JP2015195243A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】色度ばらつきを抑制することで、歩留まりを向上させることができる発光装置を提供する。【解決手段】発光装置は、発光素子３からの第１の波長をピークとする波長帯（以下、第１の波長帯と称す）を含む光に励起され、第２の波長をピークとする波長帯（以下、第２の波長帯と称す）の光を発光する蛍光体が含有された蛍光膜７が、誘電体多層膜６上に形成されている。誘電体多層膜６が、透過対象の波長帯以外の波長帯の光を、誘電体膜６ａ，６ｂの各界面で反射させて、透過対象の波長帯の光を蛍光膜７に透過させ、蛍光体による波長変換された第２の波長帯の光と、透過対象の波長帯の光とを混色して出射させる。これにより、発光素子３からの第１の波長帯の光のスペクトル半値幅を一定の波長幅に制限して狭くすることができるので、色度ばらつきを抑制することができる。従って、発光装置は、歩留まりを向上させることができる。【選択図】図３

Description

本発明は、発光素子からの光に励起され、波長変換する蛍光体を含有した蛍光膜を有する発光装置に関するものである。

発光素子からの光により励起され、波長変換する蛍光体を樹脂に含有させたフィルタを有する発光装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の発光素子は、上部誘電体多層膜反射ミラーによって、上部波長変換物質層で波長変換された第３波長の光が、下部波長変換物質層内に入射することを防止し、下部誘電体多層膜反射ミラーによって、下部波長変換物質層で波長変換された第２波長の光が、透明モールディング部内に入射することを防止するものである。

特開２００８−１６６７８２号公報

特許文献１に記載の発光素子では、下部波長変換物質層の蛍光体により波長変換され、発光素子側へ戻ろうとする第２波長の光が、透明モールディング部と下部波長変換物質層との間の下部誘電体多層膜反射ミラーにより反射される。また、特許文献１に記載の発光素子では、上部波長変換物質層の蛍光体により波長変換され、下部波長変換物質層側へ戻ろうとする第３波長の光が、下部波長変換物質層と上部波長変換物質層との間の上部誘電体多層膜反射ミラーによる反射される。従って、蛍光体により波長変換された光が発光素子側へ戻ってしまうことを防止することができる。

しかし、発光ダイオードから出射された青色光のスペクトル半値幅が大きいと、蛍光体が吸収発光する際の発光波長のばらつきの一因となるため問題である。蛍光体の発光波長がばらつくと、発光装置を大量に生産した場合、それぞれの発光装置で、色度ばらつきが大きくなってしまう。従って、発光装置の発光色について、一定の色度範囲に揃えるために発光装置を選別すると、歩留まりが低下する。

そこで本発明は、色度ばらつきを抑制することで、歩留まりを向上させることができる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、第１の波長をピークとする波長帯（以下、第１の波長帯と称す）を含む光を発光する発光素子と、誘電体膜が積層された誘電体多層膜と、前記第１の波長帯の光に励起され、波長変換して第２の波長をピークとする波長帯（以下、第２の波長帯と称す）の光を発光する蛍光体が含有された蛍光膜とを備え、前記誘電体多層膜が、前記第１の波長帯の光うち、透過対象の波長帯以外の波長帯の光を、前記誘電体膜の各界面で反射させると共に、前記透過対象の波長帯の光を前記蛍光膜に透過させ、前記蛍光体による波長変換された前記第２の波長帯の光と、前記透過対象の波長帯の光とを混色して出射させることを特徴とする。

本発明の発光装置によれば、第１の波長帯の光のスペクトル半値幅を一定の波長幅に制限して狭くすることができるので、色度ばらつきを抑制することができる。よって、本発明の発光装置は、歩留まりを向上させることができる。

本発明の実施の形態に係る発光装置を示す図 図１に示す発光装置の発光素子が発光する光の波長を示す図 図１に示す発光装置の誘電体多層膜の拡大図 図１に示す発光装置が発光する光の波長を示す図

本願の第１の発明は、第１の波長をピークとする波長帯（以下、第１の波長帯と称す）を含む光を発光する発光素子と、誘電体膜が積層された誘電体多層膜と、第１の波長帯の光に励起され、波長変換して第２の波長をピークとする波長帯（以下、第２の波長帯と称す）の光を発光する蛍光体が含有された蛍光膜とを備え、誘電体多層膜が、第１の波長帯の光うち、透過対象の波長帯以外の波長帯の光を、誘電体膜の各界面で反射させると共に、透過対象の波長帯の光を蛍光膜に透過させ、蛍光体による波長変換された第２の波長帯の光と、透過対象の波長帯の光とを混色して出射させることを特徴とした発光装置である。

第１の発明によれば、誘電体多層膜が発光素子からの第１の波長帯の光から蛍光体の励起に不必要とした範囲の波長を選択的に遮蔽して、誘電体多層膜から出射させることにより、第１の波長帯の光のスペクトル半値幅を一定の波長幅に制限して狭くすることができるので、誘電体多層膜から出射する光を所定の色度の範囲内とすることができる。従って、それぞれの発光装置での色度ばらつきを抑制することができる。

本願の第２の発明は、第１の発明において、誘電体多層膜は、第１の波長帯のピーク波長を中心とした透過対象の波長帯以外の波長帯の光を反射させることを特徴とした発光装置である。

第２の発明においては、透過対象の光を、第１の波長帯のピーク波長を含めた波長の範囲とすることにより、それぞれの発光装置での色度ばらつきを抑制しつつ、誘電体多層膜から出射する光に最も発光強度が高いピーク波長が含まれるので、明るい発光装置とすることができる。

本願の第３の発明は、第１の発明または第２の発明において、発光素子からの光が入射する誘電体多層膜の入射面を凹凸面としたことを特徴とした発光装置である。

第３の発明によれば、発光素子からの光が、入射面で全反射して発光素子への戻り光となってしまうことを防止することができる。

（実施の形態）
本発明の実施の形態に係る発光装置を図面に基づいて説明する。

図１に示す発光装置１は、基体であるプリント配線基板２と、プリント配線基板２に搭載された発光素子３と、発光素子３の電極とプリント配線基板２の配線パターンとを導通接続するワイヤ４と、発光素子３およびワイヤ４を封止する封止部５と、封止部５の天面に形成された誘電体多層膜６と、蛍光膜７とを備えている。

プリント配線基板２は、絶縁性基板２１のおもて面および裏面の両面のそれぞれに、金属薄膜による配線パターン２２が形成されていると共に、おもて面と裏面とを接続する導通接続するスルーホール電極２３とが形成されている。

発光素子３は、紫外線発光ダイオード、青色発光ダイオードや赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオードなどと、用途に応じて適宜採用することができる。発光素子３は、サファイアなどの絶縁性基板に、半導体層が設けられ、天面に、陰極となるｎ側電極と、陽極となるｐ型半導体層とが設けられたＬＥＤである。発光層およびｐ型半導体層とｎ型半導体層の一部とをエッチングすることで露出したｎ型半導体層上に形成されたｎ側電極と、ｎ側電極を形成するときにエッチングされた残余のｐ型半導体層上の領域に形成されたｐ側電極とが、天面に向けて形成され、ｎ側電極とｐ側電極とのそれぞれに、ワイヤ４が配線されている。本実施の形態では、発光素子３は、図２に示すように、発光波長が４２０ｎｍ〜４８０ｎｍで、ピーク波長Ｐが４５０ｎｍの青色光を発光するものとしている。

ワイヤ４は、金や銅、アルミニウムなどによる金属の細線により形成されている。

封止部５は、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂及びフッ素樹脂を主成分とする樹脂や、ゾルゲル法で作製されるガラス材料を用いることもできる。

誘電体多層膜６は、封止部５上に形成されている。誘電体多層膜６は、図３に示すように、屈折率が異なる２種類以上の複数の誘電体膜６ａ，６ｂが積層されたものである。誘電体膜としては、ＴｉＯ₂やＳｉＯ₂などが使用できる。この誘電体多層膜６は、スパッタリングなどの蒸着、またはＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により誘電体膜を積層することができる。

蛍光膜７は、誘電体多層膜６上に形成されている。蛍光膜７は、樹脂膜または誘電体膜に、発光素子３が発光する第１の波長帯としての４２０ｎｍ〜４８０ｎｍの青色光に励起され、第２の波長として赤色に発光する蛍光体と、第３の波長として緑色に発光する蛍光体とが含有されている。発光素子３からの青色光により、蛍光体が赤色光および緑色光を発光することで、白色発光させることができる。

蛍光体は、ＹＡＧ系蛍光体、シリケート系蛍光体、珪酸塩蛍光体、酸化物蛍光体、酸窒化物蛍光体を使用することができる。本実施の形態では、２種類の蛍光体を蛍光膜７に含有させているが、１種類としてもよいし、３種類以上を組み合わせてもよい。また、赤色光を発光する蛍光体と緑色光を発光する蛍光体を一緒に蛍光膜７に含有させているが、二以上の樹脂膜または誘電体膜に含有させてもよい。

ここで、誘電体多層膜６について、図面に基づいて詳細に説明する。

誘電体多層膜６は、例えば、２分の１波長の厚みを有する、屈折率ｎ１の誘電体膜６ａと、屈折率ｎ２の誘電体膜６ｂとを交互に積層して、第１の波長帯の光うち透過対象の波長帯以外の波長帯の光を、誘電体膜６ａ，６ｂの各界面で反射させて、透過対象の波長帯以外の波長の光を各界面で透過を制限するように設定したものである。そうすることで、誘電体多層膜６、発光素子３からの青色光を狭い波長範囲の青色光に選択して出射させることで、バンドパスフィルタとして機能させている。本実施の形態では、図３に示すように、誘電体多層膜６を透過させる波長帯（透過対象の波長帯）を、ピーク波長４５０ｎｍを中心とした４４０ｎｍから４６０ｎｍとし、それ以外の波長の光を透過させない波長の光（透過対象外の波長の光）としている。

バンドパスフィルタとして機能する誘電体多層膜６について詳細に説明する。封止部５を透過した発光素子３からの出射方向の青色光（第１の波長帯の光）が誘電体多層膜６の入射面Ｓ１から入射すると、発光素子３からの透過対象外の波長の光が、誘電体膜同士のそれぞれの界面で一部または全部が反射すると共に、出射面Ｓ２と蛍光膜７との界面で一部または全部が反射する。従って、出射方向へ進行する透過対象外の波長の光は、各界面でそれぞれ少しずつ反射することで、そのほとんどを出射方向とは反対となる方向へ反射させることができる。

また、出射方向とは反対となる方向への戻り光となった透過対象外の波長の光は、更に、誘電体膜同士のそれぞれの界面で一部または全部が反射すると共に、入射面Ｓ１と封止部５との界面で一部または全部が反射する。従って、戻り光となった透過対象外の波長の光も、各界面でそれぞれ少しずつ反射することで、そのほとんどを出射方向へ反射させることができる。

誘電体多層膜６を透過した透過対象の波長帯の青色光は、蛍光膜７に含有された蛍光体を励起することで波長変換されて、赤色光および緑色光（第２の波長帯の光）となって、出射される。

誘電体多層膜６で選択的に透過させた青色光（透過対象の波長帯の青色光）は、スペクトル半値幅が狭くなった状態で、誘電体多層膜６から出射する。誘電体多層膜６から出射した透過対象の波長帯の青色光は、蛍光体の発光による赤色、緑色と混色して、白色光となって蛍光膜７から出射する。

このように、誘電体多層膜６が、発光素子３からの青色光から蛍光体の励起に不必要とした範囲の波長を選択的に遮蔽して、誘電体多層膜６から出射させることにより、青色光のスペクトル半値幅を一定の波長幅に制限して狭くすることができるので、色度ばらつきを抑制することができる。（図４参照）従って、発光装置１は、歩留まりを向上させることができる。

また、誘電体多層膜６は、青色光のピーク波長である４５０ｎｍを中心とした透過対象の波長帯以外の波長帯の光を反射させている。従って、透過対象の光を、ピーク波長を含めた波長の範囲とすることにより、それぞれの発光装置１での色度ばらつきを抑制しつつ、誘電体多層膜６から出射する光に最も発光強度が高いピーク波長が含まれるので、明るい発光装置とすることができる。

また、図３に示すように、入射面Ｓ１を微細な凹凸面とすることができる。この凹凸面は、入射面Ｓ１をプラズマエッチング装置によるエッチングにより形成することができる。入射面Ｓ１を凹凸面とすることで、封止部５を透過した発光素子３からの光が、入射面で全反射して発光素子３への戻り光となってしまうことを防止することができる。

なお、本実施の形態では、誘電体多層膜６が、屈折率ｎ１と屈折率ｎ２の２種類の誘電体膜６ａ，６ｂとしているが、屈折率ｎ１，ｎ２，ｎ３，ｎ４・・・というように、３種類以上の屈折率を有する誘電体膜を組み合わせて、第１の波長帯の光を反射させるようにしてもよい。

本発明は、色度ばらつきを抑制することで、歩留まりを向上させることができるので、発光素子からの光に励起され、波長変換する蛍光体を含有した蛍光膜を有する発光装置に好適である。

１ 発光装置
２ プリント配線基板
３ 発光素子
４ ワイヤ
５ 封止部
６ 誘電体多層膜
６ａ，６ｂ 誘電体膜
７ 蛍光膜
２１ 絶縁性基板
２２ 配線パターン
２３ スルーホール電極
Ｓ１ 入射面
Ｓ２ 出射面
Ｐ ピーク波長

Claims (3)

1. 第１の波長をピークとする波長帯（以下、第１の波長帯と称す）を含む光を発光する発光素子と、
   誘電体膜が積層された誘電体多層膜と、
   前記第１の波長帯の光に励起され、波長変換して第２の波長をピークとする波長帯（以下、第２の波長帯と称す）の光を発光する蛍光体が含有された蛍光膜とを備え、
   前記誘電体多層膜が、前記第１の波長帯の光うち、透過対象の波長帯以外の波長帯の光を、前記誘電体膜の各界面で反射させると共に、前記透過対象の波長帯の光を前記蛍光膜に透過させ、
   前記蛍光体による波長変換された前記第２の波長帯の光と、前記透過対象の波長帯の光とを混色して出射させることを特徴とする発光装置。
2. 前記誘電体多層膜は、前記第１の波長帯のピーク波長を中心とした透過対象の波長帯以外の波長帯の光を反射させる請求項１記載の発光装置。
3. 前記発光素子からの光が入射する前記誘電体多層膜の入射面を凹凸面とした請求項１記載の発光装置。

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