(57)【要約】【課題】ＬＥＤチップから発せられる光の取り出し効率を低下させることなく、色度のばらつきが少なく、色度が安定した発光装置を提供する。【解決手段】基板１の上面中央部には、青色のＬＥＤチップ２を実装している。基板１の上面には、ＬＥＤチップ２の周囲を囲むようにセラミック又は合成樹脂製の光反射部材５を設けている。基板１及び光反射部材５により、ＬＥＤチップ２を収容するための平面視が円形状の収容部６を形成し、収容部６は上側に向かって拡開するように傾斜面５ａを設けている。収容部６には、例えば、ＬＥＤチップ２を封止すべく熱硬化性であって透明のシリコン系樹脂８を設け、光反射部材５の収容部６側の上面周縁部とシリコン系樹脂８の上面には、黄色蛍光体を練り込んだ樹脂をシート状に成型加工した蛍光体シート７を接着剤で被着している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に実装されたＬＥＤチップと、前記基板に設けられ、前記ＬＥＤチップを収容する収容部を形成するように該ＬＥＤチップの周囲を囲む光反射部材とを備える発光装置において、
前記ＬＥＤチップを封止すべく前記収容部に設けられ、蛍光体を含有しない封止樹脂層と、
蛍光体を含有し、前記封止樹脂層の表面に被着された合成樹脂製の蛍光部材と
を備えることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記ＬＥＤチップは、青色ＬＥＤチップであり、
前記蛍光部材は、前記青色ＬＥＤチップから発せられる青色光を黄色光に変換することを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記封止樹脂層の屈折率は、前記蛍光部材の屈折率と略同一であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記蛍光部材は、成型加工により形成してあることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発光装置。
【請求項５】
前記封止樹脂層の表面は、
外側に凸状の曲面をなし、
前記蛍光部材は、
略均一な厚みを有し、曲面状をなしていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に実装されたＬＥＤチップと、前記基板に設けられ、前記ＬＥＤチップを収容する収容部を形成するように該ＬＥＤチップの周囲を囲む光反射部材とを備える発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光源として用いられてきた蛍光灯又は白熱灯などに比べて、省電力且つ長寿命であるという理由で、ＬＥＤが光源として注目を浴びており、照光スイッチ、バックライト光源、イルミネーション光源、アミューズメント機器の装飾など、広い分野で使用されるようになった。
【０００３】
このようなＬＥＤ光源（発光装置）は、用途に合わせて、青色、青緑色、緑色、赤色、白色など所要の色を発光することができる。特に、白色は、他の色に比べて長時間視認する場合でも、眼が疲れにくいこと、自然な発色が求められる照明用光源に適していることなどから、白色光源に対する要望が増加している。
【０００４】
例えば、白色を発光する発光装置は、青色ＬＥＤチップを基板に実装し、青色ＬＥＤチップの発光を吸収して黄色の光を発光する蛍光体を混練した封止樹脂を青色ＬＥＤチップの周りに充填した後に硬化させて青色ＬＥＤチップを封止することにより、これらの発光の混色を利用して白色を発光する。
【０００５】
しかし、蛍光体を混練した封止樹脂を硬化させる場合、封止樹脂の粘度、蛍光体材料と封止樹脂との比重の差などにより、通常数時間を要する熱硬化処理過程で蛍光体の沈殿又は封止樹脂の粘度変化が発生し、封止樹脂中の蛍光体濃度を均一にすることができなかった。封止樹脂中の蛍光体濃度のばらつきは、白色光の色度と相関があるため、色度のばらつきが生じ、色度の安定した発光装置を製造することが困難であった。
【０００６】
そこで、プリント配線基板上に実装されたセラミックパッケージの収容部にＬＥＤチップを実装し、ＬＥＤチップからの光を取り出すための微小光学部品をＬＥＤチップ上に載置し、微小光学部品の上方に蛍光体シートを固定した発光装置（ＬＥＤパッケージ）が提案されている（非特許文献１参照）。
【非特許文献１】杉本  勝、他５名、“照明用高出力白色ＬＥＤ光源”  松下電工技報（Ｖｏｌ．５３  Ｎｏ．１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、非特許文献１の発光装置にあっては、ＬＥＤチップ上に載置された微小光学部品と蛍光体シートとの間に空気層を有している。蛍光体シートの屈折率が空気層の屈折率より大きいため、ＬＥＤチップから発せられた光が空気層から蛍光体シートに進入する際に、光が蛍光体シートで反射される。これにより、ＬＥＤチップから発せられる光の取り出し効率が低下するという問題を有している。
【０００８】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、基板に実装されたＬＥＤチップを収容する収容部に、前記ＬＥＤチップを封止すべく蛍光体を含有しない封止樹脂層を設け、蛍光体を含有し、前記封止樹脂層の表面に被着された合成樹脂製の蛍光部材を備えることにより、ＬＥＤチップから発せられる光の取り出し効率を低下させることなく、色度のばらつきが少なく、色度が安定した発光装置を提供することを目的とする。
【０００９】
本発明の他の目的は、ＬＥＤチップは、青色ＬＥＤチップであり、蛍光体は、前記青色ＬＥＤチップから発せられる青色光を黄色光に変換することにより、色度が安定した白色光を発光することができる発光装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、封止樹脂層の屈折率を蛍光部材の屈折率と略同一にすることにより、ＬＥＤチップから発せられる光の取り出し効率をさらに向上させることができる発光装置を提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、蛍光部材は、成型加工により形成してあることにより、熱硬化時間を短縮して、蛍光体の沈殿又は封止樹脂の粘度変化の影響を少なくし、これにより、光の色度若しくは全光束などの特性又は形状などを安定させることができる発光装置を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は、封止樹脂層の表面は、外側に凸状の曲面をなし、蛍光部材は、略均一な厚みを有し、曲面状をなすことにより、均一な発光が可能な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】
【００１３】
第１発明に係る発光装置は、基板に実装されたＬＥＤチップと、前記基板に設けられ、前記ＬＥＤチップを収容する収容部を形成するように該ＬＥＤチップの周囲を囲む光反射部材とを備える発光装置において、前記ＬＥＤチップを封止すべく前記収容部に設けられ、蛍光体を含有しない封止樹脂層と、蛍光体を含有し、前記封止樹脂層の表面に被着された合成樹脂製の蛍光部材とを備えることを特徴とする。
【００１４】
第２発明に係る発光装置は、第１発明において、前記ＬＥＤチップは、青色ＬＥＤチップであり、前記蛍光部材は、前記青色ＬＥＤチップから発せられる青色光を黄色光に変換することを特徴とする。
【００１５】
第３発明に係る発光装置は、第１発明又は第２発明において、前記封止樹脂層の屈折率は、前記蛍光部材の屈折率と略同一であることを特徴とする。
【００１６】
第４発明に係る発光装置は、第１発明乃至第３発明のいずれかにおいて、前記蛍光部材は、成型加工により形成してあることを特徴とする。
【００１７】
第５発明に係る発光装置は、第１発明乃至第４発明のいずれかにおいて、前記封止樹脂層の表面は、外側に凸状の曲面をなし、前記蛍光部材は、略均一な厚みを有し、曲面状をなしていることを特徴とする。
【００１８】
第１発明にあっては、基板に実装されたＬＥＤチップを収容する収容部に蛍光体を含有しない封止樹脂層を設け、該封止樹脂層の表面に蛍光体を含有した合成樹脂製の蛍光部材を被着する。ＬＥＤチップと蛍光部材との間は、空気層よりも屈折率が大きい封止樹脂層を設けてあることにより、ＬＥＤチップから発せられた光が蛍光部材で反射される反射率を低減し、ＬＥＤチップからの光の取り出し効率を向上させる。
【００１９】
また、蛍光体を含有した蛍光部材と蛍光体を含有しない封止樹脂層とを分離した構成とすることにより、封止樹脂を熱硬化させた後に蛍光体を含有した蛍光部材を被着することができ、例えば、蛍光体を混練した封止樹脂を熱硬化させる過程において、蛍光体の沈殿又は封止樹脂の粘度変化が発生して封止樹脂中の蛍光体濃度がばらつき、これにより色度がばらつくという従来の問題を防止する。また、封止樹脂層を介して蛍光体を含有する蛍光部材をＬＥＤチップから熱的に離隔することができ、ＬＥＤチップで発生する熱による蛍光体の劣化又は輝度低下を防止する。また、封止樹脂には蛍光体が含有されていないため、封止樹脂の粘度などの制約がなく、例えば、屈折率及び／又は光透過率が高く、ＬＥＤチップから発せられる短波長の光による劣化がほとんどなく、耐熱性にも優れたシリコン系樹脂を用いることができる。
【００２０】
第２発明にあっては、青色ＬＥＤチップを用い、蛍光体は、前記青色ＬＥＤチップから発せられる青色光を黄色光に変換する。前記青色ＬＥＤチップから発せられる青色光の一部は、蛍光体で吸収され、黄色光に変換される。これにより、発光装置は、青色光と黄色光との混色により白色を発光する。
【００２１】
第３発明にあっては、封止樹脂層の屈折率を蛍光部材の屈折率と略同一にすることにより、ＬＥＤチップから発せられた光が蛍光部材で反射する反射率を少なくして、光の取り出し効率を向上させる。
【００２２】
第４発明にあっては、蛍光部材は、成型加工により形成してある。蛍光体を含有する蛍光部材を成型加工で形成することにより、熱硬化時間を短縮（例えば、数分程度に短縮）することができ、蛍光体の沈殿又は合成樹脂製の蛍光部材の粘度変化による影響を防止する。
【００２３】
第５発明にあっては、封止樹脂層の表面は外側に凸状の曲面をなし、蛍光部材は、略均一な厚みを有し、曲面状をなしている。これにより、ＬＥＤチップの光を蛍光部材の中央部だけでなく周辺部からも発光させるとともに、蛍光部材を通過する光の蛍光部材内の通過距離（蛍光部材の厚み）を略均一にして、蛍光体による色変換量を略均一にする。
【発明の効果】
【００２４】
第１発明にあっては、基板に実装されたＬＥＤチップを収容する収容部に、前記ＬＥＤチップを封止すべく蛍光体を含有しない封止樹脂層を設け、蛍光体を含有し、前記封止樹脂層の表面に被着された合成樹脂製の蛍光部材を備えることにより、ＬＥＤチップから発せられた光が蛍光部材で反射される反射率を低減し、ＬＥＤチップからの光の取り出し効率を向上させることができる。また、蛍光体を含有した蛍光部材と蛍光体を含有しない封止樹脂層とを分離した構成とすることにより、封止樹脂を熱硬化させた後に蛍光体を含有した蛍光部材を被着することができ、例えば、蛍光体を混練した封止樹脂を熱硬化させる過程において、蛍光体の沈殿又は封止樹脂の粘度変化が発生して封止樹脂中の蛍光体濃度がばらつき、これにより色度がばらつくという従来の問題を防止することができる。また、封止樹脂層を介して蛍光体を含有する蛍光部材をＬＥＤチップから熱的に離隔することができ、ＬＥＤチップで発生する熱による蛍光体の劣化又は輝度低下を防止することができる。また、封止樹脂には蛍光体が含有されていないため、封止樹脂の粘度などの制約がなく、使用する合成樹脂の選択肢が広がり、屈折率及び／又は光透過率が高く、ＬＥＤチップから発せられる短波長の光による劣化がほとんどなく、耐熱性にも優れたシリコン系樹脂などを使用することができる。さらに、発光装置の製造過程において、封止樹脂を熱硬化させた後に蛍光部材を被着することができるため、予め蛍光部材の特性を測定し選別しておくことができ、ＬＥＤチップの光の波長のばらつきに合わせて特性の異なる蛍光部材を選択することが可能となり、色度の安定した品質の優れた発光装置を容易に提供することができる。
【００２５】
第２発明にあっては、ＬＥＤチップは、青色ＬＥＤチップであり、蛍光体は、前記青色ＬＥＤチップから発せられる青色光を黄色光に変換することにより、色度が安定した白色光を発光することができる。
【００２６】
第３発明にあっては、封止樹脂層の屈折率を蛍光部材の屈折率と略同一にすることにより、ＬＥＤチップから発せられた光が前記蛍光部材で反射する反射率を少なくして、ＬＥＤチップから発せられる光の取り出し効率をさらに向上させることができる。
【００２７】
第４発明にあっては、蛍光部材は、成型加工により形成してあることにより、熱硬化時間を短縮して、蛍光体の沈殿又は封止樹脂の粘度変化の影響を少なくし、これにより、光の色度若しくは全光束などの特性又は形状などを安定させることができる。
【００２８】
第５発明にあっては、封止樹脂層の表面は、外側に凸状の曲面をなし、蛍光部材は、略均一な厚みを有し、曲面状をなすことにより、発光装置の発光面（蛍光部材表面）全体から均一な光を発光することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
実施の形態１
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図１は本発明に係る発光装置の構成を示す模式図である。図において、１はセラミック又はガラスエポキシ樹脂等からなる矩形状の基板である。基板１の上面中央部には、青色のＬＥＤチップ２を実装している。青色のＬＥＤチップ２は、例えば、４６５ｎｍの波長の光をＬＥＤチップ２の上面及び側面から発光する。
【００３０】
基板１の４隅近傍には、基板１の上面と下面とを電気的に接続するように電極部３、３、…を設けてあり、基板１の上面の電極部３、３、…には、金線４、４を介してＬＥＤチップ２の正負極端子（不図示）夫々を接続してある。基板１の下面の電極部３、３、…をプリント配線基板（不図示）の所要のパターンに半田付けすることにより、プリント配線基板上に表面実装することができる。
【００３１】
基板１の上面には、ＬＥＤチップ２の周囲を囲むようにセラミック又は合成樹脂製の光反射部材５を設けている。基板１及び光反射部材５により、ＬＥＤチップ２を収容するための平面視が円形状の収容部６を形成し、収容部６は上側に向かって拡開するように傾斜面５ａを設けている。これにより、ＬＥＤチップ２から発せられた光の一部が傾斜面５ａで反射されるようにしてある。
【００３２】
収容部６には、例えば、ＬＥＤチップ２を封止すべく熱硬化性であって透明のシリコン系樹脂８を設けている。シリコン系樹脂８は、収容部６に注入された後、所定の時間熱硬化処理がなされて硬化され、光反射部材５の高さと同一高さまで充填される。従来のように、蛍光体を混練した封止樹脂を用いる必要がないため、熱硬化処理の過程で、封止樹脂の粘度変化又は蛍光体の沈殿状況などによる影響がなく、封止樹脂中の蛍光体濃度のばらつきにより、色変換量が異なり発光する光の色度がばらつくという問題を防止することができる。
【００３３】
また、封止樹脂に蛍光体を混練する必要がなく、封止樹脂の粘度などの制約がないため、使用する合成樹脂の選択肢が広がり、封止樹脂として、屈折率及び／又は光透過率が高く、ＬＥＤチップ２から発せられる短波長の光による劣化がほとんどなく、耐熱性にも優れたシリコン系樹脂８を使用することができる。また、従来、蛍光体を混練した封止樹脂の粘度が大き過ぎる場合、熱硬化過程で内部の気泡が抜けず、気泡の存在による光の反射量の変化、気泡が膨張することによる金線４の断線などの問題も解消される。
【００３４】
光反射部材５の収容部６側の上面周縁部とシリコン系樹脂８の上面には、黄色蛍光体（例えば、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ））を練り込んだ樹脂をシート状に成型加工（例えば、直径が１０ｍｍ以下、厚さが０．５ｍｍ程度）した蛍光体シート７を接着剤で被着している。蛍光体シート７は、成型加工により単体製造が可能であり、また、熱硬化時間を大幅に短縮（例えば、数分程度に短縮）することができるため、蛍光体の沈殿又は封止樹脂の粘度変化などの影響を減少することができる。
【００３５】
ＬＥＤチップ２から発せられた青色光は、シリコン系樹脂８を通過して直接又は光反射部材５で反射されて蛍光体シート７に入る。蛍光体シート７には、上述のとおり、黄色蛍光体が含まれているため、蛍光体シート７に入った青色光の一部は、黄色蛍光体により黄色に変換される。これにより、発光面７ａからは、青色光と黄色光との混色として白色光が発せられる。
【００３６】
基板１に実装されたＬＥＤチップ２の周囲に形成された収容部６にＬＥＤチップ２を封止すべく蛍光体を含有しないシリコン系樹脂８（例えば、屈折率が１．４）を設け、シリコン系樹脂８の上面に蛍光体シート７（例えば、屈折率が１．４）を被着しているため、ＬＥＤチップ２と蛍光体シート７との間に空気層を設けた場合に比べて、ＬＥＤチップ２から発せられた光が蛍光体シート７で反射される反射率を低減し、ＬＥＤチップ２からの光の取り出し効率を向上させることができる。
【００３７】
例えば、ＬＥＤチップ２に接続された金線４、４の保護のための封止樹脂（屈折率が１．４）でＬＥＤチップ２の周囲を覆い、該封止樹脂と蛍光体シート７（屈折率が１．４）との間に空気層を設けた比較例（サンプル数が３）において、発光面７ａから発せられる光の照度を計測したところ、比較例の場合は、夫々４８９（ｌｘ）、５２１（ｌｘ）、５９５（ｌｘ）であったのに対し、本発明の場合（サンプル数が２）は、７２６（ｌｘ）、７３１（ｌｘ）であった。比較例の場合の照度の平均値を１とした場合、本発明の場合の照度の相対値は、１．３６となり、光の取り出し効率が３６％向上していることがわかる。
【００３８】
これは、比較例の場合、ＬＥＤチップ２から発せられた光が、空気層（屈折率が１．０）から蛍光体シート７に進入する際に、屈折率が大きくなるため蛍光体シート７で反射される光の量が多くなるためである。また、上述のとおり、本発明においても、シリコン系樹脂８の屈折率と蛍光体シート７の屈折率とを同じ値にすることにより、光の取り出し効率を向上させることができる。
【００３９】
また、蛍光体を含有する蛍光体シート７と蛍光体を含有しないシリコン系樹脂８とを分離する構成とすることにより、シリコン系樹脂８を熱硬化させた後に蛍光体シート７を被着することができる。このため、例えば、蛍光体を混練した封止樹脂をポッティングした後に熱硬化させる過程において、蛍光体の沈殿又は封止樹脂の粘度変化が発生して封止樹脂中の蛍光体濃度がばらつき、これにより発光させる光の色度がばらつくという従来の問題を防止することができる。
【００４０】
図２は本発明に係る発光装置の色度分布のデータを示す図表であり、図３は従来例の蛍光体を混練した封止樹脂をポッティングして硬化させた場合の発光装置の色度分布のデータを示す図表である。図中、ｘ、ｙは、夫々色度座標を示し、夫々サンプル数を４０として測定した。図に示すように、本発明の発光装置の場合、ｘ座標のばらつきは、０．０１０３、ｙ座標のばらつきは、０．０１４８であるのに対し、従来例の発光装置の場合、ｘ座標のばらつきは、０．０２９、ｙ座標のばらつきは０．０３７である。このように、本発明の発光装置では、色度のばらつきが従来よりも格段に小さいことがわかる。
【００４１】
図４は色度分布を示す色度図である。色度図は、光の色を二次元平面で表現したものである。ｘ座標が大きくなるにつれて、白色は赤色味が強くなり、逆にｘ座標が小さくなるにつれて、青色味が強くなる。また、ｙ座標が大きくなるにつれて、緑色味が強くなる。図中黒体軌跡は、色度図上における種々の温度の黒体の色度を表す点の軌跡である。黒体は温度を上げていくと光を放ち、光の色が赤色〜黄色〜白〜青白と変化する。色温度曲線は、黒体の色と温度の関係を示し、白色レベルを決める１つの指標として用いられている。白色が赤味を帯びてくると色温度は低くなり、青白くなると色温度は高くなる。
【００４２】
図４に示すように、従来の発光装置（ポッティング）の場合、色温度は５０００Ｋ〜６５００Ｋ程度の範囲でばらつくのに対し、本発明の発光装置の場合には、色温度は５３００Ｋ〜５８００Ｋ程度の範囲に入り、発光色（白色）の色むら、色度のばらつきを大きく抑えることができる。
【００４３】
また、シリコン系樹脂８を介して蛍光体シート７をＬＥＤチップ２から熱的に離隔することができ、ＬＥＤチップ２で発生する熱による蛍光体の劣化又はこれによる輝度低下を防止することができる。また、発光装置の製造過程において、シリコン系樹脂８を熱硬化させた後に蛍光体シート７を被着することができるため、予め蛍光体シート７の特性を測定し選別しておくことにより、ＬＥＤチップ２の光の波長のばらつきに合わせて特性の異なる蛍光体シート７を選択することができ、色度の安定した品質の優れた発光装置を容易に提供することができるとともに、発光装置の製造における歩留まりを従来に比べて大きく改善することが可能となる。
【００４４】
上述の実施の形態１では、光反射部材５の収容部６側の上面周縁部とシリコン系樹脂８の上面に蛍光体シート７を接着剤で被着しているため、蛍光体シート７内部で全反射した光が、蛍光体シート７の周側面からも発光するため、発光効率が良く、より均一な光を発光させることができる。
【００４５】
実施の形態２
実施の形態１では、蛍光体シート７は平面状に設けられていたが、これに限定されるものではない。図５は実施の形態２の発光装置の構成を示す模式図である。実施の形態１との相違点は、シリコン系樹脂８を表面が外側に凸状の曲面をなすように設け、その表面上に略均一な厚み（例えば、０．５ｍｍ）の蛍光体シート７を曲面状をなすように被着している点である。
【００４６】
これにより、ＬＥＤチップ２の光を蛍光体シート７の中央部だけでなく周辺部からも発光させるとともに、視認角を大きくすることができる。また、蛍光体シート７を通過する光の蛍光体シート７内の通過距離（すなわち、蛍光体シート７の厚み）を略均一にして、蛍光体による色変換量を略均一にすることができ、発光面７ａ全体から一層均一な光を発光させることができる。
【００４７】
上述の実施の形態１、２において、発光装置の構成は一例であって、これに限定されるものではない。ＬＥＤチップを収容部の底面に配置し、その収容部を蛍光体を含有しないシリコン系樹脂で封止し、シリコン系樹脂の表面に蛍光体シートを設けるものであれば、どのような構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係る発光装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明に係る発光装置の色度分布のデータを示す図表である。
【図３】従来例の蛍光体を混練した封止樹脂をポッティングして硬化させた場合の発光装置の色度分布のデータを示す図表である。
【図４】色度分布を示す色度図である。
【図５】実施の形態２の発光装置の構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  基板
２  ＬＥＤチップ
３  電極部
４  金線
５  光反射部材
６  収容部
７  蛍光体シート（蛍光部材）
７ａ  発光面
８  シリコン系樹脂（封止樹脂層）
【図１】
2007220737.tif 000003
【図２】
2007220737.tif 000004
【図３】
2007220737.tif 000005
【図４】
2007220737.tif 000006
【図５】
2007220737.tif 000007