JP4980640B2 - 照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、良好な発光分布特性を有する照明装置に関するものである。

近年、蛍光管を用いた照明装置に代わり、発光ダイオード（以下、ＬＥＤともいう）素子或いは有機ＥＬ素子等の発光素子を用いた照明装置が検討されている。このような照明装置では、従来蛍光体を含む蛍光体領域が発光素子の光放射側に配されている。発光素子から放射される光が蛍光体領域中に含まれる蛍光体によって、人間の視感度に対してより好ましく感じられる波長の光に変換され、外部に放射される。

例えば、特許文献１には、窒化物系半導体素子からなるＬＥＤ素子の光放射側に、セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体を含む蛍光体領域を配してなるＬＥＤ発光ユニットが記載されている。このＬＥＤ発光装置では、ＬＥＤ素子から放射された青色の光のうちの一部が蛍光体によって黄色の光に色変換され、白色の光として外部に放射される。

また、このような白色の光を発光する発光ユニットを多数配することによって発光面積を増大した照明装置も検討されている。
特開平１０−２４２５１３号公報

しかしながら、上述した発光ユニットを多数配することによって発光面積を増大した照明装置においては、良好な発光分布特性を有する照明装置を得ることが困難である、という課題があった。

すなわち、上記従来技術では、（ＲＥ１−ｘＳｍｘ）３（ＡｌyＧａ１−ｙ）５Ｏ１２
：Ｃｅ蛍光体をエポキシ樹脂中に混合分散させたものを硬化させることによって蛍光体領域を形成している。しかしながら、このように蛍光体を分散させた樹脂材料を硬化させる方法では、蛍光体と樹脂材料との比重の違いによって硬化中に蛍光体が下方に沈む等により蛍光体の濃度にばらつきが生じてしまう。また、そのばらつきの度合いも蛍光体を分散させた樹脂材料を作製後硬化させるまでの時間によって異なる。このため、作製した蛍光体領域中における蛍光体の分布や濃度にばらつきが生じやすい。さらに、ＬＥＤ素子の光放射側に配される、蛍光体を分散させた樹脂材料の量を揃えることが困難である。したがって、所望の色度を有する発光ユニットを再現性良く製造することは難しかった。

したがって、発光素子と蛍光体領域とからなる前記発光ユニットを多数配してなる発光面積の増大した照明装置においては、夫々の蛍光体領域中における蛍光体の濃度や分布のばらつきのために、それぞれの発光ユニットから発光される光の色度等の発光特性に違いが生じてしまい、良好な発光分布特性を有する照明装置を得ることが困難である、という課題があった。

本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであって、良好な発光分布特性を有する照明装置を提供することを目的とする。

本発明に係る照明装置は、基体と、複数の発光装置と、を有する照明装置において、基体には複数の凹部が形成され、発光装置は、凹部の底面に配された発光素子及び該発光素子の光放射側に配され且つ蛍光体を含む樹脂からなる第１蛍光体領域を有する発光ユニットと、発光ユニットの光放出側に配され且つ蛍光体を含むシート状の樹脂からなる第２蛍光体領域と、を有し、複数の発光装置が有する各発光ユニットは、類似の発光特性を有する２つ以上のグループに分類されると共に、同じグループに分類された発光ユニットの光放出側に設けられた第２蛍光体領域は、それぞれ同じ色変換特性を有し、各グループ毎の第２蛍光体領域の色変換特性は、複数の発光装置から取り出される光の発光特性が揃うように調整されているとともに、第１蛍光体領域と第２蛍光体領域とが離間していること、を特徴とする。

本発明に係る照明装置において、好ましくは、凹部は蛍光体を含まない樹脂で充填されていることを特徴とする。

本発明によれば、発光特性調整用の第２蛍光体領域によって最終的に外部に放射される光の特性を揃えているので、各発光ユニットの色変換特性が多少ずれていても構わない。このため良好な発光分布特性を有する照明装置を簡易に提供することができる。

（実施の形態）
以下に、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る照明装置１０を説明するための模式的上面図である。また、図２は、図１におけるＸＹ線の断面を示す模式図である。

図１に示すように、本実施形態においては、照明装置１０は、合計１６個の発光装置１１が、行Ａ、行Ｂ、行Ｃ、行Ｄの４行、列１、列２、列３、列４の４列からなる４行４列のマトリクス状に配置されて構成されている。図１においては、説明のために各発光装置１１が点線で区切られて示されている。

図２に示すように、発光素子１３は、表面に反射面を有する基体１２の底面上に配されている。発光素子１３の光放射側には蛍光体を含む第１蛍光体領域１４が設けられており、発光素子１３と第１蛍光体領域１４とから本実施形態の発光ユニット１５が構成されている。発光ユニット１５の光放射側には蛍光体を含む第２蛍光体領域１６が配されており、これら発光ユニット１５と第２蛍光体領域１６とから本実施形態の発光装置１１が構成されている。そして、本実施形態ではこの発光装置１１が、前述の通り４行×４列のマトリクス状に配列されている。

ここで、図１及び図２においては、発光素子１３に接続される電気配線は省略している。

前述の通り、各発光ユニット１５の発光特性は夫々ばらついている。このばらつきを抑え、照明装置１０の発光分布特性の均一性を向上させるために、第２蛍光体領域１６が各発光ユニット１５の光放射側に設けられている。ここで、本実施形態では、各発光ユニッ
ト１５が、夫々の発光特性に応じて、例えばグループ（ａ）、グループ（ｂ）、グループ（ｃ）、グループ（ｄ）の四種類のグループのうちのいずれかに分類されている。発光特性としては、例えば発光強度、発光ピーク波長、色度等の、発光素子の評価に一般的に用いられる指標を用いることができる。白色の照明装置等、色合いに特徴のある照明装置に用いる場合には、色度のように色合いを示す指標を発光特性として用いることが好ましい。例えば発光特性として色度を用いた場合には、同一のグループには類似の色度を有する発光ユニット１５，１５・・・が分類される。

そして、同じグループに分類された複数の発光ユニット１５，１５・・・に対して、同じ色変換特性を有する第２蛍光体領域１６が配されている。従って、本実施形態では、同じ色変換特性を有する第２蛍光体領域１６が、同じグループに分類された複数の発光ユニット１５，１５・・・に対して設けられている。ここで、第２蛍光体領域１６が有する「同じ色変換特性」は、求められる照明装置の発光分布の均一性の程度によって、適宜適当な範囲で選択される。

このような構成とすることによって、本実施形態の照明装置１０によれば、同じグループに分類された、同様の発光特性を有する複数の発光ユニット１５，１５・・・からの発光の一部が、同じ色変換特性を有する第２蛍光体領域１６によって色変換されて外部に取り出される。このため、同じグループに分類された複数の発光ユニット１５，１５・・・から、略同じ発光特性を有する光が外部に取り出される。従って、各グループ毎に選定される第２蛍光体領域１６の色変換特性を調整することで、各発光装置１１，１１・・・から取り出される光の発光特性をほぼ同様の特性に揃えることができる。このようにして、本実施形態によれば発光分布特性の良好な照明装置を提供することができる。

このように、本実施形態に係る照明装置にあっては、発光素子１３の光放射側に配された第１蛍光体領域１４に加えて、発光特性調整用の第２蛍光体領域１６を有しており、この第２蛍光体領域１６によって、最終的に外部に放射される光の特性を揃えている。従って、各発光ユニット１５，１５・・・の色変換特性が多少ずれていても構わない。従って、簡易な製造工程管理によって発光分布特性の良好な照明装置を作製することができる。

また、第２蛍光体領域１６は、例えば、シートのように、あらかじめ単体で取り扱い可能なユニット状に形成されており、かかるユニット状に形成された第２蛍光体領域１６が、発光ユニット１５の光放射側に配されるのが好ましい。このようにすると、予め作りおいた複数の第２蛍光体領域１６，１６・・・の中から発光ユニット１５の発光特性にあわせて適切な第２蛍光体領域１６を選択して用いることができる。また、シート状に作製しておいた複数の第２蛍光体領域１６，１６・・・の中から、夫々の色変換特性に応じて予め類似の色変換特性を有する第２蛍光体領域１６を選別しておくことができる。従って、このような構成の第２蛍光体領域１６を用いることによって、発光ユニット１５と組み合わせて所望の発光特性を有する発光装置１１を容易に作製することができる。したがって、各発光装置１１の発光特性のばらつきを低減することが容易となるので、このような発光装置１１が多数配された、発光領域内で均一な光学特性を有する照明装置１０を再現性良く作製することができ、かつ、歩留まりを向上させることができる。

尚、前記第１蛍光体領域１４を構成する第１蛍光体材料と、前記第２蛍光体領域１６を構成する第２蛍光体材料とは、同じ材料でもよいし、異種の材料であってもよい。

前記凹部１７は、蛍光体を含まない樹脂で充填されていてもよいし、真空であってもよく、不活性ガス、または、可視光透過率の高い液体で充填されていてもよい。

また、本実施形態にあっては発光ユニット１５を発光特性に応じて４つのグループに分
類したが、分類するグループの数はこれに限らず適宜設定することができる。

また、本実施形態では、発光ユニット１５を４つのグループに分類し、それぞれのグループに複数の発光ユニット１５，１５・・・が存在している例、すなわち、全てのグループにそれぞれ複数の発光ユニット１５，１５・・・が存在している例について説明した。しかしながら、これに限らず、発光ユニット１５が１個のみ存在するグループがあってもよく、また、全発光ユニットが別々のグループに分類されていてもよい。

また、本実施形態では、四角形の平面形状を有する発光装置１１が、４行×４列のマトリクス状に配列されている例について説明したが、これに限らず、六角形等の他の多角形や円形、楕円形等の平面形状を有する発光装置１１が、複数個配列されていてもよい。

（実施例１と比較例１）
以下に、本発明の実施例１に係る照明装置１０について、図面を参照して説明する。本実施例においては、図１及び図２に示すような構造を有し、目標色度座標が（０．３５０、０．３８０）の白色発光の照明装置について説明する。

また、図１及び図２に示すような構造のうち、第２蛍光体領域１６，１６・・・を有しない照明装置を、比較例１とした。

まず、耐熱材料からなる基体１２に、各発光ユニットを配するための凹部１７を４行４列のマトリックス状に形成した。

次に、前記各凹部１７の底面に、発光素子１３として、発光波長のピークが３９０ｎｍ〜４１０ｎｍの青色発光ＧａＮ系ＬＥＤチップを配置し、陽極、陰極を配線した。

また、既知の酸化物である青色発光蛍光体、緑色発光蛍光体、赤色発光蛍光体を２５：３５：４０の比で混合した色変換用の混合蛍光体を作製した。さらに、この混合蛍光体をシリコン樹脂中に混合蛍光体／樹脂の重量比が２０％となるように混入し、十分に蛍光体を拡散させて第１蛍光体材料を作製した。その後、前記ＬＥＤチップが完全に埋まる程度に前記第１蛍光体材料をＬＥＤチップ上に塗布し、１５０℃で１時間加熱して第１蛍光体材料を硬化させることによって、第１蛍光体領域１４を形成した。これにより、ＬＥＤチップからなる発光素子１３と第１蛍光体領域１４とから構成される発光ユニット１５を作製した。

ここで、各発光ユニット１５の色度を測定した。各発光ユニット１５の色度座標（ｘ、ｙ）の測定結果を表１に示す。

本実施例においては、各発光ユニット１５の測定色度により各発光ユニット１５を４種のグループに分類した。本実施例では、照明装置の色度座標目標値が（０．３５０、０．３８０）であるため、各発光ユニット１５の測定色度座標のｘが０．３５０より大きいか否か、ｙが０．３８０より大きいか否かで４つのグループに分類した。すなわち、図３に示すように、ｘが０．３５０より小さく、ｙが０．３８０より小さい発光ユニット１５はグループ（ａ）、ｘが０．３５０より大きく、ｙが０．３８０より小さいものはグループ（ｂ）、ｘが０．３５０より小さく、ｙが０．３８０より大きいものはグループ（ｃ）、ｘが０．３５０より大きく、ｙが０．３８０より大きいものはグループ（ｄ）に分類した。

次に、前記凹部１７を完全に埋めるように、蛍光体を含有していないシリコン樹脂からなる樹脂を前記発光ユニット１５上に塗布し、１５０℃で１時間加熱して前記樹脂を硬化させた。

次に、前記第１蛍光体材料と同種の蛍光体及び樹脂を用い、混合蛍光体／樹脂の重量比が２０％となるように混合蛍光体と樹脂を混合して、十分に蛍光体を拡散させて第２蛍光体材料を作製した。かかる第２蛍光体材料を約０．５ｍｍ厚の型に滴下した後、１５０℃
で１時間加熱して蛍光体シートを作製した。ただし、発光ユニット１５のグループごとに、組み合わせる第２蛍光体材料を構成する青色発光蛍光体、緑色発光蛍光体、赤色発光蛍光体の混合比を変えることにより、蛍光体シートの色度を変えた。各グループの発光ユニット１５の光放射側に配する蛍光体シートの、青色発光蛍光体、緑色発光蛍光体、赤色発光蛍光体の混合比及び色度（波長４０５ｎｍでの励起時）を表２に示す。

図３及び表２からわかるように、発光ユニット１５の各グループの測定色度座標（ｘ、ｙ）と照明装置の所望の色度座標（０．３５０、０．３８０）について、ｘと０．３５０との大小関係、ｙと０．３８０との大小関係と逆の大小関係の色度を有する蛍光体シートを組み合わせた。

表１に示した各発光ユニットの光放射側に前記蛍光体シートを配することによって構成された各発光装置１１の測定色度を表３に示す。

表３において、発光ユニットは、従来技術の照明装置（比較例１）を構成する発光ユニット１５と同じ構成であり、発光装置は、本発明の照明装置（実施例１）を構成する発光装置１１である。各発光ユニットの測定平均色度座標は（０．３５０、０．３８０）であり、各発光装置の測定平均色度座標は（０．３５０、０．３８０）であり、同じである。

表３から、発光ユニット１５の各グループの測定色度座標（ｘ、ｙ）と照明装置の所望の色度座標（０．３５０、０．３８０）について、ｘと０．３５０との大小関係、ｙと０．３８０との大小関係と逆の大小関係を有する蛍光体シートを組み合わせることによって、第２蛍光体領域を透過して外部に放射される光の色度、すなわち、発光装置１１の色度を所望の色度に近づけることができたことがわかる。

また、ｘが０．３５０±０．０１、ｙが０．３８０±０．０１の範囲に入る割合は、発光ユニットが１６個中２個で１２．５％であるのに対して、発光装置が１６個中１２個で７５．０％である。したがって、前記発光装置が複数個配されてなる本発明に係る照明装置は、前記発光ユニットが複数個配されてなる従来技術に係る照明装置よりも、発光領域の色度均一性が大幅に向上していることがわかる。また、ｘ、ｙともに±０．０２以上のずれがあるものは、本実施例においては存在しなかった。

上記の実施例に示したように、本発明に係る照明装置によれば、発光領域の色度分布が良好な照明装置を提供することができる。

上記の実施例においては、発光素子として、発光波長のピークが３９０ｎｍ〜４１０ｎｍの青色発光ＧａＮ系ＬＥＤチップを用いた例について説明したが、これに限らず、異なる発光波長のピークを有するＬＥＤチップ、有機ＥＬ素子等、他の発光素子を用いた場合であっても、本発明の同様の効果を奏する。

上記の説明においては、照明装置の所望の色度座標を（０．３５０、０．３８０）としたが、この色度座標に限らず、他の色度座標を目標とした場合であっても、本発明の同様の効果を奏する。

上記の説明においては、発光特性の例として、発光領域の色度分布について説明したが、本発明に係る照明装置によれば、色度に限らず、他の発光特性、例えば、発光強度、発光ピーク波長、発光スペクトル等、他の発光特性についても、同様の効果を奏する。

本発明の実施形態に係る照明装置の上面図である。 本発明の実施形態に係る照明装置の断面図である。 本発明の実施例に係る照明装置を構成する発光ユニットのグループ分けを説明するための模式図である。

１０ 照明装置
１１ 発光装置
１２ 基体
１３ 発光素子
１４ 第１蛍光体領域
１５ 発光ユニット
１６ 第２蛍光体領域
１７ 凹部

Claims (2)

1. 基体と、複数の発光装置と、を有する照明装置において、
   前記基体には複数の凹部が形成され、
   前記発光装置は、前記凹部の底面に配された発光素子及び該発光素子の光放射側に配され且つ蛍光体を含む樹脂からなる第１蛍光体領域を有する発光ユニットと、前記発光ユニットの光放出側に配され且つ蛍光体を含むシート状の樹脂からなる第２蛍光体領域と、を有し、
   前記複数の発光装置が有する前記各発光ユニットは、類似の発光特性を有する２つ以上のグループに分類されると共に、同じ前記グループに分類された前記発光ユニットの光放出側に設けられた前記第２蛍光体領域は、それぞれ同じ色変換特性を有し、
   前記各グループ毎の前記第２蛍光体領域の前記色変換特性は、前記複数の発光装置から取り出される光の発光特性が揃うように調整されているとともに、前記第１蛍光体領域と前記第２蛍光体領域とが離間していることを特徴とする照明装置。
2. 前記凹部は蛍光体を含まない樹脂で充填されていることを特徴とする、請求項１に記載の照明装置。