JP5228434B2 - 発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子を備えた発光装置に関し、特に光源からの光を効率よく外部へ取り出すことのできる発光装置に関するものである。

従来から、発光装置においては、光出力の更なる向上が求められている。
今日では、その光源として、発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」ともいう。）、レーザダイオード（以下「ＬＤ」ともいう。）等の発光素子を用いることが提案されている。また、発光素子と蛍光体とを組み合わせた白色発光装置が提案されている。

従来の発光装置の模式断面図を図１４に示す。従来の発光装置２０は、例えば、台座の底部２１１０の上面に連結された台座の柱部２１２０の側面に、発光素子２３００が固定されてなる（例えば、特許文献１の図２参照）。この発光素子２３００は、台座の底部２１１０の下面より延伸されたリード２１３０と電気的に接続されている。これにより発光素子２３００はリード２１３０を介して外部電極と接続可能となる。さらに、台座の底部２１１０の周縁から上方に向かって、筒状のキャップ２５００が備えられており、キャップ２５００内に、台座の柱部２１２０及び発光素子２３００が在する構造となる。キャップ２５００の上方には開口部を有しており、その開口部を塞ぐように光透過体２６００がキャップ２５００の上端に固定されている。また、光透過体２６００の底面側の表面は、蛍光体組成物２４２０で被覆されている。
この構成により、発光素子２３００からの出射光の一部は、蛍光体組成物２４２０により波長変換される。

特開２００５−２００１０号公報

しかしながら、上記の発光装置では、蛍光体組成物２４２０で反射された光や発生した光が、発光素子２３００側への戻り光となる問題があった。これにより光取り出し効率が低減され、さらには戻り光が発光素子２３００の特性を悪化させてしまう虞があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、長寿命かつ高出力の発光装置を提供することを目的とする。

本発明に係る発光装置は、台座と、発光素子と、発光素子からの光の少なくとも一部を吸収して異なる波長の光に変換する波長変換部材を含有する透光性部材と、を備える発光装置であって、台座は、発光素子が固定される台座柱部を有し、台座柱部は、発光素子の光出射側に平板体が設けられており、平板体は、発光素子からの光が通過する貫通孔を有し、透光性部材は、平板体の上に、貫通孔を塞ぐように配置される。

かかる構成によれば、波長変換部材を含有する透光性部材で反射、または発生した光が発光素子側へ戻ることにより生じる光の損失を低減できるため、光出力を向上させることができる。また、戻り光による発光素子の特性の悪化を低減することができる。

また、透光性部材は、平板体に固定されることが好ましい。かかる構成によれば、透光性部材の熱による劣化、変質等を軽減することができる。

また、台座と、台座の上に固定される発光素子と、台座の上に固定され発光素子からの光の少なくとも一部を吸収して異なる波長の光に変換する波長変換部材を含有する透光性部材と、を備える発光装置であって、台座は、発光素子と透光性部材との間に、発光素子及び透光性部材が配置される面に対して略垂直に固定される平板体を有し、平板体は、発光素子からの光が通過する貫通孔を有する。かかる構成によれば、波長変換部材を含有する透光性部材で反射や発生した光が発光素子側へ戻ることにより生じる光の損失や発光素子の特性の悪化を低減できる。

また、透光性部材からの光を透過する光透過体と、発光素子及び透光性部材を覆うように台座に固定され、光透過体を支持するキャップと、を有し、キャップの内面と平板体の側面とが接していてもよい。かかる構成によれば、波長変換部材を含有する透光性部材で反射や発生した光が発光素子側へ戻ることにより生じる光の損失や発光素子の特性の悪化を低減できる。また、発光素子の気密性が高まるため、発光素子の寿命特性を向上させることができる。

また、貫通孔は、発光素子からの光の入射側から出射側に向かって広口となるように傾斜あるいは湾曲した側面を有していてもよい。かかる構成によれば、波長変換部材を含有する透光性部材で反射や発生した光が発光素子側へ戻ることにより生じる光の損失や発光素子の特性の悪化を低減できる。

また、貫通孔の側面は、金属薄膜または誘電体多層膜を有していてもよい。かかる構成によれば、発光素子側への戻り光を低減できる。また、光取り出し効率が一層向上する。

本発明によれば、長寿命かつ高出力の発光装置を提供することができる。

以下、本発明の発光装置を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す発光装置は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、本発明を以下のものに特定しない。また、特定的な記載がない限りは、構成部材の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を一の部材で構成することもできるし、逆に、一の要素を複数の部材で構成することもできる。

＜実施の形態１＞
図１は本発明の実施の形態１に係る発光装置を示す概略斜視図である。図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ’線における概略断面図である。図３は、図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ’線における概略断面図である。

本実施の形態に係る発光装置は、台座１００と、発光素子３００と、平板体２００と、波長変換部材４１０を含有する透光性部材４００とから主として構成されている。
台座１００は、略円盤形状の台座底部１１０と、台座底部１１０の上面に直立して配設される柱状の台座柱部１２０と、を有している。台座底部１１０の底面には、外部電極と接続されるリード１３０が突出している。台座柱部１２０の側面には、発光素子３００が固定される。
さらに、本実施の形態に係る発光装置は、発光素子３００の上に、台座柱部１２０に対して略垂直に固定される平板体２００を有する。この平板体２００は、中心部が発光素子３００の上に位置するように配置されることが好ましい。
さらに、平板体２００は、発光素子３００からの光が通過する貫通孔２５０を有する。そして、この貫通孔２５０を塞ぐように、透光性部材４００が平板体２００の上に配置される。なお、本発明において、貫通孔２５０を透光性部材４００で塞ぐ形態としては、平板体２００の上面から貫通孔２５０を透光性部材４００で覆う形態や、貫通孔２５０に透光性部材４００を嵌め込む形態にすることができる。この透光性部材４００内には、波長変換部材４１０を含有させることができる。好ましい透光性部材５０としては、透光性の無機部材に、波長変換材料の一種である蛍光体粒子を分散させたものが挙げられる。
平板体２００表面には、金属薄膜または誘電体多層膜からなる反射部材を有していてもよい。

台座底部１１０の上面には、発光素子３００、台座柱部１２０、平板体２００及び透光性部材４００を包含するようにキャップ５００が装着される。キャップ５００は、円筒形状のキャップ側部５２０の上端を、環状のキャップ上部５１０が覆うようにして構成されている。キャップ上部５１０の中央部には、キャップ上部５１０の厚さ方向において、キャップ５００の内外と貫通した開口部５５０が形成されている。このキャップの開口部５５０を塞ぐように光透過体６００が備えられている。

発光素子３００は、キャップ５００内の幅方向（図２、３における左右方向）におけるほぼ中央部に位置される。従って、必然的に、発光素子３００が載置される台座柱部１２０は、台座底部１１０の中央部より円周方向へ偏心した位置に載置されることになる。さらに、発光素子３００は、光出射面３１０を上面（図２、３における上側）に備えており、光出射面３１０が平板体２００と対向するよう離間して載置される。
また、発光素子３００の出射光軸は、平板体２００の貫通孔２５０の中心軸、及びキャップ上部５１０の中心軸とほぼ重なる。つまり、発光素子３００から出射される光の中心軸は発光装置１０の中央軸とほぼ一致する。
尚、本発明における光出射面とは、その面全てから光が出射されるものだけを意味するのではなく、面の一部から光が出射されるものも含む。

本実施の形態に係る発光装置において、発光素子３００から出射された光は、貫通孔２５０内を通過して透光性部材４００内に進行する。透光性部材４００内を通過した光は、キャップ５００の開口部５５０に設けられた光透過体６００を介して外部へ出射される。このとき、透光性部材４００側から発光素子３００側への戻り光を平板体２００によって反射させることができるため、光取り出し効率が向上する。

以下、本発明の発光装置を構成する個々の部材について説明する。

（台座）
台座１００は、円盤形状の台座底部１１０の底面（図中では下側）から鉛直方向にリード端子１３０が延伸されている。このリード端子１３０は外部電極と電気的に接続可能である。台座底部１１０の上面から柱状の台座柱部１２０が直立して配設されており、台座柱部１２０の側面には発光素子３００がＡｕ−Ｓｎ等の共晶接合材又は接着材を介して装着される。そして、発光素子３００がワイヤー等（図示せず）を介してリード端子１３０と電気的に接続されており、これにより外部電極と接続可能になる。台座底部１１０の周縁近傍には、台座上面から垂直方向に円筒形状のキャップ５００が固定されている。

また、発光素子３００の使用中に発生した熱が素子内に蓄熱されると、その特性が悪化し、ライフ寿命が低減する。これを防止するため、発光素子３００から生じた熱は、機械的および電気的に接続される台座柱部１２０および台座底部１１０に伝導され、さらに外気へと放出される構造をとる。つまり、台座底部１１０および台座柱部１２０はヒートシンクの役割を担っており、放熱効果を奏す。
したがって、台座底部１１０および台座柱部１２０からなる台座１００は、熱媒体となり得るよう、その材質は熱伝導率の良いものが好ましい。具体的には、銅、鉄、コバルト、ニッケル、金、アルミニウム、真鍮、タングステン、コバール、ステンレス等の金属、または、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ダイヤモンド等のセラミック系のもの等が挙げられる。

また、台座底部１１０および台座柱部１２０は、異部材とは限らず、両者は同一部材とすることも可能であり、これにより製品の部品点数を削減することができる。また、台座１００とキャップ５００の形状は、上記例では、キャップ５００が発光素子３００の周囲を囲んで発光素子３００を封止するように配設されているが、これに限らず、例えば、台座１００を構成する台座底部１１０を、内部に空洞を有する略筒状とし、その上部を閉塞するように略円盤状のキャップを形成することもできる。また、キャップ５００の内面で少なくとも光透過体６００の近傍には、反射膜（図示せず）を形成してもよい。

（平板体）
平板体２００は、台座柱部１２０の上に固定される部材であって、台座柱部１２０に固定された発光素子３００の上に位置する。平板体２００は、略円盤形状を呈し、底面が発光素子３００の光出射面３１０と対向している。また、発光素子３００は、平板体２００の幅方向におけるほぼ中央部に位置される。従って、平板体２００は、底面の中央部より円周方向へ編心した位置において、台座柱部１２０の上面に固定されることになる。

また、平板体２００は、略中央に底面側から上面側へ通じる貫通孔２５０が形成されている。貫通孔２５０の開口幅における中心軸は、発光素子３００からの光出射軸とほぼ同一である。また、貫通孔２５０の両端口の内、発光素子３００からの出射光が入光する側を入光部２６０とし、他端側を出光部２７０とする。発光素子３００からの出射光は、入光部２６０より貫通孔２５０内に進行する。貫通孔２５０内に進行した光は、直進または、貫通孔２５０の内面に１回或いは複数回反射されながら導波され、出光部２７０から出射される。
さらに、透光性部材４００が、この平板体２００の貫通孔２５０を塞ぐように配置されており、平板体２００の貫通孔２５０内を進行した光は、出光部２７０より透光性部材４００へ入射する。ここで、「塞ぐように配置」とは、貫通孔２５０内に配置すること、貫通孔２５０を覆うように平板体２００の上面側に配置すること等を含む。

このような平板体２００を備えることで、透光性部材４００側から発光素子３００側への戻り光を低減することができる。つまり、光取り出し効率を向上させることができるとともに、発光素子３００の劣化を抑制することができる。
また、発光素子３００の光出射軸上に貫通孔２５０が設けられているので、発光素子３００と透光性部材４００との間が平板体２００によって塞がれることによる光出力の低下を防止することができる。

平板体２００は、その上に配置される透光性部材４００から生じる熱を、台座柱部１２０及び台座底部１１０に伝導させる機能も有することができる。このためには、平板体２００の材質は、台座と同様に、熱伝導率の良いものが好ましい。具体的には、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｌ、真鍮、コバール、ステンレス等の金属、または、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ダイヤモンド等のセラミック系のもの等が挙げられる。平板体２００の材質として、このような材料を用いることにより、透光性部材４００の熱負荷を軽減させることができる。
また、平板体２００及び台座柱部１２０は、熱膨張係数の近い材質の組み合わせが好ましい。これにより両者の接合性を高めることができる。

平板体２００の形状は、上面及び下面が円形である必要はなく、多角形又はこれらの形状に近似する形状とすることができる。平板体２００の平面形状と、キャップ５００内部の断面形状は、合同又は相似であることが好ましい。
平板体２００の大きさは、用いる発光素子の大きさ、台座やキャップの大きさ等によって適宜調整することができる。例えば、少なくとも台座柱部１２０に固定可能であり、かつ、発光素子３００の上を覆う程度の大きさであればよい。発光素子３００からの光出射方向における平板体２００の断面積が、透光性部材４００の断面積よりも大きいことが好ましい。また、平板体２００の直径又は幅は、キャップ側部５２０の内径以下の値とする。
平板体２００は、キャップ側部５２０の内面と平板体２００の側面が接する、又は近接するように大きさ、形状を調節することが好ましい。これにより、透光性部材４００から発光素子３００側への戻り光をさらに低減することができる。

（平板体の貫通孔）
平板体２００に設けられる貫通孔２５０は、発光素子３００から出射された光が通過する穴である。貫通孔２５０の開口形状は、円形、楕円形、長方形、正方形、菱形、多角形又はこれらの形状に近似する形状とすることができる。また、貫通孔２５０の開口形状は、発光素子３００の出射光のパターン形状に合致させたものが好ましい。

貫通孔２５０の断面積の最小値は、透光性部材４００の断面積の最大値より小さいことが好ましい。これにより、透光性部材４００側から発光素子３００の方向へと戻る光を低減することができる。尚、貫通孔２５０の断面積は、発光素子３００から貫通孔２５０までの距離、発光素子３００からの出射光の広がり角等を考慮して設計できる。具体的には以下の範囲を満たすのが好ましい。

但し、Ａ（ｍｍ^２）は、貫通孔２５０の断面積の最小値である。Ｌ（ｍｍ）は、発光素子３００と貫通孔２５０までの距離である。Ｒ（°）は、発光素子３００からの出射光の広がり角である。発光素子からの出射光の広がり角とは、ピーク強度の１／ｅ^２における全角である。

図４は、平板体の貫通孔の一例を示す概略断面図である。平板体２００の貫通孔２５０は、発光素子からの光の入射側から出射側に向かって広口となるように傾斜あるいは湾曲した側面を有していてもよい。この貫通孔２５０の傾斜部の領域は略逆円錐台形状をなしており、つまり、入光部２６０側から出光部２７０側に向かって内径が大きくなる。

このような形状の傾斜部を備えることで、一旦貫通孔２５０に進入した光が、再び入光部２６０から逆戻りすることを防げる。なぜなら、貫通孔２５０に進入した光が、仮に逆戻りしようと入光部２６０へ導波されたとしても、入光部２６０の開口径が狭いため、ここを通過することが難しいからである。

また、上記以外の貫通孔２５０の形状としては、入光部２６０近傍では開口径の拡大率が大きく、出光部２７０近傍ではその拡大率が小さいものでもよい。例えば、傾斜部がドーム形状のような、曲面を帯びたものが挙げられる。曲面状の傾斜部は、傾斜部で反射された光を、出光部２７０の中心方向へと屈折させることが可能になる。したがって、貫通孔２５０内での光の反射回数を低減でき、光の損失を低減することができる。この他、出射光の集光を考慮したレンズ状の傾斜部が挙げられる。

また、貫通孔の数については、本実施形態では１つの貫通孔を形成したものを例示しているが、これに限らず、２以上の複数個設けてもよい。例えば、複数の光源を用いる場合などは、貫通孔を複数形成してそれぞれの光を独立して放出させるようにすることもできる。

（反射部材）
平板体２００の表面には、金属薄膜または誘電体多層膜からなる反射部材を有していてもよい。反射部材は、透光性部材４００からの光を効率良く反射し、光の取り出し効率を向上させるものである。このため、反射部材は、少なくとも透光性部材４００と平板体２００との間に設けられる。具体的には、少なくとも平板体２００の上面や平板体２００の貫通孔２５０の内壁に設けられる。反射部材を設ける位置は、特に限定するものではないが、平板体２００の表面が反射部材で被覆されていることが好ましい。
平板体２００の表面に反射部材を設けることにより、透光性部材４００からの戻り光が、平板体２００で吸収されることにより生じる光の損失を低減できるため、光出力を向上させることができる。

金属薄膜は、発光素子３００から出射される光の波長と等しい波長を有する光、および波長変換部材から発する光の波長と等しい波長を有する光を反射する部材（たとえば、３５０ｎｍ〜８００ｎｍの範囲に波長が有る光を反射する部材）が好ましい。また、これら各波長の光の反射量が略一定となるような部材が好ましい。具体的には、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｉｎ、Ｐｄ等の金属、Ｉｎ−Ａｇ、Ａｕ−Ａｇ等の合金等が好ましい。
誘電体多層膜としては、例えば、ＡｌＮ、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、ＳｉＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｔｉ_３Ｏ_５、Ｔｉ_２Ｏ_３、ＴｉＯ、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＣｅＯ_５、ＺｎＳ、ＭｇＦ_２等から構成される多層膜が挙げられる。
なお、反射部材の厚さは特に限定するものではないが、２０μｍ以下とすることが望ましい。

反射部材は、スパッタ、真空蒸着、ＰＶＤ、イオンプレーティング、ＣＶＤなど
の成膜方法や、電解鍍金、無電解鍍金、カップリング剤処理、電着塗装、上記金属元素の
微粒子を含む樹脂ペーストを付着させるなどの方法により形成することができる。

（透光性部材）
発光素子３００からの出射光の少なくとも一部を透過できるものとする。本実施の形態の透光性部材４００は略円盤形状をなし、その径は平板体２００の貫通孔２５０の入光部２６０における開口径よりも大きい。透光性部材４００は、平板体２００の貫通孔２５０を塞ぐように、ガラスや接着材等でもって平板体２００に固着される。

透光性部材４００の形状としては、円盤形状の他に、半球形状、ボール形状、レンズ形状、円錐形状など任意の形状とできる。例えば、その両端間において、一貫した大きさの径を有する環状、あるいは光進行方向につれて径が大きくなる逆テーパ形状、あるいは光進行方向につれて径の拡大率が小さくなる半円球形状や平凸形状としてもよい。特に、半球形状やボール形状等の曲面を有している構造が光取り出し効率が高く好ましい。また、透光性部材４００において、光出射側での空気との界面にて生じる屈折率差を考慮し、透光性部材４００の光出射側の形状を適宜選択・加工することにより、集光・拡散等の波面制御が可能となる。さらに、透光性部材４００は、例えば、球面レンズ、非球面レンズ、シリンドリカルレンズ、楕円レンズ等のレンズを備えることでも、出射光の波面制御を実現できる。

また、透光性部材４００は少なくとも光の一部を透過する機能を有するものであって、透明色に限定しない。透光性部材４００は、発光素子３００から出射された光の吸収率が低い材料が好ましい。
また、透光性部材４００内には、波長変換部材を含有させることができる。この場合、波長変換部材で波長変換された光の吸収率が低い透光性部材４００が好ましい。具体的には、ガラスやセラミック(ＺｒＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、ＧａＮ等)、樹脂(シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等)等が挙げられる。

（波長変換部材）
波長変換部材は発光素子３００から出射された光が照射されることで、波長変換した光を発する。つまり、発光素子３００の光と、波長変換部材で波長変換された光との混色光を外部に取り出すことができる。換言すれば、必要に応じた波長変換部材を選択することで、所望の波長を得ることができる。また、複数種類の波長変換部材が存在してもよい。

例えば、波長変換部材の一例として蛍光体を用いることで、白色光は次のようにして得られる。第１の方法は、発光素子から発光される、可視光の短波長側領域の青色光で、黄色発光の蛍光体を励起させる。これにより一部波長変換された黄色光と、変換されない青色光が混色し、補色の関係にある２色により白色光として放出される。第２の方法は、発光素子から放出される、紫外から可視光の短波長側領域の光により、Ｒ・Ｇ・Ｂ蛍光体を励起させる。波長変換された３色光が混色し、白色光として放出される。

上記の機能を実現できる代表的な蛍光体としては、銅で付括された硫化カドミウム亜鉛やセリウムで付括されたＹＡＧ系蛍光体及びＬＡＧ系蛍光体が挙げられる。特に、高輝度且つ長時間の使用時においては（Ｒｅ_１−ｘＳｍ_ｘ）_３（Ａｌ_１−ｙＧａ_ｙ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１、但し、Ｒｅは、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｌｕからなる群より選択される少なくとも一種の元素である。）等が好ましい。またＹＡＧ、ＬＡＧ、ＢＡＭ、ＢＡＭ：Ｍｎ、ＣＣＡ、ＳＣＡ、ＳＣＥＳＮ、ＳＥＳＮ、ＣＥＳＮ、ＣＡＳＢＮ及びＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕからなる群から選択される少なくとも１種を含む蛍光体が使用できる。光源からの励起光と、この励起光における波長変換効率の良好な蛍光物質と、を組み合わせることによって、発光出力の高い発光装置を得ることができるとともに、種々の色味の光を得て、演色性の高い出射光を得ることができる。

（拡散剤等）
本発明における透光性部材４００には、波長変換部材の他、粘度増量剤、光拡散物質、顔料、蛍光物質等、使用用途に応じて適切な部材を添加することができる。光拡散物質として例えば、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素、二酸化珪素、重質炭酸カルシウム、軽質炭酸カルシウム、銀、および、これらを少なくとも一種以上含む混合物等を挙げることができる。これによって良好な指向特性を有する発光装置が得られる。同様に外来光や発光素子からの不要な波長をカットするフィルター効果を持たせたフィルター材として各種着色剤を添加させることもできる。

光拡散物質と、蛍光体等の波長変換部材を併用することで、発光素子３００及び蛍光体からの光を良好に乱反射させ、大きな粒径の蛍光体を用いることによって生じやすい色ムラを抑制することができるので、好適に使用できる。また、発光スペクトルの半値幅を狭めることができ、色純度の高い発光装置が得られる。一方、１ｎｍ以上１μｍ未満の光拡散物質は、発光素子３００からの光波長に対する干渉効果が低い反面、透明度が高く、光度を低下させることなく透光性部材の粘度を高めることができる。

以下に、本発明に係る透光性部材の変形例について説明する。

（透光性部材の第一変形例）
図５は、透光性部材の第一変形例を示す概略断面図である。
透光性部材は、平板体２００の貫通孔２５０内に嵌め込まれていてもよい。この例において、透光性部材４００ｂは、側面が平板体２００によって保持された状態である。このとき、透光性部材４００ｂは、平板体２００の貫通孔２５０の開口形状に対応した形状であることが好ましい。
この変形例のように、透光性部材４００ｂは、貫通孔２５０内の一部のみを閉塞することも可能である。この変形例の透光性部材４００ｂは略逆円錐台形状をなし、側面の傾斜角度は、貫通孔２５０の壁面の傾斜角度と同一である。光進行方向において、透光性部材４００ｂの長さは、貫通孔２５０の長さより短い。透光性部材４００ｂの底面（発光素子３００との対面）は、貫通孔２５０内に位置する。さらに透光性部材４００ｂの上面は貫通孔２５０の出光部２７０と略同一面に位置する。
透光性部材４００ｂの貫通孔２５０内での載置位置は、その底面を貫通孔２５０内にするのみならず、透光性部材４００ｂの底面が入光部２６０と略同一面となるようにしてもよい。このように、平板体２００の貫通孔２５０内に透光性部材４００ｂを装着することで、放射角度を制御することができる。

（透光性部材の第二変形例）
図６は、透光性部材の第二変形例を示す概略断面図である。
第二変形例の透光性部材４００ｃは、その形状が球体をなす。この透光性部材４００ｃにおける径は、貫通孔２５０の入光部２６０における径よりも大きいものとする。球形状の透光性部材４００ｃは、テーパ状である貫通孔２５０の壁面に狭着され、載置される。
図６に示す透光性部材４００ｃでは、その最低面が入光部２６０と同一平面上になるよう位置しているが、透光性部材４００ｃの載置位置はこれに限らない。透光性部材４００ｃが発光素子３００に接触しなければ、その一部が貫通孔２５０の外部へ突出していても構わない。

特に、透光性部材４００ｃを球体とすることで、製品毎に貫通孔２５０の開口径に差がある場合や、蓄熱により平板体２００が変形し貫通孔２５０の開口幅が変化した場合でも、透光性部材４００ｃのサイズを変更することなく平板体２００の貫通孔２５０を閉塞できる。なぜなら、表面が球面である透光性部材４００ｃは、貫通孔２５０の開口径に応じて、浮沈することにより貫通孔２５０の壁面との当接位置を調整できるからである。この他、透光性部材４００ｃを球形にすることにより放射角による色バラツキを低減することができる。

（発光素子）
発光素子３００としては発光ダイオード、半導体レーザ素子など種々のものが利用できる。半導体レーザ光は指向性が高いため、光を一方向へ導波しやすい。したがって、半導体レーザ素子からの出射光を高効率で発光装置１０の外部へ取り出すことが可能となる。半導体レーザ素子としては特に限定せずｎ型半導体層とｐ型半導体層との間に活性層を形成し、この活性層が多重量子井戸構造、又は単一量子井戸構造をなすものである。また、青色系半導体レーザ素子であれば、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体より形成されるのが好ましい。
特に、半導体レーザは発光ダイオードに比較して光密度が高いので、半導体レーザを用いると発光装置としての輝度は容易に向上するものの、光密度が高いゆえに透光性部材４００が局所的に発熱し、劣化、変色しやすい。本願発明は、熱による透光性部材４００や周辺部材への悪影響を大幅に軽減することができるので、発光素子３００として半導体レーザを用いる場合に特に効果的である。

この他、発光素子３００に発光ダイオードを使用する場合、端面発光型のものが好適である。端面発光型ダイオードとは、発光ダイオードを構造面から分類した場合の一種で、半導体レーザと同じように活性層の端面から光を取り出すものをいう。これは、活性層の屈折率を高くして光導波作用を起こさせることで、端面から光を出力させることを可能にしている。このように出力面積を絞ることで、発光素子３００からの出力光を、平板体の貫通孔２５０内へ導波させやすくすることができる。ひいては、発光素子３００からの光取り出し効率を高められる。

（キャップ）
キャップは、台座に設けられ、少なくとも発光素子及び透光性部材の周囲を囲むものである。これにより、発光素子及び透光性部材を外部から保護することができる。台座およびキャップの形状は、発光素子及び透光性部材を保護できる形状であれば特に限定されない。

本実施形態に係る発光装置では、発光素子の光出射方向側からみて、キャップ上部５１０のほぼ中央に、キャップの内外と開通した開口部５５０が形成されている。開口部５５０の開口幅における中心軸は、発光素子からの光出射軸及び平板体２００の貫通孔２５０の中心軸とほぼ同一である。これにより、発光素子から出射して平板体２００の貫通孔２５０及び透光性部材４００を通過した光は、キャップ５００に設けられた開口部５５０内を進行する。
さらに、キャップ５００には、キャップ５００に形成された開口部５５０を塞ぐように光透過体６００を有しており、開口部５５０内を進行した光が光透過体６００を介して外部に放出される。

キャップに形成された開口部５５０は、透光性部材４００からの光が透過可能であればその大きさや形状については特に限定されるものではない。
また、開口部の数については、本実施形態では１つの貫通孔を形成したものを例示しているが、これに限らず、２以上の複数個設けてもよい。例えば、複数の発光素子を用いる場合などは、貫通孔を複数形成してそれぞれの光を独立して放出させるようにすることもできる。

キャップの材料としては、特に限定されるものではないが、連結される台座底部１１０及び光透過体６００との接着性に優れた材質であって、さらには発光素子３００等の熱源からの伝導熱を放熱可能な材質であることが好ましい。一例としてニッケル、コバルト、鉄、真鍮、ステンレス、ニッケルと鉄との合金、鉄−ニッケル−コバルト合金（コバール）等が挙げられる。台座底部１１０及びキャップ５００は、例えば抵抗溶接によって接合されることより、抵抗溶接の溶接性を良好にする材料が好ましい。

キャップ５００の開口部５５０に設けられる光透過体６００は、少なくとも光の一部を透過する機能を有するものであって、透明色に限定しない。光透過体６００の材質としては硼珪酸ガラス等のガラスや樹脂、石英、サファイヤ等が一例として挙げられる。さらに、光透過体６００は単層に限らず、層別に機能を有する複層とできる。光透過体６００の形状は、キャップ５００の開口部５５０を塞ぐことができるものであればよく、特に限定されない。また、光透過体６００は、透光性部材４００と同様に、波長変換部材、粘度増量剤、光拡散物質、顔料、蛍光物質等を添加してもよい。

光透過体６００の表面には、ＡＲコート（antireflection coating）層が形成されていてもよい。ＡＲコートとは誘電体の多層膜等で構成できる。具体的には屈折率の高い誘電体膜と低い誘電体膜を交互に積層することにより、各層の境界面からの反射波面が相可的に重なる高効率のリフレクターである。ＡＲコート層を含有することにより、選択的に波長を透過させることができる。好適には発光素子３００からの出射光は透過不可であるが、波長変換部材により変換された波長の光は透過可能とすることで、波長変換された光のみを取り出すことが可能となる。

＜実施の形態２＞
図７は、本発明の実施の形態２に係る発光装置を示す概略断面図である。
本発明の実施の形態２に係る発光装置は、前述した実施の形態１の発光装置と比べて、キャップと光透過体の構成が異なる。

本実施の形態のキャップ５００は円筒形状をなしており、実施の形態１のような略円盤状のキャップ上部は有していない。また、円筒形状のキャップ５００の上端を光透過体６００が覆っている。本実施の形態の光透過体６００は、円筒形状の光透過体の側部６２０と、その上端を覆う環状の光透過体の上部６１０と、を備えて構成されている。円筒形状のキャップ５００の上端と光透過体の側部６２０の下端は連結されている。

また、キャップ５００の上端は、平板体２００の底面よりも上に位置しており、平板体２００の側面は、キャップ５００の内面に接している。これにより、台座底部１１０、キャップ５００及び平板体２００によって構成される空間が形成され、この空間内に配置される発光素子３００からの出射光のうち、平板体２００の貫通孔２５０を通過する光のみ外部に取り出されることになる。したがって、この貫通孔２５０を塞ぐように配置された透光性部材４００を通過した光のみ外部に取り出すことができる。

また、キャップ５００の上端は、平板体２００の上面よりも下に位置している。つまり、平板体２００の上面側は、平板体２００と光透過体６００とで囲まれた空間を形成している。そのため、平板体２００の上面側へ出射された光がキャップ５００に照射されることはない。従って、透光性部材４００からの光がキャップ５００で吸収されることにより生じる光の損失を低減することができる。

＜実施の形態３＞
図８は、本発明の実施の形態３に係る発光装置を示す概略断面図である。
本実施の形態に係る発光装置は、前述した実施の形態１の発光装置と比べて、台座の形状と、平板体２００、発光素子３００、透光性部材４００の配置が異なる。

本実施の形態に係る発光装置は、台座１００の上に、発光素子３００及び透光性部材４００が配置される。発光素子３００から出力される光は台座の表面に対して平行である。つまり、発光素子３００は台座の表面に沿って光を照射する。透光性部材４００は、発光素子３００の光出射面３１０と対向するように配置される。発光素子３００と透光性部材４００との間に、平板体２００が固定される。平板体は、台座１００に対して略垂直である。さらに、平板体２００は、発光素子３００側から透光性部材４００側へ通じる貫通孔２５０を有する。発光素子３００から横方向へ出射した光は、平板体２００の貫通孔２５０内に進行する。貫通孔２５０を進行した光は透光性部材４００を介して外部へ放出される。

本実施の形態においては、発光素子３００と透光性部材４００との間に、平板体２００が配置されているため、透光性部材４００側から発光素子３００側へ戻る光を低減することができる。また、透光性部材４００が台座と直接接しているため、透光性部材で生じる熱を効率よく放熱させることができる。また、透光性部材４００を台座１００及び平板体２００に接するように配置すれば、放熱性をさらに向上させることができる。

以下、本発明に係る実施例について詳述する。なお、本発明は以下に示す実施例のみに
限定されないことは言うまでもない。

（実施例１）
図９は、実施例１に係る発光装置を示す概略断面図である。
この発光装置は、リード１３０と台座底部１１０と台座柱部１２０により構成される台座と、発光素子３００と、平板体２００と、透光性部材４００と、を備えて構成される。
台座底部１１０、台座柱部１２０は、それぞれＳＰＣ、銅（Ｃｕ）を用いる。リード１３０は、低融点ガラスによって台座底部１１０に固定される。
発光素子３００としては、４４５ｎｍ近傍に発光ピーク波長を有するＧａＮ系の半導体からなる発光素子であるレーザダイオードを用いる。
平板体２００としては、円盤形状のＣｕを用いる。この平板体２００は、略中央に貫通孔２５０を備える。貫通孔２５０は平板体２００を上下に貫通しており、開口径は一定である。平板体２００の表面には、Ａｇからなる反射部材を形成する。
透光性部材４００としては、ガラス材料に蛍光体を分散させたものを用いる。蛍光体としては、ＹＡＧとＬＡＧを使用する。透光性部材４００は、円盤形状に成型し、シリコーン樹脂を用いて平板体２００に接着させる。
以上のようにして作成された発光装置は、発光素子３００が出射する光と、透光性部材の波長変換部材によって変換される光との混色により白色が得られる。

（比較例１）
図１０は、比較例１に係る発光装置を示す概略断面図である。
比較例１の発光装置は、実施例１の発光装置と比べて、平板体を有していない点と、透光性部材２４００が台座底部２１１０に固定されるキャップ２５００に接着される点が異なる。
本比較例において、キャップ２５００は、円筒形状のキャップ側部２５２０と、その上端を覆う環状のキャップ上部２５１０とから構成されている。このキャップ２５００は、発光素子２３００及び発光素子２３００が固定された台座柱部２１２０を覆うように、台座底部２１１０の上面に固定される。キャップ２５００の材料としては、ニッケルを用いる。このキャップ２５００は、抵抗溶接によって台座底部２１１０に固定する。キャップ上部２５１０のほぼ中央に、キャップの内外と開通した開口部２５５０を有し、この開口部５５０を塞ぐように透光性部材２４００をシリコーン樹脂によって固定する。
図１２は、実施例１及び比較例１に係る発光装置の測定結果を示す図である。図１２の横軸は発光素子から出射される光出力を示し、縦軸は光束を示す。
実施例１に係る発光装置は、比較例１に係る発光装置よりも、４００ｍＷ時において光束が約１３０％向上している。このように、従来の発光装置よりも本発明に係る発光装置の方が、光出力の向上を図ることができる。

（比較例２）
図１１は、比較例２に係る発光装置を示す概略断面図である。
比較例２の発光装置は、実施例１の発光装置と比べて、平板体を有していない点と、透光性部材２４００が台座柱部２１２０に固定される点が異なる。
本比較例において、透光性部材２４００は、中心部が発光素子２３００の上に位置し、周縁部における底面が台座柱部２１２０の上面にシリコーン樹脂によって固定される。
図１３は、実施例１及び比較例１に係る発光装置の測定結果を示す図である。図１３の横軸は発光素子から出射される光出力を示し、縦軸は光束を示す。
実施例１に係る発光装置は、比較例２に係る発光装置よりも、４００ｍＷ時において光束が約１４０％向上している。

本発明の発光装置は、車両搭載用照明等の各種照明、ディスプレイ、インジケータ等に
利用することができる。また、生体内部を撮像する内視鏡装置、狭い隙間及び暗い空間を
照明することができるファイバースコープ等にも利用することができる。

本発明の実施の形態１に係る発光装置を示す概略斜視図である。 図１におけるＩＩ−ＩＩ’線における概略断面図である。 図１におけるＩＩＩ−ＩＩＩ’線における概略断面図である。 本発明の発光装置における平板体の一例を示す概略断面図である。 本発明の発光装置における透光性部材の第一変形例を示す概略断面図である。 本発明の発光装置における透光性部材の第二変形例を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態２に係る発光装置を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態３に係る発光装置を示す概略断面図である。 本発明の実施例１に係る発光装置を示す概略図である。 比較例１に係る発光装置を示す概略断面図である。 比較例２に係る発光装置を示す概略断面図である。 実施例１及び比較例１に係る発光装置の測定結果を示す図である。 実施例１及び比較例２に係る発光装置の測定結果を示す図である。 従来の発光装置を示す概略断面図である。

符号の説明

１０、２０ 発光装置
１００、２１００ 台座
１１０、２１１０ 台座底部
１２０、２１２０ 台座柱部
１３０、２１３０ リード
２００ 平板体
２５０ 貫通孔
２６０ 入光部
２７０ 出光部
３００、２３００ 発光素子
３１０、２３１０ 光出射面
４００、２４００ 透光性部材
４１０、２４１０ 波長変換部材
２４２０ 蛍光体組成物
５００、２５００ キャップ
５１０、２５１０ キャップ上部
５２０、２５２０ キャップ側部
５５０、２５５０ 開口部
６００、２６００ 光透過体
６１０ 光透過体の上部
６２０ 光透過体の側部

Claims (5)

1. 台座と、半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子からの光の少なくとも一部を吸収して異なる波長の光に変換する蛍光体を含有する透光性部材と、を備える発光装置であって、
   前記台座の上面には、台座柱部が設けられ、
   前記台座柱部の側面には、前記半導体レーザ素子の光出射面が前記台座柱部の上面側となるように前記半導体レーザ素子が固定され、
   前記台座柱部の前記半導体レーザ素子が固定された側面から連続する上面には、前記半導体レーザ素子からの光が通過する貫通孔を有し、前記透光性部材で波長変換された光を反射可能である平板体が設けられており、
   前記台座柱部の上面と前記平板体の下面とが接合されており、
   前記透光性部材は、前記貫通孔の出光部を塞ぐように配置されることを特徴とする発光装置。
2. 前記透光性部材からの光を透過する光透過体と、
   前記台座に固定され、前記光透過体を支持するキャップと、を有し、
   前記光透過体及び前記キャップは、前記半導体レーザ素子、前記台座柱部、前記平板体及び前記透光性部材を覆っており、
   前記平板体の側面は、前記キャップの内面及び前記光透過体の内面に接しており、
   前記キャップの上端は、平板体の上面よりも下に位置することを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記貫通孔は、前記半導体レーザ素子からの光の入射側から出射側に向かって広口となるように傾斜あるいは湾曲した側面を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。
4. 前記貫通孔は、逆円錐台であることを特徴とする請求項３に記載の発光装置。
5. 前記キャップは、円筒形状であり、
   前記光透過体は、前記キャップ上端に設けられる円筒形状の側部と、該側部を覆う環状の上部と、を備えることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の発光装置。

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