JP5689648B2 - 白色led製造用封止材料の発光特性測定装置および発光特性測定方法 - Google Patents
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Description
また、例えばピーク波長が365〜420nm近傍にある近紫外発光LED素子が、赤色蛍光体物質、緑色蛍光体物質および黄色蛍光体物質が混入された透明な樹脂よりなる封止材料によってモールドされてなり、近紫外発光LED素子からの光によって、赤色蛍光体物質、緑色蛍光体物質および黄色蛍光体物質が励起されて発光することによる蛍光光(実線)によって、擬似的な白色光が放射される。
また、封止材料は、例えば、カップ状容器内に充填された状態で、一定方向に作用される遠心力が利用されて混練りされているため、蛍光体物質の分布状態の不均一性を有しており、個々のLEDにおいては、封止材料における蛍光体物質の濃度に数%程度の誤差が不可避的に生じて個体差を有している。
前記封止材料における蛍光体物質を励起する励起光を当該封止材料に向かって投射する励起光投光部と、
当該励起光投光部よりの励起光の投射によって生ずる前記蛍光体物質の発光による蛍光光を検出して当該蛍光体物質の発光の発光強度分布を取得する受光部と、
前記容器と前記励起光投光部との離間距離および前記容器と前記受光部との離間距離が一定に維持された状態で、前記容器と、当該励起光投光部および前記受光部との一方を他方に対して相対的に当該容器の高さ方向に移動させる高さ位置変更機構と
前記受光部において取得される、互いに異なる高さ位置における二以上の前記蛍光体物質の発光強度分布に基づいて、前記容器の高さ方向における封止材料中の蛍光体物質の濃度分布データを算出する機能を有する演算処理部と、
予め取得された、前記封止材料によって封止されるべきLED素子の励起スペクトルデータが記録された記録部と
を備えてなり、
前記演算処理部は、前記LED素子の励起スペクトルデータおよび前記受光部に接続された分光器において得られる蛍光体物質の発光スペクトルデータに基づいて、当該LED素子および当該封止材料により構成される白色LEDの光の予測色度座標および予測色温度を算出する機能をさらに有することを特徴とする。
また、測定対象である封止材料によって封止されるべきLED素子の励起スペクトルデータを予め取得しておくと共に、受光手段に接続された分光器によって封止材料中の蛍光体物質の発光の発光スペクトルデータを取得することにより、当該封止材料が用いられて構成される白色LEDの光の予測色度座標および予測色温度を取得することができ、これらのデータに基づいて、白色LEDがどのような色合いの光を発光するものであるかを評価することができるので、所望の色合いの光の白色LEDを高い生産性で製造するための適正な管理条件を一層確実に取得することができる。
そして、取得されたデータに基づいて、例えば熱硬化性樹脂中に混入される蛍光体物質の濃度調整、混練り条件の再設定などを行うことにより、白色LEDの個体差を低減することができて、所望の色合いの白色光の得られる白色LEDの生産性を向上(歩留りを向上)させることができる。
この白色LED製造用封止材料の発光特性測定装置(以下、単に「測定装置」という。)は、例えば液状の封止材料Sが収容された例えば円管状のシリンジ状容器10を、吐出部11が下方側に位置された状態で、中心軸Cが鉛直方向(高さ方向)に伸びる姿勢で保持する容器保持部15と、シリンジ状容器10内の封止材料Sに向かって所定の波長の励起光を投射する励起光投光部20と、励起光投光部20からの励起光の投射により励起されて発光する封止材料S中の蛍光体物質からの蛍光光を検出して当該蛍光体物質の発光の発光強度分布を取得する受光部25と、シリンジ状容器10を、シリンジ状容器10と励起光投光部20との離間距離およびシリンジ状容器10と受光部25との離間距離が一定に維持された状態で、高さ方向(鉛直方向)の位置を移動する高さ位置変更機構30と、後述する駆動用モータ45を駆動すると共に励起光投光部20における試験用LED素子21の点灯制御を行う制御部(図示せず)とを備えている。
測定対象とされる封止材料Sは、所定の粒径の粒子状の蛍光体物質が、例えばシリコーン樹脂などの透明な液状の熱硬化性樹脂中に所定の濃度で混入されてなり、適宜の混練装置によって混練処理がなされたものである。
試験用LED素子21は、測定対象である封止材料Sが蛍光体物質として黄色蛍光体物質(例えばYAG蛍光体物質)が単体で、あるいは、当該黄色蛍光体物質を含む互いに発光色の異なる複数種の蛍光体物質が混入されたものである場合には、ピーク波長が460nm近傍にある青色発光LED素子が用いられ、また、封止材料Sが蛍光体物質として赤色蛍光体物質、緑色蛍光体物質および青色蛍光体物質が所定の比率で混入されてなるものである場合には、例えばピーク波長が365〜420nm近傍にある近紫外発光LED素子が用いられる。
ここに、シリンジ状容器10が1回転する間の上下方向の移動量は、例えば0.5〜4mmである。すなわち、実質的に同一の高さ位置における、シリンジ状容器10の周方向の全周にわたる被測定位置についての測光処理が、少なくとも1回行われること(実質的に同一の高さ位置にある状態においてシリンジ状容器10が1回転以上されること)となる。
そして、励起光投光部20における試験用LED素子21が点灯されて当該試験用LED素子21からの励起光が集光レンズ22を介してシリンジ状容器10内の封止材料Sに投射され、これにより、黄色蛍光体物質が励起されて発光することによる蛍光光が受光手段によって集光レンズ26を介して受光され、その検出信号が光ファイバー27を介して分光器に送られる。このような測光処理は、駆動用モータ45が駆動されてシリンジ状容器10が中心軸Cを中心に回転されながら高さ方向に移動されながら行われる。
その後、制御機構における演算処理部によって、(1)蛍光体物質の発光の発光強度分布に基づいて、シリンジ状容器10の高さ方向における封止材料S中の蛍光体物質の濃度分布を算出する処理、および、(2)分光器において得られる蛍光光の分光強度波形(発光スペクトルデータ)に基づいて、当該封止材料Sが用いられて製造される白色LEDについての、国際照明委員会(CIE)が規定するXYZ表色系色度図における予測色度座標、予測色温度、予測三刺激値を算出する処理が行われる。ここに、取得されたデータは、当該封止材料の調製条件、例えば用いられる蛍光体物質の粒径、熱硬化性樹脂に対する割合(濃度)、混練条件などと共に、所望の色合いの光の白色LEDを高い生産性で製造するための適正な管理条件を取得されための管理用データとして記録部(図示せず)に記録されて管理される。
そして、シリンジ状容器10の高さ方向における封止材料S中の蛍光体物質の濃度分布の算出処理においては、実質的に同一の高さ位置についての複数の補正発光スペクトルデータS2 (λ)における光強度の平均値が波長毎に算出されることによって、図4に示すような、シリンジ状容器10の高さ方向における光強度分布が得られ、この光強度分布から、シリンジ状容器10の高さ方向における封止材料S中の蛍光体物質の濃度分布が得られる。例えば、光強度分布において、高さ位置0mm(シリンジ状容器10の、球面に沿った外形を有する部分(下端部分)と円管状の部分との境界位置)における光強度が30000(相対値)、高さ位置20mmにおける光強度が27000(相対値)である場合には、シリンジ状容器10の高さ方向において、10%の蛍光体物質の濃度分布を有していることとなる。
XYZ表色系色度図は、JIS Z 8724「色の測定方法−光源色」として定められている、下記式2に示す演算式に従って算出される三刺激値(X,Y,Z)を用いて規定される。下記式2は、可視領域(380nm〜780nm,λ1 =380,λ2 =780)にある各波長成分の強度に対応する等色関数の値を乗じた値を積算するものであり、下記式2中、S(λ)は、白色LEDの発光スペクトルである。図5は、国際照明委員会(CIE)によって定められている等色関数を示す図であり、等色関数は、人間の目における分光感度を表現したものに相当する。
Kは、検出される封止材料Sにおける蛍光体材料の発光による蛍光光と、白色LEDを製造するために用いられる青色発光LED素子の発光との合成光の輝度の絶対値と一致するように設定される係数である。
刺激値Xおよび刺激値Yの値は色度座標(x,y)を算出するために用いられ、色度座標(x,y)は、下記式3に示す演算式に従って算出される。
(ロ)封止材料S中の蛍光体物質の濃度の大小は、蛍光体物質の発光の色度座標P2 (x2 ,y2 )とは無関係であること。
(ハ)青色発光LED素子の波長が短くなるとき、青色発光LED素子の発光の色度座標がXYZ表色系色度図における左下方向の色度座標点に移動すること。
(ニ)封止材料Sが蛍光体物質として黄色蛍光体物質単体が混入されたものである時の、当該黄色蛍光体物質の発光の色度座標P2 (x2 ,y2 )は、緑色蛍光体物質が混入されると、XYZ表色系色度図における左上方向の色座標点に移動し、赤色蛍光体物質が混入されると、XYZ表色系色度図における右下方向の色座標点に移動する。このことは、封止材料Sが、赤色蛍光体物質、緑色蛍光体物質および青色蛍光体物質が混入されたものである場合においても同様であり、例えば緑色蛍光体物質の割合を大きくすると、色度座標P2 はXYZ表色系色度図における左上方向の色座標点に移動し、赤色蛍光体物質の割合を大きくすると、色度座標P2 はXYZ表色系色度図における右下方向の色座標点に移動する。
そして、取得されたデータに基づいて、例えば熱硬化性樹脂中に混入される蛍光体物質の濃度調整、混練り条件の再設定などを行うことにより、白色LEDの個体差を低減することができて、所望の色合いの白色光の得られる白色LEDの生産性を向上(歩留りを向上)させることができる。
封止材料は、黄色蛍光体物質が単独で混入されたものに限定されず、互いに発光色の異なる複数種の蛍光体物質が混入されたもの、また、近紫外LED素子と組み合わせて用いられる、赤色蛍光体物質、緑色蛍光体物質および青色蛍光体物質が混入されたものであってもよい。
封止材料が収容される容器は、シリンジ状のものに限定されず、例えばカップ状のものであってもよい。また、容器の材質は、励起用LED素子からの励起光および蛍光体物質の発光による蛍光光を透過する特性を有するものであればよい。
位置変更機構は、容器の高さ位置を移動させる構成のものではなく、励起光投光部および受光部が支持される支持台を容器の高さ方向に移動させる構成とされていてもよい。
10A 内壁面
11 吐出部
C 中心軸
P 蛍光体物質
S 封止材料
15 容器保持部
18 基台
20 励起光投光部
21 試験用LED素子
22 集光レンズ
25 受光部
26 集光レンズ
27 光ファイバー
30 高さ位置変更機構
31 スラストシャフト
32 第1の移動板
33 第2の移動板
34 支持フレーム
35 第3の移動板
36 スラストベアリング
37 ベアリング
38 支持台
40 主ネジ
41 従動ギア
42 ナット
45 駆動用モータ
46 駆動ギア
50 白色LED
51 青色発光LED素子
52 反射部材
60 ディスペンサ
61 シリンジ状容器
62 ピストン
63 ニードル
D 液滴
Claims (7)
- 蛍光体物質が透明な熱硬化性樹脂に混入されてなる白色LED製造用の液状またはペースト状の封止材料が収容された透明な容器を保持する容器保持部と、
前記封止材料における蛍光体物質を励起する励起光を当該封止材料に向かって投射する励起光投光部と、
当該励起光投光部よりの励起光の投射によって生ずる前記蛍光体物質の発光による蛍光光を検出して当該蛍光体物質の発光の発光強度分布を取得する受光部と、
前記容器と前記励起光投光部との離間距離および前記容器と前記受光部との離間距離が一定に維持された状態で、前記容器と、当該励起光投光部および前記受光部との一方を他方に対して相対的に当該容器の高さ方向に移動させる高さ位置変更機構と
前記受光部において取得される、互いに異なる高さ位置における二以上の前記蛍光体物質の発光強度分布に基づいて、前記容器の高さ方向における封止材料中の蛍光体物質の濃度分布データを算出する機能を有する演算処理部と、
予め取得された、前記封止材料によって封止されるべきLED素子の励起スペクトルデータが記録された記録部と
を備えてなり、
前記演算処理部は、前記LED素子の励起スペクトルデータおよび前記受光部に接続された分光器において得られる蛍光体物質の発光スペクトルデータに基づいて、当該LED素子および当該封止材料により構成される白色LEDの光の予測色度座標および予測色温度を算出する機能をさらに有することを特徴とする白色LED製造用封止材料の発光特性測定装置。 - 前記励起光投光部は、前記蛍光体物質を励起させる励起光を放射する試験用LED素子と、当該試験用LED素子からの励起光を集光して前記封止材料に投射する集光レンズとを備えてなり、前記集光レンズの焦点が前記容器の内壁面より内方側に位置される状態で、配置されていることを特徴とする請求項1に記載の白色LED製造用封止材料の発光特性測定装置。
- 前記高さ位置変更機構は、前記容器をその高さ方向に伸びる中心軸を中心に回転させながら当該容器の高さ方向に移動させるものであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の白色LED製造用封止材料の発光特性測定装置。
- 容器保持部によって保持された透明な容器内に収容された、蛍光体物質が透明な熱硬化性樹脂に混入されてなる白色LED製造用の液状またはペースト状の封止材料に、励起光投光部によって、前記蛍光体物質を励起させる励起光を投射し、当該蛍光体物質が励起されて発光される蛍光光を受光部によって検出して当該蛍光光の発光強度分布を取得する測光処理を、高さ位置変更機構によって、前記容器と前記投光部との離間距離および前記容器と前記受光部との離間距離が一定に維持された状態で、前記容器と、当該励起光投光部および前記受光部との一方を他方に対して相対的に当該容器の高さ方向に移動させながら行うことを特徴とする白色LED製造用封止材料の発光特性測定方法。
- 前記容器の高さ方向における封止材料中の蛍光体物質の濃度分布を、互いに異なる高さ位置において得られた二以上の前記蛍光光の発光強度分布における所定の波長成分についての容器の高さ方向における光強度に基づいて、算出することを特徴とする請求項4に記載の白色LED製造用封止材料の発光特性測定方法。
- 国際照明委員会が規定するXYZ表色系色度図に表される、黒体放射の発光色座標を示す黒体放射軌跡と、前記LED素子の光の色度座標P 1 (x 1 ,y 1 )および前記蛍光体物質の発光の色度座標P 2 (x 2 ,y 2 )を通る直線との交点の温度を、当該LED素子および当該封止材料により構成される白色LEDの光の予測色温度として取得することを特徴とする請求項6に記載の白色LED製造用封止材料の発光特性測定方法。
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