JP2009289509A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】照明装置の小型化を図ること。
【解決手段】照明装置１は、基体１１０、複数の発光素子１２０および透光性材料層１３０を有している。照明装置１は、複数の発光部材１４０をさらに有している。複数の発光素子１２０は、列状に配置されており、基体上１１０に実装されている。透光性材料層１３０は、屈折率が異なる複数の副層を含んでおり、互いに交わる方向に設けられた複数の光出口面を有している。透光性材料層１３０は、複数の発光素子１２０を覆っている。複数の発光部材１４０は、蛍光材料を含んでおり、複数の光出口面に設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば発光ダイオードなどの発光素子を有する照明装置に関するものである。照明装置は、例えば建物の天井または壁を照らす間接照明として用いられる。

近年、例えば発光ダイオードなどの発光素子を有する照明装置の開発が進められている。このような発光素子を有する照明装置は、例えば居住空間などにおける間接照明として用いられることが期待されている。発光素子を有する照明装置は、従来の光源を有する照明装置に比べて、低消費電力の観点などにおいて着目されている。
特開２００３−９２００６号公報

発光素子を有する照明装置は、従来の光源を有する照明装置に比べて、小型化という観点において期待されている。照明装置は、例えば居住空間における間接照明として用いられる場合に、居住空間における占有率に関して低減させることが求められている。

本発明の一つの態様によれば、照明装置は、基体、複数の発光素子および透光性材料層を有している。照明装置は、複数の発光部材をさらに有している。複数の発光素子は、列状に配置されており、基体上に実装されている。透光性材料層は、屈折率が異なる複数の副層を含んでおり、互いに交わる方向に設けられた複数の光出口面を有している。透光性材料層は、複数の発光素子を覆っている。複数の発光部材は、蛍光材料を含んでおり、複数の光出口面に設けられている。

本発明の一つの態様によれば、照明装置は、屈折率が異なる複数の副層を含む透光性材料層を有している。透光性材料層は、互いに交わる方向に設けられた複数の光出口面を有している。照明装置は、このような構成により、小型化が図られている。

図１に示されているように、本発明の一つの実施形態における照明装置１は、例えば、天井２および壁３を照らすための間接照明として用いられる。照明装置１は、第１の方向および第２の方向へ光を出射する。第２の方向は、第１の方向に交わる方向である。図１において、第１の方向は、仮想のｘ軸の正方向である。図１において、第２の方向は、仮想のｚ軸の負方向である。第１の方向に出射された光が、天井２を照らす。第２の方向に出射された光が、壁３を照らす。照明装置１は、白色光を放射する。

図２において、照明装置１は、仮想のｘｙｚ空間に設けられている。照明装置１の光出射方向Ｌ１は、仮想のｘ軸の正方向および仮想のｚ軸の負方向である。照明装置１は、基体１１０、複数の発光素子１２０および透光性材料層１３０を有している。照明装置１は、発光部材１４０をさらに有している。

図３に示されているように、基体１１０は、金属材料からなる放熱部材１１１およびプリント基板１１２を含んでいる。放熱部材１１１の材料例は、アルミニウム（Ａｌ）である。放熱部材１１１は、曲面形状を有している。

図２および図３に示されているように、複数の発光素子１２０は、列状に配置されており、基体１１０上に実装されている。複数の発光素子１２０は、プリント基板１１２上に実装されている。発光素子１２０は、半導体材料からなる発光ダイオードである。発光素子１２０は、第１次光を放射する。第１次光は、青色領域または紫外領域に含まれる波長を有している。

図４Ａに示されているように、照明装置１の一つの実施形態において、発光素子１２０は、フリップチップ接続によって、プリント基板１１２上に実装されている。図４Ｂに示されているように、照明装置１の他の実施形態において、発光素子１２０は、複数のボンディングワイヤ１５０によって、プリント基板１１２上に実装されている。図４Ｂに示された実装構造は、いわゆる２−ワイヤ方式である。図４Ｃに示されているように、照明装置１の他の実施形態において、発光素子１２０は、１本のボンディングワイヤ１５０によって、プリント基板１１２上に実装されている。

図３に示されているように、透光性材料層１３０は、発光素子１２０を覆っている。透光性材料層１３０は、曲面形状を有している。透光性材料層１３０は、複数の光出口面１３４を有している。複数の光出口面１３４は、各々交わる方向に設けられている。複数の光出口面１３４は、各々発光素子１２０の光軸１２０ａｘに交わる方向に設けられている。発光素子１２０の光軸１２０ａｘとは、発光素子１２０の上端方向のことをいう。図３において、光軸方向１２０ａｘは、仮想のｘ軸の負方向と仮想のｚ軸の正方向との間の方向である。複数の光出口面１３４は、仮想のｘ軸の正方向および仮想のｚ軸の負方向に設けられている。

透光性材料層１３０は、複数の副層１３１、１３２および１３３を含んでいる。複数の副層１３１、１３２および１３３は、異なる屈折率を有している。第１の副層１３１は、発光素子１２０を封入している。第２の副層１３２は、第１の副層１３１上に設けられている。第２の副層１３２は、第１の副層１３１より大きい屈折率を有している。第３の副層１３３は、第２の副層１３２上に設けられている。第３の副層１３３は、第２の副層１３２より小さい屈折率を有している。透光性材料層１３０の光出口面１３４は、第２の副層１３２の端部である。

透光性材料層１３０は、光反射面１３５を有している。光反射面１３５は、発光素子１２０の上方に設けられている。発光素子１２０の上方とは、発光素子１２０の光軸１２０ａｘの方向のことをいう。光反射面１３５は、第２の副層１３２より屈折率の小さい部分１３６と第２の副層１３２との界面である。光反射面１３５は、光の全反射が生じる。部分１３６の例は空隙である。

図３に示されているように、発光部材１４０は、光出口面１３４に設けられている。発光部材１４０は、発光素子１２０から放射された第１次光に応じて第２次光を放射する。発光部材１４０は、マトリクス材料および蛍光材料を含んでいる。マトリクス材料は、透光性を有している。マトリクス材料の透光性とは、発光素子１２０から放射された第１次光の波長の少なくとも一部が透過することをいう。マトリクス材料の例は、シリコーン樹脂である。蛍光材料は、発光素子１２０から放射された第１次光によって励起される。

照明装置１の発光構造が、図５を参照して説明されている。発光素子１２０から放射された第１次光の一部Ｌ１２０−１は、光反射面１３５において全反射される。光Ｌ１２０−１は、臨界角以上の角度で光反射面１３５に入射された場合に全反射される。光反射面１３５における臨界角θ_１３５は、第２の副層１３２の屈折率をｎ_１３２として、部分１３６の屈折率をｎ_１３６としたときに、次の式にて表される。
ｓｉｎθ_１３５＝ｎ_１３６／ｎ_１３２
部分１３６が空隙の場合、屈折率ｎ_１３６は１である。

光Ｌ１２０−１は、第１の副層１３１および第２の副層１３２の界面、または、第２の副層１３２および第３の副層の界面において全反射される。第１の副層１３１および第２の副層１３２の界面における臨界角θ_{１３１−１３２}は、次の式によって表される。
ｓｉｎθ_{１３１−１３２}＝ｎ_１３１／ｎ_１３２
ｎ_１３１は、第１の副層１３１の屈折率である。
第２の副層１３２および第３の副層１３３の界面における臨界角θ１３２−１３３は、次の式によって表される。
ｓｉｎθ_{１３２−１３３}＝ｎ_１３３／ｎ_１３２
ｎ_１３３は、第３の副層１３３の屈折率である。

発光素子１２０から放射された第１次光の他の一部Ｌ１２０−２は、第１の副層１３１および第２の副層１３２の界面、または、第２の副層１３２および第３の副層の界面において全反射される。

光Ｌ１２０−１およびＬ１２０−２は、透光性材料層１３０の光出口面１３４から放射される。光Ｌ１２０−１およびＬ１２０−２は、発光部材１４０に入射される。発光部材１４０は、光Ｌ１２０−１およびＬ１２０−２によって励起されて第２次光を放射する。

照明装置１は、このような構成によって、例えば居住空間において間接照明として用いられる場合に、小型化の観点に関して改善されている。

照明装置１における放熱構造が、図６を参照して説明されている。照明装置１における放熱経路の一つの例は、放熱部材１１１から大気中への経路である。照明装置１における放熱経路の他の例は、透光性材料層１３０の表面から大気中への経路である。照明装置１は、このような構成によって、放熱性の観点に関して改善されている。

照明装置１の一つの実施形態における製造方法が、図７を参照して説明されている。製造段階Ａにおいて、複数の発光素子１２０が、プリント基板１１２上に実装される。図８に示されているように、製造段階Ａにおいて、複数の発光素子１２０が、列状に配置される。

製造段階Ｂにおいて、プリント基板１１２が、放熱部材１１１上に設けられる。図９に示されているように、プリント基板１１２は、放熱部材１１１に埋め込まれる。製造段階Ｃにおいて、複数の発光素子１２０が、第１の副層１３１によって封入される。図１０に示されているように、第１の副層１３１は、放熱部材１１１およびプリント基板１１２を覆っている。

製造段階Ｄにおいて、第２の副層１３２および第３の副層１３３が、第１の副層１３１上に設けられる。図１１に示されているように、第２の副層１３２および第３の副層１３３は、予め成形された複合体である。発光部材１４０は、複合体に付着されている。

照明装置１の他の実施形態が、図１２を参照して説明されている。他の実施形態において、図３などによって示された実施形態と異なる点は、透光性材料層１３０の構成である。他の構成は、図３などによって示された実施形態と同様である。

透光性材料層１３０は、第１の副層１３１および第２の副層１３２を含んでいる。第１の副層１３１は、発光素子１２０を封入している。

第２の副層１３２は、第１の部分１３２−１、第２の部分１３２−２および第３の部分１３２−３を含んでいる。第１の部分１３２−１から第３の部分１３２−３までの各々の屈折率は、第１の副層１３１の屈折率より大きい。第１の部分１３２−１は、第１の副層１３１より大きい屈折率ｎ_{１３２−１}を有している。第２の部分１３２−２は、第１の部分１３２−１より大きい屈折率ｎ_{１３２−２}を有している。第３の部分１３２−３は、第２の部分より大きい屈折率ｎ_{１３２−２}を有している。

第１の部分１３２−１から第３の部分１３２−３までの各々は、発光素子１２０の光軸１２０ａｘに近い位置から第１の部分１３２−１、第２の部分１３２−２、第３の部分１３２−３の順で配置されている。すなわち、第１の部分１３２−１から第３の部分１３２−３までの各々は、発光素子１２０から遠ざかるほど屈折率が大きくなるように配置されている。

透光性材料層１３０は、光出口面１３４を有している。光出口面１３４は、発光素子１２０の光軸１２０ａｘに交わる方向に配置されている。光出口面１３４は、第２の副層１３２の端面である。光出口面１３４は、第３の部分１３２−３の表面である。

透光性材料層１３０は、光反射面１３５を有している。光反射面１３５は、発光素子１２０の上方に設けられている。光反射面１３５は、第１の部分１３２−１と大気との界面である。発光素子１２０から放射された第１次光の一部は、光反射面１３５において全反射される。発光部材１４０は、光出口面１３４に設けられている。

照明装置１の発光構造が、図１３を参照して説明されている。発光素子１２０から放射された第１次光の一部Ｌ１２０−１は、光反射面１３５において全反射される。光Ｌ１２０−１は、臨界角以上の角度で光反射面１３５に入射された場合に全反射される。光反射面１３５における臨界角θ_１３５は、第１の部分１３２−１の屈折率をｎ_{１３２−１}としたときに、次の式にて表される。
ｓｉｎθ_１３５＝１／ｎ_{１３２−１}
但し、大気の屈折率を１とする。

光Ｌ１２０−１は、第１の部分１３２−１および第２の部分１３２−２の界面において屈折する。第１の部分１３２−１および第２の部分１３２−２の界面において、光Ｌ１２０−１の出射角は入射角より小さくなる。

光Ｌ１２０−１は、第２の部分１３２−２および第３の部分１３２−３の界面において屈折する。第２の部分１３２−２および第３の部分１３２−３の界面において、光Ｌ１２０−１の出射角は入射角より小さくなる。

光Ｌ１２０−１は、光出口面１３４から放射される。光Ｌ１２０−１は、発光部材１４０に入射される。発光部材１４０は、光Ｌ１２０−１に応じて第２次光を放射する。

照明装置１は、このような構成によって、例えば居住空間において間接照明として用いられる場合に、小型化の観点に関して改善されている。

本発明の照明装置１の一つの実施形態を示す。 図１に示された照明装置１の斜視図を示す。 図２に示された照明装置１の断面図を示す。 照明装置１の一つの実施形態における発光素子１２０の実装構造を示す。 照明装置１の他の実施形態における発光素子１２０の実装構造を示す。 照明装置１の他の実施形態における発光素子１２０の実装構造を示す。 図３に示した照明装置１における発光構造を示す。 図３に示した照明装置１における放熱構造を示す。 照明装置１の一つの実施形態における製造方法を示す。 図７における製造段階Ａを示す。 図７における製造段階Ｂを示す。 図７における製造段階Ｃを示す。 図７における製造段階Ｄを示す。 本発明の照明装置１の他の実施形態を示す。 図１２に示した照明装置１における発光構造を示す。

符号の説明

１ 照明装置
１１０ 基体
１２０ 発光素子
１３０ 透光性材料層
１４０ 発光部材

Claims (6)

1. 基体と、
   列状に配置されており、前記基体上に実装された複数の発光素子と、
   屈折率が異なる複数の副層を含んでおり、互いに交わる方向に設けられた複数の光出口面を有しており、前記複数の発光素子を覆っている透光性材料層と、
   蛍光材料を含んでおり、前記複数の光出口面に設けられた複数の発光部材と、
   を備えた照明装置。
2. 前記複数の副層が、
   前記複数の発光素子を封入している第１の副層と、
   前記第１の副層より大きい屈折率を有しており、前記第１の副層上に設けられた第２の副層と、
   前記第２の副層より小さい屈折率を有しており、前記第２の副層上に設けられた第３の副層と、
   を含んでいることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
3. 前記透光性材料層が、前記複数の発光素子の上方に設けられた光反射面を有していることを特徴とする請求項２記載の照明装置。
4. 前記光反射面が、前記第２の副層と前記第２の副層より小さい屈折率を有する部分との界面であることを特徴とする請求項３記載の照明装置。
5. 前記複数の副層が、
   前記複数の発光素子を封入している第１の副層と、
   各々が前記第１の副層より大きい屈折率を有する複数の部分を含んでいるとともに、前記第１の副層上に設けられており、前記複数の部分が、前記複数の発光素子から遠ざかるほど屈折率が大きくなるように配置されている第２の副層と、
   を含んでいることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
6. 前記透光性材料層が、前記複数の発光素子の上方に設けられた光反射面を有していることを特徴とする請求項５記載の照明装置。

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