JP2017034179A

JP2017034179A - 発光モジュール

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Publication number: JP2017034179A
Application number: JP2015154964A
Authority: JP
Inventors: 大長　久芳; Hisayoshi Daicho; 久芳大長; 杉森　正吾; Shogo Sugimori; 正吾杉森; 公典榎本; Kiminori Enomoto; 寿雄八木; Hisao Yagi
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2015-08-05
Filing date: 2015-08-05
Publication date: 2017-02-09
Anticipated expiration: 2035-08-05
Also published as: JP6774747B2

Abstract

【課題】演色性の高い新規な発光モジュールを提供する。
【解決手段】発光モジュール１０は、紫外線又は短波長可視光を発する発光素子と、発光素子が発する光により励起され可視光を発する光波長変換層１８と、を備える。光波長変換層１８は、第１の層２０と、第１の層２０を挟んで発光素子と反対側に設けられた第２の層２２と、を有する。第１の層２０および第２の層２２は、赤色蛍光体２４、緑色蛍光体２６、黄色蛍光体３０および青色蛍光体３２を含む。第１の層２０は、赤色蛍光体２４および緑色蛍光体２６の少なくとも一方を含む。第２の層２２は、黄色蛍光体３０および青色蛍光体３２の少なくとも一方を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光モジュールに関する。

従来、ＬＥＤを用いた白色光源が考案されている。例えば、カップ状の凹部の底面に実装された青色発光ダイオードと、該凹部内に充填され青色光によって励起されて青色以外の可視光を発する２種類以上の蛍光体が分散された透明樹脂部とを有する発光装置が考案されている（特許文献１参照）。この発光装置の透明樹脂部は、含まれる蛍光体が異なる少なくとも２層以上とされ、それらの層のうち凹部の底面側に設けられる下側の層に励起スペクトルが比較的広い赤色蛍光体が含有されており、凹部の開口側に設けられる上側の層に励起スペクトルが比較的狭い黄色蛍光体が含有されている。

また、基板上に、３７０ｎｍ〜４２０ｎｍの波長範囲の励起光を発する発光素子、およびこの発光素子を覆うように形成された励起光を可視光に変換する波長変換層を備えた発光装置であって、波長変換層内には、４３０ｎｍから４９０ｎｍの蛍光を発する青色蛍光体と、５００ｎｍから５６０ｎｍの蛍光を発する緑色蛍光体と、５４０ｎｍから６００ｎｍの蛍光を発する黄色蛍光体と、５９０ｎｍから７００ｎｍの蛍光を発する赤色蛍光体とが含まれている発光装置が考案されている（特許文献２参照）。この発光装置は、青色蛍光体および緑色蛍光体が含まれている第１の層よりも発光素子に近い第２の層に黄色蛍光体および赤色蛍光体が含まれている。

また、紫外線発光素子の光取出側に配設され、紫外線発光素子から発せられる光を受けて励起されることにより赤色光及び緑色光・青色光の波長変換光をそれぞれ発する３種の蛍光体層のうち少なくとも２種の蛍光体層を発光素子側から光取出側に沿って積層してなる波長変換用の板部材であって、３種の蛍光体層のうち波長変換光としての赤色光を発する赤色蛍光体層は、他の蛍光体層と比べて紫外線発光素子に近い位置に配置されている発光装置が考案されている（特許文献３参照）。

特開２００７−８１０９０号公報特開２００７−１０３５１２号公報特開２００７−１３４６５６号公報

しかしながら、上述の発光装置は、色度や演色性等の観点から更なる改善の余地がある。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、演色性の高い新規な発光モジュールを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の発光モジュールは、紫外線又は短波長可視光を発する発光素子と、発光素子が発する光により励起され可視光を発する光波長変換層と、を備える。光波長変換層は、第１の層と、第１の層を挟んで発光素子と反対側に設けられた第２の層と、を有する。第１の層および第２の層は、赤色蛍光体、緑色蛍光体、黄色蛍光体および青色蛍光体を含む。第１の層は、赤色蛍光体および緑色蛍光体の少なくとも一方を含む。第２の層は、黄色蛍光体および青色蛍光体の少なくとも一方を含む。

この態様によると、励起光の色が異なる４つの蛍光体を含んでいるため、演色性の高い新規な発光モジュールを実現できる。また、励起スペクトルが比較的長波長側まで存在する赤色蛍光体または緑色蛍光体が発光素子に近い第１の層に含まれているため、第２の層で励起された黄色光や青色光が第１の層で再吸収されることが抑制され、色ズレや光束の低下が低減される。

第１の層は、赤色蛍光体および緑色蛍光体を含んでもよい。第２の層は、黄色蛍光体および青色蛍光体を含んでもよい。これにより、励起スペクトルが比較的長波長側まで存在する赤色蛍光体および緑色蛍光体が発光素子に近い第１の層に含まれているため、第２の層で励起された黄色光や青色光が第１の層で吸収されることが抑制され、色ズレや光束の低下が低減される。

第１の層は、赤色蛍光体を含んでもよい。第２の層は、緑色蛍光体、黄色蛍光体および青色蛍光体を含んでもよい。これにより、励起スペクトルが比較的長波長側まで存在する赤色蛍光体が発光素子に近い第１の層に含まれているため、第２の層で励起された黄色光や青色光が第１の層で再吸収されることが抑制され、色ズレや光束の低下が低減される。

発光素子が搭載される基板と、発光素子と基板とを電気的に接続する導線と、を更に備えてもよい。第１の層は、赤色蛍光体および緑色蛍光体が分散された、−４０〜１００℃の範囲に含まれる少なくともいずれかの温度における弾性率が１０^４〜１０^５Ｐａの第１の樹脂層を有してもよい。第１の樹脂層は、導線を封止するように設けられていてもよい。これにより導線に働く応力を緩和できる。

第２の層は、黄色蛍光体および青色蛍光体が分散された、ショアＡ硬度が３０〜８０の第２の樹脂層を有してもよい。これにより、発光素子が保護される。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、演色性の高い新規な発光モジュールを実現できる。

実施例１に係る発光モジュールの概略を模式的に示した断面図である。実施例で用いられる赤色蛍光体の励起スペクトルおよび発光スペクトルの一例を示す図である。実施例で用いられる緑色蛍光体の励起スペクトルおよび発光スペクトルの一例を示す図である。実施例で用いられる黄色蛍光体の励起スペクトルおよび発光スペクトルの一例を示す図である。実施例で用いられる青色蛍光体の励起スペクトルおよび発光スペクトルの一例を示す図である。実施例２に係る発光モジュールの概略を模式的に示した側面図である。図６に示す発光モジュールのＡ−Ａ断面図である。実施例１に係る発光モジュールの発光スペクトルおよび比較例１に係る発光モジュールの発光スペクトルを示す図である。実施例２に係る発光モジュールの発光スペクトルを示す図である。実施例３に係る発光モジュールの概略を模式的に示した断面図である。実施例３に係る発光モジュールにおける発光スペクトルの変化を示す図である。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組合せは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

（発光モジュール）
本実施の形態に係る発光モジュールは、紫外線又は短波長可視光を発する発光素子と、発光素子が発する光により励起され可視光を発する光波長変換層と、を備える。光波長変換層は、第１の層と、第１の層を挟んで発光素子と反対側に設けられた第２の層と、を有する。第１の層および第２の層は、赤色蛍光体、緑色蛍光体、黄色蛍光体および青色蛍光体を含む。第１の層は、赤色蛍光体および緑色蛍光体の少なくとも一方を含む。第２の層は、黄色蛍光体および青色蛍光体の少なくとも一方を含む。

（発光素子）
本実施の形態に係る発光素子は、少なくとも紫外線又は短波長可視光を発するものであればその発光スペクトルは特に限定されるものではないが、発光装置の発光効率等の観点から、発光スペクトルのピークが３５０ｎｍ〜４３０ｎｍの波長域にあることが好ましい。

また、発光素子の具体例としては、例えば、ＬＥＤやＬＤ、ＥＬ等の半導体発光素子、真空放電や熱発光からの発光を得るための光源、電子線励起発光素子等の各種光源を用いることができる。発光素子として半導体発光素子を用いることにより、小型で省電力、長寿命な発光装置を得ることができる。このような半導体発光素子の好適な例として、４００ｎｍ付近の波長域の発光特性が良好であるＩｎＧａＮ系のＬＥＤやＬＤを挙げることができる。

（光波長変換層）
本実施の形態に係る光波長変換層は、含有する蛍光体の種類や量が異なる複数の層からなる。発光素子に近い第１の層には、赤色蛍光体および緑色蛍光体の少なくとも一方が含まれているとよい。また、第１の層を挟んで発光素子と反対側に設けられた第２の層には、黄色蛍光体および青色蛍光体の少なくとも一方が含まれているとよい。

第１の層および第２の層は全体として、励起光の色が異なる少なくとも４つの蛍光体（例えば、赤色蛍光体、緑色蛍光体、黄色蛍光体および青色蛍光体）を含んでいるため、演色性の高い新規な発光モジュールを実現できる。また、励起スペクトルが比較的長波長側まで存在する赤色蛍光体または緑色蛍光体が発光素子に近い第１の層に含まれているため、第１の層よりも発光素子から遠い側にある第２の層で励起された黄色光や青色光が第１の層で再吸収されることが抑制され、色ズレや光束の低下が低減される。

（第１の層）
第１の層は、（ｉ）主として赤色蛍光体および緑色蛍光体を含む場合、（ｉｉ）主として赤色蛍光体を含む場合、（ｉｉｉ）主として緑色蛍光体を含む場合、（ｉｖ）主として赤色蛍光体、緑色蛍光体および黄色蛍光体を含む場合、（ｖ）主として赤色蛍光体、緑色蛍光体および青色蛍光体を含む場合、（ｖｉ）主として赤色蛍光体および黄色蛍光体を含む場合、（ｖｉｉ）主として緑色蛍光体および黄色蛍光体を含む場合、が挙げられる。各蛍光体は、シリコーン等の封止樹脂やガラスのマトリックス相に分散されている。なお、本実施の形態に係る光波長変換層においては、第１の層に含まれる蛍光体と同色の蛍光体が第２の層に含まれている場合も有り得る。例えば、光波長変換層全体に含まれるある色の蛍光体のうち、第１の層に９０％以上、第２の層に１０％以下含有させてもよい。あるいは、第１の層に９５％以上、第２の層に５％以下含有させてもよい。あるいは、第１の層に９８％以上、第２の層に２％以下含有させてもよい。

第１の層に含有される蛍光体全体の濃度は、０．２ｖｏｌ％以上であればよく、好ましくは０．５ｖｏｌ％以上、より好ましくは０．８ｖｏｌ％以上である。蛍光体全体の濃度が０．２ｖｏｌ％以上であれば、発光素子が発する光により十分な光束の可視光を生成できる。また、第１の層に含有される蛍光体全体の濃度は、１．５ｖｏｌ％以下であればよく、好ましくは１．３ｖｏｌ％以下、より好ましくは１．１ｖｏｌ％以下である。蛍光体全体の濃度が１．５ｖｏｌ％以下であれば、蛍光体で励起された可視光が他の蛍光体で散乱、遮蔽される割合が低減され、発光モジュールの発光効率の低下が抑制される。

（第２の層）
第２の層は、（ｉ）主として青色蛍光体および黄色蛍光体を含む場合、（ｉｉ）主として青色蛍光体、黄色蛍光体および緑色蛍光体を含む場合、（ｉｉｉ）主として青色蛍光体、黄色蛍光体および赤色蛍光体を含む場合、（ｉｖ）主として青色蛍光体を含む場合、（ｖ）主として黄色蛍光体を含む場合、が挙げられる。各蛍光体は、シリコーン等の封止樹脂やガラスのマトリックス相に分散されている。なお、本実施の形態に係る光波長変換層においては、第２の層に含まれる蛍光体と同色の蛍光体が第１の層に含まれている場合も有り得る。例えば、光波長変換層全体に含まれるある色の蛍光体のうち、第２の層に９０％以上、第１の層に１０％以下含有させてもよい。あるいは、第２の層に９５％以上、第１の層に５％以下含有させてもよい。あるいは、第２の層に９８％以上、第１の層に２％以下含有させてもよい。

第２の層に含有される蛍光体全体の濃度は、０．６ｖｏｌ％以上であればよく、好ましくは０．８ｖｏｌ％以上、より好ましくは０．９ｖｏｌ％以上である。蛍光体全体の濃度が０．６ｖｏｌ％以上であれば、発光素子が発する光により十分な光束の可視光を生成できる。一方、蛍光体全体の濃度が０．６ｖｏｌ％より希薄であると、十分な変換性能を確保するためには第２の層（蛍光体層）が大きく（厚く）なり、大量にマトリックス相としての材料が必要となるため、コストが高くなる。また、第２の層に含有される蛍光体全体の濃度は、２．０ｖｏｌ％以下であればよく、好ましくは１．５ｖｏｌ％以下、より好ましくは１．２ｖｏｌ％以下である。蛍光体全体の濃度が２．０ｖｏｌ％以下であれば、蛍光体で励起された可視光が他の蛍光体で散乱、遮蔽される割合が低減され、発光モジュールの発光効率の低下が抑制される。

（第１の樹脂層）
第１の樹脂層は、第１の層に含まれる各種蛍光体が分散されるマトリックス相である。具体的には、第１の樹脂層としては、−４０〜１００℃の範囲に含まれる少なくともいずれかの温度における貯蔵弾性率が１０^４〜１０^５Ｐａのシリコーン樹脂が好ましい。また、第１の樹脂層は、導線（ボンディングワイヤー）を封止するように設けられていてもよい。これにより導線に働く応力を緩和できる。

（第２の樹脂層）
第２の樹脂層は、第２の層に含まれる各種蛍光体が分散されるマトリックス相である。具体的には、第２の樹脂層は、ショアＡ硬度が３０〜８０のシリコーン樹脂が好ましい。これにより、第２の樹脂層で覆われた発光モジュールにおいて発光素子が保護される。

（赤色蛍光体）
赤色蛍光体は、発光スペクトルのピーク波長が６２０ｎｍ〜７５０ｎｍの範囲にある光を発するものであり、例えば、
（ｉ）(Ｃａ_１−ｘＳｒ_ｘ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ^２＋（０≦ｘ＜０．４）
（ｉｉ）Ｓｒ_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ^２＋
（ｉｉｉ）(Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）_３ＳｉＯ_５：Ｅｕ^２＋
の組成式で表される物質が挙げられる。

（緑色蛍光体）
緑色蛍光体は、発光スペクトルのピーク波長が４９５ｎｍ〜５７０ｎｍの範囲にある光を発するものであり、例えば、
（ｉ）(Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋
（ｉｉ）（Ｂａ，Ｓｒ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋
（ｉｉｉ）Ｓｒ_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋
（ｉｖ）Ｅｕ付活βサイアロン
（ｖ）Ｂａ_３Ｓｉ_６Ｏ_１２Ｎ_２：Ｅｕ^２＋
（ｖｉ）ＳｒＧａ_２Ｓ_４：Ｅｕ^２＋
（ｖｉｉ）ＳｒＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ^２＋
（ｖｉｉｉ）（Ｂａ，Ｓｒ）Ｓｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ^２＋
（ｉｘ）ＳｒＡｌＯ_４：Ｅｕ^２＋
（ｘ）(Ｓｒ，Ｂａ）Ａｌ_２Ｓｉ_２Ｏ_８：Ｅｕ^２＋
（ｘｉ）(Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）_２（Ｍｇ，Ｚｎ）Ｓｉ_２Ｏ_７：Ｅｕ^２＋
（ｘｉｉ）Ｓｒ_２Ｓｉ_３Ｏ_８−２ＳｒＣｌ_２：Ｅｕ^２＋
の組成式で表される物質が挙げられる。

（黄色蛍光体）
黄色蛍光体は、発光スペクトルのピーク波長が５７０ｎｍ〜５９０ｎｍの範囲にある光を発するものであり、例えば、一般式が（Ｍ^２ _ｘ,Ｍ^３ _ｙ,Ｍ^４ _ｚ）_ｍＭ^１Ｏ_３Ｘ_{（２／ｎ）}
（ここで、Ｍ^１はＳｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＳｎからなる群より選ばれる少なくともＳｉを含む１種以上の元素、Ｍ^２はＣａ、Ｍｇ、Ｂａ及びＺｎからなる群より選ばれる少なくともＣａを含む１種以上の元素、Ｍ^３はＳｒ、Ｍｇ、Ｂａ及びＺｎからなる群より選ばれる少なくともＳｒを含む１種以上の元素、Ｘは少なくとも１種のハロゲン元素、Ｍ^４は希土類元素及びＭｎからなる群より選ばれる少なくともＥｕ^２＋を含む１種以上の元素を示す。また、ｍは０．１１≦ｍ≦８／６、ｎは５≦ｎ≦７の範囲である。また、ｘ、ｙ、ｚは、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０．０１≦ｚ≦０．３を満たす範囲である。）で表される蛍光体が挙げられる。

（青色蛍光体）
青色蛍光体は、発光スペクトルのピーク波長が４３５ｎｍ〜４９５ｎｍの範囲にある光を発するものであり、例えば、
（ｉ）ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ^２＋
（ｉｉ）（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）_１０（ＰＯ_４）_６Ｃｌ_２：Ｅｕ^２＋
（ｉｉｉ）Ｂａ_３ＭｇＳｉ_２Ｏ_８：Ｅｕ^２＋
（ｉｖ）Ｓｒ_３ＭｇＳｉ_２Ｏ_８：Ｅｕ_２＋
（ｖ）ＳｉＯ_２−ＣａＩ_２：Ｅｕ^２＋
（ｖｉ）Ｓｒ_４Ａｌ_１４Ｏ_２４：Ｅｕ^２＋
（ｖｉｉ）（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）_２（Ｂ_５Ｏ_９）Ｘ_２：Ｅｕ^２＋（Ｘはハロゲン元素）
（ｖｉｉｉ）(Ｓｒ，Ｂａ）_３ＭｇＳｉ_２Ｏ_８：Ｅｕ^２＋
（ｉｘ）Ｃａ_{５−ｘ−ｙ}Ｍｇ_ｘ（ＰＯ_４）_３Ｃｌ：Ｅｕ^２＋ _ｙ
（ｘ）Ｓｒ_５−ｙ（ＰＯ_４）_３Ｃｌ：Ｅｕ^２＋ _ｙ
（ｘｉ）Ｃａ_{５−ｘ−ｙ}Ｓｒ_ｘ（ＰＯ_４）_３Ｃｌ：Ｅｕ^２＋ _ｙ
の組成式で表される物質が挙げられる。

（その他の蛍光体）
上述の蛍光体に加えて、あるいは一部の蛍光体に換えて橙色蛍光体や他の色の蛍光体を用いてもよい。橙色蛍光体は、発光スペクトルのピーク波長が５９０ｎｍ〜６２０ｎｍの範囲にある光を発するものである。

（発光モジュールの製造方法）
次に、本実施の形態に係る発光モジュールの製造方法の一例について説明する。はじめに、予め回路パターンを形成したアルミナ、アルミニウム又はガラス強化エポキシ樹脂等からなる基板上に、１個又は複数個の、近紫外線又は短波長可視光を発するＬＥＤチップを実装する。実装方法は、予めＬＥＤチップをパッケージ化した後、半田実装する方法や、ＬＥＤチップを基板にダイボンド材によりダイボンディングした後に金ワイヤーとボンディングを行うチップオンボード実装等により行われる。

実装された各ＬＥＤチップの直上に、ＬＥＤチップからの発光を吸収し、緑色光に変換する蛍光体や、同様に赤色光に変換する蛍光体を含有するシリコーン樹脂を実装する。

第１の層であるシリコーン樹脂の実装は、（１）予め蛍光体含有シリコーン樹脂をシート状に成形し、そのシリコーン樹脂を基板に接着する、あるいは（２）前述の蛍光体含有シリコーンをＬＥＤチップ上に定量滴下塗布後、硬化させることにより行われる。この場合、ＬＥＤチップと接する樹脂（（１）の接着、（２）の滴下）は、−４０〜１００℃の範囲に含まれる少なくともいずれかの温度における貯蔵弾性率が１０^４〜１０^５Ｐａの低弾性率の樹脂が好ましい。

次に、青色蛍光体や黄色蛍光体を分散したシリコーン樹脂（第２の層）を搭載する。具体的には、
（１）前述の第１の層を搭載した基板上に、青色蛍光体や黄色蛍光体を分散したシリコーン樹脂を３〜１５ｍｍの範囲の適正な厚みとなるように塗布し、１５０℃、１ｈで加熱硬化させる。
（２）金型の中に青色蛍光体や黄色蛍光体を分散したシリコーン樹脂を充填し、型の開口部に前述の第１の層を搭載した基板を設置し、加熱硬化させる。
（３）青色蛍光体や黄色蛍光体を分散したシリコーン樹脂を型に充填し、加熱硬化する。そして、硬化した成形品を、前述の第１の層を搭載した基板に、透明樹脂を用いて張り合わせる。

［実施例１］
図１は、実施例１に係る発光モジュールの概略を模式的に示した断面図である。図１に示す発光モジュール１０は、セラミックスの基板１２と、基板１２上に樹脂を介して実装されたｎＵＶ−ＬＥＤチップ１４と、基板１２に形成されている回路パターンとｎＵＶ−ＬＥＤチップ１４の電極とを接続する純金製のワイヤー１６と、光波長変換層１８と、を備える。ｎＵＶ−ＬＥＤチップ１４は、４０５ｎｍ近傍にピークを持つ短波長可視光を発するＬＥＤチップである。

光波長変換層１８は、第１の層２０と、第１の層２０を挟んでｎＵＶ−ＬＥＤチップ１４と反対側に設けられた第２の層２２と、を有する。第１の層２０は、第１の樹脂層２１に赤色蛍光体２４および緑色蛍光体２６が分散されたものである。第２の層２２は、第２の樹脂層２８に黄色蛍光体３０および青色蛍光体３２が分散されたものである。

実施例１では、貯蔵弾性率が０．４ＭＰａの比較的軟らかいシリコーン樹脂（Ｉ）に、蛍光体全体の濃度が１．０ｖｏｌ％となるように、赤色蛍光体２４（（Ｃａ，Ｓｒ）ＳｉＡｌＮ_３：Ｅｕ^２＋）、緑色蛍光体２６（（Ｂａ，Ｓｒ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋）を重量比３：１で混合し、分散／真空脱泡してシリコーン樹脂（Ｉ）塗布液を作成した。なお、赤色蛍光体２４および緑色蛍光体２６の混合比は、赤色蛍光体：緑色蛍光体＝６５：３５〜８５：１５（重量比）の範囲で適宜設定してもよい。

次に、含有された蛍光体の量が調整されているシリコーン樹脂（Ｉ）塗布液をディスペンサーを用いて、基板１２上のｎＵＶ−ＬＥＤチップ１４およびワイヤー１６が封止されるように塗布する。これにより、ワイヤー１６が保護される。なお、塗布量は、０．０１０〜０．０１５ｇ／チップである。その後、１５０℃、１ｈで加熱硬化し、第１の層２０が形成される。

次に、貯蔵弾性率が５．５ＭＰａの比較的硬質のシリコーン樹脂（ＩＩ）に、蛍光体全体の濃度が１．０ｖｏｌ％となるように、青色蛍光体３２（（Ｃａ，Ｓｒ）_５（ＰＯ_４）_３Ｃｌ：Ｅｕ^２＋）、黄色蛍光体３０（（Ｃａ，Ｓｒ）_７（ＳｉＯ_３）_６Ｃｌ_２：Ｅｕ^２＋）を重量比３：２で混合し、分散／真空脱泡してシリコーン樹脂（ＩＩ）を作成した。なお、青色蛍光体３２および黄色蛍光体３０の混合比は、青色蛍光体：黄色蛍光体＝５０：５０〜７０：３０（重量比）の範囲で適宜設定してもよい。

次に、含有された蛍光体の量が調整されているシリコーン樹脂（ＩＩ）を、φ１０ｍｍの半球状のキャビティを持つ型に充填する。このとき空気を巻き込まないように、真空充填してもよい。そして、シリコーン樹脂（ＩＩ）を充填した型のキャビティ開口面を塞ぐように、基板１２を設置し、１５０℃、１ｈ加熱処理することで硬化接合させる。

図２は、実施例で用いられる赤色蛍光体の励起スペクトルおよび発光スペクトルの一例を示す図である。図３は、実施例で用いられる緑色蛍光体の励起スペクトルおよび発光スペクトルの一例を示す図である。図４は、実施例で用いられる黄色蛍光体の励起スペクトルおよび発光スペクトルの一例を示す図である。図５は、実施例で用いられる青色蛍光体の励起スペクトルおよび発光スペクトルの一例を示す図である。

図２に示すように、実施例１に係る赤色蛍光体の発光スペクトルＬ１のピーク波長λｐは、６２５ｎｍ〜６３５ｎｍの範囲にある。また、励起スペクトルＬ２の励起端波長λｅは、５３０ｎｍ〜５４０ｎｍの範囲にある。ここで、励起端波長λｅとは、励起スペクトルＬ２における長波長側の励起強度の低下が急減し始める波長を示している。また、励起スペクトルＬ２の半値波長λｈは、５６０ｎｍ〜５７０ｎｍの範囲にある。ここで、半値波長λｈとは、励起スペクトルＬ２の長波長側のピーク強度Ｉｍａｘの５０％の強度Ｉｈとなる波長を示す。

図３に示すように、実施例１に係る緑色蛍光体の発光スペクトルＬ３のピーク波長λｐは、５２０ｎｍ〜５３０ｎｍの範囲にある。また、励起スペクトルＬ４の励起端波長λｅは、４５０ｎｍ〜４６０ｎｍの範囲にある。また、励起スペクトルＬ４の半値波長λｈは、４７０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲にある。

図４に示すように、実施例１に係る黄色蛍光体の発光スペクトルＬ５のピーク波長λｐは、５７０ｎｍ〜５８０ｎｍの範囲にある。また、励起スペクトルＬ６の励起端波長λｅは、４１０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲にある。また、励起スペクトルＬ６の半値波長λｈは、４３５ｎｍ〜４４５ｎｍの範囲にある。

図５に示すように、実施例１に係る青色蛍光体の発光スペクトルＬ７のピーク波長λｐは、４５５ｎｍ〜４６５ｎｍの範囲にある。また、励起スペクトルＬ８の励起端波長λｅは、３９０ｎｍ〜４００ｎｍの範囲にある。また、励起スペクトルＬ８の半値波長λｈは、４００ｎｍ〜４１０ｎｍの範囲にある。

［実施例２］
図６は、実施例２に係る発光モジュールの概略を模式的に示した側面図である。図７は、図６に示す発光モジュールのＡ−Ａ断面図である。

図６に示す発光モジュール１１０は、セラミックスの基板１１２と、基板１１２上に樹脂を介して実装された複数のｎＵＶ−ＬＥＤチップ１４と、基板１１２に形成されている回路パターンとｎＵＶ−ＬＥＤチップ１４の電極とを接続する純金製のワイヤー１６と、光波長変換層１１８と、を備える。

光波長変換層１１８は、第１の層１２０と、第１の層１２０を挟んでｎＵＶ−ＬＥＤチップ１４と反対側に設けられた第２の層１２２と、第１の層１２０と第２の層１２２とを接合する透明層１２４と、を有する。第１の層１２０は、第１の樹脂層２１に赤色蛍光体２４および緑色蛍光体１２６が分散されたものである。第２の層１２２は、第２の樹脂層２８に黄色蛍光体３０および青色蛍光体３２が分散されたものである。透明層１２４には、第１の層１２０や第２の層１２２に用いられる蛍光体が含有されていても良い。

実施例２では、貯蔵弾性率が０．４ＭＰａの比較的軟らかいシリコーン樹脂（Ｉ）に、蛍光体全体の濃度が１．０ｖｏｌ％となるように、赤色蛍光体２４（（Ｃａ，Ｓｒ）ＳｉＡｌＮ_３：Ｅｕ^２＋）、緑色蛍光体１２６（β−サイアロン）を重量比４：１で混合し、分散／真空脱泡してシリコーン樹脂（Ｉ）塗布液を作成した。なお、赤色蛍光体２４および緑色蛍光体１２６の混合比は、赤色蛍光体：緑色蛍光体＝６５：３５〜８５：１５（重量比）の範囲で適宜設定してもよい。

実施例２に係る基板１１２は、長さが２００ｍｍのセラミックス基板であり、搭載面には８ｍｍピッチで２４個のｎＵＶ−ＬＥＤチップ１４が実装されている。次に、含有された蛍光体の量が調整されているシリコーン樹脂（Ｉ）塗布液をディスペンサーを用いて、基板１１２上のｎＵＶ−ＬＥＤチップ１４およびワイヤー１６が封止されるように塗布し、１５０℃、１ｈで加熱硬化し、高さが１ｍｍ、幅が３ｍｍ、長さが２００ｍｍ未満の第１の層２０を形成する。これにより、ワイヤー１６が保護される。

次に、貯蔵弾性率が５．５ＭＰａの比較的硬質のシリコーン樹脂（ＩＩ）に、蛍光体全体の濃度が１．０ｖｏｌ％となるように、青色蛍光体３２（（Ｃａ，Ｓｒ）_５（ＰＯ_４）_３Ｃｌ：Ｅｕ^２＋）、黄色蛍光体３０（（Ｃａ，Ｓｒ）_７（ＳｉＯ_３）_６Ｃｌ_２：Ｅｕ^２＋）を重量比１：１で混合し、分散／真空脱泡してシリコーン樹脂（ＩＩ）を作成した。なお、青色蛍光体３２および黄色蛍光体３０の混合比は、青色蛍光体：黄色蛍光体＝５０：５０〜９０：１０（重量比）の範囲で適宜設定してもよい。

次に、含有された蛍光体の量が調整されているシリコーン樹脂（ＩＩ）を、開口部の幅１０ｍｍ、深さ８ｍｍ、長さ２００ｍｍの略三角柱状（図７参照）のキャビティを持つ型に充填する。このとき空気を巻き込まないように、真空充填してもよい。

次に、シリコーン樹脂（ＩＩ）を充填した前述のキャビティ型を下型とし、キャビティを塞ぐような上型を準備する。上型は、中央部に幅が４〜８ｍｍ、高さが１〜３ｍｍの凸状を有している。これらの下型と上型を型締めした後、加熱炉に入れて１５０℃、１ｈ加熱処理することでシリコーン樹脂を硬化させ、脱型することで蛍光体含有のシリコーン成形体を得る。

したがって、シリコーン成形体は、下面に幅４〜８ｍｍ、深さ１〜３ｍｍの溝が形成されている。この溝に透明層１２４となる接着性のある透明樹脂（例えば、ジメチルシリコーン樹脂が好適である。）を充填し、第１の層２０が形成された基板１１２を透明層１２４の上に積層し、１５０℃、１ｈ加熱処理することで透明樹脂を硬化させ、発光モジュール１１０が製造される。

［比較例１］
貯蔵弾性率が５．５ＭＰａの比較的硬質のシリコーン樹脂（ＩＩ）に、蛍光体全体の濃度が１．０ｖｏｌ％となるように、青色蛍光体３２（（Ｃａ，Ｓｒ）_５（ＰＯ_４）_３Ｃｌ：Ｅｕ^２＋）、黄色蛍光体３０（（Ｃａ，Ｓｒ）_７（ＳｉＯ_３）_６Ｃｌ_２：Ｅｕ^２＋）を重量比１：１で混合し、分散／真空脱泡してシリコーン樹脂（ＩＩ）を作成した。

次に、含有された蛍光体の量が調整されているシリコーン樹脂（ＩＩ）を、φ１０ｍｍの半球状のキャビティを持つ型に充填する。このとき空気を巻き込まないように、真空充填してもよい。そして、シリコーン樹脂（ＩＩ）を充填した型のキャビティ開口面を塞ぐように、基板１２を設置し、１５０℃、１ｈ加熱処理することで硬化接合させる。なお、比較例１に係る発光モジュールは、実施例１に係る発光モジュール１０における第１の層２０を備えていない以外、発光モジュール１０の構成とほぼ同じである。

（特性評価）
上述の実施例１、実施例２および比較例１における発光モジュールにおいて、平均演色係数、色温度、色度座標（ｃｘ、ｃｙ）を測定した。測定結果を表１に示す。

表１に示すように、実施例１に係る発光モジュール１０は、昼白色から昼光色で演色性の高い光を実現している。また、実施例２に係る発光モジュール１１０は、電球色で演色性の高い光を実現している。一方、比較例１に係る発光モジュールの演色性は、一般住宅用のシーリングライトと同程度の演色性に留まる。

図８は、実施例１に係る発光モジュールの発光スペクトルおよび比較例１に係る発光モジュールの発光スペクトルを示す図である。図８に示すように、実施例１に係る発光モジュール１０は、比較例１に係る発光モジュールと比較して、発光スペクトルの緑色や赤色の波長域の強度が向上している。

図９は、実施例２に係る発光モジュールの発光スペクトルを示す図である。図９に示すように、実施例２に係る発光モジュール１１０は、発光スペクトルの緑色や赤色の波長域の強度が黄色や青色の波長域の強度よりも大きくなっており、演色性が高く暖かみのある電球色の発光を実現していることがわかる。

上述のように実施例１や実施例２に係る発光モジュールは、励起スペクトルが比較的長波長側まで存在する赤色蛍光体および緑色蛍光体がｎＵＶ−ＬＥＤチップに近い第１の層２０に含まれているため、第２の層で励起された黄色光や青色光が第１の層で吸収されることが抑制され、色ズレや光束の低下が低減される。

なお、第１の層に赤色蛍光体を含ませ、第２の層に緑色蛍光体、黄色蛍光体および青色蛍光体を含ませてもよい。これにより、励起スペクトルが比較的長波長側まで存在する赤色蛍光体が発光素子に近い第１の層に含まれているため、第２の層で励起された黄色光や青色光が第１の層で再吸収されることが抑制され、色ズレや光束の低下が低減される。

［実施例３］
実施例１で用いた緑色蛍光体２６（（Ｂａ，Ｓｒ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋）は、オルソシリケート系の蛍光体であり、実施例２で用いた緑色蛍光体１２６のような酸窒化物のβ−ＳｉＡｌＯＮ系の蛍光体と比較して低コストである。一方、オルソシリケート系の蛍光体は、イオン結晶性の結晶であり水和しやすく、耐久性が低いため、熱および光エネルギーの影響を強く受ける。そのため、常温点灯においても、緑色蛍光体が劣化（発光強度低下）を起こす場合が有り得る。特に、実施例１に示す緑色蛍光体２６のように、ｎＵＶ−ＬＥＤチップ１４直近の第１の層２０に配置した場合、熱および光エネルギーの影響をより強く受ける。

そこで、実施例３に係る緑色蛍光体２６は、ｎＵＶ−ＬＥＤチップ１４に近い第１の層ではなく、第１の層よりも離れた第２の層に含有されている。なお、オルソシリケート系の緑色蛍光体以外にも、熱や光エネルギーの影響を受けやすい緑色蛍光体であれば、劣化防止という観点において実施例３に示す構成が有効な点は明らかである。

図１０は、実施例３に係る発光モジュールの概略を模式的に示した断面図である。図１０に示す発光モジュール２１０は、セラミックスの基板１１２と、基板１１２上に樹脂を介して実装された複数のｎＵＶ−ＬＥＤチップ１１４と、基板１１２に形成されている回路パターンとｎＵＶ−ＬＥＤチップ１４の電極とを接続する純金製のワイヤー（不図示）と、光波長変換層２１８と、を備える。

光波長変換層２１８は、第１の層２２０と、第１の層２２０を挟んでｎＵＶ−ＬＥＤチップ１４と反対側に設けられた第２の層２２２と、を有する。第１の層２２０は、第１の樹脂層２２１に赤色蛍光体２４および第１の黄色蛍光体３０ａが分散されたものである。第２の層２２２は、第２の樹脂層２２８に緑色蛍光体２６、第２の黄色蛍光体３０ｂおよび青色蛍光体３２が分散されたものである。

ここで、第１の黄色蛍光体３０ａおよび第２の黄色蛍光体３０ｂは、全く種類が同じ蛍光体であってもよく、あるいは互いに種類の異なる蛍光体であってもよい。ここで、種類の異なる蛍光体とは、蛍光体に含まれる元素の種類が異なる場合だけでなく、含まれる元素の種類は同じであるものの組成比が異なる場合も含まれる。

実施例３では、シリコーン樹脂等の第１の樹脂層２２１に、蛍光体全体の濃度が０．２〜１．５ｖｏｌ％となるように、赤色蛍光体２４（Ｃａ_１−ｘＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ^２＋ _ｘ）および第１の黄色蛍光体３０ａ（（Ｃａ，Ｓｒ）_７（ＳｉＯ_３）_６Ｃｌ_２：Ｅｕ^２＋）を重量比８０：２０で混合している。

そして、蛍光体が混合されているシリコーン樹脂塗布液をディスペンサーを用いて、基板１１２上のｎＵＶ−ＬＥＤチップ１４等が封止されるように塗布し、１５０℃、１ｈで加熱硬化し、第１の層２２０を形成する。

次に、付加重合型シリコーン樹脂（東レ・ダウコーニング社製ＭＳ−１００２（Ａ／Ｂ））に、蛍光体全体の濃度が０．５〜５ｖｏｌ％となるように、青色蛍光体３２（（Ｃａ，Ｓｒ）_５（ＰＯ_４）_３Ｃｌ：Ｅｕ^２＋）、第２の黄色蛍光体３０ｂ（（Ｃａ，Ｓｒ）_７（ＳｉＯ_３）_６Ｃｌ_２：Ｅｕ^２＋）、緑色蛍光体２６（（Ｂａ,Ｓｒ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ）を重量比６０：３０：１０の比率で混合した。その際、自公転攪拌脱法混合装置にて念入りに混合する。

その後、混合物をアルミ切削金型に流し込み第２の層２２２を形成し、第２の層の上から、第１の層２２０でｎＵＶ−ＬＥＤチップ１４が封止されている基板１１２を置き、全体を加熱硬化させ、白色の発光モジュール２１０を作製した。

この発光モジュール２１０を用いて室温点灯試験（Ｉｆ＝１６０ｍＡ）を行い、初期と２００時間後の発光スペクトルを比較した。図１１は、実施例３に係る発光モジュールにおける発光スペクトルの変化を示す図である。図１１に示すように、発光モジュール２１０は、点灯時間が大きくなっても、発光スペクトルにほぼ変化はない。なお、この時の評価は発光モジュール２１０に１００ｍＡで通電し、出射光の発光特性を、インスツルメントシステム社のスペクトル測定装置（ＣＡＳ１４０Ｂ）にて評価した。

以上、本発明を上述の実施の形態や実施例を参照して説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。

１０発光モジュール、１２基板、１４ｎＵＶ−ＬＥＤチップ、１６ワイヤー、１８光波長変換層、２０第１の層、２１第１の樹脂層、２２第２の層、２４赤色蛍光体、２６緑色蛍光体、２８第２の樹脂層、３０黄色蛍光体、３２青色蛍光体、１１０発光モジュール、１１２基板、１１８光波長変換層、１２０第１の層、１２２第２の層、１２４透明層、１２６緑色蛍光体。

Claims

紫外線又は短波長可視光を発する発光素子と、
前記発光素子が発する光により励起され可視光を発する光波長変換層と、を備え、
前記光波長変換層は、
第１の層と、前記第１の層を挟んで前記発光素子と反対側に設けられた第２の層と、を有し、
前記第１の層および前記第２の層は、赤色蛍光体、緑色蛍光体、黄色蛍光体および青色蛍光体を含み、
前記第１の層は、前記赤色蛍光体および前記緑色蛍光体の少なくとも一方を含み、
前記第２の層は、前記黄色蛍光体および前記青色蛍光体の少なくとも一方を含む、
ことを特徴とする発光モジュール。
前記第１の層は、前記赤色蛍光体および前記緑色蛍光体を含み、
前記第２の層は、前記黄色蛍光体および前記青色蛍光体を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の発光モジュール。
前記第１の層は、前記赤色蛍光体を含み、
前記第２の層は、前記緑色蛍光体、前記黄色蛍光体および前記青色蛍光体を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の発光モジュール。
前記黄色蛍光体は、第１の黄色蛍光体と、第２の黄色蛍光体と、を含み、
前記第１の層は、前記赤色蛍光体と、前記黄色蛍光体として前記第１の黄色蛍光体と、を含み、
前記第２の層は、前記緑色蛍光体と、前記青色蛍光体と、前記黄色蛍光体として前記第２の黄色蛍光体と、を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の発光モジュール。
前記発光素子が搭載される基板と、
前記発光素子と前記基板とを電気的に接続する導線と、を更に備え、
前記第１の層は、前記赤色蛍光体および前記緑色蛍光体が分散された、−４０〜１００℃の範囲に含まれる少なくともいずれかの温度における弾性率が１０４〜１０５Ｐａの第１の樹脂層を有し、
前記第１の樹脂層は、前記導線を封止するように設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の発光モジュール。
前記第２の層は、黄色蛍光体および青色蛍光体が分散された、ショアＡ硬度が３０〜８０の第２の樹脂層を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の発光モジュール。