JP2009302202A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光拡散材を用いることなく色むらの発生を抑制することができる発光装置を提供する。
【解決手段】互いに発光色の異なる複数のＬＥＤチップ２０と、実装基板１０の一表面側において各ＬＥＤチップ２０それぞれを封止しＬＥＤチップ２０からの光を凸レンズ状に形成された前端側のレンズ機能部３０ａを通して前方に放射する複数の封止レンズ部３０と、実装基板１０の上記一表面側において各封止レンズ部３０を覆う形で配置され光入射面４０ａに入射した各ＬＥＤチップ２０からの光をコリメートして光出射面４０ｂ側へ導くアウターレンズ４０とを備え、アウターレンズ４０の光出射面４０ｂに各ＬＥＤチップ２０からの光の拡散範囲を広げる凹凸構造部４３が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光色の異なる複数のＬＥＤチップ（発光ダイオードチップ）を利用した発光装置に関するものである。

従来から、発光色の異なる複数のＬＥＤチップを用いて所望の混色光（例えば、白色光）が得られるようにした発光装置として、図９に示すように、発光色の異なる３個のＬＥＤチップ２１’，２２’，２３’と、これら３個のＬＥＤチップ２１’，２２’，２３’を一表面側に実装した実装基板１０’と、実装基板１０’の上記一表面側において実装基板１０’との間に３個のＬＥＤチップ２１’，２２’，２３’を囲む形で配置されたアウターレンズ４０’とを備えたものが提案されている（特許文献１参照）。なお、上記特許文献１では、平面視において３個のＬＥＤチップ２１’，２２’，２３’が一つの直線上に並ぶように配置されており、図９における上側のＬＥＤチップ２２’が緑色ＬＥＤチップ、真ん中のＬＥＤチップ２１’が赤色ＬＥＤチップ、下側のＬＥＤチップ２３’が青色ＬＥＤチップにより構成されている。

上述のアウターレンズ４０’は、四角柱状に形成されており、光入射面４０ａ’が凹曲面状に形成され、光出射面４０ｂ’が凸曲面状に形成されている。また、図９に示した構成の発光装置では、アウターレンズ４０’が、シリカなどの光拡散材を添加したアクリル樹脂により形成されている。
特開平１０−３１９８７１号公報

ところで、図９に示した構成の発光装置では、各ＬＥＤチップ２１’，２２’，２３’それぞれから放射された光がアウターレンズ４０’中の光拡散材により反射され混色されるので、色むらの発生を抑制することができる。

しかしながら、図９に示した構成の発光装置のようにアウターレンズ４０’中に光拡散材を含有させたものでは、光拡散材に起因した散乱損失が大きくなり、発光装置全体としての光取り出し効率が低下してしまう。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、光拡散材を用いることなく色むらの発生を抑制することができる発光装置を提供することにある。

請求項１の発明は、発光色の異なる複数のＬＥＤチップと、当該複数のＬＥＤチップが一表面側において互いに近接して配置された実装基板と、実装基板の前記一表面側において各ＬＥＤチップそれぞれを封止しＬＥＤチップからの光を凸レンズ状に形成された前端側のレンズ機能部を通して前方に放射する複数の封止レンズ部と、実装基板の前記一表面側において各封止レンズ部を覆う形で配置され光入射面に入射した各ＬＥＤチップからの光をコリメートして光出射面側へ導くアウターレンズとを備え、アウターレンズの光出射面に各ＬＥＤチップからの光の拡散範囲を広げる凹凸構造部が形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、実装基板の一表面側において各ＬＥＤチップそれぞれを封止しＬＥＤチップからの光を凸レンズ状に形成された前端側のレンズ機能部を通して前方に放射する複数の封止レンズ部と、実装基板の前記一表面側において各封止レンズ部を覆う形で配置され光入射面に入射した各ＬＥＤチップからの光をコリメートして光出射面側へ導くアウターレンズとを備え、アウターレンズの光出射面に各ＬＥＤチップからの光の拡散範囲を広げる凹凸構造部が形成されているので、各ＬＥＤチップそれぞれを封止している封止レンズ部により各ＬＥＤチップそれぞれから放射される光の指向性を強めることができ、各ＬＥＤチップそれぞれを封止している封止レンズ部から放射された光をアウターレンズによりコリメートして当該アウターレンズの光出射面側に導いて当該アウターレンズの光出射面の凹凸構造部により拡散範囲を広げて混色させることができるから、光拡散材を用いることなく色むらの発生を抑制することができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記アウターレンズは、前記実装基板側に前記各封止レンズ部を収納する凹所を有し、当該凹所の内底面と内側面とにより前記光入射面が構成され、当該凹所の内側面へ入射した光を前記アウターレンズの外側面で全反射してコリメートする機能を有し、前記封止レンズ部は、前記レンズ機能部よりも前記実装基板側のチップ封止部の側面が前記ＬＥＤチップの光軸を含む断面において前記レンズ機能部の曲線に滑らかに連続する仮想曲線よりも前記光軸に近い直線であることを特徴とする。

この発明によれば、各封止レンズ部のチップ封止部が前記レンズ機能部から離れるにつれて外径が徐々に大きくなる形状に形成されている場合に比べて、前記アウターレンズの外側面と前記封止レンズ部のチップ封止部の側面との間の光路長が長くなり、前記各封止レンズ部のチップ封止部の側面から出射した光を前記アウターレンズの外側面でコリメートしやすくなる。

請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記封止レンズ部は、前記レンズ機能部よりも前記実装基板側のチップ封止部が逆円錐台状に形成され、当該チップ封止部の側面が前記ＬＥＤチップからの光を全反射する全反射面を構成することを特徴とする。

この発明によれば、前記ＬＥＤチップから側方に放射された光が前記封止レンズ部のチップ封止部の側面により全反射されるので、前記封止レンズ部のチップ封止部の側面から出射する光を低減でき、前記封止レンズ部から出射した光を前記アウターレンズにより効率良くコリメートすることができる。

請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、前記アウターレンズは、前記光入射面のうち前記封止レンズ部の前記レンズ機能部を通して放射された光が入射する領域が前記実装基板側に凸となる凸曲面状に形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記アウターレンズの前記光入射面のうち前記封止レンズ部の前記レンズ機能部を通して放射された光が入射する領域が平面状に形成されている場合に比べて、入射する光をコリメートしやすくなる。

請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、前記封止レンズ部間に前記各ＬＥＤチップからの光を遮光する遮光部材が配置されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記封止レンズ部間を前記ＬＥＤチップの光が通過するのを防止することができる。

請求項６の発明は、請求項５の発明において、前記遮光部材は、前記各ＬＥＤチップからの光を反射する材料により形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記遮光部材で吸収損失が生じるのを防止することができ、光取り出し効率を高めることができる。

請求項１の発明では、光拡散材を用いることなく色むらの発生を抑制することができるという効果がある。

（実施形態１）
本実施形態の発光装置は、図１に示すように、複数のＬＥＤチップ２０と、当該複数のＬＥＤチップ２０が一表面側において互いに近接して配置された実装基板１０と、実装基板１０の上記一表面側において各ＬＥＤチップ２０それぞれを封止した複数（本実施形態では、４つ）の封止レンズ部３０と、実装基板１０の上記一表面側において各封止レンズ部３０を覆う形で配置されたアウターレンズ４０とを備えている。

本実施形態の発光装置は、複数のＬＥＤチップ２０に関して、図１（ｂ）において、右上のＬＥＤチップ２０（２１）として赤色ＬＥＤチップを用い、右下のＬＥＤチップ２０（２２）として緑色ＬＥＤチップを用い、左上のＬＥＤチップ２０（２３）として青色ＬＥＤチップ、左下のＬＥＤチップ２０（２４）として黄色ＬＥＤチップを用いており、赤色の光と緑色の光と青色の光と黄色の光との混色光として白色光を得ることができる。ただし、各ＬＥＤチップ２０の発光色は特に限定するものではなく、所望の混色色に応じて適宜選択すればよい。また、ＬＥＤチップ２０の数は、４つに限定するものではなく、例えば、ＬＥＤチップ２１，２２，２３の３つでもよく、この場合も白色光を得ることができる。

また、実装基板１０は、矩形板状に形成されており、上記一表面側の中央部に複数のＬＥＤチップ２０が近接して配置されている。ここにおいて、本実施形態では、実装基板１０に４つのＬＥＤチップ２０が実装されているが、平面視において４つのＬＥＤチップ２０それぞれの中心が仮想的な正方形の４つの角それぞれに対応する位置となるように配置されている。ここで、実装基板１０には、各ＬＥＤチップ２０への給電用の導体パターン（図示せず）が形成されている。なお、ＬＥＤチップ２０の数が例えば３つの場合には、平面視において３つのＬＥＤチップ２０それぞれの中心が仮想的な正三角形の３つの頂点それぞれに対応する位置となるように配置することが好ましい。さらに説明すれば、複数のＬＥＤチップ２０は、アウターレンズ４０の光軸を通る仮想の中心線に対して回転対称性を有するように配置することが好ましい。

封止レンズ部３０は、全体として砲弾状の形状に形成されており、ＬＥＤチップ２１，２２，２３，２４からの光を凸レンズ状に形成された前端側のレンズ機能部３０ａを通して前方に放射する機能を有している。要するに、封止レンズ部３０は、ＬＥＤチップ２０から放射された光の指向性を強めるレンズ機能を有している。なお、封止レンズ部３０におけるレンズ機能部３０ａよりも実装基板１０側のチップ封止部３０ｂは、レンズ機能部３０ａから離れるにつれて外径が徐々に大きくなる形状に形成されており、封止レンズ部３０は、凸レンズ状に形成されたレンズ機能部３０ａの凸曲面とチップ封止部３０ｂの側面とが滑らかに連続している。封止レンズ部３０の材料としては、例えば、エポキシ樹脂、ガラス、シリコーン樹脂、ポリカーボネイト樹脂、アクリル樹脂などの透光性材料を採用すればよい。

アウターレンズ４０は、光入射面４０ａに入射した各ＬＥＤチップ２１，２２，２３，２４からの光をコリメートして光出射面４０ｂ側へ導くものであり、光出射面４０ｂ側に各ＬＥＤチップ２１，２２，２３，２４からの光の拡散範囲を広げる凹凸構造部４３が形成されている。ここで、凹凸構造部４３は、四角錘状もしくは円錐状の山部が２次元アレイ状に配列されていて断面三角波状であり、屈折により各ＬＥＤチップ２１，２２，２３，２４からの光の拡散範囲を広げる。アウターレンズ４０の材料としては、例えば、アクリル樹脂、ガラス、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂などの透光性材料を採用すればよい。

上述のアウターレンズ４０は、実装基板１０側に各封止レンズ部３０を収納する凹所４１を有し、当該凹所４１の内底面４１ａと内側面４１ｂとにより上述の光入射面４０ａが構成され、当該凹所４１の内底面４１ａへ入射した光をコリメートする機能と、当該凹所４１の内側面４１ｂに入射した光を外側面４２で全反射してコリメートする機能とを有するように形状を設計してある。なお、図１（ａ）中の一点鎖線は、ＬＥＤチップ２０から放射された光の光路を示している。

ここで、アウターレンズ４０は、実装基板１０から離れるにつれて外径が徐々に大きくなる形状に形成されており、上述の仮想的な正方形の中心に光軸が一致する形では位置される。また、アウターレンズ４０の凹所４１は、開口形状が円形状であり、凹所４１の内底面４１ａが円形状の平面となっている。また、アウターレンズ４０の凹所４１は、内底面４１ａから離れるにつれて開口面積が徐々に大きくなるように形成されている。

以上説明した本実施形態の発光装置では、実装基板１０の上記一表面側において各ＬＥＤチップ２０それぞれを封止しＬＥＤチップ２０からの光を凸レンズ状に形成された前端側のレンズ機能部３０ａを通して前方に放射する複数の封止レンズ部３０と、実装基板１０の上記一表面側において各封止レンズ部３０を覆う形で配置され光入射面４０ａに入射した各ＬＥＤチップ２０からの光をコリメートして光出射面４０ｂ側へ導くアウターレンズ４０とを備え、アウターレンズ４０の光出射面４０ｂに各ＬＥＤチップ２０からの光の拡散範囲を広げる凹凸構造部４３が形成されているので、各ＬＥＤチップ２０それぞれを封止している封止レンズ部３０により各ＬＥＤチップ２０それぞれから放射される光の指向性を強めることができ、各ＬＥＤチップ２０それぞれを封止している封止レンズ部３０から放射された光をアウターレンズ４０によりコリメートして当該アウターレンズ４０の光出射面４０ｂ側に導いて当該アウターレンズ４０の光出射面４０ｂの凹凸構造部４３により拡散範囲を広げて混色させることができるから、光拡散材を用いることなく色むらの発生を抑制することができる。

（実施形態２）
本実施形態の発光装置の基本構成は実施形態１と略同じであり、図２および図３に示すように、封止レンズ部３０のチップ封止部３０ｂの側面がＬＥＤチップ２０の光軸を含む断面においてレンズ機能部３０ａの曲線に滑らかに連続する仮想曲線ＶＬ（図３参照）よりもＬＥＤチップ２０の光軸に近い直線ＳＬ（図３参照）である点が相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

しかして、本実施形態の発光装置では、各封止レンズ部３０のチップ封止部３０ｂがレンズ機能部３０ａから離れるにつれて外径が徐々に大きくなる形状に形成されている場合に比べて、アウターレンズ４０の外側面と封止レンズ部３０のチップ封止部３０ｂの側面との間の光路長が長くなり、封止レンズ部３０とアウターレンズ４０との相対的な位置ずれが生じても、各封止レンズ部３０のチップ封止部３０ｂの側面から出射した光をアウターレンズ４０の外側面４２でコリメートしやすくなる。なお、図３中の一点鎖線は、ＬＥＤチップ２０から放射された光の光路を示している。

なお、本実施形態の発光装置では、図２（ｂ）に示すように、複数の封止レンズ部３０が隣り合う封止レンズ部３０が互いに重なる形で近接しているが、図４に示すように、隣り合う封止レンズ部３０が重ならないように位置し隣り合う封止レンズ部３０を連続一体に連結する連結部３１を一体に形成するようにしてもよい。

（実施形態３）
本実施形態の発光装置の基本構成は実施形態１と略同じであり、図５に示すように、各封止レンズ部３０のチップ封止部３０ａが逆円錐台状に形成され、当該チップ封止部３０ｂの側面がＬＥＤチップ２０からの光を全反射する全反射面を構成している点が相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

しかして、本実施形態の発光装置では、ＬＥＤチップ２０から側方に放射された光が封止レンズ部３０のチップ封止部３０ｂの側面により全反射されるので、封止レンズ部３０のチップ封止部３０ｂの側面から出射する光を低減でき、封止レンズ部３０から出射した光を効率良くコリメートすることができる。なお、図５中の一点鎖線は、ＬＥＤチップ２０から放射された光の光路を示している。

（実施形態４）
本実施形態の発光装置の基本構成は実施形態１と略同じであり、図６に示すように、アウターレンズ４０の光入射面４０ａのうち封止レンズ部３０のレンズ機能部３０ａを通して放射された光が入射する領域（凹所４１の内底面４１ａ）が実装基板１０側に凸となる凸曲面状に形成されている点が相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

しかして、本実施形態の発光装置では、アウターレンズ４０の光入射面４０ａのうち封止レンズ部３０のレンズ機能部３０ａを通して放射された光が入射する領域が平面状に形成されている場合に比べて、入射する光をコリメートしやすくなる。なお、図６中の一点鎖線は、ＬＥＤチップ２０から放射された光の光路を示している。

他の実施形態においてもアウターレンズ４０の凹所４１の内底面４１ａを凸曲面状に形成してもよい。

（実施形態５）
本実施形態の発光装置の基本構成は実施形態１と略同じであり、図７に示すように、隣り合う封止レンズ部３０の間にＬＥＤチップ２０からの光を遮光する遮光部材３５が配置されている点が相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

遮光部材３５の材料は、ＬＥＤチップ２０からの光を遮光できる遮光性材料であればよく、例えば、黒色のフィラーを含有したエポキシ樹脂などを採用すればよい。

しかして、本実施形態の発光装置では、隣り合う封止レンズ部３０の間に遮光部材３５が配置されているので、ＬＥＤチップ２０から放射された光が当該ＬＥＤチップ２０を封止している封止レンズ部３０の隣りの封止レンズ部３０に入射するのを防止することができる。なお、図７中の一点鎖線は、ＬＥＤチップ２０から放射された光の光路を示している。

（実施形態６）
本実施形態の発光装置の基本構成は実施形態３と略同じであり、図８に示すように、隣り合う封止レンズ部３０の間に遮光部材３５が配置され、当該遮光部材３５が各ＬＥＤチップ２０からの光を反射する材料（例えば、Ａｌ、Ａｇなど）により形成されている点が相違する。なお、実施形態４と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

しかして、本実施形態の発光装置では、隣り合う封止レンズ部３０の間に遮光部材３５が配置されているので、ＬＥＤチップ２０から放射された光が当該ＬＥＤチップ２０を封止している封止レンズ部３０の隣りの封止レンズ部３０に入射するのを防止することができ、しかも、遮光部材３５が各ＬＥＤチップ２０からの光を反射する材料により形成されているので、遮光部材３５で吸収損失が生じるのを防止することができ、光取り出し効率を高めることができる。なお、図８中の一点鎖線は、ＬＥＤチップ２０から放射された光の光路を示している。

実施形態１の発光装置を示し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は要部概略平面図である。 実施形態２の発光装置を示し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は要部概略平面図である。 同上の発光装置の要部説明図である。 同上の発光装置の他の構成例における要部概略平面図である。 実施形態３の発光装置を示す概略断面図である。 実施形態４の発光装置を示す概略断面図である。 実施形態５の発光装置を示す概略断面図である。 実施形態６の発光装置を示す概略断面図である。 従来例の発光装置を示し、（ａ）は要部概略平面図、（ｂ）は側断面図である。

符号の説明

１０ 実装基板
２０ ＬＥＤチップ
３０ 封止レンズ部
３０ａ レンズ機能部
３０ｂ チップ封止部
３５ 遮光部材
４０ アウターレンズ
４０ａ 光入射面
４０ｂ 光出射面
４１ 凹所
４１ａ 内底面
４１ｂ 内側面
４２ 外側面
４３ 凹凸構造部
ＶＬ 仮想曲線
ＳＬ 直線

Claims (6)

1. 発光色の異なる複数のＬＥＤチップと、当該複数のＬＥＤチップが一表面側において互いに近接して配置された実装基板と、実装基板の前記一表面側において各ＬＥＤチップそれぞれを封止しＬＥＤチップからの光を凸レンズ状に形成された前端側のレンズ機能部を通して前方に放射する複数の封止レンズ部と、実装基板の前記一表面側において各封止レンズ部を覆う形で配置され光入射面に入射した各ＬＥＤチップからの光をコリメートして光出射面側へ導くアウターレンズとを備え、アウターレンズの光出射面に各ＬＥＤチップからの光の拡散範囲を広げる凹凸構造部が形成されてなることを特徴とする発光装置。
2. 前記アウターレンズは、前記実装基板側に前記各封止レンズ部を収納する凹所を有し、当該凹所の内底面と内側面とにより前記光入射面が構成され、当該凹所の内側面へ入射した光を前記アウターレンズの外側面で全反射してコリメートする機能を有し、前記封止レンズ部は、前記レンズ機能部よりも前記実装基板側のチップ封止部の側面が前記ＬＥＤチップの光軸を含む断面において前記レンズ機能部の曲線に滑らかに連続する仮想曲線よりも前記光軸に近い直線であることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
3. 前記封止レンズ部は、前記レンズ機能部よりも前記実装基板側のチップ封止部が逆円錐台状に形成され、当該チップ封止部の側面が前記ＬＥＤチップからの光を全反射する全反射面を構成することを特徴とする請求項１記載の発光装置。
4. 前記アウターレンズは、前記光入射面のうち前記封止レンズ部の前記レンズ機能部を通して放射された光が入射する領域が前記実装基板側に凸となる凸曲面状に形成されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の発光装置。
5. 前記封止レンズ部間に前記各ＬＥＤチップからの光を遮光する遮光部材が配置されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の発光装置。
6. 前記遮光部材は、前記各ＬＥＤチップからの光を反射する材料により形成されてなることを特徴とする請求項５記載の発光装置。

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