JP2011154844A - 発光ユニット及びそれを用いた照明器具 - Google Patents

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Abstract

【課題】共通の発光装置を用いつつ、発光装置から発光される白色系の光を比較的簡単に異なる相関色温度の光に変えることにより、生産性のより高い発光ユニットおよび照明装置を提供することにある。
【解決手段】半導体発光素子たるＬＥＤチップ１を備え白色系の光を発光させる発光装置４と、該発光装置４を実装してなる実装基板５とを有する発光ユニット１０であり、白色系の光を発光する発光装置４の発光部４ａａを少なくとも覆って別途に形成され、発光装置４からの上記白色系の光よりも相関色温度がより低い光を発光する波長変換部６が設けられてなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体発光素子を有する発光装置を備えた発光ユニット及びそれを用いた照明器具に関する。
近年、ＬＥＤチップに代表される半導体発光素子と、該半導体発光素子からの光を波長変換する波長変換部材とを備え、白色光を発光する発光装置が開発されており、このような発光装置は、携帯電話機のバックライト、懐中電灯や装飾照明などに利用されている。発光装置は、半導体発光素子の発光効率が高くなる中で、従来からの白熱電球、ハロゲンランプ、水銀灯や蛍光灯などを光源とする照明装置と比較して、低消費電力で長寿命であることから次世代の一般照明装置の光源として期待されている。
この種の発光装置としては、たとえば、図６（ａ）に示すように、青色光を発光する半導体発光素子たるＬＥＤチップ１と、該ＬＥＤチップ１からの青色光を吸収して黄色の蛍光を発する蛍光物質３３を有する波長変換部材２とを備え、ＬＥＤチップ１からの青色光と波長変換部材２からの黄色光との混色により白色光を発光するものが知られている（たとえば、特許文献１）。
なお、図６（ａ）の発光装置は、発光装置のパッケージ３の内部に一対の電気端子３１，３１が設けられている。ＬＥＤチップ１は、一方の電気端子３１上に実装されて電気的に接続されていると共に、一方の電気端子３１に実装されたＬＥＤチップ１の反対面側の電極をワイヤ３２を介して他方の電気端子３１と電気的に接続させて給電可能に構成されている。
また、別の発光装置として、図６（ｂ）に示す発光装置は、白色光を発光する発光ダイオード３６と、該発光ダイオード３６からの白色光をブルー、グリーン、イエローやレッドなどの別な波長の光に変換し色調調整して発光させる波長変換部６’とを備えたものも知られている（たとえば、特許文献２）
図６（ｂ）に示す発光装置は、パッケージ３の凹部内に発光ダイオード３６を配置し、発光ダイオード３６を電気端子３１で給電可能に構成している。また、発光装置は、発光ダイオード３６から発光され、封止部３４を介して波長変換部６’を透過する光αと、発光ダイオード３６から発光され、封止部３４を介して前記凹部の表面に設けられた反射材３５で反射させてから波長変換部６’を透過する光βとにより光の利用効率を高めている。
特許２００４−３１９８９号公報 特開２００９−８６４６８号公報
ところで、従来、蛍光ランプなどを光源とする一般照明装置は、蛍光ランプの交換により、昼光色、昼白色、白色、温白色や電球色など黒体放射に沿った所望の色温度の光に変更することが比較的容易に実施することができた。
これに対して、前記半導体発光素子を備えた前記発光装置は、前記半導体発光素子の静電耐圧が比較的低く、取り扱いによって前記半導体発光素子が破壊されやすい性質を持っている。そのため、使用者が前記発光装置などに直接触れないように照明装置の内部に配置され、交換することが難しい場合が多い。したがって、前記半導体発光素子を備えた発光装置を光源とする前記照明装置では、前記照明装置から照射される光の色温度、色調や演色性が、前記発光装置の設計段階から特定して製造されている。
たとえば、上述の特許文献１に係る前記発光装置では、波長変換部材２からの光などにより、発光する光の色調が決定されており、図７の色度図中に例示する黒体放射軌跡に沿った白色系の光（Ｗｃ）や電球色系の光（Ｗｂ）の光を発光する照明装置に応用した場合、前記発光装置は、蛍光物質３３自体や蛍光物質３３の含有量を予め決定した色温度に合わせて個別に調整して製造する必要がある。
また、上述の特許文献２に係る発光装置では、白色光を得るためには、ブルー、グリーンやレッドの光を発光する補色関係の発光装置を用い、各発光装置の光出力を調節する必要がある。そのため、照明装置に利用するためには、各発光装置の光出力の制御調整が必要であることから照明装置全体の大型化並びに各発光装置の光出力のバラつきを調整しなければならないという問題がある。
たとえば、特許文献１の発光装置を応用する照明装置を製造する製造方法の例を図８に示す。
図８（ａ）には、図中左側から右側にかけて、それぞれ昼白色光Ｌ１、白色光Ｌ２、温白色光Ｌ３および電球色光Ｌ４が発光可能な発光装置４’の断面図を並べている。各発光装置４’は、略同一の構成であって、パッケージ３の凹部３ａ内に半導体発光素子たるＬＥＤチップ１と、ＬＥＤチップ１から放射される青色光により励起されて黄色の蛍光を発する波長変換部材２ａ’，２ｂ’，２ｃ’，２ｄ’とを備えている。発光装置４’の波長変換部材２ａ’，２ｂ’，２ｃ’，２ｄ’は、透光性樹脂中に蛍光物質が含有されたものであり、前記蛍光物質の含有量がそれぞれ異なっている。発光装置４’は、昼白色光Ｌ１側から電球色光Ｌ４側に向かうにつれ、波長変換部材２ａ’，２ｂ’，２ｃ’，２ｄ’中の前記蛍光物質の含有量を増やしている。これにより、発光装置４’は、外部に発光するＬＥＤチップ１からの青色光の光量が前記蛍光物質に吸収されて減ると共に、青色光を吸収して前記蛍光物質で波長変換された黄色光の発光が増えることになる。そのため、発光装置４’は、昼白色、白色、温白色および電球色の光など色温度の異なる光をそれぞれ発光させることが可能となる。そのため、予め、照明装置２０’で必要となる色温度の発光装置４を各照明装置２０’（図８（ｂ），（ｃ））ごとに設計して製造する。
次に、図８（ｂ）には、発光装置４’を実装基板５の一表面５ａ側に６個づつ実装した発光ユニット１０ａ’，１０ｂ’，１０ｃ’，１０ｄ’を備えた照明装置２０の正面図を示している。発光ユニット１０ａ’，１０ｂ’，１０ｃ’，１０ｄ’は、照明装置２０’で必要とする色温度の光（昼白色光Ｌ１、白色光Ｌ２、温白色光Ｌ３および電球色光Ｌ４）ごとに分別された複数個の発光装置４’を各色温度ごとに実装基板５の一表面５ａ上に実装することで、それぞれ異なる４種類の発光ユニット１０ａ’，１０ｂ’，１０ｃ’，１０ｄ’を製造することができる。
図８（ｃ）は、各色温度（昼白色、白色、温白色および電球色）ごとに分別され、それぞれ異なる４種類の発光ユニット１０ａ’，１０ｂ’，１０ｃ’，１０ｄ’が器具本体２２の内部に収納された照明装置２０’を示している。
上述したように、昼白色、白色、温白色および電球色など光をそれぞれ発光する照明装置２０’を製造するにあたっては、昼光色、昼白色、白色や温白色などの光を放出する発光装置４’がそれぞれ製造される。そのため、照明装置２０’が発光する異なる色温度の光を発光させるためには、光源である発光装置４’の元から造り分ける必要があった。
したがって、照明装置２０’は、発光装置４’の製造段階から個別に開発、生産および在庫管理を要するなど、効率の悪い生産方式となっている。なお、発光装置４’は、電球色系の光を発光させるには、白色光よりも、黄色発光を強くさせる必要性から、前記蛍光物質の含有濃度がより高い状態となり、光束も低くなる傾向にある。
図８に示す照明装置２０’の製造工程から明らかなように、照明装置２０’は、異なる色温度に応じて、種々の発光装置４’の個別の開発、生産および在庫管理などが大変であると同時に、色温度の異なる照明装置２０’とするためには、照明装置２０’そのものを交換する必要があり、利用者にとっては、非常に負担のかかることになるという問題を生ずる。
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、共通の発光装置を用いつつ、発光装置から発光される白色系の光を比較的簡単に異なる相関色温度の光に変えることができ、生産性のより高い発光ユニットおよびそれを用いた照明装置を提供することにある。
請求項１の発明は、半導体発光素子を備え白色系の光を発光させる発光装置と、該発光装置を実装してなる実装基板とを有する発光ユニットであって、白色系の光を発光する前記発光装置の発光部を少なくとも覆って別途に形成され、前記発光装置からの前記白色系の光よりも相関色温度がより低い光を発光する波長変換部が設けられてなることを特徴とする。
この発明によれば、白色系の光を発光する前記発光装置の発光部を少なくとも覆って別途に形成され、前記発光装置からの前記白色系の光よりも相関色温度がより低い光を発光する波長変換部が設けられてなることによって、共通の発光装置を用いつつ、前記発光装置から発光される白色系の光を比較的簡単に異なる相関色温度の光に変えることができ、生産性のより高い発光ユニットとすることができる。
すなわち、前記発光ユニットは、前記発光装置から放射される白色系の光を基に、別途に形成された前記波長変換部により、相関色温度のより低い光を発光することができる。
そのため、たとえば、昼白色の光を発する前記発光装置を備えた前記発光ユニットだけを共通に製造した場合であっても、前記発光ユニットは、前記波長変換部を交換することにより、白色、温白色や電球色の光を効率よく発光させることができる。
したがって、前記発光ユニットは、相関色温度の異なる前記発光装置を個別に開発、生産および在庫管理などする必要もなく、相関色温度の異なる前記発光装置の開発工数の短縮、在庫管理の簡素化に優れ、生産性よく形成することができる。
特に、白色系の光を発光する前記発光装置を備えた前記発光ユニットを共通の基本体として、前記発光ユニットの製造時における後工程にて相関色温度、色調や演色性の異なる前記発光ユニットを構成することができ、生産性の優れた前記発光ユニットを提供できる。すなわち、異なる色調の前記発光ユニットごとに、相関色温度、色調や演色性の異なる前記発光装置を個別に開発、生産および在庫管理する必要もなく、前記発光装置の開発工数の短縮、在庫管理の簡素化に優れる。また、前記発光装置を前記実装基板に実装してなる前記発光ユニットも、色調、演色性など個別の開発、生産および在庫管理などが不要となり、品質ばらつきも低減できる。
請求項２の発明は、請求項１に記載の発明において、前記発光装置からの前記白色系の光が４５００Ｋ〜７０００Ｋの範囲内にあることを特徴とする。
この発明によれば、前記発光装置からの前記白色系の光が４５００Ｋ〜７０００Ｋの範囲内にあることにより、たとえば、前記発光装置から昼光色、昼白色や白色などの白色系の光を発光することで、前記波長変換部によって温白色や電球色の光を前記発光ユニットから効率よく放出させることができる。
請求項３の発明は、半導体発光素子を備え白色系の光を発光させる発光装置と該発光装置を実装してなる実装基板とを有する発光ユニットが設けられた器具本体と、前記発光ユニットからの光の少なくとも一部を透過する透光性パネル、もしくはグローブカバーと、白色系の光を発光する前記発光装置の発光部を少なくとも覆って別途に形成され、前記発光装置からの前記白色系の光よりも相関色温度がより低い光を発光する波長変換部とを有することを特徴とする。
この発明によれば、半導体発光素子を備え白色系の光を発光させる発光装置と該発光装置を実装してなる実装基板とを有する発光ユニットが設けられた器具本体と、前記発光ユニットからの光の少なくとも一部を透過する透光性パネル、もしくはグローブカバーと、白色系の光を発光する前記発光装置の発光部を少なくとも覆って別途に形成され、前記発光装置からの前記白色系の光よりも相関色温度がより低い光を発光する波長変換部とを有することにより、共通の発光装置を用いつつ、前記発光装置から発光される白色系の光を比較的簡単に異なる相関色温度の光に変えることができ、生産性のより高い照明装置とすることができる。
請求項４の発明は、請求項３に記載の発明において、前記透光性パネル、もしくは前記グローブカバーは、表面に前記波長変換部が塗布された塗布部を備えてなることを特徴とする。
この発明によれば、前記透光性パネル、もしくは前記グローブカバーは、表面に前記波長変換部が塗布された塗布部を備えてなることにより、前記発光装置における前記発光部の面積と比較して大きな前記透光性パネル、もしくは前記グローブカバーの表面に前記波長変換部を形成することができる。
そのため、照明装置は、前記波長変換部を塗布するだけの比較的簡単な構成で、色調の制御性がよい前記波長変換部を形成することが可能となる。また、前記透光性パネル、もしくは前記グローブカバーを交換するだけの簡単な構造で、照明装置は、照射する白色系の光を比較的簡単に異なる相関色温度の光に任意かつ自由に変更することができる。
特に、前記発光装置とは別途に、前記透光性パネル、前記グローブカバーの表面に前記波長変換部が設けられ、前記発光装置の前記発光部から離間しているので、前記発光装置の点灯に伴い、前記発光装置からの熱で前記波長変換部が熱劣化することが生じにくい。また、前記波長変換部は、前記発光装置の前記発光部から離間しているので、波長変換に起因する発熱を低くすることができる。そのため、前記発光装置の前記発光部に前記波長変換部を形成させたものと比較して、光束がより高い照明装置とすることができる。
また、前記グローブカバーの形状、前記発光装置から前記グローブカバーまでの離間距離、前記発光装置の前記発光部から発光される光の出射角を調整することにより、前記波長変換部からより均一な透過光を発光させることが可能となる。
請求項５の発明は、請求項３に記載の発明において、前記透光性パネル、もしくは前記グローブカバーは、表面に前記波長変換部のシート部が設けられてなることを特徴とする。
この発明によれば、前記透光性パネル、もしくは前記グローブカバーは、表面に前記波長変換部のシート部が設けられてなることにより、前記発光装置における前記発光部の面積と比較して大きな前記透光性パネル、もしくは前記グローブカバーの表面に前記波長変換部を形成することができる。
そのため、照明装置は、前記波長変換部の前記シート部を設けるだけの比較的簡単な構成で、色調の制御性がよい前記波長変換部を形成することが可能となる。また、前記透光性パネル、もしくは前記グローブカバーや前記波長変換部を交換するだけの簡単な構造で、照明装置は、照射する白色系の光を比較的簡単に異なる相関色温度の光に任意、かつ自由に変更することができる。
特に、前記発光装置とは別途に、前記透光性パネル、前記グローブカバーの表面に前記波長変換部が設けられ、前記発光装置の前記発光部から離間しているので、前記発光装置の点灯に伴い、前記発光装置からの熱で前記波長変換部が熱劣化することが生じにくい。また、前記波長変換部は、前記発光装置の前記発光部から離間しているので、波長変換に伴う励起熱を低くすることができる。そのため、前記発光装置の前記発光部に前記波長変換部を形成させたものと比較して、光束がより高い照明装置とすることができる。
また、前記グローブカバーの形状、前記発光装置から前記グローブカバーまでの離間距離、前記発光装置の前記発光部から発光される光の出射角を調整することにより、前記波長変換部からより均一な透過光を発光させることが可能となる。
請求項６の発明は、請求項４に記載の発明において、前記塗布部は、前記発光装置からの白色系の光を透過させる前記波長変換部の抜き部位を備え、該抜き部位が図形または模様の少なくとも一方を構成してなることを特徴とする。
この発明によれば、前記塗布部は、前記発光装置からの白色系の光を透過させる前記波長変換部の抜き部位を備え、該抜き部位が図形または模様の少なくとも一方を構成してなることにより、前記波長変換部の前記抜き部位を利用して、任意の図形または模様の発光を得ることができ、意匠性に優れた照明装置を提供することが可能となる。
請求項７の発明は、請求項５に記載の発明において、前記シート部は、前記発光装置からの白色系の光を透過させる前記波長変換部の抜き部位を備え、該抜き部位が図形または模様の少なくとも一方を構成してなることを特徴とする。
この発明によれば、前記シート部は、前記発光装置からの白色系の光を透過させる前記波長変換部の抜き部位を備え、該抜き部位が図形または模様の少なくとも一方を構成してなることにより、前記波長変換部の前記抜き部位を利用して、任意の図形または模様の発光を得ることができ、意匠性に優れた照明装置を提供することが可能となる。
請求項８の発明は、請求項４または請求項５に記載の発明において、前記透光性パネル、または前記グローブカバーは、表面に前記波長変換部からの光の色調と、前記発光装置からの光によって該光とは異なる色調の蛍光を発する蛍光部材を備え、該蛍光部材が図形または模様の少なくとも一方を構成してなることを特徴とする。
この発明によれば、前記透光性パネル、または前記グローブカバーは、表面に前記波長変換部からの光の色調と、前記発光装置からの光によって該光とは異なる色調の蛍光を発する蛍光部材を備え、該蛍光部材が図形または模様の少なくとも一方を構成してなることにより、前記蛍光部材が、任意の発光の図形または模様の発光を得ることができ、意匠性に優れた照明装置を提供することが可能となる。
また、前記グローブカバーは、前記蛍光部材を励起発光させることによって、任意の図形や模様の発光などを得ることができる。
請求項１の発明では、発光装置の発光部を少なくとも覆って別途に形成され、前記発光装置の前記発光部から発光される白色系の光における黒体放射の相関色温度よりも相関色温度の低い光を発光する波長変換部を有してなることによって、共通の発光装置を用いつつ、前記発光装置から発光される白色系の光を比較的簡単に異なる相関色温度の光に変えることで、生産性のより高い発光ユニットを提供することができるという顕著な効果がある。
また、請求項３の発明では、半導体発光素子を備え白色系の光を発光させる発光装置と該発光装置を実装してなる実装基板とを有する発光ユニットが設けられた器具本体と、前記発光ユニットからの光の少なくとも一部を透過する透光性パネル、もしくはグローブカバーと、白色系の光を発光する前記発光装置の発光部を少なくとも覆って別途に形成され、前記発光装置からの前記白色系の光よりも相関色温度がより低い光を発光する波長変換部とを有することにより、共通の発光装置を用いつつ、前記発光装置から発光される白色系の光を比較的簡単に異なる相関色温度の光に変えることで、生産性のより高い照明装置を提供することができるという顕著な効果がある。
実施形態１の発光ユニットを示し、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡＡ模式断面図である。 同上の発光ユニットを用いた照明装置の製造工程を説明する説明図である。 実施形態２の照明装置の製造工程を説明する工程説明図である。 実施形態３の照明装置を示し、（ａ）は基礎となる照明装置の模式断面図を示し、（ｂ）は（ａ）とは異なる相関色温度の光を放射する照明装置の模式断面図である。 同上の照明装置の正面図を示す。 従来の発光装置を示し、（ａ）は発光装置の断面図、（ｂ）は別の発光装置の断面図である。 参考のために示す発光装置が発光する光を説明する説明図である。 本願と比較のための照明装置の製造工程を示す。
（実施形態１）
本実施形態の発光ユニット及びこれを用いた照明器具について図１および図２を用いて説明する。なお、図１および図２において、同一の構成要素には、同一の符号を付している。
本実施形態の図１示す発光ユニット１０は、半導体発光素子たるＬＥＤチップ１、該ＬＥＤチップ１からの青色光を吸収して補色となる黄色系の蛍光を発する蛍光物質を透光性樹脂中に含有させた波長変換部材２を備え白色系の混色光（たとえば、標準の光（Ｄ６５））を発光させる発光装置４と、該発光装置４を一表面５ａ側に実装してなる実装基板５とを有している。
特に、発光ユニット１０は、白色系の光を発する発光装置４の発光部４ａａを少なくとも覆って別途に形成され、発光装置４からの上記白色系の混色光よりも相関色温度のより低い光を発光する波長変換部６を有してなる。ここで、相関色温度とは、光源の色が黒体放射軌跡上になく完全に一致しない場合においても、最も近似の黒体の温度を示す。
なお、波長変換部６は、図１（ｂ）に示すように、少なくとも白色系の光を発光させる発光装置４の発光部４ａａを覆って別途に形成され、発光装置４の発光部４ａａと離間して配置されている。
ここで、図１（ａ）の発光ユニット１０は、複数個（ここでは、６個）の発光装置４を実装基板５の一表面５ａ側上に実装させて構成している。なお、実装基板５の外周部には、後述する照明装置２０の内部に固定時に利用する切り欠き部５ｂを備えている。
より具体的には、発光ユニット１０は、平板状の実装基板５の一表面５ａ側に６個の発光装置４を実装している。発光装置４それぞれの凹部３ａの内部には、青色光（たとえば、発光ピーク波長が４６０ｎｍの青色の光）を発光する窒化物半導体材料からなる半導体発光素子たるＬＥＤチップ１が配置されている。ＬＥＤチップ１は、発光装置４のパッケージ３の凹部３ａの内部からパッケージ３の外部に延在するリードフレーム（図示していない）と電気的に接続されている。ＬＥＤチップ１は、該ＬＥＤチップ１からの青色光を吸収して補色となる黄色系の蛍光を発する蛍光物質（たとえば、（Ｂａ０．０５Ｓｒ０．９３Ｅｕ０．０２）２ＳｉＯ４）を透光性樹脂（たとえば、シリコーン樹脂）中に含有した波長変換部材２で被覆されている。また、発光装置４は、実装基板５の上記一表面５ａ側に形成されてなる導体パターン（図示していない）と、上記リードフレームとを半田などにより電気的に接続させることで、ＬＥＤチップ１に給電可能に構成している。発光装置４のＬＥＤチップ１に外部から給電させると、ＬＥＤチップ１が青色光を発光すると共に、波長変換部材２の蛍光物質が青色光を吸収して黄色光を発光する。発光装置４の発光部４ａａからは、波長変換部材２を透過したＬＥＤチップ１からの青色光と、波長変換部材２の蛍光物質からの黄色光との混色により、白色系の光における黒体放射の相関色温度が５０００Ｋ前後の昼白色の光を発光する。
ここで、発光ユニット１０から発光装置４の発光部４ａａからの昼白光よりも相関色温度の低い、白色、温白色や電球色の光を放出させる場合、発光ユニット１０は、発光装置４の発光部４ａａを覆って別途に形成され、ＬＥＤチップ１からの青色光を吸収して補色となる黄色系の蛍光を発する蛍光物質（たとえば、（Ｂａ０．０５Ｓｒ０．９３Ｅｕ０．０２）２ＳｉＯ４）を透光性樹脂（たとえば、シリコーン樹脂）中に含有させてドーム状に成形させた波長変換部６を発光装置４の発光部４ａａと離間して配置させればよい。ここで、波長変換部６は、前記蛍光物質の樹脂中における濃度を増やすことで、波長変換部６から放射される光の相関色温度を白色側から電球色側により低くすることができる。なお、ドーム状に形成させた波長変換部６は、発光装置４の発光部４ａａを覆うように図示していない嵌め込み部で固定してもよいし、シリコーン樹脂などからなる接着剤で固定してもよい。
これによって、発光ユニット１０は、図２に示すように、発光装置４を実装基板５の一表面５ａに実装するまでは、１種類のみの発光ユニット１０が共通に生産されており、波長変換部６の有無や目的とする色温度を発光させるための波長変換部６ｂ，６ｃ，６ｄに交換するだけで２種類以上の色温度の光を得る発光ユニット１０とすることができる。図２では、発光ユニット１０からの矢印で、それぞれ異なる照明装置２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの平面視を図示しており、該平面視からの矢印で照明装置２０ｂ，２０ｃ，２０ｄの模式断面図を図示している。
すなわち、本実施形態の発光ユニット１０は、発光装置４にキャップ形状の波長変換部６のない場合、発光ユニット１０から発光する光は、たとえば、色調が昼白色に相当する相関色温度の光にすることができる。また、発光ユニット１０ｂは、昼白色の光を発光する発光装置４の発光部４ａａに離間して、別途に形成されたキャップ形状の波長変換部６ｂを被せることで、発光装置４からは基本となる白色系（昼白色）の光よりも相関色温度の低い白色の光を発光させることができる。また、発光ユニット１０ｃは、昼白色の光を発光する発光装置４の発光部４ａａに離間して、別途に形成されたキャップ形状の波長変換部６ｃを被せることで、発光装置４からは基本となる白色系（昼白色）の光よりも相関色温度の低い温白色の光を発光させることができる。同様に、発光ユニット１０ｄは、昼白色の光を発光する発光装置４の発光部４ａａに離間して、別途に形成されたキャップ形状の波長変換部６ｄを被せることで、発光装置４からは基本となる白色系（昼白色）の光よりも相関色温度の低い電球色の光を発光させることができる。
こうして形成された各発光ユニット１０は、照明装置２０の器具本体２２の内部にそれぞれ配置すればよい。照明装置２０から異なる相関色温度の発光色を任意に放出させたい場合は、発光装置４の発光部４ａａから発光される白色系の光よりも相関色温度がより低い光を発光する複数種類の波長変換部６を用意しておけばよい。なお、発光装置４から放射される白色系の光は、相関色温度が５０００Ｋ前後となるものだけに限られず、照明装置２０として設定される相関色温度のより高い色度を発光するように設定することもできる。
以下、本実施形態の発光ユニット１０および照明装置２０に用いられる各構成について詳述する。
本実施形態の発光ユニット１０の発光装置４に用いられる半導体発光素子は、通電により発光可能な半導体素子である。半導体発光素子が放射する光は、たとえば、可視光のうちエネルギーの強い青色光とすることができるが、青色光のみに限定するものではなく、半導体発光素子たるＬＥＤチップ１から発光と、波長変換部材２からの発光とで白色系の光を発光させる場合、波長変換部材２を効率よく励起させるために紫外線や他の波長の光を用いてもよい。前記半導体発光素子たるＬＥＤチップ１は、たとえば、サファイア基板、スピネル基板、窒化ガリウム基板、酸化亜鉛基板や炭化シリコン基板などの結晶成長基板上にｐｎ接合を備えた窒化ガリウム系化合物半導体層を有するものが挙げられる。
なお、ＬＥＤチップ１は、絶縁性基板上に半導体層が形成され、該半導体層の同一面側に正負の各電極がそれぞれ形成されたＬＥＤチップ１を用いてもよいし、導電性基板を用いＬＥＤチップ１の厚み方向の両面側に正負の各電極がそれぞれ形成されたＬＥＤチップ１を用いてもよい。
同一面側に正負の各電極が設けられたＬＥＤチップ１は、金属バンプなどの金属バンプを用い、表面に一対の導電パターンが形成された発光装置４のパッケージ３の凹部３ａの底面上にフリップチップ実装させることができる。また、ＬＥＤチップ１の厚み方向の両面側に正負の各電極が設けられたＬＥＤチップ１は、ＬＥＤチップ１が実装されるパッケージの凹部３ａの底面上に形成された一対の導体パターンのうちの一方の導体パターンと、ＬＥＤチップ１の前記一方の電極とを導電性部材（たとえば、ＡｕＳｎやＡｇペーストなど）を介してダイボンディングして電気的に接続させる。また、ＬＥＤチップ１の光取り出し面側の他方の電極と、ワイヤ（たとえば、アルミニウム線や金線など）を介して他方の導体パターンと電気的に接続させればよい。
本実施形態の発光ユニット１０の発光装置４では、パッケージ３の凹部３ａ内に半導体発光素子として一個のＬＥＤチップ１を実装しているが、ＬＥＤチップ１は、一個だけに限らず複数個用いることができる。この場合、各ＬＥＤチップ１は、適宜に直列、並列や直並列に電気的に接続させればよい。
なお、現在までのところ、１つの半導体発光素子たるＬＥＤチップ１を用いた発光装置４で従来の一般照明装置における蛍光ランプなどの光源に匹敵する十分な光出力を得ることが難しい。そのため、複数個の発光装置４を実装基板５の一表面５ａ側に配置させて発光ユニット１０とすることが行われている。この場合、各発光装置４から発光される光の色調を均一にさせることは難しいことから、本実施形態の発光ユニット１０において、予め実装基板５の一表面５ａ側に白色系の光を発光する発光装置４を実装させ、複数種類の波長変換部６で相関色温度を制御することで発光ユニット１０や発光ユニット１０を用いた照明装置２０の生産性を飛躍的に高めることも可能となる。
次に、本実施形態の発光ユニット１０の発光装置４に用いられる波長変換部材２は、発光装置４の発光部４ａａから白色系の光を放出するために、ＬＥＤチップ１からの光の少なくとも一部を波長変換させる蛍光物質を透光性樹脂やガラスなどに含有させたものを用いることができる。波長変換部材２に用いられる蛍光物質としては、たとえば、Ｅｕで付活された（Ｓｒ，Ｃａ，Ｍｇ）ＡｌＳｉＮ３、Ｅｕで付活された（Ｓｒ，Ｃａ）２Ｓｉ５Ｎ８などの窒化物系の蛍光物質のほか、Ｃｅで付活されたＹ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｃｅで付活されたＴｂ３Ａｌ５Ｏ１２などのアルミネート系の蛍光物質、Ｅｕで付活されたＢａ２ＳｉＯ４やＥｕで付活された（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ）２ＳｉＯ４などの珪酸塩系の蛍光物質やＣａ２ＢＯ３Ｃｌ２などのファロボレート系の蛍光物質を採用することもできる。また、波長変換部材２に用いられる前記蛍光物質は黄色蛍光物質に限らず、たとえば、赤色蛍光物質と緑色蛍光物質を添加しても、白色光を得ることができる。
次に、本実施形態の発光ユニット１０の発光装置４に用いられるパッケージ３は、半導体発光素子であるＬＥＤチップ１や波長変換部材２を保護することが可能なものであって、樹脂やセラミックなどで形成することができる。ＬＥＤチップ１や波長変換部材２からの光を効率よく所定の方向に発光させるためには、内面がＬＥＤチップ１や波長変換部材２からの光に対して反射率の高い凹部３ａを備えたパッケージ３を用いることが好ましい。しかしながら、パッケージ３は、必ずしも凹部３ａを備える必要もない。したがって、発光装置４は、パッケージ３の材料や構造によっては、発光装置４の全体が発光部４ａａとして機能する場合もある。また、発光装置４は、必ずしも実装基板５の一表面５ａ側だけに実装されるものばかりでなく、実装基板５の一表面５ａと反対の他表面側に実装してもよい。この場合、発光装置４は、実装基板５の貫通孔（図示していない）から白色系の光を発光できるように前記他表面側に実装できるパッケージ３の構造とすればよい。
本実施形態の発光ユニット１０に用いられる実装基板５は、発光装置４を一表面５ａ側に実装可能なものである。実装基板５は、一表面５ａ上に一対の導体パターン（図示していない）が設けられたものを利用し、発光装置４の通電経路を構成してもよい。このような実装基板５は、Ｆｅ材料、Ｃｕ材料やＡｌ材料などを用いた金属基板、窒化アルミニウムやアルミナなどのセラミック基板やガラスエポキシ樹脂基板などを用いることができる。実装基板５が導電性を有する場合、前記導体パターンとの短絡を防ぐため、実装基板５の一表面５ａ側に適宜に絶縁層を形成させればよい。実装基板５として窒素アルミニウムのセラミック基板を用いた場合は、ガラスエポキシ樹脂基板などと比較して熱伝導率も高く、発光装置４の点灯で生じた熱を外部に効率よく放熱させ発光ユニット１０の放熱性を高めることができる。
なお、本実施形態の発光ユニット１０は、発光装置４を実装するために平板状の実装基板５を用いているが、実装基板５の周部に発光装置４からの光を反射させるリフレクターを備えた実装基板５を用いてもよい。
本実施形態の発光ユニット１０を収納した照明装置２０では、図２に示す、平面視において、実装基板５の一表面５ａ側に各発光装置４それぞれの周部に発光装置４からの光を反射させるリフレクター部７ａを備えたカバー部７を好適に設けている。
本実施形態の発光ユニット１０に用いられる波長変換部６は、発光装置４の発光部４ａａから発光される白色系の光よりも相関色温度の低い光を発光するものである。波長変換部６は、たとえば、発光装置４からの白色系の光のうち、青色光成分を吸収して黄色光を放射する蛍光物質が含有されたシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂やガラスなどの透光性材料により構成することができる。
波長変換部６の厚みは、発光ユニット１０から放射する光の目標とする相関色温度や発光装置４から放射される白色系の光の強さによって種々選択することができる。また、波長変換部６の透光性材料中に含有される蛍光物質は、蛍光物質の発光効率、波長変換部６の厚み、発光装置４から放射された光の目標とする相関色温度や発光装置４から放射される白色系の光の強さによって異なるが、たとえば、５０重量％以下とすることができる。
また、波長変換部６に用いられる蛍光物質としては、たとえば、Ｅｕで付活された（Ｓｒ，Ｃａ，Ｍｇ）ＡｌＳｉＮ３、Ｅｕで付活された（Ｓｒ，Ｃａ）２Ｓｉ５Ｎ８などの窒化物系の蛍光物質のほか、Ｃｅで付活されたＹ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｃｅで付活されたＴｂ３Ａｌ５Ｏ１２などのアルミネート系の蛍光物質、Ｅｕで付活されたＢａ２ＳｉＯ４やＥｕで付活された（Ｓｒ，Ｂａ，Ｃａ）２ＳｉＯ４などの珪酸塩系の蛍光物質やＣａ２ＢＯ３Ｃｌ２などのファロボレート系の蛍光物質を採用することもできる。また、波長変換部６に用いられる前記蛍光物質は黄色蛍光物質に限らず、たとえば、赤色蛍光物質と緑色蛍光物質を添加してもよい。
ここで、発光装置４の発光部４ａａと波長変換部６とが離間して配置されていない場合、ＬＥＤチップ１上に被覆される波長変換部６は、発光装置４の点灯に伴い加熱される。波長変換部６は、温度上昇に伴い光出力が低下する温度消光の特性があるため、波長変換部６は、全体に均一に発光することができず、波長変換部６の発光効率が低下する傾向にある。
これに対し、発光装置４の発光部４ａａと波長変換部６とが離間している場合、波長変換部６は、ＬＥＤチップ１の点灯に伴い加熱されることが抑制され、発光効率が低下することを抑制することができる。
ところで、本実施形態の発光ユニット１０は、１種類の発光ユニット１０を基本として、別途に形成させた波長変換部６を交換することで、異なる色調の光を発光する発光ユニット１０を形成させることができる。この場合、波長変換部６の形成されていない発光ユニット１０と、波長変換部６で発光装置４の発光部を覆った発光ユニット１０とでは、発光色や演色性の違いだけでなく、各発光装置４から放出される光の指向角も変わる場合がある。
そのため、本実施形態の発光ユニット１０は、蛍光物質の含有量に応じてドーム状の波長変換部６のレンズ形状などを変化させて発光装置４から放射される光の指向角が実質的に変化しないよう調整させることもできる。
このような発光装置４から放射される光の指向角をいずれの波長変換部６を設けた場合においても指向角があうように波長変換部６の内側面に蛍光物質の含有量に応じてこと異なる大きさや角度を有する凹凸を形成させてもい。
ここで、発光ユニット１０は、第１の色調の光（たとえば、昼白色）を発光させるために、半導体発光素子たるＬＥＤチップ１からの放射される青色光をそのまま外部に放出する発光装置４として、５個の発光装置４を実装基板５の一表面５ａ側に実装させる。
なお、発光装置４から放射される青色光などを発光基本色として、キャップ形状の波長変換部６により波長変換することで所望の白色光を発光させる発光ユニット１０を構成することも考えられる。しかしながら、発光装置４は、ＬＥＤチップ１から放出される青色光の波長ばらつきや光出力ばらつき、青色光を吸収して補色となる黄色光に変換させるキャップ形状の波長変換部６との組み合わせによって生ずる色調ばらつきなどが大きくなる傾向にある。そのため、本実施形態の発光ユニット１０に用いられる発光装置４では、発光装置４から放射される光を蛍光物質から放射される混色光を基本として発光ユニット１０を形成してある。
波長変換部６で被覆された半導体発光素子は、空気を介して波長変換部６が形成されていることから、波長変換部６界面での反射などにより色むらをより低減させることができる。
このような波長変換部６は、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂、ガラスなどの透光性部材中に蛍光物質を混合させて射出成型などにより成型することで、比較的簡単に所望の形状に形成することができる。
（実施形態２）
本実施形態の図２に示す照明装置２０の基本構成は、図１に示す実施形態１の発光ユニット１０を用いた照明装置２０と略同一の構成であり、図３に示すように、実施形態１におけるキャップ形状の波長変換部６に変えて、シート状の波長変換部６ｅ，６ｆ，６ｇを用いた点が異なる。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。
図３には、本実施形態の照明装置２０を製造するために、矢印の向きに沿って模式断面図の発光装置４から平面視の発光ユニット１０、発光ユニット１０から発光ユニット１０を照明装置１０に収納させた照明装置１０の発光面および模式断面図を示している。
まず、発光装置４は、パッケージ３の凹部３ａ内に青色光が発光可能なＬＥＤチップ１を実装させており、ＬＥＤチップ１を覆うように波長変換部材２が充填されている。発光装置４の発光部４ａａからは白色系の光が昼白色光Ｌ１を発光する。
本実施形態の発光ユニット１０は、半導体発光素子たるＬＥＤチップ１を備え白色系の昼白色光Ｌ１を発光させる発光装置４と、該発光装置４を一表面５ａ側に実装してなる実装基板５とを有している。発光装置４は、同じ白色系の昼白色光Ｌ１を発光する発光装置４を実装基板５の一表面５ａ上に実装させている。
次に、実装基板５上の複数個（ここでは、６個）の発光装置４が実装された発光ユニット１０は、発光装置４の各発光部４ａａを覆って別途に形成され、発光装置４の発光部４ａａそれぞれから発光される白色系の昼白色光Ｌ１よりも相関色温度の低い光を発光するシート状の波長変換部６ｅ，６ｆ，６ｇを照明装置２０の器具本体２２の内部に収納させている。
ここで、波長変換部６ｅ，６ｆ，６ｇをシート状に形成することにより、実施形態１におけるキャップ形状の波長変換部６をそれぞれ別々に複数個の発光装置４に被せることなく、照明装置２０の発光パネル（図示していない）との間に挟みこむなどにより形成することができる。そのため、発光ユニット１０や照明装置２０を形成するための、作業性を大幅に向上することができるものである。
また、シート状の波長変換部６ｅ，６ｆ，６ｇが、発光装置４から離れたところで保持されていることで、シート状の波長変換部６ｅ，６ｆ，６ｇでの変換光率が低下する発光装置４の発熱による悪影響を受けることなく、発光効率の低下を抑制することができる。そのため、シート状の波長変換部６ｅ，６ｆ，６ｇは、上述した波長変換部６から放射される光の相関色温度を電球色系など低くし、蛍光物質の濃度を高めた場合における発光取り出し効率の低減を補う効果もある。
このような発光ユニット１０は、シート状の波長変換部６ｅ，６ｆ，６ｇを発光装置４から放射された光を透過する透光性パネル（図示していない）に重ね合わせ、器具本体２２の内部に収納することで、照明装置２０を構成することができる。なお、照明装置２０の透光性パネルと波長変換部６とを貼り合わせすることによりシート部を形成させる場合や、スクリーン印刷を応用した印刷法により波長変換部６からなる印刷部を形成させる場合は、透光性パネルの交換により、色調を任意に自由に変更することができる効果も有する。また、前記塗布部、または前記シート部は、発光装置４からの白色系の光を透過させる波長変換部６の抜き部位を備え、該抜き部位によって所望の図形や模様などを適宜に形成させることもできる。
（実施形態３）
本実施形態の図４に示す照明装置２０の基本構成は、図３に示す実施形態２の発光ユニット１０を用いた照明装置２０と略同一であり、図４に示すように、実施形態２における波長変換部６を透光性パネルに形成する代わりに、波長変換部６をグローブカバー２１の内側面に形成させた点が異なる。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適宜省略する。
本実施形態の図４（ａ）に示す照明装置２０は、たとえば、シーリングライトのような形状を有する照明装置２０の形態である。照明装置２０は、白色系の光を発光させる発光装置４、該発光装置４を一表面５ａ側に実装してなる実装基板５を有する発光ユニット１０と、発光装置４から放射された光を透過するグローブカバー２１を備えた器具本体２２とを有する。
また、図４（ｂ）に示す照明装置２０は、図４（ａ）に示す照明装置２０のグローブカバー２１の内側面に、発光装置４を覆って別途に形成され、発光装置４から発光される前記白色系の光よりも相関色温度の低い光を発光する波長変換部６を有してなる。
これにより、照明装置２０は、白色系の光を発光する発光装置４を実装基板５の一表面５ａ側に実装させたものを基本として構成している。また、図４（ａ）に示す照明装置２０は、波長変換部６を備えていない元々のグローブカバー２１単体を用いて、発光ユニット１０の発光装置４からの基本色調における白色系の光を発光している。図４（ｂ）に示す照明装置２０は、図４（ａ）の発光ユニット１０と同種のものを用いており、グローブカバー２１の内側の表面全体に波長変換部６が塗布された塗布部２３を備えてなる。同様に、グローブカバー２１の内側の表面全体に、波長変換部６が塗布された塗布部２３の代わりに波長変換部６のシート部（図示していない）を重ね合わせにより形成してもよい。これにより、照明装置２０は、グローブカバー２１から発光装置４が発光した基本色調となる白色系の光よりも相関色温度の低い光を発光させることができる。
本実施形態の照明装置２０は、実施形態２の照明装置２０と同様に、グローブカバー２１の交換あるいは、シート形状の波長変換部６の交換などによって、照明装置２０からの光の相関色温度を変えることができる効果を有する。なお、波長変換部６は、必ずしもグローブカバー２１の内側面に形成させるものばかりでなく、外側面や内部に形成させてよい。
さらに、本実施形態の照明装置２０は、図５に示すように、グローブカバー２１における波長変換部６となる前記塗布部や前記シート部が、発光装置４からの白色系の光を透過させる波長変換部６の抜き部位１２を備え、該抜き部位１２がたとえば、星型や月の図形または模様を構成することもできる。抜き部位１２は、抜き、非塗布部でもかまわないし、あるいは、異なる蛍光材料を別途塗布などすることにより、任意の色調を得ることもできる。また、複数の蛍光材料を重ねることでの図形や模様を構成させてもよい。
すなわち、グローブカバー２１は、表面に波長変換部６からの光の色調と、発光装置４からの光の色調とは異なる色調の光を発光する蛍光部材を備え、該蛍光部材が図形または模様の少なくとも一方を構成することもできる。これにより、照明装置２０は、任意の図形または模様の発光を得ることができ、意匠性に優れた照明装置２０を提供することが可能となる。
１ 半導体発光素子（ＬＥＤチップ）
４ 発光装置
４ａａ 発光部
５ 実装基板
６ 波長変換部
９ 器具本体
１０ 発光ユニット
１２ 抜き部位
２０ 照明装置
２１ グローブカバー
２３ 塗布部

Claims (8)

  1. 半導体発光素子を備え白色系の光を発光させる発光装置と、該発光装置を実装してなる実装基板とを有する発光ユニットであって、
    白色系の光を発光する前記発光装置の発光部を少なくとも覆って別途に形成され、前記発光装置からの前記白色系の光よりも相関色温度がより低い光を発光する波長変換部が設けられてなることを特徴とする発光ユニット。
  2. 前記発光装置からの前記白色系の光が４５００Ｋ〜７０００Ｋの範囲内にあることを特徴とする請求項１記載の発光ユニット。
  3. 半導体発光素子を備え白色系の光を発光させる発光装置と該発光装置を実装してなる実装基板とを有する発光ユニットが設けられた器具本体と、前記発光ユニットからの光の少なくとも一部を透過する透光性パネル、もしくはグローブカバーと、白色系の光を発光する前記発光装置の発光部を少なくとも覆って別途に形成され、前記発光装置からの前記白色系の光よりも相関色温度がより低い光を発光する波長変換部とを有することを特徴とする照明装置。
  4. 前記透光性パネル、もしくは前記グローブカバーは、表面に前記波長変換部が塗布された塗布部を備えてなることを特徴とする請求項３記載の照明装置。
  5. 前記透光性パネル、もしくは前記グローブカバーは、表面に前記波長変換部のシート部が設けられてなることを特徴とする請求項３記載の照明装置。
  6. 前記塗布部は、前記発光装置からの白色系の光を透過させる前記波長変換部の抜き部位を備え、該抜き部位が図形または模様の少なくとも一方を構成してなることを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
  7. 前記シート部は、前記発光装置からの白色系の光を透過させる前記波長変換部の抜き部位を備え、該抜き部位が図形または模様の少なくとも一方を構成してなることを特徴とする請求項５に記載の照明装置。
  8. 前記透光性パネル、もしくは前記グローブカバーは、表面に前記波長変換部からの光の色調と、前記発光装置からの光によって該光とは異なる色調の蛍光を発する蛍光部材を備え、該蛍光部材が図形または模様の少なくとも一方を構成してなることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の照明装置。
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