(57)【要約】【課題】色ムラが少なく、高効率の発光が可能な発光装置を提供する。【解決手段】本発明の発光装置は、実装面に実装されて一次光を発光する発光素子10と、該発光素子10を被覆して前記一次光の波長と異なる波長の二次光を発光する波長変換部材20と、を有する光源部30と、前記光源部30を被覆して、前記一次光及び二次光を外部に出射する光出射面41を有する光透過部材40と、を備え、前記光出射面41に、複数の凸部45が設けられており、前記凸部45は、中心軸方向に突出し、該中心軸は前記光源部30を通って互いに傾斜していると共に、該各々の凸部45の中心軸は前記発光素子10又は光源部30の光軸に対して傾斜していることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
実装面に実装されて一次光を発光する発光素子と、該発光素子を被覆して前記一次光の波長と異なる波長の二次光を発光する波長変換部材と、を有する光源部と、
前記光源部を被覆して、前記一次光及び二次光を外部に出射する光出射面を有する光透過部材と、を備え、
前記光出射面に、複数の凸部が設けられており、
前記凸部は、中心軸方向に突出し、該中心軸は前記光源部を通って互いに傾斜していると共に、該各々の凸部の中心軸は前記発光素子又は光源部の光軸に対して傾斜している発光装置。
【請求項２】
前記発光素子又は前記光源部の発光表面は、前記光軸に略垂直な第１の主面と、該第１の主面に傾斜し、該第１の主面の周囲に複数設けられる第２の主面と、を有し、
前記光出射面が、前記第１の主面及び複数の第２の主面に対向する表面領域を有する請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記光透過部材は、前記光源部から一定の距離で周囲を囲む光拡散領域と、該光拡散領域より外側に前記凸部が設けられる集光領域を有する請求項１又は２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記光源部が、実装基板上に載置され、
前記光拡散領域が、前記実装基板を囲んで、該実装基板より外側にまで延出して設けられる請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項５】
前記光源部が、実装基板上に載置され、
前記光拡散領域が、前記実装基板上に配置される請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項６】
前記集光領域の凸部は、前記実装基板の上面より上方に設けられている請求項１乃至５のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項７】
前記光源部が実装基板上に配置されると共に、
前記実装基板の上面を基準として、
前記光透過部材が、前記実装基板より外側に延出されて、前記光出射面が実装基板より外側に設けられ、
前記凸部は、該中心軸が前記光源部の上方に向かって前記光軸に対して傾斜している請求項１乃至６のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項８】
前記光透過部材の延出部が、前記実装基板の上面に対して略平行な底面を有する請求項７に記載の発光装置。
【請求項９】
前記凸部は、光軸に対する傾斜角が４５°以上９０°以下である請求項１乃至８のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項１０】
前記光透過部材は、前記凸部の前記光軸との傾斜角が、互いに略同一である少なくとも１組の凸部を有している請求項１乃至９のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項１１】
前記凸部は、前記中心軸を回転中心軸とする回転体の凸曲面を有している請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項１２】
前記凸部は、該中心軸が、前記光軸を回転中心軸として、該回転方向に略同一の角度でそれぞれ配置されている請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項１３】
前記光透過部材は、前記凸部が、前記光軸を回転対称軸とする回転対称性を有し、該回転対称性が３回以上である請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項１４】
前記光軸が、前記実装面に略垂直であり、前記光透過部材は、該光軸を中心軸として、該中心軸方向に突出する第２の凸部を有する請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置に関し、特に光源から出射される光の配光を制御する光透過部材を備える発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光源として発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）やレーザダイオード（Laser Diode：ＬＤ）等の半導体発光素子を搭載した発光装置は、各種の照明や表示装置に利用されている。また、半導体発光素子と、該発光素子より発光される一次光に励起されて一次光と異なる色相の二次光を発光する波長変換部材と、を組み合わせることで、光の混色の原理により、多様な色彩の光を発光可能な発光装置が開発されている。特に、半導体発光素子は消費電力が低く長寿命であるため、蛍光灯に代替可能な照明の光源として注目を集めており、これら半導体発光素子を搭載した発光装置の更なる発光出力及び発光効率の向上、並びに均一な発光色及び輝度の配光が求められている。
【０００３】
例えば特許文献１に記載されている半導体発光装置は、中間基板上に突起電極を介して半導体チップをフリップチップ接続して構成された発光部と、半導体チップ上に設けられた封止部とを備えており、この封止部は屈折率が１．６以上１．８以下の透明な熱硬化性樹脂により構成されている。これにより、半導体チップ側から封止部側に進む光が半導体チップと封止部との界面で全反射を起こす割合を小さくして、光取り出し効率を向上させている。
【０００４】
また例えば特許文献２に記載されているＬＥＤパッケージは、発光素子と該発光素子を包囲するように固定されたレンズ部とを備えており、このレンズ部に、発光素子の中心軸に対して垂直な方向へ光を集光させる第１光学部と、発光素子の中心軸方向へ光を集光させる第２光学部と、が設けられている。これにより、発光素子の配光に応じて放射方向が適切に制御され、光学系で制御できない光が放射されることを防ぐとともに、薄型で小型でも集光性に優れ、効率良く光を外部放射させることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２７３７６４号公報
【特許文献２】特開２００４−２８１６０５号公報
【特許文献３】特開２００５−２９４７８６号公報
【特許文献４】特開２００７−１４２１７８号公報
【特許文献５】特開２００５−１０９２８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、引用文献１及び２に記載された発光装置は、レンズの焦点に発光素子を含む光源を配置して、レンズ表面での反射を抑制して、取り出し効率を高めているが、光源の配向性に依存するため、発光素子と波長変換部材による色ムラが発生する問題がある。他方、波長変換部材若しくはそれと散乱剤を含む被覆部材を厚くする、又は蛍光体若しくは散乱剤を多くして散乱効果を高める、ことで、その部材から出射される光の色ムラを改善することができるが、それにより部材中への光の閉じ込め効果が高まり、光の取り出し効率、然るに発光効率が大きく低下する。すなわち、引用文献１及び２に記載された発光装置の構成では、色ムラを抑制して、高い輝度及び発光効率を維持しながら光を拡散させることができず、これら良好な光学特性を兼ね備えた発光装置とならない。特許文献に開示されるレンズは、光軸に対して回転対称体を成しているため、上述した光軸周りの色ムラは改善できず、そのまま発光される。
【０００７】
これは、波長変換部材により被覆された発光素子を有する発光装置において、一次光は素子の出射面での正面輝度が高く、その出射面の正面から高角度側になるに従い、波長変換部材中の一次光の光路長が長くなっていくため、二次光への変換率が高くなって輝度が低下していく配向性となる。他方、波長変換部材中の蛍光体粒子から発光される二次光（波長変換光）は、粒子を基点とする無指向の発光、粒子による散乱作用により、一次光に比べ均一な配向性となる。このため、光源部の一次光と二次光の配光が異なり、特に素子の主な出射面となる上面と側面の重ね合わせの領域、その高角度領域においては一次光の光束が二次光に比べ小さく二次光の色味が強くなり、発光の観測方向によって色ムラを生ずる。このような色ムラの発生は、波長変換部材を比較的薄く設け、光源の光取り出し効率を高める場合に顕著であり、波長変換部材を厚くしたり反射鏡や拡散板を別途設けたりすれば低減することができるが、その場合には光の取り出し効率が低下し、ひいては発光装置の発光効率を低下させることになる。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、色ムラが少なく、高効率の発光が可能な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】
【０００９】
本発明に係る発光装置は、下記（１）〜（１４）の手段により、上記課題を解決することができる。
（１）実装面に実装されて一次光を発光する発光素子と、該発光素子を被覆して前記一次光の波長と異なる波長の二次光を発光する波長変換部材と、を有する光源部と、前記光源部を被覆して、前記一次光及び二次光を外部に出射する光出射面を有する光透過部材と、を備え、前記光出射面に、複数の凸部が設けられており、前記凸部は、中心軸方向に突出し、該中心軸は前記光源部を通って互いに傾斜していると共に、該各々の凸部の中心軸は前記発光素子又は光源部の光軸に対して傾斜している発光装置。
（２）前記発光素子又は前記光源部の発光表面は、前記光軸に略垂直な第１の主面と、該第１の主面に傾斜し、該第１の主面の周囲に複数設けられる第２の主面と、を有し、前記光出射面が、前記第１の主面及び複数の第２の主面に対向する表面領域を有する上記（１）に記載の発光装置。
（３）前記光透過部材は、前記光源部から一定の距離で周囲を囲む光拡散領域と、該光拡散領域より外側に前記凸部が設けられる集光領域を有する上記（１）又は（２）に記載の発光装置。
（４）前記光源部が、実装基板上に載置され、前記光拡散領域が、前記実装基板を囲んで、該実装基板より外側にまで延出して設けられる上記（１）乃至（３）のいずれか１つに記載の発光装置。
（５）前記光源部が、実装基板上に載置され、前記光拡散領域が、前記実装基板上に配置される上記（１）乃至（３）のいずれか１つに記載の発光装置。
（６）前記集光領域の凸部は、前記実装基板の上面より上方に設けられている上記（１）乃至（５）のいずれか１つに記載の発光装置。
（７）前記光源部が実装基板上に配置されると共に、前記実装基板の上面を基準として、前記光透過部材が、前記実装基板より外側に延出されて、前記光出射面が実装基板より外側に設けられ、前記凸部は、該中心軸が前記光源部の上方に向かって前記光軸に対して傾斜している上記（１）乃至（６）のいずれか１つに記載の発光装置。
（８）前記光透過部材の延出部が、前記実装基板の上面に対して略平行な底面を有する上記（７）に記載の発光装置。
（９）前記凸部は、前記光軸に対する傾斜角が４５°以上９０°以下である上記（１）乃至（８）のいずれか１つに記載の発光装置。
（１０）前記光透過部材は、前記凸部の前記光軸との傾斜角が、互いに略同一である少なくとも１組の凸部を有している上記（１）乃至（９）のいずれか１つに記載の発光装置。
（１１）前記凸部は、前記中心軸を回転中心軸とする回転体の凸曲面を有している上記（１）乃至（１０）のいずれか１つに記載の発光装置。
（１２）前記凸部は、該中心軸が、前記光軸を回転中心軸として、該回転方向に略同一の角度でそれぞれ配置されている上記（１）乃至（１１）のいずれか１つに記載の発光装置。
（１３）前記光透過部材は、前記凸部が、前記光軸を回転対称軸とする回転対称性を有し、該回転対称性が３回以上である上記（１）乃至（１２）のいずれか１つに記載の発光装置。
（１４）前記光軸が、前記実装面に略垂直であり、前記光透過部材は、該光軸を中心軸として、該中心軸方向に突出する第２の凸部を有する上記（１）乃至（１３）のいずれか１つに記載の発光装置。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、互いに配光の異なる一次光並びに波長変換光の二次光をそれぞれ発光する発光素子と波長変換部材とを備える光源部に対し、光出射面に複数の凸部が設けられた光透過部材が該光源部を覆うように設けられ、その凸部の中心軸が互いに傾斜し、光軸に対して傾斜していることによって、光源部から効率良く光が取り出されるとともに、色ムラの発生しやすい光軸の高角度域において、凸部による集光、反射機能、すなわち光学レンズ機能で、色ムラが低減された配光の発光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る発光装置の概略上面図（ｂ）と、そのＡ−Ａ断面における概略断面図（ａ）である。
【図２】従来の発光装置の配向特性図（ａ）と、その発光装置を説明する概略上面図（ｃ）と、そのＡ−Ａ断面における概略断面図（ｂ）である。
【図３】図１の（ａ），（ｂ）の配向性を説明する概略上面図（ｂ）と、概略断面図（ａ）である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る発光装置の概略上面図（ｂ）と、そのＡ−Ａ断面における概略断面図（ａ）である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る発光装置の概略上面図（ｂ）と、そのＡ−Ａ断面における概略断面図（ａ）である。
【図６】図５に係る発光装置の実装基体及びその配線構造を説明する概略上面図である。
【図７】本発明の一実施の形態に係る発光装置の概略上面図（ｂ）と、そのＡ−Ａ断面における概略断面図（ａ）である。
【図８】本発明の一実施の形態に係る発光装置の概略上面図（ｂ）と、そのＡ−Ａ断面における概略断面図（ａ）である。
【図９】本発明の一実施の形態に係る発光装置の概略上面図（ｂ）と、そのＡ−Ａ断面における概略断面図（ａ）である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、発明の実施の形態について適宜図面を参照して説明する。ただし、以下に説明する発光装置は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、本発明を以下のものに特定しない。特に、以下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、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、以下に記載されている実施の形態についても同様に、特に排除する記載が無い限りは各構成等を適宜組み合わせて適用できる。また、本発明において、傾斜とは、特に断りがない限り、垂直を含む。
【００１３】
＜実施の形態１＞
図１（ｂ）は、本発明の実施の形態１に係る発光装置の概略上面図であり、図１（ａ）は図１（ｂ）のＡ−Ａ概略断面図である。図１に示す例の発光装置１００は、主として、実装基体５０の上面の実装面に実装された発光素子１０および波長変換部材２０を有する光源部３０と、この光源部を被覆する光透過部材４０と、から構成されている。なお以下、図示するように、実装面に平行な面をｘｙ平面、実装面に垂直な方向をｚ方向（ｚ軸）とし、図１（ｂ）における横方向をｘ方向（ｘ軸）、縦方向をｙ方向（ｙ軸）として説明する。また、ｘｙ平面をz方向からの視点を、本装置の上面視とする。なお、図中の矢印は、光の進行状態を説明し、黒塗り三角の鏃の矢印は、大きい三角が光出射面からの発光を、小さい三角が光透過部材中の光の伝搬及び外部への発光をそれぞれ示し、黒塗り矢印、白抜き矢印は、それぞれ一次光、二次光の強い発光を示している。他の図についても同様である。
【００１４】
実装基体５０は、その上面に正負電極用の配線５５が形成された実装基板であり、その配線５５上に、上面視形状が略正方形の板状体の発光素子１０が、素子の正負電極にそれぞれ設けられた導電性接着剤６０を介して１個フリップ実装されている。この発光素子１０の周囲、より詳細には発光素子１０の上面および側面（端面）は、波長変換部材２０に被覆されている。なお図では実装面と素子との間にも波長変換部材２０が設けられているが、本発明では光出射方向以外の領域には特に設けられていなくてもよい。実装基板５０上面の略全面は、絶縁膜５８により被覆されており、上面側に設けられた配線５５が底面側に導通されて、底面側の配線５６で装置外部と電気的接続される。このような光源部３０に配線５６から給電すると、発光素子１０は一次光を発光し、波長変換部材２０は、発光素子１０から発光された一次光により励起され、一次光の波長と異なる波長の二次光を発光する。また一次光の一部は波長変換されずに波長変換部材２０を透過し、従って光源部から一次光と二次光が出射され、光透過部材を透過した一次光と二次光とが重畳した混色光が観測される。
【００１５】
光透過部材４０は、光源部３０を内包、封止して実装基板５０の上面に設けられており、その表面に光源部３０から出射された一次光および二次光を装置外部に出射する光出射面４１を有している。そして、この光出射面４１には、光源部３０の側方に４つ（凸部４５）、光源部３０の上方に１つ（第２の凸部４４）、の全部で５つの凸部が設けられている。この光源部３０側方に設けられた４つの凸部４５の各中心軸Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４はｘｙ平面内にあって、光源部３０を中心としてその周りに９０°間隔で略等配されている。また、第２の凸部４４の中心軸Ｂは、ｚ軸である。そして、各凸部４４，４５は、その凸部の中心軸を光軸とする凸曲面を各々有している。すなわち、光軸のｚ軸を回転中心軸として、回転方向に略同一の角度で、側方の各凸部４５の中心軸が配置されており、一方、側方の各凸部４５は略同一形状に形成されているため、ｚ軸を回転対称軸として、その４つの凸部４５は回転対称性を有し、４回回転対称で構成されている。また、上方の凸部４４も、側方の各凸部４５と同様に、中心軸を回転中心とする回転対称体であり、側方の凸部４５はその一部、すなわち実装面より下方の部分が切除された形状となっている。すなわち、発光素子１０の側面（第２の主面）、またそれに対向する波長変換部材２０及び光源部３０の側面に対して、対向する光出射面として、各凸部４５が配置され、その凸部の凸曲面の端部の表面領域から光出射される。なお、各凸部の中心軸は、光源部３０及び発光素子１０を基準として、そこを通る軸になっており、また、発光素子の主面（上面）及び４つの側面に対向する、具体的には略平行な光変換部材２０、光源部３０の表面（上面と側面）、すなわち光源部の発光面を備え、各表面に略垂直な方向に、各凸部の中心軸を備えている。光透過部材４０は、実装面内に設けられて、その底面が実装面に接合した反射面を構成し、凸部４５にあっては、底面が凸部の一部を構成している。
【００１６】
ここで、図２（ａ）は、従来の発光装置１５０の一次光（太線の実線）と二次光（破線）の配光（発光強度の角度依存）と、その混合光（細線）の色温度の放射角分布について、その特性の傾向を説明する概略図であり、図２（ｃ）と（ｂ）はそれぞれ、その従来の発光装置の一例に係る概略上面図とそのＡ−Ａ断面の概略断面図である。また、図３（ａ），（ｂ）は図１（ａ），（ｂ）に対応する図で光の伝搬、出射を説明する図である。それらの図において、各光の強度の高い方向を、矢印Iを一次光、矢印IIを二次光として示している。この構造では、光源部３０は実施の形態１と同様であり、それが半球状のレンズの封止部材４０における略焦点に配置され、細線の矢印で図示するように、光源部３０から放射された光がその表面に略垂直に入射して、それにより反射が抑制されて、出射面４１からそのまま出射される。従って、発光素子１０の上面（主面）の正面方向（光軸方向）と、４つの側面の正面方向（ｘ軸、ｙ軸方向）で、相対的に一次光（矢印I）が強く、各軸の高角度域で各面の発光が重ね合わせられ、各軸の傾斜角、ここでは略垂直、においてその中間領域の角度域で、相対的に二次光（矢印II）が強くなる。これは、発光素子の各発光面において、その正面方向と斜め方向、すなわち各軸の軸方向と高角度域では、一次光が光源部の発光面に到達するまでの距離、光路長が異なることによる。このとき、高角度域でその距離が長くなるため、波長変換される割合が高くなり、従って該領域では、相対的に一次光が弱く、二次光が強くなる。図示する従来の発光装置では、光源部の発光が表面４１に到達して、表面反射を抑えて、そのまま出射させる光学レンズとなっているため、上記光源部の発光の一次・二次光の配向の違い、色ムラが、そのまま出射されて、装置の発光特性、図２（ａ）の細線に示すように同じ傾向を有する。ここでは、半球レンズを例示したが、光軸に対して回転対称体の封止部材、例えば特許文献２に例示される図１（ｂ）の断面に観るような回転体であっても、図３（ｂ）に観る断面を備えた回転体では、光軸周りの配向性の光、すなわち発光素子の側面の発光が、そのまま取り出されて配向が変化しないため、色ムラが発生する。
【００１７】
上述した一次・二次光の配向性について、その角度範囲は具体的には、凸部の中心軸、すなわち装置の光軸であるｚ軸、さらにｘ軸，ｙ軸に対する傾斜角θが小さい低角度域（０°〜±４５°付近）に一次光が強く放出され（矢印I）、高角度域（−９０°〜−４５°付近、＋４５°〜＋９０°付近）に二次光が強く放出される（矢印II）。従って、上述した本実施の形態の発光装置では、図１，３に示すように、光軸周りに凸部が設けられると共に、光軸方向も加えて、一次光が強い方向に、光透過部材の光出射面に凸部４５及び光軸方向の第２の凸部４４が設けられることによって、光源部から出射された一次光および二次光は、光透過部材４０内部において各凸部内に導光されると共に、各凸部表面から互いに異なる中心軸方向に装置外部に放出される。具体的には、細矢印で図示するように、従来の発光装置と同様に、光源部３０から凸部４４，４５に至る一定距離、具体的には凸部間の凹部に至る距離の領域では、光源部３０の周囲を囲む光透過部材４０内で、光拡散領域として機能し、それより外側の領域では、上述の凸部による集光領域として機能する。この集光領域では、凸部間の凹部により分散され、凸部の凸曲面により、凸部突端方向に反射、集光されて、各凸部の導光機能、光学レンズ機能により、上述した色ムラが改善されて、主に各凸部の凸曲面の表面、すなわちその曲面から発散されて、光出射される。また、第２の主面に対向する４つの凸部４５は、実装面上に、約半周の回転による回転体となっているため、底面の略平坦な表面は、上記従来の発光装置、光拡散領域と同様に、反射面として機能し、上面側の凸曲面で、上述した集光機能、光学レンズ機能が提供される。したがって、図３（ｂ）に示すように、光透過部材の光出射面にこのような凸部が複数設けられ、各凸部の中心軸が互いに傾斜していることによって、各凸部表面を出射面として、そこから放出される一次光と二次光と、が互いに重畳させて色ムラを低減する。また、光軸方向についても、図３（ａ）に示すようにほぼ同様であるが、上述したように側方の凸部４５は回転体の一部、半回転の回転体で構成され、他方、第２の凸部４４は全周の回転体であり、且つ発光素子１０、光源部３０の主発光の主面に対向する凸部であるため、該光軸方向の発光は、第２の凸部４４から主な発光が取り出され、隣接する４つの凸部４５からは補助的な発光がなされる。このように、本発明の発光装置は、従来の発光装置と同様に、光源部に対向する光出射面を設けて光が取り出されることで、その光取り出し効率を維持して、従来の発光装置の問題である一次光、二次光の配向の違い、色ムラを改善した構造となっている。
【００１８】
特に、本実施の形態の発光装置では、光透過部材の光出射面４１に、装置外部に向かって突出した複数の凸部４５が設けられており、この凸部４５の中心軸は、他の少なくとも１つの凸部４５の中心軸に対し傾斜し、本実施の形態では隣接する互いに傾斜した中心軸を備える凸部が設けられている。これにより、光軸の高角度域、すなわち光源部３０の側方において、１つの凸部から出射された光と他の凸部から出射された光とが各中心軸方向に発光され、重畳されることで、上記色ムラを低減することができる。図１に示す例の発光装置１００では、光透過部材の光出射面４１に５つの凸部（４４，４５）が設けられており、その隣接する各凸部の中心軸が互いに９０°の角度をなすように配置されている。なお、互いに隣接する凸部は、上述したように凸部間の凹部で分散され、各凸部に導光されて、凸部の凸曲面表面から光出射される光が互いに重畳されるため、その中心軸の傾斜角が大きくなると、それによる色ムラが発生するため、各凸部の光出射を効率良く重畳させるため、この両凸部の中心軸同士のなす角度が一断面において４５°以上９０°以下であることが好ましい。
【００１９】
本発明に係る発光装置では、上述のように、複数の凸部４４，４５の位置およびその方向の組み合わせによって、装置の配光すなわち輝度や色度の分布を制御している。そのため、光源部の周囲に光軸周りに設けられる凸部は、２つの場合は、両凸部の向き、その中心軸の傾斜角が大きくなり、その場合には上述したように隣接凸部の出射光の重畳効果が薄れ、小さい場合には光軸周りの片側に偏り、他方側では同様に凸部の向き、傾斜角が大きくなるため、凸部４５はｘｙ平面で３以上設けられていることが好ましく、上述したように互いに傾斜角が４５°以上９０°以下であることが、さらに好ましい。この３以上の凸部４５の中心軸が、ｘｙ平面において光源部３０を中心として該光源部３０の周囲に略等配されていること、すなわち、光軸を中心としてその周りに各凸部の中心軸の成す角度が、本実施の形態のように略同一であることが好ましい。これにより、装置の光軸（ｚ軸）の周囲の各方位に対して均衡の取れた色ムラの低減が可能となり、配向性に優れた光出射がなされる。
【００２０】
さらに本発明の発光装置は、主として、実装面上に光透過部材４０が設けられて、実装面より上方側に光出射する構造であり、すなわち、光軸を基準に０°から９０°の角度範囲に光透過部材４０が設けられて、その表面の光出射面から放射される装置であるため、図１（ｂ）、３（ｂ）の上面図で観る光軸周りの配向性に加えて、図１（ａ）、３（ａ）の断面図で見る実装面より上方、光軸を中心に広がる角度範囲の配向性も必要となる。ここで、本発明の発光装置は、光源部３０の側方側、下方側、実装面より下方側への光出射があってもよく、他の実施の形態では、実装面より側方の外側、下方側に光透過部材を設けて、その領域に光出射面を有する形態を説明している。このように、実装面より上方側への出射、装置の光軸方向の出射の光束、輝度を維持するために、本実施の形態のように光軸を中心軸とする第２の凸部４４を有する形態と、光軸周りに設けられる複数の凸部４５の内、少なくとも１つの凸部の中心軸が、光源部３０が設けられた実装基板５０の上面を基準として該光源部３０の上方に向かって傾斜している、つまりｘｚ平面又はｙｚ平面でｚ軸方向に傾斜している形態と、具体的には光軸と９０°未満の角度で傾斜する中心軸を有する凸部を設ける形態とすることができる。本実施の形態は、光源部３０の直上に、ｚ軸を中心軸Ｂとする第２の凸部４４が設けられており、装置の光軸方向へ出射される光は、第２の凸部で集光され、その凸曲面の方面から出射されて、色ムラを改善して光の取り出し効率を高めながら、光軸に対して高角度域に配置された他の凸部４５から出射される光との重畳により装置、その高角度域、凸部間の中間域における色ムラを低減して、良好な配向性とすることができる。
【００２１】
また各凸部４５の中心軸は、ｚ軸とのなす角度が互いに略等しいことが好ましい。これにより、光源部３０の光軸、すなわち主要な発光方向となるｚ軸周りに略均等に色ムラを低減することができる。特に、凸部４５の中心軸がｚ軸となす角度は、４５°以上であることが好ましい。通常、一次光が弱く、二次光が強くなる角度範囲は、光源部の構造に依存するが、図２（ａ）に示すように、ｚ軸となす角度が４５°以上の高角度域、例えば６０°付近に設けられるためである。これは、発光素子１０及び波長変換部材２０の配光の相違、その発光面の相違、並びに上述したように、波長変換部材２０の厚みや一次光の入射角に依存して波長変換部材２０内を伝搬する一次光の光路長が異なり、光の放射角により波長変換量に差異が生じること、などに起因する。また、凸部４５の中心軸とｚ軸とのなす角度が９０°以下であれば、装置の光軸となるｚ軸とその低角度域に対して光を効率良く重畳させることができ、装置の光軸方向の色ムラを低減することができる。特に、図１に示す例の発光装置１００では、光源部３０の側方に設けられた４つの凸部４５各々の中心軸Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４はｘｙ平面内に設けられており、これら中心軸Ｃ１〜Ｃ４とｚ軸とのなす角度は９０°で、互いに等しくなっている。また凸部のうち１つの凸部の中心軸が、光源部３０が設けられた実装基体５０の上面に略垂直、すなわちｚ軸であり、残りの凸部の中心軸が、ｘｙ平面において光源部３０を中心として該光源部３０の周囲に略等配され、且つ光源部３０が設けられた実装基体５０の上面に略平行、つまりｘｙ平面内に設けられている。このような形態であれば、発光素子１０の第２の主面の側面、それに対向する光源部３０の側面に各々対応して、本実施の形態ではそれに対向して、凸部４５を配置でき、一次光と二次光の分布に各々対応した凸部４５とできるため、各凸部の機能を効率的に割り当てられ、光源部の発光を効率よく重畳させ、出射させることができ、さらに光軸方向、光軸に対して低角度域においても、同様に光軸周りの色ムラを低減することができる。
【００２２】
本発明の凸部４４，４５は、光透過部材の光出射面４１において、上述の従来の発光装置に比して、装置外部に向かってその中心軸方向に突出した部位として設けられる。凸部４４，４５を構成する面の形状は特に限定されないが、凸部は、その中心軸を光軸とする凸曲面を各々有していることが好ましい。これにより、光源部３０から発光された光を、各凸部の中心軸方向に集光させると共に装置外部に効率良く出射させることができ、装置内部及び外部において一次光と二次光の重畳を促進させることができる。また凸部４４，４５は、その形状、突出量に依存して光出射面４１からの発光の配向性を調整でき、中心軸方向に短く、例えば本実施の形態のように、断面幅の半幅より短く、凸部の回転体の回転軸における軸長さを回転体の元の平面の幅より短く、すると各凸部への指向性が弱まり、色ムラ、輝度ムラの低減作用が低くなるものの、凸部の指向性が弱まり、全放射角で比較的均一な強度の発光が得られる。他方、他の実施の形態のように、中心軸の長さが凸部の軸に対して横断面の幅の半分より長くなることで、各凸部への指向性が高まり、また凸部からの出射光が輝度ムラ、色ムラが大きく低減できる。このような凸部指向性の強い光は、凸部の光出射面の形状を調整して、広い配向分布のものとしたり、外部の反射器、光学レンズ、例えば照明器具などにおいて、反射・集光構造、を組み合わせた発光装置として用いることができる。凸部の表面は、凸曲面を少なくとも一部に有することが、上述した部材内の光の集光、分散並び光出射面の放射において好ましく、凸部側面及び凸部の端面にそれぞれ有していることが好ましく、全体の形状は、球面や回転体のように一体の曲面で形成されると、比較的光出射を均一化しやすく好ましい。一方で、光源部の一次・二次光の配向に、より適合するように部材内部での集光、反射と、所望の放射特性の光出射となるように、各反射部、導光部、光出射部でそれぞれ異なる表面、凸曲面とすることができる。例えば、他の実施の形態に観るように、端部、突端部の領域、及びその近傍領域と、それらの領域と拡散領域の間の領域で、これらの領域ごとに、異なる表面、曲面、凸曲面とできる。また光透過部材の光出射面４１における各凸部を互いに連結する連結部は、特に形状が限定されるものではなく、隣接する凸部同士を結合する部位であって、光出射面４１として凸部と一体に成形されていればよい。この連結部は、該連結部に入射される一次光及び二次光を、装置外部に拡散させて放出したり、またその内面で反射させて凸部へ集光させたりすることができる。
【００２３】
また光源部３０から発光された光は、光出射面４１の凸部４４，４５においてその凸曲面の中心軸方向へ集光され、他方凸部間の連結部では拡散されて、装置外部に放出される。したがって、凸部４４，４５や連結部の面形状、配置により、この集光・拡散作用を利用して装置の配光を制御することが可能である。例えば本実施の形態の発光装置１００では、ｘｙ平面において、４つの凸部４５が各々有する凸曲面によりその各中心軸Ｃ１〜Ｃ４方向への集光作用が働き、光が各中心軸方向に集光されることで、装置外部において一次光と二次光の重畳を促進することができる。ｘｚ平面、ｙｚ平面におけるｚ軸を中心軸Ｂとする凸部４４についても同様に、中心軸方向への集光作用が働き、装置の光軸方向の輝度を高めることができる。
【００２４】
なお、実装基体５０上面の一部に光透過部材４０が形成される、本実施の形態のような発光装置では、図１に示すように、光透過部材の光出射面４１と実装基板５０上面とが結合する結合部が該光透過部材４０の最も外側に位置していることによって、光透過部材４０を圧縮成形などで容易に成形可能となり、後述する他の実施の形態に比べて生産性が良好である。
【００２５】
次に、本発明の発光装置の各構成部材について、以下に詳述する。
【００２６】
（発光素子）
発光素子１０は公知のもの、具体的には半導体発光素子を利用でき、特にＧａＮ系化合物半導体であれば、蛍光物質を効率良く励起できる短波長の可視光や紫外光が発光可能であるため好ましい。具体的な発光ピーク波長は２４０ｎｍ以上５６０ｎｍ以下、好ましくは３８０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下である。なお、このほか、ＺｎＳｅ系、ＩｎＧａＡｓ系、ＡｌＩｎＧａＰ系半導体の発光素子でもよい。半導体層による発光素子構造は、少なくとも第１導電型（ｎ型）層と第２導電型（ｐ型）層とにより構成され、更にその間に活性層を有する構造が好ましい。また、電極構造は、一方の主面側に第１導電型（負）、第２導電型（正）の両電極が設けられる同一面側電極構造が好ましいが、半導体層の各主面に対向して電極が各々設けられる対向電極構造でも良い。発光素子１０の実装形態も、例えば上記同一面側電極構造では、電極形成面を実装面として、それに対向する基板側を主な出射面とするフリップチップ実装が、その出射面と波長変換部材との光学的な接続上好ましい。この他、電極形成面側を主な出射面として、その上に波長変換部材２０を結合する実装、フェイスアップ実装、また配線構造を備えた光透過部材にフリップチップ実装、上記対向電極構造で光透過部材と実装基板に接続すること、ができ、好ましくは発光素子１０と波長変換部材２０に配線、電極を備えない実施例の実装が良い。なお、半導体層の成長基板は、発光素子構造を構成しない場合には除去してもよく、成長基板が除去された半導体層に、支持基板、例えば導電性基板または別の透光性部材・基板を接着した構造とすることもできる。その他、ガラス、樹脂などの光透過部材により半導体層が接着・被覆されて、支持された構造の素子でもよい。成長基板の除去は、例えば支持体、装置又はサブマウントに実装又は保持して、剥離、研磨、若しくはＬＬＯ（Laser Lift Off）で実施できる。また、発光素子１０は光反射構造を有することができ、具体的には、半導体層の互いに対向する２つの主面の内、光取り出し側（出射面側）と対向する他方の主面を光反射側（図１における下側）とし、この光反射側の半導体層内や電極などに光反射構造を設けることができる。光反射構造の例として、半導体層内に多層膜反射層が設ける構造、あるいは半導体層の上にＡｇ、Ａｌ等の光反射性の高い金属膜や誘電体多層膜を有する電極、反射層を設けた構造がある。
【００２７】
（窒化物半導体発光素子）
発光素子１０の一例として、窒化物半導体の発光素子では、成長基板であるＣ面サファイア基板の上に、第１の窒化物半導体層であるｎ型半導体層、活性層である発光層、第２の窒化物半導体層であるｐ型半導体層が順にエピタキシャル成長されている。そして、ｎ型層の一部が露出されて第１の電極であるｎ型パッド電極が形成され、ｐ型層のほぼ全面にＩＴＯ等の透光性導電層、第２の電極であるｐ型パッド電極が形成されている。さらに、保護膜が、ｎ型、ｐ型パッド電極の表面を露出し、半導体層を被覆して設けられる。なお、ｎ型パッド電極は、ｐ型同様に透光性導電層を介して形成してもよい。成長基板は、Ｃ面サファイアの他、Ｒ面、及びＡ面、スピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）のような絶縁性基板、また炭化珪素（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃ）、Ｓｉ、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ＧａＮやＡｌＮ等の半導体の導電性基板がある。窒化物半導体の例としては、一般式がＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）の他、ＢやＰ、Ａｓを混晶してもよい。また、ｎ型、ｐ型半導体層は、単層、多層を特に限定されず、活性層は単一（ＳＱＷ）又は多重量子井戸構造（ＭＱＷ）が好ましい。青色発光の素子構造の例としては、サファイア基板上に、バッファ層などの窒化物半導体の下地層、例えば低温成長薄膜ＧａＮとＧａＮ層、を介して、ｎ型半導体層として、例えばＳｉドープＧａＮのｎ型コンタクト層とＧａＮ／ＩｎＧａＮのｎ型多層膜層が積層され、続いてＩｎＧａＮ／ＧａＮのＭＱＷの活性層、更にｐ型半導体層として、例えばＭｇドープのＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮのｐ型多層膜層とＭｇドープＧａＮのｐ型コンタクト層が積層された構造がある。
【００２８】
（波長変換部材）
波長変換部材２０は、発光素子１０が発する一次光に励起され、その波長変換光の二次光を発する蛍光体を含有しており、一次光と二次光の混色により、所望の色相を有する出射光を実現できる複合光源を構成する部材である。波長変換部材２０は、透光性部材を母材とし、その透光性部材中に光変換材料としての蛍光体を混在させた構造で構成されることが好ましく、これにより発光素子１０を好適に被覆することができる。波長変換部材２０の母材となる透光性部材の材料としては、例えば、樹脂、ガラス、無機物を用いることができる。また下記蛍光体の成形体、結晶体などでもよい。より具体的な波長変換部材２０としては、蛍光体を含有するガラス、あるいは蛍光体結晶若しくはその相を有する単結晶体、多結晶体、アモルファス体、セラミック体などが挙げられる。この他、蛍光体粒子と適宜付加される透光性材料との焼結体、凝集体、多孔質体、更にそれらに透光性部材、例えば透光性樹脂を混入、含浸したもの、あるいは蛍光体粒子を含有する透光性部材、例えば透光性樹脂の成形体等から構成される。波長変換部材２０の被覆形態は特に限定されず、上記のように蛍光体粒子を含有する透光性樹脂若しくは溶融ガラスを発光素子１０の周囲にポッティングやスクリーン印刷で設けてもよく、又は板状の焼結体やガラス板を透光性の接着材により発光素子１０に貼付してもよい。波長変換部材２０は、その厚みが略一定に形成されることで、混色の割合を安定させ、光源部３０表面において色ムラの発生を抑止できる。なお、波長変換部材２０の厚みは、発光効率や色度調整において、１０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましく、さらには５０μｍ以上３００μｍ以下であることがより好ましい。また、１つの波長変換部材２０により被覆される発光素子１０の個数は特に限定されず、複数にすれば、光束を大きくでき光源部３０の放出光の輝度を高めることができる。発光素子１０を複数とする場合、例えば一列状に配置、等間隔に格子位置に配置する。このように発光素子１０を複数とする場合においても、波長変換部材２０の厚みが略一定であることで、個々の発光素子１０の配置に起因する光源部３０表面での輝度や色度のムラを低減することができる。
【００２９】
波長変換部材２０は、青色発光素子と好適に組み合わせて白色発光とできるものが好ましい。このような波長変換部材２０に用いられる代表的な蛍光体としては、ガーネット構造のセリウムで付括されたＹＡＧ系蛍光体（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）及びＬＡＧ系蛍光体（ルテチウム・アルミニウム・ガーネット）が挙げられ、特に、高輝度且つ長時間の使用時においては（Ｒｅ1-xＳｍx）3（Ａｌ1-yＧａy）5Ｏ12：Ｃｅ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１、但し、Ｒｅは、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｌｕからなる群より選択される少なくとも一種の元素である。）等が好ましい。またＹＡＧ、ＬＡＧ、ＢＡＭ、ＢＡＭ：Ｍｎ、（Ｚｎ、Ｃｄ）Ｚｎ：Ｃｕ、ＣＣＡ、ＳＣＡ、ＳＣＥＳＮ、ＳＥＳＮ、ＣＥＳＮ、ＣＡＳＢＮ及びＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕからなる群から選択される少なくとも１種を含む蛍光体が使用できる。黄〜赤色発光を有する窒化物系蛍光体等を用いて赤味成分を増し、平均演色評価数Ｒａの高い照明や電球色ＬＥＤ等を実現することもできる。具体的には、発光素子１０の発光波長に合わせてＣＩＥの色度図上の色度点の異なる蛍光体の量を調整し含有させることで、その蛍光体間と発光素子１０とで結ばれる色度図上の任意の点を発光させることができる。その他に、近紫外〜可視光を黄色〜赤色域に変換する窒化物蛍光体、酸窒化物蛍光体、珪酸塩蛍光体を用いることができる。例えば、Ｌ2ＳｉＯ4：Ｅｕ（Ｌはアルカリ土類金属）、特に（ＳｒxＭａｅ1-x）2ＳｉＯ4：Ｅｕ（ＭａｅはＣａ、Ｂａなどのアルカリ土類金属）などが挙げられる。窒化物系蛍光体、オキシナイトライド（酸窒化物）蛍光体としては、Ｓｒ−Ｃａ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ、Ｃａ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ、Ｓｒ−Ｓｉ−Ｎ：Ｅｕ、Ｓｒ−Ｃａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ、Ｃａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕ、Ｓｒ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｅｕなどがあり、アルカリ土類窒化ケイ素蛍光体としては、一般式ＬＳｉ2Ｏ2Ｎ2：Ｅｕ、一般式ＬxＳｉyＮ(2/3x+4/3y)：Ｅｕ若しくはＬxＳｉyＯzＮ(2/3x+4/3y-2/3z)：Ｅｕ（Ｌは、Ｓｒ、Ｃａ、ＳｒとＣａのいずれか）で表される。
【００３０】
（光透過部材）
光透過部材４０は、光源部３０を覆っていれば、光源部３０と離間して設けられてもよいが、光源部３０、特にその波長変換部材２０の表面と接合されて設けられることで、光の取り出し効率を向上させることができる。光透過部材４０は、例えばエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、変成シリコーン樹脂、ユリア樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネイト樹脂、ポリイミド樹脂などの樹脂材料を用いて形成することができる。なお、光透過部材４０は、発光素子１０や波長変換部材２０を保護する封止材としての役割も果たすため、耐候性、耐熱性、硬度に優れる材料が好ましく、エポキシ樹脂、又は硬質のシリコーン樹脂が好ましい。また、ガラスを用いてもよい。さらに、光透過部材４０に、上述のような蛍光体、及び／又はＴｉＯ２等の光散乱粒子、及び／又は石英ガラス等のフィラー、その他、顔料などを適宜添加して所望の発光特性とすることができる。また、光透過部材４０は圧縮成形、トランスファー成形などにより、所望の大きさ、並びに所望の形状に成形することができる。
【００３１】
（実装基体）
発光素子１０が実装される実装基体５０は、少なくとも表面が素子の電極と接続される配線５５を形成した実装基板が利用でき、また外部接続用の配線５６（後述の実施の形態２，３，４では、実装基板５０の下面に設けられ、スルーホールを介して上面の配線５５と接続されている）などが設けられても良い。基板５０の材料は、例として窒化アルミニウム（ＡｌＮ）で構成され、単結晶、多結晶、焼結基板、他の材料としてアルミナ等のセラミック、ガラス、Ｓｉ等の半金属あるいは金属基板、またそれらの積層体、複合体が使用でき、金属性、セラミックは放熱性が高いため好ましい。なお、基板５０は配線が無くてもよく、例えば成長基板側を実装して素子の電極を装置の電極にワイヤー接続する形態でもでもよい。また実装基体５０は、少なくともその表面が高反射性材料で構成されることが好ましく、短絡防止のため配線５５を被覆する絶縁膜５８（又は誘電体多層膜でもよい）などの反射層（５９）が設けられてもよい。実装基体５０はこのほか、一対のリードフレームであってもよく、その発光素子１０の載置部は凹部（カップ、キャビティ）が設けられていてもよいが、平坦面であれば高角度域にも発光が可能であり、例えば光源部１０・実装基体５０の下方を除いて球状に発光することも可能である。また発光素子１０は、導電性接着材６０により配線５５上に接着されて外部と電気的に接続される。導電性接着材６０は、半田、Ａｇペースト、Ａｕバンプなどが利用できる。
【００３２】
＜実施の形態２＞
図４（ｂ）は、本発明の実施の形態２に係る発光装置の概略上面図であり、図４（ａ）は図４（ｂ）のＡ−Ａ概略断面図である。図４に示す例の発光装置２００において、上述の実施の形態１と実質上同様の構成については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。
【００３３】
図４に示す例の発光装置２００において、光源部３０は実施の形態１とほぼ同様であって、実装面と発光素子１０との間の領域に蛍光体が配置されている点で異なり、光透過部材４０は、実装基板５０の幅より大きい幅を有し、実装基板５０の側面より側方に突出、延在して設けられている。また光透過部材の光出射面４１には、凸曲面を各々有する凸部４５が４つ設けられている。この各凸部４５の中心軸Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４は、ｚ軸（Ｈ軸）に対して６０°の角度をなし、且つ実施の形態１と同様に、ｘｙ平面で光源部３０を中心として９０°間隔で略等配されている。このように、全ての凸部４５の中心軸がｚ軸以外の軸で構成される場合、各凸部４５の中心軸は、ｘｚ平面、ｙｚ平面でｚ軸方向に傾斜していることが好ましい。これにより、装置の光軸方向へ出射される光の輝度を高めながら、その光軸方向へ出射される一次光と二次光の重畳が促進されて色ムラを低減することができる。なお、図中のＨ軸は光軸を表し、実施の形態１におけるＢ軸に同じであり、図５も同様である。
【００３４】
さらに、この発光装置２００では、光透過部材４０が実装基板５０の側面に結合されており、このように光透過部材４０が実装基板５０の側面の少なくとも一部を被覆して光源部３０を封止していてもよい。これにより、延出部の光透過部材４０の実装基板５０上面より下方側にも光出射面４１が設けられて、この光源部３０下方の光出射面４１からも一次光及び二次光を放出でき、すなわち、実装基板の外側で出射可能な底面を有する。また一方で、その光源部３０下方の光透過部材４０内面での反射により凸部４５に対して集光させることで、更に一次光と二次光の重畳を促進することができる。このような光透過部材４０と空気との界面での反射であれば、実装基板面や配線５５などによる光吸収（光損失）の影響を受けずに光を反射させることができ、光源部３０から装置外部に効率良く光を取り出すことができる。また、この底面からの出射光は、装置外部の反射器、光学レンズなどの光学機能を組み合わせて、放射角を調整した発光装置とすることもできる。
【００３５】
このような実施の形態２の発光装置２００は、各凸部４５の中心軸とｚ軸とのなす角度が光軸の高角度域にあるため、一次光及び二次光がその中心軸方向に集光され、また光源部３０直上の連結部によってｚ軸上に出射される一次光及び二次光が拡散されて放出される。それにより、他の実施の形態に比べ、一次光及び二次光を、装置の光軸を中心としてその周囲に広く拡散させて装置外部に放出することができ、色ムラが少ない、広い配光を得ることができる。一方で、凸部の中心軸、すなわち向きが、光軸側、上方側に傾いているため、光軸方向への出射光についても、第２の凸部４４を有する形態に比べると劣るが、好適に取り出される。
【００３６】
なお、ｘｙ平面における発光素子１０の構成面（複数の発光素子１０が配列される場合はその発光素子１０により形成される発光領域の外郭を構成する面）に対する凸部４５の中心軸の方向は、特に限定されない。ｘｙ平面において、発光素子・領域が略正方形である場合、発光素子１０の側面から発光される一次光は、略正方形の素子の対角方向よりも各側面の側方に対して輝度が高くなる傾向がある。したがって、実施の形態１や２のように、凸部４５が発光素子１０の各側面に対向し、凸部４５の連結部が発光素子１０の各角部に対向するように設けられていることで、発光素子１０の側面から発光される一次光を効率良く取り出すことができ、高輝度の発光を実現することができる。また他方、ｘｙ平面において、凸部４５が、発光素子１０又は発光領域の各角部に対向するように設けられてもよく、好ましくはｘｙ平面において凸部４５の中心軸が発光素子１０の対角線に略一致するように設けられることにより、素子の対角方向の一次光の輝度を補って色ムラを低減することができる。また、光源部３０、波長変換部材２０のｘｙ平面の構成面、すなわち発光側の側面についても、上記発光素子１０の第２の主面となる側面に対向する側面を有する場合は同様であり、異なる表面を有する場合には、光源部の発光における光取り出し効率が低下する傾向がある。異なる表面の形態としては、発光素子１０の側面とは異なる側面、例えば、光軸周りに回転させた形態、側面の数が異なる形態、があり、その他に、曲面、球面などがあり、その場合は、上述した従来の発光装置の問題は低下する傾向にある。しかし、さらに改善するためには、発光素子の配向性への依存度が高いため、発光素子の側面に対応させる方が好ましい。但し、複数の発光素子を有する光源部の場合には、互いの側面が略平行な場合にはその側面に、異なる場合には光源部の側面に、依存する傾向が高くなる。
【００３７】
＜実施の形態３＞
図５（ｂ）は、本発明の実施の形態３に係る発光装置の概略上面図であり、図５（ａ）は図５（ｂ）のＡ−Ａ概略断面図であり、図６は、本発光装置の実装基体とその配線構造を説明する概略上面図である。図５および図６に示す例の発光装置３００において、上述の実施の形態１と実質上同様の構成については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。
【００３８】
図５，６に示す例の発光装置３００では、実装基板５０上に、上面視形状が略正方形の板状体の発光素子１０が４個、略矩形状の発光領域を形成するように略等間隔の格子位置（２×２）に配列されており、その発光領域の周囲すなわち各発光素子１０の上面及び側面が波長変換部材２０により被覆されて、光源部３０を構成している。ここで、図５に示すように、実装基板５０上に設けられた配線５５ａ，５５ｂ，５５ｃにより、各発光素子１０は互いに直列接続されフリップチップ実装されている。このように光源部３０が複数の発光素子１０を含む場合には、発光素子１０の配置や波長変換部材２０の厚みに起因する色ムラが発生しやすくなるが、本発明の発光装置では、光透過部材の光出射面４１に設けられた複数の凸部４５によって、上述した装置内部及び外部で一次光と二次光とを重畳させることでこのような色ムラを低減できるので、色ムラの少ない高光束の発光が可能となる。
【００３９】
また光源部３０は、図５に示す形態のほか、発光素子１０が各々別の波長変換部材２０により被覆されている形態、例えば波長変換部材２０により予め被覆されている発光素子１０が、互いに離間されて配列されていてもよい。このような形態においても、波長変換部材２０に被覆された発光素子１０から各々発光される一次光と二次光とを凸部による機能でもって、発光素子１０の配置や波長変換部材２０の厚みに起因する色ムラを低減することができる。また、光源部３０における複数の発光素子１０の配置に対する凸部の配置、その中心軸の向きは特に限定されない。但し、図５に示すように、光源部３０において複数の発光素子１０が該光源部の中心に対し対称性を有して配置されている場合には、凸部４５、その中心軸がｘｙ平面において光源部３０を中心としてその周囲に等配されて設けられることで、装置の光軸周りに均衡の取れた色ムラの低減を実現することができる。他方、光源部３０において複数の発光素子１０が該光源部の中心に対し非対称に配置されている場合には、例えば発光素子１０が少ない側の凸部の形成密度を高くするなど、発光素子１０の配置に対応して凸部、その中心軸を偏らせて設けてもよい。
【００４０】
なお図６に示すように、例えばセラミックやガラスエポキシなどの実装基板５０では、光源部３０からの光が該基板５０を透過して装置下方側へ漏出するのを防止するために、その上面の光源部３０周囲、並びに光透過部材４０の結合部に反射層５９が設けられてもよい。このような反射層５９としては、配線５５と同じ構成の配線層、又はその上に高反射性の金属層、例えばＡｇやＡｌの層を形成したもの、さらにその上に誘電体多層膜を形成したものなどが挙げられる。
【００４１】
本実施の形態３における光透過部材４０は、実装基板５０の幅より大きい幅を有し、実装基板５０の側面より側方に突出、延在して設けられている。また光透過部材の光出射面４１には、凸曲面を各々有する凸部４５が３つ設けられている。この各凸部４５の中心軸Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３は、ｚ軸に対して４５°の角度をなし且つｘｙ平面で光源部３０を中心として１２０°間隔で略等配されている。さらに、光透過部材４０は、実装基板５０の側面に結合され、実装面に略同一な底部を構成する底部を延出部に有しており、この底部は平坦面となっている。これにより、実施の形態２の凸曲面に比して、光源部３０から実装基板５０上面より下方に発光される一次光及び二次光の該底部で全反射される成分が増加し、装置上方に反射させて効率良く取り出すとともに、それにより凸部に対して集光することで更に一次光と二次光の重畳を促進することができる。また、この光透過部材４０のように、連結部が凹曲面であれば光出射面４１を成形しやすく、特に装置の光軸方向の配光を良好な状態に維持するために、光源部３０の直上に位置する連結部は凹曲面に成形されていることが好ましい。
【００４２】
このような実施の形態３の発光装置３００は、各凸部４５の中心軸のｚ軸に対する傾斜角が、実施の形態２に比べ小さく、各凸部４５が装置の光軸方向に密集して配置されており、装置の光軸方向への集光作用が比較的強く、他の実施の形態に比べ、装置の光軸方向（ｚ軸）の輝度が高く、高光束の放出光を得ることができる。
【００４３】
＜実施の形態４＞
図７（ｃ）は、本発明の実施の形態４に係る発光装置の概略上面図であり、図７（ａ）は図７（ｂ）のＡ−Ａ概略断面図である。図７に示す例の発光装置４００において、上述の実施の形態１と実質上同様の構成については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。
【００４４】
図７に示す例の発光装置４００において、光源部３０は実施の形態１と同様であって、光透過部材４０は、実装基板５０の幅より大きい幅を有し、実装基板５０の側面より側方に突出、延在して設けられている。この光透過部材の光出射面４１は、ｚ軸を中心軸Ｂとする１つの第２の凸部４４と、ｚ軸と中心軸とのなす角度が互いに略等しい４つの凸部４５を各々含む２つの凸部群４６，４７を有している。図７（ａ）に示すように、第１凸部群４６の各凸部４５の中心軸Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４は各々ｘｙ平面内にあって（ｚ軸とのなす角度は９０°）、他方、図７（ｂ）に示すように、第２凸部群４７の各凸部４５の中心軸Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４とｚ軸とのなす角度は各々４５°である。また図７（ｂ）に示すように、ｘｙ平面において、各凸部群４６，４７における凸部４５の中心軸はそれぞれ、光源部３０を中心として９０°間隔で略等配されており、第１凸部群４６の凸部４５の中心軸（Ｆ１〜Ｆ４）と第２凸部群４７の凸部４５の中心軸（Ｇ１〜Ｇ４）とは、４５°回転された位置関係に設けられている。さらにｘｙ平面において、第１凸部群４６の凸部４５の中心軸（Ｆ１〜Ｆ４）は、発光素子１０の各対角線に略一致するように各々設けられ、他方第２凸部群４７の凸部４５の中心軸（Ｇ１〜Ｇ４）は、発光素子１０の側面の略垂直二等分線となるように設けられている。なお、各凸部４５は、その中心軸を光軸とする凸曲面を有している。
【００４５】
このように、光透過部材の光出射面４１に、その中心軸とｚ軸となす角度が互いに略等しい複数の凸部４５を含む凸部群が、ｚ軸となす角度を変えて複数設けられていることで、装置の光軸（ｚ軸）周りの色ムラの低減効果を更に高めることができる。なお、このような形態においても、１つの凸部群内に設けられる凸部４５は、上述のようにｘｙ平面において光源部３０を中心として略等配されていることが好ましい。また、このような凸部群の数は特に限定されないが、例えば本実施の形態４のように２つとすれば、各凸部４５の間隔（形成密度）を適度に保ち効率良く光を重畳させることができ、また光出射面４１を比較的容易に成形することができる。さらに、本実施の形態のように、１つの凸部群における凸部４５の連結部（凹部）に対応して、その上若しくは下に他の凸部群の凸部４５が配置されていれば、１つの凸部群の連結部による光の拡散を、隣接する他の凸部群の凸部４５による集光により補填し合って、装置の光軸回りの色ムラに加え輝度ムラも低減することができる。なお、ｚ軸を中心軸とする第２の凸部４４は省略してもよい。
【００４６】
＜実施の形態５＞
図８（ｂ）は、本発明の実施の形態５に係る発光装置の概略上面図であり、図８（ａ）は図８（ｂ）のＡ−Ａ概略断面図である。図８に示す例の発光装置５００において、上述の実施の形態１と実質上同様の構成については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。
【００４７】
図８に示す例の発光装置５００において、光透過部材の光出射面４１は、実施の形態１における発光装置１００の各凸部４４，４５が砲弾型形状に形成されたものとなっている。このように、１つの凸部４４，４５が凸曲面と円筒状の面（以降、円筒面と呼ぶ）の組み合わせにより構成されてもよい。この場合、円筒面内面での反射により、光透過部材４０内部での一次光と二次光との重畳を促進できると共に、凸部から発光される一次光及び二次光の中心軸方向の指向性、集光性を高めることができる。
【００４８】
また発光装置５００において、光源部３０は、実施の形態３と同様に互いに直列接続された複数の発光素子１０による発光領域が波長変換部材２０により覆われて構成されており、該光源部３０は封止部材７０により被覆、封止されている。この封止部材７０は、上述の光透過部材４０、波長変換部材と同様に樹脂材料などで構成することができ、その発光側の表面は半球面状に形成されることが好ましく、これにより該部材内面での反射を抑制して光を効率良く取り出すことができる。また、封止部材内で、拡散剤を添加して、部材７０内で、光源部の配向を第１段階で緩和して、その外側の光透過部材により、さらに第２段階で、集光させ、光出射させる多段的な緩和構造を形成することもできる。また、光透過部材と屈折率差を設けて、屈折率を多段的に緩和する構造とすることもできる。このように、封止部材７０は、上述した光源部から一定距離に設けられた光拡散領域として機能させることができる。
【００４９】
さらに光透過部材４０は、上述のような光出射面４１を有するように樹脂やガラスなどで予め成形された成形体であって、該成形体が光源部３０を有する実装基板５０に搭載されている。このような光透過部材の光出射面４１の反対側の表面、つまり該光透過部材４０の搭載側の面には、その略中央部に、光源部３０が配置されるように凹部が設けられている。このような凹部は、図示するように封止部材７０の表面形状と同様に、半球面状に設けられることにより、該凹部表面での光反射を抑制して、光源部３０からの光を光透過部材４０に効率良く結合することができる。
【００５０】
このような光透過部材４０は、光源部３０又はそれを被覆する封止部材７０などに接して設けられる場合、樹脂など透光性の接着材（不図示）により接合されることが好ましい。また光透過部材４０と封止部材７０、さらには両部材を接着する接着材は、効率良く光を導光するために、互いに近い値の屈折率を有することが好ましく、より好ましくは同種の材料により構成するとよい。或いは、光透過部材４０の屈折率を封止部材７０の屈折率より小さくするなど、意図的に光透過部材４０と封止部材７０の屈折率を異ならしめ、光透過部材４０と封止部材７０の屈折率の相違による光の屈折、反射を利用して一次光と二次光を重畳させて色ムラを低減してもよい。更には、例えば封止部材７０の表面においても、光透過部材の光出射面４１のように、上面視で複数の凸部が設けられてもよく、その封止部材７０の凸部表面の屈折率界面を利用して一次光と二次光の重畳作用をさらに高めてもよい。また、接着材のほか係止又は嵌合により光透過部材４０を封止部材７０に固定されてもよく、このような場合には光透過部材４０は実装基体５０と離間して設けられてもよい。
【００５１】
他方、光透過部材４０が光源部３０又は封止部材７０と離間して設けられる場合は透光性の接着材に限らず、金属など光反射性材料により実装基体５０に接合させてもよいし、実装基体５０若しくは他の基体に係止若しくは嵌合により固定されてもよい。なお、本発光装置５００においても、光透過部材４０の各凸部４５が結合する実装基板５０の上面には反射層５９が設けられており、装置下方への光の漏出を防止している。
【００５２】
このように予め個別に成形した光透過部材４０を接着させる、実施の形態５の発光装置５００であれば、光透過部材４０の形状が、実装基板面などに制限を受けず、より多数の凸部４５を含むような比較的複雑な形状の光出射面４１でも成形することができ、凸部４５による色ムラの低減および装置の配光を制御しやすい。
【００５３】
また図８に示す例の発光装置において、光透過部材４０は、必ずしも予め成形されたものでなくてもよく、封止部材７０が設けられた後、その上に直接成形されてもよい。例えば封止部材７０をガラスで成形し、その上に凸部４５を有する光透過部材４０を樹脂で成形してもよい。このような形態であれば、光透過部材の凸部４５により色ムラの低減された発光を実現すると共に、樹脂材料より熱伝導性の高いガラスで光源部３０が封止されることで、発光素子１０や波長変換部材２０の放熱性を高めることができ、装置の信頼性を向上させることができる。
【００５４】
＜変形例＞
本発明の発光装置において、図９に示すように、光透過部材の光出射面４１に設けられる各凸部４４，４５は、凸曲面を有さず、例えば複数の平坦面を含む多面体により構成された発光装置５５０でもよい。凸部４４，４５を構成する面、特にその凸部の中心軸を光軸とする構成面が平坦面である場合には、中心軸を光軸とする凸曲面を有する形態に比べて内部反射が増加することによって、光透過部材４０内部での光の重畳が促進され、光出射面４１より放出される光の色ムラを低減することができる。また、このように凸部４４，４５の中心軸を光軸とする構成面が平坦面である場合、この平坦面から光が拡散されて外部に放出されるため、各凸部からその中心軸に直交する方向に光、特に一次光が拡散されることで、装置外部における一次光と二次光との重畳を促進することができる。また、凸部の中心軸を光軸とする構成面を凹曲面として更に光を拡散させてもよいし、多面体の凸部の角部に丸みを帯びさせて、例えば角部を凸曲面として、角部の集光作用を高めてもよい。さらに、凸部は錘形状、例えば多角錘状や円錘状に形成することもできる。
【００５５】
また、以上に説明した形態のように、光透過部材の光出射面４１の各凸部が同じ形状に揃えられていることで、その各中心軸方向に対して略均等な光学的作用を奏させることができるが、他方、光源部３０が有する一次光及び二次光の配光に合わせて、光透過部材の各凸部の形状を個別に変化させてもよい。例えば図８に示す例の発光装置５００において、ｚ軸を中心軸（Ｂ）とする第２の凸部４４を凸曲面、例えば球面により構成し、中心軸（Ｃ１〜Ｃ４）がそれぞれｘｙ平面内にあって光源部３０を中心として９０°間隔で略等配されている４つの砲弾型形状の凸部４５をその中心軸方向に延伸させ、例えば円筒面の中心軸方向の長さを凸曲面のそれより大きくして各々構成する。このような形態の光出射面４１であれば、光源部３０からｚ軸上に強く出射される一次光に対して、光源部３０直上の凸曲面により効率良く取り出しながら、延伸された円筒面から二次光を取り出しやすくして、装置の光軸方向の一次光及び二次光の重畳を促進することができる。
【００５６】
本発明において、凸部の中心軸は、凸部形状の回転対称軸である場合の他に、その対称軸、凸部の光出射面としての光軸を有さない形態の場合には、例えば、凸部の主要な光出射面、例えば凸部の端部において、その中心を通って、光源部を通る軸、又は凸部の突出方向に平行な軸が中心軸となる。また、各実施の形態では、中心軸が光源部を通る形態についてのみ説明したが、光源部に離間した軸であっても、光拡散領域を通る軸であれば、その効果を得られる。本発明の発光装置では、光透過部材中に、光源部から一定の距離で周囲を囲む光拡散領域を有して、それを介して、各凸部に至る集光領域を備える。
【００５７】
さらに本発明の発光装置は、このほか、実装基体を一対のリードフレームとし、一方のリードの載置部上に光源部を設けて、これを光出射面に凸部が設けられた光透過部材により封止する形態でもよく、このような装置であれば、装置下方側の光出射面にも凸部を設けることができ、光源部及びリードフレームの下方を除いて球状に色ムラの少ない光を発光することが可能である。
【実施例】
【００５８】
以下、本発明に係る実施例について詳述する。なお、本発明は以下に示す実施例のみに限定されないことは言うまでもない。
【００５９】
＜実施例１＞
本実施例１では、図１に示すような構造の発光装置を以下の方法で作製する。上面の大きさが約１４．０ｍｍ×１０．０ｍｍ、厚さ約１．０ｍｍのＡｌＮのセラミックス基板５０上に、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる正電極及び負電極用の配線５５を形成する。さらに、発光素子の実装部、外部接続端子部以外の領域にはＴｉ／Ａｌからなる金属反射層と、その上にＳｉＯ２／Ｎｂ２Ｏ５からなる誘電体多層膜５８と、を順次形成して反射層（５９）とする。次に、その配線５５上に、約１ｍｍ×１ｍｍの大きさの窒化ガリウム系青色ＬＥＤチップ１０（発光波長４５０ｎｍ）を１個搭載してフリップチップ実装する。このときＬＥＤチップ１０と配線５５との接合は、ペースト状のＡｕ−Ｓｎ（６０）を用いた共晶接合によって行い、窒素雰囲気のリフロー装置によって最高到達温度３２０℃にて接合させる。次に、ＬＥＤチップ１０の側面（４面）及び上面に熱硬化性のシリコーン樹脂を適量塗布して、黄色発光するＹＡＧの蛍光体とアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）とを焼結させた蛍光体板２０をＬＥＤチップ１０の側面（４面）及び上面に貼付して、１５０℃で６００秒加熱してシリコーン樹脂を硬化させる。このようにして、蛍光体板２０に覆われたＬＥＤチップ１０からなる白色発光可能な光源部３０が得られる。そして、光源部３０が設けられたセラミックス基板５０を下側金型に載置して、液状のシリコーン樹脂をセラミックス基板５０及び下側金型上に滴下する。その後、上側金型を閉じ、金型内でシリコーン樹脂を１５０℃で１８０秒１次硬化させ、金型から取り出して更に１５０℃で４時間２次硬化させる。この結果、上側金型の内面に形成されたレンズ型に対応した光出射面４１を有する光透過部材４０により光源部３０が封止される。この光透過部材４０の各凸部４５が有する凸曲面は、長径約６ｍｍ、短径約５ｍｍの回転楕円体の長軸を中心軸とする該回転楕円体の表面の一部よりなっており、中心軸がそれぞれｘｙ平面内にあり且つ光源部３０の周囲に９０°間隔で等配されている４つの凸部４５と、中心軸がｚ軸に略一致し光源部３０の直上に配置された１つの凸部４５とが、光源部３０を中心とする直径約８ｍｍの球面に内接するように設けられ、これらが互いに連結された光出射面４１となっている。以上のようにして実施例１の発光装置が得られる。
【００６０】
＜比較例１＞
比較例１の発光装置は、上記実施例１において、直径約８ｍｍの半球状のレンズ型が設けられた上側金型を用いて光透過部材を成形する以外は、実施例１の作製方法と同様に作製する。
【００６１】
比較例１の発光装置では、装置の光軸（ｚ軸）の略全周に亘ってその高角度域に黄色味を帯びた白色光が観測されるが、実施例１の発光装置ではこのような色ムラが低減される。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明の発光装置は、照明用光源、ＬＥＤディスプレイ、液晶表示装置などのバックライト光源、信号機、照明式スイッチ、各種センサ及び各種インジケータ等に好適に利用できる。
【符号の説明】
【００６３】
１０…発光素子
２０…波長変換部材
３０…光源部
４０…光透過部材（４１…光出射面、４４…第２の凸部、４５…凸部（第１の凸部）、４６，４７…凸部群、Ｂ，Ｃ１〜Ｃ４，Ｄ１〜Ｄ４，Ｅ１〜Ｅ３，Ｆ１〜Ｆ４，Ｇ１〜Ｇ４…凸部の中心軸）
５０…実装基体（５５，５６…配線、５８…絶縁膜、５９…反射層）
６０…導電性接着材
７０…封止部材
１００，２００，３００，４００，５００…発光装置（１５０，５５０…発光装置）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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