WO2009145259A1 - 白色光源、バックライト、液晶表示装置および照明装置 - Google Patents

白色光源、バックライト、液晶表示装置および照明装置 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a white light source using a light emitting diode, and a backlight, a liquid crystal display device and an illumination device using the white light source.
  • a white light source using a light emitting diode is known.
  • a white light source using an LED is one in which a phosphor layer in which a phosphor and a transparent resin are mixed is formed on a light emitting surface of an LED chip, and white light is obtained by combining the emission color of the LED chip and the emission color of the phosphor.
  • Patent Document 1 discloses a white light source in which a blue LED having an emission peak of 420 to 490 nm and a yellow phosphor are combined.
  • the white light obtained from this white light source has high luminance, it has a problem that it is a pseudo white color having a slightly yellowish color and has poor color reproducibility.
  • Patent Document 2 discloses an ultraviolet light emitting diode having an emission peak of 370 to 410 nm, a blue phosphor, a green phosphor, and a red phosphor. A combination of phosphor layers containing benzene has been proposed. According to this white light source, since blue phosphor, green phosphor, and red phosphor are used, the color reproducibility is improved and clean white light can be obtained.
  • the white light source described in Patent Document 2 improves the color reproducibility of white light by combining an ultraviolet light-emitting diode with a blue phosphor, a green phosphor, and a red phosphor, 3 in the phosphor layer. Since various types of phosphors are mixed, there is a problem that it is difficult to adjust the dispersion state of the phosphors and the light distribution is poor.
  • the white light source described in Patent Document 2 can improve the problem of light distribution by using a reflector as described in Patent Document 2, so that the problem of light distribution can be improved.
  • the structure in which the phosphor layer is provided is employed, the light distribution varies. As described above, when the light distribution of the white light source varies, there is a problem in that the color unevenness of the white light occurs when a backlight or a lighting device is configured using a plurality of white light sources.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a white light source having good light distribution, and a backlight, a liquid crystal display device, and an illumination device in which color unevenness is improved by using the white light source. For the purpose.
  • the present invention has been completed by finding that a white light source with good light distribution can be obtained when the phosphor layer of the white light source satisfies a predetermined condition.
  • the white light source solves the above problems, and includes an insulating substrate, a light emitting diode chip that is disposed on the insulating substrate and generates ultraviolet light having a wavelength of 330 nm to 410 nm, and the light emitting diode.
  • a phosphor layer that is formed so as to cover the chip and contains a red light-emitting phosphor, a green light-emitting phosphor, and a blue light-emitting phosphor as a phosphor, and the phosphor is dispersed in a transparent resin cured product.
  • the backlight according to the present invention solves the above-mentioned problems and is characterized by using the white light source.
  • a liquid crystal display device solves the above-mentioned problems, and is characterized by comprising the backlight.
  • an illumination device solves the above-described problems, and is characterized by using the white light source.
  • the white light source according to the present invention has good light distribution.
  • the backlight, liquid crystal display device and illumination device according to the present invention have little color unevenness.
  • Sectional drawing which shows an example of the white light source which concerns on this invention.
  • FIG. 1 is a sectional view showing an example of the white light source of the present invention.
  • 1 is a white light source
  • 2 is an insulating substrate
  • 3 is an LED chip
  • 4 is a phosphor layer
  • x is the height of the phosphor layer
  • y is the height of the body of the phosphor layer.
  • the insulating substrate 2 is a substrate having electrical insulation. Examples of the insulating substrate 2 include a ceramic substrate and a printed substrate. The insulating substrate 2 is provided with wirings for electrical connection with the LED chip 3 at necessary places.
  • An LED chip 3 is disposed on the insulating substrate 2.
  • the LED chip (light emitting diode chip) 3 is a light emitting diode chip that generates ultraviolet light having an emission peak of 330 nm to 410 nm.
  • the shape of the LED chip 3 is not particularly limited.
  • the emission peak of the light emitting diode chip is less than 330 nm, the emission peak is different from the excitation wavelength region of the phosphor, so that it is necessary to separately adjust the phosphor, and the ultraviolet rays become too strong, which may adversely affect the human body. .
  • the light emission peak of the light emitting diode chip exceeds 410 nm, blue becomes too strong and the light emission peak is different from the excitation wavelength region of the phosphor, so that there is a possibility that the phosphor needs to be adjusted separately.
  • the phosphor layer 4 is formed so as to cover the light-emitting diode chip 3, and contains a red light-emitting phosphor, a green light-emitting phosphor, and a blue light-emitting phosphor as the phosphor, and the phosphor is dispersed in the cured transparent resin. It will be.
  • the phosphor dispersed in the phosphor layer 4 at least three kinds of phosphors of a red light emitting phosphor, a green light emitting phosphor and a blue light emitting phosphor are used.
  • any phosphor can be used as long as it emits blue, green, and red light with light having an excitation wavelength of 330 nm to 410 nm. However, considering aspects such as color rendering properties and luminance characteristics, the following phosphors are desirable.
  • Red phosphor powder As the red phosphor powder, a red phosphor powder that emits red light having a peak wavelength of 620 nm or more and 780 nm or less by light having an excitation wavelength of 330 nm to 410 nm is used.
  • the red phosphor powder include a red phosphor powder made of europium-activated lanthanum oxysulfide having a composition represented by the following formula (2), and a red phosphor powder having a composition represented by the following formula (3) The powder which consists of at least 1 sort (s) of these is used.
  • M is at least one element selected from Sb, Sm, Ga and Sn
  • x and y are values satisfying 0.01 ⁇ x ⁇ 0.15 and 0 ⁇ y ⁇ 0.03.
  • M in Formula (2) is at least one element selected from Sb, Sm, Ga, and Sn because the luminous efficiency of the red phosphor powder is high.
  • x in the formula (3) is in the above range because the wavelength range of light emitted from the red phosphor powder is appropriate, the emission efficiency is high, and the balance between the wavelength range and the emission efficiency is good.
  • the light emitted from the red phosphor powder tends to have a shorter wavelength as x in formula (3) increases within the above range, and the emission efficiency of the red phosphor powder tends to increase as it decreases within the above range.
  • Green phosphor powder As the green phosphor powder, a green phosphor powder that emits green light having a peak wavelength of 490 nm to 575 nm by light having an excitation wavelength of 330 nm to 410 nm is used.
  • Examples of the green phosphor powder include at least one of europium manganese activated aluminate having a composition represented by the following formula (4) and a green phosphor powder having a composition represented by the following formula (5). Powder is used.
  • y in the formula (5) is in the above range because Mn is sufficiently dissolved in the green phosphor powder.
  • z in the formula (5) is in the above range because the green phosphor powder has high luminous efficiency.
  • u in the formula (5) is within the above range because the wavelength of light emitted from the green phosphor powder is suitable for illumination and backlight. Further, as u in the formula (5) increases within the above range, the wavelength of light emitted from the green phosphor powder becomes longer and more suitable for illumination.
  • Blue phosphor powder As the blue phosphor powder, a blue phosphor powder that emits blue light having a peak wavelength of 430 nm to 460 nm by light having an excitation wavelength of 330 nm to 410 nm is used. As the blue phosphor powder, for example, a blue phosphor powder having a composition represented by the following formula (6) is used.
  • x and y in formula (6) increase within the above ranges, the light emission component of the long wavelength of the light emitted from the blue phosphor powder increases, so that the white LED lamp becomes more suitable for lighting applications. Further, as x and y in the formula (6) become smaller within the above ranges, the spectrum width of light emitted from the blue phosphor powder becomes narrower, so that the white LED lamp becomes more suitable for backlight use. It is preferable that z in the formula (6) is in the above range because the luminous efficiency of the blue phosphor powder is high.
  • red light-emitting phosphors, green light-emitting phosphors and blue light-emitting phosphors are appropriately selected in consideration of the color rendering properties, the uniformity of light emission, and the luminance characteristics of the white light source 1, and the types of the phosphors to be blended are appropriately selected. Change the amount.
  • the phosphor dispersed in the phosphor layer 4 emits yellow or orange light with an excitation wavelength of 330 nm to 410 nm in addition to the red light emitting phosphor, the green light emitting phosphor and the blue light emitting phosphor.
  • a phosphor may be used.
  • the phosphor dispersed in the phosphor layer 4 preferably has an average particle size of 10 ⁇ m to 60 ⁇ m.
  • the average particle size is meant the cumulative 50% particle diameter D 50.
  • the average particle diameter is less than 10 ⁇ m, the phosphor particles are too fine, and when the average particle diameter exceeds 60 ⁇ m, the phosphor particles are too large, so that t / L is adjusted to t / L ⁇ 3.2, respectively. Becomes difficult.
  • the transparent resin cured product of the phosphor layer 4 is obtained by curing a transparent resin.
  • the transparent resin can be used without particular limitation as long as it is transparent.
  • a silicone resin or an epoxy resin is used.
  • the phosphor content in the phosphor layer 4 is preferably 20% by mass to 80% by mass.
  • the content of the phosphor means the mass ratio of the phosphor in the total mass of the phosphor and the transparent resin cured product.
  • the white light source 1 becomes large and is not suitable for practical use. .
  • the phosphor content exceeds 80% by mass, it may be difficult to uniformly mix and apply the phosphors of the respective colors. If the phosphor content exceeds 90% by mass, the light from the light emitting diode may not be uniformly transmitted into the phosphor layer.
  • the phosphor layer 4 is formed so as to cover the portion including the side surface of the LED chip 3.
  • the phosphor layer 4 covers the portion including the side surface of the LED chip 3 because the light distribution of the white light source 1 is improved.
  • the phosphor layer 4 may be formed so as to cover only the light emitting surface of the LED chip 3.
  • the shortest distance between the surface of the phosphor layer 4 and the outer peripheral portion of the light emitting diode chip 3 is t (mm), and the mean free path defined by the following formula (1) is L (mm).
  • L 1 / (n ⁇ ⁇ ) (1)
  • N number of phosphors per unit volume of phosphor layer (pcs / mm 3 )
  • ⁇ average cross-section area of phosphors in phosphor layer (mm 2 )
  • the shortest distance t (mm) between the surface of the phosphor layer and the outer peripheral portion of the light emitting diode chip means the shortest distance among the distances between the arbitrary outer peripheral end of the LED chip 3 and the surface of the phosphor layer 4. To do. In other words, t indicates the minimum thickness of the phosphor layer.
  • an arbitrary outer peripheral end of the LED chip 3 may be a cross-sectional corner.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining a method of measuring the shortest distance t. As shown in FIG. 2, when distances t1, t2, etc. from the outer peripheral edge of the LED chip to the surface of the phosphor layer are obtained, if t2 is the shortest distance, this t2 becomes the shortest distance t.
  • the shortest distance t is for obtaining the shortest thickness of the phosphor layer 4. For this reason, when the coating layer which consists of transparent resin hardened material etc. and does not contain fluorescent substance is further provided in the surface of the fluorescent substance layer 4, the thickness of this coating layer is not used for calculation of the shortest distance t.
  • the mean free path L (mm) is an index indicating the separation distance of the phosphors dispersed in the phosphor layer, and is defined by the above formula (1).
  • n is the number of phosphors per unit volume (pcs / mm 3 )
  • ⁇ is the average cross section area (mm 2 ).
  • the number of phosphors n per unit volume is the number of phosphors per 1 mm 3 in the phosphor layer.
  • the number n of phosphors per unit volume is used when it can be directly measured, but may be simply calculated by the following method.
  • a cubic piece having a unit volume of 400 ⁇ m ⁇ 400 ⁇ m ⁇ 400 ⁇ m is extracted from the phosphor layer.
  • one surface of 400 ⁇ m ⁇ 400 ⁇ m is arbitrarily selected from the surface of the cube piece (hereinafter referred to as a first surface), and the number of phosphors in the first surface is measured by image analysis to determine the area per unit area. The number of phosphors N1 is obtained.
  • one arbitrary surface is selected from the four surfaces perpendicular to the first surface (hereinafter referred to as the second surface), and the side joining the first surface and the second surface (hereinafter referred to as the first side).
  • N7 (N2 + N3 + N4 + N5 + N6) / 5.
  • the average cross section area ⁇ (mm 2 ) is an average value of the projected areas of the phosphors in the phosphor layer, calculated on the assumption that the phosphor is a true sphere.
  • a specific method of calculating the average cross section area ⁇ (mm 2 ) is as follows. That is, first, the average particle diameter r1 of the phosphor is obtained from the particle size distribution of the phosphor in the phosphor layer, and the average volume of the phosphor is obtained from the average particle diameter r1. Next, the radius r2 of the phosphor when the phosphor is assumed to be a true sphere is calculated from the average volume of the phosphor. Further, a projected area of a perfect circle of the phosphor assumed to be a true sphere is calculated from the radius r2 of the phosphor, and this projected area is defined as an average cross section area ⁇ (mm 2 ).
  • T / L is an index indicating the dispersion state of the phosphor in the phosphor layer.
  • the dispersion state of the phosphors in the phosphor layer is good, and the distance at which the phosphors are easily reflected is maintained, so that scattering occurs effectively in the phosphor layer. For this reason, the white light distribution of the white light source is improved, and the variation in the light distribution is also reduced.
  • t / L is preferably 3.2 ⁇ t / L ⁇ 6, and more preferably 3.5 ⁇ t / L ⁇ 5.5.
  • the phosphor layer 4 includes a columnar first shape portion 41 formed on the insulating substrate 2 side, and a dome-shaped second shape portion 42 formed continuously at the end of the first shape portion 41. It is a cylindrical body having a dome-shaped end surface 43. That is, the outer shape of the phosphor layer 4 is formed in a so-called bullet shape. It is preferable that the phosphor layer 4 is formed in a bullet shape because the light emission of the white light source 1 tends to be uniform.
  • the axial length of the first shape portion 41 is usually 10% or more, preferably 10% to 95%, with respect to the axial length of the entire phosphor layer 4. If the ratio of the axial length of the first shape portion 41 to the axial length of the entire phosphor layer 4 is within this range, it is desirable because the light emission of the white light source 1 tends to be uniform.
  • FIG. 1 shows the axial length of the entire phosphor layer 4 as x and the axial length of the cylindrical first shape portion 41 as y.
  • the length y in the axial direction of the first shape portion 41 is set to the axial length x of the entire phosphor layer 4, that is, y / x is usually 0. It is 5% or more, preferably 10% or more, and more preferably 10% to 95%.
  • the phosphor layer has a mountain shape.
  • the entire phosphor layer surface or the surface of the phosphor layer is formed. Many of them are curved and refracted when the light exits the phosphor layer, so that the optical path of the light emitted from the white light source tends to be uneven.
  • the phosphor layer has a rod shape.
  • y / x 100%
  • y / x more than 95% and less than 100%
  • the phosphor layer 4 shown in FIG. 1 is an example in which the phosphor layer is formed in a cannonball shape, but the phosphor layer of the white light source of the present invention is not limited to a cannonball shape, and may have any shape. Can be formed.
  • the white light source of the present invention can be manufactured, for example, by mounting a light emitting diode chip on an insulating substrate and then forming a phosphor layer on the insulating substrate.
  • the phosphor layer is formed on the insulating substrate by, for example, preparing a paste raw material, preparing a phosphor paste composition, and applying and drying the phosphor paste composition as follows.
  • a paste material containing a phosphor and a transparent resin is prepared.
  • the paste material is obtained by mixing the phosphor and the transparent resin using a known stirrer or the like.
  • the paste raw material is preferably prepared so as to have a high phosphor content and a relatively high viscosity.
  • the paste raw material is dispersed to prepare a phosphor paste composition in which the phosphor is sufficiently dispersed in the transparent resin.
  • the phosphor paste composition can be obtained by dispersing the paste raw material using a mixing and dispersing apparatus.
  • a known mixing / dispersing device can be used, but a roll type disperser is preferable because an appropriate compressive force and shearing force can be applied to the paste raw material.
  • a roll-type disperser has a plurality of rolls with different rotational speeds, and passes through a gap between the rolls using a compression action using pressure between rolls and a shearing action between rolls with different speeds.
  • a dispersion process is performed on a medium to be dispersed such as a paste raw material.
  • a three roll mill is more preferable.
  • the roll is made of a fine ceramic such as alumina, silicon nitride, silicon carbide, or the like, since impurities are hardly mixed into a medium to be dispersed such as a paste raw material. Further, among the rolls made of fine ceramic, a roll made of high alumina (high purity alumina having a purity of 99% or more) is more preferable because impurities are further less mixed.
  • the phosphor paste composition obtained by carrying out the dispersion treatment is preferably subjected to defoaming / stirring treatment using a defoaming stirrer if necessary, because air in the phosphor paste composition is sufficiently deaerated.
  • a defoaming stirrer a container for storing an object to be treated such as a phosphor paste composition is placed eccentrically on a rotating table, and the container itself is rotated so that the container rotates and revolves. The thing whose revolution is possible in reduced pressure is mentioned.
  • the phosphor paste composition obtained by carrying out the dispersion treatment and the defoaming / stirring treatment can be obtained with a more uniform phosphor paste composition by performing the dispersion treatment again using the above-described dispersing device, if necessary. preferable.
  • the phosphor paste composition has a high viscosity within a range in which phosphor particles can be dispersed because a phosphor layer having a high phosphor filling rate can be formed.
  • the viscosity of the phosphor paste composition is preferably 3000 Pa ⁇ s to 10,000 Pa ⁇ s.
  • the phosphor paste composition may be mixed with an organic solvent or a binder resin.
  • the addition amount of the organic solvent and the binder resin is appropriately adjusted so that the viscosity and phosphor content of the phosphor paste composition to be finally obtained become a desired value.
  • Addition of an organic solvent, a binder resin, or the like to the phosphor paste composition can be obtained by dispersing the phosphor paste composition to which an organic solvent, a binder resin, or the like has been added, using a dispersing device.
  • a dispersing device used for adding an organic solvent, a binder resin, and the like include a homogenizer, a disper, a propeller type stirrer, a kneader, a planetary mixer, a mortar, a bamboo spatula, and the like.
  • an insulating substrate on which the LED chip is mounted is prepared, and a phosphor paste composition is applied so as to cover the LED chip on the insulating substrate and dried to form a phosphor layer on the insulating substrate. To do.
  • a current-carrying wiring may be provided on the LED chip by wire bonding or the like.
  • the phosphor layer may be formed so as to cover one LED chip with one phosphor layer, or may be formed so as to cover a plurality of LED chips with one phosphor layer. Good.
  • the white light source according to the present invention Since the white light source according to the present invention has a good light distribution, there is little variation in light emission. For this reason, when the white light source according to the present invention is used for a planar light source such as a backlight, a planar light source with little variation in light emission can be obtained. In addition, the white light source according to the present invention is suitable for a lighting device because it has a good light distribution and little light emission variation.
  • the backlight according to the present invention uses the white light source according to the present invention.
  • the backlight according to the present invention can be produced by a known method using the white light source.
  • the backlight according to the present invention is a planar light source with little variation in light emission. Therefore, the backlight according to the present invention is suitable for a liquid crystal display device such as a television or a personal computer display.
  • the liquid crystal display device includes the backlight according to the present invention.
  • the liquid crystal display device according to the present invention can be manufactured by a known method using the backlight.
  • the liquid crystal display device according to the present invention has little variation in light emission of the backlight. For this reason, the liquid crystal display device according to the present invention is suitable for applications such as televisions and personal computer displays.
  • the lighting device according to the present invention uses the white light source according to the present invention.
  • the lighting device according to the present invention can be manufactured by a known method using the white light source.
  • the illuminating device according to the present invention has little light emission variation of the white light source. For this reason, the lighting device according to the present invention is suitable as a lighting device for home use, business use, and the like.
  • Example 1 Light-emitting diode chip mounting
  • an aluminum nitride insulating substrate thermal conductivity: 220 W / m ⁇ K
  • a plurality of square metal patterns composed of Ti / Pt / Au layers are sequentially formed on the surface. Individually formed.
  • the aluminum nitride insulating substrate was structured to conduct to the back surface side through a through hole, and an electrode pad was formed on the back surface of the substrate.
  • one light emitting diode chip (LED chip) that emits ultraviolet light having an excitation wavelength of 390 nm was bonded to each metal pattern one by one, and the lower electrode of the light emitting diode chip and the metal pattern were electrically connected to each other. Further, the upper electrode of the light emitting diode chip and another metal pattern adjacent to the metal pattern on which the light emitting diode chip is mounted are electrically connected by a conductive wire using a bonding wire method.
  • the size of the light-emitting diode chip is 0.36 mm long ⁇ 0.36 mm wide ⁇ 0.2 mm high.
  • the phosphor layer was formed on the insulating substrate on which the light emitting diode chip was mounted by the following procedure.
  • a blue phosphor, a green phosphor, a red phosphor, and a silicone resin were mixed using a mixing stirrer to prepare a paste raw material.
  • the paste raw material was dispersed for 8 hours using a three-roll mill equipped with a high alumina roll (first dispersion treatment). After the first dispersion treatment, the paste material was defoamed at 5 mTorr for 10 minutes using a defoaming stirrer (first defoaming treatment). After the first defoaming treatment, the paste raw material was dispersed under the same conditions as the first dispersion treatment (second dispersion treatment). After the second dispersion treatment, the paste raw material was defoamed under the same conditions as the first defoaming treatment (second defoaming treatment).
  • the paste material was dispersed under the same conditions as the first dispersion treatment (third dispersion treatment). After the third dispersion treatment, a phosphor paste composition was obtained.
  • the phosphor paste composition had a viscosity of 6000 Pa ⁇ s.
  • ⁇ Application and drying of phosphor paste composition Prepare an insulating substrate on which a light-emitting diode chip is mounted, apply a phosphor paste composition to cover the light-emitting diode chip on this insulating substrate, and dry it to form a phosphor layer on the insulating substrate did.
  • the phosphor layer was formed in a bullet shape as shown in FIG. A white light source was obtained by forming the phosphor layer.
  • the resulting white light source was measured for light distribution.
  • Tables 1 and 2 show the manufacturing conditions of the white light source.
  • Table 2 shows the result of the light distribution variation of the white light source.
  • Tables 1 and 2 show the manufacturing conditions of the white light source
  • Table 2 shows the results of the light distribution variation of the white light source.
  • the light emission characteristics of the white light source of Example 1 were evaluated. Labsphere's total luminous flux measurement device SMLS and Otsuka Electronics Co., Ltd. instantaneous multi-photometry system MPCD-3700 were used as evaluation devices. When the voltage when energizing 30 mA to the white light source was determined, the voltage was 3.3V. The light emitted from the light source had a luminous flux of 35 lm, x in the CIE XYZ color system was 0.28, and y was 0.23.
  • Examples 2 to 5 Comparative Examples 1 and 2
  • a white light source was produced in the same manner as in Example 1 except that the manufacturing conditions of the white light source were changed as shown in Tables 1 and 2.
  • Comparative Examples 1 and 2 as shown in Table 1, a single roll mill was used instead of the three roll mill.
  • FIG. 4 shows the measurement results of the light distribution of the white light source obtained in Comparative Example 2.
  • the white light source obtained in Example 1 shown in FIG. 3 emits light in the range of 20 ° to 160 ° as compared with the white light source obtained in Comparative Example 2 shown in FIG. It was found that the strength was uniform and variation was small.
  • Example 6 A white light source was produced in the same manner as in Example 1 except that the type of phosphor was changed. Specifically, (Sr 0.01 Ca 0.99 ) SiAlN 3 : Eu as a red phosphor, and (Sr 1.58 Ba 0.11 Mg 0.2 Eu 0.1 Mn 0.01 ) as a green phosphor. SiO 4, as a blue phosphor (Sr 0.85 Ba 0.01 Ca 0.09 Eu 0.05) 10 (PO 4) was used 3 Cl. The emitted light from the obtained white light source had a luminous flux of 37 lm, x in the CIE XYZ color system was 0.29, and y was 0.23.

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Abstract

　本発明に係る白色光源は、絶縁性基板と、絶縁性基板上に配置され、波長３３０ｎｍ～４１０ｎｍの紫外光を発生する発光ダイオードチップと、発光ダイオードチップを覆うように形成され、蛍光体として赤色発光蛍光体、緑色発光蛍光体および青色発光蛍光体を含有し前記蛍光体が透明樹脂硬化物中に分散してなる蛍光体層と、を具備する白色光源において、蛍光体層の表面と発光ダイオードチップの外周部との最短距離をｔ（ｍｍ）、下記式（１）で定義される平均自由工程をＬ（ｍｍ）としたとき、 ［数１］ 　　Ｌ＝１／（ｎ・σ）　　　　　（１） （ｎ: 蛍光体層の単位体積当たりの蛍光体個数（ｐｃｓ／ｍｍ３）、σ：蛍光体層中の蛍光体の平均クロスセクション面積（ｍｍ２）） 　ｔとＬとが３．２≦ｔ／Ｌを満たす。 　本発明に係る白色光源は、配光性が良好である。

Description

白色光源、バックライト、液晶表示装置および照明装置
　本発明は、発光ダイオードを用いた白色光源、並びにこの白色光源を用いたバックライト、液晶表示装置および照明装置に関する。
　従来、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）を用いた白色光源が知られている。ＬＥＤを用いた白色光源は、ＬＥＤチップの発光面に蛍光体と透明樹脂を混合した蛍光体層を形成し、ＬＥＤチップの発光色と蛍光体の発光色を合わせて白色光を得るものである。例えば、特許第３５０９６６５号公報（特許文献１）には発光ピーク４２０～４９０ｎｍの青色ＬＥＤと黄色蛍光体を組み合わせた白色光源が開示されている。しかし、この白色光源から得られる白色光は、高輝度であるものの、やや黄色味を含む疑似白色であり、色再現性がよくないという問題があった。
　近年、色再現性を改善した白色光源として、例えば、特開２００７－９６１３３号公報（特許文献２）には発光ピーク３７０～４１０ｎｍの紫外発光ダイオードと、青色蛍光体、緑色蛍光体、赤色蛍光体を含有した蛍光体層を組み合わせたものが提案されている。この白色光源によれば、青色蛍光体、緑色蛍光体、赤色蛍光体をそれぞれ用いていることから色再現性が向上し、きれいな白色光が得られる。
特許第３５０９６６５号公報 特開２００７－９６１３３号公報
　しかし、特許文献２に記載の白色光源は、紫外発光ダイオードと青色蛍光体、緑色蛍光体、赤色蛍光体とを組合わせることにより白色光の色再現性は向上するものの、蛍光体層中に３種類の蛍光体を混合しているため蛍光体の分散状態を調整するのが難しく配光性が悪いという問題があった。例えば、特許文献２に記載の白色光源は、特許文献２に記載されるようにリフレクタを用いれば発光方向を一定にできるため配光性の問題は改善できるが、特許文献１のように砲弾型に蛍光体層を設ける構造を採用した場合は配光性にばらつきが生じる。このように白色光源の配光性にばらつきがあると、複数の白色光源を用いてバックライトや照明装置を構成した時に白色光の色ムラが発生してしまうといった問題が生じていた。
　本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、配光性が良好な白色光源、ならびにこの白色光源を用いることにより色ムラが改善されたバックライト、液晶表示装置および照明装置を提供することを目的とする。
　本発明は、白色光源の蛍光体層が所定条件を満たすと、配光性が良好な白色光源が得られることを見出して完成されたものである。
　本発明に係る白色光源は、上記問題点を解決するものであり、絶縁性基板と、前記絶縁性基板上に配置され、波長３３０ｎｍ～４１０ｎｍの紫外光を発生する発光ダイオードチップと、前記発光ダイオードチップを覆うように形成され、蛍光体として赤色発光蛍光体、緑色発光蛍光体および青色発光蛍光体を含有し前記蛍光体が透明樹脂硬化物中に分散してなる蛍光体層と、を具備する白色光源において、前記蛍光体層の表面と前記発光ダイオードチップの外周部との最短距離をｔ（ｍｍ）、下記式（１）で定義される平均自由工程をＬ（ｍｍ）としたとき、
［数１］
　　Ｌ＝１／（ｎ・σ）　　　　　（１）
（ｎ：蛍光体層の単位体積当たりの蛍光体個数（ｐｃｓ／ｍｍ３）、σ：蛍光体層中の蛍光体の平均クロスセクション面積（ｍｍ２））
　前記ｔとＬとが３．２≦ｔ／Ｌを満たすことを特徴とする。
　また、本発明に係るバックライトは、上記問題点を解決するものであり、前記白色光源を用いたことを特徴とする。
　さらに、本発明に係る液晶表示装置は、上記問題点を解決するものであり、前記バックライトを具備したことを特徴とする。
　また、本発明に係る照明装置は、上記問題点を解決するものであり、前記白色光源を用いたことを特徴とする。
　本発明に係る白色光源は配光性が良好である。
　本発明に係るバックライト、液晶表示装置および照明装置は色ムラが少ない。
本発明に係る白色光源の一例を示す断面図。 最短距離ｔの測定方法を説明する図。 実施例１で得られた白色光源の配光性の測定結果を示す図。 比較例２で得られた白色光源の配光性の測定結果を示す図。
１　白色光源
２　絶縁性基板
３　ＬＥＤチップ
４　蛍光体層
４１　蛍光体層の第１形状部
４２　蛍光体層の第２形状部
４３　ドーム状の端面
［白色光源］
　以下、本発明に係る白色光源について説明する。図１は本発明の白色光源の一例を示す断面図である。図中、１は白色光源、２は絶縁性基板、３はＬＥＤチップ、４は蛍光体層、ｘは蛍光体層の高さ、ｙは蛍光体層の胴体部の高さである。
（絶縁性基板）
　絶縁性基板２は、電気絶縁性を有する基板である。絶縁性基板２としては、たとえばセラミックス基板やプリント基板が挙げられる。絶縁性基板２は、必要な個所にＬＥＤチップ３と導通するための配線が設けられている。
（発光ダイオードチップ）
　絶縁性基板２上にはＬＥＤチップ３が配置される。
　本発明では、ＬＥＤチップ（発光ダイオードチップ）３として、発光ピークが３３０ｎｍ～４１０ｎｍの紫外光を発生する発光ダイオードチップが用いられる。ＬＥＤチップ３の形状は特に限定されない。
　発光ダイオードチップの発光ピークが３３０ｎｍ未満であると、発光ピークが蛍光体の励起波長領域と異なるため蛍光体の別途調整が必要になるとともに、紫外線が強くなりすぎて人体に悪影響を及ぼすおそれがある。一方、発光ダイオードチップの発光ピークが４１０ｎｍを超えると、青色が強くなりすぎ発光ピークが蛍光体の励起波長領域と異なるため蛍光体の別途調整が必要になるおそれがある。
（蛍光体層）
　蛍光体層４は、発光ダイオードチップ３を覆うように形成され、蛍光体として赤色発光蛍光体、緑色発光蛍光体および青色発光蛍光体を含有し、蛍光体が透明樹脂硬化物中に分散してなるものである。
　蛍光体層４中に分散される蛍光体としては、少なくとも、赤色発光蛍光体、緑色発光蛍光体および青色発光蛍光体の３種の蛍光体が用いられる。
　赤色発光蛍光体、緑色発光蛍光体および青色発光蛍光体は、それぞれ励起波長３３０ｎｍ～４１０ｎｍの光により青色・緑色・赤色に発光する蛍光体であれば、いずれの蛍光体も使用可能である。しかし、演色性、輝度特性等の面を考慮すると、それぞれ以下の蛍光体であることが望ましい。
（赤色蛍光体粉末）
　赤色蛍光体粉末としては、励起波長３３０ｎｍ～４１０ｎｍの光によりピーク波長６２０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の赤色光を発光する赤色蛍光体粉末が用いられる。赤色蛍光体粉末としては、たとえば、下記式（２）で表される組成のユーロピウム付活酸硫化ランタンからなる赤色蛍光体粉末、および下記式（３）で表される組成を有する赤色蛍光体粉末の少なくとも１種からなる粉末が用いられる。
［化１］
　　（Ｌａ１－ｘ－ｙＥｕｘＭｙ）２Ｏ２Ｓ　　　（２）
　（式中、Ｍは、Ｓｂ、Ｓｍ、ＧａおよびＳｎから選ばれる少なくとも１種の元素であり、ｘおよびｙは、０．０１＜ｘ＜０．１５、０≦ｙ＜０．０３を満たす値である。）
　式（２）中のＭがＳｂ、Ｓｍ、ＧａおよびＳｎから選ばれる少なくとも１種の元素であると、赤色蛍光体粉末の発光効率が高いため好ましい。
［化２］
　　（ＳｒｘＣａ１－ｘ）ＳｉＡｌＮ３：Ｅｕ　　　（３）
　（式中、ｘは０≦ｘ＜０．４を満たす値である。）
　式（３）中のｘが上記範囲内にあると、赤色蛍光体粉末が発光する光の波長域が適切になるとともに、発光効率が高く、波長域と発光効率とのバランスがよいため好ましい。式（３）中のｘが上記範囲内で大きくなるほど赤色蛍光体粉末が発光する光が短波長化しやすく、上記範囲内で小さくなるほど赤色蛍光体粉末の発光効率が高くなりやすい。
（緑色蛍光体粉末）
　緑色蛍光体粉末としては、励起波長３３０ｎｍ～４１０ｎｍの光によりピーク波長４９０ｎｍ～５７５ｎｍの緑色光を発光する緑色蛍光体粉末が用いられる。緑色蛍光体粉末としては、たとえば、下記式（４）で表される組成のユーロピウムマンガン付活アルミン酸塩および下記式（５）で表される組成を有する緑色蛍光体粉末の少なくとも１種からなる粉末が用いられる。
［化３］
　　（Ｂａ１－ｘ－ｙ－ｚＳｒｘＣａｙＥｕｚ）（Ｍｇ１－ｕＭｎｕ）Ａｌ１０Ｏ１７　　　（４）
（式中、ｘ、ｙ、ｚおよびｕは、０≦ｘ＜０．２、０≦ｙ＜０．１、０．００５＜ｚ＜０．５、０．１＜ｕ＜０．５を満たす値である。）
　式（４）中のｚおよびｕがそれぞれ上記範囲内にあると、緑色蛍光体粉末の発光効率が高いため好ましい。式（４）中のｘおよびｙがそれぞれ上記範囲内にあると、緑色蛍光体粉末の寿命と輝度のバランスがよいため好ましい。式（４）中のｘが０．２以上であると緑色蛍光体粉末の寿命が低下するおそれがある。
［化４］
　　（Ｓｒ２－ｘ－ｙ－ｚ－ｕＢａｘＭｇｙＥｕｚＭｎｕ）ＳｉＯ４　　　（５）
　（式中、ｘ、ｙ、ｚおよびｕは、０．１＜ｘ＜０．４、０．００５＜ｙ＜０．２１、０．０５＜ｚ＜０．３、０．００１＜ｕ＜０．０４を満たす値である。）
　式（５）中のｘが上記範囲内にあると、緑色蛍光体粉末が発光する光の波長が照明用およびバックライト用に適するため好ましい。また、式（５）中のｘが上記範囲内で大きくなるほど、緑色蛍光体粉末が発光する光の波長が短波長化しバックライト用により適するようになる。
　式（５）中のｙが上記範囲内にあると、緑色蛍光体粉末中でＭｎの固溶が十分に行われるため好ましい。
　式（５）中のｚが上記範囲内にあると、緑色蛍光体粉末の発光効率が高いため好ましい。
　式（５）中のｕが上記範囲内にあると、緑色蛍光体粉末が発光する光の波長が照明用およびバックライト用に適するため好ましい。また、式（５）中のｕが上記範囲内で大きくなるほど、緑色蛍光体粉末が発光する光の波長が長波長化し照明用により適するようになる。
（青色蛍光体粉末）
　青色蛍光体粉末としては、励起波長３３０ｎｍ～４１０ｎｍの光によりピーク波長４３０ｎｍ～４６０ｎｍの青色光を発光する青色蛍光体粉末が用いられる。青色蛍光体粉末としては、たとえば、下記式（６）で表される組成を有する青色蛍光体粉末が用いられる。
［化５］
　　（Ｓｒ１－ｘ－ｙ－ｚＢａｘＣａｙＥｕｚ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ　　　（６）
　（式中、ｘ、ｙおよびｚは、０≦ｘ＜０．５、０≦ｙ＜０．１、０．００５＜ｚ＜０．１を満たす値である。）
　式（６）中のｘおよびｙがそれぞれ上記範囲内にあると、青色蛍光体粉末が発光する光の波長が照明用途やバックライト用途の白色ＬＥＤランプに適するため好ましい。
　式（６）中のｘおよびｙがそれぞれ上記範囲内で大きくなるほど、青色蛍光体粉末が発光する光の長波長の発光成分が増加するため白色ＬＥＤランプが照明用途により適するようになる。また、式（６）中のｘおよびｙがそれぞれ上記範囲内で小さくなるほど、青色蛍光体粉末が発光する光のスペクトル幅が狭くなるため白色ＬＥＤランプがバックライト用途により適するようになる。式（６）中のｚが上記範囲内にあると、青色蛍光体粉末の発光効率が高いため好ましい。
　これらの赤色発光蛍光体、緑色発光蛍光体および青色発光蛍光体は、白色光源１の演色性、発光の均一性、輝度特性を考慮し、適宜、配合する蛍光体の種類を選択したり、配合量を変えたりする。また、蛍光体層４中に分散される蛍光体には、上記の赤色発光蛍光体、緑色発光蛍光体および青色発光蛍光体に加えて、励起波長３３０ｎｍ～４１０ｎｍの光で黄色や橙色に発光する蛍光体を用いても良い。
　蛍光体層４中に分散される蛍光体は、平均粒径が１０μｍ～６０μｍであることが好ましい。ここで平均粒径とは、累積５０％粒径Ｄ５０を意味する。
　平均粒径が１０μｍ未満であると蛍光体粒子が細かすぎるため、また、平均粒径６０μｍを超えると蛍光体粒子が大きすぎるため、それぞれ、ｔ／Ｌをｔ／Ｌ≧３．２にする調整が難しくなる。
　蛍光体層４の透明樹脂硬化物は、透明樹脂を硬化させたものである。透明樹脂としては、透明であれば特に限定されずに用いることができるが、たとえばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂が用いられる。
　蛍光体層４中の蛍光体の含有量は２０質量％～８０質量％が好ましい。ここで蛍光体の含有量とは、蛍光体と透明樹脂硬化物との合計質量中の、蛍光体の質量比率を意味する。
　蛍光体の含有量が２０質量％未満であると発光量が少なくなり発光量の確保のために蛍光体層を厚くする必要があることから、白色光源１が大きくなり、実用上に適さなくなりやすい。
　一方、蛍光体の含有量が８０質量％を超えると各色の蛍光体同士を均一に混合・塗布することが困難になるおそれがある。なお、蛍光体の含有量が９０質量％を超えると発光ダイオードからの光が蛍光体層中に均一に伝わらなくなるおそれがある。
　図１に示すように、蛍光体層４はＬＥＤチップ３の側面を含めた部分も覆うように形成する。このように蛍光体層４がＬＥＤチップ３の側面を含めた部分も覆うようにすると、白色光源１の配光性が高くなるため好ましい。なお、白色光源１が、配光性を特に考慮せず単に白色光を得るだけで十分である場合は、蛍光体層４はＬＥＤチップ３の発光面のみを覆うように形成してもよい。
　本発明の白色光源１では、蛍光体層４の表面と発光ダイオードチップ３の外周部との最短距離をｔ（ｍｍ）、下記式（１）で定義される平均自由工程をＬ（ｍｍ）としたとき、
［数２］
　　Ｌ＝１／（ｎ・σ）　　　　　（１）
（ｎ: 蛍光体層の単位体積当たりの蛍光体個数（ｐｃｓ／ｍｍ３）、σ：蛍光体層中の蛍光体の平均クロスセクション面積（ｍｍ２））
　前記ｔとＬとが３．２≦ｔ／Ｌを満たす。
　蛍光体層表面と発光ダイオードチップ外周部との最短距離ｔ（ｍｍ）とは、ＬＥＤチップ３の任意の外周端部と蛍光体層４の表面との間の距離の中で最も短い距離を意味する。換言すれば、ｔは蛍光体層の厚さの最小値を示すものである。なお、ＬＥＤチップ３が、四角形、台形等の角のある断面形状を有するものである場合、ＬＥＤチップ３の任意の外周端部は、断面形状の角部であってもよい。
　図２は、最短距離ｔの測定方法を説明する図である。図２に示すようにＬＥＤチップの外周端部から蛍光体層の表面までの距離ｔ１、ｔ２等の距離を求めたときｔ２が最も短い距離であればこのｔ２が最短距離ｔとなる。
　最短距離ｔは蛍光体層４の最短厚さを求めるものである。このため、蛍光体層４の表面に、透明樹脂硬化物等からなり蛍光体を含まない被覆層がさらに設けられたときは、この被覆層の厚さは最短距離ｔの算出に用いられない。
　平均自由工程Ｌ（ｍｍ）とは、蛍光体層中に分散された蛍光体の離間距離を示す指標であり、上記式（１）で定義される。式（１）において、ｎは単位体積当たりの蛍光体個数（ｐｃｓ／ｍｍ３）、σは平均クロスセクション面積（ｍｍ２）である。
　単位体積当たりの蛍光体個数ｎとは、蛍光体層中の１ｍｍ３当たりの蛍光体の個数である。単位体積当たりの蛍光体個数ｎは、直接測定できる場合はその測定値を用いるが、簡易的に次の方法で算出してもよい。
　すなわち、はじめに、蛍光体層から単位体積４００μｍ×４００μｍ×４００μｍの立方体片を抜き出す。次に、この立方体片の表面から４００μｍ×４００μｍの面を任意に１個選び（以下、第１面という。）、この第１面中の蛍光体個数を画像解析により測定して単位面積当たりの蛍光体個数Ｎ１を求める。さらに、第１面に垂直な４個の面から任意の面を１個選び（以下、第２面という。）、第１面と第２面とを接合する辺（以下、第１辺という。）から、第２面の４辺のうち第１辺に対向する辺に向けて、第２面上に直線を描く。直線は、任意の間隔で平行に５本描く。次に、これらの５本の直線上にある蛍光体粒子数をそれぞれ測定して蛍光体個数Ｎ２～Ｎ６とし、Ｎ２～Ｎ６の平均値Ｎ７をＮ７＝（Ｎ２＋Ｎ３＋Ｎ４＋Ｎ５＋Ｎ６）／５の式より求める。さらに、蛍光体層の単位体積４００μｍ×４００μｍ×４００μｍ中の蛍光体個数Ｎ８を、Ｎ８＝Ｎ１×Ｎ７の式より求め、Ｎ８を１ｍｍ３当たりに換算することにより単位体積当たりの蛍光体個数ｎ（ｐｃｓ／ｍｍ３）を求める。
　平均クロスセクション面積σ（ｍｍ２）とは、蛍光体を真球体と仮定して算出した、蛍光体層中の蛍光体の投影面積の平均値である。平均クロスセクション面積σ（ｍｍ２）の具体的な算出方法は以下のとおりである。すなわち、はじめに、蛍光体層中の蛍光体の粒度分布から蛍光体の平均粒径ｒ１を求め、この平均粒径ｒ１から蛍光体の平均体積を求める。次に、蛍光体の平均体積から、蛍光体を真球体と仮定した場合の蛍光体の半径ｒ２を算出する。さらに、蛍光体の半径ｒ２から、真球体と仮定した蛍光体の真円の投影面積を算出し、この投影面積を平均クロスセクション面積σ（ｍｍ２）とする。
　ｔ／Ｌとは、蛍光体層中の蛍光体の分散状態を示す指標である。ｔ／Ｌの値が大きくなるほど、蛍光体層の蛍光体層表面と発光ダイオードチップ外周部との間に蛍光体が多数存在することを示す。
　本発明では、３．２≦ｔ／Ｌである。
　３．２≦ｔ／Ｌであると、蛍光体層中の蛍光体の分散状態が良好になり蛍光体同士が反射しやすい距離を保つため、蛍光体層中で効果的に散乱が発生する。このため、白色光源の白色光の配光性が向上し、配光性のばらつきも低減する。
　なお、ｔ／Ｌが６を超えると、蛍光体層中の蛍光体量が多すぎて蛍光体における吸収損失が増加するため、白色光源の輝度が低下する。このため、ｔ／Ｌは、好ましくは３．２≦ｔ／Ｌ≦６、さらに好ましくは３．５≦ｔ／Ｌ≦５．５である。
　蛍光体層４は、絶縁性基板２側に形成された円柱状の第１形状部４１と、この第１形状部４１の端部に連続して形成されたドーム状の第２形状部４２とからなり、ドーム状の端面４３を有する筒状体になっている。すなわち、蛍光体層４は、外形が、いわゆる砲弾型に形成される。蛍光体層４が砲弾型に形成されると、白色光源１の発光が均一になりやすいため好ましい。
　蛍光体層４は、第１形状部４１の軸方向の長さは、蛍光体層４全体の軸方向の長さに対して、通常１０％以上、好ましくは１０％～９５％である。蛍光体層４全体の軸方向の長さに対する第１形状部４１の軸方向の長さの比率がこの範囲内にあると、白色光源１の発光が均一になりやすいため望ましい。
　図１に、蛍光体層４全体の軸方向の長さをｘ、円柱状の第１形状部４１の軸方向の長さをｙと示す。白色光源１の蛍光体層４は、第１形状部４１の軸方向の長さｙが、蛍光体層４全体の軸方向の長さｘに対して、すなわち、ｙ／ｘが、通常０．５％以上、好ましくは１０％以上、さらに好ましくは１０％～９５％になっている。
　なお、白色光源１において、仮に円柱状の第１形状部４１がない（ｙ＝０）場合、すなわちｙ／ｘが０％である場合には、蛍光体層は山型形状となる。このように、蛍光体層が山型形状（ｙ／ｘが０％）であったり、ｙ／ｘが０％を超え０．５％未満であったりすると、蛍光体層表面の全体または表面の多くが曲面になり光が蛍光体層から出る際に屈折するため、白色光源から発光する光の光路が不均一になりやすい。
　また、白色光源１において、仮にドーム状の第２形状部４２がない（ｘ＝ｙ）場合、すなわちｙ／ｘが１００％である場合には、蛍光体層は棒型形状となる。このように、蛍光体層が棒型形状（ｙ／ｘが１００％）であったり、ｙ／ｘが９５％を超え１００％未満であったりすると、蛍光体層の先端部の周囲に角部が形成され、この角部に光が届き難くなるため、白色光源に発光の不均一性が生じやすい。
　なお、図１に示す蛍光体層４は、蛍光体層が砲弾型に形成された例であるが、本発明の白色光源の蛍光体層は砲弾型の形状に限定されず、任意の形状に形成することができる。
　本発明の白色光源は、たとえば、絶縁性基板上に発光ダイオードチップを実装した後、絶縁性基板上に蛍光体層を形成することにより製造することができる。蛍光体層は、たとえば、以下のように、ペースト原料の調製、蛍光体ペースト組成物の調製、蛍光体ペースト組成物の塗布・乾燥を行うことにより絶縁性基板上に形成される。
（ペースト原料の調製）
　はじめに、蛍光体と透明樹脂とを含むペースト原料を調製する。ペースト原料は、蛍光体と透明樹脂とを、公知の撹拌機等を用いて混合することにより得られる。ペースト原料は、蛍光体含有率が高くかつ比較的高粘度になるように調製することが好ましい。
（蛍光体ペースト組成物の調製）
　次に、ペースト原料を分散処理することにより、蛍光体が透明樹脂中に充分に分散した蛍光体ペースト組成物を調製する。蛍光体ペースト組成物は、混合分散装置を用いてペースト原料を分散処理することにより得られる。
　混合分散装置としては、公知の混合分散装置を用いることができるが、ロール型分散機を用いるとペースト原料に適度な圧縮力および剪断力を与えることができるため好ましい。ロール型分散機とは、回転数の異なる複数本のロールを有し、ロール間圧力を利用した圧縮作用と、速度の異なるロール間での剪断作用とを用いて、ロール間の間隙を通過するペースト原料等の被分散媒体に分散処理を行うものである。また、ロール型分散機の中では、３本ロールミルがより好ましい。ロール型分散機は、ロールが、アルミナ、窒化珪素、炭化珪素等のファインセラミック製であると、ペースト原料等の被分散媒体への不純物の混入が少ないため好ましい。また、ファインセラミック製のロールの中でも、ハイアルミナ（純度９９％以上の高純度アルミナ）製のロールであると、不純物の混入がさらに少ないためより好ましい。
　分散処理を行って得られた蛍光体ペースト組成物は、必要により脱泡攪拌機を用いて脱泡・攪拌処理を行うと、蛍光体ペースト組成物中の空気が充分に脱気されるため好ましい。脱泡攪拌機としては、蛍光体ペースト組成物等の被処理物を収容する容器が回転台上に偏心して載置されるとともに容器自体も回転することにより容器が自公転し、かつこの容器の自公転が減圧中で可能なものが挙げられる。
　脱泡攪拌機を用い、減圧下で脱泡・攪拌処理を行う場合、減圧条件を５ｍＴｏｒｒ～５０ｍＴｏｒｒの範囲内で行うと、脱気が充分に行われ、粘性の高い蛍光体ペースト組成物を得やすいため好ましい。また、減圧条件を５０ｍＴｏｒｒから５ｍＴｏｒｒまで徐々に下げるようにして脱泡・攪拌処理を行うと、脱気がより充分に行われ、より粘性の高い蛍光体ペースト組成物を得やすいためさらに好ましい。
　分散処理と脱泡・攪拌処理とを行って得られた蛍光体ペースト組成物は、必要により、上記分散装置を用いて再度分散処理を行うと、さらに均一な蛍光体ペースト組成物が得られるため好ましい。
　蛍光体ペースト組成物は、蛍光体粒子の分散が可能な範囲内で粘度が高くなるようにすると、蛍光体充填率の高い蛍光体層を形成することができるため好ましい。蛍光体ペースト組成物の粘度は、３０００Ｐａ・ｓ～１００００Ｐａ・ｓが好ましい。
　蛍光体ペースト組成物は、必要により、有機溶剤や結合剤樹脂等を添加して混合処理してもよい。有機溶媒や結合剤樹脂の添加量は、最終的に得ようとする蛍光体ペースト組成物の粘度や蛍光体含有率が所望の値となるように適宜調整される。
　蛍光体ペースト組成物への有機溶剤や結合剤樹脂等の添加は、分散装置を用いて、有機溶剤や結合剤樹脂等を添加した蛍光体ペースト組成物を分散処理することにより得られる。有機溶剤や結合剤樹脂等の添加に用いられる分散装置としては、たとえばホモジナイザー、ディスパー、プロペラ型攪拌機、ニーダー、プラネタリーミキサー、乳鉢、竹へら等が挙げられる。
（蛍光体ペースト組成物の塗布・乾燥）
　次に、ＬＥＤチップを実装した絶縁性基板を用意し、この絶縁性基板上のＬＥＤチップを覆うように蛍光体ペースト組成物を塗布し、乾燥させて、絶縁性基板上に蛍光体層を形成する。
　必要により、ＬＥＤチップ上に蛍光体ペースト組成物を塗布する前に、ワイヤボンディング等によりＬＥＤチップに通電用の配線を設けても良い。
　また、蛍光体層は、１個のＬＥＤチップを１個の蛍光体層で覆うように形成してもよいし、複数個のＬＥＤチップを１個の蛍光体層で覆うように形成してもよい。
　本発明に係る白色光源は、配光性が良好であるため発光ばらつきが少ない。このため本発明に係る白色光源をバックライト等の面状光源に用いると、発光ばらつきの少ない面状光源が得られる。また、本発明に係る白色光源は、配光性がよく発光ばらつきが少ないため、照明装置用に好適である。
［バックライト］
　本発明に係るバックライトは、本発明に係る白色光源を用いたものである。本発明に係るバックライトは、上記白色光源を用い、公知の方法で作製することができる。
　本発明に係るバックライトは、発光ばらつきの少ない面状光源になる。このため、本発明に係るバックライトは、テレビ、パソコンのディスプレイ等の液晶表示装置用に好適である。
［液晶表示装置］
　本発明に係る液晶表示装置は、本発明に係るバックライトを具備したものである。本発明に係る液晶表示装置は、上記バックライトを用い、公知の方法で作製することができる。
　本発明に係る液晶表示装置は、バックライトの発光ばらつきが少ない。このため、本発明に係る液晶表示装置は、テレビ、パソコンのディスプレイ等の用途に好適である。
［照明装置］
　本発明に係る照明装置は、本発明に係る白色光源を用いたものである。本発明に係る照明装置は、上記白色光源を用い、公知の方法で作製することができる。
　本発明に係る照明装置は、白色光源の発光ばらつきが少ない。このため、本発明に係る照明装置は、家庭用、業務用等の照明装置として好適である。
　以下に実施例を示すが、本発明はこれらに限定されて解釈されるものではない。
［実施例１］
（発光ダイオードチップの実装）
　縦３ｍｍ×横３ｍｍ×厚さ０．２ｍｍの窒化アルミニウム絶縁性基板（熱伝導率２２０Ｗ／ｍ・Ｋ）を用い、その表面に順にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの各層からなる正方形状の金属パターンを複数個形成した。また、窒化アルミニウム絶縁性基板はスルーホールにより裏面側に導通する構造とし、基板の裏面には電極パッドを形成した。
　さらに、各金属パターン上に励起波長３９０ｎｍの紫外線を発光する発光ダイオードチップ（ＬＥＤチップ）を１個ずつ接合し、発光ダイオードチップの下部電極と金属パターンとをそれぞれ電気的に接続した。さらに、発光ダイオードチップの上部電極と、この発光ダイオードチップが搭載されている金属パターンに隣接する他の金属パターンとをボンディングワイヤ法を使って導電性ワイヤにより電気的に接続した。なお、発光ダイオードチップの大きさは縦０．３６ｍｍ×横０．３６ｍｍ×高さ０．２ｍｍである。
（蛍光体層の形成）
　以下の手順により、発光ダイオードチップが搭載された絶縁性基板上に蛍光体層を形成した。
　青色蛍光体としてユーロピウム付活アルカリ土類クロロリン酸塩（Ｓｒ０．９９Ｅｕ０．０１）１０（ＰＯ４）６・Ｃｌ２、緑色蛍光体としてユーロピウム、マンガン付活アルミン酸塩蛍光体（Ｂａ０．７２６Ｅｕ０．２７４）（Ｍｇ０．５５Ｍｎ０．４５）Ａｌ１０Ｏ１７、赤色蛍光体としてユーロピウム付活酸硫化ランタン（Ｌａ０．８８３Ｓｍ０．００２Ｅｕ０．１１５）２Ｏ２Ｓを用意した。
＜ペースト原料の調製＞
　はじめに、青色蛍光体、緑色蛍光体および赤色蛍光体と、シリコーン樹脂とを混合撹拌機を用いて混合し、ペースト原料を調製した。
＜蛍光体ペースト組成物の調製＞
　次に、ハイアルミナロールを備えた３本ロールミルを用い、ペースト原料を８時間分散処理した（第１分散処理）。第１分散処理後、脱泡攪拌機を用い、ペースト原料を５ｍＴｏｒｒで１０分間脱泡処理した（第１脱泡処理）。第１脱泡処理後、ペースト原料を第１分散処理と同条件で分散処理した（第２分散処理）。第２分散処理後、ペースト原料を第１脱泡処理と同条件で脱泡処理した（第２脱泡処理）。第２脱泡処理後、ペースト原料を第１分散処理と同条件で分散処理した（第３分散処理）。第３分散処理後、蛍光体ペースト組成物が得られた。蛍光体ペースト組成物は、粘度が６０００Ｐａ・ｓであった。
＜蛍光体ペースト組成物の塗布・乾燥＞
　発光ダイオードチップが搭載された絶縁性基板を用意し、この絶縁性基板上の発光ダイオードチップを覆うように蛍光体ペースト組成物を塗布し、乾燥させて、絶縁性基板上に蛍光体層を形成した。蛍光体層は、図１に示すような砲弾型に形成した。蛍光体層の形成により白色光源が得られた。
（配光性の測定）
　得られた白色光源について配光性の測定を行った。光度の測定はＪＩＳ－Ｃ－８１５２コンディションＢにより測定した。また、配光性ばらつきは２０°～１６０°の範囲において、配光性ばらつき＝（光度最低値／光度最高値）の式により算出した。
　表１および表２に白色光源の製造条件を示す。また、表２に白色光源の配光性ばらつきの結果を示す。
　また、以下に示す、実施例および比較例についても、表１および表２に白色光源の製造条件を示し、表２に白色光源の配光性ばらつきの結果を示す。
　図３に実施例１で得られた白色光源の配光性の測定結果を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　実施例１の白色光源の発光特性を評価した。評価装置として、Ｌａｂｓｐｈｅｒｅ株式会社製全光束測定装置ＳＭＬＳ、および大塚電子株式会社瞬間マルチ測光システムＭＰＣＤ－３７００を用いた。白色光源に３０ｍＡを通電したときの電圧を求めたところ、電圧は３．３Ｖであった。また光源からの出射光は、光束が３５ｌｍ、ＣＩＥのＸＹＺ表色系でのｘが０．２８、ｙが０．２３であった。
［実施例２～５、比較例１、２］
　白色光源の製造条件を表１および表２に示すように変えた以外は、実施例１と同様にして白色光源を作製した。
　比較例１および２では、表１に示すように、３本ロールミルに代えて１本ロールミルを用いた。
　図４に比較例２で得られた白色光源の配光性の測定結果を示す。
　図３および図４より、図３に示す実施例１で得られた白色光源は、図４に示す比較例２で得られた白色光源に比較して、２０°～１６０°の範囲内で発光強度が均一でばらつきが小さいことが分かった。
　上記実施例で得られた白色光源を複数個用いて、液晶表示装置用バックライト（面状光源）を作製したところ輝度ムラの少ないバックライトが得られた。
［実施例６］
　蛍光体の種類を変えた以外は実施例１と同様にして、白色光源を作製した。具体的には、赤色蛍光体として（Ｓｒ０．０１Ｃａ０．９９）ＳｉＡｌＮ３：Ｅｕ、緑色蛍光体として（Ｓｒ１．５８Ｂａ０．１１Ｍｇ０．２Ｅｕ０．１Ｍｎ０．０１）ＳｉＯ４、青色蛍光体として（Ｓｒ０．８５Ｂａ０．０１Ｃａ０．０９Ｅｕ０．０５）１０（ＰＯ４）３Ｃｌを用いた。得られた白色光源からの出射光は光束が３７ｌｍ、ＣＩＥのＸＹＺ表色系でのｘが０．２９、ｙが０．２３であった。
　また配光性ばらつき等のデータを測定したところ、実施例１とほぼ同様の結果が得られた。

Claims (10)

  1. 絶縁性基板と、
    　前記絶縁性基板上に配置され、波長３３０ｎｍ～４１０ｎｍの紫外光を発生する発光ダイオードチップと、
    　前記発光ダイオードチップを覆うように形成され、蛍光体として赤色発光蛍光体、緑色発光蛍光体および青色発光蛍光体を含有し前記蛍光体が透明樹脂硬化物中に分散してなる蛍光体層と、
    　を具備する白色光源において、
    　前記蛍光体層の表面と前記発光ダイオードチップの外周部との最短距離をｔ（ｍｍ）、下記式（１）で定義される平均自由工程をＬ（ｍｍ）としたとき、
    ［数１］
    　　Ｌ＝１／（ｎ・σ）　　　　　（１）
    （ｎ：蛍光体層の単位体積当たりの蛍光体個数（ｐｃｓ／ｍｍ３）、σ：蛍光体層中の蛍光体の平均クロスセクション面積（ｍｍ２））
    　前記ｔとＬとが３．２≦ｔ／Ｌを満たすことを特徴とする白色光源。
  2. 前記蛍光体層は、
    　前記絶縁性基板側に形成された円柱状の第１形状部と、
    　この第１形状部の端部に連続して形成されたドーム状の第２形状部と、
    からなり、ドーム状の端面を有する筒状体であり、
    　前記第１形状部の軸方向の長さは、前記蛍光体層全体の軸方向の長さに対して１０％以上であることを特徴とする請求項１の白色光源。
  3. 前記ｔとＬとが３．２≦ｔ／Ｌ≦６を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の白色光源。
  4. 前記赤色発光蛍光体は、
    　下記式（２）で表わされる組成の蛍光体粉末；
    ［化１］
    　　（Ｌａ１－ｘ－ｙＥｕｘＭｙ）２Ｏ２Ｓ　　　（２）
    （式中、ＭはＳｂ、Ｓｍ、ＧａおよびＳｎから選ばれる少なくとも１種の元素であり、ｘおよびｙは０．０１＜ｘ＜０．１５、０≦ｙ＜０．０３を満たす値である。）
    　および下記式（３）で表わされる組成の蛍光体粉末；
    ［化２］
    　　（ＳｒｘＣａ１－ｘ）ＳｉＡｉＮ３：Ｅｕ　　　（３）
    （式中、ｘは０≦ｘ＜０．４を満たす値である。）
    　の少なくとも１種からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の白色光源。
  5. 前記緑色発光蛍光体は、
    　下記式（４）で表わされる組成の蛍光体粉末；
    ［化３］
    　　（Ｂａ１－ｘ－ｙ－ｚＳｒｘＣａｙＥｕｚ）（Ｍｇ１－ｕＭｎｕ）Ａｌ１０Ｏ１７　　　（４）
    （式中、ｘ、ｙ、ｚ、およびｕは、０≦ｘ＜０．２、０≦ｙ＜０．１、０．００５＜ｚ＜０．５、０．１＜ｕ＜０．５を満たす値である。）
    　および下記式（５）で表わされる組成の蛍光体粉末；
    ［化４］
    　　（Ｓｒ２－ｘ－ｙ－ｚ－ｕＢａｘＭｇｙＥｕｚＭｎｕ）ＳｉＯ４　　　（５）
    （式中、ｘ、ｙ、ｚ、およびｕは、０．１＜ｘ＜０．４、０．００５＜ｙ＜０．２１、０．０５＜ｚ＜０．３、０．００１＜ｕ＜０．０４を満たす値である。）
    　の少なくとも１種からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の白色光源。
  6. 前記青色発光蛍光体は、下記式（６）で表わされる組成の蛍光体粉末
    ［化５］
    　　（Ｓｒ１－ｘ－ｙ―ｚＢａｘＣａｙＥｕｚ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ　　　（６）
    （式中、ｘ、ｙおよびｚは、０≦ｘ＜０．５、０≦ｙ＜０．１、０．００５＜ｚ＜０．１を満たす値である。）
    　からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の白色光源。
  7. 　前記蛍光体の平均粒径が１０μｍ～６０μｍであることを特徴とする請求項１乃至６
    のいずれか１項に記載の白色光源。
  8. 　請求項１乃至７のいずれか１項に記載の白色光源を用いたことを特徴とするバックライト。
  9. 　請求項８記載のバックライトを具備したことを特徴とする液晶表示装置。
  10. 　請求項１乃至７のいずれか１項に記載の白色光源を用いたことを特徴とする照明装置。
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