(57)【要約】【課題】消光色を選択できる発光装置を提供する。【解決手段】青色ＬＥＤ素子１上に青色ＬＥＤ素子１の青色光の一部を黄色光に変換する波長変換部材２を設け、波長変換部材２上にサーモクロミック材料層３を設ける。青色ＬＥＤ素子がオフ状態である非発光状態では、サーモクロミック材料層３の温度は、常温であり、サーモクロミック材料層３の外観光Ｌ１’はその最表面の色を呈する。青色ＬＥＤ素子がオン状態である発光状態では、サーモクロミック材料層３は透明となり、調色光は青色光Ｌ２１と黄色光Ｌ２２とが混色した白色光Ｌ２となる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光構造と、
前記発光構造上に設けられたサーモクロミック材料層と
を具備し、
前記サーモクロミック材料層は、常温より高い発色温度以下の状態で発色状態となり、前記発光構造の発熱温度より低くかつ前記発色温度より高い消色温度以上の状態で透明となる発光装置。
【請求項２】
発光構造と、
前記発光構造上に設けられたサーモクロミック材料層と、
前記サーモクロミック材料層の近傍に設けられ、前記発光構造のオン状態に連動して動作するためのヒータと
を具備し、
前記サーモクロミック材料層は、常温より高い発色温度以下の状態で発色状態となり、前記発光構造のオン状態に連動して動作した前記ヒータの発熱温度より低くかつ前記発色温度より高い消色温度以上の状態で透明となる発光装置。
【請求項３】
前記発光構造は、
半導体発光素子と、
前記半導体発光素子上に設けられた波長変換部材と
を具備する請求項１又は２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記発光構造は半導体発光素子を具備する請求項１又は２に記載の発光装置。
【請求項５】
前記サーモクロミック材料層の代りに、サーモクロミック材料含有樹脂封止層を具備する請求項１又は２に記載の発光装置。
【請求項６】
さらに、前記ヒータを前記発光構造のオン状態の直前の所定時間前からオンするための制御ユニットを具備する請求項２に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光装置たとえば半導体発光装置、特に、非発光時の外観色の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子たとえば発光ダイオード（ＬＥＤ）素子を用いた半導体発光装置は、ダッシュボードに組み付けられたインストルメントパネルのスイッチの照明、カメラ、スマートフォンのストロボ等の各種の照明機器に利用されている。このような半導体発光装置では、白色光を得るために、半導体発光素子と波長変換部材とを組み合わせたものが多用されている。
【０００３】
図５は従来の半導体発光装置を示す断面図である。図５においては、発光構造として、半導体発光素子たとえば青色発光ダイオード（ＬＥＤ）素子１と、その上に青色ＬＥＤ素子１の青色光の一部を黄色光に変換する黄色蛍光体たとえばＹＡＧ粒子が分散された透明樹脂たとえばシリコーン樹脂を含む波長変換部材２とを設けてある。尚、波長変換部材２は波長変換層又は波長変換プレートである。
【０００４】
図５の（Ａ）の非発光状態においては、青色ＬＥＤ素子１がオフ状態にあり、従って、波長変換部材２の外観光Ｌ１は波長変換部材２の最表面の色を呈する。この色はたとえば黄色である。
【０００５】
他方、図５の（Ｂ）の発光状態においては、青色ＬＥＤ素子１がオン状態であり、従って、青色ＬＥＤ素子１の一部の青色光Ｌ２１と波長変換部材２の黄色光Ｌ２２とが混色されて白色光Ｌ２となる。つまり、発光状態の調色光は白色を呈する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2004/pr20041027/pr20041027.html
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の図５に示す従来の半導体発光装置においては、非発光状態における外観色は波長変換部材２の最表面の色によって調色されて限定されており、従って、種々の外観色を実現できず、この結果、デザイン上の制約があるという課題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の課題を解決するために、本発明に係る発光装置は、発光構造と、発光構造上に設けられたサーモクロミック材料層とを具備し、サーモクロミック材料層は、常温より高い発色温度以下の状態で発色状態となり、発光構造の発熱温度より低くかつ発色温度より高い消光温度以上の状態で透明となるようにしたものである。
【０００９】
また、発光構造の近傍に、発光構造のオン状態に連動して動作するためのヒータを付加する。この場合には、ヒータの発熱温度によってサーモクロミック材料層は消光温度以上の状態となる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、サーモクロミック材料層を選択することにより非発光時の外観色を選択でき、これにより、デザイン上の制約をなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る半導体発光装置の第１の実施の形態を示す断面図であり、（Ａ）は非発光状態、（Ｂ）は発光状態を示す。
【図２】本発明の第１の実施の形態が適用された半導体発光装置の第１の例を示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態が適用された半導体発光装置の第２の例を示す断面図である。
【図４】本発明に係る半導体発光装置の第２の実施の形態を示す断面図であり、（Ａ）は非発光状態、（Ｂ）は発光状態を示す。
【図５】従来の半導体発光装置を示す断面図であり、（Ａ）は非発光状態、（Ｂ）は発光状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は本発明に係る半導体発光装置の第１の実施の形態を示す断面図であり、（Ａ）は非発光状態、（Ｂ）は発光状態を示す。
【００１３】
図１においては、図５の半導体発光装置における波長変換部材２上にサーモクロミック材料層３を付加したものである。
【００１４】
サーモクロミック材料層３の色は熱（温度）で可逆的に変化する。
【００１５】
ここで、色が熱で可逆的に変化することについて説明する。色つまり約４００ｎｍ〜８００ｎｍ波長の可視領域の光は、短波長側から長波長側へ紫、藍、青、緑、黄、橙、赤の順に並んでいる。これらの色を全部混色すると、白色光となる。他方、ある物質が白色光の特定色を吸収すると、その物質は残りの光を混色した色つまり補色に見える。つまり、化学的に言えば、「物質の色が変化する」とは「物質の可視領域の吸収スペクトルのピークが変化する」と等価である。たとえば、サーモクロミック材料としての銅のＮ，Ｎ−ジエチルエチレンジアミン錯体［Ｃｕ（ｄｉｅｔｅｎ）２］（ＣｌＯ４）２の分子構造は熱によって可逆的に変化する。この場合、４３℃未満の温度では、分子構造は平面構造となり、赤紫色を呈し、他方、４３℃を超えた温度では、分子構造は四面体構造となり、従って、配位子場の変化を起こし、濃紫色を呈する。また、サーモクロミック材料としての酸化バナジウムにおいては、可視光透過率が温度に依存して可逆的に変化する（参照：非特許文献１）。
【００１６】
図１のサーモクロミック材料層３はたとえばインク性のロイコ染料よりなる。この場合、常温（たとえば２５℃）より高い発色温度４５℃以下の状態において、サーモクロミック材料層３は発色状態となり、この結果、発光色はサーモクロミック材料層３の最表面の色たとえば黒色となる。他方、青色ＬＥＤ素子１の発熱温度より低くかつ発色温度より高い消色温度５５℃以上の状態において、サーモクロミック材料層３は消色状態となり、この結果、透明となる。この場合、消色温度５５℃以上から温度が低下すると、中間温度５０℃付近でサーモクロミック材料層３は発色し始め、発色温度４５℃で完全に発色状態となる。逆に、発色温度４５℃以下から温度が上昇すると、中間温度５０℃付近でサーモクロミック材料層３は消色し始め、消色温度５５℃で完全に消色状態となる。つまり、サーモクロミック材料層３は熱（温度）で消色状態と発色状態との間を可逆的に変化する。
【００１７】
すなわち、図１の（Ａ）の非発光状態においては、青色ＬＥＤ素子１がオフ状態であり、従って、サーモクロミック材料層３の温度は常温である。従って、サーモクロミック材料層３は発色温度４５℃以下の発色状態となり、外観光Ｌ１’はサーモクロミック材料層３の最表面の色を呈する。この色はたとえば黒色である。
【００１８】
他方、図１の（Ｂ）の発光状態においては、青色ＬＥＤ素子１がオン状態であり、従って、サーモクロミック材料層３の温度は青色ＬＥＤ素子１の発熱によって上昇して消色温度５５℃以上の消色状態となり、サーモクロミック材料層３は透明となる。この結果、青色ＬＥＤ素子１の一部の青色光Ｌ２１と波長変換部材２の黄色光Ｌ２２とが混色された白色光Ｌ２はサーモクロミック材料層３を透過する。つまり、発光状態の調色光は白色を呈する。
【００１９】
図２は本発明の第１の実施の形態が適用された半導体発光装置の第１の例を示すレンズ付白色ＬＥＤ装置の断面図である。図２においては、図１のサーモクロミック材料層の代りに、サーモクロミック材料層の作用をするサーモクロミック材料含有樹脂封止層を用いる。
【００２０】
図２においては、基板１０１上にｐ側電極１０２ｐ及びｎ側電極１０２ｎを形成する。次いで、ｎ側電極１０２ｎ上に青色ＬＥＤ素子１０３を接着層（図示せず）によって実装し、青色ＬＥＤ素子１０３のｐ電極をボンディングワイヤ１０４によってｐ側電極１０２ｐに接続する。さらに、ＹＡＧ粒子１０５ａが分散されたシリコーン樹脂よりなる波長変換層１０５を塗布し、その上に、サーモクロミック材料含有樹脂封止層１０６を塗布する。さらにまた、サーモクロミック材料含有樹脂封止層１０６上に樹脂レンズ層１０７を形成してレンズ付白色ＬＥＤ装置が完成する。
【００２１】
図２のレンズ付白色ＬＥＤ装置がストロボに適用された場合、青色ＬＥＤ素子１０３のオン状態によるサーモクロミック材料含有樹脂封止層１０６の加熱では、サーモクロミック材料含有樹脂封止層１０６の透明動作は間に合わない。このため、サーモクロミック材料含有樹脂封止層１０６の近傍にヒータ１０８を付加する。すなわち、青色ＬＥＤ素子１０３がオンとなって点灯する直前からサーモクロミック材料含有樹脂封止層１０６を加熱できるように、青色ＬＥＤ素子１０３のオン状態に連動して動作するヒータ１０８を基板１０１上のたとえばｎ側電極１０２ｎ上に付加する。これにより、青色ＬＥＤ素子１０３がオン状態になる直前の所定時間前たとえば０．５秒前からサーモクロミック材料含有樹脂封止層１０６が加熱されて消色温度以上となって透明になるように、ヒータ１０８をストロボ制御ユニット１０９によって制御する。尚、ストロボ制御ユニット１０９はｐ側電極１０２ｐ、ｎ側電極１０２ｎ間のオン状態電流をも制御する。
【００２２】
図２においては、サーモクロミック材料はたとえばパウダ状ロイコ染料であり、サーモクロミック材料含有樹脂封止層１０６内に分散される。
【００２３】
図３は本発明の第１の形態が適用された半導体発光装置の第２の例を示すボックス型白色ＬＥＤ装置の断面図である。図３においても、図１のサーモクロミック材料層の代りに、サーモクロミック材料層の作用をするサーモクロミック材料含有樹脂封止層を用いる。
【００２４】
図３においては、凹部２０１ａを囲む枠を有する低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ）又は高温同時焼成セラミック（ＨＴＣＣ）基板２０１の凹部２０１ａにｐ側電極２０２ｐ及びｎ側電極２０２ｎを形成する。次いで、ｎ側電極２０２ｎ上に青色ＬＥＤ素子２０３を接着層（図示せず）によって実装し、青色ＬＥＤ素子２０３のｐ電極をボンディングワイヤ２０４によってｐ側電極２０２ｐに接続する。さらに、ＹＡＧ粒子２０５ａが分散されたシリコーン樹脂よりなる波長変換層２０５を基板２０１の凹部２０１ａ内に塗布し、その上に、サーモクロミック材料含有樹脂封止層２０６を塗布する。最後に、基板２０１の底部にｐ側電極２０２ｐ、ｎ側電極２０２ｎ、ヒータ２０８に接続された外部ｐ側電極２０７ｐ、外部ｎ側電極２０７ｎ、外部電極２０８ｈを形成してボックス型白色ＬＥＤ装置が完成する。
【００２５】
図３のボックス型白色ＬＥＤ装置がストロボに適用された場合、図２の場合と同様に、サーモクロミック材料含有樹脂封止層２０６の近傍にヒータ２０８を付加する。すなわち、青色ＬＥＤ素子２０３がオンとなって点灯する直前からサーモクロミック材料含有樹脂封止層２０６を加熱できるように、青色ＬＥＤ素子２０３のオン状態に連動して動作するヒータ２０８を基板２０１の枠上に付加すると共に、基板２０１の底部にヒータ２０８に接続された外部電極２０８ｈを設ける。これにより、青色ＬＥＤ素子２０３がオン状態になる直前の所定時間前たとえば０．５秒前からサーモクロミック材料含有樹脂封止層２０６が加熱されて消色温度以上となって透明になるように、ヒータ２０８をストロボ制御ユニット２０９によって制御する。尚、ストロボ制御ユニット２０９は外部ｐ側電極２０７ｐ、外部ｎ側電極２０７ｎ間のオン状態電流をも制御する。
【００２６】
図３においても、サーモクロミック材料はたとえばパウダ状ロイコ染料であり、サーモクロミック材料含有樹脂封止層２０６内に分散される。
【００２７】
次に、図２、図３のサーモクロミック材料含有樹脂封止層１０６、２０６の形成方法について詳述する。
【００２８】
始めに、サーモクロミック材料としての株式会社記録素材総合研究所製のパウダ状のロイコ染料を樹脂に混練する。この樹脂は、接着性の観点から波長変換層１０５（２０５）の樹脂と同一のシリコーン樹脂を用いる。この場合、サーモクロミック材料含有樹脂封止層１０６（２０６）におけるロイコ染料濃度は、シリコーン樹脂を塗布する観点から６０ｗｔ％以下が好ましく、発色の観点から２０ｗｔ％以上が好ましい。尚、ロイコ染料濃度は小さい程、発光光束の低下は少ない。
【００２９】
次いで、ロイコ染料を混練したシリコーン樹脂をシリンジに移し替え、エア式ディスペンサで波長変換層１０５（２０５）上に塗布する。塗布された樹脂の厚さは均一性の観点からロイコ染料の粒径の３倍以上でたとえば１５０μｍである。尚、エア式ディスペンサの代りに、スプレー方式による塗布、コンプレッションモールド成形又はトランスファーモールド成形を用いてもよい。
【００３０】
尚、上述の第１の実施の形態においては、青色ＬＥＤ素子及び黄色蛍光体（ＹＡＧ粒子）を含む波長変換部材の組合せよりなる半導体発光装置に適用しているが、青色ＬＥＤ素子以外のＬＥＤ素子あるいは半導体レーザ等の所定波長領域の光を発光する発光素子及びこの所定波長より長い波長の光に変換する波長変換部材を有する半導体発光装置にも適用し得る。
【００３１】
図４は本発明に係る半導体発光装置の第２の実施の形態を示す断面図であり、（Ａ）は非発光状態、（Ｂ）は発光状態を示す。
【００３２】
図４においては、図１の波長変換部材２は設けず、青色ＬＥＤ素子１の代りに、緑色ＬＥＤ素子１’を設けてある。つまり、発光構造としては緑色ＬＥＤ素子１’のみである。また、図１の発色状態が黒色のサーモクロミック材料層３の代りに、発色状態が緑色であるサーモクロミック材料層３’を設けてある。
【００３３】
図４のサーモクロミック材料層３’はたとえばインク性のロイコ染料よりなる。この場合、常温（たとえば２５℃）より高い発色温度４５℃以下の状態において、サーモクロミック材料層３’は発色状態となり、この結果、外観色はサーモクロミック材料層３’の最表面の色たとえば緑色となる。他方、緑色ＬＥＤ素子１’の発熱温度より低くかつ発色温度より高い消色温度５５℃以上の状態において、サーモクロミック材料層３’は消色状態となり、この結果、透明となる。この場合、消色温度５５℃以上から温度が低下すると、中間温度５０℃付近でサーモクロミック材料層３’は発色し始め、発色温度４５℃で完全に発色状態となる。逆に、発色温度４５℃以下から温度が上昇すると、中間温度５０℃付近でサーモクロミック材料層３’は消色し始め、消色温度５５℃で完全に消色状態となる。つまり、サーモクロミック材料層３’は熱（温度）で消色状態と発色状態との間を可逆的に変化する。
【００３４】
すなわち、図４の（Ａ）の非発光状態においては、緑色ＬＥＤ素子１’がオフ状態であり、従って、サーモクロミック材料層３’の温度は常温である。従って、サーモクロミック材料層３’は発色温度４５℃以下の発色状態となり、サーモクロミック材料層３’の最表面の色を呈する。この結果、サーモクロミック材料層３’の外観色はたとえば緑色である。つまり、非発光状態の調色光（外観光Ｌ１’）は緑色を呈する。
【００３５】
他方、図４の（Ｂ）の発光状態においては、緑色ＬＥＤ素子１’がオン状態であり、従って、サーモクロミック材料層３の温度は緑色ＬＥＤ素子１’の発熱によって上昇して消色温度５５℃以上の消色状態となり、サーモクロミック材料層３は透明となる。この結果、緑色ＬＥＤ素子１’の緑色光Ｌ２はサーモクロミック材料層３’を透過する。つまり、発光状態の調色光は緑色を呈する。
【００３６】
このように、第２の実施の形態は波長変換部材を用いない半導体発光装置に適用される。この場合、半導体発光装置は白色光半導体発光装置に限定されない。
【００３７】
上述の第２の実施の形態も、図２に示すレンズ付ＬＥＤ装置及び図３に示すボックス型ＬＥＤ装置に適用できる。この場合、図２の波長変換層１０５及び図３の波長変換層２０５は省略される。また、ＬＥＤ装置がストロボに適用された場合には、緑色ＬＥＤ素子１’がオン状態になる直前にサーモクロミック材料含有樹脂封止層を加熱できるように、緑色ＬＥＤ素子１’のオン状態に連動して動作するヒータをサーモクロミック材料含有樹脂封止層の近傍に付加する。このヒータは緑色ＬＥＤ素子１’のオン状態の直前の所定時間前たとえば０．５秒前からサーモクロミック材料含有樹脂封止層を加熱できるように制御される。
【００３８】
上述の第１、第２の実施の形態においては、サーモクロミック材料を変更することによって消光状態の調光色（外観色）を黒色、緑色以外の青色、紫色、エメラルドグリーン色、黄色、オレンジ色、桃色、赤色等及びこれらの色をかけ合わせた色にもなし得る。つまり、サーモクロミック材料を選択することにより非発光時の外観色を選択できる。
【００３９】
尚、本発明は上述の第１、第２の実施の形態の自明の範囲のいかなる変更にも適用し得る。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は半導体発光素子以外の発光構造たとえば小型ランプの発光構造にも利用できる。
【符号の説明】
【００４１】
１：青色ＬＥＤ素子
１’：緑色ＬＥＤ素子
２：波長変換部材
３、３’：サーモクロミック材料層
１０１：基板
１０２ｐ：ｐ側電極
１０２ｎ：ｎ側電極
１０３：青色ＬＥＤ素子
１０４：ボンディングワイヤ
１０５：波長変換層
１０５ａ：ＹＡＧ粒子
１０６：サーモクロミック材料含有樹脂封止層
１０７：樹脂レンズ層
１０８：ヒータ
１０９：ストロボ制御ユニット
２０１：基板
２０１ａ：凹部
２０２ｐ：ｐ側電極
２０２ｎ：ｎ側電極
２０３：青色ＬＥＤ素子
２０４：ボンディングワイヤ
２０５：波長変換層
２０５ａ：ＹＡＧ粒子
２０６：サーモクロミック材料含有樹脂封止層
２０７ｐ：外部ｐ側電極
２０７ｎ：外部ｎ側電極
２０８：ヒータ
２０８ｈ：外部電極
２０９：ストロボ制御ユニット
Ｌ１、Ｌ１’：外観光
Ｌ２：白色光
Ｌ２’：緑色光
【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】
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