LED器件及使用其的便携式电话机、 数码照相机和LCD装置 本非临时性申请基于2003年4月21日向日本专利局提交的日本专利申请2003-115987，该申请的全文通过引用结合在此。
【技术领域】
本发明涉及一种LED(光发射二极管)器件，该器件被用来作为CCD(电荷耦合器件)或CMOS(互补型金属氧化物半导体)照相机的辅助光源，或者作为LCD(液晶显示器)的背光光源。更具体而言，本发明涉及一种具有优越的色彩复制特性并且发射亮白光的LED器件，该器件包括光发射元件和被光发射元件所激发的荧光物质的组合。
背景技术
作为使用LED的常规白光发射器件，已经知道的是白色LED器件(例如参见日本专利公开2002-064220)，这种器件包括蓝光发射元件和YAG基荧光物质的组合，蓝光发射元件的峰值发射波长(发射强度峰值处的波长)约460nm，YAG基荧光物被蓝光发射元件所激发而发射出黄色荧光，该器件发射的白光是由发射的蓝光和黄光混合而成。
但是，上述的白光LED器件是通过将蓝光和作为蓝色互补色的黄色荧光组合在一起来获得准-白色发射光地，因此，尤其在红色的色彩复制性方面是不能令人满意的。
另一个已知的实例是这样一种白光LED器件，该器件包括峰值发射光波长分别为红、绿、蓝三原色的LED的组合，发射出的白光是这三种光的混合光。
但是在这种白光LED器件中，每个光发射元件的峰值发射的宽度很窄，因此难以获得具有满意的色彩复制特性的亮白光。
【发明内容】
为了解决上述问题进行了本发明，其目的是提供一种具有良好的色彩复制特性并能获得亮白光的LED器件。
本发明的一个方面是提供一种LED器件，该器件至少包括一种蓝光发射元件、一种绿色荧光物质和一种红光发射元件，其中所述蓝光发射元件的峰值发射波长为420～480nm，绿色荧光物由于蓝光发射元件的发射而具有的荧光光谱的峰值波长为500～580nm，而红光发射元件的峰值发射波长为600～670nm。
本发明的另一方面提供一种LED器件，该器件至少包括一种蓝光发射元件、一种紫外/紫光发射元件、一种绿色荧光物质和一种红光发射元件，其中所述蓝光发射元件的峰值发射波长为420～480nm，紫外/紫光发射元件的峰值发射波长为360～420nm，绿色荧光物质至少由于紫外/紫光发射元件的发射而具有的荧光光谱的峰值波长为500～580nm，而红光发射元件的峰值发射波长为600～670nm。
本发明的上述两个方面以及其他目的、特征、方面和优点等随着如下的详细描述并结合相应的附图将变得更加清晰。
【附图说明】
图1A是本发明的一种LED器件的平面示意图，图1B是从该LED器件一侧所能看到的主要部分的示意图。
图2A是本发明另一种LED器件的平面示意图，图2B是从该LED器件一侧所能看到的主要部分的示意图。
图3A是本发明又一种LED器件的平面示意图，图3B是该LED器件主要部分沿着图3A中IIIB-IIIB线的横截面示意图。
图4A是本发明再一种LED器件的平面示意图，图4B是从该LED器件一侧所能看到的主要部分的示意图。
图5A是包含紫外/紫光发射元件和绿色荧光物质的LED器件的平面示意图，图5B显示的是该LED器件和绿光发射元件的发射光谱。
图6A是本发明又一种LED器件的平面示意图，图6B是从该LED器件一侧所能看到的主要部分的示意图。
图7A是本发明又一种LED器件的平面示意图，图7B是从该LED器件一侧所能看到的主要部分的示意图。
图8说明了蓝光发射元件和绿色荧光物质在本发明LED器件中的排列方式。
图9说明了光发射元件上的电极排列方式。
图10显示的是包含蓝光发射元件和YAG基荧光物质的常规LED器件的发射光谱。
图11显示的是含蓝光发射元件、绿光发射元件和红光发射元件的常规LED器件的发射光谱。
图12显示的是本发明LED器件的发射光谱。
图13显示的是本发明另一种LED器件的发射光谱。
图14显示的是本发明又一种LED器件的发射光谱。
图15显示的是本发明再一种LED器件的发射光谱。
【具体实施方式】
参照图1A和1B，本发明的LED器件至少包括一种蓝光发射元件、一种绿色荧光物质和一种红光发射元件，其中所述的蓝光发射元件的峰值发射波长为420～480nm，绿色荧光物由于蓝光发射元件的发射而具有的荧光光谱的峰值波长为500～580nm，而红光发射元件的峰值发射波长为600～670nm。本发明中峰值波长指的是所感兴趣的光谱上的最高峰波长。
参照图1A和1B，蓝光发射元件11通过导电粘合剂14粘在端电极21a上，并通过接合线15连接在端电极21b上，而红光发射元件13通过导电粘合剂14附着在端电极23a上，并通过接合线15连接在端电极23b上。用透光树脂18将蓝光发射元件11、红光发射元件13和绿色荧光物质16密封起来。此处，与反射盒19整体形成端电极21a、21b、23a和23b，它们构成了LED器件的外壳。
由蓝光发射元件11发射的、激发密封在透光树脂18中的绿色荧光物质16的蓝光被转化为绿色荧光，并透过透光树脂18传送到外面。那些由蓝光发射元件11发射的、没有激发绿色荧光物质16的蓝光同样透过透光树脂18传送到外面。此外，红光发射元件发射的红光也透过透光树脂18传送到外面，而不激发绿色荧光物质16。具体而言，来自蓝光发射元件11的蓝光、来自绿色荧光物质16的绿光和来自红光发射元件13的红光组合在一起形成了具有良好色彩复制特性的白光。
只要能够达到本发明的目的，对透光树脂18没有任何限制，可以使用热固环氧树脂、硅氧烷树脂、丙烯酸树脂、聚碳酸脂树脂或者聚丙烯树脂。
参照图2A和2B，本发明的另一种LED器件至少包括一种蓝光发射元件11、一种紫外/紫光发射元件12、一种绿色荧光物质16和一种红光发射元件13，其中蓝光发射元件11的峰值发射波长为420～480nm，紫外/紫光发射元件12的峰值发射波长为360～420nm，绿色荧光物质16至少由于紫外/紫光发射元件12的发射而具有的荧光光谱的峰值波长为500～580nm，而红光发射元件13的峰值发射波长为600～670nm。与图1A和1B所示的LED器件类似，图2A和2B所示的LED器件是通过来自蓝光发射元件11的蓝光、来自绿色荧光物质16的绿光和来自红光发射元件13的红光的组合来得到具有良好色彩复制特性的白光。
图2A和2B所示的LED器件采用蓝光发射元件11来发射蓝光，用紫外/紫光发射元件12来激发绿色荧光物质16发射出绿光，这点与图1A和1B所示的LED器件不同，图1A和1B所示的LED器件只采用蓝光发射元件11来同时发射蓝光和激发绿色荧光物质16发射出绿光。此处，当使用只被紫外/紫光发射元件12激发而不被蓝光发射元件11激发的绿色荧光物质作为绿色荧光物质16时，蓝光是由蓝光发射元件11发射而得的，绿光是由绿色荧光物质16被紫外/紫光发射元件12的发射激发而得到的，而红光由红光发射元件13的发射而得到，彼此之间是相互独立的，因此可以通过调节每种光发射元件的光发射强度来获得任意颜色的光。
图2A和2B中，作为用于激发绿色荧光物质16的紫外/紫光发射元件12的取代物，可以使用蓝光发射元件(未显示)来激发绿色荧光物质16。在这种情况下，使用的是能够被蓝光发射元件激发的绿色荧光物质。
参照图3A和3B，本发明的又一种LED器件至少包括一种峰值发射波长为420～480nm的蓝光发射元件，由于蓝光发射元件的发射而具有荧光光谱的峰值波长为500～580nm的绿色荧光物质16，和由于蓝光发射元件的发射而具有荧光光谱的峰值波长为600～670nm的红色荧光物质17。来自蓝光发射元件11的蓝光、来自绿色荧光物质16的绿光和来自红色荧光物质17的红光组合得到具有良好色彩复制特性的白光。
参照图4A和4B，本发明的再一种LED器件至少包括一种峰值发射波长为420～480nm的蓝光发射元件，一种峰值发射波长为360～420nm的紫外/紫光发射元件12，一种至少由于紫外/紫光发射元件12的发射而具有荧光光谱的峰值波长为500～580nm的绿色荧光物质16，以及一种至少由于紫外/紫光发射元件12的发射而具有荧光光谱的峰值波长为600～670nm的红色荧光物质17。来自蓝光发射元件11的蓝光、来自绿色荧光物质16的绿光和来自红色荧光物质17的红光组合得到具有良好色彩复制特性的白光。
图4A和4B中，作为用于激发绿色荧光物质16的紫外/紫光发射元件12的取代物，可以使用蓝光发射元件(未显示)来激发绿色荧光物质16。在这种情况下，使用的是能够被蓝光发射元件激发的绿色荧光物质。
在本发明的LED器件中，只要能够达到本发明的目的，对红色荧光物质没有限制，并且优选可以使用以SrxCa1-xS(0≤x≤1)为基材和以Eu为激活剂的荧光物质SrxCa1-xS:Eu，因为这种红色荧光物质具有高荧光发光强度。
而且，对绿色荧光物质没有限制，只要能够达到本发明的目的即可，并且可以优选使用至少一种选自如下荧光物质的荧光物质：SrGa2S4:Eu；RMg2Al16O27:Eu，Mn(R是至少一种选自Sr和Ba的元素)；RMgAl10O17:Eu，Mn(R是至少一种选自Sr和Ba的元素)；ZnS:Cu；SrAl2O4:Eu；SrAl2O4:Eu，Dy；ZnO:Zn；Zn2Ge2O4:Mn；Zn2SiO4:Mn；以及Q3MgSi2O8:Eu，Mn(Q是至少一种选自Sr、Ba和Ca的元素)，因为这些绿色荧光物质具有高荧光发光强度。优选使用两种或多种绿色荧光物质，因为这样使荧光光谱的绿色范围变得更宽，使白光具有更好的色彩复制特性。
特别优选在绿色荧光物质中至少包含荧光物质SrGaS:Eu，这种荧光物质以SrGaS为基材，以Eu为激活剂，因为其荧光发光强度特别高。SrGaS:Eu荧光物质的代表性实例包括SrGa2S4:Eu。图5A显示的是包括紫外/紫光发射元件12和绿色荧光物质16的LED器件，其中使用紫光发射元件(GaN，峰值发射波长：405nm)作为紫外/紫光发射元件12，并且使用SrGa2S4:Eu作为绿色荧光物质16。图5B显示的是图5ALED器件的发射光谱(实线)，施加的电流为35mA。作为比较，图5B的虚线是绿光发射元件(InGaN，峰值发射波长：525nm)在35mA电流下的发射光谱。本发明LED器件的轴向发光强度为2cd，其绿光强度比轴向发光强度为0.8cd的绿光发射元件强很多。本发明LED器件的绿色谱宽明显宽于绿光发射元件，因此可以理解，通过和蓝光及红光发射元件组合能够获得具有更好的色彩复制特性的白光。
优选在绿色荧光物质中包含至少一种含SrAlO基材和Eu激活剂的SrAlO:Eu荧光物质，因为这种荧光物质的荧光发光强度高。SrAlO:Eu荧光物质的代表性实例包括SrAl2O4:Eu。值得注意的是荧光物质SrAl2O4:Eu能够被峰值发射波长为360～420nm的紫外/紫光发射元件激发，而几乎不被峰值发射波长为420～480nm的蓝光发射元件激发。因此，例如在图2A和2B所示的LED器件中，当仅仅使用SrAl2O4:Eu作为绿色荧光物质时，蓝光是由蓝光发射元件发射而得到的，绿光是由绿色荧光物质被紫外/紫光发射元件激发而得到的，而红光由红光发射元件的发射而得到，彼此之间是相互独立的，因此可以通过调节每种光发射元件的发射强度来获得任意颜色的光。
在前面的叙述中，不含代表元素数量的下标的表达式，例如SrGaS和SrAlO，一般是指由这些元素组成的所有化合物，这些化合物的代表性实例包括SrGa2S4和SrAl2O4。
优选荧光物质(包括绿色和红色荧光物质)具有透光性，并且具有n＞1的折射率n。因为荧光物质传递光，因此光发射元件发射出的光不会被荧光物质反射，而且因为折射率被设定为n＞1，荧光物质能够有效地收集光发射元件发射出的光。此外，优选在荧光物质上涂上耐热、防水和透光的涂料。优选进行这种处理是因为荧光物质，特别是诸如SrGa2S4:Eu的硫化物容易吸水而失活。在荧光物质上涂上耐热、防水和透光的涂料是指用耐热、防水和透光的材料覆盖在荧光物质上，或者形成微胶囊。例如，可以用硅氮烷处理或者用诸如硼硅酸盐的玻璃材料进行覆盖。此处的硅氮烷处理是指在荧光物质表面形成一层涂层，该涂层是通过将含Si-N键的硅氮烷，例如全氢硅氮烷(perhydrosilazane)溶解在溶剂中，将该溶液涂在荧光物质表面上，在大气中固化或烧结而形成的。
优选荧光物质的颗粒尺寸最大为20μm。在这种颗粒尺寸范围内，荧光物质保持其透光特性，并且由于比表面变得更大，荧光物质的荧光效率可以得到改善。
在本发明的LED器件中，可以这样安排蓝光发射元件和绿色荧光物质：作为蓝光发射光源的蓝光发射元件不激发绿色荧光物质。只要能够防止蓝光发射元件对绿色荧光物质的激发作用，对蓝光发射元件和绿色荧光物质的排列没有特别的限制。例如，可以采用如图6B、7B和8所示的排列方式。
在图6A和6B所示的LED器件中，只将绿色荧光物质16放置在用于激发绿色荧光物质16的紫外/紫光发射元件12周围的局部区域，而将紫外/紫光发射元件12和绿色荧光物质16限制在低于作为蓝光发射光源的蓝光发射元件11和作为红光发射光源的红光发射元件13所放置的位置的区间内，从而使作为发射光源的蓝光发射元件发射的光不直接照在绿色荧光物质16上。
在图7A和7B所示的LED器件中，将绿色荧光物质16只放置在用于激发绿色荧光物质16的紫外/紫光发射元件12周围的局部区域内，而将作为蓝光发射源的蓝光发射元件11安置在硅基31上，中间插入电极泵32。采用这种方式，将蓝光发射元件11放置在高于紫外/紫光发射元件12、绿色荧光物质16和红光发射元件13所放位置的位置上，从而使作为发射光源的蓝光发射元件发射的光不直接照在绿色荧光物质16上。
此外，如图8所示，即使将作为蓝光发射源的蓝光发射元件11、作为红光发射光源的红光发射元件13、用于激发绿色荧光物质16的紫外/紫光发射元件12和绿色荧光物质16放置在同一平面上，采用这种直线型排列方式也可以防止蓝光发射元件发射的光进入绿色荧光物质16。
在图6B、7B和8中，可以使用蓝光发射元件(未显示)来激发绿色荧光物质16，来取代用于激发绿色荧光物质16的紫外/紫光发射元件12。
如上所述，由于蓝光发射元件和绿色荧光物质的排列防止了绿色荧光物质被作为发射光源的蓝光发射元件所激发，蓝光是由蓝光发射元件的发射而得到的，绿光是由绿色荧光物质被紫外/紫光发射元件的激发而得到的，而红光是由红光发射元件的发射而得到，彼此之间是相互独立的，因此可以通过调节每种光发射元件的发射强度来获得任意颜色的光。
在本发明LED器件的上述实施方案中，光发射元件主要是用P/N垂直相对排列的电极形式表示的。也可以使用具有两个电极都排列在上表面的结构(图9左侧)或者倒装片结构(图9右侧)的光发射元件。而且，尽管荧光物质是被捏合在透光树脂中的，也可以将荧光物质直接使用在光发射元件表面上来获得相同的效果。
本发明的数码照相机采用上述的本发明LED器件作为CCD或CMOS照相机的辅助光源。由于这样的LED器件可以获得具有良好色彩复制特性的亮白光，采用这种LED器件作为CCD或CMOS照相机辅助光源的数码照相机提供具有良好色彩复制特性的明亮图像。
本发明的便携式电话机采用上述的本发明LED器件作为CCD或CMOS照相机的辅助光源。由于这样的LED器件可以获得具有良好色彩复制特性的亮白光，采用LED器件作为CCD或CMOS照相机辅助光源的便携式电话机显示屏可以显示具有良好色彩复制特性的明亮图像。而且，由于可以通过调节每种光发射元件的发射强度来获得任意颜色的光，除了作为辅助光源提供白光的功能以外，还可以获得来电显示的功能。
本发明的LCD装置采用上述的本发明LED器件作为背光光源。由于这样的LED器件可以获得具有良好色彩复制特性的亮白光，采用这种LED器件作为背光光源的LCD装置提供具有良好色彩复制特性的明亮图像。
在上面涉及的各种图形中，绿色荧光物质16用六角形表示，红色荧光物质用三角形表示。使用这些形状仅仅是为了进行区别，而不代表其实际形状。事实上，这些荧光物质都是粉末状的，每个颗粒都近似于球形。
[实施例]
下面将具体描述本发明LED器件的实施例。
(实施例1)
参照图1A和1B，使用峰值发射波长为460nm的InGaN作为蓝光发射元件，InGaN在SiC基片上，电极采用P/N垂直相对的排列方式，使用峰值发射波长为624nm、电极采用P/N垂直相对排列方式的AlGaInP作为红光发射元件13，使用平均颗粒直径为8μm的SrGa2S4:Eu作为绿色荧光物质16。端电极21a、21b、23a和23b是Cu合金，并且为了获得更好的引线接合，Cu合金镀有Au镀层。使用Ag粉浆作为导电粘合剂14，Au线作为接合线15。透光树脂18使用的是热固型环氧树脂(比重：1.2)。
图1A和1B所示的LED器件是通过如下步骤制造的。首先，使用导电粘合剂14将蓝光发射元件11和红光发射元件13的n-电极粘合在反射盒19中端电极21a和23a的预定位置上。然后，用接合线15将蓝光发射元件11和红光发射元件13的p-电极分别连接到端电极21b和23b上。在1g液体透光树脂中捏合0.05g作为绿色荧光物质的SrGa2S4:Eu，并灌入反射盒19中。参照图1B，这样注入的透光树脂18表面部分的直径L1为3.81mm，底部直径L2为2.6mm，高H为1.0mm。在透光树脂固化之后，将反射盒外表面上的端电极21a、21b、23a和23b部分焊镀上，制造完成LED器件。
在该LED器件中，当只有红光发射元件13被35mA电流驱动时，所得红光的轴向发光强度为1.1cd，当只用35mA电流驱动蓝光发射元件11时，由于绿色荧光物质16发出绿色荧光，获得的是轴向发光强度为1.25cd的蓝绿光，而当用35mA电流同时驱动这两种光发射元件时，获得的是轴向发光强度为2.35cd、CIE色度为(0.45，0.37)的白光。
(比较例1)
用常规的YAG-基荧光物质取代实施例1的绿色荧光物质和红光发射元件，制造出含蓝光发射元件和YAG-基荧光物质的常规LED器件，并用35mA电流驱动蓝光发射元件。利用被蓝光发射元件激发的YAG-基荧光物质产生的黄光和蓝光发射元件发出的蓝光，获得轴向发光强度为0.7cd、CIE色度为(0.32，0.31)的白光。该LED器件的发射光谱如图10所示。
(比较例2)
制造出包括蓝、红和绿光发射元件的常规LED器件。此处使用和实施例1相同的光发射元件作为蓝光和红光发射元件，使用峰值发射波长为525nm、电极采用P/N垂直相对排列方式的InGaN作为绿光发射元件。当只用35mA电流驱动蓝光发射元件时，所得蓝光的轴向发光强度为0.34cd，当只用35mA电流驱动红光发射元件13时，所得红光的轴向发光强度为1.1cd，而当只用35mA电流驱动绿光发射元件时，所得绿光的轴向发光强度为1.1cd。当这些光发射元件都用35mA电流驱动时，获得的是轴向发光强度为2.6cd、CIE色度为(0.32，0.28)的白光。该LED器件的发射光谱如图11所示。
(实施例2)
参照图2A和2B，使用峰值发射波长为405nm、电极采用P/N垂直相对排列方式的GaN作为紫外/紫光发射元件12。红光发射元件13、绿色荧光物质16、端电极21a、21b、23a和23b、导电粘合剂14、接合线15以及透光树脂18和实施例1使用的相同。采用和实施例1相似的步骤制造LED器件。
该LED器件中，当只用35mA电流驱动红光发射元件13时，所得红光的轴向发光强度为1.1cd，当只用35mA电流驱动蓝光发射元件11时，由于绿色荧光物质16发出的绿色荧光，获得的是轴向发光强度为1.1cd的蓝绿光，当只用35mA电流驱动紫外/紫光发射元件12时，获得的是来自绿色荧光物质16的轴向发光强度为2.0cd的绿光，而当这些光发射元件都用35mA电流驱动时，获得的是轴向发光强度为4.2cd、CIE色度为(0.40，0.46)的淡绿色白光。该LED器件的发射光谱如图12所示。
(实施例3)
采用和实施例2相似的方式制造LED器件，只是用SrAl2O4:Eu取代SrGa2S4:Eu作为绿色荧光物质16，并在每1g透光树脂中捏合0.1g的绿色荧光物质。
这种LED器件中，当只用35mA电流驱动红光发射元件13时，所得红光的轴向发光强度为1.1cd，当只用35mA电流驱动蓝光发射元件时，绿色荧光物质几乎不被激发，获得的是轴向发光强度为0.5cd的蓝光，当只用35mA电流驱动紫外/紫光发射元件12时，获得的是绿色荧光物质16发出的轴向发光强度为1.4cd的绿光，而当这些光发射元件都用35mA电流驱动时，获得的是轴向发光强度为3.0cd、CIE色度为(0.37，0.31)的白光。该LED器件的发射光谱如图13所示。
(实施例4)
使用蓝光发射元件(未示出)取代图2A和2B中的紫外/紫光发射元件12，制造出包括两个蓝光发射元件和一个红光发射元件以及绿色荧光物质的LED器件。在该实施例中，使用SrGa2S4:Eu作为绿色荧光物质。
这种LED器件中，当只用35mA电流驱动红光发射元件13时，所得红光的轴向发光强度为1.1cd，当只用35mA电流驱动蓝光发射元件11时，由于绿色荧光物质16发出绿色荧光，获得的是轴向发光强度为1.25cd的蓝绿光，而当这些光发射元件都用35mA电流驱动时，获得的是轴向发光强度为3.6cd、CIE色度为(0.38，0.39)的白光。该LED器件的发射光谱如图14所示。
(实施例5)
如图3A和3B所示，制造包括蓝光发射元件11、SrGa2S4:Eu绿色荧光物质16和SrCaS:Eu红色荧光物质17的LED器件。其制造方法和实施例1类似，区别在于只将蓝光发射元件11作为光发射元件固定在端电极21a上，并通过接合线15连接到端电极21b上，而将绿色荧光物质16以及红色荧光物质17一起捏合在透光树脂18中。此处，每1g透光树脂中捏合0.02g绿色荧光物质和0.03g红色荧光物质。该LED器件的发射光谱如图15所示。
将含三种光发射元件的器件进行对比。实施例2～4的LED器件的轴向发光强度分别为4.2cd、3.0cd和3.6cd，均高于比较例2中LED器件的发光强度2.6cd。比较各种LED器件的发射光谱可以发现：实施例2～4的LED器件发射光谱(图12～14)的绿色区域(500nm～580nm)宽于比较例2的LED器件(图11)，这意味着色彩复制特性得到了改善。这种改善是通过具有图1A和1B或者2A和2B结构的LED器件实现的，在这些LED器件中使用绿色荧光物质取代包括蓝、绿和红光发射元件的常规LED器件中的绿光发射元件。
至于含一种光发射元件的器件，与比较例1的LED器件的光发射光谱(图10)相比，实施例5的LED器件的光发射光谱(图15)包含了具有良好平衡关系的蓝光、绿光和红光，色彩复制特性更好，而且其光谱也和CCD的灵敏度特性或者LCD装置的色彩过滤器特性很匹配。这是通过具有图3A和3B所示结构的LED器件实现的，LED器件中使用绿色荧光物质和红色荧光物质取代了常规LED器件中的YAG-基荧光物质。
尽管已经对本发明进行了详细描述和说明，有一点应当很明确的，即这些描述和说明仅仅是说明和示例，对本发明没有限制作用，本发明的宗旨和范围只受后附权利要求的限制。