JP2015076594A - 蛍光体層及びその製造方法と、その蛍光体層を用いたｌｅｄ発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 歩留まりが良くコストの安い蛍光体層、及びその蛍光体層を用いたＬＥＤ発光装置を提供する。
【解決手段】 蛍光特性を有する少なくとも一種類の蛍光体シート１１を渦巻き状に巻回して固着し、該巻回・固着した蛍光体シート１１を端面に対して平行に切断して円形状なる蛍光体層１０を形成する。そして、基板２１に複数のＬＥＤ素子２２を配設して、その出射面側を丸い樹脂枠２３で囲ったＬＥＤパッケージ２５の出射面側に円形状の蛍光体層１０を配置してＬＥＤ発光装置２０を構成する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、蛍光体層及びその製造方法と、その蛍光体層を用いたＬＥＤ発光装置に関する。

今までに、蛍光体を用いて所望の発光色を得るＬＥＤ発光装置に関しては、数多くの構成のものが開示されている。また、蛍光体を含有した蛍光体シートを用いてＬＥＤ発光装置を構成する技術も数多く開示されている。例えば、下記の特許文献１には、図１０、図１１に示す構成のＬＥＤ発光装置が示されている。

図１０は特許文献１に示されたＬＥＤ発光装置の断面図、図１１は図１０に示されたＬＥＤ発光装置の底面図を示している。なお、図１０、１１において、符号は主旨を逸脱しない範囲で変更している。また、引用文献１においては、本発明のＬＥＤ発光装置をＬＥＤ装置と呼称しているが、ここではＬＥＤ発光装置と呼称して説明する。

特許文献１に示されたＬＥＤ発光装置７０は、図１０に示されるように、ＬＥＤ素子６６を構成するサファイア基板６４上に接着層６３を介して蛍光体シート６１を貼り付けた構成をなす。また、ＬＥＤ素子６６は、サファイア基板６４と、サファイア基板６４の下面に形成した半導体層６５と、半導体層６５に接続して設けた一対の突起電極６８、６９とから構成している。この一対の突起電極６８、６９はアノード電極とカソード電極をなしており、マザー基板と接続して半導体層６５に電圧が印加されるようになっている。また、ＬＥＤ発光装置７０はＬＥＤ素子６６の外周側面に白色反射部材６７を設けた構成をなしている。

特許文献１によれば、半導体層６５の発光層から出射する青色光のうち、直接上方に向かう光はサファイア基板６４を透過して直接蛍光体シート６１に入射する。また、発光層から上方以外の方向に出射する青色光も、白色反射部材６７や半導体層６５のｐ型半導体層に反射されて上方に向かい、蛍光体シート６１に入射する。そして、ＬＥＤ発光装置７０から出射した青色光と、蛍光体シート６１によって波長変換された光との混色によって白色光が得られるとしている。

また、特許文献１に示されたＬＥＤ発光装置７０の製造方法は、大判なる蛍光体シート上の所定の位置に複数のＬＥＤ素子６６を接着層６３を介して貼り付け、次に、貼り付けたそれぞれのＬＥＤ素子６６の側部に白色反射部材６７を充填して硬化させ、最後に、ダイシングカッターで、それぞれのＬＥＤ素子６６を継げている大判なる蛍光体シートと白色反射部材６７の境目を切断することによって単個のＬＥＤ発光装置６０が得られるとしている。

特許文献１に示されたＬＥＤ発光装置７０の蛍光体シート６１は大判なる蛍光体シートを矩形形状に切断してＬＥＤ発光装置７０を形成するものである。従って、蛍光体シート６１の利用には殆ど無駄が生じず、１００％に近い歩留まり結果が得られる。

近年において、ＬＥＤ発光装置はさまざまな照明光源として利用されるようになってきている。そして、それに伴って、ＬＥＤ発光装置は矩形形状に限らず、照明光源の形状に合わせて円形状や長円形状など、さまざまな形状をなして利用されるようになってきている。また、それに合わせて、使用する蛍光体シートの形状も円形や長円形など、いろいろな形状のものが求められてきている。

図１２は、矩形をなす大判の蛍光体シートを用いて、円形の蛍光体シートを切り抜く状態を説明する平面図を示したものである。
図１２において、１は矩形なる大判の蛍光体シートを表しており、２は円形に切り抜く単個の円形なる蛍光体シートを表している。また、ｒとｓは相隣り合う円形の蛍光体シート２を切り抜く時の横方向と縦方向の間隔（距離）を表したものである。

円形なる蛍光体シー２の直径の大きさや、切り抜く間隔ｒ、ｓの設定値によって使用する大判なる蛍光体シート１の横幅や縦幅の大きさが決められるが、少しでも蛍光体シート１の使用歩留まりを良くするために、ｒ、ｓの間隔を出来るだけ小さく取り、数多くの円形なる蛍光体シート２が得られるように設計する。しかしながら、大判なる蛍光体シート１から円形なる蛍光体シート２を切り抜く形成方法は、歩留まりを最大に高めても８０％程度しか得られず、歩留まりを高めるにも限度がある。

従来技術において、円形に近い蛍光体層を用いた技術としては、例えば、下記の特許文献２に開示された技術を見ることができる。特許文献２には図１３に示す構成の光源装置が開示されている。なお、図１３において、符号の一部は主旨を逸脱しない範囲で変更している。

特許文献２に示された光源装置８５は、図１３（ａ）に示されるように、光反射性基板７６上に設けた蛍光体層８２と、この蛍光体層８２から離れて別体に設けた固体光源７５とから構成している。
また、蛍光体層８２は蛍光体を配合したガラスやセラミックなどからなって柱状の形状をなした蛍光体片８２ａの外周面に、遮光性を有する層８３を設けた構成をなしている。また、固体光源７５は、発光ダイオードや半導体レーザなどでもって構成し、蛍光体層８２から離れて設けられている。そして、所要の傾斜角を持って蛍光体層８２に向って光源の光を出射すようになっている。

特許文献２に示された光源装置８５は、蛍光体片８２ａに含有する蛍光体が、固体光源７５からの出射光に励起されて所定の発光色をもつて発光する。そして、その発光した光は蛍光体片８２ａを透過して、あるいは、一部は光反射性基板７６に反射されて図中矢印で示した光取り出し方向に向かって出射する。

特許文献２によれば、光反射性基板７６を光反射率が高く、熱伝導率の高い金属材料で形成することにより、放熱特性が高められて耐寿命性が高められ、また、光の利用効率も高められるとしている。

また、柱状なる蛍光体片８２ａを形成するガラスやセラミックスは、熱伝導率も高いので放熱特性も良く、変色などが起こらずに耐寿命性が高められるとしている。

また、柱状なる蛍光体片１２ａの外周面に遮光性を有する層８３を設けていることにより、外周側面から出射する光がなくなって矢印方向の光取り出し方向に出射する光が多くなり、高輝度化を図ることができるとしている。

特開２０１２−２２７４７０号公報（図１、２参照） 特開２０１２−１２９１３５号公報（図３参照）

しかしながら、ガラスやセラミックスの光透過率は透明な樹脂と比較すると劣る。そのため、ガラスやセラミックスで蛍光体層を形成すると、蛍光体からの発光する光の利用効率を低下させる。

また、特許文献２によれば、セラミックス材料に蛍光体材料を配合して蛍光体片８２ａを形成する製造方法は、酸化イットリウムや酸化セリウム、アルミナなどのセラミックス材料と蛍光体材料を混ぜ合わせる工程、その混合材料を一軸加圧法や冷間静水圧法、射出成形法などで成形する工程、１６００°Ｃ〜１８００°Ｃの高温で焼成する工程、などの工程を経て形成している。この製造方法をみると、製造工程が長く、且つ、設備費も高くかかる。製造コストが高くなるという問題を有する。

また、蛍光体片８２ａの外周面に遮光性を有する層８３を形成する方法としては、蒸着法やスパッタリング法によって反射率の高い金属膜を形成する方法、あるいは、金属微粒子を含む有機バインダーを塗布して還元雰囲気下で高温加熱によって金属膜を形成する方法などで行われる。また、複数の蛍光体片８２ａを束にする製造方法としては、蛍光体片８２ａの方向を揃えて複数束ね、蛍光体片８２ａの外周面に設けた金属膜を高温加熱によって溶着させて固定する方法をとる。そして、溶着固定して複数束ねた後に、所要の丈（長手）寸法にダイシングカッターなどで切断する方法をとる。
このような製造方法を見ると、製造工程が長く、設備費も高くかかって、製造コストは高くなる。

更に、特許文献２において、蛍光体片８２ａの形状として、円柱形状、六角柱形状が示されているが、円柱形状の場合、３つの円柱が溶着して結合し合った部分は遮光面積が大きくなる。円柱の外径が大きいとその遮光面積も大きくなり、非発光エリアが目立って現れるようになる。これは、発光色のムラとなって現れるので好ましくない。

本願発明は、上記の特許文献１、並びに特許文献２が持つ課題に鑑みてなされたもので、簡単な方法で歩留まり良く製造できる円形なる蛍光体層、並びにその製造方法や、それを用いたＬＥＤ発光装置を提供するものである。

上記の課題を解決するための手段として、本発明の蛍光体層は、蛍光体シートを用いた蛍光体層であって、蛍光特性を有する少なくとも一種類の蛍光体シートを渦巻き状に巻回して固着し、この巻回した蛍光体シートを端面に対して平行に切断して形成したことを特徴とするものである。

また、本発明の蛍光体層は、蛍光体シートが蛍光特性の異なる二種類の蛍光体シートからなるのが好ましい。

所要の大きさの蛍光体シートを渦巻き状に巻回して固着し、その巻回した蛍光体シートを端面に対して平行に所要の幅（厚み）で切断すると、所要の厚みを持った円形状の蛍光体層が得られる。
蛍光体を含有する蛍光体シートを作製すること、蛍光体シートを渦巻き状に巻回すること、そして、巻回した蛍光体シートを切断すること、などの作業方法は何れも容易であり、作業工程数も少ない。従って、安いコストで円形状の蛍光体層を製作することができる。更に、切断幅や蛍光体シートの幅などは予め設計的に設定できるので、ほぼ１００％に近い製作歩留まりが得られる。つまり、材料費の無駄を非常に小さく抑えることができる。

また、蛍光体シートを蛍光特性の異なる二種類の蛍光体シートで構成すると、ＬＥＤ発光装置を構成した時に演色性の良い白色発光の発光色を得ることが可能になる。例えば、青色発光するＧａＮ系化合物半導体のＬＥＤ素子を用いた場合に、蛍光特性として黄色発光するＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅなる蛍光体を含有する蛍光体シートと、蛍光特性として赤色発光するＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕなる蛍光体を含有する蛍光体シートの二種類の蛍光体シートで構成すると、ＬＥＤ素子の青色光と、黄色発光する蛍光体シートの黄色光と、赤色発光する蛍光体シートの赤色光との混色によって白色光が得られる。

また、本発明の蛍光体層は、蛍光体シートの少なくとも片面に反射膜を有するのが好ましい。更に、その反射膜は金属蒸着膜であるのが好ましい。

蛍光体シートの少なくとも片面に反射膜があることによって、発光した蛍光体の光はそのシート内を通って外部に出射する。そして、反射膜があることによってシート外に分散する光やシート内で滅光する光が抑制されるので、輝度の明るい照明を得ることができる。
また、反射膜を反射率の高い金属蒸着膜で形成すると、蒸着装置でシートの平面上に金属蒸着膜を施すことができる。製作が容易でコストを安くすることができ、蒸着膜厚も容易にコントロールすることができる。また、更に輝度を高めることができる。

また、本発明の蛍光体層の製造方法は、少なくとも一種類の蛍光体シートを渦巻き状に巻回する工程と、該巻回した蛍光体シートを端面に対して平行に切断する工程と、を有することを特徴とする。
このような製作方法は、製作が容易であり、また、工程数が少ないことから、製造コストを安くすることができる。

また、本発明のＬＥＤ発光装置は、本発明の発光体層をＬＥＤ素子の発光面側に配置したことを特徴とする。また、ＬＥＤ素子は基板にバンプ接続した複数のＬＥＤ素子からなることが好ましい。

本発明のＬＥＤ発光装置は、基板にバンプ接続された複数のＬＥＤ素子が円い領域範囲の中に設けられて、その丸い領域の中の複数のＬＥＤ素子を覆う形で渦巻き状に丸い形状に形成された蛍光体層が設けられる構成を取る。従って、従来のプレスにて丸い形状の蛍光体層を形成する方法と比べると大幅に歩留まりはアップし、蛍光体層の歩留まりは非常に高く抑えられる。また、巻回した蛍光体層をＬＥＤ素子の発光面側に配置して使用するので、蛍光体の劣化などによって発光色が変化した場合には、蛍光体層を取り替えることで正常な発光機能を回復させることが可能になる。また、前述したように製造コストも安くできる。また更に、二種類の蛍光体シートを用いると数多くの発光色が得られるので、所望の発光色を得ることができる。

本発明によれば、円形状の蛍光体層が非常に高い歩留まりで、容易に形成することができる。また、本発明の蛍光体層を用いたＬＥＤ発光装置は安い製造コストで、所望する様々な発光色を得ることができる。

本発明の第１実施形態に係る渦巻き状に巻回した蛍光体シートの斜視図である。 図１に示された巻回した蛍光体シートを端面に対して平行に切断して蛍光体層を形成した斜視図である。 図２に示された蛍光体層を用いたＬＥＤ発光装置の平面図と断面図で、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。 本発明の第２実施形態に係る渦巻き状に巻回した蛍光体シートの斜視図である。 図４に示された巻回した蛍光体シートを端面に対して平行に切断して蛍光体層を形成した斜視図である。 図５に示された蛍光体層を用いたＬＥＤ発光装置の要部断面図である。 本発明の第3実施形態に係る蛍光体層を形成するための反射膜を設けた蛍光体シートの平面斜視図である。図９は図８に示した蛍光体層を用いて形成したＬＥＤ発光装置の要部断面図を示している。 図７に示された反射膜付き蛍光体シートを渦巻き状に巻回し、渦巻き状に巻回された蛍光体シートを端面に対して平行に所要の間隔を持って切断して蛍光体層を形成した斜視図である。 図８に示された蛍光体層を用いて形成したＬＥＤ発光装置の要部断面図である。 従来技術として、特許文献１に示されたＬＥＤ発光装置の断面図である。 図１０に示されたＬＥＤ発光装置の底面図である。 矩形をなす大判の蛍光体シートを用いて、円形の蛍光体シートを切り抜く状態を説明する平面図である。 従来技術として、特許文献２に示された光源装置の一構成図である。

［第１実施形態の説明］
以下、本発明の実施形態を図を用いながら説明する。最初に、本発明の第１実施形態に係る蛍光体層及びその蛍光体層を用いたＬＥＤ発光装置を図１〜図３を用いて説明する。なお、図１は本発明の第１実施形態に係る渦巻き状に巻回した蛍光体シートの斜視図である。また、図２は図１に示された巻回した蛍光体シートを端面に対して平行に切断して蛍光体層を形成した斜視図である。図３は図２に示された蛍光体層を用いたＬＥＤ発光装置の平面図と断面図で、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。

図１において、１１は蛍光体シートを表しており、方形形状をなす蛍光体シート１１を渦巻き状に巻回した状態を表している。Ａは端面を表しており、渦巻き状に巻回した蛍光体シート１１の端面である。

蛍光体シート１１は蛍光体を含有したシートで、蛍光体はそれぞれ特有の蛍光特性を持っている。蛍光特性としては蛍光体の材料、励起波長、発光波長、発光色などが挙げられるが、本発明においては、主として発光色を取り上げて説明する。

第１実施形態においては、光源としてＬＥＤ素子を用いていることから、蛍光体シート１１はＬＥＤ素子の発光する光に励起されて発光する蛍光体を用いている。
例えば、光源に３８０〜４００ｎｍの近紫外光を発光するＩｎＧａＮ系化合物半導体のＬＥＤ素子を用いた場合には、３８０〜４００ｎｍの近紫外光で励起されて赤色発光する赤色蛍光体、黄色発光する黄色蛍光体、緑色発光する緑色蛍光体、青色発光する青色蛍光体などの各種の発光色を示す蛍光体を選択することができる。

また、赤色蛍光体の材料としては、ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ、ＣａＳｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ）_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ、ＫＳｉＦ_６：Ｍｎ、ＫＴｉＦ_６：Ｍｎなどが挙げられる。また、黄色蛍光体の材料としては、（Ｓｒ，Ｂａ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ、Ｃａ_ｘ（Ｓｉ，Ａｌ）_１２（Ｏ，Ｎ）_１６：Ｅｕなどが挙げられ、緑色蛍光体の材料としては、（Ｂａ，Ｓｒ）_２ＳｉＯ_２：Ｅｕ、Ｂａ_３Ｓｉ_６Ｏ_１２Ｎ_２：Ｅｕ、（Ｓｉ，Ａｌ）_６（Ｏ，Ｎ）_８：Ｅｕ、ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕなどが挙げられ、青色蛍光体の材料としては、ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕなどが挙げられる。

また、光源に発光波長が約４６０ｎｍの青色光を発光するＧａＮ系化合物半導体のＬＥＤ素子を用いた場合には、波長４４０〜４６０ｎｍの青色光により励起される蛍光体が用いられる。このような蛍光体で赤色蛍光体の材料としては、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ（通称ＹＡＧ蛍光体）、（Ｃａ，Ｓｒ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ、Ｃａ_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ）_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ、ＫＳｉＦ_６：Ｍｎ、ＫＴｉＦ_６：Ｍｎなどが挙げられ、黄色蛍光体の材料としては、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ（通称ＹＡＧ蛍光体）、（Ｓｒ，Ｂａ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ、Ｃａ_ｘ（Ｓｉ，Ａｌ）_１２（Ｏ，Ｎ）_１６：Ｅｕなどが挙げられ、緑色蛍光体の材料としては、蛍光体シート１１ｂ、１１ｃ、（Ｌｕ，Ｙ）_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ、Ｙ_３（Ｇａ，Ａｌ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ、Ｃａ_３Ｓｃ_２Ｓｉ_３Ｏ_１２：Ｃｅ、ＣａＳｃ_２Ｏ_４：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｓｒ）_２ＳｉＯ_２：Ｅｕ、Ｂａ_３Ｓｉ_６Ｏ_１２Ｎ_２：Ｅｕ、（Ｓｉ，Ａｌ）_６（Ｏ，Ｎ）_８：Ｅｕなどが挙げられる。

第１実施形態において、例えば具体的に、発光波長が約４６０ｎｍの青色光を発光するＧａＮ系化合物半導体のＬＥＤ素子を用い、蛍光体は波長４４０〜４６０ｎｍの青色光で励起して黄色発光するＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅなる蛍光体を用いると、ＬＥＤ素子の発光する青色光と蛍光体シートの蛍光体から発光する黄色光との混色でもって僅かに青みを帯びた白色光が得られる。しかしながら、本発明においては、上記の蛍光体に限るものではなく、所望の発光色が得られる蛍光体を選択するのが好ましい。

また、第１実施形態では、黄色発光する蛍光体の一種類の蛍光体シートで構成したが、本発明においては、一種類に限定するものではない。発光色の異なる二種類の蛍光体シート、あるいは三種類の蛍光体シートで構成しても良い。

次に、渦巻き状に巻回した蛍光体シート１１を、図２に示すように、端面Ａに対して平行に、所要の切断幅（厚み）を持って切断線部Ｂの部位を切断して蛍光体層１０を形成する。このような形成方法を取ることによって、所要の厚みを持った円形状の蛍光体層１０を製作することができる。

渦巻き状に巻回した蛍光体シート１１を切断するに際し、端面を切断基準面として使用する。渦巻き状に巻回した蛍光体シートは、蛍光体シートの幅を形成する両側面が蛍光体シートの一対の端面として作用する。そして、巻回した蛍光体シートを所要の幅で切断するに当たって、この一対の端面のいずれか片方の端面を切断基準面として利用することができる。この一対の端面の内の何れの端面を切断基準面にとっても同じ結果が得られるので、図１中では手前側の端面Ａを切断の基準面として設定している。

次に、蛍光体シートの作製方法を説明する。蛍光体シートには耐熱性の面から透明なシリコーン樹脂が好適に用いられる。透明なシリコーン樹脂に所望とする発光色の蛍光体の粉末材料を加え、その他に、トルエンやアセトンの溶媒、また、必要に応じて拡散剤や紫外線吸収剤などを加えて蛍光体シートの溶液を生成する。この溶液は3本ローラやボールミルなどの攪拌・混練機を用いて均質に混合して溶液を生成する。
用いる蛍光体の粉末材料の量は、特に制限するものではない。一般に、蛍光体の含有量は概ね５０〜８０重量％の範囲が好ましいとされているが、しかしながら、第１実施形態においては、一般的な使用量に限定されずに、求める発光色の色調や輝度に応じて適宜に使用量を設定するのが好ましい。

シリコーン樹脂は硬化型のシリコーンゴムが好ましく、一液型、二液型のいずれの液構成も使用できる。また、硬化型シリコーンゴムは、触媒によってヒドロシリル化反応を起こすタイプの付加反応型のシリコーンゴムが好ましく、硬化反応に伴う副産物がなく、硬化収縮が小さい点、加熱による硬化を早める点で好ましい。

次に、生成した溶液を基台上にロールコータ法やスクリーン印刷法などで、均一な膜厚で溶液を塗布する。基台としては平滑面をなすアルミ板、銅板、鉄板などの金属板やガラス板、セラミック板などが用いられる。また、本発明においては、渦巻き状に巻回することから、蛍光体シートの膜厚は概ね５０〜１５０μmの範囲が好ましいといえる。しかしながら、シートの膜厚は発光色の明るさや発光色調にも影響を及ぼすものであるから、そのへんは適宜に判断して設定するのが好ましい。

次に、溶液を基台上に塗布した後、熱風乾燥機や赤外線乾燥機などの加熱乾燥機を用いて、１００〜２００°Ｃの範囲内で、２分〜３時間の範囲内で乾燥してシートを作製する。乾燥後に、シートを基台から剥がすことによって目的とする蛍光体シートが得られる。

上記の方法で生成した蛍光体シートは貯蔵弾性率が２５°Ｃで０．１ＭＰａ以上、１００°Ｃで０．１ＭＰａ未満である。２５°Ｃで０．１ＭＰａ以上の貯蔵弾性率を有すると、室温（２５°Ｃ）におけるプレス加工や切断加工などができる。また、１００°Ｃで貯蔵弾性率が０．１ＭＰａ未満であると、６０°Ｃ〜２５０°Ｃでの加熱貼り付けを行うことができ、高い接着力が得られる。

次に、上記の方法で形成した蛍光体シート１１を、図１に示すように、渦巻き状に巻回して固着する。 この渦巻き状に巻回して固着する巻回・固着工程は、最初の数巻きを巻回した時に、巻回状態が円形になるように型押し型で加熱の下で加圧して円形形状に整形する。その後に、蛍光体シート１１に加圧を加えながら渦巻き状に隙間無く圧着巻を行って所要の外径の大きさに巻回する。そして最後に、外径部一周に渡って型押し型で加熱の下で加圧を施し、図１に示す渦巻き状に巻回して円形状に密着固着した蛍光体シート１１を作製する。

前述したように、第１実施形態で使用する蛍光体シートは、１００°Ｃで貯蔵弾性率が０．１ＭＰａ未満であることから、１００°Ｃ〜２５０°Ｃの下で型押し型で加圧することにより円形形状に巻回して密着固着した蛍光体シート１１が得られる。

次に、切断工程において、巻回して密着固着した蛍光体シート１１を、図２に示すように、端面Ａに対して平行に所要の幅でもって切断線部Ｂの部位を切断して蛍光体層１０を形成する。切断はスリッチングカッターなどのカッターで行うことができる。

このようにして、巻回した蛍光体シート１１を所要の幅で切断して複数個の蛍光体層１０を形成する。ここで、切断幅は、蛍光体層１０を配設してＬＥＤ発光装置を構成した時には、図３に示すように、蛍光体層１０の厚みｍに対応する。蛍光体層１０の厚みｍは発光色の色調や明るさなどに影響を及ぼすので、前もって好適な値に設定しておく必要がある。また、円形状をなす蛍光体層１０の外径寸法と厚み寸法ｍを基にして蛍光体シート１１の展開した長さや幅を設計する。それ故に、蛍光体シート１１は１００％に近い歩留まりを得ることができる。つまり、蛍光体シート１１の無駄の発生を非常に小さく抑えることができる。

図３は図２に示す蛍光体層１０を設けたＬＥＤ発光装置の平面図（図３（ａ））と断面図（図３（ｂ））を示したものである。図３に示すＬＥＤ発光装置２０は、図３（ｂ）に示すように、複数のＬＥＤ素子２２を基板２１にバンプ接続して形成したＬＥＤパッケージ２５のＬＥＤ素子２２の発光出射面側に厚みｍをなす蛍光体層１０を設けた構成を取っている。ここでのＬＥＤパッケージ２５は、複数のＬＥＤ素子２２が基板２１の電極パターンにフリップチップ実装によるバンプ接続がなされ、複数のＬＥＤ素子２２を囲うようにして反射機能を有する円形なる樹脂枠２３が設け、その樹脂枠２３の中にＬＥＤ素子２２を保護する目的で封止樹脂２４を設けた構成をなす。そして、円形なる樹脂枠２３と封止樹脂２４の上に円形状の蛍光体層１０を配設した構成をなしている。

基板２１は、図３（ａ）に示すように、矩形形状をなすＢＴレジンやセラミックなどからなり、その対向するコーナの部分に一対の電極２１ａ、２１ｂを設けている。この一対の電極２１ａ、２１ｂはアノード電極とカソード電極をなすものである。なお、電極の配線パターン図はここでは省略している。また、樹脂枠２３はアルミ金属や白色樹脂などからなって、封止樹脂２４が流れ出さないようにすると共に反射機能を持たせている。また、封止樹脂２４は透明にシリコーン樹脂からなり、ＬＥＤ素子２２の保護膜として機能している。

上記の構成において、ＬＥＤ素子２２から発光した光で、蛍光体層１０に向って出射した光は巻回した蛍光体シートの端面または切断面側に入射する。また、基板２１や樹脂枠２３に向って出射した光は基板２１や樹脂枠２３から反射されて蛍光体層１０の巻回した蛍光体シート１１の端面または切断面に入射する。そして、蛍光体シートの蛍光体を励起させて発光させる。そして、発光した光は蛍光体シートから上方外部に向って、あるいは、隣接する蛍光体シートに向って出射する。例えば、ＬＥＤ素子２２に発光波長が約４６０ｎｍの青色光を発光するＧａＮ系化合物半導体を用い、蛍光体シート１１の蛍光体に波長４４０〜４６０ｎｍの青色光で励起して黄色発光するＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅなる蛍光体を用いると、ＬＥＤ素２２の青色光と蛍光体から黄色光とが現れる。そしてそこに、光の交わりによる混色が起き、その混色によって僅かに青みを帯びた白色光が現れる。

図３（ｂ）において、蛍光体層１０の厚みｍは、前述したように、図２に示した渦巻き状に巻回した蛍光体シート１１の切断幅によって決まるものである。この蛍光体層１０の厚みｍは発光色の色調や明るさなどに影響を及ぼすものであるので、適宜な値に設定して蛍光体層１０を形成するのが好ましい。

また、本実施形態では、複数のＬＥＤ素子２２は基板２１の電極パターンにフリップチップ実装によるバンプ接続方法を採用している。これは、ワイヤーボンディング接続方法はＬＥＤ素子から出射する光の進路がワイヤーに邪魔されて、光の利用効率が低下するからで、これを避けるためにバンプ接続方法を取っているものである。しかしながら、本発明においては、バンプ接続に限るものではなく、ワイヤーボンディング接続方法も可能である。

以上、複数のＬＥＤ素子を用いたＬＥＤ発光装置に本発明の蛍光体層を用いた構成を説明したが、本発明の蛍光体層の利用方法はこの構成に限るものではない。例えば、従来技術で、図１３に示された複数の蛍光体片８２ａを束ねて形成した蛍光体層８２を本発明の渦巻き状に巻回して円形状に形成した蛍光体層１０に置き換えた構成も利用可能である。

また、本発明の渦巻き状に巻回して円形状に形成した蛍光体層１０の製造コストを従来技術での図１３に示された複数の蛍光体片８２ａを束ねて形成した蛍光体層８２と比較すると、本発明の渦巻き状に巻回した円形状の蛍光体層１０の製作方法が、工程数も短く、且つ、その製作方法も簡単であることから、非常に大きなコストダウン効果が得られる。

また、第１実施形態においては、渦巻き状に巻回した円形状の蛍光体層を示したが、円形状に限らず渦巻き状に巻回した楕円形状や長円形状なども適用できるものである。また、同様な方法で、渦巻き状に巻回した円形状を四角形状に整形することも可能で、四角形状の蛍光体層を必要とするＬＥＤ発光装置に適用可能である。

［第２実施形態の説明］
次に、本発明の第２実施形態に係る蛍光体層及びその蛍光体層を用いたＬＥＤ発光装置を図４〜図６を用いて説明する。なお、図４は本発明の第２実施形態に係る渦巻き状に巻回した蛍光体シートの斜視図である。また、図５は図４に示された巻回した蛍光体シートを端面に対して平行に切断して蛍光体層を形成した斜視図である。また、図６は図５に示された蛍光体層を用いたＬＥＤ発光装置の要部断面図である。

第２実施形態では、蛍光体層３０は発光色の異なる二種の蛍光体シート１１ｂ、１１ｃを用いている。これら二種の蛍光体シート１１ｂ、１１ｃを、図５に示すように、２枚重ね合わせて渦巻き状に巻回し、この渦巻き状に巻回した蛍光体シート１１ｂ、１１ｃを、図６に示すように、端面Ａに対して平行に、所要の幅でもって切断線部Ｂの部位を切断して蛍光体層３０を形成している。

また、第２実施形態では、ＬＥＤ素子２２（図６）は発光波長が４６０ｎｍの青色光を発光するＧａＮ系化合物半導体のＬＥＤ素子を用いていることから、発光色の異なる二種の蛍光体シート１１ｂ、１１ｃは、４６０ｎｍ波長の青色光で励起して黄色発光するＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅなる蛍光体を含有した蛍光体シート１１ｂと、４６０ｎｍ波長の青色光で励起して赤色発光するＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕなる蛍光体を含有した蛍光体シート１１ｃとからなっている。

上記構成を取ることにより、ＬＥＤ素子２２が発光する青色光と、蛍光体シート１１ｂの蛍光体が発光する黄色光と、蛍光体シート１１ｃの蛍光体が発光する赤色光とによって、これら３色の混色によって白色光が得られる。しかも、演色性の良い自然光に近い白色光が得られる。

また、蛍光体シート１１ｂ、並びに、蛍光体シート１１ｃのシート厚みは、共に１００μm前後の厚みに形成している。渦巻き状に巻回することから、シート厚みを１００μm前後の厚みに抑え、2枚重ねの厚みを２００μm前後の薄さに抑えている。このようにすると、渦巻き状に巻回したときには内端部分は隙間無く巻回することができ、また、所要の外径の大きさに巻回した状態でも2枚重なった外端部分も殆ど目立たなくなる。そして、全体的に渦巻き状に密着巻きされた蛍光体シートが得られる。

また、第２実施形態では、上記の仕様をなした円形状の蛍光体層３０を、図６に示すように、ＬＥＤパッケージ２５の上部に配設してＬＥＤ発光装置４０を構成している。なお、ＬＥＤパッケージ２５は前述の第１実施形態で説明したＬＥＤパッケージと同じ仕様の構成をなしているので、ここでの詳細説明は省略する。

第２実施形態でのＬＥＤ発光装置４０に配設された蛍光体層３０は、図６に示すように、所要の厚みになるように切断された黄色発光の蛍光体シート１１ｂと赤色発光の蛍光体シート１１ｃが横に交互に繋がった状態で使用される。また、ＬＥＤ素子２２からの出射光はそれぞれの蛍光体シート１１ｂ、１１ｃの端面側または切断面側からシート内に入射する。そのため、蛍光体シート１１ｂの蛍光体、及び蛍光体シート１１ｃの蛍光体に入射するＬＥＤ素子２２の入射光量は概ね均一になる。そのため、蛍光体シート１１ｂ、１１ｃにおけるそれぞれの蛍光体の発光効率は高められて発光輝度を高める効果を生む。また、発光色の混色状態にムラが起きず、均一な色調の発光色が得られる。

第２実施形態においては、一例として、ＬＥＤ素子２２は発光波長が４６０ｎｍの青色光を発光するＧａＮ系化合物半導体のＬＥＤ素子を取り上げ、蛍光体シート１１ｂ、１１ｃは、４６０ｎｍ波長の青色光で励起して黄色発光するＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅなる蛍光体を含有した蛍光体シート１１ｂと、４６０ｎｍ波長の青色光で励起して赤色発光するＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕなる蛍光体を含有した蛍光体シート１１ｃの二種の蛍光体シートを取り上げて説明した。しかしながら、これらのものに限定するものではない。例えば、蛍光体シート１１ｂの黄色発光するＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅなる蛍光体に代えて緑色発光するＬｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅなる蛍光体を用いると、ＬＥＤ素子２２の青色発光と、蛍光体シート１１ｂによる緑色発光と、蛍光体シート１１ｃによる赤色発光との混色によって、同じ白色発光を得ることができる。

また、第２実施形態では、二種の蛍光体シートで蛍光体層を構成したが、本発明においては、特に二種に限定するものではなく、三種からなる蛍光体シートを用いる構成を取っても何ら支障はないものである。所望の発光色が得られるように蛍光体を選択するのが好ましい。

［第３実施形態の説明］
次に、本発明の第３実施形態に係る蛍光体層及びその蛍光体層を用いたＬＥＤ発光装置を図７〜図９を用いて説明する。図７は本発明の第3実施形態に係る蛍光体層を形成するための反射膜を設けた蛍光体シートの平面斜視図を示している。また、図8は図７に示された反射膜付き蛍光体シートを渦巻き状に巻回し、渦巻き状に巻回された蛍光体シートを端面に対して平行に所要の間隔を持って切断して蛍光体層を形成した斜視図を示している。また、図９は図８に示した蛍光体層を用いて形成したＬＥＤ発光装置の要部断面図を示している。

第3実施形態では、用いる蛍光体シートは、図７に示すように、方形形状をなす蛍光体シート１１ｄに反射膜５１を設けたものである。蛍光体シート１１ｄは所望の発光色が得られる蛍光体材料が含有する蛍光体シールである。また、反射膜５１は反射率の高い金属膜が好適に選ばれ、第3実施形態では、アルミ金属の蒸着膜で構成している。アルミ金属は反射率が高いこと、軽量であることなどからアルミ金属を選択しているが、特に、アルミ金属に限るものではない。また、金属膜の膜厚は、第3実施形態においては、反射率や屈曲性を考慮して２００〜３００Åの範囲に設定している。しかしながら、特に２００〜３００Åの範囲に限定するものではなく、仕様に応じて適宜に設定するのが好ましい。

図1示す反射膜５１を設けた蛍光体シート１１ｄを渦巻き状に巻回し、渦巻き状に巻回した蛍光体シート（図示していない）を製作する。そして次に、渦巻き状に巻回した蛍光体シートを端面にたいして平行に切断して、図８に示す円形状の蛍光体層５０を形成する。なお、図８、図９において、図面を見易くするために、反射膜５１は少し太めの実線で表示している。

上記の仕様で形成した蛍光体層５０を、図９に示すように、ＬＥＤパッケージ２５の上面側に配置してＬＥＤ発光装置６０を構成する。ここで、ＬＥＤパッケージ２５は、前述の第１実施形態、並びに第２実施形態で用いたＬＥＤパッケージと同じ仕様のものを用いている。

ＬＥＤパッケージ２５の上面側に配置された蛍光体層５０は、図９に示されるように、反射膜５１と蛍光体シート１１ｄが順次横に繰り返し並んだ構造になり、蛍光体シート１１ｄの端面または切断面が複数のＬＥＤ素子２２の発光した光の出射側に面して配される構造になる。つまり、蛍光体層５０の端面側、もしくは端面と反対側に当たる切断面側がＬＥＤ素子２２の光の出射面側を向いて配置される。そのため、ＬＥＤ素子２２の光は蛍光体シート１１ｄの端面または切断面から蛍光体シート１１ｄ内に入射する。そして、蛍光体シート１１ｄ内の蛍光体を励起させて蛍光体を発光させる。

蛍光体シート１１ｄは端面と切断面以外は反射膜５１で被覆されている。そのため、蛍光体シート１１ｄ内で発光した蛍光体の光は、そのまま蛍光体シート１１ｄ内を通過して蛍光体シート１１ｄの外、矢印の方向を向いて出射する。また、ＬＥＤ素子２２の出射光でそのまま蛍光体シート１１ｄ内を通過して外部、矢印の方向に出射する光も現れる。そのため、蛍光体層５０から外に出射する光に指向性が現れ、且つ、その指向性は狭い領域に光が集光することになって輝度の高い発光色が得られることになる。また、ＬＥＤ素子２２の出射光と蛍光体の発光した光とが蛍光体シート１１ｄ内で、蛍光体シート１１ｄ外の指向性のある狭い領域の中で、混ざり合いが起きて混色し、その混色による設定した発光色の色調が現れる。

第３実施形態においては、反射膜５１を設けた蛍光体シート１１ｄを１枚設けて蛍光体層５０を構成したものであるが、１枚に限らず発光色の異なる蛍光体シートを２枚、あるいは３枚と複数用いて蛍光体層を構成することも可能である。そして、指向性を持って輝度の明るいさまざまな発光色調が得られるようになる。

１０、３０、５０ 蛍光体層
１１、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ 蛍光体シート
２０、４０、６０ ＬＥＤ発光装置
２１ 基板
２２ ＬＥＤ素子
２３ 樹脂枠
２４ 封止樹脂
２５ ＬＥＤパッケージ
５１ 反射膜
Ａ 端面
Ｂ 切断線部
ｍ 厚み

Claims (7)

1. 蛍光体シートを用いた蛍光体層であって、蛍光特性を有する少なくとも一種類の蛍光体シートを渦巻き状に巻回して固着し、前記巻回した蛍光体シートを端面に対して平行に切断して形成したことを特徴とする蛍光体層。
2. 前記蛍光体シートは蛍光特性の異なる二種類の蛍光体シートからなることを特徴とする請求項１に記載の蛍光体層。
3. 前記蛍光体シートは少なくとも片面に反射膜を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の蛍光体層。
4. 前記反射膜は金属蒸着膜であることを特徴とする請求項３に記載の蛍光体層。
5. 少なくとも一種類の蛍光体シートを渦巻き状に巻回して固着する巻回・固着工程と、前記巻回した蛍光体シートを端面に対して平行に切断する切断工程と、を有することを特徴とする蛍光体層の製造方法。
6. 請求項１〜４のいずれかに記載の蛍光体層を、ＬＥＤ素子の発光面側に配置したことを特徴とするＬＥＤ発光装置。
7. 前記ＬＥＤ素子は基板にバンプ接続した複数のＬＥＤ素子からなることを特徴とする請求項６に記載のＬＥＤ発光装置。
   
   

Images