JP4748411B2 - 発光デバイス、発光デバイスの色度調節方法及び照明装置 - Google Patents
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Description
このチップ型白色LEDランプ110は、可視光線反射率の高い白色のアルミナセラミックス基板(以下、単に基板と記す。)111に2本のリードワイヤ(又は導電薄膜、以下同様)112a,112bが固定されており、これらリードワイヤ112a,112bの一方の片端は基板111のほぼ中央に接続され、他方の片端はそれぞれ基板の外部に突出し、電気基板(プリント配線基板ともいう。)への実装時に半田付けされる電極となっている。
(1)まず、リードワイヤ2,3の一方にある素子載置用の凹部に青色LED素子4を導電性ペーストを用いてダイボンディングする。
(2)次に、蛍光体11を50質量%以上の量で分散させた樹脂を、凹部の側面及び底面を覆うように塗布し、硬化させて蛍光体含有反射部材10を形成する。
(3)次に、青色LED素子4の上部電極8ともう一方のリードワイヤ3とを金細線9でワイヤボンディングする。
(4)次に、凹部を透明樹脂で満たし、その上部に反射部材13を載置し、この樹脂を硬化させて透明樹脂層12とする。
(5)次に、透明な樹脂に10質量%以下の蛍光体を分散させた材料を反射部材13と透明樹脂層12の上部に塗布し、硬化させて蛍光体分散透過層15を形成する。この蛍光体分散透過層15の蛍光体分散量を一定とし、蛍光体分散透過層15の厚さを調節することで、白色LEDランプ1からの出射光の色度を調節することが可能であり、例えば、蛍光体11としてアルファサイアロン蛍光体を用い、CIE1931色度図上の黒体輻射軌跡に重なった色度の白色LEDランプ1を作製することができる。
(6)次に、白色LEDランプ1の主要部をエポキシ樹脂などの透明なモールド樹脂14で包囲し硬化させる。
また、この白色LEDランプ1は、青色LED素子4の固定工程、接続工程を従来と同じ工程として、簡易な工程、素子固定の高信頼性、十分な放熱の可能な構造を従来通り維持しながら、反射型の蛍光体の実装構造を実現できる。これにより色度のばらつきを低減するとともに発光効率を大幅に改善することができる。
また、この白色LEDランプ21は、青色LED素子24の固定工程、接続工程を従来と同じ工程として、簡易な工程、素子固定の高信頼性、十分な放熱の可能な構造を従来通り維持しながら、反射型の蛍光体の実装構造を実現できる。これにより色度のばらつきを低減するとともに発光効率を大幅に改善することができる。
図3は、本発明に係る第3実施形態として、前述した白色LEDランプ1(又は21)を適用した白色照明装置を示す断面図である。
例えば、前記第1実施形態及び第2実施形態では、青色LED素子として上方に一つ、下方に一つ電極が配置された構成の素子を用いたが、下方には電極を設けず、上方に二つの電極を設ける構成であっても良い。この場合には、製造工程の内第1の工程では導電性のペーストを用いる必要はなく、青色LED素子4が適切に固定されていればよく、第2の工程においてそれぞれのリードワイヤ2,3とそれぞれの電極とを金細線でワイヤボンディングすることになる。
また、発光素子としては、短波長のLED素子とこのLED素子の発光の一部又は全部を吸収することにより励起され、より長波長の蛍光を発する蛍光体材料とを用いたLEDランプであれば、通常どのようなものにも適用できる。また、LED以外の光源を用いるものであっても良い。
以下、実施例により本発明の効果を実証する。
使用したアルファサイアロン蛍光体は、一般式Cap(Si,Al)12(O,N)16:Euqで表されるユーロピウムで賦活したカルシウムアルファサイアロン蛍光体である。本実施例では、その組成をp=0.875、q=0.07とし、Ca0.875Si9.06Al2.94O0.98N15.02:Eu0.07として組成設計した。出発原料であるアルファ窒化珪素(αSi3N4)65.78質量%、窒化アルミニウム(AlN)18.71質量%、炭酸カルシウム(CaCO3)13.59質量%、酸化ユーロピウム(Eu2O3)1.91質量%を秤量し、溶媒のn−ヘキサンと窒化珪素ボールとともに窒化珪素容器に入れ、遊星ボールミルを用いて毎分150回転で2時間湿式混練した。その後、ロータリーエバポレータで乾燥させ、乾燥した粉末の状態で乳鉢を用いて十分にほぐし、JIS Z 8801に準拠した公称目開き125μmのステンレス製の試験用ふるいを用いて125μm以下に造粒し、窒化ホウ素製の蓋付き容器に収めた。これをガス加圧焼結装置を用いて1700℃、窒素雰囲気0.5MPaで50時間保持して焼結した。焼結後、装置から取り出した段階では一つの固まりのようになっているものを乳鉢上でわずかな力を加え、粉末状に崩した。その後JIS Z 8801に準拠した公称目開き45μmのステンレス製の試験用ふるいを用いて45μm以下のもののみ選別し、アルファサイアロン蛍光体とした。
図1に示す構造の白色LEDランプ1を以下の手順で作製した。
白色LEDランプ製造の第一の工程では、一組のリードワイヤ2,3の一方にある素子載置用の凹部に、発光ピーク波長450nmの青色LED素子4を導電性ペーストを用いてダイボンディングした。この青色LED素子4の寸法は0.3mm×0.3mm×0.25mmである。
本実施例において、蛍光体含有反射部材10、透明樹脂層12、蛍光体分散透過層15及びモールド樹脂14の形成に用いた樹脂材料は、同一のエポキシ樹脂を用いた。
前記第五の工程を実施せず、蛍光体分散透過層15を形成しなかった以外は、前記実施例1と同様にして、図6に示す構造の白色LEDランプ120(以下、比較例1のランプと記す。)を作製した。
実施例1のランプにおいて、出射光の色度がCIE1931色度図上で黒体輻射軌跡と重なる色度とするために必要な蛍光体分散透過層15の厚さは、以下の事前実験により決定した。
実施例1のランプと比較例1のランプのそれぞれの発光スペクトル及び色度を測定した。発光スペクトル及び色度は、前記事前実験の場合と同じく、Optronic Laboratories, Inc.社製の発光ダイオード測定装置OL−770と積分球を用いて測定し、色度をCIE1931色度図上にプロットした。
Claims (16)
- 一対の電極端子と、可視域で発光し前記一対の電極端子と電気的に接続された発光素子と、該発光素子から発せられた光の一部又は全部を吸収し該光とは異なる波長の光を発する蛍光体が含まれた蛍光体含有反射部材と、前記蛍光体が透明材料中に希薄に分散された材料からなる蛍光体分散透過層とを有し、前記発光素子から発せられた光が前記蛍光体含有反射部材で反射され、その反射光が前記蛍光体分散透過層を通って外部に取り出されるように構成され、
前記発光素子から発せられた光を反射して前記蛍光体含有反射部材に導く反射部材が設けられ、
前記蛍光体含有反射部材の凹部内に前記発光素子を覆って透明樹脂層が設けられ、該透明樹脂層の上部に前記反射部材が設けられたことを特徴とする発光デバイス。 - 前記蛍光体含有反射部材が、前記発光素子の外周をすり鉢状の斜面で囲うように設けられたことを特徴とする請求項1に記載の発光デバイス。
- 前記蛍光体含有反射部材がすり鉢状の凹部を有し、該凹部の中央部に前記発光素子がその発光部位を前記蛍光体含有反射部材から露出させた状態で配置され、前記発光素子の上方に離間して前記反射部材が配置され、かつ前記反射部材の上部に前記蛍光体分散透過層が設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載の発光デバイス。
- 前記蛍光体分散透過層における前記蛍光体の分散量が10質量%以下であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の発光デバイス。
- 前記蛍光体含有反射部材のすり鉢状の斜面が、前記蛍光体の含有量が50質量%以上である反射面であることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の発光デバイス。
- 前記反射部材が、白色又は金属光沢の反射面を有する板状の部材であり、発光デバイスの主たる発光方位から該発光デバイスを見た際に前記発光素子が前記反射部材に隠れる程度の面積を有していることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の発光デバイス。
- 前記反射部材が前記発光素子の方向に対して凸形状を有していることを特徴とする請求項6に記載の発光デバイス。
- 前記一対の電極端子の一方に設けられた凹部内に前記発光素子がその主たる発光方位を上向きにして固定され、各電極端子と前記発光素子の電極とが電気的に接続され、該凹部内に該発光素子の外周をすり鉢状の斜面で囲うように前記蛍光体含有反射部材が設けられ、さらに前記発光素子と前記蛍光体含有反射部材とを覆うように前記透明樹脂層が設けられ、前記発光素子の上方に位置する前記透明樹脂層上に前記反射部材が設けられ、前記反射部材と前記透明樹脂層を覆って前記蛍光体分散透過層が設けられていることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の発光デバイス。
- 前記一対の電極端子が配設された基板上に前記発光素子がその主たる発光方位を上向きにして固定され、各電極端子と前記発光素子の電極とが電気的に接続され、該発光素子の外周をすり鉢状の斜面で囲うように前記蛍光体含有反射部材が設けられ、さらに前記発光素子と前記蛍光体含有反射部材とを覆うように前記透明樹脂層が設けられ、前記発光素子の上方に位置する前記透明樹脂層上に前記反射部材が設けられ、前記反射部材と前記透明樹脂層を覆って前記蛍光体分散透過層が設けられていることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の発光デバイス。
- 前記蛍光体分散透過層の上方に、レンズ又はレンズ機能を有する透明樹脂被覆が設けられたことを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の発光デバイス。
- 前記蛍光体分散透過層からの出射光がCIE1931色度図上の黒体輻射軌跡と実質的に重なる色度を有していることを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の発光デバイス。
- 前記発光素子が、青色発光ダイオード素子であることを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の発光デバイス。
- 前記蛍光体分散透過層に分散した蛍光体と、前記蛍光体含有反射部材に含有された蛍光体とが同一であるか又は異なり、セリウムで賦活したイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体又はユーロピウムで賦活したアルファサイアロン蛍光体からなる群から選択される1種又はそれ以上の蛍光体であることを特徴とする請求項1〜12のいずれかに記載の発光デバイス。
- 請求項1〜13のいずれかに記載の発光デバイスの色度を調節する方法であって、前記蛍光体分散透過層の厚さを変更することで前記蛍光体分散透過層からの出射光の色度を調節することを特徴とする発光デバイスの色度調節方法。
- 請求項1〜13のいずれかに記載の発光デバイスと、前記発光デバイスが少なくとも1個以上取り付けられた支持部と、前記発光デバイスを駆動させるための発光デバイス駆動部とを備えることを特徴とする照明装置。
- 半透明の材料又は光散乱材料により作製され、前記発光デバイスを覆うカバーを備えることを特徴とする請求項15に記載の照明装置。
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