JP5372868B2 - Light emitting device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、例えば照明用光源、液晶のバックライト光源等に用いられる白色光を発する発光装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a light-emitting device that emits white light used for, for example, an illumination light source, a liquid crystal backlight light source, and the like, and a method for manufacturing the same.
近年において、紫外線光又は青色光を発する発光素子と、この発光素子からの光を吸収し、波長変換して長波長の光を発光する蛍光体とを組み合わせることにより、広い発光波長幅を有する白色光を発する発光装置が開発されてきた。このような発光装置は、例えば照明用光源、液晶のバックライト光源等の用途に用いられる。この照明用光源、液晶のバックライト光源としては、低い色度ムラと高い演色性を有する白色光が求められている。 In recent years, by combining a light-emitting element that emits ultraviolet light or blue light and a phosphor that absorbs light from the light-emitting element and converts the wavelength to emit long-wavelength light, a white light having a wide emission wavelength range. Light emitting devices that emit light have been developed. Such a light-emitting device is used for applications such as an illumination light source and a liquid crystal backlight light source. As this illumination light source and liquid crystal backlight light source, white light having low chromaticity unevenness and high color rendering properties is required.
特許文献1には、青色光を発する発光素子上に異なる波長変換を行う2種類以上の蛍光体を配置し、発光素子からの光及び各蛍光体が波長変換した光を混色させることで演色性を向上させた発光装置が開示されている。
In
図14は、上記特許文献1に記載の発光装置100を用いた自動車内の地図灯101の構成を示す図である。一般に、自動車内で用いられる地図灯101では、発光装置100から例えば60cm程度離れた位置にある被照射体としての地図等の紙面上に形成される直径30〜40cmの光の円内での明るさを、照度30ルックス以上にすることが求められる。このように、発光装置100が地図灯101等に用いられる場合には、発光装置100からの光を光学レンズ102で集光し、所定の範囲を特に明るくするように構成されている。
FIG. 14 is a diagram showing a configuration of a
しかしながら、上記特許文献1に記載の発光装置100を用いた場合には、発光素子を、蛍光体を透明樹脂内に混合させて覆うため、混合液の表面張力により発光素子周辺に薄く均一に蛍光体を配置できないことと、樹脂が硬化される間に起きる混合液内での蛍光体の沈降の影響により、色調ムラが十分解決されていないため、光学レンズ102によって集光された光の色調ムラが増大されてしまう。さらに、発光素子が発した青色光が指向性を持っているため、レンズ等の光学素子を光の集光、散乱させる場合には、光学素子を介した光の色調ムラが大きくなってしまう。そのため図14に示すように、光学レンズ102と被照射物105との間に光拡散材103を設け、集光した光を拡散させ、色調ムラ及び指向性を低減化させる必要がある。このように、光拡散材103を用いた場合には、光が光拡散材103を通過する際に減衰するため、発光装置100の発光効率が非常に(1/3程度)低下してしまう。このため、例えば地図灯101等、種々の用途に用いる場合には、図14に示すように、複数の発光装置100を用いて輝度を向上させる必要があり、設備空間及び設備費用がかさんでしまい、さらに光拡散材の分布ムラにより集光させた光の色ムラも生じてしまい、均一な色温度の発光素子を作成することが困難であった。
However, when the light-
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、光拡散材を用いなくとも発する光の色調ムラを低減することによって発光効率を従来よりも向上させ、設備空間及び設備費用の軽減された発光装置及びその製造方法を提供することをその目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and can improve the light emission efficiency by reducing unevenness in the color tone of light emitted without using a light diffusing material, thereby reducing the facility space and the facility cost. It is an object of the present invention to provide an apparatus and a manufacturing method thereof.
本発明によれば、主発光波長が410nm以下である発光素子の発光面に、前記発光素子からの光を吸収し、波長変換して発光する蛍光体を含有する蛍光体層を1層以上積層した構成を有し、前記蛍光体層は、蛍光体構成層が複数層積層された構成であり、前記蛍光体層は、最大厚さ及び最小厚さの差が前記蛍光体の平均粒径の2倍以下であり、前記蛍光体構成層は、前記発光素子の発光面上に塗布された接着剤に前記蛍光体を固着させた構成であり、前記接着剤の塗布厚さは前記蛍光体の平均粒径以下であり、前記発光素子から最も遠くにある蛍光体構成層における前記蛍光体の占有率が50%以下であり、それ以外の蛍光体構成層における前記蛍光体の占有率は60%以上であることを特徴とする、発光装置が提供される。According to the present invention, at least one phosphor layer containing a phosphor that absorbs light from the light emitting element and converts the wavelength to emit light is laminated on the light emitting surface of the light emitting element having a main emission wavelength of 410 nm or less. The phosphor layer has a configuration in which a plurality of phosphor constituent layers are laminated, and the phosphor layer has a difference between the maximum thickness and the minimum thickness of the average particle diameter of the phosphor. The phosphor constituent layer is a constitution in which the phosphor is fixed to an adhesive applied on the light emitting surface of the light emitting element, and the coating thickness of the adhesive is the thickness of the phosphor. The phosphor occupancy in the phosphor constituent layer farthest from the light-emitting element is equal to or less than the average particle diameter is 50% or less, and the phosphor occupancy in the other phosphor constituent layers is 60%. There is provided a light emitting device characterized by the above.
上記発光装置において、前記蛍光体層の厚さは、前記蛍光体の平均粒径の5倍以下であってもよい。In the above light-emitting device, the phosphor layer may have a thickness not more than 5 times the average particle diameter of the phosphor.
上記発光装置において、含有する蛍光体が異なる複数の蛍光体層を有していても良い。The light-emitting device may include a plurality of phosphor layers containing different phosphors.
上記発光装置において、前記発光素子の発光面上に前記蛍光体層が2層以上積層されており、前記蛍光体層に含有される蛍光体の主発光波長はそれぞれ異なり、前記発光素子に近い側の前記蛍光体層に含有される蛍光体の主発光波長と、前記発光素子から遠い側の前記蛍光体層に含有される蛍光体の主吸収波長とが異なっていてもよい。
In the light-emitting device, two or more phosphor layers are laminated on the light-emitting surface of the light-emitting element, and the main emission wavelengths of the phosphors contained in the phosphor layer are different from each other, and are closer to the light-emitting element. The main emission wavelength of the phosphor contained in the phosphor layer may be different from the main absorption wavelength of the phosphor contained in the phosphor layer far from the light emitting element.
また、本発明によれば、主発光波長が410nm以下である発光素子と、前記発光素子からの光を吸収し、波長変換して発光する蛍光体を含有する蛍光体層と、を備え、最大厚さ及び最小厚さの差が前記蛍光体の平均粒径の2倍以下である前記蛍光体層が、前記発光素子の発光面を覆うように、前記発光素子の発光面上に直接形成された発光装置の製造方法であって、前記蛍光体層は複数層の蛍光体構成層からなり、前記蛍光体層を形成する際には、前記発光素子上に接着剤を前記蛍光体の平均粒径よりも薄く塗布した後、前記塗布された接着剤に前記蛍光体を固着して蛍光体構成層を形成する形成工程を行い、前記蛍光体層について所望の色温度が得られるまで前記蛍光体構成層を積層し、前記発光素子から最も遠くにある蛍光体構成層における前記蛍光体の占有率が50%以下であり、それ以外の蛍光体構成層における前記蛍光体の占有率は60%以上であるように前記蛍光体構成層は形成されることを特徴とする、発光装置の製造方法が提供される。
Further, according to the present invention, the light emitting device having a main emission wavelength of 410 nm or less, and a phosphor layer containing a phosphor that absorbs light from the light emitting device and converts the wavelength to emit light, the maximum The phosphor layer having a difference between the thickness and the minimum thickness being not more than twice the average particle size of the phosphor is directly formed on the light emitting surface of the light emitting element so as to cover the light emitting surface of the light emitting element. The phosphor layer is composed of a plurality of phosphor constituent layers, and when the phosphor layer is formed, an adhesive is added to the phosphor on an average particle size of the phosphor. After the coating is made thinner than the diameter, the phosphor is fixed to the applied adhesive to form a phosphor constituting layer, and the phosphor is obtained until a desired color temperature is obtained for the phosphor layer. the constituent layers are laminated, the phosphor forming layer located farthest from the light emitting element The phosphor constituent layer is formed so that the phosphor occupancy is 50% or less and the phosphor occupancy in the other phosphor constituent layers is 60% or more. A method of manufacturing a light emitting device is provided.
上記発光装置の製造方法において、前記蛍光体層の厚さを、前記蛍光体の平均粒径の5倍以下に形成してもよい。 In the method for manufacturing a light emitting device, the thickness of the phosphor layer may be less than or equal to five times the average particle diameter of the phosphor.
上記発光装置の製造方法において、前記接着剤を塗布する際には、塗布面上をヒータで加熱した状態で行っても良い。
In the method for manufacturing the light emitting device, when the adhesive is applied, the surface of the application may be heated with a heater.
上記発光装置の製造方法において、前記蛍光体層を複数層積層する際には、前記発光素子に近い側の蛍光体層に含有される蛍光体の主発光波長が、前記発光素子から遠い側の蛍光体層に含有される蛍光体の主吸収波長と異なるように積層してもよい。
In the manufacturing method of the light emitting device, when the phosphor layers are stacked, the main emission wavelength of the phosphor contained in the phosphor layer near the light emitting element is on the side far from the light emitting element. You may laminate | stack so that it may differ from the main absorption wavelength of the fluorescent substance contained in a fluorescent substance layer.
上記発光装置の製造方法において、前記複数層の蛍光体構成層を積層する場合、前記接着剤の塗布と、前記蛍光体の固着と、前記接着剤の仮硬化と、色温度の測定とその測定結果の検証と、を繰り返すことにより、所望の色温度を得ることとしてもよい。 In the method for manufacturing a light emitting device, in the case of laminating the plurality of phosphor constituent layers, the application of the adhesive, the fixation of the phosphor, the temporary curing of the adhesive, the measurement of the color temperature, and the measurement A desired color temperature may be obtained by repeating the verification of the result.
本発明によれば、主発光波長が可視光領域から外れた410nm以下である発光素子を用いることで、発光装置が発する可視光の指向性を低下させると共に、蛍光体層を厚さが蛍光体の平均粒径以下である接着剤に固着することで、蛍光体を蛍光体層内で均一に分布させることができ、色調ムラをさらに低減できる。 According to the present invention, by using a light emitting element whose main emission wavelength is 410 nm or less outside the visible light region, the directivity of visible light emitted from the light emitting device is reduced, and the phosphor layer has a thickness of phosphor. By adhering to an adhesive having an average particle size of or less, the phosphor can be uniformly distributed in the phosphor layer, and color tone unevenness can be further reduced.
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について説明をする。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present specification and drawings, elements having substantially the same functional configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る発光装置1の全体構成図である。図2は、図1に示す発光装置1が有する発光素子5を拡大して示した拡大図である。図3は、図2に示す発光素子5上に形成された蛍光体層10、蛍光体層11及び蛍光体層12を拡大して示した拡大図である。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a
図1に示すように、本発明の実施の形態に係る発光装置1は、例えば平板形状の基板2上に主発光波長が410nm以下である紫外線光を発するLEDを発光素子5として載置した構成を有する。発光素子5は、1mm角で高さが150μmのダイス形状に形成されている。基板2上には、発光素子5の周囲を取囲むように環状配置された側壁3が設けられている。基板2には、外部電源(図示せず)から電力が供給される外部電極6が設けられており、この外部電極6は、導電線ワイヤ7によって発光素子5に接続されている。本実施の形態では、発光素子5は、外部電極6から直流350mAの電力が供給されると、主発光波長400〜405nmであり、且つ光出力が300〜350mWである光を発するように構成されている。
As shown in FIG. 1, a
図1及び図2に示すように、発光素子5上には、その発光面である上面及び側面を覆うように、3種類の蛍光体層10、11、12が各々例えば20μm以上、50μm以下の厚さで順に設けられている。なお、用語「発光面」は、発光装置1の周囲に光を発する光源となる発光素子5の光出射面を意味し、図1に示す発光素子5の場合には、発光素子5が基板2上に配置されているため、底面を除く上面及び側面が発光面となる。また、蛍光層10等を用いて発光素子5の「発光面を覆う」という表現は、発光素子5が発する光の光路を遮るという意味で用いられており、この場合には、発光素子5が基板2上に設けられているため、発光素子5の底面を除く上面及び側面が発光面になっている。本実施の形態では、発光素子5の発光面上に直接的に1層以上の蛍光体層10、11、12を積層することによって発光素子5の発光面を覆っている。
As shown in FIGS. 1 and 2, on the
環状配置された側壁3と基板2とで形成される凹部内には、例えば透明樹脂等の封止部材15が蛍光体層10、11、12の上から充填されて発光素子5が封止されている。図3に示すように、蛍光体層10は、発光素子5上に3つの蛍光体構成層10a〜10cを下から順に積層させた構成を有する。また、蛍光体層11は、蛍光体層10(即ち、蛍光体構成層10c)上に3つの蛍光体構成層11a〜11cを下から順に積層させた構成を有する。さらに、蛍光体層12は、蛍光体層11(即ち、蛍光体構成層11c)上に3つの蛍光体構成層12a〜12cを下から順に積層させた構成を有する。
In a recess formed by the annularly arranged
このとき、蛍光体層10の最大厚さ及び最小厚さの差が、蛍光体層10に含有されている蛍光体20の平均粒径の2倍以下になるように設定されている。同様に、蛍光体11の最大厚さ及び最小厚さの差が、蛍光体11に含有されている蛍光体25の平均粒径の2倍以下になるように設定されており、蛍光体12の最大厚さ及び最小厚さの差が、蛍光体12に含有されている蛍光体27の平均粒径の2倍以下になるように設定されている。なお、本明細書中においては、蛍光体20、25、27の平均粒径を測定する際には、発光装置1の蛍光体層を切断し、その切断面を走査電子顕微鏡(SEM)により撮影して得られたSEM写真から蛍光体20、25、27の1粒子の径の最長値を測定し、そのうち、粒子径の最長値が1μm以上となる粒子の平均値を出すことによって算出している。
At this time, the difference between the maximum thickness and the minimum thickness of the
蛍光体構成層10aは、平均粒径が例えば7μmの蛍光体20を、この蛍光体20の平均粒径よりも薄い例えば5μmの厚さに塗布した接着剤21により固着されて形成されている。蛍光体構成層10a中の蛍光体20の占有率は60%以上になるように設定されている。ここで、用語「占有率」について説明する。本明細書中で用いられる用語「占有率」とは、発光装置1の蛍光体層又は蛍光体構成層を切断して得られる切断面全体の面積に対して、この切断面に含まれる蛍光体が占める面積の割合を意味している。なお、蛍光体層又は蛍光体構成層中における蛍光体の占有率を測定する場合についても、上述したように蛍光体の平均粒径測定する場合と同様に、発光装置1を切断した写真に基づいて算出している。このようにして算出した蛍光体層の占有率は、蛍光体層の全体積中に占める蛍光体の体積が占める割合(即ち、充填率)が高くなるにつれて向上する。
The phosphor constituting layer 10 a is formed by fixing a
蛍光体構成層10b、10cについても蛍光体構成層10aと同様に構成されている。各蛍光体構成層10a〜10cの中に含有される蛍光体20の充填率が高くなっている、即ち、各蛍光体構成層断面中で蛍光体が占める占有率はいずれも60%以上に設定されているため、蛍光体層10中の蛍光体20の占有率は60%以上になっている。また、蛍光体構成層11aは、蛍光体構成層10aと同様にして、蛍光体20とは別の種類の平均粒径が例えば10μmの蛍光体25を、この蛍光体25の平均粒径よりも薄い例えば5μmの厚さに塗布した接着剤26により固着されて形成されている。蛍光体構成層11b、11cについても蛍光体構成層11aと同様に構成されている。各蛍光体構成層11a〜11cの中に含有される蛍光体25の占有率がいずれも60%以上に設定されているため、蛍光体11中の蛍光体25の占有率は60%以上になっている。さらに、蛍光体構成層12aは、蛍光体構成層10a、11aと同様にして、蛍光体20、25とは別の種類の平均粒径が例えば18μmの蛍光体27を、この蛍光体27の平均粒径よりも薄い例えば5μmの厚さに塗布した接着剤28により固着されて形成されている。蛍光体構成層12b、12cについても蛍光体構成層12aと同様に構成されている。各蛍光体構成層12a〜12cの中に含有される蛍光体27の占有率がいずれも60%以上に設定されているため、蛍光体12中の蛍光体27の占有率は60%以上になっている。
The
本実施の形態では、蛍光体20としては、発光素子5が発する紫外線光を吸収し、波長変換して主発光波長が659nmである赤色光を発する平均粒径が7μmのCaAlSiN3:Euで示される蛍光体が用いられている。また、蛍光体25としては、発光素子5が発する紫外線光を吸収し、波長変換して主発光波長が557nmである緑色光を発する平均粒径が10μmのSrAl1+xSi4−xOxN7−x:Ceで示される蛍光体が用いられている。また、蛍光体27としては、発光素子5が発する紫外線光を吸収し、波長変換して主発光波長が451nmである青色光を発する平均粒径が18μmのSrAlxSi6−xO1+xN8−x:Euで示される蛍光体が用いられている。
In the present embodiment, the
本実施の形態では、このように2種類以上の蛍光体(本実施の形態では3種類の蛍光体20、25、27)を配置する際に、発光素子5に近い側(即ち、内側)の蛍光体層に含有される蛍光体の主発光波長は、発光素子5から遠い側(即ち、外側)の蛍光体層に含有される蛍光体の主吸収波長よりも長波長側になるように設定している。なお、本明細書中では、蛍光体が波長変換する際に吸収する光の波長の主たる波長を「主吸収波長」と呼び、蛍光体が吸収した光を波長変換して発する光の主たる波長を「主発光波長」と呼ぶ。
In this embodiment, when two or more kinds of phosphors (three kinds of
具体的に説明すると、蛍光体層11、12よりも発光素子5に近い側に配置された蛍光体層10については、この蛍光体層10に含有される蛍光体20の主発光波長が、蛍光体層10よりも発光素子5から遠い側に配置された蛍光体層11、12に各々含有される蛍光体25、27の各主吸収波長と異なっている。また、蛍光体層11と蛍光体層12との関係についても、蛍光体層12よりも発光素子5に近い側に配置された蛍光体層11に含有される蛍光体25の主発光波長は、蛍光体層11よりも発光素子5から遠い側に配置された蛍光体層12に含有される蛍光体27の主吸収波長と異なっている。
More specifically, with respect to the
以上のような蛍光体層10〜12の配置構成において、発光素子5に相対的に近い蛍光体層10の蛍光体20が発する赤色光は、発光素子5から相対的に遠い蛍光体層11、12の各蛍光体25、27が緑色、青色を各々発光するために吸収する主たる波長領域(エネルギー領域)と異なるので、下層にある蛍光体20からの赤色光は、上層にある蛍光体25、27に吸収されて波長変換される恐れがない。同様にして、発光素子5に対してより近くにある蛍光体層11に配置された蛍光体25が発する緑色光は、発光素子5に対してより遠くにある蛍光体層12に配置された蛍光体27が青色を発光するために吸収する主たる波長領域(エネルギー領域)と異なるので、下層にある蛍光体25からの緑色光は、上層にある蛍光体27に吸収されて波長変換される恐れがない。このようにして、発光素子5に近い側(即ち、内側)により長い波長の光を発する蛍光体を配置し、発光素子5から遠い側(即ち、外側)により短い波長の光を吸収する蛍光体を配置することによって、2種類以上の蛍光体20、25、27によって複数回の波長変換により生じる発光出力の低下を防止し、かつ複数層の蛍光体層を作成する際に、発光装置が発する光の色温度を容易に調整できる。
In the arrangement configuration of the phosphor layers 10 to 12 as described above, red light emitted from the
次に、以上のように構成された発光装置1を製造する本発明の実施の形態に係る製造方法を、図1〜図3を用いて説明する。図4は、本発明の実施の形態に係る製造方法の手順を示す全体フロー図である。
Next, the manufacturing method which concerns on embodiment of this invention which manufactures the light-emitting
図4に示すように、発光装置1の製造を開始する(ステップ0)にあたって、まず、基板2上に発光素子5を、例えば半田や導電ペーストを用いて配置する(ステップ1)。次に、例えば超音波接着及び圧着等の方法を用いて、導電線ワイヤ7を発光素子5及び外部電極6に接続する(ステップ2)。その後、発光素子5上の発光面を覆うように、蛍光体層10、11、12を含む各層を所定の順序で発光素子5上に形成する(ステップ3)。本実施の形態では、図1に示すように、発光素子5上に3つの異なる蛍光体層10、11、12が順に積層されて形成されている。蛍光体層10、11、12の形成が終了した後に、環状配置された側壁3と基板2とで形成される凹部内に、例えば透明樹脂等の封止部材15を蛍光体層12の上から充填し、発光素子5を蛍光体層10、11、12と共に封止する(ステップ4)。以上のステップ0〜ステップ4により、発光装置1の製造が完了する(ステップ5)。
As shown in FIG. 4, when the manufacture of the
次に、上記ステップ3において、各層を形成する際に蛍光体層10、11、12を形成する場合の手順を詳細に説明する。本実施の形態では、発光素子5の発光面上に3層の蛍光体層10、11、12を順に形成している。図5は、上記ステップ3において、蛍光体層10、11、12を形成する場合の手順を説明するフロー図である。以下では、発光素子5上に直接的に形成される蛍光体層10を例にして説明する。
Next, the procedure for forming the phosphor layers 10, 11, and 12 when forming each layer in
蛍光体層10の形成が開始される(ステップ10)と、被積層面である発光素子5上に、例えばシリコン、エポキシ等の接着剤21が、例えばディスペンス、スプレー等の方法によって塗布される(ステップ11)。図6及び図7は、上記ステップ10において、接着剤21をディスペンス方法によって発光素子5上に塗布する際の手順を示す説明図である。
When the formation of the
接着剤21を塗布する際には、図6に示すように、発光素子5及び基板2の下側に配置されたヒータ30によって、接着剤21が塗布される発光素子5の発光面である上面及び側面が加熱される。ニードル形状の排出口31から排出された接着剤21は、このようにして加熱された発光面上において加熱され、その粘度が低下した状態になり、図7に示すように、表面張力の影響が低減化し、発光素子5の発光面上に均一の厚さで分布する。これにより、接着剤21が発光素子5の発光面上で表面張力によって盛り上がって不均一な厚さになってしまうことが防止できる。こうすることで、被積層面上に塗布する接着剤21の厚さは、後述のステップ12で接着剤21に吹付ける蛍光体20の平均粒径以下になる。
When applying the adhesive 21, as shown in FIG. 6, an upper surface which is a light emitting surface of the
上記ステップ11において、発光素子5の発光面上に塗布した接着剤21が粘着性を保っている状態で、塗布した接着剤21に蛍光体20を吹付け(ステップ12)、発光素子5の発光面上全体に蛍光体20を配置する。図8は、塗布した接着剤21に蛍光体20を吹付ける際の一例として、圧縮ガスを用いた場合の手順を示す説明図である。
In
図8に示すように、発光素子5の発光面上に対向する上側の位置に、蛍光体20を吹付けるノズル35が配置されている。ノズル35には、吹付ける蛍光体20を供給するカートリッジ36が配管37を介して接続されている。また、ノズル35には、圧縮ガスとして例えば空気、窒素又はアルゴン等が貯留された貯留部40に配管41を介して接続されている。配管41には、貯留部40からの圧縮ガスの流量等を調整する圧力調整装置42及び開閉弁43が設けられている。これにより、カートリッジ36から供給される蛍光体20は、圧力調整装置42及び開閉弁43によって噴射量が調整された圧縮ガスによってノズル35から噴出し、発光素子5の発光面上に塗布された接着剤21に吹付けられるようになっている。
As shown in FIG. 8, a
本実施の形態では、ノズル35には篩(図示せず)が設けられており、このノズル35から粒径が所定値以下である蛍光体20だけが噴出できるようになっている。これにより、ノズル35から塗布された接着剤21に吹付けられる蛍光体20の粒径の調整が行われている。
In the present embodiment, the
蛍光体20を配置した接着剤21を例えば200℃で1分加熱し、仮硬化させる(ステップ13)。上記ステップ11〜13の手順により、発光素子5の発光面上に蛍光体構成層10aが形成される。
The adhesive 21 in which the
発光素子5の発光面上に形成された蛍光体構成層10aによって所望の発光が得られているか判定するために、発光装置1の色温度を測定する(ステップ14)。図9は、発光装置1の色温度を測定する方法の一例を示す、色調ムラ測定装置70の説明図である。図9に示すように、発光装置1と対向する位置には、光を検出する検出器46が配置されている。本実施の形態では、発光装置1と検出器46との距離は1.5mに設定されている。検出器46は光ファイバー47によって分光器48に接続されている。測定対象である発光装置1の外部電極6には、電源50の正負の電極から各々配線49が接続されて電力が供給され、発光装置1を発光させた状態で測定が行われる。
In order to determine whether or not desired light emission is obtained by the phosphor constituting layer 10a formed on the light emitting surface of the
色温度の測定は、測定対象である発光装置1を、図9に示す位置から同一鉛直平面(図9の紙面)内にて左右に回転させながら行う。図9に示すように、基板2の上面と垂直な方向に照射された光を測定可能である発光装置1の位置を角度90°とすると、発光装置1を右に90度回転させた場合の位置が0°になり、左に90度回転させた場合の位置が180°になる。なお、一般的には、発光装置の輝度は、0°の位置では小さく、0°から90°に近付くにつれて大きくなり、90°から180°に近付くにつれてまた小さくなっている。
The measurement of the color temperature is performed while rotating the
検出器46によって検出された光は、光ファイバー47から分光器48に送られるようになっている。分光器48では、検出器46が検出した光のスペクトル解析がされ、その解析結果により発光装置1の輝度及び相関色温度が測定される。
The light detected by the
上記ステップ14の測定結果により蛍光体層10が形成された発光装置1について、所望の発光が得られた場合(ステップ15のYes)には、蛍光体層10の形成が完了する(ステップ16)。一方、所望の発光が得られない場合(ステップ15のNo)には、上記ステップ11に戻り、上記ステップ11〜13を繰返し、新たな蛍光体構成層10bを積層する。図10〜図12は、新たな蛍光体構成層10bを積層する手順を示す説明図である。具体的に説明すると、発光素子5の発光面上に形成された図10に示す蛍光体構成層10aを被積層面として、図11に示すように、この蛍光体構成層10a上に接着剤21を塗布する。そして、図12に示すように、蛍光体構成層10a上に塗布した接着剤21上に蛍光体20を吹付けて配置し、その後、接着剤21を仮硬化させることによって、新たな蛍光体構成層10bを形成する。
When the desired light emission is obtained for the
上記ステップ11〜13を繰返すことによって積層された蛍光体構成層10a、10bにより、発光装置1について所望の発光が得られているか判定するために、発光装置1の色温度を測定する(ステップ14)、測定結果により所望の発光が得られた場合(ステップ15のYes)には、蛍光体層10の形成が完了する(ステップ16)。これに対して、所望の発光が得られない場合(ステップ15のNo)には、上記ステップ11に戻り、上記ステップ11〜13を繰返す。以上のようにして、発光装置1に対して所望の発光が得られるまで、蛍光体構成層を形成する形成工程としての上記ステップ11〜15を繰返して蛍光体構成層10a、10b、・・・を積層し、蛍光体層10の形成を完了させる(ステップ16)。本実施の形態では、図3に示すように、3つの蛍光体構成層10a〜10cが積層された蛍光体層10を形成したことによって、蛍光体層10について所望の発光が得られている。このように蛍光体構成層10a〜10cを積層させることにより、蛍光体層10を非常に薄く形成することができ、蛍光体層10の最大厚さ及び最小厚さの差を蛍光体20の平均粒径の2倍以下とすることが可能になる。このとき蛍光体層10の平均厚さは、含有する蛍光体20の平均粒径の5倍以下になるようにするのが好ましい。
The color temperature of the
本実施の形態では、各蛍光体構成層(10a、10b、・・・)中における蛍光体20の占有率を全て60%以上に設定することによって、各蛍光体構成層(10a、10b、・・・)で構成される蛍光体層10中における蛍光体20の占有率を60%以上に設定している。なお、発光装置1の色温度を調整する場合には、発光素子5から最も遠くにあり、最後に形成する蛍光体構成層中における蛍光体20の占有率を50%以下に調整することにより、色温度の微調整が可能である。例えば、4層の蛍光体構成層10a〜10d(10dは図示せず)で形成される蛍光体層10の場合について説明すると、発光素子5のより近くに積層される3層の蛍光体構成層10a〜10c中における蛍光体20の占有率を60%以上に設定し、これら3層(10a〜10c)の上に最後に形成される蛍光体構成層10d中における蛍光体20の占有率を5%に設定することによって、色温度を100K単位で変化させることが可能になる。このとき、蛍光体層10中の蛍光体20の占有率は約50%となる。
In the present embodiment, by setting all the occupancy ratios of the
上述のように、蛍光体の充填率が高い、占有率が50%以上の蛍光体層が作成可能となり、蛍光体層を非常に薄く形成することができるようになる。具体的には、蛍光体層の厚みを平均粒径の5倍以下としても目的の色温度に設定にすることが可能となる。これにより、蛍光体層の最大厚さと最小厚さの差(厚さムラ)を小さく抑えることが可能となる。さらに、蛍光体層10内での蛍光体20の分布もより均一化することができる。特に、蛍光体層10における最大厚さ及び最小厚さの差を蛍光体20の平均粒径の2倍以下に抑えるとより効果的である。蛍光体層の厚さムラを抑え、蛍光体の分布を均一にしたことによって、発光素子5から蛍光体層10に照射された発光素子5からの光を、各発光方向で均等に波長変換させることができ、色調ムラを低減化し、演色性を向上させた光を発する発光装置1及びその製造方法を提供することが可能になる。
As described above, a phosphor layer with a high phosphor filling ratio and an occupation ratio of 50% or more can be created, and the phosphor layer can be formed very thin. Specifically, the target color temperature can be set even if the thickness of the phosphor layer is 5 times or less of the average particle diameter. Thereby, the difference (thickness unevenness) between the maximum thickness and the minimum thickness of the phosphor layer can be kept small. Furthermore, the distribution of the
なお、上述の説明では、発光素子5の発光面上に直接的に積層されて形成される蛍光体層10の場合について説明したが、蛍光体層10を形成した後に、この蛍光体層10を被積層面として蛍光体層11、12を蛍光体層10上に順に積層して形成する場合にも同様の手順で形成される。また、本実施の形態では、蛍光体層11を形成する際に用いる接着剤26と、蛍光体層12を形成する際に用いる接着剤28は、蛍光体層10を形成する際に用いる接着剤21と同一の接着剤を用いているが、異なる接着剤を用いてもよい。
In the above description, the case of the
以上の実施の形態によれば、主発光波長が可視光領域から外れた410nm以下である発光素子5を用いたことによって、発光装置1が発する光のうち、ヒトの肉眼で色調ムラが判断される可視光については、蛍光体層10、11、12中の蛍光体が発光素子5からの光を吸収して波長変換した低指向性の発光だけから構成されるため、発光装置から発光される可視光の指向性を低下させることができる。以上の利点により、従来公知の発光装置のように光拡散材を用いて光の色調ムラ及び指向性を調整する必要がなく、光拡散材による光の減衰を発生させずに済む。特に、発光装置1からの光をレンズで集光させて用いることにより色調ムラが顕著になる場合であっても、光拡散材を用いずに済む。これにより、発光装置の発光効率を従来よりも格段に向上させ、所望の照度を従来よりも少ない数の発光装置1で達成することができ、設備空間及び設備費用を軽減することが可能になる。
According to the above embodiment, by using the
また、発光素子5の発光面上に積層される蛍光体層10(蛍光体層11、12等についても同様)を、蛍光体20の平均粒径以下の接着剤21に蛍光体20を配置した蛍光体構成層10a、10b、10cが1層以上積層された構成にしたことによって、蛍光体20を蛍光体層10内で均一に分布させ、かつ、蛍光体層10内の蛍光体20を高密度で充填することができ、色調ムラを効果的に低減できる。
Further, the phosphor layer 10 (same for the phosphor layers 11, 12, etc.) laminated on the light emitting surface of the
さらに、本発明者らは発光素子5の発光面上に直接的に1層以上の蛍光体層10、11、12を積層したことにより、発光素子5からの紫外線光が樹脂を通過する距離を小さくすることで樹脂による光の吸収を低減し、光の減衰を抑制することで発光強度を高めることができることを見出した。特に発光素子と蛍光体との間に樹脂層が厚く存在しない構造とすることで、樹脂の厚さムラに起因して紫外線光の各発光方向の減衰差から発生してしまう色調ムラを防止できる。
Furthermore, the present inventors laminated one or more phosphor layers 10, 11, 12 directly on the light emitting surface of the
たとえば、従来の様に蛍光体を樹脂等に混合分散させた場合に発生していた樹脂の厚さムラに起因した紫外線光の各発光方向の減衰差による色調ムラを防止できる。すなわち、紫外線の樹脂内を通過する距離を短くし、樹脂による光吸収の小さい可視光にいち早く変換して樹脂内を通過させることにより、発光装置から発光する光の色調ムラを小さくし、発光出力も向上させることができる。このため、光学素子を用いて光を集光する際、従来公知の発光装置のように光拡散材を用いて光の色調ムラ及び指向性を調整する必要がなく、光拡散材による光の減衰を発生させずに済む。具体的には、半値角40°の場合には色度で表現した色調ムラを従来の800Kから約100Kにまで、半値角30°の場合には色調ムラを従来の1000Kから約150Kにまで、さらに、半値角20°の場合には色調ムラを従来の1500Kから約200Kにまで低減できる効果がある。 For example, it is possible to prevent uneven color tone due to a difference in attenuation in the emission direction of ultraviolet light caused by uneven thickness of the resin that occurs when phosphors are mixed and dispersed in a resin or the like as in the prior art. In other words, by shortening the distance that ultraviolet rays pass through the resin, quickly converting to visible light with low light absorption by the resin and allowing it to pass through the resin, the color tone unevenness of the light emitted from the light emitting device is reduced, and the light emission output Can also be improved. For this reason, when condensing light using an optical element, it is not necessary to adjust light color unevenness and directivity using a light diffusing material as in a conventionally known light emitting device, and light attenuation by the light diffusing material. It is not necessary to generate. Specifically, when the half-value angle is 40 °, the color tone unevenness expressed by chromaticity is changed from the conventional 800K to about 100K, and when the half-value angle is 30 °, the color tone unevenness is changed from the conventional 1000K to about 150K. Furthermore, when the half-value angle is 20 °, the color tone unevenness can be reduced from the conventional 1500K to about 200K.
さらに、発光素子5の発光面上に2層以上積層された蛍光体層10、11、12の配置構成において、発光素子5に近い側(即ち、内側)の蛍光体層に含有される蛍光体の主発光波長が、発光素子5から遠い側(即ち、外側)の蛍光体層に含有される蛍光体の主吸収波長と異なるように構成したことによって、各蛍光体層は、他の蛍光体層の光を吸収せず、発光素子5が発した光だけを吸収して光を発するため、各蛍光体層の色温度の調整を非常に容易に行うことができる。
Further, in the arrangement configuration of the phosphor layers 10, 11, 12 laminated on the light emitting surface of the
さらに、蛍光体層10を形成する際に、蛍光体層10を構成する蛍光体構成層10a〜10cを1層形成する度に、発光装置1の色温度を測定し、所望の発光が得られているか確認したことによって、蛍光体層10による発光装置1の色温度を100K単位で微調整することができる。これにより、従来よりも所望する発光により近い発光をする蛍光体層10を備えた発光装置1を製造することが可能になる。
Furthermore, when the
さらに、蛍光体構成層10が含有する蛍光体20の粒径を調整し、例えば、所定の粒径以下になるようにしたことによって、蛍光体層20を構成する各蛍光体構成層10a〜10cをより均一の厚さに形成することができ、その蛍光体構成層を積層させた蛍光体層の厚みムラを、含有する蛍光体の平均粒径の2倍以下と小さくすることが可能となり、色調ムラをより低減化し、且つ演色性を向上させることが可能になる。
Furthermore, by adjusting the particle diameter of the
本発明の第1の他の実施形態として、蛍光体20を接着剤21が塗布された発光素子5の発光面に配置する際に、図13に示すように、静電吸着を利用して配置するようにしてもよい。図13では、基板2と、ノズル35に蛍光体20を供給するカートリッジ36とに、高電圧が印加可能な電源55の両極が接続されている。電源55により基板2及びカートリッジ36に印加される電圧パターンは、電源55に接続された電圧制御装置56によって制御されるようになっている。このような構成により、カートリッジ36内の蛍光体20を負に帯電させ、正に帯電した基板2側の接着剤21にノズル35を介して静電吸着させることができる。
As a first other embodiment of the present invention, when the
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, this invention is not limited to the example which concerns. It is obvious for those skilled in the art that various changes or modifications can be conceived within the scope of the technical idea described in the claims, and of course, the technical scope of the present invention is also possible. It is understood that it belongs to.
上述した実施形態においては、紫外線光を発するLEDを発光素子5として用いる場合について説明したが、発光素子5としては、主発光波長が410nm以下である光を発するLED以外を用いてもよい。
In the embodiment described above, the case where an LED that emits ultraviolet light is used as the light-emitting
上述した実施形態においては、蛍光体層10を構成する蛍光体構成層の数が3層である場合について説明したが、蛍光体層10を構成する蛍光体構成層の数は任意であってもよい。
In the above-described embodiment, the case where the number of the phosphor constituting layers constituting the
上述した実施形態においては、蛍光体層10に1種類の蛍光体20が含有されている場合について説明したが、蛍光体層10に2種類以上の蛍光体が含有されていてもよい。
In the embodiment described above, the case where one type of
上述した実施形態においては、発光素子5の発光面上に積層される蛍光体層10、11、12の数が3である場合について説明したが、蛍光体層の数は任意であってもよい。また、蛍光体層10、11、12の上から封止部材15を充填して発光素子5が封止されている場合について説明したが、蛍光体層の上に従来公知の蛍光体層を配置してもよい。このとき、従来公知の蛍光体層が含有する蛍光体を、粒径が10μm以下の微粒子とすることで、蛍光体の沈降による影響が極めて小さくなり、本発明と同様の効果を有する。または、従来公知の蛍光体層が含有する蛍光体の量を極微量とすることでも、同様の効果を有することができる。
In the above-described embodiment, the case where the number of the phosphor layers 10, 11, 12 stacked on the light emitting surface of the
上述した実施形態においては、ヒータ30を用いて塗布する接着剤21を加熱し、粘度を低下させる場合について説明したが、ヒータ30以外の加熱装置を用いて、接着剤21を加熱して粘度を低下させるようにしてもよい。また、接着剤21を溶媒で薄めることによって、粘度を低下させてもよい。さらに、接着剤21を溶媒で薄めることと、加熱することとを同時に実施してもよい。
In the above-described embodiment, the case where the adhesive 21 to be applied is heated using the
上述した実施形態においては、ノズル35に設けた篩(図示せず)を用いて、塗布された接着剤21に配置する蛍光体20の粒径を調整する場合について説明したが、篩以外の方法が用いられてもよい。例えば、蛍光体20をボールミルによって粉砕、洗浄、分離、乾燥し、その後、シャトルに入れ、シャトル先端に取付けたノズルの内径を調整することによって、篩以外の手段によって、吹付ける蛍光体20の粒径を調整するようにしてもよい。
In the above-described embodiment, the case where the particle diameter of the
本発明を実施例と比較例を用いて説明する。 The present invention will be described using examples and comparative examples.
以下に示す実施例1は、本発明の実施の形態に係る発光装置1の色調ムラを測定した結果であり、比較例1〜3は、それぞれ、発光装置200、201、202の色調ムラを測定した結果である。なお、色調ムラの測定は、図9に示す色調ムラ測定装置70を用いて測定対象である発光装置からの発光を検出器で検出し、スペクトル解析することにより行い、図9に示すように、発光装置1と検出器46との間に光学レンズ51を設けない場合の測定と、光学レンズ51を介して光を集光させた場合の測定の両方を行った。
Example 1 shown below is a result of measuring the color tone unevenness of the
測定対象である発光装置が発する光の指向特性を示す「半値角(2θ(1/2))」は、分光器48で得られた輝度の解析結果から、以下のようにして算出した。
2θ(1/2)=|θ1−θ2|
ここでθ1、θ2は、最も大きな輝度の値を100%とし、そのときの角度を基準角度としたとき、その基準角度から0°の位置側に回転させて輝度が50%になる角度をθ1とし、基準角度から180°の位置側に回転させて輝度が50%になる角度をθ2とする。
The “half-value angle (2θ (1/2))” indicating the directivity of light emitted from the light emitting device as the measurement target was calculated from the luminance analysis result obtained by the
2θ (1/2) = | θ 1 −θ 2 |
Here, θ 1 and θ 2 are angles at which the maximum luminance value is 100% and the angle at that time is the reference angle, and the luminance is 50% when rotated from the reference angle to the position of 0 °. was a theta 1, brightness is rotated from the reference angle position side of 180 ° to two angles to be 50% theta.
測定対象である発光装置の色調ムラの度合いを示す「色温度差(ΔCCT)」は、分光器48で得られたスペクトル解析結果から、上記半値角(2θ(1/2))内で測定される色温度CCT(Correlated Color Temperature)の最大値と最小値の差として求めた。なお、単位はK(ケルビン)である。
The “color temperature difference (ΔCCT)” indicating the degree of color tone unevenness of the light emitting device as the measurement target is measured within the half-value angle (2θ (1/2)) from the spectrum analysis result obtained by the
測定対象である発光装置が発する光の演色性については、JISで規定される基準光をどれだけ忠実に再現できているかという度合いを示す「平均演色評価数(Ra)」を分光器48で得られたスペクトル解析結果から算出した。
With respect to the color rendering properties of light emitted from the light emitting device that is the measurement target, the
<実施例1>
主発光波長が405nmの紫外線光を発する発光素子5上に直接的に3つの異なる蛍光体層10、11、12が積層された図2に示す発光装置1を作成した。実施例1では、蛍光体層10に含有される蛍光体20としてCaAlSiN3:Eu、蛍光体層11に含有される蛍光体25としてSrAl1+xSi4−xOxN7−x:Ce、蛍光体層12に含有される蛍光体27としてSrAlxSi6−xO1+xN8−x:Euを用いた。蛍光体20の粒子径は、10μm以下、蛍光体25の粒子径は、13μm以下、蛍光体27の粒子径は、20μm以下に調整されている。
<Example 1>
A
上記の試料の断面を観察したところ、蛍光体層10、蛍光体層11、蛍光体層12における蛍光体20、蛍光体25、蛍光体27の占有率はともに60%となり50%以上であった。蛍光体層10、蛍光体層11、蛍光体層17のそれぞれの層の厚みムラ(最大厚み及び最小厚みの差)は、それぞれの層に含有されている蛍光体20、蛍光体25、蛍光体27の平均粒径の2倍以下であった。なお、各蛍光体層10、11、12が含有する蛍光体20、25、27の平均粒径はそれぞれ、7μm、10μm、18μmであった。
When the cross section of the sample was observed, the occupancy ratios of the
上記の発光装置1の輝度比及び相関色温度の値を、図9に示す色調ムラ測定装置70を用い、発光装置1の位置が0〜180°で測定を行った。図15は、光学レンズ51を用いずに測定した測定結果を示し、図16は、光学レンズ51を介して光を集光させて測定した測定結果を示している。なお、図15及び図16では、横軸が発光装置1の角度(°)であり、縦軸が相関色温度(K)である座標に測定結果をプロットして示した。また、図17は、図15における各々の測定結果を示し、図18は、図16における各々の測定結果を示している。
The brightness ratio and correlated color temperature values of the
図15及び図17より、レンズを介さない場合、半値角(2θ(1/2))は115°、色温度差はΔCCT=33Kであり、輝度が最大となる基準角度(90°)おける平均演色評価数(Ra)は94で、半値角領域で平均演色評価数(Ra)は90以上であった。また、図16及び図18に示すように、レンズを介して集光した場合、半値角(2θ(1/2))は19°、色温度差はΔCCT=219Kであり、輝度が最大となる基準角度(90°)おける平均演色評価数(Ra)は93で、半値角領域で平均演色評価数(Ra)は90以上であった。上記の結果より、本発明の発光装置1によれば、光学素子を用いて光を集光させた場合においても、色温度差が小さく、かつ平均演色評価数(Ra)も90以上と良好な白色光が得られた。
15 and 17, the half-value angle (2θ (1/2)) is 115 °, the color temperature difference is ΔCCT = 33K, and the average is obtained at the reference angle (90 °) at which the luminance is maximum. The color rendering index (Ra) was 94, and the average color rendering index (Ra) was 90 or more in the half-value angle region. As shown in FIGS. 16 and 18, when the light is collected through the lens, the half-value angle (2θ (1/2)) is 19 °, the color temperature difference is ΔCCT = 219K, and the luminance is maximized. The average color rendering index (Ra) at the reference angle (90 °) was 93, and the average color rendering index (Ra) was 90 or more in the half-value angle region. From the above results, according to the
<比較例1>
比較例1として、図19に示す発光装置200を作成した。発光装置200は、基板2上に配置された青色光を発する発光素子5の発光面上に、赤色光を発する蛍光体20を含有する蛍光体層210と緑色光を発する蛍光体25を含有する蛍光体層211とを順に積層し、さらに、その周囲に樹脂15を厚く配置した構成になっている。
<Comparative Example 1>
As Comparative Example 1, a
上記の試料の断面を観察したところ、蛍光体層210、蛍光体層211における蛍光体20、蛍光体25の占有率はともに60%となり、50%以上であった。蛍光体層210、蛍光体層211のそれぞれの層の厚みムラ(最大厚み及び最小厚みの差)は、それぞれの層に含有されている蛍光体20、蛍光体25の平均粒径の2倍以下であった。なお、各蛍光体層210、211が含有する蛍光体20、25の平均粒径はそれぞれ、7μm、10μmであった。
When the cross section of the sample was observed, the occupation ratios of the
上記の発光装置200の輝度比及び相関色温度の値を、図9に示す色調ムラ測定装置70を用い、発光装置200の位置が0〜180°で測定を行った。図20は、光学レンズ51を用いずに測定した測定結果を示し、図21は、光学レンズ51を介して光を集光させて測定した測定結果を示している。なお、図20及び図21では、横軸が発光装置200の角度(°)であり、縦軸が相関色温度(K)である座標に測定結果をプロットして示した。また、図22は、図20における各々の測定結果を示し、図23は、図21における各々の測定結果を示している。
The brightness ratio and correlated color temperature values of the
図20及び図22より、レンズを介さない場合、半値角(2θ(1/2))は126°、色温度差はΔCCT=155Kであり、輝度が最大となる基準角度(90°)おける平均演色評価数(Ra)は92で、半値角領域で平均演色評価数(Ra)は90以上であった。しかしながら、図21及び図23に示すように、レンズを介して集光した場合には、半値角(2θ(1/2))は14°、色温度差がΔCCT=1036Kとなり、色温度差の値が著しく大きくなっていた。このことから発光装置200からの発光にレンズを用いた場合には、色調ムラが増幅されてしまうことが判明した。
20 and 22, when the lens is not used, the half-value angle (2θ (1/2)) is 126 °, the color temperature difference is ΔCCT = 155K, and the average at the reference angle (90 °) at which the luminance is maximum. The color rendering index (Ra) was 92, and the average color rendering index (Ra) was 90 or more in the half-value angle region. However, as shown in FIGS. 21 and 23, when the light is collected through the lens, the half-value angle (2θ (1/2)) is 14 ° and the color temperature difference is ΔCCT = 1036K. The value was significantly larger. From this, it has been found that when a lens is used for light emission from the
<比較例2>
比較例2として、図24に示す発光装置201を作成した。発光装置201は、基板2上に配置された紫外線光を発する発光素子5の発光面上に中間層12として樹脂を配置し、この中間層12を介して発光素子5から離間した位置に、赤色光を発する蛍光体20を含有する蛍光体層210、緑色光を発する蛍光体25を含有する蛍光体層211及び青色光を発する蛍光体27を含有する蛍光体層212を混合して薄い層状にして配置した構成になっている。
<Comparative example 2>
As Comparative Example 2, a
上記の試料の断面を観察したところ、蛍光体層210、蛍光体層211、蛍光体層212における蛍光体20、蛍光体25、蛍光体27の占有率はすべて60%となり、50%以上であった。蛍光体層210、蛍光体層211、蛍光体212のそれぞれの層の厚みムラ(最大厚み及び最小厚みの差)は、それぞれの層に含有されている蛍光体20、蛍光体25、蛍光体27の平均粒径の2倍以下であった。なお、各蛍光体層210、211、212が含有する蛍光体20、25、27の平均粒径はそれぞれ、7μm、10μm、18μmであった。
When the cross section of the sample was observed, the occupancy ratios of the
上記の発光装置201の輝度比及び相関色温度の値を、図9に示す色調ムラ測定装置70を用い、発光装置201の位置が0〜180°で測定を行った。図25は、光学レンズ51を用いずに測定した測定結果を示し、図26は、光学レンズ51を介して光を集光させて測定した測定結果を示している。なお、図25及び図26では、横軸が発光装置200の角度(°)であり、縦軸が相関色温度(K)である座標に測定結果をプロットして示した。また、図27は、図25における各々の測定結果を示し、図28は、図26における各々の測定結果を示している。
The brightness ratio and correlated color temperature values of the
図25及び図27より、レンズを介さない場合、半値角(2θ(1/2))は115°、色温度差はΔCCT=86Kであり、輝度が最大となる基準角度(90°)おける平均演色評価数(Ra)は92で、半値角領域で平均演色評価数(Ra)は90以上であった。しかしながら、図26及び図28に示すように、レンズを介して集光した場合には、半値角(2θ(1/2))は16°、色温度差がΔCCT=381Kとなり、色温度差の値が大きくなっていた。このことから発光装置201からの発光にレンズを用いた場合には、色調ムラが増幅されてしまうことが判明した。
25 and 27, when no lens is used, the half-value angle (2θ (1/2)) is 115 °, the color temperature difference is ΔCCT = 86K, and the average at the reference angle (90 °) at which the luminance is maximum. The color rendering index (Ra) was 92, and the average color rendering index (Ra) was 90 or more in the half-value angle region. However, as shown in FIGS. 26 and 28, when the light is condensed through the lens, the half-value angle (2θ (1/2)) is 16 °, the color temperature difference is ΔCCT = 381K, and the color temperature difference is The value was getting bigger. From this, it has been found that when the lens is used for light emission from the
<比較例3>
比較例3として、図29に示す発光装置202を作成した。発光装置202は、基板2上に配置された紫外線光を発する発光素子5の周囲に、赤色光を発する蛍光体20、緑色光を発する蛍光体25及び青色光を発する蛍光体27を混合させた樹脂を厚く配置した構成を有する。蛍光体20、25、27の粒子径は調整されていない。
<Comparative Example 3>
As Comparative Example 3, a
上記の試料の断面を観察したところ、樹脂15内において蛍光体20、25、27の占有率は合計5%となり、50%以下であった。また、樹脂15の層の厚みムラ(最大厚み及び最小厚みの差)は、含有されている蛍光体20、25、27の平均粒径の2倍を超えていた。なお、蛍光体20、25、27の平均粒径はそれぞれ、7μm、10μm、18μmであった。
When the cross section of the sample was observed, the occupancy ratio of the
上記の発光装置202の輝度比及び相関色温度の値を、図9に示す色調ムラ測定装置70を用い、発光装置202の位置が0〜180°で測定を行った。図30は、光学レンズ51を用いずに測定した測定結果を示し、図31は、光学レンズ51を介して光を集光させて測定した測定結果を示している。なお、図30及び図31では、横軸が発光装置200の角度(°)であり、縦軸が相関色温度(K)である座標に測定結果をプロットして示した。また、図32は、図30における各々の測定結果を示し、図33は、図31における各々の測定結果を示している。
The brightness ratio and correlated color temperature values of the
図30及び図32より、レンズを介さない場合、半値角(2θ(1/2))は133°、色温度差はΔCCT=494Kであり、輝度が最大となる基準角度(90°)おける平均演色評価数(Ra)は91で、半値角領域で平均演色評価数(Ra)は90以上であった。また、図31及び図33に示すように、レンズを介して集光した場合には、半値角(2θ(1/2))は28°、色温度差がΔCCT=829Kであった。このことから発光装置202の発光は、レンズの有無に関わらず色温度差が大きくて著しい色調ムラが発生していることが判明した。
30 and 32, when no lens is used, the half-value angle (2θ (1/2)) is 133 °, the color temperature difference is ΔCCT = 494K, and the average at the reference angle (90 °) at which the luminance is maximum. The color rendering index (Ra) was 91, and the average color rendering index (Ra) was 90 or more in the half-value angle region. In addition, as shown in FIGS. 31 and 33, when the light was collected through the lens, the half-value angle (2θ (1/2)) was 28 ° and the color temperature difference was ΔCCT = 829K. From this, it has been found that the light emission of the
以上の実施例1及び比較例1〜3から、本発明の発光装置1(実施例1)では、半値角が19°に対して色調ムラの度合いを示す色温度差ΔCCTの値が219Kであり、発光装置200〜202(比較例1〜3)の場合の半値角が14°〜28°に対する色温度差ΔCCTの値381〜1036Kと比較して、発光装置が発する光の色調ムラが非常に低減されていることが分かる。また、本発明の発光装置1についての実施例1の平均演色評価数Raの値は93になっている。これは、本発明の発光装置1が発する白色光は、基準光により近い光が再現できていることを意味している。この白色光は、各蛍光体層10、11、12が無指向性の蛍光体20、25、27を各々含有するため、それらを合成した光は、指向性が効果的に低減されていることが分かる。
From the above Example 1 and Comparative Examples 1 to 3, in the light emitting device 1 (Example 1) of the present invention, the value of the color temperature difference ΔCCT indicating the degree of color unevenness with respect to the half-value angle of 19 ° is 219K. Compared with the
本発明は、例えば照明用光源、液晶のバックライト光源等に用いられる、低い色調ムラと高い演色性が必要な、白色光を発する発光装置に特に有用である。 The present invention is particularly useful for a light-emitting device that emits white light, for example, used for an illumination light source, a liquid crystal backlight light source, and the like and requires low color tone unevenness and high color rendering.
1 発光装置
2 基板
3 側壁
5 発光素子
6 外部電極
7 導電線ワイヤ
10、11、12 蛍光体層
10a〜10c、11a〜11c、12a〜12c 蛍光体構成層
15 封止部材
20、25、27 蛍光体
21、26、28 接着剤
30 ヒータ
31 排出口
35 ノズル
36 カートリッジ
37 配管
40 貯留部
41 配管
42 圧力調整装置
43 開閉弁
46 検出器
47 光ファイバー
48 分光器
49 配線
50 電源
51 光学レンズ
55 高圧電源
56 電圧制御装置
100、200〜202 比較例としての発光装置
101 地図灯
102 光学レンズ
103 光拡散材
210〜212 比較例としての蛍光体層
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記蛍光体層は、蛍光体構成層が複数層積層された構成であり、
前記蛍光体層は、最大厚さ及び最小厚さの差が前記蛍光体の平均粒径の2倍以下であり、
前記蛍光体構成層は、前記発光素子の発光面上に塗布された接着剤に前記蛍光体を固着させた構成であり、
前記接着剤の塗布厚さは前記蛍光体の平均粒径以下であり、
前記発光素子から最も遠くにある蛍光体構成層における前記蛍光体の占有率が50%以下であり、それ以外の蛍光体構成層における前記蛍光体の占有率は60%以上であることを特徴とする、発光装置。 The light emitting surface of the light emitting element having a main emission wavelength of 410 nm or less has a configuration in which one or more phosphor layers containing a phosphor that absorbs light from the light emitting element and converts the wavelength to emit light are stacked.
The phosphor layer has a configuration in which a plurality of phosphor constituent layers are laminated,
The phosphor layer has a difference between the maximum thickness and the minimum thickness not more than twice the average particle diameter of the phosphor,
The phosphor constituent layer is a configuration in which the phosphor is fixed to an adhesive applied on a light emitting surface of the light emitting element,
The coating thickness of the adhesive is not more than the average particle size of the phosphor,
The phosphor occupancy in the phosphor constituent layer farthest from the light emitting element is 50% or less, and the phosphor occupancy in other phosphor constituent layers is 60% or more. A light emitting device.
前記蛍光体層に含有される蛍光体の主発光波長はそれぞれ異なり、
前記発光素子に近い側の前記蛍光体層に含有される蛍光体の主発光波長と、前記発光素子から遠い側の前記蛍光体層に含有される蛍光体の主吸収波長とが異なることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の発光装置。 Two or more phosphor layers are laminated on the light emitting surface of the light emitting element,
The main emission wavelengths of the phosphors contained in the phosphor layer are different from each other.
The main emission wavelength of the phosphor contained in the phosphor layer near the light emitting element is different from the main absorption wavelength of the phosphor contained in the phosphor layer far from the light emitting element. The light-emitting device according to claim 1.
前記蛍光体層は複数層の蛍光体構成層からなり、
前記蛍光体層を形成する際には、前記発光素子上に接着剤を前記蛍光体の平均粒径よりも薄く塗布した後、前記塗布された接着剤に前記蛍光体を固着して蛍光体構成層を形成する形成工程を行い、前記蛍光体層について所望の色温度が得られるまで前記蛍光体構成層を積層し、
前記発光素子から最も遠くにある蛍光体構成層における前記蛍光体の占有率が50%以下であり、それ以外の蛍光体構成層における前記蛍光体の占有率は60%以上であるように前記蛍光体構成層は形成されることを特徴とする、発光装置の製造方法。 A light emitting element having a main emission wavelength of 410 nm or less; and a phosphor layer containing a phosphor that absorbs light from the light emitting element and emits light after wavelength conversion, and a difference between the maximum thickness and the minimum thickness Is a method for manufacturing a light emitting device, wherein the phosphor layer having an average particle size of not more than twice the average particle diameter of the phosphor is directly formed on the light emitting surface of the light emitting element so as to cover the light emitting surface of the light emitting element. And
The phosphor layer is composed of a plurality of phosphor constituent layers,
When forming the phosphor layer, after applying an adhesive thinner than the average particle diameter of the phosphor on the light emitting element, the phosphor is fixed to the applied adhesive to form a phosphor structure. Performing a forming step of forming a layer, laminating the phosphor constituent layers until a desired color temperature is obtained for the phosphor layer,
The phosphor occupancy in the phosphor constituent layer farthest from the light emitting element is 50% or less, and the phosphor occupancy in other phosphor constituent layers is 60% or more. A method of manufacturing a light emitting device, wherein the body constituting layer is formed.
When laminating the plurality of phosphor constituent layers, repeating the application of the adhesive, the fixing of the phosphor, the temporary curing of the adhesive, the measurement of the color temperature, and the verification of the measurement result The method of manufacturing a light emitting device according to claim 5, wherein a desired color temperature is obtained.
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