JP2011054756A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】色むらを改善できる発光装置を提供すること。
【解決手段】発光装置１は、発光素子２と波長変換層３とを有する発光部１０と、発光部１０から光取出し側の方向に位置するレンズ３０とを備える。レンズ３０は、その外面に複数の面を有する多面体形状に構成されてなり、光取出し側の垂直方向から鋭角の方向の第１の側面部１０１，１０５（５１）において、発光素子２の側面に対向する位置に第１の面を有すると共に、隣り合った２つの第１の面の間それぞれに第１の面と同様な形状の第２の面を有し、また、光取出し側の方向から直角の方向の第２の側面部１１１，１１５（５２）において、発光素子２の側面に対向する位置に第３の面を有すると共に、隣り合った２つの第３の面の間それぞれに第３の面と同様な形状の第４の面を有し、さらに、発光素子２の上面に対応した天面として、第１の面と第２の面とに囲まれた面１０９を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光装置に係り、特に、照明用の発光装置に関する。

半導体発光装置の分野において、LED（Light Emitting Diode）と蛍光体の組み合わせによる白色LEDは、従来の光源に変わる照明光源として実用化が進みつつあり、さらなる発展が期待されている。

例えば、特許文献１に記載の発光装置は、発光素子が波長変換層で封止され、さらにその上からエポキシ樹脂による樹脂パッケージにより封止されている。波長変換層には、発光素子の青色発光を白色に変換するための蛍光物質が混入されている。この発光装置は、発光素子の表面の全体を、同じ厚さの波長変換層で封止したことで、青色から白色への変換を発光素子の表面の全体において均一にする。これにより、発光素子の光を効率よく取り出すことができる。

また、このように発光素子の表面全体をある程度の厚さの波長変換層で封止するときに、樹脂からなる波長変換部の形状を変えると、LED光源から放射される光束が大きく変化することが知られている（特許文献２参照）。特許文献２に記載の青色発光のLED光源は、青色を黄色に変換する波長変換層でLED素子を覆い、この波長変換層に凹状曲面部を設けたことで、LED素子および蛍光物質からの光の取出し効率を改善した。

LEDによる発光と蛍光体の励起光の混色による白色LEDでは、各色の光がそれぞれ持つ配向強度特性の違いにより観察方向によって各色の成分比が異なる場合がある。このことに起因して観察する角度により色調が変化するという問題がある。このような白色LEDを照明用の光源として用いると照射パターン内に色むらを生じさせることがあり好ましくない。

一方、この問題に鑑み、既に種々の研究がなされているが、代表的なものとしてLEDチップを覆う蛍光体層の厚みを均一化する所謂コンフォーマルコート等が挙げられる。この場合、リードフレームに設けたカップ形状の中にLEDを配置して蛍光体入りの樹脂で充填するような方式と比べれば、LED光が蛍光体層の中を通過する際の距離が均一化され、色むらの改善がなされると考えられている。

しかし、さらに研究が進展した結果、コンフォーマルコートは、LEDチップから蛍光体層に入射する角度により蛍光体層中のLED光の通過距離が異なってしまうという課題を持つことが分かってきた。さらには、この色むらの問題に関して、次のような現象も確認された。すなわち、蛍光体を透過した後のLED光は蛍光体層を透過する際の吸収および散乱が少ない垂直方向がもっとも強くなる配光強度分布となるのに対し、蛍光体での励起光は、もとより無指向な発光であるため配光強度分布も無指向となる。そのため、例えば青色LEDとYAG（Yttrium Aluminum Garnet）蛍光体による白色LEDでは、これらの光の混合による白色光は、発光部の外周平面の法線上が最も青く、斜め方向が黄色くなるという本質的な配光色むらが存在する。

従来、このような色むらを改善する発光装置が知られている（特許文献３参照）。特許文献３に記載の発光装置は、発光素子の表面全体をある程度の厚さの波長変換層で封止するときに、波長変換層が発光素子の上面から側面にかけて封止する外周端部では、他の部位に比べて青色光が蛍光体層を通過する距離が大きいために、斜め方向に黄色光が強くなるという問題を解決するものである。このため、特許文献３に記載の発光装置は、波長変換層により変換されて斜め上方向に出射する黄色光が強くなることを防止するために、波長変換層の外周端部に段差部を備えた。これにより、波長変換層の外周端部から斜め上方向に出射した黄色光に対しては他の方向よりも強くなることを防止し、変換された黄色光を均一化するので、発光色の色むらを低減することができる。

特開２００１−２９８２１６号公報 特開２００５−１２３５８８号公報 特開２００７−０４２７４９号公報

しかしながら、特許文献３に記載の発光装置では、発光素子の上面や側面から斜め方向に出た黄色光の強度に変化はなく、斜め方向に黄色光が強いことに変わりがない。

また、例えば、発光素子として、ある程度の高さがあるLEDチップを用い、そのLEDチップの外周全面を、波長変換層で均一にコーティングする場合には、より複雑な配向色むらを有することになる。この場合には、LEDチップの上面および側面のそれぞれの斜め方向が重なり合う方向への光線が最も黄色く、各平面の法線上は青くなる。そのため、発光部を中心とする半球状の発光装置を想定した場合、緯度方向および経度方向の角度変化に対し、青色成分と黄色成分が交互に強まる複雑な配向色むらを有するという問題がある。

本発明は、前記した問題に鑑み創案されたものであり、色むらを改善できる発光装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の第１の観点に係る発光装置は、第１波長の光を出射する発光素子と、前記発光素子の表面を覆い前記第１波長の光を第２波長の光に変換する蛍光物質を含有する波長変換層とを有して基板上に実装される光源と、前記光源から前記基板とは反対の方向である光取出し側の方向に位置する透光性部材とを有する発光装置であって、前記透光性部材が、外面または内面に複数の面が形成されてなり、前記透光性部材の外面または内面が、前記光取出し側の垂直方向から水平方向に向かって第１の鋭角だけ傾いた方向に第１の側面部を有し、前記第１の側面部において、前記発光素子の上面の辺に対向する位置に第１の面を有すると共に、隣り合った２つの前記第１の面の間それぞれに前記第１の面と同様な形状の第２の面を有することを特徴とする。

かかる構成によれば、発光装置は、発光素子の上面の辺に対向して斜め上方に第１の面を有するので、発光素子からこの第１の面に入射する光を拡散または集光する。また、発光装置は、隣り合った第１の面の間に配置された第２の面に入射する光を拡散または集光する。これにより、第１の面に入射する光も第２の面に入射する光も入射角度の位置においてそれぞれの強度が低減される。また、隣り合う第１の面と第２の面をそれぞれ通過した異なる色度の成分を混色し全体として色むらを低減することができる。ここで、発光素子は、上面の大きさに比して厚さが充分に薄いシート状の構造であってもよい。

また、前記課題を解決するために、本発明の第２の観点に係る発光装置は、第１波長の光を出射する発光素子と、前記発光素子の表面を覆い前記第１波長の光を第２波長の光に変換する蛍光物質を含有する波長変換層とを有して基板上に実装される光源と、前記光源から前記基板とは反対の方向である光取出し側の方向に位置する透光性部材とを有する発光装置であって、前記透光性部材が、外面または内面に複数の面が形成されてなり、前記透光性部材の外面または内面が、前記光取出し側の垂直方向から水平方向に向かって第１の鋭角だけ傾いた方向に第１の側面部を有し、前記第１の側面部において、前記発光素子の側面に対向する位置に第１の面を有すると共に、隣り合った２つの前記第１の面の間それぞれに前記第１の面と同様な形状の第２の面を有することを特徴とする。

かかる構成によれば、発光装置は、発光素子の側面に対応して斜め上方に第１の面を有するので、発光素子からこの第１の面に入射する光を拡散または集光する。また、発光装置は、隣り合った第１の面の間に配置された第２の面に入射する光を拡散または集光する。これにより、第１の面に入射する光も第２の面に入射する光も入射角度の位置においてそれぞれの強度が低減される。また、隣り合う第１の面と第２の面をそれぞれ通過した異なる色度の成分を混色し全体として色むらを低減することができる。

また、前記課題を解決するために、本発明の第３の観点に係る発光装置は、第１波長の光を出射する発光素子と、前記発光素子の表面を覆い前記第１波長の光を第２波長の光に変換する蛍光物質を含有する波長変換層とを有して基板上に実装される光源と、前記光源から前記基板とは反対の方向である光取出し側の方向に位置する透光性部材とを有する発光装置であって、前記透光性部材が、円錐台の形状であり、前記円錐台は、上面が前記発光部に向けて内側に凹形状に窪んだ曲面であり、側面部が当該円錐台の中心軸方向に向けて内側に凹形状に窪むように形成されていることを特徴とする。

かかる構成によれば、発光装置は、円錐台の形状の透光性部材を備え、円錐台の上面が凹形状であるので、発光素子から透光性部材に入射して円錐台の上面を通過する光は拡散する。また、この円錐台の側面部が上下方向において内側に湾曲しているので、発光素子から透光性部材に入射して円錐台の側面を通過する光は拡散する。これにより、円錐台の上面および側面をそれぞれ通過した異なる色度の成分を混色し全体として色むらを低減することができる。また、この円錐台形状の透光性部材は、発光装置の発光素子の高さ方向の厚さが極めて薄く表面から斜め方向に出射する色むらの原因となる光の成分の出射角度が大きくなって出射方向が水平方向に近い場合に効果的に色むらを改善することができる。

また、本発明の第２の観点に係る発光装置は、前記透光性部材の外面または内面が、前記光取出し側の垂直方向から水平方向に向かって第１の鋭角よりも大きな角度だけ傾いた方向に第２の側面部を前記第１の側面部から連続して有し、前記第２の側面部において、前記発光素子の側面に対向する位置に第３の面を有すると共に、隣り合った２つの前記第３の面の間それぞれに前記第３の面と同様な形状の第４の面を有することが好ましい。

かかる構成によれば、発光装置は、発光素子の側面に対向して、第１の側面部から連続した第２の側面部を有し、この第２の側面部に第３の面を有するので、発光素子からこの第３の面に入射する光を拡散または集光する。また、発光装置は、隣り合った第３の面の間に配置された第４の面に入射する光を拡散または集光する。これにより、第３の面に入射する光も第４の面に入射する光も入射角度の位置においてそれぞれの強度が低減される。また、隣り合う第１の面と第２の面をそれぞれ通過した異なる色度の成分を混色し全体として色むらを低減することができる。

また、本発明に係る発光装置は、本発明の第１の観点に係る発光装置、本発明の第２の観点に係る発光装置、前記透光性部材の外面または内面に前記第３の面および前記第４の面を有する構成のいずれか１つにおいて、前記透光性部材の外面または内面が、前記発光素子の上面に対向した面として、前記第１の面と前記第２の面とに囲まれた第５の面を有することが好ましい。

かかる構成によれば、発光装置は、透光性部材の外面または内面において隣り合う第１の面と第５の面をそれぞれ通過した異なる色度の成分を混色し全体として色むらを低減することができる。また、同様に、隣り合う第２の面と第５の面をそれぞれ通過した異なる色度の成分を混色し全体として色むらを低減することができる。

また、本発明に係る発光装置は、本発明の第１の観点に係る発光装置、本発明の第２の観点に係る発光装置、前記透光性部材の外面または内面に前記第３の面および前記第４の面を有する構成のいずれか１つにおいて、前記透光性部材が、前記発光素子の上面に対向した面として、前記第１の面と前記第２の面とが上部で連続するように形成されていることが好ましい。

かかる構成によれば、発光装置は、透光性部材の外面または内面において、第１の面と第２の面とが上部で連続しているので、第１の面と第２の面とが、発光素子の側面だけではなく、発光素子の上面にも対向する。そのため、側面部で隣り合う第１の面と第２の面とがそれぞれ通過した異なる色度の成分を混色するだけではなく、上部で隣り合う第１の面と第２の面とをそれぞれ通過した異なる色度の成分も混色することができる。したがって、全体として色むらをさらに低減することができる。

また、本発明に係る発光装置は、透光性部材の外面または内面にて発光素子の上面に対向した面を備える構成において、前記透光性部材の外面または内面を形成する各面が、レンズ面であることが好ましい。

かかる構成によれば、発光装置は、透光性部材の各面がレンズとして機能するので、レンズを所望の形状に構成することで、発光素子から透光性部材の各レンズ面に入射する光を効果的に拡散または集光することができる。

また、本発明に係る発光装置は、透光性部材の外面または内面にて発光素子の上面に対向した面を備える構成において、前記透光性部材の外面または内面を形成する各面のうちの少なくとも１つが、前記発光部に向けて内側に凹形状に窪んだ曲面であることが好ましい。

かかる構成によれば、発光装置は、透光性部材の外面または内面を構成する各面の少なくとも１つに凹形状に窪んだ曲面を含む。発光部に向けて内側に窪んだ凹形状の曲面に対して内側から入射する光は、凹形状の曲面を透過して拡散し、隣り合う面から出射する異なる色度の成分を混色し全体として色むらを低減することができる。

また、本発明に係る発光装置は、透光性部材の外面または内面にて発光素子の上面に対向した面を備える構成において、前記透光性部材の外面または内面を形成する各面のうちの少なくとも１つが、前記発光部から光を取り出す外側に向けて凸形状に膨らんだ曲面であることが好ましい。

かかる構成によれば、発光装置は、透光性部材の外面または内面を構成する各面の少なくとも１つに凸形状に膨らんだ曲面を含む。外側に膨らんだ凸形状の曲面に対して内側から入射する光は集光した後で拡散し、隣り合う面から出射する異なる色度の成分を混色し全体として色むらを低減することができる。

また、本発明に係る発光装置は、前記透光性部材の外面または内面を構成する面に凹形状に窪んだ曲面を含む構成において、前記透光性部材の外面または内面を形成する各面の境界部の少なくとも１つにおいて、当該境界部の辺または頂点が、前記発光部から光を取り出す外側に向けて膨らんだ凸形状に面取りされていることが好ましい。

かかる構成によれば、発光装置は、透光性部材の外面または内面を構成する面において、凹形状に窪んだ曲面と隣の面との境界部の少なくとも１つが凸形状に面取りされて丸くなって集光作用を持つ。特に、窪んだ曲面同士の境界部であれば、丸くなっていなくても実質的に凸部として機能するが、このように丸めることで、意図的に集光効果を高め、有効に光を混色させることができる。

また、本発明に係る発光装置は、前記透光性部材の外面または内面を構成する面に凸形状に膨らんだ曲面を含む構成であって、前記透光性部材の外面または内面を形成する各面の境界部の少なくとも１つにおいて、当該境界部の辺または頂点が、前記発光部に向けて内側に窪んだ凹形状に面取りされていることが好ましい。

かかる構成によれば、発光装置は、透光性部材の外面または内面を構成する面において、凸形状に膨らんだ曲面と隣の面との境界部の少なくとも１つが凹形状に面取りされて丸くなって拡散作用を持つ。特に、膨らんだ曲面同士の境界部であれば、丸くなっていなくても実質的に凹部として機能するが、このように丸めることで、意図的に拡散効果を高め、有効に光を混色させることができる。

また、本発明に係る発光装置は、前記透光性部材の外面または内面を構成する各面の境界部の辺または頂点が凹形状に面取りされている境界部を含む構成において、前記透光性部材の外面または内面を形成する各面の少なくとも１つが、前記発光部から光を取り出す外側に向けて膨らんだ凸形状であって前記発光部にその中心を有する半球面であることが好ましい。

かかる構成によれば、発光装置は、透光性部材の外面または内面を構成する面において、凸形状に膨らんだ曲面として、発光部にその中心を有する半球面の一部から構成されている曲面を少なくとも１つ備える。例えば、透光性部材の外面を構成する各面のうち、平均色度の光が入射する面については、その部位は発光部を中心とする半球面の一部で構成することで、集光および拡散のいずれの効果もなるべく持たせない面とすることができ、透光性部材の外面を構成する各面全体としての色度の平均化を容易にすることができる。

本発明によれば、光源を覆う透光性部材の外面または内面を複数の面で構成したので、光源から異なる方向にそれぞれ出射する光が、透光性部材の外面または内面を構成する各面のうち隣り合う面をそれぞれ通過し、それぞれの異なる色度の成分が混色する。そのため、発光装置は、透光性部材の外面または内面を通過した光において全体として色むらを低減することができる。

本発明の第１実施形態に係る発光装置を示す側断面図である。 本発明の第１実施形態に係る発光装置を示す底面図である。 本発明の第１実施形態に係る発光装置のレンズを示す斜視図である。 本発明の第１実施形態の第１変形例に係る発光装置のレンズを示す斜視図である。 本発明の第１実施形態の第２変形例に係る発光装置を示す側断面図である。 本発明の第１実施形態の第３変形例に係る発光装置を示す側断面図である。 本発明の第１実施形態に係る発光装置の発光部の説明図であって、（ａ）は波長変換層の色変換特性、（ｂ）は発光部が出射する光の鉛直面内の色分布、（ｃ）は発光部が出射する光の水平面内の色分布を示している。 本発明の第１実施形態に係る発光装置の発光部とレンズの各面との対応関係を示す説明図である。 本発明の第１実施形態の変形例に係る発光装置を示す側断面図である。 本発明の１実施形態の変形例に係る発光装置を示す上面図である。 パッケージアッセンブリの一例を示す斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る発光装置を示す側断面図である。 本発明の第２実施形態に係る発光装置を示す底面図である。 本発明の第２実施形態に係る発光装置のレンズを示す斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る発光装置を示す上面図である。 本発明の他の実施形態に係る発光装置のレンズを示す図であって、（ａ）は、円柱状の発光素子に対応したレンズ、（ｂ）は円錐台の形状のレンズをそれぞれ示している。 本発明の第１実施形態に係る発光装置と従来の発光装置との配向色度特性（緯度方向）を示すグラフである。 本発明の第１実施形態に係る発光装置と従来の発光装置との配向色度特性（経度方向）を示すグラフである。 従来の発光装置を示す側断面図である。 従来の発光装置を示す底面図である。

以下、図面を参照して本発明の発光装置を実施するための形態について詳細に説明する。なお、図面に示した構成要素等の厚みや長さは、配置を明確に説明するために誇張して示してあるので、これに限定されるものではない。

（第１実施形態）
［発光装置の構成の概要］
本発明の第１実施形態に係る発光装置１は、LEDパッケージであるものとして説明する。図１および図２に示すように、本発明の第１実施形態に係る発光装置１は、発光部（光源）１０と、基板（パッケージ基板）２０と、レンズ（透光性部材）３０とを備える。図１は、発光部１０の側面に対して平行に、かつ、発光部１０の中心を通るように発光装置１を切ったときの水平方向から見た発光装置１を示す。つまり、図１は、図２において発光装置１を上下に２つに切ったときの一方を切り口側から見た発光装置１の側断面を示している。

パッケージ基板２０は、例えば窒化アルミニウムセラミックス等の一般的な基板材料から構成され、上面が平坦に形成されている。このパッケージ基板２０上に、例えばLEDチップ等の発光素子が実装され、その表面が蛍光体層（波長変換層）で覆われることで、発光部１０が形成される。ここでは、発光部１０は、図８に示すように、発光素子２と、その上面および側面を覆う波長変換層３とを含むこととした。

発光素子２は、第１波長の光として例えば青色光を出射するものである。ここでは、発光素子２は、例えば青色LEDとYAG蛍光体からなる白色LEDで構成した。発光素子２は、例えば、直方体の形状に構成されている。この直方体は、図１および図２に示すように、例えば上面及び底面の形状が正方形、高さが上面の一辺の長さの半分になるように形成されている。波長変換層３は、第１波長の光（青色光）を第２波長の光（例えば黄色光）に変換する蛍光物質を含有している。波長変換層３は、図８に示すように、例えば発光素子２の上面および側面に対して均一な厚さで形成されている。したがって、第１実施形態の発光装置１では、発光部１０は、上面及び底面の形状が正方形の直方体の形状で形成されている。

レンズ３０は、発光部１０からパッケージ基板２０とは反対の方向である光取出し側の方向に位置する。レンズ３０は、図１および図２に示すように、パッケージ基板２０よりも大きな径を有しており、レンズ３０の一部がパッケージ基板２０の外部まで延伸している。また、レンズ３０の底面は、平滑面として構成されている。このように構成したことにより、光取り出し効率を高めることができる。レンズ３０は、図３に示すように、第１の側面部５１と、第２の側面部５２と、天面（面１０９）と、底面部とを備える。

レンズ３０は、光学ガラス、ポリマー材料等の透明な材料にて形成された後、発光部１０およびパッケージ基板２０の上に搭載されている。なお、レンズ３０は、熱硬化性樹脂材料を用いてLEDチップの封止体として形成してもよい。この場合には、LEDチップの封止体の外形を図１および図２に示す形状に構成する。また、レンズ３０の材料に、波長分散の大きい材料を用いて、屈折作用に波長依存性をもたせてもよい。

レンズ３０は、図１に示すように側断面視で略６角形の形状に構成され、図２に示すように平面視で略８角形の形状に構成されている。レンズ３０は、発光部１０に向けて内側に凹形状に窪んだ複数の曲面で形成された多面体である。このレンズ３０は、図４に示すレンズ３０Ａを構成する多面体の各辺および各頂点を面取りして丸めた形状に構成されている。そのため、図３に示すレンズ３０と図４に示すレンズ３０Ａにおいて、多面体の各面を同じ符号で示した。レンズ３０のすべての面の位置関係についての詳細な説明は、レンズ３０Ａの上面図（図１０参照）を用いて後記する。

以下では、まず、レンズ３０の複数の面のうちの一部の面の位置関係について図１〜図３を参照して説明する。例えば、図１に符号１０１，１０５，１０９，１１１，１１５で示す面は、レンズ３０の曲面の一部である。本実施形態の発光装置１において、発光部１０の上面の辺または発光部１０の側面と、レンズ３０の外壁（外面）を構成するこれらの各面とが、図２の平面視で径方向に一致している場合も、「対向」しているものとする。例えば、発光部１０の中心を原点として極座標系において、発光部１０の所定の側面が配置された経度と、レンズ３０の外壁（外面）を構成する所定の面が配置された経度とが同じである場合に、それら所定の面同士が「対向」しているという。そのため、例えば、発光部１０の中心を原点として極座標系において、発光部１０の所定の側面が配置された緯度と、レンズ３０の外壁（外面）を構成する所定の面が配置された緯度とが異なっていたとしてもそれらの経度が同じである場合には、それら所定の面同士が「対向」しているという。なお、発光部１０の所定の側面が配置された緯度と、レンズ３０の外壁（外面）を構成する所定の面が配置された緯度とが同じ場合に「対向」していることは勿論である。

具体的には、図１において、レンズ３０の各面の位置は、次の関係を満たすように配置されている。面１０９は発光部１０の上面に対向している。また、発光部１０から光取出し側の垂直方向から例えば右に４５°傾いた方向に、発光部１０の上面の右の辺または発光部１０の右側面に対向して、面１０１が配設されている。また、発光部１０から光取出し側の垂直方向から例えば左に４５°傾いた方向に、発光部１０の上面の左の辺または発光部１０の左側面に対向して、面１０５が配設されている。また、発光部１０から光取出し側の垂直方向から例えば右に９０°傾いた方向に、発光部１０の上面の右の辺または発光部１０の右側面に対向して、面１１１が配設されている。さらに、発光部１０から光取出し側の垂直方向から例えば左に９０°傾いた方向に、発光部１０の上面の左の辺または発光部１０の左側面に対向して、面１１５が配設されている。

図３に示す第１の側面部５１において、面１０５と面１０１との間には、面１０６，１０７，１０８がこの順番に配置されている。このうち、面１０７は、図１においては、発光部１０の上面の紙面手前の辺または発光部１０の紙面手前の側面に対向して配設されている。また、図３に示す第２の側面部５２において、面１１５と面１１１との間には、面１１６，１１７，１１８がこの順番に配置されている。このうち、面１１７は、図１においては、発光部１０の上面の紙面手前の辺または発光部１０の紙面手前の側面に対向して配設されている。

図１に示す発光装置１の構造は、例えば、レンズ３０をLEDチップの封止体として形成する場合に適した形状に相当する一例であり、例えば、図５に示す発光装置１ａのように変形することができる。図５に示す発光装置１ａは、例えば、別途作製したレンズ３０ａを発光部１０に搭載する場合に適した形状に相当する一例である。レンズ３０ａの形状は、図３に示すレンズ３０の内部を底面側から半球面状にくりぬいた形状である。レンズ３０ａは、半球面状の凹部の中心を発光部１０に位置合わせして搭載される。

さらに、別途作製したレンズ３０ｂを発光部１０に搭載する場合に適した形状に相当する一例を図６に示す。レンズ３０ｂの形状は、図５に示すレンズ３０ａの外面（外壁）と内面（内壁）とを入れ替えた形状である。つまり、レンズ３０ｂの外面（外壁）の形状は、半球面の形状であり、レンズ３０ｂの内面（内壁）の形状は半球面の形状であり、レンズ３０ｂの外面（外壁）の形状は、側断面視で略６角形、かつ、平面視で略８角形の形状である。

本実施形態の発光装置１において、レンズ３０が備える第１の側面部５１と、第２の側面部５２と、天面（面１０９）とは、図１、図３および図５に示すようにレンズ３０の外面（外壁）を構成する面であってもよいし、図６に示すようにレンズ３０の内面（内壁）を構成する面であってもよい。例えば、発光装置の種類や製造方法等に応じて適宜変更することができる。以下では、発光装置１は、図１に示すLEDパッケージであるものとして説明する。また、レンズ３０は、図３に立体的に示す形状であるものとして説明する。

［発光装置の色むら低減原理］
次に、発光装置１が色むらを改善する原理について説明する。まず、比較のため、図１９および図２０を参照して、従来の発光装置９０１について説明する。
発光装置９０１は、発光部９１０と、パッケージ基板９２０と、レンズ９３０とを備える。発光部９１０およびパッケージ基板９２０は、図１に示した発光部１０およびパッケージ基板２０と同様なものである。レンズ９３０は、図１９および図２０に示すように半球状に形成されている点がレンズ３０とは異なっている。

図７（ａ）に、一例として球状の波長変換層３ａを示す。図７において青色光を実線の矢印、黄色光を破線の矢印で示す。図７（ａ）に符号７１で示すように、青色光が波長変換層３ａに入射すると、その青色光は、符号７２で示す方向から出射し、波長変換により黄色光は、符号７３で示す方向から出射する。

図７（ｂ）に側断面視で示し、図７（ｃ）に平面視で示す発光部１０は、例えば青色LEDとYAG蛍光体からなる白色LEDにおいて直方体のLEDチップ（発光素子２）の表面に、均一な蛍光体層（波長変換層３）を設けて形成されたものである。図７（ｂ）および図７（ｃ）にて符号７４，７５，７７で示すように、発光部１０である直方体の各面の法線方向には青色成分を多く含む光が出射する。また、符号７６，７８で示すように、発光部１０である直方体の各面の斜め方向には黄色成分を多く含む光が出射する。

直方体を基本とするLEDダイスにおいては、青色成分の強い方向は、チップ正面と各側面とを合わせた５面のそれぞれの法線方向である。また、それらの複数面を斜めから観察する方向となる辺や頂点の方向では、黄色い成分の強い光が観察される。そのため、ある断面について角度を変えながら光の色を観察すると、「青色→黄色→青色→黄色→…」と交互に光の色が変化することが分かる。

このような場合に、図８に示すように、発光部１０から所定の距離を隔てて発光部１０の周囲に、複数の拡散レンズ面８１，８２，８３，８４，８５を設けると、各拡散レンズ面８１，８２，８３，８４，８５を通過した光は拡散する。図８に示す拡散レンズ面８１は、図７（ｂ）に符号７４で示す上向きの青色光を拡散する。また、図８に示す拡散レンズ面８２，８３は、図７（ｂ）に符号７５で示す左右向きの青色光を拡散する。なお、左右向きの青色光は上向きの青色光よりも若干弱くなっている。また、図８に示す拡散レンズ面８４，８５は、図７（ｂ）に符号７６で示す斜め方向の黄色光を拡散する。

このとき、隣り合った拡散レンズ面を通過したそれぞれの光が混り合う。例えば、図８に示す拡散レンズ面８１を通過した青色光と、拡散レンズ面８４を通過した黄色光とが混色すると、拡散レンズ面８１を通過した光の成分は青色成分側から黄色成分側にシフトする。このような青色光に対応した拡散レンズ面８１〜８３が無ければ、面の法線方向から外れるにつれて青色成分が減少し徐々に黄色光が観察されることとなる。しかしながら、拡散レンズ面８１〜８５を設けたので、そのままでは黄色光が観察される方向に対して、青色成分の多い法線方向の光を重ね合わせることができる。その結果、この重ね合わせられた方向への光の色を平均的な色度に近づけることができる。

同様に、拡散レンズ面８４を通過した光の成分は黄色成分側から青色成分側にシフトする。つまり、黄色光に対応した拡散レンズ面８４，８５を設けると、黄色光を青色成分の多い正面方向に重ね合わせることができる。この相乗効果により、光の色を平均的な色度にさらに近づけることができる。

そこで、発光装置１では、ある断面について角度を変えながら光の色を観察したときの色の変化「青色→黄色→青色→黄色→…」の周期に合わせて、レンズ３０を、経度方向に対しては３６０°内に８面、緯度方向に対しては１８０°内に５面で形成された複数面（拡散レンズ面）を配置した多面体で構成することとした。これを用いて互いの異なる色を混色させることで、全体として均一な白色光を得ることが可能となり、色むらを低減することができる。

（第１実施形態の変形例）
第１実施形態の変形例に係る発光装置１Ａについて図９および図１０を参照して説明する。この変形例は、レンズ３０Ａの形状が、レンズ３０を構成する多面体の各辺および各頂点を丸める前の形状である点が異なる。ここでは、発光装置１Ａにおいて、発光部１０に含まれる発光素子２は、YAG蛍光体と青色LEDチップとを備え、上面の形状が正方形の直方体状に構成されているものとする。この直方体のサイズは、例えば、縦１［ｍｍ］×横１［ｍｍ］×高さ０．５［ｍｍ］とする。発光素子２が直方体状に構成されているので、発光部１０も実質的に直方体状に構成されている。レンズ３０Ａは、このような場合に適した形状で構成したものである。

レンズ３０Ａの形状を具体的に説明するために、便宜的に、第１段階として空間に直交座標を定義し、次に極座標を定義することとする。まず、図１０に示す発光装置１Ａにおいて、発光部１０の中心を原点Ｏとして、発光部１０の辺ｃｄの垂直二等分線をＸ軸、発光部１０の辺ａｄの垂直二等分線をＹ軸、発光部１０の上面ａｂｃｄの中心から鉛直方向上向きにＺ軸を定義する。

次に、極座標において、発光装置１Ａの光取り出し方向のＺ軸から原点Ｏを中心にＸ軸に向けて傾けた角度をθとする。また、例えば、Ｚ軸方向、すなわち、発光部１０の上面ａｂｃｄの垂直方向の角度を、θ＝０°とする。
図９に示すように、レンズ３０Ａは、Ｚ軸方向（θ＝０°）に面１０９を備える。また、レンズ３０Ａは、Ｘ軸の正の方向（θ＝９０°）に面１１１を備えると共に、Ｘ軸の負の方向（θ＝−９０°）に面１１５を備える。さらに、線分ＯＡの方向（θ＝４５°）に面１０１を備えると共に、線分ＯＢの方向（θ＝−４５°）に面１０５を備える。つまり、レンズ３０Ａは、側断面視で略６角形の形状である。この６角形の各辺のうち、θ＝−４５，０，４５°の方向の辺は凹形状の曲線である。換言すると、面１０５，１０９，１０１は、発光部１０に向けて内側に凹形状に窪んだ曲面である。

さらに、極座標において、Ｘ軸から原点Ｏを中心にＹ軸に向けて傾けた角度をφとする。例えば、Ｘ軸をφ＝０°とする。また、Ｙ軸をφ＝９０°とする。
レンズ３０Ａは、図１０に平面視で示すように略８角形の形状であり、θ＝４５°の方向の側面部（第１の側面部５１）に８つの面１０１〜１０８を備え、θ＝０°の方向の天面として、面１０９を備える。これらの面１０１〜１０９は、発光部１０に向けて内側に凹形状に窪んだ曲面である。

また、レンズ３０Ａにおいて、θ＝４５°の方向の側面部（第１の側面部５１）の８つの面１０１〜１０８にそれぞれ隣接してθ＝９０°の方向の側面部（第２の側面部５２）に８つの面が存在する。これらを面１１１〜１１８と表記することとする。このうち、面１１１，および面１１５〜１１８は、図４に示すように、面１０１および面１０５〜１０８に対してそれぞれ隣接していることが分かる。なお、面１１２〜１１４は、図４において図示を省略したが、同様に、面１０２〜１０４に対してそれぞれ隣接している。これらの面１１１〜１１８は、面１０１〜１０９と同様に、発光部１０に向けて内側に凹形状に窪んだ曲面である。

より詳細には、レンズ３０Ａは、図１０に示すように、Ｘ軸の正の方向（φ＝０°）に面１０１を備え、Ｙ軸の正の方向（φ＝９０°）に面１０３を備え、Ｘ軸の負の方向（φ＝１８０°）に面１０５を備え、Ｙ軸の負の方向（φ＝２７０°）に面１０７を備える。
また、レンズ３０Ａは、線分ＯＣの方向（φ＝４５°）に面１０２を備え、線分ＯＤの方向（φ＝１３５°）に面１０４を備え、線分ＯＥの方向（φ＝２２５°）に面１０６を備え、線分ＯＦの方向（φ＝３１５°）に面１０８を備える。

レンズ３０Ａを構成する多面体の各面１０１〜１０９および面１１１〜１１８の合計１７個の面は、別の観点から次のように特定することができる。レンズ３０Ａを構成する１７個の面は、５種類の第１ないし第５の面に分類できる。

第１の面は、光取出し側の垂直方向（θ＝０°）から水平方向（θ＝９０°）に向かって第１の鋭角（例えば４５°）だけ傾いた方向にある第１の側面部５１に配置されており、発光部１０の上面（発光素子２の上面）の各辺ｃｄ，ｄａ，ａｂ，ｂｃに対向した面１０１，１０３，１０５，１０７である。

第２の面は、第１の面と同様の形状であり、光取出し側の垂直方向（θ＝０°）から水平方向（θ＝９０°）に向かって第１の鋭角（例えば４５°）だけ傾いた方向にある第１の側面部５２に配置され、発光部１０の上面（発光素子２の上面）において各頂点ｄ，ａ，ｂ，ｃに対向した面１０２，１０４，１０６，１０８である。

第３の面は、光取出し側の垂直方向（θ＝０°）から水平方向（θ＝９０°）に向かって第１の鋭角（例えば４５°）よりも大きな角度（θ＝９０°）だけ傾いた方向にある第２の側面部５２に配置され、かつ、第１の面と隣り合って配置されている面１１１，１１５，１１７、および不図示の面１１３である。

第４の面は、第３の面と同様の形状であり、光取出し側の垂直方向（θ＝０°）から水平方向（θ＝９０°）に向かって第１の鋭角（例えば４５°）よりも大きな角度（θ＝９０°）だけ傾いた方向にある第２の側面部５２に配置され、かつ、第２の面と隣り合って配置されている面１１６，１１８、および不図示の面１１２，１１４である。
第５の面は、発光部１０の上面（発光素子２の上面）に対応した天面として、第１の面と第２の面とに囲まれた面１０９である。

発光装置１Ａは、発光部１０から、極座標のθ方向については、θ＝０°の方向（Ｚ軸方向）に、最も青色成分を多く含む光を出射する。角度θを徐々に大きくして観測すると、θ＝４５°を超えた辺りの方向で最も黄色成分を多く含む光が出射されるようになり、さらに角度θを徐々に大きくすると、θ＝９０°の方向で青色成分の強い光が再び出射されるようになる。ここで、θ＝４５°を超えた辺りの方向とは、発光部１０の上面からの光強度が、発光部１０の側面からの光強度よりも高いことを反映して、黄色成分の光が最大となる角度（ピーク位置）が側面側に若干ずれた角度の方向を意味している。

極座標のφ方向に関しては、発光装置１Ａは、発光部１０から、φ＝０，９０，１８０，２７０°の各方向において、最も青色成分を多く含む光を出射する。また、発光装置１Ａは、発光部１０から、φ＝４５，１３５，２２５，３１５°の各方向において、最も黄色成分を多く含む光を出射する。このように、概ね４５°ごとに青色の強い光と、黄色の強い光とが交互に現れるため、それらの方向を中心にそれぞれ光を拡散させることのできるような形状のレンズ３０Ａを作成した。要するに、レンズ３０Ａは、平面視の形状が８角形であると共に、側断面視では、θ＝±９０°の方向の側面（第２の側面部５２）と、θ＝±４５°の方向の傾斜した側面（第１の側面部５１）と、θ＝０°の上面（天面）と、底面とで構成された６角形となるような多面体である。

レンズ３０Ａを構成する多面体の各面１０１〜１０９および面１１１〜１１８は、仮に平面であったとしても、発光部１０から広がって出射される光線に対して拡散効果を有しているが、本実施形態では、さらに拡散効果を持たせるために、凹レンズ状にへこませておいた。このときの凹形状は、レンズ３０Ａを構成する材料の屈折率や、発光部１０単独の配向色度パターンに応じて、最適な拡散角度が得られるものにすることができる。

レンズ３０Ａは、図４に示したように、各面の境界部に、辺および頂点がある。これら各面の境界部の辺および頂点を面取りして丸い形状にした形状のレンズが、図３に示すレンズ３０である。レンズを構成する多面体の各面の境界部の辺や頂点を丸めることで、レンズ全体としての集光作用を高めることができる。

［発光装置の製造方法］
以下、第１実施形態に係る発光装置１の製造方法の一例としてLEDパッケージを製造する方法について説明する。なお、第１実施形態の変形例に係る発光装置１Ａも同様に製造できる。

平板状のパッケージ基板２０上に、発光素子２としてLEDチップを配置し、例えば、電気泳動沈着法（電気泳動法を用いた電気沈着法）、スクリーン印刷、板状蛍光体の接着等により、均一な厚みの波長変換層３（蛍光体層）を形成する。これにより、パッケージ基板２０上に発光部１０を実装する。発光部１０は、必要に応じて、波長変換層３の表面を樹脂等でコーティングしてもよい。

熱硬化性の樹脂等の材料をパッケージの封止に用いる場合には、このときに同時に圧縮成型等の方法でレンズ３０の形成を行うことで、LEDパッケージ（発光装置１）を作製することができる。
また、別途作製したレンズ３０を取り付けることで、LEDパッケージを作製してもよい。また、前記いずれの場合でも、発光部１０は、波長変換層３と、コーティング樹脂等との２層以上の構成になっていてもよい。なお、レンズ３０は、発光部１０を外側から覆うような形状とする。

LEDパッケージ（発光装置１）の作製に際して、図１１に示すようなパッケージアセンブリ２１等の形態で複数のパッケージを一括で製造すれば生産性が高くなる。このようにパッケージアセンブリ２１を利用する場合には、所望のタイミングでダイシング等により個片化し、最終的には単一のLEDパッケージを得る。

図１１に示す例では、パッケージアセンブリ２１は、レンズ３０を搭載する前の段階にあり、２４個の発光部１０と、これらすべての発光部１０に共通な大型のパッケージ基板２０とを備える。この場合、１つのパッケージアセンブリ２１から、ダイシング等により２４個のLEDパッケージ（発光装置１）を作製できる。

レンズ３０を別途作製する場合には、レンズ３０の材料がプラスチック材料であれば射出成型等で作製してもよい。また、レンズ３０の材料が光学ガラス材料であればプレス成型また機械加工等で作製してもよい。この他にも、レンズ３０の材料の性状に合わせ任意のレンズ作製方法を用いて作製することができる。

発光装置１，１Ａによれば、レンズ３０，３０Ａが、直方体形状の発光部１０から出射する異なる色を持つ光成分に対し、発光部１０の各側面に対応するように、複数の拡散レンズ面を所定の位置に備えているので、各拡散レンズ面に入射した光は拡散し、異なる色を持つ光成分同士が重なり合い、全体として均一な発光色を得ることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係る発光装置１Ｂは、LEDパッケージであるものとして説明する。図１２および図１３に示すように、本発明の第２実施形態に係る発光装置１Ｂは、発光部（光源）１０と、パッケージ基板２０と、レンズ（透光性部材）３０Ｂとを備える。
パッケージ基板２０は、上面が平坦に形成されている。このパッケージ基板２０上に、例えばLEDチップ等の発光素子が実装され、その表面が蛍光体層（波長変換層）で覆われることで、発光部１０が形成される。ここでは、発光部１０は、図８に示すように、発光素子２と、その上面および側面を覆う波長変換層３とを含むこととした。

発光素子２は、第１波長の光として例えば青色光を出射するものである。ここでは、発光素子２は、例えば青色LEDとYAG蛍光体からなる白色LEDで構成した。波長変換層３は、第１波長の光（青色光）を第２波長の光（例えば黄色光）に変換する蛍光物質を含有している。

レンズ３０Ｂは、発光部１０からパッケージ基板２０とは反対の方向である光取出し側の方向に位置する。レンズ３０Ｂは、図１２および図１３に示すように、パッケージ基板２０よりも大きな径を有しており、レンズ３０Ｂの一部がパッケージ基板２０の外部まで延伸している。また、レンズ３０Ｂの底面は、平滑面として構成されている。このように構成したことにより、光取り出し効率を高めることができる。

レンズ３０Ｂは、光学ガラス、ポリマー材料等の透明な材料にて形成された後、発光部１０およびパッケージ基板２０の上に搭載されている。
なお、レンズ３０Ｂは、熱硬化性樹脂材料を用いてLEDチップの封止体として形成してもよい。この場合には、LEDチップの封止体の外形を図１２および図１３に示す形状に構成する。また、レンズ３０Ｂの材料に、波長分散の大きい材料を用いて、屈折作用に波長依存性をもたせてもよい。

レンズ３０Ｂは、図１２に破線で示すように側断面視で略５角形の形状に構成され、図１３に破線で示すように平面視で略８角形の形状に構成されている。レンズ３０Ｂの斜視図を図１４に示す。また、レンズ３０Ｂの上面図を図１５に示す。レンズ３０Ｂは、発光部１０から光を取り出す外側に向けて凸形状に膨らんだ複数の曲面２０１〜２１６で形成された多面体である。

ここで、図１４に示すレンズ３０Ｂと、図３に示すレンズ３０とを比較する。図３に示すレンズ３０は、光取り出し方向（θ＝０°）に向いた天面１０９と、天面１０９の中心からθ方向に４５°の方向（θ＝４５°）に傾いた第１の側面部５１に配置された８つの面１０１〜１０８と、天面１０９の中心から９０°の方向（θ＝９０°）に傾いた第２の側面部５２に配置された８つの面１１１〜１１８とを備え、これらすべての面（１７面）が内側（発光部１０のある方向）に凹形状に窪んだ曲面である。

そのため、図３に示すレンズ３０は、凹凸を反対の観点で捉えなおして観測すると、天面１０９と第１の側面部５１（面１０１〜１０８）との中間の方向に８箇所の凸部を備えると共に、第１の側面部５１（面１０１〜１０８）と第２の側面部５２（面１１１〜１１８）との中間の方向に８箇所の凸部を備えていることになる。このようにレンズ３０の凹凸を反対の観点で捉えなおした形状に相当するレンズが、図１４に示すレンズ３０Ｂである。ゆえに、本発明の第２実施形態に係る発光装置１Ｂは、図７および図８を参照して説明した発光装置１と同様な原理により、色むらを低減することができる。

図１２および図１３は、直交座標および極座標を前記のように定義したときのレンズ３０Ｂの断面図および底面図を示す。また、上面から見た平面図を図１５に示す。なお、図１２は、図１５に示す直線ＫＯで切断したときの断面図を示す。以下、図１２〜１５を参照してレンズ３０Ｂの形状を具体的に説明する。

ここでは、発光装置１Ｂにおいて、発光部１０に含まれる発光素子２は、YAG蛍光体と青色LEDチップとを備え、上面の形状が正方形の直方体状に構成されているものとする。この直方体のサイズは、例えば、縦１［ｍｍ］×横１［ｍｍ］×高さ０．５［ｍｍ］とする。発光素子２が直方体状に構成されているので、発光部１０も実質的に直方体状に構成されている。レンズ３０Ｂは、このような場合に適した形状で構成したものである。

図１２に示すように、極座標のθ方向において、レンズ３０Ｂは、Ｚ軸方向（θ＝０°）と、線分ＯＡの方向（θ＝４５°）との中間の方向、すなわち、線分ＯＧの方向（θ＝２２．５°）に面２０１を備える。また、レンズ３０Ｂは、線分ＯＡの方向（θ＝４５°）と、θ＝９０°の方向との中間の方向、すなわち、線分ＯＨの方向（θ＝６７．５°）に面２０９を備える。ここで、θ＝２２．５°、６７．５°のＺ軸周りの側面部をそれぞれ第１の側面部、第２の側面部と呼ぶ。したがって、レンズ３０Ｂは、面２０１，２０９からＺ軸に対称な位置に面２０５，２１３を備える。また、レンズ３０Ｂは、側断面視で、図１２に示す破線の各直線と底面部の直線とからなる略５角形の形状を枠組みとして、この５角形の各辺の外側に凸状の曲線を備えている。つまり、各面２１３，２０５，２０１，２０９は、発光部１０から光を取り出す外側に向けて凸形状に膨らんだ曲面である。

極座標のφ方向において、レンズ３０Ｂは、図１３に破線で示すように略８角形の形状である。また、レンズ３０Ｂは、図１５に示すように、θ＝２２．５°の方向の側面部（第１の側面部）に８つの面２０１〜２０８を備え、これらが発光部１０の上面に対応した天面となっている。また、図１５に示すように、θ＝６７．５°の方向の側面部（第２の側面部）に８つの面２０９〜２１６を備えている。これらの面２０１〜２１６は、発光部１０から光を取り出す外側に向けて凸形状に膨らんだ曲面である。

より詳細には、レンズ３０Ｂは、図１５に示すように、Ｘ軸の正の方向の±２２．５°の方向、すなわち、線分ＫＯの方向（φ＝２２．５°）に面２０１，２０９を備えると共に、線分ＬＯの方向（φ＝３３７．５°）に面２０８，２１６を備える。
また、レンズ３０Ｂは、Ｙ軸の正の方向の±２２．５°の方向、すなわち、線分ＭＯの方向（φ＝１１２．５°）に面２０３，２１１を備え、線分ＮＯの方向（φ＝６７．５°）に面２０２，２１０を備える。
同様に、レンズ３０Ｂは、Ｘ軸の負の方向の±２２．５°の方向に面２０４，２１２，２０５，２１３を備える。
さらに、同様に、レンズ３０Ｂは、Ｙ軸の負の方向の±２２．５°の方向に面２０６，２１４，２０７，２１５を備える。

レンズ３０Ｂを構成する多面体の各面２０１〜２１６の合計１６個の面は、別の観点から次のように特定することができる。レンズ３０Ｂを構成する１６個の面は、４種類の第１ないし第４の面に分類できる。なお、ここでは、面の配置を図１５の平面図で説明する。

第１の面は、光取出し側の垂直方向（θ＝０°）から水平方向（θ＝９０°）に向かって第１の鋭角（例えば２２．５°）だけ傾いた方向にある第１の側面部に配置されている。そして、第１の面は、発光部１０の上面（発光素子２の上面）において各辺ｃｄ，ｄａ，ａｂ，ｂｃの垂直二等分線から一方の側（例えば正の回転方向）に２２．５°傾いた方向に対応した面２０１，２０３，２０５，２０７である。

第２の面は、第１の面と同様の形状であり、光取出し側の垂直方向（θ＝０°）から水平方向（θ＝９０°）に向かって第１の鋭角（例えば２２．５°）の方向にある第１の側面部に配置されている。そして、第２の面は、発光部１０の上面（発光素子２の上面）において各辺ｃｄ，ｄａ，ａｂ，ｂｃの垂直二等分線から他方の側（例えば負の回転方向）に２２．５°傾いた方向に対応した面２０８，２０２，２０４，２０６である。このレンズ３０Ｂにおいて、第１の面と第２の面とが、レンズ３０Ｂの上部で連続するように形成されている。第１の面と第２の面とは、発光部１０の上面（発光素子２の上面）に対応した天面として配置されている。つまり、レンズ３０Ｂは天面が１つの面で形成されているわけではない。

第３の面は、光取出し側の垂直方向（θ＝０°）から水平方向（θ＝９０°）に向かって第１の鋭角（例えば２２．５°）よりも大きな角度（例えばθ＝６７．５°）の方向にある第２の側面部に配置され、かつ、第１の面と隣り合って配置されている面２０９，２１１，２１３，１１５である。

第４の面は、第３の面と同様の形状であり、光取出し側の垂直方向（θ＝０°）から水平方向（θ＝９０°）に向かって第１の鋭角（例えば２２．５°）よりも大きな角度（例えばθ＝６７．５°）の方向にある第２の側面部に配置され、かつ、第２の面と隣り合って配置されている面２１６，２１０，２１２，２１４である。

発光装置１Ｂは、発光部１０から、極座標のθ方向については、θ＝０°の方向（Ｚ軸方向）に、最も青色成分を多く含む光を出射する。角度θを徐々に大きくして観測すると、θ＝４５°を超えた辺りの方向で最も黄色成分を多く含む光が出射されるようになり、さらに角度θを徐々に大きくするとθ＝９０°の方向で青色成分の強い光が再び出射されるようになる。

極座標のφ方向に関しては、発光装置１Ｂは、発光部１０から、φ＝０，９０，１８０，２７０°の各方向において、最も青色成分を多く含む光を出射する。また、発光装置１Ａは、発光部１０から、φ＝４５，１３５，２２５，３１５°の各方向において、最も黄色成分を多く含む光を出射する。このように、概ね４５°ごとに青色の強い光と、黄色の強い光とが交互に現れるため、それらの方向を中心にそれぞれ光を拡散させることのできるような形状のレンズ３０Ｂを作成した。要するに、レンズ３０Ｂは、平面視の形状が８角形であると共に、側断面視では、θ＝±２２．５°の方向の側面（第１の側面部）と、θ＝±６７．５°の方向の側面（第２の側面部）と、底面とで構成された５角形となるような多面体である。

レンズ３０Ｂを構成する多面体の各面２０１〜２１６が、仮に平面であったとすると、例えば面２０１と面２０９との関係のようにφ方向の角度が同じである面同士が実質的に１つの平面になる。したがって、多面体の各面２０１〜２１６が、仮に平面であるとすると、この多面体は正８角錐になる。このようにレンズ３０Ｂを構成する多面体の各面２０１〜２１６が、仮に平面であったとしても、各面２０１〜２１６（実質的には各面２０１〜２０８）は、発光部１０から広がって出射される光線に対して拡散効果を有している。これに加えて、本実施形態では、各面２０１〜２１６を凸レンズ状に膨らませたので、レンズ３０Ｂは、通常の拡散効果に加えて、集光効果と、集光後に拡散させる拡散効果とをさらに有する。このときの凸形状は、レンズ３０Ｂを構成する材料の屈折率や、発光部１０単独の配向色度パターンに応じて、最適な拡散角度が得られるものにすることができる。

レンズ３０Ｂは、図１４および図１５に示したように、各面の境界部に、辺および頂点がある。これら各面の境界部の辺および頂点を、発光部１０に向けて内側に窪んだ凹形状に面取りした丸い形状にしてもよい。このようにすることで、レンズ全体としての集光および拡散作用を高めることができる。

また、レンズ３０Ｂを構成する多面体の各面２０１〜２１６において少なくとも１つの面を、発光部１０にその中心を有する半球面（図１９のレンズ９３０を参照）の一部分から構成されるような形状にしてもよい。例えば、各面２０１〜２１６のうち、平均色度の光が入射する面を、このような半球面の一部で構成すれば、その面を、集光および拡散のいずれの効果もなるべく持たせない面とすることができる。その結果、レンズ３０Ｂを構成する各面２０１〜２１６の全体としての色度の平均化を容易にすることができる。

発光装置１Ｂは、第１実施形態に係る発光装置１と同様な製造方法により作製できるので、発光装置１Ｂの製造方法については説明を省略する。発光装置１Ｂは、発光装置１Ａと同様な効果を奏する。

以上、各実施形態について説明したが、本発明は、これらに限定されるものではなく、その趣旨を変えない範囲でさまざまに実施することができる。例えば、第１の実施形態に係る発光装置１において、レンズ３０を構成する多面体の各面のすべての境界部を丸めた形状としたが、本発明は、面取りして丸める境界部の個数は任意でよい。また、レンズ３０，３０Ａを構成する多面体の各面のすべてを凹形状に窪ませたが、凹形状に窪ませる面の個数は任意である。また、第２の実施形態に係る発光装置１Ｂにおいて、レンズ３０Ｂを構成する多面体の各面のすべてを凸形状に膨らませたが、凸形状に膨らませる面の個数は任意である。さらに、レンズ３０，３０Ａ，３０Ｂにおいて、凸形状の面と、凹形状の面と、平面とのうち少なくとも２種類の面が混在してもよい。

また、本発明の各発光装置が備えるレンズ３０，３０Ａ，３０Ｂを構成する多面体の形状は、発光素子２の形状または発光部１０の形状に適合させて適宜変更することができる。各実施形態では、発光部１０が一例として直方体の形状であるものとして説明したが、発光部１０はこれに限定されるものではない。例えば、発光部１０は、三角柱や５角形以上の多角柱であってもよい。

例えば、発光装置１Ａにおいて、発光部１０の上面の多角形の角数を非常に多くして発光部１０が実質的に円柱状になった場合には、レンズ３０Ａがそれに対応できるように、図１６（ａ）に示すような形状のレンズ３０Ｃを用いればよい。この場合には、天面１０９の法線方向から水平方向に向かって４５°（鋭角）傾いた方向にある第１の側面部１２０が極座標のθ方向において内側に凹状に窪んだ形状の実質的に１つの曲面となる。また、天面１０９の法線方向から水平方向に向かって９０°傾いた方向にある第２の側面部１２１が円筒の側面と同様な形状になる。

また、各実施形態では、発光装置が備える発光部１０において、発光素子２としてのLEDチップの高さを考慮して説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。LEDチップが非常に薄く、側面の寄与が小さいシート状である場合には、例えば、発光装置１Ａが備えるレンズ３０Ａのようにθ方向において凹形状であるレンズ面を基本とする構成のレンズが、次のように変形されることになる。

LEDチップが薄くなるに伴って、LEDチップの側面側への出射光は、各実施形態で説明した例よりも青色成分が弱まり、極座標においてθ方向については、黄色のピークが現れる角度が大きくなっていく。それに伴って、レンズの側断面視の形状は、θ＝９０°の方向に配置される第２の側面部が縮小され、最終的には、台形状となる。また、同様に、極座標においてφ方向については、発光部１０の側面に起因する色調変化の周期性も弱まり、レンズの平面視の形状は、最終的には円形でもよくなる。その結果、LEDチップが非常に薄い場合に対応したレンズ３０Ｄは、図１６（ｂ）に示すように、側面がθ方向において内側に凹状にへこんだ円錐台形状となる。つまり、天面１０９の法線方向から水平方向に向かって４５°（鋭角）傾いた方向にある第１の側面部１２０は、極座標のθ方向において内側に凹状に窪んだ形状の実質的に１つの曲面となる。

また、本発明の発光装置が備えるレンズは、平面視の形状が例えば正方形等の多角形であり、かつ、側断面視の形状が台形状であるような角錐台であってもよい。さらに、角錐、円錐、楕円錐の形状であってもよい。

また、本発明の発光装置に適用しようとする発光素子のチップ高さの違いがある場合や、波長変換層（蛍光体層）まで作製したときに波長変換層の厚みの不均一によって、発光部の光特性が特有の配光色度パターンとなっている場合には、それぞれの配光色度パターンに応じて、レンズ３０の設計を適宜変更することで、本発明を適用することができる。

また、各実施形態では、本発明に係る発光装置をLEDパッケージであるものとして説明したが、本発明はこれに限定されず、例えば、発光装置をLEDモジュールとして構成することができる。例えば、一般的な従来のLEDパッケージを発光部１０（光源）として用いてLEDモジュールを作製することができる。この場合には、例えば、Al基材からなる配線付き基板等に、LEDパッケージを２次実装する。また、例えば、光源がチップタイプのLEDパッケージである場合、図３に示すような形状で別途作製した外付けのレンズ３０（透光性部材）を用意して、このチップタイプのLEDパッケージに搭載することでLEDモジュールを作製することができる。

このように光源であるチップタイプのLEDパッケージに、別途作製した外付けのレンズ３０を搭載する場合には、例えば、図５に示すように、底面側から内側をくりぬいて半球状の凹部を設けたレンズ３０ａを用いてもよい。そして、レンズ３０ａの内側に、このように半球状の凹部を設けた場合には、半球状の凹部の中心とLEDパッケージとを位置合わせして、このレンズ３０をLEDパッケージに搭載することで、LEDモジュールを作製することができる。

また、別途作製した外付けのレンズ３０を、光源であるLEDパッケージとは分離して配置し、レンズ３０を光源の２次レンズとして使用する形態としてLEDモジュールを作製してもよい。この場合には、別途作製した外付けのレンズ３０を、接着剤やビス止め等任意の方法で配線付き基板等に直接固定してもよい。

また、前記LEDモジュールの作製例では、図５に示すようなレンズ３０ａを別途作製して用いるものとしたが、図６に示すようなレンズ３０ｂを別途作製して用いてもよい。このように作成したレンズ３０ｂを発光部１０に搭載した発光装置１ｂの場合、発光部１０から出射した光は、レンズ３０ｂの内面１１１，１０１，１０９，１０５，１１５を通過する。このとき色むらが低減され、この色むらが改善された光がレンズ３０ｂの外周面を通過し、ほぼ垂直にレンズ３０ｂの外周面（半球面）に入射すると、屈折することなく、この色むらが改善された光の配向色度がそのまま、発光装置１ｂに反映される。したがって、この発光装置１ｂも各実施形態の発光装置と同様の色むら改善効果を奏する。

本発明の効果を確認するために第１実施形態に係る発光装置を製造した。本実施例では、図１に示す構造の発光装置１を以下の方法で作製した。まず、LEDパッケージ基板２０を作製した。ここでは、窒化アルミニウムセラミックスからなる基板シート上に配線および反射膜を形成することで、LEDパッケージ基板２０を作製した。

次に、発光素子２として、発光波長４５０［ｎｍ］のＩｎＧａＮ系青色LEDをLED実装用電極上にフリップチップ実装した。LEDチップは、縦１［ｍｍ］×横１［ｍｍ］×高さ０．４［ｍｍ］の直方体の形状とした。LEDと電極との接続はペースト状のＡｕ、Ｓｎを用いた共晶接合によって行い、Ｎ₂雰囲気のリフロー装置によって最高到達温度３２０［℃］にて接合させた。

次に、基板シート上に並んだLEDチップの側面および上面に熱硬化性のシリコーン樹脂を少量塗布し、所定のサイズに切り出したYAG蛍光体入りセラミックス板を貼り付けた後、１５０［℃］で６００［sec］硬化させた。その後、波長変換層（蛍光体層）３の表面をさらに熱硬化性のシリコーン樹脂でコーティングし、さらに１５０［℃］で４時間硬化させた。これにより、発光部１０を作製した。次に、この蛍光体付きのLEDチップが並んだ基板シートをダイシングによって切り出した。

続いて、ダイシングによって得られたチップ状のLED基板を所定の金型にセットし、熱硬化性のシリコーン樹脂を用いて圧縮成型によりレンズ３０を成型した。その際、レンズ３０の形状は図３に示すような形状とした。すなわち、直方体形状の発光部１０の各平面と各辺に対応する位置に面を有する上面視８角形、側断面視６角形の多面体を基本とした各面を凹レンズ状とし、さらに、レンズ３０の各面の境界部にある各辺および頂点を凸形状に丸めた形とした。

本発明に係る発光装置（実施例）と比較するために、比較例の発光装置を作製した。比較例の発光装置は、図１９および図２０に示す発光装置９０１と同様に、レンズ９３０の形状が半球状となるように作製されたものである。なお、レンズ形状以外は、実施例のものと同様にして作製した。

実施例および比較例の発光装置について、発光時の発光方向に対する色度の変化を測定した。このときの測定結果を実施例１および比較例１とした。実施例１および比較例１を図１７および図１８にそれぞれ比較して示す。

図１７は、極座標のθ方向（緯度方向）について測定した配向色度特性を示すグラフである。なお、このグラフは、極座標のφ＝０°方向の断面上で角度θを変化させて観測したものである。図１７のグラフの横軸は、図９の断面図でＸ軸の負方向（θ＝−９０°）からＸ軸の正方向（θ＝９０°）までの角度に対応する出射角度を示す。図１７のグラフの縦軸は、cie-yを示す。cie-yは、CIE（Commission International de l'Eclairage：国際照明委員会）が策定した国際表示法のｘｙ色度図のｙの値（０〜１までの値）である。cie-yは、定性的には、ｙの値が大きいほど黄色成分が強いことを示し、ｙの値が小さいほど青色成分が強いことを示す。

また、図１８は、極座標のφ方向（経度方向）について測定した配向色度特性を示すグラフである。なお、このグラフは、極座標のθ＝９０°方向において角度φを変化させて観測したものである。図１８のグラフの横軸は、図１０の平面図においてＸ軸の正方向（φ＝０°）から反時計回りに変化させた角度に対応する出射角度を示す。図１８のグラフの縦軸は、cie-yを示す。

比較例の発光装置では、発光部９１０（図１９参照）からほぼ垂直にレンズ９３０の外周面（半球面）に光が入射する。そのため、屈折作用を持たないことから、発光部９１０から出射された光の配向色度がそのまま反映されることになる（比較例１）。比較例１を図１７および図１８のグラフに破線で示す。

このような比較例１の配向をもつ光線を、実施例の発光装置が備えるレンズ３０で拡散させた結果を、実施例１として図１７および図１８のグラフに実線で示す。この実施例の発光装置が備えるレンズ３０は、比較例１のグラフにて極大、極小値をもつ角度方向（θ方向およびφ方向）に対して拡散レンズとしての各面が設けられている。そのため、出射光の青い成分は黄色い成分の強い方向に拡散されると共に、出射光の黄色い成分は青い成分の強い方向へと拡散されて、混色される。

その結果、図１７および図１８のグラフの実施例１の結果から明らかなように、比較例１のグラフが極小となる角度範囲において、実施例１の結果は、cie-yの値が大きくなり、比較例１で生じるcie-yの落ち込みを低減した。また、比較例１のグラフが極大となる角度範囲において、実施例１の結果は、cie-yの値が小さくなり、比較例１で生じるcie-yのピーク高さを低減した。すなわち、θ方向についてもφ方向についても、出射角度の変化に対するcie-yの変化量は、実施例１の方が比較例１よりも小さくなった。これにより、実施例の発光装置は、比較例の発光装置よりも色むらが改善された発光装置となったことが確認された。

１，１ａ，１ｂ 発光装置
１Ａ，１Ｂ 発光装置
２ 発光素子
３，３ａ 波長変換層
１０ 発光部（光源）
２０ 基板
２１ パッケージアセンブリ
３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ レンズ（透光性部材）

Claims (12)

1. 第１波長の光を出射する発光素子と、前記発光素子の表面を覆い前記第１波長の光を第２波長の光に変換する蛍光物質を含有する波長変換層とを有して基板上に実装される光源と、
   前記光源から前記基板とは反対の方向である光取出し側の方向に位置する透光性部材とを有する発光装置であって、
   前記透光性部材は、外面または内面に複数の面が形成されてなり、
   前記透光性部材の外面または内面は、前記光取出し側の垂直方向から水平方向に向かって第１の鋭角だけ傾いた方向に第１の側面部を有し、前記第１の側面部において、前記発光素子の上面の辺に対向する位置に第１の面を有すると共に、隣り合った２つの前記第１の面の間それぞれに前記第１の面と同様な形状の第２の面を有することを特徴とする発光装置。
2. 第１波長の光を出射する発光素子と、前記発光素子の表面を覆い前記第１波長の光を第２波長の光に変換する蛍光物質を含有する波長変換層とを有して基板上に実装される光源と、
   前記光源から前記基板とは反対の方向である光取出し側の方向に位置する透光性部材とを有する発光装置であって、
   前記透光性部材は、外面または内面に複数の面が形成されてなり、
   前記透光性部材の外面または内面は、前記光取出し側の垂直方向から水平方向に向かって第１の鋭角だけ傾いた方向に第１の側面部を有し、前記第１の側面部において、前記発光素子の側面に対向する位置に第１の面を有すると共に、隣り合った２つの前記第１の面の間それぞれに前記第１の面と同様な形状の第２の面を有することを特徴とする発光装置。
3. 第１波長の光を出射する発光素子と、前記発光素子の表面を覆い前記第１波長の光を第２波長の光に変換する蛍光物質を含有する波長変換層とを有して基板上に実装される光源と、
   前記光源から前記基板とは反対の方向である光取出し側の方向に位置する透光性部材とを有する発光装置であって、
   前記透光性部材は、円錐台の形状であり、
   前記円錐台は、上面が前記発光部に向けて内側に凹形状に窪んだ曲面であり、側面部が当該円錐台の中心軸方向に向けて内側に凹形状に窪むように形成されていることを特徴とする発光装置。
4. 前記透光性部材の外面または内面は、
   前記光取出し側の垂直方向から水平方向に向かって第１の鋭角よりも大きな角度だけ傾いた方向に第２の側面部を前記第１の側面部から連続して有し、前記第２の側面部において、前記発光素子の側面に対向する位置に第３の面を有すると共に、隣り合った２つの前記第３の面の間それぞれに前記第３の面と同様な形状の第４の面を有することを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
5. 前記透光性部材の外面または内面は、前記発光素子の上面に対向した面として、前記第１の面と前記第２の面とに囲まれた第５の面を有することを特徴とする請求項１、２、４のいずれか一項に記載の発光装置。
6. 前記透光性部材は、前記発光素子の上面に対向した面として、前記第１の面と前記第２の面とが上部で連続するように形成されたことを特徴とする請求項１、２、４のいずれか一項に記載の発光装置。
7. 前記透光性部材の外面または内面を形成する各面は、レンズ面であることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の発光装置。
8. 前記透光性部材の外面または内面を形成する各面のうちの少なくとも１つが、前記発光部に向けて内側に凹形状に窪んだ曲面であることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の発光装置。
9. 前記透光性部材の外面または内面を形成する各面のうちの少なくとも１つが、前記発光部から光を取り出す外側に向けて凸形状に膨らんだ曲面であることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の発光装置。
10. 前記透光性部材の外面または内面を形成する各面の境界部の少なくとも１つにおいて、当該境界部の辺または頂点が、前記発光部から光を取り出す外側に向けて膨らんだ凸形状に面取りされていることを特徴とする請求項８に記載の発光装置。
11. 前記透光性部材の外面または内面を形成する各面の境界部の少なくとも１つにおいて、当該境界部の辺または頂点が、前記発光部に向けて内側に窪んだ凹形状に面取りされていることを特徴とする請求項９に記載の発光装置。
12. 前記透光性部材の外面または内面を形成する各面の少なくとも１つが、前記発光部から光を取り出す外側に向けて膨らんだ凸形状であって前記発光部にその中心を有する半球面であることを特徴とする請求項１１に記載の発光装置。

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