JP2009266974A - 発光装置並びに発光器具 - Google Patents

Abstract

【課題】空間的混色性が良好で色むらが少ない、高演色あるいは色再現に優れた薄型化にも対応可能な発光装置並びに発光器具を得る。
【解決手段】筐体５の内側に形成されたキャビティ７に第一の発光波長を発する第一ＬＥＤチップ１を実装配置し、キャビティ７の周辺部に第一の発光波長と異なる第二の発光波長を発する第二ＬＥＤチップ２を実装配置する。そして、中央に光の出口である発光開口部が形成された表面カバー６を筐体５の上面に配設する。第一ＬＥＤチップ１の発光波長によって励起発光する波長変換材料である蛍光シート４をキャビティ５の、内側あるいは発光開口部外側近傍に設ける。表面カバー６の発光開口部端部からキャビティ７側に下ろした垂線が囲んで構成されるキャビティ７の領域に第一ＬＥＤチップ１のみが実装配置されるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は発光ダイオード（ＬＥＤ；Lighting Emitting Diode）を用いた、小型〜大型の様々な形態の照明器具、広告灯、サイン灯、液晶バックライトなどの表示用照明装置などとして、広い用途に適用可能な光源装置に係わるものである。

これまでＬＥＤを用いた白色発光方式の発明は数多く存在するが、例えばＲＧＢの３種類のＬＥＤチップの発光色の混色による構成のものや、青色ＬＥＤとそれによって励起発光するＹＡＧなどの黄色蛍光体を組み合わせた構成のものがよく知られている。しかしながら前者は３つの狭帯域発光となりそれらの中間波長成分が少ない、また、後者では赤み波長成分が少ないといった要因から、それをとくに照明光として用いる場合に全ての物体色に対する演色性が必ずしも高くないといった問題があった。それを改善すべく、複数光色のＬＥＤと蛍光体との組合せで構成する発明も少なくない。例えば青色ＬＥＤとそれによって励起発光する黄色蛍光体、さらにそれに加えて赤色ＬＥＤを用いる構成もそれ自体古くから提案されており、近年では主に面実装タイプＬＥＤにおける構成を示した以下特許文献１、２のような提案がなされている。それら文献では両者とも赤み成分を強くしたことで色再現性（赤い物体の演色性）を改善し、文献１においては２種類のＬＥＤ素子の厚みの違いを補正するような構造にすることで混色性も改善するとしている。

特開２００４−３５６１１６号公報（第５頁〜第７頁、図１、図６） 特開２００６−８０３３４号公報（第４頁〜第７頁、図１〜２、図４〜６）

しかしながら、本特許文献１及び２に記載されているような従来の手法では、点光源である２種類のＬＥＤが発光領域内に並列して配置される構成であった。そのため、発光領域内でそれら発光色の２色が十分に混色されず空間的に色分離された状態で発光部上に色むらとして認識される、あるいは、それを照射面に照射した場合に空間的な色むらが発生するという問題があった。文献１では、それに示される２種類のＬＥＤ素子の高さを整える構成により樹脂内での混色性が改善されるとしているが、発光波長の大きく相違する２種類のＬＥＤが並列配置された構成で、ＬＥＤチップを発光中心とした２光色の空間的分離イメージを、発光効率を維持したまま十分に打消すまでには至らない。

したがって、とくに照明用途で使用する場合には発光スペクトル面では演色性が良好と思われる光源であっても、被照明体上に本構造に起因した色むらが現れることが少なくなく、必ずしも質の高い照明を実現しているとは言えなかった。また投光用途などにレンズ系を用いる場合では、その大きく波長の異なる点光源イメージが被照面に拡大投影されてしまい色むらとして認識されることがしばしばあった。一方、装置構成上そのような色むらの低減を図るために、蛍光体を混入した封止樹脂層を厚くする、あるいは文献２で示されるように混色手段として厚手の拡散材料を設ける手段がしばしばとられていたが、装置薄型化が難しく、また、発光効率が低下してしまうといった問題があった。

本発明の目的は上記のような問題を解決し、空間的混色性が良好で色むらが少ない、高演色あるいは色再現に優れた薄型化にも対応可能な発光装置並びに発光器具を得ることにある。

本発明に係る発光装置は、内側にキャビティが形成された筐体と、キャビティに実装配置される第一の発光波長を発する第一ＬＥＤチップと、キャビティの周辺部に実装配置され第一の発光波長と異なる第二の発光波長を発する第二ＬＥＤチップと、筐体の上面に配設され、中央に光の出口である発光開口部が形成された表面カバーと、キャビティの、内側あるいは発光開口部外側近傍に設けられ、第一ＬＥＤチップの発光波長によって励起発光する波長変換材料でと、を具備し、表面カバーの発光開口部端部からキャビティ側に下ろした垂線が囲んで成るキャビティの領域に第一ＬＥＤチップのみが実装配置されるものである。

この発明によれば、第二ＬＥＤチップの光源光が直接放射されることがなく、表面カバー裏面周辺で拡散され透光性材料を介して表面カバー発光開口部から発光するため、第一ＬＥＤチップと蛍光体によって作られる光色に、封止樹脂内のほぼ全空間で第二ＬＥＤチップの発光成分が足しあわされ、直接発光面を見込んだ場合に混色性のよい発光装置を得ることができる。とくに第二ＬＥＤチップを赤みの強い光色とする場合には、その発光分布と標準比視感度曲線とのオーバラップ領域が少なくそもそも可視効率が低いため、本構成のように第二ＬＥＤチップの直射成分を抑え拡散光（あるいは間接光）を多用する場合でも装置全体としての発光効率の低下は少ない。したがって混色性がよく色むらの少ない発光効率を高く維持できる高演色発光装置を得ることができる。

実施の形態１．
以下、本発明の一実施形態を図とともに説明する。図１(b)は発光装置の側断面図を示すが、装置筐体５と筐体内キャビティ７に第一の発光波長を有する第一ＬＥＤチップ１と第二の発光波長を有する第二ＬＥＤチップ２が実装されている。以下、第一ＬＥＤチップ１を450〜470nm程度のピーク波長を有するおよそ青色に発光する青色ＬＥＤチップ、第二ＬＥＤチップ２を600〜700nm程度にピーク波長を有するおよそ赤色に発光する赤色ＬＥＤチップを用いた例として説明する。なお、図では省略するが筐体内キャビティ、あるいはその周辺には導電路が形成されており、フェースアップＬＥＤチップがキャビティ上にダイボンドされた後、ＬＥＤに通電可能となるようにワイヤボンド接続される。なおＬＥＤチップはフリップチップタイプでもよく、その場合は金属バンプなどで導電路と接続、またはサブマウントに一度実装後、それをワイヤボンド接続するような構成とする。

装置筐体はセラミックス、金属、耐熱性樹脂を主体とするもの、あるいはキャビティ部分から筐体背面にかけて金属などの高熱伝導材料としたセラミックス材料やガラスエポキシ材料で構成する。本構成によりＬＥＤから発熱された熱を効率よく外部に伝達させることができ、電気入力の大きい発光装置を実現する場合にも温度による出力低下が少ない発光装置を得ることができる。またキャビティ７内表面は光吸収を避けるため塗装、メッキ、蒸着などの拡散性あるいは鏡面性の高反射面として形成、あるいは放熱性よく反射特性も良好なアルミナセラミックの素地を利用し構成する。

ここでキャビティ上に実装した２種類のＬＥＤチップをシリコーンなどの透光性の封止樹脂３で封止し、チップの保護と同時にチップからの光取り出し効率を高める。図１では２種類のＬＥＤチップを同一封止樹脂３で封止した構成としているが、後述する特性を有する表面カバーの背面やキャビティ７上で拡散反射された第二ＬＥＤチップ発光光が封止樹脂内を広く伝搬し、一方第一ＬＥＤチップ発光光のチップ側方に発光した光は封止樹脂内を伝搬する。したがって封止樹脂内部でそれら２つの色光光の混色効果が高まる効果を有する。

さらに封止樹脂３の上部には第一ＬＥＤチップ１の発光波長によって励起発光する蛍光シート４を装着し、さらにその上面を、発光開口部８を設けた表面カバー６で覆っている。ここで装置筐体表面の表面カバー６が有する発光開口部端部からキャビティ側に下ろした垂線が囲むキャビティ領域に第一ＬＥＤチップ１のみを実装配置した構成としている。また装置外部には光制御部材９として配光制御レンズを装着した構成例としている。なお表面カバー６は筐体上面部分に相当するものであるが、樹脂、セラミック、金属などの材料で形成する。表面カバー６の少なくとも背面側は光損失を少なく、キャビティ側においてＬＥＤ光を効率よく拡散利用するために前述したキャビティ内表面同様に拡散性あるいは鏡面性の高反射面として形成する。

蛍光シート４はシリコーンなどの透光性樹脂に蛍光体を混入させたような数十μｍ〜数ｍｍ程度の材料として別途用意しそれを装着する。蛍光体には少なくとも第一ＬＥＤチップ（青色ＬＥＤ）１の発光波長によって励起発光する黄緑色、黄色、あるいは橙色といった光色を呈するような材料(例えばＹＡＧ、シリケートなど)を用いて構成するため、封止樹脂内部から発光された第一ＬＥＤチップ発光光により黄色味がかった光色に波長変換がなされる。この際、蛍光シート中の蛍光体を第二ＬＥＤチップ（赤色ＬＥＤ）２の発光波長に対して波長変換の無いもの、または変換量が小さいもので構成すれば、それ自体は第二ＬＥＤチップ発光光に対して単純に乱反射効果を有するものでありシート主材の透光性領域を拡散透過することになる。ここでシート表面に微小凹凸を付ける加工を施してもよく、その場合には蛍光シート４表面で光の拡散効果を与えることができる。

そのような構成により、およそ第一ＬＥＤチップ１の発光色（青色）、第二ＬＥＤチップ２の発光色（赤色）、また蛍光変換されたおよそ黄色の混色による白色光が得られることになる。この発光波長は従来の青色ＬＥＤ＋黄色蛍光体方式による白色に比較して強い赤み成分を有するため赤色の再現性に優れた色光となる。さらに本白色は直接赤色ＬＥＤの発光イメージが見えない構成としているため、少なくとも従来例のような大きく波長の異なる赤と青の点光源の色分離として認識されるようなことはなくなる。またキャビティ中央付近を中心とした青ＬＥＤ＋黄色蛍光体による白色発光領域に、封止樹脂を介しておよそ全体的に赤色波長を重ね合わせた状態となり、結果空間的に良好な混色効果が得られることになる。
とくに第二ＬＥＤチップ２を赤みの強い光色(例えばピーク600〜700nm、半値幅20nm程度の発光分布)とする場合には、その発光分布と標準比視感度曲線とのオーバラップ領域が少なくそもそも可視効率が低い。一方で第一ＬＥＤチップ１とそれを波長変換して得られる光の合成光は、標準比視感度曲線と重なる領域が多く本装置構成の発光効率に対して支配的要因となる。そのため、本構成のように第二ＬＥＤチップ２の直射成分を抑え拡散光（あるいは間接光）を多用する際にも、発光開口部面積を広めに確保するようにすることで装置発光効率の著しい低下を抑えることができ高く維持することができる。したがって混色性がよく色むらの少ない発光効率を高く維持できる高演色発光装置を得ることができる。

図１(a)は本構成の発光装置筐体の上面外形を四角形として開口部を円形とした場合の構成例として示している。図１(a)では第二ＬＥＤチップ２を筐体５の４隅に配置しているが、他の構成例として上面外形として図２に示すように円形として第二ＬＥＤチップ２を円形開口面に沿って円状に配置するような構成としてもよい。何れの構成においても第二ＬＥＤチップ２からの直接光の放射を防ぐことができ、表面カバー背面とキャビティ間の空間で拡散された光を用いて、第一ＬＥＤチップ１の発光光との混ざり合いが良好となるため、結果混色性のよい光源装置を得ることができる。
なお本実施形態及び以下で説明する形態は、第一ＬＥＤと第二ＬＥＤのチップサイズや形状の違いに制限を与えるものではない。例えば第一ＬＥＤに大出力のラージチップ(1mm²クラス)を用い、第二ＬＥＤには装置コンパクト化と光拡散性（開口部内での発光強度均一化）を考慮してスモールチップ(0.3mm²クラス)やミドルサイズチップ(スモールとラージの中間面積)を構成するようにしてもよい。とくに第二ＬＥＤの発光強度均一化を考慮すれば、複数個数の第二ＬＥＤを空間密度高めに実装し、投入電力を抑え気味にして使用することも可能である。

以下、波長変換材料のとる構成において異なる形態を示す。図３では第一ＬＥＤチップ１の表面に透光性バインド樹脂などに蛍光体を混合した材料を蛍光材１１としてチップ上に塗布あるいはコートするなどして配置させた構成である。本構成では封止樹脂内で第一ＬＥＤチップ発光光（青色光）を波長変換し、青色光とその変換光、さらに第二ＬＥＤチップ発光光を混色させる方式のものである。また図４には他の構成例として封止樹脂内に蛍光体１２を混合させた例を示している。本構成で蛍光体は第二ＬＥＤ発光光からみると波長変換機能のない乱反射体であり、封止樹脂内部で第二ＬＥＤチップ発光光の拡散を促進することができ結果混色性のよい発光を得ることができる。

またキャビティ７の形状は図５や図６のように第一ＬＥＤチップ１の設置面と第二ＬＥＤチップ２の設置面の設置高さを変えた形状としてもよい。図５では第二ＬＥＤチップ２の設置面を凹部１３、図６ではその設置面を凸部１４として設置高さを変えた形状とした例である。図５では凹部内で十分第二ＬＥＤチップ２の赤色光が拡散され封止樹脂内を進むことになる。一方、図６においては第一ＬＥＤチップ発光光（青色光）の周辺で樹脂厚みが厚い構成となるため、その領域での光拡散度合いが高く、それに第二ＬＥＤチップ発光光がキャビティ内全域で上乗せされる構成となる。したがってこれらの構成の場合にも混色性が良好な色再現性あるいは演色性の高い発光装置を得ることができる。

さらに図７のように第一ＬＥＤチップ１を第一ＬＥＤ封止樹脂２０で封止しておき、さらに第一ＬＥＤ封止樹脂２０の封止面を境界面として第二ＬＥＤ封止樹脂２１で封止を行うように構成してもよい。ここで例えば第一ＬＥＤ封止樹脂２０の屈折率を第二ＬＥＤ封止樹脂２１のそれ以上とすることで、第一ＬＥＤ封止樹脂２０の境界面で一部全反射が生じることになるため、第一ＬＥＤ封止樹脂内での光拡散が進む効果がある。また第一ＬＥＤチップ１から見てそれ自身を含めた周辺部材の屈折率変化の大→小へと段階的に変換するので、第一ＬＥＤチップ１からの光取り出し量も多く取り出すことができる。さらに図８のように第一ＬＥＤチップ１を第一ＬＥＤ封止樹脂２０で封止後、その上面に第二ＬＥＤチップ２の中間に位置するように透光性材料１６を設置し、第二ＬＥＤチップ２を封止するような構成としてもかまわず、この場合には一度透光性材料１６に入射した光について透光材料界面で一部全反射が発生しやすくなるため、透光性材料１６を介して発光する光の混色性が良好となる。

また図９のように平坦なキャビティにおいて第一ＬＥＤチップ１群の周りを取り囲むように透光性あるいは拡散性の樹脂などでダムを形成し、第二ＬＥＤチップ２をそのダムを利用し液ダレのないように封止し、その後第一ＬＥＤチップ１と第二ＬＥＤチップ２の封止領域全体を封止しても構わない。本構成においては第二ＬＥＤチップ２の封止領域において一度拡散効果を高め、第一ＬＥＤ封止樹脂２０内に拡散光を伝搬させる構成となるため混色性のよい発光を得ることができる。また第二ＬＥＤ封止樹脂２１は、その屈折率が全体封止する封止樹脂のそれより高いものを用いることで、第二ＬＥＤ封止樹脂間で第二ＬＥＤチップ発光光の一部が全反射されるため、結果その樹脂内での光拡散性が高まることになる。結果拡散性の高い第二ＬＥＤチップ発光光と第一ＬＥＤチップ発光光とが空間的に足し合わされることになるため混色性が良好となる。

以上の構成のように第一ＬＥＤチップ１を青色領域に発光波長を有するＬＥＤとし、第二ＬＥＤチップ２を橙色または赤色領域に発光波長を有するＬＥＤとし、第一ＬＥＤチップ１の発光波長によって発光する波長変換材料が少なくとも緑、黄色の発光成分を含む材料であるように構成することで、赤味ある物体の色再現性に優れた混色性のよい白色発光光を実現することが可能である。また第一ＬＥＤチップ１を紫外あるいは近紫外光とし、波長変換材料をそれによって励起する青色、緑色、黄色、赤色などの蛍光体を混ぜた材料とし、さらに目的に応じ、特定の波長域で強い発光強度を実現する第二ＬＥＤチップ２を用いることで、特定の物体色を持つ物体の演色性（色再現性）を向上させる混色性のよい光を作り出すことができる。

さらに、前記第一ＬＥＤチップ１、第二ＬＥＤチップ２と波長変換材料の各々の主波長の色度点を結ぶ直線が作る三角形の領域が、JIS照明光色領域のうちおよそ色温度で5000K以下となる温白色領域または電球色領域を含むように構成する。図２５のように例えば第一ＬＥＤチップ１（青色）、蛍光体（黄緑）、第二ＬＥＤチップ２（赤色）を用いた構成の発光装置では、およそ図中の３点ａｂｃを結ぶ三角形内の色度を作り出すことが可能である。この場合ａとｂを結ぶ２色混合でも電球色や温白色を実現可能（スペクトル的には図２６の赤色領域で境域発光する第二ＬＥＤチップ２の発光波長成分がなく、青色領域と黄色領域の発光成分の比率が異なるもの）であるが、その演色性を考慮するとその5000K以下での色温度領域での標準光源がＡ光源（図２６に3000KのＡ光源のスペクトル例を示す）であるため、ａとｂとを結ぶ混色で得られる分光では標準光とのずれが大きくなる。その２色混合（従来の青色ＬＥＤ＋黄色蛍光体と同等）による白色の演色性はせいぜい平均演色評価数RaがRa≒７０、赤色再現性を示す特殊演色評価数R9がR9≒-10程度である。

そこで第二ＬＥＤチップ発光光（点Ｃ）を加えるように構成することで図２６の混色例に示したような赤みに強度を持つ光色が得られる。この例の白色光は平均演色性がRa≒91、赤色演色性もR9≒97と高くとくに照明用途として良好な特性となる。したがって第二ＬＥＤチップ発光光を用いて図２５中のａｂｃ三点が温白色と電球色領域の少なくとも一部を含むように材料選定することで演色性に優れ、かつ混色性のよい低色温度白色を実現することができる。
なお他のJIS照明領域においてはおよそ5000K以上の色温度の光色となるため、演色性標準光はD65となる。この場合、図２５中の点ａｂを結ぶような従来の青色ＬＥＤ＋黄色蛍光体の２色混合でも、その標準光に対し相対波長強度では比較的近い分光（短、中、長波長領域での強度バランス）を得ることができるので、Ra≒80、R9が正値の比較的照明用途として支障のない演色評価数を有する光色は実現することが可能である。

なおここまでの構成の説明は蛍光材料を第一ＬＥＤの発光波長によって励起発光とするもののみを用いた構成で説明したが、発光装置の内側あるいは前記発光開口部外側近傍に第二ＬＥＤの発光波長によって励起発光するような構成のものを用いてもよい。例えば第二ＬＥＤチップ封止樹脂に混合、第二ＬＥＤチップにコート、さらには第一ＬＥＤチップ励起蛍光体をバインドする蛍光シートに混合させるような方法で構成する。このような構成で第二ＬＥＤ励起発光波長成分として、通常第二ＬＥＤ発光成分より長波長のものが得られるが、その成分を利用した波長成分連続化などによる光質や発光効率の向上、さらに目的とする高演色化を実現することが可能となる。
また封止樹脂内での光拡散性を高める目的でシリカビーズや酸化チタンといった微小の透光性フィラーを混合してもかまわない。混合により装置内での拡散光の割合が増加するため混色効果が得られることと、条件によっては発光効率を高める効果を有する。なお、これら第二ＬＥＤチップ対応の蛍光体や透光性フィラーの適用は本実施形態の範囲に限るものではなく、例えば以下説明する形態において適用することもできる。

実施の形態２．
以下、本発明の他の実施形態を図とともに説明する。図１１（ｂ）は発光装置の側断面図を示すが、装置筐体５と筐体内キャビティ７に第一の発光波長を有する第一ＬＥＤチップ１が実装、封止されている。また、表面カバー６の背面の開口部周辺に第二ＬＥＤチップ２を実装配置し、その発光方向がキャビティ７側を向くように配置している。さらに封止樹脂上部には第一ＬＥＤチップ１の発光波長によって励起発光する蛍光シート４を装着し、さらにその上面を、発光開口部８を設けた表面カバー６で覆っている。この際、第一ＬＥＤチップ１は発光装置の表面カバー６上の発光開口部８からキャビティ７に向けて下ろした垂線が囲むキャビティ領域にのみ実装配置した構成としている。ここでキャビティ７、表面カバー６の構成、表面特性は実施形態１で説明したものと同様の構成としている。本構成の発光装置筐体５の上面外形を四角形として開口部を円形とした場合の構成例を、上面図を図１１（ａ）に示している。この図では第二ＬＥＤチップ２を筐体５の４隅に配置している。他の構成として上面外形として図１２に示すように円形として第二ＬＥＤチップ２を円形開口面に沿って円状に配置することも可能である。

またこのような構成においては蛍光シート４の厚みを第二ＬＥＤ封止樹脂２１の封止高さ程度に構成するようにしてもよい。蛍光シートに含有させるべき蛍光体量は所望の白色色度によりある程度決められるが、シート厚さを厚くすることで単位体積あたりの含有量は少なくなる。したがって第二ＬＥＤ封止樹脂２１の封止高さ程度のシート厚さとすることによって、第二封止樹脂２１から出てキャビティ７と表面カバー６背面で拡散反射を繰り返した光が効率よく蛍光シート４に入射する。さらにその光が蛍光体に当たる確率が低くなるため透光性を著しく低下させずに蛍光シート４を介し、第一ＬＥＤチップ発光光、及び蛍光シート内で波長変換された光との混色が行われ、混色性のよい発光装置を得ることができる。なお本シートの側断面の表面をできるだけ凹凸がないよう形成しておくことで第二ＬＥＤチップ発光光の入光効率はさらに向上する。
また図は省略するが蛍光シート４を薄手の材料とし、その上部に透光性材料を敷設（表面に微細の凹凸を付加してもよい）し、その透光性材料の表面に薄手の拡散シートを配置するような構成でも良好な混色効果を得ることができる。

この際第二ＬＥＤチップ２の封止は図１１、図１２に示したように個々のＬＥＤチップを封止する構成でも構わないが、図１３に示すように開口部に沿った形状で、例えばその断面が半円形状に封止するような構成でもよい。このような構成にすることで第二ＬＥＤチップ発光光が封止樹脂内に広く導光されるため、開口部付近に沿って、かつキャビティ中心方向に向かうおよそ均一な第二ＬＥＤチップ発光光を得ることができ、結果蛍光シート内で良好な混色効果を得ることができる。

また、図１４のように第一ＬＥＤチップ１の上部に蛍光材料を配設する構成、あるいは第一ＬＥＤ封止樹脂２０の内部に蛍光体を混合させるような構成、さらに図１５の構成のように第一ＬＥＤ封止樹脂２０の上部に透光性材料を設置するような構成でも空間的な混色性を改善することができる。また、図１４や図１５における第一ＬＥＤ封止樹脂２０はその形状を表面平坦な構成で示しているが、図１７のように盛上げて構成し、さらに表面カバー６の発光開口部８の全端部と接するような構成としてもよい。このような構成により発光開口部８から直接放射する第二ＬＥＤチップ発光光を無くし、一度第一ＬＥＤ封止樹脂２０中で拡散させ発光させることができるため良好な混色効果を得ることができる。

また、図１８のように、表面カバー６の表面側水平面とキャビティ７の底面との間に生じる空気層領域を透光性樹脂５０で封止あるいは充填するように構成する。図１８では第一ＬＥＤ封止樹脂２０と第二ＬＥＤ封止樹脂２１の中間層を樹脂充填した構成であるが、本構成にすることにより例えば第二ＬＥＤ封止樹脂とキャビティ反射面での多重光反射損失を少なくでき、各封止樹脂界面で生じる全反射比率も抑えることができる。そのため、本発光装置内で屈折率差により生じる光損失量を低減させ、発光効率の高い装置を得ることができる。ここで、透光性樹脂５０の屈折率を第一封止樹脂及び第二封止樹脂の屈折率と近い特性値のものとすれば、樹脂界面での光損失を極めて少なくできる。
さらに本構成のようにすることで、第一ＬＥＤ発光光、第二ＬＥＤ発光光、及び蛍光変換材用１１による蛍光変換光が透光性樹脂内をいたる方向に進む（散乱する）ことになるため、結果、発光装置としての混色性を向上することができる。そのような観点からは透光性樹脂５０は例えば第一ＬＥＤ封止樹脂の上部、かつ第二ＬＥＤ封止樹脂の開口側領域に部分的に充填するような構成としてもよい。

実施の形態３．
図１９（ｂ）は本発明の他の発光装置の側断面図であるが、第一ＬＥＤチップ１をＬＥＤ実装基板３２のほぼ中央に実装配置し、封止側面が基板３２とほぼ垂直な立上りを有するように透光性封止樹脂で封止した第一ＬＥＤ封止体３０と、その第一ＬＥＤ封止体３０側面近傍に実装封止した第二ＬＥＤチップ２と、それを覆い、中央部に光の出口である発光開口部を形成するように先端が前記第一ＬＥＤ封止体へ向けて立設された反射板３５と、さらに前記基板３２と反射板３５で構成されたキャビティの内部あるいは発光開口部外側近傍に第一ＬＥＤチップ１の発光波長によって励起発光する波長変換材料を具備するように構成した。また、反射板３５の発光開口部端部から前記キャビティ側に下ろした垂線が囲んで成る前記キャビティの領域に前記第一ＬＥＤチップのみが実装配置されるように構成した。このような構成にしたことにより第二ＬＥＤチップ発光光のうち一部はそのまま第一ＬＥＤ封止体３０に入射し、また別の一部は反射板３５によって反射され同様に第一ＬＥＤ封止体３０に入射する。そして第一ＬＥＤ封止体３０を構成する第一ＬＥＤ封止樹脂内で第一ＬＥＤ発光光と第二ＬＥＤチップ発光光が良好に混色される効果を有する。
ここでＬＥＤ実装基板はセラミックや金属（アルミ、銅ベース）を基材とした熱伝導性基板で構成する。セラミックの場合はその表面に実装パタンを導電パタンを形成したもの、金属基材のものは表面絶縁加工を施し、実装パタンや導電パタンを形成したものを用いる。また反射板材料には少なくとも内側表面が高反射性の鏡面あるいは拡散性を有するもので構成する。

ここで、第一ＬＥＤ封止体３０の表面を平坦面とし、前記波長変換材料は蛍光体を樹脂バインドなどした蛍光シート４として、第一ＬＥＤ封止体３０表面に配設することで透光性封止樹脂を介して発光する光が第一ＬＥＤ封止樹脂全面の広い蛍光シート領域で波長変換される。波長変換材料は前述した他の形態例と同様に封止樹脂内に混合、あるいはそれを含むバインド材料を第一ＬＥＤチップ１表面に塗布や噴霧して形成するなどしてもよい。
さらに図のように第一ＬＥＤ封止体３０の表面に微細凹凸３３を備えるように構成してもよい。本構成により第一ＬＥＤチップ２の発光光を拡散させる効果、及び、第二ＬＥＤチップ発光光を拡散させつつ第一ＬＥＤ封止体内を伝搬させる効果を有するため、結果混色性が向上する。

図２０（ｂ）は本発明の他の発光装置の側断面図である。基本構成は第一の発光波長を有する第一ＬＥＤチップ１を実装したＬＥＤ実装基板３２と、発光開口部周辺に位置する第一の発光波長とは異なる発光波長を有する第二ＬＥＤチップ２を実装した複数部材あるいは一体化部材からなる表面カバー６と、第二ＬＥＤを覆うように表面カバー端部からＬＥＤ基板へと伸びる反射板３５とからなる。
第一ＬＥＤチップ１をＬＥＤ実装基板３２のほぼ中央に実装し、本基板に対して立ち上がり側面を有するように第一ＬＥＤチップ１を第一ＬＥＤ封止体３０として透光性樹脂で封止する。さらに前記の表面カバー６を、第二ＬＥＤチップ２の放射方向と第一ＬＥＤチップ１の放射方向とが、上下反対方向になるように、第一ＬＥＤ封止体３０のおよそ端部側に位置するように配置した。
ここで反射板３５の先端部と前記ＬＥＤ実装基板３２との間は光漏れが生じないように隙間なく構成する。ここで反射板３５とＬＥＤ実装基板３２の材料は図１８の説明と同様の材料などで構成するが、反射板３５とＬＥＤ実装基板３２とを例えば金属板で一体化し、必要な表面加工を施したような部材で構成しても構わない。
本構成により第一ＬＥＤチップ２の発光光が、第一ＬＥＤ封止体内でその表面の微細凹凸３３形状の光線制御効果を受け拡散伝搬するとともにその表面へ発光し、さらにリフレクタ面反射も利用し第一ＬＥＤ封止樹脂内へ入光した第二ＬＥＤチップ発光光も、同様に第一ＬＥＤ封止体３０内を拡散伝搬しさらにその表面発光する効果を有するため、結果第一ＬＥＤ封止体３０内での２種の光が足しあわされる効果があり混色性が向上する。
なお、図１９、図２０の構成ではおよそ第一ＬＥＤ封止体３０を四角形に形成した場合の例で示したが、例えば図１の構成のような円形、また三角形や多角形の構成にし、その形状に応じ、第二ＬＥＤを配置するような構成で構わない。さらに図１９の構成では反射板上面、図２０では表面カバー６が囲む開口部形状を、それら形状に合わせ円形や多角形になるように構成しても構わず、そのような構成によりニーズに対応した任意開口形状を有する発光装置を実現することができる。

実施の形態４．
以上説明した形態の装置構成において、ＬＥＤ光源は２種類のＬＥＤチップの配置関係をそのまま保つようにし、ＬＥＤパッケージを用いても構成することが可能である。以下に前記第一ＬＥＤチップ１、第二ＬＥＤチップ２の発光体の少なくとも一方をＬＥＤパッケージで構成した例を示す。図２１では第二ＬＥＤチップ２を第二ＬＥＤパッケージ４１としてさらにサイドビュータイプのパッケージを用いた例である。図２１は取り付け面を表面カバー裏側、図２２はキャビティ上としてパッケージ発光方向を蛍光シート４側に向けて装着するように構成した例であり、その場合の発光の向きを図中矢印で示している。サイドビューパッケージはそれから放射される光が効率よく蛍光シート中を伝搬するため、非常に混色性のよい発光装置を得ることが可能である。

また図２３は第一ＬＥＤチップ１も第一ＬＥＤパッケージ４０とし、波長変換材料に蛍光シート４を用いた例、また、図２４は第一ＬＥＤチップ１と波長変換材料を含んだ構成の白色発光パッケージ４２として構成した例であり何れも空間的な混色の効果を得ることができる。ここで、第二の発光波長を発する複数ＬＥＤパッケージ各々の設置間については、光漏れのないように高反射面で塞いだ構成とする。このような構成によりパッケージ間での光漏れがなく、かつその設置間材料を高反射率材料としたことで発光効率のよい発光装置を得ることが可能である。なお、以上の例で示した第二ＬＥＤパッケージ４１、第一ＬＥＤパッケージ４０、白色発光パッケージ４２については既存製品を流用することもできる。

実施の形態５．
また本装置を光源として用い図１０、図１６に示したような発光器具を実現することが可能である。図１０では図１の発光装置２２を用い、図１６では図１２の発光装置２５を用いて発光器具２３を構成している。本発光器具２３において前記発光装置の表面カバー部分を除いた部分を光源要素とし、発光装置上面に位置する図１中表面カバー６の役割をなす器具表面カバー２４を全光源要素共通の部材として予め用意し、組み立てた構成としている。ここで器具表面カバー２４の少なくとも第二ＬＥＤチップ２を覆う領域に相当する部分は、高反射性を有するようにする。また、図１６の構成では第二ＬＥＤチップ２を予め配線処理がなされた表面カバー側に実装しておくことで、それと器具筐体本体とを単に組み合わせるだけで容易に発光器具２３として組み立てを行うことが可能である。この際、本表面カバー２４は熱伝導性の高い材料で構成し、第二ＬＥＤチップ２の発する熱を効率よく外部に放出、あるいは筐体を通して外部に放出可能な構成にすることで発光効率に優れた発光器具２３とすることができる。

また、これまで発光装置外部に光学制御部材を備える構成例を示したが、発光器具の外側に一体型の光学制御部材を設けるような簡単な構成で配光制御を行う構成としても構わない。本光学制御部材は必要な光質に応じて発光装置の配光や分光透過率を制御する光学レンズ、光学フィルム、光学シートなどで構成される。さらに器具筐体を高熱伝導性材料で形成し、背面に放熱フィンなど装着するなどしてＬＥＤ熱の放熱を促進させる構成をとり高効率化や長寿命化を進めることも可能である。

また、以上で説明した本発明の本発光器具や発光装置に、フォトダイオードやカラーセンサなどの光検出部材、またはサーミスタなどの温度検出部材を備え付け、装置または器具の光量、または温度に応じた電気出力を行う外部端子を設ける構成としてもよい。本構成により発光装置や器具の光出力状態や温度状態を検知することができ、目標光出力に到達しているかどうか推定でき、さらには制御演算部などを設けることで光状態を制御することも可能である。

また、本構成のようにして光量や温度の状態監視を可能とした発光装置または発光器具において、それらの状態量に係わる閾値を設定する機能と、その設定閾値と状態量との差分を演算する機能、さらには、その状態量が設定閾値に到達した場合に電力の供給を絶つ機能と、を備えるように構成する。また、以上の構成に加えヒューズや報知用ＬＥＤを具備させることで、例えば、光状態が初期光束の７割や５割になった場合に、装置寿命と推定しヒューズを切断して完全に消灯状態に制御する、あるいは報知用ＬＥＤを点滅点灯させるなどして、使用者に本装置や器具の点検や交換を促すことが可能となる。

この発明は以上説明したように、演色性が良好な低色温度白色発光にも対応可能な、発光部や照射面での色むらが少ない混色性のよい発光装置とそれを用いた発光器具に係わるものであり、屋内外設置を問わず小〜大光束照明用や液晶バックライト用など広い用途に用いることができるものである。

本発明の発光装置の上面図および側断面図である。 本発明の他の構成の発光装置上面図である。 本発明の他の構成の発光装置の側断面図である。 本発明の他の構成の発光装置の側断面図である。 本発明の他の構成の発光装置の側断面図である。 本発明の他の構成の発光装置の側断面図である。 本発明の他の構成の発光装置の側断面図である。 本発明の他の構成の発光装置の側断面図である。 本発明の他の構成の発光装置の側断面図である。 図１の構成の発光装置を用いた発光器具の一構成例である。 本発明の他の構成の発光装置の上面図および側断面図である。 本発明の他の構成の発光装置上面図である。 本発明の他の構成の発光装置上面図である。 本発明の他の構成の発光装置の側断面図である。 本発明の他の構成の発光装置の側断面図である。 図１１の構成の発光装置を用いた発光器具の一構成例である。 本発明の他の構成の発光装置の側断面図である。 本発明の他の構成の発光装置の側断面図である。 本発明の他の構成の発光装置の上面図および側断面図である。 本発明の他の構成の発光装置の上面図および側断面図である。 ＬＥＤパッケージを用いた本発明の一発光装置の側断面図である。 ＬＥＤパッケージを用いた本発明の他の構成の発光装置の側断面図である。 ＬＥＤパッケージを用いた本発明の他の構成の発光装置の側断面図である。 ＬＥＤパッケージを用いた本発明の他の構成の発光装置の側断面図である。 本発明の発光装置における２種類のＬＥＤと蛍光体からなる混色領域例を示した図である。 本発明の発光装置の発光スペクトルの一例である。

符号の説明

１ 第一ＬＥＤチップ、２ 第二ＬＥＤチップ、３ 封止樹脂、４ 蛍光シート、５ 筐体、６ 表面カバー、７ キャビティ、８ 発光開口部、９ 光制御部材、１１ 蛍光材、１２ 蛍光体、１３ 凹部、１４ 凸部、１６ 透光性材料、２０ 第一ＬＥＤ封止樹脂、２１ 第二ＬＥＤ封止樹脂、２２ 図１の発光装置、２３ 発光器具、２４ 器具表面カバー、２５ 図１２の発光装置、３０ 第一ＬＥＤ封止体、３２ ＬＥＤ実装基板、３３ 微細凹凸、３５ 反射板、４０ 第一ＬＥＤパッケージ、４１ 第二ＬＥＤパッケージ、４２ 白色発光パッケージ、５０透光性樹脂。

Claims (38)

1. 内側にキャビティが形成された筐体と、
   前記キャビティのおよそ中央に実装配置される第一の発光波長を発する第一ＬＥＤチップと、
   前記キャビティの周辺部に実装配置され前記第一の発光波長と異なる第二の発光波長を発する第二ＬＥＤチップと、
   前記筐体の上面に配設され、中央に光の出口である発光開口部が形成された表面カバーと、
   前記キャビティの、内側あるいは前記発光開口部外側近傍に設けられ、前記第一ＬＥＤチップの発光波長によって励起発光する波長変換材料と、を具備し、
   前記表面カバーの前記発光開口部端部から前記キャビティ側に下ろした垂線が囲んで成る前記キャビティの領域に前記第一ＬＥＤチップのみが実装配置されることを特徴とする発光装置。
2. 前記第一ＬＥＤチップと前記第二ＬＥＤチップとを同一の透光性樹脂材料で封止したことを特徴とする請求項１記載の発光装置。
3. 前記波長変換材料は、前記第一ＬＥＤチップの発光波長によって励起発光する蛍光体を透光性樹脂にバインドしたシート状材料であり、 少なくとも前記表面カバーの発光開口部全体を覆うように表面カバー裏面側あるいは表面側に配置されたことを特徴とする請求項２記載の発光装置。
4. 前記波長変換材料は、透光性樹脂などの蛍光体バインド材料と蛍光体とを混合した材料であり、前記第一ＬＥＤチップの表面に設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光装置。
5. 前記波長変換材料は、前記封止樹脂の内部に混合させた蛍光体であることを特徴とする請求項２記載の発光装置。
6. 前記第二ＬＥＤチップのみを透光性樹脂材料で構成された封止樹脂で封止し、その後、第一ＬＥＤチップ、及び封止された第二ＬＥＤチップを広く覆うように樹脂封止したことを特徴とする請求項１〜５記載の発光装置。
7. 前記第一ＬＥＤチップの設置面と前記第二ＬＥＤチップの設置面高さが異なることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の発光装置。
8. 内側にキャビティが形成された筐体と、
   前記キャビティのおよそ中央に実装配置された第一の発光波長を発する第一ＬＥＤチップと、
   前記筐体の上面に配設され、中央に光の出口である発光開口部が形成された表面カバーと、
   前記キャビティの、内側あるいは前記発光開口部外側近傍に設けられ、前記第一ＬＥＤチップの発光波長によって励起発光する波長変換材料と、を具備し、
   前記表面カバーの発光開口部端部から前記キャビティ側に下ろした垂線が囲んで成る前記キャビティの領域に前記第一ＬＥＤチップのみが実装配置され、
   さらに表面カバーの背面の前記発光開口部周辺に前記第一の発光波長と異なる第二の発光波長を発する第二のＬＥＤチップを実装配置したことを特徴とする発光装置。
9. 前記第一ＬＥＤチップ及び前記第二ＬＥＤチップを透光性樹脂材料で封止したことを特徴とする請求項８記載の発光装置。
10. 前記波長変換材料は透光性樹脂材料に蛍光体をバインドしたシート状材料であり、少なくとも前記表面カバーの発光開口部全体を覆うように表面カバー裏面側あるいは表面側に配置されたことを特徴とする請求項９記載の発光装置。
11. 前記シート材料は第二ＬＥＤチップ封止樹脂高さ以上の厚みを有するとともに、第一ＬＥＤチップ封止樹脂の上面に、シート側面近傍に第二ＬＥＤチップ封止樹脂体が位置する構成となるよう配置したことを特徴とする請求項１０記載の発光装置。
12. 前記波長変換材料は、透光性樹脂などの蛍光体バインド材料と蛍光体とを混合した材料であり、第一ＬＥＤチップの表面に設けたことを特徴とする請求項８記載の発光装置。
13. 前記波長変換材料は、前記第一ＬＥＤチップを封止する封止樹脂の内部に混合させた蛍光体であることを特徴とする請求項８記載の発光装置。
14. 前記表面カバーの背面の発光開口部付近に実装配置する複数の第二ＬＥＤチップを、発光開口部形状に沿うよう連続的に透光性樹脂で封止したことを特徴とする請求項８〜１３のいずれかに記載の発光装置。
15. 前記第一ＬＥＤチップを封止する封止樹脂を発光開口部外部に向けて凸となるよう形成し、かつ、その凸部側面が発光開口部全端部とおよそ接するように構成したことを特徴とする請求項８〜１４のいずれかに記載の発光装置。
16. 表面カバーの表面側水平面とキャビティ底面との間に生じる空気層のうち、一部領域または全領域を透光性樹脂で封止あるいは充填したことを特徴とする請求項８〜１５記載の発光装置。
17. ＬＥＤ実装基板と、
    この基板のほぼ中央に実装配置された第一の発光波長を発する第一ＬＥＤチップと、
    前記基板に対して立ち上がり側面を有する、前記第一ＬＥＤチップを透光性樹脂で封止する第一ＬＥＤ封止体と、
    この第一ＬＥＤ封止体の側面近傍に実装され、透光性樹脂で封止され、前記第一の発光波長と異なる第二の発光波長を発する第二ＬＥＤチップと、
    この封止された第二ＬＥＤチップを覆い、中央部に光の出口である発光開口部を形成するように先端が前記第一ＬＥＤ封止体へ向けて立設された反射板とからなる発光装置において、
    本発光装置の内側あるいは前記発光開口部外側近傍に設けられる、前記第一ＬＥＤチップの発光波長によって励起発光する波長変換材料を具備し、
    前記反射板の発光開口部端部から前記ＬＥＤ実装基板側に下ろした垂線が囲んで成る前記ＬＥＤ実装基板の領域に、前記第一ＬＥＤチップのみが実装配置されることを特徴とする発光装置。
18. ＬＥＤ実装基板と、
    この基板のほぼ中央に実装配置された第一の発光波長を発する第一ＬＥＤチップと、
    前記基板に対して立ち上がり側面を有する、前記第一ＬＥＤチップを透光性樹脂で封止する第一ＬＥＤ封止体と、
    発光開口部を形成するように第一封止体直上に形成され、背面に前記第一の発光波長と異なる第二の発光波長を発する第二ＬＥＤチップを実装し透光性樹脂で封止された、一体、または複数部材からなる表面カバーと、
    前記表面カバーの第二ＬＥＤチップを覆う反射板とからなり、
    前期反射板の先端部と前記ＬＥＤ基板との間に隙間が生じないように構成したことを特徴とする発光装置。
19. 前記第一ＬＥＤ封止体は、前記第一ＬＥＤチップと対向する平坦面を有し、
    前記波長変換材料は透光性樹脂などで蛍光体をバインドした蛍光シートで構成され、前記第一ＬＥＤ封止体の平坦面に配設されることを特徴とする請求項１７または請求項１８に記載の発光装置。
20. 前記第一ＬＥＤ封止体は、前記平坦面の背面に微細凹凸を備えたことを特徴とする請求項１９記載の発光装置。
21. 前記第一ＬＥＤチップ、前記第二ＬＥＤチップの発光体の少なくとも一方を、予めＬＥＤチップをパッケージ化したＬＥＤパッケージで構成したことを特徴とする請求項１〜２０のいずれかに記載の発光装置。
22. 前記第一ＬＥＤチップとその発光波長によって励起発光する波長変換材料とを白色ＬＥＤパッケージとして構成したことを特徴とする請求項１〜２１のいずれかに記載の発光装置。
23. 前記第二ＬＥＤチップをサイドビュータイプのＬＥＤパッケージとし、かつ発光方向を第一ＬＥＤ方向としたことを特徴とする請求項請求項２１または２２に記載の発光装置。
24. 第二の発光波長を発する複数ＬＥＤパッケージ各々の設置間を高反射面で塞いだことを特徴とする請求項２１〜２３のいずれかに記載の発光装置。
25. 前記第一ＬＥＤチップが青味を含む光色を呈するチップ、第二ＬＥＤチップが赤味を含む光色を呈するチップであり、前記第一ＬＥＤチップの発光波長によって励起発光する波長変換材料が少なくとも緑、または黄色の発光成分を含む材料であることを特徴とする請求項１〜２４のいずれかに記載の発光装置。
26. 前記発光装置の内側あるいは前記発光開口部外側近傍に第二ＬＥＤチップに励起発光する波長変換材料を有することを特徴とする請求項１〜２５記載の発光装置。
27. 前記発光装置のＬＥＤチップを封止する透光性樹脂材料中に透光性フィラーを混合したことを特徴とする請求項１〜２６記載の発光装置。
28. 装置内側の側表面を高反射材料で構成したことを特徴とする請求項１〜２７のいずれかに記載の発光装置。
29. 発光装置筐体の少なくとも背面の一部をセラミックまたは金属性材料などの高熱伝導性材料で構成したことを特徴とする請求項１〜１８のいずれかに記載の発光装置。
30. 前記第一ＬＥＤチップ、第二ＬＥＤチップ、及び波長変換材料のそれぞれの主波長の色度点を直線で結ぶ三角形の領域が、JIS照明光色領域のうち温白色領域、あるいは電球色領域を含むように構成した請求項１〜２９のいずれかに記載の発光装置。
31. 前記表面カバーの基材をセラミックまたは金属性材料などの高熱伝導性材料で構成したことを特徴とする請求項１〜３０のいずれかに記載の発光装置。
32. 請求項１〜３１のいずれかに記載の発光装置を複数備えたことを特徴とする発光器具。
33. 前記発光器具の表面カバーが一体材料で構成されたことを特徴とする請求項３２記載の発光器具。
34. 外部の光制御部材を一体構成したことを特徴とする請求項３２記載の発光器具。
35. 前記光制御部材は、前記発光装置の配光や分光透過率を制御する光学レンズ、光学フィルム、光学シートのいずれかであることを特徴とする請求項３４記載の発光器具。
36. フォトダイオードなどの光検出部材と、
    この光検出部材によって検出された前記発光装置の光量に応じた電気出力を行う手段と、を備えたことを特徴とする請求項３２記載の発光器具。
37. 閾値を格納した記憶手段と、
    前記光検出部材によって検出された光量が前記記憶手段に記憶された閾値に到達した場合に電力の供給を停止する手段と、を備えたことを特徴とする請求項３６記載の発光器具。
38. サーミスタなどの温度検出部材と、
    この温度検出部材によって検出された温度に応じた電気出力を行う手段と、を備えたことを特徴とする請求項３２記載の発光器具。

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