JP2015056477A - 発光モジュール、照明装置および照明器具 - Google Patents

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Abstract

【課題】照射光の色むらを軽減する発光モジュールを提供する。【解決手段】発光モジュール100において、異なるピーク波長の光を発する第1及び第2の発光素子120、130と、第1発光素子を覆う第1及封止部材140と、第2発光素子を覆う第2封止部材150とを備え、第1発光素子は素子の上面と側面から光を出射し、第2発光素子は素子の主に上面から光を出射し、第1発光素子の上面中心を通る第1封止部材の縦断面において、第1封止部材の基板上面における幅に対する第1封止部材の頂部から基板上面までの高さ方向の距離との比で規定される第1比率は、第2発光素子の上面中心を通る第2封止部材の縦断面において、第2発光素子の上面位置における第2封止部材の幅に対する第2封止部材の頂部から第2発光素子上面までの高さ方向の距離との比で規定される第2比率よりも大きく、第1比率は第2比率に対し1.85未満である。【選択図】図6

Description

本発明は、LED(Light Emitting Diode)等の発光素子を利用した発光モジュール、照明装置および照明器具に関し、特に、発光モジュールが発する光の色むらを減少するための技術に関する。
従来から、青色LEDから出射される青色光の一部を波長変換材料によって黄色光に変換して、未変換の青色光と変換後の黄色光との混色によって白色光を得るタイプの発光モジュールが製品化されている。
しかしながら、上記タイプの発光モジュールから得られる白色光は、赤色成分が不足しているため演色性が良好でない傾向にある。そこで、赤色光を出射する赤色LEDを追加することで赤色成分を補って、青色光と黄色光と赤色光との混色によって演色性の良い白色光を得ることが提案されている(特許文献1)。
特開2008−235458号公報
しかしながら、特許文献1記載の構成では、白色光源と赤色光源とで配光特性が異なる場合、照射対象面の中央部分と周辺部分とで各色光源の相対的な照度に差が生じ、照射光の中央部分と周辺部分とで光の色度が変動するという課題があった。
発光モジュールに搭載する各色光源の配光特性の違いにかかわらず、照射対象面の中央部と周辺部における各色光源からの照度比率の差異を減少することにより、照射光の色むらを軽減することが望ましい。
本発明は、上記した課題に鑑み、照射光の色むらを軽減する発光モジュールを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本実施の形態に係る発光モジュールは、基板と、前記基板の上面に存し異なるピーク波長の光を発する第1発光素子及び第2発光素子と、前記第1発光素子を覆う透光性材料を含む第1封止部材と、前記第2発光素子を覆う前記透光性材料と同種の材料を含む第2封止部材とを備え、前記第1発光素子は素子の上面と側面から光を出射し、前記第2発光素子は素子の主に上面から光を出射し、前記第1発光素子の上面中心を通る前記第1封止部材の縦断面において、前記基板上面における前記第1封止部材の幅に対する前記第1封止部材の頂部から前記基板上面までの高さ方向の距離との比で規定される第1比率は、前記第2発光素子の上面中心を通る前記第2封止部材の縦断面において、前記第2発光素子上面における前記第2封止部材の幅に対する前記第2封止部材の頂部から前記第2発光素子上面までの高さ方向の距離との比で規定される第2比率よりも大きく、且つ、前記第1比率は前記第2比率に対し1.85倍未満であることを特徴とする。
また、別の態様では、前記第1比率の前記第2比率に対する比率は、1.25以上1.65以下である構成であってもよい。
また、別の態様では、前記第1比率の前記第2比率に対する比率は、1.5以上1.65以下である構成であってもよい。
また、別の態様では、前記第1発光素子と同一のピーク波長の光を発する第3発光素子と、前記第2発光素子と同一のピーク波長の光を発する第4発光素子とをさらに備え、前記第3発光素子は前記基板の上面に前記第1発光素子と列状に配列され第1発光素子列を構成し、前記第4発光素子は前記基板の上面に前記第2発光素子と列状に配列され第1発光素子列を構成し、前記第1及び第2封止部材は前記第1及び第2発光素子列を各々帯状に覆っている構成であってもよい。
また、別の態様では、前記第1発光素子は青色光を発し、前記第2発光素子は赤色光を発する構成であってもよい。
また、別の態様では、前記第1封止部材は波長変換部材を含み、当該波長変換部材は前記青色光の一部を異なる色の光に波長変換し、青色光と赤色光と前記異なる色の光との混色によって得られる白色光をモジュール全体として出射する構成であってもよい。
また、別の態様では、前記青色光のピーク波長が440nm以上470nm以下であり、前記赤色光のピーク波長が600nm以上660nm以下である構成であってもよい。
また、別の態様では、上記のいずれかに記載の発光モジュールを備えることを特徴とする照明装置であってもよい。
また、別の態様では、上記のいずれかに記載の発光モジュールを備えることを特徴とする照明器具であってもよい。
本実施の形態に係る発光モジュールは、上記した構成により、異なる発光色の複数の光源、例えば、白色光源からの光照射領域と、赤色光源からの光照射領域とを略同一にできる。また、照射対象面上における照射領域の周辺部と中央部においても両光源の照度比率に差異が少ない。したがって、照射領域の周辺部と中央部において従来生じていた照明光の色むらを軽減することができる。
実施の形態に係る照明器具を示す断面図である。 実施の形態に係る照明装置を示す斜視図である。 実施の形態に係る照明装置を示す分解斜視図である。 (a)は実施の形態に係る発光モジュールを示す平面図、(b)は、その要部拡大平面図である。 実施の形態に係る発光素子の接続状態を説明するための配線図である。 図4においてX−X線で切った断面を示す断面図である。 実施の形態に係る発光モジュールの混色性能を説明するための模式図であって、(a)は実施の形態に係る照明装置における混色の態様を示す図、(b)は比較例の照明装置における混色の態様を示す図である。 実施の形態の光学シミュレーションに用いた実施例1から4に係る発光モジュールの概要を示す図である。 実施の形態係る発光モジュールにおける、第1封止部材140のアスペクト比に対する第2封止部材150のアスペクト比の比率と照射領域中央部と照射領域周辺部との色差との関係を示す図、(a)は実施例1、(b)は実施例2、(c)は実施例3、(d)は実施例4である。 変形例1に係る発光モジュールを示す図であって、(a)は平面図、(b)は右側面図、(c)は正面図である。 図10においてX−X線で切った断面を示す断面図である。 変形例2に係る発光モジュールを示す図であって、(a)は平面図、(b)は右側面図、(c)は正面図である。 変形例3に係る照明装置を示す斜視図である。 変形例4に係る照明装置を示す断面図である。 変形例5に係る照明装置を示す斜視図である。 変形例5に係る照明装置を示す断面図である。 変形例6に係る照明装置を示す斜視図である。 変形例6に係る照明装置を示す断面図である。 変形例6に係る照明装置を示す分解斜視図である。
≪実施の形態≫
以下、本実施の形態に係る発光モジュール、照明装置および照明器具を、図面を参照しながら説明する。
<照明器具>
図1は、本実施の形態に係る照明器具を示す断面図である。図1に示すように、本実施の形態に係る照明器具1は、例えば、天井2に埋め込むようにして取り付けられるダウンライトであって、灯具3、回路ユニット4、調光ユニット5、および、照明装置10を備える。
灯具3は、例えば、金属製であって、ランプ収容部3a、回路収容部3bおよび外鍔部3cを有する。ランプ収容部3aは、例えば有底円筒状であって、内部に照明装置10が着脱自在に取り付けられている。回路収容部3bは、例えばランプ収容部3aの底側に延設されており、内部に回路ユニット4が収容されている。外鍔部3cは、例えば円環状であって、ランプ収容部3aの開口部から外方へ向けて延設されている。灯具3は、ランプ収容部3aおよび回路収容部3bが天井2に貫設された埋込穴2aに埋め込まれ、外鍔部3cが天井2の下面2bにおける埋込穴2aの周辺部に当接された状態で、例えば取付ねじ(不図示)等によって天井2に取り付けられる。
回路ユニット4は、照明装置10を点灯させるためのものであって、照明装置10と電気的に接続される電源線4aを有し、電源線4aの先端には照明装置10のリード線71のコネクタ72と着脱自在に接続されるコネクタ4bが取り付けられている。
調光ユニット5は、ユーザーが照明装置10の照明光の輝度を調整するためのものであって、回路ユニット4と電気的に接続されており、ユーザーの操作を受けて調光信号を回路ユニット4に出力する。
<照明装置>
図2は、本実施の形態に係る照明装置を示す斜視図である。図3は、本実施の形態に係る照明装置を示す分解斜視図である。図2および図3に示すように、本実施の形態に係る照明装置10は、例えば、ランプユニットであって、ベース20、ホルダ30、化粧カバー40、カバー50、カバー押え部材60、配線部材70、および発光モジュール100等を備える。
ベース20は、例えば、アルミダイキャスト製の円板状であって、上面側の中央に搭載部21を有し、搭載部21に発光モジュール100が搭載されている。ベース20の上面側には、搭載部21を挟んだ両側に、ホルダ30固定用の組立ねじ33を螺合するためのねじ孔22が設けられている。また、ベース20の周部には、ボス孔23および切欠部24が設けられている。
ホルダ30は、例えば、有底円筒状であって、円板状の押え板部31と、押え板部31の周縁からベース20側に延設された円筒状の周壁部32とを有する。ホルダ30の押え板部31の周部には、ベース20のねじ孔22に対応する位置に、組立ねじ33を挿通するための挿通孔34が貫設されている。ホルダ30は、押え板部31で発光モジュール100を搭載部21に押えつけた状態で、ねじ挿通孔34に挿通した組立ねじ33をベース20のねじ孔22にねじ込むことによって、ベース20に取り付けられている。ホルダ30をベース20に取り付けた状態で、発光モジュール100の第1封止部材140、第2封止部材150(以後、「封止部材140」、「封止部材150」と略称し詳細は後述する)は、押え板部31の中央に形成された窓孔35から露出する。
化粧カバー40は、例えば、白色不透明の樹脂等の非透光性材料からなる円環状であって、ホルダ30とカバー50との間に配置されており、リード線71や組立ねじ33等を覆い隠す役割を果たす。化粧カバー40の中央には、発光モジュール100の封止部材140、150を露出させるための窓孔41が形成されている。
カバー50は、例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ガラス等の透光性材料によって形成されており、発光モジュール100から出射された光はカバー50を透過して照明装置10の外部へ取り出される。カバー50は、封止部材140、150を覆うドーム状であってレンズ機能を有する本体部51と、本体部51の周縁部から外方へ延設された外鍔部52とを有し、外鍔部52がベース20に固定されている。外鍔部52には、カバー押え部材60のボス部61に対応する位置にボス部61を避けるための半円状の切欠部53が形成されている。なお、本体部51は、レンズ機能を有さないものであってもよい。
カバー押え部材60は、例えば、アルミニウム等の金属や白色不透明の樹脂のような非透光性材料からなり、カバー50の本体部51から出射される光を妨げないように円環板状になっている。カバー押え部材60の下面側には、ベース20側へ突出する円柱状のボス部61が設けられている。カバー押え部材60をベース20に固定する際は、カバー押え部材60のボス部61をベース20のボス孔23に挿通させ、ベース20の下側からボス部61の先端部にレーザ光を照射して、その先端部をボス孔23から抜けない形状に塑性変形させる。
配線部材70は、発光モジュール100と電気的に接続された一組のリード線71を有し、それらリード線71の発光モジュール100に接続された側とは反対側の端部にはコネクタ72が取り付けられている。発光モジュール100に接続された配線部材70のリード線71は、ベース20の切欠部24を介して照明装置10の外部へ導出される。
<発光モジュール>
(全体構成)
図4(a)は、本実施の形態に係る発光モジュールを示す平面図である。図4(b)は、図4(a)の要部拡大平面図である。図4(a)に示すように、発光モジュール100は、基板110、複数の第1の発光素子120、複数の第2の発光素子130(以後、各々「発光素子120」、「発光素子130」と略称する)、封止部材140、封止部材150、複数の端子部161〜164、配線171、172、および伝熱部材180を備える。
(基板)
基板110は、例えば、略方形板状であって、セラミック基板や熱伝導樹脂等からなる絶縁層とアルミ板等からなる金属層との2層構造を有する。基板110の上面111には、平面視(上方から上面111と直交する方向に向けて見下ろした状態。以下においても「平面視」と表現した場合は同様)において列状に配列された複数の発光素子120で構成される発光素子列112〜115が4箇所に形成されている。
(発光素子)
発光素子120は、例えば、サファイア基板に形成されたインジウム窒化ガリウム(InGaN)等からなり、ピーク波長が440nm以上470nm以下の青色光を出射する青色LEDである。発光素子120は、COB(Chip on Board)技術を用いて基板110の上面111にフェイスアップ実装されている。
発光素子120は、例えば、上面が500μm×500μm、又は250μm×250μmの方形であって、高さが140μm〜250μmの直方体である。本実施の形態では、発光素子120は、例えば、上面が500μm×500μm、高さが140μm又は250μmの直方体形状をしたものを用いた。この直方体を構成する上面、4つの側面、底面からなる6面のうち、発光素子120では上面と側面から光が出射される。それら発光素子120は、4つの発光素子列112〜115のいずれかに属するようにグループ化されており、基板110の上面111に発光素子120で構成される発光素子列112〜115が4箇所に形成されている。
発光素子130は、例えば、シリコン基板に形成されたガリウムアルミニウムヒ素(GaAlAs)アルミニウムインジウムガリウムリン(AlInGaP)、ガリウムヒ素リン(GaAsP)等からなる。例えば、ピーク波長が600nm以上660nm以下の赤色光を出射する赤色LEDであって、COB技術を用いて基板110の上面111にフェイスアップ実装されている。発光素子130は、例えば、上面が500μm×500μmの方形であって、高さが140μm〜250μmの直方体である。本実施の形態では、発光素子130は、例えば、上面が500μm×500μm、高さが250μmの直方体形状をしたものを用いた。この直方体を構成する上面、4つの側面、底面からなる6面のうち、発光素子130では上面と側面の一部とから光が出射される。側面のうち光が出射される光出射領域は、側面と上面との間の境界線、当該境界線から下方に約20μmの位置にある水平線、側面と側面との間の境界線に囲まれた範囲である。
それら発光素子130も、4つの発光素子列116〜119のいずれかに属するようにグループ化され、基板110の上面111に発光素子130で構成される発光素子列116〜119が4箇所に形成されている。
発光素子列112〜115、発光素子列116〜119は、長手方向が同じ方向を向くように等間隔を空けながら略平行に配置されている。発光素子120で構成される発光素子列と発光素子130で構成される発光素子列とは、同じ種類の発光素子で構成される発光素子列が隣り合わないよう交互に配置されている。これにより基板110上の発光色の均質化が図られている。
(封止部材)
各発光素子120は、透光性材料で形成された封止部材140により封止されている。封止部材140は、例えば、底面の直径が約1〜3mmである平面視略円形のドーム形状であって、各発光素子120をそれぞれ各1個ずつ封止している。
各発光素子130は、透光性材料で形成された封止部材150により封止されている。封止部材150は、同様に、例えば、底面の直径が約1〜3mmである平面視略円形のドーム形状であって、各発光素子130をそれぞれ各1個ずつ封止している。透光性材料としては、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フッソ樹脂、シリコーン・エポキシのハイブリッド樹脂、ユリア樹脂等を用いることができる。封止部材140と封止部材150には、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フッソ樹脂、シリコーン・エポキシのハイブリッド樹脂、ユリア樹脂等に分類される同種の樹脂材料を用いることが好ましい。
さらに、封止部材140には、透光性材料に波長変換材料が含まれており、封止部材140は、光の色を変換するための波長変換部材として機能する。波長変換材料としては、例えば、サイアロン蛍光体等の酸窒化物蛍光体、硫化物蛍光体、シリケート系蛍光体、および、それら蛍光体のうちの2種類以上を混合した混合物等を用いることができる。なお、封止部材140の透光性材料は、拡散材や放熱材等を含んでもよい。
発光素子120から出射される光のピーク波長は、封止部材140が波長変換可能な波長領域内に存在する。具体的には、封止部材140は、発光素子120から出射される青色光を、例えばピーク波長が535nm以上555nm以下且つ半値幅が50nm以上70nm以下の黄色光に波長変換する。なお、光のピーク波長が波長変換可能な波長領域内に存在するか否かは、波長変換部材による光の変換効率に基づいて判断することができる。ピーク波長の光の変換効率が10%未満の場合に、波長変換可能な波長領域内にピーク波長が存在しないとみなすことができる。
発光素子120が青色光を出射し、発光素子130が赤色光を出射し、波長変換部材として機能する封止部材140が青色光の一部を黄色光に波長変換するため、それら青色光と赤色光と黄色光との混色によって、発光モジュール100全体として白色光を出射する。なお、本願において、青色、赤色、黄色、白色など光の色を特定する表現は、国際照明委員会(CIE)で規定されているような厳密なものではなく(例えば、国際照明委員会は、青色の波長を435.8nm、赤色の波長を700nmと規定している。)、光の波長領域をおおよその範囲で特定するものに過ぎない。したがって、光の波長領域を厳密に特定する必要がある場合は、数値範囲を用いて特定している。
図5は、本実施の形態に係る発光素子の接続状態を説明するための配線図である。図5に示すように、配線171は、発光素子120を24直列2並列で所謂直並列接続しており、配線172は、発光素子130を24直列2並列で所謂直並列接続している。
図4(b)に示すように、各配線171、172は、その構成の一部として、複数のボンディングワイヤ173、174、および、複数のボンディングパッド175、176を有する。各ボンディングワイヤ173、174は、一端がいずれかの発光素子120、130に接続されており、他端がその発光素子120、130の最寄のボンディングパッド175、176に接続されている。
各ボンディングパッド175、176は、各発光素子列における隣り合う発光素子120、130間、および、発光素子列の両端よりも外側に、1つずつ配置されている。なお、図には表れていないが、発光素子列の両端の外側のボンディングパッド175、176は、端子部161〜164と電気的に接続されている。
以上のような電気的接続構成によって、発光素子120および発光素子130に独立した系統で電流を流すことが可能である。発光素子120と発光素子130とは、回路ユニット4によって別々に点灯制御される。図5に示すように、回路ユニット4は、点灯回路部4c、調光比検出回路部4d、および制御回路部4eを有し、外部の商用交流電源(不図示)と電気的に接続されており、商用交流電源から入力される電流を発光モジュール100に供給する。点灯回路部4cは、AC/DCコンバータを備え、商用交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換し、制御回路部4eからの指示に基づいて直流電圧を発光素子120および発光素子130に印加する。調光比検出回路部4dは、調光比の情報が含まれた調光信号を調光ユニット5から取得する。制御回路部4eは、調光比に基づいて発光素子120および発光素子130をPWM制御する。なお、電源は、商用交流電源に限らず、直流電源であってもよい。
(発光素子及び封止部材の断面形状)
図6は、図4においてX−X線で切った断面を示す断面図である。X−X線は、発光素子120の上面中心及び発光素子130の上面中心を通る直線である。
上述のとおり、発光素子120は上面と側面とに出射面を有する直方体である。この直方体を構成する上面、4側面、底面からなる6面のうち、発光素子120では上面と側面全体から光が出射される。そのため、上面と側面全体が光出射領域となる。図4では、X−X線で切った断面図における発光素子120の上面を120a2、側面を120a1、120a3と表す。また、図6において、H120、H130は発光素子120、130の素子の高さ、W120、W130は発光素子120、130の素子の断面の幅を表す。
封止部材140は、発光素子120を各1個ずつドーム状に封止している。すなわち、X−X線に沿った仮想面で切断した断面において、封止部材140の形状が略半楕円形である。各発光素子120を封止する各封止部材140の形状は全て略同一である。封止部材140の底面の直径をW140、底面から頂部までの高さをH140とするとき、封止部材140の底面の直径と高さとの比は、H140/W140として規定され、この比率が、封止部材140の光学特性を規定するアスペクト比R140となる。本実施の形態では、封止部材140の底面の直径W140は、一例として1200μmとした。
すなわち、封止部材140のアスペクト比R140とは、発光素子120の上面中心を通る封止部材140の縦断面(上面に対する法線を含む断面)において、次のように定義される。すなわち、アスペクト比R140は、発光素子120の側面120a1.120a3の光出射領域下端に位置する基板上面111における封止部材140の幅に対する封止部材140の頂部から基板上面111までの高さ方向の距離との比として定義される。
ここで、発光素子120の上面中心とは、上面の図心位置を指し、上面が、例えば、方形形状である本実施の形態の場合には、上面120a2における対角線の交点としてあらわすことができる。
発光素子130は、上述のとおり、上面に出射面を有する直方体である。この直方体を構成する上面、4つの側面、底面からなる6面のうち、発光素子130では主に上面から光が出射される。但し、側面のうち、側面と上面との間の稜線、この稜線から下方に約20μmの位置にある水平線、側面と側面との間の稜線に囲まれた線状領域からも、一部の光が出射される。そのため、上面と側面上部に位置する線状領域とが光出射領域となる。図4では、X−X線で切った断面図における発光素子130の上面を130a2、側面のうち光が出射される光出射領域を130a1、130a3と表す。
封止部材150は、発光素子130を各1個ずつドーム状に封止している。X−X線に沿った仮想面で切断した断面において、封止部材150の形状も略半楕円形である。発光素子130を封止する各封止部材150の形状は全て略同一である。封止部材150の底面の直径をW150、底面から頂部までの高さをH150とするとき、封止部材150の底面の直径と高さとの比は、H150/W150として規定される。
これに対し、封止部材150の外表面150aにおける、発光素子130上面の光出射領域130a2の位置Aおける直径をW0150とする。また、封止部材150の頂部から発光素子130上面の光出射領域130a2までの高さ方向の距離をH0150とする。そうすると、封止部材150の光学特性を規定するアスペクト比R150は、H0150/W0150として規定することができる。本実施の形態では、封止部材150の位置Aおける直径W0150は、一例として1200μm又は2500μmとした。
すなわち、封止部材150のアスペクト比R150とは、発光素子130の上面中心を通る縦断面(上面に対する法線を含む断面)において、次のように定義される。すなわち、アスペクト比R150は、発光素子130の上面の光出射領域130a2における封止部材150の幅に対する、封止部材150の頂部から発光素子130上面の光出射領域130a2までの高さ方向の距離との比として定義される。
ここで、発光素子130の上面中心とは、上面の図心位置をさし、上面が、例えば、方形形状である本実施の形態の場合には、上面130a2における対角線の交点としてあらわすことができる。
このアスペクト比が0.5以上であれば、前記断面における封止部材の形状が、上下方向に径が大きくなるように扁平させた楕円を上下に2等分して上半分だけにしたような略半楕円形になる。これにより、発光素子からの光を照明装置として必要な配光角(1/2ビーム角)120°±10°にて照射対象面上に照射することができる。
本実施の形態に係る照明装置10では、アスペクト比R140がアスペクト比R150よりも大きく、且つ1.85未満の範囲に構成されている。また、より好ましくは、アスペクト比R150に対するアスペクト比R140の比率を1.25以上1.65以下としてもよい。また、さらに好ましくは、アスペクト比R150に対するアスペクト比R140の比率を1.5以上1.65以下としてもよい。
このような形状の封止部材の形状は、液状の透光性材料をノズルから基板上に流し込み、それを固化させる際の、ノズル径、液量、粘度等を制御することによって形成することができる。
(封止部材の断面形状と色むらの関係)
封止部材140、150には、同じ種類の透光性材料が使用されている。そのため、各封止部材140、150を形成している透光性材料の屈折率は略同一である。封止部材140、150は、空気よりも屈折率が高い透光性材料で形成されている。本願において空気の屈折率は、1.000292(0℃、1気圧)とする。発光素子120、130からの出射光が、各封止部材140、150の外表面140a、150aにおいて封止部材側から上方に出る際に、外表面140a、150aと光軸との角度に基づきスネル法則に基づいて屈折し、屈折後の配光角にて照射対象面に光が照射される。そして、照射対象面における発光素子120、130からの照射光の分布が等価であれば、照明光の色むらが低減される。
[比較例の態様]
図7は、本実施の形態に係る発光モジュールの混色性能を説明するための模式図であって、(a)は本実施の形態に係る照明装置における混色の態様を示す図、(b)は比較例の照明装置における混色の態様を示す図である。
[比較例の態様]
図7(b)に示す比較例の照明装置では、発光素子120を封止する封止部材141と発光素子130を封止する封止部材150は、光学部材として機能する封止部材141の基板上面111より上方の部分と封止剤150の発光素子130上面より上方の部分において同一の断面形状を有する。そのため、封止部材141の底面である基板上面111での直径をW141とし、封止部材150の発光素子130の上面の光出射領域130a2おける幅をW0150とするとき、W141はW0150と同一である。また、封止部材141の基板上面111から頂部までの高さをH141とし、封止部材150の頂部から発光素子130上面の光出射領域130a2までの高さ方向の距離をH0150とするとき、H141はH0150と同一である。
図7(b)に示すように、発光素子120の上面120a2から出射され直上(基板110の上面111と直交する方向)に向かう光路L13、L14、L15を通る光は、主に封止部材141の外表面141aの頂上付近を通過して直上或いは直上に近い斜め上方に向かう。
同じく、発光素子130の上面130a2から出射され直上に向かう光路L23、L24、L25を通る光は、主に封止部材150の外表面150aの頂上付近を通過して直上或いは直上に近い斜め上方に向かう。
また、発光素子120の上面120a2の左端から左側斜め上方に向かう光路L12を通る光と、上面120a2の右端から右側斜め上方に向かう光路L16を通る光は、各々、各封止部材141の外表面141aから上方に出る際に屈折する。このとき、光は外表面141aと各々光路L12、L16との角度に基づいて屈折し、照射対象面上にその光が照射される。
同じく、発光素子130の上面130a2の左端から左側斜め上方に向かう光路L22を通る光と、上面130a2の右端から右側斜め上方に向かう光路L26を通る光は、各々、各封止部材150の外表面150aから上方に出る際に屈折する。このとき、光は外表面150aと各々光路L22、L26との角度に基づいて屈折し、照射対象面上にその光が照射される。
上述のとおり、封止部材141と150の断面形状は光学部材として機能する封止部材141の基板上面111より上方の部分と封止剤150の発光素子130上面より上方の部分において同一である。ゆえに、外表面141aと光路L12との角度は、外表面150aと光路L22との角度と略同一であり、屈折後における光路L12と光路L22との配光角は各々略同一となる。また、外表面141aと光路L16との角度は、外表面150aと光路L26との角度と略同一であり、屈折後における光路L16と光路L26との配光角は各々略同一となる。そのため、光路L12、L16を通る光と光路L22、L26を通る光は、各々照射対象面上において照射領域Dの中心Oから等距離の位置に照射される。
これに対し、基板上面111に位置する発光素子120の側面下端から出射される光と、発光素子130の側面の光出射領域下端から出射される光とでは、照射対象面上の照射位置が異なる。
具体的には、発光素子130の側面の光出射領域130a1下端から左側斜め上方に向かう光路L21を通る光と、側面の光出射領域130a3の下端から右側斜め上方に向かう光路L27を通る光は、各々、封止部材150の外表面150aから上方に出る際に屈折する。このとき、光は外表面150aと各々光路L21、L27との角度に基づいて屈折し、照射対象面上の照射領域Dの周辺部にその光が照射される。側面の光出射領域130a1、130a3の長さは、約20μmと小さいために、光路L21は光路L22と比較して、光路L27は光路L26と比較して、各々配光角は略同一となる。そのため、光路L21と光路L22を通る光は、照射対象面上において照射領域Dの中心Oからほぼ等距離の位置に照射される。同じく、光路L27と光路L26を通る光も照射領域Dの中心Oからほぼ等距離の位置に照射される。
基板上面111に位置する発光素子120の側面120a1の下端から左側斜め上方に向かう光路L11を通る光と、基板上面111に位置する側面120a3の下端から右側斜め上方に向かう光路L17を通る光は、各々、封止部材141の外表面141aから上方に出る際に屈折する。このとき、光は外表面141aと各々光路L11、L17との角度に基づいて屈折し、照射対象面にその光が照射される。発光素子120では、光が出射される側面120a1、120a3の高さH120は、約141から250μmと大きい。そのため、光路L11及びL17が封止部材141の外表面141aと交わる位置は、光路L12及びL16が外表面141aと交わる位置よりも、封止部材141の周縁方向に位置し、光路L11及びL17は光路L12及びL16よりも配光角が大きくなる。そして、光路L11を通る光は光路L16を通る光に対し、照射対象面上において照射領域Dの中心Oから外方に離間した位置に照射される。同じく、L17を通る光は光路L16を通る光に対し、照射領域Dの中心Oから外方に離間した位置に照射される。
そのため、発光素子120から光が照射される照射対象面上の照射領域D1と、発光素子130から光が照射される照射対象面上の照射領域D2とでは、D1がD2よりも大きくなる。そして、照射領域Dの周辺部と中央部において両者の照度比率に差異が生じ、周辺部と中央部において照射光の色度に差異が生じる色むらが発生することとなる。
[本実施の形態に係る態様]
図7(a)に示す本実施の形態に係る照明装置では、封止部材140の形状が従来の照明装置の封止部材141の形状と異なる。封止部材150の形状は比較例の照明装置と同じである。そのため、発光素子130から光が照射される照射対象面上の光の照度分布及び照射領域D2の大きさは従来の照明装置と同じである。
封止部材140では、上述のとおり、封止部材140の底面である基板上面111での直径をW140、基板上面111底面から頂部までの高さをH140とするとき、封止部材140の底面の直径と高さとの比は、H140/W140として規定され、この比率が、封止部材140の光学特性を規定するアスペクト比R140となる。
また、上述のとおり、封止部材150について、光学特性の実質的な指標となるパラメータとして以下を規定することができる。
すなわち、上述のとおり、封止部材150の外表面150aにおける、発光素子130上面の光出射領域130a2の位置Aおける直径をW0150とする。また、封止部材150の頂部から発光素子130上面の光出射領域130a2までの高さ方向の距離をH0150とする。そうすると、封止部材150の光学特性を規定するアスペクト比R150は、H0150/W0150として規定することができる。
このように、素子の主に上面から光が出射される発光素子130を用いる場合に、封止部材150の断面形状を光学部材として機能する各発光素子上面より上方の部分において評価することにより、封止部材の光学的特性を精度よく評価することができる。すなわち、発光素子130上面の光出射領域130a2の位置Aおける封止部材150の直径、及び封止部材150の頂部から発光素子130上面の光出射領域130a2までの高さ方向の距離を用いて封止部材140と150のアスペクト比を算出することにより、各封止部材の光学的特性を精度よく評価することができる。
本実施の形態に係る照明装置では、アスペクト比R140がアスペクト比R150よりも大きく、且つ1.85未満の範囲に構成されている。また、より好ましくは、アスペクト比R150に対するアスペクト比R140の比率が、1.25以上1.65以下となるよう構成されている。また、さらに好ましくは、アスペクト比R150に対するアスペクト比R140の比率を1.5以上1.65以下としてもよい。
その結果、発光素子120から出射される光の光路は以下に示すようになる。すなわち、発光素子120の上面120a2から出射され直上に向かう光路L13、L14、L15を通る光は、主に封止部材140の外表面140aの頂上付近を通過して直上或いは直上に近い斜め上方に向かう。この光路L13、L14、L15を通る光の光路は、従来の照明装置と略同一である。
一方、発光素子120の側面から出射される光は、照射対象面上の照射位置が、従来の照明装置と異なる。基板上面111に位置する発光素子120の側面120a1の下端から左側斜め上方に向かう光路L11を通る光と、基板上面111に位置する側面120a3の下端から右側斜め上方に向かう光路L17を通る光は、各々、各封止部材140の外表面140aから上方に出る際に屈折する。このとき、光は外表面140aと各々光路L11、L17との角度に応じて屈折し、照射対象面にその光が照射される。
上述のとおり、発光素子120では、光が出射される側面120a1、120a3の高さH120は、約140から250μmと大きい。そのため、光路L11は光路L12と比較して、L17は光路L16と比較して各々配光角が大きくなる。
しかしながら、本実施の形態に係る照明装置では、アスペクト比R140がアスペクト比R141よりも大きく構成されているので、外表面140aに対する入射角は外表面141aに対する入射角よりも大きい。そのため、光路L11は従来の照明装置における光路L11に比べてスネルの法則に基づき大きく内側に屈折する。その結果、光路L11を通る光は発光素子130から出た光路L21を通る光と、照射領域Dの中心Oからの距離が等しい位置に照射される。
同じく、光路L17は従来の照明装置における光路L17に比べて大きく内側に屈折する。そして、L17を通る光は発光素子130から出た光路L27を通る光と、照射領域Dの中心Oからの距離が等しい位置に照射される。
その結果、発光素子120からの照射領域D1と、発光素子130からの照射領域D2とが略同一となる。
また、発光素子120の上面120a2の左端から左側斜め上方に向かう光路L12を通る光と、上面120a2の右端から右側斜め上方に向かう光路L16を通る光は、各々、各封止部材140の外表面140aから上方に出る際に屈折する。このとき、光は外表面140aと各々光路L12、L16との角度に基づいて各々屈折し、照射対象面上にその光が照射される。その結果、光路L12、L16は従来の照明装置における光路L12、L16に比べて同様に大きく内側に屈折し、照射領域D1の外周の内側に照射される。
以上、説明したとおり、本実施の形態に係る照明装置では、発光素子120からの照射領域D1と、発光素子130からの照射領域D2とが略同一となる。その結果、照射領域Dの周辺部と中央部において両者の照度比率に差異が少なく、従来装置において照射領域の周辺部と中央部において生じていた色むらを軽減することができる。
<評価試験>
本実施の形態に係る発光モジュール100を用いて色むらの評価を行った。その結果について以下説明する。
図8は、本実施の形態の光学シミュレーションに用いた実施例1から4に係る発光モジュールの概要を示す図である。発光素子120の上面の方形の一辺長さは500μmとした。発光素子130の上面の方形の一辺長さは500μmとした。発光素子120を封止する封止部材140の、発光素子120の側面120a1及び120a3における光出射領域下端位置の封止部材外径は1200μmとした。ここで、発光素子120の光出射領域下端位置の封止部材外径とは、封止部材140の底部(基板上面111)の外径を表す。発光素子130を封止する封止部材150の、1200μm又は2500μmとした。ここで、封止部材140外径は、封止部材140の発光素子130素子上面における外径を用いて表した。また、発光素子120の発光素子高さは、140μm又は250μm、発光素子130の発光素子高さは250μmとした。各発光素子の配光角を示す1/2ビーム各は120°とした。
上記のような発光素子及び封止部材を用いた発光モジュールを点灯させたときの照射対象面上における照射領域内の各位置における色度を光学シミュレーションにより求め照射領域の中央と周辺との色差を算出した。ここで、光学シミュレーションには、上記2種の発光素子を同一基板上に1個ずつ配置し、発光素子から十分遠い場所(具体的には500mm)に配置した球面の受光面に到達する光の角度毎の強度分布を光線追跡法で算出する方法を用いた。
そして、照射領域の中央と周辺との色差が許容範囲内となるような、第1封止部材140のアスペクト比R140に対する第2封止部材150のアスペクト比R150の比を求めた。
許容範囲内となる色差の許容範囲は、複数人による官能評価に基づき照射面上において、CIExy色度図上における色差が、Δx≦0.04として評価を行った。この範囲を許容色差範囲と定義し、許容色差範囲内であれば、通常の使用状態において障害となることは少なく照射光の色むらとして許容できるレベルと評価することができる。
図9は、本実施の形態係る発光モジュールにおける、封止部材140のアスペクト比R140に対する封止部材150のアスペクト比R150の比率と、照射領域中央部と照射領域周辺部との色差との関係を示す図である。
(実施例1)
実施例1は、発光素子120、130の上面方形形状の1辺長さを500μm、発光素子120、130の発光素子高さを各々140μm及び250μm、封止部材140の基板上面111位置における外径、封止部材150の発光素子上面位置における外径を1200μmとした場合である。
図9(a)に示すように、実施例1では、封止部材140のアスペクト比R140と封止部材150のアスペクト比R150とが同じ場合(以後「アスペクト比が等価の場合」と略称する)を基準として、前者が大きいときに照射領域中央部と照射領域周辺部との色差(以後「色差」と略称する)は減少する。そして、封止部材150のアスペクト比R150に対する封止部材140のアスペクト比R140の比(以後「相対アスペクト比」と略称する)が1.85未満の範囲において、アスペクト比が等価の場合と比べて色差は小さくなる。
さらに、相対アスペクト比が、1.15以上1.65以下である場合に、色差は上記許容色差範囲に含まれる。このうち、相対アスペクト比が、1.39のときに、色差は最小となる。相対アスペクト比が、1.15以上1.39未満の範囲において、照射領域周辺部の光の色は青味を帯びた白色に変化する。他方、相対アスペクト比が、1.39より大きく1.65以下の範囲では、照射領域周辺部の光の色は赤味を帯びた白色に変化する。
(実施例2)
実施例2は、実施例1を基準に発光素子120の発光素子高さを250μmに変更した場合である。図9(b)に示すように、実施例2では、相対アスペクト比が1より大きく1.88未満の範囲で、アスペクト比が等価の場合と比べて色差は小さくなる。さらに、相対アスペクト比が、1.15以上1.8以下である場合に、色差は上記した許容色差範囲に含まれる。このうち、相対アスペクト比が、1.4のときに、色差は最小となる。相対アスペクト比が、1.15以上1.4未満の範囲において、照射領域周辺部の光の色は青味を帯びた白色に変化する。他方、相対アスペクト比が、1.4より大きく1.65以下の範囲では、照射領域周辺部の光の色は赤味を帯びた白色に変化する。
(実施例3)
実施例3は、実施例1を基準に封止部材150の発光素子の発光素子上面位置における外径を2500μmに変更した場合である。図9(c)に示すように、実施例3では、相対アスペクト比が1より大きく1.85未満の範囲で、アスペクト比が等価の場合と比べて色差は小さくなる。さらに、相対アスペクト比が、1.18以上1.74以下である場合に、色差は上記した許容色差範囲に含まれる。このうち、相対アスペクト比が、1.47のときに、色差は最小となる。相対アスペクト比が、1.15以上1.47未満の範囲において、照射領域周辺部の光の色は青味を帯びた白色に変化する。他方、相対アスペクト比が、1.47より大きく1.65以下の範囲では、照射領域周辺部の光の色は赤味を帯びた白色に変化する。
(実施例4)
実施例4は、実施例2を基準に封止部材150の発光素子の発光素子上面位置における外径を2500μmに変更した場合である。図9(d)に示すように、実施例4では、相対アスペクト比が1より大きく2.15未満の範囲で、アスペクト比が等価の場合と比べて色差は小さくなる。さらに、相対アスペクト比が、1.25以上1.85以下である場合に、色差は上記した許容色差範囲に含まれる。このうち、相対アスペクト比が、1.5のときに、色差は最小となる。相対アスペクト比が、1.15以上1.5未満の範囲において、照射領域周辺部の光の色は青味を帯びた白色に変化する。他方、相対アスペクト比が、1.5より大きく1.65以下の範囲では、照射領域周辺部の光の色は赤味を帯びた白色に変化する。
(まとめ)
以上の結果に基づき、本実施の形態に係る発光モジュールでは、相対アスペクト比が1より大きく1.85未満の範囲において、アスペクト比が等価の場合と比べて色差は小さくなる。
また、相対アスペクト比が、1.25以上1.65以下である場合に、色差は上記した許容色差範囲に含まれる。
さらに、以上の結果に基づき、相対アスペクト比が、1.5より大きく1.65以下の範囲では、照射領域周辺部の光の色は赤味を帯びた白色に変化する。他方、相対アスペクト比が、1.15以上1.39未満の範囲において、照射領域周辺部の光の色は青味を帯びた白色に変化する。
人の目は、同一色差間の変動であっても、色相が変化する場合には、より敏感に変化を感じる取ることが知られている。したがって、照明用光源の色調が、赤味がかった白色と青味がかった白色との間を、色相の変化を伴って変動することは好ましくない。ゆえに、許容色差範囲を変動する場合であっても、白色から青味がかった白色との間を変化する場合、又は白色から赤味がかった白色との間を変化する場合との、何れかであることが、照明光源としてより一層好ましい。
そこで、相対アスペクト比を、1.5以上1.65以下の範囲とすることで、照射領域周辺部の光の色を白色から赤味を帯びた白色の範囲での変動とすることができる。この場合は、白色から低い色温度白色の範囲において、色味変化を小さいと感じることができる照明光源を実現できる。
他方、相対アスペクト比を、1.15以上1.39未満の範囲とすることで、照射領域周辺部の光の色を白色から青味を帯びた白色の範囲での変動とすることができる。この場合は、白色から高い色温度白色の範囲において、色味変化を小さいと感じることができる照明光源を実現できる。
<効果>
以上、説明したように、本実施の形態に係る発光モジュール100は、以下の構成を備える。すなわち、基板110と、基板の上面111に存し異なるピーク波長の光を発する第1及び第2の発光素子120、130と、第1発光素子120を覆う透光性材料を含む第1及封止部材140と、第2発光素子130を覆う透光性材料と同種の材料を含む第2封止部材150とを備える。第1発光素子120は素子の上面120a2と側面120a1、120a3から光を出射し、第2発光素子130は素子の主に上面130a2から光を出射する。そして、第1発光素子120の上面120a2中心を通る第1封止部材140の縦断面において、基板上面111における幅W140(ドーム形状の底面外径に相当)に対する封止部材140の頂部から基板上面111までの高さ方向の距離との比で規定される第1比率R140を定義する。そして、第2発光素子130の上面130a2中心を通る第2封止部材150の縦断面において、封止部材150の外表面150aにおける、発光素子130上面の光出射領域130a2位置Aおける幅W0150に対する封止部材150の頂部から発光素子130上面の光出射領域130a2までの高さ方向の距離H0150との比で規定される第2比率R150を定義する。このとき、第1比率R140は第2比率R150よりも大きく、第1比率は第2比率に対し1.85未満である構成を採る。
このような構成により、異なる発光色の複数の光源、例えば、白色光源の発光素子からの光照射領域と、赤色発光素子からの光照射領域とを略同一にできる。また、照射対象面上における照射領域の周辺部と中央部において両光源の照度比率の差異が少ない。したがって、照射領域の周辺部と中央部において従来生じていた照明光の色むらを軽減することができる。
≪変形例≫
以下に、本発明に係る発光モジュール、照明装置および照明器具の変形例について説明する。なお、既に説明した部材と同じ部材が使用されている場合は、その部材と同じ符号を付して説明を簡略若しくは省略している。
<発光モジュール>
本発明に係る発光モジュールは、上記実施形態に係る発光モジュール100に限定されない。以下に本発明に係る発光モジュールの変形例を説明する。
例えば、上記実施の形態に係る発光モジュール100では、発光素子120は、例えば、上面が500μm×500μm、又は250μm×250μmの方形であって、高さが140μm〜250μmの直方体である構成とした。また、発光素子130は、例えば、上面が500μm×500μmの方形であって、高さが140μm〜250μmの直方体である構成とした。しかしながら、発光素子120、130の構成は、これに限られることはなく適宜変更可能である。例えば、発光素子130の高さを100μm以上150μm以下とすることにより、発光素子130の側面のうち光が出射される光出射領域の下端を基板110上面111に、より近接させることができる。これにより、発光素子120との光学特性上の差異を減少することができる。その結果、照射対象面上における照射領域の周辺部と中央部において両光源の照度比率の差異を容易に減少でき、照射領域の周辺部と中央部における照明光の色むらを容易に軽減することができる。
また、上記実施の形態に係る発光モジュール100では、発光素子120、130はLEDであったが、本発明に係る発光素子は、例えば、LD(レーザダイオード)や、EL素子(エレクトリックルミネッセンス素子)であってもよい。また、本発明に係る発光素子は、COB技術を用いてフェイスアップ実装されたものに限定されず、例えばSMD(Surface Mount Device)型のものが基板に搭載されていてもよい。
また、上記実施の形態に係る発光モジュール100では、発光素子120および発光素子130がそれぞれ48個存在したが、本発明に係る第1の発光素子および第2の発光素子の数は任意である。例えば、第1の発光素子および第2の発光素子は、それぞれ1個ずつであってもよいし、48個以外の複数個であってもよい。また、第1の発光素子と第2の発光素子とが同じ数である必要はない。第1の発光素子および第2の発光素子以外の発光素子が含まれていてもよい。
また、本実施の形態に係る第1の発光素子は、第2の発光素子とは異なるピーク波長の光を出射する発光素子であればよい。例えば、波長変換部材が波長変換可能な波長領域内にピーク波長が存在する光を出射する発光素子であれば良く、ピーク波長が440nm以上470nm以下の青色光を出射する発光素子に限定されない。例えば、ピーク波長が440nm以上470nm以下の青色光以外の青色光を出射する青色発光素子であってもよいし、紫外光を出射する発光素子であってもよい。
また、本実施の形態に係る第2の発光素子は、第1の発光素子とは異なるピーク波長の光を出射する発光素子であればよい。例えば、波長変換部材が波長変換可能な波長領域内にピーク波長が存在しない光を出射する発光素子であれば良く、ピーク波長が600nm以上660nm以下の赤色光を出射する発光素子に限定されない。例えば、ピーク波長が600nm以上660nm以下の赤色光以外の赤色光を出射する赤色発光素子であってもよい。
また、本実施の形態に係る波長変換材料としては、以下の蛍光体を用いてもよい。
蛍光体は、発光素子からの励起光にもよるが、蛍光体は、黄色蛍光体として、珪酸塩蛍光体たる(Sr、Ba)2SiO4:Eu2+、Sr3SiO5:Eu2+、ガーネット蛍光体たる(Y、Gd)3Al512:Ce3+、Y3Al512:Ce3+、Y3Al512:Ce3+、Pr3+、Tb3Al512:Ce3+、硫化物蛍光体であるチオガレート蛍光体たるCaGa24:Eu2+、α−サイアロン蛍光体たるCa−α−SiAlON:Eu2+、(0.75(Ca0.9Eu0.1)O・2.25AlN・3.25Si34:Eu2+、Ca1.5Al3Si916:Eu2+など)、酸窒化物蛍光体たるBa3Si6122:Eu2+、窒化物蛍光体たる(Ca、Sr、Ba)AlSiN3:Eu2+を好適に用いることができる。
上記実施の形態に係る発光モジュール100では、発光素子列112〜115及び発光素子列116〜119が平面視帯状であったが隆起部分の形状は任意であり、第2の発光素子を上に実装できる形状であればよい。
(変形例1)
上記実施の形態に係る発光モジュール100では、封止部材140、150は、例えば、底面の直径が約1〜3mmである平面視略円形のドーム形状であって、各発光素子120、130をそれぞれ各1個ずつ封止している構成とした。しかしながら、封止部材140、150が、各発光素子120、130を封止する態様は上記に限られず、例えば、複数の発光素子120又は複数の発光素子130を、連続して封止する態様としてもよい。
図10は、変形例1に係る発光モジュールを示す図であって、(a)は平面図、(b)は右側面図、(c)は正面図である。図11は、図10においてX−X線で切った断面を示す断面図である。図10および図11に示すように、変形例1に係る発光モジュール300では、実施の形態と同様に、列状に配列された複数の発光素子120で構成される発光素子列112〜115が4列に形成されている。列状に配列された複数の発光素子130で構成される発光素子列116〜119が4列に形成されている。発光素子列112〜115、発光素子列116〜119は、長手方向が同じ方向を向くように等間隔を空けながら略平行に配置されている。
そして、長尺状の第1封止部材341〜344(以後「封止部材341〜344」と略称する)は、各発光素子列112〜115に含まれる複数の発光素子120を帯状に連続的に封止している。また、同様に長尺状の第2封止部材351〜354(以後「封止部材351〜354」と略称する)は、各発光素子列116〜119に含まれる複数の発光素子130を帯状に連続的に封止している。
封止部材341〜344及び封止部材351〜354の材質は、実施の形態における封止部材140、150と同じ透光性材料から構成されている。また、封止部材341〜344には、実施の形態と同様に透光性材料に波長変換材料が混入されており、封止部材341〜344は、光の色を変換するための波長変換部材として機能する。
(発光素子及び封止部材の断面形状)
図11は、図10に示すX−X線に沿った断面図である。X−X線は、発光素子120の上面中心及び第2発光素子130の上面中心を通り発光素子列112及び116の列方向と垂直な直線である。
発光素子120、130は、実施の形態と同じであり説明を省略する。
封止部材341の断面は、発光素子列112の列方向と垂直なX−X線に沿った断面において発光素子120を半楕円形状である。発光素子列112に沿った方向では、各発光素子120の上面中心を通るX−X線と平行な断面において、封止部材351の断面形状は略同一である。また、各発光素子列112〜115を封止する各封止部材341〜344の断面形状は、各発光素子120の上面中心を通るX−X線と平行な断面において略同一である。
封止部材351の断面は、発光素子列116の列方向と垂直なX−X線に沿った断面において半楕円形状である。発光素子列116に沿った方向では、各発光素子130の上面中心を通るX−X線と平行な断面において、封止部材351の断面形状は略同一である。また、各発光素子列116〜119を封止する各封止部材351〜354の断面形状は、各発光素子130の上面中心を通るX−X線と平行な断面において略同一である。
このような、封止部材の断面形状は、液状の透光性材料を各発光素子列に沿って移動するノズルから基板上に流し込み、それを固化させて形成する。その際、ノズル径、液量、ノズルの移動速度、粘度等を制御することによって形成することができる。
図11において、封止部材341の底面である基板上面311での幅をW340、基板上面311から頂部までの高さをH340とするとき、封止部材341の底面の幅と高さとの比は、H340/W340として規定され、この比率が、封止部材341の光学特性を規定するアスペクト比R340となる。
また、封止部材351の底面の幅をW350、底面から頂部までの高さをH350とするとき、封止部材351の底面の幅と高さとの比は、H350/W350として規定される。
これに対し、封止部材351の外表面351aにおける、発光素子130上面の光出射領域130a2の位置Aおける幅をW0350とする。また、封止部材351の頂部から発光素子130上面の光出射領域130a2までの高さ方向の距離をH0350とする。そうすると、封止部材351の光学特性を規定するアスペクト比R350は、H0350/W0350として規定することができる。
そして、変形例1に係る発光モジュールでは、アスペクト比R340がアスペクト比R350よりも大きく、且つ1.85未満の範囲に構成されている。また、より好ましくは、アスペクト比R350に対するアスペクト比R340の比率が、1.25以上1.65以下となるよう構成されている。また、さらに好ましくは、アスペクト比R350に対するアスペクト比R340の比率を1.5以上1.65以下としてもよい。
これにより、実施の形態と同様に、発光素子120からの光照射領域と、発光素子130からの光照射領域とが略同一となる。その結果、照射領域の周辺部と中央部において両者の照度比率に差異が少なく、従来装置において照射領域の周辺部と中央部において生じていた色むらを軽減することができる。
(変形例2)
図12は、変形例2に係る発光モジュールを示す図であって、(a)は平面図、(b)は右側面図、(c)は正面図である。図12に示すように、変形例2に係る発光モジュール400も、実施の形態に係る発光モジュール100と同様に、封止部材は平面視略円形のドーム形状であって、各発光素子120、130をそれぞれ各1個ずつ封止している構成としている。しかしながら、変形例2に係る発光モジュール400では、基板410には、発光素子120および発光素子130は、基板410の上面411に千鳥配置で実装されている。
封止部材は、発光素子120および発光素子130を素子ごとに1つずつ封止している複数の第1封止部材440、第2封止部材450((以後「封止部材440」、「封止部材450」と略称する)で構成されている。各封止部材440、450は、例えば、底面の直径が約1〜3mmである平面視略円形のドーム形状である。なお、封止部材440、450の形状はこのようなものに限定されず任意であって、例えば略半球状であってもよい。
封止部材440、450の材質は、実施の形態における封止部材140、150と同じ透光性材料から構成されている。また、封止部材440には、実施の形態と同様に透光性材料に波長変換材料が混入されており、封止部材440は、光の色を変換するための波長変換部材として機能する。
変形例2に係る照明装置においても、各封止部材140、150のアスペクト比は、実施の形態における封止部材140、150と同様に定義される。
すなわち、封止部材440の底面である基板上面411での直径をW440、基板上面411から頂部までの高さをH440とするとき、封止部材440の底面の直径と高さとの比は、H440/W440として規定されるアスペクト比R440が、封止部材440の光学特性を規定する。
また、封止部材450の外表面における、発光素子130上面の光出射領域130a2の位置おける直径をW0450とする。また、封止部材450の頂部から発光素子130上面の光出射領域130a2までの高さ方向の距離をH0450とする。そうすると、封止部材450の光学特性を規定するアスペクト比R450は、H0450/W0450として規定される。
そして、変形例2に係る発光モジュールでも、アスペクト比R440がアスペクト比R450よりも大きく、且つ1.85未満の範囲に構成されている。また、より好ましくは、アスペクト比R450に対するアスペクト比R440の比率が、1.25以上1.65以下となるよう構成されている。また、さらに好ましくは、アスペクト比R450に対するアスペクト比R440の比率を1.5以上1.65以下としてもよい。
これにより、実施の形態と同様に、発光素子120からの光照射領域と、発光素子130からの光照射領域とが略同一となる。その結果、照射領域の周辺部と中央部において両者の照度比率に差異が少なく、従来装置において照射領域の周辺部と中央部において生じていた色むらを軽減することができる。
<照明装置>
本発明に係る照明装置は、上記実施形態に係る照明装置10に限定されない。例えば、上記実施の形態は、実施の形態に係る照明装置をダウンライト用のランプユニットに応用する形態であったが、照明装置の形態は上記実施の形態に限定されない。例えば、以下に説明するような直管形蛍光灯などの代替として期待される直管形LEDランプや、LED電球に応用してもよい。直管形LEDランプとは、電極コイルを用いた従来の一般直管蛍光灯と略同形のLEDランプをいう。LED電球とは、従来の白熱電球と略同形のLEDランプをいう。
(変形例3)
図13は、変形例3に係る照明装置を示す斜視図である。図13に示すように、照明装置500は、長尺筒状の筐体501と、筐体501内に配置された基台502と、基台502に搭載された発光モジュール503と、筐体501の両端部に取り付けられた一対の口金504、505とを備える。
筐体501は、両端部に開口を有する長尺筒状であって、基台502および発光モジュール503が収容されている。筐体501の材質は特に限定されるものではないが、透光性材料であることが好ましく、透光性材料としては、例えばプラスチックのような樹脂やガラス等が挙げられる。なお、筐体501の横断面形状は特に限定されず、円環状であってもよいし、多角形の環状であってもよい。
基台502は、両端が一対の口金504、505の近傍にまで延びた長尺板状であって、その長手方向の長さは、筐体501の長手方向の長さと略同等である。基台502は、発光モジュール503の熱を放熱するためのヒートシンクとして機能することが好ましく、そのためには金属等の高熱伝導性材料によって形成されていることが好ましい。
発光モジュール503は、基板510と、基板510の上面に実装された発光素子120および発光素子130と、それら発光素子120を封止している第1封止部材540および発光素子130を封止している第2封止部材550とを備える((以後「封止部材540」、「封止部材550」と略称する)。発光素子120および発光素子130は、それぞれ長手方向に沿った直線状の発光素子列を構成するように配置されている。発光素子120で構成される発光素子列および発光素子130で構成される発光素子列は、それぞれ封止部材540、550により封止されている。封止部材540、550は、それぞれが基台502の長手方向に沿った長尺状であり、間隔を空けて並行に並べて配置されている。封止部材540、550の材質は、実施の形態における封止部材140、150と同じ透光性材料から構成され、封止部材540には透光性材料に波長変換材料が混入されている。
ここで、変形例3に係る照明装置においても、各封止部材140、150の、長尺方向に垂直な方向の断面におけるアスペクト比は、実施の形態における封止部材140、150について規定したアスペクト比と同様に定義される。
そして、変形例3に係る照明装置でも、アスペクト比R540がアスペクト比R550よりも大きく、且つ1.85未満の範囲に構成されている。また、より好ましくは、アスペクト比R550に対するアスペクト比R540の比率が、1.25以上1.65以下となるよう構成されている。また、さらに好ましくは、アスペクト比R550に対するアスペクト比R540の比率を1.5以上1.65以下としてもよい。
これにより、実施の形態と同様に、発光素子120からの光照射領域と、発光素子130からの光照射領域とが略同一となる。その結果、照射領域の周辺部と中央部において両者の照度比率に差異が少なく、従来装置において照射領域の周辺部と中央部において生じていた色むらを軽減することができる。
一対の口金504、505は、照明器具(不図示)のソケットに取り付けられる。照明装置500を照明器具に取り付けた状態において、一対の口金504、505を介して発光モジュール503への給電が行われる。また、発光モジュール503で生じた熱が、基台502および一対の口金504、505を介して照明器具に伝わる。
(変形例4)
図14は、変形例4に係る照明装置を示す断面図である。図14に示すように、変形例4に係る照明装置600は、発光モジュール100、ホルダ620、回路ユニット630、回路ケース640、口金650、グローブ660、および、筐体670を主な構成とするLED電球である。
発光モジュール100は、上記実施の形態に係る発光モジュール100と同じものである。
ホルダ620は、モジュール保持部621と回路保持部622とを備える。モジュール保持部621は、発光モジュール100を筐体670に取り付けるための略円板状の部材であって、アルミニウムなどの良熱伝導性材料からなり、その材料特性によって、発光モジュール100からの熱を筐体670へ熱を伝導する熱伝導部材としても機能する。回路保持部622は、例えば合成樹脂で形成された略円形皿状であって、ねじ623によってモジュール保持部621に固定されている。回路保持部622の外周には回路ケース640に係合させるための係合爪624が設けられている。
回路ユニット630は、回路基板631と回路基板631に実装された複数個の電子部品632とからなり、前記回路基板631が回路保持部622に固定された状態で筐体670内に収納されており、発光モジュール100と電気的に接続されている。回路ユニット630は、上記実施の形態に係る回路ユニット4に相当する。
回路ケース640は、回路ユニット630を内包した状態で回路保持部622に取り付けられている。回路ケース640には、回路保持部622の係合爪624と係合する係合孔641が設けられており、前記係合爪624を前記係合孔641に係合させることによって、回路保持部622に回路ケース640が取り付けられている。
口金650は、JIS(日本工業規格)で規定された口金、例えばE型口金の規格に適合する口金であり、一般白熱電球用のソケット(不図示)に装着するために使用される。口金650は、筒状胴部とも称されるシェル651と円形皿状をしたアイレット652とを有し、回路ケース640に取り付けられている。シェル651とアイレット652とは、ガラス材料からなる絶縁体部653を介して一体となっている。シェル651は、回路ユニット630の一方の給電線633と電気的に接続されており、アイレット652は、回路ユニット630の他方の給電線634と電気的に接続されている。
グローブ660は、略ドーム状であって、発光モジュール100を覆うようにして、その開口端部661が接着剤662によって筐体670およびモジュール保持部621に固定されている。
筐体670は、例えば円筒状であって、一方の開口側に発光モジュール100が配置され、他方の開口側に口金650が配置されている。筐体670は、発光モジュール100からの熱を放散させる放熱部材(ヒートシンク)として機能させるために、熱伝導性の良い材料、例えばアルミニウムを基材として形成されている。
(変形例5)
図15は、変形例5に係る照明装置を示す斜視図である。図16は、変形例5に係る照明装置を示す断面図である。図15および図16に示すように、変形例5に係る照明装置700は、発光モジュール710、グローブ720、ステム730、支持部材740、ケース750、回路ユニット760、および口金770を主な構成とするLED電球である。
発光モジュール710は、基板711と、発光素子120(不図示)と、発光素子130(不図示)と、封止部材714とを備える。基板711は、透光性材料で構成される透光性の基板であって、上面711aには発光素子120および発光素子130が実装されている。第1封止部材714は、発光素子120を発光素子列ごと別々に封止している2つの第1封止部材714a、714b((以後、「封止部材714」、「封止部材714a」、「封止部材714b」と略称する)で構成されている。また、第2封止部材715は、発光素子130を発光素子列ごと別々に封止している2つの第2封止部材715a、715b((以後、「封止部材715」、「封止部材715a」、「封止部材715b」と略称する)で構成されている。封止部材714、715の材質は、実施の形態における封止部材140、150と同じ透光性材料から構成され、封止部材540には透光性材料に波長変換材料が混入されている。
封止部材714、715は、長尺状であって、長手方向両端部はR形状(具体的には略四半球形)になっており、平面視における長手方向両端部の形状は略半円形である。また、各封止部材714、715は、長手方向と直交する仮想面で切断した断面の形状が略半楕円形である。
また、ここでも各封止部材714、715の、長尺方向に垂直な方向の断面におけるアスペクト比は、実施の形態における封止部材140、150について規定したアスペクト比と同様に定義される。 そして、封止部材714a、のアスペクト比R714が封止部材715a、715bのアスペクト比R715よりも大きく、且つ1.85未満の範囲に構成されている。また、より好ましくは、アスペクト比R715に対するアスペクト比R714の比率が、1.25以上1.65以下となるよう構成されている。また、さらに好ましくは、アスペクト比R715に対するアスペクト比R714の比率を1.5以上1.65以下としてもよい。
これにより、実施の形態と同様に、発光素子120からの光照射領域と、発光素子130からの光照射領域とが略同一となる。その結果、照射領域の周辺部と中央部において両者の照度比率に差異が少なく、従来装置において照射領域の周辺部と中央部において生じていた色むらを軽減することができる。
グローブ720は、一般的な白熱電球のガラスバルブと同様の形状であって、内部に発光モジュール710が収容されている。グローブ720は、シリカガラス、アクリル樹脂などの透光性材料で構成されており、透明であって、内部に収容された発光モジュール710は外部から視認可能である。発光モジュール710はグローブ720の内部の略中央に配置されているため、照明装置700は白熱電球に近似した配光特性を有する。さらに、基板711が透光性の基板であるため、基板711の上面711aに実装された発光素子120、130から出射された光が基板711を透過して口金770側にも照射され、照明装置700はより白熱電球と近似した配光特性を有する。なお、グローブ720は、必ずしも透明である必要はなく、例えばシリカからなる乳白色の拡散膜が内面に形成された半透明のグローブであってもよい。また、基板711の下面711bにも発光素子120、130が実装されていてもよい。
ステム730は、棒状形状であって、グローブ720の開口部721の近傍からグローブ720内に向かって延びるように配置されており、基端が支持部材740に固定され、先端に発光モジュール710が取り付けられている。ステム730は、発光モジュール710の熱を支持部材740に伝導させる役割を果たすため、発光モジュール710の基板711よりも熱伝導率の大きい材料で構成されていることが好ましい。例えば、Al、Al合金などの金属材料、セラミックなどの無機材料によって構成されていることが好ましい。発光モジュール710のステム730への取り付けは、発光モジュール710の基板711を、ステム730の先端に設けられた搭載部731に、例えば接着剤、接着シートなどの固着材によって固着することにより行われている。接着剤としては、例えば、金属微粒子をシリコーン樹脂に分散させてなる高熱伝導性の接着剤が挙げられる。接着シートとしては、例えば、アルミナ、シリカ、酸化チタンなどの熱伝導性のフィラーをエポキシ樹脂に分散させてシート状に形成し、その両面に接着剤を塗布してなる高熱伝導性の接着シートが挙げられる。それら高熱伝導性の接着剤および接着シートは、発光モジュール710の熱をステム730に効率良く伝導させることができるため好適である。なお、ステム730の表面に研磨処理による鏡面仕上げなどによって反射面を形成することで、配光制御を行ってもよい。
支持部材740は、円形板状であって、第1支持部741と第2支持部742とを備える。発光モジュール710側に位置する第1支持部741は、口金770側に位置する第2支持部742よりも径が小さく、その径の差によって支持部材740の外周には段差が生じている。その段差にグローブ720の開口部721を当接させた状態で、グローブ720と支持部材740とが接着剤722により接着され、グローブ720の開口部721が第2支持部742によって塞がれている。支持部材740は、ステム730と同様に熱伝導率の大きい材料、例えば金属材料または無機材料によって構成されている。なお、なお、第1支持部741の表面に研磨処理による鏡面仕上げなどによって反射面を形成することで、配光制御を行ってもよい。
ケース750は、内部に回路ユニット760が収容された筒状の部材であって、ガラス繊維を含有するポリブチレンテレフタレート(PBT)などの絶縁性材料で構成されており、グローブ720側に位置する第1ケース部751と、口金770側に位置する第2ケース部752とを備える。ケース750と支持部材740とは、支持部材740に第1ケース部751を外嵌させた状態で接着剤722により固定されている。第2ケース部752の外周面にはねじ溝が形成されており、そのねじ溝を利用して口金770が第2ケース部752に螺合されている。
回路ユニット760は、回路基板761と回路基板761に実装された複数個の電子部品762とからなり、ケース750内に収納されている。回路ユニット760は、上記実施の形態に係る回路ユニット4に相当する。発光モジュール710と回路ユニット760とは、例えば、熱伝導率が高い銅(Cu)を含む金属線で構成される給電線763により電気的に接続されている。各給電線763の一端は、発光モジュール710の端子部(不図示)と半田などにより電気的に接続されており、各給電線763の他端は、回路ユニット760と電気的に接続されている。
口金770は、JISで規定された口金、例えばE型口金の規格に適合する口金であり、一般白熱電球用のソケット(不図示)に装着するために使用される。口金770は、筒状胴部とも称されるシェル771と円形皿状をしたアイレット772とを有する。シェル771と回路ユニット760、アイレット772と回路ユニット760は、それぞれ給電線764、765を介して電気的に接続されている。
(変形例6)
図17は、変形例6に係る照明装置を示す斜視図である。図18は、変形例6に係る照明装置を示す断面図である。図19は、変形例6に係る照明装置を示す分解斜視図である。
図17に示すように、変形例6に係る照明装置800は、電源回路内蔵型のLEDユニット(ライトエンジン)であって、上記実施の形態に係る発光モジュール100、載置部材810、ケース820、カバー830、熱伝導シート840、850、固定用ネジ860、反射鏡870、および回路ユニット880を備える。
載置部材810は、照明装置800を装置設置面に固定するための固定部材として機能する。また、載置部材810は、発光モジュール100の基板110が取り付けられる台座として機能する。載置部材810は、例えば、Alなどの熱伝導性が高い材料で構成されている。
ケース820は、発光モジュール100を囲う円筒形状の筐体であって、光出射側に開口が形成されており、例えば、PBTなどの絶縁性を有する合成樹脂からなる樹脂筐体で構成されている。ケース820の内部には、発光モジュール100、熱伝導シート840、反射鏡870、および回路ユニット880が収容されている。
カバー830は、ケース820の内部に収容された発光モジュール100などを保護する役割を果たす部材であって、ケース820の光出射側に形成された開口を塞ぐように、接着剤、リベットまたはネジなどによってケース820に取り付けられている。カバー830は、発光モジュール100からの光を効率良く透光できるように、ポリカーボネート樹脂などの透光性を有する合成樹脂で構成されており、カバー830越しにケース820の内部が透けて見える。
図18に示すように、熱伝導シート840は、発光モジュール100と載置部材810との間に配置されている。熱伝導シート840は、基板110と載置部材810とを熱的に接続する熱伝導シートであって、例えば、シリコーンゴムシート或いはアクリルシートなどで構成されており、発光モジュール100の熱を載置部材810へ効率良く伝導させる役割を果たす。
熱伝導シート850は、載置部材810と装置設置面(不図示)との間に配置されている。熱伝導シート850も、例えば、シリコーンゴムシート或いはアクリルシートなどで構成されており、熱伝導シート840および載置部材810を介して熱伝導シート850に伝導する発光モジュール100の熱を装置設置面に逃がす役割を果たす。
図19に示すように、載置部材810とケース820とは固定用ネジ860によって互いに固定されている。
反射鏡870は、発光モジュール100からの光を外部に効率良く取り出すための光学部材であって、カバー830に向かって径が漸次拡大した筒状形状を有し、ポリカーボネートなどの反射率の高い材料によって構成されている。なお、反射率を向上させるために、反射鏡870の内面に反射膜をコーティングしてもよい。
回路ユニット880は、回路基板と当該回路基板に実装された複数個の電子部品とからなり、図面では電子部品が省略されている。回路ユニット880は、円形状の開口が形成された円環状の形状をしており、ケース820の内部であって反射鏡870の外周の空間に配置されている。
(照明器具)
本発明に係る照明器具は、上記実施形態に係る照明器具1に限定されない。
例えば、上記実施の形態では、発光モジュールが照明装置の一部として照明器具に組み込まれていたが、発光モジュールは、照明装置の一部としてではなく、それ単体として照明装置を介さずに、照明器具に直接組み込まれていてもよい。
(その他)
以上、本発明の構成を、上記実施の形態および変形例に基づいて説明したが、本発明は上記実施の形態およびその変形例に限られない。例えば、上記実施の形態およびその変形例の部分的な構成を、適宜組み合わせてなる構成であってもよい。また、上記実施の形態に記載した材料、数値等は好ましいものを例示しているだけであり、それに限定されることはない。さらに、本発明の技術的思想の範囲を逸脱しない範囲で、構成に適宜変更を加えることは可能である。本発明は、照明用途全般に広く利用可能である。
1 照明器具
10、500、600、700、800 照明装置
100、300、400、710 発光モジュール
110、310、410、711 基板
111、311、411、711a 上面
120 第1の発光素子
130 第2の発光素子
140、141、340、440、540、714 第1封止部材
150、350、450、550、715 第2封止部材

Claims (9)

  1. 基板と、
    前記基板の上面に存し異なるピーク波長の光を発する第1及び第2の発光素子と、
    前記第1発光素子を覆う透光性材料を含む第1封止部材と、
    前記第2発光素子を覆う前記透光性材料と同種の材料を含む第2封止部材とを備え、
    前記第1発光素子は素子の上面と側面から光を出射し、
    前記第2発光素子は素子の主に上面から光を出射し、
    前記第1発光素子の上面中心を通る前記第1封止部材の縦断面において、前記基板上面における前記第1封止部材の幅に対する前記第1封止部材の頂部から前記基板上面までの高さ方向の距離との比で規定される第1比率は、
    前記第2発光素子の上面中心を通る前記第2封止部材の縦断面おいて、前記第2発光素子上面における前記第2封止部材の幅に対する前記第2封止部材の頂部から前記第2発光素子上面までの高さ方向の距離との比で規定される第2比率よりも大きく、
    且つ、前記第1比率は前記第2比率に対し1.85倍未満である
    発光モジュール。
  2. 前記第1比率の前記第2比率に対する比率は、1.25以上1.65以下である
    請求項1に記載の発光モジュール。
  3. 前記第1比率の前記第2比率に対する比率は、1.5以上1.65以下である
    請求項2に記載の発光モジュール。
  4. 前記第1発光素子と同一のピーク波長の光を発する第3発光素子と、
    前記第2発光素子と同一のピーク波長の光を発する第4発光素子とをさらに備え、
    前記第3発光素子は前記基板の上面に前記第1発光素子と列状に配列され第1発光素子列を構成し、
    前記第4発光素子は前記基板の上面に前記第2発光素子と列状に配列され第1発光素子列を構成し、
    前記第1及び第2封止部材は前記第1及び第2発光素子列を各々帯状に覆っている
    請求項1から3のいずれかに記載の発光モジュール。
  5. 前記第1発光素子は青色光を発し、前記第2発光素子は赤色光を発する、
    請求項1から4のいずれかに記載の発光モジュール。
  6. 前記第1封止部材は波長変換部材を含み、当該波長変換部材は前記青色光の一部を異なる色の光に波長変換し、青色光と赤色光と前記異なる色の光との混色によって得られる白色光をモジュール全体として出射する
    請求項5に記載の発光モジュール。
  7. 前記青色光のピーク波長が440以上470nm以下であり、前記赤色光のピーク波長が600nm以上660nm以下である
    請求項5または6に記載の発光モジュール。
  8. 請求項1から7のいずれかに記載の発光モジュールを備えることを特徴とする照明装置。
  9. 請求項1から7のいずれかに記載の発光モジュールを備えることを特徴とする照明器具。
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