JPWO2010140419A1 - Light emitting device - Google Patents

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由紀 直井
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Abstract

本発明の課題は、従来と比較して発光装置の色ずれを低減することである。本発明の発光装置1は、青色光を出射するLEDチップ2と、青色光を黄色光に変換する蛍光体35を含有するとともに、LEDチップ2からの出射光の光路上に配設された透光性の蛍光体素子3とを備え、蛍光体素子3を透過した青色光と、蛍光体35で生じた黄色光とを重ね合わせて白色光を出射する。蛍光体素子3は、板状の基板30と、基板30の光入射面300に形成されたマイクロレンズアレイとを有する。The subject of this invention is reducing the color shift of a light-emitting device compared with the past. The light emitting device 1 of the present invention includes an LED chip 2 that emits blue light and a phosphor 35 that converts blue light into yellow light, and is disposed on the optical path of the emitted light from the LED chip 2. The light-emitting phosphor element 3 is provided, and the blue light transmitted through the phosphor element 3 and the yellow light generated by the phosphor 35 are overlapped to emit white light. The phosphor element 3 includes a plate-like substrate 30 and a microlens array formed on the light incident surface 300 of the substrate 30.

Description

本発明は、発光装置に関する。   The present invention relates to a light emitting device.

従来、白色光を出射する発光装置として、図6に示すように、青色光を出射するLEDチップ100と、黄色蛍光体102を含有する蛍光体板101とを備えたものがある。この発光装置では、LEDチップ100からの青色光を蛍光体板101に入射させ、蛍光体102の間を透過した青色光と、蛍光体102によって青色光から黄色光へ変換された黄色光とを重ね合わせて出射することにより、白色光を出射するようになっている。   2. Description of the Related Art Conventionally, as a light emitting device that emits white light, there is one provided with an LED chip 100 that emits blue light and a phosphor plate 101 containing a yellow phosphor 102, as shown in FIG. In this light emitting device, blue light from the LED chip 100 is incident on the phosphor plate 101, and blue light transmitted between the phosphors 102 and yellow light converted from blue light to yellow light by the phosphor 102 are combined. By overlapping and emitting, white light is emitted.

ここで、図6においては、蛍光体板101を構成する基材中に黄色蛍光体102が分散された例を記載しているが、別の形態として、レンズ形状を有する基材上に蛍光体を堆積させることで蛍光体素子を作成する技術(例えば、特許文献1参照)や、レンズ形状の基材中に蛍光体を分散させることで蛍光体素子とする技術も知られている(例えば特許文献2参照)。基材上に蛍光体層を形成する技術としては、例えばスパッタリングを用いて非粒子状性の蛍光体膜を形成する方法(例えば、特許文献3参照)や、特許文献1に記載のように、エアロゾル・デポジション法という方法により高い充填率で基材上に蛍光体膜をバインダレスに得る方法が知られている。   Here, FIG. 6 shows an example in which the yellow phosphor 102 is dispersed in the base material constituting the phosphor plate 101, but as another form, the phosphor is placed on the base material having a lens shape. There are also known a technique for producing a phosphor element by depositing a phosphor (see, for example, Patent Document 1) and a technique for forming a phosphor element by dispersing a phosphor in a lens-shaped base material (for example, a patent). Reference 2). As a technique for forming a phosphor layer on a substrate, for example, a method of forming a non-particulate phosphor film using sputtering (for example, see Patent Document 3), or as described in Patent Document 1, There is known a method of obtaining a phosphor film on a base material without a binder at a high filling rate by a method called an aerosol deposition method.

また、蛍光体板から出射された白色光(青色光と黄色光の混色光)の軸上光度を高める方法として、蛍光体板の光取り出し側にマイクロレンズ群(マイクロレンズアレイとも呼ぶ)を形成することで集光性能を高める技術も提案されている(例えば、特許文献4参照)。   In addition, a microlens group (also called a microlens array) is formed on the light extraction side of the phosphor plate as a method for increasing the axial luminous intensity of white light (mixed light of blue light and yellow light) emitted from the phosphor plate. Thus, a technique for improving the light condensing performance has been proposed (see, for example, Patent Document 4).

特開2006−339217号公報JP 2006-339217 A 特開2006−339336号公報JP 2006-339336 A 特開平11−46015号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-46015 特開2007−123437号公報JP 2007-123437 A

しかしながら、上記のような発光装置においては、青色光と黄色光とで配光分布が異なってしまい、いわゆる色ずれを生じてしまうという問題が発生した。具体的には、このような問題は、LEDチップ100から蛍光体板101に向かって出射される青色光は蛍光体板101を透過した後にも正面方向に集中するため、光の配光分布が狭いのに対し、蛍光体102から蛍光として生じる黄色光は、蛍光体102を起点として広い範囲に出射されるため、青色光と比較して配光分布が広い、ということに起因する。そして、発光装置の出射領域のうち、出射角度の大きい領域においては、出射光が白色ではなく、黄色がかって見えてしまう。   However, in the light emitting device as described above, there is a problem in that the light distribution is different between blue light and yellow light, and so-called color shift occurs. Specifically, such a problem is that the blue light emitted from the LED chip 100 toward the phosphor plate 101 is concentrated in the front direction even after passing through the phosphor plate 101, and thus the light distribution of light is This is because yellow light generated as fluorescence from the phosphor 102 is emitted in a wide range starting from the phosphor 102, and thus has a wider light distribution than blue light. And in the area | region where a radiation | emission angle is large among the radiation | emission area | regions of a light-emitting device, emitted light will appear yellow rather than white.

特に、発光装置を自動車のヘッドライト等の用途で用いる場合においては、上記の特許文献1、2あるいは4に記載の技術により集光性能を高めたとしても、発光装置から離れるに従って、軸外光が白色から黄色に着色する現象が発生してしまう。自動車のヘッドライトの軸外光が着色してしまうと、標識や信号の色の見え方に影響を与える場合がある為、特に解決が求められていた。   In particular, in the case where the light emitting device is used for an application such as a headlight of an automobile, even if the light collecting performance is improved by the technique described in Patent Literature 1, 2, or 4, the off-axis light increases as the distance from the light emitting device increases. The phenomenon of coloring from white to yellow occurs. Since off-axis light from automobile headlights may affect the appearance of signs and signal colors, a particular solution has been sought.

このような色ずれの問題は、上述の特許文献1、2或いは4に記載の技術により、蛍光体素子をレンズ形状としたり、蛍光体素子の光取出し面にレンズ群を設けて集光性能を持たせたりすることで、ある程度は解決されるものの、青色光と黄色光とが同様に屈折作用を受けてしまうため、これらの光の配光分布を近づけて色ずれを低減することはできず、根本的な解決には至らなかった。そのため、光源から距離が離れた場合に軸外光が着色してしまう問題は依然として残っており、非常に照度の高いLEDを用いて遠距離まで光を照射する必要のある自動車のヘッドライト等の用途においては、更なる改善が求められていた。   Such a problem of color misregistration can be achieved by using the technology described in Patent Document 1, 2, or 4 described above to make the phosphor element into a lens shape, or by providing a lens group on the light extraction surface of the phosphor element to improve the light collecting performance. However, since blue light and yellow light are similarly refracted, the color distribution cannot be reduced by bringing the light distribution of these lights close to each other. The fundamental solution was not reached. Therefore, the problem that off-axis light is colored when the distance from the light source is still left, such as automobile headlights that need to irradiate light to a long distance using LEDs with very high illuminance In applications, further improvements have been demanded.

そこで、本発明の課題は、従来と比較して色ずれを低減することのできる発光装置を提供することである。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a light emitting device capable of reducing color misregistration as compared with the conventional art.

本発明の一態様によれば、
第1の所定波長の光を出射するLEDと、
前記第1の所定波長の光を第2の所定波長の光に変換する蛍光体を含有するとともに、前記LEDからの出射光の光路上に配設された透光性の蛍光体素子とを備え、
前記蛍光体素子を透過した前記第1の所定波長の光と、前記蛍光体で生じた前記第2の所定波長の光とを重ね合わせて出射する発光装置において、
前記蛍光体素子は、
基板と、
前記基板の光入射面に形成されたマイクロレンズアレイとを有することを特徴とする。
According to one aspect of the invention,
An LED that emits light of a first predetermined wavelength;
A phosphor that converts the light having the first predetermined wavelength into light having the second predetermined wavelength, and a translucent phosphor element disposed on the optical path of the light emitted from the LED. ,
In the light emitting device that emits the light having the first predetermined wavelength transmitted through the phosphor element and the light having the second predetermined wavelength generated in the phosphor in an overlapping manner,
The phosphor element is
A substrate,
And a microlens array formed on the light incident surface of the substrate.

本発明の発光装置においては、
前記蛍光体は、前記マイクロレンズアレイよりも、前記基板側に配設されていることが好ましい。
In the light emitting device of the present invention,
It is preferable that the phosphor is disposed closer to the substrate than the microlens array.

また、本発明の発光装置においては、
前記マイクロレンズアレイにおける各マイクロレンズは、前記蛍光体素子の内部に焦点を有しており、前記蛍光体は、前記マイクロレンズの焦点の近傍に局在することが好ましい。
In the light emitting device of the present invention,
Each microlens in the microlens array has a focal point inside the phosphor element, and the phosphor is preferably localized in the vicinity of the focal point of the microlens.

前記蛍光体を前記マイクロレンズの焦点の近傍に局在させる一形態としては、前記蛍光体を、前記LEDの出射光の光軸に対して略直交する方向に不連続となるように局在化させる形態が好ましい形態として挙げられる。例えば、前記基板の光入射面側に端面を有する略半楕円体状に局在させることが挙げられる。   As one form of localizing the phosphor in the vicinity of the focal point of the microlens, the phosphor is localized so as to be discontinuous in a direction substantially perpendicular to the optical axis of the emitted light of the LED. The form to make is mentioned as a preferable form. For example, it may be localized in a substantially semi-ellipsoidal shape having an end surface on the light incident surface side of the substrate.

また、前記蛍光体を前記マイクロレンズの焦点の近傍に局在させる別の形態としては、
前記蛍光体を前記LEDの出射光の光軸に対して略直交する方向に層状に局在化させる形態が好ましい形態として挙げられる。
As another form of localizing the phosphor in the vicinity of the focal point of the microlens,
A preferred form is a form in which the phosphor is localized in a layered manner in a direction substantially orthogonal to the optical axis of the emitted light of the LED.

また、本発明の発光装置においては、
前記第1の所定波長の光および前記第2の所定波長の光はそれぞれ可視光であり、互いに補色関係にあることが好ましい。
In the light emitting device of the present invention,
The light having the first predetermined wavelength and the light having the second predetermined wavelength are each visible light, and preferably have a complementary color relationship with each other.

特に、前記第1の所定波長の光が、青色光であり、前記第2の所定波長の光が、黄色光であることが好ましい。   In particular, it is preferable that the light having the first predetermined wavelength is blue light, and the light having the second predetermined wavelength is yellow light.

本発明者らは、更なる検討の結果、上述の色ずれの問題は、LEDから発せられる光と蛍光体とが離れているため、LEDから出射される前記第1の所定波長の光の発光点と、蛍光体から出射される前記第2の所定波長の光の発光点とが離れていることに大きく起因しており、実質的なLEDの発光点と、蛍光体による発光点を近づけることで色ずれの問題を解決できるという点に着目した。   As a result of further studies, the present inventors have found that the above-described problem of color misregistration is that the light emitted from the LED and the phosphor are separated from each other, so that the first predetermined wavelength of light emitted from the LED is emitted. This is largely due to the fact that the light emitting point of the light having the second predetermined wavelength emitted from the phosphor is separated, and the light emitting point of the LED and the light emitting point of the phosphor are brought close to each other. We focused on the fact that it can solve the problem of color misregistration.

本発明によれば、基板の光入射面にマイクロレンズアレイが形成されているので、LEDから出射される第1の所定波長の光はマイクロレンズアレイで屈折作用を受けて蛍光体素子に入射する。その後、第1の所定波長の光のうち、一部の光は前記蛍光体に入射して蛍光体を励起させて励起光を発生させ、他の光は、そのまま蛍光体素子を透過して、当該蛍光体素子から出射されることとなる。その際、マイクロレンズの屈折作用(集光作用)により、前記第1の所定波長の光の一部の透過光は広い配光分布を持つ光として蛍光体素子から出射されることとなる。一方、蛍光体で生じる第2の所定波長の光は、広い配光分布のまま出射される。従って、第2の所定波長の光の配向分布に対し、第1の所定波長の光の配向分布を近づけることができるため、従来と比較して色ずれを低減することができる。   According to the present invention, since the microlens array is formed on the light incident surface of the substrate, the light having the first predetermined wavelength emitted from the LED is refracted by the microlens array and enters the phosphor element. . Thereafter, some of the light of the first predetermined wavelength is incident on the phosphor to excite the phosphor to generate excitation light, and other light passes through the phosphor element as it is, The light is emitted from the phosphor element. At that time, due to the refractive action (condensing action) of the microlens, a part of the transmitted light of the first predetermined wavelength is emitted from the phosphor element as light having a wide light distribution. On the other hand, the light of the second predetermined wavelength generated in the phosphor is emitted with a wide light distribution. Accordingly, since the alignment distribution of the light having the first predetermined wavelength can be made closer to the alignment distribution of the light having the second predetermined wavelength, the color shift can be reduced as compared with the conventional case.

別の観点では、蛍光体素子の入射面側にマイクロレンズアレイを設けることで、その集光作用により、LEDよりも蛍光体により近い位置に前記第1の所定波長の光が焦点を結ぶこととなる。それにより、第1の所定波長の光についての見かけ上の発光点(マイクロレンズの焦点)と、第2の所定波長の光についての発光点(蛍光体)とを近づけることができるため、より確実に色ずれを低減することができるのである。すなわち、LEDを出射した第1の所定波長の光は、見かけ上の発光点(マイクロレンズの焦点)に集光し、この発光点から拡散していくので、配向分布を広げることができるのである。   In another aspect, by providing the microlens array on the incident surface side of the phosphor element, the light of the first predetermined wavelength is focused at a position closer to the phosphor than the LED by the light collecting action. Become. As a result, the apparent light emission point (focal point of the microlens) for the light having the first predetermined wavelength can be brought closer to the light emission point (phosphor) for the light having the second predetermined wavelength. In addition, color misregistration can be reduced. That is, the light of the first predetermined wavelength emitted from the LED is condensed on the apparent light emission point (the focal point of the microlens) and diffused from this light emission point, so that the orientation distribution can be widened. .

また、特許文献1,2のように蛍光体素子の光入射面全体を1つのレンズ形状とする場合は、焦点位置と蛍光体の位置を近づけるためには、集光作用を強くした場合であっても、蛍光体素子の厚みが大きくなってしまうのに対し、マイクロレンズアレイとすることで、装置を大型化することなく、本発明の効果を得ることができる。   Further, when the entire light incident surface of the phosphor element is formed into one lens shape as in Patent Documents 1 and 2, it is a case where the condensing action is strengthened in order to bring the focal point position and the phosphor position close together. However, the thickness of the phosphor element is increased, but by using the microlens array, the effect of the present invention can be obtained without increasing the size of the apparatus.

本発明に係る発光装置の概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the light-emitting device which concerns on this invention. 蛍光体素子を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a phosphor element. エアロゾル・デポジション成膜装置の概略構成図を示す図である。It is a figure which shows the schematic block diagram of an aerosol deposition film-forming apparatus. 本発明の実施例,比較例の発光装置の断面図と平面図である。It is sectional drawing and the top view of the light-emitting device of the Example of this invention, and a comparative example. 実施例、比較例の発光装置における配光分布を示すグラフである。It is a graph which shows the light distribution in the light-emitting device of an Example and a comparative example. 従来の発光装置の概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the conventional light-emitting device.

以下、図を参照して、本発明に係る発光装置について詳細に説明する。   Hereinafter, a light emitting device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

<第1の実施の形態>
図1は、本実施の形態における発光装置1の概略構成を示す断面図である。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a light emitting device 1 according to the present embodiment.

この図に示すように、発光装置1は、LEDチップ2と、蛍光体35を含有する蛍光体素子3とを備えている。   As shown in this figure, the light emitting device 1 includes an LED chip 2 and a phosphor element 3 containing a phosphor 35.

LEDチップ2は、第1の所定波長の光を出射するものであり、本実施の形態においては青色光を出射するようになっている。但し、本発明のLEDチップ2の波長および蛍光体の出射光の波長は限定されず、LEDチップ2による出射光の波長と、蛍光体による出射光の波長とが補色関係にあり合成された光が白色光となる組合せがもっとも好適であるが、白色光以外の光を発光するLED出射光と蛍光体出射光の組み合わせであっても良い。   The LED chip 2 emits light having a first predetermined wavelength. In the present embodiment, the LED chip 2 emits blue light. However, the wavelength of the LED chip 2 of the present invention and the wavelength of the emitted light from the phosphor are not limited, and the wavelength of the emitted light from the LED chip 2 and the synthesized light with the wavelength of the emitted light from the phosphor being complementary. Is the most suitable combination, but a combination of LED emission light and phosphor emission light that emits light other than white light may be used.

なお、このようなLEDチップ2としては、公知の様々なLEDチップを用いることが可能で、特に発光装置1によって白色光を得る場合は青色LEDチップを好ましく用いることができる。青色LEDチップとしては、InGa1−xN系をはじめ既存のあらゆるものを使用することができる。青色LEDチップの発光ピーク波長は440〜480nmのものが好ましい。In addition, as such LED chip 2, various well-known LED chips can be used. In particular, when white light is obtained by the light emitting device 1, a blue LED chip can be preferably used. As the blue LED chip, any existing one including In x Ga 1-x N system can be used. The emission peak wavelength of the blue LED chip is preferably 440 to 480 nm.

また、LEDチップの形態としては、基板上にLEDチップを実装し、そのまま上方または側方に放射させるタイプ、または、サファイア基板などの透明基板上に青色LEDチップを実装し、その表面にバンプを形成した後、裏返して基板上の電極と接続する、いわゆるフリップチップ接続タイプなど、どのような形態のLEDチップでも適用することが可能だが、高輝度タイプやレンズ使用タイプの製造方法により適するフリップチップタイプがより好ましい。   In addition, as a form of the LED chip, the LED chip is mounted on the substrate and directly radiated upward or laterally, or the blue LED chip is mounted on a transparent substrate such as a sapphire substrate, and bumps are formed on the surface thereof. It can be applied to any form of LED chip, such as the so-called flip chip connection type, which is flipped over and connected to the electrode on the substrate, but it is suitable for the manufacturing method of high brightness type or lens type A type is more preferable.

蛍光体素子3は、LEDチップ2からの出射光の光路上に配設された透光性の光学素子であり、基板30と、マイクロレンズアレイ31とを有している。なお、以下の説明においては、基板30とマイクロレンズアレイ31とを便宜的に別体の部材として説明するが、一体的な部材としても良い。   The phosphor element 3 is a translucent optical element disposed on the optical path of light emitted from the LED chip 2, and includes a substrate 30 and a microlens array 31. In the following description, the substrate 30 and the microlens array 31 are described as separate members for the sake of convenience, but may be integrated members.

このうち、基板30は、LEDチップ2からの出射光の進行方向の中心(光軸ともいう)に対して垂直に配置された部材であり、平板状でもレンズ状でもよく、LEDチップ2を覆うようなドーム状の形態を有していてもよいし、光出射面301がレンズ形状に形成された平板状となっていてもよい。   Among these, the board | substrate 30 is a member arrange | positioned perpendicular | vertical with respect to the center (it is also called an optical axis) of the advancing direction of the emitted light from LED chip 2, Comprising: Flat form or lens form may cover LED chip 2. It may have such a dome shape, or may have a flat plate shape in which the light emission surface 301 is formed in a lens shape.

一方、マイクロレンズアレイ31は、基板30の光入射面300に配列された複数のマイクロレンズ310を有している。ここで、本実施の形態における各マイクロレンズ310は、蛍光体素子3の内部に焦点を有する凸レンズとなっている。但し、マイクロレンズの形状は、略半球状やドーム状、非球面状、シリンドリカル形状など、集光特性や配光特性等を考慮して所望に設計された形状を任意に用いることができる。また、レンズの中央に窪みを有する形状なども、任意に用いることができる。厚さや直径なども、特に限定されるものではない。   On the other hand, the microlens array 31 has a plurality of microlenses 310 arranged on the light incident surface 300 of the substrate 30. Here, each microlens 310 in the present embodiment is a convex lens having a focal point inside the phosphor element 3. However, as the shape of the microlens, a shape designed as desired in consideration of light collection characteristics, light distribution characteristics, and the like such as a substantially hemispherical shape, a dome shape, an aspherical shape, and a cylindrical shape can be arbitrarily used. Moreover, the shape etc. which have a hollow in the center of a lens can also be used arbitrarily. The thickness, diameter, etc. are not particularly limited.

ただし、レンズの大きさが波長に対して小さくなると回折の影響でマイクロレンズ本来の性能が発揮されない。そのため、レンズの直径LがLEDチップ2からの出射光のピーク波長より大きいことが望ましい。   However, when the size of the lens is reduced with respect to the wavelength, the original performance of the microlens is not exhibited due to the influence of diffraction. Therefore, it is desirable that the lens diameter L is larger than the peak wavelength of the light emitted from the LED chip 2.

以上の蛍光体素子3には、蛍光体35が含有されている。   The phosphor element 3 described above contains a phosphor 35.

この蛍光体35は、LEDチップ2から出射される第1の所定波長の光を第2の所定波長の光に変換するものであり、本実施の形態においては、LEDチップ2から出射される青色光を黄色光に変換するようになっている。   The phosphor 35 converts light having a first predetermined wavelength emitted from the LED chip 2 into light having a second predetermined wavelength. In the present embodiment, the phosphor 35 emits blue light emitted from the LED chip 2. Light is converted to yellow light.

この蛍光体35は、蛍光体素子3におけるマイクロレンズアレイ31の光入射面311よりも、基板30側に配設されており、本実施の形態においては、基板30及びマイクロレンズアレイ31の全体に均一に分散した状態となっている。但し、図2(a),(b)に示すように、蛍光体35は基板30及びマイクロレンズアレイ31の何れか一方のみに分散した状態であっても良い。   The phosphor 35 is disposed closer to the substrate 30 than the light incident surface 311 of the microlens array 31 in the phosphor element 3. In the present embodiment, the phosphor 35 is disposed on the entire substrate 30 and the microlens array 31. It is in a state of being uniformly dispersed. However, as shown in FIGS. 2A and 2B, the phosphor 35 may be dispersed in only one of the substrate 30 and the microlens array 31.

このような蛍光体35は、Y、Gd、Ce、Sm、Al、La及びGaの原料として酸化物、又は高温で容易に酸化物になる化合物を使用し、それらを化学量論比で十分に混合して原料を得る。又は、Y、Gd、Ce、Smの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で共沈したものを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウム、酸化ガリウムとを混合して混合原料を得る。これにフラックスとしてフッ化アンモニウム等のフッ化物を適量混合して加圧し成形体を得る。成形体を坩堝に詰め、空気中1350〜1450℃の温度範囲で2〜5時間焼成して、蛍光体の発光特性を持った焼結体を得ることができる。   Such a phosphor 35 uses an oxide or a compound that easily becomes an oxide at a high temperature as a raw material of Y, Gd, Ce, Sm, Al, La, and Ga. Mix to obtain the raw material. Alternatively, a coprecipitated oxide obtained by calcining a solution obtained by coprecipitation of oxalic acid with a solution obtained by dissolving a rare earth element of Y, Gd, Ce, and Sm in an acid at a stoichiometric ratio, and aluminum oxide and gallium oxide Mix to obtain a mixed raw material. An appropriate amount of fluoride such as ammonium fluoride is mixed with this as a flux and pressed to obtain a molded body. The compact can be packed in a crucible and fired in air at a temperature range of 1350 to 1450 ° C. for 2 to 5 hours to obtain a sintered body having the phosphor emission characteristics.

以上の蛍光体素子3は、ガラスまたは光透過性樹脂を蛍光体35のバインダーとして用い、当該バインダーと蛍光体35との混合材料を射出成型することによって、基板30及びマイクロレンズアレイ31が一体となるよう形成されている。但し、基板30を射出成形によって形成した後、基板30の光入射面300に対してマイクロレンズアレイ31を滴下法で形成することとしても良い。   The above phosphor element 3 uses glass or a light-transmitting resin as a binder of the phosphor 35, and the substrate 30 and the microlens array 31 are integrally formed by injection molding a mixed material of the binder and the phosphor 35. It is formed to become. However, after the substrate 30 is formed by injection molding, the microlens array 31 may be formed on the light incident surface 300 of the substrate 30 by a dropping method.

バインダーとしては、例えば、エポキシ樹脂や環状ポリオレフィン樹脂やポリカーボネート樹脂等の熱可塑性および光透過性の良好な樹脂を用いることができる。また、耐熱性の観点からは、ガラスを用いることが好ましい。ガラスに蛍光体35を混練して成形を行う場合には、例えば特開2000−258308号公報に開示の技術を用いることができる。   As the binder, for example, a resin having good thermoplasticity and light transmittance such as an epoxy resin, a cyclic polyolefin resin, and a polycarbonate resin can be used. Moreover, it is preferable to use glass from a heat resistant viewpoint. In the case where the phosphor 35 is kneaded and molded into glass, for example, the technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-258308 can be used.

続いて、発光装置1の動作について説明する。   Next, the operation of the light emitting device 1 will be described.

まず、LEDチップ2が蛍光体素子3に向かって青色光を出射すると、この青色光はマイクロレンズアレイ31によって屈折作用を受けて蛍光体素子3に入射する。   First, when the LED chip 2 emits blue light toward the phosphor element 3, the blue light is refracted by the microlens array 31 and enters the phosphor element 3.

次に、蛍光体素子3に入射した青色光のうち、一部の光が蛍光体35によって黄色光に変換されて出射される一方、残りの光は当該蛍光体35の間を透過する。   Next, of the blue light incident on the phosphor element 3, a part of the light is converted into yellow light by the phosphor 35 and emitted, while the remaining light is transmitted between the phosphors 35.

これにより、蛍光体素子3を透過した青色光と、蛍光体35で生じた黄色光とが重ね合わされて、白色光として出射される。   As a result, the blue light transmitted through the phosphor element 3 and the yellow light generated by the phosphor 35 are superimposed and emitted as white light.

なお、以上の発光装置1は、自動車用のライトなどとして使用することができる。   In addition, the above light-emitting device 1 can be used as a light for automobiles.

以上の発光装置1によれば、基板30の光入射面300にはマイクロレンズアレイ31が形成されているので、LEDチップ2から出射される青色光はマイクロレンズアレイ31で屈折作用を受けて蛍光体素子3に入射し、当該蛍光体素子3から出射されることとなる。従って、蛍光体素子3の内部の蛍光体35で生じる黄色光の配光分布に対し、青色光の配光分布を近づけることができるため、従来と比較して色ずれを低減することができる。   According to the light emitting device 1 described above, since the microlens array 31 is formed on the light incident surface 300 of the substrate 30, the blue light emitted from the LED chip 2 is refracted by the microlens array 31 and is fluorescent. The light enters the body element 3 and is emitted from the phosphor element 3. Therefore, since the light distribution of blue light can be made closer to the light distribution of yellow light generated in the phosphor 35 inside the phosphor element 3, the color shift can be reduced as compared with the prior art.

また、蛍光体素子3とは別個のマイクロレンズをLEDチップ2と蛍光体素子3との間に配設する場合と比較して、青色光についての見かけ上の発光点(マイクロレンズ310の焦点位置)と、黄色光についての発光点(蛍光体35)とを近づけることができるため、より確実に色ずれを低減することができる。   Further, compared to the case where a microlens separate from the phosphor element 3 is disposed between the LED chip 2 and the phosphor element 3, an apparent light emitting point for blue light (the focal position of the microlens 310). ) And the light emitting point (phosphor 35) for yellow light can be brought close to each other, so that color shift can be reduced more reliably.

また、蛍光体35は蛍光体素子3におけるマイクロレンズアレイ31の光入射面311よりも基板30側に配設されているので、マイクロレンズアレイ31によって青色光のみに対し屈折作用を及ぼすことができる。従って、黄色光の配光分布に対し、青色光の配光分布を確実に近づけることができるため、色ずれを確実に低減することができる。   In addition, since the phosphor 35 is disposed closer to the substrate 30 than the light incident surface 311 of the microlens array 31 in the phosphor element 3, the microlens array 31 can exert a refracting action on only blue light. . Therefore, since the light distribution of blue light can be reliably brought close to the light distribution of yellow light, color misregistration can be reliably reduced.

また、上述のように基板30の光入射面300にはマイクロレンズアレイ31が形成されているので、光入射面300全体を1つのレンズ形状とする場合と異なり、集光作用を強くした場合であっても、蛍光体素子3の厚みが大きくなってしまうのを防止することができるため、発光装置1が大型化してしまうのを防止することができる。   In addition, since the microlens array 31 is formed on the light incident surface 300 of the substrate 30 as described above, unlike the case where the entire light incident surface 300 has a single lens shape, the light condensing action is increased. Even if it exists, since it can prevent that the thickness of the phosphor element 3 becomes large, it can prevent that the light-emitting device 1 enlarges.

<第2の実施の形態>
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。なお、上記第1の実施の形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
<Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to the said 1st Embodiment, and the description is abbreviate | omitted.

本第2の実施の形態における発光装置1Aは、図2(c)に示すように、蛍光体素子3の代わりに蛍光体素子3Aを有する点において上記第1の実施の形態の発光装置1と異なる。以下、この点について詳しく説明する。   The light emitting device 1A according to the second embodiment is different from the light emitting device 1 according to the first embodiment in that a phosphor element 3A is provided instead of the phosphor element 3, as shown in FIG. Different. Hereinafter, this point will be described in detail.

蛍光体素子3Aは、基板30Aと、マイクロレンズアレイ31とを備えている。なお、本実施の形態におけるマイクロレンズアレイ31には、蛍光体35が含有されていない。   The phosphor element 3 </ b> A includes a substrate 30 </ b> A and a microlens array 31. Note that the microlens array 31 in the present embodiment does not contain the phosphor 35.

基板30Aの光入射面300には、蛍光体35が積層されている。これにより、本実施の形態における蛍光体35は、LEDチップ2からの出射光の光路に対して略直交するよう層状に局在した状態となっている。なお、図2(c)や、後述の図2(d)では、蛍光体35が一層のみ設けられた状態を図示しているが、複数層設けられることとしても良い。   A phosphor 35 is stacked on the light incident surface 300 of the substrate 30A. Thereby, the phosphor 35 in the present embodiment is in a state of being localized in layers so as to be substantially orthogonal to the optical path of the emitted light from the LED chip 2. In FIG. 2C and FIG. 2D described later, a state in which only one phosphor 35 is provided is illustrated, but a plurality of layers may be provided.

続いて、基板30A上に蛍光体35を堆積させる方法について説明する。   Next, a method for depositing the phosphor 35 on the substrate 30A will be described.

蛍光体35を層状に形成するには、原料である蛍光体35の微粒子を、基板である基板30Aに高速で衝突させ成膜する、所謂エアロゾル・デポジション法を用いる。   In order to form the phosphor 35 in layers, a so-called aerosol deposition method is used in which fine particles of the phosphor 35 as a raw material collide with the substrate 30A as a substrate at high speed to form a film.

エアロゾル・デポジション法による成膜装置としては、「応用物理」誌68巻1号44ページや、特開2003−215256号公報等に開示されている構成などが利用できる。   As a film forming apparatus using the aerosol deposition method, a configuration disclosed in “Applied Physics”, Vol. 68, No. 1, page 44, Japanese Patent Laid-Open No. 2003-215256, and the like can be used.

図3は、エアロゾル・デポジション成膜装置の概略構成図を示す図である。この図に示すように、エアロゾル・デポジション成膜装置は基板210(基板30A)を保持するホルダー209、ホルダー209をXYZθで3次元に作動させるXYZθステージ211、基板に原料を噴出させる細い開口を備えたノズル208、ノズル208をエアロゾル化室204とつなぐ配管206を備えたチャンバー207、さらに、搬送ガスを貯留する高圧ガスボンベ201、微粒子原料とキャリアガスが攪拌・混合されるエアロゾル化室204、およびこれらをつなぐ配管202によって構成される。番号203、205は弁である。ステージの裏面にはペルチェ素子による温度制御機構が設置され、基板を最適な温度に保つことができる。   FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration diagram of an aerosol deposition film forming apparatus. As shown in this figure, the aerosol deposition film forming apparatus has a holder 209 for holding a substrate 210 (substrate 30A), an XYZθ stage 211 for operating the holder 209 in three dimensions with XYZθ, and a narrow opening for ejecting raw materials to the substrate. A nozzle 208 provided, a chamber 207 provided with a pipe 206 connecting the nozzle 208 to the aerosolization chamber 204, a high-pressure gas cylinder 201 for storing a carrier gas, an aerosolization chamber 204 in which the fine particle raw material and the carrier gas are stirred and mixed, and It is comprised by the piping 202 which connects these. Numbers 203 and 205 are valves. A temperature control mechanism using a Peltier element is installed on the back surface of the stage, and the substrate can be maintained at an optimum temperature.

更に、エアロゾル化室204内の微粒子原料は、以下のような手順によって基板210上に形成される。   Furthermore, the particulate raw material in the aerosolization chamber 204 is formed on the substrate 210 by the following procedure.

エアロゾル化室204内に充填された、好ましくは0.02〜5μm、より好ましくは0.1〜2μmの粒径の微粒子原料は、キャリアガスを貯留する高圧ガスボンベ201より配管を通ってエアロゾル化室204に導入されキャリアガスとともに、振動・撹拌されてエアロゾル化される。   The fine particle raw material having a particle diameter of preferably 0.02 to 5 μm, more preferably 0.1 to 2 μm filled in the aerosolization chamber 204 passes through a pipe from a high-pressure gas cylinder 201 for storing a carrier gas, and is converted into an aerosolization chamber. It is introduced into 204 and is agitated and agitated together with the carrier gas.

原料粒子の粒径測定方法としては、一般的なレーザー回折式粒径測定装置があげられ、具体的には、HELOS(JEOL社製)、MicrotracHRA(日機装社製)、SALD−1100(島津製作所社製)、コールターカウンター(コールター社製)などがあげられる。特に好ましくはMicrotracHRAである。   As a method for measuring the particle size of raw material particles, a general laser diffraction particle size measuring device can be mentioned. Specifically, HELOS (manufactured by JEOL), Microtrac HRA (manufactured by Nikkiso Co., Ltd.), SALD-1100 (manufactured by Shimadzu Corporation) And Coulter Counter (manufactured by Coulter). Particularly preferred is Microtrac HRA.

エアロゾル化された微粒子原料は配管206を通り、チャンバー207内の細い開口を備えたノズル208から基板210にキャリアガスとともに吹き付けられ塗膜を形成する。チャンバー207は真空ポンプ等で排気され、チャンバー207内の真空度は必要に応じて調整されている。本発明では真空度は、好ましくは0.01〜10000Paであり、更に好ましくは0.1〜1000Paである。以下さらに、基板210のホルダー209はXYZθステージ211により3次元に動くことができるため基板210の所定の部分に必要な厚みの蛍光体層が形成できる。基板210に形成された蛍光体層上には必要に応じて封止層を設けることができる。   The aerosolized fine particle raw material passes through the pipe 206 and is sprayed together with the carrier gas from the nozzle 208 having a narrow opening in the chamber 207 to form a coating film. The chamber 207 is evacuated by a vacuum pump or the like, and the degree of vacuum in the chamber 207 is adjusted as necessary. In the present invention, the degree of vacuum is preferably 0.01 to 10000 Pa, more preferably 0.1 to 1000 Pa. Furthermore, since the holder 209 of the substrate 210 can be moved three-dimensionally by the XYZθ stage 211, a phosphor layer having a necessary thickness can be formed on a predetermined portion of the substrate 210. A sealing layer can be provided on the phosphor layer formed on the substrate 210 as necessary.

エアロゾル化された原料粒子は、好ましくは流速100〜400m/secのキャリアガスによって搬送され、基板210上に衝突することによって堆積することができる。キャリアガスにより搬送された粒子は、互いに衝突の衝撃によって接合し膜を形成する。   The aerosolized raw material particles are preferably transported by a carrier gas having a flow rate of 100 to 400 m / sec and can be deposited by colliding with the substrate 210. The particles carried by the carrier gas are bonded to each other by impact of collision to form a film.

本発明の成膜方法において、原料粒子を加速・噴出するためのキャリアガスとしては、窒素ガスやHeガスなどの不活性ガスが好ましい。窒素ガスは特に好ましく用いることができる。   In the film forming method of the present invention, an inert gas such as nitrogen gas or He gas is preferable as the carrier gas for accelerating / blowing the raw material particles. Nitrogen gas can be particularly preferably used.

また、原料微粒子を衝突させる基板210の温度は、−100℃以上200℃以下に保持することが好ましい。基板温度を300℃以上に加熱した時には膜が白濁化し、光が取り出せず白色LEDの輝度が低下する場合がある。   Moreover, it is preferable to hold | maintain the temperature of the board | substrate 210 with which raw material fine particles collide -100 degreeC or more and 200 degrees C or less. When the substrate temperature is heated to 300 ° C. or higher, the film may become cloudy, and light may not be extracted, resulting in a decrease in brightness of the white LED.

蛍光体層の形成には、少なくとも前記蛍光体の微粒子が必要であり、更に必要に応じ透明無機酸化物の微粒子を混合しても良い。前記成膜装置のエアロゾル化室204を蛍光体用と透明無機酸化物用に併設し、適宜供給原料を切り替えることなどにより、蛍光体層中の蛍光体分布を制御できる。透明無機酸化物は、蛍光体と適宜混合されることにより蛍光体層中の蛍光体濃度を制御できる。最表面に透明無機酸化物だけの層を形成した場合には、透明封止層として用いることができる。   The formation of the phosphor layer requires at least the fine particles of the phosphor, and may further mix fine particles of a transparent inorganic oxide as necessary. The aerosol distribution chamber 204 of the film forming apparatus is provided for the phosphor and the transparent inorganic oxide, and the phosphor distribution in the phosphor layer can be controlled by appropriately switching the feed materials. The transparent inorganic oxide can control the phosphor concentration in the phosphor layer by appropriately mixing with the phosphor. When a layer of only transparent inorganic oxide is formed on the outermost surface, it can be used as a transparent sealing layer.

以上の成膜方法では、蛍光体粒子を基板30Aの表面に高速衝突させて堆積させ蛍光体層を形成することから、蛍光体層が剥離しないように前処理を施しても良い。特に基板30Aが樹脂製の場合、蛍光体粒子の接着性を付与する目的で、硬質材料やバインダーを含有する下地層を予め基板30Aの表面に塗設し、蛍光体層を形成することも好ましい態様の1つである。   In the above film forming method, phosphor particles are deposited by colliding with the surface of the substrate 30A at high speed to form a phosphor layer. Therefore, pretreatment may be performed so that the phosphor layer does not peel off. In particular, when the substrate 30A is made of a resin, it is also preferable to form a phosphor layer by previously applying a base layer containing a hard material or a binder to the surface of the substrate 30A for the purpose of imparting adhesiveness of the phosphor particles. This is one aspect.

この場合の硬質材料としては、例えば金属を用いることが可能で、これらの微粒子、例えばAl,Cu,Ni,Ti,Pt,Au,Ag,Si等をポリビニルアルコール等のバインダーに分散させ、これを樹脂製の基板30Aに塗設して、基板30Aに対する密着性を向上させた下地層とする。この場合、透明性を失わないために、金属微粒子は極めて微小であることが必要で、粒径100nm以下であることが好ましく、10nm以下であることが更に好ましい。   As the hard material in this case, for example, a metal can be used, and these fine particles, for example, Al, Cu, Ni, Ti, Pt, Au, Ag, Si, and the like are dispersed in a binder such as polyvinyl alcohol, and this is used. The base layer is coated on the resin substrate 30A to improve the adhesion to the substrate 30A. In this case, in order not to lose the transparency, the metal fine particles need to be extremely fine, preferably have a particle size of 100 nm or less, and more preferably 10 nm or less.

以上の発光装置1Aによれば、上記第1の実施形態における発光装置1と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、蛍光体35が光路に対して略直交するよう層状に局在するので、青色光を確実に蛍光体35に当てて黄色光を生じさせることができる。従って、蛍光体35を蛍光体素子3に均一に分散させる場合と比較して、蛍光体35の量を減らすことができるため、製造コストを低減することができる。また、黄色光の発光点を光軸方向と直交方向に揃える(光軸方向の黄色光発光点のズレを少なくする)ことができるため、出射光に対する光学的な制御を容易化することができる。   According to the light emitting device 1A described above, the same effect as that of the light emitting device 1 in the first embodiment can be obtained, and the phosphor 35 is localized in layers so as to be substantially orthogonal to the optical path. Therefore, yellow light can be generated by reliably applying blue light to the phosphor 35. Accordingly, the amount of the phosphor 35 can be reduced as compared with the case where the phosphor 35 is uniformly dispersed in the phosphor element 3, so that the manufacturing cost can be reduced. In addition, since the yellow light emission point can be aligned in the direction orthogonal to the optical axis direction (the deviation of the yellow light emission point in the optical axis direction can be reduced), optical control of the emitted light can be facilitated. .

なお、上記第2の実施形態においては、基板30Aの光入射面300に蛍光体35が積層されていることとして説明したが、図2(d)に示すように、基板30Aの光出射面301に積層されることとしても良い。この場合には、基板30Aの光出射面301よりも蛍光体35が外側に位置するため、蛍光体35で生じる黄色光が光出射面301によって蛍光体素子3Aの内部に反射してしまうことがない。従って、黄色光を確実に出射して青色光と重ね合わせることができるため、より確実に色ずれを低減することができる。この場合も、マイクロレンズアレイは、その焦点がこの蛍光体35の近傍になるよう設計される。   In the second embodiment, the phosphor 35 is described as being laminated on the light incident surface 300 of the substrate 30A. However, as shown in FIG. 2D, the light emitting surface 301 of the substrate 30A. It is good also as laminating. In this case, since the phosphor 35 is located outside the light emitting surface 301 of the substrate 30A, yellow light generated in the phosphor 35 may be reflected by the light emitting surface 301 to the inside of the phosphor element 3A. Absent. Therefore, since yellow light can be reliably emitted and overlapped with blue light, color misregistration can be more reliably reduced. Also in this case, the microlens array is designed so that its focal point is in the vicinity of the phosphor 35.

<第3の実施の形態>
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。なお、上記第1の実施の形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to the said 1st Embodiment, and the description is abbreviate | omitted.

本第3の実施の形態における発光装置1Bは、図2(e)に示すように、蛍光体素子3の代わりに蛍光体素子3Bを有する点において上記第1の実施の形態の発光装置1と異なる。以下、この点について詳しく説明する。   The light emitting device 1B according to the third embodiment is different from the light emitting device 1 according to the first embodiment in that a phosphor element 3B is provided instead of the phosphor element 3, as shown in FIG. Different. Hereinafter, this point will be described in detail.

蛍光体素子3Bは、基板30と、マイクロレンズアレイ31Bとを備えている。なお、本実施の形態における基板30には、蛍光体35が含有されていない。   The phosphor element 3B includes a substrate 30 and a microlens array 31B. Note that the substrate 30 in the present embodiment does not contain the phosphor 35.

マイクロレンズアレイ31Bは、基板30の光入射面300に配列された複数のマイクロレンズ310Bを有している。ここで、本実施の形態における各マイクロレンズ310Bは、当該マイクロレンズ310Bの内部に焦点を有する凸レンズとなっている。   The microlens array 31 </ b> B has a plurality of microlenses 310 </ b> B arranged on the light incident surface 300 of the substrate 30. Here, each microlens 310B in the present embodiment is a convex lens having a focal point inside the microlens 310B.

これらマイクロレンズ310Bには、蛍光体35が含有されている。蛍光体35は、マイクロレンズ310Bの焦点の近傍に局在しており、より詳細には、光軸方向(LEDチップ2からの光路方向)に略直交する方向に不連続に局在し、更に詳細には、光入射面300側に端面を有する略半楕円体状に局在している。なお、本実施の形態においては、マイクロレンズ310Bの焦点の近傍とは、マイクロレンズ310Bの焦点から蛍光体35への距離が、マイクロレンズ310Bの頂点と焦点との距離の1/2以下の範囲をいう。   These microlenses 310 </ b> B contain a phosphor 35. The phosphor 35 is localized in the vicinity of the focal point of the microlens 310B. More specifically, the phosphor 35 is discontinuously localized in a direction substantially orthogonal to the optical axis direction (the optical path direction from the LED chip 2). Specifically, it is localized in a substantially semi-ellipsoidal shape having an end surface on the light incident surface 300 side. In the present embodiment, the vicinity of the focal point of the microlens 310B is a range in which the distance from the focal point of the microlens 310B to the phosphor 35 is ½ or less of the distance between the apex of the microlens 310B and the focal point. Say.

なお、以上のマイクロレンズ310Bは、エンボス加工などによって断面で見たときU字状のレンズを形成した後、当該レンズの窪みに蛍光体35を配設することによって形成することができる。   The microlens 310B described above can be formed by forming a U-shaped lens when viewed in cross section by embossing or the like and then disposing the phosphor 35 in the depression of the lens.

以上の発光装置1Bによれば、上記第1の実施形態における発光装置1と同様の効果を得ることができるのは勿論のこと、マイクロレンズアレイ31における各マイクロレンズ310Bは蛍光体素子3Bの内部に焦点を有しており、蛍光体35はマイクロレンズ310Bの焦点の近傍に局在するので、青色光を確実に蛍光体35に当てて黄色光を生じさせることができる。従って、蛍光体35を蛍光体素子3に均一に分散させる場合と比較して、蛍光体35の量を減らすことができるため、製造コストを低減することができる。また、黄色光の発光点を光軸方向と直交方向に揃えることができるため、出射光に対する光学的な制御を容易化することができる。   According to the light emitting device 1B described above, it is possible to obtain the same effect as that of the light emitting device 1 in the first embodiment, and each microlens 310B in the microlens array 31 is provided inside the phosphor element 3B. Since the phosphor 35 is localized in the vicinity of the focus of the microlens 310B, yellow light can be generated by reliably applying blue light to the phosphor 35. Accordingly, the amount of the phosphor 35 can be reduced as compared with the case where the phosphor 35 is uniformly dispersed in the phosphor element 3, so that the manufacturing cost can be reduced. In addition, since the light emission points of yellow light can be aligned in the direction orthogonal to the optical axis direction, optical control over the emitted light can be facilitated.

なお、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。   It should be noted that the present invention should not be construed as being limited to the above-described embodiment, and of course can be modified or improved as appropriate.

以下に実施例,比較例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to these.

<試料(1)>
試料(1)の発光装置として、上記第1の実施形態における蛍光体素子3がLEDチップ2の光路上に配設されたものをシミュレーションモデルとして作成した。この蛍光体素子3においては、蛍光体35が均一に分散されており、基板の光入射面300にマイクロレンズアレイ31が形成されている。この試料(1)の構成を図4に示すに、蛍光体素子3はその底面にマイクロレンズアレイ31を有しており、全体がLEDカップ4に納められている。そして、LEDチップ2は、LEDカップ4の底面に埋め込まれている。
<Sample (1)>
As the light-emitting device of the sample (1), the one in which the phosphor element 3 in the first embodiment is arranged on the optical path of the LED chip 2 was created as a simulation model. In this phosphor element 3, the phosphors 35 are uniformly dispersed, and the microlens array 31 is formed on the light incident surface 300 of the substrate. The configuration of the sample (1) is shown in FIG. 4, and the phosphor element 3 has a microlens array 31 on the bottom surface, and the whole is housed in the LED cup 4. The LED chip 2 is embedded in the bottom surface of the LED cup 4.

より詳細には、以下の条件を用いた。   In more detail, the following conditions were used.

蛍光体の粒子屈折率: 1.83
蛍光体の粒子半径: 5μm
蛍光体の粒子密度: 45000個/mm
蛍光体素子の直径: 2mm
蛍光体素子の厚み: 500μm
蛍光体素子側面の光学特性: 完全拡散面
バインダーの屈折率: 1.6
マイクロレンズの厚み: 50μm
マイクロレンズの曲率半径: 70μm
マイクロレンズのピッチ: 140μm
LEDチップのサイズ: 1mm
LEDチップの配光分布: 0〜10度で均一発光、それ以上で強度0
LEDチップとマイクロレンズとの距離: 20μm
以上の発光装置において、蛍光体素子から出射される青色光の出射角度と光強度との関係をシミュレーションによって求めたところ、図5(a)中、「▲」のグラフに示す結果が得られた。ここで、出射角度とは、蛍光体素子の法線に対する角度である。なお、図中「MLA」の略記はマイクロレンズアレイを示す。
Particle refractive index of phosphor: 1.83
Phosphor particle radius: 5 μm
Particle density of phosphor: 45000 / mm 3
Diameter of phosphor element: 2 mm
Phosphor element thickness: 500 μm
Optical characteristics of phosphor element side surface: Complete diffusion surface Refractive index of binder: 1.6
Microlens thickness: 50 μm
Micro lens curvature radius: 70μm
Microlens pitch: 140 μm
LED chip size: 1mm 2
LED chip light distribution: Uniform emission at 0 to 10 degrees, intensity 0 above
Distance between LED chip and microlens: 20 μm
In the above light-emitting device, the relationship between the emission angle of the blue light emitted from the phosphor element and the light intensity was obtained by simulation, and the result shown in the graph of “▲” in FIG. 5A was obtained. . Here, the emission angle is an angle with respect to the normal line of the phosphor element. In the drawing, the abbreviation “MLA” indicates a microlens array.

<試料(2)>
試料(2)の発光装置として、上記試料(1)と同じ発光装置をシミュレーションモデルとして作成し、蛍光体素子から出射される黄色光の出射角度と光強度との関係を求めたところ、図5(a)中、「×」のグラフに示す結果が得られた。その他の条件は上記の試料(1)と同様である。
<Sample (2)>
As the light emitting device of the sample (2), the same light emitting device as the sample (1) was created as a simulation model, and the relationship between the emission angle of yellow light emitted from the phosphor element and the light intensity was determined. In (a), the results shown in the “x” graph were obtained. Other conditions are the same as those of the sample (1).

<試料(3)>
試料(3)の発光装置として、試料(1)の発光装置からマイクロレンズアレイを外した発光装置を用いて青色光の出射角度と光強度との関係を求めたところ、図5(a)中、「◆」のグラフに示す結果が得られた。なお、その他の条件については、上記の試料(1)と同様の条件を用いた。
<Sample (3)>
As a light emitting device of the sample (3), a light emitting device in which the microlens array is removed from the light emitting device of the sample (1) was used to obtain the relationship between the emission angle of blue light and the light intensity. The result shown in the graph of “◆” was obtained. In addition, about the other conditions, the conditions similar to said sample (1) were used.

<試料(4)>
試料(4)の発光装置として、試料(1)の発光装置からマイクロレンズアレイを取った発光装置を用いて黄色光の出射角度と光強度との関係を求めたところ、図5(a)中、「□」のグラフに示す結果が得られた。なお、その他の条件については、上記の試料(1)と同様の条件を用いた。
<Sample (4)>
As a light emitting device of sample (4), a light emitting device in which a microlens array is taken from the light emitting device of sample (1) was used to determine the relationship between the emission angle of yellow light and the light intensity. The results shown in the graph of “□” were obtained. In addition, about the other conditions, the conditions similar to said sample (1) were used.

また、図5(b)は、試料(1)と試料(3)、すなわち、マイクロレンズアレイあり、なしの発光装置の発光状態をCIE色度図のYXY値で示した図である。図5(b)において、各グラフと記号の関係は以下の通りである。FIG. 5B is a diagram showing the light emission state of the light emitting device with and without the sample (1) and the sample (3), that is, with the microlens array, as a YIE value in the CIE chromaticity diagram. In FIG.5 (b), the relationship between each graph and a symbol is as follows.

「▲」試料(1)マイクロレンズアレイありの発光装置のX値
「×」試料(1)マイクロレンズアレイありの発光装置のY値
「◆」試料(3)マイクロレンズアレイなしの発光装置のX値
「□」試料(3)マイクロレンズアレイなしの発光装置のY値
<まとめ>
図5(a)において、青色光は、マイクロレンズアレイあり(試料1)の曲線がマイクロレンズアレイなし(試料3)の曲線を角度25度あたりで上回るようになっている。これは、マイクロレンズアレイの効果により青色光の配光分布が広がったと見ることができる。なお、黄色光ではこのような光度の逆転は起こっていないが、マイクロレンズアレイあり(試料1)のほうが光度が大きくなっている。この現象も、蛍光体で黄色光に変換される青色光がより広い配光分布で発散するため、蛍光体素子内を斜めに通過する青色光が多くなり、その分青色光の蛍光体との遭遇確率が増したためと考えられる。従って、マイクロレンズアレイをLED側に設けることにより、青色光の配光分布が広がり青色光と黄色光の角度依存性が小さくなったことが分かる。
“▲” sample (1) X value of light emitting device with microlens array “×” sample (1) Y value of light emitting device with microlens array “◆” sample (3) X of light emitting device without microlens array Value “□” Sample (3) Y value of light emitting device without microlens array <Summary>
In FIG. 5A, the blue light is such that the curve with the microlens array (sample 1) exceeds the curve with no microlens array (sample 3) at an angle of about 25 degrees. This can be seen as a distribution of blue light spread by the effect of the microlens array. In yellow light, such a reversal of light intensity does not occur, but the light intensity is larger in the case of the microlens array (sample 1). This phenomenon is also caused by the fact that blue light that is converted into yellow light by the phosphor diverges with a wider light distribution, so that more blue light obliquely passes through the phosphor element, and the amount of blue light that is compared with the phosphor of the blue light. This is probably because the encounter probability has increased. Therefore, it can be seen that by providing the microlens array on the LED side, the light distribution of blue light is broadened and the angle dependency of blue light and yellow light is reduced.

また、図5(b)においては、マイクロレンズアレイなしのX値、Y値の曲線は角度10〜40度あたりの傾きが急峻であるに対し、マイクロレンズアレイありのX値、Y値の曲線はなだらかになっている。また、角度10度と角度40度における各曲線のCIE値の差は、明らかにマイクロレンズアレイありのほうが小さくなっている。従って、マイクロレンズアレイがある発光装置のほうが角度依存性が小さく、色ずれが少なくなっていると言える。   In FIG. 5B, the curve of the X value and Y value without the microlens array has a steep inclination at an angle of 10 to 40 degrees, whereas the curve of the X value and Y value with the microlens array is steep. It has become gentle. In addition, the difference between the CIE values of the curves at an angle of 10 degrees and an angle of 40 degrees is clearly smaller with the microlens array. Therefore, it can be said that the light emitting device with the microlens array has less angle dependency and less color shift.

以上より、蛍光体素子の光入射面にマイクロレンズアレイを形成することにより、黄色光の配光分布に対して青色光の配光分布を近づけることができるため、従来と比較して色ずれを低減できることが分かった。   As described above, by forming a microlens array on the light incident surface of the phosphor element, the light distribution of blue light can be made closer to the light distribution of yellow light. It was found that it can be reduced.

1 発光装置
2 LEDチップ(LED)
3 蛍光体素子
30 基板
31 マイクロレンズアレイ
35 蛍光体
300 光入射面
301 光出射面
310 マイクロレンズ
1 Light Emitting Device 2 LED Chip (LED)
3 Phosphor element 30 Substrate 31 Micro lens array 35 Phosphor 300 Light incident surface 301 Light exit surface 310 Micro lens

Claims (8)

第1の所定波長の光を出射するLEDと、
前記第1の所定波長の光を第2の所定波長の光に変換する蛍光体を含有するとともに、前記LEDからの出射光の光路上に配設された透光性の蛍光体素子とを備え、
前記蛍光体素子を透過した前記第1の所定波長の光と、前記蛍光体で生じた前記第2の所定波長の光とを重ね合わせて出射する発光装置において、
前記蛍光体素子は、
基板と、
前記基板の光入射面に形成されたマイクロレンズアレイとを有することを特徴とする発光装置。
An LED that emits light of a first predetermined wavelength;
A phosphor that converts the light having the first predetermined wavelength into light having the second predetermined wavelength, and a translucent phosphor element disposed on the optical path of the light emitted from the LED. ,
In the light emitting device that emits the light having the first predetermined wavelength transmitted through the phosphor element and the light having the second predetermined wavelength generated in the phosphor in an overlapping manner,
The phosphor element is
A substrate,
And a microlens array formed on the light incident surface of the substrate.
請求項1に記載の発光装置において、
前記蛍光体は、
前記マイクロレンズアレイよりも、前記基板側に配設されていることを特徴とする発光装置。
The light-emitting device according to claim 1.
The phosphor is
A light-emitting device, which is disposed closer to the substrate than the microlens array.
請求項2に記載の発光装置において、
前記マイクロレンズアレイにおける各マイクロレンズは、
前記蛍光体素子の内部に焦点を有しており、
前記蛍光体は、
前記マイクロレンズの焦点の近傍に局在することを特徴とする発光装置。
The light-emitting device according to claim 2.
Each microlens in the microlens array is
Having a focal point inside the phosphor element;
The phosphor is
A light-emitting device that is localized near the focal point of the microlens.
請求項3に記載の発光装置において、
前記蛍光体は、
前記LEDの出射光の光軸に対して略直交する方向に不連続となるように局在化されていることを特徴とする発光装置。
The light emitting device according to claim 3.
The phosphor is
The light emitting device is localized so as to be discontinuous in a direction substantially orthogonal to the optical axis of the emitted light of the LED.
請求項4に記載の発光装置において、
前記蛍光体が、前記基板の光入射面側に端面を有する略半楕円体状に局在化されていることを特徴とする発光装置。
The light-emitting device according to claim 4.
The light emitting device, wherein the phosphor is localized in a substantially semi-ellipsoidal shape having an end surface on the light incident surface side of the substrate.
請求項3に記載の発光装置において、
前記蛍光体は、
前記LEDの出射光の光軸に対して略直交する方向に層状に局在化されていることを特徴とする発光装置。
The light emitting device according to claim 3.
The phosphor is
A light emitting device characterized by being localized in a layered manner in a direction substantially perpendicular to the optical axis of the emitted light of the LED.
請求項1〜5の何れか一項に記載の発光装置において、
前記第1の所定波長の光および前記第2の所定波長の光はそれぞれ可視光であり、互いに補色関係にあることを特徴とする発光装置。
In the light-emitting device as described in any one of Claims 1-5,
The light of the first predetermined wavelength and the light of the second predetermined wavelength are visible light and have a complementary color relationship with each other.
請求項1〜7の何れか一項に記載の発光装置において、
前記第1の所定波長の光は、青色光であり、
前記第2の所定波長の光は、黄色光であることを特徴とする発光装置。
In the light-emitting device as described in any one of Claims 1-7,
The light of the first predetermined wavelength is blue light;
The light of the second predetermined wavelength is yellow light.
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