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1. (WO2018142440) LIGHT-EMITTING DEVICE
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明 細 書

発明の名称 発光装置

技術分野

0001  

背景技術

0002  

先行技術文献

特許文献

0003  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0004  

課題を解決するための手段

0005  

発明の効果

0006  

図面の簡単な説明

0007  

発明を実施するための形態

0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085   0086   0087  

産業上の利用可能性

0088  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16   17   18   19   20   21   22   23   24   25  

明 細 書

発明の名称 : 発光装置

技術分野

[0001]
 本発明は、蛍光体を励起して光を出力する発光装置に関する。

背景技術

[0002]
 発光ダイオード(LED)などの発光素子と、発光素子によって励起される蛍光体とを用いた発光装置が実用化されている。この発光装置は、LEDと蛍光体からそれぞれ出射される光の発光スペクトルを組み合わせて、所定の色度の光を出力する。更に、複数の発光素子を配列したチップ・オン・ボード(Chip on board:COB)タイプの発光装置が開示されている(例えば特許文献1参照。)。

先行技術文献

特許文献

[0003]
特許文献1 : 国際公開第13/15058号

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0004]
 しかしながら、COBタイプの発光装置に関しては、高い演色性の光を出力するための検討が十分ではない。即ち、発光素子を密集して配置したことにより発光素子の出射光や蛍光体から出射される励起光の受ける影響が、十分に検討されていない。本発明は、高い演色性の出力光が得られるCOBタイプの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

[0005]
 本発明の一態様によれば、主面に第1の配置領域と第2の配置領域が定義された基板と、基板の主面に配置された複数の青色発光素子と、複数の青色発光素子からの出射光に励起されて励起光を出射する蛍光体を含有し、複数の青色発光素子の上方に配置された蛍光体シートとを備え、複数の青色発光素子が、第1の配置領域に配置されて第1の波長を発光スペクトルのピーク波長とする第1の出射光を出射する第1の青色発光素子、及び、第2の配置領域に配置されて第1の波長よりも少なくとも10nmの波長差を有する長波長の第2の波長を発光スペクトルのピーク波長とする第2の出射光を出射する第2の青色発光素子を含む発光装置が提供される。

発明の効果

[0006]
 本発明によれば、高い演色性の出力光が得られるCOBタイプの発光装置を提供できる。

図面の簡単な説明

[0007]
[図1] 本発明の第1の実施形態に係る発光装置の構成を示す模式的な断面図である。
[図2] 青色発光素子の色度差を説明するためのxy色度図である。
[図3] 参考例のSMDの構成を示す模式図である。
[図4] 図3に示したSMDの出力光の演色評価数を示す表である。
[図5] 比較例の発光装置の構成を示す模式的な平面図である。
[図6] 図5に示した発光装置の出力光の演色評価数を示す表である。
[図7] 図3に示したSMDと図5に示した発光装置の出力光の発光スペクトルを示すグラフである。
[図8] 本発明の第1の実施形態に係る発光装置の基板の配置領域の例示す模式的な平面図である。
[図9] 本発明の第1の実施形態に係る発光装置の基板の配置領域の他の例を示す平面図である。
[図10] 本発明の第1の実施形態に係る発光装置の基板の配置領域の他の例を示す平面図である。
[図11] 本発明の第1の実施形態に係る発光装置の他の構成を示す模式的な断面図である。
[図12] 本発明の第1の実施形態に係る発光装置の中間層の膜厚と青色発光素子の配置間隔を説明するための模式図である。
[図13] 本発明の第2の実施形態に係る発光装置の構成を示す模式的な平面図である。
[図14] 本発明の第2の実施形態に係る発光装置の構成を示す模式的な断面図である。
[図15] 本発明の第2の実施形態の第1の変形例に係る発光装置の構成を示す模式的な平面図である。
[図16] 本発明の第2の実施形態の第2の変形例に係る発光装置の構成を示す模式的な平面図である。
[図17] 本発明の第1及び第2の実施形態に係る発光装置の出力光の例を示す表である。
[図18] 本発明の第3の実施形態に係る発光装置の構成を示す模式的な平面図である。
[図19] 本発明の第3の実施形態の第1の変形例に係る発光装置の構成を示す模式的な平面図である。
[図20] 本発明の第3の実施形態の第2の変形例に係る発光装置の構成を示す模式的な平面図である。
[図21] 本発明の第4の実施形態に係る発光装置の構成を示す模式的な平面図である。
[図22] 本発明の第4の実施形態の第1の変形例に係る発光装置の構成を示す模式的な平面図である。
[図23] 本発明の第4の実施形態の第2の変形例に係る発光装置の構成を示す模式的な平面図である。
[図24] 本発明のその他の実施形態に係る発光装置の基板の配置領域の例を示す平面図である。
[図25] 本発明のその他の実施形態に係る発光装置の基板の配置領域の他の例を示す平面図である。

発明を実施するための形態

[0008]
 次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。また、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の形状、構造、配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
[0009]
 (第1の実施形態)
 本発明の第1の実施形態に係る発光装置は、図1に示すように、基板40と、基板40の主面に配置された複数の青色発光素子10と、青色発光素子10の上方に配置された蛍光体シート30を備える。また、第1の青色発光素子11と第2の青色発光素子12を覆って、中間層20が基板40と蛍光体シート30の間に配置されている。
[0010]
 青色発光素子10は、複数の第1の青色発光素子11と複数の第2の青色発光素子12を含む。「青色発光素子10」は、第1の青色発光素子11と第2の青色発光素子12の総称である。
[0011]
 第1の青色発光素子11は、第1の波長を発光スペクトルのピーク波長とする出射光(以下において「第1の出射光」という。)を出射する。第2の青色発光素子12は、第1の波長よりも長波長の第2の波長を発光スペクトルのピーク波長とする出射光(以下において「第2の出射光」という。)を出射する。ここで、「ピーク波長」とは、発光スペクトルにおける強度のピーク値の波長である。なお、後述するように、第1の波長と第2の波長の差は、20nm~40nmであることが好ましい。
[0012]
 基板40の主面には、第1の配置領域41及び第2の配置領域42が定義されている。第1の青色発光素子11は第1の配置領域41に配置され、第2の青色発光素子12は第2の配置領域42に配置されている。このように、第1の青色発光素子11と第2の青色発光素子12とは、基板40の主面の異なる領域に分離して配置されている。
[0013]
 蛍光体シート30は、青色発光素子10の出射光によって励起される蛍光体を含有するシートであり、例えばシリコーン樹脂シートなどである。蛍光体シート30に含有される蛍光体は、第1の出射光に励起されて第1の励起光を出射し、第2の出射光に励起されて第2の励起光を出射する。蛍光体シート30には、発光装置から所望の色度の出力光が出力されるように設定された成分や配合比率で、緑色蛍光体や赤色蛍光体などの蛍光体が含まれている。例えば、第1の出射光と第1の励起光を混色した第1の色度の白色光と、第2の出射光と第2の励起光を混色した第2の色度の白色光とを混色した光が、発光装置から出力される。
[0014]
 蛍光体シート30は、中間層20に貼り付けられている。蛍光体シート30は中間層20に密着し、中間層20を介して基板40と蛍光体シート30が一体化している。青色発光素子10からの出射光は、中間層20を透過して蛍光体シート30に入射する。中間層20は、例えば透光性の樹脂を基板40に塗布して形成される。中間層20には、シリコーン樹脂膜などが好適に使用される。
[0015]
 ワイヤ50によって青色発光素子10の相互間が順に接続されている。ワイヤ50は、図示を省略する駆動電源に接続されている。この駆動電源から供給される駆動電流によって、青色発光素子10は発光する。図1に示すように中間層20に埋め込むことにより、ワイヤ50を保護することができる。
[0016]
 以下に、ピーク波長の異なる第1の青色発光素子11と第2の青色発光素子12とを用いて所定の色度の光を出力する方法について説明する。
[0017]
 太陽光が連続的なスペクトルであるのに対し、単一のピーク波長の青色発光素子のみを用いて実現した光は、スペクトルの組合せであることから、非連続な合成スペクトルである。これに対し、ピーク波長の異なる2つの青色発光素子を用い、緑色蛍光体と赤色蛍光体の励起特性を利用することによって、高い演色性の光を出力させることができる。
[0018]
 本発明者らの検討によれば、以下の選択条件を満たす第1の青色発光素子11と第2の青色発光素子12を用いて、高い演色性の光を出力することができる。その選択条件は、第1の出射光と第1の励起光を混色させた光の色度(第1の色度)と第2の出射光と第2の励起光を混色させた光の色度(第2の色度)が、所定の狙い色度についてxy色度図で対称に位置することである。更に、第1の色度及び第2の色度と狙い色度との差が0.04以下であることである。
[0019]
 狙い色度について対称にそれぞれの色度を設定した2つの光を混色させることによって、狙い色度の出力光が得られる。また、出力光の演色評価数を全体的に高くすることができる。これは、以下のように、ピーク波長が異なる2つの青色発光素子の強度が制御されることによる。
[0020]
 低い色度の出力光を作る場合は、青色光を消費する蛍光体の量が少ないために、青色発光素子の出射光の減少が少なく、出力光における青色光の強度のピーク値が高い。一方、高い色度の出力光を作る場合は、蛍光体の量が多いために、出力光における青色光の強度のピーク値が低い。このように、色度を変えることにより、青色光の強度が調整される。これにより、2000K~10000Kの広い範囲で、高演色性の光を出力することができる。
[0021]
 更に、本発明者らは、第1の色度及び第2の色度と狙い色度とのxy色度図における色度差が0.03~0.04の範囲の場合に、高い演色性が得られることを見出した。色度差が0.04よりも大きいと、演色性が低下し、演色評価数にばらつきが生じる。特に、演色評価数R12が大きく低下する。したがって、高演色性の光を出力するためには、色度差が0.04以下であることが好ましい。
[0022]
 図2に、第1の色度C1及び第2の色度C2と狙い色度C0との関係を示す。色度差ΔCは、x座標の差Δxとy座標の差Δyを用いて、以下の式(1)で表される:

ΔC={(Δx) 2+(Δy) 21/2 ・・・(1)

 また、本発明者らは、第1の青色発光素子11のピーク波長が430nm~445nmの波長範囲に含まれ、第2の青色発光素子12のピーク波長が455nm~470nmの波長範囲に含まれる場合に、演色評価数を高くできることを確認した。このため、第1の波長と第2の波長の波長差は少なくとも10nmであり、20nm~40nmであることが好ましい。なお、出力光の演色性を高めるために、第1の青色発光素子11のピークと第2の青色発光素子12のピークは、完全に分離していることが好ましい。
[0023]
 第1の青色発光素子11や第2の青色発光素子12は、例えば青色LEDである。InGaN系の青色LEDなどが、青色発光素子10に好適に使用される。
[0024]
 蛍光体シート30は、第1の青色発光素子11及び第2の青色発光素子12の出射光に励起されて緑色光を出射する緑色蛍光体や赤色光を出射する赤色蛍光体を含有する。上記の選択条件を満たすように、蛍光体シート30に含有される蛍光体の成分や配合比率が設定される。即ち、第1の青色発光素子11の第1の出射光と、第1の出射光に励起された蛍光体から出射される第1の励起光を混色して第1の色度C1の光になるように、蛍光体シート30に含有される蛍光体の成分や配合比率を設定する。更に、第2の青色発光素子12の第2の出射光と、第2の出射光に励起された蛍光体から出射される第2の励起光を混色して第2の色度C2の光になるように、蛍光体シート30に含有される蛍光体の成分や配合比率を設定する。
[0025]
 なお、すべての演色評価数が高い、所望の色度の出力光を得るためには、青色発光素子10によって励起される蛍光体によるスペクトル形状の制御も重要である。所定の発光スペクトルを有する出力光を得るために、蛍光体シート30に含有される蛍光体の種類が適宜選択される。
[0026]
 例えば、緑色蛍光体に、第1の強度を示す第1の波長と第1の強度よりも小さい第2の強度を示す第2の波長を有する発光スペクトルの緑色光を出射する蛍光体を使用する。そして、赤色蛍光体に、緑色光に対して第1の波長よりも第2の波長における吸収が少ない吸収スペクトルの赤色光を出射する蛍光体を使用する。赤色蛍光体によって第2の波長よりも第1の波長において緑色光が多く消費されるため、第1の波長の強度と第2の波長の強度が逆転する。その結果、波長バランスの取れた、波長分布の凹凸の少ない発光スペクトルの出力光が得られる。以下に、蛍光体シート30に含有される蛍光体の例を示す。
[0027]
 緑色蛍光体や黄色蛍光体には、賦活材がCe 3+であるスカンデート系酸化物又はスカンジウム系酸化物を用いる。例えば、CaSc 24:Ce 3+などのスカンジウム系酸化物やこれに類するもの、Ca 3Sc 2Si 312:Ce 3などのスカンジウム系ケイ酸塩やこれに類するものを使用可能である。また、青色光によって励起されるYAG、LuAG、BOSSなどの一般的な蛍光体も使用可能である。例えば、YAG系のY 3Al 512:Ce 3+、Y 3(Al,Ga) 512:Ce 3+、(Y,Gd) 3Al 512:Ce 3+など、LuAG系のLu 3Al 512:Ce 3+など、BOSS系の(Ba,Sr,Ca) 2SiO 4:Eu 2+などを使用可能である。また、LSN系のLa 3Si 611:Ce 3+なども使用可能である。
[0028]
 赤色蛍光体には、広い帯域を持つ窒化物系の蛍光体などを使用する。例えば、Eu 2+で賦活されたCaAlSiN 3:Eu 2+や(Sr,Ca)AlSiN 3:Eu 2+などの窒化アルミニウム系蛍光体を使用可能である。
[0029]
 図3に、上記の選択条件を満たす第1の青色発光素子11と第2の青色発光素子12を用いた表面実装デバイス(SMD)の参考例を示す。参考例のSMDは、パッケージ40Aの凹部の底面に第1の青色発光素子11と第2の青色発光素子12を1個ずつ搭載した2in1タイプのSMDである。パッケージ40Aの凹部に充填された蛍光体含有樹脂30Aによって、第1の青色発光素子11と第2の青色発光素子12は覆われている。
[0030]
 蛍光体含有樹脂30Aは、第1の出射光に励起されて第1の励起光を出射し、第2の出射光に励起されて第2の励起光を出射するように、含有する蛍光体の成分や配合比率が設定されている。図3に示したSMDは、第1の出射光と第1の励起光を混色した第1の色度の光と、第2の出射光と第2の励起光を混色した第2の色度の光とを混色させて、所定の色度の光を出力する。
[0031]
 図3に示したSMDにおいて、5000Kでの平均演色評価数Ra(R1~R8の平均)>95、及び特殊演色評価数Ri(i=9~15)>90のAAA級超高演色の出力光が得られた。図4に、図3に示したSMDの出力光の平均演色評価数Raと特殊演色評価数Riを示す。
[0032]
 上記の結果を踏まえ、本発明者らは、複数の第1の青色発光素子11と複数の第2の青色発光素子12を基板40の主面に配置し、これらを蛍光体含有樹脂30Aで覆ったCOBタイプの発光装置を試作した。試作した発光装置を図5に示す。図5は平面図であり、蛍光体含有樹脂30A(図示略)を透過して第1の青色発光素子11と第2の青色発光素子12が表示されている。青色発光素子10に駆動電流を供給するワイヤ50は図示を省略している。
[0033]
 図5に示す発光装置では、第1の青色発光素子11と第2の青色発光素子12が、基板40の主面に交互に配置されている。つまり、第1の青色発光素子11の配置領域と第2の青色発光素子12の配置領域とが分離されていない混成実装である。
[0034]
 図6に、図5に示した発光装置の平均演色評価数Raと特殊演色評価数Riを示す。図5に示した発光装置において、図3に示したSMDと同じ第1の青色発光素子11、第2の青色発光素子12、及び蛍光体含有樹脂30Aを使用した。しかし、図6に示すように、超高演色の出力光を得ることができなかった。また、比較例の発光装置の出力光の明るさは、SMDの出力光の明るさから予測される明るさの1/3程度であった。
[0035]
 図7に、図3に示したSMDの出力光の発光スペクトルを「特性S1」として示し、図5に示した比較例の発光装置の発光スペクトルを「特性S2」として示す。図7の横軸は波長であり、縦軸は、特性S1と特性S2のそれぞれについてピーク値を1として規格化した強度である。図7で、ピーク波長P1は第1の青色発光素子11のピーク波長であり、ピーク波長P2は第2の青色発光素子12のピーク波長である。
[0036]
 特性S2で示した比較例の発光装置の発光スペクトルでは、特性S1と比較して、短波側のピーク波長P1と長波側のピーク波長P2での強度の大小関係が逆転している。つまり、特性S1ではピーク波長P1での強度がピーク波長P2での強度よりも高いが、特性S2ではピーク波長P1での強度がピーク波長P2での強度よりも低い。比較例の発光装置では、光出力は短波側が長波側の1/3程度である。更に、特性S2では、長波側のピーク波長P2が、より長波側にシフトしている。以下に、短波側のピーク波長P1での強度が大きく減少する現象(以下、「第1の現象」という。)と、ピーク波長P2がより長波長になる現象(以下、「第2の現象」という。)に関して、特性S2が特性S1から変化した原因について検討する。
[0037]
 先ず、第1の現象は、図5に示した比較例の発光装置において、第1の青色発光素子11と第2の青色発光素子12が基板40に混成実装されていることに起因する。ピーク波長の短い第1の青色発光素子11の第1の出射光は、ピーク波長の長い第2の青色発光素子12に吸収されやすい。つまり、バンドギャップが相対的に広い第1の青色発光素子11から出射される第1の出射光の多くが、バンドギャップが相対的に狭い第2の青色発光素子12に吸収される。このため、第1の青色発光素子11と第2の青色発光素子12が密集して混在している比較例の発光装置では、第1の出射光が大きく減少する。
[0038]
 これに対し、図1に示した発光装置では、基板40の主面を第1の配置領域41と第2の配置領域42の2つの領域に分割し、第1の配置領域41に第1の青色発光素子11のみを配置し、第2の配置領域42に第2の青色発光素子12のみを配置する。これにより、第1の出射光の減少を抑制できる。つまり、第1の青色発光素子11と第2の青色発光素子12とを分離して配置することにより、第1の出射光が第2の青色発光素子12に吸収され難くすることができる。その結果、第1の現象を抑制できる。
[0039]
 なお、第1の出射光が第2の青色発光素子12に吸収されることを抑制するには、第1の配置領域41と第2の配置領域42との境界線は短いほどよい。このため、基板40の主面が、1の境界線によって第1の配置領域41と第2の配置領域42とに分割されていることがより好ましい。例えば、図8に示すように、基板40の主面を直線状の境界線によって2分割して第1の配置領域41と第2の配置領域42を定義する。なお、図8では蛍光体シート30が基板40の主面の全体を覆っている。
[0040]
 ところで、第1の青色発光素子11の個数を第2の青色発光素子12の個数よりも多くすることによって、第2の青色発光素子12に吸収されることによる第1の出射光の減少を補うことができる。例えば、短波側が長波側の1/3程度の光出力である場合に、第1の青色発光素子11と第2の青色発光素子12の個数の比を3対1にする。しかしながら、個数の比を変更する対策では、発光装置の出力光の明るさが低下してしまう。したがって、第1の青色発光素子11と第2の青色発光素子12とを分離して配置する対策が有効である。
[0041]
 なお、第1の出射光が第2の青色発光素子12に吸収されることに起因するピーク波長P1での強度の減少を抑制するために、第1の青色発光素子11を基板40の主面の外側に配置し、第2の青色発光素子12を内側に配置することが好ましい。例えば、図9に示すように、帯状の第2の配置領域42の両側に半円形状の第1の配置領域41を定義する。或いは、図10に示すように、第1の配置領域41と第2の配置領域42を平面視で同心円状に定義してもよい。即ち、平面視で円形状の第2の配置領域42の外側に、平面視で環形状の第1の配置領域41を定義する。
[0042]
 次に、第2の現象の原因について検討する。第2の現象は、第2の青色発光素子12の第2の出射光において、長波側よりも短波側での消費量が多いために生じている。これは、蛍光体含有樹脂30Aの内部において励起光の一部が蛍光体を励起する現象(以下において「フォトンリサイクル」という。)が、青色発光素子10を密集して配置したことによって顕著になったためである。
[0043]
 例えば、緑色蛍光体から出射された励起光が赤色蛍光体を励起したり、赤色蛍光体から出射された励起光が赤色蛍光体を更に励起したりする。このような励起が繰り返されるフォトンリサイクルによって、第2の出射光の短波側での消費量が増大する。ピーク波長の異なる第1の青色発光素子11と第2の青色発光素子12の出射光及び励起光のバランスが重要な発光装置では、フォトンリサイクルは特に問題になる。フォトンリサイクルによる発光スペクトルの変形を考慮した設計もあり得るが、設計の自由度が低くなる。
[0044]
 フォトンリサイクルを抑制するためには、蛍光体の存在する領域を光が速やかに通過することが有効である。つまり、蛍光体が含有された領域を光が通過する距離を短くすることにより、フォトンリサイクルの影響が抑制される。このため、図1に示した発光装置では、蛍光体シート30の膜厚T3を薄くすることによってフォトンリサイクルを抑制する。
[0045]
 蛍光体の存在する領域を薄くする方法としては、蛍光体シートを青色発光素子10に直接被せ、軟化させて青色発光素子10を包み込むという従来の蛍光体シートの利用方法でも可能である。しかし、青色発光素子10が高密度実装された場合には、隣り合う青色発光素子10や蛍光体膜に影響されてしまうことになり、フォトンリサイクルの影響を抑制する目的を満たせない。そこで、青色光を出しきり、上方に配置した蛍光体膜で変換させるという構造を検討した。
[0046]
 上記蛍光体膜は、薄くすることにより含有蛍光体密度が高くなり、蛍光体膜での青色透過光の平均自由長が短くなるというデメリットが予想された。しかし、薄くすることにより蛍光体の有効利用効率(機能しない蛍光体の減少)が向上した。これにより、蛍光体の20%~30%の減量が可能になり、且つ、フォトンリサイクルに特に影響する緑色蛍光体の配合比率を10%程度減らすことができた。このため、蛍光体膜を体積比で従来の1/2~1/4程度に減らしても、ほぼ光束に変化が無いことを確認した。具体的には、膜厚が50μm~100μmの蛍光体膜を青色発光素子10の上方に配置することにより、スペクトル波形の変化を抑え、且つ光束の減少の少ないCOBタイプの発光装置を得ることができた。
[0047]
 上記のように、本発明者らが検討を重ねた結果、蛍光体シート30の膜厚T3を50μm~100μmにすることにより、第2の現象の発生が抑制されることを見出した。
[0048]
 以上に説明したように、本発明の第1の実施形態に係る発光装置では、第1の配置領域41に配置される複数の第1の青色発光素子11と、第2の配置領域42に配置される複数の第2の青色発光素子12とが、基板40の主面において分離して配置される。第1の青色発光素子11と第2の青色発光素子12とが混在して配置されていないことにより、第1の出射光が第2の青色発光素子12に吸収され難い。その結果、第1の出射光が減少する第1の現象を抑制できる。更に、蛍光体シート30の膜厚T3を50μm~100μmにすることにより、フォトンリサイクルが抑制される。その結果、ピーク波長P2がより長波長になる第2の現象が抑制される。したがって、図1に示した発光装置によれば、光出力は図3に示したSMDと同程度であり、超高演色の出力光が得られる。
[0049]
 既に述べたように、青色発光素子10への駆動電流の供給はワイヤ50によって行われる。例えば、ワイヤ50によって直列接続した複数個の青色発光素子10からなる発光素子列を並列接続する。このとき、発光素子列に含まれる青色発光素子10の個数は任意に設定できるが、これらを並列接続するために、発光素子列に含まれる青色発光素子10のしきい値電圧Vfのトータル値は、すべての発光素子列で同じにしておくことが必要である。例えば、それぞれの発光素子列に含まれる第1の青色発光素子11の個数と第2の青色発光素子12の個数を、発光素子列で同一にする。
[0050]
 図1に示した発光装置では、青色発光素子10からの出射光は、中間層20を通過して蛍光体シート30に入射する。このため、中間層20には光透過性の材料を用いる。例えば、中間層20に透明の樹脂膜を使用する。或いは、フィラー入りの樹脂膜を使用するなどして、中間層20の内部で光が散乱されるようにしてもよい。また、図11に示すように中間層20と蛍光体シート30との界面に断面が略三角形状のプリズム状突起を形成して、中間層20を通過した光が蛍光体シート30に入射しやすくしてもよい。
[0051]
 なお、中間層20の屈折率は、蛍光体シート30の屈折率よりも低いことが好ましい。これにより、青色発光素子10からの出射光が中間層20と蛍光体シート30との界面で反射されることが抑制され、発光装置の出力効率の低下を防止できる。
[0052]
 ところで、青色発光素子10と蛍光体シート30との距離が一定程度よりも短い場合、即ち、中間層20の膜厚T2が薄い場合には、蛍光体シート30の光出力面に色むらが生じるおそれがある。具体的には、青色発光素子10の上方で青色光が強く、青色発光素子10と青色発光素子10の間の中間領域の上方で蛍光体からの励起光の色が強くなる。これは、中間層20の膜厚T2が薄い場合に、青色発光素子10の上方に比べて中間領域の上方で青色発光素子10からの出射光が蛍光体シート30に入射する量が少ないためである。
[0053]
 蛍光体シートの光出力面の色むらは、発光装置からの出力光で直接に照射する場合はあまり問題にならない。しかし、発光装置からの出力光をレンズなどの光学素子を透過させて照射する場合には、色むらが色差として現れる可能性がある。
[0054]
 蛍光体シート30の光出力面の色むらを抑制するためには、青色発光素子10と蛍光体シート30との距離を広くすることが有効である。つまり、中間層20の膜厚T2を、蛍光体シート30の色むらが生じない程度に厚くする。例えば、青色発光素子10からの出射光が蛍光体シート30に入射する入射角を、中間領域において45度以下にする。このためには、中間層20の膜厚T2を、青色発光素子10の配置間隔Wの1/2よりも厚くする(図12参照。)。これにより、中間領域の上方に入射する青色発光素子10からの出射光が少ないことに起因する蛍光体シート30の光出力面の色むらを抑制することができる。
[0055]
 (第2の実施形態)
 本発明の第2の実施形態に係る発光装置は、図13に示すように、蛍光体シート30が平面視で第1の蛍光体領域31と第2の蛍光体領域32に分割されている。第1の蛍光体領域31と第2の蛍光体領域32は、含有される蛍光体の成分及び配合比率の少なくともいずれかが異なる。図13に示す発光装置は、蛍光体シート30が分割されている点が、一定の成分及び配合比率で蛍光体が含有される蛍光体シート30によって基板40の主面の全体が覆われた第1の実施形態に係る発光装置と異なる。その他の構成については、第1の実施形態と同様である。なお、以下において、蛍光体シート30の分割された個々の領域を「蛍光体領域」という。また、基板40の主面の分割された個々の領域を「配置領域」という。
[0056]
 図13に示した発光装置では、図14に示すように、第1の蛍光体領域31が第1の配置領域41の上方の全体に配置され、第2の蛍光体領域32が第2の配置領域42の上方の全体に配置されている。第1の青色発光素子11の第1の出射光によって第1の蛍光体領域31に含有される蛍光体が励起されて、第1の励起光が出射される。そして、第1の出射光と第1の励起光とが混色されて、色度1の光が出力される。一方、第2の青色発光素子12の第2の出射光によって第2の蛍光体領域32に含有される蛍光体が励起されて、第2の励起光が出射される。そして、第2の出射光と第2の励起光とが混色されて、色度2の光が出力される。このように、図13に示した発光装置では、色度1の光と色度2の光が出力される。
[0057]
 第2の実施形態に係る発光装置では、第1の蛍光体領域31に含有される蛍光体と第2の蛍光体領域32に含有される蛍光体の成分や配合比率を独立して変えることができる。このため、第1の色度と第2の色度の種々の組み合わせで、発光装置から光を出力させることができる。他は、第1の実施形態と実質的に同様であり、重複した記載を省略する。
[0058]
 蛍光体シート30は、任意の形状に精度よく加工することが容易である。このため、蛍光体シート30を用いることにより、基板40の配置領域に合わせて蛍光体領域を容易に設定することができる。蛍光体シート30を配置するのではなく蛍光体を含有する樹脂を塗布して蛍光体膜を形成する場合には、蛍光体領域を精度よく形成することは困難である。例えば、樹脂を塗布する場合には配置領域の境界線に合わせて仕切り壁を形成する必要があるが、仕切り壁を高い精度で形成することは困難であり、色度ばらつきが生じる。
[0059]
 なお、青色発光素子10からの出射光の第1の蛍光体領域31と第2の蛍光体領域32との境界面での混合を少なくするためには、中間層20の膜厚T2が薄いほど好ましい。このため、中間層20の膜厚T2は、例えば、ワイヤ50の全体が埋め込まれるぎりぎりの厚みにする。ただし、既に説明したように、蛍光体シート30の光出力面の色むらを抑制するために、中間層20の膜厚T2は青色発光素子10の配置間隔Wの1/2よりも厚いことが好ましい。
[0060]
 <第1の変形例>
 図13に示した発光装置では、1つの配置領域に1つの蛍光体領域を配置している。即ち、第1の配置領域41に第1の蛍光体領域31が重ねて配置され、第2の配置領域42に第2の蛍光体領域32が重ねて配置されている。しかし、蛍光体領域と配置領域を1対1に対応させなくてもよい。即ち、1つの配置領域について複数の蛍光体領域を配置してもよい。
[0061]
 例えば、図15に示した発光装置では、第1の配置領域41の上方の一部と第2の配置領域42の上方の一部に連続的に第1の蛍光体領域31が配置されている。そして、第1の配置領域41の上方の他の一部と第2の配置領域42の上方の他の一部に連続的に第2の蛍光体領域32が配置されている。
[0062]
 このため、第1の出射光と第1の出射光に励起されて第1の蛍光体領域31で励起された励起光を混色した光と、第2の出射光と第2の出射光に励起されて第1の蛍光体領域31で励起された励起光を混色した光とが混色され、色温度Aの出力光が得られる。一方、第1の出射光と第1の出射光に励起されて第2の蛍光体領域32で励起された励起光を混色した光と、第2の出射光と第2の出射光に励起されて第2の蛍光体領域32で励起された励起光を混色した光とが混色され、色温度Bの出力光が得られる。
[0063]
 上記のように、図15に示した発光装置では、1つの配置領域について蛍光体の成分や配合比率の異なる複数の蛍光体領域を配置して、異なる色温度の領域が形成される。このため、図8や図13に示した発光装置では設計した所定の色温度の光が出力されるのに対し、図15に示した発光装置では、発光装置の出力光の色温度を調整して調色が可能である。即ち、駆動電流の大きさやパルス周期の調整などにより青色発光素子10からの出射光の強度を蛍光体領域ごとに調整して、一定の範囲で発光装置の出力光の調色が可能である。例えば、3000Kと5000Kの出力光が得られるように設定された蛍光体領域をそれぞれ用意することにより、3000K~5000Kの範囲での出力光の調色ができる。
[0064]
 <第2の変形例>
 図15に示した発光装置では、異なる配置領域それぞれの一部について共通の蛍光体領域を配置している。これに対し、配置領域ごとに異なる複数の蛍光体領域を配置してもよい。
[0065]
 例えば、図16に示す発光装置では、第1の配置領域41の上方の一部に第1の蛍光体領域31が配置され、第1の配置領域41の上方の他の一部に第2の蛍光体領域32が配置されている。そして、第2の配置領域42の上方の一部に第3の蛍光体領域33が配置され、第2の配置領域42の上方の他の一部に第4の蛍光体領域34が配置されている。即ち、蛍光体シート30が、4つの蛍光体領域に分割されている。
[0066]
 これにより、例えば、第1の配置領域41の第1の蛍光体領域31が配置された領域から色度1Aの光を出力させ、第1の配置領域41の第2の蛍光体領域32が配置された領域から色度1Bの光を出力させられる。また、第2の配置領域42の第3の蛍光体領域33が配置された領域から色度2Aの光を出力させ、第2の配置領域42の第4の蛍光体領域34が配置された領域から色度2Bの光を出力させられる。つまり、図16に示した発光装置から、4種類の色度の光を出力させることができる。
[0067]
 なお、図16に示した発光装置においても、図15に示した発光装置と同様に、青色発光素子10からの出射光の強度を調整することによって発光装置の出力光の調色が可能である。
[0068]
 図17に、図1、図13、図15及び図16に示した発光装置からの出力光の色度についてまとめた表を示す。図17において、「発光装置」の欄に記載した「1」~「4」が、それぞれ図1、図13、図15、図16に示した発光装置に対応する。「蛍光体領域」の欄は、蛍光体シート30を分割した蛍光体領域の数である。なお、図17の「出力光」の欄における「単色」は、発光装置から所定の狙い色度の光が出力されることを示し、「調色」は発光装置の出力光の調色が可能であることを示す。
[0069]
 上記のように、配置領域と蛍光体領域の組み合わせにより、色度の異なる複数の光が発光装置から出力される。蛍光体領域の分割の仕方によって、色度の種類は任意に設定可能である。蛍光体を含有する樹脂を塗布する場合と比べて、形状の加工が容易な蛍光体シート30を用いることにより、それぞれの蛍光体領域の配置される領域を精密に設定できる。これにより、色度のばらつきを抑制できる。
[0070]
 (第3の実施形態)
 上記では、基板40の主面が第1の配置領域41と第2の配置領域42の2つに分割された発光装置について、蛍光体シート30を分割する場合について説明した。図9に示したように3つの配置領域が定義された発光装置についても、同様に蛍光体シート30を分割することができる。
[0071]
 図18に、図9に示した発光装置において、配置領域ごとに蛍光体シート30を分割した例を示す。即ち、外側に配置された2つの第1の配置領域41に第1の蛍光体領域31がそれぞれ重ねて配置され、内側に配置された第2の配置領域42に第2の蛍光体領域32が重ねて配置されている。これにより、第1の配置領域41に第1の蛍光体領域31を重ねた領域では色度1の光が出力され、第2の配置領域42に第2の蛍光体領域32を重ねた領域では色度2の光が出力される。
[0072]
 <第1の変形例>
 図19に、図9に示した発光装置において、1つの配置領域について複数の蛍光体領域を配置した例を示す。図19に示した発光装置では、第1の配置領域41の上方の一部と第2の配置領域42の上方の一部に連続的に第1の蛍光体領域31が配置されている。具体的には、図19の紙面の右側(以下において、単に「右側」という。)に配置された第1の配置領域41と第2の配置領域42の右側の部分に重ねて第1の蛍光体領域31が配置されている。そして、紙面の左側(以下において、単に「左側」という。)に配置された第1の配置領域41と第2の配置領域42の左側の部分に重ねて第2の蛍光体領域32が配置されている。
[0073]
 図19に示した発光装置の右側の領域から、第1の出射光と第1の蛍光体領域31の励起光を混色した光と、第2の出射光と第1の蛍光体領域31の励起光を混色した光とが混色され、色温度Aの出力光が得られる。一方、発光装置の左側の領域から、第1の出射光と第2の蛍光体領域32の励起光を混色した光と、第2の出射光と第2の蛍光体領域32の励起光を混色した光とが混色され、色温度Bの出力光が得られる。
[0074]
 <第2の変形例>
 図20に、図9に示した発光装置において、配置領域ごとに異なる複数の蛍光体領域を配置した例を示す。図20に示した発光装置では、右側の第1の配置領域41に第1の蛍光体領域31が重ねて配置され、左側の第1の配置領域41に第2の蛍光体領域32が重ねて配置されている。そして、第2の配置領域42の一部に第3の蛍光体領域33が重ねて配置され、第2の配置領域42の他の一部に第4の蛍光体領域34が重ねて配置されている。図20に示した発光装置からは、図16に示した発光装置と同様に、配置領域と蛍光体領域の組み合わせに応じて4種類の色度の光が出力される。
[0075]
 以上に説明したように、第3の実施形態に係る発光装置では、第2の実施形態に係る発光装置と同様に、配置領域と蛍光体領域の組み合わせにより、色温度の異なる複数の光や色度の異なる複数の光を出力することができる。他は、第2の実施形態と実質的に同様であり、重複した記載を省略する。
[0076]
 (第4の実施形態)
 本発明の第4の実施形態に係る発光装置では、基板40の主面に同心円状に2つの配置領域が定義され、且つ蛍光体シート30が分割される。例えば、図10に示したように同心円状に2つの配置領域が定義された発光装置について、蛍光体シート30を分割する。
[0077]
 図21に、図10に示した発光装置において、配置領域ごとに蛍光体シート30を分割した例を示す。即ち、外側に配置された第1の配置領域41に第1の蛍光体領域31が重ねて配置され、内側に配置された第2の配置領域42に第2の蛍光体領域32が重ねて配置されている。これにより、第1の配置領域41に第1の蛍光体領域31を重ねた領域では色度1の光が出力され、第2の配置領域42に第2の蛍光体領域32を重ねた領域では色度2の光が出力される。
[0078]
 <第1の変形例>
 図22に、図10に示した発光装置において、1つの配置領域について複数の蛍光体領域を配置した例を示す。図20に示した発光装置では、第1の配置領域41の上方の一部と第2の配置領域42の上方の一部に連続的に第1の蛍光体領域31が配置されている。具体的には、第1の配置領域41の右側の円弧形状の領域と第2の配置領域42の右側の半円形状の領域に重ねて第1の蛍光体領域31が配置されている。そして、第1の配置領域41の左側の円弧形状の領域と第2の配置領域42の左側の半円形状の領域に重ねて第2の蛍光体領域32が配置されている。
[0079]
 図22に示した発光装置の右側の領域から、第1の出射光と第1の蛍光体領域31の励起光を混色した光と、第2の出射光と第1の蛍光体領域31の励起光を混色した光とが混色され、色温度Aの出力光が得られる。一方、発光装置の左側の領域から、第1の出射光と第2の蛍光体領域32の励起光を混色した光と、第2の出射光と第2の蛍光体領域32の励起光を混色した光とが混色され、色温度Bの出力光が得られる。
[0080]
 <第2の変形例>
 図23に、図10に示した発光装置において、配置領域ごとに異なる複数の蛍光体領域を配置した例を示す。図23に示した発光装置では、第1の配置領域41の右側の円弧形状の領域に第1の蛍光体領域31が重ねて配置され、第1の配置領域41の左側の円弧形状の領域に第2の蛍光体領域32が重ねて配置されている。そして、第2の配置領域42の紙面の上側の半円形状の領域に第3の蛍光体領域33が重ねて配置され、第2の配置領域42の紙面の下側の半円形状の領域に第4の蛍光体領域34が重ねて配置されている。図23に示した発光装置からは、図16に示した発光装置と同様に、配置領域と蛍光体領域の組み合わせによって4種類の色度の光が出力される。なお、図23に示した発光装置では、蛍光体領域ごとに青色発光素子10の出射光の強度を調整するには、ワイヤ50の配線に工夫が必要である。
[0081]
 以上に説明したように、第4の実施形態に係る発光装置においても配置領域と蛍光体領域の組み合わせにより、色温度の異なる複数の光や色度の異なる複数の光を出力することができる。他は、第2の実施形態や第3の実施形態と実質的に同様であり、重複した記載を省略する。
[0082]
 (その他の実施形態)
 上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
[0083]
 例えば、上記の説明では、ピーク波長P1での強度の減少を抑制するために、図9や図10に示したように第2の配置領域42の外側に第1の配置領域41を配置する発光装置を示した。しかし、図24や図25に示すように、第1の配置領域41を内側に配置し、第2の配置領域42を外側に配置してもよい。図24に示した発光装置では、帯状の第1の配置領域41の両側に半円形状の第2の配置領域42を定義している。図25に示した発光装置では、平面視で円形状の第1の配置領域41の外側に、平面視で環形状の第2の配置領域42を定義している。
[0084]
 上記のように第1の配置領域41の外側に第2の配置領域42を配置することにより、第1の出射光の一部を第2の青色発光素子12に意図的に吸収させる。これにより、出力光の発光スペクトルを変形させて、平均演色評価数Raや特殊演色評価数Riの特定の数値を高くした光を発光装置から出力させることができる。例えば、極低色温度で短波側のピーク波長P1での強度を小さくしたい場合などに有効である。
[0085]
 なお、図24や図25に示した配置領域の全体に単一の蛍光体シート30を配置してもよいし、第2~第4の実施形態で示したように、蛍光体シート30を分割してもよい。
[0086]
 また、上記では基板40の主面の青色発光素子10が配置される領域の外縁が円形状である例を示したが、青色発光素子10が配置される領域の外縁が矩形状や多角形状であってもよい。
[0087]
 このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態などを含むことはもちろんである。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

産業上の利用可能性

[0088]
 本発明の発光装置は、発光素子によって蛍光体を励起して光を出力する発光装置の用途に利用可能である。

請求の範囲

[請求項1]
 主面に第1の配置領域と第2の配置領域が定義された基板と、
 前記基板の主面に配置された複数の青色発光素子と、
 前記複数の青色発光素子からの出射光に励起されて励起光を出射する蛍光体を含有し、前記複数の青色発光素子の上方に配置された蛍光体シートと
 を備え、
 前記複数の青色発光素子が、前記第1の配置領域に配置されて第1の波長を発光スペクトルのピーク波長とする第1の出射光を出射する第1の青色発光素子、及び、前記第2の配置領域に配置されて前記第1の波長よりも少なくとも10nmの波長差を有する長波長の第2の波長を発光スペクトルのピーク波長とする第2の出射光を出射する第2の青色発光素子を含むことを特徴とする発光装置。
[請求項2]
 前記蛍光体シートの膜厚が50μm~100μmであ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]
 前記主面が、1の境界線によって前記第1の配置領域と前記第2の配置領域とに分割されていることを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
[請求項4]
 前記第2の配置領域の外側に前記第1の配置領域が配置されていることを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
[請求項5]
 前記蛍光体シートが、平面視で、前記蛍光体の成分及び配合比率の少なくともいずれかが異なる複数の蛍光体領域に分割されていることを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
[請求項6]
 前記複数の蛍光体領域が、
 前記第1の配置領域の上方の全体に配置された第1の蛍光体領域と、
 前記第2の配置領域の上方の全体に配置された第2の蛍光体領域と
 を含むことを特徴とする請求項5に記載の発光装置。
[請求項7]
 前記複数の蛍光体領域が、
 前記第1の配置領域の上方の一部と前記第2の配置領域の上方の一部に連続的に配置された第1の蛍光体領域と、
 前記第1の配置領域の上方の他の一部と前記第2の配置領域の上方の他の一部に連続的に配置された第2の蛍光体領域と
 を含むことを特徴とする請求項5に記載の発光装置。
[請求項8]
 前記複数の蛍光体領域が、
 前記第1の配置領域の上方の一部に配置された第1の蛍光体領域と、
 前記第1の配置領域の上方の他の一部に配置された第2の蛍光体領域と、
 前記第2の配置領域の上方の一部に配置された第3の蛍光体領域と、
 前記第2の配置領域の上方の他の一部に配置された第4の蛍光体領域と
 を含むことを特徴とする請求項5に記載の発光装置。
[請求項9]
 前記複数の青色発光素子を覆って前記基板と前記蛍光体シートの間に配置された中間層を更に備え、
 前記中間層の屈折率が、前記蛍光体シートの屈折率よりも低く、
 前記中間層の膜厚が、前記複数の青色発光素子の配置間隔の1/2よりも厚く、
 前記複数の青色発光素子の相互間を順に接続するワイヤが前記中間層に埋め込まれていることを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
[請求項10]
 前記蛍光体シートに含有される前記蛍光体が、前記第1の出射光に励起されて第1の励起光を出射し、前記第2の出射光に励起されて第2の励起光を出射し、
 前記第1の出射光と前記第1の励起光を混色した第1の色度の光と、前記第2の出射光と前記第2の励起光を混色した第2の色度の光とを混色した光を出力することを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
[請求項11]
 前記第1の色度と前記第2の色度がxy色度図において所定の色度について対称に位置し、且つ前記第1の色度及び前記第2の色度と前記所定の色度との差が0.04以下であることを特徴とする請求項10に記載の発光装置。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]

[ 図 10]

[ 図 11]

[ 図 12]

[ 図 13]

[ 図 14]

[ 図 15]

[ 図 16]

[ 図 17]

[ 図 18]

[ 図 19]

[ 図 20]

[ 図 21]

[ 図 22]

[ 図 23]

[ 図 24]

[ 図 25]