JP2013232678A - Ｌｅｄ光源の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】外形をほとんど変えず、色度調整の過程において与えるダメージが少なく、容易に色度調整が可能なＬＥＤ光源を提供する。
【解決手段】ＬＥＤ素子１０１、ＬＥＤ素子１０１からの青色光を吸収し波長変換して黄色光を発光する蛍光体、及び蛍光体を含みＬＥＤ素子１０１周囲に配置された封止材１０６を有し、疑似白色光を出射するＬＥＤ光源１６０の製造方法であって、ＬＥＤ光源１６０の色度測定の工程と、測定した色度を所望の色度に調整するための色度補正量に応じて封止材１０６表面の臨界角度内の領域内及び臨界角度内の領域外にＬＥＤ素子１０１からの発光の一部を散乱させる凹凸パターンの光散乱部１６１、１６２を形成した場合の色度変化を考慮して光散乱部１６１、１６２の位置を決定する工程と、ＬＥＤ光源１６０から出射する疑似白色光を黄色より又は青色よりに調整するために、決定された位置に光散乱部１６１、１６２を形成する工程を有する。
【選択図】図１０

Description

本発明はＬＥＤ光源の製造方法に関し、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光源の製造方法に関する。

近年ＬＥＤ光源は、その高輝度化などに伴い、様々な製品が開発されている。特に、青色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、注目されている。

図１８は、ＬＥＤ光源１０の断面図である。

ＬＥＤ光源１０では、ＬＥＤ素子１０１は基板上に配置されている。基板は基材１０２上にＬＥＤに電力を供給するための配線導体１０３がパターン形成されたものである。また、ＬＥＤ素子１０１は、基板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されている。さらに、ＬＥＤ素子１０１は、基板の配線導体１０３とボンディングワイヤ１０４を介して外部より電力を供給され、発光する。

ＬＥＤ素子１０１の周囲には、ＬＥＤ素子１０１を保護するための封止材１０６が形成されている。また、封止材１０６の樹脂と混ざった状態で、第一の蛍光体が含まれる。蛍光体はＬＥＤ素子１０１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、封止材１０６の外側には反射枠１０５が配置されている。

ＬＥＤ光源１０では、ＬＥＤ素子１０１として青色光を発光する窒化物系化合物半導体を用い、第一の蛍光体として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）系蛍光体を用いている。これによって、白色ＬＥＤ光源１０では、ＬＥＤ素子１０１からの青色光と第一の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。

ＬＥＤ素子１０１と第一の蛍光体を組み合わせて擬似白色光を出射するＬＥＤ光源１０においては、青色光と黄色光の比率を一定にしないと、個体間で色度がばらついてしまうという不具合があった。

ＬＥＤ光源１０の個体間における色度ばらつきの要因としては、封止材量のばらつき、封止材内における蛍光体量、蛍光体の分散状態のばらつき、および蛍光体の粒子サイズのばらつきなどが考えられる。

図１９は、色度座標の一例を示す図である。

例えば、ＬＥＤ光源１０の色度は、封止材１０６の蛍光体量が多い場合には、色度座標上で白色から黄色方向へシフトし、封止材１０６の蛍光体量が少ない場合には、色度座標上で白色から青色方向へシフトすることとなる。このような、個体間におけるＬＥＤ光源の色度のばらつきは、製造上回避しがたく、均一な色度を持つＬＥＤ光源のみを大量生産することは大変困難であった。

特許文献１には、硬化後の透明樹脂層における上部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記載されている。

図２０は、特許文献１に示された色度調整方法を説明するための図である。

ＬＥＤ光源２０では、ＬＥＤ素子１０１は、基材１０２と配線導体１０３で構成される基板上に配置され、配線導体１０３とボンディングワイヤ１０４を介して電気的に接続されている。基板上に配置された反射枠１０５の内部には封止材が充填されている。封止材は、その下部に第一の蛍光体２１を沈殿させ、その上部には透明樹脂２２のみの状態で硬化されている。

図２０（ａ）は、色度調整の過程において、上部の透明樹脂２２が目的の色度となるまで、研磨された例を示している。図２０（ａ）の例では、研磨前の樹脂表面の位置２３が、研磨後に樹脂表面の位置２４となるまで研磨されている。このため、より狭い空間（透明樹脂）内に光が閉じ込められることから、より多くの反射が繰り返されて、ＬＥＤ素子１０１からの光が第一の蛍光体と出会う確率が高くなり、波長変換率が高くなる。したがって、ＬＥＤ光源２０の色度が、青色から黄色へ調整される。

図２０（ｂ）は、色度調整の過程において、樹脂表面の位置２３の上部に、さらに樹脂を増加して樹脂表面を位置２５まで上げた例を示している。図２０（ｂ）の例では、樹脂の量が増加したことから、より広い空間（透明樹脂）内を光が通過することとなり、ＬＥＤ素子１０１からの光が第一の蛍光体と出会う確率が低くなり、波長変換率が低くなる。したがって、ＬＥＤ光源３０の色度が、黄色から青色へ調整される。

このように、透明樹脂量の単純な増減によって色度調整を行うことは可能である。しかしながら、ＬＥＤ光源の外形に制約がある場合には、透明樹脂量を増減することは困難であった。また、研磨を行うと、ＬＥＤ光源には力や傷などのダメージを与えることとなり、例えば、ワイヤボンディングの断線や反射枠への傷が発生する等の不具合があった。

特開２００４−１８６４８８号公報（４頁、８頁、図２）

そこで、本発明は、上述した問題点を解消することを可能としたＬＥＤ光源の製造方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、外形をほとんど変えず、色度調整の過程において与えるダメージが少なく、容易に色度調整が可能なＬＥＤ光源の製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係るＬＥＤ光源の製造方法は、ＬＥＤ光源は、ＬＥＤ素子、ＬＥＤ素子から発光される青色光を吸収し波長変換して黄色光を発光する蛍光体、及び蛍光体を含みＬＥＤ素子の周囲に配置された封止材を有し、疑似白色光を出射し、ＬＥＤ光源の色度を測定する工程と、測定した色度を所望の色度に調整するための色度補正量に応じて、封止材の表面の臨界角度内の領域内及び臨界角度内の領域外にＬＥＤ素子からの発光の一部を散乱させる凹凸パターンからなる光散乱部を形成した場合の色度変化を考慮して、光散乱部の位置を決定する工程と、ＬＥＤ光源から出射する疑似白色光を黄色より又は青色よりに調整するために、決定された位置に前記光散乱部を形成する工程を有することを特徴とする。

さらに、本発明に係るＬＥＤ光源の製造方法では、形成工程では、ＬＥＤ光源から出射する疑似白色光を黄色よりに調整するために封止材の表面の臨界角度内の領域内に光散乱部を形成し、ＬＥＤ光源から出射する疑似白色光を青色よりに調整するために封止材の表面の臨界角度内の領域外に前記光散乱部を形成することが好ましい。

さらに、本発明に係るＬＥＤ光源の製造方法では、形成工程では、色度補正量に応じて、光散乱部が位置をずらして形成されることが好ましい。

さらに、本発明に係るＬＥＤ光源の製造方法では、形成工程では、光散乱部が、同じパターン形状で同じ面積を位置をずらして形成されることが好ましい。

さらに、本発明に係るＬＥＤ光源の製造方法では、形成工程では、光散乱部が、同じ散乱効率を有するように形成されることが好ましい。

さらに、本発明に係るＬＥＤ光源の製造方法では、光散乱部は、ドット状に形成された凹凸を含むことが好ましい。

さらに、本発明に係るＬＥＤ光源の製造方法では、光散乱部は、線状に形成された凹凸を含むことが好ましい。

さらに、本発明に係るＬＥＤ光源の製造方法では、光散乱部は、面状に形成された凹凸を含むことが好ましい。

本発明によれば、封止材表面に光散乱部を形成することで、外形をほとんど変えず、色度調整の過程において与えるダメージが少なく、容易に色度調整が可能なＬＥＤ光源を提供することができる。

本発明に係るＬＥＤ光源を示す断面図である。 光散乱部１０７の形状の詳細図である。 ＬＥＤ光源の発光スペクトル例を示す図である。 色度座標例を示す図である。 光散乱部における光の挙動を説明するための図である。 色度補正量分布及び臨界角を説明するための図である。 他のＬＥＤ光源の例を示す図である。 更に他のＬＥＤ光源の例を示す図である。 更に他のＬＥＤ光源の例を示す図である。 更に他のＬＥＤ光源を示す図である。 他の色度座標例を示す図である。 更に他のＬＥＤ光源の例を示す図である。 光散乱部のずらしを説明するための図である。 ずらしを行ったＬＥＤ光源の例を示す図である。 ずらし距離ｄと色度補正量Δｘとの関係を示す図である。 更に他の色度座標例を示す図である。 ずらして形成するための光散乱部のパターンを示す図である。 白色ＬＥＤ光源１０の断面面である。 色度座標の一例を示す図である。 特許文献１に示された色度調整方法を説明するための図である。

以下図面を参照して、本発明に係るＬＥＤ光源の製造方法について説明する。但し、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。

図１は、本発明に係るＬＥＤ光源を示す図面である。

図１（ａ）はＬＥＤ光源１００の上面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡＡ´断面図である。

ＬＥＤ素子１０１は、基材１０２と配線導体１０３で構成される基板上に配置され、配線導体１０３とボンディングワイヤ１０４を介して電気的に接続されている。基材１０２としては、絶縁性、耐熱性を持ったものが好ましく、素材としては、ガラスエポキシ、セラミック、ＢＴレジン、シリコーンなどが用いられる。ＬＥＤ素子１０１は、ダイボンドペースト、Ａｇペースト等を利用して基板に実装されている。ＬＥＤ素子１０１及び配線導体１０３には、ボンディングワイヤ１０４を介して電力が供給されている。

ＬＥＤ素子１０１の周囲には、ＬＥＤ素子１０１を保護するための封止材１０６が形成されている、封止材１０６としては、透明性のあるエポキシ樹脂やシリコーン樹脂が用いられる。また、封止材１０６には、樹脂と混じった第一の蛍光体が含まれている。第一の蛍光体は、ＬＥＤ素子１０１から発光された光の一部を吸収し、波長変換した光を発光する。また、封止材１０６、ＬＥＤ素子１０１から発光された光を均一に分散させるための散乱材が含まれていても良い。

封止材１０６の外側には、反射枠１０５が配置されている。反射枠１０５は、ＬＥＤ素子１０１及び第一の蛍光体からの光を効率的に全面に照射するためのものであって、樹脂、セラミック、金属材料など、表面反射率の高いものが利用される。

ＬＥＤ光源１００では、ＬＥＤ素子１０１として青色光を発光する窒化物系化合物半導体を用い、第一の蛍光体として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）系蛍光体を用いた。これによって、ＬＥＤ光源１００では、ＬＥＤ素子１０１からの青色光と第一の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。

また、ＬＥＤ光源１００では、封止材１０６の表面１０８の臨界角度内の領域７１内に、光散乱部１０７が円形状に１０個形成されているので、ＬＥＤ光源１００からの出射光の色度は、色度座標上で黄色側に調整されている。なお、点線７２は、臨界角度内の領域の境界線を示しているが、臨界角度及び色度の調整については後述する。

光散乱部とは、光を散乱する形状が形成された部分を言う。光を散乱する形状の形、大きさは一定である必要はなく、例えば、様々な形、大きさの分布を持つ、多数の光を散乱する形状が一層ではなく重なりあって光散乱部を形成していても良い。ところで、ＬＥＤ光源１００の内部から外部に向かって進行していたある光が、表面１０８に設けられた光散乱部１０７で散乱された場合、元の光の強度の６０％が散乱されずそのまま進行方向を変えず、元の光の強度の４０％が一様に散乱された時（即ち、元の光の強度の略２０％がＬＥＤ光源１００の外部に向かって散乱され、元の光の強度の略２０％がＬＥＤ光源１００の内部に向かって散乱された時）、光散乱部１０７の散乱効率を４０％と定義する。同様に、ＬＥＤ光源１００の内部から外部に向かって進行していたある光が、表面１０８に設けられた光散乱部１０７で散乱された場合、元の光の強度の４０％が散乱されずそのまま進行方向を変えず、元の光の強度の６０％が一様に散乱された時（即ち、元の光の強度の略３０％がＬＥＤ光源１００の外部に向かって散乱され、元の光の強度の略３０％がＬＥＤ光源１００の内部に向かって散乱された時）、光散乱部１０７の散乱効率を６０％と定義する。さらに、ＬＥＤ素子とは半導体発光装置のことを示し、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。

図２は、光散乱部の形状の詳細図である。

図２（ａ）は、ＬＥＤ光源１００で用いられている光散乱部１０７を示す図である。光散乱部１０７は、ドット状のくぼみとして形成され、くぼみの表面には、光を散乱する複数の凹凸１０９が形成されている。凹凸１０９は、元の平坦な封止材の表面１０８とは明らかに異なる表面形状を持つ。ドット状のくぼみは、例えば、針を用いて非常に簡単に形成することができる。ドット状のくぼみの表面に形成される、光を散乱する凹凸１０９は、針を封止材に刺すことで表面が粗らされて形成される。

図２（ｂ）は、他の光散乱部１１０を示す図である。光散乱部１１０は、封止材１０６表面１０８を、傷をつけたり、削ったり、研磨したりすることによって、光を散乱する凹凸１０９を形成したものである。光散乱部１１０でも、図２（ａ）に示す光散乱部１０７と同様な効果を有している。

図２（ｃ）は、更に他の光散乱部１１１を示す図である。光散乱部１１１は、封止材１０６表面１０８を、削ることによって、光を散乱する凹凸１０９を形成したものである。光散乱部１１１でも、図２（ａ）に示す光散乱部１０７と同様な効果を有している。

図２（ｄ）は、更に他の光散乱部１１２を示す図である。光散乱部１１２は、封止材１０６表面１０８に、別途形成した凹凸１０９を、シール等によって貼り付けたものである。光散乱部１１２でも、図２（ａ）に示す光散乱部１０７と同様な効果を有している。

上述したように、光散乱部は、様々な方法によって、形成することができる。なお、上記の光散乱部は一例であって、他の方法によって形成された光散乱部を利用することが可能である。例えば、粒子を表面１０８に付着又は埋め込むことによって、また別途作成した光を散乱させる形状を表面１０８に付着させることによって、光散乱部を形成することも可能である。光散乱部の形もドット状に限定されることなく、線状、面状などの様々な形とすることができる。また、線状の光散乱部であれば、カッターやスクライバーのようなもので形成することが可能であり、面状の光散乱部であれば、研磨を行ったりすることで容易に実現することができる。さらに、光散乱部の形成過程において、ドット状、線状、面状などのいずれの場合にも、表面には光を散乱する凹凸１０９が形成される。

例えば、直径が２００ｎｍ以下のナノクリスタルを表面１０８上に付着させることによって第１の蛍光体からの黄色光よりも、ＬＥＤ素子１０１から出射される青色光に対してレイリー散乱を強く起こすような光散乱部を形成することができる。レイリー散乱とは、光を散乱させる形状が光の波長より短い場合及び同程度の場合におこる散乱を言う。後述するように、臨界角度内の領域７１において光散乱部を形成する場合には、青色光を散乱させることが主な目的であるので、レイリー散乱を起こすような光散乱部は特に有用である。また、光を散乱させる形状が光の波長以上の場合におきるミー散乱を起こすような光散乱部を形成することも可能である。

次に、色度調整の効果について説明する。

色度調整の効果を示すための例として、封止材１０６の表面１０８に形成される光散乱部１０７（図２（ａ）参照）の数を段階的に、０個、５個、１０個、１５個、２０個と、変化させた。なお、光散乱部１０７の個数が１０個の場合が、図１に示したＬＥＤ光源１００に相当し、光散乱部１０７の個数が０個の場合が、図１８に示したＬＥＤ光源１０に相当することとなる。

図３は、ＬＥＤ光源の発光スペクトル例を示す図である。

図３において、点線３１は、光散乱部１０７が形成されていないＬＥＤ光源１０のスペクトルを示し、実線３０は、光散乱部１０７の個数が２０個の場合のＬＥＤ光源のスペクトルを示している。

図３を見れば明らかなように、光散乱部を形成して色度調整を行うことでＬＥＤ光源のスペクトルは変化し、青色ＬＥＤに由来する４５０ｎｍ付近のピークは減少し、黄色蛍光体に由来する５６０ｎｍ付近のピークが増加する。即ち、光散乱部を形成することで、ＬＥＤ光源の色度座標を黄色方向へ変化させることが可能となる。

図４は、色度座標例を示す図である。

図４において、縦軸及び横軸は、それぞれ色度座標変化△ｙ及び△ｘを示している。なお、色度調整前のＬＥＤ光源（光散乱部１０７が０個の場合）の色度座標変化を原点（△ｙ、△ｘ）＝（０、０）としている。

図中において、色度座標変化４０は光散乱部１０７が０個の場合、色度座標変化４１は光散乱部１０７が５個の場合、色度座標変化４２は光散乱部１０７が１０個の場合、色度座標変化４３は光散乱部１０７が１５個の場合、色度座標変化４４は光散乱部１０７が２０個の場合に、それぞれ対応している。

図４から理解されるように、色度座標変化４０の色度座標は（０、０）、色度座標変化４１の色度座標は（＋０．００１、＋０．００２）、色度座標変化４２の色度座標は（＋０．００４、＋０．００８）、色度座標変化４３の色度座標は（＋０．００６、＋０．０１１）、色度座標変化４４の色度座標は（＋０．００８、＋０．０１５）であり、段階的に黄色方向に近づいている。このように、光散乱部１０７の個数と色度座標変化量はほぼ比例しており、目的の色度座標変化量に応じた個数の光散乱部１０７を形成することで、色度調整が可能となることが理解できる。

図５は、光散乱部における光の挙動を説明するための図である。

図５（ａ）は、光散乱部の無い箇所における光路の一例を示す図である。ＬＥＤ素子１０１からの光が封止材１０６内部から封止材１０６の表面１０８に臨界角度以下の角度αで到達する時、封止材１０６の表面１０８では、ほとんどＬＥＤ素子１０１からの入射光４０１が反射されずに、透過光４０２として大気に出射する。なお、臨界角度は、ＬＥＤ素子１０１からの出射光の波長、封止材１０６の屈折率等によって決定される、ＬＥＤ光源１００に固有の角度である。

図５（ｂ）は、光散乱部における光路の一例を示す図である。ＬＥＤ素子１０１からの光が封止材１０６内部から、ドット状の光散乱部１０７に形成される凹凸１０９に臨界角度以下の角度αで到達する時、入射光の４０１は光散乱部１０７に形成される凹凸１０９によって散乱され、散乱光４０３として様々な方向へ向かう。このため、臨界角度以内の箇所で光散乱部ある場合では、図５（ａ）と異なり、散乱光４０３の一部が封止材１０６の内部に戻る。封止材１０６の内部に戻る散乱光４０３によって、ＬＥＤ素子１０１から出射された光が封止材１０６内部に存在する蛍光体にあたる確率が増加し、色変換効率も増加する。したがって、臨界角度以内の箇所で光散乱部を設けると、色変換による黄色光が増加して、ＬＥＤ光源１００から出射される光の色度を色度座標上で黄色方向へ変化させることが可能となる。なお、この場合に、ＬＥＤ光源１００の内部に戻ってくる光の強度は、光散乱部１０７の散乱効率によって定まる。

図５（ｃ）は、光散乱部の無い箇所における光路の一例を示す図である。ＬＥＤ素子１０１からの光が封止材１０６内部から封止材１０６の表面１０８に臨界角度以上の角度βで到達する時、封止材１０６の表面１０８で、ほとんどのＬＥＤ素子１０１からの入射光４０１が反射され、封止材１０６の内部に反射光４０４が戻ることとなる。

図５（ｄ）は、光散乱部における光路の一例を示す図である。ＬＥＤ素子１０１からの光が封止材１０６内部から、ドット状の光散乱部１０７に形成される凹凸１０９に臨界角度以上の角度βで到達する時、入射光の４０１は光散乱部１０７に形成される凹凸１０９によって散乱され、散乱光４０３として様々な方向へ向かう。このため、臨界角度以上の箇所で光散乱部ある場合では、図５（ｃ）と異なり、散乱光４０３の一部が封止材１０６の外部に出射する。封止材１０６の外部に出射する散乱光４０３によって、封止材１０６の内部に戻る光が減少し、ＬＥＤ素子１０１から出射された光が蛍光体にあたる確率が減少し、色変換効率も減少する。したがって、臨界角度以上の箇所で光散乱部を設けると、色変換による黄色光が減少して、ＬＥＤ光源１００から出射される光の色度を色度座標上で青色方向へ変化させることが可能となる。なお、この場合に、ＬＥＤ光源１００の内部に戻ってくる光の強度は、光散乱部１０７の散乱効率によって定まる。

上述したように、本発明に係るＬＥＤ光源１００では、封止材１０６の表面１０８の一部に光散乱部１０７を形成することで、散乱光４０３を発生させ、ＬＥＤ光源１００内の光路を変化させることで、ＬＥＤ光源の色度調整を行っている。なお、上記の色度調整方法は、特許文献１に記載されている、透明樹脂７０２の量の単純な増減によって行う色度調整とは原理的に全く異なるものである。本発明に係るＬＥＤ光源１００では、光散乱部１０７を封止材１０６の表面１０８の一部に形成することで、ＬＥＤ光源１００の外形をほとんど変化させず、色度調整の過程において与えるダメージを少なくすることができ、容易に色度調整が可能である。

図６は、色度補正量分布及び臨界角を説明するための図である。

図６（ａ）は色度補正量（Δｘ）分布の一例を示し、図６（ｂ）はＬＥＤ光源１０の上面図を示し、図６（ｃ）は図６（ｂ）の線Ｌにおける断面図である。

図６（ａ）は、図６（ｂ）の線Ｌ上に設けた光散乱部による黄色側への色度補正量（Δｘ）分布７０を表している。例えば、図６（ｂ）に示すように、光散乱部８６だけを表面１０８に形成した場合、図６（ａ）の色度補正量分布７０における斜線部７３に相当する分だけＬＥＤ光源の色度が黄色側へ補正されることとなる。同様に、図６（ｂ）に示すように、光散乱部８７と同じ散乱効率を有する光散乱部９２だけを表面１０８に形成した場合、図６（ａ）の色度補正量分布７０における斜線部７４に相当する分だけＬＥＤ光源の色度が黄色側へ補正されることとなる。このように、同じ散乱効率を有する同じ面積の光散乱部を表面１０８上に形成しても、光散乱部による色度補正量（Δｘ）は、表面１０８の中心部で大きく、周辺部で小さい。これは、表面１０８の中心Ｏの真下にＬＥＤ素子が配置されていることから、青色光の強度が強く、それだけ光散乱部８７による散乱の影響が強い事、また、表面１０８の中心Ｏでは、ＬＥＤ素子から出射した光が表面１０８に達するまでの光路が一番短いことから、蛍光体に出会う確率が低く、青色光のまま表面１０８に達する確率が高いことから光散乱部８７の影響が強いからである。このように、色度補正量分布７０を利用することによって、どの位置にどのような光散乱部を形成すれば、ＬＥＤ光源の色度をどれだけ変更することができるかを事前に判別することが可能となる。

図６（ａ）の色度補正量分布７０は、ＬＥＤ光源１０の中心Ｏの真上に色度計を固定して配置して、表面１０８に最初に光散乱部８０のみを形成して色度を計測し、光散乱部を全く形成しない時の色度との差である色度補正量を演算する。次に、更に光散乱部８１を追加して形成して色度を計測し、光散乱部８０のみが形成された時の色度との差である色度補正量を演算する。というように、順次、線Ｌ上に光散乱部８０〜９４を形成する毎に色度補正量を演算することにより、所定のＬＥＤ光源についての色度補正量分布７０を求めることができる。

なお、図６（ａ）における色度補正量分布７０は、図６（ｂ）における線Ｌ上についてのものであるが、表面１０８について２次元的な色度補正量分布を求めることも可能である。その場合、図６（ｂ）に示すように、所定の線上だけでなく、表面１０８全体に複数の光散乱部を設ける毎に色度補正量を演算すれば良い。

図６（ｃ）に示す角度γが臨界角度であって、臨界角度内の領域を示すのが図６（ｂ）の領域７１である。図５を用いて説明したように、臨界角度内の領域７１内に、光散乱部を設けることによって、ＬＥＤ光源１００から出射される光の色度を、色度座標上でより黄色側に調整することが可能となる。また、封止材１０６の表面１０８ではあるが、臨界角度内の領域７１外に、光散乱部を設けることによって、ＬＥＤ光源１００から出射される光の色度を、色度座標上でより青色側に調整することが可能となる。

図７は、他のＬＥＤ光源の例を示す図である。

図７（ｂ）は他のＬＥＤ光源１２０の上面図であり、図７（ａ）は図７（ｂ）による色度補正量分布を示す図である。同様に、図７（ｄ）は更に他のＬＥＤ光源１３０の上面図であり、図７（ｃ）は図７（ｄ）による色度補正量分布を示す図である。

ＬＥＤ光源１２０及び１３０は、封止材１０６の表面１０８上に設けられた光散乱部が異なるのみであって、他の箇所は図１に示したＬＥＤ光源１００と同様であるので、その他の説明を省略する。なお、図７（ｂ）及び（ｄ）において、点線７２は臨界角度内の領域の境界線を示している（図６参照）。

図７（ｂ）に示すＬＥＤ光源１２０では、表面１０８上の臨界角度内の領域内に、円形の光散乱部１２１が形成されている。光散乱部１２１は、図２（ｂ）に示す光散乱部１１０と同様に、表面１０８を研磨することによって形成されたものである。しかしながら、図２（ａ）、（ｃ）及び（ｄ）等に示すような他の光散乱部を形成しても良い。

図７（ｂ）に示すような、光散乱部１２１を表面１０８上の臨界角度内の領域内に設けることによって、ＬＥＤ光源１２０の出射光の色度を、色度座標上で黄色よりに調整することができる。また、図７（ｂ）に示す光散乱部１２１による色度補正量は、図７（ａ）の色度補正量分布７０における斜線部７５の面積に対応することとなる。

図７（ｄ）に示すＬＥＤ光源１３０では、表面１０８上の臨界角度内の領域内に、ドット状の４つの光散乱部１３１〜１３４が形成されている。４つの光散乱部１３１〜１３４は、図７（ｂ）の光散乱部１２１と同じ散乱効率を有しているものとする。

図７（ｄ）に示すような、４つの光散乱部１３１〜１３４を表面１０８上の臨界角度内の領域内に設けることによって、ＬＥＤ光源１３０の出射光の色度を、色度座標上で黄色よりに調整することができる。また、図７（ｄ）に示す光散乱部１３１〜１３４による色度補正量は、図７（ｃ）の色度補正量分布７０における斜線部７６の面積に対応することとなる。図７(ａ）に示す色度補正量分布７０における斜線部７５と比較することによって、光散乱部１３１〜１３４の色度補正量の度合いを知ることができる。

図８は、更に他のＬＥＤ光源の例を示す図である。

図８（ａ）及び（ｂ）は、図７（ａ）及び（ｂ）と同じ図面である。図８（ｄ）は更に他のＬＥＤ光源１４０の上面図であり、図８（ｃ）は図８（ｄ）による色度補正量分布を示す図である。

ＬＥＤ光源１４０は、封止材１０６の表面１０８上に設けられた光散乱部が異なるのみであって、他の箇所は図１に示したＬＥＤ光源１００と同様であるので、その他の説明を省略する。なお、図８（ｄ）において、点線７２は臨界角度内の領域の境界線を示しており（図６参照）、点線１２１は図８（ｂ）に示す光散乱部１２１の輪郭を示している。

ＬＥＤ光源１４０では、表面１０８上の臨界角度内の領域内に、図８（ｂ）で示した光散乱部１２１より小さい、円形の光散乱部１４１が形成されている。光散乱部１４１は、図８（ｄ）に示す光散乱部１３１と同様に、表面１０８を研磨することによって形成されたものであり、散乱効率は光散乱部１２１と同様である。

図８（ｄ）に示すような、光散乱部１４１を表面１０８上の臨界角度内の領域内に設けることによって、ＬＥＤ光源１４０の出射光の色度を、色度座標上で黄色よりに調整することができる。また、図８（ｄ）に示す光散乱部１４１による色度補正量は、図８（ｃ）の色度補正量分布７０における斜線部７７の面積に対応することとなる。図８(ａ）に示す色度補正量分布７０における斜線部７５と比較することによって、光散乱部１４１の色度補正量の度合いを知ることができる。このように、同じ散乱効率を有する光散乱部であれば、その面積を変化させることによって、色度の補正量を変化させる（即ち、色度の調整量を変化させる）ことが可能である。

図９は、更に他のＬＥＤ光源の例を示す図である。

図９（ａ）及び（ｂ）は、図７（ａ）及び（ｂ）と同じ図面である。図９（ｄ）は更に他のＬＥＤ光源１５０の上面図であり、図９（ｃ）は図９（ｄ）による色度補正量分布を示す図である。

ＬＥＤ光源１５０は、封止材１０６の表面１０８上に設けられた光散乱部が異なるのみであって、他の箇所は図１に示したＬＥＤ光源１００と同様であるので、その他の説明を省略する。なお、図９（ｄ）において、点線７２は臨界角度内の領域の境界線を示している（図６参照）。

図９（ｄ）に示すＬＥＤ光源１５０では、表面１０８上の臨界角度内の領域内に、円形の光散乱部１５１が形成されている。光散乱部１５１は、図２（ｂ）に示す光散乱部１１０と同様に、表面１０８を研磨することによって形成されたものであり、図９（ｂ）に示す光散乱部１２１と同じ面積を有するが、光散乱部１５１の散乱効率は光散乱部１２１の散乱効率より低くなるように設定されている。

図９（ｄ）に示すような、光散乱部１５１を表面１０８上の臨界角度内の領域内に設けることによって、ＬＥＤ光源１５０の出射光の色度を、色度座標上で黄色よりに調整することができる。また、図９（ｄ）に示す光散乱部１５１による色度補正量は、図９（ｃ）の色度補正量分布７０´における斜線部７８の面積に対応することとなる。光散乱部１５１の面積は光散乱部１２１と同様であるが、光散乱部１５１の散乱効率は光散乱部１２１の散乱効率より低くなるように設定されていることから、光散乱部１５１の色度補正量は、光散乱部１２１の色度補正量より低いことが理解できる。

図１０は、更に他のＬＥＤ光源を示す図である。

図１０（ａ）はＬＥＤ光源１６０の色度補正量分布の一例を示し、図１０（ｂ）はＬＥＤ光源１６０の上面図を示し、図１０（ｃ）は図１０（ｂ）のＡＡ´断面図である。

図１０に示すＬＥＤ光源１６０と、図１に示すＬＥＤ光源１００との差異は、ＬＥＤ１６０の表面１０８上に設けられた光散乱部１６１及び１６２のみであるので、他の箇所の説明は省略する。なお、図１０（ｂ）における、点線７２は臨界角度内の領域の境界線を示している（図７参照）。

光散乱部１６１及び１６２は、図２（ｂ）に示す光散乱部１１０と同様に、表面１０８を研磨することによって形成されたものであり、散乱効率は同様である。しかしながら、図２（ａ）、（ｃ）及び（ｄ）等に示すような他の光散乱部を形成しても良い。また、光散乱部１６１及び１６２は、臨界角度内の領域外に配置されている。図１０に示すように、２つの光散乱部１６１及び１６２を表面１０８上の臨界角度内の領域外に設けることによって、ＬＥＤ光源１６０の出射光の色度を、色度座標上で青色よりに調整することができる。また、図１０（ｂ）に示す光散乱部１６１による黄色側への色度補正量は、図１０（ａ）の色度補正量分布７０における斜線部７９の面積に対応することとなる。なお、図１０（ａ）における斜線部７９はマイナス側にあるので、光散乱部１６１は、ＬＥＤ光源１６０の出射光の色度を、色度座標上で青色よりに調整することができることを意味している。

図１１は、他の色度座標例を示す図である。

図１１において、縦軸及び横軸は、それぞれ色度座標変化△ｙ及び△ｘを示している。なお、色度調整前のＬＥＤ光源（光散乱部が形成されていない場合）の色度座標変化を原点（△ｙ、△ｘ）＝（０、０）としている。

図中において、色度座標変化８０は光散乱部がない場合（図１８のＬＥＤ光源１０に相当）を示し、色度座標変化８１は表面１０８上の臨界角度内の領域外に光散乱部１６１及び１６２が設けられた場合（図１０ＬＥＤ光源１６０に相当）を示している。

また、図１１から理解されるように、色度座標変化８０の色度座標は（０、０）、色度座標変化８１の色度座標は（０．００１８、−０．００２４）であり、青色方向に近づいている。このように、光散乱部を表面１０８上の臨界角度内の領域外に設けることによって、青色よりの色度調整が可能となることが理解できる。

図１２は、更に他のＬＥＤ光源の例を示す図である。

図１２（ａ）は、ＬＥＤ光源１７０の上面図である。図１２（ａ）に示すＬＥＤ光源１７０と、図１に示すＬＥＤ光源１００との差異は、ＬＥＤ１７０の表面１０８上に設けられた光散乱部１７１のみであるので、その他の説明は省略する。なお、図１２（ａ）における、点線７２は臨界角度内の領域の境界線を示している（図７参照）。ＬＥＤ光源１７０では、臨界角度内の領域外に、ドット状の光散乱部１７１が複数、ＬＥＤ光源１７０の上面１０８の外縁に沿って配置されている。複数の光散乱部１７１は、図２（ａ）に示す光散乱部１０７と同様に、針を用いて形成したくぼみである。しかしながら、図２（ｂ）〜（ｄ）等に示すような他の光散乱部を形成しても良い。図１２（ａ）に示すような、複数の光散乱部１７１を表面１０８上の臨界角度内の領域外に設けることによって、ＬＥＤ光源１７０の出射光の色度を、色度座標上で青色よりに調整することができる。

図１２（ｂ）は、ＬＥＤ光源１８０の上面図である。図１２（ｂ）に示すＬＥＤ光源１８０と、図１に示すＬＥＤ光源１００との差異は、ＬＥＤ１８０の表面１０８上に設けられた光散乱部１８１のみであるので、その他の説明は省略する。なお、図１２（ｂ）における、点線７２は臨界角度内の領域の境界線を示している（図７参照）。ＬＥＤ光源１８０では、臨界角度内の領域外に、ドット状の光散乱部１８１が複数、円形に配置されている。複数の光散乱部１８１は、図２（ａ）に示す光散乱部１０７と同様に、針を用いて形成したくぼみである。しかしながら、図２（ｂ）〜（ｄ）等に示すような他の光散乱部を形成しても良い。図１２（ｂ）に示すような、複数の光散乱部１８１を表面１０８上の臨界角度内の領域外に設けることによって、ＬＥＤ光源１８０の出射光の色度を、色度座標上で青色よりに調整することができる。

図１２（ｃ）は、ＬＥＤ光源１９０の上面図である。図１２（ｃ）に示すＬＥＤ光源１９０と、図１に示すＬＥＤ光源１００との差異は、ＬＥＤ１９０の表面１０８上に設けられた光散乱部１９１〜１９４のみであるので、その他の説明は省略する。なお、図１２（ｃ）における、点線７２は臨界角度内の領域の境界線を示している（図７参照）。ＬＥＤ光源１９０では、臨界角度内の領域外に、複数の帯状の光散乱部１９１〜１９４が同心円状に配置されている。複数の光散乱部１９１〜１９４は、図２（ｂ）に示す光散乱部１１０と同様に、表面を削ることによって形成されたものである。しかしながら、図２（ａ）、（ｃ）及び（ｄ）等に示すような他の光散乱部を形成しても良い。図１２（ｃ）に示すような、複数の光散乱部１９１〜１９４を表面１０８上の臨界角度内の領域外に設けることによって、ＬＥＤ光源１９０の出射光の色度を、色度座標上で青色よりに調整することができる。

図１２（ｄ）は、ＬＥＤ光源２００の上面図である。図１２（ｄ）に示すＬＥＤ光源２００と、図１に示すＬＥＤ光源１００との差異は、ＬＥＤ２００の表面１０８上に設けられた光散乱部２０１のみであるので、その他の説明は省略する。なお、図１２（ｄ）における、点線７２は臨界角度内の領域の境界線を示している（図７参照）。ＬＥＤ光源２００では、臨界角度内の領域外に、帯状の光散乱部２０１が配置されている。光散乱部２０１は、図２（ｂ）に示す光散乱部１１０と同様に、表面を研磨することによって形成されたものである。しかしながら、図２（ａ）、（ｃ）及び（ｄ）等に示すような他の光散乱部を形成しても良い。図１２（ｄ）に示すような、光散乱部２０１を表面１０８上の臨界角度内の領域外に設けることによって、ＬＥＤ光源２００の出射光の色度を、色度座標上で青色よりに調整することができる。

図１３は、光散乱部のずらしを説明するための図である。

図１３（ａ）及び（ｂ）は、図７（ａ）及び（ｂ）と同様の状態を示している。即ち、光散乱部１２１を表面１０８上の臨界角度内の領域に設けることによって、ＬＥＤ光源１２０の出射光の色度を、色度座標上で黄色よりに調整している。

図１３（ｄ）は、図１３（ｂ）の光散乱部１２１を、そのまま図中右側に距離ｄだけずらして光散乱部１２２としたＬＥＤ光源１２０´を示している。図１３（ａ）の色度補正量分布７０の斜線部７５はＬＥＤ光源１２０の色度補正量を示しており、図１３（ｃ）の色度補正量分布７０の斜線部１２５はＬＥＤ光源１２０´の色度補正量を示している。また、図１３（ａ）及び（ｃ）より、斜線部７５の面積＞斜線部１２５の面積である。このように、同じ散乱効率を有し、同形状で同じ面積を有する光散乱部を表面１０８上でずらすことによって、色度補正量を変化（調整）することが可能となる。

なお、光散乱部１２１及び光散乱部１２２は共に、臨界角度内の領域内に設けられているが、さらにずらして、光散乱部１２３とした場合には、光散乱部１２３の一部が臨界角度内の領域外に配置されることとなり、さらに色度の調整度合いが異なってくる。

図１４は、ずらしを行ったＬＥＤ光源の例を示す図である。

図１４（ａ）は図１３（ｂ）と同じ図面であり、図１４（ｂ）は図１４（ａ）のＡＡ´断面図である。また、図１４（ｃ）は図１３（ｄ）と同じ図面であり、図１４（ｄ）は図１４（ｃ）のＡＡ´断面図である。

図１４（ｃ）及び（ｄ）に示すＬＥＤ光源１２０´と図１に示すＬＥＤ光源１００との差異は、ＬＥＤ光源１２０´上の光散乱部１２２のみであるので、その他の説明は省略する。

図１５は、ずらし量（ｄ）と色度補正量Δｘとの関係を示す図である。

図１４に示す光散乱部１２１と同じ散乱効率を有し、同形状で同じ面積を有する光散乱部のずらし量（ｄ）を変化させて、色度補正量Δｘを測定した。ずらし量ｄ＝０とした場合を示す点９０、ずらし量ｄ＝１７０μｍとした場合を示す点９１、ずらし量ｄ＝２００μｍとした場合を示す点９２、ずらし量ｄ＝２２０μｍとした場合を示す点９３、及びずらし量ｄ＝３１０とした場合を示す点９４には、図１５に示すように、所定の相関関係が見られる。

図１６は、更に他の色度座標例を示す図である。

図１６において、縦軸及び横軸は、それぞれ色度座標変化△ｙ及び△ｘを示している。なお、色度調整前のＬＥＤ光源（光散乱部がない場合）の色度座標変化を原点（△ｙ、△ｘ）＝（０、０）としている。また、図１６の各点９０〜９４は、図１５の点９０〜９４に対応している。

図１５及び図１６より、同じ方法で形成された同じ大きさの光散乱部のずらす量ｄを変化させることによって、色度の調整度合いを補正することが可能となる。即ち、図１４（ａ）及び（ｂ）に示すような光散乱部１２１を形成することによって、ＬＥＤ光源１２０から出射される光の色度を色度座標上で黄色側に調整することができ、また、光散乱部１２１と同じ形状の光散乱部をずらす量ｄを大きくすることによって、段階的にＬＥＤ光源１２０´から出射される光の色度を色度座標上で青色側に調整することができる。

図１７は、ずらして形成するための光散乱部のパターンを示す図である。

図１７（ａ）は図１４（ａ）に示した光散乱部１２１と同様のパターンを示している。

図１７（ｂ）は、光散乱部１２１とほぼ同じ面積中に、複数の円形のドット形状の光散乱部２２０が形成されているパターンを示している。また、図１７（ｃ）は、光散乱部１３１とほぼ同じ面積中に、複数の帯状の光散乱部が同心円状に形成されているパターンの光散乱部２３０を示している。さらに、図１７（ｄ）は、升目状の光散乱部が、所定の大きさの正方形内に形成されているパターンの光散乱部２４０を示している。図１７（ａ）〜（ｄ）に示した例は一例であって、他のパターンをずらして形成するための光散乱部のパターンとして利用することができる。

以下、ＬＥＤ光源の色度調整方法について説明する。

最初に、図１８に記載されるように光散乱部が形成されていないＬＥＤ光源１０を製造し、ＬＥＤ光源を発光させて、出射される光の色度を測定する。

次に、測定された色度が所望の色度でない場合には、測定された色度と所望の色度との色度差に応じた調整を行うための光散乱部をＬＥＤ光源の表面１０８上に形成する。色度差と形成する光散乱部の種類との関係を予め定めておき、それに従って、光散乱部を形成するようにすると、色度調整にかかるコストや時間を節約することが可能となる。例えば、青色より色度差が中程度であれば、図１に示すように１０個のドット形状の光散乱部１０７を形成し、色度差が小程度であれば、図１に示すドット形状の光散乱部１０７を円形状に５個形成し、色度差が大程度であれば、図１に示すドット形状の光散乱部１０７を円形状に２０個形成する、というように設定する。

また、図１４を用いて説明したように、色度調整を行う場合には、常に図１４（ａ）に示す光散乱部１２１と同じ散乱効率を有し、同形状で同じ面積の光散乱部を形成することとし、ただし、その形成位置、即ちずらし量（ｄ）を、色度差に応じて変更するようにしても良い。その場合、色度差とずらし量との関係をテーブル等に定めておき、測定結果に基づき、テーブルに定められたずらし量（ｄ）に応じて、光散乱部を形成するようにすれば良い。

このように、同じ方法で形成した光散乱部の位置をずらして色度の調整を行う方法を利用すると、ＬＥＤ光源の製造上、コストを減少させる上で非常に効果がある。即ち、測定した色度と所望の色度との色度差に応じて、複数種類の光散乱部を用意して、ＬＥＤ光源の表面に形成するよりも、同じ散乱効率を有し、同形状で同じ面積の光散乱部を位置をずらして形成した方が、極めて単純に光散乱部を形成することができ、製造コストを減少させることが可能となる。

上記の例では、青色光を発光するＬＥＤ素子と、青色光を吸収して黄色光を出射する蛍光体を用いて擬似白色光を出射するＬＥＤ光源を用いて説明したが、本発明はこのような組み合わせに限定されるものではなく、他の種類のＬＥＤ光源にも適用することが可能である。例えば、本発明は、青色光を発光するＬＥＤ素子と青色光を吸収してＧ色光を出射する蛍光体を用いて擬似青緑色光を出射するＬＥＤ光源や、青色光を発光するＬＥＤ素子と青色光を吸収してＲ色光を出射する蛍光体を用いて擬似紫色光を出射するＬＥＤ光源、及びそれらの色度補正に適用することが可能である。

さらに、本発明は、青色光を発光するＬＥＤ素子と、一例として、Ｇ色を発光する蛍光体（以下「Ｇ色蛍光体」と言う）及びＲ色光を発光する蛍光体（以下「Ｒ色蛍光体」と言う）の様な複数の蛍光体を混合した封止樹脂を備えたＬＥＤ光源にも応用することができる。例えば、ＲＧＢ−ＬＥＤ光源の色度を、Ｇ色蛍光体とＲ色蛍光体の混合比によって決定された色度座標上での直線上において、ＲＧＢ−ＬＥＤ光源の表面上に設けた光散乱部によって調整することが可能である。

さらに、青色光を発光するＬＥＤ素子だけでなく、Ｇ色光を発光するＬＥＤ素子を含むＬＥＤ光源においても、本発明を適用することが可能である。

１００、１２０、１３０、１３０´、１４０、１５０、１６０、１７０、１８０、１９０、２００ ＬＥＤ光源
１０１ ＬＥＤ素子
１０２ 基材
１０３ 配線導体
１０４ ボンディングワイヤ
１０５ 反射枠
１０６ 封止材
１０７、１１０〜１１２、１２１〜１２３、１３１〜１３４、１４１、１５１、１６１、１６２、１７１、１８１、１９１〜１９４、２０１ 光散乱部
１０８ 封止材の表面
１０９ 凹凸
４０１ 入射光
４０２ 透過光
４０３ 散乱光

Claims (8)

1. ＬＥＤ素子、前記ＬＥＤ素子から発光される青色光を吸収し波長変換して黄色光を発光する蛍光体、及び前記蛍光体を含み前記ＬＥＤ素子の周囲に配置された封止材を有し、疑似白色光を出射するＬＥＤ光源の製造方法であって、
   前記ＬＥＤ光源の色度を測定する工程と、
   測定した色度を所望の色度に調整するための色度補正量に応じて、前記封止材の表面の臨界角度内の領域内及び臨界角度内の領域外に前記ＬＥＤ素子からの発光の一部を散乱させる凹凸パターンからなる光散乱部を形成した場合の色度変化を考慮して、前記光散乱部の位置を決定する工程と、
   前記ＬＥＤ光源から出射する疑似白色光を黄色より又は青色よりに調整するために、決定された前記位置に前記光散乱部を形成する工程と、
   を有することを特徴とするＬＥＤ光源の製造方法。
2. 前記形成工程では、前記ＬＥＤ光源から出射する疑似白色光を黄色よりに調整するために前記封止材の表面の臨界角度内の領域内に前記光散乱部を形成し、前記ＬＥＤ光源から出射する疑似白色光を青色よりに調整するために前記封止材の表面の臨界角度内の領域外に前記光散乱部を形成する、請求項１に記載のＬＥＤ光源の製造方法。
3. 前記形成工程では、前記色度補正量に応じて、前記光散乱部が位置をずらして形成される、請求項１に記載のＬＥＤ光源の製造方法。
4. 前記形成工程では、前記光散乱部が、同じパターン形状で同じ面積を位置をずらして形成される、請求項１に記載のＬＥＤ光源の製造方法。
5. 前記形成工程では、前記光散乱部が、同じ散乱効率を有するように形成される、請求項１〜４の何れ一項に記載のＬＥＤ光源の製造方法。
6. 前記光散乱部は、ドット状に形成された凹凸を含む、請求項１〜５の何れか一項に記載のＬＥＤ光源の製造方法。
7. 前記光散乱部は、線状に形成された凹凸を含む、請求項１〜５の何れか一項に記載のＬＥＤ光源の製造方法。
8. 前記光散乱部は、面状に形成された凹凸を含む、請求項１〜５の何れか一項に記載のＬＥＤ光源の製造方法。

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