JP2014049504A - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子が高密度に実装された場合において、隔壁を使用せずに所望の調色を行い得る発光装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】ＬＥＤ発光装置１０は、基板１と、基板１に実装された複数のＬＥＤチップ２と、複数のＬＥＤチップ２を封止する、波長変換材料が混練された第１封止樹脂６及び第２封止樹脂７とを備えている。第１封止樹脂６は、複数のＬＥＤチップ２を封止しており、第２封止樹脂７は、他の複数のＬＥＤチップ２を該ＬＥＤチップ２の高さよりも高い位置まで覆うように封止し、かつ第１封止樹脂６に接して該第１封止樹脂６の一部又は全部を封止している。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子が樹脂層によって封止されている発光装置及びその製造方法に関するものあり、特に、高密度に多数実装されたＬＥＤチップと複数の蛍光体とを異なる混合比率で含有する２種類の樹脂層とを使用することにより実現される高輝度かつ小型でありながら調色機能を有する発光装置に関する。

近年、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）は、照明用器具又は液晶ディスプレイの光源として広く使用されている。特に、照明用途の需要拡大に伴い、家庭用の電球及びシーリングライトを始めとして屋外照明又は店舗用ダウンライト等にもＬＥＤが使用されるようになってきている。店舗用ダウンライト照明においては、小型かつ２，０００ｌｍを超える高輝度の発光装置が必要とされるばかりでなく、演色性（Ｒａ）９０以上を実現するために青色ＬＥＤを緑色蛍光体と赤色蛍光体とにより封止してなる発光装置、さらには、昼・夜又は夏・冬等のように、簡単に演出を変えることができる調色機能を有する発光装置等が付加価値として求められている。

ここで、調色可能な発光装置の構造については、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。

特許文献１に開示された発光装置１００は、図１０に示すように、パッケージ１０１の凹部１０２に複数のＬＥＤ１１０・１２０を実装し、各ＬＥＤ１１０・１２０間に遮光壁１０３を設けて区画を形成し、各区画に蛍光体の種類を変えた色変換部材１１２・１２２を配置している。これによって、例えば、ＬＥＤ１１０から放射された青色光が、レンズ１１１、凹部１０２及び黄色蛍光体からなる色変換部材１１２を介して出射されることにより、白色色が出射される。一方、ＬＥＤ１２０から放射された青色光が、レンズ１２１、凹部１０２、並びに赤色蛍光体及び緑色蛍光体を含む色変換部材１１２を介して出射されることにより、所謂電球色が出射される。

このように、特許文献１に開示された発光装置１００では、調色機能を得るために各ＬＥＤ１１０・１２０を隔壁構造によって区画化し、複数種類の色の光を個別に切り替えて出射するものとなっている。

特開２００７−８０８８０号公報（２００７年３月２９日公開）

しかしながら、上記従来の発光装置１００では、単一発光装置内にＬＥＤを多数実装する場合、その隔壁構造が複雑になると共に、隔壁が障害となりＬＥＤ間の距離を縮めることができず、発光装置は大型化してしまうという問題点を有している。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、発光素子が高密度に実装された場合において、隔壁を使用せずに所望の調色を行い得る発光装置及びその製造方法を提供することにある。

本発明の発光装置は、上記課題を解決するために、基板と、上記基板に実装された複数の発光素子と、上記複数の発光素子を封止する波長変換材料が混練された第１封止樹脂及び第２封止樹脂とを備えた発光装置において、上記第１封止樹脂は、複数の発光素子を封止しており、上記第２封止樹脂は、他の複数の発光素子を該発光素子の高さよりも高い位置まで覆うように封止し、かつ上記第１封止樹脂に接して該第１封止樹脂の一部又は全部を封止していることを特徴としている。

本発明の発光装置の製造方法は、上記課題を解決するために、基板と、上記基板に実装された複数の発光素子と、上記複数の発光素子を封止する、波長変換材料が混練された第１封止樹脂及び第２封止樹脂とを備えた発光装置の製造方法において、上記基板に閉形状を有する撥液剤パターンを形成する撥液剤パターン形成工程と、上記閉形状を有する撥液剤パターンの内側及び外側に複数の発光素子を実装する実装工程と、上記閉形状を有する撥液剤パターンの内側に上記第１封止樹脂を塗布する塗布工程と、上記複数の発光素子を全て囲うように反射壁を形成する反射壁形成工程と、上記反射壁の内側に第２封止樹脂を上記発光素子の高さよりも高い位置まで覆うように塗布する塗布工程とを含むことを特徴としている。

上記の発明によれば、発光装置は、基板と、上記基板に実装された複数の発光素子と、上記複数の発光素子を封止する、波長変換材料が混練された第１封止樹脂及び第２封止樹脂とを備えている。

ところで、このような発光装置において、発光素子が基板に高密度に実装された場合、第１封止樹脂及び第２封止樹脂がそれぞれの発光素子の周囲を充分に覆うことができなくなる。その結果、所望の調色を行うことができないという問題が発生する。

そこで、本発明では、上記第１封止樹脂は、複数の発光素子を封止しており、上記第２封止樹脂は、他の複数の発光素子を該発光素子の高さよりも高い位置まで覆うように封止し、かつ上記第１封止樹脂に接して該第１封止樹脂の一部又は全部を封止している。したがって、本発明では、第１封止樹脂と第２封止樹脂との間には、隔壁を設けていない。

本発明では、この構成により、第１封止樹脂に封止された発光素子は、該発光素子が第１封止樹脂に充分に覆われなくても第２封止樹脂に覆われることになる。また、第２封止樹脂に封止された発光素子は、その発光素子の高さよりも高い位置まで第２封止樹脂に覆われるので、封止が不十分となることはない。

この結果、本発明では、第１封止樹脂に覆われた発光素子のみを発光させた場合には、第１封止樹脂に含まれる波長変換材料により特定される光波長を放出する。また、第２封止樹脂に覆われた発光素子のみを発光させた場合には、第２封止樹脂に含まれる波長変換材料により特定される光波長を放出することができる。さらに、第１封止樹脂に覆われた発光素子と第２封止樹脂に覆われた発光素子とを同時に発光させた場合は、両者から放出された光がミキシングされることによって、中間色を再現することができる。この結果、発光素子が基板に高密度に実装された場合においても、所望の調色が可能な発光装置となる。

したがって、発光素子が高密度に実装された場合において、隔壁を使用せずに所望の調色を行い得る発光装置及びその製造方法を提供することができる。

本発明の発光装置では、前記第１封止樹脂は、外周が撥液剤パターンによって形状保持されていることが好ましい。

これにより、第１封止樹脂の広がりは撥液剤パターンによって抑制され、第１封止樹脂は、撥液剤パターンの内側だけに配置形成される。また、第１封止樹脂の高さはその樹脂量によって制御することが容易になる。

また、例えば、第１封止樹脂及び第２封止樹脂の高さを低く形成することによって、一方の発光素子が発光したときに隣接する封止樹脂へ入光して波長変換される量を抑制することができる。その結果、各封止樹脂に含まれる波長変換材料を独立して調整することが容易となる。

本発明の発光装置では、前記第１封止樹脂に混練された波長変換材料は、前記第２封止樹脂に混練された波長変換材料よりも相対的に長い波長の２次光を発することが好ましい。

すなわち、例えば蛍光体等の波長変換材料は、短波長光を吸収してより長波長の光へ変換する性質を有している。そのため、本発明では、第１封止樹脂に覆われた発光素子の放射光は、第１封止樹脂において相対的に長い波長の２次光へ変換された後に第２封止樹脂へ再入光することになるが、既に長波長へ変換されているために第２封止樹脂において変換される量は少量となる。

この結果、第１封止樹脂に覆われた発光素子の発光色を決定する因子は第１封止樹脂に含まれた波長変換材料が支配的となるので、独立した調整が容易となる。

本発明の発光装置では、前記第１封止樹脂の縦断面形状は、半円形状であることが好ましい。

これにより、第２封止樹脂に覆われた発光素子の２次光が第１封止樹脂へ再入光するクロストーク量を極力抑制することができる。したがって、各封止樹脂に含まれる波長変換材料を独立して調整することが容易となる。

本発明の発光装置では、前記第２封止樹脂の表面形状は、凹凸形状となっていることが好ましい。

これにより、第２封止樹脂に覆われた発光素子の２次光のうち、第２封止樹脂と空気層との界面において全反射する光を減らすことができる。この結果、第１封止樹脂へ再入光するクロストーク量を極力抑制することができることになるので、各封止樹脂に含まれる波長変換材料を独立して調整することが容易となる。

本発明の発光装置は、以上のように、第１封止樹脂は、複数の発光素子を封止しており、第２封止樹脂は、他の複数の発光素子を該発光素子の高さよりも高い位置まで覆うように封止し、かつ上記第１封止樹脂に接して該第１封止樹脂の一部又は全部を封止しているものである。

また、本発明の発光装置の製造方法は、以上のように、基板に閉形状を有する撥液剤パターンを形成する撥液剤パターン形成工程と、上記閉形状を有する撥液剤パターンの内側及び外側に複数の発光素子を実装する実装工程と、上記閉形状を有する撥液剤パターンの内側に上記第１封止樹脂を塗布する塗布工程と、上記複数の発光素子を全て囲うように反射壁を形成する反射壁形成工程と、上記反射壁の内側に第２封止樹脂を上記発光素子の高さよりも高い位置まで覆うように塗布する塗布工程とを含む方法である。

それゆえ、発光素子が高密度に実装された場合において、隔壁を使用せずに所望の調色を行い得る発光装置及びその製造方法を提供するという効果を奏する。

（ａ）は本発明における実施の形態１に係る発光装置を示すものであって、発光装置としてのＬＥＤ発光装置における樹脂封止前の構成を示す平面図であり、（ｂ）はＬＥＤ発光装置の樹脂封止後の全体構成を示す平面図であり、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ線矢視断面図である。 （ａ）は本発明における実施の形態１に係る発光装置を示すものであって、理想的なＬＥＤ発光装置の要部構成を示す断面図であり、（ｂ）は理想的なＬＥＤ発光装置の発光スペクトル強度分布を示す波形図である。 （ａ）は本発明における実施の形態１に係る発光装置を示すものであって、封止樹脂によるＬＥＤチップの封止が不十分な場合のＬＥＤ発光装置の要部構成を示す断面図であり、（ｂ）は上記ＬＥＤ発光装置の発光スペクトル強度分布を示す波形図である。 （ａ）は本発明における実施の形態１に係る発光装置を示すものであって、ＬＥＤ発光装置の要部構成を示す断面図であり、（ｂ）は上記ＬＥＤ発光装置の発光スペクトル強度分布を示す波形図である。 （ａ）〜（ｄ）は、本発明における実施の形態１に係る発光装置を示すものであって、ＬＥＤチップの表面高さと第１封止樹脂の表面高さと第２封止樹脂の表面高さとの関係を変化させたときの電球色スペクトル、昼白色の蛍光体温度及び評価を示す説明図である。 （ａ）〜（ｆ）は、本発明における実施の形態１に係る発光装置を示すものであって、上記ＬＥＤ発光装置の製造方法を示す説明図である。 （ａ）は本発明における実施の形態１に係る発光装置を示すものであって、ＬＥＤ発光装置の要部構成を示す断面図であり、（ｂ）は本発明における実施の形態２に係る発光装置を示すものであって、発光装置としてのＬＥＤ発光装置の要部構成を示す断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、本発明における実施の形態２に係る発光装置を示すものであって、上記ＬＥＤ発光装置の製造方法を示す断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明における実施の形態３に係る発光装置を示すものであって、上記ＬＥＤ発光装置の製造方法を示す断面図である。 （ａ）は従来の発光装置の構成を示す斜視図であり、（ｂ）は上記発光装置の構成を示す断面図である。

〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について図１〜図６に基づいて説明すれば、以下のとおりである。

（ＬＥＤ発光装置の構成）
最初に、本実施の形態の発光装置としてのＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）発光装置の構成を、図１（ａ）〜（ｃ）に基づいて説明する。図１（ａ）は電極配線パターンが反射壁により封止される前、かつＬＥＤチップが第１封止樹脂及び第２封止樹脂によって封止される前のＬＥＤ発光装置の構成を示す平面図であり、図１（ｂ）はＬＥＤ発光装置の全体構成を示す平面図であり、図１（ｃ）は、（ｂ）のＡ−Ａ線矢視断面図である。

本実施の形態のＬＥＤ発光装置１０は、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、基板１と、青色光を放出する発光素子としてのＬＥＤチップ２と、ワイヤ３と、ボンディングペースト４と、撥液剤パターン５と、第１蛍光体を含有した第１封止樹脂６と、第２蛍光体を含有した第２封止樹脂７と、２対の電極８と、電極配線パターン９と、反射壁１１とから主に構成されている。

本実施の形態では、図１（ａ）に示すように、基板１の上に複数の発光素子としてのＬＥＤチップ２が高密度に配置されている。

上記基板１は、ＬＥＤチップ２が実装されるセラミック基板であり、大きさは例えば図中Ｘ方向２４ｍｍ×Ｙ方向２０ｍｍとなっている。この基板１は、例えばガラス基板又はプリント基板等を用いることができるが、特に限定されるものはない。

上記複数のＬＥＤチップ２は、上記基板１において、例えば、Ｘ軸と平行した方向に１２個直列接続されており、この直列接続ＬＥＤチップ群はＹ軸方向に合計１４本存在する。また、その直列接続ＬＥＤチップ群に含まれるＬＥＤチップ２の数は全て同数になるように構成されている。この理由は、各々のＬＥＤチップ２に極力均一な電力を投入することによって、発光強度ばらつきを抑制するためである。

また、本実施の形態では、前述したＹ方向の総１４本の直列接続ＬＥＤチップ群は２本を１セットとして交互に電極配線パターン９に接続されている。したがって、本構造では、１４本の直列接続ＬＥＤチップ群において、６本と８本とは別々の電極８に接続されており、６本の直列接続ＬＥＤチップ群と８本の直列接続ＬＥＤチップ群とを個別に発光させることが可能となっている。

上記電極配線パターン９は、基板１上において２対の電極８・８を備えていると共に、Ｘ方向１５ｍｍ×Ｙ方向１３ｍｍの長方形内に形成されている。

ここで、ＬＥＤチップ２は、Ｘ方向０．７ｍｍ×Ｙ方向０．５ｍｍ×高さ方向０．１４ｍｍの大きさである。したがって、１６８個のＬＥＤチップ２が、Ｘ方向１．０ｍｍ、Ｙ方向０．８ｍｍの間隔で規則正しくボンディングペースト４によって基板１上に固着されている。

尚、本実施の形態では、発光素子は、必ずしもＬＥＤチップ２に限らず、例えば、半導体レーザ、有機ＥＬ素子等の他の発光素子を用いることも可能である。

次に、本実施の形態のＬＥＤ発光装置１０では、図１（ｂ）に示すように、上記ＬＥＤチップ２及び電極配線パターン９は、図１（ｂ）に示すように、白色の高反射性樹脂からなる反射壁１１によって周囲を封止されている。

そして、反射壁１１内では、上記１４本の直列接続されたＬＥＤチップ群のうちの８本に含まれるＬＥＤチップ２を第１封止樹脂６によって封止し、残りの６本に含まれるＬＥＤチップ２を第２封止樹脂７によって封止している。正確には、第１封止樹脂６に覆い被さるように第２封止樹脂７が形成されているため、図１（ｂ）に示すＬＥＤ発光装置１０の第１封止樹脂６は、第２封止樹脂７から透けて見えた状態となっている。

上記第１封止樹脂６及び第２封止樹脂７は、それぞれ、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ変性シリコーン樹脂、アルキッド変性シリコーン樹脂、アクリル変性シリコーン樹脂、ポリエステル変性シリコーン樹脂、フェニルシリコーン樹脂等のシリコーン樹脂、又はエポキシ樹脂、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ウレタン樹脂等の透明樹脂から形成されている。尚、第１封止樹脂６及び第２封止樹脂７は、それぞれ、透明であることが好ましいが、ＬＥＤチップ２の発光、及び各封止樹脂中の後述する蛍光体の発光の大部分を透過することができれば、必ずしも透明である必要はない。

また、第１封止樹脂６及び第２封止樹脂７を構成する透明樹脂は、透過率が高いほど好ましく、屈折率は外部（空気）との屈折率差が小さいことが望ましい。

本実施の形態では、図１（ｃ）に示すように、上記第１封止樹脂６の外周に沿ってフッ素を主成分とする撥液剤パターン５が配置されている。

上記撥液剤パターン５は、第１封止樹脂６を形成するときに、該第１封止樹脂６の広がりを抑制するための堰となるパターンである。この目的のために、撥液剤パターン５は、少なくともセラミックからなる基板１の表面に対する接触角（撥液性）よりも第１封止樹脂６に対する接触角（撥液性）が大きいことが望ましい。これにより、後述する第１封止樹脂塗布工程において、第１封止樹脂６が撥液剤パターン５よりも外側に広がらないように、第１封止樹脂６の広がりを留めると共に、その水平断面形状を半円状に保持することが容易となる。

上記撥液剤パターン５の線幅は例えば０．２ｍｍ〜０．３ｍｍであり、近接するＬＥＤチップ２の間に印刷されている。上記撥液剤パターン５に用いるフッ素系材料としては、例えば公知の撥油性のコーティング剤等を用いることができる。具体例としては、商品名「マーベルコート（菱光化学社製、型番：ＲＦＨ−０５Ｈ）」等が挙げられる。尚、撥液剤パターン５は第２封止樹脂７に覆われた構造になっているが、必ずしもこれに限らず、撥液剤パターン５が第２封止樹脂７を塗布する前にプラズマ処理によって除去されていても構わない。

（理想的なＬＥＤ発光装置）
一般的に、ＬＥＤチップ２が疎に配置されたＬＥＤ発光装置においては、図２（ａ）に示すように、ＬＥＤチップ２の周囲が充分に封止樹脂に覆われた構造であり、さらに、第１封止樹脂６と第２封止樹脂７とが撥液剤パターン５によって隔離形成された構造が理想的である。

上記理想的なＬＥＤ発光装置では、ＬＥＤチップ２の放出光は各々の第１封止樹脂６又は第２封止樹脂７によって配光ムラのない２次光へ変換されると共に、隣接封止樹脂に対するクロストーク量が少なくなる。そして、目的の発光色を得るために各封止樹脂に含有する蛍光体の種類及び混入比率等を個別に調整することができ、さらに、色度合わせ作業の時間短縮や色度ばらつきの低減が可能になる。尚、図２（ａ）に示す断面構造では、第１封止樹脂６又は第２封止樹脂７により封止されているＬＥＤは２個（２列）ずつとなっているが１個（１列）ずつでも構わない。

この条件において、第１封止樹脂６によって変換された２次光が電球色（約２７００Ｋ、Ｒａ＞９０）を発すると共に、第２封止樹脂７によって変換された２次光が昼白色（約７０００Ｋ、Ｒａ＞９０）を発するように蛍光体を混練したときの発光スペクトル強度分布を、図２（ｂ）に示す。尚、本実施の形態では、全ての発光色温度において高い演性色（Ｒａ＞９０）が要求されるＬＥＤ発光装置について記述する。

理想的なＬＥＤ発光装置では、演色性Ｒａ＞９０を達成するために、第１封止樹脂６と第２封止樹脂７とは緑色蛍光体（ピーク波長５４０ｎｍ付近）と赤色蛍光体（ピーク波長６２０ｎｍ付近及び６５０ｎｍ付近）とを異なる混入比率で使用している。図２（ｂ）から判るように、電球色は赤色６４０ｎｍ付近の波長強度が相対的に強いのに対して昼白色は青色４５０ｎｍ付近の波長強度が強い発光スペクトル分布を示す。青色波長の強度を比較すると、電球色における青色波長の強度は、昼白における青色波長の強度に対して１０〜２０％の強度に留まっている。

（発光素子が高密度に実装された場合の課題）
しかしながら、本実施の形態のように、ＬＥＤチップ２が高密度に配置されたＬＥＤ発光装置１０において、前述のような隔離構造を形成しようとすると、図３（ａ）に示すように、撥液剤パターン５とＬＥＤチップ２との間の距離が約０．３ｍｍと非常に短くなってしまい、ＬＥＤチップ２の周囲を充分に覆うことができなくなる。その結果、ＬＥＤチップ２を覆う樹脂量は前述したＬＥＤチップ２を疎に配置した場合に比べて少なくなるため、図２（ａ）の場合と同様に、第１封止樹脂６から電球色（約２７００Ｋ、Ｒａ＞９０）を発光させようとすると、第１封止樹脂６に含まれる蛍光体量を増加（高濃度化）させる必要がある。

しかし、そのような手段を取った場合でも、樹脂の薄いＬＥＤチップ２のエッジ付近から、蛍光体によって２次光へ変換される前の青色光が常に一定量放出されてしまう。そのため、約３５００Ｋ（Ｒａ＞９０）よりも低い色温度を再現することができないという課題が発生する。

ここで、色温度は演色性Ｒａに大きく依存するため、Ｒａ＜９０の条件においてはＲａ＞９０において再現できる範囲よりも広い色温度域を再現することができる。しかし、それでも直接放出される青色光の量はやはり一定量存在するため、より低い温度域が制限されることには変わりない。

一方、第２封止樹脂７から昼白色（約７０００Ｋ以上、Ｒａ＞９０）を発光させる場合は多量の青色光を必要とするため、直接放出される青色光を利用することによって、再現可能である。

（新たな課題に対する解決策）
本実施の形態のＬＥＤ発光装置１０では、上述した、樹脂の薄いＬＥＤチップ２のエッジ付近から直接放出される青色光が原因となって３５００Ｋ（Ｒａ＞９０）よりも低い色温度の電球色を再現することができないという新たな課題を解決する方法として、図４（ａ）にも示すように、第１封止樹脂６と第２封止樹脂７とを隔離形成するのではなく、第１封止樹脂６に接するように第２封止樹脂７を形成している。

上記構成のＬＥＤ発光装置１０の効果を、図３（ｂ）と図４（ｂ）との比較により説明する。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す構成のＬＥＤ発光装置における電球色の発光スペクトル分布を示す波形図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）に示す本実施の形態のＬＥＤ発光装置１０における電球色の発光スペクトル分布を示す波形図である。詳細には、図３（ｂ）及び図４（ｂ）は、第２封止樹脂７のそれぞれの形成方法において、第１封止樹脂６から電球色が発光し、第２封止樹脂７から昼白色が発光するように蛍光体を混練した際の電球色の発光スペクトル分布を示している。また、図３（ｂ）及び図４（ｂ）の各破線は第１封止樹脂６（電球色）だけを形成した状態において第１封止樹脂に覆われたＬＥＤチップ２のみを発光させた場合を示し、実線は第１封止樹脂６（電球色）に加えて第２封止樹脂７（昼白色）を形成した状態において第１封止樹脂６に覆われたＬＥＤチップ２のみを発光させた場合に該当する。ここで示すスペクトル分布は、青色光の影響を説明するためのものであり、必ずしもＲａ＞９０の条件を満たしていない。

まず、図３（ａ）示すように、第２封止樹脂７（昼白色）を隔離形成した場合、図３（ｂ）に示すように、破線にて示す第１封止樹脂６のみに対して実線にて示す第１封止樹脂６＋第２封止樹脂７のみの場合は、直接放出された青色光のごく一部が隣の第２封止樹脂７（昼白色）に入光して昼白色成分へ変換されることにより青色光強度が２５％程度減少している。しかしながら、依然として直接放射される青色光の相対強度が強いため、図２（ｂ）に示す理想的な電球色のスペクトル分布とは異なる。

これに対して、本実施の形態のＬＥＤ発光装置１０では、図４（ａ）に示すように、第２封止樹脂７（昼白色）を隣接形成しているので、図４（ｂ）に示すように、破線にて示す第１封止樹脂６のみに対して実線にて示す第１封止樹脂６＋第２封止樹脂７のみの場合は、直接放射された青色光の多くが隣接する第２封止樹脂７（昼白）に入光して昼白色成分へ変換される。この変換では、青色光の発光強度が７０％程度吸収され、緑色光と赤色光の発光強度が各蛍光体の変換効率相当分だけ増加する。この結果、青色光が大幅に減少することで理想的な電球色のスペクトル分布が得られる。

（昼白色を得るための好ましい高さ条件）
次に、本実施の形態のＬＥＤ発光装置１０における第１封止樹脂６（電球色）に接するように形成された第２封止樹脂７（昼白色）の高さと電球色（２７００Ｋ、Ｒａ＞９０）の再現性との関係について、図５（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に基づいて説明する。図５（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、図５（ａ）から図５（ｄ）の順に、第２封止樹脂７（昼白色）の高さを増加させた状態における第２封止樹脂７（昼白色）の高さと電球色（２７００Ｋ、Ｒａ＞９０）の再現性との関係を示す説明図である。

まず、図５（ａ）に示すように、ＬＥＤチップ２の表面よりも低い高さ（約０．１４ｍｍ以下）に第２封止樹脂７が形成された場合には、第１封止樹脂６に覆われたＬＥＤチップ２のエッジから直接多量の青色光が放射されることになり電球色（２７００Ｋ、Ｒａ＞９０）を再現することはできない。

次に、図５（ｂ）に示すように、ＬＥＤチップ２の表面よりも高く（約０．１４〜０．３５ｍｍ）第２封止樹脂７が形成された場合には、第１封止樹脂に覆われたＬＥＤチップエッジから放射された青色光を第２封止樹脂によって変換・抑制することが可能であり、電球色を再現することができる。ただし、ＬＥＤチップ２の表面から空気層界面までの距離は非常に短くなっており、この間に青色光を充分に変換させるためには第２封止樹脂７の蛍光体濃度は３５．６[ｗｔ％]必要となる。この濃度未満の場合は、やはり青色光の変換・抑制される量が充分ではなく、青色光成分が多くなってしまい電球色を再現することができない。さらに、ＬＥＤチップ２のワイヤ３は第２封止樹脂７から露出されているため耐久性は悪く、保護するためには蛍光体を混練していないシリコーン樹脂や光学レンズ等を上部に被せる必要がある。

次に、図５（ｃ）に示すように、ＬＥＤチップ２のワイヤ３よりも高く、かつ、第１封止樹脂６の高さよりも低く（約０．３５〜０．４５ｍｍ）第２封止樹脂７が形成されている場合には、図５（ｂ）と比較して第２封止樹脂７の体積（光路長）が増加しているため、同じ電球色を再現するためには昼白色の蛍光体濃度を図５（ｂ）よりも減少させればよい。図５（ｂ）の蛍光体濃度と等しくしてしまうと、光路長が長くなる分、青色光が過剰に抑制されるので、２７００Ｋよりも低い色温度の電球色を再現できることになる。

しかし、一方で、第２封止樹脂に覆われたＬＥＤチップのみを発光させた場合(昼白色発光)も光路長が長くなると共に、蛍光体濃度も高いため、昼白色（７０００Ｋ以上、Ｒａ＞９０）を再現できなくなるという問題が発生する。単一の発光装置１００において各樹脂を発光させて電球色（２７００Ｋ、Ｒａ＞９０）と昼白色（７０００Ｋ以上、Ｒａ＞９０）とを含む広い色温度域を再現するためには、各樹脂の体積量（特に光路長）に応じて蛍光体濃度を調整する必要がある。図５（ｃ）においてはＬＥＤチップ２のワイヤ３が第２封止樹脂７によって埋没、保護されているため、図５（ｂ）に比べて耐久性も向上している。ただし、第１封止樹脂６が第２封止樹脂７よりも高い構造となっているため、第１封止樹脂６は隔壁として第２封止樹脂７の領域を分断している。そのため、分断された第２封止樹脂７の領域にディスペンサ等の塗布手段によって樹脂を個別に塗布する必要が生じてしまい、各領域の塗布量ばらつきがＬＥＤ発光装置１０の色度ムラとして現われてしまう。

次に、図５（ｄ）に示すように、第１封止樹脂６よりも高く、かつ、反射壁１１と同程度の高さに第２封止樹脂７が形成されている（０．４５〜１．０ｍｍ）場合には、第２封止樹脂７の体積は図５（ｃ）の場合よりも多くなる。このため、電球色（２７００Ｋ、Ｒａ＞９０）及び昼白色（７０００Ｋ以上、Ｒａ＞９０）を満たす蛍光体濃度は１０．６[ｗｔ％]となる。このとき、第２封止樹脂７の領域は１つに繋がっているため塗布量ばらつきは少なく、ＬＥＤ発光装置１０の色度ムラが抑制される。また、反射壁１１内の中心付近へディスペンサ等の塗布手段によって第２封止樹脂７を塗布することにより、自然と塗布位置を中心とした円状に濡れ広がることができる。この結果、塗布位置のアライメント精度を必要としない。また、複数回に分割して塗布する必要がなくなるので、工程時間の短縮と塗布量ばらつきによる色度ムラの抑制とが可能となる。

（ＬＥＤ発光装置の製造方法）
次に、上記構成の本実施の形態におけるＬＥＤ発光装置１０の製造方法について、図６（ａ）〜（ｆ）に基づいて説明する。図６（ａ）〜（ｆ）は、ＬＥＤ発光装置１０の製造工程を示す断面図、及びそれに対応する平面図である。

まず、図６（ａ）に示すように、２対の電極８と電極配線パターン９を有する基板１を準備する。

次いで、図６（ｂ）に示すように、撥液剤パターン形成工程において、ＬＥＤチップ２が実装される基板１上に閉じられた区画領域を形成するように、透明の撥液インクを塗布することによって、撥液剤パターン５を形成する。尚、撥液剤パターン５は、例えばフレキソ印刷等によって形成することができる。

次に、図６（ｃ）に示すように、実装工程において、ＬＥＤチップ２を基板１上に実装する。このとき、前述した撥液剤パターン５によって閉じられた複数の区画領域内のＬＥＤチップ２は一対の電極８に全て導通するようにワイヤ３によって電極配線パターン９に接続される。区画領域外のＬＥＤチップ２はもう１対の電極８にすべて導通するように同様に接続される。

その後、図６（ｄ）に示すように、第１封止樹脂の塗布工程において、撥液剤パターン５によって形成された区画領域の内側におけるＬＥＤチップ２の周囲に蛍光体を混練した第１封止樹脂６を塗布する。

ここで、撥液剤パターン５内におけるＬＥＤチップ２が搭載された領域は、第１封止樹脂６に対する濡れ性の高い親液性領域である。一方、撥液剤パターン５は、第１封止樹脂６に対する濡れ性の低い撥液性領域である。これにより、撥液剤パターン５内のＬＥＤチップ２の周囲に第１封止樹脂６を塗布すると、第１封止樹脂６は、基板１上を拡がり、撥液剤パターン５の内壁面に接する。すなわち、撥液剤パターン５が、第１封止樹脂６の拡がりを堰き止める。このため、第１封止樹脂６の塗布量が撥液剤パターン５内に収まる程度であれば、第１封止樹脂６の外縁部の全域が、撥液剤パターン５の内側面に当接した状態となる。第１封止樹脂６の塗布量は、第１封止樹脂６が撥液剤パターン５を越えて、撥液剤パターン５の外へ出ない程度であればよい。

このようにして、撥液剤パターン５が第１封止樹脂６の拡がりを制御する結果、硬化後の第１封止樹脂６の断面が半円状になる。

また、本実施の形態のように、ＬＥＤチップ２が密に配置されたＬＥＤ発光装置１０においては、図６（ｄ）に示すように、ＬＥＤチップ２を一列ずつ塗布するのではなく、二列を一度に塗布するのが好ましい。これは、一列毎に撥液剤パターン５を形成した場合、ＬＥＤチップ２が密に配置されているためにＬＥＤチップ２を完全に覆うような半円形状を形成することが困難になるからである。また、二列を一度に塗布することによって、塗布ニードルの位置ズレに対する許容幅も広く確保することができる。第１封止樹脂６の形成後は、撥液剤パターン５をプラズマ処理装置等によって除去しても問題はない。

第１封止樹脂６の焼成仮硬化後の次は、図６（ｅ）に示す反射壁塗布工程である。反射壁塗布工程では、反射壁１１を電極配線パターン９に沿って塗布することによって、電極配線パターン９及びワイヤ３接点を保護する。第１封止樹脂塗布工程と反射壁塗布工程とは順序を逆にしてもよい。しかし、第１封止樹脂６が反射壁１１の近接部において決壊することを防ぐために、第１封止樹脂６を先に塗布し、仮硬化させる方が好ましい。

最後に、第２封止樹脂の塗布工程において、反射壁１１の内側に蛍光体を混練した第２封止樹脂７を塗布する。図６（ｆ）に示すように、塗布ニードルを略中心に配置して一括吐出で第１封止樹脂６を覆うように塗布する。これにより、反射壁１１によって仕切られた領域内を均一に拡がることができるので、工程の簡易化に繋がる。ただし、第１封止樹脂６が大気中に露わになるように、複数の第１封止樹脂６の各隙間に第２封止樹脂７を個別に塗布しても構わない。

このように、本実施の形態のＬＥＤ発光装置１０は、基板１と、基板１に実装された複数のＬＥＤチップ２と、複数のＬＥＤチップ２を封止する、波長変換材料が混練された第１封止樹脂６及び第２封止樹脂７とを備えている。

ところで、このようなＬＥＤ発光装置１０において、ＬＥＤチップ２が基板１に高密度に実装された場合、第１封止樹脂６及び第２封止樹脂７がそれぞれのＬＥＤチップ２の周囲を充分に覆うことができなくなる。その結果、所望の調色を行うことができないという問題が発生する。

そこで、本実施の形態では、第１封止樹脂６は、複数のＬＥＤチップ２を封止しており、第２封止樹脂７は、他の複数のＬＥＤチップ２を該ＬＥＤチップ２の高さよりも高い位置まで覆うように封止し、かつ第１封止樹脂６に接して該第１封止樹脂６の一部又は全部を封止している。したがって、本実施の形態では、第１封止樹脂６と第２封止樹脂７との間には、隔壁を設けていない。

本実施の形態では、この構成により、第１封止樹脂６に封止されたＬＥＤチップ２は、該ＬＥＤチップ２が第１封止樹脂６に充分に覆われなくても第２封止樹脂７に覆われることになる。また、第２封止樹脂７に封止されたＬＥＤチップ２は、そのＬＥＤチップ２の高さよりも高い位置まで第２封止樹脂７に覆われるので、封止が不十分となることはない。

この結果、本実施の形態では、第１封止樹脂６に覆われたＬＥＤチップ２のみを発光させた場合には、第１封止樹脂６に含まれる波長変換材料により特定される光波長を放出する。また、第２封止樹脂７に覆われたＬＥＤチップ２のみを発光させた場合には、第２封止樹脂７に含まれる波長変換材料により特定される光波長を放出することができる。さらに、第１封止樹脂６に覆われたＬＥＤチップ２と第２封止樹脂７に覆われたＬＥＤチップ２とを同時に発光させた場合は、両者から放出された光がミキシングされることによって、中間色を再現することができる。この結果、ＬＥＤチップ２が基板１に高密度に実装された場合においても、所望の調色が可能なＬＥＤ発光装置１０となる。

したがって、ＬＥＤチップ２が高密度に実装された場合において、隔壁を使用せずに所望の調色を行い得るＬＥＤ発光装置１０を提供することができる。

また、本実施の形態のＬＥＤ発光装置１０では、第１封止樹脂６は、外周が撥液剤パターン５によって形状保持されている。

これにより、第１封止樹脂６の広がりは撥液剤パターン５によって抑制され、第１封止樹脂６は、撥液剤パターン５の内側だけに配置形成される。また、第１封止樹脂６の高さはその樹脂量によって制御することが容易になる。さらに、第１封止樹脂６に隣接する第２封止樹脂７はＬＥＤチップ２を囲う反射壁１１によって形状保持されるため、第１封止樹脂６と同様に第２封止樹脂７の高さもその樹脂量によって制御することが容易である。

また、例えば、第１封止樹脂及び第２封止樹脂の高さを低く形成することによって、一方の発光素子が発光したときに隣接する封止樹脂へ入光して波長変換される量を抑制することができる。その結果、各封止樹脂に含まれる波長変換材料を独立して調整することが容易となる。

また、本実施の形態のＬＥＤ発光装置１０では、第１封止樹脂６に混練された波長変換材料は、第２封止樹脂７に混練された波長変換材料よりも相対的に長い波長の２次光を発する。

すなわち、例えば蛍光体等の波長変換材料は、短波長光を吸収してより長波長の光へ変換する性質を有している。そのため、本実施の形態では、第１封止樹脂６に覆われたＬＥＤチップ２の放射光は、第１封止樹脂６において相対的に長い波長の２次光へ変換された後に第２封止樹脂７へ再入光することになるが、既に長波長へ変換されているために第２封止樹脂７において変換される量は少量となる。

この結果、第１封止樹脂６に覆われたＬＥＤチップ２の発光色を決定する因子は第１封止樹脂６に含まれた波長変換材料が支配的となるので、独立した調整が容易となる。

また、本実施の形態のＬＥＤ発光装置１０では、第１封止樹脂６の縦断面形状は、半円形状である。これにより、第２封止樹脂７に覆われたＬＥＤチップ２の２次光が第１封止樹脂６へ再入光するクロストーク量を極力抑制することができる。したがって、各封止樹脂に含まれる波長変換材料を独立して調整することが容易となる。

また、本実施の形態のＬＥＤ発光装置１０の製造方法は、基板１と、基板１に実装された複数のＬＥＤチップ２と、複数のＬＥＤチップ２を封止する、波長変換材料が混練された第１封止樹脂６及び第２封止樹脂７とを備えたＬＥＤ発光装置１０の製造方法である。その製造方法は、基板１に閉形状を有する撥液剤パターン５を形成する撥液剤パターン形成工程と、閉形状を有する撥液剤パターン５の内側及び外側に複数のＬＥＤチップ２を実装する実装工程と、閉形状を有する撥液剤パターン５の内側に第１封止樹脂６を塗布する塗布工程と、複数のＬＥＤチップ２を全て囲うように反射壁１１を形成する反射壁形成工程と、反射壁１１の内側に第２封止樹脂７をＬＥＤチップ２の高さよりも高い位置まで覆うように塗布する塗布工程とを含んでいる。

したがって、ＬＥＤチップ２が高密度に実装された場合において、隔壁を使用せずに所望の調色を行い得るＬＥＤ発光装置１０の製造方法を提供することができる。

〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について図７〜図８に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施の形態のＬＥＤ発光装置２０は、前記実施の形態１のＬＥＤ発光装置１０における第２封止樹脂７の表面に凹凸構造を付した点が異なっている。

本実施の形態のＬＥＤ発光装置２０の構成について、図７（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。図７（ａ）は実施の形態１のＬＥＤ発光装置１０の要部構成を示す断面図であり、（ｂ）は本発明における発光装置の他の実施の形態を示すものであって、発光装置としてのＬＥＤ発光装置２０の要部構成を示す断面図である。

まず、図７（ａ）に示すように、前記実施の形態１のＬＥＤ発光装置１０において、第１封止樹脂６と第２封止樹脂７とをそれぞれ電球色２７００Ｋの発光色と昼白色７５００Ｋの発光色とが得られるように構成したとする。

この場合、この状態で得られる第２封止樹脂７に覆われたＬＥＤチップ２のみの発光光（昼白色発光光）は、第２封止樹脂７の表面の平面形状によって一部の光が空気界面で全反射されて第１封止樹脂６（電球色）へ再入光して色変換された成分も含まれている。全反射された光のさらに一部は反射率の低いＬＥＤチップ２等に吸収される。

そこで、このような問題を解決すべく、本実施の形態のＬＥＤ発光装置２０では、図７（ｂ）に示すように、第２封止樹脂７の表面に凹凸形状としての凹凸構造２１を付与している。このように、凹凸構造２１を付与することにより、空気界面で全反射される量が減少し、空気層へ放出される昼白色成分が増加する。その結果、７５００Ｋよりも高い色温度を再現することができ、さらには無駄な吸収を抑制できるので、光の取出し効率が向上する。言い換えると、蛍光体比率や濃度のレシピを新規に作成しなくても、凹凸構造２１を付与すれば、昼白色温度を一定量増加させることができることを意味している。したがって、凹凸構造２１の大きさや数により色温度の微調整が可能となる。

上記凹凸構造２１の付与したＬＥＤ発光装置２０の製造方法について、図８（ａ）〜（ｄ）に基づいて説明する。図８（ａ）〜（ｄ）は、ＬＥＤ発光装置２０の製造方法を示す断面図である。

すなわち、凹凸構造２１を付与する１つの方法は、図８（ａ）に示すように、第２封止樹脂７を塗布した後、図８（ｂ）に示すように、凹凸構造が形成された型２２を第２封止樹脂７の表面に押し当てた状態で第２封止樹脂７を高温硬化させる。その後、図８（ｃ）に示すように、凹凸構造を形成した型２２を取り外すことによって、凹凸構造２１が第２封止樹脂７の表面に転写される。ここで、型２２は、離型性を良くするために、例えばテフロン（登録商標）系素材から構成されることが好ましい。

このように、本実施の形態のＬＥＤ発光装置２０では、第２封止樹脂７の表面形状は、凹凸形状としての凹凸構造２１が設けられている。

これにより、第２封止樹脂７に覆われたＬＥＤチップ２の２次光のうち、第２封止樹脂７と空気層との界面において全反射する光を減らすことができる。この結果、第１封止樹脂６へ再入光するクロストーク量を極力抑制することができることになるので、各封止樹脂に含まれる波長変換材料を独立して調整することが容易となる。

〔実施の形態３〕
本発明の他の実施の形態について図９に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１及び実施の形態２と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１及び実施の形態２の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施の形態では、凹凸構造２１を有するＬＥＤ発光装置２０の製造方法について、実施の形態２とは異なる製造方法について、図９（ａ）（ｂ）に基づいて説明する。図９（ａ）〜（ｃ）は、上記ＬＥＤ発光装置の製造方法を示す断面図である。

本実施の形態におけるＬＥＤ発光装置２０の凹凸構造２１の付与方法は、図９（ａ）に示すように、第２封止樹脂７を塗布した後、該第２封止樹脂７を高温硬化させる。その後、図９（ｂ）（ｃ）に示すように、事前に図示しない凹凸テフロン（登録商標）型によって成形した凹凸シリコーン樹脂フィルム２３を、同等の屈折率を有するシリコーン樹脂２４等を介して硬化接着する。

このような方法によっても、凹凸構造２１を有するＬＥＤ発光装置２０を製造することができる。

尚、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、ＬＥＤ、半導体レーザ、有機ＥＬ素子等の発光装置及びその製造方法に適用できる。そして、高輝度かつ調光性能を有するため、家庭用から商業用まで幅広い範囲の照明器具等に適用することができる。

１ 基板
２ ＬＥＤチップ（発光素子）
５ 撥液剤パターン
６ 第１封止樹脂
７ 第２封止樹脂
８ 電極
９ 電極配線パターン
１０ ＬＥＤ発光装置
１１ 反射壁
２０ ＬＥＤ発光装置
２１ 凹凸構造（凹凸形状）
２３ 凹凸シリコーン樹脂フィルム
２４ シリコーン樹脂

Claims (6)

1. 基板と、上記基板に実装された複数の発光素子と、上記複数の発光素子を封止する波長変換材料が混練された第１封止樹脂及び第２封止樹脂とを備えた発光装置において、
   上記第１封止樹脂は、複数の発光素子を封止しており、
   上記第２封止樹脂は、他の複数の発光素子を該発光素子の高さよりも高い位置まで覆うように封止し、かつ上記第１封止樹脂に接して該第１封止樹脂の一部又は全部を封止していることを特徴とする発光装置。
2. 前記第１封止樹脂は、外周が撥液剤パターンによって形状保持されていることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
3. 前記第１封止樹脂に混練された波長変換材料は、前記第２封止樹脂に混練された波長変換材料よりも相対的に長い波長の２次光を発することを特徴とする請求項１又は２記載の発光装置。
4. 前記第１封止樹脂の縦断面形状は、半円形状であることを特徴とする請求項１，２又は３記載の発光装置。
5. 前記第２封止樹脂の表面形状は、凹凸形状となっていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光装置。
6. 基板と、上記基板に実装された複数の発光素子と、上記複数の発光素子を封止する波長変換材料が混練された第１封止樹脂及び第２封止樹脂とを備えた発光装置の製造方法において、
   上記基板に閉形状を有する撥液剤パターンを形成する撥液剤パターン形成工程と、
   上記閉形状を有する撥液剤パターンの内側及び外側に複数の発光素子を実装する実装工程と、
   上記閉形状を有する撥液剤パターンの内側に上記第１封止樹脂を塗布する塗布工程と、
   上記複数の発光素子を全て囲うように反射壁を形成する反射壁形成工程と、
   上記反射壁の内側に第２封止樹脂を上記発光素子の高さよりも高い位置まで覆うように塗布する塗布工程とを含むことを特徴とする発光装置の製造方法。

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