JP2012009472A - Light-emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は発光装置に関する。 The present invention relates to a light emitting device.
従来より、照明などの用途においてLED素子からの光を励起光として用いて蛍光体を発光させることで、白色光を得る発光装置が開発されている。
このような発光装置としては、たとえば、(i)LED素子から出射された青色光により黄色光を出射する蛍光体を用い、それぞれの光を混色させることで白色光とする発光装置や、(ii)LED素子から出射された紫外光により、青色、緑色、赤色の光を出射する蛍光体を用いて、蛍光体から出射された3色の光を混色させることで白色光とする発光装置などが知られている。これらの発光装置では、配光分布が色ごとに異なるため色ずれが生じる。
2. Description of the Related Art Conventionally, a light emitting device that obtains white light by causing a phosphor to emit light using light from an LED element as excitation light in applications such as lighting has been developed.
As such a light emitting device, for example, (i) a phosphor that emits yellow light by blue light emitted from an LED element, and a light emitting device that produces white light by mixing each light, (ii) ) Using a phosphor that emits blue, green, and red light with ultraviolet light emitted from the LED element, a light emitting device that produces white light by mixing three colors of light emitted from the phosphor Are known. In these light emitting devices, the color distribution is different because the light distribution is different for each color.
色ずれを解消する方法として、特許文献1のように拡散剤を用いる方法が知られている。特許文献1の技術では、蛍光体を含むコーティング樹脂(101)で発光素子(102)を覆い、そのコーティング樹脂に対し拡散剤を含有させている(段落0027,0028,0064や図1など)。
しかし、(i)拡散剤を用いる場合、拡散剤での光吸収や拡散による発光装置内部への戻り光のために光取出し効率が低下するという問題が存在する。(ii)拡散剤を用いると、製造工程で生じた拡散剤の密度むらによって配光分布が変化し配光制御が困難になるといった問題や、拡散剤混入工程により製造コストが増加する問題も存在する。
As a method for eliminating color misregistration, a method using a diffusing agent as in
However, when (i) a diffusing agent is used, there is a problem that the light extraction efficiency is reduced due to light absorption by the diffusing agent and return light to the inside of the light emitting device due to diffusion. (Ii) When a diffusing agent is used, there is a problem that the distribution of light distribution changes due to uneven density of the diffusing agent generated in the manufacturing process, making it difficult to control the light distribution, and a problem that the manufacturing cost increases due to the diffusing agent mixing process. To do.
色ずれを解消する他の方法として、特許文献2のように導光部材を使用する方法が考えられる。特許文献2の技術では、光源ユニット(1)に対し複数の導光部材(201〜205)を同心円状に重なるように(入れ子状に)配置し、これら導光部材を支持部材(21)で支持するという構成を採用している(段落0016や図1,図2など)。特許文献2の技術によれば、拡散剤を使用しないから、光取出し効率の低下や配光制御の困難性、製造コストの増大といった拡散剤の不都合を解消することができる。 As another method for eliminating the color misregistration, a method using a light guide member as in Patent Document 2 can be considered. In the technique of Patent Document 2, a plurality of light guide members (20 1 to 20 5 ) are arranged concentrically (in a nested manner) with respect to the light source unit (1), and these light guide members are supported by a support member (21 ) Is employed (paragraph 0016, FIGS. 1 and 2, etc.). According to the technique of Patent Document 2, since a diffusing agent is not used, inconveniences of the diffusing agent such as a decrease in light extraction efficiency, difficulty in light distribution control, and an increase in manufacturing cost can be solved.
しかしながら、特許文献2の技術では、互いに大きさが対応する入れ子状の導光部材やこれを支持する支持部材を専用品として製造する必要があり、これら製造にかかる手間やコストなどを考慮すると、特許文献2の発光装置は実用的であるとはいい難い。
したがって、本発明の主な目的は、拡散剤を用いることなく、簡易な構成で色ずれを抑制することができる高効率な発光装置を提供することにある。
However, in the technology of Patent Document 2, it is necessary to manufacture a nested light guide member and a support member supporting the same corresponding to each other in size, and considering the labor and cost for manufacturing these, It is difficult to say that the light-emitting device of Patent Document 2 is practical.
Therefore, a main object of the present invention is to provide a highly efficient light-emitting device that can suppress color misregistration with a simple configuration without using a diffusing agent.
上記課題を解決するため本発明によれば、
放射状に発光する発光素子と、
前記発光素子から放射される光のうち、発光素子の中心部から出射される光の光線を光軸として、前記光軸との成す角が大きい外側の一部の光を導光する第1の導光部材と、
前記発光素子から出射される光のうち、前記光軸との成す角が小さい内側の一部の光を反射する第1の反射面と、
前記第1の反射面で反射された光をさらに反射する第2の反射面と、
を備えることを特徴とする発光装置が提供される。
In order to solve the above problems, according to the present invention,
A light emitting element that emits light radially;
A first light that guides a part of the outer light having a large angle with the optical axis, with the light beam emitted from the central portion of the light emitting element as the optical axis among the light emitted from the light emitting element. A light guide member;
A first reflecting surface that reflects a portion of the light emitted from the light emitting element and having a small angle with the optical axis;
A second reflecting surface for further reflecting the light reflected by the first reflecting surface;
A light emitting device is provided.
本発明によれば、発光素子の光を導光する導光部材と2つの反射面とを準備するという簡易な構成で、拡散剤を用いることなく、発光素子の色ずれを抑制することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress color misregistration of a light-emitting element without using a diffusing agent with a simple configuration in which a light guide member that guides light of the light-emitting element and two reflecting surfaces are prepared. .
以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態について説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1の実施形態]
図1に示すとおり、発光装置2Aは実装基板4を有している。
実装基板4には放射状に発光する発光素子5が設けられている。
発光素子5は主に、特定波長の光を出射するLEDチップ6と、LEDチップ6の光の波長を変換する波長変換素子8とで構成されている。
[First Embodiment]
As shown in FIG. 1, the light emitting device 2 </ b> A has a
The
The
LEDチップ6はLED素子の一例であり、特定波長の光(本実施形態では青色光)を出射するものである。
LEDチップ6としては、公知の青色LEDチップを用いることができる。
青色LEDチップとしては、InxGa1-xN系をはじめ既存のあらゆるものを使用することができる。青色LEDチップの発光ピーク波長は440〜480nmのものが好ましい。
なお、LEDチップ6の出射光の波長及び蛍光体層中の蛍光体の出射光の波長は限定されず、LEDチップ6による出射光の波長と、蛍光体による出射光の波長とが補色関係にあり合成された光が白色光となる組合せであればものであれば、LEDチップ6として使用可能であるが、本発明の効果を得るためには、LEDチップ6の出射光及び蛍光体の出射光の波長はそれぞれ可視光であることが好ましい。
LEDチップ6の形態としては、実装基板4上にLEDチップを実装し、そのまま上方または側方に放射させるタイプ、又は、サファイア基板などの透明実装基板4上に青色LEDチップを実装し、その表面にバンプを形成した後、裏返して基板上の電極と接続する、いわゆるフリップチップ接続タイプなど、どのような形態のLEDチップでも適用することが可能だが、高輝度タイプやレンズ使用タイプの製造方法により適するフリップチップタイプがより好ましい。
The
A known blue LED chip can be used as the
As the blue LED chip, any existing one including In x Ga 1-x N can be used. The emission peak wavelength of the blue LED chip is preferably 440 to 480 nm.
The wavelength of the emitted light from the
As a form of the
図1中の拡大部に示すとおり、波長変換素子8は主にガラス基板8aとセラミック層8bとから構成されたもので、ガラス基板8aに対しセラミック層8bが形成されたものである。
ガラス基板8aは低融点ガラスや金属ガラスなどから構成されている。ガラス基板8aは樹脂製の基板とされてもよい。
セラミック層8bはガラス基板8aの上面に形成されている。セラミック層8bはガラス基板8aの上面と下面との両方に設けられてもよい。
セラミック層8bはセラミック前駆体、溶媒および蛍光体を含む混合物の焼成体であり、蛍光体が分散した状態で含有されている。
下記では、セラミック前駆体(溶媒を含む。)と蛍光体とについて簡単に説明する。
As shown in the enlarged portion in FIG. 1, the
The
The
The
Below, a ceramic precursor (a solvent is included) and fluorescent substance are demonstrated easily.
(1)セラミック前駆体
溶媒を含むセラミック前駆体(セラミック前駆体溶液)は金属化合物を含む溶液であるが、透光性のセラミックスを形成することができれば金属の種類に制限はない。
セラミック前駆体溶液は、加水分解等の反応によりゲル化した後、ゲルを加熱、焼成することによりセラミックスが形成されるものであってもよいし、溶媒成分を揮発させることにより、ゲル化することなく直接セラミックスが形成されるものであってもよい。
前者(ゾルゲル溶液)の場合、金属化合物は有機化合物でもよいし無機化合物でもよい。好ましい金属化合物としては、例えば、金属アルコキシド、金属アセチルアセトネート、金属カルボキシレート、硝酸塩、酸化物などが挙げられる。中でも金属アルコキシドは、加水分解と重合反応によりゲル化し易いため好ましく、特にテトラエトキシシランが好ましく用いられる。また、複数種の金属化合物を組み合わせて使用してもよい。
(1) Ceramic precursor Although the ceramic precursor (ceramic precursor solution) containing a solvent is a solution containing a metal compound, the type of metal is not limited as long as a translucent ceramic can be formed.
The ceramic precursor solution may be gelled by a reaction such as hydrolysis, and then the ceramic may be formed by heating and firing the gel, or by gelling the solvent component. Alternatively, ceramics may be directly formed.
In the former case (sol-gel solution), the metal compound may be an organic compound or an inorganic compound. Examples of preferable metal compounds include metal alkoxides, metal acetylacetonates, metal carboxylates, nitrates, and oxides. Of these, metal alkoxides are preferred because they are easily gelled by hydrolysis and polymerization reaction, and tetraethoxysilane is particularly preferred. A plurality of types of metal compounds may be used in combination.
(2)蛍光体
蛍光体は、LEDチップ6から出射される所定波長の光をそれとは異なる波長の光に変換するものである。本実施形態では、LEDチップ4から出射される青色光を黄色光に変換するようになっている。
このような蛍光体としては、(A1)又は(A2)の工程と(B)の工程とを経て形成された焼結体が好ましく使用される。
(A1)Y、Gd、Ce、Sm、Al、La及びGaの酸化物、又は高温で容易に酸化物になる化合物を、化学量論比で十分に混合して混合原料を得る。
(A2)Y、Gd、Ce、Smの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で共沈したものを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウム、酸化ガリウムとを混合して混合原料を得る。
(B)(A1),(A2)の各工程で得られた混合原料のいずれか一方に対し、フラックスとしてフッ化アンモニウム等のフッ化物を適量混合して加圧し、成形体を得る。その後、成形体を坩堝に詰め、空気中1350〜1450℃の温度範囲で2〜5時間焼成して、蛍光体の発光特性を持った焼結体を得ることができる。
(2) Phosphor The phosphor converts light having a predetermined wavelength emitted from the
As such a phosphor, a sintered body formed through the steps (A1) or (A2) and the step (B) is preferably used.
(A1) An oxide of Y, Gd, Ce, Sm, Al, La, and Ga, or a compound that easily becomes an oxide at a high temperature is sufficiently mixed in a stoichiometric ratio to obtain a mixed raw material.
(A2) a coprecipitated oxide obtained by calcining a solution obtained by coprecipitation of oxalic acid with a solution obtained by dissolving rare earth elements of Y, Gd, Ce, and Sm in an acid in a stoichiometric ratio with oxalic acid; To obtain a mixed raw material.
(B) An appropriate amount of fluoride such as ammonium fluoride as a flux is mixed and pressed against any one of the mixed raw materials obtained in the steps (A1) and (A2) to obtain a molded body. Thereafter, the molded body is packed in a crucible and fired in the temperature range of 1350 to 1450 ° C. for 2 to 5 hours to obtain a sintered body having the light emission characteristics of the phosphor.
本実施形態ではYAG蛍光体を使用しているが、蛍光体の種類はこれに限定されるものではない。蛍光体としては、たとえば、Ceを含まない非ガーネット系蛍光体などの他の蛍光体を使用することもできる。 In this embodiment, a YAG phosphor is used, but the type of the phosphor is not limited to this. As the phosphor, for example, another phosphor such as a non-garnet phosphor not containing Ce can be used.
なお、波長変換素子8は、LEDチップ6の側部にも設置されてもよいし(LEDチップ6を被覆するように設置してもよいし)、LEDチップ6から離れた位置に設置されてもよい。
The
実装基板4には導光部材10が設けられている。
導光部材10はほぼ半球状(お椀形状)を呈しており、内周面12が曲面状を呈している。導光部材10の底部には円形状の孔部14が形成されている。導光部材10は、発光素子5の中央部から出射される光の光線(光軸PA)を回転中心とした回転対称体である。
導光部材10は、発光素子5から発される光の一部であって光軸PAとの成す角が大きい光を導光するための部材である。
A
The
The
導光部材10の内部には、第2の導光部材20が配置されている。導光部材20は、発光素子5から発される光の一部であって光軸PAとの成す角が小さい光を導光するための部材である。導光部材20に導光する当該光は、導光部材10に導光する光よりも、光軸PAとの成す角が小さい。
導光部材20も、導光部材10の内周に沿うようなほぼ半球状(お椀形状)を呈しており、光軸PAを回転中心とした回転対称体である。導光部材20の底部22は導光部材10の孔部14を貫通した状態で実装基板4に支持(接着)されている。
底部22には空間部24が形成されており、空間部24のほぼ中央部に発光素子5が配置されている。上記蛍光体を分散した樹脂を空間部24に充填して、この部位を波長変換素子8として機能させてもよい。
導光部材10と導光部材20との間には、微小な隙間(空気層9)が形成されている。空気層9は導光部材10,20より光の屈折率が低い。
A second
The
A
A minute gap (air layer 9) is formed between the
導光部材20には2つの反射面26,28が形成されている。
反射面26は発光素子5の光を全反射する面であり、反射面28は反射面26で反射した光を全反射する面である。反射面26は断面視して直線状を呈している。反射面28は導光部10の内周面12に沿う曲面であり、断面視して曲線状を呈している。反射面28の高さを「T1」とした場合、反射面26は反射面28の1/2T1以下の高さ位置に配置されている。
Two reflecting
The
導光部材10,20はガラスまたは樹脂(樹脂成形品)で構成されている。導光部材10,20を構成する樹脂としてはシリコーン樹脂やアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂などを使用することができる。
The
発光装置2Aによれば、LEDチップ6が発光して青色光を出射すると、この青色光はガラス基板8aを透過してセラミック層8bの蛍光体に入射する。
すると、この青色光によって励起された蛍光体から黄色光が出射され、その結果、青色光と蛍光体で生じた黄色光とが重ね合わされ、白色光が発光素子5から出射される。
その後、図2に示すとおり、光軸PAとの成す角が大きい光は導光部材10に伝播し、外周面16や内周面12で反射して発光装置2Aの外側に出射される。
他方、光軸PAとの成す角が小さい光は導光部材20に伝播し、反射面26と反射面28とで反射して発光装置2Aの外側に出射される。
特に、導光部材20に伝播した光線は、反射面26で反射された後、反射面28以外では反射作用を受けずに、反射面28で1回または複数回反射される。その光線を断面視した場合、反射面26に入射する光の光線と光軸PAとのなす角度を「α」と、反射面26で反射した光の光線と光軸PAとのなす角度を「β」と、反射面28で反射した光の光線と光軸PAとのなす角度を「γ」とすると、反射面26での反射後の角度βは反射前の角度αより大きく、反射面28での反射後の角度γは反射前の角度βより小さくなる。これらの関係は式(1),(2)で表され、発光装置2Aでは式(1),(2)の両方の条件を満たしている。
α<β … (1)
γ<β … (2)
According to the
Then, yellow light is emitted from the phosphor excited by the blue light. As a result, the blue light and the yellow light generated by the phosphor are superimposed, and white light is emitted from the
Thereafter, as shown in FIG. 2, light having a large angle with the optical axis PA propagates to the
On the other hand, light having a small angle with the optical axis PA propagates to the
In particular, the light beam propagated to the
α <β (1)
γ <β (2)
以上の発光装置2Aによれば、セラミック層8bにおいて拡散剤を含有させることで光を拡散させて青色励起光と蛍光を混色しなくても、発光素子5の光を導光するために、2つの導光部材10,20を設置するという簡易な構成で、発光素子5の色ずれを抑制することができる。
According to the
なお、第1の実施形態にかかる発光装置2Aでは、反射面26と反射面28とが導光部材20に形成されていればよく、下記のように変形させてもよい。
たとえば、図3に示すとおり、導光部材20の外径を導光部材10の外径と同一とし、上部30を導光部材10の上部に密着させてもよい。この場合、導光部材20を実装基板4に接着しなくてもよい。
図4(a)に示すとおり、導光部材10に底部32を設けて導光部材20の底部22を底部32に密着させてもよい。この場合、好ましくは、発光素子5の放射状に広がる光の経路を確保できる程度に、実装基板4に凹部34を形成して発光素子5を実装基板4に埋没させる。
図4(b)に示すとおり、導光部材20を導光部材10とほぼ同様の形状とし、導光部材20の底部22に孔部36を形成してもよい。
In the
For example, as illustrated in FIG. 3, the outer diameter of the
As shown in FIG. 4A, the
As illustrated in FIG. 4B, the
[第2の実施形態]
第2の実施形態にかかる発光装置(2B)は第1の実施形態にかかる発光装置2Aと下記の点で異なっており、それ以外は第1の実施形態と同様となっている。
図5に示すとおり、実装基板4には凹部34が形成され、発光素子5が凹部34に埋没するように実装されている。
導光部材10には底部32が形成され、底部32には突起部40が形成されている。突起部40には反射面42が形成されている。反射面42は第1の実施形態にかかる反射面26に相当する面であり、発光素子5が放射した光を全反射する。反射面42も反射面28の1/2T1以下の高さ位置に配置されている。
導光部材20の外径が導光部材10の外径と同一となっている。導光部材20の上部30が導光部材10の上部に密着している。
[Second Embodiment]
The light emitting device (2B) according to the second embodiment is different from the
As shown in FIG. 5, a
A
The outer diameter of the
以上の発光装置2Bによれば、発光素子5が放射した光のうち、光軸PAとの成す角が大きい光は導光部材10に伝播して発光装置2Aの外側に出射され、光軸PAとの成す角が小さい光は導光部材10の反射面42と導光部材20の反射面28とで反射して発光装置2Aの外側に出射される。特に、導光部材20に伝播した光線は、反射面28以外では反射作用を受けずに、反射面28で1回または複数回反射される。
この場合に、発光装置2Bによれば、第1の実施形態にかかる反射面26に相当する面(反射面42)が導光部材10に一体形成される点で発光装置2Aと異なっているものの、発光素子5の光を導光するために、2つの導光部材10,20を設置するという簡易な構成で、発光素子5の色ずれを抑制することができる。
According to the
In this case, the
[第3の実施形態]
第2の実施形態にかかる発光装置(2C)は第1の実施形態にかかる発光装置2Aと下記の点で異なっており、それ以外は第1の実施形態と同様となっている。
図6に示すとおり、実装基板4には凹部34が形成され、発光素子5が凹部34に埋没するように実装されている。
導光部材10の内周面12には反射膜50が形成されている。反射膜50は金属材料を蒸着して形成された金属薄膜または誘電体多層膜である。反射膜50を金属薄膜とする場合には、たとえば、アルミニウムや銀などを形成材料として使用することができ、好ましくはアルミニウムを好適に使用することができる。反射膜50の表面50aは第1の実施形態にかかる反射面28として機能する面となる。
導光部材20に代えて反射部材52が設けられている。反射部材52は円錐状を呈した部材であり、その頂点が発光素子5に対し対向配置されている。反射部材52の円錐面(側面)は反射面54となっている。反射面54は第1の実施形態にかかる反射面26に相当する面である。反射膜50の高さを「T2」とした場合、反射面54は反射膜50の1/2T2以下の高さ位置に配置されている。
[Third Embodiment]
The light emitting device (2C) according to the second embodiment is different from the
As shown in FIG. 6, a
A
A
以上の発光装置2Cによれば、発光素子5が放射した光のうち、光軸PAとの成す角が大きい光は導光部材10に伝播して発光装置2Aの外側に出射され、光軸PAとの成す角が小さい光は反射部材52の反射面54と反射膜50の表面50aとで反射して発光装置2Aの外側に出射される。
この場合に、発光装置2Cによれば、第1の実施形態にかかる反射面28として機能する面(反射膜50の表面50a)が導光部材10に一体形成される点で発光装置2Aと異なっているものの、発光素子5の光を導光するために、導光部材10と反射部材52とを設置するという簡易な構成で、発光素子5の色ずれを抑制することができる。
According to the light emitting device 2C described above, of the light emitted from the
In this case, the light emitting device 2C differs from the
なお、第3の実施形態にかかる発光装置2Cでは、図7に示すとおり、導光部材10に底部32を設けて反射部材52の底部を底部32に密着させてもよいし、反射面54に反射膜50と同様の金属薄膜または誘電体多層膜を形成してもよい。
In the light emitting device 2 </ b> C according to the third embodiment, as shown in FIG. 7, the
[第4の実施形態]
第4の実施形態にかかる発光装置(2D)は第1の実施形態にかかる発光装置2Aと下記の点で異なっており、それ以外は第1の実施形態と同様となっている。
図8に示すとおり、実装基板4には凹部34が形成され、発光素子5が凹部34に埋没するように実装されている。
導光部材10には底部32が形成され、底部32には突起部40が形成されている。突起部40には反射面42が形成されている。反射面42は第1の実施形態にかかる反射面26に相当する面である。
導光部材10の内周面12には反射膜50が形成されている。反射膜50は金属材料を蒸着して形成された金属薄膜または誘電体多層膜である。反射膜50を金属薄膜とする場合には、たとえば、アルミニウムや銀などを形成材料として使用することができ、好ましくはアルミニウムを好適に使用することができる。反射膜50の表面50aは第1の実施形態にかかる反射面28として機能する面となる。反射膜50の高さを「T2」とした場合、反射面42は反射膜50の1/2T2以下の高さ位置に配置されている。
[Fourth Embodiment]
The light emitting device (2D) according to the fourth embodiment is different from the
As shown in FIG. 8, a
A
A
以上の発光装置2Dによれば、発光素子5が放射した光のうち、光軸PAとの成す角が大きい光は導光部材10に伝播して発光装置2Aの外側に出射され、光軸PAとの成す角が小さい光は導光部材10の反射面42と反射膜50の表面50aとで反射して発光装置2Aの外側に出射される。
この場合に、発光装置2Dによれば、第1の実施形態にかかる反射面26に相当する面(反射面42)と、第1の実施形態にかかる反射面28として機能する面(反射膜50の表面50a)とが、導光部材10に一体形成される点で発光装置2Aと異なっているものの、発光素子5の光を導光するために、導光部材10のみを設置するという簡易な構成で、発光素子5の色ずれを抑制することができる。
According to the
In this case, according to the
[第5の実施形態]
第5の実施形態にかかる発光装置(2E)は第1の実施形態にかかる発光装置2Aと下記の点で異なっており、それ以外は第1の実施形態と同様となっている。
図9に示すとおり、実装基板4には凹部34が形成され、発光素子5が凹部34に埋没するように実装されている。
導光部材10には底部32が設けられ、導光部材20の底部22が底部32に密着している。
[Fifth Embodiment]
The light emitting device (2E) according to the fifth embodiment is different from the
As shown in FIG. 9, a
The
図9,図10に示すとおり、導光部材20の内部には、第3の導光部材60,第4の導光部材70が入れ子状に設けられている。
導光部材60は、導光部材20の内周に沿うようなほぼ半球状(お椀形状)を呈しており、光軸PAを回転中心とした回転対称体である。導光部材60は底部62が導光部材20の底部22に密着している。
導光部材60には2つの反射面64,66が形成されている。
反射面64,66は、第1の実施形態にかかる反射面26,28と同様の光学作用を奏する面である。すなわち、反射面64は発光素子5の光を全反射する面であり、反射面66は反射面64で反射した光を全反射する面である。反射面64は断面視して直線状を呈している。反射面66は導光部20の内周面に沿う曲面であり、断面視して曲線状を呈している。
導光部材20と導光部材60との間には、微小な隙間(空気層68)が形成されている。空気層68は導光部材20,60より光の屈折率が低い。
As shown in FIGS. 9 and 10, a third
The
Two reflecting
The reflecting surfaces 64 and 66 are surfaces that exhibit the same optical action as the reflecting
A minute gap (air layer 68) is formed between the
導光部材70は、導光部材60の内部に設けられている。
導光部材70は、導光部材60の内周に沿うようなほぼ半球状(お椀形状)を呈しており、光軸PAを回転中心とした回転対称体である。導光部材70は底部72が導光部材60の底部62に密着している。
導光部材70には2つの反射面74,76が形成されている。
反射面74,76は、第1の実施形態にかかる反射面26,28と同様の光学作用を奏する面である。すなわち、反射面74は発光素子5の光を全反射する面であり、反射面76は反射面74で反射した光を全反射する面である。反射面74は断面視して直線状を呈している。反射面76は導光部60の内周面に沿う曲面であり、断面視して曲線状を呈している。
導光部材60と導光部材70との間には、微小な隙間(空気層78)が形成されている。空気層78は導光部材60,70より光の屈折率が低い。
The
The
Two reflecting
The reflecting surfaces 74 and 76 are surfaces that exhibit the same optical action as the reflecting
A minute gap (air layer 78) is formed between the
導光部材60,70は、導光部材10,20と同様に、ガラスまたは樹脂(樹脂成形品)で構成されている。導光部材60,70を構成する樹脂としてはシリコーン樹脂やアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂などを使用することができる。
The
以上の光学装置2Eによれば、導光部材10,20,60,70による入れ子状の構造を有しており、導光部材60,70は導光部材20とほぼ同じ形状と光学作用を有している。
そのため、図11に示すとおり、発光素子5が放射した光のうち、光軸PAとの成す角が大きい光は導光部材10に伝播して発光装置2Eの外側に出射され、光軸PAとの成す角が小さい光は導光部材20の反射面26と反射面28とで反射して発光装置2Eの外側に出射され、光軸PAとの成す角が(導光部材20に入射する光よりも)さらに小さい光は導光部材60,70の反射面64,74と反射面66,76とで反射して発光装置2Eの外側に出射される。
特に、導光部材20に伝播した光線は、反射面26で反射された後、反射面28以外では反射作用を受けずに、反射面28で1回または複数回反射される。
導光部材60に入射した光のうち、導光部材20中を透過した光よりも光軸PAに近い光が、導光部材60と作用する。すなわち、導光部材60は、導光部材20を透過した光のうち、光軸PAに近い一部の光に作用する。導光部材60に伝播した光線は、反射面64で反射された後、反射面66以外では反射作用を受けずに、反射面66で1回または複数回反射される。
導光部材70に入射した光のうち、導光部材60中を透過した光よりも光軸PAに近い光が、導光部材70と作用する。すなわち、導光部材70は、導光部材60を透過した光のうち、光軸PAに近い一部の光に作用する。導光部材70に伝播した光線は、反射面74で反射された後、反射面76以外では反射作用を受けずに、反射面76で1回または複数回反射される。
この場合に、発光装置2Eによれば、導光部材60,70が増設されている点で発光装置2Aと異なっているものの、発光素子5の光を導光するために、導光部材10,20,60,70を設置するという簡易な構成で、発光素子5の色ずれを抑制することができる。
According to the
Therefore, as shown in FIG. 11, light having a large angle formed with the optical axis PA out of the light emitted from the
In particular, the light beam propagated to the
Of the light incident on the
Of the light incident on the
In this case, the
第1〜第4の実施形態にかかる発光装置2A,2B,2C,2Dの構造で十分な色ずれの改善効果はあるが、第5の実施形態にかかる光学装置2Eのように、複数の導光部材10,20,60,70を入れ子構造にすることにより、光学装置5Eにおける出射面(各導光部材10,20,60,70の図9中の上面)での発光を面内で一様にすることができ、かつ、その光をより正面に向けて(図9中の上方に向けて)集光させることができる。
Although the structure of the
第5の実施形態にかかる光学装置2Eによれば、複数の導光部材10,20,60,70を光学的に接触させればフレネル反射を抑えることができ、第1の実施形態にかかる発光装置2Aと同等の光取り出し効率を実現することができる。
第5の実施形態にかかる発光装置2Eでは、導光部材10,20,60,70の数(入れ子の重数)は適宜変更可能であり、3つの導光部材10,20,60で入れ子構造を構成してもよいし、4つの導光部材10,20,60,70に対しさらにこれと同様の導光部材を加えた5つ以上の導光部材で入れ子構造を構成してもよい。
According to the
In the
以上の第1〜第5の実施形態にかかる発光装置2A〜2Eによれば、特許文献2の発光装置と比較すると、各発光装置2A〜2Eは製造にかかる手間やコストが特許文献2の装置よりも少なくて済むという利点がある。
たとえば、発光装置2A〜2Dは特許文献2の装置よりも部品点数が少ない。
特許文献2の装置では、複数の導光部材(201〜205)だけでは自立しないため、これら導光部材を吊り下げ固定するための支持部材(21)が必須であるのに対し、各発光装置2A〜2Eは各導光部材10,20などが安定しており、基本的に支持部材が不要であり、仮に支持部材が必要であっても簡素なものでよい。
According to the
For example, the light emitting devices 2 </ b> A to 2 </ b> D have fewer parts than the device of Patent Document 2.
In the apparatus of Patent Document 2, since a plurality of light guide members (20 1 to 20 5 ) are not self-supporting, a support member (21) for suspending and fixing these light guide members is essential. In the
第1〜第5の実施形態にかかる発光装置2A〜2Eによれば、特許文献2の発光装置よりも光取り出し効率が高いという利点がある。
すなわち、特許文献2の発光装置では、発光素子(LEDチップ10)を外部から遮断するためにカバー(13)が必要であり、発光素子の光は、カバーと導光部材によって少なくとも4回は光学面を透過し、フレネル反射損失が大きい。
他方、第1〜第5の実施形態にかかる発光装置2A〜2Eでは、導光部材10,20自体によって発光素子5を外部から遮断でき、カバーが不要であるため、発光素子5の光は、光学面を透過する回数が特許文献2の装置よりも少なくて済む。接触している光学面同士が密着していれば(図5の発光装置2B以外では)、反射面26,28またはこれに相当する面を含む光路を伝播する光が、光学面でフレネル反射を受ける回数は2回で済む。また、図1の発光装置2A以外では、導光部材10を透過する光が光学面でフレネル反射を受ける回数は2回で済む。第3,第4の実施形態にかかる発光装置2C,2Dは、反射膜50として金属薄膜などが使用され反射面で多少の損失は生じうるが、部品構成が簡素になる利点がある。特に、第4の実施形態にかかる発光装置2Dでは、光を導光するための部品点数が1つだけで足りるという利点がある。
According to the
That is, in the light emitting device of Patent Document 2, the cover (13) is necessary to block the light emitting element (LED chip 10) from the outside, and the light of the light emitting element is optically transmitted at least four times by the cover and the light guide member. The surface is transmitted and the Fresnel reflection loss is large.
On the other hand, in the
[シミュレーションとその結果]
図4(b)の発光装置2A,図6の発光装置2C,図12の発光装置2Xの3つの各発光装置を製造し、それら各発光装置においてフレネル反射損を考慮したシミュレーションを行い、配光分布と角度ごとの色度を計算した。
[Simulation and results]
The
図4(b)の発光装置2A,図6の発光装置2Cでは、導光部材10を厚さ1mm,外径10mmの半球とし、導光部材20を厚さ1mm,外径7.8mmの半球とした。図12の発光装置2Xは第1〜第5の実施形態にかかる発光装置2A〜2Eの比較例であり、導光部材10などに代えて、単レンズ80を使用している。単レンズ80では、曲率半径を2.68mmと、平面部を含めて厚さを10mmとした。導光部材10,20や反射部材52、単レンズ80の材質は全てガラス(BK7)とした。図6の発光装置2Cでは、反射膜50と反射面54をアルミニウム薄膜で構成した。
発光素子5として、青色LEDチップと黄色蛍光体(セラミック層8b中の蛍光体)とを組み合わせたものを使用した。導光部材10,20や反射部材52、単レンズ80による色ずれ発生の効果を確認するため、波長変換素子8(蛍光体の発光部形状)を青色LEDチップのサイズより大きくした。青色LEDチップの大きさを0.35mm角とし、波長変換素子8(蛍光体の発光部形状)を直径0.7mmの円として、ランバーシャン発光とした。
なお、図4(b)の発光装置2Aでは、図1〜図4(a)の発光装置2Aと異なり、導光部材20の内周面38が球面形状を呈しているが、内周面38には光線が当たらないため、導光部材20の肉厚を薄くしなければ、内周面38はどのような形状であっても、シミュレーション結果に影響を与えない。
In the
As the
4B, unlike the
以上の条件におけるシミュレーションの結果を、図13〜図15に示す。
図15に示すとおり、3つの発光装置2A,2C,Bでは全て光を正面に集光する。
図16と図17は角度ごとの色度で、横軸が光軸からの角度を表している。
図16,図17に示すとおり、発光装置2Xでは、15〜20度の角度でCIEx,CIEyの値が大きくなっている。これはこの角度範囲で黄色いリングができていることを示す。青色LEDチップと黄色蛍光体とを組み合わせた発光素子の光をレンズで集光すると、一般にこのような黄色いリングができる。
なお、CIEx,CIEyの値が0(ゼロ)になっているのは、その方向に光が全く伝播してきていないことを示している。
The simulation results under the above conditions are shown in FIGS.
As shown in FIG. 15, the three light emitting
16 and 17 show chromaticity for each angle, and the horizontal axis represents the angle from the optical axis.
As shown in FIGS. 16 and 17, in the light emitting device 2 </ b> X, the values of CIEx and CIEy increase at an angle of 15 to 20 degrees. This indicates that a yellow ring is formed in this angular range. In general, such a yellow ring can be formed by collecting light from a light-emitting element in which a blue LED chip and a yellow phosphor are combined with a lens.
Note that the values of CIEx and CIEy being 0 (zero) indicate that no light has propagated in that direction.
これに対し、発光装置2A,2Cでは、0〜70度の角度で色度がほぼ一定であり、色ずれが生じていないことがわかる。光取り出し効率は、発光装置2Xで81.1%、発光装置2Aで90.5%、発光装置2Cで92.1%となり、発光装置2A,2Cの光取り出し効率は高い。
なお、第2,第4の実施形態にかかる発光装置2B,2D,2Eも、基本的に光線経路が発光装置2A,2Cと変わらないため、発光装置2B,2D,2Eにおけるシミュレーション結果は発光装置2A,2Cにおける結果とほとんど変わらない。
以上のシミュレーション結果から、本発明の好ましい実施形態にかかる発光装置2A〜2Eでは、色ずれが起きにくく、光取り出し効率が高いということがわかる。
On the other hand, in the
Note that the light-emitting
From the above simulation results, it can be seen that in the
PA 光軸
2A,2B,2C,2D,2E 発光装置
2X 発光装置(比較例)
4 実装基板
5 発光素子
6 LEDチップ
8 波長変換素子
8a ガラス基板
8b セラミック層
9 空気層
10 (第1の)導光部材
12 内周面
14 孔部
16 外周面
20 (第2の)導光部材
22 底部
24 空間部
26 反射面
28 反射面
30 上部
32 底部
34 凹部
36 孔部
40 突起部
42 反射面
50 反射膜
52 反射部材
54 反射面
60 (第3の)導光部材
62 底部
64,66 反射面
68 空気層
70 (第4の)導光部材
72 底部
74,76 反射面
78 空気層
80 単レンズ
PA
4 mounting
Claims (13)
前記発光素子から放射される光のうち、発光素子の中心部から出射される光の光線を光軸として、前記光軸との成す角が大きい外側の一部の光を導光する第1の導光部材と、
前記発光素子から出射される光のうち、前記光軸との成す角が小さい内側の一部の光を反射する第1の反射面と、
前記第1の反射面で反射された光をさらに反射する第2の反射面と、
を備えることを特徴とする発光装置。 A light emitting element that emits light radially;
A first light that guides a part of the outer light having a large angle with the optical axis, with the light beam emitted from the central portion of the light emitting element as the optical axis among the light emitted from the light emitting element. A light guide member;
A first reflecting surface that reflects a portion of the light emitted from the light emitting element and having a small angle with the optical axis;
A second reflecting surface for further reflecting the light reflected by the first reflecting surface;
A light emitting device comprising:
前記発光素子から放射され、前記第1の反射面に入射する光の光線と前記光軸とのなす角度をαとし、前記第1の反射面で反射した光の光線と前記光軸とのなす角度をβとし、前記第2の反射面で反射した光の光線と光軸とのなす角度をγとしたとき、式(1)、(2)の両条件を満たすことを特徴とする発光装置。
α<β … (1)
γ<β … (2) The light-emitting device according to claim 1.
The angle formed between the light axis emitted from the light emitting element and incident on the first reflecting surface and the optical axis is α, and the light beam reflected on the first reflecting surface is formed between the optical axis. A light emitting device satisfying both of the expressions (1) and (2), where β is an angle and γ is an angle formed between a light beam reflected by the second reflecting surface and an optical axis. .
α <β (1)
γ <β (2)
前記第1の反射面が、前記第2の反射面の高さの1/2以下の高さに配置されていることを特徴とする発光装置。 The light emitting device according to claim 1 or 2,
The light emitting device, wherein the first reflecting surface is disposed at a height that is half or less of a height of the second reflecting surface.
前記第2の反射面が曲面であることを特徴とする発光装置。 In the light-emitting device as described in any one of Claims 1-3,
The light emitting device, wherein the second reflecting surface is a curved surface.
前記光軸との成す角が小さい内側の一部の光を導光する第2の導光部材を備え、
前記第2の導光部材に、前記第1の反射面と前記第2の反射面とが形成されていることを特徴とする発光装置。 In the light-emitting device as described in any one of Claims 1-4,
A second light guide member for guiding a part of the light on the inner side having a small angle with the optical axis;
The light emitting device, wherein the second light guide member includes the first reflection surface and the second reflection surface.
前記光軸との成す角が小さい内側の一部の光を導光する第2の導光部材を備え、
前記第1の導光部材の一部に、前記第1の反射面が形成され、
前記第2の導光部材に、前記第2の反射面が形成されていることを特徴とする発光装置。 In the light-emitting device as described in any one of Claims 1-4,
A second light guide member for guiding a part of the light on the inner side having a small angle with the optical axis;
The first reflecting surface is formed on a part of the first light guide member,
The light emitting device, wherein the second light guide member has the second reflecting surface formed thereon.
前記第1の反射面で反射された光は、前記第2の反射面以外では反射作用を受けずに、前記第2の導光部材の外に出射することを特徴とする発光装置。 The light-emitting device according to claim 5 or 6,
The light reflected by the first reflecting surface is emitted outside the second light guide member without receiving a reflecting action except for the second reflecting surface.
前記光軸との成す角が小さい内側の一部の光を反射する反射部材を備え、
前記反射部材には、前記第1の反射面が形成され、
前記第1の導光部材には、前記第2の反射面が形成されていることを特徴とする発光装置。 In the light-emitting device as described in any one of Claims 1-4,
A reflection member that reflects a part of the light on the inner side having a small angle with the optical axis;
The reflective member is formed with the first reflective surface,
The light emitting device according to claim 1, wherein the second light-reflecting surface is formed on the first light guide member.
前記第1の導光部材には、前記第1の反射面と前記第2の反射面とが形成されていることを特徴とする発光装置。 In the light-emitting device as described in any one of Claims 1-4,
The light emitting device, wherein the first light guide member is formed with the first reflection surface and the second reflection surface.
前記第2の反射面が金属薄膜または誘電体多層膜で構成されていることを特徴とする発光装置。 The light-emitting device according to claim 8 or 9,
The light emitting device, wherein the second reflecting surface is made of a metal thin film or a dielectric multilayer film.
前記光軸との成す角が小さい内側の一部の光を導光する複数の導光部材を備え、
それらの導光部材を光が作用する順番に第2〜第nの導光部材とすると(nは3以上の整数を表す。)、前記第2〜第nの導光部材が入れ子状に重なって配置され、
前記第2〜第nの導光部材には、それぞれ前記第1の反射面と前記第2の反射面とが形成されていることを特徴とする発光装置。 In the light-emitting device as described in any one of Claims 1-4,
A plurality of light guide members for guiding a part of the light on the inner side having a small angle with the optical axis;
If these light guide members are the second to nth light guide members in the order in which the light acts (n represents an integer of 3 or more), the second to nth light guide members are nested. Arranged,
The light emitting device, wherein the second to nth light guide members are formed with the first reflection surface and the second reflection surface, respectively.
前記第mの導光部材(m≦n,mは3〜nの間の整数を表す。)は、第(m−1)の導光部材中を透過した光のうち、光軸に近い一部の光に作用することを特徴とする発光装置。 The light-emitting device according to claim 11.
The m-th light guide member (m ≦ n, m represents an integer between 3 and n) is one near the optical axis among the light transmitted through the (m−1) -th light guide member. A light emitting device characterized by acting on the light of the part.
前記第2〜第nの導光部材の中の前記第1の反射面で反射された光は、前記第2の反射面以外では反射作用を受けずに、前記第2〜第nの導光部材の外に出射することを特徴とする発光装置。 The light-emitting device according to claim 11 or 12,
The light reflected by the first reflecting surface in the second to nth light guide members is not subjected to a reflecting action except for the second reflecting surface, and the second to nth light guides. A light-emitting device that emits light outside a member.
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