(57)【要約】【課題】発光効率を確保しながら色われを改善できる発光装置11を提供する。【解決手段】発光ダイオード素子13の青色光を拡散層23で拡散させ、拡散させた光で蛍光体層24を励起させて黄色光を発光させ、青色光と黄色光との混合で白色光を得る。拡散層23の拡散材の粒径を１００〜２０００ｎｍ、配合比を２〜２０質量％とし、発光ダイオード素子13の光が透過する光路長のうちの７〜５０％の範囲に拡散層23を設けることにより、発光効率を確保しながら色われを改善する。【選択図】図１
2007173373.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と；
粒径が１００〜２０００ｎｍである拡散材を有する拡散層、および蛍光体を備え、発光素子を被覆してなる被覆層と；
を具備していることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
発光素子と；
配合比が２〜２０質量％である拡散材を有する拡散層、および蛍光体を備え、発光素子を被覆してなる被覆層と；
を具備していることを特徴とする発光装置。
【請求項３】
発光素子と；
拡散材を有する拡散層、および蛍光体を備え、発光素子を被覆するとともに拡散層は発光素子の光が透過する光路長のうちの７〜５０％の範囲に設けられてなる被覆層と；
を具備していることを特徴とする発光装置。
【請求項４】
基板と；
基板上に設けられた複数の青色発光ダイオード素子と；
各青色発光ダイオード素子からの光を反射する反射体と；
粒径が１００〜２０００ｎｍでかつ配合比が２〜２０質量％である拡散材を有する拡散層、および黄色系蛍光体を備え、青色発光ダイオード素子を被覆するとともに青色発光ダイオード素子の光が透過する光路長のうちの７〜５０％の範囲に設けられてなる被覆層と；
を具備してい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、発光素子として固体発光素子である発光ダイオード素子を用いた発光装置は、基板に発光ダイオード素子を配設し、この発光ダイオード素子を被覆するように樹脂を充填して固化させた面実装タイプのものが知られている。
【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、青色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によって被覆し、青色発光ダイオード素子の青色光と、この青色発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るものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−１４８５１６号公報（第４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、青色発光ダイオード素子を、黄色発光蛍光体を含有する樹脂層によって被覆する発光装置では、樹脂層の表面に対して垂直方向から見た場合、青色発光ダイオード素子が位置する樹脂層の中央部においては、その樹脂層の中央部と青色発光ダイオード素子との距離の方が樹脂層の周辺部と青色発光ダイオード素子との距離よりも近いので、青色光の輝度が高く、青色光が抜け、白色光に見え、一方、樹脂層の周辺部においては、黄色光が分布する現象である色われが発生する問題がある。また、樹脂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く、色われが発生する問題がある。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、発光効率を確保しながら色われ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、発光素子と；粒径が１００〜２０００ｎｍである拡散材を有する拡散層、および蛍光体を備え、発光素子を被覆してなる被覆層と；を具備しているものである。
【０００７】
拡散材の粒径は小さいほど色われが少ないが１００ｎｍより小さいと発光効率が低下してしまい、拡散材の粒径は大きいほど発光効率がよいが２０００ｎｍより大きいと色われが発生しやすくなる。したがって、拡散材の粒径が１００〜２０００ｎｍの範囲であることにより、発光効率を確保しながら色われが改善される。
【０００８】
請求項２記載の発光装置は、発光素子と；配合比が２〜２０質量％である拡散材を有する拡散層、および蛍光体を備え、発光素子を被覆してなる被覆層と；を具備しているものである。
【０００９】
拡散材の配合比は小さいほど発光効率がよいが２質量％より小さいと色われが発生しやすくなり、拡散材の配合比は大きいほど色われが少なくなるが２０質量％より大きいと発光効率が低下する。したがって、拡散材の配合比が２〜２０質量％の範囲であることにより、発光効率を確保しながら色われが改善される。
【００１０】
請求項３記載の発光装置は、発光素子と；拡散材を有する拡散層、および蛍光体を備え、発光素子を被覆するとともに拡散層は発光素子の光が透過する光路長のうちの７〜５０％の範囲に設けられてなる被覆層と；を具備しているものである。
【００１１】
発光素子の光が透過する光路長における拡散層の割合が小さいほうが発光効率がよいが７％より小さいと色われが発生しやすく、発光素子の光が透過する光路長における拡散層の割合が大きいほうが色われが少ないが５０％の範囲より大きいと発光効率が低下する。したがって、発光素子の光が透過する光路長における拡散層の割合が７〜５０％の範囲であることにより、発光効率を確保しながら色われが改善される。
【００１２】
請求項４記載の発光装置は、基板と；基板上に設けられた複数の青色発光ダイオード素子と；各青色発光ダイオード素子からの光を反射する反射体と；粒径が１００〜２０００ｎｍでかつ配合比が２〜２０質量％である拡散材を有する拡散層、および黄色系蛍光体を備え、青色発光ダイオード素子を被覆するとともに青色発光ダイオード素子の光が透過する光路長のうちの７〜５０％の範囲に設けられてなる被覆層と；を具備しているものである。
【００１３】
拡散材の粒径は小さいほど色われが少ないが１００ｎｍより小さいと発光効率が低下してしまい、拡散材の粒径は大きいほど発光効率がよいが２０００ｎｍより大きいと色われが発生しやすくなる。拡散材の配合比は小さいほど発光効率がよいが２質量％より小さいと色われが発生しやすくなり、拡散材の配合比は大きいほど色われが少なくなるが２０質量％より大きいと発光効率が低下する。青色発光ダイオード素子の光が透過する光路長における拡散層の割合が小さいほうが発光効率がよいが７％より小さいと色われが発生しやすく、青色発光ダイオード素子の光が透過する光路長における拡散層の割合が大きいほうが色われが少ないが５０％の範囲より大きいと発光効率が低下する。したがって、拡散層における拡散材の粒径が１００〜２０００ｎｍでかつ配合比が２〜２０質量％の範囲とあるとともに、拡散層は青色発光ダイオード素子の光が透過する被覆層の光路長のうちの７〜５０％の範囲であることにより、発光効率を確保しながら色われが改善される。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１記載の発光装置によれば、発光素子を被覆する拡散層により発光素子からの光を拡散させ、この拡散させた光で蛍光体を励起させて発光させるので、発光効率を向上できるとともに発光色の色われを改善でき、しかも、拡散層における拡散材の粒径を１００〜２０００ｎｍの範囲にすることにより、発光効率を確保しながら色われを改善できる。
【００１５】
請求項２記載の発光装置によれば、発光素子を被覆する拡散層により発光素子からの光を拡散させ、この拡散させた光で蛍光体を励起させて発光させるので、発光効率を向上できるとともに発光色の色われを改善でき、しかも、拡散層における拡散材の配合比を２〜２０質量％の範囲とすることにより、発光効率を確保しながら色われを改善できる。
【００１６】
請求項３記載の発光装置によれば、発光素子を被覆する拡散層により発光素子からの光を拡散させ、この拡散させた光で蛍光体を励起させて発光させるので、発光効率を向上できるとともに発光色の色われを改善でき、しかも、拡散層を発光素子の光が透過する被覆層の光路長のうちの７〜５０％の範囲に設けることにより、発光効率を確保しながら色われを改善できる。
【００１７】
請求項４記載の発光装置によれば、青色発光ダイオード素子を被覆する拡散層により青色発光ダイオード素子からの光を拡散させ、この拡散させた光で蛍光体を励起させて発光させるので、発光効率を向上できるとともに発光色の色われを改善でき、しかも、拡散層における拡散材の粒径を１００〜２０００ｎｍでかつ配合比を２〜２０質量％の範囲とするとともに、拡散層を青色発光ダイオード素子の光が透過する被覆層の光路長のうちの７〜５０％の範囲に設けることにより、発光効率を確保しながら色われを改善できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１９】
図１は発光装置の一部の拡大断面図、図２は発光装置の正面図、図３は発光装置の断面図、図４は発光装置における拡散材の粒径についての比較試験の結果を示す表、図５は発光装置における拡散材の粒径とΔｕｖおよび効率との関係を示すグラフ、図６は発光装置における拡散材の配合比についての比較試験の結果を示す表、図７は発光装置における拡散材の配合比とΔｕｖおよび効率との関係を示すグラフ、図８は発光装置における拡散層の光路長比についての比較試験の結果を示す表、図９は発光装置における拡散層の光路長とΔｕｖおよび効率との関係を示すグラフである。
【００２０】
図２および図３に示すように、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。発光ダイオード素子13は、例えば、発光ピークが４５０〜４６０ｎｍの青色の光を発光する例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体などで構成された青色発光ダイオード素子である。
【００２１】
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上に形成された絶縁層15、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が形成された基板14上に形成された反射体17を有している。
【００２２】
図１に示すように、回路パターン層16には、各発光ダイオード素子13の位置毎に、ＣｕとＮｉの合金やＡｕなどにより、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。各発光ダイオード素子13は、その底面電極が回路パターン16a，16bの一方にダイボンディングによって電気的および機械的に接続され、上面電極が回路パターン16a，16bの他方にボンディングワイヤ19によって電気的に接続されている。
【００２３】
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成形され、各発光ダイオード素子13の位置毎に、各発光ダイオード素子13を収容する複数の収容部20が形成されている。収容部20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ている。収容部20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21が同心状に形成されている。
【００２４】
各収容部20には、発光ダイオード素子13を被覆する被覆層22が形成されている。この被覆層22は、発光ダイオード素子13を被覆する拡散層23と、この拡散層23の上層で収容部20の開口側に配設される蛍光体層24との２層に形成されている。
【００２５】
拡散層23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、ＳｉＯ２、Ｙ２Ｏ３などの拡散材を配合したもので、この拡散材を配合した樹脂を、収容部20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。拡散材の一次粒子の粒径は１００〜２０００ｎｍ、基体である樹脂に対する拡散材の配合比は２〜２０質量％としている。拡散層23は、発光ダイオード素子13から被覆層22の表面までの光が透過する被覆層22内の光路長のうちの７〜５０％の範囲に設けられている。
【００２６】
拡散層23と蛍光体層24との接合面（境界面）25は、発光ダイオード素子13側（図１では下面側）へ凹む湾曲面に形成されている。この接合面25は、その湾曲上端と湾曲下端との間が例えば１μｍ〜５μｍが好ましい。
【００２７】
蛍光体層24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からの青色発光を受光して黄色に蛍光発光する黄色系蛍光体を主体として所要質量％配合したもので、拡散層23の熱硬化形成後、蛍光体を配合した樹脂を収容部20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、黄色系蛍光体が主体であるが、赤色系蛍光体なども配合されている。
【００２８】
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。
【００２９】
次に、発光装置11の作用を説明する。
【００３０】
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が青色発光する。この青色発光は、拡散層23により多方向へ拡散してから蛍光体層24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。そして、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、白色光になって収容部20から外部へ放射される。
【００３１】
したがって、この発光装置11によれば、発光ダイオード素子13の微小な発光を拡散層23により多方向へ拡散し、多方向から蛍光体層24の黄色蛍光体を励起させて黄色に発光させ、かつこの黄色光と青色光とを混色させて白色光を発光させるので、白色光の色われを低減できる。
【００３２】
しかも、拡散層23の樹脂に配合した拡散材の一次粒子の粒径を１００〜２０００ｎｍ、配合比を２〜２０質量％とし、発光ダイオード素子13の光が透過する光路長のうちの７〜５０％の範囲に拡散層23を設けているので、白色光を取り出す光取出効率である発光効率を確保しながら白色光の色われを低減できる。
【００３３】
そして、拡散材の粒径と、拡散材の配合比と、拡散層23の光路長比とについて、それぞれ４水準にふって、角度色差、視感での色われ判定、相対的な発光効率の比較試験を実施した。比較試験にあたって、拡散層23の樹脂はシリコーン樹脂、拡散材はアルミナ、収容部20の深さは１ｍｍ、測定距離は３００ｍｍとした。
【００３４】
角度色差は、瞬間分光計で３８０〜７８０ｎｍの発光スペクトルを測定し、そのｕ値（輝度信号と青色成分との差）およびｖ値（輝度信号と赤色成分との差）を用い、測定角度０度（発光ダイオード素子13に対して垂直方向）、５０度、７０度のΔｕｖを求めた。例えば、測定角度５０度についての角度色差を求める式を次に示す。ｕ５０、ｖ５０は５０度のときのｕ値、ｖ値であり、ｕ０、ｖ０は０度のときのｕ値、ｖ値である。
【００３５】
Δｕｖ＝｛（ｕ５０−ｕ０）２＋（ｖ５０−ｖ０）２｝０．５
【００３６】
角度色差は、小さいほうが色われが少なく良好であり、Δｕｖの数値は０．０１５未満が好ましい。
【００３７】
まず、拡散材の粒径についての比較試験の結果を図４の表、図５のグラフに示す。比較試験では、拡散材の粒径をサンプル１の７ｎｍ、サンプル２の１５０ｎｍ、サンプル３の１０００ｎｍ、サンプル４の１００００ｎｍの４水準にふって、角度色差（７０度）、視感での色われ判定、発光効率（サンプル４を基準）の比較試験を実施した。
【００３８】
比較試験の結果、サンプル１のように、拡散材の粒径が小さいと、角度色差、視感での色われ判定とも良好であるが、発光効率の低下が激しくなり、一方、サンプル４のように、拡散材の粒径が大き過ぎると、発光ダイオード素子13からの青色発光が素抜け状態となり、角度色差、視感での色われ判定とも悪くなった。
【００３９】
したがって、拡散層23の樹脂に配合した拡散材の一次粒子の粒径は、角度色差、視感での色われ判定、発光効率とも良好な１００〜２０００ｎｍの範囲が最適である。この１００〜２０００ｎｍの範囲より小さいと発光効率が低下し、大きいと色われが発生しやすくなる。
【００４０】
次に、拡散材の配合比についての比較試験の結果を図６の表、図７のグラフに示す。比較試験では、拡散材の配合比をサンプル１の１質量％、サンプル２の５質量％、サンプル３の１０質量％、サンプル４の３０質量％の４水準にふって、角度色差（７０度）、視感での色われ判定、発光効率（サンプル１を基準）の比較試験を実施した。
【００４１】
比較試験の結果、サンプル１のように、拡散材の配合比が小さいと、発光効率は良好であるが、発光ダイオード素子13からの青色発光が素抜け状態となり、角度色差、視感での色われ判定とも悪くなり、一方、サンプル４のように、拡散材の配合比が大き過ぎると、樹脂の粘度が高くなり過ぎて収容部20に充填できなかった。
【００４２】
したがって、拡散層23の樹脂に配合する拡散材の配合比は、角度色差、視感での色われ判定、発光効率とも良好な２〜２０質量％の範囲が最適である。この２〜２０質量％の範囲より小さいと色われが発生しやすく、大きいと発光効率が低下する。
【００４３】
次に、拡散層23の光路長比についての比較試験の結果を図８の表、図９のグラフに示す。比較試験では、拡散材の配合比をサンプル１の５％、サンプル２の１０％、サンプル３の３０％、サンプル４の６０％の４水準にふって、角度色差（７０度）、視感での色われ判定、発光効率（サンプル４を基準）の比較試験を実施した。
【００４４】
比較試験の結果、サンプル１のように、拡散層23の光路長比が小さ過ぎると、発光ダイオード素子13からの青色発光が素抜け状態となり、角度色差、視感での色われ判定とも悪くなり、一方、サンプル４のように、拡散層23の光路長比が大きいと、角度色差、視感での色われ判定とも良好であるが、発光効率の低下が激しくなった。
【００４５】
したがって、拡散層23の光路長比は、角度色差、視感での色われ判定、発光効率とも良好な７〜５０％の範囲が最適である。この７〜５０％の範囲より小さいと色われが発生しやすく、大きいと発光効率が低下する。
【００４６】
このような結果から、拡散材の粒径は１００〜２０００ｎｍ、拡散材の配合比は２〜２０質量％、拡散層23の光路長比は７〜５０％がそれぞれ最適であり、これらのうちのいずれか２つを組み合わせたり、３つすべてを組み合わせることにより、角度色差、視感での色われ判定、発光効率ともより良好にできる。
【００４７】
なお、被覆層22は、拡散層23の上層に蛍光体層24を設ける場合に限らず、蛍光体層24の上層に拡散層23を設けても、色われを改善できる。
【００４８】
また、発光ダイオード素子13の青色発光と蛍光体の黄色発光との組み合わせで白色光を得る場合に限らず、他の発光色の発光ダイオード素子と蛍光体との組み合わせで白色光を得ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一実施の形態を示す発光装置の一部の拡大断面図である。
【図２】同上発光装置の正面図である。
【図３】同上発光装置の断面図である。
【図４】同上発光装置における拡散材の粒径についての比較試験の結果を示す表である。
【図５】同上発光装置における拡散材の粒径とΔｕｖおよび効率との関係を示すグラフである。
【図６】同上発光装置における拡散材の配合比についての比較試験の結果を示す表である。
【図７】同上発光装置における拡散材の配合比とΔｕｖおよび効率との関係を示すグラフである。
【図８】同上発光装置における拡散層の光路長比についての比較試験の結果を示す表である。
【図９】同上発光装置における拡散層の光路長とΔｕｖおよび効率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５０】
11    発光装置
13    発光素子としての青色発光ダイオード素子である発光ダイオード素子
14    基板
17    反射体
22    被覆層
23    拡散層
【図１】
2007173373.tif 000003
【図２】
2007173373.tif 000004
【図３】
2007173373.tif 000005
【図４】
2007173373.tif 000006
【図５】
2007173373.tif 000007
【図６】
2007173373.tif 000008
【図７】
2007173373.tif 000009
【図８】
2007173373.tif 000010
【図９】
2007173373.tif 000011