発光装置およびその製造方法
【課題】発光出力が高く、色むらが小さく、演色性が良好であり、封止部材の形状にかかわらず色むらを低減することができる発光装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】発光装置１０は、カップ１３が形成された載置部としてのリードフレーム１２ａと、この載置部のカップの底面１３ａに載置されて所定のピーク波長の光を発する発光素子１４と、この発光素子の表面に吸着して形成されて発光素子からの光を吸収して発光素子からの光のピーク波長より長波長側にピーク波長を有する光を発する大粒径蛍光体１６の層と、この大粒径蛍光体よりも粒径が小さく且つ大粒径蛍光体と発光素子の少なくとも一方からの光を吸収してその少なくとも一方からの光のピーク波長より長波長側にピーク波長を有する光を発する小粒径蛍光体１８と、この小粒径蛍光体が分散して発光素子および大粒径蛍光体の層を載置部のカップ内に封止する封止部材２０とを備えている。
【解決手段】発光装置１０は、カップ１３が形成された載置部としてのリードフレーム１２ａと、この載置部のカップの底面１３ａに載置されて所定のピーク波長の光を発する発光素子１４と、この発光素子の表面に吸着して形成されて発光素子からの光を吸収して発光素子からの光のピーク波長より長波長側にピーク波長を有する光を発する大粒径蛍光体１６の層と、この大粒径蛍光体よりも粒径が小さく且つ大粒径蛍光体と発光素子の少なくとも一方からの光を吸収してその少なくとも一方からの光のピーク波長より長波長側にピーク波長を有する光を発する小粒径蛍光体１８と、この小粒径蛍光体が分散して発光素子および大粒径蛍光体の層を載置部のカップ内に封止する封止部材２０とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置およびその製造方法に関し、特に、発光素子とこの発光素子からの光によって異なる波長の光を発する蛍光体とを組み合わせた発光装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、近紫外〜青色領域の光を発するＬＥＤのような発光素子と、この発光素子からの光によって異なる波長の光を発する蛍光体とを組み合わせて、白色光を発する発光装置の開発が盛んに行われている。このような白色発光装置では、リードフレームや基板に形成されたカップ状の凹部の底面にＬＥＤチップを載置し、このＬＥＤチップからの光を吸収してその光の波長より長波長の光を発する蛍光体を混合した樹脂をポッティングすることによって、カップ状の凹部内のＬＥＤチップを封止している。
【０００３】
このような白色発光装置は、照明用光源として使用する場合、発光出力（照度）が高く、色むらが小さく、演色性が良好な光を発することが求められている。このような白色発光装置からの光を演色性が良好な白色光にするために、ＬＥＤチップからの光によって異なる波長の光を発する２種類の蛍光体を混合した樹脂をＬＥＤチップの周囲に配置させることが提案されている（例えば、特許文献１〜５参照）。
【０００４】
また、ＬＥＤチップからの光の少なくとも一部を吸収して異なる波長の光を発する大粒径蛍光物質と小粒径蛍光物質を含有する透光性樹脂をＬＥＤチップの周囲に配置し、大粒径蛍光物質をＬＥＤチップの近傍に分布させて色変換層を形成して効率的に色変換を行い、小粒径蛍光物質を色変換層の外側に分布させて色むらを抑制することが提案されている（例えば、特許文献６参照）。
【０００５】
さらに、青色領域の光を発する発光素子の周囲に、この青色領域の光と補色関係にある緑色〜黄色領域の光を発するＹＡＧ系蛍光体（ガーネット構造を有する希土類元素により付活された希土類アルミン酸塩蛍光体）を混合した樹脂を配置させることにより、白色光を発する発光装置が提案されており、また、橙色〜赤色領域の光を発するＣａ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕなどからなる蛍光体をさらに樹脂に混合することにより、さらに演色性の高い発光色を実現することができる白色発光装置が提案されている（例えば、特許文献７参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２４４０２１号公報（段落番号００１０−００２０）
【特許文献２】特開２００１−１２７３４６号公報（段落番号００１０−００１７）
【特許文献３】特開２００３−１０１０８１号公報（段落番号００１６−００１７）
【特許文献４】特開２００３−３１８４４７号公報（段落番号０００５−００２５）
【特許文献５】特開２００４−１５２９９３号公報（段落番号０００７−００１０）
【特許文献６】国際公開ＷＯ０２／０５９９８２号公報（第４−６頁）
【特許文献７】国際公開ＷＯ２００５／０２９５９６号公報（段落番号０１０３−０１０６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
白色発光装置の輝度を向上させるためには、蛍光体として光変換効率が高い大粒径の蛍光体を使用するのが好ましい。しかし、大粒径の蛍光体を樹脂に混合して樹脂を硬化させると、樹脂が硬化するまでの間に蛍光体が樹脂中で沈降し易いため、樹脂中の場所によって蛍光体の量にばらつきが生じてしまう。そのため、ＬＥＤからの光が樹脂中を通過する光路毎に蛍光体によって波長変換される光の量が変わってしまうので、色むらが生じてしまう。
【０００８】
また、蛍光体の沈降を防止するために粘度の高い樹脂を使用すると、樹脂中に気泡が混入してしまい、気泡に進入した光が閉じ込められて発光出力が低下する。また、ディスペンサなどを用いて樹脂を塗布する場合、粘度の高い樹脂ではノズルから吐出し難くなるので、樹脂の塗布量を調整し難くなり、色温度を調整し難くなるという問題がある。
【０００９】
一方、蛍光体として小粒径の蛍光体を使用すれば、樹脂中の蛍光体の沈降による色むらを防止することができるが、一般に蛍光体の粒経が小さくなると光変換効率が低下するため、作製した白色発光装置の発光出力が低下するという問題が生じる。
【００１０】
また、リードフレームや基板に形成されたカップ状の凹部の底面に発光素子を載置して、蛍光体を含有する樹脂のポッティングによってカップ状の凹部内の発光素子を封止した白色発光装置では、色むらを低減させるために、発光素子からの光が樹脂中を通過する光路長を一定にする必要がある。そのためには、発光素子と封止部材の表面の間の距離が一定になるように、樹脂の封止部材の上面を盛り上げて凸面にする必要がある。
【００１１】
しかし、樹脂のポッティングによってカップ状の凹部内の発光素子を封止する場合には、使用する樹脂の粘度や樹脂にかかる重力によって、発光素子からの光が樹脂中を通過する光路長が一定になるように樹脂の封止部材の形状を制御するのは容易ではなく、その結果、発光装置からの光の色むらが生じてしまう。
【００１２】
したがって、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、発光出力が高く、色むらが小さく、演色性が良好であり、封止部材の形状にかかわらず色むらを低減することができる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。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、発光素子からの光を吸収して発光素子からの光のピーク波長より長波長側にピーク波長を有する光を発する大粒径蛍光体を発光素子の表面に吸着させて大粒径蛍光体の層を形成した後、この大粒径蛍光体よりも粒径が小さく且つ大粒径蛍光体と発光素子の少なくとも一方からの光を吸収してその少なくとも一方からの光のピーク波長より長波長側にピーク波長を有する光を発する小粒径蛍光体を含む封止部材によって発光素子および大粒径蛍光体の層を封止することにより、発光出力が高く、色むらが小さく、演色性が良好であり、封止部材の形状にかかわらず色むらを低減することができる発光装置を製造することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１４】
すなわち、本発明による発光装置は、所定のピーク波長の光を発する発光素子と、この発光素子からの光を吸収して発光素子からの光のピーク波長より長波長側にピーク波長を有する光を発する大粒径蛍光体と、この大粒径蛍光体よりも粒径が小さく且つ大粒径蛍光体と発光素子の少なくとも一方からの光を吸収してその少なくとも一方からの光のピーク波長より長波長側にピーク波長を有する光を発する小粒径蛍光体とを用意し、発光素子の表面に大粒径蛍光体を吸着させて大粒径蛍光体の層を形成した後、小粒径蛍光体を含む封止部材によって発光素子および大粒径蛍光体の層を封止することを特徴とする。
【００１５】
この発光装置の製造方法において、吸着が静電吸着であるのが好ましい。また、大粒径蛍光体の粒径は、好ましくは１０μｍ以上且つ５０μｍ未満、さらに好ましくは２０〜４０μｍであり、小粒径蛍光体の粒径は、好ましくは１μｍ以上且つ１０μｍ未満、さらに好ましくは３〜８μｍである。また、発光素子が４２０ｎｍ以上且つ４９０ｎｍ未満の領域にピーク波長を有する光を発する発光素子であり、大粒径蛍光体が４９０ｎｍ以上且つ５９０ｎｍ未満の領域にピーク波長を有する光を発する蛍光体であり、小粒径蛍光体が５９０ｎｍ以上且つ７８０ｎｍ以下の領域にピーク波長を有する光を発する蛍光体であるのが好ましい。さらに、封止部材に小粒径蛍光体を分散させるのが好ましい。
【００１６】
また、本発明による発光装置は、凹部が形成された載置部と、この載置部の凹部の底面に載置されて所定のピーク波長の光を発する発光素子と、この発光素子の表面に形成されて発光素子からの光を吸収して発光素子からの光のピーク波長より長波長側にピーク波長を有する光を発する大粒径蛍光体と、この大粒径蛍光体よりも粒径が小さく且つ大粒径蛍光体と発光素子の少なくとも一方からの光を吸収してその少なくとも一方からの光のピーク波長より長波長側にピーク波長を有する光を発する小粒径蛍光体と、この小粒径蛍光体が分散して発光素子および大粒径蛍光体の層を載置部の凹部内に封止する封止部材とを備え、この封止部材の表面から出射された光の相関色温度を封止部材の表面の中心における接平面に対して１０〜１７０°の範囲において１０°毎の角度で測定したときの相関色温度の最大値と最小値の差が５００Ｋ以下であることを特徴とする。相関色温度の最大値と最小値の差が５００Ｋ以下であれば、様々な方向に均一な白色光を発することができ、照明用光源として使用することができる。
【００１７】
この発光装置において、相関色温度の最大値と最小値の差が３００Ｋ以下であるのが好ましい。相関色温度の最大値と最小値の差が３００Ｋ以下であれば、色むらをさらに小さくすることができるので、発光装置をスポット照明などにも適用することができる。大粒径蛍光体の粒径は、好ましくは１０μｍ以上且つ５０μｍ未満、さらに好ましくは２０〜４０μｍであり、小粒径蛍光体の粒径は、好ましくは１μｍ以上且つ１０μｍ未満、さらに好ましくは３〜８μｍである。また、発光素子が４２０ｎｍ以上且つ４９０ｎｍ未満の領域にピーク波長を有する光を発する発光素子であり、大粒径蛍光体が４９０ｎｍ以上且つ５９０ｎｍ未満の領域にピーク波長を有する光を発する蛍光体であり、小粒径蛍光体が５９０ｎｍ以上且つ７８０ｎｍ以下の領域にピーク波長を有する光を発する蛍光体であるのが好ましい。また、この発光装置の平均演色評価数Ｒａが９０以上であるのが好ましい。平均演色評価数Ｒａが９０以上であれば、発光装置の光を物体に照射した際に目に見える物体の色が、太陽光を物体に照射した際に目に見える物体の色に近くなって、色再現性が良好になり、照明用光源として使用するのに好ましいからである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、発光出力が高く、色むらが小さく、演色性が良好であり、封止部材の形状にかかわらず色むらを低減することができる発光装置を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して、本発明による発光装置およびその製造方法の実施の形態について説明する。
【００２０】
図１は、本発明による発光装置の実施の形態を概略的に示す断面図であり、図２は、図１の発光装置の発光素子を載置した一方のリードフレームのカップの部分を拡大して示す断面図である。図１および図２に示すように、本実施の形態の発光装置１０は、互いに離間して配置された一対のリードフレーム１２ａおよび１２ｂと、一方のリードフレーム１２ａの先端部に形成されたカップ（凹部）１３の底面１３ａに載置された発光素子１４と、この発光素子１４の表面を覆うように配置された大粒径蛍光体１６と、この大粒径蛍光体１６を覆うようにリードフレーム１２ａのカップ１３内に充填された小粒径蛍光体１８を含む封止部材２０と、リードフレーム１２ａ、１２ｂの先端部分を覆う透明のモールド部材２４とから構成されている。
【００２１】
なお、発光素子１４の底面には、（図示しない）一対の電極のうちの一方の電極、例えば、Ａｕ−Ｓｎ電極が設けられ、発光素子１４の上面には、他方の電極、例えば、Ａｕ電極が設けられている。発光素子１４の底面の電極は、ダイボンディングによって一方のリードフレーム１２ａのカップ１３の底面１３ａに電気的に接続され、発光素子１４の上面の電極は、金線などの導電性ワイヤ２２によって他方のリードフレーム１２ｂに電気的に接続されている。
【００２２】
発光素子１４としては、ピーク波長４２０〜４９０ｎｍの青色または青紫などの青色系の可視光を発光し、例えば、窒化ガリウム系半導体結晶からなる青色ＬＥＤチップを使用することができる。しかし、本発明による発光装置の発光素子１４として使用可能なＬＥＤチップは、青色ＬＥＤチップだけでなく、紫外光や近紫外光を発光可能な発光素子でもよい。また、発光素子１４としては、通常、０．３〜１ｍｍ角程度の略正方形の平面形状のＬＥＤチップを使用することができる。
【００２３】
大粒径蛍光体１６は、発光素子１４が青色領域の光を発する場合には、輝度を向上させるために、輝度を高める効果がある緑色から黄色領域の光を発する材料からなるのが好ましく、演色性をより高くするためには、緑色蛍光体からなるのが好ましい。また、大粒径蛍光体１６と小粒径蛍光体１８は、発光素子１４との組み合わせによって外部から観察される光が白色光になるような材料であるのが好ましい。また、図３に示すように、蛍光体の平均粒径が大きくなるほど相対発光強度が高くなるので、大粒径蛍光体１６の平均粒径が１０〜５０μｍ程度であるのが好ましい。また、一般に蛍光体の結晶性が高い方が発光効率が高くなり、結晶性を十分に高めるために必要な熱処理を施すと平均粒径が１０μｍ以上になる。なお、上述したように、通常使用するＬＥＤチップは、０．３〜１ｍｍ角程度の略正方形の平面形状のＬＥＤチップであるので、大粒径蛍光体１６の粒径が大き過ぎると、ＬＥＤチップの表面に数個の大粒径蛍光体１６しか配置することができなくなる。そのため、大粒径蛍光体１６の平均粒径が５０μｍ以上になると、以下の理由により望ましくない。すなわち、（１）一つ一つの大粒径蛍光体１６の発光効率の相違による影響が大きくなって色むらが発生し易くなり、（２）ＬＥＤチップの表面を均一に覆うことができないので色むらになり、（３）大粒径蛍光体１６同士の隙間が大きくなって、ＬＥＤチップの光が大粒径蛍光体１６に当たって大粒径蛍光体１６から発光する波長変換光と、大粒径蛍光体１６の隙間を通過するＬＥＤチップからの光とのコントラストがはっきりし過ぎて色むらになるからである。なお、小粒径蛍光体１８の平均粒径は、沈降し難いように１〜１０μｍ程度であるのが好ましい。また、大粒径蛍光体１６と小粒径蛍光体１８は、例えば、黄色と赤色のように別々の色の光を発する蛍光体が好ましいが、同じ色の光を発する蛍光体でもよい。なお、本発明による発光装置は、白色光を発する発光装置に限らず、あらゆる色の光を発する発光装置に応用することができる。
【００２４】
なお、小粒径蛍光体１８の量は、大粒径蛍光体１６と小粒径蛍光体１８の総量の２０質量％以下にするのが好ましい。発光装置の発光出力に大きく寄与するのは大粒径蛍光体１６であるので、粒径蛍光体１８の量が少なくても、発光装置の発光出力に対する影響は非常に少ないため、発光装置の発光出力を高く保持したまま、演色性が良好で色むらが少ない発光装置を製造することができる。
【００２５】
リードフレーム１２は、銅、銅亜鉛合金、鉄ニッケル合金などの金属からなるのが好ましい。また、封止部材２０の材料は、エポキシ樹脂やシリコーン系樹脂などの透光性の樹脂の他、ガラス材料でもよいが、耐熱性、耐紫外線性および作業性の観点からシリコーン系樹脂であるのが好ましい。
【００２６】
なお、本実施の形態の発光装置１０のように、小粒径蛍光体１８を封止部材２０中に分散させて発光素子１４から離間して配置させると、小粒径蛍光体１８の量が少なくても、発光素子１４から小粒径蛍光体１８に直接入射する光の他に、発光素子１４の周囲の大粒径蛍光体１６によって散乱した光も小粒径蛍光体１８に入射して、小粒径蛍光体１８が励起される確率が増大して、小粒径蛍光体１８の発光量を増大させることができる。また、発光素子１４から全ての角度に発した光と小粒径蛍光体１８からの光を混ぜることができるので、色むらを非常に少なくすることができる。
【００２７】
以上のように構成された本実施の形態の発光装置１０は、以下のように製造することができる。
【００２８】
まず、（図示しない）ダイボンダによって一方のリードフレーム１２ａのカップ１３の底面１３ａに発光素子１４の一方の面をダイボンディング（接着固定）して、発光素子１４の一方の電極を一方のリードフレーム１２ａに電気的に接続する。このダイボンディングの後、一対のリードフレーム１２ａおよび１２ｂを（図示しない）ワイヤボンダに移送し、金線などの導電性ワイヤ２２によって発光素子１４の他方の電極を他方のリードフレーム１２ｂにワイヤボンディングして電気的に接続する。
【００２９】
次に、一対のリードフレーム１２ａおよび１２ｂを静電吸着装置に移送し、リードフレーム１２ａのカップ１３にダイボンディングされた発光素子１４の表面に大粒径蛍光体１６を静電吸着させて、粒径の大きい蛍光体の波長変換層を発光素子１４の表面に均等に形成する。すなわち、図４に示すように、大粒径蛍光体１６を金属製トレイ２６上に載せ、この金属製トレイ２６を金属板２８上に配置した後、リードフレーム１２ａのカップ１３の開口部が金属製トレイ２６に対向するように金属製トレイ２６の上方１０ｍｍの位置にリードフレーム１２ａおよび１２ｂを設置し、リードフレーム１２ａを配線により接地する。次に、直流電源３０により金属板２８に−１０ｋＶの電圧を印加して、金属板２８とリードフレーム１２ａの間に１０ｋＶの電位差を生じさせることにより、金属板２８上に配置された金属製トレイ２６上の大粒径蛍光体１６の粒子を負に帯電させて、正に帯電した発光素子１４上に吸着させる。このようにして、静電吸着によって目的の色温度になる厚さまで大粒径蛍光体１６の層をカップ１３内の発光素子１４上に形成する。この静電吸着では、観測角度によって色温度が変化するのを防止するため、すなわち、観測角度が変わっても色温度が均一になるようにするため、輝度を高める効果がある光を発する大粒径蛍光体１６の層を均一な厚さになるように発光素子１４の表面に形成する。なお、本実施の形態では発光素子１４の表面に大粒径蛍光体１６を静電吸着させているが、発光素子１４の表面に大粒径蛍光体１６を均等な厚さに形成することができれば、静電吸着以外の吸着方法を使用してもよい。
【００３０】
次に、一対のリードフレーム１２ａおよび１２ｂを（図示しない）モールド装置に移送し、このモールド装置のディスペンサによりリードフレーム１２ａのカップ１３内に小粒径蛍光体１８および封止部材２０を注入する。このようにして小粒径蛍光体１８が分散した封止部材２０により大粒径蛍光体１６が保持される。なお、大粒径蛍光体１６として黄色領域の光を発する蛍光体を使用し、小粒径蛍光体１８として赤色領域の光を発する蛍光体を使用する場合には、大粒径蛍光体１６の量に対して小粒径蛍光体１８の量を１〜２０質量％程度にすれば、大部分の蛍光体が黄色領域の光を発する大粒径蛍光体１６になり、この大粒径蛍光体１６の層は均一な厚さに形成することができるので、発光素子１４からの光が蛍光体の層を通過する距離の相違によって生じる色むらを低減させることができる。また、発光素子１４の表面に吸着した黄色領域の光を発する大粒径蛍光体１６のまわりに、赤色領域の光を発する小粒径蛍光体１８を樹脂に混合して塗布することにより、塗布量を微調整することができ、色温度や演色性の調整が可能になる。
【００３１】
最後に、予めモールド部材が注入された（図示しない）モールド型枠の中にリードフレーム１２ａおよび１２ｂを浸漬した後、型枠を外して樹脂を硬化させると、図１に示すような砲弾型の発光装置を製造することができる。
【００３２】
このように、発光素子１４からの光が輝度を高める効果がある大粒径蛍光体１６を通過する光路長を均一にして、波長変換層としての大粒径蛍光体１６の層内の光の波長変換量を均一にして、色むらのない白色光を発する発光装置を製造することができる。また、樹脂に添加する小粒径蛍光体１８の量を減少させて小粒径蛍光体１８を樹脂に均一に分散させることができ、演色性も向上させることができる。
【実施例】
【００３３】
以下、本発明による発光装置およびその製造方法の実施例について詳細に説明する。
【００３４】
まず、一方のリードフレーム１２ａのカップ１３内に発光素子１４として（活性層の組成がＩｎＧａＮからなり、発光波長のピークが４６０ｎｍの）青色ＬＥＤチップをダイボンディングした後、ワイヤボンディングした。また、大粒径蛍光体１６として、平均粒径（Ｄ５０）が２５μｍのＳｒＡｌ（１＋ｘ）Ｓｉ（４−ｘ）ＯｘＮ（７−ｘ）：Ｃｅ（０≦ｘ≦１）と表記されるｘ＝０．４５の蛍光体（ＳｒＡｌ１．４５Ｓｉ３．５５Ｏ０．４５Ｎ６．５５：Ｃｅからなる組成の緑色蛍光体）（発光ピーク波長５５６ｎｍ）を用意した。次に、図４に示すように、この大粒径蛍光体１６を金属製トレイ２６上に載せて、この金属製トレイ２６を金属板２８上に配置した後、リードフレーム１２ａのカップ１３の開口部が金属製トレイ２６に対向するように金属製トレイ１６の上方１０ｍｍの位置にリードフレーム１２ａを設置し、リードフレーム１２ａを配線により接地した。次に、金属板２８に−１０ｋＶの電圧を印加して、金属板２８とリードフレーム１２ａの間に１０ｋＶの電位差を生じさせることにより、金属板２８上に配置された金属製トレイ２６上の大粒径蛍光体１６の粒子を負に帯電させて、正に帯電した青色ＬＥＤチップ１４上に吸着させた。このようにして、静電吸着によって、目的の色温度にするのに必要な厚さになるまで大粒径蛍光体１６の層をカップ１３内の青色ＬＥＤチップ１４上に形成した。
【００３５】
また、小粒径蛍光体１８として、平均粒径（Ｄ５０）が７μｍのＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕからなる組成の赤色蛍光体（発光ピーク波長６５９ｎｍ）を用意した。この小粒径蛍光体１８とＳｉＯ２からなる粒径７ｎｍの沈降防止剤とを粘度３５０ｍＰａ・ｓのシリコーン樹脂（信越化学工業製のＳＣＲ−１０１１）に混合し、リードフレーム１２ａのカップ１３内に注入して樹脂を硬化させることにより、小粒径蛍光体１８が分散した封止部材２０で大粒径蛍光体１６を封止した。
【００３６】
このようにして図５に示すようなカップ１３内の構造の発光装置を作製し、この発光装置について演色評価数を測定した。また、色むら（色温度分布）を評価するために、観測角度に対するＪＩＳ Ｚ８７２６に基づいて相関色温度を測定した。すなわち、発光装置から放出される光が見る角度によって異なって見えると、色むらが大きくなるので、観測角度毎の相関色温度を測定して、その最大値と最小値の差（色温度幅）を求めれば、色むらを評価することができる。観測角度に対する相関色温度の測定は、図１４に示すように、封止部材２０の表面から出射された光の相関色温度を封止部材の表面の中心における接平面に対して１０〜１７０°の範囲において１０°毎の角度で測定することによって行った。なお、相関色温度は、発光装置から１．４〜１．５ｍ離れた位置に配置した検出部に照射された光を光ファイバによって測定装置（浜松ホトニクス製の分光装置ＰＭＡ−１１（Ｃ７４７３−３６））に伝送してＪＩＳ Ｚ８７２５に基づいて測定した。
【００３７】
その結果、図６および表１に示すように、観測角度９０°における相関色温度は約４８００Ｋ、色温度幅は２３３Ｋであり、色むらが非常に小さかった。また、観測角度９０°における平均演色評価数Ｒａは９０と高い値であり、演色性は良好であり、色再現性が良好であった。また、表２に示すように、特殊演色評価数Ｒ９〜Ｒ１５が６０以上になり、太陽光下の物質の色に近くなって好ましく、特に、Ｒ９が９５と高い値であるので、赤色についての色再現性が良好であり、Ｒ１５が９１と高い値であるので、日本人の肌色についての色再現性が良好であるため、実施例の発光装置は、非常に優れた照明用光源として使用することができる。さらに、図７および表３に示すように、観測角度による平均演色評価指数Ｒａのむらがなくなり、演色評価指数は観測角度１０〜１７０°で９０以上と高い値であった。なお、平均演色評価指数Ｒａのむらが大きい発光装置を使用した照明の下に物体を置くと、照明からの光の角度によって物体の色が異なって見えるが、平均演色評価指数Ｒａのむらが小さい発光装置では、照明からの光の角度によって物体の色が異なって見える度合いが小さくなる。また、本実施例の発光装置の観測角度９０°における各波長の発光強度の測定結果（発光スペクトル）を図１５に示す。
【００３８】
【表１】
【００３９】
【表２】
【００４０】
【表３】
【００４１】
［比較例１］
実施例の大粒径蛍光体１６の代わりに、平均粒径（Ｄ５０）が２５μｍのＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕからなる組成の赤色蛍光体（発光ピーク波長６６０ｎｍ）を使用し、実施例の小粒径蛍光体１８の代わりに、平均粒径（Ｄ５０）が９μｍのＳｒＡｌ１．４２Ｓｉ３．５８Ｏ０．４２Ｎ６．５８：Ｃｅからなる組成の緑色蛍光体（発光ピーク波長５５７ｎｍ）を使用した以外は、実施例と同様の方法により、図８に示すようなカップ１３内の構造の発光装置を作製した。
【００４２】
このようにして作製した発光装置について、演色評価数および観測角度に対する相関色温度を測定した。その結果、平均演色評価数Ｒａは９０であり、演色性は良好であった。しかし、図９および表１に示すように、観測角度９０°における相関色温度は約５２００Ｋ、色温度幅は６５０Ｋであり、色むらが大きかった。
【００４３】
［比較例２］
実施例の大粒径蛍光体１６の代わりに、小粒径蛍光体１８として平均粒径（Ｄ５０）が９μｍのＳｒＡｌ１．４５Ｓｉ３．５５Ｏ０．４５Ｎ６．５５：Ｃｅからなる組成の緑色蛍光体（発光ピーク波長５５７ｎｍ）を使用し、実施例の小粒径蛍光体１８の代わりに、大粒径蛍光体１６として平均粒径（Ｄ５０）が２５μｍのＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕからなる組成の赤色蛍光体（発光ピーク波長６６０ｎｍ）を使用した以外は、実施例と同様の方法により、図１０に示すようなカップ１３内の構造の発光装置を作製した。
【００４４】
このようにして作製した発光装置について、演色評価数および観測角度に対する相関色温度を測定した。その結果、平均演色評価数Ｒａは９０であり、演色性は良好であった。しかし、図１１および表１に示すように、観測角度９０°における相関色温度は約５２００Ｋ、色温度幅は２４００Ｋであり、色むらが非常に大きかった。
【００４５】
［比較例３］
実施例の大粒径蛍光体１６の代わりに、小粒径蛍光体１８として平均粒径（Ｄ５０）が７μｍのＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕからなる組成の赤色蛍光体（発光ピーク波長６５９ｎｍ）を使用し、実施例の小粒径蛍光体１８の代わりに、大粒径蛍光体１６として平均粒径（Ｄ５０）が２５μｍのＳｒＡｌ１．２５Ｓｉ４．５Ｏ１．２５Ｎ７．１：Ｃｅからなる組成の緑色蛍光体（発光ピーク波長５５６ｎｍ）を使用した以外は、実施例と同様の方法により、図１２に示すようなカップ１３内の構造の発光装置を作製した。
【００４６】
このようにして作製した発光装置について、演色評価数および観測角度に対する相関色温度を測定した。その結果、平均演色評価数Ｒａは８５であり、演色性は良好であった。しかし、図１３および表１に示すように、観測角度９０°における相関色温度は約６７００Ｋ、色温度幅は２０００Ｋであり、色むらが非常に大きかった。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明による発光装置の実施の形態を概略的に示す断面図である。
【図２】図１の発光装置の発光素子を載置した一方のリードフレームのカップの部分を拡大して示す断面図である。
【図３】発光装置に使用する蛍光体の平均粒径と発光装置の相対発光強度との関係を示すグラフである。
【図４】本発明による発光装置の製造方法の実施の形態における大粒径蛍光体の静電吸着工程を説明する概略図である。
【図５】実施例の発光装置のリードフレームのカップ内の構造を説明する概略図である。
【図６】実施例の発光装置の観測角度と相関色温度との関係を示すグラフである。
【図７】実施例の発光装置の観測角度と演色評価指数との関係を示すグラフである。
【図８】比較例１の発光装置のリードフレームのカップ内の構造を説明する概略図である。
【図９】比較例１の発光装置の観測角度と相関色温度との関係を示すグラフである。
【図１０】比較例２の発光装置のリードフレームのカップ内の構造を説明する概略図である。
【図１１】比較例２の発光装置の観測角度と相関色温度との関係を示すグラフである。
【図１２】比較例３の発光装置のリードフレームのカップ内の構造を説明する概略図である。
【図１３】比較例３の発光装置の観測角度と相関色温度との関係を示すグラフである。
【図１４】相関色温度の観測角度を説明する図である。
【図１５】実施例の発光装置の観測角度９０°における発光スペクトルを示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０ 発光装置
１２ａ、１２ｂ リードフレーム
１３ カップ（凹部）
１３ａ 底面
１４ 発光素子
１６ 大粒径蛍光体
１８ 小粒径蛍光体
２０ 封止部材
２２ 導電性ワイヤ
２４ モールド部材
２６ 金属製トレイ
２８ 金属板
３０ 直流電源
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置およびその製造方法に関し、特に、発光素子とこの発光素子からの光によって異なる波長の光を発する蛍光体とを組み合わせた発光装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、近紫外〜青色領域の光を発するＬＥＤのような発光素子と、この発光素子からの光によって異なる波長の光を発する蛍光体とを組み合わせて、白色光を発する発光装置の開発が盛んに行われている。このような白色発光装置では、リードフレームや基板に形成されたカップ状の凹部の底面にＬＥＤチップを載置し、このＬＥＤチップからの光を吸収してその光の波長より長波長の光を発する蛍光体を混合した樹脂をポッティングすることによって、カップ状の凹部内のＬＥＤチップを封止している。
【０００３】
このような白色発光装置は、照明用光源として使用する場合、発光出力（照度）が高く、色むらが小さく、演色性が良好な光を発することが求められている。このような白色発光装置からの光を演色性が良好な白色光にするために、ＬＥＤチップからの光によって異なる波長の光を発する２種類の蛍光体を混合した樹脂をＬＥＤチップの周囲に配置させることが提案されている（例えば、特許文献１〜５参照）。
【０００４】
また、ＬＥＤチップからの光の少なくとも一部を吸収して異なる波長の光を発する大粒径蛍光物質と小粒径蛍光物質を含有する透光性樹脂をＬＥＤチップの周囲に配置し、大粒径蛍光物質をＬＥＤチップの近傍に分布させて色変換層を形成して効率的に色変換を行い、小粒径蛍光物質を色変換層の外側に分布させて色むらを抑制することが提案されている（例えば、特許文献６参照）。
【０００５】
さらに、青色領域の光を発する発光素子の周囲に、この青色領域の光と補色関係にある緑色〜黄色領域の光を発するＹＡＧ系蛍光体（ガーネット構造を有する希土類元素により付活された希土類アルミン酸塩蛍光体）を混合した樹脂を配置させることにより、白色光を発する発光装置が提案されており、また、橙色〜赤色領域の光を発するＣａ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕなどからなる蛍光体をさらに樹脂に混合することにより、さらに演色性の高い発光色を実現することができる白色発光装置が提案されている（例えば、特許文献７参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２４４０２１号公報（段落番号００１０−００２０）
【特許文献２】特開２００１−１２７３４６号公報（段落番号００１０−００１７）
【特許文献３】特開２００３−１０１０８１号公報（段落番号００１６−００１７）
【特許文献４】特開２００３−３１８４４７号公報（段落番号０００５−００２５）
【特許文献５】特開２００４−１５２９９３号公報（段落番号０００７−００１０）
【特許文献６】国際公開ＷＯ０２／０５９９８２号公報（第４−６頁）
【特許文献７】国際公開ＷＯ２００５／０２９５９６号公報（段落番号０１０３−０１０６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
白色発光装置の輝度を向上させるためには、蛍光体として光変換効率が高い大粒径の蛍光体を使用するのが好ましい。しかし、大粒径の蛍光体を樹脂に混合して樹脂を硬化させると、樹脂が硬化するまでの間に蛍光体が樹脂中で沈降し易いため、樹脂中の場所によって蛍光体の量にばらつきが生じてしまう。そのため、ＬＥＤからの光が樹脂中を通過する光路毎に蛍光体によって波長変換される光の量が変わってしまうので、色むらが生じてしまう。
【０００８】
また、蛍光体の沈降を防止するために粘度の高い樹脂を使用すると、樹脂中に気泡が混入してしまい、気泡に進入した光が閉じ込められて発光出力が低下する。また、ディスペンサなどを用いて樹脂を塗布する場合、粘度の高い樹脂ではノズルから吐出し難くなるので、樹脂の塗布量を調整し難くなり、色温度を調整し難くなるという問題がある。
【０００９】
一方、蛍光体として小粒径の蛍光体を使用すれば、樹脂中の蛍光体の沈降による色むらを防止することができるが、一般に蛍光体の粒経が小さくなると光変換効率が低下するため、作製した白色発光装置の発光出力が低下するという問題が生じる。
【００１０】
また、リードフレームや基板に形成されたカップ状の凹部の底面に発光素子を載置して、蛍光体を含有する樹脂のポッティングによってカップ状の凹部内の発光素子を封止した白色発光装置では、色むらを低減させるために、発光素子からの光が樹脂中を通過する光路長を一定にする必要がある。そのためには、発光素子と封止部材の表面の間の距離が一定になるように、樹脂の封止部材の上面を盛り上げて凸面にする必要がある。
【００１１】
しかし、樹脂のポッティングによってカップ状の凹部内の発光素子を封止する場合には、使用する樹脂の粘度や樹脂にかかる重力によって、発光素子からの光が樹脂中を通過する光路長が一定になるように樹脂の封止部材の形状を制御するのは容易ではなく、その結果、発光装置からの光の色むらが生じてしまう。
【００１２】
したがって、本発明は、このような従来の問題点に鑑み、発光出力が高く、色むらが小さく、演色性が良好であり、封止部材の形状にかかわらず色むらを低減することができる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。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、発光素子からの光を吸収して発光素子からの光のピーク波長より長波長側にピーク波長を有する光を発する大粒径蛍光体を発光素子の表面に吸着させて大粒径蛍光体の層を形成した後、この大粒径蛍光体よりも粒径が小さく且つ大粒径蛍光体と発光素子の少なくとも一方からの光を吸収してその少なくとも一方からの光のピーク波長より長波長側にピーク波長を有する光を発する小粒径蛍光体を含む封止部材によって発光素子および大粒径蛍光体の層を封止することにより、発光出力が高く、色むらが小さく、演色性が良好であり、封止部材の形状にかかわらず色むらを低減することができる発光装置を製造することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１４】
すなわち、本発明による発光装置は、所定のピーク波長の光を発する発光素子と、この発光素子からの光を吸収して発光素子からの光のピーク波長より長波長側にピーク波長を有する光を発する大粒径蛍光体と、この大粒径蛍光体よりも粒径が小さく且つ大粒径蛍光体と発光素子の少なくとも一方からの光を吸収してその少なくとも一方からの光のピーク波長より長波長側にピーク波長を有する光を発する小粒径蛍光体とを用意し、発光素子の表面に大粒径蛍光体を吸着させて大粒径蛍光体の層を形成した後、小粒径蛍光体を含む封止部材によって発光素子および大粒径蛍光体の層を封止することを特徴とする。
【００１５】
この発光装置の製造方法において、吸着が静電吸着であるのが好ましい。また、大粒径蛍光体の粒径は、好ましくは１０μｍ以上且つ５０μｍ未満、さらに好ましくは２０〜４０μｍであり、小粒径蛍光体の粒径は、好ましくは１μｍ以上且つ１０μｍ未満、さらに好ましくは３〜８μｍである。また、発光素子が４２０ｎｍ以上且つ４９０ｎｍ未満の領域にピーク波長を有する光を発する発光素子であり、大粒径蛍光体が４９０ｎｍ以上且つ５９０ｎｍ未満の領域にピーク波長を有する光を発する蛍光体であり、小粒径蛍光体が５９０ｎｍ以上且つ７８０ｎｍ以下の領域にピーク波長を有する光を発する蛍光体であるのが好ましい。さらに、封止部材に小粒径蛍光体を分散させるのが好ましい。
【００１６】
また、本発明による発光装置は、凹部が形成された載置部と、この載置部の凹部の底面に載置されて所定のピーク波長の光を発する発光素子と、この発光素子の表面に形成されて発光素子からの光を吸収して発光素子からの光のピーク波長より長波長側にピーク波長を有する光を発する大粒径蛍光体と、この大粒径蛍光体よりも粒径が小さく且つ大粒径蛍光体と発光素子の少なくとも一方からの光を吸収してその少なくとも一方からの光のピーク波長より長波長側にピーク波長を有する光を発する小粒径蛍光体と、この小粒径蛍光体が分散して発光素子および大粒径蛍光体の層を載置部の凹部内に封止する封止部材とを備え、この封止部材の表面から出射された光の相関色温度を封止部材の表面の中心における接平面に対して１０〜１７０°の範囲において１０°毎の角度で測定したときの相関色温度の最大値と最小値の差が５００Ｋ以下であることを特徴とする。相関色温度の最大値と最小値の差が５００Ｋ以下であれば、様々な方向に均一な白色光を発することができ、照明用光源として使用することができる。
【００１７】
この発光装置において、相関色温度の最大値と最小値の差が３００Ｋ以下であるのが好ましい。相関色温度の最大値と最小値の差が３００Ｋ以下であれば、色むらをさらに小さくすることができるので、発光装置をスポット照明などにも適用することができる。大粒径蛍光体の粒径は、好ましくは１０μｍ以上且つ５０μｍ未満、さらに好ましくは２０〜４０μｍであり、小粒径蛍光体の粒径は、好ましくは１μｍ以上且つ１０μｍ未満、さらに好ましくは３〜８μｍである。また、発光素子が４２０ｎｍ以上且つ４９０ｎｍ未満の領域にピーク波長を有する光を発する発光素子であり、大粒径蛍光体が４９０ｎｍ以上且つ５９０ｎｍ未満の領域にピーク波長を有する光を発する蛍光体であり、小粒径蛍光体が５９０ｎｍ以上且つ７８０ｎｍ以下の領域にピーク波長を有する光を発する蛍光体であるのが好ましい。また、この発光装置の平均演色評価数Ｒａが９０以上であるのが好ましい。平均演色評価数Ｒａが９０以上であれば、発光装置の光を物体に照射した際に目に見える物体の色が、太陽光を物体に照射した際に目に見える物体の色に近くなって、色再現性が良好になり、照明用光源として使用するのに好ましいからである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、発光出力が高く、色むらが小さく、演色性が良好であり、封止部材の形状にかかわらず色むらを低減することができる発光装置を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して、本発明による発光装置およびその製造方法の実施の形態について説明する。
【００２０】
図１は、本発明による発光装置の実施の形態を概略的に示す断面図であり、図２は、図１の発光装置の発光素子を載置した一方のリードフレームのカップの部分を拡大して示す断面図である。図１および図２に示すように、本実施の形態の発光装置１０は、互いに離間して配置された一対のリードフレーム１２ａおよび１２ｂと、一方のリードフレーム１２ａの先端部に形成されたカップ（凹部）１３の底面１３ａに載置された発光素子１４と、この発光素子１４の表面を覆うように配置された大粒径蛍光体１６と、この大粒径蛍光体１６を覆うようにリードフレーム１２ａのカップ１３内に充填された小粒径蛍光体１８を含む封止部材２０と、リードフレーム１２ａ、１２ｂの先端部分を覆う透明のモールド部材２４とから構成されている。
【００２１】
なお、発光素子１４の底面には、（図示しない）一対の電極のうちの一方の電極、例えば、Ａｕ−Ｓｎ電極が設けられ、発光素子１４の上面には、他方の電極、例えば、Ａｕ電極が設けられている。発光素子１４の底面の電極は、ダイボンディングによって一方のリードフレーム１２ａのカップ１３の底面１３ａに電気的に接続され、発光素子１４の上面の電極は、金線などの導電性ワイヤ２２によって他方のリードフレーム１２ｂに電気的に接続されている。
【００２２】
発光素子１４としては、ピーク波長４２０〜４９０ｎｍの青色または青紫などの青色系の可視光を発光し、例えば、窒化ガリウム系半導体結晶からなる青色ＬＥＤチップを使用することができる。しかし、本発明による発光装置の発光素子１４として使用可能なＬＥＤチップは、青色ＬＥＤチップだけでなく、紫外光や近紫外光を発光可能な発光素子でもよい。また、発光素子１４としては、通常、０．３〜１ｍｍ角程度の略正方形の平面形状のＬＥＤチップを使用することができる。
【００２３】
大粒径蛍光体１６は、発光素子１４が青色領域の光を発する場合には、輝度を向上させるために、輝度を高める効果がある緑色から黄色領域の光を発する材料からなるのが好ましく、演色性をより高くするためには、緑色蛍光体からなるのが好ましい。また、大粒径蛍光体１６と小粒径蛍光体１８は、発光素子１４との組み合わせによって外部から観察される光が白色光になるような材料であるのが好ましい。また、図３に示すように、蛍光体の平均粒径が大きくなるほど相対発光強度が高くなるので、大粒径蛍光体１６の平均粒径が１０〜５０μｍ程度であるのが好ましい。また、一般に蛍光体の結晶性が高い方が発光効率が高くなり、結晶性を十分に高めるために必要な熱処理を施すと平均粒径が１０μｍ以上になる。なお、上述したように、通常使用するＬＥＤチップは、０．３〜１ｍｍ角程度の略正方形の平面形状のＬＥＤチップであるので、大粒径蛍光体１６の粒径が大き過ぎると、ＬＥＤチップの表面に数個の大粒径蛍光体１６しか配置することができなくなる。そのため、大粒径蛍光体１６の平均粒径が５０μｍ以上になると、以下の理由により望ましくない。すなわち、（１）一つ一つの大粒径蛍光体１６の発光効率の相違による影響が大きくなって色むらが発生し易くなり、（２）ＬＥＤチップの表面を均一に覆うことができないので色むらになり、（３）大粒径蛍光体１６同士の隙間が大きくなって、ＬＥＤチップの光が大粒径蛍光体１６に当たって大粒径蛍光体１６から発光する波長変換光と、大粒径蛍光体１６の隙間を通過するＬＥＤチップからの光とのコントラストがはっきりし過ぎて色むらになるからである。なお、小粒径蛍光体１８の平均粒径は、沈降し難いように１〜１０μｍ程度であるのが好ましい。また、大粒径蛍光体１６と小粒径蛍光体１８は、例えば、黄色と赤色のように別々の色の光を発する蛍光体が好ましいが、同じ色の光を発する蛍光体でもよい。なお、本発明による発光装置は、白色光を発する発光装置に限らず、あらゆる色の光を発する発光装置に応用することができる。
【００２４】
なお、小粒径蛍光体１８の量は、大粒径蛍光体１６と小粒径蛍光体１８の総量の２０質量％以下にするのが好ましい。発光装置の発光出力に大きく寄与するのは大粒径蛍光体１６であるので、粒径蛍光体１８の量が少なくても、発光装置の発光出力に対する影響は非常に少ないため、発光装置の発光出力を高く保持したまま、演色性が良好で色むらが少ない発光装置を製造することができる。
【００２５】
リードフレーム１２は、銅、銅亜鉛合金、鉄ニッケル合金などの金属からなるのが好ましい。また、封止部材２０の材料は、エポキシ樹脂やシリコーン系樹脂などの透光性の樹脂の他、ガラス材料でもよいが、耐熱性、耐紫外線性および作業性の観点からシリコーン系樹脂であるのが好ましい。
【００２６】
なお、本実施の形態の発光装置１０のように、小粒径蛍光体１８を封止部材２０中に分散させて発光素子１４から離間して配置させると、小粒径蛍光体１８の量が少なくても、発光素子１４から小粒径蛍光体１８に直接入射する光の他に、発光素子１４の周囲の大粒径蛍光体１６によって散乱した光も小粒径蛍光体１８に入射して、小粒径蛍光体１８が励起される確率が増大して、小粒径蛍光体１８の発光量を増大させることができる。また、発光素子１４から全ての角度に発した光と小粒径蛍光体１８からの光を混ぜることができるので、色むらを非常に少なくすることができる。
【００２７】
以上のように構成された本実施の形態の発光装置１０は、以下のように製造することができる。
【００２８】
まず、（図示しない）ダイボンダによって一方のリードフレーム１２ａのカップ１３の底面１３ａに発光素子１４の一方の面をダイボンディング（接着固定）して、発光素子１４の一方の電極を一方のリードフレーム１２ａに電気的に接続する。このダイボンディングの後、一対のリードフレーム１２ａおよび１２ｂを（図示しない）ワイヤボンダに移送し、金線などの導電性ワイヤ２２によって発光素子１４の他方の電極を他方のリードフレーム１２ｂにワイヤボンディングして電気的に接続する。
【００２９】
次に、一対のリードフレーム１２ａおよび１２ｂを静電吸着装置に移送し、リードフレーム１２ａのカップ１３にダイボンディングされた発光素子１４の表面に大粒径蛍光体１６を静電吸着させて、粒径の大きい蛍光体の波長変換層を発光素子１４の表面に均等に形成する。すなわち、図４に示すように、大粒径蛍光体１６を金属製トレイ２６上に載せ、この金属製トレイ２６を金属板２８上に配置した後、リードフレーム１２ａのカップ１３の開口部が金属製トレイ２６に対向するように金属製トレイ２６の上方１０ｍｍの位置にリードフレーム１２ａおよび１２ｂを設置し、リードフレーム１２ａを配線により接地する。次に、直流電源３０により金属板２８に−１０ｋＶの電圧を印加して、金属板２８とリードフレーム１２ａの間に１０ｋＶの電位差を生じさせることにより、金属板２８上に配置された金属製トレイ２６上の大粒径蛍光体１６の粒子を負に帯電させて、正に帯電した発光素子１４上に吸着させる。このようにして、静電吸着によって目的の色温度になる厚さまで大粒径蛍光体１６の層をカップ１３内の発光素子１４上に形成する。この静電吸着では、観測角度によって色温度が変化するのを防止するため、すなわち、観測角度が変わっても色温度が均一になるようにするため、輝度を高める効果がある光を発する大粒径蛍光体１６の層を均一な厚さになるように発光素子１４の表面に形成する。なお、本実施の形態では発光素子１４の表面に大粒径蛍光体１６を静電吸着させているが、発光素子１４の表面に大粒径蛍光体１６を均等な厚さに形成することができれば、静電吸着以外の吸着方法を使用してもよい。
【００３０】
次に、一対のリードフレーム１２ａおよび１２ｂを（図示しない）モールド装置に移送し、このモールド装置のディスペンサによりリードフレーム１２ａのカップ１３内に小粒径蛍光体１８および封止部材２０を注入する。このようにして小粒径蛍光体１８が分散した封止部材２０により大粒径蛍光体１６が保持される。なお、大粒径蛍光体１６として黄色領域の光を発する蛍光体を使用し、小粒径蛍光体１８として赤色領域の光を発する蛍光体を使用する場合には、大粒径蛍光体１６の量に対して小粒径蛍光体１８の量を１〜２０質量％程度にすれば、大部分の蛍光体が黄色領域の光を発する大粒径蛍光体１６になり、この大粒径蛍光体１６の層は均一な厚さに形成することができるので、発光素子１４からの光が蛍光体の層を通過する距離の相違によって生じる色むらを低減させることができる。また、発光素子１４の表面に吸着した黄色領域の光を発する大粒径蛍光体１６のまわりに、赤色領域の光を発する小粒径蛍光体１８を樹脂に混合して塗布することにより、塗布量を微調整することができ、色温度や演色性の調整が可能になる。
【００３１】
最後に、予めモールド部材が注入された（図示しない）モールド型枠の中にリードフレーム１２ａおよび１２ｂを浸漬した後、型枠を外して樹脂を硬化させると、図１に示すような砲弾型の発光装置を製造することができる。
【００３２】
このように、発光素子１４からの光が輝度を高める効果がある大粒径蛍光体１６を通過する光路長を均一にして、波長変換層としての大粒径蛍光体１６の層内の光の波長変換量を均一にして、色むらのない白色光を発する発光装置を製造することができる。また、樹脂に添加する小粒径蛍光体１８の量を減少させて小粒径蛍光体１８を樹脂に均一に分散させることができ、演色性も向上させることができる。
【実施例】
【００３３】
以下、本発明による発光装置およびその製造方法の実施例について詳細に説明する。
【００３４】
まず、一方のリードフレーム１２ａのカップ１３内に発光素子１４として（活性層の組成がＩｎＧａＮからなり、発光波長のピークが４６０ｎｍの）青色ＬＥＤチップをダイボンディングした後、ワイヤボンディングした。また、大粒径蛍光体１６として、平均粒径（Ｄ５０）が２５μｍのＳｒＡｌ（１＋ｘ）Ｓｉ（４−ｘ）ＯｘＮ（７−ｘ）：Ｃｅ（０≦ｘ≦１）と表記されるｘ＝０．４５の蛍光体（ＳｒＡｌ１．４５Ｓｉ３．５５Ｏ０．４５Ｎ６．５５：Ｃｅからなる組成の緑色蛍光体）（発光ピーク波長５５６ｎｍ）を用意した。次に、図４に示すように、この大粒径蛍光体１６を金属製トレイ２６上に載せて、この金属製トレイ２６を金属板２８上に配置した後、リードフレーム１２ａのカップ１３の開口部が金属製トレイ２６に対向するように金属製トレイ１６の上方１０ｍｍの位置にリードフレーム１２ａを設置し、リードフレーム１２ａを配線により接地した。次に、金属板２８に−１０ｋＶの電圧を印加して、金属板２８とリードフレーム１２ａの間に１０ｋＶの電位差を生じさせることにより、金属板２８上に配置された金属製トレイ２６上の大粒径蛍光体１６の粒子を負に帯電させて、正に帯電した青色ＬＥＤチップ１４上に吸着させた。このようにして、静電吸着によって、目的の色温度にするのに必要な厚さになるまで大粒径蛍光体１６の層をカップ１３内の青色ＬＥＤチップ１４上に形成した。
【００３５】
また、小粒径蛍光体１８として、平均粒径（Ｄ５０）が７μｍのＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕからなる組成の赤色蛍光体（発光ピーク波長６５９ｎｍ）を用意した。この小粒径蛍光体１８とＳｉＯ２からなる粒径７ｎｍの沈降防止剤とを粘度３５０ｍＰａ・ｓのシリコーン樹脂（信越化学工業製のＳＣＲ−１０１１）に混合し、リードフレーム１２ａのカップ１３内に注入して樹脂を硬化させることにより、小粒径蛍光体１８が分散した封止部材２０で大粒径蛍光体１６を封止した。
【００３６】
このようにして図５に示すようなカップ１３内の構造の発光装置を作製し、この発光装置について演色評価数を測定した。また、色むら（色温度分布）を評価するために、観測角度に対するＪＩＳ Ｚ８７２６に基づいて相関色温度を測定した。すなわち、発光装置から放出される光が見る角度によって異なって見えると、色むらが大きくなるので、観測角度毎の相関色温度を測定して、その最大値と最小値の差（色温度幅）を求めれば、色むらを評価することができる。観測角度に対する相関色温度の測定は、図１４に示すように、封止部材２０の表面から出射された光の相関色温度を封止部材の表面の中心における接平面に対して１０〜１７０°の範囲において１０°毎の角度で測定することによって行った。なお、相関色温度は、発光装置から１．４〜１．５ｍ離れた位置に配置した検出部に照射された光を光ファイバによって測定装置（浜松ホトニクス製の分光装置ＰＭＡ−１１（Ｃ７４７３−３６））に伝送してＪＩＳ Ｚ８７２５に基づいて測定した。
【００３７】
その結果、図６および表１に示すように、観測角度９０°における相関色温度は約４８００Ｋ、色温度幅は２３３Ｋであり、色むらが非常に小さかった。また、観測角度９０°における平均演色評価数Ｒａは９０と高い値であり、演色性は良好であり、色再現性が良好であった。また、表２に示すように、特殊演色評価数Ｒ９〜Ｒ１５が６０以上になり、太陽光下の物質の色に近くなって好ましく、特に、Ｒ９が９５と高い値であるので、赤色についての色再現性が良好であり、Ｒ１５が９１と高い値であるので、日本人の肌色についての色再現性が良好であるため、実施例の発光装置は、非常に優れた照明用光源として使用することができる。さらに、図７および表３に示すように、観測角度による平均演色評価指数Ｒａのむらがなくなり、演色評価指数は観測角度１０〜１７０°で９０以上と高い値であった。なお、平均演色評価指数Ｒａのむらが大きい発光装置を使用した照明の下に物体を置くと、照明からの光の角度によって物体の色が異なって見えるが、平均演色評価指数Ｒａのむらが小さい発光装置では、照明からの光の角度によって物体の色が異なって見える度合いが小さくなる。また、本実施例の発光装置の観測角度９０°における各波長の発光強度の測定結果（発光スペクトル）を図１５に示す。
【００３８】
【表１】
【００３９】
【表２】
【００４０】
【表３】
【００４１】
［比較例１］
実施例の大粒径蛍光体１６の代わりに、平均粒径（Ｄ５０）が２５μｍのＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕからなる組成の赤色蛍光体（発光ピーク波長６６０ｎｍ）を使用し、実施例の小粒径蛍光体１８の代わりに、平均粒径（Ｄ５０）が９μｍのＳｒＡｌ１．４２Ｓｉ３．５８Ｏ０．４２Ｎ６．５８：Ｃｅからなる組成の緑色蛍光体（発光ピーク波長５５７ｎｍ）を使用した以外は、実施例と同様の方法により、図８に示すようなカップ１３内の構造の発光装置を作製した。
【００４２】
このようにして作製した発光装置について、演色評価数および観測角度に対する相関色温度を測定した。その結果、平均演色評価数Ｒａは９０であり、演色性は良好であった。しかし、図９および表１に示すように、観測角度９０°における相関色温度は約５２００Ｋ、色温度幅は６５０Ｋであり、色むらが大きかった。
【００４３】
［比較例２］
実施例の大粒径蛍光体１６の代わりに、小粒径蛍光体１８として平均粒径（Ｄ５０）が９μｍのＳｒＡｌ１．４５Ｓｉ３．５５Ｏ０．４５Ｎ６．５５：Ｃｅからなる組成の緑色蛍光体（発光ピーク波長５５７ｎｍ）を使用し、実施例の小粒径蛍光体１８の代わりに、大粒径蛍光体１６として平均粒径（Ｄ５０）が２５μｍのＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕからなる組成の赤色蛍光体（発光ピーク波長６６０ｎｍ）を使用した以外は、実施例と同様の方法により、図１０に示すようなカップ１３内の構造の発光装置を作製した。
【００４４】
このようにして作製した発光装置について、演色評価数および観測角度に対する相関色温度を測定した。その結果、平均演色評価数Ｒａは９０であり、演色性は良好であった。しかし、図１１および表１に示すように、観測角度９０°における相関色温度は約５２００Ｋ、色温度幅は２４００Ｋであり、色むらが非常に大きかった。
【００４５】
［比較例３］
実施例の大粒径蛍光体１６の代わりに、小粒径蛍光体１８として平均粒径（Ｄ５０）が７μｍのＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕからなる組成の赤色蛍光体（発光ピーク波長６５９ｎｍ）を使用し、実施例の小粒径蛍光体１８の代わりに、大粒径蛍光体１６として平均粒径（Ｄ５０）が２５μｍのＳｒＡｌ１．２５Ｓｉ４．５Ｏ１．２５Ｎ７．１：Ｃｅからなる組成の緑色蛍光体（発光ピーク波長５５６ｎｍ）を使用した以外は、実施例と同様の方法により、図１２に示すようなカップ１３内の構造の発光装置を作製した。
【００４６】
このようにして作製した発光装置について、演色評価数および観測角度に対する相関色温度を測定した。その結果、平均演色評価数Ｒａは８５であり、演色性は良好であった。しかし、図１３および表１に示すように、観測角度９０°における相関色温度は約６７００Ｋ、色温度幅は２０００Ｋであり、色むらが非常に大きかった。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明による発光装置の実施の形態を概略的に示す断面図である。
【図２】図１の発光装置の発光素子を載置した一方のリードフレームのカップの部分を拡大して示す断面図である。
【図３】発光装置に使用する蛍光体の平均粒径と発光装置の相対発光強度との関係を示すグラフである。
【図４】本発明による発光装置の製造方法の実施の形態における大粒径蛍光体の静電吸着工程を説明する概略図である。
【図５】実施例の発光装置のリードフレームのカップ内の構造を説明する概略図である。
【図６】実施例の発光装置の観測角度と相関色温度との関係を示すグラフである。
【図７】実施例の発光装置の観測角度と演色評価指数との関係を示すグラフである。
【図８】比較例１の発光装置のリードフレームのカップ内の構造を説明する概略図である。
【図９】比較例１の発光装置の観測角度と相関色温度との関係を示すグラフである。
【図１０】比較例２の発光装置のリードフレームのカップ内の構造を説明する概略図である。
【図１１】比較例２の発光装置の観測角度と相関色温度との関係を示すグラフである。
【図１２】比較例３の発光装置のリードフレームのカップ内の構造を説明する概略図である。
【図１３】比較例３の発光装置の観測角度と相関色温度との関係を示すグラフである。
【図１４】相関色温度の観測角度を説明する図である。
【図１５】実施例の発光装置の観測角度９０°における発光スペクトルを示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０ 発光装置
１２ａ、１２ｂ リードフレーム
１３ カップ（凹部）
１３ａ 底面
１４ 発光素子
１６ 大粒径蛍光体
１８ 小粒径蛍光体
２０ 封止部材
２２ 導電性ワイヤ
２４ モールド部材
２６ 金属製トレイ
２８ 金属板
３０ 直流電源
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のピーク波長の光を発する発光素子と、この発光素子からの光を吸収して発光素子からの光のピーク波長より長波長側にピーク波長を有する光を発する大粒径蛍光体と、この大粒径蛍光体よりも粒径が小さく且つ大粒径蛍光体と発光素子の少なくとも一方からの光を吸収してその少なくとも一方からの光のピーク波長より長波長側にピーク波長を有する光を発する小粒径蛍光体とを用意し、発光素子の表面に大粒径蛍光体を吸着させて大粒径蛍光体の層を形成した後、小粒径蛍光体を含む封止部材によって発光素子および大粒径蛍光体の層を封止することを特徴とする、発光装置の製造方法。
【請求項２】
前記吸着が静電吸着であることを特徴とする、請求項１に記載の発光装置の製造方法。
【請求項３】
前記大粒径蛍光体の粒径が１０μｍ以上且つ５０μｍ未満であり、前記小粒径蛍光体の粒径が１μｍ以上且つ１０μｍ未満であることを特徴とする、請求項１または２に記載の発光装置の製造方法。
【請求項４】
前記発光素子が４２０ｎｍ以上且つ４９０ｎｍ未満の領域にピーク波長を有する光を発する発光素子であり、前記大粒径蛍光体が４９０ｎｍ以上且つ５９０ｎｍ未満の領域にピーク波長を有する光を発する蛍光体であり、前記小粒径蛍光体が５９０ｎｍ以上且つ７８０ｎｍ以下の領域にピーク波長を有する光を発する蛍光体であることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の発光装置の製造方法。
【請求項５】
前記封止部材に前記小粒径蛍光体を分散させることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の発光装置の製造方法。
【請求項６】
凹部が形成された載置部と、この載置部の凹部の底面に載置されて所定のピーク波長の光を発する発光素子と、この発光素子の表面に形成されて発光素子からの光を吸収して発光素子からの光のピーク波長より長波長側にピーク波長を有する光を発する大粒径蛍光体と、この大粒径蛍光体よりも粒径が小さく且つ大粒径蛍光体と発光素子の少なくとも一方からの光を吸収してその少なくとも一方からの光のピーク波長より長波長側にピーク波長を有する光を発する小粒径蛍光体と、この小粒径蛍光体が分散して発光素子および大粒径蛍光体の層を載置部の凹部内に封止する封止部材とを備え、この封止部材の表面から出射された光の相関色温度を封止部材の表面の中心における接平面に対して１０〜１７０°の範囲において１０°毎の角度で測定したときの相関色温度の最大値と最小値の差が５００Ｋ以下であることを特徴とする、発光装置。
【請求項７】
前記大粒径蛍光体の粒径が１０μｍ以上且つ５０μｍ未満であり、前記小粒径蛍光体の粒径が１μｍ以上且つ１０μｍ未満であることを特徴とする、請求項６に記載の発光装置。
【請求項８】
前記発光素子が４２０ｎｍ以上且つ４９０ｎｍ未満の領域にピーク波長を有する光を発する発光素子であり、前記大粒径蛍光体が４９０ｎｍ以上且つ５９０ｎｍ未満の領域にピーク波長を有する光を発する蛍光体であり、前記小粒径蛍光体が５９０ｎｍ以上且つ７８０ｎｍ以下の領域にピーク波長を有する光を発する蛍光体であることを特徴とする、請求項６または７に記載の発光装置。
【請求項９】
平均演色評価数Ｒａが９０以上であることを特徴とする、請求項６乃至８のいずれかに記載の発光装置。
【請求項１】
所定のピーク波長の光を発する発光素子と、この発光素子からの光を吸収して発光素子からの光のピーク波長より長波長側にピーク波長を有する光を発する大粒径蛍光体と、この大粒径蛍光体よりも粒径が小さく且つ大粒径蛍光体と発光素子の少なくとも一方からの光を吸収してその少なくとも一方からの光のピーク波長より長波長側にピーク波長を有する光を発する小粒径蛍光体とを用意し、発光素子の表面に大粒径蛍光体を吸着させて大粒径蛍光体の層を形成した後、小粒径蛍光体を含む封止部材によって発光素子および大粒径蛍光体の層を封止することを特徴とする、発光装置の製造方法。
【請求項２】
前記吸着が静電吸着であることを特徴とする、請求項１に記載の発光装置の製造方法。
【請求項３】
前記大粒径蛍光体の粒径が１０μｍ以上且つ５０μｍ未満であり、前記小粒径蛍光体の粒径が１μｍ以上且つ１０μｍ未満であることを特徴とする、請求項１または２に記載の発光装置の製造方法。
【請求項４】
前記発光素子が４２０ｎｍ以上且つ４９０ｎｍ未満の領域にピーク波長を有する光を発する発光素子であり、前記大粒径蛍光体が４９０ｎｍ以上且つ５９０ｎｍ未満の領域にピーク波長を有する光を発する蛍光体であり、前記小粒径蛍光体が５９０ｎｍ以上且つ７８０ｎｍ以下の領域にピーク波長を有する光を発する蛍光体であることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の発光装置の製造方法。
【請求項５】
前記封止部材に前記小粒径蛍光体を分散させることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の発光装置の製造方法。
【請求項６】
凹部が形成された載置部と、この載置部の凹部の底面に載置されて所定のピーク波長の光を発する発光素子と、この発光素子の表面に形成されて発光素子からの光を吸収して発光素子からの光のピーク波長より長波長側にピーク波長を有する光を発する大粒径蛍光体と、この大粒径蛍光体よりも粒径が小さく且つ大粒径蛍光体と発光素子の少なくとも一方からの光を吸収してその少なくとも一方からの光のピーク波長より長波長側にピーク波長を有する光を発する小粒径蛍光体と、この小粒径蛍光体が分散して発光素子および大粒径蛍光体の層を載置部の凹部内に封止する封止部材とを備え、この封止部材の表面から出射された光の相関色温度を封止部材の表面の中心における接平面に対して１０〜１７０°の範囲において１０°毎の角度で測定したときの相関色温度の最大値と最小値の差が５００Ｋ以下であることを特徴とする、発光装置。
【請求項７】
前記大粒径蛍光体の粒径が１０μｍ以上且つ５０μｍ未満であり、前記小粒径蛍光体の粒径が１μｍ以上且つ１０μｍ未満であることを特徴とする、請求項６に記載の発光装置。
【請求項８】
前記発光素子が４２０ｎｍ以上且つ４９０ｎｍ未満の領域にピーク波長を有する光を発する発光素子であり、前記大粒径蛍光体が４９０ｎｍ以上且つ５９０ｎｍ未満の領域にピーク波長を有する光を発する蛍光体であり、前記小粒径蛍光体が５９０ｎｍ以上且つ７８０ｎｍ以下の領域にピーク波長を有する光を発する蛍光体であることを特徴とする、請求項６または７に記載の発光装置。
【請求項９】
平均演色評価数Ｒａが９０以上であることを特徴とする、請求項６乃至８のいずれかに記載の発光装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００７−２９４８９５（Ｐ２００７−２９４８９５Ａ）
【公開日】平成１９年１１月８日（２００７．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−６４９１６（Ｐ２００７−６４９１６）
【出願日】平成１９年３月１４日（２００７．３．１４）
【出願人】（５０６３３４１８２）ＤＯＷＡエレクトロニクス株式会社 (336)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月８日（２００７．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月１４日（２００７．３．１４）
【出願人】（５０６３３４１８２）ＤＯＷＡエレクトロニクス株式会社 (336)
【Ｆターム（参考）】
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