(57)【要約】【課題】複数のＬＥＤチップを直線状に配列した照明装置であって、輝度が大きく、温度上昇が少なく、色度の均一性に優れた照明装置を提供する。【解決手段】所定の間隔をあけて一列に配置された複数の発光素子2と、複数の発光素子2の上面および側面を一体に覆う蛍光体層3とを有する照明装置である。発光素子の間隔(d1)は、発光素子の側面と蛍光体層の側面との距離(d2)と略等しい。これにより、照明光に周期的な色度変化が表れるのを防止することができる。また、蛍光体層の膜厚(d3)を、d1またはd2よりも小さくすることにより、照明光のエッジ部分において発光素子の出射光（励起光）の色みが強い光となる現象を防止できるためさらに好ましい。【選択図】図１
2010118531.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の間隔をあけて一列に配置された複数の発光素子と、該複数の発光素子の上面および側面を一体に覆う蛍光体層とを有し、
隣接する前記発光素子の間隔(d1)は、前記発光素子の側面と前記蛍光体層の側面との距離(d2)に略等しいことを特徴とする白色照明装置。
【請求項２】
請求項１に記載の白色照明装置において、前記発光素子上面における前記蛍光体層の膜厚(d3)は、前記発光素子の間隔(d1)、または、前記発光素子の側面と前記蛍光体層の側面との距離(d2)よりも小さいことを特徴とする白色照明装置。
【請求項３】
ランプハウジングと、該ランプハウジング内に配置された白色光源と、白色光源から出射された光が通過する位置に配置された投光レンズとを有する車輛用灯具であって、
前記白色光源は、所定の間隔をあけて一列に配置された複数の発光素子と、該複数の発光素子の上面および側面を一体に覆う蛍光体層とを有し、
隣接する前記発光素子の間隔(d1)は、前記発光素子の側面と前記蛍光体層の側面との距離(d2)に略等しいことを特徴とする車輛用灯具。
【請求項４】
請求項３に記載の車輛用灯具において、前記発光素子上面における前記蛍光体層の膜厚(d3)は、前記発光素子の間隔(d1)、または、前記発光素子の側面と前記蛍光体層の側面との距離(d2)よりも小さいことを特徴とする車輛用灯具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一列に並べて配置したＬＥＤ（半導体発光素子）を光源とする照明装置、特に、自動車用前照灯等の車両用灯具に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤを用いた照明装置では、明るさを稼ぐために複数のＬＥＤチップを用い、これを所定形状に配列した構成とするのが一般的である。特許文献１〜３には、ＬＥＤチップを複数配列した光源の例が記載されている。
【０００３】
ＬＥＤを光源とした照明装置の中でも車輛用灯具は、発光形状が矩形をしていること（特許文献１）、照射面全体に渡って色度を均一にすること（特許文献２）が重要である。特許文献１には、配列したＬＥＤチップの発光面の短辺と長辺との比が１：２〜１：６の範囲になるように設計することにより発光形状を矩形にしたＬＥＤ光源が開示されている。特許文献２には、複数のＬＥＤチップとこれを覆う蛍光体層の間に透光性の樹脂層を配置することにより照射面内の色度を均一にする発明が開示されている。
【０００４】
また、特許文献１の図２には、配列した複数のＬＥＤチップの周りに蛍光体を配置して白色光源を製造することが開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−０４８９３４号公開公報
【特許文献２】特開２００５−１０９４３４号公開公報
【特許文献３】特開２００７−２８１４７３号公開公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
複数のＬＥＤチップを配列した光源と、レンズや反射面を組み合わせた光学系では、ＬＥＤチップの間隔を詰めて配置した方が点光源として取り扱えるため好ましい。このことは、それぞれのチップの配光特性のズレが小さくなり、最高輝度を高くできることを意味している。特に車輌用灯具等ではこの最高輝度が重要である。しかしながら、ＬＥＤチップの間隔を詰めると放熱特性が低下するという問題が生じる。特に車輛用灯具では輝度を高くする必要があるために、ＬＥＤチップに大電流を投入しているため、放熱特性が低いとＬＥＤチップ部分で大きな発熱を伴ってしまい、発光効率が低下する等の問題を生じる。
【０００７】
また、車輛用灯具に用いられるＬＥＤ光源は、指向性を高めるために、通常ＬＥＤチップを水平方向に一列に配置した構成である。このため、ＬＥＤチップ列を複数の並べて配置する他の一般照明のように、複数のＬＥＤチップ列の発する光束を相互に重ね合わせて均一化することができず、一列に配置したＬＥＤチップから色度および輝度の均一性に優れた光を出射させることが必要である。
【０００８】
本発明の目的は、複数のＬＥＤチップを直線状に配列した照明装置であって、輝度が大きく、温度上昇が少なく、色度の均一性に優れた照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明では、所定の間隔をあけて一列に配置された複数の発光素子と、複数の発光素子の上面および側面を一体に覆う蛍光体層とを有する照明装置であって、隣接する発光素子の間隔(d1)は、発光素子の側面と蛍光体層の側面との距離(d2)と略等しい構成とした白色照明装置を提供する。d1とd2とを略等しい関係に設計することにより、照明光に周期的な色度変化が表れるのを防止することができる。
【００１０】
上述の発光素子上面における前記蛍光体層の膜厚(d3)は、発光素子の間隔(d1)、または、発光素子の側面と蛍光体層の側面との距離(d2)よりも小さい場合には、照明光のエッジ部分において発光素子の出射光（励起光）の色みが強い白色光となる現象を防止できるためさらに好ましい。
【００１１】
また、本発明の別の態様としては、車輛用灯具が提供される。すなわち、ランプハウジングと、ランプハウジング内に配置された白色光源と、白色光源から出射された光が通過する位置に配置された投光レンズとを有する車輛用灯具であって、白色光源は、所定の間隔をあけて一列に配置された複数の発光素子と、該複数の発光素子の上面および側面を一体に覆う蛍光体層とを有し、隣接する発光素子の間隔(d1)は、発光素子の側面と蛍光体層の側面との距離(d2)と略等しい構成としたものである。これにより、車輛用灯具の照明光に周期的な色度変化が表れるのを防止することができる。
【００１２】
また、上記車輛用灯具において、発光素子上面における蛍光体層の膜厚(d3)が、発光素子の間隔(d1)、または、発光素子の側面と前記蛍光体層の側面との距離(d2)よりも小さい場合には、照明光のエッジ部分において発光素子の出射光（励起光）の色みが強い白色光となる現象を防止できるためさらに好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
複数のＬＥＤチップを一列に配置した照明装置であっても、色度の均一性低下、輝度低下、温度上昇等を防止することができる。特にレンズや反射面と組み合わされた車輌用灯具に最適な白色照明装置（光源）を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施の形態を図１〜図３を用いて詳細に説明する。
【００１５】
本実施形態の白色照明装置の斜視図を図１に、Ａ−Ａ’断面図を図２に示す。図１および図２のように、白色照明装置１は、予め配線が形成された基板４上に複数のＬＥＤチップ２（ここでは４個）を一列に並べて配置し、複数のＬＥＤチップ２の上面および側面を蛍光体層３で一体に覆った構成である。蛍光体層３の外形は矩形状である。
【００１６】
図１のように隣り合うＬＥＤチップ２間の距離をd1として、ＬＥＤチップ２側面と蛍光体層３の側面との距離をd2とする。図２のようにＬＥＤチップ２の上面における蛍光体層３の厚さをd3とする。
【００１７】
ＬＥＤチップ２は、フリップチップであり、図示していないがＬＥＤ基板上に活性層を含む発光層を搭載し、その上に所定形状の電極層を備えた構成である。ＬＥＤチップ２は、ＬＥＤ基板を上方に向け、電極層を基板４側に向けて、基板４に搭載されている。電極層は、基板４上の配線にボンディングされている。ＬＥＤ基板としては、発光層の発する光に対して透明な材質が用いられている。
【００１８】
ＬＥＤチップ２の発光層は、上面および側面から青色光を発するように構成されている。蛍光体層３には、青色光を励起光として黄色の蛍光を発する蛍光体（例えばＹＡＧ系蛍光体等）を含有する。
【００１９】
よって、ＬＥＤチップ２から発せられた青色光は、蛍光体層３に入射し、青色光の一部は蛍光体を励起し、黄色光（蛍光）に変換される。残りの青色光は、青色光のまま蛍光体層３を透過する。これにより、黄色光（蛍光）と青色光とが混合され、白色光が出射される。
【００２０】
本実施形態では、隣り合うＬＥＤチップ２間の距離(d1)と、チップ２側面と蛍光体層３側面との距離(d2)とがほぼ等しくなるように、複数のＬＥＤチップ２の配置と蛍光体層３の形状を定めている。さらに、この条件に加えて、チップ２上面の蛍光体層３の膜厚(d3)が、チップ２間の距離(d1)、もしくは、チップ２側面と蛍光体層３側面との距離(d2)より小さくなるように、複数のＬＥＤチップ２と蛍光体層３を配置することが望ましい。
【００２１】
これら距離d1、d2、d3を上述の様に定めるのは下記の理由による。
【００２２】
(1)隣り合うＬＥＤチップ２間の距離d1は、点光源として取り扱いを可能にし、最高輝度を高くするために、できるだけ小さいほうが好ましい。ＬＥＤチップ２間の距離d1が小さければ、発光面積が小さくなり、点光源に近くなるため、レンズや反射面の設計をしやすくなるとともに、光量に対する発光面積も小さくなり最高輝度も向上する。
【００２３】
(2)一方、放熱性を考慮するとＬＥＤチップ２間の距離d1は、大きい方が有利である。
【００２４】
(3)ＬＥＤチップ２側面と蛍光体層３側面との距離d2は、チップ２間距離d1と無関係に決めて良さそうであるが、チップ２間距離d1が、チップ２側面と蛍光体層３側面との距離d2に比べて大きい場合には、一列に並んだ複数のチップ２の配列に対応した周期的な色度変化が生じ、チップ２上面から出射する白色光の色度均一性が悪くなってしまう。
【００２５】
すなわち、図３に示したように、チップ２間距離d1が、チップ２側面と蛍光体層３側面との距離d2よりも大きい場合、隣接するチップ２の間に存在する蛍光体量が、チップ２側面と蛍光体層３側面との間に存在する蛍光体量よりも多くなり、隣接するチップ２の間の領域３１における黄色光（蛍光）の発生量が、チップ２側面と蛍光体層３側面との間における黄色光の発生量よりも増加する。このため、隣接するチップ２の間の領域３１から出射される白色光の黄色みが周囲の領域３０の白色光よりも強くなり、ＬＥＤチップ２の間隙ごとに周期的に黄色みが強いという色度変化を生じる。
【００２６】
このような周期的な色度変化を生じるＬＥＤ照明装置を灯具として用いると、照射光の中心部分に周期的な色度変化が現れるため、甚だ品位の悪いものになってしまう。
【００２７】
(4)チップ２側面と蛍光体層３側面との距離d2が、チップ２上面の蛍光体層３の膜厚d3よりも小さい場合には、ＬＥＤチップ列の側面から出射される光が、上面から出射される光より励起光（ＬＥＤチップの出射光）の色みが強くなる。すなわち、図４のようにカットオフラインを形成する照明光のエッジ部分４１において、周辺領域４０よりも励起光色が強く出る現象が生じる。
【００２８】
この現象は、ＬＥＤチップ２の上面と側面とで戻り光の反射率が異なることに起因する。図２に示すようにＬＥＤチップ２から上面方向に出射された光２０の一部が蛍光体の内部で反射されＬＥＤチップ２側への戻り光２１となった場合、ＬＥＤチップ２の主平面にほぼ垂直な方向から入射するためＬＥＤチップ２の構造上、活性層の界面や電極膜で反射され、再び上面方向に向かう光２２となる。これにより、ＬＥＤチップ２上面の蛍光体層３を再度通過し蛍光を発光させる。これに対し、ＬＥＤチップ２の側面方向に出射された光２３の一部が、蛍光体の内部で反射され、ＬＥＤチップ２への戻り光２４となった場合、ＬＥＤチップ２の主平面に平行な方向からＬＥＤチップ２に入射するため、多くは活性層や電極で吸収され、反射される光はわずかである。このため、再び側面方向に向かう光は少なく、再び蛍光体層３を通過して蛍光を発光させる光量も少ない。
【００２９】
このため、ＬＥＤチップ２の上面方向については、蛍光体層３の膜厚d3が薄くても十分な蛍光を発するのに対し、ＬＥＤチップ２の側面の蛍光体層３は、ＬＥＤチップ２の側面と蛍光体層３側面との距離d2が小さい場合には、十分な蛍光を発することができず、青色光（励起光）の色みが強くなる。
【００３０】
これが照射光のエッジ部分４１、いわゆるカットオフラインに現れ、励起光色ムラとして容易に識別できるようになる原因であり、照明光の品位を低下させる。
【００３１】
これらの考え方に従って、各寸法に関して鋭意検討を重ねた結果、白色照明装置が以下の(a)または(b)の関係を満たす時に、輝度が大きく、温度上昇が少なく、色度の均一性に優れた照明装置を提供することができることを見出した。特にレンズや反射面と組み合わされた車輌用灯具において優れた光源を得ることができる。
(a)隣り合うＬＥＤチップ２間の距離d1とＬＥＤチップ２の側面と蛍光体層３側面との距離d2がほぼ等しい。
(b)隣り合うＬＥＤチップ２間の距離d1と、ＬＥＤチップ２の側面と蛍光体層３側面との距離d2とがほぼ等しく、かつ、ＬＥＤチップ２上面の蛍光体層３の膜厚d3が、ＬＥＤチップ２間距離d1およびＬＥＤチップ２の側面と蛍光体層３側面との距離d2より小さい。
【００３２】
上記(a)の関係が満たされる構成の場合には、照射光の中心部分に周期的な色度変化が生じることを防止できる。また、上記(b)の関係が満たされる構成の場合には、照明光の周期的な色度変化の防止、および、カットオフラインを形成する照射光のエッジ部分で青色光（励起光）色が強く出る現象の両方を防止できる。
【００３３】
なお、上記(a)および(b)の関係を満たす照明装置において、距離d1と距離d2がほぼ等しいとは、d1とd2とが完全に一致している場合のみならず、照明光に生じる周期的な色度変化が所定の許容範囲に収まる範囲であればよく、d1とd2とが若干異なっている場合も含まれる。
【００３４】
本発明の照明装置は、複数のＬＥＤチップを用いた各種の白色照明装置として用いることができる。特に、本発明では、複数のＬＥＤチップを一列に直線状に並べた場合であっても、周期的な色度変化や、カットオフラインを形成する照明光のエッジ部分で青色光が強く出る現象を防止し、輝度が大きく、温度上昇が少なく、色度の均一性に優れた照明装置を提供することができるため、車輌用灯具に適した白色照明を提供できる。例えば、ランプハウジング内に本実施形態の白色照明装置を配置し、その前面に投光レンズを配置した車輛用灯具（例えば、ヘッドランプ）の構成とする。白色照明装置から出射された光が投光レンズを通過することにより照明光となって、車輛前方に照射される。
【実施例】
【００３５】
＜実施例１＞
実施例１として、上記実施形態の隣り合うＬＥＤチップ２間の距離d1とＬＥＤチップ２の側面と蛍光体層３側面との距離d2がほぼ等しい照明装置を製造した。
【００３６】
まず、上面の一辺の長さが１．０ｍｍのＬＥＤチップ２をセラミック製基板４上に、チップ間距離d1を１００μｍとして、４個のＬＥＤチップ２を直線状に配置し、ボンディングした。このＬＥＤチップ２の側面及び上面にステンシル印刷（メタルマスク印刷）の手法を用いて蛍光体層３を形成した。
【００３７】
蛍光体層３は、シリコーン系熱硬化樹脂に対して、蛍光体粒子を３５ｗｔ％から５２ｗｔ％、粘度調整を目的としたヒュームドシリカを１０ｗｔ％混合したペーストを使用し、ステンレス製ステンシル（メタルマスク）を使用して印刷をおこなうことにより形成した。ステンシルの厚さは、基板４との接合部を含んだＬＥＤチップ２厚さとＬＥＤチップ２上に配置される蛍光体の厚さd3を足し合わせた厚さにほぼ等しい厚さを有するものを使用した。ステンシルの開口幅は、ＬＥＤチップ２側面と蛍光体層３側面との距離d2が１００μｍとなるように設計した。
【００３８】
蛍光体層３のペーストを印刷後、１５０℃で２時間加熱し、シリコーン樹脂を硬化させた。
【００３９】
これにより、本実施例のＬＥＤチップ２間の距離d1とチップ２側面と蛍光体層３の側面との距離d2とがいずれも１００μｍで等しい照明装置を製造した。
【００４０】
本実施例の照明装置の照射光を観察したところ照射面全体に渡って色度が均一であった。
【００４１】
一方、比較例１として、隣り合うＬＥＤチップ２間距離d1を３００μｍとし、チップ２側面と蛍光体層３の側面との距離d2を１００μｍとした比較例１の照明装置を同様に製造した。比較例１の照明装置の照明光を観察したところ、図３に示すように、チップ２上面から出射する白色光の色度均一性が悪くなり、一列に並んだ４個のＬＥＤチップ配列に対応した、周期的な色度変化が生じていた。このため品位の悪いものになっていた。なお、黄色みが強い領域は、ＬＥＤチップ２の間隙の領域に対応していた。
【００４２】
＜実施例２＞
実施例２として、隣り合うＬＥＤチップ２間の距離d1と、ＬＥＤチップ２の側面と蛍光体層３側面との距離d2とがほぼ等しく、かつ、ＬＥＤチップ２上面の蛍光体層３の膜厚d3が、ＬＥＤチップ２間距離d1およびＬＥＤチップ２の側面と蛍光体層３側面との距離d2より小さい照明装置を製造した。
【００４３】
製造方法は、基本的には実施例１と同様であり、チップ２間の距離d1は１００μｍとした。ＬＥＤチップ２の側面と蛍光体層３側面との距離d2も、１００μｍとした。
【００４４】
また、ステンシルの厚さを設計し、ＬＥＤチップ２上に配置される蛍光体の膜厚d3が７５μｍになるようにした。
【００４５】
実施例２の照明装置の照明光を観察したところ、照射面全体に渡って色度が均一であった。
【００４６】
一方、比較例２として、ＬＥＤチップ２上面の蛍光体層の膜厚d3を１２０μｍ、隣り合うＬＥＤチップ２間距離d1を１００μｍ、ＬＥＤチップ２の側面と蛍光体層３側面との距離d2を１００μｍとし、他の条件は実施例２と同様にして、比較例２の照明装置を製造した。
【００４７】
比較例２の照明装置の照明光を観察したところ、チップ列の側面から出射される光は、上面から出射される光より青みが強く、これが図４に示すように照射光のエッジ部分４１、いわゆるカットオフラインに現れ、青ムラとして容易に識別できた。このため甚だ品位が悪かった。
【００４８】
また、蛍光体層の膜厚d3を変化させた試料を作成して色度の均一性を測定したところ、膜厚d3がd2/2より小さいと色度の均一性が悪くなることがわかった。よって、d3はd2/2以上の厚さであって、かつ、d1またはd2よりも小さいことが好ましい。さらに、0.6×d2≦d3≦0.8×d2の範囲が色度均一性が特に向上するため好ましい。
【００４９】
上述の実施例１および実施例２では、ステンシル印刷により蛍光体層３を形成したが、この方法に限られるものではなく、スクリーン印刷法やディスペンス法等の一般的な蛍光体層の形成方法が適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本実施形態の照明装置のチップ間隔d1、ならびに、チップ側面と蛍光体層側面との距離d2を示す斜視図。
【図２】チップ側面と蛍光体層側面との距離d2と、チップ上面に配置される蛍光体の膜厚d3の関係を説明するための、図１のＡ−Ａ’断面図。
【図３】照明装置の照明光に周期的な色度変化が生じていることを示す照明光色度分布図。
【図４】照明装置の照明光のエッジ部分に青ムラが生じていることを示す照明光色度分布図。
【符号の説明】
【００５１】
１…白色照明装置、２…ＬＥＤチップ、３…蛍光体層、４…基板。
【図１】
2010118531.tif 000003
【図２】
2010118531.tif 000004
【図３】
2010118531.tif 000005
【図４】
2010118531.tif 000006