(57)【要約】【課題】光の取り出し効率が改善されたＬＥＤ光源を提供する。【解決手段】ＬＥＤチップ１１は配線基板１２上に実装されたＬＥＤチップ１１とＬＥＤチップ１１を覆う蛍光体層ＦＬとを備え、蛍光体層ＦＬは前記ＬＥＤチップ１１から出射された光の波長をより長い波長に変換する蛍光体粒子ＦＰと、透過性樹脂ＴＲとを含み、蛍光体層ＦＬの断面輪郭Ｓｆｌ、ＬｆｌがＬＥＤチップ１１の中心Ｏ方向に凹んだ曲線Ｌｆｌで形成されている。【選択図】図１
2013026244.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線基板上に実装されたＬＥＤチップと、
前記ＬＥＤチップを覆う蛍光体層とを備え、
前記蛍光体層は、前記ＬＥＤチップから出射された光の波長をより長い波長に変換する蛍光体粒子と、透過性樹脂とを含み、
前記蛍光体層の断面輪郭が前記ＬＥＤチップの中心方向に凹んだ曲線で形成されていることを特徴とするＬＥＤ光源。
【請求項２】
前記輪郭と前記ＬＥＤチップとの距離は、前記ＬＥＤチップの厚みの３倍未満であることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ光源。
【請求項３】
前記蛍光体層の高さは、前記ＬＥＤチップの厚みの１．５倍以上且つ１０倍以下であり、前記蛍光体層の幅は、前記ＬＥＤチップの縦断面における一片の長さの１．５倍以上且つ１０倍以下であることを特徴とする、請求項１及び請求項２のいずれか１項に記載のＬＥＤ光源。
【請求項４】
前記蛍光体層の高さは、前記ＬＥＤチップの厚みの１．５倍以上且つ３倍以下であり、前記蛍光体層の幅は、前記ＬＥＤチップの縦断面における一片の長さの１．５倍以上且つ３倍以下である請求項１及び請求項２のいずれか１項に記載のＬＥＤ光源。
【請求項５】
前記蛍光体層の断面輪郭は前記ＬＥＤチップの上面に対して垂直な方向に関して、双曲線で形成され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１項に記載のＬＥＤ光源。
【請求項６】
前記ＬＥＤチップの上面に対して垂直な方向から見た、前記蛍光体層の断面輪郭は双曲線で囲まれることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のＬＥＤ光源。
【請求項７】
前記ＬＥＤチップの上面に対して垂直な方向から見た、前記ＬＥＤチップの平面形状は多角形であることを特徴とする請求項５乃至請求項６のいずれか１項に記載のＬＥＤ光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、励起光源として、青色ＬＥＤ、紫ＬＥＤ、ＵＶ（紫外線）ＬＥＤ等の半導体発光素子からの発光された光の一部またはすべてを、蛍光体により変換して白色光を発生させる小型の白色ＬＥＤに注目が集まっている。
【０００３】
半導体発光素子（励起光源）と蛍光体（変換物質）とを組み合わせた発光装置は、照明光源や液晶バックライト光源などの分野で利用されている。このような発光装置は、例えばシリコン樹脂やガラス等の透光性部材の材料中に蛍光体を含有させた後、発光素子が搭載された凹部内に、樹脂をディスペンサなどで滴下注入し、当該樹脂を熱硬化させることにより形成される（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、ＧａＮ（窒化ガリウム）等の化合物で構成される半導体基板を用いたＬＥＤチップにおいては、ＬＥＤチップの上面には蛍光物質が塗布されると共に、電極から導電性ワイヤーにより外部に引き出される構造となっている。（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
ＬＥＤはＧａＰ（ガリウムリン）やＧａＮ等の化合物半導体ウエハ上にＰＮ接合を形成し、これに順方向電流を通じて可視光又は近赤外光の発光を得るものであり、近年、表示、通信、計測、及び制御等の分野に広く応用されている。しかし、このようなＬＥＤを用いた光源（以下、「ＬＥＤ光源」と称する）の発光色は限られた色調のものしか存在しない。そこで、所望の発光色を得ようと、透過性樹脂であるエポキシ樹脂やシリコン樹脂等の封止樹脂中に蛍光物質や着色剤を含有させる試みがある。このような従来のＬＥＤの一例を、図面を参照して以下に説明する。
【０００６】
図８に、従来のＬＥＤ光源１の縦断面を示す。ＬＥＤチップ１１は、ＧａＮ（窒化ガリウム）系の青色ＬＥＤチップである。配線基板１２の両面銅箔部にはメッキレジストがラミネートされ、露光現像により配線パターンが形成され、更にその上に金メッキ等の表面処理が施されている。基板電極１２１は、上面電極１２１ａから側面電極１２１ｂを経由して下面電極１２１ｃに至る配線パターンである。基板電極１２２は、上面電極１２２ａから側面電極１２２ｂを経由して下面電極１２２ｃに至る他方の電極パターンである。
【０００７】
接着材１３を介して、上面電極１２１ａにＬＥＤチップ１１がダイボンディングされた配線基板１２は両面銅箔張りのガラスエポキシ樹脂等より成る。ボンディングワイヤ１４はＡｕ（金）線等より成る。ＬＥＤチップ電極１１２は、ＬＥＤチップ１１の上面に設けられている。ＬＥＤチップ電極１１２と基板電極１２１とはボンディングワイヤ１４によって接続されている。ＬＥＤチップ１１、ＬＥＤチップ電極１１２の接続部、及びボンディングワイヤ１４等の保護と、ＬＥＤチップ１１からの効果的な発光とを実現するために、これらの表面は蛍光体層１５によって封止されている。なお、蛍光体層１５は、透光性のエポキシ樹脂等から成る透光性樹脂１５１を有する。
【０００８】
蛍光体層１５は、蛍光体粒子１５２を含有している。ＬＥＤチップ１１を発光させると、ＬＥＤチップ１１から発する青色光の一部は、透光性樹脂１５１の中で蛍光体粒子１５２に当り、蛍光体粒子１５２によって黄色光に変化させられて蛍光体層１５から出射する。蛍光体粒子１５２に当たらなかった、青色光は青色のまま、蛍光体層１５から出射するので、蛍光体層１５から出射した黄色光と青色光とが混じって白色光になる。より詳しく述べれば、蛍光体層１５から別々に出射した青色光と黄色光とを、観測する側（人間）が白色光と認識する。このように蛍光体層１５から出射された白色光をフィルターして、パステル調の発光色を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平７−９９３４５号公報
【特許文献２】特開２００３−２５８３１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述の構成では、ＬＥＤチップの周囲を覆う透光性樹脂１５１の屈折率ｎ（ｎ＝約１．２〜約１．９）が、周囲の空気との屈折率（ｎ＝１．０）よりも大きいため、スネルの法則（屈折の法則）より、臨界角が非常に小さく、その結果、一部の光しか外部に放射されないという問題がある。例えば、透光性樹脂１５１にシリコン（ｎ＝１．６）を用いた場合、臨界角は３１°である。この場合、角度３１°の円錐体内の光だけが蛍光体層１５から出射され、光の出力効率は制限を受ける。
【００１１】
本発明は、上述の問題に鑑みて、光の取り出し効率が改善されたＬＥＤ光源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】
【００１２】
上記の課題を解決する為に、本発明は、ＬＥＤ光源であって、
配線基板上に実装されたＬＥＤチップと、
前記ＬＥＤチップを覆う蛍光体層とを備え、
前記蛍光体層は、前記ＬＥＤチップから出射された光の波長をより長い波長に変換する蛍光体粒子と、透過性樹脂とを含み、
前記蛍光体層の断面輪郭が前記ＬＥＤチップの中心方向に凹んだ曲線で形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のＬＥＤ光源によれば、ＬＥＤチップを覆う蛍光体層からの臨界角出射の確率を増やすことができ、その結果、蛍光体層からの光の取り出し効率を向上させる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態１に係るＬＥＤ光源の構成を示す縦断面図である。
【図２】図１に示すＬＥＤ光源を上から見た平面図である。
【図３】図１に示すＬＥＤ光源の蛍光体層の側面輪郭形状の説明図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係るＬＥＤ光源を上から見た平面図である。
【図５】図４に示すＬＥＤ光源の蛍光体層の底面輪郭形状の説明図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係るＬＥＤ光源を上から見た平面図である。
【図７】図６に示すＬＥＤ光源の蛍光体層の輪郭形状の説明図である。
【図８】従来のＬＥＤ光源の構成を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（実施の形態１）
以下に、図１、図２、及び図３を参照して本発明の実施の形態１について、図面を参照しながら説明する。図１に実施の形態１に係るＬＥＤ光源ＬＳ１の縦断面構造を示し、図２にＬＥＤ光源ＬＳ１を上から見た状態を示す。ＬＥＤチップ１１は、例えば波長３８０ｎｍから７８０ｎｍの可視領域の範囲内にピーク波長を有する光を出射するＬＥＤを用いることができる。ＬＥＤチップ１１は、図１に示すように、接着剤１３を介して配線基板１２の上に設けられた基板電極１２１に実装されている。ＬＥＤチップ１１の占有面積は、接着剤１３の面積よりも小さく、ＬＥＤチップ１１の周囲には接着剤１３がはみ出ている。
【００１６】
ＬＥＤチップ１１の上面には、ＬＥＤチップ電極１１２が２つ設けられている。ＬＥＤチップ電極１１２は、ボンディングワイヤ１４などにより、配線基板１２上の基板電極１２１（図２）と電気的に接続されている。これにより、ＬＥＤチップ１１に電流を供給して、ＬＥＤチップ発光部１１１に発光を引き起すことができる。基板電極１２１を備える配線基板１２は多層配線基板であっても良い。複数個のＬＥＤチップ１１が単一の配線基板１２に実装される場合、配線基板１２は放熱性に優れたメタルコンポジット基板を用いて作成されることが望ましい。
【００１７】
ＬＥＤチップ１１は、透光性樹脂ＴＲ１の中に無数の蛍光体粒子ＦＰが分散する蛍光体層ＦＬ１で被覆されている。透光性樹脂ＴＲ１は、直径Ｄの円形底面（図２）から、高さＨ（図１）まで凹状斜面により、概ね円錐形状に形成されている。なお、透光性樹脂ＴＲ１の高さＨは、蛍光体層ＦＬ１の高さでもある。本実施の形態においては透光性樹脂ＴＲ１の底面形状は直径Ｄで規定される円形としているが、これに限定されるものではなく、これについては後ほど図４、図５、図６、及び図７を参照して説明する。なお、本実施の形態において、円形底面の直径Ｄを透光性樹脂ＴＲ１の幅Ｗ１と呼ぶ。透光性樹脂ＴＲ１は、電気的絶縁性を有し、ＬＥＤチップ１１から発せられる光が透過する性質を有する材料から構成される。透光性樹脂ＴＲ１の材料として、例えば、シリコン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、及びフッ素樹脂等の樹脂類やガラス等の材料を用いることができる。シリコン樹脂を用いた場合、透光性樹脂ＴＲ１の屈折率ｎ１は、約１．４である。
【００１８】
蛍光体粒子ＦＰは、ＬＥＤチップ１１から放射される青色光を黄色光に変換する。蛍光体粒子ＦＰとしては、ＹＡＧ（イットリウム・アルゴン・ガーネット）等の材料が用いられる。最終商品（ＬＥＤ光源）の種類に応じて、蛍光体層ＦＬ１に分散させる蛍光体粒子ＦＰの種類（蛍光体粒子のサイズや材質）を適宜変更調整する必要がある。蛍光体粒子ＦＰの種類（サイズや材質）は１つに限定されず、１つの蛍光体層ＦＬ１（透光性樹脂ＴＲ１）に複数種類の蛍光体粒子ＦＰを混在させても良い。通常、蛍光体粒子ＦＰは、その粒度分布が１０μｍから２０μｍであるものが用いられるが、本発明ではその限りでなく、５０μｍ以下の粒度分布のもので良い。
【００１９】
次に、図３を参照して、蛍光体層ＦＬ１（特に凹状斜面）の形状について説明する。同図において、ＬＥＤチップ１１の縦断面の中心をＯとし、Ｏを通りＬＥＤチップ１１の発光面に対して垂直な（ＬＥＤチップ１１厚み）方向に伸びる軸をＺ軸とし、Ｏを通りＺ軸に垂直な（ＬＥＤチップ１１の発光面に平行な長さ）方向に伸びる軸をＸ軸としている。図３においては、図１に示した蛍光体層ＦＬ１の約右半分が示されている。なお、図３は、図１同様に、ＬＥＤチップ１１の一片における断面図である。
【００２０】
曲線Ｌｆｌ１は、Ｘ軸（Ｙ軸）とＺ軸で規定されるＸＺ（ＹＺ）平面で蛍光体層ＦＬ１を切った時の蛍光体層ＦＬ１の最外縁部の形状、つまり蛍光体層ＦＬ１の側面輪郭を示している。この意味において、曲線Ｌｆｌ１を蛍光体層輪郭或いは蛍光体層外縁と呼ぶ。蛍光体層輪郭Ｌｆｌ１は、蛍光体層ＦＬ１と周囲（空気）との境界線でもある。つまり、蛍光体層輪郭Ｌｆｌ１は蛍光体層ＦＬ１と周囲との境界線でもあり、この境界線（蛍光体層輪郭Ｌｆｌ１）で規定される蛍光体層ＦＬ１の表面を蛍光体層境界面Ｓｆｌ１と呼ぶ。なお、紙面の都合状、円錐状の頂点および底面の外縁部は示されていない。
【００２１】
蛍光体層ＦＬ１の凹状斜面（蛍光体層境界面Ｓｆｌ１）は、ＬＥＤチップ１１の上面および側面から発せられる光を効率的に蛍光体層ＦＬ１の外側の空気層へ出射するために、ＬＥＤチップ１１の中心Ｏに向かって凹んだ輪郭形状を有する。なお、ＬＥＤ光源ＬＳ１をＸＹ平面で切った時の蛍光体層ＦＬ１の輪郭は、蛍光体層ＦＬ１の高さＨ（以降、「蛍光体層高Ｈ」と称する）がゼロ、つまり底部では直径Ｄの円形であり、蛍光体層高Ｈに応じてＤより小さな直径で規定される円形である。上述のように、底部での直径Ｄを蛍光体層ＦＬ１の幅Ｗ１と呼ぶ。
【００２２】
蛍光体層高Ｈは、ＬＥＤチップ１１の形状にもよるが、例えばＬＥＤチップ１１の断面形状の厚みｈ（以降、「ＬＥＤチップ厚ｈ」と称する）の約１．５倍〜１０倍（１．５ｈ≦Ｈ≦１０ｈ）程度が好ましく、より好ましくは１．５倍〜３倍未満（１．５ｈ≦Ｈ＜３ｈ）である。つまり、１．５ｈ≦Ｈ≦１０ｈの場合、ＬＥＤチップ１１より発せられた青色光と、蛍光体粒子ＦＰで変換された黄色光とが蛍光体層ＦＬ１内で反射する回数が少なく、且つ光路長が短いので、蛍光体層ＦＬ１中での光減衰によるＬＥＤ光源ＬＳ１としての発光ロスを抑えられる。また、１．５ｈ≦Ｈ＜３ｈの場合は、蛍光体層ＦＬ１の形成が１．５ｈ≦Ｈ≦１０ｈの場合に比べて容易であるので、複数個の蛍光体層ＦＬ１（ＬＥＤ光源ＬＳ１）を形成する場合にも、一定の形状を得ることができる。結果、複数のＬＥＤ光源ＬＳ１のそれぞれの蛍光体層ＦＬ１から出射する光のばらつきを抑えることができる。
【００２３】
蛍光体層高ＨがＬＥＤチップ厚ｈの１．５倍未満（Ｈ＜１．５ｈ）の場合、ＬＥＤチップ１１と蛍光体層境界面Ｓｆｌ１（蛍光体層輪郭Ｌｆｌ１）との距離Ｌ１が極めて近いため、蛍光体層境界面Ｓｆｌ１の表面精度（形状や面粗度）の影響で、ＬＥＤチップ１１或いは蛍光体粒子ＦＰから発せられた光が蛍光体層境界面Ｓｆｌ１で乱反射される成分（以降、「乱反射成分」）が多くなり、ＬＥＤ光源ＬＳ１としての発光ロスが増加する。また、蛍光体層ＦＬ１の幅Ｗ１（Ｗ１＝Ｄ）は、ＬＥＤチップ１１の縦断面形状の長さａの１．５倍〜１０倍（１．５ａ≦Ｗ１≦１０ａ）程度に設計することが好ましく、３倍未満（Ｗ１＜３ａ）であることがより好ましい。なお、図１に示すように、本実施の形態においては、ＬＥＤチップ１１は四角柱状に形成されており、その寸法はａ×ａ×ｈで表すことができる。１辺がａでなく、ｂの場合は、ａとｂの長い方を、縦断面図の長さａとする。
【００２４】
蛍光体層ＦＬ１の幅Ｗ１がＬＥＤチップ１１の断面形状の長さａの３倍以上（Ｗ１≧３ａ）であると、蛍光体層ＦＬ１の形状のアスペクト比（蛍光体層ＦＬ１の高さＨと断面形状の長さａの比）が大きくなる。ＬＥＤチップ１１の断面形状の長さａに対して蛍光体層ＦＬ１の高さが大きくなると、蛍光体層ＦＬ１が曲がり易く折れ易いので、蛍光体層ＦＬ１の形状の形成および形状の保持が困難になり、蛍光体層ＦＬ１の形状不良が発生し易くなる。蛍光体層ＦＬ１の幅Ｗ１がＬＥＤチップ１１の断面形状の長さａの１０倍より大きく（Ｗ１＞１０ａ）なると、ＬＥＤチップ１１より発せられた青色光および、蛍光体粒子ＦＰで変換された黄色光が蛍光体層ＦＬ１内で反射する回数が増加し、光路長も長くなるため、蛍光体層ＦＬ１内での光の減衰によるＬＥＤ光源ＬＳ１としての発光ロスが幅Ｗ１に応じて急激に増加する。
【００２５】
蛍光体層ＦＬ１の幅Ｗ１がＬＥＤチップ１１の長さａの１．５倍未満（Ｗ１＜１．５ａ）の場合、蛍光体層ＦＬ１の形状はＬＥＤチップ１１と蛍光体層ＦＬ１の蛍光体層輪郭Ｌｆｌ１との距離Ｌ１が極めて近くなる。そのため、蛍光体層境界面Ｓｆｌ１の表面精度の影響で、蛍光体層境界面Ｓｆｌ１での反射時の乱反射成分が多くなり、ＬＥＤ光源ＬＳ１としての発光ロスが増加する。図３に示した例では、ＬＥＤチップ１１の寸法が約０．３ｍｍ×０．３ｍｍ×厚み０．１ｍｍ（ＬＥＤチップ厚ｈ＝０．１ｍｍで、ａ＝０．３ｍｍで、奥行き（不図示）＝０．３ｍｍ）のときに、蛍光体層高Ｈは０．１５ｍｍ〜約１．０ｍｍ（例えば、Ｈ＝０．３ｍｍ）であり、蛍光体層ＦＬ１の幅Ｗ１は約０．２５ｍｍ〜１．５ｍｍ（例えば、Ｗ１＝０．５ｍｍ）である。
【００２６】
さらに、蛍光体層境界面Ｓｆｌ１は、蛍光体層輪郭Ｌｆｌ１がＸ軸およびＺ軸を漸近線とする直角双曲線の一つに相当するとなお良い。この場合の蛍光体層輪郭Ｌｆｌ１とＬＥＤチップ１１との距離Ｌ１は、ＬＥＤチップ１１の形状にもよるが、０からＬＥＤチップ厚ｈの３倍未満（０＜Ｌ＜３ｈ）が好ましく、２倍未満（０＜Ｌ＜２ｈ）がより好ましいことが確認されている。蛍光体層境界面Ｓｆｌ１とＬＥＤチップ１１との距離Ｌ１がＬＥＤチップ厚ｈの２倍以上（Ｌ≧２ｈ）の場合、ＬＥＤチップ１１より発せられた青色光および、蛍光体粒子ＦＰで変換された黄色光が蛍光体層境界面Ｓｆｌ１から出射する条件が満足されず、蛍光体層ＦＬ１内で反射する回数が増加し、光路長も長くなるため、減衰によるＬＥＤ光源ＬＳ１としての発光ロスが距離Ｌ１に応じて急激に増加する。さらに、蛍光体層境界面Ｓｆｌ１とＬＥＤチップ１１との距離Ｌ１がＬＥＤチップ厚ｈの３倍以上の場合、蛍光体層ＦＬ１とＬＥＤチップ１１との線膨張率の差の影響によりＬＥＤチップ１１に応力が集中し、ＬＥＤチップ１１にダメージが発生し易い。
【００２７】
図１、図２及び図３を参照して述べたように、本実施の形態においては、ＬＥＤ光源ＬＳ１の最小単位は、１つの配線基板１２の上に設けられた複数の基板電極１２１の１つに、１つのＬＥＤチップ１１が接着剤１３で接合され、ＬＥＤチップ発光部１１１が設けられた２つのＬＥＤチップ電極１１２がそれぞれボンディングワイヤ１４によって残りの基板電極１２１に接続されたＬＥＤチップ１１の全体が、蛍光体層ＦＬ１で覆われて構成されている。本発明において、ＬＥＤ光源は、複数のＬＥＤ光源ＬＳ１を２次元アレイ状に配列して構成しても良い。
【００２８】
具体的には、１つの配線基板１２の主面上に、複数のＬＥＤチップ１１が２次元アレイ状に配列され、その複数のＬＥＤチップ１１のそれぞれに対応して蛍光体層ＦＬ１が個々のＬＥＤチップ１１を覆うように設けられる。この複数のＬＥＤチップ１１は全て同一のサイズであっても良いし、異なるサイズであっても良い。さらに、複数のＬＥＤチップ１１はそれぞれピーク波長の異なるものであっても良い。
【００２９】
また、複数のＬＥＤチップ１１のそれぞれに設けられる蛍光体層ＦＬ１に含まれる透光性樹脂ＴＲ１の数或いは材質は、同一であってもＬＥＤチップ１１毎に異なっても良い。さらに、複数の透光性樹脂ＴＲ１の個々は同一の形状であっても、それぞれ異なる形状であっても良い。
【００３０】
上述のように、本実施形態のＬＥＤ光源ＬＳ１においては、ＬＥＤチップ１１から発せられる青色から紫外にわたる波長の青色光の一部が、ＬＥＤチップ１１を覆う蛍光体層ＦＬ１内の蛍光体粒子ＦＰにより青色光とは異なる波長の光に変換される。この青色光と青色光が波長変換されて生成された光（以降、「波長変換光」と称する）とが蛍光体層ＦＬ１の内部或いは外部で混合されて、実質的にＬＥＤ光源ＬＳ１から白色系の光が発せられる。
【００３１】
特に、本実施形態のＬＥＤ光源ＬＳ１によれば、蛍光体層ＦＬ１の断面形状が、ＬＥＤチップ１１の上面、側面から発せられる光の配光角に相当する形状に形成されている。すなわち、ＬＥＤチップ１１の上面（ＬＥＤチップ発光部１１１）及び側面から発せられる光の強度分布をより反映させた状態でかつ、蛍光体層ＦＬ１から空気層への光の出射効率を高めた蛍光体層ＦＬ１を配置することができる。これにより、約５％高い光束を出射するＬＥＤ光源ＬＳ１を得られることが確認されている。
【００３２】
（実施の形態２）
以下に、図４及び図５を参照して、本発明の実施の形態２に係るＬＥＤ光源について説明する。図４は本実施の形態に係るＬＥＤ光源ＬＳ２を上からみた状態が示されている。ＬＥＤ光源ＬＳ２は上述の実施の形態１に係るＬＥＤ光源ＬＳ１において、蛍光体層ＦＬ１が蛍光体層ＦＬ２に置き換えられている。具体的には、蛍光体層ＦＬ１の底部が円形状に形成されているのに対して、蛍光体層ＦＬ２の底部は星形状に形成されている。なお、底部における最大距離を蛍光体層ＦＬ２の幅Ｗ２と呼ぶ。本例においては、蛍光体層ＦＬ２の底部は、４つの頂点が中心に向かって凹んだ曲線で結ばれた四角星形状の平面輪郭を有している。つまり、蛍光体層ＦＬ２は、四角星錐状に形成されている。よって、ＬＥＤ光源ＬＳ２をＸＹ平面で切った時の蛍光体層ＦＬ２の平面輪郭は、蛍光体層高Ｈに応じて変化する。
【００３３】
次に、図４に示す蛍光体層ＦＬ２の底部の輪郭形状を示す図５を参照して、蛍光体層ＦＬ２の平面輪郭形状について説明する。なお、同図においては、図４に示した蛍光体層ＦＬ２の約右四分の一が示されている。蛍光体層ＦＬ２は、ＬＥＤチップ１１の２つの端面１１ａ及び１１ｂから発せられる光を効率的に蛍光体層ＦＬ２外側の空気層へ出射するために、ＬＥＤチップ１１の中心Ｏの方向へくぼんだ輪郭形状を有する。蛍光体層ＦＬ２の幅Ｗ２は、例えばＬＥＤチップ１１の長さａの約１．５倍〜１０倍（１．５ａ≦Ｗ２≦１０ａ）程度大きく設計すれば良く、１．５倍〜３倍未満（１．５ａ≦Ｗ２＜３ａ）であることが好ましい。
【００３４】
蛍光体層ＦＬ２の幅Ｗ２がＬＥＤチップ１１の長さａの１．５倍以上１０倍以下（１．５ａ≦Ｗ２≦１０ａ）であれば、ＬＥＤチップ１１より発せられた青色光および、蛍光体粒子ＦＰで変換された黄色光が蛍光体層ＦＬ２よりの出射条件が満足することにより、蛍光体層ＦＬ２内で反射する回数が少なく、光路長も短くなるため、光の減衰によるＬＥＤ光源ＬＳ２としての発光ロスを抑えることができる。さらに、蛍光体層ＦＬ２の幅Ｗ２がＬＥＤチップ１１の長さａの１．５倍以上３倍以下（１．５ａ≦Ｗ２≦３ａ）であれば、蛍光体層ＦＬ２の高さがＬＥＤチップ１１の長さａに対して低いため、蛍光体層ＦＬ２は曲がりにくく折れにくいので、蛍光体層ＦＬ２の形成が容易になり、蛍光体層ＦＬ２を複数作成する場合に一定の形状を得ることができるため、ＬＥＤ光源ＬＳ２（蛍光体層ＦＬ２）から出射する光の輝度のばらつきを抑えることができてより好ましい。
【００３５】
幅Ｗ２がＬＥＤチップ１１の長さａの１．５倍未満（Ｗ＜１．５ａ）の場合の、蛍光体層ＦＬ２の形状はＬＥＤチップ１１と蛍光体層ＦＬ２の輪郭形状（蛍光体層輪郭）Ｌｆｌ２（図４に示す蛍光体層ＦＬ２の底部の輪郭形状）との距離Ｌ２（同一ＸＹ平面上でのＬＥＤチップ１１の角と輪郭形状Ｌｆｌ２との距離）が極めて小さくなるため、輪郭形状Ｌｆｌ２の表面精度の影響で、反射時の乱反射成分が多くなり、ＬＥＤ光源ＬＳ２としての発光ロスが増加する。図５に示す例では、ＬＥＤチップ１１の寸法（ａ×ｂ×ｈ）が約０．３ｍｍ×約０．３ｍｍ×０．１ｍｍのときに、蛍光体層ＦＬ２の幅Ｗ２は約０．２５ｍｍ〜１．５ｍｍ（例えば０．５ｍｍ）である。さらに、蛍光体層ＦＬ２の輪郭形状Ｌｆｌ２は、この直交するＸ軸、Ｙ軸を漸近線とする直角双曲線の一つに相当する輪郭を有する形状を備えているとなお良く、その際の輪郭形状Ｌｆｌ２とＬＥＤチップ１１との距離Ｌ２は、０以上且つチップ長さａの３倍未満（０≦Ｌ２＜３ａ）が好ましく、２倍未満（０≦Ｌ２＜２ａ）がより好ましい。
【００３６】
輪郭形状Ｌｆｌ２とＬＥＤチップ１１との距離Ｌ２がチップ長さａの２倍以上（Ｌ２≧２ａ）になると、ＬＥＤチップ１１より発せられた青色光および、蛍光体粒子ＦＰで変換された黄色光が蛍光体層ＦＬ２よりの出射条件が満足しないことにより、蛍光体層ＦＬ２内で反射する回数が増加し、光路長も長くなるため、減衰よるＬＥＤ光源ＬＳ２としての発光ロスが距離Ｌ２に応じて急激に増加する。さらに距離Ｌ２が、チップ長さａの３倍以上（Ｌ２≧３ａ）になると、蛍光体層ＦＬ２とＬＥＤチップ１１の線膨張差で生じる応力により、ＬＥＤチップ１１へのダメージが発生しやすくなる。
【００３７】
本実施形態においても、蛍光体層ＦＬ２の平面形状が、ＬＥＤチップ１１の２つの側面から発せられる光の強度分布をより反映させた状態（配光角が一致）で且つより高効率で出射することができる構造となっており、すなわち、空気層への光の出射効率を高めることができる。結果、約５％〜１０％高い光束を出射するＬＥＤ光源ＬＳ２を得られることが確認された。
【００３８】
（実施の形態３）
以下に、図６及び図７を参照して、本発明の実施の形態３に係るＬＥＤ光源について説明する。図６は本実施の形態に係るＬＥＤ光源を上から見た様子が示している。ＬＥＤ光源ＬＳ３は上述の実施の形態２に係るＬＥＤ光源ＬＳ２において、ＬＥＤチップ１１及び蛍光体層ＦＬ２がそれぞれＬＥＤチップ１１ｃと蛍光体層ＦＬ３とに置き換えられている。具体的には、蛍光体層ＦＬ２の底部が四角星形状の輪郭を有しているのに対して、蛍光体層ＦＬ３は、六角星の６つの頂点が中心に向かって凹んだ曲線で結ばれた六角星形状の平面輪郭を有している。なお、底部における最大距離を蛍光体層ＦＬ３の幅Ｗ３と呼ぶ。また、ＬＥＤチップ１１が四角柱状に形成されているのに対して、ＬＥＤチップ１１ｃは六角柱状に形成されている。
【００３９】
次に、図７を参照してＬＥＤチップ１１ｃの形状および、蛍光体層ＦＬ３の平面輪郭形状について説明する。図７においては、ＬＥＤチップ１１ｃの中心をＯ’と定義し、Ｏ’とＬＥＤチップ１１ｃの一辺の中点を通る方向にのびる軸をＸ’軸、ＬＥＤチップ１１ｃの中心Ｏ’と前述の一辺と隣り合う辺の中点を通る方向にのびる軸をＹ’軸とする。蛍光体層ＦＬ３の平面輪郭の一辺は、ＬＥＤチップ１１ｃの２つの端面Ｓ１１ａ及びＳ１１ｂから発せられる光を効率的に蛍光体層ＦＬ３の外側の空気層へ出射するために、ＬＥＤチップ１１の中心Ｏ’の方向に凹んだ輪郭形状を有する。
【００４０】
蛍光体層ＦＬ３の幅Ｗ３は、例えばＬＥＤチップ１１ｃの六角形の一辺の長さａ’の約１．５倍〜１０倍（１．５ａ’≦Ｗ３≦１０ａ’）程度に設計すれば良く、１．５倍〜３倍未満（１．５ａ’≦Ｗ３＜３ａ’）であることが好ましい。幅Ｗ３が長さａ’の１．５倍以上１０倍以下（１．５ａ’≦Ｗ３≦１０ａ’）であれば、ＬＥＤチップ１１ｃより発せられた青色光および、蛍光体粒子ＦＰで変換された黄色光が蛍光体層ＦＬ３内で反射する回数を少なくでき、光路長も短くなるため、光の減衰によるＬＥＤ光源ＬＳ３の発光ロスを抑えることができて良い。幅Ｗ３がａ’の１．５倍以上３倍以下（１．５ａ’≦Ｗ３≦３ａ’）であれば、さらに蛍光体層ＦＬ３の形成が容易になる。よって、蛍光体層ＦＬ３を複数作成する場合にも一定の形状を得ることができ、そして、蛍光体層ＬＳ３（蛍光体層ＦＬ３）から出射する光のばらつきを抑えることができてより好ましい。
【００４１】
幅Ｗ３が長さａ’の１．５倍未満（Ｗ３＜１．５ａ’）の場合、ＬＥＤチップ１１ｃと蛍光体層ＦＬ３の輪郭形状（蛍光体層輪郭）Ｌｆｌ３との距離が極めて近くなるため、輪郭形状Ｌｆｌ３の表面精度の影響で、反射時の乱反射成分が多くなり、ＬＥＤ光源ＬＳ３の発光ロスが増加する。図７に示した例では、長さａ’が約０．１５ｍｍのときに、幅Ｗ３は約０．４５ｍｍ〜０．９ｍｍ（例えば０．５ｍｍ）である。
【００４２】
また、蛍光体層ＦＬ３の輪郭形状は、Ｘ’軸及びＹ’軸の２軸を漸近線とする双曲線の一つに相当する輪郭を有する形状を備えているとなお良く、その際の輪郭形状Ｌｆｌ３とＬＥＤチップ１１ｃとの距離Ｌ３は、０から長さａ’の３倍未満（０＜Ｌ３＜３ａ’）が好ましく、２倍未満（０＜Ｌ３＜２ａ’）がより好ましい。距離Ｌ３が長さａ’の２倍以上（Ｌ３≧２ａ’）であると、蛍光体層ＦＬ３とＬＥＤチップ１１ｃの線膨張差で生じる応力により、ＬＥＤチップ１１ｃでダメージが発生しやすくなる。さらに距離Ｌ３が、長さａ’の３倍以上（Ｌ３≧３ａ’）であるとＬＥＤチップ１１ｃより発せられた青色光がおよび、蛍光体粒子ＦＰで変換された黄色光が蛍光体層ＦＬ３よりの出射条件が満足しないことにより、蛍光体層ＦＬ３内で反射する回数が増加し、光路長も長くなるため、減衰によるＬＥＤ光源ＬＳ３の発光ロスが増加する。
【００４３】
なお、説明の簡便化のために、ＬＥＤチップ１１ｃが六角柱状形状を例として説明しているが、ＬＥＤチップ１１ｃは六角柱状に限定されずＮ（Ｎ≧３）角形柱であっても良い。ＬＥＤ光源ＬＳ３においても、蛍光体層ＦＬ３の平面形状は、Ｎ角形柱状のＬＥＤチップ１１ｃのＮ個の側面から発せられる光の強度分布をより反映させた状態で、且つより高効率で出射することができるように構成されている。すなわち、空気層への光の出射効率を高めた蛍光体層ＦＬ３を配置できる。したがって、約５％〜１０％高い光束を出射するＬＥＤ光源ＬＳ３を得られることが確認されている。
【００４４】
上述の各実施の形態に係る、ＬＥＤ光源ＬＳ１、ＬＳ２及びＬＳ３は、ＬＥＤ光源ＬＳと総称する。同様に、蛍光体層ＦＬ１、ＦＬ２、及びＦＬ３は、蛍光体層ＦＬと総称される。透光性樹脂ＴＲ１、ＴＲ２、及びＴＲ３は、透光性樹脂ＴＲと総称される。幅Ｗ１、Ｗ２、及びＷ３は、幅Ｗと総称される。蛍光体層輪郭Ｌｆｌ１、Ｌｆｌ２、及びＬｆｌ３は、蛍光体層輪郭Ｌｆｌと総称される。
【００４５】
上述のように、本発明によれば、光の取り出し効率を向上させたＬＥＤ光源を提供できる。本発明により光の取り出し効率を向上させたＬＥＤ光源は、高効率なＬＥＤ照明やフィールドで用いる大型ディスプレイ等の用途に適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、ＬＥＤ光源の光取り出し効率の向上に利用できる。
【符号の説明】
【００４７】
ＬＳ１、ＬＳ２、ＬＳ３  ＬＥＤ光源
ＦＬ１、ＦＬ２、ＦＬ３  蛍光体層
Ｄ  蛍光体層の底部直径
Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３  蛍光体層の幅
Ｈ  透光性樹脂（蛍光体層）の高さ
ａ、ａ’  ＬＥＤチップの長さ
ｈ  ＬＥＤチップの厚み
ＦＰ  蛍光体粒子
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３  、ＬＥＤチップと蛍光体層境界面との距離
Ｏ、Ｏ’  ＬＥＤチップの中心
１１  ＬＥＤチップ
１２  配線基板
１３  接着剤
１４  ボンディングワイヤ
１５  蛍光体層
１１１  ＬＥＤチップ発光部
１１２  ＬＥＤチップ電極
１２１、１２２  基板電極
１２１ａ、１２２ａ  上面電極
１２１ｂ、１２２ｂ  側面電極
１２１ｃ、１２２ｃ  下面電極
１５１  透光性樹脂
【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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【図７】
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【図８】
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