JP2011060967A - 照明装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】色むらが少なく、発光効率の高い照明装置を提供する。
【解決手段】実装基板１０上に、複数のＬＥＤチップ２０を互いに離隔して実装し、ＬＥＤチップ２０の周囲及びＬＥＤチップ２０同士の間隙部分に、蛍光体部３０を配設した。そして、この蛍光体部３０のうちでＬＥＤチップ２０間の間隙を覆う部位に、溝部４１を設けた。これにより、ＬＥＤチップ２０から放射される光が蛍光体部３０の外部に放射されるまでの光路長が、光の放射方向によらずに略等しくなる。従って、蛍光体部３０によって異なる色に変換された光と変換されていない光の比率が、場所によらず略均一となるので、色むらを抑制することができる。また、ＬＥＤチップ２０の周囲を蛍光体部３０で隙間なく覆っているので、ＬＥＤチップ２０の側面から放射される光も、蛍光体で異なる色に変換されるなどして発光に寄与する。よって、高い発光効率を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の発光ダイオードチップを用いた照明装置に関するものである。
従来、図６に示すような、光度を高めるために複数の発光ダイオード（以下、ＬＥＤとも記す）チップ２０を実装基板１０上に実装し、このＬＥＤチップ２０を、蛍光体を含有した透光性材料からなる蛍光体部３０で隙間なく覆った照明装置が提供されている。特に、ＬＥＤとして青色ＬＥＤを用い、蛍光体として、青色ＬＥＤから放射される青色の光を黄色の光に変換する蛍光体を用いたものは、白色光源として有用である。
しかし上記従来例では、ＬＥＤチップ２０と蛍光体部３０とからなる発光部５０の厚さが場所によらず均一となるように蛍光体部３０を形成しているため、色むらが発生していた。すなわち、青色ＬＥＤチップ２０から放射される青色光Ｂ１〜Ｂ３（図６参照）が蛍光体部３０の外部に放射されるまでの光路長を比較すると、ＬＥＤチップ２０の側方へ放射されるＢ１やＢ３の光路長は長く、図中における上方へ放射されるＢ２の光路長は短くなっている。ここで、ＬＥＤチップ２０から放射された青色光が蛍光体部３０で黄色光に変換される割合は、この光が蛍光体部３０の外部に放射されるまでの光路長に依存する。従って、ＬＥＤチップ２０の直上から放射される光は、変換された光の割合が小さいため青色光の比率が高く、蛍光体部３０の周縁部やＬＥＤチップ２０同士の間隙部分から放射される光は、変換された光の割合が大きいため黄色光の比率が高くなり、場所による色の違い（＝色むら）が発生することになっていた。
この課題を解決する方法として、特許文献１には、互いに間隙を有して実装された複数のＬＥＤチップ２０の上面に、ＬＥＤチップ２０間の間隙を覆う部位に溝部４４が形成された、蛍光体シート３１を配設した照明装置が記載されている（図７参照、２１は接着剤）。本従来例では、ＬＥＤチップ２０の上面から溝部４４へ向けて放射される光（Ｂ１）が蛍光体シート３１の外部に放射されるまでの光路長が、前述の従来例よりも短く、ＬＥＤチップ２０の上面からＬＥＤチップ２０の上方へ向けて放射される光（Ｂ２）が蛍光体シート３１の外部に放射されるまでの光路長と、略等しくなっている。よって、青色光と黄色光の比率が、蛍光体シート３１の表面において場所によらず略均一となるので、色むらの発生を抑えることができる。
特開２００８−２９４２２４号公報
ところで、特許文献１に記載されている従来例では、シート状の蛍光体シート３１によってＬＥＤチップ２０の上面を覆っているため、ＬＥＤチップ２０間に空気層２２が生じる。このため、ＬＥＤチップ２０の側面から放射された光の一部が、ＬＥＤチップ２０の側面間で多重反射するなどして失われ、発光効率が低下してしまうおそれがあった。
本発明は、上記事情に鑑みて為されたものであり、色むらが少なく、発光効率の高い照明装置を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、実装基板と、この実装基板上に互いに離隔して実装された複数の発光ダイオードチップと、この発光ダイオードチップから放射された光を、この光とは異なる色の光に変換する蛍光体を透光性材料に含有させてなる蛍光体部とを備え、前記蛍光体部は、前記発光ダイオードチップの面のうちで前記実装基板に実装される面以外のすべての面を、当該発光ダイオードチップとの間に隙間が生じないように覆うとともに、これら発光ダイオードチップ同士の間に形成された間隙を、前記実装基板との間に隙間が生じないように覆ってなり、さらに、この間隙を覆う当該蛍光体部の表面に、当該間隙を形成する前記発光ダイオードチップの端面に沿った溝部を設けたことを特徴とする。
請求項１の発明では、蛍光体部のうちで発光ダイオードチップ同士の間隙を覆う部位に溝部を設けているので、発光ダイオードチップから放射される光が蛍光体部の外部に放射されるまでの光路長が、光の放射方向によらずに略等しくなる。よって、蛍光体部で異なる色に変換された光と変換されていない光の比率が、場所によらずに略均一となるので、色むらの発生を抑制することができる。また、複数の発光ダイオードチップの周りを蛍光体部で隙間なく覆っているので、この発光ダイオードチップの側面から放射された光は、発光ダイオードチップ間の間隙部分にある蛍光体で異なる色の光に変換されるなどして外部へ放射され、発光に寄与する。よって、特許文献１に記載されている従来例よりも発光効率を向上させることができる。
請求項２の発明は、請求項１記載の照明装置において、前記溝部の最深部と前記実装基板との距離を、前記発光ダイオードチップの面のうちで前記実装基板から最も離れた面と当該実装基板との距離よりも、近くしたことを特徴とする。
請求項２の発明では、蛍光体部に形成する溝部の深さが、発光ダイオードチップを覆う部位での蛍光体部の厚みよりも深くなっているので、溝部の最深部は発光ダイオードチップの側方に位置することになる。よって、発光ダイオードチップの側面から側方へ放射される光についても、当該蛍光体部の外部に放射されるまでの光路長を制御することができるので、溝部の深さが浅い場合よりも大きな色むら抑制効果を得ることができる。
請求項３の発明は、請求項１又は２記載の照明装置において、前記蛍光体部の断面形状が、前記発光ダイオードチップからの出射光の配光分布と略等しくなるように、当該蛍光体部を形成したことを特徴とする。
請求項３の発明では、蛍光体部の断面形状を発光ダイオードチップからの出射光の配光分布と略等しくすることで、蛍光体部で異なる色に変換された光と変換されていない光の比率が、場所によらず均一となる。よって、より確実に色むらを抑制することができる。
本発明は、色むらが少なく、発光効率の高い照明装置を提供することができる。
実施形態１の、ＬＥＤチップ２０近傍の断面図である。 実施形態１の斜視図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ、実施形態１における、切削法による蛍光体部３０の形成手順を示す図である。 実施形態２の、（ａ）は斜視図、（ｂ）はＬＥＤチップ２０近傍の断面図である。 実施形態３の、ＬＥＤチップ２０近傍の断面図である。 従来例の断面図である。 別の従来例の断面図である。
（実施形態１）
本発明の第１の実施形態を、図１〜図３を参照して説明する。なお以下の説明では、図１における上下を上下方向と規定する。
本実施形態の照明装置Ａは、図２に示すように、平板状の実装基板１０と、実装基板１０の上面側に互いに間隙を有して実装された複数個（図示では４個）のＬＥＤチップ２０と、各ＬＥＤチップ２０から放射された光によって励起されてこの光とは異なる色の光を放射する蛍光体を含有し、実装基板１０の上面側において全てのＬＥＤチップ２０を覆う形で配置された蛍光体部３０と、実装基板１０の上面側において蛍光体部３０を覆う形で配置されたドーム状の透明レンズ８０（図では点線で表示）とを備えている。すなわち本実施形態の照明装置Ａは、複数個のＬＥＤチップ２０と１つの蛍光体部３０とで発光部５０を構成している。
実装基板１０は、例えばアルミナ基板や窒化アルミをサブマウントとした、銅やアルミニウムなどの高放熱材料からなり、平板状に形成されている。そして、上面側に配線パターン１１（図２には配線パターン１１の一部のみ示してある）が形成されている。
ＬＥＤチップ２０は、略直方体状で上面及び側面から青色光を放射する、例えばＧａＮ系の青色ＬＥＤチップであって、実装基板１０上に、互いに間隙を有して配置される。そして、図示していないが、例えばフリップチップ実装やダイボンド後にワイヤボンディングを行うなどの実装手段によって、配線パターン１１と電気的に接続されながら実装基板１０上に実装されている。
蛍光体部３０は、図１に示すように、各ＬＥＤチップ２０との間に隙間が生じないように当該ＬＥＤチップ２０を覆って配設され、その側面には平面状の傾斜面４０が形成され、ＬＥＤチップ２０同士の間隙を覆う部位には、略Ｖ字状の溝部４１が形成されている。ところで、複数のＬＥＤチップ２０を実装基板１０上に配設すると、ＬＥＤチップ２０の側端面と側端面との間には当該側端面に沿った間隙が形成されるが、溝部４１は、この間隙を形成するＬＥＤチップ２０の側端面に沿って設けられるのである。
この蛍光体部３０は、ＬＥＤチップ２０から放射された青色光によって励起されて黄色系の光を放射する粒子状の黄色蛍光体を、熱硬化型のシリコーン樹脂に均等に分散してなる。従って、本実施形態の照明装置Ａは、ＬＥＤチップ２０から放射された青色光と黄色蛍光体で変換された黄色光とが蛍光体部３０の表面から放射されることとなり、白色光を得ることができる。
ここで、蛍光体部３０の形成方法例を簡単に説明する。
まず、蛍光体部３０を、モールド法やスクリーン印刷法（モールド法及びスクリーン印刷法については周知であるので、説明は省略する）によって、実装基板１０に実装された複数のＬＥＤチップ２０を覆って略直方体状に形成する（図３（ａ））。
次に、回転切削ブレード６０を用いて、蛍光体部３０の側面に傾斜面４０を形成する（図３（ｂ））。ここで傾斜面４０は、図３では断面しか示していないが、実際には図２に示すように蛍光体部３０の側面に沿って形成される。
同様に、回転切削ブレード６０を用いて、蛍光体部３０のうちでＬＥＤチップ２０同士の間隙を覆う部位に、Ｖ字状に溝部４１を形成する（図３（ｃ））。
なお、傾斜面４０は蛍光体部３０のすべての側面に沿って形成し、溝部４１は、複数のＬＥＤチップ２０によって形成される間隙毎に形成する。また、傾斜面４０と溝部４１の形成順はどちらが先であってもよい。
以上の手順により、傾斜面４０及び溝部４１を備えた蛍光体部３０が形成される（図３（ｄ））。
なお、上記では切削法による傾斜面４０及び溝部４１の形成手順について説明したが、傾斜面４０及び溝部４１を形成できる形状の金型を用い、モールド法によって、一気に図２の形状の蛍光体部３０を形成してもよい。
透明レンズ８０は、蛍光体部３０からの光取出し効率を向上させるものであって、例えば透光性を有する熱硬化型のシリコーン樹脂をドーム状に形成し、実装基板１０の上面側において全ての蛍光体部３０を覆うように配設されてなる。なお、透明レンズ８０の材料はシリコーン樹脂に限定するものではなく、例えばエポキシ樹脂やガラスなどでもよい。
本実施形態の照明装置Ａは、蛍光体部３０に傾斜面４０及び溝部４１を形成したことによって、図１に示すように、ＬＥＤチップ２０から放射される光（矢印Ｂ１〜Ｂ４で表示）が蛍光体部３０の外部に放射されるまでの光路長が、光の出射方向によらずほぼ均一になっている。よって、黄色光に変換される青色光の割合が、光の出射方向によらずほぼ均一になるので、青色光と黄色光との比率が蛍光体部３０の表面上において場所によらずほぼ均一となり、色むらを抑制することができる。また、ＬＥＤチップ２０間の間隙部分にも蛍光体部３０を配設しているので、ＬＥＤチップ２０の側面から放射される光（Ｂ４）も、間隙部分に配設された蛍光体部３０中の蛍光体で黄色光に変換されたり散乱されるなどして、外部へ放射される。すなわち、この光も発光に寄与することとなり、発光効率を向上させることができる。
なお、本実施形態では４個のＬＥＤチップ２０を備えた照明装置Ａについて説明したが、ＬＥＤチップ２０の個数は４個に限定するものではなく、２個以上であればよい。また、蛍光体部３０における蛍光体は黄色蛍光体に限らず、色調整や演色性を高めるなどの目的で複数種類の蛍光体を用いてもよく、例えば、赤色蛍光体と緑色蛍光体とを用いることで演色性の高い白色光を得ることができる。また、ＬＥＤチップ２０は青色ＬＥＤチップに限られず、例えば紫外光を放射するＬＥＤチップなどとして、蛍光体部３０に青色蛍光体及び黄色蛍光体を含有させて発光部５０から白色光を得るようにしてもよい。さらに、本実施形態では発光部５０の発光色として白色を例示したが、発光部５０の発光色は白色系の色に限定するものではない。この場合、ＬＥＤチップ２０として赤色ＬＥＤチップや緑色ＬＥＤチップなどを用いてもよい。また、傾斜面４０の形状は平面状に限らず曲面状などであってもよく、溝部４１の形状もＶ字状に限らずＵ字状などであってもよい。
（実施形態２）
本発明の第２の実施形態を、図４を参照して説明する。本実施形態は、溝部４２の深さＤを、ＬＥＤチップ２０上部の蛍光体部３０の厚さＴよりも深く形成した以外の構成は、上記実施形態１と同様であるので、共通の構成要素については同一の符号を付して説明を省略する。
ＬＥＤチップ２０からは、上面だけでなく側面からも光が放射される。ここで本実施形態では、溝部４２の深さＤを、ＬＥＤチップ２０の上面に配設した蛍光体部３０の厚さＴよりも深く形成している。これにより、ＬＥＤチップ２０の側面から側方へ放射される光（Ｂ５）が蛍光体部３０の外部に放射されるまでの光路長を制御することができ、この光が蛍光体部３０において黄色光に変換される割合を適宜制御することができる。よって、溝部４２の深さＤがＬＥＤチップ２０の上面に配設した蛍光体部３０の厚さＴより浅い場合よりも、大きな色むら抑制効果を得ることができる。
（実施形態３）
本発明の第３の実施形態を、図５を参照して説明する。本実施形態は、蛍光体部３０の断面形状が、ＬＥＤチップ２０の配光分布７０と略等しくなるように当該蛍光体部３０を形成した以外の構成は、上記実施形態１又は２と同様であるので、共通の構成要素については同一の符号を付して説明を省略する。
ＬＥＤチップ２０の配光分布７０は、ＬＥＤチップ２０の中心付近で強く、側方へ向かうに従って弱くなり、図５の点線で示したような曲面で表される。本実施形態では、この配光分布７０に合わせて蛍光体部３０の厚さを変化させている。このように蛍光体部３０を形成することで、ＬＥＤチップ２０から放射される青色光の強度が強い部位では蛍光体部３０の厚さが厚くなっており、蛍光体部３０で黄色光に変換される光の強度も強くなる。逆に、ＬＥＤチップ２０から放射される青色光の強度が弱い部位では、蛍光体部３０の厚さが薄いので、蛍光体部３０で黄色光に変換される光の強度も弱くなる。これにより、蛍光体部３０で変換された黄色光と変換されていない青色光の比率が、蛍光体部３０の表面上において場所によらず均一となるので、実質的に色むらをなくすことができる。
なお、この蛍光体部３０は、例えば所望の形状の金型を用いてモールド法によって作製される。
１０ 実装基板
２０ ＬＥＤチップ
３０ 蛍光体部
４０ 傾斜面
４１ 溝部

Claims (3)

  1. 実装基板と、この実装基板上に互いに離隔して実装された複数の発光ダイオードチップと、この発光ダイオードチップから放射された光を、この光とは異なる色の光に変換する蛍光体を透光性材料に含有させてなる蛍光体部とを備え、
    前記蛍光体部は、前記発光ダイオードチップの面のうちで前記実装基板に実装される面以外のすべての面を、当該発光ダイオードチップとの間に隙間が生じないように覆うとともに、これら発光ダイオードチップ同士の間に形成された間隙を、前記実装基板との間に隙間が生じないように覆ってなり、さらに、この間隙を覆う当該蛍光体部の表面に、当該間隙を形成する前記発光ダイオードチップの端面に沿った溝部を設けたことを特徴とする照明装置。
  2. 前記溝部の最深部と前記実装基板との距離を、前記発光ダイオードチップの面のうちで前記実装基板から最も離れた面と当該実装基板との距離よりも、近くしたことを特徴とする請求項１記載の照明装置。
  3. 前記蛍光体部の断面形状が、前記発光ダイオードチップからの出射光の配光分布と略等しくなるように、当該蛍光体部を形成したことを特徴とする請求項１または２記載の照明装置。
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