JP2005285800A - Light emitting device - Google Patents
Light emitting device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005285800A JP2005285800A JP2004092772A JP2004092772A JP2005285800A JP 2005285800 A JP2005285800 A JP 2005285800A JP 2004092772 A JP2004092772 A JP 2004092772A JP 2004092772 A JP2004092772 A JP 2004092772A JP 2005285800 A JP2005285800 A JP 2005285800A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- emitting device
- light emitting
- wavelength
- wavelength conversion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Led Device Packages (AREA)
- Luminescent Compositions (AREA)
Abstract
【課題】高い発光効率を備えた発光装置を提供する。
【解決手段】基板上に励起光を発する発光素子と、蛍光体によって前記励起光を可視光に変換する波長変換器とを備え、前記可視光を出力光とする発光装置であって、前記蛍光体が、バンドギャップエネルギーが1.6eV以下の半導体からなることを特徴とする。
【選択図】図1
A light emitting device having high luminous efficiency is provided.
A light-emitting device including a light-emitting element that emits excitation light on a substrate and a wavelength converter that converts the excitation light into visible light by a phosphor, the light-emitting device using the visible light as output light, the fluorescent device The body is made of a semiconductor having a band gap energy of 1.6 eV or less.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、発光素子を用いた発光装置に関し、特に、電子ディスプレイ用のバックライト光源、あるいは蛍光ランプ等の照明用光源に好適に用いられる発光装置に関するものである。 The present invention relates to a light emitting device using a light emitting element, and more particularly to a light emitting device suitably used for a backlight light source for an electronic display or an illumination light source such as a fluorescent lamp.
半導体材料からなる発光素子(以後、LEDチップと言う)は、小型で電力効率が良く鮮やかな色の発光をする。LEDチップは、製品寿命が長い、オン・オフ点灯の繰り返しに強い、消費電力が低い、という優れた特徴を有するため、液晶などのバックライト光源や蛍光ランプ等の照明用光源への応用が期待されている。 A light emitting element made of a semiconductor material (hereinafter referred to as an LED chip) emits light with a small size, power efficiency, and vivid colors. LED chips have excellent features such as long product life, strong on / off lighting repeatability, and low power consumption, so they are expected to be applied to backlight sources such as liquid crystals and lighting sources such as fluorescent lamps. Has been.
LEDチップの発光装置への応用は、LEDチップの光の一部を蛍光体により波長変換し、当該波長変換された光と波長変換されないLEDの光とを混合して放出することにより、LEDの光と異なる発光色を発光する発光装置として既に製造されている。 The application of the LED chip to the light emitting device is that a part of the light of the LED chip is wavelength-converted by the phosphor, and the wavelength-converted light and the LED light that is not wavelength-converted are mixed and emitted, thereby It has already been manufactured as a light emitting device that emits an emission color different from that of light.
具体的には、白色光を発するために、LEDチップ表面に蛍光体を含む波長変換層を設けた発光装置が提案されている。例えば、nGaN系材料を使った青色LEDチップ上に(Y,Gd)3(Al,Ga)5O12の組成式で表されるYAG系蛍光体を含む波長変換層を形成した発光装置では、LEDチップから青色光が放出され、波長変換層で青色光の一部が黄色光に変化するため、青色と黄色の光が混色して白色を呈する発光装置が提案されている(例えば、特許文献1)。 Specifically, in order to emit white light, a light emitting device in which a wavelength conversion layer containing a phosphor is provided on the surface of an LED chip has been proposed. For example, in a light emitting device in which a wavelength conversion layer including a YAG phosphor represented by a composition formula of (Y, Gd) 3 (Al, Ga) 5 O 12 is formed on a blue LED chip using an nGaN-based material, Since blue light is emitted from the LED chip and a part of the blue light is changed to yellow light in the wavelength conversion layer, a light emitting device in which blue and yellow light are mixed to present white has been proposed (for example, Patent Documents) 1).
このような構成の発光装置の一例を図1に示した。図1は一般の発光装置の例であり、電極1が形成された基板2と、基板2上に中心波長が470nmの光を発する半導体材料を具備するLED発光素子3と、基板2上に発光素子3を覆うように設けられた、波長変換層4と、を具備し、波長変換層4が蛍光体5を含有してなるものである。なお、所望により、発光素子3と波長変換層4の側面には、光を反射する反射体6を設け、側面に逃げる光を前方に焦光し、出力光の強度を高めることもできる。
An example of such a light emitting device is shown in FIG. FIG. 1 shows an example of a general light-emitting device. A
この発光装置では、発光素子3から発する光が蛍光体に照射されると、蛍光体は励起されて可視光を発し、この可視光が出力として利用される。
In this light emitting device, when light emitted from the
ところが、LED発光素子3の明るさを変えると、青色と黄色との光量比が変化するため、白色の色調が変化し、演色性に劣るといった問題があった。
However, when the brightness of the LED
そこで、基板上に、400nm以下に発光波長強度ピークを有する紫色LEDチップを覆うように、高分子樹脂中に3種類の蛍光体を混ぜ込んだ波長変換層を設けることにより、紫色光を赤色、緑色、青色の各波長に変換し、白色を発光するという試みがなされており、幅広い範囲で発光波長をカバーすることが可能となり、演色性が大幅に向上した(特許文献2参照)。ところが、蛍光体の蛍光量子収率が低く、特に600〜750nm領域の赤色の蛍光量子収率が低いため、十分な発光輝度が得られないという問題があった。 Therefore, by providing a wavelength conversion layer in which three types of phosphors are mixed in a polymer resin so as to cover a purple LED chip having an emission wavelength intensity peak at 400 nm or less on the substrate, purple light is converted into red, Attempts have been made to convert light into green and blue wavelengths to emit white light, and it has become possible to cover the light emission wavelength in a wide range, and the color rendering properties have been greatly improved (see Patent Document 2). However, since the fluorescent quantum yield of the phosphor is low, particularly the red fluorescent quantum yield in the 600 to 750 nm region is low, there is a problem that sufficient emission luminance cannot be obtained.
そこで、高い蛍光発光強度を得るために、平均粒子径が10nm以下の半導体ナノ粒子が検討されている(例えば、非特許文献1参照)。半導体ナノ粒子は、ナノ粒子のサイズを変えることで、赤(長波長)から青(短波長)まで様々な発光を示し、バンドギャップより高エネルギーであれば、励起波長に制限がなく、発光寿命が希土類より10万倍短く、吸収、発光のサイクルを素早く繰り返すので、発光効率が高い、有機色素よりもずっと劣化が少ない、といった特徴を有している。このため、高効率かつ長寿命の発光装置を実現できると期待されている。
しかしながら、これまでに報告されている半導体ナノ粒子は、蛍光量子収率が20〜30%程度であり、光量が少ないため、特殊照明や一般照明用途へは使用することができないという問題があった。特に、特に600〜750nm領域の赤色の蛍光量子収率が低いという問題があった。 However, the semiconductor nanoparticles reported so far have a problem that the fluorescence quantum yield is about 20 to 30% and the amount of light is small, so that the semiconductor nanoparticles cannot be used for special lighting or general lighting applications. . In particular, there is a problem that the red fluorescent quantum yield is particularly low in the region of 600 to 750 nm.
そのため、変換光量を増加するためには発光素子の駆動電圧を高めて発光素子の光量を増やす必要があり、この場合には、消費電力が高くなり、また、発熱量が増えるという問題が生じた。 Therefore, in order to increase the amount of converted light, it is necessary to increase the driving voltage of the light emitting element to increase the light amount of the light emitting element. In this case, there is a problem that the power consumption increases and the amount of heat generation increases. .
従って、本発明は、高い発光効率を備えた発光装置を提供することを目的としている。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a light emitting device having high luminous efficiency.
本発明は、前記波長変換器内部に含まれる蛍光体を、バンドギャップが1.6eV以下の半導体ナノ粒子で構成することによって、蛍光体のフォトルミネッセンス反応において電子のバンド間遷移を効率良く行うことができ、かつ出力光のピーク波長を400〜900nmの範囲内で容易に制御できるため、高い発光効率と優れた演色性を実現する発光装置を提供することができる。 In the present invention, the phosphor contained in the wavelength converter is composed of semiconductor nanoparticles having a band gap of 1.6 eV or less, thereby efficiently performing interband transition of electrons in the photoluminescence reaction of the phosphor. And the peak wavelength of the output light can be easily controlled within the range of 400 to 900 nm, so that a light emitting device that realizes high light emission efficiency and excellent color rendering can be provided.
即ち、本発明の発光装置は、基板上に励起光を発する発光素子と、蛍光体によって前記励起光を可視光に変換する波長変換器とを備え、前記可視光を出力光とする発光装置であって、前記蛍光体が、バンドギャップエネルギーが1.6eV以下の半導体からなることを特徴とする。 That is, the light-emitting device of the present invention is a light-emitting device that includes a light-emitting element that emits excitation light on a substrate and a wavelength converter that converts the excitation light into visible light by a phosphor, and uses the visible light as output light. The phosphor is made of a semiconductor having a band gap energy of 1.6 eV or less.
特に、前記波長変換器が、複数の可視光波長に対応した蛍光体を含むことが好ましい。これにより、幅広い範囲で発光波長をカバーすることが可能となるため、発光装置の演色性をより高めることができる。 In particular, it is preferable that the wavelength converter includes a phosphor corresponding to a plurality of visible light wavelengths. Thereby, since it becomes possible to cover the light emission wavelength in a wide range, the color rendering properties of the light emitting device can be further improved.
前記波長変換器が、複数の波長変換層の積層体からなり、各波長変換層で変換された変換光のピーク波長が、前記発光素子側から外側に向かって短波長となるように、前記複数の波長変換層を配置してなることが好ましい。このように、前記波長変換器が発光波長の異なる複数の波長変換層からなり、かつ該波長変換層が前記基板上に該発光素子を覆うように層状に形成され、各波長変換層に含まれる蛍光体の平均粒子径が、前記発光素子に近い方から次第に小さくなるように配置してなることによって、波長変換層内の蛍光体同士の自己消光を低減させることができるため、波長変換層器に含まれる蛍光体の分散濃度を上げなくても、十分な発光効率を得ることができる。 The wavelength converter is composed of a laminate of a plurality of wavelength conversion layers, and the plurality of the wavelength conversion layers converted so that the peak wavelength of the converted light becomes shorter from the light emitting element side toward the outside. It is preferable to arrange the wavelength conversion layer. As described above, the wavelength converter includes a plurality of wavelength conversion layers having different emission wavelengths, and the wavelength conversion layer is formed in a layer shape on the substrate so as to cover the light emitting element, and is included in each wavelength conversion layer. The wavelength conversion layer device can reduce the self-quenching of the phosphors in the wavelength conversion layer by arranging the phosphor so that the average particle diameter of the phosphor gradually decreases from the side closer to the light emitting element. Sufficient luminous efficiency can be obtained without increasing the dispersion concentration of the phosphor contained in.
前記波長変換層の層数が少なくとも3層であり、該波長変換層で変換された変換光が、それぞれ赤、緑、青に対応する波長となることが好ましい。前記半導体粒子が、断続的な複数の平均結晶粒径範囲に分布している場合、幅広い範囲で発光波長をカバーすることが可能となるため、発光装置の演色性をより高めることができる。 It is preferable that the number of wavelength conversion layers is at least three, and the converted light converted by the wavelength conversion layer has wavelengths corresponding to red, green, and blue, respectively. When the semiconductor particles are distributed in a plurality of intermittent average crystal grain size ranges, the light emission wavelength can be covered in a wide range, so that the color rendering properties of the light emitting device can be further improved.
前記波長変換層の厚みがそれぞれ0.05〜50μmであることが好ましい。これにより、波長変換器内の蛍光体により効率良く波長変換でき、かつ変換された光が他の蛍光体により吸収されることを抑制することができるため、高効率な発光装置を実現できる。 The wavelength conversion layer preferably has a thickness of 0.05 to 50 μm. Thereby, wavelength conversion can be efficiently performed by the phosphor in the wavelength converter, and the converted light can be suppressed from being absorbed by other phosphors, and thus a highly efficient light-emitting device can be realized.
各波長変換層に含まれる蛍光体の平均粒子径が、前記発光素子に近い方から次第に小さくなるように配置してなることが好ましい。これにより蛍光体の分散濃度が低くても、即ち蛍光体の含有量が少なくても、充分な発光効率を得ることができる。 It is preferable that the average particle diameter of the phosphor contained in each wavelength conversion layer is arranged so as to gradually become smaller from the side closer to the light emitting element. Thereby, even if the dispersion concentration of the phosphor is low, that is, even if the content of the phosphor is small, sufficient luminous efficiency can be obtained.
前記複数の波長変換層に含まれる蛍光体が、略同一材料からなり、それぞれ平均粒子径が異なることが好ましい。これにより、波長変換層より可視光領域の幅広いスペクトルの光を発するができ、優れた白色光を実現できる。 It is preferable that the phosphors included in the plurality of wavelength conversion layers are made of substantially the same material and have different average particle diameters. Thereby, light having a broad spectrum in the visible light region can be emitted from the wavelength conversion layer, and excellent white light can be realized.
前記蛍光体が、平均粒子径が、1〜2nm、粒子径分布の半値幅が0.5nm以下の半導体粒子を含むことが好ましい。これにより、発光装置の演色性をより向上できる。 The phosphor preferably includes semiconductor particles having an average particle diameter of 1 to 2 nm and a half-value width of the particle diameter distribution of 0.5 nm or less. Thereby, the color rendering properties of the light emitting device can be further improved.
前記蛍光体の平均粒子径が、2〜3nm、粒子径分布の半値幅が1nm以下の半導体粒子を含むことが好ましい。これにより、発光装置の演色性をより向上できる。 The phosphor preferably contains semiconductor particles having an average particle size of 2 to 3 nm and a half-value width of the particle size distribution of 1 nm or less. Thereby, the color rendering properties of the light emitting device can be further improved.
前記蛍光体の平均粒子径が、3〜5nm、粒子径分布の半値幅が2nm以下の半導体粒子を含むことが好ましい。これにより、発光装置の演色性をより向上できる。 The phosphor preferably contains semiconductor particles having an average particle diameter of 3 to 5 nm and a half-value width of the particle diameter distribution of 2 nm or less. Thereby, the color rendering properties of the light emitting device can be further improved.
前記出力光のピーク波長が、400〜900nmであることが好ましい。これにより、演色性を顕著に高めることができる。 The peak wavelength of the output light is preferably 400 to 900 nm. Thereby, a color rendering property can be remarkably improved.
前記励起光の中心波長が450nm以下であることが好ましい。この波長領域においては、発光素子の発光効率が向上するため、白色LEDランプの発光効率を高めることができる。 The central wavelength of the excitation light is preferably 450 nm or less. In this wavelength region, since the light emission efficiency of the light emitting element is improved, the light emission efficiency of the white LED lamp can be increased.
本発明を、図を用いて説明する。図1、図2は本発明の発光装置の一実施様態を示す概略断面図である。 The present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2 are schematic cross-sectional views showing one embodiment of the light-emitting device of the present invention.
図1によれば、発光装置は、電極1が形成された基板2と、基板2上に中心波長が450nm以下の光を発する半導体材料からなる発光素子3と、基板2上に発光素子3を覆うように設けられ、発光素子3から発せられる光で励起されて可視光を発する蛍光体5を含有する波長変換器4と、を具備し、発光装置により可視光が出力される。
According to FIG. 1, the light emitting device includes a
本発明によれば、蛍光体5はバンドギャップ1.6eV以下の半導体粒子からなることが重要である。バンドギャップが1.6eVより大きい場合、励起された電子が効率良く基底状態に遷移せず、失活するため、量子効率が低下し、発光効率が低くなる。これに対して、バンドギャップエネルギーが1.6eV以下の半導体粒子を蛍光体として用いると、励起された電子が効率良く遷移するため、発光効率に優れ、演色性に優れた装置を実現できる。
According to the present invention, it is important that the
半導体粒子のバンドギャップエネルギーは、シングルナノサイズにおける蛍光波長が可視光領域なるという理由で0.8〜1.6eV、特に0.9〜1.55eV、更には1.0〜1.5eVであることが好ましい。 The band gap energy of the semiconductor particles is 0.8 to 1.6 eV, particularly 0.9 to 1.55 eV, more preferably 1.0 to 1.5 eV, because the fluorescence wavelength in a single nanosize is in the visible light region. It is preferable.
このような蛍光体は、バンドギャップが1.6eV以下の半導体粒子であれば、その種類は特に限定されない。具体的には、InN、InP、CdTe、ZnS:Ag、ZnS:Ag,Al、ZnS:Ag,Cu,Ga,Cl、ZnS:Al+In2O3、ZnS:Zn+In2O3、(Ba,Eu)MgAl10O17、(Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6Cl17:Eu、Sr10(PO4)6Cl12:Eu、(Ba,Sr,Eu)(Mg,Mn)Al10O17、10(Sr,Ca,Ba,Eu)・6PO4・Cl2、BaMg2Al16O25:Eu、ZnS:Cl,Al、(Zn,Cd)S:Cu,Al、Y3Al5O12:Tb、Y3(Al,Ga)5O12:Tb、Y2SiO5:Tb、Zn2SiO4:Mn、ZnS:Cu+Zn2SiO4:Mn、Gd2O2S:Tb、(Zn,Cd)S:Ag、Y2O2S:Tb、ZnS:Cu,Al+In2O3、(Zn,Cd)S:Ag+In2O3、(Zn,Mn)2SiO4、BaAl12O19:Mn、(Ba,Sr,Mg)O・aAl2O3:Mn、LaPO4:Ce,Tb、3(Ba,Mg,Eu,Mn)O・8Al2O3、La2O3・0.2SiO2・0.9P2O5:Ce,Tb、CeMgAl11O19:Tb、Y2O2S:Eu、Y2O3:Eu、Zn3(PO4)2:Mn、(Zn,Cd)S:Ag+In2O3、(Y,Gd、Eu)BO3、(Y,Gd、Eu)2O3、YVO4:Eu、La2O2S:Eu,Sm、YAG:Ceを例示できる。
The type of such a phosphor is not particularly limited as long as it is a semiconductor particle having a band gap of 1.6 eV or less. Specifically, InN, InP, CdTe, ZnS: Ag, ZnS: Ag, Al, ZnS: Ag, Cu, Ga, Cl, ZnS: Al + In 2 O 3 , ZnS: Zn + In 2 O 3 , (Ba, Eu) MgAl 10 O 17 , (Sr, Ca, Ba, Mg) 10 (PO 4 ) 6 Cl 17 : Eu, Sr 10 (PO 4 ) 6 Cl 12 : Eu, (Ba, Sr, Eu) (Mg, Mn) Al 10 O 17, 10 (Sr, Ca, Ba, Eu) ·
これらの中で、波長変換効率および耐久性の点で窒化物系ナノ粒子、InN及びInPが好ましい。 Among these, nitride-based nanoparticles, InN and InP are preferable in terms of wavelength conversion efficiency and durability.
蛍光体5は、粒径が1μm程度以上の従来から用いられている半導体粒子を用いることができるが、粒径がナノメーターサイズの半導体ナノ粒子を用いるのが良い。特に、平均粒子径が10nm以下であることが好ましい。粒子径10nm以下の半導体ナノ粒子は、ナノ粒子のサイズを変えることで、赤(長波長)から青(短波長)まで様々な発光を示し、バンドギャップより高エネルギーであれば、励起波長に制限がなく、発光寿命が希土類より10万倍短く、吸収、発光のサイクルを素早く繰り返すので、非常に高い輝度を実現でき、有機色素よりもずっと劣化が少ない(劣化するまでに蛍光として出てくる光子の数は、色素の10万倍程度とされている)という特徴を有しているため、優れた発光効率を実現でき、かつ長寿命の発光装置を実現できるという特徴を示す。
As the
基板1は、熱伝導性に優れ、全反射率の大きな基板が用いられる。アルミナ、窒素アルミニウムなどのセラミック材料の他に、金属酸化物微粒子を分散させた高分子樹脂が好適に用いられる。 As the substrate 1, a substrate having excellent thermal conductivity and a large total reflectivity is used. In addition to ceramic materials such as alumina and aluminum nitride, a polymer resin in which metal oxide fine particles are dispersed is preferably used.
発光素子3から発せられる励起光の中心波長が450nm以下、特に380〜420nmであることが、高い光出力を得る点で好ましい。また、発光素子3は、半導体材料からなる発光層を備えることが高い外部量子効率の点で好ましい。このような半導体材料としてZnSeや窒化物半導体(GaNなど)など種々の半導体を挙げることができるが、発光波長が上記波長範囲であれば、特に半導体材料の種類は限定されない。これらの半導体材料を有機金属気相成長法(MOCVD法)や分子線エピタシャル成長法などの結晶成長法により、発光素子基板上に半導体材料からなる発光層を有する積層構造を形成したものである。
The center wavelength of the excitation light emitted from the
発光素子基板は、窒化物半導体からなる発光層を有する場合、サファイア、スピネル、SiC、Si、ZnO、ZrB2、GaNおよび石英等の材料が好適に用いられる。結晶性の良い窒化物半導体を量産性よく形成させるためにはサファイア基板を用いることが好ましい。 When the light emitting element substrate has a light emitting layer made of a nitride semiconductor, materials such as sapphire, spinel, SiC, Si, ZnO, ZrB 2 , GaN, and quartz are preferably used. In order to form a nitride semiconductor with good crystallinity with high productivity, it is preferable to use a sapphire substrate.
波長変換器4が、複数の可視光波長に対応した蛍光体を含むことが好ましい。複数の蛍光体から発せられる光が合成され、幅広い波長範囲の光を発することができる。このようにして得られる可視光のピーク波長は、400〜900nm、特に450〜850nm、更には500〜800nmであることが好ましい。400〜900nmの範囲幅広い範囲で発光波長をカバーすることが可能となるため、演色性が大幅に向上することができる。
It is preferable that the
特に、半導体粒子の場合、断続的な複数の平均結晶粒径範囲に分布していることが好ましい。粒子径10nm以下の半導体ナノ粒子蛍光体は、ナノ粒子のサイズを変えることで、赤(長波長)から青(短波長)まで様々な発光を示すため、平均結晶粒径分布が複数でかつ断続的に分布していることにより、半導体ナノ粒子蛍光体から発せられる光の波長が幅広く範囲でカバーすることができる。その結果、発光装置の演色性が大幅に向上することができる。 In particular, in the case of semiconductor particles, it is preferably distributed in a plurality of intermittent average crystal grain size ranges. Semiconductor nanoparticle phosphors with a particle size of 10 nm or less exhibit various luminescence from red (long wavelength) to blue (short wavelength) by changing the size of the nanoparticles. Therefore, the wavelength of light emitted from the semiconductor nanoparticle phosphor can be covered in a wide range. As a result, the color rendering properties of the light emitting device can be greatly improved.
前記半導体粒子の平均粒子径範囲の一つが1〜3nmであり、かつ粒子径分布の半値幅が0.5nm以下である場合、発光装置の演色性をより向上できる。 When one of the average particle diameter ranges of the semiconductor particles is 1 to 3 nm and the half width of the particle diameter distribution is 0.5 nm or less, the color rendering properties of the light emitting device can be further improved.
前記半導体粒子の平均粒子径範囲の一つが3〜5nmであり、かつ粒子径分布の半値幅が1.0nm以下である場合、発光装置の演色性をより向上できる。 When one of the average particle size ranges of the semiconductor particles is 3 to 5 nm and the half width of the particle size distribution is 1.0 nm or less, the color rendering properties of the light emitting device can be further improved.
前記半導体粒子の平均粒子径範囲の一つが5〜8nmであり、かつ粒子径分布の半値幅が2.0nm以下である場合、発光装置の演色性をより向上できる。 When one of the average particle diameter ranges of the semiconductor particles is 5 to 8 nm and the half-value width of the particle diameter distribution is 2.0 nm or less, the color rendering properties of the light emitting device can be further improved.
また、図2によれば、波長変換器4が、発光波長の異なる複数の層14a、14b、14cの3層からなり、さらに前記複数の波長変換層14a、14b、14cの発光ピーク波長が、発光素子3に近い方から順に小さい構成となっている。即ち、波長変換層14bの発光ピーク波長が、波長変換層14aの発光ピーク波長よりも短く、波長変換層14cの発光ピーク波長が、波長変換層14bの発光ピーク波長よりも短いように波長変換層14a、14b、14cを配置している。なお、図2において、図1と共通する部位は同じ番号を付与している。
Further, according to FIG. 2, the
このような構成を採用すると、波長変換層内の蛍光体同士の自己消光を低減させることができるため、波長変換層内の蛍光体の分散濃度を上げなくても、より高い変換効率を実現できる。 By adopting such a configuration, self-quenching between the phosphors in the wavelength conversion layer can be reduced, so higher conversion efficiency can be realized without increasing the dispersion concentration of the phosphors in the wavelength conversion layer. .
波長変換器4が、発光波長の異なる複数の波長変換層からなり、複数の波長変換層による変換光のピーク波長が、発光素子3側から外側に向かって短波長になるように波長変換層を配置する。例えば、図2の場合には波長変換器4が3層の波長変換層14a、14b、4cからなり、波長変換層14bによる変換光のピーク波長が波長変換層14aによる変換光のピーク波長よりも短く、波長変換層14cによる変換光のピーク波長が、波長変換層14bによる変換光のピーク波長よりも短くなるように波長変換層14a、14b、14cを配置する。
The
発光素子3から発せられた励起光は、蛍光体15a、15b、15cによって変換されて変換光A、B、Cになるが、変換光Aは、変換光B、Cよりも長波長であるため、変換光Aは蛍光体15b、15cを励起して可視光を発生させるのに十分なエネルギーを持たない。その結果、波長変換器4内の蛍光体同士の自己消光を低減させることができ、波長変換層14a、14b、14c内の蛍光体濃度を上げなくても、高い変換効率を実現することができる。
Excitation light emitted from the light-emitting
また、同様に、変換光Bは変換光Cよりも長波長であるため、変換光Bは蛍光体15cを励起せず、波長変換層14c内で変換光Bの吸収による自己消光を低減させることができる。
Similarly, since the converted light B has a longer wavelength than the converted light C, the converted light B does not excite the
図1の発光装置の場合、発光波長の異なる3種類の蛍光体が同一の波長変換層に含有されていたため、いったん蛍光体から発せられた光を別の蛍光体が吸収することがあるが、図2の発光装置のように複数の波長変換層を設け、波長変換層4を複数設け、かつ波長変換層の発光波長を発光素子に近い方から順に小さくなるように、換言すれば発光素子に近い方を長波長、遠い方を短波長とする場合、短波長の変換光を蛍光体が吸収する現象を抑制することができ、波長変換層内の蛍光体5の濃度を上げて含有量を増やさなくても、高い変換効率を得ることができる。その結果、低消費電力で高光出力を得ることが期待できる。
In the case of the light-emitting device of FIG. 1, since three types of phosphors having different emission wavelengths are contained in the same wavelength conversion layer, another phosphor may absorb light emitted from the phosphor once. As shown in FIG. 2, a plurality of wavelength conversion layers are provided, a plurality of
また、前記波長変換器4が発光波長の異なる複数の波長変換層からなり、かつ該波長変換層が前記基板上に該発光素子を覆うように層状に形成され、各波長変換層に含まれる蛍光体の平均粒子径が、前記発光素子に近い方から次第に小さくなるように配置してなることによって、波長変換層内の蛍光体同士の自己消光を低減させることができるため、波長変換層器に含まれる蛍光体の分散濃度を上げなくても、十分な発光効率を得ることができる。
The
波長変換層の層数を少なくとも3層とし、それぞれ赤、緑、青に対応する波長とすることで、幅広い範囲で発光波長をカバーすることが可能となり、発光装置の演色性をより高めることができる。また、同一材料又は略同一材料で蛍光体を構成できるので、可視光領域の幅広いスペクトルの光を発するができ、優れた白色光を実現できる。 By setting the number of wavelength conversion layers to at least three layers and corresponding to the wavelengths of red, green, and blue, respectively, it is possible to cover the emission wavelength in a wide range, and to further improve the color rendering of the light emitting device. it can. Moreover, since the phosphor can be made of the same material or substantially the same material, light having a wide spectrum in the visible light region can be emitted, and excellent white light can be realized.
さらに、前記波長変換器の厚みが、0.05〜5μmである場合、波長変換器内の蛍光体により効率良く波長変換でき、かつ変換された光が他の蛍光体により吸収されることを抑制することができるため、高効率な発光装置を実現できる。 Furthermore, when the thickness of the wavelength converter is 0.05 to 5 μm, the wavelength can be efficiently converted by the phosphor in the wavelength converter, and the converted light is prevented from being absorbed by another phosphor. Therefore, a highly efficient light-emitting device can be realized.
図1の発光装置を作成した。 The light emitting device of FIG. 1 was created.
まず、サファイア基板上に窒化物半導体からなる発光素子を有機金属気相成長法にて形成した。発光素子の構造としてはサファイア基板上に、アンドープの窒化物半導体であるn型GaN層、Siドープのn型電極が形成されn型コンタクト層となるGaN層、アンドープの窒化物半導体であるn型GaN層、次に発光層を構成するバリア層となるGaN層、井戸層を構成するInGaN層、バリア層となるGaN層を1セットとしGaN層に挟まれたInGaN層を5層積層させた多重量子井戸構造とした。 First, a light emitting element made of a nitride semiconductor was formed on a sapphire substrate by metal organic vapor phase epitaxy. The structure of the light-emitting element is an n-type GaN layer that is an undoped nitride semiconductor on a sapphire substrate, a GaN layer that is an n-type contact layer formed with an Si-doped n-type electrode, and an n-type that is an undoped nitride semiconductor. A GaN layer, a GaN layer that forms a light emitting layer, a GaN layer that constitutes a well layer, an InGaN layer that constitutes a well layer, and a GaN layer that constitutes a barrier layer as a set. A quantum well structure was adopted.
この発光素子を、アルミナ基板上にフリップチップ実装法にて実装した。さらに、発光素子を覆うように蛍光体を分散したシリコーン樹脂をディスペンサーにて塗布した。 This light emitting element was mounted on an alumina substrate by a flip chip mounting method. Further, a silicone resin in which a phosphor was dispersed was applied with a dispenser so as to cover the light emitting element.
蛍光体として、バルク体のバンドギャップが1.55eVであるInPナノ粒子を用いた。InPは、粒径の異なる3種類を混合した。 As the phosphor, InP nanoparticles having a bulk gap of 1.55 eV were used. InP was mixed with three types having different particle sizes.
得られた本発明の発光装置は、自己消光が抑制され、60lm/Wという高い発光効率を示し、この値は比較例に比べて約2倍の発光効率であった。 The obtained light-emitting device of the present invention was suppressed in self-quenching and exhibited a high light emission efficiency of 60 lm / W, which was about twice as high as that of the comparative example.
3種類の粒径を有する蛍光体を分散したシリコーン樹脂をディスペンサーにて塗布し、3層の積層構造(図2)とした以外は、実施例1と同様にして作製した。 It was produced in the same manner as in Example 1 except that a silicone resin in which phosphors having three kinds of particle sizes were dispersed was applied with a dispenser to form a three-layer laminated structure (FIG. 2).
得られた本発明の発光装置は、自己消光が抑制され、80lm/Wという高い発光効率を示し、この値は比較例に比べて約2倍の発光効率であった。 The obtained light emitting device of the present invention was suppressed in self-quenching and showed a high light emission efficiency of 80 lm / W, which was about twice as high as that of the comparative example.
波長変換器を4層の積層構造(図3)とした以外は、実施例2と同様にして作製した。 It was produced in the same manner as in Example 2 except that the wavelength converter had a four-layer structure (FIG. 3).
得られた本発明の発光装置は、自己消光が抑制され、90lm/Wという高い発光効率を示し、この値は比較例に比べて約2倍の発光効率であった。 The obtained light-emitting device of the present invention was suppressed in self-quenching and showed a high light emission efficiency of 90 lm / W, which was about twice as high as that of the comparative example.
(比較例)
蛍光体として、バンドギャップが1.8eVのCdSeを用いた以外は、実施例1と同じ構成であった。得られた発光装置は、45lm/Wであった。
(Comparative example)
The configuration was the same as in Example 1 except that CdSe having a band gap of 1.8 eV was used as the phosphor. The obtained light-emitting device was 45 lm / W.
1・・・電極
2・・・基板
3・・・発光素子
4・・・波長変換器
5・・・蛍光体
6・・・反射体
14a、24a・・・第一層
14b、24b・・・第二層
14c、24c・・・第三層
15a、25a・・・第一蛍光体
15b、25b・・・第二蛍光体
15c、25c・・・第三蛍光体
24d・・・第四層
25d・・・第四蛍光体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (12)
The light emitting device according to claim 1, wherein a central wavelength of the excitation light is 450 nm or less.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004092772A JP2005285800A (en) | 2004-03-26 | 2004-03-26 | Light emitting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004092772A JP2005285800A (en) | 2004-03-26 | 2004-03-26 | Light emitting device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005285800A true JP2005285800A (en) | 2005-10-13 |
Family
ID=35183903
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2004092772A Pending JP2005285800A (en) | 2004-03-26 | 2004-03-26 | Light emitting device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2005285800A (en) |
Cited By (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007157831A (en) * | 2005-12-01 | 2007-06-21 | Sharp Corp | Light emitting device |
| JP2007180377A (en) * | 2005-12-28 | 2007-07-12 | Sharp Corp | Light emitting device |
| WO2007080803A1 (en) * | 2006-01-16 | 2007-07-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor light-emitting device |
| JP2007281484A (en) * | 2006-04-10 | 2007-10-25 | Samsung Electro Mech Co Ltd | White light emitting diode and manufacturing method thereof |
| WO2008020541A1 (en) * | 2006-08-14 | 2008-02-21 | Fujikura Ltd. | Light emitting device and illumination device |
| JP2008112154A (en) * | 2006-10-04 | 2008-05-15 | Sharp Corp | display |
| JP2008169054A (en) * | 2007-01-09 | 2008-07-24 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | ZnO nanoparticles immobilized in an Al-containing amorphous matrix and method for producing the same |
| EP2242120A1 (en) * | 2009-04-16 | 2010-10-20 | Samsung Electronics Co., Ltd. | White light emitting device |
| WO2011108449A1 (en) | 2010-03-03 | 2011-09-09 | シャープ株式会社 | Wavelength conversion member, light emitting device, image display device, and method for manufacturing wavelength conversion member |
| JP2012121968A (en) * | 2010-12-07 | 2012-06-28 | Sharp Corp | Light emitting device, illuminating device, and vehicle headlamp |
| JP2012191230A (en) * | 2012-06-04 | 2012-10-04 | Toshiba Corp | Light-emitting device |
| WO2013051771A1 (en) * | 2011-10-04 | 2013-04-11 | 엘지전자 주식회사 | Display apparatus including a wavelength conversion layer |
| JP2013539229A (en) * | 2010-09-29 | 2013-10-17 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ | Wavelength conversion light emitting device |
| WO2014041861A1 (en) * | 2012-09-11 | 2014-03-20 | Nsマテリアルズ株式会社 | Light-emitting device in which semiconductor is used and method for manufacturing said light-emitting device |
| JP2014170938A (en) * | 2013-03-04 | 2014-09-18 | Osram Sylvania Inc | Red lamp with quantum dot layer |
| JP2014175498A (en) * | 2013-03-08 | 2014-09-22 | Sharp Corp | Light-emitting apparatus |
| JP2016040842A (en) * | 2015-11-04 | 2016-03-24 | Nsマテリアルズ株式会社 | Led element, manufacturing method of the same and color compensation method of led element |
| KR20160041672A (en) * | 2014-10-08 | 2016-04-18 | 서울반도체 주식회사 | Light emitting diode package |
| JP2017531324A (en) * | 2014-10-08 | 2017-10-19 | ソウル セミコンダクター カンパニー リミテッド | Light emitting device |
| US10020428B2 (en) | 2013-10-02 | 2018-07-10 | Glbtech Co., Ltd. | White light emitting device having high color rendering |
| CN109256453A (en) * | 2017-07-13 | 2019-01-22 | 东贝光电科技股份有限公司 | LED light-emitting device |
-
2004
- 2004-03-26 JP JP2004092772A patent/JP2005285800A/en active Pending
Cited By (40)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7679277B2 (en) | 2005-12-01 | 2010-03-16 | Sharp Kabushiki Kaisha | Light emitting device provided with semiconducting phosphor configured with four fluorescences having different emission peak wavelengths |
| JP2007157831A (en) * | 2005-12-01 | 2007-06-21 | Sharp Corp | Light emitting device |
| JP2007180377A (en) * | 2005-12-28 | 2007-07-12 | Sharp Corp | Light emitting device |
| WO2007080803A1 (en) * | 2006-01-16 | 2007-07-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor light-emitting device |
| US7795625B2 (en) | 2006-01-16 | 2010-09-14 | Panasonic Corporation | Semiconductor light-emitting device |
| JP2007281484A (en) * | 2006-04-10 | 2007-10-25 | Samsung Electro Mech Co Ltd | White light emitting diode and manufacturing method thereof |
| JPWO2008020541A1 (en) * | 2006-08-14 | 2010-01-07 | 株式会社フジクラ | LIGHT EMITTING DEVICE AND LIGHTING DEVICE |
| WO2008020541A1 (en) * | 2006-08-14 | 2008-02-21 | Fujikura Ltd. | Light emitting device and illumination device |
| US8053970B2 (en) | 2006-08-14 | 2011-11-08 | Fujikura Ltd. | Light emitting device and illumination device |
| CN101501874B (en) * | 2006-08-14 | 2012-04-04 | 株式会社藤仓 | Light emitting device and lighting device |
| JP2008112154A (en) * | 2006-10-04 | 2008-05-15 | Sharp Corp | display |
| JP2008169054A (en) * | 2007-01-09 | 2008-07-24 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | ZnO nanoparticles immobilized in an Al-containing amorphous matrix and method for producing the same |
| EP2242120A1 (en) * | 2009-04-16 | 2010-10-20 | Samsung Electronics Co., Ltd. | White light emitting device |
| CN101867000A (en) * | 2009-04-16 | 2010-10-20 | 三星电子株式会社 | white light emitting device |
| US8247790B2 (en) | 2009-04-16 | 2012-08-21 | Samsung Electronics Co., Ltd. | White light emitting device |
| WO2011108449A1 (en) | 2010-03-03 | 2011-09-09 | シャープ株式会社 | Wavelength conversion member, light emitting device, image display device, and method for manufacturing wavelength conversion member |
| US8882299B2 (en) | 2010-03-03 | 2014-11-11 | Sharp Kabushiki Kaisha | Wavelength conversion member, light emitting device and image display device, and method for manufacturing wavelength conversion member |
| JP2013539229A (en) * | 2010-09-29 | 2013-10-17 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ | Wavelength conversion light emitting device |
| US11171265B2 (en) | 2010-09-29 | 2021-11-09 | Lumileds Llc | Light emitting device having an optically pumped semiconductor wavelength converting element |
| US10490708B2 (en) | 2010-09-29 | 2019-11-26 | Lumileds Llc | Wavelength converted light emitting device including a semiconductor wavelength converting material and a ceramic phosphor |
| US9431585B2 (en) | 2010-09-29 | 2016-08-30 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Wavelength converted light emitting device |
| JP2012121968A (en) * | 2010-12-07 | 2012-06-28 | Sharp Corp | Light emitting device, illuminating device, and vehicle headlamp |
| WO2013051771A1 (en) * | 2011-10-04 | 2013-04-11 | 엘지전자 주식회사 | Display apparatus including a wavelength conversion layer |
| US9160997B2 (en) | 2011-10-04 | 2015-10-13 | Lg Electronics Inc. | Display apparatus including a wavelength conversion layer |
| JP2012191230A (en) * | 2012-06-04 | 2012-10-04 | Toshiba Corp | Light-emitting device |
| WO2014041861A1 (en) * | 2012-09-11 | 2014-03-20 | Nsマテリアルズ株式会社 | Light-emitting device in which semiconductor is used and method for manufacturing said light-emitting device |
| JP2014056896A (en) * | 2012-09-11 | 2014-03-27 | Ns Materials Kk | Light-emitting device utilizing semiconductor and manufacturing method of the same |
| JP2014170938A (en) * | 2013-03-04 | 2014-09-18 | Osram Sylvania Inc | Red lamp with quantum dot layer |
| JP2014175498A (en) * | 2013-03-08 | 2014-09-22 | Sharp Corp | Light-emitting apparatus |
| US10020428B2 (en) | 2013-10-02 | 2018-07-10 | Glbtech Co., Ltd. | White light emitting device having high color rendering |
| US10811572B2 (en) | 2014-10-08 | 2020-10-20 | Seoul Semiconductor Co., Ltd. | Light emitting device |
| JP2017531324A (en) * | 2014-10-08 | 2017-10-19 | ソウル セミコンダクター カンパニー リミテッド | Light emitting device |
| KR102256593B1 (en) | 2014-10-08 | 2021-05-26 | 서울반도체 주식회사 | Light emitting diode package |
| KR20160041672A (en) * | 2014-10-08 | 2016-04-18 | 서울반도체 주식회사 | Light emitting diode package |
| JP7073102B2 (en) | 2014-10-08 | 2022-05-23 | ソウル セミコンダクター カンパニー リミテッド | Light emitting device |
| US12349519B2 (en) | 2014-10-08 | 2025-07-01 | Seoul Semiconductor Co., Ltd. | Light emitting device |
| JP2016040842A (en) * | 2015-11-04 | 2016-03-24 | Nsマテリアルズ株式会社 | Led element, manufacturing method of the same and color compensation method of led element |
| CN109256453A (en) * | 2017-07-13 | 2019-01-22 | 东贝光电科技股份有限公司 | LED light-emitting device |
| JP2019021890A (en) * | 2017-07-13 | 2019-02-07 | 東貝光電科技股▲ふん▼有限公司Unity Opto Technology Co.,Ltd. | LED light emitting device |
| TWI702362B (en) * | 2017-07-13 | 2020-08-21 | 東貝光電科技股份有限公司 | Led lighting device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11611023B2 (en) | System and method for selected pump LEDs with multiple phosphors | |
| US8084934B2 (en) | White light emitting device | |
| JP2005285800A (en) | Light emitting device | |
| JP3809760B2 (en) | Light emitting diode | |
| KR101265094B1 (en) | White light emitting diode and method for producing the same | |
| TWI355097B (en) | Wavelength converting system | |
| TWI420710B (en) | White light and its use of white light-emitting diode lighting device | |
| US20050168127A1 (en) | [white light led] | |
| JP5224575B2 (en) | Efficient light source using phosphor-converted LED | |
| JP2006524425A (en) | White semiconductor light emitting device | |
| CN101412910A (en) | Group of phosphor particles for light-emitting device, light-emitting device and backlight for liquid crystal display | |
| CN1938870A (en) | Phosphors and mixtures thereof for LEDs | |
| JP2005228996A (en) | Light emitting device | |
| JP2002009402A (en) | Light emitting device | |
| JP2007180483A (en) | Light-emitting device | |
| JP2017533549A (en) | Light source with adjustable emission spectrum | |
| JP2008270781A (en) | Light emitting device | |
| JP2003347588A (en) | White light emitting element | |
| JP2005041942A5 (en) | ||
| JP2005041941A5 (en) | ||
| KR100684043B1 (en) | White light emitting diode and its manufacturing method | |
| JP7108793B2 (en) | Cyan phosphor converted LED module | |
| KR100552333B1 (en) | White light emitting device | |
| JP2004253592A (en) | White light emitting element | |
| JP2005228802A (en) | Fluorescence emitting device, fluorescence emitting element and fluorescence substance |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070213 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090724 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090804 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20091201 |