JP5519440B2 - 発光装置 - Google Patents

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Description

本発明は、発光ダイオードを備える発光装置に関する。
従来、青色光を受けて黄色光を発光するＹＡＧ系蛍光体で青色発光ダイオードを被覆し、青色発光ダイオードからの青色光と、ＹＡＧ系蛍光体の黄色光とを混色させて白色光を得る白色発光ダイオードが知られている。
また、白色発光ダイオードとして、例えば、青色発光ＬＥＤなどの放射源と、放射源の表面上に配列される第１蛍光材料と、第１蛍光材料の表面上に堆積される第２蛍光材料とを備える照明システムが開示されている（例えば、下記特許文献１参照。）。
この照明システムでは、青色光を受けて緑色光または黄色光を放出する緑色／黄色放出ガーネットの多結晶セラミックからなる第１蛍光材料の表面に、青色光を受けて赤色光を放出する赤色放出蛍光体粉末からなる第２蛍光材料を付着させている。そして、青色発光ＬＥＤから放出された青色光、第１蛍光材料によって放出される緑色光、および、第２蛍光材料によって放出される赤色光を混合することにより、‘太陽状’スペクトルに近似したカラーレンダリングインデックス（演色指数）を有する白色光を得ている。
特開２００９−５３４８６３号公報
しかるに、上記した特許文献１では、‘太陽状’スペクトルに近似した白色光が得られるが、青色発光ＬＥＤから放出された青色光は、まず、第１蛍光材料によって緑色光または黄色光に変化され、その後、緑色光または黄色光が、赤色蛍光体に吸収される。
そのため、高い演色性を得ることが困難である。
そこで、本発明の目的は、赤みを有するように演色性が調整された光を発光することができる発光装置を得ることにある。
上記した目的を達成するため、本発明の発光装置は、外部から電力が供給される回路基板と、前記回路基板の上に電気的に接合され、前記回路基板からの電力により発光する発光ダイオードと、前記発光ダイオードを囲むように前記回路基板の上に設けられ、上端部が、前記発光ダイオードの上端部よりも上側に配置されるハウジングと、前記ハウジングの上に設けられる蛍光積層体とを備え、前記蛍光積層体は、蛍光を発光する第１蛍光層と、前記第１蛍光層よりも長波長の蛍光を発光する第２蛍光層とを備え、前記第２蛍光層は、前記ハウジングの上に配置され、前記第１蛍光層は、前記第２蛍光層の上に積層されていることを特徴としている。
また、本発明の発光装置では、前記第１蛍光層が、蛍光体セラミックスからなり、前記第２蛍光層が、蛍光体が分散された樹脂からなることが好適である。
また、本発明の発光装置では、前記蛍光体が、赤色の蛍光を発光する赤色蛍光体であることが好適である。
また、本発明の発光装置では、前記赤色蛍光体が、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕであることが好適である。
また、本発明の発光装置では、前記赤色蛍光体が、ＣａＳ：ＥｕまたはＫ２ＭＦ６：Ｍｎ（Ｍは、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉのいずれかを表す。）であることが好適である。
本発明の発光装置によれば、第１蛍光層よりも長波長の蛍光を発光する第２蛍光層が、ハウジングの上に配置され、その第２蛍光層の上に、蛍光を発光する第１蛍光層が積層されている。
そのため、赤みを有するように演色性が調整された光を発光することができる。
本発明の発光装置の一実施形態を示す断面図である。 図１の発光装置に備えられる蛍光積層体を示す断面図である。 発光装置の参考例および実施例５の発光スペクトルである。 発光装置の実施例１および比較例１の発光スペクトルである。 発光装置の実施例２および比較例２の発光スペクトルである。 発光装置の実施例３および比較例３の発光スペクトルである。 発光装置の実施例４および比較例４の発光スペクトルである。
図１は、本発明の発光装置の一実施形態を示す断面図である。
発光装置１は、図１に示すように、回路基板２、発光ダイオード３、ハウジング４および蛍光積層体５を備えている。
回路基板２は、ベース基板６、および、ベース基板６の上面に形成される配線パターン７を備えている。回路基板２、具体的には、配線パターン７には、外部からの電力が供給される。
ベース基板６は、平面視略矩形平板状に形成されており、例えば、アルミニウムなどの金属、例えば、アルミナなどのセラミック、例えば、ポリイミド樹脂などから形成されている。
配線パターン７は、発光ダイオード３の端子と、発光ダイオード３に電力を供給するための電源（図示せず）の端子（図示せず）とを電気的に接続している。配線パターン７は、例えば、銅、鉄などの導体材料から形成されている。
発光ダイオード３は、具体的には、青色発光ダイオードであり、ベース基板６の上に設けられている。各発光ダイオード３は、ワイヤ８を介して、配線パターン７に電気的に接合（ワイヤボンディング）されている。発光ダイオード３は、回路基板２からの電力により発光する。
ハウジング４は、その上端部が発光ダイオード３の上端部よりも上側に配置されるように、ベース基板６の上面から上方に立設され、平面視において、発光ダイオード３を囲むような枠形状に形成されている。
ハウジング４は、例えば、フィラーが添加された樹脂、セラミックスから形成されている。また、ハウジング４の反射率は、発光ダイオード３からの光に対する反射率が、例えば、７０％以上、好ましくは、９０％以上、より好ましくは、９５％以上となるように設定される。
なお、ハウジング４は、予め、回路基板２と一体的に、ハウジング付きの回路基板として形成することもできる。ハウジング付きの回路基板として、市販品が入手可能であり、例えば、キャビティー付き多層セラミック基板（品番：２０７８０６、住友金属エレクトロデバイス社製）などが挙げられる。
また、ハウジング４の中には、必要により、シリコーン樹脂などの封止材が満たされている。
蛍光積層体５は、ハウジング４の上に、ハウジング４の上端部を閉鎖するように設けられ、ハウジング４内の封止材（または、接着剤）を介してハウジング４に接着されている。また、蛍光積層体５は、第１蛍光層１１と第２蛍光層１２とを備え、発光ダイオード３からの光を受けて、蛍光を発光する。第２蛍光層１２は、第１蛍光層１１よりも長波長の蛍光を発光し、ハウジング４の上に配置されており、第１蛍光層１１は、第２蛍光層１２の上に積層されている。
また、ハウジング４の上には、必要により、蛍光積層体５を被覆するように、略半球形状（略ドーム形状）のレンズ９を設置することができる。レンズ９は、例えば、シリコーン樹脂などの透明樹脂から形成されている。
発光装置１を作製するには、まず、回路基板２にハウジング４を設ける。次いで、ハウジング４内に、発光ダイオード３を設置し、ワイヤ８で、発光ダイオード３と回路基板２とを電気的に接合する。
次いで、ハウジング４内を必要により封止材で満たし、必要により接着剤を介して、ハウジング４の上に、第２蛍光層１２がハウジング４の上に配置され、第１蛍光層１１が第２蛍光層１２の上に積層されるように、蛍光積層体５を設置する。
最後に、蛍光積層体５の上に、必要により接着剤を介してレンズ９を設置して、発光装置１の作製を完了する。
なお、ベース基板６の裏面には、必要により、ヒートシンク（図示せず）が、設けられる。
図２は、図１の発光装置に備えられる蛍光積層体を示す断面図である。
次いで、蛍光積層体５について、詳しく説明する。なお、以下、蛍光積層体５の説明において、方向に言及するときには、蛍光積層体５を発光装置１に搭載した状態を基準とし、紙面上側を上側、紙面下側を下側とする。
第１蛍光層１１は、蛍光体セラミックスからなり、励起光として、波長３５０〜４８０ｎｍ（近紫外線、青色光）の光の一部又は全部を吸収して励起され、励起光よりも長波長、例えば、５００〜６５０ｎｍ（緑色光、黄色光、橙色光）の蛍光を発光する。
第１蛍光層１１を形成する蛍光体セラミックスとしては、例えば、金属酸化物などの基体材料に、例えば、セリウム（Ｃｅ）やユウロピウム（Ｅｕ）などの金属原子がドープされた蛍光体セラミックスが挙げられる。基体材料が金属酸化物であれば、容易に焼成することができ、緻密なセラミックスを得ることができる。
蛍光体セラミックスとしては、具体的には、例えば、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２:Ｃｅ（ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）：Ｃｅ）（蛍光色：黄色）、（Ｙ，Ｇｄ）３Ａｌ５Ｏ１２:Ｃｅ（蛍光色：黄色）、Ｔｂ３Ａｌ３Ｏ１２:Ｃｅ（蛍光色：黄色）、Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ（蛍光色：緑色）、Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ（蛍光色：緑色）、Ｃａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２:Ｃｅ（蛍光色：緑色）、Ｌｕ２ＣａＭｇ２（Ｓｉ，Ｇｅ）３Ｏ１２:Ｃｅ（蛍光色：橙色）などのガーネット型結晶構造を有するガーネット型蛍光体セラミックス、例えば、（Ｓｒ，Ｂａ）２ＳｉＯ４:Ｅｕ、Ｃａ３ＳｉＯ４Ｃｌ２:Ｅｕ、Ｓｒ３ＳｉＯ５:Ｅｕ、Ｌｉ２ＳｒＳｉＯ４:Ｅｕ、Ｃａ３Ｓｉ２Ｏ７:Ｅｕなどのシリケート蛍光体セラミックスが挙げられ、好ましくは、ガーネット型蛍光体セラミックス、より好ましくは、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２:Ｃｅが挙げられる。
なお、このような蛍光体セラミックスでは、その組成や、金属原子のドープ量などを調整することにより、発色性を調製することができる。
第２蛍光層１２は、第１蛍光層１１よりも長波長の蛍光を発光する蛍光体の粒子が分散された樹脂からなる。
蛍光体としては、上記した蛍光体セラミックスと同様の組成を有する蛍光体や、赤色の蛍光を発光する赤色蛍光体などが挙げられる。好ましくは、赤色蛍光体が挙げられる。
赤色蛍光体としては、例えば、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ、Ｃａ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕなどの窒化物蛍光体、例えば、ＣａＳ：Ｅｕなどの硫化物蛍光体、例えば、（Ｓｒ，Ｂａ）３ＳｉＯ５：Ｅｕなどの酸化物蛍光体、Ｋ２ＭＦ６：Ｍｎ（Ｍは、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒのいずれかを表す。）などのフッ化物蛍光体などが挙げられる。好ましくは、窒化物蛍光体、硫化物蛍光体、フッ化物蛍光体が挙げられ、より好ましくは、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ、ＣａＳ：Ｅｕ、Ｋ２ＭＦ６：Ｍｎ（Ｍは、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉのいずれかを表す。）が挙げられる。
なお、Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎは、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ（第１０４巻、０２３５１２（２００８年））に記載の方法（シリコンウェハをＨＦ／Ｈ２Ｏ／ＫＭｎＯ４溶液を用いてエッチングする方法）により合成することができる。
蛍光体の平均粒子径は、例えば、０．１〜５０μｍ、好ましくは、０．５〜１０μｍである。
蛍光体の発光波長は、例えば、５９０〜６５０ｎｍ、好ましくは、６１０〜６４０ｎｍである。
樹脂としては、発光装置１の駆動時に変形や溶融などしない耐熱性を有する樹脂であれば、特に限定されず、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂などが挙げられ、好ましくは、シリコーン樹脂が挙げられる。
また、シリコーン樹脂としては、好ましくは、半硬化状態を形成可能なシリコーン樹脂が挙げられ、例えば、縮合反応型シリコーン樹脂、付加反応型シリコーン樹脂が挙げられる。
また、シリコーン樹脂としては、好ましくは、２段階以上の反応によって硬化が完了する多段階硬化型シリコーン樹脂が挙げられる。シリコーン樹脂が多段階硬化型シリコーン樹脂であれば、比較的低温でシリコーン樹脂を半硬化状態とし、さらに加熱することで、硬化反応を終了させることができる。
多段階硬化型シリコーン樹脂としては、例えば、両末端シラノール型シリコーン樹脂、アルケニル基含有ケイ素化合物、オルガノハイドロジェンシロキサン、縮合触媒、及びヒドロシリル化触媒を含有する熱硬化性樹脂組成物が挙げられる。
蛍光積層体５を作製するには、まず、第１蛍光層１１を作製する。
第１蛍光層１１を作製するには、第１蛍光層１１を形成するための蛍光層用粒子を作製する。
蛍光層用粒子を作製するには、蛍光体セラミックスとしてＹ３Ａｌ５Ｏ１２:Ｃｅを形成する場合には、例えば、硝酸イットリウム六水和物などのイットリウム含有化合物、例えば、硝酸アルミニウム九水和物などのアルミニウム含有化合物、および、例えば、硝酸セリウム六水和物などのセリウム含有化合物を、例えば、蒸留水などの溶媒に所定の割合で溶解させ、前駆体溶液を調製する。
前駆体溶液を調製するには、イットリウム原子１００モルに対して、アルミニウム原子が、例えば、１２０〜２２０モル、好ましくは、１６０〜１８０モル、セリウム原子が、例えば、０．０１〜２．０モル、好ましくは、０．２〜１．５モルとなるように、イットリウム含有化合物、アルミニウム含有化合物およびセリウム含有化合物を配合し、溶媒に溶解させる。
次いで、前駆体溶液を、噴霧しながら熱分解することにより、前駆体粒子を得る。なお、前駆体粒子は、そのまま蛍光層用粒子として用ることもできるが、好ましくは、例えば、１０００〜１４００℃、好ましくは、１１５０〜１３００℃で、例えば、０．５〜５時間、好ましくは、１〜２時間、仮焼成し、蛍光層用粒子とする。
前駆体粒子を仮焼成すれば、得られた蛍光層用粒子の結晶相を調整することができ、高密度な第１蛍光層１１を得ることができる。
得られた蛍光層用粒子の平均粒子径（自動比表面積測定装置（Ｍｉｃｒｏｍｅｔｒｉｔｉｃｓ社製、モデルＧｅｍｉｎｉ ２３６５）を用いたＢＥＴ（Ｂｒｕｎａｕｅｒ−Ｅｍｍｅｔｔ−Ｔｅｌｌｅｒ）法により測定する。）は、例えば、５０〜１００００ｎｍ、好ましくは、５０〜１０００ｎｍ、より好ましくは、５０〜５００ｎｍである。
蛍光層用粒子の平均粒子径が上記範囲内であると、第１蛍光層１１の高密度化、焼結時の寸法安定性の向上、および、ボイドの発生の低減を実現することができる。
また、蛍光層用粒子としては、例えば、酸化イットリウム粒子などのイットリウム含有粒子、例えば、酸化アルミニウム粒子などのアルミニウム含有粒子、例えば、酸化セリウム粒子などのセリウム含有粒子を混合した混合物を使用することもできる。
この場合には、イットリウム原子１００モルに対して、アルミニウム原子が、例えば、１２０〜２２０モル、好ましくは、１６０〜１８０モル、セリウム原子が、例えば、０．０１〜２．０モル、好ましくは、０．２〜１．５モルとなるように、イットリウム含有粒子、アルミニウム含有粒子およびセリウム含有粒子を混合する。
次いで、第１蛍光層１１を作製するには、蛍光層用粒子からなるセラミックグリーン体を作製する。
セラミックグリーン体を作製するには、例えば、蛍光層用粒子を、金型を用いてプレスする。
このとき、まず、蛍光層用粒子を、バインダー樹脂、分散剤、可塑剤、焼結助剤などの添加剤を適宜用いて、例えば、キシレンなどの芳香族系溶媒、例えば、メタノールなどのアルコールなど、揮発性を有する溶媒に分散させて、蛍光層用粒子分散液を調製し、次いで、蛍光層用粒子分散液を乾燥させて、蛍光層用粒子と添加剤とを含有する粉末を調製し、次いで、粉末をプレスすることもできる。
なお、蛍光層用粒子を溶媒に分散させるには、上記した添加剤以外に、加熱により分解されるものであれば特に限定されず、公知の添加剤を使用することができる。
蛍光層用粒子を溶媒に分散させる方法としては、例えば、乳鉢、各種ミキサー、ボールミル、ビーズミルなどの公知の分散器具を用いて、湿式混合する。
また、セラミックグリーン体を作製するには、例えば、ＰＥＴフィルムなどの樹脂基材の上に、蛍光層用粒子分散液を、必要により粘度調整した後、例えば、ドクターブレード法などによりテープキャスティングするか、または押出成形し、乾燥することもできる。なお、ドクターブレード法を用いる場合には、各セラミックグリーン体の厚みは、ドクターブレードのギャップを調整することで制御する。
なお、蛍光層用粒子分散液にバインダー樹脂などの添加剤を配合した場合には、セラミックグリーン体を焼成する前に、セラミックグリーン体を、空気中で、例えば、４００〜８００℃で、例えば、１〜１０時間加熱し、添加剤を分解除去する脱バインダー処理を実施する。このとき、昇温速度は、例えば、０．２〜２．０℃／分である。昇温速度が上記範囲内であれば、セラミックグリーン体の変形やクラックなどを防止することができる。
次いで、第１蛍光層１１を作製するには、セラミックグリーン体を焼成する。
焼成温度、時間および焼成雰囲気は、蛍光体によって適宜設定されるが、蛍光体がＹ３Ａｌ５Ｏ１２:Ｃｅであれば、例えば、真空中、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気中、または、水素、水素／窒素混合ガスなどの還元ガス中において、例えば、１５００〜１８００℃、好ましくは、１６５０〜１７５０℃で、例えば、０．５〜２４時間、好ましくは、３〜５時間焼成する。
なお、還元雰囲気で焼成する場合には、還元ガスとともにカーボン粒子を併用することもできる。カーボン粒子を併用すれば、さらに還元性を高めることができる。
また、焼成温度までの昇温速度は、例えば、０．５〜２０℃／分である。昇温温度が上記範囲内であれば、効率よく昇温することができながら、結晶粒（グレイン）を比較的穏やかに成長させて、ボイドの発生を抑制することができる。また、さらに蛍光体セラミックスを高密度化、透光性の向上を図るには、熱間等方加圧式焼結法（ＨＩＰ法）により加圧下で焼結する。
これにより、第１蛍光体１１を得る。
得られた第１蛍光層１１の厚みは、例えば、１００〜１０００μｍ、好ましくは、１５０〜５００μｍである。
第１蛍光層１１の厚みが上記範囲内であれば、取り扱い性の向上、および、破損の防止を図ることができる。
また、得られた第１蛍光層１１の全光線透過率（ａｔ７００ｎｍ）は、例えば、３０〜９０％、好ましくは、６０〜９０％である。
また、得られた第１蛍光層１１の熱伝導率は、例えば、第２蛍光層１２の１０倍以上、好ましくは、３０倍以上、より好ましくは、５０倍以上であり、具体的には、例えば、２Ｗ／ｍ・Ｋ以上、好ましくは、６Ｗ／ｍ・Ｋ以上、より好ましくは、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。
次いで、蛍光積層体５を作製するには、第２蛍光層１２を作製する。
第２蛍光層１２を作製するには、樹脂（または、樹脂が溶剤などに溶解された樹脂溶液）に蛍光体の粒子を分散させて蛍光体分散液を調製した後、蛍光体分散液を、ＰＥＴフィルムなどの基材上に塗布、乾燥し、必要により硬化させる。
蛍光体分散液を調製するには、樹脂（または、樹脂溶液中の樹脂分）と、蛍光体の粒子との総量に対して、蛍光体の粒子を、例えば、１０〜７０質量％、好ましくは、２０〜８０質量％配合し、混合する。
なお、第２蛍光層１２には、樹脂の代わりにガラス材料を用いることもできる。また、蛍光体分散液には、粘着性付与剤や分散剤などの公知の添加剤を適宜添加することができる。
蛍光体の粒子の配合割合が上記範囲内であれば、第２蛍光層１２の熱伝導性を向上させることができる。
蛍光体分散液を基材上に塗布する方法としては、例えば、ドクターブレード法、グラビアコーター法、ファウンテンコーター法などの方法が挙げられる。
より具体的には、樹脂として、半硬化状態を形成可能なシリコーン樹脂を用いる場合には、まず、シリコーン樹脂に蛍光体の粒子を分散させて、蛍光体分散液を調製する。
次いで、蛍光体分散液を基材上に塗布した後、シリコーン樹脂が半硬化状態となるように、温度および加熱時間で加熱することにより、半硬化状態にすることにより、第２蛍光層１２を、半硬化状態として得る。
得られた第２蛍光層１２の厚みは、例えば、２００μｍ以下、好ましくは、１００μｍ以下、より好ましくは、２０〜５０μｍである。
第２蛍光層１２の厚みが上記範囲内であれば、厚み方向において熱伝導性を向上させることができ、第１蛍光層１１とハウジング４との間の熱伝導性を向上させることができる。また、第２蛍光層１２が粘着性を有する場合には、粘着性の低下を抑制することができる。
なお、得られた第２蛍光層１２は、基材と反対側の表面が、剥離ライナーなどによって保護されていてもよい。
次いで、蛍光積層体５を作製するには、第１蛍光層１１と第２蛍光層１２とを積層する。
例えば、半硬化状態の第２蛍光層１２を用いる場合には、第１蛍光層１１と、半硬化状態の第２蛍光層１２とを貼り合わせた後、半硬化状態の第２蛍光層１２を、完全に硬化する温度および加熱時間で加熱し、完全に硬化させる。
これにより、蛍光積層体５を得る。
得られた蛍光積層体５の平均演色指数は、例えば、８０以上、好ましくは、８５以上、より好ましくは、９０以上である。
また、得られた蛍光積層体５の演色指数は、２５以上、好ましくは、５０以上、より好ましくは、８０以上である。
また、得られた蛍光積層体５の色温度は、例えば、２０００〜８０００Ｋ、好ましくは、３０００〜５０００Ｋである。
この発光装置１によれば、第１蛍光層１１よりも長波長の蛍光を発光する第２蛍光層１２が、ハウジング４の上に配置され、その第２蛍光層１２の上に、蛍光を発光する第１蛍光層１１が積層されている。
そのため、赤みを有するように演色性が調整された光を発光することができる。
また、赤色蛍光体は、第１蛍光層１１、特に、ガーネット型蛍光体セラミックと焼成温度が異なるため、第１蛍光層１１と同時に焼成することが困難であり、しかも、焼成により酸化して発光効率が低下する場合がある。
しかし、この発光装置１によれば、第２蛍光層１２は、蛍光体の粒子が分散された樹脂から形成されている。
そのため、第２蛍光層１２に赤色蛍光体を用いた場合でも、赤色蛍光体を焼成することなく、赤色蛍光体の発光効率の低下を防止することができる。
また、この発光装置１によれば、第１蛍光層１１が、蛍光体セラミックスからなり、第２蛍光層１２が、蛍光体の粒子が分散された樹脂から、厚み２００μｍ以下に形成されている。
そのため、第２蛍光層１２からの熱を効率よく第１蛍光層１１へ伝達することができるとともに、第１蛍光層１１からの熱を、ハウジング４と接触されている第２蛍光層１２の端部を介して、効率よくハウジング４へ伝達することができる。
その結果、蛍光積層体５（第１蛍光層１１および第２蛍光層１２）の放熱性を向上させることができながら、赤みを有するように演色性が調整された光を発光することができる。
また、この発光装置１によれば、第２蛍光層１２が、第１蛍光層１１とハウジング４との間に挟まれている。
そのため、第２蛍光層１２が外気に接触することを抑制することができる。これにより、第２蛍光層１２に含まれる蛍光体が、ＣａＳ：ＥｕまたはＫ２ＭＦ６：Ｍｎ（Ｍは、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉのいずれかを表す。）であり、耐湿熱性が劣る場合であっても、蛍光体が外気に含まれる水分と接触することを抑制することができる。
その結果、第２蛍光層１２に含まれる蛍光体の劣化を抑制することができる。
なお、上記した実施形態では、第１蛍光層１１を蛍光体セラミックスとして得たが、上記した蛍光体セラミックスと同様の組成を有する蛍光体の粉末を樹脂中に分散させた蛍光体粉末分散シートを、第１蛍光層１１として用いることもできる。
詳しくは、まず、上記した第２蛍光層１２を作製する方法と同様にして、上記した蛍光体セラミックスと同様の組成を有する蛍光体の粉末を、樹脂中に分散させ、第１蛍光層１１を作製する。
次に、得られた第１蛍光層１１の上に、第２蛍光層１２を作製するための蛍光体分散液を塗工し、加熱して、半硬化状態の第２蛍光層１２を得る。
その後、半硬化状態の第２蛍光層１２を硬化させて、第１蛍光層と第２蛍光層とが積層された蛍光積層体５を得る。
そして、得られた蛍光積層体５を、上記したように、ハウジング４の上に設置し、発光装置１を作製する。
また、上記した実施形態では、１つの発光ダイオード３を有する発光装置１を示しているが、発光装置１に備えられる発光ダイオード３の数は、特に限定されず、発光装置１を、例えば、複数の発光ダイオード３を、平面的（二次元的）または直線的（一次元的）に並べたアレイ状に形成することもできる。
また、上記した実施形態では、蛍光積層体５の上に、半球状のレンズ９を設けたが、レンズ９の替わりに、例えば、マイクロレンズアレイシート、拡散シートなどを設けることもできる。
この発光装置１は、例えば、大型液晶画面のバックライト、各種照明機器、自動車のヘッドライト、広告看板、デジタルカメラ用フラッシュ等、高輝度、高出力を必要とするパワーＬＥＤ光源として好適に用いられる。
以下、本発明を実施例および比較例に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施例等により何ら限定されるものではない。
１．第１蛍光層の作製
（１）蛍光層用粒子の作製
硝酸イットリウム六水和物１４．３４５ｇ（０．１４９８１ｍｏｌ）、硝酸アルミニウム九水和物２３．４５ｇ（０．２５ｍｏｌ）、硝酸セリウム六水和物０．０２ｇ（０．０００１９ｍｏｌ）を２５０ｍｌの蒸留水に溶解させ、０．４Ｍの前駆体溶液を調製した。
この前駆体溶液を、二流体ノズルを用いて、ＲＦ誘導プラズマ炎中に１０ｍｌ／ｍｉｎの速度で噴霧し、熱分解することにより、前駆体粒子を得た。
得られた前駆体粒子の結晶相は、Ｘ線回折法により分析したところ、アモルファスとＹＡＰ（イットリウム・アルミニウム・ぺロブスカイト、ＹＡｌＯ３）結晶との混合相であった。
また、得られた前駆体粒子の平均粒子径（自動比表面積測定装置（Ｍｉｃｒｏｍｅｔｒｉｔｉｃｓ社製、モデルＧｅｍｉｎｉ ２３６５）を用いたＢＥＴ（Ｂｒｕｎａｕｅｒ−Ｅｍｍｅｔｔ−Ｔｅｌｌｅｒ）法により測定した。）は、約７５ｎｍであった。
次に、得られた前駆体粒子を、アルミナ製のるつぼに入れ、電気炉にて、１２００℃で２時間仮焼成して、蛍光層用粒子を得た。
得られた蛍光層用粒子の結晶相は、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）結晶の単一相であった。
また、得られた蛍光層用粒子の平均粒子径は、約９５ｎｍであった。
（２）蛍光層用粒子分散液の調製
得られた蛍光層用粒子４ｇ、バインダー樹脂として、ＰＶＢ（ｐｏｌｙ（ｖｉｎｙｌ ｂｕｔｙｒａｌ−ｃｏ−ｖｉｎｙｌ ａｌｃｏｈｏｌ−ｃｏ−ｖｉｎｙｌ ａｃｅｔａｔｅ)０．２１ｇ、焼結助剤として、シリカ粉末（Ｃａｂｏｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社製）０．０１２ｇ、溶媒として、メタノール１０ｍｌを、乳鉢により混合した。
これにより、蛍光層用粒子が分散された蛍光層用粒子分散液を調製した。
（３）セラミックグリーン体の作製
得られた蛍光層用粒子分散液をドライヤーにて乾燥し、粉末を得た。この粉末１４０ｍｇを１３ｍｍΦの一軸性プレスモールド型に充填し、油圧式プレス機にて約２０ｋＮで加圧することにより、厚み約３５０μｍのディスク状のセラミックグリーン体を得た。
（４）セラミックグリーン体の焼成
得られたセラミックグリーン体を、アルミナ製管状電気炉にて、空気中、２℃／ｍｉｎの昇温速度で８００℃まで加熱し、バインダー樹脂などの有機成分を分解除去する脱バインダー処理を実施した。
その後、アルミナ製管状電気炉内を、ロータリーポンプで真空排気し、１５００℃で５時間焼成することで、第１蛍光層（ＹＡＧ−Ｃｅと表記する。）を蛍光体セラミックとして得た。
得られた第１蛍光層の厚みは、２８３μｍであった。
また、得られた第１蛍光層の全光線透過率（ａｔ７００ｎｍ）は、６２％であった。なお、全光線透過率の測定方法を以下に示す。
＜第１蛍光層の全光線透過率の測定＞
瞬間マルチ測光システム（大塚電子社製、ＭＣＰＤ ７０００）と積分球とを具備した透過率測定ステージ（大塚電子社製）を、専用の光ファイバーを用いて接続し、波長３８０ｎｍから１０００ｎｍの範囲で全光線透過率を測定した。
詳しくは、測定時の入射光のスポットサイズを約２ｍｍΦに調整し、第１蛍光層を設置していない状態の透過率を１００％として、第１蛍光層の全光線透過率を測定した。
第１蛍光層の吸収に伴い、全光線透過率は波長依存性を示すが、透明性（拡散性）を評価する指標として、第１蛍光層（ＹＡＧ：Ｃｅ）に吸収がない波長７００ｎｍの値を採用した。
２．第２蛍光層の作製
作製例１
２．４ｇの熱硬化性シリコーンエラストマー樹脂（信越シリコーン社製、品番ＫＥＲ−２５００）中に、０．６ｇの赤色ナイトライド蛍光体（ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ、Ｉｎｔｅｍａｔｉｘ社製、品番Ｒ６５３５、発光ピーク波長６４０ｎｍ、平均粒子サイズ１５．５μｍ）を添加した、蛍光体濃度２０質量％の蛍光体分散液を作製した。蛍光体分散液を、厚さ８０μｍのＰＥＴフィルム上に、アプリケーターを用いて、塗工厚み約３８μｍで塗工し、加熱して半硬化状態として、第２蛍光層（ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ Ｒｅｄ ｐｏｗｄｅｒ（２０ｗｔ％）と表記する。）を得た。
作製例２
赤色ナイトライド蛍光体の配合量を１．２９２ｇとして、蛍光体濃度３５質量％の蛍光体分散液を作製し、蛍光体分散液を、ＰＥＴフィルム上に、塗工厚み約４０μｍで塗工した以外は、作製例１と同様にして、第２蛍光層（ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ Ｒｅｄ ｐｏｗｄｅｒ（３５ｗｔ％）と表記する。）を得た。
作製例３
２．４ｇの熱硬化性シリコーンエラストマー樹脂（信越シリコーン社製、品番ＫＥＲ−２５００）中に、０．２７ｇの赤色硫化物蛍光体（ＣａＳ：Ｅｕ、発光ピーク波長 ｎｍ、平均粒子サイズ１１μｍ）を添加した、蛍光体濃度１０質量％の蛍光体分散液を作製した。蛍光体分散液を、厚さ８０μｍのＰＥＴフィルム上に、アプリケーターを用いて、塗工厚み約４５μｍで塗工し、加熱して半硬化状態として、第２蛍光層（ＣａＳ：Ｅｕ Ｒｅｄ ｐｏｗｄｅｒ（１０ｗｔ％）と表記する。）を得た。
作製例４
２．４ｇの熱硬化性シリコーンエラストマー樹脂（信越シリコーン社製、品番ＫＥＲ−２５００）中に、３．６ｇの赤色フッ化物蛍光体（Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎ）を添加した、蛍光体濃度６０質量％の蛍光体分散液を作製した。なお、Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎは、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ（第１０４巻、０２３５１２（２００８年））に記載の方法（シリコンウェハをＨＦ／Ｈ２Ｏ／ＫＭｎＯ４溶液を用いてエッチングする方法）により合成した。蛍光体分散液を、厚さ８０μｍのＰＥＴフィルム上に、アプリケーターを用いて、塗工厚み約１７５μｍで塗工し、加熱して半硬化状態として、第２蛍光層（Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎ Ｒｅｄ ｐｏｗｄｅｒ（６０ｗｔ％）と表記する。）を得た。
３．蛍光積層体の作製
各作製例の第２蛍光層上に、それぞれ第１蛍光層を貼り付け、１００℃で１時間、その後、１５０℃で１時間加熱することで、シリコーンエラストマー樹脂を硬化させた。
その後、第２蛍光層に、第１蛍光層のサイズ（３．５ｍｍ×２．８ｍｍ）に合わせて剃刀で切込みを入れた後、第２蛍光層をＰＥＴフィルムから剥がし取ることで、第１蛍光層と第２蛍光層とが積層された蛍光積層体を得た。
４．評価用発光ダイオード素子の作製
実施例１
キャビティー付き多層セラミック基板（住友金属エレクトロデバイス社製、品番２０７８０６、外寸：３．５ｍｍ×２．８ｍｍ、キャビティー：長軸方向が２．６８ｍｍ、短軸方向が１．９８ｍｍ、高さ０．６ｍｍｔの略楕円形）のキャビティー内に、青色発光ダイオードチップ（クリー社製、品番Ｃ４５０ＥＺ１０００−０１２３、９８０μｍ×９８０μｍ×１００μｍｔ）をＡｕ−Ｓｎはんだにてダイアタッチし、Ａｕ線にて発光ダイオードチップの電極から多層セラミック基板のリードフレームにワイヤボンディングすることで、青色発光ダイオードチップ１個を実装した発光ダイオードパッケージを作製した。
キャビティー内をゲル状シリコーン樹脂で満たし、かつ、キャビティーの上端部にゲル状シリコーン樹脂を塗布し、作製例１で得られた第２蛍光層が積層された蛍光積層体を、第２蛍光層を下側にして、ゲル状シリコーン樹脂を介してキャビティーの上に設置した後、１００℃で１５分加熱してゲル状シリコーン樹脂を硬化させ、発光装置を作製した。
また、多層セラミックス基板の底部に設けられている、はんだパッドに、少量のはんだペースト（製品名Ｃｈｉｐ Ｑｕｉｋ、品番ＳＭＤ２９１ＳＮＬ）を塗り、これを市販のスター型アルミ基板（Ｂｅｒｇｑｕｉｓｔ社製、製品名Ｔｈｅｒｍａｌ Ｃｌａｄ、品番８０３２９１）の電極パターンに合わせて設置し、２６０℃でリフローすることにより、発光装置をスター型アルミ基板にはんだ付けした。
さらにこのスター型アルミ基板の裏面に、熱伝導性のグリース（ＩＴＷ ＣＨＥＭＴＲＯＮＩＣＳ社製、品番ＣＴ４０−５）を薄く塗り、アルミ製のヒートシンク（ＷＡＫＥＦＩＥＬＤ ＴＨＥＲＭＡＬ ＳＯＬＵＴＩＯＮＳ社製、品番８８２−５０ＡＢ）に前述のグリースを介して貼着した。
実施例２
作製例２で得られた第２蛍光層が積層された蛍光積層体を、第２蛍光層を下側にしてキャビティーの上に設置した以外は、実施例１と同様にして、発光装置を作製した。
実施例３
作製例３で得られた第２蛍光層が積層された蛍光積層体を、第２蛍光層を下側にしてキャビティーの上に設置した以外は、実施例１と同様にして、発光装置を作製した。
実施例４
作製例４で得られた第２蛍光層が積層された蛍光積層体を、第２蛍光層を下側にしてキャビティーの上に設置した以外は、実施例１と同様にして、発光装置を作製した。
実施例５
２．４ｇの熱硬化性シリコーンエラストマー樹脂（信越シリコーン社製、品番KER-2500）中に、３．６ｇの黄色ＹＡＧ:Ｃｅ蛍光体粉末（Ｐｈｏｓｐｈｏｒ Ｔｅｃｈ社製、品番ＢＹＷ０１Ａ、平均粒子径９μｍ）を添加した、蛍光体濃度６０質量％の蛍光体分散液を作製した。この蛍光体分散液を、厚さ８０μｍのＰＥＴフィルム上に、アプリケーターを用いて、塗工厚み約４５μｍで塗工し、１５０℃にて１時間加熱して、ＹＡＧ:Ｃｅ蛍光体が分散されたＹＡＧ粉末分散シートを、第１蛍光層として得た。
次に、作製例１で調製した赤色蛍光体分散液を、同様にアプリケーターを用いて第１蛍光層（ＹＡＧ粉末分散シート）上に、塗工厚み約５５μｍで塗工し、加熱して半硬化状態として、第２蛍光層を得た。
その後、１００℃で１時間、次いで、１５０℃で１時間加熱することで、熱硬化性シリコーンエラストマー樹脂を硬化させ、第１蛍光層と第２蛍光層とが積層された蛍光積層体を得た。
そして、得られた蛍光積層体を実施例１と同様にして、キャビティーの上に設置し、発光装置を作製した。
比較例１
作製例１で得られた第２蛍光層が積層された蛍光積層体を、第２蛍光層を上側にしてキャビティーの上に設置した以外は、実施例１と同様にして、発光装置を作製した。
比較例２
作製例２で得られた第２蛍光層が積層された蛍光積層体を、第２蛍光層を上側にしてキャビティーの上に設置した以外は、実施例１と同様にして、発光装置を作製した。
比較例３
作製例３で得られた第２蛍光層が積層された蛍光積層体を、第２蛍光層を上側にしてキャビティーの上に設置した以外は、実施例１と同様にして、発光装置を作製した。
比較例４
作製例４で得られた第２蛍光層が積層された蛍光積層体を、第２蛍光層を上側にしてキャビティーの上に設置した以外は、実施例１と同様にして、発光装置を作製した。
参考例
第１蛍光層のみをキャビティーの上に設置した以外は、実施例１と同様にして、発光装置を作製した。
５．評価
（１）発光装置の発光特性の測定
瞬間マルチ測光システム（大塚電子社製、ＭＣＰＤ ７０００）と、内径が１２インチの積分球とを、専用の光ファイバーで接続し、波長３８０ｎｍから１０００ｎｍの範囲で、発光装置の発光スペクトルを測定した。
詳しくは、各実施例、各比較例および参考例で得られた発光装置を、積分球内の中心部に設置し、発光ダイオードに１００ｍＡの直流電流を印加して点灯した。発光スペクトルは、発光ダイオードの動作安定化のため、電力供給後、１０秒以上経ってから記録した（図３〜図７参照）。得られた発光スペクトルから、発光装置の放射強度（ｍＷ）、発光効率（ｌｍ／Ｗ）、ＣＩＥ色度（ｘ，ｙ）、平均演色指数Ｒａ、演色指数Ｒ９および色温度（Ｋ）の値を算出した。結果を表１に示す。
（２）蛍光積層体表面の温度測定
各実施例、各比較例および参考例で得られた発光装置の、発光ダイオードに１Ａの電流を通電した際の蛍光積層体の温度を、赤外線カメラ（ＦＬＩＲ Ｓｙｓｔｅｍｓ社製、製品名Ｉｎｆｒａｒｅｄ Ｃａｍｅｒａ Ａ３２５）を用いて測定した。結果を表１に示す。
Figure 0005519440
１ 発光装置
２ 回路基板
３ 発光ダイオード
４ ハウジング
１１ 第１蛍光層
１２ 第２蛍光層

Claims (4)

  1. 外部から電力が供給される回路基板と、
    前記回路基板の上に電気的に接合され、前記回路基板からの電力により発光する発光ダイオードと、
    前記発光ダイオードを囲むように前記回路基板の上に設けられ、上端部が、前記発光ダイオードの上端部よりも上側に配置されるハウジングと、
    前記ハウジングの上に設けられる蛍光積層体と
    を備え、
    前記ハウジングの中には、樹脂からなる封止材が満たされており、
    前記蛍光積層体は、
    蛍光を発光する第１蛍光層と、
    前記第１蛍光層よりも長波長の蛍光を発光する第２蛍光層と
    を備え、
    前記第２蛍光層は、蛍光体が分散された樹脂からなり、前記ハウジングの上に配置され、
    前記第１蛍光層は、蛍光体セラミックスからなり、前記第２蛍光層の上に積層され、
    前記第２蛍光層の厚みは、２００μｍ以下であり、
    前記第２蛍光層中の前記蛍光体の割合は、前記蛍光体と前記樹脂との総量に対して、１０〜７０質量％である
    ことを特徴とする、発光装置。
  2. 前記蛍光体は、赤色の蛍光を発光する赤色蛍光体であることを特徴とする、請求項１に記載の発光装置。
  3. 前記赤色蛍光体が、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕであることを特徴とする、請求項２に記載の発光装置。
  4. 前記赤色蛍光体が、ＣａＳ：ＥｕまたはＫ２ＭＦ６：Ｍｎ（Ｍは、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｉのいずれかを表す。）であることを特徴とする、請求項２に記載の発光装置。
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