(57)【要約】【課題】蛍光体含有樹脂層の厚みと含有された蛍光体の配合量とを最適化した上で、発光効率を向上させることが可能な発光装置を提供する。【解決手段】ＬＥＤランプ１は、キャビティ３内に発光素子としてＬＥＤチップ２を有する。ＬＥＤチップ２は、４００〜８００μｍの厚さを有する蛍光体含有樹脂層９で封止されている。蛍光体含有樹脂層９は、透明樹脂と透明樹脂に対して５〜２０重量％の蛍光体とを含有している。【選択図】図１
2007116116.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と；
透明樹脂とこの透明樹脂に対して５〜２０重量％の蛍光体が含有され、前記発光素子を覆うように配置された厚さが４００〜８００μｍの蛍光体含有樹脂層と；
を具備することを特徴とする発光装置。
【請求項２】
凹部を有する基材と；
前記凹部内に配置された発光素子と；
前記発光素子を覆うように配置された透明樹脂層と；
透明樹脂とこの透明樹脂に対して５〜２０重量％の蛍光体が含有され、前記基材の凹部を覆うように配置された厚さが３００〜８００μｍのシート状蛍光体含有樹脂層と；
を具備することを特徴とする発光装置。
【請求項３】
前記発光素子は青色光を放射する発光ダイオードチップを有し、かつ、前記蛍光体は前記発光ダイオードチップから放射された青色光により励起されて、黄緑光から橙色光の間の光を発光する黄色系蛍光体を有することを特徴とする請求項１または２記載の発光装置。
【請求項４】
青色発光する発光素子と；
平均粒径１０〜２０μｍの黄色系蛍光体および透明樹脂を有し、膜厚４００〜５００μｍのときの前記蛍光体の配合比が前記透明樹脂に対して１５．０〜１７．０重量％であり、膜厚５００〜６００μｍのときの前記蛍光体の配合比が前記透明樹脂に対して１２．０〜１５．０重量％であり、膜厚６００〜７００μｍのときの前記蛍光体の配合比が前記透明樹脂に対して１０．０〜１２．０重量％であり、膜厚７００〜８００μｍのときの前記蛍光体の配合比が前記透明樹脂に対して７．５〜１０．０重量％であり、前記発光素子からの青色と前記蛍光体からの黄色が混色されて色温度２８５０Ｋ（ケルビン）以上５０００Ｋ未満となるように構成された蛍光体含有樹脂層と；
を具備することを特徴とする発光装置。
【請求項５】
青色発光する発光素子と；
平均粒径１０〜２０μｍの黄色系蛍光体および透明樹脂を有し、膜厚４００〜５００μｍのときの前記蛍光体の配合比が前記透明樹脂に対して１２．０〜１５．０重量％であり、膜厚５００〜６００μｍのときの前記蛍光体の配合比が前記透明樹脂に対して１０．０〜１２．０重量％であり、膜厚６００〜７００μｍのときの前記蛍光体の配合比が前記透明樹脂に対して７．５〜１０．０重量％であり、膜厚７００〜８００μｍのときの前記蛍光体の配合比が前記透明樹脂に対して６．５〜７．５重量％であり、前記発光素子からの青色と前記蛍光体からの黄色が混色されて色温度５０００Ｋ（ケルビン）以上１００００Ｋ以下となるように構成された蛍光体含有樹脂層と；
を具備することを特徴とする発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤランプ等の発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を用いたＬＥＤランプは、液晶ディスプレイ、携帯電話、情報端末等のバックライト、屋内外広告等、多方面への展開が飛躍的に進んでいる。さらに、ＬＥＤランプは長寿命で信頼性が高く、また低消費電力、耐衝撃性、高純度表示色、軽薄短小化の実現等の特徴を有することから、産業用途のみならず一般照明用途への適用も試みられている。このようなＬＥＤランプを種々の各種用途に適用する場合、白色発光を得ることが重要となる。
【０００３】
ＬＥＤランプで白色発光を実現する代表的な方式としては、(1)青、緑および赤の各色に発光する3つのＬＥＤチップを使用する方式、(2)青色発光のＬＥＤチップと黄色から橙色間の光を発光する蛍光体とを組合せる方式、(3)紫外線発光のＬＥＤチップと青色、緑色および赤色の三色混合蛍光体（以下、ＲＧＢ蛍光体と記す）とを組合せる方式の3つが挙げられる。これらのうち、一般的には(2)の方式が広く実用化されている。また、(3)の方式で発光効率8.2lm/W、平均演色評価数Ｒa86〜90が得られたことが報告されている。さらに、（2)の方式においても黄色光から橙色光間の光を発光する蛍光体に加えて赤色発光蛍光体を使用することで、平均演色評価数Ｒaの増加も期待されている。
【０００４】
上記した(2)および(3)の方式を適用したＬＥＤランプの構造としては、例えばＬＥＤチップを装備したカップ型のフレーム内に蛍光体を混合した透明樹脂を流し込み、これを固化させて蛍光体を含有する蛍光体含有樹脂層を形成した構造等が提案されている（例えば特許文献１参照）。また、蛍光体を混合した透明樹脂をシート状に成形し、これを例えばＬＥＤチップが配置されたフレームに固定させて蛍光体を含有する蛍光体含有樹脂層を形成した構造等も提案されている。このようなＬＥＤランプにおいては、フリップチップ等のＬＥＤチップの電極形状に基づく光の取出し効率の向上、またチップ形状の検討による配光制御等が進められており、チップ前面への光量は増加する傾向にある。
【０００５】
チップ前面への光量の増加に伴って、上記した蛍光体含有樹脂層の厚さ（光路長）等が光取出し効率に影響を及ぼすようになってきている。一般に、図５に示すように、蛍光体含有樹脂層の厚みを所定の範囲に制御することによって、ＬＥＤランプの発光効率が改善されることが知られている。
【０００６】
このように蛍光体含有樹脂層の厚さを制御するとともに、蛍光体含有樹脂層の厚みに応じて、含有される蛍光体の配合量を調整することにより、よりＬＥＤランプの発光効率が改善されることが知られている。例えば、蛍光体含有樹脂層の厚さが薄い場合には、透明樹脂に対する蛍光体の配合量を多めにし、蛍光体含有樹脂層の厚さが厚い場合には、透明樹脂に対する蛍光体の配合量を少なめに調整している。
【特許文献１】特開２００１−１４８５１６号公報
【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、上述したような従来の蛍光体含有樹脂層を有するＬＥＤランプにおいて、蛍光体含有樹脂層の厚みと蛍光体の配合量の最適化は十分といえるものではない。例えば、２００μｍ程度の薄い蛍光体含有樹脂層の場合には、蛍光体を透明樹脂に対して３０重量％程度配合すると、蛍光体含有樹脂層中に含有された蛍光体の粒間が狭くなり、この粒間をＬＥＤチップから放射された光がすり抜けることが困難になる。したがって、ＬＥＤチップから放射された光が蛍光体含有樹脂層中の蛍光体粒間をすり抜けた光と、ＬＥＤチップからの光により励起された蛍光体自体の発光とに基づくＬＥＤランプの発光効率の低下を招く傾向にあった。さらに、所望の色温度を得ることができなかった。
【０００８】
本発明の目的は、蛍光体含有樹脂層の厚みと含有された蛍光体の配合量とを最適化した上で、発光効率を向上させるとともに色温度の調整を行うこと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】
【０００９】
請求項１記載の発光装置は、発光素子と；透明樹脂とこの透明樹脂に対して５〜２０重量％の蛍光体が含有され、前記発光素子を覆うように配置された厚さが４００〜８００μｍの蛍光体含有樹脂層と；を具備することを特徴としている。
【００１０】
また、請求項２記載の発光装置は、凹部を有する基材と；前記凹部内に配置された発光素子と；前記発光素子を覆うように配置された透明樹脂層と；透明樹脂とこの透明樹脂に対して５〜２０重量％の蛍光体が含有され、前記基材の凹部を覆うように配置された厚さが３００〜８００μｍのシート状蛍光体含有樹脂層と；を具備することを特徴としている。
【００１１】
請求項３記載の発光装置は、請求項１または２記載の発光装置であって、前記発光素子は青色光を放射する発光ダイオードチップを有し、かつ、前記蛍光体は前記発光ダイオードチップから放射された青色光により励起されて、黄緑色光から橙色光の間の光を発光する黄色系蛍光体を有することを特徴としている。
【００１２】
請求項４に記載の発光装置は、青色発光する発光素子と；平均粒径１０〜２０μｍの黄色系蛍光体および透明樹脂を有し、膜厚４００〜５００μｍのときの前記蛍光体の配合比が前記透明樹脂に対して１５．０〜１７．０重量％であり、膜厚５００〜６００μｍのときの前記蛍光体の配合比が前記透明樹脂に対して１２．０〜１５．０重量％であり、膜厚６００〜７００μｍのときの前記蛍光体の配合比が前記透明樹脂に対して１０．０〜１２．０重量％であり、膜厚７００〜８００μｍのときの前記蛍光体の配合比が前記透明樹脂に対して７．５〜１０．０重量％であり、前記発光素子からの青色と前記蛍光体からの黄色が混色されて色温度２８５０Ｋ（ケルビン）以上５０００Ｋ未満となるように構成された蛍光体含有樹脂層と；を具備することを特徴としている。
【００１３】
請求項５に記載の発光装置は、青色発光する発光素子と；平均粒径１０〜２０μｍの黄色系蛍光体および透明樹脂を有し、膜厚４００〜５００μｍのときの前記蛍光体の配合比が前記透明樹脂に対して１２．０〜１５．０重量％であり、膜厚５００〜６００μｍのときの前記蛍光体の配合比が前記透明樹脂に対して１０．０〜１２．０重量％であり、膜厚６００〜７００μｍのときの前記蛍光体の配合比が前記透明樹脂に対して７．５〜１０．０重量％であり、膜厚７００〜８００μｍのときの前記蛍光体の配合比が前記透明樹脂に対して６．５〜７．５重量％であり、前記発光素子からの青色と前記蛍光体からの黄色が混色されて色温度５０００Ｋ（ケルビン）以上１００００Ｋ以下となるように構成された蛍光体含有樹脂層と；を具備することを特徴としている。
【００１４】
上記した請求項１ないし請求項５記載の発明において、特に指定しない限り、用語の定義及び技術的意味は以下の通りである。
【００１５】
発光素子は、放射した光で蛍光体を励起して可視光を発光させるものである。本発明で用いられる発光素子としては、例えば青色発光タイプのＬＥＤチップや紫外発光タイプのＬＥＤチップ等が挙げられる。ただし、これらに限定されるものではなく、蛍光体を励起して可視光を発光させることが可能な発光素子であれば、発光装置の用途や目的とする発光色等に応じて種々の発光素子を使用することができる。
【００１６】
蛍光体は、発光素子から放射された光により励起されて可視光を発光し、この蛍光体から発光される可視光と発光素子から放射される光との混色によって、あるいは蛍光体から発光される可視光または可視光自体の混色によって、発光装置として所望の発光色を得るものである。蛍光体の種類は特に限定されるものではなく、目的とする発光色や発光素子から放射される光等に応じて適宜に選択される。
【００１７】
蛍光体含有樹脂層は、蛍光体を保持するものである。蛍光体含有樹脂層は、透明樹脂と、透明樹脂に対する最適配合比である５〜２０重量％の蛍光体とを混合し、発光素子を覆うように塗布され、これを固化してなる。透明樹脂としては、例えばエポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の各種液状透明樹脂を適用することができる。蛍光体含有樹脂層は、発光効率の向上を図る上で、４００〜８００μｍの厚み（光路長）を有することが好ましい。
【００１８】
また、本発明では、蛍光体を添加、混合した透明樹脂をシート状に成形したシート状蛍光体含有樹脂層を適用してもよい。以下に、シート状蛍光体含有樹脂層を適用した本発明の発光装置の構成について説明する。基材の凹部内には、底面から上方へ向けて発光素子、発光素子を覆う透明樹脂層、シート状蛍光体含有樹脂層がこの順に設けられている。
【００１９】
基材は、例えば回路パターンやリード端子のような配線部を有する基板と、この基板上に設けられ外部に開口した凹部を形成するフレームから構成されている。なお、フレームを使用せずに基板上に凹部を形成して基材を作製してもよい。
【００２０】
透明樹脂層は、凹部内の発光素子を封止するものであり、例えばエポキシ樹脂等の透明樹脂を凹部内にディスペンサ等を用いて充填することにより形成される。透明樹脂層には、その上端に密着させた状態でシート状蛍光体含有樹脂層が設けられている。
【００２１】
シート状蛍光体含有樹脂層は、蛍光体を保持するものであり、透明樹脂と、透明樹脂に対する最適配合比である５〜２０重量％の蛍光体とを混合してシート状に成形し、基材の凹部を被覆するようにして配置される。シート状蛍光体含有樹脂層は、発光効率の向上を図る上で、３００〜８００μｍの厚み（光路長）を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１記載の発光装置によれば、蛍光体の最適配合比を透明樹脂に対して５〜２０重量％とした上で、蛍光体含有樹脂層の厚さを４００〜８００μｍに制御することによって、発光効率を向上させることが可能な発光装置を提供することができる。
【００２３】
請求項２記載の発光装置によれば、蛍光体の最適配合比を透明樹脂に対して５〜２０重量％とした上で、蛍光体含有樹脂層の厚さを３００〜８００μｍに制御することによって、優れた発光効率を発揮する発光装置を提供することができる。
【００２４】
請求項３記載の発光装置によれば、いわゆる電球色の発光装置を提供することができる。
【００２５】
請求項４記載の発光装置によれば、上述した青色発光素子と上記同様に平均粒径１０〜２０μｍの黄色系蛍光体および透明樹脂を有する蛍光体含有樹脂層とを含む発光装置において、前記蛍光体含有樹脂層の黄色系蛍光体の含有量と前記蛍光体含有樹脂層の厚さとを適宜制御し、両者を適宜バランスさせるようにしているので、色温度２８５０Ｋ以上５０００Ｋ未満の電球色から温白色の白色光を得ることができる。
【００２６】
請求項５記載の発光装置によれば、上述した青色発光素子と上記同様に平均粒径１０〜２０μｍの黄色系蛍光体および透明樹脂を有する蛍光体含有樹脂層とを含む発光装置において、前記蛍光体含有樹脂層の黄色系蛍光体の含有量と前記蛍光体含有樹脂層の厚さとを適宜制御し、両者を適宜バランスさせるようにしているので、色温度５０００Ｋ以上１００００Ｋ以下の昼光の白色光を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の発光装置をＬＥＤランプに適用した第１の実施形態の構成を示す断面図、図２は、図１に示すＬＥＤランプを例えば一平面上に３行３列のマトリックス状に複数配置した発光ダイオードモジュールの一例を示す平面図、図３は、図２のＡ−Ａ線断面図である。
【００２８】
図１〜図３に示すＬＥＤランプ１は、発光素子としてＬＥＤチップ２を有している。ＬＥＤチップ２には、例えば青色発光タイプのＬＥＤチップや紫外発光タイプのＬＥＤチップ等が用いられている。このＬＥＤチップ２は、電気絶縁層４を介して基板５上に設けられた回路パターン８上に搭載されている。
【００２９】
基板５上には、上方に向けて円錐台状に開口したキャビティ３（凹部）を形成するフレーム６が設けられており、ＬＥＤチップ２はキャビティ３内に配置されている。ＬＥＤチップ２が配置されたキャビティ３内には、透明樹脂に蛍光体を含有してなる蛍光体含有樹脂層９が充填されており、ＬＥＤチップ２は蛍光体含有樹脂層９で封止されている。透明樹脂としては、例えばシリコーン樹脂やエポキシ樹脂等の液状透明樹脂が好ましい。ＬＥＤランプ１に印加された電気エネルギーは、ＬＥＤチップ２で青色光や紫外線に変換され、それらの光は、蛍光体含有樹脂層９中に含有された蛍光体でより長波長の光に変換される。そして、ＬＥＤチップ２から放射される光の色と蛍光体の発光色とに基づく色、例えば白色の光がＬＥＤランプ１から放出される。
【００３０】
上述した蛍光体含有樹脂層９は、ＬＥＤランプ１から所望の光量を得る上で、例えばシリコーン樹脂等の透明樹脂に対して蛍光体を５〜２０重量％、好ましくは１０〜１５重量％添加、混合した後、ＬＥＤチップ２が配置されたキャビティ３内にディスペンサ等を用いて充填し、熱硬化することにより形成される。この際、気泡の巻き込み等を抑制する上で、透明樹脂の樹脂粘度が、２５℃において０．１〜１０Ｐａ・ｓの範囲であることが好ましい。これによって、前記透明樹脂を含む蛍光体含有樹脂９中の気泡密度を低減することができ、生成した光の乱反射を防止することができるので、優れた発光効率を発揮する発光装置を提供することができる。
【００３１】
このように形成された蛍光体含有樹脂層９は、４００〜８００μｍ、好ましくは５００〜６００μｍの厚さを有する。４００μｍ未満であると、所望の光量を得るのに十分な量の蛍光体量を配合すると、蛍光体含有樹脂層９において蛍光体の粒間が狭くなる。したがって、ＬＥＤチップ２から放射される光が蛍光体含有樹脂層９を通過し難くなり、ＬＥＤチップ２から放射される光と、この光で励起され発光する樹脂層９中の蛍光体自体の発光とに基づく所望の光量が得られ難くなり、ＬＥＤランプ１の発光効率の低下を招く。一方、８００μｍを越えると、ＬＥＤチップ２から放射される光が蛍光体含有樹脂層９の上部（例えば白色光放出側）まで届かず、蛍光体含有樹脂層９中の蛍光体を十分に励起し難くなり、所望の光量を得ることが困難になる。
【００３２】
なお、平均粒径が１０〜２０μｍの範囲の蛍光体粒子を使用することが好ましい。前記平均粒径が１０μｍ未満であると、蛍光体粒子の発光効率が減少し、しいてはＬＥＤランプ１の発光効率が現象する。また、前記平均粒径が２０μｍを超えると、樹脂層９中で前記蛍光体粒子が沈降する。また、樹脂層９をキャビティ３内に充填する際に使用するディスペンサのノズルのつまりが頻繁に発生し、歩留まり低下となる場合がある。平均粒径は、例えば製造工程で篩い分け等の分級処理を実施することにより制御することができる。
【００３３】
なお、平均粒径１０〜２０μｍに分級しても、実際には、１０μｍ未満のものや２０μｍを超えるものが存在する。これは分級後に粒子が砕けたり、湿気によって結合したりするものがあるからである。したがって、平均粒径１０〜２０μｍに分級したときには、個数又は重量で、全体の約７０％以上が上記１０〜２０μｍの範囲にあれば良い。
【００３４】
蛍光体含有樹脂層９中に含有された蛍光体は、ＬＥＤチップ２から放射される光、例えば青色光や紫外線により励起されて可視光を発光するものである。蛍光体含有樹脂層９は発光部として機能するものであり、ＬＥＤチップ２の発光方向前方に配置されている。蛍光体の種類は目的とするＬＥＤランプ１の発光色に応じて適宜に選択されるものであり、特に限定されるものではない。
【００３５】
例えば、青色発光タイプのＬＥＤチップ２を使用して白色発光を得る場合には、黄色光から橙色光間の光を発光する黄色系蛍光体が主として用いられる。また、演色性等の向上を図るために、黄色系蛍光体に加えて赤色発光蛍光体を使用してもよい。黄色光から橙色光間の光を発光する黄色系蛍光体としては、例えばＲＥ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ蛍光体（ＲＥはＹ、ＧｄおよびＬａから選ばれる少なくとも1種を示す。以下同じ）等のＹＡＧ蛍光体、ＡＥ２ＳｉＯ４：Ｅｕ蛍光体（ＡＥはＳｒ、Ｂａ、Ｃａ等のアルカリ土類元素である。以下同じ）等の珪酸塩蛍光体、酸化物蛍光体が用いられる。
【００３６】
また、紫外発光タイプのＬＥＤチップ２を使用して白色発光を得る場合には、ＲＧＢ蛍光体が主として用いられる。青色発光蛍光体としては、例えばＡＥ１０（ＰＯ４）６Ｃｌ１２：Ｅｕ蛍光体のようなハロ燐酸塩蛍光体や（Ｂａ，Ｍｇ）Ａｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ蛍光体のようなアルミン酸塩蛍光体等が用いられる。緑色発光蛍光体としては、（Ｂａ，Ｍｇ）Ａｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ，Ｍｎ蛍光体のようなアルミン酸塩蛍光体等が用いられる。赤色発光蛍光体としては、Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ蛍光体のような酸硫化物蛍光体等が用いられる。
【００３７】
さらに、上記したような蛍光体に代えて、組成に応じて種々の発光色が得られる窒化物系蛍光体（例えばＡＥ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ）、酸窒化物系蛍光体（例えばＹ２Ｓｉ３Ｏ３Ｎ４：Ｃｅ）、サイアロン系蛍光体（例えばＡＥx（Ｓｉ，Ａｌ）１２（Ｎ，Ｏ）１６：Ｅｕ）等を適用してもよい。なお、ＬＥＤランプ１は白色発光ランプに限られるものではなく、白色以外の発光色を有するＬＥＤランプ１を構成することも可能である。ＬＥＤランプ１で白色以外の発光、例えば中間色の発光を得る場合には、目的とする発光色に応じて種々の蛍光体が適宜に使用される。
【００３８】
したがって、本実施形態によれば、蛍光体含有樹脂層９中の蛍光体の最適配合比を５〜２０重量％とするとともに、蛍光体含有樹脂層９の厚さを４００〜８００μｍの範囲で容易に制御可能にすることによって、ＬＥＤランプ１の発光効率の向上を図ることができる。
【００３９】
なお、青色発光タイプのＬＥＤチップ２を使用し、蛍光体として黄色系蛍光体を含む蛍光体樹脂層９を使用する場合、樹脂層９の、膜厚４００〜５００μｍのときの前記蛍光体の配合比を樹脂層９を構成する透明樹脂に対して１５．０〜１７．０重量％とし、膜厚５００〜６００μｍのときの前記蛍光体の配合比を前記透明樹脂に対して１２．０〜１５．０重量％とし、膜厚６００〜７００μｍのときの前記蛍光体の配合比を前記透明樹脂に対して１０．０〜１２．０重量％とし、膜厚７００〜８００μｍのときの前記蛍光体の配合比を前記透明樹脂に対して７．５〜１０．０重量％とすれば、ＬＥＤチップ２からの青色と前記蛍光体からの黄色が混色されて色温度２８５０Ｋ以上５０００Ｋ未満の電球色から温白色の白色光を得ることができる。
【００４０】
また、青色発光タイプのＬＥＤチップ２を使用し、蛍光体として黄色系蛍光体を含む蛍光体樹脂層９を使用する場合、樹脂層９の、膜厚４００〜５００μｍのときの前記蛍光体の配合比を前記透明樹脂に対して１２．０〜１５．０重量％とし、膜厚５００〜６００μｍのときの前記蛍光体の配合比を前記透明樹脂に対して１０．０〜１２．０重量％とし、膜厚６００〜７００μｍのときの前記蛍光体の配合比を前記透明樹脂に対して７．５〜１０．０重量％とし、膜厚７００〜８００μｍのときの前記蛍光体の配合比を前記透明樹脂に対して６．５〜７．５重量％とすれば、ＬＥＤチップ２からの青色と前記蛍光体からの黄色が混色されて色温度５０００Ｋ以上１００００Ｋ以下の昼光の白色光を得ることができる。
【００４１】
なお、本実施形態では、フラットタイプＳＭＤ型のＬＥＤランプ１を例に挙げて説明したが、特に限定されるものでなく、例えば砲弾型（又は丸型）のＬＥＤランプに適用することもできる。また、ＬＥＤランプ１をマトリックス状に複数配置した発光ダイオードモジュール２１について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば複数のＬＥＤランプ１をそれぞれ１列状に形成してもよく、さらにＬＥＤランプ１はそれぞれ単数でもよい。
【００４２】
（第２の実施形態）
次に、本発明の発光装置をＬＥＤランプに適用した第２の実施形態について、図４を参照して説明する。図４は、本発明の発光装置をＬＥＤランプに適用した第２の実施形態の構成を示す断面図である。第２の実施形態によるＬＥＤランプ３１は、キャビティ３内のＬＥＤチップ２を封止する透明樹脂層３２と、透明樹脂層３２の上端に密着されるようにフレーム６に固定された蛍光体シート３３を有する点で、上述した第１の実施形態とは異なる。なお、第１の実施形態に係る発光装置の構成と同一の構成部分には、同一の符号を付して、その説明を簡略または省略する。
【００４３】
第２の実施形態のＬＥＤランプ３１において、ＬＥＤチップ２が配置されたキャビティ３内には例えばシリコーン樹脂等の透明樹脂層３２が充填されており、ＬＥＤチップ２は透明樹脂層３２で封止されている。ＬＥＤランプ３１に印加された電気エネルギーは、ＬＥＤチップ２で例えば青色光や紫外線に変換され、それらの光は透明樹脂層３２を透過して、蛍光体シート３３中に含有された蛍光体で、より長波長の光に変換される。そして、ＬＥＤチップ２から放射される光の色と蛍光体の発光色とに基づく色、例えば白色の光がＬＥＤランプ３１から放出される。
【００４４】
上述した透明樹脂層３２は、例えばシリコーン樹脂やエポキシ樹脂等の液状透明樹脂を、ＬＥＤチップ２が配置されたキャビティ３内にディスペンサ等を用いて充填し、熱硬化することにより形成される。この際、気泡の巻き込み等を抑制する上で、樹脂粘度が２５℃において０．１〜１０Ｐａ・ｓの範囲であることが好ましい。なお、透明樹脂層３２は、ＬＥＤチップ２の屈折率と空気の屈折率が異なるため、光取り出し効率を高めるために充填している。
【００４５】
キャビティ３の開口部には蛍光体シート３３が、透明樹脂層３２の上端に密着させた状態でフレーム６に例えば接着、ハーメチックシール、圧着等の方法によって固定されている。蛍光体シート３３は、ＬＥＤランプ３１の所望の光量を得る上で、シリコーン樹脂等の透明樹脂に対して蛍光体を５〜２０重量％、好ましくは１０〜１５重量％添加、混合した後、例えばドクターブレード法等により１５０℃で１時間硬化することにより形成される。なお、透明樹脂と蛍光体とを混合する際に気泡が混入した場合には、真空脱泡して気泡を除去することが好ましい。
【００４６】
このようにして形成される蛍光体シート３３の厚さは、３００〜８００μｍ、好ましくは４００〜６００μｍ程度であることが好ましい。蛍光体シート３３の厚さが３００μｍ未満であると、所望の光量を得るのに十分な量の蛍光体量を含有し難くなる。すなわち、所望の光量を得るのに十分な量の蛍光体を配合させると、蛍光体シート３３において蛍光体の粒間が狭くなり、ＬＥＤチップ２から放射される例えば青色光が蛍光体シート３３を通過し難くなる。したがって、ＬＥＤチップ２から放射される光と、この光で励起され発光する蛍光体シート３３中の蛍光体自体の発光とに基づく所望の光量が得られ難くなり、ＬＥＤランプ３１の発光効率の低下を招く。一方、８００μｍを越えると、ＬＥＤチップ２から放射される例えば青色光が蛍光体シート３３の上部（例えば白色光放出側）まで届かず、蛍光体シート３３中の蛍光体を十分に励起し難くなり、所望の光量を得ることが困難になる。なお、ＬＥＤランプ３１の発光効率を向上させる上で、平均粒径が１０〜１５μｍの範囲の蛍光体粒子を使用することが好ましい。
【００４７】
したがって、本実施形態によれば、蛍光体シート３３中の蛍光体の最適配合比を１０〜１５重量％とするとともに、蛍光体シート３３の厚さを３００〜８００μｍの範囲で容易に制御可能にすることによって、ＬＥＤランプ３１の発光効率の向上を図ることができる。
【００４８】
（第３の実施形態）
図６及び図７は、本発明の第３の実施形態に係わるＬＥＤパッケージを形成する発光装置を示している。図６は、前記発光装置の平面図であり、図７は、図６に示す発光装置をＦ２線に沿って切った場合の縦断面図である。なお、本実施形態に関する図６及び７おいて、上述した実施形態に関する図面と同様の構成要素に対しては同じ参照数字を用いて表している。
【００４９】
図６及び７に示す発光装置１は、パッケージ基板例えば装置基板５と、反射層４１と、回路パターン８と、複数好ましくは多数のＬＥＤチップ例えば半導体発光素子２と、接着層４２と、リフレクタ４４と、蛍光体含有樹脂層９と、光拡散部材４３とを備えて形成されている。本例において、蛍光体含有樹脂層９は封止部材としても機能する。
【００５０】
装置基板５は、金属又は絶縁材例えば合成樹脂製の平板からなるとともに、発光装置１に必要とされる発光面積を得るために所定形状例えば長方形状をなしている。装置基板５を合成樹脂製とする場合、例えばガラス粉末入りのエポキシ樹脂等で形成できる。装置基板５を金属製とする場合は、この装置基板５の裏面からの放熱性が向上し、装置基板５の各部温度を均一にすることができ、同じ波長域の光を発する半導体発光素子２の発光色のばらつきを抑制することができる。なお、このような作用効果を奏する金属材料としては、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導性に優れた材料、具体的にはアルミニウム、又はその合金を例示することができる。
【００５１】
反射層４１は、所定数の半導体発光素子２を配設し得る大きさであって、例えば装置基板５の表面全体に被着されている。反射層４１は、４００ｎｍ〜７４０ｎｍの波長領域で８５％以上の反射率を有した白色の絶縁材から構成することができる。このような白色絶縁材としては、接着シートからなるブリプレグ（pre-preg）を使用することができる。このようなプリプレグは、例えば酸化アルミニウム等の白色粉末が混入された熱硬化性樹脂をシート基材に含浸させて形成することができる。反射層４１はそれ自体の接着性により装置基板５の表面となる一面に接着される。
【００５２】
回路パターン８は、各半導体発光素子２への通電要素として、反射層４１の装置基板５が接着された面とは反対側の面に接着されている。この回路パターン８は、例えば各半導体発光素子２を直列に接続するために、図７に示すように装置基板５及び反射層４１の長手方向に所定間隔ごとに点在して２列形成されている。一方の回路パターン８列の一端側に位置された端側回路パターン８ａには給電パターン部８ｃが一体に連続して形成され、同様に他方の回路パターン８列の一端側に位置された端側回路パターン８ａには給電パターン部８ｄが一体に連続して形成されている。
【００５３】
給電パターン部８ｃ，８ｄは反射層４１の長手方向一端部に並べて設けられ、互いに離間して反射層４１により絶縁されている。これらの給電パターン部８ｃ，８ｄの夫々に電源に至る図示しない電線が個別に半田付け等で接続されるようになっている。
【００５４】
回路パターン８は次に説明する手順で形成される。まず、未硬化の前記熱硬化性樹脂が含浸されたブリプレグからなる反射層４１を装置基板５上に貼付けた後に、反射層４１上にこれと同じ大きさの銅箔を貼付ける。次に、こうして得た積層体を加熱するとともに加圧して、熱硬化性樹脂を硬化させることによって、装置基板５と銅箔を反射層４１に圧着し接着を完了させる。次いで、銅箔上にレジスト層を設けて、銅箔をエッチング処理した後に、残ったレジスト層を除去することによって、回路パターン８を形成する。銅箔からなる回路パターン８の厚みは例えば３５μｍである。
【００５５】
各半導体発光素子２は、例えば窒化物半導体を用いてなるダブルワイヤー型のＬＥＤチップからなり、図６に示すように透光性を有する素子基板２ｂ一面に半導体発光層２aを積層して形成されている。素子基板２ｂは例えばサファイア基板で作られている。この素子基板２ｂの厚みは、回路パターン８より厚く、例えば９０μｍとする。
【００５６】
半導体発光層２ａは、素子基板２ｂの主面上に、バッファ層、ｎ型半導体層、発光層、ｐ型クラッド層、Ｐ型半導体層を順次積層して形成されている。発光層は、バリア層とウ工ル層を交互に積層した量子井戸構造をなしている。ｎ型半導体層にはｎ側電極が設けられ、ｐ型半導体層上にもｐ側電極が設けられている。この半導体発光層２ａは、反射膜を有しておらず、厚み方向の双方に光を放射できる。
【００５７】
図７に示すように各半導体発光素子２は、装置基板５の長手方向に隣接した回路パターン８間に夫々配置されて、白色の反射層４１の同一面上に接着層４２により接着されている。具体的には、半導体発光層２ａが積層された素子基板２ｂの一面と平行な他面が接着層４２により反射層４１に接着されている。この接着により、回路パターン８及び半導体発光素子２は反射層４１の同一面上で直線状に並べられるので、この並び方向に位置した半導体発光素子２の側面と回路パターン８とは近接して対向するように設けられている。
【００５８】
接着層４２の厚みは例えば５μｍ以下とすることができる。接着層４２には、例えば５μｍ以下の厚みで光透過率が７０％以上の透光性を有した接着剤、例えばシリコーン樹脂系の接着剤を好適に使用できる。
【００５９】
図６及び７に示すように各半導体発光素子２の電極と半導体発光素子２の両側に近接配置された回路パターン８とは、ワイヤボンディングにより設けられたボンディングワイヤ７で接続されている。更に、前記二列の回路パターン８列の他端側に位置された端側回路パターン８ｂ同士も、ワイヤボンディングにより設けられたボンディングワイヤ７（図６参照）で接続されている。したがって、本実施形態の場合、各半導体発光素子２は直列に接続されている。
【００６０】
以上の装置基板５、反射層４１、回路パターン８、各半導体発光素子２、接着層４２、及びボンディングワイヤ７により、発光装置１の面発光源が形成されている。
【００６１】
リフレクタ４４は、一個一個又は数個の半導体発光素子２ごとに個別に設けられるものではなく、反射層４１上の全ての半導体発光素子２を包囲する単一のものであり、枠、例えば図７に示すように長方形の枠で形成されており、半導体発光素子２は前記枠で形成された凹部２１内に配置されている。リフレクタ４４は反射層４１に接着止めされていて、その内部に複数の半導体発光素子２及び回路パターン８が収められているとともに、前記一対の給電パターン部８ｃ、８ｄはリフレクタ４４の外部に位置されている。
【００６２】
リフレクタ４４は例えば合成樹脂で成形することができ、その内周面は反射面となっている。リフレクタ４４の反射面は、ＡｌやＮｉ等の反射率が高い金属材料を蒸着又はメッキして形成できる他、可視光の反射率の高い白色塗料を塗布して形成することができる。あるいは、リフレクタ４４の成形材料中に白色粉末を混入させてリフレクタ４４自体を可視光の反射率が高い白色とすることもできる。前記白色粉末としては、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化マグネシウム、硫酸バリウム等の白色フイラーを用いることができる。なお、リフレクタ４４の反射面は発光装置１の照射方向に次第に開くように形成することが望ましい。
【００６３】
蛍光体含有樹脂層９は、黄色系蛍光体及びこの黄色系蛍光体を含んだ透明樹脂で構成され、液状の透明樹脂を反射層４１表面及び一直線上に配列された各半導体発光素子２及びボンディングワイヤ７などを満遍なく埋めてリフレクタ４４内に固化されている。反射層４１表面とボンディングワイヤ７との間に流れ込んだ液状の透明樹脂は、毛細管現象などにより各半導体発光素子２及びボンディングワイヤ７に行きわたって、その膜厚などがほぼ均一になっており、黄色系蛍光体も透明樹脂にほぼ均一に分散しているものと考えられる。なお、蛍光体含有樹脂層９を形成するために用いられる液状透明樹脂の粘度は１Ｐａ・Ｓ以上３Ｐａ・Ｓ以下であればよく、２種以上の液状透明樹脂からなるものでも良い。したがって、本実施形態では、蛍光体含有樹脂層９の厚みと蛍光体の配合量とを最適化した上で、色温度を調整することができ、さらに反射層４１からの反射もあるので発光効率が向上する。
【実施例】
【００６４】
次に、本発明の実施例およびその評価結果について述べる。
（実施例１及び２）
図１に示す構成のＬＥＤランプ１の蛍光体含有樹脂層９に実施例１を適用し、以下のようにして作製した。まず、シリコーン樹脂に対して橙色系蛍光体（蛍光体１）を１０重量％添加、混合し、ディスペンサでキャビティ内に充填した後、シリコーン樹脂を硬化させることによって、蛍光体含有樹脂層９を形成し、図１に示す構成のＬＥＤランプ１を作製した。この際、蛍光体含有樹脂層９の厚さは、４００μｍ〜１０００μｍの間で変化させた。
【００６５】
一方、実施例２は、上記実施例１で使用した橙色系蛍光体に代えて黄色系蛍光体（蛍光体２）を１０重量％添加、混合し、ディスペンサでキャビティ内に充填した後、シリコーン樹脂を硬化させることによって、蛍光体含有樹脂層９を形成し、図１に示す構成のＬＥＤランプ１を作製した。この際、蛍光体含有樹脂層９の厚さは、４００μｍ〜１０００μｍの間で変化させた。
【００６６】
以上、実施例１及び２における、蛍光体樹脂層９の厚さと、ＬＥＤランプ１の色温度及び効率比の関係を、表１及び図８、９に示した。
【００６７】
【表１】
2007116116.tif 000003
【００６８】
表１及び図８、９から明らかなように、蛍光体１及び２のいずれにおいても、蛍光体含有樹脂層９の厚さを本発明の範囲である４００μｍ〜８００μｍの範囲とすることにより、白色光としての色温度の範囲内で１前後の高い効率比を示すことが分かる。
【００６９】
なお、図９において、蛍光体１の効率比のピーク値は約４００μｍ〜６００μｍの範囲にあるが、蛍光体２の効率比のピーク値は約８００μｍ〜１０００μｍの範囲にある。これは以下のようにして説明することができる。
【００７０】
蛍光体１は約５８０ｎｍ近傍に主波長が存在し、この樹脂層９の厚さ増大に伴う蛍光体１の含有量が増大するにつれて発光量は増大するようになる。しかしながら、蛍光体１の含有量が所定量以上に増大すると、逆にパッケージから外部に取り出される光量が減少するようになる。したがって、蛍光体１の効率比のピーク値は樹脂層９の厚さが約４００μｍ〜６００μｍの範囲に存在するようになる。一方、蛍光体２は、約５６０ｎｍ近傍に主波長が存在するので、この樹脂層９の厚さ増大に伴って蛍光体２の含有量が増大した場合においても、上述したパッケージから外部に取り出される光量の減少が、本実施例の範囲では特に生じない。したがって、蛍光体２の効率比のピーク値は樹脂層９の厚さが約８００μｍ〜１０００μｍの範囲に存在するようになる。
【００７１】
なお、蛍光体含有樹脂層９の厚さが４００μｍより小さくなると、色温度が上昇して最早白色光の範囲外となる。また、ワイヤー上端が塗布上面から突出してしまう可能性がある。
【００７２】
上述した実施例１及び２の結果に基づいて、以下の実施例及び比較例においては、ＬＥＤランプ１から得ることのできる色温度が約５０００Ｋとなるようにして、蛍光体含有樹脂層９の厚さ及び蛍光体の配合量を調節した。
【００７３】
（実施例３〜５、比較例１〜２）
実施例３では、シリコーン樹脂に対して黄色系蛍光体を１５重量％添加、混合し、ディスペンサでキャビティ内に充填した後、シリコーン樹脂を硬化させることによって、蛍光体含有樹脂層９を形成し、図１に示す構成のＬＥＤランプ１を作製した。蛍光体含有樹脂層９の厚さは、４００μｍとした。
【００７４】
同様に、実施例４は、シリコーン樹脂に対する黄色系蛍光体の添加量が１０重量％である厚さ６００μｍの蛍光体含有樹脂層、実施例５は、シリコーン樹脂に対する黄色系蛍光体の添加量が７．５重量％である厚さ８００μｍの蛍光体含有樹脂層、比較例１は、シリコーン樹脂に対する黄色系蛍光体の添加量が３０重量％である厚さ２００μｍの蛍光体含有樹脂層、比較例２は、シリコーン樹脂に対する黄色系蛍光体の添加量が６重量％である厚さ１０００μｍの蛍光体含有樹脂層を適用して、それぞれＬＥＤランプを作製した。これら各ＬＥＤランプにおいて、発光効率を調べた。測定結果を表２に示す。なお、ＬＥＤランプの発光効率は実施例４を１としたときの相対値である。
【００７５】
【表２】
2007116116.tif 000004
【００７６】
表２より明らかなように、シリコーン樹脂に対する黄色系蛍光体の添加量が５〜２０重量％である厚さ４００〜８００μｍの蛍光体含有樹脂層を適用した各実施例のＬＥＤランプは、発光効率が向上することがわかる。
【００７７】
（実施例６〜８、比較例３〜４）
図４に示す構成のＬＥＤランプ３１の蛍光体シート３３に実施例６を適用し、以下のようにして作製した。まず、シリコーン樹脂をディスペンサでキャビティ内に充填してＬＥＤチップ２を封止した。次に、シリコーン樹脂に対して黄色系蛍光体を１８重量％添加、混合し、ドクターブレード法により厚さ４００μｍのシート状に成形し、１５０℃で１時間硬化して蛍光体シート３３を形成した。キャビティ３を被覆するように蛍光体シート３３を固定することによって、図４に示すＬＥＤランプ３１を作製した。
【００７８】
同様に、実施例７は、シリコーン樹脂に対する黄色系蛍光体の添加量が１２重量％である厚さ６００μｍの蛍光体シート、実施例８は、シリコーン樹脂に対する黄色系蛍光体の添加量が９重量％である厚さ８００μｍの蛍光体シート、比較例３は、シリコーン樹脂に対する黄色系蛍光体の添加量が３６重量％である厚さ２００μｍの蛍光体シート、比較例４は、シリコーン樹脂に対する黄色系蛍光体の添加量が７重量％である厚さ１０００μｍの蛍光体シートを適用して、それぞれＬＥＤランプを作製した。これら各ＬＥＤランプにおいて、発光効率を調べた。測定結果を表２に示す。なお、ＬＥＤランプの発光効率は実施例５を１としたときの相対値である。
【００７９】
【表３】
2007116116.tif 000005
【００８０】
表３より明らかなように、シリコーン樹脂に対する黄色系蛍光体の添加量が１２〜１８重量％である厚さ４００〜６００μｍの蛍光体シートを適用した各実施例のＬＥＤランプは、優れた発光効率を発揮することがわかる。
【００８１】
（実施例９〜１２）
本実施例では、青色発光のＬＥＤチップ１を用いるとともに、黄色系蛍光体（蛍光体２）を含有させた蛍光体含有樹脂層９を用い、この樹脂層９中の蛍光体２含有量と厚さとを適宜調節及びバランスさせることにより、色温度２８５０Ｋ以上５０００Ｋ未満（実施例９及び１１）及び色温度５０００Ｋ以上１００００Ｋ以下（実施例１０及び１２）の白色光を得ることを試みた。結果を表４及び５に示す。なお、実施例１１及び１２は、蛍光体２を含む樹脂をシート状に形成した蛍光体シートによるものである。
【００８２】
【表４】
2007116116.tif 000006
【００８３】
【表５】
2007116116.tif 000007
【００８４】
表４及び５から明らかなように、蛍光体含有樹脂層９又は蛍光体シートの厚さ（肉厚）ｔと蛍光体２含有量とを、表４及び５に示すように、適宜調節してバランスさせることにより、実施例９及び１１では色温度２８５０〜５０００Ｋの白色光を得ることができ、実施例１０及び１２では色温度５０００〜１００００Ｋの白色光を得ることができた。すなわち、青色発光のＬＥＤチップを用い、樹脂層中の蛍光体含有量及びその厚さを適宜に調節することによって、電球色から昼光までの広範囲の白色光を得られることが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の発光装置をＬＥＤランプに適用した第１の実施形態の構成を示す断面図である。
【図２】図１に示すＬＥＤランプを複数配置した発光ダイオードモジュールの一例を示す平面図である。
【図３】図２のＡ―Ａ線断面図である。
【図４】本発明の発光装置をＬＥＤランプに適用した第２の実施形態の構成を示す断面図である。
【図５】蛍光体含有樹脂層の厚さとＬＥＤランプの発光効率との関係を示す図である。
【図６】第３の実施の形態に係わる発光装置の平面図である。
【図７】図６のＦ２−Ｆ２線断面図である。
【図８】蛍光体含有樹脂層の厚さと色温度との関係を示すグラフである。
【図９】蛍光体含有樹脂層の厚さと効率比との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８６】
１,３１…ＬＥＤランプ、２…ＬＥＤチップ、３…キャビティ、５…基板、６…フレーム、８…回路パターン、９…蛍光体含有樹脂層、２１…発光ダイオードモジュール、３２…透明樹脂層、３３…蛍光体シート。
【図１】
2007116116.tif 000008
【図２】
2007116116.tif 000009
【図３】
2007116116.tif 000010
【図４】
2007116116.tif 000011
【図５】
2007116116.tif 000012
【図６】
2007116116.tif 000013
【図７】
2007116116.tif 000014
【図８】
2007116116.tif 000015
【図９】
2007116116.tif 000016