(57)【要約】【課題】色むらや角度色差を改善できる発光装置11を提供する。【解決手段】凹部19内に発光ダイオード素子13を配設する。発光ダイオード素子13の側面に対向する凹部19の内面の領域に、発光ダイオード素子13の光軸と直交する方向に向かう光を拡散させる拡散反射面31を形成する。拡散反射面31における拡散反射率と全反射率との関係が、拡散反射率／全反射率をｃとして０．１０≦ｃ≦０．５０であり、かつ全反射率が９０％以上である。凹部19から光を取り出す効率を確保しながら、発光ダイオード素子13の近くで光を分散させ、色むらや角度色差を改善する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内面の少なくとも一部に拡散反射面を有し、拡散反射面は、拡散反射する光の拡散反射率と反射する全ての光の全反射率との関係が、拡散反射率／全反射率をｃとして０．１０≦ｃ≦０．５０であり、かつ全反射率が９０％以上である凹部と；
凹部内に配設される発光素子と；
を具備していることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
拡散反射面は、発光素子の側面に対向する凹部の内面の領域で発光素子の光軸と直交する方向に向かう光が入射する領域に形成されている
ことを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
凹部の内面の拡散反射面の領域より凹部の開口側の領域に、拡散反射面よりも拡散反射率が低く直線反射率が高い直線反射面が形成されている
ことを特徴とする請求項１または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、発光素子を用いた発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発光素子として発光ダイオード素子を用いた発光装置は、基板を用い、この基板上に絶縁層および回路パターン層を順に形成するとともに絶縁層および回路パターン層上に開口する凹部を有する反射体を設けている。凹部内には、基板上の絶縁層および回路パターン層が臨んでいる。この凹部内で回路パターン層上に発光ダイオード素子を配設するとともに電気的に接続している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
そして、この種の発光装置により、白色光を発光させるには、凹部内の青色光を発光する発光ダイオード素子を、樹脂に黄色発光蛍光体を含有させた樹脂層である蛍光体層によって被覆し、発光ダイオード素子が発光する青色光と、この青色光により黄色発光蛍光体を励起させて得た黄色光とを混色させている。
【特許文献１】特開２００４−５５６３２号公報（第５−６頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の発光装置では、蛍光体層の表面中央部と発光ダイオード素子との距離の方が蛍光体層の表面周辺部と発光ダイオード素子との距離よりも近い関係にあり、かつ発光ダイオード素子から蛍光体層の表面中央部へ向かう青色光の光度の方が蛍光体層の表面周辺部へ向かう青色光の光度よりも高い配光の関係にあるので、蛍光体層の表面に対して垂直方向から見た場合、発光ダイオード素子に対して垂直方向に対向する蛍光体層の表面中央部においては、青色光の輝度が高く、青色光が抜けて白色光に見え、一方、蛍光体層の表面周辺部においては、黄色光が分布するという現象である色むらが発生する問題がある。しかも、蛍光体層の表面の垂直方向に対して傾斜した方向から見た場合には、上述した光路長の関係や配光から、全体的に黄色味がかって見え、そのため、見る角度による角度色差が大きい問題がある。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、光を取り出す効率の低下を抑制しつつ色むらや角度色差を改善できる発光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の発光装置は、内面の少なくとも一部に拡散反射面を有し、拡散反射面は、拡散反射する光の拡散反射率と反射する全ての光の全反射率との関係が、拡散反射率／全反射率をｃとして０．１０≦ｃ≦０．５０であり、かつ全反射率が９０％以上である凹部と；凹部内に配設される発光素子と；を具備しているものである。
【０００７】
凹部は、例えば、表面側が開口し、底面側に発光素子が配設される底面が形成されている。拡散反射面は、凹部の内側面、底面のいずれに形成してもよいし、それらの一部に形成してもよく、あるいは全体に形成してもよい。拡散反射面は、例えば、凹部の下地を粗面にしたり、凹部の内面に形成するメッキを施す場合にはそのメッキの厚みや品位を調整することで得られる。発光素子は、例えば、青色光を発光する発光ダイオード素子を用いることができる。
【０００８】
全反射率は、拡散反射率と直線反射率とを合わせたものであり、拡散反射率／全反射率が０．１０より小さいと、拡散反射率が低く、直線反射率が高いため、光取出効率はよいが、中央部の光度が高く、この中央部と周辺部との間に色むらが発生する。拡散反射率／全反射率が０．５０より大きいと、拡散反射率が高く、直線反射率が低いため、色むらが低減されるが、光取出効率が低下する。また、全反射率が９０％より低いと、光取出効率が低下する。
【０００９】
請求項２記載の発光装置は、請求項１記載の発光装置において、拡散反射面は、発光素子の側面に対向する凹部の内面の領域で発光素子の光軸と直交する方向に向かう光が入射する領域に形成されているものである。
【００１０】
請求項３記載の発光装置は、請求項１または２記載の発光装置において、凹部の内面の拡散反射面の領域より凹部の開口側の領域に、拡散反射面よりも拡散反射率が低く直線反射率が高い直線反射面が形成されているものである。
【００１１】
直線反射面は、例えば、凹部の下地を平滑面にしたり、凹部の内面に形成するメッキを施す場合にはそのメッキの厚みや品位を調整することで得られる。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１記載の発光装置によれば、凹部内の拡散反射面における拡散反射率と全反射率との関係が、拡散反射率／全反射率をｃとして０．１０≦ｃ≦０．５０であり、かつ全反射率が９０％以上であるため、凹部から光を取り出す効率を確保しながら、発光素子のなるべく近くで光を分散させ、色むらや角度色差を改善できる。
【００１３】
請求項２記載の発光装置によれば、請求項１記載の発光装置の効果に加えて、拡散反射面が、発光素子の側面に対向する凹部の内面の領域で発光素子の光軸と直交する方向に向かう光が入射する領域に形成されることにより、色むらや角度色差を改善する効果を高くできる。
【００１４】
請求項３記載の発光装置によれば、請求項１または２記載の発光装置の効果に加えて、凹部の内面の拡散反射面の領域より凹部の開口側の領域に、拡散反射面よりも拡散反射率が低く直線反射率が高い直線反射面を形成することにより、色むらや角度色差を改善しながら、凹部から光を取り出す効率を高くできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は発光装置の説明図、図２は発光装置の一部の断面図、図３は発光装置の一部の正面図、図４は発光装置の正面図、図５は凹部の内面を構成する材料と反射率の関係を示す表、図６は波長と全反射率との関係を示すグラフ、図７は波長と直線反射率との関係を示すグラフ、図８は銀鏡メッキについて鉛直配光角と光度との関係を示すグラフ、図９は電解銀メッキについて鉛直配光角と光度との関係を示すグラフ、図１０は高反射樹脂について鉛直配光角と光度との関係を示すグラフ、図１１は実施例１および実施例２、比較例１〜３についての反射率や効率および色むらなどについて示す表である。
【００１７】
図２ないし図４において、発光装置11は、発光モジュール12を備え、この発光モジュール12が例えば照明器具の器具本体などの図示しない発光装置本体に対して着脱可能に取り付けられる。発光モジュール12には、複数の発光素子としてのチップ状の固体発光素子である発光ダイオード素子（発光ダイオードチップ）13がマトリクス状に配列されている。
【００１８】
発光ダイオード素子13は、例えばサフャイヤ基板上に発光ピークが４５０〜４６０ｎｍの青色光を発光する例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体が積層されており、その表面にはワイヤボンディングするための陰極側と陽極側の電極がそれぞれ設けられたいわゆるダブルワイヤタイプが用いられている。このタイプの発光ダイオード素子13は、光が表面側へ透光するとともに側面側や裏面側にも透過し、つまり全面から光が出る。
【００１９】
発光モジュール12は、放熱性および剛性を有するアルミニウム（Ａｌ）やニッケル（Ｎｉ）、ガラスエポキシ樹脂などの平板状の基板14、この基板14の一面に形成された白色の絶縁層15、この絶縁層15上に形成された回路パターン層16、これら絶縁層15および回路パターン層16上に一体に形成された反射体17を有している。
【００２０】
絶縁層15は、絶縁性を有する白色樹脂が用いられ、基板14の一面の全体を覆って形成されている。絶縁層15の表面の反射率は波長４００〜７４０ｎｍ域において８５％以上であることが好ましく、８５％より小さいと、発光ダイオード素子13から基板14側へ向かう光を絶縁層15で反射させる効率が低く、発光ダイオード素子13の光の取り出し効率の十分な向上が得られなくなる。
【００２１】
回路パターン層16には、発光素子配設位置である各発光ダイオード素子13の配設位置毎に、陰極側と陽極側の回路パターン（配線パターン）16a，16bが形成されている。回路パターン層16は、例えば、基板14の絶縁層15上にＣｕ層を形成し、回路パターン層16以外のＣｕ層の部分を除去した後、電解メッキによってＣｕ層上にＮｉ層およびＡｇ層を形成して構成されている。
【００２２】
反射体17は、例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）やＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＣ（ポリカーボネート）などの樹脂を基板14の一面に流し込んで一体に成形されている。各発光ダイオード素子13の配設位置毎に、各発光ダイオード素子13を収容する複数の凹部19が形成されている。各凹部19は、基板14に対して反対側へ向けて漸次拡開する円錐台状に形成され、その内面には反射効率を向上させるために銀鏡メッキが施されている。凹部19の周囲には、図示しないレンズを固定するレンズホルダ部20が同心状に形成されている。
【００２３】
各凹部19内の底面19aには、その凹部19の底面19aの中心域を含む大部分に白色の絶縁層15が臨み、凹部19の底面19aの周縁域に回路パターン16a，16bの端部が位置している。回路パターン16a，16bの端部は、ワイヤボンディングを許容する範囲内で必要最小限の寸法とされ、この回路パターン16a，16bの端部が凹部19内の中心域に配設される発光ダイオード素子13から離反した凹部19内の周辺近くに位置する。そして、凹部19内の底面19aの表面積に対する回路パターン16a，16bの端部の表面積の割合は５０％以下であり、５０％より大きいと、発光ダイオード素子13から凹部19の底面19a側へ向かう光を白色の絶縁層15で反射させる効率が低くなり、発光ダイオード素子13の光の取り出し効率の十分な向上が得られなくなる。
【００２４】
各発光ダイオード素子13は、凹部19の底面19aの中心域で絶縁層15上に例えば透明なエポキシ樹脂やシリコーン樹脂などの透明接着剤22を用いて固定されている。固定作業では、凹部19の底面19aの中心域で絶縁層15上に透明接着剤22を塗布し、この透明接着剤22に発光ダイオード素子13を押し付ける。
【００２５】
発光ダイオード素子13の表面の各電極と各回路パターン16a，16bの端部とは、ワイヤボンディングによるボンディングワイヤ23によって電気的に接続されている。
【００２６】
各凹部19には、発光ダイオード素子13を被覆する被覆層25が形成されている。この被覆層25は、蛍光体を含有した樹脂の場合と、発光ダイオード素子13を被覆する拡散層26とこの拡散層26の上層で凹部19の開口側に配設される蛍光体層27との２層の場合とがある。
【００２７】
拡散層26は、透光性を有するシリコーン樹脂やエポキシ樹脂などの熱硬化性透明樹脂にアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）やＴｉＯ２、ＢａＳＯ４、ＳｉＯ２、Ｙ２Ｏ３などの拡散剤を配合したもので、この拡散剤を配合した樹脂を、凹部19内の発光ダイオード素子13よりも高い位置まで充填し、熱硬化させることにより形成されている。
【００２８】
拡散層26と蛍光体層27との接合面（境界面）28は、発光ダイオード素子13側（図２では下面側）へ凹面となる湾曲面に形成されている。
【００２９】
蛍光体層27は、透光性を有するシリコーン樹脂やエポキシ樹脂などの熱硬化性透明樹脂に発光ダイオード素子13からの青色光を受光して黄色に蛍光発光する黄色蛍光体を主体として配合したもので、拡散層26の熱硬化形成後、蛍光体を配合した樹脂を凹部19内に充填し、熱硬化させることにより形成されている。蛍光体としては、黄色蛍光体が主体であるが、赤蛍光体なども配合されている。
【００３０】
なお、発光装置11とレンズを組み合わせて照明装置を構成できる。
【００３１】
そして、発光装置11において、各陰極側と陽極側の回路パターン16a，16b間に外部から所定の直流電圧が印加されると、各発光ダイオード素子13が青色光を発光する。この青色光は、拡散層26により多方向へ拡散してから蛍光体層27内に入射し、ここで黄色蛍光体を多方向から励起して黄色に発光させる。これら発光ダイオード素子13からの青色光と黄色蛍光体からの黄色光とが混色し、白色光になって凹部19から外部へ放射される。
【００３２】
したがって、この発光装置11では、発光ダイオード素子13の青色光を拡散層26により多方向へ拡散し、多方向から蛍光体層27の黄色蛍光体を励起させて黄色光を発光させ、かつこれら青色光と黄色光とを混色させて白色光を発光させるので、白色光の色むらや角度色差を低減できる。
【００３３】
次に、図１において、凹部19の内面の構成および作用について説明する。
【００３４】
凹部19は、表面側が開口され、底面19aおよび表面側へ向けて漸次拡開する円錐台状の内周面である側面19bを有している。
【００３５】
凹部19の側面19bには、少なくとも、発光ダイオード素子13の側面に対向する領域で、発光ダイオード素子13の表面側に垂直な光軸と直交する方向に向かう光が入射する領域に、拡散反射面31が形成されている。
【００３６】
この拡散反射面31は、拡散反射する光の拡散反射率と反射する全ての光の全反射率との関係が、拡散反射率／全反射率をｃとして０．１０≦ｃ≦０．５０であり、かつ全反射率が９０％以上である。この拡散反射面31は、例えば、凹部19の下地を粗面にしたり、凹部19の内面に施す銀鏡メッキの厚みや品位を調整することで得られる。
【００３７】
図５には、凹部19の内面を構成する材料として、本実施の形態で採用する銀鏡メッキと、従来用いられている電解銀メッキと高反射樹脂とについて、波長４００〜７４０ｎｍ域における全反射率（拡散＋直線）、拡散反射率、拡散反射率／全反射率の測定結果を示す。そして、銀鏡メッキは、電解銀メッキや高反射樹脂に比べて、拡散反射率が低く、したがって、拡散反射率／全反射率も低い特徴を有している。
【００３８】
また、図６には波長と全反射率との測定結果を示し、図７には波長と直線反射率との測定結果を示す。各図において、A1は銀鏡メッキ（クリア処理なし）、A2は銀鏡メッキ（クリア処理あり）、B1は電解銀メッキ（膜厚０．２５μｍ）、B2は電解銀メッキ（膜厚０．３４μｍ）、B3は電解銀メッキ（膜厚０．５５μｍ）である。そして、銀鏡メッキは、電解銀メッキに比べて、直線反射率が高く、全反射率も高い特徴を有している。
【００３９】
また、図８、図９、図１０には、銀鏡メッキ、電解銀メッキ、高反射樹脂について、青色光のみの鉛直配光角と光度との測定結果を示す。この光度は、各鉛直配光角方向から見た光度である。そして、銀鏡メッキは、電解銀メッキや高反射樹脂に比べて、鉛直配光角が小さい領域での光度が高い特徴を有している。
【００４０】
このように、銀鏡メッキ自体は、電解銀メッキや高反射樹脂に比べて、直線反射率が高いために、光取出効率が高い特徴を有しているが、拡散反射率が低く、鉛直配光角が小さい領域での光度が高いために、色むらが生じやすい特徴も有している。
【００４１】
そして、図１１には、実施例１および実施例２、比較例１〜３について、レンズを組み合わせていない状態での光取出効率および色むら、レンズ組み合わせ後の光取出効率についての測定結果を示す。実施例１および実施例２は、銀鏡メッキおよび拡散反射面31を適用したもので、実施例２は実施例１より拡散反射面31による拡散作用が大きい。比較例１は銀鏡メッキを用いるが拡散反射面31を適用しない場合を示し、比較例２は電解銀メッキの場合を示し、比較例３は高反射樹脂の場合を示す。
【００４２】
比較例１は、拡散反射率／全反射率が０．１０より小さいものであり、拡散反射率が低く、直線反射率が高く、拡散反射率／全反射率が低いため、レンズなしおよびレンズ組み合わせ後とも光取出効率はよいが、中央部の光度が高く、この中央部と周辺部との間に色むらが発生した。
【００４３】
比較例２や比較例３は、拡散反射率／全反射率が０．５０より大きいものであり、拡散反射率が高く、直線反射率が低く、拡散反射率／全反射率が高いため、色むらが低減されたが、レンズなしおよびレンズ組み合わせ後とも光取出効率が低下した。
【００４４】
実施例１および実施例２は、拡散反射率／全反射率をｃとして０．１０≦ｃ≦０．５０の範囲内にあり、比較例１に比べて、拡散反射面31の効果で、拡散反射率が高くなり、直線反射率が低くなり、拡散反射率／全反射率が高くなるため、銀鏡メッキの効果によるレンズなしおよびレンズを組み合わせた場合の光取出効率を比較的高く維持したまま、色むらの発生を防止できた。
【００４５】
このように、凹部19内の拡散反射面31における拡散反射率と全反射率との関係が、拡散反射率／全反射率をｃとして０．１０≦ｃ≦０．５０であり、かつ全反射率が９０％以上であるため、凹部19から光を取り出す効率を確保しながら、発光ダイオード素子13のなるべく近くで光を分散させ、色むらや角度色差を改善できる。
【００４６】
特に、凹部19の側面19bにおける、発光ダイオード素子13の側面に対向する領域で、発光ダイオード素子13の表面側に垂直な光軸と直交する方向に向かう光が入射する領域に、拡散反射面31が形成されていることにより、色むらや角度色差を改善する効果を高くできる。
【００４７】
なお、凹部19の側面19bの拡散反射面31の領域より凹部19の開口側の領域には、拡散反射面31を形成せず、拡散反射面31よりも拡散反射率が低く直線反射率が高い直線反射面32を形成することが好ましい。これにより、色むらや角度色差を改善しながら、凹部19から光を取り出す効率を高くできる。
【００４８】
また、拡散反射面31は、凹部19の底面19aに形成してもよく、凹部19内の全面に形成してもよく、これにより、拡散効果がより高くなり、色むらや角度色差を改善する効果を高くできる。
【００４９】
また、凹部19の側面19bの角度、深さ、形状、大きさなどは、特に限定されるものではなく、どのような場合でも、同様の効果が得られる。
【００５０】
また、発光ダイオード素子13は、ダブルワイヤタイプに限らず、回路パターンに対してダイボンディングで接続する底面電極およびワイヤボンデングで接続する上面電極を有するタイプや、フリップフロップタイプなどを用いてもよい。
【００５１】
また、発光素子としては、発光ダイオード素子13に限らず、他の固体発光素子を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一実施の形態を示す発光装置の説明図である。
【図２】同上発光装置の一部の断面図である。
【図３】同上発光装置の一部の正面図である。
【図４】同上発光装置の正面図である。
【図５】凹部の内面を構成する材料と反射率の関係を示す表である。
【図６】波長と全反射率との関係を示すグラフである。
【図７】波長と直線反射率との関係を示すグラフである。
【図８】銀鏡メッキについて鉛直配光角と光度との関係を示すグラフである。
【図９】電解銀メッキについて鉛直配光角と光度との関係を示すグラフである。
【図１０】高反射樹脂について鉛直配光角と光度との関係を示すグラフである。
【図１１】実施例１および実施例２、比較例１〜３についての反射率や効率および色むらなどについて示す表である。
【符号の説明】
【００５３】
11    発光装置
13    発光素子としての発光ダイオード素子
19    凹部
31    拡散反射面
32    直線反射面
【図１】
2007234779.tif 000003
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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