JP2009193995A - Ｌｅｄ光源およびその色度調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤ素子と蛍光体を組み合わせて白色光を出射するＬＥＤ光源において、樹脂内での蛍光体の分布や蛍光体の粒子サイズなどの要因により白色ＬＥＤ光源の色度がばらついてしまい、容易でかつ有効な色度調整方法が望まれている。
【解決手段】ＬＥＤ素子と、ＬＥＤ素子からの発光の一部を吸収し波長変換して発光する蛍光体と、透明樹脂内に蛍光体を含む封止材とを有するＬＥＤ光源において、封止材を硬化した後のＬＥＤ光源に透明樹脂内に蛍光体または顔料が混在した封止材を滴下し硬化することで、封止材の滴下量や封止材内の蛍光体または顔料の割合に応じてＬＥＤ光源の色度を変化させることができ、ＬＥＤ光源の色度調整が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明はＬＥＤ光源に関し、特にＬＥＤからの発光の一部が蛍光体によって波長変換されるＬＥＤ光源における色度調整に関するものである。

近年、ＬＥＤ光源はその高輝度化などに伴い、様々な分野で利用されてきている。特に青色発光ＬＥＤ素子が開発されたことにより実現可能となった白色ＬＥＤ光源においては、ＬＥＤ光源の低消費電力、長寿命という利点も加わり、現在一般照明やインテリアライトなどで使用されている蛍光灯、白熱電球に代わる新たな照明として利用されてきている。

ここで、一般的な白色ＬＥＤ光源の断面図を図１３に示す。図１３において、ＬＥＤ素子１３１は基板１３２上に配置される。基板１３２は基材１３３上にＬＥＤに電力を供給するための配線導体１３４がパターン形成されたものである。基材１３３としては絶縁性、耐熱性を持ったものが望まれ、素材として例えば、ガラスエポキシ、セラミックス、ＢＴレジン、シリコーンなどが用いられる。ＬＥＤ素子１３１は基板１３２上に実装する際に、ダイボンドペースト、Ａｇペーストなどを使用して実装する。また、ＬＥＤ素子１３１と基板１３２の配線導体１３４はボンディングワイヤ１３５を用いて電気的に接続される。ボンディングワイヤ１３５としてはＡｕ、Ａｌなどが用いられる。ＬＥＤ素子１３１は配線導体１３４、ボンディングワイヤ１３５を介して外部より電力を供給され、発光するものである。

また、ＬＥＤ素子１３１の周囲にはＬＥＤ素子１３１を保護するための封止樹脂１３６を形成する。封止樹脂１３６としては透光性のあるエポキシ樹脂やシリコーン樹脂が用いられ、その樹脂と混ざった状態で、蛍光体が含まれる。蛍光体はＬＥＤ素子１３１からの発光の一部を吸収し波長変換して発光するものである。また、封止樹脂１３６内にはＬＥＤ素子１３１からの光線を均一に分散させるための散乱材も含まれる場合もある。また、封止樹脂１３６の外側には反射枠１３７を配置する。反射枠１３７はＬＥＤ素子１３１や蛍光体からの発光を効率的に前面に照射させるためのものであり、樹脂、セラミック、金属材料などのうち、表面反射率の高いものが用いられる。

ここで、白色ＬＥＤ光源としてはＬＥＤ素子に青色光を発光する窒化物系化合物半導体を用い、蛍光体にセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）系蛍光体を用いるタイプのものが広く知られており、これはＬＥＤ素子からの青色光と蛍光体からの黄色光が混ざり合って擬似白色光を出射するものである。

この様な、ＬＥＤ素子と蛍光体を組み合わせて擬似白色光を出射するＬＥＤ光源においては、例えば上述の窒化物系化合物半導体とＹＡＧ系蛍光体の組み合わせの場合、青色光と黄色光の比率を一定にしないとＬＥＤ光源毎に色度がばらついてしまう。しかし、ばらつきの要因であると考えられる、樹脂内での蛍光体の分布ばらつきや蛍光体の粒子サイズのばらつき、樹脂量のばらつきなどを完全に抑えることは困難で、白色ＬＥＤ光源の色度はある程度のばらつき幅を持っているのが現状であり、容易でかつ有効な色度調整方法が望まれている。

そこで、例えば特許文献１によれば、硬化後の封止樹脂層における上部の透明領域の厚みを研磨や塗布等によって変化させることで、ＬＥＤ素子からの光線の経路を変化させ、色度調整を行う方法が挙げられている。

特開２００４−１８６４８８号公報（４頁、図２）

しかし、前述の従来技術では以下に示す問題を有している。従来技術においては、透光性樹脂がＬＥＤ光源の最表面に平坦な状態で出ている構成となっているために、透光性樹脂を研磨したり均一に塗布したりすることが可能と考えられるが、それ以外の構成では研磨や均一な塗布は困難である。これは例えば、反射枠の凹部における下部領域に樹脂が配置されている場合などは、研磨や塗布時に反射板へ傷などのダメージを与えてしまうことが考えられる。また更に、ＬＥＤ光源における封止樹脂は硬度の低いものを用いる事が多いことが知られている。これは高硬度の樹脂を用いると加熱時などにボンディングワイヤが切れてしまうことがあり、これを防ぐためとされる。このような封止樹脂が柔らかい場合においてはその表面の研磨などをすること自体が困難であり、また、作業時に封止樹脂に触れることによりボンディングワイヤでダメージを与えてしまうため、柔らかい樹脂のＬＥＤ光源には用いることができない方法であると考えられる。

また更に、色度調整にあたり、色温度を上げる際には樹脂を研磨し、色温度を下げる際には樹脂を塗布するという異なる工程を加えなければならず、製造工程の複雑化を招くものであり、また、研磨と塗布ではＬＥＤ光源の外形自体が変化するため、配光特性などの光特性が大きく異なるものとなってしまうことが考えられる。

そこで、本発明では上述した従来技術による問題点を解消し、ＬＥＤ光源にダメージを与えることなく容易に色度調整が可能なＬＥＤ光源を提供することを目的とする。

これらの課題を解決するために本発明によるＬＥＤ光源は、下記に記載の手段を採用する。すなわち本発明のＬＥＤ光源は、ＬＥＤ素子と、ＬＥＤ素子からの発光の一部を吸収し波長変換して発光する蛍光体と、第一の透明樹脂内に蛍光体を含みＬＥＤ素子の周辺部に配置される第一の封止材と、を有するＬＥＤ光源であって、第一の封止材を硬化した後に、第二の透明樹脂内に蛍光体または顔料を含む第二の封止材を第一の封止材上に滴下し硬化することにより色度調整を行うことを特徴とする。

また、本発明における第二の封止材は第一の封止材の上面全体を覆うように滴下することが好ましい。

また、本発明における第二の封止材は第一の封止材の上面にスポット状に滴下することが好ましい。

また、本発明における色度調整は第一の封止材の上面に滴下する第二の封止材のスポットの数を変化させることによって行うことが好ましい。

また、本発明のＬＥＤ光源は、ＬＥＤ素子と、ＬＥＤ素子からの発光の一部を吸収し波長変換して発光する蛍光体と、第一の透明樹脂内に蛍光体を含み前記ＬＥＤ素子の周辺部に配置される第一の封止材と、を有するＬＥＤ光源であって、第一の封止材を硬化した後に、第二の透明樹脂内に蛍光体または顔料を含む第二の封止材を第一の封止材上に向けて吐出し硬化することにより色度調整を行うことを特徴とする。

また、本発明における第二の封止材は第一の封止材の上面に向けてスポット状に吐出することが好ましい。

また、本発明における第二の封止材はインクジェット方式により吐出することが好ましい。

また、本発明における色度調整は第一の封止材の上面に向けて吐出する第二の封止材のスポットの数を変化させることによって行うことが好ましい。

また、本発明における第二の封止材内における蛍光体または顔料の割合は、第一の封止材を硬化後に測定した色度と目標色度との差に基づいて変化させることが好ましい。

また、本発明における第二の封止材の滴下量または吐出量は、第一の封止材を硬化後に測定した色度と目標色度との差に基づいて変化させることが好ましい。

また、本発明における第一の封止材内において、蛍光体が均一に分布していることが好ましい。

また、本発明における第一の透明樹脂と第二の透明樹脂は同一であることが好ましい。

また、本発明における第一の透明樹脂の屈折率と第二の透明樹脂の屈折率が等しいことが好ましい。

また、本発明におけるＬＥＤ素子は青色光を発光し、蛍光体は青色光を吸収し黄色光を発光する蛍光体であることが好ましい。

（作用）
ＬＥＤ素子と、ＬＥＤ素子からの発光の一部を吸収し波長変換して発光する蛍光体と、透明樹脂内に蛍光体を含む封止材とを有するＬＥＤ光源において、封止材を硬化した後のＬＥＤ光源に透明樹脂内に蛍光体または顔料を含んだ封止材を滴下または吐出し硬化することで、硬化後に加える封止材の量や、封止材内の蛍光体または顔料の割合に応じてＬＥＤ光源の色度を変化させることが可能である。

以上の説明のように、本発明のＬＥＤ光源においては、下記に記載する効果を有する。

ＬＥＤ素子と、ＬＥＤ素子からの発光の一部を吸収し波長変換して発光する蛍光体と、透明樹脂内に蛍光体を含む第一の封止材とを有するＬＥＤ光源において、第一の封止材を硬化した後に第一の封止材の上面に透明樹脂内に蛍光体または顔料を含む第二の封止材を滴下し硬化することで、第二の封止材内の蛍光体または顔料の割合と第二の封止材の滴下量に応じてＬＥＤ光源の色度を変化させることができる。従って、封止材を硬化した後の色度と目標色度が異なる場合、その色度差に応じて適量の蛍光体または顔料を含んだ適量の封止材を滴下後硬化するという非常に簡単な方法で、ＬＥＤ光源の色度を微調整し目標色度にすることが可能となる。

また、上述の色度調整方法をＬＥＤ光源の製造工程に加えることにより、同一製品における色度ばらつきを大幅に低減することが可能となる。更に、ＬＥＤ光源の研磨等の工程を必要とせず、蛍光体または顔料を含んだ封止材の滴下または吐出という手法で色度調整を行うため、色度調整工程においてＬＥＤ光源へダメージを与える危険性がないものである。更に、硬度の低い樹脂で形成される封止材を用いたＬＥＤ光源においても問題なく色度調整が可能なものである。

以下、図面を用いて本発明を利用したＬＥＤ光源の最適な実施形態を説明する。

（第一の実施形態）
図１は本発明の第一の実施形態を示す図であり、本発明の第一の実施形態におけるＬＥＤ光源の断面図である。図１におけるＬＥＤ光源において、ＬＥＤ素子１０１は基板１０２上に配置される。基板１０２は基材１０３上にＬＥＤ素子１０１に電力を供給するための配線導体１０４がパターン形成されたものである。基材１０３としては絶縁性、耐熱性を持ったものが望まれ、素材として例えば、ガラスエポキシ、セラミックス、ＢＴレジン、シリコーンなどが用いられる。ここで、ＬＥＤ素子１０１からの発光は全方位に向かって起こるため、基材１０３は反射率の高いことが求められる。また、配線導体１０４は金属や導電ペーストを焼成したものであり、導電体であることと、基材１０３と同様に反射率の高いことが求められる。基板１０２上にＬＥＤ素子１０１を実装する際は、ダイボンドペーストなどを用いて実装する。

また、ＬＥＤ素子１０１と基板１０２の配線導体１０４はボンディングワイヤ１０５を用いて電気的に接続される。ここで、ボンディングワイヤ１０５としてはＡｕワイヤ、Ａｌワイヤなどが用いられ、ＬＥＤ素子１０１上のボンディング用パッドと配線導体１０４とを接続する。ＬＥＤ素子１０１は配線導体１０４、ボンディングワイヤ１０５を介して外部より電力を供給され、発光するものである。ここで、本実施形態においては、ＬＥＤ素子１０１はＩｎＧａＮなどの窒化物系化合物半導体であり、青色光を発光するものとする。

また、ＬＥＤ素子１０１の周囲にはＬＥＤ素子１０１やボンディングワイヤ１０５を保護するための第一の封止材１０６を配置する。第一の封止材１０６は第一の透明樹脂によって形成され、第一の透明樹脂は透光性のあるエポキシ樹脂やシリコーン樹脂であり、所望の形をした型などに流し込んだ後、熱印加などにより、硬化するものである。第一の封止材１０６の硬化後の硬度は高いものから低いものまで様々なものがあるが、ボンディングワイヤ１０５の切断を防ぐためには硬度の低いものが用いられることが多い。また、第一の封止材１０６内には第一の透明樹脂と混ざり合った状態で蛍光体を配置する。本実施形態においては、第一の封止材１０６内に蛍光体がほぼ一様に分布しているものとする。蛍光体はＬＥＤ素子１０１からの青色発光の一部を吸収し波長変換して黄色を発光するもので、本実施形態においてはセリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）系蛍光体であるものとする。ＬＥＤ光源としてはＬＥＤ素子１０１からの青色光と蛍光体からの黄色光が混ざり合って擬似白色光を出射するものである。また、第一の封止樹脂１０６の外側には反射枠１０７を配置する。反射枠１０７はＬＥＤ素子１０１と蛍光体からの発光を効率的に前面に照射させるためのものであり、反射率の高い樹脂、セラミック、金属材料などが用いられる。

ここで、上述の構成のＬＥＤ光源を作製した後、ＬＥＤ光源の色度測定を行い、目標色度と異なるものに関しては色度調整工程を加える。図２に工程のフローチャートを示す。図２によれば、上述の構成のＬＥＤ光源を作製（ア）、色度測定（イ）した後、目標色度と異なる場合はその測定色度と目標色度の色度差に基づき、滴下する第二の封止材１０８の量を決定する（ウ）。ここで、第二の封止材１０８は第二の透明樹脂内に蛍光体が混在したものであり、第二の封止材１０８における第二の透明樹脂と蛍光体の割合は、目標色度との色度差に依存せずある一定の値であるものとする。その後、第二の封止材１０８をＬＥＤ光源の反射枠１０７における凹部に滴下し（エ）、熱硬化させる（オ）ものである。その後確認のため色度測定を行い（カ）、目標色度と異なる場合は再度色度調整を行っても良い。

もしくは図３に示すフローチャートに従って工程を行っても良い。図３によれば、ＬＥＤ光源を作製（ア）、色度測定（イ）した後、目標色度と異なる場合はその測定色度と目標色度の色度差に基づき、滴下する第二の封止材１０８内における蛍光体の割合を決定する（キ）。その後、第二の封止材１０８をＬＥＤ光源の反射枠１０７における凹部に滴下し（エ）、熱硬化させる（オ）ものである。このとき、第二の封止材１０８の滴下量は目標色度との色度差に依存せずある一定の値であるものとする。その後確認のため色度測定を行い（カ）、目標色度と異なる場合は再度色度調整を行っても良い。

また、図１においては第二の封止材１０８を反射枠１０７の凹部に滴下しているが、例えば図４に示すように、第二の封止材１０８を第一の封止材１０６上にのみ滴下し、硬化しても良いものである。この場合、第二の封止材１０８は適量を滴下した場合、表面張力により第一の封止材１０６上に凸レンズの凸部のような形状になって留まるものであり、滴下量に応じて曲率が変化するものである。

ここで、本発明のベースとなる実験的事実を図５に示す。図５はｘｙ色度図を表したものである。本実験においては第一の透明樹脂と第二の透明樹脂は同じものを用いた。本実験は第一の封止材１０６が硬化され、かつ反射枠１０７が配置されているＬＥＤ光源の色度を測定し（滴下無し）、その後、第二の封止材１０８を反射枠１０７の凹部に定量滴下し、熱硬化した後、再度色度測定を行ったものである。図５において、図５（ａ）は第二の封止材１０８内における蛍光体の量が比較的少ない場合を示し、図５（ｂ）は第二の封止材１０８内における蛍光体の量が比較的多い場合を示す。図５（ａ）においては、ＬＥＤ光源の反射枠１０７における凹部に滴下する第二の封止材１０８の量を増やすに従って、滴下無しの場合と比較して色度がｘ、ｙともに減る方向、すなわち青色側にシフトすることが分かる。また、図５（ｂ）においては、ＬＥＤ光源の反射枠１０７における凹部に滴下する第二の封止材１０８の量が多い場合、滴下無しの場合と比較して色度がｘ、ｙともに増える傾向がみられる。この事実より、第二の封止材１０８の滴下量とＬＥＤ光源の色度のシフト量、第二の封止材１０８内の蛍光体の割合とＬＥＤ光源の色度のシフト量は相関があり、この相関を用いることで、ＬＥＤ光源を目標色度に色度調整することができるものである。

例えば、図２におけるフローチャートの工程でＬＥＤ光源の色度調整を行うと仮定すると、作製したＬＥＤ光源の色度が目標色度と比較して黄色側にずれていた場合、図５（ａ）のように第二の封止材１０８内における蛍光体量は少ない値とし、滴下する第二の封止材１０８の量を変化させることで、ＬＥＤ光源の色度の青色側へのシフト量をコントロールすることができる。また例えば、図３におけるフローチャートの工程でＬＥＤ光源の色度調整を行うと仮定すると、滴下する第二の封止材１０８の量を１０μｌに固定とした場合、図５のように第二の封止材１０８内における蛍光体量を変化させることで、ＬＥＤ光源の色度を青色側にも黄色側にも変化させることができる。ここで、図２および図３における色度調整工程のフローチャートにおいては、第二の封止材１０８内の蛍光体量と第二の封止材の滴下量のうち、一方を固定としているがこれに限るものではなく、両方の値を変化させて色度調整を行うことも可能である。ここで、本実験における滴下量や色度のシフト量の定量値に関してはＬＥＤ光源の構造等によって様々に変化するものであり、図５中の滴下量や色度のシフト量に限るものではない。

ここで、第二の封止材１０８を滴下することによってＬＥＤ光源の色度が変化する機構を図６に示す。図６は図１に示すような反射枠１０７内に第二の封止材１０８を滴下した場合を示す模式図である。図６において、第一の透明樹脂と第二の透明樹脂は同じ、もしくは屈折率がほぼ等しいものとする。図６（ａ）は第二の封止材１０８を滴下する前の状態を示し、図６（ｂ）は第二の封止材１０８を滴下後硬化した状態を示す。ここで、図６（ａ）において、ＬＥＤ素子からの青色光が第一の封止材１０６と空気層との界面に臨界
角以上の角度で入射した場合を考える。この場合、青色光は第一の封止材１０６と空気層との界面で全反射し、再び第一の封止材１０６内を通過するため（光線６０１）、第一の封止材１０６内の蛍光体に入射し波長変換される場合があり、その確率は第一の封止材１０６内における蛍光体の量によって決まるものである。図６（ｂ）においては、図６（ａ）と同じ角度で第一の封止材１０６内を通過する青色光を考えると、第一の封止材１０６を形成する第一の透明樹脂と第二の透明樹脂は屈折率が同じであるため、第一の封止材１０６と第二の封止材１０８の界面において光線は直進し、第二の封止材１０８と空気層との界面に到達し、全反射する。その内の一部の光は図６（ｂ）に示すように、再び第一の封止材１０６に入射することなくＬＥＤ光源から出射される（光線６０２）。このとき、第二の封止材１０８内に蛍光体が存在しなければ、光線６０２は青色光のままであり、第二の封止材１０８内に蛍光体が多く含まれる場合は黄色光に変換させる確率が高くなるものである。従って、第二の封止材１０８内の蛍光体の割合を変化させることで、ＬＥＤ光源の色度を変化させることが可能となる。また、第二の封止材１０８の滴下量を変化させることによっても、光線が第一の封止材１０６に再び入射する確率と、光線が第二の封止材１０８内を通過する光路の長さが変化するため、ＬＥＤ光源の色度が変化するものである。上述の例は一例であるが、このように第二の封止材１０８により、ＬＥＤ素子からの青色光が蛍光体に入射する確率を変化させることができるため、ＬＥＤ光源の色度を調整することができるものである。

また、図４に示すように第一の封止材１０６上にのみ第二の封止材１０８を滴下後硬化した場合において、ＬＥＤ光源の色度が変化する機構を図７に示す。図７において、第一の透明樹脂と第二の透明樹脂は同じ、もしくは屈折率がほぼ等しいものとする。図７（ａ）は第二の封止材１０８を滴下する前の状態を示し、図７（ｂ）は第二の封止材１０８を滴下後硬化した状態を示す。図７(ａ)において、ＬＥＤ素子からの青色光が第一の封止材１０６と空気層との界面に、界面の法線方向に対してある角度θ１で入射した場合を考える。このとき、θ１が第一の封止材１０６と空気層との界面における臨界角θｃより大きい場合（θ１＞θｃ）は、光線は全反射し、全反射した光線は再び第一の封止材１０６内を通過するため、第一の封止材１０６内に分布している蛍光体に入射し波長変換される場合があり、その確率は第一の封止材１０６内における蛍光体の量によって決まるものである。図７（ｂ）においては、図７(ａ)と同様の角度で第一の封止材１０６内を通過する光線を考えると、第一の封止材１０６を形成する第一の透明樹脂と第二の透明樹脂は屈折率が同じであるため、第一の封止材１０６と第二の封止材１０８の界面において光線はそのまま直進し、第二の封止材１０８と空気層との界面に到達する。このとき、第二の封止材１０８と空気層の界面は上述のように曲率を持っているため、界面の法線方向と光線のなす角θ２はθ１よりも小さくなる（θ２＜θ１）。このとき、θ２＜θｃの場合、光線は界面で全反射せず、第二の封止材１０８を通過して出射される。ここで、θ２＜θｃという光線７０１に関しては、第二の封止材１０８内に蛍光体が存在しなければ、青色光のままであり、第二の封止材１０８内に蛍光体が多く含まれる場合は黄色光に変換される確率が高くなるものである。

第二の封止材１０８を滴下することにより色度が変化する機構において、上述の例は一例であるが、このように第二の封止材１０８により、ＬＥＤ素子からの青色光が蛍光体に入射する確率が変化するため、ＬＥＤ光源の色度を変化させることが可能である。また、滴下する第二の封止材１０８の量を変化させることで、第二の封止材１０８と空気層との界面の曲率が変化し、上述のθ１＞θｃかつθ２＜θｃという光線の割合が変化するため、光線が第一の封止材１０６に再び入射する確率と、光線が第二の封止材１０８内を通過する光路の長さが変化し、ＬＥＤ光源の色度を変化させることが可能となるものである。ここで、光線７０１としては第一の封止材１０６の外側から中心に向かう光線も考えられるが、第一の封止材１０６の中心から外側に向かう光線と比較して強度が小さいため、全体として上述のように色度が変化するものである。

上述のように、ＬＥＤ素子と、ＬＥＤ素子からの発光の一部を吸収し波長変換して発光する蛍光体と、透明樹脂内に蛍光体を含む第一の封止材とを有するＬＥＤ光源において、第一の封止材を硬化した後に第一の封止材の上面に透明樹脂内に蛍光体を含む第二の封止材を滴下し硬化することで、第二の封止材内の蛍光体の割合と第二の封止材の滴下量に応じてＬＥＤ光源の色度を変化させることができる。従って、第一の封止材を硬化した後の色度と目標色度が異なる場合、その色度差に応じて適量の蛍光体を含んだ適量の封止材を滴下後硬化するという非常に簡単な方法で、ＬＥＤ光源の色度を微調整し目標色度にすることが可能となる。また、上述の色度調整方法をＬＥＤ光源の製造工程に加えることにより、同一製品における色度ばらつきを大幅に低減することが可能となる。

また、本実施形態においてはＬＥＤ光源の研磨等の工程を必要とせず、蛍光体を含んだ透明樹脂の滴下という手法で色度調整を行うため、色度調整工程においてＬＥＤ光源へダメージを与える危険性がないものである。更に、硬度の低い樹脂で形成される封止材を用いたＬＥＤ光源においても問題なく色度調整が可能なものである。

本実施形態においては、第一の封止材１０６内には蛍光体が一様に分布しているものとしているがこれに限るものではなく、第一の封止材１０６内において蛍光体の濃度分布がある場合でも同様の方法で色度調整することが可能である。

（第二の実施形態）
次に第二の実施形態について説明する。図８は本発明の第二の実施形態を示す図であり、本発明の第二の実施形態におけるＬＥＤ光源の断面図である。図８におけるＬＥＤ光源において、第一の実施形態と同様に、ＬＥＤ素子１０１は基板１０２上にダイボンドペーストなどを用いて実装される。基板１０２は基材１０３上にＬＥＤ素子１０１に電力を供給するための配線導体１０４がパターン形成されたものである。また、配線導体１０４には金属など導電性と高反射率を備えたものが用いられる。

また、ＬＥＤ素子１０１と配線導体１０４はＬＥＤ素子１０１上のボンディング用パッドと配線導体１０４を接続するボンディングワイヤ１０５を用いて電気的に接続される。ＬＥＤ素子１０１は配線導体１０４、ボンディングワイヤ１０５を介して外部より電力が供給され、発光するものである。ここで、本実施形態においては、ＬＥＤ素子１０１はＩｎＧａＮなどの窒化物系化合物半導体であり、青色光を発光するものとする。

また、ＬＥＤ素子１０１の周囲にはＬＥＤ素子１０１やボンディングワイヤ１０５を覆うように第一の封止材１０６を配置する。第一の封止材１０６を配置する目的の一つはＬＥＤ素子１０１やボンディングワイヤ１０５の保護であり、所望の形をした型などに流し込んだ後、熱硬化させることにより、硬化するものである。また、第一の封止材１０６を配置する二つ目の目的として、第一の封止材１０６内には透明樹脂と混ざり合った状態で蛍光体を配置する。蛍光体はＬＥＤ素子１０１からの青色発光の一部を吸収し波長変換して黄色を発光するもので、ＬＥＤ光源としてはＬＥＤ素子１０１からの青色光と蛍光体からの黄色光が混ざり合って擬似白色光を出射するものである。ＬＥＤ光源としては更に、第一の封止材１０６の外側に反射枠１０７を配置する。

ここで、上述の構成のＬＥＤ光源を作製した後、ＬＥＤ光源の色度測定を行い、色度調整工程を加える。工程としては上述の実施形態と同様で、図２もしくは図３に示すフローチャートに従って色度調整を行う。図２によれば第一の実施形態と同様、上述の構成のＬＥＤ光源を作製（ア）、色度測定（イ）した後、目標色度と異なる場合はその測定色度と目標色度の色度差に基づき、滴下する第二の封止材８０１の量を決定する（ウ）。ここで、本実施形態においては第二の封止材８０１は第二の透明樹脂内に顔料が混在したもので
あり、第二の封止材８０１における顔料の割合は、目標色度との色度差に依存せずある一定の値であるものとする。その後、第二の封止材８０１をＬＥＤ光源の反射枠１０７における凹部に滴下し（エ）、熱硬化させる（オ）ものである。その後確認のため色度測定を行い（カ）、目標色度と異なる場合は再度色度調整を行っても良い。

もしくは、図３に示すフローチャートに従って工程を行っても良い。図３によれば、ＬＥＤ光源を作製（ア）、色度測定（イ）した後、目標色度と異なる場合はその測定色度と目標色度の色度差に基づき、滴下する第二の封止材８０１内における顔料の割合を決定する（キ）。その後、第二の封止材８０１をＬＥＤ光源の反射枠１０７における凹部に滴下し（エ）、熱硬化させる（オ）ものである。このとき、第二の封止材８０１の滴下量は目標色度との色度差に依存せずある一定の値であるものとする。その後確認のため色度測定を行い（カ）、目標色度と異なる場合は再度色度調整を行っても良い。

ここで、第二の封止材８０１を滴下することでＬＥＤ光源の色度が変化する機構については、第二の封止材８０１内に顔料を含まない場合は、第一の実施形態における第二の封止材内に蛍光体を含まない場合と同様に、青色光が第一の封止材１０６内の蛍光体に入射する確率が減少するためＬＥＤ光源の色度が青色側にシフトするものである。このとき、第二の封止材８０１内に顔料を含む場合を考えると、例えば、シアン系の顔料を混ぜた場合、顔料により黄色光の吸収が起こるため、ＬＥＤ光源の色度はｘｙ色度図におけるｘ、ｙともに減る方向すなわち青色側にシフトし、第二の封止材８０１内における顔料の量を増やすことによってシフト量が増えるものである。また、例えば、イエロー系の顔料を混ぜた場合は、顔料により青色光の吸収が起こるため、ＬＥＤ光源の色度はｘ、ｙともに増える方向すなわち黄色側にシフトし、第二の封止材８０１内における顔料の量を増やすことによってシフト量が増えるものである。また、例えば、マゼンタ系の顔料を混ぜた場合は、実験においてｘ値はほぼ変わらずｙの値のみが減少し、ＬＥＤ光源の色度が変化する現象がみられている。この場合も、第二の封止材８０１内における顔料の量を増やすことによって変化量が増えるものである。また、目標色度との色度差によっては、複数種類の顔料を混ぜ合わせて使用することによりＬＥＤ光源の色度調整を行っても良いものである。

上述のように、ＬＥＤ素子と、ＬＥＤ素子からの発光の一部を吸収し波長変換して発光する蛍光体と、透明樹脂内に蛍光体を含む第一の封止材とを有するＬＥＤ光源において、第一の封止材を硬化した後に第一の封止材の上面に透明樹脂内に顔料を含む第二の封止材を滴下し硬化することで、第二の封止材内の顔料の割合と第二の封止材の滴下量に応じてＬＥＤ光源の色度を変化させることができる。従って、第一の封止材を硬化した後の色度と目標色度が異なる場合、その色度差に応じて適切な種類かつ適量の顔料を含んだ適量の封止材を滴下後硬化するという非常に簡単な方法で、ＬＥＤ光源の色度を微調整し目標色度にすることが可能となる。また、上述の色度調整方法をＬＥＤ光源の製造工程に加えることにより、同一製品における色度ばらつきを大幅に低減することが可能となる。

また、本実施形態においてはＬＥＤ光源の研磨等の工程を必要とせず、顔料を含んだ透明樹脂の滴下という手法で色度調整を行うため、色度調整工程においてＬＥＤ光源へダメージを与える危険性がないものである。更に、硬度の低い樹脂で形成される封止材を用いたＬＥＤ光源においても問題なく色度調整が可能なものである。更に、用いる顔料を変化させることで、色度座標において広い範囲の方向へ色度を変化させることが可能となり、ＬＥＤ光源の色度調整範囲が広がるものである。

本実施形態においては、ＬＥＤ光源の反射枠における凹部に第二の封止材を滴下しているが、これに限るものではなく、第一の封止材上に第二の封止材を滴下した場合も同様に色度調整が可能である。

（第三の実施形態）
次に第三の実施形態について説明する。図９は本発明の第三の実施形態を示す図であり、本発明の第三の実施形態におけるＬＥＤ光源の断面図である。上述の実施形態と同様、ＬＥＤ光源において、ＬＥＤ素子１０１は基板１０２上に配置され、ＬＥＤ素子１０１と基板１０２の配線導体１０４はボンディングワイヤ１０５を用いて電気的に接続される。また、ＬＥＤ素子１０１の周囲にはＬＥＤ素子１０１やボンディングワイヤ１０５を覆うように第一の封止材１０６を配置する。第一の封止材１０６はＬＥＤ素子１０１やボンディングワイヤ１０５を保護するとともに、その中には透明樹脂と混ざり合った状態で蛍光体を配置し、ＬＥＤ素子１０１からの青色光と蛍光体からの黄色光が混ざり合って擬似白色光を出射するものである。

ここで、上述の構成のＬＥＤ光源を作製した後、ＬＥＤ光源の色度測定を行い、色度調整工程を加える。工程としては、図１０もしくは図１１に示すフローチャートに従って色度調整を行う。図１０においては、上述の構成のＬＥＤ光源を作製（ア）、色度測定（イ）した後、目標色度と異なる場合はその測定色度と目標色度の色度差に基づき、滴下する第二の封止材１０９のスポットの数を決定する（ク）。ここで、本実施形態においては第二の封止材１０９は第二の透明樹脂内に蛍光体または顔料が混在したものであり、第二の封止材１０９における蛍光体または顔料の割合は、目標色度との色度差に依存せずある一定の値であるものとする。その後、第二の封止材１０９を第一の封止材１０６の上面にスポット状に滴下し（ケ）、熱硬化させる（オ）ものである。その後確認のため色度測定を行い（カ）、目標色度と異なる場合は再度色度調整を行っても良い。

また、図１１においては、ＬＥＤ光源を作製（ア）、色度測定（イ）した後、目標色度と異なる場合はその測定色度と目標色度の色度差に基づき、滴下する第二の封止材１０９内における蛍光体または顔料の割合を決定する（コ）。その後、第二の封止材１０９を第一の封止材１０６の上面にスポット状に滴下し（ケ）、熱硬化させる（オ）ものである。このとき、第二の封止材１０９を滴下するスポット数は目標色度との色度差に依存せずある一定の値であるものとする。その後確認のため色度測定を行い（カ）、目標色度と異なる場合は再度色度調整を行っても良い。ここで、スポットとは微小領域を示し、微小容量の第二の封止材１０９を滴下することにより、第二の封止材１０９が第一の封止材１０６の上面にスポット状に配置されるものである。また、第二の封止材１０９のスポットの容量はほぼ一定であるものとする。

このとき、第一の封止材１０６上に第二の封止材１０９をスポット状に滴下後硬化することによってＬＥＤ光源の色度が変化するものである。色度が変化する機構としては、まず第二の封止材１０９内に蛍光体または顔料が含まれない場合を考えると、第一に、第二の封止材１０９のスポットが形成された箇所においては、透明樹脂と空気層の界面が曲率を持ったものとなるため、図７に示す機構と同様の機構で、ＬＥＤ光源から出射される青色光の割合が増えるものである。また、第二に、スポット径が小さい場合は樹脂と空気層の界面に到達した青色光がスポットにより散乱することが挙げられる。図１２において、図１２（ａ）は第二の封止材１０９を滴下する前の状態を示し、図１２（ｂ）は第二の封止材１０９を滴下後硬化した状態を示す。図１２(ａ)において、ＬＥＤ素子からの青色光が第一の封止材１０６と空気層との界面に、界面の法線方向に対してある角度θ３で入射した場合を考える。このとき、θ３が第一の封止材１０６と空気層との界面における臨界角θｃより大きい場合（θ３＞θｃ）は、光線は全反射し、全反射した光線は再び第一の封止材１０６内を通過するため、第一の封止材１０６内に分布している蛍光体に入射し波長変換される可能性が増えるものである。図１２（ｂ）においては、図１２(ａ)と同様の角度で第一の封止材１０６内を通過する青色光を考えると、第二の封止材１０９のスポットにより散乱を起こし、一部はそのまま空気層に出射されるため、図１２（ａ）と比較し
て第一の封止材１０６内の蛍光体に入射する割合が減少するものである。従って、第二の封止材１０９のスポットによってＬＥＤ光源の色度が青色方向にシフトするものである。

次に、第二の封止材１０９内に蛍光体または顔料が含まれていた場合を考えると、ＬＥＤ光源より出射される光線の一部は第二の封止材１０９内を通過してくるため、第二の封止材１０９内の蛍光体または顔料により色度が変化するものである。ここで、例えば第二の封止材１０９内に蛍光体が含まれているとすると、第一の封止材１０６上に滴下する第二の封止材１０９のスポットの数を固定とした場合、第二の封止材１０９内の蛍光体の割合を増やしていくとＬＥＤ光源の色度はより黄色側にシフトし、また第二の封止材１０９内の蛍光体量を固定とした場合、第一の封止材１０６上に滴下する第二の封止材１０９のスポット数を増やすことによってＬＥＤ光源の色度はより黄色側にシフトするものである。第二の封止材１０９内に顔料を含む場合も同様に、第二の封止材１０９内の顔料の割合または第二の封止材１０９のスポットの数を変化させることによってＬＥＤ光源の色度が変化するものである。

上述のように、ＬＥＤ素子と、ＬＥＤ素子からの発光の一部を吸収し波長変換して発光する蛍光体と、透明樹脂内に蛍光体を含む第一の封止材とを有するＬＥＤ光源において、第一の封止材を硬化した後に第一の封止材の上面に、透明樹脂内に蛍光体または顔料を含む第二の封止材をスポット上に滴下し硬化することで、第二の封止材のスポットの数、または第二の封止材における蛍光体もしくは顔料の割合に応じてＬＥＤ光源の色度を変化させることができる。従って、第一の封止材を硬化した後の色度と目標色度が異なる場合、その色度差に応じて、適量の蛍光体または顔料を含んだ第二の封止材のスポットを適量数滴下し硬化するという非常に簡単な方法で、ＬＥＤ光源の色度を微調整し目標色度にすることが可能となる。また、上述の色度調整方法をＬＥＤ光源の製造工程に加えることにより、同一製品における色度ばらつきを大幅に低減することが可能となる。更に、本方式によれば、一回の滴下における封止材の容量は固定にすることができるため、例えば封止材を滴下する装置の設定等を調整することなく、滴下の回数のみを変えることで調整する色度幅を変化させることが可能であり、色度調整工程の簡易化につながるものである。

ここで、本実施形態においては、第一の封止材１０６上に第二の封止材１０９を滴下する手法を用いているが、例えば、インクジェット方式などを用いて第二の封止材１０９を第一の封止材１０６上に向けて吐出する方法によっても同様の効果が得られるものである。

上述の各実施形態においては、第一の封止材における透明樹脂と第二の封止材における透明樹脂は同じもの、もしくは屈折率がほぼ等しいものとしているが、これに限るものではなく、屈折率が異なる場合でも同様の機構で色度が変化するものである。

また、上述の各実施形態においては第二の封止材内に蛍光体または顔料のいずれかを含むとしているが、これに限るものではなく蛍光体と顔料を両方を含んだ場合でもＬＥＤ光源の色度を変化させることが可能である。

上述の各実施形態において、ＬＥＤ素子とは半導体発光素子のことを示し、ＬＥＤ光源とはＬＥＤ素子等が実装され、パッケージ化された電子部品のことを示すものとする。

本発明の第一の実施形態におけるＬＥＤ光源の断面図である。 本発明の第一の実施形態における色度調整方法の工程を示すフローチャートである。 本発明の第一の実施形態における色度調整方法の工程を示すフローチャートである。 本発明の第一の実施形態におけるＬＥＤ光源の断面図である。 本発明の第一の実施形態における実験データを示すグラフである。 本発明の第一の実施形態における光線経路を示す模式図である。 本発明の第一の実施形態における光線経路を示す模式図である。 本発明の第二の実施形態におけるＬＥＤ光源の断面図である。 本発明の第三の実施形態におけるＬＥＤ光源の断面図である。 本発明の第三の実施形態における色度調整方法の工程を示すフローチャートである。 本発明の第三の実施形態における色度調整方法の工程を示すフローチャートである。 本発明の第三の実施形態における光線経路を示す模式図である。 従来におけるＬＥＤ光源の断面図である。

符号の説明

１０１ ＬＥＤ素子
１０２ 基板
１０３ 基材
１０４ 配線導体
１０５ ボンディングワイヤ
１０６ 第一の封止材
１０７ 反射枠
１０８、１０９、８０１ 第二の封止材

Claims (16)

1. ＬＥＤ素子と、該ＬＥＤ素子からの発光の一部を吸収し波長変換して発光する蛍光体と、第一の透明樹脂内に前記蛍光体を含み前記ＬＥＤ素子の周辺部に配置される第一の封止材と、を有するＬＥＤ光源であって、色度調整を行うために、前記第一の封止材を硬化した後に、前記第一の封止材上に滴下し硬化することにより形成する第二の封止材を有し、該第二の封止材が第二の透明樹脂内に前記蛍光体または顔料を含むＬＥＤ光源。
2. 前記第二の封止材は前記第一の封止材の上面全体を覆うように滴下して形成することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ光源。
3. 前記第二の封止材は前記第一の封止材の上面にスポット状に滴下して形成することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ光源。
4. ＬＥＤ素子と、該ＬＥＤ素子からの発光の一部を吸収し波長変換して発光する蛍光体と、第一の透明樹脂内に前記蛍光体を含み前記ＬＥＤ素子の周辺部に配置される第一の封止材と、を有するＬＥＤ光源であって、色度調整を行うために、前記第一の封止材を硬化した後に、前記第一の封止材上に向けて吐出し硬化することにより形成する第二の封止材を有し、該第二の封止材が第二の透明樹脂内に前記蛍光体または顔料を含むＬＥＤ光源。
5. 前記第二の封止材は前記第一の封止材の上面に向けてスポット状に吐出して形成することを特徴とする請求項４に記載のＬＥＤ光源。
6. 前記第二の封止材はインクジェット方式により吐出して形成することを特徴とする請求項５に記載のＬＥＤ光源。
7. 前記第一の封止材内において、前記蛍光体が均一に分布していることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のＬＥＤ光源。
8. 前記第一の透明樹脂と前記第二の透明樹脂は同一の樹脂であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のＬＥＤ光源。
9. 前記第一の透明樹脂の屈折率と前記第二の透明樹脂の屈折率が等しいことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のＬＥＤ光源。
10. 前記ＬＥＤ素子は青色光を発光し、前記蛍光体は青色光を吸収し黄色光を発光する蛍光体であることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のＬＥＤ光源。
11. ＬＥＤ素子と、該ＬＥＤ素子からの発光の一部を吸収し波長変換して発光する蛍光体と、第一の透明樹脂内に前記蛍光体を含み前記ＬＥＤ素子の周辺部に配置される第一の封止材と、を有するＬＥＤ光源の色度調整方法であって、前記第一の封止材を硬化した後に、第二の透明樹脂内に前記蛍光体または顔料を含む第二の封止材を前記第一の封止材上に滴下し硬化することにより色度調整を行うＬＥＤ光源の色度調整方法。
12. 前記色度調整は前記第一の封止材の上面に滴下する前記第二の封止材のスポットの数を変化させることによって行うことを特徴とする請求項１１に記載のＬＥＤ光源の色度調整方法。
13. ＬＥＤ素子と、該ＬＥＤ素子からの発光の一部を吸収し波長変換して発光する蛍光体と、第一の透明樹脂内に前記蛍光体を含み前記ＬＥＤ素子の周辺部に配置される第一の封止材
    と、を有するＬＥＤ光源の色度調整方法であって、前記第一の封止材を硬化した後に、第二の透明樹脂内に前記蛍光体または顔料を含む第二の封止材を前記第一の封止材上に向けて吐出し硬化することにより色度調整を行うＬＥＤ光源の色度調整方法。
14. 前記色度調整は前記第一の封止材の上面に向けて吐出する前記第二の封止材のスポットの数を変化させることによって行うことを特徴とする請求項１３に記載のＬＥＤ光源の色度調整方法。
15. 前記第二の封止材内における前記蛍光体または前記顔料の割合は、前記第一の封止材を硬化後に測定した色度と目標色度との差に基づいて変化させることを特徴とする請求項１１から請求項１４のいずれか一項に記載のＬＥＤ光源の色度調整方法。
16. 前記第二の封止材の滴下量または吐出量は、前記第一の封止材を硬化後に測定した色度と目標色度との差に基づいて変化させることを特徴とする請求項１１から請求項１５のいずれか一項に記載のＬＥＤ光源の色度調整方法。

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