JP2017212309A - LED lighting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、各種の照明器具に搭載されるLED照明装置に関するものである。 The present invention relates to an LED lighting device mounted on various lighting fixtures.
近年、電球や蛍光灯に代わる照明用の光源として、複数の発光素子を用いた照明装置が採用されるようになってきている。発光素子は電球等に比べて低消費電力であるが点状光源であるため指向性が狭い。このため、LED照明装置には、数十個乃至数百個程度の発光素子が使用され、これらの発光素子を透光性の樹脂で封止することによって、均一な明るさの発光面を形成している。 In recent years, an illumination device using a plurality of light emitting elements has been adopted as a light source for illumination in place of a light bulb or a fluorescent lamp. The light emitting element consumes less power than a light bulb or the like, but has a narrow directivity because it is a point light source. For this reason, several tens to several hundreds of light emitting elements are used in the LED illumination device, and a light emitting surface with uniform brightness is formed by sealing these light emitting elements with a light-transmitting resin. doing.
上記発光素子にあっては、発光層(PN接合部)から実装基板の上面に向けて出射される光も多いため、正面方向に向かう輝度が十分に得られない場合があった。これを改善するために、LEDが実装される実装基板を反射率の高い材料で形成したり、実装されている発光素子の周囲に反射部材を設けたりすることによって、側面方向に出射された光を正面方向に反射させて正面方向の輝度を高めるようにしている。 In the above light emitting element, there is a large amount of light emitted from the light emitting layer (PN junction portion) toward the upper surface of the mounting substrate, and thus there is a case where the luminance toward the front direction cannot be obtained sufficiently. In order to improve this, light emitted in the lateral direction is formed by forming a mounting substrate on which the LED is mounted with a material having high reflectivity, or by providing a reflecting member around the mounted light emitting element. Is reflected in the front direction to increase the brightness in the front direction.
特許文献1には、発光素子が実装されている実装基板の上面を微細な凹凸の集合からなる粗面に形成することで、発光素子の発光層から実装基板の上面に向かう光を正面方向に向けさせるように構成された発光装置が開示されている。 In Patent Document 1, the upper surface of the mounting substrate on which the light emitting element is mounted is formed into a rough surface including a set of fine irregularities, so that light traveling from the light emitting layer of the light emitting element toward the upper surface of the mounting substrate is directed in the front direction. A light emitting device configured to be directed is disclosed.
また、特許文献2では、発光素子が実装される電極面に所定の角度の傾斜した電極面を設けることによって、前記発光素子の発光層から実装基板の上面に向かう光を正面方向に向けさせるようにした発光装置が開示されている。 In Patent Document 2, an electrode surface inclined at a predetermined angle is provided on an electrode surface on which a light emitting element is mounted, so that light directed from the light emitting layer of the light emitting element toward the upper surface of the mounting substrate is directed in the front direction. A light emitting device is disclosed.
特許文献1に開示されている発光装置にあっては、発光素子が実装される実装基板の実装面を光反射率の高い材料で形成したり、前記実装面を粗面に形成したりすることで、実装面の上方(発光正面)に向かう反射効果を得ることは可能である。しかしながら、単に光反射率の高い部材の選択や実装面の粗面加工のみでは、前記発光正面に向かう光の反射率にバラツキが生じ、均一且つ高輝度な発光を得られないといった問題があった。 In the light emitting device disclosed in Patent Document 1, the mounting surface of the mounting substrate on which the light emitting element is mounted is formed of a material having high light reflectance, or the mounting surface is formed to be a rough surface. Thus, it is possible to obtain a reflection effect toward the upper side of the mounting surface (light emitting front). However, simply selecting a member with high light reflectance or roughing the mounting surface has a problem in that the light reflectance toward the light-emitting front varies and uniform and high-luminance light emission cannot be obtained. .
一方、特許文献2に開示されている発光装置にあっては、実装基板や電極とは別体に傾斜した反射面を設ける必要があるので、このような反射面を複数の発光素子が密集して配置される実装基板上に形成するのは製造上の困難さを有し、量産に適していないといった問題があった。 On the other hand, in the light emitting device disclosed in Patent Document 2, since it is necessary to provide a reflective surface that is inclined separately from the mounting substrate and the electrodes, a plurality of light emitting elements are concentrated on such a reflective surface. However, there is a problem in that it is difficult to manufacture on a mounting substrate disposed in a manner, and is not suitable for mass production.
そこで、本発明の目的は、複数の発光素子が配列実装される実装基板において、発光素子ごとに、その周囲から発せられる光を実装基板の上方に向けて均一に反射させることで、全体として高輝度且つ発光ムラやバラツキのない均一な発光効果を得ることのできるLED照明装置を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to improve the overall performance of a mounting board on which a plurality of light emitting elements are arranged and mounted by uniformly reflecting light emitted from the periphery of each light emitting element toward the upper side of the mounting board. It is an object of the present invention to provide an LED lighting device that can obtain a uniform light emitting effect without luminance unevenness and variation in luminance.
上記課題を解決するために、本発明のLED照明装置は、複数の発光素子と、複数の発光素子が実装される実装面を有する実装基板とを備えたLED照明装置において、前記実装面には実装される発光素子ごとに、該発光素子の周囲を取り込む反射部が設けられ、前記反射部が前記各発光素子に向かって下方に傾斜する傾斜面を有することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, an LED illumination device according to the present invention is an LED illumination device including a plurality of light emitting elements and a mounting substrate having a mounting surface on which the plurality of light emitting elements are mounted. Each mounted light emitting element is provided with a reflecting portion that takes in the periphery of the light emitting element, and the reflecting portion has an inclined surface that is inclined downward toward the respective light emitting elements.
本発明に係るLED照明装置によれば、複数の発光素子が実装される実装面が、個々の発光素子を取り囲むようにして設けられ、該発光素子に向かって下方に傾斜する傾斜面を有した反射部によって形成されているので、各発光素子から実装面に向けて発せられる光を該実装面の上方に向けて均一に反射させることができる。これによって、前記各発光素子から上方に向けて直接発せられる光と、各発光素子の周囲からの反射光とによって、実装面の上方を高輝度且つ均一に照明することができる。 According to the LED illumination device of the present invention, the mounting surface on which the plurality of light emitting elements are mounted is provided so as to surround each light emitting element, and has an inclined surface that is inclined downward toward the light emitting element. Since it is formed by the reflecting portion, the light emitted from each light emitting element toward the mounting surface can be uniformly reflected upward of the mounting surface. Thereby, the upper part of the mounting surface can be illuminated with high brightness and uniformity by the light directly emitted upward from each light emitting element and the reflected light from the periphery of each light emitting element.
図1は、本発明の第1実施形態のLED照明装置11を示したものである。このLED照明装置11は、実装基板12と、この実装基板12上に配置され、中央部に円形状の開口部14を有する配線基板13とを備え、前記開口部14を通して露出された前記実装基板12上には、発光素子16と、この発光素子16の周囲を取り囲む傾斜した反射部23とからなる発光部21が複数連続した実装面15が形成されている。
FIG. 1 shows an
前記実装基板12は、照明用途や照明規模等に応じて、十数mm〜数十mm四方の光反射率や熱伝導率の高い金属材料が用いられ、この中央部に前記実装面15が設けられる。
The
前記配線基板13は、開口部14の縁部に沿って一対の電極帯14a,14bが形成され、この電極帯14a,14bは、外部との電気的接続を図る一対の電極端子20a,20bにそれぞれ電気的につながっている。前記一対の電極帯14a,14bは、一方がアノード、他方がカソードとなっている。
The
前記実装面15に実装される発光素子16は、一般照明用として白色系の発光色を出すために、窒化ガリウム系化合物半導体からなる同一種類且つ同一サイズの青色発光素子を用いている。この青色発光素子は、サファイアガラスからなるサブストレートと、このサブストレートの上にn型半導体、p型半導体を拡散成長させた拡散層とからなっている。前記n型半導体及びp型半導体はそれぞれn型電極,p型電極を上面に備えており、ワイヤ19を介して互いに電気的に接続されている。なお、本実施形態では、複数の発光素子16が直列接続された複数の配列グループによって形成され、各配列グループの両端に位置している発光素子16は前記電極帯14a,14bのいずれかに接続され、一対の電極端子20a,20bを介してそれぞれの配列グループに所定の電流が印加される。
The
図2に示すように、前記開口部14の周囲には、前記配線基板13の電極帯14a,14bの上面に沿った絶縁性樹脂による仕切枠17が所定高さに形成され、この仕切枠17内に透光性を有した封止樹脂18が形成される。この封止樹脂18は、透明な樹脂基材に所定分量の蛍光剤を含有させて成形したものであり、例えば、エポキシ樹脂あるいはシリコーン樹脂基材に、蛍光粒子の原料となるイットリウム・アルミニウム・ガーネット(YAG)や、色素粒子の原料となる染料等からなる蛍光剤を適量混入されることによって形成することができる。
As shown in FIG. 2, a
次に、図3及び図4に基づいて、前記実装面15の構成について説明する。ここで、図3(a)は前記実装面15の平面図、図3(b),(c)は前記実装面15のA−A断面図、B−B断面図である。前記実装面15を構成する複数の発光部21は全て均一に形成されており、それぞれの発光部21は、発光素子16が実装される底面22と、この底面22を取り囲むすり鉢状の傾斜した反射部23とを備えている。このため、各発光部21は、単体で一つの独立した発光エリアを構成しており、この各発光部21を実装面15上に複数集合させることによって、所定の照明領域全体を明るく且つ均一に照明することができる。前記各発光部21の底面22は、前記実装基板12を厚み方向に方形状に凹設した位置に設けられ、前記反射部23は、平面視で方形に形成され、前記底面22に実装されている発光素子16に向かって下方に傾斜する台形状の4つの傾斜面24によって形成されている。図4に示したように、前記各傾斜面24は、その上端25が前記発光素子16の発光層16aよりも低い位置に設定され、前記発光層16aから下向きに発せられる光を反射させるようになっている。
Next, based on FIG.3 and FIG.4, the structure of the said
図3に示したように、前記実装面15は、前記各発光部21が縦横方向に格子状に連続するように形成されている。このため、各発光部21の反射部23は、隣接する発光部21の反射部23とそれぞれの傾斜面24の上端25に形成される稜線26によってつながっており、この稜線26を境にして隣接する発光部21の発光素子16による反射光が互いに影響しないようになっている。
As shown in FIG. 3, the
前記実装面15は、前記実装基板12の上面をエッチング加工することによって、前記底面22及び反射部23からなる複数の発光部21を一括して形成することができる。また、前記複数の発光部21の配列からなる実装面15の凹凸形状に沿って形成された金型を用いて前記実装基板12を形成することもできる。
The mounting
図4に示したように、前記各発光部21の反射部23を構成している傾斜面24は、発光素子16が実装されている底面22の四方向の外周部から10度乃至25度の傾斜角によって形成されている。図4(a)に示したように、前記傾斜面24の傾斜角α1が25度の場合にあっては、発光素子16の発光層16aから出射角度β1が約50度の範囲の光が前記傾斜面24の上端25近傍で反射されることによって、実装面15に対して略直上する方向(発光正面)に向かう反射光を多く得ることができる。一方、図4(b)に示すように、前記傾斜面23の傾斜角α2が10度の場合にあっては、発光素子16の発光層16aから出射角度β2が約20度の範囲の光が底面22に近い傾斜面24で反射されることによって、前記発光正面に向かう反射光を多く得ることができる。
As shown in FIG. 4, the
このように、前記傾斜面24の傾斜角度を大きくした場合は、発光素子16の発光層16aから出射される光を前記傾斜面24の上端25に近い位置で前記発光正面に向けて反射させることができ、逆に、前記傾斜面24の傾斜角度を小さくした場合は、発光素子16の発光層16aから出射される光のうち、発光素子16が実装されている底面22近傍で発光正面に向けて反射させることができる。したがって、本実施形態のように、前記傾斜面24の傾斜角度を10度乃至25度の範囲に設定することによって、各発光部21内で発光ロスなく、発光正面に向かう反射光を多くして発光効率を高めることができる。
Thus, when the inclination angle of the
本実施形態の実装面15では、平面視で方形の反射部23からなる発光部21の集合体によって構成されているため、各反射部23の中心に実装されている発光素子16から発せられる直接光と、各反射部23からの方形状の発光輪郭を有する反射光とが合成されて、発光正面をムラなく高輝度で照明することができる。
Since the mounting
図5は第2実施形態の実装面30の構成例を示したものである。この実施形態の実装面30は、発光素子16が実装される底面32と、この底面32を取り囲む円形のすり鉢状の反射部33とからなる発光部31の集合体によって形成されている。このため、各発光部31は、単体で一つの独立した発光エリアを構成しており、この各発光部31を実装面30上に複数集合させることによって、所定の照明領域全体を明るく且つ均一に照明することができる。
FIG. 5 shows a configuration example of the mounting
前記反射部33は、第1実施形態と同様に傾斜面34の傾斜角度を10度乃至25度の範囲に形成することによって、前記傾斜面34の頂上部35までの間で、前記発光素子16の発光層16aから所定の角度で下向きに出射される光を実装面30に対して略直上する発光正面に向かう反射光を得ることができる。
As in the first embodiment, the
前記各発光部31は、反射部33が発光素子16を中心とした平面視で円形に形成されているため、図5に示したように、発光素子16が実装される底面32を半スペースずらすようにして配列させることで、実装面30内により多くの発光素子16を集積させることができる。この配列によって、各発光部31の反射部33は、隣接する発光部31の反射部33とそれぞれの傾斜面34の上端35が接する円弧状の稜線36によってつながっており、この稜線36を境にして隣接する発光部31の発光素子16による反射光が互いに影響しないようになっている。
In each of the
また、本実施形態では、各発光部31の反射部33が発光素子16を中心とした円形の傾斜面34によって形成されているので、前記発光素子16の発光層16aから同一範囲内の傾斜面34によって反射される光は全て同一角度で反射させることができる。このため、各発光部31からは発光素子16を中心にした同心円状の発光が得られ、この同心円状の発光が実装面30全体に広がることで、発光正面をムラなく高輝度な光で照明することができる。
In the present embodiment, the reflecting
図6は第3実施形態の実装面40の構成例を示したものである。この実施形態の実装面40は、発光素子16が実装される底面42と、この底面42を取り囲むフレネルレンズとしての機能を有した反射部43とからなる発光部41の集合体によって形成されている。前記各発光部41は、単体で一つの独立した発光エリアを構成しており、この各発光部41を実装面40上に複数集合させることによって、所定の照明領域全体を明るく且つ均一に照明することができる。
FIG. 6 shows a configuration example of the mounting
図7に示したように、前記反射部43は、各発光素子16に向かって下方に傾斜する微小な傾斜面44が連続して形成されており、隣接する発光素子16の間で一つのフレネルレンズ面を形成している。前記各傾斜面44の傾斜角度は、上記第1及び第2の実施形態と同様に、10度乃至25度の範囲に設定に設定されている。
As shown in FIG. 7, the reflecting
前記複数の傾斜面44は、それぞれが発光素子16を中心にして階段状に広がっており、各発光部41の最も外側に位置する傾斜面44の上端45は、隣接する他の発光部41との反射領域を仕切る連続した稜線46となっている。
Each of the plurality of
前記各発光素子16の発光層16aから発せられる光は、複数の傾斜面44によって反射されることで、実装面40に対して略直上する発光正面に向けて多く光を反射させることができる。また、前記複数の傾斜面44は、前記稜線46を境にして傾斜の向きが反転するので、隣接する発光素子16との間で、反射光が干渉することがない。このため、実装面40に複数の発光部41を連続して形成して場合であっても、隣接する発光素子16間で反射領域が重なることがないので、発光正面における明るさを均一にすることができる。
The light emitted from the
図8は第4実施形態の実装面50の構成例を示したものである。この実施形態の実装面50は、底面52に実装された発光素子16を取り囲む反射部53を平面視で円形に形成し、図7と同様の複数の微小な傾斜面54を同心円状に配置したものである。このため、各発光部51は、単体で一つの独立した発光エリアを構成しており、この各発光部51を実装面50上に複数集合させることによって、所定の照明領域全体を明るく且つ均一に照明することができる。
FIG. 8 shows a configuration example of the mounting
前記反射部53を構成する複数の傾斜面54の形状や角度に関しては図7に示した実施形態と同様であるので、説明は省略する。この実施形態では、実装面50に対して、発光部51を隙間なく密接して配置するため、図5に示したように、縦横方向に隣接する発光素子16を半スペース分ずらせている。本実施形態では、各発光部51からは発光素子16を中心にした同心円状で集光性の高い反射光が得られ、この同心円状の反射光が実装面50全体に広がることで、発光正面をムラなく且つ高輝度な光で照明することができる。
Since the shapes and angles of the plurality of
前記複数の傾斜面54は、それぞれが発光素子16を中心にして同心円状に広がっており、各発光部51の最も外側に位置する傾斜面54の上端55は、隣接する発光部51との反射領域を仕切る連続した稜線56となっている。
Each of the plurality of
以上説明したように、本発明のLED照明装置にあっては、発光素子と、この発光素子を取り囲む反射部とからなる独立した発光部が集合することによって実装面が形成されているため、個々の発光部から発せられる光にバラツキがなく、実装面全体として均一且つ高輝度な発光を得ることができる。また、前記発光素子を取り囲む反射部が、発光素子の発光層から下向きに出射される光を実装面に対して略直上する発光正面に向かうように角度設定された傾斜面を有しているため、集光性の高い照明効果を得ることができる。 As described above, in the LED lighting device of the present invention, the mounting surface is formed by the assembly of the independent light emitting parts including the light emitting element and the reflective part surrounding the light emitting element. There is no variation in the light emitted from the light emitting portion, and uniform light emission with high brightness can be obtained over the entire mounting surface. In addition, the reflecting portion surrounding the light emitting element has an inclined surface whose angle is set so that the light emitted downward from the light emitting layer of the light emitting element is directed to the light emitting front surface that is substantially directly above the mounting surface. It is possible to obtain an illumination effect with a high light collecting property.
11 LED照明装置
12 実装基板
13 配線基板
14 開口部
14a,14b 電極帯
15 実装面
16 発光素子
16a 発光層
17 仕切枠
18 封止樹脂
19 ワイヤ
20a,20b 電極端子
21 発光部
22 底面
23 反射部
24 傾斜面
25 上端
26 稜線
30 実装面
31 発光部
32 底面
33 反射部
34 傾斜面
35 上端
36 稜線
40 実装面
41 発光部
42 底面
43 反射部
44 傾斜面
45 上端
46 稜線
50 実装面
51 発光部
52 底面
53 反射部
54 傾斜面
55 上端
56 稜線
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記実装面には実装される発光素子ごとに、該発光素子の周囲を取り囲む反射部が設けられ、前記反射部が前記各発光素子に向かって下方に傾斜する傾斜面を有することを特徴とするLED照明装置。 In an LED lighting device including a plurality of light emitting elements and a mounting substrate having a mounting surface on which the plurality of light emitting elements are mounted.
The mounting surface is provided with a reflection part surrounding the periphery of the light emitting element for each light emitting element to be mounted, and the reflection part has an inclined surface inclined downward toward each light emitting element. LED lighting device.
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