JP6134176B2 - 発光装置、および、その製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、発光素子から出射された光の一部を蛍光体により波長変換し、発光素子からの出射光と混合して出射する発光装置に関する。
従来、蛍光体を分散した未硬化の樹脂を、発光素子の上面に塗布や充填した後、硬化させることにより蛍光体層を形成した発光装置が知られている。蛍光体層は、発光素子から出射された光の一部を蛍光に変換し、波長変換されていない光と混合して出射する。
しかしながら、このような蛍光体層では、蛍光体の割合を多くすると、樹脂の割合が減少するため蛍光体粒子が十分に結着できず、蛍光体の割合を少なくすると蛍光への変換効率が低くなるという問題がある。また、樹脂の劣化や変色を起こしやすいという問題もある。
このような問題を解決するため、特許文献1には、平均粒径3〜10μmの蛍光体粒子同士を、酸化物や水酸化物を主成分とする微粒子(バインダー)により固着したコーティング層で発光素子を覆う構造を開示している。蛍光体粒子とバインダーはスプレーコーティング法によって発光素子の上面に付着させる。バインダーとなる微粒子に、拡散剤の微粒子を混合することも開示している。
特許文献2には、発光素子の上面に、平均粒径0.1μm〜15μmの蛍光体粒子をSiO等の無機酸化物で結着させたコーティング層をスプレーコーティング法により形成し、コーティング層内の空隙にさらに無機酸化物や水酸化物を含浸させ、空隙を埋めることが開示されている。
特開2003−243727号公報 特開2004−88013号公報
特許文献1,2に記載されているように、スプレーコーティング法を用いることにより、蛍光体粒子同士をバインダーとなる微粒子で固着させた構造の蛍光体層を発光素子の上面に形成することができる。この蛍光体層は、蛍光体の含有割合が大きく、蛍光への変換効率が高いというメリットがある。しかしながら、特許文献1の図2や特許文献2の図2および図3には蛍光体粒子が平坦に並んだ層として模式的に描かれているが、実際には、スプレーコーティングの際のノズルからの塗出ムラによって、特許文献2の図6の写真のように、蛍光体粒子が膜厚方向に高く盛り上がった部分と、低い部分とが生じ、表面の凹凸が大きくなる。
このため、図1に示すように、発光素子から正面方向に出射される光は、蛍光体の厚さ分だけ蛍光体を通過するのに対して、発光素子から斜め方向に出射された光は、高く盛り上がった部分の蛍光体も通過するため、通過する蛍光体の量が多くなる。このため、図2のグラフに示すように色度の角度依存性が大きくなるという問題が生じる。
色度の角度依存性は、特許文献1,2にも記載されているようにバインダーとなる微粒子に光散乱剤を添加することにより低減できる。しかしながら、光散乱剤にあたった光は、前方散乱だけでなく、後方散乱も生じるため、蛍光体層から出射される光が低減し、輝度が低下してしまう。また、光散乱剤が、蛍光体と発光素子との間に位置すると、蛍光体の熱を発光素子に直接熱伝導することができなくなるため、蛍光体層の熱引きが悪くなり、輝度低下を起こす。
本発明の目的は、スプレーコーティングによって蛍光体粒子同士をバインダーで固着して形成した蛍光体層の色度角度依存性を低減することにある。
上記目的を達成するために、本発明の発光装置は、発光素子と、発光素子の上面に配置された蛍光体層とを有し、発光素子の上面から発せられた光のうちの一部を蛍光体層により蛍光に変換し、蛍光体層を透過した光と蛍光とを混合して所定の色度の光を出射する。蛍光体層は、発光素子の上面に沿って並べられた蛍光体粒子と、蛍光体粒子と蛍光体粒子の間隙を埋めるバインダーとを含む。蛍光体層の上面のうち、蛍光体粒子と蛍光体粒子との間隙に位置し、出射した光がバインダーを透過して直接蛍光体層の上面に到達する領域の面積が、上面の面積に対して3%以上10%以下である。
本発明によれば、蛍光体層の上面の出射光のうち、蛍光体粒子と蛍光体粒子との間隙からバインダーを透過して直接蛍光体層の上面に到達する光(漏れ光)となる領域の面積を制御することにより、蛍光体層の粒子の状態を制御できるため、蛍光体層の色度角度依存性を低減することができる。
従来のスプレーコーティング法により形成した蛍光体層の蛍光体粒子の凹凸を示す説明図。 図1の蛍光体層の色度の角度依存性を示すグラフ。 (a)発光素子の上面に薄く平坦に蛍光体粒子が並んでいる蛍光体層の状態を示す説明図、(b)発光素子の上面に局所的に蛍光体粒子が重なっている蛍光体層の状態を示す説明図。 実施形態の蛍光体層の蛍光体粒子とバインダーの状態と、漏れ光42を生じる領域41を示す説明図。 (a)〜(c)実施形態の発光装置の構成を示す断面図。 (a)および(b)実施例1の蛍光体層11の形成工程を示す説明図。 実施例1で用いるスプレー装置の構成を示す説明図。 実施例1の試料の評価に用いた評価装置の構成を示す(a)断面図、(b)上面図。 実施例1で形成した蛍光体層の漏れ光面積比と色度差ΔCxとの関係を示すグラフ。 実施例1で形成した蛍光体層の拡散透過率と色度差ΔCxとの関係を示すグラフ。 実施例1で形成した蛍光体層の平行光線透過率と色度差ΔCxとの関係を示すグラフ。 実施例1で形成した蛍光体層の拡散透過率と平行光線透過率の差と、色度差ΔCxとの関係を示すグラフ。 実施例1で形成した蛍光体層の全光線透過率と色度差ΔCxとの関係を示すグラフ。 実施例1で形成した蛍光体層のヘーズ値と色度差ΔCxとの関係を示すグラフ。 実施例2の蛍光体層の形成工程を示す説明図。 (a)および(b)実施例2のヘーズメータを備えたスプレー装置により蛍光体層を形成する工程を示す説明図。
本発明の原理についてまず説明する。本発明の発光装置は、所定の波長の光を発する発光素子の上面に、蛍光体層を配置して、蛍光体層により発光素子の発する光の一部を蛍光に変換し、発光素子の発する光と混合して出射する。このような発光装置では、所望する出射光の色度(例えば、SAE規格の白色範囲)によって必要な蛍光体の量が定まる。このとき蛍光体層の表面の凹凸が大きいと、図1および図2のように色度の角度依存性が大きくなり、蛍光体層の表面の凹凸が小さい場合には、色度の角度依存性は小さくなる。例えば、図3(a)、(b)のように、同じ数の蛍光体粒子を発光素子の上面に配置すると、図3(a)のように発光素子の上面に薄く平坦に蛍光体粒子が並んでいる場合には、正面方向の出射光と方位角θの大きな出射光が通過する蛍光体の量は大きくは変わらない。これに対して図3(b)のように、局所的に蛍光体粒子が重なって表面の凹凸が大きい場合には、方位角θの大きな出射光は、盛り上がった凸部の蛍光体粒子に当たるため、正面方向の出射光とは通過する蛍光体量が大きく異なり、色度の角度依存性が大きくなる。
蛍光体層をスプレーコーティング工法で形成する場合、その塗布条件によって蛍光体層の蛍光体粒子の付着状態を制御することができるが、形成された蛍光体層の蛍光体粒子の状態がどのような状態になっているかを数値で表すことは困難であった。発明者らは、鋭意研究の結果、蛍光体層が発光素子の上に搭載されている場合には、発光素子の上面のうち、発せられた光が蛍光体粒子の間隙を通って蛍光体層の上面に到達する光(漏れ光)となる領域の面積の割合によって、蛍光体粒子の状態を表すことができることを見出した。また、蛍光体層が透明板状部材の上に搭載されている場合には、その拡散透過率等の値によって、蛍光体層の粒子の状態を表すことができることを見出した。
具体的には、図4のように蛍光体層11の上面のうち、蛍光体粒子110と蛍光体粒子110との間隙に位置し、出射した光42がバインダー111を透過して直接蛍光体層11の上面に到達する(漏れ光となる)領域41の面積が、発光素子10の上面の面積に対して3%以上10%以下になるように制御する。領域41の面積を10%以下にすることにより、蛍光体層11の凹凸を小さくでき、色度の角度依存性を低減できる。また、3%以上にすることにより、発光素子10からの光と、蛍光体粒子110の蛍光とを混合して所望の色度を得ることができる。
領域41の面積が3%以上9%以下である場合には、色度の角度依存性を大きく低減できるためさらに好ましい。また、領域41の面積が3%以上8%以下である場合、大幅に色度の角度依存性を低減でき、しかも、領域41の面積の割合が変化しても色度の角度依存性の変化が小さくなり安定するため、量産が容易になり、特に好ましい。
本発明の発光装置の構成としては、図5(a)に示すように、発光素子10の上面に、蛍光体層11を配置した構成である。蛍光体層11は、上述のように発光素子10の上面に沿って並べられた蛍光体粒子110と、蛍光体粒子110と蛍光体粒子110の間隙を埋めるバインダー111とを含む。蛍光体粒子110は、発光素子10からの光によって励起され、蛍光を発する。バインダー111は、発光素子10の出射光および蛍光体粒子110の蛍光に対して透明である。蛍光体層11は、光散乱剤を含んでも含まなくても良いが、蛍光体層11が光散乱材を含むと、発光素子10から蛍光体層11に入射した光の一部を後方散乱し、蛍光体層11上面の輝度が低下するため光散乱剤を含まない方が好ましい。
蛍光体層11の表面粗さRaは、蛍光体粒子110の平均粒径以下であることが好ましく、特に、蛍光体粒子110の平均粒径の半分以下であることが好ましい。上述のように表面粗さが大きい場合には、色度の角度依存性が大きくなるためである。
蛍光体層11の膜厚は、蛍光体粒子110の平均粒径の3倍以下であることが好ましい。膜厚がこれよりも厚くなると、蛍光体粒子110が重なり合って、発光素子10の上面全体を覆い、漏れ光となる領域41が生じにくくなるためである。また、蛍光体層11の上面の凹凸が増加する傾向になる。
蛍光体粒子110の平均粒径は、10μm以上20μm以下であることが好ましい。蛍光体粒径は大きい方が励起効率が高く、10μm以上で効率が安定するためである。また、蛍光体粒径が、10μm以上16μm以下であると特に好ましい。
また、図5(b)、(c)に示すように、蛍光体層11と発光素子10の上面との間には、接着層12が配置され、蛍光体層11の上面には透明板状部材13が配置された構成にすることも可能である。透明板状部材13は、発光素子10から発せられた光と蛍光体粒子110の蛍光とに対して透明な部材、例えばガラスや石英を用いる。好ましくは、反応性の低い無アルカリ性のガラスが良い。図5(b)、(c)の構成にすることにより、蛍光体層11を予め板状部材13上に形成しておき、蛍光体層11を発光素子11の上面側に向けて板状部材13を発光素子10上に搭載し、接着層12で固定する手順で製造することが可能になる。
発光素子10の構造としては、図5(a)、(b)の装置構成では、蛍光体層11側に発光層(エピタキシャル成長層)が配置された素子を好適に用いることができる。発光層への給電は、例えば発光素子10の上面に接続したボンディングワイヤ14と、発光素子10のパッケージ基板15との接続面に設けられた電極とにより行うことができる(いわゆる縦導通型の発光素子)。
また、図5(c)のように、発光素子10とパッケージ基板15との間に配置されたバンプ16により給電を行うフリップチップ型の発光素子10を用いることも可能である。
また、図5(b)、(c)のように発光素子10、接着層12、蛍光体層11、透明板状部材13の側面を光反射部材(例えば、白色樹脂)16で覆うことにより、側面発光を防ぎ、上面の輝度を向上させることも可能である。
図5(a)の発光装置の製造方法について説明する。まず、蛍光体粒子110と結着剤との混合物に必要に応じて溶媒を添加して濃度を調整し、この液をスプレーコーティング法により発光素子の上面に吹き付けて蛍光体層11を形成する。その後、加熱等して結着剤を固定化し、蛍光体粒子110同士を固着させる。また、必要に応じて、形成した蛍光体層11にバインダーをさらに吹きつけて、蛍光体粒子110の間隙に含浸させてもよい。
蛍光体層11の形成工程は、発光素子10の上面への吹き付け条件と同じ条件で、別の透明な板状部材上に蛍光体層を形成し、透明な板状部材上の蛍光体層が、拡散透過率53%以上になるように吹き付け条件を調整する。調整後の吹き付け条件で発光素子10の上面に蛍光体層11を形成する。
発明者らの研究によると、漏れ光となる領域41の割合が10%以下の蛍光体層11の蛍光体粒子の状態は、同じ条件で透明な板状部材(例えば、ガラス板)上に形成した蛍光体層であって、その拡散透過率が53%以上である蛍光体層の蛍光体粒子の状態に対応していることが確認されている。よって、透明な板状部材上に形成した蛍光体層の拡散透過率でスプレーコーティングの吹き付け条件を調整することにより、容易に条件設定を行うことができる。
発光素子10のパッケージ基板15への実装は、上記蛍光体層11の形成工程の前に行ってよいし、後で行ってもよい。ワイヤ14のボンディングについても、蛍光体層11の形成工程の前に行っておき、ワイヤ14の上からスプレーコーティングを行ってもよいし、形成した蛍光体層11をボンディングパッドの部分だけ除去し、その後ワイヤ14のボンディングを行ってもよい。
また、発明者らの研究によると、拡散透過率のみならず、透明な板状部材上に形成した蛍光体層の、平行光線透過率10%以下、拡散透過率から平行光線透過率を差し引いた値47%以上、全光線透過率62%以上、および、ヘーズ値84%以上という値も、発光素子10上の蛍光体層11の漏れ光となる領域41の割合10%以下に対応していることが確認されているため、これらのうちの少なくとも一つを満たすように吹き付け条件を調整してもよい。
つぎに、図5(b)、(c)の発光装置の製造方法について説明する。まず、蛍光体粒子110と結着剤との混合物に必要に応じて溶媒を添加して濃度を調整し、これをスプレーコーティング法により透明な板状部材13の上面に吹き付けて蛍光体層11を形成する。その後、加熱等して結着剤を固定化し、蛍光体粒子110同士を固着させる。このとき、透明な板状部材13上の蛍光体層11の拡散透過率を測定し、拡散透過率が53%以上になるようにスプレーコーティングの吹き付け条件を調整する。
この後、必要に応じて、形成した蛍光体層11にバインダーをさらに吹きつけて、蛍光体粒子110の間隙に含浸させてもよい。また、バインダーなしで接着層12で蛍光体含浸と素子接着とを同時に行うことも可能である。
透明な板状部材13上の蛍光体層11を発光素子10の上面側に向けて、透明な板状部材13を発光素子10に搭載し、接着層12で固定する。これにより、拡散透過率が53%以上の蛍光体層11を発光素子11の上に固定することができる。
この工程の前もしくは後の工程で、発光素子10のパッケージ基板15への実装、必要に応じてワイヤ14のボンディングを行うことにより図5(b)、(c)の発光装置を製造できる。
また、この製造方法において、拡散透過率に代えて、透明な板状部材上に形成した蛍光体層が、平行光線透過率10%以下、拡散透過率から平行光線透過率を差し引いた値47%以上、全光線透過率62%以上、および、ヘーズ値84%以上のうちの少なくとも一つを満たすように吹き付け条件を調整してもよい。
また、図5(b)、(c)の発光装置の別の製造方法を以下に説明する。蛍光体層の形成工程は、上記製造方法と同様であるが、ここでは、形成された透明な板状部材13上の蛍光体層11の拡散透過率を測定し、拡散透過率が53%以上の蛍光体層を選択し、選択されたもののみを用いて、次の工程を行う。選択された蛍光体層11を発光素子10の上面側に向けるように、透明な板状部材13を発光素子10に搭載する。これにより、蛍光体層11の拡散透過率が実測で53%以上のもののみを用いて発光装置を製造できるため、歩留りが高まる。
この製造方法においても、拡散透過率に代えて、透明な板状部材上に形成した蛍光体層が、平行光線透過率10%以下、拡散透過率から平行光線透過率を差し引いた値47%以上、全光線透過率62%以上、および、ヘーズ値84%以上のうちの少なくとも一つを満たすものを選択することも可能である。
本発明の発光装置は、車載用前照灯具や照明用光源として好適に用いることができる。
また、発光素子10は、LEDだけでなく、LDを用いることも可能である。
<実施例1>
実施例1として、ガラスプレート上に蛍光体層11を形成した複数の試料をスプレーコーティング法により作製した。
蛍光体粒子110は、YAG蛍光体であり青色光により黄色光を励起し、平均粒径15μmのものを使用した。結着剤の材料としては、ここではガラスバインダーの材料、すなわち無機ガラス系化合物(エチルシリケート化合物)を用いた。これらを、蛍光体粒子の濃度50wt%、エチルシリケート化合物3%、残部が有機溶媒となるように分散・混合し、蛍光体含有スプレー液を作製した。蛍光体含有スプレー液の粘度は、100mPa・sであった。なお、蛍光体の濃度は、10〜80wt%でもよい。蛍光体スプレー液の粘度は、20〜500mPa・sであればよい。
また、エチルシリケート化合物10%、残部が有機溶媒となるように分散・混合し、バインダースプレー液を用意した。バインダーの材料は、有機溶媒で低粘度に調整した樹脂系(ジメチルシリコーン、フェニルシリコーン)、または、これらを1種類以上混合したものを用いることも可能である。溶剤は、アルコール系(もしくはキシレンなど)揮発性のある有機溶剤を用いた。樹脂系バインダーは粘度調整せず、ディスペンサーで適量吐出し、低粘度化する温度で蛍光体粒子間に含浸させて、その後本硬化を経て蛍光体層11を形成してもよい。
次に、蛍光体含有スプレー液をLED素子の上面形状よりも大きいガラスプレート81に図6(a)のようにスプレーコーティング法により吹き付けて塗布した後、乾燥させた。これにより、蛍光体粒子110が結着剤によって固着された蛍光体層を形成した。このとき、ガラスプレートに塗布される蛍光体粒子の量は、予め求めておいた所定の色度を得るのに必要な一定量となるように吹き付け条件を制御した。
図7に、上記スプレーコーティングに用いたスプレー装置と塗布方法を示す。なお、蛍光体粒子を均一な分布で塗布できるスプレー装置であれば他の方式でも可能である。実施例に記載のスプレー装置の吐出部は、スプレー液を出すニードル71と霧化用ノズル72とを備えており、ニードル71がノズル72の開口のほぼ中心に位置する。ノズル72からは、霧化のためのガスが噴出される。このとき、ノズル72は、ニードル71から出る液に向かってガスを噴出するように構成されている。よって、スプレー液が霧化されたガスは、図7のように一度絞られ、一般的なスプレー装置に比べて微小サイズでかつ微量のスプレーが可能になる。よって、図7の構造の装置は、蛍光体含有スプレー液の使用量を一般的なスプレー装置の1/100程度に抑えることができる。また、微小サイズでスプレーでき、かつ、蛍光体粒子110を均一な分布で塗布することができる。さらに、蛍光体粒子を周囲に吹き付けることなく、無駄なく蛍光体層11の形成に用いることができるため、コストを削減できる。
次の工程では、蛍光体粒子110を覆うまでバインダースプレー液を上記スプレー装置により図6(b)のように吹き付けて塗布し、加熱して乾燥させる。これにより、蛍光体粒子110間の空隙がバインダー111で埋められた蛍光体層11(図4)を形成した。形成された蛍光体層11の厚みは最も厚い領域で40〜60μm、最も薄い領域で5〜30μmとなるように吹き付け条件を制御した。これにより、11枚の試料を作製した。
(評価)
各試料について、色度の角度依存性(色度差ΔCx)、漏れ光面積比、拡散透過率、全光線透過率、平行光線透過率、拡散透過率から平行光線透過率を差し引いた値、ならびに、ヘーズ値(Hz)を求めた。
色度の角度依存性および漏れ光面積比は、図8(a),(b)に断面図および上面図を示した評価装置を用いて測定した。この装置は、図5(a)とほぼ同様の位置関係で、発光素子10からの青色光(波長446nm)を蛍光体層10に入射させるための評価装置である。なお、青色光の発光波長はこれに限らず、440nm〜480nmの範囲で使用が可能である。発光素子10は、青色光を発するメタルボンディング型のLEDであり、発光層のエピタキシャル層(GaN系)にSi基板を金属接合している。発光素子10の直上には、治具82によって、蛍光体層11を備えたガラスプレート81の試料を搭載する。治具82には、発光素子10の直上に、発光素子10の上面(エピタキシャル層の上面)と同じサイズの開口83が備えられている。これにより、蛍光体層11には、発光素子10から図5(a)とほぼ同様の入射角度で青色光が入射する。青色光の一部は、蛍光体粒子110の間隙の領域41を通って、漏れ光として蛍光体層11の上面から出射される。また、蛍光体粒子110に照射された青色光は、蛍光に変換されて蛍光体層11の上面から黄色光が出射される。
蛍光体層11の蛍光体粒子110の量は、所定量に設定されているので、青色光と黄色の蛍光の混合された光の色度は、蛍光体層11全体で所定の色度(例えば、SAE規格での白色範囲)であるが、微視的には角度分布が存在する。そこで、蛍光体層11の直上方向(方位0°)と直上方向に対して方位70°の色度をそれぞれ測定し、その色度差ΔCxを求めた。試料1〜11の色度差ΔCxを、表1に示す。
Figure 0006134176
次に、直上方向から蛍光体層11を減光フィルター越しに観察し、青色の漏れ光が出射されている領域41の面積を測定した。発光素子10の上面(エピタキシャル層の上面)の面積に対する、青色漏れ光の領域41の面積の割合(青色光漏れ面積比)を算出した。その結果を表1に示す。
一方、拡散透過率、平行光線透過率、全光線透過率、拡散透過率から平行光線透過率を差し引いた値、ならびに、ヘーズ値(Hz:曇度)は、可視光線を出射する光源(ここではハロゲンランプ)を用い、ガラスプレート81上の蛍光体層11について、ヘーズメータで測定した。ヘーズメータは、全光線透過率と拡散透過率を測定できる。平行透過率とヘーズ値は以下の式(1)、(2)から計算した。
平行光線透過率=全光線透過率−拡散透過率 ・・・(1)
ヘーズ値=拡散透過率/全光線透過率×100% ・・・(2)
求めた拡散透過率、平行光線透過率、全光線透過率、拡散透過率から平行光線透過率を差し引いた値、ならびに、ヘーズ値を表1に示す。
表1の青色漏れ光面積比と色度差ΔCxとの関係を図9のグラフに示す。図9のグラフから明らかなように、青色漏れ光(領域41)面積比と色度差ΔCxには明らかに相関があり、青色漏れ光(領域41)面積比を制御することにより、色度差ΔCxの小さい発光装置を提供できることがわかる。具体的には、ヘッドランプの光源として利用可能なのは、色度差ΔCx≦0.4の範囲であるため、青色漏れ光の面積比11%以下で使用可能であるが、青色漏れ光(領域41)面積比と色度差ΔCxの関係には臨界性があり、青色漏れ光(領域41)面積比を10%以下にすることにより、急激に色度差ΔCxを低減できる。特に、青色漏れ光(領域41)面積比9%以下にすることにより、色度差ΔCxを大幅に低減できるため好ましい。さらに、青色漏れ光(領域41)面積比8%以下にすることにより、面積比が10%より大きいものと比較して色度差ΔCxは約4割も改善され、しかも面積比が8%以下の範囲内で変化しても、ΔCxの値は安定しており、量産化に適した発光装置になる。
つぎに、拡散透過率と色度差ΔCxとの関係を図10に示す。図10のように拡散透過率と色度差ΔCxには明らかな相関があり、臨界性も示している。これにより、拡散透過率を制御することにより、色度差ΔCxの小さい発光装置を提供できることが分かる。具体的には、ヘッドランプの光源としては、色度差ΔCx≦0.4に対応する拡散透過率40%以上の範囲で使用可能であるが、拡散透過率53%以上にすることにより、急激に色度差ΔCxを低減できる。特に、拡散透過率55%以上は、色度差ΔCxを大幅に低減できるため好ましい。さらに、拡散透過率58%以上にすることにより、拡散透過率40%未満のものより色度差ΔCxは約4割も改善される。しかも拡散透過率58%以上の範囲でΔCxの値は安定しており、量産化に適した発光装置になる。
平行光線透過率と色度差ΔCxとの関係を図11に示す。図11のように平行光線透過率と色度差ΔCxにも明らかな相関があり、臨界性もある。ヘッドランプの光源としては、色度差ΔCx≦0.4に対応する平行光線透過率13%以下の範囲で使用可能であるが、10%以下にすることにより、急激に色度差ΔCxを低減できる。特に、平行光線透過率9%以下にすることにより、色度差ΔCxは、拡散透過率40%未満のものより約4割も改善され、かつ、ΔCxの値を安定させることができ、量産化に適している。
拡散透過率と平行光線透過率の差(以下、「拡散透過率−平行光線透過率」と記す)と、色度差ΔCxとの関係を図12に示す。図12のように「拡散透過率−平行光線透過率」と色度差ΔCxには明らかな相関があり、臨界性もある。ヘッドランプの光源としては、色度差ΔCx≦0.4に対応する「拡散透過率−平行光線透過率」29%以上の範囲で使用可能であるが、42%以上にすることにより、急激に色度差ΔCxを低減できる。特に、「拡散透過率−平行光線透過率」50%以上にすることにより、拡散透過率40%未満のものより色度差ΔCxは約4割も改善され、かつ、ΔCxの値を安定させることができ、量産化に適している。
全光線透過率と色度差ΔCxとの関係を図13に示す。図13のように全光線透過率と色度差ΔCxには明らかな相関がある。全光線透過率が増えるほど色度差ΔCxは改善された。ヘッドランプの光源としては、色度差ΔCx≦0.4に対応する全光線透過率55%以上の範囲で使用可能であるが、62%以上にすることにより急激に色度差ΔCxを低減できる。特に、67%以上にすることにより、拡散透過率40%未満のものより色度差ΔCxは約4割も改善される。
ヘーズ値と色度差ΔCxとの関係を図14に示す。図14のようにヘーズ値と色度差ΔCxにも明らかな相関があり、臨界性もある。ヘッドランプの光源としては、色度差ΔCx≦0.4に対応するヘーズ値78%以上の範囲で使用可能であるが、84%以上にすることにより、急激に色度差ΔCxを低減できる。特に、ヘーズ値88%以上にすることにより、ヘーズ値78%未満のものより色度差ΔCxは約4割も改善され、かつ、ΔCxの値を安定させることができ、量産化に適している。
上述のように、本実施例により、漏れ光面積比、拡散透過率、全光線透過率、平行光線透過率、「拡散透過率−平行光線透過率」、およびヘーズ(Hz)の少なくとも一つが、所定の範囲に入るように吹き付け条件を制御することにより、色度の角度依存性が小さい発光装置を提供できることが確認できた。
また、各試料の蛍光体層11の表面粗さRaを測定したところ、平行光線透過率および青漏れ面積比が10%以下の試料と、10%より大きい試料とで異なっており、平行光線透過率および青漏れ面積比が10%以下の試料は、Ra=4〜12μmであった。これは、蛍光体粒子111の平均粒径相当である。また、平行光線透過率および青漏れ面積比が小さい試料の表面粗さは、Ra=4〜8μmであった。これは、蛍光体粒子111の粒径の半分に相当する。
<実施例2>
実施例2として、発光素子10の上面にスプレーコーティング法により蛍光体粒子110を直接吹き付け、蛍光体層11を形成する製造方法を具体的に説明する。スプレーコーティング法は、実施例1と同様であるが、図15に示すように、塗布すべき発光素子10の隣にガラスプレート81を配置し、まずガラスプレート81上に蛍光体層11を形成し、形成した蛍光体層11の拡散透過率などを測定し、拡散透過率などが適正な範囲に入っていたならば、そのままの吹き付け条件で隣の発光素子10の上面に蛍光体層11を形成する。
具体的には、例えば図16(a),(b)に示すような装置を用いることにより、リアルタイムで、漏れ光面積比、拡散透過率、全光線透過率、平行光線透過率、「拡散透過率−平行光線透過率」、およびヘーズ(Hz)の少なくとも一つを求めて、適切な吹き付け条件で発光素子10上に蛍光体層11を形成できる。図16(a),(b)の装置は、スプレー装置84の隣にヘーズメータ83を配置している。スプレー装置84とヘーズメータ83の間隔は、蛍光体層11を形成すべき発光素子10とその隣に配置されたガラスプレート81との間隔と等しい。また、ガラスプレート81の下には、白色光源85が配置されている。
この装置を用いて、まずスプレー装置84からガラスプレート81に蛍光体含有スプレー液をスプレーし、蛍光体層11を形成する。次に、スプレー装置84を発光素子10の上に移動させると、ヘーズメータ83がガラスプレート81の上に移動する。白色光源85からガラスプレート81上の蛍光体層11に白色光を照射し、これをヘーズメータ83で測定することにより、拡散透過率、平行光線透過率、全光線透過率、「拡散透過率−平行光線透過率」、およびヘーズ値を求める。いずれかの数値が実施例1で説明した適正な範囲内であれば、スプレー装置84から発光素子10の上面に蛍光体含有スプレー液を吹き付け蛍光体層11を形成する。
上述してきたように、本発明の実施例においては、蛍光体層11の拡散透過率を制御することで色度角度依存性を制御することができるため、光散乱剤を含有しなくても蛍光体層11は、色度の角度依存性を低減でき、輝度の大きな発光装置を提供できる。
なお、上述の実施形態および実施例では、スプレーコーティング法について説明してきたが、この方法以外に、蛍光体を飛ばして蛍光体層を形成する工法、例えば、ジェットディスペンサー方式でも本発明の構造は利用できる。その場合、微小塗布ができるようにニードル径をΦ100〜300μmにすることにより、膜質のよい蛍光体層11を形成できる。
10…発光素子、11…蛍光体層、12…接着層、13…透明板状部材、14…ボンディングワイヤ、15…パッケージ基板、16…光反射部材

Claims (8)

  1. 上面から発光する発光素子と、前記発光素子の上面を覆う蛍光体層とを有し、前記発光素子の上面から発せられた光のうちの一部を前記蛍光体層により蛍光に変換し、前記蛍光体層を透過した光と前記蛍光とを混合して所定の色度の光を出射する発光装置であって、
    前記蛍光体層は、蛍光体粒子を含み、前記蛍光体粒子は、前記発光素子の上面に並べられ、前記蛍光体粒子同士が互いに接した状態であり、
    前記蛍光体層は、前記互いに接した状態の蛍光体粒子が、前記蛍光体層の厚み方向に局所的に積み重なった部分と、局所的に厚み方向に蛍光体粒子が存在しない部分とを有し、かつ、前記蛍光体層の膜厚は、前記蛍光体粒子の平均粒径の3倍以下であり、
    前記発光素子の上面から発せられた光であって、前記蛍光体粒子を通過せず、前記蛍光体粒子と蛍光体粒子の間を前記蛍光体層の厚み方向に通過して前記蛍光体層の上面から出射される光の、前記蛍光体層の上面における出射面積が、前記発光素子の上面全体の面積に対して3%以上10%以下であることを特徴とする発光装置。
  2. 請求項1に記載の発光装置において、前記蛍光体層の表面粗さRaは、前記蛍光体粒子の平均粒径以下であることを特徴とする発光装置。
  3. 請求項1または2に記載の発光装置において、前記蛍光体層は、前記蛍光体粒子と蛍光体粒子との間隙を埋めるバインダーをさらに含むことを特徴とする発光装置。
  4. 請求項1ないし3のいずれか1項に記載の発光装置において、前記蛍光体粒子の平均粒径は、10μm以上20μm以下であることを特徴とする発光装置。
  5. 請求項1ないし4のいずれか1項に記載の発光装置において、前記蛍光体層と前記発光素子の上面との間には、接着層が配置され、
    前記蛍光体層の上面には、前記発光素子から発せられた光と前記蛍光に対して透明な板状部材が搭載されていることを特徴とする発光装置。
  6. 請求項1に記載の発光装置の製造方法であって、蛍光体粒子をスプレーコーティング法により発光素子の上面に吹き付けて、前記蛍光体粒子同士が互いに固着した状態となるように蛍光体層を形成する工程を含み、
    前記蛍光体層の形成工程は、前記発光素子の上面への吹き付け条件と同じ条件で、透明な板状部材上に、蛍光体粒子同士が互いに固着した状態の前記蛍光体層を形成し、前記透明な板状部材上の前記蛍光体層が、
    拡散透過率53%以上、
    平行光線透過率10%以下、
    拡散透過率から平行光線透過率を差し引いた値47%以上、
    全光線透過率62%以上、および、
    ヘーズ値84%以上、
    のうちの少なくとも一つを満たすように前記吹き付け条件を調整し、調整後の前記吹き付け条件で前記発光素子の上面に蛍光体層を形成することを特徴とする発光装置の製造方法。
  7. 請求項1に記載の発光装置の製造方法であって、蛍光体粒子をスプレーコーティング法により透明な板状部材上に吹き付けて前記蛍光体粒子同士が互いに固着した状態となるように蛍光体層を形成する工程と、
    前記蛍光体層を発光素子の上面側に向けて、前記透明な板状部材を前記発光素子に搭載する工程とを含み、
    前記蛍光体層の形成工程は、前記透明な板状部材上に形成する前記蛍光体粒子同士が互いに固着した状態の前記蛍光体層が、
    拡散透過率53%以上、
    平行光線透過率10%以下、
    拡散透過率から平行光線透過率を差し引いた値47%以上、
    全光線透過率62%以上、および、
    ヘーズ値84%以上、
    のうちの少なくとも一つを満たすように前記吹き付け条件を調整することを特徴とする発光装置の製造方法。
  8. 請求項1に記載の発光装置の製造方法であって、蛍光体粒子をスプレーコーティング法により透明な板状部材上に吹き付けて前記蛍光体粒子同士が互いに固着した状態となるように蛍光体層を複数形成する工程と、
    形成された前記透明な板状部材上の前記蛍光体粒子同士が互いに固着した状態の前記蛍光体層のうち、
    拡散透過率53%以上、
    平行光線透過率10%以下、
    拡散透過率から平行光線透過率を差し引いた値47%以上、
    全光線透過率62%以上、および、
    ヘーズ値84%以上、
    のうち少なくとも一つを満たす蛍光体層を選択する工程と、
    選択された前記蛍光体層が備えられた前記透明な板状部材を、前記蛍光体層を発光素子の上面側に向けて、前記発光素子に搭載する工程とを含むことを特徴とする発光装置の製造方法。
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