(57)【要約】【課題】色むらや輝度むらの発生を抑制することができ、且つ、光取り出し効率の低下を抑制することが可能な発光装置を提供する。【解決手段】発光装置１は、ＬＥＤチップ１０と、当該ＬＥＤチップ１０が実装された実装基板２０と、ＬＥＤチップ１０から放射される光によって励起されてＬＥＤチップ１０よりも長波長の可視光を放射する蛍光体粒子７２が透光性材料からなる母材に分散されてなり実装基板２０との間にＬＥＤチップ１０を囲む形で配設されたドーム状の色変換部材７０とを備える。色変換部材７０に、透光性材料とは屈折率が異なり且つ平均粒径が蛍光体粒子７２の平均粒径以下である光拡散材７３を分散させてある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤチップと、当該ＬＥＤチップが実装された実装基板と、ＬＥＤチップから放射される光によって励起されてＬＥＤチップよりも長波長の可視光を放射する蛍光体粒子が透光性材料からなる母材に分散されてなり実装基板との間にＬＥＤチップを囲む形で配設されたドーム状の色変換部材とを備え、色変換部材に、透光性材料とは屈折率が異なり且つ平均粒径が蛍光体粒子の平均粒径以下である光拡散材を分散させてなることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
色変換部材の厚み〔ｍｍ〕、蛍光体粒子の平均粒径〔μｍ〕、光拡散材の平均粒径〔μｍ〕、透光性材料の屈折率、光拡散材の屈折率を用いた数式として、
｛（蛍光体の平均粒径）／（光拡散材の平均粒径）｝
×｜（光拡散材の屈折率）−（透光性材料の屈折率）｜
×（色変換部材の厚み）
を規定したとき、当該数式で求められる値が０．０４を下回らないことを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
色変換部材は、透光性無機材料であるガラスにより形成されたドーム状のカバー部材と、透光性材料である透光性有機材料に蛍光体粒子および光拡散材が分散されてなりカバー部材の光入射面側もしくは光出射面側に積層されたドーム状の色変換層とで構成されてなることを特徴とする請求項１または請求項２記載に発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤチップ（発光ダイオードチップ）を利用した発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、青色光あるいは紫外光を放射するＧａＮ系のＬＥＤチップとＬＥＤチップから放射された光によって励起されてＬＥＤチップとは異なる発光色の光を放射する色変換部材としての蛍光体や光吸収体とを組み合わせることにより、白色を含め、ＬＥＤチップの発光色とは異なる色合いの光を出す発光装置の研究開発が各所で行われ（例えば、特許文献１参照）、発光装置の光出力の増大に伴い照明用途への応用が進んでいる。
【０００３】
ここにおいて、上記特許文献１には、図１０に示すように、ＬＥＤチップ１０’と、ＬＥＤチップ１０’が一表面側に実装された実装基板２０’と、ＬＥＤチップ１０’から放射される光によって励起されてＬＥＤチップ１０’よりも長波長の可視光を放射する蛍光体粒子および透光性材料により形成され実装基板２０’との間にＬＥＤチップ１０’を囲む形で配設されたドーム状の色変換部材７０’とを備え、色変換部材７０’中に光拡散材を分散させてなる発光装置１’が提案されている。なお、図１０に示した構成の発光装置１’では、ＬＥＤチップ１０’としてＧａＮ系の青色ＬＥＤチップを用い、色変換部材７０’の蛍光体粒子として黄色蛍光体を用いており、白色光を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２５０８１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述の発光装置１’では、色変換部材７０’中に光拡散材が分散されているので、ＬＥＤチップ１０’から放射された光や蛍光体粒子から放射された光が光拡散材により拡散されて色変換部材７０’の外に出射されることとなる。しかして、この発光装置１’では、発光装置１’からの光をレンズや反射鏡などにより集光したときに発生する照射面における色むらや輝度むらを抑制することができる。
【０００６】
しかしながら、色変換部材７０’中に分散させる光拡散材によっては、発光装置１’の外部への光取り出し効率の低下が発生してしまう。
【０００７】
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、色むらや輝度むらの発生を抑制することができ、且つ、光取り出し効率の低下を抑制することが可能な発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、ＬＥＤチップと、当該ＬＥＤチップが実装された実装基板と、ＬＥＤチップから放射される光によって励起されてＬＥＤチップよりも長波長の可視光を放射する蛍光体粒子が透光性材料からなる母材に分散されてなり実装基板との間にＬＥＤチップを囲む形で配設されたドーム状の色変換部材とを備え、色変換部材に、透光性材料とは屈折率が異なり且つ平均粒径が蛍光体粒子の平均粒径以下である光拡散材を分散させてなることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、ＬＥＤチップから放射される光によって励起されてＬＥＤチップよりも長波長の可視光を放射する蛍光体粒子が透光性材料からなる母材に分散されたドーム状の色変換部材に、透光性材料とは屈折率が異なり且つ平均粒径が蛍光体粒子の平均粒径以下である光拡散材を分散させてあるので、色むらや輝度むらの発生を抑制することができ、且つ、光取り出し効率の低下を抑制することが可能となる。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１または請求項２の発明において、色変換部材の厚み〔ｍｍ〕、蛍光体粒子の平均粒径〔μｍ〕、光拡散材の平均粒径〔μｍ〕、透光性材料の屈折率、光拡散材の屈折率を用いた数式として、
｛（蛍光体の平均粒径）／（光拡散材の平均粒径）｝
×｜（光拡散材の屈折率）−（透光性材料の屈折率）｜
×（色変換部材の厚み）
を規定したとき、当該数式で求められる値が０．０４を下回らないことを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、色むらや輝度むらの発生を抑制することができ、且つ、光取り出し効率の低下を抑制することができる。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、色変換部材は、透光性無機材料であるガラスにより形成されたドーム状のカバー部材と、透光性材料である透光性有機材料に蛍光体粒子および光拡散材が分散されてなりカバー部材の光入射面側もしくは光出射面側に積層されたドーム状の色変換層とで構成されてなることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、色変換層に分散された蛍光体粒子のストークスシフトによるエネルギ損失に起因して発生する熱がカバー部材に伝熱されやすくなるから、色変換部材の光出射面に沿った面内での色変換層の局所的な温度上昇を抑制することが可能となり、光取り出し効率のより一層の向上が可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明では、色むらや輝度むらの発生を抑制することができ、且つ、光取り出し効率の低下を抑制することが可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態１の発光装置の概略断面図である。
【図２】同上の発光装置を用いた照明器具の要部概略分解斜視図である。
【図３】同上の発光装置の要部概略平面図である。
【図４】同上の発光装置の製造方法の説明図である。
【図５】同上の発光装置を用いた照明器具の要部概略分解斜視図である。
【図６】同上の発光装置を用いた照明器具の要部概略斜視図である。
【図７】同上の他の構成例の発光装置を用いた照明器具の要部概略分解斜視図である。
【図８】同上の発光装置の特性説明図である。
【図９】実施形態２の発光装置の概略断面図である。
【図１０】従来例の発光装置の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（実施形態１）
以下、本実施形態の発光装置について図１〜図７を参照しながら説明する。
【００１７】
本実施形態の発光装置１は、ＬＥＤチップ１０と、一表面側にＬＥＤチップ１０への給電用の導体パターン２３，２３を有しＬＥＤチップ１０が上記一表面側に実装された矩形板状の実装基板２０とを備えている。また、発光装置１は、ＬＥＤチップ１０から放射された光の配光を制御する光学部材６０を備えている。光学部材６０は、透光性材料によりドーム状に形成されており、実装基板２０との間にＬＥＤチップ１０を収納する形で実装基板２０の上記一表面側に固着されている。光学部材６０と実装基板２０とで囲まれた空間には、ＬＥＤチップ１０および当該ＬＥＤチップ１０に電気的に接続された複数本（例えば、２本）のボンディングワイヤ１４を封止した透光性の封止材料（例えば、封止樹脂など）からなる封止部５０が充実されている。ここで、封止部５０は、例えば、封止樹脂としてシリコーン樹脂を採用して、ゲル状とすることが好ましい。また、発光装置１は、ＬＥＤチップ１０から放射され封止部５０および光学部材６０を透過した光によって励起されてＬＥＤチップ１０よりも長波長の可視光を放射する蛍光体粒子７２が透光性材料からなる母材に分散されたドーム状の色変換部材７０を備えている。ここで、色変換部材７０は、実装基板２０の上記一表面側において実装基板２０との間にＬＥＤチップ１０などを囲む形で配設される。更に説明すれば、色変換部材７０は、実装基板２０の上記一表面側において光学部材６０の光出射面６０ｂとの間に空気層８０が形成されるように配設されている。また、実装基板２０は、上記一表面において光学部材６０の外側に、光学部材６０を実装基板２０に固着する際に上記空間から溢れ出た封止樹脂を堰き止める環状の堰部２７が突設されている。
【００１８】
ここにおいて、本実施形態の発光装置１を照明器具の光源として用いる場合には、例えば、照明器具における金属（例えば、Ａｌ，Ｃｕなどの熱伝導率の高い金属）製の器具本体１００（図２、図５、図６参照）と実装基板２０とを、シリカやアルミナなどのフィラーからなる充填材を含有し且つ加熱時に低粘度化する樹脂シートからなる接合用部材９０により接合すればよい。上記樹脂シートとしては、例えば、溶融シリカを高充填したエポキシ樹脂シートのような有機グリーンシートを用いることができ、接合用部材９０は、電気絶縁性を有するとともに熱伝導率が高く加熱時の流動性が高く凹凸面への密着性が高いという性質を有する。しかして、実装基板２０を金属製の器具本体１００に接合用部材９０を介して接合する（実装基板２０と器具本体１００との間に接合用部材９０を介在させた後で接合用部材９０を加熱することで実装基板２０と器具本体１００とを接合する）際に接合用部材９０と実装基板２０および器具本体１００との間に空隙が発生するのを防止することができ、密着不足による熱抵抗の増大やばらつきの発生を防止することができる。このため、従来のように発光装置を回路基板に実装して回路基板と器具本体との間にサーコン（登録商標）のようなゴムシート状の放熱シートなどを挟む場合に比べて、ＬＥＤチップ１０から器具本体１００までの熱抵抗を小さくすることができる。その結果、放熱性が向上するとともに熱抵抗のばらつきが小さくなり、ＬＥＤチップ１０のジャンクション温度の温度上昇を抑制できるから、入力電力を大きくでき、光出力の高出力化を図れる。なお、本実施形態の発光装置１を照明器具の光源として用いる場合には、例えば、図５に示すように、器具本体１００に複数個の発光装置１を実装して複数個の発光装置１を直列接続したり並列接続したりすればよい。また、発光装置１は、金属製の器具本体１００に限らず、接合用部材９０を介して金属製部材に接合するようにしてもよい。また、接合用部材９０は、あらかじめ発光装置１が実装基板２０の他表面側に備えていてもよい。
【００１９】
ＬＥＤチップ１０は、青色光を放射するＧａＮ系青色ＬＥＤチップであり、結晶成長用基板としてサファイア基板に比べて格子定数や結晶構造がＧａＮに近く且つ導電性を有するｎ形のＳｉＣ基板を用いている。このＬＥＤチップ１０は、ＳｉＣ基板の主表面側にＧａＮ系化合物半導体材料により形成されて例えばダブルへテロ構造を有する積層構造部からなる発光部がエピタキシャル成長法（例えば、ＭＯＶＰＥ法など）により成長されている。ここで、ＬＥＤチップ１０は、一表面側（図１（ａ）における上面側）にアノード電極（図示せず）が形成され、他表面側（図１（ａ）における下面側）にカソード電極が形成されている。上記カソード電極および上記アノード電極は、Ｎｉ膜とＡｕ膜との積層膜により構成してある。上記カソード電極および上記アノード電極の材料は特に限定するものではなく、良好なオーミック特性が得られる材料であればよく、例えば、Ａｌなどを採用してもよい。ＬＥＤチップ１０の構造は特に限定するものではなく、例えば、結晶成長用基板の主表面側に発光部などをエピタキシャル成長した後に発光部を支持する支持基板（例えば、Ｓｉ基板など）を発光部に固着してから、結晶成長用基板などを除去したものでもよい。
【００２０】
実装基板２０は、熱伝導性材料からなりＬＥＤチップ１０が搭載される矩形板状の伝熱板２１と、上述の導体パターン２３，２３を有し伝熱板２１の一面側（図１（ａ）における上面側）に固着された配線基板２２とで構成されている。伝熱板２１および配線基板２２の外周形状は矩形状であり、配線基板２２の中央部には、伝熱板２１におけるＬＥＤチップ１０の実装面（上記一面の一部）を露出させる矩形状の窓孔２４が形成されている。ここにおいて、ＬＥＤチップ１０は、窓孔２４の内側に配置された矩形板状のサブマウント部材３０を介して伝熱板２１に搭載されている。したがって、ＬＥＤチップ１０で発生した熱が配線基板２２を介さずにサブマウント部材３０および伝熱板２１に伝熱されるようになっている。ここにおいて、伝熱板２１の上記一面には、サブマウント部材３０の位置決め精度を高めるためのアライメントマーク２１ｃ（図２参照）が形成されている。なお、配線基板２２と伝熱板２１は、例えばポリオレフィン系の固着シート２９（図２参照）を介して固着すればよい。
【００２１】
本実施形態では、伝熱板２１の熱伝導性材料としてＣｕを採用しているが、Ｃｕに限らず、例えば、Ａｌなどを採用してもよい。要するに、伝熱板２１の熱伝導性材料としては、ＣｕやＡｌなどの熱伝導率の高い金属を採用することが好ましい。また、ＬＥＤチップ１０は、発光部が結晶成長用基板よりも伝熱板２１から離れた側となるように伝熱板２１に搭載されているが、発光部が結晶成長用基板よりも伝熱板２１に近い側となるように伝熱板２１に搭載するようにしてもよい。光取り出し効率を考えた場合には、発光部を伝熱板２１から離れた側に配置することが望ましい。しかし、本実施形態では結晶成長用基板と発光部とが同程度の屈折率を有しているので、発光部を伝熱板２１に近い側に配置しても光の取り出し損失が大きくなりすぎることはない。
【００２２】
上述の配線基板２２は、ポリイミドフィルムからなる絶縁性基材２２ａの一表面側に、ＬＥＤチップ１０への給電用の一対の導体パターン２３，２３が設けられている。また、配線基板２２は、各導体パターン２３，２３および絶縁性基材２２ａにおいて導体パターン２３，２３が形成されていない部位を覆う白色系のレジスト（樹脂）からなる保護層２６が積層されている。したがって、ＬＥＤチップ１０からの光や色変換部材７０の蛍光体粒子７２からの光が保護層２６の表面で反射されるので、ＬＥＤチップ１０や蛍光体粒子７２から放射された光が配線基板２２に吸収されるのを防止することができ、外部への光取り出し効率の向上による光出力の向上を図れる。なお、各導体パターン２３，２３は、絶縁性基材２２ａの外周形状の半分よりもやや小さな外周形状に形成されている。また、絶縁性基材２２ａの材料としては、ＦＲ４、ＦＲ５、紙フェノールなどを採用してもよい。
【００２３】
保護層２６は、配線基板２２の窓孔２４の近傍において各導体パターン２３，２３の２箇所が露出し、配線基板２２の周部において各導体パターン２３，２３の１箇所が露出するようにパターニングされている。ここで、各導体パターン２３，２３は、配線基板２２の窓孔２４近傍において露出した２つの矩形状の部位が、ボンディングワイヤ１４が接続される端子部２３ａを構成し、配線基板２２の周部において露出した円形状の部位が外部接続用電極部２３ｂを構成する。なお、配線基板２２の導体パターン２３，２３は、Ｃｕ膜とＮｉ膜とＡｕ膜との積層膜により構成されている。また、２つの外部接続用電極部２３ｂのうちＬＥＤチップ１０の上記アノード電極が電気的に接続される外部接続用電極部２３ｂ（図２における右側の外部接続用電極部２３ｂ）には、「＋」の表示が形成されている。一方、ＬＥＤチップ１０の上記カソード電極が電気的に接続される外部接続用電極部２３ｂ（図２における左側の外部接続用電極部２３ｂ）には、「−」の表示が形成されているので、発光装置１における両外部接続用電極部２３ｂ，２３ｂの極性を視認することができ、誤接続を防止することができる。
【００２４】
ところで、ＬＥＤチップ１０は、ＬＥＤチップ１０と伝熱板２１との線膨張率の差に起因してＬＥＤチップ１０に働く応力を緩和する上述のサブマウント部材３０を介して伝熱板２１に搭載されている。ここで、サブマウント部材３０は、ＬＥＤチップ１０のチップサイズよりも大きな平面サイズの矩形板状に形成されている。
【００２５】
サブマウント部材３０は、上記応力を緩和する機能だけでなく、ＬＥＤチップ１０で発生した熱を伝熱板２１においてＬＥＤチップ１０のチップサイズよりも広い範囲に伝熱させる熱伝導機能を有している。したがって、発光装置１は、ＬＥＤチップ１０で発生した熱をサブマウント部材３０および伝熱板２１を介して効率良く放熱させることができる。また、発光装置１は、サブマウント部材３０を備えていることにより、ＬＥＤチップ１０と伝熱板２１との線膨張率差に起因してＬＥＤチップ１０に働く応力を緩和することができる。
【００２６】
サブマウント部材３０の材料としては、熱伝導率が比較的高く且つ絶縁性を有するＡｌＮを採用している。これに対して、ＬＥＤチップ１０は、上記カソード電極がサブマウント部材３０におけるＬＥＤチップ１０側の表面に設けられ上記カソード電極と接続される電極パターン（図示せず）および金属細線（例えば、金細線、アルミニウム細線など）からなるボンディングワイヤ１４を介して一方の導体パターン２３と電気的に接続され、上記アノード電極がボンディングワイヤ１４を介して他方の導体パターン２３と電気的に接続されている。なお、ＬＥＤチップ１０とサブマウント部材３０とは、例えば、ＳｎＰｂ、ＡｕＳｎ、ＳｎＡｇＣｕなどの半田や、銀ペーストなどを用いて接合すればよいが、ＡｕＳｎ、ＳｎＡｇＣｕなどの鉛フリー半田を用いて接合することが好ましい。サブマウント部材３０がＣｕであって、ＡｕＳｎを用いて接合する場合には、サブマウント部材３０およびＬＥＤチップにおける接合表面にあらかじめＡｕまたはＡｇからなる金属層を形成する前処理が必要である。また、サブマウント部材３０と伝熱板２１とは、例えば、ＡｕＳｎ、ＳｎＡｇＣｕなどの鉛フリー半田を用いて接合することが好ましい。ここで、ＡｕＳｎを用いて接合する場合には、伝熱板２１における接合表面にあらかじめＡｕまたはＡｇからなる金属層を形成する前処理が必要である。
【００２７】
サブマウント部材３０の材料はＡｌＮに限らず、線膨張率が結晶成長用基板の材料である６Ｈ−ＳｉＣに比較的近く且つ熱伝導率が比較的高い材料であればよく、例えば、複合ＳｉＣ、Ｓｉ、Ｃｕ、ＣｕＷなどを採用してもよい。なお、サブマウント部材３０は、上述の熱伝導機能を有しており、伝熱板２１におけるＬＥＤチップ１０側の表面の面積はＬＥＤチップ１０における伝熱板２１側の表面の面積よりも十分に大きいことが望ましい。
【００２８】
また、本実施形態の発光装置１では、サブマウント部材３０の厚み寸法を、当該サブマウント部材３０の表面が配線基板２２の保護層２６の表面よりも伝熱板２１から離れるように設定してある。しかして、ＬＥＤチップ１０から側方に放射された光が配線基板２２の窓孔２４の内周面を通して配線基板２２に吸収されるのを防止することができる。
【００２９】
また、サブマウント部材３０においてＬＥＤチップ１０が接合される側の表面においてＬＥＤチップ１０との接合部位（つまり、ＬＥＤチップ１０に重なる部位）の周囲には、ＬＥＤチップ１０から放射された光を反射する反射膜（図示せず）が形成されている。しかして、ＬＥＤチップ１０の側面から放射された光がサブマウント部材３０に吸収されるのを防止することができ、外部への光取出し効率をさらに高めることができる。ここで、サブマウント部材３０における上記反射膜は、例えば、Ｎｉ膜とＡｇ膜との積層膜により構成すればよいが、上記反射膜の材料は特に限定するものではなく、例えば、ＬＥＤチップ１０の発光波長に応じて適宜選択すればよい。
【００３０】
上述の封止部５０の封止材料である封止樹脂としては、シリコーン樹脂を用いているが、シリコーン樹脂に限らず、例えばアクリル樹脂などを用いてもよい。また、封止材料としては、ガラスを用いてもよい。
【００３１】
光学部材６０は、透光性材料（例えば、シリコーン樹脂、ガラスなど）の成形品であってドーム状に形成されている。ここで、本実施形態では、光学部材６０をシリコーン樹脂の成形品により構成しているので、光学部材６０と封止部５０との屈折率差および線膨張率差を小さくすることができる。なお、封止部５０の材料がアクリル樹脂の場合には、光学部材６０もアクリル樹脂により形成することが好ましい。
【００３２】
ところで、光学部材６０は、光出射面６０ｂが、光入射面６０ａから入射した光を光出射面６０ｂと上述の空気層８０との境界で全反射させない凸曲面状に形成されており、ＬＥＤチップ１０と光軸が一致するように配置されている。したがって、ＬＥＤチップ１０から放射され光学部材６０の光入射面６０ａに入射された光が光出射面６０ｂと空気層８０との境界で全反射されることなく色変換部材７０まで到達しやすくなり、全光束を高めることができる。また、ＬＥＤチップ１０の側面から放射された光は封止部５０および光学部材６０および空気層８０を伝搬して色変換部材７０まで到達し色変換部材７０の蛍光体粒子７２を励起したり、蛍光体粒子７２により散乱されたり、蛍光体粒子７２には衝突せずに色変換部材７０を透過したりする。なお、光学部材６０は、位置によらず法線方向に沿って肉厚が一様となるように形成されている。
【００３３】
色変換部材７０は、シリコーン樹脂のような透光性材料とＬＥＤチップ１０から放射された光（青色光）によって励起されてブロードな黄色系の光を放射する黄色蛍光体粒子からなる蛍光体粒子７２とを混合した混合物の成形品により構成されている。要するに、色変換部材７０は、蛍光体粒子７２が透光性材料からなる母材に分散されている。したがって、本実施形態の発光装置１は、ＬＥＤチップ１０から放射された光と蛍光体粒子７２から放射された光とが色変換部材７０の光出射面７０ｂを通して放射されることとなり、白色光を得ることができる。色変換部材７０の材料として用いる透光性材料は、シリコーン樹脂に限らず、例えば、アクリル樹脂、ガラス、有機成分と無機成分とがｎｍレベルもしくは分子レベルで混合、結合した有機・無機ハイブリッド材料などを採用してもよい。また、色変換部材７０の材料として用いる透光性材料に混合する蛍光体粒子７２も黄色蛍光体粒子に限らず、例えば、赤色蛍光体粒子と緑色蛍光体粒子とを混合しても白色光を得ることができる。また、色変換部材７０には、当該色変換部材７０の母材となる透光性材料とは屈折率が異なり且つ平均粒径が蛍光体粒子７２の平均粒径以下である光拡散材７３を分散させてある。
【００３４】
光拡散材７３の材料としては、例えば、アルミナなどの無機材料、フッ素系樹脂などの有機材料、有機成分と無機成分からなる材料（例えば、シリカコートの樹脂など）などを採用すればよい。また、色変換部材７０中に形成した気泡を光拡散材７３とみなすこともできる。光拡散材７３の屈折率および平均粒径については、色変換部材７０の母材の透光性材料との屈折率差が大きいほど、平均粒径が小さいほど、少量の光拡散材７３で発光装置１の光取り出し効率の低下を抑制することができるが。この点については、後述する。
【００３５】
また、色変換部材７０は、光入射面７０ａが光学部材６０の光出射面６０ｂに沿った形状に形成されている。したがって、光学部材６０の光出射面６０ｂの位置によらず法線方向における光出射面６０ｂと色変換部材７０の光入射面７０ａとの間の距離が略一定値となっている。なお、色変換部材７０は、位置によらず法線方向に沿った肉厚（色変換部材７０の厚み）が一様となるように成形されている。また、色変換部材７０は、実装基板２０側の端縁（開口部の周縁）を実装基板２０に対して、例えば接着剤（例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、低融点ガラスなど）を用いて固着すればよい。
【００３６】
本実施形態の発光装置１を光源として用いた上述の照明器具は、図５および図６に示すように、各発光装置１の接続関係を規定する配線パターン２０２が絶縁性基材２０１の一表面側に形成された回路基板２００を備えている。なお、本実施形態では、複数の発光装置１を直列接続しているが、複数の発光装置１の接続関係は特に限定するものではなく、例えば、並列接続するようにしてもよいし、直列接続と並列接続とを組み合わせてもよい。
【００３７】
回路基板２００は、浅い有底円筒状の器具本体１００内において当該器具本体１００の底壁１００ａから離間して配置されるものであり、各発光装置１それぞれに対応する部位に各発光装置１の一部を通す開孔窓２０４が形成されている。なお、回路基板２００の絶縁性基材２０１の材料としては、例えば、ＦＲ４のようなガラスエポキシ樹脂を採用すればよいが、ガラスエポキシ樹脂に限らず、例えば、ポリイミド系樹脂、フェノール樹脂などでもよい。また、器具本体１００の形状は特に限定するものではなく、例えば、平板状でもよい。
【００３８】
上述の回路基板２００は、器具本体１００の底壁１００ａに貫設されている挿通孔１００ｃに挿通された給電用のリード線が挿通される電線挿通孔２０６が貫設されており、電線挿通孔２０６に挿通された一対の電線が電気的に接続されるようになっている。また、回路基板２００は、器具本体１００の底壁１００ａ側とは反対の表面側に白色系のレジスト層からなる光反射層２０３が形成されており、配線パターン２０２の大部分が光反射層２０３により覆われている。
【００３９】
また、回路基板２００は、各開口窓２０４の開口サイズが発光装置１における実装基板２０の平面サイズよりもやや大きく設定されている。なお、回路基板２００には、発光装置１のＬＥＤチップ１０へ過電圧が印加されるのを防止するために、過電圧防止用の表面実装型のツェナダイオード２３１（図６参照）および表面実装型のセラミックコンデンサ２３２（図６参照）が各開口窓２０４の近傍で実装されている。
【００４０】
一方、発光装置１は、実装基板２０の各外部接続用電極部２３ｂが端子板２１０を介して回路基板２００の配線パターン２０２と電気的に接続されている。ここにおいて、端子板２１０は、細長の金属板の一端部をＬ字状に曲成することにより配線パターン２０２に厚み方向が重なる形で半田などを用いて接合される端子片２１１を形成するとともに、他端部をＪ字状に曲成することにより外部接続用電極部２３ｂに厚み方向が一致する形で半田などを用いて接合される端子片２１２を形成してある。しかして、器具本体１００と回路基板２００との線膨張率差に起因して接続端子２１０と外部接続用電極部２３ｂおよび配線パターン２０２それぞれとの接合部に発生する応力を緩和可能となっている。その結果、各発光装置１と回路基板２００との間の接続信頼性を高めることができる。
【００４１】
また、本実施形態の発光装置１では、上述のシート状の接合用部材９０の平面サイズを伝熱板２１の平面サイズよりも大きく設定してある。しかして、照明器具用の光源として用いる形態において、接合用部材９０と伝熱板２１とが同じ平面サイズに形成されている場合に比べて、伝熱板２１と金属部材である器具本体１００との間の沿面距離を長くすることができ、耐雷サージ性を高めることができる。ただし、一般的に屋内用の照明器具と屋外用の照明器具とで要求される発光装置１と器具本体１００との沿面距離は異なり、屋外用の照明器具の方がより長い沿面距離を要求される。ここにおいて、シート状の接合用部材９０の厚みについては、耐雷サージ性の要求耐圧に応じて厚みを設計する必要があるが、熱抵抗を低減する観点からはより薄く設定することが望ましい。したがって、接合用部材９０に関しては、厚みを設定した上で、沿面距離の要求を満足できるように平面サイズを設定すればよい。
【００４２】
上述の発光装置１の製造にあたっては、例えば、ＬＥＤチップ１０と各導体パターン２３，２３とをそれぞれ２本のボンディングワイヤ１４を介して電気的に接続した後、配線基板２２の窓孔２４に連続して形成されている封止材料注入孔２８（図２参照）からサブマウント部材３０と配線基板２２との隙間に封止部５０の一部となる液状の封止材料（例えば、シリコーン樹脂）を注入した後に硬化させ、その後、ドーム状の光学部材６０の内側に上述の封止部５０の残りの部分となる液状の封止材料（例えば、シリコーン樹脂）を注入してから、光学部材６０を実装基板２０における所定位置に配置して封止材料を硬化させることにより封止部５０を形成するのと同時に光学部材６０を実装基板２０に固着し、その後、色変換部材７０を実装基板２０に固着するような製造方法が考えられる。しかしながら、このような製造方法でも、製造過程において封止部５０に気泡（ボイド）が発生する恐れがあるので、光学部材６０に液状の封止材料を多めに注入する必要がある。
【００４３】
そこで、本実施形態の発光装置１では、上述のように、実装基板２０の上記一表面において光学部材６０の外側に、光学部材６０を実装基板２０に固着する際に光学部材６０と実装基板２０とで囲まれた空間から溢れ出た封止材料を堰き止める環状（本実施形態では、円環状）の堰部２７を突設してある。ここにおいて、堰部２７は、白色系のレジストにより形成されている。堰部２７は、当該堰部２７の内周面から内方へ延出し当該堰部２７の中心と光学部材６０の中心軸とをセンタリングする複数（例えば、４つ）のセンタリング用爪部２７ｂが周方向に離間して等間隔で設けられ、且つ、色変換部材７０の位置決め部を兼ねている。上述のセンタリング用爪部２７ｂの数は４つに限定するものではないが、少なくとも３つ設けることが望ましく、堰部２７と光学部材６０との間に溜めることが可能な封止材料の許容量を多くするためにセンタリング用爪部２７ｂの幅寸法は小さいほうが望ましい。
【００４４】
また、色変換部材７０は、実装基板２０側の端縁に、堰部２７に係合する切欠部７１が全周に亘って形成されている。したがって、本実施形態の発光装置１では、実装基板２０に対する色変換部材７０の位置決め精度を高めることができ、また、色変換部材７０と光学部材６０との間隔を短くすることができる。なお、切欠部７１は、色変換部材７０の端縁側と内面７０ａ側とが開放されている。
【００４５】
また、上述の実装基板２０における導体パターン２３，２３は、色変換部材７０よりも外側において露出した部位が上述の外部接続用電極部２３ｂ，２３ｂを構成している。
【００４６】
本実施形態の発光装置１の製造にあたっては、図４（ａ）に示すように、実装基板２０にＬＥＤチップ１０を実装してＬＥＤチップ１０とボンディングワイヤ１４，１４とを電気的に接続した後、配線基板２２の窓孔２４に連続して形成されている封止材料注入孔２８（図２参照）からサブマウント部材３０と配線基板２２との隙間に上述の封止部５０の一部となる液状の封止材料（例えば、シリコーン樹脂）５０ａを注入するとともに、ドーム状の光学部材６０の内側に上述の封止部５０の一部となる液状の封止材料（例えば、シリコーン樹脂）５０ａを注入して光学部材６０を実装基板２０に対向させる。そして、図４（ｂ）に示すように光学部材６０と実装基板２０とを近づけ、図４（ｃ）に示すように光学部材６０を位置決めしてから液状の封止材料５０ａを硬化させることにより封止部５０を形成するとともに光学部材６０を実装基板２０に固着する。その後、色変換部材７０を実装基板２０に固着するようにしている。ここで、図４（ａ）では、ドーム状の光学部材６０の内側に、光学部材６０の内側空間の容積よりも多い適量（定量）の封止材料５０ａを注入するようにしている。また、実装基板２０の上記一表面側において光学部材６０と堰部２７と保護層２６とで囲まれた空間に溜まった封止材料５０ａは、硬化させることにより図１（ａ）における封止材料部５０ｂとなる。
【００４７】
このような製造方法によれば、製造過程で封止部５０にボイドが発生しにくくなり、信頼性が高く且つ光出力が大きな発光装置１を提供することができる。ここで、図４（ｂ）のように光学部材６０を実装基板２０に近づける前（つまり、図４（ａ）の段階）に、サブマウント部材３０と配線基板２２との隙間に注入した封止材料５０ａを硬化させておけば、図４（ｂ）に示すように光学部材６０と実装基板２０とを近づける際にボイドが抜けやすくなるという利点がある。
【００４８】
以上説明した本実施形態の発光装置１では、ＬＥＤチップ１０から放射された光の配光を制御する光学部材６０がドーム状に形成され実装基板２０との間にＬＥＤチップ１０を収納する形で実装基板２０の上記一表面側に固着されており、光学部材６０と実装基板２０とで囲まれた上記空間に充実されＬＥＤチップ１０を封止した透光性の封止材料からなる封止部５０と、実装基板２０の上記一表面側で光学部材６０を囲む形で配設されたドーム状の色変換部材７０とを備え、実装基板２０の上記一表面において光学部材６０の外側に、光学部材６０を実装基板２０に固着する際に上記空間から溢れ出た封止材料５０ａを堰き止める環状の堰部２７が突設され、堰部２７は、当該堰部２７の内周面から内方へ延出し当該堰部２７の中心と光学部材６０の中心軸とをセンタリングする複数のセンタリング用爪部２７ｂが周方向に離間して設けられ、且つ、色変換部材７０の位置決め部を兼ねており、導体パターン２３，２３は、色変換部材７０よりも外側において露出した部位が外部接続用電極部２３ｂ，２３ｂを構成しているので、封止部５０にボイドが発生するのを防止できてボンディングワイヤ１４，１４の断線や光出力の低下を防止できるとともに光学部材６０の位置決め精度を高めることができ、しかも、光学部材６０と堰部２７の内周面とが離間しているので、堰部２７の外側へ封止材料５０ａが溢れて外部接続用電極部２３ｂ，２３ｂ上に付着するのを抑制することができ、外部接続用電極部２３ｂ，２３ｂでの半田付け不良などの発生を防止可能となる。
【００４９】
また、本実施形態の発光装置１では、堰部２７が、白色系のレジストにより形成されているので、ＬＥＤチップ１０から放射された光や蛍光体から放射された光が堰部２７で吸収されるのを防止することができ、光出力の高出力化を図れる。また、図８に示すように、実装基板２０の上記一表面において環状の堰部２７と各外部接続用電極部２３ｂ，２３ｂとの間それぞれに、堰部２７と同じ材料（本実施形態では、白色のレジスト）により形成され封止材料５０ａの流れを遮る弧状の止め部２５，２５を設ければ、製造時に封止材料５０ａが外部接続用電極部２３ｂ，２３ｂの表面に付着するのをより確実に防止することができる。
【００５０】
また、本実施形態の発光装置１では、サブマウント部材３０の厚み寸法を、当該サブマウント部材３０の表面が配線基板２２の上記一表面（保護層２６の表面）よりも伝熱板２１から離れるように設定してある。しかして、ＬＥＤチップ１０から側方に放射された光が配線基板２２に吸収されるのを抑制でき、光出力の高出力化を図れる。
【００５１】
また、本実施形態の発光装置１は、実装基板２０の上記一表面側にＬＥＤチップ１０への給電用の導体パターン２３，２３を有しているので、実装基板２０を回路基板に実装することなく照明器具の器具本体１００と熱結合させることが可能となる。しかして、ＬＥＤチップ１０から器具本体１００までの熱抵抗を小さくできて放熱性が向上し、ＬＥＤチップ１０のジャンクション温度の温度上昇を抑制できるから、入力電力を大きくでき、光出力の高出力化を図れる。
【００５２】
また、本実施形態の発光装置１では、色変換部材７０よりも内側で実装基板２０との間にＬＥＤチップ１０を囲む形で配設されたドーム状の光学部材６０と、光学部材６０の内側でＬＥＤチップ１０を封止した封止部５０とを備え、色変換部材７０と光学部材６０との間に空気層８０が形成されているので、ＬＥＤチップ１０から放射され色変換部材７０中の蛍光体粒子７２により散乱された光のうち光学部材６０側へ散乱されて光学部材６０を透過する光の光量を低減できて発光装置１全体としての外部への光取り出し効率の向上による光出力の向上を図れる。
【００５３】
ところで、本実施形態の発光装置１は、上述のように、色変換部材７０に、当該色変換部材７０の母材となる透光性材料とは屈折率が異なり且つ平均粒径が蛍光体粒子７２の平均粒径以下である光拡散材７３を分散させてある。
【００５４】
しかして、本実施形態の発光装置１によれば、色変換部材７０に使用する透光性材料とは屈折率の異なる光拡散材７３が色変換部材７０に分散されているので、ＬＥＤチップ１０から放射された光が光拡散材７３により拡散され、発光装置１の配光が放射光強度の角度依存性の小さな配光となり、例えば照明器具などの光源として用いる場合などに、発光装置１からの光を照明器具などのレンズや反射鏡などにより集光したときに発生する照射面における色むらや輝度むらを抑制することができる。
【００５５】
また、ＬＥＤチップ１０から放射された光が光拡散材７３により拡散されるので、ＬＥＤチップ１０からの光の蛍光体粒子７２への衝突確率が高くなる。その結果、光拡散材７３を分散させていなかった場合に比べて、発光装置１の色度を目標の色度に調整するために必要としていた蛍光体粒子７２の総量を低減することができる。更に説明すれば、ＬＥＤチップ１０としてＧａＮ系青色ＬＥＤチップを用い、色変換部材７０に光拡散材７３が分散されていない場合は、蛍光体粒子７２の量を増やすことによって、ＬＥＤチップ１０からの光の蛍光体粒子７２への衝突確率を増大させ、ＬＥＤチップからの光を吸収して蛍光体粒子７２からの発光を増やすことで、色度を目標の色度に調整していた。しかして、蛍光体粒子７２により他の蛍光体粒子７２からの光が遮蔽されるのを抑制でき、結果的に発光装置１の光取り出し効率を向上させることができる。また、蛍光体粒子７２の利用効率が向上することにより、色変換部材７０の全体の蛍光体粒子７２から発熱量を減らすことができるので、色変換部材７０の温度上昇を抑制できて蛍光体粒子７２の温度消光を低減できる。また、蛍光体粒子７２の量を低減できるので、発光装置１のコストを低減できる。
【００５６】
また、光拡散材７３の平均粒径が蛍光体粒子７２の平均粒径以下なので、ＬＥＤチップ１０からの光や蛍光体粒子７２からの光が光拡散材７３により遮蔽されるのを抑制することができ、光拡散材７３に起因した光取り出し効率の低下を抑制することが可能となる。
【００５７】
ここで、光拡散材７３の平均粒径が小さいほど、少量（つまり、低濃度）の分散でも色変換部材７０中の光拡散材７３の粒子数を増やすことができるので、色変換部材７０においてＬＥＤチップ１０からの光を散乱させる効果を大きくすることができる。つまり、光拡散材７３の量を少なくすることができ、光拡散材７３でのＬＥＤチップ１０からの光や蛍光体粒子７２からの光の損失を少なくして、光拡散材７３の分散に起因して発光装置１の光取り出し効率が低下するのを抑制することができる。
【００５８】
また、光拡散材７３の屈折率と透光性材料の屈折率との差が大きいほど、ＬＥＤチップ１０からの光を散乱させる効果が大きいので、光拡散材７３の量を少なくすることができ、光拡散材７３でのＬＥＤチップ１０からの光や蛍光体粒子７２からの光の損失を少なくして、光拡散材７３の分散に起因して発光装置１の光取り出し効率が低下するのを抑制することができる。
【００５９】
上述の説明から分かるように、光拡散材７３の平均粒径が蛍光体粒子７２の平均粒径以下でより小さいほど、また、光拡散材７３の屈折率と透光性材料の屈折率との差が大きいほど、光拡散材７３の分散に起因した発光装置１の光取り出し効率の低下を抑制することができる。
【００６０】
また、色変換部材７０の厚みに関しては、厚いほど、光拡散材７３によって散乱された光が、色変換部材７０の光出射面７０ｂから出射されるまでに他の光拡散材７３や蛍光体粒子７２に衝突する確率が高くなり、結果的に、色変換部材７０全体として、ＬＥＤチップ１０からの光を拡散させる効果が大きくなる。したがって、光拡散材７３の量を少なくすることができ、光拡散材７３の分散に起因して発光装置１の光取り出し効率が低下するのを抑制することができる。
【００６１】
そこで、本願発明者らは、色変換部材７０の厚み〔ｍｍ〕、蛍光体粒子７２の平均粒径〔μｍ〕、光拡散材７３の平均粒径〔μｍ〕、透光性材料の屈折率、光拡散材７３の屈折率を用いた数式として、
｛（蛍光体の平均粒径）／（光拡散材の平均粒径）｝
×｜（光拡散材の屈折率）−（透光性材料の屈折率）｜
×（色変換部材の厚み）
を規定し、多種の色変換部材７０の厚み、蛍光体粒子７２の平均粒径、光拡散材７３の平均粒径、透光性材料の屈折率、光拡散材７３の組み合わせで、発光装置１の光取り出し効率（単に効率ともいう）の低下を実験で確認した。その結果を図８に示す。ここで、図８の縦軸の「発光装置の効率低下」は、光拡散材７３を分散していない基準の発光装置の光取り出し効率に対して、光拡散材７３を分散させた発光装置１の光取り出し効率が低下する割合を示している。
【００６２】
図８より、光拡散材７３の分散に起因した発光効率１の光取り出し効率の低下を抑制するためには、上記数式で求められる値が０．０４を下回らないように色変換部材７０を設計すれば、色むらや輝度むらの発生を抑制することができ、且つ、光取り出し効率の低下を抑制することができる。
【００６３】
色変換部材７０の設計例の一例として、色変換部材７０の厚みを１．０ｍｍとし、透光性材料として、屈折率が１．４１のシリコーン樹脂を採用し、蛍光体粒子７２として平均粒径が８μｍの球状の黄色蛍光体粒子を採用し、光拡散材７３として、平均粒径が２μｍで屈折率が１．６５のシリカコートの樹脂を採用すれば、上記数式で求められる値は１．０３となる。この条件で、ＬＥＤチップ１０の発光波長を４６０ｎｍとした発光装置１では、ＸＹＺ表色系のｘｙ色度図の色度座標が（ｘ、ｙ）＝（０．３３３、０．３３３）程度となるように、蛍光体粒子７２および光拡散材７３の濃度を調整しても、光拡散材７３の分散による発光装置１の光取り出し効率の低下は１％程度に抑制されている。また、光拡散材７３を分散させることで、分散させない場合に比べて、蛍光体粒子７２の量を約１０％程度、減量できる。
【００６４】
また、色変換部材７０の厚みを０．１ｍｍとし、透光性材料として、屈折率が１．４１のシリコーン樹脂を採用し、蛍光体粒子７２として平均粒径が８μｍの球状の黄色蛍光体粒子を採用し、光拡散材７３として、平均粒径が２μｍで屈折率が１．６５のシリカコートの樹脂を採用すれば、上記数式で求められる値は０．１０となる。この色変換部材７０を備える発光装置１に関しても、色度座標が（ｘ、ｙ）＝（０．３３３、０．３３３）程度となるように、蛍光体粒子７２および光拡散材７３の濃度を調整しても、光拡散材７３の分散による発光装置１の光取り出し効率の低下は１％程度に抑制されている。また、光拡散材７３を分散させることで、分散させない場合に比べて、蛍光体粒子７２の量を約６％程度、減量できる。
【００６５】
（実施形態２）
図９に示す本実施形態の発光装置１の基本構成は実施形態１と略同じであり、色変換部材７０が、透光性無機材料であるガラスにより形成されたドーム状のカバー部材７５と、実施形態１と同様の透光性材料である透光性有機材料（例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂など）に蛍光体粒子７２および光拡散材７３が分散されてなりカバー部材７５の光出射面７５ｂ側に積層されたドーム状の色変換層７６とで構成されている点が相違するだけである。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省略する。
【００６６】
本実施形態の発光装置１では、色変換層７６に分散された蛍光体粒子７２のストークスシフトによるエネルギ損失に起因して発生する熱がカバー部材７５に伝熱されやすくなるから、色変換部材７０の光出射面７０ｂに沿った面内での色変換層７６の局所的な温度上昇を抑制することが可能となり（つまり、色変換層７６の温度の均一化を図れ）、光取り出し効率のより一層の向上が可能となる。特に、色変換部材７０において、ＬＥＤチップ１０の配光分布に起因して局所的に発熱しやすい領域の温度上昇を抑制することができる。
【００６７】
ところで、透光性無機材料は、色変換層７２の母材となる透光性材料（透光性有機材料）よりも熱伝導率が高い材料であればよく、ガラスに限らず同様の効果が得られる。
【００６８】
また、図９に示した例では、色変換層７６をカバー部材７５の光出射面７５ｂ側に積層してあるが、色変換層７６はカバー部材７５の光入射面７５ａ側に積層してもよい。
【００６９】
上述の各実施形態では、ＬＥＤチップ１０として、発光色が青色の青色ＬＥＤチップを採用しており、結晶成長用基板としてＳｉＣ基板を採用しているが、ＳｉＣ基板の代わりにＧａＮ基板やサファイア基板を用いてもよい。結晶成長用基板として、ＳｉＣ基板やＧａＮ基板を用いた場合には、サファイア基板を用いている場合に比べて、結晶成長用基板の熱伝導率が高く結晶成長用基板の熱抵抗を小さくできる。また、上述のＬＥＤチップ１０は、上記一表面側に上記アノード電極が形成され、上記他表面側にカソード電極が形成されているが、上記一表面側にアノード電極およびカソード電極が形成されていてもよい。この場合には、アノード電極およびカソード電極の両方ともボンディングワイヤ１４を介して導体パターン２３，２３と直接接続することができる。また、ＬＥＤチップ１０から放射される光は青色光に限らず、例えば、赤色光、緑色光、紫色光、紫外光などでもよい。また、ＬＥＤチップ１０と実装基板２０における伝熱板２１との線膨張率の差が比較的小さい場合にはサブマウント部材３０は必ずしも設ける必要はない。上述の発光装置１では、ＬＥＤチップ１０としてチップサイズが１ｍｍ□のものを用いサブマウント部材３０上に１個のＬＥＤチップ１０を配置しているが、ＬＥＤチップ１０のチップサイズや数は特に限定するものではなく、例えば、ＬＥＤチップ１０としてチップサイズが０．３ｍｍ□のものを採用するようにして、１個のサブマウント部材３０上に複数個のＬＥＤチップ１０を配置し、これら複数個のＬＥＤチップ１０をサブマウント部材３０の電極パターンおよび図示しないボンディングワイヤを介して直列接続するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００７０】
１  発光装置
１０  ＬＥＤチップ
２０  実装基板
７０  色変換部材
７０ａ  光入射面
７０ｂ  光出射面
７２  蛍光体粒子
７３  光拡散材
７５  カバー部材
７５ａ  光入射面
７５ｂ  光出射面
７６  色変換層
【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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【図１０】
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