JP2009267039A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 パッケージ材料等によって反射する紫外光または近紫外光が吸収されることを低減すると共に、蛍光体の光の相互作用を抑制して、光取り出し効率を向上させた発光装置を提供する。
【解決手段】 紫外光である出射光１１を発するＬＥＤチップ４と、このＬＥＤチップ４がダイボンド剤５によって固着される基板２と、ＬＥＤチップ４を覆う封止外層８とを備え、封止外層８は青色光１２Ｂを発する青色蛍光体１０Ｂを含有する第１の蛍光体層によって成り、ダイボンド剤５は赤色光１２Ｒを発する赤色蛍光体１０Ｒを含有する第３の蛍光体層によって成り、更に第１の蛍光体層と第３の蛍光体層の間には、緑色光１２Ｇを発する緑色蛍光体１０Ｇを含有する第２の蛍光体層である封止部材７を備える構成とした。
【選択図】 図１

Description

本発明は発光素子から発せられる光を受けて励起されることにより波長変換光を発する蛍光体層を備えた発光装置に関する。

従来、化合物半導体である発光ダイオード（以下、ＬＥＤと略す）は、長寿命や小型化の特徴を生かして発光装置として幅広く利用されている。また、窒化ガリウム系化合物半導体（以下、ＧａＮ系半導体と略す）等による青色を発光するＬＥＤが開発され製品化されたことにより、ＬＥＤチップを封止する樹脂に黄色光を発する蛍光体を含有させ、混合により白色光を得る発光装置が実用化されている。また、ＧａＮ系半導体により紫外光〜近紫外光（例えば３５０〜４１０ｎｍ）にピーク波長を有するＬＥＤが開発され、この紫外光〜近紫外光を受けて励起されることにより、赤色光、緑色光、青色光を発する三種類の蛍光体層を用いて白色光を得る発光装置が開示されている（例えば特許文献１参照）。

以下、この特許文献１を図面に基づいて説明する。図９は特許文献１で開示されている従来の発光装置の模式断面図である。図９に於いて、従来の発光装置７０は、素子収容用のパッケージ７２と、このパッケージ７２内に収容されたＬＥＤチップ７３と、このＬＥＤチップ７３をパッケージ７２内で封止する封止樹脂部７８と、この封止樹脂部７８の光取出側に位置する波長変換部としての蛍光体板７９などから構成されている。

パッケージ７２は、ＬＥＤチップ７３を収容するケース７５と、ケース７５の下側開口部に接する基板７６とを有し、ＬＥＤチップ７３を収容するように構成されている。ケース７５は、基板７６側から光取出側に向かって開口する平面円形状の内部空間を有し、全体がセラミックス等からなる無底箱体によって形成される。ケース７５内には、ＬＥＤチップ７３からの光を光取出側に反射するための反射面７５ａ及び蛍光体板７９を取り付けるための段状面７５ｂが設けられている。また、ケース７５内には封止樹脂部７８が充填されている。

基板７６の表面には、ＬＥＤチップ７３の電極にワイヤ８１、８２を介して接続する第１配線パターン８３、８４が設けられている。基板７６の実装面（裏面）には、ＬＥＤチップ７３に対して電源電圧を供給するための第２配線パターン８５、８６が設けられ、ビアパターン８７、８８によって第１配線パターン８３、８４と第２配線パターン８５、８６はそれぞれ接続される。

蛍光体板７９は、三種の蛍光体層７９Ｒ（赤）、７９Ｇ（緑）、７９Ｂ（青）からなり、ケース７５内に封止樹脂部７８の光出射面を覆うように収容され、且つ、段状面７５ｂに取り付けられている。そして、ＬＥＤチップ７３側から光取出側に向かって蛍光体層７９Ｒ、７９Ｇ、７９Ｂの順で積層される。

この構造により、蛍光体層７９Ｒが、他の蛍光体層と比べてＬＥＤチップに近い位置に配置されているので、赤色蛍光体の励起に必要な光エネルギーが確保される。これにより、赤色光は十分な光量となるので、色バランスが良好となり、演色性の高い白色光を得ることが示されている。また、蛍光体層７９Ｂが蛍光体層７９Ｒの光取り出し側に配置されているので、蛍光体層７９Ｒによる青色光の吸収（光量損失）を回避できる。これにより、青色光が赤色光や緑色光と同様に十分な光量を持って出射されることが示されている。

また他の従来例として、紫外光を発するＬＥＤチップの外面を蛍光材料及び光散乱材を含む樹脂で覆い、その周囲を樹脂レンズで囲った半導体発光素子が開示されている（例えば特許文献２参照）。この発光素子は、ＬＥＤチップがリードフレームに搭載され、このＬＥＤチップを第１の波長を発光する蛍光体を含む第１の樹脂で覆い、その上に第２の波長を発光する蛍光体を含む樹脂で積層し、その周囲を樹脂レンズで囲った構造を有している。更に、ＬＥＤチップを４００〜５５０ｎｍの波長を発光する蛍光体を含む第１の樹脂で覆い、その上に５５０〜５９０ｎｍの波長を発光する蛍光体を含む第２の樹脂で積層し、その上に５９０〜７００ｎｍの波長を発光する蛍光体を含む第３の樹脂で積層し、その周囲を樹脂レンズで囲った構造も開示されている。

この構造により、樹脂レンズは紫外光を吸収するが、ＬＥＤに密着した樹脂の蛍光体によって紫外光が波長変換されて可視光になるので、光の損失が低減されることが示されている。また、ＬＥＤに密着した樹脂に蛍光材料が含まれているので、紫外光を無駄なく蛍光材料の励起光として使用出来ることも示されている。

特開２００７−１３４６５６号公報（第４頁、第１図） 特開２００２−１７６２０１号公報（第２頁、第１図）

しかしながら、従来例として示した特許文献１の発光装置は、紫外光（短波長）が、ケース７５の反射面７５ａや底面の基板７６、及び配線パターン等に直接当たると、紫外光の反射率が低いために、光取り出し効率が低下するという大きな問題がある。ここで、図１０のグラフは、発光装置のケース部分や基板に用いられる材料別分光反射率を示している。図１０において、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、及び基板材料（ガラスエポキシ材やセラミックス材等）は、光の波長が短くなるほど反射率が低下し、約４００ｎｍ以下の紫外光では反射率が著しく低下している。

ここで、図９のケース７５の反射面７５ａは、蒸着などによって金、又は銀等で覆われており、また、基板７６上の配線パターン８３、８４は、銅箔に金メッキされた材料が一般的に用いられる。このため、ＬＥＤチップ７３から出射される紫外光が反射面７５ａや基板７６、及び配線パターン８３、８４に当たると、かなりの割合で紫外光は反射せずに吸収されてしまう。これにより、蛍光体板７９に入射する紫外光の光量が低下し、発光装置全体の光取り出し効率が著しく低下する。

また、特許文献２の半導体発光素子においても、紫外光がＬＥＤチップ底面のリードフレームに直接当たると、リードフレームは銅などの表面に金メッキ処理等がなされているので、紫外光の反射率が低いために紫外光の光量が低下し、発光素子全体の光取り出し効率が低下するという同様の問題がある。

本発明の目的は上記課題を解決し、パッケージ材料等によって反射する紫外光または近紫外光が吸収されることを低減すると共に、蛍光体の光の相互作用を抑制して、光取り出し効率を向上させた発光装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の発光装置は、下記記載の構成を採用する。

本発明の発光装置は、発光素子と、この発光素子を固着する基板と、発光素子が発する紫外光または近紫外光を吸収して第１の波長変換光を発する蛍光体を含有する第１の蛍光体層と、紫外光または近紫外光を吸収して第２の波長変換光を発する蛍光体を含有する第２の蛍光体層と、紫外光または近紫外光を吸収して第３の波長変換光を発する蛍光体を含有する第３の蛍光体層とを備え、第１の蛍光体層と第２の蛍光体層は、発光素子の略前面側に配設され、第３の蛍光体層は発光素子の略背面側に配設されることを特徴とする。

これにより、蛍光体層の配置を最適化することで、発光素子からの紫外光または近紫外光がパッケージの側面や底面に直接当たることを防ぎ、反射効率が向上して光取り出し効率に優れた発光装置を提供することが出来る。また、蛍光体が発する波長変換光の相互作用を抑制することが出来る。

また、第１の蛍光体層は発光素子を覆う封止外層によって成り、第３の蛍光体層は発光素子の背面を基板に固着する接着層によって成り、第２の蛍光体層は第１の蛍光体層と第３の蛍光体層の間に配設されることを特徴とする。

これにより、蛍光体層の配置を最適化することで、反射効率が高く、且つ、蛍光体が発する波長変換光の相互作用を抑制して光取り出し効率に優れた発光装置を提供できる。また、それぞれの蛍光体を別々の蛍光体層に含有させて発光させるので、蛍光体の含有量の調整等によって、色バランスが良好で演色性に優れ、色ばらつきも低減された発光装置を提供出来る。

また、第２の蛍光体層は、封止外層の内側に充填されて発光素子を封止する封止部材によって形成されることを特徴とする。

これにより、第２の蛍光体層は、発光素子に密着して封止する封止部材によって形成されるので、発光素子から発せられた紫外光または近紫外光を効率よく第２の波長変換光に変換でき、光取り出し効率に優れた発光装置を提供することが出来る。

また、第２の蛍光体層は、発光素子の表面を覆う発光素子表面層によって形成されることを特徴とする。

これにより、第２の蛍光体層は、発光素子の表面に密着して覆う発光素子表面層によって形成されるので、発光素子から発せられた紫外光または近紫外光を効率よく第２の波長変換光に変換でき、光取り出し効率に優れた発光装置を提供することが出来る。

また、第１の蛍光体層が含有する蛍光体は、第２及び第３の蛍光体層が含有する蛍光体がそれぞれ発する波長変換光を吸収しにくいことを特徴とする。

これにより、第２及び第３の蛍光体層がそれぞれ発する波長変換光が第１の蛍光体層を通過しても、第１の蛍光体層はその光を吸収しにくいので、蛍光体による波長変換光の相互作用が抑制され、光取り出し効率が向上する。また、波長変換光の相互作用が抑制されることによって、色バランスが良好で演色性に優れた白色光を出射する発光装置を提供できる。

また、第３の蛍光体層が含有する蛍光体が発する第３の波長変換光のピーク発光波長は、第１、及び第２の蛍光体層が含有する蛍光体が吸収する波長より長波長側であることを特徴とする。

これにより、第３の蛍光体層から発せられる波長変換光は、第１、及び第２の蛍光体層では吸収されにくいので、蛍光体による波長変換光の相互作用が抑制され、光取り出し効率が向上する。また、波長変換光の相互作用が抑制されることにより、第１、第２、及び第３の蛍光体層で発せられる波長変換光は、それぞれバランス良く出射されるので、演色性に優れた白色光を出射する発光装置を提供できる。

また、第１の蛍光体層が含有する蛍光体は酸化物の青色蛍光体で組成はＳｒ１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕであり、第２の蛍光体層が含有する蛍光体は酸化物の緑色蛍光体で組成は（ＢａＳｒ）２ＳｉＯ４：ＥｕもしくはＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ，Ｍｎであり、第３の蛍光体層が含有する蛍光体は窒化物の赤色蛍光体で組成はＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕもしくは（ＳｒＣａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕであることを特徴とする。

これにより、第１の蛍光体層が含有する青色蛍光体は、第２及び第３の蛍光体層が発する波長変換光を吸収し励起しにくい。また、第２の蛍光体層が含有する緑色蛍光体は、第３の蛍光体層が発する波長変換光を吸収し励起しにくい。この結果、波長変換光の相互作用が抑制されるので、光取り出し効率が向上すると共に、各波長変換光はそれぞれバランス良く出射されて演色性に優れた発光装置を提供できる。

また、基板は、熱伝導性を有する金属材料で成ることを特徴とする。

これにより、発光素子の温度上昇を防ぐので、発光素子の発光効率が向上すると共に、発光素子に大電流を供給出来るので、高出力の発光装置を提供することが出来る。

また、封止外層の外周に、波長変換光を反射する反射部材を備えたことを特徴とする。

これにより、反射部材には反射効率の高い波長変換光が入射し反射されるので、光取り出し効率に優れていると共に、指向性に優れた発光装置を提供することが出来る。

上記の如く本発明によれば、発光素子からの紫外光または近紫外光がパッケージの側面や底面に直接当たることがないので反射効率を高くでき、光取り出し効率に優れた発光装置を提供することが出来る。また、蛍光体の配置を最適化することで蛍光体が発する波長変換光の相互作用が抑制されるので、光取り出し効率が更に向上して高輝度の発光装置を実現することが出来る。

以下図面により本発明の実施の形態を詳述する。

図１は本発明の発光装置の実施例１を示す模式断面図である。図１において、１は本発明の発光装置である。２は板状の基板であり、絶縁性を有するガラスエポキシ材やセラミックス材などから成る。３ａと３ｂは、基板２に形成される配線パターンであり、基板２の上面側２ａから側面を介して実装面（裏面）にまで形成されている。この配線パターン３ａ、３ｂは銅箔等によって成り、その表面に金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）などが必要に応じて形成された導電性の電極である。

４はＧａＮ系半導体による発光素子としてのＬＥＤチップであり、紫外光または近紫外光（例えば３５０〜４１０ｎｍ）にピーク発光波長を有する。このＬＥＤチップ４は、前面（発光面側）に図示しないアノード電極とカード電極を有し、その背面は基板２の配線パターン３ａに接着層としてのダイボンド剤５によって固着される。尚、ＬＥＤチップ４の大きさは、一例として０．３ｍｍ角位である。

また、６ａと６ｂは金細線等によって成るワイヤであり、ＬＥＤチップ４のアノード電極とカソード電極を配線パターン３ａ、３ｂに電気的に接続し、配線パターン３ａ、３ｂ間に印加される駆動電圧をＬＥＤチップ４に供給する。７は透光性を有するシリコーン樹脂等から成る封止部材であり、ＬＥＤチップ４とワイヤ６ａ、６ｂを封止して機械的に保護する。この封止部材７は、略円柱状であり、その上面は略平面であって、ＬＥＤチップ４の前面側（発光面側）に密着して覆っている。

また、８は透光性を有する封止外層であり、封止部材７の上面及び側面全体を外側から被せることよって、ＬＥＤチップ４の前面側（発光面側）を覆っている。これにより、封止部材７は封止外層８の内側に充填された構造となり、ＬＥＤチップ４は、封止部材７と封止外層８の二層構造で覆われることになる。

ここで、封止外層８は、第１の発光体層としてＬＥＤチップ４が発する紫外光または近紫外光を吸収して励起し、４５０ｎｍ位のピーク発光波長を有する青色の波長変換光を発する青色蛍光体１０Ｂを含有する。この青色蛍光体１０Ｂは、一例として酸化物の青色蛍光体で組成はＳｒ１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕが用いられる。

また、ＬＥＤチップ４とワイヤ６ａ、６ｂを封止する封止部材７は、第２の発光体層としてＬＥＤチップ４が発する紫外光または近紫外光を吸収して励起し、５３０ｎｍ位のピーク発光波長を有する緑色の波長変換光を発する緑色蛍光体１０Ｇを含有する。この緑色蛍光体１０Ｇは、一例として酸化物の緑色蛍光体で組成は（ＢａＳｒ）２ＳｉＯ４：ＥｕもしくはＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ，Ｍｎが用いられる。

また、ＬＥＤチップ４の背面を基板２に固着するダイボンド剤５は、第３の発光体層としてＬＥＤチップ４が発する紫外光または近紫外光を吸収して励起し、６５０ｎｍ位のピーク発光波長を有する赤色の波長変換光を発する赤色蛍光体１０Ｒを含有する。この赤色蛍光体１０Ｒは、一例としてＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕもしくは（ＳｒＣａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕが用いられる。

すなわち、第１の発光体層と第２の蛍光体層は、二層構造となってＬＥＤチップ４の前面側に配設され、第３の蛍光体層はＬＥＤチップ４の背面側に配設される。そして、封止外層８によって成る第１の蛍光体層とダイボンド剤５によって成る第３の蛍光体層の間に、封止部材７によって成る第２の蛍光体層が配設される。

次に、本発明の実施例１の発光装置の動作を説明する。図１において、発光装置１を駆動する場合は、一例として発光装置１の配線パターン３ａ、３ｂを半田（図示せず）等によってプリント基板（図示せず）に実装し、プリント基板から配線パターン３ａ、３ｂに駆動電圧を印加する。これにより、ＬＥＤチップ４の図示しないアノード電極とカソード電極に、ワイヤ６ａ、６ｂを介して駆動電圧が供給され、ＬＥＤチップ４は紫外光または近紫外光である出射光１１を発光する。

この出射光１１は、光強度は異なるが図示するようにＬＥＤチップ４の前面側だけでなく、背面側等あらゆる角度に出射される。ここで、ＬＥＤチップ４の前面（図面の上側）または側面から出射される出射光１１が、第１の発光体層としての封止外層８に含有する青色蛍光体１０Ｂに入射すると、青色蛍光体１０Ｂは出射光１１を吸収して励起し、第１の波長変換光である青色光１２Ｂを発光して外部に出射する。

また同様に、ＬＥＤチップ４の前面または側面から出射される出射光１１が、第２の発光体層としての封止部材７に含有する緑色蛍光体１０Ｇに入射すると、緑色蛍光体１０Ｇは出射光１１を吸収して励起し、第２の波長変換光である緑色光１２Ｇを発光する。そして、緑色光１２Ｇは封止外層８を通過して外部に出射される。

また、ＬＥＤチップ４の背面側（図面の下側）から出射される出射光１１が、第３の発光体層としてのダイボンド剤５に含有する赤色蛍光体１０Ｒに入射すると、赤色蛍光体１０Ｒは出射光１１を吸収して励起し、第３の波長変換光である赤色光１２Ｒを発光する。そして、赤色光１２Ｒは基板２や配線パターン３ａ等に反射し、封止部材７と封止外層８を通過して外部に出射される。これにより、発光装置１からは、青色光１２Ｂと緑色光１２Ｇと赤色光１２Ｒが混合した白色光１２Ｗが発光されることになる。

このように、ＬＥＤチップ４から発せられる出射光１１が、どのような角度で出射されたとしても、本発明の発光装置は、その出射光１１を無駄なく青色光１２Ｂ、緑色光１２Ｇ、赤色光１２Ｒのいずれかの波長変換光に直ちに変換することが出来る。

特にＬＥＤチップ４の背面には、ダイボンド剤５に含有される赤色蛍光体１０Ｒが配置されているので、ＬＥＤチップ４の背面に出射される出射光１１は、この赤色蛍光体１０Ｒよって赤色光１２Ｒに波長変換されてから、ＬＥＤチップ４の背面に位置する基板２や配線パターン３ａ等に反射して発光装置１の前面に出射される。

ここで、前述の図１０のグラフで示すように、基板材料や配線パターン３ａ、３ｂの表面材料である金（Ａｕ）や銀（Ａｇ）の反射率は、波長６５０ｎｍ付近では９０％以上あるので、赤色光１２Ｒは基板２や配線パターン３ａ、３ｂに対して高い反射率で反射する。これにより、ＬＥＤチップ４の背面に出射される出射光１１は、無駄に失われることがなく、光取り出し効率に優れた発光装置を提供することが出来る。

次に、図２（ａ）、図２（ｂ）、図２（ｃ）に基づいて、本発明で用いられる三種類の蛍光体の特性を説明する。図２（ａ）〜図２（ｃ）において、Ｘ軸は光の波長であり、Ｙ軸は強度を表し、それぞれの蛍光体の発光Ｅｍと励起Ｅｘの特性を示している。

ここで、図２（ａ）は、本発明で用いられる青色蛍光体１０Ｂの特性を示している。この蛍光体は、図示するように波長４５０ｎｍ付近に発光Ｅｍのピークがあり、励起Ｅｘは、４３０ｎｍ位より短波長、すなわち、紫外光から近紫外光の波長によって励起するので、可視光はほとんど吸収されず透過する。

また、図２（ｂ）は、本発明で用いられる緑色蛍光体１０Ｇの特性を示している。この蛍光体は、図示するように波長５３０ｎｍ付近に発光Ｅｍのピークがあり、励起Ｅｘは、５００ｎｍ位より短波長によって励起する。この特性により、緑色蛍光体１０Ｇを含有する封止部材７は、５００ｎｍ位より長波長の光は、ほとんど吸収されず透過する。

また、図２（ｃ）は、本発明で用いられる赤色蛍光体１０Ｒの特性を示している。この蛍光体は、図示するように波長６５０ｎｍ付近に発光Ｅｍのピークがあり、励起Ｅｘは、６００ｎｍ位より短波長によって励起する。

このように、各蛍光体の特性により、例えば、ピーク波長６５０ｎｍ位の赤色光１２Ｒは、前述した如く、ダイボンド剤５に含有される赤色蛍光体１０Ｒによって発光し、基板２や配線パターン３ａ、３ｂ等に反射してから封止部材７と封止外層８を通過して外部に出射されるが、封止部材７に含有される緑色蛍光体１０Ｇは、赤色光１２Ｒをほとんど吸収せずに少ない損失で透過する。

また同様に、封止外層８に含有される青色蛍光体１０Ｂは、ピーク発光波長６５０ｎｍ位の赤色光１２Ｒをほとんど吸収せずに少ない損失で透過する。これにより、赤色蛍光体１０Ｒから発せられる赤色光１２Ｒは、少ない損失で封止部材７と封止外層８を透過し外部に出射される。

また同様に、封止外層８に含有される青色蛍光体１０Ｂは、ピーク発光波長５３０ｎｍ位の緑色光１２Ｇをほとんど吸収せずに少ない損失で透過する。これにより、封止部材７に含有された緑色蛍光体１０Ｇから発せられる緑色光１２Ｇは、少ない損失で封止外層８を透過し外部に出射される。

すなわち、本発明の発光装置は、赤色光１２Ｒの吸収が少ない青色蛍光体１０Ｂと緑色蛍光体１０Ｇを赤色蛍光体１０Ｒより外側（光取り出し側）に配置し、また、緑色光１２Ｇの吸収が少ない青色蛍光体１０Ｂを緑色蛍光体１０Ｇより外側（光取り出し側）に配置することで、各蛍光体層における波長変換光の吸収が最小となるように構成した。

この結果、図２（ａ）〜図２（ｃ）で示した各蛍光体の選定と、各蛍光体を含有する蛍光体層の最適な配置により、波長変換光の相互作用が抑制されて、青色光１２Ｂ、緑色光１２Ｇ、赤色光１２Ｒは、非常に少ない損失で外部に出射されるので、光取り出し効率に優れた発光装置を提供することが出来る。

また、波長変換光の相互作用が抑制されることにより、青色光１２Ｂ、緑色光１２Ｇ、赤色光１２Ｒがバランス良く出射されるので、色バランスが良好で演色性に優れた白色光を出射する発光装置を提供することが出来る。また、それぞれ単色の蛍光体を別々の蛍光体層に含有させて発光するので、蛍光体の含有量等を個別に調整することによって、色バランス調整が容易で、色ばらつきも低減された発光装置を提供出来る。

次に本発明の実施例２を詳述する。図３は本発明の発光装置の実施例２を示す模式断面図である。尚、実施例１と同一要素には同一番号を付し重複する説明は一部省略する。ここで、実施例２の特徴は、第２の蛍光体層がＬＥＤチップ４の表面外周を覆う発光素子表面層によって形成されることである。

図３において、２０は本発明の実施例２の発光装置である。この発光装置２０は実施例１と同様に、基板２と、この基板２に形成される配線パターン３ａ、３ｂ、発光素子としてのＬＥＤチップ４、このＬＥＤチップ４と配線パターン３ａ、３ｂを電気的に接続するワイヤ６ａ、６ｂ、ＬＥＤチップ４の背面を基板２に固着するダイボンド剤５、ＬＥＤチップ４とワイヤ６ａ、６ｂを封止する封止部材７、及び、封止部材７の外側から被せてＬＥＤチップ４を覆う封止外層８を備えている。

ここで、封止外層８は、実施例１と同様に第１の発光体層としてＬＥＤチップ４が発する紫外光または近紫外光を吸収して励起し、４５０ｎｍ位のピーク発光波長を有する青色の波長変換光を発する青色蛍光体１０Ｂを含有する。この青色蛍光体１０Ｂは、実施例１と同様の組成の蛍光体が用いられる。

また、ダイボンド剤５は、実施例１と同様に第３の発光体層としてＬＥＤチップ４が発する紫外光または近紫外光を吸収して励起し、６５０ｎｍ位のピーク発光波長を有する赤色の波長変換光を発する赤色蛍光体１０Ｒを含有する。この赤色蛍光体１０Ｒは、実施例１と同様の組成の蛍光体が用いられる。

また、２１は透光性を有する発光素子表面層であり、ＬＥＤチップ４の表面に密着して薄く覆っている。この発光素子表面層２１は、第２の発光体層としてＬＥＤチップ４が発する紫外光または近紫外光を吸収して励起し、５３０ｎｍ位のピーク発光波長を有する緑色の波長変換光を発する緑色蛍光体１０Ｇを含有する。この緑色蛍光体１０Ｇは、実施例１と同様の組成の蛍光体が用いられる。尚、封止部材７は実施例１と異なり、蛍光体は含有しない。

次に、本発明の実施例２の発光装置の動作を説明する。図３において、発光装置２０の配線パターン３ａ、３ｂに実施例１と同様に駆動電圧を印加すると、ＬＥＤチップ４の図示しないアノード電極とカソード電極に、ワイヤ６ａ、６ｂを介して駆動電圧が供給され、ＬＥＤチップ３は紫外光または近紫外光である出射光１１を発光する。

ここで、第１の発光体層としての封止外層８に含有する青色蛍光体１０Ｂと第３の発光体層としてのダイボンド剤５に含有する赤色蛍光体１０Ｒの動作は、実施例１と同様であるので説明は省略する。

また、ＬＥＤチップ４の前面または側面から出射される出射光１１が、第２の発光体層としての発光素子表面層２１に含有する緑色蛍光体１０Ｇに入射すると、緑色蛍光体１０Ｇは出射光１１を吸収して励起し、第２の波長変換光である緑色光１２Ｇを発光する。これにより、発光装置２０からは、青色光１２Ｂと緑色光１２Ｇと赤色光１２Ｒとが混合した白色光１２Ｗが発光されることになる。

このように、ＬＥＤチップ４から発せられる出射光１１が、どのような角度で出射されたとしても、実施例２の発光装置２０は実施例１と同様に、その出射光１１を無駄なく青色光１２Ｂ、緑色光１２、赤色光１２Ｒのいずれかの波長変換光に直ちに変換することが出来る。

これにより、ＬＥＤチップ４からの紫外光または近紫外光である出射光１１が、基板２や配線パターン３ａ、３ｂに直接当たることが無く、波長変換された反射率の高い可視光として反射するので、発光装置の反射効率を高くでき、光取り出し効率に優れた発光装置を提供することが出来る。

また、青色蛍光体１０Ｂ、緑色蛍光体１０Ｇ、赤色蛍光体１０Ｒに、それぞれ実施例１と同様の組成の蛍光体を用いることで、実施例１と同様な効果を得ることが出来る。すなわち、ダイボンド剤５に含有された赤色蛍光体１０Ｒから発せられた赤色光１２Ｒが、基板２や配線パターン３ａ、３ｂ等に反射してから発光素子表面層２１を通過すると、発光素子表面層２１に含有される緑色蛍光体１０Ｇは、ピーク発光波長６５０ｎｍ位の赤色光１２Ｒをほとんど吸収することが無く、赤色光１２Ｒは少ない損失で透過することが出来る。

また同様に、封止外層８に含有される青色蛍光体１０Ｂは、ピーク発光波長６５０ｎｍ位の赤色光１２Ｒをほとんど吸収することが無く、赤色光１２Ｒは少ない損失で透過することが出来る。これにより、赤色蛍光体１０Ｒから発せられる赤色光１２Ｒは、少ない損失で発光素子表面層２１や封止外層８を透過し外部に出射される。

また同様に、封止外層８に含有される青色蛍光体１０Ｂは、ピーク発光波長５３０ｎｍ位の緑色光１２ＲＧをほとんど吸収することが無く、緑色光１２ＲＧは少ない損失で透過することが出来る。これにより、発光素子表面層２１に含有された緑色蛍光体１０Ｇから発せられる緑色光１２Ｇは、少ない損失で封止外層８を透過し外部に出射される。

この結果、各蛍光体の選定と、各蛍光体を含有する蛍光体層の最適な配置により、波長変換光の相互作用が抑制されて、青色光１２Ｂ、緑色光１２Ｇ、赤色光１２Ｒは、非常に少ない損失で外部に出射されるので、光取り出し効率に優れた発光装置を提供することが出来る。また、波長変換光の相互作用が抑制されることにより、青色光１２Ｂ、緑色光１２Ｇ、赤色光１２Ｒがバランス良く出射されるので、色バランスが良好で演色性に優れた白色光を出射する発光装置を提供することが出来る。

次に本発明の実施例３を詳述する。図４は本発明の発光装置の実施例３を示す模式断面図である。尚、実施例２と同一要素には同一番号を付し重複する説明は一部省略する。ここで、実施例３の特徴は基本的な構成は実施例２と同様であるが、ＬＥＤチップ４等を封止する封止部材が無く、封止外層８の内部は中空なことである。

図４において、３０は本発明の実施例３の発光装置である。この発光装置３０は基本的な構成は実施例２の発光装置２０と同様であるが、ＬＥＤチップ４等を封止する封止部材が無く、ＬＥＤチップ４やワイヤ６ａ、６ｂを覆う封止外層８は、強度の強い透光性樹脂等によって形成され、封止外層８の内部は中空である。

ここで、実施例２と同様に、発光装置３０の封止外層８は第１の発光体層として青色蛍光体１０Ｂを含有し、発光素子表面層２１は第２の発光体層として緑色蛍光体１０Ｇを含有し、ダイボンド剤５は第３の蛍光体層として赤色蛍光体１０Ｒを含有する。これにより、青色蛍光体１０ＢはＬＥＤチップ４からの出射光１１によって青色光１２Ｂを発光し、緑色蛍光体１０Ｇは緑色光１２Ｇを発光し、赤色蛍光体１０Ｒは赤色光１２Ｒを発光する。

この結果、実施例２と同様に実施例３の発光装置３０は、ＬＥＤチップ４からの紫外光または近紫外光である出射光１１が、基板２や配線パターン３ａ、３ｂに直接当たることが無く、波長変換された反射率の高い可視光として反射するので、発光装置の反射効率を高くでき、光取り出し効率に優れた発光装置を提供することが出来る。

また、青色蛍光体１０Ｂ、緑色蛍光体１０Ｇ、赤色蛍光体１０Ｒに、それぞれ実施例１と同様の組成の蛍光体を用いることで、実施例１と同様な効果を得ることが出来る。すなわち、各蛍光体による波長変換光の相互作用が抑制されるので光取り出し効率が向上する。また、青色光１２Ｂ、緑色光１２Ｇ、赤色光１２Ｒがバランス良く出射されるので、色バランスが良好で演色性に優れた白色光を出射する発光装置を提供することが出来る。

尚、実施例３はＬＥＤチップ４やワイヤ６ａ、６ｂを封止する封止部材が無いが、封止外層８によってＬＥＤチップ４やワイヤ６ａ、６ｂは、外部との気密が保たれ、また機械的に保護されているので特に問題はない。また、封止部材を無くすことで、製造工程を簡略化出来るメリットがある。

次に本発明の実施例４を詳述する。図５は本発明の発光装置の実施例４を示す模式断面図である。尚、実施例３と同一要素には同一番号を付し重複する説明は一部省略する。ここで、実施例４の特徴は熱伝導性を有する基板を用いて優れた放熱効果を得ていることである。

図５において、４０は本発明の実施例４の発光装置である。この発光装置４０は基本的な構成は実施例３の発光装置３０と同様であるが、基板４１は銅やアルミ等の熱導電性に優れた金属材料によって形成され、基板４１と配線パターン３ａ、３ｂは、薄い絶縁膜４２で電気的に分離されている。この構造によりＬＥＤチップ４からの発熱は、効率よく基板４１に伝達され、基板４１に伝達された熱は、基板４１が実装されるプリント基板（図示せず）等に効率よく放熱される。

また、実施例３と同様に、封止外層８は第１の発光体層として青色蛍光体１０Ｂを含有し、発光素子表面層２１は第２の発光体層として緑色蛍光体１０Ｇを含有し、ダイボンド剤５は第３の蛍光体層として赤色蛍光体１０Ｒを含有する。そして、各蛍光体は、それぞれ、青色光１２Ｂ、緑色光１２Ｇ、赤色光１２Ｒを発光する。これにより、反射効率が高く、且つ、光の相互作用が抑制されるので、光取り出し効率に優れた発光装置を提供することが出来る。

また、ＬＥＤチップ４からの発熱が効率よく放熱されるので、ＬＥＤチップ４の温度上昇が低減されて発光効率が向上する。また、放熱効果に優れているのでＬＥＤチップ４に大きな電流を供給することが可能となり、高出力の発光装置を実現することが出来る。

尚、実施例４の構成は、内部が中空の封止外層８を備えた実施例３の構成をベースとしているが、この構成に限定されず、実施例１または実施例２のように、ＬＥＤチップ４等を封止する封止部材７を有する構成でも良い。

次に本発明の実施例５を詳述する。図６は本発明の発光装置の実施例５を示す模式断面図である。尚、実施例１と同一要素には同一番号を付し重複する説明は省略する。ここで、実施例５の特徴は、基本的な構成は実施例１と同様であるが、封止部材の形状が略半円球状である点である。図６において、５０は本発明の実施例５の発光装置である。

ここで、発光装置５０の封止部材５１は、図示するように略半円球状を有しており、透光性を有するシリコーン樹脂等から成る。この封止部材５１は、ＬＥＤチップ４及びワイヤ６ａ、６ｂを封止して機械的に保護すると共に、レンズ効果によって出射光を集光する働きがある。また、封止部材５１の表面を外側から被せる封止外層８は、封止部材５１の略半円球状に沿った形状で形成され、ＬＥＤチップ４を覆っている。この構成により、ＬＥＤチップ４は、封止部材５１と封止外層８の二層構造で覆われる。

ここで、実施例１と同様に、封止外層８は第１の蛍光体層として青色蛍光体１０Ｂを含有し、封止部材５１は第２の蛍光体層として緑色蛍光体１０Ｇを含有し、ダイボンド剤５は第３の蛍光体層として赤色蛍光体１０Ｒを含有する。この構成により、ＬＥＤチップ４が発する出射光１１は、それぞれ青色光１２Ｂ、緑色光１２Ｇ、赤色光１２Ｒの波長変換光として出射され、実施例１と同様の効果を得ることが出来る。

また、略半円球状の封止部材５１は、レンズ効果を有するので、封止部材５１とその表面に形成される封止外層８から出射される混合された白色光１２Ｗは、図示するように平行光に近い光として出射され、指向性に優れた発光装置を実現することが出来る。尚、略半円球状の封止部材５１は緑色蛍光体１０Ｇを含まず、実施例２のように発光素子表面層を形成して緑色蛍光体１０Ｇを含有しても良い。

次に本発明の実施例６を詳述する。図７は本発明の発光装置の実施例６を示す模式断面図である。尚、実施例１と同一要素には同一番号を付し重複する説明は省略する。ここで、実施例６の特徴は、基本的な構成は実施例１と同様であるが、反射部材を備えて指向性を改善した点である。

図７において、６０は本発明の実施例６の発光装置である。この発光装置６０は実施例１で示した発光装置１と同様な構成を有しているが、封止外層８の外周に光取り出し方向（矢印Ａ方向）に広がる略円筒形の反射部材６１を備えている。

この反射部材６１は、可視光に変換された青色光１２Ｂ、赤色光１２Ｒ、緑色光１２Ｇの中で、特に周囲に拡散する光を図示するように反射し、発光装置の指向性を向上させる機能を備えている。ここで、仮にＬＥＤチップ４からの紫外光または近紫外光である出射光１１が反射部材６１に直接入射して反射するならば、従来例で述べたように紫外光の大部分は反射せずに吸収される。

しかし、本発明の発光装置は、ＬＥＤチップ４からの出射光１１がどのような角度で出射されたとしても、その出射光１１を青色光１２Ｂ、赤色光１２Ｒ、緑色光１２Ｇの波長変換光に直ちに変換するので、反射部材６１には、反射効率の高い波長変換光である青色光１２Ｂ、赤色光１２Ｒ、緑色光１２Ｇが入射し反射される。これにより、本発明の実施例６の発光装置６０は、光取り出し効率に優れていると共に、指向性に優れた発光装置を実現することが出来る。

尚、実施例６で示す発光装置６０は、実施例１の構成をベースとして示したが、この構成に限定されず、例えば、実施例２のように、発光素子表面層２１に緑色蛍光体１０Ｇを含有する構造でも良い。また、実施例５で示した略半円球状の封止部材５１と反射部材６１とを組み合わせるならば、更に指向性を向上させた発光装置を実現できる。

次に、図８に基づいて、本発明の発光装置の発光スペクトルを説明する。図８において、Ｘ軸は発光波長であり、Ｙ軸はスペクトルの強度を表している。Ｓ１は本発明の発光装置による発光スペクトルの一例であり、Ｓ２は従来の白色光を発光する発光装置の発光スペクトルの一例である。ここで、発光スペクトルＳ１は、ＬＥＤチップ４からの約４００ｎｍをピークとする紫外光によって、４５０ｎｍ付近をピークとする青色光と、５３０ｎｍ付近をピークとする緑色光と、６５０ｎｍ付近をピークとする赤色光によって成る。

これにより、本発明の発光装置は、光の三原色であるＲＧＢのすべての波長をバランス良く有するので、演色性に優れた白色光を出射する発光装置を実現することが出来る。これに対して、従来の発光スペクトルＳ２は、青色ＬＥＤが発光する４５０ｎｍ付近をピークとする青色光と、黄色蛍光体からの５５０ｎｍ付近をピークとする黄色光の混合によって白色を得ていたので、演色性が劣っていた。

以上のように、本発明の発光装置は、発光素子からの紫外光または近紫外光を直ちにＲＧＢの可視光に変換し、また、蛍光体層の配置を最適化することで光取り出し効率に優れた発光装置を提供することが出来る。また、蛍光体が発する波長変換光の相互作用が抑制されてＲＧＢのすべての波長をバランス良く発光するので、演色性に優れた白色光を出射する発光装置を実現することが出来る。これにより、高性能なカラーバックライト装置や、高輝度の照明装置等に幅広く利用することが出来る。

尚、本発明の実施例で示した構成は限定されるものではなく、本発明の要旨を満たすものであれば、本発明はどのような構成であっても良い。また、各波長変換光を発光する蛍光体は、実施例においては３種類として示したが、これに限定されず、蛍光体は必要に応じて３種類以上で構成しても良い。また、各実施例において、表面実装タイプの発光装置を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、リード型の発光装置に適応することも出来る。

本発明の発光装置の実施例１を示す模式断面図である。 本発明の発光装置で用いられる青色蛍光体Ｓｒ１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕの特性を示すグラフである。 本発明の発光装置で用いられる緑色蛍光体（ＢａＳｒ）２ＳｉＯ４：ＥｕもしくはＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ，Ｍｎの特性を示すグラフである。 本発明の発光装置で用いられる赤色蛍光体ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕもしくは（ＳｒＣａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕの特性を示すグラフである。 本発明の発光装置の実施例２を示す模式断面図である。 本発明の発光装置の実施例３を示す模式断面図である。 本発明の発光装置の実施例４を示す模式断面図である。 本発明の発光装置の実施例５を示す模式断面図である。 本発明の発光装置の実施例６を示す模式断面図である。 本発明の発光装置の発光スペクトルと従来の発光装置の発光スペクトルの違いを説明するグラフである。 従来の発光装置の構成を説明する模式断面図である。 発光装置のケース部分や基板等に用いられる材料の分光反射率を説明するグラフである。

符号の説明

１、２０、３０、４０、５０、６０ 発光装置
２、４１ 基板
３ａ、３ｂ 配線パターン
４ ＬＥＤチップ
５ ダイボンド剤
６ａ、６ｂ ワイヤ
７、５１ 封止部材
８ 封止外層
１０Ｂ 青色蛍光体
１０Ｒ 赤色蛍光体
１０Ｇ 緑色蛍光体
１１ 出射光
１２Ｂ 青色光
１２Ｒ 赤色光
１２Ｇ 緑色光
１２Ｗ 白色光
２１ 発光素子表面層
４２ 絶縁膜
６１ 反射部材
Ｅｍ 発光
Ｅｘ 励起
Ｓ１ 本発明の発光スペクトル
Ｓ２ 従来の発光スペクトル

Claims (9)

1. 発光素子と、この発光素子を固着する基板と、前記発光素子が発する紫外光または近紫外光を吸収して第１の波長変換光を発する蛍光体を含有する第１の蛍光体層と、前記紫外光または近紫外光を吸収して第２の波長変換光を発する蛍光体を含有する第２の蛍光体層と、前記紫外光または近紫外光を吸収して第３の波長変換光を発する蛍光体を含有する第３の蛍光体層とを備え、
   前記第１の蛍光体層と前記第２の蛍光体層は、前記発光素子の略前面側に配設され、前記第３の蛍光体層は前記発光素子の略背面側に配設されることを特徴とする発光装置。
2. 前記第１の蛍光体層は前記発光素子を覆う封止外層によって成り、
   前記第３の蛍光体層は前記発光素子の背面を前記基板に固着する接着層によって成り、
   前記第２の蛍光体層は前記第１の蛍光体層と前記第３の蛍光体層の間に配設さ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２の蛍光体層は、前記封止外層の内側に充填されて前記発光素子を封止する封止部材によって形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
4. 前記第２の蛍光体層は、前記発光素子の表面を覆う発光素子表面層によって形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
5. 前記第１の蛍光体層が含有する蛍光体は、前記第２及び第３の蛍光体層が含有する蛍光体がそれぞれ発する前記波長変換光を吸収しにくいことを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載の発光装置。
6. 前記第３の蛍光体層が含有する蛍光体が発する前記第３の波長変換光のピーク発光波長は、前記第１、及び前記第２の蛍光体層が含有する蛍光体が吸収する波長より長波長側であることを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載の発光装置。
7. 前記第１の蛍光体層が含有する蛍光体は酸化物の青色蛍光体で組成はＳｒ１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕであり、前記第２の蛍光体層が含有する蛍光体は酸化物の緑色蛍光体で組成は（ＢａＳｒ）２ＳｉＯ４：ＥｕもしくはＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ，Ｍｎであり、前記第３の蛍光体層が含有する蛍光体は窒化物の赤色蛍光体で組成はＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕもしくは（ＳｒＣａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕであることを特徴とする請求項１から６の何れか一項に記載の発光装置。
8. 前記基板は、熱伝導性を有する金属材料で成ることを特徴とする請求項１から７の何れか一項に記載の発光装置。
9. 前記封止外層の外周に、前記波長変換光を反射する反射部材を備えたことを特徴とする請求項１から８の何れか一項に記載の発光装置。

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