JP2004006227A - Lighting device and its control method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lighting device allowing its light distribution property to be easily adjusted with light sources arranged on a flat surface. <P>SOLUTION: This lighting device has a board having a conductive pattern, and a plurality of light sources mounted on the board. The plurality of light sources include first light sources and second light sources each emitting light having a half-value angle larger than those of the first light sources. The lighting device is provided with a control device for controlling power supplied to the light sources for each of the first and second light sources. This control method of the lighting device is used for controlling the power supplied to the first and second light sources for each of the first and second light sources, and characterized in that the sum of values of the power supplied to the first light sources and that of the power supplied to the second light sources is constant. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配光性を任意に調節可能な照明装置に関し、特に、光源が平面基板上に配置された照明装置において指向特性を任意かつ電気的に調節可能な照明装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来、電球等の点光源を利用した照明装置の配光性を制御する方法として、光源からの光を所望の方向に反射させるリフレクタと点光源との位置関係を調節することにより、比較的狭い範囲を照らす光（出射する光の半値角の小さいスポット光）や広い範囲を照らす光（出射する光の半値角の大きいフラット光）を生じさせる方法がある。また、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の面光源を利用した照明装置の配光性を調節する方法として、半値角が等しく出射方向の異なった複数の発光ダイオードを配置した照明装置を形成し、配置面全体の形状を二次元的あるいは三次元的に変化させることにより、複数の発光ダイオードからの光を組み合わせ、照明装置全体から出射する光の配光性を変化させる方法がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、点光源に対して行われた上記方法を面光源に対して行うことは照明装置全体の大きさに制限がある場合には不可能である。また、発光ダイオードの配置面全体の形状を変化させる従来の方法では、照明装置のうち配置面を含む部分を可動にする必要が生じるため、照明装置全体の構成が複雑になる。
【０００４】
そこで、本発明は、光源を平面に配置したまま照明装置の配光性を容易に調節することが可能な照明装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板上に載置された複数の光源を有する照明装置であって、前記複数の光源は、第一の光源と、該第一の光源の半値角より大きい半値角を有する光を出光する第二の光源とを含み、前記照明装置は、前記第一の光源への供給電力に対する前記第二の光源への供給電力の割合を変化させる制御装置を備えることを特徴とする照明装置である。
【０００６】
本発明により、照明装置全体の形状を変化させることなく、電気的方法により容易に面光源を利用した照明装置の指向特性を段階的に変化させることができる。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、前記第一の光源と前記第二の光源とで構成されるブロックが、前記基板に繰り返し載置される請求項１に記載の照明装置である。
【０００８】
本発明の請求項２に記載の構成とすることにより、広範囲をほぼ同じ位置からスポット光あるいはフラット光で照射する照明装置を形成して、その指向特性を制御することが可能である。即ち、一ブロックあるいは数ブロックを配置した照明装置においては、スッポト光のみを照射する場合と、フラット光のみを照射する場合とで光源の位置がズレるが、本発明のように多数回繰り返し配置することにより、スッポト光のみを照射する場合と、フラット光のみを照射する場合とで光源の位置が見かけ上ズレない照明装置を形成することが可能である。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、前記第一の光源で構成されるブロックが、前記第二の光源で構成されるブロックの内側に載置される請求項１に記載の照明装置である。
【００１０】
本発明の請求項３に記載の構成とすることにより、指向特性の半値角の小さいスポット光を出光する複数の発光ダイオードにより、より狭い範囲を集中的に照射可能なスッポト光を容易に得ることが可能である。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、前記第一の光源で構成されるブロックが、前記第二の光源で構成されるブロックの外側に載置される請求項１に記載の照明装置である。
【００１２】
本発明の請求項４に記載の構成とすることにより、狭い範囲を集中的に照射可能なスッポト光の照射距離をより大きくすることができ、照明装置から遠く離れてもスポット光が観測可能である。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、基板上に載置された複数の光源を有し、前記複数の光源は、第一の光源と、該第一の光源の半値角より大きい半値角を有する光を出光する第二の光源とを含む照明装置の制御方法であって、前記第一の光源への供給電力に対する前記第二の光源への供給電力の割合を変化させることを特徴とする照明装置の制御方法である。
【００１４】
本発明の請求項５に記載の構成とすることにより、照明装置全体の形状を変化させることなく、電気的方法により容易に面光源を利用した照明装置の指向特性を段階的に変化させることができる。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、前記第一の光源への供給電力と前記第二の光源への供給電力の和が定常である請求項５に記載の照明装置の制御方法である。
【００１６】
本発明の請求項６に記載の方法とすることにより、照明装置から出光する光量は一定としたままで、指向特性のみを変化させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための照明装置を例示するものであって、本発明は照明装置を以下に限定するものではない。特に、本発明の構成要素である光源は、発光ダイオードに限定されない。また、各図面に示す部材の大きさや位置関係などは説明を明確にするために誇張しているところがある。
【００１８】
図１に示されるように、本発明にかかる照明装置は、導電性パターンを施した同一平面基板上に、出射する光の半値角の異なる複数の種類の発光ダイオードのグループを配置し、それぞれのグループに投入される電力の制御を行う。即ち、第一の光源を一つまたは複数含むグループＡと、該第一の光源の半値角より大きい半値角を有する光を出光する第二の光源を一つまたは複数含むグループＢとを同一平面基板上に隣接して載置し、電力をグループＡおよびグループＢに対して別々に供給し、該電力を別々に、あるいは同時に制御する。ここで、本明細書における半値角とは、図６に示されるように光源から出射される光の強度分布を測定したとき、光の強度が最大値の半分になる方向を、光軸方向を基準として測った角度をいうものとする。出光される光の半値角の小さい発光ダイオードだけに電力を供給すれば、狭い範囲を集中的に照射する光（スポット光）が生じ、出光する光の半値角の大きい発光ダイオードだけに電力を供給すれば、広い範囲を照射する光（フラット光）が生じる。出光される光の半値角の小さい発光ダイオードだけに電力を供給、あるいは出光する光の半値角の大きい発光ダイオードだけに電力を供給し、電力を大きくすると照明装置全体としての半値角は変化しないが光軸方向の中心光度が大きくなり、逆に電力を小さくすると半値角は変化しないが光軸方向の中心光度が小さくなる。ここで例えば、双方に供給する電力を同一にすると、照明装置全体から出光する光は、半値角の異なるスポット光とフラット光が組み合わされた結果、スポット光とフラット光の中間的な指向特性の半値角を有する光となる。即ち、図６に示されるように、半値角αを有するスポット光、および半値角βを有するフラット光を組み合わせて双方に電力を供給すると、全体として観測される光は、フラット光およびスポット光の中間的な半値角γ（α＜γ＜β）を有する光となる。
【００１９】
本発明は、このようにして出射する光の半値角の小さい発光ダイオード等の光源と、それよりも半値角の大きい発光ダイオード等の光源に供給される電力をそれぞれ制御することにより、照明装置全体から出光する光の指向特性を変化させることが可能である。また、上記制御において、スポット光を出光する発光ダイオードに供給される電力とフラット光を出光する発光ダイオードに供給される電力の和を常に一定にすることにより、照明装置全体から出光する光の量も常に一定となるため、面光源とした状態でスポット光、フラット光、あるいはそれらの中間的な半値角を有する光を電気的制御により容易に出射することが可能な照明装置となる。
【００２０】
以下、本発明の実施の形態の各構成について詳述する。
［発光ダイオード１０４、１０５、２００］
本発明の実施の形態において光源の一例として使用される発光ダイオード２００の模式的な概観を図２に示す。発光ダイオード２００は、リード電極２０１側面の一部にストッパー２０２を備える。該ストッパー２０２は、発光ダイオード２００のリード電極２０１を基板１０１に設けた貫通孔に挿入した場合に、該貫通孔の側壁上面に引っ掛かるため、発光ダイオードのモールド部材がそれ以上基板面に近づかない。そのため、発光ダイオードを基板に支持固定すると共に、基板１０１に載置された発光ダイオード２００のモールド部材の頂点と基板上面との距離を調節するためにも使用される。ここで、Ｒは、いわゆる砲弾型に成型されたモールド部材の外径であり、ａはＬＥＤチップからモールド部材の頂点までの距離であり、ｂはモールド部材の全長であり、ｃはストッパー２０２の下端からモールド部材の頂点までの距離、即ち、基板に載置された発光ダイオードの頂点から基板上面までの距離となる。
【００２１】
以下、本発明の実施の形態において、光源の一実施例として使用される発光ダイオードの各構成について詳述する。
（ＬＥＤチップ１０３）
本実施の形態では発光素子として発光ダイオードを使用したが、本発明に使用する発光素子としては電球、蛍光灯等、他のいかなる発光体でも構わない。また、本実施の形態で使用される発光ダイオードの発光色は限定されず、白色系、赤色系、緑色系、青色系、の発光色を有する発光ダイオードが使用され、または上記の発光色を有する発光ダイオードが各々組み合わされて使用される。蛍光体と発光素子とを組み合わせ、蛍光体を励起させることによって波長変換した光を出光させる発光装置とする場合、蛍光体を励起可能な波長の光を出光するＬＥＤチップが使用される。ＬＥＤチップ１０３は、ＭＯＣＶＤ法等により基板上にＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＡｌＡｓ、ＩｎＧａＡｌＰ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮ等の半導体を発光層として形成させる。半導体の構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やＰＮ接合などを有するホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルへテロ構成のものが挙げられる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を種々選択することができる。また、半導体活性層を量子効果が生ずる薄膜に形成させた単一量子井戸構造や多重量子井戸構造とすることもできる。好ましくは、蛍光体を効率良く励起できる比較的短波長を効率よく発光可能な窒化物系化合物半導体（一般式ＩｎｉＧａｊＡｌｋＮ、ただし、０≦ｉ、０≦ｊ、０≦ｋ、ｉ＋ｊ＋ｋ＝１）である。
【００２２】
窒化ガリウム系化合物半導体を使用した場合、半導体基板にはサファイヤ、スピネル、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｎＯ、ＧａＮ等の材料が好適に用いられる。結晶性の良い窒化ガリウムを形成させるためにはサファイヤ基板を用いることがより好ましい。サファイヤ基板上に半導体膜を成長させる場合、ＧａＮ、ＡｌＮ等のバッファー層を形成しその上にＰＮ接合を有する窒化ガリウム半導体を形成させることが好ましい。また、サファイア基板上にＳｉＯ２をマスクとして選択成長させたＧａＮ単結晶自体を基板として利用することもできる。この場合、各半導体層の形成後ＳｉＯ２をエッチング除去させることによって発光素子とサファイア基板とを分離させることもできる。窒化ガリウム系化合物半導体は、不純物をドープしない状態でＮ型導電性を示す。発光効率を向上させるなど所望のＮ型窒化ガリウム半導体を形成させる場合は、Ｎ型ドーパントとしてＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ等を適宜導入することが好ましい。一方、Ｐ型窒化ガリウム半導体を形成させる場合は、Ｐ型ドーパンドであるＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ等をドープさせる。
【００２３】
窒化ガリウム系化合物半導体は、Ｐ型ドーパントをドープしただけではＰ型化しにくいためＰ型ドーパント導入後に、炉による加熱、低速電子線照射やプラズマ照射等によりアニールすることでＰ型化させることが好ましい。具体的な発光素子の層構成としては、窒化ガリウム、窒化アルミニウムなどを低温で形成させたバッファ層を有するサファイア基板や炭化珪素上に、窒化ガリウム半導体であるＮ型コンタクト層、窒化アルミニウム・ガリウム半導体であるＮ型クラッド層、Ｚｎ及びＳｉをドープさせた窒化インジュウムガリウム半導体である活性層、窒化アルミニウム・ガリウム半導体であるＰ型クラッド層、窒化ガリウム半導体であるＰ型コンタクト層が積層されたものが好適に挙げられる。ＬＥＤチップ１０３を形成させるためにはサファイア基板を有するＬＥＤチップ１０３の場合、エッチングなどによりＰ型半導体及びＮ型半導体の露出面を形成させた後、半導体層上にスパッタリング法や真空蒸着法などを用いて所望の形状の各電極を形成させる。ＳｉＣ基板の場合、基板自体の導電性を利用して一対の電極を形成させることもできる。
【００２４】
次に、形成された半導体ウエハー等をダイヤモンド製の刃先を有するブレードが回転するダイシングソーにより直接フルカットするか、又は刃先幅よりも広い幅の溝を切り込んだ後（ハーフカット）、外力によって半導体ウエハーを割る。あるいは、先端のダイヤモンド針が往復直線運動するスクライバーにより半導体ウエハーに極めて細いスクライブライン（経線）を例えば碁盤目状に引いた後、外力によってウエハーを割り半導体ウエハーからチップ状にカットする。このようにして窒化物系化合物半導体であるＬＥＤチップ１０３を形成させることができる。
【００２５】
本発明の発光装置において、蛍光体を励起させて発光させる場合は、蛍光体との補色等を考慮してＬＥＤチップ１０３の主発光波長は３５０ｎｍ以上５３０ｎｍ以下が好ましい。
（マウント・リード１０７）
マウント・リード１０７としては、ＬＥＤチップ１０３を配置させるものであり、ダイボンド機器などで積載するのに十分な大きさがあれば良い。また、ＬＥＤチップ１０３を複数設置しマウント・リード１０７をＬＥＤチップ１０３の共通電極として利用する場合においては、十分な電気伝導性とボンディングワイヤー等との接続性が求められる。また、マウント・リード１０７上のカップ内にＬＥＤチップを配置すると共に蛍光体を内部に充填させる場合は、近接して配置させた別の発光ダイオードからの光により疑似点灯することを防止することができる。
【００２６】
ＬＥＤチップ１０３とマウント・リード１０７のカップとの接着は熱硬化性樹脂、透光性無機材料などによって行うことができる。具体的には、エポキシ樹脂、アクリル樹脂やイミド樹脂、シリカゾルなどが挙げられる。また、フェースダウンＬＥＤチップなどによりマウント・リードと接着させると共に電気的に接続させるためにはＡｇペースト、カーボンペースト、金属バンプ等を用いることができる。さらに、発光ダイオードの光利用効率を向上させるためにＬＥＤチップが配置されるマウント・リードの表面を鏡面状とし、表面に反射機能を持たせても良い。この場合の表面粗さは、０．１Ｓ以上０．８Ｓ以下が好ましい。また、マウント・リード１０７の具体的な電気抵抗としては３００μΩ・ｃｍ以下が好ましく、より好ましくは、３μΩ・ｃｍ以下である。また、マウント・リード上に複数のＬＥＤチップを積置する場合は、ＬＥＤチップからの発熱量が多くなるため熱伝導度がよいことが求められる。具体的には、０．０１０１ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・℃以上が好ましくより好ましくは０．５０１ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・℃以上である。これらの条件を満たす材料としては、鉄、銅、鉄入り銅、錫入り銅、メタライズパターン付きセラミック等が挙げられる。
（インナー・リード１０２）
インナー・リード１０２としては、マウント・リード１０７上に配置されたＬＥＤチップ１０３と接続された導電性ワイヤー１０６との接続を図るものである。マウント・リード１０７上に複数のＬＥＤチップ１０３を設けた場合は、各導電性ワイヤー１０６同士が接触しないよう配置できる構成とする必要がある。具体的には、マウント・リードから離れるに従って、インナー・リードのワイヤーボンディングさせる端面の面積を順に大きくする或いは端面の高さを順に高くすることなどによってマウント・リードからより離れたインナー・リードと接続させる導電性ワイヤーの接触を防ぐことができる。導電性ワイヤーとの接続端面の粗さは、密着性を考慮して１．６Ｓ以上１０Ｓ以下が好ましい。インナー・リードの先端部を種々の形状に形成させるためには、あらかじめリードフレームの形状を型枠で決めて打ち抜き形成させてもよく、或いは全てのインナー・リードを形成させた後にインナー・リード上部の一部を削ることによって形成させても良い。さらには、インナ・リードを打ち抜き形成後、端面方向から加圧することにより所望の端面の面積と端面高さを同時に形成させることもできる。
【００２７】
インナー・リードは、導電性ワイヤーであるボンディングワイヤー等との接続性及び電気伝導性が良いことが求められる。具体的な電気抵抗としては、３００μΩ・ｃｍ以下が好ましく、より好ましくは３μΩ・ｃｍ以下である。これらの条件を満たす材料としては、鉄、銅、鉄入り銅、錫入り銅及び銅、金、銀をメッキしたアルミニウム、鉄、銅等が挙げられる。
（導電性ワイヤー１０６）
導電性ワイヤー１０６としては、ＬＥＤチップ１０３の電極とのオーミック性、機械的接続性、電気伝導性及び熱伝導性がよいものが求められる。熱伝導度としては０．０１ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・℃以上が好ましく、より好ましくは０．５０１ｃａｌ／ｃｍ・ｓ・℃以上である。また、作業性などを考慮して導電性ワイヤー１０６の直径は、好ましくは、Φ１０μｍ以上、Φ４５μｍ以下である。このような導電性ワイヤー１０６として具体的には、金、銅、白金、アルミニウム等の金属及びそれらの合金を用いた導電性ワイヤーが挙げられる。このような導電性ワイヤーは、各ＬＥＤチップ１０３の電極と、インナー・リード１０２及びマウント・リード１０７などと、をワイヤーボンディング機器によって容易に接続させることができる。
（モールド部材２０３）
一般にモールド部材は、ＬＥＤチップ、及び該ＬＥＤチップとリード電極との電気的接続を図る導電性ワイヤー等を外部環境から保護するために使用されるが、本実施の形態においては上記目的に加えて、主にその形状を変化させることにより、種々の指向特性、即ち種々の半値角を有する発光ダイオードを形成するために使用される。発光ダイオードのモールド部材の形状を選択することによって、一般に、指向角が広がると正面光度が低下し、指向角が狭まると正面光度が向上する傾向にある。ここで、指向角とは、放射された光の光軸に対する広がりを表す角度をいう。砲弾型のモールド部材を用いると、一般に指向角が広ければ半値角も広く、指向角が狭ければ半値角も狭い発光ダイオードとすることが可能である。
【００２８】
モールド部材２０３は、各種樹脂や硝子などを用いて形成させることができる。モールド部材２０３の具体的材料としては、主としてエポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコーン樹脂などの耐候性および透光性に優れた熱硬化性樹脂や硝子などが好適に用いられる。なお、本明細書中における熱硬化性樹脂とは、加圧下で加熱すると固化するプラスチックをいう。熱硬化性樹脂は、いったん固化すると最初の性質を損うことなく再溶融、または再成形できない。このような熱硬化性樹脂として、たとえばエポキシ系、メラミン系、フェノール系、尿素系の樹脂が挙げられる。
【００２９】
本実施の形態における指向特性の半値角を調整する方法の一例として、モールド部材の形状は同じ内径を有する砲弾型に成型し、ＬＥＤチップの発光面からモールド部材の頂点までの距離等を調節する方法が挙げられる。より詳細には、スポット光の半値角がモールド部材の中心からα°の発光ダイオードにおけるＬＥＤチップの発光面からモールド部材の頂点までの距離は、フラット光の半値角がモールド部材の中心からβ°（α°＜β°）の発光ダイオードにおけるＬＥＤチップの発光面からモールド部材の頂点までの距離より大きくなるように成型時の金型の形状を変えることにより調節される。本実施の形態において、スポット光の半値角がモールド部材の中心からα°の発光ダイオード１０５は第一の光源として、フラット光の半値角がモールド部材の中心からβ°（α°＜β°）の発光ダイオード１０４は第二の光源として使用される。
【００３０】
また、本実施の形態における指向特性の半値角を調整する方法の別の一例として、モールド部材の形状そのものを変化させる方法が挙げられる。例えば、焦点距離をそれぞれ変えたレンズ形状に成型することによって、指向特性の半値角の異なる発光ダイオードを形成することが可能である。また、モールド部材を砲弾型とレンズ型にそれぞれ成型することによって、指向特性の半値角の異なる発光ダイオードを形成することが可能である。
（拡散剤）
本実施の形態におけるモールド部材には、発光装置の発光輝度を向上させるために拡散剤を含有させることも可能である。モールド部材に含有される拡散剤は、発光素子から放出される光のうち発光観測面側に放出される光の散乱吸収を少なくし、光反射層側面に向かう光を多く散乱させることで発光装置の発光輝度を向上させるものである。このような拡散剤としては、酸化バリウム、チタン酸バリウム、酸化バリウム、酸化珪素、酸化チタン、酸化アルミニウム等の無機部材やメラミン樹脂、ＣＴＵグアナミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂などの有機部材が好適に用いられる。
【００３１】
同様に、外来光や発光素子からの不要な波長をカットするフィルター効果を持たすために各種着色剤を添加させることもできる。さらに、樹脂の内部応力を緩和させる各種フィラーを含有させることもできる。
（フィラー）
更に、本発明において、モールド部材中に蛍光体に加えて、あるいは蛍光体に変えてフィラーを含有させても良い。具体的な材料は拡散剤と同様であるが、拡散剤とは中心粒径が異なり、本明細書においてフィラーとは中心粒径が５μｍ以上１００μｍ以下のものをいう。このような粒径のフィラーを透光性樹脂中に含有させると、光散乱作用により発光装置の色度バラツキが改善される他、透光性樹脂の耐熱衝撃性を高めることができる。また、フィラーは蛍光体と類似の粒径及び／又は形状を有することが好ましい。ここで本明細書では、類似の粒径とは、各粒子のそれぞれの中心粒径の差が２０％未満の場合をいい、類似の形状とは、各粒径の真円との近似程度を表す円形度（円形度＝粒子の投影面積に等しい真円の周囲長さ／粒子の投影の周囲長さ）の値の差が２０％未満の場合をいう。このようなフィラーを用いることにより、蛍光体とフィラーが互いに作用し合い、樹脂中にて蛍光体を良好に分散させることができ色ムラが抑制される。更に、蛍光体及びフィラーは、共に中心粒径が１５μｍ〜５０μｍ、より好ましくは２０μｍ〜５０μｍであると好ましく、このように粒径を調整することにより、各粒子間に好ましい間隔を設けて配置させることができる。これにより光の取り出し経路が確保され、フィラー混入による光度低下を抑制しつつ指向特性を改善させることができる。また、このような粒径範囲の蛍光体及びフィラーを透光性樹脂に含有させ孔版印刷法にて封止部材を形成すると、封止部材硬化後のダイシング工程においてダイシングブレードの目詰まりが回復されドレッサー効果をもたらすことができ量産性が向上される。
［基板１０１］
発光ダイオード２００を配置する基板１０１としては、各発光ダイオード２００を所望の位置に配置し、外部電極と電気的に接続するために用いられるものである。発光ダイオード用の基板１０１としては、機械的強度が高く熱変形の少ないものが好ましい。具体的にはセラミックス、ガラスや各種樹脂を用いた基板が好適に利用できる。また、放熱性を考慮すると、発光ダイオードに電力を供給するための配線パターンが絶縁性材料を介して施された金属基板を用いることが好ましい。基板１０１には、各発光ダイオード２００が駆動できるよう銅などにより導電性パターンが形成されており、該導電性パターンを介して、発光ダイオードと制御装置が電気的に接続される。さらに、基板１０１には発光ダイオード２００から出光した光を発光面方向に反射させるためのリフレクタが備えられてもよい。発光ダイオードの周囲に備えられるリフレクタは、光の取り出し方向に向かって広くなる形状をしており、リフレクタの内壁面は、光が反射されやすように鏡面状態に加工して反射面とする。また、光源の放熱性を向上させるため、リフレクタの材料は、支持体の材料としても使用されるような金属であることが好ましい。
【００３２】
なお、上述したモールド部材の形状を調節する方法と共に、あるいはモールド部材の形状は一定としたまま、リフレクタの傾斜角（基板上面とリフレクタの反射面とのなす内角）を変える方法によって、それぞれの発光ダイオードの指向特性の半値角を調節することが可能である。例えば、モールド部材の形状が同じ発光ダイオードにおいて、一方のリフレクタの傾斜角を他方のリフレクタの傾斜角より大きくすれば、よりフラットな光を出光する光源を形成することが可能である。また、上述したストッパー２０２あるいはスペーサーの位置をリード電極上で変化させ、モールド部材の頂点とリフレクタとの相対位置を変化させることにより、発光ダイオードの指向特性の半値角を調節することが可能である。
［制御装置］
本実施の形態における制御装置とは、スポット光を出射する第一の光源と、フラット光を出射する第二の光源とにそれぞれ電力を供給し、各電力をアナログ的、あるいはデジタル的に制御することが可能な機器をいう。従って、制御装置は、第一の光源、第二の光源毎に供給電力を制御することが可能な制御回路を有する。該制御回路は、電圧あるいは電流を一定として抵抗値を可変抵抗器によって連続的に変化させることにより、供給される電力を段階的に変化させることが可能な回路とすることもある。さらに、該制御回路は、第一の光源への供給電力に対する第二の光源への供給電力の割合を変化させることが可能な制御回路とすることもできる。
【００３３】
例えば、制御装置は、図７に示されるように第一の光源に供給される電力を制御する制御回路と、第二の光源に供給される電力を制御する制御回路とが別々に設けられた制御装置としてもよい。また、制御回路は、図８に示されるように反転回路を使用して抵抗値の値を適当に設定することにより、第一の光源への供給電力と第二の光源への供給電力を同時に制御する制御回路としてもよい。後者のように制御することにより、本実施の形態における制御装置は、照明装置全体に供給される全電力を定常にし、フラット光を出射する光源、およびスポット光を出射する光源にそれぞれ供給される電力の分配率を段階的に変化させることが可能である。例えば、図５に示されるように、フラット光を出射する第二の光源に供給される電力の全電力に対する割合（分配率）をｘとし、スポット光を出射する第一の光源に供給される電力の全電力に対する割合を（１−ｘ）とした場合、照明装置全体からの照射光量（光束）は、フラット光を出射する第一の光源からの光の割合が（１−ｘ）、およびスポット光を出射する第二の光源からの光の割合がｘ組み合わされた光となる。従って、図５および図６に示されるように、半値角αを有するスポット光、および半値角βを有するフラット光を組み合わせて、全体として観測される光は、フラット光およびスポット光の中間的な半値角γ（α＜γ＜β）を有する光となる。本実施の形態の制御装置は、第一の光源に供給される電力の割合を０から１に段階的に切り替える操作と同時に第二の光源に供給される電力の割合を１から０に段階的に切り替える操作が容易に行える。
【００３４】
以上のように、本発明は指向特性の異なる光源のグループに供給される電力をそれぞれ変化させることにより、照明装置全体の指向特性を電気的制御により容易に段階的変化させることが可能である。
【００３５】
【実施例】
以下、本発明に係る実施例について詳述する。なお、本発明は以下に示す実施例のみに限定されないことは言うまでもない。
（実施例１）
本実施例で使用される発光ダイオード１０４、１０５の半値角の大きさは、モールド部材の形状を調節することにより制御する。なお、本実施例においてそれぞれの発光ダイオードは、実質的に同じ発光波長、発光効率を有しているものを使用した。発光ダイオード１０４、および発光ダイオード１０５の何れのモールド形状も、図２に示されるような所謂砲弾型であるが、モールド部材の外径Ｒは等しく、寸法ａ、ｂ、ｃの大きさはそれぞれ異なる。本実施例で使用する発光ダイオード１０４、１０５の外径Ｒ、寸法ａ、ｂ、ｃ、及びモールド部材の中心からの半値角の大きさは、それぞれ以下の表に示す通りである。
【００３６】
【表１】

Figure 2004006227
【００３７】
本実施における制御回路は、図８に示されるように抵抗とオペアンプを組み合わせ、反転回路を有する回路とする。ここで、Ｖ２＝Ｖ１／２とし、各抵抗値の値は以下の表２に示されるように設定する。なお、Ｒ１は、可変抵抗である。
【００３８】
【表２】
Figure 2004006227
【００３９】
図１に示すように、半値角±１０°のスポット光を出光する発光ダイオード１０５（第一の光源）と、半値角±３５°のフラット光を出光する発光ダイオード１０４（第二の光源）を、絶縁性部材を介して導電性パターンを施した基板に載置し、制御回路に組み込むことにより照明装置を形成する。なお、本実施の形態において、第一の光源の半値角の大きさは、５°〜２２．５°の範囲に調整し、第二の光源の半値角の大きさは、２２．５°〜７０°の範囲に調整することが好ましい。５°より小さいと照明装置の指向性が強くなり色バランスが安定し難く、７０°より大きいと輝度が低くなるからである。また、本発明において第一の光源と第二の光源の半値角の大きさの差は、１２．５°以上であることが好ましい。このようにすることによって、一つの照明装置を利用してフラット光とスポット光の両方、さらにそれらの中間的な指向特性を有する光を得ることが可能である。該導電性パターンを通じて発光ダイオードに電力を供給する制御装置を使用して、図６に示されるように発光ダイオード１０５と、発光ダイオード１０４のそれぞれに分配される電力を段階的に制御する。フラット光を出射する第二の光源に供給される電力を全電力の９０％とし、スポット光を出射する第一の光源に供給される電力を全電力の１０％とした場合、照明装置全体からの照射光は、第一の光源からの光が１０％、および第二の光源からの光が９０％組み合わされた光となる。従って、半値角±１０°を有するスポット光、および半値角±３５°を有するフラット光を組み合わせ、全体として観測される光は、フラット光およびスポット光の中間的な半値角±１５．５°を有する光となった。
【００４０】
以上のようにすることにより、発光ダイオード等の光源を平面基板に複数配置して照明装置を形成し、照明装置全体の配光性を電気的方法により段階的に容易に調節することができる。
（実施例２）
図３に示すように、半値角の小さいスポット光を出光する発光ダイオードと、半値角の大きいフラット光を出光する発光ダイオードとにより一ブロックを形成し、該一ブロックを繰り返し配置する他は実施例１と同様に照明装置を形成した。なおここで、スポット光を出光する複数の発光ダイオードのグループと、フラット光を出光する複数の発光ダイオードとにより一ブロックを形成しても構わない。
【００４１】
このようにすると、広範囲をほぼ同じ位置からスポット光あるいはフラット光で照射する照明装置を形成して、その指向特性を制御することが可能である。即ち、一ブロックあるいは数ブロックを配置した照明装置においては、スポット光のみを照射する場合と、フラット光のみを照射する場合とで光源の位置がズレるが、本実施例のように多数回繰り返し配置することにより、スッポト光のみを照射する場合と、フラット光のみを照射する場合とで光源の位置が見かけ上ズレない照明装置を形成することが可能である。
（実施例３）
図４に示すように、半値角の小さいスポット光を出光する発光ダイオード１０５により構成されるブロックを基板に載置し、該ブロックの周囲を取り囲むように半値角の大きいフラット光を出光する発光ダイオード１０４により構成されるブロックを載置する他は実施例１と同様に照明装置を形成した。
【００４２】
本実施例のように構成すると、指向特性の半値角の小さいスポット光を出光する複数の発光ダイオードにより、より狭い範囲を集中的に照射可能な照明装置とすることができる。
（実施例４）
図９に示すように、半値角の大きいフラット光を出光する複数の発光ダイオード１０４により構成されるブロックを基板に載置し、該ブロックの周囲を取り囲むように半値角の小さいスポット光を出光する発光ダイオード１０５により構成されるブロックを載置する他は実施例１と同様に照明装置を形成する。
【００４３】
本実施例のように構成すると、より狭い範囲を集中的に照射可能なスッポト光の照射距離を実施例３と比較して大きくすることができ、照明装置から遠く離れてもスポット光が観測可能である。
（実施例５）
実施例４と同様に、半値角の大きいフラット光を出光する複数の発光ダイオード１０４により構成されるブロックを基板に載置し、該ブロックの周囲を取り囲むように半値角の小さいスポット光を出光する発光ダイオード１０５により構成されるブロックを載置する。さらに図１０に示されるように、発光ダイオードを外部環境から保護するため、発光ダイオードの最上部より高い外枠９０１を発光ダイオード１０５により構成される複数のブロックを取り囲むように設置する。その他は実施例１と同様に照明装置を形成する。
【００４４】
本実施例のように構成すると、発光ダイオード１０５によるスポット光は、発光ダイオード１０４によるフラット光と比較して外枠９０１によって遮られにくいため、照明装置の正面の光取り出し効率を向上させることができる。
（実施例６）
発光ダイオードに供給した電力１Ｗ当たりに人間の目が感じる明るさ（ｌｕｍｅｎ）によって発光効率を表すものとし、発光効率が１ｌｍ／Ｗの第一の光源と、２ｌｍ／Ｗの第二の光源とを使用して照明装置を形成する。互いに半値角の異なる第一の光源および第二の光源に供給される電力の割合を２：１とする。このようにして照明装置全体の配光特性を電気的方法により容易に調節することができる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明は、発光ダイオード等の光源を平面基板に複数配置して照明装置を形成し、照明装置全体の配光性を電気的方法により容易に調節することができる。
【００４６】
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明にかかる照明装置の一実施例の模式的な断面図である。
【図２】図２は本発明において一実施例として使用される発光ダイオードの概観の模式図である。
【図３】図３は、本発明の一実施例にかかる照明装置の模式的な正面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施例にかかる照明装置の模式的な正面図である。
【図５】図５は、指向特性の異なる発光ダイオード毎に供給される電力を変化させることを説明する模式図である。
【図６】図６は、本発明において照明装置から出光する光の指向特性を制御する原理を説明するための模式図である。
【図７】図７は、本発明の制御装置における制御回路の一実施例を示す図である。
【図８】図８は、本発明の制御装置における制御回路の一実施例を示す図である。
【図９】図９は、本発明の一実施例にかかる照明装置の模式的な正面図である。
【図１０】図１０は、本発明の一実施例にかかる照明装置の模式的な正面図である。
【符号の説明】
１００、３００、４００・・・照明装置
１０２・・・インナー・リード
１０３・・・ＬＥＤチップ
１０４・・・半値角の大きい発光ダイオード
１０５・・・半値角の小さい発光ダイオード
１０６・・・導電性ワイヤー
１０７・・・マウント・リード
２００・・・発光ダイオード
２０１・・・リード電極
２０２・・・ストッパー
２０３・・・モールド部材
３０１、４０１・・・一ブロック
７０１・・・可変抵抗
７０２・・・抵抗
８０１・・・オペアンプ
９０１・・・外枠[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a lighting device whose light distribution can be arbitrarily adjusted, and more particularly to a lighting device in which a light source is arranged on a flat substrate and whose directional characteristics can be adjusted arbitrarily and electrically.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a method of controlling the light distribution of a lighting device using a point light source such as a light bulb, a relatively narrow reflector is adjusted by adjusting the positional relationship between a reflector that reflects light from the light source in a desired direction and the point light source. There is a method of generating light that illuminates a range (spot light having a small half-value angle of emitted light) and light that illuminates a wide range (flat light having a large half-value angle of emitted light). In addition, as a method of adjusting the light distribution of a lighting device using a surface light source such as a light emitting diode (LED), a lighting device in which a plurality of light emitting diodes having the same half-value angle and different emission directions are arranged is formed. There is a method in which light from a plurality of light emitting diodes is combined by changing the overall shape two-dimensionally or three-dimensionally to change the light distribution of light emitted from the entire lighting device.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, it is impossible to perform the above-described method performed on a point light source on a surface light source when the size of the entire lighting device is limited. Further, in the conventional method of changing the shape of the entire arrangement surface of the light emitting diodes, it is necessary to make a portion including the arrangement surface of the illumination device movable, so that the configuration of the entire illumination device is complicated.
[0004]
Therefore, an object of the present invention is to provide a lighting device capable of easily adjusting the light distribution of the lighting device while the light source is arranged on a plane.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is a lighting device having a plurality of light sources mounted on a substrate, wherein the plurality of light sources are a first light source and light having a half-value angle larger than the half-value angle of the first light source. A second light source that emits light, wherein the lighting device includes a control device that changes a ratio of power supplied to the second light source to power supplied to the first light source. It is.
[0006]
According to the present invention, the directional characteristics of a lighting device using a surface light source can be easily changed stepwise by an electrical method without changing the shape of the entire lighting device.
[0007]
The invention according to claim 2 is the lighting device according to claim 1, wherein a block including the first light source and the second light source is repeatedly mounted on the substrate.
[0008]
With the configuration according to the second aspect of the present invention, it is possible to form an illumination device that irradiates a wide area with spot light or flat light from substantially the same position, and to control the directional characteristics thereof. That is, in the illumination device in which one block or several blocks are arranged, the position of the light source is shifted between the case of irradiating only the spot light and the case of irradiating only the flat light, but is repeatedly arranged many times as in the present invention. Thus, it is possible to form an illumination device in which the position of the light source does not seem to be shifted between the case where only the spot light is irradiated and the case where only the flat light is irradiated.
[0009]
The invention according to claim 3 is the lighting device according to claim 1, wherein the block formed by the first light source is mounted inside the block formed by the second light source.
[0010]
According to the configuration of the third aspect of the present invention, it is possible to easily obtain spot light capable of intensively irradiating a narrower area by a plurality of light emitting diodes that emit spot light having a small half-value angle of directional characteristics. Is possible.
[0011]
The invention according to claim 4 is the lighting device according to claim 1, wherein the block including the first light source is mounted outside the block including the second light source.
[0012]
With the configuration according to the fourth aspect of the present invention, the irradiation distance of the spot light capable of intensively irradiating a narrow range can be increased, and the spot light can be observed even at a distance from the illumination device. is there.
[0013]
The invention according to claim 5 includes a plurality of light sources mounted on a substrate, wherein the plurality of light sources have a first light source and light having a half-value angle larger than a half-value angle of the first light source. And a second light source that emits light, wherein the ratio of the power supplied to the second light source to the power supplied to the first light source is changed. Is a control method.
[0014]
With the configuration according to the fifth aspect of the present invention, it is possible to easily change the directional characteristic of a lighting device using a surface light source stepwise by an electric method without changing the shape of the whole lighting device. it can.
[0015]
The invention according to claim 6 is the control method for a lighting device according to claim 5, wherein the sum of the power supplied to the first light source and the power supplied to the second light source is stationary.
[0016]
According to the method described in claim 6 of the present invention, it is possible to change only the directional characteristics while keeping the amount of light emitted from the lighting device constant.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the embodiments described below exemplify a lighting device for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention does not limit the lighting device to the following. In particular, the light source that is a component of the present invention is not limited to light emitting diodes. In addition, the size, the positional relationship, and the like of the members illustrated in each drawing are exaggerated for clarity of description.
[0018]
As shown in FIG. 1, a lighting device according to the present invention arranges a plurality of types of light emitting diodes having different half-value angles of emitted light on the same plane substrate on which a conductive pattern is formed. Controls the power input to the group. That is, a group A including one or more first light sources and a group B including one or more second light sources that emit light having a half-value angle greater than the half-value angle of the first light source are on the same plane. Placed adjacently on the substrate, power is separately supplied to group A and group B, and the power is controlled separately or simultaneously. Here, the half-value angle in this specification refers to a direction in which the intensity of light is half the maximum value when measuring the intensity distribution of light emitted from the light source as shown in FIG. It refers to the angle measured as a reference. If power is supplied only to the light-emitting diodes with a small half-value angle of the emitted light, light (spot light) that irradiates a narrow area intensively is generated, and power is supplied only to the light-emitting diodes with a large half-value angle of the emitted light. Then, light (flat light) for irradiating a wide range is generated. If power is supplied only to the light emitting diode having a small half-value angle of emitted light, or if power is supplied only to a light-emitting diode having a large half-value angle of emitted light and the power is increased, the half-value angle of the entire lighting device does not change. When the central luminous intensity in the optical axis direction increases, and when the power is reduced, the half-value angle does not change, but the central luminous intensity in the optical axis direction decreases. Here, for example, if the power supplied to both is the same, the light emitted from the entire lighting device will have a directivity characteristic intermediate between the spot light and the flat light as a result of the combination of the spot light and the flat light having different half-value angles. The light has a half-value angle. That is, as shown in FIG. 6, when power is supplied to both the spot light having the half-value angle α and the flat light having the half-value angle β, the light observed as a whole becomes the flat light and the spot light. The light has an intermediate half-value angle γ (α <γ <β).
[0019]
The present invention controls the power supplied to a light source such as a light-emitting diode having a small half-value angle of light emitted from the light source and a light source such as a light-emitting diode having a large half-value angle to emit light. It is possible to change the directional characteristics of the light emitted from. Further, in the above control, the amount of light emitted from the entire lighting device is always constant by making the sum of the power supplied to the light emitting diode emitting the spot light and the power supplied to the light emitting diode emitting the flat light constant. Therefore, the illumination device can easily emit a spot light, a flat light, or a light having a half-value angle between them as an area light source by electrical control.
[0020]
Hereinafter, each configuration of the embodiment of the present invention will be described in detail.
[Light-emitting diodes 104, 105, 200]
FIG. 2 shows a schematic overview of a light emitting diode 200 used as an example of a light source in the embodiment of the present invention. The light emitting diode 200 includes a stopper 202 on a part of the side surface of the lead electrode 201. When the lead electrode 201 of the light emitting diode 200 is inserted into the through hole provided in the substrate 101, the stopper 202 is caught on the upper surface of the side wall of the through hole, so that the mold member of the light emitting diode does not approach the substrate surface any more. Therefore, the light emitting diode is used to support and fix the light emitting diode to the substrate and to adjust the distance between the top of the mold member of the light emitting diode 200 mounted on the substrate 101 and the upper surface of the substrate. Here, R is the outer diameter of a so-called shell-shaped mold member, a is the distance from the LED chip to the top of the mold member, b is the total length of the mold member, and c is the length of the stopper 202. The distance from the lower end to the top of the mold member, that is, the distance from the top of the light emitting diode mounted on the substrate to the top surface of the substrate.
[0021]
Hereinafter, each configuration of the light emitting diode used as one example of the light source in the embodiment of the present invention will be described in detail.
(LED chip 103)
In this embodiment mode, a light emitting diode is used as a light emitting element, but the light emitting element used in the present invention may be any other light emitting body such as a light bulb or a fluorescent lamp. Further, the light emitting color of the light emitting diode used in this embodiment is not limited, and a light emitting diode having a white, red, green, or blue light emitting color is used, or the light emitting diode has the above light emitting color. Light emitting diodes are used in combination with each other. When a phosphor and a light emitting element are combined to form a light emitting device that emits light whose wavelength has been converted by exciting the phosphor, an LED chip that emits light having a wavelength that can excite the phosphor is used. The LED chip 103 is formed by forming a semiconductor such as GaAs, InP, GaAlAs, InGaAlP, InN, AlN, GaN, InGaN, AlGaN, and InGaAlN as a light emitting layer on a substrate by MOCVD or the like. Examples of the semiconductor structure include a homostructure having a MIS junction, a PIN junction, and a PN junction, a heterostructure, and a double heterostructure. Various emission wavelengths can be selected depending on the material of the semiconductor layer and the degree of mixed crystal thereof. Further, a single quantum well structure or a multiple quantum well structure in which the semiconductor active layer is formed as a thin film in which a quantum effect occurs can be used. Preferably, a nitride-based compound semiconductor capable of efficiently emitting a relatively short wavelength capable of efficiently exciting a phosphor (general formula In i Ga j Al k N, where 0 ≦ i, 0 ≦ j, 0 ≦ k, i + j + k = 1).
[0022]
When a gallium nitride-based compound semiconductor is used, a material such as sapphire, spinel, SiC, Si, ZnO, or GaN is preferably used for the semiconductor substrate. In order to form gallium nitride having good crystallinity, it is more preferable to use a sapphire substrate. When a semiconductor film is grown on a sapphire substrate, it is preferable to form a buffer layer such as GaN or AlN and form a gallium nitride semiconductor having a PN junction thereon. In addition, SiO on the sapphire substrate 2 The GaN single crystal itself that has been selectively grown with the mask as a mask can be used as the substrate. In this case, after the formation of each semiconductor layer, the SiO 2 2 Can be separated from the sapphire substrate by etching. Gallium nitride-based compound semiconductors exhibit N-type conductivity without being doped with impurities. When a desired N-type gallium nitride semiconductor is formed, for example, to improve luminous efficiency, it is preferable to appropriately introduce Si, Ge, Se, Te, C, or the like as an N-type dopant. On the other hand, when forming a P-type gallium nitride semiconductor, P-type dopants such as Zn, Mg, Be, Ca, Sr, and Ba are doped.
[0023]
The gallium nitride-based compound semiconductor is difficult to be converted into a P-type simply by doping with a P-type dopant, so that it is preferable to convert the gallium nitride-based compound semiconductor into a P-type by introducing a P-type dopant and then annealing by heating with a furnace, low-speed electron beam irradiation, plasma irradiation, or the like. . Specific examples of the layer structure of the light-emitting element include a sapphire substrate having a buffer layer formed of gallium nitride, aluminum nitride, or the like at a low temperature or silicon carbide, an n-type contact layer of a gallium nitride semiconductor, and an aluminum-gallium nitride semiconductor. N-type clad layer, an active layer of an indium gallium nitride semiconductor doped with Zn and Si, a P-type clad layer of an aluminum-gallium nitride semiconductor, and a P-type contact layer of a gallium nitride semiconductor Are preferred. In order to form the LED chip 103, in the case of the LED chip 103 having a sapphire substrate, after forming an exposed surface of the P-type semiconductor and the N-type semiconductor by etching or the like, a sputtering method, a vacuum evaporation method, or the like is formed on the semiconductor layer. Each electrode of a desired shape is formed by using the same. In the case of a SiC substrate, a pair of electrodes can be formed using the conductivity of the substrate itself.
[0024]
Next, the formed semiconductor wafer or the like is directly full-cut by a dicing saw in which a blade having a diamond cutting edge is rotated, or a groove having a width larger than the cutting edge width is cut (half cut). Crack the wafer. Alternatively, an extremely thin scribe line (meridian) is drawn on the semiconductor wafer, for example, in a checkerboard pattern by a scriber in which a diamond needle at the tip reciprocates linearly, and then the wafer is cut by an external force and cut into chips from the semiconductor wafer. Thus, the LED chip 103 which is a nitride-based compound semiconductor can be formed.
[0025]
In the light emitting device of the present invention, when the phosphor is excited to emit light, the main emission wavelength of the LED chip 103 is preferably 350 nm or more and 530 nm or less in consideration of the complementary color with the phosphor.
(Mount lead 107)
The mount leads 107 are for mounting the LED chips 103, and need only be large enough to be mounted by die bonding equipment or the like. When a plurality of LED chips 103 are provided and the mount leads 107 are used as a common electrode of the LED chips 103, sufficient electrical conductivity and connectivity with a bonding wire or the like are required. Further, when the LED chip is arranged in the cup on the mount lead 107 and the phosphor is filled inside, it is possible to prevent the false lighting by the light from another light emitting diode arranged in the vicinity. it can.
[0026]
The bonding between the LED chip 103 and the cup of the mount lead 107 can be performed using a thermosetting resin, a light-transmitting inorganic material, or the like. Specifically, an epoxy resin, an acrylic resin, an imide resin, a silica sol, or the like can be given. Further, in order to adhere to the mount leads and electrically connect them with a face-down LED chip or the like, an Ag paste, a carbon paste, a metal bump, or the like can be used. Further, in order to improve the light use efficiency of the light emitting diode, the surface of the mount lead on which the LED chip is arranged may be mirror-like, and the surface may have a reflection function. In this case, the surface roughness is preferably 0.1S or more and 0.8S or less. The specific electric resistance of the mount lead 107 is preferably 300 μΩ · cm or less, more preferably 3 μΩ · cm or less. Also, when a plurality of LED chips are mounted on the mount leads, good heat conductivity is required because the amount of heat generated from the LED chips increases. Specifically, it is preferably at least 0.0101 cal / cm · s · ° C., and more preferably at least 0.501 cal / cm · s · ° C. Materials satisfying these conditions include iron, copper, copper with iron, copper with tin, and ceramic with a metallized pattern.
(Inner lead 102)
The inner lead 102 is for connecting the LED chip 103 disposed on the mount lead 107 to the conductive wire 106 connected thereto. In the case where a plurality of LED chips 103 are provided on the mount leads 107, it is necessary that the conductive wires 106 be arranged so as not to contact each other. Specifically, as the distance from the mount lead increases, the area of the end face to be wire-bonded of the inner lead is gradually increased or the height of the end face is sequentially increased, thereby connecting the inner lead to the inner lead further away from the mount lead. The contact of the conductive wire to be performed can be prevented. The roughness of the connection end face with the conductive wire is preferably 1.6S or more and 10S or less in consideration of adhesion. In order to form the tip of the inner lead into various shapes, the shape of the lead frame may be determined in advance with a mold and punched and formed, or after all the inner leads are formed, the upper part of the inner lead may be formed. May be formed by cutting a part of. Furthermore, after the inner lead is formed by punching, a desired end face area and end face height can be simultaneously formed by pressing from the end face direction.
[0027]
The inner lead is required to have good connectivity and electrical conductivity with a conductive wire such as a bonding wire. The specific electric resistance is preferably 300 μΩ · cm or less, and more preferably 3 μΩ · cm or less. Materials satisfying these conditions include iron, copper, copper with iron, copper with tin, and copper, gold, and silver-plated aluminum, iron, and copper.
(Conductive wire 106)
The conductive wire 106 is required to have good ohmic properties, mechanical connectivity, electrical conductivity, and thermal conductivity with the electrodes of the LED chip 103. The thermal conductivity is preferably at least 0.01 cal / cm · s · ° C., more preferably at least 0.501 cal / cm · s · ° C. The diameter of the conductive wire 106 is preferably Φ10 μm or more and Φ45 μm or less in consideration of workability and the like. Specific examples of such a conductive wire 106 include a conductive wire using a metal such as gold, copper, platinum, and aluminum and an alloy thereof. Such a conductive wire can easily connect the electrode of each LED chip 103 to the inner lead 102, the mount lead 107, and the like by a wire bonding device.
(Mold member 203)
In general, the mold member is used to protect the LED chip, a conductive wire for electrically connecting the LED chip and the lead electrode, and the like from the external environment. It is used to form light emitting diodes having various directional characteristics, that is, various half-value angles, mainly by changing its shape. By selecting the shape of the mold member of the light emitting diode, the front luminous intensity generally tends to decrease as the directivity angle increases, and the front luminous intensity tends to increase as the directivity angle decreases. Here, the directivity angle refers to an angle representing the spread of the emitted light with respect to the optical axis. When a shell-shaped mold member is used, it is possible to generally provide a light emitting diode having a wide half-value angle if the directivity angle is wide, and a narrow half-value angle if the directivity angle is narrow.
[0028]
The mold member 203 can be formed using various resins, glass, or the like. As a specific material of the mold member 203, a thermosetting resin excellent in weather resistance and translucency, such as an epoxy resin, a urea resin, and a silicone resin, or glass is preferably used. Note that the thermosetting resin in this specification refers to a plastic that solidifies when heated under pressure. Once solidified, thermosets cannot be re-melted or re-molded without loss of initial properties. Examples of such a thermosetting resin include epoxy-based, melamine-based, phenol-based, and urea-based resins.
[0029]
As an example of the method of adjusting the half-value angle of the directivity characteristic in the present embodiment, the shape of the mold member is molded into a shell shape having the same inner diameter, and the distance from the light emitting surface of the LED chip to the top of the mold member is adjusted. Method. More specifically, the distance from the light emitting surface of the LED chip to the vertex of the mold member in the light emitting diode in which the half-value angle of the spot light is α ° from the center of the mold member, the half-value angle of the flat light is β ° from the center of the mold member. It is adjusted by changing the shape of the mold at the time of molding so as to be larger than the distance from the light emitting surface of the LED chip to the top of the mold member in the light emitting diode (α ° <β °). In the present embodiment, the light emitting diode 105 whose half-value angle of the spot light is α ° from the center of the mold member is the first light source, and the half-value angle of the flat light is β ° (α ° <β °) from the center of the mold member. Is used as a second light source.
[0030]
Another example of the method of adjusting the half-value angle of the directional characteristic in the present embodiment is a method of changing the shape of the mold member itself. For example, it is possible to form light emitting diodes having different half-value angles of directional characteristics by molding into lens shapes with different focal lengths. Further, by molding the mold member into a shell type and a lens type, it is possible to form light emitting diodes having different half-value angles of directional characteristics.
(Diffusing agent)
The mold member in the present embodiment can contain a diffusing agent in order to improve the light emission luminance of the light emitting device. The light diffusing agent contained in the mold member reduces scattering and absorption of light emitted from the light emitting element toward the light emission observation surface side, and scatters more light toward the light reflection layer side surface. To improve the light emission luminance of the light emitting device. As such a diffusing agent, inorganic members such as barium oxide, barium titanate, barium oxide, silicon oxide, titanium oxide, and aluminum oxide, and organic members such as melamine resin, CTU guanamine resin, and benzoguanamine resin are preferably used.
[0031]
Similarly, various coloring agents can be added to have a filter effect of cutting extraneous light and unnecessary wavelengths from the light emitting element. Further, various fillers for relaxing the internal stress of the resin can be contained.
(Filler)
Further, in the present invention, a filler may be contained in the mold member in addition to or instead of the phosphor. The specific material is the same as the diffusing agent, but the central particle size is different from the diffusing agent, and in the present specification, the filler refers to a material having a central particle size of 5 μm or more and 100 μm or less. When a filler having such a particle size is contained in the translucent resin, the chromaticity variation of the light emitting device is improved by the light scattering action, and the thermal shock resistance of the translucent resin can be increased. The filler preferably has a particle size and / or shape similar to that of the phosphor. Here, in the present specification, the term “similar particle size” refers to a case where the difference between the respective center particle sizes of the respective particles is less than 20%, and the term “similar shape” refers to the degree of approximation of a perfect circle of each particle size. This refers to a case where the difference between the values of the represented circularity (circularity = perimeter of a perfect circle equal to the projected area of the particle / perimeter of the projection of the particle) is less than 20%. By using such a filler, the phosphor and the filler interact with each other, the phosphor can be favorably dispersed in the resin, and color unevenness is suppressed. Further, both the phosphor and the filler preferably have a center particle size of 15 μm to 50 μm, and more preferably 20 μm to 50 μm. By adjusting the particle size in this way, a preferable interval is provided between the particles. be able to. As a result, a light extraction path is secured, and directional characteristics can be improved while suppressing a decrease in luminous intensity due to filler mixing. Further, when the sealing member is formed by a stencil printing method by including a phosphor and a filler in such a particle size range in the translucent resin, clogging of the dicing blade is recovered in a dicing process after the sealing member is cured. A dresser effect can be provided, and mass productivity is improved.
[Substrate 101]
The substrate 101 on which the light emitting diodes 200 are arranged is used for arranging each light emitting diode 200 at a desired position and electrically connecting the light emitting diodes 200 to external electrodes. As the substrate 101 for the light emitting diode, a substrate having high mechanical strength and low thermal deformation is preferable. Specifically, a substrate using ceramics, glass or various resins can be suitably used. Further, in consideration of heat dissipation, it is preferable to use a metal substrate provided with a wiring pattern for supplying power to the light emitting diode via an insulating material. A conductive pattern made of copper or the like is formed on the substrate 101 so that each light emitting diode 200 can be driven, and the light emitting diode and the control device are electrically connected through the conductive pattern. Further, the substrate 101 may be provided with a reflector for reflecting light emitted from the light emitting diode 200 toward the light emitting surface. The reflector provided around the light emitting diode has a shape that widens in the light extraction direction, and the inner wall surface of the reflector is processed into a mirror surface so that light is easily reflected to form a reflection surface. Further, in order to improve the heat radiation property of the light source, the material of the reflector is preferably a metal which is also used as a material of the support.
[0032]
It should be noted that the light emission of each of the light emitting elements is controlled by the method of adjusting the shape of the mold member described above or by changing the inclination angle of the reflector (the inner angle between the upper surface of the substrate and the reflection surface of the reflector) while keeping the shape of the mold member constant. It is possible to adjust the half-value angle of the directional characteristics of the diode. For example, in a light emitting diode having the same shape of a mold member, a light source that emits flatter light can be formed by making the angle of inclination of one reflector larger than the angle of inclination of the other reflector. Also, by changing the position of the above-described stopper 202 or spacer on the lead electrode and changing the relative position between the vertex of the mold member and the reflector, it is possible to adjust the half-value angle of the directional characteristic of the light emitting diode. .
[Control device]
The control device according to the present embodiment supplies power to a first light source that emits spot light and a second light source that emits flat light, and controls each power in an analog or digital manner. Refers to equipment that can do this. Therefore, the control device has a control circuit capable of controlling the supply power for each of the first light source and the second light source. The control circuit may be a circuit capable of changing the supplied power stepwise by continuously changing the resistance value with a variable resistor while keeping the voltage or current constant. Further, the control circuit may be a control circuit capable of changing the ratio of the power supplied to the second light source to the power supplied to the first light source.
[0033]
For example, in the control device, as shown in FIG. 7, a control circuit for controlling power supplied to the first light source and a control circuit for controlling power supplied to the second light source are separately provided. It may be a control device. Further, the control circuit sets the resistance value appropriately using an inverting circuit as shown in FIG. 8 so that the power supplied to the first light source and the power supplied to the second light source can be simultaneously controlled. It may be a control circuit for controlling. By controlling as the latter, the control device in the present embodiment makes the total power supplied to the entire lighting device steady, and is supplied to the light source that emits flat light and the light source that emits spot light, respectively. The power distribution ratio can be changed stepwise. For example, as shown in FIG. 5, the ratio (distribution ratio) of the power supplied to the second light source that emits flat light to the total power is x, and the power is supplied to the first light source that emits spot light. When the ratio of the power to the total power is (1-x), the irradiation light amount (luminous flux) from the entire lighting device is such that the ratio of the light from the first light source that emits flat light is (1-x), and The ratio of the light from the second light source that emits the spot light is x combined light. Therefore, as shown in FIGS. 5 and 6, by combining the spot light having the half-value angle α and the flat light having the half-value angle β, the light observed as a whole is intermediate between the flat light and the spot light. The light has a half-value angle γ (α <γ <β). The control device according to the present embodiment gradually changes the ratio of the power supplied to the second light source from 1 to 0 simultaneously with the operation of switching the ratio of the power supplied to the first light source from 0 to 1 stepwise. The operation to switch to can be easily performed.
[0034]
As described above, according to the present invention, the directional characteristics of the entire lighting device can be easily changed stepwise by electrical control by changing the power supplied to the groups of light sources having different directional characteristics.
[0035]
【Example】
Hereinafter, examples according to the present invention will be described in detail. It is needless to say that the present invention is not limited to only the examples described below.
(Example 1)
The size of the half-value angle of the light emitting diodes 104 and 105 used in this embodiment is controlled by adjusting the shape of the mold member. In this example, the light emitting diodes having substantially the same light emission wavelength and light emission efficiency were used. Each of the light emitting diode 104 and the light emitting diode 105 has a so-called shell shape as shown in FIG. 2, but the outer diameters R of the mold members are equal, and the sizes of the dimensions a, b, and c are different from each other. . The outer diameter R, the dimensions a, b, and c of the light emitting diodes 104 and 105 used in the present embodiment, and the magnitude of the half-value angle from the center of the mold member are as shown in the following table.
[0036]
[Table 1]
Figure 2004006227
[0037]
The control circuit in this embodiment is a circuit having an inversion circuit by combining a resistor and an operational amplifier as shown in FIG. Where V 2 = V 1 / 2, and the value of each resistance value is set as shown in Table 2 below. Note that R 1 Is a variable resistor.
[0038]
[Table 2]
Figure 2004006227
[0039]
As shown in FIG. 1, a light-emitting diode 105 (first light source) that emits spot light having a half-value angle of ± 10 ° and a light-emitting diode 104 (second light source) that emits flat light having a half-value angle of ± 35 °. The lighting device is formed by mounting the substrate on a substrate provided with a conductive pattern via an insulating member and incorporating the substrate into a control circuit. In the present embodiment, the magnitude of the half-value angle of the first light source is adjusted in the range of 5 ° to 22.5 °, and the magnitude of the half-value angle of the second light source is 22.5 ° to It is preferable to adjust the angle to 70 °. If the angle is smaller than 5 °, the directivity of the illuminating device becomes stronger and the color balance is hardly stabilized. If the angle is larger than 70 °, the luminance decreases. In the present invention, it is preferable that the difference between the half-value angles of the first light source and the second light source is 12.5 ° or more. In this way, it is possible to obtain both flat light and spot light, and light having an intermediate directivity between them by using one lighting device. As shown in FIG. 6, the power distributed to each of the light emitting diode 105 and the light emitting diode 104 is controlled in a stepwise manner using a controller that supplies power to the light emitting diode through the conductive pattern. When the power supplied to the second light source that emits flat light is 90% of the total power and the power supplied to the first light source that emits spot light is 10% of the total power, Is the combined light of 10% of the light from the first light source and 90% of the light of the second light source. Therefore, the spot light having a half-value angle of ± 10 ° and the flat light having a half-value angle of ± 35 ° are combined, and the light observed as a whole has an intermediate half-value angle of the flat light and the spot light of ± 15.5 °. Light.
[0040]
As described above, a lighting device is formed by arranging a plurality of light sources such as light-emitting diodes on a flat substrate, and the light distribution of the entire lighting device can be easily adjusted stepwise by an electric method.
(Example 2)
As shown in FIG. 3, a light emitting diode that emits spot light having a small half-value angle and a light-emitting diode that emits flat light having a large half-value angle form one block, and the block is repeatedly arranged. A lighting device was formed in the same manner as in Example 1. Note that, here, one block may be formed by a group of a plurality of light emitting diodes that emit spot light and a plurality of light emitting diodes that emit flat light.
[0041]
In this way, it is possible to form an illuminating device that irradiates a wide area with spot light or flat light from substantially the same position, and to control the directional characteristics thereof. That is, in the illumination device in which one block or several blocks are arranged, the position of the light source is shifted between the case of irradiating only the spot light and the case of irradiating only the flat light, but is repeatedly arranged many times as in the present embodiment. By doing so, it is possible to form an illuminating device in which the position of the light source does not seem to be shifted between the case of irradiating only the spot light and the case of irradiating only the flat light.
(Example 3)
As shown in FIG. 4, a block composed of a light emitting diode 105 that emits a spot light with a small half-value angle is mounted on a substrate, and a light-emitting diode that emits flat light with a large half-value angle so as to surround the periphery of the block. An illumination device was formed in the same manner as in Example 1 except that a block constituted by 104 was mounted.
[0042]
With the configuration as in the present embodiment, it is possible to provide a lighting device capable of intensively irradiating a narrower area with a plurality of light emitting diodes that emit spot light having a small half-value angle of the directional characteristics.
(Example 4)
As shown in FIG. 9, a block including a plurality of light emitting diodes 104 that emits flat light having a large half-value angle is mounted on a substrate, and a spot light having a small half-value angle is emitted so as to surround the block. A lighting device is formed in the same manner as in the first embodiment except that a block constituted by the light emitting diodes 105 is mounted.
[0043]
With the configuration as in the present embodiment, the irradiation distance of the spot light that can irradiate a narrower area intensively can be made larger than that in the third embodiment, and the spot light can be observed even far away from the illumination device. It is.
(Example 5)
As in the fourth embodiment, a block including a plurality of light emitting diodes 104 that emits flat light having a large half-value angle is mounted on a substrate, and a spot light having a small half-value angle is emitted so as to surround the block. A block constituted by the light emitting diodes 105 is mounted. Further, as shown in FIG. 10, in order to protect the light emitting diode from the external environment, an outer frame 901 higher than the top of the light emitting diode is installed so as to surround a plurality of blocks constituted by the light emitting diode 105. Otherwise, the lighting device is formed in the same manner as in the first embodiment.
[0044]
With the configuration as in the present embodiment, the spot light from the light emitting diode 105 is less likely to be blocked by the outer frame 901 than the flat light from the light emitting diode 104, so that the light extraction efficiency in front of the lighting device can be improved. .
(Example 6)
The luminous efficiency is represented by the brightness (lumen) perceived by human eyes per 1 W of power supplied to the light emitting diode, and a first light source having a luminous efficiency of 1 lm / W and a second light source having a luminous efficiency of 2 lm / W. Used to form a lighting device. The ratio of the power supplied to the first light source and the second light source having different half-value angles is set to 2: 1. In this way, the light distribution characteristics of the entire lighting device can be easily adjusted by an electrical method.
[0045]
【The invention's effect】
According to the present invention, a lighting device is formed by arranging a plurality of light sources such as light emitting diodes on a flat substrate, and the light distribution of the entire lighting device can be easily adjusted by an electric method.
[0046]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view of an embodiment of a lighting device according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic view of a light emitting diode used as one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic front view of a lighting device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic front view of a lighting device according to one embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining changing electric power supplied to each light emitting diode having different directivity characteristics.
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the principle of controlling the directional characteristics of light emitted from a lighting device in the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing one embodiment of a control circuit in the control device of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing one embodiment of a control circuit in the control device of the present invention.
FIG. 9 is a schematic front view of a lighting device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a schematic front view of a lighting device according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
100, 300, 400 ... lighting device
102 ・ ・ ・ Inner lead
103 ・ ・ ・ LED chip
104 Light-emitting diode having a large half-value angle
105 Light emitting diode with small half-value angle
106 ... conductive wire
107 ・ ・ ・ Mount lead
200 ・ ・ ・ Light emitting diode
201 ・ ・ ・ lead electrode
202 ・ ・ ・ Stopper
203 ・ ・ ・ Mold member
301, 401 ... one block
701: Variable resistor
702 ... resistance
801 ... operational amplifier
901 ・ ・ ・ Outer frame

Claims (6)

基板上に載置された複数の光源を有する照明装置であって、前記複数の光源は、第一の光源と、該第一の光源の半値角より大きい半値角を有する光を出光する第二の光源とを含み、
前記照明装置は、前記第一の光源への供給電力に対する前記第二の光源への供給電力の割合を変化させる制御装置を備えることを特徴とする照明装置。A lighting device having a plurality of light sources mounted on a substrate, wherein the plurality of light sources emits light having a half-value angle greater than a half-value angle of the first light source and the first light source. And a light source,
The lighting device includes a control device that changes a ratio of power supplied to the second light source to power supplied to the first light source. 前記第一の光源と前記第二の光源とで構成されるブロックが、前記基板に繰り返し載置される請求項１に記載の照明装置。The lighting device according to claim 1, wherein a block including the first light source and the second light source is repeatedly mounted on the substrate. 前記第一の光源で構成されるブロックが、前記第二の光源で構成されるブロックの内側に載置される請求項１に記載の照明装置。The lighting device according to claim 1, wherein the block including the first light source is placed inside the block including the second light source. 前記第一の光源で構成されるブロックが、前記第二の光源で構成されるブロックの外側に載置される請求項１に記載の照明装置。The lighting device according to claim 1, wherein the block including the first light source is mounted outside the block including the second light source. 基板上に載置された複数の光源を有し、前記複数の光源は、第一の光源と、該第一の光源の半値角より大きい半値角を有する光を出光する第二の光源とを含む照明装置の制御方法であって、前記第一の光源への供給電力に対する前記第二の光源への供給電力の割合を変化させることを特徴とする照明装置の制御方法。A plurality of light sources mounted on the substrate, the plurality of light sources, a first light source, and a second light source that emits light having a half-value angle greater than the half-value angle of the first light source A method of controlling a lighting device, comprising: changing a ratio of power supplied to the second light source to power supplied to the first light source. 前記第一の光源への供給電力と前記第二の光源への供給電力の和が定常である請求項５に記載の照明装置の制御方法。The lighting device control method according to claim 5, wherein the sum of the power supplied to the first light source and the power supplied to the second light source is stationary.
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