JP3645422B2 - Light emitting device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は発光装置に関し、特に半導体発光素子などの発光素子と蛍光体などの波長変換手段とを組み合わせた発光装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
LED(light emitting diode:発光ダイオード)などの半導体発光素子と蛍光体とを組み合わせた発光装置は、安価で長寿命な発光装置として注目され、広く用いられつつある。特に、白色の発光装置は、蛍光灯に変わる発光装置として、あるいは表示装置用の光源としてさまざまな用途が期待されている。
【0003】
図6は、従来の白色発光型の発光装置の概念構成を表す概略断面図である。すなわち、従来の発光装置は、リードフレーム116のカップ部に青色発光LED111がマウントされ、その周囲が樹脂112によりモールドされている。そして、LED111はワイア114により、適宜配線されている。また、樹脂112の上には蛍光体117が塗布されている。そして、さらにその周囲が封止樹脂113により封止されている。
【0004】
図6の発光装置においては、青色発光LED111から放出された1次光の青色光の一部が蛍光体117に吸収され、2次光として黄色光が放出される。つまり、LED111から放出される青色光と、蛍光体117から放出される黄色光とにより、白色発光を生ずる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、本発明者の試作・評価の結果、図6のような従来の発光装置には、以下に挙げる問題があることが判明した。すなわち、
(1)装置毎のホワイトバランスのばらつきが大きい。
(2)供給する電流値の変化によるホワイトバランスの変化が大きい。
(3)周囲温度の変動によるホワイトバランスの変化が大きい。
(4)LED111の経時変化によるホワイトバランスの変化が大きい。
【0006】
これらの問題は、いずれも、半導体発光素子として用いている青色発光LED111が有する本質的な特性に起因している。すなわち、青色発光LED111の発光層として用いられている窒化インジウム・ガリウム(InGaN)は、その組成の厳密な制御が難しく、成長ウェーハ毎に発光波長が変動する傾向がある。また、LEDに供給する電流や温度によって発光波長が比較的大きく変動するという特性を有する。さらに、電流を供給して発光動作を継続すると、発光波長が変動する傾向がみられる。
【0007】
このようにして、青色発光LED111から放出される青色光の波長が変動すると、蛍光体17から放出される黄色光との強度のバランスがくずれて色度座標が大きくずれてしまう。その結果として、出力される白色光のホワイトバランスが大きく変化するという問題が生ずることが判明した。
【0008】
この問題を解決する方法として、R(赤)G(緑)B(青)の3色の発光を生ずる蛍光体を使う方法もある。しかし、この場合には、3種類の蛍光体の配合比の精密な調整が必要となり、所定のバランスで混合することは容易ではないという欠点があった。また、蛍光体を混合して塗布する場合に、それぞれの蛍光体粒子の比重の違いに起因する分離の影響で、所望の均一な混合形態を実現することが難しいという欠点もあった。
【0009】
本発明は、かかる独自の課題の認識に基づいてなされたものである。すなわち、その目的は、光の混合比を確実且つ容易に所望のバランスにし、安定した発光特性を有する発光装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の発光装置は、紫外光を第1の波長の光として放出する発光素子と、前記第1の波長の光を吸収して第2の波長の光を放出する第1の波長変換手段と、前記第2の波長の光の一部を吸収して第3の波長の光を放出する第2の波長変換手段と、を備え、前記第2の波長の光の前記一部以外の光と前記第3の波長の光との放出により白色発光を生じさせる、ことを特徴とする発光装置として構成される。
【0011】
ここで、前記第2の波長は、前記第1の波長よりも長く、前記第3の波長は、前記第2の波長よりも長く、前記第2の波長変換手段は、前記第1の波長の光を実質的に吸収しないことを特徴とすることにより、第2の波長の光と第3の波長の光のバランスを極めて安定させることができる。
【0012】
また、本発明の望ましい実施の態様としては、前記第1の波長変換手段は、蛍光体であり、前記第2の波長変換手段は、蛍光体であることを特徴とする。
【0013】
さらに、前記第1の波長の光は、紫外光であり、前記第2の波長の光は、青色光であり、前記第3の波長の光は、黄色光であることを特徴とすることにより、ホワイトバランスが極めて安定した白色光を得ることができる。
【0014】
また、前記発光素子は、窒化物半導体からなる半導体発光素子であることを特徴とすることにより、高輝度の発光装置を実現することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図1は、本発明の実施の形態にかかる発光装置の概念構成を表す断面図である。すなわち、同図の発光装置は、一般に「縦形LED」と呼ばれるものであり、リードフレーム16のカップ部に発光素子11がマウントされ、その周囲が樹脂12によりモールドされている。樹脂12は、発光素子11から放出される光の吸収の少ない材料により構成することが望ましい。発光素子11はワイア14により、適宜配線されている。また、樹脂12の上には第1の波長変換手段18と第2の波長変換手段17とが設けられている。そして、さらにその周囲が封止樹脂13により封止されている。
【0016】
ここで、第1の波長変換手段18は、発光素子11から放出される第1の波長の光を吸収してそれよりも長い第2の波長の光に変換する。例えば、発光素子11として紫外光を放出するLEDを用いた場合には、その紫外光により励起されて青色の2次光を放出する蛍光体とすることができる。
【0017】
一方、第2の波長変換手段17は、第1の波長変換手段18から放出された第2の波長を有する2次光を吸収してそれよりも長い第3の波長の2次光に変換する。第2の波長変換手段17としては、例えば、蛍光体18から放出される青色光により励起されて黄色の2次光を放出する蛍光体とすることができる。ここで、蛍光体17は、発光素子11から放出される第1の波長の光に対する吸収率は低いことを特徴とする。つまり、蛍光体17は、蛍光体18から放出される2次光の波長領域において吸収率のピークを有するものであることが望ましい。
【0018】
上述の具体例に沿って説明すれば、本発明の発光装置においては、紫外線発光LED11から放出された1次光の紫外光が蛍光体17に吸収され、2次光として青色光が放出される。そして、その青色光の一部が蛍光体17に吸収されて2次光として黄色光が放出される。蛍光体17は、LED11から放出される紫外光に対しては、吸収率が低く、実質的に波長変換を生じない。そして、蛍光体18から放出される青色光と、蛍光体17から放出される黄色光とにより、白色発光を生ずる。
【0019】
本発明において用いることができる蛍光体の例としては、紫外光により励起される青色発光蛍光体18としては、例えば東芝製型式801EJがある。なお、801EJの比重は4.2である。一方、青色光により励起される黄色発光蛍光体17としては、YAG(Ce)すなわち(Y1-aGda)3(Al1-bGab)5O12:Ceがある。なお、YAG(Ce)の比重も約4.2である。
【0020】
蛍光体17、18の層の作り方の一例としては、以下の方法を挙げることができる。
(1)801EJをキャスティングする。すなわち、溶媒に蛍光体を分散させ、樹脂12の表面に塗布して加熱することによりキュアして硬化させる。このようにして青色蛍光体18の層を形成することができる。次に、同様にして、その上にYAG(Ce)をキャスティングする。この一連の方法は蛍光体の比重の大小関係に無関係に用いることができる。
(2)801EJを溶かした溶媒と、YAG(Ce)を溶かした溶媒とを樹脂12の表面に滴下する。この際に、蛍光体粒子の比重や、溶媒の粘性と硬化速度などを考慮して、相分離により801EJがYAG(Ce)よりも下の層になるように設計する。
本発明によれば、LED11から放出された1次光は蛍光体18のみにより波長変換され、青色光に変換される。蛍光体17は、LED11から放出される紫外光を実質的に波長変換しない。この特徴により、極めて安定したホワイトバランスを得ることができる。
【0021】
ここで、仮に、蛍光体17と蛍光体18の両方がLED11から放出される紫外光をそれぞれ波長変換する場合を想定する。このような場合には、図6に関して前述したように、LED11の発光波長が変動した場合に、ホワイトバランスが変動するという問題を生ずる。何故ならば、蛍光体17と蛍光体18の吸収率の波長依存性を同一とすることは技術的に不可能に近い。両者の吸収スペクトルが異なる結果として、LED11から放出される1次光の波長が変動した場合には、蛍光体17と蛍光体18にそれぞれ吸収される光成分のバランスが変化し、変換されて放出される2次光のバランスも変化するからである。
【0022】
これに対して、本発明によれば、LED11から放出された1次光は蛍光体18のみにより波長変換され、青色光に変換される。蛍光体17は、LED11から放出される紫外光を実質的に波長変換しない。図6に関して前述したような種々の要因によりLED11の発光波長が変動しても、蛍光体18から放出される青色光の波長が変動することはない。そして、その青色光の一部が蛍光体17により黄色光に変換される。つまり、本発明によれば、発光装置から外部に放出される青色光と黄色光のバランスは、蛍光体17と蛍光体18との混合比のみに依存し、LED11の発光波長や発光強度には依存せず、極めて安定している。
【0023】
このように、本発明によれば、外部に取り出される青色光と黄色光とは、いずれも極めて安定した波長スペクトルを有し、その結果として得られる白色光のホワイトバランスも極めて安定する。
【0024】
また、3色の蛍光体を用いる場合には、配合比の精密な調整が必要とされ、ホワイトバランスを再現することが容易でないが、本発明によれば、2色の蛍光体のみを用いる点で、蛍光体の配合比の調整がはるかに容易である。
【0025】
本発明において用いることができる紫外発光LED11としては、窒化インジウム・アルミニウム・ガリウムInxAlyGa1-x-yN(0≦x<1、0≦y<1)を活性層とした窒化物半導体発光素子を挙げることができる。
【0026】
なお、本願において「窒化物半導体」とは、BxInyAlzGa(1-x-y-z)N(O≦x≦1、O≦y≦1、O≦z≦1)のIII−V族化合物半導体を含み、さらに、V族元素としては、Nに加えてリン(P)や砒素(As)などを含有する混晶も含むものとする。
【0027】
図2は、この半導体発光素子の概念構成を表す概略断面図である。同図の発光素子の積層構造は以下の通りである。なおドーピング材料、膜厚等は必要に応じて適宜変化させても良い。
(1)サファイア基板131
(2)GaNバッファ層132
(3)膜厚4μmのn型GaNコンタクト層133
(4)膜厚200μmのn型AlGaNクラッド層134
(5)膜厚50μmのInGaN活性層135。なおここで活性層にドーピングを行ったり、あるいは活性層を多重量子井戸(MQW)などの多層膜にしても良い。
(6)膜厚200μmのp型AlGaNクラッド層136
(7)膜厚50μmのp型GaNコンタクト層137
以上説明した積層構造は、同図に示すようにその一部が表面からn型コンタクト層133にまでエッチングされ、n側電極141が設けられている。また、p型コンタクト層137の上に透過性を有するp側電極143が設けられている。さらに、それぞれの電極にはボンディングパッド142及び144が接続され、素子の表面は保護膜145及び146で覆われている。
【0028】
なお、基板131の材料は、サファイアに限定されず、その他にも、例えば、スピネル、MgO、ScAlMgO4、LaSrGaO4、(LaSr)(AlTa)O3などの絶縁性基板や、SiC、Si、GaAs、GaNなどの導電性基板も同様に用いてそれぞれの効果を得ることができる。ここで、ScAlMgO4基板の場合には、(0001)面、(LaSr)(AlTa)O3基板の場合には(111)面を用いることが望ましい。
【0029】
図2に例示したLED11は、活性層135のインジウム(In)のIII族元素の中で占める組成を2〜3%程度にすると、波長約370〜375nm程度の紫外光を高い発光強度で放出する。このようなLEDと、紫外光により励起される青色発光蛍光体と、青色光により励起される黄色発光蛍光体とを組み合わせた白色発光装置は、ホワイトバランスの均一性、安定性に極めて優れる。すなわち、蛍光体の発光波長は蛍光体を励起させる光の強度・波長によらず一定であるため、半導体発光素子の特性にばらつきがあっても、発光装置の波長は一定になる。このため、素子によるホワイトバランスのばらつき、電流・温度によるホワイトバランスのばらつき、または素子の劣化によるホワイトバランスの変化が起らない。
【0030】
ここで、図1に例示した発光装置においては、発光素子11から放出される紫外線の外部への漏洩を防止するために、封止樹脂13を紫外線に対して高い吸収率を有する材料により構成することが望ましい。
【0031】
本実施形態においては、白色発光装置として、紫外発光半導体発光素子と、紫外光により励起される青色発光蛍光体と、青色光により励起される黄色発光蛍光体とを用いたものを具体例として挙げたが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0032】
例えば、発光素子として紫色の波長帯の光を放出する発光半導体発光素子、第1の蛍光体として紫色光により励起される青緑色発光蛍光体、第2の蛍光体として青緑色光により励起される赤色発光蛍光体、をそれぞれ用いた発光装置においても、極めて均一且つ安定した白色光を得ることができる。また、本発明において用いる発光素子は必ずしも半導体発光素子である必要はない。すなわち、LEDや半導体レーザなどの半導体発光素子の他にも、EL(electro-luminescent)素子やその他の種々の発光素子を用いても良い。
【0033】
さらに、白色以外の光を放出する発光装置についても同様に適用して同様の硬化を得ることができる。すなわち、発光素子からの光により励起されて発光する第1の蛍光体と、第1の蛍光体からの光により励起されて発光する第2の蛍光体を用いて色度座標の変化のない発光装置を実現できる。
【0034】
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。
図3は、本発明の第2の実施の形態にかかる発光装置を表す概略断面図である。すなわち、同図の発光装置は、一般にSMD(Surface Mounted Device:面実装用デバイス)ランプと呼ばれるものである。すなわち、実装基板25の表面には、配線パターン26が形成され、その上に半導体発光素子11がマウントされている。発光素子11は、ワイア24により適宜配線パターン26に接続されている。半導体発光素子11は、紫外線領域の光を放出する発光素子である。
【0035】
本実施形態において用いる蛍光体も、紫外光により励起される青色発光蛍光体28と、青色光により励起される黄色発光蛍光体27である。図中の22は樹脂で、青色光により励起される黄色発光蛍光体27はこの樹脂の上に塗布されており、さらにこの上に紫外光により励起される青色発光蛍光体28が塗布されている。また、その周囲は、封止樹脂23により封止されている。内側の樹脂22は、紫外光の吸収の少ない材料により形成する。
【0036】
本実施形態においては、青色発光蛍光体28よりも黄色発光蛍光体27のほうが発光素子11に近くに設けられている。このような配置の場合においては、発光素子11から放出された紫外光は、黄色発光蛍光体27には吸収されずに透過して青色発光蛍光体28に到達して吸収され、青色光に変換される。そして、この青色光のうちで、発光装置の内側に向かって放出された成分は、黄色発光蛍光体27に吸収されて黄色光に変換される。つまり、本実施形態においても、青色光と黄色光とからなる白色光を外部において取り出すことができる。また、そのホワイトバランスは、第1実施形態において前述したものと同様に、蛍光体27と28との比率のみに依存し、発光素子11の発光波長や発光強度の変動に左右されることはない。その結果として、極めて安定し均一な白色光を得ることができる。
【0037】
本実施形態において使用することができる蛍光体27、28の例としては、第1実施形態に関して前述したものと同様のものを挙げることができる。すなわち、紫外光により励起される青色発光蛍光体28としては、前述した東芝製型式801EJがある。なお、801EJの比重は4.2である。また、青色光により励起される黄色発光蛍光体27としては、YAG(Ce)すなわち(Y1-aGda)3(Al1-bGab)5O12:Ceがある。ここで、YAG(Ce)は、その吸収率のピークが青色光の波長領域にある。つまり、青色光に対する吸収率が極めて高い反面、発光素子11から放出される紫外線領域の光に対する吸収率は極めて低い。従って、発光素子11から放出される1次光は、黄色蛍光体27には実質的に吸収されず、透過して青色蛍光体28に到達する。
【0038】
これらの蛍光体27、28の塗布の方法についても第1実施形態に関して前述したものと同様とすることができる。すなわち:
(1)YAG(Ce)をキャスティングする。すなわち、溶媒に蛍光体を分散させ、樹脂22の表面に塗布して加熱することによりキュアして硬化させる。このようにして青色蛍光体27の層を形成することができる。次に、同様にして、その上に801EJをキャスティングする。この一連の方法は蛍光体の比重の大小関係に無関係に用いることができる。
(2)801EJを溶かした溶媒と、YAG(Ce)を溶かした溶媒とを樹脂12の表面に滴下する。この際に、蛍光体粒子の比重や、溶媒の粘性と硬化速度などを考慮して、相分離によりYAG(Ce)が801EJよりも下の層になるように設計する。
【0039】
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。
図4は、本発明の第3の実施の形態にかかる発光装置を表す概略断面図である。同図の発光装置も「縦型LED」と呼ばれるものである。本実施形態においては、発光素子11の表面に蛍光体が塗布されている点に特徴を有する。
【0040】
すなわち、紫外線発光素子11は、リードフレーム36のカップ部に接着剤30によってマウントされている。発光素子11の表面には、紫外光により励起される青色発光蛍光体38が塗布され、さらに、その上には、青色光により励起される黄色発光蛍光体37が塗布されている。
【0041】
本実施形態においても、発光素子11から放出される紫外光により青色発光蛍光体28が励起されて青色光が放出され、この青色光の一部が黄色発光蛍光体27に吸収されて黄色光に変換される。そして、青色光と黄色光とからなる白色光を取り出すことができる。
【0042】
本実施形態においては、蛍光体37、38を発光素子11の表面に直接塗布することによって発光素子11のごく近傍において波長を変換し、高い発光輝度の白色光を得ることができる。さらに、この白色光の放出源を点光源に近づけることができるために、光学的手段により、所定の放射形状の光を容易に得ることができる。例えば、樹脂33をレンズ状に形成することにより、平行光線を容易に形成することができる。
【0043】
また、本実施形態においては、発光素子11と蛍光体37、38との間に樹脂が存在しないので、そのような樹脂による紫外光の吸収ロスを解消することもできる。なお、蛍光体は、一般に絶縁性を有するものが多いので、本実施形態のように発光素子11の表面に直接塗布しても電気的に短絡するような心配はない。なお、本実施形態において用いる青色蛍光体38や黄色蛍光体37の材料やその塗布方法は、前述した各実施形態と同様とすることができるので、詳細な説明は省略する。
【0044】
また、蛍光体の塗布順序を図4に例示したものとは逆にして、まず、発光素子11の表面に黄色蛍光体を塗布し、さらにその上に青色蛍光体を塗布しても良い。
【0045】
次に、本発明の第4の実施の形態について説明する。
図5は、本発明の第4の実施の形態にかかる発光装置を表す概略断面図である。同図の発光装置は、一般に「7セグメントディスプレイ」と称されるものである。
同図において、11は紫外発光半導体発光素子であり、基板45の上にマウントされている。紫外光により励起される青色発光蛍光体48と青色光により励起される黄色発光蛍光体47は混合されてこの素子11の上に塗布されている。49は、遮蔽部材であり、43は封止樹脂である。本実施形態においては、樹脂43の紫外光の吸収を考慮しなくても良いという利点がある。なお、図5においては、配線のための電極パターンやワイアなどは便宜上省略した。
【0046】
本実施形態のように青色発光蛍光体47と黄色発光蛍光体48とを混ぜて用いても、前述した各実施形態と同様の効果を得ることができる。従来の発光装置のように3色の蛍光体を使用した場合には、蛍光体の比重の違いで溶媒が硬化する際に分離が起こり、発色の不均一などが生じてしまう。これに対して、本実施形態のように2色の蛍光体のみを混ぜる場合は、溶媒が硬化する際の分離が起りずらく、発色の不均一は生じにくい。特に、蛍光体47と蛍光体48との比重が同じ場合、例えば青色発光蛍光体48として801EJを用い、黄色発光蛍光体47としてYAG(Ce)を用いた場合などは、分離が抑制され、極めて均一な発色が容易に得られる点で効果的である。
【0047】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明のこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、本発明は、発光素子と、その発光素子から放出される光を波長変換する第1の蛍光体と、その発光素子からの光は実質的に吸収せず、第1の蛍光体からの放出される2次光を波長変換する第2の蛍光体と、を備えた発光装置であれば、同様の作用効果を奏するものであり、それぞれの要素の具体的な構成は、当業者が適宜選択して実施することができる。
【0048】
さらに、前述した各具体例においては、2種類の蛍光体を備えた場合について説明したが、これ以外にも、3種類以上の蛍光体を用いても良い。例えば、発光素子からの1次光を2次光に変換する第1の蛍光体と、その2次光を波長変換してそれぞれ波長が異なる2次光を放出する第2の蛍光体及び第3の蛍光体と、を具備したものとしても良い。
【0049】
【発明の効果】
本発明は、以上説明した形態で実施され、以下に説明する効果を奏する。
【0050】
すなわち、本発明によれば、第1の波長の1次光を放出する発光素子と、その1次光を吸収して第2の波長の2次光を放出する第1の蛍光体と、その第2の波長の2次光を吸収して第3の波長の2次光を放出する第2の蛍光体と、を備え、第2の蛍光体は、第1の波長に対する吸収率が低く、実質的に波長変換をしないものとして構成することにより、得られる光スペクトルのバランスを極めて安定させ、発光素子から放出される1次光の波長や強度が変化しても、得られる光スペクトルが変化することが解消される。
【0051】
例えば、紫外発光を有する半導体発光素子と、紫外光により励起される青色発光蛍光体と、青色光により励起される黄色発光蛍光体とを用いて白色の発光を得る場合を例に挙げると、以下のようなメリットがある。
(1)搭載する発光素子のばらつきすなわち個体差によるホワイトバランスのばらつきが解消される。
(2)電流の変化によるホワイトバランスの変化が解消される。
(3)温度の変化によるホワイトバランスの変化が解消される。
(4)搭載した発光素子の劣化によるホワイトバランスの変化が解消される。
【0052】
また、蛍光を用いて白色の発光を行う方法として、2色のみを蛍光体を用いることにより、
(5)蛍光体の配合比の調整が容易にできる
というメリットも得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態にかかる発光装置の概念構成を表す断面図である。
【図2】本発明の発光装置に用いる半導体発光素子の概念構成を表す概略断面図である。
【図3】本発明の第2の実施の形態にかかる発光装置を表す概略断面図である。
【図4】本発明の第3の実施の形態にかかる発光装置を表す概略断面図である。
【図5】本発明の第4の実施の形態にかかる発光装置を表す概略断面図である。
【図6】従来の白色発光型の発光装置の概念構成を表す概略断面図である。
【符号の説明】
11 発光素子
12、22 樹脂
13、23、33、43 封止樹脂
14、24、34 ワイア
15、36 リードフレーム
16、36 リードフレーム
17、27、37、47 青色発光で励起される黄色発光蛍光体
18、28、38、48 青色蛍光体
25 基板
26 配線パターン
30 接着剤
22 樹脂
23 樹脂モールド
24 リードフレーム
25 メタルポスト
26 メタルステム
27 青色発光で励起される黄色発光蛍光体
28 紫外発光で励起される青色発光蛍光体
45 基板
49 遮光部材
111 発光素子
112 樹脂
113 封止樹脂
114 ワイア
115、116 リードフレーム
117 黄色蛍光体
131 サファイア基板
132 GaNバッファ層
133 n型GaN層
134 n型AlGaN層
135 活性層
136 p型AlGaN層
137 p型GaN層
141 n側電極
142 ボンディングパッド
143 p側電極
144 ボンディングパッド
145 SiO2 保護膜
146 SiO2 保護膜[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a light emitting device, and more particularly to a light emitting device in which a light emitting element such as a semiconductor light emitting element and a wavelength conversion means such as a phosphor are combined.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art A light-emitting device that combines a semiconductor light-emitting element such as an LED (light emitting diode) and a phosphor is attracting attention as a light-emitting device that is inexpensive and has a long life and is being widely used. In particular, white light-emitting devices are expected to be used in various ways as light-emitting devices that replace fluorescent lamps or as light sources for display devices.
[0003]
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a conceptual configuration of a conventional white light-emitting device. That is, in the conventional light emitting device, the blue
[0004]
In the light emitting device of FIG. 6, a part of the blue light of the primary light emitted from the blue
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, as a result of the inventor's trial production and evaluation, it has been found that the conventional light emitting device as shown in FIG. 6 has the following problems. That is,
(1) There is a large variation in white balance between devices.
(2) The change in white balance due to the change in the supplied current value is large.
(3) The change in white balance due to fluctuations in ambient temperature is large.
(4) A change in white balance due to a change with time of the
[0006]
These problems are all caused by the essential characteristics of the blue
[0007]
In this way, when the wavelength of the blue light emitted from the blue
[0008]
As a method for solving this problem, there is a method using a phosphor that emits light of three colors of R (red), G (green), and B (blue). However, in this case, it is necessary to precisely adjust the blending ratio of the three types of phosphors, and there is a drawback that it is not easy to mix with a predetermined balance. Further, when the phosphors are mixed and applied, there is a drawback that it is difficult to realize a desired uniform mixing form due to the influence of separation caused by the difference in specific gravity of the respective phosphor particles.
[0009]
The present invention has been made based on recognition of such unique problems. That is, an object of the present invention is to provide a light-emitting device having a stable light-emitting characteristic by reliably and easily adjusting a light mixing ratio to a desired balance.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a light emitting device of the present invention includes a light emitting element that emits ultraviolet light as light of a first wavelength, and absorbs light of the first wavelength to emit light of a second wavelength. First wavelength converting means that absorbs part of the light of the second wavelength and emitting light of the third wavelength, and the light of the second wavelength. The light emitting device is configured to emit white light by emitting light other than the part of the light and the light of the third wavelength.
[0011]
Here, the second wavelength is longer than the first wavelength, the third wavelength is longer than the second wavelength, and the second wavelength converting means is configured to By not substantially absorbing light, the balance between the second wavelength light and the third wavelength light can be extremely stabilized.
[0012]
In a preferred embodiment of the present invention, the first wavelength converting means is a phosphor, and the second wavelength converting means is a phosphor.
[0013]
Further, the light having the first wavelength is ultraviolet light, the light having the second wavelength is blue light, and the light having the third wavelength is yellow light. White light with a very stable white balance can be obtained.
[0014]
The light-emitting element is a semiconductor light-emitting element made of a nitride semiconductor, whereby a high-luminance light-emitting device can be realized.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a conceptual configuration of a light emitting device according to an embodiment of the present invention. That is, the light-emitting device shown in the figure is generally called a “vertical LED”, and the light-emitting
[0016]
Here, the first wavelength conversion means 18 absorbs the light of the first wavelength emitted from the
[0017]
On the other hand, the second wavelength conversion means 17 absorbs the secondary light having the second wavelength emitted from the first wavelength conversion means 18 and converts it into secondary light having a longer third wavelength. . As the second wavelength conversion means 17, for example, a phosphor that is excited by blue light emitted from the
[0018]
If it demonstrates along the above-mentioned specific example, in the light-emitting device of this invention, the ultraviolet light of the primary light discharge | released from the ultraviolet light emission LED11 will be absorbed by the
[0019]
As an example of the phosphor that can be used in the present invention, as the blue
[0020]
The following method can be mentioned as an example of how to form the layers of the
(1) Cast 801EJ. That is, the phosphor is dispersed in a solvent, applied to the surface of the
(2) A solvent in which 801EJ is dissolved and a solvent in which YAG (Ce) is dissolved are dropped onto the surface of the
According to the present invention, the primary light emitted from the
[0021]
Here, it is assumed that both the
[0022]
On the other hand, according to the present invention, the primary light emitted from the
[0023]
As described above, according to the present invention, both the blue light and the yellow light extracted to the outside have a very stable wavelength spectrum, and the resulting white balance of the white light is extremely stable.
[0024]
In addition, when using three-color phosphors, precise adjustment of the blending ratio is required, and it is not easy to reproduce white balance, but according to the present invention, only two-color phosphors are used. Therefore, it is much easier to adjust the blending ratio of the phosphors.
[0025]
Examples of the ultraviolet
[0026]
In this application, “nitride semiconductor” means B x In y Al z Ga (1-xyz) N (O ≦ x ≦ 1, O ≦ y ≦ 1, O ≦ z ≦ 1) III-V group compound semiconductor, and further, as a group V element, in addition to N, phosphorus (P) or arsenic (As ) And other mixed crystals.
[0027]
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a conceptual configuration of the semiconductor light emitting element. The laminated structure of the light emitting element in FIG. Note that the doping material, film thickness, and the like may be changed as appropriate.
(1)
(2)
(3) n-type
(4) n-type
(5) InGaN
(6) p-type
(7) p-type
The stacked structure described above is partially etched from the surface to the n-
[0028]
Note that the material of the
[0029]
The
[0030]
Here, in the light emitting device illustrated in FIG. 1, the sealing
[0031]
In the present embodiment, as a white light emitting device, a device using an ultraviolet light emitting semiconductor light emitting element, a blue light emitting phosphor excited by ultraviolet light, and a yellow light emitting phosphor excited by blue light is given as a specific example. However, the present invention is not limited to this.
[0032]
For example, a light-emitting semiconductor light-emitting element that emits light in a purple wavelength band as a light-emitting element, a blue-green light-emitting phosphor that is excited by violet light as a first phosphor, and a blue-green light that is excited as a second phosphor Even in a light emitting device using each of the red light emitting phosphors, extremely uniform and stable white light can be obtained. Further, the light emitting element used in the present invention is not necessarily a semiconductor light emitting element. That is, in addition to semiconductor light emitting elements such as LEDs and semiconductor lasers, EL (electro-luminescent) elements and other various light emitting elements may be used.
[0033]
Furthermore, it can apply similarly about the light-emitting device which emits light other than white, and can obtain the same hardening. That is, light emission without change in chromaticity coordinates using a first phosphor that emits light when excited by light from the light emitting element and a second phosphor that emits light when excited by light from the first phosphor. A device can be realized.
[0034]
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a light emitting device according to a second embodiment of the present invention. That is, the light-emitting device in the figure is generally called an SMD (Surface Mounted Device) lamp. That is, the
[0035]
The phosphors used in the present embodiment are also a blue light emitting phosphor 28 excited by ultraviolet light and a yellow light emitting phosphor 27 excited by blue light. In the figure, 22 is a resin, and a yellow light emitting phosphor 27 excited by blue light is applied on the resin, and a blue light emitting phosphor 28 excited by ultraviolet light is further applied thereon. . Further, the periphery thereof is sealed with a sealing
[0036]
In the present embodiment, the yellow light emitting phosphor 27 is provided closer to the
[0037]
Examples of the phosphors 27 and 28 that can be used in the present embodiment can be the same as those described above with reference to the first embodiment. That is, as the blue light emitting phosphor 28 excited by ultraviolet light, there is the above-mentioned Toshiba model 801EJ. The specific gravity of 801EJ is 4.2. Further, as the yellow light-emitting phosphor 27 excited by blue light, YAG (Ce), that is, (Y 1-a Gd a ) Three (Al 1-b Ga b ) Five O 12 : There is Ce. Here, YAG (Ce) has an absorption peak in the wavelength region of blue light. That is, while the absorption rate for blue light is extremely high, the absorption rate for light in the ultraviolet region emitted from the
[0038]
The method of applying these phosphors 27 and 28 can be the same as that described above with respect to the first embodiment. Ie:
(1) Cast YAG (Ce). That is, the phosphor is dispersed in a solvent, applied to the surface of the
(2) A solvent in which 801EJ is dissolved and a solvent in which YAG (Ce) is dissolved are dropped onto the surface of the
[0039]
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view illustrating a light emitting device according to a third embodiment of the present invention. The light-emitting device shown in the figure is also called a “vertical LED”. The present embodiment is characterized in that a phosphor is applied to the surface of the
[0040]
That is, the ultraviolet
[0041]
Also in the present embodiment, the blue light-emitting phosphor 28 is excited by the ultraviolet light emitted from the light-emitting
[0042]
In the present embodiment, by directly applying the
[0043]
Further, in the present embodiment, since no resin exists between the light emitting
[0044]
Further, the order of applying the phosphors may be reversed to that illustrated in FIG. 4, first, the yellow phosphor may be applied to the surface of the
[0045]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a light emitting device according to a fourth embodiment of the present invention. The light emitting device shown in FIG. 1 is generally called a “7-segment display”.
In the figure,
[0046]
Even if the blue light-emitting
[0047]
The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, it is not limited to these specific examples of the present invention. That is, the present invention provides a light-emitting element, a first phosphor that converts the wavelength of light emitted from the light-emitting element, and light from the light-emitting element is not substantially absorbed, and is emitted from the first phosphor. A light-emitting device provided with a second phosphor that converts the wavelength of the emitted secondary light has the same effects, and the specific configuration of each element is appropriately determined by those skilled in the art. Can be selected and implemented.
[0048]
Furthermore, in each of the specific examples described above, the case where two types of phosphors are provided has been described, but in addition to this, three or more types of phosphors may be used. For example, a first phosphor that converts primary light from a light emitting element into secondary light, a second phosphor that converts the wavelength of the secondary light and emits secondary light having different wavelengths, and a third phosphor It is good also as what comprised this fluorescent substance.
[0049]
【The invention's effect】
The present invention is implemented in the form described above, and has the effects described below.
[0050]
That is, according to the present invention, a light emitting device that emits primary light having a first wavelength, a first phosphor that absorbs the primary light and emits secondary light having a second wavelength, and A second phosphor that absorbs the secondary light of the second wavelength and emits the secondary light of the third wavelength, and the second phosphor has a low absorptance with respect to the first wavelength, By constructing it so that it does not substantially convert the wavelength, the balance of the obtained light spectrum is extremely stabilized, and even if the wavelength or intensity of the primary light emitted from the light emitting element changes, the obtained light spectrum changes. To be eliminated.
[0051]
For example, when a white light emission is obtained by using a semiconductor light emitting device having ultraviolet light emission, a blue light emitting phosphor excited by ultraviolet light, and a yellow light emitting phosphor excited by blue light, for example, There are merits like
(1) Variations in mounted light emitting elements, that is, variations in white balance due to individual differences are eliminated.
(2) The white balance change due to the current change is eliminated.
(3) A change in white balance due to a change in temperature is eliminated.
(4) The change in white balance due to deterioration of the mounted light emitting element is eliminated.
[0052]
In addition, as a method of emitting white light using fluorescence, by using phosphors of only two colors,
(5) Easy adjustment of phosphor blending ratio
You can also get the benefits.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a conceptual configuration of a light emitting device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a conceptual configuration of a semiconductor light emitting element used in a light emitting device of the present invention.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a light emitting device according to a second embodiment of the invention.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a light emitting device according to a third embodiment of the invention.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a light emitting device according to a fourth embodiment of the invention.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a conceptual configuration of a conventional white light emitting device.
[Explanation of symbols]
11 Light emitting element
12, 22 resin
13, 23, 33, 43 Sealing resin
14, 24, 34 Wire
15, 36 Lead frame
16, 36 Lead frame
17, 27, 37, 47 Yellow light emitting phosphor excited by blue light emission
18, 28, 38, 48 Blue phosphor
25 substrates
26 Wiring pattern
30 Adhesive
22 Resin
23 Resin mold
24 Lead frame
25 metal post
26 Metal stem
27 Yellow-emitting phosphor excited by blue light emission
28 Blue-emitting phosphor excited by ultraviolet emission
45 substrates
49 Shading member
111 Light Emitting Element
112 resin
113 Sealing resin
114 Wire
115, 116 lead frame
117 Yellow phosphor
131 Sapphire substrate
132 GaN buffer layer
133 n-type GaN layer
134 n-type AlGaN layer
135 Active layer
136 p-type AlGaN layer
137 p-type GaN layer
141 n-side electrode
142 Bonding pads
143 p-side electrode
144 Bonding pad
145 SiO 2 Protective film
146 SiO 2 Protective film
Claims (5)
前記第1の波長の光を吸収して第2の波長の光を放出する第1の波長変換手段と、
前記第2の波長の光の一部を吸収して第3の波長の光を放出する第2の波長変換手段と、
を備え、前記第2の波長の光の前記一部以外の光と前記第3の波長の光との放出により白色発光を生じさせる、ことを特徴とする発光装置。A light emitting element which emits ultraviolet light as light of a first wavelength,
First wavelength converting means for absorbing light of the first wavelength and emitting light of the second wavelength;
A second wavelength converting means for absorbing a part of the second wavelength light and emitting a third wavelength light;
And emitting white light by emitting light other than the part of the light of the second wavelength and light of the third wavelength.
前記第3の波長は、前記第2の波長よりも長く、
前記第2の波長変換手段は、前記第1の波長の光を実質的に吸収しないことを特徴とする請求項1記載の発光装置。The second wavelength is longer than the first wavelength;
The third wavelength is longer than the second wavelength;
2. The light emitting device according to claim 1, wherein the second wavelength converting means does not substantially absorb the light of the first wavelength.
前記第2の波長変換手段は、蛍光体であることを特徴とする請求項1または2に記載の発光装置。The first wavelength converting means is a phosphor,
The light emitting device according to claim 1, wherein the second wavelength conversion unit is a phosphor.
前記第3の波長の光は、黄色光であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の発光装置。 Before Stories light of the second wavelength is blue light,
The light emitting device according to claim 1, wherein the light having the third wavelength is yellow light.
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