JP2011066460A - 発光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】LEDの発光による発光装置において、波長変換材料の固定を容易とすると共に発光装置毎の色ばらつきをより一層低減する。
【解決手段】発光装置1は、実装基板4にLEDチップ2を実装して成るLED発光部と蛍光体を含有する波長変換部3とを組合せて成る。発光装置1は、LED発光部に波長変換部3を組合せた後にLEDチップ2の発光に基づいて放射される光の色調を波長変換部3の前方において計測し、混色の強度バランスを変えることにより、発光装置1から放射される光の色調を調整して製造されている。混色の強度バランスは、厚み方向の全域にわたって形成された蛍光体を含む蛍光体領域部31と蛍光体を含まない透明領域部30とからなる波長変換部3の各領域の割合を変えることにより調整されている。
【選択図】図1
【解決手段】発光装置1は、実装基板4にLEDチップ2を実装して成るLED発光部と蛍光体を含有する波長変換部3とを組合せて成る。発光装置1は、LED発光部に波長変換部3を組合せた後にLEDチップ2の発光に基づいて放射される光の色調を波長変換部3の前方において計測し、混色の強度バランスを変えることにより、発光装置1から放射される光の色調を調整して製造されている。混色の強度バランスは、厚み方向の全域にわたって形成された蛍光体を含む蛍光体領域部31と蛍光体を含まない透明領域部30とからなる波長変換部3の各領域の割合を変えることにより調整されている。
【選択図】図1
Description
本発明は、LEDの発光による発光装置に関する。
近年、窒化ガリウム系化合物半導体による青色光を放射するLED(Light Emitting Diode:発光ダイオード)チップや紫外線を放射するLEDチップが開発されている。このようなLEDチップを蛍光顔料、蛍光染料などの種々の波長変換材料と組合わせることにより、LEDチップの発光色とは異なる色合いの光や白色光を発光する発光装置の開発が行われている。LED発光装置は、小型、軽量、省電力といった長所があり、現在、表示用光源、小型電球の代替、液晶パネル用光源等として広く用いられている。
上述のような発光装置において波長変換材料を固定した波長変換部を形成する方法として、波長変換材料を樹脂に含有させてLEDチップの載置部に充填する方法が一般的に行われている。しかし、充填による波長変換部の形成方法の工程は煩雑であると共に樹脂滴下量の制御が困難という問題があるため、発光装置毎の色ばらつきや光量ばらつきが大きいという問題点がある。そこで、実装基板の凹部内にLEDチップを配置し、波長変換材料を含む波長変換部を別部材として形成し、その波長変換部を実装基板の凹部を覆うように配置した発光装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
ところで、LEDチップ自体に発光輝度と発光波長のばらつきがあることから、このようなLEDチップに波長変換材料を組合せた、例えば白色光を発光する発光装置において、発光装置毎に色調がばらつくという問題がある。この問題を解決するため、まず、一方でLEDチップからの直接光の発光輝度及び発光波長に基づいてLEDチップのランク分けを行い、他方で波長変換材料と輝度調整用減光材の組合せ条件の異なる複数の被覆部材を形成する。その後、ランク分けしたLEDチップにそのランクに対応する所定組合せ条件の被覆部材を組合せて発光装置を製造するという製造方法が知られている(例えば、特許文献2参照)。
しかしながら、上述した特許文献1に示されるような発光装置の製造方法においては、波長変換部を別部材として製造工程の簡略化が図られているが、発光装置毎の色ばらつきや光量ばらつきについては、依然として改善の必要性がある。また、上述した特許文献2に示されるような発光装置の製造方法においては、事前にランク分けしたLEDチップに対応する被覆部材を組合わせるものの、その組合せによって、発光装置毎の色ばらつきが完全に解消されるとは言い難く、なお改善の余地がある。
本発明は、上記課題を解消するものであって、波長変換材料の固定が容易で、発光装置毎の色ばらつきがより一層低減されたLEDの発光による発光装置を提供することを目的とする。
上記課題を達成するために、本発明の発光装置は、LED発光部と蛍光体を含有する波長変換部とを組合せて成る発光装置であって、発光装置から放射される光の色調が混色の強度バランスによって調整されている発光装置において、LED発光部は、平面からなる上面側に開口が広がる凹部を有する実装基板と、凹部の底面に実装したLEDチップと、実装基板の下面から側面を経由して凹部の底面に延設して前記LEDチップに電気接続した電極と、を備え、波長変換部は、蛍光体を含む蛍光体領域部と蛍光体を含まない透明領域部とを設けて形成されたシート状の部材からなり実装基板の上面に接着固定され、蛍光体領域部及び透明領域部はそれぞれ波長変換部の厚み方向の全域にわたって形成されていることを特徴とする。
この発光装置において、波長変換部を複数重ねて備えることができる。
この発光装置において、複数の波長変換部は、少なくとも1つが他と異なる蛍光体を用いて形成することができる。
この発光装置において、蛍光体領域部及び透明領域部は、それぞれ交互に縞状に配置することができる。
この発光装置において、実装基板は、波長変換部の透明領域部と前記LEDチップとの間に遮光用の部材を備えることができる。
この発光装置において、実装基板は、前記LEDチップからの発光を側方に漏らして波長変換部の透明領域部を通過する量を減らす貫通孔を実装基板の側壁に備えることができる。
本発明の発光装置によれば、厚み方向の全域にわたって形成された蛍光体領域部及び透明領域部とを有するシート状の波長変換部を備えた構成により、波長変換材料の固定と混色の強度バランスの調整が容易であり、発光装置毎の色ばらつきがより低減されている。
以下、本発明の実施形態に係る発光装置の製造方法と該発光装置を用いた照明器具について、図面を参照して説明する。なお、図7乃至図16、および図19乃至図29に示す発光装置は、本発明の前提となる発光装置である。図1(a)(b)は本発明の一実施形態係る発光装置1を示す。発光装置1は、LEDチップ2を発光装置本体である実装基板4に実装して成るLED発光部と、蛍光体を含有する波長変換部3とを組合せて構成されている。実装基板4は、例えばセラミックスで形成された略直方体形状の基板であり、その略直方体形状の実装基板4の一面(上面)にLEDチップ2を実装する凹部41を備え、凹部41の底面には、直方体の下面から側面を経由して延設された電極42が設けられている。LEDチップ2は、例えば、青色光を発光する青色LEDであり、実装基板4の凹部41の底面に、例えばフリップチップ実装され、電極42とLEDチップ2の電極(不図示)が電気接続されている。なお、実装基板4の材質は、特にセラミックスに限定されるものではない。LEDチップ2は、例えば、ドミナント波長460nm〜465nmの窒化ガリウム系青色LEDである。
波長変換部3は、例えば、上述のような青色LEDの発光を吸収して黄色系の光を発生する蛍光体を含む領域(以下、蛍光体領域部31)と蛍光体を含まない領域(以下、透明領域部30)とを設けて形成されたシート状の部材からなる。なお、この波長変換部3は略平板であってLED発光部の上面つまり実装基板4の上面にLEDチップの光放射面と平行に配置されており、波長変換部3の蛍光体領域部31及び透明領域部30は、それぞれ波長変換部3の厚み方向の全域にわたって形成されている。このような構成の波長変換部3は、シート状の部材を用いて容易に形成できる。なお、波長変換部3の構成は、この構成に限定されるものではない。
上述の発光装置1において、LEDチップ2によって発生した青色光の一部は、蛍光体領域部31の蛍光体により吸収されて黄色系の光に変換されて発光装置1から外部へ放射される。また、他の一部は蛍光体に吸収されることなく蛍光体領域部31を通過し、又は、透明領域部30を通過して、青色光のまま発光装置1から外部へ放射される。発光装置1から放射された青色光と黄色系の光とは互いに補色の関係に当たるので、これらの光が適切な強度バランスで混色されることにより、発光装置1からの光は白色光として認識される。混色の強度バランスの調整は、波長変換部3の蛍光体領域部31と透明領域部30の割合を調整することにより行われている。
上述の発光装置1の製造工程を、さらに、図2に示すフローチャート及び図3を参照して、説明する。図3は発光装置1からの光の色調計測の様子を示す。発光装置1の製造は、図2に示すように、まず、LEDチップ2、波長変換部3、実装基板4の製造が行われる(S1)。その後、LEDチップ2を実装基板4に実装することにより、LED発光部が作製される(S2)。LEDチップ2の実装には、例えば、フリップチップ実装が用いられ、LEDチップ2の電極と実装基板4の電極42の電気的接合には、超音波接合、はんだ接合、銀ペーストによる接合等を用いることができる。
次に、LEDチップ2を実装基板4に電気的に接続して形成したLED発光部は、波長変換部3と組合せた色調調整前の調整前発光装置とされる(S3)。調整前の発光装置1は、実装基板4の凹部41の開口部を覆うように、波長変換部3を実装基板4の上面に載置したものである。波長変換部3の蛍光体領域部31と透明領域部30の境界部は、凹部41の開口面内の任意の位置とされる。波長変換部3は、LEDチップ2を覆い、かつ凹部41の傾斜面が透明領域部30から確認できる配置とされる。
この配置状態において、シート状の波長変換部3は、図3に示すように、不図示のスライド可能なアームに取付られたチャックにより保持される。従い、シート状の波長変換部3は、実装基板4の凹部41の開口領域における蛍光体領域部31と透明領域部30の割合を調整可能なように、矢印aで示す方向にスライド可能とされている。また、シート状の波長変換部3は、このスライドに対応できるように、実装基板4の上面の面積よりも大きめに形成されている。
上述の調整前発光装置1は、図3に示すように、電極42を介して供給される電力によってLEDチップ2が発光されると共に、その発光に基づいて調整前発光装置1から放射される光の色調が波長変換部3の前方に設けられた測定装置Dにより計測される(S4)。調整前発光装置1からの発光の色調は色度座標で表現され、その色度座標に基づいて、発光の色調が所定の色調であるかどうか判断される(S5)。
上記色調が所定の色調でない場合(S5でNO)、色度座標における測定値と所定色調に対応する基準値との差に基づいて、波長変換部3を矢印aのいずれかの方向にスライドさせ、発光装置1としての色調を調整する(S6)。LEDチップを発光させている状態で、色調の測定(S4)、色調の判断(S5)、波長変換部3のスライドによる色調の調整(S6)を、測定色調(色度座標)が所定色調(色度座標)の所定範囲内となるまで繰り返す。
なお、波長変換部3のスライド幅と色度座標の変化量の関係を予め設定し、最初に測定した値と基準との差異に相当するスライド幅をスライドさせるようにすると、測定装置Dによる測定を最短1回とすることができ、調整時間を短縮することができる。また、発光装置1からの発光の発光特性の計測は、例えば、光束、輝度、視感度効率などの測定値であって色度座標との関係を決定できるものであればよい。
上述のステップS5において、測定された色度座標が予め決めておいた基準内となって測定色調が所定の色調と判断された場合(S5でYES)、調整前発光装置1は最終状態の発光装置1として仕上げの工程が行われる(S7)。この仕上げの工程において、波長変換部3の外形寸法が実装基板4の上面の外形寸法と同じとなるようにカットされる。この外形のカットは、実装基板4上から別の場所に移して行われる。
実装基板4の上面には、例えばシリコン樹脂やエポキシ樹脂等の接着部材を塗布又は滴下する。接着部材の塗布範囲は、波長変換部3を固定可能なように、例えば、実装基板4の上面の周縁部とされる。次に、上述のカットした波長変換部3を、吸着ノズル等を用いて実装基板4の所定位置まで移動し、載置して、接着部材を硬化する。これにより、波長変換部3がLED発光部(実装基板4の上面)に接着固定され、図1(a)に示した発光装置1が完成する。
なお、LEDチップ2を実装基板4に実装後に、接着部材を実装基板4の上面に塗布しておき、波長変換部3を実装基板4の上面から接着部材が触れない程度に離れた位置に設置し、色度座標測定を行い、基準内に入った状態とする。そして、この状態でそのまま実装基板に載置し、接着させるようにしてもよい。この場合、接着部材を硬化させた後、実装基板4からはみ出している波長変換部3をカットする。
次に、図4のフローチャートを参照して、発光装置の色調を調整する種々の方法の概要を説明する。本発明における発光装置1から放射される光の色調の調整は、図4に示すように、波長変換部3における蛍光体密度分布の調整や、波長変換部3への光フィルタの配置により、混色の強度バランスを変更して行うことができる(S61)。また、LEDチップ2の電流や温度を調整することにより、LEDチップ2の発光波長を変更して行うことができる(S62)。また、波長変換部3の温度調整により、波長変換部3の蛍光体によって波長変換されて放射される光の波長を変更して行うことができる(S63)。これらの3つの工程の少なくとも1つの工程により、LEDチップ2や波長変換部3の製造ばらつきによる色調ばらつきを更に小さくできると共に、従来不良品となっていた発光装置の色調を良品範囲に調整し、不良品削減と歩留向上ができる。
上述の図1(a)(b)や図3に示した発光装置1は、蛍光体領域部31と透明領域部30を有する波長変換部3をスライドさせることにより、混色のバランスを調整して色調を調整するものである。以下において、光の色調の調整を行う他の例を説明する。
図5に示す発光装置1は、本発明の他の実施形態に係る発光装置であり、蛍光体領域部31と透明領域部30を交互に(例えば、縞状や島状に)配置して形成した2枚の蛍光体シート3A,3Bにより構成された波長変換部3を備えている。蛍光体シート3Bは、実装基板4の上面と同じ大きさにカットされている。蛍光体シート3Aは、色調調整前においては、矢印aの方向にスライドできるように、装置アームのチャック部(不図示)に取付る部分とスライド調整幅に相当する部分だけ実装基板4より長くなっている。
この発光装置1の製造工程の初期の工程において、実装基板4にLEDチップ2を電気的接合し、その後、実装基板4に蛍光体シート3Bを接着部材により接着し、固定する。次の発光特性の調整工程において、実装基板4より大きい蛍光体シート3Aを、矢印aの方向にスライド可能な状態で装置アームのチャック部に取付ける。そして、蛍光体シート3Aの透明領域部30が蛍光体シート3Bの透明領域部30上に位置するように、蛍光体シート3Aを設置する。
実装基板4の電極42に電圧印加し、LEDチップ2を発光させ、その発光特性として色度座標を測定装置Dにより測定する。測定した色度座標と基準との差異に応じて、蛍光体シート3Aをスライドさせる。色度座標が基準内に入るまでスライドを繰り返し、基準内に入ったときに測定と色調調整を終了する。色調調整終了時の蛍光体シート3Aの位置において、蛍光体シート3Aを吸着ノズル(不図示)で吸着し、蛍光体シート3Aを保持していた装置アームのチャック部を開放し、蛍光体シート3Aの外形寸法を実装基板4の上面外形に合わせてカットする。
次に、実装基板4に既に固定されている蛍光体シート3Bの周縁部に接着部材を塗布し、その上に蛍光体シート3Aを載置して接着部材を硬化する。蛍光体シート3Aの載置の際に、実装基板4の端面のいずれかに位置決め用治具を当接させ、蛍光体シート3Aを、その位置決め用治具に当接させ載置することにより、蛍光体シート3Aの位置をスライド調整時の位置に再現しやすくする。
なお、蛍光体シート3Aの一方の横幅を蛍光体シート3Bと同じにし、その横幅を揃えた状態でスライドさせ、色調調整後、蛍光体シート3A,3Bの位置が互いに揃っている側面部に接着部材を塗布し、硬化させてもよい。この場合、硬化させた後に、蛍光体シート3Aの他の側面部をカットすればよい。このようにして製造された発光装置1は、LEDチップ2からの光が蛍光体シート3A,3Bの透明領域部30と蛍光体領域部31の各領域を照射する割合が調整されている。すなわち、蛍光体シート3Aの蛍光体領域部31と蛍光体シート3Bの透明領域部30の重なり部分の調整により、発光装置1としての混色の強度バランスが調整され、高精度な色調調整が成されている。
この発光装置1は、図1に示した発光装置1のような1枚の蛍光体シートから成る波長変換部3により色調を調整するものに比べて、LEDチップ2の発光と波長変換部3により波長変換された発光との強度バランスを滑らかに調整することが可能となる。
図6に示す発光装置1は、本発明のさらに他の実施形態に係る発光装置であり、蛍光体領域部31及び透明領域部30を交互に配置して形成した蛍光体シート3Aと、蛍光体領域部31の蛍光体とは異なる蛍光体を用いた蛍光体領域部32及び透明領域部30を交互に配置して形成した蛍光体シート3Bとを備えている。すなわち、発光装置1は、異なる蛍光体を用いて構成された波長変換部3を備えている。このような蛍光体シート3A,3Bの組合せから成る波長変換部3を用いることにより、LEDチップ2の発光色、蛍光体領域部31の蛍光体による発光色、及び蛍光体領域部32の蛍光体による発光色の3色混色が可能となる。これにより、色調の調整時に、色度座標上を曲線的に変化させることができ、黒体軌跡に沿った調整が可能となり、また、多色化も容易となる。
以下、図7乃至図16に示す発光装置は、本発明の前提となる発光装置である。図7に示す発光装置1は、テーパ状の断面を有する蛍光体領域部31を有する蛍光体シート3Aを用いて構成された波長変換部3を備えている。LEDチップ2の実装された実装基板4の上面に、この波長変換部3を配置し、色調を計測しつつ、波長変換部3をスライドして色調の調整を行う。これらの、波長変換部3のスライドと接着固定の手順は、上述の図3について説明した手順と同様である。
図8に示す発光装置1は、テーパ状の断面を有する蛍光体領域部31を有する2枚の蛍光体シート3A,3Bを用いて構成された波長変換部3を備えている。一方の蛍光体シート3Aを実装基板4の上面に配置して固定した状態で、他方の蛍光体シート3Bをスライドさせることにより、色調の調整を行うことができる。発光装置1を製造する他の手順は、上述の図3について説明した手順と同様であり、説明を省略する。
上述の図7、図8に示す発光装置1では、LEDチップ2からみた蛍光体シート3A,3Bの厚みの分布を変えることにより、LEDチップ2から放射される光の空間分布に対する厚みの分布を相互に位置関係について変更している。これにより、LEDチップ2からの光と蛍光体を含む波長変換部3からの光との割合を変化させることができ、従って、発光装置1としての混色の強度バランスを容易に調整ができ、従来例に比べて高精度に発光装置毎の色ばらつきを低減することができる。
また、図8に示す発光装置1では、さらに、蛍光体シート3Bと蛍光体シート3Aとに異なる蛍光体を用いるようにしてもよい。これにより、図6に示した発光装置1と同様に、3色混色が可能となり、色調の調整時に、色度座標上を曲線的に変化させることができ、黒体軌跡に沿った調整が可能となり、また、多色化も容易となる。
図9、図10に示す発光装置1は、蛍光体を含む蛍光体領域部31の表面に切削除去部33からなる透明部を有する蛍光体シートを用いて構成された波長変換部3を備えている。この発光装置1の製造工程では、その初期の工程において、実装基板4にLEDチップ2を電気的接合する。その後、実装基板4に波長変換部3を配置し、実装基板4の電極42に電圧印加し、LEDチップ2を発光させ、その発光特性として色度座標を測定装置Dにより測定する。そして、測定結果の色度座標と基準との差異に応じて、予め決められた波長変換部3の切削面積と色度座標との関係に基づいて、波長変換部3の一部を切削して切削除去部33を形成する。この切削には、切削刃などを用いて行う。また、機械加工の切削によらずに、レーザ光を用いて蒸発除去してもよい。
切削除去部33を形成した波長変換部3は、再度、実装基板4に載置され、色度座標が基準内に入るまで切削除去部33の形成を繰り返し、基準内に入ったときに測定と色調調整を終了する。色度座標が基準内となった後、図3の発光装置1の説明における手順と同様の手順で波長変換部3の接着固定を行う。
図9と図10に示した波長変換部3は、その切削除去部33が、前者では内面側に形成されており、後者では、表面側に形成されている点が異なる。図10に示すように、切削除去部33を表面側に形成する場合は、波長変換部3を実装基板4の表面に載置した状態で切削除去部を形成できる。この場合、切削除去部33の形成には、レーザ光を用いる加工が、加工精度や加工効率の点で好適である。また、色調の測定結果と切削除去部33の形成条件を予め決めておき、その条件に基づいて形成することにより、切削除去部33の形成と色調の測定を繰り返すことなく色調の調整を行うことができる。
図11に示す発光装置13は、実装基板4の上面に配置した蛍光体を含有する蛍光体シート3Aの上面に蛍光体シートの厚み増加部3Cを設けて構成した波長変換部3を備えている。蛍光体シート3Aを実装基板4の上面に配置固定した状態で、発光装置1の混色の強度バランスの測定を行い、予め決められた条件に基づいて、蛍光体シートの厚みを増加させることにより、色調の調整を行う。実装基板4の電極42に電圧を印加し、LEDチップ2を発光させる。色度座標が基準内に入るように、蛍光体シート3A上に、蛍光体シート3Aが含有している蛍光体と同じ蛍光体を含有する樹脂を塗布して、増加部3Cを形成する。
なお、増加部3Cを形成する方法には、塗布する方法の他に、蛍光体入りの樹脂中に蛍光体シートを浸漬させる方法や、蛍光体入りの樹脂を噴霧する方法がある。いずれかの方法により、蛍光体シートの厚みを増加させた後、再度、発光装置1としての測定を行い、所望の混色の強度バランスとなっていることを確認する。発光装置1を製造する他の手順は、上述の図3について説明した手順と同様であり、説明を省略する。
図12に示す発光装置1は、窪み部34に蛍光体粒材35を適量入れたもので構成された波長変換部3を備えている。この波長変換部3は、窪み部34を上面に設けた蛍光体を含有する蛍光体シート3Aを実装基板4の上面に配置固定した状態で、発光装置1の混色の強度バランスについて測定を行い、窪み部34に蛍光体粒材35を適量入れたもので構成されている。すなわち、この蛍光体粒材35の量によって、色調の調整を行う。
蛍光体粒材35は、エポキシ樹脂やシリコン樹脂などに蛍光体を含有させて形成したものである。蛍光体粒材35の直径は、蛍光体シート3Aの窪み部34の寸法より小さくする。また、直径の異なる複数種類の蛍光体粒材35を用意する。実装基板4の電極42に電圧を印加し、LEDチップ2を発光させ、色度座標を測定する。測定した色度座標と基準値の差と、予め求めておいた色度座標と蛍光体粒材35の直径及び数量との関係に基づいて、蛍光体粒材35を蛍光体シート3Aの窪み部34に入れる。窪み部34には、予め接着部材として、シリコン樹脂やエポキシ樹脂などを充填しておく。蛍光体粒材35を窪み部34に入れ、色度座標の調整を行った後、色度座標を確認する。色度座標が基準内に入るまで、蛍光体粒材35の窪み部34への配置と、色度座標の確認を繰り返す。発光装置1を製造する他の手順は、上述の図3について説明した手順と同様であり、説明を省略する。
色度座標が基準内に入った時点で、窪み部34内の接着部材を硬化させる。以上のような製造方法により、発光装置1の色調のばらつきを低減することができる。また、この方法は、図3に示した発光装置1のように蛍光体シートをスライドさせて調整を行う方法とは異なり、スライドさせるために予め設けた余剰の蛍光体シートを削って捨てるということが不要である。つまり、実装基板4の上面外形寸法に合った蛍光体シートを用いればよく、材料費を低減することもできる。
図13に示す発光装置1は、実装基板4の上面に配置固定した蛍光体を含有する蛍光体シート3Aと、その上面に配置した光フィルタ6とを有する波長変換部3を備えている。すなわち、光フィルタ6は、蛍光体シート3A上に形成され、LEDチップ2からの発光、又は蛍光体シート3A中の蛍光体からの発光の少なくとも一部を吸収する。蛍光体シート3Aと光フィルタ6の外形寸法は、実装基板4の上面の外形寸法と同じとすることができる。発光装置1の色調の調整は、実装基板4に蛍光体シート3Aと光フィルタ6を置いた状態で、色調の測定、及び光フィルタ6の一部を除去して成る除去部61の形成によって行われる。発光装置1の色度座標や演色性を測定しながら、例えば、レーザ光を用いて、所望の混色の強度バランスとなるまで、光フィルタ6に除去部61の形成を行う。ここで、光フィルタ6の除去は、必ずしも測定を継続して行う必要はなく、測定結果に基づいて予め決めた条件に従って行ってもよい。発光装置1を製造する他の手順は、上述の図3について説明した手順と同様であり、説明を省略する。
また、光フィルタ6を蛍光体シート3Aから分離可能としておく製造方法とすることもできる。この場合、光フィルタ6の除去部61の形成に際し、色調の測定の後に、光フィルタ6を一旦蛍光体シート3A上から外し、別の場所でレーザ光により光フィルタ6の一部を除去し、光フィルタ6を再度、蛍光体シート3A上に戻すようにすることができる。
図14に示す発光装置1は、実装基板4の上面に固定した蛍光体を含有する蛍光体シート3Aとその上面に設けた蛍光体入りの樹脂塊36により構成された波長変換部3を備えている。発光装置1の色調の調整は、実装基板4に蛍光体シート3Aを置いた状態で、色調の測定、及び測定結果に基づいて蛍光体シート3A上に、蛍光体入りの樹脂をポッティングして樹脂塊36を形成することにより行われる。発光装置1の混色の強度バランスを測定しながら、蛍光体入り樹脂のポッティングを、所望の混色の強度バランスとなるまで行う。ここで、ポッティングは、必ずしも測定を継続して行う必要はなく、測定結果に基づいて予め決めた条件に従って実施してもよい。発光装置1を製造する他の手順は、上述の図3について説明した手順と同様であり、説明を省略する。
図15に示す発光装置1は、実装基板4の上面に固定した蛍光体を含有する蛍光体シート3Aとその上面に設けた蛍光体粒材37とにより構成された波長変換部3を備えている。発光装置1の色調の調整は、実装基板4に蛍光体シート3Aを置いた状態で、色調の測定、及び測定結果に基づいて蛍光体シート3A上に配置する蛍光体粒材37の数量の加減により行う。発光装置1を製造する他の手順は、上述の図3について説明した手順と同様であり、説明を省略する。
図16(a)(b)(c)に示す発光装置1は、円板状の透明領域部30と、その略中心に中心を一致させて配置した四角形の蛍光体領域部31とにより構成された波長変換部3を備えている。実装基板4の凹部41は、断面が逆台形形状をしており、その逆台形形状の凹部41の開口部と実装基板4の上面とは、円形の段差部40を介して接続されている。そして、円形の段差部40に円板状の透明領域部30が回転自在に嵌合し、配置される。
蛍光体領域部31は、実装基板4の凹部41の開口と大略一致して配置されればよく、四角形に限らず、三角形、星型、楕円形などの形状のものでもよい。発光装置1の色調の調整は、実装基板4の段差部40に波長変換部3の透明領域部30を置いた状態で、色調の測定、及び測定結果に基づく透明領域部30の回転により行われる。透明領域部30の回転とともに、その上の蛍光体領域部31が回転し、LEDチップ2からの光の面分布と凹部41の開口面内における蛍光体領域部31に含まれる蛍光体の面分布の相対位置関係が変化することによって、混色の強度バランスを変えることができる。
上述の波長変換部3の実装基板4への載置と回転は、例えば吸着ノズルを用いて透明領域部30を吸着して行うことができる。吸着ノズルは、透光性とし、LEDチップ2の発光時の色調の測定に影響のないものとする。発光装置1を製造する他の手順は、上述の図3について説明した手順と同様であり、説明を省略する。
図17、図18は、本発明のさらに他の実施形態に係る発光装置を示す。図17(a)(b)に示す本発明の実施形態に係る発光装置1は、上述の図3に示した発光装置1の波長変換部3と同様の蛍光体領域部31と透明領域部30とにより構成された波長変換部3を備えている。発光装置1の実装基板4には、波長変換部3の蛍光体を含まない透明領域部30と凹部41の底面に実装されたLEDチップ2との間に遮光用の可動部7を進退自在に挿入するための切欠き部71が形成されている。発光装置1の色調の調整は、可動部7の進退位置を調整してLEDチップ2から透明領域部30に達して通過する光量を加減し、混色の強度バランスを変えることにより行われる。可動部7の先端が凹部41の内壁面より内部に挿入された状態では、透明領域部30を通過する光量が減少し、可動部7の先端が内壁面よりも外側に引き出された状態では、凹部41の内壁面が拡大した状態となって、透明領域部30を通過する光量が増加する。
発光装置1の製造工程を説明する。実装基板4にLEDチップ2を実装した後、波長変換部3を実装基板4の上面に、シリコン樹脂やエポキシ樹脂などの接着部材を用いて接着し、固定する。波長変換部3の透明領域部30は、LEDチップ2を実装した凹部41の開口面に一部がかかるように配置されている。実装基板4の電極42に電圧を印加し、LEDチップ2を発光させ、発光の色度座標を測定装置により測定する。可動部7は、その端部を不図示の装置アームに保持されて、実装基板4の上部側面に設けられた切欠き部71に配置され、内外方向にスライド可能とされる。
発光装置1の発光を測定した結果、発光の色度座標が基準内に入っていない場合、可動部7をスライドさせる。これにより、LEDチップ2の発光である直接光が透明領域部30を通過する量を加減し、LEDチップ2の発光と蛍光体領域部31の蛍光体により波長変換された光との割合を変化させ、発光装置1の発光の色度座標を変化させて発光の色調を調整する。色度座標が基準内に入るまで、可動部7をスライドさせ、基準内に入った状態で、可動部7と実装基板4との当接部分に接着部材を塗布し、これらを互いに固定する。可動部7を固定させた後、実装基板4の外壁からはみ出ている可動部7の余剰部分をレーザ光や刃物によって切断して除去する。
上述のような可動部7を用いた色調の調整方法によると、波長変換部3の大きさを実装基板4の外形寸法に合わせた状態で実装基板4に固定できるので、蛍光体を含有する蛍光体シートの材料ロスの削減が可能である。なお、波長変換部3の透明領域部30の配置は、可動部7を引き抜く方向にスライドすることにより発光装置1の発光の色調を調整できるように、配置しておくのが好適である。このような配置によると、LEDチップ2の発光を無駄に遮光して発光効率を下げてしまう、という不具合を避けることができる。
また、上述の発光装置1における、切欠き部71や可動部7を用いる代わりに、透明領域部30の上面に金属層を設け、この金属層を部分的に除去することによって混色の強度バランスを変えることもできる。この場合、金属層の除去にはレーザ光を用いることができる。
図18(a)(b)に示す本発明の実施形態に係る発光装置1は、上述の図3に示した発光装置1の波長変換部3と同様の蛍光体領域部31と透明領域部30とにより構成された波長変換部3を備えている。発光装置1の色調の調整は、実装基板4の側壁に設けた貫通孔72によって、LEDチップ2からの発光を側方に漏らし、透明領域部30を通過する量を減らすことによって行われる。
発光装置1の製造工程を説明する。実装基板4にLEDチップ2を実装した後、波長変換部3を実装基板4の上面に接着部材により接着し、固定する。波長変換部3の透明領域部30は、LEDチップ2を実装した凹部41の開口面に一部がかかるように配置されている。実装基板4の電極42に電圧を印加し、LEDチップ2を発光させ、発光の色度座標を測定装置により測定する。
発光装置1の発光を測定した結果、発光の色度座標が基準内に入っていない場合、実装基板の側面にLEDチップ実装凹部に向けて貫通孔72を開け、LEDチップ2からの光を外部に漏らし、この状態で、再度色度座標を測定する。色度座標が基準内に入っていない場合は、再度貫通孔72を開ける。貫通孔72は、先に開けた箇所とは異なる箇所に開ける。なお、貫通孔72の位置は1箇所とし、その代わりに穴径を次第に大きくすることにより光の漏れ量を増やす調整を行うこともできる。また、実装基板4に貫通孔72を開け易くするため、エポキシなどの樹脂による実装基板4を用いてもよい。貫通孔72の形成には、レーザ光を用いるのが簡便で好適である。レーザ光を用いる場合、レーザ光の出力を大きくするなどして、貫通孔72の径を調節することができる。
以下、図19乃至図29に示す発光装置は、本発明の前提となる発光装置である。図19に示す発光装置1は、蛍光体を含有する蛍光体シートからなる波長変換部3を備えると共に、実装基板4の凹部41の底面に実装されたLEDチップ2に電流を供給する電極42の配線パターンに直列に挿入された抵抗体Rを備えている。発光装置1の色調の調整は、この抵抗体Rの抵抗値を変化させてLEDチップ2に供給する電流量を変化させることにより行われる。これは、LEDチップ2に流れる電流が、例えば大きくなるとLEDチップ2の発光の波長が短くなるという原理に基づいている。抵抗体Rを用いた電流調整により、LEDチップ2の発光の波長を所定の一定値にでき、従来に比べてより高精度に発光装置1毎の色ばらつきを低減できる。
抵抗体Rは、チップ抵抗や実装基板に予め設けられた抵抗体などであって、その抵抗値を変更可能な抵抗体である。いずれの抵抗体Rを用いる場合でも、実装基板4の上面に波長変換部3を配置した状態で、発光装置1の発光の色調を測定し、所定の色調が得られるように、所定の印加電圧のもとでLEDチップ2に流す電流量を抵抗体Rの抵抗値の変更によって調整する。
上述の抵抗体Rが、実装基板4に予め設けた薄膜などから成る場合、抵抗体Rを形成している薄膜の一部をレーザ光などを用いて削除することにより、抵抗値を上げることができる。また、チップ抵抗を並列接続して構成した抵抗体の場合は、その並列抵抗を切り離すことによって抵抗値を上げることができる。抵抗体Rの抵抗値を減らすことは、例えば、導電性ペーストなどを用いて抵抗体Rの一部を直結することにより行われる。
図20に示す発光装置1は、実装基板4の上面に蛍光体を含有する蛍光体シートからなる波長変換部3を備えて配線基板5に実装される。配線基板5は、発光装置1に電流を供給する配線パターン53を備え、その配線パターン53には直列に挿入された抵抗体Rが設けられている。発光装置1の色調の調整は、発光装置1を配線基板5に実装し、配線基板5上の抵抗体Rの抵抗値を変化させてLEDチップ2に供給する電流量を変化させることにより行われる。これは、上述同様に、LEDチップ2に流れる電流が、例えば大きくなるとLEDチップ2の発光の波長が短くなるという原理に基づいている。
抵抗体Rとして、チップ抵抗、リード線を有する抵抗、抵抗値可変抵抗、配線基板5に形成された薄膜パターン抵抗などを用いることができる。いずれの抵抗体Rを用いる場合でも、実装基板4の上面に波長変換部3を配置した状態で、発光装置1の発光の色調を測定し、所定の色調が得られるように、所定の印加電圧のもとでLEDチップ2に流す電流量を抵抗体Rの抵抗値の変更によって調整する。
図21、図22に示す発光装置1は、蛍光体を含有する蛍光体シートからなる波長変換部3を備えて配線基板5に実装される。発光装置1の実装基板4は、底面が正方形の直方体であり、配線基板5に設けられた配線パターン53に電気接続するための電極42が、実装基板4の各側面から上面と下面に至る配線パターンによって形成されている。電極42は、実装基板4の各側面に電流流入用と電流流出用の2つが対になって設けられている。これらの各対となった電極42の1対が、実装基板4の凹部41の底面に実装されたLEDチップ2の電極に電気接続されている。なお、他の3対の電極42は、発光装置1を配線基板5にはんだによって固定する機能のみを有するダミー電極である。
また、配線基板5の配線パターン53は、発光装置1の4対の電極42に接続するように4対設けられており、対を成す各配線パターン53の一方には、互いに抵抗値の異なる抵抗体R1〜R4が直列に挿入されている。抵抗体R1〜R4として、チップ抵抗、リード線を有する抵抗、抵抗値可変抵抗、配線基板5に形成された薄膜パターン抵抗などを用いることができる。また、抵抗体R1〜R4は必ずしも全てを実装する必要はなく、抵抗体R1として抵抗値調整可能な抵抗を実装し、この抵抗体R1を用いて電流調整を行うこともできる。
発光装置1の色調の調整は、発光装置1を配線基板5に実装する際に、配線基板5上の抵抗体を選択することによって行われる。これは、上述同様に、LEDチップ2に流れる電流が、例えば大きくなるとLEDチップ2の発光の波長が短くなるという原理に基づいている。予め発光装置1の発光の色調を測定し、その測定結果に基づいて、所望の混色の強度バランスが得られるLEDチップ2への供給電流値を決定する。次に、その電流値が得られる抵抗体(例えば、抵抗体R1)が接続された配線パターン53に、LEDチップ2が電気接続されるように、発光装置1の向きを回転し、発光装置1を配線基板5にはんだ等を用いて実装する。
図23に示す発光装置1は、実装基板4の上面に配置した断熱シート11と、断熱シート11の上面に配置した蛍光体を含有する蛍光体シート3Aにより構成された波長変換部3を備えている。発光装置1の色調の調整は、蛍光体シート3Aの温度を所定の一定温度にすることにより蛍光体の光特性を所定温度下で安定させることにより行われる。発光装置1の製造工程を説明する。実装基板4にLEDチップ2を実装した後、蛍光体シート3Aを実装基板4の上面に載置し、実装基板4の電極42を介してLEDチップ2に電流を流して発光装置1の発光特性である色度座標を測定する。
測定した色度座標と基準との差異、及び、予め確認している色度座標とLEDチップ2の発光時の実装基板4の凹部41内の温度の関係に基づいて、蛍光体シート3Aの温度を所定温度にするため、蛍光体シート3Aの下に断熱シート11を配置する。断熱シート11として、予め所定の厚み間隔で作られた複数種類のものを準備しておき、測定した発光装置1の発光特性に合わせて所定厚みの断熱シート11を適宜選択して用いる。選択した断熱シート11は、実装基板4にシリコン樹脂やエポキシ樹脂等の接着部材により接着し、蛍光体シート3Aも、同様に断熱シート11上に接着する。
なお、断熱シート11は、調整可能な最大厚みのものを1種類用意しておき、測定した発光特性に応じて、必要な厚みとなるように断熱シート11を加工して用いてもよい。また、蛍光体シート3Aに断熱シート11を接着しておき、測定した発光特性に合わせて断熱シート11を切削して薄くしてもよい。
図24に示す発光装置1は、蛍光体を含有する蛍光体シートにより構成された波長変換部3を備え、波長変換部3は接着部材12を用いて温度調節可能な状態で実装基板4の上面に固定される。発光装置1の色調の調整は、上述同様に、波長変換部3の温度を所定の一定温度にして蛍光体の光特性を所定温度下で安定させることにより行われる。発光装置1の製造工程を説明する。実装基板4にLEDチップ2を実装した後、上述同様に、発光装置1の発光特性である色度座標を測定する。さらに、波長変換部3の温度を上述同様の方法で求めた温度とするため、波長変換部3を実装基板4の上面から所定距離だけ離した位置に配置し固定する。実装基板4の上面と波長変換部3との距離は、例えば、粘着性の高い接着部材12を実装基板4の上面の周辺部に塗布することにより確保する。
図25、図26に示す発光装置1は、蛍光体を含有する蛍光体シートからなる波長変換部3を備えて、配線基板5に実装される。発光装置1の色調の調整は、LEDチップ2の温度を調整してLEDチップ2が放射する光の波長を所定温度下で安定させることにより行われる。LEDチップ2の温度を調整するため、発光装置1のLEDチップ2を実装する実装基板4の下面と発光装置1を実装する配線基板5との間に温度調整用の部材を設けている。これにより、LEDチップ2の温度を変えてLEDチップ2の発光の波長を一定にでき、従来に比べてより高精度に発光装置毎の色ばらつきを低減できる。
ここで、発光装置1と配線基板5の相互接合のための構造を説明する。発光装置1は、配線基板5に実装してLEDチップ2に電流を供給するための実装基板4の下面に回り込んだ電極42、及び実装基板4の下面からLEDチップ2の熱を放熱させるための放熱用ランド43を備えている。また、配線基板5は、金属、例えば銅、からなるベース基板50の上に絶縁層52が設けられ、絶縁層52の上に配線パターン53を形成した構造に成っている。また、ベース基板50の発光装置1が実装される領域は、他の部分よりも突出した凸部51となっている。この凸部51には、絶縁層52が設けられてなく、発光装置1の下面の放熱用ランド43に、例えば、はんだ54によって接合し、放熱を図る構造と成っている。
発光装置1の製造工程を説明する。発光装置1の発光特性を予め測定しておく。次に、発光装置1を配線基板5に実装する。この実装の際に、実装基板4の放熱用ランド43と配線基板5の凸部51との間の熱伝導面積又は体積を調整することにより、実装基板4と配線基板5との間の熱抵抗を変えてLEDチップ2の温度を調整し、発光装置1の発光特性を調整する。
上述の熱抵抗を変える手段として、実装基板4と配線基板5との間にスペーサ13を介在させる。このスペーサ13を介在させた状態で、実装基板4の放熱用ランド43と配線基板5の放熱用の凸部51とを、はんだ54によって熱的に接合する。スペーサ13は、はんだペーストを配線基板5に印刷や塗布する前に、凸部51に載置する。スペーサ13の厚みは、はんだ印刷時に印刷用マスクに対して影響がない厚みとする。はんだペーストを塗布した配線基板5に、発光装置1を載せ、例えば、リフロー炉を用いて、発光装置の電極42と配線基板5の配線パターン53、及び、発光装置1の放熱用ランド43と配線基板5の放熱用凸部51を互いに、はんだ54により接合する。
上述のスペーサ13は、中央に穴の開いた銅や鉄などの金属からなる。スペーサ13は、穴径の異なる数種類のものを用意しておく。スペーサ13の熱伝導率は、はんだ54と異なるものとする。従って、スペーサ13を変更することにより、LEDチップ2の動作時の温度を変えることができる。なお、発光装置1に放熱用ランドがない場合であっても、実装基板4の下面に熱接触させたスペーサ13を設けることにより、LEDチップ2からの放熱を調整して発光装置1の発光特性を調整できる。
図27に示す発光装置1は、蛍光体を含有する蛍光体シートからなる波長変換部3を備えて、配線基板5に実装される。発光装置1の色調の調整は、上述同様に、実装基板4と配線基板5との間の熱抵抗を変えてLEDチップ2の温度を調整し、LEDチップ2が発する光の波長を所定温度下で安定させることにより行われる。熱抵抗を変える手段として、実装基板4の放熱用ランド43と配線基板5の放熱用の凸部51とを接合するはんだ54の内部に発生する、はんだ中のフラックスや空気などに起因するボイド14を用いる。
上述のボイド14の大きさは、はんだ付けの条件(時間、温度)を変化させることにより調整でき、従って、実装基板4に実装したLEDチップ2の温度を調整できる。また、他の方法として、放熱用ランド43に切欠きを設けることにより、ボイド14の大きさと位置を調整することもできる。放熱用ランド43の対向する辺の中央に切欠きを設けると、切欠きにより分離されたランド面の略中央にボイドの位置を特定することが可能となり、ボイド14の大きさも切欠きがない場合に比べて小さくすることが可能となる。
図28に示す発光装置1は、蛍光体を含有する蛍光体シートからなる波長変換部3を備えて、配線基板5に実装される。発光装置1の色調の調整は、上述同様に、実装基板4と配線基板5との間の熱抵抗を変えてLEDチップ2の温度を調整し、LEDチップ2が発する光の波長を所定温度下で安定させることにより行われる。熱抵抗を変える手段として、実装基板4の下面に突起部15を備えており、この突起部15を用いることにより、放熱用ランド43と放熱用の凸部51を接合するはんだの高さを調整する。
発光装置1の製造に際し、まず、発光装置1の発光特性を測定し、予め確認しているLEDチップ2の発熱温度と発光特性との関係に基づいて、放熱用ランド43において所定のはんだ接合面積となるように、突起部15を削ってその高さを調整する。次に、配線基板に、はんだペーストを印刷し、突起部15を削って突起部15の高さを調整した発光装置1を配線基板5に載置し、上述同様にリフロー炉によりはんだ付けを行う。
図29に示す発光装置1は、蛍光体を含有する蛍光体シートからなる波長変換部3を備えて、配線基板5に実装される。発光装置1の色調の調整は、実装基板4の温度を調整し、LEDチップ2や波長変換部3の温度を調整することにより行われる。実装基板4の温度を調整する手段として、実装基板4の周囲にフィンや断熱材などの温度調整材16を設ける。温度調整材16は、温度を低減させる場合は放熱フィンから成り、温度を上げる場合は断熱材から成る。
発光装置1の製造に際し、まず、リフロー炉などを用いて配線基板5に発光装置1を実装し、発光装置1を発光させて発光特性を測定する。測定した発光特性と基準との差に基づいて、発光装置1内のLEDチップ2を実装した凹部41内の温度を所定温度に調整するため、温度調整材16を発光装置1の周りに取り付ける。これにより、実装基板4を所望の温度にし、所望の混色の強度バランスとなる発光装置1を得る。
図30(a)(b)は、上述の、例えば、図1(a)(b)に示した発光装置1を7個用いて形成した照明器具10を示す。照明器具10は、配線基板5に発光装置1を実装し、筐体17と透光性の前面パネル18によって発光装置1を覆うようにして形成されている。各発光装置1は、配線基板5上の配線パターン53により互いに並列接続されて、外部電極53aを介して電流供給される。この照明器具10は、各発光装置1の個々の色ばらつきが従来より一層低減されたものであり、7個の発光装置1の間の色ばらつきも低減されており、大口径で大出力の一様な色調の照明光を発生することができる。
なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。LEDチップ2を実装する凹部41は、円形開口や矩形開口に限らず、他の任意形状の開口でもよい。LEDチップ2の実装は、フリップチップ実装に限らず、他の実装方法、例えばワイヤボンディング法でもよい。また、照明器具10において、発光装置1の個数は7個に限らず任意個数により照明器具10を構成できる。また、上述において、発光装置1として白色光を得る例を示しているが、本発明の発光装置1の製造方法は、白色光に限らず、有色光を発する発光装置の製造にも適用できる。
1 発光装置
2 LEDチップ
3 波長変換部
4 実装基板(発光装置本体)
7 可動部
10 照明器具
30 透明領域部
31,32 蛍光体領域部
R 抵抗体
2 LEDチップ
3 波長変換部
4 実装基板(発光装置本体)
7 可動部
10 照明器具
30 透明領域部
31,32 蛍光体領域部
R 抵抗体
Claims (6)
- LED発光部と蛍光体を含有する波長変換部とを組合せて成る発光装置であって、当該発光装置から放射される光の色調が混色の強度バランスによって調整されている発光装置において、
前記LED発光部は、平面からなる上面側に開口が広がる凹部を有する実装基板と、前記凹部の底面に実装したLEDチップと、前記実装基板の下面から側面を経由して前記凹部の底面に延設して前記LEDチップに電気接続した電極と、を備え、
前記波長変換部は、蛍光体を含む蛍光体領域部と蛍光体を含まない透明領域部とを設けて形成されたシート状の部材からなり前記実装基板の上面に接着固定され、前記蛍光体領域部及び透明領域部はそれぞれ前記波長変換部の厚み方向の全域にわたって形成されていることを特徴とする発光装置。 - 前記波長変換部を複数重ねて備えていることを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
- 前記複数の波長変換部は、少なくとも1つが他と異なる蛍光体を用いて形成されていることを特徴とする請求項2に記載の発光装置。
- 前記蛍光体領域部及び透明領域部は、それぞれ交互に配置して形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記実装基板は、前記波長変換部の透明領域部と前記LEDチップとの間に遮光用の部材を備えていることを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
- 前記実装基板は、前記LEDチップからの発光を側方に漏らして前記波長変換部の透明領域部を通過する量を減らす貫通孔を当該実装基板の側壁に備えていることを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
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