JP2010074117A

JP2010074117A - 発光装置

Info

Publication number: JP2010074117A
Application number: JP2008300175A
Authority: JP
Inventors: Naoko Takei; 尚子竹井; Keiichi Yamazaki; 圭一山崎; Tomoyuki Nakajima; 知之中嶋
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2007-12-07
Filing date: 2008-11-25
Publication date: 2010-04-02
Also published as: KR20100098660A; EP2219233A1; WO2009072589A1; EP2219233A4; CN101889356B; US20100237375A1; KR101114487B1; US8294177B2; CN101889356A

Abstract

【課題】蛍光体の温度上昇を抑制できるとともに蛍光体を含有した透光性材料の熱劣化を抑制でき且つ色むらの発生を抑制可能な発光装置を提供する。
【解決手段】ＬＥＤチップ１０と、当該ＬＥＤチップ１０が実装された実装基板２０と、透光性無機材料であるガラスにより形成され実装基板２０との間に空気層８０が存在する形で実装基板２０に固着されたドーム状のカバー部材６０と、ＬＥＤチップ１０から放射される光によって励起されてＬＥＤチップ１０よりも長波長の光を放射する蛍光体を含有した透光性材料（シリコーン樹脂など）により形成されカバー部材６０の光出射面側に積層されたドーム状の色変換層７０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤチップ（発光ダイオードチップ）を利用した発光装置に関するものである。

従来から、ＬＥＤチップとＬＥＤチップから放射された光によって励起されてＬＥＤチップとは異なる発光色の光を放射する蛍光体とを組み合わせ所望の混色光（例えば、白色光）を得るようにした発光装置の研究開発が各所で行われている（例えば、特許文献１参照）。

ここにおいて、上記特許文献１には、図１０に示すように、ＬＥＤチップ１１０と、当該ＬＥＤチップ１１０が実装された実装基板１２０と、第１の透光性材料（例えば、シリコーン樹脂など）により形成され実装基板１２０におけるＬＥＤチップ１１０の実装面側でＬＥＤチップ１１０を封止した半球状の透光性封止部１５０と、ＬＥＤチップ１１０から放射される光によって励起されてＬＥＤチップ１１０よりも長波長の光を放射する蛍光体を含有した第２の透光性材料（例えば、シリコーン樹脂など）により形成され透光性封止部１５０との間に空気層１８０が介在する形で実装基板１２０に固着されたドーム状の色変換部材１７０とを備えた発光装置１０１が記載されている。なお、上記特許文献１には、ＬＥＤチップ１１０として紫外ＬＥＤチップの他に可視光ＬＥＤチップが例示されている。

ところで、上述の発光装置１０１を例えば照明用途に用いる場合（例えば、照明器具の光源として用いる場合）、高い輝度を得るために発光装置１０１に流す電流を大きくすると、色変換部材１７０の第２の透光性材料が蛍光体からの光や熱によって経時的に劣化して透過率が低下するので、発光装置１０１から出力される光量が低下するという問題や、ＬＥＤチップ１１０から放射される光と蛍光体から放射される光とのバランスが崩れ、色度がずれてしまうという問題や、色変換部材１７０の熱劣化に起因して寿命が短くなってしまうことなどが考えられる。

そこで、上述の発光装置１０１の構成において、色変換部材１７０の第２の透光性材料として、シリコーン樹脂などの透光性有機材料に比べて、熱伝導性、耐熱性、耐光性、および耐湿性に優れたガラスのような透光性無機材料を採用することで、蛍光体で発生した熱を効率良く放熱可能とするとともに、耐熱性、耐候性、および耐湿性を向上させることが考えられる。なお、第２の透光性材料としてガラスを採用した場合の色変換部材１７０の製造方法としては、ガラスの基礎となるガラス粉末と蛍光体の基礎となる蛍光体粉末との混合粉末を所望形状の成形体に成形し、その後、成形体を焼成する方法が考えられる。
特許第３９７８４５１号公報

しかしながら、上述の色変換部材１７０の製造方法では、成形体を焼成する焼成温度が高いと気泡の少ない緻密な色変換部材（蛍光体分散ガラス）１７０が得られるが、蛍光体の酸化やガラスとの反応などによって蛍光体の量子効率の低下やガラスの着色が起こりやすくなる。また、焼成温度が低いと、蛍光体の量子効率の低下は抑制されるものの、色変換部材１７０中に気泡が残留しやすくなってガラスの透過率が低下しやすくなる。なお、上述のような蛍光体の量子効率の低下や、気泡の残留や着色によるガラスの透過率低下は、発光装置１０１の光取り出し効率を低下させる要因になるので、蛍光体の量子効率の低下が少なく且つ気泡の残留や着色のない色変換部材１７０の開発が望まれている。

また、上述の発光装置１０１では、色変換部材１７０自体でドーム状の形状を維持する必要があるので、色変換部材１７０の厚みを薄くするのが難しく、色変換部材１７０を通過する光の光路長差が大きくなり、色むらが生じやすくなってしまう。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、蛍光体の温度上昇を抑制できるとともに蛍光体を含有した透光性材料の熱劣化を抑制でき且つ色むらの発生を抑制可能な発光装置を提供することにある。

請求項１の発明は、ＬＥＤチップと、当該ＬＥＤチップが実装された実装基板と、透光性無機材料により形成され実装基板との間に空気層が存在する形で実装基板に固着されたドーム状のカバー部材と、ＬＥＤチップから放射される光によって励起されてＬＥＤチップよりも長波長の光を放射する蛍光体を含有した透光性材料により形成されカバー部材の光入射面側もしくは光出射面側に積層されたドーム状の色変換層とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、透光性無機材料により形成され実装基板との間に空気層が存在する形で実装基板に固着されたドーム状のカバー部材と、ＬＥＤチップから放射される光によって励起されてＬＥＤチップよりも長波長の光を放射する蛍光体を含有した透光性材料により形成されカバー部材の光入射面側もしくは光出射面側に積層されたドーム状の色変換層とを備えるので、色変換層で発生した熱をカバー部材を通して実装基板側へ放熱させることができるから、蛍光体の温度上昇を抑制できて光束の向上を図れるとともに、蛍光体を含有した透光性材料の熱劣化を抑制でき、しかも、色変換層はカバー部材によりドーム状の形状が保持されるから、色変換層の厚みを薄くでき、色変換層を通過する光の光路長差を小さくできて、色むらの発生を抑制することができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記実装基板における前記ＬＥＤチップの実装面側で前記ＬＥＤチップを封止した透光性封止部を備え、前記カバー部材と透光性封止部との間に前記空気層が存在することを特徴とする。

この発明によれば、透光性封止部がない場合と比較して、前記色変換層で発生した熱を、前記色変換層−前記空気層−透光性封止部−前記実装基板を通る経路でも放熱させることができるから、前記色変換層の温度上昇を抑制でき、前記蛍光体の温度上昇を抑制できて光束の向上を図ることができるとともに、前記蛍光体を含有した透光性材料の熱劣化を抑制できる。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記透光性封止部の光出射面側に形成され前記ＬＥＤチップから放射される光を透過し且つ前記色変換層の前記蛍光体から放射される光を反射する波長選択フィルタ層を備え、前記カバー部材と波長選択フィルタ層との間に前記空気層が存在することを特徴とする。

この発明によれば、波長選択フィルタ層を備えていることにより、前記色変換層の前記蛍光体から放射された光の取り出し効率が向上し、光束を更に向上させることができ、しかも、前記カバー部材と波長選択フィルタ層との間に前記空気層が存在するので、前記色変換層で発生する熱に起因して波長選択フィルタ層にかかる熱応力を低減でき、波長選択フィルタ層へのクラックの発生を抑制することができる。

請求項４の発明は、請求項２または請求項３の発明において、前記透光性封止部は、ガラスにより形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記透光性封止部がシリコーン樹脂などの有機材料により形成されている場合に比べて、前記色変換層−前記空気層−前記透光性封止部−前記実装基板を通る経路の熱伝導性が向上し、前記色変換層の温度上昇をより抑制することが可能となる。

請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、前記色変換層が前記カバー部材の光出射面側に積層され、前記カバー部材の前記光入射面側に、前記ＬＥＤチップから放射される光を透過し且つ前記色変換層の前記蛍光体から放射される光を反射する波長選択フィルタ層が積層されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記色変換層の前記蛍光体から放射された光の取り出し効率が向上し、光束を更に向上させることができる。

請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５の発明において、前記色変換層は、前記蛍光体が透光性被膜で覆われており、当該透光性被膜の屈折率が前記蛍光体の屈折率と前記透光性材料の屈折率との間の値であることを特徴とする。

この発明によれば、前記蛍光体が前記透光性材料に直に接している場合に比べて、前記蛍光体と前記透光性材料との間における界面での反射率が屈折率差の減少により低減されるので、前記ＬＥＤチップから放射される光が前記蛍光体内部へ入射する割合および前記蛍光体が発する光が前記蛍光体外部へ取り出される割合が増加し、結果として、前記色変換層の光取り出し効率が向上し、発光装置全体の外部への光取り出し効率がより一層向上し、光束を更に向上させることができる。

請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６の発明において、前記実装基板は、ＬＥＤチップが電気的に接続される配線パターンが形成された絶縁性基板と、絶縁性基板よりも熱伝導率の高い材料により形成され絶縁性基板の厚み方向に貫設された伝熱部とを備え、前記色変換層は、伝熱部に熱結合されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記色変換層で発生した熱を前記実装基板の伝熱部を通して放熱させることができるので、前記色変換層の温度上昇をより抑制でき、光束の向上を図れる。

請求項８の発明は、請求項１ないし請求項７の発明において、少なくとも前記カバー部材および前記色変換層における前記実装基板側の端縁と前記実装基板との間に介在し前記実装基板よりも反射率の高い材料により形成された反射部材を備えることを特徴とする。

この発明によれば、前記ＬＥＤチップから放射された光や前記色変換層から放射された光が前記実装基板に吸収されるのを抑制でき、発光装置全体の外部への光取り出し効率がより一層向上し、光束を更に向上させることができる。

請求項１の発明では、蛍光体の温度上昇を抑制でき且つ色むらの発生を抑制可能になるという効果がある。

（実施形態１）
本実施形態の発光装置１は、図１に示すように、ＬＥＤチップ１０と、当該ＬＥＤチップ１０が実装された実装基板２０と、透光性無機材料により形成され実装基板２０との間に空気層８０が存在する形で実装基板２０に固着されたドーム状のカバー部材６０と、ＬＥＤチップ１０から放射される光によって励起されてＬＥＤチップ１０よりも長波長の光を放射する蛍光体を含有した透光性材料により形成されカバー部材６０の光出射面側に積層されたドーム状の色変換層７０とを備えている。ここにおいて、本実施形態の発光装置１は、実装基板２０におけるＬＥＤチップ１０の実装面側でＬＥＤチップ１０を封止した透光性封止部５０を備えており、カバー部材６０と透光性封止部５０との間に上述の空気層８０が存在している。また、本実施形態の発光装置１は、実装基板２０におけるＬＥＤチップ１０の実装面側にＬＥＤチップ１０を囲む形で配設されたドーム状の光学部材４０を備えており、当該光学部材４０の内側に透光性封止部５０が充実され、当該光学部材４０とカバー部材６０との間に上述の空気層８０が形成されている。なお、透光性封止部５０および光学部材４０は、必ずしも設ける必要はない。

本実施形態の発光装置１では、ＬＥＤチップ１０として、青色光を放射するＧａＮ系青色ＬＥＤチップを用い、色変換層７０の蛍光体として、ＬＥＤチップ１０から放射された青色光によって励起されて黄色光を放射する粒子状の黄色蛍光体を用いており、ＬＥＤチップ１０から放射され透光性封止部５０、光学部材４０、空気層８０、カバー部材６０および色変換層７０を通過した青色光と、色変換層７０の黄色蛍光体から放射された黄色光との混色光からなる白色光を得ることができる。

ＬＥＤチップ１０は、厚み方向の両面に電極が形成されており、各電極は、下層側のＮｉ膜と上層側のＡｕ膜との積層膜により構成されている。

実装基板２０は、ＬＥＤチップ１０が一表面側に搭載される矩形板状のサブマウント部材３０と、熱伝導性材料により形成されサブマウント部材３０が一面側の中央部に固着される矩形板状の伝熱板２１と、伝熱板２１の一面側（図１における上面側）に例えばポリオレフィン系の固着シート（図示せず）を介して固着される矩形板状のフレキシブルプリント配線板により形成され中央部にサブマウント部材３０を露出させる矩形状の窓孔２４を有する配線基板２２とで構成されている。したがって、ＬＥＤチップ１０で発生した熱が配線基板２２を介さずにサブマウント部材３０および伝熱板２１に伝熱されるようになっている。

上述の伝熱板２１は、Ｃｕからなる金属板２１ａを基礎とし、当該金属板２１ａの厚み方向の両面にＡｕ膜からなるコーティング膜２１ｂが形成されている。

一方、配線基板２２は、ポリイミドフィルムからなる絶縁性基材２２ａの一表面側に、ＬＥＤチップ１０への給電用の一対の配線パターン２３，２３が設けられるとともに、各配線パターン２３，２３および絶縁性基材２２ａにおいて配線パターン２３，２３が形成されていない部位を覆う白色系の樹脂からなるレジスト層２６が積層されている。ここにおいて、ＬＥＤチップ１０は、一方の電極がボンディングワイヤ１４を介して一方の配線パターン２３と電気的に接続され、他方の電極がサブマウント部材３０の電極パターン３１およびボンディングワイヤ１４を介して他方の配線パターン２３と電気的に接続されている。なお、各配線パターン２３，２３は、絶縁性基材２２ａの外周形状の半分よりもやや小さな外周形状に形成されている。また、絶縁性基材２２ａの材料としては、ＦＲ４、ＦＲ５、紙フェノールなどを採用してもよい。

レジスト層２６は、配線基板２２の窓孔２４の近傍において各配線パターン２３，２３の２箇所が露出し、配線基板２２の周部において各配線パターン２３，２３の１箇所が露出するようにパターニングされており、各配線パターン２３，２３は、配線基板２２の窓孔２４近傍において露出した部位が、ボンディングワイヤ１４が接続される端子部２３ａを構成し、配線基板２２の周部において露出した円形状の部位が外部接続用の電極部２３ｂを構成している。なお、配線基板２２の配線パターン２３，２３は、Ｃｕ膜とＮｉ膜とＡｕ膜との積層膜により構成され、最上層がＡｕ膜となっている。

また、サブマウント部材３０は、熱伝導率が比較的高く且つ電気絶縁性を有するＡｌＮにより形成されており、平面サイズをＬＥＤチップ１０のチップサイズよりも大きく設定してあり、伝熱板２１とＬＥＤチップ１０との線膨張率差に起因してＬＥＤチップ１０に働く応力を緩和する応力緩和機能と、ＬＥＤチップ１０で発生した熱を伝熱板２１においてＬＥＤチップ１０のチップサイズよりも広い範囲に伝熱させる熱伝導機能とを有している。したがって、本実施形態の発光装置１では、ＬＥＤチップ１０と伝熱板２１との線膨張率差に起因してＬＥＤチップ１０に働く応力を緩和することができるとともに、ＬＥＤチップ１０で発生した熱をサブマウント部材３０および伝熱板２１を介して効率良く放熱させることができる。

本実施形態では、サブマウント部材３０の材料として熱伝導率が比較的高く且つ絶縁性を有するＡｌＮを採用しているが、サブマウント部材３０の材料はＡｌＮに限らず、例えば、複合ＳｉＣ、Ｓｉなどを採用してもよい。また、サブマウント部材３０の一表面側には、ＬＥＤチップ１０におけるサブマウント部材３０側の電極（上記他方の電極）と接合される上述の電極パターン３１が形成され、当該電極パターン３１の周囲にＬＥＤチップ１０の側面から放射された光を反射する反射膜３２が形成されている。したがって、ＬＥＤチップ１０の側面から放射された可視光がサブマウント部材３０に吸収されるのを防止することができ、外部への光取出し効率をさらに高めることが可能となる。ここにおいて、電極パターン３１は、Ａｕを主成分とするＡｕとＳｎとの合金（例えば、８０Ａｕ−２０Ｓｎ、７０Ａｕ−３０Ｓｎなど）により形成されている。また、反射膜３２は、Ａｌにより形成されているが、Ａｌに限らず、Ａｇ，Ｎｉ，Ａｕなどにより形成してもよい。

また、本実施形態の発光装置１では、サブマウント部材３０の厚み寸法を、当該サブマウント部材３０の表面が配線基板２２のレジスト層２６の表面よりも伝熱板２１から離れるように設定してあり、ＬＥＤチップ１０から側方に放射された光が配線基板２２の窓孔２４の内周面を通して配線基板２２に吸収されるのを防止することができる。

上述の透光性封止部５０の材料である封止材としては、シリコーン樹脂を用いているが、シリコーン樹脂に限らず、例えばエポキシ樹脂やガラスなどを用いてもよい。

光学部材４０は、透光性材料（例えば、シリコーン樹脂など）の成形品であってドーム状に形成されている。ここで、本実施形態では、光学部材４０をシリコーン樹脂により形成してあるので、光学部材４０と透光性封止部５０との屈折率差および線膨張率差を小さくすることができる。なお、透光性封止部５０の材料である封止材がエポキシ樹脂の場合には、光学部材４０もエポキシ樹脂により形成し、透光性封止部５０の材料である封止材がガラスの場合には、光学部材４０もガラスにより形成することが好ましい。また、光学部材４０は、実装基板２０側の端縁（開口部の周縁）を実装基板２０に対して、例えば接着剤（例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、低融点ガラスなど）を用いて固着すればよい。

ところで、上述の透光性封止部５０の形成にあたっては、実装基板２０にＬＥＤチップ１０を実装してＬＥＤチップ１０とボンディングワイヤ１４，１４とを電気的に接続した後、ＬＥＤチップ１０およびボンディングワイヤ１４，１４を透光性封止部５０の一部となる未硬化の第１の封止材により覆ってから、第１の封止材と同一材料からなり透光性封止部５０の他の部分となる未硬化の第２の封止材を内側に入れた光学部材４０を実装基板２０に対して位置決めして各封止材を硬化させることにより透光性封止部５０を形成するようにすればよい。このようにして透光性封止部５０を形成することによって、製造過程で封止部５０にボイドが発生するのを抑制できる。

カバー部材６０は、透光性無機材料であるガラスにより形成されている。また、カバー部材６０は、肉厚が一様となるように形成されている。ここにおいて、カバー部材６０は、実装基板２０側の端縁（開口部の周縁）を実装基板２０に対して、例えば低融点ガラスなどを用いて固着すればよい。ここで、実装基板２０においてカバー部材６０の端縁が重なる部位は、可視光に対する反射率が７０％以上、好ましくは８０％以上の材料により形成されていることが望ましく、この種の材料としては、例えば、上述の白色系の樹脂や、Ａｌ、Ａｇなどを採用すればよい。また、このカバー部材６０は、後述する色変換層７０と比較して熱伝導率が高くなるように構成している。このようにすることにより、色変換層７０で発生した熱を効率良く吸収し、実装基板２０へ放熱することが可能となる。

色変換層７０は、ＬＥＤチップ１０から放射された青色光によって励起されて黄色光を放射する粒子状の黄色蛍光体を含有した透光性材料（例えば、シリコーン樹脂など）を用いてドーム状に形成されており、カバー部材６０の光出射面側に固着されている。ここで、色変換層７０は、カバー部材６０よりも厚みが薄く且つ厚みが一様となるように形成されており、カバー部材６０の光出射面側に接着されている。本実施形態では、色変換層７０の透光性材料としてシリコーン樹脂を採用しているが、色変換層７０の材料として用いる透光性材料は、シリコーン樹脂に限らず、例えば、アクリル樹脂、有機成分と無機成分とがｎｍレベルもしくは分子レベルで混合、結合した有機・無機ハイブリッド材料などを採用してもよい。

ところで、本実施形態の発光装置１では、カバー部材６０と実装基板２０との間に空気層８０が存在している（ここでは、カバー部材６０と光学部材４０との間に空気層８０が形成されている）ので、ＬＥＤチップ１０から放射され空気層８０、およびカバー部材６０を通して色変換層７０に入射し当該色変換層７０中の蛍光体の粒子により散乱された光のうち実装基板２０側へ散乱されて実装基板２０表面などで吸収される光の光量を低減できて装置全体としての外部への光取り出し効率を向上できるという利点や、外部雰囲気中の水分がＬＥＤチップ１０に到達しにくくなるという利点がある。

以上説明した本実施形態の発光装置１は、透光性無機材料であるガラスにより形成され実装基板２０との間に空気層８０が存在する形で実装基板２０に固着されたドーム状のカバー部材６０と、ＬＥＤチップ１０から放射される光によって励起されてＬＥＤチップ１０よりも長波長の光を放射する蛍光体を含有した透光性材料により形成されカバー部材６０の光出射面側に積層されたドーム状の色変換層７０とを備えているので、色変換層７０で発生した熱をカバー部材６０を通して実装基板２０側へ放熱させることができるから、蛍光体の温度上昇を抑制できて光束の向上を図れるとともに、蛍光体を含有した透光性材料の熱劣化を抑制でき、しかも、色変換層７０はカバー部材６０によりドーム状の形状が保持されるから、色変換層７０の厚みを薄くでき、色変換層７０を通過する光の光路長差を小さくできて、色むらの発生を抑制することができる。また、本実施形態の発光装置１では、カバー部材６０の材料としてガラスを採用しているので、水蒸気やＮＯ_ｘなど対するガスバリア性や耐透湿性が向上し、信頼性および耐久性が向上する。

また、本実施形態の発光装置１では、実装基板２０におけるＬＥＤチップ１０の実装面側でＬＥＤチップ１０を封止した透光性封止部５０を備えているので、透光性封止部５０がない場合と比較して、色変換層７０で発生した熱を、色変換層７０−カバー部材６０−空気層８０−透光性封止部５０−実装基板２０を通る経路でも放熱させることができるから、色変換層７０の温度上昇を抑制でき、蛍光体の温度上昇を抑制できて光束の向上を図ることができるとともに、蛍光体を含有した透光性材料の熱劣化を抑制できる。

また、本実施形態の発光装置１では、透光性封止部５０をガラスにより形成すれば、透光性封止部５０がシリコーン樹脂などの有機材料により形成されている場合に比べて、色変換層７０−カバー部材６０−空気層８０−透光性封止部５０−実装基板２０を通る経路の熱伝導性が向上し、色変換層７０の温度上昇をより抑制することが可能となる。なお、図１中の矢印は色変換層７０の蛍光体で発生した熱の伝熱経路を示しているが、色変換層７０の蛍光体で発生した熱は、矢印で示した経路で伝熱される成分以外に、大気中への輻射や対流により放熱される成分もある。

また、本実施形態の発光装置１では、色変換層７０において、屈折率の値が蛍光体の屈折率と透光性材料（例えば、シリコーン樹脂など）の屈折率との間の材料（例えば、ＳｉＯ_２など）からなる透光性被膜で蛍光体を覆うようにすれば、蛍光体が透光性材料に直に接している場合に比べて、蛍光体と透光性材料との間における界面での反射率を屈折率差の減少により低減させることができるので、ＬＥＤチップ１０から放射される光が蛍光体内部へ入射する割合および蛍光体が発する光が蛍光体外部へ取り出される割合が増加し、結果として、色変換層７０の光取り出し効率が向上し、発光装置１全体の外部への光取り出し効率が向上し、光束を更に向上させることができる。

ここにおいて、ＳｉＯ_２などからなる透光性被膜は、ゾルゲル法、スパッタ法などの周知の形成方法により形成することができる。例えば、ＳｉＯ_２からなる透光性被膜は、ゾルゲル法により形成することが好ましく、メタノールなどの有機溶媒中で蛍光体とオルガノシラン化合物と水とを混合してゾルを形成し、当該ゾルへ触媒を加えて加熱することにより加水分解・縮合反応が促進し、蛍光体の表面にＳｉＯ_２からなる透光性被膜を形成することができる。なお、透光性被膜の材料は、蛍光体および透光性材料の屈折率に応じて適宜選択することができ、例えば、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３などの無機材料でも、シリコーン樹脂などの有機材料でもよく、透光性被膜の形成方法は透光性被膜の材料に応じて適宜選択すればよい。

（実施形態２）
本実施形態の発光装置１の基本構成は実施形態１と略同じであり、図２に示すようにカバー部材６０の光入射面側に色変換層７０を積層され、色変換層７０と光学部材４０との間に空気層８０が形成されている点が相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

しかして、本実施形態の発光装置１では、実施形態１の発光装置１に比べて、色変換層７０の蛍光体の吸湿劣化を抑制することができる。

（実施形態３）
本実施形態の発光装置１の基本構成は実施形態２と略同じであり、図３に示すように、カバー部材６０の光入射面側に積層された色変換層７０に透光性無機材料（例えば、ガラスなど）からなる透光性材料層９０が積層され、当該透光性材料層９０と光学部材４０との間に空気層８０が形成されている点が相違する。なお、実施形態２と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

しかして、本実施形態の発光装置１では、実施形態２に比べて、色変換層７０の蛍光体で発生した熱の伝熱経路が増え、放熱性が向上する。

（実施形態４）
本実施形態の発光装置１の基本構成は実施形態１と略同じであり、図４に示すように、カバー部材６０の光入射面側に、ＬＥＤチップ１０から放射される光を透過し且つ色変換層７０の蛍光体から放射される光を反射する波長選択フィルタ層１００が積層されており、波長選択フィルタ層１００と光学部材４０との間に空気層８０が形成されている点が相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

波長選択フィルタ層１００は、相対的に屈折率の高い高屈折率材料からなる第１の誘電体膜と相対的に屈折率の低い低屈折率材料からなる第２の誘電体膜とが交互に積層された光学多層膜により構成されている。ここにおいて、波長選択フィルタ層１００は、高屈折率材料として、例えば、Ｔａ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２などを採用し、低屈折率材料として、例えば、ＳｉＯ_２、ＭｇＦ_２などを採用すればよく、各誘電体膜をイオンプレーティング法やイオンビームアシスト蒸着法、ラジカルアシストスパッタリング法などの薄膜形成技術によって容易に形成することができるとともに、波長選択フィルタ層１００の耐久性を高めることができる。なお、高屈折率材料および低屈折率材料は、上述の材料に限るものではない。また、波長選択フィルタ層１００の各誘電体膜の積層数や膜厚は、当該波長選択フィルタ層１００に接するカバー部材６０の屈折率、各誘電体膜の屈折率、ＬＥＤチップ１０の発光ピーク波長と色変換層７０の蛍光体の発光ピーク波長との間のカットオフ波長、などに応じて適宜設定すればよい。

以上説明した本実施形態の発光装置１では、カバー部材６０の光出射面側に色変換層７０が積層され、カバー部材６０の光入射面側にＬＥＤチップ１０から放射される光を透過し且つ色変換層７０の蛍光体から放射される光を反射する波長選択フィルタ層１００が積層されているので、色変換層７０の蛍光体から放射された光の取り出し効率が向上し、光束を更に向上させることができる。

また、本実施形態の発光装置１では、ドーム状の波長選択フィルタ層１００と光学部材４０との間に空気層８０が形成されていることにより、波長選択フィルタ層１００と光学部材４０との間の媒質がシリコーン樹脂などの透光性樹脂により形成されている場合に比べて、波長選択フィルタ層１００のフィルタとしての分光特性の入射角依存性を小さくでき、発光装置１全体としての外部への光取り出し効率を向上できるとともに色むらを小さくできるという利点がある。

（実施形態５）
本実施形態の発光装置１の基本構成は実施形態４と略同じであり、図５に示すように、実施形態４にて説明した波長選択フィルタ層１００が透光性封止部５０の光出射面側に形成されており（ここでは、波長選択フィルタ層１００が光学部材４０の光出射面に形成されており）、波長選択フィルタ層１００とカバー部材６０との間に空気層８０が形成されている点が相違する。なお、実施形態４と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

ところで、実施形態４の発光装置１では、波長選択フィルタ層１００をカバー部材６０に積層してあるので、色変換層７０の蛍光体で発生する熱に起因して波長選択フィルタ層１００に応力がかかり、波長選択フィルタ層１００にクラックが発生して光取り出し効率が低下する懸念がある。

これに対して、本実施形態の発光装置１では、波長選択フィルタ層１００を備えていることにより、実施形態４と同様に、色変換層７０の蛍光体から放射された光の取り出し効率が向上し、光束を更に向上させることができ、しかも、カバー部材６０と波長選択フィルタ層１００との間に空気層８０が存在しているので、色変換層７０で発生する熱に起因して波長選択フィルタ層１００にかかる熱応力を低減でき、波長選択フィルタ層１００へのクラックの発生を抑制することができる。

なお、本実施形態では、色変換層７０をカバー部材６０の光出射面側に積層してあるが、実施形態２，３のように色変換部材７０をカバー部材６０の光入射面側に積層してもよい。また、本実施形態では、波長選択フィルタ１００を光学部材４０の光出射面に形成してあるが、光学部材４０を設けずに、透光性封止部５０の光出射面に形成してもよい。

（実施形態６）
本実施形態の発光装置１の基本構成は実施形態１と略同じであり、図６に示すように、実装基板２０の構造などが相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。

本実施形態における実装基板２０は、ＬＥＤチップ１０が電気的に接続される配線パターン２３，２３が形成された絶縁性基板（例えば、アルミナ基板、窒化アルミニウム基板などの電気絶縁性を有し且つ熱伝導率の高いセラミックス基板や、ホーロー基板、表面にシリコン酸化膜が形成されたシリコン基板など）２０ａと、絶縁性基板２０ａよりも熱伝導率の高い材料（例えば、Ｃｕなどの熱伝導率の高い金属材料）により形成され絶縁性基板２０ａの厚み方向に貫設された伝熱部２０ｂ，２０ｂとで構成されている。また、本実施形態におけるＬＥＤチップ１０は、厚み方向の一表面側に各電極が形成されており、両電極それぞれがボンディングワイヤ１４を介して配線パターン２３，２３の端子部２３ａ，２３ａと直接接続されている。

ここで、本実施形態の発光装置１は、色変換層７０が、伝熱部２０ｂ，２０ｂに熱結合されているので、色変換層７０で発生した熱を実装基板２０の伝熱部２０ｂ，２０ｂを通して放熱させることができるから、色変換層７０の温度上昇をより抑制でき、光束の向上を図れる。なお、本実施形態では、ＬＥＤチップ１０として厚み方向の一表面側に各電極が形成されたものを用いているが、実施形態１と同様に厚み方向の両面に電極が形成されたものを用いてもよく、この場合には、例えば、２つの配線パターン２３，２３のうちの一方の配線パターン２３の一部をＬＥＤチップ１０のダイパッドとして利用するように当該一方の配線パターン２３をパターン設計すればよい。

（実施形態７）
本実施形態の発光装置１の基本構成は実施形態１と略同じであり、図７に示すように、カバー部材６０および色変換層７０における実装基板２０側の端縁と実装基板２０との間に介在し実装基板２０よりも反射率の高い材料により形成された反射部材９５を備えている点が相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

ここにおいて、反射部材９５は、ＬＥＤチップから放射される光および色変換層７０から放射される光を反射するものであり、反射部材９５の材料としては、金属材料（例えば、Ａｌ，Ａｇ，Ａｌ合金，Ａｇ合金などや、白色系の無機材料（例えば、ＢａＳＯ_４など）を採用すればよい。ここで、反射部材９５の材料として金属材料を採用する場合には、スパッタ法や蒸着法などを利用して、カバー部材６０および色変換層７０の端縁もしくは実装基板２０の一表面側（ここでは、レジスト層２６の表面側）に形成すればよい。また、反射部材９５として、白色系の無機材料を採用する場合には、例えば、無機材料（例えば、ＢａＳＯ_４）の粉末に透明材料（例えば、シリコーン樹脂などの透光性有機材料や、ガラスなどの透光性無機材料）からなるバインダを添加して、カバー部材６０および色変換層７０の端縁もしくは実装基板２０の上記一表面にコーティングすればよい。なお、反射部材９５の材料としては、可視光に対する反射率が８０％以上、好ましくは９０％以上の材料がよい。

しかして、本実施形態の発光装置１では、ＬＥＤチップ１０から放射された光や色変換層７０から放射された光が実装基板２０に吸収されるのを抑制でき、発光装置１全体の外部への光取り出し効率がより一層向上し、光束を更に向上させることができる。なお、反射部材９５は、少なくともカバー部材６０および色変換層７０における実装基板２０側の端縁と実装基板２０との間に介在していればよく、実装基板２０の上記一表面において色変換層７０よりも外側の部位に延長して設けてもよい。ここで、色変換層７０よりも外側でレジスト層２６の略全体を覆うように設けてもよいが、反射部材９５が金属材料の場合には、反射部材９５が導電性を有するので、反射部材９５と電極部２３ｂとが短絡しないように電極部２３ｂ近傍は避ける必要がある。

（実施形態８）
本実施形態の発光装置１の基本構成は実施形態２と略同じであり、図８に示すように、実施形態７と同様の反射部材９５を備えている点が相違するだけある。なお、実施形態２と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

しかして、本実施形態の発光装置１でも、ＬＥＤチップ１０から放射された光や色変換層７０から放射された光が実装基板２０に吸収されるのを抑制でき、発光装置１全体の外部への光取り出し効率がより一層向上し、光束を更に向上させることができる。

なお、実施形態３，４，５の発光装置においても同様の反射部材９５を設けてもよい。

（実施形態９）
本実施形態の発光装置１の基本構成は実施形態６と略同じであり、図９に示すように、実施形態７と同様の反射部材９５を備えている点が相違するだけである。なお、実施形態６と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態の発光装置１では、実装基板２０のうちＣｕなどの熱伝導率の高い金属材料により形成された伝熱部２０ｂ，２０ｂに重なる位置に反射部材９５が設けられるので、反射部材９５の材料としては、ＢａＳＯ_４などを採用すればよい。なお、Ｃｕの反射率は、波長５００ｎｍの光に対して約６０％であり、青色光に対しては約６０％である。

なお、上述の各実施形態１〜９では、ＬＥＤチップ１０として、発光色が青色の青色ＬＥＤチップを採用しているが、ＬＥＤチップ１０から放射される光は青色光に限らず、例えば、赤色光、緑色光、紫色光、紫外光などでもよい。また、色変換層７０における蛍光体も黄色蛍光体に限らず、例えば色調整や演色性を高めるなどの目的で複数種類の蛍光体を用いてもよく、例えば、赤色蛍光体と緑色蛍光体とを用いることで演色性の高い白色光を得ることができる。ここで、複数種類の蛍光体を用いる場合には必ずしも発光色の異なる蛍光体の組み合わせに限らず、例えば、発光色はいずれも黄色で発光スペクトルの異なる複数種類の蛍光体を組み合わせてもよい。また、上述の各実施形態１〜５では、ＬＥＤチップ１０を１個だけ備えた発光装置１について例示したが、ＬＥＤチップ１０の数は特に限定するものではなく、１つの実装基板２０に複数個のＬＥＤチップ１０を実装し、これら複数個のＬＥＤチップ１０を１つの透光性封止部５０により封止した構造を採用してもよい。

また、上述の実施形態１〜５，７，８では、ＬＥＤチップ１０として、厚み方向の両面に電極が形成されたものを用いているが、実施形態６，９のように一表面側に両電極が形成されたものを用いてもよく、この場合には、ＬＥＤチップ１０の両電極それぞれを、ボンディングワイヤ１４を介して配線パターン２３，２３と直接接続することができる。また、実施形態１〜５，７，８の発光装置１は、ＬＥＤチップ１０と伝熱板２１との間にサブマウント部材３０を介在させてあるが、ＬＥＤチップ１０と伝熱板２１との線膨張率差が比較的小さい場合にはサブマウント部材３０は必ずしも設ける必要はない。

実施形態１の発光装置の概略断面図である。実施形態２の発光装置の概略断面図である。実施形態３の発光装置の概略断面図である。実施形態４の発光装置の概略断面図である。実施形態５の発光装置の概略断面図である。実施形態６の発光装置を示し、（ａ）は要部概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面に対応する発光装置全体の概略断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面に対応する発光装置全体の概略断面図である。実施形態７の発光装置を示し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は要部概略平面図である。実施形態８の発光装置の概略断面図である。実施形態９の発光装置を示し、（ａ）は要部概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面に対応する発光装置全体の概略断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面に対応する発光装置全体の概略断面図である。従来例の発光装置の概略断面図である。

符号の説明

１発光装置
１０ＬＥＤチップ
２０実装基板
２０ａ絶縁性基板
２０ｂ伝熱部
４０光学部材
５０透光性封止部
６０カバー部材
７０色変換層
８０空気層
９０透光性材料層
９５反射部材
１００波長選択フィルタ層

Claims

ＬＥＤチップと、当該ＬＥＤチップが実装された実装基板と、透光性無機材料により形成され実装基板との間に空気層が存在する形で実装基板に固着されたドーム状のカバー部材と、ＬＥＤチップから放射される光によって励起されてＬＥＤチップよりも長波長の光を放射する蛍光体を含有した透光性材料により形成されカバー部材の光入射面側もしくは光出射面側に積層されたドーム状の色変換層とを備えることを特徴とする発光装置。
前記実装基板における前記ＬＥＤチップの実装面側で前記ＬＥＤチップを封止した透光性封止部を備え、前記カバー部材と透光性封止部との間に前記空気層が存在することを特徴とする請求項１記載の発光装置。
前記透光性封止部の光出射面側に形成され前記ＬＥＤチップから放射される光を透過し且つ前記色変換層の前記蛍光体から放射される光を反射する波長選択フィルタ層を備え、前記カバー部材と波長選択フィルタ層との間に前記空気層が存在することを特徴とする請求項２記載の発光装置。
前記透光性封止部は、ガラスにより形成されてなることを特徴とする請求項２または請求項３記載の発光装置。
前記色変換層が前記カバー部材の光出射面側に積層され、前記カバー部材の前記光入射面側に、前記ＬＥＤチップから放射される光を透過し且つ前記色変換層の前記蛍光体から放射される光を反射する波長選択フィルタ層が積層されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の発光装置。
前記色変換層は、前記蛍光体が透光性被膜で覆われており、当該透光性被膜の屈折率が前記蛍光体の屈折率と前記透光性材料の屈折率との間の値であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の発光装置。
前記実装基板は、前記ＬＥＤチップが電気的に接続される配線パターンが形成された絶縁性基板と、絶縁性基板よりも熱伝導率の高い材料により形成され絶縁性基板の厚み方向に貫設された伝熱部とを備え、前記色変換層は、伝熱部に熱結合されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の発光装置。
少なくとも前記カバー部材および前記色変換層における前記実装基板側の端縁と前記実装基板との間に介在し前記実装基板よりも反射率の高い材料により形成された反射部材を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の発光装置。