(57)【要約】【課題】均一な強度および均一な色の光を発生する発光装置１を提供する【解決手段】発光装置１は、紫外光を含む光を発生する発光素子２０と、それぞれが、紫外光をより長波長の光に変換する複数の種類の蛍光体粒子３１〜３３が透明樹脂３４に分散された第１の波長変換層３０と、第１の波長変換層３０の少なくとも一部の上に配設された複数の種類の蛍光体粒子３１〜３３の少なくともいずれかが透明樹脂３４に分散された第２の波長変換層４０と、を具備する。【選択図】図３
2013062320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外光を含む光を発生する発光素子と、
それぞれが、前記紫外光をより長波長の光に変換する複数の種類の蛍光体粒子が透明樹脂に分散された第１の波長変換層と、
前記第１の波長変換層の少なくとも一部の上に配設された前記複数の種類の蛍光体粒子の少なくともいずれかが前記透明樹脂に分散された第２の波長変換層と、を具備することを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記第２の波長変換層が、前記第１の波長変換層が発生する光を所定の仕様の光に補正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】
前記第２の波長変換層の蛍光体粒子含有率が、前記第１の波長変換層の蛍光体粒子含有率よりも少ないことを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記複数の種類の蛍光体粒子が、前記紫外光を青色光に変換する第１の蛍光体粒子と、緑色光に変換する第２の蛍光体粒子と、赤色光に変換する第３の蛍光体粒子と、であることを特徴とする請求項３に記載の発光装置。
【請求項５】
前記第２の波長変換層の前記第１の蛍光体粒子の含有率が、前記第１の波長変換層の含有率よりも多いことを特徴とする請求項４に記載の発光装置。
【請求項６】
前記第２の波長変換層が、前記第２の蛍光体粒子および前記第３の蛍光体粒子を含まないことを特徴とする請求項５に記載の発光装置。
【請求項７】
紫外光を含む光を発生する発光素子を覆う、それぞれが、前記紫外光をより長波長の光に変換する複数の種類の蛍光体粒子が透明樹脂に分散された第１の波長変換層を形成する工程と、
前記第１の波長変換層が発生する光を測定する工程と、
測定結果に基づき、前記複数の種類の蛍光体粒子の少なくともいずれかが前記透明樹脂に分散された第２の波長変換層を、前記第１の波長変換層の少なくとも一部の上に積層し、前記第１の波長変換層が発生する光を所定の仕様の光に補正する工程と、を具備することを特徴とする発光装置の製造方法。
【請求項８】
前記第２の波長変換層の蛍光体粒子含有率が、前記第１の波長変換層の蛍光体粒子含有率よりも少ないことを特徴とする請求項７に記載の発光装置の製造方法。
【請求項９】
前記複数の種類の蛍光体粒子が、前記紫外光を青色光に変換する第１の蛍光体粒子と、緑色光に変換する第２の蛍光体粒子と、赤色光に変換する第３の蛍光体粒子と、であることを特徴とする請求項８に記載の発光装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第２の波長変換層の前記第１の蛍光体粒子の含有率が、前記第１の波長変換層の含有率よりも多いことを特徴とする請求項９に記載の発光装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第２の波長変換層が、前記第２の蛍光体粒子および前記第３の蛍光体粒子を含まないことを特徴とする請求項１０に記載の発光装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、発光素子と蛍光体層とを具備する発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光素子を用いた発光装置は、小型で電力効率がよい。このため、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザーダイオード（以下、「ＬＤ」という。）などの半導体発光素子を有する発光装置は、各種の光源として利用されている。ここで、半導体発光素子が発生する光は急峻なスペクトル分布を有する。このため、白色光を発生する発光装置においては、半導体発光素子が発生する光の波長を変換する必要がある。
【０００３】
白色光を発生ために、紫外光発光ＬＥＤと青色、緑色および赤色に発光する３種類の蛍光体とを組み合わせた発光装置がある。
【０００４】
例えば特開２０１０−５０４３８号公報には、基板上に搭載された紫外線発光素子と、紫外線発光素子上に配設され、青色、黄色および赤色の３種類の蛍光体と透明樹脂とを混合してなる蛍光体層と、からなる発光装置が開示されている。
【０００５】
所定の仕様の光を得るためには、３種類の蛍光体は、所定の割合で透明樹脂と混合される。しかし、透明樹脂中での蛍光体の分散性等の影響で、いわゆる色ムラ等が発生することがある。
【０００６】
特に、医療用内視鏡に用いる照明装置の発光装置においては、微細な色合い、いわゆる色味の違いが診断および病変組織の見落とし等に大きな影響を及ぼす。このため、より均一な強度および均一な色の光を発生する発光装置が求められていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−５０４３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、均一な強度および均一な色の光を発生する発光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施形態の発光装置は、紫外光を含む光を発生する発光素子と、それぞれが、前記紫外光をより長波長の光に変換する複数の種類の蛍光体粒子が透明樹脂に分散された第１の波長変換層と、前記第１の波長変換層の少なくとも一部の上に積層された前記複数の種類の蛍光体粒子の少なくともいずれかが前記透明樹脂に分散された第２の波長変換層と、を具備する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、均一な強度および均一な色の光を発生する発光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態の発光装置の斜視図である。
【図２】第１実施形態の発光装置の構造を説明するための断面図である。
【図３】第１実施形態の発光装置の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図４】第１実施形態の発光装置の斜視図である。
【図５】第１実施形態の発光装置の構造を説明するための断面図である。
【図６】第２実施形態の発光装置の構造を説明するための断面図である。
【図７】第３実施形態の発光装置の構造を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜第１の実施形態＞
図１は第１実施形態の発光装置１の斜視図であり、図２は発光装置１の構造を説明するための断面図である。なお、図はいずれも説明のための模式図であり、縦横の寸法比等は実際とは異なっている。
【００１３】
図１および図２に示すように、発光装置１は、発光素子２０と、第１波長変換層３０と、第２波長変換層４０と、不透明材料からなるパッケージ１０と、を具備する。
【００１４】
パッケージ１０は、セラミック、ガラス、窒化アルミニウム、アルミニウム、銅、ガラス繊維含有エポキシ樹脂または、ポリイミド等の、金属、樹脂、またはセラミック等からなる。そしてパッケージ１０は略中央部に、４面の側壁（側面）および底部からなる凹部が形成されている。なお、凹部は、発光素子２０の形状に応じて、その開口形状は多角形、または円形等であってもよい。そして、パッケージ１０は凹部の底部に、発光素子２０との電気的接続のための電極パッド（不図示）と、電極パッドからパッケージ１０の外面（底面）まで延設された引き出し配線部である貫通配線（不図示）を有している。
【００１５】
発光素子２０は、短波長の紫外光を含む光を発生する有機ＥＬ素子、無機ＥＬ素子、またはレーザーダイオード素子などの少なくとも紫外光（例えば３８０ｎｍ〜４３０ｎｍ）を含む光を発生する発光素子の中から選択される。そして、光発生効率などの観点からは、ＬＥＤ素子が好ましく、サファイア基板上に形成された窒化ガリウム系化合物半導体よりなる紫外線発光ＬＥＤ素子が特に好ましい。発光素子２０の電極部は、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕなどの金属細線からなるワイヤボンド線２１によりパッケージ１０の電極パッドと接続されている。
【００１６】
発光素子２０を覆う第１の波長変換層３０は、第１の蛍光体粒子３１と第２の蛍光体粒子３２と第３の蛍光体粒子３３とが分散された透明樹脂３４からなり、発光素子２０が発生した紫外光を、より長波長の光に変換する。透明樹脂３４としては、熱硬化または紫外線硬化するエポキシ系樹脂、シリコーン系樹脂またはアクリル系樹脂等からなる。第１の波長変換層３０は流動性を有する未硬化の状態で凹部内に充填した後に硬化処理してもよいし、予め硬化処理し樹脂シートとして接合してもよい。また、発光素子２０を透明樹脂で封止してから、その上に第１の波長変換層３０を配設してもよい。
【００１７】
第１の蛍光体粒子３１は、波長４３０ｎｍ以下の紫外光を波長４３５ｎｍ〜４８０ｎｍの青色光に変換する。第２の蛍光体粒子３２は紫外光を、波長５００ｎｍ〜５５０ｎｍの緑色光に変換する。第３の蛍光体粒子３２は紫外光を波長５８０ｎｍ〜６５０ｎｍの赤色光に変換する。
【００１８】
蛍光体粒子３１〜３３としては、それぞれ、公知の各種系の蛍光材料、例えば、ＹＡＧ系、ＴＡＧ系、サイアロン系、カズン系、オルトシリケートアルカリ土類系、または、Ｌａ酸窒科物系の蛍光材料から適宜、選択される。
【００１９】
そして、第２波長変換層４０は、第１波長変換層３０と類似の構成であるが、第１波長変換層３０よりも蛍光体含有量が少ない。例えば、後述するように、第１波長変換層３０の蛍光体粒子含有率は、２３重量％であり、第２波長変換層４０の蛍光体粒子含有率は１１．５重量％である。ここで、蛍光体粒子含有率とは、（蛍光体の重量合計／（蛍光体の重量合計＋透明樹脂の重量）×１００）である。第２波長変換層４０の蛍光体粒子含有率が少ないのは、後述するように、第２波長変換層４０は、第１の波長変換層３０が発生する光を所定の仕様の光に補正する補正層であるためである。
【００２０】
なお、第２波長変換層４０は、紫外光を白色光に変換する複数の蛍光体粒子を含有していればよく、例えば、紫外光を黄色光に変換する蛍光体粒子と、紫外光を赤色光に変換する蛍光体粒子と、の２種類の蛍光体粒子を含有していてもよい。
すなわち、発光装置１が発生する白色光としては、人間の目に自然な白色と認識されれば、擬似白色光であってもよく、そのスペクトル分布等は発光装置１の仕様により異なる。
【００２１】
次に、図３を用いて発光装置１の製造方法について説明する。
＜ステップＳ１１＞
発光素子２０が、パッケージ１０の凹部の底部に、透明樹脂接着剤、白色樹脂接着剤、Ａｇペースト、または共晶はんだ等によりダイボンディングされる。そして、ワイヤボンディングにより、発光素子２０の電極部が、パッケージ１０の電極パッドと接続される。
発光素子２０とパッケージ１０の電極パッドとの接続は、フリップチップ方式またはＴＡＢ（Tape Automated Bonding）方式でもよい。
【００２２】
＜ステップＳ１２＞
第１の蛍光体粒子３１と第２の蛍光体粒子３２と第３の蛍光体粒子３３とが分散された透明樹脂３４からなる第１の波長変換層３０が、発光素子２０を覆うように、凹部内に充填される。なお、第１の波長変換層３０は、組成が所定の仕様の強度および色の光を発生するように、予め設計されている。すなわち、第１の波長変換層３０は、蛍光体粒子含有量および３種類の蛍光体粒子の含有比率が決定されている。例えば、第１の蛍光体粒子３１の含有率は１８重量％、第２の蛍光体粒子の含有率は４重量％、第３の蛍光体粒子の含有率は１重量％、透明樹脂の含有率は７７重量％である。
【００２３】
＜ステップＳ１３＞
パッケージ１０の電極パッドに所定の電力が印加され、発光素子２０が発光する。そして、第１の波長変換層３０の３種類の蛍光体粒子３１〜３３が、それぞれ発光素子２０が発光した紫外光をより長波長の光に変換することで、３波混合の白色光が、第１の波長変換層３０から発生する。
【００２４】
すでに説明したように、第１の波長変換層３０は組成が所定の仕様の強度および色の光を発生するように、予め設計されている。しかし、工程ばらつき等により、所定の仕様の光が発生していない場合もありうる。このため、発光装置１の製造方法では、製造途中で、第１の波長変換層３０が発生する光を測定する。
測定内容は、発光装置１の仕様に応じて適宜、決定されるが、例えば、発光強度およびスペクトル分布であり、面内分布も測定されることが好ましい。
【００２５】
＜ステップＳ１４＞
測定の結果、所定の仕様の光が発生していた場合（Ｙｅｓ）には、発光装置１の製造は完了する。なお、さらに透明樹脂のみからなる保護層により第１の波長変換層３０を覆うように形成してもよい。またレンズまたはプリズムなどの光学部品を配設してもよい。
【００２６】
一方、測定の結果、所定の仕様の光が発生していなかった場合（Ｎｏ）には、ステップＳ１５において、第２の波長変換層４０が配設される。
【００２７】
＜ステップＳ１５＞
第２の波長変換層４０の組成等は測定結果により決定される。ここで、第２の波長変換層４０は、補正層であるため、その蛍光体粒子含有率は、第１の波長変換層３０の蛍光体粒子含有率よりも少ない。すなわち、第２の波長変換層４０の蛍光体粒子により、第１の波長変換層４０の蛍光体粒子が発生した光が過剰に吸収されるのを防止するためである。
【００２８】
第２の波長変換層４０の蛍光体粒子含有率は、第１の波長変換層３０の蛍光体粒子含有率の、７５％以下が好ましく、特に好ましくは５０％以下であり、下限は特にないが例えば１％である。すなわち、第１の波長変換層３０の蛍光体粒子含有率が２３重量％の場合、第２の波長変換層４０の蛍光体粒子含有率は１７．２５重量％以下が好ましく、特に好ましくは１１．５重量％以下であり、下限は０．２３重量％である。前記範囲内であれば、所定の補正効果が得られる。
【００２９】
例えば、単に光量が不足していた場合には、第１の波長変換層３０と同じ蛍光体粒子の含有比率の第２の波長変換層３０に用いられる。ここで、含有比率とは、３種類の蛍光体粒子の比率であり、例えば、第１の蛍光体粒子３１の含有率が１８重量％、第２の蛍光体粒子の含有率が４重量％、第３の蛍光体粒子の含有率が１重量％の場合、第１の蛍光体粒子３１の含有比率は、７８．３重量％（１８／（１８＋４＋１）×１００）である。
【００３０】
また、例えば、青色光が弱い場合には、青色光を発生する第１の蛍光体粒子の含有比率が、第１の波長変換層３０よりも高い第２の波長変換層３０が用いられる。
【００３１】
なお、ステップＳ１３における測定の結果、面内ばらつきが、所定の仕様を大きく超えていた場合には、図４および図５に示す発光装置１Ａのように、第１の波長変換層３０の一部の上に第２の波長変換層４０が配設されていてもよいし、第２の波長変換層４０の厚さが面内で異なっていてもよい。なお、凹部内壁に第２の波長変換層４０の厚さの目安として段差部を形成しておいてもよい。
【００３２】
すなわち、実施形態の発光装置は、第１の波長変換層３０の少なくとも一部の上に第２の波長変換層４０が配設されていればよい。部分的に第２の波長変換層４０を配設するには、ディスペンサ法を用いてもよいし、インクジェット法を用いてもよいし、全面に配設後に部分的に除去したりしてもよい。また、第２の波長変換層４０の厚さを面内で変化するにも、上記方法を用いることができる。
【００３３】
なお、組成の異なる複数の第２の波長変換層４０が、それぞれ第１の波長変換層４０の異なる位置に配設されていてもよい。すなわち、第１の波長変換層４０に、赤色光が少ない領域に第３の蛍光体粒子の含有率が高い第２の波長変換層を配設し、青色光が少ない領域に第１の蛍光体粒子の含有率が高い第２の波長変換層を配設してもよい。
【００３４】
すなわち、第１の波長変換層３０の発生する光の測定結果に応じて、第２の波長変換層４０の組成（蛍光体粒子含有量および蛍光体粒子含有比率）、配設位置および厚さは種々に変更可能である。
【００３５】
実施形態の発光装置は、第２の波長変換層４０により光が補正されているために、均一な強度および均一な色の光を発生する。このため、実施形態の発光装置は、特に医療用内視鏡の照明装置に好ましく用いることができる。
【００３６】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態の発光装置１Ｂについて説明する。発光装置１Ｂは第１実施形態の発光装置１と類似しているので同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
【００３７】
図６に示す発光装置１Ｂの第２の波長変換層４０Ｂは、蛍光体粒子として、第１の蛍光体粒子３１を含むが、第２の蛍光体粒子３２および第３の蛍光体粒子３３を含まない。
【００３８】
そして、第１の波長変換層３０Ｂは、発光装置１Ｂの最終仕様の光ではなく、青色光の少ない光を発生するように設計されている。すなわち、第１の蛍光体粒子３１が発生した青色光は、第２の蛍光体粒子３２および第３の蛍光体粒子３３により吸収され、より短波長の緑色光および赤色光に変換されてしまう。このため、第１の波長変換層３０Ｂが発生した青色光は、第２の波長変換層４０Ｂに第２の蛍光体粒子３２および第３の蛍光体粒子３３が含まれていると減光してしまい、適切な補正が容易ではないことがある。また、３色混合光において青色光の強度のみを上げることは容易ではない。
【００３９】
しかし、発光装置１Ｂでは、第２の波長変換層４０Ｂには、第２の蛍光体粒子３２および第３の蛍光体粒子３３が含まれていないために、青色光の強度を上げることが容易で、かつ、補正が行いやすい。
【００４０】
発光装置１Ｂは、発光装置１と同様の効果を有し、さらに製造が容易である。また、発光装置１Ｂは、下層で発光した青色光が、上層の蛍光体粒子に吸収される率が低いため、発光強度が向上している。さらに、第２の波長変換層４０Ｂは１種類の蛍光体粒子しか含まないため、透明樹脂中への蛍光体粒子の均一な分散が容易である。
【００４１】
なお、第２の波長変換層４０Ｂには、第１の波長変換層３０Ｂよりも含有率が少なければ、第２の蛍光体粒子３２または第３の蛍光体粒子３３の少なくともいずれかが含まれていてもよい場合もある。
【００４２】
＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態の発光装置１Ｃについて説明する。発光装置１Ｃは発光装置１〜１Ｂと類似しているので同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
【００４３】
図７に示すように、第３実施形態の発光装置１Ｃは、第１の波長変換層３０Ｃおよび第２の波長変換層４０Ｃに加えて、さらに第３の波長変換層５０を有する。第３の波長変換層５０Ｃは、第２の波長変換層４０Ｃが発生する光を測定して、その結果に基づき配設される第２の補正層である。
【００４４】
すなわち、実施形態の発光装置は、少なくとも１層の補正層を有していればよい。そして、上層は、その直下の下層よりも、蛍光体粒子含有量が少ない。また、最上層の補正層は、青色光を発生する蛍光体粒子のみを含有することが好ましい。
【００４５】
なお、発光装置は、複数の発光素子を搭載してもよい。複数の発光素子のサイズは、同じサイズでもよいし、違うサイズでもよいし、発光色が異なってよい。
【００４６】
また、パッケージ１０の凹部の内壁に反射部機能を有するリフレクタを形成してしてもよい。リフレクタは、蒸着法またはめっき法等によりアルミニム、金、ニッケル等からなる反射率の高い反射膜を成膜することにより反射膜を成膜してもよいし、内壁に高い反射率の加工を行ってもよい。また、凹部の底面にも、反射膜を成膜したり、高い反射率の加工を施したりしてもよい。
【００４７】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等ができる。
【符号の説明】
【００４８】
１、１Ａ〜１Ｃ…発光装置
１０…パッケージ
２０…発光素子
２１…ワイヤボンド線
３０…第１の波長変換層
３１…第１の蛍光体粒子
３２…第２の蛍光体粒子
３３…第３の蛍光体粒子
３４…透明樹脂
４０…第２の波長変換層
５０…第３の波長変換層
【図１】
2013062320.tif 000003
【図２】
2013062320.tif 000004
【図３】
2013062320.tif 000005
【図４】
2013062320.tif 000006
【図５】
2013062320.tif 000007
【図６】
2013062320.tif 000008
【図７】
2013062320.tif 000009