(57)【要約】透光性基板の１つの面上にｎ型半導体層とｐ型半導体層を積層してダイオード構造を形成した非封止型の発光素子において、光の出射面からの光の取り出し効率を高くするために、透光性基板の外側の面をダイオード構造の最も外側の面に対して傾斜させるなどして非平行とする。これら２つの面での全反射を繰り返すうちに光の出射面に入射する光束の入射角を徐々に小さくして臨界角以下にし、光束を発光素子の外部に出射させる。
2003100873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性基板の１つの面上にｎ型半導体層とｐ型半導体層を積層して形成されたダイオード構造を有する非封止型の発光素子であって、光の出射面が前記ダイオード構造の各面のうち前記透光性基板とは反対側の面に対して非平行であることを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記透光性基板の前記ダイオード構造が形成されている面と対向する面を前記光の出射面とし、前記光の出射面が前記ダイオード構造の各面のうち前記透光性基板とは反対側の面に対する傾斜面、粗面、略錐体状、略球面状、複数の略錐体状又は略球面状の凸部が配列された面、複数の傾斜面の組み合わせ、又は略円筒面状であることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記光の出射面が略錐体状であり、前記略錐体状の部分の底面の最大幅に対する高さの比を約０．４以上で、かつ、約４．５以下としたことを特徴とする請求項２に記載の発光素子。
【請求項４】
前記光の出射面が略球面状であり、前記略球面状の部分の底面の直径に対する高さの比を約０．３以上で、かつ、約０．５以下としたことを特徴とする請求項２に記載の発光素子。
【請求項５】
前記透光性基板は、第１の材料で形成され、前記ダイオード構成が形成された第１面及び第１面に平行な第２面を有する平行板と、第２の材料で形成され、前記平行板の第２面に接合された第３面及び第３面に対向する第４面を有する透光性部材で構成され、前記透光性部材の第４面が前記ダイオード構造の各面のうち前記透光性基板とは反対側の面に対して非平行であり、前記透光性部材の第４面を光の出射面とすることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項６】
前記透光性部材の第４面が、前記ダイオード構造の各面のうち前記透光性基板とは反対側の面に対する傾斜面、粗面、略錐体状、略球面状、複数の略錐体状又は略球面状の凸部が配列された面、複数の傾斜面の組み合わせ、又は略円筒面状であることを特徴とする請求項５に記載の発光素子。
【請求項７】
前記ダイオード構造の各面のうち前記透光性基板とは反対側の面に接合された透光性部材をさらに有し、前記透光性部材の前記ダイオード構造との接合面に対向する面を前記光の出射面とすることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項８】
前記光の出射面が、前記ダイオード構造の各面のうち前記透光性基板とは反対側の面に対する傾斜面、粗面、略錐体状、略球面状、複数の略錐体状又は略球面状の凸部が配列された面、複数の傾斜面の組み合わせ、又は略円筒面状であることを特徴とする請求項７に記載の発光素子。
【請求項９】
実装基板上に実装された非封止型の発光素子、及び前記発光素子の光の出射面の前方に設けられ、前記発光素子から放射された光により励起され、励起波長とは異なる波長の光を放射する蛍光部材を備えた発光装置であって、前記発光素子は、透光性基板の１つの面上にｎ型半導体層とｐ型半導体層を積層して形成されたダイオード構造を有し、前記光の出射面が前記ダイオード構造の各面のうち前記透光性基板とは反対側の面に対して非平行であることを特徴とする発光装置。
【請求項１０】
前記蛍光部材を表面又は内部に備えた光学部材を、前記実装基板に着脱自在に装着したことを特徴とする請求項９に記載の発光装置。
【請求項１１】
前記光学部材は、凸レンズ形状を有することを特徴とする請求項９に記載の発光装置。
【請求項１２】
前記発光素子が前記実装基板に設けられた凹部の底面に実装され、前記蛍光部材の前記発光素子に対向する面が前記凹部の開口と略等しい大きさであることを特徴とする請求項９に記載の発光装置。
【請求項１３】
前記凹部の内周面が略放物面又は略楕円面に形成され、前記発光素子から放射された光を前記凹部の内周面で反射させることにより前記蛍光部材に入射させることを特徴とする請求項１２に記載の発光装置。
【請求項１４】
前記発光素子の光の出射面の少なくとも一部分が露出するように、前記凹部に透光性樹脂を充填したことを特徴とする請求項１２に記載の発光装置。
【請求項１５】
前記発光素子の光の出射面として機能する面を有する部材と、前記凹部に充填された透光性樹脂とが同じ材質であることを特徴とする請求項１４に記載の発光装置。
【請求項１６】
前記発光素子の透光性基板は、第１の材料で形成された平行板と、第２の材料で形成され、前記平行板に接合された透光性部材で構成され、前記透光性部材の非接合面を光の出射面とし、前記平行板と前記透光性部材とは、前記第１の材料の屈折率と前記第２の材料の屈折率の中間の屈折率を有する材料からなる透光性接合層を介して密着配置されていることを特徴とする請求項１４に記載の発光装置。
【請求項１７】
前記発光素子の光の出射面として機能する面を有する部材の少なくとも一部分が、前記光の出射面から前記凹部に充填された透光性樹脂に向かって外側に突出していることを特徴とする請求項１４に記載の発光装置。
【請求項１８】
実装基板上に実装された１又は複数の非封止型の発光素子と、前記発光素子から放射された光により励起され、励起波長とは異なる波長の光を放射する蛍光体を含む材料で形成された板状の蛍光部材とを備えた面発光照明装置であって、前記発光素子は、透光性基板の１つの面上にｎ型半導体層とｐ型半導体層を積層して形成されたダイオード構造を有し、前記発光素子から放射される光束が所定の配光分布を有するように、前記光の出射面が前記ダイオード構造の各面のうち前記透光性基板とは反対側の面に対して所定の形状に形成されていることを特徴とする面発光照明装置。
【請求項１９】
前記発光素子の光の出射面と前記蛍光部材との間に導光部材を設けたとことを特徴とする請求項１８に記載の面発光照明装置。
【請求項２０】
前記発光素子の光の出射面の所定の方向の断面が、前記発光素子の発光面から離れるにつれて幅が狭くなるように形成されていることを特徴とする請求項１８に記載の面発光照明装置。
【請求項２１】
前記発光素子の光の出射面が、略錐体状、複数の傾斜面の組み合わせ、又は略円筒面状であることを特徴とする請求項２０に記載の面発光照明素子。
【請求項２２】
前記導光部材の前記発光素子に対向する面の各発光素子に対向する位置に、前記発光素子の光の出射面の形状と略同一形状の凹部を形成し、前記凹部に前記発光素子の光の出射面の少なくとも一部分が挿入されていることを特徴とする請求項２０に記載の面発光照明装置。
【請求項２３】
前記導光部材の光の出射面に対して垂直な側面に対向するように前記発光素子を配置し、前記導光部材の光の出射面に対向するように前記蛍光部材が配置されていることを特徴とする請求項１９に記載の面発光照明装置。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、光の取り出し効率を向上させた発光素子、それを用いた発光装置及び面発光照明装置に関する。
背景技術
従来の非封止型の発光素子の構成を図５５に示す。従来の非封止型の発光素子１００は、ＳｉＣ又はサファイアからなる透光性基板１０１と、透光性基板１０１の表面に形成されたｎ型半導体層１０３とｐ型半導体層１０４の積層構造からなるダイオード構造１０２を有する。ｎ型半導体層１０３とｐ型半導体層１０４のｐｎ接合面１０５で生じた光は、主としてｐｎ接合面１０５と略平行なダイオード構造１０２の外面、すなわちｐ型半導体層１０４の表面１０４ａ又は透光性基板１０１の表面（図示せず）から外部に出射される。
光の出射面１０４ａでは、外側の媒質と内側の物質の屈折率の差によって屈折が生じる。図５５に示すように、入射角が臨界角以上の光束Ｃ１は、出射面１０４ａで全反射され、出射面１０４ａから外部に出射されずに、発光素子１００の内部を進む。
出射面１０４ａで全反射された光束Ｃ１は、発光素子１００の内部を進み、出射面１０４ａと反対側の面（例えば、透光性基板１０１の表面）で全反射されて、再度出射面１０４ａに入射する。しかしながら、ダイオード構造１０２の各表面及び透光性基板１０１の表面は互いに略平行であるので、反射された光束が出射面１０４ａに入射する角度は殆ど変化しない。従って、出射面１０４ａで全反射された光束Ｃ１は、外部に出射されることなく発光素子１００の内部で全反射が繰り返される。その過程で、光束の一部が発光素子１００を構成する物質により吸収されるので、発光素子１００の内部で全反射が繰り返された光束は、最終的に発光素子１００の内部で吸収される。このため、発光素子１００から外部に出射される光束は、ｐｎ接合面１０５から直接出射面１０４ａに入射する光束の内、入射角が臨界角以下の光束Ｃ２のみとなる。
ｎ型半導体層１０３及びｐ型半導体層１０４の材料をＧａＮとし、透光性基板１の材料をサファイアとすると、ＧａＮの屈折率が約２．５、サファイアの屈折率が約１．７７であり、それぞれ非常に大きな値である。図５５に示すように、発光素子１００が樹脂封止されておらず、外側の媒質が空気であるとすると、光の出射面１０４ａにおける臨界角はθ臨界＝約２３．５度となる。また、光の出射面を透光性基板１０１の表面としても、臨界角はθ臨界＝約３４．４度となる。いずれの場合も、出射面における出射光束の臨界角は、小さい角度となる。
上述のように、従来の発光素子１００から外部に出射される光束は、ｐｎ接合面１０５から直接出射面１０４ａに入射する光束の内、入射角が臨界角以下の成分に限定されてしまう。そのため、非封止構造の発光素子１００では臨界角がθ臨界＝約２３．５度又はθ臨界＝約３４．４度と非常に小さい値であるので、ｐｎ接合面１０５で生じた光束に対する空気中への取り出し効率が約２０％以下となる。
そこで、従来から、空気中への光の取り出し効率を向上させるために、発光素子１００の周囲をエポキシ樹脂のような透明で、かつ比較的屈折率の高い透光性樹脂層により広範囲に封止し、発光素子１００と透光性樹脂層との界面（例えばｐ型半導体層１０４の表面１０４ａ）における両側の物質の屈折率の差を小さくして、臨界角を大きくしている。
このように、発光素子１００の周囲を透光性樹脂層で封止した場合、発光素子１００から透光性樹脂層内部への光の取り出し効率は向上するが、透光性樹脂層の表面と空気との界面でも、屈折率の違いによって屈折が生じる。そのため、透光性樹脂層の表面形状によって空気中への光の取り出し効率が異なることになる。
例えば、ダイオード構造の表面と透光性樹脂層の表面とが略平行な場合、ダイオード構造を構成する物質の屈折率をｎ０、透光性樹脂層の屈折率をｎ１、外側の媒質の屈折率をｎ２とし、透光性樹脂層と外側の媒質の界面で全反射する場合のダイオード構造と透光性樹脂層との界面における臨界角をθ０、透光性樹脂層と外側の媒質との界面における臨界角をθ１とすると、臨界角θ０，θ１は次式のように表される。
θ０＝ｓｉｎ−１（ｎ１／ｎ０）
θ１＝ｓｉｎ−１（ｎ２／ｎ１）
ここで、ｎ０×ｓｉｎθ０＝ｎ１×ｓｉｎθ１という関係が成り立つので、
ｓｉｎθ０＝（ｎ１／ｎ０）×ｓｉｎθ１
＝（ｎ１／ｎ０）×ｓｉｎ（ｓｉｎ−１（ｎ２／ｎ１））
＝（ｎ１／ｎ０）×（ｎ２／ｎ１）＝ｎ２／ｎ０
となる。
従って、ダイオード構造から外側の媒質へ出射する光束の臨界角はｓｉｎ−１（ｎ２／ｎ０）となる。すなわち、ダイオード構造が透光性樹脂層で封止されていない場合の臨界角θ０と同じ式で表される。ダイオード構造の表面と透光性樹脂層の表面が略平行な場合、臨界角はダイオード構造を構成する物質の屈折率と空気の屈折率にのみ依存することになり、透光性樹脂層で封止したとしても、光の取り出し効率を向上させることができない。
一方、発光素子が点光源と見なせる程度に透光性樹脂層を大きくし、かつ発光素子から出射される光束が出射面に対して略垂直に入射するように、透光性樹脂層の出射面を略球面状に形成すれば、透光性樹脂層と外側の媒質との界面での全反射を極力少なくして、空気中へ出射する光束を最大にすることができる。この場合、空気中への光の取り出し効率は、ｐｎ接合面で生じた光束の３５〜４０％程度となる。
上述のように、従来の非封止の発光素子では、空気中への光の取り出し効率が非常に小さい。一方、透光性樹脂で封止した封止型の発光素子では、空気中への光の取り出し効率は向上するものの、発光素子（発光部）が熱伝導率の小さい透光性樹脂層で覆われているため、発光素子で発生した熱が電極又はリード線を介して外部に伝導することでしか放熱されず、放熱性が悪く、発光素子の寿命が低下する。
また、発光素子の発光色が青色又は紫外光の場合、短波長域での光束密度が大きいため、発光部を封止する透光性樹脂層が劣化しやすく、発光素子の寿命が低下する。さらに、発光素子を封止する透光性樹脂層の大きさが発光素子に比べてはるかに大きいため、発光素子全体が大型化し、材料コストも高くなる。
発明の開示
本発明は上記従来の発光素子の問題点を解決するためになされたものであり、非封止型の発光素子の長寿命化を図りつつ、従来の封止構造の発光素子の内最高レベルのものと同等の光取り出し効率が得られる発光素子、それを用いた発光装置及び面発光照明装置を提供することを目的としている。
本発明の第１の態様に係る発光素子は、透光性基板の１つの面上にｎ型半導体層とｐ型半導体層を積層して形成されたダイオード構造を有する非封止型の発光素子であって、光の出射面が前記ダイオード構造の各面のうち前記透光性基板とは反対側の面に対して非平行である。
このような構成によれば、従来の発光素子であれば、発光素子の光の出射面と他の面との間で全反射が繰り返され、発光素子を構成する物質により吸収されていた光束が、全反射を繰り返すたびに光の出射面への入射角が次第に小さくなり、臨界角よりも小さくなって光の出射面から外部に出射される。その結果、発光素子から外部に放射される光の取り出し効率を向上させることができる。その結果、非封止型の発光素子であっても、従来の封止型の発光素子の内最高レベルのものと同等の光取り出し効率が得られる。また、発光素子が樹脂で封止されていないので、発光素子自体を小型化することができると共に、材料コストを低減させることができる。さらに、発光素子を実装基板に対してフェースダウン及びフェースアップのいずれの状態でも実装することができる。
また、本発明の第２の態様に係る発光装置は、実装基板上に実装された非封止型の発光素子、及び前記発光素子の光の出射面の前方に設けられ、前記発光素子から放射された光により励起され、励起波長とは異なる波長の光を放射する蛍光部材を備えた発光装置であって、前記発光素子は、透光性基板の１つの面上にｎ型半導体層とｐ型半導体層を積層して形成されたダイオード構造を有し、前記光の出射面が前記ダイオード構造の各面のうち前記透光性基板とは反対側の面に対して非平行である。
このような構成によれば、上記本発明の第１の態様に係る発光素子を用いて、蛍光体による波長変換を利用した発光装置が構成されているので、発光装置の発光部を小型化することができ、発光装置自体も小型化することができる。特に、小型化された発光素子を複数個用いることにより、従来のものと同程度の大きさで発光輝度の高い発光装置を提供することができる。
さらに、本発明の第３の態様に係る面発光照明装置は、実装基板上に実装された１又は複数の非封止型の発光素子と、前記発光素子から放射された光により励起され、励起波長とは異なる波長の光を放射する蛍光体を含む材料で形成された板状の蛍光部材とを備えた面発光照明装置であって、前記発光素子は、透光性基板の１つの面上にｎ型半導体層とｐ型半導体層を積層して形成されたダイオード構造を有し、前記発光素子から放射される光束が所定の配光分布を有するように、前記光の出射面が前記ダイオード構造の各面のうち前記透光性基板とは反対側の面に対して所定の形状に形成されている。
このような構成によれば、上記本発明の第１の態様に係る発光素子を用いて、蛍光体による波長変換を利用した面発光照明装置が構成されているので、従来のものと同じ大きさの筐体により多くの発光素子を実装することができ、高輝度の面発光照明装置を提供することができる。さらに、発光素子の光の出射面の形状を適宜選択することにより、配光分布を任意に制御することができ、輝度分布がより均一な面発光照明装置を提供することができる。
発明を実施するための最良の形態
第１の実施の形態
本発明の第１の実施の形態について説明する。図１は、第１の実施の形態に係る発光素子１０の構成を示す断面図である。発光素子１０は、例えばサファイアで形成された透光性基板１１と、透光性基板１１の下面１１ｂに設けられたｎ型半導体層１３とｐ型半導体層１４の積層構造からなるダイオード構造１２を有する。透光性基板１１は、ダイオード構造１２のｎ型半導体層１３とｐ型半導体層１４の積層方向の断面における上面１１ａが下面１１ｂに対して傾斜した形状に形成され、また積層方向に直交する方向の断面が略矩形である。ｎ型半導体層１３及びｐ型半導体層１４の透光性基板１１とは反対側の面には、それぞれバンプ電極１６ａ及び１６ｂが設けられており、実装基板１７にフェースダウンの状態で実装されている（フリップチップ実装）。
第１の実施の形態では、透光性基板１１の上面１１ａを光の出射面（以下、「出射面１１ａ」とする）とし、この出射面１１ａをダイオード構造１２の各面のうち透光性基板１１とは反対側の面、すなわちｐ型半導体層１４の下面１４ａに対して傾斜させることによって非平行としている。ｐｎ接合面１５で生じた光束が出射面１１ａに入射すると、入射した光束の内、出射面１１ａに対する入射角が臨界角よりも小さい成分は外部に出射され、臨界角よりも大きい成分は出射面１１ａで全反射されて発光素子１０の内部を進む。そして、ｐ型半導体層１４の下面１４ａや透光性基板１１の側面などに入射した光束のうち臨界角以上の入射角を有する光束は再び全反射され、発光素子１０の内部を出射面１１ａに向かって進む。
図２に、発光素子１０中の光路を示す。図に示すように、出射面１１ａをｐ型半導体層１４の下面１４ａに対して傾斜させているので、出射面１１ａとｐ型半導体層１４の下面１４ａとの間で全反射が繰り返される光束の出射面１１ａへの入射角θ１、θ２・・・が徐々に小さくなる。そして、出射面１１ａへの入射角が臨界角よりも小さくなったときに、出射面１１ａから外部に出射される。その結果、出射面１１ａから外部に出射する光束の割合、すなわち光の取り出し効率を向上させることができる。
また、発光素子１０自体が透光性樹脂で封止されていないので、透光性樹脂の劣化による発光素子の短寿命化が問題となることはない。また、ダイオード構造１２が直接空気に接触しているため、放熱性が向上し、発光素子１０の長寿命化を図ることができる。さらに、ダイオード構造１２の放熱性が向上するため、透光性樹脂で封止した場合と同程度の温度上昇であれば、より大きな電流を流すことができ、より大きな光束を得ることができる。さらに、ダイオード構造１２が透光性樹脂で封止されていないため、樹脂で封止されている場合に比べて製造コストを削減することができる。また、発光素子１０自体を小型化することができる。その結果、第１の実施の形態に係る発光素子１０が実装された機器全体の小型化も図ることができる。
なお、透光性基板１１の材料は、サファイアに限定されず、ＳｉＣ、ガラス、アクリル樹脂など、他の透光性材料を用いた場合であっても同様の効果を奏することは言うまでもない。また、透光性基板１１の傾斜した面１１ａにＡｌやＡｇなどのコーティングを施して全反射処理し、上記発光素子１０をフェースアップの状態で実装基板に実装しても、同様に、発光素子１０を樹脂で封止することなく、光の取り出し効率を向上させることができる。但しこの場合は、ｐ型半導体層１４の面１４ａが出射面となる。また、フェースアップの状態で半導体面１４ａを傾斜させて透光性基板側の面１１ｂに対して非平行としても同様の効果が得られる。
次に、第１の実施の形態に係る発光素子１０の変形例を図３に示す。この変形例では、透光性基板１１が、例えばサファイアで形成された平行板１１Ａと、例えばアクリル樹脂などで形成された透光性部材（傾斜板）１１Ｂとで構成され、平行板１１Ａと透光性部材１１Ｂとが、例えば透光性で、かつ高屈折率を有する接着剤又はシリコーン樹脂１１Ｃで接着されている。ダイオード構造１２は、平行板１１Ａの下面（第１面）１１ｂに形成されている。透光性部材１１Ｂは、その下面（第３面）が平行板１１Ａの上面（第２面）に接着剤を介して密着され、透光性部材１１Ｂの上面（第４面）１１ａを、ダイオード構造１２の各面のうち透光性基板１１とは反対側のｐ型半導体層１４の下面１４ａに対して傾斜させている。
このような変形例の構成によっても、上記第１の実施の形態と同様の効果が得られる。さらに、加工の困難なサファイア基板を平行板とし、傾斜面を比較的加工が容易なアクリル樹脂などで形成することにより、製造工程が増加するものの、透光性基板１１の加工コストを低減させることができる。なお、透光性部材１１Ｂの材料としては、アクリル樹脂の他に、ガラス、シリコーン樹脂、その他の透光性材料を用いることができる。
さらに、この変形例における透光性部材１１Ｂの固定方法として、例えば図４に示すように、発光素子１０を実装基板１７上に固定した後、その周囲にシリコーン樹脂１８を充填し、透光性部材１１Ｂの一部をシリコーン樹脂１８に埋め込むようにしてもよい。また、透光性部材１１Ｂの設置方法はこれに限定されず、平行板１１Ａの上面に光学的に密着して設置される方法であれば同様の効果を示す。
第２の実施の形態
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。上記第１の実施の形態では、透光性基板１１の出射面（上面）１１ａを、ｐ型半導体層１４の下面１４ａに対して傾斜させているが、第２の実施の形態に係る発光素子２０では、図４に示すように、透光性基板２１の出射面（上面）２１ａが粗面となるように、多数の凸部２１ｂが形成されている。その結果、各凸部２１ｂの表面は、ダイオード構造１２の各面のうち透光性基板１１とは反対側の面、すなわちｐ形半導体層１４の下面１４ａに対して非平行な面となる。なお、透光性基板２１の出射面２１ａの形状以外は上記第１の実施の形態の場合と同様であるため、同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。また、図４では図示を省略しているが、ｎ型半導体層１３及びｐ型半導体層１４の下面にはそれぞれバンプ電極が形成されており、バンプ電極を用いて実装基板にフェースダウンの状態で実装されている。これらの点に関しては、特に記載しない限り他の実施の形態においても同様である。
図４から分かるように、透光性基板２１の出射面２１ａに形成された各凸部２１ｂの断面形状は、それぞれ先端が細くなった楔形状に形成されており、かつその形状は一定ではない。凸部２１ｂの形状及び配置はランダムであってもよいし、予め設定された複数の形状の凸部２１ｂが一定のパターンで周期的に形成されたものであってもよい。
ここで、ｐｎ接合面１５で生じた光束が、透光性基板２１の出射面２１ａに形成された凸部２１ｂに入射した場合について説明する。入射光束の内、凸部２１ｂの表面に対する入射角θが臨界角よりも小さい光束は、図６Ａに示すように、そのまま凸部２１ｂの表面から外部に出射される。一方、凸部２１ｂの表面に対する入射角θが臨界角よりも大きい光束は、凸部２１ｂの表面で全反射されて、凸部２１ｂの内部を進む。しかしながら、凸部２１ｂの断面形状が、それぞれ先端が細くなった楔形状であるので、図６Ｂ又は図６Ｃに示すように、凸部２１ｂ内を先端側に向かって進行するように、凸部２１ｂの表面で反射される。そして、凸部２１ｂの表面で全反射されるたびに、凸部２１ｂの表面に対する入射角が小さくなり、０度、すなわち垂直に近付くので、最終的に入射角が臨界角以下となり、凸部２１ｂの表面から外部に出射される。従って、第１の実施の形態の場合と同様に、発光素子２０が樹脂で封止されていなくても、光の取り出し効率を向上させることができる。
次に、第２の実施の形態に係る発光素子２０の変形例を図７に示す。この変形例では、透光性基板２１が、例えばサファイアで形成された平行板２１Ａと、平行板２１Ａの上に、例えばエポキシ樹脂のような透明で高屈折率の樹脂を塗布して形成された透光性部材２１Ｂで構成されている。さらに、出射面２１ａを粗面とするように、透光性部材２１Ｂの表面に多数の凸部２１ｂが形成されている。凸部２１ｂの形状を含むその他の構成については、上記図５に示す場合と同様であるため、説明を省略する。
ここで、サファイアの屈折率は約１．７７であり、エポキシ樹脂の屈折率は約１．５３であり、その差が小さいため、平行板２１Ａと透光性部材２１Ｂの界面での臨界角は約１２０度と大きく、ｐｎ接合面１５で生じた光の大部分が平行板２１Ａを介して透光性部材２１Ｂ内に入射する。そして、透光性部材２１Ｂ内に入射した光束は、さらに透光性部材２１Ｂの出射面２１ａに設けられた凸部２１ｂ内に入射する。凸部２１ｂ内に入射した光束の挙動についても、上記図６Ａ〜図６Ｃに示した通りである。
さらに、第２の実施の形態に係る発光素子２０の別の変形例を図８に示す。この変形例では、発光素子２０をフェースアップの状態で実装基板に実装するものであり、ｐ型半導体層１４の表面１４ａに、例えばエポキシ樹脂のような透明で高屈折率の樹脂を塗布して透光性部材２２を形成し、透光性部材２２の表面に多数の凸部２２ｂを形成して出射面２２ａを粗面としている。個々の凸部２２ｂの断面形状は先端が細くなった楔形状に形成されている。また、透光性基板２１の両面は互いに平行である。
これらの変形例の構成によれば、加工の困難なサファイアを平行板とし、比較的加工が容易なエポキシ樹脂などを塗布して透光性部材を形成し、その表面に複数の凸部を形成して粗面としているので、製造工程が増加するものの、透光性基板２１の加工コストを低減させることができる。なお、透光性部材の材料としては、エポキシ樹脂の他に、シリコーン樹脂などのその他の透明で高屈折率の樹脂を用いることができる。さらに、平行板又は透光性基板の材料として、サファイアの他に、ガラスやアクリル樹脂などを用いることができる。
第３の実施の形態
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。上記第１の実施の形態では、透光性基板１１の上面１１ａを下面１１ｂに対して傾斜させ、また第２の実施の形態では、透光性基板２１の上面２１ａを粗面としたが、第３の実施の形態では、透光性基板３１を多角錐状、円錐状又は略半球状としたものである。
図９Ａ及び図９Ｂは、第３の実施の形態に係る発光素子３０の第１の構成例を示す。第１の構成例では、例えばサファイアなどの単一材料で形成された透光性基板３１が正四角錐状を有し、その底面にｎ型半導体層１３とｐ型半導体層１４とを積層してなるダイオード構造１２が設けられている。なお、透光性基板３１の形状以外は上記第１の実施の形態の場合と同様である。
透光性基板３１を正四角錐状とすることにより、出射面３１ａとなる４つの斜面が、それぞれｐ型半導体層１４の下面１４ａに対して傾斜しているので、上記第１の実施の形態で説明したように、光の取り出し効率を高めることができる。
透光性基板３１の底面３１ｂの最大幅（すなわち底面３１ｂの対角線寸法ａ）に対する高さｂの比率（ｂ／ａ）に応じて、出射面３１ａの傾斜角度が変化するので、底面３１ｂの対角線寸法ａに対する高さｂの比率（ｂ／ａ）を変化させることにより、光の取り出し効率を変化させることができる。図１０は、上記比率（ｂ／ａ）を変化させ、光の取り出し効率を求めた結果を示している。この結果から、比率（ｂ／ａ）を約０．４以上で、かつ、約４．５以下に設定すれば、光の取り出し効率が約３５％以上となり、従来の発光素子の光の取り出し効率（約２２〜２３％）に対して約１．５倍以上の値にすることができる。例えば、透光性基板３１が正四角錐状であって、底辺の長さを３５０μｍ（すなわち対角線寸法ａが４９５μｍ）、高さｂを３００μｍとすると、対角線寸法ａに対する高さｂの比率が約０．６となり、光の取り出し効率の最高効率約３７．５％が得られる。
図１１Ａ及び図１１Ｂは、第３の実施の形態に係る発光素子３０の第２の構成例を示す。第２の構成例では、例えばサファイアなどの単一材料で形成された透光性基板３１を円錐状としている。この場合、透光性基板３１の底面３１ｂに外接するように、ｎ型半導体層１３とｐ型半導体層１４とを積層してなるダイオード構造１２が設けられている。円錐状の透光性基板３１の底面の直径ａに対する高さｂを上記正四角錐状の場合と同様に設定することにより、光の取り出し効率を向上させることができる。
図１２Ａ及び図１２Ｂは、第３の実施の形態に係る発光素子３０の第３の構成例を示す。第３の構成例では、例えばサファイアなどの単一材料で形成された透光性基板３１を略半球状（略球面状）としている。このように、透光性基板３１を略半球状としても、出射面３１ａとなる球面がｐ型半導体層１４の下面１４ａに対して傾斜するので、上記第１の実施の形態で説明したように、光の取り出し効率を高めることができる。
透光性基板３１の底面３１ｂの最大幅（すなわち底面の直径ｃ）に対する高さｂの比率（ｂ／ｃ）に応じて、出射面３１ａの傾きが変化するので、底面３１ｂの直径ｃに対する高さｂの比率（ｂ／ｃ）を変化させることにより、光の取り出し効率を変化させることができる。図１３は、上記比率（ｂ／ｃ）を変化させ、光の取り出し効率を求めた結果を示している。この結果から、上記比率（ｂ／ｃ）を約０．３以上に設定すれば、光の取り出し効率約３５％が得られる。さらに、上記比率（ｂ／ｃ）を約０．５にすれば光の取り出し効率の最高効率約３６％が得られることが判明した。例えば、ダイオード構造１２の形状を一辺が３５０μｍの正方形とし、ダイオード構造１２が透光性基板３１の底面３１ｂに内接するように底面３１ｂの直径ｃを設定すると、底面３１ｂの直径ｃは約４９５μｍとなる。透光性基板３１の高さｂを約１６５μｍとすると、底面３１ｂの直径ｃに対する高さの比率が約０．３となるので、従来の発光素子に比べて光の取り出し効率を十分高い値に設定することができる。
表１は、ダイオード構造１２のサイズを一辺が３５０μｍの正方形とし、透光性基板３１の形状及び高さｂを変化させた場合の光の取り出し効率を光学シミュレーションにより求めた結果を示す。Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３は、透光性基板３１の形状を直方体形状（図５５に示す、上面と下面とが平行な従来の透光性基板１０１と同等）とし、高さを変化させた場合のシミュレーション結果である。Ｎｏ．４〜Ｎｏ．９は、透光性基板３１の形状を錐体状として高さを変化させた場合のシミュレーション結果である。また、Ｎｏ．１０〜Ｎｏ．１３は、透光性基板３１の形状を略半球状（略球面状）として高さを変化させた場合のシミュレーション結果である。
2003100873.tif 000003
表１から分かるように、透光性基板３１の形状を直方体形状とした場合の光の取り出し効率が２２％であるのに対して、錐体状とした場合の取り出し効率は最大で３８％となり、光の取り出し効率を向上させることができる。また、透光性基板３１の形状を半球形状とした場合の取り出し効率は最大で３６％であるが、錐体状とした場合に比べて、透光性基板の高さを低くしても同程度の取り出し効率を得ることができる。
なお、第３の実施の形態では、透光性基板３１の形状を多角錐状、円錐状又は略半球状としたが、透光性基板３１の形状をこれらに限定する趣旨のものではなく、例えば後述する図４６Ａに示す三角柱状（複数の傾斜面の組み合わせ）や図５３に示すシリンドリカルレンズ状（略円筒面状）など、透光性基板の出射面がその入射面（底面）に対して非平行な形状であればよい。
第４の実施の形態
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。上記第３の実施の形態では、サファイアなどの単一材料を多角錐状、円錐状又は略半球状に形成して透光性基板３１としたが、第４の実施の形態では、透光性基板４１が、サファイアなどで形成された平行板４１Ａと、平行板４１Ａの上面にエポキシ樹脂やシリコーン樹脂などの略透明で高屈折率の樹脂により多角錐状、円錐状又は略半球状（略球面状）の透光性部材４１Ｂで構成されている。
図１４Ａ及び図１４Ｂは、第４の実施の形態に係る発光素子４０の第１の構成例を示す。第１の構成例では、透光性基板４１として、平行板４１Ａを、上面と下面が互いに平行で、かつ、水平方向の断面が正方形の略直方体とし、透光性部材４１Ｂを正四角錐状としている。また、平行板４１Ａの底面にｎ型半導体層１３とｐ型半導体層１４とを積層してなるダイオード構造１２が設けられている。
図１５Ａ及び図１５Ｂに示す第２の構成例では、透光性部材４１Ｂを円錐状としている。また、図１６Ａ及び図１６Ｂに示す第３の構成例では、透光性部材４１Ｂを略半球状（略球面状）としている。
第４の実施の形態によれば、加工の困難なサファイアを平行板とし、比較的加工が容易なエポキシ樹脂などを用いて透光性部材４１Ｂを多角錐状、円錐状又は略半球状に形成しているので、製造工程が増加するものの、透光性基板４１の加工コストを低減させることができる。
表２は、上記表１と同じ条件で透光性部材４１Ｂの形状及び高さｂを変化させた場合の光の取り出し効率を光学シミュレーションにより求めた結果を示す。Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３は、透光性基板４１の透光性部材４１Ｂの形状を直方体形状とし、高さを変化させた場合のシミュレーション結果である。Ｎｏ．４〜Ｎｏ．７は、透光性基板４１の透光性部材４１Ｂの形状を錐体状として高さを変化させた場合のシミュレーション結果である。また、Ｎｏ．８〜Ｎｏ．１１は、透光性基板４１の透光性部材４１Ｂの形状を略半球状（略球面状）として高さを変化させた場合のシミュレーション結果である。
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表２から分かるように、透光性部材４１Ｂの形状を直方体形状とした場合の光の取り出し効率が２３％であるのに対して、錐体状とした場合の取り出し効率は最大で３８％となり、光の取り出し効率を向上させることができる。また透光性部材４１Ｂの形状を略半球形状とした場合の取り出し効率は最大で３６％であるが、錐体状とした場合に比べて、透光性基板の高さを低くしても同程度の取り出し効率を得ることができる。
さらに、第４の実施の形態に係る発光素子４０の変形例を図１７及び図１８に示す。これらの変形例は、発光素子４０をフェースアップの状態で実装基板に実装するものであり、ｐ型半導体層１４の表面１４ａに、例えばエポキシ樹脂のような透明で高屈折率の樹脂を塗布することにより透光性部材４２が設けられている。図１７では、透光性部材４２を多角錐状又は円錐状としている。また、図１８では、透光性部材４２を略半球状としている。
表３は、上記変形例において、表１と同じ条件で透光性部材４２の形状及び高さｂを変化させた場合の光の取り出し効率を光学シミュレーションにより求めた結果を示す。Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３は、透光性部材４２の形状を直方体形状とし、高さを変化させた場合のシミュレーション結果である。Ｎｏ．４〜Ｎｏ．９は、透光性部材４２の形状を錐体状として高さを変化させた場合のシミュレーション結果である。また、Ｎｏ．１０〜Ｎｏ．１３は、透光性部材４２の形状を略半球状（略球面状）として高さを変化させた場合のシミュレーション結果である。
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表３から分かるように、透光性部材４２の形状を直方体形状とした場合の光の取り出し効率が２３％であるのに対して、錐体状とした場合の取り出し効率は最大で３１％となり、光の取り出し効率を向上させることができる。また透光性部材４２の形状を略半球形状とした場合の取り出し効率は最大で３１％であるが、錐体状とした場合に比べて、透光性基板の高さを低くしても同程度の取り出し効率を得ることができる。
第５の実施の形態
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。上記第３及び第４の実施の形態では、透光性基板３１又は４１の全体が１つの多角錐状、円錐状又は略半球状に形成されているが、第５の実施の形態では、透光性基板５１の出射面５１ａに複数の多角錐状、円錐状又は略半球状の凸部５１ａが形成されている。また、第２の実施の形態と比較すると、透光性基板の出射面に形成されている凸部の形状及び配列が規則的であるか否かが異なる。
図１９は、第５の実施の形態に係る発光素子５０の第１の構成例を示す。第１の構成例では、透光性基板５１の出射面５１ａに複数の、例えば正四角錐などの多角錐状又は円錐状の凸部５１ｂが規則的に配列されている。その他の構成は、図４に示す第２の実施の形態の発光素子２０又は図９Ａ及び図９Ｂに示す第３の実施の形態の第１の構成例の発光素子３０と同様である。
個々の多角錐状又は円錐状の凸部５１ｂに着目すると、上記第３の実施の形態での説明がそのまま当てはまるので、第３の実施の形態の場合と同様に、光の取り出し効率を従来の発光素子に比べて向上させることができる。また、個々の凸部５１ｂの対角線寸法に対する高さの比率が、透光性基板の全体を１つの錐体とした場合と同じ比率であれば、対角線寸法が小さい分だけ凸部５１ｂの高さが低くなる。その結果、発光素子５０の全体の高さを低くすることが可能である。
図２０に示す第２の構成例では、透光性基板５１が、サファイアなどで形成された平行板５１Ａと、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂などの略透明で高屈折率の樹脂により形成された透光性部材５１Ｂで構成されている。透光性部材５１Ｂの出射面５１ａには、複数の多角錐状又は円錐状の凸部５１ｂが規則的に配列されている。その他は第１の構成例と同様である。
図２１に示す第３の構成例では、発光素子５０をフェースアップの状態で実装基板に実装したものであり、ｐ型半導体層１４の表面１４ａに、例えばエポキシ樹脂のような透明で高屈折率の樹脂により透光性部材５２が設けられている。透光性部材５２の出射面５２ａには、複数の多角錐状又は円錐状の凸部５１ｂが規則的に配列されている。
図２２〜図２４は、それぞれ上記第４〜第６の構成例を示し、第１〜第３の構成例とは、透光性基板５１の出射面５１ａ又は透光性部材５２の出射面５２ａに規則的に配列された複数の凸部５１ｂ又は５２ｂがそれぞれ略半球状に形成されている点が異なる。その他は、上記第１〜第３の構成例と同様である。
第６の実施の形態
次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。図２５に示す第６の実施の形態の発光素子４０’は、図１６Ａ及び図１６Ｂに示す第４の実施の形態の第３の構成例の発光素子４０において、透光性部材４１Ｂと空気との界面での反射を防止するための反射防止膜４２を形成したものである。反射防止膜４２により、空気中への光の取り出し効率をさらに高くすることができる。なお、反射防止膜４２以外の構成は第４の実施の形態の第３の構成例と同様であるため、その説明を省略する。
反射防止膜４２が形成されていない場合、透光性部材４１Ｂと空気との界面で全反射が発生して損失が生じるが、本実施の形態では、透光性部材４１Ｂの表面に、屈折率が約１．３６のＭｇＦ２膜からなる反射防止膜４２が単層コーティングされているので、透光性部材４１Ｂと空気との界面で生じる反射損失が低減する。なお、反射防止膜４２としては光学多層膜を利用したものでも良く、例えばＴｉＯ２とＳｉＯ２とＡＬ２Ｏ３の積層膜で反射防止膜４２を構成してもよい。
なお、本実施の形態は、第４の実施の形態の発光素子４０の出射面４１ａに反射防止膜４２が形成されているが、他の実施の形態に係る発光素子の出射面に反射防止膜を形成しうることは言うまでもない。
第７の実施の形態
次に、本発明の第７の実施の形態について説明する。上記第１から第６の実施の形態に係る発光素子では、透光性基板の非出射面側に単一のｎ型半導体層１３及びｐ型半導体層１４を積層してダイオード構造１２を形成したが、図２６に示す第７の実施の形態に係る発光素子４０”では、複数の部分にｎ型半導体層１３及びｐ型半導体層１４が積層されており、事実上ダイオード構造１２が複数の部分に分割されている。なお、それ以外の構成は上記第４の実施の形態の第３の構成例と同様であるため、その説明を省略する。また、図示を省略しているが、ｎ型半導体層１３及びｐ型半導体層１４の下面にはそれぞれバンプ電極が形成されており、バンプ電極を用いて実装基板にフェースダウンの状態で実装されている。
第７の実施の形態に係る発光素子４０”のようにダイオード構造１２が複数に分割された構造では、分割された各部分にそれぞれバンプ電極が設けられ、実装基板に接続されるので、事実上熱伝導経路が増える。その結果、発光素子で発生した熱の放熱性が向上し、発光素子４０”の寿命を長くすることが可能となる。また、発光時における発光素子４０”の温度が低くなるので、発光素子４０”から放射される光量が増加する。さらに、バンプ電極１対あたりのｎ型半導体層１３及びｐ型半導体層１４の面積が狭くなるため、分割された各部分での電流密度分布がより均一化され、輝度むらが低減される。
なお、本実施の形態では、第４の実施の形態の発光素子４０のダイオード構造１２を複数に分割しているが、他の実施の形態に係る発光素子のダイオード構造１２を複数に分割しうることは言うまでもない。
また、図２７に示すように、１つの比較的大きな透光性部材５１の下面（光の入射面）に密着するように、例えば図５５に示す従来の発光素子１００と同様の構成の発光部６２を複数個密着するように配置してもよい。このように、光の出射面が入射面に対して非平行な透光性部材６１に任意の数の発光部６２を密着配置させることにより、目的に応じて任意の発光面積を有する発光素子６０を提供することができる。また、透光性部材６１の存在により、単に従来の発光素子１００を複数個配列した場合よりも光の取り出し効率を高くすることができる。
第８の実施の形態
次に、本発明の第８の実施の形態について説明する。上記第１から第７の実施の形態は、それぞれ発光素子に関するものであったが、第８の実施の形態は、上記いずれかの発光素子を用いた発光装置に関する。
第８の実施の形態に係る発光装置２００の構成を図２８に示す。発光装置２００は、発光素子２０１を実装するための凹部２０２が形成された実装基板２０３と、凹部２０２と対向する位置（発光素子２０１の光の出射面の前方）に蛍光部材２０４が設けられた光学部材２０５などで構成されている。
発光素子２０１は、例えば青色光を放射する青色発光素子であり、上記第１から第８の実施の形態に係る発光素子のいずれの構成であってもよい。発光素子２０１をフェースダウン実装する場合は、例えば図１において符号１６ａ及び１６ｂで示されたバンプ電極を介して実装基板２０３の回路に電気的に接続されている。
蛍光部材２０４は、例えば青色光により励起されて黄色を発光する蛍光体を含み、光学部材２０５に形成された凹部２０７に、上記蛍光体を含む樹脂が充填されることにより形成されている。蛍光部材２０４は、上記のように発光素子２０１に対向するように配置されており、かつ発光素子２０１から放射される光束の大部分が入射するようにその大きさが設定されている。光学部材２０５は、例えばアクリル樹脂などの透光性材料で形成されており、蛍光体２０４とは反対側には、配光を制御するために、所望する形状の凸レンズ２０６などが形成されている。
発光素子２０１から放射された青色光は、蛍光部材２０４に入射し、その一部が蛍光体を励起して、入射した青色光とは波長の異なる光を発生させる。そして、蛍光部材２０４を透過した青色光と、蛍光体により発生された光とが混合されることにより、例えば白色光が発光装置２００から出力される。
なお、発光素子２０１が紫外線を放射する発光素子の場合でも、蛍光体の種類を適宜選択することにより、蛍光体による励起光の混合により白色光を出力することができる。
このように、光学部材２０５内において蛍光部材２０４を発光素子２０１に最も近い位置に配置することにより、発光素子２０１から放射された光束を有効に蛍光部材２０４に入射させることができる。また、発光素子２０２とは別部材である光学部材２０５が所定の光学形状に形成されると共に、光学部材２０５に蛍光部材２０４が設けられているので、発光素子２０１への応力、熱、化学的負荷が低減される。
さらに、蛍光部材２０４を発光素子２０１と接しないように、両者の間に適当な隙間を設けることにより、蛍光部材２０４が発光素子２０１からの熱に直接曝されることがなくなり、蛍光体や蛍光体を含む樹脂などの劣化が低減される。その結果、蛍光部材２０４の寿命を延ばすことができ、これによって光束減退が抑えられ、発光装置２００の寿命を延ばすことが可能となる。さらに、蛍光部材２０４と発光素子２０１とが接していないので、発光素子２０１の放熱性も良好になる。
さらに、劣化の早い蛍光体や蛍光体を含む樹脂などの蛍光部材２０４が光学部材２０５側に設けられ、かつ光学部材２０５が実装基板２０３に対して着脱自在であるので、蛍光部材２０４の劣化により発光装置２００の発光特性が劣化した場合には、光学部材２０５を新しいものに交換することにより、蛍光部材２０４を更新することができる。その結果、発光装置２００の発光特性を初期状態に回復させることができる。
第８の実施の形態に係る発光装置の変形例を図２９に示す。図２９から明らかなように、この変形例では、１つの実装基板２０３上に複数の凹部２０２が形成され、各凹部２０２にそれぞれ発光素子２０１が実装されていると共に、１つの光学部材２０５上に各凹部２０２と対向する複数の蛍光部材２０４及びレンズ２０６が設けられている。このような変形例により、上記と同様の効果を有し、かつ、発光部の面積を大きくした面発光装置が得られる。
図３０に示す第８の実施の形態の別の変形例では、蛍光部材２０４の発光素子２０１側の面が、実装基板２０３に形成された凹部２０２の開口と略等しい大きさに形成されている。具体的には、光学部材２０５の凹所２０７の開口縁と実装基板２０３の凹部２０２の開口縁を略同じ形状にして、両者を合致させている。上記の凹所２０７に蛍光体を含む樹脂を充填すると、蛍光部材２０４の発光素子２０１側の面が凹部２０２の開口面と略等しい大きさなる。
この変形例の場合、実装基板２０３及び光学部材２０５の寸法精度が要求されるものの、蛍光部材２０４の大きさを必要最小限にすることができ、できるだけ小さな疑似光源が得られる。その結果、光学部材２０５の凸レンズ２０６の光学形状を適宜選択することにより配光制御が容易になり、所望の配光分布を実現することが可能となる。さらに、蛍光部材２０４の発光素子２０１側の面が凹部２０２の開口と略等しい大きさに形成されているので、蛍光部材２０４での発光部分の輪郭のぼやけがなくなり、配光特性が良好となる。
次に、第８の実施の形態のさらに別の変形例を図３１に示す。この変形例の発光装置２００’は、実装基板２０３の凹部２０２に複数の発光素子２０１が近接させて実装されたものである。これに伴い、実装基板２０３の凹部２０２及び光学部材２０５の蛍光部材２０４も大型化されている。この変形例の場合、複数の発光素子２０１が用いられているので、発光素子２００全体の輝度が高くなると共に、各発光素子２０１が蛍光部材２０４の中央部に対向するように配置されているので、蛍光部材２０４における発光も中心部が高輝度となり、より点光源化できるため、狭角配光特性を実現することができる。
第９の実施の形態
次に、本発明の第９の実施の形態について説明する。第９の実施の形態に係る発光装置２１０の構成を図３２に示す。発光装置２１０は、発光素子２０１が実装された実装基板２０３と蛍光部材２０４が設けられた光学部材２１１で構成され、実装基板２０３は上記第９の実施形態に係る発光装置２００と同様である。
光学部材２１１は、蛍光部材２０４により波長変換されて放射された光束のうち、光学部材２１１の光取出し面２１２に向かう方向とは異なる方向に放射された光束を、光取出し面２１２に向かう方向に反射させるように構成されている。具体的には、光学部材２１１の光取出し面２１２とは反対側の面２１３の発光素子２０１と対向する箇所に凹部２１４が形成され、凹部２１４に蛍光体を含む樹脂が充填されて蛍光部材２０４が形成されている。蛍光部材２０４の両側部には、蛍光部材２０４から光取り出し面２１２とは異なる方向に放射された光束を光取出し面２１２に向かう方向に全反射させるための傾斜面２１５が形成されている。なお、光取り出し面２１２は、実装基板２０３の上面２０８に対して平行に形成されている。
通常、蛍光部材２０４から放射された光束は、図３１において矢印Ａで示すように直接光取出し面２１２へ向かうものと、矢印Ｂで示すように光取出し面２１２へ向かわずに略横方向へ向かうものに分かれる。蛍光部材２０４から略横方向に放射された光束は、傾斜面２１５で反射され、光取り出し面２１２から外部に放射される。その結果、発光装置２１０から放射される光を所定の方向へ配光制御することができる。
なお、図３３に示すように、傾斜面２１５及び光取り出し面２１２の背面２１６にアルミ蒸着などによる反射部２１７を設けてもよい。その場合、光学部材２１１の光取出し面２１２とは反対側の面２１３のうち、少なくとも発光素子２０１から放射された光束が入射する部分には、反射部を形成しないことは言うまでもない。このように、傾斜面２１５及び光取り出し面２１２の背面２１６に反射部２１７を設けることにより、傾斜面２１５及び光取り出し面２１２の背面２１６に入射した光束を全て反射させることができ、これらの面から実装基板２０３側に光束が漏れるのを防止することができ、発光効率をさらに向上させることができる。また、反射部２１７は、光学部材２１１と実装基板２０３の間に設けられるので、容易に触れることができず、反射部の劣化や汚れを少なくすることができる。
第１０の実施の形態
次に、本発明の第１０の実施の形態について説明する。第１０の実施の形態は、実装基板２０３に発光素子２０１が実装されるための凹部２０２に関するものである。光学部材については、上記第８の実施の形態及び第９の実施の形態のいずれの形状であってもよく、また、これら以外の形状のものであってもよい。
図３４に示す第１０の実施の形態の第１の構成例では、実装基板２０３に設けられた凹部２０２の内周面が、略放物面形状に形成されている。このような構成により、発光素子２０１から放射された一部の光束は、凹部２０２の略放物面形状の内周面で反射され、図３４中矢印で示すように、蛍光部材２０４に略平行光として入射される。その結果、蛍光部材２０４へ入射する光量を多くすることができると共に、蛍光部材２０４における発光輝度分布を均一化することができる。その結果、発光装置の光取り出し面における色むらを抑えることができる。
図３５に示す第１０の実施の形態の第２の構成例では、実装基板２０３に設けられた凹部２０２の内周面が、略楕円面形状に形成されている。このような構成により、発光素子２０１から放射された一部の光束は、凹部２０２の略楕円面形状の内周面で反射され、図３５中矢印で示すように、蛍光部材２０４の中心を向くように入射される。その結果、蛍光部材２０４へ入射する光量を多くすることができると共に、蛍光部材２０４の中心部へ光束を集中させることができ、蛍光部材２０４サイズを小さくすることができる。その結果、より点光源化することができるため、狭角配光特性を実現することができる。
第１１の実施の形態
次に、本発明の第１１の実施の形態について説明する。第１１の実施の形態は、実装基板２０３の凹部２０２に発光素子２０１を固定する方法に関する。
図３６に示す第１１の実施の形態の第１の構成例では、発光素子２０１として、例えば図１６Ａ及び図１６Ｂに示す第４の実施の形態に係る発光素子４０の第３の構成例と同様のものが用いられている。図１６Ｂに示す発光素子４０は、略半球状の透光性部材４１Ｂを除くと、図５５に示す従来の発光素子１００と同様の構成である。
そこで、第１の構成例における発光素子２０１は、従来例と同様の構成を有する発光部６２に、例えばアクリル樹脂などの透光性高屈折率材料を用いて形成された略半球状の透光性部材４２を接着することにより形成されている。まず、実装基板２０３の凹部２０２に発光部６２を実装する。次に、凹部２０２にシリコーン樹脂などの比較的屈折率の高い透光性の樹脂２３０を半充填し、その状態で発光部６２の出射面上に透光性部材４２を密接するように設置させて、透光性部材の側面下部が浸かる状態で固定している。そのため、予め発光部６２に透光性部材４２を固定して発光素子２０１を組み立てておき、組み立てた発光素子２０１を実装基板２０３に実装するよりも、発光素子２０１の実装が容易になる。また、透光性部材４２と発光部６２との隙間に樹脂が侵入するため、透光性部材４２と発光部６２の密着性が向上し、かつ強固に固定される。さらに、発光素子２０１の側部が比較的屈折率の高い樹脂で覆われるため、発光素子２０１の側部からの光の取り出し効率も向上する。
また、透光性部材４２の材料として、凹部２３０に充填される樹脂（例えばシリコーシ樹脂）と同じ材料を用いた場合、事実上界面が１つ減るため、フレネル反射によるロスを少なくすることができる。また、透光性部材４２と発光部６２の界面での密着性が向上するので、界面での光の取り出し効率が向上すると共に、透光性部材４２を固定する強度も向上する。
図３７に示す第１１の実施の形態の第２の構成例では、透光性部材４２と発光部６２の間に、透光性部材４２の材料の屈折率ｎ２と発光部６２の透光性基板（例えば図５５の透光性基板１０１参照）の材料の屈折率ｎ０の中間の屈折率ｎ１を有する材料からなる透光性中間層２３１を設け、凹部２０２にシリコーン樹脂などの比較的屈折率の高い透光性の樹脂２３０を半充填して透光性部材４２を固定している。例えば、発光部６２の透光性基板の材料をサファイア（屈折率ｎ０＝１．７７）とし、透光性部材４２の材料をアクリル（屈折率ｎ２＝１．４９）とすると、１．７７＞ｎ１＞１．４９の条件を満たす材料で透光性中間層２３１を形成すればよい。その場合、透光性部材４２は樹脂２３０により固定されるので、透光性中間層２３１の材料は必ずしも接着性を有している必要はない。
次に、透光性中間層２３１の屈折率ｎ１を透光性部材４２の材料の屈折率ｎ２と発光部６２の透光性基板の材料の屈折率ｎ０の中間の値とする理由について説明する。なお、屈折率ｎ０、ｎ１、ｎ２に関しては、上記従来例に関する説明を参照するので、同じ符号を重複して使用している。
従来例の説明で述べたように、屈折率ｎ０、ｎ１、ｎ２（ｎ０＞ｎ１＞ｎ２）を有する３層が順に積層されている場合、屈折率ｎ０の第１層から屈折率ｎ２の第３層への光の臨界角θ０は、第２層の屈折率ｎ１とは無関係に、θ０＝ｓｉｎ−１（ｎ２／ｎ０）となる。この場合、第１層である発光部６２の透光性基板の材料がサファイア（ｎ０＝１．７７）であり、第３層である透光性部材４２の材料がアクリル（ｎ２＝１．４９）であるので、臨界角θ０＝ｓｉｎ−１（ｎ２／ｎ０）≒５７度（式１）となる。
一方、屈折率ｎ０、ｎ１、ｎ２（ｎ０＞ｎ２＞ｎ１）を有する３層が順に積層されている場合、屈折率ｎ１の第２層と屈折率ｎ２の第３層との界面では全反射は起こらず、屈折率ｎ０の第１層から屈折率ｎ１の第２層に入射した光は全て屈折率ｎ２の第３層に入射する。従って、屈折率ｎ０の第１層から屈折率ｎ２の第３層への光の臨界角θ０は、第１層の屈折率ｎ０と第２層の屈折率ｎ１に支配され、θ０＝ｓｉｎ−１（ｎ１／ｎ０）（式２）となる。その場合、臨界角θ０は、第２層の屈折率ｎ１が小さくなるほど小さくなる。
透光性中間層２３１の屈折率ｎ１と臨界角θ０の関係を図３８に示す。図３８から分かるように、透光性中間層２３１の屈折率ｎ１を透光性部材４２の材料の屈折率ｎ２よりも大きくすれば、透光性部材４２中に入射する光量が最大になる。一方、一般的に屈折率の大きな材料は高価であること及びフレネル反射による損失が大きいことを考慮すると、屈折率ｎ１は小さい方が好ましい。従って、上記のように透光性中間層２３１の屈折率ｎ１を透光性部材４２の材料の屈折率ｎ２と発光部６２の透光性基板の材料の屈折率ｎ０の中間の値とすることにより、発光部６２から出射された光を、最も効率良く透光性部材４２に入射させることができる。
図３９に示す第３の構成例では、透光性部材４２の底部近傍において光の出射面か外側に突出するように鍔４２ａを設け、鍔４２ａが樹脂２３０中に完全に埋設されるように、樹脂２３０を凹部２０２に充填する。このような構成により、第１の構成例と比較して、透光性部材４２の形状が若干複雑になるものの、樹脂２３０との接触面積が増え、透光性部材４２を固定するための機械的強度が向上する。また、上記第２の構成例のように、透光性部材４２の材料の屈折率と発光部６２の透光性基板の材料の屈折率の中間の屈折率を有する透光性中間層を設けてもよい。
第１２の実施の形態
次に、本発明の第１２の実施の形態について説明する。第１２の実施の形態は、複数の発光素子を用いた面発光照明装置に関するものである。第１２の実施の形態に係る面発光照明装置３００の第１の構成例を図４０に示す。面発光照明装置３００の第１の構成例では、複数の発光素子３０１が実装基板３０２上に実装されており、実装基板３０２は筐体３０３の略中央部に保持されている。また、蛍光体を含む材料で形成された平板状の蛍光部材３０４が、実装基板３０２の実装面と略平行となるように筐体３０３の上端近傍に保持されている。
発光素子３０１は、上記第３又は第４の実施の形態に係る多角錐状又は円錐状の透光性基板又は透光性部材を有する発光素子であり、例えば青色光又は紫外線を放射する。また、発光素子３０１は、図示した形状のものに限定されず、上記第１から第７の実施の形態に係る各発光素子のうち、光の出射面の所定方向の断面が発光素子の発光面であるｐｎ接合面１５から離れるにつれて幅が狭くなるように形成されているものであればよい。
発光素子３０１は、実装基板３０２上にそれぞれの間隔が略均等になるように配列されている。実装基板３０２上には、各発光素子３０１が、それぞれ電気的に直列に接続されたものが複数組並列に接続されるように、配線パターンが形成されている。筐体３０３は、例えば金属や樹脂などにより有底の略円筒状に形成されたものであり、例えば高さ約２０ｍｍ程度で、直径が約５０ｍｍ程度である。実装基板３０２は、筐体３０３の側壁３０３ａの中央部近傍において、側壁３０３ａに対して略直交するように固定されている。蛍光部材３０４は、例えばアクリルなどの透光性材料に蛍光体を混入したものを用いて円盤状に形成され、実装基板３０２の実装面に対して約５ｍｍ程度の間隔を設けるように、筐体３０３の側壁３０３ａの上端近傍において、側壁３０３ａに対して略直交するように固定されている。
このように、実装基板３０２上に配列された複数の発光素子３０１から青色光又は紫外線を放射し、青色光又は紫外線により蛍光部材３０４の蛍光体が励起されて波長の異なる光を放射することにより、面発光照明装置３００の発光面３０４ａから白色光が略均一に出力される。
次に、多角錐状又は円錐状の透光性基板又は透光性部材を有しない従来の発光素子（例えば図５５の発光素子１００参照）の配光分布を図４１に示す。図４１から分かるように、多角錐状又は円錐状の透光性基板又は透光性部材を用いない場合、略完全拡散配光となる。図４２に示すように、鉛直軸（０°の軸）方向に放射される光の強度をＩ０とし、鉛直軸に対する時計方向の角度をθとすると、θ方向に放射される光の強度はＩ０ｃｏｓθとなる。鉛直軸に対して任意の角度αの範囲から放射される光束φは、
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で表される。なお、０°から９０°までの総光束φ９０＝Ｉ０×πとなる。
このような配光特性を有する発光素子を実装基板３０２上に配列すると、発光装置の発光面である蛍光部材における発光素子３０１の上方の輝度が高く、また発光素子３０１の間の輝度が相対的に低くなり、輝度分布が不均一となる。
次に、頂角が２０°、４０°及び６０°の円錐状の透光性基板又は透光性部材を有する発光素子の配光分布を、それぞれ図４３、図４４及び図４５に示す。各図中の実線と破線は、それぞれ９０°異なる断面の配光を示すものである。発光素子から出射された光束は、頂角を形成する面、すなわち光の出射面で幾度か反射を繰り返し、次第に頂角を形成する面に対する入射角を大きくしながら、頂角を形成する面から出射される。このように、円錐状の透光性基板又は透光性部材を設けることにより、発光素子上方への光束が低減され、その分角度のついた方向の成分が増加した配光となる。具体的には、円錐状の透光性基板又は透光性部材を設けない場合には、相対光度のピークがθ＝０°の時であったが、頂角２０°の円錐状の透光性基板又は透光性部材を設けた場合には、相対輝度のピークがθ＝４５°、３１５°となる。また、円錐状の透光性基板又は透光性部材による配光は、頂角が小さいほど広角配光となる。
このように、円錐状の透光性基板又は透光性部材を発光素子３０１に設けることにより、発光素子３０１から出射された光束が広角に配光されて蛍光部材３０４に入射するので、蛍光部材３０４の発光面３０４ａにおける輝度の均一性が向上する。
なお、透光性基板又は透光性部材の形状は、円錐状に限られず、多角錐状やその他の形状であってもよい。図４６Ａは、三角柱状の透光性基板又は透光性部材３１０を用いた発光素子３０１’を示す。また、この発光素子３０１’の配光分布を図４７に示す。図４７中、実線は断面形状が三角形の方向の配光分布を示し、破線は断面形状が長方形の方向の配光分布を示す。このような三角柱状の透光性基板又は透光性部材３１０を用いることによっても、発光素子３０１’の発光部から出射された光を広角に配光することができる。
また、発光部６２は、実装基板（図示せず）側にダイオードが形成されたフェースダウン実装であってもよいし、逆に透光性基板又は透光性部材３１０側にダイオードが形成されたフェースアップ実装であってもよい。
このような発光素子３０１を図４０に示す面発光照明装置３００の実装基板３０２に実装することによっても、発光素子から出射された光束が広角に配光されて蛍光部材３０４に入射するので、蛍光部材３０４の発光面３０４ａにおける輝度の均一性が向上する。
さらに、図４６Ｂに示すように、１つの三角柱状の透光性基板又は透光性部材３１０の矩形の入射面に複数の発光部６２を配置してもよい。その場合、透光性基板又は透光性部材３１０が比較的大きくなり、成形及び取り扱いが容易になると共に、面発光装置３００の全体としての部品点数を削減することができる。
次に、第１２の実施の形態に係る面発光照明装置３００の第２の構成例を図４８に示す。面発光照明装置３００の第２の構成例では、上記第１の構成例に加えて、実装基板３０２と蛍光部材３０４の間に、例えばアクリル樹脂で成形された導光部材３０５が設けられている。導光部材３０５の実装基板３０２側の面の発光素子３０１に対向する位置には、発光素子３０１の透光性基板又は透光性部材３１０と同様の形状の凹部３０５ａが形成されており、その凹部３０５ａに各発光素子３０１の透光性基板又は透光性部材３１０の少なくとも先端部分（好ましくは、略全体）が挿入されている。また、導光部材３０５の実装基板３０２側の面のうち凹部３０５ａが形成されていない部分３０５ｂには、拡散反射を目的として微細加工又はシルクスクリーン印刷による白色ドットパターンが施されている。さらに、導光部材３０５の端面３０５ｃには鏡面処理が施されている。
このような第２の構成例において、発光素子３０１から透光性基板又は透光性部材３１０を介して出射された光束は、その大部分が略同一角度で導光部材３０５の凹部３０５ａに入射する。導光部材３０５に入射した光のうち、導光部材３０５の出射面３０５ｄに対して臨界角よりも入射角の大きな光束は導光部材３０５の内部で反射が繰り返される。その過程で導光部材３０５の拡散反射処理が施された面３０５ｂで拡散反射されるので、最終的に出射面３０５ｄから出射される。このように、各発光素子３０１から出射された光は、導光部材３０５中を導光されることにより、ある程度均一化されて蛍光部材３０４に入射するので、蛍光部材３０４の発光面３０４ａにおいて輝度の均一性を向上させることができる。
次に、図４９に示すように、発光素子３０１の透光性基板又は透光性部材３１０の頂角γ２（＝４０°）とし、導光部材３０５の凹部３０５ａの開き角γ１として、開き角γ１を変化させた場合において、導光部材３０５の内部で反射されずに直接出射される光の割合を図５０に示す。図５０から分かるように、導光部材３０５の凹部３０５ａの開き角γ１が小さいほど、導光部材３０５から直接出射される光束の割合が小さくなり、導光部材３０５の内部で繰り返し反射される光束の割合が大きくなる。導光部材３０５の凹部３０５ａの開き角γ１を発光素子３０１の透光性基板又は透光性部材３１０の頂角γ２（４０°）よりも小さくすれば、導光部材３０５に入射した光束のうち８０％以上が導光部材３０５の内部で反射される。その結果、面発光照明装置３００の発光面３０４ａの輝度をより均一にすることができる。
さらに、導光部材３０５を用いることにより、図４１に示す第１の構成例と比較して、部品点数が増加するものの、導光部材３０５内での導光作用により、蛍光部材への照射密度を均一化できるため、発光素子の数を減らすか、あるいは設置間隔を大きくしても蛍光部材での輝度分布を均一にすることができる。
第１３の実施の形態
次に、本発明の第１３の実施の形態について説明する。第１３の実施形態は、発光素子を導光部材の側面に配置した面発光照明装置に関するものである。図５１は第１３の実施の形態に係る面発光照明装置４００の平面断面図であり、図５２はその正面断面図である。
各図から分かるように、略円盤状の導光部材４０５の略円筒状側面のうち平面状に形成された部分を入射面４０５ａとし、入射面４０５ａに対向するように実装基板４０２及び実装基板４０２に実装された複数の発光素子４０１が配置されている。導光部材４０５の底面４０５ｂには、複数の発光素子４０１から遠ざかるに従って、密となるように微細加工や白色ドットパターンなどの拡散反射処理が施されている。さらに、導光部材４０５の出射面４０５ｃに対して所定の間隔を開けて、蛍光体を含む材料で形成された蛍光部材４０４が配置されている。
発光素子４０１の透光性基板又は透光性部材４１０は、例えば図５３に示すようにシリンドリカルレンズ状（略円筒面状）に形成され、発光部６２が透光性基板又は透光性部材４１０の略長方形の底面に密着するように接合されている。また、図５１に示すように、発光素子４０１は、その透光性基板又は透光性部材４１０の略半円形断面が導光部材４０５の略円形断面と直交方向となるように実装基板４０２上に実装されている。
シリンドリカルレンズ状の透光性基板又は透光性部材４１０を有する発光素子４０１の配光分布を図５４に示す。図５４中、実線は略半円形断面方向の配光分布を示し、破線は略長方形断面方向の配光分布を示す。発光素子４０１の配光は、略半円形断面方向では比較的狭角な配光となり、略長方形断面方向では広角な配光となる。
なお、複数の発光部６２を１つのシリンドリカルレンズの下面に１列に配置しても同様の効果が得られる。
従って、発光素子４０１から出射された光は、シリンドリカルレンズ状の透光性基板又は透光性部材４１０により、導光部材４０５の厚み方向には狭角に配光され、導光部材４０５の平面に平行な方向には広角に配光される。この場合、導光部材４０５の厚み方向への光束の入射角度は小さいので、導光部材４０５の底面５０５ｂ及び出射面４０５ｃで全反射する成分が増加する。
このように、導光部材４０５の側面に発光素子４０１を配置しても、導光部材４０５の全域に光束を導光させることができ、面発光照明装置４００の蛍光部材４０４の発光面４０４ａの輝度を均一にすることができる。また、発光素子４０１を導光部材４０５の側部に配置しているので、発光素子４０１の取り替えなどの保守が容易となる。
また、シリンドリカルレンズ状の透光性基板又は透光性部材４１０の非長方形の断面は、略半円形に限定されず、略半楕円形やその他任意の曲面であってもよい。
さらに、上記全ての実施の形態の特徴は、フェースダウン実装及びフェースアップ実装のいずれのタイプの発光素子にも適用しうることは言うまでもない。
本願は日本国特許出願２００２−１５４２６２、２００２−２１８８９１及び２００２−２１８９８９に基づいており、その内容は、上記特許出願の明細書及び図面を参照することによって結果的に本願発明に合体されるべきものである。
また、本願発明は、添付した図面を参照した実施の形態により十分に記載されているけれども、さまざまな変更や変形が可能であることは、この分野の通常の知識を有するものにとって明らかであろう。それゆえ、そのような変更及び変形は、本願発明の範囲を逸脱するものではなく、本願発明の範囲に含まれると解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る発光素子の構成を示す断面図である。
図２は、第１の実施の形態に係る発光素子における光路を示す図である。
図３は、第１の実施の形態に係る発光素子の変形例の構成を示す断面図である。
図４は、図３に示す変形例における傾斜板の固定方法を示す断面図である。
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る発光素子の構成を示す断面図である。
図６Ａは、第２の実施の形態に係る発光素子における光路を示す図である。
図６Ｂは、第２の実施の形態に係る発光素子における光路を示す図である。
図６Ｃは、第２の実施の形態に係る発光素子における光路を示す図である。
図７は、第２の実施の形態に係る発光素子の変形例の構成を示す断面図である。
図８は、第２の実施の形態に係る発光素子の他の変形例の構成を示す断面図である。
図９Ａは、本発明の第３の実施の形態に係る発光素子の第１の構成例を示す平面図である。
図９Ｂは、上記第１の構成例の断面図である。
図１０は、第３の実施の形態における四角錐状の透光性基板の底面の最大幅に対する高さの比率と光の取り出し効率との関係を示すグラフである。
図１１Ａは、本発明の第３の実施の形態に係る発光素子の第２の構成例を示す平面図である。
図１１Ｂは、上記第２の構成例の断面図である。
図１２Ａは、本発明の第３の実施の形態に係る発光素子の第３の構成例を示す平面図である。
図１２Ｂは、上記第３の構成例の断面図である。
図１３は、第３の実施の形態における略半球状の透光性基板の底面の直径に対する高さの比率と光の取り出し効率との関係を示すグラフである。
図１４Ａは、本発明の第４の実施の形態に係る発光素子の第１の構成例を示す平面図である。
図１４Ｂは、上記第１の構成例の断面図である。
図１５Ａは、第４の実施の形態に係る発光素子の第２の構成例を示す平面図である。
図１５Ｂは、上記第２の構成例の断面図である。
図１６Ａは、第４の実施の形態に係る発光素子の第３の構成例を示す平面図である。
図１６Ｂは、上記第３の構成例の断面図である。
図１７は、第４の実施の形態に係る発光素子の変形例を示す断面図である。
図１８は、第４の実施の形態に係る発光素子の他の変形例を示す断面図である。
図１９は、本発明の第５の実施の形態に係る発光素子の第１の構成例を示す断面図である。
図２０は、第５の実施の形態に係る発光素子の第２の構成例を示す断面図である。
図２１は、第５の実施の形態に係る発光素子の第３の構成例を示す断面図である。
図２２は、第５の実施の形態に係る発光素子の第４の構成例を示す断面図である。
図２３は、第５の実施の形態に係る発光素子の第５の構成例を示す断面図である。
図２４は、第５の実施の形態に係る発光素子の第６の構成例を示す断面図である。
図２５は、本発明の第６の実施の形態に係る発光素子の構成を示す断面図である。
図２６は、本発明の第７の実施の形態に係る発光素子の構成を示す断面図である。
図２７は、第７の実施形態に係る発光素子の変形例を示す図である。
図２８は、本発明の第８の実施の形態に係る発光装置の構成を示す断面図である。
図２９は、第８の実施の形態に係る発光装置の変形例の構成を示す断面図である。
図３０は、第８の実施の形態に係る発光装置の別の変形例の構成を示す断面図である。
図３１は、第８の実施の形態に係る発光装置のさらに別の変形例の構成を示す断面図である。
図３２は、本発明の第９の実施の形態に係る発光装置の構成を示す断面図である。
図３３は、第９の実施の形態に係る発光装置の変形例の構成を示す断面図である。
図３４は、本発明の第１０の実施の形態に係る発光素子における実装基板に発光素子を実装するための凹部の第１の構成例を示す断面図である。
図３５は、第１０の実施の形態の第２の構成例を示す断面図である。
図３６は、本発明の第１１の実施の形態に係る発光素子における実装基板の凹部に発光素子を固定する方法の第１の構成例を示す断面図である。
図３７は、第１１の実施の形態の第２の構成例を示す断面図である。
図３８は、第１１の実施の形態の第２の構成例における透光性中間層の屈折率ｎ１と臨界角θ０の関係を示すグラフである。
図３９は、第１１の実施の形態の第３の構成例を示す断面図である。
図４０は、本発明の第１２の実施の形態に係る面発光照明装置の第１の構成例を示す断面図である。
図４１は、従来の発光素子の配光分布を示すグラフである。
図４２は、完全拡散配光の場合の鉛直軸に対して任意の角度αの範囲から放射される光束φを説明する図である。
図４３は、頂角が２０°の円錐状の透光性基板又は透光性部材を有する発光素子の配光分布を示すグラフである。
図４４は、頂角が４０°の円錐状の透光性基板又は透光性部材を有する発光素子の配光分布を示すグラフである。
図４５は、頂角が６０°の円錐状の透光性基板又は透光性部材を有する発光素子の配光分布を示すグラフである。
図４６Ａは、第１２の実施の形態に係る面発光照明装置において用いられる三角柱状の透光性基板又は透光性部材を用いた発光素子の構成を示す斜視図である。
図４６Ｂは、第１２の実施の形態に係る面発光装置において用いられる発光素子の変形例の構成を示す斜視図である。
図４７は、三角柱状の透光性基板を用いた発光素子の配光分布を示すグラフである。
図４８は、第１２の実施の形態の第２の構成例を示す断面図である。
図４９は、第１２の実施の形態の第２の構成例における発光素子の透光性基板又は透光性部材の頂角γ２と、導光部材の凹部の開き角γ１の関係を示す断面拡大図である。
図５０は、開き角γ１を変化させた場合において、導光部材の内部で反射されずに直接出射される光の割合を示すグラフである。
図５１は、本発明の第１３の実施の形態に係る面発光照明装置の構成を示す平面断面図である。
図５２は、図５１に示す面発光照明装置の正面断面図である。
図５３は、第１３の実施の形態の面発光照明装置において用いられる発光素子の構成を示す斜視図である。
図５４は、シリンドリカルレンズ状の透光性基板又は透光性部材を有する発光素子の配光分布を示すグラフである。
図５５は、非封止構造の従来の発光素子において、ｐｎ接合面で生じた光が出射面から出射される経路を示す図である。
【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７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１３】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【国際調査報告】
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