JP2007116112A - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発光効率の向上に有効な平均粒径（Ｄ５０）の大きな蛍光体粒子を用いた発光装置であって、平均粒径（Ｄ５０）の大きな蛍光体粒子を用いた場合に特有な製造性の低下や発光効率の低下が抑制された発光装置を提供する。
【解決手段】凹部を有する基材５と；前記凹部内に配置された発光素子２と；平均粒径（Ｄ５０）が１５μｍ以上、３０μｍ以下の蛍光体粒子および硬化前の粘度が１Ｐａ・ｓ以上、３Ｐａ・ｓ以下の透明樹脂を有してなり、前記凹部内に充填された蛍光体層３と；を具備することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明はＬＥＤランプ等の発光装置及びその製造方法に関する。

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。

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チップと黄色光ないし橙色光を発光する黄色系蛍光体粒子とを組み合わせる方式、（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粒子（以下、ＲＧＢ蛍光体と記す）とを組み合わせる方式の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系蛍光体粒子に加えて赤色蛍光体粒子を使用することで、平均演色評価数Ｒａの増加も期待されている。

上記した（２）および（３）の方式を適用したＬＥＤランプは、例えばフレームの凹部内にＬＥＤチップを装備し、さらにこの凹部内に蛍光体粒子を含有する液状透明樹脂を注入し、固化させることにより蛍光体層を形成した構造が一般的である（例えば特許文献１参照）。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。

このようなチップ前面への光量の増加にともなって、液状透明樹脂に添加、混合させる蛍光体粒子の平均粒径の大きさが光取出し効率に影響を及ぼすようになってきている。一般的には、蛍光体粒子の平均粒径が大きいほど、発光効率が高く光取出し効率を向上できることが知られている。
特開２００１−１４８５１６号公報

上記した（２）および（３）の方式を適用したＬＥＤランプの蛍光体層は、一般に、ノズル径０．１５〜０．４５ｍｍ程度のノズルを有するディスペンサに蛍光体粒子を含有する液状透明樹脂を入れ、そのノズルから蛍光体粒子を含有する液状透明樹脂を吐出し、凹部に注入、硬化させることにより形成されている。

しかしながら、平均粒径（Ｄ５０）が１５μｍ以上といった大きな蛍光体粒子を用いた場合、蛍光体粒子がディスペンサ内で沈降して目詰まりを起こし適切に吐出されず、凹部への注入精度が低下することがある。一方、凹部へ注入した後においても、硬化させるまでに底部に蛍光体粒子が沈降、堆積することがあり、蛍光体粒子の密度が高くなることにより発光効率が低下することがある。このため、平均粒径（Ｄ５０）の大きな蛍光体粒子は一般的には発光効率の向上に有効であるとされているものの、実際には上記したような製造上、発光効率上の課題から十分に利用されるには至っていない。

本発明は発光効率の向上に有効とされる平均粒径（Ｄ５０）の大きな蛍光体粒子を用いると共に、平均粒径（Ｄ５０）の大きな蛍光体粒子を用いた場合の製造上、発光効率上の課題を解決し、製造性に優れると共に、発光効率に優れた発光装置を提供することを目的としている。また、本発明はこのような発光装置を製造するための方法を提供することを目的としている。

請求項１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；平均粒径（Ｄ５０）が１５μｍ以上、３０μｍ以下の蛍光体粒子および硬化前の粘度が１Ｐａ・ｓ以上、３Ｐａ・ｓ以下の透明樹脂を有してなり、前記凹部内に充填された蛍光体層と；を具備することを特徴としている。

請求項２記載の発光装置の製造方法は、平均粒径（Ｄ５０）が１５μｍ以上、３０μｍ以下の蛍光体粒子と粘度が１Ｐａ・ｓ以上、３Ｐａ・ｓ以下の液状透明樹脂とを混合して混合物を得る工程と；基材に設けられ、少なくとも内部に発光素子が配置された凹部内に、前記混合物を注入し、硬化させて蛍光体層を形成する工程と；を具備することを特徴としている。

請求項３記載の発光装置は、複数の発光素子と；白色の絶縁材により前記各発光素子を間隔的に並べて配設し得る大きさに形成された反射層と；反射層に形成されて前記発光素子に電気的に接続された回路パターンと；回路パターンの近傍で前記複数の発光素子を前記反射層の同一面上に接着する透光性接着層と；平均粒径（Ｄ５０）が１５μｍ以上、３０μｍ以下の蛍光体粒子および硬化前の粘度が１Ｐａ・ｓ以上、３Ｐａ・ｓ以下の透明樹脂を有してなり、前記反射層上に配設された蛍光体層と；を具備することを特徴とする。

請求項４記載の発光装置は、請求項１ないし３いずれか一記載の発光装置において、前記蛍光体は黄色系蛍光体と、橙色蛍光体もしくは赤色蛍光体の少なくとも一方の蛍光体とを含んでいることを特徴とする。平均演色評価数Ｒａを向上させ例えば９０以上とするには、橙色蛍光体又は赤色蛍光体を含ませるとよく、橙色蛍光体又及び赤色蛍光体を混入させるとさらに好適である。

上記した各発明において、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。

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有するフレームから構成されるものである。この凹部内には、底面から上方へ向けて発光素子、蛍光体層がこの順に配置される。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。

発光素子は、放射した光で蛍光体粒子を励起して可視光を発光させるものである。本発明に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、蛍光体粒子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。そして、窒化物半導体を好適に用いることができるが、この他に、ＩＩＩ−Ｖ族系化合物半導体、ＩＩ−ＩＶ族系化合物半導体、ＩＶ−ＶＩ族系化合物半導体等を用いることも可能である。また、発光素子の発光色は、青色、赤色、緑色のいずれであってもよく、使用する各発光素子の発光色は、発光素子毎に異なっていても、全てが同じであってもよい。

蛍光体層は、基材の凹部内に配置された発光素子を封止するものであり、蛍光体粒子および透明樹脂を有してなるものであり、凹部内に充填されたものである。この蛍光体層は、蛍光体粒子と液状透明樹脂とから主としてなる混合物を凹部内に注入、硬化してなるものである。蛍光体粒子は、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、この蛍光体粒子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、あるいは蛍光体粒子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。

蛍光体層の形成に用いられる蛍光体粒子は、発光効率の観点から、平均粒径（Ｄ５０）が１５μｍ以上、３０μｍ以下のものである。蛍光体粒子を構成す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。

蛍光体層の形成に用いられる液状透明樹脂は、粘度が１Ｐａ・ｓ以上、３Ｐａ・ｓ以下の範囲である。なお、この粘度は２５℃で測定される粘度である。液状透明樹脂は、例えばエポキシ樹脂やシリコーン樹脂等であり、これらのうちの１種のみからなるものであってもよいし、２種以上からなるものであってもよい。液状透明樹脂が２種以上の液状透明樹脂からなる場合、粘度は２種以上の液状透明樹脂を混合した際の混合物の粘度とする。

白色を呈する絶縁材で形成される反射層は、その反射率が４００ｎｍ〜７４０ｎｍの波長領域で８５％以上であれば１００％に近いほど好ましい。この種の白色系絶縁材として、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粉末の内の少なくとも一種が混入された熱硬化性樹脂を、紙や布等のシート基材に含浸させてなる接着シートを挙げることができる。

透光性接着層には、例えばエポキシ樹脂、ユリア樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂系のダイボンド材を用いることができる。接着層は、その厚みが５μｍ以下で、光の透過率が７０％以上であれば１００％に近いほど好ましい。この種の接着層としては、特にシリコーン樹脂系の接着層を好適に用いることができる。シリコーン樹脂系の接着層は、紫外線から可視光の略全ての波長範囲の光に対して高い光透過率を有し、比較的短波長の光を長時間照射されても変色など劣化をし難い点で優れている。なお、以上の高分子接着剤に代えて低融点ガラスを透光性の接着層として用いることも可能である。

回路パターンは、反射層上にエッチング処理等によって設けられた銅箔等の金属箔や接着剤によって貼り付けられた導電体等で好適に形成できる。この回路パターンは、複数の発光素子とワイヤボンディングなどにより電気的に接続され、複数の発光素子を、直列、又は並列、若しくは直並列に接続して設けられる。更に、この発明で、複数の発光素子が実装された反射層の一面を覆って各発光素子を封止する透光性の封止部材を設けることは好ましいが、この封止部材は必要不可欠ではない。

請求項１記載の発光装置によれば、蛍光体層を形成する透明樹脂を、その硬化前の粘度が１Ｐａ・ｓ以上、３Ｐａ・ｓ以下であるものとすることで、平均粒径（Ｄ５０）の大きな蛍光体粒子を用いた場合でも、その製造の際におけるディスペンサのノズルの目詰まりを抑制でき、適切に吐出を行わせることができるため、製造性に優れたものとすることができる。また、このような透明樹脂とすることで、平均粒径（Ｄ５０）の大きな蛍光体粒子を用いた場合でも、その製造の際における凹部への注入から硬化までの間に蛍光体粒子が沈降、堆積することを抑制できるため、発光効率に優れた発光装置とすることができる。従って、請求項１記載の発光装置によれば、平均粒径（Ｄ５０）の大きな蛍光体粒子を用いた場合の沈降、堆積による発光効率の低下を抑制できるため、このような蛍光体粒子が本来有する発光効率の向上という効果を十分に得ることができ、また製造性にも優れたものとすることができる。

また、請求項２記載の発光装置の製造方法によれば、蛍光体層を形成する際に用いる液状透明樹脂として特定の粘度のものを用いることで、平均粒径（Ｄ５０）の大きな蛍光体粒子を用いた場合でも、ディスペンサのノズルにおける目詰まりを抑制でき、適切に吐出を行わせることができるため、発光装置を歩留まりよく製造することができる。また、このような液状透明樹脂を用いることで、平均粒径（Ｄ５０）の大きな蛍光体粒子を用いた場合でも、凹部へ注入してから硬化させるまでの間に蛍光体粒子が沈降、堆積することを抑制できるため、発光効率に優れた発光装置を製造することができる。

また、請求項３記載の発光装置によれば、白色の反射層上に形成された回路パターンに接続して各発光素子を透光性接着層で接着することによって、複数の発光素子を反射層の同一面上に並べて配列している。そして、蛍光体層を形成する際に用いる液状透明樹脂として特定の粘度のものを用いることで、反射層の同一面上に並べて配列された発光素子を満遍なく覆うことができるため、発光装置を歩留まりよく製造することができる。また、このような液状透明樹脂を用いることで、平均粒径（Ｄ５０）の大きな蛍光体粒子を用いた場合でも、凹部へ注入してから硬化させるまでの間に蛍光体粒子が沈降、堆積することを抑制できる。

また、請求項４記載の発光装置は、平均演色評価数Ｒａを向上させ、例えば９０以上とするには、橙色蛍光体又は赤色蛍光体を含ませるとよく、橙色蛍光体又及び赤色蛍光体を混入させるとさらに好適にできる。

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。図１は本発明の発光装置としてのＬＥＤランプの一例を示す断面図、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ＬＥＤ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。

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る。このＬＥＤチップ２は、基板５上に電気絶縁層４を介して設けられた回路パターン８上に搭載され、下部電極がこれと電気的に接続されている。また、ＬＥＤチップ２の上部電極は導電性ワイヤによって他の回路パターン８に電気的に接続されている。

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内には蛍光体層９が形成されており、ＬＥＤチップ２はこの蛍光体層９で覆われている。

蛍光体層９は透明樹脂中に蛍光体粒子が分散されたものである。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層９に含有された蛍光体粒子に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粒子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。

蛍光体層９を構成する蛍光体粒子は、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。蛍光体粒子を構成す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る。

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、このＬＥＤチップ２からの青色光により励起され黄色光ないし橙色光を発光する黄色系蛍光体粒子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、黄色系蛍光体粒子に加えて赤色蛍光体粒子を使用してもよい。黄色系蛍光体粒子としては、例えばＲＥ_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：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、ＡＥ_２ＳｉＯ_４：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）等の珪酸塩蛍光体からなるものが用いられる。

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蛍光体粒子が主として用いられる。青色蛍光体粒子としては、例えばＡＥ_１０（ＰＯ_４）_６Ｃｌ_１２：Ｅｕ蛍光体のようなハロ燐酸塩蛍光体や（Ｂａ，Ｍｇ）Ａｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ蛍光体のようなアルミン酸塩蛍光体等からなるものが用いられる。緑色蛍光体粒子としては、（Ｂａ，Ｍｇ）Ａｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ，Ｍｎ蛍光体のようなアルミン酸塩蛍光体等からなるものが用いられる。赤色蛍光体粒子としては、Ｌａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ蛍光体のような酸硫化物蛍光体等からなるものが用いられる。

さらに、上記したような蛍光体粒子に加えて、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ＡＥ_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ）、酸窒化物系蛍光体（例えばＹ_２Ｓｉ_３Ｏ_３Ｎ_８ｃｅ）、サイアロン系蛍光体（例えばＡＥ_ｘ（Ｓｉ，Ａｌ）_１２（Ｎ，Ｏ）_１６：Ｅｕ）等からなる蛍光体粒子を適用してもよい。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粒子が適宜に使用される。

蛍光体粒子の平均粒径（Ｄ５０）は、ＬＥＤランプ１の発光効率等を向上させる観点から、１５μｍ以上、３０μｍ以下である。平均粒径（Ｄ５０）はレーザー回折法で測定されるものであり、低粒子径から積算し全体の蛍光体量の５０容量％に至る粒子の大きさを示すものである。蛍光体粒子の平均粒径（Ｄ５０）が１５μｍ未満であると、十分な発光効率を得ることが難しくなる。一方、３０μｍを越えると、蛍光体粒子どうしの隙間が大きくなり、透明樹脂に対する蛍光体粒子の配合比を増やさないと所望の色温度を得ることが難しくなり、かつ、前述したように沈降を起こしやすくなる。蛍光体粒子の平均粒径（Ｄ５０）は、好ましくは２０μｍ以上、３０μｍ以下である。

蛍光体粒子の平均粒径（Ｄ５０）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。なお、蛍光体にＲＧＢ蛍光体等を適用する場合には、青色、緑色、赤色の各蛍光体に平均粒径（Ｄ５０）が１５μｍ以上、３０μｍ以下の蛍光体粒子を使用する。また、ＲＧＢ蛍光体以外の２種以上の蛍光体を混合して使用する場合も同様である。

また、蛍光体層９を形成す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が好ましいものとして挙げられ、これらは１種のみが用いられていてもよいし、２種以上が用いられていてもよい。

このような蛍光体層９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に蛍光体粒子を添加、混合した混合物を、例えばノズル径０．１５〜０．４５ｍｍ、好ましくは０．２０〜０．２５ｍｍ程度のノズルを有するディスペンサに入れ、そのノズルから吐出し、ＬＥＤチップ２が配置されたキャビティ３内に注入、熱硬化させることにより形成されるものである。

本発明ではこのような蛍光体層９を形成するために用いる蛍光体粒子として上記したような平均粒径（Ｄ５０）が１５μｍ以上、３０μｍ以下のものを用いると共に、液状透明樹脂として粘度が１Ｐａ・ｓ以上、３Ｐａ・ｓ以下のものを用いることを特徴とする。なお、蛍光体層９を形成するために用いられる液状透明樹脂が２種以上の液状透明樹脂からなるものである場合には、これら２種以上の液状透明樹脂を混合した際の混合物の粘度が１Ｐａ・ｓ以上、３Ｐａ・ｓ以下であればよい。

蛍光体層９を形成するために用いる液状透明樹脂の粘度が１Ｐａ・ｓ未満である場合、これら蛍光体粒子と液状透明樹脂との混合物をキャビティ３内に注入した際、硬化させるまでに蛍光体粒子がその底部に沈降、堆積して密度が高くなることにより発光効率が低下し、発光効率の向上に有効な平均粒径（Ｄ５０）の大きな蛍光体粒子を用いたことによる効果が十分に発揮されない。

一方、液状透明樹脂の粘度が３Ｐａ・ｓを超える場合、これら蛍光体粒子と液状透明樹脂との混合物をディスペンサに入れてノズルから吐出させる際、ノズルでの目詰まりが発生し、キャビティ３へ混合物を注入できないか、あるいは、注入できてもその量が不十分となるおそれがあり、製造性が低下する。

本発明では、蛍光体層９を形成するための液状透明樹脂として特定の粘度のものを用いることで、これまで発光効率の向上に有効であるとされつつも沈降や目詰まりといった課題により利用が困難であった平均粒径（Ｄ５０）の大きな蛍光体粒子を用いることができ、製造性に優れると共に、発光効率にも優れた発光装置とすることができる。

蛍光体層９を形成するために用いる蛍光体粒子としては、上記したような各種の蛍光体粒子を用いることができる。この際、蛍光体粒子はその種類によって比重等が変わるが、本発明では一般にこのような用途に用いられる蛍光体粒子であれば特に比重等による制限はなく、広く用いることができる。

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用いられる黄色ないし橙色発光蛍光体粒子として、例えばＲＥ_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：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、ＡＥ_２ＳｉＯ_４：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）等の珪酸塩蛍光体からなるものが挙げられる。これらの蛍光体粒子の比重は、それぞれ４．５〜５．０、３．０〜４．０と若干異なる。しかしながら、このような場合であっても、液状透明樹脂の粘度を上記したようなものとすることで、キャビティ３内での蛍光体粒子の沈降、堆積を十分に抑制することができ、またディスペンサのノズルにおける目詰まり等も十分に抑制することができる。よって、蛍光体粒子が沈降、堆積しにくくなり、発光効率の低下を抑制できる。赤色蛍光体等を含ませると、発光効率が低下する傾向にあるが、上述したように蛍光体粒子の沈降、堆積を抑制すれば、発光効率の低下を抑制しつつ、平均演色評価数Ｒａを向上させることができる。例えば平均演色評価数Ｒａ９０以上とするには、橙色蛍光体又は赤色蛍光体を含ませるとよく、橙色蛍光体又及び赤色蛍光体を混入させるとさらに好適である。

また、蛍光体粒子の含有量（蛍光体粒子と液状透明樹脂との混合物における蛍光体粒子の含有量）はその種類、平均粒径（Ｄ５０）等によって若干変わるが、本発明では一般的な含有量の範囲であれば特にその含有量も制限されるものではない。

例えば、蛍光体粒子と液状透明樹脂との混合物中における蛍光体粒子の含有量は、通常、１０重量％以上、２０重量％以下の範囲であるが、このような範囲であれば液状透明樹脂の粘度を上記したようなものとすることで、キャビティ３内での蛍光体粒子の沈降、堆積を十分に抑制することができ、またディスペンサのノズルにおける目詰まり等も十分に抑制することができる。

以上、本発明について説明したが、本発明は必ずしも上記したようなものに限定されるものではなく、本発明の趣旨に反しない限度において、かつ、必要に応じてその構成を適宜変更することができる。例えば、上記した例ではＬＥＤモジュール１０としてＬＥＤランプ１をマトリックス状に複数配置したものを示したが、例えばＬＥＤランプ１は複数を１列状に形成してもよく、またＬＥＤランプを１つのみで独立して用いてもよい。

次に、一つのキャビティ（凹部）内にＬＥＤチップをマトリックス状に複数配置してなる本発明の第２の実施形態を示す発光装置について説明する。図４及び図５中符号２０はＬＥＤパッケージを形成する発光装置を示している。この発光装置２０は、複数の発光素子としてのＬＥＤチップ２と、蛍光体層３と、反射層４と、基材としての装置基板５と、フレームとしてのリフレクタ６と、回路パターン８と、透光性接着層２１と、光拡散部材２２と、を備えて形成されている。なお、装置基板５とリフレクタ６が協同してキャビティ（凹部）３を構成している。

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２０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、この装置基板５の裏面からの放熱性がよく、装置基板５の各部の温度を均一にできるに伴い、同じ波長域の光を発するＬＥＤチップ２の発光色のばらつきを抑制する上で好ましい。前記ばらつき抑制のためには、熱伝導性に優れた材料例えば熱伝導率が１０Ｗ/ｍ・Ｋ以上の材質で装置基板５を形成するとよく、そうした材料として金属材料例えばアルミニウム又はその合金を挙げることができる。

反射層４は、所定数のＬＥＤチップ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４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で形成されている。反射層４をなす白色絶縁材は、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なる。反射層４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。

回路パターン８は、各ＬＥＤチップ２への通電要素として、反射層４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ＬＥＤチップ２を直列に接続するために、図４に示すように装置基板５及び反射層４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。給電パターン部８ｃ，８ｄは反射層４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４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。

各ＬＥＤチップ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、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。各ＬＥＤチップ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４の同一面上に透光性接着層２１により接着されている。この接着により、回路パターン８及びＬＥＤチップ２は反射層４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ＬＥＤチップ２の側面５ａ，５ｂ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。透光性接着層２１の厚みは５μｍ以下である。この透光性接着層２１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。

各ＬＥＤチップ２の電極とＬＥＤチップ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同士も、ワイヤボンディングにより接続されている。したがって、本実施形態の場合、各ＬＥＤチップ２は直列に接続されている。

リフレクタ６は、一個一個又は数個のＬＥＤチップ２ごとに個別に設けられるものではなく、反射層４上の全てのＬＥＤチップ２を包囲する単一のものであり、枠、例えば図４に示すように長方形の枠で形成されている。リフレクタ６は反射層４に接着止めされていて、その内部に複数のＬＥＤチップ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６の外部に位置されている。

リフレクタ６は、例えば合成樹脂で成形されていて、その内周面は反射面となっている。リフレクタ６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。或いは、リフレクタ６の成形材料中に白色粉末を混入させてリフレクタ６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ィラーを用いることができる。なお、リフレクタ６の反射面は発光装置２０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。

蛍光体層９は、透光性材料、例えば透明シリコーン樹脂や透明ガラス等からなる。蛍光体層９を形成するために用いる蛍光体粒子として上記したような平均粒径（Ｄ５０）が１５μｍ以上、３０μｍ以下のものを用いると共に、液状透明樹脂として粘度が１Ｐａ・ｓ以上、３Ｐａ・ｓ以下のものを用いる。蛍光体を含む液状透明樹脂は、反射層４表面及び一直線上に配列された各ＬＥＤチップ２及びボンディングワイヤ７等を満遍なく埋めてリフレクタ６内に固化される。反射層４表面とボンディングワイヤ７との間に流れ込んだ液状透明樹脂は毛細管現象等により各ＬＥＤチップ２及びボンディングワイヤ７に行き渡っているものと考えられる。なお、蛍光体層９を形成するために用いられる液状透明樹脂が２種以上の液状透明樹脂からなるものである場合には、これら２種以上の液状透明樹脂を混合した際の混合物の粘度が１Ｐａ・ｓ以上、３Ｐａ・ｓ以下であればよい。例えば、各ＬＥＤチップ２を青色ＬＥＤチップとした本実施形態では、これらの素子から発光された一次光（青色）を波長変換して異なる波長の二次光として黄色の光を出す蛍光体（図示しない）が、好ましい例として略均一に分散した状態に混入されている。

この組み合わせにより、ＬＥＤチップ２から放出された青色の光の一部が蛍光体に当たることなく蛍光体層３を透過する一方で、ＬＥＤチップ２から放出された青色の光が当たった蛍光体が、青色の光を吸収し黄色の光を発光して、この黄色の光が蛍光体層３を透過するので、これら補色関係にある二色の混合によって発光装置２０の白色光を実現できる。

前記面発光源２０と組み合わされる光拡散部材２２は平板状であってリフレクタ６の前方に配置されている。なお、リフレクタ６にその前方に突出する延長部を設けてそこに光拡散部材２２を支持してもよく、或いは、発光装置２０を収めた図示しない照明器具本体に支持させてもよい。

光拡散部材２２には、４００ｎｍ〜４８０ｎｍの青色の光の透過率と、５４０ｎｍ〜６５０ｎｍの黄色の光の透過率との差が１０％以内であって、可視光の透過率が９０％以上１００％未満の光拡散性能を有するものを好適に使用できる。こうした光拡散部材２２を用いることにより、前記青色の一次光と黄色の二次光とを光拡散部材２２で混色させて、光拡散部材２２を色むらが抑制された白色を得ることができる。

次に、本発明について実施例を参照して詳細に説明する。

粘度を０．３Ｐａ・ｓ以上、１０．０Ｐａ・ｓ以下の範囲で変化させた液状透明樹脂中に、平均粒径（Ｄ５０）を１５μｍ以上、３０μｍ以下の範囲で変化させた蛍光体粒子を添加、混合し混合物を調整した。液状透明樹脂は２種のシリコーン樹脂からなるものとし、粘度は２種のシリコーン樹脂を混合した際の粘度を測定した。また、蛍光体粒子は（Ｙ，Ｇｄ）_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ組成のＹＡＧ蛍光体とした。そして、蛍光体粒子と液状透明樹脂との混合物における蛍光体粒子の含有量は、１０重量％以上、２０重量％以下の範囲内で、蛍光体粒子の平均粒径（Ｄ５０）に応じて発光効率が最も高くなるような含有量とした。

次に、ノズル径が２５０μｍのノズルを有するディスペンサにこの蛍光体粒子と液状透明樹脂との混合物を入れ、実際にディスペンサから混合物が吐出されるか否かを観察した。結果を表１に示す。なお、表中、「○」はノズルから混合物が適切に吐出されたものを示し、「△」はノズルに若干のつまりが発生したものを示し、「×」はノズルが完全につまって混合物が吐出されなかったものを示す。

また、別途、キャビティ３内に上記混合物を注入、硬化させ、蛍光体粒子の沈降の有無を観察した。沈降の有無は、混合物を硬化させたキャビティ３を垂直方向に切断して、その断面を観察することにより行った。ここで、混合物はＬＥＤチップ２の表面から７００μｍの高さとなるように注入した。結果を表２に示す。なお、表中、「○」は蛍光体粒子の沈降がなかったものを示し、「△」は蛍光体粒子の沈降が若干あったものを示し、「×」は蛍光体粒子が完全に沈降したものを示す。

また、上記ＹＡＧ蛍光体の粉末に青色光を当てて色温度６７００Ｋでの発光効率を測定した。なお、発光効率の測定はＹＡＧ蛍光体の粉末の平均粒径（Ｄ５０）を５μｍ以上、３０μｍ以下の範囲で変化させて行った。また、表中、発光効率は、蛍光体粒子の平均粒径（Ｄ５０）が１０μｍのときの発光効率を１００とし、それに対する相対値で示した。

表３に示す結果から明らかなように、蛍光体粒子の平均粒径（Ｄ５０）を１５μｍ以上、３０μｍ以下とすることで発光効率を向上できることが認められた。そして、表１、２に示す結果から明らかなように、このような平均粒径（Ｄ５０）の大きな蛍光体粒子を用いた場合であっても、液状透明樹脂の粘度を１Ｐａ・ｓ以上、３Ｐａ・ｓ以下とすることで、ディスペンサのノズルにおける目詰まりを抑制することができると共に、キャビティ３内での沈降、堆積も抑制できることが認められた。

従って、本発明では粘度が１Ｐａ・ｓ以上、３Ｐａ・ｓ以下の液状透明樹脂を用いることで、このような平均粒径（Ｄ５０）の大きな蛍光体粒子を用いた場合であっても、ディスペンサのノズルにおける目詰まり、キャビティ３内での沈降、堆積を抑制でき、製造性に優れたものとすることができると共に、このような平均粒径（Ｄ５０）の大きな蛍光体粒子が本来有する発光効率の向上という効果を十分に得ることができ、発光効率に優れたものとすることができる。

本発明の発光装置としてのＬＥＤランプの一例を示す断面図。 図１に示すＬＥＤランプを複数配置したＬＥＤモジュールの一例を示す平面図。 図２に示すＬＥＤモジュールのＡ―Ａ´線断面図。 本発明の発光装置としてのＬＥＤランプの第２の実施形態を示す平面図。 図４に示すＬＥＤランプのＦ２−Ｆ２断面図。

符号の説明

１…ＬＥＤランプ、２…ＬＥＤチップ、３…キャビティ（凹部）、４…電気絶縁層、５…基板、６…フレーム、７…導電性ワイヤ、８…回路パターン、９…蛍光体層、１０…ＬＥＤモジュール。

Claims (4)

1. 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；
   平均粒径（Ｄ５０）が１５μｍ以上、３０μｍ以下の蛍光体粒子および硬化前の粘度が１Ｐａ・ｓ以上、３Ｐａ・ｓ以下の透明樹脂を有してなり、前記凹部内に充填された蛍光体層と；
   を具備することを特徴とする発光装置。
2. 平均粒径（Ｄ５０）が１５μｍ以上、３０μｍ以下の蛍光体粒子と粘度が１Ｐａ・ｓ以上、３Ｐａ・ｓ以下の液状透明樹脂とを混合して混合物を得る工程と；
   基材に設けられ、少なくとも内部に発光素子が配置された凹部内に、前記混合物を注入し、硬化させて蛍光体層を形成する工程と；
   を具備することを特徴とする発光装置の製造方法。
3. 複数の発光素子と；
   白色の絶縁材により前記各発光素子を間隔的に並べて配設し得る大きさに形成された反射層と；
   反射層に形成されて前記発光素子に電気的に接続された回路パターンと；
   回路パターンの近傍で前記複数の発光素子を前記反射層の同一面上に接着する透光性接着層と；
   平均粒径（Ｄ５０）が１５μｍ以上、３０μｍ以下の蛍光体粒子および硬化前の粘度が１Ｐａ・ｓ以上、３Ｐａ・ｓ以下の透明樹脂を有してなり、前記反射層上に配設された蛍光体層と；
   を具備することを特徴とする発光装置。
4. 前記蛍光体は黄色系蛍光体と、橙色蛍光体もしくは赤色蛍光体の少なくとも一方の蛍光体とを含んでいることを特徴とする請求項１ないし３いずれか一記載の発光装置。

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