(57)【要約】【課題】蛍光体の温度上昇による蛍光体の発光効率の低下を抑制でき、光出力の高出力化を図れる発光装置を提供する。【解決手段】ＬＥＤチップ１０と、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の発光色とは異なる色の光を放射する蛍光体を含有するドーム状の透光性部材からなり実装基板２０との間にＬＥＤチップ１０を囲む形で配設された色変換部材３０とを備える。色変換部材３０は、ＬＥＤチップ１０からの放射光の方向および強度を表す放射光ベクトルｒの延長線と当該色変換部材３０の内表面３１との交点に立てた法線Ｕへの放射光ベクトルｒの正射影ｒａの長さが一定となるように内表面３１の形状が設定されている。【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、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チップの発光色とは異なる色の光を放射する蛍光体を含有するドーム状の透光性部材からなり実装基板との間にＬＥＤチップを囲む形で配設された色変換部材とを備え、色変換部材は、ＬＥＤチップからの放射光の方向および強度を表す放射光ベクトルの延長線と当該色変換部材の内表面との交点に立てた法線への放射光ベクトルの正射影の長さが一定となるように内表面の形状が設定されてなることを特徴とする発光装置。
【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波長変換材料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ている（例えば、特許文献１）。なお、この種の発光装置は、小型、軽量、省電力といった長所を有し、例えば、小型電球（白熱電球、ハロゲン電球など）の代替の光源、携帯電話の液晶パネル用光源（液晶パネル用バックライト）などとして広く用いられている。
【０００３】
また、白色光が得られる発光装置を照明用光源などに使用する場合には、配線基板上に多数の発光装置を並べて実装したＬＥＤユニットを構成し、ＬＥＤユニット全体としての光量を増やすことが考えられるが、発光装置の数が増えると製造コストを含めたコストが高くなるとともに、発光装置からの光をスポット状に絞りたい場合などにレンズや反射鏡が大型化してしまうという問題が生じる。
【０００４】
そこで、上述のＬＥＤユニットでは、発光装置の少数化を図りつつ、ＬＥＤチップのジャンクション温度が最大ジャンクション温度を超えないように発光装置への投入電力を大きくして所望の光出力を得るようにしているのが一般的である。
【０００５】
なお、上記特許文献１には、図３に示すように、ＬＥＤチップ１０’と、ＬＥＤチップ１０’が実装された実装基板２０’と、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封止部材４０’と、封止部材４０’の内表面に形成された蛍光体層からなる色変換層４１’とを備えた発光装置が記載されている。
【０００６】
また、従来から、図４に示すように、発光ダイオード１１０’と、発光ダイオード１１０’から放射される光によって励起されて発光する蛍光体を含有した蛍光体層からなる色変換層１４１’を内表面に有し気密封止された透光性のグローブ１４０’とを備え、発光ダイオード１１０’が均等拡散の配光曲線を有する構造に形成され、グローブ１４０’が発光ダイオード１１０’の配光曲線と略相似する外形形状に形成されてなる電球形ＬＥＤランプが提案されている（特許文献２）。
【特許文献１】特開２００７−４９０１９号公報
【特許文献２】特開２００５−１０８７００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、図３に示した構成の発光装置においては、投入電力を大きくすると、ＬＥＤチップ１０’から放射される青色光あるいは紫外光の放射エネルギが大きくなり、蛍光体でのストークスシフトによるエネルギ損失に起因した発熱量の総量が大きくなり、色変換層４１’の温度が上昇する。
【０００８】
しかしながら、図３に示した構成の発光装置では、ドーム状の封止部材４０’の内表面に形成された色変換層４１’の端部しか実装基板２０’と接していないので、色変換層４１’の蛍光体で発生した熱を実装基板２０’へ伝熱により効率良く放熱させることができず、蛍光体の温度が上昇して蛍光体の発光効率が低下し、装置全体から出力される光量が低下するという問題があった。ここにおいて、色変換層４１’の温度上昇は、実装基板２０’から離れている部分であって単位面積当たりの入射光強度が高い部分で特に起こりやすい。
【０００９】
そこで、図３に示した構成の発光装置に、上記特許文献２に記載の発光ダイオード１１０’の配光曲線と色変換層１４１’の内表面の形状とを略相似形にする技術を適用することが考えられるが、ＬＥＤチップ１０’から放射される光の配光が不均等配光の場合、色変換層４１’の内表面の単位面積当たりの入射光強度が高い部分が実装基板２０’から離れたところに生じてしまう。
【００１０】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、蛍光体の温度上昇による蛍光体の発光効率の低下を抑制でき、光出力の高出力化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】
【００１１】
請求項１の発明は、ＬＥＤチップと、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チップの発光色とは異なる色の光を放射する蛍光体を含有するドーム状の透光性部材からなり実装基板との間にＬＥＤチップを囲む形で配設された色変換部材とを備え、色変換部材は、ＬＥＤチップからの放射光の方向および強度を表す放射光ベクトルの延長線と当該色変換部材の内表面との交点に立てた法線への放射光ベクトルの正射影の長さが一定となるように内表面の形状が設定されてなることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、色変換部材は、ＬＥＤチップからの放射光の方向および強度を表す放射光ベクトルの延長線と当該色変換部材の内表面との交点に立てた法線への放射光ベクトルの正射影の長さが一定となるように内表面の形状が設定されているので、色変換部材の内表面の単位面積当たりの入射光強度を略一定とすることができ、蛍光体の温度上昇による蛍光体の発光効率の低下を抑制でき、光出力の高出力化を図れる。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１の発明では、蛍光体の温度上昇による蛍光体の発光効率の低下を抑制でき、光出力の高出力化を図れるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（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１０と、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の発光色とは異なる色の光を放射する蛍光体を含有するドーム状の透光性部材からなり実装基板２０との間にＬＥＤチップ１０を囲む形で配設された色変換部材３０と、色変換部材３０と実装基板２０とで囲まれた空間に充実されＬＥＤチップ１０などを封止した封止材（例えば、シリコーン樹脂など）からなるゲル状の封止部（図示せず）とを備えている。
【００１５】
実装基板２０は、矩形板状のセラミック基板（例えば、アルミナ基板、窒化アルミニウム基板などの電気絶縁性を有し且つ熱伝導率の高いセラミック基板）からなる絶縁性基板２１を用いて形成されており、ＬＥＤチップ１０の各電極とそれぞれ電気的に接続される２つの配線パターン２２，２２が形成されている。ここで、各配線パターン２２，２２は、絶縁性基板２１の一表面（図１における上面）と側面と他表面（図１における下面）とに跨って形成されており、各配線パターン２２，２２のうち側面と他表面とに跨って形成されている部位が外部接続用電極２２ｂ，２２ｂを構成している。また、各配線パターン２２，２２は、Ｃｕ膜と当該Ｃｕ膜上のＡｕ膜とで構成されている。なお、絶縁性基板２１は、セラミック基板に限らず、エポキシ樹脂基板やホーロー基板などを用いてもよい。
【００１６】
また、本実施形態の発光装置は、実装基板２０における絶縁性基板２１の上記他表面の中央部に、ＬＥＤチップ１０で発生した熱を放熱させるための矩形状の放熱用導体部２６が形成されているので、図示しない配線基板に実装する際に、放熱用導体部２６を半田からなる接合部を介して配線基板の導体パターンと固着して配線基板と熱結合させることにより、ＬＥＤチップ１０の温度上昇を抑制することができる。なお、放熱用導体部２６は、各配線パターン２２，２２と同じ材料により形成されている。また、放熱用導体部２６は、ＬＥＤチップ１０よりも平面サイズを大きく設定してある。
【００１７】
一方、ＬＥＤチップ１０は、青色の波長域の光を放射するＧａＮ系青色ＬＥＤチップであり、結晶成長用基板であるサファイア基板からなるベース基板の一表面側にＧａＮ系化合物半導体材料からなる発光部が形成されており、各電極が金属材料（本実施形態では、Ａｕ）からなるバンプ１６，１６を介して実装基板２０の配線パターン２２，２２と電気的に接続されている。
【００１８】
色変換部材３０は、シリコーン樹脂のような透光性材料にＬＥＤチップ１０から放射される青色光を吸収することで励起されて青色光よりも低エネルギの黄色光を放射する粒子状の黄色蛍光体を含有する透光性部材により構成されている。したがって、本実施形態の発光装置は、ＬＥＤチップ１０から放射された青色光と黄色蛍光体から放射された黄色光とが色変換部材３０の外表面（光出射面）３２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。なお、色変換部材３０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、エポキシ樹脂、ガラスなどを採用してもよい。また、色変換部材３０の材料として用いる透光性材料に含有させる蛍光体も黄色蛍光体に限らず、色調整や演色性を高めるなどの目的で複数種類の蛍光体を用いてもよく、例えば、赤色蛍光体と緑色蛍光体とを用いることで演色性の高い白色光を得ることができる。ここで、複数種類の蛍光体を用いる場合には必ずしも発光色の異なる蛍光体の組み合わせに限らず、例えば、発光色はいずれも黄色で発光スペクトルの異なる複数種類の蛍光体を組み合わせてもよい。
【００１９】
上述の色変換部材３０は、開口部の周縁が全周に亘って実装基板２０に対して接着剤（例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂など）を用いて接着されている。
【００２０】
なお、本実施形態の発光装置では、ＬＥＤチップ１０として、チップサイズが１ｍｍ□の高出力タイプのＧａＮ系青色ＬＥＤチップを用いているので、ＬＥＤチップ１０のジャンクション温度が最大ジャンクション温度を超えず且つ所望の光出力が得られるように、ＬＥＤチップ１０への投入電力を例えば１〜３Ｗ程度として用いることになる。
【００２１】
ところで、色変換部材３０は、頂部３０ａが中空円錐状の形状に形成され、周部３０ｂが球帯状の形状に形成され、頂部３０ａの下端部と周部３０ｂの上端部とが滑らかに連続している。なお、本実施形態では、色変換部材３０の肉厚を０．５ｍｍ一定とし、色変換部材３０の周部３０ｂの内径を４ｍｍ、外径を５ｍｍとしてあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。
【００２２】
ここにおいて、色変換部材３０とＬＥＤチップ１０とは互いの光軸が一致するように配置されており、色変換部材３０は、ＬＥＤチップ１０からの放射光の方向および強度を表す放射光ベクトルｒの延長線と当該色変換部材３０の内表面３１との交点に立てた法線Ｕへの放射光ベクトルｒの正射影ｒａの長さが一定となるように内表面３１の形状が設定されている。なお、放射光ベクトルｒは、光源であるＬＥＤチップ１０の各方向の光強度を矢印の方向と長さで表したものであり、矢の先端の包絡面が配光立体（配光パターン）Ｄを表している。
【００２３】
以上説明した本実施形態の発光装置では、上述の放射光ベクトルｒの延長線と色変換部材３０の内表面３１との交点に立てた法線Ｕへの放射光ベクトルｒの正射影ｒａの長さが一定となるように色変換部材３０の内表面３１の形状が設定されているので、色変換部材３０の内表面３１の単位面積当たりの入射光強度を略一定とすることができ、蛍光体の温度上昇による蛍光体の発光効率の低下を抑制でき、光出力の高出力化を図れる。
【００２４】
また、本実施形態の発光装置では、色変換部材３０の内表面３１の全体が１つの球面の一部をなすような形状に形成されている場合（要するに、色変換部材３０が中空の半球状に形成されている場合）に比べて、色変換部材３０の表面積を大きくすることができ、色変換部材３０における蛍光体で発生した熱を色変換部材３０の外表面３２側から大気中へ効率良く放熱させることができ、蛍光体の温度上昇による発光効率の低下、色ずれ、信頼性低下を抑制できる。
【００２５】
また、本実施形態の発光装置では、上述のように実装基板２０における絶縁性基板２１として熱伝導率の高いセラミック基板を用いているので、ＬＥＤチップ１０で発生した熱を効率よく放熱させることができる。
【００２６】
なお、本実施形態では、実装基板２０と色変換部材３０とで囲まれた空間がＬＥＤチップ１０を封止した封止部により充実されているが、上記空間を空気雰囲気や不活性ガス雰囲気や真空雰囲気としてもよい。
【００２７】
（実施形態２）
図２に示す本実施形態の発光装置の基本構成は実施形態１と略同じであって、ＬＥＤチップ１０の配光立体（配光パターン）Ｄの形状が異なり、色変換部材３０の形状が相違する。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。
【００２８】
本実施形態におけるＬＥＤチップ１０は、配光立体Ｄの形状が図２に示すような形状となっており、放射角が約４５度の方向で光強度が最大となっている。これに対して、色変換部材３０は、実施形態１と同様に、ＬＥＤチップ１０からの放射光の方向および強度を表す放射光ベクトルの延長線と当該色変換部材３０の内表面３１との交点に立てた法線への放射光ベクトルの正射影の長さが一定となるように内表面３１の形状が設定されており、周部３０ｂが頂部３０ａに近づくにつれて開口面積が徐々に大きくなるテーパ筒状に形成され、頂部３０ａがＬＥＤチップ１０側に凸となる形で緩やかに湾曲した形状に形成されている。
【００２９】
しかして、本実施形態の発光装置では、実施形態１の発光装置と同様に、色変換部材３０の内表面３１の単位面積当たりの入射光強度を略一定とすることができ、蛍光体の温度上昇による蛍光体の発光効率の低下を抑制でき、光出力の高出力化を図れる。
【００３０】
ところで、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チップを採用しているが、ＬＥＤチップ１０の発光色は青色に限らず、例えば、紫外光でもよい。また、各実施形態では、ＬＥＤチップ１０におけるベース基板としてサファイア基板を採用しているが、ベース基板はサファイア基板に限らず、ＳｉＣ基板などでもよい。また、ベース基板は、結晶成長用基板に限らず、結晶成長後に発光部と接合したＳｉ基板などでもよい（この場合には結晶成長用基板を除去する）。また、各実施形態では、ＬＥＤチップ１０が実装基板２０に対してフリップ実装されているが、ボンディングワイヤを用いた実装構造を採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施形態１の発光装置の概略断面図である。
【図２】実施形態２の発光装置の概略断面図である。
【図３】従来例を示す発光装置の概略断面図である。
【図４】他の従来例を示す発光装置の概略断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  ＬＥＤチップ
２０  実装基板
３０  色変換部材
３０ａ  頂部
３０ｂ  周部
３１  内表面
３２  外表面
Ｄ  配光立体
ｒ  放射光ベクトル
ｒａ  正射影
Ｕ  法線
【図１】
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【図２】
2008300570.tif 000004
【図３】
2008300570.tif 000005
【図４】
2008300570.tif 000006