(57)【要約】  本発明の目的は、発光効率の良い発光装置を提供することである。第１の波長範囲にピーク波長を有する第１の光を放射する発光素子４と、発光素子４の上方に配置され、第１の光に応じて、第１の波長範囲より大きい第２の波長範囲にピーク波長を有する第２の光を放射する蛍光体層６と、発光素子４と蛍光体層６との間の領域を囲み、発光素子４から放射された第１の光および蛍光体層６により反射された第１の光を散乱させて反射する反射面とを備えている。【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長範囲にピーク波長を有する第１の光を放射する発光素子と、
該発光素子の上方に配置され、前記第１の光に応じて、前記第１の波長範囲より大きい第２の波長範囲にピーク波長を有する第２の光を放射する蛍光体層と、
前記発光素子と前記蛍光体層との間の領域を囲み、前記発光素子から放射された前記第１の光および前記蛍光体層により反射された前記第１の光を散乱させて反射する反射面とを備えていることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記反射面は、粗面化処理が施されており、
前記発光素子を囲む前記反射面によって規定される空間に透光性樹脂が充填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】
前記反射面は、粗面化処理が施されており、
前記発光素子を囲む前記反射面によって規定される空間にガスが充填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４】
反射面は、前記発光素子を囲む反射部材の表面にセラミック粒子が被着されて構成されることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項５】
前記反射面に複数の微小な穴が設けら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６】
前記反射面に複数の微小な突起が設けられていることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード装置、特に発光素子から発せられる光を波長変換して外部に放出する発光装置およびそれを用いた照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の発光装置は、上面の中央部に発光素子を搭載し、発光素子と発光素子収納用パッケージ（以下、単にパッケージともいう）の内外を電気的に導通接続するリード端子やメタライズ配線層等から成る配線導体（図示せず）が形成された絶縁体から成る基体と、基体の上面に接着固定され、中央部に発光素子を収納するための貫通孔が形成された、金属、樹脂またはセラミックス等から成る反射部材とから主に構成される。
そして、基体の表面に形成した配線導体と発光素子の電極とをボンディングワイヤを介して電気的に接続し、しかる後、反射部材の内側に透明樹脂を充填し熱硬化させ、この透明樹脂上に蛍光体を含有して成る蛍光体層を形成する。さらに、必要に応じて反射部材の上面に透光性の蓋体を半田や樹脂接着剤等で接合することにより、発光素子からの光を蛍光体層により波長変換し所望の波長スペクトルを有する光を取り出せる発光装置と成すことができる。
また、発光素子として発光波長が３００〜４００ｎｍの紫外領域を含むものを選び、蛍光体層に含まれる赤、青、緑の３原色の蛍光体粒子の混合比率を調整することで色調を自由に設計することができる。
しかしながら上記発光装置のうち、発光素子として発光波長が３５０〜４１０ｎｍの紫外領域を含むものを選び、蛍光体層に含まれる蛍光体で可視光に変換させる装置において、発光装置の発光効率が低いことが問題となっている。それは、蛍光体が発光素子の光を波長変換する能力、すなわち波長変換効率が低いためである。波長変換効率を高めることによって発光装置の発光効率を高めることができるが、現状において使用されている蛍光体材料は蛍光灯用に開発されたものであり、ほとんどの材料は励起波長が３００ｎｍ以下で高効率に波長変換するように設計されているからである。
一般的に蛍光体の波長変換効率は、蛍光体に発光素子の光が吸収される割合である吸収率と、吸収された光を波長変換する割合である内部量子効率の積で表すことができる。
そこで、上記吸収率と内部量子効率のいずれが波長変換効率に影響しているのか調べるため、蛍光体層の全反射率の調査を行い、発光素子が発する光の波長帯において蛍光体層が、発光素子が発する光をどの程度反射するか見積もるために蛍光体層の全反射率を測定した。なお、全反射率の測定はコニカミノルタ社製ＣＭ−３７００Ｄ分光測色計を用いた。図２に蛍光体層の全反射率の波長依存性を示す。
図２より、発光素子の発する光の波長は３５０から４１０ｎｍであるから、発光素子の発する光の３０％程度は反射されることがわかる。その結果、蛍光体層は７０％程度のみしか発光素子の発する光を吸収しないことが類推できる。よって、蛍光体層中の蛍光体の吸収率が低いために、蛍光体の波長変換効率が低く、その結果、発光装置の効率が低いことが原因であることが推察できる。
つまり、従来の発光装置においては、発光素子から発光された光がすべて蛍光体層中の蛍光体を励起するわけではなく、多くの光が蛍光体で反射されて下側に戻ることとなる。そして、この戻った光が発光素子、配線導体、基体および各部材間の接合部で吸収されることとなり、その結果、発光装置の発光効率が低くなるという問題点を有していた。
【発明の開示】
【０００３】
本発明は上記問題点に鑑みて成されたものであり、その目的は、発光素子から発光された光が蛍光体を励起する確率を高め、発光効率の高い発光装置およびそれを用いた照明装置を提供することにある。
本発明の発光装置は、第１の波長範囲にピーク波長を有する第１の光を放射する発光素子と、発光素子の上方に配置され、第１の光に応じて、第１の波長範囲より大きい第２の波長範囲にピーク波長を有する第２の光を放射する蛍光体層と、発光素子と前記蛍光体層との間の領域を囲み、発光素子から放射された第１の光および蛍光体層により反射された第１の光を散乱させて反射する反射面とを備えている。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
本発明の目的、特色および利点とは、下記の詳細な説明と図面とからより明確になるであろう。
図１は、本発明の発光装置の実施の形態の一例を示す断面図である。
図２は、従来の発光装置に使用していた蛍光体層の反射率の波長特性を示す図である。
図３は、実施例で使用した発光装置に用いた反射部材の断面図である。
図４は、実施例で使用した発光装置の反射率の波長特性である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
本発明の発光装置について以下に詳細に説明する。図１は、本発明の発光装置の実施の形態の一例を示す断面図であり、２は基体、３は反射部材、４は第１の波長範囲にピーク波長を有する第１の光を放射する発光素子、５は透明樹脂やガラスなどの透光性部材、６は蛍光体を含有しており、第１の光に応じて第１の波長範囲より大きい第２の波長範囲にピーク波長を有する第２の光を放射する蛍光体層である。
本発明の発光装置は、上面に発光素子の搭載部を有する基体２と、基体２の上面の外周部に設けられるとともに内周面が光反射面とされている枠状の反射部材３と、一端が基体２の上面に形成されて発光素子４の電極部に電気的に接続されるとともに他端が基体２の外面に導出された配線導体と、搭載部２ａに搭載されるとともに配線導体に電気的に接続された発光素子４とから成る。
そして、本発明の発光装置は、発光素子４が発した光を波長変換する蛍光体を透明部材に含有して成る蛍光体層６を発光素子４の上方で反射部材３の開口部を塞ぐにように形成するとともに、反射部材３の内周面を拡散反射面としている。
この構成により、発光素子４で発光された光が蛍光体を励起せずに蛍光体表面で反射されて下側に戻った光を、反射部材３の内周面の拡散反射面で乱反射させることによって再度、上側に進行させ、蛍光体層６中の蛍光体に効率よく吸収させることができる。その結果、蛍光体の波長変換効率を向上させることができ、発光効率の良い発光装置１を得ることができる。
さらに、反射部材３と蛍光体層６および基体２により形成される閉空間内で発光素子４が発する光が蛍光体層６に反射された後、拡散反射面で効率よく上側に戻され、再度蛍光体層６に衝突するまでに要する時間を蛍光体の発光寿命よりはるかに短くすることができ、かつ蛍光体中に含まれる賦活材の量は、発光素子４から発せられる光子の量より十分多いので、発光素子４の発する光を反射部材３と蛍光体層６および基体２により形成される閉空間内で多重反射させ、蛍光体層６に複数回衝突させることで、蛍光体層６中の蛍光体に発光素子４の発せられた光を非常に効率よく吸収させることができる。
なお、従来の発光装置は、発光素子が発する光の光路長差を低減し発光素子の光の色と蛍光体の発光色の合成色を均一化することにあり、その作用効果から類推すると蛍光体を含有する第２のコーティングは、発光素子の光の主たる量を透過させることが必須となっており、発光素子が発する直接光と波長変換された光とのバランスがくずれやすく、温度変化などの環境変化で所望の波長スペクトルが得られなくなりやすい。これに対し、本発明の発光装置は、発光素子４の光を反射部材３と蛍光体層６により形成される閉空間内で複数回蛍光体層６に衝突させることにより、蛍光体の波長変換効率を高め、発光素子４が発する光のほとんどを波長変換し所望の波長の光を得るというものであり、発光素子４からの直接光をほとんど使用せずに波長変換された光を使用するため、温度変化などの環境変化が生じても所望の波長スペクトルを良好に得ることができる。
なお、本発明の拡散反射面とは、主面に光を一定の入射角θで入射した場合に、主面であらゆる方向に反射された全反射光の強度Ｉ（あらゆる方向に反射された光の合計強度）に対し、正反射した光（反射角θで反射した正反射光）の強度ｉの比率Ｐ（Ｐ＝ｉ／Ｉ）が５０％以下のものをいう。
本発明における基体２は、酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス）、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、ガラスセラミックス等のセラミックス、またはシリカなどのガラス絶縁体であり、発光素子４を支持する支持部材である。また、基体２の露出表面を光反射性とすることにより、光反射面としての機能をも有する。
また、基体２は、表面や内部に発光装置１の内外を電気的に導通接続するためのＷ、Ｍｏ、Ｍｎ等の金属粉末を用いたメタライズ等からなる配線導体（図示せず）が形成されており、また、基体２の上面の中央部に発光素子４を設置させるために配線導体の一部から成る電極部（図示せず）が形成されてあり、基体２の下面等の外面に導出させた配線導体にＣｕ、Ｆｅ−Ｎｉ合金等の金属から成るリード端子が接合される。そして、発光素子４を設置させるための電極部に発光素子４がＡｕ−Ｓｎ共晶半田などの導電性接合材（図示せず）で接合され、リード端子が外部電気回路に電気的に接続されることによって外部電気回路と発光素子４とが電気的に接続される。
なお、電極部は、その露出する表面にＮｉや金（Ａｕ）等の耐食性に優れる金属を１〜２０μｍ程度の厚みで被着させておくのがよく、電極部が酸化腐食するのを有効に防止できるとともに、電極部と発光素子４との電気的な接続および電極部と導電性接合材との接続を強固にすることができる。従って、電極部の露出表面には、厚さ１〜１０μｍ程度のＮｉメッキ層と厚さ０．１〜３μｍ程度のＡｕメッキ層とが電解メッキ法や無電解メッキ法により順次被着されていることがより好ましい。
本発明の発光装置は、発光素子１と蛍光体層６との間の領域を囲み、発光素子１から放射された第１の光および蛍光体層６により反射された第１の光を散乱させて反射する反射面を有する。
基体２は、発光装置内の発光素子４の搭載部２ａ以外の上面を拡散反射面で形成されるのがよい。このような拡散反射面は、例えば、アルミナ，ジルコニア，チタニア等のセラミック粒子を基体２の表面に被着することにより拡散反射面とすることができる。拡散反射面は、セラミック粒子の表面で生じる全反射に由来するため、セラミック粒子は発光素子４および蛍光体を含有した蛍光体層６の発する光の波長の１／４より大きければ、できるだけ粒径が小さく、また粒の形状は柱状、板状で不定形な方が光を良好に全反射することができる。
また、拡散反射面は、セラミック粒子の表面で生じる全反射に由来するため、セラミック粒子はできるだけ屈折率が高い方が好ましい。即ち、セラミック粒子に入射する光を全反射できる角度領域が大きくなるために拡散反射率が高まるためである。
また、発光素子４を波長３８０〜４１０ｎｍ程度の近紫外発光の発光素子４とする場合、チタニアは、バンドギャップによる光吸収特性を波長３５０〜３８０ｎｍ付近に有するために、チタニアの光吸収特性の裾が近紫外発光の発光素子４の発光特性の裾に重なり、発光素子４の光出力を吸収するため、セラミック粒子はアルミナもしくはジルコニアを用いることが好ましい。
また、セラミック粒子は、粒子状では被着する際の密着強度が低いため、セラミック粒子同士をつなげるために樹脂もしくは低融点ガラスやゾルゲルガラスなどを混入した方が良い。樹脂もしくは低融点ガラス、ゾルゲルガラスなどを選定する際には、発光素子４や蛍光体を含有した蛍光体層６が発する光を吸収しないような材料を選ばなくてはならない。例えば、発光素子４を波長３８０〜４１０ｎｍ程度の近紫外発光の発光素子４とし、蛍光体を含有した蛍光体層６は波長３８０〜７８０ｎｍの光を発する構成としたとき、樹脂もしくは低融点ガラスやゾルゲルガラスは、発光素子４の波長３８０〜４１０ｎｍ程度の近紫外光および波長３８０〜７８０ｎｍの光を吸収しないものを選ぶ必要がある。
例えば、セラミック粒子を中心粒径が０．５〜１μｍのアルミナとし、セラミック粒子同士をつなげるためにシリコーン樹脂を選定した場合、アルミナ１重量部に対しシリコーン樹脂を０．１重量部混合したものを基体１の表面に厚さ２００μｍ程度塗装することで良好な反射率を有する拡散反射面を得ることができる。
また、樹脂にセラミックスなどのフィラーを添加した材料（例えばソルベイアドバンストポリマー社のアモデルＡＳ−１５６６  ＨＳや新日本石油化学製ザイダー白色グレードなど）や樹脂粒子を加圧成型した材料など（例えばラブスフェア社のスペクトラロンなど）で基体２を形成したり、この材料を基体２の表面に被着したりすることにより拡散反射面とすることができる。
また、基体２は、発光素子４を搭載する側の主面のうち露出した表面の全反射率が可視光波長領域において、９０％以上を有する材料の方が好ましい。これにより、発光素子４が発する光が基体２に吸収されるのを抑制できる。その結果、蛍光体層６に多くの光を吸収させることができ、発光効率の高い発光装置を得ることができる。
反射部材３は、貫通孔を有する環状体であり、貫通孔の内径の中心に発光素子４が配置されるように、基体２の上面に半田やゾルゲルガラス、低融点ガラスなどの無機接着剤、エポキシ樹脂などの有機接着剤で取り付けられる。なお、耐久性が必要な際は無機接着剤の方が好ましい。
本発明の反射部材３は内周面が拡散反射面とされている。このような拡散反射面は、例えば、アルミナ，ジルコニア，チタニアなどの無機粒子を用いたセラミック粒子を反射部材３の表面に被着したりすることにより内周面を拡散反射面とすることができる。
拡散反射面は、セラミック粒子の表面で生じる全反射に由来するため、セラミック粒子は発光素子４および蛍光体を含有した蛍光体層６の発する光の波長の１／４より大きければ、できるだけ粒径が小さく、また粒の形状は柱状、板状で不定形なほうが光を良好に全反射することができる。
また、拡散反射面は、セラミック粒子の表面で生じる全反射に由来するため、セラミック粒子はできるだけ屈折率が高い方が好ましい。即ち、セラミック粒子に入射する光を全反射できる角度領域が大きくなるために拡散反射率が高まるためである。
また、発光素子４を波長３８０〜４１０ｎｍ程度の近紫外発光の発光素子４とする場合、チタニアはバンドギャップによる光吸収特性を波長３５０〜３８０ｎｍ付近に有するために、チタニアの光吸収特性の裾が近紫外発光の発光素子４の発光特性の裾に重なり、発光素子４の光出力を吸収するため、セラミック粒子をアルミナもしくはジルコニアを用いることが好ましい。
また、セラミック粒子は、粒子状では被着する際の密着強度が低いため、セラミック粒子同士をつなげるために樹脂もしくは低融点ガラスやゾルゲルガラスなどを混入した方が良い。樹脂もしくは低融点ガラスやゾルゲルガラスなどを選定する際には、発光素子４や蛍光体を含有した蛍光体層６が発する光を吸収しないような材料を選ばなくてはならない。例えば、発光素子４を波長３８０〜４１０ｎｍ程度の近紫外発光の発光素子４とし、蛍光体を含有した蛍光体層６は波長３８０〜７８０ｎｍの光を発する構成としたとき、樹脂もしくは低融点ガラスやゾルゲルガラスは、発光素子４の波長３８０〜４１０ｎｍ程度の近紫外光および波長３８０〜７８０ｎｍの光を吸収しないものを選ぶ必要がある。
例えば、セラミック粒子を中心粒径が０．５〜１．０μｍのアルミナとし、セラミック粒子同士をつなげるためにシリコーン樹脂を選定した場合、アルミナ１重量部に対しシリコーン樹脂を０．１重量部混合したものを反射部材３の表面に厚さ２００μｍ程度塗装することで良好な反射率を有する拡散反射面を得ることができる。
樹脂にセラミックスなどのフィラーを添加した材料（例えばソルベイアドバンストポリマー社のアモデルＡＳ−１５６６  ＨＳや新日本石油化学製ザイダー白色グレードなど）や樹脂粒子を加圧成型した材料など（例えばラブスフェア社のスペクトラロンなど）で反射部材３を形成したり、この材料を反射部材３の表面に被着したりすることにより内周面を拡散反射面とすることができる。
特に、反射部材３の内周面は、可視光波長領域において全反射率が９０％以上である材料の方がよい。これにより、蛍光体層６と反射部材３および基体２で構成される閉空間に光を閉じ込めた場合、発光素子４が発する光の減衰を少なくできる。その結果、蛍光体層６に多くの光を吸収させることができ、発光効率の高い発光装置を得ることができる。
また好ましくは、発光素子４の発した光のうち、蛍光体層６で波長変換されずに蛍光体層６の外側に放出された光量が発光素子４の発した光量の２０％以下であるのがよい。これにより、発光素子４から発光された光が蛍光体層６で波長変換されずに発光装置１外部に放出されるのを有効に防止して、発光装置１内で多重反射させ所望とする光に変換できる確率を高くすることができる。よって、所望とする光の強度の高い発光装置１となる。
発光素子４の発した光のうち、蛍光体層６で波長変換されずに蛍光体層６の外側に放出された光量が発光素子４の発した光量の２０％を超えると、発光素子４の発した光の多くが蛍光体層６で波長変換されずに放出される量が多くなり、発光素子４の発する光を反射部材３と蛍光体層６および基体２により形成される閉空間内で多重反射させ、蛍光体層６に複数回衝突させることで、蛍光体層６中の蛍光体に発光素子４の発せられた光を非常に効率よく吸収させるという効果が小さくなりやすい。その結果、蛍光体の波長変換効率が向上しにくくなる。より好ましくは、発光素子４の発した光のうち、蛍光体層６で波長変換されずに蛍光体層６の外側に放出された光量が発光素子４の発した光量の５％未満であるほうがよい。
また、本発明の発光装置は発光素子４を覆うように透光性部材５が形成されているのがよい。すなわち、発光素子４を囲む反射面によって規定される反射部材３の内側空間には、透光性樹脂が充填されている。これにより、発光素子４とその周辺部との屈折率差を小さくして発光素子の光が周辺部に進行する際の損失を低減できる。このような透光性部材５は、発光素子４が発する光に対し透明な材料であり、発光素子４を形成するサファイア基板に近い屈折率を有し、かつ基体２の発光素子４を搭載する面のうち搭載部２ａ以外の表面を形成する材料や反射部材３を構成する材料より屈折率が低い材料が好ましい。たとえば、フェニル基が導入されたシリコーン樹脂や、チタニアやジルコニアのナノ粒子（粒径５０ｎｍ未満）が均一分散されたシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、チタニアやジルコニアを骨格内に持つ有機無機ハイブリッド材料、スズリン系低融点ガラス、透明ポリイミド樹脂などが使用できる。また、発光素子４を囲む反射面によって規定される反射部材３の内側空間には、ガスが充填されていてもよい。
本発明の発光装置は、発光素子４が発した光を波長変換する蛍光体を透明部材に含有して成る蛍光体層６が発光素子４の上方で反射部材３の開口部を塞ぐにように形成されている。蛍光体層６は、その下面と基体２と反射部材３の内周面とで閉空間を形成するように配置される。これにより、閉空間内で光を繰り返し反射させることにより、蛍光体に吸収される確率を高め、波長変換効率をきわめて高いものとすることができる。なお、この閉空間はその全部または一部が透光性部材５で占められていてもよい。
蛍光体層６を形成する透明樹脂には、発光素子４が発する光と蛍光体が発する蛍光の両者に対し透明な材料を選ぶ必要がある。例えば、シリコーン樹脂，エポキシ樹脂，ユリア樹脂，フッ素樹脂，ゾルゲルガラス，有機無機ハイブリッド材料，低融点ガラス，透明ポリイミド樹脂などが使用できる。
蛍光体層６は、例えば、透光性部材５を被覆するように形成され、その設置方法としては、蛍光体を含有した蛍光体層６を予め所望の形状に成形した後、透光性部材５の上に搭載することによって、または蛍光体と未硬化で液状の透明部材とを混練後、液状の状態でディスペンサを用い透光性部材５の上に所望の厚さまで塗布した後オーブンで硬化させることによって行なわれる。
蛍光体層６に含有させる蛍光体は、様々な材料が用いられ、一例としては赤色（約５８０〜７８０ｎｍ）の蛍光を発するＬａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、やＹ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、ＬｉＥｕＷ２Ｏ８、黄色（約４８０〜７００ｎｍ）の蛍光を発するＹ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、緑色（約４５０〜６５０ｎｍ）の蛍光を発生する（ＢａＭｇＡｌ）１０Ｏ１２：Ｅｕ、ＭｎやＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ、青色（約４２０〜５５０ｎｍ）の蛍光を発生するＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１２：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕなどがある。
また、上記本発明の発光装置１を光源として絶縁基板などから成る発光装置搭載用治具に搭載し、発光装置１を取り囲む反射治具を設けることにより、本発明の照明装置となる。これにより、発光素子４から発光された光が蛍光体を励起する確率を高め、発光効率の高い照明装置となる。
このような反射治具は本発明の発光装置１に用いる反射部材３と同様の材料を用いることができる。
（実施例１）
本発明の発光装置を以下のようにして評価した。先ず、本発明の発光装置の反射部材３の材料として、内周面が拡散反射面とされたアルミナセラミックス（全反射率に対する正反射率が１０％）を用い、比較用の反射部材の材料として、内周面が鏡面加工された高純度アルミ材（Ａ１０５０）（全反射率に対する正反射率が９０％）を用い、図３に示す形状でそれぞれ反射部材３を作製した（図３において、φは直径を示し、その単位はｍｍである）。すなわち、反射部材３において、外径Ｄ１が１５ｍｍ、蛍光体層側内径Ｄ２が１０ｍｍ、発光素子側内径Ｄ３が４ｍｍ、厚みｔが３ｍｍである。なお、双方とも全反射率を概ね７０％程度に調整した。このときの本発明の発光装置の反射部材３および比較用の反射部材３の全反射率を図４に示す。
次に、上記２種類の反射部材３を用い、図１に示す発光装置（本発明の反射部材３を用いた発光装置をサンプル１、比較用の反射部材を用いた発光装置をサンプル２とする）を作製した。なお、発光素子４は窒化ガリウム系、ピーク波長４００ｎｍ、半値幅２０ｎｍ、０．３５ｍｍ角、定格電流０．０２Ａ、光出力１０ｍＷのフリップチップタイプのものを使用し、基体２はアルミナセラミックスを使用、透光性部材５はシリコーン樹脂を用いた。蛍光体層６に含有させる蛍光体は赤；Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、緑；（ＢａＭｇＡｌ）１０Ｏ１２：Ｅｕ，Ｍｎ、青；（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕを使用し、シリコーン樹脂１重量に対し蛍光体１重量を混合後、厚さ１ｍｍのテープ状に成型、オーブン中で１５０℃で３０分間硬化させたものを使用した。
サンプル１，２を作製後、発光素子４に電流を０．０２Ａ流して、発光装置１の全光束値（ルーメン値）を測定し比較した（表１）。なお、全光束測定にはラブスフェア社製積分球付き全光束測定システムＳＭＬＳ１０２０を使用した。
【表１】
2006090834.tif 000002
表１に示す結果より、本発明であるサンプル１の方が比較例としてのサンプル２より２．１倍全光束値が高いことが判明した。これにより、内周面が拡散反射材である反射部材３とすることにより、蛍光体層６中の蛍光体の波長変換効率を高めることができたと考えられる。
（実施例２）
反射部材３の材料をアルミナセラミックスとし、図３の形状で発光装置を作製した。なお、実施例１と同様、内周面３ａの全反射率は概ね７０％程度に調整した。
発光素子４は、窒化ガリウム系、ピーク波長４００ｎｍ、半値幅２０ｎｍ、０．３５ｍｍ角、定格電流０．０２Ａ、光出力１０ｍＷのフリップチップタイプものを使用した。
基体２は、アルミナセラミックスを使用、透光性部材５はシリコーン樹脂を用いた。
蛍光体は、赤；Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、緑；（ＢａＭｇＡｌ）１０Ｏ１２：Ｅｕ，Ｍｎ、青；（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕを使用し、サンプル３としてシリコーン樹脂１重量に対し蛍光体１重量を混合したもの、サンプル４としてシリコーン樹脂１．２重量に対し蛍光体重量１を混合したもの、サンプル５としてシリコーン樹脂１．５重量に対し蛍光体重量１を混合したもの、サンプル６としてシリコーン樹脂２重量に対し蛍光体重量１を混合したもの、の計４種類の発光装置を作製した。なお、各蛍光体層６は、厚さ１ｍｍの厚膜状に成型し、オーブン中において１５０℃で３０分間硬化させテープ状の蛍光体層６を形成した後、発光装置１に実装した。
上記４種類の蛍光体層を実装した発光装置１を作製後、発光素子４に電流を０．０２Ａ流して全光束（ルーメン値）をそれぞれ測定、比較した（表２）。また、発光素子４の発する光のうち、外部に放出されている量を見積もるために、蛍光体層６をそれぞれ実装する前後の発光素子４のピーク波長強度の比を計算した。なお、全光束測定にはラブスフェア社製積分球付き全光束測定システムＳＭＬＳ１０２０を使用した。
【表２】
2006090834.tif 000003
表２に示す結果より、サンプル３の蛍光体層６を使用した発光装置１の場合、発光素子４の光は３．２％外部に放出されていた。また、サンプル４の蛍光体層６を使用した発光装置１の場合、発光素子４の光は５．３％外部に放出されていた。また、サンプル５の蛍光体層６を使用した発光装置１の場合、発光素子４の光は１９．３％外部に放出されていた。またサンプル６の蛍光体層６を使用した発光装置１の場合、発光素子４の光は２１．２％外部に放出されていた。
また、サンプル３の蛍光体層６を使用した発光装置１が最も全光束が高く、サンプル４の蛍光体層６を使用した発光装置の全光束はサンプル３の蛍光体層６を使用した発光装置１と概ね同じであった。また、サンプル５の蛍光体層６を使用した発光装置１は、全光束値が若干下がるものの、実施例１の比較用としてのサンプル２の全光束値より高かった。一方、サンプル６の蛍光体層６を使用した発光装置１の場合、実施例１の比較用としてのサンプル２と概ね同じ全光束値となった。
よって上記の結果より、反射部材３と蛍光体層６により形成される閉空間内よって発光素子４の光が外部に放出される量が、発光素子４の発した光の量に対し２０％未満であるほうがよく、より好ましくは、反射部材３と蛍光体層６により形成される閉空間内より発光素子４の光が外部に放出される量が、発光素子４の発した光の量に対し５％未満である方がよいといえる。
なお、本発明は以上の実施の形態の例および実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更を行なうことは何等支障ない。
【産業上の利用可能性】
【０００６】
本発明の発光装置は、発光素子と前記蛍光体層との間の領域を囲み、発光素子から放射された第１の光および蛍光体層により反射された第１の光を散乱させて反射する反射面とを備えていることにより、発光素子で発光された光が蛍光体を励起せずに蛍光体表面で反射されて下側に戻った光を、反射部材の内周面の拡散反射面で乱反射させることによって再度、上側に進行させ、蛍光体層中の蛍光体に効率よく吸収させることができる。その結果、蛍光体の波長変換効率を向上させることができ、発光効率の良い発光装置を得ることができる。
つまり、反射部材の内周面を従来のような平滑な面で構成すれば、蛍光体で反射され下側に戻った光は反射部材の内周面で正反射して蛍光体層と反対側に進行するので、蛍光体層に再度衝突するまでに２回以上の反射回数が必要となり、その結果、反射損失が重畳されて発光素子の発せられた光の強度が減衰することから、蛍光体層に再度衝突する光の量が減少するのに対し、本発明のように反射部材の内周面を拡散反射面とすることによって、蛍光体で反射され下側に戻った光を反射部材の内周面で１回反射させるだけで蛍光体層に再度進行させることができ、反射による損失が減少し蛍光体層中の蛍光体に吸収される光の量を増加させることができる。
よって、発光素子から発せられた光が蛍光体層中の蛍光体を励起する確率を非常に高くすることができ、発光装置の発光効率を非常に高くすることができる。
さらに、蛍光体は、発光素子の発する光で蛍光体中の賦活材が励起され、一定時間後に緩和し波長変換した光を放出するものであり、励起から緩和までの時間である発光寿命は、１μｓから１ｍｓ程度である。そして、この励起されて緩和されるまでの間に励起光を衝突させつづけると、蛍光体は励起された賦活材の量が飽和するまで光を吸収し続けるものと考えられる。一方、本発明のように反射部材の内周面を拡散反射面とした発光装置は、反射部材と蛍光体層および基体により形成される閉空間内で発光素子が発する光が蛍光体層に反射された後、拡散反射面で効率よく上側に戻され、再度蛍光体層に衝突するまでに要する時間を蛍光体の発光寿命よりはるかに短くすることができ、かつ蛍光体中に含まれる賦活材の量は、発光素子から発せられる光子の量より十分多いので、発光素子の発する光を反射部材と蛍光体層および基体により形成される閉空間内で多重反射させ、蛍光体層に複数回衝突させることで、蛍光体層中の蛍光体に発光素子の発せられた光を非常に効率よく吸収させることができる。
よって、発光素子の発する光を反射部材と蛍光体層と基体とにより形成される閉空間内で多重反射させることで蛍光体層に複数回衝突させることができ、その結果、発光素子から発せられた光が蛍光体層中の蛍光体を励起する確率を非常に高くすることができ、発光装置の発光効率を非常に高くすることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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