JP2008028182A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】効率よく白色光を取出して照明ができる照明装置を提供する。
【解決手段】照明装置１は、複数の半導体発光素子２、透光基板３、透光性接着層４、蛍光体層７、及び二次光反射層８を具備する。半導体発光素子２は、透光性の素子基板の裏面に半導体発光層を積層してなる。接着層４は、透光基板３の裏面に各発光素子２の素子基板の表面を接着する。透光基板３の表面３ａに二次光反射層８を挟んで蛍光体層７を積層する。蛍光体層７には、半導体発光層から放出された一次光を波長変換して異なる波長の二次光を出す蛍光体が分散されている。二次光反射層８は、一次光を透過させるとともに蛍光体層７内で蛍光体により透光基板方向に放射された二次光を反射する機能を有している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＬＥＤ等の半導体発光素子を光源として白色光を得る照明装置に関する。

従来、サファイアのような透光性基板の裏面に半導体発光層を積層して、この発光層から放出された光を透光性基板の表面から取出すＬＥＤチップ（半導体発光素子）が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

このＬＥＤチップは、半導体発光層が有したｐ側とｎ側の電極が、半導体発光層の透光性基板と反対面側に設けられているので、ダブルワイヤー型の半導体発光素子と称されている。この種のＬＥＤチップは、その両電極が光の取出し経路中に配置されていないので、電極による光の損失がない点で優れている。

又、特許文献１に記載のＬＥＤチップの半導体発光層からは、透光性基板が位置する半導体発光層の表側方向に光が放出される他、半導体発光層の裏側方向にも光が放出される。これらの両方の光の内で、後者の光を利用する技術について特許文献１では、半導体発光層の最も外側に位置した絶縁膜の外面に金属膜を蒸着して、この金属膜によって前記後者の光を反射させている。
特開２００３−３４７５８９号公報

特許文献１のＬＥＤチップは、その半導体発光層から放出された光を、波長変換して異なる波長の光として取出すものではなく、発光色そのままで照明している。つまり、特許文献１にはＬＥＤチップを光源とする照明装置についての記載がない。

そのため、白色光により照明を行う照明器具の光源装置として、複数のＬＥＤチップを備えた照明装置を開発するには、新たな工夫が必要である。そして、照明装置を構成する場合、ＬＥＤチップから放出された光の損失を可能な限り抑制して明るさを向上させる工夫も必要である。

本発明の目的は、効率よく白色光を取出して照明ができる照明装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、請求項１の発明は、透光性の素子基板の裏面に半導体発光層が積層され、この半導体発光層から放出された光を前記素子基板の表面から取出す半導体発光素子と；透光性の透光基板と；この透光基板の裏面に複数の前記半導体発光素子の素子基板の表面を接着した透光性の接着層と；前記半導体発光層から放出された一次光を波長変換して異なる波長の二次光を発光する蛍光体を含んで前記透光基板の表面を覆うように設けられた蛍光体層と；この蛍光体層と前記透光基板との間にこれらに積層して設けられ、前記一次光を透過させるとともに前記蛍光体層内で前記蛍光体により前記透光基板方向に放射された前記二次光を反射する二次光反射層と；を具備したことを特徴としている。

又、前記目的を達成するために、請求項２の発明は、透光性の素子基板の裏面に半導体発光層が積層され、この半導体発光層から放出された光を前記素子基板の表面から取出す半導体発光素子と；透光性の透光基板と；前記半導体発光層から放出された一次光を波長変換して異なる波長の二次光を発光する蛍光体を含んで前記透光基板の表面に積層された蛍光体層と；前記透光基板の裏面に積層され前記一次光を透過させるとともに前記蛍光体層内で前記蛍光体により前記透光基板方向に放射された前記二次光を反射する二次光反射層と；この二次光反射層の裏面に複数の前記半導体発光素子の素子基板の表面を接着した透光性の接着層と；を具備したことを特徴としている。

又、前記目的を達成するために、請求項３の発明は、透光性の素子基板の裏面に半導体発光層が積層され、この半導体発光層から放出された光を前記素子基板の表面から取出す半導体発光素子と；前記半導体発光層から放出された一次光を波長変換して異なる波長の二次光を発光する蛍光体を含んだ透光性の透光基板と；この透光基板の裏面に積層され前記一次光を透過させるとともに前記透光基板内で前記蛍光体により前記透光基板の裏面方向に放射された前記二次光を反射する二次光反射層と；この二次光反射層の裏面に複数の前記半導体発光素子の素子基板の表面を接着した透光性の接着層と；を具備したことを特徴としている。

請求項１〜３の発明で、半導体発光素子は、いわゆるダブルワイヤー型のものが好ましく、特に同型の窒化物半導体を好適に用いることができる他、半導体発光素子として同型のＩＩＩ−Ｖ族系化合物半導体、同型のＩＩ−ＩＶ族系化合物半導体、同型のＩＶ−ＶＩ族系化合物半導体等を用いることも可能である。又、半導体発光素子の透光性素子基板には、例えばサファイア、石英、ＳｉＣ，ＧａＩＮ等の結晶基板を用いることができ、特にサファイア基板を用いることは、４００ｎｍ未満の波長の透過率が高く半導体発光層から放出された光を殆ど吸収することなくサファイア基板の外部に取出すことができる点で好ましい。

請求項１〜３の発明で、透光基板には透光性材料例えば透明ガラスを好適に用いることができる他、素子基板と同種の透光性材料を用いることも可能である。この透光基板の光透過率は４０％以上であれば１００％に近いほど好ましい。請求項１〜３の発明で、接着層には、例えば透明なシリコーン樹脂やエポキシ樹脂等の合成樹脂製ダイボンド材、又はガラス例えばフリットガラス等の低融点ガラスを用いることができる。

請求項１〜３の発明で、蛍光体は、半導体発光層から放出される一次光を吸収して二次光を発光するもの、つまり、一次光を波長変換して異なる波長の二次光を発光するものであって、各種の無機蛍光体又は有機色素体を用いることができ、更に、赤色系、緑色系、青色系、及び黄色系の蛍光体を、半導体発光素子が発する光の色（光源色）に応じて使用できる。

更に、蛍光体層の各部での略均一な二次光の発光を得るために、請求項１，２の発明では蛍光体層の基材をなす透光性材料中に蛍光体を略均一に分散させることが望ましく、請求項３の発明でも透光基板の基材をなす透光性材料中に蛍光体を略均一に分散させることが望ましい。しかし、実用上十分な二次光の発光を得られる場合には、第１〜第３の発明で、基材に対する蛍光体の分散密度を不均一とすることは可能であり、又、基材の一部を他の部位よりも薄くし、或いは基材に多数の透光用小孔を設けること等も可能である。又、請求項１，２の発明では、透光性の合成樹脂材料又はガラスを前記透光性材料として用いることができる。請求項３の発明では、ガラスを前記透光性材料として用いることができる。

請求項１〜３の発明で、二次光反射層は、この反射層に対する二次光の入射面での反射光と、二次光反射層に接する他の物質からなる層との境界面で反射された前記二次光の反射光を干渉させることにより、半導体発光素子から放出された一次光を透過させる一方で、特定波長の光、つまり、蛍光体から放射された二次光の反射特性が高められた波長選択性の光干渉膜として機能するものである。青色の光の透過は許すが、黄色の光は反射する二次光反射層を構成する物質として、例えばＺｎＳ−ＭｇＦ_２（硫化亜鉛弗化マグネシウム）等を挙げることができる。二次光反射層は多層膜で形成される。この二次反射層は、その構成物質の種類及び膜厚（層の数）等を適宜規定することにより、所望とする光干渉性能を得て前記一次光を透過させつつ前記二次光に対する反射性能を高めることができる。

請求項１〜３の発明の照明装置で得る白色光は、補色関係にある２色の光の混合、又は、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の光の３原色の混合で実現する。補色による白色発光は、例えば、半導体発光層が青色を発光する場合に、蛍光体に黄色の蛍光体を用いることにより実現でき、この実現において二次光反射層には、青色の光を通しかつ黄色の光を反射する光干渉膜を使用できる。又、半導体発光層が紫外線を発光する場合には、蛍光体にＲ（赤色）蛍光体と、Ｇ（緑色）蛍光体と、Ｂ（青色）蛍光体を混ぜたものを使用することにより実現でき、この実現において二次光反射層には、紫外線（一次光）の透過は許すが、蛍光体が発光した赤色、緑色、青色の光（二次光）の夫々を反射する光干渉膜を使用することができる。

請求項１〜３の発明で、素子基板及び透光基板の「表面」とは、半導体発光素子から放射された光が素子基板及び透光基板から被照射対象方向に向けて照射される側の面を指している。透光基板の「裏面」とは前記表面と反対側の面を指している。

請求項１の発明では、光源となる半導体発光素子を複数用いたので、これらから放出される光で光量を増加させて照明できる。この照明での光の取出しにおいて、各半導体発光素子から放出された一次光は、まず、透光基板を透過し、更に二次光反射層を透過した後に、蛍光体層を透過して被照射対象に向けて照射される。この場合、蛍光体層内に分散された蛍光体に一次光が当たることにより、蛍光体が波長変換して発光した異なる波長の二次光と、蛍光体に当たることなく蛍光体層を透過した一次光とが、被照射対象に向けて照射される。そのため、補色関係にある２色の混合、又は三原色による混合によって、蛍光体層において白色発光を実現できる。しかも、蛍光体で発光された二次光の一部は、被照射対象方向とは逆方向に放出されるが、この二次光を、その進行方向を遮っている二次光反射層で被照射対象方向に反射させて取出せるので、光の取出し効率を向上できる。

請求項２の発明では、光源となる半導体発光素子を複数用いたので、これらから放出される光で光量を増加させて照明できる。この照明での光の取出しにおいて、各半導体発光素子から放出された一次光は、まず、二次光反射層を透過し、更に透光基板を透過した後に、蛍光体層を透過して被照射対象に向けて照射される。この場合、蛍光体層内に分散された蛍光体に一次光が当たることにより、蛍光体が波長変換して発光した異なる波長の二次光と、蛍光体に当たることなく蛍光体層を透過した一次光とが、被照射対象に向けて照射される。そのため、補色関係にある２色の混合、又は三原色による混合によって、蛍光体層において白色発光を実現できる。しかも、蛍光体で発光された二次光の一部は、被照射対象方向とは逆方向に放出されるが、この二次光を、その進行方向を遮っている二次光反射層で被照射対象方向に反射させて取出せるので、光の取出し効率を向上できる。

請求項３の発明では、光源となる半導体発光素子を複数用いたので、これらから放出される光で光量を増加させて照明できる。この照明での光の取出しにおいて、各半導体発光素子から放出された一次光は、まず、二次光反射層を透過した後、更に蛍光体層を兼ねた透光基板を透過して被照射対象に向けて照射される。この場合、透光基板内に分散された蛍光体に一次光が当たることにより、蛍光体が波長変換して発光した異なる波長の二次光と、蛍光体に当たることなく透光基板を透過した一次光とが、被照射対象に向けて照射される。そのため、補色関係にある２色の混合、又は三原色による混合によって、蛍光体層としても機能する透光基板において白色発光を実現できる。しかも、蛍光体で発光された二次光の一部は、被照射対象方向とは逆方向に放出されるが、この二次光を、その進行方向を遮っている二次光反射層で被照射対象方向に反射させて取出せるので、光の取出し効率を向上できる。

請求項４の発明は、前記透光基板の裏側又は前記透光基板の裏面に積層された前記二次光反射層の裏側に、前記半導体発光素子から裏側に放出された一次光を反射する反射部材を設けたことを特徴としている。

この発明で、反射部材の光反射率は１００％に近いほど好ましい。そして、反射部材は、反射性能が低い部材で成形して、その内面に金属の反射層を蒸着により設けたものであってもよい。又、反射部材は、塗料の層からなる反射層を内面に有した合成樹脂等の成形体で形成することができ、若しくは、自身が反射性能を有した材料からなる成形体で形成することもできる。この他、半導体発光装置等を封止する封止部材を照明装置が備える場合、この封止部材に塗布された塗料の層を反射部材とすることができる。

この請求項４の発明では、被照射対象方向と反対側に半導体発光素子から放射された一次光を、反射部材により被照射対象方向に反射させるので、取出される光量をより増加させて、白色光の取出し効率を高めることができる。

請求項１から３の発明の照明装置によれば、二次光反射層を備えて、複数の半導体発光素子が発光した一次光を基に蛍光体が放射する二次光の取出し効率を良くしたので、効率よく白色光を取出して照明することができる。

請求項４の発明の照明装置によれば、二次光の取出し効率が良いことに加えて、複数の半導体発光素子の裏側方向に放射された光を反射部材で反射して取出せるので、更に効率よく白色光を取出して照明することができる。

図１及び図２を参照して本発明の第１実施形態を説明する。

図１中符号１は照明装置を示している。照明装置１は、複数の半導体発光素子２と、透光基板３と、接着層４と、反射部材５と、封止部材６と、蛍光体層７と、二次光反射層８とを備えている。後述のように一面が開放された容器状の反射部材５と、前記開放された一面に装着された透光基板３と、この透光基板３の裏面に実装された複数の半導体発光素子２とは、ＬＥＤパッケージを形成している。

半導体発光素子２は、例えば窒化物半導体を用いてなるダブルワイヤー型のＬＥＤチップであって、透光性を有する電気絶縁の素子基板１１の裏面に半導体発光層１２を積層して形成されている。素子基板１１は例えばサファイア基板で作られている。

図２に示されるように半導体発光層１２は、素子基板１１の裏面上に、バッファ層１３、ｎ型半導体層１４、発光層１５、ｐ型クラッド層１６、ｐ型半導体層１７を順次積層して形成されている。

発光層１５は、バリア層とウエ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１４上の一部にｎ側電極１８が設けられているとともに、ｐ型半導体層１７上にｐ側電極１９が設けられている。ｐ側電極１９はその一部にボンディングパッド１９ａを有している。更に、半導体発光層１２の表面はＳｉＯ_２からなる透光性の保護膜２０により覆われている。ｎ側電極１８とｐ側電極１９のボンディングパッド１９ａはいずれも半導体発光層１２の素子基板１１と反対側に位置して、絶縁性の保護膜２０から突出されている。半導体発光層１２は、保護膜２０に被着する反射膜を有しておらず、裏面側へも光を放射できる。

透光基板３は、透明例えば無色透明なガラス板で形成されている。透光基板３はその裏面に必要数の半導体発光素子２を実装するに足りる十分な面積を有した大きさである。半導体発光素子２の数は図１では説明の都合上二個のみ描いたが、実際にはそれより多くの半導体発光素子２が使用される。図１に示すように透光基板３に、導電部として例えば所定の回路パターンをなすリード２１が、透光基板３の裏面（図１中下面）に装着されている。リード２１は透光性である。なお、導電部には、透光性がなくても良く、又、導電部としてリードに代えて電線等を用いることもできる。又、導電部は反射部材５に設けられた図示しないリード端子に電気的に接続されている。

各半導体発光素子２は、隣接したリード２１間に配置され、接着層４を用いて透光基板３の裏面（背面）上に実装されている。この場合、各半導体発光素子２は、その素子基板１１の表面（図２において上側の面）を透光基板３の裏面に対面させるように透光基板３に接着されている。接着層４は透光性を有している。この接着層４には、例えば透明なシリコーン樹脂からなるダイボンド材が用いられている。

実装された半導体発光素子２とこれに隣接したリード２１とは、ワイヤ２２により接続されている。ワイヤ２２は、ワイヤボンディング技術により設けられている。このため、高い形成コストが必要なボール状の半田バンプを用いることなく電気的接続を行えるので、製造コストを低減できる点で好ましい。リード２１が接続された図示しない前記リード端子は、照明装置１の外部に配置される図示しない電力供給部に電気的に接続される。このため、リード２１を通じて各半導体発光素子２に電力を供給すると、半導体発光素子２に発光を生じさせて、照明装置１を発光状態（点灯状態）とすることができる。

反射部材５は、例えばそれ自体の光反射率が５０％以上、例えば光反射率が９１％の合成樹脂等の光反射性の材料で形成されている。この反射部材５は、例えば照明装置１の外郭を兼ねていて、一面が開口する容器状に成形されている。反射部材５の開口を囲む周壁の端部は、周方向に連続するカバー部５ａと、このカバー部５ａの内周面に直角に連続する支持面５ｂを有している。支持面５ｂは前記周壁の周方向に連続していることが好ましいが、支持面５ｂから図１中下側部分をリブとして形成するとともに、こうしたリブを複数設けることで、支持面５ｂを前記周壁の内周方向に沿って間隔的に設けることも可能である。

既述のように半導体発光素子２が裏面に実装された透光基板３は、反射部材５の開口に嵌合されるとともに、透光基板３の周部を支持面５ａに当てた状態に支持されている。それにより、前記開口を閉じて透光基板３が反射部材５に取付けられている。この透光基板３の周方向に連続する端面はカバー部５ａで覆われている。この状態は図示しない接着剤により固定される。なお、反射部材５は透光基板３の支持部材として機能している。

封止部材６は、反射部材５の内面と透光基板３の裏面との間に充填されて、各半導体発光素子２及びワイヤ２２等を埋めた状態に封止している。封止部材６には、透光性を有した材料、例えば透明なシリコーン樹脂が用いられている。

二次光反射層８及び蛍光体層７は、この記載順に透光基板３の表面３ａに積層されている。言い換えれば、二次光反射層８が、透光基板３と蛍光体層７との間に例えば挟まれて、これら透光基板３と蛍光体層７とに積層されている。したがって、照明器具１の厚み方向に関して二次光反射層８は、半導体発光素子２と蛍光体層７との間に配設されている。蛍光体層７及び二次光反射層８は透光基板３と同じ大きさで、それらの周方向に連続する端面は、反射部材５のカバー部５ａで覆われている。

蛍光体層７は透光基板３の表面３ａを覆うように設けられている。蛍光体層７は、その略全域にわたり蛍光体（図示しない）が好ましい例として略均一に分散された透光材料、例えば透光性の樹脂シートからなる。蛍光体層７は二次光反射層８の表面に塗布することにより被着して積層することもできる。

蛍光体層７内に含有された蛍光体は、半導体発光層１２から放出された一次光を吸収することによって波長変換して異なる波長の二次光を発光するために用いられている。この蛍光体の波長変換によって、蛍光体層７を白色電球色から白色蛍光灯色までの任意の色調に白色発光させるようになっている。そのために、例えば青色の光に対して補色の関係にある黄色の蛍光体が用いられていて、それにより、消灯状態では蛍光体層７は黄色を呈している。

二次光反射層８は、例えばガラス板からなる透明ベースの一面に、例えばＺｎＳ−ＭｇＦ_２（硫化亜鉛弗化マグネシウム）からなる光干渉膜を多層に設けて形成されている。この光干渉膜は、青色の光は透過させるが、この青色光と補色関係の黄色の光は反射させる機能を有している。二次光反射層８による半導体発光素子２の波長域の光透過率は９５％であり、又、二次光反射層８による蛍光体の波長域での光透過率は１０％、光反射率は８５％である。なお、透光基板３の表面に直接光干渉膜を多層に設けて、前記透明ベースを透光基板３で兼ねて、透明ベースを省略することもできる。又、透明ベースを用いた本実施形態では、その光干渉膜が設けられた面を蛍光体層７の裏面に接した二次光反射層８と蛍光体層７とを積層することが望ましい。

前記照明装置１はその蛍光体層７を被照射対象方向に向けて使用される。照明装置１は、それが備えた複数の半導体発光素子２に電力を供給することにより例えば青色に発光する。この場合、半導体発光素子２の発光層１５が発光することによって、半導体発光素子２の表側(表面)方向、つまり被照射対象方向にも、半導体発光素子２の裏側（背面）方向にも光が放出される。

表側方向に放出され素子基板１１を透過した青色の一次光は、まず、透明な接着層４及び同じく透明な透光基板３を透過した後、二次光反射層８を透過し、更に、蛍光体層７を透過して、被照射対象方向に取出される。この一方で、裏側方向に放出された青色の一次光は、まず、透明な封止部材６を透過して反射部材５により透光基板３に向けて反射される。反射された一次光は、再び封止部材６を透過し、更に透明なリード２１を通って透光基板３に入射し、或いはリード２１を通ることなく封止部材６から透光基板３に入射し、この透光基板３を透過した後、二次光反射層８を透過し、更に、蛍光体層７を透過して、被照射対象方向に取出される。

したがって、光源となる半導体発光素子２を複数用いて、それに応じて光量を増やすことができることに加えて、以上のように各半導体発光素子２から接着層４を通って照明装置１の投光方向に放出される光だけではなく、各半導体発光素子２の裏側方向に放出された光を、反射部材５で反射させて前記投光方向に放出できるので、効率よく光を取出すことができる。

しかも、前記照明装置１では、反射部材５のカバー部５ａで、透光基板３、蛍光体層７、及び二次光反射層８の夫々の端面を覆ったので、これらの部材をその板面と平行な方向に進行する光が、前記端面から無駄に放出されることを防止できる。このため、光の取出し方向（被照射対象方向）への光の取出し効率を更に向上できる。

そして、光の取出しにおいて、各半導体発光素子２から放出されて既述の二通りの経路を経る青色の一次光は、既述のようにいずれも二次光反射層８を通った後に蛍光体層７を透過して放出される。この際、青色の一次光の一部（図２中実線の矢印Ａで代表する。）は、蛍光体層７内に分散されている蛍光体に当たることなく蛍光体層７を透過するが、残りの一次光（図２中実線の矢印Ｂで代表する。）は蛍光体に当たる。これにより、蛍光体が青色の光を吸収して黄色の二次光（図２中点線の矢印Ｃで代表する。）を発光するので、黄色の光として蛍光体層７を透過する。

このように半導体発光素子２の発光色である青色の一次光と、この一次光が蛍光体で波長変換されて一次光に対して補色関係となった黄色の二次光とが蛍光体層７を透過するので、これら２色の混合によって白色光が作られる。言い換えれば、蛍光体層７において白色発光を実現できる。

ところで、蛍光体で発光された黄色の二次光の一部は、被照射対象方向とは逆方向に放出される。しかし、この二次光（図２中点線の矢印Ｄで代表する。）は、その進行方向を遮っている二次光反射層８で被照射対象方向に反射されて、蛍光体層７を透過して取出される。このため、光の取出し効率を向上できる。

すなわち、仮に、二次光反射層８がないとすると、蛍光体から被照射対象方向とは逆方向に放出された黄色の二次光は、透光基板３及び封止部材６等を通って反射部材５で反射されて、再度、封止部材６及び透光基板３を通ってから蛍光体層７を透過するので、取出しに至るまでの光の経路が長い。そして、光の減衰の大きさは、光の経路の長さを二乗した値と、前記経路中の物質の減衰率との掛け算で求められる。このため、蛍光体から被照射対象方向とは逆方向に放出された黄色の光は、大きく減衰されて取出される。

これに対して、本実施形態では、蛍光体層７から反射部材５に至る距離よりも遥かに近い位置で二次光反射層８により黄色の光を被照射対象方向に反射するので、蛍光体から被照射対象方向とは逆方向に放出された黄色の光の減衰が抑制される。したがって、半導体発光素子２が発光した一次光を基に蛍光体が放射する二次光の取出し効率を向上できる。本発明者による比較試験の結果、二次光反射層８がない照明器具での発光効率は５０ｌ/Ｗであったのに対して、二次光反射層８を備えた本実施形態の照明器具での発光効率は８０ｌ/Ｗであった。

更に、既述の二通りの経路を経る光が、いずれも透光基板３を透過する際に、光の一部が透光基板３内において界面（基板表面と基板裏面）で屈折することに基づき、透光基板３全体が明るく光って面状に発光した状態となる。したがって、複数の半導体発光素子２を光源とする照明装置１にあって、夫々の半導体発光素子２の素子基板１１が個々に光るにも拘わらず、照明装置１の光出射面全体の視覚的印象において、各半導体発光素子２の一つ一つが独立した光点として「つぶつぶ」に視認される感じを軽減できる。

以上のように前記照明装置１及びこの照明装置１が光源装置として組込まれた照明器具によれば、半導体発光素子２が発光した一次光を基に蛍光体が放射する二次光の減衰を抑制しつつ、白色光を効率よく取出して照明できる。しかも、各半導体発光素子２の発光による視覚的つぶつぶ感を軽減できるものである。

又、前記照明装置１では光の取出し効率を向上するのに、既述のように各半導体発光素子２自体ではなく、その裏側方向に放出された光を反射部材５で反射させて光を効率よく取出している。このため、半導体発光素子２毎に反射層を蒸着により設ける製造上の面倒が作業を省略できる。つまり、極小な半導体発光素子２の部分的な領域に蒸着を施して光反射用の金属膜を作るという困難で製造性が悪い技術を要することがない。これとともに、半導体発光素子２よりもはるかに大形である反射部材５に反射性を持たせることは、それが例え金属膜の蒸着であっても容易に実現できる。したがって、製造がし易い点で好ましい。

図３を参照して本発明の第２実施形態を説明する。以下の第２実施形態の説明において、第１実施形態と同様構成については、同一符号を付してその説明を省略する。

この第２実施形態では、二次光反射層８が透光基板３の裏面３ｂに積層されている。したがって、第２実施形態においても、照明器具１の厚み方向に関して二次光反射層８は、半導体発光素子２と蛍光体層７との間に配設されている。又、二次光反射層８の裏面（透光基板３に接した面と反対側の面）には、複数の半導体発光層２がその素子基板の表面を接着層４により接着して取付けられているとともに、これに電気的に接続されたリード２１が装着されている。又、透光基板３の表面には蛍光体層７が積層されている。以上説明した点以外の構成は第１実施形態と同じである。

第２実施形態の照明装置１はその蛍光体層７を被照射対象方向に向けて使用される。照明装置１は、それが備えた複数の半導体発光素子２に電力を供給することにより例えば青色に発光する。この場合、半導体発光素子２の発光層１５が発光することによって、半導体発光素子２の表側(表面)方向、つまり被照射対象方向にも、半導体発光素子２の裏側（背面）方向にも光が放出される。

表側方向に放出され素子基板１１を透過した青色の一次光は、まず、透明な接着層４及び同じく透明な二次光反射層８を透過した後、透光基板３を透過し、更に、蛍光体層７を透過して、被照射対象方向に取出される。この一方で、裏側方向に放出された青色の一次光は、まず、透明な封止部材６を透過して反射部材５により透光基板３に向けて反射される。反射された一次光は、再び封止部材６を透過し、更に透明なリード２１を通って二次光反射層８を経て透光基板３に入射し、或いはリード２１を通ることなく封止部材６から二次光反射層８を経て透光基板３に入射し、この透光基板３を透過した後、更に、蛍光体層７を透過して、被照射対象方向に取出される。

したがって、光源となる半導体発光素子２を複数用いて、それに応じて光量を増やすことができることに加えて、以上のように各半導体発光素子２から接着層４を通って照明装置１の投光方向に放出される光だけではなく、各半導体発光素子２の裏側方向に放出された光を、反射部材５で反射させて前記投光方向に放出できるので、効率よく光を取出すことができる。

しかも、前記照明装置１では、反射部材５のカバー部５ａで、透光基板３、蛍光体層７、及び二次光反射層８の夫々の端面を覆ったので、これらの部材をその板面と平行な方向に進行する光が、前記端面から無駄に放出されることを防止できる。このため、光の取出し方向（被照射対象方向）への光の取出し効率を更に向上できる。

そして、光の取出しにおいて、各半導体発光素子２から放出されて既述の二通りの経路を経る青色の一次光は、既述のようにいずれも二次光反射層８を通った後に透光基板３を経て蛍光体層７を透過して放出される。この際、青色の一次光の一部は、蛍光体層７内に分散されている蛍光体に当たることなく蛍光体層７を透過するが、残りの一次光は蛍光体に当たる。これにより、蛍光体が青色の光を吸収して黄色の二次光を発光するので、黄色の光として蛍光体層７を透過する。このように半導体発光素子２の発光色である青色の一次光と、この一次光が蛍光体で波長変換されて一次光に対して補色関係となった黄色の二次光とが蛍光体層７を透過するので、これら２色の混合によって白色光が作られる。言い換えれば、蛍光体層７において白色発光を実現できる。

ところで、蛍光体で発光された黄色の二次光の一部は、被照射対象方向とは逆方向に放出される。しかし、この二次光は、その進行方向を遮っている二次光反射層８で被照射対象方向に反射されて、蛍光体層７を透過して取出される。このため、光の取出し効率を向上できる。

すなわち、仮に、二次光反射層８がないとすると、蛍光体から被照射対象方向とは逆方向に放出された黄色の二次光は、透光基板３及び封止部材６等を通って反射部材５で反射されて、再度、封止部材６及び透光基板３を通ってから蛍光体層７を透過するので、取出しに至るまでの光の経路が長い。そして、光の減衰の大きさは、光の経路の長さを二乗した値と、前記経路中の物質の減衰率との掛け算で求められる。このため、蛍光体から被照射対象方向とは逆方向に放出された黄色の光は、大きく減衰されて取出される。これに対して、第２実施形態では、蛍光体層７から反射部材５に至る距離よりも遥かに近い位置で二次光反射層８により黄色の光を被照射対象方向に反射するので、蛍光体から被照射対象方向とは逆方向に放出された黄色の光の減衰が抑制される。したがって、半導体発光素子２が発光した一次光を基に蛍光体が放射する二次光の取出し効率を向上できる。

更に、既述の二通りの経路を経る光が、いずれも透光基板３を透過する際に、光の一部が透光基板３内において界面（基板表面と基板裏面）で屈折することに基づき、透光基板３全体が明るく光って面状に発光した状態となる。したがって、複数の半導体発光素子２を光源とする照明装置１にあって、夫々の半導体発光素子２の素子基板１１が個々に光るにも拘わらず、照明装置１の光出射面全体の視覚的印象において、各半導体発光素子２の一つ一つが独立した光点として「つぶつぶ」に視認される感じを軽減できる。

なお、第２実施形態では、蛍光体から被照射対象方向とは逆方向に放出された黄色の二次光の経路に透光基板３が含まれているので、黄色の光の減衰を抑制する効果は第１実施形態よりは多少低い。しかし、二次光反射層８で反射された黄色の二次光の一部は、蛍光体に当たって被照射対象方向とは逆方向に反射される。こうした反射の繰り返しにより、透光基板３内で黄色の光（二次光）の多重反射が起こるので、透光基板３全体がより明るく光って面状に発光した状態となる。したがって、照明器具１の光出射面での視覚的なつぶつぶ感をより軽減できる。

以上のように前記照明装置１及びこの照明装置１が光源装置として組込まれた照明器具によれば、半導体発光素子２が発光した一次光を基に蛍光体が放射する二次光の減衰を抑制しつつ、白色光を効率よく取出して照明できる。しかも、各半導体発光素子２の発光による視覚的なつぶつぶ感を軽減できるものである。

又、前記照明装置１では光の取出し効率を向上するのに、既述のように各半導体発光素子２自体ではなく、その裏側方向に放出された光を反射部材５で反射させて光を効率よく取出している。このため、半導体発光素子２毎に反射層を蒸着により設ける製造上の面倒が作業を省略できる。つまり、極小な半導体発光素子２の部分的な領域に蒸着を施して光反射用の金属膜を作るという困難で製造性が悪い技術を要することがない。これとともに、半導体発光素子２よりもはるかに大形である反射部材５に反射性を持たせることは、それが例え金属膜の蒸着であっても容易に実現できる。したがって、製造がし易い点で好ましい。

図４を参照して本発明の第３実施形態を説明する。以下の第３実施形態の説明において、第２実施形態と同様構成については、同一符号を付してその説明を省略する。

この第３実施形態では、第２実施形態で用いた蛍光体層を省略する代わりに、その機能を透光基板３に持たせている。すなわち、透光基板３はガラス板からなり、その略全体にわたり蛍光体が分散されている。この蛍光体は、透光基板３の裏面３ｂに積層された二次光反射層８に接着層４で実装された半導体発光層から放出された一次光を波長変換して異なる波長の二次光を発光するものである。したがって、第３実施形態でも、照明器具１の厚み方向に関して二次光反射層８は、半導体発光素子２と蛍光体層を兼ねた透光基板３との間に配設されている。以上説明した点以外の構成は第２実施形態と同じである。

第３実施形態の照明装置１は蛍光体層を兼ねた透光基板３を被照射対象方向に向けて使用される。照明装置１は、それが備えた複数の半導体発光素子２に電力を供給することにより例えば青色に発光する。この場合、半導体発光素子２の発光層１５が発光することによって、半導体発光素子２の表側(表面)方向、つまり被照射対象方向にも、半導体発光素子２の裏側（背面）方向にも光が放出される。

表側方向に放出され素子基板１１を透過した青色の一次光は、まず、透明な接着層４及び同じく透明な二次光反射層８を透過した後、蛍光体が混入された透光基板３を透過し、被照射対象方向に取出される。この一方で、裏側方向に放出された青色の一次光は、まず、透明な封止部材６を透過して反射部材５により透光基板３に向けて反射される。反射された一次光は、再び封止部材６を透過し、更に透明なリード２１を通って二次光反射層８を経て透光基板３に入射し、或いはリード２１を通ることなく封止部材６から二次光反射層８を経て透光基板３に入射し、この透光基板３を透過して、被照射対象方向に取出される。

したがって、光源となる半導体発光素子２を複数用いて、それに応じて光量を増やすことができることに加えて、以上のように各半導体発光素子２から接着層４を通って照明装置１の投光方向に放出される光だけではなく、各半導体発光素子２の裏側方向に放出された光を、反射部材５で反射させて前記投光方向に放出できるので、効率よく光を取出すことができる。

しかも、前記照明装置１では、反射部材５のカバー部５ａで、蛍光体層を兼ねた透光基板３及び二次光反射層８の夫々の端面を覆ったので、これらの部材をその板面と平行な方向に進行する光が、前記端面から無駄に放出されることを防止できる。このため、光の取出し方向（被照射対象方向）への光の取出し効率を更に向上できる。

そして、光の取出しにおいて、各半導体発光素子２から放出されて既述の二通りの経路を経る青色の一次光は、既述のようにいずれも二次光反射層８を通った後に蛍光体層を兼ねた透光基板３を透過して放出される。この際、青色の一次光の一部は、透光基板３内に分散されている蛍光体に当たることなく透光基板３を透過するが、残りの一次光は蛍光体に当たる。これにより、蛍光体が青色の光を吸収して黄色の二次光を発光するので、黄色の光として透光基板３を透過する。このように半導体発光素子２の発光色である青色の一次光と、この一次光が蛍光体で波長変換されて一次光に対して補色関係となった黄色の二次光とが透光基板３を透過するので、これら２色の混合によって白色光が作られる。言い換えれば、蛍光体層を兼ねた透光基板３において白色発光を実現できる。

ところで、蛍光体で発光された黄色の二次光の一部は、被照射対象方向とは逆方向に放出される。しかし、この二次光は、その進行方向を遮っている二次光反射層８で被照射対象方向に反射されて、蛍光体層を兼ねた透光基板３を透過して取出される。このため、光の取出し効率を向上できる。

すなわち、仮に、二次光反射層８がないとすると、蛍光体から被照射対象方向とは逆方向に放出された黄色の二次光は、封止部材６等を通って反射部材５で反射されて、再度、封止部材６及び透光基板３を透過するので、取出しに至るまでの光の経路が長い。そして、光の減衰の大きさは、光の経路の長さを二乗した値と、前記経路中の物質の減衰率との掛け算で求められる。このため、蛍光体から被照射対象方向とは逆方向に放出された黄色の光は、大きく減衰されて取出される。これに対して、第３実施形態では、蛍光体を含有した透光基板３から反射部材５に至る距離よりも遥かに近い位置で二次光反射層８により黄色の光を被照射対象方向に反射するので、蛍光体から被照射対象方向とは逆方向に放出された黄色の光の減衰が抑制される。したがって、半導体発光素子２が発光した一次光を基に蛍光体が放射する二次光の取出し効率を向上できる。

更に、既述の二通りの経路を経る光が、いずれも透光基板３を透過する際に、光の一部が透光基板３内において界面（基板表面と基板裏面）で屈折することに基づき、透光基板３全体が明るく光って面状に発光した状態となる。したがって、複数の半導体発光素子２を光源とする照明装置１にあって、夫々の半導体発光素子２の素子基板１１が個々に光るにも拘わらず、照明装置１の光出射面全体の視覚的印象において、各半導体発光素子２の一つ一つが独立した光点として「つぶつぶ」に視認される感じを軽減できる。

以上のように前記照明装置１及びこの照明装置１が光源装置として組込まれた照明器具によれば、半導体発光素子２が発光した一次光を基に蛍光体が放射する二次光の減衰を抑制しつつ、白色光を効率よく取出して照明できる。しかも、各半導体発光素子２の発光による視覚的なつぶつぶ感を軽減できるものである。更に、第３実施形態では、既述のように第２実施形態で用いた蛍光体層を省略できるので、簡単な構成とできる点で好ましい。

又、第３実施形態の照明装置１では光の取出し効率を向上するのに、既述のように各半導体発光素子２自体ではなく、その裏側方向に放出された光を反射部材５で反射させて光を効率よく取出している。このため、半導体発光素子２毎に反射層を蒸着により設ける製造上の面倒な作業を省略できる。これとともに、半導体発光素子２よりもはるかに大形である反射部材５に反射性を持たせることは、それが例え金属膜の蒸着であっても容易で実現できる。したがって、製造がし易い点で好ましい。

本発明の第１実施形態に係る照明装置を示す断面図。 図１の照明装置が備えた半導体発光素子まわりを拡大して示す断面図。 本発明の第２実施形態に係る照明装置を示す断面図。 本発明の第３実施形態に係る照明装置を示す断面図。

符号の説明

１…照明装置、２…半導体発光装置、３…透光基板、３ａ…透光基板の表面、３ｂ…透光基板の裏面、４…接着層、７…蛍光体層、８…二次光反射層、１１…素子基板、１２…半導体発光層。

Claims (4)

1. 透光性の素子基板の裏面に半導体発光層が積層され、この半導体発光層から放出された光を前記素子基板の表面から取出す半導体発光素子と；
   透光性の透光基板と；
   この透光基板の裏面に複数の前記半導体発光素子の素子基板の表面を接着した透光性の接着層と；
   前記半導体発光層から放出された一次光を波長変換して異なる波長の二次光を発光する蛍光体を含んで前記透光基板の表面を覆うように設けられた蛍光体層と；
   この蛍光体層と前記透光基板との間にこれらに積層して設けられ、前記一次光を透過させるとともに前記蛍光体層内で前記蛍光体により前記透光基板方向に放射された前記二次光を反射する二次光反射層と；
   を具備したことを特徴とする照明装置。
2. 透光性の素子基板の裏面に半導体発光層が積層され、この半導体発光層から放出された光を前記素子基板の表面から取出す半導体発光素子と；
   透光性の透光基板と；
   前記半導体発光層から放出された一次光を波長変換して異なる波長の二次光を発光する蛍光体を含んで前記透光基板の表面に積層された蛍光体層と；
   前記透光基板の裏面に積層され前記一次光を透過させるとともに前記蛍光体層内で前記蛍光体により前記透光基板方向に放射された前記二次光を反射する二次光反射層と；
   この二次光反射層の裏面に複数の前記半導体発光素子の素子基板の表面を接着した透光性の接着層と；
   を具備したことを特徴とする照明装置。
3. 透光性の素子基板の裏面に半導体発光層が積層され、この半導体発光層から放出された光を前記素子基板の表面から取出す半導体発光素子と；
   前記半導体発光層から放出された一次光を波長変換して異なる波長の二次光を発光する蛍光体を含んだ透光性の透光基板と；
   この透光基板の裏面に積層され前記一次光を透過させるとともに前記透光基板内で前記蛍光体により前記透光基板の裏面方向に放射された前記二次光を反射する二次光反射層と；
   この二次光反射層の裏面に複数の前記半導体発光素子の素子基板の表面を接着した透光性の接着層と；
   を具備したことを特徴とする照明装置。
4. 前記透光基板の裏側又は前記透光基板の裏面に積層された前記二次光反射層の裏側に、前記半導体発光素子から裏側に放出された一次光を反射する反射部材を設けたことを特徴とする請求項１から３の内に記載の照明装置。

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