JP2007220432A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光ダイオードを内蔵する外囲器からの発光を略均等拡散発光とする発光装置を提供する。
【解決手段】発光装置（１）は、発光ダイオード（２）を使用し、その周りに透光性の外囲器（１０）を設け、この外囲器の材料表面にフロスト加工を施す。外囲器に対する内外周両面のフロスト加工によって、外囲器材料の光透過率が例えば２０％となる。発光ダイオードからの光は内面・外面フロストによって散乱を繰り返すので、外囲器の外側ではほぼ均等拡散発光が得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオードを使用した発光装置に係わり、特に発光ダイオードの光を効率よく拡散発光させることができる発光装置に関する。

発光ダイオードの発光効率や光束などの性能は年々向上し、また発光色も各種得られることから、従来のインジケータ用途から、液晶パネルのバックライトや店舗の装飾照明に使われるようになった。しかし、発光ダイオードは指向性が強く、また１個当たりの光量が小さいため、白熱電球や蛍光ランプなどの一般照明用光源の代替となっていない。これに対して特許文献１においては、多数の気泡を封入した透明プラスチックから形成された光放射部材で発光ダイオードを囲み、発光ダイオードで照射することにより、気泡が輝いて、あたかも光放射部全体が光って見えることが開示されている。また、特許文献２においては、発光ダイオードの外側に配置した外囲器を発光ダイオードの配光曲線に相似する外囲器形状として、外囲器を略均等拡散発光させることが提示されている。

特開２００３−１６８０６号公報 特開２００４−１８６１０９号公報

しかしながら、特許文献１の場合では個々の気泡は強く輝くが、その周辺は光ることがないので、やはり均等拡散光とは言い難い。また、特許文献２の場合では、発光ダイオードの配光は中央先端部が格段に明るいので、外囲器を均等拡散発光させるには、その形状は細長い円筒に近くなり、実用性に乏しい。

従って、本発明は上記の問題を解決することを目的とし、発光ダイオードを使用し、この発光ダイオードの周りに透光性の外囲器を設け、外囲器からの発光を略均等拡散発光とする簡便な方法を提供し、その結果、高効率かつ長寿命な発光装置を提供するものである。

本発明の目的は、内部に発光ダイオードを有する外囲器からの発光を略均等拡散発光とすることができる発光装置を提供することにある。

本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。

すなわち、本発明に係わる発光装置（１）は、発光ダイオード（２）を使用し、その周りに透光性の外囲器（１０）を設け、この外囲器の材料表面にフロスト加工を施したことを特徴とする。外囲器の材料はガラス、プラスチックなど透光性材料が使用できる。フロスト加工はガラスあるいはプラスチック表面をすりガラスまたはつや消し状に加工するもので、化学薬品を用いる方法やサンドブラスト法などが知られている。本発明では、フロスト加工によって外囲器材料の光透過率が２０％から６０％の範囲となるよう加工することに特徴がある。さらにフロスト加工は表面の一面に行うのが一般的であるが、本発明者らは両面フロスト加工によって、優れた効果が発揮されることを見出した。即ち、発光ダイオードからの光は内面・外面フロストによって散乱を繰り返すので、外囲器の外側ではほぼ均等拡散発光が得られる。

本発明の一つの具体的な形態として、外囲器内面のフロスト面の上に蛍光体（１４）を塗布する。発光ダイオードは紫外線または青色の光を放射し、蛍光体が励起発光され、その光がフロスト加工面で散乱されて、外囲器外面では均等拡散発光が得られる。

更に具体的な形態として、外囲器の端部に端子（１１，１２）を有する口金（１３）を備え、内部に発光ダイオードおよびその点灯回路を設け、前記点灯回路に口金の端子より電源を供給する。

更に具体的な形態として、外囲器の縦・横長さ比Ａ／Ｂは例えば０．３＜Ａ／Ｂ＜３である。上記発光ダイオードは外囲器内に１個又は複数個備えてよい。

更に具体的な形態として、上記発光ダイオードの背後に反射板（１５）を設けることにより、発光ダイオードからの発光の利用効率を向上させることができる。

本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記の通りである。

すなわち、内部に発光ダイオードを有する外囲器からの発光を略均等拡散発光とすることができる。

図１には本発明に係る発光装置の断面図が示される。発光装置１は発光ダイオード２を有する。図１には発光ダイオード２の断面構造が拡大して示される。発光ダイオード２のリードフレーム３の上部に設けられた窪み部３Ａには例えば４３０ｎｍ〜５００ｎｍの青色光を発光する発光ダイオード（ＬＥＤ）チップ５が固定されている。ＬＥＤチップ５のアノードはリードワイヤ６によりリードフレーム３に、ＬＥＤチップ５のカソードはリードワイヤ７によりリードフレーム４に接続されている。上記窪み部３Ａには上記青色光により励起発光する黄色発光蛍光体を塗布してある。ＬＥＤチップ５の外側には例えばエポキシ樹脂を砲弾型に成形したモールド部８を形成してある。発光ダイオード２はＬＥＤチップ５の青色発光と前記蛍光体の黄色発光とが混色して略白色光を放射する。

一般に発光ダイオードによる発光は指向性が比較的強い。そこで、本発明に係る発光装置１においては、発光面積を大きくし若しくは発光むらを少なくするのに好都合なように、発光ダイオード２の周りに外囲器１０を設け、発光ダイオード２は端子としてのアウターリード１１、１２を有する口金１３にマウントしてある。口金１３内には必要に応じて発光ダイオード２の点灯用回路（図示せず）を設けることが出来る。例えば電流制限抵抗、定電流ダイオード、昇圧ＤＣ−ＤＣコンバータなどを組み込むことにより、利便性が向上する。アウターリード１１、１２より、例えば直流電圧１２Ｖ、あるいは交流電圧１００Ｖを印加して発光ダイオード２を発光させ、外囲器１０の外側に光を放射する。

外囲器の内部に配置する発光ダイオードの数は１個に限定されず、例えば図２の断面図及び図３の平面図に例示されるように複数個、例えば７個配置するようにしてもよい。複数個の配置形態は中心とその放射位置に配置する場合に限定されない。

前記外囲器１０は透光性材料から成る。この外囲器１０の内外周面にはフロスト加工が施され、発光ダイオード２からの光が外囲器１０において均等拡散光となるように考慮されている。フロスト加工はフッ酸、塩酸などの化学薬品を使用してガラス表面を化学的に腐食し、表面に微細な凹凸を作成し、スリガラス状にしたものである。また、他の方法として、砂や研磨剤をガラス表面に吹き付けてスリガラスにすること（所謂サンドブラスト）も出来る。

ここでは化学的処理について説明する。本発明者らはフッ化水素アンモニウム水溶液によってガラスにフロスト加工を施す試験を種々行った結果、ガラスの透過率の最適化を図ることにより、外囲器１０からの光が略均等拡散になり、特に外囲器１０の内面、外面の両面ともフロスト加工を施すと優れた拡散性が得られることを見出した。図４にガラス両面にフロスト加工した時、ガラスの液中への浸漬時間による可視光透過率の変化を示す。浸漬時間が経過すると、次第に透過率が減少し、やがて最小になるが、さらに時間が長くなると、再び透過率が大きくなることが分かった。フロスト加工では、薬品によってガラスが侵蝕され、表面に微細な凹凸が形成され、適度な山と谷が作られるが、過度に処理が進むと、逆に山が削られ、光が通り易くなってくるものと考えられる。この傾向は所謂サンドブラストを行なう場合も同様である。

図４に例示される傾向より明らかなように、外囲器１０の内外周両面にフロス加工を行なった場合でもその透過率は大凡２０％近辺で飽和する。外囲器１０の内周面又は外周面の何れか一方の面にフロス加工を行なった場合にはその透過率は当然２０％よりも大きい値、例えば３０〜４０％位で飽和するから、フロスト加工によって２０％程度の透過率を得るには外囲器１０の内外周両面に対してフロスト加工を行なわなければならない。

図５には外囲器の透過率と配光特性についての実験例が示される。ここでは、図３の構造の発光装置を製作した。外囲器１０をソーダガラスで作り、外径１５mm、長さ２５mmの砲弾型にした。発光ダイオード（白色発光、３mmφ、指向角２５度）２を７個基板に実装し、口金１３のアウターリード１１，１２と接続した。外囲器１０のフロスト加工は、図４に図示した３種の透過率Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３で行った。即ち、フロスト加工による透過率８０％のものを加工度Ｒ１、透過率６０％のものを加工度Ｒ２、透過率２０％のもを加工度Ｒ３とした。図５はこれらの加工を施した外囲器１０を備えた発光装置１において、アウターリード１１，１２より直流電圧を入力して２０ｍＡの定格電流を流したときの鉛直配光特性を示す。図５より、加工度Ｒ１に比べ、加工度Ｒ２及び加工度Ｒ３の配光においては頭頂部の明るさは若干減少するものの、横方向の光が増えて略均等配光になることが判明した。したがって、フロスト加工による外囲器１０の透過率が８０％の場合に比べて、透過率６０％乃至２０％の場合の方が、発光面積を大きくし若しくは発光むらを少なくするという点において優れていることが明らかである。

両面フロスト加工によって外囲器１０からの光が均等拡散になるのは以下のように説明できる。発光ダイオード２からの光は外囲器１０の頭頂部に向かって大部分が放射されるが、内面フロスト面でまず第一次の反射・散乱を受け、さらに内面フロスト面を通過した光は、再び外面フロスト面によって第二次の反射・散乱を受ける。その結果、光は反転して斜め方向や横方向に進み、さらに反射・散乱を受けるなど、光は多重反射・散乱の作用によって、発光ダイオード２の直進性の光が外囲器１０によって全角方向に放射されるのである。外囲器１０のこの反射・散乱を最適化する上で、外囲器１０の透過率に着目してこれを制御することのが有用であることは明らかである。

両面フロスト加工した外囲器１０の内面に蛍光体１４を塗布することにより、さらに本発明の効果を発揮できる。この場合、発光ダイオード１は紫外線発光あるいは青色発光のものを使用する。発光ダイオード１から放射された光は外囲器１０内面で反射・散乱されると共に、蛍光体１４を励起発光させるので、蛍光体１４の発光と外囲器１０フロスト拡散効果の相乗効果から発光が一層均一化される。

また、外囲器１０より反射・散乱された光を有効利用するため、発光ダイオード２の背後に反射板１５を設ける。反射板１５の材料は紙、プラスチック、金属などであればよい。反射板１５は発光ダイオード１を固定する基板の上に、且つ発光ダイオード２の背後に挿入すればよい。

外囲器の縦、横の長さの比Ａ／Ｂを、例えば０．３＜Ａ／Ｂ＜３とする。この縦・横比は、発光ダイオード１の光を十分に反射・散乱させるために効果的である。

以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。

例えば、発光ダイオード２を７個備えた例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、必要とする明るさに合わせて１個以上必要な数を設ければよい。外囲器１０の形状を砲弾型としたが、球形、円筒形、角型など他の形状においても同様な効果が得られるのは明白である。また、発光ダイオード２は砲弾型を使用したが、丸型、角型など他の形状の発光ダイオードを使用してもよいことは勿論である。

また、フロスト加工をフッ化水素アンモニウム水溶液によって行ったが、他の化学薬品による方法や研磨剤を吹き付けるサンドブラストによる方法を採用してもよい。さらに、外囲器１０の材料はガラスであったが、プラスチックなど他の透光性材料を使用してもよい。また、外囲器１０の内部空間は空気、窒素、アルゴン、真空など必要に応じて選択することができる。また、使用した発光ダイオード２は白色発光の単色であったが、赤色、緑色、青色発光の単色あるいはこれらを混ぜて備え付けることもでき、可変色カラー光源として機能させることも可能になる。

本発明に係る発光装置を例示する縦断面図である。 本発明に係る発光装置の別の例を示す縦断面図である。 図２の発光装置の横断面図である。 ガラス両面にフロスト加工を行なったときガラスの液中への浸漬時間による可視光透過率の変化を示す特性図である。 外囲器の透過率と配光特性についての実験結果を示す説明図である。

符号の説明

１ 発光装置
２ 発光ダイオード
３、４ リードフレーム
３Ａ 窪み部
５ 発光ダイオード（ＬＥＤ）チップ
６、７ リードワイヤ
８ モールド部
１０ 外囲器
１１、１２ アウターリード
１３ 口金
１４ 蛍光体
１５ 反射板

Claims (7)

1. 発光ダイオードと、前記発光ダイオードからの光を拡散発光させる外囲器を備えた発光装置において、前記外囲器は透光性材料から成り、前記外囲器にはフロスト加工が施され、前記外囲器の透過率が２０％から６０％の範囲に入る発光装置。
2. 前記外囲器は、その内面と外面の両面にフロスト加工が施された請求項１記載の発光装置。
3. 前外囲器の内面に前記発光ダイオードの光で励起発光する蛍光体が塗布された請求項１又は２記載の発光装置。
4. 前記外囲器の底部は端子を有する口金によって封止され、内部に前記発光ダイオードと共に発光ダイオード用点灯回路を有し、前記発光ダイオード用点灯回路は前記端子から電源が供給される請求項１乃至３の何れか１項記載の発光装置。
5. 前記外囲器の縦・横比Ａ／Ｂが０．３＜Ａ／Ｂ＜３である請求項１乃至４の何れか１項記載の発光装置。
6. 前記外囲器の内部に前記発光ダイオードを複数個備えた請求項１乃至５の何れか１項記載の発光装置。
7. 前記発光ダイオードの背後に反射板を有する請求項１乃至６の何れか１項記載の発光装置。

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