発光装置および照明装置
【課題】光を変換する蛍光体層によりＬＥＤの配光を制御した発光装置およびそれを用いた照明装置を提供する。
【解決手段】発光装置３０は、配線が形成されたＬＥＤ搭載基板３１と、ＬＥＤ搭載基板３１上に固着されたＢに発光するＬＥＤ３２と、ＬＥＤ３２の出射するＢの光によりＹに発光する蛍光物質を含んだ蛍光体層３３とを備える。蛍光体層３３のＬＥＤ３２と反対側の表面３３ａは、ＬＥＤ３２に向かって落ち込んだ曲面で構成されている。さらに、曲面を取り囲むように、ＬＥＤ３２に向かって円錐状に落ち込んだ傾斜面が構成されている。
【解決手段】発光装置３０は、配線が形成されたＬＥＤ搭載基板３１と、ＬＥＤ搭載基板３１上に固着されたＢに発光するＬＥＤ３２と、ＬＥＤ３２の出射するＢの光によりＹに発光する蛍光物質を含んだ蛍光体層３３とを備える。蛍光体層３３のＬＥＤ３２と反対側の表面３３ａは、ＬＥＤ３２に向かって落ち込んだ曲面で構成されている。さらに、曲面を取り囲むように、ＬＥＤ３２に向かって円錐状に落ち込んだ傾斜面が構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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】
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）のバックライトなどの照明装置の光源には、冷陰極放電管（ＣＣＦＬ：Cold Cathode Fluorescent Lamp）が広く用いられている。近年では、この照明装置の光源として発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）が用いられ始めている。
【０００３】
ＬＥＤを光源とする照明装置は、それぞれが赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）に発光するＬＥＤを組にし、それらの組を多数並べて構成されている。また、１組のＲ、Ｇ、Ｂを発光するＬＥＤを１つのパッケージとして、それらのパッケージを多数並べて構成することも行われている。さらに、Ｂに発光するＬＥＤを蛍光体層で覆うことにより、Ｂの光を黄（Ｙ）の光に変換して、ＢとＹとの混色により白色の光が出射するようにしたＬＥＤのパッケージも使用されるようになっている。ここで、ＬＥＤのパッケージとは、発光ダイオード（ＬＥＤ）を備えた発光装置のことであって、例えば凹部を有する白色樹脂ケースの凹部内側にリードフレームを露出させるように配置し、凹部の内側に露出するリードフレームに発光ダイオード（ＬＥＤ）を取り付けるとともにこれらを電気的に接続し、半導体発光素子を覆うように、凹部に封止樹脂や蛍光体を含有させた封止樹脂を形成してなるものである。
なお、照明装置に用いられる照明方式には、照明装置の内部に複数のＬＥＤパッケージを例えば格子の交点に配列するようにした直下方式と、アクリル等で構成された導光板の端（エッジ）に複数のＬＥＤパッケージを配列するエッジライト方式とがある。
【０００４】
特許文献１には、エッジライト方式の面状光源等に用いるため、１個のＬＥＤにより断面が線上の出射光を発する線状光源を構成する技術が記載されている。ここでは、ＬＥＤを透光性樹脂よりなる樹脂封止体によって封止した発光装置において、その樹脂封止体のＸ方向断面で見れば、両側から中央に向けて左右対称に落ち込む１対の放物線を有し、Ｙ方向断面で見れば、上面が上に凸の曲線を有する形状となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３９０５３４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、直下方式の照明装置に用いられる発光装置（ＬＥＤパッケージ）には、エッジライト方式とは異なる、光の出射特性が要求される。そして、直下方式の照明装置においても、薄型化（低背化）や、発光装置（ＬＥＤパッケージ）の数の削減が求められている。すなわち、直下方式の照明装置に用いることに適した光の出射特性に制御した発光装置およびそれを用いた照明装置が求められている。
【０００７】
本発明の目的は、光を変換する蛍光体層によりＬＥＤの配光を制御した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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明が適用される発光装置は、基板と、基板上に固着された発光素子と、基板上に発光素子を覆って形成され、発光素子と反対側の面が、発光素子に向かって落ち込んだ曲面を備える、蛍光物質を含有する蛍光体層とを備える。
そして、蛍光体層の曲面の落ち込んだ底が発光素子と対向するように設けられていることを特徴とすることができる。
さらに、蛍光体層の発光素子と反対側の面が、曲面と、この曲面を取り囲んで、発光素子に向かって落ち込んだ傾斜面とを備えることを特徴とすることができる。
【０００９】
またさらに、基板上に、蛍光体層を覆うように形成された透明樹脂層をさらに備えることを特徴とする。そして、透明樹脂層の外形が柱状に成形されていることを特徴とすることができる。本発明においては、外形が柱状であればよく、例えば楕円柱や小判柱などの形状も含まれる。中でも、外形が角柱状であることを特徴とすることができる。
【００１０】
他の観点から捉えると、本発明が適用される照明装置は、回路基板と、回路基板に接続されるように配列され、光を出射する複数の発光装置と、発光装置に対向して設けられ、発光装置から入射した光を拡散して、発光装置と反対側の面から出射する拡散板と、を備え、発光装置は、基板と、基板上に固着された発光素子と、基板上に発光素子を覆って形成され、発光素子と反対側の面が、発光素子に向かって落ち込んだ曲面を備え、蛍光物資を含有する蛍光体層とを備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、照明装置の低背化や、発光装置（ＬＥＤパッケージ）の数の削減ができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施の形態における照明装置を示す図である。
【図２】第１の実施の形態における照明装置の断面構造および発光装置の配光特性を示す図である。
【図３】第１の実施の形態における発光装置の構造を説明する図である。
【図４】第１の実施の形態における発光装置の配光特性を説明する図である。
【図５】蛍光体層の表面形状が発光装置の配光特性に与える影響を説明するための光線追跡の結果を示す図である。
【図６】第２の実施の形態における発光装置の構造と配光特性を説明する図である。
【図７】第３の実施の形態における発光装置の構造と配光特性を説明する図である。
【図８】実施例１〜５および比較例におけるそれぞれの発光装置の構成と、評価結果との関係を説明する図である。
【図９】比較例の発光装置の構造を説明する図である。
【図１０】実施例１および比較例の各発光装置における放射強度と放射角θとの関係を説明する図である。
【図１１】実施例４の発光装置における放射強度と放射角θとの関係を説明する図である。
【図１２】実施例５の発光装置における放射強度と放射角θとの関係を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態における照明装置１０を示す図である。
図１では、照明装置１０は、一例としてＬＣＤパネル２０のバックライトとして構成されている。
【００１４】
照明装置１０は、例えば配線が形成されたガラスエポキシなどで形成された回路基板１１、回路基板１１上に搭載されるとともに配線に接続された、ＬＥＤを含む発光装置３０、回路基板１１の発光装置３０が搭載された面に対向して設けられた拡散板１２を備える。拡散板１２は、回路基板１１に平行に配置されている。
発光装置３０は、回路基板１１上に、例えば格子の交点に配列するように規則的に配列されている。この照明装置１０は、前述したように、直下方式である。
【００１５】
ＬＣＤパネル２０は、図示しないが、画素毎に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）および画素電極などを形成したＴＦＴ基板と、対向電極および画素毎にカラーフィルタなどを形成した対向基板との間に液晶を挟み込んだ構造をなしている。さらに、ＬＣＤパネル２０は、ＴＦＴ基板と対向基板の外側にそれぞれ偏光板を備えている。
【００１６】
発光装置３０は、回路基板１１に形成された配線に接続されているので、配線に電流を供給することにより、光を出射（発光）する。
拡散板１２は、発光装置３０から入射した光を拡散し、入射した面と反対側の面から、光を出射する。これにより、照明装置１０は光を出射する。
そして、ＬＣＤパネル２０は、画素毎に液晶に印加する電圧を制御して、照明装置１０から入射した光を透過または遮断することにより、画像を形成する。
【００１７】
図２は、照明装置１０の断面構造および発光装置３０の配光特性を示す図である。
図２（ａ）は、図１に示した照明装置１０のＡ−Ａ′線での断面図である。図２（ａ）には、回路基板１１、発光装置３０、拡散板１２を示している。回路基板１１上には、複数の発光装置３０が規則的に配列されている。
さらに、図２（ａ）は、発光装置３０から出射する光４１と、拡散板１２から出射する光４２とを示している。
【００１８】
発光装置３０から出射した光４１は、広がりながら、拡散板１２に入射する。そして、拡散板１２は、光４１が入射した面の反対側の面から光４２を出射する。
発光装置３０から出射した光４１は、拡散板１２に均一に入射することが望ましい。したがって、発光装置３０から出射した光４１が拡散板１２に均一に入射するように、回路基板１１上の発光装置３０の数、配列、ピッチなどが決められる。
【００１９】
拡散板１２は、例えば光を吸収しない散乱体を分散した樹脂で構成されている。そして、拡散板１２の散乱体は、拡散板１２に入射した光４１をさまざまな方向に反射する。これにより、拡散板１２は、光を拡散して、拡散板１２からの光の出射方向や輝度分布を制御する。
【００２０】
図２（ｂ）は、発光装置３０から光の出射方向についての定義を示している。すなわち、発光装置３０の位置から拡散板１２に垂直に向かう方向を、発光装置３０の法線方向と呼び、０°とする。そして、法線方向から紙面の右９０°の方向を９０°、同じく左９０°の方向を−９０°とする。さらに、法線方向から、右９０°方向への角度θを放射角θとする。なお、左９０°方向への角度θは−θ（不図示）とする。そして、発光装置３０の位置における法線とＡ−Ａ′線とを含む面以外の、発光装置３０の位置における法線を含む他の面についても同様とする。
ここでは、発光装置３０の出射する光の強度は、発光装置３０の外において、光の出射方向における立体角当たりの光の放射束、すなわち放射強度で示す。
そして、発光装置３０の出射する放射強度の放射角θ依存性を、発光装置３０の配光特性という。
【００２１】
発光装置３０から放射角θで出射された光は、拡散板１２に入射角θで入射する。このため、拡散板１２の単位面積当たりに入射する光の放射束は、放射強度にｃｏｓθを乗じた値となる。
【００２２】
ここで、配光特性の表し方に関し、２つの特別な場合の配光特性について説明する。
図２（ｃ）は、発光装置３０が均等拡散性の光源であるとした場合（ランベルトの余弦則にしたがう場合）の配光特性を示す。配光特性は、発光装置３０を原点Ｏにおいた極座標で示す。横軸は右が９０°方向の放射強度、左が−９０°方向の放射強度、縦軸は発光装置３０の法線方向（０°）の放射強度である。そして、それぞれの軸の間は、それぞれの方向での放射強度を示す。なお、放射強度は相対値で示している。
【００２３】
ランベルトの余弦則によれば、法線方向の放射強度をＩ０とすると、放射角θでの放射強度ＩθはＩθ＝Ｉ０ｃｏｓθで表される。したがって、放射強度は、放射角θが大きくなると小さくなる。そして、配光特性は、図２（ｃ）に示すように、発光装置３０の原点Ｏと法線方向の縦軸の１を結んだ線を直径とする円となる。
例えば、この光が拡散板１２に入射すると、拡散板１２の単位面積当たりに入射する放射束は、前述したように放射強度にｃｏｓθを乗じたものになるため、Ｉ０のｃｏｓ２θ倍となる。このため、拡散板１２から出射する光は、発光装置３０の法線方向は明るいが、その周囲は暗くなる。
このことから、複数の発光装置３０を並べて構成される照明装置１０は、それぞれの発光装置３０が出射する光の一部が互いに重なるようにして、拡散板１２からの出射光の明るさにムラが少ないように構成される必要がある。
【００２４】
一方、図２（ｄ）は、放射角θ１〜−θ１の範囲において、放射角θにおける発光装置３０の放射強度が、放射角０°の１／ｃｏｓθ倍である場合の配光特性を示す。このとき、放射角θにおける放射強度を結んだ線（放射強度のエンベロープ）は、放射角θ１〜−θ１の範囲において、９０°と−９０°を結ぶ線に平行になる。
この場合、拡散板１２上の単位面積当たりの放射束は、前述したように放射強度にｃｏｓθを乗じたものになるので、拡散板１２の単位面積当たりの放射束は一定である。すなわち、放射角θ１〜−θ１内において、拡散板１２から出射する光４２は、明るさのムラが少ない。
【００２５】
この結果、照明装置１０は、それぞれの発光装置３０が出射する光が互いに重ならないようにして、構成すればよい。これにより、少ない数の発光装置３０により、明るさにムラの少ない照明装置１０が構成できる。
すなわち、直下方式の照明装置１０では、図２（ｄ）に示す配光特性を有する発光装置３０が好ましい。
【００２６】
なお、発光装置３０からの放射された光は、放射角θが大きくなると、拡散板１２で全反射されるようになる。したがって、放射角θ１の取りうる最大値は、発光装置３０から出射した光が拡散板１２で全反射される臨界角まででよい。
【００２７】
図３は、第１の実施の形態における発光装置３０の構造を説明する図の一例である。図３（ａ）は、発光装置３０の平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ′線での断面図である。
発光装置３０は、配線が形成された基板、例えばガラスエポキシのＬＥＤ搭載基板３１と、ＬＥＤ搭載基板３１上に導電性接着剤または非導電性接着剤で固着された発光素子、例えばＢに発光するＬＥＤ３２と、ＬＥＤ３２の出射するＢの光によりＹに発光する蛍光物質を含んだ蛍光体層３３とを備える。
【００２８】
ＬＥＤ搭載基板３１は、例えば円板状に構成されている。ＬＥＤ搭載基板３１には、図示しないが、回路基板１１に形成された配線と接続するための端子が設けられている。さらに、ＬＥＤ搭載基板３１には、ＬＥＤ３２の端子に接続するための配線が形成されている。
【００２９】
ＬＥＤ３２は、例えばサファイア基板上にｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層がこの順でエピタキシャル成長されているＩＩＩ族窒化物半導体から形成されている。
そして、ＬＥＤ３２は、光を出射する面の反対側の面でＬＥＤ搭載基板３１に固着されている。さらに、ＬＥＤ３２の図示しない電極と、ＬＥＤ搭載基板３１に形成された配線とは、例えば図示しないワイヤボンドで接続されている。
【００３０】
蛍光体層３３は、ＬＥＤ搭載基板３１に固着されたＬＥＤ３２を覆うようにＬＥＤ搭載基板３１の表面３１ａ上に形成されている。蛍光体層３３は、例えば約１０μｍのサイズのアルミン酸イットリウム（ＹＡＧ：Yttrium Aluminum Garnet）の蛍光物質を約１０質量％含むゴム系の樹脂である。
【００３１】
蛍光体層３３は、表面３３ａ、裏面３３ｂおよび側面３３ｃで囲まれている。蛍光体層３３の側面３３ｃは、ＬＥＤ搭載基板３１の側面に連なって、円柱状に形成されている。蛍光体層３３の裏面３３ｂは、ＬＥＤ搭載基板３１の表面３１ａと接触している。
蛍光体層３３の表面３３ａは、中心領域においてＬＥＤ３２に向かって落ち込んだ曲面、例えば曲率Ｒの球面で構成されている。そして、曲面は、曲面の落ち込んだ底がＬＥＤ３２と対向するように設けられている。
さらに、蛍光体層３３の表面３３ａには、曲面を取り囲むように、ＬＥＤ３２に向かって円錐状に落ち込んだ傾斜面が構成されている。すなわち、蛍光体層３３は、ＬＥＤ３２の中心を通り、ＬＥＤ３２に対する垂線であるＸ−Ｘ′線を回転軸とする回転体として構成されている。
【００３２】
ＬＥＤ搭載基板３１の表面３１ａから、蛍光体層３３の表面３３ａが形成する円錐の頂点に当たる点ＴとＸ−Ｘ′線とが交差する点までが距離ｈ１である。同様に、ＬＥＤ搭載基板３１の表面３１ａから、曲面の曲率Ｒの中心Ｓまでが距離ｈ２である。さらに、ＬＥＤ搭載基板３１の表面３１ａから、蛍光体層３３の外周の最厚部までが距離ｈ３である。
さらに、傾斜面のなす角度が中心角φである。ＬＥＤ搭載基板３１は直径ｄ１である。
そして、発光装置３０は、例えば、Ｒ＝０．６８０ｍｍ、ｈ１＝０．６５３ｍｍ、ｈ２＝１．３００ｍｍ、ｈ３＝１．２５６ｍｍ、φ＝１３６°、ｄ１＝２．９８３ｍｍである。
【００３３】
発光装置３０は、回路基板１１に形成された配線から、ＬＥＤ搭載基板３１に形成された配線を経て、ＬＥＤ３２に電流が供給されることにより、ＬＥＤ３２がＢの光を出射（発光）する。そして、このＢの光により、蛍光体層３３がＹの光を出射（発光）する。
すなわち、本実施の形態１の発光装置３０は、ＬＥＤ３２の出射するＢの光と、蛍光体層３３がＢの光により出射するＹの光とが混色して白色の光を出射する。
【００３４】
図４は、第１の実施の形態における発光装置３０のシミュレーションにより求めた配光特性を説明する図である。
図４（ａ）は、発光装置３０において、比較例として半球状の蛍光体層３３を設けたときの配光特性を示している。図４（ａ）の配光特性は、図２（ｃ）に示す配光特性に似ている。すなわち、半球状の蛍光体層３３を設けた発光装置３０は、ランベルトの余弦則にしたがった配光特性を示す。なお、図４（ａ）の配光特性は、ＬＥＤ３２の法線と図３（ａ）のＢ−Ｂ′線を含む面での特性であるが、ＬＥＤ３２の法線を含む他の面でも同様の配光特性を示す。
【００３５】
一方、図４（ｂ）は、図３に示す第１の実施の形態における蛍光体層３３を設けた発光装置３０の配光特性である。発光装置３０の放射強度のエンベロープは、放射角θが−２２．５°〜２２．５°の範囲において、９０°と−９０°を結ぶ線にほぼ平行になっている。この配光特性は、図２（ｄ）に示した配光特性に近い。なお、図４（ｂ）の配光特性は、図３（ｂ）のＸ−Ｘ′線と図３（ａ）のＢ−Ｂ′線を含む面での特性であるが、Ｘ−Ｘ′線を含む他の面でも同様の特性を示す。
【００３６】
次に、第１の実施の形態における発光装置３０が、図４（ｂ）に示す配光特性を生じる理由について説明する。
第１の実施の形態では、放射角θが大きいほど、発光装置３０の放射強度が大きいことが求められる。
蛍光体層３３は、ＬＥＤ３２が発光するＢの光をＹの光に変換するとともに、レンズとしても働く。そこで、蛍光体層３３の形状を変えると、蛍光体層３３から出射する光の配光を制御できることになる。
【００３７】
さて、放射角θが大きいほど、発光装置３０の放射強度を大きくする方法として、蛍光体層３３の上面を凹レンズとすることが考えられる。また、断面において２つのプリズムを並べたＶ字状になるように、蛍光体層３３の上面を円錐状にすることも考えられる。
図５は、蛍光体層３３の表面形状が発光装置３０の配光特性に与える影響を説明するための光線追跡結果を示す図である。ここでは、蛍光体層３３の表面形状の影響を明らかにするため、蛍光体層３３の代わりに、透明樹脂層を用いた。
【００３８】
図５（ａ）は、ＬＥＤ３２に対する上面をもっとも薄い凹レンズ状とした透明樹脂層３４における光線追跡の結果を示す図である。
ＬＥＤ搭載基板３１上にＬＥＤ３２があり、さらにＬＥＤ搭載基板３１上にＬＥＤ３２を覆うように凹レンズ状の透明樹脂層３４がある。
光線追跡の結果を見ると、この構造においては、ＬＥＤ３２から出射する光線は、ＬＥＤ３２の法線方向にやや出過ぎとなっている。
【００３９】
一方、図５（ｂ）は、ＬＥＤ３２に対する上面をもっとも薄い円錐状とした透明樹脂層３５の場合の光線追跡の結果を示す図である。
ＬＥＤ搭載基板３１上にＬＥＤ３２があり、さらにＬＥＤ搭載基板３１上にＬＥＤ３２を覆うように表面を円錐状とした透明樹脂層３５がある。
光線追跡の結果を見ると、この構造においては、ＬＥＤ３２から出射する光線は、ＬＥＤ３２の法線方向に少なく、ＬＥＤ３２の側方に出過ぎとなっている。
【００４０】
以上のことから、第１の実施の形態に示したように、蛍光体層３３の表面３３ａをＬＥＤ３２に対向する部分を曲面とし、その曲面の周囲の部分をＬＥＤ３２の法線に向かって傾斜する円錐状とする構成が好ましいことになる。
なお、図５に示した光線追跡の結果には、蛍光体層３３中の蛍光物質によって光が散乱される効果や、蛍光体が発光する光の効果は考慮されていない。したがって、図４（ｂ）に示した配光特性は、これらの効果が加わって得られたものであって、蛍光体層３３のレンズ効果のみによるものではない。
【００４１】
（第２の実施の形態）
図６は第２の実施の形態における発光装置３０の構造と配光特性を説明する図である。図６（ａ）は、発光装置３０の平面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＣ−Ｃ′線での断面図である。図６（ｃ）は、発光装置３０のシミュレーションにより求めた配光特性である。
第２の実施の形態の発光装置３０は、配線が形成された例えばガラスエポキシのＬＥＤ搭載基板５１と、ＬＥＤ搭載基板５１上に導電性接着剤または非導電性接着剤で固着された発光素子、例えばＢに発光するＬＥＤ３２と、ＬＥＤ３２の出射するＢの光によりＹに発光する蛍光体層３３と、蛍光体層３３を覆うように形成された透明樹脂層５２とを備える。
ＬＥＤ３２および蛍光体層３３は、第１の実施の形態における発光装置３０でのものと同じである。
【００４２】
透明樹脂層５２は、例えばゴム系の樹脂であって、蛍光体層３３に用いられた樹脂と同じである。そして、透明樹脂層５２は、ＬＥＤ搭載基板５１の直径ｄ２と同じ直径ｄ２の円柱状で、その表面５２ａは平坦である。そして、透明樹脂層５２は、ＬＥＤ搭載基板５１の表面５１ａから厚さｔ１である。例えば、ｄ２＝４．４６５ｍｍ、ｔ１＝１．９２０ｍｍである。
第２の実施の形態における発光装置３０は、第１の実施の形態における発光装置３０を、円柱状の透明樹脂層５２で覆った構造に等しい。
【００４３】
図６（ｃ）に示すように、発光装置３０の放射強度のエンベロープは、放射角θが−４５°から４５°の範囲で、−９０°と９０°を結ぶ線に平行になっている。この特性は、図４（ｂ）に示した特性より、放射角の範囲が広がっている。
なお、図６（ｃ）の配光特性は、図６（ｂ）のＸ−Ｘ′線と図６（ａ）のＣ−Ｃ′線を含む面での特性であるが、Ｘ−Ｘ′線を含む他の面でも同様の特性を示す。
【００４４】
（第３の実施の形態）
図７は第３の実施の形態における発光装置３０の構造と配光特性を説明する図である。図７（ａ）は、発光装置３０の平面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＤ−Ｄ′線での断面図である。図７（ｃ）は、発光装置３０のシミュレーションにより求めた、図７（ａ）のＤ−Ｄ′線およびＥ−Ｅ′線の方向における配光特性である。
【００４５】
第３の実施の形態における発光装置３０は、配線が形成された例えばガラスエポキシのＬＥＤ搭載基板６１と、ＬＥＤ搭載基板６１上に導電性接着剤または非導電性接着剤で固着された発光素子、例えばＢに発光するＬＥＤ３２と、ＬＥＤ３２の出射するＢの光によりＹに発光する蛍光体層３３と、蛍光体層３３を覆うように形成された透明樹脂層６２とを備える。
ＬＥＤ搭載基板６１は、辺の長さがｄ３とｄ４である矩形の板状である。ＬＥＤ３２および蛍光体層３３は、第１の実施の形態における発光装置３０でのものと同じである。そして、透明樹脂層６２は、例えばゴム系の樹脂であって、蛍光体層３３に用いられた樹脂と同じである。そして、透明樹脂層６２は、ＬＥＤ搭載基板６１と同じく、辺の長さがｄ３とｄ４で、ＬＥＤ搭載基板６１の表面６１ａから厚さｔ２で、表面６２ａが平坦な矩形の角柱状である。例えば、ｄ３＝ｄ４＝４．４６５ｍｍ、ｔ２＝２．０８０ｍｍである。
第３の実施の形態における発光装置３０は、第１の実施の形態における発光装置３０を、角柱状の透明樹脂層６２で覆った構造に等しい。
【００４６】
図７（ｃ）に示すように、発光装置３０の放射強度のエンベロープは、放射角θが−４５°〜４５°の範囲において、Ｄ−Ｄ′線およびＥ−Ｅ′線の両方向とも、−９０°と９０°を結ぶ線に平行になっている。このことは、拡散板１２の単位面積あたりに入射する放射束が、矩形の範囲において一定となっていることを示している。このため、照明装置１０において、それぞれの発光装置３０が出射する光が重ならないように、いわばタイルを敷き詰めるように、発光装置３０を配列すればよい。このため、第３の実施の形態の発光装置３０を用いれば、もっとも効率よく配列することができる。
【００４７】
なお、蛍光体層３３の表面３３ａとＬＥＤ３２の対向する部分は、例として曲率Ｒの球面としたが、ＬＥＤ３２に向かって落ち込んだ曲面であってよい。
そして、曲面の周りの円錐状の傾斜面のなす中心角φは、例として１３６°としたが、３０°以上で１８０°未満であればよい。好ましくは、１３０°から１４０°である。なお、中心角φがこれらの値より小さいと、放射角θが小さい範囲で光が強くなる。一方、中心角φがこれらの値より大きいと、放射角θが大きい範囲で光が強くなる。
【００４８】
さらに、蛍光物質を分散させた蛍光体層３３の樹脂は、ゴム系の樹脂に限ることなく、レジン系の樹脂、またはシリコーン材料などを用いうる。
【００４９】
また、蛍光体層３３を覆うように形成された透明樹脂層６２は、円柱状または角柱状としたが、側面が窪んだ柱状であってもよい。すなわち、柱状の透明樹脂層６２の側面は、光の配光特性に応じて、変形して用いてよい。
【実施例】
【００５０】
では次に、本発明の実施例について説明を行うが、本発明は実施例に限定されない。
本発明者は、第１の実施の形態、第２の実施の形態、第３の実施の形態について、それぞれ発光装置３０の製造を行った。そして、これらの発光装置３０および比較例の発光装置３０の配光特性、発光効率、取り出し効率について検討を行った。
図８は、実施例１〜５および比較例におけるそれぞれの発光装置３０の構成と、評価結果との関係を説明する図である。
【００５１】
実施例１ないし３のそれぞれの発光装置３０は、第１の実施の形態において説明した構成を有している。実施例４の発光装置３０は、第２の実施の形態に対応して円柱状の透明樹脂層５２を用いた構成を有している。実施例５の発光装置３０は、第３の実施の形態に対応して角柱状の透明樹脂層６２を用いた構成を有している。
そして、実施例１ないし５のそれぞれの発光装置３０の蛍光体層３３は、以下で説明する事項を除いて、第１の実施の形態で例示した形状をなしている。
さらに、実施例４の発光装置３０の透明樹脂層５２は、第２の実施の形態で例示した形状をなしている。同様に、実施例５の発光装置３０の透明樹脂層６２は、第３の実施の形態で例示した形状をなしている。
【００５２】
一方、比較例の発光装置３０は、次に説明するように、凹部７１ａ（後述する図９参照）を有する白色樹脂ケース７０（後述する図９参照）の凹部７１ａ内側にＬＥＤ３２を取り付けるとともに、ＬＥＤ３２を覆うように、凹部７１ａに蛍光体層７５（後述する図９参照）を形成して構成されている。
【００５３】
ここで、比較例の発光装置３０を説明する。
図９は比較例の発光装置３０の構造を説明する図である。図９（ａ）は発光装置３０の上面図、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＦ−Ｆ′線での断面図である。比較例の発光装置３０は、ＬＥＤ３２が白色樹脂ケース７０に実装されている。
白色樹脂ケース７０は、上部側に拡開するように立ち上がる壁面８１を有する凹部７１ａが形成された樹脂容器７１と、樹脂容器７１と一体化したリードフレームからなるアノード用リード部７２およびカソード用リード部７３と、凹部７１ａを覆うように設けられた蛍光体層７５とを備えている。そして、白色樹脂ケース７０の凹部７１ａの円形状を有する底面８０にＬＥＤ３２が固定されている。蛍光体層７５は、ＬＥＤ３２も覆うように設けられている。
【００５４】
白色樹脂ケース７０の樹脂容器７１は、アノード用リード部７２およびカソード用リード部７３を含む金属リード部に、白色顔料が含有された熱可塑性樹脂を射出成型することによって形成されている。
ＬＥＤ３２は、底面８０に露出したカソード用リード部７３上に、図示しないボンディングワイヤを介して、ｐ電極がアノード用リード部７２に、ｎ電極がカソード用リード部７３に、それぞれ接続されている。アノード用リード部７２およびカソード用リード部７３は、それぞれ樹脂容器７１の裏側に折り曲げて配設されている。
比較例の発光装置３０は、図９（ａ）における横ｄ５が３．５ｍｍ、縦ｄ６が２．８ｍｍである。
【００５５】
アノード用リード部７２を正極とし、カソード用リード部７３を負極としてＬＥＤ３２に電流を流すことで、ＬＥＤ３２はＢの光を出射する。ＬＥＤ３２から出射されたＢの光により、蛍光体層７５がＹの光を出射する。そして、比較例の発光装置３０は、実施例１〜５と同様に、ＬＥＤ３２の出射するＢの光と、蛍光体層７５がＢの光により出射するＹの光とが混色して白色の光を出射する。
【００５６】
さて、図８に戻って、図８に示す構成の項目について説明する。
「ＬＥＤチップ数」は、発光装置３０（パッケージ）当たりに実装したＬＥＤチップの数を示している。いわゆるパッケージ当たりのＬＥＤチップの数をいう。チップ数が３とは、発光装置３０のＬＥＤ３２がＬＥＤチップ３個で構成されていること、すなわち発光装置３０は３ ｉｎ １パッケージであることを示している。
実施例１〜５のそれぞれの発光装置３０のＬＥＤ３２は３個のＬＥＤチップで構成されている。比較例の発光装置３０のＬＥＤ３２は１個のＬＥＤチップで構成されている。なお、いずれにおいても、ＬＥＤ３２は、４４８ｎｍ付近にピークを有するＢの光を出射する。
次の「ＬＥＤ放射束」は、ＬＥＤ３２の放射束をｍＷ単位で示している。
そして、「蛍光体（含有率）」は、ＬＥＤ３２の出射するＢの光によりＹに発光する蛍光体層３３（実施例１〜５）および蛍光体層７５（比較例）に用いられた蛍光体の種類と含有率とを示している。ここでは、Ｙ４５０Ｃ（ＩＮＴＥＭＡＴＩＸ社製）およびＥＹ４２５Ｎｏ．２（ＩＮＴＥＭＡＴＩＸ社製）の２種類の蛍光体を用いた。含有率は８質量％〜１２質量％の範囲である。
【００５７】
「透明樹脂」は、発光装置３０の透明樹脂層５２または透明樹脂層６２の有無を示している。前述したように、実施例４では第２の実施の形態に対応して円柱状の透明樹脂層５２を用いている。また、実施例５では第３の実施の形態に対応して角柱状の透明樹脂層６２を用いている。他の実施例１〜３および比較例では透明樹脂層５２および透明樹脂層６２のいずれも用いていない。
【００５８】
次に、評価結果を説明する。
図８では、実施例１〜５および比較例におけるそれぞれの発光装置３０の評価結果として、放射強度がピークの１／２以上である放射角θの範囲である半値角と、発光効率およびＣＩＥ１９３１表色系における色度座標と、取り出し効率とを示している。
ここでいう取り出し効率とは、実施例１〜５および比較例におけるそれぞれの発光装置３０からの放射束を、それぞれのＬＥＤ放射束で除した値であり、ＬＥＤチップ内の損失は考えない。
以下順に、実施例１〜５および比較例におけるそれぞれの発光装置３０における放射強度と放射角θとの関係を説明しつつ、図８に示した評価結果を説明する。
【００５９】
図１０は、実施例１および比較例の各発光装置３０における放射強度と放射角θとの関係を説明する図である。図１０（ａ）は、放射強度と放射角θとの関係を、放射角θを横軸、放射強度を縦軸として示したものである。一方、図１０（ｂ）は、放射強度と放射角θとの関係を極座標で表したもの（極座標表記）である。それぞれ、放射強度は相対値で示している。
【００６０】
まず、比較例から説明する。比較例の発光装置３０は、放射束が１４．２６ｍＷのＬＥＤ３２（１個のＬＥＤチップからなる。）を備え、蛍光体層７５の蛍光体としてＹ４５０Ｃを１２質量％含んでいる。なお、蛍光体層７５の蛍光体を除いた残りはシリコーンゴム系の樹脂であるＳＣＲ−１０１１（信越化学工業株式会社製）である。
図１０（ａ）では、比較例の発光装置３０の配向特性として、図９で示したＦ−Ｆ′線での断面における配光特性を示す。比較例の発光装置３０では、放射強度は、放射角θが０°から９０°または−９０°に近づくにつれ、急激に減少する。そして、図１０（ｂ）から分かるように、極座標表記では、放射強度は縦長のエンベロープを示す。
図８に示す半値角は、図１０（ａ）の比較例に示すように、放射強度がピーク値に対して１／２になる放射角θ（０°を挟んで左右の放射角θ）の範囲（差）である。比較例の発光装置３０の半値角は１１０°であった。
また、比較例の発光装置３０では、発光効率は８８ｌｍ／Ｗ、色度座標はｘ＝０．３４、ｙ＝０．３７であった。また、取り出し効率は８２．１％であった。
【００６１】
一方、実施例１の発光装置３０は、放射束が１９ｍＷのＬＥＤ３２（３個のＬＥＤチップからなる。）を備え、蛍光体層３３の蛍光体としてＹ４５０Ｃを８質量％含んでいる。なお、蛍光体層３３の蛍光体を除いた残りは、シリコーンゴム系の樹脂であるＫＥＲ−２５００（信越化学工業株式会社製）である。
図１０（ａ）では、実施例１の発光装置３０の配向特性として、図３で示したＢ−Ｂ′線での断面における配光特性（０°面で示す。）と、Ｂ−Ｂ′線と直交する線での断面における配向特性（９０°面で示す。）とを示している。そして、実施例１の発光装置３０でも、放射強度は、放射角θが０°から９０°または−９０°に近づくにつれ、減少する。しかし、放射角θが９０°または−９０°であっても０にならない。すなわち、実施例１の発光装置３０では、発光装置３０の横方向（放射角±９０°）にも光が出射することを示している。そして、減少の割合は、比較例の発光装置３０に比べて、緩やかである。実施例１の発光装置３０の半値角は１４８°であって、比較例の発光装置３０の半値角１１０°に比べ約４０°大きい。
また、図１０（ｂ）に示すように、極座標表記において、実施例１の発光装置３０の放射強度のエンベロープは横に広い楕円になっている。そして、図１０（ｂ）において、実施例１の発光装置３０の放射強度のエンベロープは、比較例の発光装置３０の放射強度のエンベロープに比べ、左右方向に広くなっている。
【００６２】
以上説明したように、実施例１の発光装置３０は、比較例の発光装置３０に比べ、光が横方向（放射角±９０°）まで広がることを示している。
そして、図１０（ｂ）に示す実施例１の発光装置３０の放射強度のエンベロープは、第１の実施の形態においてシミュレーションで求めた図４（ｂ）の放射強度のエンベロープに近い。よって、実施例１の発光装置３０の示す特性から、第１の実施例の発光装置３０が実現できていることを示している。
【００６３】
なお、図１０（ａ）に示す実施例１の発光装置３０において、０°面での配光特性と９０°面での配光特性とは放射角θに対してずれているように見える。これは、配向特性の測定において、発光装置３０の設置誤差によるものである。図３（ａ）に示した第１の実施の形態の発光装置３０の構成からも分かるように、Ｂ−Ｂ′線での断面とＢ−Ｂ′線と直交する線での断面とは構造上同等であるので、０°で示す配光特性と９０°で示す配光特性とはほとんど差がない。これは、極座標表記の図１０（ｂ）においても同様である。
【００６４】
実施例２および３の発光装置３０は、実施例１の発光装置３０と同様に、第１の実施の形態における発光装置３０である。実施例２の発光装置３０は、放射束が１９ｍＷのＬＥＤ３２（３個のＬＥＤチップからなる。）を備え、蛍光体層３３の蛍光体としてＹ４５０Ｃを１０質量％含んでいる。一方、実施例３の発光装置３０は、放射束が２１ｍＷのＬＥＤ３２（３個のＬＥＤチップからなる。）を備え、蛍光体層３３の蛍光体としてＥＹ４２５４Ｎｏ．２を１０質量％含んでいる。なお、いずれも、蛍光体層３３の蛍光体を除いた残りは、シリコーンゴム系の樹脂であるＫＥＲ−２５００（信越化学工業株式会社製）である。
これらの実施例２および３の発光装置３０は、図示しないが、実施例１の発光装置３０と同様の配向特性を示す。そして、実施例２の発光装置３０は、半値角が１４８°、発光効率は１０７ｌｍ／Ｗ（色度座標ｘ＝ｙ＝約０．３）であった。また、実施例３の発光装置３０は、半値角が１５５°、発光効率が１１２ｌｍ／Ｗ、取り出し効率が７０．７％であった。
【００６５】
すなわち、実施例２および３の発光装置３０は、実施例１の発光装置３０と同様に、比較例の発光装置３０に比べ、半値角が大きく、広い放射角θの範囲において光の出射が得られることが分かる。なお、実施例１および２と実施例３とで、半値角が１４８°と１５５°と異なっているが、これは用いた蛍光体の種類、発光装置３０の形状のばらつきなどによるものと考えられる。
一方、実施例３の発光装置３０の取り出し効率が７０．７％と、比較例の発光装置３０の取り出し効率８２．１％に比べ、小さくなっている。これは、図３に示したように、蛍光体層３３の側面が円筒状になっているため、円筒の側面に全反射角で入射した光が円筒の側面で反射を繰り返し、閉じ込められて、外部に取り出しにくいことによると考えられる。一方、比較例の発光装置３０では、白色樹脂ケース７０の内側は上部側に拡開するように立ち上がる壁面８１で構成されているため、光が閉じ込められにくいと考えられる。
【００６６】
図１１は、実施例４の発光装置３０における放射強度と放射角θとの関係を説明する図である。図１１（ａ）は、放射強度と放射角θとの関係を、放射角θを横軸、放射強度を縦軸として示したものである。一方、図１１（ｂ）は、放射強度と放射角θとの関係を極座標で表したもの（極座標表記）である。それぞれ、放射強度は相対値で示している。なお、図１１（ａ）では、図１０において説明した比較例の配向特性を合わせて示している。
【００６７】
実施例４の発光装置３０は、第２の実施の形態の発光装置３０であって、円筒状の透明樹脂層５２を備えている。そして、ＬＥＤ３２のＬＥＤチップ数、ＬＥＤ３２のＬＥＤ放射束、蛍光体層３３に用いた蛍光体（ＥＹ４２５Ｎｏ．２）およびその含有率は、実施例３の発光装置３０と同様である。
そして、透明樹脂層５２は、蛍光体層３３の蛍光体を除いた残りのシリコーンゴム系の樹脂と同じくＫＥＲ−２５００（信越化学工業株式会社製）である。
【００６８】
図１１（ａ）および（ｂ）では、図６（ａ）のＣ−Ｃ′線での断面における配光特性（０°面で示す。）とＣ−Ｃ′線と直交する線での断面における配向特性（９０°面で示す。）とを示している。実施例４の発光装置３０の放射強度は、放射角θが±２０°付近で最大になり、０°付近でやや低下している。そして、放射強度は放射角θが２０°から９０°または−２０°から−９０°に近づくにつれ減少するが、その減少の割合は実施例１の発光装置３０の場合より緩やかである。そして、実施例４の発光装置３０の半値幅は１５９°と、実施例１から３の場合（１４８°および１５５°）に比べ大きくなっている。
【００６９】
図１１（ｂ）の極座標表記における放射強度のエンベロープは、図１０（ｂ）に示した実施例１の場合より、さらに左右方向に広がっている。そして、図１１（ｂ）の放射強度のエンベロープは、第２の実施の形態においてシミュレーションにより求めた図６（ｃ）の放射強度のエンベロープに近い形状となっている。なお、放射角θが±４５°方向で放射強度が小さくなっているのは、実施例４の発光装置３０が、図６（ｂ）に示した円筒状の透明樹脂層５２の側面と上面との境界で急峻な形状（直角）にならず、角が取れて丸くなった形状になったためと考えられる。
よって、実施例４の発光装置３０の示す特性は、第２の実施例の発光装置３０が実現できていることを示している。
【００７０】
なお、０°面での配光特性と９０°面での配光特性とは放射角θに対してずれているように見られる。これは、配向特性の測定における発光装置３０の設置誤差によるものである。図６（ａ）に示した第２の実施の形態の発光装置３０の構成からも分かるように、Ｃ−Ｃ′線での断面とＣ−Ｃ′線と直交する線での断面とは構造上同等であるので、０°面での配光特性と９０°での配光特性とはほとんど差がない。これは、極座標で表した図１１（ｂ）においても同様である。
【００７１】
実施例４の発光装置３０は、発光効率が１１２ｌｍ／Ｗである。しかし、取り出し効率は６８．４％と、実施例３および比較例にくらべ小さい。取り出し効率が小さいのは、図６（ａ）および（ｂ）に示したように、透明樹脂層５２が円筒状になっているため、円筒の側面に全反射角度で入射した光が円筒の側面で反射を繰り返し、閉じ込められて、外部に取り出しにくいことによると考えられる。
【００７２】
図１２は、実施例５の発光装置３０における放射強度と放射角θとの関係を説明する図である。図１２（ａ）は、放射強度と放射角θとの関係を、放射角θを横軸、放射強度を縦軸として示したものである。一方、図１２（ｂ）は、放射強度と放射角θとの関係を極座標で表したもの（極座標表記）である。それぞれ、放射強度は相対値で示している。なお、図１２（ａ）には、図１０において説明した比較例の配向特性を合わせて示している。
【００７３】
実施例５の発光装置３０は、第３の実施の形態の発光装置３０であって、上面が正方形の角柱状の透明樹脂層６２を備えている。そして、ＬＥＤ３２のＬＥＤチップ数、ＬＥＤ３２のＬＥＤ放射束、蛍光体層３３に用いた蛍光体（ＥＹ４２５Ｎｏ．２）およびその含有率は、実施例３の発光装置３０と同様である。
そして、透明樹脂層６２は、蛍光体層３３の蛍光体を除いた残りのシリコーンゴム系の樹脂と同じくＫＥＲ−２５００（信越化学工業株式会社製）である。
【００７４】
図１２（ａ）および（ｂ）では、図７（ａ）のＤ−Ｄ′線での断面における配光特性（０°面で示す。）と、Ｄ−Ｄ′線と直交する線での断面における配向特性（９０°面で示す。）と、Ｄ−Ｄ′線に対して４０°傾いた線での断面における配向特性（４０°面で示す。）とを示している。Ｄ−Ｄ′線に対して４０°傾いた線は、図７（ａ）におけるＤ−Ｄ′線に対して４５°傾いたＥ−Ｅ′線に近い。
図１２（ａ）に示すように、０°面での配向特性および９０°面での配向特性において、共に放射強度は、放射角θが±３０°付近で最大で、放射角θが０°付近で放射強度がやや低下している。そして、放射角θが３０°から９０°または−３０°から−９０°に近づくにつれ、徐々に減少している。そして、０°面での配向特性と９０°面での配向特性とはほぼ同じである。図７（ａ）から分かるように、角柱状の透明樹脂層６２の上面は正方形であるので、Ｄ−Ｄ′線での断面と、それに直交する線での断面とは構造上同等であるためである。
【００７５】
一方、４０°面での配向特性において、０°面および９０°面での配向特性より、放射角θ（θの絶対値）のより大きい範囲まで放射強度が大きく維持されている。すなわち、４０°面での配向特性は、０°面での配向特性および９０°面での配向特性より半値幅が広くなっている。図８に示すように、０°面での半値幅は１５７°であるが、４０°面での半値幅は１６２°となっている。
このことは、図１２（ｂ）に示す極座標表記においても同様であって、４０°面での放射強度のエンベロープは、０°面および９０°面でのそれぞれの放射強度のエンベロープより左右方向により広がっている。
【００７６】
そして、図１２（ｂ）に示す０°面、９０°面、４０°面のそれぞれの放射強度のエンベロープは、第３の実施の形態においてシミュレーションで求めた図７（ｃ）のＤ−Ｄ′およびＥ−Ｅ′で示す放射強度のエンベロープに近い形状となっている。なお、４０°面で放射強度のエンベロープの左右方向の広がりと０°面または９０°面の放射強度のエンベロープの左右方向の広がりとの差が、図７（ｃ）のＤ−Ｄ′で示す放射強度のエンベロープの左右方向の広がりとＥ−Ｅ′で示す放射強度のエンベロープの左右方向の広がりの差より小さいのは、Ｅ−Ｅ′がＤ−Ｄ′に対して４５°であるのに対し、４０°面は４０°と浅いことによると考えられる。
また、図１２（ｂ）に示す０°面、９０°面、４０°面の放射強度のエンベロープにおいて、放射角θが±４５°付近で放射強度が小さくなっているのは、角柱状の透明樹脂層６２の上面と側面との境界が急峻な形状（直角）とならず、角が取れて丸くなった形状になったためと考えられる。
【００７７】
さらに、実施例５の発光装置３０は、色度座標ｘ＝ｙ＝約０．３、発光効率１３６ｌｍ／Ｗである。そして、取り出し効率は９６．１％と、実施例３、４および比較例にくらべ大きい。これは、透明樹脂層６２を角柱状としたことにより、角柱の側面に全反射角で入射した光であっても、他の側面から取り出すことができて、光が透明樹脂層６２中に閉じ込められにくいことによると考えられる。
よって、角柱状の透明樹脂層６２を設けた発光装置３０は、半値角が大きく、且つ取り出し効率が高いことから最も好ましい。
【符号の説明】
【００７８】
１０…照明装置、１１…回路基板、１２…拡散板、２０…ＬＣＤパネル、３０…発光装置、３１、５１、６１…ＬＥＤ搭載基板、３２…ＬＥＤ、３３、７５…蛍光体層、３４、３５、５２、６２…透明樹脂層、７０…白色樹脂ケース、７１…樹脂容器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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】
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）のバックライトなどの照明装置の光源には、冷陰極放電管（ＣＣＦＬ：Cold Cathode Fluorescent Lamp）が広く用いられている。近年では、この照明装置の光源として発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）が用いられ始めている。
【０００３】
ＬＥＤを光源とする照明装置は、それぞれが赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）に発光するＬＥＤを組にし、それらの組を多数並べて構成されている。また、１組のＲ、Ｇ、Ｂを発光するＬＥＤを１つのパッケージとして、それらのパッケージを多数並べて構成することも行われている。さらに、Ｂに発光するＬＥＤを蛍光体層で覆うことにより、Ｂの光を黄（Ｙ）の光に変換して、ＢとＹとの混色により白色の光が出射するようにしたＬＥＤのパッケージも使用されるようになっている。ここで、ＬＥＤのパッケージとは、発光ダイオード（ＬＥＤ）を備えた発光装置のことであって、例えば凹部を有する白色樹脂ケースの凹部内側にリードフレームを露出させるように配置し、凹部の内側に露出するリードフレームに発光ダイオード（ＬＥＤ）を取り付けるとともにこれらを電気的に接続し、半導体発光素子を覆うように、凹部に封止樹脂や蛍光体を含有させた封止樹脂を形成してなるものである。
なお、照明装置に用いられる照明方式には、照明装置の内部に複数のＬＥＤパッケージを例えば格子の交点に配列するようにした直下方式と、アクリル等で構成された導光板の端（エッジ）に複数のＬＥＤパッケージを配列するエッジライト方式とがある。
【０００４】
特許文献１には、エッジライト方式の面状光源等に用いるため、１個のＬＥＤにより断面が線上の出射光を発する線状光源を構成する技術が記載されている。ここでは、ＬＥＤを透光性樹脂よりなる樹脂封止体によって封止した発光装置において、その樹脂封止体のＸ方向断面で見れば、両側から中央に向けて左右対称に落ち込む１対の放物線を有し、Ｙ方向断面で見れば、上面が上に凸の曲線を有する形状となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３９０５３４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、直下方式の照明装置に用いられる発光装置（ＬＥＤパッケージ）には、エッジライト方式とは異なる、光の出射特性が要求される。そして、直下方式の照明装置においても、薄型化（低背化）や、発光装置（ＬＥＤパッケージ）の数の削減が求められている。すなわち、直下方式の照明装置に用いることに適した光の出射特性に制御した発光装置およびそれを用いた照明装置が求められている。
【０００７】
本発明の目的は、光を変換する蛍光体層によりＬＥＤの配光を制御した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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明が適用される発光装置は、基板と、基板上に固着された発光素子と、基板上に発光素子を覆って形成され、発光素子と反対側の面が、発光素子に向かって落ち込んだ曲面を備える、蛍光物質を含有する蛍光体層とを備える。
そして、蛍光体層の曲面の落ち込んだ底が発光素子と対向するように設けられていることを特徴とすることができる。
さらに、蛍光体層の発光素子と反対側の面が、曲面と、この曲面を取り囲んで、発光素子に向かって落ち込んだ傾斜面とを備えることを特徴とすることができる。
【０００９】
またさらに、基板上に、蛍光体層を覆うように形成された透明樹脂層をさらに備えることを特徴とする。そして、透明樹脂層の外形が柱状に成形されていることを特徴とすることができる。本発明においては、外形が柱状であればよく、例えば楕円柱や小判柱などの形状も含まれる。中でも、外形が角柱状であることを特徴とすることができる。
【００１０】
他の観点から捉えると、本発明が適用される照明装置は、回路基板と、回路基板に接続されるように配列され、光を出射する複数の発光装置と、発光装置に対向して設けられ、発光装置から入射した光を拡散して、発光装置と反対側の面から出射する拡散板と、を備え、発光装置は、基板と、基板上に固着された発光素子と、基板上に発光素子を覆って形成され、発光素子と反対側の面が、発光素子に向かって落ち込んだ曲面を備え、蛍光物資を含有する蛍光体層とを備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、照明装置の低背化や、発光装置（ＬＥＤパッケージ）の数の削減ができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施の形態における照明装置を示す図である。
【図２】第１の実施の形態における照明装置の断面構造および発光装置の配光特性を示す図である。
【図３】第１の実施の形態における発光装置の構造を説明する図である。
【図４】第１の実施の形態における発光装置の配光特性を説明する図である。
【図５】蛍光体層の表面形状が発光装置の配光特性に与える影響を説明するための光線追跡の結果を示す図である。
【図６】第２の実施の形態における発光装置の構造と配光特性を説明する図である。
【図７】第３の実施の形態における発光装置の構造と配光特性を説明する図である。
【図８】実施例１〜５および比較例におけるそれぞれの発光装置の構成と、評価結果との関係を説明する図である。
【図９】比較例の発光装置の構造を説明する図である。
【図１０】実施例１および比較例の各発光装置における放射強度と放射角θとの関係を説明する図である。
【図１１】実施例４の発光装置における放射強度と放射角θとの関係を説明する図である。
【図１２】実施例５の発光装置における放射強度と放射角θとの関係を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態における照明装置１０を示す図である。
図１では、照明装置１０は、一例としてＬＣＤパネル２０のバックライトとして構成されている。
【００１４】
照明装置１０は、例えば配線が形成されたガラスエポキシなどで形成された回路基板１１、回路基板１１上に搭載されるとともに配線に接続された、ＬＥＤを含む発光装置３０、回路基板１１の発光装置３０が搭載された面に対向して設けられた拡散板１２を備える。拡散板１２は、回路基板１１に平行に配置されている。
発光装置３０は、回路基板１１上に、例えば格子の交点に配列するように規則的に配列されている。この照明装置１０は、前述したように、直下方式である。
【００１５】
ＬＣＤパネル２０は、図示しないが、画素毎に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）および画素電極などを形成したＴＦＴ基板と、対向電極および画素毎にカラーフィルタなどを形成した対向基板との間に液晶を挟み込んだ構造をなしている。さらに、ＬＣＤパネル２０は、ＴＦＴ基板と対向基板の外側にそれぞれ偏光板を備えている。
【００１６】
発光装置３０は、回路基板１１に形成された配線に接続されているので、配線に電流を供給することにより、光を出射（発光）する。
拡散板１２は、発光装置３０から入射した光を拡散し、入射した面と反対側の面から、光を出射する。これにより、照明装置１０は光を出射する。
そして、ＬＣＤパネル２０は、画素毎に液晶に印加する電圧を制御して、照明装置１０から入射した光を透過または遮断することにより、画像を形成する。
【００１７】
図２は、照明装置１０の断面構造および発光装置３０の配光特性を示す図である。
図２（ａ）は、図１に示した照明装置１０のＡ−Ａ′線での断面図である。図２（ａ）には、回路基板１１、発光装置３０、拡散板１２を示している。回路基板１１上には、複数の発光装置３０が規則的に配列されている。
さらに、図２（ａ）は、発光装置３０から出射する光４１と、拡散板１２から出射する光４２とを示している。
【００１８】
発光装置３０から出射した光４１は、広がりながら、拡散板１２に入射する。そして、拡散板１２は、光４１が入射した面の反対側の面から光４２を出射する。
発光装置３０から出射した光４１は、拡散板１２に均一に入射することが望ましい。したがって、発光装置３０から出射した光４１が拡散板１２に均一に入射するように、回路基板１１上の発光装置３０の数、配列、ピッチなどが決められる。
【００１９】
拡散板１２は、例えば光を吸収しない散乱体を分散した樹脂で構成されている。そして、拡散板１２の散乱体は、拡散板１２に入射した光４１をさまざまな方向に反射する。これにより、拡散板１２は、光を拡散して、拡散板１２からの光の出射方向や輝度分布を制御する。
【００２０】
図２（ｂ）は、発光装置３０から光の出射方向についての定義を示している。すなわち、発光装置３０の位置から拡散板１２に垂直に向かう方向を、発光装置３０の法線方向と呼び、０°とする。そして、法線方向から紙面の右９０°の方向を９０°、同じく左９０°の方向を−９０°とする。さらに、法線方向から、右９０°方向への角度θを放射角θとする。なお、左９０°方向への角度θは−θ（不図示）とする。そして、発光装置３０の位置における法線とＡ−Ａ′線とを含む面以外の、発光装置３０の位置における法線を含む他の面についても同様とする。
ここでは、発光装置３０の出射する光の強度は、発光装置３０の外において、光の出射方向における立体角当たりの光の放射束、すなわち放射強度で示す。
そして、発光装置３０の出射する放射強度の放射角θ依存性を、発光装置３０の配光特性という。
【００２１】
発光装置３０から放射角θで出射された光は、拡散板１２に入射角θで入射する。このため、拡散板１２の単位面積当たりに入射する光の放射束は、放射強度にｃｏｓθを乗じた値となる。
【００２２】
ここで、配光特性の表し方に関し、２つの特別な場合の配光特性について説明する。
図２（ｃ）は、発光装置３０が均等拡散性の光源であるとした場合（ランベルトの余弦則にしたがう場合）の配光特性を示す。配光特性は、発光装置３０を原点Ｏにおいた極座標で示す。横軸は右が９０°方向の放射強度、左が−９０°方向の放射強度、縦軸は発光装置３０の法線方向（０°）の放射強度である。そして、それぞれの軸の間は、それぞれの方向での放射強度を示す。なお、放射強度は相対値で示している。
【００２３】
ランベルトの余弦則によれば、法線方向の放射強度をＩ０とすると、放射角θでの放射強度ＩθはＩθ＝Ｉ０ｃｏｓθで表される。したがって、放射強度は、放射角θが大きくなると小さくなる。そして、配光特性は、図２（ｃ）に示すように、発光装置３０の原点Ｏと法線方向の縦軸の１を結んだ線を直径とする円となる。
例えば、この光が拡散板１２に入射すると、拡散板１２の単位面積当たりに入射する放射束は、前述したように放射強度にｃｏｓθを乗じたものになるため、Ｉ０のｃｏｓ２θ倍となる。このため、拡散板１２から出射する光は、発光装置３０の法線方向は明るいが、その周囲は暗くなる。
このことから、複数の発光装置３０を並べて構成される照明装置１０は、それぞれの発光装置３０が出射する光の一部が互いに重なるようにして、拡散板１２からの出射光の明るさにムラが少ないように構成される必要がある。
【００２４】
一方、図２（ｄ）は、放射角θ１〜−θ１の範囲において、放射角θにおける発光装置３０の放射強度が、放射角０°の１／ｃｏｓθ倍である場合の配光特性を示す。このとき、放射角θにおける放射強度を結んだ線（放射強度のエンベロープ）は、放射角θ１〜−θ１の範囲において、９０°と−９０°を結ぶ線に平行になる。
この場合、拡散板１２上の単位面積当たりの放射束は、前述したように放射強度にｃｏｓθを乗じたものになるので、拡散板１２の単位面積当たりの放射束は一定である。すなわち、放射角θ１〜−θ１内において、拡散板１２から出射する光４２は、明るさのムラが少ない。
【００２５】
この結果、照明装置１０は、それぞれの発光装置３０が出射する光が互いに重ならないようにして、構成すればよい。これにより、少ない数の発光装置３０により、明るさにムラの少ない照明装置１０が構成できる。
すなわち、直下方式の照明装置１０では、図２（ｄ）に示す配光特性を有する発光装置３０が好ましい。
【００２６】
なお、発光装置３０からの放射された光は、放射角θが大きくなると、拡散板１２で全反射されるようになる。したがって、放射角θ１の取りうる最大値は、発光装置３０から出射した光が拡散板１２で全反射される臨界角まででよい。
【００２７】
図３は、第１の実施の形態における発光装置３０の構造を説明する図の一例である。図３（ａ）は、発光装置３０の平面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ′線での断面図である。
発光装置３０は、配線が形成された基板、例えばガラスエポキシのＬＥＤ搭載基板３１と、ＬＥＤ搭載基板３１上に導電性接着剤または非導電性接着剤で固着された発光素子、例えばＢに発光するＬＥＤ３２と、ＬＥＤ３２の出射するＢの光によりＹに発光する蛍光物質を含んだ蛍光体層３３とを備える。
【００２８】
ＬＥＤ搭載基板３１は、例えば円板状に構成されている。ＬＥＤ搭載基板３１には、図示しないが、回路基板１１に形成された配線と接続するための端子が設けられている。さらに、ＬＥＤ搭載基板３１には、ＬＥＤ３２の端子に接続するための配線が形成されている。
【００２９】
ＬＥＤ３２は、例えばサファイア基板上にｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層がこの順でエピタキシャル成長されているＩＩＩ族窒化物半導体から形成されている。
そして、ＬＥＤ３２は、光を出射する面の反対側の面でＬＥＤ搭載基板３１に固着されている。さらに、ＬＥＤ３２の図示しない電極と、ＬＥＤ搭載基板３１に形成された配線とは、例えば図示しないワイヤボンドで接続されている。
【００３０】
蛍光体層３３は、ＬＥＤ搭載基板３１に固着されたＬＥＤ３２を覆うようにＬＥＤ搭載基板３１の表面３１ａ上に形成されている。蛍光体層３３は、例えば約１０μｍのサイズのアルミン酸イットリウム（ＹＡＧ：Yttrium Aluminum Garnet）の蛍光物質を約１０質量％含むゴム系の樹脂である。
【００３１】
蛍光体層３３は、表面３３ａ、裏面３３ｂおよび側面３３ｃで囲まれている。蛍光体層３３の側面３３ｃは、ＬＥＤ搭載基板３１の側面に連なって、円柱状に形成されている。蛍光体層３３の裏面３３ｂは、ＬＥＤ搭載基板３１の表面３１ａと接触している。
蛍光体層３３の表面３３ａは、中心領域においてＬＥＤ３２に向かって落ち込んだ曲面、例えば曲率Ｒの球面で構成されている。そして、曲面は、曲面の落ち込んだ底がＬＥＤ３２と対向するように設けられている。
さらに、蛍光体層３３の表面３３ａには、曲面を取り囲むように、ＬＥＤ３２に向かって円錐状に落ち込んだ傾斜面が構成されている。すなわち、蛍光体層３３は、ＬＥＤ３２の中心を通り、ＬＥＤ３２に対する垂線であるＸ−Ｘ′線を回転軸とする回転体として構成されている。
【００３２】
ＬＥＤ搭載基板３１の表面３１ａから、蛍光体層３３の表面３３ａが形成する円錐の頂点に当たる点ＴとＸ−Ｘ′線とが交差する点までが距離ｈ１である。同様に、ＬＥＤ搭載基板３１の表面３１ａから、曲面の曲率Ｒの中心Ｓまでが距離ｈ２である。さらに、ＬＥＤ搭載基板３１の表面３１ａから、蛍光体層３３の外周の最厚部までが距離ｈ３である。
さらに、傾斜面のなす角度が中心角φである。ＬＥＤ搭載基板３１は直径ｄ１である。
そして、発光装置３０は、例えば、Ｒ＝０．６８０ｍｍ、ｈ１＝０．６５３ｍｍ、ｈ２＝１．３００ｍｍ、ｈ３＝１．２５６ｍｍ、φ＝１３６°、ｄ１＝２．９８３ｍｍである。
【００３３】
発光装置３０は、回路基板１１に形成された配線から、ＬＥＤ搭載基板３１に形成された配線を経て、ＬＥＤ３２に電流が供給されることにより、ＬＥＤ３２がＢの光を出射（発光）する。そして、このＢの光により、蛍光体層３３がＹの光を出射（発光）する。
すなわち、本実施の形態１の発光装置３０は、ＬＥＤ３２の出射するＢの光と、蛍光体層３３がＢの光により出射するＹの光とが混色して白色の光を出射する。
【００３４】
図４は、第１の実施の形態における発光装置３０のシミュレーションにより求めた配光特性を説明する図である。
図４（ａ）は、発光装置３０において、比較例として半球状の蛍光体層３３を設けたときの配光特性を示している。図４（ａ）の配光特性は、図２（ｃ）に示す配光特性に似ている。すなわち、半球状の蛍光体層３３を設けた発光装置３０は、ランベルトの余弦則にしたがった配光特性を示す。なお、図４（ａ）の配光特性は、ＬＥＤ３２の法線と図３（ａ）のＢ−Ｂ′線を含む面での特性であるが、ＬＥＤ３２の法線を含む他の面でも同様の配光特性を示す。
【００３５】
一方、図４（ｂ）は、図３に示す第１の実施の形態における蛍光体層３３を設けた発光装置３０の配光特性である。発光装置３０の放射強度のエンベロープは、放射角θが−２２．５°〜２２．５°の範囲において、９０°と−９０°を結ぶ線にほぼ平行になっている。この配光特性は、図２（ｄ）に示した配光特性に近い。なお、図４（ｂ）の配光特性は、図３（ｂ）のＸ−Ｘ′線と図３（ａ）のＢ−Ｂ′線を含む面での特性であるが、Ｘ−Ｘ′線を含む他の面でも同様の特性を示す。
【００３６】
次に、第１の実施の形態における発光装置３０が、図４（ｂ）に示す配光特性を生じる理由について説明する。
第１の実施の形態では、放射角θが大きいほど、発光装置３０の放射強度が大きいことが求められる。
蛍光体層３３は、ＬＥＤ３２が発光するＢの光をＹの光に変換するとともに、レンズとしても働く。そこで、蛍光体層３３の形状を変えると、蛍光体層３３から出射する光の配光を制御できることになる。
【００３７】
さて、放射角θが大きいほど、発光装置３０の放射強度を大きくする方法として、蛍光体層３３の上面を凹レンズとすることが考えられる。また、断面において２つのプリズムを並べたＶ字状になるように、蛍光体層３３の上面を円錐状にすることも考えられる。
図５は、蛍光体層３３の表面形状が発光装置３０の配光特性に与える影響を説明するための光線追跡結果を示す図である。ここでは、蛍光体層３３の表面形状の影響を明らかにするため、蛍光体層３３の代わりに、透明樹脂層を用いた。
【００３８】
図５（ａ）は、ＬＥＤ３２に対する上面をもっとも薄い凹レンズ状とした透明樹脂層３４における光線追跡の結果を示す図である。
ＬＥＤ搭載基板３１上にＬＥＤ３２があり、さらにＬＥＤ搭載基板３１上にＬＥＤ３２を覆うように凹レンズ状の透明樹脂層３４がある。
光線追跡の結果を見ると、この構造においては、ＬＥＤ３２から出射する光線は、ＬＥＤ３２の法線方向にやや出過ぎとなっている。
【００３９】
一方、図５（ｂ）は、ＬＥＤ３２に対する上面をもっとも薄い円錐状とした透明樹脂層３５の場合の光線追跡の結果を示す図である。
ＬＥＤ搭載基板３１上にＬＥＤ３２があり、さらにＬＥＤ搭載基板３１上にＬＥＤ３２を覆うように表面を円錐状とした透明樹脂層３５がある。
光線追跡の結果を見ると、この構造においては、ＬＥＤ３２から出射する光線は、ＬＥＤ３２の法線方向に少なく、ＬＥＤ３２の側方に出過ぎとなっている。
【００４０】
以上のことから、第１の実施の形態に示したように、蛍光体層３３の表面３３ａをＬＥＤ３２に対向する部分を曲面とし、その曲面の周囲の部分をＬＥＤ３２の法線に向かって傾斜する円錐状とする構成が好ましいことになる。
なお、図５に示した光線追跡の結果には、蛍光体層３３中の蛍光物質によって光が散乱される効果や、蛍光体が発光する光の効果は考慮されていない。したがって、図４（ｂ）に示した配光特性は、これらの効果が加わって得られたものであって、蛍光体層３３のレンズ効果のみによるものではない。
【００４１】
（第２の実施の形態）
図６は第２の実施の形態における発光装置３０の構造と配光特性を説明する図である。図６（ａ）は、発光装置３０の平面図、図６（ｂ）は、図６（ａ）のＣ−Ｃ′線での断面図である。図６（ｃ）は、発光装置３０のシミュレーションにより求めた配光特性である。
第２の実施の形態の発光装置３０は、配線が形成された例えばガラスエポキシのＬＥＤ搭載基板５１と、ＬＥＤ搭載基板５１上に導電性接着剤または非導電性接着剤で固着された発光素子、例えばＢに発光するＬＥＤ３２と、ＬＥＤ３２の出射するＢの光によりＹに発光する蛍光体層３３と、蛍光体層３３を覆うように形成された透明樹脂層５２とを備える。
ＬＥＤ３２および蛍光体層３３は、第１の実施の形態における発光装置３０でのものと同じである。
【００４２】
透明樹脂層５２は、例えばゴム系の樹脂であって、蛍光体層３３に用いられた樹脂と同じである。そして、透明樹脂層５２は、ＬＥＤ搭載基板５１の直径ｄ２と同じ直径ｄ２の円柱状で、その表面５２ａは平坦である。そして、透明樹脂層５２は、ＬＥＤ搭載基板５１の表面５１ａから厚さｔ１である。例えば、ｄ２＝４．４６５ｍｍ、ｔ１＝１．９２０ｍｍである。
第２の実施の形態における発光装置３０は、第１の実施の形態における発光装置３０を、円柱状の透明樹脂層５２で覆った構造に等しい。
【００４３】
図６（ｃ）に示すように、発光装置３０の放射強度のエンベロープは、放射角θが−４５°から４５°の範囲で、−９０°と９０°を結ぶ線に平行になっている。この特性は、図４（ｂ）に示した特性より、放射角の範囲が広がっている。
なお、図６（ｃ）の配光特性は、図６（ｂ）のＸ−Ｘ′線と図６（ａ）のＣ−Ｃ′線を含む面での特性であるが、Ｘ−Ｘ′線を含む他の面でも同様の特性を示す。
【００４４】
（第３の実施の形態）
図７は第３の実施の形態における発光装置３０の構造と配光特性を説明する図である。図７（ａ）は、発光装置３０の平面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＤ−Ｄ′線での断面図である。図７（ｃ）は、発光装置３０のシミュレーションにより求めた、図７（ａ）のＤ−Ｄ′線およびＥ−Ｅ′線の方向における配光特性である。
【００４５】
第３の実施の形態における発光装置３０は、配線が形成された例えばガラスエポキシのＬＥＤ搭載基板６１と、ＬＥＤ搭載基板６１上に導電性接着剤または非導電性接着剤で固着された発光素子、例えばＢに発光するＬＥＤ３２と、ＬＥＤ３２の出射するＢの光によりＹに発光する蛍光体層３３と、蛍光体層３３を覆うように形成された透明樹脂層６２とを備える。
ＬＥＤ搭載基板６１は、辺の長さがｄ３とｄ４である矩形の板状である。ＬＥＤ３２および蛍光体層３３は、第１の実施の形態における発光装置３０でのものと同じである。そして、透明樹脂層６２は、例えばゴム系の樹脂であって、蛍光体層３３に用いられた樹脂と同じである。そして、透明樹脂層６２は、ＬＥＤ搭載基板６１と同じく、辺の長さがｄ３とｄ４で、ＬＥＤ搭載基板６１の表面６１ａから厚さｔ２で、表面６２ａが平坦な矩形の角柱状である。例えば、ｄ３＝ｄ４＝４．４６５ｍｍ、ｔ２＝２．０８０ｍｍである。
第３の実施の形態における発光装置３０は、第１の実施の形態における発光装置３０を、角柱状の透明樹脂層６２で覆った構造に等しい。
【００４６】
図７（ｃ）に示すように、発光装置３０の放射強度のエンベロープは、放射角θが−４５°〜４５°の範囲において、Ｄ−Ｄ′線およびＥ−Ｅ′線の両方向とも、−９０°と９０°を結ぶ線に平行になっている。このことは、拡散板１２の単位面積あたりに入射する放射束が、矩形の範囲において一定となっていることを示している。このため、照明装置１０において、それぞれの発光装置３０が出射する光が重ならないように、いわばタイルを敷き詰めるように、発光装置３０を配列すればよい。このため、第３の実施の形態の発光装置３０を用いれば、もっとも効率よく配列することができる。
【００４７】
なお、蛍光体層３３の表面３３ａとＬＥＤ３２の対向する部分は、例として曲率Ｒの球面としたが、ＬＥＤ３２に向かって落ち込んだ曲面であってよい。
そして、曲面の周りの円錐状の傾斜面のなす中心角φは、例として１３６°としたが、３０°以上で１８０°未満であればよい。好ましくは、１３０°から１４０°である。なお、中心角φがこれらの値より小さいと、放射角θが小さい範囲で光が強くなる。一方、中心角φがこれらの値より大きいと、放射角θが大きい範囲で光が強くなる。
【００４８】
さらに、蛍光物質を分散させた蛍光体層３３の樹脂は、ゴム系の樹脂に限ることなく、レジン系の樹脂、またはシリコーン材料などを用いうる。
【００４９】
また、蛍光体層３３を覆うように形成された透明樹脂層６２は、円柱状または角柱状としたが、側面が窪んだ柱状であってもよい。すなわち、柱状の透明樹脂層６２の側面は、光の配光特性に応じて、変形して用いてよい。
【実施例】
【００５０】
では次に、本発明の実施例について説明を行うが、本発明は実施例に限定されない。
本発明者は、第１の実施の形態、第２の実施の形態、第３の実施の形態について、それぞれ発光装置３０の製造を行った。そして、これらの発光装置３０および比較例の発光装置３０の配光特性、発光効率、取り出し効率について検討を行った。
図８は、実施例１〜５および比較例におけるそれぞれの発光装置３０の構成と、評価結果との関係を説明する図である。
【００５１】
実施例１ないし３のそれぞれの発光装置３０は、第１の実施の形態において説明した構成を有している。実施例４の発光装置３０は、第２の実施の形態に対応して円柱状の透明樹脂層５２を用いた構成を有している。実施例５の発光装置３０は、第３の実施の形態に対応して角柱状の透明樹脂層６２を用いた構成を有している。
そして、実施例１ないし５のそれぞれの発光装置３０の蛍光体層３３は、以下で説明する事項を除いて、第１の実施の形態で例示した形状をなしている。
さらに、実施例４の発光装置３０の透明樹脂層５２は、第２の実施の形態で例示した形状をなしている。同様に、実施例５の発光装置３０の透明樹脂層６２は、第３の実施の形態で例示した形状をなしている。
【００５２】
一方、比較例の発光装置３０は、次に説明するように、凹部７１ａ（後述する図９参照）を有する白色樹脂ケース７０（後述する図９参照）の凹部７１ａ内側にＬＥＤ３２を取り付けるとともに、ＬＥＤ３２を覆うように、凹部７１ａに蛍光体層７５（後述する図９参照）を形成して構成されている。
【００５３】
ここで、比較例の発光装置３０を説明する。
図９は比較例の発光装置３０の構造を説明する図である。図９（ａ）は発光装置３０の上面図、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＦ−Ｆ′線での断面図である。比較例の発光装置３０は、ＬＥＤ３２が白色樹脂ケース７０に実装されている。
白色樹脂ケース７０は、上部側に拡開するように立ち上がる壁面８１を有する凹部７１ａが形成された樹脂容器７１と、樹脂容器７１と一体化したリードフレームからなるアノード用リード部７２およびカソード用リード部７３と、凹部７１ａを覆うように設けられた蛍光体層７５とを備えている。そして、白色樹脂ケース７０の凹部７１ａの円形状を有する底面８０にＬＥＤ３２が固定されている。蛍光体層７５は、ＬＥＤ３２も覆うように設けられている。
【００５４】
白色樹脂ケース７０の樹脂容器７１は、アノード用リード部７２およびカソード用リード部７３を含む金属リード部に、白色顔料が含有された熱可塑性樹脂を射出成型することによって形成されている。
ＬＥＤ３２は、底面８０に露出したカソード用リード部７３上に、図示しないボンディングワイヤを介して、ｐ電極がアノード用リード部７２に、ｎ電極がカソード用リード部７３に、それぞれ接続されている。アノード用リード部７２およびカソード用リード部７３は、それぞれ樹脂容器７１の裏側に折り曲げて配設されている。
比較例の発光装置３０は、図９（ａ）における横ｄ５が３．５ｍｍ、縦ｄ６が２．８ｍｍである。
【００５５】
アノード用リード部７２を正極とし、カソード用リード部７３を負極としてＬＥＤ３２に電流を流すことで、ＬＥＤ３２はＢの光を出射する。ＬＥＤ３２から出射されたＢの光により、蛍光体層７５がＹの光を出射する。そして、比較例の発光装置３０は、実施例１〜５と同様に、ＬＥＤ３２の出射するＢの光と、蛍光体層７５がＢの光により出射するＹの光とが混色して白色の光を出射する。
【００５６】
さて、図８に戻って、図８に示す構成の項目について説明する。
「ＬＥＤチップ数」は、発光装置３０（パッケージ）当たりに実装したＬＥＤチップの数を示している。いわゆるパッケージ当たりのＬＥＤチップの数をいう。チップ数が３とは、発光装置３０のＬＥＤ３２がＬＥＤチップ３個で構成されていること、すなわち発光装置３０は３ ｉｎ １パッケージであることを示している。
実施例１〜５のそれぞれの発光装置３０のＬＥＤ３２は３個のＬＥＤチップで構成されている。比較例の発光装置３０のＬＥＤ３２は１個のＬＥＤチップで構成されている。なお、いずれにおいても、ＬＥＤ３２は、４４８ｎｍ付近にピークを有するＢの光を出射する。
次の「ＬＥＤ放射束」は、ＬＥＤ３２の放射束をｍＷ単位で示している。
そして、「蛍光体（含有率）」は、ＬＥＤ３２の出射するＢの光によりＹに発光する蛍光体層３３（実施例１〜５）および蛍光体層７５（比較例）に用いられた蛍光体の種類と含有率とを示している。ここでは、Ｙ４５０Ｃ（ＩＮＴＥＭＡＴＩＸ社製）およびＥＹ４２５Ｎｏ．２（ＩＮＴＥＭＡＴＩＸ社製）の２種類の蛍光体を用いた。含有率は８質量％〜１２質量％の範囲である。
【００５７】
「透明樹脂」は、発光装置３０の透明樹脂層５２または透明樹脂層６２の有無を示している。前述したように、実施例４では第２の実施の形態に対応して円柱状の透明樹脂層５２を用いている。また、実施例５では第３の実施の形態に対応して角柱状の透明樹脂層６２を用いている。他の実施例１〜３および比較例では透明樹脂層５２および透明樹脂層６２のいずれも用いていない。
【００５８】
次に、評価結果を説明する。
図８では、実施例１〜５および比較例におけるそれぞれの発光装置３０の評価結果として、放射強度がピークの１／２以上である放射角θの範囲である半値角と、発光効率およびＣＩＥ１９３１表色系における色度座標と、取り出し効率とを示している。
ここでいう取り出し効率とは、実施例１〜５および比較例におけるそれぞれの発光装置３０からの放射束を、それぞれのＬＥＤ放射束で除した値であり、ＬＥＤチップ内の損失は考えない。
以下順に、実施例１〜５および比較例におけるそれぞれの発光装置３０における放射強度と放射角θとの関係を説明しつつ、図８に示した評価結果を説明する。
【００５９】
図１０は、実施例１および比較例の各発光装置３０における放射強度と放射角θとの関係を説明する図である。図１０（ａ）は、放射強度と放射角θとの関係を、放射角θを横軸、放射強度を縦軸として示したものである。一方、図１０（ｂ）は、放射強度と放射角θとの関係を極座標で表したもの（極座標表記）である。それぞれ、放射強度は相対値で示している。
【００６０】
まず、比較例から説明する。比較例の発光装置３０は、放射束が１４．２６ｍＷのＬＥＤ３２（１個のＬＥＤチップからなる。）を備え、蛍光体層７５の蛍光体としてＹ４５０Ｃを１２質量％含んでいる。なお、蛍光体層７５の蛍光体を除いた残りはシリコーンゴム系の樹脂であるＳＣＲ−１０１１（信越化学工業株式会社製）である。
図１０（ａ）では、比較例の発光装置３０の配向特性として、図９で示したＦ−Ｆ′線での断面における配光特性を示す。比較例の発光装置３０では、放射強度は、放射角θが０°から９０°または−９０°に近づくにつれ、急激に減少する。そして、図１０（ｂ）から分かるように、極座標表記では、放射強度は縦長のエンベロープを示す。
図８に示す半値角は、図１０（ａ）の比較例に示すように、放射強度がピーク値に対して１／２になる放射角θ（０°を挟んで左右の放射角θ）の範囲（差）である。比較例の発光装置３０の半値角は１１０°であった。
また、比較例の発光装置３０では、発光効率は８８ｌｍ／Ｗ、色度座標はｘ＝０．３４、ｙ＝０．３７であった。また、取り出し効率は８２．１％であった。
【００６１】
一方、実施例１の発光装置３０は、放射束が１９ｍＷのＬＥＤ３２（３個のＬＥＤチップからなる。）を備え、蛍光体層３３の蛍光体としてＹ４５０Ｃを８質量％含んでいる。なお、蛍光体層３３の蛍光体を除いた残りは、シリコーンゴム系の樹脂であるＫＥＲ−２５００（信越化学工業株式会社製）である。
図１０（ａ）では、実施例１の発光装置３０の配向特性として、図３で示したＢ−Ｂ′線での断面における配光特性（０°面で示す。）と、Ｂ−Ｂ′線と直交する線での断面における配向特性（９０°面で示す。）とを示している。そして、実施例１の発光装置３０でも、放射強度は、放射角θが０°から９０°または−９０°に近づくにつれ、減少する。しかし、放射角θが９０°または−９０°であっても０にならない。すなわち、実施例１の発光装置３０では、発光装置３０の横方向（放射角±９０°）にも光が出射することを示している。そして、減少の割合は、比較例の発光装置３０に比べて、緩やかである。実施例１の発光装置３０の半値角は１４８°であって、比較例の発光装置３０の半値角１１０°に比べ約４０°大きい。
また、図１０（ｂ）に示すように、極座標表記において、実施例１の発光装置３０の放射強度のエンベロープは横に広い楕円になっている。そして、図１０（ｂ）において、実施例１の発光装置３０の放射強度のエンベロープは、比較例の発光装置３０の放射強度のエンベロープに比べ、左右方向に広くなっている。
【００６２】
以上説明したように、実施例１の発光装置３０は、比較例の発光装置３０に比べ、光が横方向（放射角±９０°）まで広がることを示している。
そして、図１０（ｂ）に示す実施例１の発光装置３０の放射強度のエンベロープは、第１の実施の形態においてシミュレーションで求めた図４（ｂ）の放射強度のエンベロープに近い。よって、実施例１の発光装置３０の示す特性から、第１の実施例の発光装置３０が実現できていることを示している。
【００６３】
なお、図１０（ａ）に示す実施例１の発光装置３０において、０°面での配光特性と９０°面での配光特性とは放射角θに対してずれているように見える。これは、配向特性の測定において、発光装置３０の設置誤差によるものである。図３（ａ）に示した第１の実施の形態の発光装置３０の構成からも分かるように、Ｂ−Ｂ′線での断面とＢ−Ｂ′線と直交する線での断面とは構造上同等であるので、０°で示す配光特性と９０°で示す配光特性とはほとんど差がない。これは、極座標表記の図１０（ｂ）においても同様である。
【００６４】
実施例２および３の発光装置３０は、実施例１の発光装置３０と同様に、第１の実施の形態における発光装置３０である。実施例２の発光装置３０は、放射束が１９ｍＷのＬＥＤ３２（３個のＬＥＤチップからなる。）を備え、蛍光体層３３の蛍光体としてＹ４５０Ｃを１０質量％含んでいる。一方、実施例３の発光装置３０は、放射束が２１ｍＷのＬＥＤ３２（３個のＬＥＤチップからなる。）を備え、蛍光体層３３の蛍光体としてＥＹ４２５４Ｎｏ．２を１０質量％含んでいる。なお、いずれも、蛍光体層３３の蛍光体を除いた残りは、シリコーンゴム系の樹脂であるＫＥＲ−２５００（信越化学工業株式会社製）である。
これらの実施例２および３の発光装置３０は、図示しないが、実施例１の発光装置３０と同様の配向特性を示す。そして、実施例２の発光装置３０は、半値角が１４８°、発光効率は１０７ｌｍ／Ｗ（色度座標ｘ＝ｙ＝約０．３）であった。また、実施例３の発光装置３０は、半値角が１５５°、発光効率が１１２ｌｍ／Ｗ、取り出し効率が７０．７％であった。
【００６５】
すなわち、実施例２および３の発光装置３０は、実施例１の発光装置３０と同様に、比較例の発光装置３０に比べ、半値角が大きく、広い放射角θの範囲において光の出射が得られることが分かる。なお、実施例１および２と実施例３とで、半値角が１４８°と１５５°と異なっているが、これは用いた蛍光体の種類、発光装置３０の形状のばらつきなどによるものと考えられる。
一方、実施例３の発光装置３０の取り出し効率が７０．７％と、比較例の発光装置３０の取り出し効率８２．１％に比べ、小さくなっている。これは、図３に示したように、蛍光体層３３の側面が円筒状になっているため、円筒の側面に全反射角で入射した光が円筒の側面で反射を繰り返し、閉じ込められて、外部に取り出しにくいことによると考えられる。一方、比較例の発光装置３０では、白色樹脂ケース７０の内側は上部側に拡開するように立ち上がる壁面８１で構成されているため、光が閉じ込められにくいと考えられる。
【００６６】
図１１は、実施例４の発光装置３０における放射強度と放射角θとの関係を説明する図である。図１１（ａ）は、放射強度と放射角θとの関係を、放射角θを横軸、放射強度を縦軸として示したものである。一方、図１１（ｂ）は、放射強度と放射角θとの関係を極座標で表したもの（極座標表記）である。それぞれ、放射強度は相対値で示している。なお、図１１（ａ）では、図１０において説明した比較例の配向特性を合わせて示している。
【００６７】
実施例４の発光装置３０は、第２の実施の形態の発光装置３０であって、円筒状の透明樹脂層５２を備えている。そして、ＬＥＤ３２のＬＥＤチップ数、ＬＥＤ３２のＬＥＤ放射束、蛍光体層３３に用いた蛍光体（ＥＹ４２５Ｎｏ．２）およびその含有率は、実施例３の発光装置３０と同様である。
そして、透明樹脂層５２は、蛍光体層３３の蛍光体を除いた残りのシリコーンゴム系の樹脂と同じくＫＥＲ−２５００（信越化学工業株式会社製）である。
【００６８】
図１１（ａ）および（ｂ）では、図６（ａ）のＣ−Ｃ′線での断面における配光特性（０°面で示す。）とＣ−Ｃ′線と直交する線での断面における配向特性（９０°面で示す。）とを示している。実施例４の発光装置３０の放射強度は、放射角θが±２０°付近で最大になり、０°付近でやや低下している。そして、放射強度は放射角θが２０°から９０°または−２０°から−９０°に近づくにつれ減少するが、その減少の割合は実施例１の発光装置３０の場合より緩やかである。そして、実施例４の発光装置３０の半値幅は１５９°と、実施例１から３の場合（１４８°および１５５°）に比べ大きくなっている。
【００６９】
図１１（ｂ）の極座標表記における放射強度のエンベロープは、図１０（ｂ）に示した実施例１の場合より、さらに左右方向に広がっている。そして、図１１（ｂ）の放射強度のエンベロープは、第２の実施の形態においてシミュレーションにより求めた図６（ｃ）の放射強度のエンベロープに近い形状となっている。なお、放射角θが±４５°方向で放射強度が小さくなっているのは、実施例４の発光装置３０が、図６（ｂ）に示した円筒状の透明樹脂層５２の側面と上面との境界で急峻な形状（直角）にならず、角が取れて丸くなった形状になったためと考えられる。
よって、実施例４の発光装置３０の示す特性は、第２の実施例の発光装置３０が実現できていることを示している。
【００７０】
なお、０°面での配光特性と９０°面での配光特性とは放射角θに対してずれているように見られる。これは、配向特性の測定における発光装置３０の設置誤差によるものである。図６（ａ）に示した第２の実施の形態の発光装置３０の構成からも分かるように、Ｃ−Ｃ′線での断面とＣ−Ｃ′線と直交する線での断面とは構造上同等であるので、０°面での配光特性と９０°での配光特性とはほとんど差がない。これは、極座標で表した図１１（ｂ）においても同様である。
【００７１】
実施例４の発光装置３０は、発光効率が１１２ｌｍ／Ｗである。しかし、取り出し効率は６８．４％と、実施例３および比較例にくらべ小さい。取り出し効率が小さいのは、図６（ａ）および（ｂ）に示したように、透明樹脂層５２が円筒状になっているため、円筒の側面に全反射角度で入射した光が円筒の側面で反射を繰り返し、閉じ込められて、外部に取り出しにくいことによると考えられる。
【００７２】
図１２は、実施例５の発光装置３０における放射強度と放射角θとの関係を説明する図である。図１２（ａ）は、放射強度と放射角θとの関係を、放射角θを横軸、放射強度を縦軸として示したものである。一方、図１２（ｂ）は、放射強度と放射角θとの関係を極座標で表したもの（極座標表記）である。それぞれ、放射強度は相対値で示している。なお、図１２（ａ）には、図１０において説明した比較例の配向特性を合わせて示している。
【００７３】
実施例５の発光装置３０は、第３の実施の形態の発光装置３０であって、上面が正方形の角柱状の透明樹脂層６２を備えている。そして、ＬＥＤ３２のＬＥＤチップ数、ＬＥＤ３２のＬＥＤ放射束、蛍光体層３３に用いた蛍光体（ＥＹ４２５Ｎｏ．２）およびその含有率は、実施例３の発光装置３０と同様である。
そして、透明樹脂層６２は、蛍光体層３３の蛍光体を除いた残りのシリコーンゴム系の樹脂と同じくＫＥＲ−２５００（信越化学工業株式会社製）である。
【００７４】
図１２（ａ）および（ｂ）では、図７（ａ）のＤ−Ｄ′線での断面における配光特性（０°面で示す。）と、Ｄ−Ｄ′線と直交する線での断面における配向特性（９０°面で示す。）と、Ｄ−Ｄ′線に対して４０°傾いた線での断面における配向特性（４０°面で示す。）とを示している。Ｄ−Ｄ′線に対して４０°傾いた線は、図７（ａ）におけるＤ−Ｄ′線に対して４５°傾いたＥ−Ｅ′線に近い。
図１２（ａ）に示すように、０°面での配向特性および９０°面での配向特性において、共に放射強度は、放射角θが±３０°付近で最大で、放射角θが０°付近で放射強度がやや低下している。そして、放射角θが３０°から９０°または−３０°から−９０°に近づくにつれ、徐々に減少している。そして、０°面での配向特性と９０°面での配向特性とはほぼ同じである。図７（ａ）から分かるように、角柱状の透明樹脂層６２の上面は正方形であるので、Ｄ−Ｄ′線での断面と、それに直交する線での断面とは構造上同等であるためである。
【００７５】
一方、４０°面での配向特性において、０°面および９０°面での配向特性より、放射角θ（θの絶対値）のより大きい範囲まで放射強度が大きく維持されている。すなわち、４０°面での配向特性は、０°面での配向特性および９０°面での配向特性より半値幅が広くなっている。図８に示すように、０°面での半値幅は１５７°であるが、４０°面での半値幅は１６２°となっている。
このことは、図１２（ｂ）に示す極座標表記においても同様であって、４０°面での放射強度のエンベロープは、０°面および９０°面でのそれぞれの放射強度のエンベロープより左右方向により広がっている。
【００７６】
そして、図１２（ｂ）に示す０°面、９０°面、４０°面のそれぞれの放射強度のエンベロープは、第３の実施の形態においてシミュレーションで求めた図７（ｃ）のＤ−Ｄ′およびＥ−Ｅ′で示す放射強度のエンベロープに近い形状となっている。なお、４０°面で放射強度のエンベロープの左右方向の広がりと０°面または９０°面の放射強度のエンベロープの左右方向の広がりとの差が、図７（ｃ）のＤ−Ｄ′で示す放射強度のエンベロープの左右方向の広がりとＥ−Ｅ′で示す放射強度のエンベロープの左右方向の広がりの差より小さいのは、Ｅ−Ｅ′がＤ−Ｄ′に対して４５°であるのに対し、４０°面は４０°と浅いことによると考えられる。
また、図１２（ｂ）に示す０°面、９０°面、４０°面の放射強度のエンベロープにおいて、放射角θが±４５°付近で放射強度が小さくなっているのは、角柱状の透明樹脂層６２の上面と側面との境界が急峻な形状（直角）とならず、角が取れて丸くなった形状になったためと考えられる。
【００７７】
さらに、実施例５の発光装置３０は、色度座標ｘ＝ｙ＝約０．３、発光効率１３６ｌｍ／Ｗである。そして、取り出し効率は９６．１％と、実施例３、４および比較例にくらべ大きい。これは、透明樹脂層６２を角柱状としたことにより、角柱の側面に全反射角で入射した光であっても、他の側面から取り出すことができて、光が透明樹脂層６２中に閉じ込められにくいことによると考えられる。
よって、角柱状の透明樹脂層６２を設けた発光装置３０は、半値角が大きく、且つ取り出し効率が高いことから最も好ましい。
【符号の説明】
【００７８】
１０…照明装置、１１…回路基板、１２…拡散板、２０…ＬＣＤパネル、３０…発光装置、３１、５１、６１…ＬＥＤ搭載基板、３２…ＬＥＤ、３３、７５…蛍光体層、３４、３５、５２、６２…透明樹脂層、７０…白色樹脂ケース、７１…樹脂容器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に固着された発光素子と、
前記基板上に前記発光素子を覆って形成され、当該発光素子と反対側の面が、当該発光素子に向かって落ち込んだ曲面を備え、蛍光物質を含有する蛍光体層と
を備えることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記蛍光体層の前記曲面の落ち込んだ底が前記発光素子と対向するように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３】
前記蛍光体層の前記発光素子と反対側の面が、
前記曲面と、
前記曲面を取り囲んで、前記発光素子に向かって落ち込んだ傾斜面と
を備えることを特徴とする請求項２記載の発光装置。
【請求項４】
前記基板上に、前記蛍光体層を覆うように形成された透明樹脂層を
さらに備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項５】
前記透明樹脂層の外形が柱状に成形されていることを特徴とする請求項４記載の発光装置。
【請求項６】
前記透明樹脂層の外形が角柱状に成形されていることを特徴とする請求項５記載の発光装置。
【請求項７】
回路基板と、
前記回路基板に接続されるように配列され、光を出射する複数の発光装置と、
前記発光装置に対向して設けられ、当該発光装置から入射した光を拡散して、当該発光装置と反対側の面から出射する拡散板と、
を備え、
前記発光装置は、
基板と、
前記基板上に固着された発光素子と、
前記基板上に前記発光素子を覆って形成され、当該発光素子と反対側の面が、当該発光素子に向かって落ち込んだ曲面を備え、蛍光物資を含有する蛍光体層と
を備えることを特徴とする照明装置。
【請求項１】
基板と、
前記基板上に固着された発光素子と、
前記基板上に前記発光素子を覆って形成され、当該発光素子と反対側の面が、当該発光素子に向かって落ち込んだ曲面を備え、蛍光物質を含有する蛍光体層と
を備えることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記蛍光体層の前記曲面の落ち込んだ底が前記発光素子と対向するように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３】
前記蛍光体層の前記発光素子と反対側の面が、
前記曲面と、
前記曲面を取り囲んで、前記発光素子に向かって落ち込んだ傾斜面と
を備えることを特徴とする請求項２記載の発光装置。
【請求項４】
前記基板上に、前記蛍光体層を覆うように形成された透明樹脂層を
さらに備えることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項５】
前記透明樹脂層の外形が柱状に成形されていることを特徴とする請求項４記載の発光装置。
【請求項６】
前記透明樹脂層の外形が角柱状に成形されていることを特徴とする請求項５記載の発光装置。
【請求項７】
回路基板と、
前記回路基板に接続されるように配列され、光を出射する複数の発光装置と、
前記発光装置に対向して設けられ、当該発光装置から入射した光を拡散して、当該発光装置と反対側の面から出射する拡散板と、
を備え、
前記発光装置は、
基板と、
前記基板上に固着された発光素子と、
前記基板上に前記発光素子を覆って形成され、当該発光素子と反対側の面が、当該発光素子に向かって落ち込んだ曲面を備え、蛍光物資を含有する蛍光体層と
を備えることを特徴とする照明装置。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−１８３０６１（Ｐ２０１０−１８３０６１Ａ）
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５９３９０（Ｐ２００９−２５９３９０）
【出願日】平成２１年１１月１３日（２００９．１１．１３）
【出願人】（０００００２００４）昭和電工株式会社 (3,251)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月１３日（２００９．１１．１３）
【出願人】（０００００２００４）昭和電工株式会社 (3,251)
【Ｆターム（参考）】
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