JP5895597B2 - 発光装置 - Google Patents
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Description
本発明は、照明器具などに利用可能な発光装置に関する。
従来、青色光を発光する発光素子と、青色光の一部又は全部を吸収することにより励起され、より長波長の光を発する蛍光物質とを用いた白色ＬＥＤが知られている。このような白色ＬＥＤにおいて、赤色成分の不足を補うために赤色蛍光体を追加する技術が公知である（特許文献１参照）。
また、従来、２種類の蛍光体領域を分離した蛍光体分離型の発光装置が提案されている（特許文献２参照）。特許文献２に記載された発光装置は、緑色蛍光体を混入した緑色封止樹脂で第１青色ＬＥＤを囲むように封止し、赤色蛍光体を混入した赤色封止樹脂で第２青色ＬＥＤを囲むように封止し、緑色封止樹脂と赤色封止樹脂との間に、光を反射する隔壁が設けられている。そして第１及び第２の青色ＬＥＤからの青色光と、この青色光によりそれぞれ励起された緑色蛍光体及び赤色蛍光体からの緑色光及び赤色光のピークを持った白色光を発生させる。また、隔壁により、緑色封止樹脂内の緑色蛍光体からの緑色光が、赤色封止樹脂内に入って赤色蛍光体を励起することを防止している。
しかしながら、例えば、赤色蛍光体の一例である（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ（以下、ＳＣＡＳＮと略記する）と、黄色蛍光体の一例であるＹとＡｌとを含むイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（以下、ＹＡＧと略記する）とを想定すると、赤色蛍光体の吸収スペクトルは、黄色蛍光体の発光スペクトルと一部重複しており、黄色蛍光体による波長変換光の一部が、赤色蛍光体によって吸収され、黄色蛍光体による波長変換光の出力が低下する。上記した特許文献１の発光装置では、黄色蛍光体の上に赤色蛍光体を設ける構成であるため、光取り出し効率が低下するという問題があった。
また、特許文献２のような蛍光体分離型の発光装置とする場合、隔壁を設けると発光色が異なる領域が分断されてしまうため、特に二次光学系を用いた場合に色ムラが生じるという問題があった。隔壁を設けずに封止樹脂を分離する場合には隣接する発光領域からの光が入射するため、上記した問題が生じて取り出し効率が低下する。
そこで本発明は、異なる色に発光する領域を分離して配置する場合に、一方の領域で発光された光が他方の蛍光体に吸収されることを抑制することで、光取り出し効率の高い発光装置を提供することを目的とする。
本発明によれば、上記課題は、次の手段により解決される。
本発明は、基材と、前記基材上に配置された複数の発光素子と、前記複数の発光素子のうち一部の発光素子の上面を被覆する第１の封止部材と、前記複数の発光素子のうち他の一部の発光素子の上面を被覆する第２の封止部材と、を備え、前記第１の封止部材及び前記第２の封止部材の一部は外部に露出されており、前記第１の封止部材には第１の蛍光体が含有されており、前記第２の封止部材から出射される光のスペクトルは前記第１の蛍光体の吸収スペクトルと少なくとも一部において重なっており、前記第１の封止部材と前記第２の封止部材は接して配置され、かつ、前記第２の封止部材の屈折率は、前記第１の封止部材の屈折率よりも高いことを特徴とする発光装置である。
また、本発明は、前記第２の封止部材には第２の蛍光体が含有されていることを特徴とする上記した発光装置である。
また、本発明は、前記第１の蛍光体の発光ピーク波長が５８０〜６８０ｎｍであることを特徴とする上記した発光装置である。
また、本発明は、前記第２の封止部材は無機材料であることを特徴とする上記した発光装置である。
また、本発明は、前記第２の封止部材はＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３又はホウ珪酸ガラスのいずれかであることを特徴とする上記した発光装置である。
また、本発明は、前記第１の封止部材は樹脂材料であることを特徴とする上記した発光装置である。
また、本発明は、前記第２の封止部材が発光素子ごとに複数形成されていることを特徴とする上記した発光装置である。
また、本発明は、前記複数の発光素子は青色発光素子であり、前記第１の蛍光体は赤色蛍光体であり、前記第２の蛍光体は黄色蛍光体であることを特徴とする上記した発光装置である。
また、本発明は、前記第１の蛍光体及び前記第２の蛍光体とは異なる発光ピーク波長を有する第３の蛍光体を含有する第３の封止部材をさらに備え、前記第１の封止部材は、前記第３の封止部材の上面を外部に露出し、前記第３の封止部材の側面及び他の一部の発光素子を被覆すことを特徴とする上記した発光装置である。
また、本発明は、前記第３の蛍光体は緑色蛍光体であることを特徴とする上記した発光装置である。
また、本発明は、前記第３の封止部材の屈折率は、前記第１の封止部材の屈折率よりも高いことを特徴とする上記した発光装置である。
また、本発明は、さらに緑色に発光する第２の発光素子を備え、前記第２の発光素子は発光色を波長変換することなくそのまま透過可能な第４の封止部材により被覆されていることを特徴とする上記した発光装置である。
また、本発明は、前記第４の封止部材の屈折率は、前記第１の封止部材の屈折率よりも高いことを特徴とする上記した発光装置である。
また、本発明は、前記第１の蛍光体の発光ピーク波長が５８０〜６８０ｎｍであることを特徴とする上記した発光装置である。
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また、本発明は、前記第２の封止部材はＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３又はホウ珪酸ガラスのいずれかであることを特徴とする上記した発光装置である。
また、本発明は、前記第１の封止部材は樹脂材料であることを特徴とする上記した発光装置である。
また、本発明は、前記第２の封止部材が発光素子ごとに複数形成されていることを特徴とする上記した発光装置である。
また、本発明は、前記複数の発光素子は青色発光素子であり、前記第１の蛍光体は赤色蛍光体であり、前記第２の蛍光体は黄色蛍光体であることを特徴とする上記した発光装置である。
また、本発明は、前記第１の蛍光体及び前記第２の蛍光体とは異なる発光ピーク波長を有する第３の蛍光体を含有する第３の封止部材をさらに備え、前記第１の封止部材は、前記第３の封止部材の上面を外部に露出し、前記第３の封止部材の側面及び他の一部の発光素子を被覆すことを特徴とする上記した発光装置である。
また、本発明は、前記第３の蛍光体は緑色蛍光体であることを特徴とする上記した発光装置である。
また、本発明は、前記第３の封止部材の屈折率は、前記第１の封止部材の屈折率よりも高いことを特徴とする上記した発光装置である。
また、本発明は、さらに緑色に発光する第２の発光素子を備え、前記第２の発光素子は発光色を波長変換することなくそのまま透過可能な第４の封止部材により被覆されていることを特徴とする上記した発光装置である。
また、本発明は、前記第４の封止部材の屈折率は、前記第１の封止部材の屈折率よりも高いことを特徴とする上記した発光装置である。
本発明によれば、本発明は、異なる色に発光する領域を分離して配置する場合に、一方の領域で発光された光が他方の蛍光体に吸収されることを抑制することで、光取り出し効率の高い発光装置を提供することができる。
以下に、図面を参照しつつ、本発明を実施するための形態について説明する。
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る発光装置の概略断面図である。
図１は、本発明の第１実施形態に係る発光装置の概略断面図である。
図１に示すように、本発明の実施形態に係る発光装置は、基材１０８と、基材１０８上に配置された複数の発光素子１０２と、複数の発光素子１０２のうち一部の発光素子上に配置される第１の封止部材１０６と、複数の発光素子１０２のうち他の一部の発光素子上に配置される第２の封止部材１０４と、を備えている。また、発光装置の光取り出し面である基材凹部の開口部において、第２の封止部材１０４の周囲を囲むようにして第１の封止部材１０６が形成されている。さらに、第１の封止部材１０６には第１の蛍光体が含有されており、第２の封止部材１０４から出射される光のスペクトルは前記第１の蛍光体の吸収スペクトルと少なくとも一部において重なるように構成されている。例えば、第２の封止部材１０４から出射される光を短波長側に設定し、第１の封止部材から出射される光をそれよりも長波長側に設定する場合、第１の蛍光体の吸収スペクトルと少なくとも一部において重なる場合が多くなる。
ここで、第２の封止部材１０４と第１の封止部材１０６は、第２の封止部材１０４の側面において接して配置されている。第２の封止部材１０４の上面は、第１の封止部材１０６から露出されており、第１の封止部材１０６及び第２の封止部材１０４の上部が光取り出し面とされる。
図１に示す発光装置では、基材１０８は凹部形状を有しており、凹部の底面に複数の発光素子１０２がフリップチップ実装されている。発光素子１０２は、基材１０８側に少なくとも一対の電極を有しており、これらの電極が、基材１０８に形成された配線（図示しない）に、接合部材１１０を介して接続されている。
第２の封止部材１０４は平板状に形成されており、複数の発光素子１０２のうち、基材１０８の凹部の中央周辺に位置する一部の発光素子を被覆しており、複数の発光素子のうち、第２の封止部材１０４に被覆されていない発光素子は、第１の封止部材１０６により被覆されている。また、第２の封止部材１０４によってその上面が被覆された発光素子１０２の側面は、第１の封止部材１０６に被覆されている。言い換えると、複数の発光素子１０２のうち、一部の発光素子は、第２の封止部材１０４及び第１の封止部材１０６の双方によって被覆されている。
なお、図１では、第２の封止部材１０４は複数の発光素子のうち、中央部に配置されている発光素子１０２の上面を被覆しているが、第２の封止部材１０４及び第１の封止部材１０４の配置はこれに限られない。
なお、図１では、第２の封止部材１０４は複数の発光素子のうち、中央部に配置されている発光素子１０２の上面を被覆しているが、第２の封止部材１０４及び第１の封止部材１０４の配置はこれに限られない。
本発明の実施形態に係る発光装置によれば、第２の封止部材１０４の屈折率は、第１の封止部材１０６の屈折率よりも高くなるように構成されている。
屈折率の異なる２種類の透光性物質間では、光が屈折率の高い方から低い方へ進入する際、その界面で入射角に応じた光の一部または全部が反射する。このため、接して設けられる２つの封止部材のうち、屈折率の高い第２の封止部材１０４から屈折率の低い第１の封止部材１０６へ向かう光は反射されやすく、第１の封止部材１０６から第２の封止部材１０４へと向かう光は第２の封止部材１０４へ入射しやすくなる。したがって、第２の封止部材から出射される光は第１の封止部材１０６には入射しにくく、第１の封止部材から出射される光は第２の封止部材１０４に入射しやすくなる。
屈折率の異なる２種類の透光性物質間では、光が屈折率の高い方から低い方へ進入する際、その界面で入射角に応じた光の一部または全部が反射する。このため、接して設けられる２つの封止部材のうち、屈折率の高い第２の封止部材１０４から屈折率の低い第１の封止部材１０６へ向かう光は反射されやすく、第１の封止部材１０６から第２の封止部材１０４へと向かう光は第２の封止部材１０４へ入射しやすくなる。したがって、第２の封止部材から出射される光は第１の封止部材１０６には入射しにくく、第１の封止部材から出射される光は第２の封止部材１０４に入射しやすくなる。
したがって、本発明の実施形態に係る発光装置によれば、第２の封止部材から出射される光のスペクトルが第１の蛍光体の吸収スペクトルと少なくとも一部において重なっていても、第２の封止部材から出射される光は第１の蛍光体に吸収されにくくなる。一方で、第１の蛍光体による波長変換光を第２の封止部材１０４に入射させることができるため、第２の封止部材１０４から出射される光と第１の封止部材１０６から出射される光を混色させることができ、色ムラが少なくなる。
このとき、第２の封止部材には、蛍光体が含有されていてもよい。第２の封止部材１０４に第２の蛍光体を含有させる場合、第１の蛍光体の発光スペクトルが第２の蛍光体の吸収スペクトルとなるべく重ならないようにすることで、第１の蛍光体による波長変換光を第２の蛍光体に吸収させることなく第２の蛍光体による波長変換光と混色させることができる。よって、本発明の実施形態に係る発光装置によれば発光装置の光取り出し効率を向上させ、さらに色ムラも少なくすることができる。
本実施形態においては、第２の封止部材１０４から出射される光の色と、第１の封止部材１０６から出射される色が異なっており、これらの異なる発光色を混合することによって、発光装置として所望の色調を得ることができる。例えば、近年特に照明用途では高い演色性が求められており、従来よりも赤色成分を追加させた発光装置が求められている。この赤色成分を第１の封止部材１０６側で赤色系を発光させることで得ようとする場合、第２の封止部材１０４から出射される光を、白色ないし緑がかった白色とすることが好ましい。これにより、第１の封止部材１０６から出射される赤色系の光と混色して白色系（電球色等）の発光を得ることができる。
上述したとおり、赤色蛍光体（ここでは、第１の蛍光体が赤色蛍光体である場合を想定する）の吸収スペクトルは、通常、赤よりも短い波長の側にあるため、第２の封止部材１０４から出射される光（ここでは、発光素子１０２からの発光や、第２の封止部材１０４内で蛍光体等によって波長変換された光）が吸収されないように、第２の封止部材１０４の屈折率を第１の封止部材１０６の屈折率よりも高く設定することにより、第１の蛍光体に第２の封止部材１０４からの出射光が吸収されることを抑制することができる。
以下、詳細に説明する。
［基材１０８］
基材１０８は、発光素子１０２や図示を省略した保護素子等の電子部品を配置するためのものである。基材１０８は図１に示すように凹状であってもよいし、図２に示すように平板状であってもよい。基材１０８上には、図１に示すように複数の発光素子１０２を配置するための配線（図示せず）が形成される。この配線は、金属メッキなどに限られず、絶縁パッケージに埋め込まれたリードフレームであっても良い。発光素子１０２は基材１０８の配線に対して直接的に配置されてもよいし、何らかの部材を介して間接的に配置されてもよい。基材１０８のサイズは特に限定されず、発光素子１０２の数や配列間隔等、目的および用途に応じて適宜選択することができる。
［基材１０８］
基材１０８は、発光素子１０２や図示を省略した保護素子等の電子部品を配置するためのものである。基材１０８は図１に示すように凹状であってもよいし、図２に示すように平板状であってもよい。基材１０８上には、図１に示すように複数の発光素子１０２を配置するための配線（図示せず）が形成される。この配線は、金属メッキなどに限られず、絶縁パッケージに埋め込まれたリードフレームであっても良い。発光素子１０２は基材１０８の配線に対して直接的に配置されてもよいし、何らかの部材を介して間接的に配置されてもよい。基材１０８のサイズは特に限定されず、発光素子１０２の数や配列間隔等、目的および用途に応じて適宜選択することができる。
基材１０８の材料としては、絶縁性材料を用いることが好ましく、かつ、発光素子１０２から放出される光や外光等が透過しにくい材料を用いることが好ましい。また、ある程度の強度を有する材料を用いることが好ましい。具体的には、セラミックス（Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ等）、あるいはフェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ＢＴレジン（bismaleimide triazine resin）、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）等の樹脂が挙げられる。また、金属板の表面に絶縁層を設けた部材を基材１０８の材料として用いることもできる。
基材１０８には、発光素子１０２と電気的に接続され、外部からの電力を供給するための一対の電極１１２が備えられる。
基材１０８には、発光素子１０２と電気的に接続され、外部からの電力を供給するための一対の電極１１２が備えられる。
［発光素子１０２］
発光素子１０２は、電圧を印加することで自発光する半導体素子である。発光素子１０２は、図１に示すように、基材１０８に複数配置されている。発光素子１０２は、接合部材１１０によって接合されており、例えば接合部材としてＡｕバンプ、ＡｕＳｎペースト、半田ペースト、異方性導電層等の導電部材を用いる接合方法を用いることができる。
発光素子１０２は、電圧を印加することで自発光する半導体素子である。発光素子１０２は、図１に示すように、基材１０８に複数配置されている。発光素子１０２は、接合部材１１０によって接合されており、例えば接合部材としてＡｕバンプ、ＡｕＳｎペースト、半田ペースト、異方性導電層等の導電部材を用いる接合方法を用いることができる。
発光素子１０２のそれぞれは、その下面にｐ電極及びｎ電極が設けられたフリップチップ素子である。
発光素子１０２としては、具体的には発光ダイオードを用いるのが好ましく、用途に応じて任意の波長のものを選択することができる。例えば、青色（波長４３０ｎｍ〜４９０ｎｍの光）、緑色（波長４９０ｎｍ〜５７０ｎｍの光）の発光素子１０２としては、窒化物系半導体（ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）等を用いることができる。また、赤色（波長６１０ｎｍ〜７５０ｎｍの光）の発光素子として、ＧａＡｌＡｓ、ＡｌＩｎＧａＰ等を用いることができるが、後述のように青色〜緑色の発光素子を用いることが好ましい。
ここで、本実施形態においては、第２の封止部材１０４に第２の蛍光体、第１の封止部材１０６に第１の蛍光体を含有するため、それらの蛍光体を効率良く励起できる短波長の発光が可能な窒化物半導体（ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）を用いることが好ましい。例えば、青色の発光素子１０２を用いて、第２の封止部材１０４に黄色蛍光体、第１の封止部材に赤色蛍光体を含有させることで、演色性を向上させた白色の光を得ることができる。ただし、発光素子１０２の組成や発光色は上記に限定されず、目的に応じて適宜選択することができる。また、発光素子１０２は、可視光領域の光だけではなく、紫外線や赤外線を出力する素子で構成することもできる。また、発光素子１０２の個数は２個以上であれば特に限定されないが、高出力化のためには例えば１０個以上、２０〜４００個の範囲内とすることが好ましい。
なお、本実施形態においては、第２の封止部材１０４から出射される光のスペクトルと第１の蛍光体の吸収スペクトルが重なっていればよいのであって、複数の発光素子が全て同じ発光色のものであってもよいし、異なる発光色の素子を用いていてもよい。
なお、本実施形態においては、第２の封止部材１０４から出射される光のスペクトルと第１の蛍光体の吸収スペクトルが重なっていればよいのであって、複数の発光素子が全て同じ発光色のものであってもよいし、異なる発光色の素子を用いていてもよい。
［第２の封止部材１０４］
第２の封止部材１０４は、基材１０８に配置された発光素子１０２を、塵芥、水分、外力等から保護する役割を持つ。第２の封止部材１０４は、図１、図２に示すように、複数の発光素子１０２の一部の発光素子を被覆するように、例えば断面形状平板状に形成される。第２の封止部材１０４は、発光素子１０２の上方に配置されて、この第２の封止部材１０４を透過した光を取り出せるものであれば良い。
第２の封止部材１０４は、基材１０８に配置された発光素子１０２を、塵芥、水分、外力等から保護する役割を持つ。第２の封止部材１０４は、図１、図２に示すように、複数の発光素子１０２の一部の発光素子を被覆するように、例えば断面形状平板状に形成される。第２の封止部材１０４は、発光素子１０２の上方に配置されて、この第２の封止部材１０４を透過した光を取り出せるものであれば良い。
第２の封止部材１０４の材料としては、発光素子１０２からの光を透過可能な透光性を有するものが好ましい。具体的な材料としては、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３又はホウ珪酸ガラス等の無機材料や、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂等の有機材料を挙げることができる。また、このような材料に加えて、所望に応じて蛍光体、着色剤、光拡散剤、フィラー等を含有させることもできる。ここで、本明細書中において「第１又は第２の封止部材」は、主となる材料（ホウ珪酸ガラスやシリコーン樹脂など）のことを言うものとし、蛍光体、着色剤、光拡散剤、フィラー等は考慮しないものとする。
第２の封止部材１０４の屈折率は、後述する第１の封止部材１０６の屈折率よりも高いことが必要であるため、第１の封止部材１０６の材料に応じて選択される。ここで、本明細書中において「封止部材の屈折率」とは、含有される物質（例えば蛍光体、拡散材等）を含まない状態での屈折率のことを言うものとする。
例えば、第２の封止部材１０４に蛍光体が含有された状態を考えると、第２の封止部材１０４自体の屈折率は変化するものではないが、蛍光体が含有されることで、蛍光体に入射された光は少なからず散乱される。この散乱によって第２の封止部材１０４と第１の封止部材１０６の界面への入射角度が変化することによって、その光取出しが異なる場合があるが、屈折率差がある以上は第２の封止部材から出射される光は第１の封止部材１０６には入射しにくく、第１の封止部材から出射される光は第２の封止部材１０４に入射しやすくなるという点に変わりはない。
例えば、第２の封止部材１０４に蛍光体が含有された状態を考えると、第２の封止部材１０４自体の屈折率は変化するものではないが、蛍光体が含有されることで、蛍光体に入射された光は少なからず散乱される。この散乱によって第２の封止部材１０４と第１の封止部材１０６の界面への入射角度が変化することによって、その光取出しが異なる場合があるが、屈折率差がある以上は第２の封止部材から出射される光は第１の封止部材１０６には入射しにくく、第１の封止部材から出射される光は第２の封止部材１０４に入射しやすくなるという点に変わりはない。
ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ホウ珪酸ガラス等の無機材料は、樹脂材料に対して屈折率の高いものが多いため、第２の封止部材１０４としてＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ホウ珪酸ガラス等の無機材料を用いることが好ましい。また、第２の封止部材１０４を無機材料で形成することにより、発光素子の熱による封止部材の劣化を抑制することができるため、好ましい。
さらに、蛍光体等の材料をＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ホウ珪酸ガラス等の気密性の高い部材で被覆する事により、ガス、水分等による劣化を抑制する事ができる。
第２の封止部材１０４と第１の封止部材１０６の屈折率差が大きいほど、より第２の封止部材１０４側からの光が反射されやすくなるため好ましい。ただし、発光素子１０２の基板の屈折率を上回ると光取り出し効率が低下するため、発光素子１０２の基板の屈折率よりも低いことが好ましい。例えば、半導体層の成長基板を兼ねたサファイア基板であれば屈折率は１．７５程度である。
なお、第２の封止部材１０４を一部の発光素子上にのみ形成するためには、第２の封止部材１０４が形成される領域と第１の封止部材１０６が形成される領域とを分離する必要がある。例えば第２の封止部材１０４又は第１の封止部材１０６のうち、先に形成する封止部材を配置する際に、比較的粘度の高い樹脂を用いて滴下、印刷等の方法で一部の発光素子の上にのみ被覆させても良いし、蛍光体を含有させた板状やシート状の部材としておくことにより、容易に一部の発光素子のみを被覆するように封止部材を配置することができる。例えば、第２の封止部材を板状に形成し、一部の発光素子に接合した後、板状の第２の封止部材の側面を第１の封止部材で埋めるように形成することにより、容易に第２の封止部材１０４の領域と第１の封止部材１０６の領域とを画定することができる。
封止部材を板状に形成する場合は、具体的には、例えば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ホウ珪酸ガラス、樹脂等に蛍光体粉末を分散させたものを切り出して板状にしたものが挙げられる。
これらの板状封止部材と発光素子との接合は、例えば、圧着、焼結、エポキシ又はシリコーンのような周知の接着剤による接着、高屈折率の有機接着剤による接着、低融点ガラスによる接着などで行うことができる。板状とさせた封止部材の厚みは、特に限定されるものではなく、適宜変更可能であるが、例えば、５０〜３００μｍ程度である。
また、板状とする場合、図１に示すように断面形状が矩形となるように形成されていても良いし、上面が下面より大きい、又は上面が下面より小さい、断面形状が台形となるように形成されていてもよい。
なお、板状部材と発光素子１０２の上面とを、接着剤を介して配置する場合は、接着剤の屈折率を発光素子１０２の屈折率と第２の封止部材１０４の屈折率の間の屈折率とすることが好ましい。これにより、発光素子１０２からの光を効率良く第２の封止部材１０４に入光することができるため好ましい。例えば、発光素子のサファイア基板（屈折率１．７５）とガラス（屈折率１．５８）との接合であれば、１．５８〜１．７５程度の高屈折率の樹脂を接着剤とすることが好ましい。
なお、板状部材と発光素子１０２の上面とを、接着剤を介して配置する場合は、接着剤の屈折率を発光素子１０２の屈折率と第２の封止部材１０４の屈折率の間の屈折率とすることが好ましい。これにより、発光素子１０２からの光を効率良く第２の封止部材１０４に入光することができるため好ましい。例えば、発光素子のサファイア基板（屈折率１．７５）とガラス（屈折率１．５８）との接合であれば、１．５８〜１．７５程度の高屈折率の樹脂を接着剤とすることが好ましい。
また、封止部材として樹脂材料を用いる場合、硬化などさせる前は封止部材中に蛍光体が均一に分散しているが、自然沈降や遠心沈降などの方法を用いれば、封止部材を硬化させる際に蛍光体を沈降させることができ、封止部材の下方ほど蛍光体を高密度で存在させることができる。
［第１の封止部材１０６］
第１の封止部材１０６は、第１の蛍光体を含有して発光素子１０２からの光を波長変換させる領域であり、第２の封止部材１０４と同様に、基材１０８に配置された発光素子１０２を、塵芥、水分、外力等から保護する役割も併せ持つ。第１の封止部材１０６は、図１、図２に示すように、第２の封止部材１０４により被覆されていない発光素子１０２を被覆するように配置される。被覆方法としては、前述のように板状の封止部材を貼り付けてもよいし、液状の樹脂を充填してもよい。
第１の封止部材１０６は、第１の蛍光体を含有して発光素子１０２からの光を波長変換させる領域であり、第２の封止部材１０４と同様に、基材１０８に配置された発光素子１０２を、塵芥、水分、外力等から保護する役割も併せ持つ。第１の封止部材１０６は、図１、図２に示すように、第２の封止部材１０４により被覆されていない発光素子１０２を被覆するように配置される。被覆方法としては、前述のように板状の封止部材を貼り付けてもよいし、液状の樹脂を充填してもよい。
第１の封止部材１０６は、第２の封止部材１０４よりも屈折率の低い材料を選択する。その他については、第２の封止部材１０４と同様である。
第１の封止部材１０６は、第２の封止部材１０４の側面を被覆するように配置される。つまり、第２の封止部材１０４と第１の封止部材１０６とは、互いに接して配置されており、この界面において上述したように光の一部または全部が反射する。第２の封止部材１０４を配置した後に第１の封止部材１０６を配置する場合は、第１の封止部材１０６は樹脂材料であることが好ましく、第２の封止部材１０４の配置された周囲に樹脂材料を充填することにより容易に形成することができる。
［第１の蛍光体及び第２の蛍光体］
第１の蛍光体及び第２の蛍光体は、それぞれ第１の封止部材１０６、第２の封止部材１０４中に含有させる波長変換部材である。ここで、本実施形態において第２の蛍光体は必ずしも含有されている必要はない。
第１の蛍光体及び第２の蛍光体は、発光素子１０２からの光の少なくとも一部を吸収して異なる波長を有する光を発する。発光素子１０２からの光をより長波長に変換させるものが好ましい。また、第１の蛍光体及び第２の蛍光体としては１種の蛍光体（蛍光物質）を用いてもよいし、２種以上の蛍光体（蛍光物質）が混合されたものを用いてもよい。好ましくは、それぞれの蛍光体の発光が他の蛍光体に吸収されることを防止するために、第１の蛍光体と第２の蛍光体はそれぞれ１種ずつの蛍光体（蛍光物質）を用いる。
第１の蛍光体及び第２の蛍光体は、それぞれ第１の封止部材１０６、第２の封止部材１０４中に含有させる波長変換部材である。ここで、本実施形態において第２の蛍光体は必ずしも含有されている必要はない。
第１の蛍光体及び第２の蛍光体は、発光素子１０２からの光の少なくとも一部を吸収して異なる波長を有する光を発する。発光素子１０２からの光をより長波長に変換させるものが好ましい。また、第１の蛍光体及び第２の蛍光体としては１種の蛍光体（蛍光物質）を用いてもよいし、２種以上の蛍光体（蛍光物質）が混合されたものを用いてもよい。好ましくは、それぞれの蛍光体の発光が他の蛍光体に吸収されることを防止するために、第１の蛍光体と第２の蛍光体はそれぞれ１種ずつの蛍光体（蛍光物質）を用いる。
例えば、白色の演色性を高めるために、第２の蛍光体は発光素子１０２の青色光を吸収して黄色光を発光するものが好ましく、第１の蛍光体は発光素子１０２の青色光を吸収して赤色光を発光するものが好ましい。
具体的には、第２の蛍光体の材料としては、例えば、ＹＡＧ系蛍光体（黄色蛍光物質）や、ルテチウム、アルミニウムおよびガーネットを混合したＬＡＧ系蛍光体（黄色蛍光物質）を用いることができる。なお、他の蛍光体として、Ｅｕ，Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される、酸窒化物系蛍光体を用いることもできる。
また、第１の蛍光体の材料としては、例えば、Ｅｕ，Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される、窒化物系蛍光体を用いることができる。このうち、ユーロピウムドープの赤色蛍光物質として、例えば、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：ＥｕのようなＳＣＡＳＮ系蛍光体、ＣａＡｌＳｉＮ３：ＥｕのようなＣＡＳＮ系蛍光体、ＳｒＡｌＳｉＮ３：Ｅｕを用いることができる。これらの蛍光体の発光ピーク波長は、５８０〜６８０ｎｍ付近である。
他にも、第１の蛍光体として発光素子の青色光を吸収して緑色光を発光する蛍光体を用いることができる。例えば、クロロシリケート蛍光体やβサイアロン蛍光体等を用いることができる。
発光素子の発光色、蛍光体の発光色は特に限定されるものではないが、演色性の高い光源とするために、複数の発光素子は青色発光素子であり、第２の蛍光体は黄色蛍光体であり、第１の蛍光体は赤色蛍光体であることが好ましい。
このように形成された発光装置は、第２の封止部材領域からは主として青色発光素子からの光と黄色蛍光体からの光が混色された白色光が出射され、第１の封止部材領域からは主として青色発光素子からの光と赤色蛍光体からの光が混色された赤色光が出射される。第２の封止部材１０４と第１の封止部材１０６との界面付近では、白色と赤色が混色される。そして、第２の封止部材１０４と第１の封止部材１０６とから取り出される光が混色されて、電球色を発光可能な発光装置とされる。
以上述べたように本実施形態においては、第２の封止部材１０４と第１の封止部材１０６が分離され、第２の封止部材１０４の屈折率が第１の封止部材１０６の屈折率よりも高く設定されていることにより、第１の蛍光体により吸収される光を低減することができる。本発明の実施形態に係る発光装置においては、少なくとも上記の構成を有していればよいのであって、その他の部材、例えば第２の封止部材１０４でも第１の封止部材１０６でもない別の封止部材を有していても構わない。さらに別の封止部材を有する例としては、後述の第４実施形態及び第５実施形態で説明する。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。第１実施形態では複数の発光素子にわたって第２の封止部材１０４が配置されているのに対し、本実施形態では第２の封止部材１０４が発光素子ごとに複数形成されている点が異なっている。つまり、発光素子１つに対して１つの第２の封止部材１０４が形成されており、その周囲に第１の封止部材１０６が配置されている。
次に、第２実施形態について説明する。第１実施形態では複数の発光素子にわたって第２の封止部材１０４が配置されているのに対し、本実施形態では第２の封止部材１０４が発光素子ごとに複数形成されている点が異なっている。つまり、発光素子１つに対して１つの第２の封止部材１０４が形成されており、その周囲に第１の封止部材１０６が配置されている。
また、基材１０８は凹部を有しておらず、平板状の基板に光反射性樹脂からなる枠体１１６が形成されており、基板の上面と枠体１１６で形成された凹部を有している。この枠体１１６は、光を反射するリフレクタとしての役割と、封止部材を充填させるための壁としての役割を併せ持っている。
その他の点については第１実施形態と同様であり、本実施形態においても、第１実施形態と同様に光取り出し効率を向上させ、さらに色ムラも少なくすることができる。
その他の点については第１実施形態と同様であり、本実施形態においても、第１実施形態と同様に光取り出し効率を向上させ、さらに色ムラも少なくすることができる。
[第３実施形態]
第３実施形態は、図３に示すように、それぞれの発光素子１０２の全体が、第１の封止部材１０６又は第２の封止部材１０４のいずれかに被覆される。このような構成によっても、第１実施形態と同様に、第１の蛍光体によって第２の封止部材１０４から出射された光が吸収されにくくなるため、光取り出し効率を向上させることができる。
第３実施形態は、図３に示すように、それぞれの発光素子１０２の全体が、第１の封止部材１０６又は第２の封止部材１０４のいずれかに被覆される。このような構成によっても、第１実施形態と同様に、第１の蛍光体によって第２の封止部材１０４から出射された光が吸収されにくくなるため、光取り出し効率を向上させることができる。
［第１の封止部材１０６及び第２の封止部材１０４の配置］
第１の封止部材１０６及び第２の封止部材１０４の配置は、第１実施形態、第２実施形態及び第３実施形態に限定されることなく、様々な配置をとることができる。図４（ａ）〜図４（ｄ）に、第１の封止部材１０６及び第２の封止部材１０４の配置の一例を示す。
第１の封止部材１０６及び第２の封止部材１０４の配置は、第１実施形態、第２実施形態及び第３実施形態に限定されることなく、様々な配置をとることができる。図４（ａ）〜図４（ｄ）に、第１の封止部材１０６及び第２の封止部材１０４の配置の一例を示す。
図４（ａ）は発光装置の平面視形状であり、複数の発光素子のうち、平面視で中央部に位置する複数の発光素子１０２（点線で示す）の上に平面視矩形の第２の封止部材１０４（網掛けで示す）が配置されており、第２の封止部材１０４の周囲に第１の封止部材１０６が配置されている。このような配置方法によれば、第２の封止部材１０４、及び第１の封止部材１０６がそれぞれ分離されていないため、容易に配置させることができる。例えば、平面視矩形の板状の第２の封止部材１０４を中央部の複数の発光素子上に接着した後、第２の封止部材１０４の上面を外部に露出させ、第２の封止部材１０４の側面を埋めるように、基材１０８の凹部内に第１の封止部材１０６を充填することにより、図４（ａ）のように配置することができる。
ただし、レンズまたはリフレクタ等の２次光学系を使用した場合、照射像は発光領域をその中心を軸に回転させたものになるため、図４（ａ）の配置によると、色ムラが生じることになる。よって、２次光学系を使用する場合には、図４（ｂ）のような配置にすることが好ましい。
図４（ｂ）も同様に発光装置の平面視形状であり、縦横に配列された複数の発光素子のうち、行ごと及び列ごとに１つおきになるように第２の封止部材１０４を配置させている。製造方法としては、例えば第２の封止部材１０４を配置させたい発光素子の上に、発光素子の上面と略同じ大きさの板状の第２の封止部材１０４を接着し、図４（ａ）と同様に基材１０８の凹部内に第１の封止部材１０６を充填する。また、２次光学系を使用した場合に発光部の中心に色ムラが生じないように、図４（ｂ）のように行及び列の数を偶数にして、発光領域の中心近傍で第２の封止部材１０４及び第１の封止部材１０６の発光色の混色が生じるように配置することが好ましい。
このように配置させることにより、より色ムラの少ない発光装置とすることができる。
このように配置させることにより、より色ムラの少ない発光装置とすることができる。
図４（ｃ）では、第２の封止部材１０４を３箇所に、配列された発光素子の行ごとに配置させている。これにより、比較的簡易に第２の封止部材１０４と第１の封止部材１０６を分離して配置しつつ、色ムラも低減させた発光装置とすることができる。
また、図４（ｄ）のように、その上面が第２の封止部材１０４と第１の封止部材１０６の双方によって被覆される発光素子があってもよい。言い換えれば、第２の封止部材１０４と第１の封止部材１０６との界面が発光素子上に位置するように配置されていてもよい。第２の封止部材１０４の平面視形状は矩形に限られず、円形であっても良い。
なお、本明細書では、本発明の実施形態に係る発光装置の理解を容易にするため、上記で説明した部材以外の部材の説明を省略するが、本発明の実施形態に係る発光装置において、例えば発光素子１０２の他に保護素子などを設けることができることはいうまでもない。
［第４実施形態］
次に、第４実施形態について説明する。本実施形態では図５に示すように、第１の封止部材１０６及び第２の封止部材１０４の他に、さらに第３の蛍光体を含有した第３の封止部材１１８を有している。
次に、第４実施形態について説明する。本実施形態では図５に示すように、第１の封止部材１０６及び第２の封止部材１０４の他に、さらに第３の蛍光体を含有した第３の封止部材１１８を有している。
［第３の蛍光体］
第３の蛍光体は、第１の蛍光体及び第２の蛍光体とは異なる発光ピーク波長を有する蛍光体であり、第３の封止部材１１８中に含有させる波長変換部材である。第３の蛍光体は、例えば、第１の蛍光体の発光ピーク波長と第２の蛍光体の発光ピーク波長の間を埋めるような発光ピーク波長を有していることが好ましい。例えば、第３の蛍光体として発光素子の青色光を吸収して緑色光を発光する蛍光体を用いることができる。具体的には、例えばクロロシリケート蛍光体やβサイアロン蛍光体等を用いることができる。
第３の蛍光体は、第１の蛍光体及び第２の蛍光体とは異なる発光ピーク波長を有する蛍光体であり、第３の封止部材１１８中に含有させる波長変換部材である。第３の蛍光体は、例えば、第１の蛍光体の発光ピーク波長と第２の蛍光体の発光ピーク波長の間を埋めるような発光ピーク波長を有していることが好ましい。例えば、第３の蛍光体として発光素子の青色光を吸収して緑色光を発光する蛍光体を用いることができる。具体的には、例えばクロロシリケート蛍光体やβサイアロン蛍光体等を用いることができる。
［第３の封止部材１１８］
第３の封止部材１１８は、第２の封止部材１０４と同様の構成をとることができるため、詳細な説明を省略する。つまり、第３の封止部材は複数の発光素子１０２のうち、第２の封止部材１０４にも第１の封止部材１０６にも被覆されていない発光素子上を被覆するように配置される。さらに、第１の封止部材１０６は第３の封止部材１１８の上面を外部に露出し、第３の封止部材１１８の側面及び発光素子１０２を被覆するように配置される。
第３の封止部材１１８は、第２の封止部材１０４と同様の構成をとることができるため、詳細な説明を省略する。つまり、第３の封止部材は複数の発光素子１０２のうち、第２の封止部材１０４にも第１の封止部材１０６にも被覆されていない発光素子上を被覆するように配置される。さらに、第１の封止部材１０６は第３の封止部材１１８の上面を外部に露出し、第３の封止部材１１８の側面及び発光素子１０２を被覆するように配置される。
本実施形態においては、第１の封止部材１０６と第２の封止部材１０４、第１の封止部材１０６と第３の封止部材１１８がそれぞれ互いに接して配置されている。
ここで、第３の蛍光体の発光スペクトルが第１の蛍光体の吸収スペクトルと少なくとも一部において重なっている場合には、第２の封止部材と同様に、第３の封止部材１１８の屈折率は、第１の封止部材１０６の屈折率よりも高く設定されていることが好ましい。
ここで、第３の蛍光体の発光スペクトルが第１の蛍光体の吸収スペクトルと少なくとも一部において重なっている場合には、第２の封止部材と同様に、第３の封止部材１１８の屈折率は、第１の封止部材１０６の屈折率よりも高く設定されていることが好ましい。
発光素子の発光色、蛍光体の発光色は特に限定されるものではないが、演色性の高い光源とするために、複数の発光素子は青色発光素子であり、第１の蛍光体は赤色蛍光体であり、第２の蛍光体は黄色蛍光体であり、第３の蛍光体は緑色蛍光体であることが好ましい。
このように形成された発光装置は、第２の封止部材領域からは主として青色発光素子からの光と黄色蛍光体からの光が混色された白色光が出射され、第１の封止部材領域からは主として青色発光素子からの光と赤色蛍光体からの光が混色された赤色光が出射され、第３の封止部材領域からは主として青色発光素子からの光と緑色蛍光体からの光が混色された緑色光が出射される。第１の封止部材１０６と第２の封止部材１０４との界面付近では、白色と赤色が混色され、第３の封止部材１１８と第１の封止部材１０６との界面付近では、赤色と緑色が混色される。そして、第１の封止部材１０６と第２の封止部材１０４と第３の封止部材１１８から取り出される光が混色されて、電球色を発光可能な発光装置とされる。青色成分、緑色成分、黄色成分、赤色成分を含むため、特に演色性の高い光源とすることができる。
なお、第１実施形態と同様に、第１の封止部材１０６と第２の封止部材１０４とが分離され、第２の封止部材１０４の屈折率が第１の封止部材１０６の屈折率よりも高く設定されていることにより、第１の蛍光体により吸収される光を低減することができることは言うまでもない。
［第５実施形態］
次に、第５実施形態について説明する。本実施形態では図６に示すように、第１の封止部材１０６及び第２の封止部材１０４の他に、さらに複数の発光素子１０２と発光色の異なる第２の発光素子１２２を備えており、第２の発光素子１２２はその発光色を波長変換することなくそのまま透過可能な第４の封止部材１２０により被覆されている。
次に、第５実施形態について説明する。本実施形態では図６に示すように、第１の封止部材１０６及び第２の封止部材１０４の他に、さらに複数の発光素子１０２と発光色の異なる第２の発光素子１２２を備えており、第２の発光素子１２２はその発光色を波長変換することなくそのまま透過可能な第４の封止部材１２０により被覆されている。
［第２の発光素子１２２］
第２の発光素子１２２は、発光素子１０２とは発光波長が異なる以外は、同様のものを使用することができる。本実施形態では、第１実施形態の発光装置に更に第２の発光素子１２２からの光を加えることで、演色性を高めた発光装置とすることができる。この場合の発光素子の発光色は、発光素子１０２の発光色、第２の蛍光体の発光ピーク波長、第１の蛍光体の発光ピーク波長のうち、いずれか２つの間を埋めるようなものを選ぶことが好ましい。例えば、発光素子１０２が青色発光素子、第２の蛍光体が黄色蛍光体、第１の蛍光体が赤色蛍光体であれば、第２の発光素子１２２は緑色に発光する緑色発光素子とすることが好ましい。
第２の発光素子１２２は、発光素子１０２とは発光波長が異なる以外は、同様のものを使用することができる。本実施形態では、第１実施形態の発光装置に更に第２の発光素子１２２からの光を加えることで、演色性を高めた発光装置とすることができる。この場合の発光素子の発光色は、発光素子１０２の発光色、第２の蛍光体の発光ピーク波長、第１の蛍光体の発光ピーク波長のうち、いずれか２つの間を埋めるようなものを選ぶことが好ましい。例えば、発光素子１０２が青色発光素子、第２の蛍光体が黄色蛍光体、第１の蛍光体が赤色蛍光体であれば、第２の発光素子１２２は緑色に発光する緑色発光素子とすることが好ましい。
［第４の封止部材１２０］
第２の発光素子１２２からの光が、第１の蛍光体又は第２の蛍光体に吸収されることを抑制するために、第２の発光素子１２２は、その発光色を波長変換することなくそのまま透過可能な第４の封止部材１２０により被覆されている。つまり、第４の封止部材は第２の発光素子１２２からの光を波長変換する蛍光体を実質的に含まないことを意味する。具体的には、透明なガラス材料や透明な樹脂等が用いられる。第４の封止部材１２０は、隣接する封止部材（第１の封止部材１０６）よりも屈折率が高いことが好ましい。
なお、第４の封止部材１２０には拡散材等が含有されていてもよい。また、蛍光体であっても、第２の発光素子１２２からの光を波長変換しない蛍光体であれば、例えば光を拡散させる目的等で含有されていてもよい。
第２の発光素子１２２からの光が、第１の蛍光体又は第２の蛍光体に吸収されることを抑制するために、第２の発光素子１２２は、その発光色を波長変換することなくそのまま透過可能な第４の封止部材１２０により被覆されている。つまり、第４の封止部材は第２の発光素子１２２からの光を波長変換する蛍光体を実質的に含まないことを意味する。具体的には、透明なガラス材料や透明な樹脂等が用いられる。第４の封止部材１２０は、隣接する封止部材（第１の封止部材１０６）よりも屈折率が高いことが好ましい。
なお、第４の封止部材１２０には拡散材等が含有されていてもよい。また、蛍光体であっても、第２の発光素子１２２からの光を波長変換しない蛍光体であれば、例えば光を拡散させる目的等で含有されていてもよい。
本実施形態によっても、蛍光体に吸収される光を抑制することで、光取り出し効率の高い発光装置とすることができる。
以上説明したように、本発明の実施形態に係る発光装置によれば、光取り出し効率の高い発光装置を提供することができる。
本発明の実施形態に係る発光装置は、演色性を高めることが可能で光取り出し効率の高い発光装置とすることができるため、例えば、ベースライト、スポットライト、ダウンライトなどの一般照明用の照明器具や、街路灯、道路灯、投光器、看板照明などの種々の商業照明用の照明器具などに好適に利用することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの説明は、本発明の一例に関するものであり、本発明は、これらの説明によって何ら限定されるものではない。
１０２ 発光素子
１０４ 第２の封止部材
１０６ 第１の封止部材
１０８ 基材
１１０ 接合部材
１１２ 電極
１１６ 枠体
１１８ 第３の封止部材
１２０ 第４の封止部材
１２２ 第２の発光素子
１０４ 第２の封止部材
１０６ 第１の封止部材
１０８ 基材
１１０ 接合部材
１１２ 電極
１１６ 枠体
１１８ 第３の封止部材
１２０ 第４の封止部材
１２２ 第２の発光素子
Claims (12)
- 基材と、
前記基材上に配置された複数の発光素子と、
前記複数の発光素子のうち一部の発光素子の上面を被覆する第１の封止部材と、
前記複数の発光素子のうち他の一部の発光素子の上面を被覆する第２の封止部材と、を備え、
前記第１の封止部材及び前記第２の封止部材の一部は外部に露出されており、
前記第１の封止部材には第１の蛍光体が含有されており、
前記第２の封止部材から出射される光のスペクトルは前記第１の蛍光体の吸収スペクトルと少なくとも一部において重なっており、
前記第１の封止部材と前記第２の封止部材は接して配置され、かつ、前記第２の封止部材の屈折率は、前記第１の封止部材の屈折率よりも高く、前記第２の封止部材は無機材料であることを特徴とする発光装置。 - 前記第２の封止部材には第２の蛍光体が含有されていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
- 前記第１の蛍光体の発光ピーク波長が５８０〜６８０ｎｍであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光装置。
- 前記第２の封止部材はＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３又はホウ珪酸ガラスのいずれかであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の発光装置。
- 前記第１の封止部材は樹脂材料であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の発光装置。
- 前記第２の封止部材が発光素子ごとに複数形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の発光装置。
- 前記複数の発光素子は青色発光素子であり、前記第１の蛍光体は赤色蛍光体であり、前記第２の蛍光体は黄色蛍光体であることを特徴とする請求項２乃至請求項６のいずれか１項に記載の発光装置。
- 前記第１の蛍光体及び前記第２の蛍光体とは異なる発光ピーク波長を有する第３の蛍光体を含有する第３の封止部材をさらに備え、前記第１の封止部材は、前記第３の封止部材の上面を外部に露出し、前記第３の封止部材の側面及び他の一部の発光素子を被覆することを特徴とする請求項２乃至請求項７のいずれか１項に記載の発光装置。
- 前記第３の蛍光体は緑色蛍光体であることを特徴とする請求項８に記載の発光装置。
- 前記第３の封止部材の屈折率は、前記第１の封止部材の屈折率よりも高いことを特徴とする請求項９に記載の発光装置。
- さらに緑色に発光する第２の発光素子を備え、前記第２の発光素子は発光色を波長変換することなくそのまま透過可能な第４の封止部材により被覆されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の発光装置。
- 前記第４の封止部材の屈折率は、前記第１の封止部材の屈折率よりも高いことを特徴とする請求項１１に記載の発光装置。
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