JP2014082527A - 発光モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】形態の自由度を確保しつつ均一な色を発する発光モジュールを提供する。
【解決手段】発光モジュール１０において、半導体発光素子１４は、短波長可視光を発光する。半導体発光素子１４は、同一平面上に複数が並設される。光波長変換部材１６は、白色光を出射するよう、半導体発光素子１４が発する光を波長変換する。光波長変換部材１６は、波長変換して発する光の波長範囲が互いの励起波長と異なる第１蛍光体および第２蛍光体を含有する。第１蛍光体は、短波長可視光を励起して黄色光を発する。第２蛍光体は短波長可視光を励起して青色光を発する。第１蛍光体は、励起波長範囲に青色光の波長範囲を含まない。光波長変換部材１６は、複数の半導体発光素子１４を一体的に被覆するようポッティングされた後硬化される。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光モジュールに関し、特に発光素子とその発光素子が発する光を波長変換して出射する光波長変換部材を備える発光モジュールに関する。
現在、白色光を発する白色ＬＥＤ（Light Emitting Diode）が広く用いられている。ここで、例えば青色光を発する半導体発光素子と、青色光によって励起され緑色光を発する蛍光体と、青色光によって励起され赤色光を発する蛍光体を組み合わせることにより、青色光、緑色光、および赤色光の加色混合により白色光を出射する白色ＬＥＤが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この白色ＬＥＤでは、底面に青色光を発する半導体発光素子が配置されたカップに蛍光体を含むバインダーを流し込んで半導体発光素子を被覆している。
一方、このような構造の白色ＬＥＤでは、半導体発光素子からバインダーペーストの出射面までの距離が均一にならないため、半導体発光素子から発せられた光がバインダーペーストを透過するときに波長変換される光量が放射方向によって異なることになる。このため、バインダーペーストが厚い部分は波長変換されて発せられる黄色光が多くなるため黄色く見え、バインダーペーストが薄い部分は黄色光が少なくなるため青色に見えることになり、均一に白色の発光を得ることは困難となる。このように発光モジュールに色むらが生じると、特に照明光源としての用途において高い品質の照明を提供することが困難となる。
このため、蛍光体を含むバインダーペーストの厚さを均一にすべく、例えば、インクジェット印刷法によってＬＥＤチップ上に配置する蛍光物質を形成する発光ダイオードの形成方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。また、例えば、位置決めしたステンシルの開口部にステンシル組成物を堆積させた後ステンシルを除去し、ステンシル組成物を硬化させて製造した発光装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
特開平１０−１０７３２５号公報 特開平１１−４６０１９号公報 特開２００２−１８５０４８号公報
上記特許文献２および３に記載される技術では、発光装置が発する光の色を均一にするために、バインダーペーストの厚さを均一にすることに着目している。しかしながら、バインダーペーストの厚さを均一にしなければならないとすると、バインダーペーストの形状の自由度が低下するおそれがある。これに対し、近年ＬＥＤの用途は益々広範となり、様々な形態のＬＥＤ発光素子の実現が要求されている。このとき、バインダーペーストの形状に制限が設けられると、ＬＥＤの設計自由度が損なわれる可能性がある。特に、互いに離間した複数の半導体発光素子をバインダーペーストで一体的に被覆する場合、単にバインダーペーストの表面を均一な平面としただけでは半導体発光素子の各々からバインダーペーストの出射面までの距離が均一とはならないため、上述の特許文献２および３に記載される技術では均一な色を発する発光モジュールを得ることは困難である。
そこで、本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、形態の自由度を確保しつつ均一な色を発する発光モジュールを提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある態様の発光モジュールは、発光素子と、発光素子が発する光を波長変換して出射する光波長変換部材と、を備える。光波長変換部材は、波長変換して発する光の波長範囲が互いの励起波長と異なる複数の蛍光体を含有し、発光素子を被覆するよう形成される。
この態様によれば、ある蛍光体によって波長変換された光が他の蛍光体によって励起され吸収されることを回避することができる。このため、光波長変換部材の厚みによらず均一な色の光を出射する発光モジュールを得ることができる。
発光素子は、互いに離間して複数並設され、光波長変換部材は、複数の発光素子を一体的に被覆するよう形成されてもよい。
近年、ＬＥＤの照明光源としての用途への要求などにより、より広範な面積を均一な色で発光する発光モジュールの開発が求められている。しかしながら、より広範な面積で発光可能な発光モジュールを実現すべく、互いに離間するよう複数の発光素子を配置した場合、これらを光波長変換部材で一体的に被覆したときに、各々の発光素子から光波長変換部材の出射面までの距離を均一にすることは困難となる。この態様によれば、波長変換して発する光の波長範囲が互いの励起波長と異なる複数の蛍光体を含有する光波長変換部材を用いることにより、複数の発光素子を互いに離間して並設した場合においても、均一な光を発する発光モジュールを実現することができる。
複数の発光素子は、同一平面上に配置されてもよい。
例えば照明光源として複数の発光素子を利用する場合、同一平面上に複数の発光素子を互いに離間して並設する態様が考えられる。また、複数の発光素子を設ける場合、同一基板上に配置することにより基板構成を簡略化できることから、同一平面上に配置することへの要求も高い。しかし、同一平面上に複数の発光素子を互いに離間して並設した場合、同じ視点からすべての発光素子の光を視認することが可能となるため、色ムラが生じた場合に非常に目立つことになる。この態様によれば、複数の発光素子を同一平面上に配置しても、色ムラの発生を抑制することができる。このため、均一な色で光を出射する平面上の発光モジュールを実現することができる。なお、複数の発光素子は、一直線上に並設されてもよく、平面上に散在するよう配置されてもよい。
本発明の別の態様もまた、発光モジュールである。この発光モジュールは、近紫外または短波長可視の波長範囲の光を発する発光素子と、一般式がＭ１Ｏ２・ａ（Ｍ２ １−ｚ，Ｍ４ ｚ）Ｏ・ｂＭ３Ｘ２（但し、Ｍ１はＳｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＳｎからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素、Ｍ２はＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ及びＺｎからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素、Ｍ３はＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ及びＺｎからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素、Ｘは少なくとも１種のハロゲン元素、Ｍ４は希土類元素及びＭｎからなる群より選ばれるＥｕ２＋を必須とする少なくとも１種の元素を示す。ａは０．１≦ａ≦１．３、ｂは０．１≦ｂ≦０．２５、ｚは０．０３＜ｚ＜０．８の範囲である。）で表される第１蛍光体と、発光素子が発する光を波長変換して青色光を発する第２蛍光体と、の双方を含有し、発光素子を被覆するよう形成される光波長変換部材と、を備える。
発明者による鋭意なる研究開発の結果、上記の第１蛍光体と第２蛍光体とは、波長変換して発する光の波長範囲が互いの励起波長と概ね異なることは確認された。したがってこの態様によれば、第１蛍光体および第２蛍光体の一方によって波長変換された光が他方によって励起され吸収されることを回避することができる。このため、光波長変換部材の厚みによらず均一な色の光を出射する発光モジュールを得ることができる。
なお、この態様においても、発光素子は、互いに離間して複数並設され、光波長変換部材は、複数の発光素子を一体的に被覆するよう形成されてもよい。また、複数の発光素子は、同一平面上に配置されてもよい。また、複数の発光素子は、一直線上に並設されてもよく、平面上に散在するよう配置されてもよい。
本発明によれば、形態の自由度を確保しつつ均一な色を発する発光モジュールを提供することができる。
第１の実施形態に係る発光モジュールの構成を示す断面図である。 第１蛍光体の励起、発光スペクトル、および第２蛍光体の発光スペクトルを示す図である。 第１の実施形態に係る発光モジュールと比較例に係る発光モジュールの各々の各項目における値を示す図である。 第１の実施形態に係る発光モジュールの発光スペクトルを示す図である。 比較例の発光モジュールの発光スペクトルを示す図である。 第１の実施形態に係る発光モジュールによる出射光の色度分布を示す図である。 比較例に係る発光モジュールによる出射光の色度分布を示す図である。 第２の実施形態に係る発光モジュールの構成を示す斜視図である。 第２の実施形態に係る発光モジュールと比較例に係る発光モジュールの各々の各項目における値を示す図である。 第２の実施形態に係る発光モジュールの発光スペクトルを示す図である。 比較例の発光モジュールの発光スペクトルを示す図である。 第１の実施形態に係る発光モジュールの発光色度の検出個所を示す図である。 第２の実施形態に係る発光モジュールのａ軸の色度分布を示す図である。 比較例に係る発光モジュールのａ軸の色度分布を示す図である。 第２の実施形態に係る発光モジュールのｂ軸の色度分布を示す図である。 比較例に係る発光モジュールのｂ軸の色度分布を示す図である。 第２の実施形態に係る発光モジュールおよび比較例に係る発光モジュールの双方についての、Ｂ点の色度とＹ点の色度との差を示す図である。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態（以下、実施形態という）について詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る発光モジュール１０の構成を示す断面図である。発光モジュール１０は、支持基板１２、半導体発光素子１４、および光波長変換部材１６を有する。
（１）支持基板
支持基板１２は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）によって形成され、金蒸着によって上面に回路が形成されている。なお、支持基板１２は、例えば、アルミナ、ムライト、ガラスセラミックなどのセラミックや、ガラスエポキシなど、導電性を有しない一方、熱伝導性が高い他の材料によって形成されてもよい。第１の実施形態では、支持基板１２は、長さ６ｍｍ、幅１ｍｍ、厚さ１ｍｍの長方形プレート状に形成されている。
（２）半導体発光素子
第１の実施形態では、半導体発光素子１４として近紫外光または短波長可視光を発光するＬＥＤを採用した。半導体発光素子１４は、例えば１ｍｍ角のチップとして形成され、発する光の中心波長は約４００ｎｍとなるよう設けられている。第１の実施形態では、半導体発光素子１４に、４０２ｎｍにピーク波長を有するＳｅｍｉＬＥＤｓ社製のＭｖｐＬＥＤ（登録商標）ＳＬ−Ｖ−Ｕ４０ＡＣを用いた。なお、半導体発光素子１４がこれに限られないことは勿論であり、例えば半導体レーザーダイオード（ＬＤ）が採用されてもよい。
半導体発光素子１４は、いわゆる縦型チップタイプのものが採用される。なお、半導体発光素子１４に他のタイプのものが採用されてもよいことは勿論であり、例えば半導体発光素子１４にいわゆるフリップチップタイプのものやいわゆるフェイスアップタイプのものが採用されてもよい。
半導体発光素子１４は、支持基板１２上に互いに離間して同一平面上に複数並設される。具体的には、半導体発光素子１４は、２．３ｍｍの間隔をあけて支持基板１２上に２個が直列に実装される。なお、半導体発光素子１４の個数、間隔がこれらに限られないことは勿論である。また、支持基板１２は同一平面以外の面、例えば曲面や段差が設けられた面の各々の段差に設けられてもよい。
（３）光波長変換部材
光波長変換部材１６は、複数の半導体発光素子１４を一体的に被覆するよう形成される。光波長変換部材１６は、波長変換して発する光の波長範囲が互いの励起波長と概ね異なる第１蛍光体および第２蛍光体を含有する。この第１蛍光体および第２蛍光体を透明なバインダーペーストに含有させて蛍光体ペーストを生成し、この蛍光体ペーストを複数の半導体発光素子１４を一体的に被覆するようポッティングし硬化させることにより光波長変換部材１６が形成される。
（４）第１蛍光体
第１蛍光体は、近紫外光または短波長可視光を効率的に吸収する一方、４５０ｎｍ以上の可視光の吸収がほとんどないものを用いる。第１蛍光体は、近紫外光または短波長可視光を波長変換して黄色光を発する黄色蛍光体であり、放射する光のドミナント波長は５６４ｎｍ以上５８２ｎｍ以下のものを用いる。
第１の実施形態では、第１蛍光体として、ＳｉＯ２・１．０（Ｃａ０．５４，Ｓｒ０．３６，Ｅｕ０．１）Ｏ・０．１７ＳｒＣｌ２で表される蛍光体を用いた。第１蛍光体は、原料の混合比においてＳｉＯ２を過剰に添加することで、蛍光体内にクリストバライトを生成させた蛍光体である。
第１蛍光体を製造するにあたって、まず、ＳｉＯ２、Ｃａ（ＯＨ）２、ＳｒＣｌ２・６Ｈ２Ｏ、及びＥｕ２Ｏ３の各原料をこれらのモル比がＳｉＯ２：Ｃａ（ＯＨ）２：ＳｒＣｌ２・６Ｈ２Ｏ：Ｅｕ２Ｏ３＝１．１：０．４５：１．０：０．１３となるように秤量した。次に秤量した各原料をアルミナ乳鉢に入れ約３０分粉砕混合し、原料混合物を得た。この原料混合物をアルミナ坩堝に入れ、還元雰囲気の電気炉で雰囲気（５／９５）の（Ｈ２／Ｎ２）、１０３０℃で５〜４０時間焼成し、焼成物を得た。得られた焼成物を温純水で丹念に洗浄し、第１蛍光体を得た。
なお、第１蛍光体を形成する材料は上記材料に限られず、一般式がＭ１Ｏ２・ａ（Ｍ２ １−ｚ，Ｍ４ ｚ）Ｏ・ｂＭ３Ｘ２で表される他の材料が採用されてもよい。但し、Ｍ１は、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＳｎからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を示す。Ｍ２は、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ及びＺｎからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を示す。Ｍ３は、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ及びＺｎからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素を示す。Ｘは、少なくとも１種のハロゲン元素、Ｍ４は希土類元素及びＭｎからなる群より選ばれるＥｕ２＋を必須とする少なくとも１種の元素を示す。ａは、０．１≦ａ≦１．３の範囲であり、ｂは０．１≦ｂ≦０．２５の範囲であり、ｚは０．０３＜ｚ＜０．８の範囲である。この一般式では、第１の実施形態にて採用した第１蛍光体は、Ｍ１＝Ｓｉ、Ｍ２＝Ｃａ／Ｓｒ（モル比６０／４０）、Ｍ３＝Ｓｒ、Ｘ＝Ｃｌ、Ｍ４＝Ｅｕ２＋、ａ＝０．９、ｂ＝０．１７、Ｍ４の含有量ｃ（モル比）がｃ／（ａ＋ｃ）＝０．１となる。
（５）第２蛍光体
第２蛍光体は、近紫外光または短波長可視光を波長変換して青色光を発する青色蛍光体である。第２蛍光体は、近紫外光または赤色光を効率的に吸収し、ドミナント波長が４４０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の光を放射するものを用いる。第１の実施形態では、第２蛍光体として、（Ｃａ４．６７Ｍｇ０．５）（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ０．０８で表される蛍光体を用いた。なお、第２蛍光体はこれに限られず、以下の一般式で表される蛍光体群の中から選択してもよい。
一般式Ｍ１ａ（Ｍ２Ｏ４）ｂＸｃ：Ｒｅｄ
Ｍ１はＣａ、Ｓｒ、Ｂａのうち一種以上を必須とし、一部をＭｇ、Ｚｎ，Ｃｄ、Ｋ、Ａｇ、Ｔｌからなる群の元素に置き換えることができる。Ｍ２は、Ｐを必須とし、一部をＶ、Ｓｉ、Ａｓ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｂからなる群の元素に置き換えることができる。Ｘは少なくとも１種のハロゲン元素、ＲｅはＥｕ２＋を必須とする少なくとも１種の希土類元素、またはＭｎを示す。また、ａは４．２≦ａ≦５．８、ｂは２．５≦ｂ≦３．５、ｃは０．８＜ｃ＜１．４、ｄは０．０１＜ｄ＜０．１の範囲とされる。
一般式Ｍ１ １−ａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋ ａ
Ｍ１は、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素、ａは０．００１≦ａ≦０．５の範囲とされる。
一般式Ｍ１ １−ａＭｇＳｉ２Ｏ８：Ｅｕ２＋ ａ
Ｍ１は、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素、ａは０．００１≦ａ≦０．８の範囲とされる。
一般式Ｍ１ ２−ａ（Ｂ５Ｏ９）Ｘ：Ｒｅａ
Ｍ１は、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素、Ｘは少なくとも１種のハロゲン元素、ａは０．００１≦ａ≦０．５の範囲とされる。
第２蛍光体を製造するにあたって、まず、ＣａＣＯ３、ＭｇＣＯ３、ＣａＣｌ２、ＣａＨＰＯ４、及びＥｕ２Ｏ３の各原料を、これらのモル比がＣａＣＯ３：ＭｇＣＯ３：ＣａＣｌ２：ＣａＨＰＯ４：Ｅｕ２Ｏ３＝０．４２：０．５：３．０：１．２５：０．０４となるよう秤量し、秤量した各原料をアルミナ乳鉢に入れ約３０分粉砕混合し、原料混合物を得た。この原料混合物をアルミナ坩堝に入れ、２〜５％のＨ２を含むＮ２雰囲気中で、温度８００℃以上１２００℃未満で３時間焼成し、焼成物を得た。得られた焼成物を温純水で丹念に洗浄し、第２蛍光体を得た。
（６）バインダー材料
バインダー材料は、近紫外光または短波長可視光に対して透明、すなわちこれらの光の透過率が９０％以上であり、光耐性が良好な材料を用いる。第１の実施形態では、バインダー材料としてシリコーン樹脂を用いた。具体的には、バインダー材料として、耐光性の良好なジメチルシリコーン樹脂（東レ・ダウコーニング製ＪＣＲ６１２６）を用いた。しかしバインダー材料はこれに限られず、例えばフッ素樹脂、ゾルゲルガラス、アクリル樹脂、無機バインダー、ガラス材料等を用いることができる。
また、第１の実施形態では、シリカ微粒子をチクソ剤としてシリコーン樹脂に分散させてバインダーペーストを生成している。なお、拡散剤、チクソ剤として他の材料が用いられてもよく、例えば二酸化珪素、酸化チタン、酸化アルミニウム、チタン酸バリウムなどの微粒子がバインダーペーストに含められてもよい。
（７）発光モジュールの製造方法
発光モジュール１０を製造するにあたって、まず、予め金蒸着によって陽極および陰極を含む電極パターンを支持基板１２に形成した。次に、ディスペンサーを用いて銀ペースト（エイブルスティック社製：８４−１ＬＭＩＳＲ４）を支持基板１２の陽極上に滴下し、その上に２個の半導体発光素子１４の各々の下面（被支持面）を接着した。こうして銀ペーストを１７５℃環境下で１時間硬化させた。その後、ワイヤとしてφ４５μｍの金ワイヤを、半導体発光素子１４の上面側電極および支持基板１２の陰極にそれぞれ超音波熱圧着にて接合した。
蛍光体ペーストを生成するにあたって、まず第１蛍光体と第２蛍光体とを重量比２：１で混合し、混合蛍光体をジメチルシリコーン樹脂によるバインダー材料に１．８ｖｏｌ％になるように配合した。これを１０ｃｃの軟膏容器に３ｇ以上５ｇ以下充填し、自公転ミキサー（クラボウ製マゼルスター）を用いて公転１２００、自転４００回転で９０秒間混合することにより、蛍光体ペーストを作製した。
この蛍光体ペーストを２．５ｃｃ（塗出口径φ１ｍｍ）のシリンジで半導体素子が隠れるようにポッティングした。さらに１時間１５０℃を維持する加熱処理を施して蛍光体ペーストを硬化させ、光波長変換部材１６を形成した。硬化後の光波長変換部材１６は、幅２ｍｍ以上４ｍｍ以下、高さ２ｍｍ以上３ｍｍ以下、長さ約７ｍｍの不定形の形状であった。
図２は、第１蛍光体の励起、発光スペクトル、および第２蛍光体の発光スペクトルを示す図である。図２において、Ｌ１は第１蛍光体が波長変換して発する光の波長範囲を示す発光スペクトル、Ｌ２は第２蛍光体が波長変換して発する光の波長範囲を示す発光スペクトル、Ｅ１は第１蛍光体が波長変換する励起波長範囲を示す励起スペクトルを示す。なお、第２蛍光体の励起スペクトルが第１蛍光体の発光スペクトルと重ならないことは明らかであることから、第２蛍光体の励起スペクトルの図示は省略している。
図２に示すように、第１蛍光体の励起スペクトルＥ１は、第２蛍光体の発光スペクトルＬ２とほとんど重ならない。また、上述のように、第２蛍光体の励起スペクトルもまた、第１蛍光体の発光スペクトルと重ならない。したがって、第１蛍光体と第２蛍光体とは波長変換して発する光の波長範囲が互いの励起波長範囲と概ね異なる。このため、第２蛍光体によって波長変換され発せられる青色光は、第１蛍光体によってほとんど吸収されることなく光波長変換部材１６を通過することができる。また、第１蛍光体によって波長変換され発せられる黄色光もまた、第２蛍光体によってほとんど吸収されることなく光波長変換部材１６を通過することができる。
このため、第１の実施形態に係る光波長変換部材１６によれば、厚さが不均一、すなわち、半導体発光素子１４の発光面から光波長変換部材１６の出射面までの距離が不均一となった場合においても、出射面全体にわたって均一な色で光波長変換部材１６から光を出射させることが可能となる。したがって、ポッティングなどの製法によって光波長変換部材１６を形成した場合においても、均一な色を発する発光モジュールを製造することができる。
図３は、第１の実施形態に係る発光モジュール１０と比較例に係る発光モジュールの各々の各項目における値を示す図である。図４は、第１の実施形態に係る発光モジュール１０の発光スペクトルを示す図であり、図５は、比較例の発光モジュールの発光スペクトルを示す図である。発光モジュール１０の発光特性を確認するため、比較例の発光モジュールの発光特性も調べた。この比較例の発光モジュールでは、第１蛍光体および第２蛍光体に代えて、比較用蛍光体を用いている。比較例の発光モジュールの蛍光体ペーストは、この比較用蛍光体をジメチルシリコーン樹脂に０．７ｖｏｌ％になるように配合している。比較用蛍光体としては、セリウム付活のイットリウムアルミニウムガーネット（化成オプトニクス製Ｐ４６−Ｙ３）を用いた。それ以外は、比較例の発光モジュールの構成は発光モジュール１０と同様である。
発光モジュール１０および比較例の発光モジュールの各々を７００ｍＡの電流で駆動し、その発光特性を調べた。図３において、光束比、および発光効率比の各々は、比較例を１００としたときの比率を表している。図３から分かるように、比較例の発光モジュールに比べ、第１の実施形態に係る発光モジュール１０は、光束および発光効率が高く、しかも演色性が良好なことが分かる。
図６は、第１の実施形態に係る発光モジュール１０による出射光の色度分布を示す図である。図７は、比較例に係る発光モジュールによる出射光の色度分布を示す図である。色彩輝度計としてミノルタ製ＣＡ１５００を用い、発光モジュール１０および比較例に係る発光モジュールの各々のポッティング面を約５０μｍ２で分割した色度分布を調べた。各々の発光モジュールの色度バラツキを評価すべく、図６および図７では、各々の発光モジュールの長手方向の中央線上の色度分布をプロットした。
図６および図７から分かるように、発光モジュール１０はどの部分も同一の色度で発光していることが分かる。これに対し比較例の発光モジュールは、半導体発光素子１４の真上付近では青色を帯びた白色で発光し、半導体発光素子１４の真上から離れるにしたがって黄色を帯びた白色に変化し、色のバラツキも大きいことが分かる。例えば比較例の発光モジュールを照明用の光源として用いた場合、光が照射される場所によって青みがかった白色部分と黄色みがかった白色部分が生じるなどさらに色のバラツキは拡大する。これによって、照明の品質は大きく損なわれる。第１の実施形態に係る発光モジュール１０によれば、このような色のバラツキを抑制することができ、照明された領域を均一な白色で照らし出すことが可能となる。したがって、照明用光源としての用途に発光モジュール１０は特に有用であることが分かる。
以上のように、波長変換して発する光の波長範囲が互いの励起波長と概ね異なる第１蛍光体と第２蛍光体を含有した光波長変換部材１６を用いて半導体発光素子１４を被覆するようポッティングすることにより、色むらの少ない発光モジュールを得ることができる。
（第２の実施形態）
図８は、第２の実施形態に係る発光モジュール３０の構成を示す斜視図である。発光モジュール３０は、ケース３２、発光素子ユニット３４、および光波長変換部材３６を有する。
ケース３２は、透明なポリカーボネートによって、長さ４５ｍｍ、幅８ｍｍ、高さ５ｍｍ、板厚０．２ｍｍの直方体の箱状に形成され、上面のみが開口している。発光素子ユニット３４は、支持基板３８および半導体発光素子４０を含む。支持基板３８は、窒化アルミニウムによって形成され金蒸着によって上面に回路が形成されている点は、第１の実施形態に係る支持基板１２と同様である。支持基板３８は、長さ４０ｍｍ、幅５ｍｍ、厚さ１ｍｍの長方形プレート状に形成されている。
半導体発光素子４０は、第１の実施形態に係る半導体発光素子１４と同様である。第２の実施形態では、支持基板３８上に半導体発光素子４０が５個直列に並設され、発光素子ユニット３４が構成されている。半導体発光素子４０の間隔は５ｍｍとされている。
発光素子ユニット３４はケース３２の内部に収容し、底面に固定した。ケース３２の側面から、発光素子ユニット３４に電流を供給するための給電コードを引き出した。
蛍光体ペーストを生成するにあたって、まず第１蛍光体と第２蛍光体とを重量比２：１で混合し、混合蛍光体をジメチルシリコーン樹脂によるバインダー材料に３．０ｖｏｌ％になるように配合した。混合方法は第１の実施形態と同様である。
この蛍光体ペーストを２．５ｃｃ（塗出口径φ１ｍｍ）のシリンジを用いて、すでに発光素子ユニット３４が底部に固定されたケース３２に充填した。充填後、蛍光体ペーストの上面をスキージにより平坦に整えた。さらに１時間１５０℃を維持する加熱処理を施して蛍光体ペーストを硬化させ、光波長変換部材３６を形成した。
図９は、第２の実施形態に係る発光モジュール３０と比較例に係る発光モジュールの各々の各項目における値を示す図である。図１０は、第２の実施形態に係る発光モジュール３０の発光スペクトルを示す図であり、図１１は、比較例の発光モジュールの発光スペクトルを示す図である。発光モジュール３０の発光特性を確認するため、第２の実施形態についても、比較例の発光モジュールの発光特性を調べた。この比較例の発光モジュールでは、第１蛍光体および第２蛍光体に代えて、比較用蛍光体を用いている。比較用蛍光体の材質は第１の実施形態と同様である。比較例の発光モジュールの蛍光体ペーストは、この比較用蛍光体をジメチルシリコーン樹脂に０．１８ｖｏｌ％になるように配合している。それ以外は、比較例の発光モジュールの構成は発光モジュール１０と同様である。
発光モジュール３０および比較例の発光モジュールの各々を７００ｍＡの電流で駆動し、その発光特性を調べた。図９において、光束比、および発光効率比の各々は、比較例を１００としたときの比率を表している。図９から分かるように、比較例の発光モジュールに比べ、第２の実施形態に係る発光モジュール３０は、光束および発光効率が高く、しかも演色性が良好なことが分かる。
図１２は、第２の実施形態に係る発光モジュール３０の発光色度の検出個所を示す図である。図１２では、発光モジュール３０の上面図を用いて発光モジュール３０の発光色度の検出個所を示している。
発光モジュール３０の発光色度は、端から２番目の半導体発光素子４０に対応する個所について調べた。具体的には、光波長変換部材３６の上面のうちその半導体発光素子４０の中心の鉛直上方個所を原点として、その原点を通過し支持基板３８の延在方向に平行なａ軸上、およびその原点を通過し支持基板３８の延在方向に垂直なｂ軸上の双方について検出個所を移動させながら発光色度を検出し、それぞれの軸について色度分布を調べた。このとき、色彩輝度計としてミノルタ製ＣＡ１５００を用い、光波長変換部材３６の上面の５０μｍ２における色度を検出した。また、半導体発光素子４０の中心の鉛直上方個所であるＢ点、およびＢ点から所定距離（約１ｍｍ）離れたｂ軸上のＹ点の双方においても、色度を検出した。上記と同様の調査を、上述の比較例に係る発光モジュールについても実施した。
図１３は、第２の実施形態に係る発光モジュール３０のａ軸の色度分布を示す図であり、図１４は、比較例に係る発光モジュールのａ軸の色度分布を示す図である。また、図１５は、第２の実施形態に係る発光モジュール３０のｂ軸の色度分布を示す図であり、図１６は、比較例に係る発光モジュールのｂ軸の色度分布を示す図である。
図１３〜図１６から分かるように、第２の実施形態に係る発光モジュール３０では、ａ軸およびｂ軸の双方において、検出個所を移動させた場合においても色度はあまり変化しない。これに対し、比較例に係る発光モジュールでは、ａ軸およびｂ軸の双方において、検出個所を移動させると色度が大きく変化する。具体的には、比較例に係る発光モジュールでは、青から黄色までの色度変動があり、特に半導体発光素子４０の真上周辺では青色を帯びた白色で発光し、半導体発光素子４０の真上から離れていくことで黄色を帯びた白色に変化することが分かる。
図１７は、第２の実施形態に係る発光モジュール３０および比較例に係る発光モジュールの双方についての、Ｂ点の色度とＹ点の色度との差を示す図である。比較例の発光モジュールでは、Ｂ点とＹ点の色差が０．３７１であるのに対し、第２の実施形態に係る発光モジュール３０では０．０９８と約４分の１まで色差が低減することが分かる。
以上のように、波長変換して発する光の波長範囲が互いの励起波長と概ね異なる第１蛍光体と第２蛍光体を含有した光波長変換部材３６を用いて半導体発光素子４０を被覆するようモールド成形することにより、色むらの少ない発光モジュールを得ることができる。
本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、各実施形態の各要素を適宜組み合わせたものも、本発明の実施形態として有効である。また、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を各実施形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれうる。以下、そうした例をあげる。
ある変形例では、複数の半導体発光素子を一直線状ではなく平面上に散在させる。波長変換して発する光の波長範囲が互いの励起波長と異なる複数の蛍光体を含有した光波長変換部材を用いて、これら複数の半導体発光素子を一体的に被覆する。これにより、平面上に広い面積にわたって均一に発光する発光モジュールを得ることが可能となる。
ある別の変形例では、光波長変換部材を半導体発光素子に被覆するとき、発光素子の発光面から光波長変換部材の外面までの距離が不均一となる形状に光波長変換部材を形成する。このとき、光波長変換部材は円柱形状や多角柱形状、円錐形状や多角錐形状に形成されてもよい。このように波長変換して発する光の波長範囲が互いの励起波長と異なる複数の蛍光体を含有した光波長変換部材を用いることにより、光波長変換部材の形状に依存することなく均一な色の光を発する発光モジュールを得ることが可能となる。このため、このように光波長変換部材をこのように様々な形状に形成した場合においても、色むらの少ない発光モジュールを提供することができる。
ある別の変形例では、波長変換して発する光の波長範囲が互いの励起波長と異なる第１の蛍光体、第２の蛍光体、および第３の蛍光体を含有した光波長変換部材を用いて半導体発光素子を被覆することにより発光モジュールが設けられる。第１の蛍光体は、半導体発光素子が発する光を波長変換して青色光を発する。第２の蛍光体は、半導体発光素子が発する光を波長変換して緑色光を発する。第３の蛍光体は、半導体発光素子が発する光を波長変換して赤色光を発する。この態様によっても、青色光、緑色光、赤色光の加色混合によって均一な白色光を発する発光モジュールを提供することが可能となる。
ある別の変形例では、波長変換して発する光の波長範囲が互いの励起波長と異なる複数の蛍光体を含有した光波長変換部材を用いて複数の半導体発光素子を一体的に被覆することにより発光モジュールが設けられる。この複数の半導体発光素子は同一ではないが、共通する波長範囲の光を出射するよう設けられている。複数の蛍光体の各々は、この共通する波長範囲の光を波長変換するよう設けられている。これにより、例えば波長範囲が若干異なる紫外光をそれぞれが発する複数の半導体発光素子を一体的に被覆するような場合においても、色ムラの少ない発光モジュールを提供することができる。
１０ 発光モジュール、 １２ 支持基板、 １４ 半導体発光素子、 １６ 光波長変換部材、 ３０ 発光モジュール、 ３２ ケース、 ３４ 発光素子ユニット、 ３６ 光波長変換部材、 ３８ 支持基板、 ４０ 半導体発光素子。
本発明は、発光モジュールに利用可能であり、特に発光素子とその発光素子が発する光を波長変換して出射する光波長変換部材を備える発光モジュールに利用可能である。

Claims (9)

  1. 発光素子と、
    前記発光素子が発する光を波長変換して出射する光波長変換部材と、
    を備え、
    前記発光素子は、互いに離間して複数並設され、
    前記光波長変換部材は、
    波長変換して発する光の波長範囲が互いの励起波長と異なる複数の蛍光体を含有し、
    前記複数の発光素子を一体的に被覆するよう形成されており、
    前記発光素子の発光面から該光波長変換部材の出射面までの距離が不均一であることを特徴とする発光モジュール。
  2. 前記複数の発光素子は、同一平面上に配置されることを特徴とする請求項１に記載の発光モジュール。
  3. 前記複数の発光素子は、一直線上に並設されることを特徴とする請求項１または２に記載の発光モジュール。
  4. 前記複数の発光素子は、平面上に散在するよう配置されることを特徴とする請求項１または２に記載の発光モジュール。
  5. 前記波長変換部材は、厚さが不均一であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の発光モジュール。
  6. 前記光波長変換部材は、最大高さが２〜３．８ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の発光モジュール。
  7. 前記光波長変換部材は、含有する蛍光体が０．７〜３．０ｖｏｌ％以下であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の発光モジュール。
  8. 前記発光素子の発光モジュール長手方向の長さをＬとすると、隣接する発光素子との間隔が２．３Ｌ以上であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の発光モジュール。
  9. 前記光波長変換部材は、発光モジュール短手方向の幅が２〜７．６ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の発光モジュール。
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