説明

発光装置

【課題】 発光素子間の影響を抑え、色純度の高い混合色を発光する発光装置を提供することである。
【解決手段】 発光ダイオード(発光装置)10は、各発光素子を載置するカップ11と、カップ11の中央に形成された凸部11aと、凸部11a上に載置された可視光を発する可視発光素子12と、カップ11の底部に載置された紫外光を発する2つの紫外発光素子13a、13bと、4本のリード14a〜14dと、各素子の電極とリード14b〜14dとを接続するワイヤ15a〜15cと、カップ11の上部を覆い、可視発光素子12及び紫外発光素子13a、13b、又は紫外発光素子13a、13bの発光によって励起光を発する蛍光体16と、カップ11と蛍光体16とリード14a〜14dの一部とを封止する封止体17とを備えている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、発光ダイオードや半導体レーザなどの半導体発光素子を搭載した発光装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来より、青色LEDを用い、導光板の片方の面に青色LEDにより波長変換できる蛍光物質と白色粉末とを含有した蛍光散乱層を有した面状光源がある(特許文献1参照)。この面状光源は白色発光するので、ディスプレイのバックライト、照光式操作スイッチ等に使用できる。
【0003】
このような白色を発光する発光装置には、より高輝度化が求められている。例えば、発光素子の発光とその発光により蛍光体を励起させ補色となる発光色を得て、その混合色により白色光を得る場合、蛍光体を励起させる発光素子自体の発光強度を向上させたり、複数個の発光素子を用いて発光強度を向上させたりして、蛍光体の発光強度を向上させ、混合色の高輝度化を図っている。
【特許文献1】特開平7−176794号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
この場合、蛍光体の励起効率(蛍光体が励起され得る光強度の割合)を超えたとき、又は発光素子と蛍光体の位置関係により蛍光体を励起できなかったとき、発光素子の一部の発光が漏れてしまい、所望の混合色は得られず、発光素子の発光色の強い(色純度の低い)混合色となる。
【0005】
そこで、蛍光体の励起に可視光だけでなく紫外光も用いた発光装置がある。これにより、可視発光素子の発光強度を上げる必要がなくなる。更に、紫外光の一部が漏れた場合でも、紫外光は見えないので混合色の色純度には影響しない。
【0006】
しかしながら、可視発光素子と紫外発光素子とを用いた場合、バンドギャップの大きな紫外発光素子の発光により、バンドギャップの小さな可視発光素子が励起されてしまう。その結果、可視発光素子から設計値にない過剰な発光が生じ、所望の混合色が得られず、色純度が低下する。
【0007】
本発明は、発光素子間の影響を抑え、色純度の高い混合色を発光する発光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するために本発明の発光装置は、可視光を発する1以上の可視発光素子と、紫外光を発する1以上の紫外発光素子と、前記可視発光素子及び前記紫外発光素子、又は前記紫外発光素子の発光によって励起光を発する1以上の蛍光体とを備え、前記紫外発光素子からの発光が直接的に前記可視発光素子に照射されないように、前記可視発光素子と前記紫外発光素子とを遮断して配設することを特徴とする。
【0009】
なお、前記紫外発光素子の発光を遮断するには、前記可視発光素子と前記紫外発光素子とを、高低をつけて配設することが有効である。
【0010】
また、前記可視発光素子と前記紫外発光素子との間に、両素子の発光層より高い遮光板を設けて遮断してもよい。
【0011】
上記の発光装置において、例えば、前記可視発光素子を青色発光素子、前記蛍光体を黄色発光蛍光体とすれば、白色の混合色の発光が得られる。
【0012】
また上記の発光装置において、前記可視発光素子を発光波長の異なる2種類の素子とし、前記蛍光体を一方の種類の前記可視発光素子及び前記紫外発光素子、又は前記紫外発光素子の発光によって励起光を発するものとしてもよい。
【0013】
そして例えば、前記可視発光素子を青色発光素子と赤色発光素子とし、前記蛍光体は前記紫外発光素子の発光によって励起光を発する緑色発光蛍光体とすれば、RGBの発光が可能となる。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、カップ内に凸部や凹部や遮光板を設けることにより、紫外発光素子からの発光が直接的に可視発光素子に照射されないため、紫外発光素子の発光によって可視発光素子が励起され過剰な可視光を発光することがなくなる。従って、色純度の高い所望の混合色を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0015】
以下、本発明の発光装置の一例として発光ダイオードを例に説明する。図1は、発光ダイオードの模式断面図である。発光ダイオード10は、各発光素子を載置するカップ11と、カップ11の中央に形成された凸部11aと、凸部11a上に載置された可視光を発する可視発光素子12と、カップ11の底部に載置された紫外光を発する2つの紫外発光素子13a、13bと、4本のリード14a〜14dと、各素子12、13a、13bの電極とリード14b〜14dとを接続するワイヤ15a〜15cと、カップ11の上部を覆い、可視発光素子12及び紫外発光素子13a、13b、又は紫外発光素子13a、13bの発光によって励起光(可視光)を発する蛍光体16と、カップ11と蛍光体16とリード14a〜14dの一部とを封止する封止体17とを備えている。
【0016】
カップ11は、すり鉢状の金属製でありリード14aと一体に成型されている。凸部11aもカップ11と一体に成型されている。凸部11aは紫外発光素子13a、13bからの発光が直接的に可視発光素子12に照射されないように、可視発光素子12と紫外発光素子13a、13bとを遮断するのに十分な高さを有している。
【0017】
可視発光素子12は、高出力化等のために複数設けてもよい。この可視発光素子12は次のようにして作製できる。サファイア基板上にMO−CVD法を用い、低温で成長させたGaN又はAlN層、ノンドープのn型GaN層、Siドープn型GaNコンタクト層、SiドープAlGaN層、GaN及びInGaNを交互に複数積層した多重量子井戸構造からなる発光層、MgドープAlGaNクラッド層、MgドープGaNコンタクト層を順に積層する。その後、エッチングにより各コンタクト層を露出させ、n型及びp型電極を蒸着する。例えば、青色(約450nm)を発光させる場合は、発光層のInGaNのIn組成を0.15とすればよい。
【0018】
紫外発光素子13a、13bは、1つ又は3つ以上設けてもよい。この紫外発光素子13a、13bは次のようにして作製できる。サファイア基板上にMO−CVD法を用い、低温で成長させたAlN層、ノンドープのn型AlGaN層、Siドープn型AlGaNコンタクト層、AlGaN及びInGaNを交互に複数積層した多重量子井戸構造からなる発光層、MgドープAlGaNクラッド層、MgドープAlGaNコンタクト層を順に積層する。その後、エッチングにより各コンタクト層を露出させ、n型及びp型電極を蒸着する。例えば、紫外(約360nm)を発光させる場合は、発光層のInGaNのIn組成を0.04とすればよい。
【0019】
リード14a〜14dは、カップ11と同じ金属製とすることができる。また、ワイヤ15a〜15cには、金線を用いることができる。
【0020】
蛍光体16は、蛍光物質を含有した樹脂であり、可視発光素子12及び紫外発光素子13a、13bを覆っている。例えば、上記の450nmの青色光及び360nmの紫外光を用いる場合、白色の混合色を得るためには、蛍光体16は青色光の補色となる黄色を発光するように設計すればよい。この場合、蛍光体16にはYAG(YAl12:Ce)を用いることができる。図2は、この蛍光体16の発光スペクトル及び励起スペクトルを示す図である。発光スペクトルは黄色(約570nm)を示し、励起スペクトルは450nmと350nm付近にピークを有している。つまり、励起スペクトルの2波長(450nmと350nm)により蛍光体16が励起され、蛍光体16から黄色光が発せられる。
【0021】
封止体17は、エポキシ樹脂等をキャスティングケース内で硬化させて砲弾型に成型されている。なお、封止体17の形状としては、レンズ形状等としてもよい。また、本発明の発光ダイオードは、発光素子をライン状に並べた形状としてもよい。
【0022】
このようにカップ11内に凸部11aを設けることにより、紫外発光素子13a、13bからの発光が直接的に可視発光素子12に照射されないため、紫外発光素子13a、13bの発光によって可視発光素子12が励起され過剰な可視光を発光することがなくなる。従って、色純度の高い所望の混合色を得ることができる。
【0023】
また紫外発光素子13a、13bにより蛍光体16を励起することができるため、従来のように、可視発光素子12の発光強度を向上させたり、複数個の可視発光素子12を用いて発光強度を向上させたりして蛍光体16の発光強度を向上させる必要がない。従って、可視光の漏れによる混合色の色純度の低下が生じない。更に、蛍光体16の発光強度は可視光と紫外光を合わせた強度に比例するので、目に見えない紫外発光素子13a、13bの出力を調整することにより、高輝度の混合色を得ることができる。即ち、色純度の高い混合色を得ることが可能となる。
【0024】
図3は、他の発光ダイオードの模式断面図である。発光ダイオード20は、カップ11内に凹部11bが形成され、その凹部11bに可視発光素子12が載置されている。そして凹部11bは紫外発光素子13a、13bからの発光が直接的に可視発光素子12に照射されないように、可視発光素子12と紫外発光素子13a、13bとを遮断するのに十分な深さを有している。
【0025】
図4は、更に他の発光ダイオードのカップ11周辺の模式断面図である。図中、ワイヤ15a〜15cは省略している。カップ11内に遮光板11cが形成され、その遮光板で囲まれた中に可視発光素子12が載置されている。遮光板11cの高さは、少なくとも可視発光素子12の発光層と紫外発光素子13a、13bの発光層より高ければよい。
【0026】
なお図1〜図3において、可視発光素子12と紫外発光素子13a、13bとの配置を入れ替えても同様の効果を得ることができる。また凸部11aや凹部11bや遮光板11cはそれぞれを組み合わせて設けてもよい。また図1〜図3において、紫外発光素子13a、13bの発光の反射光の一部が可視発光素子12に照射されるが、その光強度は発光装置の発光強度に比べて非常に小さいので、反射した紫外光による可視発光素子12からの励起光は混合色(発光色)に影響しない程度である。
【0027】
上記の実施形態では白色光を得るために、(青色光・紫外光・黄色蛍光)を組み合わせた発光ダイオードを用いたが、他にも(赤色光・紫外光・シアン蛍光)や(緑色光・紫外光・マゼンタ蛍光)などの組み合わせを用いても白色光を得ることができる。
【0028】
また、(赤色蛍光・緑色光・青色光・紫外光)、(赤色蛍光・緑色蛍光・青色光・紫外光)、(赤色蛍光・緑色光・青色蛍光・紫外光)、(赤色光・緑色蛍光・青色光・紫外光)、(赤色光・緑色蛍光・青色蛍光・紫外光)、(赤色光・緑色光・青色蛍光・紫外光)の組み合わせによると、RGB発光ダイオードを得ることができる。
【0029】
なお本発明において、蛍光体は紫外発光素子のみで励起されるものを用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【0030】
本発明の発光装置は、液晶装置のバックライト、照明器具、自転車のライト、メッセージボード、大型スクリーンなどの光源として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】発光ダイオードの模式断面図である。
【図2】蛍光体の発光スペクトル及び励起スペクトルを示す図である。
【図3】他の発光ダイオードの模式断面図である。
【図4】更に他の発光ダイオードのカップ周辺の模式断面図である。
【符号の説明】
【0032】
10、20、30 発光ダイオード(発光装置)
11 カップ
12 可視発光素子
13a、13b 紫外発光素子
16 蛍光体

【特許請求の範囲】
【請求項1】
可視光を発する1以上の可視発光素子と、
紫外光を発する1以上の紫外発光素子と、
前記可視発光素子及び前記紫外発光素子、又は前記紫外発光素子の発光によって励起光を発する1以上の蛍光体とを備え、
前記紫外発光素子からの発光が直接的に前記可視発光素子に照射されないように、前記可視発光素子と前記紫外発光素子とを遮断して配設することを特徴とする発光装置。
【請求項2】
前記可視発光素子と前記紫外発光素子とを、高低をつけて配設することを特徴とする請求項1記載の発光装置。
【請求項3】
前記可視発光素子と前記紫外発光素子との間に、両素子の発光層より高い遮光板を設けることを特徴とする請求項1記載の発光装置。
【請求項4】
前記可視発光素子は青色発光素子であり、前記蛍光体は黄色発光蛍光体であることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の発光装置。
【請求項5】
前記可視発光素子は発光波長の異なる2種類の素子からなり、前記蛍光体は一方の種類の前記可視発光素子及び前記紫外発光素子、又は前記紫外発光素子の発光によって励起光を発することを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の発光装置。
【請求項6】
前記可視発光素子は青色発光素子と赤色発光素子とからなり、前記蛍光体は前記紫外発光素子の発光によって励起光を発する緑色発光蛍光体であることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の発光装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2006−54224(P2006−54224A)
【公開日】平成18年2月23日(2006.2.23)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−232869(P2004−232869)
【出願日】平成16年8月10日(2004.8.10)
【出願人】(000001889)三洋電機株式会社 (18,308)
【出願人】(000214892)鳥取三洋電機株式会社 (1,582)
【Fターム(参考)】