JP7161990B2 - 発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光装置に関する。

セラミック基板または金属基板などの汎用基板の上にＬＥＤ（発光ダイオード）素子などの発光素子が実装されたＣＯＢ（Chip On Board）の発光装置が知られている。こうした発光装置は、蛍光体を含有する透光性の樹脂によりＬＥＤ素子を封止し、ＬＥＤ素子からの光と、ＬＥＤ素子からの光により蛍光体を励起させて得られる光とを混合させることにより、白色光などの光を出射する。白色光を出射する発光装置は、各種の照明器具の光源として、広く使用されている。

また、出射光に含まれる所望の波長域の光をフィルタで除去する発光装置が知られている。例えば、特許文献１には、青色の光を発生するＬＥＤ（発光ダイオード）と、ＬＥＤが発生する青色の光に応じて、ピーク波長がアンバー色の波長と略同じ、またはアンバー色の波長よりも長い光を発生する長波長用蛍光体と、ＬＥＤが発生する光のほぼ全部を遮断し、かつ長波長用蛍光体の発生する光のうち、ピーク波長近傍における波長の光のほぼ全部を透過することにより、ＬＥＤおよび長波長用蛍光体が発生する光に基づき、アンバー色の光を生成する光学フィルタとを備える発光装置（車両用灯具）が記載されている。

特開２００５－１２３１６５号公報

例えばウミガメには、波長が５６０ｎｍ以下の短波長光に引き寄せられる習性がある。このため、ウミガメが生息する地域において、屋外に設置される街路灯などの照明器具の光源として発光装置を使用する場合には、その発光波長が５６０ｎｍ以下の波長を含んでいると、ウミガメが街路灯に寄って来て海に戻れず死んでしまうという問題が生じる。例えば、米国フロリダ州にはウミガメの保護条例があり、発光波長が５６０ｎｍ以下の波長を含む発光装置は街路灯に使用することができないため、５６０ｎｍ以下の波長域の光を除去した発光装置の開発が求められる。

上記のウミガメの問題は一例であるが、発光装置の用途に応じて、特定の波長域の光を除去したいことがよくある。そうした目的のためには、特許文献１の発明のように光学フィルタを使用することが考えられるが、フィルタを使用したのでは、必要な波長域の光まで減衰させてしまうことがあり、また、発光装置の製造コストの上昇を招くことになる。

そこで本発明は、製造コストの上昇と光束の低下が少なく、かつ出射される白色光に含まれる短波長光を減衰させた発光装置を提供することを目的とする。

実装基板と、実装基板上に実装され、波長が青色光の波長以下である第１の光を出射する複数のＬＥＤ素子と、第１の光により励起されて第２の光を発する蛍光体粒子、および二酸化チタンの粒子を含有し、実装基板上に充填されて複数のＬＥＤ素子を一体的に封止する封止樹脂とを有し、第１および第２の光の混合により出射光として白色光が出射され、二酸化チタンの粒子により、封止樹脂を透過したときに第１の光が第２の光よりも大きく減衰することを特徴とする発光装置が提供される。

上記の発光装置では、出射光の全体に対する波長５６０ｎｍ以下の光の強度比が１０％未満であることが好ましい。

上記の発光装置では、二酸化チタンの粒子は封止樹脂内に分散しており、蛍光体粒子は、封止樹脂内において、実装基板に近い側ほどより高い濃度で存在することが好ましい。

上記の発光装置では、封止樹脂は、平均粒径が１μｍ～１００μｍの範囲内であるフィラー、および平均粒径が１ｎｍ～１００ｎｍの範囲内であるナノフィラーをさらに含有し、封止樹脂は、複数のＬＥＤ素子のそれぞれの上面、側面および斜め上方を覆い各ＬＥＤ素子から出射された第１の光が透過する蛍光体粒子の沈降層を有することが好ましい。

上記の発光装置では、封止樹脂は、実装基板から遠い側に、二酸化チタンの粒子を実装基板に近い側よりも高い濃度で含有する樹脂層を有することが好ましい。

上記の発光装置では、封止樹脂における二酸化チタンの粒子の濃度が１％～３％の範囲内であることが好ましい。

上記の発光装置によれば、出射される白色光に含まれる短波長光を減衰させることができ、かつ製造コストの上昇と光束の低下が少ない。

発光装置１の斜視図である。 図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った発光装置１の断面図である。 回路基板２０の配線パターンとＬＥＤ素子３０の配置を示す斜視図である。 別の発光装置２の断面図である。 （Ａ）～（Ｃ）は、さらに別の発光装置３とその製造方法を説明するための断面図である。 （Ａ）～（Ｃ）は、発光装置１の発光スペクトルを示す図である。 （Ａ）～（Ｄ）は、封止樹脂内の蛍光体粒子の沈降層を説明するための拡大断面図である。 （Ａ）および（Ｂ）は、蛍光体粒子の沈降状態による発光スペクトルの差異を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、発光装置について説明する。ただし、本発明は図面または以下に記載される実施形態には限定されないことを理解されたい。

図１は、発光装置１の斜視図である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った発光装置１の断面図である。発光装置１は、発光素子として複数のＬＥＤ素子を含むＣＯＢタイプのＬＥＤパッケージであり、例えば各種の照明用のＬＥＤ光源として利用される。発光装置１は、主要な構成要素として、実装基板１０、回路基板２０、ＬＥＤ素子３０、樹脂枠４０および封止樹脂５０を有する。

実装基板１０は、一例として正方形の形状を有し、その上面の中央にＬＥＤ素子３０が実装される円形の実装領域１１（後述する図３を参照）を有する金属基板である。実装基板１０は、ＬＥＤ素子３０および後述する蛍光体の粒子により発生した熱を装置外部に放出させる放熱基板としても機能するため、例えば、耐熱性および放熱性に優れたアルミニウムで構成される。ただし、実装基板１０の材質は、耐熱性と放熱性に優れたものであれば、例えば銅など、別の金属でもよい。

図３は、回路基板２０の配線パターンとＬＥＤ素子３０の配置を示す斜視図である。回路基板２０は、一例として、実装基板１０と同じ大きさの正方形の形状を有し、その中心部に円形の開口部２１を有する。回路基板２０は、その下面が例えば接着シートにより実装基板１０の上に貼り付けられて固定される。図示した例では、開口部２１を取り囲むように、回路基板２０の上面における一方の側に円弧状の配線パターン２３Ａが、他方の側にも円弧状の配線パターン２３Ｂが、それぞれ形成されている。また、回路基板２０の上面で対角に位置する一方の角部には接続電極２４Ａが、他方の角部には接続電極２４Ｂが、それぞれ形成されている。接続電極２４Ａ，２４Ｂは一方がアノード電極で他方がカソード電極となり、これらが外部電源に接続されて電圧が印加されることによって、発光装置１は発光する。

ＬＥＤ素子３０は、発光素子の一例であり、例えば、紫外域から青色領域にわたる波長の光を出射する窒化ガリウム系化合物半導体などのＬＥＤ素子である。以下では、ＬＥＤ素子３０は、例えば発光波長帯域が４５０ｎｍ～４６０ｎｍ程度の青色光（第１の光）を出射する青色ＬＥＤであるとする。ただし、ＬＥＤ素子３０は、紫色光または紫外光といった、青色光の波長以下である他の波長の光を発する素子であってもよい。発光装置１では、複数のＬＥＤ素子３０が、回路基板２０の開口部２１内で露出している実装基板１０の円形の実装領域１１上に、格子状に配列して実装されている。図３は、特に２１個のＬＥＤ素子３０が実装された場合の例を示す。ＬＥＤ素子３０の下面は、例えば透明な絶縁性の接着剤などにより、実装基板１０の上面に固定されている。

ＬＥＤ素子３０は上面に一対の素子電極を有し、図３に示すように、隣接するＬＥＤ素子３０の素子電極は、ボンディングワイヤ３１（以下、単にワイヤ３１という）により相互に電気的に接続されている。開口部２１の外周側に位置するＬＥＤ素子３０から出たワイヤ３１は、回路基板２０の配線パターン２３Ａまたは配線パターン２３Ｂに接続されている。これにより、各ＬＥＤ素子３０には、ワイヤ３１を介して電流が供給される。

樹脂枠４０は、回路基板２０の開口部２１の大きさに合わせて例えば白色の樹脂で構成された円形の枠体であり、回路基板２０の上面で、開口部２１を縁取る配線パターン２３Ａ，２３Ｂと重なる位置に固定される。樹脂枠４０は、封止樹脂５０の流出を防止するためのダム材であり、また、ＬＥＤ素子３０から側方に出射された光を、発光装置１の上方（ＬＥＤ素子３０から見て実装基板１０とは反対側）に向けて反射させる。

封止樹脂５０は、図２に示すように、樹脂枠４０により囲まれた実装基板１０上の空間をワイヤ３１の上端よりも高い位置まで埋め尽くしており、複数のＬＥＤ素子３０およびワイヤ３１を一体的に被覆し保護（封止）する。封止樹脂５０は、例えば、エポキシ樹脂またはシリコーン樹脂などの無色かつ透明な熱硬化性樹脂で構成され、蛍光体粒子８１およびＴｉＯ_２（二酸化チタン）粒子８２を含有する。

蛍光体粒子８１は、例えばＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）などの黄色蛍光体の粒子であり、封止樹脂５０内で下方に沈降（沈殿）している。すなわち、封止樹脂５０は、蛍光体粒子８１を、実装基板１０とは反対の上側から実装基板１０に近い下側に向かうほどより高い濃度で含有する。図２では、封止樹脂５０における蛍光体粒子８１の粒子の沈降を、濃淡の模様により表している。実際には、図２に示すように、蛍光体粒子８１は、実装基板１０の上面だけでなく各ＬＥＤ素子３０の上面にも沈降している。

発光装置１は、ＬＥＤ素子３０からの青色光と、それによって封止樹脂５０内の蛍光体粒子８１を励起させて得られる黄色光（第２の光）とを混合させることで得られる白色光を出射する。発光装置１では、ＬＥＤ素子３０は放熱性の高い実装基板１０上に直接実装されており、封止樹脂５０内の蛍光体粒子８１は実装基板１０に近い位置に沈降しているため、ＬＥＤ素子３０および蛍光体粒子８１で発生した熱は、実装基板１０を介して装置外部に逃げやすくなる。したがって、熱によるＬＥＤ素子３０の発光強度の低下を防ぐことができるため、発光強度の向上の点で有利である。

なお、封止樹脂５０は、蛍光体粒子８１として、例えば緑色蛍光体および赤色蛍光体といった複数の蛍光体の粒子を含有してもよい。この場合、発光装置１は、青色ＬＥＤであるＬＥＤ素子３０からの青色光と、それによって緑色蛍光体および赤色蛍光体を励起させて得られる緑色光および赤色光（第２の光）とを混合させることで得られる白色光を出射する。緑色蛍光体は、ＬＥＤ素子３０が出射した青色光を吸収して緑色光に波長変換する、例えば（ＢａＳｒ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋などの粒子状の蛍光体材料である。赤色蛍光体は、ＬＥＤ素子３０が出射した青色光を吸収して赤色光に波長変換する、例えばＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ^２＋などの粒子状の蛍光体材料である。

あるいは、封止樹脂５０は、蛍光体粒子８１として、例えば緑色蛍光体と赤色蛍光体に加えて黄色蛍光体をさらに含有してもよいし、黄色蛍光体と赤色蛍光体などの上記とは異なる組合せの蛍光体を含有してもよい。封止樹脂５０が複数の蛍光体の粒子を含有する場合には、粒径または比重などの違いにより、蛍光体粒子８１は、蛍光体ごとに層状に分かれて沈降することがある。

ＴｉＯ_２粒子８２は、発光装置１から出射される白色光に含まれる短波長光（主として青色光）を減衰させるためのものであり、例えば、封止樹脂５０内に一様に分散している。すなわち、発光装置１では、封止樹脂５０内に封止されているＬＥＤ素子３０の側方および上方に、ＴｉＯ_２粒子８２が存在する。ＬＥＤ素子３０から出射された青色光は、封止樹脂５０内を透過するときに、ＴｉＯ_２粒子８２によって散乱または吸収されることにより減衰する。また、ＴｉＯ_２粒子８２を含むことで、封止樹脂５０の表面は白色に見える。

図４は、別の発光装置２の断面図である。発光装置２は、封止樹脂のみが発光装置１とは異なり、その他の点では発光装置１と同一の構成を有する。このため、発光装置２については、その相違点のみを説明し、発光装置１と重複する説明は省略する。

発光装置２の封止樹脂５０’は、発光装置１の封止樹脂５０と同様に、エポキシ樹脂またはシリコーン樹脂などで構成され、ＬＥＤ素子３０およびワイヤ３１を一体的に封止するが、封止樹脂５０とは異なり、蛍光体層５１およびＴｉＯ_２層５２の２層を有する。蛍光体層５１は、実装基板１０に面する側に配置されており、発光装置１の封止樹脂５０と同様に、蛍光体粒子８１を、実装基板１０とは反対の上側から実装基板１０に近い下側に向かうほど高い濃度で含有する。

ＴｉＯ_２層５２は、封止樹脂５０’内における蛍光体層５１の上側（封止樹脂５０’内の上端）に配置され、ＴｉＯ_２粒子８２を一様な濃度で含有する。ＴｉＯ_２層５２は、例えば、蛍光体粒子８１を含有する樹脂を樹脂枠４０の途中の高さまで充填して蛍光体層５１を形成した後で、ＴｉＯ_２粒子８２を含有する樹脂を樹脂枠４０の上端まで充填することで形成される。これにより、発光装置２では、封止樹脂５０’は、実装基板１０から遠い側に、ＴｉＯ_２粒子８２を実装基板１０に近い側よりも高い濃度で含有する樹脂層を有する。

発光装置２でも、ＬＥＤ素子３０から出射された青色光は、封止樹脂５０内を透過して装置外部に出射されるときに、ＴｉＯ_２層５２内のＴｉＯ_２粒子８２によって散乱または吸収されることにより減衰する。発光装置２のように、ＴｉＯ_２粒子８２は必ずしも封止樹脂内全体で一様に分散していなくてもよく、ＬＥＤ素子３０からの青色光が装置外部に出射されるときに、ＴｉＯ_２粒子８２を含有する樹脂層を透過すればよい。

図５（Ａ）～図５（Ｃ）は、さらに別の発光装置３とその製造方法を説明するための断面図である。図５（Ａ）および図５（Ｂ）は発光装置３の封止樹脂の製造工程を示し、図５（Ｃ）は完成した発光装置３を示す。発光装置３は、基板および封止樹脂のみが発光装置１とは異なり、その他の点では発光装置１と同一の構成を有する。このため、発光装置３については、その相違点のみを説明し、発光装置１と重複する説明は省略する。

発光装置３の基板は、上記のような実装基板１０と回路基板２０とを組み合わせたものではなく、１枚のセラミック基板１０’で構成されている。セラミック基板１０’は、その上面に上記の配線パターン２３Ａ，２３Ｂおよび接続電極２４Ａ，２４Ｂと同様のものが形成され、かつＬＥＤ素子３０が実装される平坦な基板であり、上記の実装基板と回路基板の機能を兼ねている。このように、発光装置の基板としては、１枚の平坦な基板を用いてもよい。

発光装置３の封止樹脂６０は、発光装置１の封止樹脂５０と同様に、エポキシ樹脂またはシリコーン樹脂などで構成され、ＬＥＤ素子３０およびワイヤ３１を一体的に封止するが、封止樹脂５０とは異なり、蛍光体層６１および樹脂層６２の２層を有する。

図５（Ｃ）に示すように、蛍光体層６１は、実装領域１１上の空間を、ＬＥＤ素子３０の上面よりも高く、かつワイヤ３１の上端よりも低い位置まで埋め尽くしている。蛍光体層６１の上面は、ワイヤ３１の上端よりも高い位置にあってもよいが、放熱性の観点から蛍光体粒子はセラミック基板１０’の近くにある方が好ましいため、図示した例のように、ＬＥＤ素子３０の上面のほぼ直上にあるとよい。蛍光体層６１は、上記の蛍光体粒子およびＴｉＯ_２粒子を含有し、これらの粒子は、複数の蛍光体がある場合でも、蛍光体層６１内で層状に分離することなく、また、水平方向および鉛直方向の位置によらず、均一に分散している。

樹脂層６２は、封止樹脂６０内における蛍光体層６１の上側（封止樹脂６０内の上端）に配置された樹脂層であり、上記の蛍光体粒子もＴｉＯ_２粒子も含有しない透明樹脂層である。ただし、樹脂層６２は、ＴｉＯ_２粒子を含有してもよく、また、必要があれば、蛍光体粒子を蛍光体層６１よりも低い濃度で含有してもよい。また、樹脂層６２を構成する樹脂は、蛍光体層６１のものとは異なっていてもよく、必ずしも完全に透明でなくてもよい。

封止樹脂６０を形成するには、まず、図５（Ａ）に示すように、未硬化のエポキシ樹脂またはシリコーン樹脂、蛍光体粒子、ＴｉＯ_２粒子および有機溶剤の混合物６１’が、樹脂枠４０により囲まれたセラミック基板１０’上の空間に充填される。このうち、有機溶剤は、樹脂が硬化しない温度で揮発する、例えば酢酸イソブチルなどの溶剤である。続いて、図５（Ｂ）に示すように、混合物６１’内の樹脂が硬化しない温度で混合物６１’を加熱して、有機溶剤を揮発させる。これにより、混合物６１’の体積が減少して、加熱前の混合物６１’よりも低い高さの蛍光体層６１が形成される。さらに、有機溶剤を揮発させたときよりも高い温度で蛍光体層６１を加熱して、蛍光体層６１を硬化させ、その後で、図５（Ｃ）に示すように、蛍光体層６１の上に、樹脂枠４０の上端の高さまで透明樹脂６２’が充填される。これにより、図５（Ｃ）に示す発光装置３が完成する。

発光装置３でも、ＬＥＤ素子３０から出射された青色光は、封止樹脂５０内を透過して装置外部に出射されるときに、蛍光体層６１内のＴｉＯ_２粒子によって散乱または吸収されることにより減衰する。蛍光体粒子とＴｉＯ_２粒子の自然沈降が起こる前に蛍光体層６１を形成し、それを硬化させれば、蛍光体層６１内ではこれらの粒子が一様に分散した状態が維持されるので、分散度合いのバラつきは発生しにくくなる。

図６（Ａ）～図６（Ｃ）は、発光装置１の発光スペクトルを示す図である。各図では、封止樹脂５０としてシリコーン樹脂を、蛍光体粒子８１として黄色蛍光体を使用し、ＴｉＯ_２粒子８２として市場で入手可能な３種類の二酸化チタンの粉末を使用して測定した結果を示している。具体的には、図６（Ａ）は含有率９０％、平均粒子径０．２５μｍのものを、図６（Ｂ）は含有率９０％、平均粒子径０．２８μｍのものを、図６（Ｃ）は含有率９３％、平均粒子径０．２１μｍのものを、それぞれＴｉＯ_２粒子８２として使用している。また、各図では、封止樹脂５０におけるＴｉＯ_２粒子８２の重量パーセント濃度（添加量）を、０％（すなわち、ＴｉＯ_２粒子８２を添加しない）、１％および３％の３段階で変化させて測定した結果を重ねて示している。

各図の横軸は波長（ｎｍ）を、縦軸は、ＴｉＯ_２粒子８２の濃度が０％のときの６００ｎｍ付近のピークを基準とした相対強度（％）を表す。各図における４５０ｎｍ付近のピークはＬＥＤ素子３０が出射する青色光に、６００ｎｍ付近のピークは黄色蛍光体が発する黄色光に、それぞれ相当する。

図６（Ａ）～図６（Ｃ）のいずれの場合でも、ＴｉＯ_２粒子８２の濃度が高いほど全体的に発光強度は低下するが、６００ｎｍ以上の波長域ではその低下量は比較的少なく、５６０ｎｍ以下の波長域の方が低下量は多い。ＴｉＯ_２粒子８２の濃度が１％または３％であると、４５０ｎｍ付近のピークは、６００ｎｍ付近のピークと比べて大きく減衰している。図６（Ａ）～図６（Ｃ）の場合、発光装置１の出射光全体に対する波長５６０ｎｍ以下の光の強度比（５６０ｎｍ以下の波長残存率）は、ＴｉＯ_２粒子８２が０％のときにはいずれも２１．５％であるのに対し、ＴｉＯ_２粒子８２が３％のときにはそれぞれ９．２％、８．９％および６．９％である。

すなわち、二酸化チタンの粉末の種類によらず、封止樹脂５０を透過したときの青色光の減衰率は黄色光の減衰率よりも大きく、また、発光装置１の出射光全体に対する波長５６０ｎｍ以下の光の強度比は１０％未満である。したがって、封止樹脂５０にＴｉＯ_２粒子８２を１％以上混合させることで、６００ｎｍ以上の波長の発光強度をあまり低下させずに、５６０ｎｍ以下の短波長光を減衰させることができる。

ただし、ＴｉＯ_２粒子８２の濃度が高いほど、発光装置１の出射光の強度は低下し、暗くなる。図６（Ａ）～図６（Ｃ）の場合、発光装置１の全光束は、ＴｉＯ_２粒子８２が０％のときにはいずれも４４３．７ｌｍであるのに対し、ＴｉＯ_２粒子８２が３％のときにはそれぞれ３４７．８ｌｍ、３５０．９ｌｍおよび２８９．１ｌｍであり、ＴｉＯ_２粒子８２が６％のときにはそれぞれ２０４．４ｌｍ、２１９．３ｌｍおよび１７５．３ｌｍである。すなわち、ＴｉＯ_２粒子８２の濃度が３％までであれば、全光束はＴｉＯ_２粒子８２を添加しないときの７０％程度であるのに対し、濃度が６％になると、全光束は５０％未満に低下する。したがって、封止樹脂５０におけるＴｉＯ_２粒子８２の重量パーセント濃度は、３％以下であることが好ましい。

短波長光の減衰量と全光束の低下量の両方を考慮すると、封止樹脂５０におけるＴｉＯ_２粒子８２の重量パーセント濃度は、１％～３％の範囲内であることが好ましい。以下に、図６（Ａ）～図６（Ｃ）のそれぞれについて、二酸化チタンの粉末におけるＴｉＯ_２粒子８２の含有率および平均粒子径、５６０ｎｍ以下の波長残存率、ならびに発光装置１の全光束の値をまとめる。表中の０％、３％および６％の数値は、封止樹脂５０におけるＴｉＯ_２粒子８２の濃度である。

発光装置１，２では、製造時に封止樹脂５０，５０’内で蛍光体粒子８１を完全に沈降させてから封止樹脂を硬化させることで、蛍光体粒子８１が実装基板１０の直上付近に配置されている。一方、以下で説明するように、封止樹脂内に適当なフィラーおよびナノフィラーを添加すると、封止樹脂内で蛍光体粒子が分散した状態と沈降した状態との中間である「半沈降状態」が実現され、これによって発光装置の発光面の色ムラが発生しにくくなる。そこで、発光装置の封止樹脂は、上記の蛍光体粒子８１およびＴｉＯ_２粒子８２に加えて、平均粒径が１μｍ～１００μｍの範囲内であるフィラーと、平均粒径が１ｎｍ～１００ｎｍの範囲内であるナノフィラーとをさらに含有してもよい。

このフィラーとしては、例えば、二酸化ケイ素（シリカ）、アルミナ、チタニア、ジルコニアまたはマグネシアなどの、ミクロンサイズの粒子状の無機材料を使用してもよい。ナノフィラーとしては、例えば、二酸化ケイ素（シリカ）、アルミナ、チタニア、ジルコニアまたはマグネシアなどの、ナノサイズの粒子状の無機材料を使用してもよい。フィラーとナノフィラーは、粒径が３桁程度異なるが、同じ物質であってもよい。なお、ナノフィラーは、耐熱性を有し、蛍光体の粒子に吸着し易いものであることが好ましい。

図７（Ａ）～図７（Ｄ）は、封止樹脂内の蛍光体粒子の沈降層を説明するための拡大断面図である。これらの図では、発光装置１，２と同様の発光装置における１つのＬＥＤ素子３０の周辺を拡大して示している。図７（Ａ）は、ナノフィラーを含有しない封止樹脂７０’でＬＥＤ素子３０が封止された直後の断面を示し、図７（Ｂ）は、封止樹脂７０’内の蛍光体粒子が沈降した後の断面を示す。図７（Ｃ）は、ナノフィラーを含有する封止樹脂７０でＬＥＤ素子３０が封止された直後の断面を示し、図７（Ｄ）は、封止樹脂７０内の蛍光体粒子が沈降した後の断面を示す。

図７（Ｂ）に示すように、ナノフィラーがない場合、封止樹脂７０’内には、実装基板１０およびＬＥＤ素子３０の上面に蛍光体粒子の沈降層７１’が形成され、その上は、蛍光体粒子を実質的に含有しない樹脂層７２’になっている。この場合、図７（Ｂ）に破線７５で示したＬＥＤ素子３０の上面の角部（斜め上方）には、蛍光体粒子の沈降層が形成されていない。

一方、図７（Ｄ）に示すように、ナノフィラーがある場合、封止樹脂７０内には、蛍光体粒子の沈降層７１と、下方に向かうほど蛍光体粒子をより高い濃度で含有する分散層７２と、蛍光体粒子を実質的に含有しない樹脂層７３とが、実装基板１０に近い側からこの順に形成される。沈降層７１、分散層７２および樹脂層７３の境界は、実際には明確に規定されないこともあるが、図７（Ｄ）では便宜的に破線で示している。図７（Ｄ）の封止樹脂７０では、ＬＥＤ素子３０の上面、側面および斜め上方を覆うように蛍光体粒子が沈降し、図７（Ｄ）に破線７５で示したＬＥＤ素子３０の上面の角部にも、蛍光体粒子の沈降層７１が形成されている。

封止樹脂７０としてシリコーン樹脂を、フィラーおよびナノフィラーとして二酸化ケイ素を使用する場合には、封止樹脂７０内のナノフィラーの濃度（重量パーセント濃度）が０．４％～０．５％程度であれば、封止樹脂７０を未硬化に保ったまま十分長い時間が経過すると、図７（Ｄ）に示した状態になる。

図７（Ｂ）の場合には、蛍光体粒子が完全に沈降するため、ＬＥＤ素子３０の発光層３２の側方には沈降層７１’がないが、図７（Ｄ）の場合には、発光層３２の側方が沈降層７１で覆われる。封止樹脂内で蛍光体粒子が分散した状態と沈降した状態との中間であり、かつＬＥＤ素子の発光層が蛍光体粒子の沈降層で覆われた状態が、「半沈降状態」である。図７（Ｄ）の場合には、ＬＥＤ素子３０の斜め上方への出射光も、他の方向への出射光と同様に、沈降層７１内の蛍光体粒子によって波長変換されるため、出射光の色度に角度指向性が生じにくくなるので、発光装置の発光面の色ムラが生じにくい。また、この場合も、図７（Ｂ）の完全沈降の場合と同様に、蛍光体粒子が実装基板１０に近い側に配置されているため、蛍光体粒子からの熱は実装基板１０側に放出され易く、封止樹脂７０の過熱も生じにくい。

図８（Ａ）および図８（Ｂ）は、蛍光体粒子の沈降状態による発光スペクトルの差異を示す図である。各図では、封止樹脂としてシリコーン樹脂を、蛍光体粒子として黄色蛍光体を使用し、ＴｉＯ_２粒子として図６（Ａ）のときと同じ二酸化チタンの粉末を使用して測定した結果を示している。図８（Ａ）の結果は、封止樹脂内に二酸化ケイ素のナノフィラーを０．５％程度添加して、蛍光体粒子の半沈降状態を実現した場合のものであり、図８（Ｂ）の結果は、封止樹脂内にナノフィラーを添加せずに、蛍光体粒子を完全沈降させた場合のものである。また、各図では、封止樹脂におけるＴｉＯ_２粒子の重量パーセント濃度を変化させて測定した結果を重ねて示している。各図の横軸は波長（ｎｍ）を、縦軸は、６００ｎｍ付近のピークを基準とした相対強度（％）を表す。

蛍光体粒子を半沈降状態にする場合にも、上記のＴｉＯ_２粒子８２は、少なくとも沈降層７１内において、ＬＥＤ素子３０の周囲に分散している。このため、ＬＥＤ素子３０から出射された青色光は、封止樹脂５０内を透過して装置外部に出射されるときに、周囲のＴｉＯ_２粒子８２によって散乱または吸収されることにより減衰する。図８（Ａ）と図８（Ｂ）とで６００ｎｍ以上の波長域における発光強度はほとんど同じであるが、図８（Ａ）では、図８（Ｂ）よりも５６０ｎｍ以下の波長域における発光強度が減衰している。したがって、蛍光体粒子を半沈降状態にすることで、６００ｎｍ以上の波長域における発光強度を低下させずに、５６０ｎｍ以下の短波長光をさらに減衰させることが可能である。

Claims (6)

1. 実装基板と、
   前記実装基板上に実装され、ピーク波長が青色光の波長以下である第１の光を出射する複数のＬＥＤ素子と、
   前記第１の光により励起されて第２の光を発する蛍光体粒子、および二酸化チタンの粒子を含有し、前記実装基板上に充填されて前記複数のＬＥＤ素子を一体的に封止する封止樹脂と、を有し、
   前記第１および第２の光の混合により出射光として白色光が出射され、
   前記二酸化チタンの粒子により、前記封止樹脂を透過したときに前記第１の光が前記第 ２の光よりも大きく減衰し、
   前記封止樹脂における前記二酸化チタンの粒子の重量パーセント濃度が１％～３％の範囲内であり、
   前記出射光の全体に対する波長５６０ｎｍ以下の光の強度比が１０％未満である、
   ことを特徴とする発光装置。
2. 前記二酸化チタンの粒子は前記封止樹脂内に分散しており、
   前記蛍光体粒子は、前記封止樹脂内において、前記実装基板に近い側ほどより高い濃度で存在する、請求項１に記載の発光装置。
3. 前記封止樹脂は、平均粒径が１μｍ～１００μｍの範囲内であるフィラー、および平均粒径が１ｎｍ～１００ｎｍの範囲内であるナノフィラーをさらに含有し、
   前記封止樹脂は、前記複数のＬＥＤ素子のそれぞれの上面、側面および斜め上方を覆い各ＬＥＤ素子から出射された前記第１の光が透過する前記蛍光体粒子の沈降層を有する、請求項２に記載の発光装置。
4. 前記封止樹脂は、前記実装基板から遠い側に、前記二酸化チタンの粒子を前記実装基板に近い側よりも高い濃度で含有する樹脂層を有する、請求項２又は３に記載の発光装置。
5. 前記第１の光は４５０ｎｍの青色光であり、
   前記第２の光は６００ｎｍの黄色光である、
   請求項１～４の何れか一項に記載の発光装置。
6. 出射される前記白色光は、ウミガメを引き寄せない、請求項１に記載の発光装置。

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