(57)【要約】  スプレー法によって蛍光体分散膜を形成する際に、濃度ムラが少ない均一な膜厚みの蛍光体分散膜を形成可能で、スプレーノズルの先端部に蛍光体が残って固化しない蛍光体塗布装置を得るために、ＬＥＤ発光素子３の発光面を下向きにし、当該ＬＥＤ発光素子の下側にスプレーノズル１４を配設し、このスプレーノズルから上向きに蛍光体混合液２０を吹き付けて、発光面に蛍光体混合液を塗布する構成の蛍光体塗布装置１０とした。また、この蛍光体塗布装置を用いて、スプレーノズル１４から上向きに蛍光体混合液２０を吹き出して、発光面に蛍光体混合液２０を塗布する上向き塗布工程を備える発光装置の製造方法として、濃度ムラが少ない均一な膜厚みの蛍光体分散膜を有するＬＥＤ光源を製造可能とした。
2012086483.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と該発光素子から出射される光の波長を変換する蛍光体を含む波長変換部とを有する発光装置を製造するために用いる蛍光体塗布装置であって、
前記発光素子はＬＥＤ発光素子であり、ＬＥＤ基板に搭載される前記ＬＥＤ発光素子の発光面に、所定の蛍光体が分散された蛍光体混合液をスプレー手段によって塗布すると共に、
前記ＬＥＤ発光素子の発光面を下向きにし、当該ＬＥＤ発光素子の下側にスプレーノズルを配設し、このスプレーノズルから上向きに前記蛍光体混合液を吹き付けて、前記発光面に前記蛍光体混合液を塗布することを特徴とする蛍光体塗布装置。
【請求項２】
前記蛍光体塗布装置は、前記ＬＥＤ発光素子の発光面を下向きにして前記ＬＥＤ基板を支持するＬＥＤ支持部と、前記蛍光体混合液を貯留するタンクと、前記スプレーノズルと、前記タンクに貯留された蛍光体混合液を前記スプレーノズルに給送する配管とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の蛍光体塗布装置。
【請求項３】
前記スプレーノズルの吹き付け角度は、鉛直方向の上向き、もしくは、鉛直方向から所定角度傾けた斜め上向きの範囲の上向きであることを特徴とする請求項１または２に記載の蛍光体塗布装置。
【請求項４】
前記ＬＥＤ支持部は、前記ＬＥＤ基板を当該発光面を鉛直下向き方向、およびこの鉛直下向き方向から所定角度傾けた斜め下向き方向、に変位可能であることを特徴とする請求項２または３に記載の蛍光体塗布装置。
【請求項５】
前記所定角度は、高々７５度であることを特徴とする請求項３または４に記載の蛍光体塗布装置。
【請求項６】
発光素子と該発光素子から出射される光の波長を変換する蛍光体を含む波長変換部とを有する発光装置の製造方法であって、
前記発光素子はＬＥＤ発光素子であり、スプレーノズルを用いて、ＬＥＤ基板に搭載される前記ＬＥＤ発光素子の発光面に、所定の蛍光体が分散された蛍光体混合液を塗布する蛍光体塗布工程と、塗布された前記蛍光体混合液を焼成し蛍光体分散膜を生成して前記波長変換部を形成する焼成工程とを備えると共に、
前記蛍光体塗布工程が、前記スプレーノズルから上向きに前記蛍光体混合液を吹き出して、前記発光面に前記蛍光体混合液を塗布する上向き塗布工程であることを特徴とする発光装置の製造方法。
【請求項７】
前記上向き塗布工程における前記スプレーノズルの吹き付け角度は、鉛直方向の上向き、もしくは、鉛直方向から所定角度傾けた斜め上向きの範囲の上向きであることを特徴とする請求項６に記載の発光装置の製造方法。
【請求項８】
前記所定角度は、高々７５度であることを特徴とする請求項７に記載の発光装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子と該発光素子から出射される光の波長を変換する蛍光体を含む波長変換部とを有する発光装置に関し、特に、発光素子に蛍光体を塗布する蛍光体塗布装置およびこの蛍光体塗布装置を用いた発光装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、所定の色で発光するＬＥＤ発光素子と、ＬＥＤ発光素子から発光される色を所望の色合いの光に変換する蛍光体を分散した波長変換部を備えた発光装置（ＬＥＤ光源）が知られている。【０００３】
例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）系の青色ＬＥＤ（Light  Emitting  Diode：発光ダイオード）チップの近傍にＹＡＧ蛍光体等の蛍光体を配置し、青色ＬＥＤチップから出射される青色光と、蛍光体が青色光を受けて二次発光することにより出射される黄色光との混色により白色ＬＥＤを得る技術が広く用いられている。【０００４】
この際に、色調が一様な白色発光を得るためには、透明樹脂中に蛍光体を均一に分散させた蛍光体分散ガラス（波長変換部）を用いて、この膜材中でＬＥＤ発光素子から発光される青色と蛍光体が発する黄色とを均一に混色してガラス体の外に混色光である白色光を一様に放出することが肝要である。【０００５】
波長変換部（蛍光体分散ガラス）は、例えば、ガラス粉末と蛍光体粉末とを混合し、樹脂バインダーを添加して所定形状に加圧成型して焼成することで作成できる。また、蛍光体粉末をアルコールや樹脂バインダーに配合して生成した液状の蛍光体混合液をスプレー塗布し、その後、硬化させて、所定厚みの蛍光体分散膜（波長変換部）を形成することもできる。【０００６】
例えば、所定の溶媒に蛍光体粉末を混合した蛍光体混合液をスプレーコーティングして蛍光層を形成する発光ダイオードパッケージ構造及びその製造方法が既に提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２２６１１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記したように、蛍光体分散膜をスプレー法によって形成することができる。また、スプレー法により蛍光体分散膜を塗布（コーティング）する際には、一般に、ＬＥＤ発光素子の上部にスプレーノズルを配設して、このスプレーノズルから、下向きに蛍光体混合液を吹き付けて塗布する構成としている。【０００９】
この場合、スプレーノズルから噴射された蛍光体混合液のミストが、ＬＥＤ発光素子の表面に付着するが、これ以外に、空気中を浮遊して落下するミストが、遅れてＬＥＤ発光素子の表面に付着することがある。【００１０】
この空気中を浮遊して落下してくるミストは、スプレー塗布装置内の温度や空気の流れの影響を受けるため、落下位置が不安定で偏って付着してしまい蛍光体の濃度ムラや蛍光体分散膜の厚みムラの原因となって好ましくない。【００１１】
蛍光体の濃度ムラが生じたり蛍光体分散膜の厚みムラが生じたりすると、ＬＥＤ発光素子から発光される色を変換する割合にムラが生じて、均一な発光色が得られずに色度の変化が生じて問題となる。【００１２】
また、スプレー塗布停止時に、スプレーノズル先端に残った蛍光体混合液が先端部で集まって玉状となり、混合液中の溶媒（例えば、アルコール分）が蒸発して蛍光体が固化してしまい、ノズル詰まりの原因となって問題となる。【００１３】
そのために、スプレーノズルを用いて蛍光体混合液をＬＥＤ発光素子上に塗布して蛍光体分散膜を形成する構成であっても、空気中を浮遊して落下するミストの影響を受けず、スプレーノズル先端に蛍光体が残って固化しない蛍光体塗布装置が求められる。また、この蛍光体塗布装置を用いて、均一な膜厚みの蛍光体分散膜を有するＬＥＤ光源を製造することが求められる。【００１４】
そこで本発明は、スプレー法によって蛍光体分散膜を形成する際に、濃度ムラが少ない均一な膜厚みの蛍光体分散膜を形成可能で、スプレーノズルの先端部に蛍光体が残って固化しない蛍光体塗布装置を提供し、この蛍光体塗布装置を用いて、濃度ムラが少ない均一な膜厚みの蛍光体分散膜を有するＬＥＤ光源を製造可能な発光装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために本発明は、発光素子と該発光素子から出射される光の波長を変換する蛍光体を含む波長変換部とを有する発光装置を製造するために用いる蛍光体塗布装置であって、前記発光素子はＬＥＤ発光素子であり、ＬＥＤ基板に搭載される前記ＬＥＤ発光素子の発光面に、所定の蛍光体が分散された蛍光体混合液をスプレー手段によって塗布すると共に、前記ＬＥＤ発光素子の発光面を下向きにし、当該ＬＥＤ発光素子の下側にスプレーノズルを配設し、このスプレーノズルから上向きに前記蛍光体混合液を吹き付けて、前記発光面に前記蛍光体混合液を塗布することを特徴としている。【００１６】
上記の構成によると、蛍光体混合液を上向きに吹き付けて塗布するので、空気中を浮遊するミストは自然落下して発光面には付着しない。そのために、上向きに吹き付ける蛍光体混合液のみが発光面に付着して、濃度ムラが少ない均一な膜厚みの蛍光体分散膜を形成することが可能となる。また、スプレーノズルが上向きに配設されるので、ノズル先端部に蛍光体が残ることが抑制されて、蛍光体が残って固化しない蛍光体塗布装置となる。【００１７】
また本発明は上記構成の蛍光体塗布装置において、前記蛍光体塗布装置は、前記ＬＥＤ発光素子の発光面を下向きにして前記ＬＥＤ基板を支持するＬＥＤ支持部と、前記蛍光体混合液を貯留するタンクと、前記スプレーノズルと、前記タンクに貯留された蛍光体混合液を前記スプレーノズルに給送する配管とを備えていることを特徴としている。この構成によると、ＬＥＤ支持部に、発光面を下向きにしてＬＥＤ基板を取り付けて、上向きに吹き付けるスプレーノズルを用いて、タンクに貯留された蛍光体混合液を容易に塗布することができる。【００１８】
また本発明は上記構成の蛍光体塗布装置において、前記スプレーノズルの吹き付け角度は、鉛直方向の上向き、もしくは、鉛直方向から所定角度傾けた斜め上向きの範囲の上向きであることを特徴としている。この構成によると、鉛直上向きに、あるいは、斜め上向きに、蛍光体混合液を吹き付けて、空気中を浮遊するミストの影響を受けずに、濃度ムラが少ない均一な膜厚みの蛍光体分散膜を形成可能となる。【００１９】
また本発明は上記構成の蛍光体塗布装置において、前記ＬＥＤ支持部は、前記ＬＥＤ基板を当該発光面を鉛直下向き方向、およびこの鉛直下向き方向から所定角度傾けた斜め下向き方向、に変位可能であることを特徴としている。この構成によると、蛍光体混合液を塗布する発光面の形状に応じて、ＬＥＤ基板の支持姿勢を変更可能となる。そのために、種々の形状に容易に適応して蛍光体の塗布が可能な蛍光体塗布装置を得ることができる。【００２０】
また本発明は上記構成の蛍光体塗布装置において、前記所定角度は、高々７５度であることを特徴としている。この構成によると、鉛直方向から高々７５度傾ける構成とすることで、種々の形状の発光面を有する発光装置に対応して、濃度ムラが少ない均一な膜厚みの蛍光体分散膜を形成可能で、スプレーノズルの先端部に蛍光体が残って固化しない蛍光体塗布装置を得ることができる。【００２１】
また本発明は、発光素子と該発光素子から出射される光の波長を変換する蛍光体を含む波長変換部とを有する発光装置の製造方法であって、前記発光素子はＬＥＤ発光素子であり、スプレーノズルを用いて、ＬＥＤ基板に搭載される前記ＬＥＤ発光素子の発光面に、所定の蛍光体が分散された蛍光体混合液を塗布する蛍光体塗布工程と、塗布された前記蛍光体混合液を焼成し蛍光体分散膜を生成して前記波長変換部を形成する焼成工程とを備えると共に、前記蛍光体塗布工程が、前記スプレーノズルから上向きに前記蛍光体混合液を吹き付けて、前記発光面に前記蛍光体混合液を塗布する上向き塗布工程であることを特徴としている。【００２２】
上記の構成であれば、スプレーノズルから上向きに前記蛍光体混合液を吹き付けるので、空気中を浮遊するミストの影響を受けずに、濃度ムラが少ない均一な膜厚みの蛍光体分散膜を形成可能な製造方法となる。【００２３】
また本発明は上記構成の発光装置の製造方法において、前記上向き塗布工程における前記スプレーノズルの吹き付け角度は、鉛直方向の上向き、もしくは、鉛直方向から所定角度傾けた斜め上向きの範囲の上向きであることを特徴としている。この構成によると、鉛直方向上向き、あるいは、斜め上向きに、蛍光体混合液を吹き付けるので、空気中を浮遊するミストの影響を受けずに、所定厚みの塗布膜を形成することができる。【００２４】
また本発明は上記構成の発光装置の製造方法において、前記所定角度は、高々７５度であることを特徴としている。この構成によると、スプレーノズルの吹き付け角度を鉛直方向から高々７５度傾ける構成とすることで、種々の形状の発光面を有する発光装置に対応して、均一な膜厚みの蛍光体分散膜を形成可能な発光装置の製造方法となる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、蛍光体混合液を上向きに吹き付けて塗布するので、空気中を浮遊するミストは自然落下して発光面には付着せずに、上向きに吹き付ける蛍光体混合液のみが発光面に付着して、濃度ムラが少ない均一な膜厚みの蛍光体分散膜を形成することが可能な蛍光体塗布装置を得ることができる。そのために、蛍光体分散膜の塗布ムラを低減して色度の変化を抑制可能となる。また、この蛍光体塗布装置を用いた本発明に係る発光装置の製造方法によれば、濃度ムラが少ない均一な膜厚みの蛍光体分散膜を有するＬＥＤ光源を製造可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る蛍光体塗布装置の構成を示す概略説明図である。
【図２】本発明に係る発光装置の概略構成を示す断面図である。
【図３】蛍光体を塗布する第一実施形態の概略説明図である。
【図４】蛍光体を塗布する第二実施形態の概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。また、同一構成部材については同一の符号を用い、詳細な説明は適宜省略する。
【００２８】
先ず、図１を用いて本実施形態に係る蛍光体塗布装置について説明する。本実施形態に係る蛍光体塗布装置１０は、ＬＥＤ基板１に搭載されたＬＥＤ発光素子３に蛍光体混合液２０をスプレー手段を用いて塗布する装置であって、蛍光体混合液２０を貯留するタンク１１と、スプレー手段としてのスプレーノズル１４と、蛍光体混合液２０をタンク１１からスプレーノズル１４まで給送する配管１３とを備えた構成とされる。また、スプレーノズル１４より吹き付けられ塗布された蛍光体混合液２０を焼成し波長変換部を生成して、ＬＥＤ発光素子３の発光面に、所定の蛍光体が分散された蛍光体分散膜６（波長変換部）を備える発光装置ＬＤ（ＬＥＤ光源；図２参照）を製造する。
【００２９】
また、タンク１１は攪拌機構１２を有する。攪拌機構１２は、有機溶媒に蛍光体や無機微粒子などを混合した蛍光体混合液２０を攪拌して均一に混ぜ合わせる機能を有し、例えば、磁力や電気力を介してタンク１１内に配設する羽根状の可動片を駆動する構成であればよく、特に、その構成は限定されない。
【００３０】
攪拌機構１２を介して均一に混合された蛍光体混合液２０は、圧力をかけられてタンク１１から配管１３を通じてスプレーノズル１４に供給され、風圧を受けてスプレーノズル先端１４ａから塗布対象物にスプレー塗布される。この際に、スプレーノズル１４の先端に開閉自在な開口部を設けて、この開口部を開閉操作して吹き付け作業のオン・オフを制御する構成としてもよい。
【００３１】
また、本実施形態に係る蛍光体塗布装置１０は、蛍光体分散膜６中の蛍光体の濃度ムラを低減して発光色度のバラツキを抑制するために、ＬＥＤ発光素子３の発光面を下向きにして、ＬＥＤ基板１をＬＥＤ支持部１５を介して保持し、発光面の下側に配設するスプレーノズル１４から上向きに蛍光体混合液を吹き付けて、発光面に蛍光体混合液２０を均一に塗布する構成としている。
【００３２】
蛍光体混合液２０は、例えば、有機金属化合物を有機溶媒に混合したゾル状の混合液に、蛍光体、層状ケイ酸塩鉱物、無機微粒子を含有している。有機金属化合物は、蛍光体、層状ケイ酸塩鉱物、無機微粒子を封止するバインダーとしての役割を果たすものである。本実施形態で用いる有機金属化合物としては、例えば、金属アルコキシド、金属アセチルアセトネート、金属カルボキシレート等が挙げられるが、加水分解と重合反応によりゲル化し易い金属アルコキシドが好ましい。
【００３３】
金属アルコキシドは、テトラエトキシシランのような単分子のものでも良いし、有機シロキサン化合物が鎖状または環状に連なったポリシロキサンでも良いが、混合液の粘性が増加するポリシロキサンが好ましい。なお、透光性のガラス体を形成可能であれば金属の種類に制限はないが、形成されるガラス体の安定性や製造の容易性の観点から、ケイ素を含有していることが好ましい。また、複数種の金属を含有していても良い。
【００３４】
蛍光体は、ＬＥＤ発光素子３からの出射光の波長（励起波長）により励起されて、励起波長と異なる波長の蛍光を出射するものである。本実施形態では、青色ＬＥＤ素子から出射される青色光（波長４２０ｎｍ〜４８５ｎｍ）を黄色光（波長５５０ｎｍ〜６５０ｎｍ）に変換するＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）蛍光体を使用している。
【００３５】
このような蛍光体は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ａｌ、Ｌａ、Ｇａの酸化物、または高温で容易に酸化物となる化合物を使用し、それらを化学量論比で十分に混合して混合原料を得る。或いは、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｓｍの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶液をシュウ酸で共沈したものを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウム、酸化ガリウムとを混合して混合原料を得る。そして、得られた混合原料にフラックスとしてフッ化アンモニウム等のフッ化物を適量混合して加圧し、成形体を得る。得られた成形体を坩堝に詰め、空気中１３５０〜１４５０℃の温度範囲で２〜５時間焼成し、蛍光体の発光特性を持つ焼結体を得る。次に、この焼成品を水中でボールミルして、洗浄、分離、乾燥して、最後に篩を通すことで所望の蛍光体を得ることができる。
【００３６】
また、得られた蛍光体の組成を調べ、所望の蛍光体であることを確認し、４６５ｎｍの励起光における発光波長を調べたところ、おおよそ５７０ｎｍにピーク波長を有していることを確認した。つまり、青色の光を照射すると黄色の発光を示す蛍光体を得ることができる。
【００３７】
なお、本実施形態ではＹＡＧ蛍光体を使用しているが、蛍光体の種類はこれに限定されるものではなく、例えばＣｅを含まない非ガーネット系蛍光体等の他の蛍光体を使用することもできる。また、蛍光体の粒径が大きいほど発光効率（波長変換効率）は高くなる反面、有機金属化合物との界面に生じる隙間が大きくなって形成されたセラミック層の膜強度が低下する。従って、発光効率と有機金属化合物との界面に生じる隙間の大きさを考慮し、平均粒径が１μｍ以上５０μｍ以下のものを用いることが好ましい。蛍光体の平均粒径は、例えばコールターカウンター法によって測定することができる。
【００３８】
層状ケイ酸塩鉱物は、雲母構造、カオリナイト構造、スメクタイト構造等の構造を有する膨潤性粘土鉱物が好ましく、膨潤性に富むスメクタイト構造が特に好ましい。これは、後述するように混合液中に水を添加することで、スメクタイト構造の層間に水が進入して膨潤したカードハウス構造をとるため、混合液の粘性を大幅に増加させる効果があるためである。
【００３９】
セラミック層中における層状ケイ酸塩鉱物の含有量が０．５重量％未満になると混合液の粘性を増加させる効果が十分に得られない。一方、層状ケイ酸塩鉱物の含有量が２０重量％を超えると加熱後のセラミック層の強度が低下する。従って、層状ケイ酸塩鉱物の含有量は０．５重量％以上２０重量％以下とすることが好ましく、０．５重量％以上１０重量％以下がより好ましい。
【００４０】
なお、有機溶媒との相溶性を考慮して、層状ケイ酸塩鉱物の表面をアンモニウム塩等で修飾（表面処理）したものを適宜用いることもできる。
【００４１】
無機微粒子は、有機金属化合物と、蛍光体及び層状ケイ酸塩鉱物との界面に生じる隙間を埋める充填効果、加熱前の混合液の粘性を増加させる増粘効果、及び加熱後のセラミック層の膜強度を向上させる膜強化効果を有する。本発明に用いられる無機微粒子としては、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化亜鉛等の酸化物微粒子、フッ化マグネシウム等のフッ化物微粒子等が挙げられる。特に、有機金属化合物としてポリシロキサン等の含ケイ素有機化合物を用いる場合、形成されるセラミック層に対する安定性の観点から酸化ケイ素の微粒子を用いることが好ましい。
【００４２】
セラミック層中における無機微粒子の含有量が０．５重量％未満になると上述したそれぞれの効果が十分に得られない。一方、無機微粒子の含有量が５０重量％を超えると加熱後のセラミック層の強度が低下する。従って、セラミック層中における無機微粒子の含有量は０．５重量％以上５０重量％以下とすることが好ましく、１重量％以上４０重量％以下がより好ましい。また、無機微粒子の平均粒径は、上述したそれぞれの効果を考慮して０．００１μｍ以上５０μｍ以下のものを用いることが好ましい。無機微粒子の平均粒径は、例えばコールターカウンター法によって測定することができる。
【００４３】
なお、有機金属化合物や有機溶媒との相溶性を考慮して、無機微粒子の表面をシランカップリング剤やチタンカップリング剤で処理したものを適宜用いることもできる。
【００４４】
有機金属化合物を有機溶媒に混合した前駆体溶液を加熱することにより透光性のセラミック層を得ることができる。この前駆体溶液に蛍光体、層状ケイ酸塩鉱物、及び無機微粒子を混合した蛍光体混合液を塗布し加熱することで、蛍光体分散膜（波長変換部）が形成される。さらに、混合液に水を添加することにより、層状ケイ酸塩鉱物の層間に水が入り込んで混合液の粘性が増加するため、蛍光体の沈降を抑制することができる。なお、水に不純物が含まれていると重合反応を阻害するおそれがあるため、添加する水は不純物を含まない純水を用いる必要がある。
【００４５】
有機溶媒としては、添加される水との相溶性に優れたメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール類が好ましい。また、有機溶媒に対する有機金属化合物の混合量が５重量％未満になると混合液の粘性を増加させることが困難となり、有機金属化合物の混合量が５０重量％を超えると重合反応が必要以上に速く進んでしまう。そのため、有機溶媒に対する有機金属化合物の混合量は５重量％以上５０重量％以下が好ましく、８重量％以上４０重量％以下がより好ましい。
【００４６】
混合液の調製手順としては、例えば、表面処理された親油性の層状ケイ酸塩鉱物を用いる場合は、先ず有機金属化合物を有機溶媒に混合した溶液（前駆体溶液）に層状ケイ酸塩鉱物を予備混合し、その後に蛍光体、無機微粒子、及び水を混合する。また、表面処理されていない親水性の層状ケイ酸塩鉱物を用いる場合は、先ず層状ケイ酸塩鉱物と水とを予備混合し、その後に蛍光体、無機微粒子、及び前駆体溶液を混合する。これにより、層状ケイ酸塩鉱物を均一に混合して増粘効果をより高めることができる。混合液の好ましい粘度は２５〜８００ｃＰであり、最も好ましい粘度は３０〜５００ｃＰである。
【００４７】
また、有機溶媒に水を加えた総溶媒量に対する水の割合が５重量％未満になると上記の増粘効果を十分に得ることができず、水の割合が６０重量％を超えると増粘効果よりも水の混合過多による粘度低下効果の方が大きくなる。そのため、水の割合は総溶媒量に対し５重量％以上６０重量％以下が好ましく、７重量％以上５５重量％以下がより好ましい。
【００４８】
混合液の最も好ましい組成は、有機金属化合物としてポリシロキサンを用いたものであり、混合液中に含まれる上記各成分の最も好ましい組成範囲は、ポリシロキサン分散液が４〜３０重量％、層状ケイ酸塩鉱物が１〜１０重量％、無機微粒子が１〜４０重量％、水が１０〜５０重量％である。
【００４９】
また、上述の蛍光体混合液では、セラミック材料である有機金属化合物を有機溶媒に混合したゾル状の混合液に、蛍光体、層状ケイ酸塩鉱物、無機微粒子を含有した蛍光体混合液を用いる構成を記載しているが、蛍光体粒子を含む混合液と、有機金属化合物を含有する混合液を別途用意してそれぞれを塗布後に焼成することで、蛍光体を含有するセラミック層を形成してもよい。
【００５０】
蛍光体粒子を含有する混合液は、蛍光体粒子の沈降により時間の経過とともに分散均一性が損なわれる恐れがある為、無機粒子や層状ケイ酸塩鉱物等の添加剤により分散安定性が高められる必要がある。また、これらの添加剤により、混合液の粘度は高く保たれる。
【００５１】
その為、混合液中にセラミック材料である有機金属化合物を含有していると、保存時に反応が進むことで粘度が上昇し、塗布性が悪化する場合がある。また、セラミック材料の反応は一般的に非可逆的な反応であり、蛍光体粒子を含有する混合液中でセラミック材料である有機金属化合物の反応が進行した場合には、蛍光体粒子を含む混合液全てが使用不可能となる恐れがある。その為、混合液を成分によって２つ以上の混合液に分けて塗布する構成とすることで、保存安定性を高めるとともに、セラミック材料の反応が進行した場合においても高価な蛍光体粒子が無駄にならない為、好ましい形態である。
【００５２】
混合液を２つ以上用いて塗布する場合においては、蛍光体粒子を含む混合液中における、ポリシロキサン等のセラミック材料となる有機金属化合物の量は１重量％以下とされることが好ましく、０．５重量％以下が更に好ましく、含有してないことが特に好ましい。
【００５３】
また、２液を順次スプレー塗布する場合は、蛍光体粒子を含有する混合液を塗布した後に、セラミック材料である有機金属化合物を含有する混合液を塗布することが好ましい。蛍光体粒子を含有する混合液を塗布する前にも、セラミック材料を含有する混合液を塗布し、蛍光体粒子を含有する混合液を塗布した後に再度セラミック材料を含有する混合液を塗布してもよい。また、これらの混合液を同時にスプレー塗布してもよい。
【００５４】
何れの場合においても本発明の効果を得る為には、蛍光体粒子を含有する混合液は、上向きに塗布される必要がある。セラミック材料を含有する混合液については、上向きに塗布してもよいし、下向きに塗布してもよい。
【００５５】
以上のようにして得られた蛍光体混合液２０をＬＥＤ発光素子３に所定量塗布し、加熱、焼成して所定の膜厚の蛍光体分散膜６（波長変換部）を形成する。加熱温度が１００℃未満である場合は有機金属化合物の重合反応が進行せず、加熱温度が１０００℃を超える場合は層状ケイ酸塩鉱物が熱分解して層状構造が破壊されてしまう。従って、混合液の加熱温度は１００℃以上１０００℃以下とする必要があり、２５０℃〜６００℃が好ましい。
【００５６】
また、形成された蛍光体分散膜６（波長変換部）の厚みが５μｍ未満である場合は波長変換効率が低下して十分な蛍光が得られず、蛍光体分散膜６の厚みが５００μｍを超える場合は膜強度が低下してクラック等が発生し易くなる。従って、蛍光体分散膜６の厚みは５μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。
【００５７】
上記のようにして製造された発光装置ＬＤについて図２を用いて説明する。
【００５８】
図２に示すように、発光装置ＬＤは、断面凹状のＬＥＤ基板１上にメタル部２を設け、メタル部２上にＬＥＤ発光素子３を配置している。ＬＥＤ発光素子３は、メタル部２に対向する面に、突起電極４が設けられており、メタル部２とＬＥＤ発光素子３とを突起電極４を介して接続している(フリップチップ型)。なお、一つのＬＥＤ基板１に対して一つのＬＥＤ発光素子３を設ける構成でも、一つのＬＥＤ基板に対して複数のＬＥＤ発光素子３を設ける構成であってもよい。
【００５９】
本実施形態では、ＬＥＤ発光素子３として青色ＬＥＤ素子を用いている。青色ＬＥＤ素子は、例えばサファイア基板上にｎ−ＧａＮ系クラッド層、ＩｎＧａＮ発光層、ｐ−ＧａＮ系クラッド層、及び透明電極を積層してなる。
【００６０】
また、ＬＥＤ基板１の凹部には、ＬＥＤ発光素子３の周囲を封止するように蛍光体分散膜６（波長変換部）が形成されている。蛍光体分散膜６（波長変換部）は、ＬＥＤ発光素子３から出射される所定波長の光を、異なる波長の光に変換する部分であり、透光性を有するセラミック層中にＬＥＤ発光素子３からの波長により励起されて、励起波長と異なる波長の蛍光を出す所定の蛍光体が添加されている。
【００６１】
蛍光体分散膜６（波長変換部）は、少なくとも、ＬＥＤ発光素子３の周囲（上面および側面）に設ければよく、それ以外のＬＥＤ基板１の凹部には設けていなくてもよい。また、ＬＥＤ発光素子３の周囲のみに蛍光体分散膜６（波長変換部）を設ける方法としては、ＬＥＤ発光素子３の周囲以外をマスクする方法を用いることができる。
【００６２】
本実施形態では、図１に示すように、ＬＥＤ発光素子３の発光面を下向きにし、当該ＬＥＤ発光素子３の下側にスプレーノズル１４を配設し、このスプレーノズル１４から上向きに前述した所定の蛍光体を含有した蛍光体混合液２０を吹き付けるように構成されている。
【００６３】
すなわち、蛍光体塗布装置１０は、所定の蛍光体が分散された蛍光体混合液２０をスプレー手段によって塗布する蛍光体塗布装置であって、ＬＥＤ発光素子３の発光面を下向きにしてＬＥＤ基板１を支持するＬＥＤ支持部１５と、蛍光体混合液２０を貯留するタンク１１と、スプレー手段であるスプレーノズル１４と、タンク１１に貯留された蛍光体混合液２０をスプレーノズル１４に給送する配管１３とを備えている。
【００６４】
また、タンク１１は攪拌機構１２を有しており、この攪拌機構１２を介して均一に混合された蛍光体混合液２０は、圧力をかけられてタンク１１から配管１３を通じてスプレーノズル１４に供給され、風圧を受けてスプレーノズル先端より上向きに吹き付けられて、塗布対象物にスプレー塗布される。
【００６５】
上記の構成の蛍光体塗布装置１０であれば、蛍光体が均一に混合された蛍光体混合液２０を生成し、スプレーノズル１４から上向きに吹き付けて塗布するので、空気中を浮遊するミストは自然落下して発光面には付着しない構成となる。そのために、上向きに吹き付ける蛍光体混合液２０のみが発光面に付着して、濃度ムラが少ない均一な膜厚みの蛍光体分散膜６を形成することが可能となる。
【００６６】
蛍光体分散膜６の濃度ムラが少なく膜厚みが均一であるとは、蛍光体分散膜６の塗布ムラが少ないことを意味するので、蛍光体が均一に分散されて一様な蛍光を発色する構成となり、色度の変化を抑制することができる。また、スプレーノズル１４が上向きに配設されるので、ノズル先端部に蛍光体が残ることが抑制されて、蛍光体が残って固化しない蛍光体塗布装置１０となって好ましい。
【００６７】
蛍光体が均一に分散された蛍光体分散膜を所定厚み形成した構成であれば、発光素子が発光する一次光と蛍光体が発光する二次光とが一様に混色された第三光を発光して、発光色度の変化を抑制することができ、高品質の発光装置（ＬＥＤ光源）を製造することが可能となる。すなわち、本実施形態の蛍光体塗布装置１０を用いることで、蛍光体が均一に分散された蛍光体分散膜を有する高品質の発光装置ＬＤを製造可能となる
【００６８】
スプレーノズル１４を用いて、蛍光体混合液を上向きに吹き付ける意味は、鉛直方向の上向きに吹き付ける構成に限定されず、空気中を浮遊するミストの影響を受けない程度に斜め上向きであってもよく、例えば、斜め７５度程度までであればよい。また、被塗布体であるＬＥＤ基板側を傾けた構成としてもよい。
【００６９】
次に、蛍光体混合液を上向きに吹き付ける具体的な構成例について、図３および図４を用いて説明する。図３は、スプレーノズルを鉛直方向および斜め上向きに可動自在に構成した第一実施形態を示し、図４は、被塗布体であるＬＥＤ基板側を傾斜させた第二実施形態を示す。
【００７０】
例えば、スプレーノズル１４は、図３の実線に示す鉛直方向上向きに吹き付けるスプレーノズル１４Ａ、あるいは、図中の破線で示す斜め上向き（例えば４５度傾いた）スプレーノズル１４Ｂ、１４Ｃのように、蛍光体混合液を上向きに吹き付ける構成とされる。
【００７１】
スプレーノズル１４Ａは、ＬＥＤ発光素子３の発光面３ａに対向して蛍光体混合液を吹き付け、スプレーノズル１４Ｂは、発光面３ａと側面３ｂとの交わる角、および、側面３ｂに向けて蛍光体混合液を吹き付け、スプレーノズル１４Ｃは、発光面３ａと側面３ｃとの交わる角、および、側面３ｃに向けて蛍光体混合液を吹き付けている。
【００７２】
上記したように、本実施形態では、スプレーノズル１４から蛍光体混合液を上向きに吹き出す角度は、鉛直方向の上向き、もしくは、鉛直方向から所定角度傾けた斜め上向きの範囲の上向きである。この構成であれば、鉛直上向きに、あるいは、斜め上向きに、蛍光体混合液を吹き付けることで、空気中を浮遊するミストの影響を受けずに、発光素子３の発光面３ａと側面３ｂ、３ｃの全周に均一な膜厚みの蛍光体分散膜を形成可能となる。
【００７３】
また、スプレーノズル１４から上向きに吹き付ける所定角度は、空気中を浮遊するミストの影響を受けずに蛍光体混合液を吹き付け可能とするために、７５度以内、すなわち、高々７５度としている。このような構成であれば、スプレーノズル１４を鉛直方向から高々７５度傾ける構成とすることで、種々の形状の発光面を有する発光装置に対応して、均一な膜厚みの蛍光体分散膜を形成可能で、スプレーノズルの先端部に蛍光体が残って固化しない蛍光体塗布装置を得ることができる。
【００７４】
また、スプレーノズル１４に替えてＬＥＤ発光素子の発光面の姿勢を変位させる構成としてもよく、例えば、ＬＥＤ支持部１５を傾動自在な構成として、ＬＥＤ基板の支持姿勢を変位させる。すなわち、図４に示すように、所定角度傾けたＬＥＤ基板１Ａとし、このＬＥＤ基板１Ａに搭載されたＬＥＤ発光素子３に、例えば、スプレーノズル１４Ａを用いて蛍光体混合液２０を上向きに吹き付ける。
【００７５】
すなわち、ＬＥＤ支持部１５はＬＥＤ基板１を、搭載するＬＥＤ発光素子３の発光面を鉛直下向き方向、およびこの鉛直下向き方向から所定角度傾けた斜め下向き方向、に変位可能である。また、この場合の所定角度も高々７５度程度としている。このような構成であれば、蛍光体混合液２０を塗布する発光面の形状に応じて、ＬＥＤ基板１の支持姿勢を変更可能となる。そのために、種々の形状に容易に適応して蛍光体の塗布が可能な蛍光体塗布装置を得ることができる。
【００７６】
また、スプレーノズル１４とＬＥＤ基板１との両方を共に傾けて、蛍光体混合液２０を上向きに吹き付ける構成としてもよく、ＬＥＤ基板の形状、ＬＥＤ発光素子の形状、発光面の形状などに応じて、スプレーノズル１４を傾ける第一の方法と、ＬＥＤ基板１を傾ける第二の方法と、を適宜選択し、また、適宜組み合わせて採用する。
【００７７】
〈実験例〉
次に、実際に行った実験結果について説明する。この実験では、発光素子として青色ＬＥＤ素子を用いて、この発光面に青色を黄色光（波長５５０ｎｍ〜６５０ｎｍ）に変換するＹＡＧ蛍光体を成膜したものである。また、第一実施形態で説明したように、スプレーノズル１４Ａにより上向きにＬＥＤ発光素子３の発光面３ａに蛍光体混合液を吹き付け、スプレーノズル１４Ｂにより、発光面３ａと側面３ｂとの交わる角、および、側面３ｂに向けて蛍光体混合液を吹き付け、スプレーノズル１４Ｃにより、発光面３ａと側面３ｃとの交わる角、および、側面３ｃに向けて蛍光体混合液を吹き付けている。このようにして実験例としての発光装置を作製し、その発光色度を確認した。また、比較例として、スプレーノズルから下向きに蛍光体混合液を吹き付けた従来方法による蛍光体分散膜を成膜した発光装置を作製し、その発光色度を確認した。この実験結果を表１に示す。
【００７８】
【表１】
2012086483.tif 000003
【００７９】
表１に示すように、青色ＬＥＤ素子に黄色蛍光体分散膜を成膜して白色発光する発光装置を用いて、その色合い（発光色度）を目視にて確認したところ、スプレーノズルから下向きに吹き付ける比較例（従来例）では、その色合いは確かに一様ではなく若干変化していることが明らかとなった。しかし、スプレーノズルから上向きに吹き付ける実験例によれば、色度の変化は見られず、比較例よりも色度の変化は小さくなることが確認された。
【００８０】
次に、本実施形態に係る発光装置の製造方法について説明する。
【００８１】
本実施形態に係る発光装置の製造方法は、発光素子と該発光素子から出射される光の波長を変換する蛍光体を含む波長変換部とを有する発光装置の製造方法である。また、発光素子はＬＥＤ発光素子であり、スプレーノズルを用いて、ＬＥＤ基板に搭載されるＬＥＤ発光素子の発光面に、所定の蛍光体が分散された蛍光体混合液を塗布する蛍光体塗布工程と、塗布された蛍光体混合液を焼成し蛍光体分散膜を生成して波長変換部を形成する焼成工程とを備えている。
【００８２】
また、本実施形態においては、蛍光体塗布工程は、スプレーノズルから上向きに蛍光体混合液を吹き出して、ＬＥＤ発光素子の発光面に蛍光体混合液を塗布する上向き塗布工程である。
【００８３】
上記の構成であれば、スプレーノズルから上向きに蛍光体混合液を吹き付けるので、空気中を浮遊するミストの影響を受けずに、濃度ムラが少ない均一な膜厚みの蛍光体分散膜を形成可能な製造方法となって好ましい。
【００８４】
また、上向き塗布工程におけるスプレーノズルの吹き付け角度は、鉛直方向の上向き、もしくは、鉛直方向から所定角度傾けた斜め上向きの範囲の上向きであることが好ましい。このような構成であれば、鉛直方向上向き、あるいは、斜め上向きに、蛍光体混合液を吹き付けるので、空気中を浮遊するミストの影響を受けずに、濃度ムラが少ない所定厚みの塗布膜を形成することができる。
【００８５】
また、所定角度は前述した通り、高々７５度であることが好ましい。このような構成であれば、スプレーノズルの吹き付け角度を鉛直方向から高々７５度傾ける構成とすることで、種々の形状の発光面を有する発光装置に対応して、均一な膜厚みの蛍光体分散膜を形成可能な発光装置の製造方法となる。
【００８６】
上記したように本発明に係る蛍光体塗布装置によれば、スプレー法によって蛍光体分散膜を形成する際に、蛍光体混合液を上向きに吹き付けて塗布するので、空気中を浮遊するミストは自然落下して発光面には付着せずに、上向きに吹き付ける蛍光体混合液のみが発光面に付着して、濃度ムラが少ない均一な膜厚みの蛍光体分散膜を形成することが可能な蛍光体塗布装置を得ることができる。そのために、蛍光体分散膜の塗布ムラを低減して色度の変化を抑制可能となる。また、スプレーノズルが上向きに配設されるので、ノズル先端部に蛍光体が残ることが抑制されて、蛍光体が残って固化しない蛍光体塗布装置となる。
【００８７】
また、この蛍光体塗布装置を用いた本発明に係る発光装置の製造方法によれば、濃度ムラが少ない均一な膜厚みの蛍光体分散膜を有するＬＥＤを製造可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明に係る蛍光体塗布装置および発光装置の製造方法は、ＬＥＤ発光素子が発光する一次光と蛍光体が発する二次光を混色して所望の色合いの第三光を発光する発光装置（ＬＥＤ光源）に好適に適用可能な蛍光体塗布装置および発光装置の製造方法となる。
【符号の説明】
【００８９】
１    ＬＥＤ基板
３    ＬＥＤ発光素子
３ａ  発光面
６    蛍光体分散膜（波長変換部）
１０    蛍光体塗布装置
１１    タンク
１２    攪拌機構
１３    配管
１４    スプレーノズル
１５    ＬＥＤ支持部
２０    蛍光体混合液
ＬＤ    発光装置（ＬＥＤ光源）
【図１】
2012086483.tif 000004
【図２】
2012086483.tif 000005
【図３】
2012086483.tif 000006
【図４】
2012086483.tif 000007
【国際調査報告】
2012086483.tif 000008
2012086483.tif 000009
2012086483.tif 000010
2012086483.tif 000011