JP2007201444A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】角度色差が低減された発光装置を提供する。
【解決手段】本発明の発光装置であるＬＥＤランプ１は、凹部２を備えた基体３と、凹部２内に配置された青色光を発するＬＥＤチップ４と、ＬＥＤチップ４を覆うように凹部２内に配置され、屈折率が１．４〜１．６５の透明樹脂とＬＥＤチップ４から発せられた青色光により励起されて黄色光ないし橙色光を発する黄色系蛍光体を含有する蛍光体含有樹脂層１０を備えており、蛍光体含有樹脂層１０が凹面状の上面を有する。そして、蛍光体含有樹脂層１０上面の最も低い位置における高さが、凹部の深さの６０〜８５％に調整されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、青色光を発する発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）等の発光素子を備えた発光装置に関する。

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、情報端末等のバックライト、屋内外広告等、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、高純度表示色、軽薄短小化の実現等の特徴を有することから、産業用のみならず一般照明用途への適用も試みられている。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チップと黄色光ないし橙色光を発光する黄色系蛍光体とを組み合わせる方式、（３）紫外線発光のＬＥＤチップと青色、緑色および赤色の三色混合蛍光体とを組み合わせる方式、の３つが挙げられる。これらのうち、輝度特性の観点から、（２）の青色光を発するＬＥＤチップと黄色光ないし橙色光を発する蛍光体とを組み合わせる方式が広く実用化されている。

上記した（２）および（３）の方式を適用したＬＥＤランプの構造として、ＬＥＤチップを装備したカップ型のフレーム内に、所望の色を発する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採られている（例えば、特許文献１参照）。このようなＬＥＤランプにおいては、フリップチップ等のＬＥＤチップの電極形状に基づく光の取出し効率の向上や、チップ形状の検討による配光制御等が進められており、チップ前面への光量は増加する傾向にある。

一方、これまで発展してきた産業用途に加え、急速な展開が予想される照明用途としては、照度を見込んだ多フレーム化が進んでいる。そして、多フレーム化の進行により、フレーム間での色のばらつきや個々のフレームにおける観察角度ごとの色の差（以下、「角度色差」と称する）が大きな問題となっており、これらを低減することが求められている。

個々のフレームでの角度色差は、ＬＥＤチップから発する光（例えば青色光）と蛍光体から発する光（例えば黄色光ないし橙色光）との光路差に起因するものであり、カップの形状、蛍光体の粒径や配合比などが発生要因として考えられているが、蛍光体含有樹脂のカップ内への充填量や充填形状については、十分な考察がなされていないのが現状である。

なお従来から、ＬＥＤチップを封止して発光ドットを構成する透明樹脂の表面を凹球面とした発光表示体が提案されている（例えば、特許文献２参照）。しかし、この発光表示体においては、表面が凹球面とされた透明樹脂層は蛍光体を含む層ではなく、したがって前記した角度色度の問題が生じることがない。

また、蛍光体により波長変換された発光の集光をよくし、かつ混色を防止するために、カップ内に充填され発光素子を封止する蛍光体含有樹脂層の外側に、第２の樹脂層を被覆した構造のＬＥＤランプが開示されている（例えば、特許文献３参照）。しかし、このような構造のランプにおいても、蛍光体含有樹脂層の深さ（カップ底面からの高さ）やカップへの充填形状などについては考察されておらず、したがって角度色差の低減を実現することができない。
特開２００１−１４８５１６公報 実開平６−５４０８１号公報 特開平７−９９３４５号公報

このように、照明用途を見込んだＬＥＤランプの多フレーム化により、個々のフレームにおける角度色差を低減することが求められている。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、角度色差が低減された発光装置を提供することを目的としている。

請求項１記載の発光装置は、凹部を有する基体と；前記凹部内に配置された青色光を発する発光素子と；前記発光素子を覆うように前記凹部内に形成された、屈折率が１．４〜１．６５の樹脂と前記発光素子から発せられた青色光により励起されて黄色光ないし橙色光を発する黄色系蛍光体を含有する蛍光体含有樹脂層であって、凹面状の上面を有し、かつ該上面の最も低い位置における前記凹部の底面からの高さが前記凹部の深さの６０〜８５％である蛍光体含有樹脂層と；を具備することを特徴としている。

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、前記樹脂が１．４〜１．５５の屈折率を有するシリコーン樹脂であることを特徴としている。

請求項３記載の発光装置は、請求項１または２記載の発光装置において、前記凹部の開口端の直径が２．５〜３．５ｍｍであることを特徴としている。

請求項４記載の発光装置は、請求項１乃至３のいずれか１項記載の発光装置において、前記蛍光体含有樹脂層の上面の最も低い位置における前記凹部の底面からの高さが、０．４ｍｍ以上であることを特徴としている。

請求項５記載の発光装置は、請求項１乃至４のいずれか１項記載の発光装置において、前記発光素子の一辺の長さが２００ｎｍ〜１ｍｍであることを特徴としている。

請求項６記載の発光装置は、請求項１乃至５のいずれか１項記載の発光装置において、観察角度が０度を超え７０度以下における角度色差（Δｕｖ）が０．０１２以下であることを特徴としている。

請求項７記載の発光装置は、請求項１乃至６のいずれか１項記載の発光装置において、観察角度θ度での黄色光ないし橙色光の波長領域の分光感度であるＹ値をＹ_θ、観察角度θ度での青色光の波長領域の分光感度であるＺ値をＺ_θとし、（Ｙ_θ／Ｙ_０）／（Ｚ_θ／Ｚ_０）の値をΔ_θとするとき、Δ_５０が０．９２〜１．０８であることを特徴としている。

請求項８記載の発光装置は、請求項１乃至７のいずれか１項記載の発光装置において、前記黄色系蛍光体は、発光の主波長が５２０〜６８０ｎｍの蛍光体を少なくとも１種類含んでいることを特徴としている。

本発明における用語の定義および技術的意味は、特に指定しない限り以下の通りである。基体は、例えば回路パターンやリード端子のような配線部を有する基板と、この基板上に設けられ外部に開口した凹部を有するフレームとから構成されるものである。この凹部内に発光素子が配置され実装される。なお、基体は、フレームを使用せずに基板上に直接凹部を形成したものであってもよい。

発光素子は、青色光を発する素子であり、例えば青色発光タイプのＬＥＤチップが例示される。ただし、これ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等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、発光素子から発せられた青色光により励起されて黄色光から橙色光間の光を発光する黄色系蛍光体である。蛍光体含有樹脂層は、そのような蛍光体を、屈折率が１．４〜１．６５の透明樹脂に混合し分散させた層である。透明樹脂としては、屈折率が１．４〜１．５５のシリコーン樹脂や、屈折率が１．４〜１．６５のエポキシ樹脂などを使用することができるが、屈折率１．４〜１．５５のシリコーン樹脂の使用がより好ましい。なお、屈折率（真空を基準とした絶対屈折率）の値は、光の波長によって異なる。本発明において屈折率の値は、波長５８９．３ｎｍの光に対する屈折率を示すものとする。

角度色差（Δｕｖ）は、観察角度ごとの色度の差を示し、ＣＩＥ １９７６ ＵＣＳ系色度図のｕ値，ｖ値から計算される。角度色差（Δｕｖ）が大きくなると、観察角度に応じて白色光の色温度が変化するようになる。また、この色温度の変化は観察者の主観によるところも大きい。一般に角度色差（Δｕｖ）が小さくなれば、観察角度による白色光の色温度変化も小さくなり、観察者の主観を考慮しても観察角度に応じた色温度変化を感じる観察者の割合は減少する。実際に、観察者の主観によって白色光の色温度変化の感じ方が異なるのは、角度色差（Δｕｖ）が０．０１〜０．０２の範囲である。このような角度色差（Δｕｖ）では、観察角度に依り白色光の色温度が変化して感じる観察者と、色温度の変化を感じない観察者との割合が混在するようになるが、各色温度において、０．０１５前後で角度色差が気になることが多い。

したがって、本発明では、角度色差（Δｕｖ）を０．０１２以下としている。実際に、本発明の発光装置において、角度色差（Δｕｖ）を０．０１２以下とすることにより、観察角度による白色光の色温度変化を感じる観察者の割合は大幅に減少した。

Ｙ値およびＺ値は、人間の目に存在する３種類の色センサの受光量を表す３刺激値Ｘ，Ｙ，Ｚのうちで、Ｙ値が黄色光ないし橙色光（以下、黄色系光と示すときがある。）の波長領域の分光感度を、Ｚ値が青色光の波長領域の分光感度をそれぞれ表している。観察角度θ度でのΔの値（Δ_θ）は、観察角度０度での黄色系光の分光感度（Ｙ値）を１としたときの観察角度θ度でのＹ値の割合と、観察角度０度での青色光の分光感度（Ｚ値）を１としたときの観察角度θ度でのＺ値の割合との比であり、Ｙ値とＺ値を用いて黄色系光と青色光との配光の重なりの程度を表したものである。Δ_θが１に近いほど重なりが大きく、Δ_θが１のときは、その観察角度θ度において、黄色系光と青色光との配光が完全に一致することを示している。したがって、観察角度θ度でのΔの値（Δ_θ）の値は、蛍光体から発せられた黄色光ないし橙色光と、発光素子から発せられた青色光との配光の重なりの程度を表すパラメータとして用いることができる。

請求項１ないし５記載の発明、および請求項８記載の発明によれば、発光素子から発せられる青色光と蛍光体から発せられる黄色系光との光路差（光路長の差）を低減することができるので、角度色差が低減された発光装置が得られる。また、各観察角度において、発光素子から発せられる青色光の配光と蛍光体から発せられる黄色系光の配光がほぼ重なるので、白色光の色温度が同程度となり、この点からも角度色差の低減が達成される。

請求項６記載の発明によれば、照明用途として人への影響が少ない角度色差を実現することができる。

請求項７記載の発明によれば、発光素子から発せられる青色光と蛍光体から発せられる黄色系光との配光強度が、それぞれの波長領域の分光感度において十分に良好な重なりを有するので、照明用途として人への影響が少ない角度色差を実現することができる。

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。なお、複数の図面中、同一または相当する部分には同一の符号を付している。図１は本発明の発光装置の第１の実施形態であるＬＥＤモジュールを示す平面図であり、図２はこのＬＥＤモジュールの縦断面図である。図３はＬＥＤモジュールの発光部であるＬＥＤランプの拡大縦断面図である。

本発明の第１の実施形態であるＬＥＤモジュール２０は、例えば、複数のＬＥＤランプ１が１列に配置され一体に連成された構造を有する。なお、ＬＥＤランプ１は、例えば３行３列等のマトリクス状に配置されていてもよい。

ＬＥＤランプ１は、表面に凹部２を備えた基体３を有しており、この凹部２内に青色光を発するＬＥＤチップ４が実装されている。

基体３は、例えば基板５上に電気絶縁層６、回路パターン７およびフレーム８が順に設けられたものであり、凹部２はフレーム８に形成されている。基板５は、例えば放熱性と剛性を有するアルミニウム（Ａｌ）やニッケル（Ｎｉ）、ガラスエポキシ等の平板から成り、その上に電気絶縁層６を介して、例えばＣｕとＮｉの合金やＡｕ等から成る回路パターン７が形成されている。また、凹部２を有するフレーム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）等の合成樹脂から構成されている。なお、第１の実施形態のＬＥＤモジュール２０では、複数のＬＥＤランプ１の各基板が一体に連成された一体基板が使用されている。また、フレーム８は、少なくとも基板５上に配置されていればよく、基板５の側面を覆っていなくともよい。

凹部２の開口端２ａの直径Ｄ_１は２．５〜３．５ｍｍとなっており、凹部２の深さｄ_１（開口端２ａから底面２ｂまでの距離）は０．５〜１．０ｍｍとなっていることが好ましい。また、凹部２の底面２ｂの直径Ｄ_２は、開口端２ａの直径Ｄ_１以下となっていることが好ましい。このように凹部２の大きさを設定することにより、蛍光体含有樹脂層の高さを後述する範囲に設定した場合においても、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ことができる。

ＬＥＤチップ４は、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体からなり、印加された電気エネルギーにより青色光を発光するものである。前記した直径Ｄ_１および深さｄ_１を有する凹部２内に配置されるために適当なサイズであることから、ＬＥＤチップ４の一辺の長さは２００ｎｍ〜１ｍｍであることが好ましい。そして、このＬＥＤチップ４の底面電極が一方の電極側の回路パターン７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７に、金線のようなボンディングワイヤ９を介して接続されている。ＬＥＤチップ４の電極接続構造としては、フリップチップ接続構造を適用することもできる。これらの電極接続構造によれば、ＬＥＤチップ４の前面への光取出し効率が向上する。

凹部２内には、黄色系蛍光体１０ａを屈折率が１．４〜１．６５の透明樹脂に混合・分散させた蛍光体含有樹脂が塗布されており、ＬＥＤチップ４はこのような蛍光体含有樹脂層１０により覆われている。屈折率が１．４〜１．６５の透明樹脂としては、シリコーン樹脂（屈折率１．４〜１．５５）やエポキシ樹脂（屈折率１．４〜１．６５）などが例示される。蛍光体含有樹脂層１０は、例えば、黄色系蛍光体１０ａを前記透明樹脂の液状組成物に添加、混合したものを、ディスペンサにより凹部２内に滴下・塗布し硬化させることにより形成される。

角度色差を低減する観点から、蛍光体含有樹脂層１０の上面の形状は凹面状となっている。そして、このように上面が凹面状を呈する蛍光体含有樹脂層１０が凹部２の側壁面と接する位置Ｐは、凹部２の上端縁であることが好ましい。

黄色系蛍光体としては、例えば、ＲＥ_３（Ａｌ，Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ蛍光体（ＲＥはＹ、ＧｄおよびＬａから選ばれる少なくとも１種を示す。）等のＹＡＧ蛍光体、ＡＥ_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ蛍光体（ＡＥはＳｒ、Ｂａ、Ｃａ等のアルカリ土類元素である。）等の珪酸塩蛍光体、ｎ−ＵＶＬＥＤ ＢＧＲ、窒化物蛍光体、酸窒化物蛍光体、サイアロン蛍光体等が用いられる。また、演色性等の向上を図るために、このような黄色系蛍光体とともに、ＬＥＤチップ４から発せられた青色光により励起されて赤色光を発光する赤色蛍光体を含有させてもよい。赤色蛍光体としては、Ｌａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ蛍光体のような酸硫化物蛍光体などが用いられるが、特に限定されるものではない。

このような黄色系蛍光体を含む蛍光体含有樹脂層１０の高さ、すなわち蛍光体含有樹脂層１０上面の最も低い位置（中央部）での凹部２の底面２ｂからの高さｄ_２は、凹部２の深さｄ_１（開口端２ａから底面２ｂまでの距離）の６０〜８５％となっている。（ｄ_２／ｄ_１＝０．６〜０．８５）また、ボンディングワイヤ９が露出するおそれがないように、このような蛍光体含有樹脂層１０の高さｄ_２は０．４ｍｍ以上であることが好ましい。

このようなＬＥＤランプ１を一体に練成したＬＥＤモジュール１０においては、各ＬＥＤランプ１に印加された電気エネルギーがＬＥＤチップ４で青色光に変換され、この青色光により黄色系蛍光体１０ａが励起されて黄色光ないし橙色光を発し、ＬＥＤチップ４から発せられる青色光と黄色系蛍光体１０ａから発光される黄色光ないし橙色光との混色により白色光が得られる。

そして、本発明の第１の実施形態によれば、蛍光体含有樹脂層１０の高さｄ_２の凹部２の深さｄ_１に対する割合（以下、ｄ_２／ｄ_１と示す。）が６０〜８５％となっているので、角度色差が十分に低減された発光装置を得ることができる。具体的には、観察角度が０度を超え７０度以下における角度色差（Δｕｖ）を０．０１２以下にまで低下させることができる。

蛍光体含有樹脂層１０の高さｄ_２と光路差との関係を、図４に模式的に示す。観察角度とは、図４において、蛍光体含有樹脂層１０の上面の中心を通りかつ層上面に垂直な線を軸線（０度）として、観察点と蛍光体含有樹脂層１０の上面の中心とを結ぶ線と軸線とのなす角度（θ度）をいう。また、観察角度θ度における角度色差（Δｕｖ）は、次式（１）により求めることができる。
Δｕｖ＝｛（ｕ_θ−ｕ_０）^２＋（ｖ_θ−ｖ_０）^２｝^１／２ ………（１）

ここでｕ_θ，ｖ_θは、観察角度θ度において、波長３８０〜７８０ｎｍの発光スペクトルを測定したときのｕ値，ｖ値（ＣＩＥ １９７６ ＵＣＳ系色度図）であり、ｕ_０，ｖ_０は、観察角度０度において、波長３８０〜７８０ｎｍの発光スペクトルを測定したときのｕ値，ｖ値である。なお、観察角度θ度、０度における発光スペクトルは、それぞれ蛍光体含有樹脂層１０の上面の中心から３００ｍｍ離れた箇所において、瞬間分光光度計により測定するものとする。

角度色差が生じる原因の一つは、観察角度により光路長が変化することにある。具体的には、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、観察角度がθ度のときの光路長ｂは、観察角度が０度のときの光路長ａよりも長くなるので、黄色系蛍光体１０ａの発光が多くなる。これにより、観察角度０度のときよりも観察角度θ度のときの方が色温度が低くなってしまい、角度色差が生じてしまうものと考えられる。そして、ｄ_２／ｄ_１が６０〜８５％である場合（図４（ａ））には、ｄ_２／ｄ_１が８５％を超える場合（例えば、ｄ_２／ｄ_１が１００％である場合を図４（ｂ）に示す。）よりも、観察角度０度のときの光路長ａと観察角度θ度のときの光路長ｂとの差（光路差）を減少することできるので、角度色差を低減することができる。

なお、ｄ_２／ｄ_１が６０％未満である場合には、凹部２内に塗布された蛍光体含有樹脂の量が少なく、発光する黄色系蛍光体１０ａの量が減少するため、黄色光ないし橙色光の発光量が少なくなってしまう。その結果、色温度の調整（特に低い色温度の調整）が難しくなるとともに、発光効率も低下するため好ましくない。

また、ｄ_２／ｄ_１が６０〜８５％でありかつ蛍光体含有樹脂層１０の上面が凹面状である実施形態のＬＥＤランプ１においては、以下に示す理由により、発光部の周縁部である凹部２の外周部に近い部位からの青色光の光量が多くなるため、ＬＥＤチップ４からの青色光と黄色系蛍光体１０ａからの黄色系光の配光がほぼ重なるので、白色光の色温度が同程度となり、その結果角度色差が低減される。

すなわち、青色光は、凹部２の底部に配置されたＬＥＤチップ４から放射状に放射され、黄色系蛍光体１０ａを励起しつつ蛍光体含有樹脂層１０中を透過した後、発光面である蛍光体含有樹脂層１０の上面から空気中に放出される。ｄ_２／ｄ_１が６０〜８５％で蛍光体含有樹脂層１０の上面が凹面であるＬＥＤランプ１では、ＬＥＤチップ４からの青色光の光路は、図５（ａ）に示すように３通りとなる。

第１の光路Ｌ1は、ＬＥＤチップ４から放射された青色光が、蛍光体含有樹脂層１０と空気との界面（凹面）に達し、蛍光体含有樹脂層１０の屈折率と空気の屈折率との差に対応した度合で外側に屈折され、空気中に出る光路である。

第２の光路Ｌ2は、蛍光体含有樹脂層１０と空気との界面（凹面）に臨界角より大きな角度で入射した青色光が、この界面（凹面）で全反射し、さらに凹部２の側壁面で反射した後、再び蛍光体含有樹脂層１０と空気との界面（凹面）に達し、ここで屈折されて空気中に出る光路である。この光路では、凹部２の外周部よりあまり外側に広がることなく青色光が出力される。

第３の光路Ｌ3は、ＬＥＤチップ４から凹部２の側壁面の方向に放射された青色光が、凹部２の側壁面で反射した後、蛍光体含有樹脂層１０と空気との界面（凹面）に達し、ここで屈折されて空気中に出る光路である。この光路では、第２の光路Ｌ2よりも若干外側に向かうが、ＬＥＤチップ４から放射されてそのまま蛍光体含有樹脂層１０の外周縁に達する光（第１の光路Ｌ1を採る光）よりも、内側に向かうように青色光が出力される。

これに対して、ｄ_２／ｄ_１が１００％を超えるＬＥＤランプ１では、図５（ｂ）に示すように、蛍光体含有樹脂層１０の上面が凸面状となり、前記した第２の光路Ｌ2を通る青色光が存在しないので、凹部２の外周部より外側に広がって出力される青色光の光量が増大してしまう。したがって、第２の光路Ｌ2を通りより内側に向かう光が存在する実施形態のＬＥＤランプ１の方が、発光部の周縁部である凹部２の外周部に近い部位から発し、内側に向かう青色光の強度が大きくなる。

そして、ＬＥＤチップ４からの青色光の励起によって黄色系蛍光体１０ａから発せられる黄色光ないし橙色光については、蛍光体含有樹脂層１０中に多数の発光点が均一に存在することになるので、蛍光体含有樹脂層１０と空気との界面での屈折はあっても、凹部２の外周部よりあまり外側に広がることなく出力される。

このように、第１の実施形態のＬＥＤランプ１においては、発光部の周縁部である凹部２の外周部に近い部位から内側に向かう青色光の強度が大きくなり、青色光が黄色系蛍光体１０ａからの黄色系光と近似した配光を有するので、角度色差の低減につながる。

次に、第２の実施形態について説明する。

図６および図７は、本発明の第２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６は、この発光装置の平面図であり、図７は、図６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６および図７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６および図７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５と、反射層３１と、回路パターン７と、複数好ましくは多数の半導体発光素子（例えばＬＥＤチップ）４と、接着層３２と、リフレクタ３４と、蛍光体含有樹脂層１０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１０は封止部材としても機能する。

装置基板５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５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５を金属製とする場合は、この装置基板５の裏面からの放熱性が向上し、装置基板５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４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４を配設し得る大きさであって、例えば、装置基板５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５の表面となる一面に接着される。

回路パターン７は、各半導体発光素子４への通電要素として、反射層３１の装置基板５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７は、例えば各半導体発光素子４を直列に接続するために、装置基板５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７の列の一端側に位置する端側回路パターン７ａには、給電パターン部７ｃが一体に連続して形成され、同様に他方の回路パターン７の列の一端側に位置する端側回路パターン７ａには、給電パターン部７ｄが一体に連続して形成されている。

給電パターン部７ｃ，７ｄ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７ｃ，７ｄ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７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５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５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７を形成する。銅箔からなる回路パターン７の厚みは例えば３５μｍである。

各半導体発光素子４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４ｂ一面に半導体発光層４ａを積層して形成されている。素子基板４ｂは、例えばサファイア基板で作られている。この素子基板４ｂの厚みは、回路パターン７より厚く、例えば９０μｍとする。

半導体発光層４ａは、素子基板４ｂ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４ａ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７に示すように、各半導体発光素子４は、装置基板５の長手方向に隣接した回路パターン７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４ａが積層された素子基板４ｂ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７および半導体発光素子４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４の側面と回路パターン７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。

各半導体発光素子４の電極と半導体発光素子４の両側に近接配置された回路パターン７とは、ボンディングワイヤ９により接続されている。さらに、前記２列の回路パターン７列の他端側に位置された端側回路パターン７ｂ同士も、ボンディングワイヤ９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４は直列に接続されている。

以上の装置基板５、反射層３１、回路パターン７、各半導体発光素子４、接着層３２、およびボンディングワイヤ９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４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４を包囲する単一のものであり、例えば長方形の枠で形成されており、半導体発光素子４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４および回路パターン７が収められているとともに、前記一対の給電パターン部７ｃ、７ｄ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１０は、前記第１の実施形態と同様に、黄色系蛍光体を屈折率が１．４〜１．６５の透明樹脂に混合・分散させ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４およびボンディングワイヤ９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。そして、蛍光体含有樹脂層１０の上面の形状は凹面状となっており、蛍光体含有樹脂層１０の高さ、すなわち蛍光体含有樹脂層１０上面の最も低い位置（中央部）でのリフレクタ３４の底面すなわち反射層３１からの高さは、リフレクタ３４の深さの６０〜８５％となっている。

反射層３１表面とボンディングワイヤ９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４およびボンディングワイヤ９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１０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。

このように構成される第２の実施形態によれば、角度色差を低減することができ、かつ色温度の調整がし易く、発光効率の高い発光装置を提供することができる。

次に、本発明の実施例について記載する。

実施例１〜３および比較例１〜４
図１〜３に示す構造において、ｄ_２／ｄ_１を５０％、６０％、７０％、８０％、９０％、１００％、１１０％と変えてＬＥＤランプ１を作製した。ｄ_２／ｄ_１が６０％のものを実施例１、７０％のものを実施例２、８０％のものを実施例３とし、ｄ_２／ｄ_１が５０％のものを比較例１、９０％のものを比較例２、１００％のものを比較例３、１１０％のものを比較例４とした。

これらの実施例および比較例において、ＬＥＤチップ４は青色光を発光する発光素子（１辺の長さ３００μｍ）とし、このＬＥＤチップ４を基体３の凹部２（開口端２ａの直径３．０ｍｍ、深さ１．０ｍｍ）内に配置し実装した。そして、この凹部２内に、黄色系蛍光体（ＹＡＧ蛍光体；主波長５７０ｎｍ）を液状のシリコーン樹脂（屈折率１．４５）に配合し分散させた蛍光体含有樹脂を塗布量を変えて塗布・充填した後、シリコーン樹脂を硬化させることによって、ＬＥＤランプ１を形成した。なお、シリコーン樹脂に対する黄色系蛍光体（ＹＡＧ蛍光体）の配合割合は１０〜１５重量％とした。

こうして得られたＬＥＤランプ１について、波長３８０〜７８０ｎｍの発光スペクトルを、観察角度を変えて測定した。発光スペクトルの測定は瞬間分光光度計（大塚電子株式会社製のＭＣＰＤ−７０００）を用いて行った。そして、各観察角度において、ＬＥＤチップ４からの青色光と黄色系蛍光体からの黄色光ないし橙色光（黄色系光）の配光強度をそれぞれ求めるとともに、観察角度５０度における角度色差（Δｕｖ）と、観察角度７０度における角度色差（Δｕｖ）をそれぞれ算出した。なお、測定距離等の測定条件は、実施の形態で説明した条件と同様にした。角度色差の算出結果を表１に示す。また、得られた角度色差（Δｕｖ）の値を蛍光体含有樹脂層１０の充填率であるｄ_２／ｄ_１に対してプロットしたグラフを図８に示す。

表１および図８から明らかなように、実施例１〜３のＬＥＤランプの観察角度５０度および７０度における角度色差（Δｕｖ）は、比較例１〜４のＬＥＤランプの観察角度５０度および７０度における角度色差（Δｕｖ）よりも大幅に低くなっている。そして、実施例１〜３のＬＥＤランプの観察角度５０度および７０度における角度色差（Δｕｖ）は０．０１２以下であり、実施例１〜３のＬＥＤランプが色のばらつきが極めて少ないものであることが確かめられた。

また、各観察角度において、ＬＥＤチップからの青色光と黄色系蛍光体からの黄色系光の配光強度を測定した結果を、図９（ａ）〜図９（ｄ）にそれぞれ示す。図９（ａ）〜図９（ｄ）は、ｄ_２／ｄ_１がそれぞれ５０％、７０％、１００％および１１０％であるＬＥＤランプの配光強度を表す極グラフであり、図９（ａ）は比較例１のＬＥＤランプ、図９（ｂ）は実施例２のＬＥＤランプ、図９（ｃ）は比較例３のＬＥＤランプ、図９（ｄ）は比較例４のＬＥＤランプにそれぞれ相当する。

これらの極グラフにおいて、円の角度軸である円周に記された数値は観察角度を表し、中心から円周方向に放射状に配置された第２の軸は、スペクトル強度を表す。ＬＥＤチップからの青色光を実線で、黄色系蛍光体からの黄色系光を破線でそれぞれ表す。

図９（ｂ）の配光強度の極グラフから、ｄ_２／ｄ_１を７０％とした実施例２のＬＥＤランプでは、ＬＥＤチップからの青色光の配光強度と蛍光体からの黄色系光の配光強度が、観察角度が０度〜７０度の範囲でほぼ等しくなり、配光強度の極グラフがほぼ重なることがわかる。

これに対して、ｄ_２／ｄ_１が５０％である比較例１では、図９（ａ）に示されるように、蛍光体からの黄色系光の配光強度の極グラフがＬＥＤチップからの青色光の配光強度の極グラフより外側（高強度側）に広がってしまうため、各観察角度（例えば、観察角度５０度および７０度）における角度色差（Δｕｖ）が大きくなる。また、ｄ_２／ｄ_１が１００％である比較例３では、ＬＥＤチップからの青色光の配光強度の極グラフが蛍光体からの黄色系光の配光強度の極グラフより外側（高強度側）に広がり、観察角度の大きい範囲で、青色光の配光強度が黄色系光の配光強度に比べて大きくなっている。そのため、観察角度５０度および７０度における角度色差（Δｕｖ）が大きくなる。さらに、ｄ_２／ｄ_１が１００％を超える（１１０％）比較例４では、ＬＥＤチップから放射される青色光の光路が、カップ（凹部２）の側壁面からの反射光を含めて、蛍光体含有樹脂層１０の上面での屈折により、蛍光体からの黄色系光の光路に比べて外側に大きく広がる。その結果、観察角度の大きい範囲で、青色光の配光強度が黄色系光の配光強度に比べて大幅に増大するため、角度色差（Δｕｖ）が比較例１〜３よりもさらに大きくなると考えられる。

このように、実施例１〜３のＬＥＤランプにおいては、観察角度が０度〜７０度の範囲で、ＬＥＤチップからの青色光の配光強度と蛍光体からの黄色系光の配光強度との重なりが大きくなり、これが角度色差（Δｕｖ）の低減につながっている。また、このことは以下に示す刺激値ＹおよびＺについての検証結果からも確認された。

実施例１〜３および比較例１〜４のＬＥＤランプについて得られた発光スペクトルの測定結果から、観察角度が０度、５０度および７０度のときの刺激値ＹおよびＺの値、すなわちＹ_０，Ｙ_５０，Ｙ_７０およびＺ_０，Ｚ_５０，Ｚ_７０の値をそれぞれ求めた。そして、観察角度０度での黄色系光の分光感度であるＹ値を１としたときの、観察角度５０度および７０度でのＹ値の割合、すなわちＹ_５０／Ｙ_０およびＹ_７０／Ｙ_０と、観察角度０度での青色光の分光感度であるＺ値を１としたときの、観察角度５０度および７０度でのＺ値の割合、すなわちＺ_５０／Ｚ_０およびＺ_７０／Ｚ_０をそれぞれ求め、これらの値から、黄色系光と青色光との配光（強度）の重なりの程度を表すΔ値（Δ_５０，Δ_７０）をそれぞれ算出した。なお、Δ_５０値およびΔ_７０値は、それぞれ以下の式により算出した。
Δ_５０＝（Ｙ_５０／Ｙ_０）／（Ｚ_５０／Ｚ_０）
Δ_７０＝（Ｙ_７０／Ｙ_０）／（Ｚ_７０／Ｚ_０）

得られた結果を表２に示す。また、Ｙ_５０／Ｙ_０とＺ_５０／Ｚ_０およびΔ_５０の値を、蛍光体含有樹脂層の充填率であるｄ_２／ｄ_１に対してプロットしたグラフを、図１０に示す。

表２および図１０から、実施例１〜３で得られたＬＥＤランプのΔ_５０の値、すなわち（Ｙ_５０／Ｙ_０）／（Ｚ_５０／Ｚ_０）の値は、１に極めて近い０．９２〜１．０８の範囲にあり、観察角度５０度において、蛍光体からの黄色系光とＬＥＤチップからの青色光との配光の重なりが極めて大きいことがわかる。

本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されるものではなく、構造や材質、各部材の配置等は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

本発明の発光装置の第１の実施形態であるＬＥＤモジュールを示す平面図である。 本発明の第１の実施形態に係るＬＥＤモジュールの縦断面図である。 第１の実施形態に係るＬＥＤモジュールの発光部であるＬＥＤランプの拡大縦断面図である。 （ａ）は第１の実施形態のＬＥＤモジュールにおける蛍光体含有樹脂層の高さと光路差との関係を模式的に示した図であり、（ｂ）は従来のＬＥＤモジュールにおける蛍光体含有樹脂層の高さと光路差との関係を模式的に示した図である。 （ａ）は第１の実施形態のＬＥＤモジュールにおけるＬＥＤチップからの青色光の光路を模式的に示した図であり、（ｂ）は蛍光体含有樹脂層の充填率ｄ_２／ｄ_１が１００％を超えるＬＥＤモジュールにおけるＬＥＤチップからの青色光の光路を模式的に示した図である。 本発明の発光装置の第２の実施形態に係わる発光装置の平面図である。 図６のＦ−Ｆ線断面図である。 実施例１〜３および比較例１〜４において、角度色差の値をｄ_２／ｄ_１に対してプロットしたグラフである。 （ｂ）は実施例２のＬＥＤモジュールの発光スペクトルについての測定結果を示す配光強度図であり、（ａ）、（ｃ）および（ｄ）はそれぞれ比較例１，３および４のＬＥＤモジュールの発光スペクトルについての測定結果を示す配光強度図である。 実施例１〜３および比較例１〜４において、観察角度５０度でのＹ値の割合（Ｙ_５０／Ｙ_０）とＺ値の割合（Ｚ_５０／Ｚ_０）およびΔ値（Δ_５０）を、ｄ_２／ｄ_１に対してプロットしたグラフである。

符号の説明

１…ＬＥＤランプ、２…凹部、３…基体、４…ＬＥＤチップ、５…基板、６…電気絶縁層、７…回路パターン、８…フレーム、９…ボンディングワイヤ、１０…蛍光体含有樹脂層、１０ａ…黄色系蛍光体。

Claims (8)

1. 凹部を有する基体と；
   前記凹部内に配置された青色光を発する発光素子と；
   前記発光素子を覆うように前記凹部内に形成された、屈折率が１．４〜１．６５の樹脂と前記発光素子から発せられた青色光により励起されて黄色光ないし橙色光を発する黄色系蛍光体を含有する蛍光体含有樹脂層であって、凹面状の上面を有し、かつ該上面の最も低い位置における前記凹部の底面からの高さが前記凹部の深さの６０〜８５％である蛍光体含有樹脂層と；
   を具備することを特徴とする発光装置。
2. 前記樹脂が、１．４〜１．５５の屈折率を有するシリコーン樹脂であることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
3. 前記凹部の開口端の直径が２．５〜３．５ｍｍであ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. 前記蛍光体含有樹脂層の上面の最も低い位置における前記凹部の底面からの高さが、０．４ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の発光装置。
5. 前記発光素子の一辺の長さが２００ｎｍ〜１ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の発光装置。
6. 観察角度が０度を超え７０度以下における角度色差（Δｕｖ）が０．０１２以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の発光装置。
7. 観察角度θ度での黄色光ないし橙色光の波長領域の分光感度であるＹ値をＹ_θ、観察角度θ度での青色光の波長領域の分光感度であるＺ値をＺ_θとし、（Ｙ_θ／Ｙ_０）／（Ｚ_θ／Ｚ_０）の値をΔ_θとするとき、Δ_５０が０．９２〜１．０８であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載の発光装置。
8. 前記黄色系蛍光体は、発光の主波長が５２０〜６８０ｎｍの蛍光体を少なくとも１種類含んでいることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載の発光装置。

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