(57)【要約】【課題】  球状蛍光体を埋設しても、出射光の効率が高く、発光色の色度が改善される蛍光体シート及びその蛍光体シートを用いたＬＥＤ発光装置を提供する。【解決手段】  第１蛍光粒子７が分散した複数の球状蛍光体５を透明樹脂シート４に埋設した蛍光体シート１０において、透明樹脂シート４の上面に球状蛍光体５の一部を露出させて蛍光体シートを構成することによって、ＬＥＤ発光装置を多数個同時生産する集合方式に適した構成にする。また透明樹脂シート４に第２蛍光粒子１７を混入させても良い。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１蛍光粒子が分散した複数の球状蛍光体を透光性部材に埋設した蛍光体シートにおいて、前記透光性部材の上面に前記球状蛍光体の一部を露出させたことを特徴とする蛍光体シート。
【請求項２】
前記透光性部材に第２蛍光粒子が混入されていることを特徴とする請求項１に記載の蛍光体シート。
【請求項３】
前記第１蛍光粒子と前記第２蛍光粒子とは変換波長が異なる蛍光粒子であることを特徴とする請求項２に記載の蛍光体シート。
【請求項４】
前記第１蛍光粒子の変換波長が、前記第２蛍光粒子の変換波長より短い波長であることを特徴とする請求項３に記載の蛍光体シート。
【請求項５】
前記球状蛍光体と前記透光性部材とは透明性樹脂であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の蛍光体シート。
【請求項６】
支持部材と、該支持部材に実装された半導体発光素子と、支持部材の出射面側に配設された前記請求項１〜５に記載の蛍光体シートとを備えたことを特徴とする半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体発光装置に用いられる蛍光体シート及びその蛍光体シートを備えた半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体発光素子であるＬＥＤ素子は、長寿命で優れた駆動特性を有し、さらに小型で発光効率が良く、鮮やかな発光色を有することから、カラー表示装置のバックライトや照明等に広く利用されるようになってきた。本発明においても半導体発光素子としてＬＥＤ素子（以後ＬＥＤと略記する）を事例とし、半導体発光装置としてＬＥＤ発光装置を事例として説明する。
【０００３】
特に近年、ＬＥＤの出射光を蛍光体層により波長変換することによって色度の調整された混色発光を行うＬＥＤ発光装置がいろいろ提案されている。以下従来のＬＥＤ発光装置に付いて説明する。なお、従来例の説明において発明の趣旨を外さない範囲において、図面を一部簡略化し、また部品名称も本発明の名称に揃えている。
【０００４】
図６は特許文献１に記載されたＬＥＤ発光装置１００の断面図である。ＬＥＤ発光装置１００は樹脂成型等によって形成された支持部材１０８を備えている。ＬＥＤ１０１は支持部材１０８の底面部１０８ａに設けられた電極１０２にダイボンディングされ，電極１０３にワイヤー１０９により接続されている。また、支持部材１０８はＬＥＤ１０１を収納する開口凹部１０８ｄを有し、この開口凹部１０８ｄの傾斜した壁面部１０８ｂは反射面を形成している。また開口凹部１０８ｄの出射面側の開口窓部１０８ｃは蛍光体板１０５（蛍光体シート）によって覆われている。この蛍光体板１０５は透明樹脂に蛍光粒子を混入させた状態で透明樹脂を硬化させることによって形成される。
【０００５】
上記ＬＥＤ発光装置１００は２個の電極１０２，１０３間に駆動電流を流すとＬＥＤ１０１が発光する。ＬＥＤ１０１の出射光は直接、または支持部材１０８の壁面部１０８ｂにより反射されることによって、開口凹部１０８ｄの出射面側の開口窓部１０８ｃを覆う蛍光体板１０５に入射する。この結果ＬＥＤ１０１からの入射光は、その一部が直接蛍光体板１０５の透明樹脂を通過して上面側に直接光として出射する。また入射光の別の一部は蛍光体板１０５に混入された蛍光粒子に吸収され、蛍光粒子を励起することにより波長変換された変換光として出射する。
【０００６】
しかし、上記ＬＥＤ発光装置１００における蛍光体板１０５は、透明樹脂に蛍光粒子を混入させるときに、透明樹脂の内部において蛍光粒子の沈降より底面側に蛍光粒子が偏在し、濃度分布が不均一になることがある。この蛍光粒子の沈降は制御が困難であるため、ＬＥＤ発光装置１００の発光において、発光色の色度ずれを発生したり、さらに蛍光粒子濃度分布が面内で不均一であるとき色むらを発生させたりする。
【０００７】
このような事態に対しＬＥＤ発光装置の蛍光体層における蛍光粒子の濃度分布を均一にする方法として、従来より球状蛍光体の提案が行われている（例えば特許文献２、特許文献３）。以下特許文献２に記載された球状蛍光体に付いて図７により説明する。
【０００８】
図７はＬＥＤ発光装置２００の断面図である。支持部材２０８には開口凹部２０８ｄが設けられ、開口凹部２０８ｄはＬＥＤ２０１を実装した底面部２０８ａと傾斜した壁面部２０８ｂとを有する。壁面部２０８ｂは反射面を形成しており、開口凹部２０８ｄの出射面は開口窓部２０８ｃとなっている。そして上記開口凹部２０８ｄ内であってＬＥＤ２０１の上面には、透明樹脂に蛍光粒子２０７を内包する複数の球状蛍光体２０５が堆積している。
【０００９】
上記の如く、蛍光体層として蛍光粒子２０７を内包する粒状の球状蛍光体２０５を堆積させることによって、ＬＥＤ２０１の上面に設けた蛍光体層における蛍光粒子２０７の配置を制御可能としている。なお特許文献２では、球状蛍光体２０５にける蛍光粒子２０７の配置位置を球状蛍光体２０５の底面側に偏らせることによって、ＬＥＤ発光装置２００の指向性を高めることを目的としている。仮に球状蛍光体２０５内において蛍光粒子が均一に分散していれば、球状蛍光体２０５によって形成される蛍光体層の蛍光粒子濃度分布も均一になる。
【００１０】
また、特許文献３には、ＬＥＤ発光装置を構成するものではなく、太陽電池モジュールの光利用効率を高める目的の球状蛍光体が記載されている。特許文献３の段落００７０には、その製造方法として「蛍光粒子が分散された樹脂組成物を球状蛍光体に構成する工程と、球状蛍光体を封止樹脂（透明樹脂）に分散させてシートに形成するシート形成工程を有する」の如く、球状蛍光体を透明樹脂に埋設して蛍光体シートを作成することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００４−３１９８９号公報（図３）
【特許文献２】特開２００８−１９３８０号公報（図１）
【特許文献１】特開２０１１−２１９６２５号公報（段落００７０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記引用文献２に記載された、蛍光体層として球状蛍光体を用いたＬＥＤ発光装置２００においては、支持部材２０８の開口凹部２０８ｄ内に蛍光粒子２０７を内包する球状蛍光体２０５を堆積させることによって、ＬＥＤの上面に蛍光体層を設けている。このため蛍光粒子２０７の配置を均一にするという目的は満足できるものの、個々の支持部材の開口凹部内にそれぞれ球状蛍光体２０５を堆積させる構成であるため、ＬＥＤ発光装置を多数個同時生産する集合方式には適さず、生産性に問題がある。また、引用文献２におけるＬＥＤ発光装置２００の目的が指向性の改善で有り、このため球状蛍光体２０５における蛍光粒子２０７の配置位置を球状蛍光体２０５の底面側に偏らせる構成となっていることも、球状蛍光体で蛍光粒子分布を制御しようとする本発明の意図と異なる。
【００１３】
また、引用文献３に記載されたように蛍光体層として球状蛍光体を用いる構成は、球状蛍光体を透明樹脂に埋設して作成した蛍光体シートを備えているので、ＬＥＤ発光装置を多数個同時生産する集合方式に適している。しかし引用文献３は、太陽電池モジュールの光利用効率を高めることを目的として、外部より入射する外光を太陽電池モジュールに有効な光に波長変換するための蛍光体シートを得ようとしたものであり、ＬＥＤ発光装置の蛍光体シートにおいて重要事項となる出射光の効率や発光色の色度を考慮したものではない。
【００１４】
そこで本発明は、上記従来の球状蛍光体を用いる蛍光体層の問題点を解決するものであり、ＬＥＤ発光装置を多数個同時生産する集合方式に適した構成にすると共に、出射光の効率を高め、発光色の色度を改善した蛍光体シート及びその蛍光体シートを用いたＬＥＤ発光装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するための本発明における蛍光体シートの構成は、第１蛍光粒子が分散した複数の球状蛍光体を透光性部材に埋設した蛍光体シートにおいて、前記透光性部材の上面に前記球状蛍光体の一部を露出させたことを特徴とする。
【００１６】
上記構成によれば、透光性部材の上面に前記球状蛍光体の一部を露出させて蛍光体シートを構成することによって、ＬＥＤ発光装置を多数個同時生産する集合方式に適した構成にすると共に、蛍光体シートの出射面を球状にすることで出射光の効率を高めることができる。また球状蛍光体はサイズが大きいので取り扱い易いため、球状蛍光体内の蛍光粒子分布を均一にしたうえで球状蛍光体を適宜配置することにより色度管理が制御しやすくなり色度が改善する。
【００１７】
前記透光性部材に第２蛍光粒子が混入されていると良い。
【００１８】
前記第１蛍光粒子と前記第２蛍光粒子とは変換波長が異なる蛍光粒子であると良い。
【００１９】
前記第１蛍光粒子の変換波長が、前記第２蛍光粒子の変換波長より短い波長であると良い。
【００２０】
上記構成によれば、球状蛍光体に混入された第１蛍光粒子と、透光性部材に混入された第２蛍光粒子とを、変換波長の異なる蛍光粒子として組み合わせることによって、第２蛍光粒子で波長変換された光が第１蛍光粒子で吸収されることがなくなるか若しくは少なくなるため、発光効率の向上及び発光色の色度改善が図られる。
【００２１】
前記球状蛍光体と前記透光性部材とは透明性樹脂であると良い。
【００２２】
本発明における蛍光体シートを用いたＬＥＤ発光装置の構成は、支持部材と、該支持部材に実装された半導体発光素子と、支持部材の出射面側に配設された前記蛍光体シートとを備えたことを特徴とする。  
【発明の効果】
【００２３】
上記の如く本発明の蛍光体シートは、透光性部材の上面に球状蛍光体の一部を露出させているため、ＬＥＤ発光装置を多数個同時生産する集合方式に適した構成になっていると共に、出射光の効率を高め、発光色の色度を改善することができる。
【００２４】
上記の如く本発明の蛍光体シートを備えた半導体発光装置は、蛍光体シートが透光性部材の上面に球状蛍光体の一部を露出させているため、多数個同時生産する集合方式に適した構成になっていると共に、出射光の効率を高め、発光色の色度を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態における蛍光体シートの部分断面図である。
【図２】図１に示す蛍光体シートに埋設された球状蛍光体の拡大断面図である。
【図３】図１に示す蛍光体シートの出射光特性を説明するものであり、（ａ）は本発明の蛍光体シートの出射光を示す部分断面図、（ｂ）は比較例における蛍光体シートの出射光を示す部分断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態における蛍光体シートの部分断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態におけるＬＥＤ発光装置の断面図である。
【図６】従来のＬＥＤ発光装置の断面図である。
【図７】従来のＬＥＤ発光装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
（第１実施形態）
以下図面により本発明の実施形態を説明する。図１〜図３は本発明の第１実施形態における蛍光体シート１０を示し、図１は蛍光体シート１０の部分断面図、図２は蛍光体シート１０に埋設された球状蛍光体５の断面図、図３は蛍光体シート１０の出射光特性を説明する図であり、（ａ）は蛍光体シート１０の出射光を示す部分断面図、（ｂ）は比較例における蛍光体シート３０の出射光を示す部分断面図である。
【００２７】
図１において蛍光体シート１０は、球形の透明樹脂６の内部に複数の蛍光粒子７が分散した球状蛍光体５を、透光性部材である透明樹脂シート４に複数個並べて埋設した構成を有する。また、本発明の特徴として蛍光体シート１０は球状蛍光体５を透明樹脂シート４の内部に完全に埋設するのではなく、透明樹脂シート４の上面に球状蛍光体５の一部を露出させて埋設している。すなわち透明樹脂シート４の上面に球状蛍光体５の一部を露出させた凹凸形状の出射面を形成することにより、後述するように出射光の効率を高めている。ここで透明樹脂６はシリコーン樹脂であり、蛍光粒子７の直径は５０〜１００μｍである。
【００２８】
なお球状蛍光体５を構成する透明樹脂６の屈折率と、透明樹脂シート４の屈折率とは略同じ屈折率でよいが、より入射光の利用効率を高めるためには透明樹脂６の屈折率が透明樹脂シート４の屈折率より少し小さい方が良く、例えば透明樹脂６の屈折率を１．４に対し、透明樹脂シート４の屈折率を１．５程度にすると良い。
【００２９】
図２は球状蛍光体５の断面図であり、球形の透明樹脂６の内部に複数の蛍光粒子７が略均等に分散していることを示している。この球状蛍光体５の製造方法の１例を説明する。まず蛍光粒子７を液状の透明樹脂６に混練した樹脂溶液を用意する。透明樹脂６が非水溶性で熱硬化性樹脂の場合、水、及びアルコール若しくはグリコールエーテル等の水溶性溶媒、及び界面活性剤を混ぜ、前記樹脂溶液をエマルジョン化するのに充分な組成とした混合溶液を別に準備する。この混合溶液に前記樹脂溶液を滴下し撹拌する。この混合溶液を撹拌しながら加熱することにより球状蛍光体５を得る。なお、球状蛍光体５の直径は、溶液の親油性や撹拌速度によって決まるので、予め必要な球形になるよう溶液の親油性や撹拌速度の条件を決めておく必要がある。また、溶液を撹拌することによって球状蛍光体５における蛍光粒子７の分布は略均一化した状態を保つ。
【００３０】
図３は蛍光体シート１０の出射光特性を説明するものであり、（ａ）は蛍光体シート１０の出射光を示す部分断面図、（ｂ）は比較例における蛍光体シート３０の出射光を示す部分断面図である。図３（ａ）に示す如く本発明の蛍光体シート１０は透明樹脂シート４に埋設された球状蛍光体５の半分が透明樹脂シート４の表面から突出することによって、表面に凹凸形状が形成されている。また参考例の蛍光体シート３０は透明樹脂シート４に球状蛍光体５の全体が埋設されることによって、表面が透明樹脂シート４による平面形状となっている。
【００３１】
このため、蛍光体シート１０と蛍光体シート３０に同じ入射角で入射した入射光Ｐａ１は、同じ蛍光粒子７ａによって変調された後同一出射角度の変調光Ｐａ２として出射される。なお蛍光粒子７ａで入射光Ｐａ１が吸収され、新たに変調光Ｐａ２が放射される場合、変調光Ｐａ２の放射方向は等方的になるが、統計的性質を定性的に説明するため、（ａ）と（ｂ）で同一方向に変調光Ｐａ２が現れるものとしている（以下同様）。（ａ）に示した蛍光体シート１０において変調光Ｐａ２は球状蛍光体５を構成する透明樹脂６の中を進行した後、球形の透明樹脂６の外壁に入射する。このとき外壁が球状であるため全反射が起こりづらくなっており、変調光Ｐａ２は透明樹脂６の屈折率と空気の屈折率との差異に基づく屈折を行った後に有効な出射光Ｐａ３として出射する。
【００３２】
一方、参考例の蛍光体シート３０は透明樹脂シート４に球状蛍光体５の全体が埋設されることによって、表面が透明樹脂シート４による平面形状となっている。前述のように同じ入射角で入射した入射光Ｐａ１が同じ蛍光粒子７ａによって変調された後、同一出射角度の変調光Ｐａ２として出射するものとしたとき、変調光Ｐａ２は球状蛍光体５を構成する透明樹脂６の中を進行した後、球形の透明樹脂６の外壁に達する。このとき球状蛍光体５を構成する透明樹脂６の屈折率と透明樹脂シート４の屈折率とは略同じ屈折率となっているため、変調光Ｐａ２は略同じ角度で透明樹脂シート４の中を進行し、透明樹脂シート４の外表面に入射する。しかし透明樹脂シート４の外表面が平面形状であるため入射角度が臨界角より大きくなっている場合、変調光Ｐａ２は全反射することにより、反射光Ｐａ４となって透明樹脂シート４内に戻り、有効光として出射しない。
【００３３】
また、もう１つの入射光であるＰｂ１も、蛍光体シート１０と蛍光体シート３０に同じ入射角で入射し、蛍光粒子７ｂによって変調された後同一出射角度の変調光Ｐｂ２として出射するとき、変調光Ｐｂ２は蛍光体シート１０においては球状蛍光体５を構成する透明樹脂６の中を進行した後、球形の透明樹脂６の外壁に臨界角より小さな角度で入射し、有効な出射光Ｐｂ３として出射する。
【００３４】
さらに、参考例の蛍光体シート３０においては、同じ入射角で入射した入射光Ｐｂ１が同じ蛍光粒子７ｂによって変調された後，（ａ）と同一出射角度の変調光Ｐｂ２として出射するとき、変調光Ｐｂ２は透明樹脂６の中を進行した後、略同じ角度で透明樹脂シート４の中を進行し、透明樹脂シート４の外表面に入射する。このとき変調光Ｐｂ２は、透明樹脂シート４の外表面への入射角度が臨界角より小さいので、透明樹脂シート４の屈折率と空気の屈折率との差異に基づく屈折を行った後に有効な出射光Ｐｂ３として出射する。
【００３５】
上記のごとく、本発明における蛍光体シート１０と参考例の蛍光体シート３０を比較すると、蛍光体シート３０において、入射光Ｐｂ１は有効な出射光Ｐｂ３として出射されるが、入射光Ｐａ１のように反射光Ｐａ４となって有効に出射されない無効となる光線が比較的多くなる。これに対し蛍光体シート１０では入射光Ｐａ１、Ｐｂ１の両方が有効な出射光Ｐａ３、Ｐｂ３として出射されるように無効となる光線が比較的少ない。以上のように蛍光体シート１０は出射光の効率を高めることができる。
【００３６】
（第２実施形態）
図４は本発明の第２実施形態における蛍光体シート２０を示し、基本的構成は図１に示す第１実施形態の蛍光体シート１０と同じであり、同一要素には同一番号を付し、重複する説明は省略する。第２実施形態における蛍光体シート２０が第１実施形態の蛍光体シート１０と異なるところは、透明樹脂シート４の内部にも第２の蛍光粒子１７が混入されていることである。
【００３７】
上記の球状蛍光体５に混入された第１蛍光粒子７と透明樹脂シート４に混入された第２蛍光粒子１７とは同じ蛍光粒子であっても良いが、第１蛍光粒子７と第２蛍光粒子１７とを異なる蛍光粒子とすることによって、蛍光体シート２０の演色性を良くすることができる。例えば発光源のＬＥＤとして青色ＬＥＤを用い、球状蛍光体５に混入する第１蛍光粒子７として黄色系のＹＡＧ蛍光粒子を用い、さらに透明樹脂シート４に混入する第２蛍光粒子１７として赤色系の蛍光粒子を用いた場合、青色ＬＥＤとＹＡＧ蛍光粒子だけの組合せで得られる青みを帯びた白色光に対し、第２蛍光粒子１７の赤色系の蛍光粒子を追加することにより演色性が改善された白色光を得ることができる。このとき上側に位置する球状蛍光体５に混入した第１蛍光粒子７の変換波長が、下側に位置する透明樹脂シート４に混入された第２蛍光粒子１７の変換波長より短いと、第２蛍光粒子１７からの放射光が第１蛍光粒子７により２次吸収されることがないので、出射光の損失が少なくなり望ましい。
【００３８】
（第３実施形態）
図５は本発明の第３実施形態におけるＬＥＤ発光装置５０の断面図であり、蛍光体シートとしては図４に示す蛍光体シート２０を使用している。ＬＥＤ発光装置５０は樹脂成型等によって形成された支持部材８の底面部８ａに設けられた２個の電極２，３にＬＥＤ１がフリップチップ実装により搭載されている。また、支持部材８はＬＥＤ１を収納する開口凹部８ｄを有し、この開口凹部８ｄの傾斜した壁面部８ｂは反射面を形成している。また開口凹部８ｄの出射面側の開口窓部８ｃは蛍光体シート２０によって覆われている。
【００３９】
このＬＥＤ発光装置５０は、切断すると電極２，３を備えた支持部材８が得られる集合基板（リードフレーム）を準備し、複数のＬＥＤ１を集合基板に実装したら大判の蛍光体シート２０を集合基板に貼りつけ、その後集合基板を切断して個片化したＬＥＤ発光装置５０を得ることができる。以上のように蛍光体シート２０及びこの蛍光体シート２０を用いたＬＥＤ発光装置５０は多数個同時生産する集合方式に適したものとなる。
【符号の説明】
【００４０】
１、１０１、２０１          ＬＥＤ（半導体発光素子）
２、３、１０２、１０３      電極
４                          透明樹脂シート
５、２０５                  球状蛍光体
６                          透明樹脂
７、７ａ、７ｂ、２０７      蛍光粒子
１７                        第２蛍光粒子
８、１０８、２０８          支持部材
８ａ、１０８ａ、２０８ａ    底面部
８ｂ、１０８ｂ、２０８ｂ    壁面部
８ｃ、１０８ｃ、２０８ｃ    開口窓部
８ｄ、１０８ｄ、２０８ｄ    開口凹部
１０、２０、３０            蛍光体シート
５０、１００、２００        ＬＥＤ発光装置
【図１】
2013227362.tif 000003
【図２】
2013227362.tif 000004
【図３】
2013227362.tif 000005
【図４】
2013227362.tif 000006
【図５】
2013227362.tif 000007
【図６】
2013227362.tif 000008
【図７】
2013227362.tif 000009