JP2009016689A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】白色光の演色性を改善できるとともに白色光の発光効率の低下を抑制可能な照明装置を提供する。
【解決手段】照明装置１は、青色の光を発するＬＥＤチップ５及び蛍光体層１１を具備する。蛍光体層１１を、透光性の合成樹脂材１２中に、ＬＥＤチップ５が発した青色の光によって励起されて黄色の光を発する粒子状の黄色蛍光体１３、及び青色の光によって励起されて赤色の光を発する赤色蛍光体１４を分散させて形成する。赤色蛍光体１４を黄色蛍光体１３より大きい塊に形成して、黄色蛍光体１３より粗い密度で分散したことを特徴としている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）等の半導体発子素子が発した光で蛍光体を励起して白色光を発光する照明装置に関する。

従来、紫外線ＬＥＤが発した紫外線により赤、青、緑の粒子状蛍光体を励起して光の三原色に相当する光を混色することにより白色光を発光する照明装置と、青色ＬＥＤが発した青色の光により粒子状の黄色蛍光体を励起して、青色光に対し補色関係にある黄色光と青色光とを混色することにより白色光を発光する照明装置とが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平11-46019号公報（段落0003、0004、0022、図１）

前者の照明装置は、赤色と緑の蛍光体を用いているので演色性に優れた白色光を発光できる。後者の照明装置は、青色ＬＥＤを励起エネルギー源としているので、前者の照明装置の励起エネルギー源である紫外線ＬＥＤよりも、可視光への変換効率が優れている。

しかし、蛍光体に黄色蛍光体のみを用いた後者の照明装置では、赤色及び青緑の光成分が不足気味となるので、前者の照明装置よりも演色性が劣る。そこで、後者の照明装置の演色性を改善するのに、青色ＬＥＤの光で励起されて赤色の光を発光する粒子状の赤色蛍光体を、粒子状の黄色蛍光体に対して数パーセント混合させることがある。

ところで、赤色蛍光体は、緑色の光及び黄色の光を吸収する性質があることが知られている。そして、既述のように演色性改善のために赤色蛍光体が混ざっていると、黄色蛍光体の領域全体にわたってランダムに分散された粒子状の赤色蛍光体と粒子状の黄色蛍光体とが至近距離で隣接する確率が高い。このため、青色の光で励起された黄色蛍光体が発した黄色の光の一部が、この黄色蛍光体の周りに位置された赤色蛍光体に容易に吸収される結果、光出力が低下する、言い換えれば、白色光の発光効率が低下してしまう。

本発明の目的は、白色光の演色性を改善できるとともに白色光の発光効率の低下を抑制可能な照明装置を提供することにある。

請求項１の発明は、青色の光を発する半導体発光素子と；透光性の樹脂材中に、前記半導体発光素子が発した青色の光によって励起されて黄色の光を発する粒子状の黄色蛍光体、及び前記青色の光によって励起されて赤色の光を発する赤色蛍光体が分散されているとともに、前記赤色蛍光体が前記黄色蛍光体より大きい塊に形成されていて前記黄色蛍光体より粗い密度で分散されている蛍光体層と；を具備することを特徴としている。

この発明で、半導体発光素子には青色の光を発する青色ＬＥＤを好適に使用でき、青色ＬＥＤとしては、基板に設けた回路パターンにフリップチップ実装されるものであっても、或いは基板等にダイボンド材を用いて実装されるとともに、基板に設けた回路パターンにボンディングワイヤを介して接続されるシングルワイヤ型又はダブルワイヤ型の青色ＬＥＤであっても使用可能である。この発明では、必要に応じて、蛍光体層中に黄色蛍光体及び赤色蛍光体の他に、半導体発光素子が発した青色の光で励起される他の蛍光体を混合することを妨げるものではない。蛍光体には、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体）、シリケート、窒化物のいずれか又はこれらの内の少なくとも二種の混合物からなる蛍光体を用いることができる。又、この発明で、蛍光体層は、青色ＬＥＤの光出射面に積層されるシート状に形成することができる他、青色ＬＥＤに被されるキャップ状に形成することもできる。

請求項１の発明では、半導体発光素子が発する青色の光で励起される蛍光体が、黄色蛍光体だけではなく赤色蛍光体を含んでいるので、白色光の演色性を改善できる。そして、赤色蛍光体を、黄色蛍光体より大きい塊に形成して黄色蛍光体より粗い密度で分散させたので、分散された粒子状の黄色蛍光体が配置される領域に対して赤色蛍光体が配置される領域が小さくなって、黄色蛍光体と赤色蛍光体が至近距離で隣接する確率が低下される。そのため、青色の光で励起された黄色蛍光体が発した黄色の光の一部が、赤色蛍光体に吸収されることを抑制できる。

請求項２の発明は、前記赤色蛍光体が前記蛍光体層の厚み方向両面に露出していることを特徴としている。

この請求項２の発明では、赤色蛍光体に対して黄色蛍光体が、半導体発光素子の光軸が延びる方向に沿って重なって位置しないので、黄色蛍光体と赤色蛍光体が蛍光体層の厚み方向に至近距離で隣接する確率が低下される。これにより、黄色蛍光体が発した黄色の光の一部が赤色蛍光体に吸収されることを更に抑制できる。

請求項１，２の発明によれば、白色光の演色性を改善できるとともに白色光の発光効率の低下を抑制可能な照明装置を提供できる。

本発明の第１実施形態を図１〜図４を参照して説明する。

図１及び図２中符号１は第１実施形態に係る照明装置を示している。この照明装置１は、装置基板例えばＬＥＤ基板２と、一対の電極３，４と、半導体発光素子例えばＬＥＤチップ５と、リフレクタ６と、封止樹脂７と、蛍光体層１１とを具備している。

ＬＥＤ基板２は、セラミックスや合成樹脂等の絶縁物からなり、これを正面から見た形状は例えば四角形をなしている。一対の電極３，４は、銅や銀等の金属からなり、ＬＥＤ基板２の表面から裏面にわたって装着されている。ＬＥＤ基板２の表面に配置された電極３の一端部３ａと電極４の一端部４ａとは互いに接近している。ＬＥＤ基板２の裏面に配置された電極３の他端部３ｂと電極４の他端部４ｂとは外部端子として用いられる。

ＬＥＤチップ５には点灯されると青色の光を発するダブルワイヤ型の青色ＬＥＤが用いられている。ＬＥＤチップ５は、電極４の一端部４ａ上にダイボンド材８を用いて接着されている。このＬＥＤチップ５が有した一対の電極５ａ、５ｂの内の一方の電極５ａはボンディングワイヤ９ａを介して電極３の一端部３ａに電気的に接続されており、他方の端子５ｂはボンディングワイヤ９ｂを介して電極４の一端部４ａに電気的に接続されている。

リフレクタ６は、白色の合成樹脂製によりＬＥＤ基板２と同じ大きさに成形されていて、ＬＥＤ基板２の表面に図示しない接着剤を介して接着されている。このリフレクタ６は円錐台状又は角錐台状の収容部を有していて、この収容部にＬＥＤチップ５が配設されている。封止樹脂７は、透光性材料例えば透明シリコーン樹脂等の透明樹脂や低融点ガラス等からなり、ＬＥＤチップ５及びボンディングワイヤ９ａ，９ｂ等を埋込んでリフレクタ６の収容部に充填されている。この封止樹脂７の表面とリフレクタ６の表面は面一である。

蛍光体層１１は封止樹脂７の表面とリフレクタ６の表面とにわたって装着されている。図１及び図４に示すように蛍光体層１１は、透光性の樹脂材例えば合成樹脂材１２具体的には透明シリコーン樹脂中に、黄色蛍光体１３と赤色蛍光体１４を分散させて、例えばシート状に形成されている。黄色蛍光体１３と赤色蛍光体１４は、いずれもＬＥＤチップ５が発した青色の光によって励起され、その励起によって、黄色蛍光体１３は黄色の光を発し、赤色蛍光体は赤色の光を発するものである。

黄色蛍光体１３は、粒子状であって、シート状の合成樹脂材１２の全域にわたり分散されている。赤色蛍光体１４は粒子状の黄色蛍光体１３より大きい塊に形成されている。ここに赤色蛍光体１４の塊の大きさは、黄色蛍光体１３をなす粒子の数十倍から数百倍の大きさであることが好ましい。なお、後述の製造方法により作られる赤色蛍光体１４は短い円柱状であるが、赤色蛍光体１４は団子状に凝集した塊であってもよい。黄色蛍光体１３の量に対する赤色蛍光体１４の量は数パーセント例えば略３％と極めて微量である。

これらの赤色蛍光体１４は黄色蛍光体１３より粗い密度でシート状の合成樹脂材１２の全域にわたり分散されている。そのために、赤色蛍光体１４は所定の間隔で縦横に並べて配設されている。ここに、所定の間隔とは、製造された蛍光体層１１を視認した場合に、肉眼では見分けることができない程度の細かな間隔であることを指しているが、顕微鏡で見れば明らかに視認可能である。そして、好ましい例として各赤色蛍光体１４は、図４に示すように合成樹脂材１２の厚み方向両面、即ち、蛍光体層１１の厚み方向両面に露出している
次に、図３を参照して蛍光体層１１の製造方法を説明する。図３（Ａ）〜図３(Ｅ)中符号２１は分解可能な固定型、符号２５は可動型を示している。固定型２１はその高さ方向中間部に仕切り壁２２を有し、この仕切り壁２２に複数の通孔２３が縦横に整列して所定間隔で設けられている。仕切り壁２２の大きさは蛍光体層１１の縦横の大きさと同じであり、各通孔２３の配列パターンは赤色蛍光体１４の配列パターンと同じである。

可動型２５は円柱状で上向き凸部２６を各通孔２３と同数有している。可動型２５は、固定型２１の下部内側に上下動可能に設けられていて、各上向き凸部２６は各通孔２３に仕切り壁２２の下方から挿入されている。この可動型２５は図示しない駆動装置で上下動され、最大に下降した状態で各上向き凸部２６の上端面が仕切り壁２２の上面と面一に配置されるようになっている。

まず、図３（Ａ）に示したように可動型２５を最大に上昇させてその上向き凸部２６を各通孔２３に挿通させた状態で、図３（Ａ）中二点鎖線に示すように粒子状の黄色蛍光体１３が混ぜられた未硬化の透明シリコンーン樹脂１４ａを、固定型２１の上部に所定量流し込んでから、透明シリコーン樹脂１４ａを熱硬化させる。この熱硬化は、例えば１２０℃の温度で３０分加熱し、更に１３０℃の温度で１時間加熱することで実施する。

次に、可動型２５を、その上向き凸部２６の上端面が仕切り壁２２の上面と面一に配置されるように引き下げる。それにより、黄色蛍光体１３が分散された透明シリコーン樹脂の硬化層１１ａに対して、図３（Ｃ）に示すように可動型２５の上向き凸部２６の配列パターンに見合った孔１１ｂが形成される。

この後、図３（Ｄ）に示すように前記硬化層の表面にシルクスクリーン２８を積層してから、粒子状の赤色蛍光体１４が混ぜられた未硬化の透明シリコンーン樹脂１４ｂを、シルクスクリーン２８上に供給するとともにスキージ２９を用いて、前記各孔１１ｂに押込む。それにより、各孔１１ｂ内に粒子状の赤色蛍光体１４が混ぜられた未硬化の透明シリコンーン樹脂１４ｂが充填される。なお、前記孔１１ｂに粒子状の赤色蛍光体１４が混ぜられた未硬化の透明シリコンーン樹脂を充填するには、既述のシルクスクリーン２８とスキージ２９を用いることに代えて、図３(Ｅ)に示すようにディスペンサー３０を用いて、各孔１１ｂに粒子状の赤色蛍光体１４が混ぜられた未硬化の透明シリコンーン樹脂をポッテングすることで充填してもよい。

最後に、前記の熱硬化条件と同条件で加熱して、孔１１ｂ内の未硬化の透明シリコンーン樹脂を硬化させる。それにより、赤色蛍光体１４が硬化して孔１１ｂの大きさに見合った塊となり、シート状の蛍光体層１１が形成される。この後、固定型２１を分解した上で蛍光体層１１を取出す。こうして製造された蛍光体層１１を図４（Ａ）（Ｂ）に示す。この蛍光体層１１では、黄色蛍光体１３が分散された合成樹脂材１２中に赤色蛍光体１４の塊が規則的に点在しているとともに、これら赤色蛍光体１４が蛍光体層１１の表裏両面に露出されている。

前記構成の照明装置１が備える蛍光体層１１は、ＬＥＤチップ５が発する青色の光で励起される蛍光体として、黄色蛍光体１３だけではなく赤色蛍光体１４を用いたので、照明時に、赤色蛍光体１４が励起されて発する赤色の光が白色光に加味されることにより、演色性を改善できる。

そして、蛍光体層１１は、赤色蛍光体１４を、黄色蛍光体１３より大きい塊に形成して黄色蛍光体１３より粗い密度で分散させたので、分散された粒子状の黄色蛍光体１３が配置される領域に対して赤色蛍光体１４が配置される領域を小さく限定できる。つまり、蛍光体層１１の地の色をなす黄色蛍光体１３に対して赤色蛍光体１４が占める領域は相対的に大きなウェイトを占めないので、黄色蛍光体１３と赤色蛍光体１４が至近距離で隣接する確率が低下される。そのため、赤色蛍光体１４の周囲に隣接するように位置された黄色蛍光体１３が発した黄色の光の一部が赤色蛍光体１４に吸収されることは妨げ得ないが、それは限定的であり、大部分の黄色蛍光体１３が発した黄色の光は、赤色蛍光体１４に吸収されることなく蛍光体層１１を透過して照明に供される。

加えて、本実施形態では、赤色蛍光体１４に対して黄色蛍光体１３が、ＬＥＤチップ５の光軸が延びる方向に沿って重なって位置しないので、黄色蛍光体１３と赤色蛍光体１４が蛍光体層１１の厚み方向に至近距離で隣接する確率も低下している。そのため、照明時に黄色蛍光体１３が発した黄色の光の一部が赤色蛍光体１４に吸収されることを更に抑制できる。

したがって、前記照明装置１によれば、白色光の発光効率の低下を抑制しつつ、白色光の演色性を改善できる。

なお、前記実施形態の照明装置１は、単独に使用してもよいし、更に多くの光量が必要である場合には、複数の照明装置１を用意して、それらの電極３，４の他端部３ｂ，他端部４ｂを、図示しない発光部基板の導体パターンにフリップチップ実装により接続することにより、複数の照明装置１を電気的に直列に接続してなる発光装置として使用することも可能である。

図５は本発明の第２実施形態を示している。

図５中符号３１はハイパワーの青色の光を発するパワー型ＬＥＤ(半導体発光素子)を示している。このＬＥＤ３１と蛍光体層１１とで照明装置３５が形成されている。ＬＥＤ３１は、その裏面に電極３２，３３を有していて、これらの電極３２，３３を発光部基板３４の導体パターン３４ａにフリップチップ実装により接続して使用される。ＬＥＤ３１はその表面及び周面の全てから青色の光を発することができる。そして、ＬＥＤ３１の表面及び周面にわたって蛍光体層１１が被着されている。この蛍光体層１１は、ＬＥＤ３１に装着された状態での形状がキャップ状である点を除いて、第１実施形態で説明した蛍光体層１１と同じ構成である。

したがって、第２実施形態の照明装置３５も、第１実施形態で説明したのと同じ理由によって、本発明の課題を解決できる。

本発明の第１実施形態に係る照明装置を示す断面図。 図１の照明装置をその一部を除去して示す平面図。 （Ａ）〜（Ｄ）は図１の照明装置が備える蛍光体層の製造方法を説明するための断面図又は平面図。（Ｅ）は図１の照明装置が備える蛍光体層の製造方法の最終工程の他の例を示す断面図。 （Ａ）は製造された蛍光体層を示す断面図。（Ｂ）は製造された蛍光体層を示す平面図。 本発明の第２実施形態に係る照明装置を示す断面図。

符号の説明

１…照明装置、５…ＬＥＤチップ（半導体発光素子）、１１…蛍光体層、１２…合成樹脂層、１３…黄色蛍光体、１４…赤色蛍光体

Claims (2)

1. 青色の光を発する半導体発光素子と；
   透光性の樹脂材中に、前記半導体発光素子が発した青色の光によって励起されて黄色の光を発する粒子状の黄色蛍光体、及び前記青色の光によって励起されて赤色の光を発する赤色蛍光体が分散されているとともに、前記赤色蛍光体が前記黄色蛍光体より大きい塊に形成されていて前記黄色蛍光体より粗い密度で分散されている蛍光体層と；
   を具備することを特徴とする照明装置。
2. 前記赤色蛍光体が樹脂材の厚み方向両面に露出していることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。

Images