(57)【要約】【課題】照明装置の光出射面から放射される光の色むらがより少なく、光取り出し効率のより高い照明装置を提供する。【解決手段】実装基板２の一表面２ａ上の複数個のＬＥＤチップ（発光素子）１と、該複数個のＬＥＤチップ１を被覆する被覆部４を介して複数個のＬＥＤチップ１を覆う波長変換層３と、を有し、被覆部４は、ＬＥＤチップ１をそれぞれ被覆する第一の被覆部材５と、該第一の被覆部材５を被覆し該第一の被覆部材５よりも屈折率の大きい第二の被覆部材６とを備え、該第二の被覆部材６は、隣接するＬＥＤチップ１同士の間で、ＬＥＤチップ１から放射された光のうち、隣接するＬＥＤチップ１側に向かう光を、光の屈折によって、ＬＥＤチップ１同士の間における上記一表面２ａと対向する波長変換層３側に反射させる界面を備えた照明装置１０である。【選択図】図１
2011114093.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実装基板と、該実装基板の一表面上で離間して実装される複数個の発光素子と、該複数個の発光素子を被覆する被覆部を介して複数個の前記発光素子を覆い、前記発光素子から放射された光の少なくとも一部を波長変換する波長変換層と、を有する照明装置であって、前記被覆部は、前記発光素子をそれぞれ被覆する第一の被覆部材と、該第一の被覆部材を被覆し該第一の被覆部材よりも屈折率の大きい第二の被覆部材とを備え、該第二の被覆部材は、隣接する前記発光素子同士の間で、前記発光素子から放射された光のうち、隣接する前記発光素子側に向かう光を、光の屈折によって、前記発光素子同士の間における前記一表面と対向する前記波長変換層側に反射させる界面を備えてなることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記第二の被覆部材は、前記発光素子の厚み方向に沿った光放射方向に前記第二の被覆部材と接する第三の被覆部材を設けており、該第三の被覆部材は、前記第二の被覆部材よりも屈折率が小さいことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記第二の被覆部材は、前記発光素子同士の間における前記一表面と対向する前記第二の被覆部材に該第二の被覆部材の少なくとも一部を介して該第二の被覆部材と接する第四の被覆部材が設けられ、該第四の被覆部材は、前記第二の被覆部材よりも屈折率が大きいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子および該発光素子からの光を波長変換する波長変換層を用いた照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＥＤチップなどの半導体発光素子からなる発光素子と、該発光素子を被覆し、該発光素子からの光の少なくとも一部を吸収し波長変換して補色となる光を発する蛍光体が含有された透光性部材からなる波長変換層とを備え、たとえば、発光素子からの青色光と波長変換層からの黄色光とを混色した白色光を放射する発光装置が開発されている。この種の発光装置は、発光素子の光出力の高出力化などにともない照明装置にまで応用されている。
【０００３】
このような発光装置を照明装置に応用する場合、一つの発光素子の光出力だけでは照明装置として十分な光出力を得ることが難しく、照明装置から放射させる光出力の確保や面状の発光を得るために複数個の発光素子を実装基板上に実装させるとともに、複数個の発光素子を覆うように波長変換層を配置することが考えられる。しかしながら、発光素子は、照明装置全体から見ると比較的小さく、点光源としてみなされるために、単に、波長変換層を複数個の発光素子を被覆するように配置させた構成だけでは、個々の発光素子から放射される光が目立ってしまう。たとえば、青色光を放出する複数個の発光素子たる複数個のＬＥＤチップと、青色光を吸収し補色となる黄色の蛍光を放出する波長変換層を用いた照明装置において、照明装置の光出射面を見ると、照明装置から放射される光量は、ＬＥＤチップが配置された位置と、ＬＥＤチップ同士の間となる位置とで異なる。そのため、照明装置の光出射面は、ＬＥＤチップ同士の間となる位置が、ＬＥＤチップが配置される位置より暗くなってしまう。また、照明装置の光出射面では、ＬＥＤチップに対応する位置と比較して、ＬＥＤチップ同士の間に対応する位置の色調が、より黄色く見えてしまう傾向にある。特に、照明装置は、所望の配光を得るために、別途にレンズや反射鏡を組み合わせる場合もあり、照明装置からの光が照射される被照射面に照度むらや色むらやが目立ってしまう場合もある。
【０００４】
ところで、複数個のＬＥＤチップを用いた照明装置から放射された光における照度むらを低減させるため、図５に示すように、実装基板２と、該実装基板２の一表面上で離間して実装される複数個のＬＥＤチップ１と、該複数個のＬＥＤチップ１を被覆する被覆部４’と、を有し、被覆部４’に拡散効果や反射効果のある粉体１１を含有させた照明装置１０’が知られている （たとえば、特許文献１参照。）。
【０００５】
なお、図５に示した照明装置１０’ は、ＬＥＤチップ１が実装された実装基板２の一表面側に、ＬＥＤチップ１からの光を反射させる反射層１２が形成されている。また、この照明装置１０’は、実装基板２の他表面側に、ＬＥＤチップ１への電流の制限に用いられる抵抗１３などが設けられている。図５に示す照明装置１０’は、ＬＥＤチップ１から放射される光が、被覆部４’中の粉体１１で全方向に等方的に放射され、均一な面状の発光を放射することが可能になる、とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１５６５２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の図５に示す照明装置１０’では、ＬＥＤチップ１から放射された光が、被覆部４’中の粉体１１によって拡散や反射され、光の拡散時や光の反射時に減衰されてしまう場合がある。また、ＬＥＤチップ１から放射された光は、被覆部４’中で粉体１１によって繰り返し拡散や反射されため、照明装置１０’の外部に放射されるまでの光の光路長が長くなることに伴い、被覆部４’などによっても減衰されてしまう。
【０００８】
また、別の方法として、照明装置の光出射面側に、光を拡散する拡散板を設けることで、照明装置の光出射面における色むらや輝度むらの低減させることも考えられるが、特許文献１と同様に、光の散乱吸収によって、光取り出し効率が低下することになる。
【０００９】
そのため、より均一な面状の発光で、より高い光取り出し効率が求められている現在においては、上述の照明装置１０’の構成では十分ではなく更なる改良が求められている。
【００１０】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、照明装置の光出射面から放射される光の色むらがより少なく、光取り出し効率のより高い照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１の発明は、実装基板と、該実装基板の一表面上で離間して実装される複数個の発光素子と、該複数個の発光素子を被覆する被覆部を介して複数個の前記発光素子を覆い、前記発光素子から放射された光の少なくとも一部を波長変換する波長変換層と、を有する照明装置であって、前記被覆部は、前記発光素子をそれぞれ被覆する第一の被覆部材と、該第一の被覆部材を被覆し該第一の被覆部材よりも屈折率の大きい第二の被覆部材とを備え、該第二の被覆部材は、隣接する前記発光素子同士の間で、前記発光素子から放射された光のうち、隣接する前記発光素子側に向かう光を、光の屈折によって、前記発光素子同士の間における前記一表面と対向する前記波長変換層側に反射させる界面を備えてなることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、被覆部の第二の被覆部材が、発光素子から放射された光のうち、隣接する前記発光素子側に向かう光を、光の屈折によって、前記発光素子同士の間における実装基板の一表面と対向する波長変換層側に反射させる界面を有するので、照明装置の光出射面から放射される光の色むらがより少なく、光取り出し効率のより高い照明装置とすることができる。
【００１３】
なお、照明装置の前記第二の被覆部材の前記界面は、製造時に前記発光素子を被覆する被覆工程を利用した被覆材料の充填などで形成することができるため、照明装置を比較的簡単に製造することができ、照明装置の製造コストを抑制することもできる。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第二の被覆部材は、前記発光素子の厚み方向に沿った光放射方向に前記第二の被覆部材と接する第三の被覆部材を設けており、該第三の被覆部材は、前記第二の被覆部材よりも屈折率が小さいことを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、第三の被覆部材により、前記発光素子の厚み方向に沿った光放射方向の光の一部を、前記発光素子同士の間における前記一表面と対向する前記波長変換層側に向かうように屈折させることができるので、さらに、色むらを少なくできるとともに、光取り出し効率を高めることができる。
【００１６】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記第二の被覆部材は、前記発光素子同士の間における前記一表面と対向する前記第二の被覆部材に該第二の被覆部材の少なくとも一部を介して該第二の被覆部材と接する第四の被覆部材が設けられ、該第四の被覆部材は、前記第二の被覆部材よりも屈折率が大きいことを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、前記発光素子同士の間における前記一表面と対向する前記波長変換層側に向かう光のうち、前記第二の被覆部材を透過して前記波長変換層で反射された光を、前記第二の被覆部材と前記第四の被覆部材との界面で再び前記波長変換層側に反射させてることができるので、さらに、色むらを少なくできるとともに、光取り出し効率を高めることができる。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１の発明では、複数個の発光素子をそれぞれ被覆する第一の被覆部材と、該第一の被覆部材を被覆し該第一の被覆部材よりも屈折率の大きい第二の被覆部材とを備え、該第二の被覆部材は、隣接する前記発光素子同士の間で、前記発光素子から放射された光のうち、隣接する前記発光素子側に向かう光を、光の屈折によって、前記発光素子同士の間における該発光素子が実装された実装基板の一表面と対向する波長変換層側に反射させる界面を備えてなることにより、照明装置の光出射面から放射される光の色むらがより少なく、光取り出し効率のより高い照明装置を提供できるという顕著な効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態１の照明装置を示す概略断面図である。
【図２】同上の別の照明装置を示す概略断面図である。
【図３】実施形態２の照明装置を示す概略断面図である。
【図４】実施形態３の照明装置を示す概略断面図である。
【図５】従来の照明装置を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（実施形態１）
以下、本実施形態の照明装置を図１および図２に基づいて説明する。なお、図１および図２において同じ部材に対しては、同じ番号を付して重複する説明を省略している。
【００２１】
本実施形態の図１に示す照明装置１０は、実装基板２と、該実装基板２の一表面２ａ上で離間して実装される複数個（ここでは、三個）の発光素子たるＬＥＤチップ１と、該複数個のＬＥＤチップ１を被覆する被覆部４を介して複数個のＬＥＤチップ１を覆い、ＬＥＤチップ１から放射された光の少なくとも一部を波長変換する波長変換層３と、を有する。ここで、被覆部４は、ＬＥＤチップ１をそれぞれ被覆する第一の被覆部材５と、該第一の被覆部材５を被覆し該第一の被覆部材５よりも屈折率の大きい第二の被覆部材６とを備え、該第二の被覆部材６は、隣接するＬＥＤチップ１同士の間で、ＬＥＤチップ１から放射された光のうち、隣接するＬＥＤチップ１側に向かう光（図１中の破線の矢印参照）を、光の屈折によって、ＬＥＤチップ１同士の間における上記一表面２ａと対向する前記波長変換層３側に反射させる界面を備えている。
【００２２】
より具体的には、照明装置１０は、たとえば、矩形平板状のアルミナセラミック基板上にＡｕでメッキされた一対の導体パターン（図示していない）が形成された実装基板２を用いている。実装基板２の上記一表面２ａに実装されたＬＥＤチップ１は、それぞれサファイア基板上にｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体層、Ｉｎが含有された窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光層、ｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体層が順に積層されている。ＬＥＤチップ１は、前記ｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体層および前記発光層の一部が除去されて前記ｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体層が部分的に露出しており、同一平面側にｐ型およびｎ型の各窒化ガリウム系化合物半導体層と電気的に接続されるアノード電極およびカソード電極がそれぞれ設けられている。ＬＥＤチップ１は、ＬＥＤチップ１の同一平面側に設けられた前記アノード電極および前記カソード電極を、実装基板２の一対の導体パターン上に、それぞれ設けられた複数個のＡｕバンプ（図示していない）とフリップチップ実装させて給電可能に実装されている。
【００２３】
実装基板２の上記一表面２ａ上にそれぞれ実装された複数個のＬＥＤチップ１は、通電により発光する青色光のピーク波長が、たとえば、４５０ｎｍから４７０ｎｍの範囲内にある光をそれぞれ放射する。
【００２４】
被覆部４は、ＬＥＤチップ１をそれぞれ被覆し上記一表面２ａから滑らかに隆起した凸形状であって、屈折率が約１．４１となるジメチル系のシリコーン樹脂により形成させた第一の被覆部材５と、該第一の被覆部材５よりも屈折率が大きい約１．５となるフェニル系のシリコーン樹脂により形成させた第二の被覆部材６とを備えている。第二の被覆部材６の一方の主面側（図１中の下側）は、第一の被覆部材５を各別に収納する複数個の凹部６ａと、ＬＥＤチップ１同士の間に配置される複数個の凸部６ｂとを備えており、第二の被覆部材６の他方の主面側（図１中の上側）は、平滑な平滑部６ｃを備えている。本実施形態の照明装置１０は、隣接するＬＥＤチップ１同士の間で、ＬＥＤチップ１から放射された光のうち、隣接するＬＥＤチップ１側に向かう光を、光の屈折によって、ＬＥＤチップ１同士の間における上記一表面２ａと対向する波長変換層３側に反射させる第二の被覆部材６の界面が、上記一表面２ａから滑らかに隆起した第二の被覆部材６の凸形状の表面となる。
【００２５】
また、波長変換層３は、ＬＥＤチップ１から放射された青色光を吸収して黄色の蛍光が発光可能な黄色蛍光体（たとえば、Ｃｅで付活されたＹ３Ａｌ５Ｏ１２など）をバインダーとなるフェニル系のシリコーン樹脂中に均一に分散させ、外形を第二の被覆部材６に配置可能な、厚さ約２００μｍのフィルム状に形成している。波長変換層３は、第二の被覆部材６の平滑な平滑部６ｃ上に透光性を有する接着剤により接着している。
【００２６】
ところで、図１に示す本実施形態の照明装置１０において、ＬＥＤチップ１から隣接するＬＥＤチップ１側に放射された青色光は、第一の被覆部材５を透過し第二の被覆部材６の凸部６ｂに入射する。第二の被覆部材６に入射した青色光は、光の屈折によって、隣接するＬＥＤチップ１を被覆し第二の被覆部材６よりも屈折率の小さい第一の被覆部材５と、第二の被覆部材６との界面で全反射され、波長変換層３を介して照明装置１０の外部に放射される。したがって、本実施形態の照明装置１０は、照明装置１０の光出射面において、ＬＥＤチップ１が配置された位置だけでなく、隣接するＬＥＤチップ１同士の間の位置からも光が放射され、隣接するＬＥＤチップ１同士の間で照明装置１０の発光強度が弱くなることを抑制することが可能となる。また、このような光の屈折を用いた第二の被覆部材６の界面での反射は、鏡のように、隣接するＬＥＤチップ１同士から放射された光を全て完全に反射させるものでもないため、照明装置１０全体として、照明装置１０から放射される光出力の均一性をより向上させることができる。
【００２７】
すなわち、本実施形態の照明装置１０は、図１で例示するように、ＬＥＤチップ１から放射された光のうち、隣接するＬＥＤチップ１側に向かう光（図１中の破線の矢印参照）が、第二の被覆部材６に入射して第二の被覆部材６中を透過し、第二の被覆部材６と、隣接するＬＥＤチップ１を被覆する第一の被覆部材５との界面で全反射するように構成している。いいかえれば、照明装置１０の第二の被覆部材６の界面が、ＬＥＤチップ１から放射された光のうち、隣接するＬＥＤチップ１側に向かう光（図１中の破線の矢印参照）をＬＥＤチップ１の光軸（ここでは、ＬＥＤチップ１の上面における法線方向）に近づく方向に反射させている。このような、光の屈折による全反射を生じさせるために、第二の被覆部材６は、上記光と、第二の被覆部材６の上記光が照射される表面での接線の垂線とのなす角度が、臨界角以上となるように設計すればよい。
【００２８】
以下、本実施形態の照明装置１０に用いられる各構成について詳述する。
【００２９】
本実施形態１の照明装置１０に用いられる発光素子は、通電により光を発光可能な半導体素子である。発光素子の放射する光は、たとえば、可視光のうちピーク波長が４５０ｎｍから４７０ｎｍの範囲内にある青色光とすることができるが、青色光のみに限定するものではなく、他の波長の光や波長変換層３を効率よく励起させるために紫外線を用いてもよい。発光素子たるＬＥＤチップ１としては、たとえば、サファイア基板、スピネル基板、窒化ガリウム基板、酸化亜鉛基板や炭化シリコン基板などの結晶成長基板上にｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体層、多重量子井戸構造や単一量子井戸構造の発光層となるインジウムが含有された窒化ガリウム系化合物体層、ｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体層を順に積層させたものが挙げられる。このようなＬＥＤチップ１は、大きさが約１ｍｍ角で、厚み約１００μｍで形成することができる。
【００３０】
なお、絶縁性基板を用いたＬＥＤチップ１は、前記ｐ型の窒化ガリウム系半導体層側から前記ｎ型の窒化ガリウム系化合物半導体層の一部を露出させることにより、同一平面側でアノード電極におよびカソード電極をそれぞれ形成することができる。また、導電性基板を用いたＬＥＤチップ１は、ＬＥＤチップ１の厚み方向の両面側にアノード電極やカソード電極を形成すればよい。
【００３１】
ＬＥＤチップ１に設けられる前記アノード電極や前記カソード電極は、Ｎｉ膜とＡｕ膜との積層膜、Ａｌ膜、ＩＴＯ膜など窒化ガリウム系化合物半導体層などと良好なオーミック特性が得られる材料であれば、限定されるものではない。
【００３２】
同一平面側に前記アノード電極および前記カソード電極が設けられたＬＥＤチップ１は、実装基板２上の一対の導電パターンに、たとえば、直径が０．０７ｍｍで高さが０．０５ｍｍのＡｕバンプなどの金属バンプを用いてフリップチップ実装させることができる。また、ＬＥＤチップ１として、厚み方向の両面側に前記アノード電極や前記カソード電極が形成されたＬＥＤチップ１を用いる場合は、ＬＥＤチップ１が実装される実装基板２上に形成された一対の導体パターンのうちの一方の導体パターンと、ＬＥＤチップ１の前記アノード電極あるいは前記カソード電極とを導電性部材（たとえば、ＡｕＳｎやＡｇペーストなど）を介してダイボンディングなどして電気的に接続させる。また、ＬＥＤチップ１の光取り出し面側の他方の前記カソード電極あるいは前記アノード電極は、ワイヤ（たとえば、金線やアルミニウム線など）を介して他方の導体パターンと電気的に接続させればよい。
【００３３】
ＬＥＤチップ１として、特に、インジウムを含有した窒化ガリウム系化合物半導体層からなる発光層を窒化ガリウム、窒化アルミニウムや窒化アルミニウムガリウムなどからなるクラッド層で挟んだダブルヘテロ構造とする場合は、前記発光層と前記クラッド層の材料間の屈折率差から前記発光層の端面から放射される光が多く、本実施形態の照明装置１０の効果に大きく寄与することになる。
【００３４】
なお、本実施形態の図１に示す照明装置１０では、実装基板２の上記一表面２ａに三個のＬＥＤチップ１を実装しているが、ＬＥＤチップ１の数は、これに限定されるものでもなく適宜増減することができる。この場合、各ＬＥＤチップ１は、実装基板２の導体パターンを利用して、適宜に直列、並列や直並列に電気的に接続させればよい。また、ＬＥＤチップ１は、同種のものを用いてもよいし、異なる発光波長の光を発光する複数個のＬＥＤチップ１を用いてもよい。
【００３５】
次に、本実施形態の照明装置１０に用いられる実装基板２は、発光素子たるＬＥＤチップ１がそれぞれ実装可能なものである。また、実装基板２は、実装基板２上の前記一対の導体パターン（たとえば、最表面がＡｕでメッキされた導体パターン）を利用して、ＬＥＤチップ１の通電経路を構成してもよい。このような実装基板２は、アルミナや窒化アルミニウムなどを用いたセラミック基板、Ｃｕ、ＡｌやＦｅなどの金属材料を用いた金属ベース基板やガラスエポキシ樹脂基板などを用いることができる。実装基板２としてアルミナセラミック基板を用いた場合は、ガラスエポキシ樹脂基板などと比較して熱伝導率も高く、ＬＥＤチップ１の点灯で生じた熱を外部に効率よく放熱させ照明装置１０の放熱性を高めることができる。
【００３６】
なお、本実施形態の照明装置１０の実装基板２は、大きさ約５ｍｍ角で、厚みが約０．３ｍｍである矩形平板状に形成しているが、実装基板２の上記一表面２ａの外周部に、ＬＥＤ１から放射される光を外部に放射させやすくさせるために、側壁（図示していない）を別途設けても良い。前記側壁は、実装基板２の上記一表面２ａから外部に向かって広がるテーパー部を有することで、照明装置１０の外部に光を取り出し易くなり、照明装置１０の光取り出し効率を向上させることができる。また、実装基板２は、前記側壁に、光を反射する反射層を設けてもよい。
【００３７】
さらに、照明装置１０は、実装基板２の上記一表面２ａに、反射部（図示していない）を設けても良く、このような反射部は、ＬＥＤチップ１から放射される光を効率よく反射可能なものであって、具体的には、Ａｌ、Ａｌ合金、Ａｇ、Ａｇ合金などの金属材料やＢａＳＯ４などの白色顔料となる無機材料が含有されたガラス材料などを用いて構成すればよい。なお、前記反射部が導電性を有する場合、照明装置１０は、ＬＥＤチップ１のそれぞれの前記アノード電極と前記カソード電極とが短絡しないように、前記反射部と前記一対の導体パターンとの間に絶縁層（図示していない）を適宜に形成させればよい。
【００３８】
実装基板２には、実装基板２の上記一表面２ａから側面および裏面にも導体パターンを延設させて照明装置１０の外部電極として構成してもよい。このような照明装置１０の外部電極は、リフロー工程などによって配線基板（図示していない）と電気的に接続させることができる。
【００３９】
本実施形態に用いられる波長変換層３は、複数個の発光素子たるＬＥＤチップ１がそれぞれ放射する光の少なくとも一部を吸収して波長変換し、ＬＥＤチップ１からの光よりも長波長側に主発光波長となる蛍光を発するものである。
【００４０】
波長変換層３は、たとえば、ＬＥＤチップ１から放射された光の一部を吸収して、より長波長側に主発光波長となる蛍光を放射する蛍光体をシリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂やガラスなどの透光性材料中に含有して形成すればよい。前記蛍光体を含有する波長変換層３の材料として、好ましくは、第二の被覆部材６と同程度以上の大きさの屈折率をもつ透光性材料が挙げられ、第二の被覆部材６の材料にシリコーン樹脂を用いる場合、前記蛍光体を含有する波長変換層３の材料としては、フェニル系のシリコーン樹脂が好適に挙げられる。
【００４１】
また、波長変換層３の厚みは、それぞれ照明装置１０から放射する光の目標とする色温度、ＬＥＤチップ１から放射される青色光の発光強度や蛍光体の発光効率などによって異なるが、たとえば、前記蛍光体の濃度を５０重量％以下とし、約２００μｍの厚みに形成することができる。
【００４２】
青色光を発光するＬＥＤチップ１を備え、照明装置１０から白色光を放出させる場合、波長変換層３に含有される蛍光体は、補色となる黄色蛍光体だけに限らず、たとえば、照明装置１０から、より演色性の高い白色光を放射させるため、緑色光が発光可能な緑色蛍光体（たとえば、Ｅｕで付活された（Ｓｒ，Ｂａ）２ＳｉＯ４など）と、ＬＥＤチップ１からの青色光を吸収して赤色光が発光可能な赤色蛍光体（たとえば、Ｅｕで付活されたＣａＡｌＳｉＮ３など）とを用いることもできる。したがって、波長変換層３に用いられる蛍光体としては、Ｅｕで付活されたＢａ２ＳｉＯ４やＥｕで付活された（Ｓｒ，Ｂａ）２ＳｉＯ４などの希土類でドープされた珪酸塩系の蛍光体のほか、たとえば、Ｃｅで付活されたＹ３Ａｌ５Ｏ１２やＣｅで付活されたＴｂ３Ａｌ５Ｏ１２などの希土類でドープされたアルミネート系の蛍光体、Ｅｕで付活されたＣａＡｌＳｉＮ３、Ｅｕで付活されたＳｒ２Ｓｉ５Ｎ８、Ｅｕで付活されたＣａ２Ｓｉ５Ｎ８、Ｅｕで付活されたＳｒＳｉ７Ｎ１０やＥｕで付活されたＣａＳｉ７Ｎ１０などの希土類でドープされた窒化物系の蛍光体を適宜に採用すればよい。
【００４３】
本実施形態に用いられる被覆部４は、透光性を有し、少なくとも発光素子たるＬＥＤチップ１をそれぞれ被覆する第一の被覆部材５と、該第一の被覆部材５を被覆し該第一の被覆部材５よりも屈折率の大きい第二の被覆部材６とを備えている。
【００４４】
本実施形態に用いられる第一の被覆部材５は、発光素子たるＬＥＤチップ１の内部で発光した光をＬＥＤチップ１の外部へ取り出す効果を高める透光性の部材であって、ＬＥＤチップ１を被覆するものである。このような第一の被覆部材５の材料としては、たとえば、屈折率が１．４１となるジメチル系のシリコーン樹脂などが挙げられる。第一の被覆部材５の形状は、たとえば、上記一表面２ａから滑らかに隆起した凸形状とすることができる。また、第一の被覆部材５は、複数個のＬＥＤチップ１をそれぞれ被覆できるように複数個設けてもよいし、複数個のＬＥＤチップ１を被覆した一体となった一個だけのものでもよい。
【００４５】
次に、本実施形態に用いられる第二の被覆部材６は、ＬＥＤチップ１から放射された光のうち、隣接するＬＥＤチップ１側に向かう光を、光の屈折によって、第二の被覆部材６と、第二の被覆部材６中を透過し第二の被覆部材６から隣接するＬＥＤチップ１を被覆する第一の被覆部材５との界面で反射させて、ＬＥＤチップ１同士の間における上記一表面２ａに対向する波長変換層３側に反射させる界面を備えたものである。
【００４６】
第二の被覆部材６の材料としては、第一の被覆部材５よりも屈折率の高い透光性の材料が用いられ、たとえば、屈折率が１．５程度となるフェニル系のシリコーン樹脂が挙げられる。第二の被覆部材６は、屈折率が１．５程度となるフェニル系のシリコーン樹脂以外にも、第一の被覆部材５に屈折率が１．４１のジメチル系のシリコーン樹脂を用いた場合、屈折率が１．４１より大きい樹脂、ガラスなどを適宜用いることができる。このような第二の被覆部材６の形状は、一方の主面側（図１中の下側）が、たとえば、第一の被覆部材５を収納する凹部６ａと、ＬＥＤチップ１同士の間に配置される凸部６ｂとを備え、他方の主面側（図１中の上側）は、波長変換層３を配置できるように平滑な平滑部６ｃを備えた板状としている。また、第二の被覆部材６は、第二の被覆部材６の周部の端面から不要な光の漏れをなくするために、たとえば、Ａｇ膜などにより遮光処理が施されていることがより好ましい。
【００４７】
本実施形態の照明装置１０では、各ＬＥＤチップ１が第一の被覆部材５でそれぞれ被覆され、各ＬＥＤチップ１および第一の被覆部材５が第二の被覆部材６で被覆されている。照明装置１０は、第一の被覆部材５の屈折率を、第二の被覆部材６の屈折率よりも小さくしている。第一の被覆部材５は、第二の被覆部材６と接しており、好適には第一の被覆部材５が、第二の被覆部材６を被覆している。
【００４８】
このような第一の被覆部材５および第二の被覆部材６は、各ＬＥＤチップ１を被覆し、可視域において透光性の高い透光性材料を好適に用いることができる。第一の被覆部材５および第二の被覆部材６の具体的な材料としては、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂やガラスなどが挙げられ、使用する部位に応じて適した屈折率を有する材料を適宜に採用すればよい。エポキシ樹脂は、たとえば、屈折率が１．５５から１．６１とすることができ、シリコーン樹脂は、屈折率が１．３５から１．５３とすることができる。
【００４９】
第一の被覆部材５および第二の被覆部材６としてシリコーン樹脂を用いた場合は、第一の被覆部材５としてフェニル系のシリコーン樹脂を用い、第二の被覆部材６としてフッ素系のシリコーン樹脂を用いることで、第一の被覆部材５の屈折率を第二の被覆部材６の屈折率よりも高くすることもできる。
【００５０】
なお、本実施形態の照明装置１０は、図２に示す照明装置１０のように、ＬＥＤチップ１を覆う第一の被覆部材５と第二の被覆部材６との間に空気層７を設けても良い。この場合、照明装置１０は、第二の被覆部材６と第一の被覆部材５とを接して構成させたものと比較して、第二の被覆部材６と空気層７との屈折率差が大きくなる。そのため、照明装置１０は、第二の被覆部材６と空気層７との界面での全反射成分が多くなり、より色むらが低減することができる。
【００５１】
また、照明装置１０の第二の被覆部材６の界面は、個々のＬＥＤチップ１に対してそれぞれ同一の形状で形成させてもよいし、それぞれ異なる形状で形成させても良い。すなわち、複数個のＬＥＤチップ１が密集する場合では、ＬＥＤチップ１からの光を反射する光を抑制するように界面の角度を設定すればよい。同様に、照明装置１０のＬＥＤチップ１は、実装基板２上に必ずしも等間隔で配置させる必要もなく、ＬＥＤチップ１の発光出力や第二の被覆部材６の形状などによって適宜の距離で配置させることができる。
【００５２】
さらに、第二の被覆部材６の形状は、隣接するＬＥＤチップ１から放射される光の角度で適宜設定すればよく、滑らかな曲線だけでなく波長変換層３側に光を反射させる傾斜角を持った階段状に形成させてもよい。
【００５３】
次に、本実施形態の図１に示す照明装置１０の製造工程について説明する。
【００５４】
まず、複数個のＬＥＤチップ１を必要な光束や放熱等を考慮して実装基板２の上記一表面２ａに形成された導体パターン上にＡｕバンプを用いてフリップチップ実装する。
【００５５】
また、照明装置１０の第二の被覆部材６は、平板状であって一方の主面側には、実装基板２上にフリップチップ実装させた複数個のＬＥＤチップをそれぞれ収納できる複数個の凹部６ａが形成され、他方の主面側は、平滑面となる平滑部６ｃが形成できるように、予め金型にフェニル系のシリコーン樹脂を射出し、加熱硬化させることにより成形する。第二の被覆部材６は、第二の被覆部材６の複数個の凹部６ａに第一の被覆部材５となるジメチル系のシリコーン樹脂を充填した上で、予めＬＥＤチップ１を実装した実装基板２と貼り合わせて第一の被覆部材５を加熱硬化させる。
【００５６】
また、別途に金型で、青色光を吸収して黄色の蛍光を放射可能な黄色蛍光体をシリコーン樹脂中に含有させた平板状の波長変換層３を成形させる。照明装置１０は、第二の被覆部材６の平滑部６ｃ上に波長変換層３を透光性の接着剤を用いて貼り付けることで形成することができる。
【００５７】
これにより、照明装置１０は、第二の被覆部材６が第一の被覆部材５と接して被覆することになる。このような、第一の被覆部材５と第二の被覆部材６との界面の形状は、第二の被覆部材６の形成時における金型形状などにより、比較的簡単に変更することができる。また、波長変換層３は、予め形成させ第二の被覆部材６に貼り付けるだけでなく、スクリーン印刷法やインクジェット印刷法を利用して、第二の被覆部材６上に蛍光体を含有する透光性材料を塗布させて形成させることもできる。
【００５８】
さらに、本実施形態の照明装置１０の別の形成方法として、第一の被覆部材５および第二の被覆部材６は、たとえば、実装基板２の上記一表面２ａ上に各ＬＥＤチップ１をそれぞれフリップチップ実装後、最初に第一の被覆部材５となるジメチル系のシリコーン樹脂材料をＬＥＤチップ１を包囲するように充填して加熱硬化して凸形状に形成する。次に、第二の被覆部材６は、第二の被覆部材６となるフェニル系のシリコーン樹脂材料を、第一の被覆部材５でそれぞれが被覆された複数個のＬＥＤチップ１の全体を被覆するように実装基板２上に塗布して加熱硬化することにより形成することもできる。なお、第一の被覆部材５と第二の被覆部材６との界面の形状は、第一の被覆部材５の形成時、第一の被覆部材５となる透光性材料の粘度の調整などにより、比較的簡単に変更することができる。
【００５９】
このように形成された本実施形態の照明装置１０は、光出射面を見ても、照明装置１０から放射される光量が、ＬＥＤチップ１が配置された位置と、ＬＥＤチップ１同士の間となる位置とで、光出力差が小さくなり、色むらなどが低減される。その結果、照明装置１０は、波長変換層３の光出射面側にレンズや反射鏡を配置した場合においても、照明装置１０から放射される光の被照射面の色むらなどを低減することができる。また、本実施形態の照明装置１０は、色むらなどを低減させるために、拡散材や反射材の粉体を混合しなくてもよい。そのため、拡散効果や反射効果のある粉体１１などにより、光の拡散性を高めた上述の照明装置１０’と比較して、拡散効果や反射効果のある粉体１１の光の吸収などによる光取り出し効率の低下を抑制でき、拡散性などを向上させることができる。なお、本実施形態の照明装置１０は、仮に、拡散効果や反射効果のある粉体１１を被覆部４に混合させても、上述の照明装置１０’と比較して、より少ない使用量で色むらを低減させることができる。
【００６０】
（実施形態２）
本実施形態は、図１で示した実施形態１の第二の被覆部材６の代わりに、図３に示すようにＬＥＤチップ１の厚み方向に沿った光放射方向に、第二の被覆部材６よりも屈折率が小さい第三の被覆部材８を設けた第二の被覆部材６を用いる点が異なる。なお、実施形態１と同様の構成要素には、同一の符号を付して説明を適宜省略する。
【００６１】
本実施形態の照明装置１０の第二の被覆部材６に設けられた第三の被覆部材８は、ＬＥＤチップ１で発光した光のうち、ＬＥＤチップ１の厚み方向に沿った光放射方向に進んだ光を、第三の被覆部材８と第二の被覆部材６との界面で屈折させて、複数個のＬＥＤチップ１同士の間における上記一表面２ａと対向する波長変換部材３側に青色光を導くことができる。これにより、照明装置１０は、照明装置１０の光出射面での色むらが、より少なく光取り出し効率を高めることができる。
【００６２】
このような第三の被覆部材８の材料としては、たとえば、屈折率が約１．４１となるジメチル系のシリコーン樹脂を用いた第一の被覆部材５と、屈折率が約１．５となるフェニル系のシリコーン樹脂を用いた第二の被覆部材６との中間の屈折率を持つシリコーン樹脂などが好適に挙げられ、第一の被覆部材５の屈折率より大きく第二の被覆部材６よりも小さい屈折率を持つ樹脂やガラスなどを好適に用いることができる。
【００６３】
本実施形態の照明装置１０は、複数個のＬＥＤチップ１を必要な光束や放熱等を考慮して実装基板２に実装する。次に、フェニル系のシリコーン樹脂からなる第二の被覆部材６を金型で所定の形状に成形する。第三の被覆部材８は、第二の被覆部材６の複数個の凹部６ａの底部の一部を充填するように第三の被覆部材８の材料となるシリコーン樹脂を充填し硬化させることにより成形する。続いて、第二の被覆部材６は、第二の被覆部材６の凹部６ａの内部で、第三の被覆部材８上に第一の被覆部材５の材料となるジメチル系のシリコーン樹脂を凹部６ａが一杯になるまで充填する。第二の被覆部材６の凹部６ａの底部に、第三の被覆部材８が形成され、凹部６ａに第一の被覆部材５の材料となる樹脂が充填された第二の被覆部材６を、ＬＥＤチップ１が実装された実装基板２に貼り合わせて加熱硬化させる。続いて、予め金型で成形した波長変換層３を、第二の被覆部材６上に透光性の接着剤で貼り付けることで、本実施形態の照明装置１０を形成することができる。
【００６４】
本実施形態の照明装置１０は、ＬＥＤチップ１から放射され隣接するＬＥＤチップ１側に向かった青色光が、実施形態１の照明装置１０と同様に外部に放射される。また、ＬＥＤチップ１の厚み方向に沿った光放射方向の青色光は、第三の被覆部材８から第二の被覆部材６に入射する場合に、第三の被覆部材８と第二の被覆部材６との屈折率差によって、一部がＬＥＤチップ１同士の間における上記一表面２ａと対向する波長変換層３側に屈折する。これにより、照明装置１０は、光出射面を見て、ＬＥＤチップ１が配置された位置と、ＬＥＤチップ１同士の間となる位置との、色むらなどがより低減される。
【００６５】
（実施形態３）
本実施形態は、実施形態１の照明装置１０の第二の被覆部材６の構成に加え、図４に示すように、ＬＥＤチップ１同士の間における上記一表面２ａと対向する第二の被覆部材６に該第二の被覆部材６の少なくとも一部を介して該第二の被覆部材６と接する第四の被覆部材９が設けられ、該第四の被覆部材９の屈折率を、第二の被覆部材６の屈折率よりも大きくした点が異なる。なお、実施形態１と同様の構成要素には、同一の符号を付して説明を適宜省略する。
【００６６】
本実施形態の照明装置１０に用いられる図４に示す第二の被覆部材６の具体的な構成例としては、図３で示した実施形態２の第二の被覆部材６における他方の主面側（図３中の上側）全体を平滑な平滑部６ｃで構成する代わりに、図４の照明装置１０で示す複数個のＬＥＤチップ１同士の間における実装基板２の一表面２ａと対向する第二の被覆部材６の他方の主面側（図４中の上側）に窪み部６ｄを設け、窪み部６ｄの内部に第二の被覆部材６よりも屈折率が大きい第四の被覆部材９を設けた構成が挙げられる。
【００６７】
これにより、本実施形態の照明装置１０は、光出射面を見て、複数個のＬＥＤチップ１同士の間における上記一表面２ａと対向する波長変換層３に向かうＬＥＤチップ１からの光のうち、波長変換層３で反射などされた光を、第四の被覆部材９と第二の被覆部材６との界面で再び反射させることができる。
【００６８】
このような第四の被覆部材９の材料としては、第二の被覆部材６の屈折率以上の屈折率を持つ樹脂やガラスなどが考えられ、たとえば、屈折率が１．５５程度のＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル樹脂）などを好適に用いることができる。
【００６９】
第二の被覆部材６の上記他方の主面は、窪み部６ｄが第四の被覆部材９によって充填されて平滑な面としている。このような、第二の被覆部材６の上記他方の主面上に、波長変換層３を透光性の接着剤で接着して照明装置１０を形成すればよい。
【００７０】
なお、前記蛍光体を含有させる波長変換層３の材料としては、波長変換層３に接する第二の被覆部材６や第四の被覆部材９と同程度以上の屈折率をもつ、たとえば、フェニル系のシリコーン樹脂、アクリル樹脂やガラスなどを好適に用いることができる。
【００７１】
本実施形態の照明装置１０は、より具体的には、複数個のＬＥＤチップ１を必要な光束や放熱等を考慮して実装基板２上にフリップチップ実装する。続いて、予め、金型で射出成形で形成した第二の被覆部材６の上記一方の主面の凹部６ａの底部に第三の被覆部材８の材料を充填して加熱硬化する。同様に、第二の被覆部材６の上記他方の主面側の窪み部６ｄの内部に第四の被覆部材９の材料を充填して加熱硬化させる。
【００７２】
つづいて、第二の被覆部材６の凹部６ａの内部に第一の被覆部材５の材料となる樹脂を充填した状態で、第二の被覆部材６とＬＥＤチップ１を実装した実装基板２とを貼り合わせて加熱硬化させる。また、別途に、成形した波長変換層３を、第二の被覆部材６上に透光性の接着剤で貼り付けることにより照明装置１０を形成することができる。
【００７３】
なお、第二の被覆部材６の凹部６ａや窪み部６ｄは、第二の被覆部材６の成形と同時に形成させてもよいし、第二の被覆部材６となる透光性を有する平板にドリルなどによる掘削、エッチングやレーザ照射を施すことにより、部分的に除去することで形成させてもよい。
【００７４】
本実施形態の照明装置１０は、ＬＥＤチップ１同士の間における上記一表面２ａと対向する波長変換層３側に第四の被覆部材９から入射したＬＥＤチップ１の青色光のうち、第四の被覆部材９と波長変換層３の界面で反射された青色光が、第四の被覆部材９から第二の被覆部材６に臨界角以上で入射する場合、第四の被覆部材９と第二の被覆部材６との屈折率差によって全反射される。これにより、本実施形態の照明装置１０は、第四の被覆部材９により、照明装置１０の光出射面から放射される光の色むらがより少なく、光取り出し効率をさらに高くすることが可能となる。
【符号の説明】
【００７５】
１  ＬＥＤチップ（発光素子）
２  実装基板
２ａ  一表面
３  波長変換層
４  被覆部
５  第一の被覆部材
６  第二の被覆部材
８  第三の被覆部材
９  第四の被覆部材
１０  照明装置
【図１】
2011114093.tif 000003
【図２】
2011114093.tif 000004
【図３】
2011114093.tif 000005
【図４】
2011114093.tif 000006
【図５】
2011114093.tif 000007