(57)【要約】【課題】各色強度のバランス制御を容易にしかつ、発光効率や量産性の点でも有利で、黒体輻射軌跡に沿った任意の自然光を発光させる。【解決手段】  例えば青色と緑色の二つの波長成分の発光を出射可能とする一つの発光ダイオード素子を搭載したＬＥＤチップ２と、この二つの波長成分により励起されて赤色の蛍光が放射可能とする蛍光体６を樹脂中に含んだ蛍光体部とを有している。これらの二つの波長成分と蛍光の波長成分とを合成することにより、黒体輻射軌跡上の任意の色温度に設定することができる。この場合に、各色強度のバランス制御を容易にしかつ、発光効率や量産性の点でも有利である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二つの波長成分の発光を出射可能とする一つの半導体発光素子と、該二つの波長成分のうちの少なくとも一つの波長成分により励起されて蛍光を放射可能とする蛍光体が含まれた蛍光体部とを有し、黒体輻射軌跡上の任意の色温度に設定されるように、該二つの波長成分と該蛍光の波長成分とを調整している発光装置。
【請求項２】
前記半導体発光素子は発光ダイオード素子である請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記発光ダイオード素子はＩｎＧａＮ系発光ダイオードである請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記二つの波長成分は青から黄色の色範囲の２色であり、前記蛍光の波長成分は赤色である請求項１または２に記載の発光装置。
【請求項５】
前記二つの波長成分は青色と緑から黄色の色範囲内の１色との２色である請求項４に記載の発光装置。
【請求項６】
前記二つの波長成分は青色と黄色との２色である請求項４に記載の発光装置。
【請求項７】
前記蛍光体部は、前記三つの波長成分の合成光が黒体放射軌跡上の色温度に設定されるように、樹脂に含まれる前記蛍光体の含有量が調整されている請求項１に記載の発光装置。
【請求項８】
前記蛍光体部は、前記三つの波長成分の合成光が黒体放射軌跡上の色温度に設定されるように、前記蛍光体が含まれている樹脂厚さが調整されている請求項１または７に記載の発光装置。
【請求項９】
前記蛍光体は、
ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、
Ｍ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ（ＭはＬａ，Ｇｄ，Ｙから選ばれるいずれか一つまたは２以上の元素
）、
０.５ＭｇＦ２・３.５ＭｇＯ・ＧｅＯ２：Ｍｎ、
Ｙ（Ｐ，Ｖ）Ｏ４：Ｅｕ、
ＹＶＯ４：Ｅｕ、で表される蛍光体の群のうち、いずれか一つまたは二つ以上を含んで
いる請求項１、７および８のいずれかに記載の発光装置。
【請求項１０】
前記半導体発光素子がケース部材の上面凹部内の底部に設けられ、該半導体発光素子の発光面前方側の凹部内を、前記蛍光体部として、前記蛍光体が混入された樹脂で充填している請求項１に記載の発光装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の発光装置をバックライトとして用いた液晶表示装置。
【請求項１２】
請求項１〜１０のいずれかに記載の発光装置を光源として用いた照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子としての発光ダイオード（ＬＥＤ）からの出射光を波長変換する蛍光体を使用して白色光を得る発光装置、この発光装置を液晶表示画面のバックライトに用いた例えば液晶テレビジョン装置、パーソナルコンピュータ、ＰＤＡおよび携帯電話装置などの電子情報機器に搭載される液晶表示装置および、この発光装置を光源に用いた屋内外の照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の発光装置は、液晶ディスプレイのバックライト光源などとして用いられており、発光ダイオード（ＬＥＤ）からの発光および、この発光による蛍光体からの蛍光を使用して白色系の発光を得ている。
【０００３】
現在、発光ダイオードや蛍光体を用いて白色光を得る方法としては、次の（１）〜（５）の方法が考えられる。
【０００４】
即ち、
（１）青・緑・赤色の各発光ダイオードからの各ＬＥＤ光を合成する方法と、
（２）青色の発光ダイオードからのＬＥＤ光と、このＬＥＤ光で励起される蛍光体から放射される黄色蛍光とを合成する方法と、
（３）青色ＬＥＤ光と、この青色ＬＥＤ光で励起された蛍光体から放射される緑色蛍光および赤色蛍光とを合成する方法と、
（４）紫外線光および／または近紫外線光で励起される蛍光体から放射される青色蛍光および黄色蛍光を合成する方法と、
（５）紫外線光および／または近紫外線光で励起される蛍光体から放射される青色蛍光、緑色蛍光および赤色蛍光を合成する方法とがある。
【０００５】
最近、一つのＩｎＧａＮ系発光ダイオードから二つの色成分（青色光の隣から二次ピーク光が発生）が放射される発光ダイオードが量産化されるようになり、上記（２）の白色光が一つの発光ダイオードで得られるようになってきている。一方、自然光は黒体輻射の色温度で表され、照明分野では発光ダイオードによる照明が注目されている。
【０００６】
（１）の方法を一つの発光ダイオードで行う事例として、一つのＩｎＧａＮ系発光ダイオードから三原色の青・緑・赤色の発光色成分が放射される発光ダイオードとして特許文献１が提案されている。この特許文献１では、基板上にＩｎＧａＮ系材料からなる半導体層を積層した発光ダイオードとして、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）からなる第１半導体層上に、この第１半導体層よりも低い温度で成長させたＡｌＮまたはＩｎｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ≦１）からなる第２半導体層を形成させ、この第２半導体層上に、第２半導体層よりも高い温度で成長させたＩｎｚＧａ１−ｚＮ（０≦ｚ≦１）からなる第３半導体層を形成させている。
【０００７】
また、（５）の方法の事例として、一つのＬＥＤ光から励起される三つの蛍光体からの青・緑・赤色の蛍光を用いて白色光を得る発光装置として特許文献２が提案されている。この特許文献２では、発光ダイオードから発光波長が３９０ｎｍ〜４２０ｎｍのＬＥＤ光を出射し、これにより励起された第１蛍光体から発光波長が６００ｎｍ〜６７０ｎｍの波長領域に主発光ピークを有する赤色の出射光を出射し、このＬＥＤ光により励起された第２蛍光体から発光波長が５００ｎｍ〜５４０ｎｍの波長領域に主発光ピークを有する緑色の出射光を出射し、このＬＥＤ光により励起された第３蛍光体から発光波長が４１０ｎｍ〜４８０ｎｍの波長領域に主発光ピークを有する青色の出射光を出射することにより、これらを混合して白色光を得ている。
【特許文献１】特開平１１−１４５５１３号公報
【特許文献２】特開２００２−１７１０００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記従来の（２）の青色の発光ダイオードからのＬＥＤ光と、このＬＥＤ光で励起される蛍光体から放射される黄色蛍光とを合成する方法では、三原色を用いないので、色強度のバランス制御は容易であるが、黒体輻射軌跡に沿った一点での自然光の白色系を発光させることができるだけで、黒体輻射軌跡に沿った任意の自然光の白色系を発光させることができない。このことは、上記従来の（４）の紫外線光および／または近紫外線光で励起される蛍光体から放射される青色蛍光および黄色蛍光を合成する方法においても、三原色の赤色が抜けているので、黒体輻射軌跡に沿った任意の自然光の白色系を発光させることができず、より自然な白色系の自然光とはならない。
【０００９】
したがって、発光ダイオードを用いて、黒体輻射の色温度を任意の自然光として再現する上記従来の方法としては、三原色が揃ったものとして上記（１）、（３）および（５）の各方法を用いることができるものの、上記（１）、（３）および（５）の各方法では、三原色の３波長および４波長をコントロールしなければならない。例えば従来の（１）や特許文献１の発光ダイオードからの青・緑・赤色の各ＬＥＤ光の合成方法では、三原色をコントロールして、黒体輻射軌跡に沿った任意の自然光の白色系発光を行うことは、三原色の各色強度のバランスを正確に制御しなければならないので、難しい。
【００１０】
また、上記（３）や（５）または特許文献２の方法では、二種類の蛍光体間で、２波長分の吸収・放射があり、発光効率の点で不利であり、また、二種類の蛍光体を均等に樹脂材料内に混合することはそれぞれの比重の差からも困難であって各蛍光色の色強度にバラツキが生じ、量産性に問題がある。
【００１１】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、各色強度のバランス制御を容易にしかつ、発光効率や量産性の点でも有利で、黒体輻射軌跡に沿った任意の自然光を発光させることができる発光装置、この発光装置を液晶表示画面のバックライトに用いた電子情報機器に搭載される液晶表示装置および、この発光装置を光源に用いた照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の発光装置は、二つの波長成分の発光を出射可能とする一つの半導体発光素子と、該二つの波長成分のうちの少なくとも一つの波長成分により励起されて蛍光を放射可能とする蛍光体が含まれた蛍光体部とを有し、黒体輻射軌跡上の任意の色温度に設定されるように、該二つの波長成分と該蛍光の波長成分とを調整しており、そのことにより、上記目的が達成される。
また、好ましくは、本発明の発光装置における半導体発光素子は発光ダイオード素子である。
【００１３】
また、好ましくは、本発明の発光装置における発光ダイオード素子はＩｎＧａＮ系発光ダイオードである。
【００１４】
さらに、好ましくは、本発明の発光装置における二つの波長成分は青から黄色の色範囲の２色であり、前記蛍光の波長成分は赤色である。
【００１５】
さらに、好ましくは、本発明の発光装置における二つの波長成分は青色と緑から黄色の色範囲内の１色との２色である。
【００１６】
さらに、好ましくは、本発明の発光装置における二つの波長成分は青色と黄色との２色である。
【００１７】
さらに、好ましくは、本発明の発光装置における蛍光体部は、前記三つの波長成分の合成光が黒体放射軌跡上の色温度に設定されるように、樹脂に含まれる前記蛍光体の含有量が調整されている。
【００１８】
さらに、好ましくは、本発明の発光装置における蛍光体部は、前記三つの波長成分の合成光が黒体放射軌跡上の色温度に設定されるように、前記蛍光体が含まれている樹脂厚さが調整されている。
【００１９】
さらに、好ましくは、本発明の発光装置における蛍光体は、
ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、
Ｍ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ（ＭはＬａ，Ｇｄ，Ｙから選ばれるいずれか一つまたは２以上の元素）、  ０.５ＭｇＦ２・３.５ＭｇＯ・ＧｅＯ２：Ｍｎ、
Ｙ（Ｐ，Ｖ）Ｏ４：Ｅｕ、
ＹＶＯ４：Ｅｕ、で表される蛍光体の群のうち、いずれか一つまたは二つ以上を含んでいる。
【００２０】
さらに、好ましくは、本発明の発光装置において、前記半導体発光素子がケース部材の上面凹部内の底部に設けられ、該半導体発光素子の発光面前方側の凹部内を、前記蛍光体部として、前記蛍光体が混入された樹脂で充填している。
本発明の液晶表示装置は、本発明の上記発光装置をバックライトとして用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
本発明の照明装置は、本発明の上記発光装置を光源として用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２１】
上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。
【００２２】
本発明にあっては、二つの波長成分の発光を出射可能とする一つの本導体発光素子（例えば発光ダイオード素子）と、この二つの波長成分のうちの少なくとも一つの波長成分により励起されて蛍光が放射可能とする蛍光体を含んだ蛍光体部とを有しており、これらの二つの波長成分と蛍光の波長成分とを調整して、黒体輻射軌跡上の任意の色温度に設定する。
【００２３】
この場合に、二つの波長成分の発光を制御することにより蛍光を制御すればよいので、従来のように三原色の３波長および４波長をいっしょに制御する必要はなく、従来に比べて、黒体輻射軌跡上の任意の色温度に設定するための各色成分の制御が容易になる。また、樹脂に含まれる蛍光体の含有量や、蛍光体が含まれている樹脂厚さを調整することにより、各発光と蛍光との三つの波長成分の合成光が容易に調整されて、それらの合成光が黒体放射軌跡上の色温度に容易に設定され得る。
【００２４】
また、一種類の蛍光体しか用いていないので、従来の２波長分の吸収・放射に比べて発光効率の点で有利であり、また、従来のように二種類の蛍光体を均等に樹脂材料内に混合する必要はなく各蛍光色の色強度にバラツキも生じないので、従来のような量産性に対する問題は解消される。
【発明の効果】
【００２５】
以上により、本発明のよれば、各色強度のバランス制御を容易にしかつ、発光効率や量産性の点でも有利で、黒体輻射軌跡に沿った任意の自然光を発光させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に、本発明の発光装置の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２７】
図１は本発明の実施形態に係る発光装置の構成図であって、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。
【００２８】
図１（ａ）および図１（ｂ）において、本実施形態の発光装置１０は、金属製の基体フレーム１上に、ＬＥＤチップ２が設けられ、ＬＥＤチップ２の各端子が金属フレームでケース外部に引き出されたアノード端子３とカソード端子４に接続されている。この基体フレーム１はアノード端子３と一体化されている。樹脂製のケース５の上面中央凹部内の底部に設けられたＬＥＤチップ２の発光面前方側（凹部開放側で上方向）で、この凹部内を、蛍光体部として、赤色蛍光用の所定の蛍光体６が混入された樹脂で充填し、ＬＥＤチップ２からの発光が蛍光体６を励起可能とするように構成されている。この基体フレーム１上にＬＥＤチップ２の所定端子が導電性接着剤で固定されてアノード端子３と接続されていてもよい。このカソード端子４とＬＥＤチップ２の所定端子はＡｕワイヤ７によりボンディングされて互いに接続されている。以上の基体フレーム１、ＬＥＤチップ２、アノード端子３およびカソード端子４が、アノード端子３およびカソード端子４の一部が引き出された状態でケース５内に樹脂封止されてパッケージ化されている。なお、Ｄは樹脂部分が凹んで示されるアノードマークである。
【００２９】
ＬＥＤチップ２には、青色と緑〜黄色との二つの波長成分を発光可能とする一つの発光ダイオード（図示せず）が搭載されている。この発光ダイオードはＩｎＧａＮ系発光ダイオードで構成することができる。この２波長発光の発光ダイオードに、赤色蛍光用の蛍光体６を組合わせることにより三原色の３波長発光が得られる。
【００３０】
一般的な蛍光体では励起効率は短波長ほど高く、この場合、ＬＥＤチップ２の発光ダイオードから放射される緑〜黄色の色成分に比べて青色の色成分の方が蛍光体６に良く吸収される。よって、蛍光体６の封止樹脂に対する配合比または樹脂の厚みを大きくすると、青色の波長成分に比べて緑〜黄色の波長成分が強くなる色度を経て赤蛍光成分が強くなる軌跡をたどる。一つのＩｎＧａＮ系発光ダイオードから二つの色成分（例えば三原色のうちの二色）が放射される発光ダイオードにおいて、二つの色成分が青色の波長成分と緑〜黄色との波長成分の場合、赤色蛍光用の蛍光体６との組み合わせで、図２のＣＩＥ色座標上で概ね３０００Ｋ（ケルビン）〜１５００Ｋ（ケルビン）の領域で黒体輻射の軌跡上の色度座標を得ることができる。特に、一つのＩｎＧａＮ系発光ダイオードから二つの色成分が放射される発光ダイオードにおいて、青色と黄色の２波長成分の組合せであれば、赤色蛍光用の蛍光体６との組合せで、図２のＣＩＥ色座標上で概ね１２０００Ｋ（ケルビン）〜１５００Ｋ（ケルビン）までの領域で黒体輻射の軌跡上の色度座標を得ることができる。
【００３１】
ここで、本実施形態の発光装置１０を、図１に示すような構造のＬＥＤデバイス（以下「ＴＯＰ  ＬＥＤデバイス」と呼ぶ）として試作した具体例について説明する。
【００３２】
一つのＩｎＧａＮ系発光ダイオードから二つの色成分が放射される発光ダイオードにおいて、青色成分でピーク波長４４０ｎｍと、緑色成分でピーク波長５４０ｎｍとの組合せのものを図２で○印のチップＡとする。また、これと同様に、青色成分でピーク波長４４０ｎｍと、黄色成分でピーク波長５９０ｎｍとの組合せのもので、青色成分の強度が強いものを図２で△印のチップＢとし、黄色成分の強いものを図２で各□印のチップＣとする。これらＬＥＤチップ２の色度座標は、チップＡ（０．１６，０．４６），チップＢ（０．２５，０．２６），チップＣ（０．３５，０．４０）である。
【００３３】
蛍光体６は赤色蛍光体、例えば、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋を用いる。この蛍光体６の色度座標は（０．５９，０．４０）である。また、この蛍光体６はシリコーン樹脂を用いて保持されている。この蛍光体６とシリコーン樹脂との配合比を変えて、本実施形態の発光装置１０のＴＯＰ  ＬＥＤデバイスを試作する。
【００３４】
即ち、まず、パッケージ成形されたリードフレーム上に、ＬＥＤチップ２をダイボンドおよびワイヤーボンドを順次実施する。次いで、蛍光体６と樹脂との配合比を、０：１，１：８０，１：４０，１：２０，１：１０の５種類作製し、ワイヤーボンド工程まで完了したフレームのパッケージ内に蛍光体６が配合された樹脂を注型し、１５０度で熱硬化させる。最終的に、フレーム状態からそれぞれのパッケージを切り離し、ＴＯＰ  ＬＥＤデバイスを完成させる。
【００３５】
このようにして作製したＴＯＰ  ＬＥＤデバイスの２０ｍＡ動作時の代表的な発光スペクトルを図３に示している。
【００３６】
蛍光体６の配合比が増加することで、青色ＬＥＤ波長が黄緑色ＬＥＤ波長よりも早く発光強度が低下し、これに対応して、赤色蛍光波長が増加している。蛍光体６の配合比が増える程、青＜黄緑＜赤の順に発光強度が高くなって、擬似的な黒体輻射スペクトルが制御性よく再現できている。なお、本来の黒体輻射は連続的なスペクトルであって、今回のような山谷のあるスペクトル波形ではない。したがって、ここでは擬似的な黒体輻射スペクトルと表現する。
【００３７】
今回試作したＴＯＰ  ＬＥＤデバイスの２０ｍＡ動作時の色度座標を、図２に示している。蛍光体６の配合比が増加するほど、蛍光体６の色度座標点に収束してくる。前記の通り、ＬＥＤから発光される波長のうち、黄緑色は青色成分に比べ蛍光体６に吸収される割合が小さい。よって、ＬＥＤチップ２自体の色度座標は、蛍光体６の配合比の増加に対して一旦ＣＩＥ−Ｙ成分が増加したのち、蛍光体６の色度座標へ収束することになる。
【００３８】
このようなＴＯＰ  ＬＥＤデバイスにおいては、ＬＥＤチップ２自体の色度座標を黒体輻射の軌跡上に選ぶことにより、上記手法で黒体輻射軌跡上の色度座標を持ったＬＥＤデバイスが得られる。
【００３９】
以上により、本実施形態によれば、例えば青色と緑色の二つの波長成分の発光を出射可能とする一つの発光ダイオード素子を搭載したＬＥＤチップ２と、この二つの波長成分（二つの波長成分のうちの少なくとも一つの波長成分でもよい）により励起されて赤色の蛍光を放射可能とする蛍光体６が樹脂中に含まれた蛍光体部とを有している。これらの二つの波長成分と蛍光の波長成分とを合成することにより、黒体輻射軌跡上の任意の色温度に設定することができる。この場合に、各色強度のバランス制御を容易にしかつ、発光効率や量産性の点でも有利である。
【００４０】
なお、本実施形態では、蛍光体６は、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋を用いたが、これに限らず、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、Ｍ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ（ＭはＬａ，Ｇｄ，Ｙから選ばれるいずれか一つまたは２以上の元素）、０.５ＭｇＦ２・３.５ＭｇＯ・ＧｅＯ２：Ｍｎ、Ｙ（Ｐ，Ｖ）Ｏ４：Ｅｕ、ＹＶＯ４：Ｅｕ、で表される蛍光体の群のうち、いずれか一つまたは二つ以上を含んでいてもよい。
また、上記実施形態では、特に説明しなかったが、本発明の上Ａ記発光装置を液晶表示画面のバックライトとして用いた液晶テレビジョン装置、ＰＤＡおよび携帯電話装置や、本発明の上記発光装置を液晶モニタのバックライトとして用いたパーソナルコンピュータなどの電子情報機器の液晶表示装置を得ることができる。また同様に、本発明の上記発光装置を光源として用いた照明装置を得ることができる。これらの液晶表示装置や照明装置においても、各色強度のバランス制御を容易にしかつ、発光効率や量産性の点でも有利で、黒体輻射軌跡に沿った任意の自然光を発光させることができる本発明の上記発光装置による効果を得ることができる。
【００４１】
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、例えば液晶テレビジョン装置などの液晶表示装置、パーソナルコンピュータなどの液晶モニタおよび、ＰＤＡや携帯電話装置などの液晶表示画面のバックライトや、屋内外の照明装置などの光源として用いられ、半導体発光素子である発光ダイオード（ＬＥＤ）および、これからの出射光を波長変換する蛍光体を使用して白色光を得る発光装置の分野において、各色強度のバランス制御を容易にしかつ、発光効率や量産性の点でも有利で、黒体輻射軌跡に沿った任意の自然光を発光させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施形態に係る発光装置の構成図であって、（ａ）はその平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線断面図である。
【図２】ＣＩＥ色座標におけるチップＡ〜Ｃおよび黒体輻射軌跡を示す色座標図である。
【図３】本実施形態の発光装置の２０ｍＡ動作時の代表的な発光スペクトル図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  基体フレーム
２  ＬＥＤチップ
３  アノード端子
４  カソード端子
５  ケース
６  蛍光体
７  Ａｕワイヤ
１０  発光装置
【図１】
2006324653.tif 000003
【図２】
2006324653.tif 000004
【図３】
2006324653.tif 000005