JP2017120897A - 発光装置および調色装置 - Google Patents

Abstract

【課題】出射光の色度を複数段階に調整可能な発光装置および調色装置を提供する。【解決手段】発光装置は、基板と、基板上に固定された樹脂枠と、樹脂枠により囲まれる基板上の領域に実装された複数組の発光素子であって、組ごとに、その組を構成する発光素子同士が互いに直列接続された複数組の発光素子と、基板上に設けられ、複数組の発光素子に電気的に接続された複数組の接続電極であって、複数組の発光素子のうちで一部の組の発光素子に選択的に駆動電流を供給可能な複数組の接続電極と、複数組の発光素子からの光により励起される蛍光体が混入され、樹脂枠により囲まれた基板上の領域を埋め尽くすように充填されて複数組の発光素子を一体的に封止する封止樹脂とを有し、複数組の発光素子の直上における封止樹脂の厚さが組ごとに互いに異なることで、複数組の発光素子のそれぞれを１組だけ発光させたときの封止樹脂からの出射光の色度が互いに異なる。【選択図】図２

Description

本発明は、発光装置および調色装置に関する。

特許文献１には、外形をほとんど変えず、色度調整の過程において与えるダメージが少なく、容易に色度調整が可能なＬＥＤ（発光ダイオード）光源として、ＬＥＤ素子と、ＬＥＤ素子からの発光の一部を吸収し波長変換して発光する蛍光体を含みＬＥＤ素子の周囲に配置された封止材と、封止材を切削して形成された凹部と、凹部全体に充填された封止材とは異なる色度調整用樹脂とを有するＬＥＤ光源が記載されている。

特許文献２には、樹脂基板の配線パターンに、それぞれ赤色、緑色及び青色に発光する発光ダイオードのベアチップを接続し、これらを一組として、基板に対し、凸状の第１のコーティング層を、均一に、且つ、略等間隔に隣接させて形成し、さらにその上から基板全体に第２コーティング層を形成したベアチップ実装面発光体が記載されている。

特許文献３には、独立して駆動される２つ以上の発光素子チップと、その２つ以上の発光素子チップを覆う一体の蛍光体層とを含み、一体の蛍光体層の厚みが少なくとも１つの発光素子チップを覆う部位とその他の発光素子チップを覆う部位とで異なるように形成されている発光装置が記載されている。

特開２０１０−２３２５２５号公報 特開２０１２−００９５３０号公報 特開２０１２−０６９７８７号公報

青色ＬＥＤなどの複数の発光素子が１つの基板上に実装されて蛍光体含有樹脂により封止され、発光素子からの光を蛍光体で波長変換して出射するＣＯＢ（Chip On Board）の発光装置では、例えば封止樹脂の厚さによって出射光の色度が製品ごとにわずかに異なり、また、駆動中に装置内部の温度上昇に起因して色度シフトが発生することもある。しかしながら、こうした発光装置では、製品単体では色度の調整ができないため、製品ごとの色度のバラつきおよび駆動中の色度シフトを補正することは難しい。

そこで、本発明は、出射光の色度を複数段階に調整可能な発光装置および調色装置を提供することを目的とする。

基板と、基板上に固定された樹脂枠と、樹脂枠により囲まれる基板上の領域に実装された複数組の発光素子であって、組ごとに、その組を構成する発光素子同士が互いに直列接続された複数組の発光素子と、基板上に設けられ、複数組の発光素子に電気的に接続された複数組の接続電極であって、複数組の発光素子のうちで一部の組の発光素子に選択的に駆動電流を供給可能な複数組の接続電極と、複数組の発光素子からの光により励起される蛍光体が混入され、樹脂枠により囲まれた基板上の領域を埋め尽くすように充填されて複数組の発光素子を一体的に封止する封止樹脂とを有し、複数組の発光素子の直上における封止樹脂の厚さが組ごとに互いに異なることで、複数組の発光素子のそれぞれを１組だけ発光させたときの封止樹脂からの出射光の色度が互いに異なる発光装置が提供される。

上記の発光装置では、ＡＮＳＩ Ｃ７８．３７７の規格で相対色温度により分類されている複数の白色のうちの１つに相当する色度図上の領域の中心点を中心とする当該中心点の色度値の±２％の範囲内に出射光の色度値が収まるように、複数組の発光素子の実装位置における封止樹脂の厚さが定められていることが好ましい。

複数組の発光素子は、基板の水平な実装面上に実装され、実装面からの樹脂枠の高さは、基板の一端部側から一端部に対向する基板の他端部側に向けて徐々に小さくなり、封止樹脂は、一端部側から他端部側にかけて厚さが次第に減少するように複数組の発光素子を封止することが好ましい。

基板は水平面に対して傾斜した実装面を有し、複数組の発光素子は傾斜した実装面上に実装され、実装面からの樹脂枠の高さは、樹脂枠の上端が全周にわたって同じ水平面上に位置するように、水平面に対する実装面上の高さが低い位置ほど大きくなり、封止樹脂の下端は傾斜した実装面に沿って広がり、封止樹脂の上端は１つの水平面であることが好ましい。

基板は、上面が傾斜した実装面である金属製の実装基板と、厚さが一様であり、開口部を有し、実装基板の上面に固定され、複数組の接続電極が設けられた回路基板とで構成され、複数組の発光素子は、開口部内で露出した実装基板の上面に実装されていることが好ましい。

基板は、上面に段差が形成されていることにより、鉛直方向の高さが互いに異なる複数の水平面を有し、複数組の発光素子は、組ごとに異なる高さの位置に実装されており、封止樹脂の上端は１つの水平面であることが好ましい。

基板は、複数の水平面を有する金属製の実装基板と、厚さが一様であり、開口部を有し、実装基板の上面に固定され、複数組の接続電極が設けられた回路基板とで構成され、複数組の発光素子は、開口部内で露出した実装基板の上面に実装されていることが好ましい。

同じ組を構成する複数の発光素子はいずれも同じ発光波長帯域を有し、複数組の発光素子の一部は、残りの組の発光素子とは異なる発光波長帯域を有することが好ましい。

また、基板と、基板上に固定された樹脂枠と、樹脂枠により囲まれる基板上の領域に実装された複数組の発光素子であって、組ごとに、当該組を構成する発光素子同士が互いに直列接続された複数組の発光素子と、基板上に設けられ、複数組の発光素子に電気的に接続された複数組の接続電極であって、複数組の発光素子のうちで一部の組の発光素子に選択的に駆動電流を供給可能な複数組の接続電極と、複数組の発光素子からの光により励起される蛍光体が混入され、樹脂枠により囲まれた基板上の領域を埋め尽くすように充填されて複数組の発光素子を一体的に封止する封止樹脂と、複数組の接続電極の少なくともいずれかに接続されて、複数組の発光素子のうちで対応する組の発光素子に駆動電流を供給することで、封止樹脂を通して当該組に対応する色度の光を出射させる定電流電源とを有し、複数組の発光素子の直上における封止樹脂の厚さが組ごとに互いに異なることで、複数組の発光素子のそれぞれを１組だけ発光させたときの封止樹脂からの出射光の色度が互いに異なる調色装置が提供される。

上記の発光装置および調色装置によれば、出射光の色度を複数段階に調整することが可能になる。

調色装置１の概略構成図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った発光装置１０の縦断面図である。 基板１１の上面図および縦断面図である。 白色レジスト１９が取り除かれた基板１１の上面図および縦断面図である。 ＬＥＤ素子１２の接続関係の例を示す図である。 出射光の色度と出射光に含まれる青色光の強度との対応関係の例を示す表である。 発光装置１０の出射光のスペクトルの例を示す図である。 図６に対応する色度図である。 発光装置１０の製造工程の例を示すフローチャートである。 発光装置１０の製造工程を説明するための上面図および縦断面図である。 発光装置１０の製造工程を説明するための上面図および縦断面図である。 出射光の色度と出射光に含まれる青色光の強度との対応関係の別の例を示す表である。 図１２に対応する色度図である。 別の発光装置２０の上面図および縦断面図である。 さらに別の発光装置３０の上面図および縦断面図である。 さらに別の発光装置４０の上面図および縦断面図である。 さらに別の発光装置１０’の縦断面図である。 さらに別の発光装置２０’の縦断面図である。 さらに別の発光装置３０’の縦断面図である。 さらに別の発光装置４０’の縦断面図である。 ＬＥＤ素子１２の接続関係の別の例を示す図である。 ＬＥＤ素子１２の接続関係の別の例を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、発光装置および調色装置について説明する。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、調色装置１の概略構成図である。また、図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った発光装置１０の縦断面図である。調色装置１は、発光装置１０および定電流電源８０を有し、発光装置１０は、基板１１、ＬＥＤ素子１２、樹脂枠１３および封止樹脂１４を有する。発光装置１０は、パッケージ化されていない複数のＬＥＤ素子（ＬＥＤダイ）１２が基板１１上に直接実装されたＣＯＢのＬＥＤモジュールであり、各種の照明装置のＬＥＤ光源として利用される。

図３は、基板１１の上面図および縦断面図である。基板１１は、実装基板１１Ａと、実装基板１１Ａの上に重ね合わされた回路基板１１Ｂとで構成され、回路基板１１Ｂの上面には、一部の領域を除いて白色レジスト１９が設けられている。図４は、白色レジスト１９が取り除かれた基板１１の上面図および縦断面図である。図３の断面図は、図３の上面図内のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った基板１１の切断面を示し、図４の断面図も、図４の上面図内のＩＶ−ＩＶ線に沿った基板１１の切断面を示す。

実装基板１１Ａは、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、その上面に複数のＬＥＤ素子１２が実装される平坦な金属基板であり、数ｃｍ角程度の大きさの矩形の形状を有する。実装基板１１Ａは、ＬＥＤ素子１２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。なお、実装基板１１Ａの材質は、耐熱性と放熱性に優れたものであれば、例えば銅などの別の金属でもよい。

回路基板１１Ｂは、例えばガラスエポキシ基板などの絶縁性の基板であり、一例として、実装基板１１Ａと同じ大きさの矩形の形状を有する。回路基板１１Ｂは、端部が実装基板１１Ａの端部と合うように揃えられ、下面が例えば接着シートにより実装基板１１Ａの上面に貼り付けられて固定されている。図３および図４に示すように、回路基板１１Ｂの中央には、円形の開口部（貫通孔）１１１が形成されている。

また、図４に示すように、回路基板１１Ｂの上面には、ＬＥＤ素子１２に電力を供給するための６個の配線パターン１７１〜１７６が設けられている。このうち、配線パターン１７１〜１７３は、図４における開口部１１１の上側半分を取り囲み、そこから回路基板１１Ｂの左上の角部に向かって延びている。配線パターン１７４〜１７６は、回路基板１１Ｂの中央に関して配線パターン１７１〜１７３と回転対称（点対称）な形状を有し、図４における開口部１１１の下側半分を取り囲み、そこから回路基板１１Ｂの右下の角部に向かって延びている。

図３に示すように、回路基板１１Ｂの上面には、左上および右下の向かい合う２つの角部に、白色レジスト１９が設けられておらず配線パターン１７１〜１７６が露出している６個の矩形部分がある。これらの矩形部分は、発光装置１０を外部電源に接続するための接続電極１７ａ〜１７ｃに相当する。接続電極１７ａ〜１７ｃは、配線パターン１７１，１７４の組、配線パターン１７２，１７５の組、および配線パターン１７３，１７６の組にそれぞれ対応している。発光装置１０には、配線パターン１７１〜１７６により３組（３対、３系統）の電極が設けられている。接続電極１７ａ〜１７ｃのそれぞれは、一方がアノード電極で他方がカソード電極となり、定電流電源８０に接続されている。以下では、接続電極１７ａ〜１７ｃを互いに区別しないときには、単に「接続電極１７」と表記する。

ＬＥＤ素子１２は、発光素子の一例であり、例えばＩｎＧａＮ系化合物半導体で構成され、発光スペクトルが４５０ｎｍ付近にピークをもつ青色系の半導体発光素子（青色ＬＥＤ）である。例えば、ＬＥＤ素子１２は上面に一対の素子電極を有し、ＬＥＤ素子１２の下面は、透明な絶縁性の接着剤などにより、開口部１１１内で露出した実装基板１１Ａの上面に固定されている。発光装置１０では、５個のＬＥＤ素子１２を１組として、６組の計３０個のＬＥＤ素子１２が、実装基板１１Ａに実装されている。同じ組のＬＥＤ素子１２の素子電極はボンディングワイヤ１８により相互に接続され、各組の端部に位置するＬＥＤ素子１２から出たボンディングワイヤ１８は、配線パターン１７１〜１７６のいずれかに接続されている。

図５は、ＬＥＤ素子１２の接続関係の例を示す図である。６組のＬＥＤ素子１２は、組ごとに、その組を構成する５個のＬＥＤ素子１２同士が互いに直列に接続されている。図５に示す符号ａ１，ａ２の組のＬＥＤ素子１２は接続電極１７ａに、符号ｂ１，ｂ２の組のＬＥＤ素子１２は接続電極１７ｂに、符号ｃ１，ｃ２の組のＬＥＤ素子１２は接続電極１７ｃに、それぞれ電気的に接続されている。

接続電極１７ａ〜１７ｃのうちの１つまたは複数が定電流電源８０に接続されることにより、発光装置１０では、それらの接続電極に対応する組のＬＥＤ素子１２に選択的に駆動電流を供給可能である。発光装置１０では、複数組の接続電極１７ａ〜１７ｃが設けられていることにより、対応する組のＬＥＤ素子１２に、予め定められた大きさの駆動電流が独立に供給される。後述するように、ａ１〜ｃ２の組のＬＥＤ素子１２による出射光の色度は互いに異なるので、発光装置１０では、所望の色度に応じて、ａ１〜ｃ２のうちの１つまたは複数の組のＬＥＤ素子１２が駆動される。

発光装置１０では、すべてのＬＥＤ素子１２が青色ＬＥＤであるため、同じ組を構成する複数のＬＥＤ素子１２は、いずれも同じ発光波長帯域を有する。ただし、必ずしも発光装置１０内のすべてのＬＥＤ素子１２が同じ発光波長帯域を有していなくてもよい。例えば、一部の組のＬＥＤ素子１２は、例えばＩｎＧａＮ系化合物半導体で構成され、発光スペクトルが５２０ｎｍ付近にピークをもつ緑色系の半導体発光素子（緑色ＬＥＤ）であってもよく、残りの組のＬＥＤ素子１２とは異なる発光波長帯域を有してもよい。この点は、以下で説明する他のいずれの発光装置についても同様である。

なお、組ごとに独立して駆動電流を供給できれば、ＬＥＤ素子１２の接続関係は図５に示したものとは異なっていてもよい。例えば、接続電極１７の組ごとにＬＥＤ素子１２が１組ずつ接続されていてもよいし、接続電極１７の組ごとに、接続されるＬＥＤ素子１２の組数が異なっていてもよい。また、ボンディングワイヤ１８を用いずに、半田バンプを用いて基板１１上に各ＬＥＤ素子１２をフリップチップ実装してもよい。

樹脂枠１３は、例えば白色または無色透明の樹脂で構成された円形の枠体であり、封止樹脂１４の流出しを防止するためのダム材である。樹脂枠１３は、開口部１１１の縁を取り囲むように回路基板１１Ｂの上面に固定されている。このため、ＬＥＤ素子１２は、樹脂枠１３により囲まれる実装基板１１Ａ上の領域に実装されているとも言える。樹脂枠１３は、ＬＥＤ素子１２から側方に出射された光を、ＬＥＤ素子１２から見て基板１１とは反対側である発光装置１０の上方に向けて反射させる。

封止樹脂１４は、例えば、複数のＬＥＤ素子１２からの光により励起される黄色蛍光体１５と赤色蛍光体１６が分散混入された、エポキシ樹脂またはシリコン樹脂などの無色透明の樹脂である。封止樹脂１４は、樹脂枠１３により囲まれた実装基板１１Ａ上の領域を埋め尽くすように充填され、例えば半球状にモールド成型されて、基板１１上のすべてのＬＥＤ素子１２を組ごとに異なる厚さで一体的に被覆（封止）する。

発光装置１０では、図２に示すように、樹脂枠１３に近い外周部から基板１１の中央に近付くほど封止樹脂１４の厚さが大きくなる。このため、外周部のａ１とｃ２の組については、そのＬＥＤ素子１２の上方にある封止樹脂１４の厚さはそれぞれ同じであり、ａ１とｃ２の組よりも基板１１の中央に近いａ２とｃ１の組、さらにはｂ１とｂ２の組の方が、そのＬＥＤ素子１２の上方にある封止樹脂１４の厚さは大きい。これにより、発光装置１０では、ＬＥＤ素子１２の組ごとに、ＬＥＤ素子１２の直上における黄色蛍光体１５と赤色蛍光体１６を含有する樹脂層の厚さが異なるため、複数組のＬＥＤ素子１２のそれぞれを１組だけ発光させたときの封止樹脂１４からの出射光の色度は互いに異なる。なお、ａ１とｃ２の組のように、一部の組については、封止樹脂１４の厚さは同じであってもよい。

黄色蛍光体１５は、ＬＥＤ素子１２からの青色光を励起光として吸収して黄色系の蛍光を発する粒子状の蛍光体材料である。例えば、黄色蛍光体１５には、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系、デルビウム系、ストロンチウム系、リン酸塩系、ケイ酸塩系、アルミン酸塩系などの蛍光体が用いられる。

赤色蛍光体１６は、ＬＥＤ素子１２からの青色光を励起光として吸収して赤色光を発する粒子状の蛍光体材料である。例えば、赤色蛍光体１６には、Ｅｕ^２＋（ユーロピウム）固溶のＣａＡｌＳｉＮ_３（カルシウム・アルミニウム・シリコン三窒化物）蛍光体などが用いられる。

このように、発光装置１０では、黄色蛍光体１５および赤色蛍光体１６が混入された封止樹脂１４により、青色ＬＥＤであるＬＥＤ素子１２が被覆されている。これにより、発光装置１０では、ＬＥＤ素子１２が発光すると、ＬＥＤ素子１２からの青色光と、それによって黄色蛍光体１５および赤色蛍光体１６が励起されることでそれぞれ得られる黄色光と赤色光とが混合して、白色光が得られる。なお、封止樹脂に混入させる蛍光体は２種類以上でなくてもよく、例えば、ＬＥＤ素子１２として青色ＬＥＤと緑色ＬＥＤの２種類を使用し、蛍光体として赤色蛍光体の１種類を使用してもよい。

定電流電源８０は、複数組の接続電極１７ａ〜１７ｃの少なくともいずれかに接続されて、複数組のＬＥＤ素子１２のうちで対応する組のＬＥＤ素子１２に駆動電流を供給する。これにより、調色装置１は、封止樹脂１４を通してその組のＬＥＤ素子１２に対応する色度の光を出射させる。

図６は、出射光の色度と出射光に含まれる青色光の強度との対応関係の例を示す表である。黄色蛍光体と赤色蛍光体の百分率は、それぞれ、封止樹脂１４中に含まれる蛍光体全体に対する黄色蛍光体１５および赤色蛍光体１６の重量比である。青色強度の百分率は、発光装置１０の出射光全体に対する波長４５０ｎｍの青色光の強度比である。色度の値は、ＣＩＥ（国際照明委員会）により規定されたｘ，ｙ座標の値である。図６の表は、黄色蛍光体１５と赤色蛍光体１６の配合比がそれぞれ異なる（１）〜（６）の場合について、例えば封止樹脂１４の厚さが異なる複数の発光装置１０を用意し、ＬＥＤ素子１２の駆動電流の大きさを固定して、各発光装置１０の出射光全体に対する青色光の強度比（青色強度）と出射光の色度とを測定することにより作成される。

青色強度の大きさは、発光するＬＥＤ素子１２を覆う封止樹脂１４の厚さ、およびＬＥＤ素子１２の駆動電流の大きさにより変化する。例えば、封止樹脂１４の厚さが一定であれば、ＬＥＤ素子１２の駆動電流が大きくなるほど青色強度は高くなり、逆に、ＬＥＤ素子１２の駆動電流が小さくなるほど青色強度は低くなる。また、駆動電流の大きさが一定であれば、封止樹脂１４の厚さが薄くなるほど、黄色蛍光体１５と赤色蛍光体１６による励起光が発生しにくくなるため青色強度は高くなり、逆に、封止樹脂１４の厚さが厚くなるほど青色強度は低くなる。したがって、発光装置１０内で発光させるＬＥＤ素子１２の組を変えることは、青色強度を変化させることに対応する。

図７は、発光装置１０の出射光のスペクトルの例を示す図である。グラフの横軸は波長λ（ｎｍ）を示し、縦軸は相対強度Ｌを示す。発光装置１０では、青色ＬＥＤであるＬＥＤ素子１２、黄色蛍光体１５および赤色蛍光体１６により生成される青色光（Ｂ）、黄色光（Ｙ）および赤色光（Ｒ）に対応して、波長４５０ｎｍ、５６０ｎｍおよび６７０ｎｍ付近に相対強度のピークが現れる。そこで、発光装置１０では、波長４５０ｎｍの青色光の相対強度が青色強度として用いられる。

図８は、図６に対応する色度図である。グラフの横軸は色度のｘ座標を示し、縦軸は色度のｙ座標を示す。（１）〜（６）で示す６本の直線は、それぞれ、図６に示す各配合比の場合において青色強度を変化させたときの色度の軌跡であり、各直線上に円または四角の記号で示した点は、図６に示した色度の値に対応する。また、グラフ中の８個の四角形は、ＡＮＳＩ（米国規格協会）Ｃ７８．３７７の規格で定められている相対色温度（ＣＣＴ）による白色の分類（２７００Ｋ〜６５００Ｋ）を示す。

発光させるＬＥＤ素子１２の組を変えることで青色強度を変化させると、出射光の色度は、図８の色度図上で、黄色蛍光体１５と赤色蛍光体１６の配合比に応じて異なる直線状の軌跡を描いて変化する。このとき、色度の値は、青色強度が高くなるほどグラフの右上に、青色強度が低くなるほどグラフの左下に移動する。特に、蛍光体の配合比を図６の（１）〜（６）のいずれかに設定し、かつ青色強度を図６に示した範囲内で変化させれば、色度の軌跡は、ＡＮＳＩ２０１１で規定された各相対色温度（ＣＣＴ）の中心座標を通り、かつ１つの色温度に対応する四角形領域のほぼ左下から右上にわたって広がる。したがって、青色強度を調整することにより、蛍光体の配合比に対応する（１）〜（６）のいずれかの四角形領域の範囲内で、図８に示す各直線に沿って発光装置１０の出射光の色度を調整することが可能になる。

特に、図８に（１）〜（６）で示す６本の直線上における各点のｘ座標およびｙ座標と各相対色温度（ＣＣＴ）の中心点のｘ座標およびｙ座標との差は、その中心点のｘ座標およびｙ座標の±２％の範囲内にある。したがって、ＬＥＤ素子１２として青色ＬＥＤを用いて、蛍光体の配合比を図６の（１）〜（６）のいずれかに設定し、かつ青色強度が図６に示した範囲内の値になるように各組のＬＥＤ素子１２の実装位置における封止樹脂１４の厚さを定めれば、各相対色温度（ＣＣＴ）の中心点から±２％の範囲内で、出射光の色度を調整することが可能になる。

なお、色度の軌跡である直線の傾きは、ＬＥＤ素子１２の発光波長によって決まる。発光装置１０では、ＬＥＤ素子１２として青色ＬＥＤのみを使用するため、色度の調整が可能な範囲は色度図における１本の直線上に限定される。しかしながら、例えば、直列接続された一部の組のＬＥＤ素子１２を青色ＬＥＤとし、残りの組のＬＥＤ素子１２を緑色ＬＥＤとすれば、緑色強度（出射光全体に対する緑色光の強度比）を変化させることにより、図８に示すものとは異なる傾きの直線に沿って出射光の色度が変化する。したがって、ＬＥＤ素子１２として青色ＬＥＤと緑色ＬＥＤの２種類を使用する場合には、青色強度と緑色強度の両方を変化させることにより、色度図上の２次元領域内で色度を調整することが可能になる。

図９は、発光装置１０の製造工程の例を示すフローチャートである。図１０および図１１は、発光装置１０の製造工程を説明するための上面図および縦断面図である。図１０の断面図は、図１０の上面図内のＸ−Ｘ線に沿った基板１１の切断面を示し、図１１の断面図も、図１１の上面図内のＸＩ−ＸＩ線に沿った基板１１の切断面を示す。

発光装置１０を製造するためには、まず、黄色蛍光体と赤色蛍光体の配合比が同じである封止樹脂により互いに異なる樹脂厚で青色ＬＥＤが封止された複数のＣＯＢの発光装置が用意される。それらの発光装置を定電流電源８０で駆動し、青色強度として波長４５０ｎｍの青色光の相対強度を測定することにより、樹脂厚と青色強度の対応関係が予め測定される（Ｓ１）。続いて、Ｓ１で得られた対応関係ならびに図６および図８に示す対応関係を参照して、所望の色度を与える青色強度に対応する樹脂厚が決定される（Ｓ２）。すなわち、複数組のＬＥＤ素子１２のそれぞれについて、各相対色温度（ＣＣＴ）の中心点を中心とするその中心点の色度値の±２％の範囲内に出射光の色度値のｘ座標およびｙ座標が収まるように、封止樹脂１４の厚さが定められる。

その後で、図１０に示すように、開口部１１１内で露出した実装基板１１Ａの円形領域に複数のＬＥＤ素子１２が実装され、独立して駆動電流が供給される組ごとに、それらのＬＥＤ素子１２がボンディングワイヤ１８で電気的に接続される（Ｓ３）。図示した例では、３０個のＬＥＤ素子１２が実装され、それらが５個ずつ直列接続され、６組のＬＥＤ素子１２の列が、配線パターン１７１，１７４の組、配線パターン１７２，１７５の組、および配線パターン１７３，１７６の組の間に接続される。

次に、図１１に示すように、開口部１１１の縁を取り囲むように、円環状の樹脂枠１３が回路基板１１Ｂの上面に固定される（Ｓ４）。そして、黄色蛍光体１５と赤色蛍光体１６が規定の配合比で混入された封止樹脂１４が、樹脂枠１３により囲まれた実装基板１１Ａ上の領域を埋め尽くすように充填され、複数組のＬＥＤ素子１２が組ごとに、Ｓ２で決定された厚さで封止される（Ｓ５）。以上の工程により、図１および図２に示す発光装置１０が得られる。

図１２は、出射光の色度と出射光に含まれる青色光の強度との対応関係の別の例を示す表である。封止樹脂１４に混入させる蛍光体は黄色蛍光体と赤色蛍光体に限らず、他の組合せでもよい。図１２では、黄色蛍光体を緑色蛍光体に替え、緑色蛍光体と赤色蛍光体の配合比を（１）〜（６）に示す通りに変化させて図６の表と同様に作成された、出射光の色度と出射光に含まれる青色光の強度との対応関係の例を示している。緑色蛍光体は、ＬＥＤ素子１２からの青色光を励起光として吸収して緑色光を発する、例えば（ＢａＳｒ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋などの粒子状の蛍光体材料である。緑色蛍光体と赤色蛍光体の百分率は、それぞれ、封止樹脂１４中に含まれる蛍光体全体に対する緑色蛍光体および赤色蛍光体の重量比である。また、青色強度と色度の値の定義は、図６のときと同じである。

図１３は、図１２に対応する色度図である。グラフの横軸は色度のｘ座標を示し、縦軸は色度のｙ座標を示す。（１）〜（６）で示す６本の直線は、それぞれ、図１２に示す各配合比の場合において青色強度を変化させたときの色度の軌跡であり、各直線上に円または四角の記号で示した点は、図１２に示した色度の値に対応する。また、グラフ中の１２個の四角形は、ＡＮＳＩ（米国規格協会）Ｃ７８．３７７の規格で定められている相対色温度（ＣＣＴ）による白色の分類（２７００Ｋ〜６５００Ｋ）を示す。

黄色蛍光体に代えて緑色蛍光体を使用した場合にも、図８の場合と同様に、発光させるＬＥＤ素子１２の組を変えることで青色強度を変化させると、出射光の色度は、図１３の色度図上で緑色蛍光体と赤色蛍光体の配合比に応じて異なる直線状の軌跡を描いて変化する。蛍光体の配合比が図１２の（１）〜（４）の場合については、青色強度を図１２に示した範囲内で変化させることにより、色度の軌跡は、ＡＮＳＩ２０１１で規定された各相対色温度（ＣＣＴ）の中心座標を通り、かつ１つの色温度に対応する四角形領域のほぼ左下から右上にわたって広がる。しかしながら、緑色蛍光体を使用した場合には、蛍光体の配合比が図１２の（５）と（６）の場合については、色度の軌跡は、３０００Ｋと２７００Ｋの四角形領域において、それぞれ、ほぼ中心から左下の限られた範囲にのみ広がる。したがって、緑色蛍光体と赤色蛍光体を使用した発光装置では、蛍光体の配合比に対応する（１）〜（６）のいずれかの四角形領域の範囲内で、図１３に示す各直線に沿って出射光の色度を調整することが可能になる。

図１４は、別の発光装置２０の上面図および縦断面図である。図１４の断面図は、図１４の上面図内のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿った発光装置２０の切断面を示す。発光装置２０は、基板２１、ＬＥＤ素子１２、樹脂枠２３および封止樹脂２４を有し、封止樹脂２４には黄色蛍光体１５と赤色蛍光体１６が混入されている。発光装置２０の構成は、基板２１と封止樹脂２４の形状を除いて、発光装置１０のものと同様である。

基板２１は、実装基板２１Ａと、回路基板２１Ｂとで構成される。実装基板２１Ａは、アルミニウムなどで構成された矩形の金属基板である。回路基板２１Ｂは、厚さが一様な矩形の絶縁基板であり、円形の開口部２１１を有し、実装基板２１Ａの上面に固定されている。回路基板２１Ｂは発光装置１０の回路基板１１Ｂと同じものであるが、実装基板２１Ａは、実装基板１１Ａとは異なり、開口部２１１内で露出した部分の上面に段差が形成されていることにより、鉛直方向の高さが互いに異なる複数の水平面を有する。図１４では、段差が３段であり、高さが３段階で異なる水平面２２１〜２２３が形成された場合の例を示している。

発光装置２０のＬＥＤ素子１２は、開口部２１１内で露出した実装基板２１Ａの上面において、互いに異なる高さの位置に実装されている。例えば、発光装置２０も、５個のＬＥＤ素子１２を１組として、６組の計３０個のＬＥＤ素子１２を有し、直列接続された各組のＬＥＤ素子１２は、実装基板２１Ａにおける同じ高さの水平面に配置されている。より正確には、図１４の断面図の右側と左側における水平面２２１には、それぞれ、符号ａ１，ｃ２で示す２組のＬＥＤ素子１２が配置されている。また、水平面２２１よりも図の中央側で水平面２２１よりも１段低い２つの水平面２２２には、それぞれ、符号ａ２，ｃ１で示す２組のＬＥＤ素子１２が配置されている。さらに、図の中央における最も低い水平面２２３には、符号ｂ１，ｂ２で示す２組のＬＥＤ素子１２が配置されている。

発光装置１０では、図２に示すように、樹脂枠１３に近い外周部から中央に近付くほど封止樹脂１４を上方に突出させることで、ＬＥＤ素子１２の組ごとに封止樹脂１４の厚さを変化させている。一方、発光装置２０では、図１４に示すように、基板２１は外周部から中央に近付くほど低くなる段差を有し、封止樹脂２４の上面は１つの水平面になっている。このように、基板２１の厚さを階段状に変化させて、ＬＥＤ素子１２の組ａ１〜ｃ２のそれぞれを互いに異なる高さに実装し、かつ独立に駆動できるように接続してもよい。そして、封止樹脂２４の上面が水平になるようにＬＥＤ素子１２を封止することで、ＬＥＤ素子１２の組ごとに、ＬＥＤ素子１２の直上における封止樹脂１４の厚さを変化させてもよい。

図１５は、さらに別の発光装置３０の上面図および縦断面図である。図１５の断面図は、図１５の上面図内のＸＶ−ＸＶ線に沿った発光装置３０の切断面を示す。発光装置３０は、基板３１、ＬＥＤ素子１２、樹脂枠３３および封止樹脂３４を有し、封止樹脂３４には黄色蛍光体１５と赤色蛍光体１６が混入されている。発光装置３０の構成は、基板３１、樹脂枠３３および封止樹脂３４の形状を除いて、発光装置１０のものと同様である。

図１５に示すように、発光装置３０では、樹脂枠３３は矩形の枠体である。基板３１は実装基板３１Ａと回路基板３１Ｂとで構成され、これらの構成は、樹脂枠３３に合わせて回路基板３１Ｂの開口部３１１が矩形になっている点を除いて、発光装置１０の実装基板１１Ａおよび回路基板１１Ｂと同じである。また、封止樹脂３４は、樹脂枠３３により囲まれた実装基板３１Ａ上の領域を埋め尽くすように充填され、上方から見ると矩形の形状を有する。

発光装置３０では、符号ａ１〜ｃ２で示す５組のＬＥＤ素子１２は、実装基板３１Ａの水平な実装面上に実装されており、その実装面からの樹脂枠３３の高さは、図の右側よりも図の左側の方が高くなっている。すなわち、実装面からの樹脂枠３３の高さは、基板３１の一端部側（図の左側）からその一端部に対向する基板３１の他端部側（図の右側）に向けて徐々に小さくなっている。また、図の左側における封止樹脂３４の厚さが最も大きく、図の右側に向かうにつれて厚さが小さくなることにより、封止樹脂３４の上面は傾斜している。すなわち、封止樹脂３４は、基板３１の一端部側からその一端部に対向する基板３１の他端部側にかけて厚さが次第に減少するように複数組のＬＥＤ素子１２を封止する。このようにして、独立に駆動可能なＬＥＤ素子１２の組の間で、ＬＥＤ素子１２の直上における封止樹脂の厚さを変化させてもよい。

図１６は、さらに別の発光装置４０の上面図および縦断面図である。図１６の断面図は、図１６の上面図内のＸＶＩ−ＸＶＩ線に沿った発光装置４０の切断面を示す。発光装置４０は、基板４１、ＬＥＤ素子１２、樹脂枠４３および封止樹脂４４を有し、封止樹脂４４には黄色蛍光体１５と赤色蛍光体１６が混入されている。発光装置４０の構成は、基板４１、樹脂枠４３および封止樹脂４４の形状を除いて、発光装置１０のものと同様である。

基板４１は、実装基板４１Ａと、回路基板４１Ｂとで構成される。実装基板４１Ａは、アルミニウムなどで構成された矩形の金属基板である。回路基板４１Ｂは、厚さが一様な矩形の絶縁基板であり、円形の開口部４１１を有し、実装基板４１Ａの上面に固定されている。回路基板４１Ｂは発光装置１０の回路基板１１Ｂと同じものであるが、図１６に示すように、ＬＥＤ素子１２の実装面である実装基板４１Ａの上面は、実装基板１１Ａとは異なり、図の左側よりも右側の方が低くなることで、水平面に対して傾斜している。発光装置４０のＬＥＤ素子１２は、開口部４１１内で露出した実装基板４１Ａの上面（傾斜面）に実装されている。

また、樹脂枠４３は、樹脂枠１３と同様に円形の枠体であるが、実装面からの樹脂枠４３の高さは、樹脂枠４３の上端が全周にわたって同じ水平面上に位置するように、水平面に対する実装面上の高さが低い位置ほど大きくなっている。そして、封止樹脂４４は、下端が基板４１の傾斜した実装面に沿って広がり、かつ上端が１つの水平面になるように成型されている。発光装置４０では、このように複数のＬＥＤ素子１２を封止することで、図の左側から図の右側に向かうにつれて封止樹脂４４の厚さが大きくなる。このようにして、独立に駆動可能なＬＥＤ素子１２の組の間で、ＬＥＤ素子１２の直上における封止樹脂４４の厚さを変化させてもよい。

図１７〜図２０は、それぞれ、さらに別の発光装置１０’〜４０’の縦断面図である。発光装置１０’〜４０’は、基板の構成を除いて、それぞれ、上記の発光装置１０〜４０と同様の構成を有する。発光装置１０’〜４０’の基板１１’〜４１’は、実装基板と回路基板とが貼り合わされたものではなく、いずれも、１枚のセラミック基板である。基板１１’〜４１’は、上記した配線パターン１７１〜１７６および接続電極１７と同様のものが上面に形成され、かつＬＥＤ素子１２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。このように、発光装置の基板には、開口部がないセラミック基板を用いてもよい。

また、発光装置１０’，２０’では、複数のＬＥＤ素子１２は、図１７および図１８に符号ａ〜ｃで示す３組に分かれて３組の接続電極１７に別々に接続されており、これらの組は互いに独立に駆動可能である。発光装置３０’，４０’では、複数のＬＥＤ素子１２は、図１９および図２０に符号ａ，ｂで示す２組に分かれて２組の接続電極１７に別々に接続されており、これらの組は互いに独立に駆動可能である。このように、ＬＥＤ素子１２の組数は２組以上であれば何組でもよく、実装されるＬＥＤ素子１２の総数も何個でもよい。また、接続電極１７の組数も、２組以上であれば何組でもよい。

以上説明したように、発光装置１０（あるいは発光装置２０〜４０，１０’〜４０’）では、独立に駆動するＬＥＤ素子１２の組ごとに封止樹脂１４（封止樹脂２４〜４４）の厚さが異なり、所望の色度に応じて、発光するＬＥＤ素子１２の組が切り変えられる。これにより、調色装置１は、ＡＮＳＩ２０１１で規定された同じ色温度の範囲内で発光装置（ＬＥＤパッケージ）の色度を変化させる調色機能を実現可能である。また、このような調色機能を有することにより、発光装置１０〜４０，１０’〜４０’では、温度変化に起因する色度シフトを補正することも可能になる。したがって、発光装置１０〜４０，１０’〜４０’では、温度変化による色度シフトを考慮した設計が不要になるため、製造工程がより簡略化される。

図２１および図２２は、ＬＥＤ素子１２の接続関係の別の例を示す図である。これらの図では、直列接続された３個または４個のＬＥＤ素子１２を１組として、符号ａ〜ｃの３組のＬＥＤ素子１２が並列接続された場合の例を示している。符号ａ，ｃは封止樹脂の厚さが相対的に薄い領域に実装されたＬＥＤ素子１２の組を、符号ｂは符号ａ，ｃの領域よりも封止樹脂の厚さが厚い領域に実装されたＬＥＤ素子１２の組をそれぞれ示している。上記した発光装置１０内の複数のＬＥＤ素子１２は、図２１または図２２に示すように定電流電源８０に接続してもよい。

図２１において、符号ａ，ｃの組はそれぞれ４個のＬＥＤ素子１２で構成される。一方、符号ｂの組では、ＬＥＤ素子１２の個数は１個少ない３個であり、代わりに１個の抵抗がＬＥＤ素子１２に直列に接続されている。図２１の例では、定電流電源８０（可変定電流回路）からの電流Ｉｆの大きさに応じて、符号ａ〜ｃのうちの１つまたは複数の組のＬＥＤ素子１２が駆動される。

図２２において、符号ａの組は４個のＬＥＤ素子１２で構成される。符号ｂの組は３個のＬＥＤ素子１２で構成され、このＬＥＤ素子１２にはデプレッション型ＦＥＴと抵抗が直列に接続されている。符号ｃの組は３個のＬＥＤ素子１２で構成され、このＬＥＤ素子１２には抵抗が直列に接続されている。図２２の例でも、定電流電源８０（可変定電流回路）からの電流Ｉｆの大きさに応じて、符号ａ〜ｃのうちの１つまたは複数の組のＬＥＤ素子１２が駆動される。

また、上記した発光装置２０〜４０，１０’〜４０’についても、封止樹脂の厚さが相対的に薄い領域に実装されたＬＥＤ素子１２の組と、封止樹脂の厚さが相対的に厚い領域に実装されたＬＥＤ素子１２の組とを、図２１または図２２に示すように接続してもよい。

１ 調色装置
１０，１０’，２０，２０’，３０，３０’，４０，４０’ 発光装置
１１，１１’，２１，２１’，３１，３１’，４１，４１’ 基板
１１Ａ，２１Ａ，３１Ａ，４１Ａ 実装基板
１１Ｂ，２１Ｂ，３１Ｂ，４１Ｂ 回路基板
１２ ＬＥＤ素子
１３，２３，３３，４３ 樹脂枠
１４，２４，３４，４４ 封止樹脂
１５ 黄色蛍光体
１６ 赤色蛍光体
１７，１７ａ，１７ｂ，１７ｃ 接続電極
８０ 定電流電源

Claims (9)

1. 基板と、
   前記基板上に固定された樹脂枠と、
   前記樹脂枠により囲まれる前記基板上の領域に実装された複数組の発光素子であって、組ごとに、当該組を構成する発光素子同士が互いに直列接続された複数組の発光素子と、
   前記基板上に設けられ、前記複数組の発光素子に電気的に接続された複数組の接続電極であって、前記複数組の発光素子のうちで一部の組の発光素子に選択的に駆動電流を供給可能な複数組の接続電極と、
   前記複数組の発光素子からの光により励起される蛍光体が混入され、前記樹脂枠により囲まれた前記基板上の領域を埋め尽くすように充填されて前記複数組の発光素子を一体的に封止する封止樹脂と、を有し、
   前記複数組の発光素子の直上における前記封止樹脂の厚さが組ごとに互いに異なることで、前記複数組の発光素子のそれぞれを１組だけ発光させたときの前記封止樹脂からの出射光の色度が互いに異なる、
   ことを特徴とする発光装置。
2. ＡＮＳＩ Ｃ７８．３７７の規格で相対色温度により分類されている複数の白色のうちの１つに相当する色度図上の領域の中心点を中心とする当該中心点の色度値の±２％の範囲内に前記出射光の色度値が収まるように、前記複数組の発光素子の実装位置における前記封止樹脂の厚さが定められている、請求項１に記載の発光装置。
3. 前記複数組の発光素子は、前記基板の水平な実装面上に実装され、
   前記実装面からの前記樹脂枠の高さは、前記基板の一端部側から前記一端部に対向する前記基板の他端部側に向けて徐々に小さくなり、
   前記封止樹脂は、前記一端部側から前記他端部側にかけて厚さが次第に減少するように前記複数組の発光素子を封止する、請求項１または２に記載の発光装置。
4. 前記基板は水平面に対して傾斜した実装面を有し、
   前記複数組の発光素子は前記傾斜した実装面上に実装され、
   前記実装面からの前記樹脂枠の高さは、前記樹脂枠の上端が全周にわたって同じ水平面上に位置するように、水平面に対する前記実装面上の高さが低い位置ほど大きくなり、
   前記封止樹脂の上端は１つの水平面である、請求項１または２に記載の発光装置。
5. 前記基板は、上面が前記傾斜した実装面である金属製の実装基板と、厚さが一様であり、開口部を有し、前記実装基板の上面に固定され、前記複数組の接続電極が設けられた回路基板と、で構成され、
   前記複数組の発光素子は、前記開口部内で露出した前記実装基板の上面に実装されている、請求項４に記載の発光装置。
6. 前記基板は、上面に段差が形成されていることにより、鉛直方向の高さが互いに異なる複数の水平面を有し、
   前記複数組の発光素子は、組ごとに異なる高さの位置に実装されており、
   前記封止樹脂の上端は１つの水平面である、請求項１または２に記載の発光装置。
7. 前記基板は、前記複数の水平面を有する金属製の実装基板と、厚さが一様であり、開口部を有し、前記実装基板の上面に固定され、前記複数組の接続電極が設けられた回路基板と、で構成され、
   前記複数組の発光素子は、前記開口部内で露出した前記実装基板の上面に実装されている、請求項６に記載の発光装置。
8. 同じ組を構成する複数の発光素子はいずれも同じ発光波長帯域を有し、
   前記複数組の発光素子の一部は、残りの組の発光素子とは異なる発光波長帯域を有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の発光装置。
9. 基板と、
   前記基板上に固定された樹脂枠と、
   前記樹脂枠により囲まれる前記基板上の領域に実装された複数組の発光素子であって、組ごとに、当該組を構成する発光素子同士が互いに直列接続された複数組の発光素子と、
   前記基板上に設けられ、前記複数組の発光素子に電気的に接続された複数組の接続電極であって、前記複数組の発光素子のうちで一部の組の発光素子に選択的に駆動電流を供給可能な複数組の接続電極と、
   前記複数組の発光素子からの光により励起される蛍光体が混入され、前記樹脂枠により囲まれた前記基板上の領域を埋め尽くすように充填されて前記複数組の発光素子を一体的に封止する封止樹脂と、
   前記複数組の接続電極の少なくともいずれかに接続されて、前記複数組の発光素子のうちで対応する組の発光素子に駆動電流を供給することで、前記封止樹脂を通して当該組に対応する色度の光を出射させる定電流電源と、を有し、
   前記複数組の発光素子の直上における前記封止樹脂の厚さが組ごとに互いに異なることで、前記複数組の発光素子のそれぞれを１組だけ発光させたときの前記封止樹脂からの出射光の色度が互いに異なる、
   ことを特徴とする調色装置。

Images