WO2010140419A1

WO2010140419A1 - 発光装置

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Publication number: WO2010140419A1
Application number: PCT/JP2010/054412
Authority: WO
Inventors: 由紀直井; 大介小林
Original assignee: コニカミノルタオプト株式会社
Priority date: 2009-06-05
Filing date: 2010-03-16
Publication date: 2010-12-09
Also published as: JPWO2010140419A1

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。

Description

発光装置

　本発明は、発光装置に関する。

　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。

　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。

　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）。

特開２００６－３３９２１７号公報特開２００６－３３９３３６号公報特開平１１－４６０１５号公報特開２００７－１２３４３７号公報

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

本発明に係る発光装置の概略構成を示す断面図である。蛍光体素子を示す断面図である。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。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。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。従来の発光装置の概略構成を示す断面図である。

　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。

　＜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。

　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。

　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。

　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、Ｉｎ_ｘＧａ_１－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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　以上の蛍光体素子３には、蛍光体３５が含有されている。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　続いて、発光装置１の動作について説明する。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　＜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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　＜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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　＜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。

　より詳細には、以下の条件を用いた。

　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^３
　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^２
　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。

　＜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。

　＜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。

　＜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。

　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Ｙ_ＸＹ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。

　　「▲」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。

　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。

　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。

　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

Claims

　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。