JP2009105379A

JP2009105379A - 発光装置

Info

Publication number: JP2009105379A
Application number: JP2008213148A
Authority: JP
Inventors: Naoko Takei; 尚子竹井; Keiichi Yamazaki; 圭一山崎; Tomoyuki Nakajima; 知之中嶋
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2007-10-05
Filing date: 2008-08-21
Publication date: 2009-05-14

Abstract

【課題】外部への光取り出し効率の向上を図れるとともに色むらを小さくできる発光装置を提供する。
【解決手段】実装基板２０との間にＬＥＤチップ１０を収納する形で実装基板２０の一表面側に固着されたドーム状の光学部材６０と、ＬＥＤチップ１０を封止した封止部５０と、ＬＥＤチップ１０の発光色とは異なる色の光を放射する蛍光体および透光性材料により形成したものであって実装基板２０の上記一表面側で光学部材６０を囲む形で配設されたドーム状の色変換部材７０と、色変換部材７０における光入射面７０ａ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７０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７３とを備え、光学部材６０と波長選択フィルタ層７３との間に空気層８０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やこの種の発光装置を用いた照明器具などの研究開発が各所で行われている（例えば、特許文献１，２参照）。

ここにおいて、上記特許文献１には、図１１に示すように、青色光を放射するＬＥＤチップ１０’と、当該ＬＥＤチップ１０’が実装された実装基板２０’と、ＬＥＤチップ１０’における実装基板２０’側とは反対の表面側に積層され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（黄色光）を放射する蛍光体および透光性材料により形成された色変換部７０’と、ＬＥＤチップ１０’と色変換部７０’との間に設けられＬＥＤチップ１０’から放射される光を透過し且つ色変換部７０’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７３’と、実装基板２０’におけるＬＥＤチップ１０’の実装面側においてＬＥＤチップ１０’、波長選択フィルタ層７３’および色変換部７０’を覆うレンズ１６０’とを備えた発光装置が記載されている。

また、上記特許文献２には、図１２に示すように、青色光を放射するＬＥＤチップ１０’と、リードフレームの一部からなりＬＥＤチップ１０’が内底面上に実装されたカップ部１２０’と、ＬＥＤチップ１０’を封止した封止材からなる半球状の封止部５０’と、封止部５０’の表面側に積層され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（黄色光）を放射する蛍光体および透光性材料により形成されたドーム状の色変換部７０’と、封止部５０’と色変換部７０’との間に設けられＬＥＤチップ１０’から放射される光を透過し且つ色変換部７０’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７３’と、カップ部１２０’におけるＬＥＤチップ１０’の実装面側において色変換部７０’を覆うレンズ１６０’とを備えた発光装置が記載されている。なお、波長選択フィルタ層７３’は、相対的に屈折率の高いＴｉＯ_２膜と相対的に屈折率の低いＳｉＯ_２膜とが交互に積層されている。
米国特許第５８１３７５２号明細書（第２欄第６６行−第３欄第６５行、ＦＩＧ．１）米国特許第６１５５６９９号明細書（第５欄第１１行−第４０行、第５欄第６２行−第６欄第９行、ＦＩＧ．２）

ところで、図１１や図１２に示した発光装置は、ＬＥＤチップ１０’と色変換部７０’との間に波長選択フィルタ層７３’が設けられているので、色変換部７０’の蛍光体から放射された可視光の一部がＬＥＤチップ１０’側に戻って光取り出し効率が低下するのを抑制することができる。

しかしながら、図１１に示した構成の発光装置では、ＬＥＤチップ１０’の側面から放射された青色光が色変換部７０’を通らずにレンズ１６０’へ入射して外部へ出射されるので、色むらが生じやすかった。

これに対して、図１２に示した構成の発光装置は、色変換部７０’がドーム状に形成されているので、図１１に示した構成の発光装置に比べて色むらの発生を抑制することができる。

しかしながら、図１１や図１２に示した構成の発光装置のように波長選択フィルタ層７３’を備えた発光装置においても、外部への光取り出し効率のより一層の向上および色むらの低減が望まれていた。

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、外部への光取り出し効率の向上を図れるとともに色むらを小さくできる発光装置を提供することにある。

請求項１の発明は、ＬＥＤチップと、当該ＬＥＤチップが一表面側に実装された実装基板と、ＬＥＤチップから放射された光の配光を制御する光学部材であって実装基板との間にＬＥＤチップを収納する形で実装基板の前記一表面側に固着されたドーム状の光学部材と、光学部材と実装基板とで囲まれた空間に充実されＬＥＤチップを封止した透光性の封止材料からなる封止部と、ＬＥＤチップから放射され封止部および光学部材を透過した光によって励起されてＬＥＤチップの発光色とは異なる色の光を放射する蛍光体および透光性材料により形成したものであって実装基板の前記一表面側で光学部材を囲む形で配設されたドーム状の色変換部材と、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、光学部材と波長選択フィルタ層との間に空気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、ＬＥＤチップから放射され封止部および光学部材を透過した光によって励起されてＬＥＤチップの発光色とは異なる色の光を放射する蛍光体および透光性材料により形成したものであって実装基板の前記一表面側で光学部材を囲む形で配設されたドーム状の色変換部材と、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、光学部材と波長選択フィルタ層との間に空気層が形成されているので、空気層が形成されていない場合に比べて、波長選択フィルタ層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、外部への光取り出し効率の向上を図れるとともに色むらを小さくできる。

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、前記色変換部材は、前記蛍光体が透光性被膜で覆われており、当該透光性被膜の屈折率が前記蛍光体の屈折率と前記透光性材料の屈折率との間の値であることを特徴とする。

この発明によれば、前記蛍光体が前記透光性材料に直に接している場合に比べて、前記蛍光体と前記透光性材料との間における界面での反射率が屈折率差の減少により低減されるので、前記ＬＥＤチップから放射される光が前記蛍光体内部へ入射する割合および前記蛍光体が発する光が前記蛍光体外部へ取り出される割合が増加し、結果として、前記色変換部材の光取り出し効率が向上し、発光装置全体の外部への光取り出し効率がより一層向上し、光束を更に向上させることができる。

請求項１の発明では、外部への光取り出し効率の向上を図れるとともに色むらを小さくできるという効果がある。

以下、本実施形態の発光装置について図１〜図６を参照しながら説明する。

本実施形態の発光装置１は、ＬＥＤチップ１０と、一表面側にＬＥＤチップ１０への給電用の導体パターン２３，２３を有しＬＥＤチップ１０が上記一表面側に実装された矩形板状の実装基板２０と、ＬＥＤチップ１０から放射された光の配光を制御する光学部材であって実装基板２０との間にＬＥＤチップ１０を収納する形で実装基板２０の上記一表面側に固着された透光性材料からなるドーム状の光学部材６０と、光学部材６０と実装基板２０とで囲まれた空間に充実されＬＥＤチップ１０および当該ＬＥＤチップ１０に電気的に接続された複数本（本実施形態では、２本）のボンディングワイヤ１４を封止した透光性の封止材料からなる封止部５０と、ＬＥＤチップ１０から放射され封止部５０および光学部材６０を透過した光によって励起されてＬＥＤチップ１０の発光色とは異なる色の光を放射する蛍光体および透光性材料により形成されたものであって実装基板２０の上記一表面側において実装基板２０との間にＬＥＤチップ１０などを囲む形で配設されるドーム状の色変換部材７０と、色変換部材７０における光入射面７０ａ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７０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７３とを備え、光学部材６０の光出射面６０ｂと波長選択フィルタ層７３との間に空気層８０が形成されている。ここにおいて、実装基板２０は、上記一表面において光学部材６０の外側に、光学部材６０を実装基板２０に固着する際に上記空間から溢れ出た封止樹脂を堰き止める環状の堰部２７が突設されている。

また、本実施形態の発光装置１は、実装基板２０の他表面側に、シート状の接合用部材９０として、シリカやアルミナなどのフィラーからなる充填材を含有し且つ加熱時に低粘度化する樹脂シート（例えば、溶融シリカを高充填したエポキシ樹脂シートのような有機グリーンシート）を備えている。しかして、本実施形態の発光装置１を照明器具の光源として用いる場合には、例えば、照明器具における金属（例えば、Ａｌ，Ｃｕなどの熱伝導率の高い金属）製の器具本体１００（図２、図５、図６参照）と実装基板２０とを接合用部材９０により接合することができる。ここにおいて、上記樹脂シートからなる接合用部材９０は、電気絶縁性を有するとともに熱伝導率が高く加熱時の流動性が高く凹凸面への密着性が高いので、実装基板２０を金属製の器具本体１００に接合用部材９０を介して接合する（実装基板２０と器具本体１００との間に接合用部材９０を介在させた後で接合用部材９０を加熱することで実装基板２０と器具本体１００とを接合する）際に接合用部材９０と実装基板２０および器具本体１００との間に空隙が発生するのを防止することができて、密着不足による熱抵抗の増大やばらつきの発生を防止することができ、従来のように発光装置を回路基板に実装して回路基板と器具本体との間にサーコン（登録商標）のようなゴムシート状の放熱シートなどを挟む場合に比べて、ＬＥＤチップ１０から器具本体１００までの熱抵抗を小さくすることができて放熱性が向上するとともに熱抵抗のばらつきが小さくなり、ＬＥＤチップ１０のジャンクション温度の温度上昇を抑制できるから、入力電力を大きくでき、光出力の高出力化を図れる。なお、本実施形態の発光装置１を照明器具の光源として用いる場合には、図５に示すように、器具本体１００に複数個の発光装置１を実装して複数個の発光装置１を直列接続したり並列接続したりすればよい。

ＬＥＤチップ１０は、青色光を放射するＧａＮ系青色ＬＥＤチップであり、結晶成長用基板としてサファイア基板に比べて格子定数や結晶構造がＧａＮに近く且つ導電性を有するｎ形のＳｉＣ基板を用いており、ＳｉＣ基板の主表面側にＧａＮ系化合物半導体材料により形成されて例えばダブルへテロ構造を有する積層構造部からなる発光部がエピタキシャル成長法（例えば、ＭＯＶＰＥ法など）により成長されている。ここで、ＬＥＤチップ１０は、一表面側（図１（ａ）における上面側）にアノード電極（図示せず）が形成され、他表面側（図１（ａ）における下面側）にカソード電極が形成されている。上記カソード電極および上記アノード電極は、Ｎｉ膜とＡｕ膜との積層膜により構成してあるが、上記カソード電極および上記アノード電極の材料は特に限定するものではなく、良好なオーミック特性が得られる材料であればよく、例えば、Ａｌなどを採用してもよい。また、ＬＥＤチップ１０の構造は特に限定するものではなく、例えば、結晶成長用基板の主表面側に発光部などをエピタキシャル成長した後に発光部を支持する支持基板（例えば、Ｓｉ基板など）を発光部に固着してから、結晶成長用基板などを除去したものを用いてもよい。

実装基板２０は、熱伝導性材料からなりＬＥＤチップ１０が搭載される矩形板状の伝熱板２１と、伝熱板２１の一面側（図１（ａ）における上面側）に例えばポリオレフィン系の固着シート２９（図２参照）を介して固着された矩形板状のフレキシブルプリント配線板からなる配線基板２２とで構成され、配線基板２２の中央部に伝熱板２１におけるＬＥＤチップ１０の実装面（上記一面の一部）を露出させる矩形状の窓孔２４が形成されており、ＬＥＤチップ１０が窓孔２４の内側に配置された後述のサブマウント部材３０を介して伝熱板２１に搭載されている。したがって、ＬＥＤチップ１０で発生した熱が配線基板２２を介さずにサブマウント部材３０および伝熱板２１に伝熱されるようになっている。ここにおいて、伝熱板２１の上記一面には、サブマウント部材３０の位置決め精度を高めるためのアライメントマーク２１ｃ（図２参照）が形成されている。

なお、本実施形態では、伝熱板２１の熱伝導性材料としてＣｕを採用しているが、Ｃｕに限らず、例えば、Ａｌなどを採用してもよい。また、本実施形態では、ＬＥＤチップ１０の発光部が結晶成長用基板よりも伝熱板２１から離れた側となるように伝熱板２１に搭載されているが、ＬＥＤチップ１０の発光部が結晶成長用基板よりも伝熱板２１に近い側となるように伝熱板２１に搭載するようにしてもよい。光取り出し効率を考えた場合には、発光部を伝熱板２１から離れた側に配置することが望ましいが、本実施形態では結晶成長用基板と発光部とが同程度の屈折率を有しているので、発光部を伝熱板２１に近い側に配置しても光の取り出し損失が大きくなりすぎることはない。

上述の配線基板２２は、ポリイミドフィルムからなる絶縁性基材２２ａの一表面側に、ＬＥＤチップ１０への給電用の一対の導体パターン２３，２３が設けられるとともに、各導体パターン２３，２３および絶縁性基材２２ａにおいて導体パターン２３，２３が形成されていない部位を覆う白色系のレジスト（樹脂）からなる保護層２６が積層されている。したがって、ＬＥＤチップ１０の側面から放射され保護層２６の表面に入射した光が保護層２６の表面で反射されるので、ＬＥＤチップ１０から放射された光が配線基板２２に吸収されるのを防止することができ、外部への光取り出し効率の向上による光出力の向上を図れる。なお、各導体パターン２３，２３は、絶縁性基材２２ａの外周形状の半分よりもやや小さな外周形状に形成されている。また、絶縁性基材２２ａの材料としては、ＦＲ４、ＦＲ５、紙フェノールなどを採用してもよい。

保護層２６は、配線基板２２の窓孔２４の近傍において各導体パターン２３，２３の２箇所が露出し、配線基板２２の周部において各導体パターン２３，２３の１箇所が露出するようにパターニングされており、各導体パターン２３，２３は、配線基板２２の窓孔２４近傍において露出した２つの矩形状の部位が、ボンディングワイヤ１４が接続される端子部２３ａを構成し、配線基板２２の周部において露出した円形状の部位が外部接続用電極部２３ｂを構成している。なお、配線基板２２の導体パターン２３，２３は、Ｃｕ膜とＮｉ膜とＡｕ膜との積層膜により構成されている。また、２つの外部接続用電極部２３ｂのうちＬＥＤチップ１０の上記アノード電極が電気的に接続される外部接続用電極部２３ｂ（図６における右側の外部接続用電極部２３ｂ）には「＋」の表示が形成され、ＬＥＤチップ１０の上記カソード電極が電気的に接続される外部接続用電極部２３ｂ（図６における左側の外部接続用電極部２３ｂ）には「−」の表示が形成されているので、発光装置１における両外部接続用電極部２３ｂ，２３ｂの極性を視認することができ、誤接続を防止することができる。

ところで、ＬＥＤチップ１０は、ＬＥＤチップ１０と伝熱板２１との線膨張率の差に起因してＬＥＤチップ１０に働く応力を緩和する上述のサブマウント部材３０を介して伝熱板２１に搭載されている。ここで、サブマウント部材３０は、ＬＥＤチップ１０のチップサイズよりも大きなサイズの矩形板状に形成されている。

サブマウント部材３０は、上記応力を緩和する機能だけでなく、ＬＥＤチップ１０で発生した熱を伝熱板２１においてＬＥＤチップ１０のチップサイズよりも広い範囲に伝熱させる熱伝導機能を有している。したがって、本実施形態の発光装置１では、ＬＥＤチップ１０がサブマウント部材３０を介して伝熱板２１に搭載されているので、ＬＥＤチップ１０で発生した熱をサブマウント部材３０および伝熱板２１を介して効率良く放熱させることができるとともに、ＬＥＤチップ１０と伝熱板２１との線膨張率差に起因してＬＥＤチップ１０に働く応力を緩和することができる。

本実施形態では、サブマウント部材３０の材料として熱伝導率が比較的高く且つ絶縁性を有するＡｌＮを採用しており、ＬＥＤチップ１０は、上記カソード電極がサブマウント部材３０におけるＬＥＤチップ１０側の表面に設けられ上記カソード電極と接続される電極パターン（図示せず）および金属細線（例えば、金細線、アルミニウム細線など）からなるボンディングワイヤ１４を介して一方の導体パターン２３と電気的に接続され、上記アノード電極がボンディングワイヤ１４を介して他方の導体パターン２３と電気的に接続されている。なお、ＬＥＤチップ１０とサブマウント部材３０とは、例えば、ＳｎＰｂ、ＡｕＳｎ、ＳｎＡｇＣｕなどの半田や、銀ペーストなどを用いて接合すればよいが、ＡｕＳｎ、ＳｎＡｇＣｕなどの鉛フリー半田を用いて接合することが好ましく、サブマウント部材３０がＣｕであって、ＡｕＳｎを用いて接合する場合には、サブマウント部材３０およびＬＥＤチップにおける接合表面にあらかじめＡｕまたはＡｇからなる金属層を形成する前処理が必要である。また、サブマウント部材３０と伝熱板２１とは、例えば、ＡｕＳｎ、ＳｎＡｇＣｕなどの鉛フリー半田を用いて接合することが好ましいが、ＡｕＳｎを用いて接合する場合には、伝熱板２１における接合表面にあらかじめＡｕまたはＡｇからなる金属層を形成する前処理が必要である。

サブマウント部材３０の材料はＡｌＮに限らず、線膨張率が結晶成長用基板の材料である６Ｈ−ＳｉＣに比較的近く且つ熱伝導率が比較的高い材料であればよく、例えば、複合ＳｉＣ、Ｓｉ、Ｃｕ、ＣｕＷなどを採用してもよい。なお、サブマウント部材３０は、上述の熱伝導機能を有しており、伝熱板２１におけるＬＥＤチップ１０側の表面の面積はＬＥＤチップ１０における伝熱板２１側の表面の面積よりも十分に大きいことが望ましい。

また、本実施形態の発光装置１では、サブマウント部材３０の厚み寸法を、当該サブマウント部材３０の表面が配線基板２２の保護層２６の表面よりも伝熱板２１から離れるように設定してあり、ＬＥＤチップ１０から側方に放射された光が配線基板２２の窓孔２４の内周面を通して配線基板２２に吸収されるのを防止することができる。なお、サブマウント部材３０においてＬＥＤチップ１０が接合される側の表面においてＬＥＤチップ１０との接合部位の周囲に、ＬＥＤチップ１０から放射された光を反射する反射膜を形成すれば、ＬＥＤチップ１０の側面から放射された光がサブマウント部材３０に吸収されるのを防止することができ、外部への光取出し効率をさらに高めることが可能となる。ここで、反射膜は、例えば、Ｎｉ膜とＡｇ膜との積層膜により構成すればよい。

上述の封止部５０の材料である封止材料としては、シリコーン樹脂を用いているが、シリコーン樹脂に限らず、例えばアクリル樹脂や、ガラスなどを用いてもよい。

光学部材６０は、透光性材料（例えば、シリコーン樹脂、ガラスなど）の成形品であってドーム状に形成されている。ここで、本実施形態では、光学部材６０をシリコーン樹脂の成形品により構成しているので、光学部材６０と封止部５０との屈折率差および線膨張率差を小さくすることができる。

また、光学部材６０は、光出射面６０ｂが、光入射面６０ａから入射した光を光出射面６０ｂ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ており、ＬＥＤチップ１０と光軸が一致するように配置されている。したがって、ＬＥＤチップ１０から放射され光学部材６０の光入射面６０ａに入射された光が光出射面６０ｂと空気層８０との境界で全反射されることなく色変換部材７０まで到達しやすくなり、全光束を高めることができる。なお、光学部材６０は、位置によらず法線方向に沿って肉厚が一様となるように形成されている。

色変換部材７０は、シリコーン樹脂のような透光性材料と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とを混合した混合物の成形品により構成されている（つまり、色変換部材７０は、蛍光体および透光性材料により形成されている）。したがって、本実施形態の発光装置１は、ＬＥＤチップ１０から放射された青色光と黄色蛍光体から放射された光とが色変換部材７０の光出射面（外面）７０ｂを通して放射されることとなり、白色光を得ることができる。なお、色変換部材７０の材料として用いる透光性材料は、シリコーン樹脂に限らず、例えば、アクリル樹脂、ガラス、有機成分と無機成分とがｎｍレベルもしくは分子レベルで混合、結合した有機・無機ハイブリッド材料などを採用してもよい。また、色変換部材７０の材料として用いる透光性材料に混合する蛍光体も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混合しても白色光を得ることができる。

ここで、色変換部材７０は、光入射面（内面）７０ａが光学部材６０の光出射面６０ｂに沿った形状に形成され、当該色変換部材７０の光入射面７０ａの全域に亘って波長選択フィルタ層７３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７３も色変換部材７０と同様にドーム状に形成されており、光学部材６０の光出射面６０ｂの位置によらず法線方向における当該光学部材６０の光出射面６０ｂと波長選択フィルタ層７３との間の距離が略一定値となっている。なお、色変換部材７０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成形されている。また、色変換部材７０は、実装基板２０側の端縁（開口部の周縁）を実装基板２０に対して、例えば接着剤（例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂など）を用いて固着すればよい。

また、本実施形態の発光装置１では、色変換部材７０において、屈折率の値が蛍光体の屈折率と透光性材料（例えば、シリコーン樹脂など）の屈折率との間の材料（例えば、ＳｉＯ_２など）からなる透光性被膜で蛍光体を覆うようにすれば、蛍光体が透光性材料に直に接している場合に比べて、蛍光体と透光性材料との間における界面での反射率を屈折率差の減少により低減させることができるので、ＬＥＤチップ１０から放射される光が蛍光体内部へ入射する割合および蛍光体が発する光が蛍光体外部へ取り出される割合が増加し、結果として、色変換部材７０の光取り出し効率が向上し、発光装置１全体の外部への光取り出し効率が向上し、光束を更に向上させることができる。

ここにおいて、ＳｉＯ_２などからなる透光性被膜は、ゾルゲル法、スパッタ法などの周知の形成方法により形成することができる。例えば、ＳｉＯ_２からなる透光性被膜は、ゾルゲル法により形成することが好ましく、メタノールなどの有機溶媒中で蛍光体とオルガノシラン化合物と水とを混合してゾルを形成し、当該ゾルへ触媒を加えて加熱することにより加水分解・縮合反応が促進し、蛍光体の表面にＳｉＯ_２からなる透光性被膜を形成することができる。なお、透光性被膜の材料は、蛍光体および透光性材料の屈折率に応じて適宜選択することができ、例えば、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３などの無機材料でも、シリコーン樹脂などの有機材料でもよく、透光性被膜の形成方法は透光性被膜の材料に応じて適宜選択すればよい。

また、波長選択フィルタ層７３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７３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７３の耐久性を高めることができる。なお、本実施形態では、高屈折率材料としてＴａ_２Ｏ_５、低屈折率材料としてＳｉＯ_２を採用している。また、波長選択フィルタ層７３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７３に接する色変換部材７０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７０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を光源として用いた上述の照明器具は、図５および図６に示すように、各発光装置１の接続関係を規定する配線パターン２０２が絶縁性基材２０１の一表面側に形成された回路基板２００を備えている。なお、本実施形態では、複数の発光装置１を直列接続しているが、複数の発光装置１の接続関係は特に限定するものではなく、例えば、並列接続するようにしてもよいし、直列接続と並列接続とを組み合わせてもよい。

回路基板２００は、浅い有底円筒状の器具本体１００内において当該器具本体１００の底壁１００ａから離間して配置されるものであり、各発光装置１それぞれに対応する部位に各発光装置１の一部を通す開孔窓２０４が形成されている。なお、回路基板２００の絶縁性基材２０１の材料としては、例えば、ＦＲ４のようなガラスエポキシ樹脂を採用すればよいが、ガラスエポキシ樹脂に限らず、例えば、ポリイミド系樹脂、フェノール樹脂などでもよい。また、器具本体１００の形状は特に限定するものではなく、例えば、平板状でもよい。

上述の回路基板２００は、器具本体１００の底壁１００ａに貫設されている挿通孔１００ｃに挿通された給電用のリード線が挿通される電線挿通孔２０６が貫設されており、電線挿通孔２０６に挿通された一対の電線が電気的に接続されるようになっている。また、回路基板２００は、器具本体１００の底壁１００ａ側とは反対の表面側に白色系のレジスト層からなる光反射層２０３が形成されており、配線パターン２０２の大部分が光反射層２０３により覆われている。

また、回路基板２００は、各開口窓２０４の開口サイズが発光装置１における実装基板２０の平面サイズよりもやや大きく設定されている。なお、回路基板２００には、発光装置１のＬＥＤチップ１０へ過電圧が印加されるのを防止するために、過電圧防止用の表面実装型のツェナダイオード２３１（図６参照）および表面実装型のセラミックコンデンサ２３２（図６参照）が各開口窓２０４の近傍で実装されている。

一方、発光装置１は、実装基板２０の各外部接続用電極部２３ｂが端子板２１０を介して回路基板２００の配線パターン２０２と電気的に接続されている。ここにおいて、端子板２１０は、細長の金属板の一端部をＬ字状に曲成することにより配線パターン２０２に厚み方向が重なる形で半田などを用いて接合される端子片２１１を形成するとともに、他端部をＪ字状に曲成することにより外部接続用電極部２３ｂに厚み方向が一致する形で半田などを用いて接合される端子片２１２を形成したものであり、器具本体１００と回路基板２００との線膨張率差に起因して接続端子２１０と外部接続用電極部２３ｂおよび配線パターン２０２それぞれとの接合部に発生する応力を緩和可能となっており、各発光装置１と回路基板２００との間の接続信頼性を高めることができる。

また、本実施形態の発光装置１では、シート状の接合用部材９０の平面サイズを伝熱板２１の平面サイズよりも大きく設定してあるので、接合用部材９０と伝熱板２１とが同じ平面サイズに形成されている場合に比べて、伝熱板２１と金属部材である器具本体１００との間の沿面距離を長くすることができ、照明器具用の光源として用いる場合の耐雷サージ性を高めることができる（ただし、一般的に屋内用の照明器具と屋外用の照明器具とで要求される発光装置と金属部材との沿面距離は異なり、屋外用の照明器具の方がより長い沿面距離を要求される）。ここにおいて、シート状の接合用部材９０の厚みについては、耐雷サージ性の要求耐圧に応じて厚みを設計する必要があるが、熱抵抗を低減する観点からはより薄く設定することが望ましい。したがって、接合用部材９０に関しては、厚みを設定した上で、沿面距離の要求を満足できるように平面サイズを設定すればよい。

ところで、上述の発光装置１の製造方法にあたっては、例えば、ＬＥＤチップ１０と各導体パターン２３，２３とをそれぞれ２本のボンディングワイヤ１４を介して電気的に接続した後、配線基板２２の窓孔２４に連続して形成されている封止材料注入孔２８（図２参照）からサブマウント部材３０と配線基板２２との隙間に封止部５０の一部となる液状の封止材料（例えば、シリコーン樹脂）を注入した後に硬化させ、その後、ドーム状の光学部材６０の内側に上述の封止部５０の残りの部分となる液状の封止材料（例えば、シリコーン樹脂）を注入してから、光学部材６０を実装基板２０における所定位置に配置して封止材料を硬化させることにより封止部５０を形成するのと同時に光学部材６０を実装基板２０に固着し、その後、色変換部材７０を実装基板２０に固着するような製造方法が考えられるが、このような製造方法でも、製造過程において封止部５０に気泡（ボイド）が発生する恐れがあるので、光学部材６０に液状の封止材料を多めに注入する必要がある。

そこで、本実施形態の発光装置１では、上述のように、実装基板２０の上記一表面において光学部材６０の外側に、光学部材６０を実装基板２０に固着する際に上記空間（光学部材６０と実装基板２０とで囲まれた空間）から溢れ出た封止材料を堰き止める環状（本実施形態では、円環状）の堰部２７を突設してある。ここにおいて、堰部２７は、白色系のレジストにより形成されている。また、堰部２７は、当該堰部２７の内周面から内方へ延出し当該堰部２７の中心と光学部材６０の中心軸とをセンタリングする複数（本実施形態では、４つ）のセンタリング用爪部２７ｂが周方向に離間して等間隔で設けられ、且つ、色変換部材７０の位置決め部を兼ねている。ここで、上述のセンタリング用爪部２７ｂの数は４つに限定するものではないが、少なくとも３つ設けることが望ましく、堰部２７と光学部材６０との間に溜めることが可能な封止材料の許容量を多くするためにセンタリング用爪部２７ｂの幅寸法は小さいほうが望ましい。

また、色変換部材７０は、実装基板２０側の端縁に、堰部２７に係合する切欠部７１が全周に亘って形成されている。したがって、本実施形態の発光装置１では、実装基板２０に対する色変換部材７０の位置決め精度を高めることができ、また、色変換部材７０と光学部材６０との間隔を短くすることができる。なお、切欠部７１は、色変換部材７０の端縁側と光入射面７０ａ側とが開放されている。

また、上述の実装基板２０における導体パターン２３，２３は、色変換部材７０よりも外側において露出した部位が上述の外部接続用電極部２３ｂ，２３ｂを構成している。

本実施形態の発光装置１の製造にあたっては、図４（ａ）に示すように、実装基板２０にＬＥＤチップ１０を実装してＬＥＤチップ１０とボンディングワイヤ１４，１４とを電気的に接続した後、配線基板２２の窓孔２４に連続して形成されている封止材料注入孔２８からサブマウント部材３０と配線基板２２との隙間、ドーム状の光学部材６０の内側それぞれに上述の封止部５０の一部となる液状の封止材料（例えば、シリコーン樹脂）５０ａを注入して光学部材６０を実装基板２０に対向させ、図４（ｂ）に示すように光学部材６０と実装基板２０とを近づけ、図４（ｃ）に示すように光学部材６０を位置決めしてから液状の封止材料５０ａを硬化させることにより封止部５０を形成するとともに光学部材６０を実装基板２０に固着し、その後、色変換部材７０を実装基板２０に固着するようにしている。ここで、図４（ａ）では、ドーム状の光学部材６０の内側に、光学部材６０の内側空間の容積よりも多い適量（定量）の封止材料５０ａを注入するようにしている。また、実装基板２０の上記一表面側において光学部材６０と堰部２７と保護層２６とで囲まれた空間に溜まった封止材料５０ａは、硬化させることにより図１（ａ）における封止材部５０ｂとなる。

このような製造方法によれば、製造過程で封止部５０にボイドが発生しにくくなり、信頼性が高く且つ光出力が大きな発光装置１を提供することができる。ここで、図４（ｂ）のように光学部材６０を実装基板２０に近づける前（つまり、図４（ａ）の段階）に、サブマウント部材３０と配線基板２２との隙間に注入した封止材料５０ａを硬化させておけば、図４（ｂ）に示すように光学部材６０と実装基板２０とを近づける際にボイドが抜けやすくなるという利点がある。

以上説明した本実施形態の発光装置１では、ＬＥＤチップ１０から放射された光の配光を制御する光学部材６０がドーム状に形成され実装基板２０との間にＬＥＤチップ１０を収納する形で実装基板２０の上記一表面側に固着されており、光学部材６０と実装基板２０とで囲まれた上記空間に充実されＬＥＤチップ１０を封止した透光性の封止材料からなる封止部５０と、実装基板２０の上記一表面側で光学部材６０を囲む形で配設されたドーム状の色変換部材７０とを備え、実装基板２０の上記一表面において光学部材６０の外側に、光学部材６０を実装基板２０に固着する際に上記空間から溢れ出た封止材料５０ａを堰き止める環状の堰部２７が突設され、堰部２７は、当該堰部２７の内周面から内方へ延出し当該堰部２７の中心と光学部材６０の中心軸とをセンタリングする複数のセンタリング用爪部２７ｂが周方向に離間して設けられ、且つ、色変換部材７０の位置決め部を兼ねており、導体パターン２３，２３は、色変換部材７０よりも外側において露出した部位が外部接続用電極部２３ｂ，２３ｂを構成しているので、封止部５０にボイドが発生するのを防止できてボンディングワイヤ１４，１４の断線や光出力の低下を防止できるとともに光学部材６０の位置決め精度を高めることができ、しかも、光学部材６０と堰部２７の内周面とが離間しているので、堰部２７の外側へ封止材料５０ａが溢れて外部接続用電極部２３ｂ，２３ｂ上に付着するのを抑制することができ、外部接続用電極部２３ｂ，２３ｂでの半田付け不良などの発生を防止可能となる。

また、本実施形態の発光装置１では、堰部２７が、白色系のレジストにより形成されているので、ＬＥＤチップ１０から放射された光や蛍光体から放射された光が堰部２７で吸収されるのを防止することができ、光出力の高出力化を図れる。なお、上述の堰部２７の高さ寸法は５０μｍ以上に設定することが望ましく、例えば、図７（ａ）に示すように、保護層２６上に形成された第１のレジスト層２７_１と、第１のレジスト層２７_１に積層された第２のレジスト層２７_２とで構成してもよいし、図７（ｂ）に示すように、配線基板２２の厚み方向において保護層２６から離れるにつれて径方向の幅が広がり径方向の両側面（内周面および外周面）が湾曲した形状としてもよい。また、図８に示すように、実装基板２０の上記一表面において環状の堰部２７と各外部接続用電極部２３ｂ，２３ｂとの間それぞれに、堰部２７と同じ材料（本実施形態では、白色のレジスト）により形成された弧状の樹脂止め部２５，２５を設ければ、製造時に封止樹脂５０ａが外部接続用電極部２３ｂ，２３ｂの表面に付着するのをより確実に防止することができる。

また、本実施形態の発光装置１では、サブマウント部材３０の厚み寸法を、当該サブマウント部材３０の表面が配線基板２２の上記一表面（保護層２６の表面）よりも伝熱板２１から離れるように設定してあるので、ＬＥＤチップ１０から側方に放射された光が配線基板２２に吸収されるのを抑制でき、光出力の高出力化を図れる。

また、本実施形態の発光装置１は、実装基板２０の上記一表面側にＬＥＤチップ１０への給電用の導体パターン２３，２３を有しているので、実装基板２０を回路基板に実装することなく照明器具の器具本体１００と熱結合させることが可能となり、ＬＥＤチップ１０から器具本体１００までの熱抵抗を小さくできて放熱性が向上し、ＬＥＤチップ１０のジャンクション温度の温度上昇を抑制できるから、入力電力を大きくでき、光出力の高出力化を図れる。

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７３とドーム状の光学部材６０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と光学部材６０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７３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９（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７３に入射するときの入射角θ（図１０（ａ）参照）が０°の場合（垂直入射の場合）、波長選択フィルタ層７３の分光特性は図９（ｂ）中の「イ」に示す特性となり、波長選択フィルタ層７３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９（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７３の分光特性は当該波長選択フィルタ層７３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７３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７３の分光特性が当該波長選択フィルタ層７３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７３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１０（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７３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７３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７３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１０（ｂ）中の「ロ」に示す特性となる。

図１０（ｂ）から、入射角θが４０°の場合、波長選択フィルタ層７３の分光特性は当該波長選択フィルタ層７３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７３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７３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７３とドーム状の光学部材６０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７３と光学部材６０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７３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。また、本実施形態の発光装置１において、色変換部材７０に、粒子状の光拡散材を分散させておけば、色むらをより少なくすることができる。ここにおいて、光拡散材の材料としては、例えば、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３などを採用すればよい。

なお、上述の実施形態では、ＬＥＤチップ１０として、発光色が青色の青色ＬＥＤチップを採用しており、結晶成長用基板としてＳｉＣ基板を採用しているが、ＳｉＣ基板の代わりにＧａＮ基板やサファイア基板を用いてもよく、ＳｉＣ基板やＧａＮ基板を用いた場合には結晶成長用基板として絶縁体であるサファイア基板を用いている場合に比べて、結晶成長用基板の熱伝導率が高く結晶成長用基板の熱抵抗を小さくできる。また、上述のＬＥＤチップ１０は、上記一表面側に上記アノード電極が形成され、上記他表面側にカソード電極が形成されているが、上記一表面側にアノード電極およびカソード電極が形成されていてもよく、この場合には、アノード電極およびカソード電極の両方ともボンディングワイヤ１４を介して導体パターン２３，２３と直接接続することができる。また、ＬＥＤチップ１０から放射される光は青色光に限らず、例えば、赤色光、緑色光、紫色光、紫外光などでもよい。また、ＬＥＤチップ１０と実装基板２０における伝熱板２１との線膨張率の差が比較的小さい場合にはサブマウント部材３０は必ずしも設ける必要はない。

実施形態を示す発光装置の概略断面図である。同上の発光装置を用いた照明器具の要部概略分解斜視図である。同上の発光装置の要部概略平面図である。同上の発光装置の製造方法の説明図である。同上の発光装置を用いた照明器具の要部概略分解斜視図である。同上の発光装置を用いた照明器具の要部概略斜視図である。同上の発光装置の要部説明図である。同上の他の構成例の発光装置を用いた照明器具の要部概略分解斜視図である。同上の発光装置の要部説明図である。同上の発光装置の要部説明図である。従来例を示す概略断面図である。他の従来例を示す概略断面図である。

符号の説明

１発光装置
１０ＬＥＤチップ
２０実装基板
５０封止部
６０光学部材
７０色変換部材
７３波長選択フィルタ層
８０空気層

Claims

ＬＥＤチップと、当該ＬＥＤチップが一表面側に実装された実装基板と、ＬＥＤチップから放射された光の配光を制御する光学部材であって実装基板との間にＬＥＤチップを収納する形で実装基板の前記一表面側に固着されたドーム状の光学部材と、光学部材と実装基板とで囲まれた空間に充実されＬＥＤチップを封止した透光性の封止材料からなる封止部と、ＬＥＤチップから放射され封止部および光学部材を透過した光によって励起されてＬＥＤチップの発光色とは異なる色の光を放射する蛍光体および透光性材料により形成したものであって実装基板の前記一表面側で光学部材を囲む形で配設されたドーム状の色変換部材と、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、光学部材と波長選択フィルタ層との間に空気層が形成されてな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。
前記色変換部材は、前記蛍光体が透光性被膜で覆われており、当該透光性被膜の屈折率が前記蛍光体の屈折率と前記透光性材料の屈折率との間の値であ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。