JP5194675B2 - 発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光ダイオードランプなどの発光装置に関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）を用いたＬＥＤランプは、液晶ディスプレイ、携帯電話、情報端末などのバックライト、屋内外広告など、多方面への展開が飛躍的に進んでいる。さらに、ＬＥＤランプは、長寿命で信頼性が高く、また低消費電力、耐衝撃性、高速応答性、高純度表示色、軽薄・短小化の実現などの特徴を有することから、産業用途のみならず一般照明用としても脚光を浴びている。このようなＬＥＤランプを種々の用途に適用する場合、白色発光を得ることが重要となる。

ＬＥＤランプで白色発光を実現する代表的な方式としては、（１）青、緑および赤の各色に発光する３つのＬＥＤチップを使用する方式、（２）青色発光のＬＥＤチップと黄色ないし橙色発光の蛍光体とを組合せる方式、（３）紫外線発光のＬＥＤチップと青色、緑色および赤色発光の三色混合蛍光体（以下、ＲＧＢ蛍光体と示す。）を組合せる方式、の３つが挙げられる。これらのうち、一般的には（２）の方式が広く実用化されている。

上記した（２）の方式を適用したＬＥＤランプの構造としては、ＬＥＤチップを装備したカップ型のフレーム内に蛍光体を混合した透明樹脂を流し込み、これを固化させて蛍光体を含有する樹脂層を形成した構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、高輝度化を目的として、基板（ボード）上に搭載された多数のＬＥＤチップの上に、蛍光体を混合した透明樹脂を塗布し蛍光体含有樹脂層を形成したチップオンボード（ＣＯＢ）構造も開発されている。さらに、蛍光体を混合した透明樹脂をシート状に成形して成る蛍光体含有樹脂シートを、ＬＥＤチップが配置されたフレームに固定し、色むらやカップ間の色差を低減する技術も提案されている。

近年、一般照明用としてのＬＥＤランプにおいて、演色性と呼ばれる色の見え方が重視されている。演色性は、自然光に近い照明を基準光にして光源による色の見え方を評価したものであり、演色評価数で示される。演色評価数は、ＪＩＳに定められている試験色を、試料光源と基準光でそれぞれ照明したときの色ずれの大きさを数値化したものであり、基準光で見たときを１００とし、色ずれが大きくなるにしたがって数値が小さくなり、１００に近いほど演色性が良好である。

演色評価数には、平均演色評価数Ｒａと特殊演色評価数Ｒｉがあり、平均演色評価数Ｒａは、試験Ｎｏ．１〜Ｎｏ．８の演色評価数値の平均値として表される。また、特殊演色評価数Ｒｉでは、試験Ｎｏ．ｉの演色評価数の個々の数値が使用される。

現在主流となっている白色ＬＥＤは、青色発光のＬＥＤチップと黄色ないし橙色発光の蛍光体とを組合せる方式であり、この方式のＬＥＤでは、赤み成分が不足しているため演色性が十分ではなかった。そのため、黄色ないし橙色発光の蛍光体に加えて、窒化物系や硫化物系などの赤色発光の蛍光体を配合することにより、演色性を向上させることが行われている。

すなわち、Ｒａの高いいわゆる高演色タイプのＬＥＤランプでは、ＬＥＤチップからの青色光により発光する黄色蛍光体からの黄色光に、赤色蛍光体からの赤色光（例えば、主波長６２０ｎｍ）を合せて演色性に優れた白色光を合成することが行われている。

しかし、このような高演色タイプのＬＥＤランプでは、赤色蛍光体が、ＬＥＤチップからの波長４６０ｎｍの青色光だけでなく、黄色蛍光体から発光される黄色光も吸収して励起に使用するため、光の取り出し効率が大幅に低減するという問題があった。

そこで、これに対する対策として、赤色蛍光体（あるいは橙色蛍光体）とともに緑色蛍光体を混合して用いたＬＥＤランプが提案されている（例えば、特許文献２参照）。また、赤色蛍光体の主波長を選択する方法も提案されている（例えば、特許文献３参照）。赤色領域は、通常６００ｎｍ以上で一般に６７０ｎｍであるが、幅広く主波長７８０ｎｍまでの領域が選択される。
特開２００１−１４８５１６公報 特開２００４−３２７５１８公報 特開２００５−３２２６７４公報

しかしながら、特許文献２に記載されたＬＥＤランプにおいては、緑色蛍光体からの緑色光も励起光として使用される場合が多いため、発光効率およびＲａの十分な向上には繋がらなかった。

また、特許文献３に記載されたＬＥＤランプでは、発光効率の低下を少なくしかつＲａ向上を考慮した場合、主波長の選定を厳密に行う必要があった。そのうえ、Ｃａ_２Ｓｒ_５Ｎ_８：Ｅｕ、ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕなどの窒化物系赤色蛍光体は、結晶成長が行われにくく、またその他の窒化物系赤色蛍光体においても、粒径が効率低下に大きく影響するため、幅広い波長範囲の中から最も良好な波長を選定し、さらに蛍光体粒径を厳密に設定する必要があった。蛍光体の粒径が小さいと、発光効率が上がらないばかりでなく、ＬＥＤチップからの青色発光とこの青色により励起され発光した黄色系発光の光路がいずれもふさがれ、光取り出し効率が低下することになる。

一般照明用のＬＥＤランプとしては、３波長蛍光ランプのＲａ（８０〜８５）値が指標となり、発光効率の低下が少なくかつＲａ８０〜８５を実現した発光装置が求められている。

本発明の目的は、発光効率の向上を実現し、かつ高演色性でＲａの調整が可能な発光装置を提供することにある。

請求項１記載の発光装置は、青色光を放射する発光ダイオードチップを有する発光素子と；透明樹脂と、前記発光ダイオードチップから放射された青色光により励起されて主波長が５４０ｎｍ以上５８５ｎｍ未満で半値幅が７０〜１１０ｎｍの可視光を発光するシリケート系蛍光体（Ａ）の１種と、前記発光ダイオードチップから放射された青色光により励起されて主波長が５８５ｎｍ以上６３０ｎｍ以下で半値幅が７０〜１１０ｎｍの光を発光するシリケート系蛍光体（Ｂ）の１種以上を、半値幅の小さい蛍光体を半値幅の大きい蛍光体より多く有する蛍光体とをそれぞれ含有し、前記発光素子を覆うように配置された蛍光体含有樹脂層と；を具備し、平均演色評価数Ｒａが８０〜８５であり、特殊演色評価数Ｒ９が９〜８５であることを特徴としている。

また、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、前記蛍光体は、前記シリケート系蛍光体（Ａ）の１種と、半値幅が前記シリケート系蛍光体（Ａ）の半値幅より小さい前記シリケート系蛍光体（Ｂ）の２種以上をそれぞれ有することを特徴としている。

また、請求項３記載の発光装置は、請求項1または２の発光装置において、前記蛍光体含有樹脂層は、さらに、主波長が６３０ｎｍを超えて半値幅が前記シリケート系蛍光体（Ａ）の半値幅より大きい窒化物系蛍光体を、前記窒化物系蛍光体と前記シリケート系蛍光体（Ｂ）との合計で、前記シリケート系蛍光体（Ａ）より多く有することを特徴としている。

さらに、請求項４記載の発光装置は、請求項１ないし３のいずれか１項記載の発光装置において、前記発光素子はワイヤボンディング接続構造を有しており、前記透明樹脂に対する前記蛍光体の配合割合は、２種類以上の蛍光体の合計で１０〜２０重量％であり、かつ前記蛍光体含有樹脂層の厚さ（光路長）は０．３〜１．２ｍｍであることを特徴としている。

またさらに、請求項５記載の発光装置は、請求項１ないし４のいずれか１項記載の発光装置において、前記発光素子はフリップチップ接続構造を有しており、前記透明樹脂に対する前記蛍光体の配合割合は、２種類以上の蛍光体の合計で１０〜２０重量％であり、かつ前記蛍光体含有樹脂層の厚さ（光路長）は０．１５〜１．２ｍｍであることを特徴としている。

上記した請求項１ないし請求項５記載の発明において、特に指定しない限り、用語の定義および技術的意味は以下の通りである。

発光素子は、放射した光により蛍光体を励起して可視光を発光させるものである。本発明で用いられる発光素子としては、例えば、青色発光タイプのＬＥＤチップや紫外発光タイプのＬＥＤチップなどが挙げられる。ただし、これらに限定されるものではなく、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。

蛍光体は、このような発光素子から放射された光（例えば青色光）により励起されて可視光を発光し、この可視光と発光素子から放射される光との混色によって所望の発光色を得るものである。

本発明における蛍光体としては、主波長における半値幅が７０〜１１０ｎｍの発光スペクトルを有する蛍光体の２種類以上を混合して使用する。半値幅は、ピークの１／２の高さにおけるスペクトルの広がり幅（波長）をいう。主波長における半値幅が７０ｎｍ未満の発光スペクトルを有する蛍光体を使用したのでは、２種類以上の蛍光体を混合しても高演色性の発光を得ることができない。また、半値幅が１１０ｎｍを超える発光スペクトルを有する蛍光体を使用した場合は、高い発光効率を実現することが難しい。

なお、本発明においては、主波長が５４０〜５８５ｎｍの黄色光ないし橙色光を発光する蛍光体を黄色系蛍光体と記載し、主波長が５８５ｎｍを超え６３０ｎｍ以下の橙色光ないし赤橙色光を発光する蛍光体を橙色系蛍光体と記載するが、特に発光の主波長を記載して蛍光体を特定する場合は、主波長が５２０〜５４０ｎｍの緑色光ないし黄緑色光を発光する蛍光体を、黄色系蛍光体に含める場合もある。

蛍光体含有樹脂層は、蛍光体を保持する層であり、透明樹脂に前記した２種類以上の蛍光体を混合したものを、発光素子を覆うように塗布し固化することにより形成される。透明樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂などの液状透明樹脂を適用することができる。発光効率の向上を図るために、蛍光体の透明樹脂に対する配合割合は、２種類以上の蛍光体の合計で１０〜２０重量％とし、かつ光路長に相当する蛍光体含有樹脂層の厚さは、発光素子の電極接続がワイヤボンディングによりなされている場合は、０．３〜１．２ｍｍとすることが好ましい。また、発光素子がフリップチップ電極接続構造を有する場合、蛍光体含有樹脂層の厚さ（光路長）は０．１５〜１．２ｍｍとすることが好ましい。

平均演色評価数Ｒａは、試験色を試料光源と基準光で照明したときの色ずれの大きさを数値化したものである。Ｒａが８０以上で３波長蛍光ランプに相当する一般照明装置として十分に高い演色性を有する。

請求項１記載の発光装置によれば、半値幅が７０〜１１０ｎｍの可視光を発光する２種類以上の蛍光体を有しているので、発光効率の低下が少なく、かつ高演色性の発光を得ることができる。また、蛍光体の発光色（主波長）を変えることでＲａの値の調整も容易に行うことができる。

請求項１記載の発光装置によれば、ＬＥＤチップと、このＬＥＤチップからの青色光により半値幅７０〜１１０ｎｍの黄色光ないし橙色光を発光する黄色系蛍光体の２種類以上を有しているので、高い発光効率を維持しつつＲａ８０〜８５の高演色性を実現することができる。

請求項１記載の発光装置によれば、ＬＥＤチップと、このＬＥＤチップからの青色光により主波長５４０〜５８５ｎｍで半値幅７０〜１１０ｎｍの黄色光ないし橙色光を発光する黄色系蛍光体と、主波長が５８５ｎｍを超え６３０ｎｍ以下で半値幅７０〜１１０ｎｍの橙色光ないし赤みがかった橙色光を発光する橙色系蛍光体をそれぞれ有しているので、高い発光効率を維持しつつＲａ８０〜８５の高演色性を実現することができる。

請求項４記載の発光装置によれば、透明樹脂に対する蛍光体の配合割合を１０〜２０重量％としたうえで、蛍光体含有樹脂層の厚さ（光路長）を０．３〜１．２ｍｍに調整することによって、発光素子がワイヤボンディング接続された発光装置の発光効率をさらに向上させることができる。

請求項５記載の発光装置によれば、透明樹脂に対する蛍光体の配合割合を１０〜２０重量％としたうえで、蛍光体含有樹脂層の厚さ（光路長）を０．１５〜１．２ｍｍに調整することによって、発光素子がフリップチップ接続された発光装置の発光効率をさらに向上させることができる。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の発光装置をＬＥＤランプに適用した第１の実施形態の構成を示す断面図である。また、図２は、図１に示すＬＥＤランプの複数個を、例えば一平面上に３行３列のマトリックス状に配置したＬＥＤモジュールの一例を示す平面図であり、図３は、図２のＡ−Ａ線断面図である。

図１に示すＬＥＤランプ１は、発光素子として、青色発光タイプのＬＥＤチップ２を有している。このＬＥＤチップ２は、回路パターン３を有する基板４上に搭載されている。基板４としては、放熱性と剛性を有するアルミニウム（Ａｌ）やニッケル（Ｎｉ）、ガラスエポキシ樹脂などから成る平板が用いられ、この基板４上に電気絶縁層５を介して陰極側と陽極側の回路パターン３が形成されている。回路パターン３は、ＣｕとＮｉの合金やＡｕなどから構成されている。

そして、ＬＥＤチップ２の底面電極が一方の電極側の回路パターン３の上に電気的に接続され、上面電極が他方の電極側の回路パターン３に、金線のようなボンディングワイヤ６を介して電気的に接続されている。

基板４上には、凹部７を有する樹脂製などのフレーム８が設けられている。フレーム８は、例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＣ（ポリカーボネート）などの合成樹脂から構成され、凹部７内にＬＥＤチップ２が配置されている。

そして、ＬＥＤチップ２が収容された凹部７内には、主波長の半値幅が７０〜１１０ｎｍの可視光を発光する２種類以上の蛍光体を、透明樹脂に混合し分散させた蛍光体含有樹脂が充填されており、ＬＥＤチップ２はこのような蛍光体含有樹脂層９により覆われている。透明樹脂としては、例えば、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂などが用いられる。蛍光体含有樹脂層９は、透明樹脂に蛍光体を添加・混合した後、この蛍光体含有樹脂をＬＥＤチップ２が配置された凹部７にディスペンサなどを用いて充填し、加熱硬化させることにより形成される。

発光効率を向上させるために、蛍光体の透明樹脂に対する配合割合は、２種類以上の蛍光体の合計で１０〜２０重量％とすることが好ましい。より好ましくは１３〜１５重量％とする。また、この実施形態のように、ＬＥＤチップ２がボンディングワイヤ６を介して回路パターン３に接続された構造（ワイヤボンディング接続構造）では、光路長に相当する蛍光体含有樹脂層９の厚さは０．３〜１．２ｍｍとし、より好ましくは０．５〜０．９ｍｍとする。蛍光体含有樹脂層９の厚さが０．３ｍｍ未満である場合には、発光に供される蛍光体の量が少なくなるため、発光効率の低下を招く。また、蛍光体含有樹脂層９がボンディングワイヤ６の上端部まで十分に覆うことが難しく、ボンディングワイヤ６が露出しやすくなるため、好ましくない。一方、蛍光体含有樹脂層９の厚さが１．２ｍｍを超えると、ＬＥＤチップ２から放射される光が蛍光体含有樹脂層９の上部まで届きにくく、蛍光体含有樹脂層９中の蛍光体の全量を十分に励起しにくくなり、所望の光量を得ることが困難になる。なお、必要かつ十分な量の蛍光体を確保し発光効率の低下を抑制するために、凹部２の深さ（凹部２の開口端から底面までの距離）は通常１．０ｍｍ程度となっていることが多いが、その場合には、蛍光体含有樹脂層９の厚さは凹部２の深さ以下に制限されることになる。

蛍光体としては、ＬＥＤチップ２から放射される青色光により励起されて、主波長の半値幅が７０〜１１０ｎｍの可視光を発光する蛍光体の２種類以上が使用される。半値幅が前記範囲を外れるブロードな発光ピーク、あるいはシャープすぎる発光ピークを有する蛍光体を使用した場合には、効率が高くかつ高演色性の発光を得ることができない。すなわち、主波長における半値幅が７０ｎｍ未満の発光スペクトルを有する蛍光体を使用した場合は、２種類以上の蛍光体を混合しても高演色性の発光を得ることができない。また、半値幅が１１０ｎｍを超える発光スペクトルを有する蛍光体を使用した場合は、高い発光効率を実現することが難しい。さらに、半値幅が７０〜１１０ｎｍの可視光を発光する蛍光体を１種類だけ使用した場合にも、演色性が低下するので、効率が高くかつ高演色性の発光を得ることが難しい。

第１の実施形態のＬＥＤランプ１においては、ＬＥＤチップ２からの青色光により励起されて、主波長の半値幅が７０〜１１０ｎｍの黄色光から橙色光間の光を発光する黄色系蛍光体の２種類以上を使用することにより、平均演色評価数Ｒａが８０〜８５の高演色性を実現することができる。

また、主波長が５２０〜５８５ｎｍで主波長の差が２５〜６５ｎｍであり、かつ主波長における半値幅が７０〜１１０ｎｍの黄緑色光から橙色光間の光を発光する２種類の黄色系蛍光体を使用することにより、高い発光効率を維持しつつ高い演色性を実現することができる。

さらに、主波長が５４０〜５８５ｎｍで半値幅が７０〜１１０ｎｍの黄色光から橙色光間の光を発光する黄色系蛍光体と、主波長が５８５ｎｍを超え６３０ｎｍ以下で半値幅が７０〜１１０ｎｍの橙色光から赤みがかった橙色光間の光を発光する橙色系蛍光体とを組み合わせて使用することにより、Ｒａが８０〜８５の高演色性を実現することができる。主波長が５４０〜５８５ｎｍの黄色系蛍光体と主波長が５８５ｎｍを超え６３０ｎｍ以下の橙色系蛍光体との配合比率は、３．５：１〜２．０：１の範囲で変えることができ、配合比を調整することにより、Ｒａおよび色温度を調整することが可能である。

またさらに、前記した黄色系蛍光体（主波長が５４０〜５８５ｎｍで半値幅が７０〜１１０ｎｍ）の２種類以上と、前記した橙色系蛍光体（主波長が５８５ｎｍを超え６３０ｎｍ以下で半値幅が７０〜１１０ｎｍ）の１種類を組合せて使用することもできる。

主波長が５８５ｎｍを超え６３０ｎｍ以下の橙色系蛍光体を使用する場合には、さらに主波長が６００〜６３０ｎｍの赤みがかった橙色光を発光する蛍光体を組合せて使用することができる。またさらに、主波長が５１０〜５４０ｎｍで半値幅が７０〜１１０ｎｍの緑色光から黄緑色光間の光を発光する緑色蛍光体を、前記黄色系蛍光体または橙色系蛍光体あるいはこれら両方と組み合わせて使用することも可能である。

主波長が５４０〜５８５ｎｍで半値幅が７０〜１１０ｎｍの黄色光ないし橙色光を発光する黄色系蛍光体、および主波長が５８５ｎｍを超え６３０ｎｍ以下で半値幅が７０〜１１０ｎｍの橙色光ないし赤橙色光を発光する橙色系蛍光体としては、ＡＥ_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ蛍光体（ＡＥは、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃａなどのアルカリ土類元素を示す。）や、Ｍｇ_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ蛍光体、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ蛍光体などのシリケート（珪酸塩）系蛍光体が挙げられ、これらの蛍光体の中から選択される。また、サイアロン系蛍光体（例えば、ＡＥ_ｘ（Ｓｉ，Ａｌ）_１２（Ｎ，Ｏ）_１６：Ｅｕ）や酸化物系蛍光体の中から、前記主波長および半値幅を有する蛍光体を選択して使用することもできる。また、主波長が５２０〜５８５ｎｍで半値幅が７０〜１１０ｎｍの黄緑色光ないし橙色光を発光する黄色系蛍光体としても、前記したＡＥ_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ蛍光体やＭｇ_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ蛍光体、シリケート系蛍光体、サイアロン系蛍光体、酸化物系蛍光体の中から、前記主波長および半値幅を有する蛍光体を選択して使用することができる。

主波長が６３０ｎｍを超え半値幅が７０〜１１０ｎｍの赤色光を発光する赤色蛍光体としては、ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ蛍光体やＳｒ_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ蛍光体のような窒化物蛍光体が挙げられ、これらの蛍光体の中から選択して使用することができる。

第１の実施形態のＬＥＤランプ１では、印加された電気エネルギーがＬＥＤチップ２で主波長が例えば４６０ｎｍの青色光に変換されて放射され、放射された青色光は、蛍光体含有樹脂層９中に含有された半値幅が７０〜１１０ｎｍの発光ピークを有する２種類以上の蛍光体で、より長波長の光に変換される。そして、ＬＥＤチップ２から放射される青色光とこれらの蛍光体の発光色とに基づく色である白色光がＬＥＤランプ１から放出される。

そして、第１の実施形態のＬＥＤランプ１においては、ＬＥＤチップ２から放射された青色光により励起されて半値幅が７０〜１１０ｎｍの可視光を発光する２種類以上の蛍光体を有しているので、効率の低下が少なくかつ演色性の高い発光を得ることができる。また、２種類以上の蛍光体として、主波長の異なる蛍光体を組み合せて使用することで、Ｒａの値を容易に調整することができ、Ｒａ８０〜８５の高演色性を実現することができる。

なお、ＬＥＤランプ１は白色発光ランプに限られるものではなく、白色以外の発光色を有するＬＥＤランプ１を構成することも可能である。ＬＥＤランプ１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。また、この実施形態では、フラットタイプＳＭＤ型のＬＥＤランプ１を例に挙げて説明したが、特に限定されるものでなく、例えば砲弾型（または丸型）のＬＥＤランプに適用することもできる。また、ＬＥＤランプ１をマトリックス状に複数配置した発光ダイオードモジュール２１について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば複数のＬＥＤランプ１をそれぞれ１列状に形成してもよく、さらにＬＥＤランプ１はそれぞれ単数でもよい。

（第２の実施形態）
図４は、本発明の発光装置の第２の実施形態であるＬＥＤランプの構成を示す断面図である。なお、図４において、第１の実施形態を示す図１と同様の構成要素については、同じ参照数字を用いて説明を省略する。

第２の実施形態では、ＬＥＤチップ２の電極との接続が、フリップチップ接続により行われている。すなわち、ＬＥＤチップ２は、電極形成面が下向き（フェースダウン）になるように基板４上に搭載され、電極パッドがはんだバンプ１０を介して回路パターン３に電気接続されている。

そして、ＬＥＤチップ２が収容された凹部７内には、スペクトルの半値幅が７０〜１１０ｎｍである可視光を発光する２種類以上の蛍光体を、透明樹脂に混合し分散させた蛍光体含有樹脂が充填されており、ＬＥＤチップ２はこのような蛍光体含有樹脂層９により覆われている。蛍光体としては、第１の実施形態と同様な黄色系蛍光体と橙色系蛍光体を適宜組み合わせて使用することができる。

発光効率の向上を図るために、蛍光体の透明樹脂に対する配合割合は、２種類以上の蛍光体の合計で１０〜２０重量％とすることが好ましく、より好ましくは１３〜１５重量％とする。また、蛍光体含有樹脂層９の厚さ（光路長）は０．１５〜１．２ｍｍとし、より好ましくは０．５〜０．９ｍｍとする。蛍光体含有樹脂層９の厚さが０．１５ｍｍ未満である場合には、発光に供される蛍光体の量が少なくなるため、発光効率の低下を招く。一方、蛍光体含有樹脂層９の厚さが１．２ｍｍを超えると、ＬＥＤチップ２から放射される光が蛍光体含有樹脂層９の上部まで届きにくく、蛍光体含有樹脂層９中の蛍光体の全量を十分に励起しにくくなり、所望の光量を得ることが困難になる。

第２の実施形態のＬＥＤランプ１においても、ＬＥＤチップ２から放射された青色光により励起されて半値幅が７０〜１１０ｎｍの可視光を発光する２種類以上の蛍光体を有しているので、効率の低下が少なくかつ演色性の高い発光を得ることができる。また、２種類以上の蛍光体として、主波長の異なる蛍光体を組み合せて使用することで、Ｒａの値を容易に調整することができ、Ｒａ８０〜８５の高演色性を実現することができる。さらに、ＬＥＤチップ２の電極接続構造として、フリップチップ接続構造が適用されているので、ＬＥＤチップ２の上面への光の取出し効率が向上している。

（第３の実施形態）
図５および図６は、本発明の第３の実施形態に係わるＬＥＤパッケージを形成する発光装置を示している。図５は、この発光装置の平面図であり、図６は、図５に示す発光装置をＦ−Ｆ線に沿って切断した縦断面図である。なお、図５および図６において、第１の実施形態に関する図面と同様の構成要素については同じ参照数字を用いて表している。

図５および図６に示す発光装置（ＬＥＤランプ）１は、パッケージ基板例えば装置基板４と、反射層３１と、回路パターン３と、複数好ましくは多数のＬＥＤチップ、例えば半導体発光素子２と、接着層３２と、リフレクタ３４と、蛍光体含有樹脂層９と、光拡散部材３３とを備えて形成されている。蛍光体含有樹脂層９は封止部材としても機能する。

装置基板４は、金属または絶縁材、例えば合成樹脂製の平板からなり、発光装置１に必要とされる発光面積を得るために、所定形状例えば長方形状をなしている。装置基板４を合成樹脂製とする場合、例えば、ガラス粉末入りのエポキシ樹脂などで形成することができる。装置基板４を金属製とする場合は、この装置基板４の裏面からの放熱性が向上し、装置基板４の各部温度を均一にすることができ、同じ波長域の光を発する半導体発光素子２の発光色のばらつきを抑制することができる。なお、このような作用効果を奏する金属材料としては、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導性に優れた材料、具体的にはアルミニウムまたはその合金を例示することができる。

反射層３１は、所定数の半導体発光素子２を配設し得る大きさであって、例えば、装置基板４の表面全体に被着されている。反射層３１は、４００〜７４０ｎｍの波長領域で８５％以上の反射率を有する白色の絶縁材料により構成することができる。このような白色絶縁材料としては、接着シートからなるプリプレグ（pre-preg）を使用することができる。このようなプリプレグは、例えば、酸化アルミニウムなどの白色粉末が混入された熱硬化性樹脂をシート基材に含浸させて形成することができる。反射層３１はそれ自体の接着性により、装置基板４の表面となる一面に接着される。

回路パターン３は、各半導体発光素子２への通電要素として、反射層３１の装置基板４が接着された面とは反対側の面に接着されている。この回路パターン３は、例えば各半導体発光素子２を直列に接続するために、装置基板４および反射層３１の長手方向に所定間隔ごとに点在して２列に形成されている。一方の回路パターン３の列の一端側に位置する端側回路パターン３ａには、給電パターン部３ｃが一体に連続して形成され、同様に他方の回路パターン３の列の一端側に位置する端側回路パターン３ａには、給電パターン部３ｄが一体に連続して形成されている。

給電パターン部３ｃ，３ｄは反射層３１の長手方向一端部に並べて設けられ、互いに離間して反射層３１により絶縁されている。これらの給電パターン部３ｃ，３ｄのそれぞれに、電源に至る図示しない電線が個別に半田付けなどで接続されるようになっている。

回路パターン３は以下に説明する手順で形成される。まず、未硬化の前記熱硬化性樹脂が含浸されたプリプレグからなる反射層３１を装置基板４上に貼付けた後、反射層３１上にこれと同じ大きさの銅箔を貼付ける。次に、こうして得た積層体を加熱するとともに加圧して、熱硬化性樹脂を硬化させることによって、装置基板４と銅箔を反射層３１に圧着し接着を完了させる。次いで、銅箔上にレジスト層を設けて、銅箔をエッチング処理した後に、残ったレジスト層を除去することによって、回路パターン３を形成する。銅箔からなる回路パターン３の厚みは例えば３５μｍである。

各半導体発光素子２は、例えば窒化物半導体を用いてなるダブルワイヤー型のＬＥＤチップからなり、透光性を有する素子基板２ｂ一面に半導体発光層２aを積層して形成されている。素子基板２ｂは、例えばサファイア基板で作られている。この素子基板２ｂの厚みは、回路パターン３より厚く、例えば９０μｍとする。

半導体発光層２ａは、素子基板２ｂの主面上に、バッファ層、ｎ型半導体層、発光層、ｐ型クラッド層、ｐ型半導体層を順次積層して形成されている。発光層は、バリア層とウェル層を交互に積層した量子井戸構造をなしている。ｎ型半導体層にはｎ側電極が設けられ、ｐ型半導体層上にはｐ側電極が設けられている。この半導体発光層２ａは、反射膜を有しておらず、厚み方向の双方に光を放射できる。

図６に示すように、各半導体発光素子２は、装置基板４の長手方向に隣接した回路パターン３間にそれぞれ配置され、白色の反射層３１の同一面上に接着層３２により接着されている。具体的には、半導体発光層２ａが積層された素子基板２ｂの一面と平行な他面が、接着層３２により反射層３１に接着されている。この接着により、回路パターン３および半導体発光素子２は反射層３１の同一面上で直線状に並べられるので、この並び方向に位置した半導体発光素子２の側面と回路パターン３とは、近接して対向するように設けられている。

接着層３２の厚みは、例えば５μｍ以下とすることができる。接着層３２には、例えば５μｍ以下の厚みで光透過率が７０％以上の透光性を有した接着剤、例えばシリコーン樹脂系の接着剤を好適に使用できる。

図５および図６に示すように、各半導体発光素子２の電極と半導体発光素子２の両側に近接配置された回路パターン３とは、ボンディングワイヤ６により接続されている。さらに、前記２列の回路パターン３列の他端側に位置された端側回路パターン３ｂ同士も、ボンディングワイヤ６により接続されている。したがって、この実施形態の場合、各半導体発光素子２は直列に接続されている。

以上の装置基板４、反射層３１、回路パターン３、各半導体発光素子２、接着層３２、およびボンディングワイヤ６により、発光装置１の面発光源が形成されている。

リフレクタ３４は、一個一個または数個の半導体発光素子２ごとに個別に設けられるものではなく、反射層３１上の全ての半導体発光素子２を包囲する単一のものであり、例えば図５に示すように、長方形の枠で形成されており、半導体発光素子２は前記枠で形成された凹部７内に配置されている。リフレクタ３４は反射層３１に接着止めされていて、その内部に複数の半導体発光素子２および回路パターン３が収められているとともに、前記一対の給電パターン部３ｃ、３ｄはリフレクタ３４の外部に位置されている。

リフレクタ３４は、例えば合成樹脂で成形することができ、その内周面は反射面となっている。リフレクタ３４の反射面は、ＡｌやＮｉなどの反射率の高い金属材料を蒸着またはメッキして形成することができる他、可視光の反射率の高い白色塗料を塗布して形成することができる。あるいは、リフレクタ３４の成形材料中に白色粉末を混入して、リフレクタ３４自体を可視光の反射率が高い白色にすることもできる。前記白色粉末としては、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化マグネシウム、硫酸バリウムなどの白色フイラーを用いることができる。なお、リフレクタ３４の反射面は、発光装置１の照射方向に次第に開くように形成することが望ましい。

蛍光体含有樹脂層９は、前記第１の実施形態と同様に、透明樹脂に発光ピーク波長の半値幅が７０〜１１０ｎｍである可視光を発光する２種類以上の蛍光体を分散・混合した蛍光体含有樹脂により構成され、液状の蛍光体含有樹脂を、反射層３１表面および一直線上に配列された各半導体発光素子２およびボンディングワイヤ６などを満遍なく埋めるようにして充填し、リフレクタ３４内に固化させることにより形成されている。反射層３１表面とボンディングワイヤ６との間に流れ込んだ液状の透明樹脂は、毛細管現象などにより各半導体発光素子２およびボンディングワイヤ６に行きわたり、その膜厚などがほぼ均一になっており、蛍光体も透明樹脂にほぼ均一に分散しているものと考えられる。なお、蛍光体含有樹脂層９を形成するために用いられる液状透明樹脂の粘度は、１Ｐａ・Ｓ以上３Ｐａ・Ｓ以下であればよく、２種以上の液状透明樹脂から成るものでも良い。

そして、蛍光体含有樹脂層９において、透明樹脂に対する蛍光体の配合割合は、２種類以上の蛍光体の合計で１０〜２０重量％となっている。また、光路長に相当する蛍光体含有樹脂層９の厚さは０．３〜１．２ｍｍとなっている。

このように構成される第３の実施形態では、高い発光効率を維持しつつＲａ８０〜８５の高演色性を実現することができ、蛍光体の主波長を選択することでＲａを調整することができる。さらに、反射層３１からの反射もあるので、発光効率が向上する。

次に、本発明の実施例および比較例について記載する。

実施例２〜４、６、比較例１〜４、参考例１−１、１−５
青色ＬＥＤチップによる発光の主波長および半値幅が、表１に示す値を有する３種類の黄色系蛍光体（シリケート系蛍光体Ｙ1，Ｙ3とＹＡＧ系蛍光体Ｙ2）、３種類の橙色蛍光体（シリケート系蛍光体Ｏ1，Ｏ2，Ｏ3）、および１種類の赤色蛍光体（窒化物系蛍光体Ｒ）をそれぞれ用意した。なお、これらの蛍光体の粒径は分級せず、上限４５μｍまでのものを用いた。

次に、実施例２〜４、６、参考例１−１、１−５においては、これらの蛍光体のうちの２種類以上を表２に示すように組み合わせて使用し、また比較例１〜４においては前記蛍光体の１種類を使用し、それぞれ図１に示す構成を有するＬＥＤランプ１を作製した。

すなわち、各蛍光体をシリコーン樹脂中に表２に示す配合割合（シリコーン樹脂に対する配合割合；重量％）で混合し、分散させた。そして、得られた蛍光体含有シリコーン樹脂を、波長４６０ｎｍの青色光を発光するＬＥＤチップ２が配置された深さ１．０ｍｍ、開口径３ｍｍのカップ（凹部７）内に、ディスペンサを用いて充填した後シリコーン樹脂を硬化させ、蛍光体含有樹脂９の厚さ（光路長）が１．０ｍｍのＬＥＤランプ１を作製した。

次いで、実施例２〜４、６、参考例１−１、１−５および比較例１〜４で得られたＬＥＤランプ１をそれぞれ発光させ、瞬間分光光計ＭＣＰＤ−７０００（大塚電子（株）社製）で発光スペクトルを測定した。そして、発光スペクトルから色温度と演色評価数（平均演色評価数Ｒａおよび特殊演色評価数Ｒ9、Ｒ15）をそれぞれ算出した。また、ゴニオ法を用いて発光効率を測定した。これらの測定結果を表２に示す。なお、発光効率は、比較例３のＬＥＤランプの効率を１００％としたときの相対値である。

表２から明らかなように、実施例２〜４、６で得られたＬＥＤランプ１では、半値幅が７０〜１１０ｎｍの黄色光ないし橙色光を発光する黄色系蛍光体と、半値幅７０〜１１０ｎｍの橙色光ないし赤橙色光を発光する橙色系蛍光体とをそれぞれ含む２種類以上の蛍光体が使用されているので、高い発光効率を維持しつつ演色性を高めることができる。特に、実施例２〜４および実施例６のＬＥＤランプ１では、Ｒａ８０以上の高い演色性を実現することができる。

参考例１〜５
発光の主波長が５６５ｎｍで半値幅が９５ｎｍの黄色系蛍光体（シリケート系蛍光体）を、シリコーン樹脂中に１０重量％の割合で混合し、分散させた。そして、得られた蛍光体含有シリコーン樹脂を、波長４６０ｎｍの青色光を発光するＬＥＤチップ２が配置された深さ１．０ｍｍ、開口径３ｍｍのカップ（凹部７）内に、ディスペンサを用いて充填した後シリコーン樹脂を硬化させ、表３に示す蛍光体含有樹脂の厚さ（光路長）を有するＬＥＤランプ１をそれぞれ作製した。

次いで、参考例１〜５で得られたＬＥＤランプ１をそれぞれ発光させ、ゴニオ法を用いて発光効率を測定した。測定結果を表３および図７に示す。なお、発光効率は、蛍光体含有樹脂の厚さ（光路長）が０．７ｍｍの参考例４のＬＥＤランプの効率を１００％としたときの相対値である。

表３および図７のグラフから、ＬＥＤチップ２の電極接続がワイヤボンディングによりなされているＬＥＤランプ１では、蛍光体含有樹脂層９の厚さを０．３ｍｍ以上とした参考例２〜５において高い発光効率が得られ、蛍光体含有樹脂層９の厚さが０．３ｍｍ未満である参考例１では、大幅に発光効率が低下することがわかる。

この参考例は、半値幅が７０〜１１０ｎｍの範囲にある黄色系蛍光体の１種類を使用したＬＥＤランプ１についての測定結果であるが、半値幅が７０〜１１０ｎｍの蛍光体の２種類以上を使用した場合も同様な結果が得られた。

本発明の発光装置をＬＥＤランプに適用した第１の実施形態の構成を示す断面図である。 図１に示すＬＥＤランプを複数配置したＬＥＤモジュールの一例を示す平面図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の発光装置の第２の実施形態に係わるＬＥＤランプの断面図である。 本発明の発光装置の第３の実施形態に係わる発光装置の平面図である。 図５のＦ−Ｆ線断面図である。 参考例１〜５で得られたＬＥＤランプの発光効率の測定結果を表わすグラフである。

符号の説明

１…ＬＥＤランプ、２…ＬＥＤチップ、３…回路パターン、４…基板、６…ボンディングワイヤ、７…凹部、８…フレーム、９…蛍光体含有樹脂層、１０…はんだバンプ、２１…ＬＥＤモジュール。

Claims (5)

1. 青色光を放射する発光ダイオードチップを有する発光素子と；
   透明樹脂と、前記発光ダイオードチップから放射された青色光により励起されて主波長が５４０ｎｍ以上５８５ｎｍ未満で半値幅が７０〜１１０ｎｍの光を発光するシリケート系蛍光体（Ａ）の１種と、前記発光ダイオードチップから放射された青色光により励起されて主波長が５８５ｎｍ以上６３０ｎｍ以下で半値幅が７０〜１１０ｎｍの光を発光するシリケート系蛍光体（Ｂ）の１種以上を、半値幅の小さい蛍光体を半値幅の大きい蛍光体より多く有する蛍光体とをそれぞれ含有し、前記発光素子を覆うように配置された蛍光体含有樹脂層と；
   を具備し、平均演色評価数Ｒａが８０〜８５であり、特殊演色評価数Ｒ９が９〜８５であることを特徴とする発光装置。
2. 前記蛍光体は、前記シリケート系蛍光体（Ａ）の１種と、半値幅が前記シリケート系蛍光体（Ａ）の半値幅より小さい前記シリケート系蛍光体（Ｂ）の２種以上をそれぞれ有することを特徴とする請求項１記載の発光装置。
3. 前記蛍光体含有樹脂層は、さらに、主波長が６３０ｎｍを超えて半値幅が前記シリケート系蛍光体（Ａ）の半値幅より大きい窒化物系蛍光体を、前記窒化物系蛍光体と前記シリケート系蛍光体（Ｂ）との合計で、前記シリケート系蛍光体（Ａ）より多く有す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. 前記発光素子はワイヤボンディング接続構造を有しており、前記透明樹脂に対する前記蛍光体の配合割合は、２種類以上の蛍光体の合計で１０〜２０重量％であり、かつ前記蛍光体含有樹脂層の厚さ（光路長）は０．３〜１．２ｍｍであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載の発光装置。
5. 前記発光素子はフリップチップ接続構造を有しており、前記透明樹脂に対する前記蛍光体の配合割合は、２種類以上の蛍光体の合計で１０〜２０重量％であり、かつ前記蛍光体含有樹脂層の厚さ（光路長）は０．１５〜１．２ｍｍであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載の発光装置。

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