TWI518950B

TWI518950B - Lighting device

Info

Publication number: TWI518950B
Application number: TW101140995A
Authority: TW
Inventors: Yoshifumi Sekiguchi; Choichiro Okazaki; Hiroaki Takaki
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2011-12-02
Filing date: 2012-11-05
Publication date: 2016-01-21
Also published as: JP2013118235A; TW201342669A; CN103137829A

Description

照明裝置

本發明關於照明裝置。

近年來，LED(Light Emmitting Diode，發光二極體)大多作為照明裝置之光源而被使用。LED比起白熱燈泡或螢光燈具有低消費電力之特徵，為納入環保考量之光源。

使用LED的光源，係藉由形成透鏡來改良光學特性。專利文獻1揭示使用LED的裝置。專利文獻2揭示關於透鏡。

[先行技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]特開2004-172586號公報

[專利文獻2]特開2008-222828號公報

可考慮藉由透鏡之形成來提升光之取出效率。專利文獻1及專利文獻2對於光之取出效率提升用的透鏡形狀、其形成方法以及構成構件之濃度比率並未有具體的記載。本發明之目的，係在使用LED的光源中，將提升光之取出效率為目的的透鏡形成於光源者。

照明裝置，係具有：基板；LED，被裝配於上述基板上；螢光體，用於吸收上述LED所發射之光之至少一部分並轉換為長波長之光；螢光體層，係由含有上述螢光體的樹脂構成；及透鏡，係由螢光體之濃度低於上述螢光體層的樹脂或無螢光體的樹脂構成；其特徵為：於上述螢光體層與上述透鏡係含有填充劑(filler)；比起上述螢光體層所含有的填充劑之重量濃度，上述透鏡所含有的填充劑之重量濃度係較大。

依據本發明之構成，可以提供在使用LED的光源中，於上述光源形成有可以提升光之取出效率的透鏡之照明裝置。

<第1實施形態>

圖1(a)係表示本發明第1實施形態之照明裝置之構成說明之正面圖，係由裝配LED3的基板2之法線方向看到的圖。圖1(b)為圖1(a)記載之A-A’之斷面圖。以下稱呼於基板2裝配著LED3的面為裝配面。

含有螢光體5的樹脂12A、亦即螢光體層7係將 LED3由其外側予以覆蓋而進行密封，該螢光體5係用於吸收LED3之發射光之至少一部分並轉換為長波長之光者。螢光體層7，係為了抑制螢光體5之沈降，提高螢光體層7之黏度而含有填充劑6A。

線狀之透鏡8，係沿著和基板2之長邊方向呈略平行而配置成為線狀的LED3被配置，配置成為線狀的LED3與線狀之透鏡8係成為一組，4個透鏡係於基板2之短邊的略平行方向被並列配置。由如圖1(b)所示斷面看時，透鏡8係成為略半楕圓狀或略半圓狀之形狀。

透鏡8，係由含有填充劑6B的樹脂12B形成。透鏡8之含有填充劑6B之理由，係為了提高透鏡之形成用樹脂之黏性至某一程度。使一般大小(1μm~10μm左右之大小)之填充劑含於樹脂而提高樹脂之黏性時，基於填充劑之散射會導致透鏡無法達成所要之性能之問題。如後述說明，本發明係藉由縮小填充劑6B之平均粒徑而解決該課題。

又，填充劑6A、6B為具有透過性之填充劑。本發明中填充劑6A、6B，較好是於可視光之波長範圍，或在大致包含LED之發光峰值與視感度(相對視感度於555nm出現峰值)之峰值的範圍、亦即440nm~600nm之範圍，具有和二氧化矽(SiO₂)同一程度以上之透過率。例如透過率(或全光線透過率)為90%以上乃較好者。透過率高可以減低被填充劑反射的回折光引起的損失。

圖1(c)係圖1(b)所示斷面之一部分之擴大圖。藉由使用接著劑(接著材)22進行基板2與LED3之接著。接著劑22係於接著時會擴展，因此不僅於基板2與LED3之間，亦被貼合於LED3之側面而形成接著劑層。該接著劑亦有包含填充劑6C，填充劑6C為構成接著劑所必要的材料(接著劑之一部分)，係接著劑層內之填充劑。又，為提高熱傳導率而有使用不透明(無透過性者)之填充劑6C。另外，大多數之情況下，平均粒徑為μm等級。又，接著劑22為非常薄的層，因此於該圖以外之說明被省略。

又，為求簡便而將透鏡8之樹脂12硬化前之狀態、亦即含有填充劑6B的樹脂12B稱為透鏡樹脂。於本實施形態係將螢光體層7與含於透鏡8的填充劑6A、6B設為同一材料。藉由設為同一材料，所達成的效果為在不增加材料數之情況下可以形成透鏡8。材料數增加會造成成本增加或製造工程複雜化等之缺點。填充劑6A、6B可考慮二氧化矽(SiO₂)，氧化鋁(Al₂O₃)，氮化鋁(AlN)等各種微粒子。於本實施形態係說明使用二氧化矽(SiO₂)作為填充劑6A、6B，使用平均粒徑為10nm之粒子。填充劑6A、6B之平均粒徑設為奈米等級，係為了縮小散射斷面積，減少散射引起的損失。詳細如後述。

又，螢光體層7與透鏡8係將樹脂12A、12B設為同種(本實施形態係設為矽酮樹脂)。其理由不僅考慮到元件數量之減低，亦考慮到螢光體層7與透鏡8之接著容易性。

另外，於本實施形態，於螢光體層7與透鏡8係將樹脂12A、12B及填充劑6A、6B設為同種之物，而且，將填充劑6A、6B之平均粒徑設為同等之物。其理由為不希望在螢光體層7與透鏡8之界面基於材料之折射率差不同而引起不必要的反射。光由螢光體層7射出至透鏡8時，若螢光體層7側與透鏡8側存在折射率差，則於螢光體層7與透鏡8之界面會引起反射，一部分之光會折回螢光體層7，該一部分會因為存在於螢光體層7內的螢光體5或反射材等吸收光而造成損失的物質而被損失。因此，減少螢光體層7與透鏡8之界面之折射率差，意味著可抑制光損失而提高效率。填充劑使用一般大小(1μm~10μm左右之大小)之填充劑時，螢光體層7與透鏡8中之樹脂12A、12B設為同一時，於螢光體層7與透鏡8之界面兩側之折射率成為相等，不會產生不必要的反射。但是，如本實施形態使用平均粒徑為奈米等級之填充劑時，螢光體層7與透鏡8中之填充劑6A、6B亦設為同種之物，另外，彼等填充劑6A、6B之平均粒徑若不是大略相等，於螢光體層7與透鏡8之界面會產生折射率差，引起不必要的反射。其理由為，含有比起光之波長小的填充劑的樹脂之折射率，除了受到樹脂單體之折射率影響以外，亦受到填充劑之折射率之影響。

圖2係表示簡單說明現象之概念圖。於圖2係表示填充劑之體積濃度〔vol%〕與含有填充劑的樹脂之折射率間之關係圖。此時，填充劑之平均粒徑係設為小於光之波長。使用LED的照明裝置之發射光之波長大略為400nm~800nm之範圍之波長。因此，於樹脂含有小於平均粒徑400nm的填充劑時，對於使用LED的照明裝置之發射光之大略全部之波長會產生圖2所示現象。圖2之橫軸係表示填充劑之體積濃度〔vol%〕，縱軸係表示含有填充劑的樹脂之折射率。圖2中之實線係表示填充劑之折射率高於樹脂單體之折射率時的填充劑之體積濃度與含有填充劑的樹脂之折射率間之關係。填充劑之折射率高於樹脂單體之折射率時，含有填充劑的樹脂之折射率對於填充劑之體積濃度係呈單調遞增。另外，填充劑之折射率低於樹脂單體之折射率時，如圖2中之虛線所示，含有填充劑的樹脂之折射率對於填充劑之體積濃度係呈單調遞減。本實施形態中填充劑6A、6B係使用二氧化矽。二氧化矽之折射率在視感度高的光之波長550nm附近為1.46左右。又，作為樹脂12A、12B使用的矽酮樹脂之折射率大約為1.41~1.51左右。因此，可依據矽酮樹脂之選択，而使含有二氧化矽的矽酮樹脂之折射率相對於二氧化矽之體積濃度呈單調遞增或單調遞減。

於此，圖2中之實線及虛線所示填充劑之體積濃度〔vol%〕與含有填充劑的樹脂之折射率間之關係係以直線表示，但不限定於此亦有可能是曲線。圖2係針對現象作定性說明之圖。

如圖2之說明，比起光之波長小的含有填充劑的樹脂之折射率，係除了樹脂單體之折射率以外亦受到填充劑之折射率之影響。因此，較好是將螢光體層7與透鏡8內之填充劑6A、6B之折射率亦設為相等。例如彼等填充劑6A、6B之折射率設為不同時，如圖2之實線或虛線所示含有填充劑的樹脂之折射率對於體積濃度之依存性，在螢光體層7與透鏡8中係呈不同，因此難以將螢光體層7與透鏡8之折射率設為相等。另外，欲將體積濃度設為相等而設定折射率成為相等時，可將螢光體層7與透鏡8內之填充劑之平均粒徑設為相等。現實上，第一係針對螢光體層7與透鏡8設定填充劑成為同種者而使填充劑之折射率成為相等，另外，設定填充劑之平均粒徑成為大略相等，而將含有填充劑的樹脂的大體上之折射率設為相等。於該情況下，可以簡單調整添加的填充劑之重量濃度而進行含有填充劑的樹脂之折射率之微調整，此為較好。因此，於螢光體層7與透鏡8設定樹脂12A、12B及填充劑6A、6B成為同種之物，而且，設定填充劑6A、6B之平均粒徑成為大略同等之物，如此則，可減少螢光體層7與透鏡8之界面之折射率之差，可達成抑制光損失、提升效率之效果。

又，折射率亦表示波長依存性，例如以對於高視感度的光波長550nm之折射率，或者對於D線(589nm)、F線(486nm)、C線(656nm)、照明用的藍色LED之大略峰值波長450nm等作為照明被使用的波長範圍之波長的折射率，作為填充劑6A、6B與樹脂12A、12B之折射率之代表值予以設定亦可。通常大多以對於高視感度的光波長550nm附近之波長、例如D線(589nm)的折射率作為代表值予以使用，因此，以對於高視感度的光波長550nm附近之波長的折射率作為代表值予以使用乃便利者。

於本實施形態係說明藉由分配器將透鏡樹脂塗布成為線狀而形成透鏡8之例。藉由分配器將透鏡樹脂塗布成為線狀時，塗布開始位置(塗布始點18)之透鏡形狀變粗。另外，塗布終了位置(塗布終點19)之透鏡形狀亦有變粗或變細時(大抵上為變粗)。透鏡端部20係比起螢光體層7位於更外側，於螢光體層7與透鏡8重疊之區域透鏡8之粗細係成為為大略一定。

堤偃構件(dam)17為白色之樹脂。堤偃構件17，係於生產工程中熱硬化時，為了使未硬化的螢光體層7保持於覆蓋LED3之外側的所要之狀態，為了抑制螢光體層7之流動擴散而存在。亦即，堤偃構件17係作為防止螢光體層7之流動擴散之堤偃之功能。

為了方便而有將由基板2、裝配於基板2上的LED3、螢光體層7、及透鏡8等構成的系列稱為LED基板4。

以下，參照圖3說明本技術對於光取出效率之提升。圖3(a)為無透鏡時之圖，圖3(b)為有透鏡時之圖。如圖3(a)所示，無透鏡時，螢光體層7之樹脂12A之和空氣之界面為扁平的平面，對於平面之法線方向以較臨界角更寬之角度射入界面的光，係藉由全反射而被反射。

螢光體5，係將射入光之一部分轉換為長波長之光而發光，其他之一部分變為熱而損失，其餘則散射掉。因此，射入螢光體5的光之一部分係變為熱而損失。光線追跡例Ray1，係表示在螢光體層7之樹脂12A與空氣之界面被反射，被螢光體5吸收而損失之例。

又，其他之吸收構件之一為基板2。基板2之用於裝配LED3之面為鋁時，反射率為85~95%左右。亦即一部分之光被吸收而損失。光線追跡例Ray2，係表示在螢光體層7之樹脂12A與空氣之界面被反射，被基板2吸收而損失之例。

於圖3(a)所示無透鏡之構成時，在螢光體層7之樹脂12A與空氣之界面被反射而使光返回螢光體層7內，該反射光於螢光體層7內會與吸收光而造成損失的物質產生撞及，而導致光之取出效率減低。

為解決此一課題，如圖3(b)所示將透鏡予以裝配的構造乃有效者。透鏡8，係對應於LED3被配置，如圖3(b)所示，由某一斷面看時係設為略半楕圓狀或略半圓狀之形狀。透鏡8係藉由塗布而製作，因此在考慮透鏡樹脂之黏性與重力與表面張力之關係後決定其形狀。為了在形狀賦予簡單之特徵，而導入透鏡8之寬度W_L與高度H_L。於圖3(b)，係表示半圓狀時。圖3(b)之情況下，係如光線追跡例Ray1及Ray2所示，本實施形態中螢光體層7與透鏡8之折射率設為相等(如上述說明，於螢光體層7與透鏡8將樹脂12A、12B及填充劑6A、6B設為同種之物，而且，將填充劑6A、6B之平均粒徑設為相等，而減低螢光體層7與透鏡8之界面之折射率差)，因此由LED3射出之光於螢光體層7與透鏡8之界面幾乎未引起不必要之反射，可以到達透鏡8與空氣之界面，折射而射出至空氣中。因此，藉由透鏡8之裝配可以抑制折回螢光體層7的反射光，可提升光之取出效率。

如圖3(b)所示，於某一斷面，較好是使LED3之中心與透鏡8之中心一致。但是，LED3與透鏡之位置未特別對應時對於效率之提升亦有效果。

又，如圖3(b)所示，於某一斷面使LED3與透鏡8之數一致乃較好者，但不同時亦有效果。例如圖3(c)所示，LED之數為透鏡8之數之整數倍時，1個透鏡8分別各對應整數個LED。

又，依據實驗與模擬，透鏡8之高度H_L，在透鏡形狀為略半圓程度之高度範圍內較高為較好。

又，關於寬度W_L，透鏡8係在光源視為點光源時可以發揮透鏡之所要性能，因此對光源而言透鏡8較大為較好。因此，寬度W_L越大越好。

又，透鏡內部之光學特性較好是不引起散射。其理由為，射入透鏡8的光引起散射而折回螢光體層7時，一部分之光成為損失，而減低透鏡8之效率提升效果。於本實施形態係將填充劑6B設為二氧化矽，將平均粒徑設為奈米等級之10nm，就是為了抑制散射。設為二氧化矽係因為樹脂12B之矽酮樹脂之折射率(大略為1.4~1.5)與二氧化矽之折射率(大略為1.46)為接近之值，不容易引起散射。又，平均粒徑並非設為廣泛被使用的二氧化矽之微米等級之粒徑，而是設為較小的奈米等級，就是為了縮小散射斷面積，增大光線之平均自由行程。平均自由行程之大小之基準係設為透鏡8之大小。目的係設定平均自由行程成為大於透鏡8之大小而減低透鏡內之填充劑6B引起之散射。藉由分配器等進行透鏡樹脂之塗布而製成透鏡8時，透鏡8之高度H_L為較大的數mm左右。本發明人之實驗中作成的透鏡8之高度H_L為未滿1mm。因此，整體而言係以平均自由行程成為大於1mm的方式來決定平均粒徑。

圖4係表示於矽酮樹脂以大略6.5wt%比例混合二氧化矽時之平均自由行程之計算值。係表示將重量濃度設為一定，變化粒徑時之平均自由行程。橫軸為粒徑〔nm〕，縱軸為平均自由行程〔mm〕。平均自由行程係由1/(數密度×散射斷面積)算出。數密度為和單位體積相當的粒子數。計算時係假設二氧化矽之形狀為球形狀。數密度〔1/mm³〕，係假設矽酮樹脂之比重為1.03g/cm³，二氧化矽之比重為2.2g/cm³，於上記二氧化矽之重量濃度6.5wt%下之計算值。散射斷面積〔mm²〕，係使用米氏散射理論(MIE THEORY)之計算值的。此時，設定二氧化矽之折射率為1.45，矽酮樹脂之折射率為1.41，光之波長為550nm而進行計算。

由圖4可知粒徑大略在小於200nm時，平均自由行程成為大於1mm。另外，在粒徑為100nm時約為10mm，成為透鏡8之大小之約10倍，散射可以被充分抑制。此乃因為在粒徑小於100nm之區域散射斷面積急速變小。在粒徑小於100nm時平均自由行程急速增大，粒徑在20nm以下時則成為極大的平均自由行程。因此，平均粒徑設為200nm以下，較好是設為100nm以下，更好是設為20nm以下。依據本構成可達成之效果為，可以添加填充劑，提升透鏡樹脂之黏度，實現所要之透鏡形成之同時，可以減低光之散射，提升透鏡之性能，提升效率。

本平均自由行程之計算，為求簡單而假設粒子為球狀(當然只要近似球的形狀即可適用。)，非球狀時，平均自由行程與粒徑之傾向亦為大小之問題，因此可考慮為顯現同樣之傾向。又，於圖4，粒徑20nm時之平均自由行程，係粒徑100nm時之約100倍，但是20nm之粒子比起100nm之粒子係更容易凝聚，因此亦有小於100倍的值。但是，在粒徑小於100nm之區域之平均自由行程之急速變化係由散射斷面積之變化引起者，因此粒徑小於100nm時平均自由行程急激變大之傾向並未大幅改變。

又，基於上述平均自由行程與粒徑之理由，填充於螢光體層7的填充劑係將平均粒徑設為200nm以下，較好是設為100nm以下，更好是設為20nm以下。螢光體層7亦要求抑制多重散射引起的效率減低乃較好者。總而言之，具有透鏡8的光學系之中，光係經由透鏡8予以取出，散射引起的光之取出成為不必要，因此較好是抑制螢光體層7之光散射。

螢光體層7之厚度通常為0.5~1mm左右。厚度之下限取決於LED3之大小。因此，平均自由行程大於1mm時，成為大於螢光體層7之厚度，螢光體層7不因填充劑6A而產生散射，由螢光體層射出的光會增加，效率可以提升。

另外，和透鏡8同樣，填充於螢光體層7的填充劑6A之大小係使用奈米等級的填充劑，據此而抑制螢光體層內之散射，此係如圖2相關的現象之說明般，於螢光體層7與透鏡8係將樹脂12A、12B及填充劑6A、6B設為同種之物，而且，將填充劑6A、6B之平均粒徑設為同等之物，如此則可以減低螢光體層7與透鏡8之界面之折射率之差，可以減低螢光體層7與透鏡8之界面之反射，可以提升效率，因此亦可以適用。因此，螢光體層7與透鏡8之填充劑使用奈米等級大小之填充劑，不僅可抑制個別構件中之散射，亦可抑制構件間之界面之反射，可以更進一步提升效率。

接著，說明透鏡內之填充劑6之濃度與效率之關係。表1係表示填充劑濃度，平均自由行程，透鏡高度，透鏡寬度及效率之關係。使用平均粒徑約10nm之填充劑6進行實驗。平均自由行程為粒徑10nm之值。實際上雖存在粒度分布，但是以平均粒徑作為代表。效率係以填充劑濃度4.8wt%時之值為基準之1，而表示相對的值。螢光體層7之厚度約1mm。

由表1可知，藉由設定填充劑濃度為4.8wt%~6.5wt%，則透鏡高度可以呈現約2.4倍。此乃因為4.8wt%左右之低填充劑濃度時，對於透鏡寬度W_L，僅能形成高度H_L成為1/10左右之扁平透鏡，但是藉由提高數%而至6.5wt%的填充劑濃度，則黏性對於透鏡形成成為充分之區域，而可獲得高的透鏡形狀。

另外，平均自由行程在4.8wt%時較好。但是，於任一濃度時，平均自由行程為7376mm及5317mm，比起透鏡高度(<1mm)均為非常大，因此填充劑之散射對於效率之影響在兩者幾乎沒有變化。反映此而可獲知在可獲得較高透鏡形狀的6.5wt%之情況下，效率為較好。

又，於獲得表1結果的實驗中，LED3與透鏡8之配置，係如圖3(b)所示，於某一斷面，LED3之中心與透鏡8之中心並未配置成為一致。LED3與透鏡之位置係成為未特別對應的狀態。使LED3之中心與透鏡8之中心一致時，透鏡8之效果變為更大。因此，透鏡8之性能差異將大幅反映於效率提升上。因此，對應於LED3而形成透鏡8時，比起4.8wt%之情況下，6.5wt%之情況下透鏡之性能較高，亦即6.5wt%之情況下之效率比(以填充劑濃度4.8wt%時之效率為基準之1而予以規格化的效率之相對值)成為更大。

另外，即使填充劑濃度設為4.8wt%，雖為扁平但乃可形成透鏡，效率可以提升。但是，填充劑濃度為4.8wt%之情況下透鏡之有、無時之效率提升幅度為未滿1%，填充劑濃度比起4.8wt%濃度更減低時，效率提升效果變為幾乎不存在。因此，就效率提升效果考量時填充劑濃度之下限大略為4.8wt%。

因此，填充劑之平均粒徑為10nm左右之奈米等級之情況下，透鏡之填充劑濃度較好是大於4.8wt%，6.5wt%左右以上更好。但是，就製造觀點而言，含有6.5wt%之填充劑的樹脂幾乎無流動性而難以處理，因此大於6.5wt%的濃度，例如倍之13wt%等之處理限界為可以考慮者。因此，加上製造觀點之考量，則濃度之上限為13wt%左右，最佳濃度為6.5~10wt%左右。

另外，螢光體層7之填充劑之平均粒徑亦設為10nm左右之奈米等級時，螢光體層7內之填充劑6A之濃度，和透鏡形成時同樣設為高濃度時，藉由分配器進行塗布時，含有螢光體5的樹脂無法於堤偃構件17包圍的區域內均一擴散之課題存在。因此，螢光體層7之填充劑6A之濃度，較好是設為能抑制螢光體5之沈降的最小限濃度。依據本發明人之之實驗，填充劑之平均粒徑為奈米等級之情況下，螢光體層7之填充劑6A之濃度在0.5wt%~3wt%左右即可。因此，填充劑之平均粒徑為奈米等級之情況下，螢光體層7之填充劑6A之濃度必須小於透鏡之填充劑濃度，較好是大約未滿一半。

又，換言之，填充劑之平均粒徑為奈米等級之情況下，透鏡形成之必要的填充劑之濃度，係高於抑制螢光體之沈降所必要的填充劑之濃度。

另外，螢光體層7之填充劑濃度之減低，意味著螢光體層內之填充劑6A引起的散射之減減，有助於效率之提升效果。

正如圖2之現象說明，欲藉由螢光體層7與透鏡8之界面之折射率差之減低，來減低螢光體層7與透鏡8之界面之反射，提升效率時，係將螢光體層7與透鏡8中之樹脂12A、12B及填充劑6A、6B設為同種之物，而且，將填充劑6A、6B之平均粒徑設為同等之物，此外，藉由將添加的填充劑之重量濃度設為相等，則大體上可以消除螢光體層7與透鏡8之界面之折射率之差。但是，實用上即使該重量濃度有些微差異時，該重量濃度之差異對效率的影響亦小於透鏡之效果。

又，於螢光體層7與透鏡8，當樹脂12A、12B之折射率小於填充劑6A，6B之折射率，透鏡8內之填充劑之濃度高於螢光體層7內之填充劑之濃度時，比起螢光體層7，透鏡8之折射率會變高(參照圖2)。光由折射率低之側射入高之側時不會引起全反射。因此，樹脂12A、12B之折射率小於填充劑6A、6B之折射率，透鏡8內之填充劑之濃度高於螢光體層7內之填充劑之濃度時，光由螢光體層7射入透鏡8時不會產生全反射，可以抑制反射所導致的效率減低。例如填充劑6A、6B使用二氧化矽時，樹脂12A、12B可以使用折射率較二氧化矽低的矽酮樹脂。

又，另一情況下，亦有言及透鏡8之形成用樹脂12B與螢光體層7之形成用樹脂12A為不同樹脂時。透鏡8之形成用樹脂12B之折射率，大於螢光體層7之形成用樹脂12A之折射率時，係將透鏡8含有的填充劑之折射率設為低於透鏡8之形成用樹脂12B之折射率。於該情況下，實質上透鏡8之折射率會減低，而接近螢光體層7之折射率，效果為可抑制螢光體層7與透鏡8之折射率差引起的光由螢光體層7射入透鏡8時之反射而產生的效率減低。

又，透鏡8之形成用樹脂12B之折射率大於螢光體層7之形成用樹脂12A之折射率時，和將透鏡8所含有的填充劑之折射率設為小於透鏡8形成用樹脂12B之折射率比較，將透鏡8之填充劑濃度設為大於螢光體層7之填充劑濃度時，係更能夠縮小透鏡8與螢光體層7之折射率差。

以下說明另一情況。透鏡8之形成用樹脂12B之折射率小於螢光體層7之形成用樹脂12A之折射率時，較好是將透鏡8所含有的填充劑之折射率設為大於透鏡8之形成用樹脂12B之折射率。此情況下，實質上透鏡8之折射率會上升，而接近螢光體層7之折射率，可達成的效果為，可以抑制螢光體層7與透鏡8之折射率差引起的光由螢光體層7射入透鏡8時之反射造成的效率減低。

又，透鏡8之形成用樹脂12B之折射率設為小於螢光體層7之形成用樹脂12A之折射率時，相較於將透鏡8所含有的填充劑之折射率設為大於透鏡8之形成用樹脂12B之折射率，將透鏡8之填充劑濃度設為大於螢光體層7之填充劑濃度時，係更能縮小透鏡8與螢光體層7之折射率差。

依據本檢討，填充劑之平均粒徑為奈米等級之情況下，螢光體層7之填充劑之濃度在0.5wt%~3wt%，透鏡8內之填充劑濃度大於4.8wt%，小於13wt%，6.5wt%左右之情況下乃最佳條件。

又，透鏡之散射會導致透鏡之性能劣化而僅可能予以縮小。因此雖可考慮縮小填充劑之平均粒徑，但在兼顧成本及螢光體5之沈降抑制下，螢光體層7與透鏡8內之填充劑2者同時設為奈米等級亦有無法達成之情況。此時，散射引起的透鏡之性能劣化對於效率之影響較大，將透鏡8所含有的填充劑之平均粒徑設為小於螢光體層7所含有的填充劑之平均粒徑乃較好者。

又，如本實施形態之藉由分配器將透鏡樹脂塗布成為線狀而形成線狀之長的透鏡8時，塗布始點18之透鏡形狀會變粗。又，塗布終點19之透鏡形狀有變粗或變細之情況(大抵上係變粗)。

另外，如圖1(a)所示，透鏡存在著複數個，彼等透鏡呈略平行配置。塗布始點18所對應的透鏡端部20會變粗而無法如中央附近般成為漂亮之透鏡，大多情況下會導致在中央部無法獲得透鏡之性能。另外，藉由熱硬化實施透鏡之硬化時，加熱時透鏡之黏度會減低。因此，透鏡之寬度W_L變寬。該時，隣接的透鏡端部20接觸時會發生擠壓而使透鏡端部20之形狀變形。

因此，透鏡端部20係至少配置於較高發光強度的LED3之配置區域更外側，較好是配置於較發光面、亦即螢光體層7之更外側。藉由此一配置，可以減低透鏡端部之影響，可以減低性能之變動或劣化。塗布始點18或塗布終點19，係在透鏡端部20附近膨大的處所之大致中心部。將該塗布始點18至少配置於比起發光強度高的LED3被配置的區域之更外側。

透鏡端部20被配置於比起螢光體層7更外側時，例如即使透鏡端部20之一部分或全部因為擠壓而連接時，至少在發光強度高的LED3被配置的區域，透鏡形狀例如只要是略半圓形等之漂亮形狀，則對於效率之影響會變小。

<第2實施形態>

圖5係表示本發明第2實施形態之照明裝置之構成說明之正面圖，係由裝配著LED3的基板2之法線方向看到的圖。和第1實施形態不同的點在於透鏡8之形狀。於第1實施形態，係藉由分配器將透鏡樹脂描繪成為4條略平行之線狀。於本實施形態則使用分配器以1筆描繪透鏡樹脂。在和發光面之螢光體層7重疊的部分，係和第1實施形態同樣的透鏡形狀，並列著4條略平行之線狀透鏡。透鏡端部20係比起螢光體層7位於更外側，在螢光體層7與透鏡8重疊的區域透鏡8之粗細係成為大略一定而被形成。本實施形態中，係以1筆描繪，在描繪偶數條之線狀之透鏡時，塗布始點18與塗布終點19位於同一側。描繪奇數條之線狀之透鏡時塗布始點18與塗布終點19係位於不同側。透鏡8以1筆描繪時，比起分為複數次描繪時可以縮短工程時間。各描繪複數條線狀之透鏡8時，和各描繪1條時比較可以縮短工程時間。本實施形態中，透鏡端部20或變粗或變細為不定形。透鏡端部20，不如中央附近之漂亮之透鏡8。因此，任一透鏡端部20，至少係被配置於比起發光強度高的LED3之配置區域更外側，較好是配置於比起發光面、亦即螢光體層7之更外側。藉由該配置，可以減低透鏡端部20之影響，可以減低性能之變動或劣化。塗布始點18或塗布終點19，係於透鏡端部20附近膨脹處之大約中心部。使該塗布始點18比起至少發光強度高的LED3之配置區域之更外側。

透鏡端部20比起螢光體層7被配置於更外側時，例如即使透鏡端部20之一部分或全部擠壓時，至少在發光強度高的LED3之配置區域透鏡形狀例如只要是大略半圓形等之良好的形狀，對效率造成之影響不會很大。

<第3實施形態>

圖6係表示本發明第3實施形態之照明裝置之構成說明圖，係表示將第1實施形態說明的LED基板4，作為燈泡之光源予以裝配之例。圖6係斜視圖，關於燈罩13係以內部可被觀看的外形予以描繪。照明裝置1大致係由LED基板4，燈罩13，框體14，燈頭15，及電源電路16(未圖示被配置於框體14內)構成。

燈罩13係由玻璃材料或透光性之樹脂等製作，具有擴散性。燈罩13係使來自LED基板4之光擴散並射出，具有抑制光之不均勻性的機能。燈頭15係將燈泡嵌入照明器具取得電連接的部位。電源電路16係對LED基板4進行電力供給。基於複雜之故，圖6之LED基板4僅揭示略平行並列的4個透鏡8，螢光體層7與基板2。

外部透鏡21，係使由LED基板4射出的光(螢光體層7或透鏡8之射出光)之進行方向變更，而使來自燈罩13之射出光構成為燈泡之適當之配光之構件。外部透鏡21可以對應於燈泡之規格而配置或未被配置。本實施形態之說明係以使燈罩13之射出光僅可能以廣角射出為目的而將外部透鏡21予以裝配之例。廣角射出係表示，以由基板2之法線方向起之角度作為極角(polar angle)予以設定時，朝極角較大的方向例如70~90度方向之射出。又，白熱燈泡係在比起極角90度更大的角度(大略為150度，配光角300度)亦能射出光，因此作為使用LED的燈泡亦有要求同樣之配光特性。又，作為燈泡重要者為在和基板2之裝配面呈平行的面內需要呈現等方性。

使用直線狀之透鏡8的課題在於，在透鏡8之長邊方向及與該方向呈垂直方向的射出角度分布係呈現不同，因此來自LED基板4之射出角度分布，在和基板2之裝配面呈平行的面內係成為非等方性。

外部透鏡21，係為緩和該非等方性，而在透鏡8之長邊方向及與該方向呈垂直方向，係將外部透鏡21之透鏡形狀設為不同形狀。亦即，在和透鏡8之長邊方向呈平行的斷面之透鏡形狀，與在和該該長邊方向呈垂直方向的平行斷面之透鏡形狀，係設為不同而可對來自LED基板4之非等方性射出分布進行補正的透鏡。

又，在和線狀之透鏡8之長邊方向呈垂直方向的光之射出角度分布，比起無透鏡8時會有變窄之傾向。此情況下，外部透鏡21，在長邊方向的垂直方向係成為以較長邊方向更廣角的方式射出光的形狀。例如在長邊方向的垂直方向之外部透鏡21之形狀，比起長邊方向之外部透鏡21之形狀係成為更扁平的形狀。該扁平形狀係指，例如外部透鏡21設為楕圓體(之一半)時，短軸成為長邊方向，長軸成為和長邊方向垂直的方向。主要係為了使長軸比起楕圓之短軸，在透鏡之射出面(光由透鏡射出空氣中的面)比起透鏡內部可以使射入光更朝外側(極角較大之側)折射。又，欲使光以廣角射出，而使外部透鏡21之中心部成為凹陷的形狀。其理由為，由LED基板4到達透鏡中心部下側附近的光，對於透鏡中心部之射出面，係以極角0度左右射入。使以極角0度射入的光朝外側(極角較大之側)折射的方式而將透鏡之射出面予以傾斜時，光可以廣角射出。因此，欲使光以廣角射出時，係使透鏡之中心部具有某一傾斜。使該傾斜由中心朝外側連續地呈連接，則透鏡之中心部成為凹陷的形狀。

又，以上說明的實施形態，可以適用於取代長尺螢光管的LED之直管型照明裝置或使用LED的吸頂照明燈(Ceiling Light)等各樣之照明器具。

<第4實施形態>

圖7(a)及(b)係本發明第4實施形態之照明裝置之構成說明之正面圖，係由裝配LED3的基板2之法線方向看到的圖。圖7(c)為圖7(a)及(b)之A-A’之斷面圖。圖7(d)為圖7(c)之變形例。

圖7(a)及(b)係表示由正面方向看到的透鏡8及螢光體層7之配置之2個例。為了簡單表示配置圖而僅標記螢光體層7與堤偃構件17及基板2。

圖7(a)係由正面看到的以大略圓狀配置的透鏡8與螢光體層7。如圖7(c)所示，螢光體層7係配置於LED3之外側，含有螢光體5與填充劑6A。透鏡8係含有填充劑6B。關於材料之組成比等，未特別說明之情況下係和第1實施形態之說明同樣。

本構成，係對於基板2之中心，在和基板2之裝配面呈平行的面內可獲得等方性射出角度分布之構成。如第3實施形態之說明，以直線狀將透鏡配置時，在長邊方向與和其垂直的方向之射出特性係呈現不同，來自LED基板4 之射出角度分布係在基板2之裝配面內成為非等方性。因此，本實施形態中係使在基板2之裝配面內成為等方性，以包圍基板2之中心的方式來形成透鏡8與螢光體層7，而緩和基板2之裝配面內之非等方性。

於圖7(a)，係以大略圓狀將透鏡8與螢光體層7予以配置，但不限定於此，只要具有包圍基板2之中心的透鏡形狀即可改善非等方性。例如可考慮四角或六角等多角形及楕圓等多樣之形狀。又，於一周圍之間未必一定須完全連接。基於連接器等之關係而切斷一部分亦可。又，例如圖7(b)所示，亦可以島狀形成透鏡8與螢光體層7。呈點狀之島狀透鏡係以包圍基板之中心的方式而配置之構成，可以改善非等方性的構成。

又，本構成之特徵之一，係例如圖7(b)中之箭頭B，C所示，由基板之外側看內側(圖7(b)為中心)時之透鏡形狀，係複數透鏡呈大致相等者。

又，藉由分配器進行塗布而形成透鏡時，在和為了透鏡之描画而移動分配器的描画方向呈大致垂直的斷面，雖可形成大略楕圓或大略圓狀之透鏡，但是在描画方向之大致平行的斷面無法形成透鏡。因此，予以分配器進行塗布來形成透鏡，而透鏡相對於透鏡中心呈分旋轉對稱時，如本實施形態般使透鏡包圍基板中心的方式予以配置，則對於非等方性之改善極為有效。

又，於本實施形態係沿基板2之外周配置透鏡8。此係為了擴大照明裝置1之配光角。將LED基板4配置於燈泡等之照明裝置時，發光面越是位於外側，由照明裝置射出的光之配光角越是成為廣角。例如於圖6所示燈泡，在無外部透鏡21時，發光面(螢光體層7)越是位於外側，則來自發光面之光容易直接接觸燈罩13之側面。射入燈罩13之側面的光，經由透過、散射後，光亦可以朝LED基板4之裝配面之法線方向起之角度(亦即極角)比起90度左右更大的角度方向射出。因此，配光角成為廣角。

另外，如圖7(d)所示，藉由無堤偃構件17之構成，配光角可以成為更廣角。其理由為，不僅由螢光體層之射出面7A，由螢光體層之側面7B亦可射出光。由螢光體層之側面7B射出的光，係照射至照明裝置1(例如燈泡)之側面。因此，由照明裝置1之側面發射的光增加，可以朝極角大於90度左右的角度方向射出更多之光。

又，構成為由螢光體層之側面7B射出光時，被堤偃構件17反射而折回螢光體層7的損失的光會減少，效率可以提升。

又，螢光體層之側面7B，並非圖7(d)所示和裝配面呈垂直的面亦可。例如具有傾斜亦可，曲線形狀亦具有擴大配光角之效果。螢光體層之側面7B係和空氣接觸，來自側面7B之射出光不被遮蔽而射出至側面方向之構成乃重要者。亦即，由螢光體層之側面7B使光射出之構成乃重要者。

於本構成之情況下，係取代堤偃構件17，使用氟樹脂等樹脂12不容易黏著之材料之模具形成螢光體層。例如圖1所示堤偃構件17為簡單的四角形之情況下，堤偃構件17之形成不需要花太多時間，但於圖7(a)等之構成，將堤偃構件17塗布成為大略圓狀而製作時需要花時間。因此可使用模具，使螢光體層7流入模具而於短時間簡單製作螢光體層。因此，透鏡以包圍基板中心的方式配置時，無堤偃構件17之構成下，製造工程成為簡單。

但是，如圖1所示簡單的四角形等其他之形狀之情況下，藉由設為由螢光體層之側面7B將光予以射出的構成，可使配光角成為廣角，可提升效率。

又，本實施形態說明的構成，最適合廣範圍配光角之燈泡。

又，以上說明的各實施形態，亦可適用於取代長尺螢光管的LED直管型照明裝置或使用LED的吸頂照明燈等各種照明器具。

又，以上說明的各實施形態記載之「奈米等級」為未滿100nm之意義。例如「平均粒徑為奈米等級」時係指「平均粒徑未滿100nm」之意義。

又，以上說明之各實施形態係表示本發明之說明之具體例，但彼等各實施形態並非用來限定本發明。例如以上之各實施形態中圖示的包含各構件之斷面形狀，只要能滿足該構件應具有的機能即可，必要時可適宜進行設計，而予以最佳化。

1‧‧‧照明裝置

2‧‧‧基板

3‧‧‧LED

4‧‧‧LED基板

5‧‧‧螢光體

6‧‧‧填充劑

7‧‧‧螢光體層

8‧‧‧透鏡

9‧‧‧正電極

10‧‧‧負電極

11‧‧‧導線

12‧‧‧樹脂

13‧‧‧燈罩

14‧‧‧框體

15‧‧‧燈頭

16‧‧‧電源電路

17‧‧‧堤偃構件

18‧‧‧塗布始點

19‧‧‧塗布終點

20‧‧‧透鏡端部

21‧‧‧外部透鏡

22‧‧‧接著劑

[圖1]本發明第1實施形態之照明裝置之構成說明用正面圖及斷面圖。

[圖2]本發明第1實施形態之照明裝置說明圖。

[圖3]本發明第1實施形態之照明裝置之構成說明之斷面圖。

[圖4]本發明第1實施形態之照明裝置說明圖。

[圖5]本發明第2實施形態之照明裝置說明圖。

[圖6]本發明第3實施形態之照明裝置說明圖。

[圖7]本發明第4實施形態之照明裝置說明圖。