JP2015115480A - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】白色ＬＥＤデバイスなどとして用いられる発光装置において、蛍光体量のばらつきに対して、光特性のばらつきを抑制し、歩留りを向上する。【解決手段】青色ＬＥＤ素子５の光取り出し面上に、黄色系蛍光体であるＹＡＧ系蛍光体粉末を含有した蛍光体含有フィルムを積層する。その後、所望の色温度となるように、ダイサーによって溝を形成し、透明領域３と蛍光体含有領域２とに分割する。したがって、蛍光体層の出光面から出るトータル光は、蛍光体含有領域２からのブロードな黄色系の光および青色光と、透明領域３からの青色光とによって構成されることになり、色温度は、蛍光体含有領域２の黄色系蛍光体の濃度と、透明領域３の溝の幅および数とに依存する。こうして、所望の色温度を得つつも、蛍光体含有領域２の濃度は高濃度で、濃度ばらつきに対する色温度のばらつきは小さく、歩留りを向上することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤ照明等に用いられる発光装置及びその製造方法に関し、前記発光装置としては、特に青乃至紫色の光を発する半導体発光素子と、その青乃至紫色の光を白色光に変換する蛍光体とを備えて構成されるものに関する。

近年、ＬＥＤなどの半導体発光素子を用いた照明装置が実用化され、白熱電球や蛍光灯をはじめ、水銀灯やハロゲン灯をも置き換えつつある。その理由は、必要な輝度を低消費電力で得られ、地球温暖化の原因である二酸化炭素の排出量を大幅に削減できるエコ商品の切り札となるからである。例えば、６０Ｗ級の白熱電球と同等の輝度は、９ＷのＬＥＤ電球で実現できている。以下、ＬＥＤのチップを素子と言い、パッケージされた部品をデバイスと言い、上記ＬＥＤ電球のように製品レベルを装置と言うが、特許請求の範囲および実施形態では、デバイスを発光装置と称している。

このように、すべての照明装置がＬＥＤ照明装置に代われば、二酸化炭素排出量の削減目標は容易に達成できるのであるが、これを阻んでいるのが、ＬＥＤ照明装置と従来の照明装置との価格差がまだ大きいことである。寿命を考慮すれば、その価格差はかなり小さくなっているものと見なすことができ、また特殊な場所の照明には、前記白熱電球や蛍光灯などの発光素子を交換する人件費も削減できるため、ＬＥＤ照明装置に置き換えられつつある。しかしながら、最もニーズの多い一般の照明装置には、初期の価格差がまだ大きいため、普及を妨げている。

ここで、ＬＥＤ照明装置を高価にしている原因は、大きく分けると２つあり、第１は、ＬＥＤ素子の駆動電源が直流の定電流電源で、交流からの変換器が必要になること、第２は、白色ＬＥＤデバイス自体が高価であることである。白色ＬＥＤデバイスを高価にしている原因は、材料費が高いことと、歩留りが悪いことである。白色ＬＥＤデバイスの材料費は、割合が高い順に、パッケージ、ＬＥＤ素子、蛍光体、樹脂の順である。また、白色ＬＥＤデバイスの歩留りを悪くしている主要因は、色度または色温度の歩留り、つまり目標の色度を出すための良品率が、蛍光体の量のバラツキなどで、悪くなることである。白色ＬＥＤデバイスを販売している各社は、この観点から、価格を下げるために努力を払っている。

その１つの例として、特許文献１に示されているような、ＣＲＥＥ社の取り組みがある。その取り組みによれば、従来は、パッケージに青色光を発するＬＥＤ素子を実装した後に、蛍光体粉末を混ぜた樹脂でパッケージ内を封じることにより、白色ＬＥＤデバイスが製造されていたが、これでは、デバイスの色度検査でＮＧとなった時は、パッケージも含めたデバイス全体がＮＧとなり、一番高価なパッケージまでが捨てられることになっていた。そこで、特許文献１では、図１３（ａ）（ｂ）に示すように、ＬＥＤ素子１３９のワイヤーボンドパッド１３１を除く光取り出し面、もしくはＬＥＤ素子１３９の側面まで含めて、蛍光体層１３８を形成し、白色ＬＥＤ素子１３０としている。その白色ＬＥＤ素子１３０を、図１３（ｃ）で示すように、基板１３３に搭載し、ワイヤー１３５をボンディングし、透明樹脂レンズ１３４で封止して、白色ＬＥＤデバイス１３２が構成されている。

この場合、色度検査は、白色ＬＥＤ素子１３０の段階で行うことができ、不良品を除外することで、基板１３３および透明樹脂レンズ１３４で構成される高価なパッケージが破棄されることがなくなり、さらに、白色ＬＥＤ素子１３０の表面の範囲でしか蛍光体が使用されないので、蛍光体の節約にもなる。さらに、白色ＬＥＤ素子１３０の点光源で色度が決定されるので、白色ＬＥＤデバイス１３２の指向角による色度のバラツキも改善される。

そして、同じような取り組みは、特許文献２や３でも行われている。特許文献２では、図１４（ａ）に示すように、蛍光体チップ１４１をＬＥＤチップ（素子）に透明樹脂で接着させたチップ組立体１４２として、パッケージにフリップチップ方式で実装したり、また別の例では、ワイヤーボンディング方式（電極面を上にして実装し、基板との結線はワイヤーボンディングで行う方式）で実装したりして、ＬＥＤ発光デバイス１４０が構成されている。

また、特許文献３では、図１４（ｂ）に示すように、実装部（電極部）にバンプ１４６を有するＬＥＤ素子（チップ）のバンプ先端部以外を、蛍光体粉末を混ぜた樹脂で被覆して、構造体１４７にし、バンプ部に導電性接着剤を用いて、反射壁１４８を持つキャビティに実装し、透明樹脂１４９で封止して、ＬＥＤ発光デバイス１４５を構成している。これら２つの特許文献２，３も、特許文献１と同様な問題の改善を目的とした例である。

つまり、上記の特許文献１、２、及び３は、最終段階での色度検査による不良品選別から、より前の段階での色度検査による不良品選別を実施し、材料費の削減や蛍光体の節約、および点発光体とすることによる指向角の違いによる色度のバラツキ改善を目的として、言わば、白色ＬＥＤデバイスの概念を示すものである。この白色ＬＥＤデバイスは、白色ＬＥＤ素子のワイヤーボンドパッド部やバンプ部を除いて、白色ＬＥＤ素子の光取り出し面上（側面も含む場合もある）に蛍光体層を形成している。

そして、その蛍光体層は、透明樹脂中に一定の濃度で蛍光体粉末を混合し、ペースト状にしたものを層状に硬化させたものである。白色ＬＥＤ素子の色温度や演色性は、主に、蛍光体の種類で決まるが、一般的に、高輝度の白色光は、青色光を発するＬＥＤ素子と黄色系蛍光体を、電球色相当の光は、青色光を発するＬＥＤ素子と、黄色系と赤色系を混合した蛍光体を、高演色の光は、青色光を発するＬＥＤ素子と、緑色系と赤色系を混合した蛍光体を用いている。

ここで、非特許文献１にも示されているように、白色ＬＥＤ素子を目的の色温度や演色性の光とするためには、蛍光体の種類の選択とともに、その濃度や層厚を調整しなくてはならない。しかしながら、白色ＬＥＤ素子を製造する製造過程では、蛍光体量のばらつき（蛍光体濃度のばらつき）や層厚のばらつきが生じ易く、色温度などに大きなばらつきが生じている。その結果、その白色ＬＥＤ素子を使用した白色ＬＥＤデバイスを複数個用いて１つの面を照らすようなウォールウォッシャーやコーブ照明などでは、白色ＬＥＤデバイス毎の色の違いが見え易く、違和感を覚えるだけでなく、クレームの原因になることもある。

そのため、現在では、色温度などのばらつきが少ない白色ＬＥＤデバイスを得るために、完成品の色温度などの光特性を測定して、適合品を選別する方法が用いられている。しかしながら、この方法では、白色ＬＥＤデバイスの不適合品の数が減らず、コスト低減に繋がらないといった課題がある。

特表２０１０−５１７２８９号公報 特開２００２−１４１５５９号公報 特開２００２−２６１３２５号公報

建築コスト研究 Ｎｏ．７８ ２０１２．７ Ｐ４０

本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、特に、白色ＬＥＤデバイスの蛍光体層に起因する製造過程での色温度などの光特性のばらつきを極力抑えることができ、特性も向上する白色ＬＥＤデバイスの構造及び製造方法を提示し、さらにそれらを用いた安価な発光装置を提供することを目的とする。

本発明の発光装置は、青乃至紫色の光を発する半導体発光素子と、該半導体発光素子の光取り出し面の上に配置され、該半導体発光素子の光で励起されて、固有の光を発する蛍光体層からなる発光装置において、前記蛍光体層は、層面と垂直な断面によって、層面方向に複数に分割されており、分割された各領域は、蛍光体粉末が、含有されている蛍光体含有領域と、含有されていない透明領域とが混在していることを特徴とする。

上記の構成によれば、青乃至紫色の光を発する半導体発光素子からの光を、蛍光体層で白色光に変換して出力する白色ＬＥＤデバイスとして実現される発光装置において、前記蛍光体層における蛍光体量のばらつきに対して、色温度などの光特性のばらつきは、或る濃度を境に急激に増加する。つまり、前記或る濃度を境に、光特性が、敏感な蛍光体の配合領域と、鈍感な蛍光体の配合領域とに分かれる。この点に着目し、本発明の発光装置は、前記蛍光体層を、層面と垂直な断面によって、層面方向に複数に分割し、蛍光体粉末が含有されている蛍光体含有領域と、含有されていない透明領域とを混在させる。

したがって、蛍光体量のばらつきに対して、光特性のばらつきを大幅に抑制することができ、歩留りを向上することができる。

また、本発明の発光装置では、前記蛍光体含有領域は、緑色系蛍光体含有領域、黄色系蛍光体含有領域、および赤色系蛍光体含有領域の内の２種類以上で構成され、前記２種類以上の蛍光体含有領域からの固有の光と、前記透明領域からの青乃至紫色の光とを光の構成要素として含むことを特徴とする。

上記の構成によれば、緑色系蛍光体含有領域、黄色系蛍光体含有領域、および赤色系蛍光体含有領域の内の２種類以上の蛍光体含有領域をもつ分離型蛍光体層に前記鈍感な配合領域の蛍光体層を用い、前記透明領域と混在させて蛍光体層を形成する。

したがって、演色性がＲａ＝９０以上で、５０００Ｋ以上の白色から電球色の白色ＬＥＤデバイスにおいて、色温度のばらつきを抑え、歩留りを向上することができる。

さらにまた、本発明の発光装置では、前記蛍光体粉末は黄色系蛍光体であり、前記蛍光体含有領域からの黄色系の光と、前記透明領域からの青乃至紫色の光とを光の構成要素として含むことを特徴とする。

上記の構成によれば、黄色系蛍光体含有領域として、前記鈍感な配合領域の蛍光体層を用い、前記透明領域と混在させて蛍光体層を形成する。

したがって、演色性がＲａ＝７０台で高輝度の白色ＬＥＤデバイスに用いられ、図６から明らかなように、特に色温度が５０００Ｋ以上の白色ＬＥＤデバイスにおいて、色温度のばらつきを抑え、歩留りを向上することができる。

また、本発明の発光装置では、前記蛍光体粉末は、緑色系蛍光体、黄色系蛍光体、および赤色系蛍光体の中から２種類以上を混合した混合蛍光体であり、前記蛍光体含有領域からの混合蛍光体固有の光と、前記透明領域からの青乃至紫色の光とを光の構成要素として含むことを特徴とする。

上記の構成によれば、緑色系蛍光体、黄色系蛍光体、および赤色系蛍光体の中から２種類以上を混合した混合蛍光体含有領域として、前記鈍感な配合領域の蛍光体層を用い、前記透明領域と混在させて蛍光体層を形成する。

したがって、演色性がＲａ＝８０台で、５０００Ｋ以上の白色から電球色の白色ＬＥＤデバイスにおいて、色温度のばらつきを抑え、歩留りを向上することができる。

さらにまた、本発明の発光装置では、前記蛍光体含有領域の蛍光体濃度は、青色の光が該蛍光体含有領域を通過した発光スペクトルにおいて、青色の光のピークの高さが蛍光体の固有の光のスペクトルの高さの半分以下となる蛍光体濃度であることを特徴とする。

上記の構成によれば、蛍光体粉末の配合量のばらつきで、従来の白色ＬＥＤデバイスの色温度が敏感に変化する蛍光体の配合領域は、図７のように青色の光のピークが高く残る蛍光体濃度であり、鈍感な配合領域は、図８のように青色の光のピークが蛍光体固有の光のピークの半分以下（好ましくは４分の1以下）の高さになる蛍光体濃度である。このように蛍光体濃度の数値は、蛍光体の種類で大きく異なるので、白色ＬＥＤデバイスを実現する場合、青色の光のピークの高さで判断するのが適切である。前記の図８は、黄色系蛍光体（ＹＡＧ蛍光体）のデータであるが、他の蛍光体（緑色系蛍光体、赤色系蛍光体、他の黄色系蛍光体、または混合蛍光体、たとえば電球色に用いられる黄色系蛍光体に赤色系蛍光体を混合したものや、高演色に用いられる緑色系蛍光体に赤色系蛍光体を混合したもの）においても同じように判断すればよい。

したがって、光特性のばらつきの少ない濃度を容易に決定することができる。

また、本発明の発光装置は、前記透明領域に、前記蛍光体含有領域の蛍光体濃度よりも低濃度の蛍光体を含有した樹脂を充填して、光特性を調整することを特徴とする。

上記の構成によれば、蛍光体含有領域の光特性（色度や色温度など）を厳密に調整しておかなくても、該蛍光体含有領域と透明領域との相対的な面積比とともに、充填樹脂によっても光特性を調整することができ、微調整が可能であるとともに、調整幅も広げることができる。

また、本発明の発光装置の製造方法は、前記の発光装置を製造するにあたって、前記蛍光体層は、前記半導体発光素子上に蛍光体含有フィルムを積層する第１の工程と、前記蛍光体含有フィルムの一部分の領域から該蛍光体含有フィルム片を取り除くことで、前記透明領域を形成する第２の工程とによって作成されることを特徴とする。

上記の構成によれば、蛍光体含有フィルムをダイサーなどで研削することで、容易、かつ正確に、蛍光体含有領域と透明領域とを所望の比率で作成（混在）させることができる。

さらにまた、本発明の発光装置の製造方法は、前記の発光装置を製造するにあたって、前記蛍光体層は、透明樹脂フィルムを形成する第３の工程と、前記透明樹脂フィルムの一部分の領域から該透明樹脂フィルム片を取り除く第４の工程と、前記一部分の領域に蛍光体含有フィルム片を埋め込むことで、前記蛍光体含有領域を形成する第５の工程とによって作成されることを特徴とする。

上記の構成によれば、取り除くのは蛍光体含有フィルム片ではなく、透明樹脂フィルム片であり、蛍光体含有フィルムは、予め形成された片が取り除いた領域に埋め込むので、捨てる蛍光体を少なくできる。

また、本発明の発光装置の製造方法では、前記蛍光体含有領域および透明領域は、矩形状であることを特徴とする。

上記の構成によれば、前記蛍光体含有フィルム片をダイサーなどで研削することで、容易、かつ正確に、前記蛍光体含有領域と透明領域とに区分することができ、色度や色温度などの光特性のばらつきを少なくし、歩留まりもよくすることができる。

本発明の発光装置およびその製造方法は、以上のように、青乃至紫色の光を発する半導体発光素子からの光を、蛍光体層で白色光に変換して出力する白色ＬＥＤデバイスとして実現される発光装置において、蛍光体層を、層面と垂直な断面によって、層面方向に複数に分割し、蛍光体粉末が含有されている光特性が鈍感な蛍光体の配合領域と、蛍光体の含有されていない透明領域とを混在させる。

それゆえ、蛍光体量のばらつきに対して、光特性のばらつきを大幅に抑制することができ、歩留りを向上することができる。

本発明の第１実施形態の発光装置の図であって、（ａ）は光取り出し面から見た正面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は切断面線Ａ−Ａでの断面図である。 本発明の第２実施形態の発光装置の図であって、（ａ）は光取り出し面から見た正面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は切断面線Ｂ−Ｂでの断面図である。 本発明の第３実施形態の発光装置の図であって、（ａ）は光取り出し面から見た平面図、（ｂ）は断面図である。 本発明の第１実施形態の発光装置の製造方法を示す製造工程図である。 本発明の第２実施形態の発光装置の製造方法を示す製造工程図である。 従来技術の発光装置の蛍光体含有量に対する色温度の変化を表すグラフである。 発光装置の第１の発光スペクトルデータである。 発光装置の第２の発光スペクトルデータである。 発光装置の第３の発光スペクトルデータである。 発光装置の第４の発光スペクトルデータである。 本発明の発光装置の幅３５μｍのライン状透明領域の数に対する色温度変化を表すグラフである。 本発明の発光装置のライン状透明領域のライン幅に対する色温度変化を表すグラフである。 従来技術の発光装置を示す図であって、（ａ）（ｂ）は白色発光素子、（ｃ）は発光装置である。 従来技術の発光装置を示す断面図である。 （ａ）は本発明の第４実施形態の発光装置の断面図、（ｂ）は本発明の第５実施形態の発光装置の断面図である。

以下、本発明の発光装置とその製造方法の実施形態について、第１から第５実施形態の順に、図面を参照して詳細に説明する。

その前に、先ず本発明の着眼点について説明する。前述のように、白色ＬＥＤデバイスに使用される白色ＬＥＤ素子の製造工程において、蛍光体量のばらつきが生じると、色温度などの光特性のばらつきとなる。例えば、青色光を発する半導体発光素子と該半導体発光素子の光で励起されて黄色系の光を発する黄色系蛍光体（一般的にＹＡＧ蛍光体が使用される）とから構成される高輝度の白色ＬＥＤデバイスの場合、色温度は、シャープな青色光のスペクトルの強さと、ブロードな黄色系蛍光体からの黄色光のスペクトルの強さによって決定される。その内、色温度が５０００Ｋ以上になると、蛍光体の濃度（または蛍光体の配合量）の少しの変化で、大きく色温度が変化してくる。その様子を図６に示す。

図６は、横軸に透明樹脂（たとえばＳｉ樹脂）０．５ｇに分散する蛍光体粉末の配合量（グラム数）をとり、縦軸にこの配合比（蛍光体粉末の配合量をＸｇとすると、蛍光体粉末の重さ：透明樹脂の重さ＝Ｘ：０．５）で製作した従来の蛍光体層を使用した白色ＬＥＤデバイスの色温度をとったグラフである。この図６から理解されるように、蛍光体粉末の配合量が０．３ｇ以下（すなわち色温度が５０００Ｋ以上）の配合領域になると、蛍光体粉末の配合量の僅かなばらつきに対して、色温度は大きく変化する。したがって、この配合領域の色温度をもつ従来の白色ＬＥＤデバイスは、色温度の歩留まりが悪くなる。これに対して、蛍光体粉末の配合量が０．３ｇより多い配合領域になると、蛍光体粉末の配合量のばらつきによる色温度の変化は小さいことが理解される。
一方、蛍光体粉末の配合量が０．３ｇと０．２ｇとの従来の白色ＬＥＤデバイスの発光スペクトルを図７に示す。この配合領域では、０．１ｇの差で、シャープな青色光のスペクトルの高さが大きく変化している。この配合領域を、色温度に敏感な配合領域と記す。

また、蛍光体粉末の配合量が０．８ｇでの従来の白色ＬＥＤデバイスの発光スペクトルを図８に示す。この配合領域では、シャープな青色光のスペクトルの高さの変化は、敏感な配合領域より小さく、青色光の高さ自体が小さいことが理解される。この配合領域を、色温度に鈍感な配合領域と記す。

以上のことから、前記鈍感な配合領域の蛍光体層を蛍光体含有領域に用いて、蛍光体の含有していない透明領域と混在させて蛍光体層を形成すれば、シャープな青色光の高さは、透明領域からの青色光で増強され、５０００Ｋ以上の色温度で、蛍光体粉末の配合量のばらつきで色温度の変化が少ない白色ＬＥＤデバイスの製造が可能になるということが、本願発明者の着想点である。もちろん、透明領域からの青色光の光量は、該透明領域のサイズが、ダイサーなどの手段で高精度に形成できるので、安定した量に制御可能である。なお、上記の説明は青色光で説明しているが、照明用途では、青乃至紫色の光を用いることができる。

（実施形態１）
図１は、本発明の第１実施形態の発光装置（発光デバイス）１を示す図である。（ａ）は光取り出し面から見た正面図であり、（ｂ）は背面図であり、（ｃ）は（ａ）の切断面線Ａ−Ａから見た断面図である。この発光装置１は、青色光を発光する半導体発光素子である青色ＬＥＤ素子５を備えて構成される。青色ＬＥＤ素子５は、（ｃ）の断面が台形状に形成され、そのため図１で上面となる光取り出し面が、下面の電極形成面より小さく形成されて、側面が傾斜しており、その側面からの光取り出しも考慮されている。青色ＬＥＤ素子５の電極形成面（下面）には、ｎ側電極とｐ側電極との表面層に、それぞれ３μｍの厚みのＡｕＳｎ層が形成され、−電極Ｅ１および＋電極Ｅ２となっている。

前記青色ＬＥＤ素子５の光取り出し面（上面）上には、トータルな白色光を発するように、本実施形態の蛍光体層が形成されている。本実施形態では、該蛍光体層は、図１（ａ）で示すように、７個の矩形状の蛍光体含有領域２と、それらの間に設けられる６本の線状の透明領域３とを備えて構成される。青色ＬＥＤ素子５の側面には、前記蛍光体層を底面とする逆四角錐形状の透明樹脂部６が形成される。さらに、該青色ＬＥＤ素子５の電極形成面の全面、または電極形成面の−電極Ｅ１および＋電極Ｅ２部と前記蛍光体層の上面（出光面）以外の露出した面とは、反射壁４によって被覆されている。前記反射壁４の上面側の一部は、前記線状の透明領域３の延長線上で、切り込みが形成されている。

この発光装置１は、従来の構造の基板に相当するものはなく、青色ＬＥＤ素子５の電極（上述のように、表面には３μｍの厚みのＡｕＳｎ層が形成されている−電極Ｅ１および＋電極Ｅ２）が、直接、実装基板に半田で実装される。そのため、デバイスとしての熱抵抗は小さく抑えられており、また高価な基板の材料費が不要となり、低価格で作製することができる。

前記蛍光体層の７個の矩形状の蛍光体含有領域２は、黄色系蛍光体であるＹＡＧ系蛍光体粉末を、透明樹脂であるシリコン樹脂（例えばレジンタイプのシリコーン）中に混ぜ合わせて耐熱性のプラスチックシート（ＰＥＴシート）上に０．１ｍｍの厚みで層状（フィルム状）に塗布し、硬化させた蛍光体含有フィルムを用いている。この蛍光体含有フィルムは、該発光装置１が、たとえば３Ｗ級である場合、適正サイズである約２．４ｍｍ×２．４ｍｍ×０．１ｍｍの板状の単位で組み込まれ、最終形状として、幅約３５μｍで深さ約０．１ｍｍの６本の線状溝として形成された透明領域３によって、７個の蛍光体含有領域２に分割されている。

したがって、青色ＬＥＤ素子５からの青色光（ピーク波長が約４４５ｎｍ）は、その多くが前記７個の蛍光体含有領域２に入射し、一部がブロードな黄色系の光に変換される。変換される光の割合は、黄色系蛍光体の濃度に依存する。また、青色光の残りは、前記６本の透明領域３を通過して外部に放出される。すなわち、前記蛍光体層の出光面から出るトータル光は、蛍光体含有領域２からのブロードな黄色系の光および青色光と、透明領域３からの青色光とによって構成されることになる。したがって、発光装置１の発光の色温度は、蛍光体含有領域２の黄色系蛍光体の濃度と、透明領域３の溝の幅および数とに依存する。

ここで、前記蛍光体含有領域２として、ＹＡＧ系蛍光体の配合量Ｘが０．３ｇから０．９ｇの範囲（すなわち、上述の図６から、蛍光体配合量のばらつきに鈍感な配合領域）にある蛍光体含有フィルムを用いた場合の発光装置１の色温度をｙ軸にとり、透明領域３である幅３５μｍの溝の数をｘ軸にとったグラフを図１１に示す。溝が無い場合、発光装置１の色温度は、配合量Ｘが０．３ｇの時に５１０６Ｋ、０．９ｇの時に３３５０Ｋである。図１１から、透明領域の溝数に対する色温度の変化は、３５μｍの溝幅１２本で、０．３ｇでは５３０Ｋ程度、０．９ｇでは１４０Ｋ程度と共に変化量は小さく、０．３ｇの場合に比べて、０．９ｇの時の変化は非常に小さくなることが理解される。

このように本実施形態の発光装置１は、青色光を発する青色ＬＥＤ素子５からの光を、蛍光体層で白色光に変換して出力する白色ＬＥＤデバイスとして実現される発光装置において、前記蛍光体層における蛍光体量のばらつきに対して、色温度などの光特性のばらつきは、或る濃度（図６では０．３／０．５）を境に、敏感な蛍光体の配合領域と、鈍感な蛍光体の配合領域とに分かれることに着目して、前記蛍光体層を、層面と垂直な断面によって、層面方向に複数に分割し、蛍光体粉末が含有されている蛍光体含有領域２と、含有されていない透明領域３とを混在させる。

したがって、蛍光体量のばらつきに対して、光特性のばらつきを大幅に抑制することができ、歩留りを向上することができる。

また、本実施形態の発光装置１では、前記蛍光体粉末を黄色系蛍光体として、前記蛍光体含有領域２からの黄色系の光と、前記透明領域３からの青色光とを光の構成要素として含むので、演色性がＲａ＝７０台で、高輝度の白色ＬＥＤデバイスに用いられ、図６から明らかなように、特に色温度が５０００Ｋ以上の白色ＬＥＤデバイスにおいて、色温度のばらつきを抑え、歩留りを向上することができる。

ここで、図１２に、溝の本数は左右１本で、ＹＡＧ系蛍光体の配合量Ｘが０．９ｇの時の溝幅（トータルの溝幅）に対する色温度の変化量を示す。この図１２から、５０００Ｋ以上の色温度にするためには、溝幅は８００μｍ以上（左右各１本の溝幅は４００μｍ）が必要であることが理解される。なお、同じトータルの溝幅でも、細い溝を複数個入れるよりも、１本の溝を太い幅に形成する方が、色温度の変化は大きくなる。これは、３５μｍの細い溝は、粘着性がある樹脂の切カスなどが溝に残り、実質的な溝幅が狭くなってしまうためである。

上記の実施形態から、蛍光体配合量のばらつきに鈍感な配合領域を用いた蛍光体含有フィルムを用いる場合、５０００Ｋ以上の色温度を実現するためには、左右１本溝を形成し、その幅により色温度を調整し、望む色温度を決定すれば良いことが理解される。また、細い溝は、色温度の微調整に用いることができる。

そして、上述のような発光装置１の製造は、第１の工程で青色ＬＥＤ素子５上に蛍光体含有フィルムを積層し、第２の工程で、前記蛍光体含有フィルムの一部分の領域から該蛍光体含有フィルム片を取り除き、前記透明領域３を形成することで行うことができる。

詳しくは、図４を用いて説明する。図４は上述のような発光装置１の製造方法を説明するための断面図である。先ず、黄色系蛍光体であるＹＡＧ系蛍光体粉末をシリコン樹脂（例えばレジンタイプのシリコーン）中に適量混合し、蛍光体含有樹脂ペーストを準備する。次に図４（ａ）に示すように、メタルマスク（図には書かれていない）などを用いたスクリーン印刷法で、前記蛍光体含有樹脂ペーストを耐熱性プラスチックシート（例えばＰＥＴシート）４１上に、スキジーなどで０．１ｍｍの厚みで均一なフィルム状になるように塗布した後、硬化炉で１５０℃、１時間の条件で硬化させ、前記蛍光体含有領域２となる蛍光体含有フィルムを作製する（工程１）。

次に、図４（ｂ）に示すように、その蛍光体含有フィルムに、発光装置１が行列状に配列されて、板状のシートを形成する。

次に、図４（ｃ）に示すように、前記板状のシートをひっくり返し、耐熱性プラスチックシート４１を剥ぎ取り、さらに蛍光体含有フィルム（蛍光体層）側を、ダイサー４２を用いて透明領域３に相当する部分にダイシング溝を形成する（工程２）。溝幅は、ダイサー４２のブレードを用いて、最適な幅に調整する。

上記の製造方法により、蛍光体含有領域２と透明領域３との形成が可能になる。また、工程２のダイシング溝（透明領域３）の形成は、（ｂ）の板状のシートから、各発光装置１を個別に分離して、基板に実装後行ってもよい。

こうして、透明領域３の形成を、ダイサー４２などで該透明領域３に相当する部分から蛍光体フィルム片を削り取るような方法で行うことで、特に（ｃ）で示すように、蛍光体含有フィルムを発光装置１に組み込んだ後に蛍光体含有フィルム片の研削を行うことで、発光装置１の完成直前で、色度や色温度を研削で調整できるようになる。

その際、ダイサー４２による研削の深さは、蛍光体含有フィルムを貫通してもよいし、一部残す深さでもよい。また、この研削した部分に、色度や色温度調整用の蛍光体濃度の低い蛍光体含有樹脂を再度塗布してもよい。これに対して、蛍光体含有フィルムの作成直後に、該蛍光体含有フィルムを青色の光源の上に置き、その光特性を測定して、ダイサー４２による研削や上記した色度や色温度の調整プロセスを予め行った後、青色ＬＥＤ素子５上に積層するようにしてもよい。

このように蛍光体含有フィルムをダイサー４２などで研削することで、容易、かつ正確に、蛍光体含有領域２と透明領域３とを、色温度などの光特性に応じた所望の比率で作成（混在）させることができる。そして、前記蛍光体含有領域２および透明領域３の形状は、矩形状にすることが好ましい。その理由は、矩形状にすれば、前記ダイサー４２を用いて、極めて正確にそのサイズを加工することができるからである。この方法で色温度のばらつきを抑えるためには、サイズのばらつきをなくすことが重要である。

（実施形態２）
図２は、本発明の第２実施形態の発光装置（発光デバイス）１０を示す図である。この発光装置１０は、前述の発光装置１に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。図２において、図１と同様に、（ａ）は光取り出し面から見た正面図であり、（ｂ）は背面図であり、（ｃ）は（ａ）の切断面線Ｂ−Ｂから見た断面図である。この発光装置１０で発光装置１と異なる点は、蛍光体層が、３組の矩形状の蛍光体含有領域１２と、幅が約０．２ｍｍの矩形状のダイシング溝による２本の透明領域１１とを備えて構成されることである。

各組の蛍光体含有領域は、１番外側の２つの黄色系蛍光体含有領域１２ａ、内側の２つの赤色系蛍光体含有領域１２ｂ、及び中央の１つの緑色系蛍光体含有領域１２ｃで構成された蛍光体の分離型で、それぞれの色の蛍光体含有領域の蛍光体濃度は、すべて５５．０％にされている。この濃度であれば、それぞれの色の蛍光体含有領域で、青色光のピークの高さが、各蛍光体の固有の光のスペクトルの高さの半分以下となる。

詳しくは、蛍光体粉末の配合量のばらつきで、従来の白色ＬＥＤデバイスの色温度が敏感に変化する蛍光体の配合領域は、図７のように青色の光のピークが高く残る蛍光体濃度であり、鈍感な配合領域は、図８のように青色の光のピークが蛍光体固有の光のピークの半分以下（好ましくは４分の１以下）の高さになる蛍光体濃度である。このように蛍光体濃度の数値は、蛍光体の種類で大きく異なるので、白色ＬＥＤデバイスを実現する場合、青色の光のピークの高さで判断するのが適切である。前記の図８は、黄色系蛍光体（ＹＡＧ蛍光体）のデータであるが、他の蛍光体（緑色系蛍光体、赤色系蛍光体、他の黄色系蛍光体、または混合蛍光体、たとえば電球色に用いられる黄色系蛍光体に赤色系蛍光体を混合したものや、高演色に用いられる緑色系蛍光体に赤色系蛍光体を混合したもの）においても同じように判断すればよい。こうして、スペクトルの高さおよび比率から、適切な蛍光体の濃度を算出することで、色温度などの光特性のばらつきの少ない濃度を容易に決定することができる。

このような構成の分離型蛍光体層において、ダイシング溝による透明領域１１を形成しない時の発光装置１０の色温度は、４４８６．３Ｋで、スペクトルを図９に示す。図９では青色光のスペクトルの高さは、各色の蛍光体含有領域１２ａ，１２ｂ，１２ｃからの青色光が重なっているので、高くなっている。このような蛍光体層に、約幅０．２ｍｍで深さ０．１ｍｍのダイシング溝による透明領域１１を２本形成して、色温度が約８０００Ｋの発光装置１０にしている。

また、透明領域１１を、各色の蛍光体含有領域１２ａ，１２ｂ，１２ｃの延びる方向（図２の左右方向）と垂直方向（図２の上下方向）に延びるように形成することによって、各色の蛍光体からの光のスペクトルの高さの比を保ったまま、青色光の高さのみ、容易に調整することができる。また、平行に形成する場合は、除かれた蛍光体の固有の光のスペクトルの高さが減り、青色光の高さが増えることになる。

このような発光装置１０を用いて照明装置にしたもののスペクトルを図１０に示す。このスペクトルは、発光装置１０を基板に直線状に一定ピッチで１０個実装した水草用の照明で、基板毎のデータ１６本分を重ねて示している。そのため、スペクトル線の幅が少し太くなっているが、基板毎のスペクトルの再現性は非常に良い。また１つの基板中の１０個の発光装置１０を目視で見ても、色温度のばらつきは全く目立たない。基板毎の色温度は、７７００Ｋから８１００Ｋの範囲に入っており、平均値は７９６９．１Ｋである。

このように本実施形態の発光装置１０では、前記蛍光体含有領域は、黄色系蛍光体含有領域１２ａ、赤色系蛍光体含有領域１２ｂ、及び緑色系蛍光体含有領域１２ｃの内の２種類以上で構成され、前記２種類以上の蛍光体含有領域１２ａ，１２ｂ，１２ｃからの固有の光と、透明領域１１からの青色光とを光の構成要素として含むので、演色性がＲａ＝９０以上で、５０００Ｋ以上の白色から電球色の白色ＬＥＤデバイスにおいて、色温度のばらつきを抑え、歩留りを向上することができる。

本実施形態では、複数の蛍光体を使用した白色ＬＥＤデバイスであるので、図４のように、透明樹脂と各色の蛍光体粉末とを混合したペーストを、耐熱性プラスチックシート上に、前記各蛍光体含有領域１２ａ，１２ｂ，１２ｃに区分けして層状（フィルム状）に塗布し、それを硬化する方法以外に、予め作成された異なる発光色の蛍光体含有フィルム片を用いて、前記分離型蛍光体層とした蛍光体含有フィルムを作成し、発光装置１０に積層するようにしてもよい。

（実施形態３）
図３は、本発明の第３実施形態の発光装置（発光デバイス）２０を示す図である。この発光装置２０も、前述の発光装置１，１０に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。図３において、（ａ）は光取り出し面から見た正面図であり、（ｂ）は断面図である。この発光装置２０で発光装置１，１０と異なる点は、蛍光体層が、３個の矩形状の蛍光体含有領域２２と、２本の矩形状の透明樹脂フィルム片を用いた透明領域２１とを備えて構成されることである。

そして、蛍光体含有領域２２に、ＹＡＧ蛍光体を用いて、その濃度を６４．３％にすれば、透明領域２１の幅を変えたときの色温度の変化は、図１２と同じような結果が得られる。透明樹脂フィルムを用いて透明領域２１を形成すれば、蛍光体含有フィルム形成の時に透明領域２１も形成することができる。

また、図面は示していないが、図２の分離型蛍光体層においても同様に、透明樹脂フィルム片で透明領域１１を形成することができる。その場合、透明領域１１は、各色の蛍光体含有領域１２ａ，１２ｂ，１２ｃの並びと平行に形成されることになる（すなわち、各蛍光体含有領域１２ａ，１２ｂ，１２ｃの間に透明領域１１が形成されることになる）。

図５を用いて、前記発光装置２０の製造方法について説明する。先ず、図４の蛍光体含有樹脂ペーストの代わりに、シリコン樹脂などの透明樹脂に微粉末シリカ（アエロジル）などを適量混合し、最適な粘度にした透明樹脂ペーストを準備する。

次に、図５（ａ）に示すように、メタルマスク（図示していない）などを用いたスクリーン印刷法で透明樹脂ペーストを耐熱性プラスチックシート（例えばＰＥＴシート）４１上にスキジーなどで均一なフィルム状になるように塗布した後、硬化炉で１５０℃、１時間の条件で硬化させ、透明領域２１となる透明樹脂フィルムを作成する（工程１（特許請求の範囲における工程３））。

次に、図５（ｂ）（ｃ）に示すように、透明樹脂フィルムに幅３５μｍのブレードを用いてダイサー４２により切れ目を入れ、透明樹脂フィルムの部分領域（前記蛍光体含有領域２２に相当する部分）から透明樹脂フィルム片を取り除く（工程２（特許請求の範囲における工程４））。

次に、図５（ｄ）に示すように、前記蛍光体含有領域２２に相当する部分に、別に作成済みの蛍光体含有フィルム片を嵌め込み、或いは蛍光体含有ペーストを塗り込み、蛍光体含有領域２２を形成する（工程３（特許請求の範囲における工程５））。

上記の製造方法により作製した透明領域２１および蛍光体含有領域２２からなる蛍光体含有フィルムを用いて、発光装置２０を形成する工程（図５（ｅ））へと移る。この製造方法は、初期のフィルム製造の段階で、透明領域２１および蛍光体含有領域２２が形成される。加工はともにダイサー４２で精度良く行うことができるので、透明領域２１からの青色光のばらつきも小さく抑えることができる。また、取り除くのは蛍光体含有フィルム片ではなく、透明樹脂フィルム片であるので、蛍光体の無駄も無くすことができる。

（実施形態４，５）
図１５（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の第４および第５実施形態の発光装置（発光デバイス）を示す断面図である。この発光装置は、前述の図２で示す発光装置１０に類似している。図１５（ａ）は、前記発光装置１０における透明領域１１の深さを、蛍光体層を一部残す深さにした透明領域１５を形成したものである。また、図１５（ｂ）は、前記発光装置１０の透明領域１１に、蛍光体濃度を低くしたシリコン樹脂１６を充填したものである。これらの実施形態は、光特性（色度や色温度など）を調整するために有効な手段である。

上述の蛍光体含有領域１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、各色の蛍光体をそれぞれ塗布して作成されているが、２種類以上の蛍光体を予め混合した混合蛍光体を共通に塗布して作成されてもよい。また、半導体発光素子は、ＬＥＤ素子に限らず、また青色に限らず、蛍光体によって照明域の光に波長変換できればよく、青〜紫色の間の波長の光を発する素子を用いることができる。

さらにまた、透明樹脂フィルムの製造時に、スクリーン印刷などで透明樹脂を耐熱性プラスチックシート上に塗布する際、前記透明樹脂の粘度を調整するために、微粉末シリカなどを混ぜてもよい。また、上述の例ではダイサー４２を使用しているが、他に精度良く加工する手段があれば、各蛍光体含有領域１２ａ，１２ｂ，１２ｃなどは、矩形状に限られるものではない。例えば、エンドミルによるフライス盤加工であれば、任意の形状が可能である。

１，１０，２０ 発光装置
２，１２，２２ 蛍光体含有領域
３，１１，１５，２１ 透明領域
４ 反射壁
５ 半導体発光素子（ＬＥＤ素子）
６ 透明樹脂
１６ 蛍光体含有樹脂
４１ 耐熱性プラスチックシート
４２ ダイサー
Ｅ１，Ｅ２ 電極

Claims (9)

1. 青乃至紫色の光を発する半導体発光素子と、該半導体発光素子の光取り出し面の上に配置され、該半導体発光素子の光で励起されて、固有の光を発する蛍光体層からなる発光装置において、
   前記蛍光体層は、層面と垂直な断面によって、層面方向に複数に分割されており、分割された各領域は、蛍光体粉末が、含有されている蛍光体含有領域と、含有されていない透明領域とが混在していることを特徴とする発光装置。
2. 前記蛍光体含有領域は、緑色系蛍光体含有領域、黄色系蛍光体含有領域、および赤色系蛍光体含有領域の内の２種類以上で構成され、前記２種類以上の蛍光体含有領域からの固有の光と、前記透明領域からの青乃至紫色の光とを光の構成要素として含むことを特徴とする請求項１記載の発光装置。
3. 前記蛍光体粉末は黄色系蛍光体であり、前記蛍光体含有領域からの黄色系の光と、前記透明領域からの青乃至紫色の光とを光の構成要素として含むことを特徴とする請求項１記載の発光装置。
4. 前記蛍光体粉末は、緑色系蛍光体、黄色系蛍光体、および赤色系蛍光体の中から２種類以上を混合した混合蛍光体であり、前記蛍光体含有領域からの混合蛍光体固有の光と、前記透明領域からの青乃至紫色の光とを光の構成要素として含むことを特徴とする請求項１記載の発光装置。
5. 前記蛍光体含有領域の蛍光体濃度は、青色の光が該蛍光体含有領域を通過した発光スペクトルにおいて、青色の光のピークの高さが蛍光体の固有の光のスペクトルの高さの半分以下となる蛍光体濃度であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の発光装置。
6. 前記透明領域に、前記蛍光体含有領域の蛍光体濃度よりも低濃度の蛍光体を含有した樹脂を充填して、光特性を調整することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の発光装置。
7. 前記請求項１〜６の何れか１項に記載の発光装置を製造するにあたって、前記蛍光体層は、
   前記半導体発光素子上に蛍光体含有フィルムを積層する第１の工程と、
   前記蛍光体含有フィルムの一部分の領域から該蛍光体含有フィルム片を取り除くことで、前記透明領域を形成する第２の工程とによって作成されることを特徴とする発光装置の製造方法。
8. 前記請求項１〜６の何れか１項に記載の発光装置を製造するにあたって、前記蛍光体層は、
   透明樹脂フィルムを形成する第３の工程と、
   前記透明樹脂フィルムの一部分の領域から該透明樹脂フィルム片を取り除く第４の工程と、
   前記一部分の領域に蛍光体含有フィルム片を埋め込むことで、前記蛍光体含有領域を形成する第５の工程とによって作成されることを特徴とする発光装置の製造方法。
9. 前記蛍光体含有領域および透明領域は、矩形状であることを特徴とする請求項６又は７記載の発光装置の製造方法。

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