(57)【要約】高電流駆動用発光素子を開示する。この発光素子は、紫外線を放出する発光ダイオードチップと、発光ダイオードチップから放出された紫外線を可視光に波長変換させる波長変換層とを含み、発光ダイオードチップは１５０Ａ／ｃｍ２以上の電流密度で駆動される。
2014524669.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線を放出する発光ダイオードチップ；及び
前記発光ダイオードチップから放出された紫外線を可視光に波長変換させる波長変換層；を含み、
前記発光ダイオードチップは１５０Ａ／ｃｍ２以上の電流密度で駆動される発光素子。
【請求項２】
前記紫外線発光ダイオードチップは２８０ｎｍ乃至４００ｎｍ範囲内の紫外線を放出する、請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記波長変換層は、青色蛍光体、緑色蛍光体及び赤色蛍光体を含む、請求項１に記載の発光素子。
【請求項４】
前記波長変換層は、赤色蛍光体を含有する第１の波長変換層、緑色蛍光体を含有する第２の波長変換層、及び青色蛍光体を含有する第３の波長変換層を含む、請求項１に記載の発光素子。
【請求項５】
前記波長変換層は、前記発光ダイオードチップから離隔して配置される、請求項１に記載の発光素子。
【請求項６】
前記波長変換層と前記発光ダイオードチップとの間に配置される選択的反射器をさらに含み、
前記選択的反射器は、前記発光ダイオードチップから放出された紫外線を透過し、前記波長変換層で波長変換された可視光を反射させる、請求項５に記載の発光素子。
【請求項７】
紫外線を放出する発光ダイオードチップを少なくとも３個含む、請求項１に記載の発光素子。
【請求項８】
前記波長変換層は、赤色蛍光体を含有する第１の波長変換層、緑色蛍光体を含有する第２の波長変換層、及び青色蛍光体を含有する第３の波長変換層を含み、前記第１乃至第３の波長変換層は、前記少なくとも３個の発光ダイオードチップをそれぞれ覆う、請求項７に記載の発光素子。
【請求項９】
前記波長変換層は、赤色蛍光体を含有する第１の波長変換領域、緑色蛍光体を含有する第２の波長変換領域、及び青色蛍光体を含有する第３の波長変換領域を含み、
前記第１乃至第３の波長変換領域は、前記少なくとも３個の発光ダイオードチップの上部にそれぞれ配置される、請求項７に記載の発光素子。
【請求項１０】
前記波長変換層によって波長変換された可視光を透過させ、前記発光ダイオードチップから放出された紫外線を遮断する紫外線フィルターをさらに含む、請求項１から９のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１１】
紫外線を放出する発光ダイオードチップ、及び前記発光ダイオードチップから放出された紫外線を可視光に波長変換させる波長変換層を含む発光素子に外部電源を連結し、前記発光ダイオードチップに１５０Ａ／ｃｍ２以上の電流密度が印加されるように前記発光素子に電流を供給し、前記発光ダイオードチップを駆動させる発光素子の使用方法。
【請求項１２】
前記発光素子は、前記波長変換層と前記発光ダイオードチップとの間に配置される選択的反射器をさらに含み、
前記選択的反射器は、前記発光ダイオードチップから放出された紫外線を透過し、前記波長変換層で波長変換された可視光を反射させる、請求項１１に記載の発光素子の使用方法。
【請求項１３】
前記発光素子は、前記波長変換層によって波長変換された可視光を透過させ、前記発光ダイオードチップから放出された紫外線を遮断する紫外線フィルターをさらに含む、請求項１１又は１２に記載の発光素子の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子に関し、より詳細には、高電流駆動に適した発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード、特に、窒化物系発光ダイオードは、紫外線又は青色光を放出する光源であって、信号機、バックライト、自動車ヘッドライト、照明装置などの多様な分野に適用されている。
【０００３】
特に、発光ダイオードと蛍光体とを組み合わせることによって、所望の色相の光、例えば、白色光を具現することができる。例えば、青色光を放出する発光ダイオードと、青色光を黄色光に変換する黄色蛍光体との組み合わせによって白色光を具現することはよく知られている。
【０００４】
白色発光素子は、現在、蛍光灯の発光効率に類似するが、それより優れた発光効率を示している。さらに、発光素子は、蛍光灯に比べて環境にやさしい。したがって、電力消耗を減少させ、環境問題に対処するために、発光ダイオードを採択した発光素子が蛍光灯に取って代わる光源として使用されており、今後もより幅広い分野で使用されると考えられる。
【０００５】
しかし、発光素子を光源、例えば、白色光源として使用するためには、発光素子自体の発光効率のみならず、費用当たりの発光効率を考慮しなければならない。すなわち、発光素子の製造費用を減少させ、光出力を向上させなければならない。費用当たりの発光効率を高めるためには、高電流下で発光素子を駆動する必要がある。電流の増加に伴って光出力が線形的に増加すると仮定すると、電流を増加させることによって費用当たりの発光効率が増加し得る。
【０００６】
ところが、発光ダイオードに印加される電流の増加、すなわち、電流密度の増加に伴い、発光ダイオードの外部量子効率が減少する現象が発生する。このような現象はドループ（ｄｒｏｏｐ）として知られている。発光ダイオードに印加される電流密度の増加に伴って外部量子効率が減少するので、高電流下で発光素子を駆動するという効果を得られなくなってしまう。
【０００７】
さらに、駆動電流の増加に伴い、発光ダイオードから放出される光の波長が変わる。青色発光ダイオードから放出される光の波長変化が発光素子の色温度及び演色性に影響を及ぼすので、相対的に低い電流下で駆動する従来の発光ダイオードに単純に電流を増加させるのみでは、所望の色温度及び演色性を有する白色発光素子を提供することができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、費用当たりの発光効率に優れる発光素子を提供することにある。
【０００９】
本発明が解決しようとする他の課題は、電流の増加に伴う色温度や演色性の変化を減少させ得る発光素子を提供することにある。
【００１０】
本発明が解決しようとする更に他の課題は、費用当たりの発光効率を向上させ得る発光素子の駆動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、発光素子を提供する。この発光素子は、紫外線を放出する発光ダイオードチップ；及び発光ダイオードチップから放出された紫外線を可視光に波長変換させる波長変換層；を含み、発光ダイオードチップは１５０Ａ／ｃｍ２以上の電流密度で駆動される。
【００１２】
紫外線発光ダイオードチップは、約１５０Ａ／ｃｍ２以上の電流密度で駆動されるとき、青色発光ダイオードチップに比べて相対的に高い外部量子効率を示す。また、紫外線発光ダイオードチップのドループは、青色発光ダイオードチップのドループに比べて非常に少なく表れる。さらに、紫外線発光ダイオードチップから放出される光の波長が電流密度の増加に伴ってシフトされたとしても、紫外線が視感度に影響を及ぼさないので、色温度や演色性に大きな変化をもたらさない。
【００１３】
発光ダイオードチップに印加される電流密度の上限は、発光素子の安全な動作が保証される限り、特別に限定されるものではなく、例えば、３００Ａ／ｃｍ２未満であってもよい。
【００１４】
紫外線発光ダイオードチップは、２８０ｎｍ乃至４００ｎｍ範囲内の紫外線を放出する発光ダイオードチップであって、特に、３８０ｎｍ乃至４００ｎｍの近紫外線を放出する発光ダイオードチップであってもよい。
【００１５】
波長変換層は、青色蛍光体、緑色蛍光体及び赤色蛍光体を含有することができる。さらに、波長変換層は、赤色蛍光体を含有する第１の波長変換層、緑色蛍光体を含有する第２の波長変換層、及び青色蛍光体を含有する第３の波長変換層を含むことができる。
【００１６】
一方、波長変換層は、発光ダイオードチップから離隔するように配置されてもよく、波長変換層と発光ダイオードチップとの間に配置される選択的反射器をさらに含むことができる。選択的反射器は、発光ダイオードチップから放出された紫外線を透過し、波長変換層で波長変換された可視光を反射させる。
【００１７】
発光素子は、紫外線を放出する発光ダイオードチップを少なくとも３個含むことができる。さらに、波長変換層は、赤色蛍光体を含有する第１の波長変換層、緑色蛍光体を含有する第２の波長変換層、及び青色蛍光体を含有する第３の波長変換層を含み、第１乃至第３の波長変換層は、少なくとも３個の発光ダイオードチップをそれぞれ覆うことができる。
【００１８】
いくつかの実施例において、波長変換層は、赤色蛍光体を含有する第１の波長変換領域、緑色蛍光体を含有する第２の波長変換領域及び青色蛍光体を含有する第３の波長変換領域を含むことができる。第１乃至第３の波長変換領域は、少なくとも３個の発光ダイオードチップの上部にそれぞれ配置され得る。
【００１９】
一方、波長変換層によって波長変換された可視光を透過させ、発光ダイオードチップから放出された紫外線を遮断する紫外線フィルターをさらに含むことができる。紫外線フィルターは、紫外線が発光素子の外部に放出されることを遮断する。
【００２０】
本発明の更に他の態様では、発光素子の使用方法が提供される。この方法は、紫外線を放出する発光ダイオードチップ、及び発光ダイオードチップから放出された紫外線を可視光に波長変換させる波長変換層を含む発光素子に外部電源を連結し、発光ダイオードチップに１５０Ａ／ｃｍ２以上の電流密度が印加されるように発光素子に電流を供給し、発光ダイオードチップを駆動させる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によると、紫外線発光ダイオードチップを含む発光素子は、青色発光ダイオードチップに比べて紫外線発光ダイオードチップの外部量子効率が相対的に高い電流密度下で駆動されるので、費用当たりの発光効率を向上させることができる。さらに、紫外線発光ダイオードチップを採択するので、電流増加に伴う色温度や演色性の変化を減少させ得る発光素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】青色発光ダイオードチップと紫外線発光ダイオードチップの電流密度の増加に伴う外部量子効率の変化を示すグラフである。
【図２】多様な発光ダイオードチップのドループを比較したグラフである。
【図３】本発明の一実施例に係る発光素子１００を説明するための断面図である。
【図４】本発明の他の実施例に係る発光素子２００を説明するための断面図である。
【図５】本発明の更に他の実施例に係る発光素子３００を説明するための断面図である。
【図６】本発明の更に他の実施例に係る発光素子４００を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、添付の各図面を参照して本発明の各実施例を詳細に説明する。次に紹介する各実施例は、当業者に本発明の思想を十分に伝達するために例として提供されるものである。したがって、本発明は、以下で説明する各実施例に限定されるものではなく、他の形態に具体化することもできる。そして、各図面において、同一の参照番号は同一の構成要素を示し、構成要素の幅、長さ、厚さなどは、便宜のために誇張して表現する場合がある。
【００２４】
一方、本明細書において、発光ダイオードチップの‘電流密度’は、発光ダイオードチップに印加される電流を発光ダイオードチップの外形面積で割って計算された値を意味する。したがって、実際に活性領域に印加される電流密度は、メサエッチング又はパターニングによる活性領域の減少によって計算された‘電流密度’より高いと考えられる。
【００２５】
図１は、青色発光ダイオードチップと紫外線発光ダイオードチップの電流密度の増加に伴う外部量子効率（external quantum efficiency）の変化を示すグラフである。
【００２６】
各発光ダイオードチップ１１、１３は、サファイア基板上に窒化ガリウム系化合物半導体層を成長させることによって製作されたものであって、ＩｎＧａＮ井戸層／ＧａＮ障壁層の多重量子井戸構造を有する。また、各発光ダイオードチップ１１、１３のＧａＮ障壁層の厚さは約７ｎｍである。一方、青色発光ダイオードチップ１１のＩｎＧａＮ井戸層は、Ｉｎの組成比が０．２、厚さが約３ｎｍであって、紫外線発光ダイオードチップ１３のＩｎＧａＮ井戸層は、Ｉｎの組成比が約０．１、厚さが約３．３ｎｍである。一方、各発光ダイオードチップ１１、１３は、約１ｍｍ×１ｍｍのサイズを有する。
【００２７】
青色発光ダイオードチップ１１は、最大効率で約４４３ｎｍのピーク波長の青色光を放出し、紫外線発光ダイオードチップ１３は、最大効率で約３９０ｎｍのピーク波長の紫外線を放出する。
【００２８】
図１を参照すると、青色発光ダイオードチップ１１は、紫外線発光ダイオードチップ１３に比べて最大発光効率が高いが、電流密度の増加に伴って外部量子効率が急激に減少する。その一方、紫外線発光ダイオードチップ１３は、電流密度の増加に伴う外部量子効率の減少が青色発光ダイオードチップ１１に比べて緩やかである。約１５０Ａ／ｃｍ２で青色発光ダイオードチップ１１と紫外線発光ダイオードチップ１３は同一の外部量子効率を示し、１５０Ａ／ｃｍ２を超えると、紫外線発光ダイオードチップ１３の外部量子効率が青色発光ダイオードチップ１１に比べて高くなる。
【００２９】
したがって、約１５０Ａ／ｃｍ２以上の電流密度で駆動される発光素子は、青色発光ダイオードチップよりも紫外線発光ダイオードチップを採択する方が発光効率の面でより有利であることが分かる。
【００３０】
図２は、多様な発光ダイオードチップのドループを比較したグラフである。ここで、各発光ダイオードチップは、ＧａＮ系列の化合物半導体で製作されたものであって、商用可能な発光ダイオードチップである。それぞれの発光ダイオードチップにおいて、最大外部量子効率に対する電流密度１５０Ａ／ｃｍ２での外部量子効率の相対値を百分率で示している。
【００３１】
図２を参照すると、約３９０ｎｍ以下の紫外線を放出する各発光ダイオードチップ（１３を含む）は、電流密度が増加したとしても、最大値に対して約８０％の外部量子効率を示し、４００ｎｍ付近の近紫外線発光ダイオードチップも、最大値に対して約７０％の外部量子効率を示した。その一方、青色発光ダイオードチップ１１及び緑色発光ダイオードチップは、最大値に対して約５０％以下の発光効率を示した。
【００３２】
したがって、４００ｎｍ以下の発光ダイオードチップは、青色発光ダイオードチップ１１に比べて高電流密度下で相対的に高い発光効率を示すことを確認することができる。
【００３３】
図３は、本発明の一実施例に係る発光素子１００を説明するための断面図である。
【００３４】
図３を参照すると、発光素子１００は、基板２１、ハウジング２３、発光ダイオードチップ３０、選択的反射器３２、波長変換層３４及び紫外線フィルター３９を含むことができる。
【００３５】
基板２１は、発光ダイオードチップ３０を支持し、発光ダイオードチップ３０に電流を供給するための各リード端子（図示せず）を有する。特に、基板２１は、発光ダイオードチップ３０に高電流、例えば、電流密度１５０Ａ／ｃｍ２以上の高電流を印加するのに適した各リード端子及び／又は配線構造を有する。基板２１は、発光ダイオードチップ３０を支持し、発光ダイオードチップ３０を外部電源と連結可能なものであれば特に限定されず、例えば、印刷回路基板又はリードフレームであってもよい。
【００３６】
ハウジング２３は、発光ダイオードチップ３０を取り囲む。ハウジング２３は、反射器として作用することもできる。ハウジング２３は、基板２１と別個に製作されて基板２１に付着することもできるが、リードフレームのパッケージ本体のように基板２１と一体に製作することができる。
【００３７】
発光ダイオードチップ３０は基板２１上に付着する。発光ダイオードチップ３０は、紫外線を放出する発光ダイオードチップ３０であって、例えば、窒化ガリウム系化合物半導体で製作された発光ダイオードチップ３０であってもよい。紫外線発光ダイオードチップ３０は、サファイア基板などの成長基板上に、ｎ型半導体層、活性層及びＰ型半導体層を積層することによって形成することができ、活性層は、ｎ型半導体層とＰ型半導体層との間に井戸層と障壁層が積層された多重量子井戸構造を有することができる。井戸層はＩｎＧａＮ層又はＧａＮ層で、障壁層はＧａＮ層又はＡｌＧａＮ層であってもよい。さらに、ＡｌＧａＮ層の電子ブロック層を含むことができる。発光ダイオードチップ３０は、２８０ｎｍ乃至４００ｎｍ範囲内の紫外線を放出することができ、特に、３８０ｎｍ乃至４００ｎｍ範囲内の近紫外線を放出することができる。
【００３８】
一方、波長変換層３４は発光ダイオードチップ３０上に位置する。波長変換層３４は、発光ダイオードチップ３０から放出された紫外線を可視光線に波長変換する。波長変換層３４は、白色蛍光体を含有することができ、又は青色蛍光体、及び／又は緑色蛍光体及び／又は赤色蛍光体を含有することができる。したがって、波長変換層３４で波長変換された光によって多様な色相の光、特に、白色光を具現することができる。
【００３９】
白色蛍光体としては、３Ｃａ３（ＰＯ４）２・Ｃａ（Ｆ，Ｃｌ）２：Ｓｂ、ＹＶＯ４：Ｄｙ、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ、Ｓｍ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｕ、Ａｇ、Ａｌを挙げることができる。
【００４０】
青色蛍光体としては、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｍｇ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｃａ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ、Ｓｒ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ、Ｓｒ３（ＰＯ４）２：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｍｇ）２Ｐ２Ｏ７：Ｅｕ、Ｓｒ２Ｐ２Ｏ７：Ｅｕ、Ｓｒ２Ｐ２Ｏ７：Ｓｎ、Ｂａ２Ｐ２Ｏ７：Ｔｉ、（Ｓｒ，Ｃａ）１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２・Ｂ２Ｏ３：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｍｇ）３（ＰＯ４）２：Ｃｕ、２ＳｒＯ・Ｐ２Ｏ５・Ｂ２Ｏ３：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｍｇ）Ｓｉ２Ｏ５：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｂａ）Ａｌ２Ｓｉ２Ｏ８：Ｅｕ、Ｂａ３ＭｇＳｉ２Ｏ８：Ｅｕ、Ｓｒ２Ｓｉ３Ｏ８・２ＳｒＣｌ２：Ｅｕ、Ｚｎ２ＳｉＯ４：Ｔｉ、ＢａＡｌ８Ｏ１３：Ｅｕ、ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ、Ｍｎ、ＣａＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ、Ｎｄ、Ｓｒ４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕ、ＳｒＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ、ＳｒＡｌ４Ｏ７：Ｅｕ、Ｄｙ、Ｓｒ４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕ、Ｄｙ、ＣａＷＯ４、ＣａＷＯ４：Ｐｂ、ＭｇＷＯ４・ＺｎＳ：Ａｇ、Ｎｉ、ＺｎＳ：Ａｇ、Ｃｌ、ＺｎＳ：Ａｇ、Ｃｕ、ＺｎＳ：Ａｇ、Ｆｅ、Ａｌ、ＺｎＳ：Ｃｕ、Ａｇ、Ｃｌ、ＺｎＳ：Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、ＺｎＳ：Ｔｍ、ＺｎＳ：Ｐｂ、Ｃｕ、ＺｎＳ：Ｚｎ、Ｇａ、ＺｎＧａ２Ｏ４、Ｚｎ（Ｓ，Ｓｅ）：Ａｇ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ、Ｎｉ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ、Ａｌ、Ｙ２ＳｉＯ５：Ｍ１（ただし、Ｍ１は、Ｔｍ及びＣｅより選ばれた少なくとも一つ）、（Ｃａ，Ｍｇ）ＳｉＯ３：Ｔｉ、ＣａＦ２：Ｅｕ、Ｍ２２Ｏ２Ｓ：Ｔｍ（ただし、Ｍ２は、Ｙ、Ｌａ、Ｇｄ、及びＬｕより選ばれた少なくとも一つ）、Ｍ２ＯＸ：Ｃｅ（ただし、Ｍ２は、Ｙ、Ｌａ、Ｇｄ、及びＬｕより選ばれた少なくとも一つで、Ｘは、Ｂｒ及びＣｒより選ばれた少なくとも一つ）、（Ｍ２，Ｍ３）ＴａＯ４：Ｎｂ（ただし、Ｍ２は、Ｙ、Ｌａ、Ｇｄ、及びＬｕより選ばれた少なくとも一つで、Ｍ３は、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、及びＢａより選ばれた少なくとも一つ）、（Ｍ１，Ｅｕ）１０（ＰＯ４）６・Ｃｌ２（ただし、Ｍ１は、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、及びＢａより選ばれた少なくとも一つ）、ａ（Ｍ２，Ｅｕ）Ｏ・ｂＡｌ２Ｏ３（ただし、Ｍ２は、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｌｉ、Ｒｂ、及びＣｓより選ばれた少なくとも一つで、ａ及びｂは、ａ＞０、ｂ＞０、０．２≦ａ／ｂ≦１．５）を挙げることができる。
【００４１】
緑色蛍光体としては、ＢａＡｌ１２Ｏ１９：Ｍｎ、Ｃａ１０（ＰＯ４）６Ｆ２：Ｓｂ、Ｍｎ、ＣｅＭｇＡｌ１１Ｏ１９：Ｔｂ、ＧｄＭｇＢ５Ｏ１０：Ｃｅ、Ｔｂ、Ｌａ２Ｏ３・０．２ＳｉＯ２・０．９Ｐ２Ｏ５：Ｃｅ、Ｔｂ、ＭｇＡｌ１１Ｏ１９：Ｃｅ、Ｔｂ、Ｍｎ、ＭｇＧａ２Ｏ４：Ｍｎ、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ、Ｄｙ、Ｙ２Ｏ３・Ａｌ２Ｏ３：Ｔｂ、Ｙ２ＳｉＯ５：Ｃｅ、Ｔｂ、ＹＢＯ３：Ｔｂ、Ｚｎ２ＧｅＯ４：Ｍｎ、Ｓｒ５（ＰＯ４）３Ｆ：Ｓｂ、ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｅｕ、Ｍｎ、ＺｎＳ：Ａｕ、Ａｌ、ＺｎＳ：Ｃｕ、Ａｕ、Ａｌ、ＺｎＳ：Ｃｕ、Ｃｌ、Ｚｎ（Ｓ，Ｓｅ）：Ａｇ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ、Ｃｌ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｕ、Ａｌ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ、Ａｌ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ、Ｃｌ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ、Ｎｉ、ＺｎＯ：Ｚｎ、Ｍ２２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ（ただし、Ｍ２は、Ｙ、Ｌａ、Ｇｄ、及びＬｕより選ばれた少なくとも一つ）、Ｍ２２Ｏ２Ｓ：Ｐｒ（ただし、Ｍ２は、Ｙ、Ｌａ、Ｇｄ、及びＬｕより選ばれた少なくとも一つ）、Ｍ２ＯＸ：Ｔｂ（ただし、Ｍ２は、Ｙ、Ｌａ、Ｇｄ、及びＬｕより選ばれた少なくとも一つで、Ｘは、Ｂｒ及びＣｒより選ばれた少なくとも一つ）、ＩｎＢＯ３：Ｔｂ、Ｌｉ５Ｚｎ８Ａｌ５（ＧｅＯ４）４：Ｍｎ、ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ、Ｙ２（Ｓｉ，Ｇｅ）Ｏ５：Ｔｂ、Ｙ２ＳｉＯ５：Ｐｒ、Ｙ２ＳｉＯ５：Ｔｂ、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｒ、Ｔｂ、Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｔｂ、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｔｂ、ＹＦ３：Ｅｒ、Ｚｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎ、Ｚｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎ、Ａｌ、Ｚｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎ、Ａｓ、（Ｍ２，Ｍ３）ＴａＯ４：Ｔｂ（ただし、Ｍ２は、Ｙ、Ｌａ、Ｇｄ、及びＬｕより選ばれた少なくとも一つで、Ｍ３は、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、及びＢａより選ばれた少なくとも一つ）、（Ｂａ１−ｘ−ｙ−ｚＳｒｘＣａｙＥｕｚ）（Ｍｇ１−ｕＭｎｕ）Ａｌ１０Ｏ１７（ただし、ｘ、ｙ、ｚ及びｕは、０≦ｘ＜０．２、０≦ｙ＜０．１、０．００５＜ｚ＜０．５、０．１＜ｕ＜０．５）を挙げることができる。
【００４２】
赤色蛍光体としては、Ｍ２ＢＯ３：Ｅｕ（ただし、Ｍ２は、Ｙ、Ｌａ、Ｇｄ、及びＬｕより選ばれた少なくとも一つ）、（Ｓｒ，Ｍｇ）３（ＰＯ４）２：Ｓｎ、Ｍｇ６Ａｓ２Ｏ１１：Ｍｎ、ＣａＳｉＯ３：Ｐｂ、Ｍｎ、Ｃｄ２Ｂ２Ｏ５：Ｍｎ、ＹＶＯ４：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｚｎ，Ｍｇ）３（ＰＯ４）２：Ｓｎ、（Ｃｅ，Ｇｄ，Ｔｂ）ＭｇＢ５Ｏ１０：Ｍｎ、Ｍｇ４ＦＧｅＯ６：Ｍｎ、Ｍｇ４Ｆ（Ｇｅ，Ｓｉ）Ｏ６：Ｍｎ、ＳｒＴｉＯ３：Ｐｒ、Ａｌ、ＣａＴｉＯ３：Ｅｕ、Ｇｄ２Ｏ３：Ｅｕ、（Ｇｄ，Ｍ４）２Ｏ３：Ｅｕ（ただし、Ｍ４は、Ｙ、Ｌａ、及びＬｕより選ばれた少なくとも一つ）、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、（Ｇｄ，Ｍ４）２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ（ただし、Ｍ４は、Ｙ、Ｌａ、及びＬｕより選ばれた少なくとも一つ）、Ｍ２２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、Ｍｇ、Ｍ５（ただし、Ｍ２は、Ｙ、Ｌａ、Ｇｄ、及びＬｕより選ばれた少なくとも一つで、Ｍ５は、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、及びＧａより選ばれた少なくとも一つ）、ＭｇＦ２：Ｍｎ、（ＫＦ，ＭｇＦ２）：Ｍｎ、（Ｚｎ，Ｂｅ）２ＳｉＯ４：Ｍｎ、Ｚｎ３（ＰＯ４）２：Ｍｎ、（Ｚｎ，Ｃａ）３（ＰＯ４）２：Ｍｎ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ａｇ、Ｃｌ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ、Ａｌ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ、Ｃｌ、（Ｚｎ，Ｍｇ）Ｆ２：Ｍｎ、ＣａＳｉＯ３：Ｐｂ、Ｍｎ、Ｃｄ５Ｃｌ（ＰＯ４）３：Ｍｎ、ＩｎＢＯ３：Ｅｕ、ＭｇＧｅＯ４：Ｍｎ、ＭｇＳｉＯ３：Ｍｎ、ＳｎＯ２：Ｅｕ、ＹＶＯ４：Ｅｕ、ＺｒＯ２：Ｅｕ、（Ｍ２，Ｍ３）ＴａＯ４：Ｅｕ（ただし、Ｍ２は、Ｙ、Ｌａ、Ｇｄ、及びＬｕより選ばれた少なくとも一つで、Ｍ３は、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、及びＢａより選ばれた少なくとも一つ）、（Ｌａ１−ｘ−ｙＥｕｘＭｙ）２Ｏ２Ｓ（ただし、Ｍは、Ｓｂ、Ｓｍ、Ｇａ、及びＳｎより選ばれる少なくとも一つで、ｘ及びｙは、０．０１＜ｘ＜０．１５、０≦ｙ＜０．０３）、（ＳｒｘＣａ１−ｘ）ＳｉＡｌＮ３：Ｅｕ）（ただし、ｘは、０≦ｘ＜０．４）を挙げることができる。
【００４３】
選択的反射器３２は、紫外線発光ダイオードチップ３０と波長変換層３４との間に配置される。選択的反射器３２は、発光ダイオードチップ３２から放出された紫外線を透過して波長変換層３４で波長変換された可視光を反射する。したがって、波長変換層３４で波長変換された後、再び基板２１側に進行する光を反射させて外部に放出することによって発光効率が改善される。
【００４４】
選択的反射器３２は、屈折率が互いに異なる誘電層を繰り返して積層し、波長選択性を有するブラッグ反射器（Bragg reflector）として形成することができる。併せて、選択的反射器３２と発光ダイオードチップ３０との間には、発光ダイオードチップ３０を覆う透明樹脂３１が位置し得る。
【００４５】
一方、波長変換層３４の上部に紫外線フィルター３９を配置することができる。紫外線フィルター３９は、波長変換層３４から外部に放出される紫外線を遮断し、可視光を透過する。したがって、紫外線によって人体や外部の物体が損傷することを防止することができる。紫外線フィルター３９は、屈折率が互いに異なる誘電層を繰り返して積層することによって紫外線を反射又は吸収し、波長変換層３４から放出される可視光を透過するように形成することができる。
【００４６】
図４は、本発明の他の実施例に係る発光素子２００を説明するための断面図である。
【００４７】
図４を参照すると、発光素子２００は、図３を参照して説明した発光素子１００と概して類似するが、波長変換層３６が複数の波長変換層を含む点において差を有する。すなわち、波長変換層３６は、赤色蛍光体を含有する第１の波長変換層３３、緑色蛍光体を含有する第２の波長変換層３５、及び青色蛍光体を含有する第３の波長変換層３７を含むことができる。赤色蛍光体、緑色蛍光体及び青色蛍光体は、図３の実施例で列挙した各蛍光体であってもよい。
【００４８】
複数の波長変換層のうち、より長い波長の可視光に波長変換する層は、発光ダイオードチップ近くに配置することができる。例えば、図４に示したように、赤色蛍光体を含有する第１の波長変換層３３を第２及び第３の波長変換層３５、３７に比べて発光ダイオードチップ３０により近く配置し、緑色蛍光体を含有する第２の波長変換層３５を青色蛍光体を含有する第３の波長変換層３７に比べて発光ダイオードチップ３０により近く配置することができる。
【００４９】
本実施例によれば、波長変換層を可視光スペクトル領域によって分離するので、多様な種類の蛍光体を混合した図３の波長変換層３４に比べて、均一な特性を有する波長変換層３６を容易に形成することができる。
【００５０】
本実施例においては、図３の選択的反射器３２を示していないが、第１の波長変換層３３と発光ダイオードチップ３０との間に、図３を参照して説明した選択的反射器３２がさらに配置されてもよい。
【００５１】
図５は、本発明の更に他の実施例に係る発光素子３００を説明するための断面図である。
【００５２】
図５を参照すると、本実施例に係る発光素子３００は、図３を参照して説明したように、基板２１、ハウジング２３、及び紫外線フィルター３９を含んでもよく、これについての詳細な説明は省略する。
【００５３】
一方、本実施例においては、複数の発光ダイオードチップ３０ａ、３０ｂ、３０ｃを基板２１上に付着する。これらの発光ダイオードチップ３０ａ、３０ｂ、３０ｃは、図３を参照して説明したように、紫外線を放出する紫外線発光ダイオードチップである。
【００５４】
波長変換層４６は、赤色蛍光体を含有する第１の波長変換層４３、緑色蛍光体を含有する第２の波長変換層４５、及び青色蛍光体を含有する第３の波長変換層４７を含む。
【００５５】
発光ダイオードチップ３０ａ、３０ｂ、３０ｃは、それぞれ第１乃至第３の波長変換層４３、４５、４７で覆われている。例えば、赤色蛍光体を含有する第１の波長変換層４３が発光ダイオードチップ３０ａを覆い、緑色蛍光体を含有する第２の波長変換層４５が発光ダイオードチップ３０ｂを覆い、青色蛍光体を含有する第３の波長変換層４７が発光ダイオードチップ３０ｃを覆うことができる。これらの第１乃至第３の波長変換層４３、４５、４７は、各発光ダイオードチップ３０ａ、３０ｂ、３０ｃを基板２１に付着する前に、予めコンフォーマルコーティング技術を用いて各発光ダイオードチップ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ上に形成することができる。これとは異なり、第１乃至第３の波長変換層４３、４５、４７は、各発光ダイオードチップ３０ａ、３０ｂ、３０ｃを基板２１上に付着した後、発光ダイオードチップ上にそれぞれ形成してもよい。
【００５６】
また、図面には示していないが、各波長変換層４３、４５、４７と各発光ダイオードチップ３０ａ、３０ｂ、３０ｃとの間には、紫外線を透過し、可視光を反射する選択的反射器が配置されてもよい。
【００５７】
上述した図３及び図４の実施例において、波長変換された可視光は、外部に放出される前に他の種類の蛍光体によって損失し得る。その一方、本実施例によると、波長変換層４３、４５、４７が互いに分離されているので、波長変換された可視光が他の種類の蛍光体によって損失することを防止することができ、発光効率をさらに向上させることができる。
【００５８】
図６は、本発明の更に他の実施例に係る発光素子４００を説明するための断面図である。
【００５９】
図６を参照すると、発光素子４００は、印刷回路基板５３、発光ダイオードチップ６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、波長変換層７６、レンズ８１、ヒートシンク５０、ケーシング５１及びソケット端子５５ａ、５５ｂを含むことができる。また、図面には示していないが、ヒートシンク５０の内部又は印刷回路基板５３上に駆動回路部を配置することができる。
【００６０】
ケーシング５１は、内部空間を定義する。ケーシング５１は、光が放出されるように一側が開口された形状を有する。
【００６１】
ヒートシンク５０は、表面積を増加させるために凹凸（convex-concave）パターンを有していてもよい。ヒートシンク５０の一部は、ケーシング５１の外部に露出させることもできる。ヒートシンク５０は、放熱特性に優れた金属、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金で形成することができる。
【００６２】
ヒートシンク５０は、ソケット端子５５ａ、５５ｂと印刷回路基板５３とを電気的に接続するために、被覆電線（図示せず）が通過する各貫通ホール（図示せず）を有していてもよい。一方、ソケット端子５５ａ、５５ｂは、ＧＵ１０ベース、ＧＺ１０ベースなどの多様なソケットベースによってヒートシンク５０の下部に連結されてもよい。
【００６３】
印刷回路基板５３は、ヒートシンク５０上に熱的に連結される。印刷回路基板５３は、ヒートシンク５０上に直接実装することができ、このために、ヒートシンク５０は、印刷回路基板５３を収容するための載置溝（seat groove）を有することができる。
【００６４】
印刷回路基板５３上には、各発光ダイオードチップ６０ａ、６０ｂ、６０ｃが実装される。印刷回路基板５３は、各発光ダイオードチップ６０ａ、６０ｂ、６０ｃに１５０Ａ／ｃｍ２以上の電流密度が印加されるようにする回路パターンを有する。また、印刷回路基板５３に接続された駆動回路部（図示せず）は、外部電源に連結されるとき、各発光ダイオードチップ６０ａ、６０ｂ、６０ｃに１５０Ａ／ｃｍ２以上の電流密度が印加されるようにする。
【００６５】
各発光ダイオードチップ６０ａ、６０ｂ、６０ｃは、チップ形態に実装することもできるが、これに限定されることはなく、パッケージ形態に実装することもできる。各発光ダイオードチップ６０ａ、６０ｂ、６０ｃは、図３を参照して説明した発光ダイオードチップ３０と同様に紫外線を放出する。
【００６６】
一方、波長変換層７６は、各発光ダイオードチップ６０ａ、６０ｂ、６０ｃの上部に配置される。波長変換層７６は、赤色蛍光体を含有する第１の波長変換領域７３、緑色蛍光体を含有する第２の波長変換領域７５及び青色蛍光体を含有する第３の波長変換領域７７を含むことができる。すなわち、波長変換層７６を複数の波長変換領域７３、７５、７７に区画することができる。これら第１乃至第３の波長変換領域７３、７５、７７は、それぞれ各発光ダイオードチップ６０ａ、６０ｂ、６０ｃの上部に位置するように整列することができる。赤色蛍光体、緑色蛍光体及び青色蛍光体は、図３を参照して説明した各蛍光体であってもよい。
【００６７】
一方、波長変換層７６と各発光ダイオードチップ６０ａ、６０ｂ、６０ｃとの間に選択的反射器６５を配置してもよい。選択的反射器６５は、図３を参照して説明した選択的反射器３２と類似するので、それについての詳細な説明は省略する。また、波長変換層７６の上部に紫外線フィルター７９を配置してもよく、これは、既に説明した通りであるので、これについての詳細な説明は省略する。
【００６８】
一方、波長変換層７６の下部に保護層７１を配置してもよい。保護層７１は、例えば、ＳｉＯ２で形成したり、各ＳｉＯ２粒子を含有する樹脂で形成することができる。保護層７１は、各発光ダイオードチップ６０ａ、６０ｂ、６０ｃから入射される紫外線によって波長変換層７６が損傷することを防止する。
【００６９】
一方、レンズ８１は、波長変換層７６の上部に位置し、外部に放出される光の指向角を調節する形状を有する。
【００７０】
本実施例において、複数の発光ダイオードチップ６０ａ、６０ｂ、６０ｃが印刷回路基板５３上に配置された構成を説明したが、一つの発光ダイオードチップを使用することもできる。
【００７１】
さらに、本実施例において、波長変換層７６が発光ダイオードチップ６０ａ、６０ｂ、６０ｃと離隔して配置された構成を説明したが、図３乃至図５を参照して説明した発光素子と同様に、波長変換層を内部に有する各発光素子を印刷回路基板５３上に実装することができ、この場合、波長変換層７６は省略することができる。
【００７２】
上述した各実施例の発光素子は、外部電源に連結され、発光ダイオードチップに１５０Ａ／ｃｍ２以上の電流密度が印加されるように発光素子に電流を供給し、発光ダイオードチップを駆動させることによって使用され得る。
【００７３】
以上では、多様な実施例について説明したが、本発明は、これら実施例に限定されるものではなく、多様な変形が可能である。また、特定の実施例で説明した技術的特徴は、他の実施例にも適用可能である。
【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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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年4月15日(2014.4.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線を放出する発光ダイオードチップ；及び
前記発光ダイオードチップから放出された紫外線を可視光に波長変換させる波長変換層；を含み、
前記発光ダイオードチップは１５０Ａ／ｃｍ２以上の電流密度で駆動される発光素子。
【請求項２】
前記紫外線発光ダイオードチップは２８０ｎｍ乃至４００ｎｍ範囲内の紫外線を放出する、請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記波長変換層は、青色蛍光体、緑色蛍光体及び赤色蛍光体を含む、請求項１に記載の発光素子。
【請求項４】
前記波長変換層は、赤色蛍光体を含有する第１の波長変換層、緑色蛍光体を含有する第２の波長変換層、及び青色蛍光体を含有する第３の波長変換層を含む、請求項１に記載の発光素子。
【請求項５】
前記第１の波長変換層を前記第２の波長変換層及び前記第３の波長変換層に比べて前記発光ダイオードチップにより近く配置し、前記第２の波長変換層を前記第３の波長変換層に比べて前記発光ダイオードチップにより近く配置する、請求項４に記載の発光素子。
【請求項６】
前記波長変換層は、赤色蛍光体を含有する第１の波長変換層、緑色蛍光体を含有する第２の波長変換層を含み、前記第１の波長変換層を前記第２の波長変換層に比べて前記発光ダイオードチップにより近く配置する、請求項１に記載の発光素子。
【請求項７】
前記波長変換層は、赤色蛍光体を含有する第１の波長変換層、青色蛍光体を含有する第３の波長変換層を含み、前記第１の波長変換層を前記第３の波長変換層に比べて前記発光ダイオードチップにより近く配置する、請求項１に記載の発光素子。
【請求項８】
前記波長変換層は、前記発光ダイオードチップから離隔して配置される、請求項１に記載の発光素子。
【請求項９】
前記波長変換層と前記発光ダイオードチップとの間に配置される選択的反射器をさらに含み、
前記選択的反射器は、前記発光ダイオードチップから放出された紫外線を透過し、前記波長変換層で波長変換された可視光を反射させる、請求項８に記載の発光素子。
【請求項１０】
紫外線を放出する発光ダイオードチップを少なくとも３個含む、請求項１に記載の発光素子。
【請求項１１】
前記波長変換層は、赤色蛍光体を含有する第１の波長変換層、緑色蛍光体を含有する第２の波長変換層、及び青色蛍光体を含有する第３の波長変換層を含み、前記第１乃至第３の波長変換層は、前記少なくとも３個の発光ダイオードチップをそれぞれ覆う、請求項１０に記載の発光素子。
【請求項１２】
前記波長変換層は、赤色蛍光体を含有する第１の波長変換領域、緑色蛍光体を含有する第２の波長変換領域、及び青色蛍光体を含有する第３の波長変換領域を含み、
前記第１乃至第３の波長変換領域は、前記少なくとも３個の発光ダイオードチップの上部にそれぞれ配置される、請求項１０に記載の発光素子。
【請求項１３】
前記波長変換層によって波長変換された可視光を透過させ、前記発光ダイオードチップから放出された紫外線を遮断する紫外線フィルターをさらに含む、請求項１から１２のいずれか１項に記載の発光素子。
【請求項１４】
紫外線を放出する発光ダイオードチップ、及び前記発光ダイオードチップから放出された紫外線を可視光に波長変換させる波長変換層を含む発光素子に外部電源を連結し、前記発光ダイオードチップに１５０Ａ／ｃｍ２以上の電流密度が印加されるように前記発光素子に電流を供給し、前記発光ダイオードチップを駆動させる発光素子の使用方法。
【請求項１５】
前記発光素子は、前記波長変換層と前記発光ダイオードチップとの間に配置される選択的反射器をさらに含み、
前記選択的反射器は、前記発光ダイオードチップから放出された紫外線を透過し、前記波長変換層で波長変換された可視光を反射させる、請求項１４に記載の発光素子の使用方法。
【請求項１６】
前記発光素子は、前記波長変換層によって波長変換された可視光を透過させ、前記発光ダイオードチップから放出された紫外線を遮断する紫外線フィルターをさらに含む、請求項１４又は１５に記載の発光素子の使用方法。
【国際調査報告】
2014524669.tif 000009
2014524669.tif 000010
2014524669.tif 000011
2014524669.tif 000012