JP4986282B2

JP4986282B2 - 発光装置

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Publication number: JP4986282B2
Application number: JP2007002317A
Authority: JP
Inventors: 淨子川島; 正己岩本; 裕美子林田
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2007-01-10
Filing date: 2007-01-10
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2027-01-10
Also published as: JP2008171931A

Description

本発明は、ＬＥＤランプ等の発光装置に関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を用いたＬＥＤランプは、液晶ディスプレイ、携帯電話、情報端末等のバックライト、屋内外広告等、多方面への展開が飛躍的に進んでいる。さらに、ＬＥＤランプは、長寿命で信頼性が高く、また低消費電力、耐衝撃性、高速応答性、高純度表示色、軽薄・短小化の実現等の特徴を有することから、産業用途のみならず一般照明用としても脚光を浴びている。このようなＬＥＤランプを種々の用途に適用する場合、白色発光を得ることが重要となる。

ＬＥＤランプで白色発光を実現する代表的な方式としては、（１）青、緑および赤の各色に発光する３つのＬＥＤチップを使用する方式、（２）青色発光のＬＥＤチップと黄色乃至橙色発光の蛍光体とを組合せる方式、（３）紫外線発光のＬＥＤチップと青色、緑色および赤色発光の三色混合蛍光体（以下、ＲＧＢ蛍光体と示す。）を組合せる方式、の３つのタイプが挙げられる。これらのうち、一般的には（２）の方式が広く実用化されている。

上記した（２）の方式を適用したＬＥＤランプの構造としては、ＬＥＤチップを装備したカップ型のフレーム内に蛍光体を混合した透明樹脂を流し込み、これを固化させて蛍光体を含有する樹脂層を形成した構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、高輝度化を目的として、基板（ボード）上に搭載された多数のＬＥＤチップの上に、蛍光体を混合した透明樹脂を塗布して蛍光体含有樹脂層を形成したチップオンボード（ＣＯＢ：Chip On Board）構造も開発されている。さらに、１つのカップ内に１〜５個のＬＥＤチップを具備し、そのようなカップ構造のランプの多数を１つの大型ボードの上に搭載したカップモジュールも提案されている。

このような構造のＬＥＤランプやＬＥＤモジュールを製造するには、いずれも、ＬＥＤチップを所定の位置に実装しワイヤボンディングを行った後、蛍光体を分散させた液状の熱硬化性樹脂を、ディスペンサ等によりＬＥＤチップを配置したフレーム内等に注入し、熱硬化性樹脂を加熱・硬化させて蛍光体含有樹脂層を形成する方法が用いられている。

このような蛍光体含有樹脂層の形成においては、蛍光体の分散と気泡（以下、単に泡と示す。）等の異物の除去が最も重要とされており、信頼性と安定性の点から、蛍光体が完全分散型でありかつ樹脂層中の泡の発生が少ないＬＥＤランプあるいはモジュールが要望されている。
特開２００１−１４８５１６公報

しかしながら、従来からのＬＥＤランプやＬＥＤモジュール、特にＣＯＢモジュールや大型のカップモジュールにおいては、熱硬化性樹脂の加熱・硬化工程で、熱伝導による温度上昇が遅いため、加熱炉の設定温度を小型のものよりも高く設定しないと、蛍光体が樹脂中で沈降してしまい、発光効率が低下するという問題があった。しかし、炉の設定温度が高すぎると、硬化中の樹脂層内に泡が多く発生し、これが硬化後もそのまま樹脂層内に残留することがあった。樹脂層内に泡が残留すると、光透過特性の低下やばらつきの原因となる。すなわち、ＬＥＤチップから発せられた光が、樹脂層内に残留する泡のために蛍光体に当たりにくくなるため、蛍光体の励起が阻害され、また蛍光体から発せられた光が泡に当たって拡散されるため、光取り出し方向への発光が阻害され、輝度むらや色むらが生じることがあった。

さらに、樹脂層内に泡が残留すると、樹脂が硬化する際の収縮が大きくなるため、外観にしわが生ずることがあり、また長期間の使用中、特に高温高湿下で使用した場合に、樹脂層とフレームやＬＥＤチップ等との界面、あるいはＬＥＤチップに接続されたボンディングワイヤとの間で、剥離が生ずるおそれがあった。このような剥離が生ずると、明るさが著しく低下する。

なお、上記の泡は、樹脂材料にもともと内包されているミクロな泡が、硬化の際の急激な温度の上昇によって大きな泡に成長したことにより、また樹脂注入時に巻き込んだ空気（通常、初期には底部の隅に存在し、その位置に留まる場合には光透過特性に与える影響は非常に小さい。）が、樹脂の急激な温度の上昇により、底部から泡となって浮き上がったことにより発生したと考えられる。

本発明の目的は、発光効率が高く、輝度むらや色むら等のない発光装置を提供することにある。また、本発明の目的は、熱硬化性樹脂の硬化時の収縮が抑制され、しわがなく、また高温高湿下で使用しても、樹脂層とフレームや発光素子等との界面剥離や、樹脂層と発光素子に接続されたボンディングワイヤ間の剥離が生じにくい発光装置を提供することにある。

請求項１記載の発光装置は、凹部を有する基体と；前記凹部内に配置され、上面の一辺の長さが５０μｍから１００μｍであって上面積が０．００２５ｍｍ ^２から０．０１ｍｍ ^２となるように形成された発光素子と；前記発光素子を覆うように前記凹部内に形成され、熱硬化性樹脂と前記発光素子から発せられた光により励起されて可視光を発する蛍光体とを含有する層であり、前記発光素子の上面より光取り出し方向側に存在する泡を備え、この泡は前記発光素子の上面積の５％未満の投影面積である蛍光体含有樹脂層と；を具備する発光装置であって、前記蛍光体含有樹脂層は、前記凹部内の厚さが０．５〜１．２ｍｍであり、かつ発光の観察角度７０度での角度色差が０．０１２以下であることを特徴としている。

請求項２記載の発光装置は、請求項1記載の発光装置において、前記発光素子は、青色光を発する発光素子であり、前記蛍光体は、該発光素子から発せられた青色光により励起されて黄色光から橙色光間の光を発する黄色系蛍光体であることを特徴としている。

請求項３記載の発光装置は、請求項1または２記載の発光装置において、前記熱硬化性樹脂は、熱硬化性シリコーン樹脂であることを特徴としている。

上記した請求項１ないし請求項３記載の発明において、特に指定しない限り、用語の定義および技術的意味は以下の通りである。

発光素子は、放射した光により蛍光体を励起して可視光を発光させるものであり、例えば、青色発光タイプのＬＥＤチップや紫外発光タイプのＬＥＤチップ等が挙げられる。ただし、これらに限定されるものではなく、蛍光体を励起して可視光を発光させることが可能な発光素子であれば、発光装置の用途や目的とする発光色等に応じて種々の発光素子を使用することができる。

蛍光体は、このような発光素子から放射された光（例えば青色光）により励起されて可視光を発光し、この可視光と発光素子から放射される光との混色によって、あるいは蛍光体から発光される可視光または可視光自体の混色によって、発光装置として所望の発光色を得るものである。蛍光体の種類は特に限定されるものではなく、目的とする発光色や発光素子から放射される光等に応じて適宜に選択される。

蛍光体含有樹脂層は、蛍光体を保持する層である。蛍光体含有樹脂層は、透明な熱硬化性樹脂と前記蛍光体とを混合して発光素子を覆うように塗布され、これを固化することにより形成される。熱硬化性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の透明な熱硬化性樹脂を適用することができる。発光効率の向上を図るために、蛍光体の樹脂に対する配合割合は蛍光体の合計で６〜２０重量％とし、かつ光路長に相当する蛍光体含有樹脂層の厚さは０．５〜１．２ｍｍとすることが好ましい。

本発明においては、このような蛍光体含有樹脂層中の発光素子の上面より上方である光取り出し方向側には、一定の大きさ以上の泡は存在しないように構成されている。泡の大きさの境界値は、発光素子の上面への投影面積として、発光素子の上面積（上面の面積）の５％の値である。すなわち、本発明では、蛍光体含有樹脂層中に泡が存在しないか、あるいは存在しても、その泡（１個）の大きさが、発光素子の上面積の５％未満であることを意味する。本発明においては、投影面積が発光素子の上面積の５％以上の泡は光取り出し方向に存在しないので、蛍光体の励起が阻害されたり、あるいは、蛍光体から発せられた光の取り出しが阻害されたりすることがない。

請求項１に係る発明によれば、投影面積が発光素子の上面積の５％以上の泡は、蛍光体含有樹脂層中の光取り出し方向に存在しないので、蛍光体の励起が阻害されたり蛍光体からの発光の取り出しが阻害されたりすることがなく、発光効率が高く、輝度むらや色むらのない発光装置を実現することができる。また、熱硬化性樹脂の硬化に伴う収縮を低減することができるので、樹脂層のしわの発生を抑制することができるとともに、長期間の使用に伴う樹脂層とフレームや発光素子等との界面や、樹脂層とボンディングワイヤとの間の剥離を抑制することができ、信頼性に優れた発光装置を得ることができる。

請求項２に係る発明によれば、発光効率が高く、かつ輝度むらや色むらのない、いわゆる電球色の発光装置を実現することができる。

請求項３に係る発明によれば、よりいっそう発光効率が高く、輝度むらや色むらのない発光装置を実現することができる。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に参照する複数の図面において、同一または相当部分には同一符号を付している。

図１は、本発明の発光装置をＬＥＤランプに適用した第１の実施形態の構成を示す断面図、図２は、図１に示すＬＥＤランプの複数個を、例えば一平面上に３行３列のマトリックス状に配置したＬＥＤモジュールの一例を示す平面図、図３は、図２のIII−III線断面図である。

図１乃至図３に示すＬＥＤランプ１は、発光素子としてＬＥＤチップ２を有している。ＬＥＤチップ２には、例えば青色発光タイプのＬＥＤチップや紫外発光タイプのＬＥＤチップ等が用いられている。このＬＥＤチップ２は、基板３上に電気絶縁層４を介して設けられた回路パターン５上に搭載されている。

基板３は、放熱性と剛性を有するアルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、ガラスエポキシ等の平板からなり、また、回路パターン５は、銅（Ｃｕ）とニッケル（Ｎｉ）の合金、金（Ａｕ）等により、陽極側と陰極側の回路パターン５ａ，５ｂに形成されている。ＬＥＤチップ２は、底面電極を回路パターン５ａ，５ｂの一方、例えば陽極側回路パターン５ａ上に載置して電気的に接続する一方、上面電極を回路パターン５ａ，５ｂの他方、例えば陰極側回路パターン５ｂに金線のようなボンディングワイヤ６により電気的に接続している。ＬＥＤチップ２の電極接続構造としては、フリップチップ接続構造を適用することもできる。これらの電極接続構造によれば、ＬＥＤチップ２の前面への光取出し効率が向上する。

基板３上には、上方に向けて徐々に拡径する円錐台状の凹部７を形成するフレーム８が設けられており、ＬＥＤチップ２はこの凹部７内に配置されている。凹部７は、例えば底面直径が２．０〜４．０ｍｍ、上面直径が１．５〜４．５ｍｍ、深さが０．５〜１．０ｍｍの円錐台状に形成されており、フレーム８は、例えばポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）、ポリカーボネート（ＰＣ）等により形成されている。

ＬＥＤチップ２が配置された凹部７内には、蛍光体を含有する透明な熱硬化性樹脂からなる蛍光体含有樹脂層９が設けられており、ＬＥＤチップ２はこの蛍光体含有樹脂層９により被覆されている。蛍光体含有樹脂層９は、蛍光体を混合した透明な液状の熱硬化性樹脂をディスペンサ等の注入装置を用いて、ＬＥＤチップ２が配置された凹部７内に注入（滴下・塗布）し、例えば後述するような方法で加熱硬化させることにより形成されている。蛍光体を混合した液状の熱硬化性樹脂の注入量は、ほぼ５〜１０ｍｇとすることが好ましい。なお、図面では、蛍光体含有樹脂層９の上端面が凹部７の上端とほぼ面一に形成されているが、特にこれに限定されるものではない。

この蛍光体含有樹脂層９は、ＬＥＤチップ２を凹部７内に封止する機能とともに、発光部としての機能を併せ有している。すなわち、蛍光体含有樹脂層９中に含有されている蛍光体は、ＬＥＤチップ２から放射される光、例えば青色光や紫外線により励起されて可視光を発光する。

ここで、蛍光体含有樹脂層９の形成に用いる透明な液状の熱硬化性樹脂としては、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。液状のシリコーン樹脂の使用が好ましい。注入の容易さの観点から、２５℃における粘度が０．５〜７０Ｐａ・ｓのシリコーン樹脂の使用が特に好ましい。また、このような熱硬化性樹脂に含有させる蛍光体は、特に限定されるものではなく、目的とするＬＥＤランプ１の発光色等に応じて適宜選択することができる。

例えば、青色発光タイプのＬＥＤチップ２を使用して白色発光を得る場合には、黄色光から橙色光間の光を発光する黄色系蛍光体が主として用いられる。また、演色性等の向上を図るために、黄色系蛍光体に加えて赤色発光蛍光体を使用してもよい。黄色光から橙色光間の光を発光する黄色系蛍光体としては、例えばＲＥ₃（Ａｌ，Ｇａ）₅Ｏ₁₂：Ｃｅ蛍光体（ＲＥはＹ、ＧｄおよびＬａから選ばれる少なくとも1種を示す。以下同じ）等のＹＡＧ蛍光体、ＡＥ₂ＳｉＯ₄：Ｅｕ蛍光体（ＡＥはＳｒ、Ｂａ、Ｃａ等のアルカリ土類元素である。以下同じ）等の珪酸塩蛍光体が用いられる。

また、紫外発光タイプのＬＥＤチップ２を使用して白色発光を得る場合には、ＲＧＢ蛍光体が主として用いられる。青色発光蛍光体としては、例えばＡＥ₁₀（ＰＯ₄）₆Ｃｌ₁₂：Ｅｕ蛍光体のようなハロ燐酸塩蛍光体や（Ｂａ，Ｍｇ）Ａｌ₁₀Ｏ₁₇：Ｅｕ蛍光体のようなアルミン酸塩蛍光体等が用いられる。緑色発光蛍光体としては、（Ｂａ，Ｍｇ）Ａｌ₁₀Ｏ₁₇：Ｅｕ，Ｍｎ蛍光体のようなアルミン酸塩蛍光体等が用いられる。赤色発光蛍光体としては、Ｌａ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅｕ蛍光体のような酸硫化物蛍光体等が用いられる。

さらに、上記したような蛍光体に代えて、組成に応じて種々の発光色が得られる窒化物系蛍光体（例えばＡＥ₂Ｓｉ₅Ｎ₈：Ｅｕ）、酸窒化物系蛍光体（例えばＹ₂Ｓｉ₃Ｏ₃Ｎ₄：Ｃｅ）、サイアロン系蛍光体（例えばＡＥ_x（Ｓｉ，Ａｌ）₁₂（Ｎ，Ｏ）₁₆：Ｅｕ）等を適用してもよい。なお、ＬＥＤランプ１は白色発光ランプに限られるものではなく、白色以外の発光色を有するＬＥＤランプ１を構成することも可能である。ＬＥＤランプ１で白色以外の発光、例えば中間色の発光を得る場合には、目的とする発光色に応じて種々の蛍光体が適宜に使用される。

そして、このような蛍光体を含有する蛍光体含有樹脂層９において、ＬＥＤチップ２の上面より光取り出し方向である上側には、ＬＥＤチップ２の上面積の５％未満の投影面積を有する泡が存在し、上面積の５％以上の投影面積を有する泡が存在しないように構成されている。例えば、ＬＥＤチップ２の１辺の長さが１００μｍ（０．１ｍｍ）である場合には、蛍光体含有樹脂層９の光取り出し方向側に、０．０００５ｍｍ^２以上の投影面積を有する泡、すなわち半径が０．０１２６ｍｍ（１２．６μｍ）以上の泡は存在していない。

このように一定の大きさ以上の泡が存在しないようにするには、熱硬化性樹脂の加熱・硬化工程で、加熱炉の設定温度やワーク（被処理物であるＬＥＤランプやＬＥＤモジュール）の昇温速度のような加熱条件を制御する方法を採ることが好ましい。すなわち、蛍光体を混合した液状の熱硬化性樹脂を加熱・硬化させる工程において、加熱炉の設定温度を調整することにより、あるいはワークを載せる補助板の種類や厚さを変えることで、昇温速度をコントロールすることにより、一定の大きさ以上の泡が存在しないようにすることができる。

また、第１の所定温度で加熱する第1の加熱工程と、第１の所定温度よりも高い第２の所定温度で加熱する第２の加熱工程を含む、多段加熱を行うこともできる。熱硬化性樹脂を多段加熱して硬化させることにより、熱硬化性樹脂の急激な温度上昇を回避することができるので、熱硬化性樹脂の硬化時の泡の発生を抑制し、蛍光体含有樹脂層９中に一定の大きさ以上の泡が存在しないようにすることができる

多段加熱では、まず第1の加熱工程として、熱硬化性樹脂が半硬化状態となる条件で加熱し、次いで、昇温して熱硬化性樹脂を完全に硬化させる第２の加熱工程を行う。第１および第２の各加熱工程における加熱条件は、熱硬化性樹脂の種類やその注入量、基板３やフレーム８の材質やその大きさ、フレーム８に形成された凹部７の大きさ等によっても異なるが、通常、第１の加熱工程は８０〜１１０℃の温度で行われ、第２の加熱工程は、第１の加熱工程の温度よりも高い温度、好ましくは１００〜１５０℃で行われる。

さらに、第１の加熱工程における加熱温度である第１の所定温度を、熱硬化性樹脂（例えば、熱硬化性シリコーン樹脂）の硬化開始温度から硬化温度までの間の温度とし、この温度で加熱して熱硬化性シリコーン樹脂を半硬化させた後、第２の加熱工程で、第１の所定温度よりも高い第２の所定温度で加熱して完全に硬化させる方法を採ることができる。

本発明の第１の実施形態によれば、ＬＥＤチップ２の上面積の５％未満の投影面積を有する泡が蛍光体含有樹脂層９中の光取り出し方向に存在し、上面積の５％以上の投影面積を有する泡が蛍光体含有樹脂層９中の光取り出し方向に存在しないので、蛍光体の励起が阻害されたり蛍光体からの発光の取り出しが阻害されたりすることがない。したがって、発光効率が高く、輝度むらや色むらのない発光装置を実現することができる。また、熱硬化性樹脂の硬化に伴う収縮を低減することができ、これにより、樹脂層のしわの発生を抑制することができるとともに、長期間の使用に伴う樹脂層とフレーム８やＬＥＤチップ２等との界面や、樹脂層とＬＥＤチップ２に接続されたボンディングワイヤ６間における剥離を抑制することができ、信頼性に優れたＬＥＤランプ１を得ることができる。

なお、この実施形態では、フラットタイプＳＭＤ型のＬＥＤランプ１を例に挙げて説明したが、特に限定されるものでなく、例えば砲弾型（または丸型）のＬＥＤランプに適用することもできる。また、ＬＥＤランプ１をマトリックス状に複数配置したＬＥＤモジュール２１について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば複数のＬＥＤランプ１をそれぞれ１列状に形成してもよく、さらにＬＥＤランプ１はそれぞれ単数でもよい。

図４および図５は、本発明の第２の実施形態に係わるＬＥＤパッケージを形成する発光装置を示している。図４は、この発光装置の平面図であり、図５は、図４に示す発光装置をＦ−Ｆ線に沿って切断した縦断面図である。なお、図４および図５おいて、第１の実施形態に関する図面と同様の構成要素については同じ参照数字を用いて、その説明を簡略化または省略する。

図４および図５に示す発光装置（ＬＥＤランプ）１は、パッケージ基板例えば装置基板３と、反射層３１と、回路パターン５と、複数好ましくは多数の半導体発光素子例えばＬＥＤチップ２と、接着層３２と、リフレクタ３４と、蛍光体含有樹脂層９と、光拡散部材３３とを備えて形成されている。蛍光体含有樹脂層９は封止部材としても機能する。

装置基板３は、金属または絶縁材、例えば合成樹脂製の平板からなり、発光装置１に必要とされる発光面積を得るために、所定形状例えば長方形状をなしている。装置基板３を合成樹脂製とする場合、例えば、ガラス粉末入りのエポキシ樹脂等で形成することができる。装置基板３を金属製とする場合は、この装置基板３の裏面からの放熱性が向上し、装置基板３の各部温度を均一にすることができ、同じ波長域の光を発する半導体発光素子２の発光色のばらつきを抑制することができる。なお、このような作用効果を奏する金属材料としては、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導性に優れた材料、具体的にはアルミニウムまたはその合金を例示することができる。

反射層３１は、所定数の半導体発光素子２を配設し得る大きさであって、例えば、装置基板３の表面全体に被着されている。反射層３１は、４００〜７４０ｎｍの波長領域で８５％以上の反射率を有する白色の絶縁材料により構成することができる。このような白色絶縁材料としては、接着シートからなるプリプレグ（pre-preg）を使用することができる。このようなプリプレグは、例えば、酸化アルミニウム等の白色粉末が混入された熱硬化性樹脂をシート基材に含浸させて形成することができる。反射層３１はそれ自体の接着性により、装置基板３の表面となる一面に接着される。

回路パターン５は、各半導体発光素子２への通電要素として、反射層３１の装置基板３が接着された面とは反対側の面に接着されている。この回路パターン５は、例えば各半導体発光素子２を直列に接続するために、装置基板３および反射層３１の長手方向に所定間隔ごとに点在して２列に形成されている。一方の回路パターン５の列の一端側に位置する端側回路パターン５ａには、給電パターン部５ｃが一体に連続して形成され、同様に他方の回路パターン５の列の一端側に位置する端側回路パターン５ａには、給電パターン部５ｄが一体に連続して形成されている。

給電パターン部５ｃ，５ｄは反射層３１の長手方向一端部に並べて設けられ、互いに離間して反射層３１により絶縁されている。これらの給電パターン部５ｃ，５ｄのそれぞれに、電源に至る図示しない電線が個別に半田付け等で接続されるようになっている。

回路パターン５は以下に説明する手順で形成される。まず、未硬化の前記熱硬化性樹脂が含浸されたプリプレグからなる反射層３１を装置基板３上に貼付けた後、反射層３１上にこれと同じ大きさの銅箔を貼付ける。次に、こうして得た積層体を加熱するとともに加圧して、熱硬化性樹脂を硬化させることによって、装置基板３と銅箔を反射層３１に圧着し接着を完了させる。次いで、銅箔上にレジスト層を設けて、銅箔をエッチング処理した後に、残ったレジスト層を除去することによって、回路パターン５を形成する。銅箔からなる回路パターン５の厚みは例えば３５μｍである。

各半導体発光素子２は、例えば窒化物半導体を用いてなるダブルワイヤー型のＬＥＤチップからなり、透光性を有する素子基板２ｂ一面に半導体発光層２aを積層して形成されている。素子基板２ｂは、例えばサファイア基板で作られている。この素子基板２ｂの厚みは、回路パターン５より厚く、例えば９０μｍとする。

半導体発光層２ａは、素子基板２ｂの主面上に、バッファ層、ｎ型半導体層、発光層、ｐ型クラッド層、ｐ型半導体層を順次積層して形成されている。発光層は、バリア層とウェル層を交互に積層した量子井戸構造をなしている。ｎ型半導体層にはｎ側電極が設けられ、ｐ型半導体層上にはｐ側電極が設けられている。この半導体発光層２ａは、反射膜を有しておらず、厚み方向の双方に光を放射できる。

各半導体発光素子２は、装置基板３の長手方向に隣接した回路パターン５間にそれぞれ配置され、白色の反射層３１の同一面上に接着層３２により接着されている。具体的には、半導体発光層２ａが積層された素子基板２ｂの一面と平行な他面が、接着層３２により反射層３１に接着されている。この接着により、回路パターン５および半導体発光素子２は反射層３１の同一面上で直線状に並べられるので、この並び方向に位置した半導体発光素子２の側面と回路パターン５とは、近接して対向するように設けられている。

接着層３２の厚みは、例えば５μｍ以下とすることができる。接着層３２には、例えば５μｍ以下の厚みで光透過率が７０％以上の透光性を有した接着剤、例えばシリコーン樹脂系の接着剤を好適に使用できる。

図４および図５に示すように、各半導体発光素子２の電極と半導体発光素子２の両側に近接配置された回路パターン５とは、ボンディングワイヤ６で接続されている。さらに、前記２列の回路パターン３列の他端側に位置された端側回路パターン５ｂ同士も、ボンディングワイヤ６で接続されている。したがって、この実施形態の場合、各半導体発光素子２は直列に接続されている。

以上の装置基板３、反射層３１、回路パターン５、各半導体発光素子２、接着層３２、およびボンディングワイヤ６により、発光装置１の面発光源が形成されている。

リフレクタ３４は、一個一個または数個の半導体発光素子２ごとに個別に設けられるものではなく、反射層３１上の全ての半導体発光素子２を包囲する単一のものであり、例えば図６に示すように、長方形の枠で形成されており、半導体発光素子２は前記枠で形成された凹部７内に配置されている。リフレクタ３４は反射層３１に接着止めされていて、その内部に複数の半導体発光素子２および回路パターン５が収められているとともに、前記一対の給電パターン部５ｃ、５ｄはリフレクタ３４の外部に位置されている。

リフレクタ３４は、例えば合成樹脂で成形することができ、その内周面は反射面となっている。リフレクタ３４の反射面は、ＡｌやＮｉ等の反射率の高い金属材料を蒸着またはメッキして形成することができる他、可視光の反射率の高い白色塗料を塗布して形成することができる。あるいは、リフレクタ３４の成形材料中に白色粉末を混入して、リフレクタ３４自体を可視光の反射率が高い白色にすることもできる。前記白色粉末としては、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化マグネシウム、硫酸バリウム等の白色フイラーを用いることができる。なお、リフレクタ３４の反射面は、発光装置１の照射方向に次第に開くように形成することが望ましい。

蛍光体含有樹脂層９は、前記第１の実施形態と同様に、蛍光体を混合した液状の熱硬化性樹脂をディスペンサ等の注入装置を用いて、反射層３１表面および一直線上に配列された各半導体発光素子２およびボンディングワイヤ６等を満遍なく埋めるようにして充填し、例えば、前記したような第１の所定温度で加熱する第1の加熱工程と第１の所定温度よりも高い第２の所定温度で加熱する第２の加熱工程を含む多段加熱により、熱硬化性樹脂を硬化させることにより形成されている。

反射層３１表面とボンディングワイヤ６との間に流れ込んだ液状の透明樹脂は、毛細管現象等により各半導体発光素子２およびボンディングワイヤ６に行きわたり、その膜厚等がほぼ均一になっており、蛍光体も透明樹脂にほぼ均一に分散している。そして、蛍光体含有樹脂層９において、半導体発光素子２の上面より光取り出し方向側には、半導体発光素子２の上面積の５％未満の投影面積を有する泡が存在し、上面積の５％以上の投影面積を有する泡が存在していない構成になっている。

このように構成される第２の実施形態においても、半導体発光素子２の上面積の５％未満の投影面積を有する泡が蛍光体含有樹脂層９中の光取り出し方向に存在し、上面積の５％以上の投影面積を有する泡が蛍光体含有樹脂層９中の光取り出し方向に存在しないので、蛍光体の励起が阻害されたり、あるいは蛍光体からの発光の取り出しが阻害されたりすることがなく、発光効率が高くかつ輝度むらや色むらのない発光装置を実現することができる。また、硬化に伴う収縮が低減されるため、硬化後の樹脂層のしわや、樹脂層とフレームや半導体発光素子２等との界面剥離、樹脂層と半導体発光素子２に接続されたボンディングワイヤ６間の剥離が生ずるのを抑制することができる。

次に、本発明の実施例およびその評価結果について記載する。

実施例１〜２、参考例、比較例１〜５
図１に示す構成のＬＥＤランプ１の蛍光体含有樹脂層９を、以下に示すようにして形成した。すなわち、主剤と硬化剤とを１：１の割合で混合して得られた液状熱硬化性シリコーン樹脂（２５℃の粘度３Ｐａ・ｓ）を、真空脱泡装置にかけて泡を除去した後、これに以下に示す蛍光体（粒径１０〜１５μｍ）を１０重量％の割合で含有させたものを、ディスペンサで凹部７内に滴下・塗布した。なお、発光素子としては、実施例１，２および比較例１〜３では、１辺の長さが１００μｍ（上面積０．０１ｍｍ^２）の青色ＬＥＤチップ（主波長４６０ｎｍ）を使用し、参考例および比較例４，５では、１辺の長さが３００μｍ（上面積０．０９ｍｍ^２）の青色ＬＥＤチップ（主波長４６０ｎｍ）を使用した。また、主波長５４０ｎｍの黄色蛍光体と主波長５８５ｎｍの黄色蛍光体および主波長６５０ｎｍの赤色蛍光体を、樹脂に対する重量比（％）で４．０：３．５：２．５の割合で混合して使用した。そして、この蛍光体含有シリコーン樹脂を、開口径３．０ｍｍ、リクレクタ角度６３度、深さ１ｍｍの円錐台状の凹部７内に、光路長１ｍｍになるように注入した。

次いで、実施例１〜２および参考例では、８０℃で６０分間および１２０℃で６０分間の二段加熱処理により、熱硬化性シリコーン樹脂を加熱硬化させ、ＬＥＤランプ１を作製した。なお、各実施例および参考例で、被処理物を載せる補助板の厚さを変えることにより昇温速度を変化させた。比較例１〜５では、１５０℃で６０分間の一段加熱処理により、熱硬化性シリコーン樹脂を加熱硬化させ、ＬＥＤランプ１を作製した。また、各比較例で、被処理物を載せる補助板の厚さを変えることにより昇温速度を変化させた。

こうして実施例１〜２、参考例および比較例１〜５で得られたＬＥＤランプ１において、蛍光体含有樹脂層９中の泡の大きさを以下に示すようにして測定した。すなわち、蛍光体含有樹脂層９をＬＥＤチップ２より上側（光取り出し方向側）で切断し、切断面を金属顕微鏡またはＳＥＭにより１０００倍に拡大し、切断面に存在する泡の直径を測定した。測定結果を、表１および表２にそれぞれ示す。

次いで、実施例１〜２、参考例および比較例１〜５で得られたＬＥＤランプ１をそれぞれ発光させ、瞬間分光光計ＭＣＰＤ−７０００（大塚電子（株）社製）で発光スペクトルを測定した。そして、発光スペクトルから色温度（Ｔｃ）を算出した。また、観察角度７０度における発光スペクトルを測定し、角度色差（Δｕｖ）を算出するとともに、色むらの有無を肉眼で判定した。また、ゴニオ法を用いて発光効率を測定した。これらの測定結果を表１および表２に示す。

なお、発光効率は、実施例１のＬＥＤランプの効率を１００％としたときの相対値である。また、色むら視感は、肉眼で色むらを感じないものを○、色むらが少しあるが気になるほどではないものを△、色むらが感じられるものを×と示した。

また、角度色差は、観察角度ごとの色の差を示すものである。観察角度とは、蛍光体含有樹脂層９の上面の中心を通りかつ層上面に垂直な線を軸線（０度）として、観察点と蛍光体含有樹脂層９の上面の中心とを結ぶ線と軸線とのなす角度θをいい、観察角度θ度における角度色差（Δｕｖ）は、ＣＩＥ１９７６ＵＣＳ系色度図のｕ値，ｖ値から、次式（１）により求めることができる。
Δｕｖ＝｛（ｕ_θ−ｕ_０）^２＋（ｖ_θ−ｖ_０）^２｝^１／２ ………（１）

ここでｕ_θ，ｖ_θは、観察角度θ度において、波長３８０〜７８０ｎｍの発光スペクトルを測定したときのｕ値，ｖ値であり、ｕ_０，ｖ_０は、観察角度０度において、波長３８０〜７８０ｎｍの発光スペクトルを測定したときのｕ値，ｖ値である。角度色差（Δｕｖ）が大きくなると、観察角度に応じて白色光の色温度が変化するようになる。

表１および表２から明らかなように、二段加熱によりシリコーン樹脂を加熱硬化させた実施例１〜２および参考例では、ＬＥＤチップの上面より光取り出し方向側のシリコーン樹脂層中に、ＬＥＤチップの上面積の５％以上の投影面積を有する泡が存在しないので、発光効率が高く、かつ観察角度７０度における角度色差（Δｕｖ）が小さくなっている。特に、青色ＬＥＤチップの１辺の長さが１００μｍであり、かつシリコーン樹脂層中に存在する泡が、ＬＥＤチップの上面積の５％未満（３％および４％）である実施例１および実施例２のＬＥＤランプでは、観察角度７０度での角度色差（Δｕｖ）が０．０１２以下と極めて小さくなっており、色むら（色のばらつき）の少ないＬＥＤランプを実現することができた。

本発明の発光装置をＬＥＤランプに適用した第１の実施形態の構成を示す断面図である。図１に示すＬＥＤランプを複数配置したＬＥＤモジュールの一例を示す平面図である。図２のIII−III線断面図である。本発明の発光装置の第２の実施形態に係わる発光装置の平面図である。図４のＦ−Ｆ線断面図である。

符号の説明

１…ＬＥＤランプ、２…ＬＥＤチップ、３…基板、４…電気絶縁層、５…回路パターン、６…ボンディングワイヤ、７…凹部、８…フレーム、９…蛍光体含有樹脂層、２１…ＬＥＤモジュール。

Claims

凹部を有する基体と；
前記凹部内に配置され、上面の一辺の長さが５０μｍから１００μｍであって上面積が０．００２５ｍｍ ^２から０．０１ｍｍ ^２となるように形成された発光素子と；
前記発光素子を覆うように前記凹部内に形成され、熱硬化性樹脂と前記発光素子から発せられた光により励起されて可視光を発する蛍光体とを含有する層であり、前記発光素子の上面より光取り出し方向側に存在する泡を備え、この泡は前記発光素子の上面積の５％未満の投影面積である蛍光体含有樹脂層と；
を具備する発光装置であって、
前記蛍光体含有樹脂層は、前記凹部内の厚さが０．５〜１．２ｍｍであり、かつ発光の観察角度７０度での角度色差が０．０１２以下であることを特徴とする発光装置。
前記発光素子は、青色光を発する発光素子であり、前記蛍光体は、該発光素子から発せられた青色光により励起されて黄色光から橙色光間の光を発する黄色系蛍光体であることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
前記熱硬化性樹脂は、熱硬化性シリコーン樹脂であることを特徴とする請求項１または２記載の発光装置。