(57)【要約】【課題】放射される光の色調の均一性を高めつつ、より発光効率の高い発光装置を提供する。【解決手段】実装基板４上に実装されたＬＥＤチップ（発光素子）１と、該ＬＥＤチップ１の主発光面上にＬＥＤチップ１から放射された光を拡散させる光拡散層２と、該光拡散層２を備えたＬＥＤチップ１を被覆し、ＬＥＤチップ１が放射した光の少なくとも一部を吸収して波長変換した光を発する光変換部材３と、を有する発光装置１０であって、  ＬＥＤチップ１は、前記主発光面の中央部１ａで光拡散層２が接して設けられ、前記主発光面の中央部１ａを囲む周辺部１ｂで光変換部材３が接して設けられている。【選択図】図１
2011071349.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実装基板上に実装された発光素子と、該発光素子の主発光面上に前記発光素子から放射された光を拡散させる光拡散層と、該光拡散層を備えた前記発光素子を被覆し、前記発光素子が放射した光の少なくとも一部を吸収して波長変換した光を発する光変換部材と、を有する発光装置であって、
前記発光素子は、前記主発光面の中央部で前記光拡散層が接して設けられ、前記主発光面の前記中央部を囲む周辺部で前記光変換部材が接して設けられていることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記光拡散層は、前記主発光面の中央部に接して設けられ、該中央部の中心領域に設けられた第一の光拡散部と、前記中心領域を囲む周辺領域に設けられた第二の光拡散部とを有し、前記第一の光拡散部は、前記第二の光拡散部よりも前記発光素子からの光を拡散させる光拡散性が高いことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記光拡散層は、光を拡散させる粒子状の拡散材が透光性部材に含有されており、該透光性部材における前記拡散材の含有量、前記透光性部材と前記拡散材との屈折率差および前記拡散材の平均粒径の少なくとも１つが調整されてなることで、前記第一の光拡散部が、前記第二の光拡散部よりも前記光拡散性を高くされてなることを特徴とする請求項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、発光素子を用いた発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、実装基板に実装されるチップ状の半導体からなる発光素子と、該発光素子を被覆し、該発光素子からの青色光の少なくとも一部を吸収し波長変換して黄色光を発する光変換部材とを備え、発光素子からの青色光と光変換部材からの黄色光との混色光（たとえば、白色光など）を放射する発光装置が開発されている。
【０００３】
この種の発光装置は、発光素子や光変換部材などの光出力が急激に高効率化されるのに伴い照明器具にまで利用されつつある。
【０００４】
ところで、発光素子は、発光素子の材料や構造、発光素子の電極の配置や電極の形状などにもよるが、一般に、できるだけ効率よく光を取り出すため、実装基板に実装されたチップ状の発光素子の上面を、できるだけ大きな面になるように主発光面としている。このような発光素子は、等方的に均一な光が放出されるわけではなく、発光素子の主発光面における中央部の青色光の光密度が、前記主発光面の中央部を囲む周辺部やチップ状の発光素子における側面部の光密度より高くなる傾向にある。
【０００５】
また、光変換部材は、吸収した光に対して波長変換した光を常にリニアに放射するわけではなく、所定の値で飽和することも知られている。
【０００６】
そのため、発光装置から放射される混色光は、発光素子の主発光面における中央部で、青色光の光密度が高く、発光素子を被覆する光変換部材では、発光素子の中央部上の発光効率が低下する。また、発光素子の主発光面における周辺部や側面部では、青色光の光密度が発光素子の中央部と比較して相対的に低い。そのため、発光装置から放射される混色光は、発光素子からの青色光と光変換部材からの黄色光との割合が場合によって異なり、発光素子の中央部上において青白く光って見える。また、発光装置から放射される混色光は、発光素子の中央部上と比較して発光素子の周辺部上において黄色に光って見える色むらが生ずることになる。特に、補色となる混色光を放射する発光装置からの光の色ずれは、少しの色ずれが色度図上で補色方向にずれるため、人間の目に視認され易い傾向にある。そのため、発光装置からの放射光を、単に反射鏡やレンズで集光すると、被照射面における照射パターンは、中央部が青白く、中央部の外側の周辺部が黄色い色むらが顕著に目立つことになる。
【０００７】
また、図６に示すリードフレームたる実装基板４’のカップ４ａ’の内底面に実装された発光素子たるＬＥＤチップ１と、ＬＥＤチップ１の全体を覆う光拡散層２’と、該光拡散層２’を覆いＬＥＤチップ１からの光を吸収し波長変換した光を発する光変換部材３と、を備えた発光装置１０’も知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００８】
図６に示す発光装置１０’は、ＬＥＤチップ１を覆う光拡散層２’を設けることにより、ＬＥＤチップ１からの直接光のような光密度の高い状態で、光変換部材３に光が入射される確率を低くし、ＬＥＤチップ１からの光が分散した状態で光変換部材３に入射されるので、光変換部材３の全体を発光させることとなり、効率のよい発光が可能になるとされている。これにより、発光装置１０’は、ＬＥＤチップ１からの光を明るくしても光変換部材３が所定の値で飽和し光変換部材３の発光効率の上昇が得られないことを抑制している。
【０００９】
図６に示す発光装置１０’の構成を利用して白色光などの混色光が発光可能とさせた場合、発光装置１０’は、光拡散層２’により、ＬＥＤチップ１からの光のうち、光密度の高いＬＥＤチップ１の主発光面における中央部からの光だけでなく、光密度の低いＬＥＤチップ１の主発光面における中央部の周辺部やＬＥＤチップ１の側面から放射する光も拡散させ、外部に光を均一に放射させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−３２４２１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、光拡散層２’は、光の反射散乱に伴い光拡散層２’での光の吸収も生ずる。そのため、発光装置１０’は、ＬＥＤチップ１から放射された光密度の低い光が光変換部材３に十分に届かず、発光装置１０’の発光効率を向上させることが難しい場合がある。
【００１２】
特に、照明用途にまで利用する発光装置１０’は、より高い光出力が求められており、上述の発光装置１０’の構成だけでは十分ではなく更なる改良が求められている。
【００１３】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、放射される光の色調の均一性を高めつつ、より発光効率の高い発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１の発明は、実装基板上に実装された発光素子と、該発光素子の主発光面上に前記発光素子から放射された光を拡散させる光拡散層と、該光拡散層を備えた前記発光素子を被覆し、前記発光素子が放射した光の少なくとも一部を吸収して波長変換した光を発する光変換部材と、を有する発光装置であって、前記発光素子は、前記主発光面の中央部で前記光拡散層が接して設けられ、前記主発光面の前記中央部を囲む周辺部で前記光変換部材が接して設けられていることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、発光素子は、該発光素子の主発光面の中央部で、光拡散層が接して設けられ、前記中央部を囲む周辺部で前記光変換部材が接して設けられている。前記発光素子は、前記光変換部材に覆われているので、前記中央部の光が前記光拡散層によって、直接的に前記光変換部材に放射されず、前記光変換部材における発光効率の低下を抑制することができる。また、前記発光素子は、前記周辺部で前記光拡散層における光拡散がないため、前記周辺部での光取出し効率を維持できる。そのため、発光装置は、略全域にわたって前記発光素子からの光が均一化され、混色光を用いた場合においては色むらを低減することができる。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１に記載の発明において、前記光拡散層は、前記主発光面の中央部に接して設けられ、該中央部の中心領域に設けられた第一の光拡散部と、前記中心領域を囲む周辺領域に設けられた第二の光拡散部とを有し、前記第一の光拡散部は、前記第二の光拡散部よりも前記発光素子からの光を拡散させる光拡散性が高いことを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、前記光拡散層を、前記中央部において中心領域と周辺領域とに分け、前記中心領域を前記周辺領域の光拡散性よりも大きくすることで、光密度がより高い前記中心領域の光を拡散させることができ、放射される混色光の色調の均一性を高めつつ発光効率を、より改善することができる。
【００１８】
請求項３の発明は、請求項２に記載の発明において、前記光拡散層は、光を拡散させる粒子状の拡散材が透光性部材に含有されており、該透光性部材における前記拡散材の含有量、前記透光性部材と前記拡散材との屈折率差および前記拡散材の平均粒径の少なくとも１つが調整されてなることで、前記第一の光拡散部が、前記第二の光拡散部よりも前記光拡散性を高くされてなることを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、前記光拡散部を構成する拡散材や透光性部材を調整させた比較的簡単な構成で、放射される混色光の色調の均一性を高めつつ発光効率を、より改善することができる。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１の発明では、発光素子が、主発光面の中央部で光拡散層と接して設けられ、主発光面の前記中央部を囲む周辺部で光変換部材と接して設けられていることにより、放射される光の色調の均一性を高めつつ、より発光効率の高い発光装置を提供できるという顕著な効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施形態１の発光装置を示す概略断面図である。
【図２】同上の発光装置の製造工程を示す概略工程断面図である。
【図３】実施形態２の発光装置を示す概略断面図である。
【図４】同上の発光装置の製造工程を示す概略工程断面図である。
【図５】実施形態３の発光装置を示す概略断面図である。
【図６】従来の発光装置を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（実施形態１）
以下、本実施形態の発光装置を図１に基づいて説明し、発光装置１０の製造工程を図２で説明する。
【００２３】
本実施形態の図１に示す発光装置１０は、実装基板４の一表面側に実装され青色光を放射する発光素子たるＬＥＤチップ１と、該ＬＥＤチップ１の主発光面上に該ＬＥＤチップ１から放射された光を拡散させる光拡散層２と、光拡散層２を備えたＬＥＤチップ１を被覆し、ＬＥＤチップ１が放射した青色光を吸収して黄色光を発する光変換部材３と、を有している。特に、ＬＥＤチップ１は、該ＬＥＤチップ１の主発光面における中央部１ａで、光拡散層２が接して設けられ、前記主発光面の中央部１ａを囲む周辺部１ｂで光変換部材３が接して設けられている。
【００２４】
より具体的には、発光装置１０は、大きさが約３ｍｍ角、厚みが０．３ｍｍの矩形平板状のアルミナセラミック基板上に表面がＡｕでメッキされた一対の導体パターン（図示していない）が形成された実装基板４を用いている。実装基板４の一対の導体パターンには、それぞれ直径が０．０７ｍｍで、高さが０．０５ｍｍのＡｕバンプ５を複数個（ここでは、５個）設けている。ＬＥＤチップ１は、サファイア基板上にｐ型およびｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体層がｐｎ接合を備えて形成され、ｐ型およびｎ型の各窒化ガリウム系化合物半導体と電気的に接続される正負の各電極が同一面側に設けられている。ＬＥＤチップ１は、正負の各電極が形成された窒化ガリウム系化合物半導体層側を実装基板４側と対向して、ＬＥＤチップ１の同一平面側に設けられた正負の各電極を、実装基板４の一対の導体パターン上のＡｕバンプ５にフリップチップ実装により実装している。
【００２５】
ＬＥＤチップ１は、通電によりピーク波長が、たとえば、４５０ｎｍ〜４７０ｎｍの範囲内にある青色光を放射する。このようなＬＥＤチップ１の外形は、たとえば、大きさが約１ｍｍ角で、厚みが約１００μｍである。
【００２６】
本実施形態の発光装置１０は、ＬＥＤチップ１の前記主発光面となるサファイア基板の中央部１ａ上に、平均粒径が１μｍであり、屈折率が１．７６となる酸化アルミニウムの拡散材をジメチル系シリコーン樹脂に含有させた光拡散層２が接して形成させている。
【００２７】
また、青色光を吸収して黄色光が発光可能な希土類金属で付活された珪酸塩系の黄色蛍光体として、（Ｂａ０．０５Ｓｒ０．９３Ｅｕ０．０２）２ＳｉＯ４が均一に含有されたジメチル系シリコーン樹脂を光変換部材３として、光拡散層２が形成されたＬＥＤチップ１を覆うように形成させている。これにより、ＬＥＤチップ１の主発光面となるサファイア基板の中央部１ａを囲む周辺部１ｂで光変換部材３が接して設けられる。
【００２８】
次に、本実施形態の発光装置１０を製造する製造工程について、図２を用いて詳述する。
【００２９】
本実施形態の発光装置１０は、スクリーンとなる複数種類のマスクを対象物上に順に重ねて、各マスク上からそれぞれ塗布物を供給しながらスキージで各マスクに押し当て、各マスクの開口部分に供給した塗布物を塗布させるスクリーン印刷法の多色印刷を利用して製造している。
【００３０】
より具体的には、本実施形態の発光装置１０は、スクリーン印刷法を利用して製造するため、予め表面に一対の導体パターン（図示していない）が形成された実装基板４の導体パターン上に複数個のＡｕバンプ５を形成する。次に、実装基板５の複数個のＡｕバンプ５上にＬＥＤチップ１をフリップチップ実装させる。なお、ＬＥＤチップ１は、サファイア基板上に、ｐｎ接合を備えた窒化ガリウム系化合物半導体層が形成され、ＬＥＤチップ１の同一面側にｐ型およびｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体層とそれぞれ電気的に接続された一対の電極を形成させた平面視矩形状に形成している。実装基板４にフリップチップ実装された平面視矩形状のＬＥＤチップ１のサファイア基板側が主発光面となる。発光装置１０は、ＬＥＤチップ１のサファイア基板が光取り出し面側となる主発光面の中央部１ａに、光拡散層２と光拡散層２を備えたＬＥＤチップ１とを被覆する光変換部材３をスクリーン印刷の多色印刷を用いて製造する。
【００３１】
まず、ＬＥＤチップ１は、平面視がＬＥＤチップ１の光取り出し面側の主発光面と相似形で前記主発光面よりも小さい開口部１２ａを備えた第一のマスク１２を、ＬＥＤチップ１の前記主発光面上に密着して重ねた後、拡散材たる酸化アルミニウムが均一に含有されたシリコーン樹脂からなる樹脂材料２ａａを第一のマスク１２上に配置させる。第一のマスク１２の上から樹脂材料２ａａをＬＥＤチップ１の主発光面上に均一に塗布させるスキージ１１で、図２（ａ）の矢印の方向に擦りつけ、余分な樹脂材料２ａａを除去する（図２（ａ）を参照）。
【００３２】
これにより、ＬＥＤチップ１の平面視矩形状の前記主発光面の中央部１ａにのみに樹脂材料２ａａを塗布する。第二のマスク１２を取り除いた後、ＬＥＤチップ１の前記主発光面の一部に塗布された樹脂材料２ａａを加熱硬化して、ＬＥＤチップ１の前記主発光面の中央部１ａ上に、ＬＥＤチップ１の前記主発光面と略平行な平面を備えた平面視矩形状の光拡散層２を形成させる。
【００３３】
続いて、光拡散層２が形成されたＬＥＤチップ１を備えた実装基板４上に、実装基板４の表面からＬＥＤチップ１の前記主発光面に形成された光拡散層２の表面までの厚さに略等しい厚さの第二のマスク１３を重ねる。第二のマスク１３には、光拡散層２が形成されたＬＥＤチップ１の平面視における外形と相似形で、ＬＥＤチップ１よりも大きい開口部１３ａを備えている。そのため、第二のマスク１３の開口部１３ａと、ＬＥＤチップ１が実装された実装基板４との間で形成される窪み内に、光拡散層２を備えたＬＥＤチップ１が収納されることになる。続いて、（Ｂａ０．０５Ｓｒ０．９３Ｅｕ０．０２）２ＳｉＯ４の黄色蛍光体が均一に含有されたシリコーン樹脂からなる樹脂材料３ａａを第二のマスク１３の上に配置させる。第二のマスク１３の上から樹脂材料３ａａをスキージ１１で、図２（ｂ）の矢印の方向に擦りつけ、光拡散層２を備えたＬＥＤチップ１上に均一に塗布させて、余分な樹脂材料３ａａを第二のマスク１３の開口部１３ａ上から除去する（図２（ｂ）を参照）。
【００３４】
これにより、樹脂材料３ａａは、実装基板４上にフリップチップ実装されたＬＥＤチップ１の側面部１ｃと、ＬＥＤチップ１の光取り出し面側となる前記主発光面であって光拡散層２が形成された中央部１ａの周囲となる周辺部１ｂとを覆うように塗布される。第二のマスク１３を取り除いた後に、ＬＥＤチップ１の側面部１ｃおよびＬＥＤチップ１の主発光面の周辺部１ｂを覆う樹脂材料３ａａを加熱硬化して、ＬＥＤチップ１の主発光面上の周辺部１ｂおよびＬＥＤチップ１の側面１ｃに光変換部材３の一部３ａを形成させる。
【００３５】
さらに、平面視形状が第一のマスク１２の開口部１２ａと相似形で開口部１２ａよりも大きく、第二のマスク１３の開口部１３ａより小さい開口部１４ａを備えた第三のマスク１４を、ＬＥＤチップ１の主発光面の周辺部１ｂを覆う光変換部材３の一部３ａ上で、光拡散層２を囲むように重ね合わせる。ここで、第三のマスク１４の厚みは、第一のマスク１２の厚みより厚く、第二のマスク１３の厚みより薄くしている。
【００３６】
第二のマスク１３で用いたものと同種の黄色蛍光体を含有するシリコーン樹脂からなる樹脂材料３ｂａを第三のマスク１４の上に配置させる。第三のマスク１４の上から樹脂材料３ｂａが光拡散層２を覆うように、スキージ１１で図２（ｃ）の矢印の方向に擦りつけ、ＬＥＤチップ１上に均一に塗布させ、余分な樹脂材料３ｂａを開口部１４ａ上から除去する（図２（ｃ）を参照）。
【００３７】
実装基板４上にフリップチップ実装されたＬＥＤチップ１の光取り出し面側となる主発光面であって中央部１ａに形成された光拡散層２を覆うように樹脂材料３ｂａが塗布される。樹脂材料３ｂａを加熱硬化して、光変換部材３の一部３ａおよび光拡散層２上に光変換部材３の他部３ｂを形成する。
【００３８】
これにより、実装基板４にフリップチップ実装されたＬＥＤチップ１の外形が、光変換部材３により全て覆われ、ＬＥＤチップ１の発光面側の中央部１ａにだけ、光拡散層２が接して配置されることになる（図２（ｄ）を参照）。
【００３９】
以下、本実施形態の発光装置１０に用いられる各構成について詳述する。
【００４０】
本実施形態１の発光装置１０に用いられる発光素子は、半導体からなり通電により光を発光可能なものである。発光素子が放射する光は、たとえば、可視光のうちエネルギーの強い青色光とすることができるが、青色光のみに限定するものではなく、光変換部材３を効率よく励起させるために紫外線や他の波長の光を用いてもよい。発光素子たるＬＥＤチップ１は、たとえば、サファイア基板、スピネル基板、窒化ガリウム基板、酸化亜鉛基板や炭化シリコン基板などの結晶成長基板上にｐｎ接合を備えた窒化ガリウム系化合物半導体層を有し、青色光を放射することが可能なものが挙げられる。
【００４１】
なお、ＬＥＤチップ１は、絶縁性基板上に半導体層が形成され、半導体層の同一面側に正負の各電極がそれぞれ形成されたＬＥＤチップ１を用いてもよいし、導電性基板を用いＬＥＤチップ１の厚み方向の両面側に正負の各電極がそれぞれ形成されたＬＥＤチップ１を用いてもよい。
【００４２】
同一面側に正負の各電極が設けられたＬＥＤチップ１は、Ａｕバンプ５などの金属バンプを用い、表面に一対の導電パターンが形成された実装基板４上にフリップチップ実装させることができる。また、ＬＥＤチップ１の厚み方向の両面側に正負の各電極が設けられたＬＥＤチップ１は、ＬＥＤチップ１が実装される実装基板４の表面に形成された一対の導体パターンのうちの一方の導体パターンと、ＬＥＤチップ１の前記一方の電極とを導電性部材（たとえば、ＡｕＳｎやＡｇペーストなど）を介してダイボンディングして電気的に接続させる。また、ＬＥＤチップ１の光取り出し面側の他方の電極と、ワイヤ（たとえば、アルミニウム線や金線など）を介して他方の導体パターンと電気的に接続させればよい。
【００４３】
なお、本実施形態の発光装置１０では、実装基板４上に一個のＬＥＤチップ１を実装しているが、ＬＥＤチップ１は、一個だけに限らず複数個用いることができる。この場合、各ＬＥＤチップ１は、適宜に直列、並列や直並列に電気的に接続させればよい。また、ＬＥＤチップ１は、同種のものを用いてもよいし、異なる発光波長を発光する複数個のＬＥＤチップ１を用いてもよい。たとえば、発光色を調整するなどの目的で赤色光、青色光がそれぞれ発光可能な２種類のＬＥＤチップ１を備えた発光装置１０の構成とすることもできる。
【００４４】
なお、発光素子たるＬＥＤチップ１は、外部から機械的電気的に保護するため、半導体表面上に、酸化珪素やエポキシ樹脂などの透光性の保護膜を設けてもよい。
【００４５】
次に、本実施形態の発光装置１０に用いられる光拡散層２は、発光素子たるＬＥＤチップ１の主発光面上に設けられＬＥＤチップ１が放射した光を拡散させて、ＬＥＤチップ１から放射された光が高い光密度で光変換部材３に放射されることを抑制するものである。このような光拡散層２としては、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂やガラスなどの透光性部材中に、ＬＥＤチップから放射された光を拡散させる拡散材を含有させた混合部材を用いることができる。拡散材の材料としては、酸化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化ケイ素などを用いることができる。
【００４６】
このような、光拡散層２の厚みは、たとえば、約１００μｍの厚みに形成することができるが、混合する拡散材の種類や量などによって調整することができる。また、ＬＥＤチップ１の主発光面上に設けられる光拡散層２の大きさや形状は、ＬＥＤチップ１を構成する材料や構造、ＬＥＤチップ１の電極の配置や電極の形状などを考慮して変更してもよい。また、光拡散層２に含有される拡散材の含有量は、ＬＥＤチップ１から放射される光密度や光拡散層２の厚みによって適宜に設定すればよい。
【００４７】
ＬＥＤチップ１における前記主発光面の中央部１ａの形状や大きさを設定するには、たとえば、本実施形態の光拡散層２を形成させる前に、実装基板４上にフリップチップ実装させたＬＥＤチップ１に通電して点灯させ、ＬＥＤチップ１上に設けた画像装置（図示せず）から測定視野内の発光強度分布を画素ごとの数値データとして取り込む。次に、数値データの中からＬＥＤチップ１の前記主発光面における光出力が予め設定した値以上の領域を、光密度が高い領域としてＬＥＤチップ１の前記主発光面における中央部１ａと擬似的に見做すことで中央部１ａの形状や大きさを設定することができる。これにより、ＬＥＤチップ１の前記主発光面の形状が、ＬＥＤチップ１の電極の形状や配置などにより、複雑な形状となった場合であっても、ＬＥＤチップ１の前記主発光面における中央部１ａや周辺部１ｂを比較的簡単に設定することができる。
【００４８】
ここで、発光装置１０に光拡散層２を設けない場合、ＬＥＤチップ１の中央部１ａ上に被覆される光変換部材３は、ＬＥＤチップ１から多くの青色光が入射して、波長変換に伴い発熱する。光変換部材３の発熱は、ＬＥＤチップ１の前記主発光面における周辺部１ｂ上やＬＥＤチップ１の側面部１ｃ上を覆う光変換部材３の発熱より大きく、ＬＥＤチップ１の主発光面における中央部１ａ上の光変換部材３の温度が高くなる傾向にある。光変換部材３は、温度上昇に伴い光出力が低下する温度消光の特性があるため、光変換部材３は、全体に均一に発光することができず、光密度の高い光変換部材３の中央部１ａ上の発光効率が低下する傾向にある。
【００４９】
本実施形態の発光装置１０は、ＬＥＤチップ１の主発光面における中央部１ａの青色光の光密度が中央部１ａ付近よりも高い部分にのみ光拡散層２を配置している。ＬＥＤチップ１の主発光面における中央部１ａから放射された青色光は、光拡散層２で任意の方向に拡散されるため、ＬＥＤチップ１の中央部１ａ上に配置される光変換部材３に入射する青色光の光密度が下がる。
【００５０】
その結果、ＬＥＤチップ１の主発光面における中央部１ａの光変換部材３の温度上昇が小さくなり、光変換部材３の温度分布がより均一になることで、光変換部材２の発光効率が改善されると考えられる。また、ＬＥＤチップ１の主発光面における中央部１ａの周辺部１ｂや側面部１ｃには、光拡散層２が配置されておらず直接、光変換部材３によってＬＥＤチップ１が被覆されているので、ＬＥＤチップ１から放射された青色光が直接的に光変換部材３に入射する。発光装置１０は、光拡散層２の内部でＬＥＤチップ１から放射された光の吸収がなく、発光効率が低下することを抑制することができる。
【００５１】
また、発光装置１０は、ＬＥＤチップ１の前記主発光面に直接、光変換部材３が形成され光拡散層２を設けていないものと比較して、ＬＥＤチップ１の前記主発光面における中央部１ａから放射される青色光の光密度が低下し、過剰な光密度に伴う光変換部材３の変換光率が低下することがない。さらに、ＬＥＤチップ１の周辺部１ｂでは、光拡散層２による光吸収がなく青色光を光変換部材３に放射する。そのため、発光装置１０から放射される混色光は、ＬＥＤチップ１における主発光面上の中央部１ａと周辺部１ｂとの発光色の色調差が小さく、色調の均一性を高めることができる。これにより、発光装置１０から放射された光を反射鏡やレンズで集光しても、発光装置１０から放射された光は、被照射面において色むらを低減させることができる。
【００５２】
本実施形態に用いられる光変換部材３は、発光素子たるＬＥＤチップ１が放射する光の少なくとも一部を吸収して波長変換した光を発するものである。光変換部材３は、たとえば、ＬＥＤチップ１からの青色光の一部を吸収して黄色光を放射する蛍光体が含有されたシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂やガラスなどの透光性材料により構成することができる。
【００５３】
光変換部材３の厚みは、発光装置１０から放射する光の目標とする色温度やＬＥＤチップ１から放射される青色光の強さによって異なるが、たとえば、約２００μmの厚みに形成することができる。また、光変換部材３の透光性材料中に含有される蛍光体は、蛍光体の発光効率、光変換部材３の厚み、発光装置１０から放射された光の目標とする色温度やＬＥＤチップ１から放射される青色光の強さによって異なるが、たとえば、５０重量％以下とすることができる。
【００５４】
また、光変換部材３に用いられる蛍光体としては、たとえば、Ｃｅで付活されたＹ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｃｅで付活されたＴｂ３Ａｌ５Ｏ１２などのアルミネート系の蛍光体のほか、Ｅｕで付活されたＢａ２ＳｉＯ４、Ｅｕで付活された（ＣａｐＳｉ１２−（ｍ＋ｎ）Ａｌ（ｍ＋ｎ）ＯｎＮ１６-ｎ）やＥｕで付活された（Ｓｒ1-ｓ-ｔＢａｓＣａｔ）２ＳｉＯ４（０≦ｓ≦０．３、０≦ｔ≦０．８）などの珪酸塩系の蛍光体やＣａ２ＢＯ３Ｃｌ２などのファロボレート系の蛍光体を採用することもできる。また、光変換部材３に用いられる前記蛍光体は黄色蛍光体に限らず、たとえば、赤色蛍光体と緑色蛍光体を添加しても、白色光を得ることができる。
【００５５】
次に、本実施形態の発光装置１０に用いられる実装基板４は、発光素子たるＬＥＤチップ１が実装可能なものである。実装基板４は、表面上に一対の導体パターンが設けられたものを利用し、ＬＥＤチップ１の通電経路を構成してもよい。このような実装基板４は、Ｆｅ材料、Ｃｕ材料やＡｌ材料などを用いた金属基板、アルミナセラミック基板、やガラスエポキシ樹脂基板などを用いることができる。実装基板４としてアルミナセラミック基板を用いた場合は、導体パターンを形成しやすく、ガラスエポキシ樹脂基板などと比較して熱伝導率も高く、ＬＥＤチップ１の点灯で生じた熱を外部に効率よく放熱させ発光装置１０の放熱性を高めることができる。
【００５６】
なお、本実施形態の発光装置１０は、平板状の実装基板４を用いているが、実装基板４の周部にＬＥＤチップ１や光変換部材３からの光を反射させるリフレクターを備えた実装基板４を用いてもよく、カップを備えたリードフレームを用いて形成させてもよい。また、発光装置１０は、ＬＥＤチップ１を覆う光変換部材３を保護する封止部材（たとえば、透光性のシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂やガラスなど）を光変換部材３上に別途設けても良い。
【００５７】
（実施形態２）
本実施形態は、図１で示した実施形態１の発光装置１０におけるＬＥＤチップ１の主発光面の中央部１ａに単一の光拡散層２を接して設ける代わりに、図３のＬＥＤチップ１の主発光面における中央部１ａにおいて、拡散材の濃度が異なる第一の光拡散層２ａおよび第二の光拡散層２ｂの２種類の光拡散層２を接して設けた点が異なる。なお、実施形態１と同様の構成要素には、同一の符号を付して説明を適宜省略する。
【００５８】
以下、本実施形態の発光装置１０を図３に示す概略断面図で説明する。
【００５９】
本実施形態の発光装置１０は、実装基板４上にＡｕバンプ５を用いてＬＥＤチップ１がフリップチップ実装されている。光拡散層２は、ＬＥＤチップ１の主発光面の中央部１ａに設けられ、中央部１ａの中心領域１ａａに設けられた第一の光拡散層２ａと、中心領域１ａａを囲む周辺領域１ａｂに設けられた第二の光拡散層２ｂとで形成されている。
【００６０】
第一の光拡散層２ａおよび第二の光拡散層２ｂは、それぞれ平均粒径が１μｍで、屈折率が１．７６となる酸化アルミニウムからなる拡散材をジメチル系シリコーン樹脂中に含有させたものである。ここで、第一の光拡散層２ａは、ＬＥＤチップ１からの青色光を第二の光拡散層２ｂと比較して、より光拡散できるように、第二の光拡散層２ｂに含有させる拡散材よりも多く含有させて光拡散性を高めている。
【００６１】
第一の光拡散層２ａは、たとえば、拡散材たる酸化アルミニウムをジメチル系シリコーン樹脂中に第二の光拡散層２ｂよりも多い１０重量％以下で均一に含有させている。また、第二の光拡散層２ｂは、拡散材たる酸化アルミニウムをジメチル系シリコーン樹脂中に数重量％以下で含有させている。
【００６２】
このような第一の光拡散層２ａおよび第二の光拡散層２ｂの大きさや厚みは、ＬＥＤチップ１の材料、構造や電極の形状などにより異なるが、それぞれ約１００μｍとして形成している。発光装置１０は、第一の光拡散材２ａおよび第二の光拡散材２ｂを覆うように光変換部材３を設けている。
【００６３】
以下、本実施形態の発光装置１０を製造する製造工程について、図４を用いて詳述する。
【００６４】
本実施形態の発光装置１０は、図２で示す実施形態１の発光装置１０の製造工程で用いられた複数種類のマスク１２，１３，１４に、マスク１５を用いた工程を一つ追加し、スクリーン印刷法の多色印刷を利用して製造している。
【００６５】
本実施形態の発光装置１０は、スクリーン印刷法を利用して製造するため、実施形態１と同様に、予め実装基板５の複数個のＡｕバンプ５上にＬＥＤチップ１をフリップチップ実装させたものを形成する。次に、ＬＥＤチップ１は、平面視がＬＥＤチップ１の光取り出し面側の主発光面と相似形で前記主発光面よりも小さい開口部１２ａを備えた第一のマスク１２を、ＬＥＤチップ１の前記主発光面上に密着して重ねた後、拡散材たる酸化アルミニウムが均一に含有されたシリコーン樹脂からなる樹脂材料２ａａを第一のマスク１２上に配置させ、第一のマスク１２の上から樹脂材料２ａａをＬＥＤチップ１の主発光面上に均一に塗布させるスキージ１１で、図４（ａ）の矢印の方向に擦りつけ、余分な樹脂材料２ａａを除去する（図４（ａ）を参照）。
【００６６】
これにより、ＬＥＤチップ１の平面視矩形状の前記主発光面の中央部１ａの中心領域１ａａにのみ樹脂材料２ａａを塗布する。第一のマスク１２を取り除いた後、ＬＥＤチップ１の主発光面の一部に塗布された樹脂材料２ａａを加熱硬化して、ＬＥＤチップ１の前記主発光面の中心領域１ａａ上に、ＬＥＤチップ１の主発光面と略平行な平面を備えた平面視矩形状の第一の光拡散層２ａを形成させる。
【００６７】
続いて、前記主発光面の中心領域１ａａ上に第一の光拡散層２ａが形成されたＬＥＤチップ１に、開口部１５ａの形状がＬＥＤチップ１の光取り出し面側となる主発光面の第一の光拡散層２ａと相似形で、第一の光拡散層２ａよりも大きく、第一のマスク１２と同じ厚みの第四のマスク１５を、ＬＥＤチップ１の第一の光拡散層２ａを囲むように、ＬＥＤチップ１の前記主発光面上に密着して重ねた後、第一の光拡散層２ａの樹脂中に含有される拡散材よりも少ない量の拡散材が含有された樹脂材料２ｂａを第四のマスク１５上に配置させる。第四のマスク１５の上から樹脂材料２ｂａをＬＥＤチップ１上に均一に塗布させるスキージ１１で、図４（ｂ）の矢印の方向に擦りつけ、余分な樹脂材料２ｂａをスキージ１１で除去する（図４（ｂ）を参照）。第一の光拡散層２ａの周囲に形成された樹脂材料２ｂａを加熱硬化させる。
【００６８】
これにより、平面視矩形状のＬＥＤチップ１の主発光面における中央部１ａの中心領域１ａａに第一の光拡散層２ａと、中心領域１ａａを囲む周辺領域１ｂに第一の光拡散層２ａの周囲に略同じ膜厚で第一の光拡散層２ａよりも拡散材の含有量の少ない第二の光拡散層２ｂとが形成されることになる。
【００６９】
次に、第一の光拡散層２ａおよび第二の光拡散層２ｂが形成されたＬＥＤチップ１を備えた実装基板４上に、実装基板４からＬＥＤチップ１の前記主発光面に形成された第一および第二の光拡散層２ａ，２ｂの表面までの厚さに略等しい厚さの第二のマスク１３を重ねる。第二のマスク１３には、第一および第二の光拡散層２ａ，２ｂが形成されたＬＥＤチップ１の平面視における外形と相似形で、ＬＥＤチップ１よりも大きい開口部１３ａを備えている。そのため、第二のマスク１３の開口部１３ａと、ＬＥＤチップ１が実装された実装基板４との間で形成される窪み内に、第一および第二の光拡散層２ａ，２ｂを備えたＬＥＤチップ１が収納されることになる。続いて、（Ｂａ０．０５Ｓｒ０．９３Ｅｕ０．０２）２ＳｉＯ４の黄色蛍光体が均一に含有されたシリコーン樹脂からなる樹脂材料３ａａを第二のマスク１３の上に配置させる。第二のマスク１３の上から樹脂材料３ａａをスキージ１１で図４（ｃ）の矢印の方向に擦りつけ、第一および第二の光拡散層２ａ，２ｂを備えたＬＥＤチップ１上に均一に塗布させ、余分な樹脂材料３ａａを第二のマスク１３の開口部１３ａ上から除去する（図４（ｃ）を参照）。
【００７０】
これにより、樹脂材料３ａａは、実装基板４上にフリップチップ実装されたＬＥＤチップ１の側面部１ｃと、ＬＥＤチップ１の光取り出し面側となる主発光面であって第一および第二の光拡散層２ａ，２ｂが形成された中央部１ａを囲む周辺部１ｂとを覆うように塗布される。第二のマスク１３を取り除いた後に、ＬＥＤチップ１の側面部１ｃおよびＬＥＤチップ１の前記主発光面の周辺部１ｂを覆う樹脂材料３ａａを加熱硬化して、ＬＥＤチップ１の主発光面上の周辺部１ｂおよびＬＥＤチップ１の側面１ｃに光変換部材３の一部３ａを形成させる。
【００７１】
さらに、平面視形状が第四のマスク１５の開口部１５ａと相似形で開口部１５ａよりも大きく、第二のマスク１３の開口部１３ａより小さい開口部１４ａを備えた第三のマスク１４を、ＬＥＤチップ１の主発光面の周辺部１ｂを覆う光変換部材３の一部３ａ上に、第一および第二の光拡散層２ａ，２ｂを囲むように重ね合わせる。ここで、第三のマスク１４の厚みは、第一のマスク１２の厚みより厚く、第二のマスク１３および第四のマスク１５の厚みより薄くしている。
【００７２】
第二のマスク１３で用いたものと同種の黄色蛍光体を含有するシリコーン樹脂からなる樹脂材料３ｂａを第三のマスク１４の上に配置させる。第三のマスク１４の上から樹脂材料３ｂａが第一および第二の光拡散層２ａ，２ｂを覆うように、スキージ１１で図４（ｄ）の矢印の方向に擦りつけ、ＬＥＤチップ１上に均一に塗布させ、余分な樹脂材料３ｂａを開口部１４ａ上から除去する（図４（ｄ）を参照）。
【００７３】
実装基板４上にフリップチップ実装されたＬＥＤチップ１の光取り出し面側となる主発光面であって中央部１ａに形成された第一および第二の光拡散層２ａ，２ｂを覆うように樹脂材料３ｂａが塗布される。樹脂材料３ｂａを加熱硬化して、光変換部材３の一部３ａ、第一および第二の光拡散層２ａ，２ｂ上の光変換部材３の他部３ｂを形成する。
【００７４】
これにより、実装基板４にフリップチップ実装されたＬＥＤチップ１の外形が、光変換部材３により全て覆われ、ＬＥＤチップ１の発光面側の中央部１ａにのみ、第一および第二の光拡散層２ａ，２ｂが接して配置されることになる（図４（ｅ）を参照）。
【００７５】
本実施形態では、ＬＥＤチップ１の中央部１ａを中心領域１ａａと、中心領域１ａａを囲む周辺領域１ａｂとに分けして、ＬＥＤチップ１の前記主発光面における中央部１ａの中心領域１ａａに配置される第一の光拡散層２ａは、拡散材の濃度がＬＥＤチップ１の主発光面における中央部１ａの周辺領域１ａｂに形成される第二の光拡散層２ｂの拡散材の濃度よりも高くしている。これにより、本実施形態の発光装置１０は、ＬＥＤチップ１の中央部１ａから放射される青色光のより均一な拡散と、ＬＥＤチップ１の周辺部１ｂから放出される青色光の利用効率向上と、を図ることにより、放射される混色光の色調の均一性を高めつつ、さらに発光効率を高くすることができる。
【００７６】
（実施形態３）
本実施形態は、図３で示した実施形態２の発光装置１０における光拡散層２を拡散材の濃度を変えた２種類の光拡散層２ａ，２ｂとする代わりに、図５に示す拡散材の種類を変えた２種類の光拡散層２ａ，２ｃとする点が異なる。なお、実施形態２と同様の構成要素には、同一の符号を付して説明を適宜省略する。
【００７７】
以下、本実施形態の発光装置１０を図５に示す概略断面図で説明する。
【００７８】
本実施形態の発光装置１０は、実装基板４上にＡｕバンプ５を用いてＬＥＤチップ１がフリップチップ実装されている。光拡散層２は、ＬＥＤチップ１の主発光面の中央部１ａに設けられ、中央部１ａの中心領域１ａａに設けられた第一の光拡散層２ａと、中心領域１ａａを囲む周辺領域１ａｂに設けられた第三の光拡散層２ｃと、で形成されている。
【００７９】
第一の光拡散層２ａは、平均粒径が１μｍで、屈折率が１．７６となる酸化アルミニウムからなる拡散材をジメチル系シリコーン樹脂中に含有させたものである。また、第三の光拡散層２ｃは、平均粒径が１μｍで、屈折率が１．４５となる酸化珪素からなる拡散材をジメチル系シリコーン樹脂中に含有させたものである。
【００８０】
ここで、第一の光拡散層２ａは、ＬＥＤチップ１からの青色光を第三の光拡散層２ｃと比較して、より光拡散できるように、第三の光拡散層２ｃに含有させる拡散材よりも屈折率の大きい拡散材を含有させて光拡散性を高めている。
【００８１】
第一の光拡散層２ａは、たとえば、酸化アルミニウムをジメチル系シリコーン樹脂中に１０重量％以下とし、第三の光拡散層２ｃは、たとえば、酸化珪素を同様にジメチル系シリコーン樹脂中に１０重量％以下で含有させている。
【００８２】
このような第一の光拡散層２ａおよび第三の光拡散層２ｃの大きさや厚みは、ＬＥＤチップ１の電極形状などにより異なるが、それぞれ約１００μｍとして形成することができる。発光装置１０は、第一の光拡散材２ａおよび第三の光拡散材２ｃを覆うように光変換部材３を設けている。
【００８３】
なお、本実施形態の発光装置１０は、図４に示す実施形態２と実質的に同様の作り方で、第一および第二の光拡散層２ａ，２ｂを拡散材の濃度を変えた樹脂材料２ａａ，２ｂａで形成させる代わりに、拡散材の種類を変えた樹脂材料を第一のマスク１２と第四のマスク１５で塗布して、第一の光拡散層２ａおよび第三の光拡散層２ｃを同様に形成すれば良い。
【００８４】
本実施形態は、ＬＥＤチップ１の主発光面における中央部１ａをさらに中心領域１ａａと、中心領域１ａａを囲む周辺領域１ａｂとに分け、拡散材の種類を変えＬＥＤチップ１の主発光面における中央部１ａの中心領域１ａａが、ＬＥＤチップ１の主発光面における中央部１ａの周辺領域１ａｂでの屈折率差よりも高くする。これにより、本実施形態の発光装置１０は、ＬＥＤチップ１の中央部１ａから放射される青色光のより均一な拡散と、ＬＥＤチップ１の周辺部１ｂから放出される青色光の利用効率の向上と、を図ることにより、放射される混色光の色調の均一性を高めつつ、さらに発光効率を高くすることができる。
【符号の説明】
【００８５】
１  ＬＥＤチップ（発光素子）
１ａ  中央部
１ａａ  中心領域
１ａｂ  周辺領域
１ｂ  周辺部
２  光拡散層
２ａ  第一の拡散部
２ｂ  第二の拡散部
３  光変換部材
４  実装基板
１０  発光装置
【図１】
2011071349.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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