JP2008078225A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化、薄型化が容易な上、発光色の色むらを抑制できる発光装置を提供する。
【解決手段】凹部(10)を有する基台(11)と、凹部(10)内に配置された発光素子(12)と、発光素子(12)を覆い、かつ凹部(10)内に充填された波長変換層(13)とを含み、凹部(10)の底面(10a)及び内壁面(10b)は、光反射面であり、凹部(10)の深さ(D)が、凹部(10)の開口径(W)と略同等又はより大きいことを特徴とする発光装置(1)とする。これにより、波長変換層における光路長差を低減できるため、発光色の色むらを抑制できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子を用いた発光装置に関する。

発光ダイオード（Light Emitting Diode、以下「ＬＥＤ」と称する。）等の発光素子は、各種の発光デバイスに使用されている。ＬＥＤは、放電や輻射を使った既存光源に比べて小型で高効率であるだけでなく、近年では高光束化も進んできたことから、既存光源に取って代わる可能性がある。また、ＬＥＤは、放電や輻射を使った光源に比べて小型であることから、用途が増えること、取り扱いが容易になること、多様なデザインが期待できることなどの利点があり、付加価値の高い光源である。

更に、ＬＥＤは、反射機能やレンズ機能を有する光学系と組み合わせることで、出射光の放射パターンを制御することができる。また、たかだか数ｍｍ角のＬＥＤチップを用いれば、小型の点光源と見なすことが出来るので、光学系も小型にすることができる。

ＬＥＤチップと、このＬＥＤチップからの光の一部の波長を変換する蛍光体を含む波長変換層とを組み合わせて白色ＬＥＤを構成した場合、ＬＥＤチップ以外に波長変換層も含めて発光部と見なすことになるので、発光部のサイズが少なくともＬＥＤチップ自体より大きくなってしまう。

発光部から発する光量をできるだけ有効に利用して、発光装置からの出射光とするためには、発光部よりも十分大きいサイズの光学系を使うか、光学系よりも十分小さい寸法の発光部であることが望ましい。光学系を出来るだけ小さくして、発光装置の小型、薄型化を実現するためには、出来るだけ小さな波長変換層であることが必要となる。波長変換層のサイズを小さくする構造として、以下の特許文献１や特許文献２のように高濃度の蛍光体を分散した樹脂ペーストを使って、ＬＥＤチップの周囲に波長変換層を立体的に形成する構造が知られている。
特開２００１−１３５８６１号公報 米国特許第６，６５０，０４４号

一般的な白色ＬＥＤでは、ＬＥＤチップからの出射光と波長変換層からの変換光とを合成して白色光を得ている。あるいは、波長変換層での変換光が白色光となる。先行例にあげた構造では、ＬＥＤチップの周囲に波長変換層を立体的に形成していることから、波長変換層内において、ＬＥＤチップの光軸方向における出射光の光路長と、ＬＥＤチップの光軸から外れる方向における出射光の光路長とが相違していた。そのため、ＬＥＤチップの光軸方向とその他の方向との間で波長変換材料に出射光（励起光）があたる回数が相違し、発光色の色むらが発生するおそれがあった。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、小型化、薄型化が容易な上、発光色の色むらを抑制できる発光装置を提供する。

本発明の発光装置は、凹部を有する基台と、前記凹部内に配置された発光素子と、前記発光素子を覆い、かつ前記凹部内に充填された波長変換層とを含む発光装置であって、
前記凹部の底面及び内壁面は、光反射面であり、
前記凹部の深さが、前記凹部の開口径と略同等又はより大きいことを特徴とする。

本発明の発光装置によれば、凹部開口に露出した波長変換層の表面が発光面となるため、発光面のサイズを小さくできる。これにより、光学系を小さくできるため、小型化、薄型化が容易となる。また、波長変換層が充填される凹部は、深さが開口径と略同等又はより大きいため、波長変換層における光路長差を低減できる。よって、発光色の色むらを抑制できる。

本発明の発光装置は、凹部を有する基台と、前記凹部内に配置された発光素子と、前記発光素子を覆い、かつ前記凹部内に充填された波長変換層とを含む。発光素子は、前記凹部内に、例えばフリップチップ接合やワイヤボンディング接合により実装されている。なお、波長変換層は、発光素子に接触していなくてもよい。また、発光素子の個数は特に限定されず、要求される光量に応じて適宜設定すればよい。

基台の構成材料は特に限定されず、サファイア，Ｓｉ，ＧａＮ，ＡｌＮ，ＺｎＯ，ＳｉＣ，ＢＮ，ＺｎＳなどの単結晶、Ａｌ₂Ｏ₃，ＡｌＮ，ＢＮ，ＭｇＯ，ＺｎＯ，ＳｉＣ，Ｃ等のセラミックスやこれらの混合物、Ａｌ，Ｃｕ，Ｆｅ，Ａｕ，Ｗやこれらを含む合金等の金属、ガラスエポキシ、あるいは、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ユリア樹脂、アミド樹脂、イミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニルサルファイド樹脂、液晶ポリマー、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂（ＡＢＳ樹脂）、メタクリル樹脂（ＰＭＭＡ樹脂）、環状オレフィンコポリマー等の樹脂やこれらの混合物からなる樹脂も使用することが可能である。また、基台は、発光素子を搭載する金属配線が形成されたセラミックス（Ａｌ₂Ｏ₃）基板上に、基台の凹部となる貫通孔を有する樹脂からなる反射体を張り合わせてなる構成であってもよい。特に発光素子が搭載される部分は熱伝導率の高い材料であることが好ましいので、上記の単結晶、セラミックス、金属を使用することができる。

基台に形成された上記凹部の底面及び内壁面は、光反射面である。これにより、発光素子からの出射光や波長変換層からの変換光を上記凹部の開口へ反射させることができる。また、本発明の発光装置は、上記凹部の開口に露出した波長変換層の表面が発光面となるため、発光面のサイズを小さくできる。これにより、光学系を小さくできるため、小型化、薄型化が容易となる。なお、上記凹部の底面及び内壁面は、全面が光反射面である必要はない。例えば、発光素子の実装面は光反射面でなくてもよい。

上記光反射面の材料としては、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｒｈ、Ｐｄやこれらの金属を含む合金等の金属、あるいは酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化ハフニウム、酸化マグネシウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化イットリウム、酸化シリコン、酸化インジウム、酸化スズ、酸化タングステン、酸化バナジウム等の金属酸化物や、窒化シリコン、窒化ガリウム、炭化シリコン、フッ化カルシウム、炭酸カルシウム、硫化銅、硫化スズ、硫化亜鉛、硫酸バリウム等の無機材料やこれらの混合物が使用できる。粒子状の金属酸化物や無機材料を使用する場合、拡散・散乱による反射効果の観点から平均粒径が０．３〜３μｍのものを使用するのが好ましい。また、これらの金属酸化物や無機材料を２種類以上交互に積層した多層膜による分布ブラッグ反射ミラー（厚さ０．１〜１μｍ）も光反射面の材料として有効である。なお、光反射面として上記の基台の構成材料の表面をそのまま利用することも可能である。例えば、表面反射率の高い樹脂材料やセラミックス材料で上記凹部を構成することが可能である。

発光素子は、例えば、波長が４２０〜５００ｎｍの青色光を発する青色ＬＥＤや、波長が５００〜５３０ｎｍの青緑色光を発する青緑色ＬＥＤや、３８０〜４２０ｎｍの青紫色光を発する青紫色ＬＥＤや、３８０ｎｍ以下の紫外光を発する紫外ＬＥＤ等を使用することができる。上記青色ＬＥＤや上記青紫色ＬＥＤや上記紫外ＬＥＤとしては、例えばＩｎＧａＡｌＮ系材料を用いたＬＥＤが使用できる。エピタキシャル成長で形成する各系の発光素子におけるＬＥＤ材料の元素組合せ比率は、少なくとも３族と５族の元素をそれぞれ１元素残し、残りの元素の存在がゼロである場合も含めて、発光波長に応じて適宜調整するものである。なお、一般には、波長変換層に含まれる波長変換材料の励起スペクトルのピーク波長（又はその近傍）で発光する発光素子を使う。これに対し、発光素子から発せられる光と波長変換材料からの変換光とを合成してなる白色光の色温度や演色評価数を設計する際、励起スペクトルのピーク波長から離れた光を発する発光素子を使うことができれば、広い色温度範囲や高い演色評価指数の設計も可能となる。このことは波長変換材料からの変換光のみで白色光を出射させる場合においても同様である。

波長変換層は、例えば、蛍光体等の波長変換材料と、この波長変換材料を分散させるための母材となる透光性材料とからなる。蛍光体としては、例えば、赤色光を発する赤色蛍光体、橙色光を発する橙色蛍光体、黄色光を発する黄色蛍光体、緑色光を発する緑色蛍光体等が使用できる。上記赤色蛍光体としては、例えばシリケート系のＢａ₃ＭｇＳｉ₂Ｏ₈：Ｅｕ²⁺，Ｍｎ²⁺、ニトリドシリケート系のＳｒ₂Ｓｉ₅Ｎ₈:Ｅｕ²⁺、ニトリドアルミノシリケート系のＣａＡｌＳｉＮ₃:Ｅｕ²⁺、オクソニトリドアルミノシリケート系のＳｒ₂Ｓｉ₄ＡｌＯＮ₇:Ｅｕ²⁺、硫化物系の（Ｓｒ，Ｃａ）Ｓ：Ｅｕ²⁺やＬａ₂Ｏ₂Ｓ:Ｅｕ³⁺，Ｓｍ³⁺等を使用できる。上記橙色蛍光体としては、例えばシリケート系の（Ｓｒ，Ｃａ）₂ＳｉＯ₄：Ｅｕ²⁺、ガーネット系のＧｄ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ³⁺、α-サイアロン系のＣａ-α-ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ²⁺等を使用できる。上記黄色蛍光体としては、例えばシリケート系の（Ｓｒ、Ｂａ）₂ＳｉＯ₄：Ｅｕ²⁺やＳｒ₃ＳｉＯ₅：Ｅｕ²⁺、ガーネット系の（Ｙ、Ｇｄ）₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ³⁺、硫化物系のＣａＧａ₂Ｓ₄：Ｅｕ²⁺、α-サイアロン系のＣａ-α-ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ²⁺等を使用できる。上記緑色蛍光体としては、例えばアルミン酸塩系のＢａＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇：Ｅｕ²⁺，Ｍｎ²⁺や（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）Ａｌ₂Ｏ₄：Ｅｕ²⁺、シリケート系の（Ｂａ，Ｓｒ）₂ＳｉＯ₄：Ｅｕ²⁺、α-サイアロン系のＣａ-α-ＳｉＡｌＯＮ：Ｙｂ²⁺、β-サイアロン系のβ-Ｓｉ₃Ｎ₄：Ｅｕ²⁺、オクソニトリドシリケート系の（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）Ｓｉ₂Ｏ₂Ｎ₂：Ｅｕ²⁺、オクソニトリドアルミノシリケート系の（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）₂Ｓｉ₄ＡｌＯＮ₇：Ｃｅ³⁺、硫化物系のＳｒＧａ₂Ｓ₄：Ｅｕ²⁺、ガーネット系のＹ₃（Ａｌ，Ｇａ）₅Ｏ₁₂：Ｃｅ³⁺、酸化物系のＣａＳｃ₂Ｏ₄：Ｃｅ³⁺等を使用できる。

また、発光素子として、青紫色ＬＥＤや紫外ＬＥＤを使用する場合は、例えば上述した蛍光体と、青色光を発する青色蛍光体や青緑色光を発する青緑色蛍光体とを併用すればよい。上記青色蛍光体としては、例えばアルミン酸塩系のＢａＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇：Ｅｕ²⁺、シリケート系のＢａ₃ＭｇＳｉ₂Ｏ₈：Ｅｕ²⁺、ハロ燐酸塩系の（Ｓｒ，Ｂａ）₁₀（ＰＯ₄）₆Ｃｌ₂：Ｅｕ²⁺等を使用できる。上記青緑色蛍光体としては、例えばアルミン酸塩系のＳｒ₄Ａｌ₁₄Ｏ₂₅：Ｅｕ²⁺、シリケート系のＳｒ₂Ｓｉ₃Ｏ₈・２ＳｒＣｌ₂：Ｅｕ²⁺等を使用できる。

なお、上記波長変換材料として、上述した蛍光体の代わりに金属錯体、有機染料、有機顔料、燐光体等を使用することもできる。必要な色温度、演色評価数を得るために上記波長変換材料を複数使用することも可能である。その際、波長変換材料を混合して波長変換層を形成したり、波長変換材料ごとに積層してなる多層の波長変換層を形成したりすることが可能である。

上記透光性材料としては、発光装置から取り出す光を透過する材料であればよく、例えばエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ユリア樹脂、アミド樹脂、イミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニルサルファイド樹脂、液晶ポリマー、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂（ＡＢＳ樹脂）、メタクリル樹脂（ＰＭＭＡ樹脂）、環状オレフィンコポリマー等の樹脂やこれらの混合物、あるいは低融点ガラス等のガラスを使用することができる。また、これらの透光性材料を母材とし、この母材中に金属酸化物粒子を分散させたコンポジット材を使用することもできる。この場合、上記母材中に分散させる上記金属酸化物粒子の量を調整することにより、波長変換層の屈折率を調整できる上、光散乱効果も得られる。また、硬化性樹脂を母材とする場合は、未硬化状態の硬化性樹脂に上記金属酸化物粒子を分散させると、硬化前における上記硬化性樹脂のチクソ性が向上するため、波長変換層を所望の形状に容易に形成することができる。また、樹脂単独で使用する場合に比べて熱伝導性が向上するため、発光素子からの熱を効率良く放熱することができる。

上記金属酸化物粒子としては、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｎＯ、Ｙ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、ＨｆＯ₂、ＳｎＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₃、Ｎｂ₂Ｏ₅、ＢａＳＯ₄、ＺｎＳ、Ｖ₂Ｏ₅やこれらの混合物からなるものが使用でき、屈折率の調整やチクソ性向上には平均粒径が１〜１００ｎｍ程度のものが好ましい。なお、上記「平均粒径」とは、例えば走査型電子顕微鏡の観察像から読み取った一次粒子の粒径の平均値（例えば１００個の一次粒子の粒径の平均値）であればよい。

そして、本発明の発光装置は、上記凹部の深さが上記凹部の開口径と略同等又はより大きい。これにより、波長変換層内において、発光素子の光軸方向における出射光の光路長と、発光素子の光軸から外れる方向における出射光の光路長との光路長差を低減できる。よって、発光色の色むらを抑制できる。また、本発明の発光装置は、上記凹部の深さが上記凹部の開口径と略同等又はより大きいため、上記凹部に充填された波長変換層の波長変換に要する光路長を長くできる。よって、本発明によれば、内部量子効率は実用に足りるだけの高い効率（例えば８０％以上）を有しているにも関わらず、ある励起波長領域において外部量子効率が低下する蛍光体（例えば、特開２００６−４９７９９号公報に記載の（Ｓｒ、Ｂａ）₂ＳｉＯ₄：Ｅｕ²⁺や（Ｙ、Ｇｄ）₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ³⁺）を使用しても、蛍光体に励起光があたる回数を十分確保できるので、高効率の発光装置を実現できる。なお、本発明の発光装置によれば、発光素子から発せられる光のピーク波長における外部量子効率が９０％以下の波長変換材料（蛍光体）を使用しても、上記と同様の理由により高効率の発光装置を実現できる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、参照する図面においては、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の符号で示し、重複する説明を省略する場合がある。

図１Ａは、本発明の一実施形態に係る発光装置の概略断面図であり、図１Ｂは、図１Ａに示す発光装置に含まれる発光素子の実装形態を説明するための拡大断面図である。

図１Ａに示すように、発光装置１は、凹部１０を有する基台１１と、凹部１０の底面１０ａ上に配置された発光素子１２と、発光素子１２を覆い、かつ凹部１０内に充填された波長変換層１３とを含む。基台１１は、実装基板１１ａと反射板１１ｂとが積層された構造を有し、実装基板１１ａと反射板１１ｂとの間には金属配線１４が形成されている。そして、凹部１０の底面１０ａ及び内壁面１０ｂは、光反射面である。これにより、発光素子１２からの出射光や波長変換層１３からの変換光を凹部１０の開口へ反射させることができる。また、凹部１０の内壁面１０ｂは、凹部１０の開口に向かって広がっている。これにより、発光装置１の光の取り出し効率を向上させることができる。また、発光装置１は、凹部１０の開口に露出した波長変換層１３の表面が発光面となるため、発光面のサイズを小さくできる。これにより、光学系を小さくできるため、小型化、薄型化が容易となる。なお金属配線１４は、発光装置１の外側に設けた給電端子（不図示）と電気的に接続されており、発光素子１２に給電することが可能である。

発光素子１２は、少なくとも発光層、発光層の一方の主面に接するｎ型半導体層、発光層のもう一方の主面に接するｐ型半導体層、上記ｎ型半導体層に電気的に接続されたカソード電極、及び上記ｐ型半導体層に電気的に接続されたアノード電極から構成されている。以下、発光素子１２の構成について説明する。

図１Ｂに示すように、発光素子１２は、金属配線１４側からｐ型半導体層としてｐ−ＧａＮ層１２ａ、発光層１２ｂ、ｎ型半導体層としてｎ−ＧａＮ層１２ｃ及びｎ−ＧａＮ基板１２ｄが順次積層されている。ｐ−ＧａＮ層１２ａにはアノード電極として高反射電極であるＲｈ／Ｐｔ／Ａｕ電極１６が設けられており、このＲｈ／Ｐｔ／Ａｕ電極１６はバンプ１５と接合している。また、ｎ−ＧａＮ層１２ｃの一部にはカソード電極としてＮｉ／Ａｕ電極１７が設けられており、このＮｉ／Ａｕ電極１７もバンプ１５と接合している。これにより、発光素子１２は、金属配線１４上にバンプ１５を介してフリップチップ実装されている。

また、図１Ａに示すように、発光装置１は、凹部１０の深さＤが、凹部１０の開口径Ｗと略同等又はより大きい。これにより、発光素子１２から発せられる光が波長変換層１３の表面に達するまでの最短直線経路Ｌ₁と最長直線経路Ｌ₂との経路差を小さくできるため、発光装置１からの出射光の色むらを低減することができる。特に、凹部１０の深さＤを凹部１０の開口径Ｗで除した値（Ｄ／Ｗ）が、１以上（より好ましくは１．１以上）の場合は、出射光の色むらの低減効果がより発揮されるため好ましい。

なお、凹部１０の開口形状は、円形に限らず、楕円形、多角形等、目的に応じて適宜選択することができる。凹部１０の開口形状が円形以外の場合、凹部１０の開口径Ｗは、開口のさしわたし長さのうち最長のものをいう。

また、発光素子１２の構成や実装方式についても、特に限定されない。例えば、図２Ａ〜Ｃの拡大断面図に示すような実装方式であってもよい。図２Ａに示す例では、ｐ型半導体層であるｐ−ＧａＮ層１２ａ上に設けられたアノード電極となるＮｉ／Ａｕ電極１７と金属配線１４とがワイヤ２０によりワイヤボンディングされている。なお、図２Ａに示す例では、発光素子１２の基板としてｎ−ＳｉＣ基板２１を使用することができ、その上にあるｎ型半導体層となるｎ−ＧａＮ層１２ｃは、ｎ−ＳｉＣ基板２１を介してカソード電極となるＮｉ／Ａｇ／Ｐｔ／Ａｕ電極２２と電気的に接続されている。即ち、ｎ−ＳｉＣ基板２１は、高反射電極であるＮｉ／Ａｇ／Ｐｔ／Ａｕ電極２２を介して金属配線１４に電気的に接続されている。図２Ｂに示す例では、発光素子１２がＳｉからなるサブマウント基板２３上に形成された金属配線２４にフリップチップ実装されており、金属配線２４はワイヤ２０により金属配線１４に電気的に接続されている。図２Ｃに示す例では、発光素子１２はアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）からなるサブマウント基板２５上に、アノード電極となるＲｈ／Ｐｔ／Ａｕ電極１６をＡｕ／Ｓｎ接着層２６で接着することにより実装されている。Ａｕ／Ｓｎ接着層２６は、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極２７及びＰｔコンタクトピン２８ａを介して端子２９ａと電気的に接続されている。また、ｎ−ＧａＮ層１２ｃは、カソード電極となるＴｉ/Ａｕ電極１８及びＰｔコンタクトピン２８ｂを介して端子２９ｂと電気的に接続されている。また、ｎ−ＧａＮ層１２ｃの表面は、凹凸加工されている。これにより、光の取り出し効率が向上する。なお、発光素子１２の側面とＴｉ/Ａｕ電極１８との間には絶縁膜となる窒化シリコン膜１９が配置されている。

また、本発明の発光装置の構成は、上記実施形態には限定されず、例えば、図３〜１０の概略断面図に示すような構成であってもよい。図３に示す発光装置３０では、波長変換層１３の一部が、凹部１０の開口から突出している。これにより、波長変換層１３の一部がレンズの役割を果たすため、出射光の放射パターンの制御が可能となる。また、発光装置３０では、凹部１０の開口から突出した波長変換層１３の頂部Ｙが、発光素子１２から発せられる光の光軸Ｘ上に配置されている。そして、基台１１及び波長変換層１３を覆うようにして凸レンズ３１が設けられている。これにより、波長変換層１３と凸レンズ３１との整合が良くなるので、より高効率で出射光を取り出せると同時に、放射パターンの制御、特に狭角化が可能になる。

図４に示す発光装置４０では、発光素子１２が凹部１０の底面１０ａだけでなく内壁面１０ｂにも実装されている。このように、複数の発光素子１２を実装することにより、発光強度を高めることができる。

図５に示す発光装置５０では、発光素子１２と波長変換層１３との間に透光層５１が介在している。透光層５１は、透明性樹脂層やガラス層、あるいは窒素、アルゴン、乾燥空気等のガス層等であればよい。この場合、発光素子１２から発せられた光が波長変換層１３内の波長変換材料（例えば蛍光体）に反射して発光素子１２に再吸収されることを防止できるため、より高効率で出射光を取り出せる。

図６に示す発光装置６０では、基台１１上に反射体６１を配置し、この反射体６１の凹部内に平面レンズ６２を設けている。なお、平面レンズ６２上に凸レンズを設けてもよい。反射体６１には、上述の基台材料として示したセラミックス、金属、樹脂等を使用することが可能である。

図７に示す発光装置７０では、基台１１上に、傾斜面７１ａを有する反射体７１が配置されている。図８に示す発光装置８０では、基台１１上に、光反射面８１ａを有するレンズ８１が設けられている。そして、波長変換層１３の表面及びレンズ８１の表面は、凹凸加工されている。これにより、光の取り出し効率が向上する。図９に示す発光装置９０では、基台１１上に、光軸Ｘを中心に放射状に広がるレンズ９１が設けられている。このレンズ９１のレンズ内面の上部９１ｂは光反射面となっており、これにより、レンズ９１の端面９１ａから光を出射させることができる。図１０に示す発光装置１００では、基台１１上に、光軸Ｘに対して非対称なレンズ１０１が設けられている。また、レンズ１０１のレンズ内面の上部１０１ｂが光反射面となっている。発光装置１００によれば、非対称なレンズ１０１の端面１０１ａから光を出射させることができるため、例えば、自動車の前照灯（即ち、対向車の運転手の視界を妨げないように対向車線側の出射方向が歩行者側よりも下向きに設計されている前照灯）などのように、ある特定の方向のみを照らす照明装置に適用することができる。

なお、図１、図３〜１０に示した本発明の発光装置の実施形態では、基台に設けた凹部は１つだけであるが、基台に複数の凹部を適当な間隔で設けて、各凹部内に発光素子を配置することも可能である。また、図面を簡素化して理解しやすくする目的から、上記参照した図面には金属配線や発光装置の外側に設ける給電端子を図示することを省略しているものがある。また、上記実施形態で図示した凸レンズの替わりに、凹レンズ、非球面レンズ、フレネルレンズなどを使用してもよいし、用途によっては凸レンズを使用せずに平坦面であってもよい。

以下、本発明の実施例について説明する。なお、本発明はこの実施例に限定されるものではない。

（発光装置の作製）
本発明の実施例として、図１Ａに示す発光装置を作製した。発光素子には、ｎ−ＧａＮ基板を用いたＧａＮ系ＬＥＤチップ（厚み：０．１ｍｍ、０．３５ｍｍ角）を用いた。このＬＥＤチップの発光波長は４５０ｎｍであった。基台を構成する実装基板の材料としては、Ａｌ₂Ｏ₃で構成された基材を用いた。上記ＬＥＤチップの実装は、実装基板上に設けたＬＥＤチップへの配電のための金属配線上の一部に設けた実装部に、Ａｕバンプによりフリップチップ接合することによって行った。反射板の材料としては、ポリフタルアミド樹脂を主成分とする樹脂材料（ソルベイアドバンストポリマーズ製のアモデル Ａ−４１２２、波長４４０〜７００ｎｍにおける光反射率：９０％以上）を用いた。反射板と実装基板とは厚さが０．１ｍｍのシート接着剤（スリーエム社製接着剤“ＡＰＡＳ”１５９０シリーズ）を用いて接着した。また、反射板の厚みは２ｍｍ、凹部の開口径Ｗ（図１Ａ参照）は１．６ｍｍ、凹部の深さＤ（図１Ａ参照）は２．１ｍｍ、凹部の底面の径は１ｍｍとした。波長変換層は、シリコーン樹脂（ＧＥ東芝製ＴＥＳ３０３３）と蛍光体とを含むペーストから構成し、ペーストを硬化させた状態で波長変換層中の蛍光体の濃度が３０体積％となるように調整した。なお、上記ペーストには、蛍光体の沈降を防止するためにチクソ材（デグサ製アエロジルＲ２０２）を１〜２質量％程度添加した。また、蛍光体としては、（Ｓｒ，Ｃａ）₂ＳｉＯ₄：Ｅｕ²⁺を用いた。この蛍光体の発光ピーク波長は５６５ｎｍであり、励起波長に相当するＬＥＤチップの発光ピーク波長（４５０ｎｍ）における内部量子効率は９２％、外部量子効率は７２％である。内部量子効率については実用に足りる８０％を十分超えている。また、この蛍光体の真比重は４．５ｇ/ｃｍ³である。

（出射光の色温度の測定方法）
次に、作製した発光装置の出射光の色むらを評価するために、出射光の色温度の測定を行った。測定方法について図１１を参照して説明する。図１１は、発光装置の出射光の色温度の測定方法を説明するための模式図である。発光装置１を発光させた状態で、ディテクター１１０（本体：大塚電子製瞬間マルチ測光システムＭＣＰＤ−３０００）を用いて発光装置１を中心とする半径１ｍの半円（図１１における破線）上を通過する出射光の色温度を測定した。そして、発光素子１２の光軸Ｘに対する放射角θについて、θ＝０のときの色温度に対する色温度差をプロットした。得られた結果を図１２に示す。なお、図１２には、凹部の深さを０．６ｍｍとしたこと以外は上記実施例の発光装置と同様に作製した比較例の発光装置について、上記と同様に測定した結果についても示している。

図１２から分かるように、本実施例によれば、比較例に比べて色温度差が小さくなり、色むらを抑制できた。

（蛍光体の体積含有率と発光効率との関係）
次に、蛍光体の体積含有率を変えたときの発光装置の発光効率について評価した。評価に使用した発光装置は、上記実施例に対し蛍光体の体積含有率を図１３に示す値に変えて同様に作製した。なお、波長変換層の厚さを調整することで、各体積含有率における出射光の色温度を６０００±１００Ｋに合わせた。また、発光効率の測定は、発光素子に２０ｍＡの電流を通電した状態で、出射光（色温度：６０００±１００Ｋ）を積分球（φ５０ｃｍ）で均一化することによって行った。結果を図１３に示す。

図１３に示すように、蛍光体の体積含有率が２０〜５５％の場合は発光効率が高く、特に体積含有率が２０〜４５％（より好ましくは２０〜３０％）の場合は、高効率の発光装置とすることができた。一方、蛍光体の体積含有率が７５％以上では、高濃度の蛍光体が発光素子の周囲に存在することから、発光素子からの出射光と蛍光体で変換された変換光が蛍光体に遮られ、発光効率が低下した。

本発明の発光装置は、例えば、一般照明、演出照明（スポット光、サイン灯等）、自動車用照明（特に前照灯）等に使用される照明装置や、ディスプレイ、プロジェクタ等に使用される表示装置等に有用である。また、小型、薄型化が求められるセンサー用光源としても有用である。

Ａは本発明の一実施形態に係る発光装置の概略断面図であり、ＢはＡに示す発光装置に含まれる発光素子の実装形態を説明するための拡大断面図である。 Ａ〜Ｃは、本発明の一実施形態に係る発光装置に含まれる発光素子の別の実装形態を説明するための拡大断面図である。 本発明の別の実施形態に係る発光装置の概略断面図である。 本発明の別の実施形態に係る発光装置の概略断面図である。 本発明の別の実施形態に係る発光装置の概略断面図である。 本発明の別の実施形態に係る発光装置の概略断面図である。 本発明の別の実施形態に係る発光装置の概略断面図である。 本発明の別の実施形態に係る発光装置の概略断面図である。 本発明の別の実施形態に係る発光装置の概略断面図である。 本発明の別の実施形態に係る発光装置の概略断面図である。 発光装置の出射光の色温度の測定方法を説明するための模式図である。 本発明の実施例及び比較例の発光装置の出射光の色むらを評価した結果を示すグラフである。 本発明の実施例の発光装置における蛍光体の体積含有率と発光効率との関係を示すグラフである。

符号の説明

１，３０，４０，５０，６０，７０，８０，９０，１００ 発光装置
１０ 凹部
１０ａ 底面
１０ｂ 内壁面
１１ 基台
１１ａ 実装基板
１１ｂ 反射板
１２ 発光素子
１２ａ ｐ−ＧａＮ層
１２ｂ 発光層
１２ｃ ｎ−ＧａＮ層
１２ｄ ｎ−ＧａＮ基板
１３ 波長変換層
１４，２４ 金属配線
１５ バンプ
１６ Ｒｈ／Ｐｔ／Ａｕ電極
１７ Ｎｉ／Ａｕ電極
１８ Ｔｉ/Ａｕ電極
１９ 窒化シリコン膜
２０ ワイヤ
２１ ｎ−ＳｉＣ基板
２２ Ｎｉ／Ａｇ／Ｐｔ／Ａｕ電極
２３，２５ サブマウント基板
２６ Ａｕ／Ｓｎ接着層
２７ Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極
２８ａ，２８ｂ Ｐｔコンタクトピン
２９ａ，２９ｂ 端子
３１ 凸レンズ
５１ 透光層
６１，７１ 反射体
６２ 平面レンズ
７１ａ 傾斜面
８１，９１，１０１ レンズ
８１ａ 光反射面
９１ａ，１０１ａ 端面
９１ｂ，１０１ｂ レンズ内面の上部

Claims (5)

1. 凹部を有する基台と、前記凹部内に配置された発光素子と、前記発光素子を覆い、かつ前記凹部内に充填された波長変換層とを含む発光装置であって、
   前記凹部の底面及び内壁面は、光反射面であり、
   前記凹部の深さが、前記凹部の開口径と略同等又はより大きいことを特徴とする発光装置。
2. 前記波長変換層の一部が、前記凹部の開口から突出している請求項１に記載の発光装置。
3. 前記波長変換層の一部が、前記凹部の開口から突出しており、
   前記凹部の開口から突出した前記波長変換層の頂部が、前記発光素子から発せられる光の光軸上に配置されている請求項１に記載の発光装置。
4. 前記凹部の内壁面は、前記凹部の開口に向かって広がっている請求項１に記載の発光装置。
5. 前記波長変換層は、波長変換材料を含み、
   前記発光素子から発せられる光のピーク波長における前記波長変換材料の外部量子効率が９０％以下である請求項１に記載の発光装置。

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