(57)【要約】【課題】  ＬＥＤ素子から発光される光を有効活用することにより光取出し効率に優れたＬＥＤ発光装置を提供する。【解決手段】  基板部にＬＥＤ素子を実装し、蛍光粒子を含有した透光性樹脂によりＬＥＤ素子の上面を封止し、透光性樹脂の上面に出射光の光学特性を制御するための光学膜層を設け、光学膜層は紫外域の波長光を反射させ可視光は透過させる特性を持たせた誘電体多層膜で構成した。これにより、紫外域の波長光の内で蛍光粒子に遭遇しないで空気中に放射されていた無効放射光を誘電体多層膜により封止部内へ反射させて再び蛍光粒子に遭遇する機会を増やすことにより光取出し効率を向上させることができる。【選択図】図１
2014222705.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板部に実装されたＬＥＤ素子と、前記ＬＥＤ素子の上面を封止する透光性封止部材とからなるＬＥＤ発光装置であって、
前記透光性封止部材は、前記ＬＥＤ素子の発光波長を波長変換する蛍光粒子を含有する蛍光樹脂であり、前記蛍光樹脂の上面には、出射光の光学特性を制御するための光学膜層を備え、前記光学膜層は紫外域の波長光を反射させる誘電体多層膜であることを特徴とするＬＥＤ発光装置。
【請求項２】
前記光学膜層は紫外域の波長光を反射させ、かつ可視域の波長光を透過させる誘電体多層膜であることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ発光装置。
【請求項３】
前記紫外域の波長光は、紫外光と、紫外光に近い青色光の一部を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のＬＥＤ発光装置。
【請求項４】
前記ＬＥＤ素子は近紫外ＬＥＤ素子であり、かつ前記蛍光樹脂は前記近紫外ＬＥＤ素子から発光される紫外光によって励起される蛍光粒子を含有する白色変換蛍光樹脂であ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。
【請求項５】
前記白色変換蛍光樹脂は、青色蛍光粒子と、緑色蛍光粒子と、赤色蛍光粒子とを含有することを特徴とする請求項４に記載のＬＥＤ発光装置。
【請求項６】
前記ＬＥＤ素子は青色ＬＥＤ素子であり、かつ前記蛍光樹脂は前記青色ＬＥＤ素子から発光される青色光によって励起される黄色蛍光粒子を含有す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。
【請求項７】
前記基板部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１〜６のいずれか１項に記載のＬＥＤ発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明用等に用いられるＬＥＤ発光装置、特に、光取出し効率に優れたＬＥＤ発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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の発光にはいくつかの方式があるが、青色ＬＥＤ素子に黄色蛍光粒子を組合せて白色光を得るものと、近紫外ＬＥＤに青色蛍光粒子、緑色蛍光粒子、赤色蛍光粒子を組合せて白色光を得るものなどがある。
【０００３】
この種のＬＥＤ発光装置は従来型の光源に比較すれば、省電力、高効率になっているが、さらなる光の取り出し効率を改善するための提案が各種されている。ここで、例えば特許文献１に示すような発光ダイオードの外面に機能性部材を被覆したものが提案されている。特許文献１の図１に示す従来の発光ダイオードの断面図をここでは図１５に示す。以下に、図１５を用いてそ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ている。
【０００４】
図１５は、ＬＥＤ発光装置１００を構成する封止部材の表面近傍の要部断面を示す。ＬＥＤ発光装置１００のＬＥＤ素子を封止する封止部材１０１の外面にまず第１の機能性部材１０２を塗布し、次に、第１の機能性部材１０２に重ねて第２の機能性部材１０３を塗布している。そして、図１５の表に示すように第１の機能性部材１０２と第２の機能性部材１０３との組合せを任意に選択することにより、着色部材、蛍光部材、光触媒、抗菌部材、蓄光部材、反射防止膜などの機能性部材を、少なくとも２種以上を容易に配設できる。ここで、表にもとづいて第１の機能性部材１０２または第２の機能性部材１０３のどちらか一方に機能性部材として反射防止膜を選択すれば、ＬＥＤ発光装置１００において、ＬＥＤ素子から発光される光は封止部材内への反射を減じて外部への放射を増加できるため光の取出し効率を向上させることができる。
【０００５】
また、特許文献２にはＬＥＤ素子を被覆し、内部光透過層と、外部光透過層とを有する２層構造の半導体発光装置が開示されている。特許文献２の図１に示す従来の半導体発光装置の断面図をここでは図１６に示す。以下に、図１６を用いてその従来例について説明する。  図１６において、ＬＥＤ発光装置１５１は１対の配線導体を有し、一方の配線導体１５２の平坦な端部にＬＥＤ素子１５４が固着されている。ＬＥＤ素子１５４は、上部に電極１５５と、底部に電極１５６を有し、上部の電極１５５はボンディングワイヤ１５８により他方の配線導体１５３に電気的に接続されている。また、ＬＥＤ素子１５４の底部の電極１５６は導電性接着剤１５７を介して配線導体１５２の端部に接着されている。ＬＥＤ素子１５４、上部の電極１５５、底部の電極１５６及びボンディングワイヤ１５８の端部は配線導体１５２の平坦部に、略細長の球状に形成された内部透過層１６０により被覆されている。また、ＬＥＤ素子１５４と配線導体１５２、１５３の端部及び内部透過層１６０は透明な封止樹脂である外部透過層１６１により被覆されている。さらに、外部光透過層１６１には外部雰囲気と接する界面にフレネル反射防止膜１６２を配設することも考慮されている。これにより、ＬＥＤ素子１５４から照射された光は内部透過層１６０、外部透過層１６１及びフレネル反射防止膜１６２を経て外部に放射される構成になっており、内面反射を抑えて光取出し効率を大きくできるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１６３４１７号公報  （図１）
【特許文献２】特開２００１−２４２３６号公報  （図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載されたＬＥＤ発光装置１００及び特許文献２に記載されたＬＥＤ発光装置１５１は、反射防止膜を設けることにより、ＬＥＤ素子から発光される波長光が、空気との界面において内面反射することを防止し、効率よく外部に発光させることが目的である。
【０００８】
しかしながら、特許文献１または特許文献２に開示されるＬＥＤ発光装置において、近紫外ＬＥＤ素子と蛍光粒子との組合せを採用した場合、発光された紫外光のうち蛍光粒子に遭遇しない光は白色光の合成には利用されずに空気中へ直接放射され無効放射光となって光の取出し効率を低下させている。また、青色ＬＥＤ素子と蛍光粒子との組合せを採用した場合は、発光された青色光のうち蛍光粒子に遭遇しない光は空気中へ放射されて白色光の合成には利用されるものの、青色光は比視感度が低く、紫外域から青色光の一部の波長域の光は、目視されないため無効放射光となって、光の取出し効率を低下させている。特に、特許文献１及び特許文献２に開示される従来例においては、反射防止膜を備えているために、紫外域から一部の波長域の青色光は界面反射により封止部内へ戻されず蛍光粒子と再遭遇することがない。このように発光の一部である紫外光または紫外光に近い青色光を無効放射光としている従来のＬＥＤ発光装置においては、光の取出し効率に優れたＬＥＤ発光装置を提供するためにさらなる改善の余地があった。
【０００９】
（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、ＬＥＤ素子から発光される波長光によって励起される蛍光粒子を用いる発光装置において、すべての発光を有効活用することによって、光の取出し効率に優れたＬＥＤ発光装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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。基板部に実装されたＬＥＤ素子と、ＬＥＤ素子の上面を封止する透光性封止部材とからなるＬＥＤ発光装置であって、透光性封止部材は、ＬＥＤ素子の発光波長を波長変換する蛍光粒子を含有する蛍光樹脂であり、蛍光樹脂の上面には、出射光の光学特性を制御するための光学膜層を備え、光学膜層は紫外域の波長光を反射させる誘電体多層膜であることを特徴とする。
【００１１】
上記構成によれば、紫外域の波長光のうち蛍光粒子に遭遇しない無効放射光を誘電体多層膜により蛍光樹脂内へ反射させて有効活用することにより、光の取出し効率を向上させたＬＥＤ発光装置を提供することができる。
【００１２】
また、光学膜層は紫外域の波長光を反射させ、かつ可視域の波長光を透過させる誘電体多層膜であるとよい。
【００１３】
これにより、誘電体多層膜は、紫外域の波長光のみを蛍光樹脂内へ反射させ、可視光は透過させるので発光色には影響を与えることがなく、光の取り出し効率を向上させることができる。
【００１４】
また、紫外域の波長光は、紫外光と、紫外光に近い青色光の一部を含むとよい。
【００１５】
これにより、紫外光から紫外光に近い青色光の一部までの発光波長のＬＥＤ素子と蛍光樹脂の組合せによるＬＥＤ発光装置おいて、無効放射光を有効活用することにより、光の取出し効率を向上させることができる。
【００１６】
また、ＬＥＤ素子は近紫外ＬＥＤ素子であり、かつ蛍光樹脂は近紫外ＬＥＤ素子から発光される紫外光によって励起される蛍光粒子を含有する白色変換蛍光樹脂であるとよい。
【００１７】
これにより、近紫外ＬＥＤ素子と蛍光粒子を含有する蛍光樹脂の組合せによるＬＥＤ発光装置おいて、無効放射光を有効活用することにより、光の取出し効率を向上させることができる。
【００１８】
また、白色変換蛍光樹脂は、青色蛍光粒子と、緑色蛍光粒子と、赤色蛍光粒子とを含有するとよい。
【００１９】
これにより、近紫外ＬＥＤ素子に、青色蛍光粒子と緑色蛍光粒子と赤色蛍光粒子とを含有した蛍光樹脂を組み合わせによるＬＥＤ発光装置において、無効放射光を有効活用することにより、光の取出し効率を向上させることができる。
【００２０】
また、ＬＥＤ素子は青色ＬＥＤ素子であり、かつ蛍光樹脂は青色ＬＥＤ素子から発光される青色光によって励起される黄色蛍光粒子を含有するとよい。
【００２１】
これにより、青色ＬＥＤ素子と黄色蛍光粒子を含有する蛍光樹脂を組み合わせによるＬＥＤ発光装置において、無効放射光を有効活用することにより、光の取出し効率を向上させることができる。
【００２２】
基板部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。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の構成によれば、ＬＥＤ素子と蛍光樹脂を組み合わせたＬＥＤ発光装置において、紫外域の波長光で蛍光粒子に遭遇しない無効放射光を誘電体多層膜により蛍光樹脂内へ反射させて有効活用することにより、光の取出し効率を向上させたＬＥＤ発光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１の実施形態のＬＥＤ発光装置の断面図である。
【図２】第１の実施形態の光の取出し原理図である。
【図３】第１の実施形態の誘電体多層膜の反射率特性を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態のＬＥＤ発光装置の断面図である。
【図５】第２の実施形態の光の取出し原理図である。
【図６】第２の実施形態の誘電体多層膜の反射率特性を示す図である。
【図７】第１、第２の実施形態に係る誘電体多層膜の膜層構成を示す断面図である。
【図８】第１、第２の実施形態に係る比視感度を示す図である。
【図９】第１の実施形態の比較例を示すＬＥＤ発光装置の断面図である。
【図１０】第１の実施形態の比較例における光の取出し原理図である。
【図１１】第１の実施形態の比較例における発光スペクトル図である。
【図１２】第２の実施形態の比較例を示すＬＥＤ発光装置の断面図である。
【図１３】第２の実施形態の比較例における光の取出し原理図である。
【図１４】第２の実施形態の比較例における発光スペクトル図ある。
【図１５】従来のＬＥＤ発光装置を示す断面図である。
【図１６】従来の別のＬＥＤ発光装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
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。
【００２６】
〔各実施形態の特徴〕
第１の実施形態の特徴は、本発明の基本的な構成例であり、基板部に実装された近紫外ＬＥＤ素子とそれを封止する蛍光粒子を含有する蛍光樹脂からなり、蛍光樹脂の上面に誘電体多層膜を設けたＬＥＤ発光装置である。第２の実施形態の特徴は、基板部に実装された青色ＬＥＤ素子とそれを封止する蛍光粒子を含有する蛍光樹脂からなり、蛍光樹脂の上面に誘電体多層膜を設けたＬＥＤ発光装置である。
【００２７】
〔第１の実施形態〕
以下に、図１、図２、図３、図７、図９、図１０、図１１を用いて第１の実施形態のＬＥＤ発光装置５０Ａについて説明する。図１はＬＥＤ発光装置５０Ａの断面図を、図２はＬＥＤ発光装置５０Ａの光の取出し原理図を、図３はＬＥＤ発光装置５０Ａの誘電体多層膜の反射率特性をそれぞれ示す。また、図７は誘電体多層膜１０の膜層構成図を示す。また、図９、図１０、図１１はＬＥＤ発光装置５０Ａの比較例として、誘電体多層膜を備えないＬＥＤ発光装置５０を示し、図９は図１に、図１０は図２に、図１１は図３にそれぞれ対応している。
【００２８】
［第１の実施形態のＬＥＤ発光装置の構成の説明：図１］
まず、図１を用いて第１の実施形態のＬＥＤ発光装置５０Ａの構成について説明する。図１は第１の実施形態のＬＥＤ発光装置５０Ａの断面図を示し、光源としての近紫外ＬＥＤ素子１と、近紫外ＬＥＤ素子１を実装するための配線電極５、配線電極６を有する基板４と、近紫外ＬＥＤ素子１を封止する紫外光白色変換蛍光樹脂８と、紫外光白色変換蛍光樹脂８を内部に充填する反射性枠体７と、紫外光白色変換蛍光樹脂８の上面に設けられた誘電体多層膜１０とから構成されている。
【００２９】
［ＬＥＤ素子の実装構造の説明：図１］
ここで、ＬＥＤ発光装置５０Ａにおいて、近紫外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、配線電極６にそれぞれ接合されている。配線電極５、配線電極６は基板４の表面に形成されており、一方の面は近紫外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５０Ａを照明装置（図示なし）等に実装するための配線パターンを形成している。
【００３０】
尚、実施例ではＬＥＤ素子の実装構造をフリップチップ接続としているが、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好ましく、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。
【００３１】
［反射性枠体の説明：図１］
次に、紫外光白色変換蛍光樹脂８を内部に充填する反射性枠体７は基板４上にＬＥＤ素子を囲むように配設されている。反射性枠体７を構成する材料としては光の反射性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ＬＥＤ素子の発光を光取出し方向へ有効に反射できるように構成されている。
【００３２】
［紫外光白色変換蛍光樹脂の構成の説明：図１］
次に、ＬＥＤ素子を封止する紫外光白色変換蛍光樹脂８について説明する。紫外光白色変換蛍光樹脂８はＬＥＤ素子の発光波長を変換する蛍光粒子を含有するが、実施例はＬＥＤ素子に近紫外ＬＥＤ素子１を使用して白色光を得る発光装置であるため、その蛍光粒子は紫外光により励起される紫外光白色変換粒子である。この紫外光白色変換粒子は青色蛍光粒子３１と、緑色蛍光粒子３２と、赤色蛍光粒子３３とから構成されている。これらの蛍光粒子が樹脂内に分散配合されることによりＬＥＤ素子１からの発光は各蛍光粒子に遭遇し各色の励起光を発光する。これにより、励起青色光２４、励起緑色光２５、励起赤色光２６が上面方向に放射され、光の混色の原理により白色光２１となり、照明用の光源として利用できる。
【００３３】
［誘電体多層膜の説明：図１］
誘電体多層膜１０は紫外光白色変換蛍光樹脂８の上面に配設される。屈折率の低い誘電体膜を１／４波長の厚みでコーティングし、次に屈折率の高い誘電体膜を１／４波長の厚みでコーティングする。これらの誘電体膜のコーティングを交互に積層することにより、各層の境界面からの反射波面が相加的に重なって、高効率の反射膜を作ることができる。実施例では、紫外域の波長を反射し、かつ可視光は透過させるような光学特性を有する誘電体多層膜１０を配設している。尚、誘電体多層膜１０の光学特性の詳細については後述する。
【００３４】
以上の構成により、近紫外ＬＥＤ素子１から発光された紫外光２２は紫外光白色変換蛍光樹脂８内に含有された青色蛍光粒子３１と緑色蛍光粒子３２と赤色蛍光粒子３３に遭遇し、励起青色光２４、励起緑色光２５、励起赤色光２６をそれぞれ発光する。この励起青色光２４、励起緑色光２５、励起赤色光２６は可視光であるため誘電体多層膜１０を透過することができる。一方、青色蛍光粒子３１と緑色蛍光粒子３２と赤色蛍光粒子３３のいずれの蛍光粒子にも遭遇しなかった紫外光２２は誘電体多層膜１０まで到達するが紫外域の波長光だけを反射させる光学特性を有する誘電体多層膜１０によって反射されて、再び紫外光白色変換蛍光樹脂８内に戻る。この結果、紫外光２２は誘電体多層膜１０の外部に放射されることはなく、再び蛍光樹脂内に戻され各蛍光粒子と遭遇する機会が増して発光効率を向上させることができ光の取出し効率に優れたＬＥＤ発光装置を提供できる。
【００３５】
［ＬＥＤ発光装置５０Ａの発光動作の説明：図１、図２、図３、図７、図８］
次に、図１、図２、図３、図７、図８を用いてＬＥＤ発光装置５０Ａの発光動作について説明する。図２は光取出しの原理図であり、図３は誘電体多層膜１０の反射率特性４４を示しＬＥＤ発光装置５０の発光スペクトル４１を重ね合わせて表示した図である。図７は蛍光樹脂１２に誘電体多層膜１０を構成した拡大断面図である。また、図８は比視感度曲線４３を示しＬＥＤ発光装置５０の発光スペクトル４１、及び、後述するＬＥＤ発光装置６０の発光スペクトル４２を重ね合わせて表示した図である。尚、反射率特性図の縦軸は反射率（％）を示し横軸は波長λ（ｎｍ）を示す。また、発光スペクトル図の縦軸は相対発光強度を示し、横軸は波長λ（ｎｍ）を示す。
【００３６】
［発光動作の説明：図１、図２、図３］
まず、図１において、ＬＥＤ発光装置５０Ａ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、電源（図示なし）から電圧が印加されると、それぞれの電極に電気的に接続されたバンプ３を介して近紫外ＬＥＤ素子１の電極に電圧が印加され紫外光２２を発光する。次に、ＬＥＤ発光装置５０Ａの内部における波長変換、透過、吸収のプロセスについて説明する。まず、矢印で示すＬＥＤ紫外光２２ａは樹脂層を透過し緑色蛍光粒子３２に遭遇する。そして励起緑色光２５を発光し樹脂層を透過し、さらに誘電体多層膜１０を透過して空気１５に放射される。また、ＬＥＤ紫外光２２ｂは青色蛍光粒子３１に遭遇し励起青色光２４を発光し誘電体多層膜１０を透過し空気１５中に放射される。また、ＬＥＤ紫外光２２ｃは赤色蛍光粒子３３に遭遇し励起赤色光２６を発光し誘電体多層膜１０を透過し空気１５に放射される。ここで、青色光、緑色光、赤色光は可視光であるため、可視光は透過する反射率特性４４を有する誘電体多層膜１０を透過することができる。
【００３７】
［誘電体多層膜の反射特性と発光スペクトルに関する説明：図３］
ここで、図３を用いて誘電体多層膜１０の反射率曲線４４と発光スペクトルについて説明する。図３は、誘電体多層膜１０の反射率曲線４４と、後述する誘電体多層膜１０を備えていないＬＥＤ発光装置５０の発光スペクトル４１を重ねて表示したものである。点線で示す発光スペクトル４１においてＧ部は紫外光２２のピークを示し、Ｈ部は励起青色光２４のピークを、Ｉ部は励起緑色光２５のピークを、Ｊ部は励起赤色光２６のピークをそれぞれ示している。そして、Ｈ部、Ｉ部、Ｊ部が示す各色の励起光は混色による白色光の合成に利用されるが、Ｇ部をピークとするＥ部の紫外光はどの蛍光粒子にも遭遇しないで放射されたものであり白色光の合成には利用されない。
【００３８】
ここで、ＬＥＤ紫外光２２ｄ（図１参照）は、図３に示す発光スペクトル４１のＥ部の波長域に相当するので、紫外光を反射する反射率特性４４を有する誘電体多層膜１０により反射される。つぎに、反射されたＬＥＤ紫外光２２ｄは反射紫外光２２Ｂとなって樹脂層に戻り、青色蛍光粒子３１に遭遇し励起青色光２４を発光し可視光となって誘電体多層膜１０を透過し空気１５に放射される。同様に、どの蛍光粒子にも遭遇しなかったＬＥＤ紫外光２２ｅは誘電体多層膜１０に達し反射され反射紫外光２２Ｂとなって樹脂層に戻り赤色蛍光粒子３３に遭遇し励起赤色光２６を発光し可視光となって誘電体多層膜１０を透過し空気１５に放射される。つぎに、パッケージ内へ発光が吸収される例について説明する。ＬＥＤ紫外光２２ｆは赤色蛍光粒子３３に遭遇し励起赤色光２６を発光するが、反射性枠体７に反射されて内部へ放射されてパッケージ内吸収光２８となる。この結果、誘電体多層膜１０を透過する光は励起青色光２４と励起緑色光２５と励起赤色光２６のみとなり光の混色の原理により白色光２１を得る。また、紫外光は無効放射されることなく有効活用され、発光色に影響を与えることもなく、光の取出し効率に優れたＬＥＤ発光装置を実現できる。
【００３９】
［光の取出し原理図の説明：図２］
次に、図２を用いて、光の取出し原理図について説明する。図２において、近紫外ＬＥＤ素子１から発光した光は紫外光白色変換蛍光樹脂８を透過する過程で励起青色光２４、励起緑色光２５、励起赤色光２６となり誘電体多層膜１０を透過し白色光２１を得る。一方ＬＥＤ紫外光２２は誘電体多層膜１０によって反射紫外光２２Ｂとなってパッケージ内に戻され有効活用される。また、パッケージ内に吸収される光は、内部反射損失、枠体への吸収損失、蛍光粒子の波長変換損失などを合わせてパッケージ内吸収光２８となる。この結果、紫外光を有効活用して白色光２１を得られる。
【００４０】
［誘電体多層膜の膜層構成の説明：図７］
次に、図７を用いて誘電体多層膜１０の詳細について説明する。図７はＬＥＤ発光装置５０Ａにおける蛍光樹脂１２の表面付近の拡大断面図である。図７において、蛍光樹脂１２の表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と、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、高効率の反射膜層となる誘電体多層膜１０を構成することができる。また、この反射膜層の反射率特性は、屈折率の低い誘電体膜と屈折率の高い誘電体膜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、その波長に対する反射率を変化させることができる。これにより、特定の波長範囲の光だけを反射させたり、または、特定の波長範囲の光だけを透過させたりすることができる。実施例では、紫外域の波長には高反射率とし、かつ紫外域より波長の大きな可視光には高透過率となるような特性を持たせた誘電体多層膜１０を配設している。尚、これらの誘電体膜層は真空蒸着やスパッタリングなどの方法により所定の材質用いて所定の膜厚を生成することができる。
【００４１】
［第１の実施形態の比較例のＬＥＤ発光装置５０の説明：図９、図１０、図１１］
次に、図９、図１０、図１１を用いて、第１の実施形態の比較例のＬＥＤ発光装置５０について説明する。図９はＬＥＤ発光装置５０の断面を示し、図１に対応している。また、図１０は光取出しの原理図であり、図２に対応している。図１１はＬＥＤ発光装置５０の発光スペクトル図であり、図３に対応している。尚、比較例のＬＥＤ発光装置５０がＬＥＤ発光装置５０Ａと異なるところは、誘電体多層膜１０を設けていない点であり、他の構成はＬＥＤ発光装置５０Ａと同様であるので、ここでは、同一要素には同一番号を付し重複する説明は省略する。
【００４２】
［比較例のＬＥＤ発光装置５０の動作説明：図９、図１０、図１１］
つぎに、図９を用いて、比較例のＬＥＤ発光装置５０の発光動作について説明する。図９において、近紫外ＬＥＤ素子１はＬＥＤ紫外光２２を発光する。ＬＥＤ紫外光２２ａは樹脂層を透過し緑色蛍光粒子３２に遭遇する。そして励起緑色光２５を発光し蛍光樹脂と空気の界面１１を透過し空気１５に放射される。また、ＬＥＤ紫外光２２ｂは青色蛍光粒子３１に遭遇し励起青色光２４を発光し蛍光樹脂と空気の界面１１を透過し空気１５に放射される。また、ＬＥＤ紫外光２２ｃは赤色蛍光粒子３３に遭遇し励起赤色光２６を発光し蛍光樹脂と空気の界面１１を透過し空気１５に放射される。
【００４３】
一方、ＬＥＤ紫外光２２ｄはどの蛍光粒子にも遭遇しないで樹脂層から無効ＬＥＤ紫外光２２Ａとして空気中に放射される。また、ＬＥＤ紫外光２２ｅもどの蛍光粒子にも遭遇しないで樹脂層から無効ＬＥＤ紫外光２２Ａとして空気１５に放射される。
【００４４】
また、パッケージ内へ吸収される形態として、ＬＥＤ紫外光２２ｆは赤色蛍光粒子３３に遭遇し励起赤色光２６を発光するが、反射性枠体７に反射されて内部へ放射されてパッケージ内吸収光２８となる。この結果、蛍光樹脂と空気の界面１１を透過する光は励起青色光２４と励起緑色光２５と励起赤色光２６と、無効ＬＥＤ紫外光２２Ａとなる。この結果、青色光、緑色光、赤色光は混色の原理により白色光２１を得るが、無効ＬＥＤ紫外光２２Ａは空気１５に放射される。
【００４５】
次に、図１０を用いて、光の取出し原理図について説明する。図１０において、近紫外ＬＥＤ素子１から発光した光は、紫外光白色変換蛍光樹脂８を透過する過程で青色蛍光粒子３１、緑色蛍光粒子３２、赤色蛍光粒子３３に遭遇し、それぞれ、励起青色光２４、励起緑色光２５、励起赤色光２６を発光し、蛍光樹脂と空気の界面１１を透過する。これにより、光の混色の原理により白色光２１となるが無効ＬＥＤ紫外光２２Ａも同時に放射している。また、パッケージ内に吸収されるパッケージ内吸収光２８については、前述した図２における説明と同様である。
【００４６】
次に、図１１を用いて、ＬＥＤ発光装置５０の発光スペクトル４１について説明する。図１１に示す発光スペクトル４１において、符号Ｇは紫外域光のピークを示している。この紫外域光は、後述する比視感度上、人間の目には明るさを感じないため無効放射光である。また、Ｈは励起青色光２４のピークを、Ｉは励起緑色光２５のピークを、Ｊは励起赤色光２６のピークをそれぞれ示している。ここで、光の混色の原理により励起青色光２４と、励起緑色光２５と、励起赤色光２６とによって白色光を得ることができる。
【００４７】
［ＬＥＤ発光装置５０ＡとＬＥＤ発光装置５０の動作比較］
上述のように、図１、図２、図３に示すＬＥＤ発光装置５０Ａと、図９、図１０、図１１に示す比較例のＬＥＤ発光装置５０とを比較することにより、ＬＥＤ発光装置５０では、蛍光粒子に遭遇しないＬＥＤ紫外光２２は無効紫外光２２Ａとして放射され大きな損失となっている。また、ＬＥＤ発光装置５０Ａにおいては、出射光の光学特性を制御する誘電体多層膜１０の効果により、無効紫外光２２Ａは反射紫外光２２Ｂとなって蛍光樹脂に戻され有効活用される。
【００４８】
［第１の実施形態のＬＥＤ発光装置による効果］
以上説明した本発明の第１の実施形態によれば、次に示す効果が得られる。
（効果１）
近紫外ＬＥＤ素子と紫外光白色変換蛍光樹脂の組合せによるＬＥＤ発光装置において、蛍光樹脂の上面に、紫外域の光は反射させ可視光は透過させる光学特性を有する誘電体多層膜を設けることにより、それまで無効紫外光として放射されていた光を蛍光樹脂内へ反射させて再び蛍光粒子に遭遇する機会を増やすことにより、発光色には影響を与えることがなく光取出し効率に優れたＬＥＤ発光装置を提供することができる。
（効果２）
また、人体に有害とされる紫外光をカットすることができるＬＥＤ発光装置を提供することができる。
【００４９】
尚、本実施形態においては蛍光樹脂を充填する反射性枠体を用いる形態のＬＥＤ発光装置としたが、反射性枠体を備えないで蛍光樹脂を基板上に直接形成する形態のＬＥＤ発光装置でも良い。また、砲弾型ＬＥＤのように１対のリードフレームにＬＥＤ素子を実装して、ＬＥＤ素子を被覆するように蛍光樹脂を半球状に形成する形態のＬＥＤ発光装置でもよい。
【００５０】
〔第２の実施形態〕
次に、図４、図５、図６、図８、図１２、図１３、図１４を用いて第２の実施形態のＬＥＤ発光装置６０Ａについて説明する。図４はＬＥＤ発光装置６０Ａの断面図を示し、図５はＬＥＤ発光装置６０Ａの光の取出し原理図を示す。また、図６はＬＥＤ発光装置６０Ａの誘電体多層膜の反射率特性４４を示し、ＬＥＤ発光装置６０の発光スペクトル４２を重ねて表示している。また、図８は比視感度図を示し、ＬＥＤ発光装置６０の発光スペクトル４２とＬＥＤ発光装置５０の発光スペクトル４１を重ねて表示している。図１２、図１３、図１４はＬＥＤ発光装置６０Ａの比較例として誘電体多層膜１０を備えないＬＥＤ発光装置６０を示し、図１２は図４に、図１３は図５に、図１４は図６にそれぞれ対応している。
【００５１】
［第２の実施形態のＬＥＤ発光装置の構成の説明：図４］
次に、図４を用いて第２の実施形態のＬＥＤ発光装置６０Ａの構成について説明する。図４は、第２の実施形態のＬＥＤ発光装置６０Ａの断面図を示し、光源としての青色ＬＥＤ素子２と、青色ＬＥＤ素子２を実装するための配線電極５、配線電極６を有する基板４と、青色ＬＥＤ素子２を封止する青色光白色変換蛍光樹脂９と、青色光白色変換蛍光樹脂９を内部に充填する反射性枠体７と、青色光白色変換蛍光樹脂９の上面に設けられた誘電体多層膜１０とから構成されている。ここで、ＬＥＤ素子の実装構造及び反射性枠体の構成、誘電体多層膜の構成については第１の実施形態と同様であるので同一要素には同一番号を付し、重複する説明は一部省略する。
【００５２】
［青色光白色変換蛍光樹脂の構成の説明：図４］
次に、ＬＥＤ素子を封止する青色光白色変換蛍光樹脂９について説明する。青色光白色変換蛍光樹脂９はＬＥＤ素子の発光波長を変換する蛍光粒子を含有するが、実施例はＬＥＤ素子に青色ＬＥＤ素子２を使用して白色光を得る発光装置であるため、その蛍光粒子は青色光により励起される蛍光粒子である。この蛍光粒子は黄色蛍光粒子３４から構成されている。この黄色蛍光粒子３４が樹脂内に分散配合されることにより青色ＬＥＤ素子２から発光されるＬＥＤ青色光２３は黄色蛍光粒子３４に遭遇し励起黄色光２７を発光する。この励起黄色光２７は可視光であるため誘電体多層膜１０を透過することができ空気１５に放射される。
【００５３】
また、青色ＬＥＤ素子２から発光されたＬＥＤ青色光２３で黄色蛍光粒子３４に遭遇しなかった光は誘電体多層膜１０に到達して、青色光は可視光であるため誘電体多層膜１０を透過する。しかしながら、いずれの黄色蛍光粒子３４にも遭遇しなかったＬＥＤ青色光２３で紫外域に近い一部のＬＥＤ青色光２３は誘電体多層膜１０に反射され、反射青色光２３Ｂとして蛍光樹脂内へ戻され再び黄色蛍光粒子３４に遭遇する機会を得る構成になっている。
【００５４】
［発光動作の説明：図４、図５、図６］
図４において、ＬＥＤ発光装置６０Ａ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、電源（図示なし）から電圧が印加されると、それぞれのバンプ３を介して青色ＬＥＤ素子２に電圧が印加されＬＥＤ青色光２３を発光する。次に、ＬＥＤ発光装置６０Ａの内部における波長変換、透過、吸収のプロセスについて説明する。まず、ＬＥＤ青色光２３ａは樹脂層を透過し黄色蛍光粒子３４に遭遇する。そして励起黄色光２７を発光し樹脂層を透過し、さらに誘電体多層膜１０を透過し空気中に放射される。ここで、黄色光は可視光であるため誘電体多層膜１０を透過することができる。また、ＬＥＤ青色光２３ｂ、ＬＥＤ青色光２３ｃも同様に黄色蛍光粒子３４に遭遇し励起黄色光２７を発光し誘電体多層膜１０を透過し空気中に放射される。一方、ＬＥＤ青色光２３ｄはどの蛍光粒子にも遭遇することなく誘電体多層膜１０に達する。ここで、ＬＥＤ青色光２３ｄは可視光であるため、青色光２３として誘電体多層膜１０を透過し空気１５に放射される。
【００５５】
［誘電体多層膜の反射特性と発光スペクトルとに関する説明：図６］
ここで、図６を用いて誘電体多層膜１０の反射率曲線４４と発光スペクトルについて説明する。図６は誘電体多層膜１０の反射率曲線４４と、後述する誘電体多層膜１０を備えていないＬＥＤ発光装置６０の発光スペクトル４２を重ねて表示したものである。点線で示す発光スペクトル４２において、符号Ｋは青色ＬＥＤ素子２から発光される青色光のピークを示している。この青色光は、符号Ｌで示す黄色光との混色により白色光の合成に利用されるものの、後述する比視感度が低いため目視されにくい。特に、発光スペクトル４２のＫ部より紫外光側（Ｆ部）の青色光は白色光の合成には有効に作用していない。
【００５６】
ここで、図４におけるＬＥＤ青色光２３ｅは発光スペクトル４２のＦ部の青色光に相当するので、青色光の一部を反射する反射率特性４４を有する誘電体多層膜１０により、反射青色光２３Ｂとなって反射される。そして樹脂層に戻り黄色蛍光粒子３４に遭遇し励起黄色光（２７）を発光し誘電体多層膜１０を透過し空気１５に放射される。また、パッケージ内吸収光２８については第１の実施形態と同様であるので説明は省略する。これにより、誘電体多層膜１０を透過する光は、励起黄色光２７と、透過したＬＥＤ青色光２３と、誘電体多層膜１０に反射された紫外域に近い青色光の一部が黄色蛍光粒子３４に再遭遇した励起黄色光（２７）とからなり、光の混色の原理により白色光２１を得る。この結果、紫外域に近い青色光の一部を有効活用できる。また、発光色に影響を与えることもない。
【００５７】
次に、図５を用いて、光の取出し原理図について説明する。青色ＬＥＤ素子２から発光した光は青色光白色変換蛍光樹脂９を透過することによって、励起黄色光２７を発光し、同時に黄色蛍光粒子３４に遭遇しないＬＥＤ青色光２３が透過する。そして、それぞれが誘電体多層膜１０を透過し光の混色の原理により白色光２１を得る。一方、ＬＥＤ青色光２３の内で、紫外域に近い一部の青色光は反射青色光２３Ｂとなってパッケージ内に戻され再利用される。またパッケージ内吸収光２８は第１の実施形態と同様にパッケージ内に吸収される。
【００５８】
［比視感度図の説明：図８］
次に、図８を用いて比視感度について説明する。図８は人間の目の光に対する感度を表す標準比視感度図４３を示す。縦軸が相対発光強度を示し、横軸は波長λ（ｎｍ）を示す。図８において、標準比視感度図４３と、第１の実施形態の比較例のＬＥＤ発行装置５０の発光スペクトル４１（点線で示す）と、第２の実施形態の比較例のＬＥＤ発行装置６０の発光スペクトル４２（点線で示す）とを重ねて表示している。ここで、標準比視感度図４３は、人間の目は明所視の場合、５５５ｎｍの波長光を最も明るく感じることを示している。このとき、ＬＥＤ発光装置５０の発光スペクトル４１と比視感度図４３とを対比し考察すると、紫外光のピークであるＧ部近傍の光は人間の目には全く明るさを感じないため、白色光２１の合成には利用されていない。
【００５９】
また、第２の実施形態の比較例のＬＥＤ発行装置６０の発光スペクトル４２と比視感度図４３とを対比し考察すると、ピークであるＫ部を中心にした青色光は、ピークＬ部を中心にした黄色光との混色により白色光を合成するものの、ピークＫ部より紫外域側（短波長側）にある青色光の一部は人間の目にはほとんど明るさを感じないため、白色光２１の合成には有効活用されない。このことから、紫外域の波長光を反射させて可視光は透過させる光学特性を有する誘電体多層膜を用いて比視感度が低い波長光を有効活用することは、光の取出し効率向上を図る上で有効である。
【００６０】
［第２実施形態の比較例のＬＥＤ発光装置６０の説明：図１２、図１３、図１４］
次に、図１２、図１３、図１４を用いて、第２の実施形態の比較例ＬＥＤ発光装置６０について説明する。図１２はＬＥＤ発光装置６０の断面を示し、図４に対応している。また、図１３は光取出し状況を説明する原理図であり、図５に対応している。また、図１４はＬＥＤ発光装置６０の発光スペクトル図であり、図６に対応している。図１２において、ＬＥＤ発光装置６０の断面を示すが、ＬＥＤ素子の実装構造及び反射性枠体の構成、誘電体多層膜の構成については第１の実施形態と同様であるので同一要素には同一番号を付し、重複する説明は一部省略する。
【００６１】
［比較例のＬＥＤ発光装置６０の動作の説明：図１２、図１３、図１４］
まず、図１２において、青色ＬＥＤ素子２はＬＥＤ青色光２３を発光する。ＬＥＤ青色光２３ａは樹脂層を透過し黄色蛍光粒子３４に遭遇する。そして励起黄色光２７を発光し樹脂層を透過して空気１５に放射される。また、ＬＥＤ青色光２３ｂは黄色蛍光粒子３４に遭遇し励起黄色光２７を発光し空気１５に放射される。また、ＬＥＤ青色光２３ｃは黄色蛍光粒子３４に遭遇し励起黄色光２７を発光し空気中に放射される。一方、ＬＥＤ青色光２３ｄはどの蛍光粒子にも遭遇しないで樹脂層からＬＥＤ青色光として空気１５に放射される。また、紫外域に近い一部の青色光であるＬＥＤ青色光２３ｅはどの蛍光粒子にも遭遇しないで樹脂層から無効青色光２３Ａとして空気１５に放射される。また、またパッケージ内吸収光２８は第１の実施形態と同様にパッケージ内に吸収され消滅する。これにより、樹脂層から放射される光はＬＥＤ青色光２３と、励起黄色光２７と、無効青色光２３Ａとからなり、光の混色の原理により白色光２１を得る。
【００６２】
次に、図１３を用いて、光の取出し原理図について説明する。図１３において、青色ＬＥＤ素子２から発光した光で青色光白色変換蛍光樹脂９を透過する過程で黄色蛍光粒子３４に遭遇しなかったＬＥＤ青色光２３は、蛍光樹脂と空気の界面１１を透過して空気１５に放射される。また、黄色蛍光粒子３４に遭遇した光は励起黄色光２７として蛍光樹脂と空気の界面１１を透過して空気１５に放射される。これにより、ＬＥＤ青色光２３と励起黄色光２７は光の混色の原理により白色光２１を得る。また、紫外域に近い一部の青色光で、どの蛍光粒子にも遭遇しない無効青色光２３Ａが空気１５に放射される。また、一部の青色光または励起黄色光はパッケージ内吸収光２８となる。ここで、図１４は、ＬＥＤ発光装置６０の発光スペクトル４２を示す。発光スペクトル４２において、Ｋ部をピークとするスペクトルは青色光であり、Ｌ部をピークとするスペクトルは黄色光である。この結果、光の混色の原理により白色光２１を得る。
【００６３】
［ＬＥＤ発光装置６０ＡとＬＥＤ発光装置６０の動作比較］
以上、図４、図５、図６に示すＬＥＤ発光装置６０Ａと、図１２、図１３、図１４に示す比較例のＬＥＤ発光装置６０とを比較することにより、ＬＥＤ発光装置６０においては紫外域に近い一部の青色光２３Ａは無効放射光となっている。また、ＬＥＤ発光装置６０Ａにおいては、誘電体多層膜１０の効果により紫外域に近い一部の青色光を反射青色光２３Ｂとして蛍光樹脂に戻して有効活用している。
【００６４】
［第２の実施形態のＬＥＤ発光装置による効果］
以上説明した本発明の第２の実施形態によれば、以下に示す効果が得られる。
（効果１）
青色ＬＥＤと青色光白色変換粒子の組合せによるＬＥＤ発光装置において、紫外域に近い一部の青色光は比視感度が低く無効放射光となっていたが、紫外域の波長を反射させ可視光は透過させる特性の誘電体多層膜を設けることにより有効活用することができる。これにより、発光色に影響を与えることがなく光取出し効率に優れたＬＥＤ発光装置を提供することができる。
【００６５】
尚、誘電体多層膜の反射率特性について、紫外光と紫外域に近い青色光を反射させる光学特性としたが、それぞれのＬＥＤの特性に合わせて個別の反射率特性としてもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１      近紫外ＬＥＤ素子
２      青色ＬＥＤ素子
３      バンプ
４      基板
５、６    配線電極
７      反射性枠体
８      紫外光白色変換蛍光樹脂
９      青色光白色変換蛍光樹脂
１０    誘電体多層膜
１１    蛍光樹脂と空気の界面
１２    蛍光樹脂
１３    １／４波長厚の低屈折率材料
１４    １／４波長厚の高屈折率材料
１５    空気
２１    白色光
２２    紫外光
２２Ａ  無効紫外光
２２Ｂ  反射紫外光
２３    ＬＥＤ青色光
２３Ａ  無効青色光
２３Ｂ  反射青色光
２４    励起青色光
２５    励起緑色光
２６    励起赤色光
２７    励起黄色光
２８    パッケージ内吸収光
３１    青色蛍光粒子
３２    緑色蛍光粒子
３３    赤色蛍光粒子
３４    黄色蛍光粒子
４１、４２    発光スペクトル
４３    比視感度図
４４    反射率特性
５０、５０Ａ、６０、６０Ａ    ＬＥＤ発光装置
【図１】
2014222705.tif 000003
【図２】
2014222705.tif 000004
【図３】
2014222705.tif 000005
【図４】
2014222705.tif 000006
【図５】
2014222705.tif 000007
【図６】
2014222705.tif 000008
【図７】
2014222705.tif 000009
【図８】
2014222705.tif 000010
【図９】
2014222705.tif 000011
【図１０】
2014222705.tif 000012
【図１１】
2014222705.tif 000013
【図１２】
2014222705.tif 000014
【図１３】
2014222705.tif 000015
【図１４】
2014222705.tif 000016
【図１５】
2014222705.tif 000017
【図１６】
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