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JP4271747B2 - 発光ダイオード用透光性被覆材及び蛍光カラー光源 - Google Patents

発光ダイオード用透光性被覆材及び蛍光カラー光源 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオード（以下ＬＥＤと呼称する）に装着する発光ダイオード用透光性被覆材、当該被覆材をＬＥＤに装着又は蛍光物質を含有した被覆層をＬＥＤ表面に形成してＬＥＤの発光色を可変せしめた光源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のようにＬＥＤはＰＮ接合を持つ結晶体で、順電圧を印加するとＮ領域から電子が、Ｐ領域から正孔がＰＮ接合に移動して、電子と正孔が再結合する際に光を発する。従って、自由な電子が結合状態になり、この際放出されたエネルギーが光となって放射されるため、限られた色調のＬＥＤしか存在しない。つまり、赤色ＬＥＤチップを有するＬＥＤは赤色、緑色ＬＥＤチップを有するＬＥＤは緑色、青色ＬＥＤチップを有するＬＥＤは青色の発光のみであった。
【０００３】
しかしながら、最近においては多目的の用途に応じて、色変化させ得る発光ダイオードが強く求められている。このような要望を充足させる色変化の方法として、例えば発光ダイオードの中に赤色ＬＥＤチップ、緑色ＬＥＤチップ、青色ＬＥＤチップを有機的に組み合わせてセットし、それぞれのチップの組み合わせを変えて発光させることにより、色変化を実現させていた。
【０００４】
このような、発光ダイオードでは、赤色ＬＥＤチップ、緑色ＬＥＤチップ、青色ＬＥＤチップの異なるアノード端子とカソード端子合わせて４つの端子が必要であるため、構造的に複雑な設計となる。そして、最も致命的な問題点は発光ダイオード中に３つの異なるチップがセットされるため、その内のいずれか１つのチップが破損すると色調のバランスが崩れ、目的とする発光色が得られなくなってしまうことがある。
【０００５】
また最近においては、青色発光ダイオードのチップ上にＹＡＧ（アルミン酸イットリウム）系蛍光体の層を設けた白色ＬＥＤランプが提案された（日経産業新聞、平成３年９月１３日発行）。この白色ＬＥＤランプは、蛍光体の層によって励起された光と青色発光ダイオードの残光により白色光を作り出すものである。かかる白色ＬＥＤランプ上に、着色剤を含有させたキャップやシートを装着すれば、所望の発光色を得ることができる。
【０００６】
しかしながら、上記の白色ＬＥＤランプは青色発光ダイオードのチップ上の蛍光物質量が微量であること、そしてまた、微量な誤差で色調が大きく変化すること、更に微量塗布のために高度な塗布技術が要求されると共にランプ１個当たりの価格が非常に高価となること等種々の問題点があった。
【０００７】
一方、ＬＥＤを生産する上で、均一なＬＥＤを生産することは現実には困難で、色や輝度などのバラツキが不可避的に発生する。かかるバラツキをいかに少なくするかがコストにおいて非常に重要な問題となるが、未だ十分にはバラツキを抑えることはできていない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のような種々の問題点を解決するために研究開発されたものであり、ＬＥＤの発光色を簡単に所望の色に変化させることができる発光ダイオード用透光性被覆材の提供を目的とする。
【０００９】
また本発明は、変色が簡単な操作で行え、安定した色調を高輝度で拡散せしめ得るようにした、管理が容易でかつ安価な蛍光カラー光源を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、発光ダイオードに装着する透光性被覆材であって、当該被覆材がシリコーン系エラストマーからなる基材中に蛍光物質及び着色剤を含有するものであることを特徴とする発光ダイオード用透光性被覆材が提供される。ここで蛍光物質はアルミン酸イットリウム系蛍光体又はペリレン系蛍光体であることが好ましい。また当該被覆材はキャップ形状又はシート形状であることが好ましく、キャップ形状の先端部分に集光機構を有していてもよい。
【００１１】
本発明によれば、蛍光物質を含有する透光性被覆材を発光ダイオードに被覆することによって、又は蛍光物質を含有した被覆層を発光ダイオード表面に形成することによって、該被覆材又は該被覆層に含有する蛍光物質が発光ダイオードに固有の発光波長を変化して発光色を変化せしめて発光する蛍光カラー光源が提供される。蛍光カラー光源は、該被覆材又は該被覆層を通して拡散発光される発光色が、色度盛標でｘ＝０．１４８，ｙ＝０．１２３、ｘ＝０．１９９，ｙ＝０．７１８、ｘ＝０．６５１，ｙ＝０．３４１及びｘ＝０．３４３，ｙ＝０．６２３で囲まれた範囲の発光であるのがよく、より好ましくは色度座標でｘ＝０．２７，ｙ＝０．１９、ｘ＝０．１９，ｙ＝０．２４、ｘ＝０．３５，ｙ＝０．４８及びｘ＝０．４８，ｙ＝０．３７で囲まれた範囲の発光である。また蛍光カラー光源は、発光ダイオードに装着された被覆材又は形成された被覆層の上に着色剤を含有する被覆材又は被覆層をさらに装着又は形成したものであってもよい。発光ダイオードと被覆材との装着面の任意の箇所に係脱部が設けられているのがよい。また被覆材が装着される発光ダイオードがエネルギーの高い青色発光ダイオード又は緑色発光ダイオードであるのが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本願請求項１に係る発光ダイオード用透光性被覆材の大きな特徴は、当該被覆材がシリコーン系エラストマーからなる基材中に蛍光物質及び着色剤を含有するものである点にある。ＬＥＤのチップ上に蛍光物質を微量塗布し所望の発光色を作り出す従来のやり方に対し、本発明の発光ダイオード用透光性被覆材によれば、ＬＥＤチップ上に蛍光物質を微量塗布するといった高度な技術は要求されず、ＬＥＤへの装着により所望の発光色を作り出すことができる。
【００１３】
また当該被覆材中の蛍光物質の濃度を部分的に変化させることにより、被覆材を通して拡散される発光色を調整することができる。例えば後述する製造例３３を参照して、蛍光物質を蛍光カラーキャップ中に均一に分散混合した場合、該キャップの先端部分を通して発光される光はｘ＝０．２３４６，ｙ＝０．２３６５で、側面部分を通して発光される光はｘ＝０．３０９５，ｙ＝０．３３８９と該キャップの先端部分と側面部分とでは発光色が異なるが、特定量の蛍光物質を含有したキャップを先端部分にさらに装着する、すなわち先端部分と側面部分とで蛍光物質濃度を変化させると、先端部分を通して発光される光はｘ＝０．３０６０，ｙ＝０．３３５５となり側面部分からの発光色と同色となることがわかる。
【００１４】
本発明の発光ダイオード用透光性被覆材に使用できる蛍光物質としては、蛍光体、蛍光顔料、蛍光染料等公知の蛍光物質を使用することができる。有機蛍光体としては、アリルスルホアミド・メラミンホルムアルデヒド共縮合染色物やペリレン系蛍光体等を挙げることができ、無機蛍光体としては、アルミン酸塩、リン酸塩、ケイ酸塩等を挙げることができる。この中でも長期間使用可能な点から、ペリレン系蛍光体、アルミン酸イットリウムが特に好ましい。
【００１５】
蛍光体に添加する付活剤としては、例えばセリウム、ユウロピウム、マンガン、ガドリニウム、サマリウム、テルビウム、スズ、クロム等の元素を挙げることができる。この中でもセリウムが好ましい。付活剤の添加量は、蛍光体に対して０．１〜１０ｍｏｌ％の範囲が好ましい。
【００１６】
蛍光体と付活剤との組み合わせとしては、アルミン酸イットリウムとセリウムとの組み合わせが好ましい。
【００１７】
本発明の発光ダイオード用透光性被覆材の形態としては、特に限定はなく、例えば発光ダイオード形状に合わせたキャップ形状やシート形状等を挙げることができる。被覆材をキャップ形状とするには、例えば上記蛍光物質と結着樹脂とを混合し、金型と加熱プレスを用いることにより成形すればよい。またシート形状とするには、蛍光物質と結着樹脂とを溶融混練し、インフレーション法、Ｔ形ダイス法、溶液流延法、カレンダー法等により成形すればよい。またプラスチックフィルム等からなる基材シート上に蛍光物質をコーティングしてシート形状としてもよい。かかるコーティング法としては、蛍光物質を有機溶剤に溶解したものを塗布し熱風で乾燥することによりコーティングする方法や、合成樹脂エマルジョンを塗布し、乾燥して基材シート上にポリマー皮膜を形成する方法等を使用することができる。
【００１８】
発光ダイオード用透光性被覆材がキャップ形状の場合には、その先端部分に集光機構を有していてもよい。かかる機構によって輝度を大きくすることができ、少ないエネルギーで効率的に照明作用を果たすことができる。集光機構としては、例えばレンズ構造を挙げることができる。図５に具体的構造例を示す。キャップの先端部分に集光部分を設けるには、先端部分の肉厚を他の部分よりも厚くした金型を用いて他の部分と一体成型してもよいし、別途製造した集光部分をキャップ先端に貼着又は嵌着してもよい。
【００１９】
被覆材中の蛍光物質の使用量としては、結着樹脂１００重量部当たり、有機蛍光体の場合は０．０００１〜１０重量部、無機蛍光体の場合は０．５〜７０重量部の範囲が好ましい。
【００２０】
本発明の被覆材に用いる樹脂としては、例えばアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、シリコーン系エラストマー、ポリスチレン系熱可塑性エラストマー、ポリオレフイン系熱可塑性エラストマー、ポリウレタン系熱可塑性エラストマー等の樹脂を使用することができ、この中でもシリコーン系エラストマー等が好適に使用される。
【００２１】
本発明で使用するＬＥＤとしては、公知のいずれのＬＥＤでも使用することができ、例えばＧａ：ＺｎＯ赤色ＬＥＤ、ＧａＰ：Ｎ緑色ＬＥＤ、ＧａＡｓＰ系赤色ＬＥＤ、ＧａＡｓＰ系橙色・黄色ＬＥＤ、ＧａＡｌＡｓ系ＬＥＤ、ＩｎＧａＡｌＰ系橙・黄色ＬＥＤ、ＧａＮ系青色ＬＥＤ、ＳｉＣ青色ＬＥＤ、II−VI族青色ＬＥＤ等を挙げることができる。
【００２２】
またＬＥＤの形態はいずれの形態であってもよく、例えばＬＥＤランプやチップタイプＬＥＤ、セグメントタイプＬＥＤ等が好適に使用できる。
【００２３】
本願請求項６に係る発明に関し、上記被覆材をＬＥＤに装着することによって、ＬＥＤの発光波長を所望の波長に変換することができる。
【００２４】
当該被覆材をＬＥＤに装着するには、例えば被覆材がキャップ形状の場合には、当該キャップ形状の被覆材をＬＥＤに嵌合させればよく、このとき装着をより確実なものとするため被覆材周縁部に係合部を設けておいてもよい。図１を参照して、本発明による蛍光物質を含む被覆材（キャップ）１は発光ダイオード２に着脱可能に直接装着される。図２に示したキャップ１０の場合は比較的硬質であるため、キャップ１０を発光ダイオード２に装着した際、相対的なずれとか離脱を防止するためにキャップ１０側に凹部１１を形成し、発光ダイオード２側に凸部１２を形成して、これらをワンタッチ操作で係脱可能に係合する。これらの凹部１１と凸部１２とはキャップの円周方向に沿った環状構造でもよく、また円周方向の複数箇所に任意の間隔を保って設けた構造でもよく、更に凹部１１と凸部１２との関係を前記の場合と逆にしてもよい。
【００２５】
また被覆材がシート状物の場合には、当該シート状物をＬＥＤの表面に載置すればよく、このときシート状物をＬＥＤに接着しておくのが好ましい。接着の方法としては、公知の方法が使用でき、例えば熱接着、超音波接着、高周波接着、あるいは接着剤を使用した糊接着等が使用できる。ここで接着性改善のためシート状物の表面を、化学薬品で酸化したり、ガス火炎にさらして酸化したり、表面電極に接触させてコロナ放電を行う等の表面処理を行ってもよい。例えば図３は、ＬＥＤにシート状の被覆材を取り付けた蛍光カラー光源の側断面図であって、図３（ａ）はチップタイプＬＥＤにシート形状の被覆材３を取り付けた図であり、（ｂ）はセグメントタイプＬＥＤにシート形状の被覆材３を取り付けた図である。
【００２６】
蛍光物質を含有した被覆層をＬＥＤ表面に形成するには、樹脂コート法や印刷法といった公知の方法を使用することができる。例えば結着樹脂を溶剤に溶解し、そこへ蛍光物質を添加した後、ＬＥＤ表面にバーコートすればよい。
【００２７】
被覆材を装着した、または被覆層を形成したＬＥＤから拡散発光される発光色は、色度座標でｘ＝０．１４８，ｙ＝０．１２３、ｘ＝０．１９９，ｙ＝０．７１８、ｘ＝０．６５１，ｙ＝０．３４１及びｘ＝０．３４３，ｙ＝０．６２３で囲まれた範囲の発光がよい。かかる範囲の発光であれば、様々な照明バリエーションに対応することができ、映像としての色再現としても十分と考えられるからである。さらに色度座標でｘ＝０．２７，ｙ＝０．１９、ｘ＝０．１９，ｙ＝０．２４、ｘ＝０．３５，ｙ＝０．４８及びｘ＝０．４８，ｙ＝０．３７で囲まれた範囲の発光、つまり白色近傍の発光色とすると後処理によって発光色を所望の色に調整しやすくなる。
【００２８】
すなわち被覆材又は被覆層を装着・形成してＬＥＤ発光色を白色に調整すれば、着色剤を使用することによって発光を所望の発光色とすることができる。この場合、着色剤は、被覆材又は被覆層中に蛍光物質と共に含有させてもよいし、着色剤を含有させた別の被覆材又は被覆層をその上にさらに装着・形成してもよい。
【００２９】
着色剤としては、例えば、黄色顔料として、黄鉛、亜鉛黄、カドミウムイエロー、黄色酸化鉄、ミネラルファストイエロー、ニッケルチタンイエロー、ネーブルスイエロー、ナフトールイエローＳ、ハンザイエローＧ、ハンザイエロー１０Ｇ、ベンジジンイエローＧ、ベンジジンイエローＧＲ、キノリンイエローレーキ、パーマンネントイエローＮＣＧ、タートラジンレーキ；橙色顔料として、赤口黄鉛、モリブテンオレンジ、パーマネントオレンジＧＴＲ、ピラゾロンオレンジ、バルカンオレンジ、インダスレンブリリアントオレンジＲＫ、ベンジジンオレンジＧ、インダスレンブリリアントオレンジＧＫ；赤色顔料として、縮合アゾ顔料、ベンガラ、カドミウムレッド、鉛丹、硫化水銀カドミウム、パーマネントレッド４Ｒ、リソールレッド、ピラゾロンレッド、ウオッチングレッドカルシウム塩、レーキレッドＤ、ブリリアントカーミン６Ｂ、エオシンレーキ、ローダミンレーキＢ、アリザリンレーキ、ブリリアントカーミン３Ｂ；紫色顔料として、マンガン紫、ファストバイオレットＢ、メチルバイオレットレーキ；青色顔料として、紺青、コバルトブルー、アルカリブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、フタロシアニンブルー、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー部分塩素化物、ファーストスカイブルー、インダスレンブルーＢＣ；緑色顔料として、クロムグリーン、酸化クロム、ピグメントグリーンＢ、マラカイトグリーンレーキ、ファナルイエローグリーンＧ；白色顔料として、亜鉛華、酸化チタン、アンチモン白、硫化亜鉛；白色顔料として、バライト粉、炭酸バリウム、クレー、シリカ、ホワイトカーボン、タルク、アルミナホワイト等を使用できる。上記着色剤は、結着樹脂１００重量部当り０．００１乃至０．１重量部、特に０．０１乃至０．０５重量部の範囲で使用するのがよい。
【００３０】
上記被覆材又は被覆層が装着・形成される発光ダイオードは、エネルギーの高い青色発光ダイオードが好ましいが、緑色の発光ダイオードあるいはその他の発光ダイオードであるのが好ましい。
【００３１】
本発明の被覆材を使用することによって、発光色の微調整を行うことができ、例えば製造バラツキによって生じた許容範囲外のＬＥＤを許容範囲内のものとすることができる。製造例３４を参照して、例えば青色ＬＥＤに流す電流が５ｍＡのときにはＹＡＧ蛍光体を１０．０部、同様に電流が１０ｍＡのときには１０．５部、電流が２０ｍＡのときには１１．０部、電流が３０ｍＡのときには１１．５部をそれぞれ含有する蛍光カラーキャップをＬＥＤに装着しさえすれば、色度座標でｘ＝０．２８８６〜０．３０４６、ｙ＝０．３１０２〜０．３１６５の範囲の要望通りの発光色を得ることができる。
【００３２】
【実施例】
製造例１
シリコーンゴムに蛍光物質としてＮＫＰ−８３０６（蛍光体名、日本蛍光化学社製）を１．５部分散させ、金型と加熱プレスを用いて肉厚０．５ｍｍの蛍光カラーキャップを成型した。また青色発光ダイオードとしてはＣＩＥ（国際照明委員会）標準表色系：Ｔｈｅ ＩＣＩ ｓｔａｎｄａｒｄ ｃｏｌｏｒｉｍｅｔｒｉｃ ｓｙｓｔｅｍ（以下、色度座標と呼称する）に従って、色度座標でｘ＝０．１４９０、ｙ＝０．１２０３の青色発光ダイオードを用いた。この青色発光ダイオードに前記の蛍光カラーキャップを装着して発光させたところ、色度座標でｘ＝０．３９１２、ｙ＝０．４３２２の黄味かかった拡散白色光が観測された。
【００３３】
上記の場合、青色発光ダイオード単体の輝度は３２ｃｄ／ｍ2 であったが、本発明による蛍光カラーキャップを装着し色調を変化させることで輝度が６６ｃｄ／ｍ2 と高められ、発光ダイオード特有の指向性が低減され、発光色は蛍光カラーキャップの全面から拡散された。
【００３４】
製造例２
蛍光物質としてＮＫＰ−８３０６（蛍光体名、日本蛍光化学社製）の添加量を１．２５部、１．０７部、０．９４部、０．８３部および０．７５部と変化させて、シリコーンゴムに分散し、実施例１と同様の金型と加熱プレスを用いて肉厚０．５ｍｍの蛍光カラーキャップをそれぞれ成型した。これらの蛍光カラーキャップを色度座標でｘ＝０．１４９０、ｙ＝０．１２０３の青色発光ダイオードに装着して発光させたところ、下記表１に示す拡散発光色の結果が得られた。
【００３５】
【表１】
Figure 0004271747
【００３６】
表１の結果から明らかなように、蛍光物質の添加量により発光色をコントロールできることが確認された。特に上記の場合において、蛍光物質を１．２５部分散させた時の発光色が、最も高い輝度７０ｃｄ／ｍ２であることが観測された。尚、本発明による蛍光カラーキャップの肉厚は均一であっても良く、また部分的に肉厚を変化させて発光色を拡散、または色調を変えることも可能であり、目的に応じた設計をすることができる。
【００３７】
製造例３
蛍光物質としてＮＫＰ−８３０６（蛍光体名、日本蛍光化学社製）を用い、これと添加剤としての酸化ガドリニウムとを１０：２の割合で混合した。この混合物の０．７５部をシリコーンゴムに分散させ、金型と加熱プレスを用いて肉厚０．５ｍｍの蛍光カラーキャップを成型した。このカラーキャップを発光色が色度座標でｘ＝０．１４９０、ｙ＝０．１２０３の青色発光ダイオードに装着させたところ、色度座標でｘ＝０．２９７１、ｙ＝０．３４８５の青みを帯びた拡散白色光が観測された。
【００３８】
製造例４
蛍光物質としてＮＫＰ−８３０６（蛍光体名、日本蛍光化学社製）を用い、これと添加剤としての酸化ガドリニウムとを１０：４の割合で混合した。この混合物の０．７５部をシリコーンゴムに分散させ、金型と加熱プレスを用いて肉厚０．５ｍｍの蛍光カラーキャップを成型した。このカラーキャップを発光色が色度座標でｘ＝０．１４９０、ｙ＝０．１２０３の青色発光ダイオードに装着させたところ、色度座標でｘ＝０．２９８５、ｙ＝０．３５２９の青みを帯びた拡散白色光が観測された。
【００３９】
製造例５
蛍光物質としてＮＫＰ−８３０６（蛍光体名、日本蛍光化学社製）を用い、これと添加剤としての酸化ガドリニウムとを１０：６の割合で混合した。この混合物の０．７５部をシリコーンゴムに分散させ、金型と加熱プレスを用いて肉厚０．５ｍｍの蛍光カラーキャップを成型した。このカラーキャップを発光色が色度座標でｘ＝０．１４９０、ｙ＝０．１２０３の青色発光ダイオードに装着させたところ、色度座標でｘ＝０．３０９０、ｙ＝０．３６７９の 拡散白光色が観測された。
【００４０】
製造例６
蛍光物質としてＮＫＰ−８３０６（蛍光体名、日本蛍光化学社製）を用い、これと添加剤としての酸化ガドリニウムとを１０：８の割合で混合した。この混合物の０．７５部をシリコーンゴムに分散させ、金型と加熱プレスを用いて肉厚０．５ｍｍの蛍光カラーキャップを成型した。このカラーキャップを発光色が色度座標でｘ＝０．１４９０、ｙ＝０．１２０３の青色発光ダイオードに装着させたところ、色度座標でｘ＝０．３１３８、ｙ＝０．３７３４の拡散白光色が観測された。
【００４１】
製造例７
蛍光物質としてＮＫＰ−８３０６（蛍光体名、日本蛍光化学社製）を用い、これと添加剤としての酸化ガドリニウムとを１０：１０の割合で混合した。この混合物の０．７５部をシリコーンゴムに分散させ、金型と加熱プレスを用いて肉厚０．５ｍｍの蛍光カラーキャップを成型した。このカラーキャップを発光色が色度座標でｘ＝０．１４９０、ｙ＝０．１２０３の青色発光ダイオードに装着させたところ、色度座標でｘ＝０．３２５４、ｙ＝０．３８９０の拡散白光色が観測された。
【００４２】
以上に説明した実施例３乃至実施例７の発光色の結果から明らかなように、酸化カドリニウムの添加量の増加により、青色発光ダイオードの波長をより効果的に励起させることが確認された。
【００４３】
製造例８
蛍光物質としてＳｔｅｌｌａｒＧｒｅｅｎ Ｅ−８（蛍光体名、Ｓｗａｄａ社製）を用い、これをシリコーンゴムに５部分散させ、金型と加熱プレスを用いて肉厚０．５ｍｍの蛍光カラーキャップを成型した。このカラーキャップを発光色が色度座標でｘ＝０．１４９０、ｙ＝０．１２０３の青色発光ダイオードに装着したところ、色度座標でｘ＝０．１９３５、ｙ＝０．７１７９の鮮明な緑色の拡散発光色が観測された。
【００４４】
製造例９
蛍光物質としてＳｔｅｌｌａｒＧｒｅｅｎ Ｅ−８（蛍光体名、Ｓｗａｄａ社製）を用い、これをシリコーンゴムに１．５部分散させ、金型と加熱プレスを用いて肉厚０．５ｍｍの蛍光カラーキャップを成型した。このカラーキャップを発光色が色度座標でｘ＝０．１４９０、ｙ＝０．１２０３の青色発光ダイオードに装着したところ、色度座標でｘ＝０．１９２８、ｙ＝０．５２４４の青緑の拡散発光色が観測された。
【００４５】
製造例１０
蛍光物質としてＢｌａｚｅ Ｅ−５（蛍光体名、Ｓｗａｄａ社製）を用い、これをシリコーンゴムに５部分散させ、金型と加熱プレスを用いて、肉厚０．５ｍｍの蛍光カラーキャップを成型した。このカラーキャップを発光色が色度座標でｘ＝０．１４９０、ｙ＝０．１２０３の青色発光ダイオードに装着したところ、色度座標でｘ＝０．６５０５、ｙ＝０．３４１４の赤色の拡散発光色が確認された。
【００４６】
製造例１１
蛍光物質としてＬｕｎａｒｙＹｅｌｌｏｗ Ｅ−２７（蛍光体名、Ｓｗａｄａ社製）を用い、シリコーンゴムに５部分散させ、金型と加熱プレスを用いて、肉厚０．５ｍｍの蛍光カラーキャップを成型した。このカラーキャップを発光色が色度座標でｘ＝０．１４９０、ｙ＝０．１２０３の青色発光ダイオードに装着したところ、色度座標でｘ＝０．３４７５、ｙ＝０．６２３１の黄緑の拡散発光色が確認された。
【００４７】
製造例１２
蛍光物質としてＮＫＰ−８３０４（蛍光体名、日本蛍光化学社製）を用い、シリコーンゴムに１．５部分散させ、金型と加熱プレスを用いて肉厚０．５ｍｍの蛍光カラーキャップを成型した。このカラーキャップを発光色が、色度座標でｘ＝０．１４９０、ｙ＝０．１２０３の青色発光ダイオードに装着したところ、色度座標でｘ＝０．５１６５、ｙ＝０．３５３６のピンクの拡散発光色が確認された。
【００４８】
製造例１３
蛍光物質としてＮＫＰ−８３０１（蛍光体名、日本蛍光化学社製）を用い、シリコーンゴムに１．５部分散させ、金型と加熱プレスを用いて肉厚０．５ｍｍの蛍光カラーキャップを成型した。このカラーキャップを発光色が色度座標でｘ＝０．１４９０、ｙ＝０．１２０３の青色発光ダイオードに装着したところ、色度座標でｘ＝０．４７３０、ｙ＝０．２８９０の赤紫の拡散発光色が確認された。
【００４９】
製造例１４
蛍光物質としてＮＫＰ−８３０１（蛍光体名、日本蛍光化学社製）を用い、シリコーンゴムに１．５部分散させ、金型と加熱プレスを用いて肉厚０．５ｍｍの蛍光カラーキャップを成型した。このカラーキャップを発光色が色度座標でｘ＝０．４６８６、ｙ＝０．５２８２の緑色発光ダイオードに装着したところ、色度座標でｘ＝０．５７２０、ｙ＝０．４２５３の拡散橙色光が確認された。
【００５０】
製造例１５
蛍光物質としてＮＰＫ−８３０４（蛍光体名、日本蛍光化学社製）を用い、シリコーンゴムに１．５部分散させ、金型と加熱プレスを用いて肉厚０．５ｍｍの蛍光カラーキャップを成型した。このカラーキャップを発光色がｘ＝０．４６８６、ｙ＝０．５２８２の緑色発光ダイオードに装着したところ、色度座標でｘ＝０．５４５７、ｙ＝０．４５２２の黄みを帯びた拡散橙色光が確認された。
【００５１】
製造例１６
蛍光物質としてＮＫＰ−８３１５（蛍光体名、日本蛍光化学社製）とＮＫＰ−８３０４（蛍光体名、日本蛍光化学社製）を１０：１の割合で混合した。混合物の０．７５部をシリコーンゴムに分散させ、金型と加熱プレスを用いて肉厚０．５ｍｍの蛍光カラーキャップを成型した。このカラーキャップを発光色が色度座標でｘ＝０．１４９０、ｙ＝０．１２０３の青色発光ダイオードに装着させたとろ、色度座標でｘ＝０．３４８６、ｙ＝０．４５９５の緑みを帯びた拡散白光色が確認された。
【００５２】
製造例１７
蛍光物質としてＮＫＰ−８３１５（蛍光体名、日本蛍光化学社製）とＮＫＰ−８３０４（蛍光体名、日本蛍光化学社製）を１０：３の割合で混合した。混合物の０．７５部をシリコーンゴムに分散させ、金型と加熱プレスを用いて肉厚０．５ｍｍの蛍光カラーキャップを成型した。このカラーキャップを発光色が色度座標でｘ＝０．１４９０、ｙ＝０．１２０３の青色発光ダイオードに装着させたところ、色度座標でｘ＝０．４１０７、ｙ＝０．４１９８の黄みを帯びた拡散白色光が確認された。
【００５３】
製造例１８
蛍光物質としてＮＫＰ−８３１５（蛍光体名、日本蛍光化学社製）とＮＫＰ−８３０４（蛍光体名、日本蛍光化学社製）を１０：５の割合で混合した。混合物の０．７５部をシリコーンゴムに分散させ、金型と加熱プレスを用いて肉厚０．５ｍｍの蛍光カラーキャップを成型した。このカラーキャップを発光色が色度座標でｘ＝０．１４９０、ｙ＝０．１２０３の青色発光ダイオードに装着したところ、色度座標でｘ＝０．４４４５、ｙ＝０．４０７０の橙みを帯びた拡散白色発が確認された。
【００５４】
製造例１９
蛍光物質としてＮＫＰ−８３１５（蛍光体名、日本蛍光化学社製）とＮＫＰ−８３０４（蛍光体名、日本蛍光化学社製）を１０：１０の割合で混合した。混合物の０．７５部をシリコーンゴムに分散させ、金型と加熱プレスを用いて肉厚０．５ｍｍの蛍光カラーキャップを成型した。このカラーキャップを発光色が色度座標でｘ＝０．１４９０、ｙ＝０．１２０３の青色発光ダイオードに装着したところ、色度座標でｘ＝０．４６３４、ｙ＝０．３８３９の赤みを帯びた拡散白色光が確認された。
【００５５】
上記製造例１６乃至製造例１９の拡散発光の結果から明らかなように、種々の蛍光物質を組み合せ、しかも混合割合や濃度を任意に変化せしめることで、発光ダイオードの色調を自由に変化させることができた。
【００５６】
製造例２０
アクリル樹脂であるアキルペットＭＤ（三菱レイヨン社製）に蛍光物質としてＮＫＰ−８３０６（蛍光体名、日本蛍光化学社製）を１．５部分散させ、金型と加熱プレスを用いて肉厚０．５ｍｍの蛍光カラーキャップを成型した。このカラーキャップを発光色が色度座標でｘ＝０．１４９０、ｙ＝０．１２０３の青色発光ダイオードに装着したところ、実施例１と同様の結果が得られた。
【００５７】
製造例２１
高密度ポリスチレンである三菱ポリエチ−ＨＤ ＨＪ３９０（三菱化学社製）に蛍光物質としてＮＫＰ−８３０６（蛍光体名、日本蛍光化学社製）を１．５部分散させ、金型と加熱プレスを用いて肉厚０．５ｍｍの蛍光カラーキャップを成型した。このカラーキャップを発光色が色度座標でｘ＝０．１４９０、ｙ＝０．１２０３の青色発光ダイオードに装着したところ、実施例１と同様の結果が得られた。
【００５８】
製造例２２
熱可塑性エラストマーとしてスチレン系熱可塑性エラストマーであるセプトン２０４３（クラレ社製）に蛍光物質としてＮＫＰ−８３０６（蛍光体名、日本蛍光化学社製）を１．５部分散させ、金型と加熱プレスを用いて肉厚０・５ｍｍの蛍光カラーキャップを成型した。このカラーキャップを発光色が色度座標でｘ＝０．１４９０、ｙ＝０．１２０３の青色発光ダイオードに装着したところ、実施例１と同様の結果が得られた。
【００５９】
製造例２３
シリコーンゴムに蛍光物質としてＹＡＧ蛍光体（イットリウム２８．０ｗｔ％、アルミニウム１３．６ｗｔ％、ガドリニウム５６．６２ｗｔ％、セリウム１．２３ｗｔ％）を４０部分散させ、金型と加熱プレスを用いて肉厚０．６ｍｍの蛍光カラーキャップを成型した。
【００６０】
また青色発光ダイオードとしてはＣＩＥ（国際照明委員会）標準表色系：Ｔｈｅ ＩＣＩ ｓｔａｎｄａｒｄ ｃｏｌｏｒｉｍｅｔｒｉｃ ｓｙｓｔｅｍ（以下、色度座標と呼称する）に従って、色度座標でｘ＝０．１２７５、ｙ＝０．０８８３、輝度２８．９５ｃｄ／ｍ2 の青色発光ダイオードを用いた。図６にこの青色発光ダイオードの分光波長を示す。この青色発光ダイオードに前記の蛍光カラーキャップを装着して発光させたところ、色度座標でｘ＝０．３１９２、ｙ＝０．３３７５、輝度が６６．３６ｃｄ／ｍ2 の拡散白色光が観測された。このときの分光波長を図７に示す。
【００６１】
製造例２４
シリコーンゴムに蛍光物質としてＹＡＧ蛍光体（イットリウム２８．０ｗｔ％、アルミニウム１３．６ｗｔ％、ガドリニウム５６．６２ｗｔ％、セリウム１．２３ｗｔ％）を１２．５部分散させて、肉厚０．５ｍｍの弾性シートを作成した。
【００６２】
青色発光ダイオードとして製造例２３で使用したものを用いて、この青色発光ダイオードから５ｍｍ離れた位置に該弾性シートを装着し、２０ｍＡの電流で発光ダイオードを点灯させた。該弾性シートを通して拡散された光を分光放射輝度計「ＰＲ−７０４」で測定したところ、色度座標でｘ＝０．２６６７、ｙ＝０．２７２５、輝度が１６２９ｃｄ／ｍ2 の拡散白色光が観測された。このときの分光波長を図８に示す。
【００６３】
製造例２５
シリコーンゴムに蛍光物質としてペリレン系集光性蛍光染料である「Ｌｕｍｏｇｅｎ ＯＲＡＮＧＥ Ｆ」（ＢＡＳＦ社製）を０．２部分散させ、金型と加熱プレスを用いて肉厚０．５ｍｍの蛍光カラーキャップを成型した。
【００６４】
また青色発光ダイオードとして製造例２３で使用したものを用いて、この青色発光ダイオードに前記の蛍光カラーキャップを装着して２０ｍＡの電流で発光させたところ、色度座標でｘ＝０．３４０５、ｙ＝０．３２３５、輝度が２．１２４ｃｄ／ｍ2 の拡散白色光が観測された。
【００６５】
製造例２６
シリコーンゴムに蛍光物質としてペリレン系集光性蛍光染料である「Ｌｕｍｏｇｅｎ Ｙｅｌｌｏｗ Ｆ」（ＢＡＳＦ社製）を０．２部分散させ、金型と加熱プレスを用いて肉厚０．５ｍｍの蛍光カラーキャップを成型した。
【００６６】
また青色発光ダイオードとして製造例２３で使用したものを用いて、この青色発光ダイオードに前記の蛍光カラーキャップを装着して２０ｍＡの電流で発光させたところ、色度座標でｘ＝０．１８５９、ｙ＝０．６１０８、輝度が２．７０８ｃｄ／ｍ2 の黄緑色光が観測された。
【００６７】
製造例２７
製造例２３で使用したＹＡＧ蛍光体４０部をシリコーンゴムに配合分散させて、金型と加熱プレスを用い、肉厚０．６ｍｍの蛍光カラーキャップを作成した。この蛍光カラーキャップに透光率８０％以上のシリコーンゴムを用いてレンズ状に成形したキャップを先端部に被せた。この蛍光カラーキャップを青色ＬＥＤに装着し、青色ＬＥＤを２０ｍＡで点灯させて、ＬＥＤの先端部正面から色度座標及び輝度を測定した。測定結果を表２に示す。
【００６８】
【表２】
Figure 0004271747
【００６９】
蛍光カラーキャップの先端部にレンズを設けることにより、発光色を変化させることなく、正面から発せられる輝度を約１．７倍上げることができた。
【００７０】
製造例２８
シリコーンゴムに蛍光物質としてＹＡＧ蛍光体（イットリウム２８．０ｗｔ％、アルミニウム１３．６ｗｔ％、ガドリニウム５６．６２ｗｔ％、セリウム１．２３ｗｔ％）を１２．５部分散させ、金型と加熱プレスを用いて肉厚０．６ｍｍの蛍光カラーキャップを成型した。
【００７１】
青色発光ダイオードとして製造例２３で使用したものを使用し、この青色発光ダイオードに、上記の蛍光カラーキャップを装着して２０ｍＡで発光させたところ、色度座標でｘ＝０．３１９２、ｙ＝０．３３７５、輝度が６６．３６ｃｄ／ｍ2 の拡散白色光が観測された。
【００７２】
一方、シリコーンゴムに赤色の着色剤として縮合アゾ顔料を０．０３部分散させ、金型と加熱プレスを用いて肉厚０．５ｍｍの着色キャップを成型した。
【００７３】
この着色キャップを、上記蛍光カラーキャップ付きＬＥＤの上にさらに装着して発光させたところ、色度座標でｘ＝０．５９９７、ｙ＝０．３０８１、輝度が９．８１３ｃｄ／ｍ2 の拡散赤色光となった。このときの分光波長を図９に示す。
【００７４】
製造例２９
シリコーンゴムに緑色の着色剤としてフタロシアニングリーンを０．０３部分散させ、金型と加熱プレスを用いて肉厚０．５ｍｍの着色キャップを成型した。
製造例２８と同様にして、この着色キャップを蛍光カラーキャップ付きＬＥＤの上にさらに装着して発光させたところ、ｘ＝０．２１２７、ｙ＝０．３７０２、輝度が３２．３８ｃｄ／ｍ2 の拡散緑色光となった。このときの分光波長を図１０に示す。
【００７５】
製造例３０
緑色の着色剤の使用量を４０部から８０部にした以外は、製造例２９と同様にして、着色キャップを成型し、これを蛍光カラーキャップ付きＬＥＤの上にさらに装着して発光させたところ、ｘ＝０．１８５９、ｙ＝０．３９７１、輝度が２２．３４ｃｄ／ｍ2 の拡散緑色光となった。
【００７６】
製造例３１
シリコーンゴムに青色の着色剤としてフタロシアニンブルーを０．０３部分散させ、金型と加熱プレスを用いて肉厚０．５ｍｍの着色キャップを成型した。
製造例２８と同様にして、この着色キャップを蛍光カラーキャップ付きＬＥＤの上にさらに装着して発光させたところ、ｘ＝０．１２３６、ｙ＝０．１５８５、輝度が１０．１９ｃｄ／ｍ2 の拡散青色光となった。
【００７７】
上記製造例２８乃至３１の結果から明らかなように、蛍光カラーキャップを装着して発光色を白色としたＬＥＤに、所望する色の着色剤を含有する着色キャップをさらに装着すれば、所望の発光色を得ることができる。
【００７８】
製造例３２
シリコーンゴムに蛍光物質としてＹＡＧ蛍光体（イットリウム２８．０ｗｔ％、アルミニウム１３．６ｗｔ％、ガドリニウム５６．６２ｗｔ％、セリウム１．２３ｗｔ％）を４０部と、赤色の着色剤として縮合アゾ顔料を０．０３部とを分散させ、金型と加熱プレスを用いて肉厚０．５ｍｍの着色剤を含有した蛍光カラーキャップを成型した。
【００７９】
この蛍光カラーキャップを、青色ＬＥＤに装着して発光させたところ、色度座標でｘ＝０．１２７５、ｙ＝０．０８８３、輝度が２．８９５ｃｄ／ｍ2 の青色の発光色が、当該キャップ装着後は色度座標でｘ＝０．５２８９、ｙ＝０．２５４２、輝度が０．９２５９ｃｄ／ｍ2 の拡散赤色光となった。このときの分光波長を図１１に示す。
本製造例から明らかなように、蛍光カラーキャップに所望の着色剤を含有させることによっても、所望の発光色を得ることができる。
【００８０】
製造例３３
シリコーンゴムに蛍光物質としてＹＡＧ蛍光体（イットリウム２８．０ｗｔ％、アルミニウム１３．６ｗｔ％、ガドリニウム５６．６２ｗｔ％、セリウム１．２３ｗｔ％）を２３部分散させて、肉厚０．３５ｍｍの蛍光カラーキャップを作成した。
【００８１】
青色発光ダイオードとして製造例２３で使用したものを用いて、この青色発光ダイオードに該キャップを装着し、２０ｍＡの電流で発光ダイオードを点灯させて、キャップの先端部分と側面部分とから出る光を前記分光光度計で測定した。結果を表３に示す。
【００８２】
次に、シリコーンゴムに、蛍光物質としてＹＡＧ蛍光体（イットリウム２８．０ｗｔ％、アルミニウム１３．６ｗｔ％、ガドリニウム５６．６２ｗｔ％、セリウム１．２３ｗｔ％）を１２部分散させた肉厚０．３５ｍｍのシート片を前記キャップの先端部分に装着し、再度色度を分光光度計で測定した。結果を表４に示す。
【００８３】
上記結果から、被覆材中の蛍光物質の濃度を変化させることにより、被覆材を通して拡散する光の色度を調整できることがわかる。
【００８４】
【表３】
Figure 0004271747
【００８５】
【表４】
Figure 0004271747
【００８６】
製造例３４
直径３ｍｍの青色ＬＥＤを用いて、ＬＥＤに流す電流値を変化させて、ＬＥＤ発光色を変化させ、かかるＬＥＤに特定量のＹＡＧ蛍光体を含有した蛍光カラーキャップ（肉厚０．６ｍｍ）を装着して、該キャップ装着後の発光色及び輝度を前記分光光度計で測定した。測定治具には積分球を使用した。測定結果を表５に示す。
【００８７】
表５から、発光色にバラツキがあるＬＥＤであっても、特定量の蛍光物質を含有した蛍光カラーキャップを装着することによって、特定範囲の発光色に調整することができることがわかる。
【００８８】
【表５】
Figure 0004271747
【００８９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の蛍光物質を含有する被覆材によれば、当該被覆材を発光ダイオードに装着することによって、白色を含めＬＥＤの発光色を所望の色に変化させることができる。
【００９０】
また、ＬＥＤから放射される波長を蛍光物質によって励起させて発光色を変化させるため、単一のＬＥＤで安定した色調バランスを得ることができ、かつキャップ形状の被覆材は成型品であるため寸法精度がよく、維持管理も容易であり、かつ当該キャップはＬＥＤに直接装着するため、特別のスペースも不要で、発光ダイオードの形状に左右されることなく装着することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の被覆材（キャップ形状）の実施例を示すものであって、蛍光カラーキャップをランプタイプ発光ダイオードに装着した状態を略図的に示した蛍光カラー光源の断面図である。
【図２】本発明の被覆材（キャップ形状）の実施例を示すものであって、蛍光カラーキャップをランプタイプ発光ダイオードに装着した状態を略図的に示した蛍光カラー光源の断面図である。
【図３】本発明の被覆材（シート形状）の実施例を示すものであって、チップタイプ発光ダイオード及びセグメントタイプ発光ダイオードに被覆材をそれぞれ装着した状態を略図的に示した蛍光カラー光源の断面図である。
【図４】ＣＩＥ（国際照明委員会）標準表色系により本発明の蛍光カラー光源から拡散発光される発光色の変色範囲を示した説明図である。
【図５】本発明の蛍光カラーキャップにおいて、その先端部分に集光機構を有している蛍光カラーキャップの断面図である。
【図６】製造例２３で使用する青色発光ダイオードの分光波長を示す図である。
【図７】製造例２３で青色発光ダイオードに蛍光カラーキャップを装着したときの分光波長を示す図である。
【図８】製造例２４で青色発光ダイオードに蛍光物質を含有した弾性シートを装着したときの分光波長を示す図である。
【図９】製造例２８で着色キャップを装着したときの分光波長を示す図である。
【図１０】製造例２９で着色キャップを装着したときの分光波長を示す図である。
【図１１】製造例３２で蛍光カラーキャップを装着したときの分光波長を示す図である。
【符号の説明】
１、１０、２０ 蛍光カラーキャップ
２ 発光ダイオード
３ シート形状被覆材
４ ＬＥＤチップ
５ 樹脂
６ 基板
７ 反射枠
１１ 凹部
１２ 凸部
１３ レンズ部

Claims (8)

  1. 発光ダイオードに装着する透光性被覆材であって、当該被覆材がシリコーン系エラストマーからなる基材中に蛍光物質と着色剤とが分散されたものであることを特徴とする発光ダイオード用透光性被覆材。
  2. 該蛍光物質がアルミン酸イットリウム系蛍光体又はペリレン系蛍光体である請求項１記載の発光ダイオード用透光性被覆材。
  3. 該蛍光物質に対する付活剤として、セリウム、ユウロピウム、マンガン、ガドリニウム、サマリウム、テルビウム、スズ、及びクロムから選ばれる少なくとも１種の元素を含有する請求項１または２に記載の発光ダイオード用透光性被覆材。
  4. 該被覆材がキャップ形状又はシート形状をしている請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発光ダイオード用透光性被覆材。
  5. 該被覆材がキャップ形状であり、該キャップ形状の先端部分に集光機構を有している請求項４に記載の発光ダイオード用透光性被覆材。
  6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の発光ダイオード用透光性被覆材を発光ダイオードに装着することによって、該被覆材に含有する蛍光物質が発光ダイオードに固有の発光波長を変化して発光色を変化せしめて発光するようにしたことを特徴とする蛍光カラー光源。
  7. 発光ダイオードと該被覆材との装着面の任意の箇所に係脱可能な係脱部が設けられていることを特徴とする請求項６に記載の蛍光カラー光源。
  8. 該被覆材が形成される発光ダイオードが、エネルギーの高い青色発光ダイオード又は緑色発光ダイオードであることを特徴とする請求項６または７に記載の蛍光カラー光源。
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