JP4688553B2 - 発光装置および照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子を収納して成る発光装置およびそれを用いた照明装置に関する。

従来の発光装置を図７に示す。図７において、11は基体、12は反射部材、13は発光素子、15は発光素子13を被覆するように反射部材12の内側に配された透光性部材、14は透光性部材15の上方に配された、発光素子13が発光する光の波長を変換して蛍光を発生する蛍光体（図示せず）を含有した波長変換部材であり、主としてこれらで発光素子13を収納するための発光装置が構成される。

基体11は、絶縁体から成るとともに上面の中央部に一端部が発光素子13を搭載する搭載部11ａに導出され、他端部が基体11の側面または下面に導出された配線導体11ｂが形成される。そして、基体11は、上面に載置部11ａを取り囲むように内周面が光反射面12ａとされた枠状の反射部材12が取着される。

さらに、載置部11ａには、発光素子13が導電性部材18を介して配線導体11ｂに電気的に接続されるように載置される。

また、透光性部材15は、反射部材12の内側に発光素子13を被覆するように形成され、透光性部材15の上方には、発光素子13の発する光により励起され蛍光を発生させる蛍光体を含有した波長変換部材14が配置される。

これにより、発光素子13からの光を蛍光体により波長変換し所望の波長スペクトルの光を取り出せる発光装置となし得る。特に、発光素子13と蛍光体からの光が補色関係にあるとき、白色系の光を発光させることができる。

この発光装置は、外部電気回路から供給される駆動電流によって発光素子13を発光させるとともに、波長変換部材14によって波長変換された可視光を放出することができる。

近年、発光素子13の発する可視光や近紫外光によって波長変換部材14の内部に含有した蛍光体を励起させ、所望の波長スペクトルに変換して可視光を放射することができる発光装置の実用化が進んでいる。この様な発光装置は、照明用光源として利用され始めており、その発光効率や色特性の改善に対する検討が活発に行なわれている。

特に、最近では発光装置の発光効率を向上させるために、波長変換部材内に含有した蛍光体の発光効率（波長変換効率）の向上について検討され始めている。
特開2000-349346号公報

しかしながら、上記従来の発光装置においては、発光素子13から発せられた光は透光性部材15と波長変換部材14との屈折率差による全反射によって透光性部材15内に閉じ込められ、効率よく波長変換部材14内に入射させることができずに発光装置の光出力が劣化するという問題点を有していた。

また、透光性部材15から波長変換部材14に入射する発光素子13からの光は、波長変換部材14に入射する入射角に応じて、透光性部材15と波長変換部材14との屈折率差による屈折のために、波長変換部材14内の光の経路が変わり、波長変換部材14の下側から上側に伝播する光の光路長が一定にならないことから、波長変換部材14内の下側から上側まで全体的に分散される蛍光体を効率よく均一に励起させることができず、発光装置の発光面や照射面に色ムラが生じたり、光出力が劣化したりするという問題点を有していた。

以上のように、従来の発光装置においては、透光性部材15と波長変換部材14との屈折率差による屈折や全反射による影響により、発光装置の光出力や輝度を向上させることが困難であるという問題点を有していた。

従って、本発明は上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、発光素子の発する光を効率的に波長変換部材内に導き、波長変換部材内の蛍光体を効率的に励起させることによって、光出力が大きく高輝度な発光効率の良い発光装置を提供することにある。

本発明の発光装置は、上面に発光素子が載置された基体と、該基体の上面に前記発光素子を取り囲むように取着され、内周面が光反射面とされた枠状の反射部材と、前記反射部材の内側に前記発光素子を覆うように設けられた第１の透光性部材と、屈折率が前記第１の透光性部材の屈折率以上であるとともに、上側主面および下側主面の少なくとも一方に複数の凸部または凹部から成る回折格子が形成されており、前記第１の透光性部材を覆うように取着された光学部材と、屈折率が前記光学部材より小さく、前記光学部材を覆うように取着された第２の透光性部材と、屈折率が前記第２の透光性部材より大きく、前記第２の透光性部材を覆うように配置されるとともに、前記発光素子の発する光により励起され蛍光を発生する蛍光体を含有した波長変換部材とを具備することを特徴とする。

本発明の発光装置において、好ましくは、複数の前記凸部または凹部は、その外周径をφ、高さまたは深さをＴ、それぞれの前記凸部または凹部の間隔をＳ、前記発光素子の発する光の中心波長をλとした場合、λ／10≦φ≦10λ、λ／３≦Ｔ≦３λ、λ／10≦Ｓ≦10λを満たすことを特徴とする。

本発明の照明装置は、上記本発明の発光装置を光源として備えたことを特徴とする。

本発明の発光装置は、第１の透光性部材を覆うようにその表面に取着された、上側主面および下側主面の少なくとも一方に複数の凸部または凹部から成る回折格子が形成された光学部材と、光学部材の上方に屈折率が光学部材より小さい第２の透光性部材を介してこれを覆うように配置され、発光素子の発する光により励起されて蛍光を発生する蛍光体を含有した、屈折率が第２の透光性部材より大きい波長変換部材とを具備することにより、発光素子から第１の透光性部材や反射部材の光反射面を介して光学部材に入射された光は、光学部材の回折光として第２の透光性部材に伝搬されるとともに波長変換部材に入射される。従って、この光学部材を透過した光の一部を、波長変換部材の下面に対して小さい入射角で入射させることができる。その結果、光学部材によって回折された回折光は、波長変換部材の下面で全反射されずに波長変換部材に入射するものが増え、波長変換部材に含有された蛍光体を下側から上側にわたって効率よく励起させるので、波長変換部材の蛍光体より発生する蛍光が増加し、発光装置の光出力が増加する。

さらに、波長変換部材から放出される光のうち、発光装置の内部方向へ放出される光は、屈折率が第２の透光性部材の屈折率より大きい波長変換部材と第２の透光性部材との界面でスネルの法則に従って全反射される。そして、この全反射された光は上方に反射されて発光装置から出力されるので、きわめて有効に発光装置の光出力を高め、発光効率を向上させることができる。

また、本発明の発光装置において、好ましくは、複数の凸部または凹部は、その外周径をφ、高さまたは深さをＴ、それぞれの前記凸部または凹部の間隔をＳ、前記発光素子の発する光の中心波長をλとした場合、λ／10≦φ≦10λ、λ／３≦Ｔ≦３λ、λ／10≦Ｓ≦10λを満たすことから、光学部材を通る光を効果的に回折させて、第２の透光性部材の入射角を光学部材の入射角より小さくすることができる。

本発明の照明装置は、上記本発明の発光装置を光源として備えたことから、放射光強度が大きく高輝度な照明装置とすることができる。

本発明の発光装置について以下に詳細に説明する。
図１は、本発明の発光装置の実施の形態の一例を示す断面図である。この図において、３は発光素子、１は上面に発光素子３が載置された基体、２は内周面が光反射面２ａとされた枠状の反射部材、５は反射部材２の内側に発光素子３を覆うように設けられた第１の透光性部材、６は屈折率が第１の透光性部材５の屈折率以上であるとともに、上側主面および下側主面の少なくとも一方に複数の凸部または凹部から成る回折格子が形成されており、第１の透光性部材５を覆うように取着された光学部材、７は屈折率が光学部材６より小さく、光学部材を覆うように取着された第２の透光性部材、４は屈折率が第２の透光性部材７より大きく、第２の透光性部材７を覆うように配置されるとともに、発光素子３の発する光により励起され蛍光を発生する蛍光体（図示せず）を含有した波長変換部材であり、主としてこれらで発光素子３を収納した発光装置が構成される。なお、図１は、光学部材６の上側主面のみに複数の凸部または凹部から成る回折格子が形成されている場合を模式的に示している。

基体１は、酸化アルミニウム質焼結体，窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体，ガラスセラミックス等のセラミックス、またはエポキシ樹脂等の樹脂から成る絶縁体であり、発光素子３を支持する支持部材として機能し、その上面に発光素子３が載置される。

また、基体１は、発光装置の内外を電気的に導通接続するために、タングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），マンガン（Ｍｎ），銅（Ｃｕ）等の金属から成る配線導体１ｂが形成されている。そして、発光素子３を基体１上面の配線導体１ｂの一端に電気的に接続し、基体１の側面や下面などに導出された配線導体１ｂの他端に外部電気回路基板を電気的に接続することにより、外部電気回路基板と発光素子３とを電気的に接続することができる。このような配線導体１ｂは周知のメタライズ法やメッキ法などを用いて形成される。

なお、配線導体１ｂは、基体１の露出する表面に厚さ0.5〜９μｍのニッケル（Ｎｉ）層や厚さ0.5〜５μｍの金（Ａｕ）層等の耐食性に優れる金属層を被着させておくのがよく、これにより配線導体１ｂが酸化腐食するのを有効に防止できるとともに、半田等の導電性部材８による発光素子３との接合を強固にすることができる。

また、基体１は、その上面に、発光素子３の発する光が基体１下面へ透過するのを抑制するとともに、基体１の上方に光を効率よく反射させることを目的として、配線導体１ｂに対して電気的に短絡しないように、アルミニウム（Ａｌ），銀（Ａｇ），Ａｕ，白金（Ｐｔ），Ｃｕ等の金属層を蒸着法やメッキ法により形成し、基体１の上方へ光を反射する反射層が設けられるのが好ましい。

また、基体１がセラミックス等から成る場合、基体１となる複数のグリーンシートに、ＷやＭｏ−Ｍｎ等の金属ペーストから成る配線導体１ｂを形成し、基体１を焼成すると同時に金属ペーストも焼成することにより、配線導体１ｂを有する基体１が形成される。

また、基体１は、図１に示すように、その上面に発光素子３の載置部１ａを取り囲むように、内周面に発光素子３からの光や蛍光体からの蛍光を反射する光反射面２ａを有する反射部材２が、Ａｇ−Ｃｕ，鉛（Ｐｂ）−錫（Ｓｎ），Ａｕ−Ｓｎ，Ａｕ−ケイ素（Ｓｉ）,Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ等の金属ロウ材や低融点の半田、シリコーン系やエポキシ系等の樹脂接合剤等の接合材（図示せず）で取着される。これにより、発光素子３を外部環境から保護するとともに、波長変換部材４や第１の透光性部材５および光学部材６を保持することができる。

なお、この接合材は、基体１、反射部材２の材質や熱膨張係数等を考慮して適宜選定すればよく、特に限定されるものではない。また、基体１と反射部材２との接合の高信頼性を必要とされる場合、金属ロウ材や半田により接合するのが好ましい。

反射部材２は、基体１と一体に形成されてもよく、例えば、基体１および反射部材２がセラミックスからなる場合、基体１となるセラミックグリーンシートと反射部材２となるセラミックグリーンシートとを積層し、同時に焼成することにより形成することができる。

また、反射部材２は、内周面が発光素子３の発する光を効率よく反射する光反射面２ａとされている。発光素子３の周囲に光反射面２ａが形成されることになるため、発光素子３から発せられた光は発光装置の上方に効率よく反射され、発光装置の放射光強度や輝度を著しく向上できる。

光反射面２ａは、Ａｌ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，チタン（Ｔｉ），クロム（Ｃｒ），Ｃｕ等の高反射率の金属や白色等のセラミックス、白色等の樹脂で構成された反射部材２を、切削加工や金型成形等で加工することにより形成される。あるいは、反射部材２の内周面に、Ａｌ，Ａｇ，Ａｕ等の金属薄膜を金属メッキや蒸着等により形成することにより光反射面２ａを形成してもよい。なお、光反射面２ａがＡｇやＣｕ等の酸化により変色し易い金属からなる場合、その表面に、紫外光領域から可視光領域にわたり透過率の優れる低融点ガラス，ゾル−ゲルガラスなどの無機物や、シリコーン樹脂，エポキシ樹脂などの有機物を被着するのがよい。その結果、光反射面２ａの耐腐食性、耐薬品性、耐候性が向上する。

また、光反射面２ａは、図２に示すように、上側に向かうに伴って外側に広がるように傾斜しているのがよい。これにより、発光素子３から発光された光を効率よく発光装置の上方に反射することができる。なお、光反射面２ａにおける表面の算術平均粗さＲａは、４μｍ以下とするのが好ましい。これにより良好に発光装置の上方に反射することができる。Ｒａが４μｍを超える場合、光反射面２ａで発光素子３の光を反射させて発光装置の上方に出射させることが困難になるとともに発光装置の内部で光が乱反射しやすくなる。その結果、発光装置の内部における光の伝搬損失が大きくなりやすく、発光装置の外部に高効率に光を出射するのが困難になる。

また、光反射面２ａは、算術平均粗さＲａが0.004μｍ未満の場合、このような面を安定に効率よく形成することが困難となるとともに、製品コストが高くなりやすい。従って、光反射面２ａの算術平均粗さは0.004〜４μｍとするのがより好ましい。

なお、Ｒａを上記の範囲にするには、従来周知の電解研磨加工、化学研磨加工もしくは切削研磨加工等により形成すればよい。また、金型の面精度を利用した転写加工により形成する方法を用いてもよい。

なお、光反射面２ａは、その断面形状が図１に示すように平坦（直線状）であってもよく、また、円弧状（曲線状）であってもよい。円弧状とする場合、発光素子３の光を集散させて指向性の高い光を上方に均一に放射することができる。

発光素子３は、放射するエネルギーのピーク波長が紫外線域から赤外線域までのいずれのものでもよいが、白色光や種々の色の光を視感性よく放出させるという観点から300乃至500ｎｍの近紫外光から青色光で発光する素子であるのがよい。例えば、サファイア基板上にガリウム（Ｇａ）−窒素（Ｎ），Ａｌ−Ｇａ−Ｎ，インジウム（Ｉｎ）−ＧａＮ等から構成されるバッファ層，Ｎ型層，発光層，Ｐ型層を順次積層した窒化ガリウム系化合物半導体やシリコンカーバイド（ＳｉＣ）系化合物半導体が用いられる。

また、発光素子３は、電極がＡｕ−Ｓｎ，Ｓｎ−Ａｇ，Ｓｎ−Ａｇ−ＣｕまたはＳｎ−Ｐｂ等のロウ材や半田を用いたバンプ、またはＡｕやＡｇ等の金属を用いたバンプから成る導電性部材８を介してフリップチップ実装により配線導体１ｂに電気的に接続される。または、例えば、配線導体１ｂ上にペースト状のＡｕ−ＳｎやＰｂ−Ｓｎ等の半田材やＡｇペースト等からなる導電性部材８をディスペンサー等を用いて載置し、発光素子３の電極と導電性部材８の上面が接触するように発光素子３を搭載し、その後、全体を250℃〜350℃程度で加熱することによって、発光素子３の電極と配線導体１ｂとを導電性部材８によって電気的に接続した発光装置を作製する方法等がある。

そして、発光素子３は、載置部１ａに載置されるとともに配線導体１ｂに導電性部材８を介して電気的に接続された後に、反射部材２の内側の透明な第１の透光性部材５によって被覆される。

第１の透光性部材５は、発光素子３との屈折率差が小さく、紫外光領域から可視光領域の光に対して透過率の高いシリコーン樹脂，エポキシ樹脂，ユリア樹脂等の透明樹脂や、低融点ガラス，ゾル−ゲルガラス等の透明ガラス等から成る。

また、第１の透光性部材５は、基体１の材質や熱膨張係数等を考慮して適宜選定すればよく、特に限定されるものではない。これにより、発光素子３と第１の透光性部材５との屈折率差によって発光素子３と第１の透光性部材５との界面で光の反射損失が発生するのを有効に抑制することができ、発光素子３の内部から効率よく光を取り出すことができる。なお、第１の透光性部材５は、ディスペンサー等の注入器で反射部材２の内側に発光素子３を被覆するように塗布された後に熱硬化させるなどの方法によって形成される。

そして、第１の透光性部材５は、その上面に第１の透光性部材５と同じ透明部材（図示せず）、すなわち紫外光領域から可視光領域の光に対して透過率の高いシリコーン樹脂，エポキシ樹脂，ユリア樹脂等の透明樹脂や、低融点ガラス，ゾル−ゲルガラス等の透明ガラスから成る未硬化の透明部材が塗布され、この透明部材を介して第１の透光性部材５の表面に光学部材６が配置され、未硬化の透明部材を加熱硬化することによって第１の透光性部材５の表面に光学部材６が取着固定される。また、光学部材６の上方には、第２の透光性部材７を介して反射部材２の開口部を塞ぐように開口部の内側または反射部材２の上面に、発光素子３の光により励起され蛍光を発生する蛍光体が含有された波長変換部材４が配置される
本発明の光学部材６は、上側主面および下側主面の少なくとも一方に複数の凸部または凹部が周期的に配列されることによって回折格子が形成された透明部材であり、この光学部材６を第１の透光性部材５の表面に取着するとともに、この光学部材６の上方に第２の透光性部材７を介して反射部材２の開口部を塞ぐように波長変換部材４が配置される。これにより、発光素子３から第１の透光性部材５や光反射面２ａを介して光学部材６に入射された光は、光学部材６の上側主面および／または下側主面（上側主面および下側主面の少なくとも一方）において回折された回折光となって第２の透光性部材７に伝搬されるとともに波長変換部材４に入射される。

即ち、光学部材６は、第２の透光性部材７を透過して波長変換部材４に入射する光の一部における入射角を小さくすることができ、この光学部材６を透過した光の一部を、波長変換部材４の下面に対して小さい入射角で入射させることができる。その結果、光学部材６によって回折された回折光は、波長変換部材４の下面で全反射されずに波長変換部材４に入射するものが増えるので、波長変換部材４に含有された蛍光体を下側から上側にわたって効率よく励起させることができ、波長変換部材４全体の蛍光体より発生する蛍光が増加し、発光装置の光出力が向上する。

この複数の凸部または凹部が形成される面は、光学部材６の上側主面のみ、下側主面のみ、または上側主面および下側主面の両面のいずれの場合でもよい。上側主面および下側主面の両主面に形成された場合は、両主面で光が回折されて、波長変換部材４の下面に対してより垂直に近い小さな入射角で波長変換部材４に入射するようにできるので、より好ましい。

さらに、波長変換部材４から放出される光のうち、波長変換部材４の上面で反射されて発光装置の内部方向へ放出される光は、屈折率が波長変換部材４の屈折率より小さい第２の透光性部材との界面でスネルの法則に従って全反射される。そして、この全反射された光は再び上方に反射されて波長変換部材４の上面から放射されるので、きわめて有効に発光装置の光出力を高め、発光効率を向上させることができる。

即ち、光学部材６の上側主面および／または下側主面に凸部または凹部が周期的に配列された回折格子が形成されていることにより、発光素子３や光反射面２ａから第１の透光性部材５を介して光学部材６の下面に大きな入射角で光が入射したとしても、第２の透光性部材７に入射する高次の回折光の回折角（回折光と第２の透光性部材７との界面法線とのなす角）は小さなものとなる。この際、光学部材６によって回折された光は、ｎ次の回折光として第２の透光性部材７に伝搬されるが、高次の回折光のうち光強度が最も大きくなる１次の回折光も、光学部材６と第２の透光性部材７との界面に対してなす回折角が小さくなるように進行方向が変わる。そして、この１次の回折光は、屈折率が第２の透光性部材７より大きい波長変換部材４との界面において屈折し、スネルの法則に従って屈折角がより小さくなる。その結果、波長変換部材４に多くの光が入射されるとともに、入射された光は、波長変換部材４に含有された蛍光体を下側から上側にわたって効率よく励起させるので、きわめて有効に発光装置の光出力を高め、発光効率を向上させることができる。

また、光学部材６の上側主面および／または下側主面に形成される複数の凸部または凹部は、例えば円柱状の凸部または凹部である場合、その直径をφ、凸部の高さまたは凹部の深さをＴ、発光素子３の発する光の中心波長をλとした場合、λ／10≦φ≦10λであり、λ／３≦Ｔ≦３λであるとともに、複数の凸部または凹部の間隔をＳとした場合、λ／10≦Ｓ≦10λの間隔で配置されていることが好ましい。これにより、光学部材６で光が回折され、回折された回折光は、波長変換部材４の下面に対して小さい入射角で入射するとともに、波長変換部材４に含有された蛍光体を下側から上側にわたって効率よく励起させるので、波長変換部材４の蛍光体より発生する蛍光の量が増加し発光装置の光出力が向上する。

複数の凸部または凹部の、上記の直径φ、高さまたは深さＴ、複数の凸部または凹部の間隔Ｓの数値範囲を超える場合、いずれにおいても発光素子３や光反射面２ａから第１の透光性部材５を介して光学部材６に入射する光に対して、凸部または凹部によって光の波動性を利用した発光素子３からの光の位相ずれを発生させることができず、光学部材６から第２の透光性部材に回折光として透過させることができない。

なお、光学部材６の上側主面および／または下側主面に形成される複数の凸部または凹部は、円柱状を例にして説明したが、その形状が楕円柱状、四角柱状等の突起部または切り欠き部であってもよく、この場合直径φは突起部または切り欠き部の平面視における最長部の長さ（例えば四角柱状であれば長辺の長さ）とする。

また、光学部材６は、屈折率が第１の透光性部材５の屈折率と同じまたはより大きく、上側主面に凸部または凹部が周期的に配列された回折格子が形成された透明部材であるとともに第１の透光性部材５の表面に接して配置されることが好ましい。これにより、発光素子３から第１の透光性部材５を伝搬して直接光学部材６に入射する光や、発光素子３から光反射面２ａによって反射され、第１の透光性部材５を介して光学部材６に入射する光は、全反射されることなく光学部材６に入射しやすくなる。また、光学部材６と第２の透光性部材７との界面において反射され下方に伝搬する光の一部は、屈折率が光学部材６と比して小さい第１の透光性部材５との界面で再び全反射され、上方（光学部材６の内側）に反射されて、光学部材６の上面に形成された複数の凸部または凹部によって回折され、光学部材６から第２の透光性部材７へ入射させることができる。

このように、発光素子３からの光が第１の透光性部材５内で閉じ込められにくくでき、さらに、光学部材６の上面にて反射されるとともに第１の透光性部材５に戻る光を減少させることができる。従って、発光素子３からの光は、発光装置の内部に閉じ込められることなく効率よく波長変換部材４に入射させることができることから、波長変換部材４内で励起される蛍光体が増加し、蛍光が増加するとともに発光装置の光出力が向上する。

なお、光学部材６が配置されずに第１の透光性部材５の屈折率が第２の透光性部材７の屈折率より大きい場合、発光素子３や光反射面２ａから第１の透光性部材５を介して第２の透光性部材７に入射する一部の光は、第１の透光性部材５と第２の透光性部材７との界面においてスネルの法則に従って全反射されることにより、第１の透光性部材５内に閉じ込められるとともに反射部材２や基体１の表面で乱反射して第１の透光性部材５内を伝播し、光の伝搬損失が大きくなる。その結果、発光素子３からの光は、第２の透光性部材７を介して効率よく波長変換部材４に入射されず、波長変換部材４に含有した蛍光体を励起させるために必要な発光素子３からの光の量が減少するとともに蛍光体から発生される蛍光の量が減少し、発光装置の光出力が低下する。

また、光学部材６は、紫外光領域から可視光領域の光に対して透過率の高いシリコーン樹脂，エポキシ樹脂，ユリア樹脂等の透明樹脂や、石英ガラス，低融点ガラス，ゾル−ゲルガラス等の透明部材から成る。なお、光学部材６は、あらかじめ作製した回折格子の成形型を上面および／または下面に配置し、オーブンで熱硬化させた後に成形型を取り除く成形方法により、製造することができる。

また、光学部材６は、第１の透光性部材５と同じ材料や同等の屈折率を有するものであってもよく、発光素子３から直接光学部材６に入射する光や、発光素子３から光反射面２ａを反射して光学部材６に入射する光は、第１の透光性部材５と光学部材６との界面において屈折されることなく光学部材６で回折され、第２の透光性部材７に入射される。その結果、発光装置は、波長変換部材４に含有された蛍光体を下側から上側にわたって効率よく励起させることができ、きわめて有効に発光装置の光出力を高め、発光効率を向上させることができる。

第２の透光性部材７は、屈折率が光学部材６および波長変換部材４より小さく、紫外光領域から可視光領域の光に対して透過率の高いシリコーン樹脂，エポキシ樹脂，ユリア樹脂等の透明樹脂や、低融点ガラス，ゾル−ゲルガラス等の透明ガラスや、空隙部（気体の層）等から成る。

また、第２の透光性部材７は、光学部材６や波長変換部材４の材質や熱膨張係数等を考慮して適宜選定すればよく、特に限定されるものではない。これにより、第２の透光性部材７から波長変換部材４に入射する光の屈折角を小さくできるとともに、この界面における全反射を抑制することができる。さらに、波長変換部材４内の蛍光体から発せられる蛍光や、蛍光体を励起させずに蛍光体で反射された発光素子３からの光は、その一部が屈折率が波長変換部材４と比して小さい第２の透光性部材７との界面で全反射され、再び上方に反射される。これにより、波長変換部材４内で励起された蛍光は、発光装置の外部に効率よく放射され、また、蛍光体を励起させずに蛍光体で反射された発光素子３からの光は、再び波長変換部材４内の蛍光体を励起させることができることから、蛍光体から発せられる蛍光の量が増加する。従って、発光素子３からの光は効率的に蛍光に変換され、変換された蛍光は発光装置の内部に閉じ込められることなく、効率よく発光装置の外部に放射され、発光装置の光出力が向上する。

なお、第２の透光性部材７は、ディスペンサー等の注入器で反射部材２の内側に光学部材６を被覆するように塗布した後に熱硬化させるなどの方法や、光学部材６の上方に空隙部（気体の層）を配置して波長変換部材４を反射部材２の開口部を塞ぐように取着することによって形成される。

波長変換部材４は、発光素子３の発する光を波長変換することのできる蛍光体（蛍光物質や蛍光顔料）を、紫外光領域から可視光領域の光に対して透過率の高いシリコーン樹脂，エポキシ樹脂，ユリア樹脂等の透明樹脂や、低融点ガラス，ゾル−ゲルガラス等の透明ガラスから成る透明部材に分散して形成される。なお、波長変換部材４の製造方法は、例えば、蛍光体を分散した未硬化のシリコーン樹脂を、あらかじめ作製した所定形状の型に流し込み、加熱することによってシリコーン樹脂を硬化させて板状に形成したり、平滑な基板上に蛍光体を含有した未硬化のシリコーン樹脂を均一な厚さに流して形成し、加熱することによってシリコーン樹脂を硬化させて板状に形成したものを所定形状に切断したりすることによればよい。

また、本発明の発光装置は、１個を光源として備えることにより、または複数個を、例えば、格子状や千鳥状，放射状，複数の発光装置から成る円状や多角形状の発光装置群を同心状に複数群形成したもの等の所定の配置となるように配列させた光源として備えることにより、照明装置とすることができる。これにより、本発明の照明装置は、半導体から成る発光素子３の電子の再結合による発光を利用した場合に、従来の放電を用いた照明装置よりも低消費電力かつ長寿命とすることが可能であり、さらに発熱の少ない小型の照明装置とすることができる。その結果、熱による発光素子３内の励起バンドギャップの変動を抑制することができるので、発光素子３から発生する光の中心波長の変動を抑制することができ、この光によって励起される蛍光体の発光色が均一で色むらが抑制されることによって、長期間にわたり安定した放射光強度かつ放射光角度（配光分布）で光を照射することができるとともに、照射面における色むらや照度分布の偏りの少ない照明装置とすることができる。

また、本発明の発光装置を光源として備えるとともに、これらの発光装置の周囲に任意の形状に光学設計した反射具や光学レンズ、光拡散板等を設置することにより、所要の配光分布の光を放射できる照明装置とすることができる。

例えば、図３，図４に示す平面図，断面図のように複数個の本発明の発光装置101が発光装置駆動回路基板102に複数列に配置され、発光装置101の周囲に所要の形状に光学設計された反射具９が設置されて成る照明装置の場合、一列に配置された複数個の発光装置101の間に、隣り合う列の発光装置101が配置された、いわゆる千鳥状配置とすることが好ましい。即ち、発光装置101が格子状に配置される際には、光源となる発光装置101が直線上に配列されることによりグレアが強くなり、このような照明装置が人の視覚に入ってくることにより、不快感を起こしやすくなるのに対し、千鳥状とすることにより、光源位置が均一に分布され、特定位置に光が集中することを抑制するので、グレアが抑制され人間の目に対する不快感等を低減することができる。

さらに、千鳥状に配置されない場合に比べ、隣り合う発光装置101間の距離が長くなることにより、隣接する発光装置101間の熱的な干渉が有効に抑制され、発光装置101が実装された発光装置駆動回路基板102内における熱のこもりが抑制され、発光装置101の外部に効率よく熱が放散される。その結果、人の目に対しても不快感の少ない、長期間にわたって光学特性の安定した長寿命の照明装置を作製することができる。

また、照明装置が、図５，図６に示す平面図，断面図のような発光装置駆動回路基板102上に複数の発光装置101から成る円状や多角形状の発光装置101群を、同心状に複数群配置した照明装置の場合、１つの円状や多角形状の発光装置101群における発光装置101の配置数を照明装置の中央側より外周側ほど多くすることが好ましい。これにより、発光装置101同士の間隔を適度に保ちながら発光装置101をより多く配置することができ、照明装置の照度をより向上させることができる。

また、照明装置の中央部の発光装置101の密度を低くして発光装置駆動回路基板102の中央部における熱のこもりを抑制することができる。よって、発光装置駆動回路基板102内における温度分布が一様となり、照明装置を設置した外部電気回路基板やヒートシンクに効率よく熱が伝達され、発光装置101の温度上昇を抑制することができる。その結果、発光装置101は長期間にわたり安定して動作することができるとともに長寿命の照明装置を作製することができる。

このような照明装置としては、例えば、室内や室外で用いられる、一般照明用器具、シャンデリア用照明器具、住宅用照明器具、オフィス用照明器具、店装，展示用照明器具、街路灯用照明器具、誘導灯器具および信号装置、舞台およびスタジオ用の照明器具、広告灯、照明用ポール、水中照明用ライト、ストロボ用ライト、スポットライト、電柱等に埋め込む防犯用照明、非常用照明器具、懐中電灯、電光掲示板等や、調光器、自動点滅器、ディスプレイ等のバックライト、動画装置、装飾品、照光式スイッチ、光センサ、医療用ライト、車載ライト等が挙げられる。

なお、本発明は上記の実施の形態の例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行なうことは何等支障ない。例えば、本発明の発光装置は、その平面視形状は円形、楕円形、多角形等、適宜の形状とすることができる。

本発明の発光装置の実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明の発光装置の実施の形態の他の例を示す断面図である。 本発明の照明装置の実施の形態の一例を示す平面図である。 図３の照明装置の断面図である。 本発明の照明装置の実施の形態の他の例を示す平面図である。 図５の照明装置の断面図である。 従来の発光装置の断面図である。

符号の説明

１：基体
１ａ：載置部
２：反射部材
２ａ：光反射面
３：発光素子
４：波長変換部材
５：第１の透光性部材
６：光学部材
７：第２の透光性部材

Claims (3)

1. 上面に発光素子が載置された基体と、
   該基体の上面に前記発光素子を取り囲むように取着され、内周面が光反射面とされた枠状の反射部材と、
   前記反射部材の内側に前記発光素子を覆うように設けられた第１の透光性部材と、
   屈折率が前記第１の透光性部材の屈折率以上であるとともに、上側主面および下側主面の少なくとも一方に複数の凸部または凹部から成る回折格子が形成されており、前記第１の透光性部材を覆うように取着された光学部材と、
   屈折率が前記光学部材より小さく、前記光学部材を覆うように取着された第２の透光性部材と、
   屈折率が前記第２の透光性部材より大きく、前記第２の透光性部材を覆うように配置されるとともに、前記発光素子の発する光により励起され蛍光を発生する蛍光体を含有した波長変換部材と
   を具備することを特徴とする発光装置。
2. 複数の前記凸部または凹部は、その外周径をφ、高さまたは深さをＴ、それぞれの前記凸部または凹部の間隔をＳ、前記発光素子の発する光の中心波長をλとした場合、λ／１０≦φ≦１０λ、λ／３≦Ｔ≦３λ、λ／１０≦Ｓ≦１０λを満たすことを特徴とする請求項１記載の発光装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の発光装置を光源として備えた照明装置。

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