JP2008270707A

JP2008270707A - 発光装置

Info

Publication number: JP2008270707A
Application number: JP2007259040A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Yamazaki; 圭一山崎; Naoko Takei; 尚子竹井; Takanori Akeda; 孝典明田
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2007-03-28
Filing date: 2007-10-02
Publication date: 2008-11-06
Anticipated expiration: 2027-10-02
Also published as: JP4976974B2

Abstract

【課題】耐久性および信頼性の高い発光装置を提供する。
【解決手段】ＬＥＤチップ１０と、無機材料により形成されＬＥＤチップ１０が実装された実装基板２０と、ＬＥＤチップ１０から放射される光によって励起されてＬＥＤチップ１０よりも長波長の可視光を放射する蛍光体および透光性無機材料により形成されてなり実装基板２０との間にＬＥＤチップ１０を囲む形で配設された色変換部材４０と、色変換部材４０における光入射面側に積層されＬＥＤチップ１０から放射される光を透過し且つ色変換部材４０の蛍光体から放射される可視光を反射する波長選択フィルタ層５０とを備え、波長選択フィルタ層５０と実装基板２０とで囲まれた気密空間３０内に収納されたＬＥＤチップ１０と波長選択フィルタ層４５との間に空隙が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤチップ（発光ダイオードチップ）を利用した発光装置に関するものである。

従来から、ＬＥＤチップとＬＥＤチップから放射された光によって励起されてＬＥＤチップとは異なる発光色の光を放射する蛍光体とを組み合わせ所望の混色光（例えば、白色光）を得るようにした発光装置の研究開発が各所で行われている（例えば、特許文献１参照）。

ここにおいて、上記特許文献１には、図１３に示すように、可視光を放射するＬＥＤチップ１０’と、ＬＥＤチップ１０’を収納する収納凹所２０ａ’が形成され収納凹所２０ａ’の内底面にＬＥＤチップ１０’が実装された実装基板２０’と、ＬＥＤチップ１０’から放射される光によって励起されてＬＥＤチップよりも長波長の可視光を放射する蛍光体を含有した透光性材料（例えば、ガラスなど）により形成されてなり実装基板２０’との間にＬＥＤチップ１０’を囲む形で配設された半球状の色変換部材４０’と、色変換部材４０’と実装基板２０’とで囲まれた空間に充填されＬＥＤチップ１０’を封止した透光性封止樹脂（例えば、エポキシ樹脂など）からなる封止部７０’とを備えた発光装置が記載されている。

図１３に示した構成の発光装置では、ＬＥＤチップ１０として、青色光を放射する青色ＬＥＤチップを用い、色変換部材４０’の蛍光体として、ＬＥＤチップ１０’から放射された青色光によって励起されてブロードな黄色系の光を放射する粒子状の黄色蛍光体を用いることにより、ＬＥＤチップ１０’から放射され封止部７０’、色変換部材４０’を透過した青色光と、色変換部材４０’の黄色蛍光体から放射された黄色光とが色変換部材４０’の光出射面４０ｂ’から出射されることとなり、白色光を得ることができる。
特表２００６−５１９５００号公報（段落〔００１５〕−〔００２５〕、および図２）

ところで、図１３に示した発光装置を例えば照明用途に用いる場合（例えば、照明器具の光源として用いる場合）、高い輝度を得るために発光装置に流す電流を大きくすると、透光性封止樹脂により形成されている封止部７０’がＬＥＤチップ１０’および色変換部材４０’の蛍光体それぞれからの光や熱によって経時的に劣化して透過率が低下するので、発光装置から出力される光量が低下するという問題や、ＬＥＤチップ１０’から放射される光と蛍光体から放射される光とのバランスが崩れ、色度がずれてしまうという問題や、封止部７０’の熱劣化に起因して寿命が短くなってしまうという問題などがあった。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、耐久性および信頼性の高い発光装置を提供することにある。

ＬＥＤチップと、無機材料により形成され当該ＬＥＤチップが実装された実装基板と、ＬＥＤチップから放射される光によって励起されてＬＥＤチップよりも長波長の可視光を放射する蛍光体および透光性無機材料により形成されてなり実装基板との間にＬＥＤチップを囲む形で配設された色変換部材と、色変換部材における光入射面側に積層されＬＥＤチップから放射される光を透過し且つ色変換部材の蛍光体から放射される可視光を反射する波長選択フィルタ層とを備え、波長選択フィルタ層と実装基板とで囲まれた気密空間内に収納されたＬＥＤチップと波長選択フィルタ層との間に空隙が形成されていることを特徴とする。

この発明によれば、実装基板が無機材料により形成されるとともに色変換部材が蛍光体および透光性無機材料により形成され、さらに、色変換部材における光入射面側に積層されＬＥＤチップから放射される光を透過し且つ色変換部材の蛍光体から放射される可視光を反射する波長選択フィルタ層を備え、波長選択フィルタ層と実装基板とで囲まれた気密空間内に収納されたＬＥＤチップと波長選択フィルタ層との間に空隙が形成されているので、ＬＥＤチップおよび色変換部材の蛍光体それぞれからの光や熱に起因した光束の経時変化を抑制することができ、耐久性および信頼性を高めることができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記波長選択フィルタ層は、互いに屈折率の異なる誘電体膜が交互に積層された誘電体多層膜からなることを特徴とする。

この発明によれば、前記波長選択フィルタ層をイオンプレーティング法やイオンビームアシスト蒸着法、ラジカルアシストスパッタリング法などの薄膜形成技術によって容易に形成することができるとともに、前記波長選択フィルタ層の耐久性を高めることができる。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記実装基板は、前記波長選択フィルタ層に臨む面に、前記ＬＥＤチップから放射される光の一部を反射する反射層が形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記ＬＥＤチップから放射される光の一部が前記実装基板に吸収されるのを抑制することができ、光取り出し効率を高めることができる。

請求項４の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記実装基板における前記ＬＥＤチップの実装面側に、透光性を有する無機材料により形成され前記色変換部材よりも内側で前記ＬＥＤチップを封止したガラスからなるレンズ状の封止部とを備え、前記空隙が、封止部と前記波長選択フィルタとの間に形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記ＬＥＤチップを封止したガラスからなるレンズ状の封止部を備えているので、透光性封止樹脂からなる封止部を備えている場合に比べて、耐久性が向上するとともに、前記ＬＥＤチップからの光取り出し効率が向上する。

請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、前記色変換部材は、前記透光性無機材料であるガラスにより形成され前記実装基板との間に前記ＬＥＤチップを囲む形で配設される透光性部材と、前記蛍光体により形成され透光性部材における光出射面側に積層された蛍光体層とからなることを特徴とする。

この発明によれば、前記透光性無機材料としてガラスを採用してガラスに前記蛍光体を分散させて前記色変換部材を製造する場合に比べて、前記色変換部材の製造が容易になり、低コスト化を図れる。

請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５の発明において、前記色変換部材は、無機材料からなる粒子状の光拡散材が分散されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記色変換部材に光拡散材が分散されていることにより、色むらを少なくすることができる。

請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６の発明において、前記実装基板は、前記波長選択フィルタ層側の一表面に形成された第１凹所と、第１凹所の内底面に形成された第２凹所とを有し、前記ＬＥＤチップは、前記第２凹所内に収納され、前記第１凹所の内底面から延設された配線と電気的に接続されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記実装基板から前記ＬＥＤチップへ延設される配線の長さを短くすることができ、振動や、前記実装基板と前記ＬＥＤチップとの線膨張率差により発生する熱応力に起因して電気的接続の信頼性低下を防止することができる。

請求項８の発明は、請求項７の発明において、前記配線は、一端部が前記第１凹所の内底面上の電極と接合され、他端部が前記ＬＥＤチップのパッドと接合されたボンディングワイヤからなることを特徴とする。

この発明によれば、前記実装基板の電極と前記ＬＥＤチップのパッドとを接続する各ボンディングワイヤの全長を短くすることができ、ボンディングワイヤと電極およびパッドそれぞれとの接合部の信頼性を高めることができる。

請求項９の発明は、請求項７の発明において、前記配線は、一端部が前記第１凹所の内底面上の電極と接合され、他端部が前記ＬＥＤチップのパッド上のバンプと接合された導電板からなることを特徴とする。

この発明によれば、前記配線と前記ＬＥＤチップとの接続信頼性を高めることができる。

請求項１の発明では、耐久性および信頼性を高めることができるという効果がある。

（実施形態１）
本実施形態の発光装置１は、図１に示すように、ＬＥＤチップ１０と、無機材料により形成され当該ＬＥＤチップ１０が実装された実装基板２０と、ＬＥＤチップ１０から放射される光によって励起されてＬＥＤチップ１０よりも長波長の可視光を放射する蛍光体および透光性無機材料により形成されてなり実装基板２０との間にＬＥＤチップ１０を囲む形で配設された色変換部材４０と、色変換部材４０における光入射面側に積層されＬＥＤチップ１０から放射される光を透過し且つ色変換部材４０の蛍光体から放射される可視光を反射する波長選択フィルタ層５０とを備え、波長選択フィルタ層５０と実装基板２０とで囲まれた気密空間３０内に収納されたＬＥＤチップ１０と波長選択フィルタ層５０との間に空隙が形成されている。

本実施形態の発光装置１では、ＬＥＤチップ１０として、青色光を放射するＧａＮ系青色ＬＥＤチップを用い、色変換部材４０の蛍光体として、ＬＥＤチップ１０から放射された青色光によって励起されてブロードな黄色系の光を放射する粒子状の黄色蛍光体を用いており、ＬＥＤチップ１０から放射され波長選択フィルタ層５０および色変換部材４０を透過した青色光と、色変換部材４０の黄色蛍光体から放射された黄色光とが色変換部材４０の光出射面４０ｂから出射されることとなり、白色光を得ることができる。

実装基板２０は、ＬＥＤチップ１０を収納する収納凹所２０ａが一表面側に設けられ且つＬＥＤチップ１０のアノード電極（図示せず）およびカソード電極（図示せず）それぞれが電気的に接続される金属層（例えば、Ｃｕ膜と当該Ｃｕ膜上のＡｕ膜）からなる導体パターン（図示せず）が収納凹所２０ａの内底面に設けられた絶縁性基板（例えば、アルミナ基板、窒化アルミニウム基板などの電気絶縁性を有し且つ熱伝導率の高いセラミックス基板や、ホーロー基板、表面にシリコン酸化膜が形成されたシリコン基板など）により構成されている。ここにおいて、ＬＥＤチップ１０は、実装基板２０に対して、バンプを利用して実装してもよいが、本実施形態では、ＬＥＤチップ１０を封止する透光性封止樹脂を用いていないので、振動や熱応力に起因して実装基板２０とＬＥＤチップ１０との接合部の接合信頼性を高めるために、半田（例えば、ＡｕＳｎなどの鉛フリー半田）を用いてＬＥＤチップ１０と実装基板２０と接合し、ＬＥＤチップ１０の光取り出し面１１側に形成されているアノード電極およびカソード電極と各導体パターンとをボンディングワイヤ（図示せず）を介して電気的に接続している。なお、実装基板２０は、上記導体パターンと電気的に接続される金属層（例えば、Ｃｕ膜と当該Ｃｕ膜上のＡｕ膜）からなる外部接続用電極（図示せず）が他表面に設けられており、対応する導体パターンと外部接続用電極とが金属材料（例えば、Ｃｕ、Ｎｉなど）からなる貫通孔配線（図示せず）を介して電気的に接続されている。なお、上述の説明から分かるように、実装基板２０は、上述のベース基板が無機材料であるセラミック材料や、Ｓｉ、ＳｉＯ_２などにより形成され、導体パターン、外部接続用電極および貫通孔配線が無機材料である金属材料により形成されている。

上述の実装基板２０の外周形状は矩形状であり、実装基板２０における収納凹所２０ａは、円形状に開口され且つ内底面から離れるにつれて開口面積が徐々に大きくなっている。したがって、ＬＥＤチップ１０の側面から放射された光が実装基板２０における収納凹所２０ａの内側面で波長選択フィルタ層５０側へ反射されるようになっている。

色変換部材４０は、半球状の形状に形成されており、実装基板２０側とは反対側が凸曲面からなる光出射面４０ｂとなるように配置されている。したがって、色変換部材４０は、光入射面がフラット面となっている。ここにおいて、色変換部材４０は、ガラスのような透光性無機材料に、ＬＥＤチップ１０から放射された青色光によって励起されてブロードな黄色系の光を放射する粒子状の黄色蛍光体を分散させた混合物の成形品により構成されている。なお、色変換部材４０の透光性無機材料に分散させる蛍光体は黄色蛍光体に限らず、例えば、赤色蛍光体と緑色蛍光体とを分散させて白色光を得ることができる。

また、波長選択フィルタ層５０は、相対的に屈折率の高い高屈折率材料からなる第１の誘電体膜と相対的に屈折率の低い低屈折率材料からなる第２の誘電体膜とが交互に積層された誘電体多層膜により構成されている。ここにおいて、波長選択フィルタ層５０は、高屈折率材料として、例えば、Ｔａ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２などを採用し、低屈折率材料として、例えば、ＳｉＯ_２、ＭｇＦ_２などを採用すればよく、各誘電体膜をイオンプレーティング法やイオンビームアシスト蒸着法、ラジカルアシストスパッタリング法などの薄膜形成技術によって容易に形成することができるとともに、波長選択フィルタ層５０の耐久性を高めることができる。一例として、高屈折率材料としてＴａ_２Ｏ_５、低屈折率材料としてＳｉＯ_２を採用した波長選択フィルタ層５０の光学特性を図２に示す。なお、上述の説明から分かるように、波長選択フィルタ層５０は、無機材料により形成されている。また、波長選択フィルタ層５０の各誘電体膜の積層数や膜厚は、当該波長選択フィルタ層５０に接する色変換部材４０の屈折率、各誘電体膜の屈折率、ＬＥＤチップ１０の発光ピーク波長と色変換部材４０の蛍光体の発光ピーク波長との間のカットオフ波長、などに応じて適宜設定すればよい。

ところで、本実施形態の発光装置１では、上述のように色変換部材４０の光入射面がフラット面であって、波長選択フィルタ層５０を色変換部材４０のフラット面に成膜してあり、波長選択フィルタ層５０の周部を実装基板２０の上記一表面にフリットガラスなどの無機材料を用いて固着してある。したがって、色変換部材４０の蛍光体で発生した熱を、波長選択フィルタ層５０を介して実装基板２０へ放熱させることができ、色変換部材４０中の蛍光体の温度上昇を抑制でき、光取り出し効率の向上を図れる。

以上説明した本実施形態の発光装置１では、実装基板２０が無機材料により形成されるとともに色変換部材４０が蛍光体および透光性無機材料により形成され、さらに、色変換部材４０における光入射面側に積層されＬＥＤチップ１０から放射される光を透過し且つ色変換部材４０の蛍光体から放射される可視光を反射する波長選択フィルタ層５０を備え、波長選択フィルタ層５０と実装基板２０とで囲まれた気密空間３０内に収納されたＬＥＤチップ１０と波長選択フィルタ層５０との間に空隙が形成されているので、ＬＥＤチップ１０および色変換部材４０の蛍光体それぞれからの光や熱に起因した光束の経時変化を抑制することができ、耐久性および信頼性を高めることができる。なお、波長選択フィルタ層５０と実装基板２０とで囲まれた気密空間３０内は、不活性ガス（例えば、Ｎ_２ガス、Ａｒガス）雰囲気としてもよいし、真空雰囲気としてもよい。

また、本実施形態の発光装置１では、ＬＥＤチップ１０の光取り出し面１１から放射された光およびＬＥＤチップ１０の側面から放射された光のいずれも、波長選択フィルタ５０を透過して色変換部材４０へ入射することとなるから、色むらの発生を抑制でき、しかも、波長選択フィルタ層５０が、色変換部材４０のフラット面に成膜された誘電体多層膜からなるので、波長選択フィルタ層５０の膜厚の面内ばらつきに起因したフィルタ特性の面内ばらつきを小さくでき、色変換部材４０の蛍光体（本実施形態では、黄色蛍光体）から放射された可視光がＬＥＤチップ１０側に戻って実装基板２０などに吸収されるのを抑制できるから、光取り出し効率の向上を図れる。

また、本実施形態の発光装置１では、色変換部材４０のフラット面に波長選択フィルタ層５０が成膜されており、色変換部材４０の透光性無機材料としてガラスを採用しているので、色変換部材４０の透光性材料として、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂などの樹脂を用いる場合に比べて、熱膨張率が小さく、ＬＥＤチップ１０の点灯時と消灯時とでの色変換部材４０の温度変化に起因した色変換部材４０の膨張収縮が起こりにくいから、波長選択フィルタ層５０にかかる熱応力を低減でき、波長選択フィルタ層５０の耐久性が向上する。

（実施形態２）
本実施形態の発光装置１の基本構成は実施形態１と略同じであり、図３に示すように、色変換部材４０がシート状に形成されている点が相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態では、色変換部材４０の厚み方向の両面がフラット面となっており、色変換部材４０の厚み方向の一面であって実装基板２０側となる光入射面に、波長選択フィルタ層５０を成膜してある。

しかして、本実施形態の発光装置１は、実施形態１と同様、波長選択フィルタ層５０と実装基板２０とで囲まれた気密空間３０内に収納されたＬＥＤチップ１０と波長選択フィルタ層５０との間に空隙が形成されているので、ＬＥＤチップ１０および色変換部材４０の蛍光体それぞれからの光や熱に起因した光束の経時変化を抑制することができ、耐久性および信頼性を高めることができる。

（実施形態３）
本実施形態の発光装置１の基本構成は実施形態１と略同じであって、図４に示すように、実装基板２０が平板状であり、半球状の色変換部材４０における光入射面側に、気密空間３０形成用の角錐台状の凹部が形成されている点が相違する。要するに、本実施形態における色変換部材４０は、光入射面が複数のフラット面により構成されており、波長選択フィルタ層５０が、色変換部材３０の複数のフラット面の全体に亘って積層されている。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。

また、実装基板２０において波長選択フィルタ層５０に臨む面に、ＬＥＤチップ１０から放射された光の一部を反射する金属材料（例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ａｇ合金など）もしくは白色系の無機材料（例えば、ＢａＳＯ_４など）からなる反射層を形成すれば、ＬＥＤチップ１０から放射される光の一部が実装基板２０に吸収されるのを抑制することができ、光取り出し効率を高めることができる。

（実施形態４）
本実施形態の発光装置１の基本構成は実施形態１と略同じであって、図５に示すように、実装基板２０の収納凹所２０ａの内底面および内側面に、ＬＥＤチップ１０から放射された光の一部を反射する金属材料（例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ａｇ合金など）もしくは白色系の無機材料（例えば、ＢａＳＯ_４など）からなる反射層２５が形成されている点が相違する。要するに、実装基板２０において波長選択フィルタ層５０に臨む面に、ＬＥＤチップ１０から放射された光の一部を反射する反射層２５が形成されている点が相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

しかして、本実施形態の発光装置１では、ＬＥＤチップ１０から放射される光の一部が実装基板２０に吸収されるのを抑制することができ、光取り出し効率を高めることができる。なお、反射層２５の金属材料としては、ＬＥＤチップ１０から放射される光に対する反射率が８０％以上、好ましくは９０％以上の材料を用いることが好ましい。

（実施形態５）
本実施形態の発光装置１の基本構成は実施形態２と略同じであって、図６に示すように、実装基板２０の収納凹所２０ａの内底面および内側面に、ＬＥＤチップ１０から放射された光の一部を反射する金属材料（例えば、Ａｌ、Ａｇ、Ａｇ合金など）もしくは白色系の無機材料（例えば、ＢａＳＯ_４など）からなる反射層２５が形成されている点が相違する。要するに、実装基板２０において波長選択フィルタ層５０に臨む面に、ＬＥＤチップ１０から放射された光の一部を反射する反射層２５が形成されている点が相違する。なお、実施形態２と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

しかして、本実施形態の発光装置１では、ＬＥＤチップ１０から放射される光の一部が実装基板２０に吸収されるのを抑制することができ、光取り出し効率を高めることができる。

（実施形態６）
本実施形態の発光装置１の基本構成は実施形態１と略同じであって、図７に示すように、実装基板２０が、波長選択フィルタ層５０側の一表面に形成された第１凹所２０ａ_１と、第１凹所２０ａ_１の内底面に形成された第２凹所２０ａ_２とを有し、ＬＥＤチップ１０が、第２凹所２０ａ_２内に収納され、第１凹所２０ａ_１の内底面から延設された配線であるボンディングワイヤ１４と電気的に接続されている点が相違する。ここで、ボンディングワイヤ１４は、一端部が第１凹所２０ａ_１の内底面上の導体パターンからなる電極（図示せず）と接合され、他端部がＬＥＤチップ１０の図示しないパッド（アノード電極、カソード電極）と接合されている。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

しかして、本実施形態の発光装置１では、実装基板２０からＬＥＤチップ１０へ延設されるボンディングワイヤ１４の長さを短くすることができ、振動や、実装基板２０とＬＥＤチップ１０との線膨張率差により発生する熱応力に起因して電気的接続の信頼性低下を防止することができる。要するに、本実施形態の発光装置１では、実装基板２０の上記電極とＬＥＤチップ１０の上記パッドとを接続する各ボンディングワイヤ１４の全長を短くすることができ、ボンディングワイヤ１４と上記電極および上記パッドそれぞれとの接合部の信頼性を高めることができる。なお、本実施形態では、各凹所２０ａ_１，２０ａ_２それぞれの内側面および内底面に、実施形態４と同様に、ＬＥＤチップ１０から放射された光の一部を反射する反射層を形成するのが望ましい。

（実施形態７）
本実施形態の発光装置１の基本構成は実施形態６と略同じであって、図８に示すように、第１凹所２０ａ_１の内底面から延設された配線として、一端部が第１凹所２０ａ_１の内底面上の電極（図示せず）と接合され、他端部がＬＥＤチップ１０の図示しないパッド上のバンプ１６と接合された導電板１５により構成されている点が相違する。なお、実施形態６と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

しかして、本実施形態の発光装置１においても、配線とＬＥＤチップ１０との接続信頼性を高めることができる。

（実施形態８）
本実施形態の発光装置１の基本構成は実施形態４と略同じであって、図９に示すように、色変換部材４０がドーム状に形成されており、実装基板２０におけるＬＥＤチップ１０の実装面側に、透光性を有する無機材料（例えば、ガラスなど）により形成され色変換部材４０よりも内側でＬＥＤチップ１０およびボンディングワイヤ１４を封止したガラスからなるレンズ状（凸レンズ状）の封止部７０とを備え、ＬＥＤチップ１０と波長選択フィルタ層５０との間に形成された空隙が、封止部７０と波長選択フィルタ５０との間の空気層８０を構成している点が相違する。なお、実施形態４と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

上述の封止部７０は、半球状の形状に設計してあるが、半楕円球状に形成されるように設計してもよい。

ここにおいて、封止部７０は、光出射面がＬＥＤチップ１０からの光を光出射面と上述の空気層８０との境界で全反射させない凸曲面状に形成され、ＬＥＤチップ１０と光軸が一致するように形成されている。したがって、本実施形態の発光装置１では、ＬＥＤチップ１０から放射された光が封止部７０の光出射面と空気層８０との境界で全反射されることなく波長選択フィルタ層５０まで到達しやすくなり、全光束を高めることができる。

色変換部材４０は、内面が封止部７０の光出射面に沿った形状に形成され、当該色変換部材４０の内面の全域に亘って波長選択フィルタ層５０が略同じ厚さで形成されている。したがって、波長選択フィルタ層５０も色変換部材４０と同様にドーム状に形成されており、封止部７０の光出射面の位置によらず法線方向における当該封止部７０の光出射面と波長選択フィルタ層５０との間の距離が略一定値となっている。なお、色変換部材４０は、位置によらず法線方向に沿った肉厚が一様となるように形成されている。

しかして、本実施形態の発光装置１では、ＬＥＤチップ１０を封止したガラスからなるレンズ状の封止部７０を備えているので、透光性封止樹脂（例えば、シリコーン樹脂など）からなる封止部７０’（図１３参照）を備えている場合に比べて、耐久性が向上するとともに、ＬＥＤチップ１０との屈折率差が小さくなってＬＥＤチップ１０からの光取り出し効率が向上する。なお、シリコーン樹脂の屈折率は１．４〜１．５、ガラスの屈折率は１．５〜２．１、ＧａＮの屈折率は２．５である。

また、本実施形態の発光装置１では、ドーム状の波長選択フィルタ層５０とレンズ状の封止部７０との間に空気層８０が形成されていることにより、波長選択フィルタ層５０と封止部７０との間の媒質がシリコーン樹脂などの透光性樹脂により形成されている場合に比べて、波長選択フィルタ層５０のフィルタとしての分光特性の入射角依存性を小さくでき、発光装置１全体としての外部への光取り出し効率を向上できるとともに色むらを小さくできるという利点がある。

ここで、図１０（ａ）に示すようにＬＥＤチップ１０から放射された１次光（青色光）が空気層８０から波長選択フィルタ層５０に入射するときの入射角θ（図１１（ａ）参照）が０°の場合（垂直入射の場合）、波長選択フィルタ層５０の分光特性は図１０（ｂ）中の「イ」に示す特性となり、波長選択フィルタ層５０の光入射面側の媒質の屈折率が１ではなく１．４のとき（例えば、媒質がシリコーン樹脂のとき）には図１０（ｂ）中の「ロ」に示す特性となる。要するに、入射角θが０°の場合、波長選択フィルタ層５０の分光特性は当該波長選択フィルタ層５０の光入射面側の媒質の屈折率に依存しない。

これに対して、ＬＥＤチップ１０から放射された１次光が波長選択フィルタ層５０に入射するときの入射角θが大きくなると、波長選択フィルタ層５０の分光特性が当該波長選択フィルタ層５０の光入射面側の媒質の屈折率に依存し、入射角θが大きくなるほど波長選択フィルタ層５０のフィルタとしての分光特性が低下し、ＬＥＤチップ１０からの１次光に対する透過率が低下するとともに蛍光体からの２次光に対する反射性が低下しやすくなる傾向にある。例えば、図１１（ａ）に示すようにＬＥＤチップ１０から放射された１次光が空気層８０から波長選択フィルタ層５０に入射するときの入射角θが４０°の場合、波長選択フィルタ層５０の分光特性は図１１（ｂ）中の「イ」に示す特性となり、波長選択フィルタ層５０の光入射面側の媒質の屈折率が１ではなく１．４のときには図１１（ｂ）中の「ロ」に示す特性となる。

図１１（ｂ）から、入射角θが４０°の場合、波長選択フィルタ層５０の分光特性は当該波長選択フィルタ層５０の光入射面側の媒質の屈折率に依存し、波長選択フィルタ層５０の光入射面側の媒質の屈折率が１．４のときには分光特性が短波長側にずれて青色光の透過率が低下するとともに、蛍光体からの２次光に対する反射性が低下しているのに対して、波長選択フィルタ層５０の光入射面側の媒質の屈折率が１のときには短波長側へのずれが小さく、４５０ｎｍ〜５００ｎｍの波長域における青色光の透過率の低下もほとんどない。また、６００ｎｍ以上の波長域における蛍光体からの２次光に対する反射性の低下度合いも小さいことが分かる。要するに、本実施形態の発光装置１では、ドーム状の波長選択フィルタ層５０とレンズ状の封止部７０との間に屈折率が１である空気からなる空気層８０が形成されていることにより、波長選択フィルタ層５０と封止部７０との間の媒質がシリコーン樹脂などの透光性樹脂により形成されている場合に比べて、波長選択フィルタ層５０のフィルタとしての分光特性の入射角依存性を小さくでき、発光装置１全体としての外部への光取り出し効率を向上できるとともに色むらを小さくできるという利点がある。なお、他の実施形態１〜７においても、色変換部材４０および波長選択フィルタ層５０をドーム状の形状として、本実施形態と同様の封止部７０、空気層８０を形成するようにしてもよい。

ところで、本実施形態の発光装置１において、色変換部材４０に、無機材料からなる粒子状の光拡散材を分散させておけば、色むらを少なくすることができる。ここにおいて、光拡散材の無機材料としては、例えば、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３などを採用すればよい。なお、他の実施形態１〜７において色変換部材４０に光拡散材を分散させてもよい。

（実施形態９）
本実施形態の発光装置１の基本構成は実施形態８と略同じであって、図１２に示すように、色変換部材４０が、透光性無機材料であるガラスにより形成され実装基板２０との間にＬＥＤチップ１０を囲む形で配設されるドーム状の透光性部材４１と、ＬＥＤチップ１０から放射される光によって励起されてＬＥＤチップ１０よりも長波長の可視光を放射する蛍光体により形成され透光性部材４１における光出射面側に積層された蛍光体層４２とからなる点が相違する。ここで、色変換部材４０の製造にあたっては、ガラスからなるドーム状の透光性部材４１を成形してから、透光性部材４１の外面に蛍光体層４２を周知の湿式あるいは乾式のコーティング技術によりコーティングすればよい。なお、実施形態８と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

しかして、本実施形態の発光装置１では、色変換部材４０の透光性無機材料としてガラスを採用してガラスに蛍光体を分散させて色変換部材４０を製造する場合に比べて、色変換部材４０の製造が容易になり、低コスト化を図れる。なお、他の実施形態１〜８において本実施形態における色変換部材４０を用いてもよい。

実施形態１の発光装置の概略断面図である。同上における波長選択フィルタ層の一例の光学特性図である。実施形態２の発光装置の概略断面図である。実施形態３の発光装置の概略断面図である。実施形態４の発光装置の概略断面図である。実施形態５の発光装置の概略断面図である。実施形態６の発光装置の概略断面図である。実施形態７の発光装置の概略断面図である。実施形態８の発光装置の概略断面図である。同上の要部説明図である。同上の要部説明図である。実施形態９の発光装置の概略断面図である。従来例の発光装置の概略断面図である。

符号の説明

１発光装置
１０ＬＥＤチップ
１１光取り出し面
１４ボンディングワイヤ（配線）
１５導電板（配線）
２０実装基板
２０ａ収納凹所
２０ａ_１第１凹所
２０ａ_２第２凹所
２５反射層
３０気密空間
４０色変換部材
４１透光性部材
４２蛍光体層
５０波長選択フィルタ層
７０封止部
８０空気層

Claims

ＬＥＤチップと、無機材料により形成され当該ＬＥＤチップが実装された実装基板と、ＬＥＤチップから放射される光によって励起されてＬＥＤチップよりも長波長の可視光を放射する蛍光体および透光性無機材料により形成されてなり実装基板との間にＬＥＤチップを囲む形で配設された色変換部材と、色変換部材における光入射面側に積層されＬＥＤチップから放射される光を透過し且つ色変換部材の蛍光体から放射される可視光を反射する波長選択フィルタ層とを備え、波長選択フィルタ層と実装基板とで囲まれた気密空間内に収納されたＬＥＤチップと波長選択フィルタ層との間に空隙が形成されていることを特徴とする発光装置。
前記波長選択フィルタ層は、互いに屈折率の異なる誘電体膜が交互に積層された誘電体多層膜からなることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
前記実装基板は、前記波長選択フィルタ層に臨む面に、前記ＬＥＤチップから放射される光の一部を反射する反射層が形成されてなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の発光装置。
前記実装基板における前記ＬＥＤチップの実装面側に、透光性を有する無機材料により形成され前記色変換部材よりも内側で前記ＬＥＤチップを封止したガラスからなるレンズ状の封止部とを備え、前記空隙が、封止部と前記波長選択フィルタとの間に形成されてなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の発光装置。
前記色変換部材は、前記透光性無機材料であるガラスにより形成され前記実装基板との間に前記ＬＥＤチップを囲む形で配設される透光性部材と、前記蛍光体により形成され透光性部材における光出射面側に積層された蛍光体層とからなることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の発光装置。
前記色変換部材は、無機材料からなる粒子状の光拡散材が分散されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の発光装置。
前記実装基板は、前記波長選択フィルタ層側の一表面に形成された第１凹所と、第１凹所の内底面に形成された第２凹所とを有し、前記ＬＥＤチップは、前記第２凹所内に収納され、前記第１凹所の内底面から延設された配線と電気的に接続されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の発光装置。
前記配線は、一端部が前記第１凹所の内底面上の電極と接合され、他端部が前記ＬＥＤチップのパッドと接合されたボンディングワイヤからなることを特徴とする請求項７記載の発光装置。
前記配線は、一端部が前記第１凹所の内底面上の電極と接合され、他端部が前記ＬＥＤチップのパッド上のバンプと接合された導電板からなることを特徴とする請求項７記載の発光装置。