JP2010108952A - 発光装置及びこれを用いた照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】凹状反射面の傾斜面が発光素子に対して対向するように形成されている場合、凹状反射面で反射されて発光装置から放射される光が、広範囲に分散されてしまうため、集光性が低下するという問題がある。
【解決手段】透光性部材が、下面の少なくとも一部に基体から離隔する複数の凹部を有し、基体の主面に対して垂直な透光性部材の断面において、凹部の底部が発光素子よりも上方に位置し、凹部の発光素子に近い側面が、基体の主面とのなす角が９０°以上となるよう傾斜した部分を有している。そして、それぞれの凹部における傾斜した部分の傾斜角度が発光素子からの距離に応じて設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子を備えた発光装置及びこれを用いた照明装置に関するものである。発光装置及び照明装置は、例えば、電子ディスプレイ用のバックライト電源、蛍光ランプに好適に用いることができる。

従来から、発光素子を備えた発光装置には、発光効率の向上が求められている。発光装置の発光効率を向上させるため、特許文献１に記載されているように、傾斜面を有する複数の凹状反射面を下面に備えた光透過性材料を具備する発光ダイオードが提案されている。
特許文献１に記載の発光ダイオードのように、傾斜面を有する複数の凹状反射面を下面に備えた光透過性材料を具備することにより、光透過性材料の厚みを小さくしつつも発光素子から下方に向かって放射された光を光透過性材料の下面で反射させ易くなっている。
特開平６−３３４２２０号公報

特許文献１に記載されているように、傾斜面を有する複数の凹状反射面を下面に備えた光透過性材料（透光性部材）を具備することにより、発光素子から下方に向かって放射された光が透光性材料の下面で反射し易くなる。しかしながら、特許文献１に記載の発光ダイオード（発光装置）においては、凹状反射面の傾斜面が発光素子に対して対向するように形成されていることから、凹状反射面で反射され、発光装置から放射される光が広範囲に分散されてしまうため、集光性が低下するという問題がある。

また、特許文献１に記載の発光ダイオードにおいては、発光素子が凹状反射面よりも上方に位置していることから、発光素子から上方に向かって放射された光も広範囲に分散されてしまうため、集光性が低下するという問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、集光性を高めた発光装置を提供することを目的とする。

本発明の発光装置は、主面を有する基体と、該基体の主面上に配設された発光素子と、該発光素子上に一部が配置され、前記発光素子の周囲を含む領域で前記基体に接合される透光性部材と、を備えている。また、前記透光性部材が、下面の少なくとも一部に前記基体から離隔する複数の凹部を有し、前記基体の主面に対して垂直な前記透光性部材の断面において、前記凹部の底部が前記発光素子よりも上方に位置し、前記発光素子からの距離に応じて傾斜した傾斜面を有していることを特徴とする。

本発明の発光素子によれば、基体の主面に対して垂直な透光性部材の断面において、凹部の底部が発光素子よりも上方に位置し、発光素子からの距離に応じて傾斜した傾斜面を有している。これにより、発光素子から放射され凹部側面へ進入する光を、発光装置の直上に近い方向へ効率良く反射させることができるので、発光装置からの放射光の集光性を高めることができる。

以下、本発明の発光装置について図面を用いて詳細に説明する。

図１〜３に示すように、本発明の第１の実施形態にかかる発光装置１は、主面３ａを有する基体３と、基体３の主面３ａ上に配設された発光素子５と、発光素子５上に一部が配置され、発光素子５の周囲を含む領域で基体３に接合される透光性部材７と、を備えている。

また、透光性部材７が、下面の少なくとも一部に基体３から離隔する複数の凹部９を有している。このように、本実施形態の発光装置１は、透光性部材７が基体３に対して部分的に接合していることから、透光性部材７と基体３の接合面積を大きくしつつも、凹部９において基体３と透光性部材７の熱膨張差に起因する熱応力を緩和させることができるので、基体３と透光性部材７の接合性を高めることができる。

さらに、基体３の主面３ａに対して垂直な透光性部材７の断面において、凹部９の底部が発光素子５よりも上方に位置し、発光素子５からの距離に応じて傾斜した傾斜面を有している。

具体的には、基体３の主面３ａに対して垂直な透光性部材７の断面において、凹部９の底部が発光素子５よりも上方に位置し、凹部９の発光素子５に近い側面が、基体３の主面３ａとのなす角が９０°以上となるよう傾斜した部分を有している。そして、それぞれの凹部９における傾斜した部分の傾斜角度が発光素子５からの距離に応じて設定されている。

基体３の主面３ａに対して垂直な透光性部材７の断面において、発光素子５は上下方向だけでなく側方に向かっても光を放射する。このように、側方に向かっても光が放射されることが、集光性の低下の原因となっている。しかしながら、本実施形態の発光装置１においては、凹部９の底部が発光素子５よりも上方に位置し、凹部９の発光素子５に近い側面が、基体３の主面３ａとのなす角が９０°以上となるよう傾斜した部分を有していることから、発光素子５から側方に向かって放射された光を発光装置１の上方に反射させることができるので、発光装置１の集光性を高めることができる。

なおここで、凹部９の側面が基体３の主面３ａとなす角とは、図３に示すように、基体３の主面３ａに対して垂直な透光性部材７の断面において、基体３の主面３ａのうち、凹部９の側面と基体３の主面３ａの交点よりも発光素子５側に位置する部分と凹部９の側面とのなす角を意味している。

さらに、本実施形態の発光装置１は、それぞれの凹部９における傾斜した部分の傾斜角度が発光素子５からの距離に応じて設定されていることから、発光装置１の直上に近い方向へ効率良く反射させることができるので、発光装置１からの放射光の集光性をより高めることができる。

なお、本実施形態において、底部とは、凹部９のうち基体３から最も離隔している部分を指している。具体的には、凹部９が側面及び底面を有している場合には底面を底部とし、凹部９が２つの側面からなる場合にはこれらの側面の交点を底部としている。

基体３としては、例えば、アルミナセラミックス、窒化アルミニウム焼結体、ムライト質焼結体、ガラスセラミックスのようなセラミックス、又は、エポキシ樹脂のような樹脂を用いることができる。また、セラミックスの上に樹脂を重ねた積層体であってもよい。セラミックスの上に樹脂を積層した積層体を用いることにより、発光装置１の耐久性を向上させることができる。発光素子５に通電すると、発光素子５は、発光すると同時に発熱する。また、樹脂は、セラミックスと比較して弾性変形しやすい。そのため、セラミックスにより基体３の強度を向上させつつ、樹脂により発光素子５の発熱により生じる熱応力を吸収することができるからである。

発光素子５としては、駆動電力により光を発生させることのできる素子を用いればよい。例えば、半導体材料からなる発光ダイオードを用いることができる。具体的には、ＧａＡｓ、ＧａＮ或いはＡｌＮを主成分とする発光ダイオードを用いることができる。発光素子５は通電部材（不図示）を介して外部電源より通電されることにより発光することができる。通電部材は、基体３の主面３ａ上に配設すればよい。また、基体３に主面３ａから裏面にかけて孔部を形成し、この孔部を介して基体３の裏面上に通電部材を配設してもよい。

本実施形態の発光装置１は、発光素子５上に一部が配置され、発光素子５の周囲を含む領域で基体３に接合される透光性部材７を備えている。そして、透光性部材７は、下面の少なくとも一部に基体３から離隔する複数の凹部９を有している。

凹部９の形状としては、基体３と透光性部材７の熱膨張差に起因する熱応力をより緩和させるため、図３に示すように、基体３の主面３ａに対して垂直な透光性部材７の断面において、傾斜した２つの側面からなるエッジ形状であることが好ましい。

また、凹部９の発光素子５に近い側の側面に進行する発光素子５からの放射光をこの側面において反射させることができるのであれば、凹部９内に樹脂などの部材が充填されていてもよいが、凹部９内は空隙であることが好ましい。基体３と透光性部材７の熱膨張差に起因する熱応力をより緩和させることができるからである。

透光性部材７としては、光透過性の高いものを用いることが好ましく、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂のような透明樹脂を用いることができる。

また、図３に示すように、基体３の主面３ａに対して垂直な透光性部材７の断面において、発光素子５に近い部分に位置する凹部９の発光素子５に近い側の側面と基体３とのなす角が、発光素子５から遠い部分に位置する凹部９の発光素子５に近い側の側面と基体３とのなす角よりも大きいことが好ましい。

発光素子５に近い部分に位置する凹部９における発光素子５に近い側の側面で反射する光ほど基体３の主面３ａに平行に近い方向に進行している。逆に言えば、発光素子５から遠い部分に位置する凹部９における発光素子５に近い側の側面で反射する光の進行方向ほど基体３の主面３ａとなす角が大きくなる。本実施形態の発行装置においては、発光素子５から遠い部分に位置する凹部９の発光素子５に近い側の側面と基体３とのなす角が大きいことから、凹部９の発光素子５に近い側の側面で反射する光を発光装置１の直上に近い方向へ効率良く集光することができる。

具体的には、図３に示すように、透光性部材７が、傾斜面を側面の一部とする凹部９を複数備えている。そして、発光素子５に最も近い部分に位置する第１の凹部１１の発光素子５に近い側の側面と基体３とのなす角θ１が、第１の凹部１１よりも発光素子５から遠い部分に位置する第２の凹部１３の発光素子５に近い側の側面と基体３とのなす角θ２よりも小さい。さらに、第２の凹部１３の発光素子５に近い側の側面と基体３とのなす角θ２が、第２の凹部１３よりも発光素子５から遠い部分に位置する第３の凹部１５の発光素子５に近い側の側面と基体３とのなす角θ３よりも小さい。このように、本実施形態の発光装置１においては、発光素子５から遠い部分に位置する凹部９ほど、凹部９の発光素子５に近い側の側面と基体３とのなす角が大きい。このため、図３において矢印で示すように、発光装置１の直上に近い方向へ効率良く集光することができる。

また、このことから、発光素子５から遠い部分に位置する凹部９の深さが発光素子５に近い部分に位置する凹部９の深さよりも大きいことが好ましい。具体的には、発光素子５に最も近い部分に位置する第１の凹部１１の深さＤ１が、第１の凹部１１よりも発光素子５から遠い部分に位置する第２の凹部１３の深さＤ２よりも小さい。さらに、第２の凹部１３の深さＤ２が、第２の凹部１３よりも発光素子５から遠い部分に位置する第３の凹部１５の深さＤ３よりも小さいことが好ましい。

また、透光性部材７を平面視した場合に、複数の凹部９が、発光素子５の中心部が中心である同心円の円周上に存在することが好ましい。このように凹部９が形成されていることにより、透光性部材７を平面視した場合における周方向での輝度のばらつきを小さくすることができるからである。

また、透光性部材７を平面視した場合に、複数の凹部９が、発光素子５の中心部が中心である同心円の円周上に存在することが好ましい。より具体的には、第１の凹部１１、第２の凹部１３及び第３の凹部１５がそれぞれ複数存在し、複数の第１の凹部１１、複数の第２の凹部１３及び複数の第３の凹部１５が、それぞれ発光素子５の中心部が中心である同心円の円周上に存在することが好ましい。このように凹部９が形成されていることにより、特に、透光性部材７を平面視した場合における周方向での輝度のばらつきを小さくすることができるからである。

特に、透光性部材７を平面視した場合に、発光素子５の中心部が中心である円周上において隣り合う凹部９の間隔が略一定であることがより好ましい。このように凹部９が形成されていることにより、透光性部材７を平面視した場合における周方向での輝度のばらつきをより小さくすることができる。

本実施形態において、透光性部材７を平面視した場合に、発光素子５の中心部が中心である円周上に複数の凹部９が存在する、とは、発光素子５の中心部が中心部である円周上に少なくとも一部が含まれるように複数の凹部９が存在することを意味している。つまり、発光素子５の中心部が中心である円周上に凹部９の中心が厳密に位置することを意味するものではない。また、発光素子５の中心部とは、発光素子５を平面視した場合における中心を意味している。具体的には、平面視したときに発光素子５の形状が円形である場合には、その中心が中心部とする。また、平面視したときに発光素子５の形状が矩形である場合には、対角線の交点を中心部とする。

さらに、上記の場合において、隣り合う凹部９の間隔が略一定となるように凹部９が位置している、とは、隣り合う凹部９の間隔が厳密に一定であるというものではなく、凹部９の幅程度の誤差を含めるものである。

特に、透光性部材７を平面視した場合に、複数の凹部９は、それぞれ発光素子５を囲うように位置していることが好ましい。このように凹部９が形成されていることにより、透光性部材７を平面視した場合における周方向での輝度のばらつきを更に小さくすることができるからである。

また、図４に示すように、基体３の主面３ａに対して垂直な透光性部材７の断面において、透光性部材７の下面の幅よりも上面の幅が大きく、透光性部材７の側面がテーパ形状となっていることにより、発光装置１の直上に近い方向へより効率良く集光することができる。透光性部材７の側面が、凹部９の発光素子５に近い側の側面と同様に作用するからである。

次に、本発明の第２の実施形態について説明をする。

図５、６に示すように、本実施形態の発光装置１は、第１の実施形態にかかる発光装置１と比較して、基体３の主面３ａに対して垂直な透光性部材７の断面において、凹部９の発光素子５から遠い側面が、基体３の主面３ａとのなす角が９０°以上となるよう傾斜した部分を有している。

発光素子５から発光され、透光性部材７中を通って凹部９側面に進行する光の一部が、凹部９側面において反射せずに凹部９内に進行する場合であっても、発光装置１からの放射光の集光性を高めることができる。これは、凹部９の発光素子５から遠い側面が上記の傾斜した部分を有していることにより、凹部９の発光素子５から遠い側面において発光装置１の直上に近い方向へ効率良く反射させることができるからである。

また、本実施形態のように、凹部９の発光素子５に近い側の側面の場合と同様に、基体３の主面３ａに対して垂直な透光性部材７の断面において、発光素子５に近い部分に位置する凹部９の発光素子５から遠い側の側面と基体３とのなす角が、発光素子５から遠い部分に位置する凹部９の発光素子５から遠い側の側面と基体３とのなす角よりも大きいことが好ましい。

具体的には、図６に示すように、発光素子５に最も近い部分に位置する第１の凹部１１の発光素子５から遠い側の側面と基体３とのなす角θ４が、第１の凹部１１よりも発光素子５から遠い部分に位置する第２の凹部１３の発光素子５から遠い側の側面と基体３とのなす角θ５よりも小さい。さらに、第２の凹部１３の発光素子５から遠い側の側面と基体３とのなす角θ５が、第２の凹部１３よりも発光素子５から遠い部分に位置する第３の凹部１５の発光素子５から遠い側の側面と基体３とのなす角θ６よりも小さい。これにより、図６において矢印で示すように、発光装置１の直上に近い方向へ効率良く集光することができるからである。

次に、本発明の第３の実施形態について説明をする。

図７に示すように、本実施形態の発光装置１は、第１の実施形態にかかる発光装置１と比較して、基体３の主面３ａ上に配設され、発光素子５から発光される光を反射する反射面を有する反射部材１７を備えている。上記のような反射部材１７を備えることにより、発光素子５から放出された光を集光して、所望の光出射方向へ放出することができる。

より具体的には、図７に示すように、基体３の主面３ａ上であって発光素子５を取り囲むように位置し、内周面が発光素子５から発光される光を反射する反射面である枠状の反射部材１７を用いることができる。

反射部材１７としては、発光素子５と対抗する面における光の反射率が高いものであれば良く、例えば、Ａｌ，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金などの金属を用いることができる。また、アルミナセラミックスなどのセラミックス及びエポキシ樹脂などの樹脂の表面に、Ａｌ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｃｕなどの反射率の高い金属薄膜が配設されたものを反射部材１７２１として用いることもできる。さらに、金属薄膜としてＡｇ，Ｃｕのように腐食しやすい部材を用いる場合には、金属薄膜の表面をＮｉのような腐食しにくい部材で被覆することが好ましい。

次に、本発明の一実施形態にかかる照明装置について説明する。

図８に示すように、本実施形態の照明装置１９は、上記の実施形態に代表される発光装置１と、発光装置１が搭載される搭載板２１と、発光装置１に通電する電気配線２３と、発光装置１から出射される光を反射する光反射手段２５とを備えている。

本実施形態の照明装置１９における発光装置１は搭載板２１上に載置される。このとき、図８に示すように、本実施形態の照明装置１９は、下方を照明するように形成されているため、発光装置１は発光素子５が基体３よりも下方に位置するようにして、搭載板２１上に載置される。本実施形態の照明装置１９においては、電気配線２３を通じて発光装置１に通電することにより、発光素子５が光を射出する。そして、光反射手段２５により、上記射出された光を反射させることで所望の方向を照らす照明装置１９として機能する。

照明装置１９は、発光装置１を一つのみ備えていてもよく、また、図８に示すように、複数備えていても良い。また、発光装置１を複数備えている場合には、各発光装置１を電気配線２３により、直列配置としても、並列配置としても良い。

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行うことは何ら差し支えない。例えば、第１の実施形態の発光装置１は、複数の凹部９として第１の凹部１１、第２の凹部１３及び第３の凹部１５を有しているが、第３の凹部１５よりも発光素子５から遠く透光性部材７の側面側に位置する第４の凹部を有していてもよい。また、本発明の発光装置１は複数の凹部９を有していればよいので、図４に示すように、凹部９が第１の凹部１１及び第２の凹部１３の２つであってもよい。

本発明の第１の実施形態にかかる発光装置を示す斜視図である。 図１に示す実施形態の断面図である。 図２における領域Ａを拡大した拡大断面図である。 図１に示す実施形態の変形例を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態にかかる発光装置を示す斜視図である。 図６における領域Ａを拡大した拡大断面図である。 本発明の第３の実施形態にかかる発光装置を示す斜視図である。 本発明の一実施形態にかかる照明装置を示す斜視断面図である。

符号の説明

１・・・発光装置
３・・・基体
３ａ・・・主面
５・・・発光素子
７・・・透光性部材
９・・・凹部
１１・・・第１の凹部
１３・・・第２の凹部
１５・・・第３の凹部
１７・・・反射部材
１９・・・照明装置
２１・・・搭載板
２３・・・電気配線
２５・・・光反射手段

Claims (9)

1. 主面を有する基体と、該基体の主面上に配設された発光素子と、該発光素子上に一部が配置され、前記発光素子の周囲を含む領域で前記基体に接合される透光性部材と、を備え、
   前記透光性部材は、下面の少なくとも一部に前記基体から離隔する複数の凹部を有し、
   前記基体の主面に対して垂直な前記透光性部材の断面において、前記凹部の底部が前記発光素子よりも上方に位置し、前記発光素子からの距離に応じて傾斜した傾斜面を有することを特徴とする発光装置。
2. 前記基体の主面に対して垂直な前記透光性部材の断面において、前記複数の凹部の前記発光素子に近い側面が、それぞれ前記基体の主面とのなす角が９０°以上となるよう傾斜した部分を有していることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記基体の主面に対して垂直な前記透光性部材の断面において、前記凹部の前記発光素子から遠い側面が、前記基体の主面とのなす角が９０°以上となるよう傾斜した部分を有していることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
4. 前記基体の主面に対して垂直な前記透光性部材の断面において、前記発光素子に近い部分に位置する前記凹部の前記発光素子に近い側の側面と前記基体とのなす角が、前記発光素子から遠い部分に位置する前記凹部の前記発光素子に近い側の側面と前記基体とのなす角よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
5. 前記透光性部材を平面視した場合に、前記複数の凹部が、前記発光素子の中心部が中心である同心円の円周上に存在することを特徴とする請求項４に記載の発光装置。
6. 前記透光性部材を平面視した場合に、前記発光素子の中心部が中心である円周上において隣り合う凹部の間隔が略一定であることを特徴とする請求項５に記載の発光装置。
7. 前記透光性部材を平面視した場合に、前記複数の凹部は、前記発光素子を囲うように位置していることを特徴とする請求項６に記載の発光装置。
8. 前記基体の主面に対して垂直な前記透光性部材の断面において、前記発光素子から遠い部分に位置する前記凹部の深さが、前記発光素子に近い部分に位置する前記凹部の深さよりも大きいことを特徴とする請求項６に記載の発光装置。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の発光装置と、前記発光装置が搭載される搭載板と、前記発光装置に通電する電気配線と、前記発光装置から出射される光を反射する光反射手段とを備えた照明装置。
   

Images