CN105164823A - 发光装置、led照明装置以及用于所述发光装置的荧光体含有膜片的制造方法 - Google Patents

发光装置、led照明装置以及用于所述发光装置的荧光体含有膜片的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种发光装置及其制造方法，作为照明用LED器件，或者作为LED灯泡等LED照明装置，消除了荧光体之间的相互作用，通过采用最佳条件的结构和机构设计，特性被提高，而且廉价。本发明的发光装置包括：发出蓝色光、紫色光、或紫外线光的半导体发光元件和被该半导体发光元件的光激发而发出固有光的荧光体，其特征在于，使用发出作为所述固有光的蓝色系的光的蓝色系荧光体、发出作为所述固有光的绿色系的光的绿色系荧光体、发出作为所述固有光的黄色系的光的黄色系荧光体、以及发出作为所述固有光的红色系的光的红色系荧光体之中2种以上不同的发光色的荧光体，构成为：所述2种以上的荧光体以彼此上下不重叠的状态配置在横向，从而抑制荧光体之间的相互作用的特定结构亦即荧光体分离型结构。

Description

发光装置、LED照明装置以及用于所述发光装置的荧光体含有膜片的制造方法
技术领域
本发明涉及一种用于LED照明等上的发光装置，特别是关于由发出蓝色光、紫色光、紫外光的半导体发光元件和将该光转换成白色光的荧光体构成的发光装置、LED灯泡及其制造方法。
背景技术
近年来，使用LED的照明装置已被实用化，以白炽灯泡和荧光灯为首，水银灯和卤素灯也正在被替换中。其原因是，以低耗电就能获得同等的亮度，还可以大幅度削减成为地球温暖化根源的二氧化碳排放量，从而成为环保商品的王牌。例如，60W级的白炽电灯泡的同等亮度可以用9W的LED灯泡来实现。这样，如果所有照明都替换成LED照明的话，削减二氧化碳排放量的目标就很容易达到，但是，阻碍这种替换的原因在于两个照明装置的价格差还是比较大的。若考虑寿命的话，其价格差就会变得很小，因此，针对特殊场所的照明，由于对此进行替换的人工费也能够削减，故而逐渐替换成了LED照明。
店铺的筒灯或景点照明所使用的卤素灯由于与白炽电灯泡同样地对灯丝进行通电，利用使之白炽时的发光，因此，评价色再现性的显色评价指数较高，另外，与一般的白炽电灯泡相比，由于可以提高灯丝的温度，故而可以提高亮度50％左右。另外，寿命也比较长。其原因是，灯丝的材质为钨，一旦被白炽化，钨就会升华，在是一般白炽灯泡的情况下，会析出到灯泡的玻璃上。但是，卤素灯由于在灯泡内被封装有惰性气体和微量的卤素气体，因此，成为卤化钨，这种物质的蒸气压力高，不会析出，而是在灯丝附近再次分离成钨和卤素，钨返回到灯丝，形成所谓的卤钨循环，该卤钨循环被反复进行。
卤素灯的色温在2700K至3000K左右，显色性在灯中最好，在色再现性重要的场所，使用该光源。
用LED灯泡替换卤素灯泡(也称作卤素灯)的情况下，由于卤素灯的用途是使用在店铺照明或演出照明等等色再现性比较重要的场所的照明，因此，亮度和显色性就成为了课题。关于亮度，虽然认为提高LED元件的发光效率，照明用LED器件(照明用LED电子部件)的实际值达到150lm/W(5000K)或100lm/W(3000K)没有什么问题，但是，一旦考虑到显色性，发光效率就会下降。例如，关于色温为3000K时的照明用LED器件，平均显色评价指数Ra＝80的器件的发光效率可以是100lm/W，但是，关于Ra＝85的器件，则低到了80lm/W。也就是说，若使显色性良好，发光效率则下降。
作为使用半导体发光元件(也称为LED元件)而获得白色光的方法，在第一阶段，使用了利用蓝色光能发出与蓝色有补色关系的黄色光的YAG系荧光体粉末。但是，关于利用该LED元件的蓝色光和YAG荧光体的黄色光制作出来的疑似白色光，其平均显色评价指数Ra值低到了70层面的程度，用其照明，无法再现物体的自然色。Ra呈现较低的原因是光的红色成分较少。
因此，在第2阶段，使用了利用LED元件的蓝色光能发出作为光的三原色的绿色光和红色光的荧光体粉末，通过LED元件的蓝色光、具有来自2种荧光体的宽光谱的绿色光和红色光构成白色光，其平均显色评价指数Ra值被改善到了93，由其照明所实现的色再现性也相当好。但是，作为白色光的亮度则如前所述那样呈现下降。其原因在后面阐述。
今后，如果发出紫色光和紫外线光的半导体发光元件的高亮度化有所进展的话，则在第三阶段，可以使用利用紫色光、紫外线光能发出光的三原色的3种荧光体粉末，Ra值能够达到与卤素灯同等的100。
用于LED灯泡上的照明用LED器件在现阶段还处于第2阶段，其由发出蓝色光的LED元件、被该蓝色光激发而发出宽谱绿色光的绿色系荧光体、和被蓝色光激发而发出宽谱红色光的红色系荧光体构成。光的亮度也影响到人类的可视度，所以，用考虑了可视度的光通量来表示，单位使用lm(流明)。关于人类的可视度，波长555nm的黄色系光最高，蓝色系和红色系的光较低。因此，由荧光体决定的红色系光的成分如果多，流明值就会较低。为了使显色性良好，一般情况下，即使在红色系的光中，长波的红光也是必须的，相对应地，流明值就会较低。
在图7中，对色温约为3000K的照明用LED器件的平均显色评价指数Ra＝80情况下和Ra＝90以上情况下的光谱进行了比较。图7所示的Sample1的Ra＝96.4，亮度为60.6lm，Sample2的Ra＝81.9，亮度为70.1lm。由此可知：Sample1的光谱与Sample2的光谱相比，其长波的红光成分较多，相对应地，流明值变低了。
这样，若使显色性良好，光通量值就会下降这一第1要因是由上述的原因引起的，除此之外，还有重要的第2要因。对此进行如下说明。
一般来说，绿色系荧光体和红色系荧光体是以能够再现色温的配合比进行混合而被加以利用的。在图7的照明用LED器件的情况下，荧光体也是被混合的，并且被配置在LED元件的周围。这样，在混合绿色系荧光体和红色系荧光体而进行使用的情况下，在荧光体之间会产生相互作用。也就是说，从被来自LED元件的蓝色光激发的绿色系荧光体虽然能发出宽谱的绿色光，但是，其光的一部分也能成为红色系荧光体的激励光。
图8示出了这种相互作用的显著例子。图8的Sample3是绿色系荧光体和红色系荧光体以相同数量混合后的情况下的光谱，Sample4是对绿色系荧光体和红色系荧光体的单独的光谱进行叠加后的情况(也就是说，在两者的荧光体之间没有相互作用的光谱)。关于两光谱的光特性值，Sample3的场合下，光通量值＝69.0lm，Ra＝69.0，色温＝2300K，Sample4的场合下，光通量值＝72.2lm，Ra＝93.5，色温＝4096.9K。
根据该发光光谱数据No3可知，在以相同数量进行混合的情况下(即，绿色系荧光体和红色系荧光体的混合比为1:1的情况)，绿色光成分完全没有出现，只有红色光成分比较大。即，绿色光被红色系荧光体再吸收而转换成红色光。其结果，色温达到偏红色的2300K，色再现性也恶化到Ra＝69.0，此外，光通量值也变小了。
从这个例子可以明白以下两种情况。
首先，第一，关于混合了荧光体的Sample3，从LED元件所发出的蓝色光，通过绿色系荧光体被转换成宽谱的绿色光，而且，该光通过红色系荧光体又被转换成宽谱的红色光，从而成为经由了上述2个阶段转换的光，因此，伴随着2个阶段的转换会产生损失。即，作为总体光的白色光的发光效率出现了损失。
第二，因为绿色光成分的消失，当然会有色温的变化，但是，对平均显色评价指数Ra的损害更大。
这样，荧光体之间的相互作用，不仅降低了显色性，同时还产生了使发光效率恶化的作用。也就是说，明白了：为了用LED灯泡替换上述卤素灯那样的高显色性且高亮度的光源，消除荧光体之间的相互作用的构造变得很重要。
作为消除相互作用的一个方法，只要在结构上分割成绿色系荧光体的区域和红色系荧光体的区域来在LED元件的周周配置就可以。类似这样的例子已被专利文献1和专利文献2所展示。在专利文献1的情况下，记载了：分割出绿色系荧光体和红色系荧光体而配置在蓝色LED元件的结构、以及分割出蓝色系荧光体和绿色系荧光体和红色系荧光体而配置在紫外线LED元件的结构。另外，在专利文献2的情况下，也记载了：分割出蓝色系荧光体和绿色系荧光体和红色系荧光体而配置在紫外线LED元件的结构。
但是，无论哪一文献，关于不同荧光体之间的相互作用等都没有论述，在专利文献1中，记载了通过各发光分担区域的面积以及荧光体层的色度等的调整，可以对叠加混色容易进行微调整，容易接近更理想的白色光，在专利文献2中，记载了可以通过面积比来控制各荧光体的量比，所以与混合的情况相比，可以减小发光色的偏差。在以往的专利文献中，没有论述与相互作用所决定的光的特性相关的影响等问题。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开3978514号公报
专利文献2:日本特开2005-72129号公报
发明内容
利用所述的第2阶段的照明用LED器件再现卤素灯的情况下，色温为3000K以下、显色性为Ra＝90以上的值、发光效率为100lm/W是比较理想的。至今为止的照明用LED器件的主要结构是，针对发出蓝色光的LED元件，将用于再现色温和显色性的荧光体混合并配置在LED元件的光提取面上；考虑到荧光体之间的相互作用，不存在制成最佳条件的照明用LED器件以及LED灯泡。为了实现上述理想的照明用LED器件，在提高LED元件的发光效率和荧光体粉末的转换效率(用蓝色光激发而发出固有的颜色光的效率)的同时，消除荧光体之间的相互作用的照明用LED器件的结构和LED灯泡的机构性设计变得很重要。
另外，今后，即使是紫色LED元件、紫外线LED元件的高亮度化和低成本化有所提高，作为荧光体能够使用蓝色系荧光体，也同样需要比以往更加考虑蓝色系荧光体、绿色系荧光体、黄色系荧光体以及红色系荧光体之间的相互作用。
本发明是鉴于上述这种情况做出的，目的在于提供一种下述的发光装置及其制造方法：特别是，作为照明用LED器件，或者作为LED灯泡等LED照明装置，消除了荧光体之间的相互作用，通过采用作为最佳条件的结构和机构设计，特性被提高，而且廉价的发光装置及其制造方法。
本发明的第1技术方案的发光装置，包括：发出蓝色光、紫色光、或紫外线光的半导体发光元件和被该半导体发光元件的光激发而发出固有光的荧光体，其特征在于，使用发出作为所述固有光的蓝色系的光的蓝色系荧光体、发出作为所述固有光的绿色系的光的绿色系荧光体、发出作为所述固有光的黄色系的光的黄色系荧光体、以及发出作为所述固有光的红色系的光的红色系荧光体之中2种以上不同发光色的荧光体，构成为：所述2种以上的荧光体以彼此上下不重叠的状态配置在横向，从而抑制荧光体之间的相互作用的特定结构亦即荧光体分离型结构。
第2技术方案的特征在于，利用构成所述荧光体分离结构的荧光体而构成的荧光体层的厚度为500μm以下。
由图8所示的发光光谱数据No3明显可知，在将绿色系荧光体和红色系荧光体以相同质量进行混合，并配置在发出蓝色光的LED元件的光提取面上的情况下，在绿色系荧光体和红色系荧光体之间产生的相互作用(即，绿色系荧光体被来自LED元件的蓝色光激发，具有从被该激发的绿色系荧光体发出的宽光谱的绿色系的光被红色系荧光体再吸收，并被转换成具有宽光谱的红色系的光)能够对作为总体光的白色光的发光效率和显色性产生不希望看到的重大影响。即，如前所述，由于成为经由2个阶段的转换而得到的光，伴随产生由2个阶段的转换所引起的损失，因此发光效率变得恶化。并且，因为绿色光成分的消失，当然有色温的变化，但是对平均显色评价指数Ra损害更大。
作为更具体的数据，图6示出了：色温相同情况下的、在绿色系荧光体和红色荧光体之间有相互作用的场合(混合型样品/3B2D(7)73：1)和没有相互作用的场合(分离型样品/3B2D(2)(1)L7)的光谱。在相同的色温3000K附近，关于光特性值，在混合型时，光通量＝70.1lm，Ra＝81.9，R9＝5.3，在分离型时，光通量＝73.8lm，Ra＝85.2，R9＝25.4。根据这些数据可知，没有相互作用的分离型样品这一方，作为白色光的发光效率和显色性良好。
即使是其他荧光体，与红色系荧光体之间也有同样的相互作用，特别是蓝色系荧光体，与绿色系荧光体或黄色系荧光体之间也有相互作用。
这样，通过制成能够抑制荧光体之间的相互作用的特定构造，可以实现显色性良好且高亮度的照明。在此，所谓特定结构具体表示为荧光体分离型结构，不混合不同发光色的荧光体，在分离的结构，使边界的厚度为500μm以下(最好是300μm以下)，能够使得在分离的边界面处的相互作用变得微小。
本发明的第3技术方案是在第1技术方案的发光装置基础之上做出的，其特征在于，所述发光装置构成为：通过发出蓝色光、紫色光或紫外线光的半导体发光元件与形成在该半导体发光元件的光提取面上的荧光体层来发光；将所述荧光体层与层面垂直地分割成多个，对每个分割的区域分配蓝色系荧光体、绿色系荧光体、红色系荧光体、黄色系荧光体之中的任意1种荧光体来构成所述荧光体层，将所述特定结构构成为在该荧光体层的整个面积之中，红色系荧光体所占总面积的比例最大。
为了用LED器件实现卤素灯，需要显色性良好且高亮度的LED器件。为了达到这个目的，需要制成在荧光体层所使用的多个荧光体之间几乎没有相互作用的结构。作为其一个方法，如果利用与层面垂直的面将荧光体层分割成多个，对每个分割的区域分配蓝色系荧光体、绿色系荧光体、红色系荧光体、黄色系荧光体之中的任意1种荧光体来构成荧光体层的话，就能够几乎消除荧光体之间的相互作用。
另外，卤素灯的色温为3000K以下，为了达到这样的色温，就需要将红色系荧光体的分割区域的面积设置成与其他荧光体分割区域的面积相比最宽广。
若以3000K的样品对图6的色温进行具体说明，则在是在荧光体之间具有相互作用的混合型样品的情况下，绿色系荧光体和红色系荧光体的重量比为3：1，即，必须使绿色系荧光体重量是红色系荧光体重量的3倍这样多，但是，当是几乎没有相互作用的分离型样品的情况下，重量比则为1：1.66，红色系荧光体重量较多，另外，关于荧光体层的分割区域的面积比，绿色系荧光体分割区域的面积和红色系荧光体分割区域的面积比为7:17，红色系荧光体分割区域的面积被扩展到2.4倍以上。
这样，在消除荧光体之间的相互作用的结构中，为了制成卤素灯或灯泡色的光源，与其他荧光体分割区域的面积相比，使红色系荧光体分割区域的面积最宽广就显得尤为重要。
本发明的第4技术方案是在第3技术方案的发光装置基础之上做出的，其特征在于，在所述发光装置中，在所述红色系荧光体中包含有用于调整光谱特性的不同发光色的荧光体。
如图8所示，即使将相同量的绿色系荧光体混合于红色系荧光体，来自混合后的荧光体的发光色也是红色系的颜色，但是，其光谱形状与红色系荧光体是单体的情况相比，峰值和底部形状不同。这是理所当然的，利用来自LED元件的蓝色光(通过绿色系荧光体)而被转换出的绿色系的光不是全部被转换成红色系，没有被转换的光则改变底部形状。利用这种现象，虽然双重转换会产生若干损失，但从显色性的观点或者从制造方法的观点来看，这种方法还是有良好的一面的。这种情况下，也可以利用上述现象。也就是说，为了调整光谱形状，也可以将不同发光色的荧光体混合于红色系荧光体。
这不仅仅限于红色系荧光体，蓝色系荧光体、绿色系荧光体、以及黄色系荧光体也同样，在作为源体的荧光体的固有光的色区分的范围内，以能够调整光谱的峰值和底部形状的程度混合了不同发光色的荧光体之后的荧光体也属于作为该源体的发出荧光体的固有光的荧光体。
本发明的第5技术方案是在第2技术方案的发光装置基础之上做出的，其特征在于，所述发光装置构成为：通过发出蓝色光、紫色光、或紫外线光的半导体发光元件和形成在该半导体发光元件的光提取面上的荧光体层来发光；所述发光装置的发光光谱的波长530nm的发光强度成分值S2相对于波长520nm的发光强度成分值S1的增长率亦即(S2-S1)/S1为负值或正值且在6％以下。
关于图6的混合型样品和分离型样品的光谱，其特征上不同的部分是绿色系光的光谱部分。这是由在荧光体之间有无相互作用而产生的差别，对此已经进行了反复阐述，但是，在任意的色温(特别是从3000K至6000K的范围)下，若满足发光光谱的波长530nm的发光强度成分值S2相对于波长520nm的发光强度成分值S1的增长率亦即(S2-S1)/S1为负值或正值且在6％以下的话，就能够获得显色性良好且高亮度的照明用LED器件。
本发明的第6技术方案是在第3、第4、第5技术方案中的任意一发光装置基础之上做出的，其特征在于，所述发光装置构成为：将荧光体含有膜片以半导体发光元件的光提取面和所述荧光体含有膜片的入光面相对置的方式重叠配置于所述半导体发光元件上，所述半导体发光元件发出蓝色光、紫色光、或紫外线光，并具有相对置的两个主面，且将一方的主面作为光提取面，将另一方的主面作为电极形成面，而所述荧光体含有膜片具有与所述光提取面相等或比其大的且相对置的2个主面，将一方的主面作为入光面，将另一方的主面作为出光面；将所述荧光体含有膜片与主面相垂直地分割成多个，对每个分割的区域(记作分割区域)分配蓝色系荧光体、绿色系荧光体、红色系荧光体、黄色系荧光体之中的任意1种荧光体来构成所述荧光体含有膜片，由此构成所述特定结构。
作为几乎消除荧光体之间的相互作用的结构，为了由单体的照明用LED器件来实现，形成荧光体膜片的结构是最具有实现性的。例如，将红色系荧光体粉末混在硅树脂中，做成糊状之后利用丝网印刷法印刷在塑料片上并使之固化，形成薄膜状的荧光体含有膜片。此后，使用切片机(dicer)，形成多条刀片宽度的槽，对荧光体含有膜片的一部分进行磨削，去除荧光体。此后，将绿色系荧光体粉末混在硅树脂中，做成糊状之后涂敷到去除了该红色系荧光体的部分，并使之固化。这样，可以获得将红色系荧光体的区域和绿色系荧光体的区域分离而形成的荧光体含有膜片。如果将它配置在半导体发光元件(LED元件)的光提取面上的话，可以得到在红色系荧光体和绿色系荧光体之间几乎没有相互作用的发光装置。为了对其加入蓝色系荧光体或黄色系荧光体区域，可以反复进行所述方法。
本发明的第7技术方案的发光装置的特征在于，使所述荧光体含有膜片的区域为一个，对该区域分配蓝色系荧光体、绿色系荧光体、红色系荧光体、黄色系荧光体之中的任意一种荧光体。
对所述荧光体含有膜片不进行分割，如果将蓝色系荧光体、绿色系荧光体、红色系荧光体、黄色系荧光体之中的任意一种荧光体使用于所述荧光体含有膜片，在荧光体之间当然不会产生相互作用。如果使用多个发出这样的蓝色系、红色系、黄色系、绿色系的光的发光装置，做成总体上发出白色光的LED灯泡的话，就可以得到抑制荧光体之间的相互作用的照明装置。
本发明的第8技术方案是LED照明装置，其特征在于，使用第6、或第7技术方案的发光装置，抑制荧光体之间的相互作用。
如果使用技术方案6记载的发光装置，或者使用多个技术方案7记载的发光装置，做成总体上发出白色光的LED灯泡以及线状光源或面状光源的话，则可以得到抑制荧光体之间的相互作用的灯泡状以及线状或面状的LED照明装置。
本发明的技术方案9是技术方案6记载的发光装置所使用的荧光体含有膜片的制造方法，包括：工序1，将蓝色系荧光体、绿色系荧光体、红色系荧光体、黄色系荧光体之中的任意第1荧光体粉末与树脂混合，做成糊状，将该糊涂敷在耐热性塑料片上且呈薄膜状，使之固化，形成第1荧光体含有膜片；工序2，从该第1荧光体含有膜片的部分区域(相当于所述分割区域的部分)去除第1荧光体含有膜片；工序3，将蓝色系荧光体、绿色系荧光体、红色系荧光体、黄色系荧光体之中的任意第2荧光体粉末与树脂混合，做成糊状，并将该糊涂入该部分区域，并且使之固化，形成第2荧光体含有膜片分割区域。
具体说明的话，与工序1的荧光体粉末混合的树脂使用了透明的硅树脂，做成糊状，涂敷该糊的方法是通过使用金属掩模的丝网印刷法进行的。另外，作为从工序2的第1荧光体含有膜片的部分区域去除第1荧光体含有膜片的方法，可以是使用厚度例如200μm的切割刀片，通过切片机(dicer)，以目标幅度进行剔除的方法。另外，将含有第2荧光体的糊涂入工序3的进行去除后的部分区域的方法可以使用分配装置(dispenser)进行，最后，为达到同一面而进行水平调整并使之固化，由此可以制造分离型荧光体含有膜片。
本发明的技术方案10是技术方案9记载的制造方法，其特征在于，多次反复进行与所述工序2和所述工序3相当的工序来形成多个荧光体含有膜片分割区域。
为了使得光学特性(光通量值、色温或显色性)良好，需要形成多个所述分割区域，但是，如果利用不同种类的荧光体，反复进行工序2和工序3，则可以形成具有多个分割区域的分离型荧光体含有膜片，从而可以得到抑制荧光体之间的相互作用的发光装置。
另外，虽然材料不同，但是，即使将发出同色系的光的荧光体相互混合，也不会发生荧光体之间的相互作用，所以也可以将该混合荧光体使用于所述分割区域。
发明效果
本发明的发光装置是能够抑制照明装置所使用的荧光体之间的相互作用的结构，因此(例如，以绿色系荧光体和红色系荧光体的情况进行说明)，第一，从LED元件发出的蓝色光通过绿色系荧光体而被转换成宽谱的绿色光，进而，该光通过红色系荧光体被转换成宽谱的红色光，故而存在上述这2个阶段的转换的相互作用，伴随有2个阶段转换所引起的损失，但是可以消除该损失。
第二，通过相互作用，绿色光成分消失，因此当然有色温的变化，但是，对平均显色评价指数Ra损害较大。也可以消除该损失。
这样，荧光体之间的相互作用虽然具有：在使显色性降低的同时，发光效率也变得恶化的作用，但是，通过抑制相互作用，可以大幅地减少这些损失，从而可以得到高亮度且高显色的LED电灯泡等LED照明装置。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式的发光装置的图，(a)是从上观察的俯视图，(b)是从下观察的仰视图，(c)是线A-A的截面图。
图2是表示本发明的第2实施方式的发光装置的图，(a)是从上观察的俯视图，(b)是从下观察的仰视图，(c)是线B-B的截面图。
图3是表示本发明的发光装置所使用的荧光体含有膜片的图。
图4是表示本发明的第5实施方式的发光装置的俯视图。
图5是表示本发明的分离型荧光体含有膜片的制造方法的图。
图6是发光装置的发光光谱数据No1。
图7是发光装置的发光光谱数据No2。
图8是发光装置的发光光谱数据No3。
图9是发光装置的发光光谱数据No4。
图10是发光装置的发光光谱数据No5。
具体实施方式
下面，关于本发明的发光装置的实施方式，以第1至第3实施方式的顺序，参照附图详细说明。
首先，第1实施方式的发光装置如图1所示。
该发光装置1
包括LED元件2，该LED元件2发出蓝色光，其构成为光提取面2-1小于电极形成面2-2的梯形形状且侧面是倾斜的，该LED元件2还考虑到了从该面进行的光提取，在该LED元件2的电极形成面2-2的n侧电极和p侧电极的表面层形成有厚度3μm的AuSn层，来构成+电极E1以及-电极E2。在该LED元件2的光提取面2-1上，作为荧光体分离构造而配置有含有荧光体粉末的分离型荧光体含有膜片3(即，包含红色系荧光体粉末的区域3a和3c、包含绿色系荧光体粉末的区域3b)，在该LED元件2的侧面，形成有以分离型荧光体含有膜片3为底面的倒四棱锥形状的透明树脂部6，并且该发光装置1包括反射壁5，该反射壁5对除了该LED元件2的电极形成面2-2的整个面或者电极形成面2-2的+电极E1和－电极E2部、发出总体上为白色光的分离型荧光体含有膜片3的出光面3-1以外的呈现露出的面进行覆盖。
该发光装置1不是与以往结构的基板相当的装置，是通过焊料将LED元件2的电极(在表面形成有厚度3μm的AuSn层的+电极E1和－电极E2)直接安装在安装基板上。由此，将器件的热阻抑制得较低，而且不需要昂贵的基板的材料费，因此可以实现低价格。
另外，该结构的发光装置1的亮度(光通量：流明值)较大程度依赖于分离型荧光体含有膜片3的大小(宽广度)。例如，在3W级别的LED元件2的情况下，当分离型荧光体含有膜片3的大小为一边是2.4mm至3.0mm的正方形时，光提取效率最佳且明亮(流明值大)。在它以下的话，光提取效率变差且变暗(流明值小)。
LED元件2是以下这样的元件：在透光性结晶基板(例如，蓝宝石基板、SiC基板、GaN基板等)的面上，将GaN系化合物半导体膜从基板一侧以缓冲层、n型层、发出蓝色光的发光层、以及p型层的顺序进行层叠，在p型层的面上形成p侧电极，对p型层以及发光层进行部分性地选择蚀刻，在使n型层露出的部分形成n侧电极，p侧电极和n侧电极大体形成在同一面上。在这些电极表面形成有厚度3μm的AuSn层。
分离型荧光体含有膜片3被分割成3个区域来作为荧光体层，3a和3c的区域是将红色系荧光体粉末混合在例如树脂类型的硅中而涂敷成薄膜状并使之固化的区域，3b区域是将绿色系荧光体与上述同样地使之固化的区域。具体的制造方法将在后面说明，利用使用金属掩模的丝网印刷法来形成红色系荧光体含有膜片，并使用切片机等，对其一部分(分割区域)的膜片进行研磨去除，使用分配装置(dispenser)等，在去除后的分割区域来形成绿色系荧光体含有膜片。
在此，绿色系荧光体可以是例如CaSc2O4：Ce，1种绿色系荧光体，也可以是将2种以上的绿色系荧光体进行混合后的荧光体。另外，红色系荧光体可以是例如(SrCa)AlSiN3：Eu，1种荧光体，也可以是将2种以上的红色系荧光体混合后的荧光体。关于配合量，例如，在色温大约为3000K时，在分割区域3a、3c是红色系荧光体含有膜片的情况下，荧光体粉末的重量浓度为37.0％，所占面积是全体的70.8％，在分割区域3b是绿色系荧光体含有膜片的情况下，荧光体粉末的重量浓度为54.1％，所占面积是全体的29.2％。虽然改变重量比，或者改变面积可以调整色温，但是，要选择显色性良好、光通量值较大的条件。这种情况下，红色系荧光体含有膜片的分割区域也最宽广。
由于红色系荧光体的分割区域与绿色系荧光体的分割区域之间的边界面的长度为2.4mm至3.0mm左右，所以，为了使边界面的相互作用处于最小限度，分离型荧光体含有膜片3的厚度(荧光体层的厚度)则大约为100μm左右。
由于有时绿色系荧光体的分割区域的幅度大约为500μm左右，所以，荧光体层的厚度需要在500μm以下。优选在300μm以下。若超过500μm，相互作用就会变大，这就很不合适了。
树脂类型的硅使用：高折射率(1.5～1.55)、硬度为邵氏硬度ShoreD(40～70，优选为60～70)、透明性良好的(例如，对于波长450nm的蓝色光而言，在树脂的厚度为1mm的情况下，透光性在95％以上，优选为99％以上)材料。
倒四棱锥形状的透明树脂部6作为光传播层发挥作用，亦即用于使从LED元件2的倾斜面提取出的蓝色光高效地进入到处于上表面的分离型荧光体含有膜片3。为此，该部分也使用了如下所述的树脂类型的硅：例如，高折射率(1.5～1.55)，硬度为邵氏硬度ShoreD(40～70左右)、透明性良好(例如，对于波长450nm的蓝色光而言，在树脂的厚度为1mm的情况下，透光性在95％以上，优选为99％以上)。
LED元件2和分离型荧光体含有膜片3的粘合使用与透明树脂部6相同的树脂类型的硅。在该硅树脂中也可以适量地混入色度或色温补偿用的所述荧光体。
反射壁5是将粒子直径0.21μm的氧化钛微粉末混入到例如树脂类型的硅中并使之固化后得到的。关于氧化钛，由于其介电常数较大，光反射率也较高，因此，经常被利用在反射壁，但是，由于有光催化的性质，所以通过紫外光和蓝色光被激发，作用于周围的水分或氧，产生O2H自由基和OH自由基，使硅树脂劣化变色。由此，蓝色LED元件周周的反射壁(白色)发生变色，经数十小时亮度就会劣化到80％以下。为此，在此所使用的氧化钛微粒子是使用了经过下述处理的物质：利用硅石、氧化铝，对其表面包裹或进行硅氧烷处理，可以防止光催化的性质的物质。另外，与硅树脂之间的配合比也必须是：颜料体积浓度为5～30％左右，能够防止密集效应所引起的反射率降低。
另外，树脂类型的硅是使用了如下所述的材料：高折射率(1.5～1.55)，硬度为邵氏硬度ShoreD(50～70，优选为60～70)、透明性良好(例如，对于波长450nm的蓝色光而言，在树脂的厚度为1mm的情况下，透光性在95％以上，优选为99％以上)。关于厚度，荧光体含有膜片3的侧面为60μm左右，LED元件2的侧面侧形成有从荧光体含有膜片3起逐渐变厚的倾斜面，形成朝向分离系荧光体含有膜片3的光变多的反射壁。
根据使用本实施例的发光装置1的至此为止的研讨结果，作为使用于分离型荧光体含有膜片3的荧光体，红色系荧光体使用(SrCa)AlSiN3：Eu(将此记作2D荧光体)、CaAlSi(ON)3：Eu(将此记作3A荧光体)种类，绿色系荧光体使用CaSc2O4：Ce(将此记作3B荧光体)种类，黄色系荧光体使用一般式M1-aSi2O2-1/2nXnN2：Eua(将此记作3S荧光体)种类，来构成分离型荧光体含有膜片3，在这种情况下，色温在2500K至4200K的范围且平均显色评价指数Ra达到90以上的样品的薄膜片3的构成内容如下。
表1
在此，增长率是指发光光谱的波长530nm的发光强度成分值S2相对于波长520nm的发光强度成分值S1的增长率，即(S2-S1)/S1。
根据该结果可知，色温在4000K以下时，红色系荧光体所占的面积占有率(2D和3A合计的占有率)相比其他荧光体所占的面积占有率最大。另外，还可知，在3000K以上的话，增长率则在6％以下。
接着，图2中示出第2实施方式的发光装置。
该发光装置10构成为：将发出蓝色光的LED元件12借助金凸点(用Au线制作的凸点)安装于陶瓷氧化铝基板(或氮化铝基板)11的芯片搭载电极(F1、G1)上，来做成双重结构体；其中，LED元件12是能够从与形成n侧电极(－电极)和p侧电极(+电极)的电极形成面相反一侧的面(光提取面)提取出光的倒装芯片类型的3W级别的元件。关于该基板11的尺寸，考虑到散热，其厚度为大约0.5mm，而其大小则为(也考虑成本)一边大约是2mm的正方形，相比LED芯片稍大些。形成在双重结构体的基板上的芯片搭载电极(F1、G1)与外部基板安装电极(F2、G2)的F1-F2之间以及G1-G2之间是通过通孔连接导通的。
利用硅树脂，将与第1实施方式所说明的荧光体膜片相同的分离型荧光体含有膜片13的入光面粘接于该双重结构体的LED元件12的上表面(光提取面)。关于分离型荧光体含有膜片13的尺寸，其厚度大约为0.1mm，而其大小则为一边大约是2.4mm的正方形。
利用硅树脂，在LED元件12的侧面，形成有将分离型荧光体含有膜片13作为底面的倒四棱锥形状的透明树脂部16。
此外，利用将氧化钛微粉末混入到硅树脂之后的白色树脂，来覆盖双重构造体的基板11的外部基板安装电极形成面、和分离型荧光体含有膜片13的除了出光面以外的露出面，形成反射壁15，从而得到发光装置10。
在该结构中，将基板11埋入白树脂内的形状不同于在以往的基板上形成所有的树脂结构的情形。基板11搭载LED元件12，并且被设置成了对LED元件12产生的热进行散热所需要的最小限度的大小，从而可以抑制昂贵的基板的材料费。
另外，该结构的发光装置10的亮度(光通量：流明值)较大程度依赖于分离型荧光体含有膜片13的大小(宽广度)。例如，在3W级别的LED元件12的情况下，当分离型荧光体含有膜片13的大小为一边是2.4mm至3.0mm的正方形时，光提取效率最佳且明亮(流明值大)。在它以下的话，光提取效率变差且变暗(流明值小)。也就是说，分离型荧光体含有膜片13必须大于基板。
另外，作为减小在荧光体分割区域的边界面的相互作用的荧光体分离结构，分离型荧光体含有膜片13的厚度大约为100μm左右。
LED元件12是以下元件：在透光性结晶基板(例如，蓝宝石基板、SiC基板、GaN基板等)的面上，将GaN系化合物半导体膜从基板一侧以缓冲层、n型层、发出蓝色光的发光层、以及p型层的顺序进行层叠，在p型层的面上形成p侧电极，对p型层以及发光层进行部分性地选择蚀刻而使n型层露出，在使n型层露出的部分形成n侧电极，p侧电极和n侧电极虽然有数μm的阶梯差但大体还是形成在同一面上。这些电极的表面为Au膜。
分离型荧光体含有膜片13与第1实施方式的膜片相同。另外，如图3所示，也可以将所述分割区域的形状做成四边形或圆形或十字形等各式各样的形状。另外，也可以将这些形状做成小型形状而形成有多个。但是，如果将所述分割区域做成小型的话，在边界面的相互作用就会带来较大的影响，因此，需要使分离型荧光体含有膜片13的厚度薄些。
接着，作为第3实施方式的发光装置，是将第1实施方式的发光装置1的分离型荧光体含有膜片3的分割区域做成一个的情形，即是：将蓝色系荧光体、绿色系荧光体、红色系荧光体、黄色系荧光体之中的一种荧光体使用于整个荧光体含有膜片的发光装置，根据该发光装置，会成为一种荧光体固有的光和LED元件的蓝色光混杂在一起的色调。当使用黄色系荧光体的情况下，虽然成为初期的疑似白色，但是，如果提高荧光体的浓度的话，就会变成荧光体固有色的光。
另外，第4实施方式的发光装置是在第2实施方式的发光装置10中使用了第三实施方式所描述的荧光体含有膜片的发光装置。
接着，在图4中示出第5实施方式的发光装置。
该发光装置40被设计成光源收在直径12.5mm的41内，其中，包括：9个第1实施方式的发光装置42，该发光装置42是1边的尺寸大约为2.6mm的正方形，高度大约为0.5mm；2个第3实施方式的发光装置43，该发光装置43是尺寸为大约2.6×1.8mm的长方形，高度大约为0.5mm，且作为荧光体含有膜片而具有红色系荧光体；以及2个具有绿色系荧光体的发光装置44。
根据该发光装置40的构成，作为发光装置整体，可以大幅地抑制荧光体之间的相互作用，从而可以设计出高显色且高亮度的LED灯泡。
该发光装置40的光特性为：光通量值＝804.1lm/11.3W，Ra＝91.5，R9＝44.6，色温＝3521.3K。另外，图10表示光谱。
接着，作为第6实施方式，针对分离型荧光体含有膜片3的制造方法，按照图5进行说明。
首先，将红色系荧光体作为第1荧光体而与硅树脂进行适量混合，来准备出第1荧光体含有树脂糊，并将绿色系荧光体作为第2荧光体而与硅树脂进行适量混合，来准备出第2荧光体含有树脂糊。
接着，如图5(a)所示，利用使用了金属掩模52的丝网印刷法，将第1荧光体含有树脂糊50涂敷在耐热性塑料薄膜(例如PET薄膜)51上，并通过刮刀53做成均匀的薄膜状，之后，在固化炉中以150℃、1小时的条件使之固化，从而来制作第1荧光体含有膜片(工序1)。
接着，如图5(b)所示，使用刀片宽度大约为200μm的切割刀片54，通过切片机，以条纹状且适量的幅度(与所述分割区域相当的部分)去除第1荧光体含有膜片(工序2)。
接着，如图5(c)所示，使用例如分配装置55，将第2荧光体含有树脂糊涂入到去除后的条纹状的部分(与所述分割区域相当的部分)，之后，在固化炉中以150℃、1小时的条件使之固化，从而来形成第2荧光体含有膜片分割区域56(工序3)。这种情况下，也可以在利用分配装置55将第2荧光体含有树脂糊涂入后，如图5(d)所示，使用刮刀53，成为同一面地进行水平调整并使之固化。
根据上述制造方法，可以制造均匀的分离型荧光体膜片。
另外，关于第3荧光体，第4荧光体，如果反复进行上述工序2和工序3，就能够形成多个荧光体含有膜片分割区域。
符号说明
1、10、40、42、43、44发光装置
2、12半导体发光元件(LED元件)
3、13、33荧光体含有膜片
5、15、35反射壁
6、16透明树脂部
11基板
50、56荧光体含有树脂糊
3a、b3、3c、13a、13b、13c荧光体含有膜片分割区域
33a、33b荧光体含有膜片分割区域
E1、E2、F1、F2、G1、G2电极

Claims (10)

1.一种发光装置，包括：发出蓝色光、紫色光、或紫外线光的半导体发光元件和被该半导体发光元件的光激发而发出固有光的荧光体，其特征在于，
使用发出作为所述固有光的蓝色系的光的蓝色系荧光体、发出作为所述固有光的绿色系的光的绿色系荧光体、发出作为所述固有光的黄色系的光的黄色系荧光体、以及发出作为所述固有光的红色系的光的红色系荧光体之中2种以上不同发光色的荧光体，
构成为：所述2种以上的荧光体以彼此上下不重叠的状态配置在横向，从而抑制荧光体之间的相互作用的特定结构亦即荧光体分离型结构。
2.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，
利用构成所述荧光体分离结构的荧光体而构成的荧光体层的厚度为500μm以下。
3.根据权利要求1或2所述的发光装置，其特征在于，
所述发光装置构成为：通过发出蓝色光、紫色光、或紫外线光的半导体发光元件与形成在该半导体发光元件的光提取面上的荧光体层来发光；
将所述荧光体层与层面垂直地分割成多个，对每个分割的区域分配蓝色系荧光体、绿色系荧光体、红色系荧光体、黄色系荧光体之中的任意1种荧光体来构成所述荧光体层，将所述特定结构构成为在该荧光体层的整个面积之中，红色系荧光体所占总面积的比例最大。
4.根据权利要求3所述的发光装置，其特征在于，
在所述发光装置中，所述红色系荧光体包含有用于调整光谱特性的不同发光色的荧光体。
5.根据权利要求2所述的发光装置，其特征在于，
所述发光装置构成为：通过发出蓝色光、紫色光、或紫外线光的半导体发光元件和形成在该半导体发光元件的光提取面上的荧光体层来发光；
所述发光装置的发光光谱波长530nm的发光强度成分值S2相对于波长520nm的发光强度成分值S1的增长率亦即(S2-S1)/S1为负值或正值且在6％以下。
6.根据权利要求3、4、5中任意一项所述的发光装置，其特征在于，
所述发光装置构成为：将荧光体含有膜片以使半导体发光元件的光提取面和所述荧光体含有膜片的入光面相对置的方式重叠配置于所述半导体发光元件上，所述半导体发光元件发出蓝色光、紫色光、或紫外线光，并具有相对置的两个主面，且将一方的主面作为光提取面，将另一方的主面作为电极形成面，而所述荧光体含有膜片具有与所述光提取面相等或比其大的且相对置的2个主面，将一方的主面作为入光面，将另一方的主面作为出光面，
将所述荧光体含有膜片与主面相垂直地分割成多个，对每个分割的区域亦即分割区域分配蓝色系荧光体、绿色系荧光体、红色系荧光体、黄色系荧光体之中的任意1种荧光体来构成所述荧光体含有膜片，由此构成所述特定结构。
7.根据权利要求6所述的发光装置，其特征在于，
使所述荧光体含有膜片的区域为一个，对该区域分配蓝色系荧光体、绿色系荧光体、红色系荧光体、黄色系荧光体之中的任意一种荧光体。
8.一种LED照明装置，其特征在于，
使用权利要求2至7中的任意一项所述的发光装置，抑制荧光体之间的相互作用。
9.一种荧光体含有膜片的制造方法，其特征在于，该荧光体含有膜片被用于权利要求6所述的发光装置，包括：工序1，将蓝色系荧光体、绿色系荧光体、红色系荧光体、黄色系荧光体之中的任意第1荧光体粉末与树脂混合，做成糊状，将该糊涂敷在耐热性塑料片上且呈薄膜状，使之固化，形成第1荧光体含有膜片；工序2，从该第1荧光体含有膜片的部分区域亦即相当于所述分割区域的部分去除第1荧光体含有膜片；工序3，将蓝色系荧光体、绿色系荧光体、红色系荧光体、黄色系荧光体之中的任意第2荧光体粉末与树脂混合，做成糊状，并将该糊涂入该部分区域，并且使之固化，形成第2荧光体含有膜片分割区域。
10.根据权利要求9所述的用于发光装置的荧光体含有膜片的制造方法，其特征在于，
多次反复进行与所述工序2和所述工序3相当的工序来形成多个荧光体含有膜片分割区域。
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