(57)【要約】【課題】光出射面から出射される白色光の色むらを低減することができ、色むらを確実に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含有する波長変換用の蛍光体板９であって、蛍光体の含有量は、蛍光体板９の中央部がその縁部より多い含有量に設定されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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含有する波長変換用の板部材であって、
前記蛍光体の含有量は、前記板部材の中央部がその縁部より多い含有量に設定されていることを特徴とする蛍光体板。
【請求項２】
前記板部材は、前記蛍光体を含有する第１光透過性部材と、前記蛍光体を含有しない第２光透過性部材とからなる請求項１に記載の蛍光体板。
【請求項３】
前記蛍光体の含有量は、前記板部材の中央部から縁部に向かって漸次少なくなる含有量に設定されている請求項１に記載の蛍光体板。
【請求項４】
前記発光素子は発光ダイオード素子からなる請求項１に記載の蛍光体板。
【請求項５】
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に記載の蛍光体板。
【請求項６】
前記第１光透過性部材は前記板部材の中央部に配置されている請求項２に記載の蛍光体板。
【請求項７】
前記第１光透過性部材は前記板部材の光取出側に配置されている請求項６に記載の蛍光体板。
【請求項８】
前記第１光透過性部材は前記板部材の発光素子側に配置されている請求項６に記載の蛍光体板。
【請求項９】
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に記載の蛍光体板であることを特徴とする発光装置。
【請求項１０】
前記ケースの内面部には、前記発光素子から発せられる光を光取出側に反射するための傾斜面が設けられている請求項９に記載の発光装置。
【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、この光で蛍光体が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】
このような発光装置においては、蛍光体を含有する蛍光体板の厚さを一定の寸法に設定し、ＬＥＤ素子から様々な方向に発せられる各光の行路長を蛍光体板内で一定の寸法に近づけて色むらを改善することが重要とされる。
【０００４】
このため、光取出側に開口するケースと、このケース内に収容されたＬＥＤ素子と、このＬＥＤ素子の光取出側に配置された蛍光体含有のカバーとを備えた発光装置が従来から開発されている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
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２００３−３４７６０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１によると、ＬＥＤ素子から様々な方向に発せられる各青色光の行路長がケース内で一定でなく、このためカバー（蛍光体板）の縁部から出射される白色光が、その中央部から出射される白色光と比べて黄色味を帯びた白色光となり、色むらを確実に改善することができないという問題があった。
【０００７】
従って、本発明の目的は、光出射面から出射される白色光の色むらを低減することができ、もって色むらを確実に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】
【０００８】
（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含有する波長変換用の板部材であって、前記蛍光体の含有量は、前記板部材の中央部がその縁部より多い含有量に設定されていることを特徴とする蛍光体板を提供する。
【０００９】
（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】
【００１０】
本発明によると、光出射面から出射される白色光の色むらを低減することができ、色むらを確実に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】
【００１１】
[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断面図である。図２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のＬＥＤ素子を説明するために示す断面図である。
【００１２】
〔発光装置１の全体構成〕
図１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、このＬＥＤ素子３の光取出側に配置された蛍光体板９とから大略構成されている。
【００１３】
（パッケージ２の構成）
パッケージ２は、図１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。
【００１４】
<ケース５の構成>
ケース５は、図１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５ａが設けられている。傾斜面５ａのケース底に対する傾斜角度は４５°〜６０°の角度に設定されている。ケース５の光取出側には、蛍光体板９を取り付けるための段状面５ｂが設けられている。
【００１５】
<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（パッド電極）１０及びｎ側電極１１（共に後述）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。
【００１６】
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。
【００１７】
（ＬＥＤ素子３の構成）
ＬＥＤ素子３は、パッド電極１０及びｎ側電極１１を有するフェイスアップ型の青色ＬＥＤ素子からなり、図１に示すように、ケース５の内部空間５Ａに収容され、かつ素子搭載基板６上に接着剤１００によって搭載されている。また、ＬＥＤ素子３は、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）基板２４上にＡｌＮからなるバッファ層２５及びｎ型半導体（ｎ−ＧａＮ）層２６・発光層２７・ｐ型半導体（ｐ−ＧａＮ）層２８を順次結晶成長させることにより形成されている。そして、ピーク発光波長が例えば４６０ｎｍ〜４６３ｎｍである青色光を発するように構成されている。ＬＥＤ素子３には、パッド電極１０のサファイア基板側に位置し、かつｐ−ＧａＮ層２８のパッド電極側面（上面）を覆う電流拡散導電膜としての酸化インジウム・酸化錫（ＩＴＯ）からなる透明電極２９が配設されている。また、ＬＥＤ素子３には、パッド電極１０とｎ側電極１１との間に介在し、かつマイグレーションによる電極間の短絡発生を防止するための保護膜３０が配設されている。ＬＥＤ素子２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０．３ｍｍとする平面サイズに設定されている。
【００１８】
（蛍光体板９の構成）
蛍光体板９は、２色成形法によって形成された第１光透過性部材９Ａ及び第２透過性部材９Ｂからなり、ケース５の内部空間５Ａに収容され、かつ段状面５ｂに取り付けられている。蛍光体板９の厚さは均一な寸法に設定されている。第１光透過性部材９Ａは、蛍光体板９の中央部に配置されている。そして、ＬＥＤ素子３からの励起光（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（Yttrium Aluminum Garnet）等の蛍光体を含有するシリコーン等の光透過性樹脂からなる平面円形状の薄板部材によって形成されている。第１光透過性部材９Ａの外径ａは、ＬＥＤ素子３の平面サイズ（０．３ｍｍ）と同程度の寸法（ａ≧０．３ｍｍ）に設定されている。第２光透過性部材９Ｂは、蛍光体板９の縁部（第１光透過性部材９Ａの外周囲）に配置されている。そして、蛍光体を含有しないシリコーン等の光透過性樹脂からなる円環状の薄板部材によって形成されている。第２光透過性部材９Ｂの光出射面は凹凸面で形成されている。これにより、第２光透過性部材９Ｂから出射される青色光がその光出射面と空気層との界面で拡散し、第１光透過性部材９Ａから出射される黄色味の帯びた白色光と混合し易くなる。
【００１９】
〔発光装置１の動作〕
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２７において青色光を発し、この青色光がＬＥＤ素子３の光取出面からケース５の内部空間５Ａに出射される。
【００２０】
次に、ＬＥＤ素子３からの出射光が内部空間５Ａを透過して蛍光体板９に入射する。この場合、ＬＥＤ素子３からの出射光の一部が内部空間５Ａを透過し、またケース５の傾斜面５ａで反射してから内部空間５Ａを透過し、それぞれ蛍光体板９（第１光透過性部材９Ａ及び第２光透過性部材９Ｂ）に入射する。
【００２１】
そして、蛍光体板９の第１光透過性部材９Ａ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の励起光と蛍光体板９の第１光透過性部材９Ａから発せられる黄色の波長変換光とが混合して白色光となる。
【００２２】
この後、第１光透過性部材９Ａを白色光が、また第２光透過性部材９Ｂを青色光がそれぞれ透過し、その光出射面から出射される。この場合、第１光透過性部材９Ａの中央部から青色味の帯びた白色光が、またその周縁部から黄色味の帯びた白色光がそれぞれ出射される。このうち、第１光透過性部材９Ａの周縁部から出射される黄色味の帯びた白色光は、第２光透過性部材９Ｂから出射される青色光と混合して青色味の帯びた白色光となる。
【００２３】
[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。
【００２４】
（１）蛍光体板９の周縁部における光出射面では、第１光透過性部材９Ａの周縁部から出射される黄色味の帯びた白色光と、第２光透過性部材９Ｂから出射される青色光との混合による白色光を得ることができる。これにより、蛍光体板９の光出射面から出射される白色光の色むらを低減することができ、色むらを確実に改善することができる。
【００２５】
（２）蛍光体を含有する第１光透過性部材９Ａ及び蛍光体を含有しない第２光透過性部材９Ｂによって蛍光体板９が形成されているため、蛍光体の含有量を低減することができ、材料コストの低廉化を図ることができる。
【００２６】
なお、本実施の形態では、第２光透過性部材９Ｂの光出射面が凹凸面で形成されている場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、平面であってもよい。
【００２７】
[第２の実施の形態]
図３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３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。
【００２８】
図３に示すように、第２の実施の形態に示す発光装置３０は、第１光透過性部材３１Ａ及び第２光透過性部材３１Ｂからなる蛍光体板３１を備え、この蛍光体板３１の光取出側に第１光透過性部材３１Ａが配置されている点に特徴がある。
【００２９】
このため、第１光透過性部材３１Ａは、ＬＥＤ素子３からの励起光（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等の蛍光体を含有するシリコーン等の光透過性樹脂からなる平面円形状の薄板部材によって形成されている。第２光透過性部材３１Ｂは、蛍光体を含有しないシリコーン等の光透過性樹脂からなる平面円形状の薄板部材によって形成されている。第２光透過性部材３１Ｂの外径は、第１光透過性部材３１Ａの外径より大きい寸法に設定されている。第２透過性部材３１Ｂの中央部には、光取出側に開口し、かつ第１光透過性部材３１Ａを収容する平面円形状の凹部３２が設けられている。
【００３０】
[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）及び（２）に加え、次に示す効果が得られる。
【００３１】
蛍光体板３１の光取出側に第１光透過性部材３１Ａが配置されているため、蛍光体の含有量を第１の実施の形態における蛍光体の含有量と比べて低減することができる。
【００３２】
なお、本実施の形態では、第２透過性部材３１Ｂの中央部に光取出側に開口する凹部３２を設け、この凹部３２内に第１透過性部材３１Ａを収容する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、第２光透過性部材の光出射面を平面で形成し、この平面上に第１光透過性部材を取り付けてもよい。
【００３３】
また、本実施の形態では、第１光透過性部材３１Ａが蛍光体板３１の光取出側に配置されている場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、図４に示すように蛍光体板３１の発光素子側に第１光透過性部材３１Ａを配置してもよい。この場合、第２光透過性３１Ｂの中央部には、発光素子側に開口し、かつ第１光透過性部材３１Ａを収容する平面円形状の凹部３２が設けられている。
【００３４】
[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５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５に示すように、第３の実施の形態に示す発光装置５０は、第１光透過性部材５１Ａ及び第２光透過性部材５１Ｂからなる蛍光体板５１を備え、第１光透過性部材５１Ａにおける蛍光体の含有量がその中央部から縁部に向かって漸次少なくなる含有量に設定されている点に特徴がある。
【００３６】
このため、第１光透過性部材５１Ａは、ＬＥＤ素子３からの励起光（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等の蛍光体を含有するシリコーン等の光透過性樹脂からなる略逆円錐形状の板部材によって形成されている。第２光透過性部材５１Ｂは、蛍光体を含有しないシリコーン等の光透過性樹脂からなる平面円形状の薄板部材によって形成されている。第２透過性部材５１Ｂの中央部には、光取出側に開口し、かつ第１光透過性部材５１Ａを収容する略逆円錐形状の凹部５２が設けられている。
【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、次に示す効果が得られる。
【００３８】
（１）第１光透過性部材５１Ａにおける蛍光体の含有量がその中央部から縁部に向かって漸次少なくなる含有量に設定されているため、ＬＥＤ素子３から発せられる青色の励起光とこの励起光を受けて励起されることにより発せられる黄色の波長変換光との混合による黄色味の帯びない所望の白色光を第１光透過性部材５１Ａの光出射面で得ることができる。これにより、蛍光体板５１の光出射面から出射される白色光の色むらを低減することができ、色むらを確実に改善することができる。
【００３９】
（２）蛍光体を含有する第１光透過性部材５１Ａ及び蛍光体を含有しない第２光透過性部材５１Ｂによって蛍光体板９が形成されているため、蛍光体の含有量を低減することができ、材料コストの低廉化を図ることができる。
【００４０】
[第４の実施の形態]
図６は、本発明の第４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６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。
【００４１】
図６に示すように、第４の実施の形態に示す発光装置６０は、蛍光体板６１が単一の光透過性部材によって形成されている点に特徴がある。
【００４２】
このため、蛍光体板６１は、シリコーン等の光透過性樹脂からなる平面円形状の薄板部材によって形成されている。蛍光体板６１の中央部には、ＬＥＤ素子３（図１に示す）からの励起光（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等の蛍光体が図６に２点鎖線で示す領域Ａに含有されている。
【００４３】
[第４の実施の形態の効果]
以上説明した第４の実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果（１）及び（２）に加え、次に示す効果が得られる。
蛍光体板６１が単一の部材によって形成されているため、部品点数を削減することができ、製造コストの低廉化を図ることができる。
【００４４】
なお、本実施の形態では、蛍光体板６１の材料（光透過性樹脂）中に蛍光体を成分として含有する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、蛍光体板の光出射面上にドット状に形成してもよい。
【００４５】
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。
【００４６】
（１）各実施の形態では、ＬＥＤ素子３から発せられる光（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９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。
【００４７】
（２）各実施の形態では、フェイスアップ型のＬＥＤ素子３を用いてワイヤ接続する場合について説明したが、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にフリップチップ接続される。
【００４８】
（３）各実施の形態では、ケース５内が空間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、ケース５内にＬＥＤ素子３を封止するシリコーン等の光透過性樹脂からなる封止部材を充填してもよい。この場合、封止部材の材料としては、シリコーンの代わりに、エポキシ等の樹脂材料やＮ2，Ａｒ等の不活性ガスを用いてもよい。
【００４９】
（４）各実施の形態では、蛍光体板がケースの段状面に取り付けられている場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、段状面の無いケースの開口端面に蛍光体板を取り付けても勿論よい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】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断面図。
【図２】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のＬＥＤ素子を説明するために示す断面図。
【図３】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４】本発明の第２の実施の形態に係る蛍光体板の変形例を説明するために示す断面図。
【図５】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断面図。
【図６】本発明の第４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。
【符号の説明】
【００５１】
１，３０，５０，６０…発光装置、２…パッケージ、３…ＬＥＤ素子、５…ケース、５Ａ…内部空間、５ａ…傾斜面、５ｂ…段状面、６…素子搭載基板、９，３１，５１，６１…蛍光体板、９Ａ、３１Ａ，５１Ａ…第１光透過性部材、９Ｂ，３１Ｂ，５１Ｂ…第２光透過性部材、１０…パッド電極、１１…ｎ側電極、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…バッファ層、２６…ｎ型半導体（ｎ−ＧａＮ）層、２７…発光層、２８…ｐ型半導体（ｐ−ＧＡＮ）層、２９…透明電極、３０…保護膜、３２，５２…凹部
【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６】
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