発光ダイオード
【課題】 安定した品質特性が得られる発光ダイオードを提供する。
【解決手段】 同一発光色を示して組成材料の異なる少なくとも２種の蛍光体８ａ、８ｂを含有させる。この組成材料の異なる少なくとも２種の蛍光体８ａ、８ｂは、蛍光体の一部の品質特性に関し、その品質特性が劣る組成材料の蛍光体であれば、その特性に優れた組成材料の蛍光体を組み合わせてその品質特性の向上を図るものである。また、少なくとも２種の蛍光体８ａ、８ｂの発光スペクトルのそれぞれのピーク波長の差を０〜１０ｎｍの範囲内に抑える。
【解決手段】 同一発光色を示して組成材料の異なる少なくとも２種の蛍光体８ａ、８ｂを含有させる。この組成材料の異なる少なくとも２種の蛍光体８ａ、８ｂは、蛍光体の一部の品質特性に関し、その品質特性が劣る組成材料の蛍光体であれば、その特性に優れた組成材料の蛍光体を組み合わせてその品質特性の向上を図るものである。また、少なくとも２種の蛍光体８ａ、８ｂの発光スペクトルのそれぞれのピーク波長の差を０〜１０ｎｍの範囲内に抑える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードに関し、特に発光効率などに優れて信頼性の高い白色発光の発光ダイオード、並びに、カラーフィルタを用いた液晶表示装置のバックライト光源に適した発光ダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、白色発光をなす発光ダイオード（以降、ＬＥＤという）には、青色光を発光する発光素子の発光波長に励起されて波長変換を起こし、長波長の光を発光する蛍光体を用いた構成が知られている。このように蛍光体を用いた白色ＬＥＤとしては、黄色光を発光するＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体を用いた白色ＬＥＤが知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
また、ＹＡＧ系蛍光体以外の蛍光体を用いたものとしては、ＣａＳｉＡｌＮ３なる黄色光を発光する窒化物系蛍光体を用いた白色ＬＥＤが知られている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３７００５０２号公報
【特許文献２】特開２００８−１６３０７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＬＥＤの発光効率や信頼性などの品質特性は蛍光体の組成材料によって大きく影響を受ける。蛍光体はその組成材料によって品質特性が異なり、例えば、蛍光体の耐湿性や耐熱性をとって考えると、耐湿性や耐熱性に劣る蛍光体は長い期間の中で蛍光体が劣化して発光効率が低下し、品質の安定性がなくなって信頼性を低下させる。また、温度特性を考えると、温度特性の優れた蛍光体は温度が高くなってもその明るさはさほど低下しないが、温度特性の劣る蛍光体は温度が高くなるに従って発光の明るさが低下すると言う問題が起きる。
【０００６】
このような品質特性を考えると、引用文献１に記載されたＹＡＧ系蛍光体は温度特性にやや難があり、温度が高くなるに従って発光の明るさが低下するという問題を有する。
【０００７】
また、特許文献２に記載されたＣａＳｉＡｌＮ３なる蛍光体は、温度特性には優れているが、反面において、耐湿性などにはやや劣るという問題を有する。
【０００８】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、安定した品質が得られるＬＥＤを得ると共に、表示装置のバックライト光源として利用できるＬＥＤを得ることを目的にするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するための手段として、本発明の発光ダイオードの特徴は、発光素子と発光素子の発光した光で励起されて発光する蛍光体を有する発光ダイオード（本発明においても、以降ＬＥＤと呼ぶ）において、蛍光体は同一発光色を示して組成材料の異なる少なくとも２種の蛍光体を有しており、この少なくとも２種の蛍光体の発光スペクトルのそれぞれのピーク波長の差が０〜１０ｎｍの範囲内にあることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明のＬＥＤの特徴は、発光素子が窒化ガリウム系化合物半導体素子であることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明のＬＥＤの特徴は、蛍光体が緑色発光を示すバリウムシリケート系蛍光体，クロロシリケート系蛍光体，サイアロン系蛍光体，アルカリ土類金属スカンジウム塩系蛍光体の少なくとも２種からなることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明のＬＥＤの特徴は、同一発光色を示す蛍光体以外に他の発光色を示す蛍光体が少なくとも１種有することを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明のＬＥＤの特徴は、他の発光色を示す蛍光体が赤色発光する赤色蛍光体であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
蛍光体はその組成材料によって品質特性が決まり、その品質特性にはそれぞれ一長一短がある。そのため、１種の蛍光体で全て満足する品質特性を得ることは難しい。
そこで、同一発光色を示して、組成材料の異なる蛍光体を少なくとも２種を用いることで、品質特性を高めることができる。例えば、耐湿性に係る品質特性について考えると、同一発光色をなして、耐湿性に劣る組成材料の蛍光体と耐湿性に優れた組成材料の蛍光体とを組み合わせることによって、耐湿性の劣る組成材料を耐湿性に優れた組成材料がカバーして耐湿性能が向上する。
【００１５】
また、温度特性（温度消光特性とも言われている）について考えると、同一発光色をなして、温度特性に優れた蛍光体と温度特性に劣る蛍光体を組み合わせることによって、同じ発光色での温度特性の向上が得られる。
蛍光体の品質特性には、耐湿性や耐熱性、温度特性、初期発光の明るさ、などが代表的な品質特性として挙げられるが、その材料が持っている品質特性の長所や短所を少なくとも２種の材料を巧く組み合わせることで、これらの品質特性を向上させる効果を得る。
【００１６】
更に、同じ発光色をなして、少なくとも２種の蛍光体のそれぞれの発光スペクトルのピーク波長の差を０〜１０ｎｍの範囲内に抑えることで、色ズレの少ない発光色を得ることができる。例えば、緑色発光の蛍光体を用いれば色ズレの少ない緑色発光の光量が多く得られ、また、赤色発光の蛍光体を用いれば色ズレの少ない赤色発光の光量が多く得られる。これは、特にカラーフィルタを用いた半透過型液晶表示装置のＲ（赤色）Ｇ（緑色）Ｂ（青色）のバックライト光源として用いると、光の分光透過率を高める効果を得る。そして、演色性を高めて色の再現性を保証し、十分な色の明るさを得ることができる。
【００１７】
また、発光素子に窒化ガリウム系化合物半導体素子を用いる。ＧａＮ，ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮ，ＡｌＧａＩｎＮなどの窒化ガリウム系化合物半導体素子は紫外光〜青色光の領域、あるいは青色光の領域の光を発光する。蛍光体の励起光として利用できる共に青色発光の光として利用することができる。
【００１８】
また、蛍光体は緑色発光を示すバリウムシリケート系蛍光体，クロロシリケート系蛍光体，サイアロン系蛍光体，アルカリ土類金属スカンジウム塩系蛍光体の少なくとも２種からなるのが好ましい。
緑色発光を示すバリウムシリケート系蛍光体にはバリウム・ストロンチウム・シリケート蛍光体（一般的な化学式は、（Ｂａ１−ｐＳｒｐ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ（式中、０＜ｐ＜１）で示される）がある。このバリウム・ストロンチウム・シリケート蛍光体は耐湿性や耐熱性には劣るが初期発光の明るさに優れた明るさを示す。
緑色発光を示すクロロシリケート系蛍光体にはカルシウム・マグネシウム・クロロシリケート蛍光体（一般的な化学式は、Ｃａ８Ｍｇ（ＳｉＯ４）４Ｃｌ２：Ｅｕで示される）がある。このカルシウム・マグネシウム・クロロシリケート蛍光体は耐湿性や耐熱性、並びに、温度特性には優れた特性をもつが、初期発光の明るさの面では劣る。
サイアロン系蛍光体には緑色発光を示す蛍光体としてβ−サイアロン蛍光体（一般的な化学式は、Ｓｉ６−ｚＡｌｚＯｚＮ８−ｚ：Ｅｕ（式中０＜ｚ＜４．２）示される）がある。このβ−サイアロン蛍光体は耐湿性や耐熱性、並びに、温度特性には優れた特性をもつが、初期発光の明るさの面ではバリウムシリケート系蛍光体よりやや劣る。
緑色発光を示すアルカリ土類金属スカンジウム塩系蛍光体には、一般的な化学式、ＣａＳｃ２Ｏ４：Ｃｅ、Ｃａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅで示される蛍光体が好ましいものとして挙げられる。これらの蛍光体は耐湿性や耐熱性には優れた特性をもち、また、温度特性にも優れている。
【００１９】
このような特性を持つ蛍光体を少なくとも２種組み合わせることにより全体的に品質特性の向上を図ることができる。例えば、バリウムシリケート系蛍光体とクロロシリケート系蛍光体とを組み合わせると耐湿性や耐熱性、温度特性、初期発光の明るさなどに優れた品質特性が現れる。
【００２０】
また、同一発光色を示す蛍光体以外に他の発光色を示す蛍光体を含有させることによって、長波長の発光色も得ることができる。そして、ＬＥＤの発光色を変化させることができると共に色度の範囲を広げることができる。
例えば、緑色発光するバリウムシリケート系蛍光体及びクロロシリケート系蛍光体の中に赤色発光する赤色蛍光体を混ぜ合わせると、窒化ガリウム系化合物半導体素子の青色光とバリウムシリケート系蛍光体及びクロロシリケート系蛍光体の緑色光と赤色蛍光体の赤色光とが混ざり合って白色発光のＬＥＤを得ることができる。また、この場合にはＲＧＢの光が混ざり合っていることから演色性が高く、色再現性の良いＬＥＤが得られる。
そして、このようにして得られた白色ＬＥＤはカラーフィルタを用いた半透過型液晶表示装置にもＲＧＢの光源として利用することができる。
【００２１】
以上述べた発光体の効果によって、ＬＥＤの発光効率や品質の安定性、信頼性が向上し、ＬＥＤの寿命を延ばすことができる。また、演色性も向上して色の再現性も良くなる。
【００２２】
また、カラーフィルタを用いる半透過型液晶表示装置のバックライト光源として利用でき、色の再現性を保証し、十分な色の明るさを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施形態に係るＬＥＤの構造を模式的に示した要部断面図である。
【図２】実施例１に係る蛍光体の発光スペクトルを示す図である。
【図３】図２に示された発光スペクトルの蛍光体を用いた時のＬＥＤから発光される光の発光スペクトルを示す図である。
【図４】実施例２に係るＬＥＤの構造を模式的に示した要部断面図である。
【図５】図４に示したＬＥＤの発光スペクトルを示した図である。
【図６】実施例３に係るＬＥＤの構造を模式的に示した要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態に係るＬＥＤについて図１を用いながら説明する。図１は本実施形態に係るＬＥＤの構造を模式的に示した要部断面図である。
【００２５】
［実施形態に係るＬＥＤの構造説明：図１］
図１において、１はガラスエポキシ樹脂やＢＴレジンなどの樹脂で形成した基板である。２は基板１の表面上に形成した電極である。電極２はアノード用電極２ａとカソード用電極２ｂとに分かれている。アノード用電極２ａ及びカソード用電極２ｂは導電性の良いＡｕ，Ａｇ，Ｃｕなどの金属膜でもって構成される。３は金などからなるバンプで、５は発光素子である。このバンプ３は発光素子５のｐ電極（アノード電極）とアノード用電極２ａとを接続し、発光素子５のｎ電極（カソード電極）とカソード用電極２ｂとを接続している。図１に示した構造はダイボンディング構造を取っており、発光素子５の裏面側でもって基板１上のアノード用電極２ａ及びカソード用電極２ｂに発光素子５を実装した構造をなしている。なお、発光素子５はＧａＮ，ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮ，ＡｌＧａＩｎＮなどの窒化ガリウム系化合物半導体素子が好適に用いられる。
【００２６】
６はリフレクタである。ポリカーボネイト樹脂やＢＴレジンなどの樹脂から形成されて中心部に中空部を有し、中空部の内周面６ａは傾斜面をなして、反射手段を設けた反射面をなしている。そして、中空部のほぼ中央部に発光素子５を配置している。７はエポキシ樹脂やシリコーン樹脂などの樹脂で、８は発光素子５である窒化ガリウム系化合物半導体素子の発光する光で励起されて発光する蛍光体である。樹脂７の中に蛍光体８が分散している。本実施形態においては、蛍光体８は組成材料の異なる２種類の蛍光体で構成しており、蛍光体８ａと蛍光体８ｂとで蛍光体８を構成している。この２種類の蛍光体８ａと蛍光体８ｂはそれぞれ異なった組成材料からなるものであるが、それぞれの発光スペクトルのピーク波長の差は０〜１０ｎｍの範囲内にあって同一発光色を示すものである。
【００２７】
それぞれ組成材料が異なる２種類の蛍光体８は、例えば、耐湿性に劣る組成材料の蛍光体である場合は耐湿性に優れた組成材料の蛍光体との組合せで蛍光体８を構成する。
耐湿性が劣ると長い期間の中で蛍光体物質が劣化して発光効率が低下し、品質の安定性は低下する。一方、耐湿性の優れた組成材料であると長期間にわたって発光効率は維持され、安定した品質が得られる。
このような構成をとると、耐湿性に優れた組成材料が耐湿性に劣る組成材料の品質をカバーして耐湿特性が向上する。このため、ＬＥＤの品質特性は、耐湿性に優れた組成材料の作用が大きく働いて品質特性の低下は抑えられて安定した品質特性が得られる。しかも、蛍光体８からの発光色は、２種類の蛍光体８ａ、８ｂの発光スペクトルのそれぞれのピーク波長の差が０〜１０ｎｍの範囲内にあるので、色ズレの殆どない同一の発光色が得られる。
【００２８】
上記は耐湿性の品質特性について述べたものであるが、耐熱性などの品質特性に関しても同様である。耐湿性や耐熱性、温度特性、発光初期の明るさ、などの品質特性も考慮して、できるだけこれらの品質特性が向上するように蛍光体の組成材料を選択するのが好ましい。また、組成材料の異なる蛍光体を２種類に限るものではなく、３種類以上の蛍光体の組合せを行っても構わない。
【００２９】
ここで、蛍光体の品質特性について説明する。耐湿性とは蛍光体が水や湿気に耐え得る特性を表しており、長期間使用の中で水や湿気によって蛍光体が劣化するか否かの劣化度合いを言う。耐熱性とは一定の温度での使用に耐え得る特性を表し、長期間の使用温度の中で蛍光体が劣化するか否かの劣化度合いを言う。温度特性とは温度消光特性とも言い、温度が上昇するに従って発光の光度が低下して行くか否かの低下度合いを言う。初期発光の明るさとは発光初期の明るさ加減の度合いを表している。
【００３０】
蛍光体は蛍光染料や蛍光顔料からなり、一般に、短波長の光によって励起し、励起波長より長波長光を発光する。発光素子５である窒化ガリウム系化合物半導体素子は近紫外光領域から青色光領域の光、あるいは青色光領域の光などの短波長の光を出射するので、蛍光体の励起光として好適に利用することができる。
【００３１】
１０はＬＥＤである。上記で述べた構成部品が主要構成部品となってＬＥＤ１０を構成している。
なお、図１に示したＬＥＤ１０の構造は一例を示したもので、必ずしもこの構造に限るものではない。
【００３２】
［効果の説明］
同一発光色をなして組成材料が異なり、それぞれ品質特性が異なる蛍光体を少なくとも２種類用いることにより、上述したように、発光効率の面や品質安定性の面などの品質特性を低下させることなく良い状態で維持することができる。
また、少なくとも２種類の蛍光体の発光スペクトルのそれぞれのピーク波長の差が０〜１０ｎｍの範囲内に納まるようにしている。これは、差が１０ｎｍより大きいと２種類の蛍光体からの発光色の間に色ズレが確認されるようになり、発光色の同一性が得られなくなるからである。ピーク波長の差を０〜１０ｎｍの範囲内に納めることで発光色の色ズレを防止している。また、これによって発光色の発光強度も強く現れる。
【００３３】
更には、次のような効果も得ることができる。通常、励起光となる発光素子の発光波長が変動すると、それに伴って蛍光体からの発光の強度も変動する。そして、結果として発光素子からの光と蛍光体からの発光の混色バランスが崩れ、ＬＥＤの発光色度にバラツキが発生する。組成材料の異なる蛍光体を少なくとも２種を含有させることで、その励起スペクトルも異なってくるので、発光素子からの発光波長が多少シフトしてもいずれかの蛍光体が励起される。そのため、蛍光体からの発光の強度は著しく低下しない。これにより、発光色度のバラツキ幅の小さいＬＥＤを実現することができる。
【実施例１】
【００３４】
［実施例１の説明：図２、図３］
次に、実施例１における蛍光体について図２、図３を用いて説明する。図２は実施例１に係る蛍光体の発光スペクトルを示す図であり、図３は図２に示された発光スペクトルの蛍光体を用いた時のＬＥＤから出射される光の発光スペクトルを示す図である。発光素子５はＩｎＧａＮの窒化ガリウム系化合物半導体素子を用いている。
【００３５】
図２において、ｐａは蛍光体８ａのピーク波長、ｐｂは蛍光体８ｂのピーク波長を表している。
【００３６】
実施例１では、組成材料が異なる２種類の蛍光体は、即ち、蛍光体８ａはクロロシリケート系蛍光体を用いており、蛍光体８ｂはバリウムシリケート系蛍光体を用いている。つまり、蛍光体８はクロロシリケート系蛍光体なる蛍光体８ａとバリウムシリケート系蛍光体なる蛍光体８ｂとを混ぜ合わせて蛍光体８を構成している。
いずれの蛍光体８ａ、８ｂもＩｎＧａＮの窒化ガリウム系化合物半導体素子なる発光素子５からの発光した光に励起されて緑色の発光色を示す。
【００３７】
蛍光体８ａのクロロシリケート系蛍光体はカルシウム・マグネシウム・クロロシリケート蛍光体を用いている。一般的な化学式はＣａ８Ｍｇ（ＳｉＯ４）４Ｃｌ２：Ｅｕで表される。このカルシウム・マグネシウム・クロロシリケート蛍光体は発光素子５からの励起光によって図２に示す発光スペクトルを持った発光が得られる。図２に示されるように、ピーク波長ｐａはほぼ５２５ｎｍ、半値幅は５０〜８０ｎｍを示して、緑色の発光色を示す。
【００３８】
このカルシウム・マグネシウム・クロロシリケート蛍光体の品質特性は、耐湿性や耐熱性に優れており、また、温度特性にも優れている。しかし反面、初期発光の明るさは低い。
【００３９】
蛍光体８ｂのバリウムシリケート系蛍光体はバリウム・ストロンチウム・シリケート蛍光体を用いている。一般的な化学式は（Ｂａ１−ｐＳｒｐ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ（式中、０＜ｐ＜１）で表される。このバリウム・ストロンチウム・シリケート蛍光体は発光素子５からの励起光によって図２に示す発光スペクトルを持った発光が得られる。図２に示されるように、ピーク波長ｐａはほぼ５３０ｎｍ、半値幅は６０〜１００ｎｍを示して、緑色の発光色を示す。
【００４０】
このバリウム・ストロンチウム・シリケート蛍光体の品質特性は、耐湿性や耐熱性に劣り、反面、初期発光の明るさは明るく優れている。また、温度特性はクロロシリケート系蛍光体より若干劣る。
【００４１】
このように、組成材料が異なり、品質特性の異なるバリウム・ストロンチウム・シリケート蛍光体とカルシウム・マグネシウム・クロロシリケート蛍光体を混ぜ合わせることにより、耐湿性や耐熱性についてはバリウム・ストロンチウム・シリケート蛍光体の劣る所をカルシウム・マグネシウム・クロロシリケート蛍光体がカバーして耐湿性や耐熱性を向上させ、初期発光の明るさについてはカルシウム・マグネシウム・クロロシリケート蛍光体の劣る所をバリウム・ストロンチウム・シリケート蛍光体がカバーして初期発光の明るさを高めている。また、温度特性についても温度特性に優れたカルシウム・マグネシウム・クロロシリケート蛍光体によってその特性の向上が図れる。
これによって、ＬＥＤの品質特性は良い状態での品質特性が得られるようになる。
【００４２】
また、バリウム・ストロンチウム・シリケート蛍光体のピーク波長５３０ｎｍとカルシウム・マグネシウム・クロロシリケート蛍光体のピーク波長５２５ｎｍとの差は５ｎｍと、１０ｎｍより小さいために、双方の発光色の色ズレも殆ど現れない。双方のピーク波長の差を０〜１０ｎｍの範囲内に抑えることで、双方の発光色の色ズレを抑えている。
また、バリウム・ストロンチウム・シリケート蛍光体のピーク波長５３０ｎｍ、及びカルシウム・マグネシウム・クロロシリケート蛍光体のピーク波長５２５ｎｍは緑色の標準色（ここで、標準色とは色の三原色Ｒ（赤色）Ｇ（緑色）Ｂ（青色）の原色のことを言い、緑の標準色とはＧ（緑色）なる原色をいう）の波長に非常に近い値であるので、発光スペクトルのピーク波長をなす領域部分はほぼ緑色の標準色を呈する。
【００４３】
バリウム・ストロンチウム・シリケート蛍光体とカルシウム・マグネシウム・クロロシリケート蛍光体の混合割合は重量比で１：１の割合が良い。また、この２種類の蛍光体８の樹脂７に対する配合量は５〜２５重量％が好ましい。５重量％より少ないと発光する光の強度が低くなり所要の強度が得られない。また、２５重量％より多いと発光効率が低下し、光の強度も低下する。配合量は５〜２５重量％の範囲の中で要求仕様に応じて適宜に設定するのが好ましい。
【００４４】
図３は上記の蛍光体８を用いた時のＬＥＤ１０の発光スペクトルを示したものである。青色光領域の４５０ｎｍ付近の所と緑色光領域の５２５ｎｍ付近の所の２箇所に波長ピークが現れている。それぞれ標準色に近い青色光及び緑色光が強い強度を持って出射する。
【００４５】
カラーフィルタを用いた半透過型液晶表示装置にあってはＲＧＢの発光スペクトルを有するバックライト光源を必要とする。半透過型液晶表示装置に用いられるカラーフィルタには赤色画素、緑色画素、青色画素の区画が設けられており、ＲＧＢの光が分光してそれぞれ対応する画素を透過する。また、光を分光して透過させる波長領域もそれ程広くない。
【００４６】
図３に示す発光スペクトルにおいては、青色の標準色を示す波長と緑色の標準色を示す波長の近傍でそれぞれピーク波長を持っており、ピーク波長を示す領域は急崚なるカーブで立ち上がってその光の強度も高い。
このような発光スペクトルを有するＬＥＤをカラーフィルタを用いた半透過型液晶表示装置のバックライト光源に用いると、前述したカラーフィルタの青色画素と緑色画素を透過する青色（Ｂ）光、緑色（Ｇ）光の透過光量を多くすることができ、明るさが増す。つまり、Ｇ，Ｂ光を得るバックライト光源として好適に利用できることになる。
【００４７】
これは、組成材料の異なる２種類の緑色発光の蛍光体８ａ、８ｂの発光スペクトルのそれぞれのピーク波長の差を０〜１０ｎｍの範囲内に収めることによって、緑色発光色の色ズレがなくなると共に発光強度が強くなり、緑色画素を透過する透過光量を多くすることができ、カラーフィルタへの利用が可能になるものである。
【００４８】
なお、以上説明した実施例１は、蛍光体に緑色発光色を示すバリウムシリケート系蛍光体とクロロシリケート系蛍光体の２種を選択したものであるが、これ以外の蛍光体としては、同じ緑色発光色を示すサイアロン系蛍光体、アルカリ土類金属スカンジウム塩系蛍光体なども好適な蛍光体として用いることができる。
【００４９】
緑色発光を示すサイアロン系蛍光体としてはβ−サイアロン蛍光体がある。このβ−サイアロン蛍光体は、一般的な化学式はＳｉ６−ｚＡｌｚＯｚＮ８−ｚ：Ｅｕ（式中０＜ｚ＜４．２）示される。このβ−サイアロン蛍光体は耐湿性や耐熱性、並びに、温度特性には優れた特性をもつ。
【００５０】
緑色発光を示すアルカリ土類金属スカンジウム塩系蛍光体には、一般的な化学式、ＣａＳｃ２Ｏ４：Ｃｅ、Ｃａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅで示される蛍光体が好ましく挙げられる。蛍光体Ｃａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅの発光ピーク波長は５１０ｎｍ付近にあり、蛍光体ＣａＳｃ２Ｏ４：Ｃｅの発光ピーク波長は５２０ｎｍ付近にある。
これらの蛍光体は耐湿性や耐熱性には優れた特性をもち、また、温度特性にも優れている。
【００５１】
バリウムシリケート系蛍光体、クロロシリケート系蛍光体、サイアロン系蛍光体、アルカリ土類金属スカンジウム塩系蛍光体の４種から適宜に少なくとも２種を選択し、耐湿性や耐熱性などの特性、温度特性、初期発光の明るさ特性などの品質特性を更に高めるのが好ましい。また、これらの蛍光体の３種を用いても何ら支障はない。
【００５２】
以上、実施例１においては緑色発光を示す蛍光体について説明した。緑色発光の蛍光体に代えて赤色発光の蛍光体を用いることもできる。
赤色発光の蛍光体を用いる場合は、材料組成の異なる２種類の蛍光体としては、例えば一般的な化学式ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕで表される窒化物系蛍光体と、化学式（Ｚｎ１−ｐＸｐ）２ＳｅＯ４：Ｅｕ（式中、０＜ｐ＜１、ＸはＣｄ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｌｉ，Ｂａ，Ｓｒより選択された少なくとも１つ以上の元素）で表される亜鉛セレニウム系蛍光体などを挙げることができる。
【００５３】
赤色発光の蛍光体を用いた場合、青色領域と赤色領域にピーク波長を持つ発光スペクトルが得られる。そして、カラーフィルタを用いた半透過型液晶表示装置にこのＬＥＤを用いた場合にはＲ，Ｂ光が得られ、バックライト光源としての利用が可能になる。
【実施例２】
【００５４】
［実施例２の説明：図４、図５］
次に、実施例２に係るＬＥＤについて図４、図５を用いて説明する。図４は実施例２に係るＬＥＤの構造を模式的に示した要部断面図で、図５は図４に示したＬＥＤの発光スペクトルを示した図である。なお、前述の実施形態での図１に示した構成部品と同じ仕様をなす構成部品は同一符号を付してある。
【００５５】
実施例２におけるＬＥＤの構成で前述の実施例１の構成と違うところは、蛍光体を３種類用いていることである。つまり、図４に示すように、緑色発光して組成材料が異なる２種類の蛍光体８ａ、８ｂ以外に、赤色発光する蛍光体１８が１種類、樹脂７の中に含有していることである。以降の説明においては、構成の仕様が異なるところを中心に説明し、同じ仕様をなす構成のところは必要限度の説明に留めることにする。
【００５６】
緑色発光して組成材料が異なる２種類の蛍光体８ａ、８ｂは前述の実施例１で説明した仕様の蛍光体と同じ仕様の蛍光体である。即ち、蛍光体８ａはカルシウム・マグネシウム・クロロシリケート蛍光体で、一般的な化学式はＣａ８Ｍｇ（ＳｉＯ４）４Ｃｌ２：Ｅｕで表される蛍光体である。このカルシウム・マグネシウム・クロロシリケート蛍光体は発光素子５からの励起光によってピーク波長が５２５ｎｍ、半値幅が５０〜８０ｎｍを示して、緑色の発光色を示す。
【００５７】
また、蛍光体８ｂはバリウム・ストロンチウム・シリケート蛍光体で、一般的な化学式は（Ｂａ１−ｐＳｒｐ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ（式中、０＜ｐ＜１）で表される蛍光体である。このバリウム・ストロンチウム・シリケート蛍光体は発光素子５からの励起光によってピーク波長が５３０ｎｍ、半値幅が６０〜１００ｎｍを示して、緑色の発光色を示す。
【００５８】
実施例２のＬＥＤ２０においては、上記の緑色発光を示して組成材料が異なる２種類の蛍光体８ａ、８ｂ以外に、赤色発光する蛍光体１８を含有する。この赤色発光する蛍光体１８はＩｎＧａＮの窒化ガリウム系化合物半導体素子なる発光素子５からの発光した光に励起されて赤色に発光する蛍光体で、一般的な化学式ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕで表される蛍光体を用いている。
【００５９】
緑色発光をなして組成材料の異なる２種類の蛍光体８ａ、８ｂと赤色発光する蛍光体１８を含有するＬＥＤ２０からは、図５に示されるように、青色光領域での４５０ｎｍ付近と、緑色光領域での５２５ｎｍの付近と、赤色光領域での６３５ｎｍ付近にそれぞれピーク波長を持った発光スペクトルが得られる。そして、ＬＥＤ２０からはＲＧＢ光混色による白色発光のＬＥＤが得られる。
【００６０】
この白色発光のＬＥＤ２０は、ＲＧＢ光の混色によって得られた白色であることから、演色性が高く、色の再現性が良い。
【００６１】
また、この白色発光のＬＥＤ２０からはＲＧＢの光が強い強度を持って出射されることから、この白色発光のＬＥＤでカラーフィルタを用いる半透過型液晶表示装置のバックライトのＲＧＢ光源として好適に利用することができる。
【００６２】
なお、実施例２においては、赤色発光の蛍光体として化学式ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕで表される窒化物系蛍光体を用いたが、赤色発光の蛍光体はこれに限るものでは、例えば亜鉛セレニウム系蛍光体（ＺｎＳｅ）などの他の組成材料の赤色発光の蛍光体を用いても良いものである。
【００６３】
また、実施例２においては、赤色発光する蛍光体を１種類用いたが、例えば前述の実施例１で説明したように、組成材料の異なる２種類の赤色発光する蛍光体で構成しても良い。発光効率や品質安定性などに優れた品質特性が得られる。
【実施例３】
【００６４】
［実施例３の説明：図６］
次に、実施例３に係るＬＥＤについて図６を用いて説明する。図６は実施例３に係るＬＥＤの構造を模式的に示した要部断面図である。なお、前述の実施形態において図１でもって説明した構成部品と同じ仕様の構成部品は同一符号を付してある。
【００６５】
実施例３のＬＥＤ３０は、図６に示すように、樹脂７に分散した蛍光体の層を２層、積層した構成をなしている。１層目（下層）は樹脂７に蛍光体８ｂを分散した蛍光体層９ｂであり、２層目（上層）は樹脂７に蛍光体８ａを分散した蛍光体層９ａである。蛍光体８ａが分散した蛍光体層９ａが上層に配置され、蛍光体８ｂが分散した蛍光体層９ｂが下層に配置されている。
【００６６】
ここでの蛍光体８ａ、８ｂは前述の実施例１で用いた仕様と同じもので、蛍光体８ａは化学式Ｃａ８Ｍｇ（ＳｉＯ４）４Ｃｌ２：Ｅｕで表されるカルシウム・マグネシウム・クロロシリケート蛍光体である。発光素子５からの励起光によってピーク波長５２５ｎｍ、半値幅５０〜８０ｎｍを示して、緑色の発光色を示す。
また、蛍光体８ｂは化学式（Ｂａ１−ｐＳｒｐ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ（式中、０＜ｐ＜１）で表されるバリウム・ストロンチウム・シリケート蛍光体である。発光素子５からの励起光によって発光し、ピーク波長５３０ｎｍ、半値幅６０〜１００ｎｍを示して、緑色の発光色を示す。
【００６７】
前述の実施例１で説明したように、蛍光体８ａのカルシウム・マグネシウム・クロロシリケート蛍光体は、耐湿性や耐熱性に優れていて、また、温度特性も優れている。反面、発光初期の明るさは劣る。
【００６８】
一方、蛍光体８ｂのバリウム・ストロンチウム・シリケート蛍光体は耐湿性や耐熱性に劣るが、反面、発光初期の明るさは優れている。
【００６９】
蛍光体８ａ、８ｂの有する品質特性を利用して、耐湿性に弱い蛍光体８ｂの蛍光体層９ｂを下層に配置し、耐湿性に優れた蛍光体８ａの蛍光体層９ａを上層に配置して蛍光体８ｂを保護している。
【００７０】
つまり、耐湿面を考えると、樹脂への水分の浸透は樹脂表面の露出面側から徐々に内部に浸透していく。従って、耐湿性に劣る蛍光体を露出面から離れて少しでも遠くの位置に配置することで蛍光体の劣化を遅らせることができる。そこで、耐湿性に劣る蛍光体８ｂを含有する蛍光体層９ｂを露出表面から離れた位置にある下層に配置し、耐湿性に優れた蛍光体８ａを含有する蛍光体層９ａを露出表面側の上層に配置している。このような配置構造をとることにより、耐湿性に劣る蛍光体でもその劣化を遅らせることができ、より長く良好な品質状態を維持することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１ 基板
２ 電極
２ａ アノード用電極
２ｂ カソード用電極
３ バンプ
５ 発光素子
６ リフレクタ
６ａ 内周面
７ 樹脂
８、８ａ、８ｂ、１８ 蛍光体
９ａ、９ｂ 蛍光体層
１０、２０、３０ ＬＥＤ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードに関し、特に発光効率などに優れて信頼性の高い白色発光の発光ダイオード、並びに、カラーフィルタを用いた液晶表示装置のバックライト光源に適した発光ダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、白色発光をなす発光ダイオード（以降、ＬＥＤという）には、青色光を発光する発光素子の発光波長に励起されて波長変換を起こし、長波長の光を発光する蛍光体を用いた構成が知られている。このように蛍光体を用いた白色ＬＥＤとしては、黄色光を発光するＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体を用いた白色ＬＥＤが知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
また、ＹＡＧ系蛍光体以外の蛍光体を用いたものとしては、ＣａＳｉＡｌＮ３なる黄色光を発光する窒化物系蛍光体を用いた白色ＬＥＤが知られている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３７００５０２号公報
【特許文献２】特開２００８−１６３０７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＬＥＤの発光効率や信頼性などの品質特性は蛍光体の組成材料によって大きく影響を受ける。蛍光体はその組成材料によって品質特性が異なり、例えば、蛍光体の耐湿性や耐熱性をとって考えると、耐湿性や耐熱性に劣る蛍光体は長い期間の中で蛍光体が劣化して発光効率が低下し、品質の安定性がなくなって信頼性を低下させる。また、温度特性を考えると、温度特性の優れた蛍光体は温度が高くなってもその明るさはさほど低下しないが、温度特性の劣る蛍光体は温度が高くなるに従って発光の明るさが低下すると言う問題が起きる。
【０００６】
このような品質特性を考えると、引用文献１に記載されたＹＡＧ系蛍光体は温度特性にやや難があり、温度が高くなるに従って発光の明るさが低下するという問題を有する。
【０００７】
また、特許文献２に記載されたＣａＳｉＡｌＮ３なる蛍光体は、温度特性には優れているが、反面において、耐湿性などにはやや劣るという問題を有する。
【０００８】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、安定した品質が得られるＬＥＤを得ると共に、表示装置のバックライト光源として利用できるＬＥＤを得ることを目的にするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するための手段として、本発明の発光ダイオードの特徴は、発光素子と発光素子の発光した光で励起されて発光する蛍光体を有する発光ダイオード（本発明においても、以降ＬＥＤと呼ぶ）において、蛍光体は同一発光色を示して組成材料の異なる少なくとも２種の蛍光体を有しており、この少なくとも２種の蛍光体の発光スペクトルのそれぞれのピーク波長の差が０〜１０ｎｍの範囲内にあることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明のＬＥＤの特徴は、発光素子が窒化ガリウム系化合物半導体素子であることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明のＬＥＤの特徴は、蛍光体が緑色発光を示すバリウムシリケート系蛍光体，クロロシリケート系蛍光体，サイアロン系蛍光体，アルカリ土類金属スカンジウム塩系蛍光体の少なくとも２種からなることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明のＬＥＤの特徴は、同一発光色を示す蛍光体以外に他の発光色を示す蛍光体が少なくとも１種有することを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明のＬＥＤの特徴は、他の発光色を示す蛍光体が赤色発光する赤色蛍光体であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
蛍光体はその組成材料によって品質特性が決まり、その品質特性にはそれぞれ一長一短がある。そのため、１種の蛍光体で全て満足する品質特性を得ることは難しい。
そこで、同一発光色を示して、組成材料の異なる蛍光体を少なくとも２種を用いることで、品質特性を高めることができる。例えば、耐湿性に係る品質特性について考えると、同一発光色をなして、耐湿性に劣る組成材料の蛍光体と耐湿性に優れた組成材料の蛍光体とを組み合わせることによって、耐湿性の劣る組成材料を耐湿性に優れた組成材料がカバーして耐湿性能が向上する。
【００１５】
また、温度特性（温度消光特性とも言われている）について考えると、同一発光色をなして、温度特性に優れた蛍光体と温度特性に劣る蛍光体を組み合わせることによって、同じ発光色での温度特性の向上が得られる。
蛍光体の品質特性には、耐湿性や耐熱性、温度特性、初期発光の明るさ、などが代表的な品質特性として挙げられるが、その材料が持っている品質特性の長所や短所を少なくとも２種の材料を巧く組み合わせることで、これらの品質特性を向上させる効果を得る。
【００１６】
更に、同じ発光色をなして、少なくとも２種の蛍光体のそれぞれの発光スペクトルのピーク波長の差を０〜１０ｎｍの範囲内に抑えることで、色ズレの少ない発光色を得ることができる。例えば、緑色発光の蛍光体を用いれば色ズレの少ない緑色発光の光量が多く得られ、また、赤色発光の蛍光体を用いれば色ズレの少ない赤色発光の光量が多く得られる。これは、特にカラーフィルタを用いた半透過型液晶表示装置のＲ（赤色）Ｇ（緑色）Ｂ（青色）のバックライト光源として用いると、光の分光透過率を高める効果を得る。そして、演色性を高めて色の再現性を保証し、十分な色の明るさを得ることができる。
【００１７】
また、発光素子に窒化ガリウム系化合物半導体素子を用いる。ＧａＮ，ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮ，ＡｌＧａＩｎＮなどの窒化ガリウム系化合物半導体素子は紫外光〜青色光の領域、あるいは青色光の領域の光を発光する。蛍光体の励起光として利用できる共に青色発光の光として利用することができる。
【００１８】
また、蛍光体は緑色発光を示すバリウムシリケート系蛍光体，クロロシリケート系蛍光体，サイアロン系蛍光体，アルカリ土類金属スカンジウム塩系蛍光体の少なくとも２種からなるのが好ましい。
緑色発光を示すバリウムシリケート系蛍光体にはバリウム・ストロンチウム・シリケート蛍光体（一般的な化学式は、（Ｂａ１−ｐＳｒｐ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ（式中、０＜ｐ＜１）で示される）がある。このバリウム・ストロンチウム・シリケート蛍光体は耐湿性や耐熱性には劣るが初期発光の明るさに優れた明るさを示す。
緑色発光を示すクロロシリケート系蛍光体にはカルシウム・マグネシウム・クロロシリケート蛍光体（一般的な化学式は、Ｃａ８Ｍｇ（ＳｉＯ４）４Ｃｌ２：Ｅｕで示される）がある。このカルシウム・マグネシウム・クロロシリケート蛍光体は耐湿性や耐熱性、並びに、温度特性には優れた特性をもつが、初期発光の明るさの面では劣る。
サイアロン系蛍光体には緑色発光を示す蛍光体としてβ−サイアロン蛍光体（一般的な化学式は、Ｓｉ６−ｚＡｌｚＯｚＮ８−ｚ：Ｅｕ（式中０＜ｚ＜４．２）示される）がある。このβ−サイアロン蛍光体は耐湿性や耐熱性、並びに、温度特性には優れた特性をもつが、初期発光の明るさの面ではバリウムシリケート系蛍光体よりやや劣る。
緑色発光を示すアルカリ土類金属スカンジウム塩系蛍光体には、一般的な化学式、ＣａＳｃ２Ｏ４：Ｃｅ、Ｃａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅで示される蛍光体が好ましいものとして挙げられる。これらの蛍光体は耐湿性や耐熱性には優れた特性をもち、また、温度特性にも優れている。
【００１９】
このような特性を持つ蛍光体を少なくとも２種組み合わせることにより全体的に品質特性の向上を図ることができる。例えば、バリウムシリケート系蛍光体とクロロシリケート系蛍光体とを組み合わせると耐湿性や耐熱性、温度特性、初期発光の明るさなどに優れた品質特性が現れる。
【００２０】
また、同一発光色を示す蛍光体以外に他の発光色を示す蛍光体を含有させることによって、長波長の発光色も得ることができる。そして、ＬＥＤの発光色を変化させることができると共に色度の範囲を広げることができる。
例えば、緑色発光するバリウムシリケート系蛍光体及びクロロシリケート系蛍光体の中に赤色発光する赤色蛍光体を混ぜ合わせると、窒化ガリウム系化合物半導体素子の青色光とバリウムシリケート系蛍光体及びクロロシリケート系蛍光体の緑色光と赤色蛍光体の赤色光とが混ざり合って白色発光のＬＥＤを得ることができる。また、この場合にはＲＧＢの光が混ざり合っていることから演色性が高く、色再現性の良いＬＥＤが得られる。
そして、このようにして得られた白色ＬＥＤはカラーフィルタを用いた半透過型液晶表示装置にもＲＧＢの光源として利用することができる。
【００２１】
以上述べた発光体の効果によって、ＬＥＤの発光効率や品質の安定性、信頼性が向上し、ＬＥＤの寿命を延ばすことができる。また、演色性も向上して色の再現性も良くなる。
【００２２】
また、カラーフィルタを用いる半透過型液晶表示装置のバックライト光源として利用でき、色の再現性を保証し、十分な色の明るさを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施形態に係るＬＥＤの構造を模式的に示した要部断面図である。
【図２】実施例１に係る蛍光体の発光スペクトルを示す図である。
【図３】図２に示された発光スペクトルの蛍光体を用いた時のＬＥＤから発光される光の発光スペクトルを示す図である。
【図４】実施例２に係るＬＥＤの構造を模式的に示した要部断面図である。
【図５】図４に示したＬＥＤの発光スペクトルを示した図である。
【図６】実施例３に係るＬＥＤの構造を模式的に示した要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態に係るＬＥＤについて図１を用いながら説明する。図１は本実施形態に係るＬＥＤの構造を模式的に示した要部断面図である。
【００２５】
［実施形態に係るＬＥＤの構造説明：図１］
図１において、１はガラスエポキシ樹脂やＢＴレジンなどの樹脂で形成した基板である。２は基板１の表面上に形成した電極である。電極２はアノード用電極２ａとカソード用電極２ｂとに分かれている。アノード用電極２ａ及びカソード用電極２ｂは導電性の良いＡｕ，Ａｇ，Ｃｕなどの金属膜でもって構成される。３は金などからなるバンプで、５は発光素子である。このバンプ３は発光素子５のｐ電極（アノード電極）とアノード用電極２ａとを接続し、発光素子５のｎ電極（カソード電極）とカソード用電極２ｂとを接続している。図１に示した構造はダイボンディング構造を取っており、発光素子５の裏面側でもって基板１上のアノード用電極２ａ及びカソード用電極２ｂに発光素子５を実装した構造をなしている。なお、発光素子５はＧａＮ，ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮ，ＡｌＧａＩｎＮなどの窒化ガリウム系化合物半導体素子が好適に用いられる。
【００２６】
６はリフレクタである。ポリカーボネイト樹脂やＢＴレジンなどの樹脂から形成されて中心部に中空部を有し、中空部の内周面６ａは傾斜面をなして、反射手段を設けた反射面をなしている。そして、中空部のほぼ中央部に発光素子５を配置している。７はエポキシ樹脂やシリコーン樹脂などの樹脂で、８は発光素子５である窒化ガリウム系化合物半導体素子の発光する光で励起されて発光する蛍光体である。樹脂７の中に蛍光体８が分散している。本実施形態においては、蛍光体８は組成材料の異なる２種類の蛍光体で構成しており、蛍光体８ａと蛍光体８ｂとで蛍光体８を構成している。この２種類の蛍光体８ａと蛍光体８ｂはそれぞれ異なった組成材料からなるものであるが、それぞれの発光スペクトルのピーク波長の差は０〜１０ｎｍの範囲内にあって同一発光色を示すものである。
【００２７】
それぞれ組成材料が異なる２種類の蛍光体８は、例えば、耐湿性に劣る組成材料の蛍光体である場合は耐湿性に優れた組成材料の蛍光体との組合せで蛍光体８を構成する。
耐湿性が劣ると長い期間の中で蛍光体物質が劣化して発光効率が低下し、品質の安定性は低下する。一方、耐湿性の優れた組成材料であると長期間にわたって発光効率は維持され、安定した品質が得られる。
このような構成をとると、耐湿性に優れた組成材料が耐湿性に劣る組成材料の品質をカバーして耐湿特性が向上する。このため、ＬＥＤの品質特性は、耐湿性に優れた組成材料の作用が大きく働いて品質特性の低下は抑えられて安定した品質特性が得られる。しかも、蛍光体８からの発光色は、２種類の蛍光体８ａ、８ｂの発光スペクトルのそれぞれのピーク波長の差が０〜１０ｎｍの範囲内にあるので、色ズレの殆どない同一の発光色が得られる。
【００２８】
上記は耐湿性の品質特性について述べたものであるが、耐熱性などの品質特性に関しても同様である。耐湿性や耐熱性、温度特性、発光初期の明るさ、などの品質特性も考慮して、できるだけこれらの品質特性が向上するように蛍光体の組成材料を選択するのが好ましい。また、組成材料の異なる蛍光体を２種類に限るものではなく、３種類以上の蛍光体の組合せを行っても構わない。
【００２９】
ここで、蛍光体の品質特性について説明する。耐湿性とは蛍光体が水や湿気に耐え得る特性を表しており、長期間使用の中で水や湿気によって蛍光体が劣化するか否かの劣化度合いを言う。耐熱性とは一定の温度での使用に耐え得る特性を表し、長期間の使用温度の中で蛍光体が劣化するか否かの劣化度合いを言う。温度特性とは温度消光特性とも言い、温度が上昇するに従って発光の光度が低下して行くか否かの低下度合いを言う。初期発光の明るさとは発光初期の明るさ加減の度合いを表している。
【００３０】
蛍光体は蛍光染料や蛍光顔料からなり、一般に、短波長の光によって励起し、励起波長より長波長光を発光する。発光素子５である窒化ガリウム系化合物半導体素子は近紫外光領域から青色光領域の光、あるいは青色光領域の光などの短波長の光を出射するので、蛍光体の励起光として好適に利用することができる。
【００３１】
１０はＬＥＤである。上記で述べた構成部品が主要構成部品となってＬＥＤ１０を構成している。
なお、図１に示したＬＥＤ１０の構造は一例を示したもので、必ずしもこの構造に限るものではない。
【００３２】
［効果の説明］
同一発光色をなして組成材料が異なり、それぞれ品質特性が異なる蛍光体を少なくとも２種類用いることにより、上述したように、発光効率の面や品質安定性の面などの品質特性を低下させることなく良い状態で維持することができる。
また、少なくとも２種類の蛍光体の発光スペクトルのそれぞれのピーク波長の差が０〜１０ｎｍの範囲内に納まるようにしている。これは、差が１０ｎｍより大きいと２種類の蛍光体からの発光色の間に色ズレが確認されるようになり、発光色の同一性が得られなくなるからである。ピーク波長の差を０〜１０ｎｍの範囲内に納めることで発光色の色ズレを防止している。また、これによって発光色の発光強度も強く現れる。
【００３３】
更には、次のような効果も得ることができる。通常、励起光となる発光素子の発光波長が変動すると、それに伴って蛍光体からの発光の強度も変動する。そして、結果として発光素子からの光と蛍光体からの発光の混色バランスが崩れ、ＬＥＤの発光色度にバラツキが発生する。組成材料の異なる蛍光体を少なくとも２種を含有させることで、その励起スペクトルも異なってくるので、発光素子からの発光波長が多少シフトしてもいずれかの蛍光体が励起される。そのため、蛍光体からの発光の強度は著しく低下しない。これにより、発光色度のバラツキ幅の小さいＬＥＤを実現することができる。
【実施例１】
【００３４】
［実施例１の説明：図２、図３］
次に、実施例１における蛍光体について図２、図３を用いて説明する。図２は実施例１に係る蛍光体の発光スペクトルを示す図であり、図３は図２に示された発光スペクトルの蛍光体を用いた時のＬＥＤから出射される光の発光スペクトルを示す図である。発光素子５はＩｎＧａＮの窒化ガリウム系化合物半導体素子を用いている。
【００３５】
図２において、ｐａは蛍光体８ａのピーク波長、ｐｂは蛍光体８ｂのピーク波長を表している。
【００３６】
実施例１では、組成材料が異なる２種類の蛍光体は、即ち、蛍光体８ａはクロロシリケート系蛍光体を用いており、蛍光体８ｂはバリウムシリケート系蛍光体を用いている。つまり、蛍光体８はクロロシリケート系蛍光体なる蛍光体８ａとバリウムシリケート系蛍光体なる蛍光体８ｂとを混ぜ合わせて蛍光体８を構成している。
いずれの蛍光体８ａ、８ｂもＩｎＧａＮの窒化ガリウム系化合物半導体素子なる発光素子５からの発光した光に励起されて緑色の発光色を示す。
【００３７】
蛍光体８ａのクロロシリケート系蛍光体はカルシウム・マグネシウム・クロロシリケート蛍光体を用いている。一般的な化学式はＣａ８Ｍｇ（ＳｉＯ４）４Ｃｌ２：Ｅｕで表される。このカルシウム・マグネシウム・クロロシリケート蛍光体は発光素子５からの励起光によって図２に示す発光スペクトルを持った発光が得られる。図２に示されるように、ピーク波長ｐａはほぼ５２５ｎｍ、半値幅は５０〜８０ｎｍを示して、緑色の発光色を示す。
【００３８】
このカルシウム・マグネシウム・クロロシリケート蛍光体の品質特性は、耐湿性や耐熱性に優れており、また、温度特性にも優れている。しかし反面、初期発光の明るさは低い。
【００３９】
蛍光体８ｂのバリウムシリケート系蛍光体はバリウム・ストロンチウム・シリケート蛍光体を用いている。一般的な化学式は（Ｂａ１−ｐＳｒｐ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ（式中、０＜ｐ＜１）で表される。このバリウム・ストロンチウム・シリケート蛍光体は発光素子５からの励起光によって図２に示す発光スペクトルを持った発光が得られる。図２に示されるように、ピーク波長ｐａはほぼ５３０ｎｍ、半値幅は６０〜１００ｎｍを示して、緑色の発光色を示す。
【００４０】
このバリウム・ストロンチウム・シリケート蛍光体の品質特性は、耐湿性や耐熱性に劣り、反面、初期発光の明るさは明るく優れている。また、温度特性はクロロシリケート系蛍光体より若干劣る。
【００４１】
このように、組成材料が異なり、品質特性の異なるバリウム・ストロンチウム・シリケート蛍光体とカルシウム・マグネシウム・クロロシリケート蛍光体を混ぜ合わせることにより、耐湿性や耐熱性についてはバリウム・ストロンチウム・シリケート蛍光体の劣る所をカルシウム・マグネシウム・クロロシリケート蛍光体がカバーして耐湿性や耐熱性を向上させ、初期発光の明るさについてはカルシウム・マグネシウム・クロロシリケート蛍光体の劣る所をバリウム・ストロンチウム・シリケート蛍光体がカバーして初期発光の明るさを高めている。また、温度特性についても温度特性に優れたカルシウム・マグネシウム・クロロシリケート蛍光体によってその特性の向上が図れる。
これによって、ＬＥＤの品質特性は良い状態での品質特性が得られるようになる。
【００４２】
また、バリウム・ストロンチウム・シリケート蛍光体のピーク波長５３０ｎｍとカルシウム・マグネシウム・クロロシリケート蛍光体のピーク波長５２５ｎｍとの差は５ｎｍと、１０ｎｍより小さいために、双方の発光色の色ズレも殆ど現れない。双方のピーク波長の差を０〜１０ｎｍの範囲内に抑えることで、双方の発光色の色ズレを抑えている。
また、バリウム・ストロンチウム・シリケート蛍光体のピーク波長５３０ｎｍ、及びカルシウム・マグネシウム・クロロシリケート蛍光体のピーク波長５２５ｎｍは緑色の標準色（ここで、標準色とは色の三原色Ｒ（赤色）Ｇ（緑色）Ｂ（青色）の原色のことを言い、緑の標準色とはＧ（緑色）なる原色をいう）の波長に非常に近い値であるので、発光スペクトルのピーク波長をなす領域部分はほぼ緑色の標準色を呈する。
【００４３】
バリウム・ストロンチウム・シリケート蛍光体とカルシウム・マグネシウム・クロロシリケート蛍光体の混合割合は重量比で１：１の割合が良い。また、この２種類の蛍光体８の樹脂７に対する配合量は５〜２５重量％が好ましい。５重量％より少ないと発光する光の強度が低くなり所要の強度が得られない。また、２５重量％より多いと発光効率が低下し、光の強度も低下する。配合量は５〜２５重量％の範囲の中で要求仕様に応じて適宜に設定するのが好ましい。
【００４４】
図３は上記の蛍光体８を用いた時のＬＥＤ１０の発光スペクトルを示したものである。青色光領域の４５０ｎｍ付近の所と緑色光領域の５２５ｎｍ付近の所の２箇所に波長ピークが現れている。それぞれ標準色に近い青色光及び緑色光が強い強度を持って出射する。
【００４５】
カラーフィルタを用いた半透過型液晶表示装置にあってはＲＧＢの発光スペクトルを有するバックライト光源を必要とする。半透過型液晶表示装置に用いられるカラーフィルタには赤色画素、緑色画素、青色画素の区画が設けられており、ＲＧＢの光が分光してそれぞれ対応する画素を透過する。また、光を分光して透過させる波長領域もそれ程広くない。
【００４６】
図３に示す発光スペクトルにおいては、青色の標準色を示す波長と緑色の標準色を示す波長の近傍でそれぞれピーク波長を持っており、ピーク波長を示す領域は急崚なるカーブで立ち上がってその光の強度も高い。
このような発光スペクトルを有するＬＥＤをカラーフィルタを用いた半透過型液晶表示装置のバックライト光源に用いると、前述したカラーフィルタの青色画素と緑色画素を透過する青色（Ｂ）光、緑色（Ｇ）光の透過光量を多くすることができ、明るさが増す。つまり、Ｇ，Ｂ光を得るバックライト光源として好適に利用できることになる。
【００４７】
これは、組成材料の異なる２種類の緑色発光の蛍光体８ａ、８ｂの発光スペクトルのそれぞれのピーク波長の差を０〜１０ｎｍの範囲内に収めることによって、緑色発光色の色ズレがなくなると共に発光強度が強くなり、緑色画素を透過する透過光量を多くすることができ、カラーフィルタへの利用が可能になるものである。
【００４８】
なお、以上説明した実施例１は、蛍光体に緑色発光色を示すバリウムシリケート系蛍光体とクロロシリケート系蛍光体の２種を選択したものであるが、これ以外の蛍光体としては、同じ緑色発光色を示すサイアロン系蛍光体、アルカリ土類金属スカンジウム塩系蛍光体なども好適な蛍光体として用いることができる。
【００４９】
緑色発光を示すサイアロン系蛍光体としてはβ−サイアロン蛍光体がある。このβ−サイアロン蛍光体は、一般的な化学式はＳｉ６−ｚＡｌｚＯｚＮ８−ｚ：Ｅｕ（式中０＜ｚ＜４．２）示される。このβ−サイアロン蛍光体は耐湿性や耐熱性、並びに、温度特性には優れた特性をもつ。
【００５０】
緑色発光を示すアルカリ土類金属スカンジウム塩系蛍光体には、一般的な化学式、ＣａＳｃ２Ｏ４：Ｃｅ、Ｃａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅで示される蛍光体が好ましく挙げられる。蛍光体Ｃａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅの発光ピーク波長は５１０ｎｍ付近にあり、蛍光体ＣａＳｃ２Ｏ４：Ｃｅの発光ピーク波長は５２０ｎｍ付近にある。
これらの蛍光体は耐湿性や耐熱性には優れた特性をもち、また、温度特性にも優れている。
【００５１】
バリウムシリケート系蛍光体、クロロシリケート系蛍光体、サイアロン系蛍光体、アルカリ土類金属スカンジウム塩系蛍光体の４種から適宜に少なくとも２種を選択し、耐湿性や耐熱性などの特性、温度特性、初期発光の明るさ特性などの品質特性を更に高めるのが好ましい。また、これらの蛍光体の３種を用いても何ら支障はない。
【００５２】
以上、実施例１においては緑色発光を示す蛍光体について説明した。緑色発光の蛍光体に代えて赤色発光の蛍光体を用いることもできる。
赤色発光の蛍光体を用いる場合は、材料組成の異なる２種類の蛍光体としては、例えば一般的な化学式ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕで表される窒化物系蛍光体と、化学式（Ｚｎ１−ｐＸｐ）２ＳｅＯ４：Ｅｕ（式中、０＜ｐ＜１、ＸはＣｄ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｌｉ，Ｂａ，Ｓｒより選択された少なくとも１つ以上の元素）で表される亜鉛セレニウム系蛍光体などを挙げることができる。
【００５３】
赤色発光の蛍光体を用いた場合、青色領域と赤色領域にピーク波長を持つ発光スペクトルが得られる。そして、カラーフィルタを用いた半透過型液晶表示装置にこのＬＥＤを用いた場合にはＲ，Ｂ光が得られ、バックライト光源としての利用が可能になる。
【実施例２】
【００５４】
［実施例２の説明：図４、図５］
次に、実施例２に係るＬＥＤについて図４、図５を用いて説明する。図４は実施例２に係るＬＥＤの構造を模式的に示した要部断面図で、図５は図４に示したＬＥＤの発光スペクトルを示した図である。なお、前述の実施形態での図１に示した構成部品と同じ仕様をなす構成部品は同一符号を付してある。
【００５５】
実施例２におけるＬＥＤの構成で前述の実施例１の構成と違うところは、蛍光体を３種類用いていることである。つまり、図４に示すように、緑色発光して組成材料が異なる２種類の蛍光体８ａ、８ｂ以外に、赤色発光する蛍光体１８が１種類、樹脂７の中に含有していることである。以降の説明においては、構成の仕様が異なるところを中心に説明し、同じ仕様をなす構成のところは必要限度の説明に留めることにする。
【００５６】
緑色発光して組成材料が異なる２種類の蛍光体８ａ、８ｂは前述の実施例１で説明した仕様の蛍光体と同じ仕様の蛍光体である。即ち、蛍光体８ａはカルシウム・マグネシウム・クロロシリケート蛍光体で、一般的な化学式はＣａ８Ｍｇ（ＳｉＯ４）４Ｃｌ２：Ｅｕで表される蛍光体である。このカルシウム・マグネシウム・クロロシリケート蛍光体は発光素子５からの励起光によってピーク波長が５２５ｎｍ、半値幅が５０〜８０ｎｍを示して、緑色の発光色を示す。
【００５７】
また、蛍光体８ｂはバリウム・ストロンチウム・シリケート蛍光体で、一般的な化学式は（Ｂａ１−ｐＳｒｐ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ（式中、０＜ｐ＜１）で表される蛍光体である。このバリウム・ストロンチウム・シリケート蛍光体は発光素子５からの励起光によってピーク波長が５３０ｎｍ、半値幅が６０〜１００ｎｍを示して、緑色の発光色を示す。
【００５８】
実施例２のＬＥＤ２０においては、上記の緑色発光を示して組成材料が異なる２種類の蛍光体８ａ、８ｂ以外に、赤色発光する蛍光体１８を含有する。この赤色発光する蛍光体１８はＩｎＧａＮの窒化ガリウム系化合物半導体素子なる発光素子５からの発光した光に励起されて赤色に発光する蛍光体で、一般的な化学式ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕで表される蛍光体を用いている。
【００５９】
緑色発光をなして組成材料の異なる２種類の蛍光体８ａ、８ｂと赤色発光する蛍光体１８を含有するＬＥＤ２０からは、図５に示されるように、青色光領域での４５０ｎｍ付近と、緑色光領域での５２５ｎｍの付近と、赤色光領域での６３５ｎｍ付近にそれぞれピーク波長を持った発光スペクトルが得られる。そして、ＬＥＤ２０からはＲＧＢ光混色による白色発光のＬＥＤが得られる。
【００６０】
この白色発光のＬＥＤ２０は、ＲＧＢ光の混色によって得られた白色であることから、演色性が高く、色の再現性が良い。
【００６１】
また、この白色発光のＬＥＤ２０からはＲＧＢの光が強い強度を持って出射されることから、この白色発光のＬＥＤでカラーフィルタを用いる半透過型液晶表示装置のバックライトのＲＧＢ光源として好適に利用することができる。
【００６２】
なお、実施例２においては、赤色発光の蛍光体として化学式ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕで表される窒化物系蛍光体を用いたが、赤色発光の蛍光体はこれに限るものでは、例えば亜鉛セレニウム系蛍光体（ＺｎＳｅ）などの他の組成材料の赤色発光の蛍光体を用いても良いものである。
【００６３】
また、実施例２においては、赤色発光する蛍光体を１種類用いたが、例えば前述の実施例１で説明したように、組成材料の異なる２種類の赤色発光する蛍光体で構成しても良い。発光効率や品質安定性などに優れた品質特性が得られる。
【実施例３】
【００６４】
［実施例３の説明：図６］
次に、実施例３に係るＬＥＤについて図６を用いて説明する。図６は実施例３に係るＬＥＤの構造を模式的に示した要部断面図である。なお、前述の実施形態において図１でもって説明した構成部品と同じ仕様の構成部品は同一符号を付してある。
【００６５】
実施例３のＬＥＤ３０は、図６に示すように、樹脂７に分散した蛍光体の層を２層、積層した構成をなしている。１層目（下層）は樹脂７に蛍光体８ｂを分散した蛍光体層９ｂであり、２層目（上層）は樹脂７に蛍光体８ａを分散した蛍光体層９ａである。蛍光体８ａが分散した蛍光体層９ａが上層に配置され、蛍光体８ｂが分散した蛍光体層９ｂが下層に配置されている。
【００６６】
ここでの蛍光体８ａ、８ｂは前述の実施例１で用いた仕様と同じもので、蛍光体８ａは化学式Ｃａ８Ｍｇ（ＳｉＯ４）４Ｃｌ２：Ｅｕで表されるカルシウム・マグネシウム・クロロシリケート蛍光体である。発光素子５からの励起光によってピーク波長５２５ｎｍ、半値幅５０〜８０ｎｍを示して、緑色の発光色を示す。
また、蛍光体８ｂは化学式（Ｂａ１−ｐＳｒｐ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ（式中、０＜ｐ＜１）で表されるバリウム・ストロンチウム・シリケート蛍光体である。発光素子５からの励起光によって発光し、ピーク波長５３０ｎｍ、半値幅６０〜１００ｎｍを示して、緑色の発光色を示す。
【００６７】
前述の実施例１で説明したように、蛍光体８ａのカルシウム・マグネシウム・クロロシリケート蛍光体は、耐湿性や耐熱性に優れていて、また、温度特性も優れている。反面、発光初期の明るさは劣る。
【００６８】
一方、蛍光体８ｂのバリウム・ストロンチウム・シリケート蛍光体は耐湿性や耐熱性に劣るが、反面、発光初期の明るさは優れている。
【００６９】
蛍光体８ａ、８ｂの有する品質特性を利用して、耐湿性に弱い蛍光体８ｂの蛍光体層９ｂを下層に配置し、耐湿性に優れた蛍光体８ａの蛍光体層９ａを上層に配置して蛍光体８ｂを保護している。
【００７０】
つまり、耐湿面を考えると、樹脂への水分の浸透は樹脂表面の露出面側から徐々に内部に浸透していく。従って、耐湿性に劣る蛍光体を露出面から離れて少しでも遠くの位置に配置することで蛍光体の劣化を遅らせることができる。そこで、耐湿性に劣る蛍光体８ｂを含有する蛍光体層９ｂを露出表面から離れた位置にある下層に配置し、耐湿性に優れた蛍光体８ａを含有する蛍光体層９ａを露出表面側の上層に配置している。このような配置構造をとることにより、耐湿性に劣る蛍光体でもその劣化を遅らせることができ、より長く良好な品質状態を維持することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１ 基板
２ 電極
２ａ アノード用電極
２ｂ カソード用電極
３ バンプ
５ 発光素子
６ リフレクタ
６ａ 内周面
７ 樹脂
８、８ａ、８ｂ、１８ 蛍光体
９ａ、９ｂ 蛍光体層
１０、２０、３０ ＬＥＤ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と発光素子の発光した光で励起されて発光する蛍光体を有する発光ダイオードにおいて、
前記蛍光体は同一発光色を示して組成材料の異なる少なくとも２種の蛍光体を有しており、該少なくとも２種の蛍光体の発光スペクトルのそれぞれのピーク波長の差は０〜１０ｎｍの範囲内にあることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項２】
前記発光素子は窒化ガリウム系化合物半導体素子であることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項３】
前記蛍光体は緑色発光を示すバリウムシリケート系蛍光体，クロロシリケート系蛍光体，サイアロン系蛍光体，アルカリ土類金属スカンジウム塩系蛍光体の少なくとも２種からなることを特徴とする請求項１または２に記載の発光ダイオード。
【請求項４】
前記同一発光色を示す蛍光体以外に他の発光色を示す蛍光体が少なくとも１種有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の発光ダイオード。
【請求項５】
前記他の発光色を示す蛍光体は赤色発光する赤色蛍光体であることを特徴とする請求項４に記載の発光ダイオード。
【請求項１】
発光素子と発光素子の発光した光で励起されて発光する蛍光体を有する発光ダイオードにおいて、
前記蛍光体は同一発光色を示して組成材料の異なる少なくとも２種の蛍光体を有しており、該少なくとも２種の蛍光体の発光スペクトルのそれぞれのピーク波長の差は０〜１０ｎｍの範囲内にあることを特徴とする発光ダイオード。
【請求項２】
前記発光素子は窒化ガリウム系化合物半導体素子であることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項３】
前記蛍光体は緑色発光を示すバリウムシリケート系蛍光体，クロロシリケート系蛍光体，サイアロン系蛍光体，アルカリ土類金属スカンジウム塩系蛍光体の少なくとも２種からなることを特徴とする請求項１または２に記載の発光ダイオード。
【請求項４】
前記同一発光色を示す蛍光体以外に他の発光色を示す蛍光体が少なくとも１種有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の発光ダイオード。
【請求項５】
前記他の発光色を示す蛍光体は赤色発光する赤色蛍光体であることを特徴とする請求項４に記載の発光ダイオード。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１７１５９０（Ｐ２０１１−１７１５９０Ａ）
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３５１４０（Ｐ２０１０−３５１４０）
【出願日】平成２２年２月１９日（２０１０．２．１９）
【出願人】（０００１３１４３０）シチズン電子株式会社 (798)
【出願人】（０００００１９６０）シチズンホールディングス株式会社 (1,939)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１９日（２０１０．２．１９）
【出願人】（０００１３１４３０）シチズン電子株式会社 (798)
【出願人】（０００００１９６０）シチズンホールディングス株式会社 (1,939)
【Ｆターム（参考）】
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