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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-08-27
(45)【発行日】2024-09-04
(54)【発明の名称】発光装置および電子機器
(51)【国際特許分類】
H01L 33/48 20100101AFI20240828BHJP
H01L 33/50 20100101ALI20240828BHJP
H01L 33/60 20100101ALI20240828BHJP
F21V 9/30 20180101ALI20240828BHJP
F21V 29/15 20150101ALI20240828BHJP
【ＦＩ】
H01L33/48
H01L33/50
H01L33/60
F21V9/30
F21V29/15
【請求項の数】
23
(21)【出願番号】P 2020163805
(22)【出願日】2020-09-29
(65)【公開番号】P2022056031
(43)【公開日】2022-04-08
【審査請求日】2023-08-29
(73)【特許権者】
【識別番号】000226057
【氏名又は名称】日亜化学工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100101683
【弁理士】
【氏名又は名称】奥田 誠司
(74)【代理人】
【識別番号】100155000
【弁理士】
【氏名又は名称】喜多 修市
(74)【代理人】
【識別番号】100180529
【弁理士】
【氏名又は名称】梶谷 美道
(74)【代理人】
【識別番号】100125922
【弁理士】
【氏名又は名称】三宅 章子
(74)【代理人】
【識別番号】100184985
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 悠
(74)【代理人】
【識別番号】100202197
【弁理士】
【氏名又は名称】村瀬 成康
(74)【代理人】
【識別番号】100218981
【弁理士】
【氏名又は名称】武田 寛之
(72)【発明者】
【氏名】野間 紳太郎
(72)【発明者】
【氏名】岡 祐太
【審査官】右田 昌士
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１２－１６９５０７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１４２５６６（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１７／００４７４８７（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１３－２４３３０６（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０２０／１８４０１４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１３－２５１４１７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１３－５３１３８１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１３－５０４８４０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－００６７８０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ３３／００ － ３３／６４
Ｆ２１Ｖ ９／３０
Ｆ２１Ｖ ２９／１５
Ｇ０２Ｂ ５／２０ － ５／２８
Ｇ０９Ｆ ９／３０ － ９／３３
Ｇ０３Ｂ １５／０５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
光取り出し面を有する少なくとも１つの半導体発光素子と、第１面および第２面を有し、前記第１面が前記半導体発光素子の光取り出し面と対向するように配置された変色層であって、光の照射および／または加熱によって、発色状態から消色状態に変化する変色物質を含む変色層と、
第１面および第２面を有し、前記第１面が前記変色層の前記第２面と対向し、かつ、前記変色層の前記第２面から離れて配置された保護層と、
前記少なくとも１つの半導体発光素子の光取り出し面と前記変色層の第１面との間に配置された波長変換部材と、
を備え、
前記波長変換部材は、透光性部材と、蛍光体と、を含み、前記蛍光体は、前記変色層の第１面側に偏在している、発光装置。
【請求項2】
光取り出し面を有する少なくとも１つの半導体発光素子と、
第１面および第２面を有し、前記第１面が前記半導体発光素子の光取り出し面と対向するように配置された変色層であって、光の照射および／または加熱によって、発色状態から消色状態に変化する変色物質を含む変色層と、
第１面および第２面を有し、前記第１面が前記変色層の前記第２面と対向し、かつ、前記変色層の前記第２面から離れて配置された保護層と、
を備え、
前記少なくとも１つの半導体発光素子は、４００ｎｍより短く、又は、７６０ｎｍより長い波長の光を出射する第１の半導体発光素子と、波長４００ｎｍ以上７６０ｎｍ以下の光を出射する第２の半導体発光素子と、を含む、発光装置。
【請求項3】
光取り出し面を有する少なくとも１つの半導体発光素子と、
第１面および第２面を有し、前記第１面が前記半導体発光素子の光取り出し面と対向するように配置された変色層であって、光の照射および／または加熱によって、発色状態から消色状態に変化する変色物質を含む変色層と、
第１面および第２面を有し、前記第１面が前記変色層の前記第２面と対向し、かつ、前記変色層の前記第２面から離れて配置された保護層と、
前記少なくとも１つの半導体発光素子の光取り出し面と前記変色層の第１面との間に配置された波長変換部材と、
光反射性部材と、
を備え、
前記少なくとも１つの半導体発光素子は、１次元または２次元に配列された複数の半導体発光素子を含み、
前記光反射性部材は、前記複数の半導体発光素子のそれぞれの側面を覆って、前記複数の半導体発光素子間に配置されており、
前記波長変換部材は、前記複数の半導体発光素子の光取り出し面および前記光反射性部材の上面を一体的に覆っており、
前記変色層は、前記第１面が前記波長変換部材の全体と対向している、発光装置。
【請求項4】
前記変色層の第１面と前記波長変換部材との間に空気層を有していない、請求項３に記載の発光装置。
【請求項5】
前記保護層は、熱伝導率が０．８Ｗ／ｍ・Ｋ以下である請求項１から４のいずれかに記載の発光装置。
【請求項6】
前記保護層は、ガラス、誘電体多層膜、および樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種を含む請求項１から５のいずれかに記載の発光装置。
【請求項7】
前記保護層は、４００ｎｍ以下の波長範囲、および、７６０ｎｍ以上の波長範囲の少なくとも一方における光の透過率が１０％以下である、請求項１から６のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項8】
前記保護層の前記第２面の表面粗さＲａが０．２μｍ以上４μｍ以下である、請求項１から７のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項9】
前記保護層の前記第１面又は前記第２面は、突起を有する、請求項１から８のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項10】
前記少なくとも１つの半導体発光素子の光取り出し面と前記変色層の第１面との間に配置された波長変換部材をさらに備える、請求項２に記載の発光装置。
【請求項11】
前記保護層の前記第１面の表面粗さＲａが０．２μｍ以上４μｍ以下である、請求項１から１０のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項12】
前記保護層と前記変色層との間にスペーサ層を有する、請求項１から１１のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項13】
前記保護層と前記変色層との間に空気層を有する、請求項１から１２のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項14】
前記変色層の第１面と前記半導体発光素子の光取り出し面とは接触している、請求項２に記載の発光装置。
【請求項15】
前記変色物質は、サーモクロミック化合物である請求項１から１４のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項16】
前記変色物質は、活性化温度未満で有色を呈し、前記活性化温度以上で無色を呈する請求項１から１５のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項17】
前記変色層において、前記変色物質は、前記半導体発光素子の点灯後、５０ミリ秒以内に有色から無色に変化する請求項１から１６のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項18】
前記有色は黒色である、請求項１７に記載の発光装置。
【請求項19】
前記変色物質は、ロイコ染料である、請求項１から１８のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項20】
前記少なくとも１つの半導体発光素子の側面の少なくとも一部を覆う光反射性部材をさらに備える請求項１または２に記載の発光装置。
【請求項21】
前記光反射性部材は、前記変色層の側面および前記保護層の側面の少なくとも一部をさらに覆う、請求項２０に記載の発光装置。
【請求項22】
前記変色層は、２以上の層である請求項１から２１のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項23】
開口を有するケースと、請求項１から２２のいずれか一項に記載の発光装置であって、前記開口に前記保護層が配置され、前記開口から、前記発光装置の発光が外部へ出射可能なように前記ケースに配置された発光装置と、
を備え、前記発光装置の前記変色物質が有する有色は、前記ケースの前記開口の周囲の領域の色と同系色である、電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は発光装置および電子機器に関する。
【背景技術】
【0002】
発光ダイオード（ＬＥＤ）などの半導体発光素子は、種々の用途に広く用いられている。たとえば、デジタルカメラ、スマートフォンなどの電子機器の照明用光源として半導体発光素子が広く用いられる。
【0003】
こうした半導体発光素子が波長変換部材を備えている場合、半導体発光素子が点灯していない状態において、出射面が波長変換部材によって黄色を呈し、半導体発光素子が搭載される電子機器の外観に、黄色い出射面が表れることにより、外観の美観を損ねる可能性がある。また、波長変換部材を有しない発光素子であっても、発光素子の内部の構造が出射面から見えることによって、電子機器の外観の美観を損ねる可能性がある。
【0004】
このような課題を解決するため、特許文献１は、発光構造と、発光構造上に設けられたサーモクロミック層を備えた発光装置を開示している。この発光装置によれば、消灯時にはサーモクロミック層が有する色彩が出射面に表れるため、電子機器の外観を損なうことが抑制される。一方、点灯時には、サーモクロミック層が透明になることによって、サーモクロミック層が出射した光を遮ることが抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２０１８－１４２５６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本開示は、消灯時の外観に優れ、かつ耐候性にも優れる発光装置およびこれを用いた電子機器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示の一実施形態にかかる発光装置は、光取り出し面を有する少なくとも１つの半導体発光素子と、第１面および第２面を有し、前記第１面が前記半導体発光素子の光取り出し面と対向するように配置された変色層であって、光の照射および／または加熱によって、発色状態から消色状態に変化する変色物質を含む変色層と、第１面および第２面を有し、前記第１面が前記変色層の前記第２面と対向し、かつ、前記変色層の前記第２面から離れて配置された保護層とを備える。
【0008】
本開示の一実施形態にかかる電子機器は、開口を有するケースと、前記発光装置であって、前記開口に前記保護層が配置され、前記開口から、前記発光装置の発光が外部へ出射可能なように前記ケースに配置された発光装置と、を備え、前記発光装置の前記変色する物質が有する有色は、前記ケースの前記開口の周囲の領域の色と同系色である。
【発明の効果】
【0009】
本開示の発光装置および電子機器によれば、消灯時の外観に優れ、かつ耐候性にも優れる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【発明を実施するための形態】
【0011】
図面を参照しながら、本開示の実施形態を詳細に説明する。以下の実施形態は、例示であり、本開示による面状光源および面状光源の製造方法は、以下の実施形態に限られない。例えば、以下の実施形態で示される数値、形状、材料、工程、その工程の順序などは、あくまでも一例であり、技術的に矛盾が生じない限りにおいて種々の改変が可能である。以下に説明する各実施形態は、あくまでも例示であり、技術的に矛盾が生じない限りにおいて種々の組み合わせが可能である。
【0012】
図面が示す構成要素の寸法、形状等は、わかり易さのために誇張されている場合があり、実際の面状光源における寸法、形状および構成要素間の大小関係を反映していない場合がある。また、図面が過度に複雑になることを避けるために、一部の要素の図示を省略することがある。
【0013】
以下の説明において、実質的に同じ機能を有する構成要素は共通の参照符号で示し、説明を省略することがある。また、特定の方向または位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」およびそれらの用語を含む別の用語）を用いる場合がある。しかしながら、それらの用語は、参照した図面における相対的な方向または位置をわかり易さのために用いているに過ぎない。参照した図面における「上」、「下」等の用語による相対的な方向または位置の関係が同一であれば、本開示以外の図面、実際の製品、製造装置等において、参照した図面と同一の配置でなくてもよい。本開示において「平行」とは、特に他の言及がない限り、２つの直線、辺、面等が０°から±５°程度の範囲にある場合を含む。また、本開示において「垂直」または「直交」とは、特に他の言及がない限り、２つの直線、辺、面等が９０°から±５°程度の範囲にある場合を含む。さらに、「上」と表現する位置関係は接している場合と接していないが上方に位置している場合も含む。本開示において「対向」とは、２つの面などが互いに向い合せの位置関係を意味している。２つの面は接していてもよいし、離れていてもよい。また、２つの面が離れている場合、間に１以上の他の層が位置していてもよい。
【0014】
＜第１の実施形態＞
図１は、本開示の一実施形態にかかる発光装置の一例を示す断面図である。発光装置１０１は、少なくとも１つの半導体発光素子１０と、変色層３０と、保護層４０と、を備える。図１に示す例では、発光装置１０１は１つの半導体発光素子１０を備えているが、後述するように発光装置１０１は２以上の半導体発光素子１０を備えていてもよい。
図１は、本開示の一実施形態にかかる発光装置の一例を示す断面図である。発光装置１０１は、少なくとも１つの半導体発光素子１０と、変色層３０と、保護層４０と、を備える。図１に示す例では、発光装置１０１は１つの半導体発光素子１０を備えているが、後述するように発光装置１０１は２以上の半導体発光素子１０を備えていてもよい。
【0015】
半導体発光素子１０は、光取り出し面１０ｂを有しており、光取り出し面１０ｂから光を出射する。変色層３０は、第１面３０ａおよび第１面３０ａと反対側に位置する第２面３０ｂを有し、第１面３０ａが半導体発光素子１０の光取り出し面１０ｂと対向するように配置されている。後述するように、変色層３０は、光の照射および／または加熱によって透過率が変わる変色物質、例えば有色から無色に変化する変色物質を含む。保護層４０は、第１面４０ａおよび第１面４０ａと反対側に位置する第２面４０ｂを有する。保護層４０の第１面４０ａは、変色層３０の第２面３０ｂと対向している。また、保護層４０の第１面４０ａは変色層３０の第２面３０ｂから離れて配置されている。本実施形態では、保護層４０と変色層３０とを所定の間隔で離して配置させるために、発光装置１０１は、スペーサ層５０をさらに備えており、スペーサ層５０は、保護層４０と変色層３０の間に配置されている。以下、各構成要素を詳細に説明する。
【0016】
（半導体発光素子１０）
半導体発光素子１０は、光取り出し面１０ｂを有しており、光取り出し面１０ｂから光を出射する。半導体発光素子１０は、例えば発光ダイオードチップ等の半導体発光素子である。半導体発光素子は、透光性基板、半導体積層体、および、電極を備える。透光性基板には、例えば、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）のような透光性の絶縁性材料や、半導体積層体からの発光を透過する半導体材料（例えば、窒化物系半導体材料）を用いることができる。半導体発光素子１０の側面は光反射性部材が設けられていてもよい。
半導体発光素子１０は、光取り出し面１０ｂを有しており、光取り出し面１０ｂから光を出射する。半導体発光素子１０は、例えば発光ダイオードチップ等の半導体発光素子である。半導体発光素子は、透光性基板、半導体積層体、および、電極を備える。透光性基板には、例えば、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）のような透光性の絶縁性材料や、半導体積層体からの発光を透過する半導体材料（例えば、窒化物系半導体材料）を用いることができる。半導体発光素子１０の側面は光反射性部材が設けられていてもよい。
【0017】
半導体積層体は、例えば、ｎ型半導体層、発光層（活性層）およびｐ型半導体層等の複数の半導体層を含む。半導体層には、例えば、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体、ＩＩ－ＶＩ族化合物半導体等の半導体材料から形成することができる。具体的には、ＩｎｘＡｌｙＧａ１－ｘ－ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）等の窒化物系の半導体材料や、ガリウムヒ素系の半導体材料や、インジウム燐系の半導体材料を用いることができる。半導体発光素子１０は、光取り出し面１０ｂと反対側に位置する電極面１０ａを有しており、半導体積層体に電気的に接続された一対の電極が電極面１０ａに設けられている。
【0018】
平面視における半導体発光素子１０の形状は、四角形またはこれに近似する形状が好ましい。例えば、半導体発光素子１０は、平面視において、一辺の長さが数百μｍ以上１ｍｍ程度以下の長方形または正方形であってよい。具体的には、例えば、半導体発光素子１０の平面視における形状は、一辺の長さが、４００μｍ、６００μｍあるいは１ｍｍの正方形である。
【0019】
半導体発光素子１０は、光取り出し面１０ｂから可視光を出射することが好ましい。例えば、赤色、青色又は緑色を出射することが好ましい。半導体発光素子１０は、紫外線あるいは赤外線の範囲の波長成分の光を含んでいてもよい。ただし、発光装置１０１が用いられる機器における使用態様により、発光装置１０１の消灯時間に対する点灯時間割合が大きい場合、半導体発光素子１０の出射光に含まれる紫外線あるいは赤外線成分が、変色層３０に含まれる変色物質の特性の変化を生じさせる可能性が高くなる。このため、変色物質の特性変化の抑制という観点から、点灯時間が長い用途で使用される発光装置１０１の半導体発光素子１０においては、出射する光の紫外線あるいは赤外線の波長成分が少ないほうが好ましい。
【0020】
（変色層３０）
変色層３０は、第１面３０ａおよび第１面３０ａと反対側に位置する第２面３０ｂを有し、第１面３０ａが半導体発光素子１０の光取り出し面１０ｂと対向するように配置されている。本実施形態では、変色層３０の第１面３０ａは半導体発光素子１０の光取り出し面１０ｂと接しているが、変色層３０の第１面３０ａと、半導体発光素子１０の光取り出し面１０ｂとの間に空気層以外の他の層や部材が位置していてもよく、変色層３０の第１面３０ａと、半導体発光素子１０の光取り出し面１０ｂとの間に空気層を有していないことが好ましい。
変色層３０は、第１面３０ａおよび第１面３０ａと反対側に位置する第２面３０ｂを有し、第１面３０ａが半導体発光素子１０の光取り出し面１０ｂと対向するように配置されている。本実施形態では、変色層３０の第１面３０ａは半導体発光素子１０の光取り出し面１０ｂと接しているが、変色層３０の第１面３０ａと、半導体発光素子１０の光取り出し面１０ｂとの間に空気層以外の他の層や部材が位置していてもよく、変色層３０の第１面３０ａと、半導体発光素子１０の光取り出し面１０ｂとの間に空気層を有していないことが好ましい。
【0021】
変色層３０は、光の照射および／または加熱によって発色状態から消色状態に変化する変色物質を含む。具体的には、変色物質は、フォトクロミック化合物またはサーモクロミック化合物である。変色物質は、有機溶媒、水などに可溶な染料であってもよいし、有機溶媒、水等に不溶な顔料であってもよい。
【0022】
ここで、発色状態とは、可視光の波長範囲内の少なくとも一部の範囲の光を変色物質が吸収することによって、変色物質が有色を呈することを意味する。消色状態とは、変色物質が可視光の波長範囲の光を実質的に吸収しないことによって、変色物質が無色を呈することを意味している。このため、消色状態では、変色物質は可視光に対して透明である。発色状態において、変色物質が、可視光の波長範囲全体にわたって光を吸収する場合、変色物質は黒色を呈する。発色状態において、変色物質が呈する色は、任意に選択し得る。変色物質が色を呈することによって、外部から変色層３０を介して半導体発光素子１０の光取り出し面１０ｂを透視しにくくなる。また、消色状態では、変色層３０で視光の吸収が生じないため、半導体発光素子１０からの光が効率よく変色層３０を介して外部へ出射する。ここで「透明」とは、可視光領域において７０％以上の透過率を有することをいう。また、「変色物質が無色」であるとは、色が全くないという狭い意味に限られず、無色に近いほど色を有していない程度のものも含む。具体的には、可視光領域において７０％以上の透過率を変色層３０が有していれば、変色層３０に含まれる変色物質は「無色」を呈していると定義される。
【0023】
変色物質がフォトクロミック化合物である場合、半導体発光素子１０から出射する光が照射されることによって変色物質が発色状態から消色状態に変化することが好ましい。例えば、半導体発光素子１０から出射する可視光によって、変色物質が発色状態から消色状態に変化することが好ましい。
【0024】
一方、変色物質がサーモクロミック化合物である場合、変色物質は、活性化温度未満で有色を呈し、活性化温度以上で無色を呈することが好ましい。活性化温度は、変色物質が有色から無色へ変化する温度である。公知のサーモクロミック化合物の活性化温度は、例えば、１０℃以上７０℃以下である。本実施形態では、活性化温度が４５℃以上６５℃以下の範囲の温度であることが好ましい。例えば、活性化温度は５０℃である。
【0025】
変色物質がサーモクロミック化合物である場合、変色物質は、半導体発光素子１０が点灯することによって発生する熱によって、活性化温度以上に加熱されることが好ましい。本実施形態では、変色層３０は、半導体発光素子１０の光取り出し面１０ｂに直接接しており、これによって、半導体発光素子１０がＯＮになったとき、発生する熱によって変色層３０が例えば５０℃以上に加熱される。あるいは、半導体発光素子１０の光取り出し面１０ｂと変色層３０との間に、熱伝導性の高い層が配置されていてもよい。
【0026】
本実施形態において、変色物質として使用可能なフォトクロミック化合物の例は、例えば、ジアリールエテン誘導体、フタロシアニン、アゾベンゼン、シアニン、スピロピラン、フルギド、ベンゾフラン型誘導体などである。また、変色物質として使用可能なサーモクロミック化合物の例は、ロイコ染料などである。このうち、ロイコ染料は、５０℃程度の活性化温度を有し、有色として、赤、青、緑、黒色を呈するものが市販されている。
【0027】
変色層３０は、例えば、上述した１種以上の変色物質と、樹脂とを含んでおり、板状の変色層または、印刷可能な未硬化の樹脂組成物として入手可能である。
【0028】
変色層３０は、光取り出し面１０ｂの全体を覆っていることが好ましい。また、変色層３０は、半導体発光素子１０がＯＦＦ状態にある際、光取り出し面１０ｂの内部が透過して見えない程度の厚さを有していることがこのましい。例えば、変色層３０は、５μｍ以上２ｍｍ以下、好ましくは１０μｍ以上１ｍｍ以下、より好ましくは１５μｍ以上５００μｍ以下程度の厚さを有していることが好ましい。
【0029】
（保護層４０）
保護層４０は、第１面４０ａおよび第２面４０ｂを有し、保護層４０の第１面４０ａが変色層３０の第２面３０ｂと対向するように配置される。また、保護層４０の第１面４０ａは変色層３０の第２面３０ｂから離れて配置されている。
保護層４０は、第１面４０ａおよび第２面４０ｂを有し、保護層４０の第１面４０ａが変色層３０の第２面３０ｂと対向するように配置される。また、保護層４０の第１面４０ａは変色層３０の第２面３０ｂから離れて配置されている。
【0030】
保護層４０は、変色層３０を外部環境から保護する。変色層３０の変色物質は、フォトクロミック性あるいはサーモクロミック性を備えているため、長時間、紫外線あるいは赤外線が照射されると、変色物質に不可逆的な構造変化あるいは分解が生じやすい。このような変色物質の変化を抑制するため、保護層４０は、外部から変色層３０に入射する紫外線の波長領域の光および赤外線の波長領域の光のうち、少なくとも一方の光の一部を吸収する。具体的には、保護層４０は、４００ｎｍ以下の波長範囲、および、７６０ｎｍ以上の波長範囲の少なくとも一方における光の透過率が１０％以下である。これにより、外部から入射する光のうち、紫外線の波長成分および赤外線の波長成分のうち、少なくとも一方の成分を低下させる。
【0031】
また保護層４０は、外部からの熱を変色層３０に伝え難くい部材であることが好ましい。例えば、保護層４０の熱伝導率は、０．８Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることが好ましく、０．５５Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることがより好ましく、０．２５Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることがさらに好ましい。
【0032】
保護層４０は、例えば、ガラス、誘電体多層膜および樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種を含む。保護層４０の厚さは、特に限定されないが、例えば、１μｍ以上２ｍｍ以下、好ましくは５μｍ以上８００μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以上２００μｍ以下である。保護層４０は、可視光の波長範囲の光を透過することが好ましい。例えば、４００ｎｍ以上７６０ｎｍ以下の波長範囲の光の透過率が、８０％以上であることが好ましい。
【0033】
保護層４０は、紫外線あるいは赤外線を吸収することによって発熱する。この熱が、変色層３０に伝わると、半導体発光素子１０がＯＦＦの状態であっても、変色層３０が消色状態となってしまい、半導体発光素子１０の光取り出し面１０ｂや、その内部が見えるようになってしまう。このような、意図しない変色層３０の変色を抑制するため、保護層４０は変色層３０から離れて配置されている。
【0034】
（スペーサ層５０）
スペーサ層５０は、保護層４０を変色層から離れて配置させるために、保護層４０と、変色層３０と、の間に配置される。スペーサ層５０は、可視光の波長範囲の光を透過することが好ましい。例えば、４００ｎｍ以上７６０ｎｍ以下の波長範囲の光の透過率が、８０％以上、好ましくは９５％以上であることが好ましい。スペーサ層５０の厚さは、例えば、５μｍ以上２ｍｍ以下、好ましくは１０μｍ以上１ｍｍ以下、より好ましくは１５μｍ以上５００μｍ以下である。
スペーサ層５０は、保護層４０を変色層から離れて配置させるために、保護層４０と、変色層３０と、の間に配置される。スペーサ層５０は、可視光の波長範囲の光を透過することが好ましい。例えば、４００ｎｍ以上７６０ｎｍ以下の波長範囲の光の透過率が、８０％以上、好ましくは９５％以上であることが好ましい。スペーサ層５０の厚さは、例えば、５μｍ以上２ｍｍ以下、好ましくは１０μｍ以上１ｍｍ以下、より好ましくは１５μｍ以上５００μｍ以下である。
【0035】
スペーサ層５０は、紫外線または赤外線の波長範囲における光の透過率が保護層４０よりも大きいか、または、保護層４０よりも小さい熱伝導率を有することが好ましい。これにより、スペーサ層５０は、保護層４０よりも発熱しにくい、あるいは、保護層４０よりも熱を伝えにくいため、保護層４０で発生した熱が変色層３０へ伝わるのを抑止し得る。
【0036】
（発光装置１０１の動作および効果）
図２Ａおよび図２Ｂを参照しながら発光装置１０１の動作を説明する。図２Ａは発光装置１０１がＯＦＦの状態および図２Ｂは発光装置１０１がＯＮの状態をそれぞれ示す模式図である。発光装置がＯＮとは、発光装置１０１が発光する条件で電流を流した状態、および、発光装置がＯＦＦとは、発光装置１０１が発光しない条件で電流を流した状態あるいは電流を遮断した状態をいう。図２Ａおよび図２Ｂにおいて、保護層４０およびスペーサ層５０は透明であるため、ハッチングを付さずに示している。発光装置１０１がＯＦＦの場合、変色層３０は発色状態にあり、有色を呈している。例えば、変色層３０は黒色を呈している。このため、発光装置１０１の上面１０１ｂから発光装置１０１を見ると、保護層４０およびスペーサ層５０を介して、変色層３０の黒色が見られ、変色層３０に遮られることによって、半導体発光素子１０の光取り出し面１０ｂや内部の構造を視認できない。
図２Ａおよび図２Ｂを参照しながら発光装置１０１の動作を説明する。図２Ａは発光装置１０１がＯＦＦの状態および図２Ｂは発光装置１０１がＯＮの状態をそれぞれ示す模式図である。発光装置がＯＮとは、発光装置１０１が発光する条件で電流を流した状態、および、発光装置がＯＦＦとは、発光装置１０１が発光しない条件で電流を流した状態あるいは電流を遮断した状態をいう。図２Ａおよび図２Ｂにおいて、保護層４０およびスペーサ層５０は透明であるため、ハッチングを付さずに示している。発光装置１０１がＯＦＦの場合、変色層３０は発色状態にあり、有色を呈している。例えば、変色層３０は黒色を呈している。このため、発光装置１０１の上面１０１ｂから発光装置１０１を見ると、保護層４０およびスペーサ層５０を介して、変色層３０の黒色が見られ、変色層３０に遮られることによって、半導体発光素子１０の光取り出し面１０ｂや内部の構造を視認できない。
【0037】
図２Ｂに示すように、通電によって発光装置１０１をＯＮにすると、半導体発光素子１０の半導体積層体に電流が流れることによって、発光および発熱が生じる。半導体発光素子１０で生じた光や熱は、変色層３０に伝導し、変色層３０が加熱される。この時点では、変色層３０は黒色を呈しているため、半導体発光素子１０からの光は、変色層３０でほとんど吸収され、変色層３０から外部へはほとんど出射しない。つまり、発光装置１０１は外部へ光を出射しない。変色層３０で吸収された光は熱に変換される。
【0038】
半導体発光素子１０から伝わった熱および変色層３０において光から変換された熱によって、変色層３０の温度が上昇する。変色層３０の温度が活性化温度を超えると、変色物質が発色状態から消色状態になる。これにより、変色層３０は透明になり、半導体発光素子１０から出射した光は、透明な変色層３０、スペーサ層５０および保護層４０を透過し外部へ出射する。つまり、発光装置１０１が発光する。
【0039】
発光装置１０１をＯＦＦにすると、発光が直ちに停止する。この時、変色層３０の温度は、まだ活性化温度を以上であるため、変色層３０は透明な状態を維持しており、半導体発光素子１０の光取り出し面１０ｂや内部の構造が視認し得る。その後、変色層３０の熱が半導体発光素子１０およびスペーサ層５０、保護層４０に散逸し、変色層３０の温度が活性化温度を下回ると、変色物質が消色状態から発色状態になる。これにより、図２Ａに示すように、変色層３０は黒色を呈し、半導体発光素子１０の光取り出し面１０ｂや内部の構造を外部から視認できなくなる。
【0040】
変色層３０の変色物質がフォトクロミック性を備えている場合には、半導体発光素子１０から出射する光が変色層３０を照射すれば、変色層３０は、有色から無色を呈するようになり、光の照射が遮断されると、無色から有色に変化する。
【0041】
発光装置１０１のＯＦＦからＯＮまたはＯＮからＯＦＦへの切り替えタイミングと、変色層３０の発色状態から消色状態への変化または消色状態から発色状態への変化のタイミングとのタイムラグは小さいほうが好ましい。特に、発光装置１０１のＯＦＦからＯＮへの切り替えは、例えば、携帯電子機器で撮像を行う際に、照明として発光装置１０１を発光させる場合であるから、上述したタイムラグは小さいほうが好ましい。
【0042】
本願発明者の詳細な検討によれば、半導体発光素子１０の動作時の発熱および／または発光は、変色層３０の変色物質を十分に状態変化させることができるエネルギーを放出する。以下の実施例で説明するように、変色層３０において、変色物質は、半導体発光素子１０の点灯後、５０ミリ秒以内に有色から無色に変化する。つまり発光装置１０１をＯＮにした後、例えば、概ね５０ミリ秒以内に変色層３０はほぼ透明になり、１００％に近い光束が得られる。
【0043】
また、発光装置１０１において、外部から入射する紫外線や赤外線は保護層４０に吸収される。よって、保護層４０が紫外線や赤外線に曝され、変色物質が劣化するのを抑制することができる。その結果、長期にわたって、変色層３０の機能が維持され、発光装置１０１がＯＦＦ状態において、変色層３０が有する色が呈示され得る。つまり、変色層３０の耐候性を向上させることが可能である。さらに、保護層４０における紫外線または赤外線の吸収によって発生した熱は、スペーサ層５０が介在することによって変色層３０へ伝わりにくい。このため、変色層３０が外部からのエネルギーで発色状態から消色状態へ変化することが抑制される。
【0044】
本実施形態の発光装置には種々の改変が可能である。図３に示す発光装置１０２は、保護層４０に代えて保護層４０’を備えている点で発光装置１０１と異なる。保護層４０’の第２面４０ｂは、０．２μｍ以上４μｍ以下の表面粗さＲａを有している。保護層４０’の厚さをｔμｍとした場合、保護層４０’の第２面４０ｂの表面粗さＲａは、好ましくは、Ｒａ≦ｔ／５の関係を満たしており、より好ましくは、Ｒａ≦ｔ／１０の関係を満たしている。保護層４０’の第２面４０ｂが粗面であることによって、外部から発光装置１０２を見た場合に、保護層４０’の表面での正反射が抑制され、変色層３０の有する色がより認識しやすくなる。このため、発光装置１０２が実装される機器の外装色と、変色層３０の有色状態のときの色とを一致させると、一体的な外観を呈する機器を提供することが可能となる。
【0045】
図４に示す発光装置１０３は、保護層４０に代えて保護層４０’’を備えている点で発光装置１０１と異なる。保護層４０’’の第１面４０ａは、０．２μｍ以上４μｍ以下の表面粗さＲａを有している。保護層４０’’の厚さをｔμｍとした場合、保護層４０’’の第１面４０ａの表面粗さＲａは、好ましくは、Ｒａ≦ｔ／５の関係を満たしており、より好ましくは、Ｒａ≦ｔ／１０の関係を満たしている。保護層４０’’の第１面４０ａが粗面であることによって、保護層４０の第１面４０ａとスペーサ層５０との接触面積が小さくなり、また、保護層４０’’とスペーサ層５０との間に微小な空気の空間が形成される。このため、保護層４０の熱がスペーサ層５０へ伝わりにくくなり、変色層３０が外部からのエネルギーで発色状態から消色状態へ変化することがより抑制される。
【0046】
図５に示す発光装置１０４は、保護層４０の第２面４０ｂに複数の突起４１を備えている点で発光装置１０１と異なる。突起４１の形状は、円錐、楕円錐、多角錐などの錐形状、円錐台形、楕円錐台形、多角錐台形などの錐台形状、半球状、楕円半球状、真球状などの表面に丸みを帯びた形状、フレネルレンズ、レンチキュラーレンズ、平凸レンズ、平凹レンズ、両凸レンズ、両凹レンズ、リニアフレネルレンズ、フライアイレンズ、プリズム、非球面レンズなどのレンズ形状であってよい。突起の高さに特に制限はない。突起４１の幾何学形状に応じた効果を保護層４０の第２面４０ｂに付与することができる。例えば、円錐形状を有する突起４１は、モスアイ構造として知られ、表面における低反射、超撥水性、防汚性などに優れる。また、突起４１が各種のレンズ形状を有している場合には、レンズ形状に応じた集光、発散などの光学特性が得られる。
【0047】
＜第２の実施形態＞
図６は、本開示の第２の実施形態にかかる発光装置の一例を示す断面図である。発光装置１０５は、波長変換部材２０および光反射性部材６０をさらに備え、スペーサ層５０に代えて空気層７０を備えている点で第１の実施形態の発光装置１０１と異なる。
図６は、本開示の第２の実施形態にかかる発光装置の一例を示す断面図である。発光装置１０５は、波長変換部材２０および光反射性部材６０をさらに備え、スペーサ層５０に代えて空気層７０を備えている点で第１の実施形態の発光装置１０１と異なる。
【0048】
波長変換部材２０は、半導体発光素子１０の光取り出し面１０ｂと変色層３０の第１面３０ａとの間に配置される。波長変換部材２０は第１面２０ａと第１面２０ａと反対側に位置する第２面２０ｂを有し、第１面２０ａが半導体発光素子１０の光取り出し面１０ｂと対向し、第２面２０ｂが変色層３０の第１面３０ａと対向している。本実施形態では、波長変換部材２０の第１面２０ａは半導体発光素子１０の光取り出し面１０ｂと接している。また、波長変換部材２０の第２面２０ｂは、変色層３０の第１面３０ａと接している。
【0049】
波長変換部材２０は、半導体発光素子１０から出射する光の一部を他の波長の光に変換する。波長変換部材２０は、透光性部材と蛍光体とを含む。波長変換部材２０はさらに光拡散材などを含んでいてもよい。透光性部材は、透光性樹脂を含む。例えば、透光性部材は、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、またはこれらを混合した樹脂等を含む。蛍光体は、例えば、透光性部材中に分散している。蛍光体は、イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（例えば、Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ）、ルテチウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（例えば、Ｌｕ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ）、テルビウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（例えば、Ｔｂ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ）、βサイアロン蛍光体（例えば、（Ｓｉ，Ａｌ）３（Ｏ，Ｎ）４：Ｅｕ）、αサイアロン蛍光体（例えば、Ｍｚ（Ｓｉ，Ａｌ）１２（Ｏ，Ｎ）１６（但し、０＜ｚ≦２であり、ＭはＬｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｙ、およびＬａとＣｅを除くランタニド元素））、ＣＡＳＮ系蛍光体（例えば、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ）若しくはＳＣＡＳＮ系蛍光体（例えば、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ）等の窒化物系蛍光体、ＫＳＦ系蛍光体（例えば、Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎ）若しくはＭＧＦ系蛍光体（例えば、３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ２・ＧｅＯ２：Ｍｎ）等のフッ化物系蛍光体、または、ペロブスカイト、硫化鉛、カルコパイライト、量子ドット蛍光体等であってよい。
【0050】
波長変換部材２０は上述した蛍光体から選ばれる複数種含んでいてもよく、例えば、青色の光を吸収して黄色の光を放射する蛍光体と、青色の光を吸収して赤色の光を放射する蛍光体を含んでいてもよい。これにより、発光装置１０５から例えば白色の光を出射させることができる。
【0051】
光反射性部材６０は、半導体発光素子１０の側面を覆っている。図６に示す形態では光反射性部材６０は、波長変換部材２０および変色層３０の側面も覆っており、変色層３０の第２面３０ｂ上の空間も囲んでいる。
【0052】
光反射性部材６０は光反射性を有し、例えば、樹脂と光拡散材とを含む。具体的には、樹脂として、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等を用いることができる。また、光拡散材としては、酸化チタン、シリカ、アルミナ、酸化亜鉛またはガラス等の粒子を用いることができる。
【0053】
光反射性部材６０は、上面６０ｂを有しており、上面６０ｂ上において、保護層４０を支持している。光反射性部材６０の上面６０ｂは変色層３０の第２面３０ｂよりも上方に位置しているため、保護層４０の第１面４０ａと変色層３０の第２面３０ｂとは離れており、空気層７０が形成されている。
【0054】
発光装置１０５おいて、半導体発光素子１０は、青色光を出射し、波長変換部材２０を透過することによって、青色光の一部が黄色光に変換される。波長変換部材２０から出射する光は、青色光と黄色光とを含む白色光となり、発光装置１０５の外部へ出射される。この時、波長変換部材２０において、蛍光体の波長変換によって熱が発生し、発生した熱が隣接する変色層３０に伝わる。このため、半導体発光素子１０の発熱に加え、波長変換部材２０の発熱によって、変色層３０を加熱することができる。よって、半導体発光素子１０が発光を開始すると、より速やかに変色層３０を加熱することができる。
【0055】
第１の実施形態で説明したように、発光装置１０５がＯＮの状態になれば、変色層３０の温度が上昇し、活性化温度を超えることによって、変色層３０は透明になる。したがって、半導体発光素子１０からの光が変色層３０に遮られることなく外部へ出射する。
【0056】
一般にＹＡＧ蛍光体を用いた波長変換部材は、青色光を黄色光に変換する黄色蛍光体を含み、黄色を呈している。このため、波長変換部材を含む発光装置では、光取り出し面が黄色を呈している。一方、発光装置が搭載される機器の外装は、黄色以外の色を呈している場合が多く、黄色く見える発光装置が外観上において目立ってしまい、美観を損ねることがあった。
【0057】
本実施形態の発光装置によれば、発光装置１０５がＯＦＦの時、変色層３０は有色を呈することによって、波長変換部材２０の色が外部から視認されるのを抑制する。よって、発光装置１０５が波長変換部材を備えていても、黄色く目立つことがない優れた外観を有する機器を実現することが可能である。
【0058】
また、発光装置１０５において、保護層４０と変色層３０との間には、空気層７０が位置している。このため、紫外線や赤外線が保護層４０に吸収されて、保護層４０が発熱しても、空気層７０は熱伝導率が小さいことによって、変色層３０には保護層４０で発生した熱が伝わりにくく、変色層３０が外部環境から受けるエネルギーによって有色状態から無色状態に変化することが抑制される。このため、例えば、発光装置１０５を搭載した電子機器が、強い直射日光の当たる環境に放置される場合でも、変色層３０が透明になって波長変換部材２０の黄色が外部に見えてしまうことが抑制される。つまり、種々の環境下においても、優れた外観を有する電子機器を実現し得る。
【0059】
また、発光装置１０５において、光反射性部材６０が、半導体発光素子１０、波長変換部材２０および変色層３０の側面を覆っているため、これらの部材の側面で光を反射させることができ、出射効率を高めることができる。
【0060】
本実施形態の発光装置には種々の改変が可能である。図７に示す発光装置１０６は、波長変換部材２０に代えて波長変換部材２０’を備えている点で、発光装置１０２と異なる。波長変換部材２０’は、透光性部材２１と蛍光体２２とを含み、蛍光体２２は、変色層３０の第１面側に偏在している。ここで、偏在とは波長変換部材２０’を厚さ方向に２つの２層に分けた場合において、変色層３０側に近接して位置する層における蛍光体２２の密度が、変色層３０からより遠くに位置し、半導体発光素子１０側に近接して位置する層における蛍光体２２の密度よりも高いことをいう。
【0061】
発光装置１０６によれば、蛍光体２２が変色層３０側に偏在していることによって、波長変換によって生成した熱をより効率的に変色層３０へ伝播させることができる。また、熱が半導体発光素子１０に伝わり外部へ放散するのを抑制することができる。
【0062】
＜第３の実施形態＞
電子機器の実施形態を説明する。図８Ａは電子機器１０７の一例を示す模式背面図であり、図８Ｂは、図８Ａの８Ｂ－８Ｂ線断面図である。本実施形態では、電子機器１０７はスマートフォンである。図８Ａに示すように、電子機器１０７は、ケース２１０と、ケース２１０内に配置された発光装置２１４と、カメラユニット２１３とを備えている。このほか、電子機器１０７は、ＣＰＵなどの制御ユニットや、無線通信ユニット等を備えている。
電子機器の実施形態を説明する。図８Ａは電子機器１０７の一例を示す模式背面図であり、図８Ｂは、図８Ａの８Ｂ－８Ｂ線断面図である。本実施形態では、電子機器１０７はスマートフォンである。図８Ａに示すように、電子機器１０７は、ケース２１０と、ケース２１０内に配置された発光装置２１４と、カメラユニット２１３とを備えている。このほか、電子機器１０７は、ＣＰＵなどの制御ユニットや、無線通信ユニット等を備えている。
【0063】
ケース２１０は開口２１１と開口２１２とを有する。本実施形態では、開口２１２には、カメラユニット２１３が配置されている。
【0064】
発光装置２１４は、第１の実施形態および第２の実施形態の発光装置のいずれかであり、本実施形態では、発光装置２１４は、発光装置１０５と同様の構造を備えている。具体的には、発光装置２１４は、半導体発光素子１０と、波長変換部材２０と、変色層３０と、保護層４０と、光反射性部材６０とを備えている。保護層４０は、ケース２１０の開口２１１に配置されており、半導体発光素子１０から出射する光は、開口２１１からケース２１０の外部へ出射し得るように、ケース２１０に対して配置されている。保護層４０と変色層３０との間には空気層７０が位置している。
【0065】
変色層３０の変色物質は、発色状態において、ケース２１０の外側における開口２１１の周囲の領域２１１ｒの色と同系色を呈し、消色状態において透明となる。例えば、領域２１１ｒが黒色であれば、変色層３０の変色物質は、発色状態において、黒色を呈している。ここで、同系色とは、色相環で隣り合う色や近い位置にある色のことを表す。
【0066】
電子機器１０７において、発光装置２１４がＯＦＦの状態では、ケース２１０の開口２１１から、変色層３０が見える。変色層３０は、ケースの開口２１１の周囲の領域２１１ｒの色と同じ色を呈しているため、開口２１１が目立つことなく優れた外観を提示できる。また、カメラユニット２１３の撮影時に発光装置１０８をＯＮにした場合、第１の実施形態で説明したように、変色層３０が透明になり、発光装置１０８から出射した光が、被写体を照らすことが可能である。
【0067】
また、保護層４０と変色層３０との間に空気層７０が配置されているため、例えば、電子機器１０７が直射日光の当たるような場所に放置された場合でも、紫外線や赤外線を抑制して変色層３０の変色物質の劣化を抑制する。また、保護層４０が紫外線や赤外線によって熱せられても、変色層３０へ熱が伝わることが抑制され、発光装置１０８がＯＦＦの状態で、変色層３０が透明になるのを抑制し得る。
【0068】
＜第４の実施形態＞
図９は、本開示の第４の実施形態にかかる発光装置の一例を示す模式断面図である。発光装置１０８は、複数の半導体発光素子１０と、波長変換部材２０と、変色層３０と、保護層４０と空気層７０と、光反射性部材６１、６２とを備える。複数の半導体発光素子１０は、１次元または２次元に配列されている。光反射性部材６１は、複数の半導体発光素子１０のそれぞれの側面を覆って、複数の半導体発光素子１０間に配置されている。
図９は、本開示の第４の実施形態にかかる発光装置の一例を示す模式断面図である。発光装置１０８は、複数の半導体発光素子１０と、波長変換部材２０と、変色層３０と、保護層４０と空気層７０と、光反射性部材６１、６２とを備える。複数の半導体発光素子１０は、１次元または２次元に配列されている。光反射性部材６１は、複数の半導体発光素子１０のそれぞれの側面を覆って、複数の半導体発光素子１０間に配置されている。
【0069】
波長変換部材２０は、複数の半導体発光素子１０の光取り出し面１０ｂおよび光反射性部材６１の上面６１ｂを一体的に覆っており、複数の半導体発光素子１０のすべてにわたって連続している。
【0070】
変色層３０は波長変換部材２０上に配置されており、変色層３０の第１面３０ａが波長変換部材２０の全体と対向している。
【0071】
光反射性部材６２は、波長変換部材２０および変色層３０の側面を覆って、変色層３０の上方に空間が形成されるように光反射性部材６１の周囲に配置されている。保護層４０は、光反射性部材６２に支持され、変色層３０上方の空間を閉じるように配置されている。これにより、保護層４０は変色層３０から離れて配置され、保護層４０と変色層３０との間に空気層７０が形成される。
【0072】
次に発光装置１０８の動作を説明する。発光装置１０８は複数の半導体発光素子１０を備えており、すべての半導体発光素子１０を同時に動作させてもよいし、一部の半導体発光素子１０を動作させてもよい。すべての半導体発光素子１０を同時に動作させる場合の特徴は、第１の実施形態で説明した特徴と同様である。このため、以下では、一部の半導体発光素子１０を動作させる場合の特徴を説明する。
【0073】
図１０Ａは発光装置１０８のすべての半導体発光素子１０がＯＦＦの状態を示し、図１０Ｂは、複数の半導体発光素子１０の一部がＯＮの状態を示している。図１０Ａおよび図１０Ｂにおいて、保護層４０は透明であるため、ハッチングを付さずに示している。図１０Ａに示すように、すべての半導体発光素子１０がＯＦＦの場合、変色層３０全体として発色状態にあり、有色を呈している。
【0074】
図１０Ｂに示すように、複数の半導体発光素子１０の一部をＯＮにした場合、波長変換部材２０のうち、ＯＮになった半導体発光素子１０Ａ、１０Ｃの上方及びその近傍では、半導体発光素子１０からの熱または光によって、変色層３０が透明になる。一方、変色層３０のうち、ＯＦＦのままの半導体発光素子１０Ｂの上方及びその近傍では引き続き有色を呈する。
【0075】
図１１は、半導体発光素子１０の光取り出し面１０ｂ上に光取り出し面１０ｂよりも十分大きい波長変換部材が配置される場合における、出射光の色度の角度依存性を示す。横軸は垂直方向からの角度を示し、縦軸は垂直方向に出射した光を基準とした色度図におけるｘ座標のずれを示す。図１１に示すように、出射角度が大きくなるほど、色度はプラスｘ方向にシフトし、黄色を呈する。これは出射角度が大きく、垂直方向に対して斜めに進行する光ほど、波長変換部材を透過する距離が長くなり、より多くの蛍光体によって黄色に変換されることによって、出射光中に黄色成分が増大するからである。
【0076】
図１０Ｂに示すように、ＯＮ状態の半導体発光素子１０Ａ、１０Ｃは、上述した色度の角度依存性を有している。ただし、ＯＦＦ状態の半導体発光素子１０Ｂに隣接するＯＮ状態の半導体発光素子１０Ａから出射する光のうち、大きな角度でＯＦＦ状態の半導体発光素子１０Ｂの上方へ向かう光は、半導体発光素子１０Ｂ上の変色層３０が有色を呈していることにより、変色層３０で吸収され外部へ出射しない。このため、ＯＦＦ状態の半導体発光素子１０の上方とＯＮ状態の半導体発光素子１０の境界領域において、黄色の成分が増えた光が出射されることが抑制される。
【0077】
これに対し、図１２に示すように、変色層３０を有しない発光装置１１１を図１０Ｂと同様に発光させた場合、ＯＦＦ状態の半導体発光素子１０Ｂに隣接するＯＮ状態の半導体発光素子１０Ａから出射する光のうち、大きな角度でＯＦＦ状態の半導体発光素子１０Ｂの上方へ向かう光は、変色層３０がないことによりそのまま外部に出射される。このため、ＯＦＦ状態の半導体発光素子１０の上方とＯＮ状態の半導体発光素子１０の境界領域において、黄色の成分が増えた光が出射される。
【0078】
変色層３０を有しない場合において、図１２を参照して説明したような色度のずれた光の出射を抑制するためには、例えば、図１３に示すように、半導体発光素子１０の光取り出し面１０ｂ上に配置する波長変換部材を小さくした発光装置１１２を実現することが考えられる。しかし、この場合には、各半導体発光素子１０において大きな角度で出射する光が減少するため、ＯＮ状態の隣接する２つの半導体発光素子１０の間でも輝度の低下する領域が生じる。このため、例えば、すべての半導体発光素子１０がＯＮ状態になった場合でも、発光装置１１２全体から出射する光の輝度分布は不均一になりやすくなる。
【0079】
このように、本実施形態の発光装置１０８によれば、第１の実施形態で説明した効果に加え、複数の半導体発光素子１０を部分駆動させる場合でも、ＯＦＦ状態の半導体発光素子と、ＯＮ状態の発光素子との境界において、色度のずれた光が出射されるのを抑制できるという効果が得られる。
【0080】
＜第５の実施形態＞
図１６Ａおよび図１６Ｂは、本開示の第５の実施形態にかかる発光装置の一例を示す模式断面図である。発光装置１０９および発光装置１０９は、変色層３０に代えて第１の変色層３１と第２の変色層３２とを備えている点で第３の実施形態の発光装置１０８と異なる。
図１６Ａおよび図１６Ｂは、本開示の第５の実施形態にかかる発光装置の一例を示す模式断面図である。発光装置１０９および発光装置１０９は、変色層３０に代えて第１の変色層３１と第２の変色層３２とを備えている点で第３の実施形態の発光装置１０８と異なる。
【0081】
第１の変色層３１は、波長変換部材２０と保護層４０との間に位置しており、波長変換部材２０の第２面２０ｂと接している。第２の変色層３２は、第１の変色層３１と保護層４０との間に位置している。図１６Ａに示す発光装置１０９では、第２の変色層３２は、保護層４０の第１面４０ａに接して配置されている。これに対し、図１６Ｂに示す発光装置１０９’では、第２の変色層３２は、第１の変色層３１の第２面３１ｂに接して配置されている。
【0082】
第２の変色層３２は、第１の変色層３１と同じ変色物質を含んでいてもよい。あるいは、第２の変色層３２は、有色状態において第１の変色層３１と異なる色を呈する変色物質を含んでいてもよい。
【0083】
発光装置１０９および発光装置１０９’において、第２の変色層３２は、外部からの熱や光の少なくとも一部を吸収することによって、第１の変色層３１が、外部からの熱や光によって有色から無色に変化するのを抑制する。
【0084】
また、発光装置１０９および発光装置１０９’が複数の半導体発光素子１０を含む場合、隣接する半導体発光素子１０がＯＦＦ状態にある場合でも、ＯＮ状態の半導体発光素子１０からの光によって、ＯＦＦ状態の半導体発光素子１０が発光しているように視認されることがある。この現象は疑似点灯とも呼ばれる。特に、複数の半導体発光素子１０が１行に配列されている場合や行および列の２次元に配列されており、複数の半導体発光素子１０上に波長変換部材２０が配置されている場合や、波長変換部材２０が光拡散剤を含む場合、半導体発光素子１０配列の方向において、疑似点灯が視認され得る。この場合、第１の変色層３１の疑似点灯した半導体発光素子１０上では、疑似点灯による熱や光によって、有色から無色に変化し得る。しかし、第２の変色層３２は、波長変換部材２０からより離れていることによって、疑似点灯による影響を受けにくい。よって、第２の変色層３２のうち、疑似点灯した半導体発光素子１０上の領域において、有色から無色に変化することが抑制される。よって、発光装置１０９および発光装置１０９’を部分駆動した場合におけるコントラストを向上させることができる。
【0085】
＜第６の実施形態＞
図１７は、本開示の第６の実施形態にかかる発光装置の一例を示す模式断面図である。発光装置１１０は、第１の半導体発光素子１１と第２の半導体発光素子１２とを備えている点で第２の実施形態の発光装置１０５と異なる。
図１７は、本開示の第６の実施形態にかかる発光装置の一例を示す模式断面図である。発光装置１１０は、第１の半導体発光素子１１と第２の半導体発光素子１２とを備えている点で第２の実施形態の発光装置１０５と異なる。
【0086】
第１の半導体発光素子１１は、例えば、４００ｎｍより短い波長の光、または、７６０ｎｍより長い波長の光を出射する。第２の半導体発光素子１２は、４００ｎｍ以上７６０ｎｍ以下の波長の光を出射する。第１の半導体発光素子１１は、主として、変色層３０を発色状態から消色状態に変化させるために用いられる。第２の半導体発光素子１２は、発光装置１１０に求められる波長の光を出射する。
【0087】
発光装置１１０を駆動させる場合、先ず第１の半導体発光素子１１をＯＮ状態にし、変色層３０を発色状態から消色状態に変化させる。次に、第２の半導体発光素子１２をＯＮ状態にする。この時、変色層３０はすでに消色状態つまり、透明になっているため、第２の半導体発光素子１２をＯＮ状態にすると、第２の半導体発光素子１２から出射した光は、透明な変色層３０を透過し、外部へ出射する。このため、変色層３０において変色物質による光の吸収がほとんどなく、外部へ出射する光における発光直後からの色調の変化が抑制される。このように第１の半導体発光素子１１と第２の半導体発光素子１２との駆動のタイミングをわずかにずらすことによって、第２の半導体発光素子１２を発光させた場合に点灯直後からの色調の変化が視認されにくくすることができる。第１の半導体発光素子１１からの光は視認できない、若しくは、視認しづらいため、第１の半導体発光素子１２からの光は、第２の半導体発光素子１２からの発光色の色調にほとんど影響を及ぼさない。
【0088】
第１の半導体発光素子１１と第２の半導体発光素子１２との駆動タイミングの差は、例えば、２０ミリ秒以上であることが好ましく、４０ミリ秒以上であることがより好ましく、５０ミリ秒以上であることがさらに好ましい。駆動タイミングの差が大きいほど、第２の半導体発光素子１２が発光する時に、より確実に変色層３０を透明な状態にしておくことができる。
【0089】
一方、この駆動タイミングの差が大きすぎると、発光装置１１０をＯＮ状態にしたときに、視認し得る発光が生じるタイミングが遅れてしまう。また、その間、変色層３０が透明になることによって、第２の半導体発光素子１２が発光していないのに発光装置１１０の内部が視認され得る。このため、駆動タイミングの差は、２００ミリ秒以下であることが好ましく、１２０ミリ秒以内であることがより好ましく、８０ミリ秒以内であることがさらに好ましい。
【0090】
第１の半導体発光素子１１は、第２の半導体発光素子１２から光が出射した後にＯＦＦ状態にしてもよいし、そのままＯＮ状態を維持してもよい。第１の半導体発光素子１１をＯＦＦ状態にしても発光装置１１０から出射している第２の半導体発光素子１２からの光の色調に実質的な変化が視認されない場合には、消費電力を低減させるため、あるいは、所望ではない波長成分の光をカットするため、第２の半導体発光素子１２をＯＮ状態にするタイミング、あるいは、第２の半導体発光素子１２をＯＮ状態にした後、第１の半導体発光素子１１をＯＦＦ状態にしてもよい。
【0091】
＜実施例＞
本実施形態の発光素子を作製し、変色層の効果を確認した。図１４Ａから図１４Ｃは、半導体発光素子として発光ダイオードを用い、第２の実施形態の発光装置１０５の構造を備える発光装置を作製し、外部からドライヤーによって加熱し、変色層３０の変化がどのように生じるかを確認した結果を示す。
本実施形態の発光素子を作製し、変色層の効果を確認した。図１４Ａから図１４Ｃは、半導体発光素子として発光ダイオードを用い、第２の実施形態の発光装置１０５の構造を備える発光装置を作製し、外部からドライヤーによって加熱し、変色層３０の変化がどのように生じるかを確認した結果を示す。
【0092】
図１４Ａに示すように、加熱前の状態では、発光装置１０５は、変色層３０が黒色を呈しており、変色層３０の下に位置する波長変換部材２０の黄色は認識できない。これに対し、発光装置１０５をドライヤーで加熱すると、図１４Ｂに示すように、変色層３０がすぐに薄くなり、図１４Ｃに示すように、波長変換部材２０の黄色が表れた。これは、変色層３０が透明になったことを示している。
【0093】
図１５は、発光装置１０５をＯＮにした後の光束の変化を示している。横軸は、ＯＮ後の経過時間を示し、縦軸は、２００ｍｓ（ミリ秒）後の光束に対する割合である光束比を示す。また、実施例１は、変色層３０の変換物質が発光状態において、青色を呈し、活性化温度は、５０℃である。実施例２は、変色層３０の変換物質が発光状態において、黒色を呈し、活性化温度は、６０℃である。参考例は、変色層３０を備えていない発光装置を用いて測定した結果を示す。
【0094】
参考例に示されるように、変色層を有しない発光装置では、半導体発光装置をＯＮにした後、約１０ｍｓ（ミリ秒）で１００％以上の光束比が得られている。これに対し、実施例１、２では、１０ｍｓ（ミリ秒）後の光束比はそれぞれ約５０％および約３０％であるが、その後徐々に光束比は増大し、４０ｍｓ（ミリ秒）後の光束比はそれぞれ１００％および約９５％である。６０ｍｓ（ミリ秒）では、実施例１、２のいずれでも光束比が約１００％に達している。これらの結果から、実施例１、２では、少なくとも５０ｍｓ（ミリ秒）後には、変色層３０は、有色から無色を呈するようになり、ほぼ１００％の光束が得られることが分かる。
【0095】
＜他の形態＞
上記各実施形態で説明した変形例は、他の実施形態と組み合わせることが可能である。例えば、第１の実施形態で説明した保護層４０’、４０’’を第２の実施形態の発光装置に用いてもよい。また、第１の変色層３１および第２の変色層を第１の実施形態の発光装置１０１あるいは第２の実施形態の発光装置１０２に用いてもよい。
上記各実施形態で説明した変形例は、他の実施形態と組み合わせることが可能である。例えば、第１の実施形態で説明した保護層４０’、４０’’を第２の実施形態の発光装置に用いてもよい。また、第１の変色層３１および第２の変色層を第１の実施形態の発光装置１０１あるいは第２の実施形態の発光装置１０２に用いてもよい。
【0096】
また、第１～第４の実施形態および実施例では、変色層３０を主として発光装置の外観の改善に利用していた。しかし、変色層３０を発光装置の発光特性に利用することも可能である。
【0097】
半導体発光素子は、一般に負の抵抗温度係数を有する。このため、例えば図１５の参考例で示すように、半導体発光装置を発光させると、発光直後の一定の期間内では、時間の経過とともに半導体の抵抗が増大し、電流が減少することによって光束が低下する。変色層は温度の上昇に伴い光の透過率を増大させるように調整し得るので、好適にこの半導体特性の補償に用いることができる。例えば、半導体発光素子の光取り出し面における温度が上昇すると光束量が低下する関係を満たす光取り出し面の温度範囲内において、有色から無色を呈する変色物質を変色層が含むことによって、このような発光直後の光束量の低下を相殺または抑制することができる。
【0098】
変色層が、活性化温度の異なる複数種類の変色物質を含んでいれば、より細かく光束量の変化を抑制することができる。
【0099】
例えば、このような発光装置は、光取り出し面を有する半導体発光素子と、半導体発光素子の光取り出し面から出射する光の光路上に配置された変色層であって、熱によって変色する第１の変色物質を少なくとも含む変色層とを備え、半導体発光素子の光取り出し面における温度が上昇すると光束量が低下する関係を満たす光取り出し面の温度範囲内において、第１の変色物質は、有色から無色を呈する。また、変色層は熱によって変色する第２の変色物質をさらに含み、第１の変色物質の変色する温度と、第２の変色物質の変色する温度は異っていてもよい。
【0100】
また、半導体発光素子による発光または発熱とは独立して変色層の温度を制御すれば、半導体発光素子に流れる電流に対して独立して発光装置から出射する光の光束量を調整し得る。
【0101】
例えば、このような発光装置は、光取り出し面を有する半導体発光素子と、半導体発光素子の光取り出し面から出射する光の光路上に配置された変色層であって、熱によって変色する第１の変色物質を少なくとも含む変色層と、変色層の温度を制御する温度制御素子と、を備える。変色層の温度を制御する温度制御素子としては、例えば、ペルチェ素子であってもよい。
【0102】
また、変色層を半導体発光素子から出射する光の色度の調節に用いてもよい。例えば、このような発光装置は、光取り出し面を有する半導体発光素子と、半導体発光素子の光取り出し面から出射する光の光路上に配置された変色層であって、熱によって変色する第１の変色物質および第２の変色物質を少なくとも含む変色層とを備え、第１の変色物質および第２の変色物質は、変色する温度および変色前に呈する色が互いに異なる。変色層の温度を制御する温度制御素子をさらに備えていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【0103】
本開示の実施形態による発光装置および電子機器は、種々の用途の発光装置および電子機器に有用である。特に、消灯時の外観に優れ、かつ耐候性にも優れる光源を備えたスマートフォンなどの電子機器などに好適に用いられる。
【符号の説明】
【0104】
１０、１０Ａ～１０Ｃ 半導体発光素子
１１ 第１の半導体発光素子
１２ 第２の半導体発光素子
１０ｂ 光取り出し面
２０、２０’ 波長変換部材
２０ａ、３０ａ、４０ａ 第１面
２０ｂ、３０ｂ、４０ｂ 第２面
２１ 透光性樹脂
２２ 蛍光体
３０ 変色層、
３１ 第１の変色層
３２ 第２の変色層
４０、４０’、４０’’ 保護層
４１ 突起
５０ スペーサ層
６０、６１、６２ 光反射性部材
６０ｂ、６１ｂ 上面
７０ 空気層
１０１～１０８、１１１、１１２、２１４ 発光装置
１０７ 電子機器
２１０ ケース
２１１、２１２ 開口
２１１ｒ 領域
２１３ カメラユニット
１１ 第１の半導体発光素子
１２ 第２の半導体発光素子
１０ｂ 光取り出し面
２０、２０’ 波長変換部材
２０ａ、３０ａ、４０ａ 第１面
２０ｂ、３０ｂ、４０ｂ 第２面
２１ 透光性樹脂
２２ 蛍光体
３０ 変色層、
３１ 第１の変色層
３２ 第２の変色層
４０、４０’、４０’’ 保護層
４１ 突起
５０ スペーサ層
６０、６１、６２ 光反射性部材
６０ｂ、６１ｂ 上面
７０ 空気層
１０１～１０８、１１１、１１２、２１４ 発光装置
１０７ 電子機器
２１０ ケース
２１１、２１２ 開口
２１１ｒ 領域
２１３ カメラユニット
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14A】
【図14B】
【図14C】
【図15】
【図16A】
【図16B】
【図17】