重量を基準に0.5〜18wt%のA5(PO4)3Cl:Eu2+(ここで、AはSr、Ca、Ba及びMg中少なくとも一つの元素である)、0.7〜14wt%のD2SiO4:Eu(ここで、DはBa、Sr及びCa中少なくとも一つの元素である)、及び68〜98.5%のG5EuS(WO4)2.5+1.5S:Sm(ここで、GはLi、Na及びK中少なくとも一つの元素で、1≦s≦5である)を組合せて得ることができる。
【００２４】
本発明による白色発光用蛍光体混合物はYAG系蛍光体-青色LEDと異なって近紫外線光と共に具現でき、従来の蛍光体と異なって、黄変現象のような作動時間による色変わりを最少化できる利点がある。
【００２５】
上記配合比は製造工程または組成範囲による比較的大きい蛍光体効率の差(±100%)とパッケージ特性による誤差を考慮して設定したもので、好ましい範囲は、青色蛍光体のA5(PO4)3Cl:Eu2+は1〜9wt%で、緑色蛍光体のD2SiO4:Euは1.5〜7wt%で、赤色蛍光体のG5EuS(WO4)2.5+1.5S:Smは84〜98.5wt%であることができる。
【００２６】
さらに、本発明による白色発光用蛍光体混合物は優れた演色指数を有する天然色に近い白色を具現できる。従来の蛍光体物質では演色指数範囲が70以上は得られ難かったが、本発明による白色発光用蛍光体混合物は75以上、より好ましくは80に近い演色指数が得られ、天然色に近い白色光が得られる。演色指数が優れた白色光が得られる好ましき配合比は、A5(PO4)3Cl:Eu2+は4.5〜7wt%で、D2SiO4:Euは2〜3wt%で、G5EuS(WO4)2.5+1.5S:Smは89〜94.5wt%であることができる。但し、上述したように、蛍光体の率及びパッケージ構造などの変動要因に応じてやや異なる配合比でも優れた演色指数(75〜)が得られるので、上記配合比に限定されるわけではない。
【００２７】
本発明による白色発光用蛍光体混合物は近紫外線LEDと結合して優れた照明器具とされる白色発光装置に具現できる。こうした白色発光装置は多様な形態で具現できるが、図2a及び図2bに本発明による白色発光装置が例示される。
【００２８】
図2aに示した白色発光装置(20)は外形モールディング部(28)と2個のリードフレーム(22a、22b)を含む。一側のリードフレーム(22a)はカップ構造が形成された一端を有し、近紫外線LED(25)はそのカップ構造部に実装される。上記近紫外線発光ダイオード(25)の両電極(図示せず)は各々ワイヤ(26a、26b)を通して上記リードフレーム(22a、22b)に連結される。また、上記LED(25)が実装されたカップ構造上に上記白色発光用蛍光体混合物を含んだ波長変換部(29)が提供される。上記波長変換部(29)は上記した白色発光用蛍光体混合物ばかりでなく、エポキシ樹脂またはシリコン樹脂を適切に混合してモールディング方式で容易に製造することができる。
【００２９】
図2bに示した白色発光装置(30)は、2個のリードフレーム(32a、32b)が形成された基板(31)を含む。上記基板(31)上に近紫外線 発光ダイオード(35)が配され、上記近紫外線発光ダイオード(35)の両電極(図示せず)は各々ワイヤ(36a、36b)を通して上記リードフレーム(32a、32b)に連結される。また、上記白色発光用蛍光体混合物を利用して上記発光ダイオード(35)を囲繞するよう波長変換部(39)が形成される。上記波長変換部(39)は上記白色発光用蛍光体混合物ばかりでなく、エポキシ樹脂またはシリコン樹脂を適切に混合して使用される。また、上記波長変換部(39)の形成工程は当業者にとって自明なように、トランスファーモールディングのようなモールディング工程を通して容易に具現することができる。
【００３０】
図2a及び図2bに説明した波長変換部(29、39)は上記白色発光用蛍光体混合物の作用により上記LED(25、35)から放出された近紫外線光を変換して記のように黄変現象が低減され優れた演色性を有する白色光を提供することができる。
【実施例】
【００３１】
以下、本発明の具体的な実施例を通してその作用と効果についてより詳しく説明する。
(実施例1)
本実施例は本発明による波長変換用蛍光体混合物を通して具現可能な色度座標範囲を確認するために実施された。
【００３２】
先ず、本実施例に用いる波長変換用蛍光体混合物を製造するために、青色、緑色及び赤色蛍光体として、各々(Sr、Ca)5(PO4)3Cl:Eu2+、 (Ba、Sr)2SiO4:Eu 、及びs値が2.5のK5EuS(WO4)2.5+1.5S:Smを設けた。
【００３３】
次いで、上記蛍光体の組合から具現可能な色範囲を調べるために、下記表1のような配合比で5個の試料(a、b、c、d、e)を設けた。
【００３４】
【表１】
上記各試料に対して、色度を測定しCIE色度座標系に該当する座標を求め、各座標をCIE色度座標系に示した。その結果得られた各試料に対する座標は下記表2のとおりであり、図3の色度座標系に図示できた。
【００３５】
【表２】
上記表2と共に図2を参照すると、本実施例による波長変換用蛍光体はCIE色度座標において(0.15、0.03)、(0.19、0.33)及び(0.67、0.33)を頂点とする座標上の三角形領域内に位置するものと定義することができる。このように、本発明の波長変換用蛍光体は従来の蛍光体物質から具現できなかった広範囲な分布を有する色度を適切な配合比で具現できることが確認される。
(実施例2)
本実施例は本発明による白色発光用蛍光体混合物の色度及び白色特性(黄変現象及び演色指数)を確認するため行った。
【００３６】
先ず、本実施例に使用する白色発光用蛍光体混合物を製造するために、第1実施例のように青色、緑色及び赤色蛍光体として、各々(Sr、Ca)5(PO4)3Cl:Eu2+、(Ba、Sr)2SiO4:Eu、及びs値が2.5のK5EuS(WO4)2.5+1.5S:Smを設けた。
【００３７】
次いで、上記蛍光体の組合から具現できる色範囲を調べるために、下記表3のような配合比で6個の試料(1ないし6)を設けた。
【００３８】
【表３】
上記表3の配合比で製造された各蛍光体混合物と同一な近紫外線LED(約385ｎｍ)を利用して図2bのような構造を有する7個の白色発光装置を製造した。
【００３９】
次いで、各白色発光装置から変換された光の色度を各試料別に調べ、さらに印加電圧を同一に適用して5時間発光させた後に、色度変化に応じて黄変現象の有無を検査した。その結果を下記表4に示し、各色度座標を図４に示した。
【００４０】
【表４】
上記表4のように、7個の試料による蛍光体混合は全て白色範囲に該当する光を放出し、とりわけ従来のYAG系黄色蛍光体に発生していた黄変現象はもちろん、その他色度変化現象も殆ど現れなかった。
【００４１】
本実施例に使用された試料の配合比を基に適切な白色発光用蛍光体混合物の配合比を定義することができる。この場合に、通常の蛍光体物質の効率と近紫外線光の波長範囲及び組成範囲と、パッケージ構造などのような外部変数を考慮しなければならないので、優れた特性を有する白色発光用蛍光体混合物と期待される範囲は、青色、緑色及び赤色蛍光体(A5(PO4)3Cl:Eu2+、 D2SiO4:Eu、 G5EuS(WO4)2.5+1.5S:Sm)の各配合比を0.5〜18wt%、0.7〜14wt%、及び68〜98.5%で定義することができる。より好ましくは、青色蛍光体は1〜9wt%で、緑色蛍光体は1.5〜7wt%で、赤色蛍光体は84〜98.5wt%であることができる。
【００４２】
また、本実施例による7個の試料はRGBの3種の蛍光体が混合された特性に基づき比較的高い演色指数を示し、一部では75以上と高かった。とりわけ、本実施例中試料1の場合にはほぼ天然白色に近い光を提供することが確認された。図5は試料1が適用された白色発光装置の波長特性を示す。
【００４３】
図4から分かるように、上記試料1による蛍光体混合物は図1に比して可視光線帯域で広く分布しており、その演色指数は約80程と高くあらわれた。試料1に基づき、こうした演色指数の高い白色光を具現できる好ましい配合比は、A5(PO4)3Cl:Eu2+は4.5〜7wt%で、D2SiO4:Euは2〜3wt%で、G5EuS(WO4)2.5+1.5S:Smは89〜94.5wt%であることができる。
【００４４】
本発明は上述した実施形態及び添付の図に限定されるものではなく、添付した請求範囲により限定される。したがって、請求範囲に記載された本発明の技術的思想を逸れない範囲内において当技術分野において通常の知識を有する者により多様な形態の置換、変形及び変更が可能な筈であり、それもやはり本発明の範囲に属するものといえる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】従来のYAG:Ce蛍光体と青色発光素子を含む白色発光装置から得た光の波長を示すグラフである。
【図２】a及びbは本発明の異なる面による白色発光装置の例を示す側断面図である。
【図３】本発明の一面による波長変換用蛍光体混合物の色範囲を示す色度座標系である。
【図４】本発明の異なる面による白色発光用蛍光体混合物の色範囲を示す色度座標系である。
【図５】本発明の異なる面による白色発光用蛍光体混合物により近紫外線光が変換された白色光の波長を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４６】
20、30 白色発光装置
22a、22b、32a、32b リードフレーム
25、35 近紫外線LED
26a、26b、36a、36b ワイヤ
28 外形モールディング部
29、39 波長変換部
31 パッケージ基板
【技術分野】
【０００１】
本発明は波長変換用蛍光体混合物に関するものであって、より詳しくは様々な色彩の表現が可能な波長変換用蛍光体混合物、黄変現象が低減し演色指数の優れた白色発光用蛍光体混合物及びこれを利用した白色発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、波長変換用蛍光体物質は多様な光源の特定波長光を所望の波長光に変換する物質として用いられている。とりわけ、多様な光源中発光ダイオードは低電力駆動及び優れた光効率によりLCDバックライトと自動車の照明及び家庭用照明装置として有利に適用されるので、最近になって蛍光体物質は白色光LEDを製造するための核心技術として脚光を浴びている。
【０００３】
上記白色光発光装置は大体青色LEDに黄色蛍光体を塗布する方式で製造されている。より具体的に、GaN/InGaN活性層を有する青色LEDの光放出面にYAG(Y3Al5O12):Ceの黄色蛍光体を塗布して青色光の一部を黄色に変換し、変換した黄色と他の一部青色光が結合して白色光を提供することができる。
【０００４】
しかし、長時間の使用により作動温度が上がると、黄変現象(yellowing)が生じる問題がある。
【０００５】
また、上記YAG:Ce蛍光体-青色LEDから成る従来の白色発光装置は低い演色性(color rendering)を有する欠点がある。即ち、黄色蛍光体を利用して得た白色光の波長は図1に示したグラフのような青色と黄色にのみ分布されるので演色性が低く、所望の天然白色光を具現するには限界がある。
【０００６】
一方、従来の波長変換用蛍光体物質は特定光源の発光色と特定出力光の色に限定され提供されており、具現可能な色分布も大変制限されるので、使用者の必要に応じた多様な光源の発光色及び/または多様な出力光の色への適用に限界があった。
【０００７】
このように、当技術分野における演色指数(color rendering index)が優れるばかりでなく黄変現象が減少した白色蛍光体混合物及びこれを利用した白色発光装置が要され、ひいては幅広い色分布を具現できる蛍光体混合物が要されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記従来の技術の問題を解決するためのものであって、第1の目的は多様な色表現が可能なよう蛍光体物質が組み合わされた波長変換用蛍光体混合物を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の第2の目的は近紫外線LEDに適用され黄変現象が低減され優れた演色指数を有する白色光を提供するために、青色、黄色及び赤色蛍光体物質が混合された新たな白色発光蛍光体混合物を提供することにある。
【００１０】
さらに、本発明の第3の目的は近紫外線LEDに上記した白色発光蛍光体混合物が適用された優れた特性の白色発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記した技術的課題を成し遂げるために、本発明の第1の側面はCIE色度座標が色座標(0.15、0.03)、(0.19、0.33)及び(0.67、0.33)を頂点とするCIE色度座標上の三角形領域内に位置し、A5(PO4)3Cl:Eu2+、D2SiO4:Eu及びG5EuS(WO4)2.5+1.5S:Smの3種の蛍光体物質を含み、ここでAはSr、Ca、Ba及びMg中少なくとも一つの元素で、DはBa、Sr及びCa中少なくとも一つの元素で、GはLi、Na及びK中少なくとも一つの元素で、1≦s≦5である波長変換用蛍光体混合物を提供する。
【００１２】
また、本発明の第2の側面は全体重量を基準に0.5〜18wt%のA5(PO4)3Cl:Eu2+、0.7〜14wt%のD2SiO4:Eu、及び68〜98.5%のG5EuS(WO4)2.5+1.5S:Smを含み、ここでAはSr、Ca、Ba及びMg中少なくとも一つの元素で、DはBa、Sr及びCa中少なくとも一つの元素で、GはLi、Na及びK中少なくとも一つの元素で、1≦s≦5である白色発光用蛍光体混合物を提供する。
【００１３】
好ましくは、A5(PO4)3Cl:Eu2+は1〜9wt%で、D2SiO4:Euは1.5〜7wt%で、G5EuS(WO4)2.5+1.5S:Smは84〜98.5wt%であることができる。
【００１４】
本発明による好ましき白色発光用蛍光体混合物は近紫外線光に対する出力光の演色指数が少なくとも75以上であることができ、演色指数の向上のための好ましき白色発光用蛍光体混合物は、4.5〜7wt%のA5(PO4)3Cl:Eu2+、2〜3wt%のD2SiO4:Eu、及び89〜94.5wt%のG5EuS(WO4)2.5+1.5S:Smで構成されることができる。
【００１５】
さらに、本発明の第3の側面は上記の白色発光用蛍光体混合物を利用した白色発光装置を提供する。上記白色発光装置は、近紫外線発光ダイオードと、上記発光ダイオードの光放出方向に形成され、全重量を基準に0.5〜18wt%のA5(PO4)3Cl:Eu2+、0.7〜14wt%のD2SiO4:Eu、及び68〜98.5%のG5EuS(WO4)2.5+1.5S:Smを含み、ここでAはSr、Ca、Ba及びMg中少なくとも一つの元素で、DはBa、Sr及びCa中少なくとも一つの元素で、GはLi、Na及びK中少なくとも一つの元素で、1≦s≦5である白色発光用蛍光体混合物を含んだ波長変換部を有する。
【００１６】
上記波長変換部はシリコンまたはエポキシ樹脂をさらに含むモールディング部で具現できる。好ましくは、上記発光装置の出力光、即ち上記波長変換部により変換して得た白色光の演色指数が少なくとも75であることができる。
【００１７】
このように、本発明の主な特徴の一つは赤色蛍光体、緑色蛍光体と青色蛍光体を混合してほぼ全ての色を含む多様な色分布を具現できる波長変換用蛍光体混合物を提供することにある。
【００１８】
また、本発明の異なる特徴は赤色蛍光体、緑色蛍光体と青色蛍光体を適切な配合比で混合して黄変現象が減少し優れた演色性を有する白色発光用蛍光体混合物を提供することにあり、さらに異なる特徴はこうした白色発光用蛍光体混合物を利用して天然白色光に近い光を出力する白色発光装置を提供することにある。
【発明の効果】
【００１９】
上述したように、本発明によると、特定の赤色、緑色、黄色の蛍光体を配合することにより幅広い色表現が可能な波長変換用蛍光体混合物を提供することができ、またこれを適切な配合比で白色発光用蛍光体混合物に具現することにより、黄変現象のような色変わりを最少化し、演色指数の優れた天然白色を提供することができる。さらに、本発明は上記白色発光用蛍光体混合物と近紫外線LEDを利用して優れた白色光を出力する発光装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付の図を参照して、本発明をより詳しく説明する。
【００２１】
本発明による波長変換用蛍光体は多様な色表現が可能なよう適切な赤色、緑色及び青色蛍光体を組み合わせて得られる。本発明に用いられる青色蛍光体はA5(PO4)3Cl:Eu2+で、ここでAはSr、Ca、Ba及びMg中少なくとも一つの元素である。また、緑色蛍光体はD2SiO4:Euで、ここでBa、Sr及びCa中少なくとも一つの元素で、赤色蛍光体はG5EuS(WO4)2.5+1.5S:Smで、ここでGはLi、Na及びK中少なくとも一つの元素で、1≦s≦5の範囲である。このように、赤、緑、青色の3種の蛍光体物質を組み合わせて色を多様に変更することができる。
【００２２】
本発明による蛍光体混合物で具現可能な色範囲は下記実施例1に記載された実験を通してCIE色度座標において(0.15、 0.03)、 (0.19、 0.33)及び(0.67、0.33)を頂点とする座標上の三角形領域内に位置するものと定義することができる。こうした色範囲は従来の単色蛍光体または2個の蛍光体物質の組合からは具現し難かった色度であり、本発明による波長変換用蛍光体混合物は多様な色を適切な配合比により容易に具現できる利点を提供する。
【００２３】
さらに、本発明による波長変換用蛍光体混合物は特定の配合比で近紫外線光(約350ｎｍ〜約450ｎｍ)に対し優れた特性を有する白色光を出力する白色発光用蛍光体として提供されることができる。本発明による白色発光用蛍光体は全重量を基準に0.5〜18wt%のA5(PO4)3Cl:Eu2+(ここで、AはSr、Ca、Ba及びMg中少なくとも一つの元素である)、0.7〜14wt%のD2SiO4:Eu(ここで、DはBa、Sr及びCa中少なくとも一つの元素である)、及び68〜98.5%のG5EuS(WO4)2.5+1.5S:Sm(ここで、GはLi、Na及びK中少なくとも一つの元素で、1≦s≦5である)を組合せて得ることができる。
【００２４】
本発明による白色発光用蛍光体混合物はYAG系蛍光体-青色LEDと異なって近紫外線光と共に具現でき、従来の蛍光体と異なって、黄変現象のような作動時間による色変わりを最少化できる利点がある。
【００２５】
上記配合比は製造工程または組成範囲による比較的大きい蛍光体効率の差(±100%)とパッケージ特性による誤差を考慮して設定したもので、好ましい範囲は、青色蛍光体のA5(PO4)3Cl:Eu2+は1〜9wt%で、緑色蛍光体のD2SiO4:Euは1.5〜7wt%で、赤色蛍光体のG5EuS(WO4)2.5+1.5S:Smは84〜98.5wt%であることができる。
【００２６】
さらに、本発明による白色発光用蛍光体混合物は優れた演色指数を有する天然色に近い白色を具現できる。従来の蛍光体物質では演色指数範囲が70以上は得られ難かったが、本発明による白色発光用蛍光体混合物は75以上、より好ましくは80に近い演色指数が得られ、天然色に近い白色光が得られる。演色指数が優れた白色光が得られる好ましき配合比は、A5(PO4)3Cl:Eu2+は4.5〜7wt%で、D2SiO4:Euは2〜3wt%で、G5EuS(WO4)2.5+1.5S:Smは89〜94.5wt%であることができる。但し、上述したように、蛍光体の率及びパッケージ構造などの変動要因に応じてやや異なる配合比でも優れた演色指数(75〜)が得られるので、上記配合比に限定されるわけではない。
【００２７】
本発明による白色発光用蛍光体混合物は近紫外線LEDと結合して優れた照明器具とされる白色発光装置に具現できる。こうした白色発光装置は多様な形態で具現できるが、図2a及び図2bに本発明による白色発光装置が例示される。
【００２８】
図2aに示した白色発光装置(20)は外形モールディング部(28)と2個のリードフレーム(22a、22b)を含む。一側のリードフレーム(22a)はカップ構造が形成された一端を有し、近紫外線LED(25)はそのカップ構造部に実装される。上記近紫外線発光ダイオード(25)の両電極(図示せず)は各々ワイヤ(26a、26b)を通して上記リードフレーム(22a、22b)に連結される。また、上記LED(25)が実装されたカップ構造上に上記白色発光用蛍光体混合物を含んだ波長変換部(29)が提供される。上記波長変換部(29)は上記した白色発光用蛍光体混合物ばかりでなく、エポキシ樹脂またはシリコン樹脂を適切に混合してモールディング方式で容易に製造することができる。
【００２９】
図2bに示した白色発光装置(30)は、2個のリードフレーム(32a、32b)が形成された基板(31)を含む。上記基板(31)上に近紫外線 発光ダイオード(35)が配され、上記近紫外線発光ダイオード(35)の両電極(図示せず)は各々ワイヤ(36a、36b)を通して上記リードフレーム(32a、32b)に連結される。また、上記白色発光用蛍光体混合物を利用して上記発光ダイオード(35)を囲繞するよう波長変換部(39)が形成される。上記波長変換部(39)は上記白色発光用蛍光体混合物ばかりでなく、エポキシ樹脂またはシリコン樹脂を適切に混合して使用される。また、上記波長変換部(39)の形成工程は当業者にとって自明なように、トランスファーモールディングのようなモールディング工程を通して容易に具現することができる。
【００３０】
図2a及び図2bに説明した波長変換部(29、39)は上記白色発光用蛍光体混合物の作用により上記LED(25、35)から放出された近紫外線光を変換して記のように黄変現象が低減され優れた演色性を有する白色光を提供することができる。
【実施例】
【００３１】
以下、本発明の具体的な実施例を通してその作用と効果についてより詳しく説明する。
(実施例1)
本実施例は本発明による波長変換用蛍光体混合物を通して具現可能な色度座標範囲を確認するために実施された。
【００３２】
先ず、本実施例に用いる波長変換用蛍光体混合物を製造するために、青色、緑色及び赤色蛍光体として、各々(Sr、Ca)5(PO4)3Cl:Eu2+、 (Ba、Sr)2SiO4:Eu 、及びs値が2.5のK5EuS(WO4)2.5+1.5S:Smを設けた。
【００３３】
次いで、上記蛍光体の組合から具現可能な色範囲を調べるために、下記表1のような配合比で5個の試料(a、b、c、d、e)を設けた。
【００３４】
【表１】
上記各試料に対して、色度を測定しCIE色度座標系に該当する座標を求め、各座標をCIE色度座標系に示した。その結果得られた各試料に対する座標は下記表2のとおりであり、図3の色度座標系に図示できた。
【００３５】
【表２】
上記表2と共に図2を参照すると、本実施例による波長変換用蛍光体はCIE色度座標において(0.15、0.03)、(0.19、0.33)及び(0.67、0.33)を頂点とする座標上の三角形領域内に位置するものと定義することができる。このように、本発明の波長変換用蛍光体は従来の蛍光体物質から具現できなかった広範囲な分布を有する色度を適切な配合比で具現できることが確認される。
(実施例2)
本実施例は本発明による白色発光用蛍光体混合物の色度及び白色特性(黄変現象及び演色指数)を確認するため行った。
【００３６】
先ず、本実施例に使用する白色発光用蛍光体混合物を製造するために、第1実施例のように青色、緑色及び赤色蛍光体として、各々(Sr、Ca)5(PO4)3Cl:Eu2+、(Ba、Sr)2SiO4:Eu、及びs値が2.5のK5EuS(WO4)2.5+1.5S:Smを設けた。
【００３７】
次いで、上記蛍光体の組合から具現できる色範囲を調べるために、下記表3のような配合比で6個の試料(1ないし6)を設けた。
【００３８】
【表３】
上記表3の配合比で製造された各蛍光体混合物と同一な近紫外線LED(約385ｎｍ)を利用して図2bのような構造を有する7個の白色発光装置を製造した。
【００３９】
次いで、各白色発光装置から変換された光の色度を各試料別に調べ、さらに印加電圧を同一に適用して5時間発光させた後に、色度変化に応じて黄変現象の有無を検査した。その結果を下記表4に示し、各色度座標を図４に示した。
【００４０】
【表４】
上記表4のように、7個の試料による蛍光体混合は全て白色範囲に該当する光を放出し、とりわけ従来のYAG系黄色蛍光体に発生していた黄変現象はもちろん、その他色度変化現象も殆ど現れなかった。
【００４１】
本実施例に使用された試料の配合比を基に適切な白色発光用蛍光体混合物の配合比を定義することができる。この場合に、通常の蛍光体物質の効率と近紫外線光の波長範囲及び組成範囲と、パッケージ構造などのような外部変数を考慮しなければならないので、優れた特性を有する白色発光用蛍光体混合物と期待される範囲は、青色、緑色及び赤色蛍光体(A5(PO4)3Cl:Eu2+、 D2SiO4:Eu、 G5EuS(WO4)2.5+1.5S:Sm)の各配合比を0.5〜18wt%、0.7〜14wt%、及び68〜98.5%で定義することができる。より好ましくは、青色蛍光体は1〜9wt%で、緑色蛍光体は1.5〜7wt%で、赤色蛍光体は84〜98.5wt%であることができる。
【００４２】
また、本実施例による7個の試料はRGBの3種の蛍光体が混合された特性に基づき比較的高い演色指数を示し、一部では75以上と高かった。とりわけ、本実施例中試料1の場合にはほぼ天然白色に近い光を提供することが確認された。図5は試料1が適用された白色発光装置の波長特性を示す。
【００４３】
図4から分かるように、上記試料1による蛍光体混合物は図1に比して可視光線帯域で広く分布しており、その演色指数は約80程と高くあらわれた。試料1に基づき、こうした演色指数の高い白色光を具現できる好ましい配合比は、A5(PO4)3Cl:Eu2+は4.5〜7wt%で、D2SiO4:Euは2〜3wt%で、G5EuS(WO4)2.5+1.5S:Smは89〜94.5wt%であることができる。
【００４４】
本発明は上述した実施形態及び添付の図に限定されるものではなく、添付した請求範囲により限定される。したがって、請求範囲に記載された本発明の技術的思想を逸れない範囲内において当技術分野において通常の知識を有する者により多様な形態の置換、変形及び変更が可能な筈であり、それもやはり本発明の範囲に属するものといえる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】従来のYAG:Ce蛍光体と青色発光素子を含む白色発光装置から得た光の波長を示すグラフである。
【図２】a及びbは本発明の異なる面による白色発光装置の例を示す側断面図である。
【図３】本発明の一面による波長変換用蛍光体混合物の色範囲を示す色度座標系である。
【図４】本発明の異なる面による白色発光用蛍光体混合物の色範囲を示す色度座標系である。
【図５】本発明の異なる面による白色発光用蛍光体混合物により近紫外線光が変換された白色光の波長を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４６】
20、30 白色発光装置
22a、22b、32a、32b リードフレーム
25、35 近紫外線LED
26a、26b、36a、36b ワイヤ
28 外形モールディング部
29、39 波長変換部
31 パッケージ基板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
CIE色度座標が色座標(0.15、0.03)、 (0.19、0.33)及び(0.67、0.33)を頂点とするCIE色度座標上の三角形領域内に位置し、A5(PO4)3Cl:Eu2+、D2SiO4:Eu及びG5EuS(WO4)2.5+1.5S:Smの3種の蛍光体物質を含み、ここでAはSr、Ca、Ba及びMg中少なくとも一つの元素で、DはBa、Sr及びCa中少なくとも一つの元素で、GはLi、Na及びK中少なくとも一つの元素で、1≦s≦5である蛍光体混合物。
【請求項２】
全重量を基準に0.5〜18wt%のA5(PO4)3Cl:Eu2+、0.7〜14wt%のD2SiO4:Eu、及び68〜98.5%のG5EuS(WO4)2.5+1.5S:Smを含み、ここでAはSr、Ca、Ba及びMg中少なくとも一つの元素で、DはBa、Sr及びCa中少なくとも一つの元素で、GはLi、Na及びK中少なくとも一つの元素で、1≦s≦5である白色発光用蛍光体混合物。
【請求項３】
A5(PO4)3Cl:Eu2+は1〜9wt%で、D2SiO4:Euは1.5〜7wt%で、G5EuS(WO4)2.5+1.5S:Smは84〜98.5wt%であることを特徴とする請求項2に記載の白色蛍光体混合物。
【請求項４】
上記白色発光用蛍光体混合物は近紫外線光に対する出力光の演色指数が75以上であることを特徴とする請求項2に記載の白色蛍光体混合物。
【請求項５】
A5(PO4)3Cl:Eu2+は4.5〜7wt%で、D2SiO4:Euは2〜3wt%で、G5EuS(WO4)2.5+1.5S:Smは89〜94.5wt%であることをを特徴とする請求項4に記載の白色蛍光体混合物。
【請求項６】
近紫外線発光ダイオード;及び、
上記発光ダイオードの光放出方向に形成され、全重量を基準に0.5〜18wt%のA5(PO4)3Cl:Eu2+、0.7〜14wt%のD2SiO4:Eu、及び68〜98.5%のG5EuS(WO4)2.5+1.5S:Smを含み、ここでAはSr、Ca、Ba及びMg中少なくとも一つの元素で、DはBa、Sr及びCa中少なくとも一つの元素で、GはLi、Na及びK中少なくとも一つの元素で、1≦s≦5である白色発光用蛍光体混合物を含む波長変換部を含む白色発光装置。
【請求項７】
上記波長変換部はシリコンまたはエポキシ樹脂をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の白色発光装置。
【請求項８】
A5(PO4)3Cl:Eu2+は1〜9wt%で、D2SiO4:Euは1.5〜7wt%で、G5EuS(WO4)2.5+1.5S:Smは84〜98.5wt%であることを特徴とする請求項６に記載の白色発光装置。
【請求項９】
上記発光装置から出力される白色光の演色指数が75以上であることを特徴とする請求項6に記載の白色発光装置。
【請求項１０】
A5(PO4)3Cl:Eu2+は4.5〜7wt%で、D2SiO4:Euは2〜3wt%で、G5EuS(WO4)2.5+1.5S:Smは 89〜94.5wt%であることを特徴とする請求項9に記載の白色発光装置。
【請求項１】
CIE色度座標が色座標(0.15、0.03)、 (0.19、0.33)及び(0.67、0.33)を頂点とするCIE色度座標上の三角形領域内に位置し、A5(PO4)3Cl:Eu2+、D2SiO4:Eu及びG5EuS(WO4)2.5+1.5S:Smの3種の蛍光体物質を含み、ここでAはSr、Ca、Ba及びMg中少なくとも一つの元素で、DはBa、Sr及びCa中少なくとも一つの元素で、GはLi、Na及びK中少なくとも一つの元素で、1≦s≦5である蛍光体混合物。
【請求項２】
全重量を基準に0.5〜18wt%のA5(PO4)3Cl:Eu2+、0.7〜14wt%のD2SiO4:Eu、及び68〜98.5%のG5EuS(WO4)2.5+1.5S:Smを含み、ここでAはSr、Ca、Ba及びMg中少なくとも一つの元素で、DはBa、Sr及びCa中少なくとも一つの元素で、GはLi、Na及びK中少なくとも一つの元素で、1≦s≦5である白色発光用蛍光体混合物。
【請求項３】
A5(PO4)3Cl:Eu2+は1〜9wt%で、D2SiO4:Euは1.5〜7wt%で、G5EuS(WO4)2.5+1.5S:Smは84〜98.5wt%であることを特徴とする請求項2に記載の白色蛍光体混合物。
【請求項４】
上記白色発光用蛍光体混合物は近紫外線光に対する出力光の演色指数が75以上であることを特徴とする請求項2に記載の白色蛍光体混合物。
【請求項５】
A5(PO4)3Cl:Eu2+は4.5〜7wt%で、D2SiO4:Euは2〜3wt%で、G5EuS(WO4)2.5+1.5S:Smは89〜94.5wt%であることをを特徴とする請求項4に記載の白色蛍光体混合物。
【請求項６】
近紫外線発光ダイオード;及び、
上記発光ダイオードの光放出方向に形成され、全重量を基準に0.5〜18wt%のA5(PO4)3Cl:Eu2+、0.7〜14wt%のD2SiO4:Eu、及び68〜98.5%のG5EuS(WO4)2.5+1.5S:Smを含み、ここでAはSr、Ca、Ba及びMg中少なくとも一つの元素で、DはBa、Sr及びCa中少なくとも一つの元素で、GはLi、Na及びK中少なくとも一つの元素で、1≦s≦5である白色発光用蛍光体混合物を含む波長変換部を含む白色発光装置。
【請求項７】
上記波長変換部はシリコンまたはエポキシ樹脂をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の白色発光装置。
【請求項８】
A5(PO4)3Cl:Eu2+は1〜9wt%で、D2SiO4:Euは1.5〜7wt%で、G5EuS(WO4)2.5+1.5S:Smは84〜98.5wt%であることを特徴とする請求項６に記載の白色発光装置。
【請求項９】
上記発光装置から出力される白色光の演色指数が75以上であることを特徴とする請求項6に記載の白色発光装置。
【請求項１０】
A5(PO4)3Cl:Eu2+は4.5〜7wt%で、D2SiO4:Euは2〜3wt%で、G5EuS(WO4)2.5+1.5S:Smは 89〜94.5wt%であることを特徴とする請求項9に記載の白色発光装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−８９７０７（Ｐ２００６−８９７０７Ａ）
【公開日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−４０９２６（Ｐ２００５−４０９２６）
【出願日】平成１７年２月１７日（２００５．２．１７）
【出願人】（５９１００３７７０）三星電機株式会社 (982)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月１７日（２００５．２．１７）
【出願人】（５９１００３７７０）三星電機株式会社 (982)
【Ｆターム（参考）】
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