JP4201167B2 - 白色発光装置の製造方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は青色発光素子の発光を蛍光体を混入した被覆部材を透過させて白色発光を行う白色発光装置の改良に関し、詳しくは発光色度と発光輝度とを所定範囲に管理することを可能とした白色発光装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、窒化ガリウム系化合物半導体である青色発光素子をイットリウム・アルミニューム・ガーネット系蛍光体（以下ＹＡＧ系蛍光体と略記）を混入した被覆部材を透過させて白色発光を行う蛍光体混色型の白色発光装置が開発されている（例えば、特許文献１及び該特許文献１に対応する米国の特許文献３、特許文献２及び該特許文献２に対応する米国の特許文献４参照）。以下図面により従来の白色発光装置について説明する。図１７は前記特許文献１〜４に基づき、説明用に記載した従来技術における蛍光体混色型の白色発光装置の構成と作用とを示す断面図である。２０は白色発光装置であり、外部接続用の電極２１、２２を有する基板２３に青色発光素子２４がワイヤー２５によってボンディングされており、該青色発光素子２４をＹＡＧ系蛍光体の蛍光粒子２６を混入した透明な被覆部材２７でモールドしている。
【０００３】
上記白色発光装置２０の動作は、前記電極２１，２２に駆動電圧を印加すると青色発光素子２４が青色光Ｐｂを発光する。そしてこの青色光Ｐｂが被覆部材２７に混入された蛍光粒子２６に衝突すると該蛍光粒子２６が励起されて波長変換が行われ、蛍光粒子２６から図示のごとく黄色光Ｐｅが発光される。この結果、白色発光装置２０からは前記青色発光素子２４から発光されて蛍光粒子２６に衝突せずに出力される青色光Ｐｂと、蛍光粒子２６に衝突して波長変換された黄色光Ｐｅとが混合された白色光Ｐｈが発光される。
【０００４】
また、図１７に記載した蛍光体混色型の白色発光装置をさらに改良した公知技術がある（例えば、特許文献５及び該特許文献５に対応する米国の特許文献６）。この特許文献５には前記蛍光体を混入した被覆部材の中に着色材としての顔料を混入させることにより、前記青色発光素子２４の青色光Ｐｂを蛍光粒子で白色光にした後に着色用の顔料で所望の発光色に調整して出力する構成が開示されている。
【０００５】
さらに、前記特許文献５には蛍光体を混入した被覆部材を前記青色発光素子２４のモールドとせずに、キャップまたはシート状に形成して前記青色発光素子２４実装したケース体に装着することで、前記青色発光素子２４と被覆部材とを組み合わせる構成が開示されている。
さらに、図１７に記載した蛍光体混色型の白色発光装置の色度を改良した公知技術として、前記ＹＡＧ系蛍光体を混入した被覆部材の中にストロンチュームを混入させることにより、赤色成分の補正を行った白色発光装置が開示されている（例えば、特許文献７及び該特許文献７に対応する米国の特許文献８）。
【０００６】
【特許文献１】
特許第２９９８６９６号明細書
【特許文献２】
特許第２９２７２７９号明細書
【特許文献３】
米国特許第５９９８９２５号明細書
【特許文献４】
米国特許第６０６９４４０号明細書
【特許文献５】
特開平１１−８７７８４号公報
【特許文献６】
米国特許第６３１９４２５号明細書
【特許文献７】
特開２０００−４４０２１号公報
【特許文献８】
米国特許第６３５１０６９号明細書
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記図１７に記載した青色発光素子と蛍光体を混入した被覆部材とによる蛍光体混色型の白色発光装置は、単純な構成で白色発光を得ることが出来るため、極めて優れた白色発光装置であるが、問題点としては前記青色発光素子は化合物半導体であるがゆえに、量産した場合に各青色発光素子の発光波長と発光輝度にかなりのバラツキが発生する。また、前記被覆部材に混入するＹＡＧ系蛍光体の蛍光粒子の量や分散のバラツキ等によっても混合される白色光Ｐｈに影響を及ぼし、この結果、完成した白色発光装置は図１８及び図１９で示すように色度と輝度に大きなバラツキが生じる。
【０００８】
図１８は、ある白色発光装置を１ロット量産したときの色度のバラツキを、一般によく知られているＸＹＺ表色系色度座標の一部を用いて示した分布図である。ここで、それぞれの黒点は白色発光装置の個々の色度データを示しており、その色度は図示するごとく右上がりの帯状に分散している。ここで、幅方向の分散（矢印線Ａ）は主に前記青色発光素子の発光波長のバラツキによって生じる色度のバラツキであり、長手方向の分散（矢印線Ｂ）は主に前記被覆部材に混入する蛍光粒子の量や分散バラツキによって生じる色度のバラツキである。尚、青色発光素子の発光波長はロット間バラツキが大きいので、実際の量産に於いては幅方向の分散（矢印線Ａ）はさらに広がっている。
【０００９】
このように、青色発光素子やＹＡＧ系蛍光体の蛍光粒子によって、白色発光装置の色度はかなりバラツキが生じるが、近年、白色発光装置を採用するメーカーの色度バラツキ要求範囲は非常に厳しく、色度バラツキの規格値はｘ、ｙ共に０．３３±０．０１程度を要求されることが多い。例えば、図１８において、ｘ、ｙ共に０．３３±０．０１の範囲内（斜線エリア）を要求エリアとした場合は、大部分の白色発光装置が要求エリアから外れ採用されない。
【００１０】
また、図１９は、白色発光装置を前述と同様に量産したときの発光輝度のバラツキを示した分布図であり、Ｘ軸は発光輝度を表しＹ軸はその発光輝度を有する白色発光装置の個数を示している。図１９で明らかなように、発光輝度のバラツキは分布の中心に対して＋３０％〜―４０％位ある。しかし、近年の白色発光装置を採用するメーカーの要求は厳しく、輝度バラツキの要求範囲は±２０％位であり、この範囲から外れる製品は採用されない。尚、実際の量産ではロット間バラツキもあるので、最小輝度と最大輝度の差はさらに大きく通常３倍以上にも及ぶことが多い。
【００１１】
また、前記特許文献５等に開示された改良に付いても、前記蛍光体を混入した被覆部材の中に着色材としての顔料を混入させることにより、白色光を所望の発光色に調整して出力する方式、すなわちカラー化のための顔料混入について開示されてはいるが、量産された青色発光素子の発光波長及び発光輝度のバラツキに対する白色発光装置としての色度と輝度の改良に付いてはなんら示唆されていない。
【００１２】
さらに、前記特許文献７等に開示された改良に付いても、青色発光素子とＹＡＧ系蛍光体との組合せによる白色発光装置の欠点である赤色成分の補正を行うことで、色度の改善を行うことは開示されてはいるが、量産された青色発光素子の発光波長のバラツキに対する色度補正についてはなんら示唆されておらず、また、青色発光素子の発光輝度のバラツキに対する補正についてはまったく開示されていない。
【００１３】
さらには、近年、車載用として白色発光装置の採用が求められているが、車載用電子部品の信頼性要求は非常に厳しく、特に動作温度範囲は一般的に−４０℃〜＋85℃とたいへん厳しい要求仕様がある。しかし、従来の図１７で示すチップタイプの白色発光装置では、青色発光素子の発熱を効率よく放熱できないために、特に高温側での動作保証が得られず、車載用として用いることは難しかった。
【００１４】
本発明は上記白色発光装置の量産において、青色発光素子の発光波長と発光輝度とのバラツキによって生じる、色度と輝度の分布を所定の範囲に調整することで、いわゆる規格外の製品を極力少なくする事が出来る白色発光装置の製造方法を提供することを目的としている。さらにまた、放熱性に優れ広範囲な動作温度範囲を保証する、信頼性に優れた白色発光装置の製造方法を提供することをも目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明の手段は、ケース体に組み込まれた青色発光素子の発光を、蛍光体と減光材を混入した被覆部材を透過させて白色発光させる白色発光装置の製造方法において、複数の前記青色発光素子をその発光波長及び発光輝度に従ってランク分けし、同一ランクの複数の前記青色発光素子を前記ケース体が多数個形成された集合基板上に実装すると共に、前記青色発光素子の発光を波長変換して色調調整をするための蛍光体と、前記青色発光素子の発光の輝度調整をするための減光材との組合せ条件を、前記青色発光素子のランク分けに対応して異ならせた前記被覆部材が、前記集合基板上に形成された前記ケース体に対応して多数個形成された被覆部材集合体を設け、前記ランク分けに対応して複数の前記青色発光素子が実装された前記集合基板に、同一条件の前記被覆部材で構成される前記被覆部材集合体を取り付ける白色発光装置の製造方法とした。
【００１６】
また、前記被覆部材は一つの被覆部材に前記蛍光体と前記減光材との両方を混入した白色発光装置の製造方法とした。
【００１７】
また、前記被覆部材は前記蛍光体を混入した第１の被覆部材と、前記減光材を混入した第２の被覆部材によってなる白色発光装置の製造方法とした。
【００１８】
さらに、前記被覆部材はシリコン系エラストマーに前記蛍光体と前記減光材とを混入した被覆部材である白色発光装置の製造方法とした。
【００１９】
また、前記減光材は青色発光素子の発光波長に関わらず輝度を低下させる顔料または染料である白色発光装置の製造方法とした。
【００２０】
また、前記青色発光素子はサブマウント基板に実装されたサブマウントパッケージとして一体化する白色発光装置の製造方法とした。
【００２２】
上記課題を解決するための本発明の他の手段は、ケース体に組み込まれた青色発光素子の発光を、蛍光体と減光材を混入した被覆部材を透過させて白色発光させる白色発光装置の製造方法において、 複数の前記青色発光素子に通電して各青色発光素子の発光の色調及び輝度を測定してランク分けする工程と、前記ケース体を集合基板上に多数個形成する工程と、同一ランクの複数の前記青色発光素子を前記集合基板上に形成された各ケース体に実装する工程と、前記青色発光素子の発光を波長変換して色調調整をするための蛍光体と前記青色発光素子の発光の輝度調整をするための減光材との組合せ条件を、前記青色発光素子のランク分けに対応して異ならせた前記被覆部材が多数個形成された被覆部材集合体を製造する工程と、前記ランク分けに対応して複数の前記青色発光素子が実装された前記集合基板に同一条件の前記被覆部材で構成される前記被覆部材集合体を取り付けて発光装置を完成させる工程と、前記集合基板上の完成された発光装置を切り離す分離工程とを有する白色発光装置の製造方法とした。
【００２３】
また、前記被覆部集合体のそれぞれの被覆部材は前記集合基板上に形成された多数個のケース体のそれぞれの位置に対応して配設され、それぞれの前記被覆部材は連結部材によって一体化される白色発装置の製造方法とした。
【００２４】
また、前記被覆部材集合体は前記蛍光体と前記減光材の混入条件が略同一である多数個の被覆部材を備えた白色発装置の製造方法とした。
【００２５】
また、前記ケース体は反射面を形成した凹部を有し、該凹部の底面に前記青色発光素子を実装し、該凹部に前記被覆部材を組み込む白色発光装置の製造方法とした。
【００２６】
また、前記青色発光素子がＩｎＧａＮ系ＬＥＤである白色発光装置の製造方法とした。
【００２７】
また、前記蛍光体がＹＡＧ系蛍光体である白色発光装置の製造方法とした。
【００２８】
また、前記減光材が黒色系顔料である白色発光装置の製造方法とした。
【００２９】
さらに、前記ケース体は絶縁部材を挟んだ一対のメタルコア材であり、該メタルコアの表面には光沢メッキが施されている白色発光装置の製造方法とした。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態である白色発光装置を構成するケース体の斜視図である。図１において、２は外形が略立方体形状のケース体であり、該ケース体２の上面２ａには、発光方向に向けた光を反射する傾斜面を有するカップ形状の凹部２ｂが形成されている。３ａ、３ｂは該ケース体２を構成する熱伝導性の高い射出成形が可能なＭｇ合金系のメタルコア材料から成る一対のメタルコアであり、スリット２ｃを隔てて対向している。
【００３１】
４はケース体２の一部を構成する絶縁部材であり、前記スリット２ｃの内部に充填され、前記メタルコア３ａ、３ｂを一対の電極として絶縁分離し、該メタルコア３ａ、３ｂを結合している。さらに、該メタルコア３ａ、３ｂの露出面には、光沢仕上げのＡｇメッキが施され、この結果、前記凹部２ｂの内面にある傾斜面２ｄはＡｇメッキで覆われた光反射面となっている。５は前記凹部２ｂの底面２ｅに実装された青色発光素子である。
【００３２】
図２は、図１のケース体２をＡ−Ａで断面し、さらに被覆部材を取り付けた本発明の白色発光装置の完成断面図である。図２において、１は白色発光装置であり、前記一対のメタルコア３ａ、３ｂと前記絶縁部材４によってなるケース体２で構成されている。６はサブマウントパッケージであり、前記青色発光素子５をセラミック等によってなるサブマウント基板６ａにフェースダウンボンディングでよって実装し一体化される。該サブマウントパッケージ６は前記凹部２ｂの底面２ｅに半田等の導電性結合部材によって実装される。
【００３３】
これにより、前記青色発光素子５はサブマウント基板６ａを介してメタルコア３ａ、３ｂと電気的に接続し、さらに該メタルコア３ａ、３ｂの下部は実装基板へ接続する端子電極を成している。７は外周に傾斜面を有する略円盤状に形成されたシリコン系エラストマーを成分とする被覆部材であり、ＹＡＧ系蛍光体の蛍光粒子７ａと減光材としての顔料７ｂを混入し、前記凹部２ｂの傾斜面２ｄに外周の傾斜面を位置決めして装着し、必要に応じて接着やカシメ等によって固定することにより前記青色発光素子５の上面を覆っている。
【００３４】
次に白色発光装置１の動作を図２に基づいて説明する。尚、該白色発光装置１の基本動作は従来例の図１７で説明した動作と類似しているので詳細な説明は一部省略する。図２に於いて、白色発光装置１を構成する前記メタルコア３ａ、３ｂに駆動電圧を印加すると、サブマウント基板６ａを介して青色発光素子５に駆動電圧が印加され、該青色発光素子５から青色光Ｐｂ（図示せず）が発光する。そして該青色光Ｐｂが前記被覆部材７に混入された蛍光粒子７ａに衝突すると該蛍光粒子７ａが励起されて波長変換が行われ、蛍光粒子７ａから黄色光Ｐｅ（図示せず）が発光される。
【００３５】
この結果白色発光装置１からは、前記青色発光素子５から発光されて蛍光粒子７ａに衝突せずに出力される青色光Ｐｂと、前記蛍光粒子７ａに衝突して波長変換された黄色光Ｐｅとが混合された白色光Ｐｈが発光される。尚、青色発光素子５は前述した如く反射効率の優れたＡｇメッキが施された傾斜面２ｄによって周辺を囲まれているので、白色光Ｐｈは効率よく前方に発光することが出来る。
【００３６】
次に前記白色発光装置１を製造するための工程である、前記青色発光素子５の発光波長と発光輝度の測定工程について図面に基づいて説明する。まず、該青色発光素子５が実装されたサブマウントパッケージ６をＬＥＤ専用計測器であるＬＥＤテスタ（図示せず）に接続して駆動電圧を印加して発光させ、青色発光素子５の一つ一つについて発光波長と発光輝度を測定し記憶する。ここで、該青色発光素子５は前述したように化合物半導体であるがゆえに、量産時に於いてその発光波長は±１０ｎｍ程度バラツキが生じる。
【００３７】
図３はピーク波長が４７０ｎｍ仕様の青色発光素子５の量産時の発光波長の分布データを示しており、Ｘ軸は発光波長でありＹ軸は該青色発光素子５の発光波長に対する個数（ピーク値を１００とした）を表している。図３で明らかなように発光波長は４７０ｎｍ付近を中心として約４６０〜４８０ｎｍの範囲で分布していることがわかる。また、図４はＬＥＤテスタで測定した青色発光素子５の量産時に於ける発光輝度の分布データであり、Ｘ軸は分布中心輝度を１とした相対値としての発光輝度であり、Ｙ軸は該発光輝度に対する青色発光素子５の個数（ピーク値を１００とした）を表している。図４で明らかなように、発光輝度は主に０．５〜２．０位の範囲で分布しており、最小輝度と最大輝度の比率は約４倍程度ある。
【００３８】
次に、該青色発光素子５の発光波長の分布データと発光輝度の分布データに基づいて実施する、発光波長と発光輝度のランク分け工程について説明する。発光波長に関しては図３で示したように発光波長はほぼ４６０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲で分布しているが、分布限界付近ではほとんど存在しないのでランク範囲を４６２ｎｍ〜４７８ｎｍとして４ランクで分割する。図５は該青色発光素子５の発光波長のランク表であり、発光波長のランク番号と該ランク番号に対応する発光波長の範囲を示している。すなわち、発光波長のランクはａ１〜ａ４までの４ランクとし、１ランクの波長範囲は４ｎｍである。
【００３９】
次に発光輝度に関しては図４で示したように相対輝度で約０．５〜２．０の範囲で分布している。ここで、分布の最小輝度付近は輝度が暗すぎてしまうので、相対輝度０．６以下の青色発光素子５は除き、０．６〜２．０の輝度範囲の青色発光素子を波長と同じく４ランクで分割する。図６は該青色発光素子５の発光輝度のランク表であり、発光輝度のランク番号と該ランク番号に対応する発光輝度の範囲を示している。すなわち、発光輝度のランクはｂ１〜ｂ４までの４ランクとし、１ランクの輝度範囲は約１．３５倍である。
【００４０】
以上の工程を実施することにより、青色発光素子５は発光波長のランク数と発光輝度のランク数の積、４ランク×４ランク＝１６ランクに分類される。すなわち、発光波長で分類される４ランクのそれぞれひとつのランク毎に、発光輝度でランク分けされる４ランクが存在することになり、それぞれの青色発光素子５のランク番号をａ１ｂ１、ａ１ｂ２、ａ１ｂ３、ａ１ｂ４、ａ２ｂ１、ａ２ｂ２、ａ２ｂ３、ａ２ｂ４〜ａ４ｂ４としてランク付けし製造工程の中で保存する。尚、青色発光素子５のランク数は１６ランクに限ることは無く、メーカーの要求仕様に応じて、また、青色発光素子５の特性や製造工程の都合等により、任意に変えることが出来る。
【００４１】
次にＹＡＧ系蛍光体の蛍光粒子７ａを混入した前記被覆部材７の製造工程について説明する。先に図２で説明した如く、ＹＡＧ系蛍光体の蛍光粒子７ａは前記青色発光素子の青色光Ｐｂが該蛍光粒子７ａに衝突すると黄色光Ｐｅを発光するが、この黄色光ＰｅはＹＡＧ系蛍光体の成分であるガリウムとガドリニウムの比率を変えることによって、その発光波長を変化させることができる。ここでは一例として、ピーク波長が５７０nmであるＹＡＧ系蛍光体を、その成分調整によりピーク波長を約５６０nm〜５８０nm程度の範囲で４ランクに分けて製造する。
【００４２】
次に、４ランクに分けて製造した前記ＹＡＧ系蛍光体の蛍光粒子７ａを前記被覆部材７の主成分であるシリコン系エラストマーに混入し、４ランクに分かれた被覆部材７を製造する。図７は該被覆部材７に混入したＹＡＧ系蛍光体の蛍光粒子７ａの発光波長によってランク分けしたランク表であり、ランク番号と該ランク番号に対応する発光波長の範囲を示している。すなわち、発光波長のランクはｃ１〜ｃ４までの４ランクとし、１ランクの波長範囲は５ｎｍである。
【００４３】
次に前記ＹＡＧ系蛍光体の蛍光粒子７ａを混入すると共に、前記顔料７ｂを混入した被覆部材７の製造とランク分け工程について説明する。該被覆部材７への顔料７ｂの混入は、前記青色発光素子５の発光輝度ばらつきを補正して、個々の白色発光装置１ができる限り一定の発光輝度になるように、減光材としての役目を目的としている。ここで、顔料７ｂによる被覆部材７のランク分けは、該被覆部材７への顔料７ｂの混入率を変えることによって行う。図８は該被覆部材７に顔料７ｂを混入した顔料混入率ランク表でありランク番号と該ランク番号に対応する顔料混入率を示している。すなわち、顔料混入率のランクはｄ１〜ｄ４までの４ランクとし、それぞれの混入率は前記青色発光素子５の発光輝度のランクを基にして実験的に定めたものであり、その混入率は０％〜４５％位の範囲である。
【００４４】
尚、被覆部材７に混入する蛍光粒子７ａと顔料７ｂの混入工程は、説明上別々に述べたが、実際には蛍光粒子７ａと顔料７ｂの混入工程は同時に行うことが一般的である。以上の工程を実施することにより、被覆部材７はＹＡＧ系蛍光体のランクと顔料混入率のランクの積、４ランク×４ランク＝１６ランクで分割されることになる。すなわち、被覆部材７はＹＡＧ系蛍光体で分類されるランクｃ１〜ｃ４のそれぞれに、顔料混入率で分類されるランクｄ１〜ｄ４の顔料７ｂをさらに混入して完成するものであり、それぞれの被覆部材７のランク番号はｃ１ｄ１、ｃ１ｄ２、ｃ１ｄ３、ｃ１ｄ４、ｃ２ｄ１、ｃ２ｄ２、ｃ２ｄ３、ｃ２ｄ４〜ｃ４ｄ４としてランク付けを行い製造工程の中で保存する。尚、該被覆部材７のランク数は１６ランクに限ることは無く、メーカーの要求仕様に応じて、また青色発光素子５のランク数に合わせて、さらにはＹＡＧ系蛍光体や顔料の種類によって任意に変えることが出来る。
【００４５】
次に、前記青色発光素子５のランク分け工程で分類した青色発光素子５を実装したサブマウントパッケージ６の各ランクと、前記被覆部材７のランク分け工程で分類した被覆部材７の各ランクを組み合わせる組み合わせ工程について説明する。図９は青色発光素子５を実装したサブマウントパッケージ６とＹＡＧ系蛍光体の蛍光粒子７ａ及び顔料７ｂを混入した被覆部材７との組み合わせ例を示した組み合わせ表である。図９において、グループＧ１は青色発光素子５の中心波長である４７０nmに対して短波長側の４６２〜４６６nmにずれているランクａ１と、被覆部材７に混入するＹＡＧ系蛍光体の発光波長が中心波長５７０nmに対して同じく短波長側の５６０〜５６５ｎｍにずれているランクｃ１との組み合わせである。
【００４６】
また同様に、グループＧ２〜Ｇ４についても青色発光素子５の発光波長のランクａ２〜ａ４に対応して被覆部材７に混入するＹＡＧ系蛍光体の発光波長のランクｃ２〜ｃ４を組み合わせている。以下同様に、グループＧ５〜Ｇ８、グループＧ９〜Ｇ１２、グループＧ１３〜Ｇ１６においても、青色発光素子５のランクａ１〜ａ４に対応して被覆部材７もランクｃ１〜ｃ４を組み合わせている。
【００４７】
また更にグループＧ１〜Ｇ４は、青色発光素子５の発光輝度が最も小さいランクｂ１のグループであり、これに対応して被覆部材７は混入する顔料７ｂの混入率が最も少ないランクｄ１を組み合わせている。以下同様に、グループＧ５〜Ｇ８では青色発光素子５のランクｂ２と被覆部材７のランクｄ２を組み合わせ、グループＧ９〜Ｇ１２では青色発光素子５のランクｂ３と被覆部材７のランクｄ３を組み合わせ、グループＧ１３〜Ｇ１６では青色発光素子５のランクｂ４と被覆部材７のランクｄ４を組み合わせる。
【００４８】
次に図１０に於いて、図９で示した組み合わせグループＧ１〜Ｇ１６を実際に組み合わせて発光させた場合、青色発光素子５が発光する青色光Ｐｂと被覆部材７に混入するＹＡＧ系蛍光体が発光する黄色光Ｐｅを混合した白色光Ｐｈの色度がどのように補正されるかを説明する。図１０はＸＹＺ表色系色度座標の一部を用いた色度補正の概念図であり、直線Ｇ１〜Ｇ４は前記グループＧ１〜Ｇ４がそれぞれ発光する白色光Ｐｈの色度の変化を示している。ここで、直線Ｇ１〜Ｇ４の左下付近（楕円Ｐ１）は、前記被覆部材７に混入しているＹＡＧ系蛍光体の蛍光粒子７ａの混入量が少ない場合の色度であり、前記青色発光素子５の青色光Ｐｂが大きく影響しやや青味を帯びた白色光Ｐｈとなる。
【００４９】
また、直線Ｇ１〜Ｇ４の右上付近（楕円Ｐ２）は前記被覆部材７に混入しているＹＡＧ系蛍光体の蛍光粒子７ａの混入量が多い場合の色度であり、該ＹＡＧ系蛍光体の黄色光Ｐｅが大きく影響しやや黄色味を帯びた白色光Ｐｈとなる。ここで、グループＧ１は青色発光素子５の波長が最も短いランクａ１であるので、直線Ｇ１の左下付近（楕円Ｐ１）では色度座標ｘの値は最も大きく色度座標ｙの値は最も小さく、楕円Ｐ１付近の色度としては他のグループより青に近い。また、該グループＧ１はＹＡＧ系蛍光体の発光波長も最も短いランクｃ１であるので、直線Ｇ１の右上付近（楕円Ｐ２）では色度座標ｘの値が最も小さく色度座標ｙの値は最も大きく、楕円Ｐ２付近の色度としては他のグループより緑に近づいている。この結果、直線Ｇ１は他の直線Ｇ２〜Ｇ４より最も傾きが大きい。
【００５０】
また、グループＧ４は青色発光素子５の波長が最も長いランクａ４であるので、直線Ｇ４の左下付近（楕円Ｐ１）では色度座標ｘの値は最も小さく色度座標ｙの値は最も大きく、楕円Ｐ１付近の色度としては他のグループよりやや緑に近づいている。また、該グループＧ４はＹＡＧ系蛍光体の発光波長も最も長いランクｃ４であるので、直線Ｇ４の右上付近（楕円Ｐ２）では色度座標ｘの値が最も大きく色度座標ｙの値は最も小さく、楕円Ｐ２付近の色度としては他のグループよりやや赤に近づいている。この結果、直線Ｇ４は他の直線Ｇ１〜Ｇ３より最も傾きが小さい。このように、各青色発光素子５とそれに対応するＹＡＧ系蛍光体を混入する被覆部材７を組み合わせたそれぞれのグループＧ１〜Ｇ４は、その発光波長の僅かな違いによってそれぞれの色度の傾きが変化することがわかる。
【００５１】
ここで、前述した如く、メーカーが要求する前記白色発光装置１の白色光Ｐｈの色度バラツキ要求範囲は一般的に色度座標ｘで０．３３±０．０１、色度座標ｙで同じく０．３３±０．０１であり、図１０で斜線を引いたエリアが要求エリアとなる。よって、該要求エリアの外に白色光Ｐｈの色度があると、その白色発光装置は規格外品として採用されない。しかし、図１０で示すようにグループＧ１〜Ｇ４の色度変化を示す直線Ｇ１〜Ｇ４は、すべて要求エリアを通過するので、該要求エリア上でグループＧ１〜Ｇ４を発光させることができれば、どのグループであってもその白色発光装置１は採用される。
【００５２】
ここで、該グループＧ１〜Ｇ４の色度を楕円Ｐ１領域から楕円Ｐ２領域に移動させるためには、被覆部材７に混入するＹＡＧ系蛍光体の蛍光粒子７ａの混入量を変えることによって可能であるので、該被覆部材７に混入するＹＡＧ系蛍光体の蛍光粒子７ａの混入量を適切に管理すれば、グループＧ１〜Ｇ４のどの組み合わせであってもほとんど全ての白色発光装置１の色度を要求エリア（すなわち図１０の斜線エリア）に入れることが可能である。尚、他のグループであるグループＧ５〜Ｇ１６についても、その組み合わせは図９で説明したように同じであるので、色度補正は同様に可能となる。
【００５３】
次に前記青色発光素子５を実装したサブマウントパッケージ６の発光輝度ランクと前記被覆部材７の顔料混入率のランクの組み合わせによって、混合された白色光Ｐｈがどのように輝度補正され一定の輝度範囲内に調整されるかを説明する。図１１は青色発光素子５を実装したサブマウントパッケージ６と被覆部材７の組合せによって輝度補正される有様を示した輝度補正概念図である。図１１に於いて、横軸は相対値としての輝度を示している。ここで青色発光素子５はｂ１〜ｂ４の４つのランクに分類されているので、被覆部材７と組合せる前の青色発光素子５の発光輝度は、実線の丸印で図示するようにそれぞれｂ１〜ｂ４のランクに分かれて分散している。
【００５４】
ここで、先に示した図９の組合せに従ってランクｂ１の青色発光素子５にはランクｄ１の被覆部材７を組合せ、ランクｂ２の青色発光素子５にはランクｄ２の被覆部材７を組合せ、ランクｂ３の青色発光素子５にはランクｄ３の被覆部材７を組合せ、ランクｂ４の青色発光素子５にはランクｄ４の被覆部材７を組合せると、その組合せ後の白色光Ｐｈの発光輝度は図１１の実線の矢印線と丸印で示すように、すべてのランクがランクｂ１の輝度レベルに補正される。
【００５５】
すなわち、青色発光素子５の発光輝度が最も暗いランクｂ１は、顔料混入率が０％のランクｄ１である被覆部材７と組み合わされるので、白色光Ｐｈは顔料に妨げられることなく被覆部材７を通過する。また、青色発光素子５の発光輝度が最も明るいランクｂ４は顔料混入率が最も高い４５％のランクｄ４の被覆部材７と組み合わされるので、合成される白色光Ｐｈは顔料７ｂに最も妨げられて被覆部材７を通過し、よってランクｂ４の輝度はランクｂ１と同じレベルまで低下し、結果としてすべての白色光Ｐｈがランクｂ１の範囲に収まることになる。
【００５６】
また、白色発光装置を採用するメーカーの発光輝度のバラツキ要求範囲が、それほど厳しくなく、図１１において要求範囲が０．６〜１．１程度（すなわち２ランク分の範囲）である場合について説明する。この場合は、青色発光素子５のランクｂ１とｂ２は顔料混入率が０％のランクｄ１の被覆部材７と組み合わせる。また、青色発光素子５のランクｂ３はランクｄ２の被覆部材７と組合せ、さらに青色発光素子５のランクｂ４はランクｄ３の被覆部材７と組み合わせる。図１１において破線の矢印線と破線の丸印がこの組合せを示しており、この組合せに於いては、被覆部材７のランクが３種類だけで青色発光素子５の全ランクをカバーすることが出来ので、製造工程が簡素化しコストダウンが可能となる。
【００５７】
次に、前記青色発光素子５を実装したサブマウントパッケージ６と前記被覆部材７の組み合わせ工程で得られた組合せグループＧ１〜Ｇ１６を１つの前記ケース体２に組み込んで一体化し、白色発光装置１として完成する工程ついて説明する。図１２は前記ケース体２にサブマウントパッケージ６と被覆部材７をグループごとに組み込む工程を示している。図１２において、例えば、グループＧ１の白色発光装置１を完成させる場合は、まず、図示する如くランクａ１ｂ１のサブマウントパッケージ６をケース体２に実装する。次に、前記サブマウントパッケージ６のランクａ１ｂ１に対応する被覆部材７のランクｃ１ｄ１を選び、前記ケース体２に組み込む。これにより、一体化したグループＧ１の白色発光装置１が完成する。
【００５８】
以下同様に、グループＧ２を完成する場合は、まず、ランクａ２ｂ１のサブマウントパッケージ６をケース体２に実装し、次にランクｃ２ｄ１の被覆部材７をケース体に組み込み、グループＧ２の白色発光装置１を完成する。また、グループＧ１６を完成させる場合は、ランクａ４ｂ４のサブマウントパッケージ６をケース体２に実装し、次にランクｃ４ｄ４の被覆部材７をケース体２に組み込み、グループＧ１６の白色発光装置１を完成する。すなわち、この組み込み工程により、前記青色発光素子５を実装したサブマウントパッケージ６と前記ＹＡＧ系蛍光体の蛍光粒子７ａと顔料７ｂを混入した被覆部材７との最適な組合せが可能となり、色度と輝度のバラツキが極めて少ない白色発光装置１を得ることが出来る。
【００５９】
次に白色発光装置１の製造効率を上げるために、前記ケース体２を集合基板によって多数個同時に形成する製造工程を説明する。図１３は集合基板の製造工程を示す斜視図であり、１０は集合基板でありＭｇ合金等のメタルコア材料から射出成形又はプレス成形によって形成され、カップ状の前記凹部２ｂが縦横に合計９個整列している。次に該凹部２ｂの中心を左右に分離するようにスリット２ｃを加工し、更に、該スリット２ｃへ前記絶縁部材４である樹脂を充填して硬化させる。次に、凹部２ｂの内側の傾斜面２ｄに光沢Ａｇメッキを施し、該凹部２ｂの傾斜面２ｄが光の反射面として機能するようにする。
【００６０】
次に集合基板１０に前記青色発光素子５実装したサブマウントパッケージ６を実装する工程を説明する。図１４は前記集合基板１０に複数のサブマウントパッケージ６を実装する工程を示している。ここで、青色発光素子５を実装したサブマウントパッケージ６は、前述した如く発光波長のランクと発光輝度のランクにより各グループに分類されているが、集合基板１０に複数のサブマウントパッケージ６を実装する場合、同一グループのサブマウントパッケージ６を実装する。すなわち、図１４で示すように、１つの集合基板１０に９個の凹部２ｂが形成され９個の白色発光装置１が製造される場合は、発光波長のランクと発光輝度のランクが共に等しい同一グループのサブマウントパッケージ６を９個用意し、該９個のサブマウントパッケージ６を１つの集合基板１０の凹部２ｂの底面２ｅにそれぞれ同時に実装する。
【００６１】
次にサブマウントパッケージ６を実装した集合基板１０に前記被覆部材７を取り付ける工程を説明する。図１５は集合基板１０に多数個の被覆部材７を同時に取り付ける工程を示している。１１は多数個の前記被覆部材７が一体化された被覆部材集合体であり、それぞれの被覆部材７は前記集合基板１０に形成されるケース体２を構成する凹部２ｂの位置に対応して配設される。１１ａは連結部材であり、それぞれの前記被覆部材７の周辺部を３箇所乃至４箇所連結して一体化し、前記被覆部材集合体１１を構成する。
【００６２】
ここで、被覆部材７は前述した如く、混入するＹＡＧ系蛍光体の発光波長のランクと混入する顔料７ｂの混入率のランクにより各グループに分類されているが、前記被覆部材集合体１１を構成する各被覆部材７は、混入するＹＡＧ系蛍光体の発光波長ランクも混入する顔料７ｂの混入率ランクも同一ランクによって構成される。すなわち、前記集合基板１０に前記被覆部材集合体１１を取り付ける場合、既に実装されている青色発光素子５を実装した前記サブマウントパッケージ６と同一グループの被覆部材７によって構成される被覆部材集合体１１を取り付ける。
【００６３】
例えば、既に実装されている青色発光素子５が図９で示したグループＧ４（すなわちランクａ４ｂ１）であったとするならば、取り付ける被覆部材集合体１１も同一グループであるグループＧ４（すなわちランクｃ４ｄ１）を用意し、前記集合基板１０を構成するそれぞれの凹部２ｂにはめ込む形で装着し、必要に応じて接着やカシメ等によって固定する。また、前記連結部材１１ａは各被覆部材７が集合基板１０に取り付けられた後、治具等によって該被覆部材７から切断され除去される。
【００６４】
次に完成した集合基板１０から白色発光装置１を切り離す分離工程について説明する。図１６は白色発光装置１の分離工程を示しており、９０度の角度で交差する複数のダイシングラインＤＬに沿って集合基板１０を切断分離し、個々の白色発光装置１を完成させる。このように、集合基板１０と被覆部材集合体１１による製造方法によれば、白色発光装置１の大量生産が可能となり、製造効率を大幅に向上させることが出来る。
【００６５】
また、１つの集合基板１０ごとに、同一グループの青色発光素子５を実装したサブマウントパッケージ６と、該サブマウントパッケージ６に対応する同一グループの被覆部材集合体１１を取り付ける工程を実施するならば、１つの集合基板１０に、別々のグループのサブマウントパッケージ６と該サブマウントパッケージ６に対応する別々のグループの被覆部材７を取り付ける工程と比べて、作業効率が格段に優れ、また、サブマウントパッケージ６と被覆部材７の組合せミスも防ぐことが出来る。
【００６６】
なお、集合基板１０は白色発光装置１の取り個数を９個として示したが、取り個数はこれに限定されず、適宜選択できることは勿論である。また、絶縁部材４の形状は、一対のメタルコア３ａ、３ｂを絶縁分離する機能と結束する機能とを有する限り、必ずしも以上の実施の形態の形状に限定されるものではない。また、被覆部材７はランク分けしたＹＡＧ系蛍光体の蛍光粒子７ａとランク分けした顔料７ｂの両方を混入して一つの被覆部材として白色発光装置を製造したが、これに限定されず、例えば二つの被覆部材として構成し、第１の被覆部材にランク分けしたＹＡＧ系蛍光体の蛍光粒子７ａを混入し、第２の被覆部材にランク分けした顔料７ｂを混入し、第１の被覆部材と第２の被覆部材を組み合わせて色度及び輝度を調整する白色発光装置の製造方法も可能である。さらに前記第１の被覆部材と第２の被覆部材とを、それぞれ被覆部材集合体として大量生産を行うことで、製造効率の大幅向上が可能となる。
【００６７】
【発明の効果】
以上の説明によって明らかなように本発明の白色発光装置の製造方法によれば、青色発光素子の発光波長や発光輝度がばらついたとしても、被覆部材に混入するＹＡＧ系発光体と顔料をそれぞれランク分けして組み合わせることにより、白色光の色度と輝度の分布を所定の範囲に調整できるので、白色発光装置を量産する上において規格外の製品を極力減らすことができ、製造工程の効率化、品質向上、コストダウン等にその効果は極めて大きい。
【００６８】
また、青色発光素子は放熱効果の優れたメタルコア上に実装されているので、周囲温度が高い環境での動作も可能となり、車載用を初めとして多くの用途で使用することが可能である。さらには、発光の反射面となる凹部内側の傾斜面は、光の反射効率の良い光沢メッキが施されているので、被覆部材に混入する顔料によって発光輝度がある程度低下したとしても、その低下分を十分に補う反射面を有しているので、発光効率の優れた白色発光装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態である白色発光装置を構成するケース体の斜視図である。
【図２】 本発明の実施の形態である白色発光装置の完成断面図である。
【図３】 本発明の実施の形態である青色発光素子の発光波長分布図である。
【図４】 本発明の実施の形態である青色発光素子の発光輝度分布図である。
【図５】 本発明の実施の形態である青色発光素子の発光波長ランク表である。
【図６】 本発明の実施の形態である青色発光素子の発光輝度ランク表である。
【図７】 本発明の実施の形態である被覆部材の発光波長ランク表である。
【図８】 本発明の実施の形態である被覆部材の顔料混入率ランク表である。
【図９】 本発明の実施の形態である青色発光素子を実装したサブマウントパッケージと被覆部材の組み合わせ表である。
【図１０】 本発明の実施の形態であるＸＹＺ表色系色度座標の一部を用いた色度補正の概念図である。
【図１１】 本発明の実施の形態である青色発光素子を実装したサブマウントパッケージと被覆部材との組合せによる輝度補正概念図である。
【図１２】 本発明の実施の形態である青色発光素子を実装したサブマウントパッケージと被覆部材の組み込み工程を示す説明図である。
【図１３】 本発明の実施の形態である集合基板の製造工程を示す斜視図である。
【図１４】 本発明の実施の形態である集合基板にサブマウントパッケージを実装する工程を示す斜視図である。
【図１５】 本発明の実施の形態である集合基板に被覆部材集合体を取り付ける工程を示す斜視図である。
【図１６】 本発明の実施の形態である集合基板から白色発光装置を切り離す分離工程を示す斜視図である。
【図１７】 従来の白色発光装置の構成と作用を示す断面図である。
【図１８】 従来の白色発光装置の色度バラツキを示す分布図である。
【図１９】 従来の白色発光装置の発光輝度のバラツキを示す分布図である。
【符号の説明】
１、２０ 白色発光装置
２ ケース体
２ａ 上面
２ｂ 凹部
２ｃ スリット
２ｄ 傾斜面
２ｅ 底面
３ａ、３ｂ メタルコア
４ 絶縁部材
５、２４ 青色発光素子
６ サブマウントパッケージ
６ａ サブマウント基板
７、２７ 被覆部材
７ａ、２６ 蛍光粒子
７ｂ 顔料
１０ 集合基板
１１ 被覆部材集合体
１１ａ 連結部材
Ｐｂ 青色光
Ｐｅ 黄色光
Ｐｈ 白色光

Claims (14)

  1. ケース体に組み込まれた青色発光素子の発光を、蛍光体と減光材を混入した被覆部材を透過させて白色発光させる白色発光装置の製造方法において、
    複数の前記青色発光素子をその発光波長及び発光輝度に従ってランク分けし、同一ランクの複数の前記青色発光素子を前記ケース体が多数個形成された集合基板上に実装すると共に、
    前記青色発光素子の発光を波長変換して色調調整をするための蛍光体と、前記青色発光素子の発光の輝度調整をするための減光材との組合せ条件を、前記青色発光素子のランク分けに対応して異ならせた前記被覆部材が、前記集合基板上に形成された前記ケース体に対応して多数個形成された被覆部材集合体を設け、
    前記ランク分けに対応して複数の前記青色発光素子が実装された前記集合基板に、同一条件の前記被覆部材で構成される前記被覆部材集合体を取り付けることを特徴とする白色発光装置の製造方法。
  2. 前記被覆部材は一つの被覆部材に前記蛍光体と前記減光材との両方を混入したことを特徴とする請求項１記載の白色発光装置の製造方法。
  3. 前記被覆部材は前記蛍光体を混入した第１の被覆部材と、前記減光材を混入した第２の被覆部材によってなることを特徴とする請求項１記載の白色発光装置の製造方法。
  4. 前記被覆部材はシリコン系エラストマーに前記蛍光体と前記減光材とを混入した被覆部材であることを特徴とする請求項１乃至請求項３記載の白色発光装置の製造方法。
  5. 前記減光材は青色発光素子の発光波長に関わらず輝度を低下させる顔料または染料であることを特徴とする請求項１乃至請求項４記載の白色発光装置の製造方法。
  6. 前記青色発光素子はサブマウント基板に実装されたサブマウントパッケージとして一体化されていることを特徴とする請求項１記載の白色発光装置の製造方法。
  7. ケース体に組み込まれた青色発光素子の発光を、蛍光体と減光材を混入した被覆部材を透過させて白色発光させる白色発光装置の製造方法において、
    複数の前記青色発光素子に通電して各青色発光素子の発光の色調及び輝度を測定してランク分けする工程と、前記ケース体を集合基板上に多数個形成する工程と、同一ランクの複数の前記青色発光素子を前記集合基板上に形成された各ケース体に実装する工程と、前記青色発光素子の発光を波長変換して色調調整をするための蛍光体と前記青色発光素子の発光の輝度調整をするための減光材との組合せ条件を、前記青色発光素子のランク分けに対応して異ならせた前記被覆部材が多数個形成された被覆部材集合体を製造する工程と、前記ランク分けに対応して複数の前記青色発光素子が実装された前記集合基板に同一条件の前記被覆部材で構成される前記被覆部材集合体を取り付けて発光装置を完成させる工程と、前記集合基板上の完成された発光装置を切り離す分離工程とを有することを特徴とする白色発光装置の製造方法。
  8. 前記被覆部集合体のそれぞれの被覆部材は前記集合基板上に形成された多数個のケース体のそれぞれの位置に対応して配設され、それぞれの前記被覆部材は連結部材によって一体化されることを特徴とする請求項７記載の白色発光装置の製造方法。
  9. 前記被覆部材集合体は前記蛍光体と前記減光材の混入条件が略同一である多数個の被覆部材を備えたことを特徴とする請求項７又は請求項８記載の白色発装置の製造方法。
  10. 前記ケース体は反射面を形成した凹部を有し、該凹部の底面に前記青色発光素子を実装し、さらに、該凹部に前記被覆部材を組み込むことを特徴とする請求項７乃至請求項９記載の白色発光装置の製造方法。
  11. 前記青色発光素子がＩｎＧａＮ系ＬＥＤであることを特徴とする請求項１乃至請求項１０の何れか１項記載の白色発光装置の製造方法。
  12. 前記蛍光体がＹＡＧ系蛍光体であることを特徴とする請求項１１記載の白色発光装置の製造方法。
  13. 前記減光材が黒色系顔料であることを特徴とする請求項１１又は請求項１２記載の白色発光装置の製造方法。
  14. 前記ケース体は絶縁部材を挟んだ一対のメタルコア材であり、該メタルコアの表面には光沢メッキが施されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１３のいずれかに記載の白色発光装置の製造方法。
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