(57)【要約】【課題】発光効率を向上させることができる発光装置を提供する。【解決手段】第１のリフレクタ１２で、青色ＬＥＤ２５で発光された光を反射して集光する。この集光された光を、集光位置に設けられた第２のリフレクタ１６の透光穴３５を介して蛍光体層１８ａに照射する。蛍光体層１８ａは蛍光体１８が混入されており、透光穴３５を透過した光の一部が照射される透光性樹脂３０の特定領域に設けられている。蛍光体によって観測面側の反対側へ散乱した光を、反射鏡によって観測面側へ反射するようにした。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体から成る発光素子と、この発光素子で発光された光を吸収し、この吸収した光と異なる波長の光を発光する蛍光体とを有して成る発光装置において、
前記発光素子で発光された光を反射して集光する第１の反射鏡と、
前記集光位置に透光穴を有する板状を成し、前記第１の反射鏡との対向面の裏面が光反射面とされた第２の反射鏡と、
前記透光穴を透過した光の一部が照射される透光性樹脂の特定領域に前記蛍光体を密集させた蛍光体層とを備えたことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記第１の反射鏡は、光を集光する凹面が環状を成し、前記第２の反射鏡の透光穴は、前記環状の凹面で反射された光が環状に集光する形状を成すことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記蛍光体層は、その光照射方向の厚みが発光装置から取り出される光の色に応じて設定されることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項４】
前記蛍光体層は、前記蛍光体の密度が発光装置から取り出される光の色に応じて設定されることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項５】
窒化物半導体から成る発光素子と、この発光素子で発光された光を吸収し、この吸収した光と異なる波長の光を発光する蛍光体とを有して成る発光装置において、
前記発光素子で発光された光を反射する第１の反射鏡と、
前記第１の反射鏡で反射された光を集光するレンズと、
前記集光位置に透光穴を有する板状を成し、前記レンズとの対向面の裏面が光反射面とされた第２の反射鏡と、
前記透光穴を透過した光の一部が照射される透光性樹脂の特定領域に、前記蛍光体を密集させた蛍光体層とを備えたことを特徴とする発光装置。
【請求項６】
前記蛍光体層は、その光照射方向の厚みが発光装置から取り出される光の色に応じて設定されることを特徴とする請求項５に記載の発光装置。
【請求項７】
前記蛍光体層は、前記蛍光体の密度が発光装置から取り出される光の色に応じて設定されることを特徴とする請求項５に記載の発光装置。
【請求項８】
窒化物半導体から成る発光素子と、この発光素子で発光された光を吸収し、この吸収した光と異なる波長の光を発光する蛍光体とを有して成る発光装置において、
前記発光素子で発光された光を反射して相互に異なる位置に集光する複数の第１の反射鏡と、
前記複数の第１の反射鏡との対向面に前記発光素子が装着されると共に、前記第１の反射鏡の反対面に第２の反射鏡が形成され、前記複数の第１の反射鏡のそれぞれの集光位置に透光穴が形成された板状体と、
前記複数の透光穴を透過した光の一部が照射される透光性樹脂内の前記複数の透光穴上に配設されると共に、前記蛍光体を混入した複数の蛍光体層とを備えたことを特徴とする発光装置。
【請求項９】
前記複数の第１の反射鏡は、１つの基台部の片面に十字形の稜線により区分された４個の同一形状の凹面からなることを特徴とする請求項８記載の発光装置。
【請求項１０】
前記複数の蛍光体層は、同一形状を有し、同一高さ位置に設置されていることを特徴とする請求項８記載の発光装置。
【請求項１１】
前記複数の蛍光体層は、その光照射方向の厚み、又は前記蛍光体の密度が発光装置から取り出される光の色に応じて設定されることを特徴とする請求項８に記載の発光装置。
【請求項１２】
窒化物半導体から成る発光素子と、この発光素子で発光された光を吸収し、この吸収した光と異なる波長の光を発光する蛍光体とを有して成る発光装置において、
前記発光素子で発光された光を反射して集光する複数の反射鏡と、
前記複数の反射鏡のそれぞれの集光位置に透光穴が形成されると共に、前記発光素子が搭載される板状体と、
前記板状体の上面に２分割した状態で配置され、前記発光素子に給電を行うためのボンディングワイヤが接続される一対のリード電極と、
前記複数の透光穴を透過した光の一部が照射される透光性樹脂内の前記複数の透光穴上に配設されると共に、前記蛍光体を混入した複数の蛍光体層とを備えたことを特徴とする発光装置。
【請求項１３】
前記複数の反射鏡は、１つの基台部の片面に十字形の稜線により区分された同一形状の４個の凹面からなることを特徴とする請求項１２記載の発光装置。
【請求項１４】
前記一対のリード電極が形成された板状体の裏面に第２の反射鏡が形成されていることを特徴とする請求項１２記載の発光装置。
【請求項１５】
前記複数の蛍光体層は、同一形状を有し、同一高さ位置に設置されていることを特徴とする請求項１２記載の発光装置。
【請求項１６】
前記複数の蛍光体層は、その光照射方向の厚み、又は前記蛍光体の密度が発光装置から取り出される光の色に応じて設定されることを特徴とする請求項１２に記載の発光装置。
【請求項１７】
窒化物半導体から成る発光素子と、この発光素子で発光された光を吸収し、この吸収した光と異なる波長の光を発光する蛍光体とを有して成る発光装置において、
前記発光素子から発光された光を、発光観測面側に投射されるように集光する集光部材と、
前記蛍光体を、前記集光部材によって集光された集光光束領域に位置させるようにモールド形成した透光性樹脂と、
前記蛍光体によって散乱した光を、前記発光観測面側へ反射させる反射鏡とを備えたことを特徴とする発光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子と蛍光体を有して発光する発光装置に関し、例えばＬＥＤディスプレイ、バックライト装置、信号機、照光式スイッチ、各種センサ、各種インジケータ等に適用される発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に発光装置に用いられる発光素子としては、無機ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）、有機ＬＥＤ、レーザーダイオード、無機厚膜エレクトロルミネセンスシート又は無機薄膜エレクトロルミネセンス部品等があげられる。ＬＥＤはとりわけ、寿命が長い、場所をとらない、衝撃に強い、さらに狭いスペクトルバンドで発光するという特徴で際立っている。
【０００３】
多数の発光色、又は特別に広いスペクトルバンドの多数の発光色は、ＬＥＤにおける活性半導体材料の固有の発光では、実現不可能であるか、非効率にしか実現することができない。とりわけ、このことは、白色の発光を得る場合にあてはまる。
【０００４】
公知技術水準によれば、半導体では本来実現することができない発光色は、波長変換技術によって得られる。この波長変換技術は、本質的に次の原理に基づいている。すなわち、少なくとも１つの蛍光体をＬＥＤの上又は周囲に配置し、その蛍光体によって、ＬＥＤが発光した光を吸収し、この吸収した光の波長と異なる波長の光を発光するものである。言い換えれば、ＬＥＤが発光した光を吸収し、その後にフォトルミネセンス光を別の発光色で放射する。
【０００５】
具体例を示すと、発光素子（ＬＥＤ）を反射鏡の中心軸に配置し、蛍光体が分散されたエポキシ樹脂で前記発光素子の周囲を被覆し、前記発光素子が発した光が蛍光体に吸収されたり拡散されることにより、蛍光体からは吸収した光の波長と異なる波長の光、すなわち、別の発光色が全方向に放射されるようにした構成の発光装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
以上のような原理で、例えば白色を発光する発光装置として、発光素子である青色ＬＥＤで発光された光を、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体）系の蛍光体で波長変換して発光するＬＥＤランプが知られている。このＬＥＤランプでは、青色ＬＥＤからの青色光が蛍光体で気黄色光に波長変換され、この黄色光と青色光とが混じって白色光に見える。但し、蛍光体は、青色ＬＥＤを封止するエポキシ樹脂又はシリコーン樹脂中に混入され、青色ＬＥＤの周囲に配置されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−２１７４６６号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の発光装置においては、蛍光体からの励起光及び発光素子で発光された光が、蛍光体によって散乱され、発光装置の発光観測面側に充分に出射されない。特に、散乱によって発光素子側に戻ってきた光は、発光素子では効率よく発光観測面側へは反射されないので、発光効率が低いという問題があった。また、特許文献１の構成の場合、反射鏡を有していても、発光素子の前部の全域で蛍光体による散乱が生じるため、やはり効率よく発光観測面側には反射されず、発光効率が低くなる。
【０００９】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、蛍光体により波長変換を行っても、発光効率を向上させることができる発光装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の発光装置は、窒化物半導体から成る発光素子と、この発光素子で発光された光を吸収し、この吸収した光と異なる波長の光を発光する蛍光体とを有して成る発光装置において、前記発光素子で発光された光を反射して集光する第１の反射鏡と、前記集光位置に透光穴を有する板状を成し、前記第１の反射鏡との対向面の裏面が光反射面とされた第２の反射鏡と、前記透光穴を透過した光の一部が照射される透光性樹脂の特定領域に前記蛍光体を密集させた蛍光体層とを備えたことを特徴としている。
【００１１】
また、前記第１の反射鏡は、光を集光する凹面が環状を成し、前記第２の反射鏡の透光穴は、前記環状の凹面で反射された光が環状に集光する形状を成すことを特徴としている。
【００１２】
また、前記蛍光体層は、その光照射方向の厚みが要求される発光装置から取り出される光の色に応じて設定されることを特徴としている。
【００１３】
また、前記蛍光体層は、混入されている前記蛍光体の密度が発光装置から取り出される光の色に応じて設定されることを特徴としている。
【００１４】
さらに、本発明の発光装置は、窒化物半導体から成る発光素子と、この発光素子で発光された光を吸収し、この吸収した光と異なる波長の光を発光する蛍光体とを有して成る発光装置において、前記発光素子で発光された光を反射する第１の反射鏡と、前記第１の反射鏡で反射された光を集光するレンズと、前記集光位置に透光穴を有する板状を成し、前記レンズとの対向面の裏面が光反射面とされた第２の反射鏡と、前記透光穴を透過した光の一部が照射される透光性樹脂の特定領域に、前記蛍光体を密集させた蛍光体層とを備えたことを特徴としている。
【００１５】
また、前記蛍光体層は、その光照射方向の厚みが発光装置から取り出される光の色に応じて設定されることを特徴としている。
【００１６】
また、前記蛍光体層は、前記蛍光体の密度が発光装置から取り出される光の色に応じて設定されることを特徴としている。
【００１７】
さらに、本発明の発光装置は、窒化物半導体から成る発光素子と、この発光素子で発光された光を吸収し、この吸収した光と異なる波長の光を発光する蛍光体とを有して成る発光装置において、前記発光素子で発光された光を反射して相互に異なる位置に集光する複数の第１の反射鏡と、前記複数の第１の反射鏡との対向面に前記発光素子が装着されると共に、前記第１の反射鏡の反対面に第２の反射鏡が形成され、前記複数の第１の反射鏡のそれぞれの集光位置に透光穴が形成された板状体と、前記複数の透光穴を透過した光の一部が照射される透光性樹脂内の前記複数の透光穴上に配設されると共に、前記蛍光体を混入した複数の蛍光体層とを備えたことを特徴としている。
【００１８】
また、前記複数の第１の反射鏡は、１つの基台部の片面に十字形の稜線により区分された４個の同一形状の凹面からなることを特徴としている。
【００１９】
また、前記複数の蛍光体層は、同一形状を有し、同一高さ位置に設置されていることを特徴としている。
【００２０】
また、前記複数の蛍光体層は、その光照射方向の厚み、又は前記蛍光体の密度が発光装置から取り出される光の色に応じて設定されることを特徴としている。
【００２１】
さらに、本発明の発光装置は、窒化物半導体から成る発光素子と、この発光素子で発光された光を吸収し、この吸収した光と異なる波長の光を発光する蛍光体とを有して成る発光装置において、前記発光素子で発光された光を反射して集光する複数の反射鏡と、前記複数の反射鏡のそれぞれの集光位置に透光穴が形成されると共に、前記発光素子が搭載される板状体と、前記板状体の上面に２分割した状態で配置され、前記発光素子に給電を行うためのボンディングワイヤが接続される一対のリード電極と、前記複数の透光穴を透過した光の一部が照射される透光性樹脂内の前記複数の透光穴上に配設されると共に、前記蛍光体を混入した複数の蛍光体層とを備えたことを特徴としている。
【００２２】
また、前記複数の反射鏡は、１つの基台部の片面に十字形の稜線により区分された４個の同一形状の凹面からなることを特徴としている。
【００２３】
また、前記一対のリード電極が形成された板状体の裏面に第２の反射鏡が形成されていることを特徴としている。
【００２４】
また、前記複数の蛍光体層は、同一形状を有し、同一高さ位置に設置されていることを特徴としている。
【００２５】
また、前記複数の蛍光体層は、その光照射方向の厚み、又は前記蛍光体の密度が発光装置から取り出される光の色に応じて設定されることを特徴としている。
【００２６】
さらに、本発明の発光装置は、窒化物半導体から成る発光素子と、この発光素子で発光された光を吸収し、この吸収した光と異なる波長の光を発光する蛍光体とを有して成る発光装置において、前記発光素子から発光された光を、発光観測面側に投射されるように集光する集光部材と、前記蛍光体を、前記集光部材によって集光された集光光束領域に位置させるようにモールド形成した透光性樹脂と、記蛍光体によって散乱した光を、前記発光観測面側へ反射させる反射鏡とを備えたことを特徴としている。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２８】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る発光装置の構成を示す断面図、図２は、概略平面透視図である。以下においては、発光装置をＬＥＤランプとした場合について説明する。
【００２９】
この図１に示すＬＥＤランプ１０（発光装置）は、発光素子から発光された光を蛍光体で波長変換してレンズ型の樹脂封止体外部に出射する所謂レンズタイプのものであり、第１のリフレクタ１２（第１の反射鏡）と、円形平板１４の上面に設けられた第２のリフレクタ１６（第２の反射鏡）と、蛍光体１８が混入されていると共に第２のリフレクタ１６の上方に環状に設けられた蛍光体層１８ａと、円形平板１４の下面に設けられた一対のリード電極２０，２１と、一方のリード電極２０の表面にマウント２３によって固定された青色ＬＥＤ２５（発光素子）と、この青色ＬＥＤ２５とリード電極２０，２１とを接続するボンディングワイヤ２７，２８と、ランプのほぼ全体を封止するレンズ型の透光性樹脂３０とを備えて構成されている。
【００３０】
このような構成要素のうち、第１のリフレクタ１２は、その断面が半円状の凹部が環状を成す反射面を有し、この反射面の環状中心部に盛り上がった円錐の頂点１１（第１のリフレクタ１２の中心）の直上に、青色ＬＥＤ２５が配置されている。青色ＬＥＤ２５から出射された光は、波線矢印３２，３３で示すように、第１のリフレクタ１２の反射面上で、円形平板１４の所定位置に焦点を結ぶように反射される。
【００３１】
第１のリフレクタ１２の反射面は、断面が半円状の凹部が環状を成すカップ部材１３の表面に、アルミニウム蒸着等によって反射膜を形成したものである。第２のリフレクタ１６は、同様に反射膜が形成されるが、アルミニウム板を円形平板１４に貼り合わせる等の手法で形成してもよい。但し、第１及び第２のリフレクタ１２，１６に形成された反射膜は、３５０〜７８０ｎｍの波長の光を反射する膜が好ましい。
【００３２】
円形平板１４及び第２のリフレクタ１６には、反射光の焦点位置に環状の透光穴３５が設けられており、この透光穴３５を反射光が波線矢印３２，３３で示すように透過し、この透過光が蛍光体層１８ａに照射されるようになっている。また、透過光の一部は、蛍光体層１８ａには照射されないか、あるいは蛍光体層１８ａの中の蛍光体１８により反射され、そのまま透光性樹脂３０を透過する。なお、透光穴３５には透光性樹脂３０が充填されている。このように、蛍光体層１８ａは、第１のリフレクタ１２での反射光の焦点位置に設けられた透光穴３５の直上で、且つ所定量の青色光が照射される位置に配置されている。
【００３３】
蛍光体層１８ａは、ＬＥＤランプ１０の上半分位に該当する砲弾型のエポキシ樹脂又はシリコーン樹脂部材の円形平面所定位置に、予め定められた幅の環状の凹溝を形成し、この環状凹溝内に蛍光体１８を混入した樹脂を流し込んで形成する。この形成後に、ＬＥＤランプ１０の下部分を組み合わせる。この他、蛍光体層１８ａは、透光性樹脂に、蛍光体１８を印刷や塗布することによって任意の膜厚に精度良く形成可能である。なお、上記した環状凹溝を設けずに蛍光体１８を混入した樹脂を塗布等によって設けても良い。また、蛍光体層１８ａは、その厚みや蛍光体１８の密度を変えることによって、励起光と直接光（青色光）との割合が変わるので、発光観測面に出る光の色を変えることが可能である。
【００３４】
青色ＬＥＤ２５は、リード電極２０の上面に、光拡散材含有エポキシ樹脂ペースト等によるマウント２３で固着されており、ｐ電極とリード電極２０が、金製のボンディングワイヤ２７により接続され、ｎ電極とリード電極２１が、金製のボンディングワイヤ２８により接続されている。また、青色ＬＥＤ２５は、透光性樹脂３０で封止固定されている。
【００３５】
透光性樹脂３０には、固化後に透明となるシリコーン樹脂又はエポキシ樹脂を用いる。なお、透光性樹脂３０として使用されるシリコーン樹脂又はエポキシ樹脂の代わりに低融点ガラスを用いてもよい。低融点ガラスは、耐湿性に優れるとともに青色ＬＥＤ２５に有害なイオンの侵入を阻止することができる。更に、青色ＬＥＤ２５からの発光を吸収せずにそのまま透過できるため、吸収分を見込んで強く発光させる必要がない。
【００３６】
また、蛍光体１８は、青色ＬＥＤ２５が発光した光の一部を吸収し、その吸収した光の波長と異なる波長を有する光を発光するものであり、セリウムで付活されたＹＡＧ蛍光体からなる。
【００３７】
次に、ＬＥＤランプ１０のマウント２３について説明する。マウント２３には、扱い易さからエポキシ樹脂等の種々の樹脂を用いることができる。マウント２３に用いられる樹脂は、接着性を有すると共に、熱伝導性が良好である無機材料を含有させた樹脂を用いることが好ましい。
【００３８】
また、一般的にマウント２３には、Ａｇを含有させたエポキシ樹脂（Ａｇペースト）が用いられる。Ａｇは良好な光反射性を示し、光の拡散性に有効であるが、高輝度ＬＥＤランプ１０を長時間使用すると、エポキシ樹脂中のＡｇ又はエポキシ樹脂自体が黒色や茶色に着色されて劣化するという不都合があり、特に、青色ＬＥＤ２５近傍のマウント２３にこのような着色が生じると発光効率を大きく低下させる原因となる。マウント２３は、青色ＬＥＤ２５からの光に対する耐侯性に加えて接着性、密着性等の種々の特性が要求されるが、上記した光による樹脂の劣化は、マウント２３に光劣化しない無機材料又は耐侯性のある樹脂を用いることで解消することができる。
【００３９】
更に、マウント２３は、エポキシ樹脂の他に、シリコーン樹脂を用いることもできる。マウント２３中の無機材料は、樹脂との密着性が良好で、青色ＬＥＤ２５からの光によって劣化しないことが好ましい。そのため、無機材料としては、金、アルミニウム、銅、アルミナ、シリカ、酸化チタン、窒化硼素、酸化錫、酸化亜鉛、ダイヤモンドから１種以上を選択して樹脂に含有させる。特に、金、アルミニウム、銅、ダイヤモンド等は放熱性を向上させるので好適である。
【００４０】
また、アルミナ、シリカ、酸化チタン、窒化硼素等は耐侯性に強く、高反射率を維持させることができる。無機材料は、分散性や電気的導通などを考慮して、その形状を球状、針状やフレーク状等種々の形状にすることができる。マウント２３の樹脂中の無機材料含有量は、放熱性や電気伝導性など、種々に調節することができる。しかし、樹脂中の無機材料含有量を多くすると、樹脂の劣化は少ないが、密着性が低下するため、５重量％以上から８０重量％以下にするが、さらに６０重量％以上から８０重量％以下にすれば、より最適に樹脂の劣化を防止することができる。
【００４１】
このようにマウント２３に、青色ＬＥＤ２５が発光した光によって劣化し易いＡｇを含有させない、又は劣化しにくい無機材料を選択することにより、マウント２３を構成する樹脂の光による劣化を抑えることができ、劣化による着色部位を少なくして発光効率の低下を防ぐとともに、良好な接着性を得ることができる。
【００４２】
これにより高輝度、長時間の使用においても、発光効率の低下が極めて少なく高輝度な発光が可能なＬＥＤランプ１０を提供することができる。さらに、熱伝導性の良い材料を用いることで、青色ＬＥＤ２５の特性を安定化させ、さらに色むらを少なくすることができる。
【００４３】
次に、青色ＬＥＤ２５の層構成について、図３を参照して説明する。図３に示すように、青色ＬＥＤ２５は、透明基板として、例えばサファイア基板４１を有している。このサファイア基板４１上に、ＭＯＣＶＤ法等により窒化物半導体層として、例えば、バッファ層４２、ｎ型コンタクト層４３、ｎ型クラッド層４４、ＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉ−Ｑｕａｎｔｕｍ　Ｗｅｌｌ）活性層４５、ｐ型クラッド層４６、およびｐ型コンタクト層４７を順次形成し、さらに、スパッタリング法、真空蒸着法等により、ｐ型コンタクト層４７上の全面に透光性電極５０、透光性電極５０上の一部にｐ電極４８、およびｎ型コンタクト層４３上の一部にｎ電極４９を形成することによって、青色ＬＥＤ２５が構成されている。
【００４４】
バッファ層４２は、例えば、ＡｌＮからなり、ｎ型コンタクト層４３は、例えば、ＧａＮからなる。
【００４５】
Ｎ型クラッド層４４は、例えば、ＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ＜１）からなり、ｐ型クラッド層４６は、例えば、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）からなり、ｐ型コンタクト層４７は、例えば、ＡｌｚＧａ１−ｚＮ（０≦ｚ＜１、ｚ＜ｘ）からなる。また、ｐ型クラッド層４６のバンドギャップは、ｎ型クラッド層４４のバンドギャップより大きくする。Ｎ型クラッド層４４およびｐ型クラッド層４６は、単一組成の構成であっても良く、超格子構造となるように、互いに組成の異なる厚み１００Å以下の上記の窒化物半導体膜が積層される構成であってもよい。膜厚を１００Å以下とすることにより、膜中にクラックや結晶欠陥が発生するのを防ぐことができる。
【００４６】
ＭＱＷ活性層４５は、ＩｎＧａＮからなる複数の井戸層と、ＧａＮからなる複数のバリア層とからなる。また、超格子層を構成するように、井戸層およびバリア層の厚みは１００Å以下、好ましくは６０〜７０Åにする。ＩｎＧａＮは、結晶の性質が他のＡｌＧａＮのようなＡｌを含む窒化物半導体に比べて柔らかいので、ＩｎＧａＮを活性層４５を構成する層に用いることにより、積層した各窒化物半導体層全体にクラックが入り難くなる。
【００４７】
なお、ＭＱＷ活性層４５は、ＩｎＧａＮからなる複数の井戸層と、ＡｌＧａＮからなる複数のバリア層とから構成してもよい。また、ＡｌＩｎＧａＮからなる複数の井戸層と、ＡｌＩｎＧａＮからなる複数のバリア層とから構成してもよい。但し、バリア層のバンドギャップエネルギーは、井戸層のバンドギャップエネルギーより大きくする。
【００４８】
また、ＭＱＷ活性層４５よりサファイア基板４１側、例えば、ｎ型コンタクト層４３のバッファ層４２側に反射層を形成してもよい。また、反射層は、ＭＱＷ活性層４５が積層されているサファイア基板４１の表面と反対側の表面に形成してもよい。反射層は、活性層４５からの放出光に対して最大の反射率を有しているものが好ましく、例えば、Ａｌから形成してもよく、ＧａＮ系の薄膜の多層膜から形成してもよい。反射層を設けることにより、活性層４５からの放出光を反射層で反射でき、活性層４５からの放出光の内部吸収を減少させ、上方への出力光を増大させることができ、マウント２３への光入射を低減してその光劣化を防止することができる。このような青色ＬＥＤ２５の発光波長は、３８０ｎｍ〜４８０ｎｍである。また、青色ＬＥＤ２５のピーク発光波長は、例えば、４５０ｎｍにある。
【００４９】
このように構成されたＬＥＤランプ１０において、リード電極２０，２１間に所定の電圧を印加すると、青色ＬＥＤ２５は４５０ｎｍの波長の青色光を発光する。この青色光は、第１のリフレクタ１２で反射され、波線矢印３２，３３で示すように、円形平板１４及び第２のリフレクタ１６の透光穴３５を透過して、蛍光体層１８ａに照射され、蛍光体１８を励起し、励起された蛍光体１８は、５６０〜５７０ｎｍの黄色光を発光する。この時、青色光の一部は蛍光体１８に照射されず、又は蛍光体１８表面で反射し、そのまま蛍光体層１８ａ内および透光性樹脂３０内を透過し、この透過過程で励起光と混合される。この混合された光は、透光性樹脂３０を透過して外部に漏れ出るが、その混合された光は、人間の目では白色に見え、結果として、ＬＥＤランプ１０は、白色に発光しているように見える。
【００５０】
また、第１のリフレクタ１２の反射面で反射される青色光は、前記反射面が青色ＬＥＤ２５に近いほど、光密度の高い青色光が反射されることになる。したがって、波線矢印３２で示す密な反射光が、環状の蛍光体層１８ａの外周側に照射され、波線矢印３３で示す粗な反射光が、蛍光体層１８ａの内周側に照射される。蛍光体層１８ａは環状なので、内周側である狭い範囲に粗の光が集まり、外周側である広い範囲に密の光が集まるので、蛍光体層１８ａの環状全体としては、均一な光密度になる。このように光密度が均一であれば、蛍光体層１８ａ内の蛍光体１８の全体に光が均一に照射されるので、安定した波長変換が行われ、効果的に波長変換を行うことができる。
【００５１】
また、蛍光体１８の下面で反射（散乱）した光は、第２のリフレクタ１６で上方へ反射され、この反射光の一部は、再び蛍光体１８に照射（再照射）されるが、環状の蛍光体層１８ａが存在する領域は、この蛍光体層１８ａが存在する水平面全体の光透過面積に比べて小さいので、その再照射量は少ない。つまり、第２のリフレクタ１６での反射光の多くは、蛍光体層１８ａを避けて周囲の透光性樹脂３０を介して外部へ出射される。
【００５２】
つまり、従来のように、青色ＬＥＤの周囲に所定の密度で万遍なく蛍光体が存在するタイプのものに比べ、蛍光体による散乱量を減少させることができるので、発光効率を向上させることができる。
【００５３】
また、ＬＥＤランプ１０は、第１のリフレクタ１２で集光された青色光を蛍光体層１８ａに照射する構造としたので、蛍光体層１８ａを透光性樹脂３０の全体ではなく特定領域に存在させればよく、これによって蛍光体１８の使用量を少量とすることができ、コストダウンが可能になる。
【００５４】
（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２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。但し、この図４に示す第２の実施の形態においては、図１の各部に対応する部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
【００５５】
この図４に示すＬＥＤランプ６０は、所謂レンズタイプのものであり、絶縁性を有するガラスエポキシ樹脂基板６２の上下の側面に、電気的に絶縁された２つのリード電極６４，６５が金の配線パターンによって形成されている。リード電極６４，６５の上面には、プラスチック製のカップ形状の第１のリフレクタ６７が設けられている。
【００５６】
第１のリフレクタ６７は、その表面が青色ＬＥＤ２５で発光された青色光を、波線矢印７１で示すように反射する反射鏡となっている。リード電極６４，６５は非対称であり、一方のリード電極６５の上面は、第１のリフレクタ６７が形成する空間底部の中央部分まで形成されているが、他方のリード電極６４は、上記空間の底部に少しだけ露出した状態に形成されている。
【００５７】
また、第１のリフレクタ６７の上方には、第１のリフレクタ６７で反射された青色光を、波線矢印７３で示すように所定位置に集光する凹レンズ（集光レンズ）６９が配置されている。凹レンズ６９の上方には、その集光位置に透光穴７５を有する円形平板７７及び第２のリフレクタ７９が配置されており、この上方には、円盤状の蛍光体層８１が配置され、第１のリフレクタ６７上の全ての構成要素がレンズ型の透光性樹脂３０で封止されている。
【００５８】
第１のリフレクタ６７は、カップ部材６６の表面にアルミニウム蒸着等によって反射膜を形成したものである。第２のリフレクタ７９は、同様に反射膜を形成するか、アルミニウム板を円形平板７７に貼り合わせる等の手法で形成したものである。但し、第１及び第２のリフレクタ６７，７９に形成された反射膜は、３５０〜７８０ｎｍの波長の光を反射する膜が好ましい。
【００５９】
また、円形平板７７及び第２のリフレクタ７９に設けられた透光穴７５を透過した青色光は、蛍光体層８１に照射されるが、その透過光の一部は、蛍光体層８１に照射されず、又は蛍光体１８表面で反射し、そのまま透光性樹脂３０を透過する。なお、透光穴７５には透光性樹脂３０が充填されている。つまり、蛍光体層８１は、凹レンズ６９の集光位置に設けられた透光穴７５の直上で、且つ所定量の青色光が照射される位置に配置されている。
【００６０】
蛍光体層８１は、ＬＥＤランプ６０の上半分位に該当する砲弾型のエポキシ樹脂又はシリコーン樹脂部材の円形平面所定位置に、予め定められた直径の凹溝を形成し、この凹溝に、蛍光体１８を混入した同樹脂を流し込んで形成する。この形成後に、ＬＥＤランプ６０の下部分を組み合わせる。この他、蛍光体層８１は、透光性樹脂に蛍光体１８を印刷や塗布することによっても形成可能である。なお、蛍光体層８１は、その厚みや蛍光体１８の密度を変えることで、励起光の色を変えることが可能である。
【００６１】
このように構成されたＬＥＤランプ６０において、リード電極６４，６５間に電圧を印加すると、青色ＬＥＤ２５が４５０ｎｍの波長の青色光を発光する。この青色光は、第１のリフレクタ６７によって波線矢印７１で示すように反射し、円形平板７７及び第２のリフレクタ７９の透光穴７５を透過して、蛍光体層８１に照射され、蛍光体１８を励起し、励起された蛍光体１８は、５６０〜５７０ｎｍの黄色光を発光する。この時、青色光の一部は蛍光体１８に照射されず、又は蛍光体１８表面で反射し、そのまま透光性樹脂３０を透過し、この透過過程で励起光と混合される。この混合された光は、透光性樹脂３０を透過して外部に漏れ出るが、その混合された光は、人間の目では白色に見え、結果として、ＬＥＤランプ１０は、白色に発光しているように見える。
【００６２】
また、蛍光体１８の下面で反射（散乱）した光は、第２のリフレクタ７９で上方へ反射され、この反射光の一部は、再び蛍光体１８へ照射（再照射）されるが、蛍光体層８１が存在する領域は、この蛍光体層８１が存在する水平面全体の光透過面積に比べて小さいので、その再照射量は少ない。従って、第２のリフレクタ７９による反射光の多くは、蛍光体層８１を避けて透光性樹脂３０を介して外部へ出射する。
【００６３】
つまり、従来のように青色ＬＥＤの周囲に所定の密度で万遍なく蛍光体が存在するタイプのものに比べ、蛍光体による散乱量を減少させることができるので、発光効率を向上させることができる。
【００６４】
また、ＬＥＤランプ６０は、第１のリフレクタ６７で青色ＬＥＤ２５からの光を反射させた後、凹レンズ６９で集光された青色光を蛍光体層８１に照射する構造としたので、蛍光体層８１は透光性樹脂３０の全体ではなく特定領域に存在させればよく、これによって高価な蛍光体１８の使用量を少量にすることができる。したがって、コストダウンが可能になる。
【００６５】
青色ＬＥＤ２５は等方的に発光するので、マウント２３に放射される光密度が高い。そこで、マウント２３中に蛍光体１８を含有させると、青色ＬＥＤ２５から発せられるそれらの光はマウント２３中の蛍光体１８で反射し、また、マウント２３中の蛍光体１８によって励起された光として等方的に新たに放出される。このように、マウント２３にも蛍光体１８を含有させると、ＬＥＤランプは更に高輝度となる。
【００６６】
（第３の実施の形態）
図５は、本発明の第３の実施の形態に係る発光装置の構成を示す断面図、図６は、概略平面透視図である。
【００６７】
本実施の形態によるＬＥＤランプ８０は、１個の青色ＬＥＤ２５と、樹脂製又は金属製のカップ部材９１に形成された４個の第１のリフレクタ８２ａ，８２ｂ，８２ｃ，８２ｄと、樹脂材等による円板形の絶縁体８３と、第１のリフレクタ８２ａ〜８２ｄに対向配置された４個の蛍光体層８９ａ，８９ｂ，８９ｃ，８９ｄとを主体に構成されている。蛍光体層８９ａ〜８９ｄ、蛍光体１８のほか、光が反射し或いは透過する材料は、上記実施の形態と同一特性、同一組成、或いは同一材料のものを用いている。
【００６８】
カップ部材９１の上面には、４つの凹部による第１のリフレクタ８２ａ，８２ｂ，８２ｃ，８２ｄが形成され、内部には透光性樹脂３０が充填されている。第１のリフレクタ８２ａ〜８２ｄの中心部には頂点１１が形成され、この頂点１１を中心にして、同一円周上に９０°間隔で第１のリフレクタ８２ａ〜８２ｄが形成されている。また、頂点１１の真上には、青色ＬＥＤ２５が配置されている。
【００６９】
絶縁体８３の下面には、図６に示すように、リード電極８６ａ，８６ｂが設けられており、青色ＬＥＤ２５は、リード電極８６ａ，８６ｂにＡｕバンプ２５ａを介してフリップチップ接続されている。絶縁体８３の上面には、絶縁体８３と同一径の円板形の第２のリフレクタ８８が貼着されている。第２のリフレクタ８８の上面には、メッキ、蒸着等により反射面が形成されている。
【００７０】
絶縁体８３および第２のリフレクタ８８には、第１のリフレクタ８２ａ〜８２ｄからの反射光を上方に導くためのスポット状の透光穴８７ａ，８７ｂ，８７ｃ，８７ｄが開口されている。この透光穴８７ａ〜８７ｄのそれぞれの上方には、蛍光体１８の混入された円板形の蛍光体層８９ａ，８９ｂ，８９ｃ，８９ｄが配設されている。この蛍光体層８９ａ〜８９ｄは、第２のリフレクタ８８の直径に比べて小さく設定されている。そして、蛍光体層８９ａ〜８９ｄは、砲弾型を成すように封止された透光性樹脂９０の内部に封入されている。透光性樹脂９０は、例えば、蛍光体層８９ａ〜８９ｄの配設高さになるまで第２のリフレクタ８８上に封止した後、この蛍光体層８９ａ〜８９ｄの直径相当の４つの凹部を形成し、この凹部内に蛍光体層８９ａ〜８９ｄを配置した後、その上部に透光性樹脂９０を追加モールドすることにより封入される。
【００７１】
リード電極８６ａ，８６ｂの端部は、透光性樹脂３０から露出してカップ部材９１の外側に折り曲げられており、この露出部分に配線されることによって樹脂封止された青色ＬＥＤ２５と電気的に接続されるようになっている。
【００７２】
図７は、第１のリフレクタ８２ａ〜８２ｄの詳細構成を示す。図中、（ａ）は斜視図を示し、（ｂ）は（ａ）の平面図であり、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ断面である。第１のリフレクタ８２ａ〜８２ｄのそれぞれは、円を１／４分割した形状を持ち、この１／４分割の各上面は所定の内径を有するように凹面加工が施されている。具体的には、青色ＬＥＤ２５からの光の反射光のほぼ全部が、蛍光体層８９ａ〜８９ｄのそれぞれの下面に入射するような曲率を有するように、第１のリフレクタ８２ａ〜８２ｄに凹面が形成されている。この凹面は、樹脂成形、切削、プレス加工等により形成することができる。
【００７３】
第３の実施の形態においては、青色ＬＥＤ２５に通電が行われると、その下面から発光し、その青色光は第１のリフレクタ８２ａ〜８２ｄの内面（反射面）に入射し、表面反射する。その反射光は第１のリフレクタ８２ａ〜８２ｄによって波線矢印３２，３３に示すように集光され、透光穴８７ａ〜８７ｄを通過した後、蛍光体層８９ａ〜８９ｄの下面の全域に入射する。蛍光体層８９ａ〜８９ｄに入射した光は、第１の実施の形態で説明したように、混入されている蛍光体１８に一部が吸収される。蛍光体１８は、吸収した光の波長とは異なる波長を発光し、この光と蛍光体１８を避けて蛍光体層内を通過した青色光と蛍光体表面で反射した青色光とが混合し、その混合光は青色以外の光（例えば、白色光）となって発光観測面側へ出射する。
【００７４】
また、蛍光体層８９ａ〜８９ｄから第２のリフレクタ８８へ向かった光は、この第２のリフレクタ８８で反射した後、発光観測面側へ出射するため、発光効率が高められる。しかも、蛍光体層８９ａ〜８９ｄは第１の実施の形態の蛍光体層１８ａに比べ、更に面積を小さくできるため、蛍光体１８による散乱量の低減が図れ、発光効率は更に高められる。また、高価な蛍光体１８の使用量を低減できるため、ローコスト化を図ることができる。
【００７５】
（第４の実施の形態）
図８は、本発明の第４の実施の形態に係る発光装置の構成を示す断面図、図９は、概略平面透視図である。図８および図９においては、図５および図６と同一であるものには、同一引用数字を用いている。したがって、重複する説明は省略する。
【００７６】
本実施の形態が第３の実施の形態と異なるところは、ボンディングワイヤが絶縁体８３の上面側で接続され、ＬＥＤ２５による発光が下面から行われる構造（或いは、少なくとも実装面側からの光出射量の方が多い構造）の青色ＬＥＤ１０１を絶縁体８３の上面に設けた構成にある。なお、この場合、絶縁体８３は透光性を有している必要がある。青色ＬＥＤ１０１は、透明樹脂（接着剤）１０２により絶縁体８３上に搭載される。
【００７７】
青色ＬＥＤ１０１を絶縁体８３の上面に設けたことにより、図５の絶縁体８３の下面から不要になったリード電極８６ａ，８６ｂが除去され、更に、第２のリフレクタ８８に代えて１枚の金属円板を２分割したリード電極１０３ａ，１０３ｂが設けられている。リード電極１０３ａと１０３ｂの間には隙間１０４が設けられ、リード電極１０３ａと１０３ｂが接触しないように配慮されている。リード電極１０３ａと青色ＬＥＤ１０１の一方の電極とはボンディングワイヤ８４によって接続され、リード電極１０３ｂと青色ＬＥＤ１０１の他方の電極とはボンディングワイヤ８５によって接続されている。
【００７８】
リード電極１０３ａ，１０３ｂの上面には、メッキ、蒸着等による反射面が形成されている。この反射面は、第３の実施の形態の第２のリフレクタ８８に相当する機能を有する。したがって、第４の実施の形態では、第３の実施の形態に比べて構成部品数を低減できるほか、青色ＬＥＤ１０１が上側に配置されていることでボンディング作業が容易になる。なお、本実施の形態におけるその他の効果は、第３の実施の形態と同じである。
【００７９】
第３および第４の実施の形態においても、第１および第２の実施の形態と同様に、蛍光体層８９ａ〜８９ｄは、その厚みや蛍光体１８の密度を変えることによって、励起光と直接光（青色光）との割合が変わるので、出励起光の色を変えることができる。
【００８０】
なお、図５および図８においては、蛍光体層８９ａ〜８９ｄは同一平面上に設けたが、相互に異なる高さ位置に設けることもできる。この場合、第１のリフレクタ８２ａ〜８２ｄの曲率半径を集光位置に合わせて変更する必要がある。また、蛍光体層８９ａ〜８９ｄのそれぞれは同一の直径および形状であるとしたが、任意の直径および形状にすることもでき、蛍光体層８９ａ〜８９ｄの膜厚を適切かつ容易に設定できる。この場合、直径や形状に応じて透光穴８７ａ〜８７ｄの内径を変更するのが望ましい。
【００８１】
また、第３と第４の実施の形態を組み合わせた構成の発光装置も可能である。すなわち、絶縁体８３の下面にリード電極１０３ａ，１０３ｂと青色ＬＥＤ２５を設置し、絶縁体８３の上面に第２のリフレクタ８８を設置する構成の発光装置とすることもできる。この構成によれば、青色ＬＥＤ２５からの光が透明絶縁体を介することなく第１のリフレクタ８２ａ〜８２ｄに照射されるため、光の利用効率を向上させることができる。
【００８２】
以上説明したほか、第１〜第４の実施の形態で説明した各々の発光装置（ＬＥＤランプ１０，６０，８０，１００）に用いた蛍光体１８に、現在実用化されている赤・緑・青各色の蛍光体を用いてもよい。その各色蛍光体の各々の成分は、次式の通りである。
【００８３】
赤蛍光体は、Ｌａ２　Ｏ２　Ｓ：Ｅｕ，Ｓｍ（ＹＯＳ：Ｅｕ）
緑蛍光体は、３（Ｂａ，Ｍｇ，Ｅｕ，Ｍｕ）Ｏ・８Ａｌ２　Ｏ３　（ＢＡＭ：Ｅｕ，Ｍｎ）
青蛍光体は、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｅｕ）１０（ＰＯ４　）６　・Ｃｌ２
また、マウント２３に蛍光体１８を含有させてもよい。蛍光体１８を用いたＬＥＤランプは、蛍光体１８を用いないＬＥＤランプと比較して光の密度が極端に高くなる。つまり、青色ＬＥＤ２５から放出される光は、蛍光体１８を透過しないため、青色ＬＥＤ２５で発光された光は、青色ＬＥＤ２５近傍に設けられた蛍光体１８によって反射され、蛍光体１８によって励起された光として等方的に新たに放出され、第１のリフレクタ１２，６７，８２ａ〜８２ｄによっても反射され、ＬＥＤランプの各部分の屈折率の差によっても反射される。そのため、青色ＬＥＤ２５の近傍に光が部分的に密に閉じ込められ、青色ＬＥＤ２５，１０１近傍の光密度が極めて高くなり、ＬＥＤランプは、青色ＬＥＤ２５から発せられた光の一部を蛍光体層１８ａに照射させる前にあらかじめマウント２３中の蛍光体１８により波長変換させることが可能となるため、蛍光体層１８ａの蛍光体１８の密度を小さくすることができる。このため、蛍光体層１８ａの蛍光体１８による光の散乱効果・遮蔽効果を小さくすることができるので、ＬＥＤランプは更に高輝度となる。
【００８４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の発光装置によれば、蛍光体によって観測面側の反対側へ散乱した光を、反射鏡によって観測面側へ反射するようにしたため、光の取り出し効率（発光効率）を向上させることができる。また、発光素子の出射光を集光して集光領域のみに蛍光体を置くようにしたため、蛍光体の使用量を低減することができる。更に、反射鏡に反射される光の一部を蛍光体のない部分から観測面側へ出すようにしたため、光の取り出し効率（発光効率）を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１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２】上記第１の実施の形態に係る発光装置の主要部の構成を示す概略平面透視図である。
【図３】発光装置における青色ＬＥＤの層構成を示す図である。
【図４】本発明の第２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５】本発明の第３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６】図５のＬＥＤランプの概略平面透視図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態における第１のリフレクタの詳細構成を示し、（ａ）は斜視図を示し、（ｂ）は（ａ）の平面図であり、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ断面である。
【図８】本発明の第４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９】図８のＬＥＤランプの概略平面透視図である。
【符号の説明】
１０，６０，８０，１００　ＬＥＤランプ
１１　第１のリフレクタの反射面の環状中心部に盛り上がった円錐の頂点
１２　第１のリフレクタ
１３，６６　カップ部材
１４，７７　円形平板
１６，７９，８８　第２のリフレクタ
１８　蛍光体
１８ａ，８１，８９ａ，８９ｂ，８９ｃ，８９ｄ　蛍光体層
２０，２１，６４，６５　リード電極
２３　マウント
２５，１０１　青色ＬＥＤ
２５ａ　Ａｕバンプ
２７，２８　ボンディングワイヤ
３０　透光性樹脂
３２　蜜の光の反射を示す矢印
３３　粗の光の反射を示す矢印
３５，７５　透光穴
４１　サファイア基板
４２　バッフア層
４３　ｎ型コンタクト層
４４　ｎ型クラッド層
４５　ＭＱＷ活性層
４６　ｐ型クラッド層
４７　ｐ型コンタクト層
４８　Ｐ電極
４９　ｎ電極
５０　透光性電極
６７，８２ａ，８２ｂ，８２ｃ，８２ｄ　第１のリフレクタ
６９　凹レンズ
７１　波線矢印
７３　凹レンズで集光される光を示す矢印
８３　絶縁体
８４，８５　ボンディングワイヤ
８７ａ，８７ｂ，８７ｃ，８７ｄ　透光穴
９０　透光性樹脂
９１　カップ部材
１０３ａ，１０３ｂ　リード電極
１０４　隙間
【図１】
2004111909.tif 000003
【図２】
2004111909.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004111909.tif 000006
【図５】
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【図６】
2004111909.tif 000008
【図７】
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【図８】
2004111909.tif 000010
【図９】
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