JP2007088261A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子から放出される光に対して、変換効率が優れた発光装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る発光装置１００は、第１の波長の光を放出する発光素子１０と、第１の波長の光を吸収して第１の波長の光よりも長波長である第２の波長の光を放出する短波長変換材料と、第１の波長の光を吸収して第２の波長よりも長波長の光を放出する長波長変換材料とを含む波長変換材料によって、第１の波長の光を変換する発光変換部７０とを備え、第１の領域２０ａに含まれる波長変換材料のうち、短波長変換材料の割合は、発光変換部７０全体に含まれる波長変換材料のうち、短波長変換材料が占める割合と比べて低く、第２の領域３０ａに含まれる波長変換材料のうち、短波長変換材料の割合は、発光変換部７０全体に含まれる波長変換材料のうち、短波長変換材料が占める割合と比べて高い。
【選択図】 図１

Description

本発明は、発光装置に関する。

従来、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）チップから照射される光の波長を色変換材料によって変換する技術を用いた発光装置が開発されている。この発光装置の中で、特に白色ＬＥＤは、照明用としても期待されているため、高演色性が必要となっている。ここで、高演色性とは、太陽光に近い発光スペクトルを有する性質を示し、演色性が高いほど、物の色が自然光で見た状態に近くなる。また、発光装置自体の高効率化も、重要である。

従来、白色ＬＥＤとしては、例えば、発光素子である青色発光ＬＥＤチップと、黄色の光を放出する黄色発光色変換材料とを組み合わせることにより、白色の光を作製し高演色性を実現することが試みられてきた。

現在、更なる高演色性の白色ＬＥＤを得るために、図８に示すような発光装置が提案されている。例えば、図８に示す発光装置１０４によると、発光素子１４として紫外発光ＬＥＤチップと、青色の光を放出する青色発光色変換材料３４と、緑色の光を放出する緑色発光色変換材料２４Ｇと、赤色の光を放出する赤色発光色変換材料２４Ｒとを組み合わせることにより、白色の光を作製し更なる高演色性を実現することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

上述した発光装置１０４は、図８に示すように青色発光色変換材料３４と、緑色発光色変換材料２４Ｇと、赤色発光色変換材料２４Ｒとを透光性樹脂５４中に分散させて、発光素子１４である紫外発光ＬＥＤチップの励起光を用いて色変換する。

ここで、図８に示すような発光装置１０４の発光過程を図９に示す。図９に示すように、上述した発光装置１０４において、青色発光色変換材料３４は、発光素子１４から放出される紫外線を励起光として吸収し、青色の光を放出する。具体的には、青色発光色変換材料３４中の電子が、励起光を吸収し基底状態から励起状態に遷移し、再び基底状態にもどるときに紫外線よりも長波長である青色の光を放出する。同様にして、赤色発光色変換材料２４Ｒは、紫外線を励起光として吸収し、赤色の光を放出する。また、緑色発光色変換材料２４Ｇは、紫外線を励起光として吸収し、緑色の光を放出する。このようにして、色変換材料を多種用いることにより、高演色性の白色の光を作製していた。
特開２０００−３１５３１号公報

しかしながら、上述した発光装置１０４は、色変換材料を透光性樹脂５４中に分散させるため、色変換材料によって放出された光が、異なる色変換材料の励起光として再度吸収されてしまう可能性があるという問題点があった。

例えば、図８に示す発光素子１４の周辺にある青色発光色変換材料３４によって放出された青色の光が、外部に届くまでの間に緑色発光色変換材料２４Ｇ、もしくは赤色発光色変換材料２４Ｒに励起光として吸収されてしまう場合がある。

この場合、図９に示すように、緑色発光色変換材料２４Ｇ、もしくは赤色発光色変換材料２４Ｒに至った青色の光は、励起光として吸収され、緑色もしくは赤色の光を放出する。

このように、短波長を発光する色変換材料から放出される光は、エネルギーが大きく、他の色変換材料で再度吸収されるため変換過程が多くなってしまう。

また、色変換材料に吸収される励起光のエネルギーに比べて、色変換材料から放出される発光のエネルギーは、小さい。

その結果、上述した発光装置１０４の発光素子１４から放出される光に対する発光装置１０４から放出される光の変換効率が小さくなるという問題点があった。特に、この問題は、エネルギーが大きく他の色変換材料で再度吸収されやすい青色の光で顕著であった。

そこで、本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、発光素子から放出される光に対して、変換効率が優れた発光装置を提供することを目的とする。

本発明に係る発光装置の第１の特徴は、第１の波長の光を放出する発光素子と、第１の波長の光を吸収して第１の波長の光よりも長波長である第２の波長の光を放出する短波長変換材料と、第１の波長の光を吸収して第２の波長よりも長波長の光を放出する長波長変換材料とを含む波長変換材料によって、第１の波長の光を変換する発光変換部とを備え、発光変換部の第１の領域に含まれる波長変換材料のうち、短波長変換材料が占める割合は、発光変換部全体に含まれる波長変換材料のうち、短波長変換材料が占める割合と比べて低く、発光変換部内で第１の領域よりも発光素子から離れた領域である第２の領域に含まれる波長変換材料のうち、短波長変換材料が占める割合は、発光変換部全体に含まれる波長変換材料のうち、短波長変換材料が占める割合と比べて高いことを要旨とする。

かかる特徴によれば、第１の領域よりも発光素子から離れた領域である第２の領域に含まれる波長変換材料のうち、短波長変換材料が占める割合は、発光変換部全体に含まれる波長変換材料のうち、短波長変換材料が占める割合と比べて高いことにより、短波長変換材料は、発光変換部の外側へ近いところに配置される。

その結果、上述したように短波長変換材料を第２の領域に多く配置することにより、短波長変換材料から放出される第２の波長の光は、長波長変換材料に吸収されることなく発光変換部の外側へ放出されやすくなる。つまり、短波長変換材料から放出される第２の波長の光が、長波長変換材料に再度吸収されるという変換過程の増加を低減することができる。従って、発光素子から放出される光に対して変換効率が優れた発光装置を提供することができる。

本発明の第１の特徴の第２の領域において、短波長変換材料は、長波長変換材料と比べて多く含まれることを要旨とする。

かかる特徴によれば、発光変換部は、第２の領域において、長波長変換材料に対して短波長変換材料が多く含まれることにより、短波長変換材料から放出される第２の波長の光は、長波長変換材料に吸収されることなく発光変換部の外側へ更に放出されやすくなる。したがって、発光素子の発光に対して更に変換効率が優れた発光装置を提供することができる。

本発明の第１の特徴において、第１の領域と第２の領域との間に、第２の波長よりも長波長の光及び第１の波長の光を透過し、第２の波長の光を反射する波長選択材料を備えることを要旨とする。

かかる特徴によれば第１の領域で長波長変換材料により放出された第２の波長よりも長波長の光は、波長選択材料を透過し、第２の領域を経て発光変換部の外側へ放出される。また、発光素子より放出され、長波長変換材料に吸収されなかった第１の波長の光は、波長選択材料を透過し、第２の領域に放出される。

また、第２の領域で短波長変換材料により放出された第２の波長の光は、波長選択材料により反射され、結局発光変換部の外側へ放出される。つまり、短波長変換材料により放出された第２の波長の光は、第２の波長の光を吸収する長波長変換材料の多い第１の領域に放出されにくくなる。

これにより、第１の光が、短波長変換材料で変換された後に、長波長変換材料に再度吸収されるという、変換過程の増加を低減することができる。

本発明の第１の特徴において、第１の領域と、第２の領域と、波長選択材料とがそれぞれシート状に形成されていることを要旨とする。

かかる特徴によれば、第１の領域と、第２の領域と、波長選択材料とがそれぞれシート状に形成されることにより、第１の領域と、第２の領域と、波長選択材料とを１セットとして取り扱うことが出来る。これにより、例えば、発光素子と、発光素子の上に第１の領域と、第２の領域と、波長選択材料とを１セットにしたものを備えることで容易に発光装置を作製することができる。

また、かかる特徴によれば、長波長変換材料を増減した第１の領域のシートや、短波長変換材料を増減した第２の領域のシート等と入れ替えることにより、放出される光の波長が異なる発光装置を容易に作製することができる。

本発明によれば、発光素子から放出される光に対して、変換効率が優れた発光装置を提供することができる。

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることを留意するべきである。

したがって、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

[第１実施形態]
（本発明の第１実施形態に係る発光装置）
以下において、本発明の第１実施形態に係る発光装置１００について説明する。図１は、第１実施形態の白色の光を放出する発光装置１００（白色ＬＥＤ）を示す断面図である。

第１実施形態に係る発光装置１００は、図１に示すように、発光変換部７０と、発光変換部７０内にマウントされた発光素子１０とを備える。

発光変換部７０は、発光素子１０に近い領域である第１の領域２０ａと、第１の領域２０ａよりも発光素子１０から離れた領域である第２の領域３０ａと、第１の領域２０ａ及び第２の領域３０ａの間に設置される波長選択材料４０とで構成される。なお、図１では、発光素子１０をマウントする配線等は、省略されている。

発光装置１００から白色の光を発光させる場合、発光素子１０は、第１の波長の光として、紫外線を放出する。具体的には、発光素子１０は、発光変換部７０からの発光波長の補色関係や発光変換部７０に配置される透光性樹脂５０及び透光性樹脂６０の劣化等を考慮して波長のピークが、３８０ｎｍ〜４２０ｎｍの範囲である紫外線を放出するＧａＮ系の素子を用いることが好ましい。

第１の領域２０ａには、マウントされた発光素子１０の周辺に、透光性樹脂５０が配置され、透光性樹脂５０中に長波長変換材料として赤色発光色変換材料２０Ｒと、長波長変換材料として緑色発光色変換材料２０Ｇとが含まれる。

第２の領域３０ａには、透光性樹脂６０が配置され、透光性樹脂６０中に短波長変換材料として青色発光色変換材料３０が含まれる。

赤色発光色変換材料２０Ｒ、緑色発光色変換材料２０Ｇ、青色発光色変換材料３０には、それぞれ既知の色変換材料を用いる。３種の色変換材料の粒径は、３〜１０μｍ、比重は３．５〜４．５ｇ／ｃｍ³である。３種の色変換材料の粒径及び、比重を揃える事により色変換材料を透光性樹脂５０及び透光性樹脂６０中にほぼ均一に分散させることができる。

透光性樹脂５０及び透光性樹脂６０は、色変換材料を内部に含むことができるものであればよく、例えば、脂環式エポキシ樹脂、含窒素エポキシ樹脂等の熱硬化性エポキシ樹脂やシリコン樹脂が好適であるが、これに限らず、他のエポキシ樹脂等も用いられる。

なお、これらの透光性樹脂５０及び透光性樹脂６０は、所望の波長をカットする着色剤、所望の光を拡散させる酸化チタン、酸化アルミニウムなどの無機拡散材やメラニン樹脂、グアナミン樹脂、ベンゾググアナミン樹脂などの有機拡散材、樹脂の耐光性を高める紫外線吸収剤、酸化防止剤や有機カルボン酸亜鉛、酸無水物、亜鉛キレート化合物などの硬化促進剤を種々の添加剤の一つとして含んでもよい。

その他の材料は、既知のものを使用するので、それらの説明を省略する。

（本発明の第１実施形態に係る発光装置の発光過程）
次に、図１に示すような発光装置１００の発光過程を図２に示す。図２に示すように、上述した発光装置１００は、青色発光色変換材料３０が、青色の光を放出し、緑色発光色変換材料２０Ｇが、緑色の光を放出し、赤色発光色変換材料２０Ｒが、赤色の光を放出することで、高演色性の白色の光を作製する。

ここで、青色発光色変換材料３０は、発光素子１０から放出される紫外線を励起光として吸収し、青色の光を放出する。具体的には、青色発光色変換材料３０中の電子が、励起光を吸収し基底状態から励起状態に遷移し、再び基底状態にもどるときに紫外線よりも長波長である青色の光を放出する。同様にして、赤色発光色変換材料２０Ｒは、紫外線を励起光として吸収し、赤色の光を放出する。また、緑色発光色変換材料２０Ｇは、紫外線を励起光として吸収し、緑色の光を放出する。

加えて、青色発光色変換材料３０により放出された青色の光は、エネルギーが大きく、緑色発光色変換材料２０Ｇ或いは赤色発光色変換材料２０Ｒに吸収され、緑色或いは赤色の光を放出する。

しかしながら、本実施形態に係る発光装置１００は、第１の領域２０ａと第２の領域３０ａとの間に波長選択材料４０を備える。波長選択材料４０は、紫外線及び青色の波長よりも長い波長の光として例えば、緑色及び赤色の光を透過し、青色の光を反射する。従って、第２の領域３０ａの青色発光色変換材料３０により放出された青色の光は、波長選択材料４０により反射されるため、緑色発光色変換材料２０Ｇ或いは赤色発光色変換材料２０Ｒに吸収されずに、青色の光のまま外部へ放出される。

このようにして、複数の色変換材料を配置することにより、発光装置１００は、高演色性の白色光を作製することができる。

（本発明の第１実施形態に係る発光装置の製造方法）
次に、第１実施形態に係る発光装置１００の製造方法について図１と、図３とを参照しながら説明する。図３は、本発明の第１実施形態に係る発光装置１００の製造方法のフロー図である。

図３に示す、ステップＳ１０において、緑色及び赤色発光色変換材料製造処理を行う。ここでは、図１に示すように緑色発光色変換材料２０Ｇ及び赤色発光色変換材料２０Ｒを含む第１の領域２０ａを形成する。

具体的には、マウントされた発光素子１０の周辺に、緑色発光色変換材料２０Ｇ及び赤色発光色変換材料２０Ｒを含んだ透光性樹脂５０を塗布して硬化する。この際、例えば、緑色発光色変換材料２０Ｇ及び赤色発光色変換材料２０Ｒは、発光変換部７０全体に塗布される樹脂に対して重量比でそれぞれ緑色発光色変換材料２０Ｇが６％、赤色発光色変換材料２０Ｒが２４％になるように量られる。

次に、緑色発光色変換材料２０Ｇと、赤色発光色変換材料２０Ｒとを混合し、透光性樹脂５０中に分散する。そして、発光素子１０を設置、且つ、配線した発光変換部７０になる実装部材上に、透光性樹脂５０を既知の方法で塗布し、１５０℃、３時間の加熱条件で硬化させる。

ステップＳ１１において、波長選択材料製造処理を行う。ここでは、図１に示すように波長選択材料４０を形成する。具体的には、第１の領域２０ａの外側で、発光素子１０とは反対側の面に波長選択材料４０を形成する。波長選択材料４０は、材料自体が膜形状のもの或いは、材料を樹脂に混入させたものでもよい。

ステップＳ１２において、青色発光色変換材料製造処理を行う。ここでは、図１に示すように青色発光色変換材料３０を形成する。具体的には、青色発光色変換材料３０を含んだ透光性樹脂６０を形成する。例えば、青色発光色変換材料３０は、発光変換部７０全体に塗布される樹脂に対して重量比で青色発光色変換材料３０が１０％になるように量られる。

次に、青色発光色変換材料３０を透光性樹脂６０中に分散する。そして、透光性樹脂６０を既知の方法で、波長選択材料４０上に塗布し、１５０℃、３時間の加熱条件で硬化する。

以上のようにして発光装置１００を製造することができる。

（本発明の第１実施形態に係る発光装置の作用・効果）
以上説明した本発明に係る第１実施形態の発光装置１００によれば、発光変換部７０は、第１の領域２０ａと、第２の領域３０ａと、第１の領域２０ａと第２の領域３０ａとの間の波長選択材料４０とで構成される。第１の領域２０ａには、緑色発光色変換材料２０Ｇ及び赤色発光色変換材料２０Ｒが含まれる。また、第２の領域３０ａには、青色発光色変換材料３０が含まれる。

このように青色発光色変換材料３０を第２の領域３０ａに配置することにより、青色発光色変換材料３０から放出される青色の光は、緑色発光色変換材料２０Ｇ及び赤色発光色変換材料２０Ｒに吸収されることなく発光変換部７０の外側へ放出されやすくなる。つまり、青色発光色変換材料３０から放出される青色の光が、緑色発光色変換材料２０Ｇ及び赤色発光色変換材料２０Ｒに再度吸収されて、緑色及び赤色の光に変換されるという、変換過程の増加を低減することができる。

また、青色発光色変換材料３０から放出された青色の光は、波長選択材料４０により反射され、第２の領域３０ａの波長選択材料４０とは反対側から発光変換部７０の外側へ放出される。

つまり、青色の光は、青色の光を吸収する緑色発光色変換材料２０Ｇ及び赤色発光色変換材料２０Ｒが含まれている第１の領域２０ａに放出されにくくなる。これにより、青色発光色変換材料３０を経て緑色発光色変換材料２０Ｇ或いは赤色発光色変換材料２０Ｒに至る紫外線の変換過程を低減できるため、更に変換効率を向上することができる。

（本発明の第１実施形態に係る発光装置における変形例）
以下において、本発明の第１実施形態に係る発光装置１００における変形例について、図４及び図５を参照して説明する。なお、図４、図５に示す変形例については、上述した第１実施形態に係る発光装置１００との相違点を主として説明する。

図４に示す発光装置１０１は、発光変換部７１が、波長選択材料４０を備えず、第１の領域２１ａと、第２の領域３１ａとで構成される。また、色変換材料としては、発光装置１００の３種類の色変換材料と異なり、赤色発光色変換材料２１及び黄色発光色変換材料３１の２種類の色変換材料を用いた。

具体的には、発光装置１０１から白色の光を発光させる場合、発光素子１１は、第１の波長の光として、青色の光を放出する青色ＬＥＤの素子を用いることが好ましい。

また、第１の領域２１ａには、マウントされた発光素子１１の周辺に、透光性樹脂５１が配置され、透光性樹脂５１中に長波長変換材料として発光装置１００の３種類の色変換材料と異なり、赤色発光色変換材料２１と、短波長変換材料として、黄色発光色変換材料３１とが含まれる。

第１の領域２１ａに含まれる波長変換材料のうち、黄色発光色変換材料３１が占める割合は、発光変換部７１全体に含まれる波長変換材料のうち、黄色発光色変換材料３１が占める割合と比べて低い。

また、第２の領域３１ａには、透光性樹脂６１が配置され、透光性樹脂６１中に発光装置１００の３種類の色変換材料と異なり、赤色発光色変換材料２１及び黄色発光色変換材料３１が含まれる。

第２の領域３１ａに含まれる波長変換材料のうち、黄色発光色変換材料３１が占める割合は、発光変換部７１全体に含まれる波長変換材料のうち、黄色発光色変換材料３１が占める割合と比べて高い。

第２の領域３１ａにおける黄色発光色変換材料３１は、第２の領域３１ａにおける発光装置１００の３種類の色変換材料と異なり、赤色発光色変換材料２１と比べて第２の領域３１ａに多く含まれることが好ましい。

発光装置１００の３種類の色変換材料と異なり、赤色発光色変換材料２１及び黄色発光色変換材料３１には、第１実施形態の発光装置１００と同様にそれぞれ既知の色変換材料を用いる。

このような、発光装置１０１は、マウントされた発光素子１１の周辺に、発光装置１００の３種類の色変換材料と異なり、赤色発光色変換材料２１を含んだ透光性樹脂５１を塗布して硬化後、黄色発光色変換材料３１を含んだ透光性樹脂６１を第１の領域２１ａの外側で、発光素子１１とは反対側の面に塗布して硬化することにより形成される。

また、赤色発光色変換材料２１を含んだ透光性樹脂５１を塗布後、硬化する前に黄色発光色変換材料３１を含んだ透光性樹脂６１を第１の領域２１ａの外側で、発光素子１１とは反対側の面に塗布し、透光性樹脂５１及び透光性樹脂６１を同時に硬化させることもできる。このように、透光性樹脂５１及び透光性樹脂６１を同時に硬化させることで、作製時間を短縮して発光装置１０１を製造することができる。

なお、この場合には未硬化の状態の透光性樹脂５１上に透光性樹脂６１を塗布するため、透光性樹脂５１と透光性樹脂６１との境界は、明確には形成されない。このため、発光装置１００の３種類の色変換材料と異なり、第１の領域２１ａの赤色発光色変換材料２１の一部は、第２の領域３１ａに流れる。同様にして、第２の領域３１ａの黄色発光色変換材料３１の一部が、第１の領域２１ａに流れる。

このようにして、発光素子１１に青色ＬＥＤを用いて、発光装置１００の３種類の色変換材料と異なり、赤色発光色変換材料２１及び黄色発光色変換材料３１を用いることにより、発光装置１０１は、２種類の色変換材料で白色光を作製することができる。

図４に示した、発光装置１０１によれば、短波長変換材料である黄色発光色変換材料３１を第２の領域３１ａに多く配置することにより、黄色発光色変換材料３１から放出される黄色の光は、長波長変換材料である発光装置１００の３種類の色変換材料と異なり、赤色発光色変換材料２１に吸収されることなく発光変換部７１の外側へ放出されやすくなる。つまり、黄色発光色変換材料３１から放出される黄色の光が、発光装置１００の３種類の色変換材料と異なり、赤色発光色変換材料２１に再度吸収されるという、変換過程の増加を低減することができる。

また、発光変換部７１は、第２の領域３１ａにおける発光装置１００の３種類の色変換材料と異なり、赤色発光色変換材料２１に対して黄色発光色変換材料３１が多く含まれることにより、黄色発光色変換材料３１から放出される黄色の光は、発光装置１００の３種類の色変換材料と異なり、赤色発光色変換材料２１に吸収されることなく発光変換部７１の外側へ更に放出されやすくなる。

図５に示す発光装置１０２は、図４の発光装置１０１と同様に、発光変換部７２が、波長選択材料４０を備えず、第１の領域２２ａと、第２の領域３２ａとで構成される。また、色変換材料としては、発光装置１００の３種類の色変換材料と同様に、赤色発光色変換材料２２Ｒと、緑色発光色変換材料２２Ｇと、青色発光色変換材料３２の３種類の色変換材料を用いた。

このようにして、波長選択材料４０を備えていない発光装置１０２によっても、青色発光色変換材料３２を第２の領域３２ａに配置することにより、青色発光色変換材料３２から放出される青色の光は、緑色発光色変換材料２２Ｇ及び赤色発光色変換材料２２Ｒに吸収されることなく発光変換部７２の外側へ放出されやすくなるため、青色の光が、緑色発光色変換材料２２Ｇ及び赤色発光色変換材料２２Ｒに再度吸収されて、緑色及び赤色の光に変換されるという、変換過程の増加を低減することができる。

[第２実施形態]
（本発明の第２実施形態に係る発光装置）
以下において、本発明の第２実施形態に係る発光装置１０３について図６を参照しながら説明する。図６は、第２実施形態に係る白色の光を放出する発光装置１０３（白色ＬＥＤ）を示す断面図である。

なお、本発明の第２実施形態に係る発光装置１０３について、上述した第１実施形態に係る発光装置１００との相違点を主として説明する。

第１実施形態に係る発光装置１００は、図１に示すように、発光変換部７０が、第１の領域２０ａと、波長選択材料４０と、第２の領域３０ａとで構成される。

これに対して、第２実施形態に係る発光装置１０３は、図６に示すように、カップ部２００と、カップ部２００の上部を包む集光レンズ２０１と、発光素子１３と、発光変換部７３と、可視光反射層８３と、紫外線反射層９３とで構成される。更に、発光変換部７３は、第１の領域２３ａと、波長選択材料４３と、第２の領域３３ａとで構成され、それぞれシート状に形成される。

発光変換部７３について、図６のＡ部の拡大図である図７を用いて更に説明する。

図７に示すように発光変換部７３は、発光素子１３に近い側から第１の領域２３ａと、波長選択材料４３と、第２の領域３３ａとで構成される。

第１の領域２３ａには、第１実施形態と同様に透光性樹脂５３が配置され、透光性樹脂５３中に赤色発光色変換材料２３Ｒと、緑色発光色変換材料２３Ｇとが含まれる。

第２の領域３３ａには、第１実施形態と同様に透光性樹脂６３が配置され、第１実施形態と同様に透光性樹脂６３中に青色発光色変換材料３３が含まれる。

また、可視光反射層８３は、発光変換部７３よりも発光素子１３に近い領域に備えられる。可視光反射層８３は、可視光である青色、緑色、赤色の光を反射する特性を有し、一般的な蒸着法により、板状のガラス表面に可視光を反射する層を形成することにより形成される。

紫外線反射層９３は、発光変換部７３よりも発光素子１３から遠い領域に備えられる。紫外線反射層９３は、紫外線を反射する特性を有し、一般的な蒸着法により、板状のガラス表面に紫外線を反射する層を形成することにより形成される。

発光装置１０３は、可視光反射層８３と紫外線反射層９３との間に発光変換部７３を備え、カップ部２００と集光レンズ２０１とで、可視光反射層８３と発光変換部７３と紫外線反射層９３とを固定する。

具体的には、発光装置１０３は、図７に示すようにカップ部２００の一部で可視光反射層８３を支持し、カップ部２００と集光レンズ２０１とに設けた溝部で紫外線反射層９３を押さえることにより、可視光反射層８３と発光変換部７３と紫外線反射層９３とを固定する。

（本発明の第２実施形態に係る発光装置の作用・効果）
以上説明した本発明に係る第２実施形態の発光装置１０３によれば、第１の領域２３ａと、第２の領域３３ａと、波長選択材料４３とがそれぞれシート状に形成されることにより、第１の領域２３ａと、第２の領域３３ａと、波長選択材料４３とを１セットとして取り扱うことが出来る。これにより、例えば、発光素子１３と、発光素子１３の上に第１の領域２３ａと、第２の領域３３ａと、波長選択材料４３とを１セットにしたものを備えることで容易に発光装置１０３を作製することができる。

また、赤色発光色変換材料２３Ｒと、緑色発光色変換材料２３Ｇとを増減した第１の領域２３ａのシートや、青色発光色変換材料３３を増減した第２の領域３３ａのシート等と入れ替えることにより、放出される光の波長が異なる発光装置１０３を容易に作製することができる。

また、発光変換部７３よりも発光素子１３に近い領域に、可視光反射層８３が備えられることにより、発光素子１３側に放出された可視光（青色、緑色、赤色の光）は、反射され、集光レンズ２０１側に放出される。

また、発光変換部７３よりも発光素子１３から離れた領域に、紫外線反射層９３が備えられることにより、発光素子１３から放出された紫外線は、発光変換部７３の外側へ放出されずに、紫外線反射層９３で反射される。これにより、赤色発光色変換材料２３Ｒと、緑色発光色変換材料２３Ｇと、青色発光色変換材料３３とは、反射された紫外線を吸収し、それぞれ、赤色、緑色、青色の光を放出することができる。

本発明は上記の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかになるはずである。

例えば、本実施形態では白色の光を放出する発光装置についてのみ例示したが、本発明はこれに限らず、長波長変換材料及び短波長変換材料を備えるものであれば同等の効果を得ることが出来る。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

次に、本発明に係る発光装置について、実施例を挙げて具体的に説明すると共に、高演色性及び高効率化が両立されることを、比較例を挙げて明らかにする。なお、本発明に係る発光装置は、下記の実施例に示したものに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において、適宜変更して実施することができるものである。

（実施例１）
実施例１においては、図１に示すように、発光素子と、緑色発光色変換材料及び赤色発光色変換材料を含む第１の領域と、波長選択材料と、青色発光色変換材料第２の領域とを備える発光装置を作製した。ここで、発光素子にはＧａＮ系素子を用い、発光波長のピークは、３８０ｎｍ〜４２０ｎｍでであった。

始めに、緑色及び赤色発光色変換材料製造処理を行った。ここでは、図１に示すように緑色発光色変換材料及び赤色発光色変換材料を含む第１の領域を形成した。

ここで用いた、緑色発光色変換材料及び赤色発光色変換材料は、酸化物系の材料であり、放出される光は、それぞれ、５３０ｎｍ、６２０ｎｍ付近にピークを有する。

具体的には、粒径が３〜１０μｍで、比重が３．５〜４．５ｇ/ｃｍ³である緑色発光色変換材料及び赤色発光色変換材料をシリコン樹脂中に分散させ、緑色発光色変換材料及び赤色発光色変換材料混入シリコン樹脂を作製した。この際、緑色発光色変換材料及び赤色発光色変換材料は、発光変換部全体に塗布されるシリコン樹脂に対して重量比でそれぞれ緑色発光色変換材料が６％、赤色発光色変換材料が２４％になるように量られた。

緑色発光色変換材料及び赤色発光色変換材料を十分に分散させるため、攪拌器を用いて、公転２０００ｒｐｍ、自転８００ｒｐｍで５分間撹拌し、その後、ロータリーポンプを用いた真空引きにより、１０分間脱泡を行った。なお、撹拌には、物理的に羽根でかき混ぜる方法、脱泡には、公転方法など既知の方法を用いてもよい。

そして、発光素子を設置、且つ、配線した発光変換部になる実装部材上に、透光性樹脂を既知の方法で塗布し、１５０℃、３時間の加熱条件で硬化させた。

次に、波長選択材料製造処理を行った。ここでは、図１に示すように波長選択材料を形成した。波長選択材料としては、５０％以上のカット波長が４２０ｎｍ〜５１０ｎｍのブロッキングカットフィルターを用いた。

具体的には、第１の領域の外側で、発光素子とは反対側の面に波長選択材料を形成した。波長選択材料は、材料自体が膜形状のもの或いは、材料を樹脂に混入させたものでもよい。

次に、青色発光色変換材料製造処理を行った。ここでは、図１に示すように青色発光色変換材料を形成した。ここで用いた、青色発光色変換材料は、酸化物系の材料であり、放出される光は、４６０ｎｍ付近にピークを有する。

具体的には、粒径が３〜１０μｍで、比重が３．５〜４．５ｇ/ｃｍ³である青色発光色変換材料をシリコン樹脂中に分散させ、青色発光色変換材料混入シリコン樹脂を作製した。この際、青発光色変換材料は、発光変換部全体に塗布されるシリコン樹脂に対して重量比で１０％になるように量られた。

青色発光色変換材料を十分に分散させるため、攪拌器を用いて、公転２０００ｒｐｍ、自転８００ｒｐｍで５分間撹拌し、その後、ロータリーポンプを用いた真空引きにより、１０分間脱泡を行った。なお、撹拌には、物理的に羽根でかき混ぜる方法、脱泡には、公転方法など既知の方法を用いてもよい。

その後、既知の方法で、砲弾型ＬＥＤを作製した。その際、樹脂にはシリコン系樹脂を
用いた。

以上のようにして実施例１にかかる発光装置を作製した。

（実施例２）
実施例２においては、図５に示すように、発光素子と、第１の領域と、第２の領域とを備える発光装置を作製した。

実施例２は、実施例１から波長選択材料を除いた発光装置であり、実施例１と同様に、発光素子にはＧａＮ系素子を用い、発光波長のピークは、３９０ｎｍ〜４１０ｎｍでであった。また、実施例２の製造方法は、波長選択材料を形成しない点を除いて、実施例１と同様であった。
（実施例３）
実施例３においては、図６に示すように、カップ部と、カップ部の上部を包む集光レンズと、発光素子と、発光変換部と、可視光反射層と、紫外線反射層とを備える発光装置を作製した。

発光変換部は、緑色発光色変換材料及び赤色発光色変換材料を含む第１の領域と、波長選択材料と、青色発光色変換材料を含む第２の領域とで構成され、それぞれシート状に形成した。

実施例３は、実施例１と同様の発光素子と、発光色変換材料とを備え、発光変換部全体に塗布されるシリコン樹脂に対する重量比も実施例１と同様にした。

具体的には、実施例１と同様に緑色発光色変換材料及び赤色発光色変換材料を含むシートは、発光変換部全体に塗布されるシリコン樹脂に対して重量比でそれぞれ緑色発光色変換材料が６％、赤色発光色変換材料が２４％になるように量られた。緑色発光色変換材料及び赤色発光色変換材料を十分に分散させるため、実施例１と同様に撹拌し、その後、ロータリーポンプを用いた真空引きにより、１０分間脱泡を行った。

得られた透光性樹脂を約１００μｍの厚みに成形後、１５０℃、３時間の加熱条件で硬化させた。同様にして、青色発光色変換材料を含む第２の領域を作製した。

（比較例１）
比較例１においては、図８に示すように、発光素子と、緑色発光色変換材料と、赤色発光色変換材料と、青色発光色変換材料とを備える発光装置を作製した。

比較例１は、第１の領域と、第２の領域とを設けずに、透光性樹脂中に緑色発光色変換材料と、赤色発光色変換材料と、青色発光色変換材料とを分散させている点で、実施例１〜３と異なる。

比較例１は、実施例１と同様の発光素子と、緑色発光色変換材料と、赤色発光色変換材料と、青色発光色変換材料等を用いて作製された。

また、比較例１の製造方法は、透光性樹脂中に緑色発光色変換材料と、赤色発光色変換材料と、青色発光色変換材料とを一緒に混合、分散する点を除いては、実施例１と同様であった。

（試験方法）
次に、上記のようにして作製した実施例１〜３及び比較例１の演色指数と、色温度と、色変換材料の変換効率を測定した。なお、演色指数とは、自然光を１００とし、色が太陽光のもとで見た場合とどの程度同じように見えるかを表わす数値である。また、色温度とは、対象にする色の光が、黒体を加熱したときに放出する色と同じになる時の温度である。また、色変換材料の変換効率は、色変換材料が吸収した光の入力に対する色変換材料が放出した光の出力の割合である。

（試験結果）
実施例１〜３及び比較例１の演色指数と、色温度と、色変換材料の変換効率を測定した試験結果を表１に示す。

実施例１〜３及び比較例１の演色指数及び色温度は、ほぼ同等の値を示し、白色の光を放出した。

それに対し、実施例１〜３の色変換材料の変換効率は、比較例１の色変換材料の変換効率に対して、２０％以上向上していた。特に、実施例１、３の色変換材料の変換効率は、比較例１の色変換材料の変換効率に対して、５０％程度向上していた。

これは、比較例１は、青色発光色変換材料から放出された青色の光が、緑色発光色変換材料及び赤色発光色変換材料で吸収されたためであると考えられる。

また、実施例１の色変換材料の変換効率は、実施例２の色変換材料の変換効率と比べて向上していた。

これは、波長選択材料を備えたためであり、第２の領域の青色発光色変換材料から放出された青色の光が、第１の領域の緑色発光色変換材料及び赤色発光色変換材料には吸収されなかったためであると考えられる。

本発明の第１実施形態に係る発光装置の断面図である。 本発明の第１実施形態に係る発光装置において発光過程を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係る発光装置の製造方法を示すフロー図である。 本発明の第１実施形態に係る発光装置の変形例の断面図である。 本発明の第１実施形態に係る発光装置の変形例の断面図である。 本発明の第２実施形態に係る発光装置の断面図である。 本発明の第２実施形態に係る発光装置の断面図である。 従来技術に係る発光装置の断面図である。 従来技術に係る発光装置において発光過程を説明するための図である。

符号の説明

１０〜１４…発光素子、２０ａ〜２３ａ…第１の領域、２０Ｇ〜２４Ｇ…緑色発光色変換材料、
２０Ｒ〜２４Ｒ…赤色発光色変換材料、３０ａ〜３３ａ…第２の領域、
３０、３２〜３４…青色発光色変換材料、３１…黄色発光色変換材料、
４０、４３…波長選択材料、５０〜５４…透光性樹脂、６０〜６３…透光性樹脂、
７０〜７３…発光変換部、８３…可視光反射層、９３…紫外線反射層、
１００〜１０４…発光装置、２００…カップ部、２０１…集光レンズ

Claims (4)

1. 第１の波長の光を放出する発光素子と、
   前記第１の波長の光を吸収して前記第１の波長の光よりも長波長である第２の波長の光を放出する短波長変換材料と、前記第１の波長の光を吸収して前記第２の波長よりも長波長の光を放出する長波長変換材料とを含む波長変換材料によって、前記第１の波長の光を変換する発光変換部とを備え、
   前記発光変換部の第１の領域に含まれる前記波長変換材料のうち、前記短波長変換材料が占める割合は、前記発光変換部全体に含まれる前記波長変換材料のうち、前記短波長変換材料が占める割合と比べて低く、
   前記発光変換部内で前記第１の領域よりも前記発光素子から離れた領域である第２の領域に含まれる前記波長変換材料のうち、前記短波長変換材料が占める割合は、前記発光変換部全体に含まれる前記波長変換材料のうち、前記短波長変換材料が占める割合と比べて高いことを特徴とする発光装置。
2. 前記第２の領域において、前記短波長変換材料は、前記長波長変換材料と比べて多く含まれることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記第１の領域と前記第２の領域との間に、前記第１の波長の光及び前記第２の波長よりも長波長の光を透過し、前記第２の波長の光を反射する波長選択材料を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光装置。
4. 前記第１の領域と、前記第２の領域と、前記波長選択材料とが、それぞれシート状に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の発光装置。

Images