JP2012174968A - 発光装置及び発光装置群及び製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】LEDチップ10(光源)は、所定の波長を主波長とする光を発する。第一封止樹脂40及び第二封止樹脂50(波長変換部)は、LEDチップ10の光源の主波長の光を吸収して、吸収した光のエネルギーにより蛍光を発する蛍光体を含有する。第一封止樹脂40(第一の波長変換部)は、LEDチップ10を覆っている。第二封止樹脂50(第二の波長変換部)は、第一封止樹脂40で覆われたLEDチップ10を覆っている。封止樹脂の単位体積に入射するLEDチップ10の主波長の光に対する、蛍光体が発する蛍光のエネルギー量の比率は、第一封止樹脂40よりも第二封止樹脂50のほうが小さい。
【選択図】図1
Description
合成された白色光の色度座標や相関色温度は、光源が発する光と蛍光体が発する光との混合比率によって定まる。光の混合比率は、発光装置の製造工程で発生する誤差の影響を受ける。このため、光の混合比率を調整して、合成された白色光の色度座標や相関色温度を、所望の色度座標や相関色温度に近づける技術がある。
この発明は、例えば上記のような課題を解決するためになされたものであり、製造コストが低く、かつ、放射する光の色度座標や相関色温度のばらつきが少ない発光装置を提供することを目的とする。
所定の波長を主波長とする光を発する光源と、
上記光源の主波長の光を吸収し、吸収した光のエネルギーにより蛍光を発する蛍光体を含有する樹脂により形成された二つの波長変換部とを有し、
第一の波長変換部は、上記光源を覆い、
第二の波長変換部は、上記第一の波長変換部で覆われた上記光源を覆い、
上記樹脂の単位体積に入射する上記光源の主波長の光に対する、上記蛍光体が発する蛍光のエネルギー量の比率は、上記第一の波長変換部よりも上記第二の波長変換部のほうが小さいことを特徴とする。
実施の形態1について、図1〜図8を用いて説明する。
LEDパッケージ100(発光装置)は、例えば、LEDチップ10と、基板20と、バンプ21と、枠30と、第一封止樹脂40と、第二封止樹脂50とを有する。
LEDチップ10(光源)は、例えば約450ナノメートル[nm]を主波長とする青色光を発する。バンプ21は、例えば銅製であり、基板20に埋め込まれている。LEDチップ10は、バンプ21に半田付けされている。ワイヤー22は、LEDチップ10の表面に形成された電極(図示せず)と、基板20に設けられた回路パターン(図示せず)との間を電気接続している。LEDチップ10には、基板20に設けられた回路パターンと、ワイヤー22とを介して、電力が供給される。枠30は、例えば高反射樹脂製であり、LEDチップ10を囲むよう、基板20の表面に固定されている。
第一封止樹脂40(第一の波長変換部)及び第二封止樹脂50(第二の波長変換部)は、例えばシリコーン樹脂により形成されている。第一封止樹脂40及び第二封止樹脂50には、黄色蛍光体が混入されている。黄色蛍光体は、LEDチップ10からの青色光によって励起され、黄色光を放出する。第一封止樹脂40における黄色蛍光体の濃度(含有量)は、例えば4.5重量パーセント[wt%]である。第二封止樹脂50における黄色蛍光体の濃度は、第一封止樹脂40よりも低い。第一封止樹脂40は、枠30の内側に、LEDチップ10の表面を覆う高さまで充填されている。第二封止樹脂50は、第一封止樹脂40の出光面側(図中上側)に充填されている。第二封止樹脂50の量は、例えば第一封止樹脂40の量とほぼ同量である。
なお、LEDチップ10は、複数あってもよい。その場合、複数のLEDチップ10は、ワイヤー22により、例えば互いに直列に電気接続され、複数のLEDチップ10全体が、枠30に囲まれ、第一封止樹脂40(及び第二封止樹脂50)に覆われる。
横軸は、波長を示す。縦軸は、発光エネルギーを示す。破線511は、第一封止樹脂40及び第二封止樹脂50に黄色蛍光体が含まれていない状態で、LEDチップ10が発した光を直接出射したときのスペクトル分布を示す。実線512は、第二封止樹脂50に黄色蛍光体が含まれていない状態で、LEDチップ10が発した光の一部を第一封止樹脂40が波長変換したときのスペクトル分布を示す。斜線で示す領域521は、第一封止樹脂40が発する蛍光の発光エネルギーに相当する。点線513は、その光の一部を更に第二封止樹脂50が波長変換して、LEDパッケージ100が最終的に放射する光のスペクトル分布を示す。斜線で示す領域522は、第二封止樹脂50が発する蛍光の発光エネルギーに相当する。
LEDチップ10が発する青色光は、450[nm]を主波長とし、波長がほぼ400[nm]〜500[nm]の範囲に分布している。第一封止樹脂40及び第二封止樹脂50は、この青色光を吸収することにより蛍光を発する。このため、波長が400[nm]〜500[nm]の範囲の光は、第一封止樹脂40を通ることにより弱まり、第二封止樹脂50を通ることにより更に弱まる。
第二封止樹脂50は、第一封止樹脂40と比べて黄色蛍光体の濃度が低いので、第二封止樹脂50が発する蛍光の発光エネルギーの総量は、第一封止樹脂40が発する蛍光の発光エネルギーの総量よりも少ない。なお、第二封止樹脂50は、単位体積当たりに入射する青色光のエネルギー量に対する蛍光の発光エネルギー量の比率(以下「波長変換比率」と呼ぶ。)が、第一封止樹脂40より少なければよく、必ずしも、黄色蛍光体の濃度が第一封止樹脂40より低くなくてもよい。
横軸は、CIE標準表色系におけるx座標を示す。縦軸は、CIE標準表色系におけるy座標を示す。曲線531は、単色光軌跡を示す。線分532は、純紫軌跡を示す。曲線533は、黒体軌跡を示す。点Aは、図2で破線511で示したスペクトル分布に対応する色度座標であり、LEDチップ10が発する青色光の色度座標を示す。点Bは、第一封止樹脂40及び第二封止樹脂50に含有される黄色蛍光体が発する蛍光の色度座標を示す。破線534は、点Aと点Bとを結ぶ線分であり、LEDチップ10が発する青色光と、黄色蛍光体が発する蛍光との混合により合成可能な光の色度座標を示す。点Iは、図2で実線512で示したスペクトル分布に対応する色度座標であり、LEDチップ10が発した光の一部を第一封止樹脂40が波長変換した光の色度座標を示す。点Tは、図2で点線513で示したスペクトル分布に対応する色度座標であり、LEDパッケージ100が最終的に放射する光の色度座標を示す。
点I及び点Tは、破線534上に位置する。点Iの色度座標は、第一封止樹脂40が発する蛍光の量により変化する。また、点Tの色度座標は、点Iの色度座標、及び、第二封止樹脂50が発する蛍光の量により変化する。第二封止樹脂50の黄色蛍光体の濃度は、点Tが、曲線533と破線534との交点に近い所定の相関色温度の位置になるように、設定する。また、第一封止樹脂40の黄色蛍光体の濃度は、点Iが、点Tに対して点A側にあり、点Aよりも点Tのほうに近い位置になるように、設定する。
LEDパッケージ100の製造工程S610(発光装置の製造方法)は、例えば、実装工程S611と、第一樹脂封止工程S612と、スペクトル測定工程S613と、第二樹脂濃度決定工程S614と、第二樹脂封止工程S615とを有する。
まず、実装工程S611において、LEDチップ10をバンプ21に半田付けし、ワイヤー22を結線し、枠30を基板20に固定する。
次に、第一樹脂封止工程S612において、例えばポッティングなどの方法により、枠30の穴のなかのLEDチップ10の周りに、あらかじめ定めた所定の量の第一封止樹脂40を充填する。
それから、スペクトル測定工程S613において、LEDチップ10を発光させて、まだ第二封止樹脂50を充填していないLEDパッケージ100が発する光のスペクトル分布を測定する。測定したスペクトル分布に基づいて、点Iの色度座標を算出する。なお、LEDパッケージ100が発する光のスペクトル分布を測定する代わりに、LEDパッケージ100が発する光の色度座標を直接測定してもよいし、LEDパッケージ100が発する光の相関色温度を測定してもよい。
その後、第二樹脂濃度決定工程S614において、スペクトル測定工程S613で算出した点Iの色度座標に基づいて、点Tの色度座標が目標範囲内に入るよう、第二封止樹脂50に含有させる黄色蛍光体の濃度を決定する。
最後に、第二樹脂封止工程S615において、第二樹脂濃度決定工程S614で決定した黄色蛍光体の濃度に基づいて、黄色蛍光体を混入していない樹脂に黄色蛍光体を混ぜて第二封止樹脂50を製造し、あるいは、あらかじめ用意した数種類の第二封止樹脂50のなかから、黄色蛍光体の濃度が、決定した濃度に最も近い第二封止樹脂50を選択する。製造あるいは選択した第二封止樹脂50を、あらかじめ定めた所定の量だけ、例えばポッティングなどの方法により、枠30の穴のなかの第一封止樹脂40の上に充填する。
横軸は、第一封止樹脂40及び第二封止樹脂50の充填量を示す。縦軸は、第一封止樹脂40及び第二封止樹脂50に含まれる黄色蛍光体の量を示す。
以下では、簡単のため、第一封止樹脂40及び第二封止樹脂50が含有する黄色蛍光体の総量が、目標値1.5[mg]になれば、LEDパッケージ100が最終的に発する光の色度座標が、目標とする色度座標に一致するものとして、説明する。
この例において、第一封止樹脂40が含有する黄色蛍光体の濃度は4.5[wt%]、第一封止樹脂40及び第二封止樹脂50の標準充填量は、それぞれ25[mg]であり、第一封止樹脂40及び第二封止樹脂50の充填量の誤差は、それぞれ±5[mg]あるものとする。
しかし、第二樹脂封止工程S615における第二封止樹脂50の充填量には誤差があるので、黄色蛍光体の量は、目標値1.5[mg]に一致するとは限らない。例えば、第二樹脂封止工程S615における第二封止樹脂50の充填量が5[mg]不足して20[mg]となった場合、黄色蛍光体の総量は、目標値1.5[mg]よりも、5[mg]×1.5[wt%]=0.075[mg]不足する。逆に、第二樹脂封止工程S615における第二封止樹脂50の充填量が5[mg]多すぎて30[mg]となった場合、黄色蛍光体の総量は、目標値1.5[mg]よりも、0.075[mg]多すぎる。
横軸は、封止樹脂の充填量を示す。縦軸は、封止樹脂に含まれる黄色蛍光体の量を示す。
比較のため、黄色蛍光体の濃度が一定の一種類の封止樹脂を、一度に充填する場合を考える。
封止樹脂の充填量が5[mg]不足して45[mg]となった場合、黄色蛍光体の総量は、目標値1.5[mg]よりも、5[mg]×3.0[wt%]=0.15[mg]不足する。逆に、封止樹脂の充填量が5[mg]多すぎて55[mg]となった場合、黄色蛍光体の総量は、目標値1.5[mg]よりも、0.15[mg]多すぎる。
横軸は、第一封止樹脂40及び第二封止樹脂50の充填量を示す。縦軸は、第一封止樹脂40及び第二封止樹脂50に含まれる黄色蛍光体の量を示す。
この図は、図5で説明した例において、第一樹脂封止工程S612における第一封止樹脂40の充填量が、標準値25[mg]よりも5[mg]多く、30[mg]となった場合を示す。
第二樹脂封止工程S615における第二封止樹脂50の充填量が25[mg]±5[mg]となった場合、黄色蛍光体の総量は、1.5[mg]±0.03[mg]となる。
横軸は、第一封止樹脂40及び第二封止樹脂50の充填量を示す。縦軸は、第一封止樹脂40及び第二封止樹脂50に含まれる黄色蛍光体の量を示す。
この図は、図5で説明した例において、第一樹脂封止工程S612における第一封止樹脂40の充填量が、標準値25[mg]よりも5[mg]少なく、20[mg]となった場合を示す。
第二樹脂封止工程S615における第二封止樹脂50の充填量が25[mg]±5[mg]となった場合、黄色蛍光体の総量は、1.5[mg]±0.12[mg]となる。
ただし、第二樹脂封止工程S615で第二封止樹脂50を充填することにより、黄色蛍光体の不足分を補うことはできるが、黄色蛍光体の量が目標値を超えてしまった場合に、黄色蛍光体の量を減らすことはできない。このため、第一樹脂封止工程S612で充填する第一封止樹脂40の標準充填量、および、第一封止樹脂40が含有する黄色蛍光体の濃度は、第一封止樹脂40の充填量が誤差範囲の最大になった場合でも、黄色蛍光体の量が目標値を超えないように設定する。
v1 = p1・u1 …………………………………………………………………(2)
∴ (P1−Δp)・u1 ≦ v1 ≦ (P1+Δp)・u1 ……………(3)
P2−Δp ≦ p2 ≦ P2+Δp ……………………………………………(4)
v2 = p2・u2 …………………………………………………………………(5)
∴ (P2−Δp)・u2 ≦ v2 ≦ (P2+Δp)・u2 ……………(6)
v0 = v1 + v2 ……………………………………………………………(7)
u2 = (V0−v1)/P2 ……………………………………………………(8)
∴ v1 = V0 − P2・u2 ………………………………………………(9)
したがって、
v0 = V0 + (p2−P2)・u2 ……………………………………(10)
∴ V0−Δp・u2 ≦ v0 ≦ V0+Δp・u2 ……………………(11)
式(12)より、u2が小さいほど、v0の誤差が小さくなることがわかる。
u2 < V0/(P1+P2) …………………………………………………(12)
式(9)(12)より、
v1 > P1・V0/(P1+P2) …………………………………………(13)
この条件を満たすためには、式(3)におけるv1の最小値が、式(13)の右辺より大きいことが必要である。すなわち、
(P1−Δp)・u1 > P1・V0/(P1+P2) ……………………(14)
∴ u1 > P1/(P1−Δp)・V0/(P1+P2) ………………(15)
したがって、u1は、平均蛍光体濃度の[P1/(P1−Δp)]倍より大きいことが必要である。ここで、[P1/(P1−Δp)]は1より大きいから、u1は、平均蛍光体濃度より大きい。ゆえに、u2は、u1より必ず小さくなる。
v1 ≦ V0 ………………………………………………………………………(16)
式(2)(16)より、
p1・u1 ≦ V0 ………………………………………………………………(17)
p1が式(1)の最大値のときでも、この条件を満たす必要があるので、
u1 ≦ V0/(P1+Δp) …………………………………………………(18)
P1・(P1+Δp) < (P1−Δp)・(P1+P2) ………………(19)
∴ Δp < P1・P2/(2・P1+P2) ………………………………(20)
P1とP2との合計が一定であるという制約のもとで、P1及びP2を変化させると、式(20)の右辺が最大になる条件は、
P2 = √2・P1 ………………………………………………………………(21)
このとき、式(20)の右辺は、
P1・P2/(2・P1+P2) = (P1+P2)/(1+√2)2 …(22)
したがって、封止樹脂の充填量の誤差の最大値Δpは、第一封止樹脂40及び第二封止樹脂50の総充填量の目標値の約17%以下であることが必要である。
Δvmax = Δp・u2 ………………………………………………………(23)
Δvmaxが最大となるのは、u2が最大のときである。式(8)より、u2が最大となるのは、v1が最小となるときだから、式(3)より、
v1 = (P1−Δp)・u1 …………………………………………………(24)
式(23)(8)(24)より、
Δvmax = Δp・[V0−(P1−Δp)・u1]/P2 ……………(25)
したがって、u1が大きいほど、Δvmaxは小さくなる。式(15)および式(18)の条件を満たす範囲内で、u1を最大に設定すると、
u1 = V0/(P1+Δp) …………………………………………………(26)
このとき、式(25)(26)より、
Δvmax = 2・Δp2・V0/[(P1+Δp)・P2] ……………(27)
P1+Δp = P2 ………………………………………………………………(28)
このとき、式(27)(28)より、
Δvmax = 2・V0・(Δp/P2)2 …………………………………(29)
v1 ≦ V0+Δvmax ……………………………………………………(16’)
式(16’)(17)より、
u1 ≦ (V0+Δvmax)/(P1+Δp) …………………………(18’)
式(15)および式(18’)の条件を満たす範囲内で、u1を最大に設定すると、
u1 = (V0+Δvmax)/(P1+Δp) …………………………(26’)
式(25)(26’)より、
u1 = V0・(P2+Δp)/[(P1+Δp)・(P2+Δp)−2・Δp2]
…………………………………………………………………………………………(26”)
Δvmax = 2・V0・Δp2/[(P1+Δp)・(P2+Δp)−2・Δp2] ………………………………………………………………………………………(27’)
P1とP2との合計が一定であるという制約のもとで、P1およびP2を変化させると、式(27’)のΔvmaxが最小となる条件は、
P1 = P2 ……………………………………………………………………(28’)
このとき、式(27’)(28’)より、
Δvmax = 2・V0・Δp2/[(P2+Δp)2−2・Δp2]…(29’)
例えば、LEDチップ10が発する光の色度座標と、スペクトル測定工程S613で測定した光の色度座標とに基づいて、色度図(図3)上における点Aと点Iとの間の距離AIを算出する。また、LEDチップ10が発する光の色度座標と、目標とする光の色度座標とに基づいて、色度図(図3)上における点Aと点Tとの間の距離ATを算出する。次に、距離ATに対する距離AIの比率AI/ATを算出する。そして、算出した比率AI/ATを、黄色蛍光体の総量の目標値V0に乗じた積V0・AI/ATを算出することにより、第一封止樹脂40による黄色蛍光体の量v1を求める。最後に、算出した第一封止樹脂40による黄色蛍光体の量v1を式(8)に代入して、第二封止樹脂50が含有する黄色蛍光体の濃度u2を決定する。
例えば、点Aの色度座標が(0.16,0.04)、点Tの色度座標が(0.34,0.35)である場合、距離ATは約0.358である。スペクトル測定工程S613で測定した点Iの色度座標が(0.30,0.38)だとすると、距離AIは約0.278だから、比率AI/ATは約0.78である。黄色蛍光体の総量の目標値V0が1.5[mg]の場合、第一封止樹脂40による黄色蛍光体の量v1は、約1.16[mg]であると算出される。
前記封止樹脂は、発光素子に近接する第一封止樹脂(40)と、前記第一封止樹脂の出光側に形成される第二封止樹脂(50)とにより構成されている。
前記第二封止樹脂は、前記第一封止樹脂より、単位体積あたりの封止樹脂で比較した場合、入射する前記発光素子の光の全エネルギー量に対する波長変化された光のエネルギー量の比率が小さい。
例えば、ポッティング量の精度が設計値に対し±0.005[ml]であったとする。比較例のように、3.0[wt%]の蛍光体を含む封止樹脂0.05[ml]1層で封止した場合、発光装置に含有される蛍光体の量は1.35[mg]〜1.65[mg]の範囲でばらつくことになり、蛍光体量のばらつきに伴い色調のばらつきが生じる。
これに対して、第一封止樹脂40として4.5[wt%]の封止樹脂を0.025[ml]充填した場合、第一封止樹脂40を充填した状態においては、封止樹脂量が0.025[ml]±0.005[ml]の範囲でばらつくため、それに含まれる蛍光体量は、0.90[mg]〜1.35[mg]の範囲でばらつく。この段階において発光装置の色温度、色度等を測定する。その測定結果に基づき、所望の色調が得られるように第二封止樹脂50の蛍光体濃度を決定し、充填する。
第一封止樹脂40充填時としての所望の色調が得られている場合、発光装置に含まれる蛍光体量はほぼ所定値の1.125[mg]と推定できる。このため、第二封止樹脂50には、蛍光体濃度が1.5[wt%]の封止樹脂を用いる。第二封止樹脂50として1.5[wt%]の封止樹脂を0.025[ml]充填する。第二封止樹脂50は、蛍光体濃度が低いため、充填量が±0.005[ml]ばらついた時の蛍光体量のばらつきの範囲は、0.3[mg]〜0.45[mg]に抑えられる。よって、発光装置に含まれる蛍光体量は、第一封止樹脂40に含まれる蛍光体量とあわせて1.425[mg]〜1.575[mg]の範囲に抑えることができる。なお、第一封止樹脂40充填時の色調が所望の色調であった場合に用いる第二封止樹脂の蛍光体濃度(本例では1.5[wt%])を、以降「基準濃度」と呼ぶ。
第一封止樹脂40充填後の色調が第一封止樹脂40充填時の所望の色調より青味が強い場合、第二封止樹脂50の蛍光体濃度は、第一封止樹脂40の蛍光体濃度より低い範囲内で、基準濃度より高い濃度に決定する。例えば、第一封止樹脂40充填時の発光装置に含まれる蛍光体量が0.9[mg]と推定される場合、第二封止樹脂50の蛍光体濃度を2.4[wt%]に決定する。この場合、第二封止樹脂50により充填される蛍光体量は、0.48[mg]〜0.72[g]になるから、第一封止樹脂とあわせた総量は、1.38[g]〜1.62[g]となる。
また、第一封止樹脂40充填後の色温度(色調)が第一封止樹脂40充填時の所望の色調より黄味が強い場合、第二封止樹脂50の蛍光体濃度は、基準濃度より低い濃度に決定する。例えば、第一封止樹脂40充填時の発光装置に含まれる蛍光体量が1.35[mg]と推定される場合、第二封止樹脂50の蛍光体濃度を0.6[wt%]とする。この場合、第二封止樹脂50により充填される蛍光体量は、0.12[mg]〜0.18[mg]になるから、第一封止樹脂40に含まれる蛍光体とあわせた総量は、1.47[mg]〜1.53[mg]となる。
よって、この封止樹脂の充填方法を用いれば、発光装置に含まれる蛍光体量のばらつき範囲を1.38[mg]〜1.62[mg]に抑制できる。
また、第一封止樹脂40の蛍光体濃度を高くすることにより、発光源であるLEDチップ10近傍の光のエネルギー密度が高い領域で波長変換が行える。このため、高価な蛍光体の使用量を抑制し、低コストかつ高効率で波長変換できる。
実施の形態2について、図9〜図10を用いて説明する。
なお、実施の形態1と共通する部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。
LEDパッケージ200(発光装置群)は、複数のLEDチップ10と、基板20と、枠30と、複数のレンズ160とを有する。
複数のLEDチップ10(光源)は、一枚の基板20に実装され、例えば一列に並べて配置されている。枠30には、LEDチップ10の数と同数の穴が、それぞれのLEDチップ10に対応する位置に設けられている。枠30は、それぞれの穴が、対応するLEDチップ10を取り囲むよう、基板20の表面に固定されている。レンズ160の数は、LEDチップ10の数と同数である。それぞれのレンズ160は、対応するLEDチップ10の正面に位置するよう、枠30に固定されている。それぞれのレンズ160は、LEDパッケージ200が放射する光が所望の配光特性となるよう、対応するLEDチップ10が発する光を屈折させる。
この図は、図9におけるA−A断面を示す。
LEDパッケージ200は、それぞれのLEDチップ10に対応して、更に、バンプ21と、ワイヤー22と、第一封止樹脂40と、第二封止樹脂50とを有する。1つのLEDチップ10と、それに対応するバンプ21、ワイヤー22、第一封止樹脂40、第二封止樹脂50との関係は、実施の形態1におけるLEDパッケージ100と同様である。すなわち、LEDパッケージ200は、実施の形態1におけるLEDパッケージ100(光源装置)にレンズ160を付加したものを複数並べ、基板20及び枠30を1つに繋げたものと同等である。
第一封止樹脂40及び第二封止樹脂50は、枠30の穴に充填されている。第一封止樹脂40は、第二封止樹脂50よりも、蛍光体の濃度が高い。レンズ160は、第二封止樹脂50の出光面側に配置されている。なお、第二封止樹脂50と、レンズ160とは、密着している構成であってもよいし、間に空気層を挟む構成であってもよい。
LEDチップ10が発した光は、第一封止樹脂40及び第二封止樹脂50で一部の光が波長変換されて出射される。第二封止樹脂50を出射した光は、レンズ160により出射方向を整えて出射される。
ここで、レンズ160による光の制御性は、発光源とレンズ160と間の距離が長いほど向上する。蛍光体は、波長変換すると同時に光を拡散する作用も持つため、レンズの制御性を低下させる要因となる。
第一封止樹脂40が含有する蛍光体が波長変換した光は、第二封止樹脂50が含有する蛍光体が波長変換した光よりも、発光源とレンズ160との間の距離が長いので、光の制御性がよい。第一封止樹脂40は、第二封止樹脂50よりも、蛍光体濃度(波長変換比率)が高いので、蛍光体が波長変換した光は、主として、レンズ160から遠い第一封止樹脂40に含まれる蛍光体が波長変換した光である。レンズ160に近い第二封止樹脂50の蛍光体濃度(波長変換比率)が低く、第二封止樹脂50に含まれる蛍光体の量が少ないので、レンズ160に近い領域での光の拡散が抑制される。これにより、レンズ160による光の制御性を高くすることができる。
次に、第一樹脂封止工程S612において、例えばポッティングなどの方法により、枠30のそれぞれの穴のなかのLEDチップ10の周りに、あらかじめ定めた所定の量の第一封止樹脂40を充填する。
それから、スペクトル測定工程S613において、LEDチップ10を一つずつ発光させて、第一封止樹脂40を介して出射される光のスペクトル分布(あるいは、色度座標や相関色温度など)を測定する。
その後、第二樹脂濃度決定工程S614において、それぞれのLEDチップ10ごとに、スペクトル測定工程S613で測定した測定結果に基づいて、第二封止樹脂50に含有させる蛍光体の濃度を決定する。基本的に、スペクトル測定工程S613で測定した測定結果は、LEDチップ10ごとに異なるから、第二樹脂濃度決定工程S614で決定する蛍光体の濃度も、LEDチップ10ごとに異なるものになる。
最後に、第二樹脂封止工程S615において、それぞれのLEDチップ10ごとに決定した濃度の蛍光体を含む第二封止樹脂50を使って、あらかじめ定めた所定の量の第二封止樹脂50を、そのLEDチップ10を取り囲む枠30の穴のなかの第一封止樹脂40の上に充填する。
前記封止樹脂は、発光素子に近接する第一封止樹脂(40)と、前記第一封止樹脂の出光側に形成される第二封止樹脂(50)とにより構成されている。
前記第二封止樹脂は、前記第一封止樹脂より単位体積あたりの封止樹脂で比較した場合、入射する前記発光素子の光の全エネルギー量に対する波長変化された光のエネルギー量の比率が小さい。
少なくとも一つの発光素子に対応する第二封止樹脂は、単位体積あたりに入射する発光素子の光の全エネルギー量に対する波長変化された光のエネルギー量の比率が他の発光素子に対応する第二封止樹脂と異なる。
実施の形態3について、図11を用いて説明する。
なお、実施の形態1または実施の形態2と共通する部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。
LEDパッケージ200の製造工程S610(発光装置群の製造方法)は、実施の形態2で説明した工程に加えて、更に、もう一つのスペクトル測定工程S616と、もう一つの第二樹脂濃度決定工程S617とを有する。
第二樹脂封止工程S615において、第二樹脂濃度決定工程S614で第二封止樹脂50に含有させる蛍光体の濃度を決定したLEDチップ10について、決定した濃度の蛍光体を含む第二封止樹脂50を充填する。すべてのLEDチップ10について、第二封止樹脂50の充填が完了した場合は、製造工程S610を終了する。まだ第二封止樹脂50を充填していないLEDチップ10がある場合は、スペクトル測定工程S616へ進む。
スペクトル測定工程S616において、第二樹脂封止工程S615で第二封止樹脂50を充填したLEDチップ10を一つずつ発光させて、第一封止樹脂40及び第二封止樹脂50を介して出射される光のスペクトル分布(あるいは、色度座標や相関色温度など)を測定する。
そして、第二樹脂濃度決定工程S617において、まだ第二封止樹脂50を充填していないLEDチップ10のうち、一つまたはいくつかのLEDチップ10について、第二封止樹脂50に含有させる蛍光体の濃度を決定する。蛍光体の濃度の決定方法は、基本的に、実施の形態1で説明した方法と同様である。ただし、隣接もしくは近接するLEDチップ10についてスペクトル測定工程S616で測定した測定結果に基づいて、蛍光体の総量の目標値を調整する。例えば、隣接もしくは近接するLEDチップ10についてスペクトル測定工程S616で測定した測定結果から、隣接もしくは近接するLEDチップ10における蛍光体の総量の平均が目標値より少ない場合、LEDチップ10の蛍光体の総量の目標値を大きくしてバランスを取る。ただし、LEDチップ10の蛍光体の総量の目標値には、上限を設ける。LEDチップ10の総量の目標値を大きくし過ぎると、色むらになる可能性があるからである。逆に、隣接もしくは近接するLEDチップ10についてスペクトル測定工程S616で測定した測定結果から、隣接もしくは近接するLEDチップ10における蛍光体の総量の平均が目標値より多い場合、LEDチップ10の蛍光体の総量の目標値を小さくしてバランスを取る。この場合も同様に、LEDチップ10の蛍光体の総量の目標値には、下限を設ける。
その後、第二樹脂封止工程S615に戻り、第二樹脂濃度決定工程S617で第二封止樹脂50に含有させる蛍光体の濃度を決定したLEDチップ10について、決定した濃度の蛍光体を含む第二封止樹脂50を充填する。
実施の形態4について、図12を用いて説明する。
なお、実施の形態1〜実施の形態3と共通する部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。
LEDパッケージ100は、実施の形態1で説明したLEDパッケージ100にあった枠30を有さない。第一封止樹脂40及び第二封止樹脂50は、枠30の穴のなかではなく、基板20の表面に、LEDチップ10を覆うように充填する。第一封止樹脂40は、LEDチップ10を覆う半球状あるいは水滴状の第一封止樹脂層(第一の波長変換部)を形成する。第二封止樹脂50は、第一封止樹脂40の外側を覆う半球面状の第二封止樹脂層(第二の波長変換部)を形成する。なお、第一封止樹脂40と、第二封止樹脂50との間は、密着させる構成であってもよいし、空気層を挟む構成であってもよい。
なお、第二樹脂封止工程S615において、型などを用い、型のなかに第二封止樹脂50を充填することで、第二封止樹脂層を設ける構成であってもよい。そうすれば、第二封止樹脂50の厚みをほぼ一定とすることが容易にできるので、好ましい。
実施の形態5について、図13〜図14を用いて説明する。
なお、実施の形態1〜実施の形態4と共通する部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。
横軸は、CIE標準表色系におけるx座標を示す。縦軸は、CIE標準表色系におけるy座標を示す。点Aは、LEDチップ10が発する光の色度座標を示す。点Bは、第一封止樹脂40に含有される蛍光体が発する蛍光の色度座標を示す。点Cは、第二封止樹脂50に含有される蛍光体が発する蛍光の色度座標を示す。第一封止樹脂40に含有される蛍光体が発する蛍光の主波長と、第二封止樹脂50に含有される蛍光体が発する蛍光の主波長との差は、例えば10[nm]程度であり、2つの蛍光は同じ色調である。なお、第一封止樹脂40及び第二封止樹脂50は、それぞれ1種類ずつの蛍光体を含有する構成であってもよいし、それぞれが2種類以上の蛍光体を含有し、蛍光体の配合比率が異なることにより、主波長が異なる構成であってもよい。また、第二封止樹脂50が含有する蛍光体が発する蛍光の主波長は、第一封止樹脂40が含有する蛍光体が発する蛍光の主波長より短い波長であってもよい。
破線534は、点Aと点Bとを結ぶ線分であり、LEDチップ10が発する青色光と、第一封止樹脂40が含有する蛍光体が発する蛍光との混合により合成可能な光の色度座標を示す。点Iは、LEDチップ10が発した光の一部を第一封止樹脂40が波長変換した光の色度座標を示す。点Tは、LEDパッケージ100が最終的に放射する光の色度座標を示す。曲線542は、破線534上の点と点Cとを結ぶ線分上で、点Tの目標である色度座標に最も近い点の軌跡を示す。
点Iは、破線534上に位置する。点Iの色度座標は、第一封止樹脂40が発する蛍光の量により変化する。点Tは、点Iと点Cとを結ぶ線分上に位置する。点Tの色度座標は、点Iの色度座標、及び、第二封止樹脂50が発する蛍光の量により変化する。
第二樹脂濃度決定工程S614において、スペクトル測定工程S613で測定した測定結果に基づいて、第二封止樹脂50が含有する蛍光体の濃度を決定する。例えば、点Tが、曲線542上に位置するよう、第二封止樹脂50が含有する蛍光体の濃度を決定する。しかし、第二樹脂封止工程S615における第二封止樹脂50の充填量の誤差などにより、実際の点Tの座標は、曲線542上から外れて、例えば網掛けで示した領域543内のいずれかの位置となる。
この例は、第一封止樹脂40が含有する蛍光体が発する蛍光の主波長と、第二封止樹脂50が含有する蛍光体が発する蛍光の主波長との差が、例えば30[nm]の場合を示す。
実施の形態6について、図15を用いて説明する。
なお、実施の形態1〜実施の形態5と共通する部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。
横軸は、CIE標準表色系におけるx座標を示す。縦軸は、CIE標準表色系におけるy座標を示す。点Aは、LEDチップ10が発する光の色度座標を示す。点Bは、第一封止樹脂40に含有される蛍光体が発する蛍光の色度座標を示す。点Cは、第二封止樹脂50に含有される蛍光体が発する蛍光の色度座標を示す。第二封止樹脂50に含有される蛍光体は、例えば、二種類の蛍光体を混合したものであり、そのうちの一種類は、色度座標が点Dである蛍光を発する黄色蛍光体、もう一種類は、色度座標が点Eである蛍光を発する赤色蛍光体である。破線544は、点Dと点Eとの間を結ぶ線分である。点Cは、破線544上に位置し、第二封止樹脂50に含有される二種類の蛍光体の配合比率を変えることにより、点Cの位置を動かすことができる。なお、第二封止樹脂50が含有する蛍光体が発する蛍光の主波長は、第一封止樹脂40が含有する蛍光体が発する蛍光の主波長より短い波長であってもよい。
破線534は、点Aと点Bとを結ぶ線分であり、LEDチップ10が発する青色光と、第一封止樹脂40が含有する蛍光体が発する蛍光との混合により合成可能な光の色度座標を示す。点Iは、LEDチップ10が発した光の一部を第一封止樹脂40が波長変換した光の色度座標を示す。点Tは、LEDパッケージ100が最終的に放射する光の色度座標を示す。
点Iは、破線534上に位置する。点Iの色度座標は、第一封止樹脂40が発する蛍光の量により変化する。点Tは、点Iと点Cとを結ぶ線分上に位置する。点Tの色度座標は、点I及び点Cの色度座標、及び、第二封止樹脂50が発する蛍光の量により変化する。
第二樹脂濃度決定工程S614において、スペクトル測定工程S613で測定した測定結果に基づいて、第二封止樹脂50が含有する蛍光体の配合比率と濃度とを決定する。例えば、点Iと点Cとを結ぶ線分が、点Tの目標である色度座標を通る位置に点Cが来るよう、第二封止樹脂50が含有する蛍光体の配合比率を決定する。そのうえで、点Tが、目標である色度座標と一致するよう、第二封止樹脂50が含有する蛍光体の濃度を決定する。
第一の波長変換部(第一封止樹脂40)は、上記光源を覆っている。
第二の波長変換部(第二封止樹脂50)は、上記第一の波長変換部で覆われた上記光源を覆っている。
上記樹脂の単位体積に入射する上記光源の主波長の光に対する、上記蛍光体が発する蛍光のエネルギー量の比率(波長変換比率)は、上記第一の波長変換部よりも上記第二の波長変換部のほうが小さい。
上記第二の波長変換部(第二封止樹脂50)の外側に位置し、光を屈折するレンズ(160)を有する。
上記第二の波長変換部(第二封止樹脂50)の樹脂が単位体積当たりに含有する上記蛍光体の体積、または、上記第二の波長変換部の樹脂が単位質量当たりに含有する上記蛍光体の質量は、少なくともいずれか一つの発光装置と、少なくともいずれか他の一つの発光装置とで、実質的に異なる。
上記複数の発光装置の光源(LEDチップ10)は、上記基板に実装されている。
第一の樹脂を使って、上記光源を覆う。(第一樹脂封止工程S612)
上記第一の樹脂で覆われた上記光源が放射する光のスペクトル分布または色度座標または相関色温度を測定する。(スペクトル測定工程S613)
測定した結果に基づいて、上記樹脂の単位体積に入射する上記光源の主波長の光に対する、上記蛍光体が発する蛍光のエネルギー量の比率が、上記第一の樹脂よりも小さい範囲内で、第二の樹脂が含有する上記蛍光体の含有量を決定する。(第二樹脂濃度決定工程S614)
決定した含有量の蛍光体を含有する第二の樹脂を使って、上記第一の樹脂で覆われた上記光源を覆う。(第二樹脂封止工程S615)
上記第二の樹脂を使って上記第一の樹脂で覆われた上記光源を覆う工程(第二樹脂封止工程S615)において、あらかじめ定めた体積または質量の第二の樹脂を使用する。
上記第二の樹脂が含有する上記蛍光体の含有量を決定する工程(第二樹脂濃度決定工程S614)において、上記発光装置(LEDパッケージ100,200)が放射する光の色度座標または相関色温度が、あらかじめ定めた所定の目標値になるよう、上記第二の樹脂が含有する上記蛍光体の含有量を決定する。
Claims (9)
- 所定の波長を主波長とする光を発する光源と、
上記光源の主波長の光を吸収し、吸収した光のエネルギーにより蛍光を発する蛍光体を含有する樹脂により形成された二つの波長変換部とを有し、
第一の波長変換部は、上記光源を覆い、
第二の波長変換部は、上記第一の波長変換部で覆われた上記光源を覆い、
上記樹脂の単位体積に入射する上記光源の主波長の光に対する、上記蛍光体が発する蛍光のエネルギー量の比率は、上記第一の波長変換部よりも上記第二の波長変換部のほうが小さいことを特徴とする発光装置。 - 上記樹脂が単位体積当たりに含有する上記蛍光体の体積、または、上記樹脂が単位質量当たりに含有する上記蛍光体の質量は、上記第一の波長変換部よりも上記第二の波長変換部のほうが少ないことを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
- 上記樹脂が含有する蛍光体は、上記第一の波長変換部と上記第二の波長変換部とで、実質的に同一の蛍光体であり、または、上記樹脂が含有する蛍光体が発する蛍光の主波長は、上記第一の波長変換部と上記第二の波長変換部とで、実質的に同一の波長であり、または、上記樹脂が含有する蛍光体が発する蛍光の主波長は、上記第一の波長変換部と上記第二の波長変換部との差が、20ナノメートル以下であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の発光装置。
- 上記樹脂が含有する蛍光体の粒子径は、上記第一の波長変換部よりも上記第二の波長変換部のほうが小さいことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の発光装置。
- 上記発光装置は、更に、
上記第二の波長変換部の外側に位置し、光を屈折するレンズを有することを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の発光装置。 - 請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の発光装置を複数有し、
上記第二の波長変換部の樹脂が単位体積当たりに含有する上記蛍光体の体積、または、上記第二の波長変換部の樹脂が単位質量当たりに含有する上記蛍光体の質量は、少なくともいずれか一つの発光装置と、少なくともいずれか他の一つの発光装置とで、実質的に異なることを特徴とする発光装置群。 - 上記発光装置群は、更に、基板を有し、
上記複数の発光装置の光源は、上記基板に実装されていることを特徴とする請求項6に記載の発光装置群。 - 所定の波長を主波長とする光を発する光源と、上記光源の主波長の光を吸収し、吸収した光のエネルギーにより蛍光を発する蛍光体を含有する二種類の樹脂とを使って、発光装置を製造する製造方法において、
第一の樹脂を使って、上記光源を覆い、
上記第一の樹脂で覆われた上記光源が放射する光のスペクトル分布または色度座標または相関色温度を測定し、
測定した結果に基づいて、上記樹脂の単位体積に入射する上記光源の主波長の光に対する、上記蛍光体が発する蛍光のエネルギー量の比率が、上記第一の樹脂よりも小さい範囲内で、第二の樹脂が含有する上記蛍光体の含有量を決定し、
決定した含有量の蛍光体を含有する第二の樹脂を使って、上記第一の樹脂で覆われた上記光源を覆うことを特徴とする製造方法。 - 上記第二の樹脂を使って上記第一の樹脂で覆われた上記光源を覆う工程において、あらかじめ定めた体積または質量の第二の樹脂を使用し、
上記第二の樹脂が含有する上記蛍光体の含有量を決定する工程において、上記発光装置が放射する光の色度座標または相関色温度が、あらかじめ定めた所定の目標値になるよう、上記第二の樹脂が含有する上記蛍光体の含有量を決定することを特徴とする請求項8に記載の製造方法。
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