JP5332960B2

JP5332960B2 - 発光装置

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Publication number: JP5332960B2
Application number: JP2009154490A
Authority: JP
Inventors: 大輔三賀
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2009-06-30
Filing date: 2009-06-30
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2029-06-30
Also published as: JP2011014555A

Description

本発明は、発光素子と波長変換層とを備えた発光装置に関する。

青色ＬＥＤとＹＡＧ蛍光体の組み合わせによる白色ＬＥＤや、赤色ＬＥＤと青色ＬＥＤと緑色ＬＥＤの組み合わせによる白色ＬＥＤ、複数の発光波長の有機ＥＬ材料を組み合わせた白色有機ＥＬ素子など、異なる発光波長の混色により白色や任意の色調を得る発光素子が多数考案されてきた。特に白色光を得られる発光素子では従来の光源に変わる照明光源として実用化が進みつつあり、さらなる発展が期待されている。

例えば特許文献１では、蛍光体層の内側と外側に光透過性層を設けた半導体発光装置が提案されている。特許文献１の半導体発光装置は、内側の光透過性層及び蛍光体層を構成する蛍光体基材よりも屈折率が低い材料を外側の光透過性層に用いることで外側の光透過性層と空気との界面の屈折率差を小さくして全反射を減少させている。光透過性層や蛍光体層の断面形状については半円状、台形状、三角形状が提案されている。

また、白色ＬＥＤに代表されるような複数の発光波長を持つ光源を用いて混色で所望の発光色を得る方式の光源に関しては、各色の光源がそれぞれ持つ配向強度特性の違いにより観察方向によって各色の成分比が異なる場合がある。このことに起因して観察する角度により色調が変化してしまい、白色光源としてこれらの光源を用いる場合などに照射パターン内に色ムラを生じさせてしまうことがある。青色など可視光を発光するＬＥＤと蛍光体の組み合わせによる白色光源に関して、この問題に鑑み既に種々の検討がなされている。

例えば特許文献２では蛍光体物質を含む部材の膜厚不均一から色ムラが生じると考察し、色ムラ改善のために波長変換層を光拡散層で覆った半導体発光装置が提案されている。また例えば特許文献３又は４では、蛍光体層の厚みを均一化した構造が提案されている。このような構造によれば、リードフレームに設けたカップ形状の中にＬＥＤを配置し蛍光体入りの樹脂で充填するような構造と比べて、ＬＥＤ光が蛍光体層の中を通過する際の距離が均一化され、色ムラの改善がなされると言われている。また、ＬＥＤを封止する透光性の材料としては樹脂やガラスが知られている（例えば特許文献５又は６）。

特開２００７−２７３５６２特開２００１−１７７１５７特開２００３−６９０８６特開２００８−６６３６５ＷＯ２００４／８２０３６特開２００８−２６３１９９

しかし、本発明者がさらに検討を重ねた結果、ＬＥＤから蛍光体層への入射角度により蛍光体層中のＬＥＤ光の通過距離が異なってしまうことが色ムラの一因であることが判明した。さらには蛍光体を透過した後のＬＥＤ光は蛍光体層を透過する際の吸収及び散乱が少ない垂直方向が最も強くなる配光強度分布となるのに対し、蛍光体での励起光はもとより無指向な発光であるため配光強度分布も無指向となるという事実が確認された。結果これらの光の混合による白色光はＬＥＤチップの上面方向や側面方向が青く、斜め方向が黄色くなるという本質的な配光色ムラが存在してしまう。

例えば青色ＬＥＤとＹＡＧ蛍光体からなる白色ＬＥＤにおいて直方体のＬＥＤチップ表面に均一な蛍光体層を設けた場合でも、前記の課題として提示したように、ＬＥＤチップの上面方向や側面方向には青色成分を多く含む光が、斜め方向には黄色成分を多く含む光が出てしまう。

上記課題を解決するために、発光装置は、第１波長の光を出射する多面体からなる発光素子と、前記第１波長の光を前記第１波長よりも波長の長い第２波長の光に変換する蛍光体を含有する波長変換層と、を含む光源と、前記光源の光取出し側に設けられた透光性部材と、前記発光素子が載置される実装基板と、を備える発光装置であって、前記波長変換層は、前記発光素子の上面及び側面を覆う膜状であり、前記透光性部材は、前記実装基板の側面方向にまで設けられ、前記第１波長の光に対する屈折率が前記第２波長の光に対する屈折率よりも大きい材料で構成されており、前記透光性部材の外壁面は、少なくとも前記発光素子の側面に対向した位置に、前記発光素子の側面よりも大きく、且つ、前記実装基板の側面方向にまで設けられた凹状の光屈折面を有する。

上記の発光装置には以下の構成を組み合わせることができる。
前記透光性部材の外壁面は、前記光源を中心とする球状の面と前記光屈折面とから構成されている。
前記透光性部材の外壁面は、さらに、前記発光素子の上面に対向した位置に凹状の光屈折面を有する。
前記発光素子の内部に位置する点を通り、前記光屈折面と対向する前記発光素子の面と垂直に交わる線と、前記透光性部材の外接球の中心と前記光屈折面の外周部とを結ぶ線と、のなす角θが１２°〜２４°である。
前記透光性部材の内壁面は、前記光源を中心とする球状の面から構成されている。
前記透光性部材はアッベ数νがν＜５０の材料からなる。
前記透光性部材はフリントガラスからなる。

本発明の発光装置によれば、光源よりも外側の光取り出し側に光屈折面を設けた透光性部材配置しこの領域に入出射する際の屈折角度を波長毎に変化させることにより、発光色毎に異なっている配向強度分布を近づけ、配向色ムラを改善し、全体として均一な発光色を得ることができる。

図１は実施の形態１の発光装置を示す断面模式図である。図２は発光素子と光屈折面の関係を示す模式図である。図３は透光性部材よりも封止部材の屈折率が高い場合の発光装置を説明する模式図である。図４は透光性部材よりも封止部材の屈折率が低い場合の発光装置を説明する模式図である。図５は実施の形態２の発光装置を示す断面模式図である。図６は実施の形態３の発光装置を示す断面模式図である。図７は実施の形態３の発光装置の一例を示す平面模式図である。図８は実施例１、比較例１、比較例２の出射角度に対する色度の変化を示すグラフである。

実施の形態１
図１に、本発明の実施形態１に係る発光装置１を示す。図１に示すように、発光装置１は、実装基板１０上に発光素子１１が実装されている。発光素子１１の表面は蛍光体を含有する波長変換層１２で覆われている。波長変換層１２は発光素子１１の発光をそれよりも波長の短い光に変換する蛍光体を含む層であり、発光素子１１の各面に沿って設けられている。発光素子１１と波長変換層１２を含む光源１３の外側には透光性部材１４が設けられており、発光素子１１の上面に対向する位置に凹状の光屈折面１６が設けられている。

透光性部材１４には、発光素子１１の発光に対する屈折率が波長変換層１２における変換光に対する屈折率よりも大きい材料を用いる。凹状の光屈折面１６によって光源１３からの光が屈折されるが、このとき透光性部材１４によって波長毎に異なる配光強度分布を持つ複数の光成分に対してそれぞれ異なった屈折をさせることで、各光成分の配光強度分布を近づけることができ、全体として均一な発光色を得ることができる。このような透光性部材１４の材料としてはアッベ数が小さい材料を用いることができる。アッベ数が小さいほど波長分散が大きく、短波長に対する屈折率が長波長に対する屈折率よりも大きい。アッベ数が大きい材料、つまり波長分散が小さい材料を用いると、発光素子１１の発光と波長変換層１２で変換された光との屈折の差が小さくなり、透光性部材１４から出射する光は光源から出射する際の配光をほぼ維持してしまうため、色ムラ低減度合いは小さい。本実施形態では、波長分散が大きい材料を透光性部材１４として用いることで、図１に示すように発光素子１１の発光が波長変換層１２の変換光よりも大きく拡散させ、色ムラを低減している。図１では、実線の矢印が発光素子１１において発光した光を示し、破線の矢印が波長変換層１２において変換された光を示す。本実施形態では図１に示すように光屈折面１６を発光素子１１の上面に対向する位置に設けているので、最も発光の強い発光素子１１の上面からの光を波長変換層１２による変換光よりも大きく屈折させて色ムラを改善することができる。

透光性部材１４の外壁面に設けられた光屈折面１６によって、透光性部材１４から出射する光源１３からの光が屈折し、拡散される。このような光屈折面１６は、発光素子１１の面に対向する位置に設けられる。発光素子１１の面に対向するとは、光屈折面１６が発光素子１１の面と対面していることを指し、図１に示すように発光素子１１の面を平行移動させた面が光屈折面１６の外周よりも内側に存在することを指す。つまり、発光素子１１の面と垂直な方向からみて発光素子１１の面が光屈折面１６内に存在することを指す。

透光性部材１４の外壁面に達する発光素子１１の面からの光は通常、発光素子１１の面から出射したときよりも広がるため、光屈折面１６は対向する発光素子１１の面よりも大きいことが好ましい。また、図２に示すように、発光素子１１の内部に位置する点を通り、光屈折面１６と対向する発光素子１１の主面と垂直である仮想軸と、前記外接球の中心と光屈折面１６の外周部を結ぶ線、とのなす角θが１２°〜２４°である範囲とすることが好ましい。そうすることで発光素子１１の主面の面積に関わらず、光源１３から発光素子１１の主面に垂直な方向に近い角度で出射される光、つまり特に発光素子１１からの透過光が強い光成分に対してのみ、波長依存をもつ光拡散を起こすことが可能となる。この範囲を下回る角度範囲となるような形状である場合は効果を及ぼす範囲が発光素子１１の正面方向近傍のみとなってしまい、一方、この範囲を超える角度範囲となるような形状となる場合には、本来発光素子１１の発光が弱い光成分が出射される角度範囲にまで波長依存をもつ光拡散を起こすこととなってしまう。また角θが２４°より大きいと、透光性部材１４表面への入射角度が大きくなり全反射臨界角を超えてしまう部分が増加してしまう。このため、角θを１２°〜２４°の範囲とすることで、光取り出し効率を向上し、色調を均一化できる。なお、透光性部材１４は、透光性部材１４に外接する球の中心が発光素子１１の内部に存在する形状とすることが好ましく、このとき角θを規定する前述の仮想軸は透光性部材１４の外接球の中心を通ることが好ましい。

また光屈折面１６の平面視形状は、矩形等の多角形や略円形を選択することができる。平面視において、光屈折面１６は発光素子１１を中心とする形状とすることが好ましく、例えば発光素子１１の面が正方形である場合は略円形や略正方形とし、発光素子１１の面が長方形である場合は略長方形や略楕円とすることができる。光源１３からの光を均等に拡散するためには、平面視形状を多角形よりも略円形とし、光屈折面１６を曲面で構成された面とすることが好ましい。発行装置全体の色度ムラを均一化するためには平面視形状を略円形とすることが好ましい。

図１に示すように光屈折面１６の断面は凹状であり、発光素子１１の面と対面する部分が最も深い凹状とすることが好ましい。具体的には透光性部材１４の外に中心を有する円弧の一部とすることができる。光屈折面１６が凸状であると透光性部材１４の外で集光されて熱が集中する危険性があるため、凹状とすることで光源１３からの光を広角に屈折させる。光屈折面１６は、半球面もしくは円筒面の一部で構成されることが好ましく、発光素子１１の主面に垂直な断面が円弧状となる凹面であることが好ましい。

光屈折面１６を除く透光性部材１４の外壁面は、光源１３を中心とする球状の面であることが好ましく、特に発光素子１１を中心とする球状の面であることが好ましい。このような面とすることで、光源１３から直進する光を屈折させずに取り出すことができる。前述のように発光素子１１の光は発光素子１１の面と略垂直な方向へ出射する光が強く、角部付近などそれ以外の方向へ出射する光は弱いため、発光素子１１の面と対向する位置に光屈折面１６を設けて発光素子１１の光を大きく屈折させ、それ以外では波長変換層１２における変換光と共にほぼ屈折させずに取り出すことで、色ムラを改善できる。

以下、本実施形態において発光装置を構成する各部材について詳細に説明する。
（発光素子１１）
発光素子１１は、半導体から成る発光層を備えたものであれば良い。特に窒化物半導体から成る発光層、中でも窒化ガリウム系化合物半導体（特にＩｎＧａＮ）から成る発光層を備えた発光素子であれば、可視光域の短波長域や近紫外域で強い発光が可能であるため、蛍光体と好適に組み合わせることができる。発光素子１１は、発光層から出力される出射光の発光ピーク波長が近紫外線から可視光の短波長領域である２４０ｎｍ〜５００ｎｍ付近、好ましくは３８０ｎｍ〜４２０ｎｍ、さらに好ましくは４５０ｎｍ〜４７０ｎｍにある発光スペクトルを有することが望ましい。この波長域で発光をする発光素子であれば、種々の蛍光体との組合せにより、所望の色、特に白色光の発光が可能となる。尚、発光素子１１は、ＺｎＳｅ系、ＩｎＧａＡｓ系、ＡｌＩｎＧａＰ系などの半導体から成る発光層を有するものでも良い。

波長変換層１２を発光素子１１の各面に沿って形成するためには、発光素子１１の基板側を上面としてフェースダウン実装することが好ましい。発光素子１１の基板は除去してもよい。これにより、発光素子１１の上面を平坦とでき、また発光素子の電極と実装基板側の配線とを接続するワイヤが不要となるので、膜厚が均一な波長変換層１２を形成しやすい。

（波長変換層１２）
波長変換層１２は、発光素子１１の発光の一部を吸収して異なる波長の光を発光可能なものであり、発光素子１１の各面に沿って形成される。例えば電気泳動沈着法、スクリーン印刷、板状の蛍光体の接着などにより均一な厚みの蛍光体層を形成することができる。波長変換層１２は、蛍光体をガラスや樹脂などに含有させた部材でも良いし、蛍光体の結晶やアモルファス体自身から成る部材であっても良い。

蛍光体としては、特に、近紫外光や可視光で励起されるものが好ましい。特に、発光素子１１が青色発光素子であり、白色の発光装置を構成したい場合には、波長変換物質として青色で励起されて黄色のブロードな発光を示す蛍光体を用いることが好ましい。このような蛍光体として、例えば、セリウムで付活されたガーネット構造を持つ蛍光体（特に、セリウムで付活され、アルミニウムを含みガーネット構造を持つ蛍光体）が挙げられる。セリウムで付活された蛍光体は、黄色にブロードは発光を示すため、青色発光との組合せによって演色性の良い白色を実現できる。また、ガーネット構造、特にアルミニウムを含むガーネット構造の蛍光体は、熱、光、水分に強く、高輝度な黄色発光を長時間維持することができる。例えば、波長変換物質として、（Ｒｅ_1-xＳｍ_x）₃（Ａｌ_1-yＧａ_y）₅Ｏ₁₂：Ｃｅ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１、但し、Ｒｅは、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｌｕ、Ｔｂ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。）で表されるＹＡＧ系蛍光体（一般にＹＡＧと略記される）を用いることが好ましい。また、黄色蛍光体の他に、Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ、ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ、ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ，Ｍｎ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｚｎ：Ｃｕ、（Ｓｒ，Ｃａ）_１０（ＰＯ_４）_６Ｃｌ_２：Ｅｕ，Ｍｎ、（Ｓｒ，Ｃａ）_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ、ＣａＡｌＳｉＢ_ｘＮ_３＋ｘ：Ｅｕ及びＣａＡｌＳｉＮ₃：Ｅｕなどの蛍光体を用いて演色性を調整することもできる。

蛍光体を含有させる部材としては、発光素子１１の光に対して透光性を持つ有機材料や無機材料を用いることができる。有機材料としては、透光性を持つ樹脂が好ましい。例えば、シリコーン樹脂組成物、変性シリコーン樹脂組成物等を使用することが好ましいが、エポキシ樹脂組成物、変性エポキシ樹脂組成物、アクリル樹脂組成物等の透光性を有する絶縁樹脂組成物を用いることができる。また、これらの樹脂を少なくとも一種以上含むハイブリッド樹脂等、耐候性に優れた樹脂も利用できる。また、無機材料としては、ガラス等のアモルファス材料、無機結晶、セラミックなどを用いることができる。尚、前述の通り、波長変換物質である蛍光体の結晶やアモルファス体自身を波長変換層とした場合には、透光性部材は不要となる。

（透光性部材１４）
透光性部材１４には、光源１３からの光を透過させる透光性の材料であって、発光素子１１の発光に対する屈折率が波長変換層１２における変換光に対する屈折率よりも大きいものを用いる。色ムラ改善の効果を得るためにはアッベ数νがν＜５０の材料を用いることが好ましく、ポリカーボネート、フリントガラスを用いることができる。透光性部材１４の形成方法としては、例えばプラスチック材料を用いる場合は射出成型により作製でき、ガラス材料を用いる場合はプレス成型、機械加工などで作製できる。

図１に示すように透光性部材１４と発光素子１１との間に封止部材１５を設けてもよい。特に透光性部材１４としてフリントガラスを用いる場合は、光源１３との間に空隙なく設けることが困難であるため、透光性部材１４と光源１３との接着剤として熱硬化性樹脂からなる封止部材１５を設けることが好ましい。このとき透光性部材１４の内壁面の形状は、光源１３を中心とする球状の面であることが好ましい。また接着剤やビス止めなどによって透光性部材１４を実装基板１０に直接固定して、樹脂等を介在させずに形成することもできる。このような気密封止であれば、光源１３からの光起因の樹脂着色による光取り出し効率の低下を防止できる。

封止部材１５が透光性部材１４よりも低屈折率の場合、図３（ｂ）に示すように内壁面の断面が矩形状であれば透光性部材１４と封止部材１５との界面で全反射が起こりやすく、透光性部材１４を通過する光が減少してしまう。内壁面を球状の面とすることで、図３（ａ）に示すように光取り出し効率を向上させることができる。一方、封止部材１５が透光性部材１４よりも高屈折率の場合には、図４（ｂ）に示すように内壁面の断面が矩形状であると封止部材１５から透光性部材１４に入射した際にも屈折が起こってしまうため、光源１３からの光が透光性部材１４から出射するまでに複数回の屈折を経ることとなり、発光素子１１の発光と波長変換層１２による変換光との屈折の差が小さくなってしまう。透光性部材１４の内壁面を球状の面とすることで、図４（ａ）に示すように特に光源１３から直進した光を屈折させずに透光性部材１４の外壁面に到達させることができ、色ムラ改善効果が弱められることを防止することができる。なお、図４において、発光素子１１の発光を実線の矢印で示し、波長変換層１２による変換光を破線の矢印で示す。更に好ましくは、透光性部材１４の内壁面を、光屈折面１６を除く外壁面と同じ中心を有する球状の面とする。

（実装基板１０）
実装基板１０は、表面に発光素子１１と電気的に接続される配線を形成したものであれば良い。本実施の形態では、平板状の絶縁部材に配線を形成して実装基板１０としている。絶縁部材として、窒化アルミニウムやアルミナ等のセラミック、ガラスを用いることができる。また、Ｓｉ等の半金属あるいは金属の表面に窒化アルミニウム等の絶縁性の薄膜層を形成して用いても良い。これらの実装基板１０は放熱性が高いため、好ましい。また、配線は、イオンミリング法或いはエッチング法等によって金属層のパターニングを施すことによって形成できる。例えば、窒化アルミニウムの表面に白金薄膜等からなる配線パターンを形成できる。更に、配線パターンを保護する目的で、ＳｉＯ₂等の薄膜からなる保護膜を形成してもよい。

実施の形態２
図５は、実施の形態２に係る発光装置を示す模式断面図である。本実施の形態では、透光性部材１４よりも小さい実装基板１０上に発光素子１１を設けており、光屈折面１６を発光素子１１の側面に対向して設けている。その他の点は、実施の形態１と同様である。

発光素子１１の側面に対向する位置に光屈折面１６を設けることにより、発光素子１１の側面において発光素子１１の発光を大きく拡散させることができ、色ムラを改善できる。また側面の波長変換層１２を薄くして光源１３の幅を小さくする場合、単に上面よりも側面の波長変換層１２を薄くすると側面から出射する発光素子１１の光が相対的に強くなってしまう。図５に示すように側面と対抗する光屈折面を設けることで、発光素子１１の光が強い側面において発光素子１１の光を大きく屈折させて色ムラを改善させることができる。

本実施の形態のように光屈折面１６を発光素子１１の側面に対応した位置に設ける場合は、実装基板１０を透光性部材１４よりも小さいものとすることが好ましい。光源１３の側面から出射される光を遮る実装基板１０を小さくすることで効率よく取り出すことができる。また図５に示すように実装基板１０の側面まで透光性部材１４が設けられているので、発光素子１１の側面を中心とする光屈折面１６を設けることができる。

図５に示すように、光屈折面１６は発光素子１１の側面に対向する位置に設けられており、光屈折面１６の内部に対向する発光素子１１の側面が位置するように設けられている。実施の形態１と同様に、光屈折面１６は対向する発光素子１１の面よりも大きいことが好ましく、発光素子１１の内部に位置する点を通り、光屈折面１６に対向する前記発光素子１１の側面と垂直である仮想軸と、前記外接球の中心と光屈折面１６の外周部を結ぶ接線、とのなす角θが１２°〜２４°となる範囲とすることが好ましい。なお図５に示す発光装置のように遮光性の実装基板１０上に発光素子１１が配置された場合は、発光素子１１からの発光の一部が実装基板１０によって遮られるため、実装基板１０が存在する下面側においては角θが１２°より小さくてもよい。透光性部材１４は、透光性部材１４に外接する球の中心が発光素子１１の内部に存在する形状とすることが好ましく、このとき角θを規定する前述の仮想軸は透光性部材１４の外接球の中心を通ることが好ましい。また、一般に発光素子１１の側面は長方形であるため、光屈折面１６は発光素子１１の側面の長辺に沿って長い形状とすることが好ましい。これにより、透光性部材１４の外壁面のうち側面から出射した強い光が到達する部分を光屈折面１６とし、それ以外の部分を屈折が起こりにくい球面として、強度の大きい発光素子１１の発光のみを大きく屈折させることができる。その他の構成については、実施の形態１と同様の構成を採用することができる。

実施の形態３
図６は、実施の形態３に係る発光装置を示す模式断面図である。本実施の形態では、光屈折面として、発光素子１１の上面に対向する第１光屈折面１６ａと、発光素子１１の側面に対向する第２光屈折面１６ｂとを設けている。その他の点は、実施の形態２と同様である。

発光素子１１の上面及び側面のそれぞれに対向する位置に光屈折面を設けることで、発光素子１１の発光の強い各面からの光を光屈折面において波長変換層１２による変換光よりも大きく屈折させて拡散させることで、色ムラが低減された発光装置とすることができる。発光素子１１の各面から出射する光が透光性部材１４の外壁面においてどの程度の範囲に到達するかは通常各面の面積に依存するため、光屈折面の大きさは対向する発光素子１１の面に応じて調整することが好ましい。例えば図６に示すように断面において発光素子１１の上面が側面よりも大きい場合は、発光素子１１の上面に対向する第１光屈折面１６ａを側面に対向する第２光屈折面１６ｂよりも大きくすることが好ましい。また一般に発光素子１１の上面からの発光は側面からの発光よりも強い傾向にあるため、発光素子１１の上面に対向した第１光屈折面１６ａを第２光屈折面１６ｂよりも深い凹状の面として上面において大きく屈折させて拡散させることで、発光素子１１の上面と側面における発光強度の差を緩和でき、さらに色ムラを改善できる。第１光屈折面１６ａ及び第２光屈折面１６ｂの詳細な構造については、実施の形態１又は２と同様のものを採用できる。その他の構成についても同様である。

平面視における第１光屈折面１６ａ及び第２光屈折面１６ｂの一例を図７に示す。図７において発光素子１１の位置は破線で示す。図７は複数の第２光屈折面１６ｂを発光素子１１の側面に対向した位置にそれぞれ設ける例である。発光素子１１の側面間における発光素子１１の光は側面と対向する位置よりも相対的に弱い光となるため、図７に示すように発光素子１１の側面に対向した位置にそれぞれ第２光屈折面１６ｂを設けることで、発光素子１１の光が相対的に弱い第２光屈折面１６ｂ間において光源からの光を屈折させずに取り出すことができ、色ムラをさらに改善できると考えられる。また、第２光屈折面１６ｂを一繋がりとすることもできる。第２光屈折面１６ｂを一繋がりに設ける透光性部材１４であれば容易に製造することができる。加えて、透光性部材を配置する際に、発光素子１１の側面との位置合わせを考慮する必要がないため、生産性に優れる。

以上の実施形態は単なる例示であり、本件発明はこれらに限定されない。例えば、実施の形態３で説明した第２光屈折面１６ｂを、実施の形態２の発光装置に形成しても良い。また、本件発明の各要素は、上記実施の形態で説明した部材で構成する場合に限られず、発明の複数の要素を単一の部材で構成したり、一つの要素を複数の部材で構成することもできる。

実施例１として、図１に示す構造の発光装置を以下の方法で作製する。

まず、配線電極および反射膜が形成されたＬＥＤパッケージ基板１０の配線電極上に発光素子１１として発光波長約４５０ｎｍのＩｎＧａＮ系青色ＬＥＤチップをフェースダウン実装する。ＬＥＤチップと配線電極の接続はペースト状のＡｕ、Ｓｎを用いた共晶接合によって行う。

次に基板シート上に並んだＬＥＤチップの側面および上面に熱硬化性のシリコーン樹脂を少量塗布し、波長変換層１２として所定のサイズに切り出したＹＡＧを含有するセラミックス板を貼り付けた後、１５０℃で６００ｓｅｃ硬化させる。その後、ＹＡＧ含有セラミックス板の表面を熱硬化性のシリコーン樹脂でコーティングしさらに１５０℃で４時間硬化させ、封止材１５とする。

得られるチップ状のＬＥＤ基板に対し透光性部材１４として光学ガラスからなるレンズを光源にかぶせるように接着する。レンズはＳＣＨＯＴＴ製ＳＦ５７ＨＨＴを用いて形成し、内側に半球状の凹みを設けてある。ＳＣＨＯＴＴ製ＳＦ５７ＨＨＴのアッベ数は約２３．６であり、５８９ｎｍにおける屈折率は約１．８４６、４８６ｎｍにおける屈折率は約１．８７２、波長４６０ｎｍでの２５ｍｍ厚透過時の透過率は約９８％である。このとき光源とレンズの間の空隙はゲル状のシリコーン樹脂を用いた封止材１５によって封止および接着を同時に行う。

（比較例１）
比較例１として、レンズとしてアッベ数５０程度のシリコーン樹脂を用いる点が実施例１と異なる発光装置を作製する。レンズ形状も実施例１のものと同様である。

（比較例２）
比較例２として、レンズの形状を指向性に影響を与えない半球状のものとする点が比較例１と異なる発光装置を作製する。

実施例１、比較例１、比較例２の発光装置について、発光時の出射角度に対する色度の変化を図８に示す。色度の変化はＸＹＺ表色系におけるｙ値で示す。このとき比較例２は屈折作用を持つレンズ面を持たないことから、封止材で覆われた光源から出射された光の配向色度をそのまま反映した結果となる。この配向をもつ光線をレンズ形状のシリコーン樹脂で拡散させた結果が比較例１である。指向特性としては拡散されているため、配向色度データは角度方向に対して広がっているが、青色成分と黄色成分は同様の屈折にて拡散するため、白色としての色調には変化が見られない。一方、実施例１の発光装置は白色光がレンズ面にて拡散される際に、青色成分は高い屈折率によって黄色成分よりも大きな角度で屈折し拡散されるため、正面方向では黄色成分の割合が増加する。これにより、正面方向では比較例１及び比較例２よりもｙ値が増加し、また拡散方向では青色成分の割合が増加することでｙ値が低下する。その結果全体としてのｙ値の変化が小さくなり、比較例１及び比較例２の発光装置よりも色ムラが改善された発光装置となる。

実施例２として、レンズの材料としてポリカーボネートを用いる点が実施例１と異なる発光装置を作製する。レンズには、アッベ数が３０付近であり、５８９ｎｍにおける屈折率が約１．５７８、４８６ｎｍにおける屈折率が約１．５９８であるポリカーボネートを用いる。発光時の出射角度に対する色度を測定すると、正面方向では比較例１及び比較例２よりもｙ値が増加する一方、拡散方向ではｙ値が低下しており、全体としてのｙ値の変化が小さくなる。これにより、比較例１及び比較例２の発光装置よりも色ムラが改善された発光装置が得られる。

１発光装置
１０実装基板
１１発光素子
１２波長変換部材
１３光源
１４透光性部材
１５封止部材
１６光屈折面、１６ａ第１光屈折面、１６ｂ第２光屈折面

Claims

第１波長の光を出射する多面体からなる発光素子と、前記第１波長の光を前記第１波長よりも波長の長い第２波長の光に変換する蛍光体を含有する波長変換層と、を含む光源と、前記光源の光取出し側に設けられた透光性部材と、前記発光素子が載置される実装基板と、を備える発光装置であって、
前記波長変換層は、前記発光素子の上面及び側面を覆う膜状であり、
前記透光性部材は、前記実装基板の側面方向にまで設けられ、前記第１波長の光に対する屈折率が前記第２波長の光に対する屈折率よりも大きい材料で構成されており、
前記透光性部材の外壁面は、少なくとも前記発光素子の側面に対向した位置に、前記発光素子の側面よりも大きく、且つ、前記実装基板の側面方向にまで設けられた凹状の光屈折面を有する発光装置。
前記透光性部材の外壁面は、前記光源を中心とする球状の面と前記光屈折面とから構成されている請求項１に記載の発光装置。
前記透光性部材の外壁面は、さらに、前記発光素子の上面に対向した位置に凹状の光屈折面を有する請求項１又は２に記載の発光装置。
前記発光素子の内部に位置する点を通り、前記光屈折面と対向する前記発光素子の面と垂直に交わる線と、前記透光性部材の外接球の中心と前記光屈折面の外周部とを結ぶ線と、のなす角θが１２°〜２４°である請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光装置。
前記透光性部材の内壁面は、前記光源を中心とする球状の面から構成されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光装置。
前記透光性部材はアッベ数νがν＜５０の材料からなる請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光装置。
前記透光性部材はフリントガラスからなる請求項６に記載の発光装置。
前記波長変換層は、前記発光素子の上面においてよりも前記発光素子の側面において薄い請求項１〜７のいずれか１項に記載の発光装置。
前記発光素子の側面は長方形であり、前記光屈折面は前記発光素子の側面の長辺に沿って長い形状である請求項１〜８のいずれか１項に記載の発光装置。