JP2015225994A - 発光装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】LED発光素子と、該LED発光素子を覆うように配置され、透光性材料を含んで成る透光性部材と、前記透光性部材の前記LED素子と対向する面と反対側の面を覆うように配置された蛍光体層と、を含み、該透光性部材は、前記透光性材料と異なる屈折率を有する散乱領域を複数有し、前記LED発光素子の出射角度が0°の方向に平行な方向からの上面視において、前記LED発光素子の直上に位置する前記散乱領域の寸法が、前記発光素子よりも外側に位置する前記散乱領域の寸法よりも小さいことを特徴とする発光装置である。
【選択図】図1
Description
例えば、GaN系LED発光素子の青色発光のような波長の短い光を発光可能なLED発光素子は、1種以上の蛍光体材料と組み合わせ、この蛍光体材料を励起することにより、発光素子が発する光と蛍光体により励起された光とが混色されて白色を含む所望の色の発光することができる。
また、蛍光体を用いる場合、蛍光体は、例えば樹脂に埋め込まれてLED素子の周囲に配置されているが、この蛍光体の密度を出射角度に対応して、変化させることにより、蛍光体により変換されずに発光装置の外部に至る光と、蛍光体により変換されて発光装置の外部に至る光との比率がLED発光素子の出射角度により変化するのを抑制することで色むらの発生を抑制することが行われている。
さらに、特許文献1に記載の方法を用いても得られる効果が限定的であり、発光装置の中心部分と周辺部分と間の光の強度のばらつきの発生を充分に抑制できない場合があった。
また、本発明の1つの実施形態に係る発光装置では、蛍光体層を有している。透光性部材によるMie散乱を活用するともに、Mie散乱を生じさせるために配置した透光性部材の発光素子と対向する面の反対側の面を覆うように蛍光体層を配置することで当該蛍光体層に入射するLED素子の光の強度の出射角度の違いによるばらつきが抑制されることより、色むらの発生が抑制される。
そこで、まずMie散乱の概要を説明し、その後、本発明に係る発光装置の詳細を説明する。
Mie散乱は、光の媒質中に屈折率が異なる領域が存在する場合に生じる光の散乱現象の一種であり、その領域の寸法が入射光の波長以上である場合に生じる光の散乱を、特に「Mie散乱」と呼ぶ。
すなわち、透光性材料から成る透光性部材の内部に、例えば空孔または粒子のように当該透光性材料と異なる屈折率を有する領域(以下、「散乱領域」と言う)を有している場合、この散乱領域の寸法Dと入射光の波長λの関係が、おおよそD/λ≧1.0の関係を満たすとMie散乱が生じる(例えば、非特許文献1を参照。)。
なお、散乱領域の寸法Dと入射光の波長λの関係がおおよそD/λ≧0.8の場合に生じる光の散乱もMie散乱の成分を多く含んでいることが知られている(例えば、非特許文献1を参照。)。したがって、本明細書ではこのD/λ≧0.8の関係を満たす光の散乱も「Mie散乱」に含めて説明する。
より具体的には、透光性部材の内部に入射光の波長よりも大きな寸法を有する散乱領域を配置することにより、Mie散乱を生じさせることができる。この結果、散乱光のほとんどを前方散乱(入射光の方向からプラスマイナス90°以内の方向への散乱)とすることができる。そして、散乱領域の寸法Dについて、D/λ≧1.0を満たしながら、かつDの値が大きい程、散乱光の直進成分および入射光の方向からのずれ(傾き)が小さい方向への散乱強度が増加する。一方、D/λ≧1.0を満たしながら、かつDの値が小さい程、入射光の方向からのずれ(傾き)が大きい方向の散乱強度が大きくなる。
詳細を後述するように、本発明の1つの実施形態に係る発光装置では、LED発光素子を覆うように配置された透光性部材において、LED発光素子の発光のうち、出射角度が小さい(例えば、出射角度が0°)光が到達する部分には、寸法Dが小さい散乱領域を配置し、入射方向からずれた方向に散乱する光を増加させている。一方、LED発光素子の発光のうち、出射角度が大きい光が到達する部分には、寸法Dが大きい散乱領域を配置し、入射方向と平行に進む光(直進成分)および入射方向からのずれが小さい方向に散乱する光を増加させている。
これにより、中心部分と周辺部分との間の光の強度のばらつきを抑制できる。
以下に、発光装置100の詳細を説明する。
発光装置100は、LED発光素子2と、LED発光素子2を覆うように配置された透光性部材4とを有している。発光装置100は、また、必要に応じて、図1に示すように、透光性部材4を挟んでLED発光素子2の反対側に位置し、透光性部材4を覆うように配置された蛍光体層8(すなわち、透光性部材4のLED素子2と対向する面と反対側の面を覆うように配置された蛍光体層8)を有してよい。 以下に、LED発光素子2、透光性部材4および蛍光体層8について説明する。
LED発光素子2は、赤色LEDチップ、緑色LEDチップおよび青色LEDチップを含む任意の発光ダイオード(LED)チップを含む素子であってよい。好ましいLED発光素子の例として、発光装置が蛍光体を含む場合に蛍光体を充分に励起できる比較的短い波長の光を発光できる青色LEDチップを挙げることができる。
図1に示す実施形態では、発光装置100は、1つのLED発光素子2を有しているが、これに限定されるものではなく、例えば発光装置100の中心部(図1の左右方向の中心)近傍に複数のLED発光素子2を配置する等、複数のLED発光素子2を配置してよい。
透光性部材4は、透光性材料を含んでおり、好ましくは透光性材料により形成されている。本明細書において「透光性材料」とは、入射したLED発光素子2からの光の少なくとも一部を透過させることができる材料を意味し、好ましくは、例えば50%以上、より好ましくは70%以上の内部透過率(後述の散乱領域6により散乱されて透過する光も透過光として含んだ透過率)を有する。透光性部材4を形成する透光性材料は、好ましくは、LED発光素子2のピーク波長の光に対して透明である。
透光性部材4を形成する透光性材料(以下、「透光性部材用材料」という場合がある)として、ガラス材料および樹脂材料を例示できる。具体的なガラス材料として、中屈折材料である、石英ガラス(例えば合成溶融石英ガラス)および硼珪酸ガラス(例えば、BK7(登録商標)、パイレックス(登録商標))を例示でき、高屈折材料として例えばLaSFN9(登録商標)ガラス例示できる。また、樹脂材料として、シリコーン樹脂およびポリイミド樹脂を例示することができる。
図1に示す実施形態では、透光性部材は球殻形状(球状でかつ中心部分に空洞(好ましくは図1に示すように球状の空洞)を有する)の一部分(図1では上半分)となっている。この球殻形状または球形状の一部分である形状だと、LED発光素子2と透光性部材4との距離および透光性部材4の厚さが、光の出射方向に依らず概ね一定となることから好ましい。
また、図1に示す実施形態では、透光性部材4とLED発光素子2とは離間している。これにより、透光性部材4がLED発光素子2の発熱による影響を受けにくくなるため好ましい。
しかし、透光性部材4の形状および配置はこれに限定されるものではなく、任意の形状を有してよく、またLED発光素子2と透光性部材4とが接触することを含め任意の配置を選択してよい。
しかし、本願発明は、Mie散乱を用いて、LED発光素子2の出射光のなかでも、とりわけ、出射角度の小さな光を出射方向からずれた広い角度範囲に散乱することを目的の1つとしている。このため、LED発光素子2の発光のうち、出射角度が比較的小さい光だけを透光性部材4に入射するようにしてもよい。すなわち、例えば、LED発光素子2の発光のうち、少なくとも出射角度が−45°から45°の範囲の光(または少なくとも−60°から60°の範囲の光)が入射するように透光性部材4を構成してよい。なおこのような構成では、出射角が大きな領域からの漏れ光を遮るための遮光板を設けることが好ましい。
より確実にMie散乱の効果を得るためには、散乱領域6の屈折率と透光性部材用材料の屈折率とは0.005以上異なることが好ましく、0.40以上異なることがより好ましい。
例えば、散乱領域6の屈折率を透光性部材用材料の屈折率よりも0.40以上低くする方法として、空孔を散乱領域6として用いてよい。空孔の内部は、真空でよく、また気体で満たしてもよい。このような気体として、空気を用いてもよく、また例えば、窒素、ヘリウムおよびアルゴンのような、透光性部材用材料に対して活性でない気体を用いてもよい。このような空孔は屈折率が1.0である散乱領域6として機能する。
また、散乱領域6の屈折率を透光性部材用材料の屈折率よりも0.40以上高くする方法として、散乱領域6を例えば、LaSFN9のような屈折率が1.6以上の高屈折材料により形成してよい。
例えば、青色LED発光素子は、0.46μm程度の発光ピーク波長を有することが多い。従って、LED発光素子2が青色LED発光素子であれば、散乱領域6は、例えば、約0.37μm以上の寸法を有する。
なお、散乱領域6が球形の場合は、「散乱領域6の寸法」は、散乱領域6の直径を意味する。一方、散乱領域6の形状が球形以外の形状である場合、「散乱領域6の寸法」は、同じ体積を有する球の直径を意味する。
さらには、LED発光素子2の発光のうち、出射角度が大きく、従って強度が弱い光Lは、散乱領域6により、出射角度と同じ方向進む光(直線成分)の比率が高く、狭い角度範囲を中心に散乱されるため、透光性部材から外に出る際も、元々の出射角度と同じ方向に進む光(直進成分)の強度は、それほど低下しないことを意味する。
この結果、発光装置100は、透光性部材4の内部の散乱領域6の寸法分布を適正にするという極めて簡素な構成によって、LED発光素子2からの出射光が透光性部材4に入射する際は、透光性部材4の中心部分(LED発光素子2の絶対値の小さい出射角度の方向)と周辺部分(LED発光素子2の絶対値の大きい出射角度の方向)との間で光の強度に大きな違い(すなわち、ばらつき)を有しても、透光性部材4の外側(すなわち、発光装置100の外側)においては、中心部分と周辺部分との光の強度の差が充分に抑制されている。
また、例えば30°毎のように一定の角度範囲毎にゾーンを区切って(例えば、θの絶対値が0°〜30°、30°〜60°および60°〜90°のような3つのゾーン)、各ゾーン毎に散乱領域6の寸法を変えてもよい(同一ゾーン内では、散乱領域6同程度の寸法を有する)。この場合、ゾーンの区切り方は、30°毎以外、10°毎または15°毎のように一定の角度範囲としてもよく、またゾーン毎に角度範囲を変えてもよい。
これら2つの方法を組み合わせて、散乱領域6の寸法が、暫時増加する部分と、角度範囲毎に増加する部分との両方を形成してもよい。
さらには、上述の3つの方法と組み合わせて、出射角度が高角度(例えば、出射角度θの絶対値が60°以上または70°以上)の範囲については、散乱領域6を設けない構成としてもよい。出射角度が大きい光については、散乱をさせず、直進成分のみとするためである。
1つの好ましい形態として、LED発光素子2の出射角度θが0°の方向における散乱領域6の寸法に対して、LED発光素子2の出射角度θの絶対値が30°の方向における散乱領域の寸法が1.5倍以上であることを例示できる。
従って、本明細書おいて「散乱領域6の寸法」という場合は、平均値を意味する。すなわち、透光性部材4の該当する領域に存在する個々の散乱領域6の実寸法の平均値を意味する。
また、透光性部材4において、LED発光素子2の特定の出射角度θの方向の散乱領域6の寸法と言う場合(例えば、「LED発光素子2の出射角度の絶対値が30°の方向の散乱領域6の寸法」)と言う場合、当該出射角度θの方向に進む直線が透光性部材4内を通過する部分のみならず、θから例えばプラスマイナス2.5°のような所定の角度範囲内に進む直線が通過する領域にある散乱領域6の実寸法の平均をいう。
さらに、散乱領域6の実寸法を容易に得るために、その測定を出射角度θが0°の線を通る断面上で行ってもよい。
また、出射角度0°線は、上面視したLEDチップの中心から、上述のように出射面に垂直な方向に伸びる線としてよい。LEDチップが複数ある場合は、複数のLEDチップの発光を合成した発光特性において強度が最大となる方向を1個のLEDチップの上面視における中心から出射面に垂直な方向に伸びる線とするのが適当である。
散乱領域6が空孔である場合には、例えば、通常の多孔質ガラスの作製方法(例えば、矢澤, New Glass, vol. 23, p3を参照)を用い、空孔径を所望の値に制御することで得ることができる。
散乱領域6が透光性部材用材料と屈折率が異なる物質により形成される場合、例えば、当該屈折率が異なる物質について、予め所望の粒径分布を有する粒子を得て、これを溶融状態の透光性部材用材料内に弱攪拌等で配置することにより、得ることができる。また、透光性部材4内に散乱領域6を構成する材料を添加するとともに散乱領域形成の核となる別の材料を適宜添加し、熱処理による凝集効果を利用することにより本発明における散乱領域6を形成することができる。
上述のように、発光装置100は、必要に応じて、透光性部材4を挟んでLED発光素子2の反対側に位置し、透光性部材4を覆うように配置された蛍光体層8(すなわち、透光性部材4のLED素子2と対向する面と反対側の面を覆うように配置された蛍光体層8)を有してよい。
なお、図1に示す実施形態では、蛍光体層8は、透光性部材4と接触しているが、これに限定されるものではない。例えば、透光性部材4から蛍光体層8に熱が伝わるのを抑制し、蛍光体層8が劣化するのを防止する等を目的として、蛍光体層8は、透光性部材4から離間して透光性部材4を覆うように配置されてよい。例えば、ドーム形状(例えば、透光性部材を収納するための空間を中心部に有する、半球体等の球体の一部分)に形成させた蛍光体層8は、その形状と同心球となるドーム形状(例えば、発光素子を収納するための空間を中心部に有する、半球体等の球体の一部分)に形成させた透光性部材から間隔を空けて、同一の基板上に配置することにより、両部材を離間させることができる。このとき、間隔は、蛍光体層が熱の影響を受けにくい距離だけ空けることが好ましい。また、透光性部材も、発光素子からの熱の影響を受けにくい距離だけ、発光素子との間隔を空けることが好ましい。
蛍光体層8は、例えば蛍光体を含む樹脂層であってもよく、また、透光性部材4の表面に塗布された蛍光体であってもよい。蛍光体は、赤色蛍光体、緑色蛍光体、黄色蛍光体(例えば、YAG蛍光体)を含む、従来のLED発光素子を用いた発光装置に用いられている任意の蛍光体であってよい。赤色蛍光体として、窒化物蛍光体や、Mn4+付活Mgフルオロジャーマネート蛍光体(3.5MgO・0.5MgF2・GeO2:Mn4+)及びM1 2M2F6:Mn4+(M1=Li+,Na+,K+,Rb+,Cs+,NH4 +;M2=Si,Ge,Sn,Ti,Zr)蛍光体が好適な具体例として挙げられる。
また、緑色発光する蛍光体として、Si6−zAlzOzN8−z:Eu、Eu付活クロロシリケート蛍光体、Eu付活シリケート蛍光体、Eu付活βサイアロン蛍光体、Eu付活チオガレート蛍光体、希土類アルミン酸塩蛍光体などが用いられる。蛍光体は1種類のみでもよく、また2種類以上を用いてもよい。
すなわち従来のLED発光素子と蛍光体層とを用いた発光装置では、均一な配光を得るために、例えば蛍光体層の内部に含まれる蛍光体の量や密度をLED発光素子の配光特性(出射角度θによる発光強度の変化)に応じて変化させる必要があったが、本発明の1つの携帯にかかる発光装置ではそのような構成を用いずに色むらの抑制された高い演色性を得ることができる。このことは、蛍光体層8の厚さおよびその内部の蛍光体密度を一定にしても高い演色性を得ることができることを示している。
また、蛍光体層8を透光性部材4のLED素子2と対向する面を覆うように配置する(すなわち、透光性部材に対して蛍光体層8とLED素子2が同じ側に位置する)と、透光性部材4には、LED素子2から出射し、波長が変換されることなく蛍光体層8を通過した光と、蛍光体層8により波長が変換された光とが入射することなる。光の波長に応じて透光性部材4での散乱特性が異なるため、蛍光体層8により波長が変換されていない光と波長が変換された光の両方を透光性部材4の外側に均一に出射することは困難である。このような理由からも蛍光体層8は、透光性部材4のLED素子2と対向する面と反対側の面を覆うように配置される。
透光性部材を透過する光の散乱特性は、散乱領域が設けられた透光性部材を透過する光の波長に依存する。例えば、透光性部材を蛍光体層の外側に設ける(すなわち、蛍光体層を透光性部材のLED発光素子と対向する面を覆うように配置する)と、透光性部材を透過する2種類の光、すなわち、LED発光素子からの光と蛍光体層で波長変換された波長の大きく異なる光のそれぞれに対して散乱領域の大きさを調節する必要がある。それに対し、本発明は、蛍光体層の内側に透光性部材を設けている(すなわち、蛍光体層を透光性部材4のLED発光素子と対向する面と反対側の面を覆うように配置している)。そのため、本発明は、蛍光体層からの光を考慮することなく、発光素子の光に対して散乱領域の大きさを調節するだけで済むので光学設計が容易となる利点がある。
図1に示す発光装置100において、透光性部材4を形成する透光性材料(透光性部材用材料)を合成石英ガラス(屈折率1.465)とし、散乱領域6を球形の空孔(内部は真空:屈折率1.00)とし、寸法(直径)Dを入射波の波長サイズと同じ0.46μmから1.38μmまで変化させ、波長0.46μmの光が入射した場合のMie散乱強度の出射角度(すなわち、Mie散乱を起こした後、透光性部材4の外側に出射した角度(散乱角度))依存性を計算した。なお本計算はMie散乱計算プログラムであるMieplot(http://www.philiplaven.com参照、Switzerland)を用いて行った。入射光は無偏光と仮定した。またこの計算に用いた上述の屈折率は青色LEDの主発光ピーク波長である波長0.46μmでの値である。
なおLaSFN9のみ計算に用いた波長が0.020μm大きくなっているが、LaSFN9の波長−屈折率表から推定した屈折率の違いは非常に小さく、波長が0.460μmの場合の計算結果とほぼ同じ結果を与えるため、後述する計算においても LaSFN9については波長を0.480μmとして計算を行った。
空孔の寸法および用いた波長は0.46μm(LaSFN9のみ波長は0.48μm)である。透光性部材用材料が合成石英(透光性部材用材料より屈折率が0.465大きい)およびBK7(透光性部材用材料より屈折率が0.523大きい)である場合は、ほぼ同じ散乱プロファイルが得られているのに対し, 透光性部材用材料が高屈折率材料であるLaSFN9(透光性部材用材料より屈折率が0.871大きい)を用いた場合は、Mie散乱を生じる出射角度の範囲が多少狭くなっていることが分かる。しかしながらいずれの計算例でも広い範囲の出射角度領域で散乱が生じており、透光性部材用材料が異なる場合でもMie散乱を用いて、出射角度の違いによる光の強度のばらつきを抑制できることを示している。
図4は、計算モデルの概念図である。垂直方向(すなわち、LED発光素子2の出射角度0°の方向)をZ方向とし、水平方向をX方向とし、垂直方向からの角度θの発光強度(散乱後の発光強度)の計算を行った。また角度θは時計回りを正とした。出射角度θ方向の散乱後の発光強度をI(θ)とすると、I(θ)はLED発光素子2の発光強度I0(θ)のうち散乱後も直進方向に進む光の強度(直線成分)に加えθからφだけずれた方向に進むLED発光素子2からの出射光が散乱領域6によってθ方向に散乱された散乱光の強度を足したものとなる。以下に本モデルにおける計算式を示す。
また式(2)中のaはLED発光素子2からの発光の強度(配向性)が真円ではなく楕円状となる場合に楕円度を示すパラメータ(a=1のときが真円となる)である。
式(3)は角度パラメータとしてθとφの2つのパラメータを持つが、これはLED発光素子2からθ−φ方向に放射された光が散乱領域6によって散乱され、θ方向に進むことによるものである。
なお、一般にMie散乱の散乱プロファイルの出射角度依存性は非常に複雑になるが、本計算例ではMie散乱の散乱強度が強い領域を主に利用するため、散乱強度プロファイルを、半値幅ω(θ)を有する正規分布関数で近似しても問題はない。
また本計算では数値計算上の複雑さを避けるために、計算パラメータとして、Mie散乱のパラメータとして図5に示されている空孔の大きさDではなくMie散乱の強度式(式(3)中に示されている半値幅ω(θ)を用いた。この理由は、図5に示されている様にMie散乱近似式(式(3))のωと空孔の寸法Dは基本的には1対1の関係にあり、半値幅ωの分布関数から空孔の寸法Dの分布関数を容易に求めることができるためである。
半値幅の分布関数ω(θ)として、いろいろな分布関数が考えられるが、ここでは種々の物理量を示す分布関数として一般的なものであるGauss関数タイプの分布関数を用いた(式(4))。用いた分布関数はLED発光素子2の出射角度が0°のときに半値幅が最大となり(ω=ω0+ωBG)、θが大きくなるに従い半値幅が小さくなる関数であり、θ=ωθのときにω=ω0/2+ωBGとなる。
出射角度が大きくなるとともに空孔の散乱による寄与が増大し、出射角度60°付近では発光強度は空孔を用いない場合と比較すると1.5倍程度大きくなっていることが分かる。なお相対的な散乱強度は出射角度が60°を超えた辺りから若干減少しているが、これは空孔からの散乱が主に垂直方向から生じるため、 出射角度が60°よりも大きい領域ではその寄与が減少してしまうためと思われる。しかし発光装置100の用途(照明、バックライト等)を考慮すると、出射角度が90°に近い領域は例えば照明器具等の側面方向に対応しており、この領域での発光を利用するケースはほとんどないと考えられ、散乱による発光強度の増加が減少しても実用的には問題ない場合がほとんどである。
図10に示す分布関数では出射角度θ=0での半値幅は約94°となっており、この値はMie散乱の計算結果から求めた空孔の寸法である約0.24μmに対応している。
図11から、空孔の寸法が1μm、Mie散乱の半値幅ωが10°近傍で空孔の寸法との関係が大きく変化していることが分かる。特に空孔の寸法が1μm以上の場合のMie散乱の半値幅は1μm以下の場合と比較するとあまり変化しておらず、 空孔の寸法(空孔径)は最大でも2μm程度あればよいことを示している。
なお、ここで出射角θは正負のいずれの値も取ることが可能であるが、半値幅ωは定義より正のみの値となる。但し出射角θの正負はあくまでも角度の符合の定義方法のみ(例えば時計回りを正とする等)で決まるため、符合の正負について本質的な違いはない。
図12から分かるように出射角度が増加するに従い、空孔の寸法も増大していることが分かる。また、おおよそ出射角度が45°、空孔の寸法(空孔径)Dが1μmを境界として出射角度と空孔の寸法との間の関数系が異なっていることも分かる。本計算例では、透光性部材用材料として石英、散乱領域6を空孔(真空)として計算して、図11および図12の関係を得たが、透光性部材用材料および/または散乱領域6に、本計算例と異なる屈折率を有する材料を用いた場合も同様の計算を行うことが可能である。例えば、透光性部材用材料として石英ガラスを用い、散乱領域6として、屈折率の異なるBK2を用いた場合も図6に示したようにMie散乱を生じることから。本計算例と同様の計算を行い、図11および図12に相当する結果を得ることにより、配光性の改善を図ることができる。
この場合すべての出射角度に対して一つの近似関数を用いる方法、透光性部材4をいくつかの領域に分割し、それぞれの領域に対して十分な精度を持つ関数で近似する方法がある。
最初に、1つの分布関数ですべての出射角度における空孔の寸法を近似する方法について述べる。図12から分かるように空孔の寸法(空孔径)の分布の近似関数としては上向きに凸であり、かつ出射角度の原点(0°)に対して対称な関数を選択すれば良いことが分かる。このような関数は一般に偶関数と呼ばれるものであり、種々の近似関数が考えられる。一番簡単な例として、空孔の寸法(空孔径)Dが出射角度の二次関数で近似できる場合について述べる。式(6)に空孔の寸法Dの近似関数を示す。
図13は、図12に示した空孔の寸法(空孔径)Dと出射角度θとの関係と、式(6)のを用いて得た近似式の結果(点線)を示す。図13の近似式は、式(6)を用い、最小二乗フィッティングによりD0と比例定数aを決定して求めた。
最小二乗フィッティングにより得られたD0とaの値はそれぞれD0=0.216μm、a=0.000532であった。このことは、LED発光素子2の出射角度が0°の方向の空孔の寸法は、0.216μmであり、出射角度θの方向では、出射角度θ(単位は°)の値を2乗し、これに0.000532を乗じた値だけD0よりも大きい空孔寸法孔に制御することにより、発光装置の配光性を改善できることを示している。
なお出射角度が45°から60°の領域では空孔の寸法が近似関数の値よりもMie散乱から計算した値の方が大きくなっており、この領域では図8で計算した配光プロファイルと若干異なった配光性が得られる可能性があることが分かる。
式(7)、(8)にこのような条件を満足する近似関数を示す。
図14は、図12に示した空孔の寸法(空孔径)Dと出射角度θとの関係と、式(7)、(8)を用いて得た近似式の結果(点線)を示す。
最小二乗法によりパラメータを決定することにより、図14に示す空孔の寸法と出射角度の近似関数を求めた。
透光性部材4内の空孔の寸法の分布を1つの分布関数で近似した場合(図13)と比較すると、図14では、出射角度が大きな領域でもMie散乱から計算した空孔の寸法との乖離が小さく、より良好な配光特性が得られることが分かる。
なお出射角度が約55°よりも大きな領域では近似関数のフィッティング精度が減少しているが、必要があればさらに近似領域を分割し、新たなフィッティング関数を代入すればよりフィッティング精度を向上させることも可能である。
4 透光性部材
6 散乱領域
8 蛍光体層
100 発光装置
Claims (7)
- LED発光素子と、
該LED発光素子を覆うように配置され、透光性材料を含んで成る透光性部材と、
前記透光性部材の前記LED素子と対向する面と反対側の面を覆うように配置された蛍光体層と、
を含み、
該透光性部材は、前記透光性材料と異なる屈折率を有する散乱領域を複数有し、
前記LED発光素子の出射角度が0°の方向に平行な方向からの上面視において、前記LED発光素子の直上に位置する前記散乱領域の寸法が、前記発光素子よりも外側に位置する前記散乱領域の寸法よりも小さいことを特徴とする発光装置。 - 前記散乱領域が、空孔であることを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
- 前記散乱領域が、前記透光性材料よりも屈折率の大きい材料から成ることを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
- 前記透光性材料と前記散乱領域の屈折率の差が、0.05以上であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記LED発光素子の出射角度が30°の方向に位置する前記散乱領域の寸法が、前記LED発光素子の出射角度が0°の方向に位置する前記散乱領域の寸法の1.5倍以上であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記散乱領域は、寸法が前記発光素子の発光ピーク波長の80%以上であることを特徴とする請求項1〜5いずれか1項に記載の発光装置。
- 前記蛍光体層は、前記透光性部材から離間させて基板上に配置されている請求項1〜6いずれか1項に記載の発光装置。
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