JP6266923B2

JP6266923B2 - Ｌｅｄ発光装置

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Publication number: JP6266923B2
Application number: JP2013174136A
Authority: JP
Inventors: 新下澤
Original assignee: Citizen Electronics Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Electronics Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 2013-08-26
Filing date: 2013-08-26
Publication date: 2018-01-24
Anticipated expiration: 2033-08-26
Also published as: JP2015043359A

Description

本発明は、照明用等に用いられるＬＥＤ発光装置に関し、特に出射光の色ムラを制御する手段を備えたＬＥＤ発光装置に関する。

近年、省電力、高効率、及び長寿命という特徴を持つ白色ＬＥＤが従来の白熱灯や蛍光灯のような従来型光源に置き換わり急速に普及し始めている。この白色ＬＥＤの発光装置にはいくつかの方式があるが、ＬＥＤ素子に蛍光粒子を含有する透光性樹脂を被覆する構成とし、ＬＥＤ光と蛍光粒子による波長変換光との混光により白色光を得る形態の発光装置がよく知られている。

このようなＬＥＤ発光装置において、放射光が外部に放射され、発光観測面側からこの放射光を見たとき、中心部と外側部とで色調の異なるリング状の色ムラが観測されることがある。これらの多くの原因は、ＬＥＤ素子から直上方向へ放射される光と、斜め方向に放射される光とでは、透光性樹脂内での光路長に違いがあり、透光性樹脂内に分散する蛍光粒子との遭遇機会の差により斜め方向の光は変換光成分が多くなることが原因として考えられている。

このような色ムラを抑制する手段を備えるＬＥＤ発光装置として、各種の提案がされているが、ここでは、反射枠体を有しない略半球型（以下、パンケーキ型と呼ぶ）の透光性樹脂を第１の蛍光体層と第２の蛍光体層とから構成することで色ムラを抑制したＬＥＤ発光装置の特許文献１と、反射枠体を備え（以下、カップ型と呼ぶ）、内部に封入層及び断熱層を介して板状の蛍光体層を配設することで色ムラを抑制したＬＥＤ発光装置の特許文献２とを従来例として説明する。

ここで、特許文献１の図１に開示されているパンケーキ型のＬＥＤ発光装置を図１４に示し、特許文献２の図５に開示されているカップ型のＬＥＤ発光装置を図１５に示し、以下に、それらの従来例について説明する。尚、理解しやすいように発明の主旨を外さない範囲において部品名称を本願にそろえ、図面も簡略化している。

まず、図１４を用いて特許文献１のパンケーキ型のＬＥＤ発光措置２００について説明する。図１４（ａ）はＬＥＤ発光装置２００の放射光の照射面２０１における色ムラ状況を示し、（ｂ）はＬＥＤ発光装置２００の断面構成を示す。まず、図１４（ｂ）において、ＬＥＤ素子１０２は配線基板１０３に実装され、ボンディングワイヤ１３１によって素子上面の電極と、配線基板１０３に設けられた配線パターンとが電気的に接続されている。蛍光体層１０４は、ＬＥＤ素子１０２の上面と略同一の高さとなるようにその周囲を被覆する第１の蛍光体層１４１と、ＬＥＤ素子１０２と第１の蛍光体層１４１とを被覆するパンケーキ型の蛍光体層１４２とから構成されている。ここで、第２の蛍光体層１４２の蛍光体の濃度は第１の蛍光体層１４１の蛍光体の濃度より高くなるように構成されている。これにより、ＬＥＤ素子１０２の放射光は、第１の蛍光体層１４１の側方方向へ出射する変換成分の少ない光と、第２の蛍光体層１４２から側方方向へ出射する変換成分の多い光とが適度に混光するため（Ｃの領域光）、側方方向での色ムラが生じ難い構成になっている。

次に、図１５を用いて特許文献２のカップ型のＬＥＤ発光装置３００について説明する。図１５（ａ）はＬＥＤ発光装置３００の放射光の照射面３０１における色ムラ状況を示し、（ｂ）はＬＥＤ発光装置３００の断面構成を示す。まず、図１５（ｂ）において、ＬＥＤ素子３１２は反射枠体３１８を設けた配線基板３１１上の配線パターン３１１−１にフリップチップ等により実装されて、素子の電極と配線パターンとが電気的に接続されている。ＬＥＤ素子３１２は反射枠体３１８の内部に透光性樹脂（封入層）３１５によって封止されている。また、その上面に配設された断熱層（空気層）３１６を介して、蛍光体層３１３が配設されている。また、蛍光体層３１３の上面には放熱層３１４が配設されている。これにより、ＬＥＤ素子３１２の放射光により蛍光体層３１３に混入された蛍光体３１３−２が励起される際に発生する励起熱３１３−２ｈは、放熱層３１４を介して空気中に熱３１４ｈとなって放熱される。また、ＬＥＤ素子３１２からの放射熱を断熱層３１６によって低減するので蛍光体層３１３の劣化を低減できる。また、蛍光体層３１３が薄い板状になっている効果により、真上方向の光（Ａの領域光）と斜め方向の光（Ｂの領域光）の光路長の差が小さく色ムラが抑制される。

特開２０１２−２４８５５３号公報（図１）特許第５１００７４４号公報（図５）

ここで、図１４（ｂ）において、従来のＬＥＤ発光装置２００の放射光Ａの領域では、真上方向の放射光Ｐ１が蛍光体層１４２を透過する距離ｓ１を想定して蛍光体の濃度を設定し青色光と黄色光が適度に混光して白色光を得られるようになっている。これにより、蛍光体による変換成分光が適度な密度の放射光（矢印Ｐｙの密度が適度）となっている。また、Ｃの領域は、濃度の低い蛍光体層１４１を通過する変換成分の少ない光と、濃度の高い蛍光体層１４２を通過する変換成分の多い光が適度に混光し変換成分が適度な密度の放射光（矢印Ｐｙの密度が適度）となっている。

しかしながら、Ｂの領域では、斜め方向の放射光Ｐ２が濃度の高い蛍光体層１４２を透過するがその距離ｓ２は、放射光Ｐ１の透過距離ｓ１よりも長い。そのため、変換成分が多い放射光（矢印Ｐｙの密度が高い）となっている。この結果、図１４（ａ）の照射面２０１に示す如くＡとＣに挟まれたＢの領域では変換成分光Ｐｙの密度が高くなり色ムラが解消できない懸念がある。また、製造上、第１の蛍光体層となる樹脂の高さをＬＥＤ素子の上面と略同一の高さに制御して製造することは工程の管理が難しい。また、２つの蛍光体層の異なる濃度の管理はバラツキが発生しやすい。この結果、工数が増大して製造コストが増大する懸念がある。

次に、図１５（ｂ）において、従来のＬＥＤ発光装置３００の蛍光体層３１３は、薄い板状になっていて、ＬＥＤ素子から離れた位置に配設されているので蛍光体層３１３を通過する真上方向への放射光Ｐ１の透過距離ｓ１と、斜め方向への放射光Ｐ２の透過距離ｓ２とでは光路長の差はかなり低減される。しかしながら、光路長の差（ｓ２−ｓ１）は完全には解消されないので、Ｂの領域では、Ａの領域よりも変換成分光Ｐｙが多くなる（矢印Ｐｙの密度が高い）傾向にあり、図１５（ａ）に示すようにＡの領域とＢの領域とに色ムラが発生する懸念がある。また、蛍光体層３１３の下方には、断熱層３１６が設けられているため、蛍光体層３１３で発生する励起熱３１３−２ｈを封入層３１５から直接基板側に放熱することは困難である。その結果、蛍光体層３１３の上面側に放熱層３１４を設けて放熱せざるを得ない。このため、蛍光体層３１３の励起熱の放熱が十分に行えない懸念がある。

（発明の目的）
そこで本発明の目的は、上記問題点を解決しようとするものであり、パンケーキ型やカップ型など、構造が異なるＬＥＤ発光装置に応用ができて、放熱が良好で、生産性が高く、かつ、色ムラを効果的に抑制する手段を備えたＬＥＤ発光装置を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明におけるＬＥＤ発光装置の構成は下記の通りである。
基板上にＬＥＤ素子を実装し、前記ＬＥＤ素子の上面側を、発光された光を吸収し波長変換する波長変換部材で封止してなるＬＥＤ発光装置において、前記波長変換部材は蛍光粒子を含有する蛍光樹脂であって、前記蛍光粒子が均一に分散されており、前記波長変換部材の上面に、その中央部を除き、周辺部を覆うように形成された、出射光の光学特性を制御するための光学膜層を備え、前記光学膜層は誘電体多層膜がリング状に形成され、前記光学膜層の反射率、反射波長領域、膜層幅を合わせ込むことで、前記ＬＥＤ素子の真上方向への放射光に対する斜め方向の放射光に対して変換光の密度が調整されるようにしたもので、かつ、前記リング状に形成された前記光学膜層は、光学特性の異なる誘電体多層膜が同心状に複数形成されており、前記ＬＥＤ素子は青色ＬＥＤ素子であり、前記波長変換部材は黄色蛍光粒子を含有する蛍光樹脂であり、前記誘電体多層膜は、出射光の色ムラに対応して黄色光を反射する光学特性を有し、前記斜め方向の放射光は、黄色光の密度を低くして、真上方向に放射される黄色光の密度と同じレベルにされていることを特徴とする。

上記構成によれば、真上方向へ向かう発光と側面方向へ向かう発光の波長変換部材内での光路長差に起因して発生するリング状の色ムラに対応して、リング状の誘電体多層膜からなる光学膜層を設けて出射光の制御を行うようにしたので、色ムラの抑制が効果的かつ容易にできる。また、基板上にＬＥＤ素子を波長変換部材で封止するのでＬＥＤ素子の放熱と波長変換部材の励起熱の放熱が容易である。また、複数の濃度の波長変換部材を必要としないので、製造が容易である。

これにより、発生するリング状の色ムラの色度差に対応して、光学特性の異なる複数のリング状の誘電体多層膜からなる光学膜層を設ける構成としたので、段階的な色ムラの抑制が可能となり色ムラをより効果的に抑制できる。

ＬＥＤ素子は青色ＬＥＤ素子であり、波長変換部材は黄色蛍光粒子を含有する蛍光樹脂
であり、誘電体多層膜は、出射光の色ムラに対応して黄色光を反射する光学特性を有する
ことにより、青色ＬＥＤと黄色蛍光樹脂から構成されるＬＥＤ発光装置において、発生する色ムラに対応した反射率または反射波長域を設定して効果的に色ムラを抑制することができる。

また、ＬＥＤ素子は青色ＬＥＤ素子であり、波長変換部材は黄色蛍光粒子と赤色蛍光粒子を含有する蛍光樹脂であり、誘電体多層膜は出射光の色ムラに対応して黄色光と赤色光を反射する光学特性を有することにより、黄色蛍光粒子と赤色蛍光粒子とを含有する演色性を高めたＬＥＤ発光装置の構成において、発生する色ムラに対応した反射率または反射波長域を設定して効果的に色ムラを抑制することができる。

また、ＬＥＤ素子は青色ＬＥＤ素子であり、波長変換部材は緑色蛍光粒子と赤色蛍光粒子を含有する蛍光樹脂であり、誘電体多層膜は出射光の色ムラに対応して緑色光と赤色光を反射する光学特性を有することにより、緑色蛍光粒子と赤色蛍光粒子とを含有する演色性を高めたＬＥＤ発光装置の構成において、発生する色ムラに対応した反射率または反射波長域を設定して効果的に色ムラを抑制することができる。

基板の上面に反射性枠体を設け、蛍光樹脂は、反射性枠体の内部に充填されているとよい。これにより、基板上に反射枠体が設けられ内部に実装されたＬＥＤ素子を蛍光樹脂により充填封止するカップ型のＬＥＤ発光装置において、発生する色ムラに対応した反射率または反射波長域を設定して効果的に色ムラを抑制することができる。また、反射枠体からの放熱が加わりＬＥＤ素子の放熱と波長変換部材の励起熱の放熱が容易になる。

本発明の構成によれば、発生するリング状の色ムラに対応して、リング状の誘電体多層膜からなる光学膜層を設け、色度差に応じて光学膜層の反射率または反射波長域を設定できるようにしたので色ムラを効果的に抑制することができる。また、光学膜層は平面や曲面にも形成できるのでパンケーキ型、カップ型のどちらのＬＥＤ発光装置に応用できる。また、１つの濃度の蛍光樹脂でＬＥＤ素子を基板上に封止できるので製造が容易である。また、蛍光樹脂を通して蛍光体の励起熱の放熱が容易である。この結果、放熱が良好で、生産性が高く、構造への応用範囲が広く、色ムラを効果的に抑制できる手段を備えたＬＥＤ発光装置を提供できる。

実施例１の第１の実施形態のＬＥＤ発光装置の断面図及び照射図である。実施例１の第１の実施形態の誘電体多層膜の反射特性を示す図である。実施例１の第１の実施形態の誘電体多層膜の原理図である。実施例１の第１の実施形態の膜層を示す斜視図である。実施例１の第２の実施形態のＬＥＤ発光装置の断面図及び照射図である。実施例１の第２の実施形態の誘電体多層膜の反射特性を示す図である。実施例１の第２の実施形態の膜層を示す斜視図である。実施例１の第３の実施形態の誘電体多層膜の反射特性を示す図である。実施例１の第４の実施形態の誘電体多層膜の反射特性を示す図である。実施例２の第１の実施形態のＬＥＤ発光装置の断面図及び照射図である。実施例２の第１の実施形態の膜層を示す斜視図である。実施例２の第２の実施形態のＬＥＤ発光装置の断面図及び照射図である。実施例２の第２の実施形態の膜層を示す斜視図である。従来のＬＥＤ発光装置２００を示す断面図及び照射図である。従来のＬＥＤ発光装置３００を示す断面図及び照射図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳述する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の思想を具体化するためのＬＥＤ発光装置を例示するものであって、本発明は以下の構成に特定しない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特定的な記載がない限り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過ぎない。また、各図面が示す部材の大きさや位置関係、光路等は説明を明確にするために誇張していることがあり、特に、ＬＥＤの発光や蛍光粒子の励起光の説明については矢印などで簡略化して説明している。また、以下の説明においては同一部品、同一構成要素には同一の名称、符号を付し詳細説明を適宜省略することがある。

〔各実施例の特徴〕
本発明のＬＥＤ発光装置は、基板部に実装されたＬＥＤ素子とそれを封止する蛍光粒子を含有する波長変換部材（以下、蛍光樹脂と呼ぶ）からなり、蛍光樹脂の上面に誘電体多層膜からなる光学膜層を設けることにより、その照射光に発生する色ムラの抑制の改良に関するものである。本発明の光学膜層を用いる構造によれば、真上方向へ向かう発光と側面方向へ向かう発光の蛍光樹脂内での光路長差に起因して発生するリング状の色ムラを効果的に抑制することができる。ここで、実施例１は、基板上に反射枠体を備え、内部にＬＥＤ素子を実装しＬＥＤ素子を蛍光樹脂で封止するカップ型のＬＥＤ発光装置の改良に関するものであり、実施例２は反射枠体を備えず、内部にＬＥＤ素子を蛍光樹脂で封止したパンケーキ型のＬＥＤ発光装置の改良に関するものである。以下、実施例１は図１〜図９を用いて説明し、実施例２は図１０〜図１３を用いて説明する。

以下、本発明による実施例１のカップ型のＬＥＤ発光装置について説明する。ここで、実施例１には４つの実施形態があり、第１の実施形態を図１〜図４に示し、第２の実施形態を図５〜図７に示し、第３の実施形態を図８に示し、第４の実施形態を図９に示す。

〔実施例１の第１の実施形態の説明：図１〜図４〕
以下、図１〜図４を用いて実施例１の第１の実施形態のＬＥＤ発光装置５０について説明する。図１（ａ）はＬＥＤ発光装置５０の放射光の照射面における色ムラ状況を示す照射図であり、（ｂ）はＬＥＤ発光装置５０の断面構成を示す。また、図２は光学膜層の反射特性を示し、ＬＥＤ発光装置５０の発光のスペクトルを重ねて表示している。尚、グラフの横軸は波長（ｎｍ）を示し、左の縦軸は光学膜層の反射率（％）を示し、右の縦軸は発光スペクトルの相対発光強度を示す。ここでグラフの見方は、後述する他の実施形態においても同様である。また、図３は誘電体多層膜の膜層構成及び反射に関する原理図であり後述する他の実施形態に共通である。また、図４はリング状に形成された光学膜層の斜視図である。

［構成の説明：図１］
まず、図１（ｂ）を用いて、ＬＥＤ発光装置５０の構成について説明する。図１（ｂ）において、青色ＬＥＤ素子１は一方の面に電極が設けられており２つのバンプ３により、基板４上に設けられた配線電極５及び配線電極６にそれぞれフリップチップ実装されて、電気的に接続している。配線電極５及び配線電極６は基板４の表面に形成されており、一方の面は青色ＬＥＤ素子１を実装するための配線パターンを形成し、他方の面はＬＥＤ発光装置を照明装置等（図示なし）に実装するための配線パターンを形成している。

尚、実施例ではＬＥＤ素子の実装構造をフリップチップ接合としているが、ＬＥＤ素子の電極形成面側を主光取出し面とする、ワイヤー接続による実装方法も採用でき、適宜、素子の構造に合わせた接続手段を採用することができる。また、基板４は少なくともＬＥＤ素子の電極と接続される配線パターンを形成したものであって、基板の材料としては放熱特性の良いアルミナなどのセラミック等が望ましく、ＬＥＤ素子からの発光を光取出し方向へ有効に反射できるように、少なくともその表面が高反射材料で構成されることが好ましい。

次に、反射枠体７は基板４上に固定されていて、内部には、蛍光粒子を含有する蛍光樹脂８が充填されていて、実装された青色ＬＥＤ素子１を封止している。尚、反射性枠体７は構成する材料としては光を反射する材料を含有する樹脂からなり、成形機により基板４上に成形される。また、内側面はテ―パが付けられていて青色ＬＥＤ素子１の発光を取出し方向へ反射できるように構成されている。

ここで、蛍光樹脂８は青色ＬＥＤ素子１の発光波長を変換して黄色光Ｐｙを放射する黄色蛍光粒子を分散含有している。蛍光樹脂８が反射枠体７内に満たされることにより、ＬＥＤ素子１から発光される青色光は各方向へ放射され、蛍光樹脂８内を透過し蛍光粒子に遭遇しないで空気中に放射されるものと、蛍光粒子に遭遇して波長変換して黄色光Ｐｙとなって空気中に放射されるものがある。

次に、蛍光樹脂８の上面にはリング状の誘電体多層膜からなる光学膜層１０が設けられている。このリング状の光学膜層１０は、図４に示すように反射枠体７の外形及び蛍光樹脂８の充填形状に合わせて蛍光樹脂８の上面を、幅ｔ１で覆うように形成されている。尚、光学膜層１０の光学特性及び詳細形状については後述する。

［発光スペクトルの説明：図２］
次に、図２を用いて、ＬＥＤ発光装置５０の発光スペクトル２１について説明する。図２に示す発光スペクトル２１（破線で示す）は青色ＬＥＤ素子１から発光される青色光Ｂ（ピークは約４５０ｎｍ）と、黄色蛍光粒子により励起される黄色光Ｙ（ピークは約５６０ｎｍ）の２つのピークを有する光から構成される。これにより、青色光Ｂと黄色光Ｙとが適度に混光し白色光が得られる。

［光学膜層の説明：図１、図２、図３、図４］
次に、図３を用いて誘電体多層膜からなる光学膜層１０の詳細について説明する。図３は、図１（ｂ）に示すＬＥＤ発光装置５０において、蛍光樹脂８の上面部のＥ−Ｅ断面図である。図３において、蛍光樹脂８の上面に誘電体からなる１／４波長厚の低屈折率材料１３の膜がコーティングされ、さらにその上に誘電体からなる１／４波長厚の高屈折率材料１４の膜がコーティングされている。この２層の膜をペアとして複数積層することにより、入射光に対して各層の境界面からの反射波面が相加的に重なって得られる反射特性を有する光学膜層１０を構成することができる。

また、この光学膜層１０は、屈折率の低い誘電体膜１３と屈折率の高い誘電体膜１４との屈折率比を変化させたり、または、屈折率の低い誘電体膜１３と屈折率の高い誘電体膜１４の膜厚を変化させたりすることにより、その反射率を変化させることができる。また、特定の波長域の光に対して反射率を変化させることができる。

次に、図２を用いて、本実施形態で採用した光学膜層１０の光学特性について説明する。図２に示す光学膜層１０の反射特性２２（実線で示す）は、約５００ｎｍ〜６４０ｎｍの範囲の黄色光に対してｒａ％の反射率を有し、他の波長域では反射率がゼロになるような特性になっている。また、上述の如く誘電体の膜層構成を変化させて、反射率と、反射波長域を変化させることができ、また、膜層幅ｔ１（図１）も変えることができる。この結果、光学膜層１０の反射率、反射波長域及び膜層幅を、色ムラの色度差と色ムラのリング幅に対応して合わせ込むことにより、色ムラの原因となる余分な黄色光Ｐｙを反射により蛍光樹脂８内へ戻すことが可能となり、図１（ｂ）に示す如く斜め方向の黄色光Ｐｙの密度を、真上方向の黄色光Ｐｙの密度と同等にすることができ、図１（ａ）の照射面５１では色ムラが抑制される構成になっている。

次に、図４を用いて光学膜層の形状について説明する。ＬＥＤ発光装置５０において、反射枠体７の形状に合わせて光学膜層１０の形状を変えることができる。例えば、図４（ａ）に示すように、反射枠体７の内側壁が丸型のカップ形状の場合は、丸形の蛍光樹脂８に合わせて内径が丸形の光学膜層１０ａ（ＬＥＤ発光装置５０Ａ）とすることができる。また、図４（ｂ）に示すように、反射枠体７の内側壁が角形のカップ形状の場合は角形の蛍光樹脂８に合わせて内側が角形の光学膜層１０ｂ（ＬＥＤ発光装置５０Ｂ）としてもよい。

尚、これらの誘電体からなる光学膜層は真空蒸着やスパッタリングなどの方法により形成可能であり、所定の材質を用いて所定の膜厚を積層生成することにより所定の特性を有する光学膜層を形成することができる。また、マスキング技術を用いて所定の形状や幅に形成することができる。また、図２、図３、図４において説明した光学膜層の反射特性、誘電体多層膜の原理及び光学膜層の形状については、後述する他の実施形態においても同様であり、重複する図または説明は一部省略する。

［発光動作の説明：図１、図２］
次に、図１、図２を用いて、ＬＥＤ発光装置５０の発光動作について説明する。まず、図１（ｂ）において、ＬＥＤ発光装置５０の基板４に配設された配線電極５及び配線電極６に対して、外部から電圧が印加（図示なし）されると、青色ＬＥＤ素子１の電極に電圧が印加され青色光を発光する。このＬＥＤ光の内で、真上方向へ向かう青色光Ｐ１は蛍光樹脂８内を距離ｓ１で透過して真上方向へ放射される。一方、斜め方向に向かう青色光Ｐ２は蛍光樹脂８内を通過する距離がｓ２で透過して斜め方向に放射される。

ここで、蛍光樹脂８は黄色蛍光粒子が均一に分散しているので、透過距離の差ｓ２−ｓ１は、黄色蛍光粒子と遭遇する機会の差となり、斜め方向へ向かう青色光Ｐ２は黄色蛍光粒子と遭遇する機会が多くなる。このため、青色光Ｐ１が励起する黄色光Ｐｙの密度が高くなる。その結果、ＬＥＤ発光装置５０の照射範囲で青色光と黄色光Ｐｙが混光された場合、真上方向に比べて斜め方向では黄色光Ｐｙの密度が高い白色光となり、その結果、光学膜層１０がない状態では、照射面において黄色味が強いリング状の色ムラが生じる。（前述した、従来のＬＥＤ発光装置３００から発光される黄色光Ｐｙの密度を示す矢印のように、斜め方向のＢの領域の密度が高くなる。図１５（ｂ）参照））

ここで、本実施形態では、蛍光樹脂８の上面に、斜め方向の放射光が出射する部分にリング状の光学膜層１０を配設し、黄色光Ｐｙの一部を蛍光樹脂８内へ反射させるようにしたので、黄色光Ｐｙの密度を低減することができる。また、光学膜層１０の反射率、反射波長領域、膜層幅を合わせ込むことができるので、斜め方向の放射光に対して黄色光Ｐｙの密度を調整することができる。

次に、図２を用いて、蛍光樹脂８の上面に配設した光学膜層１０の動作について説明する。光学膜層１０は、前述の誘電体多層膜からなる光学膜層の原理にもとづいて、所定の構成に形成されていて、黄色光（約５００ｎｍ〜６４０ｎｍの範囲の黄色光）のｒａ％を反射する特性になっている。これにより、光学膜層１０を透過しようとする黄色光Ｐｙのうち、ｒａ％は反射され蛍光樹脂８内へ戻される。また、残りの（１００−ｒａ）％の黄色光Ｐｙは光学膜層１０を透過し外部へ放射される。また、光学膜層１０の青色光に対する反射率はゼロ％であるため、すべての青色光は透過することができる。この結果、斜め方向の放射光は、黄色光Ｐｙの密度が低くなり、真上方向に放射される黄色光Ｐｙの密度と同じレベルにすることができる。これにより、全放射領域において黄色光Ｐｙの密度がそろい、照射面５１（図１（ａ））において色ムラは抑制され、均一な白色光を得られる。

［実施例１の第１の実施形態の効果］
以上説明した、実施例１の第１の実施形態によれば、次に示す効果が得られる。
［効果１］
反射枠体を備え、指向性を有するカップ型のＬＥＤ発光装置において、蛍光樹脂の上面に誘電体多層膜からなるリング状の光学膜層を設け、その反射特性と形状を、色ムラ状況に対応して合わせ込むことにより効果的に色ムラを抑制することができる。
［効果２］
反射枠体内にＬＥＤ素子を封止する波長変換部材は、一つの濃度の蛍光樹脂を用いることにより、含有する蛍光粒子の濃度管理が容易であるため、生産性が高い。
［効果３］
基板上に設けた反射枠体内に、ＬＥＤ素子を蛍光樹脂によって充填封止する構成（カップ型）とすることにより、蛍光粒子から発生する励起熱を蛍光樹脂または反射枠体を通して効率よく基板側に放熱することができる。
これにより、カップ型のＬＥＤ発光装置において、励起熱の放熱効果に優れ、生産性が高く、色ムラを効果的に抑制する手段を備えたＬＥＤ発光装置を提供することができる。

尚、反射枠体の形状は、深さ、面積、斜面の形状など実施形態に限定されるものではなく、例えば、蛍光樹脂の充填部が丸型でも良く、または、角型であっても良い。また、本実施形態ではＬＥＤ素子が１つの場合について説明したが、これに限定されるものではなく、アレイ状の複数のＬＥＤ素子をパッケージにした発光装置にも適用できる。

〔実施例１の第２の実施形態：図５〜図７〕
次に、図５〜図７を用いて実施例１の第２の実施形態のＬＥＤ発光装置５５について説明する。図５（ａ）はＬＥＤ発光装置５５の放射光の照射面における色ムラ状況を示す照射図であり、（ｂ）はＬＥＤ発光装置５５の断面構成を示す。図６は光学膜層の反射特性を示し、図７は光学膜層の斜視図を示す。ＬＥＤ発光装置５５が第１の実施形態と異なるところは、第１の光学膜層１０に加えて第２の光学膜層１１を同心状に設けた点であり、基本的な構成及び動作は第１の実施形態と同様であるので同一要素には同一番号または同一符号を付し、重複する説明は一部省略する。

［構成の説明：図５］
まず、図５（ｂ）を用いて、第２の実施形態のＬＥＤ発光装置５５の構成について説明する。図５（ｂ）において、ＬＥＤ発光装置５５は、光学膜層を除く基本構成はＬＥＤ発光装置５０と同様であり、第２の光学膜層１１は第１の光学膜層１０の内側に同心状に設けられている。そして第１の光学膜層１０及び第２の光学膜層１１は、それぞれ反射特性と膜層幅が異なり、段階的に色ムラを抑制できる構成になっている。ここで、第１の光学膜層１０の膜層幅はｔ２、第２の光学膜層１１の膜層幅はｔ３となっている。

［光学膜層の説明：図６、図７］
次に、図６を用いて光学膜層１０及び光学膜層１１の反射特性について説明する。図６において、光学膜層１０の反射特性２２は反射率をｒｂ％とし、光学膜層１１の反射特性２３は反射率をｒｃ％としている。また、反射波長域は前述の第１の実施形態と同様に黄色光Ｙをほぼカバーする波長域となっている。これにより、２つの光学膜層の反射率と反射波長域及び膜層幅を変えて色ムラに対応して合わせ込むことができる。

また、ＬＥＤ発光装置５５において、反射枠体７の形状に合わせて光学膜層１０及び光学膜層１１の形状を変えることができる。例えば、図７（ａ）に示すように、反射枠体７の内側壁が円形のカップ形状の場合は、外側が角形で内側が円形の光学膜層１０ａ、及び、外側と内側ともに円形の光学膜層１１ａの組合せによる構成（ＬＥＤ発光装置５５Ａ）とすることができる。また、図７（ｂ）に示すように、反射枠体７の内側壁が角形のカップ形状の場合は、角形形状の光学膜層１０ｂ及び角形形状の光学膜層１１ｂの組合せによる構成（ＬＥＤ発光装置５５Ａ）とすることができる。

［発光動作の説明：図５、図６］
次に、図５、図６を用いて、ＬＥＤ発光装置５５の動作について説明する。まず、図５（ｂ）において、蛍光樹脂８内を透過し、真上方向へ向かう青色光Ｐ１は蛍光樹脂８内を距離ｓ１で透過して真上方向へ放射される。一方、斜め方向に放射される青色光Ｐ２は蛍光樹脂８内を通過する距離がｓ２となり、真上方向の通過距離ｓ１に対して、ｓ１＜ｓ２となり、黄色蛍光粒子と遭遇する機会が多くなり励起する黄色光Ｐｙの密度が高くなる。

また、真上方向と斜め方向の中間に向かう青色光Ｐ３は、蛍光樹脂８内を通過する距離はｓ３となり、それぞれの距離はｓ１＜ｓ２＜ｓ３の関係になる。その結果、黄色光Ｐｙの密度はｓ１＜ｓ２＜ｓ３の順に高くなり、照射面において外側で黄色味が強く、その内側でやや黄色味があり中央部は白色というような色ムラが生じる。ここで、本実施形態では、蛍光樹脂８の上面に、斜め方向の放射光ｓ２、ｓ３に出射する部分に、それぞれリング状の光学特性の異なる光学膜層１０及び光学膜層１１を配設し、黄色光Ｐｙの一部を蛍光樹脂８内へ反射させるようにしたので、黄色光Ｐｙの密度を段階的に低減することができる。また、光学膜層１０及び光学膜層１１のそれぞれの反射率、反射波長領域、膜層幅を合わせ込むことができるので、斜め方向の放射光に対して段階的に黄色光Ｐｙの密度を調整することができる。これにより、全放射領域において黄色光Ｐｙの密度がそろい、照射面５６（図５（ａ））において色ムラは抑制され、均一な白色光を得られる。

［実施例１の第２の実施形態の効果］
以上説明した、実施例１の第２の実施形態によれば、次に示す効果が得られる。
［効果１］
反射枠体を備え、指向性を有するカップ型のＬＥＤ発光装置において、蛍光樹脂の上面に誘電体多層膜からなる二つのリング状の光学膜層を同心状に設け、それらの光学特性と形状を色ムラ状況に対応して段階的に合わせ込むことにより、より効果的に色ムラを抑制することができる。尚、本実施形態では２つの光学膜層を設けたがこれに限定されるものではなく、３つ以上の複数であっても良い。

〔実施例１の第３の実施形態の説明：図８〕
次に、図８を用いて実施例１の第３の実施形態について説明する。ここで、第３の実施形態の構成を示す図は、第２の実施形態における図５と同様であるので構成図は省略し、ＬＥＤ発光装置５７とする。第３の実施形態のＬＥＤ発光装置５７が第２の実施形態と異なるところは、演色性を向上するために、蛍光樹脂８は２種類の蛍光粒子を含有していて、二つの光学膜層がそれに対応している点である。その他の構成と動作は第２の実施形態と同様であるので同一要素には同一番号または同一符号を付し、重複する説明は一部省略する。

ここで、ＬＥＤ発光装置５７は蛍光樹脂８に黄色蛍光粒子と赤色蛍光粒子を混入してあり、図８を用いてＬＥＤ発光装置５７の発光スペクトルについて説明する。図８において、発光スペクトル２４（破線にて表示）は、青色ＬＥＤ素子１から発光される青色光Ｂ（ピークは約４５０ｎｍ）と黄色蛍光粒子により励起される黄色光Ｙ（ピークは約５６０ｎｍ）と赤色蛍光粒子により励起される赤色光Ｒ（ピークは約６５０ｎｍ）の３つのピークを有する光から構成される。これにより、青色光Ｂと黄色光Ｙと赤色光Ｒが適度に混光し演色性が高い白色光が得られる。

次に、二つの光学膜層の反射特性について説明する。第１の光学膜層１０の反射率はｒｄ％とし、第２の光学膜層１１の反射率はｒｅ％としている。また、反射波長域はともに黄色光Ｙと赤色光Ｒを含む領域になっている。以上の構成により、蛍光樹脂８に黄色蛍光粒子と赤色蛍光粒子を混入して演色性を高めたＬＥＤ発光装置５７において、色ムラに対応して、二つの異なる光学膜層を設けることによって段階的に反射特性及び膜層幅を合わせ込み、黄色光Ｙと、赤色光Ｒの一部を反射して色ムラを抑制できる。

［実施例１の第３の実施形態の効果］
以上説明した、実施例１の第３の実施形態によれば、次に示す効果が得られる。
［効果１］
黄色蛍光粒子と赤色蛍光粒子を含有する演色性を高めたカップ型のＬＥＤ発光装置において、二つの光学膜層を設けることにより、より効果的に色ムラを抑制することができる。
尚、本実施形態では、二つの光学膜層を用いる構成としたが、一つの光学膜層を用いる構成としてもよい。

〔実施例１の第４の実施形態の説明：図９〕
次に、図９を用いて実施例１の第４の発光装置５８について説明する。ここで、第４の実施形態の構成を示す図は、第２の実施形態における図５と同様であるので構成図は省略しＬＥＤ発光装置５８とする。第４の実施形態のＬＥＤ発光装置５８が第２の実施形態と異なるところは、演色性を向上するために、蛍光樹脂８は２種類の蛍光粒子を含有していて、二つの光学膜層がそれに対応している点である。その他の構成と動作は第２の実施形態と同様であるので同一要素には同一番号または同一符号を付し、重複する説明は一部省略する。

ここで、ＬＥＤ発光装置５８は蛍光樹脂８に緑色蛍光粒子と赤色蛍光粒子を混入してあり、図９を用いてＬＥＤ発光装置５８の発光スペクトルについて説明する。発光スペクトル２７（破線にて表示）は、青色ＬＥＤ素子１から発光される青色光Ｂ（ピークは約４５０ｎｍ）と緑色蛍光粒子により励起される緑色光Ｇ（ピークは約５２０ｎｍ）と赤色蛍光粒子により励起される赤色光Ｒ（ピークは約６５０ｎｍ）の３つのピークを有する光から構成される。これにより、青色光Ｂと緑色光Ｇと赤色光Ｒが適度に混光し演色性が高い白色光が得られる。

次に、図９を用いて二つの光学膜層の反射特性について説明する。第１の光学膜層１０の反射率はｒｆ％とし、第２の光学膜層１１の反射率はｒｇ％となっている。また、反射波長域はともに緑色光Ｇと赤色光Ｒを含む領域になっている。以上の構成により、蛍光樹脂８に緑色蛍光粒子と赤色蛍光粒子を混入して演色性を高めたＬＥＤ発光装置５８において、色ムラに対応して、二つの異なる光学膜層を設けることによって段階的に反射特性及び膜層幅を合わせ込み、緑色光Ｇと赤色光Ｒの一部を反射して、色ムラを抑制することができる。
尚、上述の演色性を高めた第３、第４の実施形態における光学膜層の効果は、後述するパンケーキ型のＬＥＤ発光装置においても有効である。

次に、本発明による実施例２のパンケーキ型のＬＥＤ発光装置について説明する。ここで、実施例２には２つの実施形態があり、第１の実施形態を図１０、図１１に示し、第２の実施形態を図１２、図１３に示す。

〔実施例２の第１の実施形態の説明：図１０、図１１〕
まず、図１０、図１１を用いて実施例２の第１の実施形態のＬＥＤ発光装置６０について説明する。図１０（ａ）はＬＥＤ発光装置６０の放射光の照射面における色ムラ状況を示す照射図であり、（ｂ）はＬＥＤ発光装置６０の断面構成を示す。また、図１１は光学膜層のＬＥＤ発光装置６０の蛍光樹脂８の曲面に光学膜層を設けた状態の斜視図を示す。ＬＥＤ発光装置６０が前述の実施例１の第１の実施形態と異なるところは、反射枠体を有しないパンケーキ型のＬＥＤ発光装置である点のみが異なり、リング状の光学膜層を設ける基本的な構成は実施例１の第１の実施形態と同様であるので同一要素には同一番号または同一符号を付し、重複する説明は一部省略する。

［構成の説明：図１０］
まず、図１０において、パンケーキ型のＬＥＤ発光装置６０の構成は、実施例１のカップ型のＬＥＤ発光装置に対して、反射枠体を備えず、蛍光樹脂８が略半球型になっていて横方向へも光を放射できる広角配光型になっている点が異なる。図１０（ｂ）に示す光学膜層１０は、蛍光樹脂８の曲面に設けられており、斜視図で示すと図１１に示すような立体的な光学膜層となる。しかしながら、これらの曲面への光学膜層の形成は、平面への形成と同様に真空蒸着やスパッタリングなどの方法によって容易に形成することができる。

［発光動作の説明：図１０］
ここで、パンケーキ型のＬＥＤ発光装置６０においても、前述の各実施形態と同様の動作により色ムラを抑制することができる。

［実施例２の第１の実施形態の効果］
以上、説明した実施例２の第１の実施形態によれば、次に示す効果が得られる。
［効果１］
広角配光が可能なパンケーキ型のＬＥＤ発光装置において、蛍光樹脂の曲面にリング状の光学膜層を設け、その反射特性と膜層幅を色ムラ状況に対応して合わせ込むことにより色ムラを抑制することができる。

〔実施例２の第２の実施形態の説明：図１２、図１３〕
次に、図１２、図１３を用いて実施例２の第２の実施形態のＬＥＤ発光装置６５について説明する。図１２（ａ）はＬＥＤ発光装置６５の放射光の照射面における色ムラ状況を示す照射図であり、（ｂ）はＬＥＤ発光装置６５の断面構成を示す。また、図１３は光学膜層のＬＥＤ発光装置６５の蛍光樹脂８の曲面に光学膜層を設けた状態の斜視図を示す。ＬＥＤ発光装置６５が前述の実施例２の第１の実施形態と異なるところは、パンケーキ型のＬＥＤ発光装置の蛍光樹脂８の曲面に二つのリング状の光学膜層を設けた点であり、リング状の光学膜層を設ける基本的な構成は実施例１の第２の実施形態と同様であるので同一要素には同一番号または同一符号を付し、重複する説明は省略する。

パンケーキ型のＬＥＤ発光装置６５は、広角配光型の構成において、実施例１の第２の実施形態と同様の効果が得られ、色ムラをより効果的に抑制できる。
尚、実施例２の第１実施形態または第２の実施形態は、パンケーキ型の発光装置における色ムラの抑制の改良について説明したが、これに限定されるものではなく、半球型や砲弾型のＬＥＤ発光装置についても適用できる。

１青色ＬＥＤ素子
３バンプ
４基板
５、６配線電極
７反射枠体
８蛍光樹脂（波長変換部材）
１０、１１光学膜層（誘電体多層膜）
２１、２４、２７発光スペクトル
２２、２３、２５、２６、２８、２９光学膜層の反射特性
５０、５５、５７、５８、６０、６５ＬＥＤ発光装置

Claims

基板上にＬＥＤ素子を実装し、前記ＬＥＤ素子の上面側を、発光された光を吸収し波長変換する波長変換部材で封止してなるＬＥＤ発光装置において、前記波長変換部材は蛍光粒子を含有する蛍光樹脂であって、前記蛍光粒子が均一に分散されており、前記波長変換部材の上面に、その中央部を除き、周辺部を覆うように形成された、出射光の光学特性を制御するための光学膜層を備え、前記光学膜層は誘電体多層膜がリング状に形成され、前記光学膜層の反射率、反射波長領域、膜層幅を合わせ込むことで、前記ＬＥＤ素子の真上方向への放射光に対する斜め方向の放射光に対して変換光の密度が調整されるようにしたもので、かつ、前記リング状に形成された前記光学膜層は、光学特性の異なる誘電体多層膜が同心状に複数形成されており、前記ＬＥＤ素子は青色ＬＥＤ素子であり、前記波長変換部材は黄色蛍光粒子を含有する蛍光樹脂であり、前記誘電体多層膜は、出射光の色ムラに対応して黄色光を反射する光学特性を有し、前記斜め方向の放射光は、黄色光の密度を低くして、真上方向に放射される黄色光の密度と同じレベルにされていることを特徴とするＬＥＤ発光装置。
基板上にＬＥＤ素子を実装し、前記ＬＥＤ素子の上面側を、発光された光を吸収し波長変換する波長変換部材で封止してなるＬＥＤ発光装置において、前記波長変換部材は蛍光粒子を含有する蛍光樹脂であって、前記蛍光粒子が均一に分散されており、前記波長変換部材の上面に、その中央部を除き、周辺部を覆うように形成された、出射光の光学特性を制御するための光学膜層を備え、前記光学膜層は誘電体多層膜がリング状に形成され、前記光学膜層の反射率、反射波長領域、膜層幅を合わせ込むことで、前記ＬＥＤ素子の真上方向への放射光に対する斜め方向の放射光に対して変換光の密度が調整されるようにしたもので、かつ、前記リング状に形成された前記光学膜層は、光学特性の異なる誘電体多層膜が同心状に複数形成されており、前記ＬＥＤ素子は青色ＬＥＤ素子であり、前記波長変換部材は黄色蛍光粒子と赤色蛍光粒子を含有する蛍光樹脂であり、前記誘電体多層膜は出射光の色ムラに対応して黄色光と赤色光を反射する光学特性を有することを特徴とするＬＥＤ発光装置。
基板上にＬＥＤ素子を実装し、前記ＬＥＤ素子の上面側を、発光された光を吸収し波長変換する波長変換部材で封止してなるＬＥＤ発光装置において、前記波長変換部材は蛍光粒子を含有する蛍光樹脂であって、前記蛍光粒子が均一に分散されており、前記波長変換部材の上面に、その中央部を除き、周辺部を覆うように形成された、出射光の光学特性を制御するための光学膜層を備え、前記光学膜層は誘電体多層膜がリング状に形成され、前記光学膜層の反射率、反射波長領域、膜層幅を合わせ込むことで、前記ＬＥＤ素子の真上方向への放射光に対する斜め方向の放射光に対して変換光の密度が調整されるようにしたもので、かつ、前記リング状に形成された前記光学膜層は、光学特性の異なる誘電体多層膜が同心状に複数形成されており、前記ＬＥＤ素子は青色ＬＥＤ素子であり、前記波長変換部材は緑色蛍光粒子と赤色蛍光粒子を含有する蛍光樹脂であり、前記誘電体多層膜は出射光の色ムラに対応して緑色光と赤色光を反射する光学特性を有することを特徴とするＬＥＤ発光装置。
前記基板の上面に反射性枠体を設け、前記蛍光樹脂は、前記反射性枠体の内部に充填されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のＬＥＤ発光装置。