白色発光型ＬＥＤランプの製造方法およびそれを用いたバックライトの製造方法並びに液晶表示装置の製造方法
【課題】紫外発光ＬＥＤを用いた白色ＬＥＤランプの製造方法において、青色、緑色、赤色発光の各蛍光体の組合せを改善することによって、高演色性と高輝度とを両立させる。
【解決手段】白色ＬＥＤランプ１の製造方法は、発光波長が360nm以上440nm以下の範囲のＬＥＤチップ２と、青色発光蛍光体と緑色発光蛍光体と赤色発光蛍光体とを含み、ＬＥＤチップ２からの光により励起されて白色光を発光する発光部とを具備する。青色発光蛍光体にはＥｕ付活ハロ燐酸塩蛍光体とＥｕ付活アルミン酸塩蛍光体から選ばれる少なくとも1種、緑色発光蛍光体にはＡｕおよびＡｌ付活硫化亜鉛蛍光体、赤色発光蛍光体にはＥｕおよびＳｍ付活酸硫化ランタン蛍光体とＣｕおよびＭｎ付活硫化亜鉛蛍光体から選ばれる少なくとも1種が用いられ、前記青・赤・緑色発光蛍光体を結合させる工程を具備する。
【解決手段】白色ＬＥＤランプ１の製造方法は、発光波長が360nm以上440nm以下の範囲のＬＥＤチップ２と、青色発光蛍光体と緑色発光蛍光体と赤色発光蛍光体とを含み、ＬＥＤチップ２からの光により励起されて白色光を発光する発光部とを具備する。青色発光蛍光体にはＥｕ付活ハロ燐酸塩蛍光体とＥｕ付活アルミン酸塩蛍光体から選ばれる少なくとも1種、緑色発光蛍光体にはＡｕおよびＡｌ付活硫化亜鉛蛍光体、赤色発光蛍光体にはＥｕおよびＳｍ付活酸硫化ランタン蛍光体とＣｕおよびＭｎ付活硫化亜鉛蛍光体から選ばれる少なくとも1種が用いられ、前記青・赤・緑色発光蛍光体を結合させる工程を具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源に発光波長が360〜440nmの発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を用いた白色発光型ＬＥＤランプの製造方法およびそれを用いたバックライトの製造方法並びに液晶表示装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤは電気エネルギーを紫外光や可視光等の光に変換して放射する半導体素子であり、このようなＬＥＤチップを例えば透明樹脂で封止したＬＥＤランプが各種分野で使用されている。ＬＥＤチップは半導体素子であるため、長寿命でかつ信頼性が高く、光源として用いた場合に交換作業等が軽減されることから、携帯通信機器、ＰＣ周辺機器、ＯＡ機器、家庭用電気機器、信号装置、各種スイッチ類、バックライト型表示板等の各種表示装置の構成部品として広く利用されるようになってきている。
【０００３】
ＬＥＤランプから放射される光の色調はＬＥＤチップの発光波長に限られるものではなく、例えばＬＥＤチップの表面に蛍光体を塗布したり、あるいはＬＥＤチップを封止する透明樹脂中に蛍光体を含有させることによって、青色から赤色まで使用用途に応じた可視光領域の光を得ることができる。特に、白色発光型のＬＥＤランプは携帯通信機器の表示部のバックライトや車載用ランプ等の用途に急速に普及しており、将来的には蛍光ランプの代替品として大きく伸張することが期待されている。
【０００４】
現在、普及もしくは試行されている白色発光型のＬＥＤランプとしては、青色発光ＬＥＤと黄色発光蛍光体（ＹＡＧ等）とを組合せたＬＥＤランプと、紫外発光ＬＥＤと青色、緑色、赤色発光の各蛍光体の混合物とを組合せたＬＥＤランプとが知られている。現時点では、前者の青色発光ＬＥＤを用いた白色ＬＥＤランプの方が後者より輝度特性等に優れることから普及している。しかし、前者は見る方向によっては黄色っぽく見えたり、また白色面に投影したときに黄色や青色のムラが現れるというような難点を有している。このため、前者の白色ＬＥＤランプは擬似白色と呼ばれることもある。白色光の質を表す平均演色指数においても、前者の白色ＬＥＤランプは70〜75の範囲にとどまっている。
【０００５】
一方、後者の紫外発光ＬＥＤを用いた白色ＬＥＤランプは、輝度が前者より劣るものの、発光並びに投影光のムラが少なく、将来的には照明用途の白色ランプの主流になることが期待され、その開発が急速に進められている。このような紫外発光ＬＥＤを用いた白色ＬＥＤランプでは各色発光の蛍光体の特性に加えて、それら各蛍光体の組合せが演色性や輝度等のランプ特性に影響を及ぼすことから、青色、緑色、赤色発光の各蛍光体の選択並びに組合せに関する検討が進められている。
【０００６】
例えば、非特許文献１には紫外発光ＬＥＤと、青色発光蛍光体としてＥｕ付活ハロ燐酸塩蛍光体またはＥｕ付活アルミン酸塩蛍光体、緑色発光蛍光体としてＣｕおよびＡｌ付活硫化亜鉛蛍光体またはＥｕおよびＭｎ付活アルミン酸塩蛍光体、赤色発光蛍光体としてＥｕ付活酸硫化イットリウム蛍光体とを組合せた白色ＬＥＤランプが記載されている。また、特許文献１には青色発光蛍光体としてＥｕ付活ハロ燐酸塩蛍光体またはＥｕ付活アルミン酸塩蛍光体、緑色発光蛍光体としてＥｕおよびＭｎ付活アルミン酸塩蛍光体、赤色発光蛍光体としてＥｕ付活酸硫化ランタン蛍光体を用いることが記載されている。
【非特許文献１】三菱電線工業時報2002年7月第99号
【特許文献１】特開2000-073052号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した従来の白色ＬＥＤランプは、紫外発光ＬＥＤを用いたランプの特徴である高い演色性と発光の均一性とを備えているものの、輝度特性の点では不十分であり、さらなる改善が求められている。紫外発光ＬＥＤを用いた白色ＬＥＤランプで高演色性と高輝度とを両立させるためには、白色光のスペクトルにおいて人間の色感度のピークがある450nm近辺、560nm近辺、620nm近辺の光がバランスよく含まれていること、さらに青色、緑色、赤色発光成分の各蛍光体の発光効率がバランスよいことが必要である。
【０００８】
しかしながら、従来の白色ＬＥＤランプに用いられている各蛍光体のうち、赤色発光蛍光体は波長380nm以上の紫外線または紫色光に対する発光効率が他の蛍光体に比べて劣ることから、白色ＬＥＤランプの輝度特性等を十分に高めることができないことが分かってきた。また、発光効率に劣る赤色発光蛍光体に引きずられて、青色および緑色発光蛍光体の特性も十分に発揮させることができず、これも輝度特性の劣化要因となっている。
【０００９】
本発明はこのような課題に対処するためになされたもので、紫外発光ＬＥＤを用いた白色発光型のＬＥＤランプにおいて、青色、緑色、赤色発光の各蛍光体の組合せを改善することによって、高演色性と高輝度とを両立させた白色発光型ＬＥＤランプを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の白色発光型ＬＥＤランプの製造方法は、発光波長が360nm以上440nm以下の範囲の発光ダイオードと、青色発光蛍光体と緑色発光蛍光体と赤色発光蛍光体とを含み、前記発光ダイオードからの光により励起されて白色光を発光する発光部とを具備する白色発光型ＬＥＤランプにおいて、前記青色発光蛍光体はユーロピウム付活ハロ燐酸塩蛍光体とユーロピウム付活アルミン酸塩蛍光体から選ばれる少なくとも1種からなり、前記緑色発光蛍光体は金およびアルミニウム付活硫化亜鉛蛍光体からなり、かつ前記赤色発光蛍光体はユーロピウムおよびサマリウム付活酸硫化ランタン蛍光体と銅およびマンガン付活硫化亜鉛蛍光体から選ばれる少なくとも1種からなり、かつ、前記青色発光蛍光体、前記緑色発光蛍光体および前記赤色発光蛍光体は予め結合剤により結合した結合蛍光体を作製する工程と、前記結合蛍光体と樹脂と混合する蛍光体樹脂混合物を作製する工程と、前記蛍光体樹脂混合物を発光ダイオードに塗布する発光部形成工程とを、具備することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の白色発光型ＬＥＤランプの製造方法は、緑色発光蛍光体として長波長成分をより多く含む金およびアルミニウム付活硫化亜鉛蛍光体を用いているため、赤色発光蛍光体による発光成分（赤色成分）を補強することができる。これによって、紫外発光ＬＥＤを用いた白色発光型ＬＥＤランプ本来の高演色性という特徴を損なうことなく、輝度特性を向上させることができる。従って、高演色性と高輝度とを両立させた白色発光型ＬＥＤランプを提供することが可能となる。また、本発明の白色発光型ＬＥＤランプは発光色度差のバラツキが小さいことから、ＬＥＤランプを複数個用いるバックライトおよびそれを用いた液晶表示装置に適用したとしても面光源としての色度バラツキを抑えることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。なお、以下では本発明の実施形態を図面に基づいて述べるが、それらの図面は図解のみの目的のために提供されるものであり、本発明はそれらの図面に限定するものではない。
【００１３】
図１は本発明の一実施形態による白色発光型ＬＥＤランプ（白色ＬＥＤランプ）の構成を模式的に示す断面図である。同図に示す白色ＬＥＤランプ１は、光源としてＬＥＤチップ２を有している。このＬＥＤチップ２はリード端子３を有する配線基板４上に接合されており、ＬＥＤチップ２とリード端子３とはボンディングワイヤ５により電気的に接続されている。ＬＥＤチップ２には波長が360〜440nmの範囲の紫外線または紫色光を放射する紫外発光ＬＥＤが用いられる。このような紫外発光タイプのＬＥＤチップ２としては、発光層として窒化物系化合物半導体層を有するＬＥＤチップ等が例示される。
【００１４】
配線基板４上には円筒状の樹脂枠６が設けられており、その内壁面には反射層７が形成されている。樹脂枠６内には透明樹脂８が充填されており、この透明樹脂８中にＬＥＤチップ２が埋め込まれている。ＬＥＤチップ２が埋め込まれた透明樹脂８は、青色発光蛍光体と緑色発光蛍光体と赤色発光蛍光体とを含む蛍光体（三色蛍光体）９を含有している。透明樹脂８中に分散させた三色蛍光体９は、ＬＥＤチップ２から放射される紫外線または紫色光により励起されて白色光を発光するものである。
【００１５】
すなわち、白色ＬＥＤランプ１に印加された電気エネルギーはＬＥＤチップ２で紫外光や紫色光に変換され、それらの光は透明樹脂８中に分散された三色蛍光体９でより長波長の光に変換される。そして、透明樹脂８中に含有させた三色蛍光体９に基づいて白色の光がＬＥＤランプ１から放出される。三色蛍光体９を含有する透明樹脂８は発光部として機能するものであり、ＬＥＤチップ２の発光方向前方に配置されている。このような発光部と光源としてのＬＥＤチップ２とによって、白色ＬＥＤランプ（白色発光ランプ）１が構成されている。なお、三色蛍光体９が含有される透明樹脂８には、例えばシリコーン樹脂やエポキシ樹脂等を用いることができる。
【００１６】
三色蛍光体９を構成する青色、緑色、赤色発光の各蛍光体には、ＬＥＤチップ２から放射される波長360〜440nmの範囲の紫外線または紫色光を効率よく吸収する蛍光体を使用することが好ましい。これら各色発光の蛍光体のうち、青色発光蛍光体には紫外線や紫色光の吸収効率に優れるユーロピウム（Ｅｕ）付活ハロ燐酸塩蛍光体、およびユーロピウム（Ｅｕ）付活アルミン酸塩蛍光体から選ばれる少なくとも1種が用いられる。
【００１７】
Ｅｕ付活ハロ燐酸塩蛍光体としては、
一般式：（Ｍ11-c，Ｅｕc）10（ＰＯ4）6・Ｃｌ2 …(1)
（式中、Ｍ1はＭｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、ｃは0.005≦ｃ≦0.03を満足する数である）
で表される組成を有する蛍光体が例示される。Ｅｕ付活アルミン酸塩蛍光体としては、
一般式：ｍ（Ｍ21-d，Ｅｕd）Ｏ・ｎＡｌ2Ｏ3 …(2)
（式中、Ｍ2はＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、ＢａおよびＺｎから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、ｄ、ｍおよびｎは0.05≦ｄ≦0.3、0＜ｍ、0＜ｎ、0.2≦ｍ／ｎ≦1.5を満足する数である）
で表される組成を有する蛍光体が例示される。
【００１８】
また、赤色発光蛍光体にはユーロピウム（Ｅｕ）およびサマリウム（Ｓｍ）付活酸硫化ランタン蛍光体、および銅（Ｃｕ）およびマンガン（Ｍｎ）付活硫化亜鉛蛍光体から選ばれる少なくとも1種が用いられる。ＥｕおよびＳｍ付活酸硫化ランタン蛍光体としては、
一般式：（Ｌａ1-a-b，Ｅｕa，Ｓｍb）2Ｏ2Ｓ …(3)
（式中、ａおよびｂは0.01≦ａ≦0.15、0.0001≦ｂ≦0.03を満足する数である）
で表される組成を有する蛍光体が例示される。また、ＣｕおよびＭｎ付活硫化亜鉛蛍光体としては、
一般式：ＺｎＳ：Ｃｕv，Ｍｎw …(4)
（式中、ｖおよびｗは0.0002≦ｖ≦0.001、0.005≦ｗ≦0.014を満足する数である）
で表される組成を有する蛍光体が例示される。
【００１９】
(3)式および(4)式で表される赤色発光蛍光体は、いずれも紫外発光タイプのＬＥＤチップ２で発光させる赤色発光成分として利用することが可能であるものの、赤色発光成分の発光特性（発光強度等）を考慮すると、少なくともＥｕおよびＳｍ付活酸硫化ランタン蛍光体を赤色発光成分として使用することが好ましい。また、ＥｕおよびＳｍ付活酸硫化ランタン蛍光体単独では赤色発光成分が不足することから、ＣｕおよびＭｎ付活硫化亜鉛蛍光体を併用することが有効である。
【００２０】
上述した赤色発光蛍光体は波長360〜440nmの範囲の紫外線または紫色光に対する発光効率が必ずしも十分とは言えない。ＥｕおよびＳｍ付活酸硫化ランタン蛍光体とＣｕおよびＭｎ付活硫化亜鉛蛍光体を併用することで赤色発光成分が補強されるものの、青色および緑色発光蛍光体に比べると発光効率等が劣る。そこで、この実施形態の白色ＬＥＤランプ１においては、従来の緑色発光成分に比べて長波長成分をより多く含む緑色発光蛍光体を用いている。具体的には、緑色発光蛍光体に金（Ａｕ）およびアルミニウム（Ａｌ）付活硫化亜鉛蛍光体を用いる。
【００２１】
ＡｕおよびＡｌ付活硫化亜鉛蛍光体としては、例えば
一般式：ＺｎＳ：Ａｕx，Ａｌy …(5)
（式中、ｘおよびｙは0.0002≦ｘ≦0.0015、0.0001≦ｙ≦0.0012を満足する数である）
で表される組成を有する蛍光体が用いられる。(5)式におけるｘの値（1モルのＺｎＳに対するＡｕのモル比）が0.0002未満であると発光色度が青色方向にずれて望ましい色が得られなくなる。一方、ｘの値が0.0015を超えると蛍光体の体色が悪くなり輝度が低下する。また、(5)式におけるｙの値（1モルのＺｎＳに対するＡｌのモル比）が0.0001未満であるとＡｕが硫化亜鉛の中に入らなくなり、これにより輝度が低下する。一方、ｙの値が0.0012を超えると蛍光体の体色が悪くなり輝度が低下する。
【００２２】
図２にＡｕおよびＡｌ付活硫化亜鉛蛍光体（ＺｎＳ：Ａｕ，Ａｌ蛍光体）の発光スペクトル（ａ）を、従来のＣｕおよびＡｌ付活硫化亜鉛蛍光体（ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ蛍光体）の発光スペクトル（ｂ）とＥｕおよびＭｎ付活アルミン酸塩蛍光体（3（Ｂａ，Ｍｇ，Ｅｕ，Ｍｎ）Ｏ・8Ａｌ2Ｏ3蛍光体）の発光スペクトル（ｃ）と比較して示す。図２から明らかなように、ＡｕとＡｌで共付活した硫化亜鉛蛍光体は、従来のＣｕおよびＡｌ付活硫化亜鉛蛍光体やＥｕおよびＭｎ付活アルミン酸塩蛍光体に比べて長波長成分を多く含んでおり、これによって赤色発光成分を補強することが可能となる。
【００２３】
上述した青色、緑色および赤色発光蛍光体を含む三色蛍光体９は、450nm近辺、560nm近辺、620nm近辺の光をバランスよく含んでいることから、白色光の演色性を高めることができる。その上で、従来の緑色発光成分に比べて長波長成分をより多く含むＡｕおよびＡｌ付活硫化亜鉛蛍光体（ＺｎＳ：Ａｕ，Ａｌ蛍光体）からなる緑色発光蛍光体を用いているため、赤色発光蛍光体による発光不足等を補強することができる。これによって、青色、緑色、赤色の各発光成分の輝度バランスが向上することから、紫外発光ＬＥＤチップ２を用いた白色ＬＥＤランプ１の輝度特性を高めることができる。従って、高演色性と高輝度とを両立させた白色ＬＥＤランプ１を実現することが可能となる。
【００２４】
上述した緑色発光蛍光体（ＺｎＳ：Ａｕ，Ａｌ蛍光体）による白色ＬＥＤランプ１の輝度特性の向上効果は、赤色発光蛍光体としてＥｕおよびＳｍ付活酸硫化ランタン蛍光体、ＣｕおよびＭｎ付活硫化亜鉛蛍光体のいずれを用いた場合においても得ることができる。さらに、赤色発光蛍光体自体による輝度特性の改善効果を得る上で、赤色発光蛍光体は前述したようにＥｕおよびＳｍ付活酸硫化ランタン蛍光体とＣｕおよびＭｎ付活硫化亜鉛蛍光体とを併用することが好ましい。これによって、赤色発光成分がさらに補強されることから、白色ＬＥＤランプ１の輝度特性をより一層高めることが可能となる。これら赤色発光蛍光体の配合比率は目的とする白色光の色温度等にもよるが、例えばＥｕおよびＳｍ付活酸硫化ランタン蛍光体とＣｕおよびＭｎ付活硫化亜鉛蛍光体との質量比を3:7〜7:3の範囲とすることが好ましい。
【００２５】
図３は上述した青色、緑色および赤色発光蛍光体を含む三色蛍光体９を用いた白色ＬＥＤランプ１の発光スペクトルの一例を示している。図３において、Ａの発光スペクトルは青色発光成分としてＥｕ付活ハロ燐酸塩蛍光体、緑色発光成分としてＡｕおよびＡｌ付活硫化亜鉛蛍光体、赤色発光成分としてＥｕおよびＳｍ付活酸硫化ランタン蛍光体を用いた白色ＬＥＤランプ１の発光スペクトルであり、Ｂの発光スペクトルはＡの蛍光体の組合せに赤色発光成分としてＣｕおよびＭｎ付活硫化亜鉛蛍光体を加えた白色ＬＥＤランプ１の発光スペクトルである。
【００２６】
上記した蛍光体の組合せＡ、Ｂのいずれにおいても、電流値20mA、ピーク値400nmのＬＥＤチップからの紫外線を（ｘ＝0.300〜0.350，ｙ＝0.300〜0.350）の色度を有する白色光に変換したとき、青色発光成分のピーク値が450nm、緑色発光成分のピーク値が545nm、赤色発光成分のピーク値が623nmにそれぞれあり、平均演色指数で90以上、輝度で300mcd以上の特性値が得られている。さらに、ＡとＢの発光スペクトルを比較すると、発光スペクトルＢの方が580nm付近およびそれ以上の領域における発光成分が増加していることが分かる。これは赤色発光成分としてＥｕおよびＳｍ付活酸硫化ランタン蛍光体とＣｕおよびＭｎ付活硫化亜鉛蛍光体とを併用したことに基づくものであり、これによって白色ＬＥＤランプ１の輝度特性をより一層高めることが可能となる。
【００２７】
また、本発明では上述した青色、緑色および赤色発光蛍光体は、透明樹脂８中における各色発光蛍光体の分散状態の均一性を高める上で、予め無機結合剤や有機結合剤等の結合剤で結合させた状態で透明樹脂８中に分散させることが好ましい。無機結合剤としては微粉化したアルカリ土類ホウ酸塩等を用いることができ、また有機結合剤としてはアクリル樹脂やシリコーン樹脂等の透明樹脂を用いることができる。無機結合剤や有機結合剤等を用いて一体化処理を施すことによって、各蛍光体がランダムに結び付いて大粒径化する。これによって、透明樹脂８中での各蛍光体の沈降速度の差等に基づく分散状態の不均一性等を解消することができ、白色光の再現性や発光色度の均一性（色度差のバラツキを小さくする）等を高めることが可能となる。
【００２８】
さらに、白色ＬＥＤランプ１の輝度特性には各蛍光体の粒径も影響する。このような点から、青色、緑色および赤色発光蛍光体はそれらの混合物としての平均粒径が7μm以上であることが好ましい。なお、ここで言う平均粒径は粒度分布の中位値（50％値）を示すものである。三色蛍光体９の平均粒径を7μm以上とすることによって、白色ＬＥＤランプ１の輝度をさらに高めることが可能となる。三色蛍光体（混合蛍光体）９の平均粒径は8μm以上とすることがより好ましい。なお、三色蛍光体９の平均粒径に基づく輝度の向上効果は、上述した一体化処理（結合工程）を施した蛍光体に対しても有効である。
また、前記青色発光蛍光体、前記緑色発光蛍光体および前記赤色発光蛍光体は予め結合剤により結合した結合蛍光体を作製する工程を行った後、前記結合蛍光体と樹脂と混合する蛍光体樹脂混合物を作製する工程と、前記蛍光体樹脂混合物を発光ダイオードに塗布する発光部形成工程とを、具備するものである。
このような本発明の白色ＬＥＤランプは個々のＬＥＤ間で色度バラツキの小さい均一なＬＥＤを得ることができる。そのため、例えば、液晶表示装置のバックライトのように複数個のＬＥＤを用いる分野に特に有効である。バックライトとしては直下型、サイドライト型のいずれのタイプにも有効であり、特に１０個以上並べて使用するものに効果的である。従って、本発明の製造方法によれば、色度バラツキの小さい均一な白色ＬＥＤランプを製造することができる。また、バックライトを製造する際は、複数個の白色ＬＥＤランプを所定の間隔に並べてＬＥＤモジュールを構成することが好ましい。
【実施例】
【００２９】
次に、本発明の具体的な実施例およびその評価結果について述べる。
【００３０】
実施例１
まず、青色発光蛍光体としてＥｕ付活アルカリ土類クロロ燐酸塩（（Ｓｒ0.59，Ｃａ0.01，Ｂａ0.39，Ｅｕ0.01）10（ＰＯ4）6・Ｃｌ2）蛍光体、緑色発光蛍光体としてＡｕおよびＡｌ付活硫化亜鉛（ＺｎＳ：Ａｕ0.0008，Ａｌ0.001）蛍光体、赤色発光蛍光体としてＥｕおよびＳｍ付活酸硫化ランタン（（Ｌａ0.94，Ｅｕ0.058，Ｓｍ0.002）2Ｏ2Ｓ）蛍光体を用意した。
【００３１】
上述した青色発光蛍光体を1.74g、緑色発光蛍光体を2.17g、赤色発光蛍光体を2.33g計量し、以下に示す結合工程により各色の蛍光体を結合させたものである。なお、各蛍光体の混合比はＬＥＤランプのＣＩＥ色度値（ｘ，ｙ）がｘ＝0.30〜0.31、ｙ＝0.30〜0.31の範囲に入るように設定したものである。以下の実施例２〜１０および比較例１も同様である。また、各蛍光体の混合物としての平均粒径（分布中位径）は9.5μmである。このような混合蛍光体を用いて、図１に示したＬＥＤランプ１を作製した。結合工程は、各色発光の蛍光体を水に投入して懸濁液とした。この懸濁液を撹拌しながらホウ酸バリウム・カルシウム（３（Ｂａ，Ｃａ）Ｏ・Ｂ２Ｏ３）を各蛍光体の合計量に対して０．１質量％の割合で添加した。撹拌を３０分間継続した後に停止し、蛍光体を沈降させた。これをろ過してベーキングした後に２００メッシュのナイロン篩にかけて、結合させた３色混合蛍光体（結合蛍光体）を得た。
【００３２】
ＬＥＤランプ１の作製工程は、まず透明樹脂８を構成するシリコーン樹脂に、混合蛍光体を30質量％の割合で添加、混合してスラリーとした。このスラリーを発光ピーク波長が400nm、形状が300μm四方の紫外発光ＬＥＤチップ２上に滴下し、140℃でシリコーン樹脂を硬化させることによって、混合蛍光体（青色、緑色および赤色の混合蛍光体）を含有するシリコーン樹脂で紫外発光ＬＥＤチップ２を封止した。このようにして作製したＬＥＤランプを後述する特性評価に供した。
【００３３】
実施例２
上記した実施例１と同一および同量の各蛍光体を用意し、これらを以下に示す方法で結合させた。結合工程は、まず各蛍光体にアクリル樹脂エマルジョンを蛍光体に対して固形分で0.1質量％の割合で添加し、これらを混合した。次いで、この混合物を120℃で乾燥させた後、ナイロンメッシュにかけて一体化蛍光体を得た。そして、このような一体化蛍光体を用いて、実施例１と同様にしてＬＥＤランプを作製した。このＬＥＤランプを後述する特性評価に供した。
【００３４】
実施例３
上記した実施例１と同一の各蛍光体に加えて、赤色発光蛍光体としてＣｕおよびＭｎ付活硫化亜鉛（ＺｎＳ：Ｃｕ0.0005，Ｍｎ0.008）蛍光体を用意した。Ｅｕ付活アルカリ土類クロロ燐酸塩を2.10g、ＡｕおよびＡｌ付活硫化亜鉛蛍光体を2.22g、ＥｕおよびＳｍ付活酸硫化ランタン蛍光体を2.10g、ＣｕおよびＭｎ付活硫化亜鉛蛍光体を0.82g計量し、これらを実施例１と同様にして混合、結合させた。そして、このような結合蛍光体を用いて、実施例１と同様にしてＬＥＤランプを作製した。このＬＥＤランプを後述する特性評価に供した。
【００３５】
実施例４〜５
表１に示す青色、緑色および赤色発光蛍光体の組合せを適用する以外は、それぞれ実施例１または実施例２と同様にして、結合蛍光体を作製した。これら各結合蛍光体を用いて、実施例１と同様にしてＬＥＤランプをそれぞれ作製した。このＬＥＤランプを後述する特性評価に供した。
【００３６】
比較例１
青色発光蛍光体としてＥｕ付活アルカリ土類クロロ燐酸塩（（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｅｕ）10（ＰＯ4）6・Ｃｌ2）蛍光体、緑色発光蛍光体としてＥｕおよびＭｎ付活アルカリ土類アルミン酸塩（3（Ｂａ，Ｍｇ，Ｅｕ，Ｍｎ）Ｏ・8Ａｌ2Ｏ3）蛍光体、赤色発光蛍光体としてＥｕ付活酸硫化ランタン（（Ｌａ，Ｅｕ）2Ｏ2Ｓ）蛍光体を用意した。上述した青色発光蛍光体を1.44g、緑色発光蛍光体を1.49g、赤色発光蛍光体を3.32g計量し、これらを三本ローラを用いて混合した。このような混合蛍光体を用いて、実施例１と同様にしてＬＥＤランプを作製した。このＬＥＤランプを後述する特性評価に供した。なお、比較例１では結合工程は行わなかった。
【００３７】
比較例２
青色発光蛍光体としてＥｕ付活アルカリ土類クロロ燐酸塩（（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｅｕ）10（ＰＯ4）6・Ｃｌ2）蛍光体、緑色発光蛍光体としてＥｕ付活アルカリ土類珪酸塩（（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ，Ｅｕ）2ＳｉＯ4）蛍光体、赤色発光蛍光体としてＥｕ付活酸硫化ランタン（（Ｌａ，Ｅｕ）2Ｏ2Ｓ）蛍光体を用意した。上述した青色発光蛍光体を2.71g、緑色発光蛍光体を0.45g、赤色発光蛍光体を1.85g計量し、これらを三本ローラを用いて混合した。このような混合蛍光体を用いて、実施例１と同様にしてＬＥＤランプを作製した。このＬＥＤランプを後述する特性評価に供した。なお、比較例２では結合工程は行わなかった。
【００３８】
【表１】
【００３９】
上述した実施例１〜５および比較例１〜２の各白色ＬＥＤランプに20mAの電流を流して点灯させ、各白色ＬＥＤランプの発光輝度、平均演色指数、色度を測定した。これらの測定結果を表２に示す。なお、各白色ＬＥＤランプの発光特性は、Instrument System社製CAS 140B COMPACT ARRAY SPECTROMETERおよび大塚電子社製MCPD装置を用いて測定した。
【００４０】
【表２】
【００４１】
表２から明らかなように、実施例１〜５による各白色ＬＥＤランプは演色性に優れることに加えて、比較例１および比較例２に比べて輝度特性に優れることが分かる。従って、紫外発光ＬＥＤを用いた白色ＬＥＤランプにおいて、高演色性と高輝度とを両立させることが可能となる。
次に、実施例１〜５の白色発光ＬＥＤランプの色度バラツキを測定した。色度は各実施例にかかる白色ＬＥＤを各２０個用意し、各ＬＥＤの真上で色度（ＣＩＥ色度座標）を測定し、ｘ座標、ｙ座標の最大値と最小値の差（Δｘ、Δｙ）を測定した。なお、参考例として結合工程を行わない以外は実施例１と同様のものを用意した。その結果を表３に示す。
【００４２】
【表３】
【００４３】
表３から分かる通り、本実施例にかかる白色ＬＥＤは色度バラツキが小さいことが分かる。このような白色ＬＥＤランプは、携帯通信機器、ＰＣ周辺機器、ＯＡ機器、家庭用電気機器、各種スイッチ類、バックライト型表示板等の各種表示装置の構成部品、さらには一般照明装置等として有効に利用することができる。
特に、色度バラツキが小さいことから白色ＬＥＤランプを複数個用いるバックライトに用いたとしても均一な白色を有する面光源を得ることができる。従って、それを用いた液晶表示装置の特性も向上する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施形態による白色ＬＥＤランプの構成を示す断面図である。
【図２】本発明に適用される緑色発光蛍光体の発光スペクトルの一例を従来の緑色発光蛍光体と比較して示す図である。
【図３】本発明に適用される三色蛍光体の発光スペクトルの一例を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１…白色ＬＥＤランプ、２…ＬＥＤチップ、６…樹脂枠、７…反射層、８…透明樹脂、９…三色蛍光体。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源に発光波長が360〜440nmの発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を用いた白色発光型ＬＥＤランプの製造方法およびそれを用いたバックライトの製造方法並びに液晶表示装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤは電気エネルギーを紫外光や可視光等の光に変換して放射する半導体素子であり、このようなＬＥＤチップを例えば透明樹脂で封止したＬＥＤランプが各種分野で使用されている。ＬＥＤチップは半導体素子であるため、長寿命でかつ信頼性が高く、光源として用いた場合に交換作業等が軽減されることから、携帯通信機器、ＰＣ周辺機器、ＯＡ機器、家庭用電気機器、信号装置、各種スイッチ類、バックライト型表示板等の各種表示装置の構成部品として広く利用されるようになってきている。
【０００３】
ＬＥＤランプから放射される光の色調はＬＥＤチップの発光波長に限られるものではなく、例えばＬＥＤチップの表面に蛍光体を塗布したり、あるいはＬＥＤチップを封止する透明樹脂中に蛍光体を含有させることによって、青色から赤色まで使用用途に応じた可視光領域の光を得ることができる。特に、白色発光型のＬＥＤランプは携帯通信機器の表示部のバックライトや車載用ランプ等の用途に急速に普及しており、将来的には蛍光ランプの代替品として大きく伸張することが期待されている。
【０００４】
現在、普及もしくは試行されている白色発光型のＬＥＤランプとしては、青色発光ＬＥＤと黄色発光蛍光体（ＹＡＧ等）とを組合せたＬＥＤランプと、紫外発光ＬＥＤと青色、緑色、赤色発光の各蛍光体の混合物とを組合せたＬＥＤランプとが知られている。現時点では、前者の青色発光ＬＥＤを用いた白色ＬＥＤランプの方が後者より輝度特性等に優れることから普及している。しかし、前者は見る方向によっては黄色っぽく見えたり、また白色面に投影したときに黄色や青色のムラが現れるというような難点を有している。このため、前者の白色ＬＥＤランプは擬似白色と呼ばれることもある。白色光の質を表す平均演色指数においても、前者の白色ＬＥＤランプは70〜75の範囲にとどまっている。
【０００５】
一方、後者の紫外発光ＬＥＤを用いた白色ＬＥＤランプは、輝度が前者より劣るものの、発光並びに投影光のムラが少なく、将来的には照明用途の白色ランプの主流になることが期待され、その開発が急速に進められている。このような紫外発光ＬＥＤを用いた白色ＬＥＤランプでは各色発光の蛍光体の特性に加えて、それら各蛍光体の組合せが演色性や輝度等のランプ特性に影響を及ぼすことから、青色、緑色、赤色発光の各蛍光体の選択並びに組合せに関する検討が進められている。
【０００６】
例えば、非特許文献１には紫外発光ＬＥＤと、青色発光蛍光体としてＥｕ付活ハロ燐酸塩蛍光体またはＥｕ付活アルミン酸塩蛍光体、緑色発光蛍光体としてＣｕおよびＡｌ付活硫化亜鉛蛍光体またはＥｕおよびＭｎ付活アルミン酸塩蛍光体、赤色発光蛍光体としてＥｕ付活酸硫化イットリウム蛍光体とを組合せた白色ＬＥＤランプが記載されている。また、特許文献１には青色発光蛍光体としてＥｕ付活ハロ燐酸塩蛍光体またはＥｕ付活アルミン酸塩蛍光体、緑色発光蛍光体としてＥｕおよびＭｎ付活アルミン酸塩蛍光体、赤色発光蛍光体としてＥｕ付活酸硫化ランタン蛍光体を用いることが記載されている。
【非特許文献１】三菱電線工業時報2002年7月第99号
【特許文献１】特開2000-073052号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した従来の白色ＬＥＤランプは、紫外発光ＬＥＤを用いたランプの特徴である高い演色性と発光の均一性とを備えているものの、輝度特性の点では不十分であり、さらなる改善が求められている。紫外発光ＬＥＤを用いた白色ＬＥＤランプで高演色性と高輝度とを両立させるためには、白色光のスペクトルにおいて人間の色感度のピークがある450nm近辺、560nm近辺、620nm近辺の光がバランスよく含まれていること、さらに青色、緑色、赤色発光成分の各蛍光体の発光効率がバランスよいことが必要である。
【０００８】
しかしながら、従来の白色ＬＥＤランプに用いられている各蛍光体のうち、赤色発光蛍光体は波長380nm以上の紫外線または紫色光に対する発光効率が他の蛍光体に比べて劣ることから、白色ＬＥＤランプの輝度特性等を十分に高めることができないことが分かってきた。また、発光効率に劣る赤色発光蛍光体に引きずられて、青色および緑色発光蛍光体の特性も十分に発揮させることができず、これも輝度特性の劣化要因となっている。
【０００９】
本発明はこのような課題に対処するためになされたもので、紫外発光ＬＥＤを用いた白色発光型のＬＥＤランプにおいて、青色、緑色、赤色発光の各蛍光体の組合せを改善することによって、高演色性と高輝度とを両立させた白色発光型ＬＥＤランプを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の白色発光型ＬＥＤランプの製造方法は、発光波長が360nm以上440nm以下の範囲の発光ダイオードと、青色発光蛍光体と緑色発光蛍光体と赤色発光蛍光体とを含み、前記発光ダイオードからの光により励起されて白色光を発光する発光部とを具備する白色発光型ＬＥＤランプにおいて、前記青色発光蛍光体はユーロピウム付活ハロ燐酸塩蛍光体とユーロピウム付活アルミン酸塩蛍光体から選ばれる少なくとも1種からなり、前記緑色発光蛍光体は金およびアルミニウム付活硫化亜鉛蛍光体からなり、かつ前記赤色発光蛍光体はユーロピウムおよびサマリウム付活酸硫化ランタン蛍光体と銅およびマンガン付活硫化亜鉛蛍光体から選ばれる少なくとも1種からなり、かつ、前記青色発光蛍光体、前記緑色発光蛍光体および前記赤色発光蛍光体は予め結合剤により結合した結合蛍光体を作製する工程と、前記結合蛍光体と樹脂と混合する蛍光体樹脂混合物を作製する工程と、前記蛍光体樹脂混合物を発光ダイオードに塗布する発光部形成工程とを、具備することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の白色発光型ＬＥＤランプの製造方法は、緑色発光蛍光体として長波長成分をより多く含む金およびアルミニウム付活硫化亜鉛蛍光体を用いているため、赤色発光蛍光体による発光成分（赤色成分）を補強することができる。これによって、紫外発光ＬＥＤを用いた白色発光型ＬＥＤランプ本来の高演色性という特徴を損なうことなく、輝度特性を向上させることができる。従って、高演色性と高輝度とを両立させた白色発光型ＬＥＤランプを提供することが可能となる。また、本発明の白色発光型ＬＥＤランプは発光色度差のバラツキが小さいことから、ＬＥＤランプを複数個用いるバックライトおよびそれを用いた液晶表示装置に適用したとしても面光源としての色度バラツキを抑えることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。なお、以下では本発明の実施形態を図面に基づいて述べるが、それらの図面は図解のみの目的のために提供されるものであり、本発明はそれらの図面に限定するものではない。
【００１３】
図１は本発明の一実施形態による白色発光型ＬＥＤランプ（白色ＬＥＤランプ）の構成を模式的に示す断面図である。同図に示す白色ＬＥＤランプ１は、光源としてＬＥＤチップ２を有している。このＬＥＤチップ２はリード端子３を有する配線基板４上に接合されており、ＬＥＤチップ２とリード端子３とはボンディングワイヤ５により電気的に接続されている。ＬＥＤチップ２には波長が360〜440nmの範囲の紫外線または紫色光を放射する紫外発光ＬＥＤが用いられる。このような紫外発光タイプのＬＥＤチップ２としては、発光層として窒化物系化合物半導体層を有するＬＥＤチップ等が例示される。
【００１４】
配線基板４上には円筒状の樹脂枠６が設けられており、その内壁面には反射層７が形成されている。樹脂枠６内には透明樹脂８が充填されており、この透明樹脂８中にＬＥＤチップ２が埋め込まれている。ＬＥＤチップ２が埋め込まれた透明樹脂８は、青色発光蛍光体と緑色発光蛍光体と赤色発光蛍光体とを含む蛍光体（三色蛍光体）９を含有している。透明樹脂８中に分散させた三色蛍光体９は、ＬＥＤチップ２から放射される紫外線または紫色光により励起されて白色光を発光するものである。
【００１５】
すなわち、白色ＬＥＤランプ１に印加された電気エネルギーはＬＥＤチップ２で紫外光や紫色光に変換され、それらの光は透明樹脂８中に分散された三色蛍光体９でより長波長の光に変換される。そして、透明樹脂８中に含有させた三色蛍光体９に基づいて白色の光がＬＥＤランプ１から放出される。三色蛍光体９を含有する透明樹脂８は発光部として機能するものであり、ＬＥＤチップ２の発光方向前方に配置されている。このような発光部と光源としてのＬＥＤチップ２とによって、白色ＬＥＤランプ（白色発光ランプ）１が構成されている。なお、三色蛍光体９が含有される透明樹脂８には、例えばシリコーン樹脂やエポキシ樹脂等を用いることができる。
【００１６】
三色蛍光体９を構成する青色、緑色、赤色発光の各蛍光体には、ＬＥＤチップ２から放射される波長360〜440nmの範囲の紫外線または紫色光を効率よく吸収する蛍光体を使用することが好ましい。これら各色発光の蛍光体のうち、青色発光蛍光体には紫外線や紫色光の吸収効率に優れるユーロピウム（Ｅｕ）付活ハロ燐酸塩蛍光体、およびユーロピウム（Ｅｕ）付活アルミン酸塩蛍光体から選ばれる少なくとも1種が用いられる。
【００１７】
Ｅｕ付活ハロ燐酸塩蛍光体としては、
一般式：（Ｍ11-c，Ｅｕc）10（ＰＯ4）6・Ｃｌ2 …(1)
（式中、Ｍ1はＭｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、ｃは0.005≦ｃ≦0.03を満足する数である）
で表される組成を有する蛍光体が例示される。Ｅｕ付活アルミン酸塩蛍光体としては、
一般式：ｍ（Ｍ21-d，Ｅｕd）Ｏ・ｎＡｌ2Ｏ3 …(2)
（式中、Ｍ2はＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、ＢａおよびＺｎから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、ｄ、ｍおよびｎは0.05≦ｄ≦0.3、0＜ｍ、0＜ｎ、0.2≦ｍ／ｎ≦1.5を満足する数である）
で表される組成を有する蛍光体が例示される。
【００１８】
また、赤色発光蛍光体にはユーロピウム（Ｅｕ）およびサマリウム（Ｓｍ）付活酸硫化ランタン蛍光体、および銅（Ｃｕ）およびマンガン（Ｍｎ）付活硫化亜鉛蛍光体から選ばれる少なくとも1種が用いられる。ＥｕおよびＳｍ付活酸硫化ランタン蛍光体としては、
一般式：（Ｌａ1-a-b，Ｅｕa，Ｓｍb）2Ｏ2Ｓ …(3)
（式中、ａおよびｂは0.01≦ａ≦0.15、0.0001≦ｂ≦0.03を満足する数である）
で表される組成を有する蛍光体が例示される。また、ＣｕおよびＭｎ付活硫化亜鉛蛍光体としては、
一般式：ＺｎＳ：Ｃｕv，Ｍｎw …(4)
（式中、ｖおよびｗは0.0002≦ｖ≦0.001、0.005≦ｗ≦0.014を満足する数である）
で表される組成を有する蛍光体が例示される。
【００１９】
(3)式および(4)式で表される赤色発光蛍光体は、いずれも紫外発光タイプのＬＥＤチップ２で発光させる赤色発光成分として利用することが可能であるものの、赤色発光成分の発光特性（発光強度等）を考慮すると、少なくともＥｕおよびＳｍ付活酸硫化ランタン蛍光体を赤色発光成分として使用することが好ましい。また、ＥｕおよびＳｍ付活酸硫化ランタン蛍光体単独では赤色発光成分が不足することから、ＣｕおよびＭｎ付活硫化亜鉛蛍光体を併用することが有効である。
【００２０】
上述した赤色発光蛍光体は波長360〜440nmの範囲の紫外線または紫色光に対する発光効率が必ずしも十分とは言えない。ＥｕおよびＳｍ付活酸硫化ランタン蛍光体とＣｕおよびＭｎ付活硫化亜鉛蛍光体を併用することで赤色発光成分が補強されるものの、青色および緑色発光蛍光体に比べると発光効率等が劣る。そこで、この実施形態の白色ＬＥＤランプ１においては、従来の緑色発光成分に比べて長波長成分をより多く含む緑色発光蛍光体を用いている。具体的には、緑色発光蛍光体に金（Ａｕ）およびアルミニウム（Ａｌ）付活硫化亜鉛蛍光体を用いる。
【００２１】
ＡｕおよびＡｌ付活硫化亜鉛蛍光体としては、例えば
一般式：ＺｎＳ：Ａｕx，Ａｌy …(5)
（式中、ｘおよびｙは0.0002≦ｘ≦0.0015、0.0001≦ｙ≦0.0012を満足する数である）
で表される組成を有する蛍光体が用いられる。(5)式におけるｘの値（1モルのＺｎＳに対するＡｕのモル比）が0.0002未満であると発光色度が青色方向にずれて望ましい色が得られなくなる。一方、ｘの値が0.0015を超えると蛍光体の体色が悪くなり輝度が低下する。また、(5)式におけるｙの値（1モルのＺｎＳに対するＡｌのモル比）が0.0001未満であるとＡｕが硫化亜鉛の中に入らなくなり、これにより輝度が低下する。一方、ｙの値が0.0012を超えると蛍光体の体色が悪くなり輝度が低下する。
【００２２】
図２にＡｕおよびＡｌ付活硫化亜鉛蛍光体（ＺｎＳ：Ａｕ，Ａｌ蛍光体）の発光スペクトル（ａ）を、従来のＣｕおよびＡｌ付活硫化亜鉛蛍光体（ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ蛍光体）の発光スペクトル（ｂ）とＥｕおよびＭｎ付活アルミン酸塩蛍光体（3（Ｂａ，Ｍｇ，Ｅｕ，Ｍｎ）Ｏ・8Ａｌ2Ｏ3蛍光体）の発光スペクトル（ｃ）と比較して示す。図２から明らかなように、ＡｕとＡｌで共付活した硫化亜鉛蛍光体は、従来のＣｕおよびＡｌ付活硫化亜鉛蛍光体やＥｕおよびＭｎ付活アルミン酸塩蛍光体に比べて長波長成分を多く含んでおり、これによって赤色発光成分を補強することが可能となる。
【００２３】
上述した青色、緑色および赤色発光蛍光体を含む三色蛍光体９は、450nm近辺、560nm近辺、620nm近辺の光をバランスよく含んでいることから、白色光の演色性を高めることができる。その上で、従来の緑色発光成分に比べて長波長成分をより多く含むＡｕおよびＡｌ付活硫化亜鉛蛍光体（ＺｎＳ：Ａｕ，Ａｌ蛍光体）からなる緑色発光蛍光体を用いているため、赤色発光蛍光体による発光不足等を補強することができる。これによって、青色、緑色、赤色の各発光成分の輝度バランスが向上することから、紫外発光ＬＥＤチップ２を用いた白色ＬＥＤランプ１の輝度特性を高めることができる。従って、高演色性と高輝度とを両立させた白色ＬＥＤランプ１を実現することが可能となる。
【００２４】
上述した緑色発光蛍光体（ＺｎＳ：Ａｕ，Ａｌ蛍光体）による白色ＬＥＤランプ１の輝度特性の向上効果は、赤色発光蛍光体としてＥｕおよびＳｍ付活酸硫化ランタン蛍光体、ＣｕおよびＭｎ付活硫化亜鉛蛍光体のいずれを用いた場合においても得ることができる。さらに、赤色発光蛍光体自体による輝度特性の改善効果を得る上で、赤色発光蛍光体は前述したようにＥｕおよびＳｍ付活酸硫化ランタン蛍光体とＣｕおよびＭｎ付活硫化亜鉛蛍光体とを併用することが好ましい。これによって、赤色発光成分がさらに補強されることから、白色ＬＥＤランプ１の輝度特性をより一層高めることが可能となる。これら赤色発光蛍光体の配合比率は目的とする白色光の色温度等にもよるが、例えばＥｕおよびＳｍ付活酸硫化ランタン蛍光体とＣｕおよびＭｎ付活硫化亜鉛蛍光体との質量比を3:7〜7:3の範囲とすることが好ましい。
【００２５】
図３は上述した青色、緑色および赤色発光蛍光体を含む三色蛍光体９を用いた白色ＬＥＤランプ１の発光スペクトルの一例を示している。図３において、Ａの発光スペクトルは青色発光成分としてＥｕ付活ハロ燐酸塩蛍光体、緑色発光成分としてＡｕおよびＡｌ付活硫化亜鉛蛍光体、赤色発光成分としてＥｕおよびＳｍ付活酸硫化ランタン蛍光体を用いた白色ＬＥＤランプ１の発光スペクトルであり、Ｂの発光スペクトルはＡの蛍光体の組合せに赤色発光成分としてＣｕおよびＭｎ付活硫化亜鉛蛍光体を加えた白色ＬＥＤランプ１の発光スペクトルである。
【００２６】
上記した蛍光体の組合せＡ、Ｂのいずれにおいても、電流値20mA、ピーク値400nmのＬＥＤチップからの紫外線を（ｘ＝0.300〜0.350，ｙ＝0.300〜0.350）の色度を有する白色光に変換したとき、青色発光成分のピーク値が450nm、緑色発光成分のピーク値が545nm、赤色発光成分のピーク値が623nmにそれぞれあり、平均演色指数で90以上、輝度で300mcd以上の特性値が得られている。さらに、ＡとＢの発光スペクトルを比較すると、発光スペクトルＢの方が580nm付近およびそれ以上の領域における発光成分が増加していることが分かる。これは赤色発光成分としてＥｕおよびＳｍ付活酸硫化ランタン蛍光体とＣｕおよびＭｎ付活硫化亜鉛蛍光体とを併用したことに基づくものであり、これによって白色ＬＥＤランプ１の輝度特性をより一層高めることが可能となる。
【００２７】
また、本発明では上述した青色、緑色および赤色発光蛍光体は、透明樹脂８中における各色発光蛍光体の分散状態の均一性を高める上で、予め無機結合剤や有機結合剤等の結合剤で結合させた状態で透明樹脂８中に分散させることが好ましい。無機結合剤としては微粉化したアルカリ土類ホウ酸塩等を用いることができ、また有機結合剤としてはアクリル樹脂やシリコーン樹脂等の透明樹脂を用いることができる。無機結合剤や有機結合剤等を用いて一体化処理を施すことによって、各蛍光体がランダムに結び付いて大粒径化する。これによって、透明樹脂８中での各蛍光体の沈降速度の差等に基づく分散状態の不均一性等を解消することができ、白色光の再現性や発光色度の均一性（色度差のバラツキを小さくする）等を高めることが可能となる。
【００２８】
さらに、白色ＬＥＤランプ１の輝度特性には各蛍光体の粒径も影響する。このような点から、青色、緑色および赤色発光蛍光体はそれらの混合物としての平均粒径が7μm以上であることが好ましい。なお、ここで言う平均粒径は粒度分布の中位値（50％値）を示すものである。三色蛍光体９の平均粒径を7μm以上とすることによって、白色ＬＥＤランプ１の輝度をさらに高めることが可能となる。三色蛍光体（混合蛍光体）９の平均粒径は8μm以上とすることがより好ましい。なお、三色蛍光体９の平均粒径に基づく輝度の向上効果は、上述した一体化処理（結合工程）を施した蛍光体に対しても有効である。
また、前記青色発光蛍光体、前記緑色発光蛍光体および前記赤色発光蛍光体は予め結合剤により結合した結合蛍光体を作製する工程を行った後、前記結合蛍光体と樹脂と混合する蛍光体樹脂混合物を作製する工程と、前記蛍光体樹脂混合物を発光ダイオードに塗布する発光部形成工程とを、具備するものである。
このような本発明の白色ＬＥＤランプは個々のＬＥＤ間で色度バラツキの小さい均一なＬＥＤを得ることができる。そのため、例えば、液晶表示装置のバックライトのように複数個のＬＥＤを用いる分野に特に有効である。バックライトとしては直下型、サイドライト型のいずれのタイプにも有効であり、特に１０個以上並べて使用するものに効果的である。従って、本発明の製造方法によれば、色度バラツキの小さい均一な白色ＬＥＤランプを製造することができる。また、バックライトを製造する際は、複数個の白色ＬＥＤランプを所定の間隔に並べてＬＥＤモジュールを構成することが好ましい。
【実施例】
【００２９】
次に、本発明の具体的な実施例およびその評価結果について述べる。
【００３０】
実施例１
まず、青色発光蛍光体としてＥｕ付活アルカリ土類クロロ燐酸塩（（Ｓｒ0.59，Ｃａ0.01，Ｂａ0.39，Ｅｕ0.01）10（ＰＯ4）6・Ｃｌ2）蛍光体、緑色発光蛍光体としてＡｕおよびＡｌ付活硫化亜鉛（ＺｎＳ：Ａｕ0.0008，Ａｌ0.001）蛍光体、赤色発光蛍光体としてＥｕおよびＳｍ付活酸硫化ランタン（（Ｌａ0.94，Ｅｕ0.058，Ｓｍ0.002）2Ｏ2Ｓ）蛍光体を用意した。
【００３１】
上述した青色発光蛍光体を1.74g、緑色発光蛍光体を2.17g、赤色発光蛍光体を2.33g計量し、以下に示す結合工程により各色の蛍光体を結合させたものである。なお、各蛍光体の混合比はＬＥＤランプのＣＩＥ色度値（ｘ，ｙ）がｘ＝0.30〜0.31、ｙ＝0.30〜0.31の範囲に入るように設定したものである。以下の実施例２〜１０および比較例１も同様である。また、各蛍光体の混合物としての平均粒径（分布中位径）は9.5μmである。このような混合蛍光体を用いて、図１に示したＬＥＤランプ１を作製した。結合工程は、各色発光の蛍光体を水に投入して懸濁液とした。この懸濁液を撹拌しながらホウ酸バリウム・カルシウム（３（Ｂａ，Ｃａ）Ｏ・Ｂ２Ｏ３）を各蛍光体の合計量に対して０．１質量％の割合で添加した。撹拌を３０分間継続した後に停止し、蛍光体を沈降させた。これをろ過してベーキングした後に２００メッシュのナイロン篩にかけて、結合させた３色混合蛍光体（結合蛍光体）を得た。
【００３２】
ＬＥＤランプ１の作製工程は、まず透明樹脂８を構成するシリコーン樹脂に、混合蛍光体を30質量％の割合で添加、混合してスラリーとした。このスラリーを発光ピーク波長が400nm、形状が300μm四方の紫外発光ＬＥＤチップ２上に滴下し、140℃でシリコーン樹脂を硬化させることによって、混合蛍光体（青色、緑色および赤色の混合蛍光体）を含有するシリコーン樹脂で紫外発光ＬＥＤチップ２を封止した。このようにして作製したＬＥＤランプを後述する特性評価に供した。
【００３３】
実施例２
上記した実施例１と同一および同量の各蛍光体を用意し、これらを以下に示す方法で結合させた。結合工程は、まず各蛍光体にアクリル樹脂エマルジョンを蛍光体に対して固形分で0.1質量％の割合で添加し、これらを混合した。次いで、この混合物を120℃で乾燥させた後、ナイロンメッシュにかけて一体化蛍光体を得た。そして、このような一体化蛍光体を用いて、実施例１と同様にしてＬＥＤランプを作製した。このＬＥＤランプを後述する特性評価に供した。
【００３４】
実施例３
上記した実施例１と同一の各蛍光体に加えて、赤色発光蛍光体としてＣｕおよびＭｎ付活硫化亜鉛（ＺｎＳ：Ｃｕ0.0005，Ｍｎ0.008）蛍光体を用意した。Ｅｕ付活アルカリ土類クロロ燐酸塩を2.10g、ＡｕおよびＡｌ付活硫化亜鉛蛍光体を2.22g、ＥｕおよびＳｍ付活酸硫化ランタン蛍光体を2.10g、ＣｕおよびＭｎ付活硫化亜鉛蛍光体を0.82g計量し、これらを実施例１と同様にして混合、結合させた。そして、このような結合蛍光体を用いて、実施例１と同様にしてＬＥＤランプを作製した。このＬＥＤランプを後述する特性評価に供した。
【００３５】
実施例４〜５
表１に示す青色、緑色および赤色発光蛍光体の組合せを適用する以外は、それぞれ実施例１または実施例２と同様にして、結合蛍光体を作製した。これら各結合蛍光体を用いて、実施例１と同様にしてＬＥＤランプをそれぞれ作製した。このＬＥＤランプを後述する特性評価に供した。
【００３６】
比較例１
青色発光蛍光体としてＥｕ付活アルカリ土類クロロ燐酸塩（（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｅｕ）10（ＰＯ4）6・Ｃｌ2）蛍光体、緑色発光蛍光体としてＥｕおよびＭｎ付活アルカリ土類アルミン酸塩（3（Ｂａ，Ｍｇ，Ｅｕ，Ｍｎ）Ｏ・8Ａｌ2Ｏ3）蛍光体、赤色発光蛍光体としてＥｕ付活酸硫化ランタン（（Ｌａ，Ｅｕ）2Ｏ2Ｓ）蛍光体を用意した。上述した青色発光蛍光体を1.44g、緑色発光蛍光体を1.49g、赤色発光蛍光体を3.32g計量し、これらを三本ローラを用いて混合した。このような混合蛍光体を用いて、実施例１と同様にしてＬＥＤランプを作製した。このＬＥＤランプを後述する特性評価に供した。なお、比較例１では結合工程は行わなかった。
【００３７】
比較例２
青色発光蛍光体としてＥｕ付活アルカリ土類クロロ燐酸塩（（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｅｕ）10（ＰＯ4）6・Ｃｌ2）蛍光体、緑色発光蛍光体としてＥｕ付活アルカリ土類珪酸塩（（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ，Ｅｕ）2ＳｉＯ4）蛍光体、赤色発光蛍光体としてＥｕ付活酸硫化ランタン（（Ｌａ，Ｅｕ）2Ｏ2Ｓ）蛍光体を用意した。上述した青色発光蛍光体を2.71g、緑色発光蛍光体を0.45g、赤色発光蛍光体を1.85g計量し、これらを三本ローラを用いて混合した。このような混合蛍光体を用いて、実施例１と同様にしてＬＥＤランプを作製した。このＬＥＤランプを後述する特性評価に供した。なお、比較例２では結合工程は行わなかった。
【００３８】
【表１】
【００３９】
上述した実施例１〜５および比較例１〜２の各白色ＬＥＤランプに20mAの電流を流して点灯させ、各白色ＬＥＤランプの発光輝度、平均演色指数、色度を測定した。これらの測定結果を表２に示す。なお、各白色ＬＥＤランプの発光特性は、Instrument System社製CAS 140B COMPACT ARRAY SPECTROMETERおよび大塚電子社製MCPD装置を用いて測定した。
【００４０】
【表２】
【００４１】
表２から明らかなように、実施例１〜５による各白色ＬＥＤランプは演色性に優れることに加えて、比較例１および比較例２に比べて輝度特性に優れることが分かる。従って、紫外発光ＬＥＤを用いた白色ＬＥＤランプにおいて、高演色性と高輝度とを両立させることが可能となる。
次に、実施例１〜５の白色発光ＬＥＤランプの色度バラツキを測定した。色度は各実施例にかかる白色ＬＥＤを各２０個用意し、各ＬＥＤの真上で色度（ＣＩＥ色度座標）を測定し、ｘ座標、ｙ座標の最大値と最小値の差（Δｘ、Δｙ）を測定した。なお、参考例として結合工程を行わない以外は実施例１と同様のものを用意した。その結果を表３に示す。
【００４２】
【表３】
【００４３】
表３から分かる通り、本実施例にかかる白色ＬＥＤは色度バラツキが小さいことが分かる。このような白色ＬＥＤランプは、携帯通信機器、ＰＣ周辺機器、ＯＡ機器、家庭用電気機器、各種スイッチ類、バックライト型表示板等の各種表示装置の構成部品、さらには一般照明装置等として有効に利用することができる。
特に、色度バラツキが小さいことから白色ＬＥＤランプを複数個用いるバックライトに用いたとしても均一な白色を有する面光源を得ることができる。従って、それを用いた液晶表示装置の特性も向上する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施形態による白色ＬＥＤランプの構成を示す断面図である。
【図２】本発明に適用される緑色発光蛍光体の発光スペクトルの一例を従来の緑色発光蛍光体と比較して示す図である。
【図３】本発明に適用される三色蛍光体の発光スペクトルの一例を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１…白色ＬＥＤランプ、２…ＬＥＤチップ、６…樹脂枠、７…反射層、８…透明樹脂、９…三色蛍光体。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光波長が360nm以上440nm以下の範囲の発光ダイオードと、青色発光蛍光体と緑色発光蛍光体と赤色発光蛍光体とを含み、前記発光ダイオードからの光により励起されて白色光を発光する発光部とを具備する白色発光型ＬＥＤランプの製造方法において、
前記青色発光蛍光体はユーロピウム付活ハロ燐酸塩蛍光体とユーロピウム付活アルミン酸塩蛍光体から選ばれる少なくとも1種からなり、前記緑色発光蛍光体は金およびアルミニウム付活硫化亜鉛蛍光体からなり、かつ前記赤色発光蛍光体はユーロピウムおよびサマリウム付活酸硫化ランタン蛍光体と銅およびマンガン付活硫化亜鉛蛍光体から選ばれる少なくとも1種からなり、
かつ、前記青色発光蛍光体、前記緑色発光蛍光体および前記赤色発光蛍光体は予め結合剤により結合した結合蛍光体を作製する工程と、
前記結合蛍光体と樹脂と混合する蛍光体樹脂混合物を作製する工程と、
前記蛍光体樹脂混合物を発光ダイオードに塗布する発光部形成工程とを、
具備することを特徴とする白色発光型ＬＥＤランプの製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の白色発光型ＬＥＤランプの製造方法において、
前記緑色発光蛍光体は、
一般式：ＺｎＳ：Ａｕx，Ａｌy
（式中、ｘおよびｙは0.0002≦ｘ≦0.0015、0.0001≦ｙ≦0.0012を満足する数である）
で表される組成を有する金およびアルミニウム付活硫化亜鉛蛍光体からなることを特徴とする白色発光型ＬＥＤランプの製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の白色発光型ＬＥＤランプの製造方法において、
前記赤色発光蛍光体は、
一般式：（Ｌａ1-a-b，Ｅｕa，Ｓｍb）2Ｏ2Ｓ
（式中、ａおよびｂは0.01≦ａ≦0.15、0.0001≦ｂ≦0.03を満足する数である）
で表される組成を有するユーロピウムおよびサマリウム付活酸硫化ランタン蛍光体、および
一般式：ＺｎＳ：Ｃｕv，Ｍｎw
（式中、ｖおよびｗは0.0002≦ｖ≦0.001、0.005≦ｗ≦0.014を満足する数である）
で表される組成を有する銅およびマンガン付活硫化亜鉛蛍光体から選ばれる少なくとも1種からなることを特徴とする白色発光型ＬＥＤランプの製造方法。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の白色発光型ＬＥＤランプの製造方法において、
前記赤色発光蛍光体は前記ユーロピウムおよびサマリウム付活酸硫化ランタン蛍光体と前記銅およびマンガン付活硫化亜鉛蛍光体を共に含むことを特徴とする白色発光型ＬＥＤランプの製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載の白色発光型ＬＥＤランプの製造方法において、
前記青色発光蛍光体は、
一般式：（Ｍ11-c，Ｅｕc）10（ＰＯ4）6・Ｃｌ2
（式中、Ｍ1はＭｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、ｃは0.005≦ｃ≦0.03を満足する数である）
で表される組成を有するユーロピウム付活ハロ燐酸塩蛍光体、および
一般式：ｍ（Ｍ21-d，Ｅｕd）Ｏ・ｎＡｌ2Ｏ3
（式中、Ｍ2はＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、ＢａおよびＺｎから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、ｄ、ｍおよびｎは0.05≦ｄ≦0.3、0＜ｍ、0＜ｎ、0.2≦ｍ／ｎ≦1.5を満足する数である）
で表される組成を有するユーロピウム付活アルミン酸塩蛍光体から選ばれる少なくとも1種からなることを特徴とする白色発光型ＬＥＤランプの製造方法。
【請求項６】
前記請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の白色発光型ＬＥＤランプを複数個用いたことを特徴とするバックライトの製造方法。
【請求項７】
前記請求項６のバックライトを用いたことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【請求項１】
発光波長が360nm以上440nm以下の範囲の発光ダイオードと、青色発光蛍光体と緑色発光蛍光体と赤色発光蛍光体とを含み、前記発光ダイオードからの光により励起されて白色光を発光する発光部とを具備する白色発光型ＬＥＤランプの製造方法において、
前記青色発光蛍光体はユーロピウム付活ハロ燐酸塩蛍光体とユーロピウム付活アルミン酸塩蛍光体から選ばれる少なくとも1種からなり、前記緑色発光蛍光体は金およびアルミニウム付活硫化亜鉛蛍光体からなり、かつ前記赤色発光蛍光体はユーロピウムおよびサマリウム付活酸硫化ランタン蛍光体と銅およびマンガン付活硫化亜鉛蛍光体から選ばれる少なくとも1種からなり、
かつ、前記青色発光蛍光体、前記緑色発光蛍光体および前記赤色発光蛍光体は予め結合剤により結合した結合蛍光体を作製する工程と、
前記結合蛍光体と樹脂と混合する蛍光体樹脂混合物を作製する工程と、
前記蛍光体樹脂混合物を発光ダイオードに塗布する発光部形成工程とを、
具備することを特徴とする白色発光型ＬＥＤランプの製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の白色発光型ＬＥＤランプの製造方法において、
前記緑色発光蛍光体は、
一般式：ＺｎＳ：Ａｕx，Ａｌy
（式中、ｘおよびｙは0.0002≦ｘ≦0.0015、0.0001≦ｙ≦0.0012を満足する数である）
で表される組成を有する金およびアルミニウム付活硫化亜鉛蛍光体からなることを特徴とする白色発光型ＬＥＤランプの製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の白色発光型ＬＥＤランプの製造方法において、
前記赤色発光蛍光体は、
一般式：（Ｌａ1-a-b，Ｅｕa，Ｓｍb）2Ｏ2Ｓ
（式中、ａおよびｂは0.01≦ａ≦0.15、0.0001≦ｂ≦0.03を満足する数である）
で表される組成を有するユーロピウムおよびサマリウム付活酸硫化ランタン蛍光体、および
一般式：ＺｎＳ：Ｃｕv，Ｍｎw
（式中、ｖおよびｗは0.0002≦ｖ≦0.001、0.005≦ｗ≦0.014を満足する数である）
で表される組成を有する銅およびマンガン付活硫化亜鉛蛍光体から選ばれる少なくとも1種からなることを特徴とする白色発光型ＬＥＤランプの製造方法。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の白色発光型ＬＥＤランプの製造方法において、
前記赤色発光蛍光体は前記ユーロピウムおよびサマリウム付活酸硫化ランタン蛍光体と前記銅およびマンガン付活硫化亜鉛蛍光体を共に含むことを特徴とする白色発光型ＬＥＤランプの製造方法。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載の白色発光型ＬＥＤランプの製造方法において、
前記青色発光蛍光体は、
一般式：（Ｍ11-c，Ｅｕc）10（ＰＯ4）6・Ｃｌ2
（式中、Ｍ1はＭｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、ｃは0.005≦ｃ≦0.03を満足する数である）
で表される組成を有するユーロピウム付活ハロ燐酸塩蛍光体、および
一般式：ｍ（Ｍ21-d，Ｅｕd）Ｏ・ｎＡｌ2Ｏ3
（式中、Ｍ2はＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、ＢａおよびＺｎから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、ｄ、ｍおよびｎは0.05≦ｄ≦0.3、0＜ｍ、0＜ｎ、0.2≦ｍ／ｎ≦1.5を満足する数である）
で表される組成を有するユーロピウム付活アルミン酸塩蛍光体から選ばれる少なくとも1種からなることを特徴とする白色発光型ＬＥＤランプの製造方法。
【請求項６】
前記請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の白色発光型ＬＥＤランプを複数個用いたことを特徴とするバックライトの製造方法。
【請求項７】
前記請求項６のバックライトを用いたことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００７−９１９５８（Ｐ２００７−９１９５８Ａ）
【公開日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２８５６２２（Ｐ２００５−２８５６２２）
【出願日】平成１７年９月２９日（２００５．９．２９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（３０３０５８３２８）東芝マテリアル株式会社 (252)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月１２日（２００７．４．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月２９日（２００５．９．２９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（３０３０５８３２８）東芝マテリアル株式会社 (252)
【Ｆターム（参考）】
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