(57)【要約】  【課題】ＬＥＤチップと厚みが一様で蛍光材料の濃度が一様なドーム状の成形品からなる色変換部材とを組み合わせた従来例に比べて色むらを低減できる発光装置を提供する。  【解決手段】青色の光を放射するＬＥＤチップ１０と、ＬＥＤチップ１０がサブマウント部材３０を介して実装されたベース部材たる実装基板２０と、ＬＥＤチップ１０を囲みＬＥＤチップ１０から放射された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材料である黄色蛍光体を透明材料（例えば、シリコーン樹脂など）とともに成形した成形品からなるドーム状の色変換部材４０とを備えている。色変換部材４０は、厚み（肉厚）が一様になるように成形してあるが、ＬＥＤチップ１０から放射される光の強度分布に応じて、当該色変換部材４０から出射される混色光の色むらをなくすように蛍光材料の濃度分布が付与されている。【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ベース部材と、ベース部材におけるＬＥＤチップの実装面側でＬＥＤチップを囲みＬＥＤチップから放射された光によって励起されてＬＥＤチップの発光色とは異なる色の光を放射する蛍光材料を透明材料とともに成形した成形品からなるドーム状の色変換部材とを備え、色変換部材は、ＬＥＤチップから放射される光の強度分布に応じて、当該色変換部材から出射される混色光の色むらをなくすように蛍光材料の濃度分布が付与されてなることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
ＬＥＤチップと、ＬＥＤチップが実装されたベース部材と、ベース部材におけるＬＥＤチップの実装面側でＬＥＤチップを囲みＬＥＤチップから放射された光によって励起されてＬＥＤチップの発光色とは異なる色の光を放射する蛍光材料を透明材料とともに成形した成形品からなるドーム状の色変換部材とを備え、色変換部材は、ＬＥＤチップから放射される光の強度分布に応じて、当該色変換部材から出射される混色光の色むらをなくすように厚み分布が設けら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、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材料とを組み合わせてＬＥＤチップの発光色とは異なる色合いの混色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、この種の発光装置としては、例えば、青色光あるいは紫外光を放射するＬＥＤチップと蛍光体とを組み合わせて白色の光（白色光の発光スペクトル）を得る白色発光装置（一般的に白色ＬＥＤと呼ばれている）の商品化がなされている。
【０００３】
上記特許文献１には、例えば、図３に示すように、ＬＥＤチップ１０’と、ＬＥＤチップ１０’が実装されるベース部材たる実装基板２０’と、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’を囲みＬＥＤチップ１０’から放射された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材料を透明材料とともに成形した成形品からなるドーム状の色変換部材４０’とを備えた発光装置が開示されている。
【０００４】
ここにおいて、上記特許文献１に開示された発光装置では、色変換部材４０’の厚み（肉厚）を一様とするとともに、色変換部材４０’内に蛍光材料を均一に分布させてある。
【特許文献１】特開２００４−２７３７９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、一般的にＬＥＤチップ１０’からの光は図４中に矢印で示すようにほぼ等方的に放射され、放射方向によって強度が異なる（例えば、ＬＥＤチップ１０’において実装基板２０’側とは反対側の一表面から放射される光の強度に比べてＬＥＤチップ１０’の側面から放射される光の強度が小さくなり、上記一表面から放射される光であっても放射角によって強度が異なる）ので、ＬＥＤチップ１０’から放射される光の強度分布に起因して混色光の色むらが生じてしまう。
【０００６】
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、ＬＥＤチップと厚みが一様で蛍光材料の濃度が一様なドーム状の成形品からなる色変換部材とを組み合わせた従来例に比べて色むらを低減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】
【０００７】
請求項１の発明は、ＬＥＤチップと、ＬＥＤチップが実装されたベース部材と、ベース部材におけるＬＥＤチップの実装面側でＬＥＤチップを囲みＬＥＤチップから放射された光によって励起されてＬＥＤチップの発光色とは異なる色の光を放射する蛍光材料を透明材料とともに成形した成形品からなるドーム状の色変換部材とを備え、色変換部材は、ＬＥＤチップから放射される光の強度分布に応じて、当該色変換部材から出射される混色光の色むらをなくすように蛍光材料の濃度分布が付与されてなることを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、色変換部材が、ＬＥＤチップから放射される光の強度分布に応じて当該色変換部材から出射される混色光の色むらをなくすように蛍光材料の濃度分布が付与されているので、ＬＥＤチップから放射される光の強度分布に起因して混色光の色むらが生じるのを抑制することができ、ＬＥＤチップと厚みが一様で蛍光材料の濃度が一様なドーム状の成形品からなる色変換部材とを組み合わせた従来例に比べて色むらを低減できる。
【０００９】
請求項２の発明は、ＬＥＤチップと、ＬＥＤチップが実装されたベース部材と、ベース部材におけるＬＥＤチップの実装面側でＬＥＤチップを囲みＬＥＤチップから放射された光によって励起されてＬＥＤチップの発光色とは異なる色の光を放射する蛍光材料を透明材料とともに成形した成形品からなるドーム状の色変換部材とを備え、色変換部材は、ＬＥＤチップから放射される光の強度分布に応じて、当該色変換部材から出射される混色光の色むらをなくすように厚み分布が設けられてなることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、色変換部材が、ＬＥＤチップから放射される光の強度分布に応じて、当該色変換部材から出射される混色光の色むらをなくすように厚み分布が設けられているので、ＬＥＤチップから放射される光の強度分布に起因して混色光の色むらが生じるのを抑制することができ、ＬＥＤチップと厚みが一様で蛍光材料の濃度が一様なドーム状の成形品からなる色変換部材とを組み合わせた従来例に比べて色むらを低減できる。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１，２の発明では、ＬＥＤチップと厚みが一様で蛍光材料の濃度が一様なドーム状の成形品からなる色変換部材とを組み合わせた従来例に比べて色むらを低減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】
【００１２】
（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が実装されたベース部材たる実装基板２０と、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を囲みＬＥＤチップ１０から放射された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材料（例えば、蛍光体など）を透明材料（例えば、シリコーン樹脂など）とともに成形した成形品からなるドーム状の色変換部材４０とを備えている。
【００１３】
実装基板２０は、金属板２１上に絶縁層２２を介して対となる導体パターン２３，２３が形成された金属基板を採用しており、ＬＥＤチップ１０で発生した熱が金属板２１に伝熱されるようになっている。なお、金属板２１の材料としてはＣｕを採用しているが、熱伝導率の比較的高い金属材料であればよく、Ｃｕに限らず、Ａｌなどを採用してもよい。
【００１４】
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、サファイア基板からなる結晶成長用基板１１の主表面側にＧａＮ系化合物半導体材料により形成されて例えばダブルへテロ構造を有する積層構造部からなる発光部１２がエピタキシャル成長法（例えば、ＭＯＶＰＥ法など）により成長されている。
【００１５】
また、ＬＥＤチップ１０は、上述の金属板２１に、ＬＥＤチップ１０のチップサイズよりも大きなサイズの矩形板状に形成されたサブマウント部材３０を介して搭載されており、アノード電極（図示せず）およびカソード電極（図示せず）それぞれが金属細線（例えば、金細線、アルミニウム細線など）からなるボンディングワイヤ１４を介して導体パターン２３，２３と電気的に接続されている。ここにおいて、サブマウント部材３０は、熱伝導率が比較的高く且つ絶縁性を有する材料（例えば、ＡｌＮ、複合ＳｉＣなど）により形成されている。なお、ＬＥＤチップ１０とサブマウント部材３０とは、ＡｕＳｎ、ＳｎＡｇＣｕなどの鉛フリー半田を用いて接合されている。
【００１６】
色変換部材４０は、シリコーン樹脂のような透明材料とＬＥＤチップ１０から放射された青色光によって励起されてブロードな黄色系の光を放射する粒子状の黄色蛍光体からなる蛍光材料とを混合した混合物の成形品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光との混色光が色変換部材４０から出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４０の材料として用いる透明材料は、シリコーン樹脂に限らず、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ガラス、有機材料と無機材料とを複合化した材料などを採用してもよい。また、色変換部材４０の材料として用いる透明材料に混合する蛍光材料も黄色蛍光体に限らず、例えば、ＬＥＤチップ１０が青色ＬＥＤチップである場合には、赤色蛍光体と緑色蛍光体とを混合しても白色光を得ることができるし、黄色蛍光体と赤色蛍光体とを混合しても白色光を得ることができる。また、色変換部材４０における蛍光材料は、ＬＥＤチップ１０が紫〜近紫外ＬＥＤチップである場合には、赤色蛍光体と緑色蛍光体と青色蛍光体とを混合しても白色光を得ることができる。また、色変換部材４０は、開口部の周縁を実装基板２０に対して、例えば接着剤（例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂など）を用いて接着すればよい。なお、色変換部材４０と実装基板２０とで囲まれる空間には、ＬＥＤチップ１０を封止する封止樹脂（例えば、シリコーン樹脂など）からなる封止部を設けてもよく、封止部と色変換部材４０とは密着するようにしてもよいし、封止部と色変換部材４０との間に空気層が形成されるようにしてもよい。
【００１７】
ところで、色変換部材４０は、厚み（肉厚）が一様となるように成形してあるが、ＬＥＤチップ１０から放射される光の強度分布に応じて、当該色変換部材４０から出射される混色光の色むらをなくすように蛍光材料の濃度分布が付与されている。ここにおいて、ＬＥＤチップ１０からの光は等方的に放射され放射方向によって強度が異なる（ＬＥＤチップ１０において実装基板２０側とは反対側の一表面（図１（ａ）における上面）から放射される光の強度に比べてＬＥＤチップ１０の側面から放射される光の強度が小さくなり、上記一表面から放射される光であっても放射角によって強度が異なる）ので、色変換部材４０は、ＬＥＤチップ１０の上記一表面の前方に位置する中心部から離れるにつれて蛍光材料の濃度が低くなるように濃度分布を付与してある。つまり、色変換部材４０は、ＬＥＤチップ１０の上記一表面の前方に位置する中心部の濃度がＬＥＤチップ１０の側方に位置する周辺部の濃度に比べて高くなっており、中心部から周辺部に向って濃度が徐々に低くなっている。色変換部材４０に上述の濃度分布を付与しておくことにより、色変換部材４０の中心部から出射される混色光と周辺部から出射される混色光との色ばらつきを少なくできる。
【００１８】
しかして、本本実施形態の発光装置では、ＬＥＤチップ１０から放射される光の強度分布に起因して混色光の色むらが生じるのを抑制することができ、図３のようにＬＥＤチップ１０’と厚みが一様で蛍光材料の濃度が一様なドーム状の成形品からなる色変換部材４０’とを組み合わせた従来例に比べて白色の色むらを低減できる。
【００１９】
（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４０の形状などが相違する。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。
【００２０】
ところで、実施形態１では、色変換部材４０の厚み（肉厚）を一様として色変換部材４０に蛍光材料の濃度分布を付与しているのに対して、本実施形態における色変換部材４０は、蛍光材料の濃度を全体にわたって一様とし、ＬＥＤチップ１０から放射される光の強度分布に応じて、当該色変換部材４０から出射される混色光の色むらをなくすように厚み分布が設けられている点が相違する。ここにおいて、色変換部材４０は、ＬＥＤチップ１０の上記一表面の前方に位置する中心部から離れるにつれて厚みを薄くしてある。つまり、色変換部材４０は、ＬＥＤチップ１０の上記一表面の前方に位置する中心部の肉厚がＬＥＤチップ１０の側方に位置する周辺部の肉厚に比べて厚くなっており、中心部から周辺部に向って肉厚が徐々に薄くなっている。色変換部材４０に上述の厚み分布を設けておくことにより、色変換部材４０の中心部から出射される混色光と周辺部から出射される混色光との色ばらつきを少なくできる。
【００２１】
しかして、本実施形態の発光装置においても、ＬＥＤチップ１０から放射される光の強度分布に起因して混色光の色むらが生じるのを抑制することができ、図３のようにＬＥＤチップ１０’と厚みが一様で蛍光材料の濃度が一様なドーム状の成形品からなる色変換部材４０’とを組み合わせた従来例に比べて白色の色むら（色ばらつき）を低減できる。
【００２２】
ところで、上記各実施形態において、実装基板２０に実装するＬＥＤチップ１０の数は１つに限らず、複数でもよく、ＬＥＤチップ１０ごとに色変換部材４０を設ければよい。また、上記各実施形態では、実装基板２０がベース部材を構成しているが、ベース部材は、実装基板２０に限らず、例えば、パッケージ本体が熱伝導率の比較的高い材料により形成されたパッケージでもよいし、金属（例えば、Ａｌ、Ｃｕなどの熱伝導率の高い金属）製の器具本体などでもよく、金属製の器具本体に実装する場合には、例えばサブマウント部材３０と器具本体との間にグリーンシートからなる絶縁層を介在させる形で実装すればよい。
【００２３】
また、上記各実施形態では、ＬＥＤチップ１０として、発光色が青色の青色ＬＥＤチップを採用しており、結晶成長用基板１１として、サファイア基板を採用しているが、サファイア基板の代わりにＳｉＣ基板やＧａＮ基板などを用いてもよい。また、ＬＥＤチップ１０の発光色は青色に限らず、例えば、赤色、緑色などでもよい。すなわち、ＬＥＤチップ１０の発光部１２の材料はＧａＮ系化合物半導体材料に限らず、ＬＥＤチップ１０の発光色に応じて、ＧａＡｓ系化合物半導体材料やＧａＰ系化合物半導体材料などを採用してもよい。また、結晶成長用基板１１も発光部１２の材料に応じて、例えば、ＧａＡｓ基板、ＧｓＰ基板などから適宜選択すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施形態１を示し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は概略斜視図である。
【図２】実施形態２を示し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は概略斜視図である。
【図３】従来例を示す概略断面図である。
【図４】ＬＥＤチップの動作説明図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０  ＬＥＤチップ
１４  ボンディングワイヤ
２０  実装基板
２１  金属板
２２  絶縁層
２３  導体パターン
３０  サブマウント部材
４０  色変換部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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