JP6783985B2 - 発光装置 - Google Patents

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Description

本発明は、発光装置及びその製造方法に関する。
従来、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）と蛍光体を備え、白色光を発する発光装置が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。このような発光装置においては、ＬＥＤと蛍光体の合成発光スペクトルが白色光のスペクトルを形成している。
国際公開第２０１２／１０８０６５号 国際公開第２０１２／１４４０８７号
しかしながら、蛍光体はその特性上、吸収スペクトルと発光スペクトルの波長域が離れている。このため、励起光の吸収効率を高くするためには、蛍光体の発光スペクトルから離れた発光波長を有する発光素子を励起光源として用いざるを得ない。
このため、発光素子と蛍光体の合成発光スペクトルであって、昼光色等の特に色温度の高い青白い白色のスペクトルにおいては、発光素子の発光波長と蛍光体の発光波長との間に深い窪み（ディップ）が存在する。このような深いディップの存在は、発光装置の発光スペクトルを太陽光（自然光）のスペクトルに近づけることの障害になる。
そこで、本発明の目的は、発光素子及び蛍光体層から出射される光の合成によって形成される発光スペクトルのディップを浅くして、太陽光に近い発光スペクトルが得られる発光装置及びその製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するために本発明は、下記［１］〜［７］の発光装置を提供する。
[１] 第１のピーク波長を有する第１の出射光を出射する第１の発光素子と、第２のピーク波長を有する第２の出射光を出射する第２の発光素子と、前記第１及び第２の発光素子上に設けられた複数の蛍光体を含む蛍光体層と、を有し、前記蛍光体層は、前記第１及び第２の出射光を受光して、前記第１の出射光の前記第１のピーク波長よりも長波長側に分布し、前記第１及び第２の出射光により形成される発光スペクトルを含む第１の合成発光スペクトルを形成する、前記複数の蛍光体に基づく複数の出射光を出射し、前記第２の発光素子は、前記第１の合成発光スペクトルから前記第２の出射光の発光スペクトルを除去して形成された第２の合成発光スペクトルにおける、少なくも１つのディップのうち最も深いディップの深さを低減する発光スペクトルを有する、発光装置。
[２] 前記第２の発光素子の前記発光スペクトルは、前記第２の合成発光スペクトルにおいて、前記少なくとも１つのディップのうち最も深いディップを形成する、その両側のピーク波長の間に前記第２のピーク波長を位置させる、上記[１]に記載の発光装置。
[３]前記第２の発光素子の前記第２のピーク波長は、前記少なくとも１つのディップのうち最も深いディップの底の波長からのずれが５ｎｍ以内の波長である、上記[１]又は[２]に記載の発光装置。
[４]前記第１及び第２の発光素子は、それぞれ複数の第１及び第２の発光素子で構成され、前記複数の第１及び第２の発光素子は、格子状に配置されている、上記[１]〜[３]のいずれか１つに記載の発光装置。
[５]前記複数の第２の発光素子は、前記第２のピーク波長が異なる発光素子で構成される、上記[１]〜[４]のいずれか１つに記載の発光装置。
[６]前記蛍光体層は、前記第１の発光素子上に設けられ、前記複数の蛍光体を所定の濃度で含有する第１の蛍光体層と、前記第２の発光素子上に設けられ、前記複数の蛍光体を前記所定の濃度より低い濃度で含有する第２の蛍光体層を含んで構成される、上記[１]〜[５]のいずれか１つに記載の発光装置。
[７] 前記第１の発光素子の前記第１のピーク波長は、前記第２の発光素子の前記第２のピーク波長より短波長であり、前記蛍光体層は、前記第１の発光素子上に設けられ、前記複数の蛍光体のうち短波長の出射光を出射する第３の蛍光体層と、前記第２の発光素子上に設けられ、前記複数の蛍光体うち長波長の出射光を出射する第４の蛍光体層を含んで構成される、上記[１]〜[６]のいずれか１つに記載の発光装置。
上記目的を達成するために本発明は、下記［８］及び［９］の発光装置の製造方法を提供する。
[８]上記[１]〜[７]のいずれか１つに記載の発光装置の製造方法であって、前記蛍光体層、及び前記第１より第４の蛍光体層は、前記第１及び第２の発光素子上、及び前記複数の第１及び第２の発光素子上に塗布により形成される、発光装置の製造方法。
[９]前記塗布は、プリント印刷によって実行される、上記[８]に記載の発光装置の製造方法。
本発明によれば、発光素子及び蛍光体層から出射される光の合成によって形成される発光スペクトルのディップを浅くして、太陽光に近い発光スペクトルが得られるという効果を奏する。
図１は、第１の実施の形態に係る発光装置の斜視図である。 図２（ａ）は、第１の実施の形態に係る発光装置の上面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）の線分Ａ−Ａにおいて切断された発光装置の垂直断面図である。 図３（ａ）は、実施例１に係る発光装置の第１の発光素子と蛍光体層の合成発光スペクトルの例を示し、図３（ｂ）は、実施例１に係る発光装置の第２の発光素子の発光スペクトルの例を示し、図３（ｃ）は、実施例１に係る発光装置の発光スペクトルの例を示す。 図４（ａ）は、実施例２の第１の発光素子と蛍光体層の合成発光スペクトルの例を示し、図４（ｂ）は、実施例２に係る変形例の発光装置の第２の発光素子の発光スペクトルの例を示し、図４（ｃ）は、実施例２に係る発光装置の変形例の発光スペクトルの例を示す。 図５は、第２の実施の形態に係る発光装置の平面図である。 図６は、第３の実施の形態に係る発光装置の平面図である。
〔第１の実施の形態〕
図１は、第１の実施の形態に係る発光装置１の斜視図である。図２（ａ）は、蛍光体層１４を省略して図示した発光装置１の平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の線分Ａ−Ａにおいて切断された発光装置１の垂直断面図である。
発光装置１は、基板１０と、基板１０上に設置された複数の第１の発光素子１１及び複数の第２の発光素子１２と、複数の第１及び第２の発光素子１１、１２上に設けられた複数の蛍光体を含む蛍光体層１４と、を有する。
複数の第１の発光素子１１と複数の第２の発光素子１２は、格子状に、かつ、第１の発光素子１１と第２の発光素子１２で部分的に市松模様を構成するように配置されている。第１及び第２の発光素子１１、１２は、それぞれ少なくとも１つの発光素子から構成されていればよく、配置や配列の形態は製品設計に応じて適宜変更される。
第１の発光素子１１は、ピーク波長が青色から紫色に対応する波長帯にある出射光を出射し、第２の発光素子１２は、ピーク波長が青色から紫色に対応する波長帯にあり、第１の発光素子１１から出射される出射光のピーク波長より長波長の出射光を出射する。ここで、第１及び第２の発光素子１１、１２は、出射光のピーク波長の差が３０ｎｍ以内となっていることにより、発光色が近似していることが好ましく、更にはピーク波長の差が１５ｎｍ〜２０ｎｍとなっていることが最も好ましい。
蛍光体層１４は、第１及び第２の発光素子１１、１２から出射される出射光を受光して、第１の発光素子１１から出射される出射光のピーク波長よりも長波長側に分布し、第１及び第２の発光素子１１、１２から出射される出射光により形成される発光スペクトルを含んだ発光装置１の発光スペクトルを形成する、複数の蛍光体に基づく複数の波長変換光を出射する。
第２の発光素子１２は、発光装置１の発光スペクトルから第２の発光素子１２から出射される出射光によって形成される発光スペクトルを除去して形成される、第１の発光素子１１から出射される出射光と蛍光体層１４から出射される複数の波長変換光により形成される発光スペクトルにおける、少なくも１つのディップのうち最も深いディップの深さを低減して、発光装置１の発光スペクトルを太陽光の発光スペクトルに近づけるために用いられる。
このため、第２の発光素子１２は、第１の発光素子１１から出射される出射光と蛍光体層１４から出射される複数の波長変換光による合成発光スペクトルにおいて、最も深いディップを形成する、２つのピーク波長（ピークの頂点の波長）の間のピーク波長を有する。この範囲のピーク波長の中でも、第１の発光素子１１から出射される出射光と蛍光体層１４から出射される複数の波長変換光による合成発光スペクトルにおいて最も深いディップの底の波長からのずれが、５ｎｍ以下であるものが好ましい。
第１及び第２の発光素子１１、１２は、例えば、チップ基板と、発光層及びそれを挟むクラッド層を含む結晶層とを有するＬＥＤチップである。ＬＥＤチップとしては、結晶層が上方を向いたフェイスアップ型であってもよいし、結晶層が下方を向いたフェイスダウン型であってもよい。また、レーザーダイオード等のＬＥＤチップ以外の発光素子であってもよい。
図２（ａ）、（ｂ）において、基板１０は、例えば、配線基板やリードフレームインサート基板であり、素子搭載面には、第１の発光素子１１の電極１１ａ、１１ｂ及び第２の発光素子１２の電極１２ａ、１２ｂが接続される配線パターン１３が形成されている。
蛍光体層１４は、第１及び第２の発光素子１１、１２に共通であり、例えば、蛍光体粒子からなる複数の蛍光体を含み、当該複数の蛍光体粒子が分散している硬化性樹脂組成物を、第１及び第２の発光素子１１、１２の発光面上に、例えば、プリント印刷によって塗布して硬化させることによって形成されている。複数の蛍光体は、例えば、第１及び第２の発光素子１１、１２から出射される出射光の一部によって励起され青色光、青緑色光、緑色光及び赤色光の波長変換光をそれぞれ出射する青色蛍光体、青緑色蛍光体、緑色蛍光体及び赤色蛍光体である。なお、蛍光体は第１及び第２の発光素子１１、１２の出射光によって白色光を形成し得るものであれば、特に限定されない。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を説明する。
（実施例１）
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、１２個の第１の発光素子１１と４個の第２の発光素子１２を基板１０として準備した配線基板上に格子状に、かつ、第１の発光素子１１と第２の発光素子１２で部分的に市松模様を構成するような配列パターンで搭載し、第１の発光素子１１の電極１１ａ、１１ｂ及び第２の発光素子１２の電極１２ａ、１２ｂと基板１０上の配線パターン１３を接続した。
次に、図２（ｂ）に示すように、第１の発光素子１１と第２の発光素子１２上に、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）10（ＰＯ4）Ｃｌ2：Ｅｕからなる青色蛍光体、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）10（ＰＯ4）Ｃｌ2：Ｅｕからなる青緑色蛍光体、（Ｓｉ，Ａｌ）６（Ｏ，Ｎ）８：Ｅｕ２＋からなる緑色蛍光体及びＣｕＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋からなる赤色蛍光体の蛍光体粒子がエポキシ樹脂等に分散している硬化性樹脂組成物を、例えば、プリント印刷により塗布して硬化させることによって蛍光体層１４を形成し、発光装置１とした。
ここで、第１の発光素子１１として、ピーク波長が４０５ｎｍの出射光を出射する紫色ＬＥＤを用い、第２の発光素子１２として、ピーク波長が４２０ｎｍの青紫色ＬＥＤを用いた。
図３（ａ）は第１の発光素子１１のみから出射光を出射させ、その出射光の一部によって青色蛍光体、青緑色蛍光体、緑色蛍光体及び赤色蛍光体を励起して、蛍光体層１４から青色光、青緑色光、緑色光及び赤色光の波長変換光を出射させて、白色光を形成したときの合成発光スペクトルである。この図において、第１の発光素子１１から出射される出射光と蛍光体層１４から出射される青色光、青緑色光、緑色光及び赤色光の波長変換光による発光スペクトルにおける最も深いディップの底（矢印で示される）の波長はおよそ４２０ｎｍである。また、最も深いディップを形成する２つのピークのうちの、短波長側のピーク（第１の発光素子１１から出射される出射光の発光スペクトルのピーク）のピーク波長はおよそ３９８ｎｍであり、長波長側のピーク（蛍光体層１４から出射される複数の波長変換光の発光スペクトルのピーク）のピーク波長はおよそ４５３ｎｍである。
図３（ｂ）は第２の発光素子１２から出射される出射光の発光スペクトルである。この図から分かるように、第２の発光素子１２は、ピーク波長が、図３（ａ）の発光スペクトルにおける、３９８ｎｍより大きく、４５３ｎｍよりも小さい範囲Ｒ内であり、また、最も深いディップの底の波長４２０ｎｍからのずれが５ｎｍ以内、すなわち４１５ｎｍ以上４２５ｎｍ以下である発光素子となっている。
図３（ｃ）は第１及び第２の発光素子１１、１２から出射光を出射させ、これらの出射光の一部によって青色蛍光体、青緑色蛍光体、緑色蛍光体及び赤色蛍光体を励起して、蛍光体層１４から青色光、青緑色光、緑色光及び赤色光の波長変換光を出射させて、白色光を形成したとき、すなわち発光装置１の発光スペクトルである。この図から分かるように発光装置１の発光スペクトルのうち、３８９ｎｍ〜４４０ｎｍの波長帯域を第１及び第２の発光素子１１、１２から出射される出射光の発光スペクトルで形成し、４４０ｎｍ〜７００ｎｍの波長帯域を蛍光体層１４から出射される青色光、青緑色光、緑色光及び赤色光の波長変換光の発光スペクトルで形成している。このため、図３（ａ）の発光スペクトルの最も深いディップの深さが大幅に浅くなり、発光スペクトルが出来るだけフラットな、太陽光に近い発光スペクトルが得られる。
（実施例２）
実施例１における発光装置１とは、第１及び第２の発光素子１１、１２のピーク波長と、蛍光体層１４の蛍光体が異なる点を除き、略同一の構成を有する。したがって、実施例１との相違点を除き、詳細な説明は省略する。
本実施例においては、第１の発光素子１１として、ピーク波長が４５０ｎｍの出射光を出射する青色ＬＥＤを用い、第２の発光素子１２として、ピーク波長が４７５ｎｍの青緑色ＬＥＤを用いた。
また、蛍光体層１４の含有される蛍光体として、Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋あるいはＹ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋からなる緑色蛍光体及びＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋からなる赤色蛍光体の蛍光体粒子を用いた。
図４（ａ）第１の発光素子１１のみから出射光を出射させ、その出射光の一部によって緑色蛍光体及び赤色蛍光体を励起して、蛍光体層１４から緑色光及び赤色光の波長変換光を出射させて、白色光を形成したときの合成発光スペクトルである。この図において、第１の発光素子１１から出射される出射光と蛍光体層１４から出射される緑色光及び赤色光の波長変換光による発光スペクトルにおける最も深いディップの底（矢印で示される）の波長はおよそ４８２ｎｍである。また、最も深いディップを形成する２つのピークのうちの、短波長側のピーク（第１の発光素子１１から出射される出射光の発光スペクトルのピーク）のピーク波長はおよそ４５２ｎｍであり、長波長側のピーク（蛍光体層１４から出射される複数の波長変換光の発光スペクトルのピーク）のピーク波長はおよそ５４７ｎｍである。
図４（ｂ）は第２の発光素子１２から出射される出射光の発光スペクトルである。この図から分かるように、第２の発光素子１２は、ピーク波長が、図３（ａ）の発光スペクトルにおける、４５２ｎｍより大きく、５４７ｎｍよりも小さい範囲Ｒ内であり、また、最も深いディップの底の波長４８２ｎｍからのずれが５ｎｍ以内、すなわち４７７ｎｍ以上４８７ｎｍ以下である発光素子となっている。
図４（ｃ）は第１及び第２の発光素子１１、１２から出射光を出射させ、これらの出射光の一部によって緑色蛍光体及び赤色蛍光体を励起して、蛍光体層１４から緑色光及び赤色光の波長変換光を出射させて、白色光を形成したとき、すなわち発光装置１の発光スペクトルである。この図から分かるように、図４（ａ）の発光スペクトルの最も深いディップの深さが大幅に浅くなり、発光スペクトルが出来るだけフラットな、太陽光に近い発光スペクトルが得られる。
〔第２の実施の形態〕
図５は、第２の実施の形態に係る発光装置１の平面図である。この発光装置１は、第１の実施の形態における発光装置１と蛍光体層１４の構成が異なる点を除き、略同一の構成を有する。したがって、第１の実施の形態との相違点を除き、詳細な説明は省略する。
第２の実施の形態に係る発光装置１の蛍光体層１４は、第２の発光素子１２上に設けられ、第１の発光素子１１上に位置する領域の蛍光体の濃度より低い蛍光体の濃度の蛍光体低濃度部１５を有して構成される。
第２の実施の形態の構成によれば、第２の発光素子１２から出射される出射光の蛍光体による吸収量が減り、上述の最も深いディップを浅くするための第２の発光素子１２の発光波長や発光強度の設定を容易にできる。
〔第３の実施の形態〕
図６は、第３の実施の形態に係る発光装置１の平面図である。この発光装置１は、第１の実施の形態における発光装置１と蛍光体層１４の構成が異なる点を除き、略同一の構成を有する。したがって、第１の実施の形態との相違点を除き、詳細な説明は省略する。
第３の実施の形態に係る発光装置１の蛍光体層１４は、第１の発光素子１１上に設けられた、青色蛍光体、青緑色蛍光体等の短波長蛍光体を含む短波長蛍光体部１４Ａと、第２の発光素子１２上に設けられた、緑色蛍光体、赤色蛍光体等の長波長蛍光体を含む長波長蛍光体部１４Ｂより構成されている。
第３の実施の形態の構成によれば、第２の発光素子１２から出射される出射光の短波長蛍光体による吸収量が減り、上述の最も深いディップを浅くするための第２の発光素子１２の発光波長や発光強度の設定を容易にできる。
〔実施の形態の効果〕
上記の実施の形態によれば、第１の発光素子１１から出射される出射光と蛍光体層１４から出射される複数の波長変換光の発光スペクトルにおける、最も深いディップを減らすための第２の発光素子１２を用いることにより、太陽光に近い発光スペクトルが得られる。
本発明は、上記の実施の形態に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種
々変形実施が可能である。
また、上記の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、
実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須
であるとは限らない点に留意すべきである。
１ 発光装置
１０ 基板
１１ 第１の発光素子
１２ 第２の発光素子
１２ａ、１２ｂ 電極
１３ 配線パターン
１４ 蛍光体層
１４Ａ 短波長蛍光体部
１４Ｂ 長波長蛍光体部
１５ 蛍光体低濃度部

Claims (6)

  1. 第１のピーク波長を有する第１の出射光を出射する第１の所定数の第１の発光素子と、
    前記第１のピーク波長より長波長側の第２のピーク波長を有する第２の出射光を出射する第２の所定数の第２の発光素子と、
    前記第１の所定数の第１の発光素子上と前記第２の所定数の第２の発光素子上に共通して設けられた、前記第２のピーク波長より長波長側に分布している異なった波長スペクトルを有した波長変換光を出射する複数の蛍光体を含む蛍光体層と、
    を有し、
    前記第１の発光素子と前記第２の発光素子は、市松模様を有する格子パターンを形成するように配置され、
    前記第２の発光素子は、前記第２の所定数の間で異なった前記第２のピーク波長を有し、かつ、前記第１の発光素子と前記蛍光体層の合成発光スペクトルにおける、少なくとも１つのディップのうち最も深いディップの深さを低減する発光スペクトルを有し、
    前記蛍光体層の前記複数の蛍光体は、前記第２の発光素子上の含有濃度が、前記第１の発光素子上の含有濃度より低くなるように調整された、
    発光装置。
  2. 前記第２の発光素子の前記発光スペクトルは、前記第２のピーク波長が前記合成発光スペクトルにおいて、前記少なくとも１つのディップのうち最も深いディップを形成する、その両側のピーク波長の間に位置する、
    請求項１に記載の発光装置。
  3. 前記第２の発光素子の前記第２のピーク波長は、前記少なくとも１つのディップのうち最も深いディップの底の波長からのずれが５ｎｍ以内の波長である、
    請求項１又は２に記載の発光装置。
  4. 第１のピーク波長を有する第１の出射光を出射する第１の所定数の第１の発光素子と、
    前記第１のピーク波長より長波長側の第２のピーク波長を有する第２の出射光を出射する第２の所定数の第２の発光素子と、
    前記第１の所定数の第１の発光素子上と前記第２の所定数の第２の発光素子上に共通して設けられた、前記第２のピーク波長より長波長側に分布している異なった波長スペクトルを有した波長変換光を出射する複数の蛍光体を含む蛍光体層と、
    を有し、
    前記第１の発光素子と前記第２の発光素子は、市松模様を有する格子パターンを形成するように配置され、
    前記第２の発光素子は、前記第２の所定数の間で異なった前記第２のピーク波長を有し、かつ、前記第１の発光素子と前記蛍光体層の合成発光スペクトルにおける、少なくとも１つのディップのうち最も深いディップの深さを低減する発光スペクトルを有し、
    前記蛍光体層の前記複数の蛍光体は、前記第２の発光素子上に、前記複数の蛍光体のうち長波長の出射光を出射する長波長蛍光体が位置し、前記第１の発光素子上に、前記複数の蛍光体のうち短波長の出射光を出射する短波長蛍光体が位置するように調整された、
    発光装置。
  5. 前記第２の発光素子の前記発光スペクトルは、前記第２のピーク波長が前記合成発光スペクトルにおいて、前記少なくとも１つのディップのうち最も深いディップを形成する、その両側のピーク波長の間に位置する、
    請求項４に記載の発光装置。
  6. 前記第２の発光素子の前記第２のピーク波長は、前記少なくとも１つのディップのうち最も深いディップの底の波長からのずれが５ｎｍ以内の波長である、
    請求項４又は５に記載の発光装置。
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