JP2009193938A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】まぶしさ感を低減できるとともに発光面の色度を略均一にできる照明装置を提供する。
【解決手段】照明装置１は、装置基板２、リフレクタ６、複数のＬＥＤチップ８、複数のレンズ１１、及び透光性の蛍光体層１５を具備する。装置基板２にリフレクタ６を配設し、このリフレクタ６のチップ収容部６ａにＬＥＤチップ８を収容する。各ＬＥＤチップ８は通電されることにより青色の光を発する。各レンズ１１を各ＬＥＤチップ８に対して個々にこれらＬＥＤチップ８が発した光の投射側に配設する。これらのレンズ１１は、その光出射面１２が略均一な明るさとなるようにＬＥＤチップ８から入射した光を制御する。蛍光体層１５にはＬＥＤチップ８が発した青色の光によって励起されて黄色の光を放射する蛍光体が混入されている。この蛍光体層１５を各レンズ１１の光出射面１２を覆って設けたことを特徴としている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、青色の光を発する複数のＬＥＤ（発光ダイオード）チップを用いて照明をする照明装置に関する。

従来、複数のＬＥＤベアチップが搭載されたプリント基板と、反射板と、封止樹脂とが、この順に積層された照明装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この照明装置において複数のＬＥＤベアチップは縦横に規則正しく配列してプリント基板に搭載されている。これらのチップには青色〜紫外光を発するものが代表的に使用されていて、各々のＬＥＤベアチップの周囲は適量の蛍光体で被覆されている。この蛍光体を用いてＬＥＤベアチップが発した光を白色光に変換するようになっている。反射板は各ＬＥＤベアチップの搭載位置に対応してＬＥＤベアチップが個々に収められる複数の孔を有しており、この反射板はプリント基板に接着剤により貼着されている。封止樹脂は、透光性のエポキシ樹脂等からなり、反射板を一括して覆った状態に設けられているとともに反射板の各孔に充填されている。そして、特許文献１には、封止樹脂に蛍光体粉末を混入することにより、当該封止樹脂で蛍光体を兼ねることができるとの記載がある。
特開2004-193357号公報（段落0012-0027、0031、0036、図１−図７）

ＬＥＤベアチップが発した光はその直進性が強いので、蛍光体粉末が混入された封止樹脂でＬＥＤベアチップが発した光が白色光に変換されて封止樹脂が二次発光するといえども、この封止樹脂のＬＥＤベアチップの直下に正対する部位の光強度は、その周囲の部位と比較してかなり強い。これにより、二次発光面となる封止樹脂が目視される場合、複数のＬＥＤベアチップの一個一個に正対する部位が輝く点（輝点）として「つぶつぶ」に視認されるので、照明装置のまぶしさ感が強いとともに、略均一な二次発光面を得難い。

加えて、個々のＬＥＤベアチップの発光にもばらつきがあるので、ＬＥＤベアチップを複数用いた発光装置では、各ＬＥＤベアチップの発光のばらつきに応じて、蛍光体粉末が混入された封止樹脂の各部の色度も異なることがあり、略均一な色度の発光面を得難い。

本発明の目的は、まぶしさ感を低減できるとともに発光面の色度を略均一にできる照明装置を提供することにある。

請求項１の発明は、装置基板と；チップ収容部を有して前記装置基板に配設されたリフレクタと；前記チップ収容部に収容され通電されることにより青色の光を発する複数のＬＥＤチップと；光出射面を有し、前記各ＬＥＤチップに対して個々にこれらＬＥＤチップが発した光の投射側に配設され、前記光出射面が略均一な明るさとなるように前記ＬＥＤチップから入射した光を制御する複数のレンズと；これらレンズの光出射面を覆って設けられ前記青色の光によって励起されて黄色の光を放射する蛍光体が混入されている透光性の蛍光体層と；を具備したことを特徴としている。

この発明で、装置基板は、全体が合成樹脂やセラミック等からなる電気絶縁板に金属箔などの電気導体が所定の配線パターンで設けられたものであっても、放熱性を高めるための金属ベースに電気絶縁層を積層し、この絶縁層に電気導体を所定の配線パターンで設けたもの等であってもよい。この発明で、ＬＥＤチップが発する青色の光とは、４００ｎｍ〜５３０ｎｍの主発光波長、より好ましくは４５０ｎｍ〜４７５ｎｍの主発光波長を含んでいることを指している。

この発明で、ＬＥＤチップ一個毎に対応して配設される複数のレンズは、個別に成形されて互いに独立しているものであってもよく、或いは、複数のレンズ部が一体に連続するように成形されたレンズ体が有した前記レンズ部であってもよい。後者の場合、隣接したレンズ（レンズ部）同士はそれらの光出射面側で一体に連続される。複数のレンズは夫々が有した光出射面が面一に連続するように並設されていることが望ましく、しかも、この場合、前記レンズ体を採用することは、隣接したレンズ部からなるレンズが連続する部分に光を反射する界面を生じないとともに、ＬＥＤチップ一個ごとにレンズを位置決めする手間を要することなく組立てができる点で好ましい。

この発明で、蛍光体層は、複数のレンズの光出射面に接して塗布された透光性の塗膜からなるものであっても、或いは、予め所定の厚みに形成されて複数のレンズの光出射面に被着された透光性のシートからなるものであってもよい。この発明で、蛍光体層に含まれた蛍光体が放射する黄色の光とは、ＬＥＤチップが発する青色の光に対して補色の関係にある黄色の光を主波長とする光を指している。又、この発明の実施にあたり、蛍光体層には演色性を改善するための蛍光体が更に含まれていても差し支えない。

請求項１の発明では、ＬＥＤチップが発した光及びリフレクタで反射された光が、レンズを経由して二次発光面をなす蛍光体層に入射される。レンズは、ＬＥＤチップの直下に正対する部位の光強度を低めるとともにその周囲の部位の光強度を高めるように入射光を制御する。それにより、明るさが略均一となったレンズの光出射面から蛍光体層に光が入射されるので、二次発光面となる蛍光体層が目視された場合、複数のＬＥＤチップの一個一個に正対する部位が輝点として「つぶつぶ」に視認され難くなる。したがって、二次発光面である蛍光体層が略均一な明るさとなるとともに、まぶしさ感が低減される。しかも、複数のＬＥＤチップの個々の発光にばらつきがあっても、これをレンズの前記光制御作用で目立たなくできるに伴い、各ＬＥＤチップの発光のばらつきを原因として蛍光体層の各部の色度が異なることが抑制されて、略均一な色度の二次発光面を得ることができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記リフレクタの反射面が金属膜で作られていることを特徴としている。

この請求項２の発明では、リフレクタの金属膜製の反射面で鏡面反射ができるので、反射面での損失が少なく光の取出し効率が優れているにも拘わらず、反射面で反射された強い光は、既述のようにレンズで制御されて二次発光面をなす蛍光体層に入射されるから、蛍光体層が目視された際のまぶしさ感が低減される。

請求項１，２に係る発明の照明装置によれば、まぶしさ感を低減できるとともに発光面の色度を略均一にできる、という効果がある。

以下、図１（Ａ）（Ｂ）及び図２を参照して本発明の一実施形態を説明する。

図１中符号１は例えば照明モジュールとして機能する照明装置を示している。この照明装置１は、装置基板２と、複数のリフレクタ６と、複数のＬＥＤチップ８と、複数のレンズ１１と、蛍光体層１５とを具備している。

装置基板２は、電気絶縁材例えば合成樹脂を所定形状具体的には四角形に成形した板からなり、その四隅に取付け孔２ａが開けられている。これらの取付け孔２ａを装置基板２の正面側から裏側に向けて挿入される図示しないねじにより、装置基板２が図示しない設置部材に固定されるようになっている。装置基板２の正面をなした一面には、各ＬＥＤチップ８を直列接続するための金属導体例えば銅箔からなる配線パターン（図示しない）が設けられている。

本実施形態の照明装置１は表面実装タイプのＬＥＤパッケージ５を複数備えている。図２に示すように各ＬＥＤパッケージ５は、リフレクタ６と、一対の電極７と、一個のＬＥＤチップ８と、封止部材９を有して形成されている。

リフレクタ６は、合成樹脂等の電気絶縁材で形成されていて、チップ収容部６ａを有している。チップ収容部６ａは、図２において上端が閉じられているとともに下端が開放された円錐台形状または四角錐台形の穴からなる。チップ収容部６ａを区画するリフレクタ６の内面には金属膜で作られた反射面６ｂ（図２参照）が被着されている。アルミニウムや銀等の金属材料からなる金属膜は、リフレクタ６の内面にメッキ又は蒸着により設けられる。

一対の電極７は、銅板等からなり、リードフレームとしてリフレクタ６に取付けられている。これらの電極７の一端部は、チップ収容部６ａ内に配置され、他端部はリフレクタ６の側面から裏面に回り込んでこれらの面に露出して配置されている。

一次発光源であるＬＥＤチップ８は、チップ収容部６ａに収容されて、一対の電極７にわたってフリップチップ実装されている。このＬＥＤチップ８には通電されることにより青色の光を発するものが使用されている。

ＬＥＤチップ８を外気及び水分から遮断する封止部材９は、透光性材料、例えば透明シリコーン樹脂等からなり、ＬＥＤチップ８を埋めてチップ収容部６ａに設けられている。この封止部材９の表面の高さ位置（図２では下面の位置）は、図２においてリフレクタ６の下面（正面）より高い位置にある。言い換えれば、チップ収容部６ａの開放部を除いた状態に封止部材９がチップ収容部６ａに充填されている。

各ＬＥＤパッケージ５は装置基板２に表面実装されている。装置基板２に実装されたＬＥＤパッケージ５は、縦横に整列して二次元配置されている。これらのＬＥＤパッケージ５は、その電極７が接続された装置基板２の配線パターンを介して電気的に直列に接続されている。

図１（Ａ）（Ｂ）に示すように複数のレンズ１１が各ＬＥＤパッケージ５に対して個々にこれらＬＥＤパッケージ５の投光側に配設されている。これらのレンズ１１は透明レンズ材料例えば透明アクリル樹脂の成形品からなり、図２に示すように平坦な光出射面１２を有している。各レンズ１１は対応するリフレクタ６に取付けられている。例えば、光出射面１２とは反対側に位置したレンズ１１の光入射側の端部１３を、チップ収容部６ａの開放された端部に嵌めることによって、位置決めされてリフレクタ６に支持されている。したがって、各レンズ１１は各ＬＥＤチップ８に対して個々にこれらＬＥＤチップ８が発した光の投射側に配設されている。

各リフレクタ６に個々に取付けられたレンズ１１は、図２に示すように平坦な光出射面１２を面一に連続させた状態で、図１（Ｂ）に示すように縦横に連続して配設されている。これらのレンズ１１は、その光出射面１２が略均一な照度となるようにＬＥＤチップ８から入射した光を拡散するなど制御して光出射面１２から略平行光として出射するように形成されている。

照明装置１において二次発光する面をなす蛍光体層１５は、蛍光体（図示しない）が混入された透光性材料からなり、図１（Ａ）（Ｂ）及び図２に示すようにレンズ１１群全体を一括して覆ってかつそれらの光出射面１２に被着して設けられている。蛍光体は、ＬＥＤチップ８が発した青色の光によって励起されて黄色の光を放射する蛍光体であって、好ましくは蛍光体層１５の全体にわたり均等に分散した状態に混ぜられている。

照明装置１の各ＬＥＤチップ８が一斉に点灯されると、各ＬＥＤチップ８から放射された青色の光の一部が蛍光体に当たることなく蛍光体層１５を透過する一方で、蛍光体がそれに当たった青色の光によって励起されて黄色の光を放射し、この黄色の光が蛍光体層１５を透過するので、これら補色関係にある二色の混合によって白色光が生成されて、照明装置１の出射側、つまり、図１（Ａ）及び図２中下方に向けて出射され照明に供される。

こうした照明においてＬＥＤチップ８から二次発光面をなす蛍光体層１５に至る光の経路は以下の通りである。ＬＥＤチップ８から発して下方に直進し透明な封止部材９を透過した光、及びリフレクタ６で反射されて透明な封止部材９を透過した光は、蛍光体層１５に直接入射されるのではなく、レンズ１１を経由して蛍光体層１５に入射される。

レンズ１１は、それに入射した光を制御して、ＬＥＤチップ８の直下に正対する部位（図２中１１ａ参照）の光強度を低めるとともにその周囲の部位の光強度を高めるように入射光を制御する。このため、各レンズ１１の互いに連続されて平面状となっている光出射面１２群の明るさが略均一となる。

そして、このようにレンズ１１で明るさが平均化された光がその光出射面１２から蛍光体層１５に入射される。これにより、照明装置１の蛍光体層１５が目視された場合、複数のＬＥＤチップ８の一個一個に正対する部位が輝点として「つぶつぶ」に視認され難くなるとともに、まぶしさ感が低減されて、二次発光面をなす蛍光体層１５を略均一な明るさとすることができる。

しかも、複数のＬＥＤチップ８の発光にばらつきがあっても、これをレンズ１１の既述の光制御作用で目立たなくできる。そのため、各ＬＥＤチップ８の発光のばらつきを原因として蛍光体層１５の各部の色度が異なることが抑制されて、二次発光面をなす蛍光体層１５の色度を略均一にできる。

更に、リフレクタ６の反射面６ｂが金属膜で作られているので、この反射面６ｂでの鏡面反射により、反射面６ｂでの損失が少なく光の取出し効率が優れている。そして、この反射面６ｂで反射された強い光も既述のようにレンズ１１で制御して二次発光面をなす蛍光体層１５に入射される。そのため、既述のように光の取出し効率が優れているにも拘らず、蛍光体層１５が目視された際のまぶしさ感を低減できる。

なお、前記一実施形態では、青色の光を発するＬＥＤチップ及びこのチップが収容されたリフレクタを有する複数のＬＥＤパッケ−ジを採用して、リフレクタを装置基板に配設することによって、このリフレクタを介して結果的にＬＥＤチップを装置基板に実装したが、これに代えて以下のようにしても良い。つまり、ＬＥＤチップを直接装置基板に実装するとともに、リフレクタにこれを厚み方向に貫通した孔からなるチップ収容部を形成して、このチップ収容部に装置基板に実装されたＬＥＤチップを収容してリフレクタを装置基板に配設しても良い。又、本発明は、一個のリフレクタに対してＬＥＤチップを一個収容するものには制約されず、複数のＬＥＤチップを収容したリフレクタを複数備えても良く、或いは、一個のリフレクタに全てのＬＥＤチップを収容して実施することもできる。

（Ａ）は本発明の一実施形態に係る照明装置を示す断面図。（Ｂ）は同照明装置を示す正面図。 図１（Ａ）の一部を拡大して示す断面図。

符号の説明

１…照明装置、２…装置基板、６…リフレクタ、６ａ…チップ収容部、６ｂ…反射面、８…ＬＥＤチップ、１１…レンズ、１２…光出射面、１５…蛍光体層

Claims (2)

1. 装置基板と；
   チップ収容部を有して前記装置基板に配設されたリフレクタと；
   前記チップ収容部に収容され通電されることにより青色の光を発する複数のＬＥＤチップと；
   光出射面を有し、前記各ＬＥＤチップに対して個々にこれらＬＥＤチップが発した光の投射側に配設され、前記光出射面が略均一な明るさとなるように前記ＬＥＤチップから入射した光を制御する複数のレンズと；
   これらレンズの光出射面を覆って設けられ前記青色の光によって励起されて黄色の光を放射する蛍光体が混入されている透光性の蛍光体層と；
   を具備したことを特徴とする照明装置。
2. 前記リフレクタの反射面が金属膜で作られていることを特徴とする請求項1に記載の照明装置。

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