(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の放射を発生するための紫外（ＵＶ）発光ダイオード（ＬＥＤ）チップと、
Ｚｎ（Ｃ３Ｎ２Ｈ４）２粉末から構成され、前記第１の放射によって励起されて、該第１の放射の一部を、該第１の放射より長波長を有する第２の放射へと変換する第１の蛍光体と、
前記第１の放射および／または前記第２の放射によって励起されて第３の放射を発生する第２の蛍光体と、
から構成され、
前記第３の放射が、前記第１の放射および／または前記第２の放射と混合されて白色光を発生する、ことを特徴とする白色発光装置。
【請求項２】
前記第２の蛍光体が、Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃａ，ＳｒおよびＢａからなる群から選択される少なくとも１つの元素と、Ｃ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｔｉ，ＺｒおよびＨｆからなる群から選択される少なくとも１つの元素と、希土類元素から選択される一つの活性化剤と、から構成される、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】
前記活性化剤が、ユウロピウム（Ｅｕ）イオンである、ことを特徴とする請求項２に記載の白色発光装置。
【請求項４】
前記第２の蛍光体が、一般式、ＭＳｉＯ４：ＲまたはＭＳｉ（ＯＣｌ）４：Ｒで表され、式中、ＭはＣａ，ＳｒおよびＢａからなる群から選択される少なくとも１つのＩＩ族元素であり、ＲはＥｕイオンである、ことを特徴とする請求項２に記載の白色発光装置。
【請求項５】
前記第２の蛍光体は、（ＳｒＢａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋または（ＳｒＢａ）２Ｓｉ（ＯＣｌ）４：Ｅｕ２＋である、ことを特徴とする請求項４に記載の白色発光装置。
【請求項６】
前記第１の蛍光体と前記第２の蛍光体との重量比が約１：２〜約１：６である、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の白色発光装置。
【請求項７】
前記第１の蛍光体と前記第２の蛍光体との重量比が約１：４である、ことを特徴とする請求項６に記載の白色発光装置。
【請求項８】
前記白色光の色温度が約６０００Ｋ〜約７５００Ｋである、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の白色発光装置。
【請求項９】
前記第１の放射の波長が約３５０ｎｍ〜約４３０ｎｍであり、前記第２の放射の波長が約３００ｎｍ〜約６００ｎｍである、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の白色発光装置。
【請求項１０】
前記第１の放射の波長が約３５０ｎｍ〜約４３０ｎｍであり、前記第２の放射の波長が約４４０ｎｍである、ことを特徴とする請求項９に記載の白色発光装置。
【請求項１１】
前記第２の蛍光体は前記第２の放射によって励起され、前記第３の放射の波長は約５００ｎｍ〜約７００ｎｍである、ことを特徴とする請求項９に記載の白色発光装置。
【請求項１２】
収容スペースを有するホルダをさらに備え、前記ＵＶ  ＬＥＤチップが該収容スペースに載置される、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の白色発光装置。
【請求項１３】
前記第１の蛍光体および前記第２の蛍光体は、前記収容スペース内に充填され、前記ＵＶ  ＬＥＤチップは、該第１の蛍光体および該第２の蛍光体によって覆われる、ことを特徴とする請求項１２に記載の白色発光装置。
【請求項１４】
前記第２の蛍光体は、一般式、ＭＳｉＯ４：ＲまたはＭＳｉ（ＯＣｌ）４：Ｒで表され、式中、Ｍは、Ｃａ，ＳｒおよびＢａからなる群から選択される少なくとも１つのＩＩ族元素であり、ＲはＥｕイオンである、ことを特徴とする請求項１３に記載の白色発光装置。
【請求項１５】
前記第１の蛍光体および前記第２の蛍光体は、前記ＵＶ  ＬＥＤチップの発光面上に、コンフォーマルに形成される、ことを特徴とする請求項１２に記載の白色発光装置。
【請求項１６】
前記ＵＶ  ＬＥＤチップが、個々に前記ホルダに電気的に接続された２つの電極を有する、ことを特徴とする請求項１２に記載の白色発光装置。
【請求項１７】
第１の放射を発生するためのＵＶ  ＬＥＤチップを準備する工程と、
第１の蛍光体と第２の蛍光体とを準備する工程と、
該第１の蛍光体と該第２の蛍光体とを混合する工程と、
を備え、
前記第１の蛍光体は、Ｚｎ（Ｃ３Ｎ２Ｈ４）２粉末から構成され、かつ前記第１の放射によって励起されて第２の放射を発生し、
前記第２の蛍光体は、前記第１の放射および／または前記第２の放射によって励起されて第３の放射を発生し、
該第３の放射は、前記第１の放射および／または前記第２の放射と混合されて白色光を発生する、
ことを特徴とする白色発光装置の製造方法。
【請求項１８】
前記Ｚｎ（Ｃ３Ｎ２Ｈ４）２粉末は、水熱法によって製造される、ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記水熱法が、約１３０℃〜約２５０℃の温度下で、密閉反応器中で実施される、ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第２の蛍光体は、化学合成法、固相・気相焼結法、ゾルゲル法、直接反応法および有機金属熱分解法からなる群から選択される方法によって製造される、ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置およびその発光装置の製造方法を提供する。特に、本発明は、白色発光装置およびその白色発光装置の製造方法を提供する。
【背景技術】
【０００２】
白色光は、多数の色から構成される混合光である。ヒトの眼によって白色光として感知される光は、少なくとも２つの波長の混合光から構成される。例えば、ヒトの眼が、赤色、青色および緑色の光に同時に曝される、または青色および黄色の光を同時に知覚すると、その眼は白色光を知覚する。従って、白色発光ダイオード（ＬＥＤ）は、この原理に従って作製され得る。
【０００３】
白色ＬＥＤは、世界中で最も重要でかつ価値のある製品の一つである。従来の白熱電球と比較して、白色ＬＥＤは、小さい寸法、熱放射のない発光、低い電力消費、長寿命、良好な反応速度といった利点を有し、白熱電球が従来、克服することが困難であった多数の問題に対する解決策を提供する。
【０００４】
従って、欧州、米国及び日本といった先進国は、エネルギーの節約及び環境保護の共通の観点に基づいて、２１世紀における新たな光源として白色ＬＥＤを使用する。台湾において、白熱電球の４分の１と全ての蛍光灯が白色ＬＥＤによって置き換えられるとすると、原子力発電所の年間発電量にほぼ等しい約１１０億キロワット・時間の電力が、１年あたり節約され得る。この観点において、白色ＬＥＤの開発から得られる利益は、驚くべきものであることは明らかである。そのため、欧州、米国及び日本といった先進国は、白色ＬＥＤの開発に多くのマンパワーを投入している。従来の発光装置は、次の１０年のうちに白色ＬＥＤに置き換えられると予測される。
【０００５】
２つの波長光を混合した白色ＬＥＤの製造方法が、日亜化学工業株式会社によって、最初に開発された。この方法において、イットリウムアルミニウムガーネット蛍光体層が、４６０ｎｍの主要発光波長を有する青色ＬＥＤ上に成膜され、その後、イットリウムアルミニウムガーネット蛍光体が、青色ＬＥＤによって励起され、青色光の補色光である５５５ｎｍの主要波長を有する黄色光を生じる。補色光、即ち黄色、及び青色光は、目的の白色光を得るために、レンズの原理によって混合される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述の製造方法の特許が日亜化学工業株式会社によって保有されているので、照明産業における多くの人員が、三波長光を開発するのに投入される。青色、緑色および赤色光の三原色蛍光体が、無機ＵＶ  ＬＥＤチップによって提供されるＵＶ光によって励起されて三波長光を生じる。生じた三原色光の比率が適切であれば、その後、それらの混合光は、白色光となるだろう。しかしながら、同時に蛍光を生じるように様々な蛍光体を励起するための必要条件は、選択された励起光源が蛍光によって吸収されなければならないこと、励起光に対する吸収係数の違いが蛍光体間で過度とならないこと、および蛍光体の光子変換の量子効率がまた、可能な限り類似すべきであること、である。明らかに、適切な蛍光材料の種類は著しく限定される。困難な材料の選択に加えて、３つの（又はそれより多い）蛍光体を使用するための混色の式は、混色の原理に基づき、二次以上の非線形方程式である。言い換えると、その色変換率は、２次元以上であり、それゆえ、白色光を得るために三原色蛍光体の比率を調節することは、技術上、より困難である。
【０００７】
この観点において、本発明は、目的の白色光を提供するために、２種類のみの蛍光体が使用される、白色発光装置および白色発光装置の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の目的は、第１の放射を発生するための紫外（ＵＶ）発光ダイオード（ＬＥＤ）チップと、Ｚｎ（Ｃ３Ｎ２Ｈ４）２粉末から構成され且つ第１の放射によって励起されて第１の放射の一部を第１の放射よりも長波長を有する第２の放射へと変換する第１の蛍光体と、第１の放射および／または第２の放射によって励起されて第３の放射を発生する第２の蛍光体と、から構成され、該第３の放射は、その後、第１の放射および／または第２の放射と混合されて白色光を発生する、白色発光装置を提供することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、前述の白色発光装置を製造するための方法を提供することであり、該製造方法は、以下の工程：第１の放射を発するためのＵＶ  ＬＥＤチップを準備する工程と；第１の蛍光体と第２の蛍光体とを準備する工程と；該第１の蛍光体と該第２の蛍光体とを混合する工程と；を備え、該第１の蛍光体は、Ｚｎ（Ｃ３Ｎ２Ｈ４）２粉末から構成され且つ該第１の放射によって励起されて第２の放射を発生し；該第２の蛍光体は、該第１の放射および／または該第２の放射によって励起されて第３の放射を発生し；該第３の放射は、該第１の放射および／または該第２の放射と混合されて白色光を発生する。
【００１０】
本発明の上記の目的、特徴および利点は、いくつかの実施形態とともに以下の段落においてさらに説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る一実施形態の発光装置を示す図である。
【図２Ａ】ＵＶ光によって励起された（ＳｒＢａＥｕ）２ＳｉＯ４粉末の発光スペクトルを示す図である。
【図２Ｂ】本発明に係る、ＵＶ光によって励起された、有機金属錯体Ｚｎ（Ｃ３Ｎ２Ｈ４）２粉末の発光スペクトルを示す図である。
【図３】ＣＩＥ色度座標を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図を参照しながら、発明のいくつかの実施形態を具体的に説明する。しかしながら、本発明は、本発明の精神から逸脱することなく他の実施形態において具現化されてよく、本明細書において説明される実施形態に限定されるべきではない。さらに、図における各要素および領域の寸法は、明確化のため、誇張されて実際の寸法どおりに描かれていなくてもよい。
【００１３】
本発明の白色発光装置は、第１の放射を発生するためのＵＶ  ＬＥＤチップと、Ｚｎ（Ｃ３Ｎ２Ｈ４）２粉末から構成され且つ第１の放射によって励起されて、第１の放射の一部を第１の放射より長波長を有する第２の放射へと変換する第１の蛍光体と、第１の放射および／または第２の放射によって励起されて第３の放射を発生する第２の蛍光体と、から構成され、第３の放射は、その後、第１の放射および／または第２の放射と混合されて白色光を発生する。
【００１４】
ＵＶ  ＬＥＤチップによって提供される第１の放射は、第１の蛍光体を励起して第２の放射を発生し得る任意のＵＶ光であってよい。例えば、第１の放射は、約３５０ｎｍ〜約４３０ｎｍの波長を有するＵＶ光であってよい。
【００１５】
第１の蛍光体が第１の放射によって励起されると発生する第２の放射は、約３００ｎｍ〜約６００ｎｍの波長を有する青色光である。本発明のある実施形態において、第２の放射の主要波長は約４４０ｎｍである。
【００１６】
第３の放射は、第１の放射および／または第２の放射と混合されて目的の白色光を発生し得る任意の黄色光であってよい。本発明のある実施形態において、第３の放射は、第２の蛍光体が第２の放射によって励起されると発生し、約５００ｎｍ〜約７００ｎｍの波長を有する。第３の放射の主要波長は、約５７０ｎｍである。
【００１７】
さらに、本発明の発光装置のある実施形態において、提供された白色光の相関色温度は、約６０００Ｋ〜約７５００Ｋである。
【００１８】
本発明において有用な第２の蛍光体は、第１の放射または第２の放射によって励起されて第３の放射を発生し得る任意の蛍光体であってよく、該第３の放射は、第１の放射または第２の放射と混合されて白色光を発生し得る。概して、第２の蛍光体は、（ｉ）Ｂｅ，Ｍｇ，Ｃａ，ＳｒおよびＢａからなる群から選択される一つ又は複数の元素と、（ｉｉ）Ｃ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｔｉ，ＺｒおよびＨｆからなる群から選択される一つまたは複数の元素と、（ｉｉｉ）発光効率を改善するための（ユウロピウム（Ｅｕ）といった）希土類元素から選択される活性化剤と、から構成される。例えば、第２の蛍光体は、一般式、ＭＳｉＯ４：ＲまたはＭＳｉ（ＯＣｌ）４：Ｒ（式中、ＭはＣａ，ＳｒおよびＢａからなる群から選択される一つ又は複数のＩＩ族元素であり、ＲはＥｕイオンである）で表されてよいが、これに限定されるものではない。例えば、第２の蛍光体は、（ＳｒＢａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋または（ＳｒＢａ）２Ｓｉ（ＯＣｌ）４：Ｅｕ２＋であってよく、（ＳｒＢａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋は、本発明のいくつかの実施形態において使用される。
【００１９】
第１の蛍光体と第２の蛍光体との混合重量比は、目的の白色光を得るように任意に調節されてよい。概して、第１の蛍光体と第２の蛍光体との混合重量比は、約１：２〜約１：６である。本発明のある実施形態において、第１の蛍光体と第２の蛍光体との混合重量比は、約１：４である。結果として得られる蛍光体混合物は、例えば、約０．２５：１の重量比率でシリカゲルと混合され、結果として得られる混合物は、蛍光体層１０３をもたらす。
【００２０】
以下、図１を参照しながら、さらに本発明の白色発光装置を説明する。
【００２１】
図１は、ホルダ１０と、ＵＶ  ＬＥＤチップ１０１と、蛍光体層１０３と、パッケージ層１６と、から構成される白色発光装置１を示す。蛍光体層１０３は、適切な比率で第１の蛍光体と第２の蛍光体とを混合し、その後、結果として得られる混合物を封入樹脂材料と混合することによって形成される。ホルダ１０は、収容スペースＳを有し、一方、ＵＶ  ＬＥＤチップ１０１は、収容スペースＳ中に載置される。蛍光体層１０３が、収容スペースＳに充填され、一方、ＵＶ  ＬＥＤチップ１０１は、蛍光体層１０３によって覆われる。蛍光体層１０３は、図に限定されず、蛍光体層１０３は、ＵＶ  ＬＥＤチップ１０１上にコンフォーマルに形成されてもよい。さらに、ＵＶ  ＬＥＤチップ１０１は、ＵＶ  ＬＥＤチップ１０１に対し電力を供給するために、ホルダ１０に電気的に接続された第１の電極１２と第２の電極１４とを有する。パッケージ層１６は、蛍光体層１０３と、ホルダ１０の一部とを覆う。例えば、パッケージ層１６の材料は、エポキシ樹脂であってよい。
【００２２】
本発明はまた、前述の白色発光装置を製造するための方法を提供する。この方法は、第１の放射を発生するためのＵＶ  ＬＥＤチップを準備する工程と、有機金属錯体Ｚｎ（Ｃ３Ｎ２Ｈ４）２  粉末である第１の蛍光体を準備する工程と、第２の蛍光体を準備する工程と、第１の蛍光体と第２の蛍光体とを混合する工程と、から構成される。第１の蛍光体は、第１の放射によって励起されて第２の放射を発生し、第２の蛍光体は、第１の放射および／または第２の放射によって励起されて第３の放射を発生し、第３の放射は、第１の放射および／または第２の放射と混合されて白色光を発生する。第１の蛍光体、第２の蛍光体およびＵＶ  ＬＥＤチップの特徴および選択条件は、上述されている。
【００２３】
本発明の第１の蛍光体は、水熱法、固相・気相焼結法、ゾルゲル法、直接反応法、又は有機金属熱分解法といった任意の適切な方法によって準備されてよい。一つの実施形態において、第１の蛍光体は、水熱法によって準備される。水熱法は、媒体として水を使用し、反応が進行するように適切な温度を適用することによって密閉反応器中に圧力を生じる。まず、反応物と水とが密閉反応器中に置かれる。反応器を閉じて密閉した後に、加熱して反応を進行させるために加熱炉に載置する。使用される温度は、通常、約１３０℃〜約２５０℃の範囲である。水熱法の一つの利点は、高温焼結することなく結晶粉末が入手され得、それゆえ、研磨工程が省かれてよく、それによって生じる不純物も排除され得ることである。結果として得られる粉末の粒子寸法は、通常、約数マイクロメートルから約数十ナノメートルであり、結果として得られる粉末は、通常、良好な結晶性、低凝集性、高純度、狭い粒度分布および殆どの場合において制御可能なトポロジーといった利点を有する。
【００２４】
同様に、前述の適切な公知の方法は、本発明の第２の蛍光体を準備するためにも使用され得る。例えば、ケイ酸塩型蛍光体は、以下のような固相焼結法によって準備され得る。まず、（ＢａＣＯ３，ＳｒＣＯ３といった）炭酸塩が、二酸化ケイ素および（活性化剤を提供するために、ＥｕＣｌ２といった）任意の金属塩化物と混合される。その後、高温焼結工程が実施され、即ち、結果として得られる混合物がるつぼ中に置かれて、炭酸塩を溶解する温度まで加熱される。続いて、還元ガスがるつぼに導入されて、より高温へと加熱される。結果として得られる製造物は、そのるつぼと共に、（酢酸溶液といった）溶液中に置かれ、その後、乾燥されて、目的の蛍光体粉末が得られる。
【００２５】
本発明の白色発光装置は、任意の適切な方法で製造されてよい。例えば、図１を再度参照すると、第１の電極１２と第２の電極１４とを介してホルダ１０に電気的に接続されたＵＶ  ＬＥＤチップ１０１は、ホルダ１０の収容スペースＳ中に固定され、その後、第１の蛍光体と第２の蛍光体とを含む混合物が、蛍光体層１０３として、収容スペースＳ中に充填される。パッケージ層１６は、その後、任意の適切な封入法および（エポキシ樹脂といった）封入材料を使用することによって形成され、図１に示される白色ＬＥＤ１がこれらの工程によって得られる。詳細な工程は、以下の実施形態において説明される。
【００２６】
本発明は、具体的な実施例を用いて更に説明されるだろう。
【００２７】
（実施例）
（蛍光体の製造）
第１の蛍光体は、以下の工程によって製造された。まず、約０．６ｇのイミダゾール（ＩＭＺ）化合物、約１．１５１ｇの硝酸亜鉛水和物（Ｚｎ（ＮＯ３）２．４Ｈ２Ｏ）および８０ｍｌのジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）が密閉反応器中に置かれた。次に、第１の蛍光体を作製するために、約５℃／分の昇温速度で約１３０℃まで温度が上昇する水熱法が実施された。続いて、その温度は約２４時間維持されて、その後自然に室温にまで降下された。続いて、乾燥工程が実施された。続いて、先ず、溶剤が除去されて、有機金属錯体Ｚｎ（Ｃ３Ｎ２Ｈ４）２結晶を生じ、結果として得られる結晶は、その後、乾燥のために２４時間８５℃のオーブン中に真空条件下で置かれて、有機金属錯体Ｚｎ（Ｃ３Ｎ２Ｈ４）２  粉末が得られた。
【００２８】
（発光スペクトルの測定）
約３５０ｎｍ〜約４３０ｎｍの主要波長を有するＵＶ  ＬＥＤチップが、（ＳｒＢａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋粉末および有機金属錯体Ｚｎ（Ｃ３Ｎ２Ｈ４）２粉末それぞれを励起するための励起源として使用された。結果として得られる発光スペクトルは、図２Ａおよび図２Ｂにそれぞれ示される。図を参照すると、ＵＶ  ＬＥＤチップによって励起された第１の蛍光体は、青色の蛍光を発生し得、一方、ＵＶ  ＬＥＤチップによって励起された第２の蛍光体は、黄色の蛍光を発生し得る。図３に示すように、前述の発光スペクトルのデータは、国際照明委員会（ＣＩＥ）によって１９３１年に制定されたＣＩＥ色度座標図の公式を介して蛍光体のＣＩＥ色度座標へと変換された。ここで、数字３０は、ＵＶ  ＬＥＤチップのＣＩＥ色度座標を示し、数字３２は、第１の蛍光体のＣＩＥ色度座標を示し、数字３４は、第２の蛍光体のＣＩＥ色度座標を示す。
【００２９】
（発光装置の製造）
図１に示す白色発光装置１は、約３５０ｎｍ〜約４３０ｎｍの主要波長を有するＵＶ  ＬＥＤチップ１０１を使用した。ここで使用された蛍光体層１０３は、以下の工程によって製造された。まず、有機金属錯体Ｚｎ（Ｃ３Ｎ２Ｈ４）２粉末が、約４：１の重量比で（ＳｒＢａＥｕ）２ＳｉＯ４粉末と混合された。結果として得られた混合物は、その後、シリカゲルと混合された。そして、エポキシ樹脂がパッケージ層１６の材料として使用された。  
【００３０】
ホルダ１０は、回路基板に接続された。通電試験が実施されて、それによって得られた色温度およびＣＩＥ色度座標が表１に記録され、その座標位置に対し数字３６として図４中に印付けられた。
【表１】
0005421818.tif 000002
【００３１】
表１と図３におけるＣＩＥ色度座標３６とから、本発明の白色発光装置は、実際に白色光源を提供し得ることが分かる。
【００３２】
上述したように、本発明の発色発光装置は、効果的に白色光源を提供することができる。たった２つの蛍光体が本発明において使用されるので、費用はより安く、白色光を得るための蛍光体の比率の調整技術が遙かに容易である。
【００３３】
上述の開示は、本発明の詳細な技術内容および特徴に関する。当該分野の当業者は、それらの特徴から逸脱することなく、既述の発明の開示および示唆に基づいて様々な改変および置換を推し進めることができる。それでもなお、そのような改変および置換は、上述の説明においては充分開示されていないが、それらは実質的に添付する以下の請求項の範囲に含まれる。
【００３４】
本出願は、２００９年１０月５日に出願された台湾特許出願第０９８１３３７０８号に基づく優先権を主張し、当該出願の開示は、その全体が本明細書に援用される。
【符号の説明】
【００３５】
１ 白色発光装置
１０ ホルダ
１０１ 紫外発光ダイオード（ＵＶ  ＬＥＤ）
１０３ 蛍光体層
１２ 第１の電極
１４ 第２の電極
１６ パッケージ層
Ｓ  収容スペース
３０，３２，３４，３６ ＣＩＥ色度座標
【図１】
0005421818.tif 000003
【図２Ａ】
0005421818.tif 000004
【図２Ｂ】
0005421818.tif 000005
【図３】
0005421818.tif 000006