JP5440064B2 - 照明装置 - Google Patents

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Description

この発明は、例えば、ＬＥＤ（発光ダイオード）などの発光素子から青色の光または紫外光を発光して、この光で別の色の蛍光体を励起して異なる色を発光させ、これら異なる色の光を混色した照明光を射出する照明装置に関する。
一般に製品化されている発光ダイオードは、ＬＥＤチップを透光性の樹脂でモールドした構造を有する。また、この種の発光ダイオードとして、例えば、青色の光を発光するＬＥＤチップを封止したモールド樹脂中に黄色蛍光体（主に青色の光で励起されて主に黄色の光を発光する蛍光体）を混入した発光ダイオードが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特許文献１の発光ダイオードは、ＬＥＤチップが発光した青色の光と、この青色の光によって励起された黄色蛍光体が発光した黄色の光と、を混ぜ合わせて、演色性の高い白色光を発光する。
特開平５−１５２６０９号公報
しかし、特許文献１の発光ダイオードでは、モールド樹脂がＬＥＤチップを封止する機能と蛍光体層としての機能を担うため、いずれか一方の機能を満足させようとしてモールド樹脂の材質、厚さ、黄色蛍光体の濃度などを設計すると、他方の機能を必ずしも満足させることができなくなる。例えば、水分や腐食性ガスの浸入を防止するのに最適な厚さでＬＥＤチップをモールドすると、蛍光体層における色変換（波長変換）効率を最適化できなくなる可能性がある。
また、特許文献１の発光ダイオードは、モールド樹脂に黄色蛍光体を混入しているため、黄色蛍光体に欠陥が生じたりモールド中に気泡が生じたりした場合、当該発光ダイオードを破棄せざるを得なくなる。つまり、特許文献１の発光ダイオードは、モールド樹脂に複数の機能を持たせたことで歩留まりが悪くなっている。
この発明の目的は、ＬＥＤチップを確実に封止でき、所望する色変換性能を発揮でき、歩留まりを高めることができる照明装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の照明装置は、青色の光を発光する複数の発光素子と、これら複数の発光素子を実装した基板と、上記複数の発光素子を上記基板に封止した透光性を有する封止部材と、透光性を有するカバー部材の裏面に蛍光体層を設け、この蛍光体層が上記封止部材に対向するように重ねた色変換ユニットと、を有し、上記蛍光体層は、上記青色の光によって励起されて赤色の光を発光する赤色蛍光体を透明基材中に分散しドット状に形成された赤色蛍光体領域と、上記青色の光によって励起されて赤色以外の色の光を発光する黄色蛍光体を透明基材中に分散した黄色蛍光体領域と、に区分けされ、上記黄色蛍光体領域は、上記複数の発光素子のそれぞれに向き合い、上記赤色蛍光体領域は、上記複数の発光素子のうちの隣り合う２つの発光素子の間において上記基板に向き合うように、上記カバー部材の裏面に沿って設けられ、上記赤色蛍光体領域が占める面積が上記黄色蛍光体領域が占める面積より小さい。
この発明の照明装置は、上記のような構成および作用を有しているので、ＬＥＤチップを確実に封止でき、所望する色変換性能を発揮でき、歩留まりを高めることができる。
図１は、この発明の第１の実施の形態に係る照明装置を示す概略図である。 図２は、図１の照明装置をII-II線で切断した断面図である。 図３は、この発明の第２の実施の形態に係る照明装置を示す断面図である。 図４（Ａ）（Ｂ）は、それぞれ、図３の照明装置に組み込まれた色変換ユニットの一例を裏面側から見た概略図である。 図５は、この発明の第３の実施の形態に係る照明装置を表面側から見た平面図である。 図６は、図５の照明装置をVI-VI線で切断した部分断面図である。 図７は、図６で隣接した２つの発光素子の間で照度を測定した結果を発光素子間ピッチをパラメータとして示したグラフである。
以下、図１及び図２を参照して本発明の第１の実施の形態に係る照明装置１について説明する。この照明装置１は、一般照明の分野に用いられる。
図１に示すように、照明装置１は、例えば、ＣＯＢ（chip on board）型の発光モジュール２と、点灯装置２１と、を含む。本実施の形態の発光モジュール２は、縦横３０ｍｍ×３０ｍｍ程度の比較的小さな矩形ブロック状に形成されている。
発光モジュール２は、発光アセンブリ３と色変換ユニット１１を有する。発光アセンブリ３と色変換ユニット１１は、図２に示すように、接着層１５を介して接着されている。
発光アセンブリ３は、矩形板状のプリント配線板５（基板）と、複数の発光素子７と、矩形枠状の枠部材８と、封止部材９と、を有する。色変換ユニット１１は、矩形板状のカバー部材１２と、蛍光体層１３、とを有する。以下の説明では、図２においてプリント配線板５の下側を裏面側と称し、カバー部材１２の上側を表面側と称する。
発光アセンブリ３のプリント配線板５の表面には、図示しない回路パターンが銅箔等により形成されている。そして、この回路パターンの両端には、図１に示す電極６ａ、６ｂが設けられている。２つの電極６ａ、６ｂは、プリント配線板５の周縁部まで延出されている。
発光素子７は、例えば、半導体発光素子であり、本実施の形態では、４６０ｎｍの主波長を有して青色の光を発するＬＥＤチップを発光素子７として用いた。青色の光とは、可視光のうち比較的波長の短い光を指し、ここでは紫外光を含むものとする。
複数の発光素子７は、図１に示すように、プリント配線板５の表面全域に縦横に整列して実装されている。本実施の形態では、複数の発光素子７を、図示しないボンディングワイヤ等により、上述した回路パターンに対して直列に接続した。なお、複数の発光素子７は、フリップチップによってプリント配線板５の表面に実装しても良く、ダイボンディングによってプリント配線板５の表面に実装しても良い。
枠部材８は、プリント配線板５より一周り小さい矩形枠状に形成されており、全ての発光素子７を囲んでプリント配線板５の表面周縁部に密着して取り付けられている。上述した回路パターンの電極６ａ、６ｂは、枠部材８の外側に導出されている。枠部材８は、その内側の側面で光を反射し易いように、例えば白色の合成樹脂等で形成することが好ましい。
封止部材９は、上述した枠部材８で囲った複数の発光素子７を封止するように、枠部材８の内側に充填される。封止部材９の表面は、枠部材８のプリント配線板５から離間した先端面と面一に連続している。この封止部材９は、外部から水分や腐食性ガスなどが浸入することを防止する封止機能を担っている。
その上、封止部材９は、発光素子７から発光された青色の光を透過させる必要があるため、透光性を有する材料によって形成されている。本実施の形態では、封止部材９を透明なシリコーン樹脂で形成した。この他に、封止部材９として、透明なシリコーンゴムを用いることができ、透明ガラスや透光性セラミックなどの他の透光性材料を用いることもできる。いずれにしても、この封止部材９は、発光素子７や配線パターンの封止機能だけを担うものであるため、封止部材９には後述する蛍光体は混入されていない。
一方、発光アセンブリ３の表面側に重ねられる色変換ユニット１１のカバー部材１２は、図１および図２に示すように、プリント配線板５と略同じ大きさの矩形板状に形成されている。このカバー部材１２も、発光アセンブリ３からの光を良好に透過させる必要があるため、透光性を有する材料によって形成されている。本実施の形態では、カバー部材１２を透明な強化ガラスで形成した。なお、このカバー部材１２の表裏面の内、少なくとも裏面は、平らな面にされている。
この他に、カバー部材１２は、アクリルやポリカーボネートなどの比較的硬度の高い樹脂によって形成することもできる。特に、本実施の形態のカバー部材１２は、照明装置１の発光側の表面を覆う外殻部材となるため、透光性に優れているだけではなく、傷が付き難く割れ難い耐候性に優れた材料によりカバー部材１２を形成することが望ましい。
このため、本実施の形態では、カバー部材１２として強化ガラスを選択したが、カバー部材１２を照明装置１の外殻にしない場合には、後述する透過光の反射損の問題を考慮して、上述した発光アセンブリ３の封止部材９や後述する蛍光体層１３の透明基材と同程度の屈折率を有する透明な材料を選択することが望ましい。
蛍光体層１３は、上述したカバー部材１２の裏面に印刷され、発光アセンブリ３の表面側に色変換ユニット１１を重ねた状態で、少なくとも封止部材９の表面を覆う大きさに形成されている。本実施の形態では、この蛍光体層１３をスクリーン印刷によりカバー部材１２の裏面に形成した。本実施の形態の蛍光体層１３は、その透明基材、例えば透明なシリコーン樹脂中に、粒子状の黄色蛍光体を均一に分散して含んでいる。
ここで言う黄色蛍光体とは、発光素子７から発光される上述した青色の光を吸収して励起され、主に黄色の光を発光する蛍光体のことを指す。また、ここで言う黄色の光とは、緑色の光を含み、青色の光より波長が長く後述する赤色の光より波長の短い中間の色の光を指す。このような中間の色の光を発光する黄色蛍光体として、例えば、Ｃａ３Ｓｃ２Ｏ４：Ｃｅ等の酸化物蛍光体、又は（Ｂａ，Ｓｒ）２ＳｉＯ４：Ｅｕや（Ｂａ，Ｓｒ，Ｍｇ，Ｃａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ等のシリケート系やサイアロン系の蛍光体、或いはＹＡＧ，（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）Ｓｉ２ＯＮ２：Ｅｕ、チオガレートなどがある。
蛍光体層１３の透明基材は、後述する透過光の反射損を抑制するため、上述した封止部材９（およびカバー部材１２）の屈折率に近い屈折率を有する材料を用いることが望ましい。また、蛍光体層１３を透過する青色の光の強度分布、および黄色蛍光体から発光された黄色の光の強度分布が、カバー部材１２の表面側で観測したとき、カバー部材１２の表面内で均一になるように、黄色蛍光体を透明基材中で均一に分散させることが重要である。
接着層１５は、透光性を有する樹脂材料を主成分とする材料によって形成されている。この種の樹脂材料として、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂がある。接着層１５は、発光アセンブリ３の封止部材９の表面と色変換ユニット１１の蛍光体層１３を隙間無く密着させて接着している。
つまり、発光アセンブリ３の表面側、すなわち青色の光を射出する側に、接着層１５を介して、色変換ユニット１１が積層されている。このため、各発光素子７から発光された青色の光は、透明な接着層１５を透過した後、蛍光体層１３に入射して、カバー部材１２を介して射出されることになる。
上記のような接着層１５を用いて発光アセンブリ３に色変換ユニット１１を貼り合せたことで、封止部材９と蛍光体層１３の間に空気層が存在しなくなる。これにより、封止部材９と接着層１５との間、および接着層１５と蛍光体層１３との間における熱の伝導効率を高めることができる。
つまり、空気層を無くすことで、複数の発光素子７を点灯させた際に発生する熱を、封止部材９、接着層１５、および蛍光体層１３を介して、カバー部材１２に良好に伝導することができる。また、カバー部材１２の裏面に蛍光体層１３を印刷することで、カバー部材１２と蛍光体層１３との間の密着性を確保でき、複数の発光素子７から発生する熱、および後述するように黄色蛍光体が励起されて発光する際に僅かに発生する熱を、カバー部材１２に良好に伝導することができる。言い換えると、本実施の形態によると、照明装置１の光の照射側、すなわちカバー部材１２の表面側からの放熱構造を実現できる。
また、上述した接着層１５を用いて封止部材９と蛍光体層１３を密着させることにより、封止部材９と接着層１５との間の界面、および接着層１５と蛍光体層１３との間の界面における光の反射損を抑制することができる。これにより、複数の発光素子７から発光された青色の光を無駄なく利用でき、蛍光体層１３に青色の光を効率良く入射させることができる。
特に、上述した界面での光の反射損を抑制するため、本実施の形態では、封止部材９と蛍光体層１３の透明基材を屈折率の近い材料によって形成するとともに、蛍光体層１３の透明基材および封止部材９の屈折率に近い屈折率を有する樹脂材料を主成分にして接着層１５を形成した。この種の樹脂材料として、例えば、透明シリコーン樹脂や透明エポキシ樹脂がある。
以上のように、複数の発光素子７から発光された青色の光を有効利用することで、蛍光体層１３を透過してカバー部材１２の表面から照射される青色の光の光量を多くすることができ、その上、蛍光体層１３に含まれた黄色蛍光体に対してより多くの青色の光を吸収させることができ、黄色蛍光体が励起されて発光する黄色の光の光量も多くすることができる。
つまり、本実施の形態によると、カバー部材１２の表面から射出される青色の光の透過量を増やすことができることに加えて、黄色蛍光体から発光されてカバー部材１２の表面から射出される黄色の光の量を増やすことができ、照明装置１としての発光効率を向上させることができる。
また、本実施の形態では、上述したように発光アセンブリ３の封止部材９を覆うように色変換ユニット１１を重ねて密着させて、カバー部材１２を照明装置１の外殻部材としたため、発光モジュール２の表面側を覆う外殻部材を設ける必要がない。このため、照明装置１を薄く、軽量にでき、部品点数も少なくでき、装置の製造コストを低減できる。
図１に戻って、上述した発光モジュール２に接続した点灯装置２１は、制御部２２と、パルス発生器２３と、を備えている。パルス発生器２３の出力端は、電極６ａ，６ｂに電気的に接続されている。制御部２２は、パルス発生器２３が発生するパルスの発生タイミング、このパルスのパルス幅、及びこのパルスの波高値などを制御する。この制御部２２には、直流電源２４が接続されている。なお、本実施の形態では、パルス発生器２３を有する点灯装置２１を用いたが、発光モジュール２の点灯方式はこれに限るものではない。
ここで、上述した第１の実施の形態の照明装置１の動作について説明する。
点灯装置２１の制御部２２がパルス発生器２３を制御して発光モジュール２に給電すると、複数の発光素子７が通電されて、それぞれ、青色の光を主波長とする光を発光する。これら青色の光は、透明な封止部材９及び接着層１５を順次透過して、色変換ユニット１１の蛍光体層１３に入射する。
蛍光体層１３に入射した青色の光の一部は、蛍光体層１３内で分散されている黄色蛍光体に当たって吸収され、残りの青色の光は、黄色蛍光体に吸収されることなく蛍光体層１３の透明基材を透過し、色変換ユニット１１のカバー部材１２を透過して、照明装置１から照明光の一部として出射される。
青色の光を吸収した黄色蛍光体は、励起されて青色の光とは異なる色の光、具体的には主として黄色の光を放射する。この黄色の光は、上述した青色の光と同様に、蛍光体層１３の透明基材を透過して、カバー部材１２を透過し、照明装置１から照明光の一部として出射される。
つまり、本実施の形態の照明装置１によると、蛍光体層１３に含まれた黄色蛍光体が放射した黄色の光と蛍光体層１３の透明基材をそのまま透過した青色の光とが混ざった白色の光を照明光として射出することになる。
以上のように、本実施の形態によると、青色の光の補色となる黄色の光の光源となる黄色蛍光体を色変換ユニット１１の蛍光体層１３のみに混入し、発光素子７を封止した封止部材９に蛍光体を混入しないようにした。つまり、本実施の形態では、色変換機能を担う蛍光体層１３と封止機能を担う封止部材９を２層に分けたため、上述した色変換機能と封止機能の両方を満足させることができた。
つまり、本実施の形態によると、蛍光体層１３の色変換特性（波長変換特性）を考慮することなく、発光素子７の封止に最適な厚さで封止部材９を形成でき、逆に、封止部材９の封止性能を考慮することなく、蛍光体層１３の色変換特性を最適化することのできる厚さで蛍光体層を形成できるとともに、黄色蛍光体の濃度も最適化できる。言い換えると、封止部材９と蛍光体層１３を分けることで、封止性能と色変換性能の双方を最適化することができる。
また、上述したように蛍光体層１３と封止部材９を２層に分けることにより、蛍光体層１３の製造過程で気泡や異物の混入等による欠陥が生じた場合であっても、発光モジュール２全体を破棄する必要がなくなり、製品の歩留まりを向上させることができる。つまり、蛍光体層１３の欠陥が生じた場合であっても、プリント配線板５、発光素子７、及び封止部材９を備えた発光アセンブリ３に対して、色変換ユニット１１だけを適正なものに交換できる。
また、本実施の形態のように、蛍光体層１３の表面をカバー部材１２で覆うことで、蛍光体層１３へ水分や腐食性ガスが侵入することを防止でき、蛍光体層１３が傷付かないように保護することができる。また、カバー部材１２を強化ガラスで形成したため、その平らな裏面に蛍光体層１３をスクリーン印刷により容易に設けることができる。つまり、カバー部材１２を蛍光体層１３の担持部材として利用できる。
これにより、蛍光体層１３を単体で取り扱う場合に比較して、照明装置１の組み立て時における蛍光体層１３の取り扱いを容易にできる。特に、後述する第２、第３の実施の形態のように、蛍光体層１３を複数の領域にパターニングする場合には、カバー部材１２の裏面に蛍光体層１３をスクリーン印刷することが有効である。
つまり、本実施の形態では、発光モジュール２を製造するとき、複数の発光素子７を封止した発光アセンブリ３と蛍光体層１３をカバー部材１２の裏面に印刷した色変換ユニット１１を別々に製造し、接着層１５を介して両者を接着する。このため、各層の厚さ管理を容易にでき、所望する層厚にコントロールできる。特に、カバー部材１２の裏面にスクリーン印刷にて蛍光体層１３を形成するため、蛍光体層１３の層厚や黄色蛍光体の濃度を所望する値に制御でき、照明装置１の発光特性を所望する特性に容易にコントロールできる。
さらに、本実施の形態の照明装置１は、図１に示すように複数の発光素子７を縦横に等間隔で並べた構造を有するため、カバー部材１２が拡散手段を有することが望ましい。ここで言う拡散手段とは、蛍光体層１３を介してカバー部材１２の裏面側から入射される光を拡散させてカバー部材１２の表面側から出射させる全ての手段を含む。特に、本実施の形態の照明装置１のように、光源となる複数の発光素子７から光射出面となるカバー部材１２の表面との間の距離が短い場合、この拡散手段が有効となる。
これに対し、例えば、カバー部材１２を透明な強化ガラスで形成した場合、各発光素子７に対向した領域と発光素子７に対向しない領域とではカバー部材１２を透過する光の強さが異なるため、カバー部材１２の表面側から複数の発光素子が際立って見えてしまい見栄えが悪くなる。つまり、各発光素子７に対向した領域だけ他の領域と比較して輝度が高くなってしまう。
拡散手段として、カバー部材１２の表面又は裏面の内の少なくとも一方にフロスト加工を施す方法と、カバー部材１２の素材自体を不透明な材料で形成する方法と、が考えられる。本実施の形態の照明装置１では、例えば、カバー部材１２の表面にフロスト加工を施して、カバー部材の表面の粗さを０．３０μｍ〜１．５０μｍ程度の光拡散面とした。
このように、カバー部材１２の少なくとも一方の面をフロスト加工することで、複数の発光素子７の真正面に対向するカバー部材１２の複数の部位で、光が拡散されて、これらの部位がその周囲より際立って高輝度となって目立つことが抑制される。これにより、カバー部材１２の表面での輝度むらを低減できる。このような輝度むらの低減は、上述したように、カバー部材１２自体を、拡散透光性を有する材料で作ることでも実現できる。
以下、本発明の第２の実施の形態に係る照明装置１について、図３および図４を参照して説明する。本実施の形態の照明装置１は、蛍光体層１３の構造が異なる以外、上述した第１の実施の形態と略同じ構造を有する。そのため、ここでは、上述した第１の実施の形態と同様に機能する構成要素については同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
本実施の形態の蛍光体層１３は、赤色蛍光体領域１３ａと、この赤色蛍光体領域１３ａと区分けされた非赤色蛍光体領域１３ｂと、を有している。本実施の形態においても、蛍光体層１３は、スクリーン印刷によってカバー部材１２の裏面に形成されるため、カバー部材１２の面方向に沿って蛍光体層１３を複数の領域に区分けする場合であっても、特に区分けする複数の領域間に隔壁などを設ける必要はない。
赤色蛍光体領域１３ａには、上述した青色の光を吸収して励起され主波長が６２０ｎｍ〜６５０ｎｍ程度の赤色の光を発光する赤色蛍光体の粒子が均一に分散されている。ここで言う赤色の光とは、上述した黄色の光より波長の長い光のことを差す。なお、赤色蛍光体として、例えば、Ｓｒ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、ＣａＡ１ＳｉＮ３：Ｅｕ、Ｌａ２Ｏ２Ｓなどがある。
また、この赤色蛍光体領域１３ａには、他の色の蛍光体、例えば発光素子７から発光された青色の光で励起されて主波長が５２０ｎｍ程度の緑色の光を発する緑色蛍光体を混ぜることもできる。しかし、区分けされた１つの領域内に励起波長の異なる複数種類の蛍光体を混入すると、これら異種の蛍光体間で光の一部が吸収されて発光効率が下がるため、緑色蛍光体は、赤色蛍光体の領域とは別の領域に混入することが望ましい。
一方、非赤色蛍光体領域１３ｂには、上述した青色の光を吸収して励起され赤色とは異なる色の光を発光する赤以外の蛍光体が均一に分散されている。この赤以外の蛍光体として、励起により主波長が５４０ｎｍ又は５６５ｎｍ程度の黄色の光を発光する黄色蛍光体を用いることができる。この黄色蛍光体は、第１の実施の形態の黄色蛍光体と同様のものである。本実施の形態では、非赤色蛍光体としてこの黄色蛍光体を用いた。
赤色蛍光体領域１３ａと非赤色蛍光体領域１３ｂとは、図４（Ａ）に示すように何れも短冊状をなしているとともに、それらが交互に並べて配設されたストライプ状に印刷されていても、図４（Ｂ）に示すように赤色蛍光体領域１３ａが井桁格子状に形成されて、この赤色蛍光体領域１３ａで非赤色蛍光体領域（黄色蛍光体領域）１３ｂを囲むように印刷されていても良い。いずれにしても、赤色蛍光体領域１３ａと非赤色蛍光体領域１３ｂは、カバー部材１２の面方向に互いに切れ目なく連続して隣接されている。
また、本実施の形態では、図３に示すように、カバー部材１２の表面側からプリント配線板５上の発光素子７を見て、各発光素子７に対向する位置に非赤色蛍光体領域（黄色蛍光体領域）１３ｂを配置し、各発光素子７の真正面からずれた位置に赤色蛍光体領域１３ａを配置するよう、蛍光体層１３をパターニングした。言い換えると、本実施の形態では、複数の発光素子７が非赤色蛍光体領域１３ｂに対向するように、各蛍光体領域をパターニングした。
しかして、この第２の実施の形態の照明装置１を点灯すると、各発光素子７から発光された青色の光が蛍光体層１３に入射され、赤色蛍光体領域１３ａに含まれた赤色蛍光体と、非赤色蛍光体領域１３ｂに含まれた黄色蛍光体と、がそれぞれ励起される。この励起により、赤色蛍光体は演色性を改善するための赤色の光を発光し、非赤色蛍光体は青色の補色となる黄色の光を発光する。そして、蛍光体層１３に含まれた赤色および黄色の蛍光体がそれぞれ発光する赤色および黄色の光と、蛍光体層１３の蛍光体によって吸収されずに透過する青色の光と、が混ざって演色性が改善された白色光が照明光として照明装置１から射出される。
このとき、上記のようにパターニングした蛍光体層１３を透過して照明装置１から射出される照明光が面方向に均一な色および光量となるように、各蛍光体領域１３ａ、１３ｂにおける蛍光体の濃度、および各領域１３ａ、１３ｂの大きさを設計することが重要である。
つまり、各領域１３ａ、１３ｂにおける蛍光体の濃度は、蛍光体によって吸収されずに蛍光体層１３の透明基材を透過する青色の光が面方向に均一となるように、略同じ濃度とすることが望ましい。その上で、赤色蛍光体から発光される赤色の光が所望する演色性を満足する程度に照明装置１から射出されるように、非赤色蛍光体領域１３ｂに対する赤色蛍光体領域１３ａの大きさの比を適当な値に設計することが望ましい。
また、色変換ユニット１１の蛍光体層１３を接着層１５を介して発光アセンブリ３の封止部材９の表面に接着させたとき、蛍光体層１３と接着層１５との間に隙間を生じないように、蛍光体層１３の赤色蛍光体領域１３ａと非赤色蛍光体領域１３ｂの厚さを同じ厚さにすることが重要である。本実施の形態では、スクリーン印刷によって各領域をパターニングして、蛍光体層１３の厚さを全面にわたって均一にした。
ところで、赤色蛍光体は、青色の光だけではなく、緑色の光や黄色の光を吸収して赤色の光を発する性質があることが知られている。そのため、黄色蛍光体に対して演色性改善のために用いられる赤色蛍光体を同じ領域内で混ぜて使うと、黄色蛍光体から発光された黄色の光（緑色の光を含む）の一部が、黄色蛍光体の周りにある赤色蛍光体に吸収されてしまう。この結果、光出力が低下して暗くなり、言い換えれば、照明装置１としての発光効率が低下してしまう。
このため、本実施の形態では、蛍光体層１３を赤色蛍光体領域１３ａと非赤色蛍光体領域１３ｂとに区分けした。これにより、黄色蛍光体から発光された黄色の光の一部が、励起エネルギーとして赤色蛍光体に吸収される度合いが極めて少なくなり、照明装置１としての発光効率を向上させることができる。
また、黄色蛍光体から発光される黄色の光は、赤色蛍光体から発光される赤色の光より明るいため、本実施の形態のように非赤色蛍光体領域（黄色蛍光体領域）１３ｂを各発光素子７に対向させることで、光出力の低下が抑制される。つまり、非赤色蛍光体領域１３ｂを発光素子７に対向させるよう蛍光体層１３をパターニングすることで、照明装置１の明るさを向上できる。
なお、本実施の形態においても、上述した第１の実施の形態と同様に、カバー部材１２にフロスト加工を施すことができる。この場合、例えば、第１の実施の形態と同様に、カバー部材１２の全面にフロスト加工を施しても良いが、蛍光体層１３のパターンが照明装置１の表面側から見え難いようにフロスト加工を工夫しても良い。
例えば、カバー部材１２の材質を不透明な材料で形成してカバー部材１２全体にフロスト加工を施した場合、カバー部材１２を加工する必要がなく、その分、照明装置１の製造コストを低減できる。また、この場合、カバー部材１２を透過した照明光をカバー部材１２の全面に亘って拡散させることができ、照明装置１から射出する照明光の色を効果的に混色させることができ、照明光の色斑を抑制することができる。
また、例えば、カバー部材１２の赤色蛍光体領域１３ａに重なる部位にだけフロスト加工を施して、赤色の光だけを拡散させて黄色の光に混ぜるようにしても良い。この場合、赤色蛍光体領域１３ａを通って射出される赤色の光だけが効果的に拡散され、赤色蛍光体領域１３ａのパターン形状が際立って目立つことを防止できる。また、この場合、非赤色蛍光体領域１３ｂを介して射出される白色に近い光に対し、この領域１３ｂに隣接した赤色蛍光体領域１３ａおよびフロスト加工されたカバー部材１２の部位を通って拡散されて射出される赤色の光が混ざり易く、照明光の色斑を抑制することができる。
下表１には、上述した第１および第２の実施の形態の照明装置１の発光量を測定した結果を、比較例１および比較例２と比較して示してある。
Figure 0005440064
なお、第１の実施の形態の照明装置１は、黄色蛍光体としてＹＡＧ蛍光体を透明基材中に均一に分散した１００μｍの膜厚を有する蛍光体層１３を用いるとともに、８００μｍの膜厚を有するシリコーン樹脂で形成した封止部材９を用いた。
また、第２の実施の形態の照明装置１は、黄色蛍光体としてＹＡＧ蛍光体を分散した非赤色蛍光体領域１３ｂと、赤色蛍光体としてＣＡＳＮ（ＣａＡ１ＳｉＮ３：Ｅｕ）を分散した赤色蛍光体領域１３ａとを、図４（Ａ）と同様なストライプパターンで形成した蛍光体層１３を用いた。この蛍光体層１３のストライプパターンは、５０μｍの線幅を有し、蛍光体層１３の膜厚は１００μｍに形成した。また、第２の実施の形態の照明装置１の封止部材９も、８００μｍの膜厚を有するシリコーン樹脂で形成した。
これに対し、比較例１の照明装置は、シリコーン樹脂により形成した膜厚８００μｍの封止部材中にＹＡＧ蛍光体（黄色蛍光体）を分散させた。また、比較例２の照明装置は、シリコーン樹脂により形成した膜厚８００μｍの封止部材中にＹＡＣ蛍光体とＣＡＳＮ（赤色蛍光体）を混ぜた。なお、第１の実施の形態、第２の実施の形態、比較例１、および比較例２の各装置において、発光素子７には青色ＬＥＤを用いた。
表１から分かるように、比較例１の照明装置で測定した発光量を１００とした場合、この比較例１の装置に対して演色性を改善させた比較例２の装置の光量比は９５であった。これは、比較例２の装置で、ＹＡＧ蛍光体に比べて発光量の少ないＣＡＳＮを混入したことに加え、ＹＡＧ蛍光体から発光された黄色い光の一部がＣＡＳＮに吸収されたことが、発光効率が低下したことの原因と考えられる。
また、比較例１に対する第１の実施の形態の照明装置の光量比は１１５であった。これは、第１の実施の形態の照明装置において、ＹＡＧ蛍光体を分散させた蛍光体層１３を、発光素子７を封止した封止部材９と別にして重ねたことが原因と考えられる。つまり、第１の実施の形態のように、封止部材９と別体に蛍光体層１３を形成したことで、封止機能を考慮することなく所望する発光特性のみを満足させるように蛍光体層１３を設計することができ、照明光の光量が多くなったものと考えられる。
さらに、この第１の実施の形態に対して演色性を改善させた第２の実施の形態の照明装置の光量比は１１０であった。つまり、第２の実施の形態の照明装置は、第１の実施の形態の照明装置と比較して、光量が少なくなっているのが分かる。これは、第２の実施の形態の照明装置で、黄色蛍光体と比較して発光量の少ない赤色蛍光体を分散させた赤色蛍光体領域１３ａをパターニングしたことに原因があるものと考えられる。
しかしながら、第１、第２の実施の形態の照明装置１は、少なくとも、比較例１、２の照明装置より発光量を大きくできることが確かめられた。
次に、図５〜図７を参照してこの発明の第３の実施の形態について説明する。
本実施の形態の照明装置１は、蛍光体層１３の構造が異なる以外、上述した第１の実施の形態と略同じ構造を有する。そのため、上述した第１の実施の形態と同様に機能する構成要素については、同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
本実施の形態において、カバー部材１２の裏面にスクリーン印刷によって形成された蛍光体層１３は、図５に示すように、蛍光体層１３の全域にわたって広がる非赤色蛍光体領域（黄色蛍光体領域）１３ｂと、この非赤色蛍光体領域１３ｂ中に点在して略等間隔で縦横に整列して配置された赤色蛍光体領域１３ａと、を有する。この非赤色蛍光体領域１３ｂは、上述した第１の実施の形態の蛍光体層１３に相当するものである。
この非赤色蛍光体領域１３ｂに対して区分けされた複数のドット状の赤色蛍光体領域１３ａには、それぞれ、発光素子７から発した青色の光で励起されて例えば主波長が６２０ｎｍ〜６５０ｎｍの赤色の光を発する赤色蛍光体が分散されている。各赤色蛍光体領域１３ａは、略同じ形のドット状であり、そのドット形状は、図５に示した矩形に限らず、円形その他の形状にできる。本実施の形態では、各発光素子７が矩形の発光領域を有するため、赤色蛍光体領域１３ａを矩形にした。
なお、この赤色蛍光体領域１３ａには、赤色以外の色を発光する蛍光体を混入させても良い。赤色以外の蛍光体として、例えば、発光素子７から発した青色の光で励起されて主波長が５２０ｎｍ程度の緑色の光を発光する緑色蛍光体を赤色蛍光体領域１３ａに混ぜても良い。しかし、同じ領域１３ａ内に異なる色の蛍光体を混在させると、励起エネルギーの高い蛍光体から発光された光の一部が励起エネルギーの低い蛍光体に吸収されてしまう。このため、緑色蛍光体を混ぜる場合には、緑色蛍光体を分散させた領域を赤色蛍光体領域１３ａとは別に非赤色蛍光体領域１３ｂ中に点在させ、非赤色蛍光体領域１３ｂとは異なる位置に配置することが望ましい。
一方、非赤色蛍光体領域１３ｂには、発光素子７から発光された青色の光で励起されて赤色とは異なる色の光を発光する他の色の蛍光体が透明基材中に分散されて含まれている。この他の色の蛍光体として、本実施の形態では、励起により主波長が５４０ｎｍ又は５６５ｎｍの黄色の光を発光する黄色蛍光体を用いた。この黄色蛍光体は、上述した第１および第２の実施の形態で用いたものと同様のものを用いた。
そして、図５及び図６に示すように各発光素子７は、カバー部材１２の表面側から見て、縦横方向に互いに隣接した４個の赤色蛍光体領域１３ａから等距離に位置して配設されている。つまり、これら発光素子７の真正面には、非赤色蛍光体領域（黄色蛍光体領域）１３ｂが対向している。以上説明した点以外の構成は、図５及び図６に示されない構成を含めて上述した第１の実施の形態の照明装置１と同じである。
この第３の実施の形態の照明装置１を点灯すると、複数の発光素子７から発光された青色の光によって、蛍光体層１３の赤色蛍光体領域１３ａに含まれた赤色蛍光体と、蛍光体層１３の非赤色蛍光体領域１３ｂに含まれた黄色蛍光体とが励起される。この励起によって、赤色蛍光体は演色性を改善するための赤色の光を発光し、非赤色蛍光体は黄色の光を発光する。そして、蛍光体層１３に含まれた赤色および黄色の蛍光体がそれぞれ発光する赤色および黄色の光と、蛍光体層１３の蛍光体によって吸収されずに透過する青色の光と、が混ざって演色性が改善された白色光が照明光として照明装置１から射出される。
以上のように、本実施の形態においても、蛍光体層１３を赤色蛍光体領域１３ａと非赤色蛍光体領域１３ｂとに区分けしたため、黄色蛍光体から発光された黄色の光の一部が、励起エネルギーとして赤色蛍光体に吸収される度合いが極めて少なくなり、照明装置１としての発光効率を向上させることができる。
また、黄色蛍光体から発光される黄色の光は、赤色蛍光体から発光される赤色の光より明るいため、本実施の形態のように非赤色蛍光体領域（黄色蛍光体領域）１３ｂを各発光素子７に対向させることで、光出力の低下が抑制される。言い換えると、非赤色蛍光体領域１３ｂを発光素子７に対向させるよう蛍光体層１３をパターニングすることで、照明装置１の明るさを向上できる。
一般に、この種の照明装置１から射出する照明光に含まれる赤色の光は、演色性を評価する平均演色評価数（Ｒａ）を高める目的で照明光に混ぜられる。反面、スクリーン印刷によってガラス基板に印刷可能な赤色蛍光体領域１３ａの最小ドット径には限界がある。つまり、照明光の演色性を改善するため、比較的少ない混合比で赤色の光を混合させたい場合には、上述した第３の実施の形態の照明装置１のように、赤色蛍光体領域１３ａをドット形状にして透明基材中に点在させて分散させる方法が有効となる。
例えば、色温度が５０００Ｋで平均演色評価数（Ｒａ）が７０の白色光を本実施の形態の照明装置１で射出させる場合を想定すると、黄色蛍光体領域１３ｂに対する赤色蛍光体領域１３ａの大きさの比は９７：３程度となる。仮にこの条件で図４（Ａ）に示すストライプ状の赤色蛍光体領域１３ａを３０ｍｍ×３０ｍｍの黄色蛍光体領域１３ｂ内に形成しようとすると、赤色蛍光体領域１３ａの幅は０．９ｍｍとなり、しかも形成できるストライプの本数は一本だけとなる。
したがって、仮に、上述したスクリーン印刷で印刷可能な最小ドット径が１ｍｍであるものと仮定すると、この条件では、ストライプ状の赤色蛍光体領域１３ａを印刷することができないことになる。また、仮に、この条件でストライプ状の赤色蛍光体領域１３ａを印刷できたとしても、このような極細の一本のみの赤色蛍光体領域１３ａを有した構造では、光の混じり方に問題を生じるとともに、発光面の色むらが際立つようになる。
このため、黄色蛍光体領域１３ｂに対する赤色蛍光体領域１３ａの比を比較的大きくしたい場合には、本実施の形態の照明装置１のように、赤色蛍光体領域１３ａをドット形状にすることが有効となる。具体的には、上述した条件でドット状の赤色蛍光体領域１３ａを印刷すると、縦横１．０４ｍｍの大きさの矩形のドットを、３０ｍｍ×３０ｍｍの黄色蛍光体領域１３ｂ内に、縦横５列に配列することができる。
この他に、同様の演色性を達成する別の方法として、赤色蛍光体領域１３ａ内に分散した赤色蛍光体の密度を低くして、赤色蛍光体領域１３ａの面積を増やす方法も考えられるが、この方法を採用すると、赤色蛍光体の密度を低くした分、赤色蛍光体領域１３ａを透過する青色の光が増加してしまう。つまり、この場合、黄色蛍光体領域１３ｂを透過する青色の光に対して赤色蛍光体領域１３ａを透過する青色の光の量が多くなり、照明光に色斑を生じてしまう。
図７には、上述した第３の実施の形態の照明装置１のそれぞれ斜めに隣接する２つの発光素子７間のピッチを５．００ｍｍ、２．５０ｍｍ、２．００ｍｍ、１．２５ｍｍにした場合における照度分布のグラフを示してある。ここで言う発光素子７のピッチとは、図５のVI-VI線に沿った斜めのピッチであり、縦横のピッチではない。また、図７のグラフの横軸は、各ピッチを１としたときの相対距離を示してあり、グラフの左右中央の値が２つの発光素子７の中間位置、すなわち赤色蛍光体領域１３ａの中心に丁度対向する位置の照度を示している。なお、照度は、２つの発光素子７を結ぶ線上で、カバー部材１２の表面から１ｍｍ離れた位置でそれぞれ測定した。
つまり、発光素子７のピッチを５．００ｍｍにした場合には、２つの発光素子７の丁度中間位置における青色の光の照度は略ゼロに近く、赤色蛍光体領域１３ａの中心には殆ど青色の光が照射されないことになる。一方、発光素子７のピッチを１．２５ｍｍにした場合には、２つの発光素子７が略隣接することになり、２つの発光素子７の中間位置にある赤色蛍光体領域１３ａには、各発光素子７の真上で計測した照度と略同じ照度の青色の光が照射されることになる。つまり、２つの発光素子７間のピッチが狭くなるほど当該２つの発光素子７の間に位置する赤色蛍光体領域１３ａに照射される青色の光の照度が高くなり、ピッチが広がると当該２つの発光素子７の間に位置する赤色蛍光体領域１３ａに照射される青色の光の照度は低くなる。
このため、照明装置１の表面内で最も照度が低くなる赤色蛍光体領域１３ａに対向した部位で、赤色の光の照度を一定の値に制御するには、発光素子７のピッチに合わせて赤色蛍光体領域１３ａの面積を変更すれば良いことになる。例えば、発光素子７間のピッチが５ｍｍの場合、２つの発光素子７から等距離の位置での照度は各発光素子７の真上の照度に対して約５％の照度であるため、赤色蛍光体領域１３ａの面積を大きくすれば良いことになる。一方、発光素子７間のピッチが２ｍｍの場合、２つの発光素子７から等距離の位置での照度は各発光素子７の真上の照度に対して約５０％の照度であるため、赤色蛍光体領域１３ａの面積はそれ程大きくする必要はない。
ところで、非赤色蛍光体領域１３ｂ内に点在された各赤色蛍光体領域１３ａの面積を大きくすると、隣接した赤色蛍光体領域１３ａの相互間隔が狭くなるので、赤色蛍光体領域１３ａが際立って目立つことが抑制されて、発光面での色むらを知覚され難くできるといった更なる効果が期待できる。
なお、この発明は、上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、上述した実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせても良い。
例えば、上述した第２、第３の実施の形態では、赤色蛍光体領域に含まれる赤色蛍光体と非赤色蛍光体領域に含まれる黄色蛍光体の濃度を略同じ濃度にした場合について説明したが、これに限らず、照明装置１における演色性を向上させるため、各領域の蛍光体濃度を異ならせても良い。
以下、本願の出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］
青色の光を発光する複数の発光素子と、
これら複数の発光素子を実装した基板と、
上記複数の発光素子を上記基板に封止した透光性を有する封止部材と、
透光性を有するカバー部材の裏面に、上記青色の光によって励起されて青色以外の光を発光する蛍光体を透明基材中に分散した蛍光体層を設け、この蛍光体層が上記封止部材に対向するように重ねた色変換ユニットと、
を有することを特徴とする照明装置。
［２］
上記蛍光体層は、上記カバー部材の裏面に印刷され、上記封止部材との間に空気の層を介在させないように密着されていることを特徴とする［１］に記載の照明装置。
［３］
上記封止部材と上記蛍光体層との間には両者を密着状態で接着する透光性を有する接着層が介在されていることを特徴とする［２］に記載の照明装置。
［４］
上記封止部材、透明基材、および接着層は、略同じ屈折率を有する透光性材料によって形成されていることを特徴とする［３］に記載の照明装置。
［５］
上記カバー部材は、上記蛍光体層を介してその裏面側から入射した光を拡散してその表面側から出射させる拡散手段を有することを特徴とする［１］に記載の照明装置。
［６］
上記蛍光体層は、上記青色の光によって励起されて赤色の光を発光する赤色蛍光体を上記透明基材中に分散した赤色蛍光体領域と、上記青色の光によって励起されて赤色以外の色の光を発光する赤色以外の蛍光体を上記透明基材中に分散した非赤色蛍光体領域と、に区分けされていることを特徴とする［２］に記載の照明装置。
［７］
上記赤色蛍光体領域に分散されている上記赤色蛍光体の濃度、および上記非赤色蛍光体領域に分散されている上記赤色以外の蛍光体の濃度は、これらの領域を透過する上記青色の光の光量が略同じになるように設定されていることを特徴とする［６］に記載の照明装置。
１…照明装置、２…発光モジュール、３…発光アセンブリ、５…プリント配線板、７…発光素子、９…封止部材、１１…色変換ユニット、１２…カバー部材、１３…蛍光体層、１３ａ…赤色蛍光体領域、１３ｂ…非赤色蛍光体領域、１５…接着層。

Claims (7)

  1. 青色の光を発光する複数の発光素子と、
    これら複数の発光素子を実装した基板と、
    上記複数の発光素子を上記基板に封止した透光性を有する封止部材と、
    透光性を有するカバー部材の裏面に蛍光体層を設け、この蛍光体層が上記封止部材に対向するように重ねた色変換ユニットと、を有し、
    上記蛍光体層は、上記青色の光によって励起されて赤色の光を発光する赤色蛍光体を透明基材中に分散しドット状に形成された赤色蛍光体領域と、上記青色の光によって励起されて赤色以外の色の光を発光する黄色蛍光体を透明基材中に分散した黄色蛍光体領域と、に区分けされ、
    上記黄色蛍光体領域は、上記複数の発光素子のそれぞれに向き合い、上記赤色蛍光体領域は、上記複数の発光素子のうちの隣り合う２つの発光素子の間において上記基板に向き合うように、上記カバー部材の裏面に沿って設けられ、
    上記赤色蛍光体領域が占める面積が上記黄色蛍光体領域が占める面積より小さいことを特徴とする照明装置。
  2. 上記蛍光体層は、上記カバー部材の裏面に印刷され、上記封止部材との間に空気の層を介在させないように密着されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
  3. 上記封止部材と上記蛍光体層との間には両者を密着状態で接着する透光性を有する接着層が介在されていることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
  4. 上記封止部材、透明基材、および接着層は、略同じ屈折率を有する透光性材料によって形成されていることを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
  5. 上記カバー部材は、上記蛍光体層を介してその裏面側から入射した光を拡散してその表面側から出射させる拡散手段を有することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
  6. 上記赤色蛍光体領域に分散されている上記赤色蛍光体の濃度、および上記黄色蛍光体領域に分散されている上記黄色蛍光体の濃度は、これらの領域を透過する上記青色の光の光量が略同じになるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
  7. 上記黄色蛍光体領域は、上記複数の発光素子に対向する位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
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