WO2017134994A1 - 発光装置およびその製造方法 - Google Patents

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加藤　達也
渡辺　正博
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Citizen Electronics Co Ltd
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Definitions

  • the present invention relates to a light emitting device and a method for manufacturing the same.
  • a COB (Chip On Board) light emitting device in which a light emitting element such as an LED (light emitting diode) element is mounted on a general-purpose substrate such as a ceramic substrate or a metal substrate is known.
  • the LED element is sealed with a translucent resin containing a phosphor, and the light from the LED element and the light obtained by exciting the phosphor with the light from the LED element are mixed.
  • white light or the like can be obtained depending on the application.
  • Patent Document 1 includes an LED chip disposed on a support, and a phosphor that absorbs at least a part of light emitted from the LED chip and converts the wavelength to emit light, and other than on the LED chip and the LED chip.
  • a light emitting diode is described having a coating formed on the substrate. This coating part is formed by dispersing the phosphor in the gas phase or liquid phase and precipitating the phosphor.
  • the LED chip on the substrate is sealed with a translucent resin not containing a phosphor, and a resin layer containing the phosphor is formed with a uniform thickness on the LED chip.
  • a light emitting device is described in which color unevenness is less likely to occur than in the case where a phosphor is dispersed in a light-sensitive resin.
  • the present invention provides a light emitting device and a method for manufacturing the same, in which color unevenness is not conspicuous at the time of light emission even if the concentration of the phosphor precipitated in the resin encapsulating the plurality of light emitting elements varies between the light emitting elements.
  • the purpose is to do.
  • a substrate, a plurality of light emitting elements mounted on the substrate, and the plurality of light emitting elements are integrally sealed, and a first phosphor excited by light from the plurality of light emitting elements is disposed on a side far from the substrate.
  • the concentration of the second phosphor in the second resin layer is lower than the concentration of the first phosphor at the lower end of the first resin layer, and the second fluorescence in the second resin layer.
  • the body concentration is preferably higher than the concentration of the first phosphor at the upper end of the first resin layer.
  • the upper end of the first resin layer is preferably a transparent resin layer not containing the first phosphor.
  • the step of mounting the plurality of light emitting elements on the substrate and the plurality of light emitting elements are integrally sealed with an uncured resin containing a first phosphor excited by light from the plurality of light emitting elements.
  • the concentration of the phosphor precipitated in the resin encapsulating the plurality of light emitting elements varies among the light emitting elements, the color unevenness is not conspicuous during light emission.
  • FIG. 1 is a perspective view of a light emitting device 1.
  • FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. 3 is a perspective view for explaining the arrangement of a circuit board 20 and LED elements 30.
  • FIG. FIG. 4 is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. 3.
  • (A) to (D) are diagrams showing examples of phosphor concentration distributions in the precipitated phosphor layer 50 and the dispersed phosphor layer 60.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of a manufacturing process of the light emitting device 1.
  • 6 is a perspective view of another light emitting device 2.
  • FIG. FIG. 8 is a sectional view taken along line VIII-VIII in FIG.
  • FIG. 1 is a perspective view of the light emitting device 1.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
  • the light emitting device 1 includes an LED element as a light emitting element, and is used as an LED light source device for various illuminations, for example.
  • the light emitting device 1 includes a mounting substrate 10, a circuit substrate 20, an LED element 30, a resin frame 40, a precipitated phosphor layer 50, and a dispersed phosphor layer 60 as main components.
  • the mounting substrate 10 has a square shape as an example, and is a metal substrate having a circular mounting region 11 (see FIG. 3 to be described later) on which the LED element 30 is mounted at the center of the upper surface thereof. Since the mounting substrate 10 also functions as a heat dissipation substrate that dissipates heat generated by the LED elements 30 and phosphor particles described later, the mounting substrate 10 is made of aluminum having excellent heat resistance and heat dissipation, for example. However, as long as the material of the mounting substrate 10 is excellent in heat resistance and heat dissipation, another metal such as copper may be used.
  • FIG. 3 is a perspective view for explaining the arrangement of the circuit board 20 and the LED elements 30.
  • 4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG.
  • the circuit board 20 has a square shape having the same size as the mounting board 10 and has a circular opening 21 at the center thereof.
  • the lower surface of the circuit board 20 is fixed on the mounting board 10 by an adhesive sheet, for example.
  • a wiring pattern 23A is formed on one side of the upper surface of the circuit board 20 and a wiring pattern 23B is formed on the other side so as to surround the opening 21.
  • a connection electrode 24A is formed at one corner located diagonally on the upper surface of the circuit board 20, and a connection electrode 24B is formed at the other corner.
  • One of the connection electrodes 24A and 24B serves as an anode electrode and the other serves as a cathode electrode.
  • the LED element 30 is an example of a light emitting element, and is, for example, an LED element such as a gallium nitride compound semiconductor that emits light having a wavelength ranging from an ultraviolet region to a blue region.
  • the LED element 30 is a blue LED that emits blue light having an emission wavelength band of about 450 to 460 nm, for example.
  • the LED element 30 may be an element that emits light of other wavelengths such as violet light or ultraviolet light.
  • a plurality of LED elements 30 are mounted in a grid pattern on the mounting region 11 of the mounting substrate 10 exposed in the opening 21 of the circuit board 20.
  • FIG. 3 shows an example in which 21 LED elements 30 are mounted.
  • the lower surface of the LED element 30 is fixed to the upper surface of the mounting substrate 10 with, for example, a transparent insulating adhesive.
  • the LED element 30 has a pair of element electrodes on its upper surface. As shown in FIGS. 3 and 4, the element electrodes of the adjacent LED elements 30 are electrically connected to each other by bonding wires 31 (hereinafter simply referred to as wires 31). It is connected to the. A wire 31 coming out of the LED element 30 located on the outer peripheral side of the opening 21 is connected to the wiring pattern 23 ⁇ / b> A or the wiring pattern 23 ⁇ / b> B of the circuit board 20. Thereby, a current is supplied to each LED element 30 via the wire 31.
  • the resin frame 40 is a circular frame made of, for example, white resin according to the size of the opening 21 of the circuit board 20, and is formed so as to border the opening 21 on the upper surface of the circuit board 20.
  • the wiring patterns 23A and 23B are fixed to the overlapping positions.
  • the resin frame 40 is a dam material for preventing the resin of the precipitated phosphor layer 50 and the dispersed phosphor layer 60 from flowing out. Further, the light emitted from the LED element 30 to the side is emitted from the light emitting device 1. The light is reflected upward (on the side opposite to the mounting substrate 10 when viewed from the LED element 30).
  • the precipitated phosphor layer 50 is an example of a first resin layer, and is made of a translucent resin containing the phosphor 51 that is the first phosphor. As shown in FIG. 2, the precipitated phosphor layer 50 fills the space on the mounting substrate 10 surrounded by the resin frame 40 to a position higher than the upper end of the wire 31, and the plurality of LED elements 30 and wires 31 are filled. Are integrally covered and protected (sealed).
  • a colorless and transparent thermosetting resin such as an epoxy resin or a silicone resin is used.
  • the phosphor 51 is, for example, a yellow phosphor such as YAG (Yttrium Aluminum Garnet), and the particles are precipitated downward in the precipitation phosphor layer 50. That is, the concentration of the precipitated phosphor layer 50 increases as the phosphor 51 excited by light from the plurality of LED elements 30 moves from the upper end that is far from the mounting substrate 10 toward the lower end that is closer to the mounting substrate 10. Contains.
  • the precipitation of the phosphor 51 particles in the precipitated phosphor layer 50 is represented by a shade pattern.
  • the phosphor 51 is deposited not only on the upper surface of the mounting substrate 10 but also on the upper surface of the LED element 30.
  • the light emitting device 1 emits white light obtained by mixing blue light from the LED element 30 and yellow light obtained by exciting the phosphor 51 in the precipitated phosphor layer 50 thereby.
  • the LED element 30 is directly mounted on the mounting substrate 10 with high heat dissipation, and the phosphor 51 in the precipitated phosphor layer 50 is precipitated at a position close to the mounting substrate 10.
  • the heat generated in 30 and the phosphor 51 easily escapes to the outside of the apparatus through the mounting substrate 10. Accordingly, it is possible to prevent a decrease in the light emission intensity of the LED element 30 due to heat, which is advantageous in improving the light emission intensity.
  • the dispersed phosphor layer 60 is an example of a second resin layer, is made of a translucent resin containing the phosphor 61 that is the second phosphor, and is disposed on the precipitated phosphor layer 50. Yes.
  • a colorless and transparent resin such as an epoxy resin or a silicone resin is used for the dispersed phosphor layer 60.
  • the material of the dispersed phosphor layer 60 may be the same as or different from the precipitated phosphor layer 50. Good. Further, another transparent resin layer may be provided between the precipitated phosphor layer 50 and the dispersed phosphor layer 60.
  • the phosphor 61 is, for example, the same yellow phosphor as the phosphor 51.
  • the dispersed phosphor layer 60 contains a phosphor 61 that is excited by light from the plurality of LED elements 30 at a uniform concentration. That is, in the dispersed phosphor layer 60, unlike the phosphor 51 of the precipitated phosphor layer 50, the particles of the phosphor 61 are uniformly dispersed regardless of the positions in the horizontal direction and the vertical direction. Even in the dispersed phosphor layer 60, white light is generated by mixing the blue light from the LED element 30 and the yellow light obtained by exciting the phosphor 61 thereby.
  • the dispersed phosphor layer 60 in which the phosphors 61 are uniformly dispersed is on the precipitated phosphor layer 50, the blue light from the precipitated phosphor layer 50 is dispersed in the dispersed phosphor layer 60. It passes through and is converted to white light. For this reason, even if there is a portion in which the concentration of the phosphor 51 in the precipitated phosphor layer 50 varies between the LED elements 30 and a large amount of blue light is emitted, such variation in light emission is caused by the emitted light being dispersed fluorescence. It is relaxed by passing through the body layer 60. Therefore, the presence of the dispersed phosphor layer 60 makes the color unevenness due to the variation in the phosphor concentration in the precipitated phosphor layer 50 inconspicuous.
  • the precipitated phosphor layer 50 and the dispersed phosphor layer 60 may contain a plurality of types of phosphors such as a green phosphor and a red phosphor as the phosphors 51 and 61.
  • the light emitting device 1 is obtained by mixing blue light from the LED element 30 that is a blue LED and green light and red light obtained by exciting the green phosphor and the red phosphor thereby. Emits light.
  • the green phosphor is a particulate phosphor material such as (BaSr) 2 SiO 4 : Eu 2+ that absorbs blue light emitted from the LED element 30 and converts the wavelength into green light.
  • the red phosphor is a particulate phosphor material such as CaAlSiN 3 : Eu 2+ that absorbs blue light emitted from the LED element 30 and converts the wavelength into red light.
  • one or both of the precipitated phosphor layer 50 and the dispersed phosphor layer 60 may further contain, for example, a yellow phosphor in addition to a green phosphor and a red phosphor as the phosphors 51 and 61, or yellow Different combinations of phosphors such as phosphor and red phosphor may be included.
  • FIG. 5 (A) to 5 (D) are diagrams showing examples of the concentration distribution of the phosphor in the precipitated phosphor layer 50 and the dispersed phosphor layer 60.
  • the concentration distribution f (Z) of the phosphor in the height direction (Z direction) is shown in a graph.
  • the dispersed phosphor layers 60 are the same, but the concentration distributions of the phosphors 51 in the precipitated phosphor layer 50 are different from each other.
  • the relationship between the phosphor concentrations in the precipitated phosphor layer 50 and the dispersed phosphor layer 60 may be any of the four shown in FIGS. 5 (A) to 5 (D).
  • the precipitated phosphor layer 50A includes a transparent resin layer 53 having a height Z 1 to Z 2 (Z 1 > Z 2 ) at the upper end and a height Z containing the phosphor 51.
  • the phosphor concentration of the dispersed phosphor layer 60 is f 1
  • the phosphor concentration of the transparent resin layer 53 is 0.
  • the phosphor concentration of the intermediate concentration layer 52 is gradually increased from 0 as it approaches 0 from Z 2, rapidly increasing especially in the vicinity of the height 0, greater than f 1 in the vicinity of the lower end height It becomes f 2.
  • the precipitated phosphor layer 50B contains the transparent resin layer 53 in the range of heights Z 1 to Z 2 at the upper end and the phosphor 51, as in the case of FIG. 5 (A). And an intermediate concentration layer 52 ′ in the range of the height Z 2 to 0. Phosphor concentration of the intermediate concentration layer 52 ', the height is increased in a straight line from 0 closer to the 0 to Z 2, to f 2 greater than the phosphor concentration f 1 of the dispersion fluorescent layer 60 in the vicinity of the lower end Become.
  • the precipitated phosphor layer 50 ⁇ / b> C does not have a transparent resin layer except for a very small range at the upper end, and the entire precipitated phosphor layer 50 ⁇ / b> C contains the phosphor 51.
  • the phosphor concentration of the precipitated phosphor layer 50C increases linearly from 0 as the height approaches Z 1 to 0, and reaches f 2 that is greater than the phosphor concentration f 1 of the dispersed phosphor layer 60 near the lower end. Become.
  • the precipitated phosphor layer 50 ⁇ / b> D does not have any transparent resin layer, and the entire precipitated phosphor layer 50 ⁇ / b> D contains the phosphor 51.
  • Phosphor concentration of the precipitate phosphor layer 50D is a small f 3 than the phosphor concentration f 1 of the dispersion fluorescent layer 60 in the upper end of the height Z 1, f 3 as the height approaches 0 from Z 1 Increases in a straight line to f 2 larger than f 1 in the vicinity of the lower end.
  • the phosphor concentration f 1 of the dispersed phosphor layer 60 is higher than the phosphor concentration f 2 at the highest concentration in the precipitated phosphor layer 50. Low. That is, the concentration of the phosphor 61 in the dispersed phosphor layer 60 is preferably lower than the concentration of the phosphor 51 at the lower end of the precipitated phosphor layer 50. Since the dispersed phosphor layer 60 is an auxiliary material for alleviating the color unevenness caused by the variation in the phosphor concentration in the precipitated phosphor layer 50, the phosphor concentration of the dispersed phosphor layer 60 is determined by the dispersed phosphor.
  • the phosphor concentration of the dispersed phosphor layer 60 is not too high.
  • the phosphor concentration f 1 of the dispersed phosphor layer 60 is the phosphor concentration 0 or 0 at the lowest concentration in the precipitated phosphor layer 50. higher than f 3. That is, the concentration of the phosphor 61 in the dispersed phosphor layer 60 is preferably higher than the concentration of the phosphor 51 at the upper end of the precipitated phosphor layer 50 (just below the dispersed phosphor layer 60). Even if the phosphor concentration of the dispersed phosphor layer 60 is too low, the effect of alleviating color unevenness cannot be obtained.
  • the upper end of the precipitated phosphor layer 50 (directly below the dispersed phosphor layer 60) is a transparent resin layer 53 that does not contain the phosphor 51. It is preferable.
  • the phosphor concentration f 1 of the dispersed phosphor layer 60 is the fluorescence at the upper end of the precipitated phosphor layer 50 (just below the dispersed phosphor layer 60). Below the body density f 3, relaxation effect of color irregularity due to dispersion phosphor layer 60 is hardly obtained.
  • the upper limit of the phosphor concentration of the dispersed phosphor layer 60 is determined by the relationship between the amount of temperature rise by the phosphor 61 of the dispersed phosphor layer 60 and the heat resistance temperature of the resin constituting the dispersed phosphor layer 60.
  • the lower limit of the phosphor concentration of the dispersed phosphor layer 60 includes the degree of variation in the phosphor concentration in the precipitated phosphor layer 50, the degree of color unevenness mitigation by the dispersed phosphor layer 60, and the allowable range of color unevenness. It depends on the relationship. As the phosphor concentration of the dispersed phosphor layer 60 increases, the color unevenness becomes less noticeable. However, as described above, since the phosphor concentration has an upper limit, the amount of the phosphor 61 that is actually dispersed and mixed in the dispersed phosphor layer 60. Is determined experimentally.
  • the concentration distribution of the phosphor 51 is different for each product. Therefore, the chromaticity of the emitted light depends on the degree of variation in the phosphor concentration in the precipitated phosphor layer 50. Also varies from product to product. However, if the phosphor concentration of the dispersed phosphor layer 60 is adjusted, the chromaticity difference for each product can be canceled and the chromaticity of the emitted light can be kept within an allowable range. For this reason, it is also possible to reduce the defective rate of the product by disposing the dispersed phosphor layer 60 on the precipitated phosphor layer 50.
  • a diffused layer may be disposed in place of the dispersed phosphor layer if lightness unevenness is alleviated.
  • the color unevenness does not disappear.
  • the dispersed phosphor layer is used instead of the diffusion layer.
  • FIG. 6 is a flowchart showing an example of a manufacturing process of the light emitting device 1.
  • a plurality of LED elements 30 are mounted on the mounting region 11 of the mounting substrate 10 to which the circuit board 20 is bonded (S1). Then, the LED elements 30 are connected to each other by wires 31, and each LED element 30 is connected to the wiring patterns 23A and 23B via the wires 31 (S2). Next, the resin frame 40 is fixed on the circuit board 20 along the edge of the opening 21 (S3).
  • FIG. 7 is a perspective view of another light emitting device 2.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line VIII-VIII in FIG.
  • the light-emitting device 2 is different from the light-emitting device 1 in that the mounting substrate 10 and the circuit board 20 of the light-emitting device 1 are replaced with a ceramic substrate 20 ′.
  • the ceramic substrate 20 ′ is a flat substrate on which the wiring pattern and the connection electrodes 24 ⁇ / b> A and 24 ⁇ / b> B are formed on the upper surface, and on which the LED element 30 is mounted. Even when the ceramic substrate 20 ′ having no opening is used, the same precipitated phosphor layer 50 and dispersed phosphor layer 60 as those of the light emitting device 1 may be used as shown in FIG. 8. Also in the light emitting device 2, as in the light emitting device 1, the presence of the dispersed phosphor layer 60 makes the color unevenness due to the variation in the phosphor concentration in the precipitated phosphor layer 50 inconspicuous.

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Abstract

複数の発光素子を封止する樹脂中で沈殿している蛍光体の濃度に発光素子間でバラつきがあっても発光時に色ムラが目立たない発光装置およびその製造方法を提供する。発光装置は、基板と、基板上に実装された複数の発光素子と、複数の発光素子を一体的に封止し、複数の発光素子からの光により励起される第１の蛍光体を、基板から遠い側である上端から基板に近い側である下端に向かうほど高い濃度で含有する第１の樹脂層と、第１の樹脂層よりも上に配置され、複数の発光素子からの光により励起される第２の蛍光体を一様な濃度で含有する第２の樹脂層とを有する。

Description

発光装置およびその製造方法
　本発明は、発光装置およびその製造方法に関する。
　セラミック基板または金属基板などの汎用基板の上にＬＥＤ（発光ダイオード）素子などの発光素子が実装されたＣＯＢ（Chip On Board）の発光装置が知られている。こうした発光装置では、蛍光体を含有する透光性の樹脂によりＬＥＤ素子を封止し、ＬＥＤ素子からの光と、ＬＥＤ素子からの光により蛍光体を励起させて得られる光とを混合させることにより、用途に応じて白色光などが得られる。
　こうした発光装置については、放熱性の向上および色度のバラつきの抑制などを目的として、蛍光体を分散させた未硬化の樹脂でＬＥＤ素子を封止し、その蛍光体を沈殿（沈降）させてから樹脂を硬化させる製造方法が知られている。例えば、特許文献１には、支持体上に配置されたＬＥＤチップと、ＬＥＤチップからの発光の少なくとも一部を吸収し波長変換して発光する蛍光体を含み、ＬＥＤチップ上およびＬＥＤチップ上以外の支持体上に形成されたコーティング部とを有する発光ダイオードが記載されている。このコーティング部は、蛍光体を気相又は液相中に分散させて、その蛍光体を沈降させることにより形成される。
　また、特許文献２には、蛍光体を含まない透光性樹脂にて基板上のＬＥＤチップを封止し、蛍光体を含有する樹脂層をその上に均一な厚みで形成することにより、透光性樹脂内に蛍光体を分散させた場合よりも色むらを生じにくくした発光装置が記載されている。
特開平１１－０４０８５８号公報 特開２００３－１０１０７４号公報
　蛍光体を分散させた未硬化の樹脂で発光素子を封止し、その蛍光体を沈殿させる際には、樹脂の粘度が低下していく過程で樹脂中に流れが発生して、蛍光体も流動する。特に、１つの基板上に複数の発光素子が実装されている場合には、この樹脂の流動が場所によって変化し得るので、蛍光体の沈殿状態（濃度）にバラつきが生じやすい。このため、１つの基板上に複数の発光素子が実装されている場合には、１つの基板上に１つの発光素子だけを実装した場合とは異なり、発光素子間で蛍光体の濃度にバラつきが生じ、これに起因して発光のバラつき（色ムラ）が目立つ。
　そこで、本発明は、複数の発光素子を封止する樹脂中で沈殿している蛍光体の濃度に発光素子間でバラつきがあっても発光時に色ムラが目立たない発光装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
　基板と、基板上に実装された複数の発光素子と、複数の発光素子を一体的に封止し、複数の発光素子からの光により励起される第１の蛍光体を、基板から遠い側である上端から基板に近い側である下端に向かうほど高い濃度で含有する第１の樹脂層と、第１の樹脂層よりも上に配置され、複数の発光素子からの光により励起される第２の蛍光体を一様な濃度で含有する第２の樹脂層とを有することを特徴とする発光装置が提供される。
　上記の発光装置では、第２の樹脂層における第２の蛍光体の濃度は、第１の樹脂層の下端における第１の蛍光体の濃度よりも低く、第２の樹脂層における第２の蛍光体の濃度は、第１の樹脂層の上端における第１の蛍光体の濃度よりも高いことが好ましい。
　上記の発光装置では、第１の樹脂層の上端は、第１の蛍光体を含有しない透明樹脂層であることが好ましい。
　また、基板上に複数の発光素子を実装する工程と、複数の発光素子からの光により励起される第１の蛍光体を含有する未硬化の樹脂で複数の発光素子を一体的に封止して、第１の樹脂層を形成する工程と、第１の樹脂層を未硬化の状態に保ったままで、第１の蛍光体を基板側に沈殿させる工程と、第１の樹脂層を硬化させる工程と、複数の発光素子からの光により励起される第２の蛍光体を一様な濃度で含有する第２の樹脂層を第１の樹脂層よりも上に配置する工程とを有することを特徴とする発光装置の製造方法が提供される。
　上記の発光装置およびその製造方法によれば、複数の発光素子を封止する樹脂中で沈殿している蛍光体の濃度に発光素子間でバラつきがあっても発光時に色ムラが目立たない。
発光装置１の斜視図である。 図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図である。 回路基板２０およびＬＥＤ素子３０の配置を説明するための斜視図である。 図３のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面図である。 （Ａ）～（Ｄ）は、沈殿蛍光体層５０と分散蛍光体層６０における蛍光体の濃度分布の例を示す図である。 発光装置１の製造工程の例を示すフローチャートである。 別の発光装置２の斜視図である。 図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に沿った断面図である。
　以下、図面を参照しつつ、発光装置およびその製造方法について説明する。ただし、本発明は図面または以下に記載される実施形態には限定されないことを理解されたい。
　図１は、発光装置１の斜視図である。また、図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図である。発光装置１は、発光素子としてＬＥＤ素子を含み、例えば各種の照明用のＬＥＤ光源装置として利用される。発光装置１は、主要な構成要素として、実装基板１０、回路基板２０、ＬＥＤ素子３０、樹脂枠４０、沈殿蛍光体層５０および分散蛍光体層６０を有する。
　実装基板１０は、一例として正方形の形状を有し、その上面の中央にＬＥＤ素子３０が実装される円形の実装領域１１（後述する図３を参照）を有する金属基板である。実装基板１０は、ＬＥＤ素子３０および後述する蛍光体の粒子により発生した熱を放熱させる放熱基板としても機能するため、例えば、耐熱性および放熱性に優れたアルミニウムで構成される。ただし、実装基板１０の材質は、耐熱性と放熱性に優れたものであれば、例えば銅など、別の金属でもよい。
　図３は、回路基板２０およびＬＥＤ素子３０の配置を説明するための斜視図である。また、図４は、図３のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面図である。
　回路基板２０は、一例として、実装基板１０と同じ大きさの正方形の形状を有し、その中心部に円形の開口部２１を有する。回路基板２０は、その下面が例えば接着シートにより実装基板１０の上に貼り付けられて固定される。開口部２１を取り囲むように、回路基板２０の上面における一方の側には配線パターン２３Ａが、他方の側には配線パターン２３Ｂが、それぞれ形成されている。また、回路基板２０の上面で対角に位置する一方の角部には接続電極２４Ａが、他方の角部には接続電極２４Ｂが、それぞれ形成されている。接続電極２４Ａ，２４Ｂは一方がアノード電極で他方がカソード電極となり、これらが外部電源に接続されて電圧が印加されることによって、発光装置１は発光する。
　ＬＥＤ素子３０は、発光素子の一例であり、例えば、紫外域から青色領域にわたる波長の光を出射する窒化ガリウム系化合物半導体などのＬＥＤ素子である。以下では、ＬＥＤ素子３０は、例えば発光波長帯域が４５０～４６０ｎｍ程度の青色光を発光する青色ＬＥＤであるとする。ただし、ＬＥＤ素子３０は、紫色光または紫外光といった他の波長の光を発光する素子であってもよい。発光装置１では、複数のＬＥＤ素子３０が、回路基板２０の開口部２１内で露出している実装基板１０の実装領域１１上に、格子状に配列して実装されている。図３は、特に２１個のＬＥＤ素子３０が実装された場合の例を示す。ＬＥＤ素子３０の下面は、例えば透明な絶縁性の接着剤などにより、実装基板１０の上面に固定されている。
　ＬＥＤ素子３０は上面に一対の素子電極を有し、図３および図４に示すように、隣接するＬＥＤ素子３０の素子電極は、ボンディングワイヤ３１（以下、単にワイヤ３１という）により相互に電気的に接続されている。開口部２１の外周側に位置するＬＥＤ素子３０から出たワイヤ３１は、回路基板２０の配線パターン２３Ａまたは配線パターン２３Ｂに接続されている。これにより、各ＬＥＤ素子３０には、ワイヤ３１を介して電流が供給される。
　樹脂枠４０は、回路基板２０の開口部２１の大きさに合わせて例えば白色の樹脂で構成された円形の枠体であり、回路基板２０の上面で、開口部２１を縁取るように形成された配線パターン２３Ａ，２３Ｂと重なる位置に固定される。樹脂枠４０は、沈殿蛍光体層５０および分散蛍光体層６０の樹脂の流出しを防止するためのダム材であり、また、ＬＥＤ素子３０から側方に出射された光を、発光装置１の上方（ＬＥＤ素子３０から見て実装基板１０とは反対側）に向けて反射させる。
　沈殿蛍光体層５０は、第１の樹脂層の一例であり、第１の蛍光体である蛍光体５１を含有する透光性の樹脂により構成される。沈殿蛍光体層５０は、図２に示すように、樹脂枠４０により囲まれた実装基板１０上の空間をワイヤ３１の上端よりも高い位置まで埋め尽くしており、複数のＬＥＤ素子３０およびワイヤ３１を一体に被覆し保護（封止）する。沈殿蛍光体層５０には、例えば、エポキシ樹脂またはシリコーン樹脂などの無色かつ透明な熱硬化性樹脂が使用される。
　蛍光体５１は、例えばＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）などの黄色蛍光体であり、その粒子は、沈殿蛍光体層５０内で下方に沈殿している。すなわち、沈殿蛍光体層５０は、複数のＬＥＤ素子３０からの光により励起される蛍光体５１を、実装基板１０から遠い側である上端から実装基板１０に近い側である下端に向かうほど高い濃度で含有する。図２では、沈殿蛍光体層５０における蛍光体５１の粒子の沈殿を、濃淡の模様により表している。なお、実際には、図２に示すように、蛍光体５１は、実装基板１０の上面だけでなくＬＥＤ素子３０の上面にも沈殿する。
　発光装置１は、ＬＥＤ素子３０からの青色光と、それによって沈殿蛍光体層５０内の蛍光体５１を励起させて得られる黄色光とを混合させることで得られる白色光を出射する。発光装置１では、ＬＥＤ素子３０は放熱性の高い実装基板１０上に直接実装されており、沈殿蛍光体層５０内の蛍光体５１は実装基板１０に近い位置に沈殿しているため、ＬＥＤ素子３０および蛍光体５１で発生した熱は、実装基板１０を介して装置外部に逃げやすくなる。したがって、熱によるＬＥＤ素子３０の発光強度の低下を防ぐことができるため、発光強度の向上の点で有利である。
　分散蛍光体層６０は、第２の樹脂層の一例であり、第２の蛍光体である蛍光体６１を含有する透光性の樹脂により構成され、沈殿蛍光体層５０の上に配置されている。分散蛍光体層６０にも、例えば、エポキシ樹脂またはシリコーン樹脂などの無色かつ透明な樹脂が使用されるが、分散蛍光体層６０の材質は沈殿蛍光体層５０と同じでもよく、異なっていてもよい。また、沈殿蛍光体層５０と分散蛍光体層６０の間には、別の透明樹脂層があってもよい。
　蛍光体６１は、例えば蛍光体５１と同じ黄色蛍光体である。分散蛍光体層６０は、複数のＬＥＤ素子３０からの光により励起される蛍光体６１を一様な濃度で含有する。すなわち、分散蛍光体層６０内では、蛍光体６１の粒子は、沈殿蛍光体層５０の蛍光体５１とは異なり、水平方向および垂直方向の位置によらず、均一に分散している。分散蛍光体層６０内でも、ＬＥＤ素子３０からの青色光と、それによって蛍光体６１を励起させて得られる黄色光とが混合することで、白色光が生成される。
　発光装置１では、蛍光体６１が均一に分散している分散蛍光体層６０が沈殿蛍光体層５０の上にあることにより、沈殿蛍光体層５０からの青色光は、分散蛍光体層６０を通過することで白色光に変換される。このため、沈殿蛍光体層５０内の蛍光体５１の濃度にＬＥＤ素子３０間でバラつきがあり青色光が多く出射する部分があったとしても、そのような発光のバラつきは、出射光が分散蛍光体層６０を通過することで緩和される。したがって、分散蛍光体層６０があることにより、沈殿蛍光体層５０での蛍光体濃度のバラつきに起因する色ムラは目立たなくなる。
　なお、沈殿蛍光体層５０と分散蛍光体層６０の一方または両方は、蛍光体５１，６１として、例えば緑色蛍光体および赤色蛍光体などの複数種類の蛍光体を含有してもよい。この場合、発光装置１は、青色ＬＥＤであるＬＥＤ素子３０からの青色光と、それによって緑色蛍光体および赤色蛍光体を励起させて得られる緑色光および赤色光とを混合させることで得られる白色光を出射する。緑色蛍光体は、ＬＥＤ素子３０が出射した青色光を吸収して緑色光に波長変換する、例えば（ＢａＳｒ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋などの粒子状の蛍光体材料である。赤色蛍光体は、ＬＥＤ素子３０が出射した青色光を吸収して赤色光に波長変換する、例えばＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋などの粒子状の蛍光体材料である。
　また、沈殿蛍光体層５０と分散蛍光体層６０の一方または両方は、蛍光体５１，６１として、例えば緑色蛍光体と赤色蛍光体に加えて黄色蛍光体をさらに含有してもよいし、黄色蛍光体と赤色蛍光体などの上記とは異なる組合せの蛍光体を含有してもよい。ただし、蛍光体の種類を増やし過ぎると、蛍光体の総量が増え、発熱量も多くなるため、放熱の点では不利になる。特に、実装基板１０から遠い分散蛍光体層６０内の蛍光体６１には、沈殿蛍光体層５０内の蛍光体５１よりも発熱量が少ないものを使用することが好ましい。
　図５（Ａ）～図５（Ｄ）は、沈殿蛍光体層５０と分散蛍光体層６０における蛍光体の濃度分布の例を示す図である。各図の左側では、濃淡の模様により、沈殿蛍光体層５０（沈殿蛍光体層５０Ａ～５０Ｄ）における蛍光体５１の粒子の分布を表している。また、各図の右側では、高さ方向（Ｚ方向）における蛍光体の濃度分布ｆ（Ｚ）をグラフで示している。以下では、実装基板１０の上面を高さの基準（Ｚ＝０）とする。図５（Ａ）～図５（Ｄ）では、分散蛍光体層６０はいずれも同じであるが、沈殿蛍光体層５０における蛍光体５１の濃度分布が互いに異なっている。沈殿蛍光体層５０と分散蛍光体層６０における蛍光体濃度の関係は、図５（Ａ）～図５（Ｄ）に示した４通りのいずれであってもよい。
　図５（Ａ）の例では、沈殿蛍光体層５０Ａは、上端における高さＺ１～Ｚ２（Ｚ１＞Ｚ２）の範囲の透明樹脂層５３と、蛍光体５１を含有する高さＺ２～０の範囲の中間濃度層５２とを有する。すなわち、分散蛍光体層６０の直下は、蛍光体５１を含有しない透明樹脂層５３である。分散蛍光体層６０の蛍光体濃度はｆ１であり、透明樹脂層５３の蛍光体濃度は０である。また、中間濃度層５２の蛍光体濃度は、高さがＺ２から０に近付くにつれて０から徐々に増加し、特に高さ０の付近で急激に増加して、下端付近ではｆ１よりも大きいｆ２になる。
　図５（Ｂ）の例では、沈殿蛍光体層５０Ｂは、図５（Ａ）の場合と同様に、上端における高さＺ１～Ｚ２の範囲の透明樹脂層５３と、蛍光体５１を含有する高さＺ２～０の範囲の中間濃度層５２’とを有する。中間濃度層５２’の蛍光体濃度は、高さがＺ２から０に近付くにつれて０から直線上に増加して、下端付近では分散蛍光体層６０の蛍光体濃度ｆ１よりも大きいｆ２になる。
　図５（Ｃ）の例では、沈殿蛍光体層５０Ｃは、上端のごくわずかな範囲を除いて透明樹脂層を有さず、沈殿蛍光体層５０Ｃの全体が蛍光体５１を含有している。沈殿蛍光体層５０Ｃの蛍光体濃度は、高さがＺ１から０に近付くにつれて０から直線上に増加して、下端付近では分散蛍光体層６０の蛍光体濃度ｆ１よりも大きいｆ２になる。
　図５（Ｄ）の例では、沈殿蛍光体層５０Ｄは透明樹脂層を全く有さず、沈殿蛍光体層５０Ｄの全体が蛍光体５１を含有している。沈殿蛍光体層５０Ｄの蛍光体濃度は、高さがＺ１の上端では分散蛍光体層６０の蛍光体濃度ｆ１よりも小さいｆ３であり、高さがＺ１から０に近付くにつれてｆ３から直線上に増加して、下端付近ではｆ１よりも大きいｆ２になる。
　図５（Ａ）～図５（Ｄ）のいずれの例でも、分散蛍光体層６０の蛍光体濃度ｆ１は、沈殿蛍光体層５０内で最も濃度が高い部分の蛍光体濃度ｆ２よりも低い。すなわち、分散蛍光体層６０における蛍光体６１の濃度は、沈殿蛍光体層５０の下端における蛍光体５１の濃度よりも低いことが好ましい。分散蛍光体層６０は沈殿蛍光体層５０での蛍光体濃度のバラつきに起因する色ムラを緩和するための補助的なものであるから、分散蛍光体層６０の蛍光体濃度は、分散蛍光体層６０を通した出射光の輝度が低下しないように、高過ぎないことが好ましい。また、放熱の観点からも、分散蛍光体層６０の蛍光体濃度は高過ぎないことが好ましい。
　また、図５（Ａ）～図５（Ｄ）のいずれの例でも、分散蛍光体層６０の蛍光体濃度ｆ１は、沈殿蛍光体層５０内で最も濃度が低い部分の蛍光体濃度０またはｆ３よりも高い。すなわち、分散蛍光体層６０における蛍光体６１の濃度は、沈殿蛍光体層５０の上端（分散蛍光体層６０の直下）における蛍光体５１の濃度よりも高いことが好ましい。分散蛍光体層６０の蛍光体濃度は、低過ぎても色ムラの緩和効果が得られないため、ある程度の高さが必要になる。
　また、特に図５（Ａ）および図５（Ｂ）の例のように、沈殿蛍光体層５０の上端（分散蛍光体層６０の直下）は、蛍光体５１を含有しない透明樹脂層５３であることが好ましい。分散蛍光体層６０と沈殿蛍光体層５０の上端との間における蛍光体濃度の差が大きいほど、色ムラの緩和効果はより顕著に現れる。したがって、図５（Ｃ）および図５（Ｄ）よりも図５（Ａ）および図５（Ｂ）の例の方が好ましく、特に図５（Ａ）の例が最も好ましい。
　なお、図５（Ａ）～図５（Ｄ）の例とは逆に、分散蛍光体層６０の蛍光体濃度ｆ１が沈殿蛍光体層５０の上端（分散蛍光体層６０の直下）における蛍光体濃度ｆ３よりも低いと、分散蛍光体層６０による色ムラの緩和効果はほとんど得られない。
　分散蛍光体層６０の蛍光体濃度の上限は、分散蛍光体層６０の蛍光体６１による温度上昇量と分散蛍光体層６０を構成する樹脂の耐熱温度との関係によって定まる。また、分散蛍光体層６０の蛍光体濃度の下限は、沈殿蛍光体層５０での蛍光体濃度のバラつき度合いと、分散蛍光体層６０による色ムラの緩和度合いと、色ムラの許容範囲との関係によって定まる。分散蛍光体層６０の蛍光体濃度が高くなるほど色ムラは目立たなくなるが、上記の通り、その蛍光体濃度には上限があるため、実際に分散蛍光体層６０に分散混入させる蛍光体６１の量は、実験的に定められる。
　沈殿蛍光体層５０を有する発光装置を実際に製造すると、蛍光体５１の濃度分布は製品ごとに異なるため、沈殿蛍光体層５０での蛍光体濃度のバラつき度合いに応じて、出射光の色度も製品ごとに異なる。しかしながら、分散蛍光体層６０の蛍光体濃度を調整すれば、製品ごとの色度差を打ち消して、出射光の色度を許容範囲内に収めることができる。このため、沈殿蛍光体層５０の上に分散蛍光体層６０を配置することにより、製品の不良率を低下させることも可能である。
　なお、明度のムラを緩和させるのであれば、分散蛍光体層に代えて拡散層を配置することも考えられる。しかしながら、例えば局所的に青色光が多い部分がある場合には、拡散層でその青色光を拡散させても、色ムラはなくならない。この場合には、分散蛍光体層によって青色光に黄色光を加えた方が色ムラは目立たなくなるので、色ムラを緩和させるという目的のためには、拡散層ではなく分散蛍光体層を使用する方がよい。
　図６は、発光装置１の製造工程の例を示すフローチャートである。発光装置１の製造時には、まず、図３に示すように、回路基板２０が貼り合わされた実装基板１０の実装領域１１上に、複数のＬＥＤ素子３０が実装される（Ｓ１）。そして、ＬＥＤ素子３０同士がワイヤ３１で接続され、各ＬＥＤ素子３０は、ワイヤ３１を介して配線パターン２３Ａ，２３Ｂに接続される（Ｓ２）。次に、開口部２１の縁部に沿って、回路基板２０上に樹脂枠４０が固定される（Ｓ３）。
　続いて、ＬＥＤ素子３０からの光により励起される蛍光体５１を含有する未硬化の封止樹脂で、全てのＬＥＤ素子３０が一体的に封止される（Ｓ４）。そして、封止樹脂の層を未硬化の状態に保ったままで、封止樹脂内の蛍光体５１を実装基板１０側に沈殿（沈降）させる（Ｓ５）。その後で、封止樹脂を硬化させることにより、沈殿蛍光体層５０が形成される（Ｓ６）。最後に、ＬＥＤ素子３０からの光により励起される蛍光体６１を一様な濃度で含有する分散蛍光体層６０で、沈殿蛍光体層５０（封止樹脂）の上が覆われる（Ｓ７）。これにより、図１および図２に示す発光装置１が完成する。
　図７は、別の発光装置２の斜視図である。図８は、図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に沿った断面図である。発光装置２は、発光装置１の実装基板１０と回路基板２０がセラミック基板２０’に替わっている点が発光装置１とは異なるが、その他は発光装置１と同じ構成を有する。セラミック基板２０’は、その上面に配線パターンおよび接続電極２４Ａ，２４Ｂが形成され、かつＬＥＤ素子３０が実装される平坦な基板であり、実装基板と回路基板を兼ねている。開口部がないセラミック基板２０’を用いる場合でも、図８に示すように、発光装置１と同じ沈殿蛍光体層５０と分散蛍光体層６０を用いてもよい。発光装置２でも、発光装置１と同様に、分散蛍光体層６０があることにより、沈殿蛍光体層５０での蛍光体濃度のバラつきに起因する色ムラは目立たなくなる。

Claims (5)

  1. 　基板と、
    　前記基板上に実装された複数の発光素子と、
    　前記複数の発光素子を一体的に封止し、前記複数の発光素子からの光により励起される第１の蛍光体を、前記基板から遠い側である上端から前記基板に近い側である下端に向かうほど高い濃度で含有する第１の樹脂層と、
    　前記第１の樹脂層よりも上に配置され、前記複数の発光素子からの光により励起される第２の蛍光体を一様な濃度で含有する第２の樹脂層と、
    　を有することを特徴とする発光装置。
  2. 　前記第２の樹脂層における前記第２の蛍光体の濃度は、前記第１の樹脂層の前記下端における前記第１の蛍光体の濃度よりも低い、請求項１に記載の発光装置。
  3. 　前記第２の樹脂層における前記第２の蛍光体の濃度は、前記第１の樹脂層の前記上端における前記第１の蛍光体の濃度よりも高い、請求項２に記載の発光装置。
  4. 　前記第１の樹脂層の前記上端は、前記第１の蛍光体を含有しない透明樹脂層である、請求項３に記載の発光装置。
  5. 　基板上に複数の発光素子を実装する工程と、
    　前記複数の発光素子からの光により励起される第１の蛍光体を含有する未硬化の樹脂で前記複数の発光素子を一体的に封止して、第１の樹脂層を形成する工程と、
    　前記第１の樹脂層を未硬化の状態に保ったままで、前記第１の蛍光体を前記基板側に沈殿させる工程と、
    　前記第１の樹脂層を硬化させる工程と、
    　前記複数の発光素子からの光により励起される第２の蛍光体を一様な濃度で含有する第２の樹脂層を前記第１の樹脂層よりも上に配置する工程と、
    　を有することを特徴とする発光装置の製造方法。
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