(57)【要約】【課題】  新種の発光素子を開発する。【解決手段】  本発明は一種の発光素子に関わるもので、一つの発光ダイオードが２種類の光を同時に出射する。少なくとも一つ以上の蛍光粉を設け、前述の一つの波長をそれぞれに吸収した上、もう一つの波長の光を出射させ、発光ダイオードより出射する異なる波長の光と混合して、一つの広域波長スペクトルの白色光を形成する。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一波長の光を発する第一光源及び第二波長の光を発する第二光源を少なくとも有する発光ダイオードと、
第一光源からの光を吸収し第三波長の光を発生させる少なくとも一つの蛍光粉と、
を含むことを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記発光ダイオードは窒化ガリウム(GaN)系化合物半導体より堆積して構成することを特徴とする請求項１記載の発光素子。
【請求項３】
前記第一光源から発する第一波長の光のうち、一つの波長範囲は４３０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
【請求項４】
前記第一光源から発する第一波長の光のうち、一つの波長範囲は４７０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
【請求項５】
前記第二光源から発する第二波長の光のうち、一つの波長範囲は４３０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
【請求項６】
前記第二光源から発する第二波長の光のうち、一つの波長範囲は５０５ｎｍ以上５８０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
【請求項７】
前記第二光源から発する第二波長の光のうち、一つの波長範囲は５８０ｎｍ以上６８０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の発光素子。
【請求項８】
前記第一光源からの光、前記第二光源からの光、及び前記第三光源からの光を混合して、広域波長スペクトルの白色光を出射することを特徴とする請求項１記載の発光素子。
【請求項９】
前記蛍光粉は、イットリウム酸化物(Y2O3:Eu、Gd、Bi)、イットリウム酸化物スルフィド(Y2O2S: Eu、Gd、Bi)、ZnS:Cu、Al、Ca2MgSi2O7:Cl、BaMgAl10O17:Eu、(Sr、Ca、BaMg)10(PO4)6Cl2:Eu、Sr5(PO4)3Cl:Eu2+、SrGa2S4:Eu、SrAl2O4:Eu2+、Ca(Eu1-xLax)4Si3O13、GdVO4:Eu3+、Bi3+、YVO4:Eu3+、CaTiO3:Pr3+、Bi3+、Sr2P2O7:Eu、Mn、(Sr1-x-y-zBaxCayEuz)2SiO4、硫化物:Eu(AES:Eu2+)、CaSrS:Br、Mg6As2O11:Mn、MgO・MgF2・GeO2:Mn、Ca8Mg(SiO4)4Cl2:Eu、Mn、CaAl2O4:Eu、Nd及び窒化物-珪酸塩:Eu (AE2Si5N8:Eu2+)、のいずれかから構成することを特徴とする請求項１記載の発光素子。
【請求項１０】
前記広域波長スペクトルの波長範囲は、４３０ｎｍ〜４７０ｎｍ、４７０ｎｍ〜５０５ｎｍ、５０５ｎｍ〜５８０ｎｍ、及び５８０ｎｍ〜６８０ｎｍの組み合わせであることを特徴とする請求項８記載の発光素子。
【請求項１１】
前記広域波長スペクトルの波長範囲は、４７０ｎｍ〜５０５ｎｍ、５０５ｎｍ〜５８０ｎｍ、及び５８０ｎｍ〜６８０ｎｍの組み合わせであることを特徴とする請求項８記載の発光素子。
【請求項１２】
前記広域波長スペクトルの波長範囲は、４３０ｎｍ〜４７０ｎｍ、４７０ｎｍ〜５０５ｎｍ、及び５８０ｎｍ〜６８０ｎｍの組み合わせであることを特徴とする請求項８記載の発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光素子に関わるもので、特に、少なくとも二つの発光層を有する発光素子と、少なくとも一つの蛍光粉との混合体で、高発色性及び広域スペクトルの白色光を出射する発光素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は一種の固体状態の半導体素子であり、ダイオード内部で分離された２個のキャリア（負電荷の電子と正電荷の正孔）が互いに結合することにより光を発生させる。これは通常のタングステン電球のような熱発光とは異なり、冷色発光である。発光ダイオード素子は、２端に小さい電流を流すことによって発光できる。さらに、ＬＥＤはその使用材料により、内部の電子・正孔が占めるエネルギーレベルも異なってくる。エネルギーレベルの大小は結合後光子のエネルギーに影響して、様々な波長の光を形成する。つまり、赤色、オレンジ色、黄色、緑色、青色又は不可視光など様々な色の光であり、白色光のスペクトルは通常赤色、緑色、青色三原色の波長のスペクトルが含まれている。発光ダイオード製品の長所は寿命が長く、省電力で、より丈夫で、耐震、信頼性等の面で量産に相応しく、体積が小さく、反応が速いことが挙げられる。
【０００３】
発光ダイオードの主な応用分野は、携帯電話のバックライト光源、及びキーパッド、携帯型情報端末（ＰＤＡ）のバックライト光源、情報及び家電製品の指示灯、工業計器設備、自動車用計器指示灯並びにブレーキ灯、大型広告看板、交通信号等がある。
【０００４】
現時点では、白色発光ダイオードの照明分野での応用分野は、主に自動車の室内読書灯、装飾灯などがある。この他、約９５％以上は液晶表示装置（ＬＣＤ）バックライト光源に使用されている。しかし、発光効率と寿命の問題点が存在しているため、現時点としては、主に小さいサイズのバックライト光源に使用されている。一方、高輝度の青色発光ダイオードと蛍光粉（ＹＡＧ：Ｃｅ）から構成された白色発光ダイオードは、新世代の省エネルギー光源として重要視されている。この他、紫外線（ＵＶ）発光ダイオードと三波長蛍光体から構成する白色発光ダイオードも新世代光源の行列に加えられている。
【０００５】
図１に示すものは、従来技術による一種の白色発光素子構造の概略図である。この図では、基板１１上にＰＮ発光接合面１２を形成し、その接合面１２からある波長の光１３を出射する。さらに、素子を成型するときに、これに対応する蛍光粉１４を加えることによって光１３を吸収した後、他の波長の光１５を形成する。そして、光１３と光１５の混合により、白色の光を形成する。前述の概略図は、特許文献１によって開示された光混合式発光ダイオードであって、窒化ガリウム（ＧａＮ：gallium nitride）チップとイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）を一緒に成型することにより作成するもので、イットリウムアルミニウムガーネットの蛍光粉が窒化ガリウムチップより出射する一部の青色光を吸収することにより、黄色光を触発する。そして、他部分の青色光との混合により、白色光を形成する。ただし、これにより、白色光スペクトルは青色と黄色２種類の主なスペクトルしか得られず、色合いは飽和でない欠点がなお残る。
【０００６】
図２に示すものは、従来のもので、特許文献２の一つの白色発光素子構造の概略図である。この図では、基板２１上に紫外光の発光ダイオード２２を形成する。さらに、素子を成型するときに加える三つの蛍光粉２３、２４及び２５が紫外光２９を吸収した後、赤色光２６、緑色光２７及び青色光２８をそれぞれ形成し、この三つの光が一つの白色光を形成する。これにより白色光スペクトルには赤色、緑色と青色の三つの主なスペクトルが得られるが、その色合いは本来の白色光に比べて、スペクトル穴(spectra hole)が見られる欠点がなお残る。
【０００７】
図３に示すものは、従来のもので、特許文献３のもう一つの白色発光素子構造の概略図である。この図では、亜鉛・セレン（ＺｎＳｅ）材を用いた基板３１上に、青色光３３の発光ダイオード３２を出射可能な亜鉛・セレンと、Zn1-xCdxSeのような多層構造が構成される。亜鉛・セレン基板３１は発光ダイオード３２より出射する紺色光を吸収した後、黄色光３４を触発することにより、二つの光源を混合して白色光が得られる。しかし、このような白色光合成方式は触発の強さを調整する蛍光粉が使われていないため、適切な色合いの白色発光ダイオードの組み合わせが困難な他、その発光効率も一般のダイオード製品に比べて低い。また、製品の寿命も改善の余地が残る。
【０００８】
図４に示すものは、従来のもので、特許文献４の白色発光素子構造の概略図である。この図では、基板４１上に形成した第一発光層４２及び第二発光層４３が、二つの主な波のピーク波長を固定させた上、二つの発光層の間に透過性の障壁層を形成する。その透過性障壁層の幅調整により、この透過障壁層に対する導電キャリアの透過率を変更し、二つの発光区域の光電エネルギー変換の導電キャリア分布比率を変更すれば、二つの主な波のピークの相対的な発光強度を変更できるため、この第一発光層より出射する第一波長と第二発光層より出射する第二波長範囲の光を互いに混合することにより、１個のチップで特定色合いの混合光（又は白色光）を出射できる。そして、混合光の色を変更するときは、その透過障壁層の幅を調節すればよい。しかしながら、二つの発光層の間に一つの透過性障壁層を形成すると、素子の稼働電圧を増やさなければならない。そのため、省電力の観点から、なお欠点が残る。
【特許文献１】米国特許第５，９９８，９２５号明細書
【特許文献２】米国特許第６，０８４，２５０号明細書
【特許文献３】米国特許第６，３３７，５３６号明細書
【特許文献４】台湾特許公告第５４６，８５２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、前述した問題点に対して、新種の発光素子を提示することは、利用者と本発明者が長年以来切に希望していることである。このため、本発明者は長い期間に発光素子関連製品の研究、開発、及び販売実務に従事した経験から、それを改良するため発明者の専業知識を生かして、種々に研究・検討した結果、前述の問題を解決可能にする、一種の発光素子とその光の合成方法を発明した。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の目的を達成するための主な構成は一種の発光素子の提供に関わる。一つの発光ダイオードが２種類の可視光波長の光を同時に出射するほか、少なくとも１種の蛍光粉を設けて、前述の一つの可視光波長の光を吸収した後、新たに一つの波長の光を出射させ、発光ダイオードより出射する可視光波長の光と混合した上、広域波長スペクトルの白色光を形成する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の目的を達成するための他の構成は、一種の発光素子に関わるもので、一つの発光ダイオードが２種類の可視光波長の光を同時に出射するほか、２種類の蛍光粉を設けて、前述の２種類の波長の光を吸収した上、新たに二つの波長の光をそれぞれ出射させ、発光ダイオードより出射する可視光波長の光と混合した上、広域波長スペクトルの白色光を形成する。
【００１２】
本発明の目的を達成するためのさらに他の構成は、一種の発光素子に関わるもので、一つの発光ダイオードが一つの可視光波長の光と一つの紫外光を同時に出射するほか、２種類の蛍光粉を設けて、前述の紫外線波長の光を吸収した上、新たに二つの波長の光をそれぞれ出射させ、発光ダイオードより出射する可視光波長の光と混合した上、広域波長スペクトルの白色光を形成する。
【００１３】
本発明の目的を達成するためのさらに他の構成は、一種の発光素子に関わるもので、一つの発光ダイオードが一つの可視光波長の光と一つの紫外光を同時に出射するほか、１種類の蛍光粉を設けて、前述の紫外線波長の光を吸収した上、新たに一つの波長の光を出射させ、発光ダイオードより出射する可視光波長の光と混合した上、広域波長スペクトルの白色光を形成する。
【００１４】
本発明の目的を達成するためのさらに他の構成は、一種の発光素子に関わるもので、一つの発光ダイオードが一つの可視光波長の光と一つの紫外光の光を同時に出射するほか、３種類の蛍光粉を設けて、前述の紫外線波長の光を吸収した上、新たに三つの波長の光をそれぞれ出射させ、発光ダイオードより出射する可視光波長の光と混合した上、広域波長スペクトルの白色光を形成する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の構造特徴及び達成される効果について、一層の理解と認識を図るため、より良い実施の形態について以下の通り詳細に説明する。
図５に示す通り、発光素子には基板５１及び発光ダイオード５２が含まれる。発光ダイオードは二つの発光接合面５２１及び５２２を有する。通常、発光接合面５２１及び５２２は窒化ガリウム系化合物半導体の堆積により構成する。発光接合面５２１は波長範囲が４３０ｎｍより小さいかこれに等しい光を出射する（従って紫外光を含むことができる）か、又は波長範囲が４７０ｎｍより大きいか等しい光を出射できる。もう一つの発光接合面５２２は、発光接合面５２１から出射する光の波長範囲が４３０ｎｍと４７０ｎｍの間に対応できる。図５に示すように、少なくとも一つの蛍光粉５３が含まれる。蛍光粉５３はイットリウム酸化物(Yttrium Oxide)(Y2O3:Eu、Gd、Bi)、イットリウム酸化物スルフィド(Yttrium Oxide Sulfide)(Y2O2S: Eu、Gd、Bi)、ZnS:Cu、Al、Ca2MgSi2O7:Cl、BaMgAl10O17:Eu、(Sr、Ca、BaMg)10(PO4)6Cl2:Eu、Sr5(PO4)3Cl:Eu2+、SrGa2S4:Eu、SrAl2O4:Eu2+、Ca(Eu1-xLax)4Si3O13、GdVO4:Eu3+、Bi3+、YVO4:Eu3+、CaTiO3:Pr3+、Bi3+、Sr2P2O7:Eu、Mn、(Sr1-x-y-zBaxCayEuz)2SiO4、硫化物:Eu(AES:Eu2+)、CaSrS:Br、Mg6As2O11:Mn、MgO・MgF2・GeO2:Mn、Ca8Mg(SiO4)4Cl2:Eu、Mn、CaAl2O4:Eu、Nd及び窒化物-珪酸塩(Nitrido-silicates):Eu (AE2Si5N8:Eu2+)のいずれかに充当可能である。
【００１６】
図５の蛍光粉５３は、発光接合面５２１より出射する光の波長範囲が４３０ｎｍより小さいかこれに等しいとき、蛍光粉５３は発光接合面５２１より出射する光を受け入れて、新たに波長範囲が４７０ｎｍより大きいか等しいもう一つの光を出射させ、発光接合面５２１及び５２２より出射する光と蛍光粉５３より出射する光を混合した上、一つの広域波長いスペクトルの白色光を形成する。
【００１７】
前述のもう一つの発光接合面５２２は、発光接合面５２１に対応して、光の波長範囲が５０５ｎｍと５８０ｎｍの間、又は５８０ｎｍと６８０ｎｍの間の光を出射できる。
【００１８】
さらに、前述の広域波長スペクトルの白色光の波長範囲は、４３０〜４７０ｎｍ、４７０ｎｍ〜５０５ｎｍ、５０５ｎｍ〜５８０ｎｍ及び５８０ｎｍ〜６８０ｎｍの組み合わせ、又は４７０ｎｍ〜５０５ｎｍ、５０５ｎｍ〜５８０ｎｍ及び５８０ｎｍ〜６８０ｎｍの組み合わせ、又は４３０〜４７０ｎｍ、４７０ｎｍ〜５０５ｎｍ及び５８０ｎｍ〜６８０ｎｍの組み合わせで構成できる。
【００１９】
以上に説明した通り、本発明は創造性、進歩性に優れ、産業上利用可能である。ただし、以上で述べたものは、本発明一つのより良い実施の形態であり、本発明の実施範囲に制限を加えるものではない。本発明の範囲に述べた形状、構造、特徴及び精神に沿った変化と修飾は、本発明の範囲に含まれるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来技術の白色発光素子構造の概略図である。
【図２】従来技術の他の白色発光素子構造の概略図である。
【図３】従来技術のさらに他の白色発光素子構造の概略図である。
【図４】従来技術のさらに他の白色発光素子構造の概略図である。
【図５】本発明の一実施の形態による白色発光素子構造の概略図である。
【符号の説明】
【００２１】
５１  基板
５２１、５２２  発光接合点
５２  発光ダイオード
５３  蛍光粉
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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