発光装置
【課題】装置の使用時に発光効率が低下することがなく、ＬＥＤ素子へ大きな電流を流して光量を増大させることができ、かつ、良好な演色性の白色光を得ることのできる発光装置を提供する。
【解決手段】紫外、青色、緑色及び赤色の各ＬＥＤ素子が搭載され無機材料からなる搭載基板１０と、この搭載基板１０を収容し無機材料からなる筐体２と、紫外ＬＥＤ素子から発せられる光により励起されるＳｉＣ蛍光板３と、を備え、発光装置１の各部材を無機材料とすることにより耐熱性を向上させた。
【解決手段】紫外、青色、緑色及び赤色の各ＬＥＤ素子が搭載され無機材料からなる搭載基板１０と、この搭載基板１０を収容し無機材料からなる筐体２と、紫外ＬＥＤ素子から発せられる光により励起されるＳｉＣ蛍光板３と、を備え、発光装置１の各部材を無機材料とすることにより耐熱性を向上させた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ素子を備え、白色光を発する発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＥＤ素子と蛍光体との組合せにより、白色光を発する発光装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の発光装置は、３００〜４７０ｎｍの光を発するＬＥＤ素子を備え、この光により励起される蛍光体によって部分的に又は完全により長波長の光に変換されることにより、白色光を生成している。尚、蛍光体は、ＬＥＤ素子を封止する封止樹脂に分散されている。
また、赤色ＬＥＤ素子、緑色ＬＥＤ素子及び青色ＬＥＤ素子の組合せにより、白色光を生成可能な発光装置も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特表２００３−５３５４７８号公報
【特許文献２】特開２００８−０８５３２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載の発光装置では、封止樹脂中の蛍光体の耐熱性が低く、装置の使用時に発光装置の温度が上昇すると発光効率が低下する。また、ＬＥＤ素子の発熱量が制限されるので、ＬＥＤ素子へ大きな電流を流して光量を増大させることは困難である。
ここで、特許文献２に記載の発光装置のように、蛍光体を用いずに赤色、緑色及び青色の各ＬＥＤ素子により白色光を得ることが考えられる。しかしながら、各ＬＥＤ素子の半値幅は蛍光体と比べて極めて小さく、得られる白色光の演色性が低くなってしまう。
【０００４】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、装置の使用時に発光効率が低下することがなく、ＬＥＤ素子へ大きな電流を流して光量を増大させることができ、かつ、良好な演色性の白色光を得ることのできる発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記目的を達成するため、本発明では、
紫外光を発する第１ＬＥＤ素子と、
可視光を発する第２ＬＥＤ素子と、
前記第１ＬＥＤ素子及び前記第２ＬＥＤ素子が搭載され、無機材料からなる基板と、
前記第１ＬＥＤ素子、前記第２ＬＥＤ素子及び前記基板を収容し、無機材料からなる筐体と、
Ｂ及びＡｌの少なくとも一方と、Ｎと、がドープされ、前記第１ＬＥＤ素子から発せられる光により励起されると可視光を発するＳｉＣ蛍光板と、を備えた発光装置が提供される。
【０００６】
上記発光装置において、
前記第１ＬＥＤ素子は、ピーク波長が４０８ｎｍ以下の光を発し、
前記第２ＬＥＤ素子は、ピーク波長が４０８ｎｍを超える光を発することが好ましい。
【０００７】
また、上記発光装置において、
前記筐体は、開口を有し、
前記ＳｉＣ蛍光板は、前記開口に設けられてもよい。
【０００８】
また、上記発光装置において、
前記ＳｉＣ蛍光板は、前記第１ＬＥＤ素子から発せられた光が入射する面に、前記第１ＬＥＤ素子の発光波長より小さな周期で形成された周期構造を有してもよい。
【０００９】
また、上記発光装置において、
前記開口の前記ＳｉＣ蛍光体の外側に設けられ、無機材料からなるレンズを備えてもよい。
【００１０】
また、前記目的を達成するため、本発明では、
紫外光を発する紫外ＬＥＤ素子と、
青色光を発する青色ＬＥＤ素子と、
緑色光を発する緑色ＬＥＤ素子と、
赤色光を発する赤色ＬＥＤ素子と、
前記紫外ＬＥＤ素子、前記青色ＬＥＤ素子、前記緑色ＬＥＤ素子及び前記赤色ＬＥＤ素子が搭載され、無機材料からなる基板と、
前記紫外ＬＥＤ素子、前記青色ＬＥＤ素子、前記緑色ＬＥＤ素子、前記赤色ＬＥＤ素子及び前記基板を収容し、無機材料からなる筐体と、
Ｂ及びＡｌの少なくとも一方と、Ｎと、がドープされ、前記紫外ＬＥＤ素子から発せられる光により励起されると可視光を発するＳｉＣ蛍光板と、を備えた発光装置が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ＳｉＣ蛍光板は高い耐熱性を有するので、装置の使用時に従来のように発光効率が低下することはないし、装置自体の耐熱性が向上するので、ＬＥＤ素子へ大きな電流を流して光量を増大させることが可能となる。さらにまた、ＳｉＣ蛍光板は、第１ＬＥＤ素子から発せられた光により励起されると、ＬＥＤ素子等と比べて半値幅の大きな光を発するので、良好な演色性の白色光を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態を示す発光装置の外観斜視図である。
図１に示すように、発光装置１は、一端に開口２ａが形成された円筒状の筐体２と、この開口２ａを閉塞するＳｉＣ蛍光板３と、筐体２の他端に形成される端子部４と、を有している。本実施形態においては、筐体２の一端側を上方向、他端側を下方向として説明する。筐体２には、端子部４から電力が供給される複数種類のＬＥＤ素子が収容されており、ＬＥＤ素子から発せられる紫外光によりＳｉＣ蛍光板３が励起されて発光するようになっている。尚、ＬＥＤ素子から発せられた青色光、緑色光及び赤色光は、波長変換されることなくＳｉＣ蛍光体３を透過する。
【００１３】
図２は、発光装置の概略縦断面図である。
図２に示すように、筐体２は、無機材料からなり、下端が閉塞され、この閉塞部分が底部２ｂをなしている。筐体２は、セラミックからなり、本実施形態においてＡｌＮである。底部２ｂには、紫外ＬＥＤ素子１１、青色ＬＥＤ素子１２、緑色ＬＥＤ素子１３及び赤色ＬＥＤ素子１４を搭載する搭載基板１０が固定される。搭載基板１０の固定方法は任意であるが、本実施形態においては、搭載基板１０は底部２ｂと螺合するねじ５により固定されている。筐体２の開口２ａの部分は、段状に形成されており、ＳｉＣ蛍光板３が段状部に固定されている。また、筐体２は、底部２ｂから下方へ突出するフランジ２ｃを有している。本実施形態においては、フランジ２ｃは、周方向に亘って形成されている。
【００１４】
端子部４は、無機材料からなり、電力を供給する所定のソケットに対して螺合可能に構成される。端子部４は、筐体２のフランジ２ｃの内周面に固定される円筒部４ａと、円筒部４ａの下端と連続的に形成され下方へ向かって窄む傾斜部４ｂと、傾斜部４ｂの下端に設けられ外面に雄ねじが形成される第１電極部４ｃと、第１電極部４ｃの下端と連続的に形成され径方向内側へ延びる絶縁部４ｄと、絶縁部４ｄの径方向内側を閉塞する第２電極４ｅと、を有している。円筒部４ａ、傾斜部４ｂ及び絶縁部４ｄは絶縁性を有するセラミックからなり、第１電極４ｃ及び第２電極４ｅは導電性を有する金属からなる。円筒部４ａ、傾斜部４ｂ及び絶縁部４ｄは、筐体２と同じ材料とすることが好ましい。第１電極４ｃ及び第２電極４ｅは、内部導線６によりねじ５と電気的に接続されている。本実施形態においては、ねじ５は、導電性の金属からなり、搭載基板１０と螺合すると、搭載基板１０の配線パターンと電気的に接続されるようになっている。
【００１５】
ＳｉＣ蛍光板３は、６層ごとに周期的な構造をとる６Ｈ型のＳｉＣ結晶からなり、板状に形成されている。ＳｉＣ蛍光板３は、ドナー不純物としてＮを含むとともに、アクセプタ不純物としてＡｌ及びＢを含んでいる。ＳｉＣ蛍光板３には、Ａｌが例えば２×１０１８ｃｍ−３、Ｂが例えば１×１０１９ｃｍ−３、Ｎが例えば１．５×１０１９ｃｍ−３の濃度でドープされている。尚、Ａｌ、Ｂ及びＮの濃度は任意であるが、ＳｉＣ蛍光体３を励起させて発光させるには、ＡｌとＢの濃度の和が、Ｎの濃度よりも小さくなければならない。ＳｉＣ蛍光板３は、紫外光により励起されると、ドナーとアクセプタの再結合により蛍光を生じる。ＳｉＣ蛍光板３の製造方法は任意であるが、例えば昇華法、化学気相成長法によってＳｉＣ結晶を成長させて製造することができる。このとき、結晶成長中の雰囲気における窒素ガス（Ｎ２）の分圧を適度に調整することにより、ＳｉＣ蛍光板３における窒素濃度を任意に設定することができる。一方、Ａｌ及びＢを単体で、または、Ａｌ化合物及びＢ化合物を原料に対して適量混合させることにより、ＳｉＣ蛍光板３におけるＡｌ濃度及びＢ濃度を任意に設定することができる。
【００１６】
図３はＳｉＣ蛍光板の拡大図であり、（ａ）は一部縦断面図、（ｂ）は一部平面図である。
図３（ａ）に示すように、ＳｉＣ蛍光板３は、表面及び裏面に所定の周期構造が形成されている。周期構造は多数の略円錐状の凸部３ａによって構成されており、各凸部３ａがＳｉＣ蛍光板３の表面及び裏面に沿った方向に周期的に配列されている。尚、各凸部３ａを、三角錐、四角錐のような多角錘形状としてもよい。
図３（ｂ）に示すように、各凸部３ａは、平面視にて、所定の周期で三角格子状に整列して形成される。各凸部３ａの平均周期は、任意であるが、本実施形態では２００ｎｍとされている。なお、平均周期は、互いに隣接する凸部３ａの平均ピーク間距離で定義される。各凸部３ａは、略円錐状に形成され、平均的なボトム直径が１５０ｎｍであり、平均高さが４００ｎｍとなっている。このように、透過する光の光学波長に対して十分に小さな周期構造を形成することにより、ＳｉＣ蛍光板３と空気との界面にて反射することが防止できる。従って、各ＬＥＤ素子１１，１２，１３，１４から発せられる近紫外光および可視光をＳｉＣ蛍光板３へ効率よく入射させるとともに、ＳｉＣ蛍光板３から可視光を効率よく出射させることができる。
【００１７】
図４は、搭載基板の模式平面図である。
図４に示すように、搭載基板１０は、平面視にて正方形状に形成され、各ＬＥＤ素子１１，１２，１３，１４が前後方向及び左右方向に所定の間隔をおいて搭載されている。本実施形態においては、各ＬＥＤ素子１１，１２，１３，１４は、平面視にて約３５０μｍ角に形成され、各ＬＥＤ素子１１，１２，１３，１４同士の間隔は約２０μｍとなっている。本実施形態においては、各ＬＥＤ素子１１，１２，１３，１４は、封止されていない。また、本実施形態においては、搭載基板１０には、７列及び７行で計４９個の各ＬＥＤ素子１１，１２，１３，１４が搭載される。詳しくは、紫外ＬＥＤ素子１１が４１個、青色ＬＥＤ素子１２が２個、緑色ＬＥＤ素子１３が４個、赤色ＬＥＤ素子１４が２個となっている。
【００１８】
第１ＬＥＤ素子としての紫外ＬＥＤ素子１１は例えばピーク波長が３８０ｎｍの光を発し、第２ＬＥＤ素子としての青色ＬＥＤ素子１２は例えばピーク波長が４５０ｎｍの光を発し、第２ＬＥＤ素子としての緑色ＬＥＤ素子１３は例えばピーク波長が５５０ｎｍの光を発し、第２ＬＥＤ素子としての赤色ＬＥＤ素子１４は例えばピーク波長が６５０ｎｍの光を発する。尚、各ＬＥＤ素子１１，１２，１３，１４は、材質が特に限定されることはなく、例えば、ＡｌＩＮＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＧａＮ、ＺｎＳｅ、ＧａＰ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ等の材料を用いることができる。
【００１９】
搭載基板１０は、絶縁性の無機材料からなり、表面に配線パターン１０ａが形成されている。搭載基板１０は、セラミックが好ましく、本実施形態においてはＡｌＮから形成される。尚、搭載基板１０は、例えばＳｉ、ＳｉＣ等により形成してもよいし、不純物アクセプタ及び不純物ドナーがドープされた波長変換ＳｉＣとしてもよい。また、搭載基板１０は、４つの角部にてねじ５により筐体２に締結されている。４つのねじ５のうち、対角に位置する２つのねじ５に配線パターン１０ａが電気的に接続されている。
【００２０】
図５は、ＬＥＤ素子を搭載基板へ搭載する説明図であり、（ａ）はＬＥＤ素子を搭載する前の搭載基板の平面図、（ｂ）はＬＥＤ素子を搭載する際の搭載基板の側面図、（ｃ）はＬＥＤ素子を搭載した後の搭載基板の側面図である。
図５（ａ）に示すように、搭載基板１０には、例えばＳｎからなる配線パターン１０ａが形成され、各ＬＥＤ素子１１との電気接続位置にはＳｎ膜１０ｂが形成されている。尚、図５（ａ）においては、フリップチップ型の各ＬＥＤ素子１１を図示している。
一方、図５（ｂ）に示すように、各ＬＥＤ素子１１の一対の電極には、Ａｕ膜１１ａが形成されている。そして、図５（ｂ）中の矢印に示すように、搭載基板１０のＳｎ膜１０ｂ上に、Ａｕ膜１１ａを下方として各ＬＥＤ素子１１を載置する。
この状態で、搭載基板１０を、水素ガスと窒素ガスの混合ガスよりなるフォーミングガスが流動する雰囲気において加熱して、各ＬＥＤチップ１１を搭載基板１０に接合する。これにより、図５（ｃ）に示すように、各ＬＥＤチップ１１は、ＡｕＳｎ合金１０ｃにより搭載基板１０の配線パターン１０ａに接続される。
【００２１】
このように各ＬＥＤ素子１１，１２，１３，１４を搭載基板１０に接合する場合、搭載基板１０及び各ＬＥＤチップ１１，１２，１３，１４にＡｕＳｎ合金による合金膜を予め形成する必要はない。また、各ＬＥＤ素子１１，１２，１３，１４が自重により搭載基板１０に接合されることになるので、各ＬＥＤ素子１１，１２，１３，１４を必ずしも加圧する必要はないし、加圧の不均一性に起因する弊害を抑制することができる。さらには、ＡｕＳｎ合金１０ｃには柱状結晶が形成されるようになるので、各ＬＥＤ素子１１，１２，１３，１４は電流に対する高い発光効率を得ることができ、ＡｕＳｎ合金１０ｃによる接合部に優れた耐熱性及び熱伝導性が付与される。
【００２２】
以上のように構成された発光装置１では、端子部４を外部のソケットへ螺合することにより、各ＬＥＤ素子１１，１２，１３，１４へ電力を供給可能な状態となる。そして、各ＬＥＤ素子１１，１２，１３，１４に電流を印加すると、各ＬＥＤ素子１１，１２，１３，１４から所定波長の光が発せられる。
【００２３】
紫外ＬＥＤ素子１１から発せられた紫外光は、裏面からＳｉＣ蛍光板３へ入射し、ＳｉＣ蛍光板３に吸収されて白色に変換された後、ＳｉＣ蛍光板３の表面から出射する。このとき、ＳｉＣ蛍光板３内においては、紫外光を励起光としてドナー・アクセプタ・ペアによって発光している。本実施形態においては、アクセプタとしてＡｌとＢがドープされており、緑色領域にピーク波長を有する青色領域から赤色領域にかけてのブロードな波長の発光により純白色の発光が得られることになる。この純白色の発光のみであっても、青色ＬＥＤ素子と黄色蛍光体を組み合わせた従来の発光装置よりも高い演色性の白色光を得ることができる。
【００２４】
また、紫外ＬＥＤ素子１１を除く各ＬＥＤ素子１２，１３，１４から発せられた可視光（本実施形態においては、青色光、緑色光及び赤色光）は、裏面からＳｉＣ蛍光板３へ入射した後、波長変換されることなくＳｉＣ蛍光板３の表面から出射する。これは、ＳｉＣ蛍光板３は、４０８ｎｍ以下の波長の光で励起され、４０８ｎｍを超える波長の光に対しては透明であることによる。
【００２５】
ここで、ＳｉＣ蛍光板３には、表面及び裏面に周期構造が形成されていることから、搭載基板１０側から入射する光と外部へ出射する光が、ＳｉＣ蛍光体３と空気との界面で反射することが抑制される。これにより、筐体２の内部が、ＳｉＣよりも屈折率の低い空気で満たされていても、的確に外部へ光を放出することができる。
【００２６】
このように、各ＬＥＤ素子１１，１２，１３，１４へ通電すると、ＳｉＣ蛍光板３の蛍光による白色光と、ＳｉＣ蛍光板３を透過した青色光、緑色光及び赤色光と、の混合光が外部へ放出される。従って、ＳｉＣ蛍光板３の純白色の蛍光に加えて、青色成分、緑色成分及び赤色成分を青色ＬＥＤ素子１２、緑色ＬＥＤ素子１３及び赤色ＬＥＤ素子１４で補うことができ、極めて高い演色性を有する白色光を得ることができる。本実施形態の発光装置１は、ＬＥＤ素子を用いて、従来のハロゲンランプの代替品の照明装置として利用することができる。
【００２７】
尚、実験によれば、４１個の紫外ＬＥＤ１１から約２８０ｌｍの光量が得られ、２個の青色ＬＥＤ素子１２、４個の緑色ＬＥＤ素子１３及び２個の赤色ＬＥＤ素子１４から約２０ｌｍの光量が得られ、全体で約３００ｌｍの光量が得られている。このとき、各ＬＥＤ素子１１，１２，１３，１４の通電条件は、電圧３Ｖ、電流２０ｍＡであり、搭載基板１０の温度は約７０度であった。
【００２８】
また、本実施形態においては、可視光を発する各ＬＥＤ素子１２，１３，１４のうち、緑色ＬＥＤ素子１３の数を、青色ＬＥＤ素子１２及び赤色ＬＥＤ素子１４の数よりも多くしたので、出射する白色光を看者に対してより明るく感じさせることができる。これは、人間の視感度は、緑色領域で最も高いからである。
【００２９】
また、各ＬＥＤ素子１１，１２，１３，１４が発光した際には、各ＬＥＤ素子１１，１２，１３，１４が発熱する。本実施形態の発光装置１では、筐体２、ＳｉＣ蛍光板３、端子部４、搭載基板１０等が無機材料により構成されているので、ＬＥＤ素子の封止樹脂に蛍光体を含有させたり、樹脂製のレンズを有する従来の発光装置と比べ、耐熱性を飛躍的に向上することができる。従って、従来必要とされていた放熱機構を省略したり、各ＬＥＤ素子１１，１２，１３，１４へ流す電流を増大させて発光量を増大させたりすることができ、実用に際して極めて有利である。尚、耐熱性の観点からは、発光装置１に樹脂を一切使わない構成とすることが好ましい。
【００３０】
また、端子部４の絶縁部分、筐体２及び搭載基板１０を同じ材料により構成したので、発熱時における各部材の熱膨張率差に起因する内部応力等を小さくすることができる。ここで、筐体２の底部２ｂと搭載基板１０との連結には金属製のねじ５を用いているが、底部２ｂ及び搭載基板１０の延在方向（水平方向）と、ねじ５の延在方向（上下方向）とが垂直であることから、これらに関して熱膨張率差によって生じる応力等は比較的小さく、ねじ５が破損するようなことはない。
【００３１】
尚、前記実施形態においては、例えば図６に示すように、筐体２の開口２ａに無機材料からなるレンズ７が設けられていてもよい。図６の発光装置１０１では、レンズ７は、ガラスからなり、ＳｉＣ蛍光板３の外側に配置される。レンズ７の出射面は、上方へ凸の形状を呈し、筐体２から出射される光を集光する。この発光装置１０１においても、レンズ７が無機材料であるから、耐熱性が高いものとなっている。
【００３２】
また、前記実施形態においては、ソケットに端子部４を螺合させる発光装置１を示したが、例えば図７から図９に示すように、車両２００用のヘッドライト２００ａの発光装置２０１とすることもできる。図７の車両２００は、自動車車両であり、前部にヘッドライト２００ａを備えている。図８に示すヘッドライト２００ａ用の発光装置２０１は、筐体２の下部に端子部が設けられておらず、筐体２の底部２ｂにヒートシンク８が接続されている。また、筐体２の上部には、開口２ａから出射した光を反射させる反射鏡９が設けられている。図９に示すように、反射鏡９にて反射された白色光は、レンズ２２０によって所定方向へ集光されるようになっている。この発光装置２０１では、耐熱温度が高いことから、従来の樹脂封止タイプのＬＥＤヘッドライトと比較して、ヒートシンク８を小型とすることができる。また、ヒートシンク８を設けない構成としても支障はないし、自動車車体の所定箇所に発光装置２０１を接続して車体自体を放熱部材として利用することも可能である。
【００３３】
また、前記実施形態においては、各ＬＥＤ素子１１にＡｕ膜１１ａを形成し、搭載基板１０にＳｎ膜１０ｂと接合されるものを示したが、例えば図１０に示すように、搭載基板１０にＡｕＳｎはんだ１０ｄを形成しておいて各ＬＥＤ素子１１を搭載基板１０にはんだ接合するようにしてもよい。また、前記実施形態のおいては、各ＬＥＤ素子１１がフリップチップ接合されるものを示したが、例えば図１０に示すようにワイヤ１１ｂを用いたフェイスアップ接合であってもよく、各ＬＥＤ素子１１，１２，１３，１４の実装形態は任意である。
【００３４】
また、前記実施形態においては、紫外ＬＥＤ素子１１が４１個、青色ＬＥＤ素子１２が２個、緑色ＬＥＤ素子１３が４個、赤色ＬＥＤ素子１４が２個の例を示したが、各ＬＥＤ素子１１，１２，１３，１４の数は任意に設定できる。また、青色ＬＥＤ素子１２、緑色ＬＥＤ素子１３及び赤色ＬＥＤ素子１４を全て備える必要はなく、例えば、暖色系の白色を得るのであれば青色ＬＥＤ素子１２を設けずに赤色ＬＥＤ１４の割合を多くし、寒色系の白色を得るのであれば赤色ＬＥＤ素子１４を設けずに青色ＬＥＤ１４の割合を多くすればよい。すなわち、第１ＬＥＤ素子として紫外光を発するＬＥＤ素子を用い、第２ＬＥＤ素子として可視光を発するＬＥＤ素子を用いれば、各ＬＥＤ素子の発光波長は任意である。ただし、ＳｉＣ蛍光板３が４０８ｎｍ以下の光により励起されるので、第１ＬＥＤ素子のピーク波長は４０８ｎｍ以下で、第２ＬＥＤ素子のピーク波長が４０８ｎｍを超えるようにすることが望ましい。
【００３５】
また、前記実施形態においては、各ＬＥＤ素子１１，１２，１３，１４が封止されていないものを示したが、透明ガラス等の無機材料で封止されるようにしてもよい。この場合も、封止材の無機材料であるので、発光装置１の耐熱性が損なわれることはない。
【００３６】
また、前記実施形態においては、ＳｉＣ蛍光板３にアクセプタとしてＡｌ及びＢをドープしたものを示したが、アクセプタとしてＡｌとＢの一方をドープしたものであってもよい。アクセプタがＡｌのみでドナーがＮの場合は、青色領域にピーク波長を有する蛍光を発し、アクセプタがＢのみでドナーがＮの場合は、黄色領域にピーク波長を有する蛍光を発することになる。すなわち、暖色系の白色を得るのであれば、アクセプタをＢのみとすると好適であり、寒色系の白色を得るのであれば、アクセプタをＡｌのみとすると好適である。
また、ＳｉＣ蛍光板３の出射側の面に紫外光を反射する反射膜を形成してもよい。この反射膜は、例えば、無機材料からなる多層反射膜（ＤＢＲ膜）であってもよいし、ガラスよりも反射率の高い無機材料からなる膜であってもよい。これにより、外部への紫外光の出射が阻止されるとともに、紫外光をＳｉＣ蛍光板３側へ反射させて効率良く波長変換を行うことができる。
【００３７】
また、前記実施形態においては、筐体２、端子部４、搭載基板１０をＡｌＮから形成したものを示したが、無機材料であれば材質は任意であり、例えば、Ｓｉ、ＳｉＣ等を用いてもよいし、アクセプタ不純物及びドナー不純物がドープされた波長変換ＳｉＣを用いることも可能である。ただし、熱膨張率を同様にするためには、これらを同じ材料で形成することが好ましい。その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態を示す発光装置の外観斜視図である。
【図２】図２は、発光装置の概略縦断面図である。
【図３】図３はＳｉＣ蛍光板の拡大図であり、（ａ）は一部縦断面図、（ｂ）は一部平面図である。
【図４】図４は、搭載基板の模式平面図である。
【図５】図５はＬＥＤ素子を搭載基板へ搭載する説明図であり、（ａ）はＬＥＤ素子を搭載する前の搭載基板の平面図、（ｂ）はＬＥＤ素子を搭載する際の搭載基板の側面図、（ｃ）はＬＥＤ素子を搭載した後の搭載基板の側面図である。
【図６】図６は、変形例を示す発光装置の概略縦断面図である。
【図７】図７は、自動車車両の前部の外観図である。
【図８】図８は、変形例を示す発光装置の概略縦断面図である。
【図９】図９は、変形例を示すヘッドライトの内部構造を示す説明図である。
【図１０】図１０はＬＥＤ素子を搭載基板へ搭載する説明図であり、（ａ）はＬＥＤ素子を搭載する前の搭載基板の平面図、（ｂ）はＬＥＤ素子を搭載する際の搭載基板の側面図、（ｃ）はＬＥＤ素子を搭載した後の搭載基板の側面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１ 発光装置
２ 筐体
２ａ 開口
２ｂ 底部
２ｃ フランジ
３ ＳｉＣ蛍光板
３ａ 凸部
４ 端子部
４ａ 円筒部
４ｂ 傾斜部
４ｃ 第１電極
４ｄ 絶縁部
４ｅ 第２電極
５ ねじ
６ 内部導線
７ レンズ
８ ヒートシンク
９ 反射鏡
１０ 搭載基板
１１ 紫外ＬＥＤ素子
１２ 青色ＬＥＤ素子
１３ 緑色ＬＥＤ素子
１４ 赤色ＬＥＤ素子
１０１ 発光装置
２００ 車両
２００ａ ヘッドライト
２０１ 発光装置
２２０ レンズ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ素子を備え、白色光を発する発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＥＤ素子と蛍光体との組合せにより、白色光を発する発光装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の発光装置は、３００〜４７０ｎｍの光を発するＬＥＤ素子を備え、この光により励起される蛍光体によって部分的に又は完全により長波長の光に変換されることにより、白色光を生成している。尚、蛍光体は、ＬＥＤ素子を封止する封止樹脂に分散されている。
また、赤色ＬＥＤ素子、緑色ＬＥＤ素子及び青色ＬＥＤ素子の組合せにより、白色光を生成可能な発光装置も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特表２００３−５３５４７８号公報
【特許文献２】特開２００８−０８５３２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載の発光装置では、封止樹脂中の蛍光体の耐熱性が低く、装置の使用時に発光装置の温度が上昇すると発光効率が低下する。また、ＬＥＤ素子の発熱量が制限されるので、ＬＥＤ素子へ大きな電流を流して光量を増大させることは困難である。
ここで、特許文献２に記載の発光装置のように、蛍光体を用いずに赤色、緑色及び青色の各ＬＥＤ素子により白色光を得ることが考えられる。しかしながら、各ＬＥＤ素子の半値幅は蛍光体と比べて極めて小さく、得られる白色光の演色性が低くなってしまう。
【０００４】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、装置の使用時に発光効率が低下することがなく、ＬＥＤ素子へ大きな電流を流して光量を増大させることができ、かつ、良好な演色性の白色光を得ることのできる発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記目的を達成するため、本発明では、
紫外光を発する第１ＬＥＤ素子と、
可視光を発する第２ＬＥＤ素子と、
前記第１ＬＥＤ素子及び前記第２ＬＥＤ素子が搭載され、無機材料からなる基板と、
前記第１ＬＥＤ素子、前記第２ＬＥＤ素子及び前記基板を収容し、無機材料からなる筐体と、
Ｂ及びＡｌの少なくとも一方と、Ｎと、がドープされ、前記第１ＬＥＤ素子から発せられる光により励起されると可視光を発するＳｉＣ蛍光板と、を備えた発光装置が提供される。
【０００６】
上記発光装置において、
前記第１ＬＥＤ素子は、ピーク波長が４０８ｎｍ以下の光を発し、
前記第２ＬＥＤ素子は、ピーク波長が４０８ｎｍを超える光を発することが好ましい。
【０００７】
また、上記発光装置において、
前記筐体は、開口を有し、
前記ＳｉＣ蛍光板は、前記開口に設けられてもよい。
【０００８】
また、上記発光装置において、
前記ＳｉＣ蛍光板は、前記第１ＬＥＤ素子から発せられた光が入射する面に、前記第１ＬＥＤ素子の発光波長より小さな周期で形成された周期構造を有してもよい。
【０００９】
また、上記発光装置において、
前記開口の前記ＳｉＣ蛍光体の外側に設けられ、無機材料からなるレンズを備えてもよい。
【００１０】
また、前記目的を達成するため、本発明では、
紫外光を発する紫外ＬＥＤ素子と、
青色光を発する青色ＬＥＤ素子と、
緑色光を発する緑色ＬＥＤ素子と、
赤色光を発する赤色ＬＥＤ素子と、
前記紫外ＬＥＤ素子、前記青色ＬＥＤ素子、前記緑色ＬＥＤ素子及び前記赤色ＬＥＤ素子が搭載され、無機材料からなる基板と、
前記紫外ＬＥＤ素子、前記青色ＬＥＤ素子、前記緑色ＬＥＤ素子、前記赤色ＬＥＤ素子及び前記基板を収容し、無機材料からなる筐体と、
Ｂ及びＡｌの少なくとも一方と、Ｎと、がドープされ、前記紫外ＬＥＤ素子から発せられる光により励起されると可視光を発するＳｉＣ蛍光板と、を備えた発光装置が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ＳｉＣ蛍光板は高い耐熱性を有するので、装置の使用時に従来のように発光効率が低下することはないし、装置自体の耐熱性が向上するので、ＬＥＤ素子へ大きな電流を流して光量を増大させることが可能となる。さらにまた、ＳｉＣ蛍光板は、第１ＬＥＤ素子から発せられた光により励起されると、ＬＥＤ素子等と比べて半値幅の大きな光を発するので、良好な演色性の白色光を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態を示す発光装置の外観斜視図である。
図１に示すように、発光装置１は、一端に開口２ａが形成された円筒状の筐体２と、この開口２ａを閉塞するＳｉＣ蛍光板３と、筐体２の他端に形成される端子部４と、を有している。本実施形態においては、筐体２の一端側を上方向、他端側を下方向として説明する。筐体２には、端子部４から電力が供給される複数種類のＬＥＤ素子が収容されており、ＬＥＤ素子から発せられる紫外光によりＳｉＣ蛍光板３が励起されて発光するようになっている。尚、ＬＥＤ素子から発せられた青色光、緑色光及び赤色光は、波長変換されることなくＳｉＣ蛍光体３を透過する。
【００１３】
図２は、発光装置の概略縦断面図である。
図２に示すように、筐体２は、無機材料からなり、下端が閉塞され、この閉塞部分が底部２ｂをなしている。筐体２は、セラミックからなり、本実施形態においてＡｌＮである。底部２ｂには、紫外ＬＥＤ素子１１、青色ＬＥＤ素子１２、緑色ＬＥＤ素子１３及び赤色ＬＥＤ素子１４を搭載する搭載基板１０が固定される。搭載基板１０の固定方法は任意であるが、本実施形態においては、搭載基板１０は底部２ｂと螺合するねじ５により固定されている。筐体２の開口２ａの部分は、段状に形成されており、ＳｉＣ蛍光板３が段状部に固定されている。また、筐体２は、底部２ｂから下方へ突出するフランジ２ｃを有している。本実施形態においては、フランジ２ｃは、周方向に亘って形成されている。
【００１４】
端子部４は、無機材料からなり、電力を供給する所定のソケットに対して螺合可能に構成される。端子部４は、筐体２のフランジ２ｃの内周面に固定される円筒部４ａと、円筒部４ａの下端と連続的に形成され下方へ向かって窄む傾斜部４ｂと、傾斜部４ｂの下端に設けられ外面に雄ねじが形成される第１電極部４ｃと、第１電極部４ｃの下端と連続的に形成され径方向内側へ延びる絶縁部４ｄと、絶縁部４ｄの径方向内側を閉塞する第２電極４ｅと、を有している。円筒部４ａ、傾斜部４ｂ及び絶縁部４ｄは絶縁性を有するセラミックからなり、第１電極４ｃ及び第２電極４ｅは導電性を有する金属からなる。円筒部４ａ、傾斜部４ｂ及び絶縁部４ｄは、筐体２と同じ材料とすることが好ましい。第１電極４ｃ及び第２電極４ｅは、内部導線６によりねじ５と電気的に接続されている。本実施形態においては、ねじ５は、導電性の金属からなり、搭載基板１０と螺合すると、搭載基板１０の配線パターンと電気的に接続されるようになっている。
【００１５】
ＳｉＣ蛍光板３は、６層ごとに周期的な構造をとる６Ｈ型のＳｉＣ結晶からなり、板状に形成されている。ＳｉＣ蛍光板３は、ドナー不純物としてＮを含むとともに、アクセプタ不純物としてＡｌ及びＢを含んでいる。ＳｉＣ蛍光板３には、Ａｌが例えば２×１０１８ｃｍ−３、Ｂが例えば１×１０１９ｃｍ−３、Ｎが例えば１．５×１０１９ｃｍ−３の濃度でドープされている。尚、Ａｌ、Ｂ及びＮの濃度は任意であるが、ＳｉＣ蛍光体３を励起させて発光させるには、ＡｌとＢの濃度の和が、Ｎの濃度よりも小さくなければならない。ＳｉＣ蛍光板３は、紫外光により励起されると、ドナーとアクセプタの再結合により蛍光を生じる。ＳｉＣ蛍光板３の製造方法は任意であるが、例えば昇華法、化学気相成長法によってＳｉＣ結晶を成長させて製造することができる。このとき、結晶成長中の雰囲気における窒素ガス（Ｎ２）の分圧を適度に調整することにより、ＳｉＣ蛍光板３における窒素濃度を任意に設定することができる。一方、Ａｌ及びＢを単体で、または、Ａｌ化合物及びＢ化合物を原料に対して適量混合させることにより、ＳｉＣ蛍光板３におけるＡｌ濃度及びＢ濃度を任意に設定することができる。
【００１６】
図３はＳｉＣ蛍光板の拡大図であり、（ａ）は一部縦断面図、（ｂ）は一部平面図である。
図３（ａ）に示すように、ＳｉＣ蛍光板３は、表面及び裏面に所定の周期構造が形成されている。周期構造は多数の略円錐状の凸部３ａによって構成されており、各凸部３ａがＳｉＣ蛍光板３の表面及び裏面に沿った方向に周期的に配列されている。尚、各凸部３ａを、三角錐、四角錐のような多角錘形状としてもよい。
図３（ｂ）に示すように、各凸部３ａは、平面視にて、所定の周期で三角格子状に整列して形成される。各凸部３ａの平均周期は、任意であるが、本実施形態では２００ｎｍとされている。なお、平均周期は、互いに隣接する凸部３ａの平均ピーク間距離で定義される。各凸部３ａは、略円錐状に形成され、平均的なボトム直径が１５０ｎｍであり、平均高さが４００ｎｍとなっている。このように、透過する光の光学波長に対して十分に小さな周期構造を形成することにより、ＳｉＣ蛍光板３と空気との界面にて反射することが防止できる。従って、各ＬＥＤ素子１１，１２，１３，１４から発せられる近紫外光および可視光をＳｉＣ蛍光板３へ効率よく入射させるとともに、ＳｉＣ蛍光板３から可視光を効率よく出射させることができる。
【００１７】
図４は、搭載基板の模式平面図である。
図４に示すように、搭載基板１０は、平面視にて正方形状に形成され、各ＬＥＤ素子１１，１２，１３，１４が前後方向及び左右方向に所定の間隔をおいて搭載されている。本実施形態においては、各ＬＥＤ素子１１，１２，１３，１４は、平面視にて約３５０μｍ角に形成され、各ＬＥＤ素子１１，１２，１３，１４同士の間隔は約２０μｍとなっている。本実施形態においては、各ＬＥＤ素子１１，１２，１３，１４は、封止されていない。また、本実施形態においては、搭載基板１０には、７列及び７行で計４９個の各ＬＥＤ素子１１，１２，１３，１４が搭載される。詳しくは、紫外ＬＥＤ素子１１が４１個、青色ＬＥＤ素子１２が２個、緑色ＬＥＤ素子１３が４個、赤色ＬＥＤ素子１４が２個となっている。
【００１８】
第１ＬＥＤ素子としての紫外ＬＥＤ素子１１は例えばピーク波長が３８０ｎｍの光を発し、第２ＬＥＤ素子としての青色ＬＥＤ素子１２は例えばピーク波長が４５０ｎｍの光を発し、第２ＬＥＤ素子としての緑色ＬＥＤ素子１３は例えばピーク波長が５５０ｎｍの光を発し、第２ＬＥＤ素子としての赤色ＬＥＤ素子１４は例えばピーク波長が６５０ｎｍの光を発する。尚、各ＬＥＤ素子１１，１２，１３，１４は、材質が特に限定されることはなく、例えば、ＡｌＩＮＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＧａＮ、ＺｎＳｅ、ＧａＰ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ等の材料を用いることができる。
【００１９】
搭載基板１０は、絶縁性の無機材料からなり、表面に配線パターン１０ａが形成されている。搭載基板１０は、セラミックが好ましく、本実施形態においてはＡｌＮから形成される。尚、搭載基板１０は、例えばＳｉ、ＳｉＣ等により形成してもよいし、不純物アクセプタ及び不純物ドナーがドープされた波長変換ＳｉＣとしてもよい。また、搭載基板１０は、４つの角部にてねじ５により筐体２に締結されている。４つのねじ５のうち、対角に位置する２つのねじ５に配線パターン１０ａが電気的に接続されている。
【００２０】
図５は、ＬＥＤ素子を搭載基板へ搭載する説明図であり、（ａ）はＬＥＤ素子を搭載する前の搭載基板の平面図、（ｂ）はＬＥＤ素子を搭載する際の搭載基板の側面図、（ｃ）はＬＥＤ素子を搭載した後の搭載基板の側面図である。
図５（ａ）に示すように、搭載基板１０には、例えばＳｎからなる配線パターン１０ａが形成され、各ＬＥＤ素子１１との電気接続位置にはＳｎ膜１０ｂが形成されている。尚、図５（ａ）においては、フリップチップ型の各ＬＥＤ素子１１を図示している。
一方、図５（ｂ）に示すように、各ＬＥＤ素子１１の一対の電極には、Ａｕ膜１１ａが形成されている。そして、図５（ｂ）中の矢印に示すように、搭載基板１０のＳｎ膜１０ｂ上に、Ａｕ膜１１ａを下方として各ＬＥＤ素子１１を載置する。
この状態で、搭載基板１０を、水素ガスと窒素ガスの混合ガスよりなるフォーミングガスが流動する雰囲気において加熱して、各ＬＥＤチップ１１を搭載基板１０に接合する。これにより、図５（ｃ）に示すように、各ＬＥＤチップ１１は、ＡｕＳｎ合金１０ｃにより搭載基板１０の配線パターン１０ａに接続される。
【００２１】
このように各ＬＥＤ素子１１，１２，１３，１４を搭載基板１０に接合する場合、搭載基板１０及び各ＬＥＤチップ１１，１２，１３，１４にＡｕＳｎ合金による合金膜を予め形成する必要はない。また、各ＬＥＤ素子１１，１２，１３，１４が自重により搭載基板１０に接合されることになるので、各ＬＥＤ素子１１，１２，１３，１４を必ずしも加圧する必要はないし、加圧の不均一性に起因する弊害を抑制することができる。さらには、ＡｕＳｎ合金１０ｃには柱状結晶が形成されるようになるので、各ＬＥＤ素子１１，１２，１３，１４は電流に対する高い発光効率を得ることができ、ＡｕＳｎ合金１０ｃによる接合部に優れた耐熱性及び熱伝導性が付与される。
【００２２】
以上のように構成された発光装置１では、端子部４を外部のソケットへ螺合することにより、各ＬＥＤ素子１１，１２，１３，１４へ電力を供給可能な状態となる。そして、各ＬＥＤ素子１１，１２，１３，１４に電流を印加すると、各ＬＥＤ素子１１，１２，１３，１４から所定波長の光が発せられる。
【００２３】
紫外ＬＥＤ素子１１から発せられた紫外光は、裏面からＳｉＣ蛍光板３へ入射し、ＳｉＣ蛍光板３に吸収されて白色に変換された後、ＳｉＣ蛍光板３の表面から出射する。このとき、ＳｉＣ蛍光板３内においては、紫外光を励起光としてドナー・アクセプタ・ペアによって発光している。本実施形態においては、アクセプタとしてＡｌとＢがドープされており、緑色領域にピーク波長を有する青色領域から赤色領域にかけてのブロードな波長の発光により純白色の発光が得られることになる。この純白色の発光のみであっても、青色ＬＥＤ素子と黄色蛍光体を組み合わせた従来の発光装置よりも高い演色性の白色光を得ることができる。
【００２４】
また、紫外ＬＥＤ素子１１を除く各ＬＥＤ素子１２，１３，１４から発せられた可視光（本実施形態においては、青色光、緑色光及び赤色光）は、裏面からＳｉＣ蛍光板３へ入射した後、波長変換されることなくＳｉＣ蛍光板３の表面から出射する。これは、ＳｉＣ蛍光板３は、４０８ｎｍ以下の波長の光で励起され、４０８ｎｍを超える波長の光に対しては透明であることによる。
【００２５】
ここで、ＳｉＣ蛍光板３には、表面及び裏面に周期構造が形成されていることから、搭載基板１０側から入射する光と外部へ出射する光が、ＳｉＣ蛍光体３と空気との界面で反射することが抑制される。これにより、筐体２の内部が、ＳｉＣよりも屈折率の低い空気で満たされていても、的確に外部へ光を放出することができる。
【００２６】
このように、各ＬＥＤ素子１１，１２，１３，１４へ通電すると、ＳｉＣ蛍光板３の蛍光による白色光と、ＳｉＣ蛍光板３を透過した青色光、緑色光及び赤色光と、の混合光が外部へ放出される。従って、ＳｉＣ蛍光板３の純白色の蛍光に加えて、青色成分、緑色成分及び赤色成分を青色ＬＥＤ素子１２、緑色ＬＥＤ素子１３及び赤色ＬＥＤ素子１４で補うことができ、極めて高い演色性を有する白色光を得ることができる。本実施形態の発光装置１は、ＬＥＤ素子を用いて、従来のハロゲンランプの代替品の照明装置として利用することができる。
【００２７】
尚、実験によれば、４１個の紫外ＬＥＤ１１から約２８０ｌｍの光量が得られ、２個の青色ＬＥＤ素子１２、４個の緑色ＬＥＤ素子１３及び２個の赤色ＬＥＤ素子１４から約２０ｌｍの光量が得られ、全体で約３００ｌｍの光量が得られている。このとき、各ＬＥＤ素子１１，１２，１３，１４の通電条件は、電圧３Ｖ、電流２０ｍＡであり、搭載基板１０の温度は約７０度であった。
【００２８】
また、本実施形態においては、可視光を発する各ＬＥＤ素子１２，１３，１４のうち、緑色ＬＥＤ素子１３の数を、青色ＬＥＤ素子１２及び赤色ＬＥＤ素子１４の数よりも多くしたので、出射する白色光を看者に対してより明るく感じさせることができる。これは、人間の視感度は、緑色領域で最も高いからである。
【００２９】
また、各ＬＥＤ素子１１，１２，１３，１４が発光した際には、各ＬＥＤ素子１１，１２，１３，１４が発熱する。本実施形態の発光装置１では、筐体２、ＳｉＣ蛍光板３、端子部４、搭載基板１０等が無機材料により構成されているので、ＬＥＤ素子の封止樹脂に蛍光体を含有させたり、樹脂製のレンズを有する従来の発光装置と比べ、耐熱性を飛躍的に向上することができる。従って、従来必要とされていた放熱機構を省略したり、各ＬＥＤ素子１１，１２，１３，１４へ流す電流を増大させて発光量を増大させたりすることができ、実用に際して極めて有利である。尚、耐熱性の観点からは、発光装置１に樹脂を一切使わない構成とすることが好ましい。
【００３０】
また、端子部４の絶縁部分、筐体２及び搭載基板１０を同じ材料により構成したので、発熱時における各部材の熱膨張率差に起因する内部応力等を小さくすることができる。ここで、筐体２の底部２ｂと搭載基板１０との連結には金属製のねじ５を用いているが、底部２ｂ及び搭載基板１０の延在方向（水平方向）と、ねじ５の延在方向（上下方向）とが垂直であることから、これらに関して熱膨張率差によって生じる応力等は比較的小さく、ねじ５が破損するようなことはない。
【００３１】
尚、前記実施形態においては、例えば図６に示すように、筐体２の開口２ａに無機材料からなるレンズ７が設けられていてもよい。図６の発光装置１０１では、レンズ７は、ガラスからなり、ＳｉＣ蛍光板３の外側に配置される。レンズ７の出射面は、上方へ凸の形状を呈し、筐体２から出射される光を集光する。この発光装置１０１においても、レンズ７が無機材料であるから、耐熱性が高いものとなっている。
【００３２】
また、前記実施形態においては、ソケットに端子部４を螺合させる発光装置１を示したが、例えば図７から図９に示すように、車両２００用のヘッドライト２００ａの発光装置２０１とすることもできる。図７の車両２００は、自動車車両であり、前部にヘッドライト２００ａを備えている。図８に示すヘッドライト２００ａ用の発光装置２０１は、筐体２の下部に端子部が設けられておらず、筐体２の底部２ｂにヒートシンク８が接続されている。また、筐体２の上部には、開口２ａから出射した光を反射させる反射鏡９が設けられている。図９に示すように、反射鏡９にて反射された白色光は、レンズ２２０によって所定方向へ集光されるようになっている。この発光装置２０１では、耐熱温度が高いことから、従来の樹脂封止タイプのＬＥＤヘッドライトと比較して、ヒートシンク８を小型とすることができる。また、ヒートシンク８を設けない構成としても支障はないし、自動車車体の所定箇所に発光装置２０１を接続して車体自体を放熱部材として利用することも可能である。
【００３３】
また、前記実施形態においては、各ＬＥＤ素子１１にＡｕ膜１１ａを形成し、搭載基板１０にＳｎ膜１０ｂと接合されるものを示したが、例えば図１０に示すように、搭載基板１０にＡｕＳｎはんだ１０ｄを形成しておいて各ＬＥＤ素子１１を搭載基板１０にはんだ接合するようにしてもよい。また、前記実施形態のおいては、各ＬＥＤ素子１１がフリップチップ接合されるものを示したが、例えば図１０に示すようにワイヤ１１ｂを用いたフェイスアップ接合であってもよく、各ＬＥＤ素子１１，１２，１３，１４の実装形態は任意である。
【００３４】
また、前記実施形態においては、紫外ＬＥＤ素子１１が４１個、青色ＬＥＤ素子１２が２個、緑色ＬＥＤ素子１３が４個、赤色ＬＥＤ素子１４が２個の例を示したが、各ＬＥＤ素子１１，１２，１３，１４の数は任意に設定できる。また、青色ＬＥＤ素子１２、緑色ＬＥＤ素子１３及び赤色ＬＥＤ素子１４を全て備える必要はなく、例えば、暖色系の白色を得るのであれば青色ＬＥＤ素子１２を設けずに赤色ＬＥＤ１４の割合を多くし、寒色系の白色を得るのであれば赤色ＬＥＤ素子１４を設けずに青色ＬＥＤ１４の割合を多くすればよい。すなわち、第１ＬＥＤ素子として紫外光を発するＬＥＤ素子を用い、第２ＬＥＤ素子として可視光を発するＬＥＤ素子を用いれば、各ＬＥＤ素子の発光波長は任意である。ただし、ＳｉＣ蛍光板３が４０８ｎｍ以下の光により励起されるので、第１ＬＥＤ素子のピーク波長は４０８ｎｍ以下で、第２ＬＥＤ素子のピーク波長が４０８ｎｍを超えるようにすることが望ましい。
【００３５】
また、前記実施形態においては、各ＬＥＤ素子１１，１２，１３，１４が封止されていないものを示したが、透明ガラス等の無機材料で封止されるようにしてもよい。この場合も、封止材の無機材料であるので、発光装置１の耐熱性が損なわれることはない。
【００３６】
また、前記実施形態においては、ＳｉＣ蛍光板３にアクセプタとしてＡｌ及びＢをドープしたものを示したが、アクセプタとしてＡｌとＢの一方をドープしたものであってもよい。アクセプタがＡｌのみでドナーがＮの場合は、青色領域にピーク波長を有する蛍光を発し、アクセプタがＢのみでドナーがＮの場合は、黄色領域にピーク波長を有する蛍光を発することになる。すなわち、暖色系の白色を得るのであれば、アクセプタをＢのみとすると好適であり、寒色系の白色を得るのであれば、アクセプタをＡｌのみとすると好適である。
また、ＳｉＣ蛍光板３の出射側の面に紫外光を反射する反射膜を形成してもよい。この反射膜は、例えば、無機材料からなる多層反射膜（ＤＢＲ膜）であってもよいし、ガラスよりも反射率の高い無機材料からなる膜であってもよい。これにより、外部への紫外光の出射が阻止されるとともに、紫外光をＳｉＣ蛍光板３側へ反射させて効率良く波長変換を行うことができる。
【００３７】
また、前記実施形態においては、筐体２、端子部４、搭載基板１０をＡｌＮから形成したものを示したが、無機材料であれば材質は任意であり、例えば、Ｓｉ、ＳｉＣ等を用いてもよいし、アクセプタ不純物及びドナー不純物がドープされた波長変換ＳｉＣを用いることも可能である。ただし、熱膨張率を同様にするためには、これらを同じ材料で形成することが好ましい。その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態を示す発光装置の外観斜視図である。
【図２】図２は、発光装置の概略縦断面図である。
【図３】図３はＳｉＣ蛍光板の拡大図であり、（ａ）は一部縦断面図、（ｂ）は一部平面図である。
【図４】図４は、搭載基板の模式平面図である。
【図５】図５はＬＥＤ素子を搭載基板へ搭載する説明図であり、（ａ）はＬＥＤ素子を搭載する前の搭載基板の平面図、（ｂ）はＬＥＤ素子を搭載する際の搭載基板の側面図、（ｃ）はＬＥＤ素子を搭載した後の搭載基板の側面図である。
【図６】図６は、変形例を示す発光装置の概略縦断面図である。
【図７】図７は、自動車車両の前部の外観図である。
【図８】図８は、変形例を示す発光装置の概略縦断面図である。
【図９】図９は、変形例を示すヘッドライトの内部構造を示す説明図である。
【図１０】図１０はＬＥＤ素子を搭載基板へ搭載する説明図であり、（ａ）はＬＥＤ素子を搭載する前の搭載基板の平面図、（ｂ）はＬＥＤ素子を搭載する際の搭載基板の側面図、（ｃ）はＬＥＤ素子を搭載した後の搭載基板の側面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１ 発光装置
２ 筐体
２ａ 開口
２ｂ 底部
２ｃ フランジ
３ ＳｉＣ蛍光板
３ａ 凸部
４ 端子部
４ａ 円筒部
４ｂ 傾斜部
４ｃ 第１電極
４ｄ 絶縁部
４ｅ 第２電極
５ ねじ
６ 内部導線
７ レンズ
８ ヒートシンク
９ 反射鏡
１０ 搭載基板
１１ 紫外ＬＥＤ素子
１２ 青色ＬＥＤ素子
１３ 緑色ＬＥＤ素子
１４ 赤色ＬＥＤ素子
１０１ 発光装置
２００ 車両
２００ａ ヘッドライト
２０１ 発光装置
２２０ レンズ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外光を発する第１ＬＥＤ素子と、
可視光を発する第２ＬＥＤ素子と、
前記第１ＬＥＤ素子及び前記第２ＬＥＤ素子が搭載され、無機材料からなる基板と、
前記第１ＬＥＤ素子、前記第２ＬＥＤ素子及び前記基板を収容し、無機材料からなる筐体と、
Ｂ及びＡｌの少なくとも一方と、Ｎと、がドープされ、前記第１ＬＥＤ素子から発せられる光により励起されると可視光を発するＳｉＣ蛍光板と、を備えた発光装置。
【請求項２】
前記第１ＬＥＤ素子は、ピーク波長が４０８ｎｍ以下の光を発し、
前記第２ＬＥＤ素子は、ピーク波長が４０８ｎｍを超える光を発する請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記筐体は、開口を有し、
前記ＳｉＣ蛍光板は、前記開口に設けられる請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記ＳｉＣ蛍光板は、前記第１ＬＥＤ素子から発せられた光が入射する面に、前記第１ＬＥＤ素子の発光波長より小さな周期で形成された周期構造を有する請求項３に記載の発光装置。
【請求項５】
前記開口の前記ＳｉＣ蛍光体の外側に設けられ、無機材料からなるレンズを備えた請求項４に記載の発光装置。
【請求項６】
紫外光を発する紫外ＬＥＤ素子と、
青色光を発する青色ＬＥＤ素子と、
緑色光を発する緑色ＬＥＤ素子と、
赤色光を発する赤色ＬＥＤ素子と、
前記紫外ＬＥＤ素子、前記青色ＬＥＤ素子、前記緑色ＬＥＤ素子及び前記赤色ＬＥＤ素子が搭載され、無機材料からなる基板と、
前記紫外ＬＥＤ素子、前記青色ＬＥＤ素子、前記緑色ＬＥＤ素子、前記赤色ＬＥＤ素子及び前記基板を収容し、無機材料からなる筐体と、
Ｂ及びＡｌの少なくとも一方と、Ｎと、がドープされ、前記紫外ＬＥＤ素子から発せられる光により励起されると可視光を発するＳｉＣ蛍光板と、を備えた発光装置。
【請求項１】
紫外光を発する第１ＬＥＤ素子と、
可視光を発する第２ＬＥＤ素子と、
前記第１ＬＥＤ素子及び前記第２ＬＥＤ素子が搭載され、無機材料からなる基板と、
前記第１ＬＥＤ素子、前記第２ＬＥＤ素子及び前記基板を収容し、無機材料からなる筐体と、
Ｂ及びＡｌの少なくとも一方と、Ｎと、がドープされ、前記第１ＬＥＤ素子から発せられる光により励起されると可視光を発するＳｉＣ蛍光板と、を備えた発光装置。
【請求項２】
前記第１ＬＥＤ素子は、ピーク波長が４０８ｎｍ以下の光を発し、
前記第２ＬＥＤ素子は、ピーク波長が４０８ｎｍを超える光を発する請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記筐体は、開口を有し、
前記ＳｉＣ蛍光板は、前記開口に設けられる請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記ＳｉＣ蛍光板は、前記第１ＬＥＤ素子から発せられた光が入射する面に、前記第１ＬＥＤ素子の発光波長より小さな周期で形成された周期構造を有する請求項３に記載の発光装置。
【請求項５】
前記開口の前記ＳｉＣ蛍光体の外側に設けられ、無機材料からなるレンズを備えた請求項４に記載の発光装置。
【請求項６】
紫外光を発する紫外ＬＥＤ素子と、
青色光を発する青色ＬＥＤ素子と、
緑色光を発する緑色ＬＥＤ素子と、
赤色光を発する赤色ＬＥＤ素子と、
前記紫外ＬＥＤ素子、前記青色ＬＥＤ素子、前記緑色ＬＥＤ素子及び前記赤色ＬＥＤ素子が搭載され、無機材料からなる基板と、
前記紫外ＬＥＤ素子、前記青色ＬＥＤ素子、前記緑色ＬＥＤ素子、前記赤色ＬＥＤ素子及び前記基板を収容し、無機材料からなる筐体と、
Ｂ及びＡｌの少なくとも一方と、Ｎと、がドープされ、前記紫外ＬＥＤ素子から発せられる光により励起されると可視光を発するＳｉＣ蛍光板と、を備えた発光装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−２１２０２（Ｐ２０１０−２１２０２Ａ）
【公開日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７８１４０（Ｐ２００８−１７８１４０）
【出願日】平成２０年７月８日（２００８．７．８）
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【出願人】（５９９００２０４３）学校法人 名城大学 (142)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月８日（２００８．７．８）
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【出願人】（５９９００２０４３）学校法人 名城大学 (142)
【Ｆターム（参考）】
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