(57)【要約】【課題】均一な色調の光を高効率で取り出すことのできる発光装置を提供する。【解決手段】発光装置は、発光素子と、この発光素子を覆う透光性部材５と、透光性部材５に含有された蛍光体と、透光性部材５上の、屈折率の異なる２種類の膜７１，７２が交互に積層された多層膜７と、を備え、多層膜７の膜７１，７２が、ＴｉＯ２のナノ粒子７１ａ、ＳｉＯ２のナノ粒子７２ａをそれぞれ凝集された膜である。【選択図】図２
2020181995.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、
前記発光素子を覆い、前記発光素子からの光を透過する透光性部材と、
前記透光性部材に含有されており、前記発光素子からの光を波長変換する蛍光体と、
第１ナノ粒子が凝集されている第１膜、および前記第１ナノ粒子と異なる屈折率を有する第２ナノ粒子が凝集されている第２膜を含む、ナノ粒子が凝集されている膜が２種以上積層されている多層膜と、を備える発光装置。
【請求項２】
前記多層膜におけるそれぞれの膜は、厚さが７５０ｎｍ以下である請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記多層膜におけるそれぞれの膜は、前記ナノ粒子の粒子径が５ｎｍ以上１００ｎｍ以下である請求項１または請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記多層膜における膜の少なくとも一つは、前記ナノ粒子の体積率が５０％以上である請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項５】
前記第１膜と前記第２膜とは、前記発光素子からの光のピーク波長における屈折率の差が０．０５以上である請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項６】
前記第１ナノ粒子と前記第２ナノ粒子とは、前記発光素子からの光のピーク波長における屈折率の差が０．０５以上である請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項７】
前記第１膜は、前記第２膜よりも前記発光素子からの光のピーク波長における屈折率が高い請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項８】
前記多層膜は、最上層に前記第１膜が形成されている請求項７に記載の発光装置。
【請求項９】
前記多層膜は、前記透光性部材と接する側に前記第１膜が形成されており、前記第１膜の上に前記第２膜が形成されている請求項７または請求項８に記載の発光装置。
【請求項１０】
前記第１ナノ粒子がＴｉＯ２であり、前記第２ナノ粒子がＳｉＯ２である請求項１ないし請求項９のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項１１】
前記発光素子は青色光を発光し、
前記蛍光体は、緑色光に変換する蛍光体、黄色光に変換する蛍光体、赤色光に変換する蛍光体の、少なくとも一種である請求項１ないし請求項１０のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項１２】
発光素子が前記発光素子からの光を透過する透光性部材で覆われており、前記発光素子からの光を波長変換する蛍光体が前記透光性部材に含有されている発光装置を準備する工程と、
前記透光性部材上に、第１ナノ粒子を第１溶媒に分散させてなる第１スラリーを塗布することにより前記第１ナノ粒子が凝集されている第１膜と、前記第１ナノ粒子と異なる屈折率を有する第２ナノ粒子を第２溶媒に分散させてなる第２スラリーを塗布することにより前記第２ナノ粒子が凝集されている第２膜と、を積層して多層膜を形成する工程と、を備える発光装置の製造方法。
【請求項１３】
前記多層膜を形成する工程において、前記第１スラリーを塗布した後に、前記第１溶媒を除去して、前記第１膜を形成する請求項１２に記載の発光装置の製造方法。
【請求項１４】
前記多層膜を形成する工程において、前記第２スラリーを塗布した後に、前記第２溶媒を除去して、前記第２膜を形成する請求項１２または請求項１３に記載の発光装置の製造方法。
【請求項１５】
前記多層膜を形成する工程よりも前に、前記発光素子を発光させて色度を計測する工程を備え、
前記多層膜を形成する工程において、前記第１膜および前記第２膜の積層数、または少なくとも一つの前記第１膜または前記第２膜の膜厚を、前記色度に基づいて設定する請求項１２ないし請求項１４のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法。
【請求項１６】
前記多層膜を形成する工程において、ポッティング法で前記第１スラリーおよび前記第２スラリーを塗布する請求項１２ないし請求項１５のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法。
【請求項１７】
発光素子と、
前記発光素子を覆い、前記発光素子からの光を透過する透光性部材と、
前記透光性部材に含有されており、前記発光素子からの光を波長変換する蛍光体と、
前記透光性部材上に設けられた多層膜と、を備え、
前記発光素子からの光のピーク波長をλで表したとき、前記多層膜における膜の少なくとも一つは、膜厚ｄ１および前記波長における屈折率ｎ１が、ｎ１・ｄ１＝（２Ｎ−１）／４・λ（Ｎ：任意の自然数）の関係を有し、さらに、前記多層膜における膜の少なくとも一つは、膜厚ｄ２および前記波長における屈折率ｎ２（ただし、ｎ２≠ｎ１）が、ｎ２・ｄ２＝(２Ｎ−１)／４・λ（Ｎ：任意の自然数）の関係を有する発光装置。
【請求項１８】
発光素子と、
前記発光素子を覆い、前記発光素子からの光を透過する透光性部材と、
前記透光性部材に含有されており、前記発光素子からの光を波長変換する蛍光体と、
前記透光性部材上に設けられた多層膜と、を備え、
前記蛍光体からの光のピーク波長をλ´で表したとき、前記多層膜における膜の少なくとも一つは、膜厚ｄ１´および前記波長における屈折率ｎ１´が、ｎ１´・ｄ１´＝Ｎ／２・λ´（Ｎ：任意の自然数）の関係を有し、さらに、前記多層膜における膜の少なくとも一つは、膜厚ｄ２´および前記波長における屈折率ｎ２´（ただし、ｎ２´≠ｎ１´）が、ｎ２´・ｄ２´＝Ｎ／２・λ´（Ｎ：任意の自然数）の関係を有する発光装置。
【請求項１９】
前記多層膜が誘電体多層膜である請求項１７または請求項１８に記載の発光装置。
【請求項２０】
請求項１ないし請求項１１、請求項１７ないし請求項１９のいずれか一項に記載の発光装置を備える照明装置と、
少なくとも青色、緑色、赤色を呈する複数の着色部を有するカラーフィルターを備えて前記照明装置からの光を利用して表示を行う表示パネルと、を有する表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、発光装置およびその製造方法、ならびに表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、発光装置は、発光ダイオード（ＬＥＤ）のような発光素子、およびこの発光素子を覆う透光性樹脂を備え、さらに、発光素子からの光の波長を変換させる蛍光体が透光性樹脂に添加された構造が知られている。この発光装置からは、蛍光体からの光と発光素子からの光の両方が取り出されて、混合された光が発せられる。したがって、発光装置から発せられる光の色は、発光素子からの光と蛍光体からの光とのそれぞれの色や発光強度によって決定される。したがって、発光装置は、発光素子の発光波長や蛍光体の添加量にばらつきが大きいと、取り出される光の色調が製品として規格外になる。
【０００３】
特許文献１には、発光色の色補正が可能な発光装置が開示されている。また、特許文献２には、蛍光体を含有する波長変換層の光取出し側に光学フィルターを配置した半導体発光素子が開示されている。さらに特許文献３には、紫外光を発するＬＥＤ素子と、ＬＥＤ素子の上面を封止する、蛍光粒子を含有する透光性封止部材と、透光性封止部材の上面に紫外光を反射させる誘電体多層膜と、を備えるＬＥＤ発光装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−０２６６９８号公報
【特許文献２】特開２０１１−１９８８００号公報
【特許文献３】特開２０１４−２２２７０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、いずれの発光装置も、均一な色調の光を高効率で取り出すことのできる発光装置としては、改良の余地がある。また、発光装置の製造における生産性にも改良の余地がある。
【０００６】
本開示に係る実施形態は、均一な色調の光を高効率で取り出すことのできる発光装置を提供する。また、本開示に係る実施形態は、生産性の良い発光装置の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の実施形態に係る発光装置は、発光素子と、前記発光素子を覆い、前記発光素子からの光を透過する透光性部材と、前記透光性部材に含有されており、前記発光素子からの光を波長変換する蛍光体と、第１ナノ粒子が凝集されている第１膜、および前記第１ナノ粒子と異なる屈折率を有する第２ナノ粒子が凝集されている第２膜を含む、ナノ粒子が凝集されている膜が２種以上積層されている多層膜と、を備える。
【０００８】
本開示の実施形態に係る発光装置の製造方法は、発光素子が前記発光素子からの光を透過する透光性部材で覆われており、前記発光素子からの光を波長変換する蛍光体が前記透光性部材に含有されている発光装置を準備する工程と、前記透光性部材上に、第１ナノ粒子を第１溶媒に分散させてなる第１スラリーを塗布することにより前記第１ナノ粒子が凝集されている第１膜と、前記第１ナノ粒子と異なる屈折率を有する第２ナノ粒子を第２溶媒に分散させてなる第２スラリーを塗布することにより前記第２ナノ粒子が凝集されている第２膜と、を積層して多層膜を形成する工程と、を備える。
【０００９】
本開示の別の実施形態に係る発光装置は、発光素子と、前記発光素子を覆い、前記発光素子からの光を透過する透光性部材と、前記透光性部材に含有されており、前記発光素子からの光を波長変換する蛍光体と、前記透光性部材上に設けられた多層膜と、を備え、前記発光素子からの光のピーク波長をλで表したとき、前記多層膜における膜の少なくとも一つが、膜厚ｄ１および前記波長における屈折率ｎ１が、ｎ１・ｄ１＝（２Ｎ−１）／４・λ（Ｎ：任意の自然数）の関係を有し、さらに、前記多層膜における膜の少なくとも一つが、膜厚ｄ２および前記波長における屈折率ｎ２（ただし、ｎ２≠ｎ１）が、ｎ２・ｄ２＝（２Ｎ−１）／４・λ（Ｎ：任意の自然数）の関係を有する。あるいは本開示の別の実施形態に係る発光装置は、前記蛍光体からの光のピーク波長をλ´で表したとき、前記多層膜における膜の少なくとも一つが、膜厚ｄ１´および前記波長における屈折率ｎ１´が、ｎ１´・ｄ１´＝Ｎ／２・λ´（Ｎ：任意の自然数）の関係を有し、さらに、前記多層膜における膜の少なくとも一つが、膜厚ｄ２´および前記波長における屈折率ｎ２´（ただし、ｎ２´≠ｎ１´）が、ｎ２´・ｄ２´＝Ｎ／２・λ´（Ｎ：任意の自然数）の関係を有する。
【００１０】
本開示の実施形態に係る表示装置は、前記発光装置を備える照明装置と、少なくとも青色、緑色、赤色を呈する複数の着色部を有するカラーフィルターを備えて前記照明装置からの光を利用して表示を行う表示パネルと、を有する。
【発明の効果】
【００１１】
本開示の実施形態によれば、均一な色調の光を高効率で取り出すことのできる発光装置を提供することができる。また、本開示の実施形態によれば、生産性の良い発光装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係る発光装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】実施形態に係る発光装置の多層膜の構成を模式的に示す、多層膜の部分断面図である。
【図３】実施形態に係る発光装置の動作を説明するためのモデルで、発光装置の部分断面図である。
【図４】実施形態に係る発光装置の発光スペクトルと３色のカラーフィルターの透過スペクトルとのマッチングを示す概念図である。
【図５】実施形態に係る発光装置からの光、ならびに発光装置の発光素子および蛍光体からの光のカラーフィルター透過後の色度座標を示す。
【図６】実施形態に係る発光装置の製造方法の流れを示すフローチャートである。
【図７】シミュレーションによるＴｉＯ２／ＳｉＯ２の５層膜の反射スペクトル、ならびに発光装置の発光素子および蛍光体からの光の発光スペクトルを示すグラフである。
【図８】ＴｉＯ２，ＳｉＯ２のナノ粒子がそれぞれ凝集されている膜を交互に積層した３層膜または５層膜を設ける前後の発光装置の発光強度の変化率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本実施形態の技術思想を具現化するための発光装置を例示するものであって、以下に限定するものではない。また、実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる例示に過ぎない。そして、図面に示す部材は、説明を明確にするために、大きさや位置関係等を誇張していることがあり、また、形状を単純化していることがある。
【００１４】
〔発光装置〕
本実施形態に係る発光装置について、図１および図２を参照して説明する。図１は、実施形態に係る発光装置の構成を模式的に示す断面図である。図２は、実施形態に係る発光装置の多層膜の構成を模式的に示す、多層膜の部分断面図である。図２におけるナノ粒子７１ａ，７２ａの形状および粒径、ならびに高屈折率層７１および低屈折率層７２の１層あたりの積み重ねの個数は、単なる例示に過ぎない。
【００１５】
発光装置１０は、発光素子１と、発光素子１を覆い、発光素子１からの光を透過する透光性部材５と、透光性部材５に含有されており、発光素子１からの光を波長変換する蛍光体６と、多層膜７と、を備える。多層膜７は、第１ナノ粒子７１ａが凝集されている高屈折率層７１、および第１ナノ粒子７１ａと異なる屈折率を有する第２ナノ粒子７２ａが凝集されている低屈折率層７２を含む、ナノ粒子が凝集されている膜が２種以上積層されている。発光装置１０は、さらに、光反射性部材２と、リードフレーム３ａ，３ｃと、ワイヤ４と、を備える。なお、透光性部材５は、透明であるとして、図１においてハッチング等を付さずに表す。発光装置１０は、光反射性部材２に形成された凹部の開口から上方へ、所定の色調の白色光を発する。本明細書においては、別途記載のない限り、図１における上下を同じく上下として説明する。
【００１６】
（発光素子）
発光素子１は、発光装置１０における光源であり、光反射性部材２に形成された上側に開口した凹部に１個収容され、凹部の底面に設けられたリードフレーム３ａ上に載置されている。本実施形態において、発光素子１は、上面にｎ側、ｐ側の一対の電極（図示省略）を備えるフェイスアップ実装型の発光素子であり、これらの電極が、ワイヤ４でリードフレーム３ａ，３ｃに接続されている。
【００１７】
発光素子１は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、任意の波長の光を発光するものを選択することができ、青色光（波長４３０〜４７５ｎｍ）を発光するものが好ましい。このようなＬＥＤとして、例えば窒化物系半導体ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ＜１）を用いることができる。本実施形態において、発光素子１は、波長λ０＝４５０ｎｍをピークとする青色光を発光するように設計されたものであり、実際に発光した光のピーク波長λは、設計値λ０と同値またはその近傍の値である。また、発光素子１は、形状や大きさ等を目的に応じて適宜選択することができる。
【００１８】
（光反射性部材）
光反射性部材２は、発光装置１０の外装を構成し、発光素子１およびリードフレーム３ａ，３ｃを支持する基台であり、また、光を効率的に上方へ発するための光反射体である。さらに、光反射性部材２は、発光装置１０の製造において、透光性部材５および多層膜７を形成するための堰になる。光反射性部材２は、外形が、リードフレーム３ａ，３ｃの並び方向に長い略直方体で、上方に広がって開口した凹部が形成されている。また、光反射性部材２は、この他に、例えば発光装置１０の極性を識別するための切欠け等が形成されていてもよい。光反射性部材２の凹部は、発光素子１を収容し、さらにワイヤ４によるワイヤボンディングが可能な大きさであり、凹空間が四角錐台に形成されて、傾斜した側面で光を主に上方へ反射させる。また、光反射性部材２は、リードフレーム３ａ，３ｃと共にパッケージ２０を構成し、リードフレーム３ａ，３ｃをそれぞれ凹部の内外に貫通されるように支持する。
【００１９】
光反射性部材２は、基台として必要な強度（硬さ）を有し、前記形状に成形することのできる絶縁材料で形成されている。光反射性部材２は、具体的には、母材として、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、アクリル樹脂、またはこれらの樹脂を少なくとも一種以上含むハイブリッド樹脂等の樹脂に、光反射性物質を添加したもので形成することができる。光反射性物質の材料としては、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ａｌ，Ｓｉの酸化物や、ＡｌＮ，ＭｇＦ２，ＢＮ等を適用することができ、酸化チタン（ＴｉＯ２）が好ましい。
【００２０】
（リードフレーム）
リードフレーム３ａ，３ｃは、発光装置１０の外部から発光素子１に電流を供給するための配線である。リードフレーム３ａは、正極として、ワイヤ４で発光素子１のｐ側電極に接続される。リードフレーム３ｃは、負極として、別のワイヤ４で発光素子１のｎ側電極に接続される。リードフレーム３ａ，３ｃは、平板状であり、発光装置１０において板面を水平にして光反射性部材２に支持されている。詳しくは、リードフレーム３ａ，３ｃは、光反射性部材２の凹部の底面上で互いに離間して光反射性部材２の長手方向に並べられ、それぞれが外側へ突出するように凹部の側壁を貫通して設けられる。また、リードフレーム３ａは、凹部の底面において、発光素子１を載置されるために、リードフレーム３ｃよりも長く設けられている。リードフレーム３ａ，３ｃの光反射性部材２の凹部の底面上における領域は、インナーリード部と称し、ワイヤボンディング領域であり、また、光反射面を構成する。一方、リードフレーム３ａ，３ｃの光反射性部材２の外側へ突出させた領域は、アウターリード部と称し、発光装置１０の外部の配線等に接続される。発光装置１０において、アウターリード部は、インナーリード部から連続して平板状に示されているが、例えば光反射性部材２の下面側へ折り曲げられていてもよい。リードフレーム３ａ，３ｃは、ＣｕやＣｕ合金等の金属の板材で形成され、さらに、少なくともインナーリード部の上面に、良好な光反射面とするためにＡｇめっき等を施されていることが好ましい。
【００２１】
（ワイヤ）
ワイヤ４は、発光素子１のｐ側、ｎ側の電極とリードフレーム３ａ，３ｃのインナーリード部とを接続する導線であり、ワイヤボンディング用のワイヤ、例えばＡｕ線である。
【００２２】
（透光性部材）
透光性部材５は、光反射性部材２の凹部に充填されて設けられ、発光素子１をワイヤ４と共に封止してこれらを外部環境から保護する封止部材である。また、透光性部材５は、蛍光体６が設けられるための母材である。透光性部材５は、絶縁性で光を透過する材料で形成され、熱硬化性樹脂、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂等で形成される。
【００２３】
（蛍光体）
蛍光体６は、透光性部材５中に分散され、発光素子１が発光した青色光で励起されて、それぞれ特定の波長の光を放出する。蛍光体６は、緑色光、黄色光、または赤色光に変換するものが好ましい。発光装置１０は、青色光と組み合わせて所望の色調の光が得られるように、１種類または２種類以上の蛍光体を備え、本実施形態においては、蛍光体６として２種類の蛍光体６１，６２を用いる。蛍光体６１，６２は、発光素子１が発光した青色光で励起され、蛍光体６１は緑色光（ピーク波長５４０ｎｍ）を、蛍光体６２は赤色光（ピーク波長６３０ｎｍ）を、それぞれ放出するものとする。
【００２４】
蛍光体６１，６２の配合、ならびに透光性部材５における含有量および分散状態等は、発光装置１０から取り出される光が所望の色調および光量（強度）になるように、多層膜７の構造と併せて設計される。蛍光体６１，６２は、透光性部材５中に略均一に分散されているが、例えば、発光素子１の近傍に偏って多く分散するように透光性部材５中に沈降させてもよい。
【００２５】
（多層膜）
多層膜７は、透光性部材５の上、すなわち発光装置１０の光の出射方向の側に設けられて、透光性部材５を透過して到達した光を、一部は透過させて発光装置１０の外である上方へ出射させ、その他は下方へ反射させて透光性部材５に戻す。発光装置１０において、多層膜７は、透光性部材５と共に光反射性部材２の凹部に設けられ、透光性部材５の上面の全体を被覆している。多層膜７は、分布ブラッグ反射器（Distributed Bragg Reflector：ＤＢＲ）膜として機能し、青色光を選択的に強く反射させることにより、透光性部材５に含有された蛍光体６１，６２による波長変換効率を高くする。
【００２６】
多層膜７は、互いに屈折率の異なる２種類以上の膜を積層してなる２層以上の多層膜であり、２種類の膜であれば交互に積層され、３種類以上の膜であれば、同じ種類（同じ屈折率）の膜が連続しないように積層されている。本実施形態において、多層膜７は、高屈折率層７１と低屈折率層７２の２種類の膜を交互に繰り返し積層してなり、透光性部材５の側である下から、層７１，７２，７１，７２，７１の順に積層した５層膜である。なお、多層膜７において、高屈折率層７１、低屈折率層７２の「高屈折率」、「低屈折率」とは、相対的なものである。また、本明細書において、「屈折率」とは、別途記載のない限り、発光素子１が発光した光のピーク波長λにおける値とする。
【００２７】
多層膜７は、高屈折率層７１と低屈折率層７２の積層の繰り返しの数、すなわちペア数が多いほど、光の反射率が高くなる。また、多層膜７は、層数がある程度多い方が、後記するように、２以上の所望の波長域における反射率を個別に制御し易い。多層膜７は、一方で、層数が多いと全体が厚くなるので光の減衰が増大して、発光装置１０の光の取出し効率が低下する。多層膜７のペア数は、後記するように、主に発光素子１が発光した青色光の反射率を所望の高さとするように、高屈折率層７１と低屈折率層７２の各屈折率ｎ１，ｎ２等に基づいて設計される。また、多層膜７は、最上層に高屈折率層７１を設けることにより、発光装置１０の外部である空気との屈折率の差をより大きくして、上面での光の反射率を高くしている。なお、発光装置１０において、高屈折率層７１は、屈折率が透光性部材５に対して十分な差があるものとする。
【００２８】
多層膜７を構成する高屈折率層７１および低屈折率層７２は、それぞれ、ナノ粒子７１ａ，７２ａが凝集して形成された膜である。「ナノ粒子」とは、例えば、粒径が１ｎｍ以上１００ｎｍ以下の粒子である。ナノ粒子７１ａ，７２ａの粒径は、動的光散乱法、拡散法、回折法等により測定することができる。また、「ナノ粒子が凝集されている膜」は、後記製造方法にて説明するように、粒子状の材料である一次粒子を溶媒に分散させたスラリーとして、被膜対象物に塗布して、塗膜中で一次粒子を凝集させることにより形成される。ただし、スラリー中で、一次粒子の他に後記の二次粒子が混合されている場合もある。また、「ナノ粒子が凝集されている膜」における「ナノ粒子」は、一次粒子、または複数個の一次粒子が密に凝集して形成された二次粒子（凝集粒子）、あるいはこれらの両方である。したがって、一次粒子は、高屈折率層７１および低屈折率層７２におけるナノ粒子７１ａ，７２ａとなる二次粒子よりも、粒径が小さいことが好ましい。一次粒子の粒径は、顕微鏡観察やＢＥＴ法等により測定することができる。一次粒子の粒径は、平均値または中央値で定義することができ、好ましくは５０ｎｍ以下であり、小さいほど、高屈折率層７１、低屈折率層７２の透明性が高くなって、伝播する光の減衰が抑制される。一次粒子の粒径は、実用上、５ｎｍ以上が好ましい。
【００２９】
ナノ粒子が凝集されている膜は、ナノ粒子の体積が占める割合（充填率）が１００％に近いほど、屈折率等の特性が一次粒子の材料に近いものになり易い。ナノ粒子が凝集されている膜は、ナノ粒子同士の間隙に、例えばバインダとして樹脂、または空気、さらにスラリーに添加した微量の分散剤等を含有し、ナノ粒子の充填率が低いほど間隙のこれらの物質に特性が影響される。高屈折率層７１は、ナノ粒子７１ａの充填率が５０％以上であることが好ましく、ナノ粒子７１ａ以外に、前記の樹脂や空気等を間隙に含有してもよい。樹脂には、透光性部材５として挙げたものを適用することができる。同様に、低屈折率層７２は、ナノ粒子７２ａの充填率が５０％以上であることが好ましく、ナノ粒子７２ａ以外に、前記の樹脂や空気等を間隙に含有してもよく、特に、空気を含有することにより屈折率を低くすることができる。ただし、例えば低屈折率層７２が空気による間隙を有する場合には、その上層に高屈折率層７１を形成する際に、塗布されたスラリー中の一次粒子が前記間隙に含浸しない程度に、ナノ粒子７２ａの充填率が高いことが好ましい。ナノ粒子が凝集されている膜においては、ナノ粒子の充填率を、例えば、膜厚を測定して、スラリーの配合および単位面積あたりの塗布量から算出することができる。高屈折率層７１および低屈折率層７２の、ナノ粒子７１ａ，７２ａの粒径および充填率は、一次粒子の粒径やスラリーの配合等によって制御される。
【００３０】
多層膜７での光の反射率を高くするために、接する２つの膜同士、すなわち高屈折率層７１と低屈折率層７２は、発光素子からの光のピーク波長λにおける屈折率の互いの差が十分に大きいことが好ましい。または、第１ナノ粒子７１ａと第２ナノ粒子７２ａとは、発光素子からの光のピーク波長λにおける屈折率の互いの差が十分に大きいことが好ましい。具体的には屈折率の差が０．０５以上であることが好ましく、０．１以上であることがより好ましく、０．２以上であることがさらに好ましく、差が大きいほど多層膜７での反射率が高くなる。このような高屈折率層７１および低屈折率層７２を得るために、それぞれを形成するナノ粒子７１ａ，７２ａとして、金属の酸化物、フッ化物、窒化物等から屈折率が十分な差で異なる２種類を選択される。例えば、高屈折率層７１のナノ粒子７１ａに、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等が、低屈折率層７２のナノ粒子７２ａに、シリカ（ＳｉＯ２）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）等が、それぞれ挙げられる。本実施形態では、ナノ粒子７１ａにはＴｉＯ２が、ナノ粒子７２ａにはＳｉＯ２が、それぞれ適用される。なお、前記したように、高屈折率層７１、低屈折率層７２の屈折率ｎ１，ｎ２は、ナノ粒子７１ａ，７２ａの材料ＴｉＯ２，ＳｉＯ２の屈折率だけでなく、充填率等にも影響される。そのため、高屈折率層７１、低屈折率層７２は、それぞれ試作等を行って屈折率ｎ１，ｎ２を予め計測することが好ましい。
【００３１】
多層膜７は、発光素子１が発光した青色光を選択的に強く反射させる。そのために、高屈折率層７１および低屈折率層７２はそれぞれ、膜厚ｄ１，ｄ２が屈折率ｎ１，ｎ２と共に設計され、一例として、下式（１）、（２）の関係を有することにより波長λの光の反射光の強度を最大とすることができる。高屈折率層７１、低屈折率層７２の各膜厚ｄ１，ｄ２は、例えば、膜を断面にして電子顕微鏡による観察によって測定することができる。また、下式（１）、（２）の「Ｎ」は任意の自然数であり、多層膜７の層７１，７２，７１，７２，７１のそれぞれで異なる数値であってもよい。ただし、高屈折率層７１、低屈折率層７２が厚いと伝播する光を吸収して減衰させるので、Ｎはより小さいことが好ましい。また、ナノ粒子が凝集されている膜は、厚膜化するとひび割れ等の欠陥を生じ易く、１層の膜厚は７５０ｎｍを超える厚さに形成することは困難である。高屈折率層７１および低屈折率層７２の各膜厚ｄ１，ｄ２は、スラリーの配合や単位面積あたりの塗布量によって制御される。
ｎ１・ｄ１＝(２Ｎ−１)／４・λ  ・・・式（１）
ｎ２・ｄ２＝(２Ｎ−１)／４・λ  ・・・式（２）
【００３２】
多層膜７は、発光素子１が発光した青色光を強く反射させると共に、蛍光体６１，６２で波長変換された緑色光や赤色光の透過光がより強いことが好ましい。一例としては、高屈折率層７１、低屈折率層７２について、式（１）、（２）の「Ｎ」の値を変えて膜厚ｄ１，ｄ２を調整して、緑色光または赤色光のピーク波長λ´における屈折率ｎ１´，ｎ２´と膜厚ｄ１，ｄ２との積（光学膜厚）が、下式（３）、（４）の関係を有することにより波長λ´の光の反射光の強度を最小とすることができる。ただし、式（１）と式（３）、式（２）と式（４）をそれぞれ両立させることは困難な場合があり、さらに、２種類の蛍光体６１，６２それぞれからの光の両方に対応することは実用的ではない。そこで、シミュレーションによって、発光素子１からの青色光、および蛍光体６１，６２からの緑色光と赤色光の３つの波長の光に対して、それぞれ所望の反射率となる高屈折率層７１、低屈折率層７２の膜厚ｄ１，ｄ２やペア数を設計することが好ましい。このような構造の多層膜７は、発光素子１からの青色光を強く反射させるだけでなく、蛍光体６１，６２で波長変換された光を多く透過させるので、波長変換効率をさらに高めて蛍光体６１，６２の含有量がいっそう低減し、また、発光装置１０の光の取出し効率を高めることができる。
ｎ１´・ｄ１＝Ｎ／２・λ´  ・・・式（３）
ｎ２´・ｄ２＝Ｎ／２・λ´  ・・・式（４）
【００３３】
式（１）、（２）やシミュレーションにおける波長「λ」は、理想的には、発光装置１０に搭載されている発光素子１が発光した光のピーク波長の実測値であるが、これに限られず、例えば近似的に発光素子１が発光した光のピーク波長の設計値λ０を適用してもよい。同様に、波長「λ´」は、理想的には発光装置１０において蛍光体６１，６２が放出した光のピーク波長の実測値であるが、例えば近似的に蛍光体６１，６２が放出した光のピーク波長の設計値でもよい。それぞれの光の波長の実測値は、後記するように、発光装置１０の製造時に計測することができる。一方で、多層膜７を構成する高屈折率層７１および低屈折率層７２のそれぞれは、実際の膜厚、さらには屈折率が、ナノ粒子７１ａ，７２ａの粒径や凝集状態（充填率）等によってある程度の面内ばらつきを有する。このような高屈折率層７１と低屈折率層７２を積層した多層膜７は、波長λの光の反射率が設計値よりも低くなる傾向があるため、試作等により、実際の反射率を計測してペア数等を設計することが好ましい。高屈折率層７１および低屈折率層７２のそれぞれの膜厚や屈折率の面内ばらつきの程度は、それぞれを形成するスラリーにおける一次粒子の粒径、溶媒や分散剤の種類および配合、塗布条件および塗布量等によって制御することができ、数％程度以下ないし１％程度以下とすることが好ましい。
【００３４】
以上のことから、異なる実施形態に係る発光装置として、以下のように構成しても構わない。すなわち、発光装置は、発光素子と、前記発光素子を覆い、発光素子からの光を透過する透光性部材と、透光性部材に含有されており、発光素子からの光を波長変換する蛍光体と、前記透光性部材上に設けられた多層膜と、を備え、前記発光素子からの光のピーク波長をλで表したとき、前記多層膜における膜の少なくとも一つは、膜厚ｄ１および前記波長における屈折率ｎ１が、ｎ１・ｄ１＝(２Ｎ−１)／４・λ（Ｎ：任意の自然数）の関係を有し、さらに、前記多層膜における膜の少なくとも一つは、膜厚ｄ２および前記波長における屈折率ｎ２（ただし、ｎ２≠ｎ１）が、ｎ２・ｄ２＝(２Ｎ−１)／４・λ（Ｎ：任意の自然数）の関係を有する。発光装置は、多層膜が、この範囲の膜厚を満たす膜を含むことによって発光素子からの青色発光の反射を強め、このことで蛍光体での青色光の吸収を増加させ、緑色発光、赤色発光のそれぞれの発光を強めることのできる発光装置を提供することができる。また、このことで緑色域における発光素子からの発光を相対的に低くすることができる。
【００３５】
また、異なる実施形態に係る発光装置として、以下のように構成しても構わない。すなわち、発光装置は、発光素子と、前記発光素子を覆い、発光素子からの光を透過する透光性部材と、透光性部材に含有されており、発光素子からの光を波長変換する蛍光体と、前記透光性部材上に設けられた多層膜と、を備え、前記蛍光体からの光のピーク波長をλ´で表したとき、前記多層膜における膜の少なくとも一つは、膜厚ｄ１´および前記波長における屈折率ｎ１´が、ｎ１´・ｄ１´＝Ｎ／２・λ´（Ｎ：任意の自然数）の関係を有し、さらに、前記多層膜における膜の少なくとも一つは、膜厚ｄ２´および前記波長における屈折率ｎ２´（ただし、ｎ２´≠ｎ１´）が、ｎ２´・ｄ２´＝Ｎ／２・λ´（Ｎ：任意の自然数）の関係を有する。発光装置は、多層膜が、この範囲の膜厚を満たす膜を含むことによって、蛍光体からの緑色発光、赤色発光の反射を弱めることで発光装置から放出されるそれぞれの発光を強め、青色と緑色の間の中間の光強度を抑えることができる。
これらの異なる実施形態に係る発光装置は、前記多層膜が誘電体多層膜であることが好ましい。
【００３６】
〔発光装置の動作〕
本実施形態に係る発光装置の動作について、図１および図３を参照して説明する。図３は、実施形態に係る発光装置の動作を説明するためのモデルで、発光装置の部分断面図である。発光装置１０を駆動すると、外部電源からリードフレーム３ａ，３ｃおよびワイヤ４を経由して発光素子１に電流が供給され、発光素子１が発光する。発光素子１が発光した青色光ＬＢは、透光性部材５を伝播し、その際、青色光ＬＢの一部が透光性部材５に分散された蛍光体６１または蛍光体６２に当たって、緑色光ＬＧまたは赤色光ＬＲに変換される。また、発光素子１から直接にまたは透光性部材５を伝播して、光反射性部材２の凹部の各面にまたは底面上のリードフレーム３ａ，３ｃのインナーリード部に到達した光は、反射して、発光素子１内または透光性部材５を再び伝播する。そして、透光性部材５の上面から多層膜７に到達した青色光ＬＢ、緑色光ＬＧ、赤色光ＬＲは、多層膜７を透過し、混色して白色光として発光装置１０の外へ取り出される。このとき、光の一部が、特に青色光ＬＢが強く、多層膜７で反射して透光性部材５へ戻る。透光性部材５に戻った光は、再び透光性部材５を伝播し、その際に、青色光ＬＢが蛍光体６１，６２に当たると緑色光ＬＧ、赤色光ＬＲに変換される。そして、光は、光反射性部材２の凹部の各面等で反射して、多層膜７をさらに一部が透過して発光装置１０の外へ取り出される。
【００３７】
このように、発光装置１０においては、多層膜７によって、青色光ＬＢの多くが透光性部材５を繰り返し伝播するので、蛍光体６１，６２に当たる機会が多くなり、波長変換効率を高くすることができる。したがって、青色光ＬＢ、すなわちピーク波長λの光の多層膜７での反射率が高いほど、発光装置１０の外へ取り出される光は、青みから赤み（色度ｘ）、緑み（色度ｙ）がそれぞれより強くなる。さらに、緑色光ＬＧ、赤色光ＬＲの多層膜７での透過率が高いほど、赤み、緑みがいっそう強くなる。すなわち、多層膜７について、波長λの光の反射率、あるいはさらに波長λ´の光の透過率を調整することにより、多層膜７に到達する前の光から発光装置１０の外へ取り出された光への色度のシフト量を制御して、取り出された光を所望の色調にすることができる。なお、色度ｘ，ｙとは、光の色の特性を表すために用いられ、例えば、国際照明委員会（ＣＩＥ）のＸＹＺ表色系の色度図に基づいて数値化して表される値である。色度は、市販の色度計等を用いて測定することができる。言い換えると、発光装置１０において、多層膜７に到達する前の光の色調にばらつきがあっても、前記光の色調に応じて多層膜７が波長λの光の反射率等を調整して形成されることによって、これを補正することができる。多層膜７による光の色度のシフト量は、後記製造方法にて説明するように、発光装置１０の製造において多層膜７を形成する前に光の色度を計測して、それに基づいて設定することができる。
【００３８】
〔表示装置使用時〕
本実施形態に係る発光装置とカラーフィルターとを組み合わせた表示装置について説明する。図４は、実施形態に係る発光装置の発光スペクトルと３色のカラーフィルターの透過スペクトルとのマッチングを示す概念図である。図５は、実施形態に係る発光装置からの光、ならびに発光装置の発光素子および蛍光体からの光のカラーフィルター透過後の色度座標を示す。
【００３９】
表示装置として、上記の発光装置を備える照明装置と、少なくとも青色、緑色、赤色を呈する複数の着色部を有するカラーフィルターを備えて前記照明装置からの光を利用して表示を行う表示パネルと、を有する。具体例として、表示装置として液晶表示装置である。照明装置はバックライトであり、発光装置のみでもよく、導光板と発光装置とを組み合わせたものでもよい。表示パネルとして液晶を用い、表示パネルにカラーフィルターを有する。この表示装置は以下の効果を奏する。
【００４０】
液晶表示装置は、発光装置１０と導光板とを備えるバックライトにおいて、光取出し側に液晶表示パネルおよびカラーフィルターを設ける。カラーフィルターは、少なくとも青色、緑色、赤色を呈する着色部を有する。バックライトは、カラーフィルターを設けることによって、これを透過した光の赤色、緑色の色純度を高めることが可能となり、液晶表示装置とした際の色再現範囲を拡大することができる。つまり、発光装置１０は、多層膜７を設けることで、青色領域の発光ピークはやや低下するが、緑色領域の発光ピーク、赤色領域の発光ピークが共に上昇する。一般に液晶表示装置において、カラーフィルターは、緑色の領域では緑色蛍光体からの緑色光以外に発光素子からの青色光の短波長成分や赤色蛍光体からの赤色光の長波長成分も一部透過してしまい、緑色の色純度は低下してしまう。これに対して、上記の発光装置では多層膜を有しているため、多層膜を有していないものに比べて緑色領域において、青色光や赤色光に対して相対的に緑色光の強度が強いため、緑色の色純度を高めることができると考えられる。また、赤色の領域においても赤色の色純度を高める同様の作用があると考えられる。これにより、発光装置１０をバックライトに使用し、カラーフィルターを持つ表示パネルと組み合わせることで、表示装置に使用した際、深緑や深赤の色を発光することができる。このように、色再現範囲の面積の広い表示装置を提供することができる。
【００４１】
〔発光装置の製造方法〕
本実施形態に係る発光装置の製造方法について、図６を参照して説明する。図６は、実施形態に係る発光装置の製造方法の流れを示すフローチャートである。
発光装置の製造方法は、光反射性部材に発光素子が載置されて、蛍光体を含有する透光性部材で前記発光素子が覆われている発光装置を準備する工程Ｓ１０と、多層膜を形成する多層膜形成工程Ｓ３０と、を備える。また、前記の発光装置を準備する工程Ｓ１０は、発光素子を準備する発光素子準備工程Ｓ１１と、リードフレームと組み合わせて光反射性部材を形成してパッケージを準備するパッケージ準備工程Ｓ１２と、を行った後に、発光素子をパッケージに実装する発光素子実装工程Ｓ１３、透光性部材を形成する透光性部材形成工程Ｓ１４を順に行う。発光素子準備工程Ｓ１１とパッケージ準備工程Ｓ１２とは、互いに独立した工程であり、順不同に、また、並行して行うことができる。さらに、発光素子を発光させて透光性部材を透過した光の色度を計測する色度計測工程Ｓ２０を行った後に、多層膜を形成する多層膜形成工程Ｓ３０を行って、発光装置を得ることができる。
【００４２】
（発光素子準備工程）
発光素子準備工程Ｓ１１において、発光素子１を準備する。一例として、サファイア等からなる基板に窒化物半導体を成長させて、ｎ型半導体層、活性層（発光層）、ｐ型半導体層を順次積層する。次に、一部の領域におけるｐ型半導体層および活性層を除去してｎ型半導体層を露出させ、ｎ型半導体層、ｐ型半導体層のそれぞれの上面に接続する電極を形成する。そして、１枚の基板上に二次元配列された状態の発光素子１を１個ずつに切断、分割する。
【００４３】
（パッケージ準備工程）
パッケージ準備工程Ｓ１２において、パッケージ２０を準備する。まず、所望の厚さのＣｕ板を打ち抜き加工等によりリードフレーム３ａ，３ｃの形状に成形し、Ａｇめっきを施して、リードフレーム３ａ，３ｃを準備する。次に、光反射性物質を添加した樹脂材料で、射出成形等により、光反射性部材２をリードフレーム３ａ，３ｃを挟んだ状態で形成して、パッケージ２０とする。
【００４４】
（発光素子実装工程）
発光素子実装工程Ｓ１３において、発光素子１をパッケージ２０に実装する。光反射性部材２の凹部の底面上のリードフレーム３ａに、発光素子１の下面を接着剤等で固定する。次に、ワイヤボンディングを行って、ワイヤ４で発光素子１の電極とリードフレーム３ａ，３ｃのインナーリード部とを接続する。
【００４５】
（透光性部材形成工程）
透光性部材形成工程Ｓ１４において、透光性部材５を形成する。蛍光体６１，６２を含有した樹脂材料を、光反射性部材２の凹部にディスペンサー等で所定量滴下する。そして、加熱処理等の当該樹脂材料に応じた処理を行って凹部の樹脂材料を硬化させて、蛍光体６１，６２を含有した透光性部材５を形成する。
【００４６】
（色度計測工程）
色度計測工程Ｓ２０において、リードフレーム３ａ，３ｃのアウターリード部に電源を接続して発光素子１に電流を供給して発光させ、透光性部材５を透過した光の色度を計測する。計測した光の色度のｘ，ｙ値から、完成後の発光装置１０として所望の色調の光への必要な色度のシフト量Δｘ、Δｙを算出する。
【００４７】
（多層膜形成工程）
多層膜形成工程Ｓ３０において、多層膜７を透光性部材５上に形成する。まず、高屈折率層７１および低屈折率層７２を形成するそれぞれのスラリーを調製する。ＴｉＯ２、ＳｉＯ２の各一次粒子を、トルエンやエタノール等の有機溶剤に分散させてスラリーを得る。このとき、必要に応じて、一次粒子に予め表面処理を施したり、スラリーにアクリル系等の高分子系分散剤を添加して、一次粒子を均一に分散させたりすることが好ましい。そして、得られた２種類のスラリーを交互に透光性部材５上に塗布する。スラリーの塗布方法は、単位面積あたりの塗布量を制御可能な方法であればよく、ポッティング法、インクジェット法、スプレー法、スピンコート法、ディッピング法等が挙げられる。本実施形態においては、高屈折率層７１および低屈折率層７２は、平面視サイズが光反射性部材２の凹部の形状によって決定されているので、スラリーの塗布量を制御すればよく、ここではポッティング法を適用して、透光性部材形成工程Ｓ１４と同様にディスペンサー等を使用することができる。
【００４８】
まず、高屈折率層７１を形成するスラリーを乾燥後に膜厚ｄ１となる量で、光反射性部材２の凹部の透光性部材５上に、全面に広がるように滴下する。そして、透光性部材５上のスラリーを乾燥させると、有機溶剤が揮発すると共にＴｉＯ２の一次粒子が凝集して、ＴｉＯ２のナノ粒子が凝集されている膜になる。このときの乾燥方法は、自然乾燥、温風、オーブン等を使用することができる。また、乾燥時間は、乾燥方法ならびにスラリーの配合や滴下量に応じて、少なくとも１秒間ないし数十秒間とすることができ、その上に塗布されるスラリーと混合しなければよく、生産性が低下しない程度が好ましい。次に、低屈折率層７２を形成するスラリーを同様に、乾燥後に膜厚ｄ２となる量に滴下する。以下、同様の作業を繰り返し、最上層の高屈折率層７１を形成するスラリーを滴下した後に、オーブンや温風の送風、または自然乾燥等で５層すべてを完全に乾燥させて、多層膜７が形成される。
【００４９】
多層膜７は、色度計測工程Ｓ２０で算出した光の色度のシフト量Δｘ、Δｙに基づいて、波長λの光の反射率および波長λ´の光の透過率を設定し、このような反射率等となる高屈折率層７１と低屈折率層７２のペア数や、膜厚ｄ１，ｄ２を設計して形成することが好ましい。例えば、計測した光の色度のｘ，ｙ値が標準値よりも小さい場合は、ペア数を増やして、多層膜７による色度のシフト量を大きくすることができる。すなわち、発光装置１０の１台毎に、色度計測工程Ｓ２０で計測した光の色度に応じて、高屈折率層７１および低屈折率層７２の膜厚ｄ１，ｄ２を設定してスラリーの滴下量を調整したり、積層数を変えたりすることができる。
【００５０】
さらに、高屈折率層７１および低屈折率層７２は、膜厚ｄ１，ｄ２が、発光素子１が発光した光のピーク波長λや蛍光体６１，６２からの光のピーク波長λ´の実測値に基づいて設計されてもよい。例えば、色度計測工程Ｓ２０において、光の色度と共に発光強度を計測して、ピーク波長としてλ，λ´を得ることができる。あるいは、発光素子準備工程Ｓ１１において発光素子１が分割される前または後に、あるいは発光素子実装工程Ｓ１３の次に、発光素子１を発光させて光のピーク波長λを計測してもよい。
【００５１】
本実施形態に係る発光装置の製造方法は、発光装置の１台毎に多層膜の各膜の膜厚や層数等を変えることが容易であり、発光素子が発光する光の波長や蛍光体の含有量等のばらつきにかかわらず、所望の色調の光が取り出せる発光装置が得られる。また、多層膜の各膜をポッティング法等により、所定領域に限定して形成することができるので、マスク等を設けなくてよい。
【００５２】
以上のとおり、本実施形態に係る発光装置は、発光素子が発光する光の波長や蛍光体の含有量等のばらつきにかかわらず、均一な色調の光が取り出され、かつ、蛍光体による波長変換効率および光の取出し効率が高く、また、生産性良く製造することができる。
【００５３】
（変形例）
多層膜７は、高屈折率層７１、低屈折率層７２の１層以上について、発光素子１が発光した青色光をレイリー散乱させる構造としてもよく、この場合、最下層の高屈折率層７１に適用して、ナノ粒子７１ａの粒径を調整することが好ましい。また、多層膜７は、最下層に低屈折率層７２を設けてもよく、特に低屈折率層７２の方が透光性部材５との屈折率の差が大きい場合には反射率を高くすることができる。また、多層膜７は、最上層に低屈折率層７２を設けてもよく、発光装置１０の外部である空気との屈折率の差を小さくすることによって、上面での光の透過率を高くして、光の取出し効率を高めることができる。
【００５４】
また、発光装置１０は、透光性部材５が、上面を光反射性部材２の上面（凹部を囲む縁の上面）に高さを合わせて設けられて、多層膜７が、透光性部材５の上面およびその外側の光反射性部材２の上面に形成されていてもよい。このような構造により、光反射性部材２の凹部を囲む縁が、多層膜７でコーティングされて強度が向上する。また、発光装置１０は、透光性部材５の一部が露出するように、多層膜７が形成されていてもよく、露出面積によって取り出される光の色調を調整することができる。
【実施例】
【００５５】
以下、実施例について説明する。図７は、シミュレーションによるＴｉＯ２／ＳｉＯ２の５層膜の反射スペクトル、ならびに発光装置の発光素子および蛍光体からの光の発光スペクトルを示すグラフである。図８は、ＴｉＯ２，ＳｉＯ２のナノ粒子がそれぞれ凝集されている膜を交互に積層した３層膜または５層膜を設ける前後の発光装置の発光強度の変化率を示すグラフである。実施例においては、多層膜として３層膜または５層膜を設けた発光装置のサンプルを作製して、多層膜を設ける前後に取り出された光の発光スペクトルおよび色度を計測し、発光強度および色度の多層膜による変化、ならびにシミュレーションによる多層膜の反射率との対比を検証した。
【００５６】
３層膜はＴｉＯ２／ＳｉＯ２／ＴｉＯ２、５層膜はＴｉＯ２／ＳｉＯ２／ＴｉＯ２／ＳｉＯ２／ＴｉＯ２の順に積層したものである。また、青色光の反射率が高く、かつ緑色光および赤色光の反射率がほぼ０％となるように、シミュレーションより膜厚を設計して、ＴｉＯ２膜：９０ｎｍ、ＳｉＯ２膜：１３０ｎｍとした。なお、シミュレーションにおいては、屈折率を、ＴｉＯ２膜：２．７０、ＳｉＯ２膜：１．４６、多層膜の下側の透光性部材をシリコーンとして１．５３、外部の空気を１．０とし、波長による変化がないものとして反射スペクトルを得た。
【００５７】
発光装置のサンプルには、発光素子として、発光波長が設計値で４５０ｎｍであるＬＥＤを使用した。この発光素子をサイドビュー型発光装置用のパッケージに実装し、蛍光体を添加したシリコーン樹脂で封止して、蛍光体を含有する透光性部材を形成した。蛍光体には、緑色光（ピーク波長５４０ｎｍ）を放出するものとしてＳｉ６−ｚＡｌｚＯｚＮ８−ｚ：Ｅｕ（βサイアロン蛍光体）、赤色光（ピーク波長６３０ｎｍ）を放出するものとしてＫ２ＳｉＦ６：Ｍｎ（ＫＳＦ蛍光体）の２種類を使用した。この透光性部材を形成した段階で、発光素子に電流を供給して発光させて発光スペクトルおよび色度を計測した。さらに、以下の手順で多層膜を透光性部材上に形成して、発光装置のサンプルとした。
【００５８】
ＴｉＯ２膜、ＳｉＯ２膜を形成するためのそれぞれのスラリーを調製した。溶媒としてトルエンに、平均粒径３０ｎｍのＴｉＯ２粒子を０．５ｗｔ％、分散剤０．２ｗｔ％と共に分散させた。また、溶媒としてエタノールに、平均粒径２５ｎｍのＳｉＯ２粒子を０．５ｗｔ％、分散剤０．２ｗｔ％と共に分散させた。ＴｉＯ２粒子を分散させたスラリーを、粒子濃度に基づいて、厚さが９０ｎｍになるように算出した量で、ジェットディスペンサーでノズル径１００μｍのノズルから透光性部材上に０．７ｍｍ間隔で吐出した。その後、約１０秒間放置して自然乾燥させて、ＴｉＯ２ナノ粒子が凝集されている膜を透光性部材上に形成した。この膜の上に、ＳｉＯ２粒子を分散させたスラリーを、厚さが１３０ｎｍになるように算出した塗布量で同様に塗布して自然乾燥させて、ＳｉＯ２ナノ粒子が凝集されている膜を形成した。これらの作業を交互に行って、ＴｉＯ２／ＳｉＯ２の３層膜または５層膜を形成し、最後に約１１０℃のオーブンで１２０分間乾燥させて多層膜とし、発光装置のサンプルを得た。また、参考例として、ＳｉＯ２膜、ＴｉＯ２膜をそれぞれ単層で透光性部材上に設けた発光装置のサンプルを作製した。
【００５９】
作製したサンプルについて、再び、発光素子を発光させて発光スペクトルおよび色度を計測した。多層膜を形成する前に対する、波長別の発光強度の変化率および色度のシフト量を算出した。なお、発光強度の変化率は、変化しないときを１００％で表す。
【００６０】
【表１】
2020181995.tif 000003
【００６１】
発光装置は、多層膜によって、波長４５０ｎｍ近傍の発光強度が低下し、かつ、波長５４０ｎｍ近傍、波長６３０ｎｍ近傍の２つの波長域で発光強度が高くなり、さらに積層数を多くすることにより、それぞれにおいて変化率がいっそう大きくなった。その結果、光の色度ｘ，ｙが＋方向にシフトし、さらに５層膜でより大きくシフトした。多層膜によって発光強度が低下する波長域は、シミュレーションによる５層膜の反射スペクトルの極大値に概ね合致する。ただし、シミュレーションによれば、波長４１０ｎｍをピークとして山型に反射率が変化するのに対し、サンプルでは、３層膜、５層膜共に、４２０〜４８０ｎｍという広い波長域で、発光強度がほぼフラットな状態で低下した。また、ＴｉＯ２単層膜についても、４２０〜４８０ｎｍの波長域で発光強度が低下した。これは、本実施例のサンプルにおいて、ＴｉＯ２，ＳｉＯ２のナノ粒子が凝集されているそれぞれの膜が、膜厚にある程度の面内ばらつきを有していることによると考えられる。なお、高反射率を示す波長域のシミュレーションとのずれは、サンプルの膜厚の誤差によるものと推測される。また、波長４５０ｎｍ近傍での発光強度の低下と共に、波長５４０ｎｍ近傍、波長６３０ｎｍ近傍で発光強度を高くしたということは、多層膜が波長４５０ｎｍ近傍の青色光を強く反射させて、蛍光体による波長変換効率が向上したことを示す。さらに、多層膜が蛍光体からの光の波長域において透過率が高いことを示し、シミュレーションによる５層膜の反射スペクトルの極小値に概ね合致する。
【００６２】
これに対して、ＴｉＯ２単層膜を設けた発光装置は、波長５４０ｎｍ近傍、波長６３０ｎｍ近傍で発光強度にほとんど変化がなく、青色光の高反射で波長変換効率が向上しても、波長変換された緑色光、赤色光も反射させてしまい、効果が相殺されたと推測される。その結果、光の色度のシフト量が、３層膜を設けた発光装置よりも少なかった。一方、ＳｉＯ２単層膜を設けた発光装置は、光の色度が−方向にシフトした。これは、ＳｉＯ２単層膜が、その下の透光性部材のシリコーンよりも屈折率が低く、かつ差が小さいことにより、青色光の透過率が上昇したためである。また、ＳｉＯ２単層膜に対し、３層膜、５層膜にすることで色再現範囲の面積を大きくすることができる。これは緑や赤の色再現範囲が拡がったことによるものである。
【００６３】
以上のとおり、ナノ粒子が凝集されている膜を積層した多層膜は、３層膜、５層膜共に光の色度をシフトさせ、さらに５層膜の方がより大きくシフトさせることが確認された。さらに、シミュレーションに対して、広い波長域で、安定した高い反射率となることが確認された。
【００６４】
以上、本発明に係る発光装置およびその製造方法、ならびに表示装置について、発明を実施するための形態により具体的に説明したが、本発明の趣旨はこれらの記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて広く解釈されなければならない。また、これらの記載に基づいて種々変更、改変等したものも本発明の趣旨に含まれることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本開示の実施形態に係る発光装置は、発光ダイオード等の半導体発光素子をはじめとした各種発光素子を光源として搭載した発光装置として利用することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１０        発光装置
１          発光素子
２０        パッケージ
２          光反射性部材（基台）
３ａ，３ｃ  リードフレーム
４          ワイヤ
５          透光性部材
６，６１，６２  蛍光体
７          多層膜
７１        高屈折率層（ナノ粒子が凝集されている膜、第１膜）
７１ａ      ナノ粒子（第１ナノ粒子）
７２        低屈折率層（ナノ粒子が凝集されている膜、第２膜）
７２ａ      ナノ粒子（第２ナノ粒子）
Ｓ１０      発光装置を準備する工程
Ｓ１１      発光素子準備工程
Ｓ１２      パッケージ準備工程
Ｓ１３      発光素子実装工程
Ｓ１４      透光性部材形成工程
Ｓ２０      色度計測工程（色度を計測する工程）
Ｓ３０      多層膜形成工程（多層膜を形成する工程）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2020181995.tif 000008
【図６】
2020181995.tif 000009
【図７】
2020181995.tif 000010
【図８】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年8月19日(2020.8.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、
前記発光素子を覆い、前記発光素子からの光を透過する透光性部材と、
前記透光性部材に含有されており、前記発光素子からの光を波長変換する蛍光体と、
第１ナノ粒子が凝集されている第１膜、および前記第１ナノ粒子と異なる屈折率を有する第２ナノ粒子が凝集されている第２膜を含む、ナノ粒子が凝集されている膜が２種以上積層されている多層膜と、を備え、
前記第１膜は、前記第２膜よりも前記発光素子からの光のピーク波長における屈折率が高く、
前記多層膜は、最上層に前記第１膜が形成されている発光装置。
【請求項２】
前記多層膜におけるそれぞれの膜は、厚さが７５０ｎｍ以下である請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記多層膜におけるそれぞれの膜は、前記ナノ粒子の粒子径が５ｎｍ以上１００ｎｍ以下である請求項１または請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記多層膜における膜の少なくとも一つは、前記ナノ粒子の体積率が５０％以上である請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項５】
前記第１膜と前記第２膜とは、前記発光素子からの光のピーク波長における屈折率の差が０．０５以上である請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項６】
前記第１ナノ粒子と前記第２ナノ粒子とは、前記発光素子からの光のピーク波長における屈折率の差が０．０５以上である請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項７】
前記発光素子からの光のピーク波長をλで表したとき、前記第１膜は、膜厚ｄ1および前記ピーク波長における屈折率ｎ1が、ｎ1・ｄ1＝（２Ｎ−１）／４・λ（Ｎ：任意の自然数）の関係を有し、さらに、前記第２膜は、膜厚ｄ2および前記ピーク波長における屈折率ｎ2（ただし、ｎ2≠ｎ1）が、ｎ2・ｄ2＝(２Ｎ−１)／４・λ（Ｎ：任意の自然数）の関係を有する請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項８】
前記蛍光体からの光のピーク波長をλ´で表したとき、前記第１膜は、膜厚ｄ1´および前記ピーク波長における屈折率ｎ1´が、ｎ1´・ｄ1´＝Ｎ／２・λ´（Ｎ：任意の自然数）の関係を有し、さらに、前記第２膜は、膜厚ｄ2´および前記ピーク波長における屈折率ｎ2´（ただし、ｎ2´≠ｎ1´）が、ｎ2´・ｄ2´＝Ｎ／２・λ´（Ｎ：任意の自然数）の関係を有する請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項９】
前記多層膜は、前記透光性部材と接する側に前記第１膜が形成されており、前記第１膜の上に前記第２膜が形成されている請求項７または請求項８に記載の発光装置。
【請求項１０】
前記第１ナノ粒子がＴｉＯ2であり、前記第２ナノ粒子がＳｉＯ2である請求項１ないし請求項９のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項１１】
前記発光素子は青色光を発光し、
前記蛍光体は、緑色光に変換する蛍光体、黄色光に変換する蛍光体、赤色光に変換する蛍光体の、少なくとも一種である請求項１ないし請求項１０のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項１２】
発光素子が前記発光素子からの光を透過する透光性部材で覆われており、前記発光素子からの光を波長変換する蛍光体が前記透光性部材に含有されている発光装置を準備する工程と、
前記透光性部材上に、第１ナノ粒子を第１溶媒に分散させてなる第１スラリーを塗布することにより前記第１ナノ粒子が凝集されている第１膜と、前記第１ナノ粒子と異なる屈折率を有する第２ナノ粒子を第２溶媒に分散させてなる第２スラリーを塗布することにより前記第２ナノ粒子が凝集されている第２膜と、を積層してナノ粒子が凝集されている膜を多層膜として形成する工程と、を備え、
前記多層膜を形成する工程よりも前に、前記発光素子を発光させて色度を計測する工程を備え、
前記多層膜を形成する工程において、前記第１膜および前記第２膜の積層数、または少なくとも一つの前記第１膜または前記第２膜の膜厚を、前記色度に基づいて設定する発光装置の製造方法。
【請求項１３】
前記多層膜を形成する工程において、前記第１スラリーを塗布した後に、前記第１溶媒を除去して、前記第１膜を形成する請求項１２に記載の発光装置の製造方法。
【請求項１４】
前記多層膜を形成する工程において、前記第２スラリーを塗布した後に、前記第２溶媒を除去して、前記第２膜を形成する請求項１２または請求項１３に記載の発光装置の製造方法。
【請求項１５】
前記多層膜を形成する工程後において、前記多層膜における膜の少なくとも一つは、前記ナノ粒子の体積率が５０％以上である請求項１２ないし請求項１４のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法。
【請求項１６】
前記多層膜を形成する工程において、ポッティング法で前記第１スラリーおよび前記第２スラリーを塗布する請求項１２ないし請求項１５のいずれか一項に記載の発光装置の製造方法。
【請求項１７】
請求項１ないし請求項１１のいずれか一項に記載の発光装置を備える照明装置と、
少なくとも青色、緑色、赤色を呈する複数の着色部を有するカラーフィルターを備えて前記照明装置からの光を利用して表示を行う表示パネルと、を有する表示装置。