説明

白色発光装置

【課題】白色光の具現のために使用される青色LEDのピーク波長の範囲を大幅に拡大できる白色発光装置を提供する。
【解決手段】本発明の白色発光装置は、青色LEDと、上記青色LED上に配置された橙色蛍光体と緑色蛍光体の混合物を含む。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、LED素子を使用した白色発光装置に関するものであって、特に、蛍光体として橙色蛍光体と緑色蛍光体の組み合わせを用いることにより、適用可能なLED素子のピーク波長の範囲を大幅に拡大できる白色発光装置に関する。
【背景技術】
【0002】
最近、白色LED装置は、従来の小型ランプまたは蛍光ランプなどに替えて液晶表示装置のバックライトなどに多く使用されている。通常、白色LED装置は、青色LEDと黄色蛍光体の組み合わせにより具現される。LEDから放出された青色光は蛍光体を励起させ、これによってその蛍光体は黄色光を放出することになる。上記青色光と黄色光の混色を、観察者は白色光と認識することになる。この場合、黄色蛍光体としては、Ce3+に活性化されガーネット(garnet)結晶から成るYAG:Ce及びTAG:Ce蛍光体を多く使用している。他にも白色LED装置に使用される黄色蛍光体としては、Eu2+に活性化された珪酸塩(silicate)蛍光体が広く使用されているが、例えば(2−x−y)SrO・x(Ba、Ca)O・(1−a−b−c−d)SiO・aPbAl・cB・dGeO:yEu2+(xは0<x<1.6、yは0.005<y<0.5、0<a、b、c、d<0.5である)の組成を有する蛍光体と、(3−x)SrO・SiO:xEu2+(xは0<x<1である)の組成を有する蛍光体などがある。この蛍光体は、青色光により励起され、比較的高い量子効率で黄色光を発する。
【0003】
上記の各々の黄色蛍光体は、固有の黄色ピーク波長を有している。これによって、1931 CIE色座標上において、純粋な白色に該当するx=0.27〜0.33、y=0.25〜0.35領域の白色光を得るためには、上記黄色蛍光体と共に使用できる青色LEDの波長は極めて限られている。このような短所を克服するためには、YAG:Ce蛍光体からYをGdに置き換えるかAlをGaに置き換える方法、及びTAG:Ce蛍光体からTbをGdに置き換えるかAlをGaに置き換える方法によって蛍光体のピーク波長を短波長化または長波長化させる方案が提案された。また珪酸塩蛍光体の場合には、Sr、Ca、Baを相互置き換えることにより、珪酸塩黄色蛍光体の波長変化を図ることが出来る。
【0004】
しかし、このような組成変化による波長移動の幅は限られている。さらに、上記の蛍光体の波長変化に応じて発光効率の低下された波長領域が発生するため、実際可能な波長変化の幅はさらに限られる。このように従来のガーネット系または珪酸塩系の黄色蛍光体を使用する場合には、黄色発光波長の変化の幅が極めて小さいため、白色光の具現のため共に使用できる青色LEDの発光波長も極めて限られる。これによって、高品質の白色光を容易に具現することが困難となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、上記の問題点を解決するためのものであって、本発明の目的は、白色光の具現のために使用される青色LEDのピーク波長の範囲を大幅に拡大できる白色発光装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上述の技術的課題を達成すべく、本発明による白色発光装置は、青色LEDと、上記青色LED上に配置された橙色蛍光体と緑色蛍光体の混合物を含む。
【0007】
好ましくは、上記白色発光装置は、上記青色LEDを封止するモールディング部をさらに含み、上記橙色蛍光体と緑色蛍光体の混合物は上記モールディング部内に分散されることが出来る。
【0008】
本発明によると、適用可能な青色LEDの発光ピークの範囲は、420nmから480nmまで拡大されることが出来る。好ましくは、上記橙色蛍光体の発光ピークは560乃至590nmである。また好ましくは、上記緑色蛍光体の発光ピークは510乃至550nmである。
【0009】
本発明の実施形態によると、上記橙色蛍光体は、(3−x−y)SrO・x(Ba、Ca)O・(1−a−b−c−d)SiO・aP bAl・cB・dGeO:yEu2+(0≦x<2.4、0.005<y<0.5、0≦a、b、c、d<0.5)の組成を有する珪酸塩蛍光体を含むことが出来る。
【0010】
本発明の実施形態によると、上記橙色蛍光体は、Zn1−xSe1−y:Cu(0<x<0.2、0.005<y<1)の組成を有する蛍光体を含むことが出来る。
【0011】
本発明の実施形態によると、上記橙色蛍光体は、CaSi12−(z+w)Alz+w16−w:Eu2+(0.5<x<0.9、0.01<y<0.15、0<z<4、0<w<4、 0<z+w<4)の組成を有するCa−αサイアロン(Ca−αsialon)蛍光体を含むことが出来る。
【0012】
本発明の実施形態によると、上記橙色蛍光体は、(3−x−y)SrO・x(Ba、Ca)O・(1−a−b−c−d)SiO・aP bAl・cB・dGeO:yEu2+(0≦x<2.4、0.005<y<0.5、0≦a、b、c、d<0.5)と、Zn1−xSe1−y:Cu(0<x<0.2、0.005<y<1)と、CaSi12−(z+w)Alz+w16−w:Eu2+(0.5<x<0.9、0.01<y<0.15、0<z<4、0<w<4、0<z+w<4)のうち選択された2以上の蛍光体を含むことが出来る。
【0013】
本発明の実施形態によると、上記緑色蛍光体は、(Sr1−x−y、Ca)Ga(S、Se1−z:Eu2+(0≦x<1、0<y<0.2、0<x+y≦1、0<z≦1)の組成を有する蛍光体を含むことが出来る。
【0014】
本発明の実施形態によると、上記緑色蛍光体は、(Sr1−x−y−z、Ca、Ba、MgSiO:Eu2+(0<x<1、0.5<y<1、0<z<1、0.03<w<0.2、0<x+y+z+w<1)の組成を有する蛍光体を含むことが出来る。
【0015】
本発明の実施形態によると、上記緑色蛍光体は、Euに活性化されたβサイアロン(βsialon)蛍光体であることが出来る。また、本発明の実施形態によると、上記緑色蛍光体は、Y(Al1−x、Ga12:Ce(0<x≦1)、SrSi:Eu、CaScSi12:Ce、CaSc:Eu及びこれらの組み合わせから成るグループから選択された蛍光体を含むことが出来る。
【0016】
本発明の実施形態によると、上記緑色蛍光体は、(Sr1−x−y、Ca)Ga(S、Se1−z:Eu2+(0≦x<1、0<y<0.2、0<x+y≦1、0<z≦1)と、(Sr1−x−y−z、Ca、Ba、MgSiO:Eu2+(0<x<1、0.5<y<1、0<z<1、0.03<w<0.2、0<x+y+z+w<1)と、Euに活性化されたβサイアロンと、Y(Al1−x、Ga12:Ce(0<x≦1)と、SrSi:Euと、CaScSi12:Ceと、CaSc:Euのうち選択された2以上の蛍光体を含むことが出来る。
【0017】
本発明の好ましい一実施形態によると、上記橙色蛍光体はZn(Se0.1、S0.9):Cuで、上記緑色蛍光体はEuに活性化されたβ−サイアロンである。好ましい他の実施形態によると、上記橙色蛍光体はSrSiO:Euで、上記緑色蛍光体はSrGa:Euである。好ましいまた異なる実施形態によると、上記橙色蛍光体はZn(Se0.10.9):Cuで、上記緑色蛍光体はCaGa(S、Se):Euである。
【発明の効果】
【0018】
本発明によると、橙色蛍光体と緑色蛍光体を青色LEDに適用することにより、蛍光体混合物のピーク波長を用意に調節できるようになる。これによって、良好な色座標特性を有する白色光を具現するため適用できる青色LEDの波長範囲が420nmから480nmに至るまで大幅に広くなる。結局、高品質の白色光の具現が容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
以下、添付の図面を参照に本発明の実施形態を説明する。しかし、本発明の実施形態は様々な形態に変形することができ、本発明の範囲が以下に説明する実施形態により限定されるのではない。本発明の実施形態は当業界において平均知識を有している者に本発明をより完全に説明するため提供される。従って、図面における要素の形状及び大きさ等はより明確な説明のため誇張されることが出来る。
【0020】
図1は、本発明の一実施形態による白色発光装置の側面図である。図1を参照すると、白色発光装置100はケーシング101の溝部(または反射コップ)に青色LED104が配置されている。ケーシング101に設けられた端子電極103は、ボンディングワイヤ105を通じてLED104と電気的に接触することになる。青色LED104上には、青色LED104を封止するモールディング部110が形成されている。このモールディング部110には、橙色蛍光体と緑色蛍光体が適切な混合比で分散されている。
【0021】
このように白色発光装置100は、波長変換用蛍光体として橙色と緑色の混合蛍光体を使用する。この橙色と緑色蛍光体の種類とその混合比を選択及び調節することにより、混合蛍光体から出る発光スペクトラムのピーク波長を580nm近くの橙色から510nm近くの緑色まで調節することが出来る。これによって、白色発光具現に適用される青色LED104素子のピーク波長領域を420nmから480nmに至るまで大幅に拡大させることが可能となる。結局、白色発光具現のため選択できる青色LED104の選択幅が広くなることにより、良好な色座標特性を有する高品質の白色光を容易に具現できるようになる。
【0022】
上記橙色蛍光体としては、(3−x−y)SrO・x(Ba、Ca)O・(1−a−b−c−d)SiO・aP bAl・cB・dGeO:yEu2+(0≦x<2.4、0.005<y<0.5、0≦a、b、c、d<0.5)の組成を有する珪酸塩蛍光体を使用することが出来る。例えば、SrSiO:Euが使用されることが出来る。また、橙色蛍光体としてZn1−xSe1−y:Cu(0<x<0.2、0.005<y<1)の組成を有する蛍光体を使用することも出来る。例えば、Zn(Se0.10.9):Cuが使用されることが出来る。他にもCaSi12−(z+w)Alz+w16−w:Eu2+(0.5<x<0.9、0.01<y<0.15、0<z<4、0<w<4、0<z+w<4)の組成を有するCa−αサイアロン蛍光体を使用することも出来る。また、上記組成式の橙色蛍光体のうち選択された2以上の蛍光体の混合物が白色発光装置用の橙色蛍光体として使用されることが出来る。上記組成式を有する橙色蛍光体は青色光により励起され、560乃至590nmで発光ピークを示すことが出来る。
【0023】
上記緑色蛍光体としては、(Sr1−x−y、Ca)Ga(S、Se1−z:Eu2+(0≦x<1、0<y<0.2、0<x+y≦1、0<z≦1)の組成を有する蛍光体を使用することが出来る。例えば、SrGa:EuまたはCaGa(S、Se):Euが使用されることが出来る。また、緑色蛍光体として(Sr1−x−y−z、Ca、Ba、MgSiO:Eu2+(0<x<1、0.5<y<1、0<z<1、0.03<w<0.2、0<x+y+z+w<1)の組成を有する蛍光体を使用することも出来る。他にも、緑色蛍光体としてEuに活性化されたβサイアロン(βsialon)蛍光体、Y(Al1−x、Ga12:Ce(0<x≦1)、SrSi:Eu、CaScSi12:CeまたはCaSc:Eu等を使用することも出来る。また、上記組成式の緑色蛍光体のうち選択された2以上の蛍光体の混合物が白色発光装置用の緑色蛍光体として使用されることが出来る。上記組成式を有する緑色蛍光体は青色光により励起され、510乃至550nmで発光ピークを示すことが出来る。
【0024】
図2は、本発明に適用できる橙色蛍光体と緑色蛍光体の発光スペクトラムを示したグラフである。特に、図2は橙色蛍光体である‘Zn(Se0.1、S0.9):Cu’の発光スペクトラムと緑色蛍光体である‘Euでドーピングされたβ−サイアロン’の発光スペクトラムを示す。Zn(Se0.1、S0.9):Cuは420乃至480nmの青色光により励起され、580nm近くのピーク波長を有する橙色光を放出する。即ち、Zn(Se0.1、S0.9):Cuは本発明に適用できる橙色蛍光体に該当する。Euにドーピングされたβ−サイアロン(β−sialon)は、420乃至480nmの青色光により励起され、540nm近くのピーク波長を有する緑色光を放出する。
【0025】
このような橙色蛍光体と緑色蛍光体は、混合されて白色発光装置用の混合蛍光体として使用されることが出来る。上記橙色蛍光体と緑色蛍光体の混合比を所望の割合で調節することにより、混合蛍光体から出る発光スペクトラムのピーク波長は、580nm近くの橙色から540nm近くの緑色に至るまで幅広く調節されることが出来る。
【0026】
図3は、本発明の一実施形態による白色発光装置の発光スペクトラムを示したグラフである。図3の発光スペクトラムは、図2に示された‘Zn(Se0.1、S0.9):Cu’橙色蛍光体と‘Euにドーピングされたβ−サイアロン’緑色蛍光体の混合物を460nmのピーク波長を有する青色LEDに適用して得られたものである。図3に図示された通り、白色発光装置の発光スペクトラムは、460nm近くと580nm近くでピークを有し、比較的広い波長範囲にわたって分布されている。このような混合蛍光体と青色LEDとの組み合わせは、良好な色座標特性を有する白色光を出力するようになる。
【0027】
図4は、本発明の他の実施形態による白色発光装置の発光スペクトラムを示したグラフである。図4の発光スペクトラムは、SrSiO:Eu橙色蛍光体とSrGa2S4:Eu緑色蛍光体の蛍光体混合物を460nmのピーク波長を有する青色LEDに適用して得られたものである。図4に図示された通り、白色発光装置の発光スペクトラムは、460nm近くと580nm近くでピークを有し、比較的広い波長範囲にわたって分布されている。このような混合蛍光体と青色LEDとの組み合わせは、良好な色座標特性を有する白色光を出力するようになる。SrSiO:Eu橙色蛍光体とSrGa2S4:Eu緑色蛍光体の混合比を調節することによって使用できる青色LEDの波長を変化させることが出来る。
【0028】
図5は、本発明のまた異なる実施形態による白色発光装置の発光スペクトラムを示したグラフである。図5の発光スペクトラムは、Zn(Se0.10.9):Cu橙色蛍光体とCaGa(S、Se):Eu緑色蛍光体の蛍光体混合物を452nmピーク波長の青色LEDに適用して得られたものである。図5に図示された通り、白色発光装置の発光スペクトラムは、450nm近くと555nm近くでピークを有し、比較的広い波長範囲にわたって分布されている。このような発光スペクトラムは、良好な色座標特性を有する白色光を示す。Zn(Se0.10.9):Cu橙色蛍光体とCaGa(S、Se):Eu緑色蛍光体の混合比を調節することによって使用できる青色LEDの波長を変化させることが出来る。
【0029】
以上、図3乃至図5を参照に特定実施形態の蛍光体混合物を使用した白色発光装置について説明したが、本発明はこれに限定されない。上記の橙色蛍光体及び緑色蛍光体の混合比を異なるようにすることにより、x=0.27〜0.33、y=0.25〜0.35領域の色座標が得られる青色LEDのピーク波長を容易に調節することが出来る。これによって青色LEDに対する選択幅が広くなる。
【0030】
本発明は、上述の実施形態及び添付の図面により限定されず、添付の請求範囲によって限定される。請求範囲に記載された本発明の技術的思想を外れない範囲内で様々な形態の置換、変形及び変更が可能ということは、当技術分野において通常の知識を有している者には自明である。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】本発明の一実施形態による白色発光装置を概略的に示した側断面図である。
【図2】ZnSeS:Cu蛍光体とβ−サイアロン蛍光体の発光スペクトラムを示したグラフである。
【図3】本発明の一実施形態による白色発光装置の発光スペクトラムを示したグラフである。
【図4】本発明の他の実施形態による白色発光装置の発光スペクトラムを示したグラフである。
【図5】本発明のまた異なる実施形態による白色発光装置の発光スペクトラムを示したグラフである。
【符号の説明】
【0032】
100 白色発光装置
101 ケーシング
103 端子電極
104 青色LED
105 ボンディングワイヤ
110 蛍光体含有のモールディング部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
青色LEDと、
前記青色LED上に配置された橙色蛍光体と緑色蛍光体の混合物を含むことを特徴とする白色発光装置。
【請求項2】
前記青色LEDを封止するモールディング部をさらに含み、
前記橙色蛍光体と緑色蛍光体の混合物は、前記モールディング部内に分散されていることを特徴とする請求項1に記載の白色発光装置。
【請求項3】
前記橙色蛍光体の発光ピークは、560乃至590nmであることを特徴とする請求項1に記載の白色発光装置。
【請求項4】
前記緑色蛍光体の発光ピークは、510乃至550nmであることを特徴とする請求項1に記載の白色発光装置。
【請求項5】
前記橙色蛍光体は、(3−x−y)SrO・x(Ba、Ca)O・(1−a−b−c−d)SiO・aP bAl・cB・dGeO:yEu2+(0≦x<2.4、0.005<y<0.5、0≦a、b、c、d<0.5)の組成を有する珪酸塩蛍光体を含むことを特徴とする請求項1に記載の白色発光装置。
【請求項6】
前記橙色蛍光体は、Zn1−xSe1−y:Cu(0<x<0.2、0.005<y<1)の組成を有する蛍光体を含むことを特徴とする請求項1に記載の白色発光装置。
【請求項7】
前記橙色蛍光体は、CaSi12−(z+w)Alz+w16−w:Eu2+(0.5<x<0.9、0.01<y<0.15、0<z<4、0<w<4、0<z+w<4)の組成を有するCa−αサイアロン蛍光体を含むことを特徴とする請求項1に記載の白色発光装置。
【請求項8】
前記橙色蛍光体は、(3−x−y)SrO・x(Ba、Ca)O・(1−a−b−c−d)SiO・aP bAl・cB・dGeO:yEu2+(0≦x<2.4、0.005<y<0.5、0≦a、b、c、d<0.5)と、Zn1−xSe1−y:Cu(0<x<0.2、0.005<y<1)と、CaSi12−(z+w)Alz+w16−w:Eu2+(0.5<x<0.9、0.01<y<0.15、0<z<4、0<w<4、0<z+w<4)のうち選択された2以上の蛍光体を含むことを特徴とする請求項1に記載の白色発光装置。
【請求項9】
前記緑色蛍光体は、(Sr1−x−y、Ca)Ga(S、Se1−z:Eu2+(0≦x<1、0<y<0.2、0<x+y≦1、0<z≦1)の組成を有する蛍光体を含むことを特徴とする請求項1に記載の白色発光装置。
【請求項10】
前記緑色蛍光体は、(Sr1−x−y−z、Ca、Ba、MgSiO:Eu2+(0<x<1、0.5<y<1、0<z<1、0.03<w<0.2、0<x+y+z+w<1)の組成を有する蛍光体を含むことを特徴とする請求項1に記載の白色発光装置。
【請求項11】
前記緑色蛍光体は、Euに活性化されたβサイアロン蛍光体を含むことを特徴とする請求項1に記載の白色発光装置。
【請求項12】
前記緑色蛍光体は、Y(Al1−x、Ga12:Ce(0<x≦1)、SrSi:Eu、CaScSi12:Ce、CaSc:Eu 及びこれらの組み合わせから成るグループから選択された蛍光体を含むことを特徴とする請求項1に記載の白色発光装置。
【請求項13】
前記緑色蛍光体は、(Sr1−x−y、Ca)Ga(S、Se1−z:Eu2+(0≦x<1、0<y<0.2、0<x+y≦1、0<z≦1)と、(Sr1−x−y−z、Ca、Ba、MgSiO:Eu2+(0<x<1、0.5<y<1、0<z<1、0.03<w<0.2、0<x+y+z+w<1)と、Euに活性化されたβサイアロンと、Y(Al1−x、Ga12:Ce(0<x≦1)と、SrSi:Euと、CaScSi12:Ceと、CaSc:Euのうち選択された2以上の蛍光体を含むことを特徴とする請求項1に記載の白色発光装置。
【請求項14】
前記橙色蛍光体はZn(Se0.1、S0.9):Cuで、前記緑色蛍光体はEuに活性化されたβ−サイアロンであることを特徴とする請求項1に記載の白色発光装置。
【請求項15】
前記橙色蛍光体はSrSiO:Euで、前記緑色蛍光体はSrGa:Euであることを特徴とする請求項1に記載の白色発光装置。
【請求項16】
前記橙色蛍光体はZn(Se0.10.9):Cuで、前記緑色蛍光体はCaGa(S、Se):Euであることを特徴とする請求項1に記載の白色発光装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2010−287908(P2010−287908A)
【公開日】平成22年12月24日(2010.12.24)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−179650(P2010−179650)
【出願日】平成22年8月10日(2010.8.10)
【分割の表示】特願2007−41161(P2007−41161)の分割
【原出願日】平成19年2月21日(2007.2.21)
【出願人】(594023722)サムソン エレクトロ−メカニックス カンパニーリミテッド. (1,585)
【Fターム(参考)】