JP2008244468A

JP2008244468A - 発光装置

Info

Publication number: JP2008244468A
Application number: JP2008047391A
Authority: JP
Inventors: Yumiko Hayashida; 裕美子林田; Kiyoko Kawashima; 淨子川島; Akiko Takahashi; 晶子高橋
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2007-02-28
Filing date: 2008-02-28
Publication date: 2008-10-09

Abstract

【課題】各種色温度、特に電球色に相当する色温度である３０００Ｋから２８５０Ｋまでの色温度において、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。
【解決手段】本発明の発光装置は、青色光を放射する発光素子と；前記発光素子から放射される青色光により励起されて、波長５００ｎｍ以上５４０ｎｍ未満の範囲に発光ピークを有する光を発光する緑色蛍光体と、前記青色光により励起されて、波長５７５〜６５０ｎｍの範囲に発光ピークを有する光を発光し、かつ、励起スペクトルの波長５２０ｎｍにおける強度が、該励起スペクトルのピーク波長における強度の６０％以下である黄色ないし赤色蛍光体とを含む蛍光体層と；を具備することを特徴とする。
【選択図】図６

Description

本発明は、発光ダイオードなどの発光装置に関する。

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、情報端末などのバックライト、屋内外広告など、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、軽薄短小化の実現など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チップと黄色ないし橙色発光の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、緑色および赤色発光の三色混合蛍光体とを組合せる方式、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。そして、上記した（２）の方式を適用したＬＥＤランプの構造としては、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樹脂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）。上記のような砲弾型ＬＥＤ素子や、ＳＭＤ（Surface Mounting Device）タイプに加え、高輝度化を目的に、基板（ボード）の上に複数のチップを搭載したチップオンボード（ＣＯＢ）が開発され注目されている。一般照明用として求められる特性としては、ＬＥＤランプとしての高い効率（発光効率）に加え、色の見え方の指標としての演色性、特に平均演色評価数Ｒａがある。この演色性は、蛍光ランプなどにならったＲａ８０〜８５やＲａ９０以上などのラインナップが求められている。

演色性は、自然光に近い照明を基準光にして光源による色の見え方を評価したものであり、ＪＩＳに定められている試験色を、試料光源と基準光でそれぞれ照明したときの色ずれの大きさを数値化したものが演色評価数である。演色評価数には、平均演色評価数Ｒａと特殊演色評価数Ｒｉがあり、平均演色評価数Ｒａは、試験Ｎｏ．１〜８の演色評価数値の平均値として表される。特殊演色評価数Ｒｉは、試験Ｎｏ．９〜１５の個々の特殊演色評価数値として表される。演色評価指数Ｒａは、基準光源である白色光源による色彩を忠実に再現しているかを指数で表したもので、原則として１００に近いほど演色性が良い。

一般に、平均演色評価数Ｒａの高いいわゆる高演色タイプのＬＥＤランプは、ＬＥＤチップからの青色発光によって、波長５６０ｎｍ〜５７０ｎｍの光を発光するＹＡＧなどの黄色系蛍光体からの黄色発光と、波長６２０ｎｍの光を発光する赤色蛍光体からの赤色発光で演色性にすぐれる白色光を合成する。近年、この系に緑色蛍光体を加えた系で構成されている。

加えて、光色すなわち色温度についても、ＨＩＤランプ、電球、蛍光ランプを考慮した場合には、各種色温度６７００Ｋから２８５０Ｋまでのラインナップが必要とされる。各種色温度の中で、特に電球色に相当する色温度である３０００Ｋから２８５０Ｋは、発光ピークの波長が比視感度が最も良好な５５５ｎｍから離れるため、発光効率の低下が大きい。したがって、特に電球色に相当する色温度である３０００Ｋから２８５０Ｋにおける発光効率の向上が求められている。そのために一般には平均演色評価数Ｒａをあげつつ、発光効率をあげるために、赤色蛍光体の他に緑色蛍光体も使用される。ここで、赤色蛍光体には以下の特性、すなわち発光効率が高いこと、発光スペクトルの半値幅が広いこと、そして他の蛍光体との組み合わせにおいて他の蛍光体が発光する光を励起光として吸収しないことが必要とされる。

一般に蛍光体の励起光のスペクトルの長波長側端部の波長は、その蛍光体の発光ピークの波長よりも５０ｎｍ程度短波長側にあり、蛍光体の種類や組成（構造）によっては、他の蛍光体が発光する光を励起光として吸収してしまう蛍光体がある。この場合、蛍光体の組合わせによっては、各色の発光ピークの強度が十分に得られない場合がある。そのため、発光効率が低下するという問題がある。
特開２００１−１４８５１６公報

本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、各種色温度において、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を目的としている。

請求項１記載の発光装置は、青色光を放射する発光素子と；前記発光素子から放射される青色光により励起されて、波長５００ｎｍ以上５４０ｎｍ未満の範囲に発光ピークを有する光を発光する緑色蛍光体と、前記青色光により励起されて、波長５７５〜６５０ｎｍの範囲に発光ピークを有する光を発光し、かつ、励起スペクトルの波長５２０ｎｍにおける強度が、該励起スペクトルのピーク波長における強度の６０％以下である黄色ないし赤色蛍光体とを含む蛍光体層と；を具備することを特徴としている。

請求項２記載の発光装置は、請求項１記載の発光装置において、前記蛍光体層が、波長５４０〜５７０ｎｍの範囲に発光ピークを有する光を発光する黄色蛍光体をさらに有することを特徴としている。

請求項３記載の発光装置は、請求項１記載の発光装置において、前記黄色ないし赤色蛍光体を励起する励起スペクトルの長波長側端部の波長が、５８０ｎｍ以下であることを特徴としている。

請求項４記載の発光装置は、請求項１ないし３記載の発光装置において、前記緑色蛍光体の発光ピークの波長における発光強度をＡ、前記黄色ないし赤色蛍光体の発光ピークの波長における発光強度をＢとするとき、ＡとＢの比（Ａ／Ｂ）が０．３〜１．０であることを特徴としている。

上記した請求項１ないし請求項４記載の発明において、用語の定義および技術的意味は、特に指定しない限り以下の通りである。青色光を放射する発光素子は、主波長が４２０〜４８０ｎｍ（例えば４６０ｎｍ）の青色光を放射し、放射した青色光により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青色光を放射する発光素子としては、例えば、青色発光タイプのＬＥＤチップなどが挙げられるが、これに限定されるものではない。

蛍光体は、このような発光素子から放射された青色光により励起されて可視光を発光し、この可視光と発光素子から放射される青色光との混色によって、発光装置として所望の発光色を得るものである。本発明において蛍光体としては、波長５００ｎｍ以上５４０ｎｍ未満の範囲に発光強度のピーク（以下、「発光ピーク」と称する。）を有する光を発光する緑色蛍光体と、青色光により励起されて、波長５７５〜６５０ｎｍの範囲に発光ピークを有する光を発光し、かつ、励起スペクトルの波長５２０ｎｍにおける強度が、該励起スペクトルのピーク波長における強度の６０％以下である黄色ないし赤色蛍光体の２種類の蛍光体を使用することができる。黄色ないし赤色蛍光体の励起光の励起スペクトルの波長５２０ｎｍにおける強度が、該励起スペクトルのピーク波長における強度の６０％以下であるので、黄色ないし赤色蛍光体の励起光としての緑色蛍光体からの発光の吸収が抑制される。黄色ないし赤色蛍光体は、励起スペクトルの波長５２０ｎｍにおける強度が、該励起スペクトルのピーク波長における強度の１５％以下であることが好ましい。

なお、緑色蛍光体からの発光のピーク波長は、波長５００ｎｍ以上５４０ｎｍ未満の範囲にあり、必ずしも５２０ｎｍであるわけではないが、黄色ないし赤色蛍光体の励起スペクトルにおいて、波長５２０ｎｍにおける強度を問題にするのは以下に示す理由による。すなわち、黄色ないし赤色蛍光体の励起スペクトルは５２０ｎｍ付近でなだらかなカーブを呈するので、緑色蛍光体のピーク波長が５２０ｎｍではない（極めて５４０ｎｍに近い値Ｃ）場合でも、黄色ないし赤色蛍光体の励起スペクトルの波長５２０ｎｍにおける強度の値は、波長Ｃにおける強度とほとんど同等と考えられる。したがって、（励起スペクトルの波長５２０ｎｍにおける強度）／（励起スペクトルのピーク波長における強度）の値を限定することで、黄色ないし赤色蛍光体の励起光としての緑色蛍光体からの発光の吸収が抑制された発光装置が得られることになる。

前記緑色蛍光体と黄色ないし赤色蛍光体とともに、波長５４０〜５７０ｎｍの範囲に発光ピークを有する黄色蛍光体をさらに使用することができる。すなわち、主波長（ピーク波長）が５００ｎｍ以上５４０ｎｍ未満の緑色蛍光体と、主波長が５７５〜６５０ｎｍであり、励起光の励起スペクトルの波長５２０ｎｍにおける強度が、励起スペクトルのピーク波長における強度の６０％以下である黄色ないし赤色蛍光体の２種類の蛍光体、または、さらに主波長が５４０〜５７０ｎｍの黄色蛍光体を混合した３種類の蛍光体を使用することができる。この場合、これら２種類または３種類の蛍光体の種類および配合割合は、各種色温度、特に電球色に相当する色温度である３０００Ｋから２８５０Ｋまでの色温度において、高い発光効率が得られるように調整される。

また、上記の黄色ないし赤色蛍光体は、この蛍光体を励起する励起スペクトルの長波長側の端部の波長が、５８０ｎｍ以下であることが、他の蛍光体からの発光の励起光としての吸収を抑制できるため好ましい。励起スペクトルの長波長側の端部の波長が、５４５ｎｍ以下であることがより好ましい。ここで、励起スペクトルの長波長側の端部、すなわち吸収端は、励起光のスペクトルのピーク波長における強度（相対強度）を１とした場合に、その強度が０．０５となる波長をいう。また、この発光装置からの発光は、上記緑色蛍光体の発光ピークの波長における発光強度をＡ、前記黄色ないし赤色蛍光体の発光ピークの波長における発光強度をＢとするとき、ＡとＢの比（Ａ／Ｂ）が０．３〜１．０であることが好ましい。Ａ／Ｂが０．４５〜１．０であることがより好ましい。Ａ／Ｂが０．３〜１．０の範囲にある場合には、電球色に相当する色温度（２８５０〜３０００Ｋ）を満足させ、かつ高い発光効率を維持しながら、蛍光灯と同等の平均演色評価数Ｒａを得ることができる。Ａ／Ｂが０．３未満の場合には、発光効率が著しく低下するため好ましくない。また、Ａ／Ｂが１．０を超えると、色温度が電球色から外れてしまうため好ましくない。特にＡ／Ｂが１．０の場合には、平均演色評価数Ｒａが９０以上の極めて高い演色性を達成することができる。

蛍光体を含む蛍光体層は、前記の蛍光体、例えば２種類または３種類の蛍光体を、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂のような透明樹脂に加えて混合・分散させた層として形成される。発光素子の外側を覆うように形成することができるが、発光素子を直接覆うようにして透明樹脂層を形成し、その上に前記した蛍光体を含む層を設けることも可能である。

請求項１記載の発光装置によれば、波長５００ｎｍ以上５４０ｎｍ未満の範囲に発光ピークを有する緑色蛍光体と、波長５７５〜６５０ｎｍの範囲に発光ピークを有する光を発光し、かつ、励起スペクトルの波長５２０ｎｍにおける強度が、該励起スペクトルのピーク波長における強度の６０％以下である黄色ないし赤色蛍光体を使用しているので、黄色ないし赤色蛍光体の励起光としての緑色蛍光体からの発光の吸収が抑制され、各種色温度、特に電球色に相当する色温度である３０００Ｋから２８５０Ｋまでの色温度において、高い発光効率を得ることができる。

請求項２記載の発光装置によれば、比視感度が高い波長５５５ｎｍを含む波長５４０〜５７０ｎｍの範囲に発光ピークを有する光を発光する黄色蛍光体を含んでいるので、より高い発光効率を得ることができる。

請求項３記載の発光装置によれば、黄色ないし赤色蛍光体の励起光としての緑色蛍光体からの発光の吸収が抑制されるので、より高い発光効率を得ることができる。

請求項４記載の発光装置によれば、緑色蛍光体について所定の強度の発光を得ることができるので、高い発光効率を得ることができる。

したがって、本発明によれば、従来に比べて各種色温度、特に電球色に相当する色温度である３０００Ｋから２８５０Ｋまでの色温度において、より高い発光効率を有する発光装置を提供することができる。また、緑色蛍光体からの発光の吸収が抑制されるため、高い発光効率を維持しつつ、高い演色性を有する発光装置を提供することができる。

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、本発明の発光装置をＬＥＤに適用した実施形態の構成を示す断面図、図２は、図１に示すＬＥＤランプの複数個を、例えば一平面上に３行３列のマトリックス状に配置した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に示すＬＥＤランプ１は、発光素子として、青色発光タイプのＬＥＤチップ２を有している。このＬＥＤチップ２は、回路パターン３を有する基板４上に搭載されている。基板４としては、放熱性と剛性を有するアルミニウム（Ａｌ）やニッケル（Ｎｉ）、ガラスエポキシ樹脂などから成る平板が用いられ、この基板４上に電気絶縁層５を介して陰極側と陽極側の回路パターン３がそれぞれ形成されている。回路パターン３は、ＣｕとＮｉの合金やＡｕなどから構成されている。

そして、ＬＥＤチップ２の底面電極が一方の電極側の回路パターン３の上に配置されて電気的に接続され、上面電極が他方の電極側の回路パターン３に、金線のようなボンディングワイヤ６を介して電気的に接続されている。ＬＥＤチップ２の電極接続構造としては、フリップチップ接続構造を適用することもできる。これらの電極接続構造によれば、ＬＥＤチップ２の前面への光取出し効率が向上する。

基板４上には、凹部７を有する樹脂製などのフレーム８が設けられている。凹部７を有するフレーム８は、例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＣ（ポリカーボネート）などの合成樹脂から構成され、凹部７内にＬＥＤチップ２が配置され、収容されている。そして、ＬＥＤチップ２が収容された凹部７内には、波長５００ｎｍ以上５４０ｎｍ未満の範囲に発光ピークを有する緑色蛍光体と、青色光により励起されて、波長５７５〜６５０ｎｍの範囲に発光ピークを有し、かつ、励起スペクトルの波長５２０ｎｍにおける強度が、該励起スペクトルのピーク波長における強度の６０％以下である黄色ないし赤色蛍光体の計２種類の蛍光体、またはさらに波長５４０〜５７０ｎｍの範囲に発光ピークを有する黄色蛍光体との計３種類の蛍光体を、透明樹脂に混合し分散させた蛍光体含有樹脂が塗布・充填されており、ＬＥＤチップ２はこのような蛍光体含有樹脂層９により覆われている。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などが用いられる。

緑色蛍光体は、例えばＲＥ_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ蛍光体（ＲＥは、Ｙ、ＧおよびＬａから選ばれる少なくとも１種を示す。）などのＹＡＧ蛍光体、ＡＥ_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ蛍光体（ＡＥは、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃａなどのアルカリ土類元素を示す。）やＣａ_３Ｓｃ_２Ｓｉ_３Ｏ_１２：Ｃｅ蛍光体などのケイ酸塩蛍光体、サイアロン系蛍光体（例えば、Ｃａ_XＳｉ_ｙＡｌ_ZＯＮ：Ｅｕ^２＋）、およびＣａ_３Ｓｃ_２Ｏ_４：Ｃｅ蛍光体などの中から選択される。

黄色ないし赤色蛍光体は、青色光により励起されて、波長５７５〜６５０ｎｍの範囲に発光ピークを有する光を発光し、かつ、励起スペクトルの波長５２０ｎｍにおける強度が、励起スペクトルのピーク波長における強度の６０％以下である黄色ないし赤色蛍光体を使用できる。励起スペクトルの波長５２０ｎｍにおける強度が、励起スペクトルのピーク波長における強度の１５％以下が好ましい。黄色ないし赤色蛍光体のうち、橙色ないし赤色蛍光体としては、青色光により励起されて波長５９０〜６５０ｎｍの範囲に発光ピークを有する光を発光し、かつ、励起スペクトルの波長５２０ｎｍにおける強度が、励起スペクトルのピーク波長における強度の６０％以下である蛍光体を使用できる。

赤色蛍光体としては、Ｌａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ蛍光体のような酸硫化物蛍光体、窒化物系蛍光体（例えば、ＡＥ_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ^２＋やＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ^２＋）などが用いられる。赤色蛍光体は、励起スペクトルの波長５２０ｎｍにおける強度が、励起スペクトルのピーク波長における強度の１５％以下であることがより好ましい。赤色蛍光体を励起する励起スペクトルの長波長側の端部の波長が５８０ｎｍ以下であることが好ましく、５４５ｎｍ以下であることがより好ましい。赤色蛍光体の励起スペクトルの波長５２０ｎｍにおける強度の調整および／または赤色蛍光体を励起する励起スペクトルの長波長側の端部の波長の調整は、赤色蛍光体の組成、構造の選定により可能である。

また、黄色ないし赤色蛍光体のうち、黄色蛍光体としては、青色光により励起されて、波長５７５ｎｍ以上５９０ｎｍ未満の範囲に発光ピークを有する光を発光し、かつ、励起スペクトルの波長５２０ｎｍにおける強度が、励起スペクトルのピーク波長における強度の６０％以下である蛍光体を使用できる。黄色蛍光体は、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。）などのＹＡＧ蛍光体、（Ｔｂ，Ａｌ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ蛍光体などのＴＡＧ蛍光体、サイアロン系蛍光体（例えば、Ｃａ_ＸＳｉ_ＹＡｌ_ＺＯＮ：Ｅｕ^２＋）、ＡＥ_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ蛍光体（ＡＥは、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃａなどのアルカリ土類元素を示す。）やＳｒ_３Ｓｉ_３Ｏ_５：Ｅｕ^２＋蛍光体などのケイ酸塩蛍光体などが用いられる。黄色蛍光体は、励起スペクトルの波長５２０ｎｍにおける強度が、励起スペクトルのピーク波長における強度の１５％以下であることがより好ましい。黄色蛍光体を励起する励起スペクトルの長波長側の端部の波長が５８０ｎｍ以下であることが好ましく、５４５ｎｍ以下であることがより好ましい。黄色蛍光体の励起光の励起スペクトルの波長５２０ｎｍにおける強度の調整および／または黄色蛍光体を励起する励起スペクトルの長波長側の端部の波長の調整は、黄色蛍光体の組成、構造の選定により可能である。

上記赤色蛍光体を使用するときには、下記の黄色蛍光体、すなわち青色光により励起されて波長５４０〜５７０ｎｍの範囲に発光ピークを有する光を発光する黄色蛍光体をさらに含むことができる。この黄色蛍光体は、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。）などのＹＡＧ蛍光体、（Ｔｂ，Ａｌ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ蛍光体などのＴＡＧ蛍光体、サイアロン系蛍光体（例えば、Ｃａ_ＸＳｉ_ＹＡｌ_ＺＯＮ：Ｅｕ^２＋）、ＡＥ_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ蛍光体（ＡＥは、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃａなどのアルカリ土類元素を示す。）やＳｒ_３Ｓｉ_３Ｏ_５：Ｅｕ^２＋蛍光体などのケイ酸塩蛍光体などの中から、蛍光体の特性や用途に応じて選択されるが特に限定されるものではない。

実施形態のＬＥＤランプ１では、印加された電気エネルギーがＬＥＤチップ２で主波長が４２０〜４８０ｎｍ（例えば４６０ｎｍ）の青色光に変換されて放射され、放射された青色光は、蛍光体含有樹脂層９中に含有された緑色蛍光体および黄色ないし赤色蛍光体の計２種類または、さらに黄色蛍光体の計３種類からなる蛍光体で、より長波長の光に変換される。そして、ＬＥＤチップ２から放射される青色光とこれらの蛍光体の発光色とに基づく色である白色光がＬＥＤランプ１から放出される。

そして、実施形態のＬＥＤランプ１においては、波長５７５〜６５０ｎｍの範囲に発光ピークを有する黄色ないし赤色蛍光体の励起光として、波長５００ｎｍ以上５４０ｎｍ未満の範囲に発光ピークを有する緑色蛍光体からの発光の吸収が抑制されるので、高い発光効率を得ることができる。また、緑色蛍光体からの発光により演色性を維持しつつ、高い発光効率を得ることができる。

なお、上記実施形態では、ＬＥＤランプ１をマトリックス状に複数個配置したＬＥＤ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、例えば複数個のＬＥＤランプ１を１列状に配置して形成してもよく、さらにＬＥＤランプ１は単数でもよい。

図４および図５は、本発明の第２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４は、この発光装置の平面図であり、図５は、図４に示す発光装置をＦ−Ｆ線に沿って切断した縦断面図である。なお、図４および図５おいて、第１の実施形態に関する図面と同様の構成要素については同じ参照数字を用いて、その説明を簡略化または省略する。

図４および図５に示す発光装置（ＬＥＤランプ）１は、パッケージ基板例えば装置基板４と、反射層３１と、回路パターン３と、複数好ましくは多数の半導体発光素子（例えば青色ＬＥＤチップ）と、接着層３２と、リフレクタ３４と、蛍光体含有樹脂層９と、光拡散部材３３とを備えて形成されている。蛍光体含有樹脂層９は封止部材としても機能する。装置基板４は、金属または絶縁材、例えば合成樹脂製の平板からなり、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４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することができる。装置基板４を金属製とする場合は、この装置基板４の裏面からの放熱性が向上し、装置基板４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またはその合金を例示することができる。

反射層３１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４の表面全体に被着されている。反射層３１は、４００〜７４０ｎｍの波長領域で８５％以上の反射率を有する白色の絶縁材料により構成することができる。このような白色絶縁材料としては、接着シートからなるプリプレグ（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３１はそれ自体の接着性により、装置基板４の表面となる一面に接着される。

回路パターン３は、各半導体発光素子２への通電要素として、反射層３１の装置基板４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３は、例えば各半導体発光素子２を直列に接続するために、装置基板４および反射層３１の長手方向に所定間隔ごとに点在して２列に形成されている。一方の回路パターン３の列の一端側に位置する端側回路パターン３ａには、給電パターン部３ｃが一体に連続して形成され、同様に他方の回路パターン３の列の一端側に位置する端側回路パターン３ａには、給電パターン部３ｄが一体に連続して形成されている。給電パターン部３ｃ，３ｄは反射層３１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３１により絶縁されている。これらの給電パターン部３ｃ，３ｄのそれぞれに、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。

回路パターン３は以下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プリプレグからなる反射層３１を装置基板４上に貼付けた後、反射層３１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４と銅箔を反射層３１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３を形成する。銅箔からなる回路パターン３の厚みは例えば３５μｍである。

図５に示すように、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、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−ン３より厚く、例えば９０μｍとする。

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、バリア層とウェ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型半導体層上には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。

各半導体発光素子２は、装置基板４の長手方向に隣接した回路パターン３間にそれぞれ配置され、白色の反射層３１の同一面上に接着層３２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３２により反射層３１に接着されている。この接着により、回路パターン３および半導体発光素子２は反射層３１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３とは、近接して対向するように設けられている。接着層３２の厚みは、例えば５μｍ以下とすることができる。接着層３２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。

図４および図５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３とは、ボンディングワイヤ６で接続されている。さらに、前記２列の回路パターン３列の他端側に位置された端側回路パターン３ｂ同士も、ボンディングワイヤ６で接続されている。したがって、この実施形態の場合、各半導体発光素子２は直列に接続されている。以上の装置基板４、反射層３１、回路パターン３、各半導体発光素子２、接着層３２、およびボンディングワイヤ６により、発光装置１の面発光源が形成されている。

リフレクタ３４は、一個一個また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３１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、例えば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７内に配置されている。リフレクタ３４は反射層３１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および回路パターン３が収められているとともに、前記一対の給電パターン部３ｃ、３ｄはリフレクタ３４の外部に位置されている。リフレクタ３４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３４の反射面は、ＡｌやＮｉ等の反射率の高い金属材料を蒸着またはメッキして形成することができる他、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３４の成形材料中に白色粉末を混入して、リフレクタ３４自体を可視光の反射率が高い白色にすることもできる。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３４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。

蛍光体含有樹脂層９は、前記第１の実施形態と同様に、例えば３種類の蛍光体を混合した液状の熱硬化性樹脂をディスペンサ等の注入装置を用いて、反射層３１表面および一直線上に配列された各半導体発光素子２およびボンディングワイヤ６等を満遍なく埋めるようにして充填し、加熱により熱硬化性樹脂を硬化させることにより形成されている。

反射層３１表面とボンディングワイヤ６との間に流れ込んだ液状の透明樹脂は、毛細管現象等により各半導体発光素子２およびボンディングワイヤ６に行きわたり、その膜厚等がほぼ均一になっており、蛍光体も透明樹脂にほぼ均一に分散している。このように構成される第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果を有するとともに、ほぼ均一に発光することができる。

次に、本発明の実施例およびその評価結果について記載する。

実施例１〜３、比較例
実施例１では、波長５２０ｎｍに発光ピークを有する緑色蛍光体と、波長５９０ｎｍに発光ピークを有する光を発光し、かつ励起スペクトルの波長５２０ｎｍにおける強度が、励起スペクトルのピーク波長における強度の５５％である橙色蛍光体（酸化物系蛍光体）とを、緑色蛍光体の橙色蛍光体に対する配合比が５０重量％（緑色蛍光体と橙色蛍光体の配合比（重量比）が１：２）となるようにそれぞれシリコーン樹脂中に混合した。すなわち、緑色蛍光体と橙色蛍光体を、シリコーン樹脂に対する配合割合が５．０重量％および１０．０重量％となるように、それぞれシリコーン樹脂中に混合し、分散させた。また、実施例２では、波長５７５ｎｍに発光ピークを有する光を発光し、かつ励起光の励起スペクトルの波長５２０ｎｍにおける強度が、励起スペクトルのピーク波長における強度の１５％である黄色系蛍光体（酸化物系蛍光体）を、実施例３では、波長６５０ｎｍに発光ピークを有する光を発光し、かつ励起スペクトルの波長５２０ｎｍにおける強度が、励起スペクトルのピーク波長における強度の６０％である赤色蛍光体（窒化物系蛍光体）を、波長５２０ｎｍに発光ピークを有する緑色蛍光体とともに使用し、これらの蛍光体のシリコーン樹脂に対する配合割合が１０．０重量％、緑色蛍光体の配合割合が５．０重量％となるようにそれぞれシリコーン樹脂中に混合し、分散させた。

さらに、比較例では、波長５９０ｎｍに発光ピークを有する光を発光し、かつ励起スペクトルの波長５２０ｎｍにおける強度が、励起スペクトルのピーク波長における強度の７５％である橙色系蛍光体（酸化物系蛍光体）を、波長５２０ｎｍに発光ピークを有する緑色蛍光体とともに使用し、この酸化物系蛍光体のシリコーン樹脂に対する配合割合が１０．０重量％、緑色蛍光体の配合割合が５．０重量％となるようにシリコーン樹脂中に混合し、分散させた。なお、実施例１の橙色蛍光体（酸化物系蛍光体）、実施例２の黄色系蛍光体（酸化物系蛍光体）および比較例の橙色系蛍光体（酸化物系蛍光体）は、いずれも酸化物系蛍光体であるが、蛍光体の構造および組成が異なるため励起スペクトルの吸収特性が異なるものである。

次に、こうして得られた蛍光体含有シリコーン樹脂を、開口径３ｍｍの凹部８内に充填した後、シリコーン樹脂を硬化させて蛍光体含有樹脂層を形成し、図１に示す構成を有するＬＥＤランプ１を作成した。なお、蛍光体含有樹脂層９の光路長は１．０ｍｍとした。光路長は、ＬＥＤチップの上面より光取り出し側の蛍光体含有樹脂層の厚さをいう。

こうして実施例１〜３および比較例で得られたＬＥＤランプを発光させ、発光の色温度と平均演色評価数Ｒａおよび発光効率をそれぞれ測定した。色温度と平均演色評価数Ｒａは分光光度計（大塚電子製の瞬間分光光度計ＭＣＰＤ−７０００）を用いて測定し、発光効率はゴニオメーター（富士光電工業株式会社製ＧＭＴ−１）を用いて測定した。また、分光光度計を用いて測定されたこれらのＬＥＤランプの発光スペクトルについて、波長５９０〜６５０ｎｍの発光ピークの波長における強度に対する波長５２０ｎｍの強度の比の測定結果を表１に示す。また、実施例１の橙色蛍光体（酸化物系蛍光体）、実施例２の黄色系蛍光体（酸化物系蛍光体）、実施例３の赤色蛍光体および比較例１の橙色蛍光体（酸化物系蛍光体）について、励起光のスペクトルを分光蛍光光度計（日本分光製Ｆ−６５００）で測定した。それぞれの励起スペクトルを図６に示す。

表１および図６から明らかなように、実施例１の橙色蛍光体（酸化物系蛍光体）および実施例３の赤色蛍光体は、励起スペクトルのピーク波長の強度に対する波長５２０ｎｍの強度が５５％および６０％であり、波長５２０ｎｍに発光ピークを有する緑色蛍光体の発光を一部吸収するが、この吸収は問題とならないレベルであり、緑色蛍光体を配合する効果を十分に上げることができ高い発光効率を得ることができる。また、実施例２の黄色系蛍光体（酸化物系蛍光体）は、励起スペクトルのピーク波長の強度に対する波長５２０ｎｍの強度が１５％であり、また、励起スペクトルの長波長側の端部（強度０．０５の点）が５４５ｎｍと非常に短波長側にあるので、波長５２０ｎｍに発光ピークを有する緑色蛍光体の発光をほとんど吸収しないレベルである。これに対し、比較例の橙色蛍光体（酸化物系蛍光体）は、励起スペクトルのピーク波長の強度に対する波長５２０ｎｍの強度が７５％であり、波長５２０ｎｍに発光ピークを有する緑色蛍光体の発光をかなり吸収した。

このように、励起スペクトルのピーク波長の強度に対する波長５２０ｎｍの強度が低いこと、また、励起スペクトルの長波長側の端部（強度０．０５の点）が短波長側にあることが、他の蛍光体との組み合わせに対し重要な要素であることが確認された。また、さらに波長５４０ｎｍに発光ピークを有する酸化物系黄色蛍光体を加えることにより、より高い発光効率の白色光を得ることができることが確認された。

したがって、波長５００ｎｍ以上５４０ｎｍ未満の範囲に発光ピークを有する光を発光する緑色蛍光体と、波長５９０〜６５０ｎｍの範囲に発光ピークを有する光を発光し、かつ、励起スペクトルの波長５２０ｎｍにおける強度が、該励起スペクトルのピーク波長における強度の６０％以下である赤色蛍光体とを組み合わせることにより、緑色蛍光体が発光する波長５００ｎｍ以上５４０ｎｍ未満の範囲に発光ピークを有する光が励起光として吸収されることが大幅に抑制できるので、各種色温度、特に電球色に相当する３０００〜２８５０Ｋにおいて、高い発光効率を得られることがわかる。

同様に、波長５００ｎｍ以上５４０ｎｍ未満の範囲に発光ピークを有する光を発光する緑色蛍光体と、波長５７５ｎｍ以上５９０ｎｍ未満の範囲に発光ピークを有する光を発光し、かつ、励起スペクトルの波長５２０ｎｍにおける強度が、該励起スペクトルのピーク波長における強度の１５％以下である黄色系蛍光体とを組み合わせることにより、緑色蛍光体が発光する波長５００ｎｍ以上５４０ｎｍ未満の範囲に発光ピークを有する光が励起光として吸収されることをほぼ完全に抑制できるので、各種色温度、特に電球色に相当する３０００〜２８５０Ｋにおいて、より高い発光効率を得られることがわかる。

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である。図２のＡ−Ａ´線断面図である。本発明の発光装置の第２の実施形態に係わる発光装置の平面図である。図４のＦ−Ｆ´線断面図である。本発明の実施例１〜３および比較例のそれぞれの黄色ないし赤色蛍光体の励起スペクトルを示すグラフである。

符号の説明

１…ＬＥＤランプ、２…ＬＥＤチップ、３…回路パターン、４…基板、６…ボンディングワイヤ、７…凹部、８…フレーム、９…蛍光体含有樹脂層。

Claims

青色光を放射する発光素子と；
前記発光素子から放射される青色光により励起されて、波長５００ｎｍ以上５４０ｎｍ未満の範囲に発光ピークを有する光を発光する緑色蛍光体と、前記青色光により励起されて、波長５７５〜６５０ｎｍの範囲に発光ピークを有する光を発光し、かつ、励起スペクトルの波長５２０ｎｍにおける強度が、該励起スペクトルのピーク波長における強度の６０％以下である黄色ないし赤色蛍光体とを含む蛍光体層と；
を具備することを特徴とする発光装置。
前記蛍光体層が、波長５４０〜５７０ｎｍの範囲に発光ピークを有する光を発光する黄色蛍光体をさらに有することを特徴とする発光装置。
前記黄色ないし赤色蛍光体を励起する励起スペクトルの長波長側端部の波長が、５８０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
前記緑色蛍光体の発光ピークの波長における発光強度をＡ、前記黄色ないし赤色蛍光体の発光ピークの波長における発光強度をＢとするとき、ＡとＢの比（Ａ／Ｂ）が０．３〜１．０であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発光装置。