JP5915483B2

JP5915483B2 - 発光装置及びその製造方法

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Publication number: JP5915483B2
Application number: JP2012214596A
Authority: JP
Inventors: 林　稔真; 稔真林; 康生福井; 和田　聡; 聡和田
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2012-09-27
Filing date: 2012-09-27
Publication date: 2016-05-11
Anticipated expiration: 2032-09-27
Also published as: JP2014072213A

Description

本発明は、発光装置及びその製造方法に関する。

従来の発光装置として、蛍光体粒子を含む透光性材料や、蛍光体結晶からなる板状の蛍光体層をＬＥＤ素子の上方に有するものが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。

特許文献１、２に記載された発光装置によれば、ＬＥＤ素子から直接取り出される光の色と蛍光体層から発せられる蛍光の色との混合色が発光装置の発光色となる。

特開２００７−１２３４３７号公報国際公開第２００９／０６９６７１号

特許文献１、２に記載された発光装置のような蛍光体層を有する発光装置においては、蛍光体層の外縁部近傍から取り出される光は、蛍光体層の中心近傍から取り出される光よりも蛍光体層中の光路長が大きいため、蛍光の割合が高い。そのため、蛍光体層の外縁部近傍から取り出される光の色が中心近傍から取り出される光の色と異なり、発光装置の発光に色むらが生じる場合がある。

本発明の目的の一つは、ＬＥＤチップの上方に蛍光体層を有する、色むらが抑えられた発光装置及びその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一態様において、基板上にＬＥＤチップを搭載する工程と、前記ＬＥＤチップを搭載する前又は後に、前記ＬＥＤチップを囲むダム材の第１の層を前記基板上に形成する工程と、前記第１の層を形成した後、前記ＬＥＤチップの上方に蛍光体層を設置する工程と、前記蛍光体層の外縁部の上面を覆うように、前記ダム材の非透光性を有する第２の層を前記第１の層上に形成する工程と、を含み、前記第１の層及び前記第２の層は、スクリーン印刷により形成される、発光装置の製造方法を提供する。

上記発光装置の製造方法において、前記蛍光体層の外縁部の上面の上に前記ＬＥＤチップから発せられる光を吸収する吸収層を形成し、前記第２の層は、前記吸収層を介して前記蛍光体層の外縁部の上面を覆うように形成されてもよい。

上記発光装置の製造方法において、前記蛍光体層の外縁部の上面の上に前記ＬＥＤチップから発せられる光を反射する反射層を形成し、前記第２の層は、前記反射層を介して前記蛍光体層の外縁部の上面を覆うように形成されてもよい。

本発明によれば、ＬＥＤチップの上方に蛍光体層を有する、色むらが抑えられた発光装置及びその製造方法を提供することができる。

図１は、第１の実施の形態に係る発光装置の垂直断面図である。図２は、第１の実施の形態に係る発光装置の変形例を表す垂直断面図である。図３（ａ）〜（ｄ）は、第１の実施の形態に係る発光装置の製造工程を表す垂直断面図である。図４は、第２の実施の形態に係る発光装置の垂直断面図である。図５は、第３の実施の形態に係る発光装置の垂直断面図である。

〔第１の実施の形態〕
図１は、第１の実施の形態に係る発光装置の垂直断面図である。発光装置１０は、基板１１と、基板１１上に搭載されたＬＥＤチップ１２と、ＬＥＤチップ１２の上方の蛍光体層１５と、ＬＥＤチップ１２を囲むダム材１３と、ダム材１３とＬＥＤチップ１２との間に埋め込まれる封止材１４と、を有する。発光装置１０は、例えば、挟指向性ＬＥＤ光源として、車のヘッドライト及び照明用途に適用することができる。

ダム材１３は、第１の層１３ａと、第１の層１３ａ上の第２の層１３ｂを有する。第２の層１３ｂは、非透光性を有し、蛍光体層１５の外縁部の上面（基板１１の反対側の面）を覆う。

基板１１は、例えば、酸化アルミニウム（アルミナ）や窒化アルミニウム等のセラミックからなる。

ＬＥＤチップ１２は、フェイスアップ型でもフェイスダウン型でもよい。ＬＥＤチップ１２はｎ型半導体層とｐ型半導体層に挟まれた発光層を有し、ｎ型半導体層とｐ型半導体層は、基板１１上の図示しない導電パターンに接続される。ＬＥＤチップ１２から発せられる光は、蛍光体層１５側から取り出される。

ダム材１３の第１の層１３ａ及び第２の層１３ｂは、例えば、二酸化チタン等の光反射性粒子を含むシリコーン系樹脂やエポキシ系樹脂等の樹脂からなる。第１の層１３ａ及び第２の層１３ｂは、白色を有し、ＬＥＤチップ１２から発せられる光を反射する。

封止材１４は、ＬＥＤチップ１２を封止する部材であり、例えば、シリコーン系樹脂やエポキシ系樹脂等の樹脂や、ガラスからなる。また、封止材１４は上記材料単体によって構成されていてもよいが、光を屈折、散乱させるようなフィラー、例えば、ＳｉＯ_２、ＺｎＯ_２、サファイア等を含有していてもよいし、光を反射するようなフィラー、例えば、ＴｉＯ_２、ＺｎＯ、ＢａＳＯ_４、アルミナ等を含有していてもよい。また、封止材１４よりも熱伝導性に優れるフィラー、例えば、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＭｇＯ、ＢＮ等を含有していてもよい。さらに、上記フィラーのうち、一種類だけを封止材１４中に含有させてもよいが、二種類以上を含有させることにより、好適な光取出性、及び放熱性を得ることもできる。

蛍光体層１５は板状の層であり、例えば、単結晶蛍光体、セラミックス蛍光体、蛍光体粒子を含む樹脂等の有機材料やガラス等の無機材料からなる。

蛍光体層１５に含まれる蛍光体は、ＬＥＤチップ１２から発せられた光のエネルギーを吸収し、蛍光を発する。ＬＥＤチップ１２から発せられて蛍光体層１５を透過して外部へ射出される光の色と、蛍光体から発せられる蛍光の色との混色が発光装置１０の発光色となる。例えば、ＬＥＤチップ１２の発光色が青色であり、蛍光体の発光色が黄色である場合は、発光装置１０の発光色は白色になる。

仮に、蛍光体層１５の外縁部近傍から直接光を取り出されるとすると、その光は、蛍光体層１５の中心近傍から取り出される光よりも蛍光体層１５中の光路長が大きいため、蛍光の割合が高い。そのため、蛍光体層１５の外縁部近傍から取り出される光の色が中心近傍から取り出される光の色と異なり、発光装置１０の発光に色むらが生じる場合がある。例えば、ＬＥＤチップ１２の発光色が青色であり、蛍光体の発光色が黄色である場合は、蛍光体層１５の外縁部近傍から取り出される光は、中心近傍から取り出される光よりも黄色が強くなる。

しかし、本実施の形態においては、蛍光体層１５の外縁部は、上面を第２の層１３ｂに覆われ、側面を第１の層１３ａに覆われる。そのため、ＬＥＤチップ１２から発せられて蛍光体層１５の外縁部を通る光は、第２の層１３ｂ又は第１の層１３ａに反射され、直接外部に取り出されることはない。第２の層１３ｂ又は第１の層１３ａ反射された光は、反射を繰り返すうちに強度が弱まるため、発光装置１０の発光の色むらが抑えられる。

なお、ＬＥＤチップ１２から発せられる光の蛍光体層１５の上面での反射を低減して光取出効率を向上させるために、蛍光体層１５の上面に凹凸が設けられてもよい。また、蛍光体層１５は、屈折率の異なる層を積層した多層構造を有してもよい。この場合、ＬＥＤチップ１２から発せられる光の反射を低減するために、下側（ＬＥＤチップ１２側）から上側に向けて屈折率が小さくなるように積層することが好ましい。また、各層の界面に凹凸が設けられてもよい。

図２は、発光装置１０の変形例を表す垂直断面図である。図２に示されるように、発光装置１０は、ＬＥＤチップ１２と蛍光体層１５との間に封止材１６を有してもよい。封止材１６の材料と封止材１４の材料は同じでもよいし、異なってもよい。

発光装置１０の光取出効率を向上させるためには、ＬＥＤチップ１２上の封止材１６は、ＬＥＤチップ１２から発せられる光の反射を低減するために屈折率が高いことが好ましく、ＬＥＤチップ１２の側方の封止材１４は、ＬＥＤチップ１２から発せられる光の反射を増加するために屈折率が低いことが好ましい。このため、封止材１６の材料と封止材１４の材料が異なる場合、封止材１６の屈折率は封止材１４の屈折率よりも高いことが好ましい。

以下に、発光装置１０の製造方法の一例を示す。

図３（ａ）〜（ｄ）は、第１の実施の形態に係る発光装置１０の製造工程を表す垂直断面図である。

まず、図３（ａ）に示される様に、基板１１上にＬＥＤチップ１２を搭載し、ダム材１３の第１の層１３ａを形成する。ＬＥＤチップ１２の搭載と第１の層１３ａの形成とは、どちらが先でもよい。

第１の層１３ａは、例えば、スクリーン印刷や、ディスペンサによる吐出により樹脂を設置した後、その樹脂を加熱して硬化させることにより形成される。特に、寸法精度にすぐれるスクリーン印刷を用いることが好ましい。

次に、図３（ｂ）に示される様に、基板１１上のダム材１３とＬＥＤチップ１２の間に封止材１４を形成する。封止材１４は、例えば、ディスペンサにより液状の樹脂を吐出し、その樹脂を加熱して硬化させることにより形成される。

次に、図３（ｃ）に示される様に、ＬＥＤチップ１２の上方に蛍光体層１５を設置する。このとき、第１の層１３ａの高さがＬＥＤチップ１２の高さよりも高い場合は、図３（ｃ）に示される様に、蛍光体層１５は、外縁部の下面と側面が第１の層１３ａに接するように設置される。一方、第１の層１３ａの高さがＬＥＤチップ１２の高さよりも低い場合は、蛍光体層１５は第１の層１３ａに接しない。この場合、次の工程で形成される第２の層１３ｂが蛍光体層１５の側面、並びに外縁部の上面及び下面を覆うように形成される。

次に、図３（ｄ）に示される様に、蛍光体層１５の外縁部の上面を覆うように、ダム材１３の第２の層１３ｂを第１の層１３ａ上に形成する。ここで、蛍光体層１５の外縁部の上面を適切に覆うことが求められるため、第２の層１３ｂは寸法精度に優れるスクリーン印刷により形成されることが好ましい。

〔第２の実施の形態〕
第２の実施の形態は、ダム材の構成において第１の実施の形態と異なる。第１の実施の形態と同様の点については、説明を省略又は簡略化する。

図４は、第２の実施の形態に係る発光装置の垂直断面図である。発光装置２０は、基板１１と、基板１１上に搭載されたＬＥＤチップ１２と、ＬＥＤチップ１２の上方の蛍光体層１５と、ＬＥＤチップ１２を囲むダム材２３と、ダム材２３とＬＥＤチップ１２との間に埋め込まれる封止材１４と、を有する。

ダム材２３は、第１の層２３ａと、第１の層２３ａ上の第２の層２３ｂを有する。第２の層２３ｂは、非透光性を有し、蛍光体層１５の外縁部の上面を覆う。

ダム材２３の第１の層２３ａは、第１の実施の形態の第１の層１３ａと同様の材料からなる。

ダム材２３の第２の層２３ｂは、例えば、カーボンブラック、グラファイト、Ｆｅ、又は（Ｃｕ、Ｃｒ、Ｚｎ）の複合酸化物等の光吸収性粒子を含むシリコーン系樹脂やエポキシ系樹脂等の樹脂からなる。第２の層２３ｂは、黒色を有し、ＬＥＤチップ１２から発せられる光を吸収する。

本実施の形態においては、蛍光体層１５の外縁部は、上面を第２の層２３ｂに覆われる。そのため、ＬＥＤチップ１２から発せられて蛍光体層１５の外縁部を通る光は、第２の層２３ｂに吸収され、直接外部に取り出されることはない。このため、発光装置２０の発光の色むらが抑えられる。

〔第３の実施の形態〕
第３の実施の形態は、蛍光体層の外縁部に被覆層が形成される点において第１の実施の形態と異なる。第１の実施の形態と同様の点については、説明を省略又は簡略化する。

図５は、第３の実施の形態に係る発光装置の垂直断面図である。発光装置３０は、基板１１と、基板１１上に搭載されたＬＥＤチップ１２と、ＬＥＤチップ１２の上方の蛍光体層１５と、ＬＥＤチップ１２を囲むダム材１３と、ダム材１３とＬＥＤチップ１２との間に埋め込まれる封止材１４と、蛍光体層１５の上面と第２の層１３ｂとの間に設けられた被覆層３１と、を有する。

ダム材１３は、第１の実施の形態のものと同様である。

被覆層３１は、蛍光体層１５の外縁部の上面を覆う層であり、ＬＥＤチップ１２から発せられる光を吸収する吸収層、又はＬＥＤチップ１２から発せられる光を反射する反射層である。

被覆層３１が吸収層である場合は、例えば、カーボンブラック、グラファイト、Ｆｅ、又は（Ｃｕ、Ｃｒ、Ｚｎ）の複合酸化物等の黒色塗料からなる。被覆層３１が反射層である場合は、例えば、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｇ等の金属ペーストや、ＴｉＯ_２、ＺｎＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＢａＳＯ_４等の白色塗料からなる。

本実施の形態においては、蛍光体層１５の外縁部は、上面を被覆層３１に覆われる。そのため、ＬＥＤチップ１２から発せられて蛍光体層１５の外縁部を通る光は、被覆層３１に吸収又は反射され、直接外部に取り出されることはない。このため、発光装置３０の発光の色むらが抑えられる。

（実施の形態の効果）
上記第１〜３の実施の形態によれば、ＬＥＤチップから発せられた光が蛍光体層の外縁部から直接取り出されることを防ぎ、発光装置の発光の色むらを抑えることができる。

本発明は、上記の実施の形態に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。

また、上記の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１０、２０、３０発光装置
１１基板
１２ＬＥＤチップ
１３、２３ダム材
１３ａ、２３ａ第１の層
１３ｂ、２３ｂ第２の層
１５蛍光体層
３１被覆層

Claims

基板上にＬＥＤチップを搭載する工程と、
前記ＬＥＤチップを搭載する前又は後に、前記ＬＥＤチップを囲むダム材の第１の層を前記基板上に形成する工程と、
前記第１の層を形成した後、前記ＬＥＤチップの上方に蛍光体層を設置する工程と、
前記蛍光体層の外縁部の上面を覆うように、前記ダム材の非透光性を有する第２の層を前記第１の層上に形成する工程と、
を含み、
前記第１の層及び前記第２の層は、スクリーン印刷により形成される、発光装置の製造方法。
前記蛍光体層の外縁部の上面の上に前記ＬＥＤチップから発せられる光を吸収する吸収層を形成し、
前記第２の層は、前記吸収層を介して前記蛍光体層の外縁部の上面を覆うように形成される、
請求項１に記載の発光装置の製造方法。
前記蛍光体層の外縁部の上面の上に前記ＬＥＤチップから発せられる光を反射する反射層を形成し、
前記第２の層は、前記反射層を介して前記蛍光体層の外縁部の上面を覆うように形成される、
請求項１に記載の発光装置の製造方法。