(57)【要約】【課題】複数の発光素子の間に設けられた仕切り枠または発光面に設けられた電極による輝度ムラを低減させる。【解決手段】発光装置１０において、仕切り枠５０ｂは、並設された複数の発光素子２０を仕切る。発光素子２０は、発光面２０ａに電極が形成される。光波長変換層３０は、複数の発光素子２０の各々の発光面２０ａに対向して設けられる。光波長変換層３０は、変換した２次光の透過率が６０％以上、且つ光波長変換層３０から出射する全体光のうち発光素子２０の光軸に対し所定角度以上で出射する拡散光の割合である拡散率が８０％以上に設けられている。仕切り枠５０ｂは、表面の反射率が７０％以上となるよう反射膜が設けられている。【選択図】図２
2013149780.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
並設された複数の半導体発光素子を仕切る仕切り枠と、
前記複数の半導体発光素子の各々の発光面に対向して設けられた光波長変換層と、
を備え、
前記光波長変換層は、変換した２次光の透過率が６０％以上、且つ前記光波長変換層から出射する全体光のうち前記半導体発光素子の光軸に対し所定角度以上で出射する拡散光の割合である拡散率が８０％以上であることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記仕切り枠は、端部に近づくほど厚みが減少するよう形成され、
前記光波長変換層は、前記仕切り枠の端部近傍において前記仕切り枠の表面に接して配置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】
前記仕切り枠は、少なくとも一部の表面の反射率が７０％以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記光波長変換層は、３０μｍ以上５０００μｍ以下の厚みを有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の発光装置。
【請求項５】
発光面に電極が形成された半導体発光素子と、
前記発光面に対向して配置された光波長変換層と、
を備え、
前記光波長変換層は、変換した２次光の透過率が６０％以上、且つ前記光波長変換層から出射する全体光のうち前記半導体発光素子の光軸に対し所定角度以上で出射する拡散光の割合である拡散率が８０％以上であることを特徴とする発光装置。
【請求項６】
前記光波長変換層は、３０μｍ以上５０００μｍ以下の厚みを有することを特徴とする請求項５に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置に関し、特に、半導体発光素子と、半導体発光素子の発光面に対向して配置された光波長変換部材と、を備えた発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、蛍光体などを用いてＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの発光素子が発する光を波長変換することにより、発光素子が発する光の色とは異なる色の光を出射する発光モジュールを得る技術が知られている。これに対し、光の波長を変換するときの変換効率を増大させるべく、例えば波長変換材料を含むセラミック層を発光層によって放出された光の経路内に配置する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。一方、前走車にグレアを与えることなく視認性を向上させるべく、例えば複数のＬＥＤを点消灯制御して複数の照射パターンのうち選択された照射パターンを形成させる車両用灯具が提案されている（例えば、特許文献２参照）。また、例えば、小型軽量で所要の配光特性を得るべく、平面配列されたＬＥＤを表面に有する面状集積光源と、発光部を露呈させる開口部を有するマスクと、マスクの開口部内に充填された蛍光体と、を備える車両用灯具が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−５３６７号公報
【特許文献２】特開２００７−１７９９６９号公報
【特許文献３】特開２００８−１０２２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、上述の特許文献２に記載される技術のように、投影レンズの後方焦点面に複数の発光素子を並べて各々を独立して点灯可能とした場合、例えば一つの発光素子を消灯させて非照射領域を設けようとしても、隣接する他の発光素子の光が非照射領域に入り込むおそれがある。このため、例えば複数の発光素子の間に仕切り部材を設ける対策も考えられるが、この対策では、今度はすべての発光素子を点灯させたときに、隣接する発光素子の間に輝度が低い部分が生じる輝度ムラが生じる可能性がある。
【０００５】
一方、例えば、いわゆるフェイスアップ型または垂直チップ型の発光素子の場合、発光面に電極が形成される場合がある。一般にＬＥＤは指向性が高く、このため、発光面の電極形状もまた輝度ムラとして表れるおそれがある。
【０００６】
そこで、本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、複数の発光素子の間に設けられた仕切り枠または発光面に設けられた電極による輝度ムラを低減させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の発光装置は、並設された複数の半導体発光素子を仕切る仕切り枠と、複数の半導体発光素子の各々の発光面に対向して設けられた光波長変換層と、を備える。光波長変換層は、変換した２次光（例えば黄色光）の透過率が６０％以上、且つ光波長変換層から出射する全体光のうち半導体発光素子の光軸に対し所定角度以上で出射する拡散光の割合である拡散率が８０％以上である。
【０００８】
発明者による研究開発の結果、上記透過率を６０％以上、上記拡散率を８０％以上とすることで、仕切り枠による輝度低下を適切に抑制できることが判明した。したがってこの態様によれば、複数の半導体発光素子を並設した発光装置における輝度ムラを抑制することができる。
【０００９】
仕切り枠は、端部に近づくほど厚みが減少するよう形成され、光波長変換層は、仕切り枠の端部近傍において仕切り枠の表面に接して配置されてもよい。この態様によれば、上方から見て仕切り枠が設けられた範囲にさしかかるように光波長変換層を延在させることができ、仕切り枠部分の輝度低下を抑制できる。また、仕切り枠の端部において光波長変換層の出射面に向けて光を反射することができ、光の取り出し効率を向上させることができる。
【００１０】
仕切り枠は、少なくとも一部の表面の反射率が７０％以上であってもよい。発明者による研究開発の結果、仕切り枠の反射率を７０％以上にすることにより、反射率が７０％未満の場合に比べ、発光装置の輝度の高さが向上することが判明した。このためこの態様によれば、仕切り枠を設けることによる輝度低下を抑制することができる。
【００１１】
光波長変換層は、３０μｍ以上５０００μｍ以下の厚みを有してもよい。この態様によれば、光波長変換層の割れを回避しつつ輝度ムラを抑制できる。
【００１２】
本発明の別の態様もまた、発光装置である。この装置は、発光面に電極が形成された半導体発光素子と、発光面に対向して配置された光波長変換層と、を備える。光波長変換層は、変換した２次光（例えば黄色光）の透過率が６０％以上、且つ光波長変換層から出射する全体光のうち半導体発光素子の光軸に対し所定角度以上で出射する拡散光の割合である拡散率が８０％以上である。
【００１３】
発明者の研究開発の結果、上記透過率を６０％以上、上記拡散率を８０％以上とすることで、発光面の電極よる輝度低下を適切に抑制できることが判明した。したがってこの態様によれば、半導体発光素子の発光面に設けられた電極による輝度ムラを抑制することができる。この態様においても、光波長変換層は、３０μｍ以上５０００μｍ以下の厚みを有してもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、複数の発光素子の間に設けられた仕切り枠または発光面に設けられた電極による輝度ムラを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係る発光装置の上面図である。
【図２】図１のＰ−Ｐ断面図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、拡散率の測定システムを示す図である。
【図４】（ａ）は、比較例１、比較例２、および実施例に係る光波長変換層の透過率と拡散率との関係を示す図である。（ｂ）は、比較例１、比較例２、および実施例に係る発光装置の各試験における結果を示す図である。
【図５】（ａ）は、発光素子のみで測定したときの輝度ムラを示す図である。（ｂ）は、理解を容易にすべく、（ａ）の横軸に発光素子の幅を合わせたときの発光素子の発光面を示す図である。
【図６】（ａ）は、実施例に係る光波長変換層と比較例１に係る光波長変換層の各々を用いて測定したときの発光素子内の輝度ムラを示す図である。（ｂ）は、理解を容易にすべく、（ａ）の横軸に発光素子の幅を合わせたときの発光素子の発光面を示す図である。
【図７】（ａ）は、実施例に係る光波長変換層と比較例２に係る光波長変換層の各々を用いて測定したときの発光素子間の輝度ムラを示す図である。（ｂ）は、理解を容易にすべく、（ａ）の横軸に発光装置の幅を合わせたときの発光装置の上面図である。
【図８】（ａ）は、比較例３および実施例に係る光波長変換層の透過率、拡散率、および枠表面の反射率との関係を示す図である。（ｂ）は、比較例３および実施例に係る発光装置の各試験における結果を示す図である。
【図９】（ａ）は、比較例４−１、比較例４−２、実施例４−１、および実施例４−１に係る光波長変換層の透過率、拡散率、および枠表面の反射率との関係を示す図である。（ｂ）は、比較例４−１、比較例４−２、実施例４−１、および実施例４−２に係る発光装置の各試験における結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態（以下、実施形態という）について詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本実施形態に係る発光装置１０の上面図である。図２は、図１のＰ−Ｐ断面図である。以下、図１および図２の双方に関連して発光装置１０の構成について説明する。
【００１８】
発光装置１０は、発光素子２０、光波長変換層３０、実装基板４０、および枠５０を有する。発光素子２０は、四角形状の発光面２０ａと、発光面２０ａにそれぞれ直角に接する４つの側面２０ｂとを有する。なお、発光面２０ａと側面２０ｂとは直角以外の角度で互いに接してもよい。
【００１９】
実装基板４０は、ＡｌＮなど熱伝導性が高い材料によって平板状に形成される。この実装基板４０の上面４０ａに、各々の発光面２０ａが上面４０ａと平行となるよう複数の発光素子２０が実装される。実装基板４０は、これら複数の発光素子２０が実装可能な面積を有する。本実施形態では、複数の発光素子２０は、互いに離間するよう一列に並設される。しかし、複数の実装基板４０が複数列を構成するよう並設されるなど、平面上に複数の実装基板４０が並設されてもよい。
【００２０】
発光素子２０は、半導体発光素子であるＬＥＤ素子によって構成される。本実施形態では、発光素子２０として、青色の波長の光を主として発する青色ＬＥＤが採用されている。具体的には、発光素子２０は、ＩｎＧａＮ系半導体層を結晶成長させることにより形成されるＩｎＧａＮ系ＬＥＤ素子によって構成されている。なお、発光素子２０を形成するための材料はこれに限られず、例えばＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＡＩＮのいずれかであってもよい。
【００２１】
発光素子２０は、いわゆるフリップチップ型のものが採用される。このため、発光素子２０は、発光面２０ａに電極２０ｃが形成されている。なお、いわゆるフェイスアップ型や垂直チップ型の発光素子２０が採用されてもよい。実装基板４０の上面４０ａには電極（図示せず）が設けられており、複数の発光素子２０の裏面がＡｕバンプを介してこの電極に接続される。この電極は、複数の発光素子２０の各々に独立して電流を供給できるよう複数の発光素子２０の各々と電源とをスイッチング回路を介して互いに接続する。これにより、複数の発光素子２０の各々を独立して点灯制御や調光制御をすることが可能となる。なお、上面４０ａに設けられた電極は、複数の発光素子２０に同時に電力を供給することができるよう、複数の発光素子２０を電気的に直列または並列に接続するよう設けられてもよい。
【００２２】
本実施形態では、４つの発光素子２０が互いの縁部が平行になるよう隣接して一列に配置されている。なお、発光素子２０の数が４つに限定されないことは勿論である。また、発光素子２０は、複数列をなすよう配置されてもよい。
【００２３】
本実施形態に係る発光装置１０は、車両用前照灯の光源として利用される。なお、発光装置１０の用途がこれに限定されないことは勿論である。発光装置１０は、投影レンズの後方焦点面に４つの発光素子２０の発光面が位置するよう配置される。
【００２４】
発光素子２０は、例えば１ｍｍ角のチップとして形成され、発する青色光の中心波長は４７０ｎｍとなるよう設けられている。なお、発光素子２０の構成や発する光の波長が上述したものに限られないことは勿論であり、発光素子２０は青以外の波長の光を主として発するものが採用されてもよい。
【００２５】
発光装置１０は、複数の発光素子２０のいずれかを消灯させることで発光装置１０による配光パターンに非照射領域を設けるための光源として利用される。例えば、前方車などグレアの付与を回避すべき対象物の存在がカメラなどを通じて検出された場合、その対象物を配光パターンに含む発光素子２０を消灯させる。これにより、その対象物周辺を非照射領域として、グレアの付与を抑制する。このため、発光素子２０を消灯したとき、その発光素子２０が形成していた配光パターンの領域はすべて非照射領域となることが望ましい。しかし、隣接する一方の発光素子２０を発光させたときに、消灯されている他方の発光素子２０の発光領域に進む光を抑制することができないと、消灯させた発光素子２０の配光パターン領域にも光が照射され、対象物にグレアを与える可能性がある。以下、隣接する発光素子２０の発光領域へどれほど影響を与えないかを示す発光装置１０の性能を、「個別調光性能」という。
【００２６】
この個別調光性能を高めるため、発光装置１０には枠５０が設けられている。枠５０は、外枠５０ａおよび仕切り枠５０ｂを有する。外枠５０ａは、矩形の枠状に形成され、断面は四角形状に形成される。外枠５０ａは、複数の発光素子２０のすべてを囲うように実装基板４０の上面４０ａに載置され、下面が上面４０ａに接着され実装基板４０に固定される。外枠５０ａは、枠の内面に傾斜面５０ｃを有する。傾斜面５０ｃは、一列に並ぶ複数の発光素子２０のいずれかの側面２０ｂに隣接する。
【００２７】
仕切り枠５０ｂは、一対の傾斜面５０ｃ、および一対の垂直面５０ｄを含む五角柱状に形成される。仕切り枠５０ｂは、下面が上面４０ａに接着され実装基板４０に固定される。仕切り枠５０ｂは、並設された複数の発光素子２０を仕切るよう配置される。仕切り枠５０ｂを設けることにより、複数の発光素子２０の発光領域を仕切ることができる。このため、隣接する一方の発光素子２０を発光させたときに、消灯されている他方の発光素子２０の発光領域に進む光を抑制することができる。
【００２８】
発明者は、仕切り枠５０ｂを設けた場合と仕切り枠５０ｂを削除した場合とで個別調光性能の実験を行った。その結果、仕切り枠５０ｂがない場合は隣接する一方の発光素子２０を発光させたときに、消灯されている他方の発光素子２０の発光領域に多くの光が進み、個別調光性能が低いことが判明した。これに対し、仕切り枠５０ｂを設けることで、個別調光性能が格段に高まることが確認された。
【００２９】
傾斜面５０ｃは、発光素子２０の発光方向、すなわち発光素子２０の主光軸方向に進むほど拡開するよう傾斜する。言い換えると、傾斜面５０ｃは、外枠５０ａの上面に近づくにしたがって、隣接する側面２０ｂを含む平面から離間するよう傾斜する。
【００３０】
一対の垂直面５０ｄの各々は、隣接する傾斜面５０ｃに接すると共に、傾斜面５０ｃよりも光波長変換層３０から離間した位置において発光面２０ａおよび上面４０ａと垂直に延在する。このような垂直面５０ｄを設けることにより、互いに隣接する一対の発光素子２０の間においても、仕切り枠５０ｂと発光素子２０の側面２０ｂに近づけることができ、両者の間における低輝度部分の発生を抑制することができる。本実施形態では、垂直面５０ｄは発光面２０ａよりも僅かに低い高さ、すなわち実装基板４０の上面４０ａに近い高さを有する。なお、垂直面５０ｄは、実装基板４０の上面４０ａから発光面２０ａまでの高さと同一の高さを有していてもよい。また、垂直面５０ｄは、実装基板４０の上面４０ａから発光面２０ａまでの高さより高い高さを有していてもよい。
【００３１】
仕切り枠５０ｂは、複数の発光素子２０のうち互いに隣り合う一対の発光素子２０を区分けるよう、一対の発光素子２０の間から、その一対の発光素子２０にそれぞれ対向する一対の光波長変換層３０の間にわたって延在する。発光素子２０は一列に配設されるため、仕切り枠５０ｂは、発光素子２０の個数より１つ少ない個数設けられる。本実施形態では発光素子２０は４つ設けられているため、仕切り枠５０ｂは３つ設けられている。なお、複数の発光素子２０が複数列を構成するよう平面上に並設された場合も、仕切り枠５０ｂは、互いに隣り合う一対の発光素子２０を区分けるよう両者の間に配置される。
【００３２】
外枠５０ａと仕切り枠５０ｂとは、シリコンによって一体的に形成される。外枠５０ａの上面と、仕切り枠５０ｂの頂部とは同じ高さとなる。本実施形態では、傾斜面５０ｃは、外枠５０ａの上面に対して５４．７°の角度で傾斜している。外枠５０ａおよび仕切り枠５０ｂをシリコンによって形成することにより、正確な傾斜角度で形成することができる。また、外枠５０ａおよび仕切り枠５０ｂをシリコンによって形成することにより、表面を容易に滑らかにすることができ、高い反射効率を実現することができる。なお、外枠５０ａおよび仕切り枠５０ｂがシリコン以外の材料によって形成されてもよいことは勿論である。また、外枠５０ａの上面に対する傾斜面５０ｃの傾斜角度は、２０°以上７０°以下であってもよい。外枠５０ａおよび仕切り枠５０ｂの表面には、例えばアルミニウムまたは銀を蒸着させることによって反射率を高めた反射膜が設けられる。
【００３３】
なお、発明者は、傾斜面５０ｃを設けた場合と、傾斜面５０ｃがなく仕切り枠５０ｂが同一幅で上端に達する場合とで個別調光性能および発光素子２０間の輝度ムラの実験を行った。その結果、どちらも個別調光性能は基準を満たした。発光素子２０間の輝度ムラは、傾斜面５０ｃを設けた場合は基準を満たしたが、傾斜面５０ｃがない場合は基準を満たさなかった。このため、傾斜面５０ｃを設けることで、発光素子２０間の輝度ムラが抑制できることが確認された。
【００３４】
光波長変換層３０は、複数の発光素子２０の各々に対応して複数設けられている。光波長変換層３０は、対応する発光素子２０の発光面２０ａに対向して設けられている。光波長変換層３０は、４つの傾斜面５０ｃおよび４つの垂直面５０ｄによって画定される領域に発光素子２０が実装された後、この領域に充填され形成される。このため、仕切り枠５０ｂは、端部に近づくほど厚みが減少するよう形成される。光波長変換層３０は、仕切り枠５０ｂの端部近傍において仕切り枠５０ｂの表面に接して配置される。本実施例では、光波長変換層３０は、枠５０の上端まで形成される。このため、隣接する光波長変換層３０同士の距離を抑制することができる。
【００３５】
こうして光波長変換層３０は、対向する発光素子２０が発する光をそれぞれが波長変換して出射する。光波長変換層３０はいわゆる蛍光体層であり、透明な樹脂のバインダに蛍光体を混合させて形成されている。
【００３６】
光波長変換層３０は、発光素子２０が発する青色光の波長を変換して黄色光を出射する。このため、発光装置１０からは、光波長変換層３０をそのまま透過した青色光と、光波長変換層３０によって波長変換され出射された黄色光との合成光である白色光が出射する。
【００３７】
枠５０に傾斜面５０ｃを設けることにより、発光素子２０の側面２０ｂから発せられた光や発光面２０ａから水平に近い角度で発せられた光を光波長変換層３０の出射面３０ａに向けて反射することができる。このため、側面２０ｂから発せられた光も有効利用することが可能となり、傾斜面５０ｃを設けない場合に比べ発光装置１０が発する光の輝度や光度を高めることができる。また、複数の発光素子２０が実装される場合においても、隣り合う一対の光波長変換層３０の間における低輝度部分の発生を抑制することができる。
【００３８】
発明者は、枠５０に傾斜面５０ｃを設けた場合と設けない場合とで個別調光性能の実験を行った。その結果、傾斜面５０ｃがない場合は、隣接する発光素子２０の間の領域における輝度が大きく減少することが判明した。これに対し、傾斜面５０ｃを設けた場合、設けない場合に比べ隣接する発光素子２０の間の領域における輝度の低下が抑制されることが確認された。
【００３９】
しかしながら、枠５０に傾斜面５０ｃを設けた場合においても、発光装置１０全体で輝度ムラが生じることが判明した。この輝度ムラを低減させるため、発明者は、光波長変換層３０を出射する光の「拡散率」に着目した。
【００４０】
光波長変換層３０に用いられるバインダや蛍光体などと屈折率の異なる成分が、光波長変換層３０の内部、外部、表面のどこかに存在していれば、拡散率を調整することができる。例えば、光波長変換層３０を構成するマトリックス成分と屈折率の異なる物質を添加して拡散率を変化させることができる。また、光波長変換層３０の表面を加工してその形状に変化を与えてもよく、また、光波長変換層３０の表面へ光拡散層を成膜して拡散率を変化させてもよい。
【００４１】
また、光波長変換層３０を形成する主成分と異なる屈折率を持つ粒子成分を添加して拡散率を変化させてもよい。本実施形態では、透明な樹脂のバインダに蛍光体粒子を添加しているが、透明樹脂の屈折率と蛍光体粒子の屈折率が異なる場合は、透明樹脂に蛍光体粒子を添加することで屈折率も変化している。なお、透明樹脂に蛍光体粒子以外の粒子を添加してもよい。このような粒子の例として、シリカ、アルミナのほか、空気や窒素などの気体成分による泡やボイドなども該当する。
【００４２】
主成分と添加成分が同じ物質であっても、屈折率が異なる相であれば、その割合で調整できる。例えば、ポリプロピレンなどの半透明樹脂中の非晶質相の割合、無機物質の酸化チタンではルチル相とアナターゼ相、アルミナ−イットリア共晶系ではガーネット相とペロプスカイト相の割合で拡散率を調整できる。
【００４３】
光波長変換層３０表面の形状加工には、マイクロレンズなどの制御された加工でも、ブラスト法などを用いたランダムな方法でもよい。加工方法は、型を用いた成形の他、研磨、研削などの機械加工や化学エッチングなどの化学的加工であってもよい。
【００４４】
蛍光体層表面への光拡散層の成膜方法には、例えば、シリカ粒子を含んだアクリル透明樹脂を蛍光体表面層に塗布する方法がある。これを厚くすることで、自立した拡散板を設置してもよい。
【００４５】
図３（ａ）および図３（ｂ）は、拡散率の測定システム１００を示す図である。測定システム１００は、発光装置１０、積分球受光器１０２、光度計１０４、白色板１０６を有する。積分球受光器１０２には、島津製作所製ＳｏｌｉｄＳｐｅｃ−３７００積分球受光器を用いた。積分球受光器１０２は、入射口１０２ａ、出射口１０２ｂ、測定口１０２ｃを有し、これ以外の内面には反射膜が設けられている。この反射膜は、反射率が高いだけでなく、高い拡散性も有している。このため、積分球受光器１０２の内部に出射された光は、積分球受光器１０２の内面で反射を繰り返すことで、内面全体で均一な光度分布を示す。積分球受光器１０２の構造は公知であるため、これ以上の説明は省略する。
【００４６】
入射口１０２ａと出射口１０２ｂは、積分球受光器１０２の中心を通過する同じ直線上に中心が位置し、互いに対向する位置関係にある。白色板１０６は、出射口１０２ｂに１０°傾けて取り付けられている。これにより、対向する入射口１０２ａより入射した光が、積分球受光器１０２から再び出射しないようになっている。
【００４７】
光波長変換層３０は、入射口１０２ａから少し離れた場所に配置される。光波長変換層３０には、変換した２次光の波長と同じ波長に分光した光を入射させ、透過した光を積分球受光器１０２で測定する。このように、入射させる光の波長を選択することにより光波長変換層３０が１次光を吸収する影響を除外することができる。
【００４８】
以下、光波長変換層３０を透過する光を「全体光」という。出射口１０２ｂに白色板１０６がある場合には、積分球受光器１０２は「全体光」を測定できる。
【００４９】
入射口１０２ａと出射口１０２ｂは、同じ開孔径であることが必要であり、本実施形態ではそれぞれφ２０の開孔径を有している。出射口１０２ｂに配置されている白色板１０６を取り除くと、「直進光」は出射口１０２ｂより積分球の外に出る。残った「拡散光」が積分球内で反射して積分球受光器１０２で測定される。
【００５０】
「拡散率」は、以下の式で算出される。
「拡散率」＝「拡散光」透過率／「全体光」透過率
【００５１】
測定口１０２ｃは、入射口１０２ａおよび出射口１０２ｂと離間した積分球受光器１０２の表面に設けられる。測定口１０２ｃには、光度計１０４が取り付けられる。積分球受光器１０２の内面は光度分布が均一となるため、光度計１０４は、均一となった平均光度を検出する。
【００５２】
図３（ａ）は、全体光の平均光度を測定するときの測定システム１００を示している。以下、測定システム１００では、波長が６００ｎｍの光が光波長変換層３０を透過する割合、透過率を光度計１０４で測定した。この場合、出射口１０２ｂは白色板１０６で遮蔽されている。白色板１０６は、硫酸バリウムで形成されており、この白色板１０６を出射口１０２ｂに取り付けることで、出射口１０２ｂに到達した光を再び積分球受光器１０２の内部に拡散反射する。したがって、積分球受光器１０２の内部は「全体光」が均一に拡散反射する。
【００５３】
最初に、測定システム１００では、出射口１０２ｂを白色板１０６で遮蔽し、波長が６００ｎｍの光の光度を光度計１０４で測定し、このときの光度を１００とした。次に、図３（ａ）に示すように、測定システム１００の光路の途中、入射口１０２ａの前方に光波長変換層３０を設置し、同様に光度計１０４で光度を測定する。このときの光度を、最初に測定した光度を１００として比較し、その相対値を「全体光」の透過率とした。次に、図６（ｂ）に示すように、出射口１０２ｂの白色板１０６を取り除き、同様に光度計１０４で光度を測定する。このときの光度を、最初に測定した光度を１００として比較し、その相対値を「拡散光」の透過率とした。
【００５４】
拡散率は、測定した各透過率から以下の式で算出される。
拡散率＝（「拡散光」透過率／「全体光」透過率）×１００
【００５５】
発光装置１０を自動車用灯具に用いるためには、光学特性の中でも特に輝度を高くすることが重要である。発光装置１０の輝度は輝度計を用いて測定した。発光装置１０に８５０ｍＡの電流を印加して１０分間点灯し、輝度計（（株）トプコンテクノハウス製ＳＲ−３０）を用いて視野角０．２°で測定した。そして、輝度が４０ｃｄ／ｍｍ２以上を合格、４０ｃｄ／ｍｍ２未満を不合格とした。
【００５６】
図４（ａ）は、比較例１、比較例２、および実施例に係る光波長変換層３０の透過率と拡散率との関係を示す図である。光波長変換層３０の透過率または拡散率が異なる以外は、比較例１、比較例２、および実施例で共通して上述の発光装置１０を用いた。したがって、並設された複数の発光素子２０を仕切る仕切り枠５０ｂが設けられており、また、発光素子２０の発光面２０ａには複数の電極２０ｃが設けられている。
【００５７】
比較例１に係る発光装置１０では、光波長変換層３０の透過率が６０％、拡散率が７０％となっている。比較例２に係る発光装置１０では、光波長変換層３０の透過率が５０％、拡散率が８０％となっている。実施例に係る発光装置１０では、光波長変換層３０の透過率が６０％、拡散率が８０％となっている。このため実施例に係る光波長変換層３０に対し、比較例１に係る光波長変換層３０は、低拡散率となっている。また実施例に係る光波長変換層３０に対し、比較例２に係る光波長変換層３０は、低透過率となっている。
【００５８】
図４（ｂ）は、比較例１、比較例２、および実施例に係る発光装置１０の各試験における結果を示す図である。比較例１、比較例２、および実施例に係る発光装置１０を用いて、個別調光性能、発光素子２０間の輝度ムラ、発光素子２０内の輝度ムラ、および輝度の高さ、の各々の項目について所定の基準を満たすか否かの試験を行った。
【００５９】
図４（ｂ）に示すように、個別調光性能については、いずれかの発光素子２０を消灯させたときに隣接する点灯中の発光素子２０からの光が消灯した発光素子２０の遮光領域にどれほど入り込んでいるかを目視によって確認し、許容範囲か否かを判定した。発光素子２０間の輝度ムラは、隣接する２つの発光素子２０の各々の発光面２０ａの間の領域での最大輝度と最低輝度の差が所定の基準を満たしているか否かを判定した。発光素子２０内の輝度ムラは、発光素子２０の発光面２０ａの投影領域での最大輝度と最低輝度の差が所定の基準を満たしているか否かを判定した。輝度の高さは、発光装置１０の発光時に測定された輝度が所定の値以上か否かを判定した。
【００６０】
図５（ａ）は、発光素子２０のみで測定したときの輝度ムラを示す図である。図５（ｂ）は、理解を容易にすべく、図５（ａ）の横軸に発光素子２０の幅を合わせたときの発光素子２０の発光面２０ａを示す図である。図５（ａ）に示すように、電極２０ｃが設けられた個所で、輝度が大きく低下していることが分かる。
【００６１】
図６（ａ）は、実施例に係る光波長変換層３０と比較例１に係る光波長変換層３０の各々を用いて測定したときの発光素子２０内の輝度ムラを示す図である。ラインＬ０は実施例に係る光波長変換層３０を用いたときの輝度ムラを示しており、ラインＬ１は比較例１に係る光波長変換層３０を用いたときの輝度ムラを示している。図６（ｂ）は、理解を容易にすべく、図６（ａ）の横軸に発光素子２０の幅を合わせたときの発光素子２０の発光面２０ａを示す図である。
【００６２】
図６（ａ）に示す通り、比較例１に係る低拡散率の光波長変換層３０を用いた場合、図５（ａ）に示す発光素子２０そのままの輝度ムラよりは改善しているものの、やはり電極２０ｃが設けられた個所で輝度が低下していることが分かる。これに対し、実施例に係る光波長変換層３０を用いた場合、電極２０ｃが設けられた個所での輝度の低下はほとんどみられなかった。このため、拡散率を高めることが、発光素子２０の発光面２０ａに設けられた電極２０ｃによる輝度低下の抑制に高い効果があることが分かる。
【００６３】
図７（ａ）は、実施例に係る光波長変換層３０と比較例２に係る光波長変換層３０の各々を用いて測定したときの発光素子２０間の輝度ムラを示す図である。ラインＬ０は実施例に係る光波長変換層３０を用いたときの輝度ムラを示しており、ラインＬ１は比較例２に係る光波長変換層３０を用いたときの輝度ムラを示している。図７（ｂ）は、理解を容易にすべく、図７（ａ）の横軸に発光装置１０の幅を合わせたときの発光装置１０の上面図である。
【００６４】
図７（ａ）に示すように、比較例２に係る光波長変換層３０を用いた場合、発光素子２０の発光面２０ａの中心から発光素子２０の間に進むにしたがって輝度が徐々に低下していくことが分かる。一方、実施例に係る光波長変換層３０を用いた場合、発光面２０ａの輝度が発光面２０ａの間の領域に分散しているのが分かる。発光面２０ａの間の領域で輝度が低下している個所があるが、その範囲は非常に狭く、比較例２に係る光波長変換層３０を用いた場合に比べて輝度ムラが判別しにくくなっていることが分かる。
【００６５】
図４（ｂ）に戻る。図４（ｂ）に示すように、個別調光性能および発光素子２０間の輝度ムラについては、比較例１、比較例２、実施例いずれの発光装置１０も基準を満たしていた。実施例に係る発光装置１０は、発光装置１０内の輝度ムラおよび発光装置１０の輝度の高さも基準を満たしていた。しかし、低拡散率の光波長変換層３０を持つ比較例１は、発光素子２０内の輝度ムラが基準を満たさなかった。また、低透過率の光波長変換層３０を持つ比較例２は、発光装置１０の輝度の高さが所定の値未満であった。以上より、光波長変換層３０は、発光素子２０が発する光を変換した２次光（例えば黄色光）の透過率が６０％以上、且つ拡散率が８０％以上に設けられていると、発光装置１０において適切に発光できることが判明した。
【００６６】
図８（ａ）は、比較例３および実施例に係る光波長変換層３０の透過率、拡散率、および枠５０表面の反射率との関係を示す図である。この場合においても、光波長変換層３０以外は、比較例３および実施例で共通して上述の発光装置１０を用いた。
【００６７】
比較例３および実施例の光波長変換層３０は、透過率が５０％、拡散率が８０％となっている。枠５０の反射率は、６００ｎｍの光を照射したときの反射率を測定した。比較例３に係る発光装置１０では、枠５０の表面に反射膜を設けず、実施例に係る発光装置１０では、枠５０の表面に酸化バリウムなどによる反射膜を設けた。このため、比較例３での枠５０の反射率は３５％であり、実施例での枠５０の反射率は５０％であった。
【００６８】
図８（ｂ）は、比較例３および実施例に係る発光装置１０の各試験における結果を示す図である。試験項目は図４（ｂ）に示すものと同じである。図８（ｂ）に示すように、実施例に係る発光装置１０は、個別調光性能、発光素子２０間の輝度ムラ、発光素子２０内の輝度ムラ、および発光装置１０の輝度の高さすべてにおいて基準を満たした。一方、比較例３は、個別調光性能、発光素子２０間の輝度ムラ、発光素子２０内の輝度ムラにおいて基準を満たしたが、発光装置１０の輝度の高さが基準を見なさなかった。このため、枠５０に反射膜を設けて反射率を高めることが、発光装置１０の輝度向上に効果があることが分かる。
【００６９】
図９（ａ）は、比較例４−１、比較例４−２、実施例４−１、および実施例４−２に係る光波長変換層３０の透過率、拡散率、および枠５０表面の反射率との関係を示す図である。この場合においても、光波長変換層３０以外は、比較例および実施例で共通して上述の発光装置１０を用いた。
【００７０】
比較例４−１、比較例４−２、実施例４−１、および実施例４−２の光波長変換層３０は、透過率が８０％、拡散率が９９．７％となっている。比較例４−１では、光波長変換層３０の厚みが２０μｍのものを使用した。比較例４−２では光波長変換層３０の厚みが６０００μｍのものを使用した。実施例４−１では、光波長変換層３０の厚みが３０μｍのものを使用した。実施例４−２では、光波長変換層３０の厚みが５０００μｍのものを使用した。
【００７１】
図９（ｂ）は、比較例４−１、比較例４−２、実施例４−１、および実施例４−２に係る発光装置１０の各試験における結果を示す図である。試験項目は図４（ｂ）に示すものと同じである。図８（ｂ）に示すように、実施例４−１および実施例４−２に係る発光装置１０は、個別調光性能、発光素子２０間の輝度ムラ、発光素子２０内の輝度ムラ、および発光装置１０の輝度の高さすべてにおいて基準を満たした。一方、比較例４−１に係る光波長変換層３０は、薄すぎたため割れが発生し、各試験を行うことができなかった。また、比較例４−２に係る発光装置１０では、個別調光性能、発光素子２０間の輝度ムラ、発光素子２０内の輝度ムラでは基準を満たしたものの、発光装置１０の輝度の高さでは基準を満たさなかった。このため、光波長変換層３０は、３０μｍ以上５０００μｍ以下の厚みを有することが好ましいことが判明した。
【００７２】
本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、各実施形態の各要素を適宜組み合わせたものも、本発明の実施形態として有効である。また、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を各実施形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれうる。以下、そうした例をあげる。
【００７３】
ある変形例では、発光素子２０は、例えばサファイアなどの結晶成長用基板上に半導体層を単結晶成長させることにより形成される。本変形例に係る発光素子２０は、この結晶成長用基板が除去されずに残されたものが使用されている。このため、この結晶成長用基板を導波した光が発光素子の側面からも出射する。また、側面２０ｂのうち半導体層の部分からも光は発せられる。したがって側面２０ｂは、発光面としても機能する。
【００７４】
この場合、垂直面５０ｄは、実装基板４０の上面４０ａから発光面２０ａまでの高さより低い高さを有する。なお、垂直面５０ｄが削除されてもよい。この場合、実装基板４０は、一対の傾斜面５０ｃと底面とによる三角形の断面を有する形状に形成される。これにより、側面２０ｂから出射される光も出射面３０ａに向けて反射することができ、光の取り出し効率をさらに高めることができる。
【００７５】
ある別の変形例では、光波長変換層３０に代えて、板状の光波長変換部材が設けられる。この光波長変換部材もまた、発光素子２０の発光面２０ａに対向し且つ発光面２０ａと平行に配置される。したがって、発光素子２０と同数の光波長変換部材が用いられる。
【００７６】
光波長変換部材は、いわゆる発光セラミック、または蛍光セラミックと呼ばれるものであり、青色光によって励起される蛍光体であるＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）粉末を用いて作成されたセラミック素地を焼結することにより得ることができる。このような光波長変換セラミックの製造方法は公知であることから詳細な説明は省略する。なお、光波長変換部材は、焼結セラミックに限定されず、例えばアモルファス、多結晶、単結晶のものを含み、結晶構造などによって限定されない。また、光波長変換部材には、透明なものが採用されている。本実施形態において「透明」とは、変換波長域の光の全光線透過率が４０％以上のことを意味するものとする。これにより、発光素子２０が発する光をより効率的に変換することができる。
【００７７】
この場合も、光波長変換層部材は、発光素子２０が発する光を変換した２次光（例えば黄色光）の透過率が６０％以上、且つ拡散率が８０％以上に設けられる。これにより、仕切り枠５０ｂまたは発光面２０ａの電極２０ｃによる輝度ムラの発生を抑制することができる。
【００７８】
複数の光波長変換部材の各々は、４つの傾斜面５０ｃに載置される。このとき光波長変換部材は、４つの傾斜面５０ｃに接着され固定される。光波長変換部材の側面は、出射面に近づくほど光波長変換部材の中心からの距離が広がるよう傾斜する。光波長変換部材は、入射面に対する４つの側面の各々の傾斜角度が、発光面２０ａに対する傾斜面５０ｃの傾斜角度、および発光面２０ａに対する傾斜面５０ｃの傾斜角度と同一となるよう形成されている。このため、光波長変換部材を外枠５０ａの傾斜面５０ｃおよび仕切り枠５０ｂの傾斜面５０ｃに載置すると、光波長変換部材の４つの側面は、それぞれ外枠５０ａの傾斜面５０ｃおよび仕切り枠５０ｂの傾斜面５０ｃに接する。これにより、発光素子２０が発する光をより有効に利用することが可能となる。
【符号の説明】
【００７９】
１０  発光装置、  ２０  発光素子、  ２０ａ  発光面、  ２０ｂ  側面、  ２０ｃ  電極、  ３０  光波長変換層、  ３０ａ  出射面、  ４０  実装基板、  ４０ａ  上面、  ５０  枠、  ５０ａ  外枠、  ５０ｂ  仕切り枠、  ５０ｃ  傾斜面、  ５０ｄ  垂直面、  １００  測定システム、  １０２  積分球受光器、  １０２ａ  入射口、  １０２ｂ  出射口、  １０２ｃ  測定口、  １０４  光度計、  １０６  白色板。
【図１】
2013149780.tif 000003
【図２】
2013149780.tif 000004
【図３】
2013149780.tif 000005
【図４】
2013149780.tif 000006
【図５】
2013149780.tif 000007
【図６】
2013149780.tif 000008
【図７】
2013149780.tif 000009
【図８】
2013149780.tif 000010
【図９】
2013149780.tif 000011