JP2016152398A - 発光装置およびそれに用いられる蛍光体層の作成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】白色ＬＥＤデバイス等に用いられ半導体発光素子上に複数の色毎に領域分割された蛍光体層を備えて成る発光装置において、高い演色性能を高い量産性で実現する。
【解決手段】青色のＬＥＤ素子からの光に対して、単純な領域分割では、蛍光体層８１’で示すように、緑色の領域８１Ｃの両側に、遠赤色の領域８１Ｂおよび赤色の領域８１Ｄを配置し、その外側に黄色の領域８１Ａ，８１Ｅを配置する必要があり、各色のフィルム片の貼付けなどで作成する必要がある。蛍光体層８１では、赤と遠赤の蛍光体を混合した領域８１ａをドット状とし、緑の蛍光体の領域８１ｂは、ダイサーで形成した格子状の溝にディスペンサー＆スキジー法によって埋め込んで形成する。ドットと格子で、赤と緑の境界が長くなり、相互作用で黄色が発生して、事実上２種類の蛍光体で、任意の色温度を、高い演色性で実現できるとともに、量産も容易である。
【選択図】図１０

Description

本発明は、ＬＥＤ照明等に用いられる発光装置と、それに用いられる蛍光体層の作成方法に関し、前記発光装置としては、特に青色または紫色〜紫外の光を発する半導体発光素子と、その青色または紫色〜紫外の光を所望の色温度の光に変換する蛍光体層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。そして、このような用途の広がりに伴い、色温度や演色性を所望のレベルに設定することが望まれる。たとえば、光源の色が、電球色、温白色、白色、昼白色、昼光色である場合、色温度は、それぞれ、約３０００Ｋ、３５００Ｋ、４２００Ｋ、５０００Ｋ、６５００Ｋである。また、演色性も、Ｒａ＝９０を超えるような高演色の照明装置が要望されており、その要望に応えられれば、このような半導体発光素子を用いた照明装置の用途は、さらに拡大する。

そこで、本件出願人は、先に特許文献１を提案している。この先行技術は、青色または紫色〜紫外の光を発生する半導体発光素子に、蛍光体フィルムを積層したもので、その実施例には、蛍光体フィルムを各色で領域分割して形成することが示されている。具体的には、同特許文献１には詳しく示されていないが、半導体発光素子の光取出し面上を４つの領域に分割し、赤、緑、黄色の各蛍光体と、ピーク波長の異なる赤色系蛍光体とを配置している。

これは、そのように複数色の蛍光体を用いるにあたって、蛍光体層を、その複数色を混ぜ合わせた単一の蛍光体層で形成してしまうと、たとえば緑の蛍光体からの光が赤の蛍光体に入射し、再変換されてしまうと言うような相互作用を生じ、色温度や演色性に影響を与えてしまうためである。先行技術は、ピーク波長の大きく異なる複数色の蛍光体を混ぜずに、単色で、領域分離して配置することで、そのような問題を解消している優れた手法である。

特開２０１４−８２３００号公報

しかしながら、たとえば遠赤、赤、緑、黄の４色の蛍光体を領域分離するためには、その４色の蛍光体フィルム片を貼り合わせる必要があり、工程が非常に煩雑で、特に量産には不利である。工数を削減するには、色数を減らすことが有効であるが、そうなると、演色性が低下する。

一方、その工程の煩雑さを回避するために、たとえばベースとする或る色の蛍光体フィルムから、ダイシングブレードなどで蛍光体を削り落し、その削り落とした領域に、ディスペンサーやスキジーによって、他の色の蛍光体を埋込んでゆく方法が考えられる。ところが、この方法では、４色の場合、削り落されないベースの色の蛍光体の上には、３色の他の色の蛍光体が重ね塗りされることになり、スペクトルが所望値から大きくずれて、せっかく色毎に領域分離した効果に乏しく、高い演色性能を得ることができないという問題がある。

本発明の目的は、高い演色性能を簡単に得ることができる発光装置およびそれに用いられる蛍光体層の作成方法を提供することである。

本発明の発光装置は、半導体発光素子と、該半導体発光素子の光取出し面上に配置され、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とを備えて構成される発光装置において、前記蛍光体層は、相互に異なる色の蛍光体で、前記光取出し面上に領域分割されて形成され、かつ少なくとも１つの色の領域はドット状に形成されて、他の色の領域は前記ドットを区画する格子状に形成されることを特徴とする。

上記の構成によれば、半導体発光素子と、該半導体発光素子の光取出し面上に配置され、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とを備えて構成される発光装置で、複数色の蛍光体を用いるにあたって、前記蛍光体層が、その複数色を混ぜ合わせた単一の蛍光体層で形成されるのではなく、単色ずつ領域分割されて光取出し面上に形成されることで、各色間の再変換などの相互作用を抑え、高演色が可能な発光装置において、その領域分割にあたって、少なくとも１つの色の領域をドット状とし、他の色の領域は前記ドットを区画する格子状に形成する。

したがって、たとえば４色の場合、十字や４本並列線で並べる場合などに比べて、ドットと格子では、各色の面積比が同じであっても、格子の幅やピッチ、すなわち本数の調整によって、ドット部分の１の色と、格子部分の他の色との境界の長さを、任意に設定することができる。なお、格子は、縦横で色を変えるなどして、２つ以上の色で形成されてもよい。

これによって、前記境界で生じる相互作用をコントロールすることができ、たとえば赤色系の蛍光体と緑色系の蛍光体とによって黄色成分を増加させることができ、結果的に蛍光体の色数を削減し、容易に作成することができる。また、高い演色性能を実現することができるとともに、格子の幅やピッチ、すなわち本数の調整によって、演色性能も細かく調整することができる。

そして、本発明の発光装置では、前記格子状はダイシングブレードで削成された溝によって形成され、前記他の色の蛍光体は、ディスペンサーやスキジーによって前記溝に埋込まれることを特徴とする。

また、本発明の蛍光体層の作成方法は、半導体発光素子の光取出し面上に配置され、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を作成するための方法において、１の色の蛍光体を均一に含有する層を作成する工程と、前記層に、ダイシングブレードで格子状の溝を削成する工程と、前記溝に、ディスペンサーやスキジーによって、他の色の蛍光体を埋込む工程とを含むことを特徴とする。

上記の構成によれば、たとえばディスペンサーやスキジーによって均一に作成された蛍光体層（フィルム）を１の色とし、その蛍光体層の一部をダイシングブレードで格子状に削成し、削成した溝にディスペンサーやスキジーによって他の色の蛍光体を埋込むことで、前記ドットと格子とを作成する。なお、ディスペンサーとスキジーとは、併用されたり、何れか一方のみが使用されたりする。

したがって、溝の削成によって１の色の蛍光体に無駄を生じるものの、フィルム片の貼合わせなどに比べて、格段に容易に作成することができ、コストを大幅に削減することができる。また、上述のように、コントロールされた相互作用を利用して、色数を削減できるので、蛍光体の重ね塗りによる影響も少なくすることができる。さらに、ダイシングブレードの幅を変えることで溝の幅を、溝間のピッチを変えることで溝の本数を変えることができ、色温度や演色性の微調整を容易に行うことができ、また超高演色まで実現することができる。

さらにまた、本発明の発光装置および蛍光体層の作成方法では、前記半導体発光素子は、青色または紫色〜紫外の光を発生し、前記蛍光体層における１つの色はピーク波長の異なる赤色蛍光体を混合したものから成り、前記他の色は緑色の蛍光体から成ることを特徴とする。

上記の構成によれば、境界の長さが長くなると相互作用は強くなる傾向を示し、青色または紫色〜紫外の励起光で、ピーク波長の異なる赤色蛍光体を混合したものと緑色の蛍光体とを組合わせた場合、それらの相互作用で黄色成分が出現する。

したがって、２種類の蛍光体を使用するだけで、単に領域分割した場合における４色の蛍光体の機能を実現することができ、さらに、溝の幅やピッチを変えることで、全ての種類（太陽光仕様、美術館仕様、光彩色、美肌色、肉用等）の発光装置を、前記のピーク波長の異なる赤色蛍光体を混合したものと緑色の蛍光体とで再現することができるとともに、前記色温度や演色性の調整（コントロール）を、容易かつ低コストに実現することができる。

ここで、半導体発光素子が青色の光を発する場合は、最終的に該発光装置から出力される光における青色系成分は、蛍光体層を通過した（蛍光体層で波長変換されなかった）前記半導体発光素子に固有の光を充当できる。しかしながら、半導体発光素子が紫色〜紫外の光を発する場合、同じ構成の蛍光体層であると、緑色〜赤色の他の色成分はほぼ同様に得ることができる（殆ど影響を与えない）が、蛍光体層を通過してくる光は、半導体発光素子に固有の紫色〜紫外光で、青色成分が欠乏することになる。そこで、蛍光体層の最上層に、青色系蛍光体の層を形成していれば、下層の蛍光体層を通過してくる紫色〜紫外光の大部分を青色成分の光に変換することができ、青色光を発する半導体発光素子の場合と同等以上の演色性を達成することができる。

また、本発明の発光装置では、前記ダイシングブレードの幅は、３０〜４００μｍであることを特徴とする。

上記の構成によれば、ダイシングブレードの幅が、３０μｍ未満であれば、２．４ｍｍ角の蛍光体層において、溝数が４０本以上も必要になって、ブレードの摩耗も多くなるので、３０μｍ以上が好ましい。また、５０００〜５５００Ｋの太陽光の場合で、ブレードの幅が前記２００μｍで溝が５〜６本、３００μｍで４本、４００μｍ３本となり、その３本の４００μｍ以下の狭い幅であれば、格子の領域の蛍光体を、狭角の拡大レンズを通して見ても、色ムラの発生を抑えることができる。

さらにまた、本発明の発光装置では、前記半導体発光素子は、青色または紫色〜紫外の光を発生し、前記蛍光体層における１つの色はピーク波長の異なる赤色蛍光体を混合したものから成り、前記他の色は緑色の蛍光体から成り、該蛍光体層は２．４ｍｍ角に形成され、前記緑色の蛍光体を埋め込む溝は、２００μｍの幅で格子状に形成され、かつ色温度が、５０００〜５５００Ｋの太陽光を実現する場合は縦横５〜６本ずつ、３０００Ｋのタングステンランプを実現する場合は縦横４本ずつ、それぞれ形成されることを特徴とする。

上記の構成によれば、青色または紫色〜紫外の光を発生する半導体発光素子に、格子状の溝に緑色の蛍光体を、その溝で区画されたドットにピーク波長の異なる赤色蛍光体を混合したものが嵌め込まれて成る２種類の蛍光体を用いた蛍光体層を積層して構成される発光装置において、蛍光体層が２．４ｍｍ角に形成され、ダイシングブレードの幅が２００μmである場合、前記溝を縦横５〜６本ずつ形成することで色温度が前記５５００Ｋの太陽光（昼白色）を実現することができ、４本ずつ形成することで色温度が前記３０００Ｋ（電球色）のタングステンランプを実現することができる。

こうして、同じ半導体発光素子および蛍光体を用いても、ダイシングによる溝の本数を変えるだけで、代表的な２種類の光源を実現することができる。

また、本発明の発光装置では、前記蛍光体層上には、拡大レンズを備えることを特徴とする。

上記の構成によれば、所望とする波長の光を得るために、蛍光体層を各色に所定の面積比で形成するにあたって、前記のドットと格子との組合わせでは、該拡大レンズによる色ムラ（色分離）を目立ち難くすることができ、好適である。

さらにまた、本発明の発光装置では、前記拡大レンズは、拡がり角が４０°以下であることを特徴とする。

上記の構成によれば、拡大レンズが、たとえば８０°の広角レンズでは、蛍光体層の各分割領域は目立たないが、４０°の中角からそれ以下の狭角になると、たとえば２色や３色などで、各色が１つの領域の大きな塊でしか形成されていない場合は、各色の分割領域が拡大レンズの放射面側から見えて（認識可能になって）しまう。そのため、拡がり角が４０°の中角からそれ以下の狭角になる場合に、ドットと格子とで複数の色の分割領域を形成することで、そのようなムラを見え難くすることができ、好適である。

また、本発明の発光装置では、医療用の照明器具に用いられることを特徴とする。
上記の構成によれば、医療用の照明器具は、たとえばＲａ＝９８と言うような非常に高い演色性を要求されるので、色温度および演色性を容易かつ高精度に調整（コントロール）できる本発明を、特に好適に実施することができる。

本発明の発光装置は、以上のように、半導体発光素子上に、複数の色毎に領域分割された蛍光体層を備えて成る発光装置において、その領域分割を、１つの色の領域をドット状とし、他の色の領域は前記ドットを区画する格子状に形成することで行う。

それゆえ、各色の面積比が同じであっても、格子の幅やピッチ、すなわち本数の調整によって、ドット部分の１の色と、格子部分の他の色との境界の長さを、任意に設定することができ、該境界で生じる相互作用をコントロールし、結果的に蛍光体の色数を削減し、容易に作成することができる。また、高い演色性能を実現することができるとともに、格子の幅やピッチ、すなわち本数の調整によって、演色性能も細かく調整することができる。

本発明の開発途上における発光装置を模式的に示す図である。 前記開発の基点となる標準密度の蛍光体を例示する正面図である。 前記開発過程での蛍光体の領域分割数（密度）の違いによる光の拡散度合い（色ムラ）を模式的に示す図であり、３倍密度の例を示す。 前記開発過程での蛍光体の領域分割数（密度）の違いによる光の拡散度合い（色ムラ）を模式的に示す図であり、４倍密度の例を示す。 前記開発過程での蛍光体の領域分割数（密度）の違いによる光の拡散度合い（色ムラ）を模式的に示す図であり、５倍密度の例を示す。 前記蛍光体の領域分割数（密度）の違いによる光の相互作用の効果を示す本件発明者の実験結果を示すグラフである。 拡大レンズの一例を示す斜視図である。 本発明の開発途上における蛍光体層の作成方法の一例を簡略化して示す図である。 蛍光体フィルムの作成方法を説明するための図である。 本発明の実施の一形態に係る発光装置における蛍光体層の一例を説明するための正面図である。 本発明の実施の一形態に係る発光装置における蛍光体層の他の例を説明するための正面図である。 図１０で示す蛍光体層を備えた積層体の作成方法を示す図である。 図１０で示す蛍光体層を備えた積層体の作成方法を示す図である。 図１０で示す蛍光体層を備えた積層体の作成方法を示す図である。 図１０で示す蛍光体層を備えた積層体の作成方法を示す図である。 図１０で示す蛍光体層を備えた積層体の図である。 本発明の実施の一形態に係る発光装置における蛍光体層の好ましい例を説明するための正面図である。

（本発明の開発途上の構成）
先ず、図１〜図６を参照して、本件発明者が本発明に係る発光装置およびそれに用いられる蛍光体層の作成方法の開発に至った経過を詳しく説明する。図１は、本発明の開発途上における発光装置１を模式的に示す図である。図１（ａ）は、発光装置１の断面図である。この発光装置１は、半導体発光素子２の光取出し面２１上に蛍光体層３が配置されて成る積層体４と、拡大レンズ５とを備えて構成される。半導体発光素子２は、青色の光を発生し、蛍光体層３は、その発生された光を、固有の波長の光に変換して出力する。本件発明者は、先ず、蛍光体層３上に、拡大レンズ５を設けるにあたって、好適な構成を検討した。

図１（ｂ）は、積層体４の正面図である。積層体４は、前記半導体発光素子２の光取出し面２１上に、該光取出し面２１よりも面積の広い蛍光体層３が積層され、また半導体発光素子２の背面２２は基板２３に実装され、それらの基板２３の背面２４および蛍光体層３の表面３１を除く部分が、反射材２５で被覆されて構成される。そのため、蛍光体層３の外周部３２は、反射材２５の壁で覆われ、該外周部３２からの漏光が蛍光体層３内に戻され、結果的に光取出し効率が向上されている。また、半導体発光素子２は台形状で、光取出し面２１よりも背面２２の面積が大きく、その台形チップと反射材２５との間は、透明樹脂２６が充填されている。この積層体４の外形寸法は、たとえば２．６ｍｍ角、蛍光体層３の外形寸法は、たとえば２．４ｍｍ角である。

拡大レンズ５は、コーン（円錐台）状や、さらにその側面がカーブした逆砲弾状に形成される（図１（ａ）は、逆砲弾状で示している）。拡大レンズ５の頂部５１に相当する部分からは、円筒状の凹部５２が形成され、その凹部５２の底部には、凸レンズ５３が形成されている。そのため、この拡大レンズ５は、拡がり角が、たとえば２５°の狭角レンズである。なお、図１（ａ）では、その狭角レンズによる光線の拡がりの様子を模式的に線で示しているが、その線は、後述する蛍光体層３で分離される色の区分に対応しているものではない。

また、拡大レンズ５の底部５４に相当する部分には、小さなレンズが六角形状で一面を覆うように形成されて、光を拡散させるための拡散レンズ５５が形成されている。前記拡散レンズ５５は、粗面処理が施されて（梨地に形成されて）、作成されてもよい。これらの凸レンズ５３および拡散レンズ５５は、前記コーン状や逆砲弾状の外周部５６によって連結される。この拡大レンズ５は、蛍光体層３からの放射光に対して、透明で劣化の少ない樹脂によって、一体成型によって作成される。図１（ａ）の例は、LedLink社製の汎用レンズを示しており、光の拡がり（配光）角は、前記の狭角の２５°である。この配光に収めるために、中央の凸レンズ５３の倍率と、底面の拡散レンズ５５の倍率（分散程度）とが定められている。

上述のように構成される発光装置１において、本件発明者は、図１（ｂ）に示すように、蛍光体層３に複数色の蛍光体を用いるにあたって、色ムラを抑えるために、各色を複数の領域に分割し、各領域間に、他の色の領域が入り込むように形成した。図１（ｂ）の例では、参照符号３３で示す領域は緑色の蛍光体の領域であり、参照符号３４で示す領域はピーク波長の異なる赤色蛍光体を混合したもの（以下、混合赤色蛍光体と言う）の領域である。

ここで、ピーク波長の異なる赤色蛍光体としては、たとえば赤色蛍光体と遠赤色成分を多く含む蛍光体とであり、遠赤色とは、７００ｎｍ〜８００ｎｍの波長である。具体例では、赤色蛍光体は、ピーク波長が６４０ｎｍ近傍で、半値幅が約１１０ｎｍであり、遠赤色成分を多く含む蛍光体は、ピーク波長が６６０ｎｍ近傍で、半値幅が約９０ｎｍで、共に赤色に属する蛍光体である。

図２は、その領域を細かく分割する前の、標準密度の蛍光体層３ａを例示する正面図である。この図２の例では、参照符号３３ａで示す緑色の蛍光体の領域を中央に、その両側に、参照符号３４ａで示す混合赤色蛍光体の領域が配置されることで、色形成位置のばらつきによる影響を抑えている。これに対して、前記図１（ｂ）の蛍光体層３では、混合赤色蛍光体および緑色の蛍光体を、それぞれ５分割した５倍密度を示している。

ここで、図３〜図５には、本件発明者が実験した、蛍光体の領域分割数（密度）の違いによる光の拡散度合い（色ムラ）を模式的に示す。拡大レンズ５は、前記のLedLink社製の狭角２５°のレンズを使用している。図３の蛍光体層３ｂは３分割、すなわち３倍密度、図４の蛍光体層３ｃは４分割、すなわち４倍密度、図５の蛍光体層３は前記の図１と同様の５分割、すなわち５倍密度である。各蛍光体層３ｂ，３ｃ，３は、前記の２．４ｍｍ角である。これらの条件で、半導体発光素子２を光らせた場合に、距離Ｌ＝１ｍのスクリーン６上に投影される蛍光体層３ｂ，３ｃ，３のパターンを模式的に示す。

図３の３倍密度の例では、参照符号６１で示すように、２つの蛍光体（領域３３ｂ，３４ｂ）からの光が充分に混ざらない（単色だけの）領域が生じ、色ムラの生じていることが理解される。これに対して、図４の４倍密度の例では、前記図３における参照符号６１で示すような単色だけの領域は生じず、２つの蛍光体（領域３３ｃ，３４ｃ）からの光が混合され、色ムラの生じていないことが理解される。さらに図５の５倍密度の例では、２つの蛍光体（領域３３，３４）からの光が充分に混合し、より色ムラの抑えられていることが理解される。

したがって、前記の蛍光体層３，３ａ，３ｂ，３ｃの２．４ｍｍ角、拡大レンズ５の拡がり角が２５°と言う条件においては、蛍光体は３ｃの４分割、すなわち４倍密度以上とすることで、領域３３ｃ，３４ｃに分割された該蛍光体層３ｃに狭角の拡大レンズ５を用いても、該蛍光体層３ｃによる色ムラを抑えることができる。ここで、図３と図５に示した結果は、実際の目視実験でも確認された結果である。

図６は、蛍光体層が標準密度、３倍密度、５倍密度のときの発光スペクトルデータを比較したものである。比較し易いように、波長が６２０ｎｍ付近のピークで規格化している。破線は図２で示す標準密度の蛍光体層３ａのグラフであり、一点鎖線は図３で示す３倍密度の蛍光体層３ｂのグラフであり、実線は図１（ｂ）および図５で示す５倍密度の蛍光体層３のグラフである。図６の横軸は波長であり、縦軸は光エネルギーである。半導体発光素子２には、青色のＬＥＤ素子を用いている。

図６を参照して、標準密度から３倍密度に上がると、緑から黄色の成分が改善されることが理解される。また、５倍密度に上がると、緑から黄色の成分は一層改善されていることが理解される。これは、混合赤色蛍光体の領域３４ｂ，３４と緑色の蛍光体の領域３３ｂ，３３との隣接部分が多くなると、それらの相互作用による黄色成分の出現が多くなるためである。本件発明者は、この点に着目し、後述するような実施形態を開発した。

ここで、拡大レンズの別の例を図７の拡大レンズ７ａに示す。この拡大レンズ７ａは、前記積層体４を４個縦横に配置して、５０ｍｍφのランプを実現するものであり、拡大レンズ５に類似の４個の拡大レンズ７の集合体である。そのため、各拡大レンズ７は、放射面（底部７４）側で、連結部材７７によって相互に連結されており、また外周側で、各拡大レンズ７間には、図示しない外部基板に当接する脚７８が立設されている。各拡大レンズ７の放射面（底部７４）は梨地の分散面で、その中央には、光を拡散させずに通過させるための円筒状の凹所７９が形成されている。

前記の拡大レンズ５，７としては、たとえば８０°の広角レンズでは、たとえば２色や３色などの蛍光体を、単純に、１つの領域の大きな塊で形成しても、前記色ムラは目立たない。すなわち、たとえば図２で示す標準密度の蛍光体層３ａを使用しても、色ムラは目立たず、作成コスト的にも有利である。しかしながら、４０°の中角からそれ以下の狭角になると、各色の領域が拡大レンズ５の放射面側から見えて（認識可能になって）しまう。したがって、拡がり角が前記４０°の中角からそれ以下の狭角になる場合に、各色を複数の領域に分割形成することで、そのようなムラを見え難くすることができ、好適である。

図８は、蛍光体層３の作成方法の一例を簡略化して示す図である。この図８の例は、図４で示す４倍密度の蛍光体層３ｃの例を示している。図８（ａ）〜（ｄ）において、上段に平面図を、下段に断面図を示している。断面図において、半導体発光素子２等、積層体４で、図１（ａ）に対応する部分には、同一の参照符号を付して示し、説明を省略する。また、この図８（ａ）〜（ｄ）は、上述のように、蛍光体層３の作成方法を示すものであり、その前工程である積層体４の作成方法については、後の実施形態の説明で詳述する。

先ず、図８（ａ）に示すように、半導体発光素子２上に、蛍光体フィルム３０を貼付ける。蛍光体フィルム３０の作成は、図９で示すように、平滑平板のベース３０１上に、蛍光体フィルム３０の厚みに対応し、外周部３２を区画する矩形枠状のスペーサ３０２を貼付け、そのスペーサ３０２の枠内に、蛍光体材料３０４を、スキジー３０３を用いて、均一な厚さに塗布する。図９（ａ）は作成途中の蛍光体フィルム３０の平面図であり、図９（ｂ）は縦断面図である。なお、拡大して示すために、前記矩形の隅角の一部分を示している。

この蛍光体フィルム３０として作成されるのは、混合赤色と緑色との何れの蛍光体フィルムでも良いが、蛍光体のコストや、濃度調整のし易さ、歩留り等が考慮されて、本例では、混合赤色蛍光体の領域３４ｃに対応した混合赤色蛍光体のフィルムである。そして、塗布される蛍光体材料３０４としては、たとえば、ピーク波長が６４０ｎｍ近傍の赤色系蛍光体粉末に、ピーク波長が６６０ｎｍ近傍の遠赤成分を多く含む蛍光体粉末を混ぜたものに、透明樹脂を一定の割合加えて混ぜ合わせてペースト状にしたものである。所望とする波長や演色性によっては、赤色系蛍光体粉末は、１種類のみが用いられてもよい。このような蛍光体材料３０４を、ディスペンサー＆スキジー法でフィルム状に成型し硬化させた後、前記ベース３０１およびスペーサ３０２から剥離し、蛍光体フィルム３０とする。なお、作成すべき蛍光体フィルム３０の精度などによっては、ディスペンサーとスキジーとの何れか一方のみが用いられてもよい。以下の工程も同様である。

次に、図８（ｂ）で示すように、ダイサー３０９を用いて、緑色の蛍光体の領域３３ｃに対応した溝３０６を削成する。その溝３０６の深さは、蛍光体間の相互干渉を無くすために、極力、混合赤色蛍光体のフィルム３０を残らず削り落すことができる深さであり、半導体発光素子２では、前記光取出し面２１は発光層から遠い基板側であり、該基板に割れが生じない程度に彫り込まれてもよい。

続いて、図９と同様に、図８（ｃ）で示すように、溝３０６に、緑色の蛍光体材料３０７を、ディスペンサー＆スキジー法で塗布し、硬化させて緑色の蛍光体の領域３３ｃを作成する。その後、ダイサーで各積層体４のチップを切り分けると、図８（ｄ）および図４で示すようになる。ここで、図８（ｄ）は、反射材２５の枠を一部切り込み、緑色蛍光体の部分領域３３ｃの一部となっているのに対し、図３は反射材は切り込まれていないが、その違いは反射材２５の形成工程が、上記蛍光体層形成工程の前か後かでの違いである。

このようにダイサー３０９による混合赤色蛍光体のフィルム３０の削り取りと、スキジー３０３による緑色の蛍光体材料３０７の塗布とによって、緑色の蛍光体の領域３３ｃを作成することで、混合赤色蛍光体のフィルム片および緑色蛍光体のフィルム片の貼り付けで２つの領域３３ｃ，３４ｃを作成する場合に比べて、極めて簡単かつ低コストに、２つの領域３３ｃ，３４ｃを作成することができる。また、２つの領域３３ｃ，３４ｃの面積比を高精度に調整することができるとともに、溝３０６の本数や幅の調整によって、混合赤色蛍光体と緑色の蛍光体との相互作用による黄色の成分量を調整することもでき、演色性を高精度に調整することができる。

なお、図８（ｂ）（ｃ）において、ダイサー３０９で混合赤色蛍光体を除去して溝３０６を形成し、緑色の蛍光体の領域３３ｃを形成する工程で、溝３０６の深さを浅くして、一部に混合赤色蛍光体を残すようにしてもよい。また、図８（ｃ）において、緑色の蛍光体材料３０７のペーストは、混合赤色蛍光体の領域３３ｃの上にも薄く塗布されることになる。そのため、所望とする相互作用（黄色成分の発生）の割合に応じて、その残った緑色の蛍光体材料３０７のペーストを利用してもよく、利用しない場合には、溝３０６と交差（好ましくは直交）して走査するスキジーなどで除去してもよい。
（実施形態）
図１０および図１１は、上述のような経過を経て、本件発明者が導き出した本発明の実施の一形態に係る発光装置における蛍光体層８１，８２を説明するための正面図である。図１０（ｂ）および図１１（ｂ）は、本実施形態の蛍光体層８１，８２を示し、図１０（ａ）および図１１（ａ）は、前記特許文献１の発想を進めた、本実施形態の基礎となる蛍光体層８１’，８２’を示す。図１０はタングステンランプの３０００Ｋを実現する蛍光体の例であり、図１１は太陽光の５０００Ｋを実現する蛍光体の例である。

蛍光体層８１’，８２’で注目すべきは、短冊状の蛍光体フィルム片を貼り合わせて成る、５つの領域８１Ａ〜Ｅ，８２Ａ〜Ｅを備えていることである。周縁の領域８１Ａ，８１Ｅ；８２Ａ，８２Ｅは黄色の蛍光体フィルム片から成り、領域８１Ｂ，８２Ｂは遠赤色成分を多く含む蛍光体フィルム片から成り、領域８１Ｃ，８２Ｃは緑色の蛍光体フィルム片から成り、領域８１Ｄ，８２Ｄは赤色の蛍光体フィルム片から成る。したがって、４種類５枚の蛍光体フィルム片それぞれを、図１０（ａ）と図１１（ａ）との差で示すように、所望の適正な大きさにカットし、隙間無く、透明接着剤で接着する必要がある。図１０（ａ）と図１１（ａ）とを比較すると、色温度の高い図１１（ａ）の蛍光体８２’では、緑色の領域８２Ｃが広くなり、黄色の領域８２Ａ；８２Ｅおよび遠赤色の領域８２Ｄが狭くなっている。

これに対して、本実施形態の蛍光体層８１，８２で注目すべきは、少なくとも１つの色の領域８１ａ，８２ａはドット状に形成されて、他の色の領域８１ｂ，８２ｂは前記領域８１ａ，８２ａを区画する格子状に形成されることである。これは、前述の図６からも明らかなように、蛍光体の密度が上がると、隣接部分が多くなり（境界が長くなり）、相互作用によって黄色成分が出現することを利用するためである。

図１０（ｂ）および図１１（ｂ）では、ドットの領域８１ａ，８２ａは前記混合赤色蛍光体から成り、格子の領域８１ｂ，８２ｂは緑色の蛍光体から成る。これは、前記のように、たとえば蛍光体のコストや歩留りなどを考慮して選択されたものであり、反対に、ドットの領域８１ａ，８２ａが緑色の蛍光体から成り、格子の領域８１ｂ，８２ｂが混合赤色蛍光体から成るようにしてもよい。

そして、本件発明者が見出したように、図１０（ａ）および図１１（ａ）は４種類の蛍光体を使用しているのに対して、図１０（ｂ）および図１１（ｂ）では前記の２種類の蛍光体しか使用していない。これは、前記相互作用を利用して、その２種類の蛍光体で等価の演色性を得られるためである。詳しくは、ドットと格子との組合わせでは、それらの境界を比較的長く形成することができ、それらの界面での相互作用によって黄色の成分を多く発生させることができ、図１０（ａ）および図１１（ａ）では必要であった黄色の領域８１Ａ，８１Ｅ；８２Ａ，８２Ｅを不要にできることである。また、ドットと格子との組合わせでは、それらの界面での相互作用の度合い、すなわち本実施形態では前記黄色の成分量を調整することができる。こうして、緑色の蛍光体と混合赤色蛍光体との２種類の蛍光体を使用するだけで、図１０（ａ）および図１１（ａ）のように単に領域分割した場合における４色の蛍光体の機能を実現することができ、さらに、溝の幅やピッチを変えることで、全ての種類（太陽光仕様、美術館仕様、光彩色、美肌色、肉用等）の発光装置を再現することができるとともに、前記色温度や演色性の調整（コントロール）を、容易かつ低コスト（極めて量産に優れた手法）に実現することができる。なお、さらに高演色にするために、ドットの領域８１ａ，８２ａおよび格子の領域８１ｂ，８２ｂが複数色で形成されてもよい。

さらにまた、図１０（ｂ）と図１１（ｂ）とを比較して、領域８１ａ，８２ａ；８１ｂ，８２ｂのように、ドットと格子との組合わせでは、全ての品種で格子のピッチが違うだけで、見た目は似たようなデザインとなり、設計が容易であるとともに、格子を形成する溝の幅と本数（ピッチ）とを調整することで、前記面積比は同じであっても、前記境界の長さを容易に変化させることができ、また所望とする色温度や演色性への微調整を容易に行え、超高演色まで実現することができる。

図１０（ｂ）および図１１（ｂ）では、前記２．４ｍｍ角の蛍光体層８１，８２において、格子の領域８１ｂ，８２ｂの縦横の溝を削成するダイサーの幅は、２００μｍで共通であり、図１０（ｂ）のタングステン光では溝が縦横に４本ずつ形成され、図１１（ｂ）の太陽光では縦横に５〜６本（図１１（ｂ）の例では５本）ずつ形成されている。こうして、同じ半導体発光素子２および蛍光体を用いても、ダイシングによる溝の本数を変えるだけで、代表的な２種類の光源を実現できている。

さらにまた、所望とする波長の光を得るために、蛍光体層を各色に所定の面積比で形成するにあたって、先ず、図１０（ａ）および図１１（ａ）のように短冊状の領域８１Ａ〜Ｅ，８２Ａ〜Ｅで形成すると、前記の拡大レンズ５による色ムラ（色分離）が目立つのに対して、図１０（ｂ）および図１１（ｂ）の領域８１ａ，８２ａ；８１ｂ，８２ｂのように、ドットと格子との組合わせでは、拡大レンズ５による色ムラ（色分離）を目立ち難くすることができる。なお、格子は、直交する線で形成されるだけでなく、直角以外で交差する、すなわちドットとして菱形を形成するようなものでもよい。

ところで、拡大レンズによっては、前記の拡がり角以外にも、光の分散効果の違いで、色ムラ（色分離）の目立ち方が異なる。たとえば、同じ２５°の狭角レンズであっても、図１で示す拡大レンズ５のように、底面５４に小さなレンズが六角形状で一面を覆うように形成されている場合には、前述のように、４倍密度程度で、色ムラ（色分離）を目立ち難くすることができる。しかしながら、図７の拡大レンズ７ａでは、底面７４は梨地に形成され、光の分散効果は分散レンズ５４より小さく、短冊状であれば、図１７（ａ）に示す９倍密度の蛍光体層８３’でも、色ムラ（色分離）の生じることがある。しかしながら、同じ９倍密度でも、図１７（ｂ）に示す格子状の蛍光体層８３にすることで、前記色ムラ（色分離）を目立ち難くすることができる。こうして、同じ密度でも、ドットと格子の組合わせでは、色ムラ（色分離）を目立ち難くすることができる。

ここで、格子の領域８１ｂ，８２ｂの溝を形成するダイシングブレードの幅は、３０μｍ未満であれば、前記２．４ｍｍ角で、溝数が４０本以上も必要になって、ブレードの摩耗も多くなるので、３０μｍ以上が好ましい。また、５０００〜５５００Ｋの太陽光の場合で、ブレードの幅が前記２００μｍで溝が５〜６本、３００μｍで４本、４００μｍ３本となり、その３本の４００μｍ以下の狭い幅であれば、格子の領域８１ｂ，８２ｂにおける本実施形態では緑色の蛍光体を、狭角の拡大レンズ５を通して見ても、前記色ムラの発生を抑えることができる。さらにまた、その幅のダイシングブレードを使用して、前記の緑色の蛍光体と混合赤色蛍光体との２種類の蛍光体を使用することで、たとえば５０００〜５５００Ｋの太陽光（昼白色）から、３０００Ｋのタングステンランプ（電球色）まで、同じダイシングブレードを使用して、溝のピッチ（本数）を変えるだけで対応することができ、生産性を向上することができる。

なお、５０００〜５５００Ｋの太陽光を実現するにあたり、２種類のピーク波長の赤色系蛍光体の混合率および緑色の蛍光体の濃度によって、前記溝数が変化する。たとえば、赤色蛍光体と遠赤色成分を多く含む蛍光体との混合比が９：１で、緑色蛍光体が第１の濃度である場合は、溝数は５本になり、赤色蛍光体と遠赤色成分を多く含む蛍光体との混合比が６：１で、緑色蛍光体が第２の濃度である場合は、溝数は６本になる。

図１２〜図１５は、図１０で示す蛍光体層８１を備えた積層体４０の作成方法を示す図である。図１２〜図１５において、上段に平面図を、下段に断面図を示している。断面図において、半導体発光素子２等、積層体４０で、図１（ａ）に対応する部分には、同一の参照符号を付して示し、説明を省略する。また、平面図では積層体４０側のみを示し、断面図では周辺部分も含めて示している。

先ず、図１２（ａ）に示すような基板２３の集合体２３０を準備する。図１２〜図１５では、積層体４０を、３×４＝１２個纏めて作成する例を示しており、集合体２３０には１２個分の基板２３が形成されている。基板２３は、基材２３１に形成された銅板２３２によって、実装面側の電極２３３と外表面側の電極２３４とが接続されて構成される。電極２３３，２３４は、それぞれ相対的に大面積のカソード電極と、小面積のアノード電極とに分割されている。

この集合体２３０に、図１２（ｂ）で示すように、青色または紫色〜紫外の光を放射する前記台形状のＬＥＤチップから成る半導体発光素子２が実装されるとともに、補助光であるシアンの光を放射する半導体発光素子２０が実装される。図１２（ｂ）では、集合体２３０上に、半導体発光素子２，２０共に、９個が実装済みの例を示している。

次に、図９で示すようにして作成された蛍光体フィルム３０の上に、図１３（ａ）で示すように、図１２（ｂ）で半導体発光素子２，２０を実装した集合体２３０を上下反転させて、アライメントしつつ重ね合わせる。その重ね合わせる前または後には、前記半導体発光素子２，２０を実装した集合体２３０の厚みに等しい厚みを有し、集合体２３０よりも僅かに大きな枠体３０５をスペーサとしてベース３０１（スペーサ３０２）上に搭載する。これによって、枠体３０５の開口部分に、集合体２３０が収納される。その後、その開口部を覆うように、平滑平板のカバー３０８が気密に被せられることで、ベース３０１、スペーサ３０２、枠体３０５およびカバー３０８によって空間が規定される。

前記枠体３０５には、面方向に対向する位置などで、図示しない一対の吸出部および注入部が形成されており、吸出部から前記空間内を真空引きした状態で、注入部から、透明樹脂２６が充填される。前記透明樹脂２６が硬化した後、カバー３０８を剥がし、比較的幅広のダイサーによって、図１３（ｂ）で示すように溝３１０が形成されることで、個別のチップに分離される。

さらにその後、図１４（ａ）で示すように、再びカバー３０８が被せられて、上述と同様にして真空引きされて、ダイサーの切り溝３１０に、反射材２５となる白色樹脂が充填される。白色樹脂としては、たとえば酸化チタン粉末を透明樹脂に混合したものが用いられる。

この白色樹脂が硬化すると、図１４（ｂ）で示すように、別のベース３０１’上に貼り換えられて、集合体２３０が上下反転される。続いて、図８（ｂ）から図８（ｃ）で示すようにして、蛍光体フィルム３０上に、ダイサー３０９を用いて、緑色の蛍光体を充填するための格子の領域８１ｂに対応した溝３０８が削成される。その溝３０８には、図１５（ａ）で示すように、前記緑色の蛍光体の材料が、ディスペンサー＆スキジー法で塗布され、硬化される。

その後、比較的狭幅、たとえば３５μｍのダイサーによって分離されると、図１５（ｂ）で示すように、積層体４０の個別のチップに分離されるとともに、周縁の不要部分が除去される。個別のチップに分離した状態を、図１６に示す。図１６（ａ）は光取出し面側から見た正（上）面図であり、図１６（ｂ）は縦断面図であり、図１６（ｃ）は電極２３４側から見た背（底）面図である。

上述の実施形態では、図１２（ｂ）から図１３（ａ）において、半導体発光素子２，２０を実装した集合体２３０に、蛍光体フィルム３０を貼付けた後、透明樹脂２６や反射材２５の充填を行っているけれども、蛍光体フィルム３０を貼付けずにそれらの工程を行い、別途作成した図１０のような蛍光体層８１のフィルムを貼付け、個別のチップに分離するようにしてもよい。このようにして、ドットと格子との組合わせによる蛍光体層８１を有する積層体４０を作成することができる。

本発明の発光装置１は、特に医療用の照明器具に用いることが好適である。それは、、医療用の照明器具は、たとえばＲａ＝９８と言うような非常に高い演色性を要求されるためであり、色温度および演色性を容易かつ高精度に調整（コントロール）できる本発明は、特に有効である。たとえば、本件発明者の実験による光彩色３５００Ｋの場合の比較では、図１０（ａ）で示す分離構造では、４色の蛍光体を用いてもＲａ＝９４であったが、図１０（ｂ）で示す４倍密の格子構造では、Ｒａ＝９８を実現できている。美肌４０００Ｋでも同様な結果が得られている。

ここで、半導体発光素子２が青色の光を発する場合は、最終的に該発光装置１から出力される光における青色系成分は、蛍光体層８１〜８３を通過した（蛍光体層８１〜８３で波長変換されなかった）前記半導体発光素子２に固有の光を充当できる。しかしながら、半導体発光素子２が紫色〜紫外の光を発する場合、同じ構成の蛍光体層８１〜８３であると、緑色〜赤色の他の色成分はほぼ同様に得ることができる（殆ど影響を与えない）が、蛍光体層８１〜８３を通過してくる光は、半導体発光素子２に固有の紫色〜紫外光で、青色成分が欠乏することになる。そこで、蛍光体層８１〜８３の最上層に、前記ディスペンサー＆スキジー法などによって青色系蛍光体の層を形成しておくことで、下層の蛍光体層８１〜８３を通過した、その紫色〜紫外光の大部分を青色成分の光に変換することができる。

これは、青色光を発する半導体発光素子としての青色ＬＥＤは、その発光波長が狭く、前記紫色〜紫外光を、変換波長がコントロールされた前記青色系蛍光体で変換した方が、ブロードな青色成分が得られることに着目している。したがって、前記紫色〜紫外光を発する半導体発光素子のパワーが向上し、それを用いることで、青色の半導体発光素子を用いる場合と同等以上の演色性を達成できるようになる。

１ 発光装置
２，２０ 半導体発光素子
２１ 光取出し面
２３ 基板
２３０ 集合体
２３１ 基材
２３２ 銅板
２３３ 実装面側の電極
２３４ 外表面側の電極
２５ 反射材
２６ 透明樹脂
３，３ｂ，３ｃ 蛍光体層
３０ 蛍光体フィルム
３０１，３０１’ ベース
３０２ スペーサ
３０３ スキジー
３０４ 混合赤色蛍光体の蛍光体材料
３０５ 枠体
３０６，３１０ 溝
３０７ 緑色の蛍光体材料
３０８ カバー
３０９ ダイサー
３３，３３ｂ，３３ｃ 緑色の蛍光体の領域
３４，３４ｂ，３４ｃ 混合赤色蛍光体の領域
４，４０ 積層体
５，７，７ａ 拡大レンズ
５１ 頂部
５２ 凹部
５３ 凸レンズ
５５ 拡散レンズ
８１，８２，８３ 蛍光体層
８１ａ，８２ａ １つの色の領域
８１ｂ，８２ｂ 他の色の領域

Claims (11)

1. 半導体発光素子と、該半導体発光素子の光取出し面上に配置され、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とを備えて構成される発光装置において、
   前記蛍光体層は、相互に異なる色の蛍光体で、前記光取出し面上に領域分割されて形成され、かつ少なくとも１つの色の領域はドット状に形成されて、他の色の領域は前記ドットを区画する格子状に形成されることを特徴とする発光装置。
2. 前記格子状はダイシングブレードで削成された溝によって形成され、前記他の色の蛍光体は、ディスペンサーやスキジーによって前記溝に埋込まれることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
3. 前記半導体発光素子は、青色または紫色〜紫外の光を発生し、
   前記蛍光体層におけるドット状の領域はピーク波長の異なる赤色蛍光体を混合したものから成り、前記格子状の領域は緑色の蛍光体から成ることを特徴とする請求項１または２記載の発光装置。
4. 前記半導体発光素子は、紫色〜紫外の光を発生し、
   前記蛍光体層におけるドット状の領域はピーク波長の異なる赤色蛍光体を混合したものから成り、前記格子状の領域は緑色の蛍光体から成り、さらに青色蛍光体が前記ドット状の領域および格子状の領域の上に重ねて形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の発光装置。
5. 前記ダイシングブレードの幅は、３０〜４００μｍであることを特徴とする請求項２記載の発光装置。
6. 前記半導体発光素子は、青色または紫色〜紫外の光を発生し、
   前記蛍光体層におけるドット状の領域はピーク波長の異なる赤色蛍光体を混合したものから成り、前記格子状の領域は緑色の蛍光体から成り、該蛍光体層は２．４ｍｍ角に形成され、前記緑色の蛍光体を埋め込む溝は、２００μｍの幅で格子状に形成され、かつ色温度が、５０００〜５５００Ｋの太陽光を実現する場合は縦横５〜６本ずつ、３０００Ｋのタングステンランプを実現する場合は縦横４本ずつ、それぞれ形成されることを特徴とする請求項５記載の発光装置。
7. 前記蛍光体層上には、拡大レンズを備えることを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の発光装置。
8. 前記拡大レンズは、拡がり角が４０°以下であることを特徴とする請求項７記載の発光装置。
9. 医療用の照明器具に用いられることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の発光装置。
10. 半導体発光素子の光取出し面上に配置され、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を作成するための方法において、
    １の色の蛍光体を均一に含有する層を作成する工程と、
    前記層に、ダイシングブレードで格子状の溝を削成する工程と、
    前記溝に、ディスペンサーやスキジーによって、他の色の蛍光体を埋込む工程とを含むことを特徴とする蛍光体層の作成方法。
11. 前記半導体発光素子は、青色または紫色〜紫外の光を発生し、
    前記蛍光体層における１つの色はピーク波長の異なる赤色蛍光体を混合したものから成り、前記他の色は緑色の蛍光体から成ることを特徴とする請求項１０記載の蛍光体層の作成方法。