JP2015061024A - 発光モジュール - Google Patents

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Isayuki Nagahama
功幸 長浜
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Abstract

【課題】中心軸方向からずれた方向に最大光度を有する配光特性を得つつも、色ムラを抑制することが可能な発光モジュールを提供する。
【解決手段】基板11とその主面11aに配置された光源部15とを有し、光源部15は、主面11aに実装された半導体発光素子12と、半導体発光素子12の少なくとも主出射面12aを被覆する膜状であり、半導体発光素子12の出射光により励起される蛍光体粒子13aを含む蛍光体膜13と、蛍光体膜13で被覆された半導体発光素子12を封止するドーム状であるとともに、主面11aを平面視した場合の平面視形状が円形状であり、かつ、当該平面視における中心O2が当該平面視における半導体発光素子12の中心O1から50μm以上ずれて配置された、透光性の封止体14と、を備える。
【選択図】図2

Description

本発明は、半導体発光素子を利用した発光モジュールに関する。
近年、白熱灯の代替品として、LED(Light Emitting Diode)等の半導体発光素子を用いた発光モジュールが普及しつつある(例えば、特許文献1)。図43は、特許文献1に係る発光モジュール9000の構成を示す図である。図43(a)は発光モジュール9000の斜視図、図43(b)は発光モジュール9000の平面図、図43(c)は図43(b)におけるX‐X線矢視断面図である。
図43に示すように、発光モジュール9000は、実装基板9001、実装基板9001の主面に実装されたLED9002、LED9002を被覆する蛍光体層9003を有する。蛍光体層9003は、図43(a)に示すように外観がドーム状であるとともに、図43(b)に示すように、実装基板9001の主面を平面視した場合の平面視形状が円形である。また、図43(c)に示すように、蛍光体層9003には、LED9002の出射光により励起される蛍光体粒子9004が分散されている。さらに、上記平面視において、蛍光体層9003は、その中心O902がLED9002の中心O901からずれて配置されている。
特開2013−128052号公報
ところで、実装基板の主面を平面視した際に蛍光体層の中心をLEDの中心と重なるように配置した場合、発光モジュールから出射される光の強度は、発光モジュールの中心軸方向が最も強くなる。ここで、発光モジュールの中心軸とは、LEDの主出射方向に延伸する仮想線であって、実装基板の主面を平面視した場合における蛍光体層の中心を通る仮想線をいう。発光モジュール9000の場合の中心軸は、図43に示すように、蛍光体層9003の中心O902を通る軸Jである。しかしながら、照明器具の用途によっては、発光モジュールの中心軸方向からずれた方向に最大光度を有する配光特性の発光モジュールが必要となる場合がある。その場合、特許文献1に係る発光モジュールのように、上記平面視において、蛍光体層の中心をLEDの中心からずれて配置することで、発光モジュールの中心軸方向からずれた方向に最大光度を有するようにすることができる。
ところが、特許文献1に係る発光モジュールの構成では、発光モジュール9000からの出射光の色ムラが増大してしまう。これは、LED9002の光が蛍光体層9003に入射してから蛍光体層9003から出射するまでの距離が、中心軸Jを中心とする周方向において不均一となるからである。上記距離が不均一になることで、蛍光体層9003において波長変換される光の量が不均一となり、色ムラが増大する。
本発明は、中心軸方向からずれた方向に最大光度を有する配光特性を得つつも、色ムラを抑制することが可能な発光モジュールを提供することを目的とする。
本発明の一態様に係る発光モジュールは、基板と、当該基板の主面に配置された1または複数の光源部とを有する発光モジュールであって、前記光源部は、前記主面に実装された半導体発光素子と、前記半導体発光素子の少なくとも主出射面を被覆する膜状であり、前記半導体発光素子の出射光により励起される蛍光体粒子を含む蛍光体膜と、前記蛍光体膜で被覆された前記半導体発光素子を封止するドーム状であるとともに、前記主面を平面視した場合の平面視形状が円形状であり、かつ、当該平面視における中心が当該平面視における前記半導体発光素子の中心から50μm以上ずれて配置された、透光性の封止体と、を備えることを特徴とする。
特許文献1に係る発光モジュールでは、半導体発光素子の出射光の波長変換を担う構成が蛍光体層であり、外観がドーム状である。一方、本発明の一態様に係る発光モジュールでは、半導体発光素子の出射光の波長変換を担う構成は蛍光体膜であり、膜状である。このような構成により、半導体発光素子の出射光が蛍光体膜に入射してから蛍光体膜から出射するまでの距離を、発光モジュールの中心軸を中心とする周方向において均一にすることができる。したがって、波長変換される半導体発光素子の出射光の量が上記中心軸を中心とする周方向において均一化される結果、特許文献1に係る構成と比較して、色ムラを抑制することができる。
以上説明したように、本発明によれば、中心軸方向からずれた方向に最大光度を有する配光特性を得つつも、色ムラを抑制することが可能な発光モジュールを提供することができる。
さらに、前記蛍光体膜の膜厚は、50[μm]〜200[μm]であることを特徴とする。
もしくは、前記半導体発光素子は、前記主面を平面視した場合における平面視形状が長方形状の直方体状であり、前記主面を平面視した場合における前記封止体の中心から前記半導体発光素子の中心へ向かう方向は、前記主面を平面視した場合における前記長方形状の短辺方向と一致することを特徴とする。
あるいは、前記主面を平面視した場合における前記封止体の中心と前記半導体発光素子の中心との距離は、前記主面を平面視した場合における前記封止体の中心から前記半導体発光素子の中心へ向かう方向に沿った前記封止体の長さの5[%]以上であることを特徴とする。
また、前記主面を平面視した場合における、前記封止体の中心から前記半導体発光素子の中心へ向かう方向に沿った前記封止体の長さは、当該平面視における当該方向に沿った前記半導体発光素子の長さの2倍〜4倍であることを特徴とする。
さらに、前記主面を平面視した場合における、前記封止体の中心から前記半導体発光素子の中心へ向かう方向に沿った前記半導体発光素子の長さは200[μm]〜1000[μm]であり、前記主面を平面視した場合における、前記封止体の中心から前記半導体発光素子の中心へ向かう方向に沿った前記封止体の長さは400[μm]〜4000[μm]であることを特徴とする。
もしくは、前記封止体は半球状であることを特徴とする。
あるいは、前記封止体は、前記透光性材料が前記蛍光体膜を被覆するように充填されてなることを特徴とする。
また、前記基板は平板状であり、前記主面には、複数の前記光源部が同一面上に配置されていることを特徴とする。
さらに、前記主面には、複数の前記光源部が配置されており、前記主面を平面視した場合における、前記各光源部の前記封止体の中心から前記半導体発光素子の中心へ向かう方向が、全ての前記光源部間で同一であることを特徴とする。
もしくは、前記主面には、複数の前記光源部が配置されており、前記各光源部における、前記蛍光体膜で被覆された前記半導体発光素子と前記封止体との位置関係が、全ての前記光源部間で同一であることを特徴とする。
あるいは、環状に配された複数の前記光源部からなる環が、複数個、前記主面に同心円状に配置されており、前記主面を平面視した場合における、前記各光源部の前記封止体の中心から前記半導体発光素子の中心へ向かう方向は、各々の前記光源部から前記同心円の中心へ向かう方向と一致することを特徴とする。
また、複数の前記光源部で第1および第2の光源部群を構成しており、前記主面を平面視した場合における、前記封止体の中心から前記半導体発光素子の中心へ向かう方向をずれ方向とした場合に、前記第1の光源部群に含まれる前記各光源部の前記ずれ方向は、前記第1の光源部群から前記第2の光源部群へ向かう方向と一致し、前記第2の光源部群に含まれる前記各光源部の前記ずれ方向は、前記第2の光源部群から前記第1の光源部群へ向かう方向と一致することを特徴とする。
第1の実施形態に係る発光モジュール10の構成を示す斜視図である。 第1の実施形態に係る発光モジュール10の構成を示す断面図(ZX断面図)である。 実装基板11の主面11aを平面視した場合における発光モジュール10の構成を示す図である。 (a)LED9002から出射される出射光の光路についての検証実験に用いた発光モジュール9000の構成を示す図と、(b)検証実験の結果を示す図である。 (a)発光モジュール9000の配光特性を説明するための配光曲線図と、(b)発光モジュール9000から発せられる光の色度について、CIE1931xy色度図におけるxの値をプロットした曲線図と、(c)CIE1931xy色度図におけるyの値をプロットした曲線図である。 (a)LED12から出射される出射光の光路についての検証実験に用いた発光モジュール10の構成を示す図と、(b)検証実験の結果を示す図である。 (a)発光モジュール10の配光特性を説明するための配光曲線図と、(b)発光モジュール10から発せられる光の色度について、CIE1931xy色度図におけるxの値をプロットした曲線図と、(c)CIE1931xy色度図におけるyの値をプロットした曲線図である。 バットウィング配光実現に関する検証実験の結果を示す図である。 バットウィング配光実現に関する検証実験の結果を示す図である。 (a)発光モジュール917の配光曲線図と、(b)LED921の上面全体から出射される出射光の光路を示す図である。 (a)発光モジュール919の配光曲線図と、(b)LED921の上面全体から出射される出射光の光路を示す図である。 第1の実施形態の変形例に係る発光モジュールを示す断面図である。 第1の実施形態の変形例に係る発光モジュールを示す断面図である。 第1の実施形態の変形例に係る発光モジュールを示す断面図である。 第1の実施形態の変形例に係る発光モジュールを示す断面図である。 第2の実施形態に係る照明器具1000の構造を示す斜視図である。 第2の実施形態に係る発光モジュール110を示す斜視図である。 (a)第2の実施形態に係る発光モジュール110を示す平面図と、(b)図18(a)におけるE−E線矢視断面図である。 (a)ランバーシアン配光を有するentry7に係る発光モジュールの配光曲線図と、(b)entry7に係る発光モジュールの前方に集光レンズを装着した場合の配光曲線図である。 (a)バットウィング配光を有するentry8に係る発光モジュールの配光曲線図と、(b)entry8に係る発光モジュールの前方に集光レンズを装着した場合の配光曲線図である。 ランバーシアン配光を有する発光モジュールおよび理想的なバットウィング配光を有する発光モジュールの前方に集光レンズを装着した場合の配光特性の違いについて説明するための図である。 (a)発光面から配光角0[°]〜30[°]の出射光が出射された場合における、集光レンズに入射する光および集光レンズから出射される光の光路を示す図と、(b)配光角31[°]〜75[°]の出射光が出射された場合における図と、(c)配光角76[°]〜90[°]の出射光が出射された場合における図である。 entry11に係る発光モジュールの配光特性を説明するための配光曲線図である。 (a)entry12に係る検証実験用発光モジュール940の斜視図と、(b)検証実験用発光モジュール940の平面図と、(c)検証実験用発光モジュール940の拡大平面図である。 entry12に係る検証実験用発光モジュール940の配光特性を説明するための配光曲線図である。 第3の実施形態に係る照明装置2000の使用状態を説明するための図である。 第3の実施形態に係る照明装置2000の概観構成を示す平面図である。 (a)第3の実施形態に係る発光モジュール210の斜視図と、(b)発光モジュール210の部分断面図と、(c)発光モジュール210の平面図である。 図26の紙面上左側に記載の照明装置2000の配光特性を説明するための配光曲線図である。 第3の実施形態の変形例に係る発光モジュール210Aの構成を示す平面図である。 発光モジュール210Aの配光特性を説明するための模式的な配光曲線図である。 第4の実施形態の第1例に係る照明装置300の構成を示す断面図である。 第4の実施形態の第2例に係る照明装置300Aの構成を示す断面図である。 第4の実施形態の第2例に係る照明装置300Aの構成を示す斜視図である。 第4の実施形態の第3例に係る照明装置400の構成を示す斜視図である。 (a)第4の実施形態の第3例に係る照明器具4000に照明装置400aと照明装置400bの2本の照明装置が取着された様子を示す斜視図と、(b)図36(a)におけるM−M線矢視断面図と、(c)照明器具4000を天井面に取り付けた場合の効果について説明するための図である。 第4の実施形態の第4例に係る照明装置500の構成を示す斜視図である。 第4の実施形態の第4例に係る発光モジュール510の構成を示す平面図である。 第4の実施形態の第5例に係る照明装置600の構成を示す斜視図である。 第4の実施形態の第6例に係る照明器具7000の構成を示す斜視図である。 第4の実施形態の第6例に係る照明装置7100の構成を示す斜視図である。 第4の実施形態の第6例に係る照明装置7100の構成を示す分解斜視図である。 (a)特許文献1に係る発光モジュール9000の斜視図と、(b)発光モジュール9000の平面図と、(c)図43(b)におけるX‐X線矢視断面図である。
≪第1の実施形態≫
[全体構成]
図1は、第1の実施形態に係る発光モジュール10の構成を示す斜視図であり、図2は、第1の実施形態に係る発光モジュール10の構成を示す断面図(ZX断面図)である。
発光モジュール10は、LEDを用いたスポットライト、電球型ランプ、ダウンライト等の各種照明装置の光源として用いられるものである。発光モジュール10は、実装基板11と、実装基板11の主面11aに配置された光源部15とを有する。光源部15は、LED12、蛍光体膜13、封止体14を備える。本実施形態の発光モジュール10は、実装基板11の主面11aに1個の光源部15が配置されたものである。
[各部構成]
<実装基板11>
実装基板11は、発光モジュール10の基部をなす基板であり、例えば、金属ベース基板、樹脂基板、セラミック基板等で構成されている。実装基板11の上面に相当する主面11aには、不図示の配線パターンが形成されている。
<LED12>
実装基板11の主面11aには、COB(Chip on Board)技術を用いてLED12が実装されている。LED12は、440[nm]〜460[nm]に主たる発光ピークを有するGaN系の青色LEDである。
図3は、実装基板11の主面11aを平面視した場合における発光モジュール10の構成を示す図である。以下、単に「平面視した場合」と記載した場合は、特記しない限り、「実装基板の主面を平面視した場合」を意味するものとする。図1〜図3に示すように、LED12は、平面視した場合における平面視形状が長方形状の直方体状である。ここで、「長方形状」とは、短辺と長辺を有する矩形状を指し、角が取れた矩形状も含むものとする。「直方体状」についても、角が取れた直方体を含むものとする。
<蛍光体膜13>
図1,図2に示すように、蛍光体膜13は、LED12を被覆する膜状である。ここで、「蛍光体膜が膜状である」とは、蛍光体膜の膜厚が全体に亘って実質的に均一であることをいう。蛍光体膜13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、ユリア樹脂等の透光性材料で形成されている。図2に示すように、蛍光体膜13には、LED12の出射光により励起される蛍光体粒子13aが分散されている。
LED12が青色光を出射するため、蛍光体粒子13aには、LED12から出射される青色光の一部を黄色光に変換して出射する蛍光体粒子である黄色蛍光体粒子が用いられている。黄色蛍光体としては、例えば、次のものが挙げられる。(Y,Gd)3Al512:Ce3+、Y3Al512:Ce3+,Pr3+、(Tb,Gd)3Al512:Ce3+、(Sr,Ba)2SiO4:Eu2+、(Sr,Ca)2SiO4:Eu2+、CaSi222:Eu2+、Ca−α−SiAlON:Eu2+、Y2Si46C:Ce3+、CaGa24:Eu2+
LED12の出射光が蛍光体膜13に入射してからこれから出射するまでの距離を均一にするため、図2,図3に示すように、蛍光体膜13の膜厚L2はLED12の上面12aを被覆する領域と、LED12の側面12bを被覆する領域とで均一であることが望ましい。また、望ましい蛍光体膜13の膜厚L2は、例えば50[μm]〜200[μm]である。
本実施形態に係る発光モジュール10では、LED12の出射光の波長変換を担う蛍光体粒子13aを膜状の蛍光体膜13に分散させている。このような構成により、LED12におけるどの出射方向においても、LED12の出射光が蛍光体膜13に入射してから蛍光体膜13から出射するまでの距離を均一にすることができる。LED12の出射光が蛍光体膜13を通過する距離を均一にできる結果、波長変換される光の量が均一化される。したがって、封止体14に蛍光体粒子13aを分散させた場合と比較して、発光モジュール10の出射光の色ムラを抑制することができる。
<封止体14>
図1,図2に示すように、封止体14は、蛍光体膜13で被覆されたLED12を封止する部材である。封止体14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、ユリア樹脂等の材料で構成された透光性の部材であり、これらの材料が蛍光体膜13を被覆するように充填されてなる。すなわち、封止体14は中実である。ここで、「透光性の封止体」とは、透光性材料のみで構成されている封止体のほか、蛍光体粒子以外の添加物が含まれている封止体も含む。
封止体14は、ドーム状、より詳しくは半球状である。本実施形態においては、図3に示すように、平面視した場合の封止体14の平面視形状は円形状である。また、平面視した場合において、ドーム状である封止体14の頂部と封止体14を平面視した場合における封止体14の中心O2とが一致する。
ここで、「封止体がドーム状である」とは、封止体の上面が上に凸の弧状であることを指し、例えば、封止体が半球状である場合や封止体が半放物面状である場合等が含まれる。一方、例えば、封止体が直方体状または立方体状である場合、封止体の上面が下に凸の弧状である場合、封止体の上面が波状である場合等は、「封止体がドーム状である」に含まれないものとする。「封止体が半球状である」とは、封止体全体として半球状である必要はなく、上部が半球状であり、半球状の下端から実装基板11の主面11aまでの下部が円柱状であるものも含むものとする。「封止体が半放物面状である」とは、封止体全体として半放物面状である必要はなく、上部が半放物面状であり、半放物面状の下端から実装基板11の主面11aまでの下部が円柱状であるものも含むものとする。
また、「平面視形状が円形状である」とは、平面視形状が例えば真円、楕円であること指す。「真円」には、平面上の1定点からの距離が等しい点の軌跡で定義される真円だけでなく、製造誤差等により上記軌跡で定義される真円からずれているものも含まれるものとする。「楕円」には、平面上の2定点からの距離の和が一定となる点の軌跡で定義される楕円だけでなく、卵形、オーバル形、2つの半円が線分で繋がったような形、半真円弧と半楕円弧とが繋がったような形を含む。ここでの「半円」は、半真円と半楕円を含む概念であり、「オーバル形」には、対称軸が2つであるものと1つであるものが含まれる。また、「楕円」には、製造誤差等により上記軌跡で定義される楕円の弧からずれているものも含まれるものとする。
さらに、図2および図3に示すように、封止体14は、平面視した場合における封止体14の中心O2が、LED12の中心O1から50[μm]以上ずれて配置されている。ここで、「封止体14の中心O2」とは、平面視した場合における封止体14の重心を指し、「LED12の中心O1」とは、平面視した場合におけるLED12の重心を指す。すなわち、図3に示すように、平面視した場合における封止体14の中心O2とLED12の中心O1との距離であるずれ量L1は、50[μm]以上である。
なお、平面視した場合におけるLEDの中心と封止体の中心とを一致させるように封止体を形成しようとする場合であっても、製造誤差によりこれらの中心が一致せず、ずれることがある。この場合のずれ量は、約20[μm]程度である。
ずれ量L1は、照明器具の種類や用途に応じて、任意に決定することができる。ずれ量L1を50[μm]以上とすることで、発光モジュール10の中心軸J方向(図2)からずれた方向に最大光度を有するような配光特性とすることができる。ここで、第1の実施形態における発光モジュール10の中心軸Jとは、LED12の主出射方向に延伸する仮想線と平行な仮想線であって、封止体14の平面視における中心O2を通る仮想線をいう。
また、中心軸J方向から明確にずれた方向に最大光度を持たせたい場合は、ずれ量L1を、主面11aを平面視した場合における封止体14の中心O2からLED12の中心O1へ向かう方向DSに沿った封止体14の長さL5の5[%]以上とするとよい。以下、「主面を平面視した場合における封止体の中心からLEDの中心へ向かう方向」を「ずれ方向」と記載する。なお、本実施形態のように平面視した場合における封止体14の平面視形状が真円である場合には、ずれ方向DSに沿った封止体14の長さL5は、平面視した場合における封止体14の直径に対応する。
あるいは、平面視した場合における、ずれ方向DSに沿った封止体14の長さL5は、ずれ方向DSに沿ったLED12の長さL3の2倍〜4倍であることとしても、中心軸J方向から明確にずれた方向に最大光度を持たせることができる。具体的には、平面視した場合における、ずれ方向DSに沿ったLED12の長さL3、すなわちLED12の短辺の長さL3を200[μm]〜1000[μm]、ずれ方向DSと直交する方向に沿ったLED12の長さL4、すなわちLED12の長辺の長さL4を300[μm]〜1200[μm]とすることができる。また、ずれ方向DSに沿った封止体14の長さL5を400[μm]〜4000[μm]とすることができる。さらに、封止体14の高さL6は、0.5[μm]〜2[mm]とすることができる。
さらに、本実施形態においては、LED12を、平面視した場合における平面視形状が長方形状の直方体状とし、ずれ方向DSは、平面視した場合におけるLED12の長方形状の短辺方向と一致する。このような構成により、ずれ方向DSがLED12の長辺方向と一致する場合と比較して、ずれ量L1をより大きくすることができる。したがって、中心軸J方向からよりずれた方向に最大光度を持たせたい場合に有効である。
[検証実験]
<特許文献1に係る発光モジュール9000の配光特性>
比較例としての特許文献1に係る発光モジュール9000の配光特性について、図4および図5を参照しながら説明する。
図4は、LED9002から出射される出射光の光路についての検証実験を説明するための図である。図4(a)は、検証実験に用いた発光モジュール9000の構成を示す図であり、図4(b)は、検証実験の結果を示す図である。検証実験に用いた発光モジュール9000の構成は、図43で説明したものと同様である。図4(b)に示している無数の破線および実線は、LED9002から出射された光の光路を示している。蛍光体層9003の内部を進行している光を破線で、蛍光体層9003の外部を進行している光を実線で示している。
比較例においては、蛍光体層9003に蛍光体粒子が分散されており、LED9002の出射光が当該出射光の波長変換を担う部材を通過している時間が長い。そのため、図4(b)から見てとれるように、LED9002と蛍光体層9003の外面との距離が長い右側の領域において、LED9002の出射光が蛍光体粒子で散乱され、蛍光体層9003からLED9002の出射光が出射されにくくなっている。なお、LED9002と蛍光体層9003の外面との距離は、LED9002の出射光が蛍光体層9003に入射してから出射するまでの距離に対応する。
図5(a)は、発光モジュール9000の配光特性を説明するための配光曲線図である。図5(a)において、実線はZX面の配光曲線図を示しており、破線はYZ面の配光曲線図を示している。なお、図5(a)は、光度の相対値を表したものであり、他の配光曲線図においても同様とする。実線で示しているように、90[°]〜180[°]の角度における光度が減少している。したがって、図5(a)からも、LED9002と蛍光体層9003の外面との距離が長い右側の領域において、蛍光体層9003からLED9002の出射光が出射されにくくなっていることが分かる。
図5(b),(c)は、発光モジュール9000から発せられる光の色度を説明するための曲線図である。図5(b)は、CIE(国際照明委員会)1931xy色度図におけるxの値をプロットした曲線図であり、図5(c)は、CIE1931xy色度図におけるyの値をプロットした曲線図である。図5(b),(c)において、実線は、実装基板9001の主面(図43参照)を平面視した場合、すなわち、発光モジュール9000を上方から見た場合におけるxおよびyの値をプロットしたものである。一方、破線は、ZX平面を平面視した場合、すなわち、発光モジュール9000を側方から見た場合におけるxおよびyの値をプロットしたものである。
図5(b),(c)における実線で示しているように、発光モジュール9000を上方から見た場合、0[°]〜180[°]の角度におけるxおよびyの値が、180[°]〜360[°]の角度におけるxおよびyの値よりも大きくなっている。発光モジュール9000を側方から見た場合においても、破線で示しているように、80[°]および280[°]の角度付近のxおよびyの値が大きくなっている。このように、発光モジュール9000では、出射光の色ムラが大きいことが見てとれる。
これは、蛍光体層9003に蛍光体粒子が分散されていることで、発光モジュール9000の中心軸Jを中心とする周方向において、LED9002と蛍光体層9003の外面との距離が不均一になるからである。当該距離が不均一になることで、発光モジュール9000の中心軸Jを中心とする周方向において、LED9002の出射光と蛍光体粒子との衝突回数が不均一になる。この結果、蛍光体層9003において波長変換される光の量が不均一となり、色ムラが増大する。
<本実施形態に係る発光モジュール10の配光特性>
本実施形態に係る発光モジュール10の配光特性について、図6および図7を参照しながら説明する。
図6は、LED12から出射される出射光の光路についての検証実験を説明するための図である。図6(a)は、検証実験に用いた発光モジュール10の構成を示す図であり、図6(b)は、検証実験の結果を示す図である。検証実験に用いた発光モジュール10の構成は、図1〜3で説明したものと同様である。図6(b)においても図4(b)と同様に、LED12から出射された光のうち、蛍光体層9003の内部を進行している光を破線で、封止体14の外部を進行している光を実線で示している。
図6(b)に示すように、本実施形態によれば、比較例と比較して、蛍光体粒子による散乱が低減されていることが分かる。したがって、LED12からの出射光を波長変換する機能を担う構成を、ドーム状の封止体14ではなく、LED12の少なくとも主出射面を被覆する膜状の蛍光体膜13とすることにより、LED12の出射光が蛍光体粒子により散乱されるのを抑制することができる。
図7(a)は、発光モジュール10の配光特性を説明するための配光曲線図である。図7(a)において、実線はZX面の配光曲線図を示しており、破線はYZ面の配光曲線図を示している。実線で示しているように、130[°]〜170[°]の角度における光度が増大し、中心軸J方向からずれた方向に最大光度を有する配光特性が得られていることが分かる。
図7(b),(c)は、発光モジュール10から発せられる光の色度を説明するための曲線図である。図7(b)は、CIE1931xy色度図におけるxの値をプロットした曲線図であり、図7(c)は、CIE1931xy色度図におけるyの値をプロットした曲線図である。図7(b),(c)において、実線は、実装基板11の主面11aを平面視した場合、すなわち、発光モジュール10を上方から見た場合におけるxおよびyの値をプロットしたものである。破線は、ZX平面を平面視した場合、すなわち、発光モジュール10を側方から見た場合におけるxおよびyの値をプロットしたものである。
図7(b),(c)における実線で示しているように、発光モジュール10を上方から見た場合、比較例と比較して、xおよびyの値をプロットした曲線がより円形に近い形状となっている。発光モジュール10を側方から見た場合においても、比較例と比較して、破線で示しているように、xおよびyの値をプロットした曲線がより半円に近くなっている。したがって、発光モジュール10では、比較例に係る発光モジュール9000と比較して、出射光の色ムラが低減されていることが分かる。
膜状の蛍光体膜13に蛍光体粒子を分散させることで、LED12から出射された光がどの方向へ進行した場合でも、LED12と蛍光体膜13の外面との距離が略均一になる。すなわち、中心軸Jを中心とする周方向において、LED12の出射光が蛍光体膜13に入射してから出射するまでの距離が略均一になる。これにより、中心軸Jを中心とする周方向において、LED12の出射光と蛍光体粒子との衝突回数が均一になる。結果として、蛍光体膜13において波長変換される光の量が均一化され、色ムラが低減される。
<バットウィング配光実現に関する検証実験>
本発明者は、バットウィング配光を実現するために有効な発光モジュールの構成について検証した。具体的には、本発明者は、1/2ビーム角が30[°]であり、かつ、配光角が55[°]である配光を理想的なバットウィング配光とし、このような配光特性を有する発光モジュールの構成について検討した。ここで、1/2ビーム角とは、発光モジュールにおける光度の最大値の1/2の光度方向と光軸との2倍の角度をいう。また、配光角とは、発光モジュールにおける光度の最大値の半分以上の光度が出射される角度範囲の大きさをいう。
バットウィング配光を実現させる目的としては、例えば、次のようなことが挙げられる。まず、バットウィング配光は白熱灯の配光特性に近いため、バットウィング配光を有する照明装置は、別途拡散部材等を用いない場合であっても、大空間を均一に照らすことが可能である。また、バットウィング配光を有する発光モジュールの中心軸方向前方に集光レンズを配置することで、発光モジュールの中心軸方向における光度が増大する。発光モジュールの中心軸方向における光度が大きい照明装置は、スポットライトとして有用である。
以下、検証結果を図8,図9を参照しながら説明する。図8,図9は、バットウィング配光実現に関する検証実験の結果を示す図である。図8,図9の各図において、真中の列に検証実験に用いた発光モジュールの外観、右の列に各entryの配光特性を説明するための配光曲線図をそれぞれ示している。図8,図9に示す配光曲線図において、実線はZX面の配光曲線図を示しており、破線はYZ面の配光曲線図を示している。
1.LEDの中心と封止体の中心との距離による配光特性の違い(半放物面形状)
封止体の形状を半放物面形状とし、LEDの中心と封止体の中心との距離による配光特性の違いについて検討した。
図8に示すように、entry1に係る発光モジュール901、entry2に係る発光モジュール902、entry3に係る発光モジュール903は、いずれも、実装基板911、LED921、半放物面形状の封止体931を有する。しかし、LED921の中心O91と封止体の中心O92との距離、すなわち、ずれ量が異なる。発光モジュール901のずれ量、発光モジュール902のずれ量、発光モジュール903のずれ量は、ぞれぞれ、0[mm]、0.2[mm]、0.3[mm]である。
なお、ずれ量が0.3[mm]を超える発光モジュールについては、LED921を封止体931で完全に封止することができなくなるため、検討を行っていない。封止体931の直径は、いずれのentryでも1.2[mm]とし、封止体931の高さは、いずれのentryでも1.5[mm]とした。また、図8には特に図示していないが、LED921の周囲を被覆する膜状の蛍光体膜が存在していると考慮して検証実験を行っている。図9に示す各entryについても同様とする。
図8の配光曲線図において破線で示しているように、entry1,entry2およびentry3を比較すると、ずれ量を大きくしていくことで配光角が大きくなり、理想的な半バットウィング配光に近づくことが分かった。ここで、「半バットウィング配光」とは、バットウィング配光の配光曲線における片翼部分に相当する配光曲線を有する配光をいう。LED921の中心O91と封止体の中心O92とが一致しない2個の発光モジュールを、それぞれのずれ方向が互いに逆方向を向くように配置することで、バットウィング配光を得ることができる。なお、ここでの発光モジュールの個数は単なる一例であり、任意の個数の発光モジュールを用いることができる。
2.LEDの中心と封止体の中心との距離による配光特性の違い(半球状)
次に、封止体の形状を半球状に変えて、上記1.の検証実験と同様にLEDの中心と封止体の中心との距離による配光特性の違いについて検討した。
図9に示すように、entry4に係る発光モジュール904、entry5に係る発光モジュール905、entry6に係る発光モジュール906は、いずれも、実装基板911、LED921、半球状の封止体932からなる。発光モジュール904のずれ量、発光モジュール905のずれ量、発光モジュール906のずれ量は、ぞれぞれ、0[mm]、0.2[mm]、0.3[mm]である。ずれ量が0.3[mm]を超える発光モジュールについては、上記3.で述べた理由と同様の理由により、検討を行っていない。封止体932の直径は、いずれのentryでも1.2[mm]とし、封止体931の高さは、いずれのentryでも1.2[mm]とした。
図9の配光曲線図において破線で示しているように、封止体が半放物面形状である場合と同様に、ずれ量を大きくしていくことで、理想的な半バットウィング配光に近づくことが分かった。
3.封止体が半球状であるか半放物面形状であるかによる配光特性の違い
上記1.2.の検証実験により、ずれ量を0.3[mm]とすることで、理想的なバットウィング配光に近づくという知見を得た。続いて、封止体が半球状であるか半放物面形状であるかによる配光特性の違いについて検討した。本検討は、entry3に係る発光モジュール917およびentry6に係る発光モジュール919を用いて行った。
図10は、entry3に係る発光モジュール917の詳細な発光特性を説明するための図である。図10(a)は、発光モジュール917の配光曲線図であり、図8で示したものと同じものである。図10(b)は、LED921の上面全体から出射される出射光の光路を示す図である。
図11は、entry6に係る発光モジュール919の詳細な発光特性を説明するための図である。図11(a)は、発光モジュール919の配光曲線図であり、図8で示したものと同じものである。図11(b)は、LED921の上面全体から出射される出射光の光路を示す図である。
図10(b)と図11(b)とを比較すると、図11(b)に示すentry6の方が、ビーム幅が絞られていることが見てとれる。したがって、封止体を半放物面形状とする場合よりも半球状とした場合の方が、よりビーム幅が絞られた配光を得ることができることが分かった。
[蛍光体膜の形状に係る変形例]
図12〜図15は、第1の実施形態の変形例に係る発光モジュールを示す断面図である。
図1〜図3で説明した発光モジュール10では、蛍光体膜13がLED12の上面12aと側面12bとを被覆する形状としたが、これに限定されない。図12に示す発光モジュール10Aの蛍光体膜13Aのように、LED12の少なくとも主出射面である上面12aを被覆する膜状、すなわち、LED12の少なくとも上面12aを被覆する膜状であればよい。蛍光体膜が最低限LED12の主出射面を被覆していれば、蛍光体膜においてLED12からの出射光の大半を波長変換することができる。
また、図13に示す発光モジュール10Bの蛍光体膜13Bのように、側面12bを被覆する蛍光体膜13Bの下端が、さらに延伸したような形状であってもよい。また、発光モジュール10,10Aでは、蛍光体膜13,13A全体が封止体14により完全に封止されることとしたが、これに限定されない。発光モジュール10Bのように、蛍光体膜13Bのうち、少なくともLED12の上面12aを被覆する部分が封止体14に被覆されていればよい。すなわち、蛍光体膜13B全体が、完全に封止体14により被覆されないこととしてもよい。ここで、「蛍光体膜で被覆されたLEDを封止する封止体」とは、LEDと、蛍光体膜のうち少なくともLEDの主出射面を被覆する部分とを封止する封止体を意味する。換言すると、ずれ量は、蛍光体膜のうち少なくともLEDの主出射面を被覆する部分が封止体から露出しない範囲で決定することができる。
発光モジュール10,10A,10Bでは、蛍光体膜の膜厚が全体で略均一であることとしたが、これに限定されない。図14に示す発光モジュール10Cの蛍光体膜13Cのように、蛍光体膜13Cの膜厚が不均一であることとしてもよい。蛍光体膜を構成する透光性材料として、粘度の低いものを用いる場合に有効である。
発光モジュール10,10A,10B,10Cでは、蛍光体膜を単層構造であることとしたが、これに限定されない。図15に示す発光モジュール10Dの蛍光体膜13Dのように、蛍光体膜13Dが2層構造であることとしてもよい。蛍光体膜13Dでは、透光性材料に蛍光体粒子13aが分散されてなる下層13Da、透光性材料のみからなる上層13Dbを含む。図15に示す例の他、透光性材料のみからなる層を下層、透光性材料に蛍光体粒子13aが分散されてなる層を上層としてもよい。また、下層と上層に、種類の異なる蛍光体粒子をそれぞれ分散させることとしてもよい。本変形例のように蛍光体膜を2層構造とする場合、下層と上層の界面での出射光の屈折を防止する観点から、下層を構成する透光性材料と、上層を構成する透光性材料とで屈折率と同じにすることが望ましい。なお、蛍光体膜を、2層を超える多層構造とすることもできるが、2層以上とする場合は、蛍光体粒子13aが分散されている層の膜厚が200[μm]を超えないようにすることが望ましい。
[第1の実施形態のまとめ]
以上説明したように、本発明の一態様である第1の実施形態に係る発光モジュール10は、以下の特徴を有する。つまり、発光モジュール10は、基板(実装基板)11と、基板(実装基板)11の主面11aに配置された1または複数の光源部15とを有する。各光源部15は、半導体発光素子(LED)12と、蛍光体膜13と、封止体14とを備える。半導体発光素子(LED)12は、基板(実装基板)11の主面11aに実装されている。蛍光体膜13は、半導体発光素子(LED)12の少なくとも主出射面(第1の実施形態に係るLED12においては上面12a)を被覆する膜状であり、半導体発光素子(LED)12の出射光により励起される蛍光体粒子13aを含む。封止体14は、蛍光体膜13を封止するドーム状であるとともに、主面11aを平面視した場合の平面視形状が円形状である。封止体14は、さらに、主面11aを平面視した場合における中心が半導体発光素子(LED)12の中心から50[μm]以上ずれて配置された、透光性の部材である。
本実施形態に係る発光モジュール10では、半導体発光素子(LED)12の出射光の波長変換を担う蛍光体膜13が、ドーム状ではなく膜状である。このような構成により、半導体発光素子(LED)12の出射光が蛍光体膜13に入射してから蛍光体膜13から出射するまでの距離を、半導体発光素子(LED)12の出射光に依らず、均一にすることができる。この結果、波長変換される半導体発光素子(LED)12の出射光の量を、発光モジュール10の中心軸を中心とする周方向において均一にすることができる。したがって、本実施形態に係る発光モジュール10の構成によれば、色ムラを抑制することができる。
≪第2の実施形態≫
本実施形態では、第1の実施形態に係る光源部を複数有する発光モジュールを光源とする照明器具について説明する。
[全体構成]
図16は、第2の実施形態に係る照明器具1000の構造を示す斜視図である。図16に示すように、照明器具1000は、配線ダクト1100などに取り付けられるスポットライトである。図16の矢印Aで示す方向に、照明器具1000が配線ダクト1100に対してスライドする。照明器具1000は、主な構成として光源ユニット100、支持部材140、回路ユニット160、ベース180を備える。
[各部構成]
<光源ユニット100>
図16に示すように、光源ユニット100は、発光モジュール110、モジュールプレート120、筐体130を備える。
(発光モジュール110)
図17は、第2の実施形態に係る発光モジュール110を示す斜視図である。図18(a)は、第2の実施形態に係る発光モジュール110を示す平面図であり、図18(b)は、図18(a)におけるE−E線矢視断面図である。
図17,図18に示すように、発光モジュール110は、実装基板111、光源部115、集光レンズ116、シール部材117、導電ランド118を備える。なお、図18(a)は、集光レンズ116を取り除いた状態の発光モジュール110の平面図を示している。
第1の実施形態に係る発光モジュール10とは異なり、実装基板111の主面111aには、LED112、蛍光体膜113、封止体114からなる光源部115が複数配置されている。各光源部115の構成は、第1の実施形態に係る光源部15と同様の構成である。すなわちLED112、蛍光体膜113、封止体114は、それぞれ、発光モジュール10におけるLED12、蛍光体膜13、封止体14に対応する。また、蛍光体膜113には不図示の蛍光体粒子が分散されている。なお、本実施形態においては、光源部115の個数を32個としているが、これは単なる例示である。光源部115の個数は、照明器具の用途等によって任意に選択することが可能である。
図17に示すように、実装基板111は平板状であり、各光源部115は同一面上に配置されている。すなわち、各光源部115は平面配置されているため、各光源部115が平面配置されていない場合と比較して、実装基板111の主面111aに各光源部115を形成するのが容易である。
また、図17,図18に示すように、複数の光源部115は、実装基板111上に放射状に配置されている。本実施形態では、4個の光源部からなる光源部列が、実装基板111の主面111a上にある点を中心に8方向に放射状に配列されている。換言すると、環状に配された8個の光源部からなる環が、複数個、実装基板111の主面111a上にある点を中心に同心円状に配置されている。図18(a)の拡大図に示すように、実装基板111の主面111aを平面視した場合における、各光源部115の封止体114の中心O2からLED112の中心O1へ向かう方向DSは、各々の光源部115から同心円の中心へ向かう方向と一致する。このように、LED112の中心O1は、全体的に、封止体114の中心O2から同心円の中心に寄って配置されている。
さらに、図18に示すように、LED112の中心O1と封止体114の中心O2との距離であるずれ量L11は、光源部115間において同じである。したがって、各光源部115における、蛍光体膜113で被覆されたLED112と封止体114との位置関係は、全ての光源部115間で同一である。
集光レンズ116は、複数の光源部115からの出射光を集光し、集光した光を発光モジュール110の中心軸L方向(図17)に出射するためのものである。ここで、第2の実施形態における発光モジュール110の中心軸Lとは、LED112の主出射方向に延伸する仮想線であって、平面視した場合における光源部115が配置されている領域の中心を通る仮想線をいう。なお、平面視において光源部115が配置されている領域は、封止体114が配置されている領域に相当する。そのため、中心軸Lは、LED112の主出射方向に延伸する仮想線であって、平面視した場合における封止体114が配置されている領域の中心を通る仮想線ともいうことができる。
集光レンズ116としては、例えば、フレネルレンズ、凸レンズ等を用いることができる。特に、フレネルレンズを用いることで集光レンズの厚みを薄くすることができ、発光モジュール110が薄型化され、有効である。集光レンズ116は、シール部材117により実装基板111の主面111aと固定されている。
一対の導電ランド118は、実装基板111に形成された導体パターンの一部である。図17,図18に示すように、実装基板111の主面111aにおける周縁部に形成されている。
このような発光モジュール110の構成により、後ほど検証実験の項で説明するように、発光モジュール110の中心軸L方向における光度を増大することができる。さらに、このような効果を、光源部115の平面配置により実現することができる。よって、スポットライトの光源としての発光モジュール110の薄型化や小型化を図ることが可能である。
(モジュールプレート120)
図16に戻り、モジュールプレート120は、例えば、金属材料からなる略円形板状の部材であって、発光モジュール110の熱を筐体130に効率よく伝える役割を果たす。発光モジュール110およびモジュールプレート120は、発光モジュール110がモジュールプレート120に搭載された状態で、筐体130の内部に収容されている。なお、モジュールプレート120がヒートシンクを兼ねていることとしてもよい。
(筐体130)
図16に示すように、筐体130は、例えば、金属材料からなる有底筒状の部材である。筐体130の外周面130aには、光源ユニット100を支持部材140に取り付けるための膨出部130bが筐体130の筒軸(Z軸方向である。)を挟んで対向する2箇所に形成されている。各膨出部130bは、外周面130aから筒軸と直交する方向に向けて膨出形成された略円盤状の部位である。各膨出部130bには、ねじ170を挿入させるための穴部が設けられている。
<支持部材140>
図16に示すように、支持部材140は、一対のアーム部141と、それらアーム部141の一端同士を連結する連結部142と、それらアーム部141の他端に設けられた一対の取付部143とを備える。支持部材140は、光源ユニット100を矢印Bに示す方向に回転可能に支持している。光源ユニット100を回転させると、それに伴い発光モジュール110の傾斜角度が変化し、発光モジュール110から出射される光の照射角度が変化する。
一対のアーム部141は、互いが平行となる姿勢で配置された第1の長尺部分141aと、第1の長尺部分141aの一端から互いに近づく方向に延出された第2の長尺部分141bとからなる。一対の第2の長尺部分141bの延長方向先端部は、それぞれ連結部142に接合されている。
連結部142は、略円柱状であって、その周面における柱軸Dを挟んで対向する2箇所に、一対のアーム部141の第2の長尺部分141bが接合されている。また、連結部142には、その柱軸Dと一致する位置に、支持部材140を後述する基台部151にねじ止めするための貫通孔142aが設けられている。
取付部143は、略円形板状であり、取付部143にはねじ170を貫通させるための貫通孔143aが設けられている。取付部143と膨出部130bとは、ねじ170によるねじ止めにより取り付けられている。
<回路ユニット160、ベース180>
図16に示すように、回路ユニット160は、外部の商用交流電源(不図示)から入力される電流を発光モジュール110に供給するための点灯回路161と、点灯回路161が収容された回路ケース162とを備える。点灯回路161は、板状のベース180の一方の端部側において上面181に配置されており、回路ケース162は点灯回路161を覆うようにしてベース180の上面181に取り付けられている。
図16に示すように、ベース180の上面181には、基台部151と基台部151を貫通する不図示の貫通孔が設けられている。連結部142の貫通孔142aおよび、基台部151の貫通孔にねじを挿入し、ねじをねじ込むことによって、支持部材140と基台部151とが接合されている。これによって、支持部材140の連結部142は、基台部151の下面151bに対して回転可能に取り付けられている。より具体的には、図16に示すように、矢印Cに示す方向に、柱軸Dを回転軸として回転可能に取り付けられる。
点灯回路161の電源線161aは、回路ケース162の上面に設けられた貫通孔を介して回路ケース162の外側に導出され、図16に示すように、配線ダクト1100の内部1100a内を通って商用交流電源と接続されている。また、点灯回路161の給電線161bは、ベース180に設けられた貫通孔183を介して回路ケース162の外側に導出され、光源ユニット100の筐体130に設けられた貫通孔130cを介して筐体130の内部の発光モジュール110と接続されている。図16に示すように、給電線161bの先端には一対のコネクタ161cが取り付けられており、それらコネクタ161cが発光モジュール110の一対の導電ランド118(図17,図18)に接続されている。
[検証実験]
本発明者は、種々の配光特性の発光モジュールを用い、発光モジュール単体の場合の配光特性と、発光モジュールの中心軸方向に集光レンズを装着した場合の配光特性との違いについて検討した。具体的には、実装基板に複数の光源部が配置されてなる発光モジュールの前方に集光レンズを配置した場合の配光特性の変化について検討した。ここで、「発光モジュールの前方に集光レンズを配置する」とは、発光モジュールの中心軸方向、すなわち、発光モジュールが有するLEDの主出射方向に集光レンズを配置する、の意味である。
<ランバーシアン配光の発光モジュール>
図19(a)は、ランバーシアン配光を有するentry7に係る発光モジュールの配光曲線図である。図19(b)は、entry7に係る発光モジュールの前方に集光レンズを装着した場合の配光曲線図である。図19(a),(b)において、実線はZX面の配光曲線図を示しており、破線はYZ面の配光曲線図を示している。なお、発光モジュールと集光レンズとの距離は4[mm]とした。
図19(a)の実線および破線で示すように、集光レンズを装着していない状態における最大光度は、160[°]および−160[°]の角度付近の約1.5である。そして、集光レンズを装着すると、図19(b)の実線および破線で示すように、最大光度となる角度は−175[°]となり、発光モジュールの中心軸方向において略最大光度を有する配光となる。そして、集光レンズ装着後の最大光度は約3となり、集光レンズを装着していない状態における最大光度の約2倍となることが分かった。
<バットウィング配光の発光モジュール>
図20(a)は、バットウィング配光を有するentry8に係る発光モジュールの配光曲線図である。図20(b)は、entry8に係る発光モジュールの前方に集光レンズを装着した場合の配光曲線図である。図20(a),(b)において、実線および破線の意味は図19と同様である。また、図19における検討と同様に、発光モジュールと集光レンズとの距離は4[mm]とした。
図20(a)の実線および破線で示すように、集光レンズを装着していない状態における最大光度は、150[°]および−150[°]の角度付近の約2である。そして、集光レンズを装着すると、図20(b)の実線および破線で示すように、最大光度となる角度は175[°]および−175[°]となり、ランバーシアン配光の場合と同じく、発光モジュールの中心軸方向において略最大光度を有する。集光レンズ装着後の最大光度は約7であり、集光レンズを装着していない状態における最大光度の約3.5倍となることが分かった。
したがって、ランバーシアン配光の場合と比較して、バットウィング配光の場合の方が、発光モジュールからの出射光をより効率良く集光することができることが分かる。よって、発光モジュールをスポットライトの光源として用いる場合には、発光モジュールをバットウィング配光とした上で、発光モジュールの前方に集光レンズを装着する構成が有効である。
<ランバーシアン配光の発光モジュールと理想的なバットウィング配光の発光モジュールとの比較>
図21は、ランバーシアン配光を有する発光モジュールおよび理想的なバットウィング配光を有する発光モジュールの前方に集光レンズを装着した場合の配光特性の違いについて説明するための図である。図21において、ランバーシアン配光を有する発光モジュールをentry9、理想的なバットウィング配光を有する発光モジュールをentry10として示している。図21に示す表における真中の列には配光曲線図、右側の列には発光モジュールの中心軸方向の光度[%]をそれぞれ示している。なお、発光モジュールの中心軸方向の光度[%]は、entry9における発光モジュールの中心軸方向の光度を100[%]とした場合における相対値で示している。また、entry9の配光曲線図における実線および破線の意味は、第1の実施形態で説明した通りである。
図21に示すように、理想的なバットウィング配光を有する発光モジュールの前方に集光レンズを装着することで、ランバーシアン配光の場合と比較して、発光モジュールの中心軸方向の光度が1.4倍にも増加することが分かった。
バットウィング配光とすることで、発光モジュールの出射光を効率良く集光できる原理について図22を用いて説明する。図22は、発光面から所定の配光角の出射光が出射された場合における、集光レンズに入射する光および集光レンズから出射される光の光路を示す図である。図22(a)は、発光面から配光角0[°]〜30[°]の出射光が出射された場合、図22(b)は31[°]〜75[°]の場合、図22(c)は76[°]〜90[°]の場合をそれぞれ示している。なお、発光面と集光レンズとの距離は4[mm]である。
配光角0[°]〜30[°]の出射光は、図22(a)に示すように、集光レンズに入射するものの、あまり集光されない。しかし、配光角31[°]〜75[°]の出射光は、集光レンズの反射面に入射されるため、効率良く集光されていることが分かる。一方、配光角76[°]〜90[°]の光は、図22(c)に示すように、そもそも集光レンズに入射しない。
ランバーシアン配光を有する発光モジュールの場合、配光角が0[°]〜30[°],31[°]〜75[°],76[°]〜90[°]の光全てが略均等に含まれている。そのため、ランバーシアン配光の場合、集光レンズにより効率的に集光される配光角31[°]〜75[°]の出射光の全出射光に占める割合は少なくなる。この結果、発光モジュールの中心軸方向における最大光度がさほど増大化されない。
他方、理想的なバットウィング配光における配光角が55[°]であると述べたが、この理想的なバットウィング配光を有する出射光は、図22に示す配光角31[°]〜75[°]の出射光に分類される。したがって、発光モジュールからの出射光の殆どが集光レンズにより集光されるため、発光モジュールの中心軸方向における最大光度がより増加する。
<LEDおよび封止体の配列方法による配光特性の違い>
図23は、entry11に係る発光モジュールの配光特性を説明するための配光曲線図である。実線はZX面の配光曲線図を示しており、破線はYZ面の配光曲線図を示している。entry11に係る発光モジュールは、第2の実施形態に係る発光モジュール110の構成と同様である。
各光源部におけるLEDと封止体の位置関係が、全ての光源部間で同一である発光モジュールにおいては、図23に示すように、理想的なバットウィング配光に比較的近い配光が得られていることが分かる。
図24は、entry12に係る検証実験用発光モジュール940の構成を示す図である。図24(a)は検証実験用発光モジュール940の斜視図であり、図24(b)は検証実験用発光モジュール940の平面図であり、図24(c)は検証実験用発光モジュール940の拡大平面図である。
図24に示すように、発光モジュール940は、実装基板941、複数のLED942、LED942を被覆する不図示の蛍光体膜、LED942を個別に封止する複数の封止体943を備える。図24(c)に示すように、LED942は、X軸方向およびY軸方向において等間隔に、かつ、規則的に行列状に配置されている。しかし、1つのLED942とこれを封止する封止体943を1つの光源部とした場合に、各光源部における封止体943の中心O94からLED942の中心O93へ向かうずれ方向DSが、各光源部間で異なる。すなわち、封止体943が、X軸方向およびY軸方向において等間隔でないように、かつ、不規則に行列状に配置されている。このため、各光源部におけるLED942と封止体943の位置関係が、全ての光源部間で同一でない。
図25は、entry12に係る検証実験用発光モジュール940の配光特性を説明するための配光曲線図である。実線はZX面の配光曲線図を示しており、破線はYZ面の配光曲線図を示している。
entry12に係る発光モジュール940は、entry11のものと比較して、バットウィング配光がくずれ、ランバーシアン配光に近づいていることが分かる。したがって、entry11,12の比較により、LEDと封止体との位置関係が全ての光源部または構造体間で同一である構成の発光モジュールの方が、より理想的なバットウィング配光に近い配光特性を得られることが分かる。
この理由としては、entry12では、各構造体におけるLED942と封止体943の位置関係が全ての構造体間で同一でないため、複数種の配光特性の光が混合し、ランバーシアン配光に近づいてしまうことが考えられる。一方、entry11では、LEDと封止体の位置関係が全ての光源部間で同一であり、また、これらの光源部が同心円状に配置されているため、同じ配光特性を有する光が環状に混合されると考えられる。その結果、entry11では、理想的なバットウィング配光により近い配光特性を得られると考えられる。
≪第3の実施形態≫
第2の実施形態では、第1の実施形態に係る光源部を複数有する発光モジュールと集光レンズとを組み合わせたものを、スポットライトの光源として用いる例について説明した。本実施形態では、複数の光源部を有する発光モジュール単体を光源とする照明器具について説明する。具体的には、複数の光源部を有する発光モジュールを道路等に設けられる街路灯に適用した例について説明する。
[照明装置2000の構成]
図26は、第3の実施形態に係る照明装置2000の使用状態を説明するための図である。照明装置2000は、歩道2001に立設された支柱2003の先端に取り付けられた街路灯である。
このような街路灯においては、歩道2001および車道2002を広範囲に照らすことができるのが望ましい。そこで、本実施形態においては、白熱灯の配光特性に近似し、大空間を均一に照らすことが可能なバットウィング配光を有する照明装置について説明する。
図27は、第3の実施形態に係る照明装置2000の概観構成を示す平面図である。照明装置2000は、光源として発光モジュール210を備える。発光モジュール210の前方には、強化ガラス等からなる透光性カバーが取着される。
[発光モジュール210の構成]
図28は、第3の実施形態に係る発光モジュール210の構成を示す図である。図28(a)は発光モジュール210の斜視図であり、図28(b)は発光モジュール210の部分断面図(図28(a)におけるI−I線矢視断面図)であり、図28(c)は発光モジュール210の平面図である。
図28(a)に示すように、発光モジュール210は、実装基板211に複数の光源部215が配置されてなる。図28(b)に示すように、光源部215は、LED212、蛍光体膜213、封止体214からなる。個々の光源部215の構成は、第1の実施形態で説明した光源部15と同様の構成である。つまり、LED212、蛍光体膜213、封止体214は、ぞれぞれ、LED12、蛍光体膜13、封止体14に対応する。
発光モジュール210は、複数の光源部215aからなる第1の光源部群216aと、複数の光源部215bからなる第2の光源部群216bとを有する。以下、光源部215a,215bを特に区別しない場合は、単に光源部215と記載する。
光源部215aに含まれるLED212は、第2の光源部群216b側にずれて配置されている。また、光源部215bに含まれるLED212は、第1の光源部群216a側にずれて配置されている。すなわち、主面211aを平面視した場合における、第1の光源部群216aに含まれる各光源部215aのずれ方向DSaは、第1の光源部群216aから第2の光源部群216bへ向かう方向と一致する。そして、第2の光源部群216bに含まれる各光源部215bのずれ方向DSbは、第2の光源部群216bから第1の光源部群216aへ向かう方向と一致する。
個々の光源部群について見てみると、第1の光源部群216aにおいては、各光源部215aのずれ方向DSaが、全ての光源部215a間で同一である。また、本実施形態では、LED212の中心と封止体214の中心との距離であるずれ量を、光源部215a間において同じとしている。したがって、蛍光体膜213で被覆されたLED212と封止体214との位置関係は、第1の光源部群216aに含まれる全ての光源部215a間で同一である。これにより、第1の光源部群216aから出射される光は、理想に比較的近い半バットウィング配光となる。
さらに、第2の光源部群216bにおいても、各光源部215bのずれ方向DSbが、全ての光源部215b間で同一であり、かつ、ずれ量を光源部215b間において同じとしている。よって、第2の光源部群216bも第1の光源部群216aと同様に、蛍光体膜213で被覆されたLED212と封止体214との位置関係が、光源部215b間で同一である。そのため、第2の光源部群216bからも、理想に比較的近い半バットウィング配光を有する光が出射される。この結果、発光モジュール210全体で見れば、第1の光源部群216aおよび第2の光源部群216bの出射光同士が混光され、理想に比較的近いバットウィング配光が得られることになる。
[配光曲線図]
図29は、図26の紙面上左側に記載の照明装置2000の配光特性を説明するための配光曲線図である。実線はZX面の配光曲線図、破線はYZ面の配光曲線図をそれぞれ示している。破線で示しているように、図26の紙面上左側に記載の照明装置2000によれば、バットウィング配光が得られることが分かる。
上述したように、バットウィング配光を有する照明装置は、大空間を均一に照らすことが可能である。本実施形態によれば、発光モジュールにおける中心軸方向に、別途レンズや拡散部材等を用いない構成でバットウィング配光を実現することができる。そのため、薄型な照明装置2000を提供することが可能である。また、照明装置2000が薄型化されることで、照明装置2000の外観が良好となるため、街の美観を損なわない。
[変形例]
街路灯は、通常、歩道2001の両端に設置されることが多い。そのため、歩道2001および車道2002の全体を照らす場合には、図26において破線で示しているように、支柱2003の延伸方向と平行な軸Hを中心に非対称な配光特性を有する照明装置が求められることがある。本変形例では、発光モジュールの中心軸方向と平行な軸を中心に非対称な配光特性を有する発光モジュールについて説明する。
図30は、第3の実施形態の変形例に係る発光モジュール210Aの構成を示す平面図である。
発光モジュール210Aは、実装基板211Aと、実装基板211Aの主面211Aa上に配置された複数の光源部215Aを備える。光源部215Aは、LED212A、蛍光体膜213A、封止体214Aを含み、それぞれは第3の実施形態に係るLED212、蛍光体膜213、封止体214と同様の構成である。
図30に示すように、各光源部215Aにおけるずれ方向DSは、全ての光源部215A間で同一である。さらに、LED212Aの中心と封止体214Aの中心との距離であるずれ量L12も、光源部215A間において同じとしている。そのため、蛍光体膜213Aで被覆されたLED212Aと封止体214Aとの位置関係は、全ての光源部215A間で同一である。
このような構成により、発光モジュール210Aから出射される光は、半バットウィング配光となる。よって、LED212Aの主出射方向と平行な軸を中心に非対称な配光特性を有する発光モジュール210Aが得られる。
図31は、発光モジュール210Aの配光特性を説明するための模式的な配光曲線図である。実線はZX面の配光曲線図、破線はYZ面の配光曲線図をそれぞれ示している。破線および実線で示しているように、本変形例に係る発光モジュール210Aの構成によれば、半バットウィング配光が得られる。
≪第4の実施形態≫
第2および第3の実施形態においては、第1の実施形態に係る光源部を複数有してなる発光モジュールをスポットライトおよび街路灯に適用する例について説明したが、これに限定されない。本実施形態では、他の照明装置への適用例について説明する。
[第1例(電球型ランプの第1例)]
図32は、第4の実施形態の第1例に係る照明装置300の構成を示す断面図である。図32に示すように、照明装置300は、発光モジュール310、ホルダ320、回路ユニット330、回路ケース340、口金350、グローブ360、および、筐体370を主な構成とするLED電球である。
発光モジュール310は、実装基板311と、実装基板311の主面311aに配置された複数の光源部315を含む。光源部315の構成は、第1の実施形態に係る光源部15と同様の構成である。光源部315の配列は、第2の実施形態に係る発光モジュール110と同じであるが、発光モジュール310は集光レンズを有しない。したがって、発光モジュール310は、バットウィング配光を有する。したがって、照明装置300によれば、白熱電球に近似した良好な配光特性を実現することができる。
ホルダ320は、モジュール保持部321と回路保持部322とを備える。モジュール保持部321は、発光モジュール310を筐体370に取り付けるための略円板状の部材である。モジュール保持部321は、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310からの熱を筐体370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322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323によってモジュール保持部321に固定されている。回路保持部322の外周には、回路ケース340に係合させるための係合爪324が設けられている。
回路ユニット330は、回路基板331と回路基板331に実装された複数個の電子部品332とからなる。回路ユニット330は、回路基板331が回路保持部322に固定された状態で筐体370内に収納されており、発光モジュール310と電気的に接続されている。
回路ケース340は、回路ユニット330を内包した状態で回路保持部322に取り付けられている。回路ケース340には、回路保持部322の係合爪324と係合する係合孔341が設けられており、係合爪324を係合孔341に係合させることによって、回路保持部322に回路ケース340が取り付けられている。
口金350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350は、筒状胴部とも称されるシェル351と円形皿状をしたアイレット352とを有し、回路ケース340に取り付けられている。シェル351とアイレット352とは、ガラス材料からなる絶縁体部353を介して一体となっている。シェル351は、回路ユニット330の一方の給電線333と電気的に接続されており、アイレット352は、回路ユニット330の他方の給電線334と電気的に接続されている。
グローブ360は、ドーム状であって、発光モジュール310を覆うようにして、その開口端部361が接着剤362によって筐体370およびモジュール保持部321に固定されている。
筐体370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310が配置され、他方の開口側に口金350が配置されている。筐体370は、発光モジュール310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。
[第2例(電球型ランプの第2例)]
図33は、第4の実施形態の第2例に係る照明装置300Aの構成を示す断面図である。また、図34は、第4の実施形態の第2例に係る照明装置300Aの構成を示す斜視図である。
図33に示すように、照明装置300Aは、発光モジュール310A、グローブ320A、ステム330A、支持部材340A、ケース350A、回路ユニット360A、および口金380Aを主な構成とする。照明装置300Aは、いわゆるクリア電球タイプの電球型ランプである。
発光モジュール310Aは、実装基板311Aと、実装基板311Aの主面311Aaに配置された複数の光源部315Aを含む。光源部315Aの構成は、第1の実施形態に係る光源部15と同様の構成である。光源部315Aの配列は、第2の実施形態に係る発光モジュール110Aと同じであるが、発光モジュール310Aは、集光レンズを有しない。したがって、発光モジュール310Aは、バットウィング配光である。
グローブ320A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310Aが収容されている。グローブ320A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310Aは外部から視認可能である。発光モジュール310Aはグローブ320Aの内部の略中央に配置されているため、照明装置300Aは白熱電球に近似した配光特性を有する。さらに、実装基板311Aが透光性の基板であるため、実装基板311Aの主面311Aaに設けられた光源部315Aから出射された光が実装基板311Aを透過して口金380A側にも照射され、照明装置300A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320A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、図33に示す実装基板311Aのもう一方の主面にも光源部315Aが設けられていてもよい。
ステム330Aは、棒状形状であって、グローブ320Aの開口部321Aの近傍からグローブ320A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340Aに固定され、先端に発光モジュール310Aが取り付けられている。ステム330Aは、発光モジュール310Aの熱を支持部材340Aに伝導させる役割を果たすため、発光モジュール310Aの実装基板311A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、アルミニウム、アルミニウム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310Aのステム330Aへの取り付けは、発光モジュール310Aの実装基板311Aを、ステム330Aの先端に設けられた搭載部331A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310Aの熱をステム330A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330A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340Aは、円形板状であって、第1支持部341Aと第2支持部342Aとを備える。発光モジュール310A側に位置する第1支持部341Aは、口金380A側に位置する第2支持部342Aよりも径が小さく、その径の差によって支持部材340Aの外周には段差が生じている。その段差にグローブ320Aの開口部321Aを当接させた状態で、グローブ320Aと支持部材340Aとが接着剤322Aにより接着され、グローブ320Aの開口部321Aが第2支持部342Aによって塞がれている。支持部材340Aは、ステム330A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341A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350Aは、内部に回路ユニット360Aが収容された筒状の部材である。ケース350Aは、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いる。ケース350Aは、グローブ320A側に位置する第1ケース部351Aと、口金380A側に位置する第2ケース部352Aとを備える。ケース350Aと支持部材340Aとは、支持部材340Aに第1ケース部351Aを外嵌させた状態で接着剤322Aにより固定されている。第2ケース部352A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380Aが第2ケース部352Aに螺合されている。
回路ユニット360Aは、回路基板361Aと回路基板361Aに実装された複数個の電子部品362Aとからなり、ケース350A内に収納されている。発光モジュール310Aと回路ユニット360A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363Aにより電気的に接続されている。各給電線363Aの一端は、発光モジュール310Aの導電ランド(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363Aの他端は、回路ユニット360Aと電気的に接続されている。
口金380A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380Aは、筒状胴部とも称されるシェル381Aと円形皿状をしたアイレット382Aとを有する。シェル381Aと回路ユニット360A、アイレット382Aと回路ユニット360Aは、それぞれ給電線354Aを介して電気的に接続されている。
[第3例(直管型ランプ)]
図35は、第4の実施形態の第3例に係る照明装置400の構成を示す斜視図である。図35に示すように、照明装置400は、直管形蛍光灯などの代替として使用される直管形LEDランプである。照明装置400は、長尺筒状の筐体401と、筐体401内に配置された発光モジュール410と、筐体401の両端部に取り付けられた一対の口金403,404とを備える。
筐体401は、両端部に開口を有する長尺筒状であって、発光モジュール410を収容する。筐体401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。
発光モジュール410は、LED412が実装される基板としての基台411と、基台411の実装面411aに配置された複数の光源部415を備える。光源部415の構成は第1の実施形態に係る光源部15と同様の構成である。図35に示すように、光源部415のおけるずれ方向は、全ての光源部415間で同一である。すなわち、LED412は、基台411におけるX軸方向の一端側に寄って配置されている。
基台411は、両端が一対の口金403,404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401の長手方向の長さと略同等である。基台411は、LED412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。
一対の口金403,404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400を照明器具に取り付けた状態において、一対の口金403,404を介してLED412への給電が行われる。また、LED412で生じた熱が、基台411および一対の口金403,404を介して照明器具に伝わる。
発光モジュール410は、LED412の主出射方向であるZ軸方向からずれた方向に最大光度をもつ配光特性を有する。したがって、壁面等に取り付けられ、床面を照らすような照明装置に本変形例に係る照明装置400を用いることで、床面を広範囲に照らすことが可能である。
図36は、第4の実施形態の第3例に係る照明装置400の使用状態の一例を説明するための図である。図36(a)は、照明器具4000に照明装置400aと照明装置400bの2本の照明装置が取着された様子を示す斜視図である。照明装置400a,400bは、図35で説明した照明装置400と同様の構成である。
図36(b)は、図36(a)におけるM−M線矢視断面図であり、照明装置400a,400bのZX断面図に相当する。図36(b)に示すように、照明装置400aにおける光源部415aのずれ方向DSaは、照明装置400aから照明装置400bに向かう方向と一致する。また、照明装置400bにおける光源部415bのずれ方向DSbは、照明装置400bから照明装置400aに向かう方向と一致する。照明装置400a,400bを取り付けた照明器具4000全体で見ると、ずれ方向DSaおよびずれ方向DSbは、互いに内方を向いている。
図36(c)は、照明器具4000を天井面に取り付けた場合の効果について説明するための図である。照明装置400a,400bが図36(b)で説明した構成を有しているため、2個の照明装置400a,400b全体で見ると、バットウィング配光となる。したがって、空間(X)全体を均一に照らすことが可能である。
[第4例(スタンドライト)]
図37は、第4の実施形態の第4例に係る照明装置500の構成を示す斜視図である。照明装置500は、テーブルや作業台等に載置されるスタンドライトである。照明装置500は、主な構成として、発光モジュール510、ベース520、アーム530、ハウジング540、電源配線550を備える。
発光モジュール510は、図37に示すように、ハウジング540内に収容されている。さらに、発光モジュール510は、電源配線550に接続されている。
図38は、第4の実施形態の第4例に係る発光モジュール510の構成を示す平面図である。発光モジュール510は、実装基板511、実装基板511の主面511aに配置された複数の光源部515、導電ランド518を備える。光源部515は、第1の実施形態に係る光源部15と同様の構成である。また、光源部515の配列は、第2の実施形態に係る発光モジュール110と同様である。さらに、導電ランド518は、発光モジュール110における導電ランド118と同様の機能を有するものである。
図37に戻り、ベース520は、円環状であり、固定部521と旋回部522とを有する。旋回部522は、固定部521に対して円環の中心軸回りに旋回自在に設けられている。固定部521の背後からは、電源配線550が引き出されている。
アーム530は、第1アーム531と第2アーム532とを有する。第1アーム531と第2アーム532は、ヒンジ533で屈曲自在に連結され、第2アーム532とベース520は、ヒンジ534で屈曲自在に連結されている。
照明装置500がヒンジ533を有しているので、発光モジュール510の高さおよび向きを自在に調節することができる。また、照明装置500が旋回部522を有しているので、発光モジュール510の旋回角を自在に調節することができる。また、複数の光源部515が同心円状に配置されているため、発光モジュール510はバットウィング配光を有する。したがって、照明装置500によれば、テーブルや作業台を広範囲に、かつ、均一に照らすことが可能である。
[第5例(ペンダントライト)]
図39は、第4の実施形態の第5例に係る照明装置600の構成を示す斜視図である。
照明装置600は、天井から吊り下げられて使用される、いわゆるペンダントライトである。照明装置600は、主な構成として、発光モジュール610、板状部材620、カバー630、電源コード640を備える。
発光モジュール610は、実装基板611、実装基板611の主面に配置された複数の光源部615を備える。光源部615は、第1の実施形態に係る光源部15と同様の構成である。また、光源部615の配列は、第2の実施形態に係る発光モジュール110と同様である。したがって、発光モジュール610がバットウィング配光を有するため、照明装置600は、床面を広範囲にかつ均一に照らすことが可能である。
板状部材620は、発光モジュール610を取り付けるためのものである。板状部材620の前面621は反射面となっており、発光モジュール610から出射された光を床面方向に反射させる機能を有する。カバー630は発光モジュール610の前面を覆う透光性の部材である。電源コード640は、発光モジュール610に接続されている。
[第6例(ダウンライト)]
<全体構成>
図40は、第4の実施形態の第6例に係る照明器具7000の構成を示す斜視図である。
図40に示すように、本実施形態に係る照明器具7000は、天井7001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、照明装置7100、器具7200および回路ユニット7300を備える。
器具7200は、例えば、金属製であって、ランプ収容部7200a、回路収容部7200bおよび外鍔部7200cを有する。ランプ収容部7200aは、有底円筒状であって、内部に照明装置7100が着脱自在に取り付けられる。回路収容部7200bは、ランプ収容部7200aの底側に延設されており、内部に回路ユニット7300が収容される。外鍔部7200cは、円環状であって、ランプ収容部7200aの開口部から外方へ向けて延設されている。器具7200は、ランプ収容部7200aおよび回路収容部7200bが天井7001に貫設された埋込穴7001aに埋め込まれ、外鍔部7200cが天井7001の下面7001bにおける埋込穴7001aの周部に当接された状態で、ねじ(不図示)によって天井7001に取り付けられる。
回路ユニット7300は、照明装置7100を点灯させるためのものであって、照明装置7100と電気接続される電源線7300aを有し、電源線7300aの先端には照明装置7100のリード線771のコネクタ772と着脱自在に接続されるコネクタ7300bが取り付けられている。
<照明装置7100の構成>
図41は、第4の実施形態の第6例に係る照明装置7100の構成を示す斜視図であり、図42は、第4の実施形態の第6例に係る照明装置7100の構成を示す分解斜視図である。図41に示すように、照明装置7100は、略円盤状の外観形状を有するランプユニットであって、内部に発光モジュール710が収容されている。
図42に示すように、照明装置7100は、発光モジュール710以外に、ベース720、ホルダ730、化粧カバー740、カバー750、カバー押え部材760および配線部材770を備える。
発光モジュール710は、実装基板711、実装基板711の主面に配置された複数の光源部715を備える。光源部715は、第1の実施形態に係る光源部15と同様の構成である。また、光源部715の配列は、第2の実施形態に係る発光モジュール110と同様である。したがって、発光モジュール710は、バットウィング配光を有する。さらに、実装基板711の主面における周縁部には、配線部材770のリード線771を接続するための導電ランド718が形成されている。
ベース720は、円板状のアルミダイキャスト加工品であって、上面側の中央に搭載部721を有し、搭載部721に発光モジュール710が搭載されている。また、ベース720の上面側には、搭載部721を挟んだ両側に、ホルダ730固定用のねじ735を螺合させるためのねじ孔722が設けられている。さらに、ベース720の周部には、挿通孔723、ボス孔724および切欠部725が設けられている。
ホルダ730は、有底円筒状であって、円板状の押え板部731と、押え板部731の周縁からベース720側に延設された円筒状の周壁部732とを有する。発光モジュール710は、ホルダ730の押え板部731で実装基板711をベース720の搭載部721に押えつけることによって、ベース720に固定されている。押え板部731の中央には、発光モジュール710の各光源部715を露出させるための窓孔733が形成されている。また、押え板部731の周部には、発光モジュール710に接続されたリード線771がホルダ730に干渉するのを防止するための開口部734が、窓孔733と連通した状態で形成されている。さらに、ホルダ730の押え板部731の周部には、ベース720のねじ孔722に対応する位置に、ねじ735を挿通するための挿通孔736が貫設されている。
化粧カバー740は、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り、ホルダ730とカバー750との間に配置されている。化粧カバー740は、開口部734から露出したリード線771やねじ735等を覆い隠している。化粧カバー740の中央には、各光源部715を露出させるための窓孔741が形成されている。
カバー750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り形成されており、各光源部715から発せられた光はカバー750を透過して照明装置7100の外部へ取り出される。カバー750は、各光源部715を覆うドーム状であって集光レンズ機能を有する本体部751と、本体部751の周縁部から外方へ延設された外鍔部752とを有し、外鍔部752がベース720に固定されている。外鍔部752には、カバー押え部材760のボス部761に対応する位置に、ボス部761を避けるための半円状の切欠部753が形成されている。さらに、外鍔部752には、ベース720の挿通孔723に対応する位置に、挿通孔723に挿通されるねじ(不図示)を避けるための半円状の切欠部754が形成されている。発光モジュール710がバットウィング配光であり、本体部751が集光レンズ機能を有するため、照明装置7100は、発光モジュール710の中心軸方向に最大光度を有する。
カバー押え部材760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で構成され、カバー750の本体部751から発せられた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760でカバー750の外鍔部752をベース720に押えつけることによって、カバー750はベース720に固定されている。カバー押え部材760の下面側には、ベース720のボス孔724に対応する位置に、円柱状のボス部761が設けられている。カバー押え部材760は、カバー押え部材760のボス部761をベース720のボス孔724に挿通させた状態でボス部761の先端部分を潰して行う所謂カシメ留めによって、ベース720に固定されている。カバー押え部材760の周縁部には、ベース720の挿通孔723に対応する位置に、挿通孔723に挿通されるねじ(不図示)を避けるための半円状の切欠部762が形成されている。
配線部材770は、発光モジュール710と電気的に接続された一組のリード線771を有し、それらリード線771の発光モジュール710に接続された側とは反対側の端部にはコネクタ772が取り付けられている。発光モジュール710に接続された配線部材770のリード線771は、ベース720の切欠部725を介して照明装置7100の外部へ導出されている。
≪変形例・その他≫
以上、本発明の構成を第1〜第4の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態等に限られない。例えば、以下のような変形例等を挙げることができる。
(1)上記の実施形態等においては、封止体は、封止体を構成する透光性材料が蛍光体膜を被覆するように充填されてなる、すなわち、封止体が中実であることしたが、本発明はこれに限定されない。封止体は、少なくとも蛍光体膜を封止する構成であればよく、封止体における蛍光体膜を封止している部分と、封止体における外面との間を透光性材料で充填しないこととしてもよい。つまり、封止体は必ずしも中実である必要はないが、封止体を中実とすることで、透光性材料が充填されていない空間と透光性材料との境界での光の屈折を防止できる点で有効である。
(2)第2〜第4の実施形態に係る発光モジュールの光源部の構成を、図1〜図3で説明した光源部の構成と同様であることとしたが、本発明はこれに限定されない。第1の実施形態の変形例に係る発光モジュールを、他の実施形態に係る発光モジュールに適用することとしてもよい。
(3)第1の実施形態に係る発光モジュールのように、実装基板に光源部が1個しか配置されていない発光モジュールの中心軸は、LEDの主出射方向に延伸する仮想線と平行な仮想線であって、平面視した場合における封止体の中心を通る仮想線をいう。平面視した場合における封止体の中心は、光源部が配置されている領域の中心に相当する。したがって、実装基板に光源部が1個しか配置されていない発光モジュールの中心軸は、LEDの主出射方向に延伸する仮想線と平行な仮想線であって、平面視した場合における光源部の中心を通る仮想線で定義される。
一方、第2の実施形態に係る発光モジュールのように、実装基板に光源部が複数個配置されている発光モジュールの中心軸は、LEDの主出射方向に延伸する仮想線であって、平面視した場合における光源部が配置されている領域の中心を通る仮想線をいう。
すなわち、実装基板に配置されている光源部の個数に関わらず、発光モジュールの中心軸は、LEDの主出射方向に延伸する仮想線であって、平面視した場合における光源部が配置されている領域の中心を通る仮想線ということができる。
(4)図28に示す発光モジュール210では、第1および第2の光源部群それぞれにおいて、各光源部のずれ方向を全ての光源部間で同一とし、かつ、各光源部のずれ量も全ての光源部間で同一とした。すなわち、ずれ方向とずれ量の両方が全ての光源部間で同一である、つまり、蛍光体膜で被覆されたLEDと封止体との位置関係が各光源部間で同一であることとした。また、図30に示す発光モジュール210Aにおいても、蛍光体膜で被覆されたLEDと封止体との位置関係が全ての光源部間で同一であることとした。しかしながら、本発明はこれらの例に限定されない。例えば、各光源部のずれ方向を全ての光源部間で同一とするが、ずれ量を全ての光源部間で同一としないこととしてもよい。このような構成であっても、個々の光源部については中心軸方向からずれた方向に最大光度を有する配光特性とすることができる。したがって、複数の光源部を有する発光モジュール全体としては、バットウィング配光もしくは半バットウィング配光を得ることができる。
(5)上記の実施形態等においては、半導体発光素子としてLEDを用いる例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、LD(レーザダイオード)やEL素子(エレクトロルミネッセンス素子)等であっても良い。
(6)上記の実施形態等においては、半導体発光素子が実装基板の上面にCOB技術を用いて実装されたものであることとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、SMD(Surface Mount Device)型のものを用いて実装されたものであっても良い。
(7)上記の実施形態等においては、蛍光体粒子として黄色光を出射する蛍光体粒子を用いることとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、緑色光を出射する蛍光体粒子と赤色光を出射する蛍光体粒子との組合せを用いることとしてもよい。
緑色蛍光体としては、例えば、次のものが挙げられる。Y3Al512:Ce3+、Tb3Al512:Ce3+、BaY2SiAl412:Ce3+、Ca3Sc2Si312:Ce3+、(Ba,Sr)2SiO4:Eu2+、CaSc24:Ce3+、Ba3Si6122:Eu2+、β−SiAlON:Eu2+、SrGa24:Eu2+
赤色蛍光体としては、例えば、次のものが挙げられる。Ca−α−SiAlON:Eu2+、CaAlSiN3:Eu2+、(Sr,Ca)AlSiN3:Eu2+、Sr2Si58:Eu2+、Sr2(Si,Al)5(N,O)8:Eu2+、CaS:Eu2+、La22S:Eu3+
(8)上記の実施形態等においては、半導体発光素子として青色LEDを用いるとともに、蛍光体粒子として黄色蛍光体粒子を用いることで白色光を得ることとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば半導体発光素子として紫色LEDや紫外LEDを用いてもよい。半導体発光素子として紫外LEDを用いる場合、蛍光体膜には赤色蛍光体、緑色蛍光体および青色蛍光体の混合物を用いることで、白色光を得ることができる。
(9)上記の実施形態等においては、LEDが直方体状であることとしたが、これに限定されない。直方体状の他、扁平な円柱状(ボタン状)、立方体形状等であってもよい。
(10)上記の実施形態で使用している、材料、数値等は好ましい例を例示しているだけであり、この形態に限定されることはない。また、本発明の技術的思想の範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。また、他の実施形態との組み合わせは、矛盾が生じない範囲で可能である。さらに、各図面における部材の縮尺は実際のものとは異なる。なお、数値範囲を示す際に用いる符号「〜」は、その両端の数値を含む。
10、10A、10B、10C、10D、110、210、210A、310、310A、410、510、610、710 発光モジュール
11、111、211、211A、311、311A、511、611、711 実装基板
11a、111a、211a、211Aa、311a、311Aa、511a 主面
12、112、212、212A、412 LED
12a 上面
12b 側面
13、13A,13B、13C、13D、113、213、213A 蛍光体膜
13Da 下層
13Db 上層
13a 蛍光体粒子
14、114、214、214A 封止体
15、115、215、215a、215b、215A、315、315A、415、415a、415b、515、615、715 光源部
116 集光レンズ
117 シール部材
118、518、718 導電ランド
216a 第1の光源部群
216b 第2の光源部群
411 基台
411a 実装面
9000 発光モジュール
9001 実装基板
9002 LED
9003 蛍光体層
9004 蛍光体粒子

Claims (13)

  1. 基板と、当該基板の主面に配置された1または複数の光源部とを有する発光モジュールであって、
    前記光源部は、
    前記主面に実装された半導体発光素子と、
    前記半導体発光素子の少なくとも主出射面を被覆する膜状であり、前記半導体発光素子の出射光により励起される蛍光体粒子を含む蛍光体膜と、
    前記蛍光体膜で被覆された前記半導体発光素子を封止するドーム状であるとともに、前記主面を平面視した場合の平面視形状が円形状であり、かつ、当該平面視における中心が当該平面視における前記半導体発光素子の中心から50μm以上ずれて配置された、透光性の封止体と、を備える
    ことを特徴とする発光モジュール。
  2. 前記蛍光体膜の膜厚は、50μm〜200μmである
    ことを特徴とする請求項1に記載の発光モジュール。
  3. 前記半導体発光素子は、前記主面を平面視した場合における平面視形状が長方形状の直方体状であり、
    前記主面を平面視した場合における前記封止体の中心から前記半導体発光素子の中心へ向かう方向は、前記主面を平面視した場合における前記長方形状の短辺方向と一致する
    ことを特徴とする請求項1に記載の発光モジュール。
  4. 前記主面を平面視した場合における前記封止体の中心と前記半導体発光素子の中心との距離は、前記主面を平面視した場合における前記封止体の中心から前記半導体発光素子の中心へ向かう方向に沿った前記封止体の長さの5%以上である
    ことを特徴とする請求項3に記載の発光モジュール。
  5. 前記主面を平面視した場合における、前記封止体の中心から前記半導体発光素子の中心へ向かう方向に沿った前記封止体の長さは、当該平面視における当該方向に沿った前記半導体発光素子の長さの2倍〜4倍である
    ことを特徴とする請求項4に記載の発光モジュール。
  6. 前記主面を平面視した場合における、前記封止体の中心から前記半導体発光素子の中心へ向かう方向に沿った前記半導体発光素子の長さは200μm〜1000μmであり、
    前記主面を平面視した場合における、前記封止体の中心から前記半導体発光素子の中心へ向かう方向に沿った前記封止体の長さは400μm〜4000μmである
    ことを特徴とする請求項5に記載の発光モジュール。
  7. 前記封止体は半球状である
    ことを特徴とする請求項1に記載の発光モジュール。
  8. 前記封止体は、前記透光性材料が前記蛍光体膜を被覆するように充填されてなる
    ことを特徴とする請求項1に記載の発光モジュール。
  9. 前記基板は平板状であり、
    前記主面には、複数の前記光源部が同一面上に配置されている
    ことを特徴とする請求項1に記載の発光モジュール。
  10. 前記主面には、複数の前記光源部が配置されており、
    前記主面を平面視した場合における、前記各光源部の前記封止体の中心から前記半導体発光素子の中心へ向かう方向が、全ての前記光源部間で同一である
    ことを特徴とする請求項1に記載の発光モジュール。
  11. 前記主面には、複数の前記光源部が配置されており、
    前記各光源部における、前記蛍光体膜で被覆された前記半導体発光素子と前記封止体との位置関係が、全ての前記光源部間で同一である
    ことを特徴とする請求項1に記載の発光モジュール。
  12. 環状に配された複数の前記光源部からなる環が、複数個、前記主面に同心円状に配置されており、
    前記主面を平面視した場合における、前記各光源部の前記封止体の中心から前記半導体発光素子の中心へ向かう方向は、各々の前記光源部から前記同心円の中心へ向かう方向と一致する
    ことを特徴とする請求項1に記載の発光モジュール。
  13. 複数の前記光源部で第1および第2の光源部群を構成しており、
    前記主面を平面視した場合における、前記封止体の中心から前記半導体発光素子の中心へ向かう方向をずれ方向とした場合に、
    前記第1の光源部群に含まれる前記各光源部の前記ずれ方向は、前記第1の光源部群から前記第2の光源部群へ向かう方向と一致し、
    前記第2の光源部群に含まれる前記各光源部の前記ずれ方向は、前記第2の光源部群から前記第1の光源部群へ向かう方向と一致する
    ことを特徴とする請求項1に記載の発光モジュール。
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