JP2005259909A

JP2005259909A - 発光装置

Info

Publication number: JP2005259909A
Application number: JP2004068022A
Authority: JP
Inventors: Kozo Ogawa; 光三小川
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2004-03-10
Filing date: 2004-03-10
Publication date: 2005-09-22

Abstract

【課題】出射面28の輝度むらを低減できる発光装置14を提供する。
【解決手段】発光ダイオード22に対向させて制光体23を設ける。発光ダイオード22の光を制光体23の入射面26に入射する。入射面26から入射した光のうち、出射面28の発光ダイオード22に対向する対向部域28aへ向かう光の一部を、制光部34で対向部域28aより外側の周辺部域28bへ向けて反射させる。制光部34から周辺部域28bへ向かう光を周辺反射面33で出射面28の周辺部域28bから出射させる。出射面28の対向部域28aの輝度を低めるとともに周辺部域28bの輝度を高め、出射面28の対向部域28aと周辺部域28bとの輝度むらを低減し、出射面28の輝度を均一化させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子を光源とする発光装置に関する。

従来、発光素子として例えば固体発光素子である発光ダイオードを光源とする発光装置では、基板に発光ダイオードを実装するとともにこの発光ダイオードから発光した光を制光する制光体を配置している。

制光体としては発光ダイオードを覆うモールド樹脂製の制光体などがあり、このような制光体の前面側には光軸方向へ向かって発光ダイオードの光が出射する平面状の出射面が形成され、背面側には発光ダイオードから側方へ向かう光を光軸方向に平行に反射させて出射面の周辺部域から出射させる反射面が形成されている。そして、発光ダイオードの光のうち、出射面の発光ダイオードに対向する対向部域へ向かう光が全透過して出射し、反射面へ向かう光が出射面の周辺部域から出射する（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１−２３７４６３号公報（第４−５頁、図１−３）

しかしながら、発光ダイオードは出射面の対向部域へ向けた光軸方向の輝度が高く、この出射面の対向部域へ向かう光は全透過して出射されるため、出射面の対向部域の輝度が周辺部域よりも高くなり、出射面の対向部域とその周縁部域とで輝度むらが生じる問題がある。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、出射面の輝度むらを低減できる発光装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発光装置は、発光素子と；発光素子から入射した光を出射する出射面を有し、出射面のうち発光素子に対向する対向部域へ向かう光の一部をその対向部域より外側の周辺部域から出射させる制光体とを具備しているものである。

そして、この構成では、制光体の出射面のうち発光素子に対向する対向部域へ向かう光の一部をその対向部域より外側の周辺部域から出射させるため、出射面の輝度むらが低減される。

請求項２記載の発光装置によれば、マトリクス状に配置される複数の発光素子と；各発光素子から入射した光を出射する出射面を有し、出射面のうち各発光素子に対向する対向部域へ向かう光の一部をその対向部域より外側で各発光素子に対向しない周辺部域から出射させる制光体とを具備しているものである。

そして、この構成では、マトリクス状に配置される各発光素子から制光体に入射した光を出射する出射面のうち、各発光素子に対向する対向部域へ向かう光の一部をその対向部域より外側で各発光素子に対向しない周辺部域から出射させるため、出射面に暗部が生じるのを改善できる。

請求項３記載の発光装置は、発光素子と；発光素子からの光を入射する入射面、入射面から入射した光を出射する出射面、出射面のうち発光素子に対向する対向部域へ向かう光の一部をその対向部域より外側の周辺部域へ向けて反射させる制光部、および制光部から周辺部域へ向かう光を出射面の周辺部域から出射させる周辺反射面を有する制光体と；を具備しているものである。

そして、この構成では、制光体の出射面のうち発光素子に対向する対向部域へ向かう光の一部を制光部によって対向部域より外側の周辺部域へ向けて反射させ、制光部から周辺部域へ向かう光を周辺反射面によって出射面の周辺部域から出射させるため、出射面の輝度むらが低減される。

請求項４記載の発光装置は、請求項３記載の発光装置において、制光体は、発光素子から側方へ向かう光を出射面の対向部域より外側の周辺部域へ向けて反射させる主反射面を有するものである。

そして、この構成では、発光素子から側方へ向かう光を主反射面によって出射面の対向部域より外側の周辺部域へ向けて反射させるため、周辺部域の輝度が向上する。

請求項５記載の発光装置は、発光素子と；発光素子からの光を入射する入射面、入射面から入射した光を出射する出射面、および出射面のうち発光素子に対向する対向部域へ向かう光の一部をその対向部域より外側の周辺部域へ向けて反射させる制光部を有する導光板と；導光板の入射面側に設けられた拡散反射面とを具備しているものである。

そして、この構成では、導光板の入射面から入射して出射面のうち発光素子に対向する対向部域へ向かう光の一部を制光部によって対向部域より外側の周辺部域へ向けて反射させるため、導光板の出射面の輝度むらが低減される。

請求項６記載の発光装置は、請求項３ないし５いずれか一記載の発光装置において、出射面の制光部には、発光素子の光軸を中心として出射面より窪む窪み部が形成され、この窪み部には対向部域から光を出射させる環状の出射面部と周辺部域へ光を反射させる環状の反射面部とが光軸を中心として交互に形成されたものである。

そして、この構成では、出射面の制光部に発光素子の光軸を中心として出射面より窪む窪み部を形成し、窪み部に出射面部と反射面部とを光軸を中心として交互に形成したため、制光体の出射面の発光素子に対向する対向部域へ向かう光を、出射面部を通じて出射させる方向と周辺部域へ反射させる方向とに振り分けられる。

請求項７記載の発光装置は、請求項６記載の発光装置において、出射面部の面積が窪み部の中心に近付くほど小さく設けられたものである。

そして、この構成では、出射面部の面積を窪み部の中心に近付くほど小さく設けたため、中心に近付くほど出射面部を通じて出射する光が抑えられ、出射面の輝度むらが低減される。

請求項８記載の発光装置は、請求項６または７記載の発光装置において、出射面が四角形に形成されるとともに、窪み部の出射面部および反射面部が四角形でかつ出射面部および反射面部の各辺が出射面の各角部に臨んで形成されたものである。

そして、この構成では、出射面を四角形に形成するとともに、窪み部の出射面部および反射面部を四角形でかつ出射面部および反射面部の各辺が出射面の各角部に臨むように形成したため、出射面の角部の輝度が向上し、出射面の輝度むらが低減される。

請求項１記載の発光装置によれば、制光体の出射面のうち発光素子に対向する対向部域へ向かう光の一部をその対向部域より外側の周辺部域から出射させるため、出射面の輝度むらを低減できる。

請求項２記載の発光装置によれば、マトリクス状に配置される各発光素子から制光体に入射した光を出射する出射面のうち、各発光素子に対向する対向部域へ向かう光の一部をその対向部域より外側で各発光素子に対向しない周辺部域から出射させるため、出射面に暗部が生じるのを改善できる。

請求項３記載の発光装置によれば、制光体の出射面のうち発光素子に対向する対向部域へ向かう光の一部を制光部によって対向部域より外側の周辺部域へ向けて反射させ、制光部から周辺部域へ向かう光を周辺反射面によって出射面の周辺部域から出射させるため、出射面の輝度むらを低減できる。

請求項４記載の発光装置によれば、請求項３記載の発光装置の効果に加えて、発光素子から側方へ向かう光を主反射面によって出射面の対向部域より外側の周辺部域へ向けて反射させるため、周辺部域の輝度を向上できる。

請求項５記載の発光装置によれば、導光板の入射面から入射して出射面のうち発光素子に対向する対向部域へ向かう光の一部を制光部によって対向部域より外側の周辺部域へ向けて反射させるため、導光板の出射面の輝度むらを低減できる。

請求項６記載の発光装置によれば、請求項３ないし５いずれか一記載の発光装置の効果に加えて、出射面の制光部に発光素子の光軸を中心として出射面より窪む窪み部を形成し、窪み部に出射面部と反射面部とを光軸を中心として交互に形成したため、制光体の出射面の発光素子に対向する対向部域へ向かう光を、出射面部を通じて出射させる方向と周辺部域へ反射させる方向とに振り分けることができる。

請求項７記載の発光装置によれば、請求項６記載の発光装置の効果に加えて、出射面部の面積を窪み部の中心に近付くほど小さく設けたため、中心に近付くほど出射面部を通じて出射する光を抑え、出射面の輝度むらを低減できる。

請求項８記載の発光装置によれば、請求項６または７記載の発光装置の効果に加えて、出射面を四角形に形成するとともに、窪み部の出射面部および反射面部を四角形でかつ出射面部および反射面部の各辺が出射面の各角部に臨むように形成したため、出射面の角部の輝度を向上させることができ、出射面の輝度むらを低減できる。

以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。

図１ないし図８に第１の実施の形態を示し、図１は発光装置の図３Ａ−Ａの断面図、図２は発光装置の図３Ｂ−Ｂの断面図、図３は発光装置の正面図、図４は発光装置の出射面の対向部域の拡大断面図、図５は発光装置の制光体の前面側からの斜視図、図６は発光装置の制光体の背面側からの斜視図、図７は発光装置の正面図、図８は発光装置を用いた照明装置の正面図である。

図８において、11は照明装置で、この照明装置11は、四角形で薄形に形成された器具本体12を有し、この器具本体12の表面に開口部13が形成され、この開口部13内に四角形状の複数の発光装置14がマトリクス状に配列され、これら複数の発光装置14によって一体形の発光面15が形成されている。

図１ないし図７に示すように、各発光装置14は、四角形状で絶縁性を有する例えば合成樹脂にて形成された基板21、この基板21の表面側で縦横方向に等間隔に配列されて実装された複数の発光素子としての固体発光素子であるチップ状の発光ダイオード22、および基板21の表面側に配置された制光体23を有している。

制光体23は、導光性を有する透明な樹脂やガラスなどによって一体形成され、各発光ダイオード22に対応して縦横方向に等間隔に配列されたプリズムまたはレンズである複数の制光体部24を有している。

各制光体部24の背面側には、発光ダイオード22を収容する断面円筒形の凹部である収容部25が形成され、この収容部25の内面に発光ダイオード22からの光が入射する入射面26が形成され、収容部25の周囲で表面側へ向けて拡開して光を表面側へ反射させる反射面27が形成され、また、各制光体部24の表面側には、入射した光が出射する発光面15を構成する四角形状の出射面28が形成されている。

入射面26としては、発光ダイオード22の発光面の正面に対向して位置する対向入射面29が形成されているとともに、発光ダイオード22の発光面の側方に位置する側面入射面30が形成されている。対向入射面29は収容部25内に突出する凸面のレンズ部31に形成され、このレンズ部31によって入射した光を発光ダイオード22の発光面に垂直な光軸Ｓに略平行な方向に向けて屈折させる。

反射面27としては、収容部25の周囲で出射面28側へ向けて拡開して側面入射面30から入射した光を出射面28のうち発光ダイオード22に対向する対向部域28aより外側の周辺部域28bへ向けて反射させる主反射面32が形成されているとともに、出射面28の周辺部域28bの一部である四隅の角部28cにおける背面側で出射面28の対向部域28a側から周辺部域28bの角部28c側へ向かう光を周辺部域28bの角部28cから出射させる周辺反射面33が形成されている。主反射面32および周辺反射面33で反射した光が出射面28から出射する方向は、中心の光軸Ｓに対して主に外側へ広がる方向になるように構成されている。

出射面28のうち光軸Ｓを中心とした中心部域であって発光ダイオード22に対向する対向部域28aに、対向部域28aへ向かう光の一部をその対向部域28aより外側の周辺部域28bへ向けて反射させる制光部34が形成されている。この制光部34には光軸Ｓを中心として出射面28より角錐形に窪む窪み部35が形成され、この窪み部35には対向部域28aから光を出射させるための出射面28に平行な四角形環状の出射面部36と周辺部域28bへ光を反射させる出射面28に対して略９０°傾斜した四角形環状の反射面部37とが光軸Ｓを中心として交互に形成されている。図３に示すように出射面部36および反射面部37の各辺は出射面28の各角部28cに臨んで形成され、図４に示すように出射面部37の面積は窪み部35の中心に近付くほど小さく、外側に近付くほど大きく形成されている。

そして、このように構成された発光装置14において、発光ダイオード22を点灯させることにより、図１に示すように、発光ダイオード22から対向入射面29に入射する光はレンズ部31を通じて光軸Ｓと平行な光となって出射面28の対向部域28aへ向かう。対向部域28aへ向かう光のうち、対向部域28aの出射面部36に到達した光は出射面部36を通じて出射し、また、反射面部37に到達した光は反射面部37を透過せずに反射面部37で周辺部域28bへ向けて反射させ、この周辺部域28bへ向かう光が周辺反射面33で再度反射して出射面28の周辺部域28bの角部28cから出射させる。

図１および図２に示すように、発光ダイオード22から側面入射面30に入射する光は、主反射面32で反射し、出射面28の対向部域28aより外側の周辺部域28bから出射する。

このように、制光体23の対向入射面30から入射して出射面28の対向部域28aへ向かう光の一部を周辺部域28bへ向けて反射させ、対向部域28aから周辺部域28bへ向かう光を周辺反射面33によって出射面28の周辺部域28bから出射させるため、出射面28の対向部域28aの輝度を低めるとともに周辺部域28bの輝度を高め、出射面28の対向部域28aと周辺部域28bとの輝度むらを低減し、出射面28の輝度を均一化できる。

さらに、制光体23の側面入射面30から入射した光を主反射面32によって対向部域28aより外側の周辺部域28bへ向けて反射させるため、周辺部域28bの輝度を向上できる。

また、出射面28の対向部域28aに光軸Ｓを中心として出射面28より窪む窪み部35を形成し、この窪み部35に出射面部36と反射面部37とを光軸Ｓを中心として交互に形成したため、出射面28の対向部域28aへ向かう光を、出射面部36を通じて出射させる方向と周辺部域28bへ反射させる方向とに振り分けることができる。

出射面部36の面積を窪み部35の中心に近付くほど小さく設けたため、中心に近付くほど出射面部36を通じて出射する光を抑えることができる。

出射面28を四角形に形成するとともに、窪み部35の出射面部36および反射面部37を四角形でかつ出射面部36および反射面部37の各辺が出射面28の各角部28cに臨むように形成したため、出射面28の角部28cの輝度を向上させることができる。なお、出射面部36および反射面部37の形状は円環状でもよい。

また、マトリクス状に配置される各発光ダイオード22から制光体23に入射した光を出射する出射面28のうち、各発光ダイオード22に対向する対向部域28aへ向かう光の一部をその対向部域28aより外側で各発光ダイオード22に対向しない周辺部域28bから出射させるため、出射面28に暗部が生じるのを改善できる。

次に、図９に第２の実施の形態を示す。なお、第１の実施の形態と同一構成については同一符号を用いて説明する。

基板21の表面に略円錐形の凹部41が形成され、この凹部41の中心にＵＶ光または青色光を発光する発光ダイオード22が配置され、この発光ダイオード22に対向して凹部41の開口側に発光ダイオード22の光を白色光に変換して透過させる蛍光体層42が形成されている。なお、基板21に対する発光ダイオード22の配列は、第１の実施の形態と同一配列でもよいし、異なる配列でもよい。

基板21の表面側には、制光体であって導光性を有する導光板43が配設されている。この導光板43の裏面側には蛍光体層42に対向して発光ダイオード22からの光を入射する入射面44が形成され、導光板43の表面側には入射した光を出射する出射面45が形成されている。

出射面45の発光ダイオード22の光軸Ｓを中心とした中心部域であって発光ダイオード22に対向する対向部域45aに、対向部域45aへ向かう光の一部をその対向部域45aより外側の周辺部域45bへ向けて反射させる制光部34が形成されている。この制光部34には光軸Ｓを中心として出射面45より角錐状または円錐状に窪む窪み部35が形成され、この窪み部35には対向部域45aから光を出射させるための出射面45に平行な円環状または四角形環状の出射面部36と周辺部域45bへ光を反射させる出射面45に対して略９０°傾斜した円環状または四角形環状の反射面部37とが光軸Ｓを中心として交互に形成されている。出射面部37の面積は窪み部35の中心に近付くほど小さく、外側に近付くほど大きく形成されている。

導光板43の裏面側には、導光板43に入射した光を出射面45側へ向けて反射させる複数の裏面反射面46が発光ダイオード22を中心として形成されている。裏面反射面46は、発光ダイオード22に近付くほど間隔が広く粗に形成されているとともに、遠ざかるほど間隔が狭く密に形成されている。

基板21の表面には、導光板43の裏面側へ向かう光を出射面45側へ反射させる拡散反射面47が形成されている。

そして、このように構成された発光装置14において、発光ダイオード22を点灯させることにより、発光ダイオード22から蛍光体層42を通じて入射面44から導光板43内に入射し、入射した光が導光板43内を反射しながら導光板43全体に広がる。入射面44に対向する出射面45の対向部域45aへ向かう光のうち、対向部域45aの出射面部36に到達した光は出射面部36を通じて出射させ、また、反射面部37に到達した光は反射面部37を透過せずに反射面部37で周辺部域45bへ向けて反射させる。周辺部域28bへ向かう光は裏面反射面46や基板21の拡散反射面47で反射して出射面45の周辺部域45bから出射する。

このように、導光板43の入射面44から入射して出射面45の対向部域45aへ向かう光の一部を対向部域45aより外側の周辺部域45bへ向けて反射させるため、出射面45の対向部域45aの輝度を低めるとともに周辺部域45bの輝度を高め、出射面45の対向部域45aと周辺部域45bとの輝度むらを低減し、導光板43の出射面45の輝度むらを低減できる。

また、出射面45の対向部域45aに光軸Ｓを中心として出射面45より窪む窪み部35を形成し、この窪み部35に出射面部36と反射面部37とを光軸Ｓを中心として交互に形成したため、出射面45の対向部域45aへ向かう光を、出射面部36を通じて出射させる方向と周辺部域45bへ反射させる方向とに振り分けることができる。

本発明の第１の実施の形態を示す発光装置の図３Ａ−Ａの断面図である。同上発光装置の図３Ｂ−Ｂの断面図である。同上発光装置の正面図である。同上発光装置の出射面の対向部域の拡大断面図である。同上発光装置の制光体の前面側からの斜視図である。同上発光装置の制光体の背面側からの斜視図である。同上発光装置の正面図である。同上発光装置を用いた照明装置の正面図である。本発明の第２の実施の形態を示す発光装置の断面図である。

符号の説明

14 発光装置
22 発光素子としての発光ダイオード
23 制光体
26 入射面
28 出射面
28a 対向部域
28b 周辺部域
28c 角部
32 主反射面
33 周辺反射面
34 制光部
35 窪み部
36 出射面部
37 反射面部
43 導光板
44 入射面
45 出射面
45a 対向部域
45b 周辺部域
47 拡散反射面

Claims

発光素子と；
発光素子から入射した光を出射する出射面を有し、出射面のうち発光素子に対向する対向部域へ向かう光の一部をその対向部域より外側の周辺部域から出射させる制光体と；
を具備していることを特徴とする発光装置。
マトリクス状に配置される複数の発光素子と；
各発光素子から入射した光を出射する出射面を有し、出射面のうち各発光素子に対向する対向部域へ向かう光の一部をその対向部域より外側で各発光素子に対向しない周辺部域から出射させる制光体と；
を具備していることを特徴とする発光装置。
発光素子と；
発光素子からの光を入射する入射面、入射面から入射した光を出射する出射面、出射面のうち発光素子に対向する対向部域へ向かう光の一部をその対向部域より外側の周辺部域へ向けて反射させる制光部、および制光部から周辺部域へ向かう光を出射面の周辺部域から出射させる周辺反射面を有する制光体と；
を具備していることを特徴とする発光装置。
制光体は、発光素子から側方へ向かう光を出射面の対向部域より外側の周辺部域へ向けて反射させる主反射面を有することを特徴とする請求項３記載の発光装置。
発光素子と；
発光素子からの光を入射する入射面、入射面から入射した光を出射する出射面、および出射面のうち発光素子に対向する対向部域へ向かう光の一部をその対向部域より外側の周辺部域へ向けて反射させる制光部を有する導光板と；
導光板の入射面側に設けられた拡散反射面と；
を具備していることを特徴とする発光装置。
出射面の制光部には、発光素子の光軸を中心として出射面より窪む窪み部が形成され、この窪み部には対向部域から光を出射させる環状の出射面部と周辺部域へ光を反射させる環状の反射面部とが光軸を中心として交互に形成されたことを特徴とする請求項３ないし５いずれか一記載の発光装置。
出射面部の面積が窪み部の中心に近付くほど小さく設けられたことを特徴とする請求項６記載の発光装置。
出射面が四角形に形成されるとともに、窪み部の出射面部および反射面部が四角形でかつ出射面部および反射面部の各辺が出射面の各角部に臨んで形成されたことを特徴とする請求項６または７記載の発光装置。