JP2009094207A

JP2009094207A - 発光装置

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Publication number: JP2009094207A
Application number: JP2007262138A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Morioka; 達也森岡
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2007-10-05
Filing date: 2007-10-05
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2027-10-05
Also published as: JP5286585B2

Abstract

【課題】色度ばらつき、特に蛍光体の沈降に起因する色度ばらつきを抑制できる発光装置を提供する。
【解決手段】電極パターンが形成された基板と、基板上に実装され、電極パターンと電気的に接続された発光素子と、発光素子を覆うように形成された樹脂封止体とを備える発光装置であって、樹脂封止体が、発光素子を覆うように形成された第１の樹脂封止体と、その上に積層された第２の樹脂封止体とから構成され、第１の樹脂封止体および第２の樹脂封止体は同一種類の樹脂で形成され、かつ、第２の樹脂封止体が、第１の樹脂封止体よりも高い濃度で蛍光体を含有する、発光装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、電極パターンが形成された基板と、基板上に実装され、電極パターンと電気的に接続された発光素子と、発光素子を覆うように形成された樹脂封止体とを備える発光装置に関する。

半導体発光素子を用いた白色発光装置は、次世代の一般照明、液晶バックライトなどの電球、蛍光管、冷陰極管といった管球市場への応用が期待されている。近年、白色発光装置に用いられる青色発光ダイオード、蛍光体などの技術開発による個々の効率の向上に伴い、蛍光灯、冷陰極管などの発光効率を凌ぐものが商品化されつつある。しかしながら、これら白色発光装置は、未だ蛍光灯、冷陰極管などと比較すると色温度ばらつきは大きいため、蛍光灯、冷陰極管なみに色温度ばらつきを低減することが要求されている。

実際の発光装置の製造工程では、蛍光体が分散された封止樹脂を青色発光ダイオード上に塗布後、樹脂が完全に硬化するまでの間の時間経過が、この色温度ばらつきの原因の１つとなる。すなわち、塗布前半のものと、塗布後半のものとで、塗布時の状態が同じであっても、塗布後の経過時間が異なると、蛍光体の樹脂中への沈降の度合いが異なるために、色温度のばらつきが発生してしまう（たとえば、特開２００６−２６９７５７号公報（特許文献１）を参照。）。さらに、樹脂を硬化させる際の硬化温度（１００〜１５０℃）では樹脂の粘性は室温と比べて低下してしまうため、蛍光体の沈降が発生しやすくなってしまうことも、色温度のばらつきが発生してしまう要因となる。

このような色温度ばらつきを調整する方法の１つとして、発光素子の封止樹脂の上層部に透明樹脂部を形成し、その透明樹脂を研磨、または、透明樹脂を表面に塗布して、発光ダイオードからの青色光が蛍光体に到達する実効的な距離を変えることによって、樹脂内部で青色光が吸収される量を調整して、蛍光体が励起される青色光の光量を変えること、あるいは、青色光の樹脂内部での閉じ込め空間を調整する効果によって、色温度を調整する方法が提案されている（たとえば特開２００４−１８６４８８号公報（特許文献２）を参照。）。しかしながら、このような方法では、できあがり時の色温度ばらつきが大きい場合には、研磨または樹脂塗布工程のための色温度分布のグループ分けが多くなってしまい、工程が煩雑になるなどの問題があり、現実的な改善策とはなっていない。
特開２００６−２６９７５７号公報特開２００４−１８６４８８号公報

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、色温度ばらつき、特に蛍光体の沈降に起因する色温度ばらつきを抑制できる発光装置を提供することである。

本発明の発光装置は、配線パターンが形成された基板と、基板上に実装され、配線パターンと電気的に接続された発光素子と、発光素子を覆うように形成された樹脂封止体とを備える発光装置であって、樹脂封止体が、発光素子を覆うように形成された第１の樹脂封止体と、その上に積層された第２の樹脂封止体とから構成され、第１の樹脂封止体および第２の樹脂封止体は同一種類の樹脂で形成され、かつ、第２の樹脂封止体が、第１の樹脂封止体よりも高い濃度で蛍光体を含有することを特徴とする。

本発明の発光装置において、基板が酸化アルミニウム基板であり、発光素子が青色発光ダイオードであることが、好ましい。

本発明の発光装置は、第１の樹脂封止体が蛍光体を含まず、第２の樹脂封止体のみが蛍光体を含有するように実現されてもよい。

本発明の発光装置はまた、第１の樹脂封止体および第２の樹脂封止体の両方に蛍光体を含むように実現されてもよい。この場合、第１の樹脂封止体および第２の樹脂封止体が共に２種以上の蛍光体を含み、各樹脂封止体にそれぞれ含まれる各種の蛍光体同士の重量比率が等しくなるように構成されていてもよく、また、樹脂封止体が２種以上の蛍光体を含有し、少なくとも第１の樹脂封止体が、樹脂に対する蛍光体の沈降が他の蛍光体と比較して相対的に小さい蛍光体を含むように構成されていてもよい。

本発明の発光装置は、第１の樹脂封止体が、光散乱材となる微粒子を含むことが好ましい。

本発明の発光装置はまた、第１の樹脂封止体および第２の樹脂封止体の少なくともいずれかに、蛍光体の沈降を防止する微粒子を含むことが好ましい。この場合、微粒子は、樹脂封止体を形成する樹脂と同一の樹脂からなる微粒子であることがより好ましい。

本発明によれば、色温度ばらつきが低減できる発光装置を提供することができる。

図１は、本発明の好ましい第１の例の発光装置１を模式的に示す上面図であり、図２は、図１に示す発光装置１の樹脂封止体５ａ，５ｂを形成する前の状態を模式的に示す上面図である。また図３は、図１に示す発光装置１の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩからみた断面図である。本発明の発光装置１は、図１〜図３に示す例のように、配線パターン４が形成された基板２と、基板２上に実装され、配線パターン４に電気的に接続された発光素子３と、発光素子３を覆うように形成された樹脂封止体５を基本的に備える。本発明の発光装置１は、このような基本構成において、樹脂封止体５が、発光素子３を覆うように形成された第１の樹脂封止体５ａと、その上に積層された第２の樹脂封止体５ｂとから構成され、第１の樹脂封止体および第２の樹脂封止体が同一種類の樹脂で形成され、かつ、第２の樹脂封止体が、第１の樹脂封止体よりも高い濃度で蛍光体を含有するものであることを特徴とする。

本発明の発光装置１に用いられる基板２は、特に制限されるものではないが、熱膨張率が小さく、熱伝導性が高く、かつ光反射率が高い材料で形成されてなることが好ましい。このような基板の形成に好適に用いられる材料としては、たとえば酸化アルミニウム（アルミナ）、窒化アルミニウム、ボロンナイトライド、窒化ケイ素、酸化マグネシウム、フォルテライト、ステアタイト、低温焼結セラミックから選ばれるいずれか、または、これらの複合材料が挙げられる。上述した中でも、熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ程度の放熱性が良好で、かつ、可変光の波長に対して９０％程度の高反射率特性を有し、安価で加工しやすい酸化アルミニウムで形成された基板が好ましい。また、機械的な強度、熱伝導率が高い鉄などで形成された金属板にセラミック誘導体をコーティングした、所謂ホーロ基板、金属であるアルミニウム基板などを基板２として用いても勿論よい。

基板２の大きさおよび厚みは特に制限されないが、図１および図２には、放熱性と機械強度の観点から、２ｃｍ角程度の大きさで、かつ厚みが１〜３ｍｍ程度の基板２を用いた例を示している。また、図１および図２に示すように、発光装置１を灯具または放熱フィンなどにネジ止め固定するための取り付け穴６（たとえば直径３ｍｍ程度）が形成されてなることが好ましい。

本発明の発光装置１に用いられる発光素子３としては、当分野において通常用いられる発光素子を特に制限なく用いることができる。このような発光素子としては、たとえば、サファイヤ基板、ＺｎＯ（酸化亜鉛）基板、ＧａＮ基板、Ｓｉ基板、ＳｉＣ基板、スピネルなどの基板上に、ＧａＮ（窒化ガリウム）系化合物半導体、ＺｎＯ（酸化亜鉛）系化合物半導体などの材料を成長させた青色ＬＥＤ（発光ダイオード）チップ、ＩｎＧａＡｌＰ系化合物半導体チップ、ＡｌＧａＡｓ系化合物半導体ＬＥＤチップなどの半導体発光素子を挙げることができる。中でも、絶縁性基板に片面２電極構造を容易に作製でき、結晶性のよい窒化物半導体を量産性よく形成できることから、サファイヤ基板上に窒化ガリウム系化合物半導体を成長させた青色ＬＥＤを発光素子として用いることが好ましい。

図２の、発光素子３は、基板２上に形成された直線状の配線パターン４を挟んで、配線パターン４に沿って直線状に並ぶように複数個搭載されてなる例を示している。本発明の発光装置１における配線パターン４の数は、特に制限されるものではないが、アノード用配線パターン、カソード用配線パターンがそれぞれ１本ずつ必要であるため、少なくとも２本以上の配線パターンが必要であり、発光素子３（好適にはＧａＮ系の青色ＬＥＤ）の直列、並列の構成に応じて、適宜、選択される。図２には、発光素子３として、２４０μｍ×４８０μｍ角、厚み１００μｍ程度のサファイヤ基板上に形成された発光波長４６０ｎｍ帯のＧａＮ系の青色ＬＥＤ２０個が、５０μｍ厚の金−パラジウム合金、５００μｍ厚の金の積層構造で形成された３本の直線状の配線パターン４ａ，４ｂ，４ｃに沿って直線状に２列（１列に１０個ずつ）に並んで搭載された例が示されている。

図２および図３には、一方の面にプラス電極部およびマイナス電極部が形成された発光素子３が用いられ、このような発光素子３を、プラス電極部およびマイナス電極部が形成された面を上面として基板２上の配線パターン４の間に樹脂ペースト７（たとえばシリコーン系樹脂製の樹脂ペースト）を介して搭載され、配線パターン４と電気的に接続された例が示されている。なお、配線パターン４と発光素子３との電気的接続は、たとえば発光素子３のプラス電極部およびマイナス電極部をそれぞれ配線パターン４にボンディングワイヤＷをボンディングすることで実現される。図２および図３に示す例では、２列に並んで搭載された発光素子３のうち、一方の列の発光素子３のマイナス電極部と配線パターン４ａとボンディングワイヤＷによってワイヤボンドされ、この配線パターン４ａの終端部には発光装置用のマイナス電極パッド４ａ１が設けられており、他方の列の発光素子３のプラス電極部と配線パターン４ｂとがボンディングワイヤＷによってワイヤボンドされ、この配線パターン４ｂの終端部には発光装置用のプラス電極パッド４ｂ１が設けられている。また、配線パターン４ａと配線パターン４ｂとの間には、配線パターン４ｃが形成され、２列に並んで搭載された発光素子３のうち、一方の列の発光素子３のプラス電極部と、他方の列の発光素子３のマイナス電極部とが、配線パターン４ｃにボンディングワイヤＷを介して電気的に接続される。

ボンディングワイヤＷとしては、当分野において用いられている適宜の金属細線を特に制限されることなく用いることができる。このような金属細線としては、たとえば金線、アルミニウム線、銅線、白金線などが挙げられるが、中でも腐食が少なく、耐湿性、耐環境性、密着性、電気伝導性、熱伝導性、伸び率が良好であり、ボールができやすいことから、金線をボンディングワイヤＷとして用いることが好ましい。なお、ボンディングワイヤＷは、数１０μｍの径のものが好適に用いられ得る。

本発明の発光装置１においては、図３に示すように、発光素子３を覆うようにして形成された樹脂封止体５を備え、この樹脂封止体５が、発光素子３を含む第１の樹脂封止体５ａと第２の樹脂封止体５ｂとで構成される。本発明における第１の樹脂封止体５ａと第２の樹脂封止体５ｂとは、同一種類の樹脂で形成されることを特徴の１つとする。これによって、異なる種類の樹脂を用いて２層の樹脂封止体を形成した場合とは異なり、２層の樹脂界面で発生する界面反射による発光効率の低下を防止することができ、また、２層の樹脂の線膨張係数の違いによる樹脂剥離などの信頼性の問題を防止することができる。

本発明における第１の樹脂封止体５ａおよび第２の樹脂封止体５ｂを形成する樹脂材料としては、透光性を有する材料であれば特に制限されるものではなく、当分野において広く用いられた適宜の材料を用いて形成することができる。このような樹脂材料としては、たとえばシリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、ユリア系樹脂などの耐候性に優れた透光性樹脂材料が挙げられるが、耐候性の観点から、シリコーン系樹脂またはエポキシ系樹脂が好ましい。

本発明の発光装置１はまた、第２の樹脂封止体５ｂが、第１の樹脂封止体５ａよりも高い濃度で蛍光体を含有することも特徴とする。本発明の発光装置１において、発光素子３（好適には青色ＬＥＤ）より放射された光が、第２の樹脂封止体５ｂに散乱されるよう、第１の樹脂封止体５ａと第二の樹脂封止体５ｂとの蛍光体の濃度の比は、０．１５以上程度に設定されることが好ましい。

本発明の発光装置では、第２の樹脂封止体が、第１の樹脂封止体よりも高い濃度で蛍光体を含有するのであれば、図３に示す例のように第１の樹脂封止体５ａが蛍光体を含まず、第２の樹脂封止体５ｂのみが蛍光体８を含むように実現されていてもよい（図３に示す例）。第１の樹脂封止体５ａが蛍光体を含まず、第２の樹脂封止体５ｂのみが蛍光体８を含むように実現されることで、発光素子３（好適には青色ＬＥＤ）より放射された光の一部が第１の樹脂封止体中を伝播するため、効率は若干低下するが、色度のばらつきを抑制できる（蛍光体の樹脂に対する沈降の影響を最も低減できる）というような利点がある。

上述したような構造を備えることによって、色温度ばらつきが低減された発光装置が提供される。具体的には、本発明者らが、図１〜図３に示した発光装置１を具体的に作製したサンプルと、樹脂封止体を黄色蛍光体（２価のユーロピウムが賦活されている（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ）₂ＳｉＯ₄）のみを分散させたシリコーン系樹脂単層とした以外は同様の比較サンプルとをそれぞれ１００個ずつ作製し、通常用いられる色度計を用いて色温度のばらつきを測定したところ、サンプルでは５０１０Ｋ±７０Ｋであったのに対し、比較サンプルでは５０１５Ｋ±３００Ｋであった。なお、サンプルの全光束の平均値は１７０ｌｍであり、比較サンプルの全光束の平均値２００ｌｍと比べて若干低いものであった。

比較サンプルでみられたような色温度ばらつきは、樹脂封止体を作製するに際しての樹脂塗布時における蛍光体の沈降に起因するものと考えられ、本発明の発光装置では、この蛍光体の沈降を抑制することで、色温度ばらつきを低減できるものと考えられる。ここで、図４は、上述したように本発明の発光装置を具体的に作製した３個のサンプル（１）〜（３）と、黄色蛍光体のみを分散させたシリコーン系樹脂単層にて樹脂封止体を形成したこと以外は同様の３個の比較サンプル（１）〜（３）とについて、蛍光体が分散された樹脂塗布後の経時的な色温度変化を測定した結果を示すグラフであり、縦軸は色温度（Ｋ）、横軸は樹脂塗布後の経過時間（分）である。なお、サンプル（１）〜（３）については、樹脂塗布後の経過時間は、第２の樹脂封止体を形成する樹脂を塗布した後の経過時間を表している。図４から、樹脂塗布後の時間経過に伴って、サンプル、比較サンプル共に色温度は変化してしまうが、比較サンプルでは５時間後で初期値に対して色温度が６００Ｋ程度も変動してしまうのに対して、サンプルでは、初期値に対して１００Ｋ程度の色温度の変動に抑制できていることが分かる。

ここで、図５（ａ）は、比較サンプルでの樹脂塗布直後における発光素子１００近傍の蛍光体の沈降状態を模式的に示す図であり、図５（ｂ）は比較サンプルでの樹脂塗布後一定時間経過後における発光素子１００近傍での蛍光体の沈降状態を模式的に示す図である。これに対し、図６（ａ）は、サンプルでの樹脂塗布直後における発光素子３近傍の蛍光体８の沈降状態を模式的に示す図であり、図６（ｂ）はサンプルでの樹脂塗布後一定時間経過後における発光素子３近傍での蛍光体８の沈降状態を模式的に示す図である。なお、図６（ａ），（ｂ）には、図３に示した例のように、第１の樹脂封止体５ａが蛍光体を含有せず、第２の樹脂封止体５ｂのみが蛍光体８を含有することによって、第２の樹脂封止体５ｂが、第１の樹脂封止体５ａよりも高い濃度で蛍光体を含有するように実現された例を示している。なお、図５（ａ）、図５（ｂ）、図６（ａ）、図６（ｂ）において、実効的に、青色光を吸収し得る可能性のある蛍光体（図５では蛍光体１０１、図６では蛍光体８）を白抜きの○で、青色光を吸収し得ない蛍光体（図５における蛍光体１０２）を斜線で塗った○で示している。

図５（ａ），（ｂ）に示すように、比較サンプルでは、発光素子（青色ＬＥＤ）１００、特に発光素子の発光領域１００ａ近傍の蛍光体が、樹脂塗布後の時間経過につれて、沈降により濃度が低くなってしまう。この結果として、発光素子１００から発せられた青色光１０３が吸収され得る実効的な蛍光体１０１の数が減ってしまうことに起因する。実験結果からも、図４における色温度の変化は、時間が経過するにつれ色温度が高い方にシフトしている（蛍光体の発光部である黄色と発光ダイオードの発光色の混色で白色を得ているため、青色の光が外部に多くでると、色温度が高い方にシフトする。）。このようなメカニズムによって、比較サンプルでは、蛍光体が沈降し、発光装置全体の経時的な色温度変動が発生してしまうと考えられる。

これに対し、本発明の発光装置を具体的に作製したサンプルでは、図６（ａ），（ｂ）に示すように、第２の樹脂封止体５ｂ中の蛍光体８の沈降の発生に関わらず、発光素子（青色ＬＥＤ）から発せられた青色光９に対する、実効的な蛍光体の数は変化しにくい。これによって、経時的な色温度変動が抑制されるため、色温度ばらつきが低減された発光装置が実現できることが分かる。

本発明の発光装置１において、第１の樹脂封止体５ａの厚みは、発光素子３の周りを覆い得るのであれば特に制限されないが、１５０〜２５０μｍの範囲内が好ましい。第１の樹脂封止体５ａの厚みが１５０μｍ未満である場合には、一般に用いられる発光素子３（好適には青色ＬＥＤ）の厚みより第１の樹脂封止体５ａの厚みが薄くなってしまい、本発明の効果が低減してしまう傾向にあるためであり、また、２５０μｍを超える場合には、第１および第２の樹脂封止体の全体の厚みが厚くなり、発光装置１の温度変化による樹脂剥れが発生しやすくなる傾向にあるためである。図３には、第１の樹脂封止体５ａの厚みを２００μｍとした例が示されている。

また本発明の発光装置１において、第２の樹脂封止体５ｂの厚みについても特に制限されるものではないが、２００〜３５０μｍの範囲内が好ましい。第２の樹脂封止体５ｂの厚みが２００μｍ未満である場合には、第１の樹脂封止体５ａ上に均一に塗布することが困難となりやすくなる傾向にあるためであり、また、３５０μｍを超える場合には、第２の樹脂封止体５ｂが剥離してしまう虞があるためである。なお、樹脂封止体５全体の剥離を防止する観点からは、第１の樹脂封止体５ａおよび第２の樹脂封止体５ｂの全厚みが０．６μｍ以下であることが好ましい。

本発明の発光装置１に用いられる蛍光体８としては、たとえばＣｅ：ＹＡＧ（セリウム賦活イットリウム・アルミニウム・ガーネット）蛍光体、Ｅｕ：ＢＯＳＥ（ユーロピウム賦活バリウム・ストロンチウム・オルソシリケート）蛍光体、Ｅｕ：ＳＯＳＥ（ユーロピウム賦活ストロンチウム・バリウム・オルソシリケート）蛍光体、ユーロピウム賦活αサイアロン蛍光体などを好適に用いることができるが、これらに制限されるものではない。また、蛍光体８の量（濃度）も第１の樹脂封止体５ａよりも第２の樹脂封止体５ｂの方が多くなるように含有されているのであれば、所望の色温度に応じて適宜選択することができる。たとえば、図３に示す例のように第２の樹脂封止体５ｂのみに蛍光体８を含有させる場合、蛍光体８としてピーク波長５６０ｎｍの黄色を発光するＥｕ：ＳＯＳＥ（ユーロピウム賦活ストロンチウム・バリウム・オルソシリケート）蛍光体（２価のユーロピウムが賦活された（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ）₂ＳｉＯ₄蛍光体）を、発光装置の色温度が５０００Ｋとなるような含有量を選択する場合が例示される。

図７は、本発明の好ましい第２の例の発光装置２１を模式的に示す断面図である。図７に示す例の発光装置２１は、第２の樹脂封止体５ｂに蛍光体２２が含有され、さらに第１の樹脂封止体５ａにも蛍光体２３が含有されていること以外は図３に示した例の発光装置１と同様であり、同様の構成を有する部分については同一の参照符を付して説明を省略する。本発明の発光装置は、第２の樹脂封止体が、第１の樹脂封止体よりも高い濃度で蛍光体を含有するように構成されているのであれば、図７に示す例のように第１の樹脂封止体５ａ、第２の樹脂封止体５ｂの両方に蛍光体２３，２２が含有されていてもよい。

このように第１の樹脂封止体、第２の樹脂封止体が両方に蛍光体を含むように実現される場合、たとえば蛍光体２３，２２として同じ種類の蛍光体（たとえば２価のユーロピウムで賦活された（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ）₂ＳｉＯ₄蛍光体）についての所望の色温度となるような含有量のうち、たとえばその２０％程度を第１の樹脂封止体５ａに、その８０％程度を第２の樹脂封止体５ｂに含有させるようにして、第２の樹脂封止体５ｂに含有される蛍光体２２の量が第１の樹脂封止体５ａに含有される蛍光体２３よりも多くなるようにする。このようにすることで、第１の樹脂封止体５ａ、第２の樹脂封止体５ｂの両方に蛍光体２２，２３２３，２２を含有させつつ、所望の色温度に調整された発光装置２１を実現することができる。

図７に示すような発光装置２１でも、上述したように蛍光体の沈降による色温度のばらつきを抑えることができる。また、図７に示すような発光装置２１では、発光素子３（青色ＬＥＤ）から発せられた青色光は、第１の樹脂封止体５ａに含有される少量の蛍光体２３によって黄色光に変換されるか、または青色光として散乱される。この散乱された青色光は、第２の樹脂封止体５ｂに含有される蛍光体２２によって黄色光に変換されるか、または青色光として発光装置から出る。第１の樹脂封止体５ａ中で蛍光体２３によって黄色に変換された光も、第１の樹脂封止体に含まれる他の蛍光体２３で散乱され、第２の樹脂封止体５ｂを透過し、発光装置２１から出る。よって、第１の樹脂封止体５ａ中を伝播した青色光が、発光装置の端部からそのまま外部に直接放出されるのを防ぐことができる。また、図７に示したように第１の樹脂封止体５ａ、第２の樹脂封止体５ｂの両方に蛍光体２３，２２を含有する構成とすることで、図３に示した例の発光装置１の全光束がたとえば１７０ｌｍ程度であるのに対し、全光束が２００ｌｍ程度の発光装置２１を実現することができる。

また図８は、本発明の好ましい第３の例の発光装置３１を模式的に示す断面図である。図８に示す例の発光装置３１は、第２の樹脂封止体５ｂに２種類の蛍光体３２，３３が含有され、また第１の樹脂封止体５ａにも２種類の蛍光体３４，３５が含有されていること以外は図３に示した例の発光装置１と同様であり、同様の構成を有する部分については同一の参照符を付して説明を省略する。上述してきたような発光素子である青色ＬＥＤと１種類の蛍光体との組み合わせでは、発光装置の演色性を高くしたり、電球色などの様々な色合いの発光色を得るのは困難であり、このような発光装置を実現するためには、青色ＬＥＤと２種類以上の蛍光体とを組み合わせる必要がある。このように２種類以上の蛍光体を用いる場合、第１の樹脂封止体および第２の樹脂封止体が共に２種以上の蛍光体を含み、各樹脂封止体にそれぞれ含まれる各種の蛍光体同士の重量比率が等くなるように構成されることが、好ましい。

蛍光体の組み合わせの一例として、たとえばピーク波長５６０ｎｍの黄色を発光する黄色蛍光体（たとえば２価のユーロピウムが賦活された（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ）₂ＳｉＯ₄蛍光体）３２，３４と、ピーク波長６４０ｎｍの赤色を発光する赤色蛍光体（たとえば２価のユーロピウムが賦活された（Ｍ２_1-bＥｕ_b）Ｍ３ＳｉＮ₃蛍光体（式中、Ｍ２はＭｇ、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選ばれる少なくとも１種の元素を示し、Ｍ３はＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、ＧｄおよびＬｕから選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ｂは０．００１≦ｂ≦０．０５を満足する数である））３３，３５との組み合わせが挙げられるが、これらの限定されるものでは勿論ない。この際、第１の樹脂封止体５ａに含有される黄色蛍光体３４と第２の樹脂封止体５ｂに含有される黄色蛍光体３２との重量比率が、第１の樹脂封止体５ａに含有される赤色蛍光体３５と第２の樹脂封止体５ｂに含有される赤色蛍光体３３との重量比率が等しくなるように構成する（たとえば、第１の樹脂封止体５ａに含有される各蛍光体の重量比率が所望とされる色温度を得るのに必要な各蛍光体量の３０％程度、第２の樹脂封止体５ｂに含有される各蛍光体の重量比率が所望とされる色温度を得るのに必要な各蛍光体量の７０％程度）。すなわち、第１の樹脂封止体５ａ、第２の樹脂封止体５ｂのそれぞれに対して２種類の蛍光体同士の重量比率を一定にしておき、かつ、第２の樹脂封止体５ｂが第１の樹脂封止体５ａよりも高い濃度で各種の蛍光体を含有するように調整する。

図８に示すような構成によって、たとえば演色性が８５で、色温度のばらつき３０１０Ｋ±８０Ｋ、全光束が１２０ｌｍの電球色の発光装置３１を実現することができる。なお、全光束が図７に示した例の発光装置２１の場合と比較して低いものとなっているが、これは、発光素子と各蛍光体間で生じるストークス損失（発光素子の発光波長が４６０ｎｍで、蛍光体のピーク波長が６５０ｎｍとすると、発光素子の１つの光子が蛍光体で１つの電子に変換後、１つの光子に変換されるときに生じるエネルギー損失のことで、１−４６０／６５０がこの損失に相当。発光素子の波長間隔が大きいもの、たとえば赤色などの蛍光体を用いた場合には、この損失は大きくなる）に起因するものであると考えられる。

また、図９は、本発明の好ましい第４の例の発光装置４１を模式的に示す断面図である。図９に示す例の発光装置４１は、一部を除いては図３に示した例の発光装置１と同様であり、同様の構成を有する部分については同一の参照符を付して説明を省略する。本発明の発光装置は、第１の樹脂封止体、第２の樹脂封止体に共に蛍光体が含有される場合、樹脂封止体が２種以上の蛍光体を含有し（図９に示す例では、第１の樹脂封止体５ａが１種類の蛍光体４４、第２の樹脂封止体５ｂが２種類の蛍光体４２，４３を含有）、少なくとも第１の樹脂封止体が、樹脂に対する蛍光体の沈降が他の蛍光体と比較して相対的に小さい蛍光体を含むように実現されてもよい。

このような構成の発光装置を実現する場合、まず、発光装置に使用する全ての蛍光体の封止樹脂に対する沈降の程度を個別に確認する。この沈降の程度を確認する方法としては、封止樹脂中に蛍光体をそれぞれ個別に分散させて、適当な時間経過後に樹脂を硬化させ、硬化後の樹脂断面の蛍光体の濃度分布を見ることによって判別することができる。このような手法を用いて、たとえば上述した黄色蛍光体（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ）₂ＳｉＯ₄と赤色蛍光体（Ｍ２_1-bＥｕ_b）Ｍ３ＳｉＮ₃それぞれについて試験を行った結果、黄色蛍光体（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ）₂ＳｉＯ₄の方が、使用される封止樹脂に対して沈降しやすいことが分かった。なお、この蛍光体の樹脂中への沈降の程度（沈降速度）は、蛍光体の密度、粒子径によって決まってしまう。しかしながら、蛍光体の密度は蛍光体の母材で概ね決まってしまうし、粒子径は発光効率の兼ね合いによって任意に設定することは一般的には困難である。

図９に示す例の発光装置４１は、上述した試験結果に基づき、第１の樹脂封止体５ａには、たとえば赤色蛍光体４４として（Ｍ２_1-bＥｕ_b）Ｍ３ＳｉＮ₃蛍光体を、必要な色温度に対して赤色蛍光体が必要とされる全体量の２０％程度のみを分散させる。この第１の樹脂封止体５ａの構成によっても、発光装置の側面部からの青色光の外部への放射を防ぐことができるため、発光効率の低下を抑制できる。さらに、樹脂に対して沈降しにくい蛍光体のみを使用しているため、第１の樹脂封止体５ａに起因した色温度のばらつきも生じにくい。そして、第２の樹脂封止体５ｂには、色温度を所望の値にする量である黄色蛍光体４３として（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ）₂ＳｉＯ₄と、赤色蛍光体４２として（Ｍ２_1-bＥｕ_b）Ｍ３ＳｉＮ₃蛍光体を、必要な色温度に対して赤色蛍光体が必要とされる全体量の８０％程度を分散させる。このような構成によっても発光素子３近傍における蛍光体の樹脂に対する沈降による影響を低減することができ、たとえば色温度のばらつきが３０１０Ｋ±５０Ｋで、全光束が１６０ｌｍの発光装置４１を実現することができる。

図１０は、本発明の好ましい第５の例の発光装置５１を模式的に示す断面図である。図１０に示す例の発光装置５１は、一部を除いては図３に示した例の発光装置１と同様であり、同様の構成を有する部分については同一の参照符を付して説明を省略する。図１０に示す例の本発明の発光装置５１は、第１の樹脂封止体５ａ、第２の樹脂封止体５ｂが共に蛍光体５３，５２を含有し、さらに、第１の樹脂封止体５ａが光散乱材となる微粒子５４を含有する。このような構成によって、蛍光体の樹脂に対する沈降に起因する色温度のばらつきを抑制することもできるとともに、光散乱材となる微粒子５４を含む第１の樹脂封止体５ａにより発光装置の側面部からの青色光の放射を防ぐことができ、発光効率の低下を抑制することができる。

蛍光体５３，５２としては、たとえば、黄色蛍光体（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ）₂ＳｉＯ₄が用いられ、第１の樹脂封止体５ａ中には色温度を所望の値にする量の１０％程度の蛍光体５３が含有され、第２の樹脂封止体５ｂ中には色温度を所望の値にする量の９０％程度の蛍光体５２が含有される場合が例示されるが、これに限定されるものではない。たとえば第２の樹脂封止体中のみが蛍光体を含有し、第１の樹脂封止体が光拡散材となる微粒子のみを含有する（蛍光体を含有しない）ように構成された場合であっても同様の効果を得ることができる。

光散乱材となる微粒子５４としては、特に限定されず、チタン酸バリウム、硫酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、軽質炭酸カルシウムなどの微粒子を用いることができる。またこの微粒子５４の粒子径は０．１〜１．０μｍの範囲内であることが好ましく、上記粒子径を有する微粒子５４を用いることによって発光素子からの青色光および第１の樹脂封止体５ａに含まれる蛍光体５３からの黄色光を良好に乱反射させることができる。光散乱材となる微粒子５４の含有量は、特に制限されないが、光散乱の機能が発揮され、かつ、光散乱材を入れすぎると、粘度が高くなって、均一な厚みの樹脂封止体を得にくくなる観点から、２０〜５０重量％の範囲内であることが好ましい。

図１１は、本発明の好ましい第６の例の発光装置６１を模式的に示す断面図である。図１１に示す例の発光装置６１は、一部を除いては図３に示した例の発光装置１と同様であり、同様の構成を有する部分については同一の参照符を付して説明を省略する。図１１に示す例の発光装置６１は、第１の樹脂封止体５ａ中には図１０に示した例の発光装置５１と同様の光散乱材となる微粒子５４（たとえばシリカ粒子）のみが含有されており（蛍光体は含有されていない）、また、第２の樹脂封止体５ｂ中には蛍光体６２（たとえば発光装置の色温度を所望の値とする量の黄色蛍光体（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ）₂ＳｉＯ₄）と、蛍光体の沈降を防止する沈降防止材として作用する微粒子６３とを含有する。このように第１の樹脂封止体および第２の樹脂封止体の少なくともいずれかに、蛍光体の沈降を防止する微粒子を含むことで、蛍光体が樹脂中に沈降して、発光素子から発せられた青色光の吸収状態が変わることによって生じる色温度のばらつきをさらに抑制することができる。

この沈降防止材として作用する微粒子６３としては、たとえば、酸化ポリエチレン、酸化ポリエチレンアマイド、脂肪酸アマイド、ポリエーテル・エステル型界面活性剤、硫酸エステル型アニオン系界面活性剤などの有機化合物系の微粒子が使用可能である。また、サブＷクラス級以上の大きな発熱量を伴うような発光装置の場合には、上述した有機化学系のものは耐熱性、耐光性の点で不安があるため、シリカなどの無機化合物系の微粒子が使用される。なお、このような沈降防止材のみで蛍光体の沈降を抑制することも原理的に可能であるものの、十分な沈降防止の効果を実現するためには、樹脂中に大量の沈降防止材を入れなければならない。しかしながら、このような沈降防止材は、溶解性に乏しいため樹脂中に均一に分散しにくく、さらには、透光性が余りよくないため、全光束の低下を引き起こしてしまう。このため、このような沈降防止材として作用する微粒子を用いる場合には、補助的な使用が好ましい。

また本発明の発光装置では、上述した沈降防止材として作用する微粒子６３として、樹脂封止体を形成する樹脂と同一の樹脂からなる微粒子を用いることが好ましい。樹脂封止体を形成する樹脂と同一の樹脂からなる微粒子を用いることで、樹脂中での蛍光体の沈降が抑制できる沈降防止材としての機能とともに、封止樹脂と同一の樹脂であることにより、分散量に関わらず透明性が損なわれることなく、全光束の低下が生じないという効果が奏される。

樹脂封止体を形成する樹脂と同一の樹脂からなる微粒子は、封止樹脂と用いる樹脂塊を、ロッドミル、ボールミル、ジェットミル、カッターミルなどの粉砕機を用いて粉砕することで作製することができる。さらに、耐候性、高温特性が良好な封止樹脂は、一般的に、硬度が非常に低いが、このような樹脂においても、液体窒素温度で樹脂を冷やして粉砕を行うことによって（脆化点以下に冷却することで、衝撃に対して著しくもろく、粉砕が容易になる性質を利用）、常温にて粉砕する場合と比して、さらに粒子径が小さい、沈降防止材として好適なものを得ることができる。たとえば、液体窒素温度の低温粉砕を行うことで、シリコーン系樹脂の場合には、ｄ９０の粒子径で１００μｍ程度の微粒子を得ることができる。なお、このような樹脂封止体を形成する樹脂と同一の樹脂からなる微粒子を作製する比較的容易な方法としては、上述した粉砕による手法が１つであるが、それ以外に、化学的な合成手法、樹脂原料をノズルより高温空気中に噴射して、落下時に熱硬化させるような、所謂、スプレードライ法のような手法を用いることによって作製することも可能である。

沈降防止材として作用する微粒子６３の含有量としては、特に制限されないが、含有量を増やすことにより粘度が向上するため、樹脂封止体の膜厚の均一性を保つためには、５〜２０重量％の範囲内であることが好ましい。なお、図１１には、第２の樹脂封止体５ｂにのみ沈降防止材として作用する微粒子６３を含有させた場合を示しているが、第１の樹脂封止体のみに蛍光体とこの沈降防止材として作用する微粒子を含有させてもよいし、第１の樹脂封止体、第２の樹脂封止体の両方に、蛍光体とこの沈降防止材として作用する微粒子を含有させるようにしてもよい。

上述してきた様々な構造の本発明の発光装置において、電極構造、配線パターン、発光素子などのレイアウト、個数、直並列などは、上述した例に限定されるものではなく、様々なものを採り得ることができる。また、発光素子として、ＧａＮ、Ｓｉなどの導電性基板が用いられ、素子裏面と素子表面にプラス電極、マイナス電極が設けられているものを用いても勿論よい。この場合、配線パターン上に、Ａｇペーストなどの伝導ペーストを用いて実装する形態も採り得る。また、発光素子の波長も青色に限ることなく、４００ｎｍ帯の近紫外領域などの波長のものを使用することもできる。さらに、使用される蛍光体の発光色も、発光素子の光を吸収でき得るものであれば、他の色の蛍光体、たとえば発光色として赤色、緑色の単色のものを使用することも可能である。

また、本発明の発光装置の製造方法についても特に制限されることなく、当分野において広く知られている従来公知の方法を適宜組み合わせて製造することが可能である。なお、本発明の発光装置において特徴的な構造である第１の樹脂封止体および第２の樹脂封止体は、たとえば以下のようにして作製することが好ましい。

まず、配線パターンが形成され、該配線パターンと電気的に接続された発光素子（たとえば青色ＬＥＤ）が実装された基板（たとえばアルミナ基板）上に、発光素子を覆うように樹脂封止体が形成される部分に、塗布すべき樹脂形状となる穴部が設けられているフッ素樹脂（たとえばＰＴＦＥ）製のシートを接着シートなどを用いて貼り付ける。次に、ディスペンサー装置によって、この穴部に所望の厚み（たとえば０．２ｍｍ）となるような量の樹脂（たとえばシリコーン系樹脂）を塗布する。この樹脂には、必要に応じて、蛍光体、光散乱材となる微粒子、沈降防止材となる微粒子などを適宜分散させる。そして、樹脂塗布後、樹脂がシート内部で略均一になじんだ後に、オーブンにて予備硬化１００℃１時間、本硬化１５０℃４時間程度行う。この硬化した樹脂が、第１の樹脂封止体となる。

次に、樹脂硬化後、オーブンから取り出した発光装置を室温程度にまで冷却した後、第１の樹脂封止体の形成に用いたのと同一の種類の樹脂（たとえばシリコーン系樹脂）を、第１の樹脂封止体上に塗布する。この樹脂には、蛍光体が分散され、必要に応じて、沈降防止材となる微粒子などが分散される。樹脂塗布時には、蛍光体が沈降しにくいように樹脂を攪拌しながら、ディスペンサー装置によって塗布する方が好ましい。樹脂塗布後、第１の樹脂封止体の形成の際と同様の硬化条件によって、塗布した樹脂を硬化させ、第２の樹脂封体とする。硬化後、樹脂が剥離しないように、フッ素樹脂製のシートを基板上から剥がすことで、第１の樹脂封止体と第２の樹脂封止体の積層構造を実現できる。

なお、図７〜図１０にそれぞれ示したように第１の樹脂封止体、第２の樹脂封止体に共に蛍光体を含有させる場合には、個々の発光装置に対し、第１の樹脂封止体を形成するための樹脂を塗布、硬化した後に、色温度を測定し、第１の樹脂封止体の所望の色温度の設定値に対するずれ量に応じて、第２の樹脂封止体を形成するための樹脂に対する蛍光体の分散量を微調整することが、好ましい。このようにすることで、色温度ずれが生じ易い第１の樹脂封止体の色温度の影響を補正できるため、所望の色温度の設定値に対する中心値の補正を行うことができる。

本発明の好ましい一例の発光装置１を模式的に示す上面図である。図１に示す発光装置１の樹脂封止体５ａ，５ｂを形成する前の状態を模式的に示す上面図である。図１に示す発光装置１の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩからみた断面図である。本発明の発光装置を具体的に作製した３個のサンプル（１）〜（３）と、樹脂封止体を黄色蛍光体のみを分散させたシリコーン系樹脂単層とした以外は同様の３個の比較サンプル（１）〜（３）とについて、蛍光体が分散された樹脂塗布後の経時的な色温度変化を測定した結果を示すグラフであり、縦軸は色温度（Ｋ）、横軸は樹脂塗布後の経過時間（分）である。図５（ａ）は、比較サンプルでの樹脂塗布直後における発光素子１００近傍の蛍光体の沈降状態を模式的に示す図であり、図５（ｂ）は比較サンプルでの樹脂塗布後一定時間経過後における発光素子１００近傍での蛍光体の沈降状態を模式的に示す図である。図６（ａ）は、サンプルでの樹脂塗布直後における発光素子３近傍の蛍光体８の沈降状態を模式的に示す図であり、図６（ｂ）はサンプルでの樹脂塗布後一定時間経過後における発光素子３近傍での蛍光体８の沈降状態を模式的に示す図である。本発明の好ましい第２の例の発光装置２１を模式的に示す断面図である。本発明の好ましい第３の例の発光装置３１を模式的に示す断面図である。本発明の好ましい第４の例の発光装置４１を模式的に示す断面図である。本発明の好ましい第５の例の発光装置５１を模式的に示す断面図である。本発明の好ましい第６の例の発光装置６１を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１，２１，３１，４１，５１，６１発光装置、２基板、３発光素子、４配線パターン、５樹脂封止体、５ａ第１の樹脂封止体、５ｂ第２の樹脂封止体、８，２２，２３，３２，３３，３４，３５，４２，４３，４４，５２，５３蛍光体。

Claims

配線パターンが形成された基板と、
基板上に実装され、配線パターンと電気的に接続された発光素子と、
発光素子を覆うように形成された樹脂封止体とを備える発光装置であって、
樹脂封止体が、発光素子を覆うように形成された第１の樹脂封止体と、その上に積層された第２の樹脂封止体とから構成され、第１の樹脂封止体および第２の樹脂封止体は同一種類の樹脂で形成され、かつ、第２の樹脂封止体が、第１の樹脂封止体よりも高い濃度で蛍光体を含有する、発光装置。
基板が酸化アルミニウム基板であり、発光素子が青色発光ダイオードである、請求項１に記載の発光装置。
第１の樹脂封止体が蛍光体を含まず、第２の樹脂封止体のみが蛍光体を含有する、請求項１または２に記載の発光装置。
第１の樹脂封止体および第２の樹脂封止体の両方に蛍光体を含む、請求項１または２に記載の発光装置。
第１の樹脂封止体および第２の樹脂封止体が共に２種以上の蛍光体を含み、各樹脂封止体にそれぞれ含まれる各種の蛍光体同士の重量比率が等しくなるように構成されている、請求項４に記載の発光装置。
樹脂封止体が２種以上の蛍光体を含有し、少なくとも第１の樹脂封止体が、樹脂に対する蛍光体の沈降が他の蛍光体と比較して相対的に小さい蛍光体を含む、請求項４または５に記載の発光装置。
第１の樹脂封止体が、光散乱材となる微粒子を含む、請求項１〜６のいずれかに記載の発光装置。
第１の樹脂封止体および第２の樹脂封止体の少なくともいずれかに、蛍光体の沈降を防止する微粒子を含む、請求項１〜７のいずれかに記載の発光装置。
前記微粒子が、樹脂封止体を形成する樹脂と同一の樹脂からなる微粒子である、請求項８に記載の発光装置。
樹脂封止体を形成する樹脂がシリコーン系樹脂またはエポキシ系樹脂である、請求項１〜９のいずれかに記載の発光装置。