JP2007294890A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、光取り出し効率を低下させることなく、所望の発光色度を得られる発光装置を提供することを目的としている。
【解決手段】請求項１の発明は、基板14と；基板上に設けられた白色の絶縁層15と；絶縁層上に設けられた発光素子接続部を有する回路パターン層16と；絶縁層上に配設されるとともに回路パターン層の発光素子接続部に電気的に接続された発光素子13と；発光素子から放射された青色光により励起されて、黄色光ないし橙色光を発光する黄色系蛍光体を含有し、発光素子を覆うように配置された蛍光体含有樹脂層27と；発光素子から放射された青色光により励起されて赤色光を発光する赤色蛍光体を含有し、前記蛍光体含有樹脂層上に配設されたシート状蛍光体層30と；を具備している。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオードランプなどの発光装置に関する。

従来、発光ダイオード（ＬＥＤ）で白色発光を実現する代表的な方法は、青色発光のＬＥＤチップと黄色ないし橙色発光の蛍光体とを組合せるものが広く実用化されている。そして、この種のＬＥＤランプの構造としては、ＬＥＤチップを装備したカップ型のフレーム内に蛍光体を混合した透明樹脂を流し込み、これを固化させて蛍光体を含有する樹脂層を形成したものである（例えば、特許文献１参照）。このようなＬＥＤランプにおいては、黄色ないし橙色発光蛍光体に加えて赤色発光蛍光体を使用することで、演色性の向上はもとより発光効率の向上も期待されている。また、演色性を高めるために、窒化物系や硫化物系などの赤色発光蛍光体の開発も盛んに行われている。
特開２００１−１４８５１６公報

しかしながら、この種の発光装置は、高演色性や色温度、発光輝度など所望する発光特性に合わせて、１種類あるいは複数種類の蛍光体を調合して透明樹脂に混合するため、所望する色度に調整することが難しい。また、赤色発光の蛍光体は黄色発光を吸収する特性があることを考慮しなければならず、この点からも光度、色度等の光学特性の調整が難しいものである。すなわち、発光装置から光を取り出す効率が低下し、所望する色度が得られにくいものである。

本発明は、光取り出し効率を低下させることなく、所望の発光色度を得られる発光装置を提供することを目的としている。

請求項１の発明は、基板と；基板上に設けられた白色の絶縁層と；絶縁層上に設けられた発光素子接続部を有する回路パターン層と；絶縁層上に配設されるとともに回路パターン層の発光素子接続部に電気的に接続された発光素子と；発光素子から放射された青色光により励起されて、黄色光ないし橙色光を発光する黄色系蛍光体を含有し、発光素子を覆うように配置された蛍光体含有樹脂層と；発光素子から放射された青色光により励起されて赤色光を発光する赤色蛍光体を含有し、前記蛍光体含有樹脂層上に配設されたシート状蛍光体層と；を具備していることを特徴とする。

基板は、例えば、回路パターン層やリード端子のような配線部を有する基板である場合や、基板と基板上に設けられ外部に開口した凹部を形成する反射体を含んで構成されている場合もある。なお、反射体を使用せずに基板上に直接凹部を形成して、基板を作製するようにしてもよい。また、基板には、白色の絶縁層を設けていることで、放熱性に優れた金属材料やガラスエポキシ樹脂材料を用いることができる。なお、白色の絶縁層には、白色樹脂を用いることができる。

青色光を放射する発光素子は、放射した青色光により蛍光体を励起して可視光を発光させるものである。本発明において用いられる青色光を放射する発光素子としては、例えば青色発光タイプのＬＥＤチップなどが挙げられるが、これに限定されるものではない。

蛍光体含有樹脂層は、発光素子から放射された青色光により励起されて黄色光ないし橙色光（以下、黄色光という。）を発光する黄色ないし橙色発光蛍光体（以下、黄色系蛍光体という。）を、樹脂に混合して分散させた層であり、発光素子を覆うように塗布・充填される。樹脂としては、例えばエポキシ樹脂やシリコーン樹脂などを適用することができる。

シート状蛍光体層は、発光素子から放射された青色光により励起されて赤色光を発光する赤色蛍光体を保持するものであり、シリコーン樹脂のような樹脂に赤色蛍光体を混合・分散させた赤色蛍光体含有樹脂を、シート状に成形して形成される。シート状蛍光体層は、０．５〜１．０ｍｍ程度の厚みが好ましく、蛍光体含有樹脂層の上に配置されている。シート状蛍光体層の厚みが０．５ｍｍ未満であると十分な量の蛍光体を含有させることができず、１．０ｍｍを超えると光の透過率が低下し所望の光量を得られ難くなる。

請求項２の発明は、基板と；基板上に設けられた白色の絶縁層と；絶縁層上に設けられた発光素子接続部を有する回路パターン層と；基板の絶縁層および回路パターン層上に設けられるとともに発光素子配設位置に対応して基板の絶縁層および回路パターン層の発光素子接続部上に開口する収容部が設けられ、収容部内の周縁域に回路パターン層の発光素子接続部が位置するように構成された反射体と；収容部内の底面中心域で絶縁層上に配設されるとともに収容部内の周縁域に位置する回路パターン層の発光素子接続部に電気的に接続された発光素子と；発光素子から放射された青色光により励起されて、黄色光ないし橙色光を発光する黄色系蛍光体を含有し、発光素子を覆うように配置された蛍光体含有樹脂層と；発光素子から放射された青色光により励起されて赤色光を発光する赤色蛍光体を含有し、蛍光体含有樹脂層上に配設されたシート状蛍光体層と；を具備していることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２記載の発光装置において、収容部内の底面の表面積に対する発光素子接続部の表面積の割合が５０％以下であることを特徴とする。そして、収容部内の底面の表面積に対する発光素子接続部の表面積の割合が５０％より大きいと、発光素子から収容部の底面側へ向かう光を白色の底面で反射させる効率が低くなり、発光素子の光の取り出し効率の十分な向上が得られにくい。

請求項４の発明は、請求項１ないし３いずれか一記載の発光装置において、発光素子は透明接着剤によって絶縁層上に固定されていることを特徴とする。そして、透明接着剤には、透明なエポキシ樹脂やシリコーン樹脂などを用いることができる。

請求項５の発明は、請求項１ないし４いずれか一記載の発光装置において、波長４００〜７４０ｎｍ域において前記絶縁層の表面の反射率は８５％以上であることを特徴とする。波長４００〜７４０ｎｍ域において絶縁層の表面の反射率が８５％より小さいと、発光素子から基板側へ向かう光を絶縁層で反射させる効率が低く、発光素子の光の取り出し効率の十分な向上が得られない。なお、前記反射率は例えば全光線反射率である。

請求項６の発明は、請求項１ないし５いずれか一記載の発光装置において、前記絶縁層の厚みは、３０μｍから９０μｍの範囲であることを特徴とする。絶縁層の厚みが３０μｍより薄いと、絶縁層を光が透過し、反射率を低下するとともに、絶縁性能が低下してしまう。また、絶縁層の厚みが９０μｍより厚いと、絶縁層の熱抵抗が高くなり、放熱性が低下し、発光素子の寿命が短くなってしまう。好適には４０μｍから６０μｍの範囲である。

請求項１記載の発光装置によれば、発光素子からの青色光は白色の絶縁層により反射されるので、光取り出し効率を低下させることなく、さらに、赤色蛍光体を含有のシート状蛍光体層により、所望の発光色度を得ることができる。

請求項２記載の発光装置によれば、基板上に白色の絶縁層および回路パターン層を設け、これら絶縁層および回路パターン上に設けた反射体の収容部内の中心域で絶縁層上に発光素子を配設するとともに収容部内の周縁域に位置する回路パターン層の発光素子接続部に電気的に接続するため、白色の絶縁層の占める割合が増加し、発光素子から基板側へ向かう光を白色の絶縁層によって効率よく反射でき、発光素子の光の取り出し効率を向上できる。

請求項３記載の発光装置によれば、請求項２の発光装置の効果に加えて、収容部内の底面の表面積に対する発光素子接続部の表面積の割合が５０％以下することにより、発光素子の光の取り出し効率をより向上できる。

請求項４記載の発光装置によれば、請求項１ないし３記載の発光装置の効果に加えて、発光素子を透明接着剤によって絶縁層上に固定しているため、発光素子の表面側に加えて裏面側からも光を出射するタイプの発光素子の場合でも、発光素子の裏面側から出射する光を透明接着剤で透過させて白色の絶縁層により効率よく反射させることができ、発光素子の光の取り出し効率を向上できる。

請求項５記載の発光装置によれば、請求項１ないし４いずれか一記載の発光装置の効果に加えて、波長４００〜７４０ｎｍ域において絶縁層の表面の反射率は８５％以上であるため、発光素子から基板側へ向かう光を白色の絶縁層によって効率よく反射でき、発光素子の光の取り出し効率を向上できる。

請求項６記載の発光装置によれば、請求項１ないし5いずれか一記載の発光装置の効果に加えて、絶縁層の厚みを３０μｍから９０μｍの範囲とするため、反射率を確保しながら、放熱性を向上させることができる。

以下、本発明の一実施の形態を示す発光装置について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施の形態を示す発光装置の一部の拡大断面図、図２は、同上発光装置の一部を省略した拡大正面図、図３は、同上発光装置の発光素子および透明接着剤の断面図、図４は、同上発光装置の正面図、図５は、実施例１〜３で得られた発光装置の発光の色度をＣＩＥ色度図上に表した図である。

図において、発光装置11は、発光モジュール12を備え、この発光モジュール12が例えば照明器具の器具本体などの図示しない発光装置本体に対して着脱可能に取り付けられる。発光モジュール12には、複数の発光素子としてのチップ状の固体発光素子である発光ダイオード素子（発光ダイオードチップ）13がマトリクス状に配列されている。

発光ダイオード素子13は、サフャイヤ基板上に発光ピークが４５０〜４６０ｎｍの青色の光を発光する例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体が積層されており、その表面にはワイヤボンディングするための陰極側と陽極側の電極がそれぞれ設けられたいわゆるダブルワイヤタイプが用いられている。このタイプの発光ダイオード素子13は、表面側へ透光する光に対し、サフャイヤ基板を通じて裏面側へ透過する光が２倍程度ある特性を有している。

発光モジュール12は、放熱性および剛性を有するアルミニウム（Ａｌ）やニッケル（Ｎｉ）、ガラスエポキシ樹脂などの平板状の基板14、この基板14の一面に形成された白色の絶縁層15、この絶縁層15上に形成された回路パターン層16、これら絶縁層15および回路パターン層16上に一体に形成された反射体17を有している。

絶縁層15は、絶縁性を有する白色樹脂が用いられ、基板14の一面の全体を覆って形成されている。絶縁層15の表面の反射率は波長４００〜７４０ｎｍ域において８５％以上であることが好ましく、８５％より小さいと、発光ダイオード素子13から基板14側へ向かう光を絶縁層15で反射させる効率が低く、発光ダイオード素子13の光の取り出し効率の十分な向上が得られなくなる。ここで、発光装置に使用される白色の樹脂材料の全光線反射率を示すグラフを図６に示す。グラフの横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は全光線反射率（％）であり、実線は白色の樹脂材料の全光線反射率、点線は比較例としての銀の全光線反射率を示している。銀の場合には、波長４００〜７４０ｎｍの全域において８５％以上の全光線反射率を有する。これに対し、白色樹脂材料の場合には、波長４００ｎｍで３５％の全光線反射率であり、８５％以上となるのは波長４８０〜７４０ｎｍである。しかし、波長４００〜７４０ｎｍの全域において全光線反射率の平均は８５％以上となるため、光の取り出し効率の向上を十分に図れるものである。

また、絶縁層15を基板14上のほぼ全体に設けるため、絶縁層15を基板14上の必要な位置つまり反射体17の収容部19の位置にのみ正確に設ける場合よりも、製造性を向上できる。また、絶縁層15の厚みは３０μｍから９０μｍの範囲が好ましく、反射率を確保しながら、放熱性を向上させることができる。ここで、絶縁層15の厚みについて、３０μｍ、９０μｍ、１２０μｍの各厚みを例にとって説明する。図７には、絶縁層15が３０μｍ、９０μｍ、１２０μｍの各厚みの場合において、波長４６０ｎｍでの反射率と、波長５５０ｎｍでの反射率と、熱抵抗（℃／Ｗ）とを示す。絶縁層15の厚みが薄い方が反射率が低下し、一方、絶縁層15の厚みが厚い方が熱抵抗が高くなる特性がある。発光ダイオード素子13は、ジャンクション温度を１００℃で使用した場合の発光ダイオード素子13の寿命は４００００時間であるので、発光ダイオード素子13の寿命を長くするにはジャンクション温度を１００℃以下に抑えて使用するのが好ましい。

発光ダイオード素子13の１チップ当たりのＷ数が０．０６Ｗである場合、０．０６Ｗの電力の投入で点灯させた場合の温度上昇は、図８に示すように、絶縁層15の厚みが薄い方が熱抵抗が低いために温度上昇が低く、一方、絶縁層15の厚みが厚い方が熱抵抗が高くなるために温度上昇が高くなる。例えば５０００lmの光束が得られる発光ダイオード素子を光源とする密閉型照明器具では、器具内の雰囲気温度が６０℃〜７０℃になる。この温度に、上述した温度上昇分を足した値がジャンクション温度となるので、絶縁層15の厚みが１２０μｍではジャンクション温度が１００℃を超えてしまうため、ジャンクション温度を１００℃以下で使用するためには、絶縁層15の厚みは９０μｍ以下とする必要がある。一方、絶縁層15の厚みを薄くした場合、絶縁層15を光が透過してしまうために反射率が低下してしまう。図９に絶縁層15の厚みと発光ダイオード素子13の１チップ当たりの全光束（lm）との関係を示すように、全光束の低下は最大値である絶縁層15の厚みが１２０μｍの場合に対して１０％程度に抑えたいことから、絶縁層15の厚みは３０μｍ以上必要であると考えられる。したがって、絶縁層15の厚みは３０μｍから９０μｍの範囲が好ましく、反射率を確保しながら、放熱性を向上させることができる。

回路パターン層16には、発光素子配設位置である各発光ダイオード素子13の配設位置毎に、陰極側と陽極側の回路パターン（配線パターン）16a，16bが形成され、その回路パターン16a，16bの端部が発光ダイオード素子13を電気的に接続するための発光素子接続部としての接続部16a1，16b1として形成されている。回路パターン層16は、例えば、基板14の絶縁層15上にＣｕ層を形成し、回路パターン層16以外のＣｕ層の部分を除去した後、電界メッキによってＣｕ層上にＮｉ層およびＡｇ層を形成して構成されている。

反射体17は、例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）やＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＣ（ポリカーボネート）などの樹脂を基板14の一面に流し込んで一体に成形されている。各発光ダイオード素子13の配設位置毎に、各発光ダイオード素子13を収容する凹部である複数の収容部19が形成されている。各収容部19は、基板14に対して反対側へ向けて漸次拡開する円錐台状に形成されている。収容部19の周囲には、図示しないレンズを固定するレンズホルダ部20が同心状に形成されている。

各収容部19内の底面19aには、その収容部19の底面19aの中心域を含む大部分に白色の絶縁層15が臨み、収容部19の底部の周縁域に回路パターン16a，16bの接続部16a1，16b1が位置している。接続部16a1，16b1は、ワイヤボンディングを許容する範囲内で必要最小限の寸法とされ、この接続部16a1，16b1が収容部19内の中心域に配設される発光ダイオード素子13から離反した収容部19内の周辺近くに位置する。そして、収容部19内の底面19aの表面積に対する接続部16a1，16b1の表面積の割合は５０％以下であり、５０％より大きいと、発光ダイオード素子13から収容部19の底面19a側へ向かう光を白色の絶縁層15で反射させる効率が低くなり、発光ダイオード素子13の光の取り出し効率の十分な向上が得られなくなる。

各発光ダイオード素子13は、収容部19の底面19aの中心域で絶縁層15上に例えば透明なエポキシ樹脂やシリコーン樹脂などの透明接着剤21を用いて固定されている。固定作業では、収容部19の底面19aの中心域で絶縁層15上に透明接着剤21を塗布し、この透明接着剤21に発光ダイオード素子13を押し付ける。このとき、発光ダイオード素子13と絶縁層15との間から発光ダイオード素子13の周囲に透明接着剤21がはみ出し、発光ダイオード素子13の周囲に突出部22が形成されている。突出部22は発光ダイオード素子13の側面の下部側にもかかっており、透明接着剤21が凝固する際の収縮によって突出部22の表面が凹面となっている。

発光ダイオード素子13の表面の各電極と各回路パターン16a，16bの接続部16a1，16b1とは、ワイヤボンディングによるボンディングワイヤ23によって電気的に接続されている。各収容部19には、発光ダイオード素子13を被覆する被覆層25が形成されている。この被覆層25は、発光ダイオード素子13を被覆する拡散層26と、この拡散層26の上層で収容部19の開口側に配設される蛍光体含有樹脂層27との２層に形成されている。

拡散層26は、透光性を有するシリコーン樹脂やエポキシ樹脂などの熱硬化性透明樹脂にアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）やＴｉＯ_２、ＢａＳＯ_４、ＳｉＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３などの拡散剤を配合したもので、この拡散剤を配合した樹脂を、収容部19内の発光ダイオード素子13よりも高い位置まで充填し、熱硬化させることにより形成されている。拡散層26と蛍光体含有樹脂層27との接合面（境界面）28は、発光ダイオード素子13側（図１では下面側）へ凹面となる湾曲面に形成されている。

蛍光体含有樹脂層27は、透光性を有するシリコーン樹脂やエポキシ樹脂などの熱硬化性透明樹脂に発光ダイオード素子13からの青色発光を受光して黄色に蛍光発光する黄色蛍光体を主体として配合したもので、拡散層26の熱硬化形成後、蛍光体を配合した樹脂を収容部19内に充填し、熱硬化させることにより形成されている。蛍光体含有樹脂層27は、発光ダイオード素子13から放射された青色光により励起されて、黄色光ないし橙色光を発光する黄色系蛍光体を含有し、発光素子を覆うように配置されている。黄色系蛍光体は、例えば、ＲＥ_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ蛍光体（ＲＥは、Ｙ、ＧｄおよびＬａから選ばれる少なくとも1種を示す。）などのＹＡＧ蛍光体、ＡＥ_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ蛍光体（ＡＥは、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃａなどのアルカリ土類元素を示す。）などの珪酸塩蛍光体の中から選択される。このような黄色系蛍光体として、主波長が異なる２種類の蛍光体を使用することができる。

収容部19の開口部には、発光ダイオード素子13から放射された青色光により励起されて赤色光を発光する赤色蛍光体を含有し、蛍光体含有樹脂層27上に配設されたシート状蛍光体層30としての赤色蛍光体シート30がその上端面が開口部とほぼ面一になるように配置されている。この赤色蛍光体シート30は、シリコーン樹脂などの透明樹脂に赤色蛍光体を添加、混合した後、ドクターブレード法などにより厚さ０．５〜１．０ｍｍのシート状に成形し、１５０℃で１時間加熱して樹脂を硬化することにより形成される。なお、赤色蛍光体シート30の成形において、透明樹脂と蛍光体を混合する際に気泡が混入した場合には、真空脱泡して気泡を除去することが好ましい。

赤色蛍光体シート30中に含有される赤色蛍光体は、発光ダイオード素子13から放射される青色光により励起されて、主波長が５９０〜６４０ｎｍの赤色光を発光するものである。赤色蛍光体としては、Ｌａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ蛍光体のような酸硫化物蛍光体などが用いられる。さらに、上記したような蛍光体に代えて、組成に応じて種々の発光色が得られる窒化物系蛍光体（例えば、ＡＥ_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ）、酸窒化物系蛍光体（例えば、Ｙ_２Ｓｉ_３Ｏ_３Ｎ_４：Ｃｅ）、サイアロン系蛍光体（例えば、ＡＥ_ｘ（Ｓｉ，Ａｌ）_１２（Ｎ，Ｏ）_１６：Ｅｕ）などを適用してもよい。

また、発光装置11とレンズを組み合わせて照明装置を構成できる。次に、発光装置11の作用を説明する。各陰極側と陽極側の回路パターン16a，16b間に外部から所定の直流電圧が印加されると、各発光ダイオード素子13が青色発光する。この青色発光は、拡散層26により多方向へ拡散してから蛍光体含有樹脂層27内に入射し、ここで黄色蛍光体を多方向から励起して黄色に発光させる。そして、発光ダイオード素子13からの青色光と黄色蛍光体からの黄色光とが混色する。さらに、発光ダイオード素子13から放射された青色光の一部は、赤色蛍光体シート30中に含有された赤色蛍光体で、より長波長の光である赤色光に変換される。そして、発光ダイオード素子13から放射された青色光と黄色系蛍光体および赤色蛍光体の発光色に基づく色である白色光が、発光装置11から放出される。

このとき、赤色蛍光体シート30からの発光の主波長を変えることにより、発光の色度を変えることができ、色温度や発光輝度、演色性など所望の発光特性を容易に実現することができる。すなわち、赤色蛍光体シート30に含有される赤色蛍光体の主波長や配合量を調整することにより、発光色度が黒体放射の軌跡上に位置しかつ演色性の高い発光装置11を得ることができ、また希望の色温度を実現し、演色性よりも発光効率に優れた発光装置11を得ることも可能である。また、主波長の異なる各種の赤色蛍光体を種々の割合で含有する赤色蛍光体シート30を用意しておき、それらの赤色蛍光体シート30を適宜換えることで、発光の色度を調整することも可能である。

したがって、この発光装置11では、発光ダイオード素子13の微小な発光を拡散層26により多方向へ拡散し、多方向から蛍光体含有樹脂層27の黄色蛍光体を励起させて黄色に発光させ、かつこの黄色光と青色光とを混色させて白色光を発光させるので、白色光の色われを低減できる。また、発光ダイオード素子13から基板14側へ向かう光を白色の絶縁層15によって効率よく反射させることができるため、発光ダイオード素子13の光の取り出し効率を向上できる。特に、収容部19内の底面19aの表面積に対する接続部16a1，16b1の表面積の割合は５０％以下であること、および波長４００〜７４０ｎｍ域において絶縁層15の表面の反射率が８５％以上であることにより、発光ダイオード素子13から基板14側へ向かう光を白色の絶縁層15によって効率よく反射でき、発光ダイオード素子13の光の取り出し効率をより向上できる。

また、発光ダイオード素子13を透明接着剤21によって収容部19内の底面19aの中心域で白色の絶縁層15上に固定しているため、発光ダイオード素子13の裏面側から出射する光を透明接着剤21で透過させて白色の絶縁層15により効率よく反射させることができ、発光ダイオード素子13の光の取り出し効率を向上できる。しかも、発光ダイオード素子13の周囲に突出する透明接着剤21の突出部22から発光ダイオード素子13からの光が出射するので、正面からは発光ダイオード素子13に加えてその周囲の突出部22も光って見えて発光面積を増大させることができ、発光ダイオード素子13の光の取り出し効率を向上できる。

さらに、透明接着剤21の突出部22の表面は凹面であるため、突出部22の表面から出射する光が多方向に向かって広がり、発光ダイオード素子13の光の取り出し効率を向上できる。また、接続部16a1，16b1が収容部19内の中心域の発光ダイオード素子13から離反した収容部19内の周辺近くに位置するので、発光ダイオード素子13から白色の絶縁層15へ向かう光、および透明接着剤21を透過して白色の絶縁層15で反射する光を反射率の低い接続部16a1，16b1によって反射できなくなるのを低減でき、発光ダイオード素子13の光の取り出し効率を向上できる。

次に本発明に係る第２の実施形態を示すＬＥＤランプ（第１の実施形態の発光装置に相当する。）について説明する。本実施の形態では、一つの凹部内に発光素子をマトリックス状に複数配置してなる。図１０及び図１１中符号１はＬＥＤランプを示している。このＬＥＤランプ１は、複数の発光素子としてのＬＥＤチップ２と、回路パターン３と、基板４と、白色の絶縁層としての反射層５と、反射体としてのリフレクタ８と、蛍光体層としての蛍光体含有樹脂層９と、シート状蛍光体層１０、透光性接着層２１と、光拡散部材２２と、を備えて発光装置を形成している。なお、基板４とリフレクタ８が協同して凹部７を構成している。

基板４は、絶縁材例えば合成樹脂製の平板からなるとともに、ＬＥＤランプ１に必要とされる発光面積を得るために所定形状例えば長方形状をなしている。反射層５は、所定数のＬＥＤチップ２を配設し得る大きさであって、例えば基板４の表面全体に被着されている。反射層５は、４００ｎｍ〜７４０ｎｍの波長領域で８５％以上の反射率を有した白色の絶縁材で形成されている。反射層５をなす白色絶縁材は、例えば酸化アルミニウム等の白色粉末が混入された熱硬化性樹脂をシート基材に含浸させてなる。反射層５はそれ自体の接着性により基板４の表面となる一面に接着される。

回路パターン３は、各ＬＥＤチップ２への通電要素として、反射層５の基板４が接着された面とは反対側の面に接着されている。この回路パターン３は、例えば各ＬＥＤチップ２を直列に接続するために、図１０に示すように基板４及び反射層５の長手方向に所定間隔ごとに点在して２列形成されている。一方の回路パターン３列の一端側に位置された端側回路パターン３ａには給電パターン部３ｃが一体に連続して形成され、同様に他方の回路パターン３列の一端側に位置された端側回路パターン３ａには給電パターン部３ｄが一体に連続して形成されている。給電パターン部３ｃ，３ｄは反射層５の長手方向一端部に並べて設けられ、互いに離間して反射層５により絶縁されている。これらの給電パターン部３ｃ，３ｄの夫々に電源に至る図示しない電線が個別に半田付け等で接続されるようになっている。

各ＬＥＤチップ２は、例えば窒化物半導体を用いてなるダブルワイヤー型のＬＥＤチップからなり、反射膜を有しておらず、厚み方向の双方に光を放射できる。各ＬＥＤチップ２は、基板４の長手方向に隣接した回路パターン３間に夫々配置されて、白色の反射層５の同一面上に透光性接着層２１により接着されている。この接着により、回路パターン３及びＬＥＤチップ２は反射層５の同一面上で直線状に並べられるので、この並び方向に位置したＬＥＤチップ２の側面２ａ，２ｂと回路パターン３とは近接して対向するように設けられている。透光性接着層２１の厚みは５μｍ以下である。この透光性接着層２１には、例えば５μｍ以下の厚みで光透過率が７０％以上の透光性を有した接着剤、例えばシリコーン樹脂系の接着剤を好適に使用できる。

各ＬＥＤチップ２の電極とＬＥＤチップ２の両側に近接配置された回路パターン３とは、ワイヤボンディングにより設けられたボンディングワイヤ６で接続されている。更に、前記２列の回路パターン３列の他端側に位置された端側回路パターン同士も、ワイヤボンディングにより接続されている。したがって、本実施形態の場合、各ＬＥＤチップ２は直列に接続されている。

リフレクタ８は、一個一個又は数個のＬＥＤチップ２ごとに個別に設けられるものではなく、反射層５上の全てのＬＥＤチップ２を包囲する単一のものであり、枠、例えば図１０に示すように長方形の枠で形成されている。リフレクタ８は反射層５に接着止めされていて、その内部に複数のＬＥＤチップ２及び回路パターン３が収められているとともに、前記一対の給電パターン部３ｃ，３ｄはリフレクタ８の外部に位置されている。リフレクタ８は、例えば合成樹脂で成形されていて、その内周面は反射面となっている。リフレクタ８の反射面は、ＡｌやＮｉ等の反射率が高い金属材料を蒸着又はメッキして形成できる他、可視光の反射率の高い白色塗料を塗布して形成することができる。或いは、リフレクタ８の成形材料中に白色粉末を混入させてリフレクタ８自体を可視光の反射率が高い白色とすることもできる。前記白色粉末としては、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化マグネシウム、硫酸バリウム等の白色フィラーを用いることができる。なお、リフレクタ８の反射面はＬＥＤランプ１の照射方向に次第に開くように形成することが望ましい。

蛍光体含有樹脂層９は、透光性材料、例えば透明シリコーン樹脂や透明ガラス等からなる。蛍光体含有樹脂層９を形成するために用いる蛍光体粒子として上記したような平均粒径（Ｄ５０）が１５μｍ以上３０μｍ以下のものを用いると共に、液状透明樹脂として粘度が１Ｐａ・ｓ以上３Ｐａ・ｓ以下のものを用いる。蛍光体を含む液状透明樹脂は、反射層５表面及び一直線上に配列された各ＬＥＤチップ２及びボンディングワイヤ６等を満遍なく埋めてリフレクタ８内に固化される。反射層５表面とボンディングワイヤ６との間に流れ込んだ液状透明樹脂は毛細管現象等により各ＬＥＤチップ２及びボンディングワイヤ６に行き渡っているものと考えられる。なお、蛍光体含有樹脂層９を形成するために用いられる液状透明樹脂が２種以上の液状透明樹脂からなるものである場合には、これら２種以上の液状透明樹脂を混合した際の混合物の粘度が１Ｐａ・ｓ以上、３Ｐａ・ｓ以下であればよい。例えば、各ＬＥＤチップ２を青色ＬＥＤチップとした本実施形態では、これらの素子から発光された一次光（青色）を波長変換して異なる波長の二次光として黄色の光を出す蛍光体（図示しない）が、好ましい例として略均一に分散した状態に混入されている。

本実施形態の発光装置では、蛍光体含有樹脂層９は、白色の反射層５上の同一面上に並べて配列されたＬＥＤチップ２を満遍なく覆うことができるため、基板上の複数の凹部内に1個ずつ発光素子を配設したものと比較して発光装置１全体としての色温度の変化が抑制でき発光装置１を歩留まり良く製造することができる。また、各蛍光体の平均粒径（Ｄ５０）は１５μｍ以上３０μｍ以下であり、前記透明樹脂の硬化前の粘度は１Ｐａ・ｓ以上３Ｐａ・ｓ以下としているので、白色の反射層５上へ注入してから硬化させるまでの間に蛍光体粒子が沈降、堆積することを抑制でき、発光効率を低下させ、さらに均一に発光することができる。

シート状蛍光体層１０は、第２の実施形態の蛍光体含有樹脂層９の表面積が比較的広く、また、柔らかい性質を呈するのでゴミなどが付着しやすい状態にある。これをシート状蛍光体層１０で覆うことによりゴミなどの付着を防止するには、シート状蛍光体層１０の硬度を高くして硬くするのが望ましい。具体的にはシリコーンレジンやシリコーンゴムなどが好適である。

この組み合わせにより、ＬＥＤチップ２から放出された青色の光の一部が蛍光体に当たることなく蛍光体含有樹脂層９を透過する一方で、ＬＥＤチップ２から放出された青色の光が当たった各蛍光体が、青色の光を吸収し黄色光及び赤色光を発光して、この黄色光及び赤色光が蛍光体含有樹脂層９及びシート状蛍光体層１０を透過するので、これら補色関係にある二色及び赤色光の混合によってＬＥＤランプ１の平均演色評価数Ｒａを向上させた白色光を実現できる。

前記ＬＥＤランプ１と組み合わされる光拡散部材２２は平板状であってリフレクタ８の前方に配置されている。なお、リフレクタ８にその前方に突出する延長部を設けてそこに光拡散部材２２を支持してもよく、或いは、ＬＥＤランプ１を収めた図示しない照明器具本体に支持させてもよい。光拡散部材２２には、４００ｎｍ〜４８０ｎｍの青色の光の透過率と、５４０ｎｍ〜６５０ｎｍの黄色の光の透過率との差が１０％以内であって、可視光の透過率が９０％以上１００％未満の光拡散性能を有するものを好適に使用できる。こうした光拡散部材２２を用いることにより、前記青色の一次光と黄色の二次光とを光拡散部材２２で混色させて、光拡散部材２２を色むらが抑制された白色を得ることができる。

次に、本発明の実施例１〜３およびその評価結果について述べる。主波長が５４０ｎｍの第１の黄色蛍光体Ｙ1をシリコーン樹脂に対して後述する割合で配合したＹ1含有樹脂を、青色発光ＬＥＤチップを収容するカップ（凹部）内に塗布・充填してＹ1含有樹脂層を形成し、その上に赤色蛍光体シートを配置した。

赤色蛍光体シートは、主波長が６５０ｎｍの赤色蛍光体Ｒをシリコーン樹脂中に分散させ、ドクターブレード法により厚さ０．５ｍｍのシート状に成形し、１５０℃で１時間加熱して樹脂を硬化させることにより作製した。このとき、赤色蛍光体Ｒのシリコーン樹脂に対する配合割合を変えた。実施例１では、黄色蛍光体Ｙ1と赤色蛍光体Ｒの含有量を、Ｙ1含有樹脂層の総重量とＲ含有樹脂シート（赤色蛍光体シート）の総重量に対して、それぞれ５％、４％とした。また、実施例２では、黄色蛍光体Ｙ1と赤色蛍光体Ｒの含有量を、Ｙ1含有樹脂層の総重量と赤色蛍光体シートの総重量に対して、それぞれ５％、８％とした。さらに、実施例３では、黄色蛍光体Ｙ1と赤色蛍光体Ｒの含有量を、Ｙ1含有樹脂層の総重量と赤色蛍光体シートの総重量に対して、それぞれ５％、１２％とした。そして、これらの赤色蛍光体シートをそれぞれＹ1含有樹脂層の上に配置し、図１に示す発光装置11を作製した。

次いで、これらの発光装置11の発光の色度を測定した。実施例１では、図４に示すＣＩＥ（ｘ，ｙ）色度図において、点Ｅ1で表される色度となり、実施例２では点Ｅ2で表される色度、実施例３では点Ｅ3で表される色度となった。これらの点Ｅ1、点Ｅ2および点Ｅ3はいずれもほぼ黒体軌跡ａ上にあり、良好な色温度（例えば５０００Ｋ）の発光を示していた。なお、図５の色度図において、ｂ1は、Ｙ1含有樹脂層からの発光の色度を連ねた線形を示し、これは、ＬＥＤチップから発光される青色光の色度を表す点と、黄色蛍光体Ｙ1単体から発光される黄色光の色度を表す点とを結ぶ直線となる。またｃは、各波長の色度点を連ねたスペクトル軌跡を表す。

さらに、５９０〜６４０ｎｍの範囲で主波長が異なる赤色蛍光体を含む赤色蛍光体シートを使用して発光装置11を作製し、その発光の色度や演色性、発光効率などを測定したところ、赤色蛍光体シートを主波長が異なるものに換えることにより、発光特性（発光の色温度や発光輝度、演色性など）を変えることができることがわかった。すなわち、赤色蛍光体シートに含有される赤色蛍光体の主波長を変えることにより、色度が黒体放射の軌跡上に位置しかつ演色性の高い発光装置11を得ることができ、また希望の色温度を実現し、演色性よりも発光効率に優れた設計の発光装置11を得ることも可能である。

本発明の一実施の形態を示す発光装置の一部の拡大断面図。 同上発光装置の一部を省略した拡大正面図。 同上発光装置の発光素子および透明接着剤の断面図。 同上発光装置の正面図。 実施例１〜３で得られた発光装置の発光の色度をＣＩＥ色度図上に表した図。 同上発光装置に使用される白色の樹脂材料の全光線反射率を示すグラフ。 同上発光装置の絶縁層の各厚み毎の反射率および熱抵抗を示す表。 同上発光装置の絶縁層の各厚み毎の温度上昇を示す表。 同上発光装置の絶縁層の各厚み毎の全光束および比率を示す表。 本発明の発光装置をＬＥＤランプに適用した第２の実施形態の構成を示す平面図。 図１０に示すＬＥＤランプのＦ２−Ｆ２線断面図。

符号の説明

11…発光装置、13…発光素子としての発光ダイオード素子、14…基板、15…絶縁層、16…回路パターン層、16a1，16b1…発光素子接続部としての接続部、17…反射体、19…収容部、21…透明接着剤、22…突出部、27…蛍光体含有樹脂層、30…シート状蛍光体層。

Claims (6)

1. 基板と；
   基板上に設けられた白色の絶縁層と；
   絶縁層上に設けられた発光素子接続部を有する回路パターン層と；
   絶縁層上に配設されるとともに回路パターン層の発光素子接続部に電気的に接続された発光素子と；
   発光素子から放射された青色光により励起されて、黄色光ないし橙色光を発光する黄色系蛍光体を含有し、発光素子を覆うように配置された蛍光体含有樹脂層と；
   発光素子から放射された青色光により励起されて赤色光を発光する赤色蛍光体を含有し、前記蛍光体含有樹脂層上に配設されたシート状蛍光体層と；
   を具備していることを特徴とする発光装置。
2. 基板と；
   基板上に設けられた白色の絶縁層と；
   絶縁層上に設けられた発光素子接続部を有する回路パターン層と；
   基板の絶縁層および回路パターン層上に設けられるとともに発光素子配設位置に対応して基板の絶縁層および回路パターン層の発光素子接続部上に開口する収容部が設けられ、収容部内の周縁域に回路パターン層の発光素子接続部が位置するように構成された反射体と；
   収容部内の底面中心域で絶縁層上に配設されるとともに収容部内の周縁域に位置する回路パターン層の発光素子接続部に電気的に接続された発光素子と；
   発光素子から放射された青色光により励起されて、黄色光ないし橙色光を発光する黄色系蛍光体を含有し、発光素子を覆うように配置された蛍光体含有樹脂層と；
   発光素子から放射された青色光により励起されて赤色光を発光する赤色蛍光体を含有し、蛍光体含有樹脂層上に配設されたシート状蛍光体層と；
   を具備していることを特徴とする発光装置。
3. 収容部内の底面の表面積に対する発光素子接続部の表面積の割合が５０％以下であることを特徴とする請求項２記載の発光装置。
4. 発光素子は透明接着剤によって絶縁層上に固定されていることを特徴とする請求項１ないし３いずれか一記載の発光装置。
5. 波長４００〜７４０ｎｍ域において前記絶縁層の表面の反射率は８５％以上であることを特徴とする請求項１ないし４いずれか一記載の発光装置。
6. 前記絶縁層の厚みは、３０μｍから９０μｍの範囲であることを特徴とする請求項１ないし５いずれか一記載の発光装置。