(57)【要約】【課題】複数種のＬＥＤを用いた発光装置において、蛍光体を含有する波長変換部の熱を、効率的に放熱する。【解決手段】発光装置１は、互いに発光色の異なる複数種の発光部２と、これら発光部２が搭載される基板５と、各発光部２に共通して設けられる透光性カバー７と、を備える。発光部２の各々は、同一種のＬＥＤ２１と、ＬＥＤ２１を夫々被覆してＬＥＤ２１からの出射光の波長を各発光部２間で互いに異なる波長に変換する波長変換部２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ（総称して２２）と、を有する。透光性カバー７は、各波長変換部２２の光出射面に共通して接し、ＬＥＤ２１及び波長変換部２２から発生した熱を放熱する。この構成によれば、発光部２の出力差や蛍光体の発熱特性の違いがあっても、透光性カバー７によって熱を効率的に拡散、放熱することができる。従って、発光部２間の温度ばらつきが生じ難くなり、照明装置１の照射光の色ムラを抑制することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに発光色の異なる複数種の発光部と、前記複数種の発光部が搭載される基板と、前記複数種の発光部に共通して設けられる透光性カバーと、を備えた発光装置であって、
前記複数種の発光部の各々は、同一種の固体発光素子と、前記固体発光素子を夫々被覆して各固体発光素子からの出射光の波長を各発光部間で互いに異なる波長に変換する波長変換部と、を有し、
前記透光性カバーは、前記複数種の波長変換部の光出射面に共通して接し、前記固体発光素子及び波長変換部から発生した熱を放熱することを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記透光性カバーは、ガラス素材によって構成されることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記複数種の発光部、前記基板及び前記透光性カバーを収容するケースを更に備え、
前記ケースは、熱伝導性の高い材料から形成され、前記透光性カバーの周縁と接していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記複数種の発光部は、赤色光を出射する赤色発光部と、緑色光を出射する緑色発光部と、青色光を出射する青色発光部と、を有し、
前記赤色発光部が、前記緑色発光部及び青色発光部よりも前記基板の周縁に近接する位置に搭載されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項５】
前記透光性カバーは、前記複数種の波長変換部の光出射面の全面及び前記基板の発光部が搭載される面を被覆していることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに一項に記載の発光装置を用いた照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の固体発光素子を備えた発光装置及びそれを用いた照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、低電力で高輝度の発光が可能であり、表示等や照明器具等の様々な電気機器の光源として使用されている。近年では、赤色ＬＥＤ及び緑色ＬＥＤに加えて、青色ＬＥＤが実用化され、これらＲＧＢ３色のＬＥＤを組み合わせたり、ＬＥＤと、ＬＥＤから出射する光の波長を変換する蛍光体と組み合わせることで、様々な光色を発光することができる。
【０００３】
しかし、蛍光体は、周囲温度が高くなるに従って変換効率が低下することが知られている。そのため、ＬＥＤの発光により、蛍光体が長期間又は高出力の光に曝されると、発光効率が低下するだけなく、発光波長が変化し、光色の色合いが変化してしまう虞がある。特に、近年では、ＬＥＤを用いた発光装置が、照明器具用光源として利用され、発光装置の高出力化が進んでおり、蛍光体に対する負荷も大きくなっている。そのため、蛍光体の周囲の温度上昇を抑制することが、発光装置の信頼性を確保する上で必要となる。
【０００４】
そこで、絶縁性の放熱部材上に導体配線をパターニングし、この上にＬＥＤをフリップチップ実装することにより、ＬＥＤからの熱が効率的に放熱されるようにした発光装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１６５８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、蛍光体は、ＬＥＤからの出射光の波長を変換する際に、励起されてそれ自体が発熱する。ところが、上記特許文献１に記載の発光装置では、ＬＥＤの熱を効果的に放熱できるものの、波長変換部に含有される蛍光体の熱を放熱するには適していない。
【０００７】
また、発光色が異なる複数種のＬＥＤ発光部を用いて、照射光の色度を可変とした照明装置においては、ＬＥＤ発光部の出力差や、蛍光体の発熱特性の違いにより、温度にばらつきが生じ易くなる。そのため、このような複数種のＬＥＤ発光部を用いた発光装置では、照射光の色度が設定された色度にならなかったり、色ムラを生じる虞がある。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、発光色が異なる複数種のＬＥＤ発光部を用いた構成において、蛍光体を含有する波長変換部の熱を、効率的に放熱することができる発光装置、及びそれを用いた照明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】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明に係る発光装置は、互いに発光色の異なる複数種の発光部と、前記複数種の発光部が搭載される基板と、前記複数種の発光部に共通して設けられる透光性カバーと、を備え、前記複数種の発光部の各々は、同一種の固体発光素子と、前記固体発光素子を夫々被覆して各固体発光素子からの出射光の波長を各発光部間で互いに異なる波長に変換する波長変換部と、を有し、前記透光性カバーは、前記複数種の波長変換部の光出射面に共通して接し、前記固体発光素子及び波長変換部から発生した熱を放熱することを特徴とする。
【００１０】
上記発光装置において、前記透光性カバーは、ガラス素材によって構成されることが好ましい。
【００１１】
上記発光装置において、前記複数種の発光部、前記基板及び前記透光性カバーを収容するケースを更に備え、前記ケースは、熱伝導性の高い材料から形成され、前記透光性カバーの周縁と接していることが好ましい。
【００１２】
上記発光装置において、前記複数種の発光部は、赤色光を出射する赤色発光部と、緑色光を出射する緑色発光部と、青色光を出射する青色発光部と、を有し、前記赤色発光部が、前記緑色発光部及び青色発光部よりも前記基板の周縁に近接する位置に搭載されていることが好ましい。
【００１３】
上記発光装置において、前記透光性カバーは、前記複数種の波長変換部の光出射面の全面及び前記基板の発光部が搭載される面を被覆していることが好ましい。
【００１４】
上記発光装置は、照明装置に用いられることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、発光部の出力差や蛍光体の発熱特性の違いがあっても、波長変換部材と接する透光性カバーによって熱を効率的に拡散、放熱することができる。従って、発光部間の温度ばらつきが生じ難くなり、照射光の色ムラを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る発光装置の構成図。
【図２】同発光装置の一部分解斜視図。
【図３】図２のＡ−Ａ線側断面図。
【図４】同発光装置を照明装置に適用した構成を示す側断面図。
【図５】上記実施形態の変形例に係る発光装置の一部分解斜視図。
【図６】図５のＡ−Ａ線側断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の一の実施形態に係る発光装置について、図１〜図４を参照して説明する。本実施形態の発光装置１は、図１に示されるように、光源として固体発光素子（以下、ＬＥＤ）を用いた複数種の発光部２と、所定の色度を設定する色度設定部３と、発光部２の光出力を色度設定部３によって設定された色度に調整する制御部４と、を備える。本実施形態においては、発光部２は、夫々色度の異なる光を出射するように構成された少なくとも３つ、ここでは赤色光を出射する赤色発光部２Ｒと、緑色光を出射する緑色発光部２Ｇと、青色光を出射する青色発光部２Ｂと、の３種が用いられた構成を示す。なお、以下の説明では、これら３種の発光部２Ｒ，２Ｇ，２Ｂについて、特に光色を限定しないときは、単に発光部２という。
【００１８】
各発光部２は、夫々複数個がパッケージとして基板５に搭載される。なお、図例では、赤色発光部２Ｒ、緑色発光部２Ｇが夫々４つ、青色発光部２Ｂが５つ用いられた構成を示すが、各発光部２の個数はこの例に限られず、また、４種以上の発光部２が用いられてもよい。基板５には、同種の発光部２に用いられるＬＥＤが直列に接続されるように、配線回路５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂが形成されている。
【００１９】
色度設定部３は、各発光部２の出射光を混色した混色光、すなわち発光装置１の照射光の色温度を所定の値に設定するためのボリュームコントローラ３１を備える。ボリュームコントローラ３１は、ユーザによる摘みの回転操作によって、発光装置１をオフ状態からオン状態へ切り替え、回転範囲に応じて発光装置１の光出力を変化させる。また、ボリュームコントローラ３１は、発光装置１がオン状態となって光出力が小さい間は低い色温度の光を照射し、摘みを更に回転させることによって、光出力を大きくすると共に、漸次的に低い色温度から高い色温度の光を照射する調光操作を可能とする。
【００２０】
ボリュームコントローラ３１によって所定の色温度が入力されると、色度設定部３は、入力された色温度における黒体放射軌跡上の色度、つまり、この色温度における色度図上の等色温度線と黒体放射軌跡との交点座標を、設定された色度（以下、設定色度）とする。また、色度設定部３は、設定色度の制御情報を含むｄｕｔｙ信号を制御部４へ出力する。
【００２１】
制御部４は、発光装置１を点灯させる電源ユニット（不図示）に組み込まれており、各発光部２のパッケージの種類に応じた複数の出力端子（図例では、出力Ｒ，Ｇ，Ｂ）を備える。また、制御部４は、商用電源（不図示）からの給電を受けてこれを所定の直流電流に変換すると共に、色度設定部３からのｄｕｔｙ信号に対応するよう各発光部２Ｒ，２Ｇ，２Ｂを調光制御するための印加する電圧を制御する整流変圧回路（不図示）を有する。各出力（端子）Ｒ，Ｇ，Ｂは、配線４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂによって夫々配線回路５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂに接続される。
【００２２】
図２及び図３に示すように、発光装置１は、基板５を保持する枠体６と、各発光部２に共通して設けられる透光性カバー７と、を更に備える。枠体６は、一面に開口を有する有底円筒形状の構造部材であり、熱伝導性の高い金属材料又はフィラー等を添加して熱伝導性を高めた樹脂材料等によって形成される。
【００２３】
各発光部２の各々は、同一種のＬＥＤ２１と、これらのＬＥＤ２１を夫々被覆して各ＬＥＤ２１からの出射光の波長を各発光部２間で互いに異なる波長に変換する波長変換部２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ（総称して、２２）と、を有する。ＬＥＤ２１には、いずれも発光色が同じであり、好ましくは、近紫外〜青色波長領域の光を出射する汎用の窒化物半導体が用いられる。各発光部２に同一種のＬＥＤ２１を用いれば、部品調達費を抑制することができる。また、波長変換部２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂの配置や個数を変えることにより、照射光の色温度を広い範囲で変更することができる。
【００２４】
透光性樹脂材料に、ＬＥＤ２１の出射光の波長を変換する蛍光体が含有され、この蛍光体含有樹脂材料をＬＥＤ２１の出射面に被覆させることにより形成される。このとき、赤色発光部２Ｒには、ＬＥＤ２１の出射光の波長を赤色波長領域の光に変換する赤色蛍光体（例えばＣＡＳＮ蛍光体（ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ等））が用いられる。緑色発光部２Ｇには、ＬＥＤ２１の出射光の波長を緑色波長領域の光に変換する緑色蛍光体（例えばＣＳＯ蛍光体（ＣａＳｃ２Ｏ４：Ｃｅ等））が用いられる。青色発光部２Ｂには、用いられるＬＥＤ２１自体が青色光を出射し、この青色光の色度が所定の色度範囲にあれば、必ずしも蛍光体は要しない。また、ＬＥＤ２１が近紫外〜紫色光を出射するものであれば、ＬＥＤ２１の出射光の波長を青色波長領域の光に変換する青色蛍光体（例えば、ＢＡＭ：Ｅｕ，Ｍｎ蛍光体等）が用いられる。一方、ＬＥＤ２１自体が青色光を出射するものであっても、この青色光の色度が所定の色度範囲になければ、色度調整用の青色蛍光体が用いられる。
【００２５】
このように構成された各発光部２は、基板５の略中央領域に青色発光部２Ｂが、その周辺に緑色発光部２Ｇ及び青色発光部２Ｂが配される。好ましくは、赤色発光部２Ｒが、緑色発光部２Ｇ及び青色発光部２Ｂよりも基板５の周縁に近接する位置に搭載される。
【００２６】
透光性カバー７は、各波長変換部２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂの光出射面に共通して接し、ＬＥＤ２１及び各波長変換部２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂから発生した熱を放熱する。透光性カバー７は、枠体６の開口に嵌り込んで各波長変換部２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂの光出射面に接するカバー本体７１と、カバー本体７１の周縁に設けられた鍔部７２と、を有する。鍔部７２は、枠体６の開口縁と接し、カバー本体７１の発光部２側の面と基板５との間に所定の隙間が形成されるように、透光性カバー７を保持する。また、鍔部７２は、その外径が枠体６の外径と一致するように形成される。この透光性カバー７は、熱伝導性の高いガラス素材によって構成される。
【００２７】
基板５は、汎用の発光モジュール用の基板であり、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等の電気絶縁性を有する金属酸化物（セラミックスを含む）、金属窒化物、又は金属、樹脂、ガラス繊維等の材料から構成される。基板５にに形成された配線回路５１（図１参照）は、絶縁材料によって被覆され、発光部２の各ＬＥＤ２１の各正負電極と接続される箇所及び配線４１Ｒ，４１Ｇ，４１Ｂと接続される箇所が夫々電極端子として露出している（不図示）。
【００２８】
ＬＥＤ２１は、発光面とは反対側に電極端子（不図示）が設けられており、基板５に形成された配線回路５１上にフリップチップ実装される。ＬＥＤ２１が実装された基板５は、枠体６に取り付けられ、この状態で、各種蛍光体を含有する透光性樹脂がディスペンサ等によってＬＥＤ２１の発光面上に塗布される。塗布量は、複数のＬＥＤ２１間の間隔及び基板５と透光性カバー７との間に形成される隙間の高さを考慮して設定される。そして、透光性樹脂が硬化する前に、透光性カバー７が枠体６の開口に嵌め込まれる。このとき、透光性樹脂は、透光性カバー７によって押し潰され、その上面が平坦になった状態で硬化する。これにより、その上面（光出射面）が透光性カバー７に接する略円錐台形状の波長変換部２２が形成される。なお、発光面側に電極端子が設けられたＬＥＤを用いて、ＬＥＤをワイヤボンディングにより実装してもよいが、この場合、ワイヤが透光性カバー７に接触しないように、その長さや撓みを正確に制御する必要がある。
【００２９】
この構成によれば、波長変換部２２の蛍光体の熱が、透光性カバー７に伝わって、大気及び枠体６に放熱されるので、波長変換部２２の温度上昇を抑制することができる。その結果、波長変換部２２に含まれる蛍光体の波長変換特性の機能低下が抑制され、照射光の色度を所望の色度にすることができる。また、この透光性カバー７が各発光部２と接しているので、発光部２の出力差や蛍光体の発熱特性の違いがあっても、透光性カバー７によって熱が拡散される。その結果、発光部２間の温度ばらつきが生じ難くなり、照明装置１の照射光の色ムラを抑制することができる。
【００３０】
また、赤色発光部２Ｒは、緑色発光部２Ｇ及び青色発光部２Ｂよりも基板５の周縁に近接する位置に搭載されている。一般に赤色蛍光体は、温度上昇により波長変換効率が低下し易い。これに対して、上記構成によれば、赤色蛍光体の熱が、透光性カバー７から枠体６へ電熱され易いので、赤色蛍光体の温度上昇をより効率的に抑制することができる。その結果、赤色発光部２Ｒが長時間点灯制御されたときでも、赤色蛍光体の機能低下を抑制することができ、長期間に亘って照射光の色度を所望の色度にすることができる。
【００３１】
発光装置１が、照明装置として用いられるときには、各発光部２、基板５及び透光性カバー７を収容するケース８と、枠体６及びケース８を保持するダイキャスト９と、が備えられる。ケース８は、その内周が枠体６及び透光性カバー７の外周と接するように形成された筒状部材であり、枠体６と同様に、熱伝導性の高い材料から形成される。すなわち、ケース８の内周が、透光性カバー７の周縁と接している。ダイキャスト９は、放熱性の高いアルミ等の金属により形成され、放熱性を高めるために、複数のフィンが設けられている。この構成によれば、波長変換部２２の熱を、透光性カバー７、ケース８及びダイキャスト９を介して、より効率的に放熱することができる。なお、図３及び図４では、放熱方向を点線矢印で示している。
【００３２】
次に、上記実施形態の変形例に係る発光装置について、図５及び図６を参照して説明する。この変形例の発光装置１は、透光性カバー７は、複数種の波長変換部２２の光出射面の全面及び基板５の発光部２がを搭載される面を被覆しているものである。具体的には、透光性カバー７のカバー本体７１の基板５側の面の、各ＬＥＤ２１と対応する位置に、波長変換部２２が嵌る凹部７３が形成されている。
【００３３】
この変形例によれば、波長変換部２２と透光性カバー７との接触面積が大きくなり、また、透光性カバー７が基板５にも接しているので、波長変換部２２の熱を、基板５を介して、より効率的に放熱することができる。
【００３４】
また、この変形例においては、透光性カバー７に形成された凹部７３に、各種蛍光体を含有させた透光性樹脂を充填し、透光性樹脂が硬化する前にここに基板５と共にＬＥＤ２２を差し込むことにより、波長変換部２２を形成することができる。上述したような、ＬＥＤ２１上に塗布することで波長変換部２２を形成する場合、樹脂の流動性を制御することが容易でなかった。すなわち、樹脂の流動性が高すぎると、塗布した際に、隣り合うＬＥＤ２１に樹脂が流れてしまうことがあり、流動性が低すぎると、透光性カバー７との密着性が悪くなることがある。これに対して、この変形例によれば、樹脂の流動性によらず、波長変換部２２を容易に形成することができる。
【００３５】
なお、本発明は、上記実施形態に限らず、種々の変形が可能である。上記実施形態においては、青、緑、赤の３種の発光部を用いた構成を示したが、例えば、青色ＬＥＤに黄色蛍光体を被覆した所謂白色ＬＥＤを用いた白色発光部を更に追加してもよい。白色ＬＥＤとしては、例えば、米国で規定されたＬＥＤ色度規定（ＡＮＳＩ規格）に準じたＬＥＤユニットは、色度のばらつきが黒体軌跡から所定の範囲内に収まるように構成されている。従って、例えば、発光装置１において、使用頻度の高い色度については、上記規定に準じたＬＥＤユニットを市場から入手して用いれば、発光装置１の製造効率がよくなり、また他の発光部２のＬＥＤ２１の負荷を低減することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１    発光装置
２    発光部
２Ｒ    赤色発光部
２Ｇ    緑色発光部
２Ｂ    青色発光部
２１    ＬＥＤ（固体発光素子）
２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂ（２２）    波長変換部
４    透光性カバー
５    基板
８    ケース
【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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