WO2005091387A1 - 発光装置および照明装置 - Google Patents

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WO2005091387A1 PCT/JP2005/005233 JP2005005233W WO2005091387A1 WO 2005091387 A1 WO2005091387 A1 WO 2005091387A1 JP 2005005233 W JP2005005233 W JP 2005005233W WO 2005091387 A1 WO2005091387 A1 WO 2005091387A1
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phosphor
light emitting
emitting device
layer
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Takayoshi Moriyama
Akiko Nakanishi
Masami Iwamoto
Shinji Nogi
Kozo Ogawa
Keiichi Shimizu
Akiko Saitou
Seiko Kawashima
Tomohiro Sanpei
Masahiro Izumi
Masahiro Toda
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Toshiba Lighting & Technology Corporation
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Definitions

  • the present invention relates to a light emitting device using a light emitting element as a light source, and a lighting device using the light emitting device.
  • a light emitting diode element which is a solid state light emitting element as a light emitting element as a light source
  • resin is filled and solidified so as to cover the light emitting diode element.
  • a surface mounting type is known.
  • the blue light emitting diode element is covered with a resin layer in which resin contains an aggregate of yellow light emitting phosphors having an average particle diameter of 3 to 50 ⁇ m, and the blue light of the blue light emitting diode element is covered with the resin.
  • a device that excites a yellow light-emitting phosphor by this blue light emission and mixes the color with yellow light obtained see, for example, Patent Document 2.
  • the distribution state of the phosphor particles in the resin layer includes a sedimentation type in which the phosphor particles settle below the phosphor layer and a dispersion type in which the phosphor particles are dispersed in the entire resin layer. It is known! /
  • Patent Document 1 JP-A-2002-43625 (Page 3, FIG. 1)
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-148516 (Page 4, FIG. 1)
  • the blue light emitting diode element is viewed as a force perpendicular to the outer surface of the resin layer.
  • the distance between the central part of the resin layer and the blue light emitting diode element is shorter than the distance between the peripheral part of the resin layer and the blue light emitting diode element.
  • the blue light which has a high luminance, passes through the blue light, and the white light appears to be bluish.
  • yellow light is distributed around the resin layer, resulting in uneven color.
  • the sedimentation of the phosphor particles in the resin is affected by the particle size of the phosphor particles.
  • the smaller the particle size of the phosphor particles the more the particles settle in the transparent resin, but the luminous efficiency of the phosphor itself generally decreases as the particle size decreases. Therefore, even if a dispersion type structure is obtained using phosphor particles having a small particle size, a decrease in the luminous efficiency of the phosphor itself will offset the effect of improving the luminous efficiency by the dispersion type. This cannot increase the luminous efficiency of the light emitting device.
  • Patent Document 1 discloses that the average particle diameter is 3 to 50 m in order to suppress the variation in light emission. It is described that an aggregate of the phosphor of the present invention is used. However, an aggregate obtained by aggregating the phosphor particles in a resin does not necessarily increase the particle diameter of the phosphor, and thus the The luminous efficiency depends on the particle diameter of the phosphor particles before aggregation, and therefore, the luminous efficiency of the phosphor cannot be improved with the aggregate of the phosphor.
  • the present invention has been made in view of the above points, and provides a light emitting device that can improve luminous efficiency and reduce color unevenness of a luminescent color, and a lighting device using the light emitting device. Aim.
  • the light emitting device comprising: a light emitting element provided on the base; a diffusion layer covering the light emitting element; and a phosphor layer provided on the diffusion layer. It is.
  • the light from the light emitting element is diffused by the diffusion layer covering the light emitting element, and the diffused light excites the phosphor layer disposed above the diffusion layer to emit light, thereby increasing the light emission efficiency. Is improved, and the color unevenness of the emission color is reduced.
  • the light emitting element excites the phosphor with the emitted light to emit visible light.
  • the light emitting element include a blue light emitting diode element and an ultraviolet light emitting diode element.
  • the light-emitting element is not limited to these, and any light-emitting element that can excite a fluorescent substance to emit visible light can be used, depending on the application of the light-emitting device and the intended emission color. Can be used.
  • the phosphor emits visible light when excited by light emitted from the light emitting element, and the phosphor emits light by mixing color of the emitted visible light and the light emitted by the light emitting element, or emitted from the phosphor.
  • the desired light emission color of the light emitting device is obtained by the visible light or the mixed color of the visible light itself.
  • the type of the phosphor is not particularly limited, and may be appropriately selected depending on the intended emission color, light emitted from the light emitting element, and the like.
  • the diffusion layer and the phosphor layer may be formed by adding a diffusing agent or a phosphor to various transparent resins such as epoxy resin and silicone resin.
  • the light emitting device according to claim 2 is the light emitting device according to claim 1, wherein the diffusion layer has a diffusing agent, and the added amount of the diffusing agent is 3 to 5% by mass.
  • the addition amount of the diffusing agent By setting the addition amount of the diffusing agent to 3 to 5% by mass, a decrease in luminous efficiency is suppressed. Color shading is reduced while being controlled.
  • the addition amount of the diffusing agent is less than 3% by mass, the diffusion effect is reduced and the effect of reducing color unevenness is reduced.
  • the addition amount of the diffusing agent is more than 5% by mass, the absorption to the substrate is caused. Since the amount of light to be emitted increases, the luminous flux decreases.
  • the light emitting device according to claim 3 is the light emitting device according to claim 1 or 2, wherein the bonding surface between the diffusion layer and the phosphor layer is formed as a concave arc surface that is concave toward the light emitting element. is there.
  • the bonding surface between the diffusion layer and the phosphor layer is a concave arcuate surface recessed toward the light emitting element, the bonding area is increased as compared with a flat surface, and the bonding between the diffusion layer and the phosphor layer is increased. The strength is increased, and the separation between the diffusion layer and the phosphor layer is suppressed.
  • the light-emitting device wherein the light-emitting element disposed on the base; and a phosphor that emits visible light when excited by light emitted from the light-emitting element; And a phosphor layer containing a phosphor having phosphor particles having a particle diameter in the range of 5 to 10 ⁇ m.
  • the phosphor layer contains a phosphor having small particles of the phosphor converted into secondary particles and having a phosphor particle having a particle diameter in the range of 5 to 10 ⁇ m. Even if a resin having practical viscosity is used, the phosphor is surely dispersed, so that the luminous efficiency is improved and the color unevenness of the luminescent color is reduced.
  • the secondary particles of the phosphor mean particles in which small particles of the phosphor are combined when the phosphor material is fired to produce the phosphor particles. Therefore, this is different from the case where the small particles of the phosphor are gathered and aggregated.
  • a part or all of the small particles of the phosphor are converted into secondary particles.
  • the ratio of the primary particles to the secondary particles is in the range of 1: 1 to 0: 1, and the particle size of the phosphor particles including the primary particles and the secondary particles is converted into secondary particles. Is preferably in the range of 5-10 ⁇ m.
  • the particle size of the secondary particles of the phosphor indicates the maximum size. Use secondary particles with a maximum particle size in the range of 5-10 m.
  • the particle size of the secondary particles (when primary particles are present, the particle size of the entire phosphor particles including the primary particles) is obtained by classification using a sieve or the like during the production of the phosphor.
  • the particle size of the phosphor particles indicates a value measured by a force counter method.
  • the secondary particles of such a phosphor are not easily separated because small particles are combined during the crystal growth process, and are close to primary particles having a particle diameter corresponding to the maximum diameter. High luminous efficiency.
  • the surface area is larger than that of primary particles having a particle size equivalent to the maximum diameter, and therefore, the phosphor disperses, for example, the sedimentation rate in resin is low! Have.
  • the light emitting device comprising: a light emitting element disposed on the base; and a phosphor that emits visible light when excited by light emitted from the light emitting element, and has two or more peaks. And a phosphor layer including a phosphor having phosphor particles having an existing particle size distribution.
  • Phosphor particles having a particle size distribution having two or more peaks are particles having two or more particle size peaks when the particle size distribution of the phosphor particles is measured by, for example, a force counter method. It is.
  • Such phosphor particles can be obtained, for example, by adding and mixing a phosphor powder having a smaller particle diameter to a phosphor powder mainly composed of the phosphor in the resin layer.
  • the light emitting device according to claim 6 is the light emitting device according to claim 4 or 5, wherein the phosphor layer is filled with a resin having a viscosity in the range of 0.1-lOPa's. It is solidified.
  • the light-emitting device is the light-emitting device according to any one of claims 4 to 6, wherein the light-emitting element has a light-emitting diode element that emits blue light; The body has a yellow! / And orange-emitting phosphor that emits yellow or orange light when excited by blue light emitted from the light-emitting diode element.
  • a lighting device includes the light-emitting device according to any one of claims 1 to 7, and a lens disposed on the base.
  • the light emitting device of claim 1 light from the light emitting element is diffused by the diffusion layer covering the light emitting element, and the diffused light forms the phosphor layer disposed on the diffusion layer. Since the light is excited to emit light, the luminous efficiency can be improved and the color unevenness of the emission color can be reduced.
  • the addition amount of the diffusing agent is set to 3 to 5% by mass, so that a decrease in luminous efficiency can be suppressed. Color unevenness can be reduced.
  • the bonding surface between the diffusion layer and the phosphor layer is a concave arc surface that is concave toward the light emitting element. Therefore, the bonding area can be increased as compared with the case of a flat surface, the bonding strength between the diffusion layer and the phosphor layer can be increased, and the separation between the diffusion layer and the phosphor layer can be suppressed.
  • the phosphor layer includes a phosphor in which small phosphor particles are converted into secondary particles and the phosphor particles have a particle diameter in a range of 5 to 10 ⁇ m.
  • the phosphor having the phosphor particles having a particle size distribution having two or more peaks by using the phosphor having the phosphor particles having a particle size distribution having two or more peaks, the dispersed state of the phosphor particles in the phosphor layer Therefore, the luminous efficiency can be improved, the color unevenness of the luminescent color can be reduced, or the amount of the phosphor used can be reduced.
  • the phosphor layer is made of resin having a viscosity in the range of 0.1 to 10 OPa's. Since it is formed by filling and solidifying, the entrapment of air bubbles can be suppressed.
  • the light emitting device of claim 7 the light emitting device according to any one of claims 4 and 6,
  • white light is emitted by the blue light emitted by the light emitting diode element and the yellow light or orange light emitted by exciting the yellow or orange light emitting phosphor by the emitted blue light.
  • the light emitting device of any one of the first to seventh aspects emits substantially uniform light, and the emitted light is controlled by the lens for light distribution. A desired amount of light can be obtained and light distribution can be controlled.
  • FIG. 1 is an enlarged sectional view of a part of a light emitting device showing a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view of the light emitting device.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the light emitting device.
  • FIG. 4 is a table showing the relationship between the amount of a diffusing agent added to the light emitting device and the luminous flux.
  • FIG. 5 is an explanatory view of secondary particles of a phosphor used in a light emitting device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view showing a typical particle size distribution of a phosphor having two or more particle size peaks in the above light emitting device.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the light emitting device.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing an example of an electrode connection structure of a light emitting element of the light emitting device.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing another example of the electrode connection structure of the light emitting element of the light emitting device.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing evaluation criteria for the dispersion state of the phosphor in the light-emitting device, as shown in (a)-(d).
  • FIG. 11 is a table showing evaluation criteria for the example and the comparative example in the same light emitting device.
  • FIG. 12 is a table showing the relationship between the combination ratio and the luminous efficiency of the light emitting device of the above example having two particle size peaks and one comparative example.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of a light-emitting module of a lighting device according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a front view of the above light emitting module.
  • FIG. 15 is a front view of the lighting device.
  • FIG. 16 is an explanatory diagram of an example of combinations of materials for a light emitting module. Explanation of reference numerals
  • FIG. 1 to FIG. 4 show a first embodiment of the present invention.
  • Fig. 1 is an enlarged cross-sectional view of a part of the light-emitting device
  • Fig. 2 is a plan view of the light-emitting device
  • Fig. 3 is a cross-sectional view of the light-emitting device
  • Fig. 4 shows the relationship between the amount of diffusing agent added to the light-emitting device and the luminous flux. It is a table.
  • the light emitting device 11 has a base 12, on which a plurality of light emitting element disposing portions 13 are formed in a matrix of, for example, 3 rows and 3 columns. I have.
  • the base 12 includes a flat substrate 14 made of aluminum (A1), nickel (Ni), glass epoxy resin, or the like having heat dissipation and rigidity, an insulating layer 15 formed on the substrate 14, And a reflector 17 formed on a substrate 14 on which the insulating layer 15 and the lead frame 16 are formed.
  • a circuit pattern (wiring pattern) 16 a on the cathode side and the anode side is formed on the lead frame 16 by using an alloy of Cu and Ni, Au, etc. , 16b are formed.
  • a light emitting diode element (blue light emitting diode chip) 18 which is a solid light emitting element and emits blue light, is disposed for each light emitting element disposing portion 13 as a light emitting element.
  • Each light emitting diode element 18 is made of, for example, a gallium nitride (GaN) -based semiconductor that emits blue light.
  • GaN gallium nitride
  • Each light emitting diode element 18 has a bottom electrode electrically and mechanically connected to one of the circuit patterns 16a and 16b by die bonding, and an upper electrode electrically connected to the other of the circuit patterns 16a and 16b by a bonding wire 19. It is connected to the.
  • the reflector 17 is formed by pouring a resin such as PBT (polybutylene terephthalate), PPA (polyphthalamide), or PC (polycarbonate) onto one surface of the substrate 14, and forms each of the light emitting element mounting portions 13.
  • a housing portion 20 for housing each light emitting diode element 18 is formed.
  • the accommodation portion 20 is formed in a truncated cone shape that gradually expands toward the opposite side with respect to the substrate 14.
  • a lens holder part 21 for fixing a lens (not shown) is formed concentrically.
  • Each of the housing sections 20 includes a diffusion layer 22 that covers the light emitting diode element 18 therein, and a phosphor layer 23 that is provided on the opening side of the housing section 20 above the diffusion layer 22. It is formed in two layers.
  • the diffusion layer 11 is made of a thermosetting transparent resin such as a silicone resin or an epoxy resin having a light-transmitting property and a diffusing agent such as alumina (Al 2 O 3), Ti, Ca, SiAl, or Y. mass 0/0 (mass%)
  • a thermosetting transparent resin such as a silicone resin or an epoxy resin having a light-transmitting property
  • a diffusing agent such as alumina (Al 2 O 3), Ti, Ca, SiAl, or Y. mass 0/0 (mass%)
  • the bonding surface (boundary surface) 24 with the phosphor layer 23 is formed as a curved surface that is recessed toward the light emitting diode element 18 (the lower surface in FIG. 3).
  • the joint surface 24 has, for example, 1 ⁇ m to 5 ⁇ m between the curved upper end and the curved lower end;
  • the phosphor layer 23 is a yellow color that receives blue light emitted from the light emitting diode element 18 and emits a yellow fluorescent light on a thermosetting transparent resin such as a silicone resin or an epoxy resin having a light transmitting property.
  • a thermosetting transparent resin such as a silicone resin or an epoxy resin having a light transmitting property.
  • the phosphor is added by required mass%. After the thermosetting of the diffusion layer 22, the phosphor is added The resin is filled in the accommodating section 20 and is cured by heat.
  • a lighting device can be configured by combining the light emitting device 11 and a lens.
  • each light emitting diode element 18 emits blue light.
  • the blue light is diffused in multiple directions by the diffusion layer 22 and then enters the phosphor layer 23, where the yellow phosphor is excited from multiple directions to emit yellow light.
  • the blue light from the light-emitting diode element 18 and the yellow light from the yellow phosphor are mixed in color, and emitted as white light from the housing section 20 to the outside.
  • the minute light emission of the light emitting diode element 18 is diffused in multiple directions by the diffusion layer 22, and the yellow phosphor of the phosphor layer 23 is excited from multiple directions to become yellow. Since white light is emitted by emitting light and mixing the yellow light and blue light of the parentheses, the color unevenness of the white light can be reduced.
  • the amount of the diffusing agent added to the resin of the diffusion layer 22 is 3 to 5% by mass, it is possible to reduce the color unevenness of white light without reducing the luminous flux.
  • the table in Fig. 4 shows the change in luminous flux depending on the amount of the diffusing agent added. In the table of FIG. 4, the luminous flux when the addition amount of the diffusing agent was 0, that is, when there was no addition amount of the diffusing agent, was set to 100%.
  • the diffusion layer 22 is removed and diffused into the phosphor layer 23.
  • the white light emitted to the outside from the housing portion 20 was such that yellow light was distributed around the periphery thereof, and the effect of reducing color unevenness was not obtained.
  • sample No.3, as No.4, amount of diffusion agent is 10 mass 0/0 (mass%), or 15 wt% and each of the diffusion layers 22, a two-layer structure of the phosphor layer 23
  • amount of diffusion agent added is large, the viscosity of the diffusion layer 22 is increased, and uneven coating of the diffusion layer 22 occurs. For this reason, the white light radiated from the housing section 20 to the outside has yellow light distributed around the periphery thereof, and the effect of reducing color unevenness was not obtained.
  • the addition ratio of the diffusing agent in the diffusion layer 22 is more than 5% by mass, the amount of light emitted from the light emitting diode element 18 that is absorbed by the substrate 14 made of, for example, Ni is increased. The luminous flux of white light radiated from the outside to the outside is reduced.
  • a configuration may be adopted in which a light-reflecting material such as white paint is applied to the light-receiving surface of the substrate 14 and formed on the light-reflecting surface so as to prevent or suppress a reduction in luminous flux.
  • a light-reflecting material such as white paint
  • FIGS. 5 to 12 show a second embodiment of the present invention.
  • Fig. 5 is an explanatory view of secondary particles of a phosphor used in a light emitting device
  • Fig. 6 is a diagram showing a typical particle size distribution of a phosphor having two or more particle size peaks in the optical device
  • Fig. 7 is a cross section of the light emitting device.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing an example of the electrode connection structure of the light-emitting element of the light-emitting device.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing another example of the electrode connection structure of the light-emitting element of the light-emitting device.
  • FIG. 11 is a table of evaluation criteria for the light emitting device of the embodiment and the comparative example
  • FIG. 12 is a light emitting device having two particle size peaks.
  • the light emitting device 31 has a base 32, on which a light emitting element disposing portion 33 is formed.
  • the base 32 has a substrate 34, lead terminals 35 formed on the substrate 34, and a reflector 36 formed on the substrate 34 on which the lead terminals 35 are formed.
  • circuit patterns (wiring patterns) 35 a and 35 b on the cathode side and the anode side are formed in the light emitting element disposition portion 33.
  • light-emitting diode elements (blue light-emitting diode chips) 37 which are solid-state light-emitting elements, are provided, respectively.
  • the light emitting diode element 37 for example, a blue light emitting type light emitting diode chip, an ultraviolet light emitting type light emitting diode chip, or the like is used. It is preferable to apply the chip connection shown in FIG. 8 or the flip chip connection shown in FIG. 9 to the electrode connection structure of the light emitting diode element 37. According to these electrode connection structures, the light extraction efficiency to the front surface of the light emitting diode element 37 is improved.
  • the back electrode of the light emitting diode element 37 is flip-chip connected to the circuit pattern 35a, and the upper electrode of the light emitting diode element 37 has the bonding wire 38 connected to the circuit pattern 35b.
  • bump electrodes 39 such as solder bumps, Au bumps, and Au--Su eutectic bumps provided on the back surface of the light-emitting diode element 37 are flip-chip connected to the circuit patterns 35a and 35b.
  • FIG. 7 shows a light emitting diode element 37 to which the chip connection shown in FIG. 8 is applied.
  • a housing section 40 for housing the light emitting diode element 37 is formed in the light emitting element disposing section 33.
  • the accommodation portion 40 is formed in a truncated cone shape that gradually expands toward the opposite side with respect to the substrate 34.
  • the accommodation section 40 in which the light emitting diode elements 37 are provided is filled with a phosphor layer 42 as a transparent resin layer containing a phosphor 41, and the light emitting diode elements 37 are It is covered.
  • the phosphor layer 42 is formed of, for example, silicone resin, epoxy resin, or the like.
  • the electric energy applied to the light emitting diode element 37 is blue light by the light emitting diode element 37. Or ultraviolet light, and the light is converted into light having a longer wavelength by the phosphor 41 contained in the phosphor layer 42. Then, a color based on the color of light emitted from the light emitting diode element 37 and the emission color of the phosphor 41, for example, white light, is emitted from the light emitting device 31.
  • the phosphor layer 42 containing the phosphor 41 is formed by adding and mixing the phosphor 41 to a liquid transparent resin such as silicone resin or epoxy resin, and storing such a liquid transparent resin in the container 40. It is formed by filling with a dispenser or the like. At this time, it is preferable to use a liquid transparent resin having a resin viscosity in the range of 0.1 to 10 OPa's in order to suppress the entrapment of air bubbles and the like. When the resin viscosity of the liquid transparent resin exceeds lOPa's, bubbles and the like are generated, and on the other hand, when the resin viscosity is less than 0.1 lpa's, even if the secondary particles of the phosphor 41 are used. It becomes difficult to form the dispersed phosphor layer 42.
  • a liquid transparent resin such as silicone resin or epoxy resin
  • the phosphor 41 contained in the phosphor layer 42 emits visible light when excited by light emitted from the light emitting diode element 37, for example, blue light or ultraviolet light.
  • the phosphor layer 42 functions as a light emitting unit, and is disposed in front of the light emitting diode element 37 in the light emitting direction.
  • the type of the phosphor 41 is appropriately selected according to the emission color of the intended light emitting device 31, and is not particularly limited.
  • a yellow or orange light emitting phosphor is mainly used.
  • a red light emitting phosphor may be used in addition to the yellow! / And orange light emitting phosphor.
  • a yellow or orange light emitting phosphor for example, RE (Al, Ga) O: Ca phosphor (RE is
  • YAG phosphors such as the following
  • AE SiO: Eu phosphors AE is an alkaline earth element such as Sr, Ba, Ca, etc. The same applies hereinafter)
  • a silicate phosphor such as is used.
  • an RGB phosphor is mainly used.
  • AE (PO) AE
  • C1 a halophosphate phosphor such as Eu phosphor and (Ba, Mg) Al O: a phosphor such as Eu phosphor
  • Aluminate phosphors such as Eu and Mn phosphors are used.
  • an oxidized phosphor such as a La OS: Eu phosphor is used.
  • nitride-based phosphors for example, AE: Si; N: Eu
  • oxynitride-based phosphors for example, Y SiO N: Ce
  • Gallon-based phosphor for example, AEx (Si, AI) (N, O): Eu) or the like may be applied.
  • the light-emitting device 31 is not limited to a white light-emitting lamp, and may be a light-emitting device 31 having an emission color other than white.
  • the light-emitting device 31 emits light other than white light, for example, light of an intermediate color, various phosphors are appropriately used according to the target light-emitting color.
  • the phosphor 41 contained in the phosphor layer 42 is a phosphor particle in which the small particles 43 of the phosphor are bonded to each other to form secondary particles, that is, It has secondary body particles 44. Further, the phosphor secondary particles 44 have a particle size in the range of 5 to 10 m. When an RGB phosphor or the like is used as the phosphor 41, the phosphor 41 having phosphor secondary particles 44 having a particle size in the range of 5 to 10 ⁇ m is used for each of the blue, green, and red phosphors. use. The same applies to the case where two or more kinds of phosphors 41 other than the RGB phosphor are used in combination.
  • the phosphor secondary particles 44 as shown in Fig. 5 are produced, for example, as follows. That is, when the phosphor raw material is fired to produce the phosphor particles, the firing temperature and the firing time are adjusted to control the crystal growth state of the phosphor particles, thereby forming the phosphor secondary particles 44. Phosphor particles can be obtained. Further, the particle size of the phosphor secondary particles 44 can be controlled by performing a classification process such as sieving in the manufacturing process.
  • Such phosphor secondary particles 44 are formed by bonding small phosphor particles 43, 43 during the crystal growth process, they are not easily separated, and the particle size of the secondary particles 44 is small. It shows a luminous efficiency close to that of primary particles having a particle size equivalent to D. Furthermore, since the surface area is larger than the primary particles having the same particle size as the particle size D, the sedimentation speed in the liquid transparent resin is low. Thus, it is possible to suppress the sedimentation of the phosphor 41 in a liquid transparent resin having a resin viscosity in the range of 0.1 to lOPa's, for example, without lowering the luminous efficiency of the phosphor 41 itself. It becomes.
  • the particle diameter of the phosphor secondary particles 44 is less than 5 m, a decrease in the luminous efficiency of the phosphor 41 itself is inevitable. On the other hand, if the particle size exceeds 10 m, even the phosphor secondary particles 44 tend to settle in the liquid transparent resin. As described above, by using the phosphor 41 having the phosphor secondary particles 44 having a particle diameter of 5 to 10 m, the liquid viscosity in the range of 0.1 to lOPa's is obtained. Even when a fat is used, it is possible to obtain a phosphor layer 42 in which phosphor particles are dispersed with good reproducibility, while suppressing a decrease in the luminous efficiency of the phosphor 41 itself.
  • the light emitting device 31 having excellent luminous efficiency. Further, in the manufacturing process of the phosphor layer 42, for example, the sedimentation of the phosphor particles in the dispenser is suppressed, so that the dispersed phosphor layer 42 can be manufactured efficiently and with high precision. As a result, it is possible to improve the manufacturing yield of the light emitting device 31 and reduce the manufacturing cost.
  • the blue light emitted from the light emitting diode element 37 emits blue light passing between the particles of the phosphor 41 and blue light emitted from the phosphor 41.
  • White light emission is obtained by mixing with yellow light or orange light that emits light when excited. For this reason, the particle size and shape of the phosphor 41 greatly affect the emission color of the light emitting device 11. If the particle size of the phosphor 41 is large, the gap becomes large. Therefore, a desired color temperature cannot be obtained unless the mixing ratio of the phosphor 41 is increased.
  • the phosphor 41 having the phosphor secondary particles 44 by using the phosphor 41 having the phosphor secondary particles 44, the gap between the phosphors 41 is reduced, so that the amount of the phosphor necessary to obtain a target white temperature can be reduced. It becomes possible. Thus, the manufacturing cost of the light emitting device 31 can be reduced.
  • the light emitting device 31 having a phosphor having phosphor particles having two or more peaks instead of using the secondary particles 44 will be described. Note that the basic configuration of the light emitting device 31 is the same.
  • the phosphor 41 contained in the phosphor layer 42 has phosphor particles having two or more peaks in the particle size distribution.
  • a first phosphor particle group mainly comprising the phosphor 41 in the phosphor layer 42 and a second phosphor particle group having an average particle diameter force S smaller than the first phosphor particle group
  • the average particle diameter of the first phosphor particle group is preferably, for example, in the range of 5 to 15 m in order to maintain the luminous efficiency of the light emitting device 31 and the like.
  • the second phosphor particle group exists between the particles of the first phosphor particle group and improves the dispersion state of the phosphor 41 in the phosphor layer 42. It preferably has an average particle size.
  • the emission color and luminous efficiency of the light emitting device 31 can be improved, or the amount of the phosphor 41 used can be improved. Can be reduced.
  • a yellow or orange light emitting phosphor is formed by providing a second phosphor particle group between the first phosphor particle groups. The light emission amount of the light emitting device is improved. Therefore, it is possible to reduce the amount of phosphor required to obtain a target white temperature. Further, when the amount of the phosphor is the same, the white temperature and the emission luminance can be increased.
  • a lighting device can be configured by combining the light emitting device 31 and a lens.
  • a YAG phosphor having a composition of (Y, Gd) (Al, Ga) O: Ce was produced as follows. Each element
  • a predetermined amount of element (Y, Gd, Ga, Ce) was weighed, and after dissolving them, they were coprecipitated.
  • the coprecipitate was mixed with alumina and alumina as a flux, and then fired in air under the conditions shown in the table of FIG. After pulverizing each of the fired products, they were subjected to washing, separation, and drying treatments, and further classified using a sieve to obtain a target YAG phosphor.
  • the average particle size of the YAG phosphor was adjusted by opening the sieve. For example, in Example 1, particles smaller than 5 m and particles larger than 10 ⁇ m were removed by a sieve.
  • each of the YAG phosphors thus obtained had secondary particles.
  • Each YAG phosphor contained primary particles as a part thereof, but the ratio was shifted by about 20%. That is, the ratio of primary particles to secondary particles (quantity ratio) is 2: 8.
  • all of the YAG phosphors of Comparative Examples 13 to 13 remained primary particles.
  • the average particle size of each of these YAG phosphors was measured by a force counter method. The results are shown in the table of FIG.
  • each YAG phosphor was dispersed in a silicone resin having a resin viscosity of 0.3 Pa's. After each of these silicone resins was filled into the container with a dispenser, the silicone resins were cured to produce light emitting devices.
  • YA for silicone resin The amount of the G phosphor added was 10% by mass.
  • the luminous efficiency of the phosphor, the applicability of the silicone resin containing the phosphor, and the dispersibility of the phosphor in the silicone resin layer were examined. The measurement results are shown in the table of FIG.
  • the luminous efficiency of the phosphor is a relative value when Comparative Example 3 is set to 1.
  • the applicability of the silicone resin containing the phosphor is determined when the dispersion of the amount of application under the same application conditions (application pressure and time) is small so that the phosphor does not settle in the dispenser. X settled when X was settled and the variation in the coating amount under the same coating conditions was large.
  • the dispersibility of the phosphor in the silicone resin layer was evaluated as ⁇ when the phosphor 41 was uniformly dispersed above the light emitting diode 37 as shown in FIG.
  • the phosphor 41 is dispersed throughout the phosphor layer 42 as shown in b)
  • the phosphor 41 is dispersed in a range of less than half of the phosphor layer 42 as shown in FIG.
  • the phosphor of Example 5 was prepared by mixing a YAG phosphor having a particle size range of 5 to 10 Pm by sieving and a YAG phosphor having a particle diameter of 13 to 13 Pm.
  • a phosphor of Example 6 was prepared by mixing a YAG phosphor having a particle size range of 7 to 15 m and a YAG phosphor having a particle diameter of 11 to 13 ⁇ m by sieving.
  • YAG phosphors having a particle size range of 5 to 10 m, YAG phosphors of 715 m, and 1 to 7 m were used alone.
  • Example 2 The phosphors of the above Examples and Comparative Examples were used in the same manner as in Example 1, respectively. Thus, a light emitting device was manufactured. At this time, a fluorescent body weight (a blending amount of the phosphor with respect to the silicone resin) at which a white temperature of 5000 K was obtained was examined. Furthermore, the luminous efficiency of a light emitting device with a white temperature of 5000K was measured. The results of these measurements are shown in the table in FIG. The luminous efficiency of the phosphor is a relative value when Comparative Example 4 is set to 1.
  • FIG. 13 to FIG. 16 show a third embodiment.
  • 13 is a cross-sectional view of the light emitting module of the lighting device
  • FIG. 14 is a front view of the light emitting module
  • FIG. 15 is a front view of the lighting device
  • FIG. 16 is an explanatory diagram of a combination example of the materials of the light emitting module.
  • reference numeral 51 denotes an illuminating device.
  • the illuminating device 51 has an appliance main body 52 formed in a rectangular and thin shape, and a rectangular opening 53 is formed on the surface of the appliance main body 52.
  • a plurality of rectangular light emitting modules 54 are arranged in a matrix in the opening 53, and a light emitting surface 55 is formed by the plurality of light emitting modules 54.
  • each light-emitting module 54 has a light-emitting diode element (light-emitting diode chip) 61 which is a solid-state light-emitting element as a light-emitting element, and the plurality of light-emitting diode elements 61
  • the substrate 62 is formed in a matrix shape on one surface of the substrate 62 formed of a material having high thermal conductivity such as glass epoxy resin, aluminum, and aluminum nitride.
  • an insulating layer which is a thermosetting resin or a thermoplastic resin having an elasticity lower than that of the epoxy resin, higher than that of the engineering plastic, and having insulation and heat conductivity as well as insulating properties is provided.
  • An adhesive 63 is applied, and a conductive layer 64 of, for example, copper, gold, nickel, or the like is bonded and arranged via a first insulating layer 63a formed of the adhesive 63.
  • a circuit pattern 65 is formed by the conductive layer 64, and a light emitting element disposing portion 66 for mounting the light emitting diode element 61 is formed on the circuit pattern 65 in a matrix.
  • each light emitting element disposition section 66 one electrode of the light emitting diode element 61 is connected to one electrode pattern of the circuit pattern 65 by die bonding using silver paste as a connection layer 81.
  • the other electrode is connected to the other pole pattern of the circuit pattern 65 by a wire 67 by wire bonding.
  • a reflector 68 made of a material having high heat resistance and high reflection characteristics such as aluminum nitride is bonded and arranged.
  • a plurality of housing portions 69 in which the respective light emitting diode elements 61 are provided in a housed state corresponding to the respective light emitting element mounting portions 66 are formed.
  • Each of the housing portions 69 is formed such that the opening diameter A on the lens 76 side, that is, the front side, which is opposite to the substrate 62 side, is larger than the opening diameter B on the substrate 62 side, that is, the back side, from the substrate 62 side to the lens 76 side, that is, the back side.
  • the lateral force is expanded toward the front surface side, and a reflecting surface 70 that is inclined toward the inside of the housing portion 69 is formed.
  • a reflection film having high light reflectivity such as white oxidized titanium, copper, nickel, or aluminum may be formed.
  • the housing 69 is formed with two transparent resin layers 72 and 73 covering the light emitting diode element 61.
  • the lower resin layer 72 directly covering the light emitting diode element 61 is made of, for example, silicone resin having elasticity that is strong against ultraviolet light, and a diffusing agent for diffusing visible light and ultraviolet light from the light emitting diode element 61 is dispersed therein. Diffusion layer 74.
  • the upper resin layer 61 is made of a silicone resin, an epoxy resin, a modified epoxy resin, or the like, and is a visible light converting material such as a phosphor that converts ultraviolet light from the light emitting diode element 61 into visible light. Is formed as a visible light conversion layer 75 as a phosphor layer in which is settled.
  • a lens 76 made of a translucent resin such as fat is provided on the surface side of the reflector 68.
  • a thermosetting resin is used for the substrate 62
  • the same type of thermosetting resin is used for the material of the lens 76.
  • a thermoplastic resin is used for the substrate 62
  • the same type of thermoplastic resin is used for the lens 76.
  • the lens 76 has a lens portion 77 formed in a lens shape corresponding to each light emitting diode element 61, and each of the lens portions 77 has a concave incident shape in which light is incident opposite the housing portion 69.
  • a surface 78 is formed, and a reflecting surface 79 for reflecting light incident on the incident surface 78 and an emitting surface 80 for emitting light incident on the incident surface 78 and light reflected on the reflecting surface 79 are formed.
  • the light emitting surface 55 common to the light emitting module 54 is formed by the light emitting surface 80 of the plurality of lens portions 77.
  • a base is formed of the substrate 62, the circuit pattern 65, the reflector 68, and the like.
  • a light emitting device is formed by combining the light emitting diode element 61 with this base.
  • a light emitting module 54 is formed by combining this light emitting device with a lens 76 and the like, and a lighting device 51 is formed by the plurality of light emitting modules 54.
  • FIG. 16 shows the substrate 62, the adhesive 63 (the first insulating layer 63a, the second insulating layer 63b, and the third insulating layer 63c), the conductive layer 64, the reflector 68, and the lens 76. Examples 1, 2, 3, and 4 of combinations of material combinations are shown. Combination examples 2, 3, and 4 show only combinations of materials different from combination example 1.
  • a similar adhesive 63 which is a thermosetting resin or a thermoplastic resin having an elastic modulus lower than that of the epoxy resin and higher than that of the engineering plastic.
  • the adhesive fixation absorbs the difference in thermal expansion, suppresses the occurrence of peeling, and can reliably maintain the adhesive fixation state.
  • a conductive layer 64, a light emitting diode element 61, a reflector 68, resin layers 72 and 73, and a lens 76 are disposed on a substrate 62, and the reflector 68 and the lens 76 are each made of the same type of adhesive.
  • the heat dissipation from the substrate 62 can be improved, the peeling and warping between the substrate 62 and the reflector 68 and the lens 76 can be suppressed, and the optical characteristics can be maintained. Deterioration of 72, 73, lens 76, etc. can be suppressed and light extraction efficiency can be improved.
  • the lens 76 can be attached at the time of manufacturing the substrate, which is efficient.
  • the shape of the housing portion 69 is such that the opening diameter on the lens 76 side is A, the opening diameter on the substrate 62 side is B,
  • the relationship stipulates that ⁇ tan _1 ⁇ / (AB) ⁇ > 45 °
  • the upper resin layer 73 of the two resin layers 72 and 73 covering the light emitting diode element 61 provided in the accommodating section 69 is the visible light conversion layer 75 in which the visible light conversion substance is settled. Therefore, a large amount of light in the visible light region can be easily extracted, and the light extraction efficiency can be increased.
  • the visible light converting substance is sedimented, the visible light and ultraviolet light irradiated to the lower resin layer can be efficiently irradiated to the lower resin layer 72, and the thickness of the upper resin layer 73 can be optionally set. Can be set to
  • the light emitting diode element 61 can also uniformly irradiate the emitted light to the boundary surface with the upper visible light conversion layer 75. .
  • the wire 67 is located at the boundary between the two resin layers 72 and 73, it causes color unevenness.
  • the height position of the wire 67 also determines the height of the light-emitting diode element 61, the strength of the wire 67, the workability, and the like. Therefore, if the height of the light emitting diode element 61 is about 75 m and the bottom surface force of the housing part 69 is 200 m in height up to the highest position of the wire 67, the thickness of the lower resin layer 72 is set to 250 / It is preferable that the thickness of the upper resin layer 73 be 750 m.
  • the lower layer Preferably, the thickness of the resin layer 72 is 475 ⁇ m, and the thickness of the upper resin layer 73 is 525 ⁇ m. Therefore, the depth of the storage section 69 is optimally 800 to 1200 ⁇ m, and more preferably 1000 ⁇ m.
  • inorganic nanoparticles as fillers of 10 to 9 m or less are dispersed in the lower resin layer 72.
  • nanoparticles nano-silica with a narrow viscosity distribution of 50 nm or less is used.
  • the weight component is 0.1% to 60%, and the visible light transmittance is 50% to 90%.
  • the heat transfer coefficient to the substrate 62, the reflector 68, the lens 76, and the like can be improved, and the heat dissipation can be improved.
  • the present invention is used for fixed lighting for indoors and outdoors, mobile lighting for vehicles, and the like.

Abstract

　発光効率を向上できるとともに発光色の色むらを低減できる発光装置11を提供する。 　樹脂に拡散剤を添加した拡散層22で発光ダイオード素子18を被覆する。樹脂に蛍光体を添加した蛍光体層23を拡散層22の上層に配設する。拡散層22により発光ダイオード素子18からの光を拡散させる。拡散層22で拡散させた光で蛍光体層23を励起して発光させることにより、発光効率を向上させるとともに発光色の色むらを低減させる。

Description

明 細 書
発光装置および照明装置
技術分野
[0001] 本発明は、発光素子を光源とする発光装置、およびこの発光装置を用いた照明装 置に関する。
背景技術
[0002] 従来、発光素子として固体発光素子である発光ダイオード素子を光源とする発光 装置では、基体に発光ダイオード素子を配設し、この発光ダイオード素子を被覆する ように榭脂を充填して固化させた面実装タイプのものが知られている。
[0003] そして、この種の発光装置により、白色光を発光させるには、青色発光ダイオード素 子により発光させた青色光と、黄色発光ダイオード素子により発光させた黄色光とを 混合させるものが知られている（例えば、特許文献 1参照)。
[0004] また、青色発光ダイオード素子を、榭脂に平均粒径が 3— 50 μ mの黄色発光蛍光 体の凝集体を含有させた榭脂層によって被覆し、青色発光ダイオード素子の青色光 と、この青色発光により黄色発光蛍光体を励起させて得た黄色光とを混色させるもの が知られている（例えば、特許文献 2参照)。
[0005] また、榭脂層中での蛍光体粒子の分布状態としては、蛍光体層の下方に蛍光体粒 子が沈降した沈降形と、榭脂層全体に蛍光体粒子が分散した分散形とが知られて!/、 る。
特許文献 1 :特開 2002-43625号公報 (第 3頁、図 1)
特許文献 2 :特開 2001— 148516号公報 (第 4頁、図 1)
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] しかしながら、青色発光ダイオード素子と黄色発光ダイオード素子とを用いる発光 装置では、青色発光ダイオード素子と黄色発光ダイオード素子との間に距離がある ので、青色光と黄色光の混色を均一にすることが難しぐ発光効率が低ぐ白色光以 外の他の色になりやすい問題がある。さらに、青色光と黄色光とをそれぞれ発光する 少なくとも 2個の発光ダイオード素子を設置するためのスペースが必要であり、これを 搭載する機器の大形化を招く問題がある。
[0007] また、青色発光ダイオード素子を、黄色発光蛍光体を含有する榭脂層によって被 覆する発光装置では、榭脂層の外面に対して垂直方向力 見た場合、青色発光ダイ オード素子が位置する榭脂層の中央部においては、その榭脂層の中央部と青色発 光ダイオード素子との距離の方が榭脂層の周辺部と青色発光ダイオード素子との距 離よりも近いので、青色光の輝度が高ぐ青色光が抜け、白色光が青味が力つて見え 、一方、榭脂層の周辺部では、黄色光が分布することになり、色むらが発生する問題 がある。
[0008] ところで、榭脂層中での蛍光体粒子の分布状態の沈降形と分散形とで発光効率を 比較したところ、分散形を適用することで発光効率が 20%程度改善されることが分か つた。白色発光の発光装置においては、演色性などと共に発光効率の改善が求めら れていることから、分散形を適用することが望ましい。
[0009] し力しながら、分散形では、発光ダイオード素子を配設した基体に榭脂を充填する 際に、榭脂の粘度が高すぎると気泡の巻き込みなどが生じてしまう。そこで、実用的 には比較的低粘度の透明榭脂を使用する必要があるが、低粘度の透明榭脂中では 蛍光体粒子の沈降が激しぐ分散形の構造を得ることが難しい問題がある。さらに、 低粘度の透明榭脂を用いた場合には、デイスペンサ内で蛍光体粒子が沈降してしま うことがあり、発光装置の製造効率や製造コストに悪影響を及ぼすおそれがある。デ イスペンサの内部で攪拌しながら充填する方法もある力 この場合には泡の巻き込み や攪拌が部分的に不均一になるなどの問題を招くおそれがある。
[0010] 一方、榭脂中での蛍光体粒子の沈降には、蛍光体粒子の粒径が影響する。蛍光 体粒子の粒径が小さいほど透明榭脂中で沈降しに《なるが、蛍光体自体の発光効 率は一般的に粒径が小さいほど低下する。従って、粒径が小さい蛍光体粒子を用い て分散形の構造が得られたとしても、蛍光体自体の発光効率の低下が分散形による 発光効率の向上効果を相殺することになる。これでは発光装置の発光効率を高める ことはできない。
[0011] なお、特許文献 1には、発光のばらつきを抑制するために、平均粒径が 3— 50 m の蛍光体の凝集体を用いることが記載されて 、るが、蛍光体粒子を榭脂中で凝集さ せた凝集体は、蛍光体の粒径自体が増大するわけではないため、蛍光体の発光効 率は凝集前の蛍光体粒子の粒径に依存し、したがって、蛍光体の凝集体では蛍光 体の発光効率を向上させることはできない。
[0012] 本発明は、このような点に鑑みなされたもので、発光効率を向上できるとともに発光 色の色むらを低減できる発光装置、およびこの発光装置を用いた照明装置を提供す ることを目的とする。
課題を解決するための手段
[0013] 請求項 1記載の発光装置は、基体に配設される発光素子と;発光素子を被覆する 拡散層と；拡散層の上層に配設する蛍光体層とを具備して ヽるものである。
[0014] そして、発光素子を被覆する拡散層により発光素子からの光を拡散させ、この拡散 させた光で拡散層の上層に配設する蛍光体層を励起して発光させることにより、発光 効率が向上するとともに発光色の色むらが低減する。
[0015] なお、本発明にお 、て、発光素子は放射した光で蛍光体を励起して可視光を発光 させるものである。発光素子としては、例えば青色発光ダイオード素子や紫外発光ダ ィオード素子などが挙げられる。ただし、これらに限定されるものではなぐ蛍光体を 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 的とする発光色などに応じて種々の発光素子を使用することができる。
[0016] 蛍光体は発光素子から放射された光により励起されて可視光を発光し、この蛍光 体力 発光される可視光と発光素子力 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ぐ目的とす る発光色や発光素子から放射される光などに応じて適宜に選択される。
[0017] 拡散層や蛍光体層は例えばエポキシ榭脂ゃシリコーン榭脂などの各種の透明な榭 脂に拡散剤や蛍光体を添加して構成してもよい。
[0018] 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、拡散層は、拡散 剤を有し、拡散剤の添加量は 3な 、し 5質量％であるものである。
[0019] そして、拡散剤の添加量を 3ないし 5質量％とすることにより、発光効率の低下が抑 制されつつ色むらが低減される。拡散剤の添加量が 3質量％未満である場合には、 拡散効果が低下して色むら低減効果が低下し、一方、拡散剤の添加量が 5質量％ 超の場合には、基体に吸収される光量が増大するので、光束が低下する。
[0020] 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、拡散層と 蛍光体層との接合面は、発光素子側に凹む凹弧面に形成されているものである。
[0021] そして、拡散層と蛍光体層との接合面が発光素子側に凹む凹弧面であることにより 、平面である場合よりも接合面積が増大し、拡散層と蛍光体層との接合強度が増強さ れ、拡散層と蛍光体層との剥離が抑制される。
[0022] 請求項 4記載の発光装置は、基体に配設される発光素子と;発光素子から放射さ れた光により励起されて可視光を発光する蛍光体であって、蛍光体の小粒子が二次 粒子化し、かつ粒径が 5— 10 μ mの範囲の蛍光体粒子を有する蛍光体を含む蛍光 体層とを具備しているものである。
[0023] そして、蛍光体層に、蛍光体の小粒子が二次粒子化し、かつ粒径が 5— 10 μ mの 範囲の蛍光体粒子を有する蛍光体を含むことにより、蛍光体層に例えば実用的な粘 度を有する榭脂を使用しても蛍光体が確実に分散されるので、発光効率が向上する とともに発光色の色むらが低減される。
[0024] なお、蛍光体の二次粒子とは、蛍光体原料を焼成して蛍光体粒子を作製する際に 、蛍光体の小粒子同士が結合した粒子を意味する。したがって、蛍光体の小粒子が 集って凝集しているものとは相違する。蛍光体は、蛍光体の小粒子の一部または全 てが二次粒子化して 、るものである。二次粒子化して 、な 、一次粒子と二次粒子と の比率は 1： 1一 0 : 1の範囲であることが好ましぐかつ一次粒子および二次粒子を含 む蛍光体粒子の粒径が 5— 10 μ mの範囲であることが好適である。蛍光体の二次粒 子の粒径は最大径を示すものとする。最大径で表される粒径が 5— 10 mの範囲の 二次粒子を使用する。二次粒子の粒径 (一次粒子が存在する場合はそれを含む蛍 光体粒子全体の粒径)は、蛍光体の製造時に篩 ヽなどを用いて分級して得たもので ある。また、蛍光体粒子の粒径は力ウタカウンタ法で測定した値を示すものとする。こ のような蛍光体の二次粒子は、結晶成長の過程で小粒子同士が結合したものである ため、容易には分離しないとともに、最大径に相当する粒径を有する一次粒子に近 い発光効率を示す。さら〖こ、最大径と同等の粒径を有する一次粒子に比べて表面積 が大き!/、ため、蛍光体を分散させる例えば榭脂中での沈降速度が小さ!、と 、うような 特徴を有する。これらによって、例えば実用的な榭脂粘度を有する榭脂を使用した際 でも、蛍光体の発光効率の低下を抑制したうえで、蛍光体粒子が分散した分散形の 蛍光体層を得ることが可能となる。
[0025] 請求項 5記載の発光装置は、基体に配設される発光素子と;発光素子から放射さ れた光により励起されて可視光を発光する蛍光体であって、ピークが 2つ以上存在す る粒度分布を有する蛍光体粒子を備えた蛍光体を含む蛍光体層とを具備しているも のである。
[0026] そして、ピークが 2つ以上存在する粒度分布を有する蛍光体粒子を備えた蛍光体 を用いることにより、蛍光体層中での蛍光体粒子の分散状態が改善されるので、発 光効率が向上されるとともに発光色の色むらが低減され、または蛍光体の使用量の 削減が可能となる。
[0027] なお、ピークが 2つ以上存在する粒度分布を有する蛍光体粒子とは、蛍光体粒子 の粒度分布を例えば力ウタカウンタ法で測定した際に粒度ピークが 2つもしくはそれ 以上存在するものである。このような蛍光体粒子は、例えば榭脂層中の蛍光体を主と して構成する蛍光体粉末に、それより粒径が小さい蛍光体粉末を添加、混合すること により得ることができる。
[0028] 請求項 6記載の発光装置は、請求項 4または 5記載の発光装置にぉ 、て、蛍光体 層は、 0. 1— lOPa' sの範囲の粘度を有する榭脂を充填して固化したものである。
[0029] そして、 0. 1— lOPa' sの範囲の粘度を有する榭脂を用いることにより、蛍光体層へ の気泡の巻き込みが抑制される。
[0030] 請求項 7記載の発光装置は、請求項 4な 、し 6 、ずれか一記載の発光装置にお!、 て、発光素子は、青色光を放射する発光ダイオード素子を有し、蛍光体は、発光ダイ オード素子から放射された青色光により励起されて黄色光ないし橙色光を発光する 黄色な!/、し橙色発光蛍光体を有するものである。
[0031] そして、発光ダイオード素子が放射する青色光と、この発光ダイオード素子から放 射された青色光により黄色ないし橙色発光蛍光体を励起させて発光する黄色光ない し橙色光とで、白色発光が得られる。
[0032] 請求項 8記載の照明装置は、請求項 1ないし 7のいずれか一記載の発光装置と;基 体上に配設されるレンズとを具備しているものである。
[0033] そして、発光装置から略均一な光を発光するとともに、発光した光をレンズにより配 光制御することにより、所望の光量が得られるとともに配光制御が可能となる。
発明の効果
[0034] 請求項 1記載の発光装置によれば、発光素子を被覆する拡散層により発光素子か らの光を拡散させ、この拡散させた光で拡散層の上層に配設する蛍光体層を励起し て発光させるので、発光効率を向上できるとともに発光色の色むらを低減できる。
[0035] 請求項 2記載の発光装置によれば、請求項 1記載の発光装置の効果に加えて、拡 散剤の添加量を 3ないし 5質量％とするので、発光効率の低下を抑制しつつ色むらを 低減できる。
[0036] 請求項 3記載の発光装置によれば、請求項 1または 2記載の発光装置の効果に加 えて、拡散層と蛍光体層との接合面が発光素子側に凹む凹弧面であるので、平面で ある場合よりも接合面積を増大でき、拡散層と蛍光体層との接合強度を増強させ、拡 散層と蛍光体層との剥離を抑制できる。
[0037] 請求項 4記載の発光装置によれば、蛍光体層に、蛍光体の小粒子が二次粒子化し 、かつ粒径が 5— 10 μ mの範囲の蛍光体粒子を有する蛍光体を含むことにより、蛍 光体層に例えば実用的な粘度を有する榭脂を使用しても蛍光体を確実に分散でき るので、発光効率を向上できるとともに発光色の色むらを低減できる。
[0038] 請求項 5記載の発光装置によれば、ピークが 2つ以上存在する粒度分布を有する 蛍光体粒子を備えた蛍光体を用いることにより、蛍光体層中での蛍光体粒子の分散 状態を改善することができるので、発光効率を向上できるとともに発光色の色むらを 低減でき、または蛍光体の使用量を削減することができる。
[0039] 請求項 6記載の発光装置によれば、請求項 4または 5記載の発光装置の効果に加 えて、蛍光体層は、 0. 1一 lOPa' sの範囲の粘度を有する榭脂を充填して固化させ ることにより形成するので、気泡の巻き込みを抑制できる。
[0040] 請求項 7記載の発光装置によれば、請求項 4な 、し 6 、ずれか一記載の発光装置 の効果に加えて、発光ダイオード素子が放射する青色光と、この発光ダイオード素子 力 放射された青色光により黄色ないし橙色発光蛍光体を励起させて発光する黄色 光ないし橙色光とで、白色発光を得ることができる。
[0041] 請求項 8記載の照明装置によれば、請求項 1ないし 7のいずれか一記載の発光装 置から略均一な光を発光するとともに、発光した光をレンズにより配光制御するので、 所望の光量を得られるとともに配光制御できる。
図面の簡単な説明
[0042] [図 1]本発明の第 1の実施の形態を示す発光装置の一部の拡大断面図である。
[図 2]同上発光装置の平面図である。
[図 3]同上発光装置の断面図である。
[図 4]同上発光装置の拡散剤の添加量と光束との関係を示す表である。
[図 5]本発明の第 2の実施の形態を示す発光装置で用いる蛍光体の二次粒子の説 明図である。
[図 6]同上発光装置における粒度ピークが 2つ以上ある蛍光体の代表的な粒度分布 を示す図である。
[図 7]同上発光装置の断面図である。
[図 8]同上発光装置の発光素子の電極接続構造の一例を示す断面図である。
[図 9]同上発光装置の発光素子の電極接続構造の他の例を示す断面図である。
[図 10]同上発光装置における蛍光体の分散状態の評価基準を (a)— (d)に示す断面 図である。
[図 11]同上発光装置における実施例と比較例との評価基準の表である。
[図 12]同上発光装置における粒度ピークが 2つある実施例と 1つの比較例とでの配 合比、発光効率の関係を示す表である。
[図 13]本発明の第 3の実施の形態を示す照明装置の発光モジュールの断面図であ る。
[図 14]同上発光モジュールの正面図である。
[図 15]同上照明装置の正面図である。
[図 16]同上は発光モジュールの材料の組合せ例の説明図である。 符号の説明
11 発光装置
12 基体
18 発光素子としての発光ダイオード素子
22 拡散層
23 蛍光体層
24 接合面
31 発光装置
32 基体
37 発光素子としての発光ダイオード素子
41 蛍光体
42 蛍光体層
51 照明装置
61 発光素子としての発光ダイオード素子
74 拡散層
75 蛍光体層としての可視光変換層
76 レンズ
発明を実施するための最良の形態
[0044] 以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
[0045] 図 1ないし図 4に本発明の第 1の実施の形態を示す。図 1は発光装置の一部の拡 大断面図、図 2は発光装置の平面図、図 3は発光装置の断面図、図 4は発光装置の 拡散剤の添加量と光束との関係を示す表である。
[0046] 図 2および図 3に示すように、発光装置 11は、基体 12を有し、この基体 12上に複数 の発光素子配設部 13が例えば 3行 3列のマトリクス状に形成されている。
[0047] 基体 12は、放熱性および剛性を有するアルミニウム (A1)やニッケル (Ni)、ガラスェ ポキシ榭脂などの平板状の基板 14、基板 14上に形成された絶縁層 15、絶縁層 15上 に形成されたリードフレーム 16、これら絶縁層 15およびリードフレーム 16が形成された 基板 14上に形成された反射体 17を有している。 [0048] 図 1に示すように、リードフレーム 16には、各発光素子配設部 13毎に、 Cuと Niの合 金や Auなどにより、陰極側と陽極側の回路パターン (配線パターン) 16a, 16bが形成 されている。このリードフレーム 5上には、各発光素子配設部 13毎に、発光素子として の固体発光素子であり発光色が青色の発光ダイオード素子 (青色発光ダイオードチ ップ） 18がそれぞれ配設されている。各発光ダイオード素子 18は、青色の光を発光す る例えば窒化ガリウム (GaN)系半導体などで構成されている。各発光ダイオード素 子 18は、その底面電極が回路パターン 16a, 16bの一方にダイボンディングによって 電気的および機械的に接続され、上面電極が回路パターン 16a, 16bの他方にボン デイングワイヤ 19によって電気的に接続されている。
[0049] 反射体 17は、例えば PBT (ポリブチレンテレフタレート)や PPA (ポリフタルアミド）、 P C (ポリカーボネート）などの榭脂を基板 14の一面に流し込んで成形され、各発光素 子配設部 13毎に、各発光ダイオード素子 18を収容する収容部 20が形成されている。 収容部 20は、基板 14に対して反対側へ向けて漸次拡開する円錐台状に形成されて いる。収納部 20の周囲には、図示しないレンズを固定するレンズホルダ部 21が同心 状に形成されている。
[0050] 各収容部 20には、その内部に、発光ダイオード素子 18を被覆する拡散層 22と、この 拡散層 22の上層で収容部 20の開口側に配設される蛍光体層 23との 2層に形成され ている。
[0051] 拡散層 11は、透光性を有するシリコーン榭脂ゃエポキシ榭脂などの熱硬化性透明 榭脂にアルミナ (Al O )や Ti、 Caゝ SiAl、 Yなどの拡散剤を 3— 5質量0 /0 (mass%)
2 3
添加したもので、この拡散剤を添加した榭脂を、収容部 20内の発光ダイオード素子 18よりも高い位置まで充填し、熱硬化させることにより形成されている。このとき、蛍光 体層 23との接合面 (境界面) 24を発光ダイオード素子 18側（図 3では下面側)へ凹む 湾曲面に形成している。この接合面 24は、その湾曲上端と湾曲下端との間が例えば 1 μ m一 5 μ m; ^好まし ヽ。
[0052] 蛍光体層 23は、透光性を有するシリコーン榭脂ゃエポキシ榭脂などの熱硬化性透 明榭脂に発光ダイオード素子 18からの青色発光を受光して黄色に蛍光発光する黄 色蛍光体を所要質量％添加したもので、拡散層 22の熱硬化形成後、蛍光体を添カロ した榭脂を収容部 20内に充填し、熱硬化させることにより形成されている。
[0053] なお、発光装置 11とレンズを組み合わせて照明装置を構成できる。
[0054] 次に、発光装置 11の作用を説明する
まず、各陰極側と陽極側の回路パターン 16a, 16b間に、外部から所定の直流電圧 が印加されると、各発光ダイオード素子 18が青色発光する。この青色発光は、拡散層 22により多方向へ拡散してから蛍光体層 23内に入射し、ここで黄色蛍光体を多方向 から励起して黄色に発光させる。そして、発光ダイオード素子 18からの青色光と黄色 蛍光体からの黄色光とが混色し、白色光になって収容部 20から外部へ放射される。
[0055] したがって、この発光装置 11によれば、発光ダイオード素子 18の微小な発光を拡散 層 22により多方向へ拡散し、多方向から蛍光体層 23の黄色蛍光体を励起させて黄 色に発光させ、かっこの黄色光と青色光とを混色させて白色光を発光させるので、こ の白色光の色むらを低減することができる。
[0056] また、拡散層 22の榭脂に添加した拡散剤の添加量が 3— 5質量％であるので、光束 を低下させずに白色光の色むらを低減することができる。図 4の表には拡散剤の添加 量による光束変化を示す。なお、この図 4の表で拡散剤の添加量が 0、すなわち、拡 散剤の添加量無しの場合の光束を 100%とした。
[0057] 図 4の表に示すように、拡散剤の添加量が 5質量％を超過すると、光束が低下し、 添加量が 3質量％未満になると、色むら低減効果が低下した。
[0058] 次に、発光装置 11のサンプル No.l— No.5について実施した色むら低減効果の実 験データを示す。なお、この実験では、発光波長が 545nmの黄色蛍光体、拡散剤と して日本ァエロジル製の Al O、榭脂として東レ製のタウシリコーン JCR6140をそれ
2 3
ぞれ使用した。
[0059] (実験方法）
サンプル No.1 蛍光体のみ
蛍光体層
榭脂 (JCR6140) 89mass%
黄色蛍光体 10mass%
赤色蛍光体 lmass% サンプル No.2 拡散層（5mass%) +蛍光体層の 2層構造 拡散層
榭脂 (JCR6140) 95mass%
拡散剤 (Al O ) 5mass%
2 3
蛍光体層
榭脂 (JCR6140) 78mass%
黄色蛍光体 20mass%
赤色蛍光体 2mass%
サンプル No.3 拡散層（10mass%) +蛍光体層の 2層構造 拡散層
榭脂 (JCR6140) 90mass%
拡散剤 (AI O ) 10mass%
2 3
蛍光体層
榭脂 (JCR6140) 78mass%
黄色蛍光体 20mass%
赤色蛍光体 2mass%
サンプル No.4 拡散層（15mass%) +蛍光体層の 2層構造 拡散層
榭脂 (JCR6140) 85mass%
拡散剤 (AI O ) 15mass%
2 3
蛍光体層
榭脂 (JCR6140) 78mass%
黄色蛍光体 20mass%
赤色蛍光体 2mass%
サンプル No.5 拡散剤混合蛍光体
榭脂 JCR6140) 80mass%
拡散剤 (AI O ) 20mass%
2 3
樹月旨 (JCR6140) 78mass% 黄色蛍光体 20mass%
赤色蛍光体 2mass%
[0060] (実験結果）
サンプル No.lのように拡散層 22を削除して蛍光体層 23のみを有する 1層構造の場 合と、サンプル No.5のように同じく拡散層 22を削除して蛍光体層 23に拡散剤を添加し た 1層構造の場合とは、収容部 20から外部に放射される白色光は、その周縁部に黄 色光が分布し、色むらの低減効果は得られな力つた。
[0061] サンプル No.3、 No.4のように、拡散剤の添加量が 10質量0 /0 (mass%)、または 15 質量％の各拡散層 22と、蛍光体層 23の 2層構造の場合は、拡散剤の添加量が多い ために、拡散層 22の粘度が高くなり、拡散層 22の塗りむらが発生する。このために、 収容部 20から外部へ放射される白色光は、その周縁部に黄色光が分布し、色むらの 低減効果は得られなかった。
[0062] サンプル No.2のように、拡散剤の添加量が 5質量％の拡散層 22と、蛍光体の添カロ 量が 20質量％の蛍光体層 23の 2層構造の場合、収容部 20から外部へ放射される白 色光の周縁部には黄色光の分布が殆ど見られず、白色光の色むら低減効果が得ら れた。
[0063] なお、拡散層 22の拡散剤の添加率を 5質量％よりも多くすると、発光ダイオード素子 18の発光が例えば Ni製などの基板 14に吸収される光量が増加するので、収容部 20 から外部に放射される白色光の光束が低下する。
[0064] そこで、この基板 14の受光面に、白色塗料などの反射材を塗布して反射面に形成 することにより、光束低下を防止または抑制するように構成してもよい。
[0065] 次に、図 5ないし図 12に本発明の第 2の実施の形態を示す。図 5は発光装置に用 いる蛍光体の二次粒子の説明図、図 6は光装置における粒度ピークが 2つ以上ある 蛍光体の代表的な粒度分布を示す図、図 7は発光装置の断面図、図 8は発光装置 の発光素子の電極接続構造の一例を示す断面図、図 9は発光装置の発光素子の電 極接続構造の他の例を示す断面図、図 10は発光装置における蛍光体の分散状態 の評価基準を (a)— (d)に示す断面図、図 11は発光装置における実施例と比較例との 評価基準の表、図 12は発光装置における粒度ピークが 2つある実施例と 1つの比較 例とでの配合比、発光効率の関係を示す表である。
[0066] 図 7に示すように、発光装置 31は、基体 32を有し、この基体 32上に発光素子配設部 33が形成されている。
[0067] 基体 32は、基板 34、この基板 34上に形成されたリード端子 35、このリード端子 35を 形成した基板 34上に形成された反射体 36を有している。
[0068] 基板 34に形成されたリード端子 35には、発光素子配設部 33に、陰極側と陽極側の 回路パターン (配線パターン) 35a, 35bが形成されている。このリード端子 35上には、 発光素子としての固体発光素子である発光ダイオード素子 (青色発光ダイオードチッ プ) 37がそれぞれ配設されて ヽる。
[0069] 発光ダイオード素子 37には、例えば青色発光タイプの発光ダイオードチップや紫外 発光タイプの発光ダイオードチップなどが用いられる。また、発光ダイオード素子 37 の電極接続構造には、図 8に示すチップ接続や図 9に示すフリップチップ接続などを 適用することが好ましい。これらの電極接続構造によれば、発光ダイオード素子 37の 前面への光取出効率が向上する。
[0070] 図 8に示すチップ接続においては、発光ダイオード素子 37の裏面電極が回路パタ ーン 35aにフリップチップ接続されているとともに、発光ダイオード素子 37の上面電極 が回路パターン 35bにボンディングワイヤ 38を介して電気的に接続されている。また、 図 9に示すフリップチップ接続においては、発光ダイオード素子 37の裏面に設けられ た半田バンプ、 Auバンプ、 Au— Su共晶バンプなどのバンプ電極 39が回路パターン 35a, 35bにフリップチップ接続されている。なお、図 7は図 8に示したチップ接続を適 用した発光ダイオード素子 37を示して 、る。
[0071] 反射体 36は、発光素子配設部 33に、発光ダイオード素子 37を収容する収容部 40が 形成されている。収容部 40は、基板 34に対して反対側へ向けて漸次拡開する円錐台 状に形成されている。
[0072] 発光ダイオード素子 37が配設された収容部 40には、蛍光体 41を含有する透明榭脂 層としての蛍光体層 42が充填されており、発光ダイオード素子 37は蛍光体層 42で覆 われて 、る。蛍光体層 42は例えばシリコーン榭脂ゃエポキシ榭脂などで形成される。 発光ダイオード素子 37に印加された電気工ネルギは発光ダイオード素子 37で青色光 や紫外線に変換され、それらの光は蛍光体層 42中に含有された蛍光体 41でより長波 長の光に変換される。そして、発光ダイオード素子 37から放射される光の色と蛍光体 41の発光色とに基づく色、例えば白色の光が発光装置 31から放出される。
[0073] 蛍光体 41を含有した蛍光体層 42は、例えばシリコーン榭脂ゃエポキシ榭脂などの 液状透明樹脂に蛍光体 41を添加、混合し、このような液状透明榭脂を収容部 40内に デイスペンサなどを用いて充填することにより形成されている。この際、気泡の巻き込 みなどを抑制するうえで、榭脂粘度が 0. 1— lOPa' sの範囲の液状透明榭脂を使用 することが好ましい。液状透明樹脂の樹脂粘度が lOPa' sを超えると気泡などが発生 しゃすくなり、一方、榭脂粘度が 0. lpa' s未満であると、蛍光体 41の二次粒子を使 用しても分散形の蛍光体層 42を形成することが困難となる。
[0074] 蛍光体層 42中に含有される蛍光体 41は、発光ダイオード素子 37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ものである。蛍光体層 42は発光部として機能するものであり、発光ダイオード素子 37の発光方向前方に配 置されている。蛍光体 41の種類は目的とする発光装置 31の発光色に応じて適宜に 選択されるものであり、特に限定されるものではない。
[0075] 例えば、青色発光タイプの発光ダイオード素子 37を使用して白色発光を得る場合 には、黄色ないし橙色発光蛍光体が主として用いられる。また、演色性などの向上を 図るために、黄色な!/、し橙色発光蛍光体に加えて赤色発光蛍光体を使用してもょ 、 。黄色ないし橙色発光蛍光体としては、例えば RE (Al, Ga) O ： Ca蛍光体 (REは
3 5 12
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)などの YAG蛍光体、 AE SiO： Eu蛍光体 (AEは Sr、 Ba、 Caなどのアルカリ土類元素である。以下同じ）
2 4
などの珪酸塩蛍光体が用いられる。
[0076] また、紫外発光タイプの発光ダイオード素子 37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 AE (PO )
3 4 6
C1 ： Eu蛍光体のようなハロ燐酸塩蛍光体や（Ba， Mg)Al O ： Eu蛍光体のような
12 10 17
アルミン酸塩蛍光体などが用いられる。緑色発光蛍光体としては、（Ba, Mg)Al O
10 1
： Eu, Mn蛍光体のようなアルミン酸塩蛍光体などが用いられる。赤色発光蛍光体と しては、 La O S :Eu蛍光体のような酸硫ィ匕物蛍光体などが用いられる。 [0077] さらに、上述した蛍光体に代えて、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 AE： Si； N： Eu)、酸窒化物系蛍光体（例えば Y SiO N： Ce)、サ
2 5 8 2 3 4 ィァロン系蛍光体（例えば AEx (Si, AI) (N, O) ： Eu)などを適用してもよい。な
12 16
お、発光装置 31は白色発光ランプに限られるものではなぐ白色以外の発光色を有 する発光装置 31を構成することも可能である。発光装置 31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。
[0078] 蛍光体層 42中に含有される蛍光体 41は、例えば図 5に示すように、蛍光体の小粒 子 43, 43同士が結合して二次粒子化された蛍光体粒子、すなわち蛍光体二次粒子 44を有している。さらに、このような蛍光体二次粒子 44は粒径が 5— 10 mの範囲と されている。なお、蛍光体 41に RGB蛍光体などを適用する場合には、青色、緑色、 赤色の各蛍光体に粒径が 5— 10 μ mの範囲の蛍光体二次粒子 44を有する蛍光体 41を使用する。また、 RGB蛍光体以外の 2種以上の蛍光体 41を混合して使用する場 合も同様である。
[0079] 図 5に示すような蛍光体二次粒子 44は、例えば以下のようにして作製される。すな わち、蛍光体原料を焼成して蛍光体粒子を作製する際に、焼成温度や焼成時間を 調整し、蛍光体粒子の結晶成長状態を制御することによって、蛍光体二次粒子 44を 有する蛍光体粒子を得ることができる。また、蛍光体二次粒子 44の粒径は、例えば製 造過程で篩い分けなどの分級処理を実施することにより制御することができる。
[0080] このような蛍光体二次粒子 44は、結晶成長の過程で蛍光体の小粒子 43, 43同士が 結合したものであるため、容易には分離しないとともに、二次粒子 44の粒径 Dに相当 する粒径を有する一次粒子に近い発光効率を示す。さらに、粒径 Dと同等の粒径を 有する一次粒子に比べて表面積が大きいため、液状透明榭脂中での沈降速度が小 さいというような特徴を有する。これらによって、蛍光体 41自体の発光効率を低下させ ることなく、例えば榭脂粘度が 0. 1— lOPa' sの範囲の液状透明榭脂中における蛍 光体 41の沈降を抑制することが可能となる。ここで、蛍光体二次粒子 44の粒径が 5 m未満であると、蛍光体 41自体の発光効率の低下が避けられない。一方、粒径が 10 mを超えると蛍光体二次粒子 44であっても液状透明榭脂中で沈降しやすくなる。 [0081] 上述したように、粒径が 5— 10 mの蛍光体二次粒子 44を有する蛍光体 41を使用 することによって、榭脂粘度が 0. 1— lOPa' sの範囲の液状透明榭脂を使用した場 合においても、蛍光体 41自体の発光効率の低下を抑制したうえで、蛍光体粒子が分 散形の蛍光体層 42を再現性よく得ることができる。したがって、発光効率に優れた発 光装置 31を提供することが可能となる。また、蛍光体層 42の製造過程においては、例 えばディスペンサ内での蛍光体粒子の沈降が抑制されることから、分散形の蛍光体 層 42を効率よくかつ高精度に作製することができる。これによつて、発光装置 31の製 造歩留りの向上や製造コストの低減などを図ることが可能となる。
[0082] また、例えば青色発光タイプの発光ダイオード素子 37を使用した場合、発光ダイォ ード素子 37からの青色発光は蛍光体 41の粒間をすり抜ける青色光と、青色発光で蛍 光体 41を励起して発光する黄色光ないしは橙色光との混色により白色発光が得られ る。このため、蛍光体 41の粒径や形状が発光装置 11の発光色に大きく影響する。蛍 光体 41の粒径が大きいと隙間が大きくなるため、蛍光体 41の配合比を増やさないと 所望の色温度が得られない。これに対して、蛍光体二次粒子 44を有する蛍光体 41を 使用することによって、蛍光体 41の隙間が減少するため、目的の白色温度を得るの に必要な蛍光体量を削減することが可能となる。これによつて、発光装置 31の製造コ ストを低減することができる。
[0083] 次に、二次粒子 44を用いるのに代えて、ピークが 2つ以上存在する蛍光体粒子を 備えた蛍光体を有する発光装置 31の例について説明する。なお、発光装置 31の基 本的な構成は同様である。
[0084] 蛍光体層 42中に含有される蛍光体 41は粒度分布にピークが 2つ以上存在する蛍 光体粒子を有している。具体的には、図 6に示すように、蛍光体層 42中の蛍光体 41を 主として構成する第 1の蛍光体粒子群と、それより平均粒径力 S小さい第 2の蛍光体粒 子群とを有している。第 1の蛍光体粒子群の平均粒径は発光装置 31の発光効率など を維持するうえで、例えば 5— 15 mの範囲であることが好ましい。一方、第 2の蛍光 体粒子群は第 1の蛍光体粒子群の粒子間に存在し、蛍光体層 42における蛍光体 41 の分散状態を改善するものであり、例えば 1一 3 mの範囲の平均粒径を有すること が好ましい。 [0085] このように、第 1の蛍光体粒子群の粒子間に第 2の蛍光体粒子群を存在させること によって、発光装置 31の発光色や発光効率の向上、あるいは蛍光体 41の使用量の 削減を図ることが可能となる。例えば、青色発光タイプの発光ダイオード 37を使用し て白色発光を得る場合、第 1の蛍光体粒子群の粒子間に第 2の蛍光体粒子群を存 在させることによって、黄色ないし橙色発光蛍光体の発光量が向上する。したがって 、目的の白色温度を得るのに必要な蛍光体量を削減することが可能となる。また、蛍 光体量が同じ場合には白色温度や発光輝度の高めることができる。
[0086] なお、発光装置 31とレンズを組み合わせて照明装置を構成できる。
[0087] 次に、第 2の実施の形態における各実施例およびその評価結果について図 11およ び図 12の表を参照して説明する。
[0088] まず、実施例 1一 4、比較例 1一 3について説明する。
[0089] 以下のようにして（Y, Gd) (Al, Ga) O： Ce組成の YAG蛍光体を作製した。各元
3 5 2
素 (Y、 Gd、 Ga、 Ce)を所定量秤量し、これらを溶解した後に共沈させた。この共沈 物にアルミナとフラックスとして塩ィ匕アンモ-ゥムを混合した後、空気中にて図 11の表 に示す条件で焼成した。これら各焼成物を粉砕した後、洗浄、分離、乾燥の各処理 を施し、さらに篩いを用いて分級することによって、目的とする YAG蛍光体を得た。 Y AG蛍光体の平均粒径は篩いの目開きにより調整した。例えば、実施例 1は 5 m未 満の粒子と 10 μ mを超える粒子を篩 、で除去した。
[0090] このようにして得た各 YAG蛍光体の粒子形状を SEMで観察したところ、実施例 1 一 4の YAG蛍光体はいずれも二次粒子を有していることを確認した。なお、各 YAG 蛍光体はその一部として一次粒子を含んで 、たが、その比率は 、ずれも約 20%で あった。すなわち、一次粒子と二次粒子との比率 (数量比）は 2 : 8である。一方、比較 例 1一 3の YAG蛍光体はいずれも一次粒子のままであった。また、これら各 YAG蛍 光体の平均粒径を力ウタカウンタ法により測定した。その結果を図 11の表に示す。
[0091] 次に、各 YAG蛍光体を用いて、図 7に構成を示した発光装置を作製した。すなわ ち、各 YAG蛍光体を榭脂粘度が 0. 3Pa' sのシリコーン榭脂中に分散させた。これら 各シリコーン榭脂をデイスペンサで収容部内に充填した後、シリコーン榭脂を硬化さ せること〖こよって、それぞれ発光装置を作製した。なお、シリコーン榭脂に対する YA G蛍光体の添加量は 10質量％とした。これら各発光装置 31において、蛍光体の発光 効率、蛍光体を含有するシリコーン榭脂の塗布性、シリコーン榭脂層中での蛍光体 の分散性を調べた。それらの測定結果を図 11の表に示す。
[0092] なお、蛍光体の発光効率は比較例 3を 1としたときの相対値である。蛍光体を含有 するシリコーン榭脂の塗布性は、デイスペンサ内で蛍光体の沈降がなぐ同一の塗布 条件 (塗布圧、時間）での塗布量のばらつきが小さい場合を〇、デイスペンサ内で蛍 光体が沈降し、同一の塗布条件での塗布量のばらつきが大きい場合を Xとした。ま た、シリコーン榭脂層中での蛍光体の分散性は、図 10(a)に示すように発光ダイォー ド 37の上方で蛍光体 41が均一に分散していた場合を◎、図 10(b)に示すように蛍光 体 41が蛍光体層 42全体に分散して 、た場合を〇、図 10(c)に示すように蛍光体 41が 蛍光体層 42の半分以下の範囲に分散していた場合を△、図 10(d)に示すように蛍光 体 41が蛍光体層 42の下方に沈降して ヽた場合を Xとした。
[0093] 図 11の表力も明らかなように、蛍光体二次粒子を適用した各実施例は、榭脂粘度 が 0. 3Pa' sという透明榭脂を用いているにもかかわらず、透明樹脂の塗布性ゃ榭脂 層中での蛍光体の分散性に優れていることが分かる。これらによって、気泡などの卷 き込みがない榭脂層で蛍光体 41の分散形構造を実現することが可能となる。また、こ のような分散形の榭脂層とすることで、発光効率が向上することが分かる。なお、榭脂 粘度が 3Pa' sの透明榭脂を用いた場合にも同様な結果が得られた。また、その他の 蛍光体として RGB蛍光体を使用した場合においても、蛍光体二次粒子を使用するこ とで分散形の榭脂層が再現性よく得られることを確認した。
[0094] 続いて、実施例 5— 6、比較例 4一 6について説明する。
[0095] 篩い分けにより粒径範囲を 5— 10 μ mとした YAG蛍光体と 1一 3 μ mとした YAG蛍 光体とを混合し、実施例 5の蛍光体を作製した。同様に、篩い分けにより粒径範囲を 7— 15 mとした YAG蛍光体と 1一 3 μ mとした YAG蛍光体とを混合し、実施例 6の 蛍光体を作製した。なお、比較例 4一 6は粒径範囲が 5— 10 mの YAG蛍光体、 7 一 15 mの YAG蛍光体、 1ー7 mの YAG蛍光体をそれぞれ単独で用いたもので ある。
[0096] 上述した各実施例および比較例の蛍光体を用いて、それぞれ実施例 1と同様にし て発光装置を作製した。この際、 5000Kの白色温度が得られる蛍光体重 (シリコーン 榭脂に対する蛍光体の配合量)を調べた。さら〖こ、白色温度が 5000Kの発光装置の 発光効率を測定した。これらの測定結果を図 12の表に示す。なお、蛍光体の発光効 率は比較例 4を 1としたときの相対値である。
[0097] 図 12の表から明らかなように、実施例 5、 6の発光装置においては、蛍光体の発光 効率を低下させることなぐ同等の色温度を得るための蛍光体の配合量を削減するこ とができる。これによつて、発光装置の特性を低下させることなぐ製造コストを低減す ることが可能となる。
[0098] 図 13ないし図 16に第 3の実施の形態を示す。図 13は照明装置の発光モジュール の断面図、図 14は発光モジュールの正面図、図 15は照明装置の正面図、図 16は 発光モジュールの材料の組合せ例の説明図である。
[0099] 図 15において、 51は照明装置で、この照明装置 51は、四角形で薄形に形成された 器具本体 52を有し、この器具本体 52の表面に四角形の開口部 53が形成され、この開 口部 53内に四角形の複数の発光モジュール 54がマトリクス状に配列され、これら複数 の発光モジュール 54によって発光面 55が形成されている。
[0100] 図 13に示すように、各発光モジュール 54は、発光素子としての固体発光素子であ る発光ダイオード素子 (発光ダイオードチップ) 61を有しており、これら複数の発光ダ ィオード素子 61が、例えば、ガラスエポキシ榭脂、アルミニウムおよび窒化アルミ-ゥ ムなどの高熱伝導性を有する材料で形成された基板 62の一面である表面側にマトリ タス状に配設されている。
[0101] この基板 62の一面には、弾性率がエポキシ榭脂より低くエンジニアリングプラスチッ クより高 ヽとともに絶縁性および熱伝導性を有する熱硬化性榭脂または熱可塑性榭 脂である絶縁層としての接着剤 63が塗布され、この接着剤 63で形成される第 1の絶 縁層 63aを介して、例えば銅、金およびニッケルなどの導電層 64が接着配置されてい る。この導電層 64によって回路パターン 65が形成され、この回路パターン 65上に発光 ダイオード素子 61を実装する発光素子配設部 66がマトリクス状に形成されている。各 発光素子配設部 66においては、発光ダイオード素子 61の一方の電極が回路パター ン 65の一方の極パターンに接続層 81としての銀ペーストによるダイボンディングによ つて接続され、他方の電極が回路パターン 65の他方の極パターンにワイヤボンディ ングによるワイヤ 67によって接続されて 、る。
[0102] 基板 62の一面側には、第 1の絶縁層 63aと同種の接着剤 63で形成される第 2の絶縁 層 63bを介して、例えばガラスエポキシ榭脂、エンジニアリングプラスチック、アルミ- ゥムおよび窒化アルミニウムなどの高耐熱性および高反射特性を有する材料で形成 された反射体 68が接着配置されている。この反射体 68には、各発光素子配設部 66に 対応して各発光ダイオード素子 61がそれぞれ収容状態に配設される複数の収容部 69が開口形成されている。各収容部 69は、基板 62側に対して反対側であるレンズ 76 側つまり表面側の開口径 Aが、基板 62側つまり裏面側の開口径 Bより大きぐ基板 62 側からレンズ 76側つまり裏面側力 表面側へ向けて拡開されており、収容部 69内に 臨んで傾斜した反射面 70が形成されている。反射面 70には、例えば白色の酸ィ匕チタ ン、銅、ニッケル、アルミニウムなどの光反射率の高い反射膜を形成してもよい。
[0103] 収容部 69の形状は、基板 62に対して反対のレンズ 76側の開口径を A、基板 62側の 開口径を B、収容部 69の深さを h、基板 62からレンズ 76側へ向けて拡開する角度を Θ としたとき、 0 =tan— ^hZCA— B) } >45° となる関係を有している。
[0104] 収容部 69には、発光ダイオード素子 61を被覆する透明な二層の榭脂層 72, 73が形 成されている。発光ダイオード素子 61を直接被覆する下層の榭脂層 72は、紫外線に 強ぐ弾性を有する例えばシリコーン榭脂が用いられ、発光ダイオード素子 61からの 可視光や紫外線を拡散させる拡散剤が分散されている拡散層 74である。また、上層 の榭脂層 61は、シリコーン榭脂、エポキシ榭脂および変性エポキシ榭脂などが用いら れ、発光ダイオード素子 61からの紫外線を可視光に変換する蛍光体などの可視光変 換物質を沈降した蛍光体層としての可視光変換層 75として構成されている。
[0105] 反射体 68の表面側には、第 1の絶縁層 63aおよび第 2の絶縁層 63bと同種の接着剤 63で形成される第 3の絶縁層 63cを介して、例えばポリカーボネートおよびアクリル榭 脂などの透光性榭脂で形成されたレンズ 76が配設されている。基板 62に熱硬化性榭 脂を使用した場合には、これと同種の熱硬化性榭脂をレンズ 76の材料に使用する。 また、基板 62に熱可塑性榭脂を使用した場合には、これと同種の熱可塑性榭脂をレ ンズ 76の材料に使用する。 [0106] レンズ 76は、各発光ダイオード素子 61に対応してレンズ形状に形成されたレンズ部 77を有し、各レンズ部 77には、収容部 69に対向して光が入射する凹状の入射面 78が 形成され、この入射面 78に入射した光を反射させる反射面 79、入射面 78に入射した 光および反射面 79で反射する光が出射する出射面 80が形成されて ヽる。これら複数 のレンズ部 77の出射面 80で発光モジュール 54に共通な発光面 55を形成している。
[0107] なお、基板 62、回路パターン 65、反射体 68などで基体が形成される。この基体に発 光ダイオード素子 61を組み合わせることにより発光装置が形成される。この発光装置 にレンズ 76などと組み合わせることにより発光モジュール 54が形成され、複数の発光 モジュール 54によって照明装置 51が形成される。
[0108] また、図 16には、基板 62、接着剤 63 (第 1の絶縁層 63a、第 2の絶縁層 63b、第 3の 絶縁層 63c)、導電層 64、反射体 68、レンズ 76の材料の組み合わせの組合せ例 1、 2、 3、 4を示す。組合せ例 2、 3、 4は組合せ例 1に対して異なる材料の組み合わせのみ を示している。
[0109] 発光ダイオード素子 61の点灯時、発光ダイオード素子 61の発熱は基板 62、導電層 64、反射体 68、レンズ 76などに伝わる力 これら基板 62、導電層 64、反射体 68、レン ズ 76の材料の違いによって熱膨脹差が生じる。これら基板 62、導電層 64、反射体 68、 レンズ 76の間を、弾性率がエポキシ榭脂より低ぐエンジニアリングプラスチックより高 い熱硬化性榭脂または熱可塑性榭脂である同種の接着剤 63によって接着固定して いるため、熱膨脹差を吸収し、剥離の発生を抑制し、確実に接着固定状態を維持で きる。
[0110] また、基板 62上に、導電層 64、発光ダイオード素子 61、反射体 68、榭脂層 72, 73お よびレンズ 76を配置し、さらに反射体 68およびレンズ 76はそれぞれ同種の接着剤 63 によって接着しているので、基板 62からの放熱性を向上でき、基板 62と反射体 68とレ ンズ 76との間での剥離や反りを抑制できて光学特性を維持できるとともに、榭脂層 72 , 73やレンズ 76などの劣化を抑え、光取出効率の向上を図ることができる。また、使用 する接着剤 63を同種とするものとしているので、レンズ 76の取り付けも基板製造の際 に行うことができ、効率的である。
[0111] また、収容部 69の形状を、レンズ 76側の開口径を A、基板 62側の開口径を B、収容 部 69の深さを h、基板 62側からレンズ 76側へ向けて拡開する角度を Θとしたとき、 Θ =tan_1 { / (A-B) } >45° となる関係に規定していることにより、発光ダイオード素 子 61の寸法や種類にかかわらず、収容部 69からの光取出効率を最適化でき、収容 部 69の設計を容易〖こすることができる。
[0112] また、収容部 69に設けた発光ダイオード素子 61を被覆する二層の榭脂層 72, 73の うちの上層の榭脂層 73は、可視光変換物質を沈降した可視光変換層 75であるので、 可視光領域の光を容易に多く取り出すことができ、光取出効率を高めることができる 。しかも、可視光変換物質を沈降させたので、下層の榭脂層 72力 照射される可視 光および紫外線を可視光変換物質に効率よく照射でき、また、上層の榭脂層 73の厚 みを任意に設定できる。
[0113] 下層の榭脂層 72は拡散剤を混入した拡散層 74としたので、発光ダイオード素子 61 力も放射される光を上層の可視光変換層 75との境界面に対して均一に照射できる。
[0114] なお、二層の榭脂層 72, 73の境界面にワイヤ 67が位置すると、色むらの発生原因と なる。ワイヤ 67の高さ位置は、発光ダイオード素子 61の高さ、ワイヤ 67の硬さや作業 性など力も決まる。そのため、発光ダイオード素子 61の高さが約 75 mで、収容部 69 の底面力もワイヤ 67の最高位までの高さが 200 mの場合には、下層の榭脂層 72の 厚さを 250 /ζ πι、上層の榭脂層 73の厚さを 750 mとすることが好ましぐまた、収容 部 69の底面力 ワイヤ 67の最高位までの高さが 425 mの場合には、下層の榭脂層 72の厚さを 475 μ m、上層の榭脂層 73の厚さを 525 μ mとすることが好ましい。したが つて、収容部 69の深さは 800— 1200 μ m力最適であり、より好ましく 1000 μ mであ る。
[0115] また、下層の榭脂層 72に 10— 9m以下のフィラーである無機のナノ粒子を分散させる 。ナノ粒子としては、 50nm以下の狭い粘度分布のコントロールされたナノシリカなど が用いられ、重量成分は 0. 1 %— 60%であり、可視光透過率は 50%— 90%である
[0116] このように、下層の榭脂層 72に無機のナノ粒子を分散させることにより、基板 62、反 射体 68およびレンズ 76などへの熱伝達率が向上し、放熱性を向上できる。
産業上の利用可能性 [0117] 本発明は、屋内用や屋外用の固定照明、車両用の移動体照明などに利用される。

Claims

請求の範囲
[1] 基体に配設される発光素子と；
発光素子を被覆する拡散層と；
拡散層の上層に配設する蛍光体層と；
を具備して 、ることを特徴とする発光装置。
[2] 拡散層は、拡散剤を有し、拡散剤の添加量は 3ないし 5質量％である
ことを特徴とする請求項 1記載の発光装置。
[3] 拡散層と蛍光体層との接合面は、発光素子側に凹む凹弧面に形成されている ことを特徴とする請求項 1または 2記載の発光装置。
[4] 基体に配設される発光素子と；
発光素子力 放射された光により励起されて可視光を発光する蛍光体であって、蛍 光体の小粒子が二次粒子化し、かつ粒径が 5— 10 μ mの範囲の蛍光体粒子を有す る蛍光体を含む蛍光体層と；
を具備して 、ることを特徴とする発光装置。
[5] 基体に配設される発光素子と；
発光素子力 放射された光により励起されて可視光を発光する蛍光体であって、ピ ークが 2つ以上存在する粒度分布を有する蛍光体粒子を備えた蛍光体を含む蛍光 体層と；
を具備して 、ることを特徴とする発光装置。
[6] 蛍光体層は、 0. 1— lOPa' sの範囲の粘度を有する榭脂を充填して固化した
ことを特徴とする請求項 4または 5記載の発光装置。
[7] 発光素子は、青色光を放射する発光ダイオード素子を有し、
蛍光体は、発光ダイオード素子から放射された青色光により励起されて黄色光ない し橙色光を発光する黄色な!/ヽし橙色発光蛍光体を有する
ことを特徴とする請求項 4な 、し 6 、ずれか一記載の発光装置。
[8] 請求項 1な 、し 7の 、ずれか一記載の発光装置と；
基体上に配設されるレンズと；
を具備していることを特徴とする照明装置。
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