JP2015185760A

JP2015185760A - 発光モジュール

Info

Publication number: JP2015185760A
Application number: JP2014062251A
Authority: JP
Inventors: 善久池田; Yoshihisa Ikeda; 喜子高橋; Yoshiko Takahashi; 小柳津　剛; Tsuyoshi Oyaizu; 剛小柳津; 正弘藤田; Masahiro Fujita
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2014-03-25
Filing date: 2014-03-25
Publication date: 2015-10-22
Also published as: CN204102899U

Abstract

【課題】発光効率を向上すること。
【解決手段】実施形態の発光モジュールは、基板と、複数の半導体発光素子と、反射部材と、封止部材とを具備する。複数の半導体発光素子は、光を吸収する材料で形成された基板上に設けられる基材と、当該基材上に設けられ、光を発する発光層とを有する。反射部材は、少なくとも基材の周囲を囲むとともに基材よりも高くなるように形成され、複数の半導体発光素子のそれぞれを区画する。封止部材は、反射部材により区画された複数の半導体発光素子のそれぞれを封止する。
【選択図】図５

Description

本発明の実施形態は、発光モジュールに関する。

近年、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を光源とする照明装置が普及しつつある。ＬＥＤとして、シリコンなどの黒色の材料を基材に用いたＬＥＤがある。

しかしながら、このようなＬＥＤでは、基材に入射した光が基材に吸収されてしまい、ＬＥＤの外部へ放射されない。そのため、シリコンを基材に用いると、ＬＥＤ全体として発光効率が低下する場合がある。

特開２０１２−１４２４２９号公報

本発明が解決しようとする課題は、ＬＥＤの発光効率を向上させることである。

実施形態の発光モジュールは、基板と、複数の半導体発光素子と、反射部材と、封止部材とを具備する。複数の半導体発光素子は、光を吸収する材料で形成された基板上に設けられる基材と、当該基材上に設けられ、光を発する発光層とを有する。反射部材は、少なくとも基材の周囲を囲むとともに基材よりも高くなるように形成され、複数の半導体発光素子のそれぞれを区画する。封止部材は、反射部材により区画された複数の半導体発光素子のそれぞれを封止する。

実施形態の発光モジュールによれば、発光効率を向上することができるという効果が期待できる。

図１は、実施形態に係る発光モジュールを装着した照明装置の構成の一例を示す図である。図２Ａは、第１の実施形態に係る発光モジュールの側断面図である。図２Ｂは、第１の実施形態に係る発光モジュールを上から見た場合の一部分を示す図である。図３Ａは、第２の実施形態に係る発光モジュールの側断面図である。図３Ｂは、第２の実施形態に係る発光モジュールを上から見た場合の一部分を示す図である。図４Ａは、第３の実施形態に係る発光モジュールの側断面図である。図４Ｂは、第３の実施形態に係る発光モジュールを上から見た場合の一部分を示す図である。図５は、第４の実施形態に係る発光モジュールの側断面図である。図６は、第４の実施形態に係る発光モジュールの変形例を示す図である。図７は、第５の実施形態に係る発光モジュールの側断面図である。図８は、第６の実施形態に係る発光モジュールの側断面図である。

以下、図面を参照して、実施形態に係る発光モジュールおよび照明装置を説明する。なお、実施形態において同一の機能を有する構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、以下の実施形態で説明する発光モジュールおよび照明装置は、一例を示すに過ぎず、本発明を限定するものではない。また、以下の実施形態は、矛盾しない範囲内で適宜組みあわせても良い。

（第１の実施形態）
図１は、実施形態に係る発光モジュールを装着した照明装置の構成の一例を示す図である。図１に示すように、本実施形態に係る照明装置１は、発光モジュール５４と、本体１１と、口金部材１２と、アイレット部１３と、カバー１４と、制御部１５と、電気配線１６ａと、電気配線１６ｂとを有する。発光モジュール５４は、本体１１の上面１１ａに配置された基板６０上に形成される。なお、発光モジュール５４に基板６０を含めてもよい。基板６０は、低熱伝導率のセラミックス、例えば、アルミナや、窒化ケイ素や、酸化ケイ素や、アルミニウムなどにより形成される。

本体１１は、熱伝導性の高い金属、例えば、アルミニウム等により、横断面が略円の円柱状に形成される。また、本体１１の一端には口金部材１２取り付けられ、本体１１の他端にはカバー１４が取り付けられる。また、本体１１は、外周面が一端から他端に向かう方向に順次径が大きくなる略円錐状のテーパー面をなすように形成される。

また、本体１１は、外観がミニクリプトン電球におけるネック部のシルエットに近似する形状に形成される。なお、本体１１の外周面には、一端から他端に向かい放射状に突出する図示しない多数の放熱フィンが一体形成される。

口金部材１２は、例えば、エジソンタイプのＥ形口金である。また、口金部材１２は、ネジ山を備えた銅板製の筒状のシェルを有する。また、口金部材１２は、シェル下端の頂部に電気絶縁部を介して設けられた導電性のアイレット部１３を有する。シェルの開口部は、本体１１の一端の開口部と電気的に絶縁して固定される。

シェルおよびアイレット部１３は、制御部１５における図示しない回路基板の電力入力端子から導出された入力線が接続される。このような口金部材１２は、例えば、天井等に設けられたソケットに差し込まれることで、商用電源から供給される電力を制御部１５に供給する。

カバー１４は、例えば、乳白色のポリカーボネートにより形成される。また、カバー１４は、一端に開口を備えるミニクリプトン電球のシルエットに近似させた滑らかな曲面状に形成される。また、カバー１４は、発光モジュール５４の発光面を覆うように開口端部が本体１１に嵌め込まれて固定される。なお、カバー１４を本体１１に固定する方法は、接着、嵌合、螺合、係止等、何れの方法であってもよい。

制御部１５は、基板６０上に設けられた発光モジュール５４に電力を供給し、発光モジュール５４の点灯および消灯を制御する。制御部１５は、外部と電気的に絶縁するように収納された制御回路を有する。制御部１５は、制御回路による制御により交流電圧を直流電圧に変換し、変換した直流電圧を基板６０上の発光モジュール５４に印加する。また、制御部１５の制御回路の出力端子には、基板６０上の発光モジュール５４に給電するための電気配線１６ａおよび１６ｂが接続される。

電気配線１６ａおよび１６ｂは、本体１１に形成された図示しない貫通孔および図示しないガイド溝を介して本体１１の他端の開口部に導出される。電気配線１６ａおよび１６ｂの先端部分は、絶縁被覆が剥離され、基板６０上に配置された図示しないコネクタに接続される。

このようにして、制御部１５は、シェルおよびアイレット部１３を介して入力された電力を、電気配線１６ａおよび１６ｂを介して基板６０上の発光モジュール５４に供給する。そして、制御部１５は、発光モジュール５４に供給した電力を、電気配線１６ａおよび１６ｂを介して回収する。

［発光モジュール５４の構成］
図２Ａは、第１の実施形態に係る発光モジュール５４の側断面図である。図２Ｂは、第１の実施形態に係る発光モジュール５４を上から見た場合の一部分を示す図である。

発光モジュール５４は、ＬＥＤ４５と、封止部材５３とを有する。封止部材５３には、黄色蛍光体が含まれる封止部材５３ａと、赤色蛍光体が含まれる封止部材５３ｂとが含まれる。ＬＥＤ４５は、シリコンまたはシリコンを含む材料で形成される基材４４と、基材４４上に形成される窒化ガリウム（ＧａＮ）等を含む半導体層（発光層）４３とを有する。発光モジュール５４は、基板６０上に設けられている。

封止部材５３は、蛍光体が添加された、例えば、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、シリコン樹脂などの拡散性の高い熱可塑性を有する透明樹脂である。蛍光体は、ＬＥＤ４５の発光層４３が発した光によって励起されて、発光層４３が発する光の色とは異なる色の光を放射する。本実施形態では、封止部材５３には、黄色蛍光体が含まれる封止部材５３ａと、赤色蛍光体が含まれる封止部材５３ｂとが含まれる。

本実施形態において、基材４４は、シリコンで形成されているため、基材４４の表面は黒色であり、光を吸収する。そのため、発光層４３から放射された光のうち、基材４４と接している発光層４３の面から放射された光は、基材４４で吸収され、外部へは放射されない。従って、発光層４３は、主として、基材４４よりも上方に光を放射する。

本実施形態では、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、反射部材７０により、複数の半導体発光素子４５のそれぞれを区画する。そして、封止部材５３は、反射部材７０により区画された複数の半導体発光素子４５のそれぞれを封止する。また、封止部材５３は、半導体発光素子４５ごとに反射部材５３により区画される。また、封止部材５３は、基材４４の周囲を囲む。また、封止部材５３は、基材４４の高さよりも高くなるように形成されている。本実施形態によれば、半導体発光素子４５ごとに反射部材５３により区画されるため、光の吸収面が減り、発光効率が向上する。また、図２Ａに示すように、反射部材７０の頂部の位置は、発光層４３の上面よりも高い位置にある。

また、本実施形態では、各半導体発光素子４５は、黄色蛍光体を含む封止部材５３ａまたは赤色蛍光体を含む封止樹脂５３ｂにより封止されている。このように、黄色の光を吸収する赤色蛍光体を黄色蛍光体とを同一の封止樹脂５３に混ぜていないため、この点においても発光効率が向上する。このように、本実施形態では、半導体発光素子４５ごとに反射部材７０により区画された封止部材５３の各々は、赤色及び黄色のうち、いずれかの単色の蛍光体を含む。

また、図２Ｂに示すように、赤色蛍光体を含む封止樹脂５３ｂの回りに黄色蛍光体を含む封止樹脂５３ａが配置されている。このように、発光色が異なる蛍光体を含む封止樹脂５３が混在しているため、色むらを低減することができる。

以上、第１の実施形態について説明した。

上記説明から明らかなように、本実施形態の発光モジュール５４によれば、発光効率の向上が期待できる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本実施形態における照明装置１、直管型ランプ１１、および発光ユニット１５の構成は、第１の実施形態における照明装置１、直管型ランプ１１、および発光ユニット１５の構成と同様であるため、詳細な説明は省略する。

［発光モジュール５４の構成］
図３Ａは、第２の実施形態に係る発光モジュール５４の側断面図である。図３Ｂは、第２の実施形態に係る発光モジュール５４を上から見た場合の一部分を示す図である。

図２Ａ及び図２Ｂに示すように、封止部材５３の上面が、半球の透明樹脂７１で被覆されている。これにより、半球の透明樹脂７１で被覆されない場合には、封止部材５３の上面で、発光層４３からの光が全反射する場合があったが、封止部材５３の上面が、半球の透明樹脂７１で被覆されることにより、封止部材５３の上面での光の全反射が抑制される。したがって、第２の実施形態によれば、光の取り出し効率が向上する。

以上、第２の実施形態について説明した。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本実施形態における照明装置１、直管型ランプ１１、および発光ユニット１５の構成は、第１の実施形態における照明装置１、直管型ランプ１１、および発光ユニット１５の構成と同様であるため、詳細な説明は省略する。

［発光モジュール５４の構成］
図４Ａは、第３の実施形態に係る発光モジュール５４の側断面図である。図４Ｂは、第３の実施形態に係る発光モジュール５４を上から見た場合の一部分を示す図である。

図４Ａに示すように、第３の実施形態に係る発光モジュール５４の反射部材７０には、傾斜面７０Ａを有する。例えば、反射部材７０の先端部の頂角は、４５度以上である。この傾斜面７０ａにより、半導体発光素子４５から放出される光の照射範囲が広がり、他の半導体発光素子４５から放出される光と混ざりやすくなる。したがって、第１の実施形態の作用効果に加えて、第３の実施形態によれば、光の色むらを低減することができる。

以上、第３の実施形態について説明した。

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本実施形態における照明装置１、直管型ランプ１１、および発光ユニット１５の構成は、第１の実施形態における照明装置１、直管型ランプ１１、および発光ユニット１５の構成と同様であるため、詳細な説明は省略する。

［発光モジュール５４の構成］
図５は、第４の実施形態に係る発光モジュール５４の側断面図である。図５に示すように、第４の実施形態では、封止部材５３が複数の半導体発光素子４５を覆っている。また、第４の実施形態では、半導体発光素子４５を区画する反射部材７０が白色の反射部材である。このように、隣り合う半導体発光素子４５間が白色の反射部材７０で充填されている。このため、光の吸収面が減り、発光効率が向上する。なお、図６に示すように、反射部材７０は、半導体発光素子４５の基材を全て覆わなくともよい。

以上、第４の実施形態について説明した。

（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本実施形態における照明装置１、直管型ランプ１１、および発光ユニット１５の構成は、第１の実施形態における照明装置１、直管型ランプ１１、および発光ユニット１５の構成と同様であるため、詳細な説明は省略する。

［発光モジュール５４の構成］
図７は、第５の実施形態に係る発光モジュール５４の側断面図である。図７に示すように、第５の実施形態では、反射部材７０に代えて、半導体発光素子４５を基板６０に接合させる際に用いた白色の接合剤８０によって、半導体発光素子４５を区画している。この場合にも、反射部材７０を用いた場合と同様に、発光効率が向上する。

以上、第５の実施形態について説明した。

（第６の実施形態）
次に、第６の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本実施形態における照明装置１、直管型ランプ１１、および発光ユニット１５の構成は、第１の実施形態における照明装置１、直管型ランプ１１、および発光ユニット１５の構成と同様であるため、詳細な説明は省略する。

［発光モジュール５４の構成］
図８は、第６の実施形態に係る発光モジュール５４の側断面図である。図８に示すように、第５の実施形態では、反射部材７０や接合剤８０に代えて、放熱部材８５によって、半導体発光素子４５を区画している。この場合には、半導体発光素子４５間が放熱部材８５によって充填されていることから、放熱効果が向上する。反射部材７０を用いた場合と同様に、発光効率が向上する。

以上、第６の実施形態について説明した。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者には明らかである。また、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

４５半導体発光素子
５３封止樹脂
５４発光モジュール
７０反射部材

Claims

基板と；
光を吸収する材料で形成された前記基板上に設けられる基材と、当該基材上に設けられ、光を発する発光層とを有する複数の半導体発光素子と；
少なくとも前記基材の周囲を囲むとともに前記基材よりも高くなるように形成された前記複数の半導体発光素子のそれぞれを区画する反射部材と；
前記反射部材により区画された複数の半導体発光素子のそれぞれを封止する封止部材と；
を具備することを特徴とする発光モジュール。
前記反射部材の頂部は傾斜面を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の発光モジュール。
前記反射部材の頂部の位置は、前記発光層の上面よりも高い位置である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の発光モジュール。
前記半導体発光素子ごとに前記反射部材により区画された封止部材の各々は、複数の色のうちいずれかの単色の蛍光体を含む
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光モジュール。
前記半導体発光素子ごとに、前記封止部材の上面が半球の透明樹脂で被覆されている
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光モジュール。