(57)【要約】【課題】  蛍光体による波長変換効率を向上させ、発光装置の光出力を高めるとともに、輝度や演色性等の照明特性に優れた発光装置を提供することである。【解決手段】  上面に発光素子３を載置する載置部１ａが形成された基体１と、基体１の上面の外周部に載置部１ａを取り囲むように接合されるとともに、内周面２ａが発光素子３から発光される光を反射する反射面とされている枠状の反射部材２と、反射部材２の内側に発光素子３を被覆するように形成された第１の透光性部材４と、枠体の内周面または上面に、第１の透光性部材４との間に隙間をあけて第１の透光性部材４を覆うように設けられるとともに、上面側に蛍光体６が層状に偏在している板状の第２の透光性部材５とを具備している。【選択図】  図１
2006093399.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に発光素子を載置する載置部が形成された基体と、該基体の上面の外周部に前記載置部を取り囲むように接合されるとともに、内周面が前記発光素子から発光される光を反射する反射面とされている枠状の反射部材と、該反射部材の内側に前記発光素子を被覆するように形成された第１の透光性部材と、前記枠体の内周面または上面に、前記第１の透光性部材との間に隙間をあけて前記第１の透光性部材を覆うように設けられるとともに、上面側に蛍光体が層状に偏在している板状の第２の透光性部材とを具備していることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
上面に発光素子を載置する載置部が形成された基体と、該基体の上面の外周部に前記載置部を取り囲むように接合されるとともに、内周面が前記発光素子から発光される光を反射する反射面とされている枠状の反射部材と、該反射部材の内側に前記発光素子を被覆するように形成された第１の透光性部材と、該第１の透光性部材を被覆するように設けられるとともに、前記第１の透光性部材より屈折率が大きく上面側に蛍光体が層状に偏在している板状の第２の透光性部材とを具備していることを特徴とする発光装置。
【請求項３】
請求項１記載の発光装置の製造方法であって、前記基体の上面の外周部に前記反射部材を接合する工程と、前記載置部に発光素子を載置する工程と、液状の前記第１の透光性部材を前記反射部材の内側に前記発光素子を覆うように注入した後、前記第１の透光性部材を硬化させる工程と、前記蛍光体を含む液状の前記第２の透光性部材を板状に成形する工程と、前記第２の透光性部材中の前記蛍光体を一主面側に沈降させた後、前記第２の透光性部材を硬化させる工程と、硬化された前記第２の透光性部材を、その前記一主面側が上側になるように前記反射部材の上面または内周面に前記発光素子を覆うように取着する工程とを具備していることを特徴とする発光装置の製造方法。
【請求項４】
請求項２記載の発光装置の製造方法であって、前記基体の上面の外周部に前記反射部材を接合する工程と、前記載置部に発光素子を載置する工程と、液状の前記第１の透光性部材を前記反射部材の内側に前記発光素子を覆うように注入する工程と、前記第１の透光性部材より屈折率が大きく、蛍光体を含む前記第２の透光性部材を板状に成形する工程と、前記第２の透光性部材中の前記蛍光体を一主面側に沈降させた後、前記第２の透光性部材を硬化させる工程と、硬化された前記第２の透光性部材を、その前記一主面側が上側になるように前記第１の透光性部材の上面に前記第１の透光性部材を被覆するように取着する工程とを具備していることを特徴とする発光装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１または請求項２記載の発光装置を所定の配置となるように設置したことを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子を収納して成る発光装置およびその製造方法ならびに照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の発光装置を図９に示す。図９において、発光装置は、上面の中央部に発光素子13を載置するための載置部11ａを有し、載置部11ａおよびその周辺から発光装置の内外を電気的に導通接続するリード端子やメタライズ配線等からなる配線導体（図示せず）が形成された絶縁体からなる基体11と、基体11の上面に接着固定され、内周面12ａが上側に向かうに伴って外側に広がるように傾斜しているとともに、内周面12ａが、発光素子13が発光する光を反射する反射面とされている枠状の反射部材12と、透光性部材に発光素子13が発光する光を波長変換する蛍光体（図示せず）を含有させて成る波長変換層15と、発光素子13を保護するため反射部材12の内側に充填された透光性部材16とから主に構成されている。
【０００３】
基体11は、酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス）や窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体，ガラスセラミックス等のセラミックス、またはエポキシ樹脂等の樹脂から成る。基体11がセラミックスから成る場合、その上面に配線導体がタングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ）−マンガン（Ｍｎ）等から成る金属ペーストを高温で焼成して形成される。また、基体11が樹脂から成る場合、銅（Ｃｕ）や鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）合金等から成るリード端子がモールド成型されて基体11の内部に設置固定される。
【０００４】
また、反射部材12は、アルミニウム（Ａｌ）やＦｅ−Ｎｉ−コバルト（Ｃｏ）合金等の金属、アルミナセラミックス等のセラミックスまたはエポキシ樹脂等の樹脂から成り、切削加工や金型成型、押し出し成型等の成形技術により形成される。
【０００５】
さらに、反射部材12は、内周面12ａが発光素子13や波長変換層15からの光を反射する反射面とされており、この内周面12ａは、Ａｌ等の金属が蒸着法やメッキ法により被着されることにより形成される。そして、反射部材12は、半田，銀（Ａｇ）ロウ等のロウ材または樹脂接着材等の接合材により、載置部11ａを内周面12ａで取り囲むように基体11の上面に接合される。
【０００６】
また、発光素子13は、例えば、液相成長法やＭＯＣＶＤ法等によりサファイア等の単結晶基板上に、ガリウム（Ｇａ）−Ａｌ−窒素（Ｎ）、亜鉛（Ｚｎ）−硫黄（Ｓ）、Ｚｎ−セレン（Ｓｅ）、珪素（Ｓｉ）−炭素（Ｃ）、Ｇａ−リン（Ｐ）、Ｇａ−Ａｌ−砒素（Ａｓ）、Ａｌ−インジウム（Ｉｎ）−Ｇａ−Ｐ、Ｉｎ−Ｇａ−Ｎ、Ｇａ−Ｎ、Ａｌ−Ｉｎ−Ｇａ−Ｎ等の発光層が形成される。発光素子13の構造としては、ＭＩＳ接合やＰＮ接合を有したホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構造のものが挙げられる。また、発光素子13の発光波長は、発光層の材料やその混晶度によって紫外光から赤外光まで種々選択される。なお、発光素子13は、載置部11ａの周辺に配置した配線導体と発光素子13の電極とをボンディングワイヤ（図示せず）を用いた方法や、発光素子13の電極を下側に設置して半田バンプにより接続するフリップチップボンディング方式を用いた方法等によって電気的に接続される。
【０００７】
また、波長変換層15は、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の透光性部材に蛍光体を含有し熱硬化させ板状に形成するとともに反射部材12の開口部を覆うことにより、発光素子13から放出された発光波長である可視光や近紫外光を吸収し、他の長波長の光に変換して放射させることができる。従って、波長変換層15は、発光素子13から発光される光の発光波長や発光装置から放出される所望の光に応じて種々のものが用いられ、所望の波長スペクトルを有する光を取り出せる発光装置となし得る。また、発光装置は、発光素子13が発光した光と、蛍光体からの光とが補色関係にあるとき白色系の光を発光させることができる。
【０００８】
なお、蛍光体は、例えば、セリウム（Ｃｅ）で付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体、ペリレン系誘導体、ＣｕやＡｌで付活された硫化亜鉛カドミウム、Ｍｎで付活された酸化マグネシウム、酸化チタンなど種々のものが挙げられる。これらの蛍光体は、１種類で用いてもよいし、２種類以上混合して用いてもよい。
【０００９】
さらに、透光性部材16は、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の透光性部材を用いることで、発光素子13を保護すると共に、発光素子13と透光性部材との屈折率差を少なくすることにより、発光素子13内部に光が閉じ込められるのを抑制することができる。
【特許文献１】特開2000-349346号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の発光装置は、透光性部材16の上面に、蛍光体を含有した液状の波長変換層15を注入して熱硬化させることにより、蛍光体を波長変換層15中の全体に分散させていた。
【００１１】
しかしながら、波長変換層15の下側に位置する蛍光体から発せられた光は、波長変換層15を通過する際に光損失が生じ、発光装置の外部に放射される光強度が小さくなるという問題点があった。
【００１２】
一方、発光装置の光強度を高めるために、発光素子13の発光強度を高めることで、蛍光体へ入射する光の強度を強め、発光装置外部に放射される光の強度を強めることも可能である。
【００１３】
しかしながら、蛍光体への入射光強度が比較的小さい場合は、蛍光体からの出射光強度は入射光強度に比例して大きくなるものの、入射光強度が大きくなるにつれて徐々に比例しなくなって波長変換された光の強度が一定のまま、蛍光体によって波長変換されずに放射される発光素子の光が増加するだけとなり、波長変換された所望の波長の光強度を高めることが困難になるという問題点を有していた。
【００１４】
また、蛍光体に波長変換された後に下側に進む光や、蛍光体によって波長変換されずに下側に反射された発光素子の光は、発光装置の内部で乱反射し、発光素子や基体等に吸収される等によって光損失が生じるという問題もある。
【００１５】
従って、本発明は上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、高い放射光強度および高輝度を有し、発光効率の良い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】
【００１６】
本発明の発光装置は、上面に発光素子を載置する載置部が形成された基体と、該基体の上面の外周部に前記載置部を取り囲むように接合されるとともに、内周面が前記発光素子から発光される光を反射する反射面とされている枠状の反射部材と、該反射部材の内側に前記発光素子を被覆するように形成された第１の透光性部材と、前記枠体の内周面または上面に、前記第１の透光性部材との間に隙間をあけて前記第１の透光性部材を覆うように設けられるとともに、上面側に蛍光体が層状に偏在している板状の第２の透光性部材とを具備していることを特徴とする。
【００１７】
本発明の発光装置は、上面に発光素子を載置する載置部が形成された基体と、該基体の上面の外周部に前記載置部を取り囲むように接合されるとともに、内周面が前記発光素子から発光される光を反射する反射面とされている枠状の反射部材と、該反射部材の内側に前記発光素子を被覆するように形成された第１の透光性部材と、該第１の透光性部材を被覆するように設けられるとともに、前記第１の透光性部材より屈折率が大きく上面側に蛍光体が層状に偏在している板状の第２の透光性部材とを具備していることを特徴とする。
【００１８】
本発明の製造方法は、上記本発明の発光装置の製造方法であって、前記基体の上面の外周部に前記反射部材を接合する工程と、前記載置部に発光素子を載置する工程と、液状の前記第１の透光性部材を前記反射部材の内側に前記発光素子を覆うように注入した後、前記第１の透光性部材を硬化させる工程と、前記蛍光体を含む液状の前記第２の透光性部材を板状に成形する工程と、前記第２の透光性部材中の前記蛍光体を一主面側に沈降させた後、前記第２の透光性部材を硬化させる工程と、硬化された前記第２の透光性部材を、その前記一主面側が上側になるように前記反射部材の上面または内周面に前記発光素子を覆うように取着する工程とを具備していることを特徴とする。
【００１９】
本発明の製造方法は、上記本発明の発光装置の製造方法であって、前記基体の上面の外周部に前記反射部材を接合する工程と、前記載置部に発光素子を載置する工程と、液状の前記第１の透光性部材を前記反射部材の内側に前記発光素子を覆うように注入する工程と、前記第１の透光性部材より屈折率が大きく、蛍光体を含む前記第２の透光性部材を板状に成形する工程と、前記第２の透光性部材中の前記蛍光体を一主面側に沈降させた後、前記第２の透光性部材を硬化させる工程と、硬化された前記第２の透光性部材を、その前記一主面側が上側になるように前記第１の透光性部材の上面に前記第１の透光性部材を被覆するように取着する工程とを具備していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の第一の発明である発光装置は、上面に発光素子を載置する載置部が形成された基体と、基体の上面の外周部に載置部を取り囲むように接合されるとともに、内周面が発光素子から発光される光を反射する反射面とされている枠状の反射部材と、反射部材の内側に発光素子を被覆するように形成された第１の透光性部材と、枠体の内周面または上面に、第１の透光性部材との間に隙間をあけて第１の透光性部材を覆うように設けられるとともに、上面側に蛍光体が層状に偏在している板状の第２の透光性部材とを具備していることにより、蛍光体により波長変換された光を効率よく発光装置の外部に強い放射光強度および高輝度で放出できる。
【００２１】
従来では、蛍光体が波長変換層の全体に分散していた。波長変換層の全体に存在する蛍光体のうち、下方に存在する蛍光体については、蛍光体が励起されて最大限の出射光強度で光を出射できるように発光素子の発光強度を高めても、波長変換層を通過する間に波長変換されずに蛍光体間を乱反射することにより光損失が増加するとともに、波長変換されずに外部に放出される光が増加するだけであり、その結果、波長変換されて発光装置の外部に放出される光の強度は弱くなっていた。
【００２２】
しかしながら、本発明では第２の透光性部材の上方に蛍光体が層状に偏在するため、発光素子から出た光は、第２の透光性部材を透過した後に蛍光体に到達する。そのとき、蛍光体が励起されて最大限の出射光強度で光を出射できるように発光素子の発光強度を高めておいても、光は波長変換された後第２の透光性部材中をきわめて短い行路進んですぐに外部に放出されるため、ほとんど光損失を生じることなく発光装置の外部に放出される。
【００２３】
つまり本発明によって、蛍光体により波長変換された光を効率よく発光装置の外部に強い放射光強度および高輝度で放出できる。
【００２４】
また、蛍光体に波長変換された後に下側に進む光や、蛍光体によって波長変換されずに下側に反射された発光素子の光は、第２の透光性部材の下方に隙間があることで、隙間と第２の透光性部材の下面との界面で全反射しやすくなり、上方向に良好に反射される。その結果、蛍光体に波長変換された後に下側に進む光が発光装置の内部で乱反射し、発光素子や基体等に吸収される等によって光損失が生じるのを抑制できる。さらに、蛍光体によって波長変換されずに下側に反射された発光素子の光が再度蛍光体を照射することとなって波長変換効率が向上し、外部に取り出される放射光強度を強くすることができる。
【００２５】
また、蛍光体に波長変換されてあらゆる方向に進む光のうち、下側に発せられた光は、第２の透光性部材の下方に隙間があることで、隙間と第２の透光性部材の下面との界面で全反射しやすくなり、上方向に反射させることができる。波長変換された光は上方向に進むことにより、発光素子や、基体等に吸収されにくくなるため、発光装置の外部に取り出される放射光強度は強くなる。
【００２６】
また、蛍光体の間隔を狭くして、適度に密な層状にするとともに層状の蛍光体の厚さを均一にすることにより、発光面や照射面における色や強度分布の偏りを抑制することができ、安定した照度分布で演色性を有する照明装置を作製することができる。
【００２７】
さらに、発光素子から発生する光が400ｎｍ以下の近紫外光から紫外光領域である場合、蛍光体の隙間より波長変換されずに透過する光を抑制し、人体への影響を軽減することができる。
【００２８】
本発明の第二の発明である発光装置は、上面に発光素子を載置する載置部が形成された基体と、基体の上面の外周部に載置部を取り囲むように接合されるとともに、内周面が発光素子から発光される光を反射する反射面とされている枠状の反射部材と、反射部材の内側に発光素子を被覆するように形成された第１の透光性部材と、枠体の内周面または上面に、第１の透光性部材を被覆するように設けられるとともに、第１の透光性部材より屈折率が大きく上面側に蛍光体が層状に偏在している板状の第２の透光性部材とを具備していることにより、発光素子から発光された光を、強い放射光強度および高輝度で、発光効率良く外部に放出できる。
【００２９】
すなわち発光素子から発せられた光は、第２の透光性部材を透過して、発光装置の外部に放出される。そして第２の透光性部材の上面側には蛍光体が偏在するため、発光素子から出た光は、この蛍光体を透過し、所望の光の色に調節されて外部に放出される。
【００３０】
従来では、蛍光体が波長変換層の全体に分散していた。波長変換層の全体に存在する蛍光体のうち、下方に存在する蛍光体については、蛍光体が励起されて最大限の出射光強度で光を出射できるように発光素子の発光強度を高めても、波長変換層を通過する間に波長変換されずに蛍光体間を乱反射することにより光損失が増加するとともに、波長変換されずに外部に放出される光が増加するだけであり、その結果、波長変換されて発光装置の外部に放出される光の強度は弱くなっていた。
【００３１】
しかしながら、本発明では第２の透光性部材の上方に蛍光体が層状に偏在するため、発光素子から出た光は、第２の透光性部材を透過した後に蛍光体に到達する。そのとき、蛍光体が励起されて最大限の出射光強度で光を出射できるように発光素子の発光強度を高めておいても、光は波長変換された後第２の透光性部材中を短い行路進んですぐに外部に放出されるため、ほとんど光損失を生じることなく発光装置の外部に放出される。
【００３２】
つまり本発明によって、蛍光体により波長変換された光を効率よく発光装置の外部に強い放射光強度および高輝度で放出できる。
【００３３】
また、蛍光体に波長変換された後に下側に進む光や、蛍光体によって波長変換されずに下側に反射された発光素子の光は、第１の透光性部材より第２の透光性部材の屈折率の方が大きいので、第１の透光性部材の上面と第２の透光性部材の下面との界面で全反射しやすくなり、上方向に良好に反射される。その結果、蛍光体に波長変換された後に下側に進む光が発光装置の内部で乱反射し、発光素子や基体等に吸収される等によって光損失が生じるのを抑制できる。さらに、蛍光体によって波長変換されずに下側に反射された発光素子の光が再度蛍光体を照射することとなって波長変換効率が向上し、外部に取り出される放射光強度を強くすることができる。
【００３４】
また、あらゆる方向に進む蛍光体に波長変換された光のうち、下側に発せられた光は、第１の透光性部材より第２の透光性部材の屈折率の方が大きいので、第１の透光性部材の上面と第２の透光性部材の下面との界面で全反射しやすくなり、上方向に反射させることができる。このようにして波長変換された光が上方向に進むことにより、発光素子や、基体等に吸収されにくくなり、発光装置の外部に取り出される放射光強度は強くなる。
【００３５】
また、蛍光体の間隔を狭くして、適度に密な層状にするとともに層状の蛍光体の厚さを均一にすることにより、発光面や照射面における色や強度分布の偏りを抑制することができ、安定した照度分布で演色性を有する照明装置を作製することができる。
【００３６】
さらに、発光素子から発生する光が400ｎｍ以下の近紫外光から紫外光領域である場合、蛍光体の隙間より波長変換されずに透過する光を抑制し、人体への影響を軽減することができる。
【００３７】
本発明の発光装置の製造方法は、基体の上面の外周部に反射部材を接合する工程と、載置部に発光素子を載置する工程と、液状の前記第１の透光性部材を反射部材の内側に発光素子を覆うように注入した後、第１の透光性部材を硬化させる工程と、蛍光体を含む液状の第２の透光性部材を板状に成形する工程と、第２の透光性部材中の蛍光体を一主面側に沈降させた後、第２の透光性部材を硬化させる工程と、硬化された第２の透光性部材の一主面側が上側になるように反射部材の上面または内周面に前記発光素子を覆って取着する工程とを具備していることにより、第２の透光性部材の一主面側に蛍光体を容易にかつ均一に層状に偏在させることができ、強度分布の偏りの少ない、発光効率の高い発光装置を容易に作製することができる。
【００３８】
本発明の発光装置の製造方法は、基体の上面の外周部に反射部材を接合する工程と、載置部に発光素子を載置する工程と、液状の第１の透光性部材を反射部材の内側に発光素子を覆うように注入する工程と、第１の透光性部材より屈折率が大きく、蛍光体を含む第２の透光性部材を板状に成形する工程と、第２の透光性部材を中の蛍光体を一主面側に沈降させた後、第２の透光性部材を硬化させる工程と、硬化された第２の透光性部材の一主面側が上側になるように第１の透光性部材の上面に第１の透光性部材を被覆するように取着する工程とを具備していることにより、第２の透光性部材の一主面側に蛍光体を容易にかつ均一に層状に偏在させることができ、強度分布の偏りの少ない、発光効率の高い発光装置を容易に作製することができる。
【００３９】
本発明の照明装置は、上記本発明の発光装置を所定の配置となるように設置したことから、蛍光体が上方に存在するため、従来の蛍光体が全体に分散された照明装置よりも高輝度な照明装置とすることができる。その結果、安定した放射光強度で光を照射することができるとともに、照射面における色むらや照度分布の偏りが抑制された照明装置とすることができる。
【００４０】
また、本発明の発光装置を光源として所定の配置に設置するとともに、これらの発光装置の周囲に任意の形状に光学設計した反射治具や光学レンズ、光拡散板等を設置することにより、任意の配光分布の光を放射する照明装置とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
本発明の第一の発明の発光装置について以下に詳細に説明する。図１は本発明の発光装置の実施の形態の一例を示す断面図である。この図において、１は基体、２は反射部材、４は反射部材２の内側に発光素子３を被覆するように注入される第１の透光性部材、５は発光素子３の上方でかつ第１の透光性部材４との間に隙間をあけて反射部材２の内周面２ａまたは上面に配置される第２の透光性部材、６は第２の透光性部材５の上面側に偏在している、発光素子３が発光する光の波長を変換して蛍光を発生する蛍光体であり、主としてこれらで発光素子３を収納するための発光装置が構成される。
【００４２】
基体１は、アルミナセラミックスや窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、ガラスセラミックス等のセラミックス、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＣｕ−Ｗ等の金属、または、エポキシ樹脂等の樹脂から成り、発光素子３が載置される載置部１ａが基体１の上面に形成されている。
【００４３】
また、基体１は、上面に反射部材２が載置部１ａを取り囲むように、半田、Ａｇロウ等のロウ材やエポキシ樹脂等の樹脂接着剤等の接合材により取着される。反射部材２は、発光素子３の周囲に所望の面精度（例えば、発光装置の縦の断面において、発光素子３を間に挟んで発光素子３の両側に設けられた光反射面が対称になっている状態）で内周面２ａが設けられるように取着される。よって、発光素子３から出た光が横方向に進んだとしても、反射部材２で上側に良好に反射されて第２の透光性部材５に向かって進むことができるため、発光素子３から出た光は蛍光体６によって波長変換され発光装置の外部へ効率よく放出される。この結果、発光装置は、波長変換した光をすぐに外部に放出することができるため、高い放射光強度および高輝度を有し、発光効率を向上させることができる。
【００４４】
また、載置部１ａは、図３に示すように高さが第１の反射部材２の内周面２ａの下端よりも高くなるように突出しているのが好ましい。これにより、発光素子３から斜め下方向に発光された光でも効率よく反射部材２によって上方向に進むため、第２の透光性部材５を透過した後に蛍光体６で波長変換される発光素子３の光は増加して、発光装置の放射光強度が向上する。
【００４５】
このような突出した載置部１ａは、その周囲を研磨や切削加工、エッチング等で除去することにより、または、基体１および載置部１ａとなるセラミックグリーンシートを積層して焼成一体化することにより、基体１の上面より突出して形成される。または、基体１の上面に載置部１ａとなる別の部材が、接着剤等で取着され形成されていてもよい。例えば、アルミナセラミックスや窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、ガラスセラミックス等のセラミックス、珪素（Ｓｉ）基板、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＣｕ−Ｗ等の金属、または、エポキシ樹脂等の樹脂から成る載置部１ａとなる部材を、基体１の上面にロウ材や接着剤等の接合材により取着することによって設けることもできる。
【００４６】
また、載置部１ａは、図４に示すようにその側面が下側に行くに伴って外側に拡がるように傾斜しているのが好ましい。これにより、熱硬化前の液状の樹脂等から成る第１の透光性部材４が反射部材２の内側に注入される際に、突出した載置部１ａと基体１上面または内周面２ａの下端部との間の角部に気泡や空気溜りが形成されることを有効に防止できる。さらに、発光素子３から発光された光が、突出した載置部１ａの側面で上方および内周面２ａの方向に良好に反射され、発光装置の放射光強度をより向上させることができる。さらにまた、発光素子３で生じた熱が、載置部１ａを介して効率よく基体１側に拡散され伝達されることにより、発光素子３の温度上昇がより有効に抑制される。
【００４７】
さらに、載置部１ａは、発光素子３が電気的に接続されるための配線導体（図示せず）が形成されている。この配線導体が基体１の内部に形成された配線層（図示せず）を介して発光装置の外表面に導出されて外部電気回路に接続されることにより、発光素子３と外部電気回路とが電気的に接続されることとなる。
【００４８】
なお、反射部材２は、Ａｌ，Ａｇ，金（Ａｕ），白金（Ｐｔ），チタン（Ｔｉ），クロム（Ｃｒ），Ｃｕ等の高反射率の金属に切削加工や金型成形等を行うことにより形成される。あるいは、反射部材２は、セラミックスや樹脂等の絶縁体からなり、その内周面２ａにメッキや蒸着等によりＡｌ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｃｕ等の高反射率の金属薄膜を形成してもよい。このうち、内周面２ａがＡｇやＣｕ等の酸化により変色し易い金属からなる場合、その表面に、例えば厚さ１〜10μｍ程度のＮｉメッキ層と厚さ0.1〜３μｍ程度のＡｕメッキ層とが電解メッキ法や無電解メッキ法により順次被着されているのが良い。これにより、内周面２ａの耐食性が向上するとともに、反射率の劣化が抑制される。
【００４９】
さらに、内周面２ａの算術平均粗さＲａは、0.004〜４μｍであるのが良く、これにより、発光素子３からの光を良好に反射し得る。Ｒａが４μｍを超えると、発光素子３の光が均一に反射されず、発光装置の内部で乱反射し光損失が増加しやすくなる。一方、0.004μｍ未満では、そのような面を安定かつ効率良く形成することが困難となる傾向にある。
【００５０】
また、反射部材２は、外周面の縦の断面形状を湾曲形状に変更したりしてもなんら支障はない。
【００５１】
また、発光素子３は、基体１に形成された配線導体にワイヤボンディングや、発光素子３の電極を下側にして半田バンプにより接続するフリップチップボンディング方式を用いて電気的に接続される。好ましくは、フリップチップボンディング方式により接続するのがよい。これにより、配線導体を発光素子３の直下に設けることができるため、発光素子３の周辺の基体１の上面に配線導体を設けるためのスペースを設ける必要がなくなる。よって、発光素子３から発光された光がこの基体１の配線導体のスペースで吸収されて放射光強度が低下するのを有効に抑制することができる。
【００５２】
この配線導体は、例えば、Ｗ，Ｍｏ，Ｃｕ，Ａｇ等の金属粉末のメタライズ層を形成することによって、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等のリード端子を埋設することによって、または、配線導体が形成された絶縁体から成る入出力端子を基体１に設けた貫通孔に嵌着接合させることによって設けられる。
【００５３】
なお、配線導体の露出する表面には、ＮｉやＡｕ等の耐食性に優れる金属を１〜20μｍ程度の厚さで被着させておくのが良く、配線導体の酸化腐食を有効に防止し得るともに、発光素子３と配線導体との電気的な接続を強固にし得る。したがって、配線導体の露出表面には、例えば、厚さ１〜10μｍ程度のＮｉメッキ層と厚さ0.1〜３μｍ程度のＡｕメッキ層とが電解メッキ法や無電解メッキ法により順次被着されているのがより好ましい。
【００５４】
また、第１の透光性部材４と第２の透光性部材５は、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂等の透明樹脂や透光性ガラスから成り、発光素子３を被覆するように形成されるとともに、反射部材２の内部に注入される。これにより、発光素子３の内側と外側との屈折率差が小さくなり、発光素子３から光をより多く取り出すことができ、発光強度が向上し、放射光強度や輝度を著しく向上できる。
【００５５】
第２の透光性部材５は、蛍光体６をエポキシ樹脂やシリコーン樹脂、ガラス等の透光性部材に含有させて成り、蛍光体６が上面側に層状に偏在している。
【００５６】
このような蛍光体６は、発光素子３からの光により励起されて、所望の波長の蛍光を発することができるものであり、例えば、アルカリ土類アルミン酸塩蛍光体や、希土類元素から選択された少なくとも一種の元素で付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体等の蛍光体や顔料等が用いられる。
【００５７】
本発明の発光装置は、蛍光体６を第２の透光性部材５の上面側に層状に偏在させていることにより、以下のようにして発光強度の向上を行うことができる。
【００５８】
例えば、蛍光体６が励起されて最大限の出射光強度で光を出射できる条件として、発光素子３から強度が100の光を蛍光体６に入射させた時に、その励起された蛍光体６から波長変換され出てくる最大の出射光の強度をＸと仮定する。
【００５９】
なお、発光素子３から出た光は蛍光体６に到達する前に、第１の透光性部材４、隙間、第２の透光性部材５で吸収されるため、その吸収を見込んで仮に強度110としておけば蛍光体６に100の強度で光を入射でき、蛍光体６から最大限の出射光強度Ｘを放出できる。その後、この蛍光体６から強度Ｘで放出された光は、第２の透光性部材５中をきわめて短い行路進んだ後外部に放出されるとともに、蛍光体６によって波長変換されずに下側に反射される発光素子３の光は、第２の透光性部材５の下方に隙間があることで、隙間と第２の透光性部材５の下面との界面で全反射しやすくなり、上方向に反射される。このため、最大限の出射光強度Ｘ（あるいはそれに近い値）を保ったまま外部に放出できる。
【００６０】
しかしながら従来の発光装置では、蛍光体から最大限の出射光強度で光が放出されるように発光素子13の強度を決定しても、発光素子13から出た光は、波長変換層15の下方に存在する蛍光体から強度Ｘで放出された後、波長変換層15を通過する際に光損失が生じるため、発光装置の外部に放出されるときには最大限の出射光強度Ｘでは外部に放出することができなかった。
【００６１】
このように、波長変換層の下方に存在する蛍光体は、最大の出射光強度で光を放出しても外部に放出されるまでの行路が長くなるため損失が起こるとともに、波長変換されずに外部に放出される光が増加するが、本発明では、蛍光体６は第２の透光性部材５の上方に存在するため、最大の出射光強度に変換された後すぐに外部に放出されるとともに、第２の透光性部材５の下方に隙間があることで、蛍光体６によって波長変換されずに下側に反射される発光素子３の光は、隙間と第２の透光性部材５の下面との界面で全反射しやすくなり、上方向に反射されて蛍光体６を照射する光が増加し、強い放射光強度および高輝度で放出される。
【００６２】
ここで、たとえ従来の発光装置において発光素子13の強度を200のような大きな値にして発光装置からの出射光を高めようとしても、蛍光体で波長変換して出せる光はすでに飽和しているため、最大の出射光強度Ｘより大きくなることはなく、波長変換されずにそのまま外部に放出される光が増加するだけである。このため、所望とする光の強度を向上させることができないだけでなく、不要な波長変換されない光が多くなって、発光装置の光特性を劣化させることとなる。
【００６３】
ここで本発明において、第２の透光性部材５の上面側に蛍光体６が偏在しているというのは、第２の透光性部材５に含まれる蛍光体６の全質量のうち90%以上が第２の透光性部材５の厚みの半分よりも上側に存在していることを意味する。
【００６４】
好ましくは、第２の透光性部材５の下面から上面にかけて蛍光体６の濃度が漸次大きくなるように傾斜しているのが良い。これにより、第２の透光性部材５の厚み方向において
蛍光体６の濃度変化はゆるやかになるため、濃度変化が急であるときに生じやすいひずみが抑制され、色むらや強度むらのない良好な発光を行なうことができる。
【００６５】
より好ましくは、第２の透光性部材５の厚み方向において下面から上面にかけて、蛍光体６の濃度が漸次大きくなっているとともに、第２の透光性部材５の上面から、第２の透光性部材５の厚み3分の１の間までに蛍光体６の全質量の60%〜70%を含有するのがよい。また、第２の透光性部材５の厚みの3分の1から3分の2の間までに蛍光体６の全質量の30%〜10%を含有するのがよい。また、第２の透光性部材５の厚みの3分の2から下面までに蛍光体６の全質量の0%〜10%を含有するのがよい。
【００６６】
このように、第２の透光性部材５中では蛍光体６が偏在しているが、一主面から反対側主面にかけて蛍光体６の含有率は漸次小さくなっており、一主面側で蛍光体６はもっとも偏在している。
【００６７】
これにより、第２の透光性部材５にひずみが生じるのを有効に防止できるとともに、蛍光体同士の間に適度な隙間を確保することができ、光が蛍光体６によってさえぎられるのを有効に防止できる。
【００６８】
蛍光体６を含有した第２の透光性部材５の製法は、例えば、蛍光体の含有率の異なる透光性部材をいくつか作製し、含有率の高いものから順に積層することで、第２の透光性部材５の一主面から反対側主面にかけて蛍光体６の含有率が漸次小さくなるように傾斜するように形成し、これを蛍光体６の含有率の高い一主面側が上側となるように反射部材２の上面または内周面２ａに取着する等の方法により作製できる。
【００６９】
また、より好ましくは蛍光体を含有した未硬化のシリコーン樹脂を振動させて蛍光体６を一主面側に沈降させ、熱硬化させた後、この蛍光体６が沈降した一主面側が上側となるように反射部材２の上面または内周面２ａに取着するのがよい。
【００７０】
また蛍光体６を含有した第２の透光性部材５を発光装置内に載置する方法は、例えば、第１の透光性部材４を注入して熱硬化した後、その上に隙間をあけて第１の透光性部材４を覆うように、蛍光体６が沈降した一主面側が上側となるよう第２の透光性部材５を載置した後に、反射部材２の内側または上面に樹脂接着剤等を介して取着するなどの方法により作製できる。
【００７１】
このようにして、第２の透光性部材５の一主面側に蛍光体６を容易にかつ均一に層状に偏在させることができ、強度分布の偏りの少ない、発光効率の高い発光装置を容易に作製することができる。
【００７２】
次に本発明の第二の発明について説明する。なお、本発明の第二の発明において、第１の透光性部材４と第２の透光性部材５との間に隙間が形成されておらず、また第１の透光性部材４の屈折率が第２の透光性部材５の屈折率よりも大きいこと以外は上記第一の発明と同じであり、同じ部分についての詳細な説明は省略する。
【００７３】
基体１の上面には発光素子３を載置する載置部１ａが形成されている。反射部材２は、図２に示すように基体１の上面で載置部１ａを取り囲むように接合されるとともに、内周面２ａが発光素子３から発光される光を反射する反射面とされている。そして、反射部材２の内側には、発光素子３を被覆するように第１の透光性部材４が設けられ、さらに第１の透光性部材４の上面に、第１の透光性部材４を被覆するように設けられるとともに、第１の透光性部材４より屈折率が大きく上面側に蛍光体６が層状に偏在している板状の第２の透光性部材５が配置されている。
【００７４】
また、第１の透光性部材４よりも第２の透光性部材５の屈折率の方が大きい値をとる。好ましくは、第２の透光性部材５の屈折率が第１の透光性部材４よりも0.3以上大きいのがよい。これにより、蛍光体６から下側に放出された光が第１の透光性部材４の上面と第２の透光性部材５の下面との界面で全反射しやすくなり、非常に効率よく発光装置の外部に放出される。このような第１の透光性部材４の材料は、例えば、ゾルゲルガラスやフッ素系樹脂等が、また、第２の透光性部材５の材料としては、例えば、シリコーン樹脂やポリイミド樹脂等が挙げられる。
【００７５】
蛍光体６を含有した第２の透光性部材５の製法は、例えば、蛍光体の含有率の異なる透光性部材をいくつか作製し、含有率の高いものから順に積層することで、第２の透光性部材５の一主面から反対側主面にかけて蛍光体６の含有率が漸次小さくなるように傾斜するよう、第２の透光性部材５を形成した後、これを蛍光体６の含有率の高い一主面側が上側となるように第１の透光性部材４の上面に取着する等の方法により作製できる。また、より好ましくは蛍光体を含有した未硬化のシリコーン樹脂を振動させて蛍光体６を一主面側に沈降させ熱硬化させた後、これを蛍光体６が沈降した一主面側が上側となるように第１の透光性部材４の上面に取着するのがよい。
【００７６】
このような製法により、第２の透光性部材５中で蛍光体６は偏在しているが、一主面から反対側主面にかけて蛍光体６の含有率は漸次小さくなっており、一主面側で蛍光体６はもっとも偏在している。
【００７７】
これにより、第２の透光性部材５にひずみが生じるのを有効に防止できるとともに、蛍光体同士の間に適度な隙間を確保することができ、発光素子３の光によって励起される蛍光体６が増加することから、蛍光体６が励起されて発生する蛍光が向上する
また、蛍光体６を含有した第２の透光性部材５を第１の透光性部材４の上に取着する方法は、例えば、未硬化の第１の透光性部材４を注入して半硬化した後、その上に熱硬化を行った第２の透光性部材５を載置し、第１の透光性部材４をさらに熱硬化することにより形成される。あるいは第１の透光性部材４を注入して硬化した後、その上に少量の、未硬化の第１の透光性部材を介して第２の透光性部材５を載置して、未硬化の第１の透光性部材４を硬化してもよい。
【００７８】
このようにして、第２の透光性部材５の一主面側に蛍光体を容易にかつ均一に層状に偏在させることができ、強度分布の偏りの少ない、発光効率の高い発光装置を容易に作製することができる。
【００７９】
なお、第１の透光性部材４と第２の透光性部材５については、発光装置の放射光強度が最大となるように屈折率差や透過率を考慮して選定することができる。
【００８０】
本発明の発光装置は、蛍光体６を第２の透光性部材５の上面側に層状に偏在させていることにより、以下のようにして発光強度の向上を行うことができる。
【００８１】
例えば、蛍光体６が励起されて最大限の出射光強度で光を出射できる条件として、発光素子３から強度が100の光を蛍光体６に入射させた時に、その励起された蛍光体６から波長変換され出てくる最大の出射光の強度をＸと仮定する。
【００８２】
なお、発光素子３から出た光は蛍光体６に到達する前に、第１の透光性部材４、第２の透光性部材５で吸収されるため、その吸収を見込んで仮に強度110としておけば蛍光体６に100の強度で光を入射でき、蛍光体６から最大限の出射光強度Ｘを放出できる。その後、この蛍光体６から強度Ｘで放出された光は、第２の透光性部材５中をきわめて短い行路進んだ後外部に放出されるとともに、蛍光体６によって波長変換されずに下側に反射される発光素子３の光は、第２の透光性部材５の下方に隙間があることで、隙間と第２の透光性部材５の下面との界面で全反射しやすくなり、上方向に反射させることができる。このため、最大限の出射光強度Ｘ（あるいはそれに近い値）を保ったまま外部に放出できる。
【００８３】
しかしながら従来の発光装置では、蛍光体から最大限の出射光強度で光が放出されるように発光素子13の強度を決定しても、発光素子13から出た光は、波長変換層15の下方に存在する蛍光体から強度Ｘで放出された後、波長変換層15を通過する際に光損失が生じるため、発光装置の外部に放出されるときには最大限の出射光強度Ｘでは外部に放出することができなかった。
【００８４】
このように、波長変換層の下方に存在する蛍光体は、最大の出射光強度で光を放出しても外部に放出されるまでの行路が長くなるため損失が起こるが、本発明では、蛍光体６は第２の透光性部材５の上方に存在するため、最大の出射光強度に変換された後すぐに外部に放出されるため、強い放射光強度および高輝度で放出される。
【００８５】
ここで、たとえ従来の発光装置において発光素子13の強度を200のような大きな値にして発光装置からの出射光を高めようとしても、蛍光体で波長変換して出せる光はすでに飽和しているため、最大の出射光強度Ｘより大きくなることはなく、波長変換されずにそのまま外部に放出される光が増加するだけである。このため所望とする光の強度を向上させることができないだけでなく、不要な波長変換されない光が多くなって、発光装置の光特性を劣化させることとなる。
【００８６】
また、本発明の発光装置は、１個のものを所定の配置となるように設置したことにより、または複数個を、例えば、格子状や千鳥状，放射状，複数の発光装置から成る、円状や多角形状の発光装置群を同心状に複数群形成したもの等の所定の配置となるように設置したことにより、照明装置とすることができる。これにより、半導体から成る発光素子３の電子の再結合による発光を利用しているため、従来の放電を用いた照明装置よりも低消費電力かつ長寿命とすることが可能であり、発熱の小さな小型の照明装置とすることができる。その結果、発光素子３から発生する光の中心波長の変動を抑制することができ、長期間にわたり安定した放射光強度かつ放射光角度（配光分布）で光を照射することができるとともに、照射面における色むらや照度分布の偏りが抑制された照明装置とすることができる。
【００８７】
また、本発明の発光装置を光源として所定の配置に設置するとともに、これらの発光装置の周囲に任意の形状に光学設計した反射治具や光学レンズ、光拡散板等を設置することにより、任意の配光分布の光を放射できる照明装置とすることができる。
【００８８】
例えば、図５，図６に示す平面図，断面図のように複数個の発光装置101が発光装置駆動回路基板102に複数列に配置され、発光装置101の周囲に任意の形状に光学設計した反射治具103が設置されて成る照明装置の場合、隣接する一列上に配置された複数個の発光装置101において、隣り合う発光装置101との間隔が最短に成らないような配置、いわゆる千鳥状とすることが好ましい。即ち、発光装置101が格子状に配置される際には、光源となる発光装置101が直線上に配列されることによりグレアが強くなり、このような照明装置が人の視覚に入ってくることにより、不快感や目の障害を起こしやすくなるのに対し、千鳥状とすることにより、グレアが抑制され人間の目に対する不快感や目に及ぼす障害を低減することができる。さらに、隣り合う発光装置101間の距離が長くなることにより、隣接する発光装置101間の熱的な干渉が有効に抑制され、発光装置101が実装された発光装置駆動回路基板102内における熱のこもりが抑制され、発光装置101の外部に効率よく熱が放散される。その結果、人の目に対しても障害の小さく、長期間にわたって光学特性の安定した長寿命の照明装置を作製することができる。
【００８９】
また、照明装置が、図７，図８に示す平面図，断面図のような発光装置駆動回路基板102上に複数の発光装置101から成る円状や多角形状の発光装置101群を、同心状に複数群形成した照明装置の場合、１つの円状や多角形状の発光装置101群における発光装置101の配置数を照明装置の中央側より外周側ほど多くすることが好ましい。これにより、発光装置101同士の間隔を適度に保ちながら発光装置101をより多く配置することができ、照明装置の照度をより向上させることができる。また、照明装置の中央部の発光装置101の密度を低くして発光装置駆動回路基板102の中央部における熱のこもりを抑制することができる。よって、発光装置駆動回路基板102内における温度分布が一様となり、照明装置を設置した外部電気回路基板やヒートシンクに効率よく熱が伝達され、発光装置101の温度上昇を抑制することができる。その結果、発光装置101は長期間にわたり安定して動作することができるとともに長寿命の照明装置を作製することができる。
【００９０】
このような照明装置としては、例えば、室内や室外で用いられる、一般照明用器具、シャンデリア用照明器具、住宅用照明器具、オフィス用照明器具、店装，展示用照明器具、街路用照明器具、誘導灯器具及び信号装置、舞台及びスタジオ用の照明器具、広告灯、照明用ポール、水中照明用ライト、ストロボ用ライト、スポットライト、電柱等に埋め込む防犯用照明、非常用照明器具、懐中電灯、電光掲示板等や、調光器、自動点滅器、ディスプレイ等のバックライト、動画装置、装飾品、照光式スイッチ、光センサ、医療用ライト、車載ライト等が挙げられる。
【００９１】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行うことは何等支障ない。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の第一の発明の発光装置の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の第一の発明の発光装置の実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図３】本発明の第一の発明の発光装置の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図４】本発明の第一の発明の発光装置の実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図５】本発明の照明装置の実施の形態の他の例を示す平面図である。
【図６】図５の照明装置の断面図である。
【図７】本発明の照明装置の実施の形態の他の例を示す平面図である。
【図８】図７の照明装置の断面図である。
【図９】従来の発光装置の断面図である。
【符号の説明】
【００９３】
１：基体
１ａ：載置部
２：反射部材
２ａ：内周面
３：発光素子 
４：第１の透光性部材
５：第２の透光性部材
６：蛍光体
【図１】
2006093399.tif 000003
【図２】
2006093399.tif 000004
【図３】
2006093399.tif 000005
【図４】
2006093399.tif 000006
【図５】
2006093399.tif 000007
【図６】
2006093399.tif 000008
【図７】
2006093399.tif 000009
【図８】
2006093399.tif 000010
【図９】
2006093399.tif 000011