発光装置
【課題】発光素子の光利用効率を高め、蛍光体板により波長変換を行ってもイエローリングのない安定した白色光や、赤色、緑色の色むらのない安定した色の光を発光する安価な発光装置を提供するものである。
【解決手段】発光素子と、発光素子が発光する光を波長変換する蛍光体板を備える発光装置において、発光素子を形成する半導体層の表面に、発光素子が発光する光の半波長以下のピッチを有する凹部を形成して、矩形周期構造体を構成し、蛍光体板は、矩形周期構造体の上方に配置している。
【解決手段】発光素子と、発光素子が発光する光を波長変換する蛍光体板を備える発光装置において、発光素子を形成する半導体層の表面に、発光素子が発光する光の半波長以下のピッチを有する凹部を形成して、矩形周期構造体を構成し、蛍光体板は、矩形周期構造体の上方に配置している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光ダイオード（以下ＬＥＤという）を用いた発光装置に関し、特にＬＥＤの光を蛍光体板により波長変換して、赤色、緑色光を発光する発光装置、あるいは、混合して白色光を発光する発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光素子としてのＬＥＤは、長寿命で、小型で発光効率がよく、発光色が鮮やかであるから、照明用の小型の電子部品として広く利用されてきた。近年、特に、演色性の優れた白光色を発光する発光装置として、青色や紫外線を発光するＬＥＤと蛍光体板を組み合わせ、波長変換した黄色光と青色光を混合して白色光を発光する発光装置が、照明装置や、液晶ディスプレイ、携帯電話等の携帯端末のバックライトとして、広く利用されて来ている。
【０００３】
そして、ＬＥＤに関しては、青色や紫外線を発光するＬＥＤの表面に周期的な凹凸を有する矩形周期構造体を形成して、発光層で発光した光の取り出し効率を向上したＬＥＤが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、ＬＥＤの発光した青色光を、蛍光体板を用いて黄色光に波長変換し混合して、白色光を発光する発光装置において、蛍光体板に含まれる蛍光体の分布の調整、蛍光体の含まない領域の割合の調整、蛍光体板の厚さを部分的に調整する等、蛍光体板の構造を調整して白色光の色調調整を行う発光装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
また、ＬＥＤに波長変換基板を直接接着固定し、ＬＥＤの発光層で発光した光が波長変換基板を効率よく透過し光量の減衰を抑えることを可能とした発光装置が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００６】
図８は、特許文献３に記載の発光装置５００の構成を説明するための断面図である。図８に示すように、発光装置５００は、発光層５１３と素子基板５１４からなるＬＥＤ５１０が回路基板５４０にフリップチップ実装され、ＬＥＤ５１０の素子基板５１４に波長変換基板５２０が一体に接合され、樹脂封止体５７０によって封止、保護されている。そして、この発光装置５００は、マザーボード５８０に表面実装されて、外部電力の供給を制御されている。
【０００７】
これにより、発光装置５００は、発光層５１３で発光した青色光が波長変換基板５２０の中の微小な蛍光粒子を励起し、長波長の可視光の黄色光に波長変換され、混合して矢印で示す白色光６０、６１を発光することが可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１８４３１３号公報
【特許文献２】特開２００６−３０３３７３号公報
【特許文献３】特開２００２−９４１２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に示す従来のＬＥＤは、その表面に周期的な凹凸を有する矩形周期構造体を形成して、発光層で発光した光の取り出し効率を向上したものの、発光した光の指向性については全く言及せず、その特徴を生かす発光装置が提案されていない。
【００１０】
そして、特許文献２に示す従来の発光装置は、ＬＥＤが発光する光を波長変換して白色光を発光する構成を形成しているが、その白色光の色調の調整を、蛍光体板の形状を調整することで行っている。従って、蛍光体板１個１個を調整するため量産性に乏しく、安価に提供することが出来ない。
【００１１】
また、特許文献３の従来の発光装置は、図８に示すように、垂直方向の白色光６０と斜め方向の白色光６１は、波長変換基板５２０を透過する光路長に差がある。すなわち、斜め方向の白色光６１は、光路長が長い分、蛍光粒子に励起される黄色光が強くなり、黄色味を帯びた白色光となる。従って、斜め方向の光が透過する波長変換基板５２０の外周付近は、黄色味を帯びた白色光となり、いわゆる、イエローリングが発生し、白色光の色調を乱す問題があった。また、赤色、緑色の光に波長変換する発光装置にあっても、同様の原因で、大きな色むらが発生する問題があった。
【００１２】
本発明の目的は、光利用効率が高く、イエローリングのない安定した白色光や、赤色、緑色の色むらのない光を発光する安価な発光装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の発光装置は、上記目的を達成するために、下記記載の構成を採用するものである。
発光素子と、発光素子が発光する光を波長変換する蛍光体板を備える発光装置において、発光素子を形成する半導体層の表面に、発光素子が発光する光の半波長以下のピッチを有する凹部を形成して、矩形周期構造体を構成し、蛍光体板は、矩形周期構造体の上方に配置されていることを特徴とする。
【００１４】
この場合、矩形周期構造体の凹部は、円柱或いは角柱形状であることが好ましい。
また、矩形周期構造体の凹部は、同心円で形成された溝形状であってもよい。
【００１５】
この場合、発光素子は、青色光を発光する発光ダイオードであり、蛍光体板は、青色光を黄色光に波長変換する蛍光体を含有し、青色光と黄色光を混合して白色光を発光することが好ましい。
また、蛍光体板は、矩形周期構造体に当接して配置されていることが好ましい。
【００１６】
この場合、発光素子と蛍光体板の周囲が白色反射樹脂で充填されていることが好ましい。
また、白色反射樹脂は、白色顔料を含有するシリコーン系樹脂であってもよい。
【００１７】
この場合、蛍光体板と白色反射樹脂が拡散樹脂で封止されていることが好ましい。
また、拡散樹脂は、拡散剤を含有する透明樹脂であってもよい。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように本発明の発光装置は、発光素子を形成する半導体層の表面に、矩形周期構造体を形成したので、光の取り出し効率の優れた垂直方向の光が強く出射し、蛍光体が一様に分布する単なる平板の蛍光体板であっても、蛍光体板における波長変換効率を均一にして、発光する光の発光むらを低減することができる。すなわち、イエローリングの発生がない安定した白色光や、赤色、緑色光の色むらのない光を発光する発光装置の提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の発光装置の外観と構成を説明するための斜視図と断面図である。
【図２】本発明の実施例１におけるＬＥＤを説明するための断面図である。
【図３】本発明の実施例１におけるＬＥＤに形成された矩形周期構造体を説明するための部分拡大平面図である。
【図４】本発明の実施例１におけるＬＥＤに形成された矩形周期構造体の屈折率と出射光の透過率を説明するためのグラフである。
【図５】本発明の実施例２におけるＬＥＤに形成された矩形周期構造体を説明するための部分拡大斜視図である。
【図６】本発明の実施例３におけるＬＥＤに形成された矩形周期構造体を説明するための平面図である。
【図７】本発明の実施例４における発光装置の外観と構成を説明するための斜視図と断面図である。
【図８】特許文献３に示した従来技術を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて具体的に説明する。
なお、以下に説明する実施例において、いわゆる、表面実装型の非常に小型の白色光を発光する発光装置であって、ＬＥＤが発光する青色光を蛍光体板により黄色光に波長変換して白色光を発光する例として説明する。
【００２１】
［実施例１］
図１から図４は、本実施例１の発光装置の構成を説明するための図面であり、図１（ａ）は、この発光装置の外観を説明するための斜視図である。図１（ｂ）は、この発光装置の構成を説明するためのＡ−Ａ断面図である。図２（ａ）は、この発光装置の発光素子であるＬＥＤの構成を説明するための断面図であり、図２（ｂ）は、ＬＥＤの表面層に形成した矩形周期構造体を説明するため一部を抜き出した部分拡大斜視図である。図３（ａ）は、図２（ｂ）の矩形周期構造体の平面図であり、図３（ｂ）は、図２（ｂ）の矩形周期構造体の断面図である。図４は、ＬＥＤの表面層に形成された凹部による矩形周期構造体の見かけ上の屈折率とＬＥＤが発光する光の透過率の関係を説明するためのグラフである。各図において、同一の構成部材には同一の番号を付して重複する説明は省略する。
【００２２】
［実施例１の発光装置の全体構成：図１］
まず、図１を用いて本発明の発光装置の全体構成を説明する。
図１（ａ）に示すように、発光装置１は、いわゆる、表面実装型であって、外形寸法は、幅３ｍｍ、奥行き３ｍｍ、厚さ１ｍｍほどで、非常に小型の形状に形成されている。そして、この発光装置１は、発光源であるＬＥＤがその中央に実装された回路基板４０と、ＬＥＤの上方で透過する光の波長変換を行う蛍光体板２０と、そして、ＬＥＤと蛍光体板２０の周囲に充填され光の漏洩を防止する白色反射樹脂３０により構成されている。
【００２３】
図１（ｂ）に示すように、ＬＥＤ１０は、窒化物半導体を用いたＬＥＤであって、例えば、青色光を発光し、ガラスエポキシ基板からなる回路基板４０の中央部にフリップチップ実装されている。このＬＥＤ１０の最上層の上面には青色光の半波長以下のピッチで凹部を形成して、矩形周期構造体１１（後で詳述する）が構成され、その上面全体に蛍光体板２０が一体に接合されている。蛍光体板２０（例えば、ＹＡＧ系の蛍光体を含有する平板）は、例えば、ＬＥＤ１０が発光する青色光を波長変換して、黄色光に変換し、混合して白色光を発光する機能を有する。
【００２４】
白色反射樹脂３０は、反射性を良くした材質が好ましく、例えば、白色顔料を含有するシリコーン樹脂からなり、回路基板４０の上で蛍光体板２０とＬＥＤ１０の周囲を充填してＬＥＤ１０の側面から漏洩する光を遮断して、漏洩した紫外線による各部材の劣化を防止する。回路基板４０は、不図示の電極配線パターンとその裏面には不図示の外部接続端子が形成され、フリップチップ実装されたＬＥＤ１０と電気的に接続し、外部接続端子からＬＥＤ１０に電力の供給を行う。以上のように、ＬＥＤ１０が発光した光全てが蛍光体板を透過することで、波長変換が最も効率よく、明るい発光装置の提供が可能となる。
【００２５】
そして、ＬＥＤ１０の発光層から出射した光は、ＬＥＤ１０の最上面に形成された矩形周期構造体１１を透過する際に、後述するように、光の取り出し効率の優れた垂直方向の光が強く透過し、この垂直透過光は、蛍光体板２０を垂直に透過するから光路長が一定で、波長変換される黄色光が均一であり、青色光と混合した矢印で示す垂直白色光６０に色むらやイエローリングの問題を生ずることがない。従って、蛍光体板２０は、蛍光体を含有する安価な単なる平板形状でありながら、光の均一な色調の波長変換が可能であって、更に、量産性にも優れている。
【００２６】
［実施例１のＬＥＤの矩形周期構造体に関する説明：図２〜図４］
図２〜図４において、本発明の基本的な考え方を説明する。
光が空気層から物質に入射、或いは、物質から空気層に出射する場合、その物質の表面に、空気層とその物質の中間の屈折率を有する構造体を形成すると、その物質から直接空気層に出射する場合より、透過率が向上することが良く知られている。
【００２７】
すなわち、その構造体は、入射光、或いは、出射光の波長以下、望ましくは半波長以下のピッチの凹凸の矩形周期構造を持った構造体を物質表面に形成するモスアイ構造であって、空気側からその物質中に光が入射する際、物質表面の矩形の周期構造体の存在により、光は空気とこの物質との中間の屈折率を持つ物質が、矩形周期構造体に存在すると感じて、その部分の屈折率が物質本来の屈折率より低下し、透過率が向上するものであり、物質から空気に出射する場合も同様である。
【００２８】
図２（ａ）に示すように、ＬＥＤ１０は、窒化物半導体からなり、ｐ型層１２、発光層１３、ｎ型層１４から形成され、更に、ｐ型層１２の表面に、凹部からなる矩形周期構造体１１が形成されている。
【００２９】
発光層１３から出射した矢印で示す垂直出射光５０は、ｐ型層１２を透過し、ｐ型層の表面に形成された矩形周期構造体１１も透過して、空気層、すなわち外部に出射する。
一般に知られているように、フレンネルの法則から界面の２つの屈折率をｎ１、ｎ２とすると、反射率Ｒと透過率Ｔは、Ｒ＝（（ｎ２／ｎ１）−１）２／（（ｎ２／ｎ１）＋１）２、Ｔ＝１−Ｒ、で表される。
【００３０】
図２（ａ）の矩形周期構造体１１の一部分を抜き出し拡大した図２（ｂ）の部分拡大斜視図に示すように、この矩形周期構造体１１は、ｐ型層１２の表面に、凹部として、発光波長の半波長以下の一定間隔のピッチＰで一定深さＬの円柱形状の凹部１１１と、凸部として、円柱形状の凹部の壁部１１２が形成されており、円柱形状の深さＬは、入射光の波長に対しＬ＞λ／（Ｎ−１）（ｐ型層の屈折率をＮ）が望ましいことも知られている。
【００３１】
図２（ｂ）の矩形周期構造体の平面図である図３（ａ）に示すように、矩形周期構造体１１は、凹部１１１とその周囲の壁部１１２（二点差線で示す）からなるセル１１３の集合体により形成される。隣り合ったセル１１３は、青色光の半波長以下の一定ピッチＰで配列している。従って、この矩形周期構造体１１の屈折率Ｎｘは、平面図上の凹部１１１の表面積をＳ１、壁部１１２の表面積をＳ２、および、ｐ型層の屈折率をＮ、凹部の屈折率をｎとすると、Ｎｘ＝（ｎ×Ｓ１＋Ｎ×Ｓ２）／（Ｓ１＋Ｓ２）で表される。
【００３２】
上記の式により、矩形周期構造体１１の屈折率は、表面積Ｓ１、Ｓ２をパラメータとして、所定の屈折率に設定することが可能となる。すなわち、ｐ型層１２の材質による屈折率Ｎから空気の屈折率＝１まで、屈折率Ｎｘを設定することが可能となる。
【００３３】
更に、図２（ｂ）の矩形周期構造体の断面図である図３（ｂ）に示すように、発光層１３（図２（ａ）参照）から出射する矢印で示す垂直出射光５０は、ｐ型層１２を透過し、矩形周期構造体１１の凹部１１１の深さＬの底から入射し、見た目上必要な凹部の深さＬを透過することで、矩形周期構造体１１を認識して、光がｐ型層と矩形周期構造体と空気層を透過するから、透過率が高くなる。
【００３４】
しかし、斜め下方から入射する斜め出射光５１は、ｐ型層１２を透過後、凹部１１１の途中で空気層から壁部１１２を再び透過することになり、見た目上必要な凹部深さＬが得られない。そのため、矩形周期構造体１１の存在を認識できず、ｐ型層１２自体の屈折率と認識して、ｐ型層から空気層に出射するから、透過率の向上が認められない。
すなわち、ＬＥＤ１０から垂直方向に出射する光は、発光層１３からの光の取り出し効率が良く光強度が優れており、斜め方向に出射する光は、光の取り出し効率が低く光強度も低く、その結果、ＬＥＤ１０の出射光が垂直方向の指向性を有することとなる。
【００３５】
次に、ＬＥＤ１０から垂直方向に出射する光の取り出し効率に関して、すなわち、ＬＥＤ透過率と矩形周期構造体の屈折率Ｎｘの関係を図４で説明する。
図４のグラフの縦軸は、発光層１３からｐ型層１２と矩形周期構造体１１を透過して出射する青色光の透過率をＬＥＤ透過率％としたものであり、横軸は、上述した矩形周期構造体１１の凹部と壁部の面積と屈折率の関係から算出された屈折率Ｎｘである。グラフに示すように、矩形周期構造体１１の屈折率Ｎｘをパラメータとして、上述したフレンネルの法則の関係式から、ＬＥＤ透過率は、矩形周期構造体１１の屈折率Ｎｘ＝１．５５のとき、最大透過率＝９１％が得られる。
【００３６】
すなわち、ＬＥＤ１０の発光層１３から様々な方向に発せられる青色光は、屈折率Ｎｘ＝１．５５となる形状の矩形周期構造体１１を透過することにより、光取り出し効率の優れた垂直方向の光だけが強く出射する。従って、ＬＥＤのこの垂直方向の出射光は、単純な平板である蛍光体板を垂直に透過し、波長変換効率が均一で、色むらのない、白色光であればイエローリングのない発光装置を提供することが可能となる。そして、矩形周期構造体１１は、ｐ型層１２に単に２レベルの凹凸として、円柱形状の凹部を形成するだけであるから、加工の容易な安価なＬＥＤを得ることが可能となる。
【００３７】
［実施例２の矩形周期構造体の説明：図５］
本発明の実施例２は、実施例１の矩形周期構造体１１の凹部が円柱形状であるのと異なり、その凹部が六角柱形状である点である。
【００３８】
図５（ａ）は、本発明の実施例１の図２（ｂ）と同様に、ＬＥＤ１０のｐ型層１２表面に形成された矩形周期構造体の一部を拡大して示す図であり、実施例１の円柱形状の凹部の替わりに六角柱形状の凹部を形成した矩形周期構造体の部分拡大斜視図である。図５（ｂ）は、この矩形周期構造体のＢ部を更に拡大して示した平面図である。各図において、同一の構成部材には同一の番号を付して重複する説明は省略する。
【００３９】
図５（ａ）に示すように、矩形周期構造体１１は、ｐ型層１２の表面に凹部として、六角柱形状の凹部１１４が、青色光の半波長以下のピッチＰの一定深さＬで連続して形成され、そして、凹部１１４の周囲の壁部１１５と共に、いわゆる、ハニカム構造の形状で構成されている。凹部１１４の周囲の壁部１１５は、実施例１で説明した円柱形状の凹部の壁部１１２に相当し凸部を形成している。
【００４０】
図５（ｂ）に示すように、矩形周期構造体１１は、凹部１１４とその周囲の六角形の壁部１１５（二点差線で示す）からなるセル１１６の集合体により形成される。隣り合った六角形のセル１１６は、青色光の半波長以下の一定ピッチＰで配列している。従って、この矩形周期構造体１１の屈折率Ｎｘは、平面図上の凹部１１４の表面積をＳ１、壁部１１５の表面積をＳ２として、実施例１と同様の式で表される。そして、図４のグラフに示すように、透過率が最大となる所定の屈折率Ｎｘ＝１．５５に設定することが可能となる。
【００４１】
実施例１と同様に、ＬＥＤ１０のｐ型層１２に単に２レベルの凹凸として、六角柱形状の凹部を形成するだけで、加工の容易な安価な矩形周期構造体１１を有するＬＥＤを得ることが可能であって、このＬＥＤ１０と単純な平板の量産性の優れた蛍光体板で構成した発光装置であっても、色むらのない、白色光であればイエローリングのない発光装置を提供することが可能となる。
【００４２】
［実施例３の矩形周期構造体の説明：図６］
本発明の実施例３は、実施例１のＬＥＤ１０のｐ型層１２の表面に形成された矩形周期構造体１１の凹部が円柱形状であるのと異なり、その凹部が同心円状の溝部で形成されている点である。
【００４３】
図６（ａ）は、ＬＥＤのｐ型層とｐ型層の表面に形成された矩形周期構造体の模式的な平面図であり、矩形周期構造体が同心円の円筒状の凹部によって形成されている。図６（ｂ）は、図６（ａ）の同心円の中心を通るＣ−Ｃ断面図であり、図６（ｃ）は、図６（ｂ）のＤ部を拡大して示した部分拡大断面図である。各図において、同一の構成部材には同一の番号を付して重複する説明は省略する。
【００４４】
図６（ａ）、（ｂ）に示すように、ＬＥＤ１０のｐ型層１２の表面に形成された矩形周期構造体１１は、凹部が同心円の円筒状で形成され、凹部である溝部のピッチが青色光の半波長以下のピッチで形成されている。
【００４５】
図６（ｃ）に示すように、この矩形周期構造体１１は、ｐ型層１２の表面に、凹部として、溝部１１７が青色光の半波長以下のピッチＰ、一定深さＬ、溝幅Ｗで形成され、凸部が矩形の壁部１１８で形成されている。そして、溝深さＬは、実施例１と同様に、入射光の波長に対しＬ＞λ／（Ｎ−１）（ｐ型層の屈折率をＮ）である。
【００４６】
従って、矩形周期構造体１１の屈折率Ｎｘは、溝部のピッチをＰ、溝の幅をＷ、物質の屈折率をＮ、空気の屈折率をｎとすると、Ｎｘ＝（ｎ×Ｗ＋Ｎ×（Ｐ−Ｗ））／Ｐで表される。実施例１と同様に、溝幅と溝のピッチと物質の屈折率と空気層の屈折率から、透過率が最大となる所定の屈折率に矩形周期構造体１１の屈折率Ｎｘ＝１．５５を設定することが可能となる。
【００４７】
そして、図３（ｂ）に示す実施例２と同様に、下方垂直方向から透過する青色光５０は、矩形周期構造体１１を認識して、ｐ型層１２と矩形周期構造体１１と空気層を最大の透過率で透過し、蛍光体板を垂直に透過する。一方、下方斜めからｐ型層１２を透過してくる青色光５１は、周囲の壁部１１８を再透過し、見た目上必要な溝深さＬが得られないため、ｐ型層１２そのものの屈折率と認識して、矩形周期構造体１１であっても屈折率が変化せず、透過率が向上しない。
【００４８】
従って、実施例２と同様に、ＬＥＤ１０の発光層１３（図２（ａ）参照）から様々な方向に発せられる青色光は、凹部が同心円の円筒状の溝部で形成される矩形周期構造体１１を透過することで、光取り出し効率の優れた垂直方向の光が強く透過する指向性を有する。従って、ｐ型層１２に単に２レベルの凹凸として、同心円の円筒状の凹部を形成するだけの、加工の容易な安価なＬＥＤと、単純な平板の蛍光体板で構成する発光装置であっても、色むらのない、白色光であればイエローリングのない発光装置を提供することが可能となる。
【００４９】
［実施例４］
図７を用いて実施例４の発光装置の全体構成を説明する。図７（ａ）は、発光装置の外観の斜視図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＥ−Ｅ断面の断面図である。なお、各図において、同一の構成部材には同一の番号を付して重複する説明は省略する。
【００５０】
［実施例４の発光装置の全体構成：図７］
実施例４の発光装置は、実施例１の発光装置の構成に対して、拡散樹脂が追加構成されている点だけが異なっている。
【００５１】
図７（ａ）に示すように、実施例４の発光装置２は、実施例１の発光装置１の上部に拡散樹脂（例えば、拡散剤を含有する透明樹脂）が構成され、蛍光体板２０と白色反射樹脂３０を封止して保護する機能と、蛍光体板２０から出射した白色光を周囲に満遍なく照射拡散することを可能とする機能を有している。
【００５２】
すなわち、図１の実施例１で説明したと同様に、ＬＥＤ１０から出射した光は、矩形周期構造体１１を透過して、垂直方向に強く透過し、蛍光体板２０の光路長が一定の均一な厚さを透過して波長変換され、色むらやイエローリングの問題のない混合された白色光となる。
【００５３】
そして、図７（ｂ）に示すように、蛍光体板２０を透過した白色光が拡散樹脂に入射して拡散され、矢印で示す垂直方向の白色光６０、斜め方向の白色光６１、そして、横方向の白色光６２となる。すなわち、蛍光体板２０を覆い封止する拡散樹脂を形成することにより、広い範囲に光を拡散するにもかかわらず、色むらやイエローリングの問題のない白色光を出射することが可能となる。
【００５４】
以上、本発明の好ましい実施の態様を説明してきたが、本発明はこれに限定されることはなく、例えば、赤色光、緑色光を蛍光体板で波長変換して出射し、色むらのない発光装置を提供することも可能である。
【００５５】
更に、窒化物半導体を用いたＬＥＤの発光側がｐ型層で説明したが、ｎ型層であっても全く同等の効果が得られることは言うまでもなく、更に、ｐ型層に形成される矩形周期構造体の凹部の六角柱形状は、角柱であれば、四角柱、八角柱形状であっても、良いことは明らかである。
【００５６】
なお、本発明は、上述した実施例に限定されることはなく、それらの全てを行う必要もなく、特許請求の範囲の各請求項に記載した内容の範囲で種々変更や省略をすることが出来ることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５７】
１、２：発光装置
１０：ＬＥＤ
１１：矩形周期構造体
１２：ｐ型層
１３：発光層
１４：ｎ型層
２０：蛍光体板
３０：白色反射樹脂
３１：拡散樹脂
４０：回路基板
５０：垂直出射光
５１：斜め出射光
６０：垂直白色光
６１：斜め白色光
１１１、１１４：凹部
１１２、１１５、１１８：壁部
１１３、１１６：セル
１１７：溝部
【技術分野】
【０００１】
本発明は発光ダイオード（以下ＬＥＤという）を用いた発光装置に関し、特にＬＥＤの光を蛍光体板により波長変換して、赤色、緑色光を発光する発光装置、あるいは、混合して白色光を発光する発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光素子としてのＬＥＤは、長寿命で、小型で発光効率がよく、発光色が鮮やかであるから、照明用の小型の電子部品として広く利用されてきた。近年、特に、演色性の優れた白光色を発光する発光装置として、青色や紫外線を発光するＬＥＤと蛍光体板を組み合わせ、波長変換した黄色光と青色光を混合して白色光を発光する発光装置が、照明装置や、液晶ディスプレイ、携帯電話等の携帯端末のバックライトとして、広く利用されて来ている。
【０００３】
そして、ＬＥＤに関しては、青色や紫外線を発光するＬＥＤの表面に周期的な凹凸を有する矩形周期構造体を形成して、発光層で発光した光の取り出し効率を向上したＬＥＤが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
また、ＬＥＤの発光した青色光を、蛍光体板を用いて黄色光に波長変換し混合して、白色光を発光する発光装置において、蛍光体板に含まれる蛍光体の分布の調整、蛍光体の含まない領域の割合の調整、蛍光体板の厚さを部分的に調整する等、蛍光体板の構造を調整して白色光の色調調整を行う発光装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
また、ＬＥＤに波長変換基板を直接接着固定し、ＬＥＤの発光層で発光した光が波長変換基板を効率よく透過し光量の減衰を抑えることを可能とした発光装置が提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００６】
図８は、特許文献３に記載の発光装置５００の構成を説明するための断面図である。図８に示すように、発光装置５００は、発光層５１３と素子基板５１４からなるＬＥＤ５１０が回路基板５４０にフリップチップ実装され、ＬＥＤ５１０の素子基板５１４に波長変換基板５２０が一体に接合され、樹脂封止体５７０によって封止、保護されている。そして、この発光装置５００は、マザーボード５８０に表面実装されて、外部電力の供給を制御されている。
【０００７】
これにより、発光装置５００は、発光層５１３で発光した青色光が波長変換基板５２０の中の微小な蛍光粒子を励起し、長波長の可視光の黄色光に波長変換され、混合して矢印で示す白色光６０、６１を発光することが可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１８４３１３号公報
【特許文献２】特開２００６−３０３３７３号公報
【特許文献３】特開２００２−９４１２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に示す従来のＬＥＤは、その表面に周期的な凹凸を有する矩形周期構造体を形成して、発光層で発光した光の取り出し効率を向上したものの、発光した光の指向性については全く言及せず、その特徴を生かす発光装置が提案されていない。
【００１０】
そして、特許文献２に示す従来の発光装置は、ＬＥＤが発光する光を波長変換して白色光を発光する構成を形成しているが、その白色光の色調の調整を、蛍光体板の形状を調整することで行っている。従って、蛍光体板１個１個を調整するため量産性に乏しく、安価に提供することが出来ない。
【００１１】
また、特許文献３の従来の発光装置は、図８に示すように、垂直方向の白色光６０と斜め方向の白色光６１は、波長変換基板５２０を透過する光路長に差がある。すなわち、斜め方向の白色光６１は、光路長が長い分、蛍光粒子に励起される黄色光が強くなり、黄色味を帯びた白色光となる。従って、斜め方向の光が透過する波長変換基板５２０の外周付近は、黄色味を帯びた白色光となり、いわゆる、イエローリングが発生し、白色光の色調を乱す問題があった。また、赤色、緑色の光に波長変換する発光装置にあっても、同様の原因で、大きな色むらが発生する問題があった。
【００１２】
本発明の目的は、光利用効率が高く、イエローリングのない安定した白色光や、赤色、緑色の色むらのない光を発光する安価な発光装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の発光装置は、上記目的を達成するために、下記記載の構成を採用するものである。
発光素子と、発光素子が発光する光を波長変換する蛍光体板を備える発光装置において、発光素子を形成する半導体層の表面に、発光素子が発光する光の半波長以下のピッチを有する凹部を形成して、矩形周期構造体を構成し、蛍光体板は、矩形周期構造体の上方に配置されていることを特徴とする。
【００１４】
この場合、矩形周期構造体の凹部は、円柱或いは角柱形状であることが好ましい。
また、矩形周期構造体の凹部は、同心円で形成された溝形状であってもよい。
【００１５】
この場合、発光素子は、青色光を発光する発光ダイオードであり、蛍光体板は、青色光を黄色光に波長変換する蛍光体を含有し、青色光と黄色光を混合して白色光を発光することが好ましい。
また、蛍光体板は、矩形周期構造体に当接して配置されていることが好ましい。
【００１６】
この場合、発光素子と蛍光体板の周囲が白色反射樹脂で充填されていることが好ましい。
また、白色反射樹脂は、白色顔料を含有するシリコーン系樹脂であってもよい。
【００１７】
この場合、蛍光体板と白色反射樹脂が拡散樹脂で封止されていることが好ましい。
また、拡散樹脂は、拡散剤を含有する透明樹脂であってもよい。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように本発明の発光装置は、発光素子を形成する半導体層の表面に、矩形周期構造体を形成したので、光の取り出し効率の優れた垂直方向の光が強く出射し、蛍光体が一様に分布する単なる平板の蛍光体板であっても、蛍光体板における波長変換効率を均一にして、発光する光の発光むらを低減することができる。すなわち、イエローリングの発生がない安定した白色光や、赤色、緑色光の色むらのない光を発光する発光装置の提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の発光装置の外観と構成を説明するための斜視図と断面図である。
【図２】本発明の実施例１におけるＬＥＤを説明するための断面図である。
【図３】本発明の実施例１におけるＬＥＤに形成された矩形周期構造体を説明するための部分拡大平面図である。
【図４】本発明の実施例１におけるＬＥＤに形成された矩形周期構造体の屈折率と出射光の透過率を説明するためのグラフである。
【図５】本発明の実施例２におけるＬＥＤに形成された矩形周期構造体を説明するための部分拡大斜視図である。
【図６】本発明の実施例３におけるＬＥＤに形成された矩形周期構造体を説明するための平面図である。
【図７】本発明の実施例４における発光装置の外観と構成を説明するための斜視図と断面図である。
【図８】特許文献３に示した従来技術を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて具体的に説明する。
なお、以下に説明する実施例において、いわゆる、表面実装型の非常に小型の白色光を発光する発光装置であって、ＬＥＤが発光する青色光を蛍光体板により黄色光に波長変換して白色光を発光する例として説明する。
【００２１】
［実施例１］
図１から図４は、本実施例１の発光装置の構成を説明するための図面であり、図１（ａ）は、この発光装置の外観を説明するための斜視図である。図１（ｂ）は、この発光装置の構成を説明するためのＡ−Ａ断面図である。図２（ａ）は、この発光装置の発光素子であるＬＥＤの構成を説明するための断面図であり、図２（ｂ）は、ＬＥＤの表面層に形成した矩形周期構造体を説明するため一部を抜き出した部分拡大斜視図である。図３（ａ）は、図２（ｂ）の矩形周期構造体の平面図であり、図３（ｂ）は、図２（ｂ）の矩形周期構造体の断面図である。図４は、ＬＥＤの表面層に形成された凹部による矩形周期構造体の見かけ上の屈折率とＬＥＤが発光する光の透過率の関係を説明するためのグラフである。各図において、同一の構成部材には同一の番号を付して重複する説明は省略する。
【００２２】
［実施例１の発光装置の全体構成：図１］
まず、図１を用いて本発明の発光装置の全体構成を説明する。
図１（ａ）に示すように、発光装置１は、いわゆる、表面実装型であって、外形寸法は、幅３ｍｍ、奥行き３ｍｍ、厚さ１ｍｍほどで、非常に小型の形状に形成されている。そして、この発光装置１は、発光源であるＬＥＤがその中央に実装された回路基板４０と、ＬＥＤの上方で透過する光の波長変換を行う蛍光体板２０と、そして、ＬＥＤと蛍光体板２０の周囲に充填され光の漏洩を防止する白色反射樹脂３０により構成されている。
【００２３】
図１（ｂ）に示すように、ＬＥＤ１０は、窒化物半導体を用いたＬＥＤであって、例えば、青色光を発光し、ガラスエポキシ基板からなる回路基板４０の中央部にフリップチップ実装されている。このＬＥＤ１０の最上層の上面には青色光の半波長以下のピッチで凹部を形成して、矩形周期構造体１１（後で詳述する）が構成され、その上面全体に蛍光体板２０が一体に接合されている。蛍光体板２０（例えば、ＹＡＧ系の蛍光体を含有する平板）は、例えば、ＬＥＤ１０が発光する青色光を波長変換して、黄色光に変換し、混合して白色光を発光する機能を有する。
【００２４】
白色反射樹脂３０は、反射性を良くした材質が好ましく、例えば、白色顔料を含有するシリコーン樹脂からなり、回路基板４０の上で蛍光体板２０とＬＥＤ１０の周囲を充填してＬＥＤ１０の側面から漏洩する光を遮断して、漏洩した紫外線による各部材の劣化を防止する。回路基板４０は、不図示の電極配線パターンとその裏面には不図示の外部接続端子が形成され、フリップチップ実装されたＬＥＤ１０と電気的に接続し、外部接続端子からＬＥＤ１０に電力の供給を行う。以上のように、ＬＥＤ１０が発光した光全てが蛍光体板を透過することで、波長変換が最も効率よく、明るい発光装置の提供が可能となる。
【００２５】
そして、ＬＥＤ１０の発光層から出射した光は、ＬＥＤ１０の最上面に形成された矩形周期構造体１１を透過する際に、後述するように、光の取り出し効率の優れた垂直方向の光が強く透過し、この垂直透過光は、蛍光体板２０を垂直に透過するから光路長が一定で、波長変換される黄色光が均一であり、青色光と混合した矢印で示す垂直白色光６０に色むらやイエローリングの問題を生ずることがない。従って、蛍光体板２０は、蛍光体を含有する安価な単なる平板形状でありながら、光の均一な色調の波長変換が可能であって、更に、量産性にも優れている。
【００２６】
［実施例１のＬＥＤの矩形周期構造体に関する説明：図２〜図４］
図２〜図４において、本発明の基本的な考え方を説明する。
光が空気層から物質に入射、或いは、物質から空気層に出射する場合、その物質の表面に、空気層とその物質の中間の屈折率を有する構造体を形成すると、その物質から直接空気層に出射する場合より、透過率が向上することが良く知られている。
【００２７】
すなわち、その構造体は、入射光、或いは、出射光の波長以下、望ましくは半波長以下のピッチの凹凸の矩形周期構造を持った構造体を物質表面に形成するモスアイ構造であって、空気側からその物質中に光が入射する際、物質表面の矩形の周期構造体の存在により、光は空気とこの物質との中間の屈折率を持つ物質が、矩形周期構造体に存在すると感じて、その部分の屈折率が物質本来の屈折率より低下し、透過率が向上するものであり、物質から空気に出射する場合も同様である。
【００２８】
図２（ａ）に示すように、ＬＥＤ１０は、窒化物半導体からなり、ｐ型層１２、発光層１３、ｎ型層１４から形成され、更に、ｐ型層１２の表面に、凹部からなる矩形周期構造体１１が形成されている。
【００２９】
発光層１３から出射した矢印で示す垂直出射光５０は、ｐ型層１２を透過し、ｐ型層の表面に形成された矩形周期構造体１１も透過して、空気層、すなわち外部に出射する。
一般に知られているように、フレンネルの法則から界面の２つの屈折率をｎ１、ｎ２とすると、反射率Ｒと透過率Ｔは、Ｒ＝（（ｎ２／ｎ１）−１）２／（（ｎ２／ｎ１）＋１）２、Ｔ＝１−Ｒ、で表される。
【００３０】
図２（ａ）の矩形周期構造体１１の一部分を抜き出し拡大した図２（ｂ）の部分拡大斜視図に示すように、この矩形周期構造体１１は、ｐ型層１２の表面に、凹部として、発光波長の半波長以下の一定間隔のピッチＰで一定深さＬの円柱形状の凹部１１１と、凸部として、円柱形状の凹部の壁部１１２が形成されており、円柱形状の深さＬは、入射光の波長に対しＬ＞λ／（Ｎ−１）（ｐ型層の屈折率をＮ）が望ましいことも知られている。
【００３１】
図２（ｂ）の矩形周期構造体の平面図である図３（ａ）に示すように、矩形周期構造体１１は、凹部１１１とその周囲の壁部１１２（二点差線で示す）からなるセル１１３の集合体により形成される。隣り合ったセル１１３は、青色光の半波長以下の一定ピッチＰで配列している。従って、この矩形周期構造体１１の屈折率Ｎｘは、平面図上の凹部１１１の表面積をＳ１、壁部１１２の表面積をＳ２、および、ｐ型層の屈折率をＮ、凹部の屈折率をｎとすると、Ｎｘ＝（ｎ×Ｓ１＋Ｎ×Ｓ２）／（Ｓ１＋Ｓ２）で表される。
【００３２】
上記の式により、矩形周期構造体１１の屈折率は、表面積Ｓ１、Ｓ２をパラメータとして、所定の屈折率に設定することが可能となる。すなわち、ｐ型層１２の材質による屈折率Ｎから空気の屈折率＝１まで、屈折率Ｎｘを設定することが可能となる。
【００３３】
更に、図２（ｂ）の矩形周期構造体の断面図である図３（ｂ）に示すように、発光層１３（図２（ａ）参照）から出射する矢印で示す垂直出射光５０は、ｐ型層１２を透過し、矩形周期構造体１１の凹部１１１の深さＬの底から入射し、見た目上必要な凹部の深さＬを透過することで、矩形周期構造体１１を認識して、光がｐ型層と矩形周期構造体と空気層を透過するから、透過率が高くなる。
【００３４】
しかし、斜め下方から入射する斜め出射光５１は、ｐ型層１２を透過後、凹部１１１の途中で空気層から壁部１１２を再び透過することになり、見た目上必要な凹部深さＬが得られない。そのため、矩形周期構造体１１の存在を認識できず、ｐ型層１２自体の屈折率と認識して、ｐ型層から空気層に出射するから、透過率の向上が認められない。
すなわち、ＬＥＤ１０から垂直方向に出射する光は、発光層１３からの光の取り出し効率が良く光強度が優れており、斜め方向に出射する光は、光の取り出し効率が低く光強度も低く、その結果、ＬＥＤ１０の出射光が垂直方向の指向性を有することとなる。
【００３５】
次に、ＬＥＤ１０から垂直方向に出射する光の取り出し効率に関して、すなわち、ＬＥＤ透過率と矩形周期構造体の屈折率Ｎｘの関係を図４で説明する。
図４のグラフの縦軸は、発光層１３からｐ型層１２と矩形周期構造体１１を透過して出射する青色光の透過率をＬＥＤ透過率％としたものであり、横軸は、上述した矩形周期構造体１１の凹部と壁部の面積と屈折率の関係から算出された屈折率Ｎｘである。グラフに示すように、矩形周期構造体１１の屈折率Ｎｘをパラメータとして、上述したフレンネルの法則の関係式から、ＬＥＤ透過率は、矩形周期構造体１１の屈折率Ｎｘ＝１．５５のとき、最大透過率＝９１％が得られる。
【００３６】
すなわち、ＬＥＤ１０の発光層１３から様々な方向に発せられる青色光は、屈折率Ｎｘ＝１．５５となる形状の矩形周期構造体１１を透過することにより、光取り出し効率の優れた垂直方向の光だけが強く出射する。従って、ＬＥＤのこの垂直方向の出射光は、単純な平板である蛍光体板を垂直に透過し、波長変換効率が均一で、色むらのない、白色光であればイエローリングのない発光装置を提供することが可能となる。そして、矩形周期構造体１１は、ｐ型層１２に単に２レベルの凹凸として、円柱形状の凹部を形成するだけであるから、加工の容易な安価なＬＥＤを得ることが可能となる。
【００３７】
［実施例２の矩形周期構造体の説明：図５］
本発明の実施例２は、実施例１の矩形周期構造体１１の凹部が円柱形状であるのと異なり、その凹部が六角柱形状である点である。
【００３８】
図５（ａ）は、本発明の実施例１の図２（ｂ）と同様に、ＬＥＤ１０のｐ型層１２表面に形成された矩形周期構造体の一部を拡大して示す図であり、実施例１の円柱形状の凹部の替わりに六角柱形状の凹部を形成した矩形周期構造体の部分拡大斜視図である。図５（ｂ）は、この矩形周期構造体のＢ部を更に拡大して示した平面図である。各図において、同一の構成部材には同一の番号を付して重複する説明は省略する。
【００３９】
図５（ａ）に示すように、矩形周期構造体１１は、ｐ型層１２の表面に凹部として、六角柱形状の凹部１１４が、青色光の半波長以下のピッチＰの一定深さＬで連続して形成され、そして、凹部１１４の周囲の壁部１１５と共に、いわゆる、ハニカム構造の形状で構成されている。凹部１１４の周囲の壁部１１５は、実施例１で説明した円柱形状の凹部の壁部１１２に相当し凸部を形成している。
【００４０】
図５（ｂ）に示すように、矩形周期構造体１１は、凹部１１４とその周囲の六角形の壁部１１５（二点差線で示す）からなるセル１１６の集合体により形成される。隣り合った六角形のセル１１６は、青色光の半波長以下の一定ピッチＰで配列している。従って、この矩形周期構造体１１の屈折率Ｎｘは、平面図上の凹部１１４の表面積をＳ１、壁部１１５の表面積をＳ２として、実施例１と同様の式で表される。そして、図４のグラフに示すように、透過率が最大となる所定の屈折率Ｎｘ＝１．５５に設定することが可能となる。
【００４１】
実施例１と同様に、ＬＥＤ１０のｐ型層１２に単に２レベルの凹凸として、六角柱形状の凹部を形成するだけで、加工の容易な安価な矩形周期構造体１１を有するＬＥＤを得ることが可能であって、このＬＥＤ１０と単純な平板の量産性の優れた蛍光体板で構成した発光装置であっても、色むらのない、白色光であればイエローリングのない発光装置を提供することが可能となる。
【００４２】
［実施例３の矩形周期構造体の説明：図６］
本発明の実施例３は、実施例１のＬＥＤ１０のｐ型層１２の表面に形成された矩形周期構造体１１の凹部が円柱形状であるのと異なり、その凹部が同心円状の溝部で形成されている点である。
【００４３】
図６（ａ）は、ＬＥＤのｐ型層とｐ型層の表面に形成された矩形周期構造体の模式的な平面図であり、矩形周期構造体が同心円の円筒状の凹部によって形成されている。図６（ｂ）は、図６（ａ）の同心円の中心を通るＣ−Ｃ断面図であり、図６（ｃ）は、図６（ｂ）のＤ部を拡大して示した部分拡大断面図である。各図において、同一の構成部材には同一の番号を付して重複する説明は省略する。
【００４４】
図６（ａ）、（ｂ）に示すように、ＬＥＤ１０のｐ型層１２の表面に形成された矩形周期構造体１１は、凹部が同心円の円筒状で形成され、凹部である溝部のピッチが青色光の半波長以下のピッチで形成されている。
【００４５】
図６（ｃ）に示すように、この矩形周期構造体１１は、ｐ型層１２の表面に、凹部として、溝部１１７が青色光の半波長以下のピッチＰ、一定深さＬ、溝幅Ｗで形成され、凸部が矩形の壁部１１８で形成されている。そして、溝深さＬは、実施例１と同様に、入射光の波長に対しＬ＞λ／（Ｎ−１）（ｐ型層の屈折率をＮ）である。
【００４６】
従って、矩形周期構造体１１の屈折率Ｎｘは、溝部のピッチをＰ、溝の幅をＷ、物質の屈折率をＮ、空気の屈折率をｎとすると、Ｎｘ＝（ｎ×Ｗ＋Ｎ×（Ｐ−Ｗ））／Ｐで表される。実施例１と同様に、溝幅と溝のピッチと物質の屈折率と空気層の屈折率から、透過率が最大となる所定の屈折率に矩形周期構造体１１の屈折率Ｎｘ＝１．５５を設定することが可能となる。
【００４７】
そして、図３（ｂ）に示す実施例２と同様に、下方垂直方向から透過する青色光５０は、矩形周期構造体１１を認識して、ｐ型層１２と矩形周期構造体１１と空気層を最大の透過率で透過し、蛍光体板を垂直に透過する。一方、下方斜めからｐ型層１２を透過してくる青色光５１は、周囲の壁部１１８を再透過し、見た目上必要な溝深さＬが得られないため、ｐ型層１２そのものの屈折率と認識して、矩形周期構造体１１であっても屈折率が変化せず、透過率が向上しない。
【００４８】
従って、実施例２と同様に、ＬＥＤ１０の発光層１３（図２（ａ）参照）から様々な方向に発せられる青色光は、凹部が同心円の円筒状の溝部で形成される矩形周期構造体１１を透過することで、光取り出し効率の優れた垂直方向の光が強く透過する指向性を有する。従って、ｐ型層１２に単に２レベルの凹凸として、同心円の円筒状の凹部を形成するだけの、加工の容易な安価なＬＥＤと、単純な平板の蛍光体板で構成する発光装置であっても、色むらのない、白色光であればイエローリングのない発光装置を提供することが可能となる。
【００４９】
［実施例４］
図７を用いて実施例４の発光装置の全体構成を説明する。図７（ａ）は、発光装置の外観の斜視図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＥ−Ｅ断面の断面図である。なお、各図において、同一の構成部材には同一の番号を付して重複する説明は省略する。
【００５０】
［実施例４の発光装置の全体構成：図７］
実施例４の発光装置は、実施例１の発光装置の構成に対して、拡散樹脂が追加構成されている点だけが異なっている。
【００５１】
図７（ａ）に示すように、実施例４の発光装置２は、実施例１の発光装置１の上部に拡散樹脂（例えば、拡散剤を含有する透明樹脂）が構成され、蛍光体板２０と白色反射樹脂３０を封止して保護する機能と、蛍光体板２０から出射した白色光を周囲に満遍なく照射拡散することを可能とする機能を有している。
【００５２】
すなわち、図１の実施例１で説明したと同様に、ＬＥＤ１０から出射した光は、矩形周期構造体１１を透過して、垂直方向に強く透過し、蛍光体板２０の光路長が一定の均一な厚さを透過して波長変換され、色むらやイエローリングの問題のない混合された白色光となる。
【００５３】
そして、図７（ｂ）に示すように、蛍光体板２０を透過した白色光が拡散樹脂に入射して拡散され、矢印で示す垂直方向の白色光６０、斜め方向の白色光６１、そして、横方向の白色光６２となる。すなわち、蛍光体板２０を覆い封止する拡散樹脂を形成することにより、広い範囲に光を拡散するにもかかわらず、色むらやイエローリングの問題のない白色光を出射することが可能となる。
【００５４】
以上、本発明の好ましい実施の態様を説明してきたが、本発明はこれに限定されることはなく、例えば、赤色光、緑色光を蛍光体板で波長変換して出射し、色むらのない発光装置を提供することも可能である。
【００５５】
更に、窒化物半導体を用いたＬＥＤの発光側がｐ型層で説明したが、ｎ型層であっても全く同等の効果が得られることは言うまでもなく、更に、ｐ型層に形成される矩形周期構造体の凹部の六角柱形状は、角柱であれば、四角柱、八角柱形状であっても、良いことは明らかである。
【００５６】
なお、本発明は、上述した実施例に限定されることはなく、それらの全てを行う必要もなく、特許請求の範囲の各請求項に記載した内容の範囲で種々変更や省略をすることが出来ることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５７】
１、２：発光装置
１０：ＬＥＤ
１１：矩形周期構造体
１２：ｐ型層
１３：発光層
１４：ｎ型層
２０：蛍光体板
３０：白色反射樹脂
３１：拡散樹脂
４０：回路基板
５０：垂直出射光
５１：斜め出射光
６０：垂直白色光
６１：斜め白色光
１１１、１１４：凹部
１１２、１１５、１１８：壁部
１１３、１１６：セル
１１７：溝部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、前記発光素子が発光する光を波長変換する蛍光体板を備える発光装置において、
前記発光素子を形成する半導体層の表面に、前記発光素子が発光する光の半波長以下のピッチを有する凹部を形成して、矩形周期構造体を構成し、
前記蛍光体板は、前記矩形周期構造体の上方に配置されていることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記矩形周期構造体の凹部は、円柱或いは角柱形状であることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記矩形周期構造体の凹部は、同心円で形成された溝形状であることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項４】
前記発光素子は、青色光を発光する発光ダイオードであり、前記蛍光体板は、青色光を黄色光に波長変換する蛍光体を含有し、青色光と黄色光を混合して白色光を発光することを特徴とする請求項１〜３記載の発光装置。
【請求項５】
前記蛍光体板は、前記矩形周期構造体に当接して配置されていることを特徴とする請求項１〜４記載の発光装置。
【請求項６】
前記発光素子と前記蛍光体板の周囲が白色反射樹脂で充填されていることを特徴とする請求項１〜５記載の発光装置。
【請求項７】
前記白色反射樹脂は、白色顔料を含有するシリコーン系樹脂であることを特徴とする請求項６記載の発光装置。
【請求項８】
前記蛍光体板と前記白色反射樹脂が拡散樹脂で封止されていることを特徴とする請求項６、７記載の発光装置。
【請求項９】
前記拡散樹脂は、拡散剤を含有する透明樹脂からなることを特徴とする請求項８記載の発光装置。
【請求項１】
発光素子と、前記発光素子が発光する光を波長変換する蛍光体板を備える発光装置において、
前記発光素子を形成する半導体層の表面に、前記発光素子が発光する光の半波長以下のピッチを有する凹部を形成して、矩形周期構造体を構成し、
前記蛍光体板は、前記矩形周期構造体の上方に配置されていることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記矩形周期構造体の凹部は、円柱或いは角柱形状であることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記矩形周期構造体の凹部は、同心円で形成された溝形状であることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項４】
前記発光素子は、青色光を発光する発光ダイオードであり、前記蛍光体板は、青色光を黄色光に波長変換する蛍光体を含有し、青色光と黄色光を混合して白色光を発光することを特徴とする請求項１〜３記載の発光装置。
【請求項５】
前記蛍光体板は、前記矩形周期構造体に当接して配置されていることを特徴とする請求項１〜４記載の発光装置。
【請求項６】
前記発光素子と前記蛍光体板の周囲が白色反射樹脂で充填されていることを特徴とする請求項１〜５記載の発光装置。
【請求項７】
前記白色反射樹脂は、白色顔料を含有するシリコーン系樹脂であることを特徴とする請求項６記載の発光装置。
【請求項８】
前記蛍光体板と前記白色反射樹脂が拡散樹脂で封止されていることを特徴とする請求項６、７記載の発光装置。
【請求項９】
前記拡散樹脂は、拡散剤を含有する透明樹脂からなることを特徴とする請求項８記載の発光装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−９８１９４（Ｐ２０１３−９８１９４Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３６７１０（Ｐ２０１１−２３６７１０）
【出願日】平成２３年１０月２８日（２０１１．１０．２８）
【出願人】（０００１３１４３０）シチズン電子株式会社 (798)
【出願人】（０００００１９６０）シチズンホールディングス株式会社 (1,939)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２８日（２０１１．１０．２８）
【出願人】（０００１３１４３０）シチズン電子株式会社 (798)
【出願人】（０００００１９６０）シチズンホールディングス株式会社 (1,939)
【Ｆターム（参考）】
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