(57)【要約】【課題】発光時の蛍光体の温度上昇による発光効率の低下および色変換部材の熱劣化を抑制できる発光装置を提供する。【解決手段】実装基板２０におけるＬＥＤチップ１０の実装面側でＬＥＤチップ１０を中心として同心的に配設された２つの色変換部材３０，４０を備える。各色変換部材３０，４０は、蛍光体を含有させた第１領域３１，４１と蛍光体を含有させていない第２領域３２，４２とが交互に並ぶように配置され、ＬＥＤチップ１０から見て、第１の色変換部材３０の第１領域３１と第２の色変換部材４０の第１領域４１とが重ならず、第１の色変換部材３０の第２領域３２と第２の色変換部材４０の第２領域４２とが重ならないように、それぞれにおける第１領域３１，４１および第２領域３２，４２が配置されている。【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、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におけるＬＥＤチップの実装面側でＬＥＤチップを中心として同心的に配設された２つの色変換部材とを備え、各色変換部材は、蛍光体を含有させた第１領域と蛍光体を含有させていない第２領域とが交互に並ぶように配置され、ＬＥＤチップから見て、当該ＬＥＤチップに対して近い側の色変換部材である第１の色変換部材の第１領域と遠い側の色変換部材である第２の色変換部材の第１領域とが重ならず、第１の色変換部材の第２領域と第２の色変換部材の第２領域とが重ならないように、それぞれにおける第１領域および第２領域が配置されていることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記第１の色変換部材の前記第１領域に含有させる蛍光体である第１の蛍光体と前記第２の色変換部材の前記第１領域に含有させる第２の蛍光体との発光ピーク波長が異なり、第１の蛍光体の発光ピーク波長が第２の蛍光体の発光ピーク波長よりも長波長であることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記各色変換部材は、両者の間に空気層が形成される形で前記実装基板に固着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（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材料（波長変換材料）としての蛍光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１参照）。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、携帯電話機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】
ここにおいて、上記特許文献１には、ＬＥＤチップを収納する収納凹所が一表面に形成された実装基板と、実装基板における収納凹所の内底面に実装されたＬＥＤチップと、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平板状の透光性部材からなり実装基板の上記一表面側に配設された色変換部材とを備え、色変換部材が、互いに色変換特性の異なるグループに属する第１領域と第２領域とが交互に並ぶように配置されてなる発光装置が提案されている。ここで、上記特許文献１には、第１領域と第２領域とのうちの一方に蛍光体を含有させ、他方に蛍光体を含有させないようにした例や、第１領域と第２領域とで含有させる蛍光体の種類を異ならせた例などが記載されている。
【０００４】
なお、上記特許文献１に記載された発光装置のように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、発光装置の個数を増やすとともに、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しつつ発光装置への投入電力を大きくして所望の明るさを得るのが一般的である。
【特許文献１】特開２００６−１７９６８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述のようにＬＥＤチップと蛍光体とを組み合わせた発光装置においては、投入電力を大きくすると、ＬＥＤチップ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って、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、蛍光体を含有する透光性樹脂により形成された色変換部材の温度が上昇するので、ＬＥＤチップから放射される光と蛍光体から放射される光とのバランスが崩れて色度がずれてしまうことや、色変換部材の熱劣化に起因して寿命が短くなってしまうことがあった。
【０００６】
これに対して、上記特許文献１に記載された発光装置では、色変換部材での発熱量を低減することが可能になるという利点があるが、温度消光による蛍光体の発光効率の低下および色変換部材の熱劣化をより一層少なくすることが望まれていた。
【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、発光時の蛍光体の温度上昇による発光効率の低下および色変換部材の熱劣化を抑制でき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】
【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におけるＬＥＤチップの実装面側でＬＥＤチップを中心として同心的に配設された２つの色変換部材とを備え、各色変換部材は、蛍光体を含有させた第１領域と蛍光体を含有させていない第２領域とが交互に並ぶように配置され、ＬＥＤチップから見て、当該ＬＥＤチップに対して近い側の色変換部材である第１の色変換部材の第１領域と遠い側の色変換部材である第２の色変換部材の第１領域とが重ならず、第１の色変換部材の第２領域と第２の色変換部材の第２領域とが重ならないように、それぞれにおける第１領域および第２領域が配置されてい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におけるＬＥＤチップの実装面側でＬＥＤチップを中心として同心的に配設された２つの色変換部材を備え、各色変換部材は、蛍光体を含有させた第１領域と蛍光体を含有させていない第２領域とが交互に並ぶように配置され、ＬＥＤチップから見て、当該ＬＥＤチップに対して近い側の色変換部材である第１の色変換部材の第１領域と遠い側の色変換部材である第２の色変換部材の第１領域とが重ならず、第１の色変換部材の第２領域と第２の色変換部材の第２領域とが重ならないように、それぞれにおける第１領域および第２領域が配置されているので、発光時の蛍光体の温度上昇に起因した温度消光による発光効率の低下や色ずれを抑制でき、且つ、各色変換部材の熱劣化を抑制することが可能になる。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記第１の色変換部材の前記第１領域に含有させる蛍光体である第１の蛍光体と前記第２の色変換部材の前記第１領域に含有させる第２の蛍光体との発光ピーク波長が異なり、第１の蛍光体の発光ピーク波長が第２の蛍光体の発光ピーク波長よりも長波長であることを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、演色性を高めることができ、しかも、第２の蛍光体から放射された光が第１の蛍光体に二次吸収されるの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、前記各色変換部材は、両者の間に空気層が形成される形で前記実装基板に固着されてなることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、前記第２の色変換部材の蛍光体から放射された光の一部は前記第２の色変換部材の内側界面で全反射するため前記第１の色変換部材側へ戻るのを抑制することができ、外部への光取り出し効率を高めることができる。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明では、発光時の蛍光体の温度上昇による発光効率の低下および色変換部材の熱劣化を抑制できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（実施形態１）
本実施形態の発光装置は、図１（ａ），（ｂ）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（以下、第１の色変換部材と称す）３０と、第１の色変換部材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を封止した封止材からなるゲル状の封止部５０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第１の色変換部材３０の外側に位置するドーム状の色変換部材（以下、第２の色変換部材と称す）４０とを備え、第１の色変換部材３０と第２の色変換部材４０との間に空気層６０が形成されている。
【００１６】
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（ｂ）における上面）と側面と他表面（図１（ｂ）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。
【００１７】
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。
【００１８】
一方、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。なお、本実施形態では、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、本実施形態では、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。
【００１９】
各色変換部材３０，４０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。なお、色変換部材３０，４０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。
【００２０】
上述の色変換部材３０，４０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）を用いて固着されている。
【００２１】
また、封止部５０の封止材としては、シリコーン樹脂を採用しているが、シリコーン樹脂に限らず、例えば、エポキシ樹脂や、ガラスなどを採用してもよい。なお、封止部５０は、ＬＥＤチップ１０および当該ＬＥＤチップ１０の各電極に電気的に接続されたバンプ１６，１６を封止している。
【００２２】
ところで、上述の２つの色変換部材３０，４０は、実装基板２０におけるＬＥＤチップ１０の実装面側でＬＥＤチップ１０を中心として同心的に配設されており、蛍光体を含有させた第１領域３１，４１と蛍光体を含有させていない第２領域３２，４２とが交互に並ぶように配置されている。より具体的には、各色変換部材３０，４０は、平面視において升目状に細分化した小領域を、蛍光体を含有させた第１領域３１，４１のグループと蛍光体を含有させていない第２領域３２，４２のグループとに分けている。本実施形態では、第１領域３１，４１に蛍光体（黄色蛍光体）を含有させる一方で、第２領域３２，４２には蛍光体を含有させておらず、平面視において、第１領域３１，４１と第２領域３２，４２とが市松模様状に並んで配置されている。
【００２３】
ここにおいて、各色変換部材３０，４０は、ＬＥＤチップ１０から見て、第１の色変換部材（つまり、ＬＥＤチップ１０に対して近い側の色変換部材）３０の第１領域３１と第２の色変換部材（つまり、ＬＥＤチップ１０に対して遠い側の色変換部材）４０の第１領域４１とが重ならず、第１の色変換部材３０の第２領域３２と第２の色変換部材４０の第２領域４２とが重ならないように、それぞれにおける第１領域３１，４１および第２領域３２，４２が配置されている。
【００２４】
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各色変換部材３０，４０の黄色蛍光体から放射された黄色光とが色変換部材４０の光出射面を通して外部へ放射されることとなり、白色光を得ることができる。
【００２５】
本実施形態では、ＬＥＤチップ１０のチップサイズが１ｍｍ□であり、実装基板２０の平面サイズを８ｍｍ□、厚みを０．３ｍｍとし、第１の色変換部材３０の内径を３．５ｍｍ、外径を４．５ｍｍ、厚みを０．５ｍｍとし、第２の色変換部材４０の内径を５．５ｍｍ、外径を６．５ｍｍ、厚みを０．５ｍｍ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。なお、本実施形態の発光装置では、ＬＥＤチップ１０として、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。
【００２６】
以上説明した本実施形態の発光装置では、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におけるＬＥＤチップ１０の実装面側でＬＥＤチップ１０を中心として同心的に配設された２つの色変換部材３０，４０を備え、各色変換部材３０，４０は、蛍光体を含有させた第１領域３１，４１と蛍光体を含有させていない第２領域３２，４２とが交互に並ぶように配置され、ＬＥＤチップ１０から見て、当該ＬＥＤチップ１０に対して近い側の色変換部材である第１の色変換部材３０の第１領域３１と遠い側の色変換部材である第２の色変換部材４０の第１領域４１とが重ならず、第１の色変換部材３０の第２領域３２と第２の色変換部材４０の第２領域４２とが重ならないように、それぞれにおける第１領域３１，４１および第２領域３２，４２が配置されているので、発光時の蛍光体の温度上昇に起因した温度消光による発光効率の低下や色ずれを抑制でき、且つ、各色変換部材３０，４０の熱劣化を抑制することが可能になる。ここにおいて、本実施形態の発光装置では、色変換部材３０，４０の第１領域３１，４１に蛍光体を含有させ、第２領域３２，４２に蛍光体を含有させていないので、第１領域３１，４１の蛍光体で発生した熱の一部を隣接する第２領域３２，４２を介して効率良く放熱させることができ、発光時の蛍光体の温度上昇による発光効率の低下や色ずれをより抑制できる。なお、本実施形態では、第１領域３１，４１と第２領域３２，４２とが市松模様状に規則的に並んで配置されているが、第１領域３１，４１と第２領域３２，４２とは必ずしも規則的に並んでいる必要はない。
【００２７】
また、本実施形態の発光装置では、各色変換部材３０，４０が、両者の間に空気層６０が形成される形で実装基板２０に固着されているので、第２の色変換部材４０の蛍光体から放射された光の一部は第２の色変換部材４０の内側界面で全反射するため第１の色変換部材３０側へ戻るのを抑制することができ、外部への光取り出し効率を高めることができる。
【００２８】
なお、本実施形態では、実装基板２０と第１の色変換部材３０とで囲まれた空間がＬＥＤチップ１０を封止した封止部５０により充実されているが、上記空間を不活性ガス雰囲気や真空雰囲気としてもよいし、ＬＥＤチップ１０を封止する封止部５０と第１の色変換部材３０の光入射面との間に空気層が形成されるようにしてもよい。また、各色変換部材３０，４０の形状はドーム状であれば、特に限定するものではない。また、本実施形態では、第１の色変換部材３０と第２の色変換部材４０との間を空気層６０としてあるが、第１の色変換部材３０と第２の色変換部材４０との間に透光性材料（例えば、シリコーン樹脂、ガラスなど）から透明材料層を介在させるようにしてもよい。
【００２９】
（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と略同じであって、図２（ａ），（ｂ）に示すように、色変換部材３０，４０それぞれにおいて、第１領域３１，４１と第２領域３２，４２とがＬＥＤチップ１０の光軸を中心として同心的に並んで配置されている点が相違する。すなわち、第２の色変換部材４０は、ＬＥＤチップ１０の光軸が通る頂部に円形状の第２領域４２が形成され、第２領域４２の周囲に輪帯状の第１領域４１が形成され、第１領域４１の外側に輪帯状の第２領域４２が形成され、以下、順に輪帯状の第１領域４１と輪帯状の第２領域４２とが交互に形成されている。同様に、第１の色変換部材３０は、ＬＥＤチップ１０の光軸が通る頂部に円形状の第１領域３１が形成され、第１領域３１の周囲に輪帯状の第２領域４２が形成され、第２領域３２の周囲に輪帯状の第１領域３１が形成され、以下、順に輪帯状の第２領域３２と輪帯状の第１領域３１とが交互に形成されている。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。
【００３０】
しかして、本実施形態の発光装置では、実施形態１と同様に、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におけるＬＥＤチップ１０の実装面側でＬＥＤチップ１０を中心として同心的に配設された２つの色変換部材３０，４０を備え、各色変換部材３０，４０は、蛍光体を含有させた第１領域３１，４１と蛍光体を含有させていない第２領域３２，４２とが交互に並ぶように配置され、ＬＥＤチップ１０から見て、当該ＬＥＤチップ１０に対して近い側の色変換部材である第１の色変換部材３０の第１領域３１と遠い側の色変換部材である第２の色変換部材４０の第１領域４１とが重ならず、第１の色変換部材３０の第２領域３２と第２の色変換部材４０の第２領域４２とが重ならないように、それぞれにおける第１領域３１，４１および第２領域３２，４２が配置されているので、発光時の蛍光体の温度上昇に起因した温度消光による発光効率の低下や色ずれを抑制でき、且つ、各色変換部材３０，４０の熱劣化を抑制することが可能になる。
【００３１】
また、本実施形態の発光装置では、色変換部材３０，４０は、第１領域３１，４１と第２領域３２，４２とが同心的に並んで配置されているので、色変換部材３０，４０どうしの位置合わせが容易になり、組立が容易になる。
【００３２】
ところで、上述の各実施形態では、色変換部材３０，４０の第１領域３１，４１に含有させる蛍光体として単一種の黄色蛍光体を採用しているが、単一種の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、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。
【００３３】
また、色変換部材３０，４０の第１領域３１，４１に含有させる蛍光体として発光色の異なる複数種類（つまり、ピーク波長の異なる複数種類）の蛍光体を用いてもよく、例えば、第１領域３１，４１に赤色蛍光体および緑色蛍光体を含有させることで、演色性の高い白色光を得ることができる。ただし、色変換部材３０，４０に発光色の異なる２種類の蛍光体を含有させる場合に、例えば、上述のように、第１領域３１，４１に赤色蛍光体および緑色蛍光体を含有させているとし、各蛍光体が二次吸収のある蛍光体であると、緑色蛍光体から放射された緑色光の一部が赤色蛍光体に二次吸収されてしまうので、例えば、第１の色変換部材３０の第１領域３１に発光ピーク波長が長波長側にある第１の蛍光体（ここでは、赤色蛍光体）を含有させ，第２の色変換部材４０の第１領域４１に発光ピーク波長が短波長側にある第２の蛍光体（ここでは、緑色蛍光体）を含有させることによって、上記二次吸収に起因した発熱を少なくすることが望ましい。
【００３４】
また、色変換部材３０，４０にピーク波長が異なり二次吸収のない２種類以上の蛍光体を含有させる場合には、例えば、上述のように、第１領域３１，４１に赤色蛍光体および緑色蛍光体を含有させていると、赤色蛍光体から放射された光が緑色蛍光体により散乱され、緑色蛍光体から放射された光が赤色蛍光体により散乱されてしまうので、例えば、例えば、第１の色変換部材３０の第１領域３１に発光ピーク波長が長波長側にある赤色蛍光体を含有させ，第２の色変換部材４０の第１領域４１に発光ピーク波長が短波長側にある緑色蛍光体を含有させることによって、上記散乱に起因した発熱を少なくすることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施形態１の発光装置を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略断面図である。
【図２】実施形態２の発光装置を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０  ＬＥＤチップ
２０  実装基板
３０  色変換部材（第１の色変換部材）
３１  第１領域
３２  第２領域
４０  色変換部材（第２の色変換部材）
４１  第１領域
４２  第２領域
５０  封止部
６０  空気層
【図１】
2008294378.tif 000003
【図２】
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