(57)【要約】【課題】  光取出効率を高めることができるとともに、長期間にわたって高輝度の照射光を得ることができ、かつ色むらを改善することができる蛍光体板及びこれを備えた発光装置を提供する。【解決手段】  ＬＥＤ素子３の光取出側に配設され、ＬＥＤ素子３から発せられる青色光を受けて励起されることにより黄色の波長変換光を発する蛍光体４Ｂを基部材４Ａに含有してなる波長変換用の蛍光体板４であって、この蛍光体板４の基部材４Ａには、青色光の進行方向を変換する気泡９が含有されている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子の光取出側に配設され、前記発光素子から発せられる光を受けて励起されることにより波長変換光を発する蛍光体を基部材に含有してなる波長変換用の板部材であって、
前記基部材には、前記光の進行方向を変換する光進行方向変換部が設けられていることを特徴とする蛍光体板。
【請求項２】
前記光進行方向変換部の屈折率ｎ１は、前記基部材の屈折率をｎ２とすると、ｎ１≦ｎ２を満足する屈折率に設定されている請求項１に記載の蛍光体板。
【請求項３】
前記発光素子は発光ダイオード素子からなる請求項１又は２に記載の蛍光体板。
【請求項４】
前記蛍光体は、前記板部材の光出射面から白色光を出射するための蛍光体である請求項１乃至３のいずれかに記載の蛍光体板。
【請求項５】
前記光進行方向変換部は気泡である請求項１乃至４のいずれかに記載の蛍光体板。
【請求項６】
前記光進行方向変換部は粒子である請求項１乃至４のいずれかに記載の蛍光体板。
【請求項７】
光取出側に開口する内部空間を有するケースと、
前記ケースの光取出側に配設された蛍光体板と、
前記蛍光体板の光反取出側に配設され、かつ前記ケース内に収容された発光素子とを備えた発光装置において、
前記蛍光体板は、請求項１乃至６のいずれかに記載の蛍光体板であ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、発光素子から発せられる光を受けて励起されることにより波長変換光を発する蛍光体板及びこれを備えた発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、単一の発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）素子から発せられる光と、この光で励起されて発する波長変換光との混合により白色光を得ることができる発光装置が実用化されている。
【０００３】
従来、この種の発光装置には、光取出側に開口するケースを有するパッケージと、ケース内に収容されたＬＥＤ素子と、ＬＥＤ素子をケース内で封止する蛍光体含有の封止部材とを備えたものが知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
このような発光装置においては、ＬＥＤ素子として青色光を発する青色ＬＥＤ素子であり、また蛍光体として青色光で励起されて黄色光を発する蛍光体であると、ＬＥＤ素子から発せられる青色の励起光と蛍光体から発せられる黄色の波長変換光との混合により白色光が得られる。
【特許文献１】特開２００５−９３７１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１によると、次の（１）〜（３）に示す問題があった。
（１）ＬＥＤ素子からの光の一部が封止部材に吸収され、このため光吸収損失が生じ、光取出効率が低下する。
【０００６】
（２）蛍光体含有の封止部材がＬＥＤ素子に接触する構造であるため、ＬＥＤ素子の発光による発熱によって蛍光体が劣化する。この結果、蛍光体の波長変換効率が低下し、長期間にわたって高輝度の照射光を得ることができない。
【０００７】
（３）蛍光体含有の封止部材がケース内に充填されているため、蛍光体の一部がケース底部に沈殿してその分布状態が悪くなるばかりか、ＬＥＤ素子から様々な方向に発せられる光の行路長が蛍光体含有の封止部材中で一定でなくなる。この結果、封止部材中で良好な波長変換が行われず、色むらが生じる。
【０００８】
従って、本発明の目的は、光取出効率を高めることができるとともに、長期間にわたって高輝度の照射光を得ることができ、かつ色むらを改善することができる蛍光体板及びこれを備えた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】
【０００９】
（１）本発明は、上記目的を達成するために、発光素子の光取出側に配設され、前記発光素子から発せられる光を受けて励起されることにより波長変換光を発する蛍光体を基部材に含有してなる波長変換用の板部材であって、前記基部材には、前記光の進行方向を変換する光進行方向変換部が設けられていることを特徴とする蛍光体板を提供する。
【００１０】
（２）本発明は、上記目的を達成するために、光取出側に開口する内部空間を有するケースと、前記ケースの光取出側に配設された蛍光体板と、前記蛍光体板の光反取出側に配設され、かつ前記ケース内に収容された発光素子とを備えた発光装置において、前記蛍光体板は、上記（１）に記載の蛍光体板であることを特徴とする発光装置を提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると、光取出効率を高めることができるとともに、長期間にわたって高輝度の照射光を得ることができ、かつ色むらを改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
[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蛍光体板を備えた発光装置を説明するために示す図である。図１（ａ）は発光装置全体の断面図を、図１（ｂ）はＬＥＤ素子の断面図をそれぞれ示す。
【００１３】
〔発光装置１の全体構成〕
図１（ａ）において、発光装置１は、素子収容用のパッケージ２と、このパッケージ２内に収容されたＬＥＤ素子３と、パッケージ２内に充填されてＬＥＤ素子３を封止する封止部材８と、ＬＥＤ素子３の光取出側に封止部材８を覆うように配置された蛍光体板４とから大略構成されている。
【００１４】
（パッケージ２の構成）
パッケージ２は、図１（ａ）に示すように、ＬＥＤ素子３を収容可能なケース５と、ケース５の一方側（図１では下側）開口部を覆う素子搭載基板６とを有している。
【００１５】
<ケース５の構成>
ケース５は、図１（ａ）に示すように、基板側から光取出側に向かって開口する平面円形状の内部空間５Ａを有し、全体が例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）等のセラミックス材料からなる箱体によって形成されている。ケース５の材料としては、Ａｌ2Ｏ3の他にシリコン（Ｓｉ）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）あるいは白色樹脂が用いられる。ケース５内には、ＬＥＤ素子３からの光を光取出側に反射するための傾斜面５Ｂが設けられている。内部空間５Ａの光取出側には、蛍光体板４を取り付けるための段状面５Ｃが設けられている。内部空間５Ａには封止部材８が充填されている。
【００１６】
<素子搭載基板６の構成>
素子搭載基板６はＡｌ2Ｏ3のセラミックス材料によって形成されている。素子搭載基板６の材料としては、Ａｌ2Ｏ3の他に、ＳｉやＡｌＮあるいは白色樹脂が用いられる。素子搭載基板６の光取出側面（表面）には、ＬＥＤ素子３のｐ側電極３Ａ及びｎ側電極３Ｂ（図１（ｂ）に示す）にそれぞれ金（Ａｕ）からなるボンディングワイヤ１２，１３を介して接続する第１配線パターン１４，１５が設けられている。素子搭載基板６の実装側面（裏面）には、ＬＥＤ素子３に対して電源電圧を供給するための第２配線パターン１６，１７が設けられている。そして、第１配線パターン１４と第２配線パターン１６と及び第１配線パターン１５と第２配線パターン１７とは、それぞれ素子搭載基板６を貫通するビアホール１９，２０内に充填されたビアパターン２２，２３により電気的に接続されている。第１配線パターン１４，１５及び第２配線パターン１６，１７は、例えばタングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属によりビアパターン２２，２３と一体的に形成されている。
【００１７】
なお、第１配線パターン１４，１５及び第２配線パターン１６，１７の表面には、ニッケル（Ｎｉ），アルミニウム（Ａｌ），白金（Ｐｔ），チタン（Ｔｉ），Ａｕ，銀（Ａｇ），銅（Ｃｕ）など単層又は積層あるいは半田材料による金属層が必要に応じて形成される。
【００１８】
（封止部材８の構成）
封止部材８は、シリコーン等の光透過性樹脂材料からなり、素子搭載基板６と蛍光体板４との間に配置され、前述したようにケース５内でＬＥＤ素子３を封止するように構成されている。封止部材８の材料としては、シリコーンの他に、エポキシ等の樹脂材料やＮ2，Ａｒ等の不活性ガスが用いられる。
【００１９】
（ＬＥＤ素子３の構成）
ＬＥＤ素子３は、ｐ側電極３Ａ及びｎ側電極３Ｂ（共に図１（ｂ）に示す）を有するフェイスアップ型の青色ＬＥＤ素子からなり、図１（ａ）に示すようにパッケージ２内の封止部材８によって封止され、かつ第１配線パターン１４，１５にボンディングワイヤ１２，１３を介して接続されている。ＬＥＤ素子３は、図１（ｂ）に示すように、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）基板２４上にＡｌＮからなるバッファ層（図示せず）及びｎ型半導体（ｎ−ＧａＮ）層２５・発光層２６・ｐ型半導体（ｐ−ＧａＮ）層２７を順次結晶成長させることにより形成されている。ＬＥＤ素子３の平面縦横寸法は、例えば縦寸法及び横寸法をそれぞれ約１ｍｍとする平面サイズに設定されている。
【００２０】
（蛍光体板４の構成）
蛍光体板４は、図１（ａ）に示すように、基部材４Ａ及び蛍光体４Ｂからなり、ケース５の内部空間５Ａに収容され、かつ段状面５Ｃに取り付けられている。蛍光体板４の厚さは均一な寸法（１００μｍ〜５００μｍ）に設定されている。
【００２１】
基部材４Ａは、空気の屈折率ｎ１（ｎ１＝１．０）より大きい屈性率ｎ２（ｎ２＝１．４〜１．５）の光透過性（透明）材料からなる平面円形状の薄板によって形成されている。基部材４Ａの材料としては、シリコーン，アクリル等の有機材料やガラス等の無機材料あるいは無機材料と有機材料との混合材料が用いられる。基部材４Ａには、ＬＥＤ素子３からの光（青色光）の進行方向を変換する光進行方向変換部としての気泡９（屈折率ｎ１）が含有されている。気泡９のサイズ（直径）は例えば１００μｍ程度の寸法に、またその含有量割合は蛍光体板４の全体積に対して２〜３％の体積を占める割合にそれぞれ設定されている。
【００２２】
蛍光体４Ｂは基部材４Ａに含有されている。そして、ＬＥＤ素子３からの青色光を受けて励起されることにより、波長変換光（黄色光）を発するＹＡＧ（ＹｔｔｒｉｕｍＡｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）等の材料によって形成されている。
【００２３】
〔発光装置１の動作〕
先ず、ＬＥＤ素子３に電源から第２配線パターン１６，１７及びビアパターン２２，２３・第１配線パターン１４，１５・ボンディングワイヤ１２，１３を介して電圧が印加されると、ＬＥＤ素子３の発光層２６において青色光を発し、この青色光がＬＥＤ素子３の光取出面から封止部材８に出射される。
【００２４】
次に、ＬＥＤ素子３からの出射光が封止部材８を透過して蛍光体板４に入射する。この場合、ＬＥＤ素子３からの出射光の一部が封止部材８を透過し、またケース５の傾斜面５Ｂで反射してから封止部材８を透過し、それぞれ蛍光体板４に入射する。
【００２５】
そして、蛍光体板４（蛍光体４Ｂ）では入射した青色光を受けて励起されることにより黄色の波長変換光を発する。このため、ＬＥＤ素子３から発せられる青色光と蛍光体４Ｂから発せられる黄色光とが混合して白色光となる。この場合、蛍光体板４に入射した青色光の一部は、蛍光体板４中の気泡９に入射する。この際、気泡９の界面で進行方向を変換して反射され、青色光は蛍光体４Ｂに入射する。また、気泡９に入射する青色光はその内部で屈折し、さらに気泡９から出射する際に屈折して蛍光体４Ｂに入射する。これにより、青色光の一部が基部材４Ａに吸収されず、光吸収損失の発生を抑制した状態で白色光が生成される。この後、白色光が蛍光体板４を透過し、蛍光体板４の光出射面から外部に出射される。
【００２６】
[第１の実施の形態の効果]
以上説明した第１の実施の形態によれば、次に示す効果が得られる。
【００２７】
（１）ＬＥＤ素子３からの青色光の一部が封止部材８に吸収されず、このため光吸収損失の発生を抑制することができ、光取出効率を高めること（２０〜３０％向上）ができる。
【００２８】
（２）ＬＥＤ素子３の発熱による蛍光体４Ｂの劣化発生を抑制することができるため、蛍光体４Ｂの波長変換効率を高めることでき、長期間にわたって高輝度の照射光を得ることができる。
【００２９】
（３）蛍光体板４（基部材４Ａ）中で蛍光体４Ｂの分布状態が良好であるとともに、ＬＥＤ素子３から様々な方向に発せられる光の行路長が蛍光体板４中で一定であり、このため蛍光体板４中で良好な波長変換が行われ、色むらを改善することができる。
【００３０】
[第２の実施の形態]
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る蛍光体板を備えた発光装置を説明するために示す断面図である。図２において、図１と同一の部材については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００３１】
図２に示すように、第２の実施の形態に示す発光装置３１は、光進行方向変換部として粒子を用いた点に特徴がある。
【００３２】
このため、基部材４Ａには、ＬＥＤ素子３からの青色光の進行方向を変換する粒子として例えばシリカ（ＳｉＯ2）からなるビーズ３２（屈折率ｎ３＝１．４）が含有されている。ビーズ３２のサイズ（直径）は例えば２０μｍ〜１００μｍ程度の寸法に、またその含有量割合は蛍光体板４の全体積に対して２〜３％の体積を占める割合にそれぞれ設定されている。
【００３３】
[第２の実施の形態の効果]
以上説明した第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果（１）〜（３）と同様の効果が得られる。
【００３４】
[第３の実施の形態]
図３は、本発明の第３の実施の形態に係る蛍光体板を備えた発光装置を説明するために示す図である。図３（ａ）は発光装置全体の断面図を、また図３（ｂ）は蛍光体板の斜視図を示す。図３（ａ）及び（ｂ）において、図１と同一の部材については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００３５】
図３（ａ）に示すように、第３の実施の形態に示す発光装置４１は、貫通孔４２Ａを有する蛍光体板４２を備えた点に特徴がある。
【００３６】
このため、蛍光体板４２の貫通孔４２Ａは、蛍光体板４２の光入射面及び光出射面に開口する丸孔によって形成され、その内部の空気層が光進行方向変換部として機能するように構成されている。これにより、蛍光体板４２中に入射したＬＥＤ素子３からの青色光の一部が貫通孔４２Ａ内の空気層と基部材４Ａとの界面で進行方向を変換して反射され、蛍光体４Ｂに入射する。また、貫通孔４２Ａ内の空気層に入射する青色光の一部はその内部で屈折し、さらに貫通孔４２Ａ内から外部に出射する際に蛍光体４Ｂに入射する。
【００３７】
[第３の実施の形態の効果]
以上説明した第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果（１）〜（３）と同様の効果が得られる。
【００３８】
なお、本実施の形態においては、貫通孔４２Ａ内が空気層である場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、基部材４Ａの屈折率より小さい屈折率をもつガラス等の充填物であってもよい。
【００３９】
以上、本発明の発光装置を上記の実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施することが可能であり、例えば次に示すような変形も可能である。
【００４０】
（１）本実施の形態では、ＬＥＤ素子３から発せられる青色光を受けて励起されることにより黄色の波長変換光を発する蛍光体板４，４２である場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、ＬＥＤ素子から発せられる紫色光（波長３７０〜３９０ｎｍ）を受けて励起されることにより白色の波長変換光を発する蛍光体板であってもよい。
【００４１】
（２）本実施の形態では、フェイスアップ型のＬＥＤ素子３を用いたが、フェイスダウン型のＬＥＤ素子３を用いてもよい。この場合、ＬＥＤ素子３は第１配線パターン１４，１５にフリップ実装される。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係る蛍光体板を備えた発光装置及びそのＬＥＤ素子をそれぞれ説明するために示す断面図。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る蛍光体板を備えた発光装置を説明するために示す断面図。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第３の実施の形態に係る発光装置と蛍光体板を説明するために示す断面図と斜視図。
【符号の説明】
【００４３】
１，３１，４１…発光装置、２…パッケージ、３…ＬＥＤ素子、３Ａ…ｐ側電極、３Ｂ…ｎ側電極、４，４２…蛍光体板、４Ａ…基部材、４Ｂ…蛍光体、５…ケース、５Ａ…内部空間、５Ｂ…傾斜面、５Ｃ…段状面、６…素子搭載基板、８…封止部材、９…気泡、１２，１３…ボンディングワイヤ、１４，１５…第１配線パターン、１６，１７…第２配線パターン、１９，２０…ビアホール、２２，２３…ビアパターン、２４…サファイア基板、２５…ｎ型半導体層、２６…発光層、２７…ｐ型半導体層、３２…ビーズ、４２Ａ…貫通孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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