(57)【要約】【課題】波長変換部の波長変換効率の向上を図れる発光装置を提供する。【解決手段】ＬＥＤチップ１と、ＬＥＤチップ１の光取り出し面側に配設されＬＥＤチップ１から放射される光の一部をＬＥＤチップ１よりも長波長の光に変換する波長変換部２とを備える。波長変換部２は、ＬＥＤチップ１から放射される光によって励起されてＬＥＤチップ１よりも長波長の光を放射する希土類元素を添加したガラスである蛍光ガラスを用いた複数の波長変換要素部２１が組み合わせて配列された構造体により構成されている。波長変換部２は、波長変換要素部２１が上述の蛍光ガラスをコア１２１とする光ファイバ１２０であり、各光ファイバ１２０の光軸方向がＬＥＤチップ１の光軸方向に一致する形で配列されている。【選択図】図１
2011023560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤチップと、ＬＥＤチップの光取り出し面側に配設されＬＥＤチップから放射される光の一部をＬＥＤチップよりも長波長の光に変換する波長変換部とを備え、波長変換部は、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光を放射する希土類元素を添加したガラスである蛍光ガラスを用いた複数の波長変換要素部が組み合わせて配列された構造体からなることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記波長変換部は、前記波長変換要素部が前記蛍光ガラスをコアとする光ファイバであり、各光ファイバの光軸方向が前記ＬＥＤチップの光軸方向に一致する形で配列されてなることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記波長変換部は、前記波長変換要素部が前記蛍光ガラスからなるビーズであり、３次元周期構造を有するように配列されてなることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項４】
前記波長変換部は、前記波長変換要素部が前記蛍光ガラスを用いてシート状に形成され且つ少なくとも前記ＬＥＤチップ側とは反対側に多数の微小な凸状部が形成されたシート状部材であり、前記ＬＥＤチップの光軸方向に重ねて配列されてなることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項５】
前記ＬＥＤチップの光軸方向に直交する面内で前記波長変換部を囲み前記ＬＥＤチップおよび前記希土類元素それぞれからの光を反射するフォトニック結晶が設けられてなることを特徴とする請求項１ないし請求項４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、ＬＥＤチップを用いた発光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ＬＥＤチップと、ＬＥＤチップの光取り出し面上に形成されＬＥＤチップから放射された光の一部をＬＥＤチップよりも長波長の光に変換する波長変換部であるガラス蛍光体層とを備え、所望の混色光（例えば、白色光）を得るようにした発光装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。なお、上記特許文献１に開示された発光装置は、ＬＥＤチップとガラス蛍光体層との積層体や各リードの一部などを覆うモールド部を砲弾型の形状に形成してあるので、モールド部のレンズ効果により指向性を強めることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３３５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記特許文献１に開示された発光装置では、ＬＥＤチップの光取り出し面上に形成されたガラス蛍光体層により波長変換を行っているが、ガラス蛍光体層の波長変換効率が低く、波長変換効率の向上が望まれている。特に、ＬＥＤチップを用いた発光装置を光源として照明器具に組み込んで使用する場合、より大きな光出力が必要となるが、ＬＥＤチップのチップサイズを大きくするのはハイブリッドレンズのような配光レンズや反射鏡などの配光制御部材での配光制御性が低下してしまうので、波長変換部での波長変換効率の向上が望まれている。
【０００５】
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、波長変換部の波長変換効率の向上を図れる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】
【０００６】
請求項１の発明は、ＬＥＤチップと、ＬＥＤチップの光取り出し面側に配設されＬＥＤチップから放射される光の一部をＬＥＤチップよりも長波長の光に変換する波長変換部とを備え、波長変換部は、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光を放射する希土類元素を添加したガラスである蛍光ガラスを用いた複数の波長変換要素部が組み合わせて配列された構造体からなることを特徴とする。
【０００７】
この発明によれば、ＬＥＤチップの光取り出し面側に配設された波長変換部が、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光を放射する希土類元素を添加したガラスである蛍光ガラスを用いた複数の波長変換要素部が組み合わせて配列された構造体からなるので、ＬＥＤチップから放射される光の波長変換部中での光路長を長くすることができ、波長変換部の波長変換効率の向上を図れる。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記波長変換部は、前記波長変換要素部が前記蛍光ガラスをコアとする光ファイバであり、各光ファイバの光軸方向が前記ＬＥＤチップの光軸方向に一致する形で配列されてなることを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、前記波長変換部の前記波長変換要素部が光ファイバであり、各光ファイバの光軸方向が前記ＬＥＤチップの光軸方向に一致する形で配列されているので、横方向への光の伝搬を抑制することができ、指向性を強めることができる。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記波長変換部は、前記波長変換要素部が前記蛍光ガラスからなるビーズであり、３次元周期構造を有するように配列されてなることを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、前記波長変換部の前記波長変換要素部がビーズであり、３次元周期構造を有するように配列されているので、ＬＥＤチップから放射される光を前記波長変換部内の多重反射により閉じ込めやすくなり、前記波長変換部の波長変換効率を高めることができる。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１の発明において、前記波長変換部は、前記波長変換要素部が前記蛍光ガラスを用いてシート状に形成され且つ少なくとも前記ＬＥＤチップ側とは反対側に多数の微小な凸状部が形成されたシート状部材であり、前記ＬＥＤチップの光軸方向に重ねて配列されてなることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、前記波長変換部が、前記波長変換要素部が前記蛍光ガラスを用いてシート状に形成され且つ少なくとも前記ＬＥＤチップ側とは反対側に多数の微小な凸状部が形成されたシート状部材であり、前記ＬＥＤチップの光軸方向に重ねて配列されているので、ＬＥＤチップから放射される光を前記波長変換部内の多重反射により閉じ込めやすくなり、前記波長変換部の波長変換効率を高めることができる。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、前記ＬＥＤチップの光軸方向に直交する面内で前記波長変換部を囲み前記ＬＥＤチップおよび前記希土類元素それぞれからの光を反射するフォトニック結晶が設けられてなることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、前記ＬＥＤチップの光軸方向に直交する面内で前記波長変換部を囲み前記ＬＥＤチップおよび前記希土類元素それぞれからの光を反射するフォトニック結晶が設けられていることにより、指向性を強めることができる。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明では、波長変換部の波長変換効率の向上を図れるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態１の発光装置を示し、（ａ）は概略側面図、（ｂ）は概略分解斜視図である。
【図２】同上の発光装置の他の構成例の波長変換部の説明図である。
【図３】実施形態２の発光装置を示し、（ａ）は概略側面図、（ｂ）は概略分解斜視図である。
【図４】実施形態３の発光装置を示し、（ａ）は概略側面図、（ｂ）は概略分解斜視図である。
【図５】実施形態４の発光装置を示し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は概略分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（実施形態１）
本実施形態の発光装置は、図１に示すように、ＬＥＤチップ１と、ＬＥＤチップ１の光取り出し面側に配設されＬＥＤチップ１から放射される光の一部をＬＥＤチップ１よりも長波長の光に変換する波長変換部２とを備えている。
【００１９】
上述のＬＥＤチップ１は、青色の光を放射するＧａＮ系の青色ＬＥＤチップであって、厚み方向の一表面側に、図示しない各電極（アノード電極、カソード電極）が形成されており、例えば、図示しない実装基板などにフリップチップ実装して用いる。なお、ＬＥＤチップ１は、青色ＬＥＤチップに限定するものではなく、例えば、紫色の光を放射する紫色ＬＥＤチップや、紫外光を放射する紫外ＬＥＤチップや、緑色の光を放射する緑色ＬＥＤチップなどでもよい。また、本実施形態では、ＬＥＤチップ１としてチップサイズが１ｍｍ□のものを用いているが、ＬＥＤチップ１のチップサイズは特に限定するものではない。また、ＬＥＤチップ１は、厚み方向の上記一表面側に各電極が形成されているが、厚み方向の上記一表面側に一方の電極が形成され、他表面側に他方の電極が形成されたものを用いてもよく、実装基板に実装する際の実装構造は特に限定するものではない。
【００２０】
波長変換部２は、ＬＥＤチップ１から放射される光によって励起されてＬＥＤチップ１よりも長波長の光を放射する希土類元素を添加したガラスである蛍光ガラスを用いた複数の波長変換要素部２１が組み合わせて配列された構造体により構成されている。
【００２１】
ここにおいて、本実施形態の発光装置では、波長変換部２の波長変換要素部２１が上述の蛍光ガラスをコア１２１とする光ファイバ１２０であり、各光ファイバ１２０の光軸方向がＬＥＤチップ１の光軸方向に一致する形で配列されている。要するに、波長変換部２は、ＬＥＤチップ１から放射された光によって励起されてＬＥＤチップ１よりも長波長の光を放射する希土類元素がコア１２１に添加されてなりＬＥＤチップ１に光結合する複数の直線状の光ファイバ１２０を備えている。
【００２２】
光ファイバ１２０は、上述のように希土類元素がコア１２１に添加されているが、上述のようにＬＥＤチップ１の発光色が青色の場合、希土類元素としては、例えば、Ｐｒ（緑色〜赤色の光を放射する）、Ｓｍ（橙色〜赤色の光を放射する）、Ｅｕ（赤色の光を放射する）、Ｅｒ（緑色〜赤色の光を放射する）、Ｈｏ（緑色〜赤色の光を放射する）、Ｄｙ（黄色の光を放射する）、Ｔｂ（緑色の光を放射する）などから適宜採用すればよい。
【００２３】
また、光ファイバ１２０としては、シングルモードファイバを採用しているが、シングルモードファイバに限らず、ステップインデックス型（ＳＩ型）マルチモードファイバや、グレーデッドインデックス型（ＧＩ型）マルチモードファイバなどを採用してもよい。また、光ファイバ１２０は、コア１２１のみを備えたもの（空気がクラッドのもの）でもよい。
【００２４】
ところで、光ファイバ１２０は、上述のように当該光ファイバ１２０の光軸方向がＬＥＤチップ１の光軸方向に一致する形（平行となる形）でＬＥＤチップ１の光取り出し面側で配列されており、且つ、ＬＥＤチップ１側とは反対側の端面（光出射面）から増幅自然放出光（Amplified Spontaneous Emission）が出射される長さに形成されている。なお、光ファイバ１２０の長さは、コア１２１の直径にもよるが、コア１２１の直径が０．０５ｍｍ（５０μｍ）の場合には、例えば、コア１２１の全長（両端面間の距離）が４ｍｍ〜１０ｍｍ程度の範囲内となるように適宜設定すればよい。
【００２５】
以上説明した本実施形態の発光装置では、波長変換部２が、ＬＥＤチップ１から放射される光によって励起されてＬＥＤチップ１よりも長波長の光を放射する希土類元素を添加した蛍光ガラスを用いた複数の波長変換要素部２１が組み合わせて配列された構造体からなるので、ＬＥＤチップ１から放射される光の波長変換部２中での光路長を長くすることができ、波長変換部２の波長変換効率の向上を図れる。
【００２６】
また、本実施形態の発光装置では、波長変換部２の波長変換要素部２１が上述の蛍光ガラスをコア１２１とする光ファイバ１２０であり、各光ファイバ１２０の光軸方向がＬＥＤチップ１の光軸方向に一致する形で配列されているので、横方向への光の伝搬を抑制することができ、指向性を強めることができる。しかして、本実施形態の発光装置は、指向性が強いので、レンズや反射鏡などの配光制御部材による配光制御の自由度が高く、しかも、光出力も大きいので、例えば、照明用途（照明器具など）の光源や、自動車のヘッドライト用の光源などとしても適用可能である。
【００２７】
ここで、本実施形態の発光装置では、蛍光ガラスの希土類元素を適宜選択することにより、光ファイバ１２０におけるＬＥＤチップ１側とは反対側の端面から、ＬＥＤチップ１からの光と希土類元素からの光の混色光として白色光を放射させることができる。
【００２８】
ところで、本実施形態の発光装置では、波長変換部２を、互いに変換波長の異なる複数種の波長変換要素部２１が組み合わせて配列された構造体により構成するようにすれば、構造体に用いる波長変換要素部２１の組み合わせで発光色を調整することが可能になるとともに色ばらつきを低減可能となり、また、演色性の高い白色光を得ることも可能となる。
【００２９】
ここにおいて、例えば、互いに変換波長の異なる７種類の波長変換要素部２１を組み合わせる場合、それぞれの変換波長をλ１，λ２，λ３，λ４，λ５，λ６，λ７，λ８とすれば、波長変換要素部２１をＬＥＤチップ１の光軸方向に直交する面内で、図２（ａ）に示すように、仮想三角格子の各格子点それぞれに波長変換要素部２１の中心が一致する形で複数の波長変換要素部２１を２次元アレイ状に配置するようにし、且つ、隣接する波長変換要素部２１同士の変換波長が異なるように配置すればよい。同様に、互いに変換波長の異なる４種類の波長変換要素部２１を組み合わせる場合、それぞれの変換波長をλ１，λ２，λ３，λ４とすれば、波長変換要素部２１を図２（ｂ）のように配置すればよい。
【００３０】
（実施形態２）
本実施形態の発光装置の基本構成は実施形態１と略同じであり、図３に示すように、波長変換部２の構造が相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符合を付して説明を省略する。
【００３１】
本実施形態における波長変換部２は、波長変換要素部２１が蛍光ガラスからなるビーズ３２１であり、３次元周期構造を有するように配列されている。本実施形態では、ビーズ３２１の配置時の安定性を高めるために、ビーズ３２１の形状を、半球状の形状としてあるが、半球状に限らず、希土類元素による変換光が閉じ込められないように非真球状の形状であればよく、例えば、半楕円球状や楕円球状でもよい。また、ビーズ３２１の形状を楕円球状として、ＬＥＤチップ１の光軸方向に沿った方向が長径方向となるように配置するようにし、長径を長くしていけば、長手方向（長径方向）への増幅自然放出光を得ることも可能となる。なお、ビーズ３２１のサイズは数μｍ程度に設定すればよい。
【００３２】
しかして、本実施形態の発光装置では、波長変換部２の波長変換要素部２１が蛍光ガラスからなるビーズ３２１であり、３次元周期構造を有するように配列されているので、横方向への光の伝搬を抑制することができ、指向性を強めることができる。
【００３３】
（実施形態３）
本実施形態の発光装置の基本構成は実施形態１と略同じであり、図４に示すように、波長変換部２の構造が相違する。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。
【００３４】
本実施形態における波長変換部２は、波長変換要素部２１が、蛍光ガラスを用いてシート状に形成され且つＬＥＤチップ１側とは反対側およびＬＥＤチップ１側それぞれに多数の凸状部３２２，３２３が形成されたシート状部材３２１であり、複数のシート状部材３２１がＬＥＤチップ１の光軸方向に重ねて配列されている。要するに、各シート状部材３２１は、各シート状部材３２１の厚み方向がＬＥＤチップ１の光軸方向に一致する形で配列されている。なお、ＬＥＤチップ１の光軸方向は、当該ＬＥＤチップ１の厚み方向に一致している。
【００３５】
シート状部材３２１におけるＬＥＤチップ１側とは反対側の凸状部３２２とＬＥＤチップ１側の凸状部３２３とは１対１で対応するように配置されている。
【００３６】
以上説明した本実施形態の発光装置では、波長変換部２が波長変換要素部２１である上述のシート状部材３２１をＬＥＤチップ１の光軸方向に重ねて配列してあるので、ＬＥＤチップ１から放射される光を波長変換部２内の多重反射により閉じ込めやすくなり、波長変換部２の波長変換効率を高めることができる。ここで、本実施形態におけるシート状部材３２１は、ＬＥＤチップ１側とは反対側およびＬＥＤチップ１側それぞれに多数の凸状部３２２，３２３が形成されているが、少なくともＬＥＤチップ１側とは反対側に凸状部３２２が形成されていればよい。ここにおいて、シート状部材３２１におけるＬＥＤチップ１側とは反対側の凸状部３２２は、変換光の指向性を強めるために平凸レンズ状の形状に形成することが好ましく、シート状部材３２１におけるＬＥＤチップ１側の凸状部３２３は、ＬＥＤチップ１から放射された光の発散を抑制するために平凸レンズ状の形状に形成することが好ましい。なお、シート状部材３２１の厚み方向において重なる一対の凸状部３２２，３２３と両凸状部３２２，３２３の間の部位とで構成される微小構造体の形状は、希土類元素による変換光が閉じ込められないように非真球状の形状であればよくて、例えば、楕円球状の形状としてもよく、ＬＥＤチップ１の光軸方向に沿った方向を長径方向として長径を長くしていけば、長手方向（長径方向）への増幅自然放出光を得ることも可能となる。また、本実施形態では、シート状部材３２１の厚み方向において重なる一対の凸状部３２２，３２３と両凸状部３２２，３２３の間の部位とで構成される多数の微小構造体が、波長変換部２全体では細密構造となるように配置されているので、ＬＥＤチップ１の厚み方向において微小構造体が一直線上に連なる構造が並設されている場合に比べて、波長変換部２の波長変換効率をより高めることができる。ここで、横方向の両端の両凸状部３２２，３２３については縦割した形状（半割体）でもよい。
【００３７】
また、本実施形態の発光装置では、波長変換部２の波長変換要素部２１が上述のシート状部材３２１なので、互いに変換波長の異なる複数種のシート状部材３２１を用意しておき、適宜重ねて配列することにより、発光色の調整が容易になる。
【００３８】
（実施形態４）
本実施形態の発光装置の基本構成は実施形態２と略同じであり、図５に示すように、ＬＥＤチップ１の光軸方向に直交する面内で波長変換部２を囲みＬＥＤチップ１および波長変換部２の希土類元素それぞれからの光を反射するフォトニック結晶４が設けられている点が相違するだけである。なお、実施形態２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。
【００３９】
上述のフォトニック結晶４は、第１の材料からなる微細な球体４２を所定の周期で３次元的に配列し隣接する球体４２間に第１の材料とは屈折率の異なる第２の材料が充填された人工オパール構造を有する３次元フォトニック結晶であるが、フォトニック結晶４の構造は特に限定するものではなく、例えば、反転オパール構造を採用してもよい。また、フォトニック結晶４は、３次元フォトニック結晶に限らず、２次元フォトニック結晶や１次元フォトニック結晶でもよい。
【００４０】
しかして、本実施形態の発光装置では、ＬＥＤチップ１の光軸方向に直交する面内で波長変換部２を囲みＬＥＤチップ１および希土類元素それぞれからの光を反射するフォトニック結晶４が設けられていることにより、指向性を強めることができるとともに、ＬＥＤチップ１から放射される光をより効率良く波長変換部２に入射させることができる。
【符号の説明】
【００４１】
１  ＬＥＤチップ
２  波長変換部
４  フォトニック結晶
２１  波長変換要素部
１２０  光ファイバ
１２１  コア
１２２  クラッド
２２１  ビーズ
３２１  シート状部材
３２２  凸状部
３２３  凸状部
【図１】
2011023560.tif 000003
【図２】
2011023560.tif 000004
【図３】
2011023560.tif 000005
【図４】
2011023560.tif 000006
【図５】
2011023560.tif 000007