JP2018022884A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】共通の基板上に複数の発光部を形成して１つの発光装置とする場合に、各発光部の光の密度を高めつつ、各発光部の発光領域の形状に応じて照射面上に生じ得る明暗を目立たなくする。【解決手段】発光装置（２，２’）は、基板（１０，１０’）と、それぞれが基板上に矩形の格子状に実装された複数のＬＥＤ素子（３０）を有する複数の発光部であって、各発光部の発光領域が矩形である複数の発光部（２０，２０’）と、複数の発光部のそれぞれに対応して設けられた複数のレンズ（４１）を含み、複数の発光部の上に配置されたレンズアレイ（４０）とを有し、複数のレンズは、複数の発光部からの出射光を集光して、基板から離れた位置に複数の発光部からの出射光が重なって照射されるように設計されており、複数の発光部のうちの一部は、基板の面内の基準方向に対して他の発光部とは異なる角度で傾いて配置されている。【選択図】図２

Description

本発明は、発光装置に関する。

基板上にＬＥＤ（発光ダイオード）素子が実装され、蛍光体を含有する透光性の樹脂によりそのＬＥＤ素子が封止された発光装置（ＬＥＤパッケージ）が知られている（例えば、特許文献１，２を参照）。こうした発光装置では、ＬＥＤ素子からの光と、ＬＥＤ素子からの光により蛍光体を励起させて得られる光とを混合させることにより、用途に応じて白色光などが得られる。

また、複数のＬＥＤを集積して配置することで光量を多くした照明装置が知られている。例えば、特許文献３には、複数のＬＥＤと、これらのＬＥＤが搭載される基板と、ＬＥＤから出射する照射光を集光あるいは発散させるための複数のレンズ要素が一体に構成されたレンズアレイとを有するＬＥＤ照明装置が記載されている。

また、特許文献４には、ＬＥＤ素子を用いた照明装置をバックライトとした液晶表示装置が記載されている。特に、ＲＧＢ（赤、緑、青）ごとに対を成すＬＥＤ素子が搭載されたパッケージを液晶バックライト筐体に対して正方格子状に配列または三角格子状に千鳥配列させた場合の例が記載されている。

特許文献５には、加法混色により白色光を得ることが可能なマルチチップ方式のフルカラーＬＥＤが実装プレート上にアレイ状に配置され、フルカラーＬＥＤを構成する複数のＬＥＤからの出射光のそれぞれの最高輝度点が実装プレートに対向して設けられた拡散板面上で実質的に合致するように実装されているＬＥＤバックライトが記載されている。

特許文献６には、基板と、基板上に配設されるＬＥＤ素子およびＬＥＤ素子に覆設される多角形状の蛍光体からなる発光体と、透光性の樹脂からドーム状に形成され、発光体に覆設されて発光体から放射される光を拡散させるドーム部材と、ドーム部材を介して放射される発光体の光の配光制御を行うレンズとを備える照明器具が記載されている。この照明器具では、発光体は、基板上に略同心円状に複数配設され、少なくとも１つの発光体が、他の発光体とは配設方向が異なる。

特開２００６−００５２９０号公報 特開２０１０−１７０９４５号公報 特開２０１２−０４２６７０号公報 特開２００９−０３８３０２号公報 特開２００８−２５８０９４号公報 特開２０１１−１３４５０８号公報

高い光量の平行光を得るために、共通の基板上に複数の発光部が形成され、各発光部からの出射光をその発光部に対応するレンズで集光して出射する発光装置を製造することを考える。通常、レンズは円形であるが、発光部を構成するＬＥＤ素子は矩形であるため、レンズの形状に合うように円形の実装領域内にＬＥＤ素子を実装しようとすると、余分な隙間ができてしまい、実装密度を高めることは難しい。発光装置から出射される光の密度が上がるようにＬＥＤ素子の実装密度を高めるためには、各発光部でＬＥＤ素子を矩形の格子状に密集させて実装することが望ましい。しかしながら、矩形の格子状にＬＥＤ素子を実装して矩形の発光部（発光領域）を構成し、レンズを通してその発光部からの出射光を集光すると、発光領域の形状を反映して、照射面上に光の矩形の輪郭ができてしまう。

図２２（Ａ）および図２２（Ｂ）は、発光領域の形状による照射面上の光の輪郭の違いを示す写真である。図２２（Ａ）は、円形の実装領域内にＬＥＤ素子が均等に配置された円形の発光部を有する発光装置からの出射光を示す。図２２（Ｂ）は、矩形の実装領域内にＬＥＤ素子が正方格子状に配置された矩形の発光部を有する発光装置からの出射光を示す。これらの例では、いずれの発光装置でも、発光部の個数は１個である。図２２（Ａ）では照射面上の光の輪郭はほとんどわからないが、図２２（Ｂ）では、発光領域の形状を反映して、照射面上に光の矩形の輪郭が見える。複数の発光部を有し、各発光部からの出射光を同じ照射面上に多重に照射する発光装置でも、図２２（Ｂ）のような出射光をそのまま重ね合わせるのでは、光の矩形の輪郭（明暗）が残ってしまう。

そこで、本発明の目的は、共通の基板上に複数の発光部を形成して１つの発光装置とする場合に、各発光部の光の密度を高めつつ、各発光部の発光領域の形状に応じて照射面上に生じ得る明暗を目立たなくすることである。

基板と、それぞれが基板上に矩形の格子状に実装された複数のＬＥＤ素子を有する複数の発光部であって、各発光部の発光領域が矩形である複数の発光部と、複数の発光部のそれぞれに対応して設けられた複数のレンズを含み、複数の発光部の上に配置されたレンズアレイとを有し、複数のレンズは、複数の発光部からの出射光を集光して、基板から離れた位置に複数の発光部からの出射光が重なって照射されるように設計されており、複数の発光部のうちの一部は、基板の面内の基準方向に対して他の発光部とは異なる角度で傾いて配置されていることを特徴とする発光装置が提供される。

上記の発光装置では、複数のＬＥＤ素子は、発光部ごとに、基板上の矩形の実装領域内に実装されるとともに互いに直並列接続され、複数の発光部のそれぞれは、実装領域上に充填されて複数のＬＥＤ素子を封止する封止樹脂であって、複数のＬＥＤ素子により励起される蛍光体を含有する封止樹脂をさらに有し、発光領域は封止樹脂によって覆われた領域であることが好ましい。

上記の発光装置では、複数の発光部の個数をｎとすると、基準方向に対する各発光部の配置角度は９０度／ｎずつ互いに異なることが好ましい。

上記の発光装置では、複数の発光部のうちで基準方向に対する配置角度が同じ発光部同士を１つの発光部群と定義し、複数の発光部に含まれる発光部群の個数をｍとすると、基準方向に対する各発光部群の配置角度は９０度／ｍずつ互いに異なることが好ましい。

上記の発光装置では、基準方向に平行な方向を０度、基板の面内で基準方向に直交する方向を９０度と定義したときに、０度と、複数の発光部のうちで基準方向に対して傾いて配置されている発光部の配置角度と、９０度との間はそれぞれ等間隔であることが好ましい。

上記の発光装置では、複数の発光部のうちの一部は、基準方向に対して４５度の方向に沿って配置されており、複数の発光部のうちの残りは、基準方向に平行に配置されていることが好ましい。

上記の発光装置では、基準方向に対して４５度傾いた発光部と基準方向に平行な発光部とは、基板上において市松模様を形成するように交互に配置されていることが好ましい。

上記の発光装置では、複数の発光部は、基板上において、それぞれの中心が等間隔に並ぶように配置されていることが好ましい。

上記の発光装置では、複数の発光部同士では、複数のＬＥＤ素子の個数および配置は互いに同じであり、発光領域の形状および大きさも互いに同じであることが好ましい。

上記の発光装置によれば、共通の基板上に複数の発光部を形成して１つの発光装置とする場合に、各発光部の光の密度を高めつつ、各発光部の発光領域の形状に応じて照射面上に生じ得る明暗を目立たなくすることが可能である。

照明装置１の正面図および背面図である。 発光装置２の上面図および断面図である。 レンズアレイ４０の上面図である。 発光部２０の上面図および断面図である。 発光装置２の全体の回路図である。 発光装置２におけるＬＥＤ素子３０の配置を示す模式図である。 発光部２０の配置と各発光部２０からの出射光の重なりを説明するための模式図である。 発光装置２の製造工程を説明するための上面図および断面図である。 発光装置２の製造工程を説明するための上面図および断面図である。 発光装置２の製造工程を説明するための上面図および断面図である。 発光装置２の製造工程を説明するための上面図および断面図である。 別の発光装置２’の上面図および断面図である。 発光装置２’の基板１０’の上面図および断面図である。 発光装置２’の製造工程を説明するための上面図および断面図である。 発光装置２’の製造工程を説明するための上面図および断面図である。 発光装置２’の製造工程を説明するための上面図および断面図である。 発光部の配置角度の例を示す模式図である。 基板上における発光部の配置例を示す上面図である。 発光部の変形例を示す上面図である。 長方形の発光部の配置角度の例を示す模式図である。 基板上における長方形の発光部の配置例を示す上面図である。 発光領域の形状による照射面上の光の輪郭の違いを示す写真である。

以下、図面を参照しつつ、発光装置について説明する。ただし、本発明は図面または以下に記載される実施形態には限定されないことを理解されたい。

図１（Ａ）および図１（Ｂ）は、照明装置１の正面図および背面図である。照明装置１は、例えば照明用の投光器として利用可能な装置であり、一例として、図１（Ａ）に示すように２行３列に配置された計６個の発光装置２を有する。照明装置１は、各発光装置２のケース（筐体）３を近接して配置することで、１つの装置として構成される。１つの照明装置に含まれる発光装置２の個数には、図示したものの他に、例えば２個、４個、あるいは８個以上など、色々な例がある。図１（Ｂ）に示すように、照明装置１は、各発光装置２のケース３の裏面に、発光装置２で発生した熱の放出を促進させるための放熱フィン（ヒートシンク）４を有する。

図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、発光装置２の上面図および断面図である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＩＩＢ−ＩＩＢ線に沿った発光装置２の断面を示す。発光装置２は、基板１０と、基板１０上に形成された複数の発光部２０と、複数の発光部２０の上に配置されたレンズアレイ４０とを有する。なお、各発光装置２は、基板１０の裏面側に、複数の発光部２０が発した熱を放熱させる放熱フィン４を有するが、以下で説明する各図では、簡単のため放熱フィン４の図示は省略する。

基板１０は、例えば、縦横の長さがそれぞれ１０ｃｍ程度のほぼ矩形の基板であり、基板１０の厚さは１〜２ｍｍ程度である。基板１０は、例えば、接着シートにより金属基板１１の上に回路基板１２を貼り合わせて構成される。基板１０の端部は、図１（Ａ）に示した発光装置２のケース３に固定されている。

金属基板１１は、発光部２０を実装するための実装基板、および発光部２０で発生した熱を放熱させる放熱基板として機能するため、例えば、耐熱性および放熱性に優れたアルミニウムで構成される。ただし、金属基板１１の材質は、耐熱性と放熱性に優れたものであれば、例えば銅などの別の金属でもよい。

回路基板１２は、ガラスエポキシ基板、ＢＴレジン基板、セラミックス基板またはメタルコア基板などの絶縁基板である。回路基板１２には、１５個の矩形の開口部（貫通孔）２１が形成されており、各発光部２０は、これらの開口部２１の位置に形成されている。図２（Ａ）には図示していないが、回路基板１２の上面には、複数の発光部２０を互いに電気的に接続するための配線パターン１４、および発光装置２を外部電源に接続するための接続電極が形成されている。また、回路基板１２の上面には、開口部２１の外周部分および外部電源との接続電極の部分を除いて、配線パターン１４を覆うレジスト１５（後述する図８（Ｂ）を参照）が形成されている。

発光部２０は、共通の基板である基板１０上に一定の間隔を空けて形成された独立の複数の発光部であり、基板１０上に均等に配置されている。図示した例では、発光装置２は、正方格子状に配置された１５個の発光部２０を有する。後述するように、個々の発光部２０は、１つの素子グループである複数のＬＥＤ素子を有し、これらのＬＥＤ素子は、発光部２０ごとに矩形の発光領域を形成している。発光装置内の発光部２０の個数は特に限定されず、それらの配置も、必ずしも正方格子状でなくてもよい。ただし、発光装置２からの出射光を均一にするためには、発光部２０同士の間隔（ピッチ）は一定の大きさであることが好ましい。言い換えると、各発光部２０は、基板１０上において、矩形の発光領域の中心（重心）が等間隔に並ぶように配置されていることが好ましい。なお、基板１０の縦方向と横方向で、発光部２０のピッチは異なっていてもよい。

図３は、レンズアレイ４０の上面図である。レンズアレイ４０は、複数のレンズ４１が一体に形成されたレンズの集合体である。図示した例では、レンズアレイ４０は、互いに近接して配置された１５個のレンズ４１を有する。レンズ４１の個数は、発光装置２における発光部２０の個数と同じである。図２（Ｂ）に示すように、各レンズ４１の光軸Ｘは、基板１０の法線方向に一致している。各レンズ４１は、各発光部２０に対応して基板１０上の発光部２０と同じ配置で設けられており、例えば同じ形状および大きさを有する。各レンズ４１は、対応する発光部２０からの出射光を集光して、基板１０から離れた位置に複数の発光部２０からの出射光が重なって照射されるように設計されている。

レンズアレイ４０の端部は、図１（Ａ）に示した発光装置２のケース３に固定されている。特に投光器の用途では、使用時に風により受ける抵抗が小さくなるように、発光装置２をなるべく小型にすることが求められる。このため、隣接するレンズ４１同士は間隔を空けずに互いに接触させて、レンズアレイ４０全体に対するレンズ４１部分の密度を高くすることが好ましい。発光部２０とレンズ４１とは１対１に対応するため、レンズ４１の径によって、発光部２０のピッチが決まる。

図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は、発光部２０の上面図および断面図である。より詳細には、図４（Ａ）は発光部２０の上面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のＩＶＢ−ＩＶＢ線に沿った発光部２０の断面図、図４（Ｃ）は図４（Ａ）のＩＶＣ−ＩＶＣ線に沿った発光部２０の断面図である。発光装置２における１５個の発光部２０はいずれも同一の構成を有し、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）では、それらのうちの１個を拡大して示している。発光部２０は、主要な構成要素として、複数のＬＥＤ素子３０と、封止枠２３と、封止樹脂２４とを有する。

ＬＥＤ素子３０は、例えば、窒化ガリウム系化合物半導体などで構成された、発光波長帯域が４５０〜４６０ｎｍ程度の青色光を出射する青色ＬＥＤである。ただし、ＬＥＤ素子３０の発光波長帯域は特に限定されず、ＬＥＤ素子３０は、例えば、緑色光を出射する緑色ＬＥＤまたは赤色光を出射する赤色ＬＥＤであってもよい。また、例えば、ある発光部２０のＬＥＤ素子３０は青色ＬＥＤであり、他の発光部２０のＬＥＤ素子３０は緑色ＬＥＤであるというように、発光部２０ごとにＬＥＤ素子３０の発光波長帯域が異なっていてもよい。

個々の発光部２０では、回路基板１２にほぼ矩形の開口部２１があり、開口部２１を通して金属基板１１が露出している。ＬＥＤ素子３０は、開口部２１を通して露出している金属基板１１の上に、発光面を金属基板１１とは反対側に向けて実装されている。このように、ＬＥＤ素子３０が金属基板１１の上に直接実装されることで、ＬＥＤ素子３０および後述する蛍光体の粒子により発生した熱の放熱が促進される。

また、ＬＥＤ素子３０は、開口部２１内における矩形の実装領域２２内に、矩形の格子（正方格子）状に配列し、密集して実装されている。図４（Ａ）では、図示を簡単にするために、４行４列の１６個のＬＥＤ素子３０が実装された場合の例を示している。ＬＥＤ素子３０は、各発光部２０において互いに直並列接続されており、図示した例では、４個ずつ直列に接続され、その４組がさらに回路基板１２の配線パターン１４に並列に接続されている。なお、１６個のＬＥＤ素子３０全体の外形が矩形であれば、実装領域２２自体は厳密な矩形でなくてもよく、角部が丸みを帯びていてもよい。

各発光部２０におけるＬＥＤ素子３０の個数は特に限定されず、高い光量を得るために、各発光部２０はより多数のＬＥＤ素子３０を有してもよい。また、１つの発光部２０に含まれるＬＥＤ素子３０の個数や、各発光部２０におけるＬＥＤ素子３０の直列数および並列数は、発光部２０ごとに異なっていてもよい。ただし、発光装置２からの出射光を均一にするためには、すべての発光部２０について、ＬＥＤ素子３０の個数、配置および接続関係（直列数と並列数）が互いに同じであり、かつ発光領域の形状および大きさも互いに同じであることが好ましい。

ＬＥＤ素子３０の下面は、例えば透明な絶縁性の接着剤などにより、金属基板１１の上面に固定されている。また、ＬＥＤ素子３０は上面に一対の素子電極を有し、図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示すように、隣接するＬＥＤ素子３０の素子電極は、ボンディングワイヤ３１（以下、単にワイヤ３１という）により相互に電気的に接続されている。開口部２１の外周側に位置するＬＥＤ素子３０から出たワイヤ３１は、配線パターン１４に電気的に接続されている。これにより、各ＬＥＤ素子３０にはワイヤ３１を介して電流が供給される。

封止枠２３は、回路基板１２の開口部２１の大きさに合わせて例えば白色の樹脂で構成されたほぼ矩形の樹脂枠であり、発光部２０内のＬＥＤ素子３０を取り囲むように、回路基板１２の上面における開口部２１の外周部分に固定されている。封止枠２３は、封止樹脂２４の流出を防止するためのダム材である。また、封止枠２３は、例えば、その表面に反射性のコーティングが施されることにより、ＬＥＤ素子３０から側方に出射された光を、発光部２０の上方（ＬＥＤ素子３０から見て金属基板１１とは反対側）に向けて反射させる。なお、図４（Ａ）では、封止枠２３が透明であるとして図示している。

封止樹脂２４は、金属基板１１上で封止枠２３により囲まれる領域（実装領域２２）に充填されて、１つの発光部２０におけるＬＥＤ素子３０とワイヤ３１の全体を一体に被覆し保護（封止）する。封止樹脂２４によって覆われた領域が発光部２０の発光領域である。各発光部２０は、ほぼ矩形の封止枠２３によって封止樹脂２４が成形されることから、ほぼ矩形の発光領域を有する。発光領域についても、厳密な矩形に限らず、角部が丸みを帯びていてもよい。封止樹脂２４としては、例えば、エポキシ樹脂またはシリコーン樹脂などの無色かつ透明な樹脂を、特に２５０℃程度の耐熱性がある樹脂を使用するとよい。

また、封止樹脂２４には、ＬＥＤ素子３０からの出射光を吸収してその波長を変換する蛍光体が分散混入されている。例えば、ＬＥＤ素子３０が青色ＬＥＤである場合には、封止樹脂２４は、ＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）などの黄色蛍光体を含有してもよい。この場合、発光部２０は、青色ＬＥＤであるＬＥＤ素子３０からの青色光と、それによって黄色蛍光体を励起させて得られる黄色光とを混合させることで得られる白色光を出射する。また、封止樹脂２４は、例えば、黄色蛍光体と赤色蛍光体などの複数種類の蛍光体を含有してもよいし、発光部２０ごとに異なる種類の蛍光体を含有してもよい。

なお、図４（Ａ）における符号１６は、発光部２０の動作（点灯）を確認するための検査用端子を示す。検査用端子１６は、それぞれ２個の端子を１組として、回路基板１２の上面に発光部２０ごとに設けられている。

図５（Ａ）および図５（Ｂ）は、発光装置２の全体の回路図である。符号５０は、発光装置２の１５個の発光部２０を駆動するドライバを示す。１５個の発光部２０は、例えば、図５（Ａ）に示すように、ドライバ５０に直列接続されている。あるいは、照明装置１に含まれる発光装置２の個数と使用するドライバ５０が供給可能な最大電圧との関係によっては、１５個の発光部２０はドライバ５０に直並列接続されていてもよい。１５個の発光部２０は、例えば、図５（Ｂ）に示すように、ドライバ５０に並列接続される３組に分けられ、各組に含まれる５個ずつの発光部２０が互いに直列接続されていてもよい。なお、発光装置２では、すべての発光部２０が同時に発光してもよいし、回路基板１２の配線パターン１４によっては、一部の発光部２０のみが発光してもよい。

図６は、発光装置２におけるＬＥＤ素子３０の配置を示す模式図である。発光装置２では、１５個の発光部２０のうちの８個は、符号Ｌで示した基板１０（回路基板１２）の辺に平行に配置されており、残りの７個の発光部２０は、辺Ｌに対して４５度の方向に沿って配置されている。

より詳細には、発光装置２では、回路基板１２に設けられた１５個の矩形の開口部２１のうちの８個については、開口部２１の２辺は回路基板１２の辺Ｌに平行であり、残りの７個の開口部２１の各辺は、回路基板１２の辺Ｌに対して４５度の方向に向いている。各発光部２０は、開口部２１の辺に沿ってＬＥＤ素子３０を正方格子状に実装して形成されており、結果として、８個の発光部２０のＬＥＤ素子３０は辺Ｌに平行に配置され、残りの７個の発光部２０のＬＥＤ素子３０は、辺Ｌに対して４５度の方向に向いている。図６では、各発光部２０が６行６列の３６個のＬＥＤ素子３０を有する場合の例を示している。

このように、発光装置２では、すべての発光部２０の素子配置は同じ正方格子状であるが、複数の発光部２０のうちの一部は、基板１０の辺Ｌに対して他の発光部２０とは異なる角度で傾いて配置されている。言い換えると、複数の発光部２０のうちの一部は、ある方向に向けて配置され、複数の発光部２０のうちの残りは、その方向に対してある角度で回転している。

正方形の実装領域２２にＬＥＤ素子３０が正方格子状に配置されている場合には、発光部２０を９０度回転させると元と同じ素子配置になるので、発光部２０の配置角度θは０度＜θ＜９０度の範囲内である。発光装置２では、発光部２０は、辺Ｌに平行のもの（配置角度θが０度）と、基板１０の対角線方向に傾いているもの（配置角度θが４５度）の２グループで構成されている。発光部２０の配置角度が２通りの場合には、それらの値は０度と４５度であることが好ましい。すなわち、基板１０の辺Ｌに平行な方向を０度、基板１０の面内で辺Ｌに直交する方向を９０度と定義したときに、０度と、辺Ｌに対して傾いて配置されている発光部２０の配置角度θと、９０度との間は、それぞれ等間隔であることが好ましい。ただし、実際には、辺Ｌに対して傾いている発光部２０の配置角度θは、必ずしも正確に４５度でなくてもよく、４５度±２０度くらいの範囲内であればよい。

発光装置２では、辺Ｌに平行な８個の発光部２０と、辺Ｌに対して４５度傾いた７個の発光部２０とは、基板上において互い違いに（すなわち、千鳥状、市松模様状に）配置されている。図示した例のように、各発光部２０の配置角度θは、隣り合う発光部２０（素子グループ）ごとに異なっていることが好ましい。配置角度が異なる発光部２０のグループ同士は、必ずしも互い違いに配置されていなくてもよいが、回路基板１２上で均等に混ざり合って配置されていることが好ましい。

また、発光部２０の配置角度は２通りに限らず、３通り以上であってもよい。例えば、配置角度は、０度、３０度、６０度の３通りでもよいし、０度、１０度、２０度、・・・、８０度の９通りでもよい。すなわち、基板１０上の一部の発光部２０は基板１０の辺Ｌに平行に配置され、他の発光部２０は、辺Ｌに対して、３０度もしくは６０度、または１０度、２０度、・・・、７０度もしくは８０度だけ傾いて配置されていてもよい。一般化すると、基板１０の辺Ｌに対して傾いて配置される発光部２０の配置角度θ_１，・・・，θ_ｎを、９０−θ_ｎ＝θ_ｎ−θ_ｎ−１＝・・・＝θ_１−０となるように設定してもよい。あるいは、発光部２０ごとに、基板１０の辺Ｌに対する配置角度が異なっていてもよい。

図６に示した基板１０の辺Ｌは、基板の面内における基準方向の一例である。基板は矩形に限らず、円形などの他の形状であってもよいため、基準方向も、基板の１辺の方向とは限らない。例えば、基板が円形である場合には、その円の中心を通る１つの直線の方向を基準方向として選択し、その直線に対して、一部の発光部２０を他の発光部２０とは異なる角度で傾けて配置すればよい。

図７（Ａ）〜図７（Ｆ）は、発光部２０の配置と各発光部２０からの出射光の重なりを説明するための模式図である。より詳細には、図７（Ａ）は、９個の発光部２０がすべて同じ配置角度で配置されている比較例の発光装置を示し、図７（Ｃ）および図７（Ｅ）は、その発光装置からある照射面上に照射された光６０’を示す。また、図７（Ｂ）は、９個の発光部２０のうちの４個が配置角度０度で配置され、残りの５個が配置角度４５度で配置されている発光装置２を示し、図７（Ｄ）および図７（Ｆ）は、その発光装置からある照射面上に照射された光６０を示す。照射面の位置は、図７（Ｃ）および図７（Ｄ）よりも図７（Ｅ）および図７（Ｆ）の方が発光装置から遠く、図７（Ｅ）および図７（Ｆ）では発光装置から十分遠方であるとする。

複数の発光部２０からの光は、レンズ４１を通して、互いに平行に出射する。しかしながら、発光部２０同士の距離よりも、発光装置２からの光が照射される照射面と各発光部２０との間の距離の方が極端に大きいため、実際には、各発光部２０の光は、図７（Ｃ）〜図７（Ｆ）に示すように、互いに重なって照射される。比較例の発光装置では、すべての発光部２０が同じ配置角度で配置されているために、発光領域の矩形の形状を反映して、図７（Ｅ）に示すように、十分遠方の照射面上における照射光６０’の全体の外形も矩形になる。

一方、発光装置２では、配置角度が０度と４５度の２通りの発光部２０があるために、個々の発光領域が矩形であっても、互いに４５度傾いた矩形の照射光６０同士が重なることにより、図７（Ｄ）および図７（Ｆ）に示すように、照射面上における照射光６０の全体の外形はほぼ８角形になる。すなわち、各発光部２０の発光領域が矩形でも、発光部２０の配置角度が互いに異なっていれば、発光装置から十分遠方においてそれらの出射光を重ねたときにできる像は円形に近くなる。各発光部２０の配置角度の差を４５度よりも細かく設定すれば、各発光部２０からの出射光を重ねたときにできる像の外形は、８角形よりもさらに円形に近くなる。逆に言えば、２つの発光部２０の配置角度の関係は、それらの発光部２０からの出射光の像を重ねたときに、１つの発光部２０だけからの出射光の像よりも円形に近くなるように設定される。

発光装置２では、各発光部２０においてＬＥＤ素子３０が矩形の実装領域２２に正方格子状に密集して実装されているため、各発光部２０からの光の密度が高くなる。さらに、一部の発光部２０が基板１０の辺に対して他の発光部２０とは異なる角度で傾いて配置されているため、各発光部２０の発光領域が矩形であっても、図７（Ｆ）に示すように、各発光部２０からの出射光を重ねたときにできる像は円形に近くなる。このため、発光装置２では、図２２（Ｂ）を用いて説明したような、照射面における矩形の明暗の輪郭は現れにくくなる。

図８（Ａ）〜図１１（Ｂ）は、発光装置２の製造工程を説明するための上面図および断面図である。図８（Ｂ）、図９（Ｂ）、図１０（Ｂ）および図１１（Ｂ）は、それぞれ、図８（Ａ）のＶＩＩＩＢ−ＶＩＩＩＢ線、図９（Ａ）のＩＸＢ−ＩＸＢ線、図１０（Ａ）のＸＢ−ＸＢ線および図１１（Ａ）のＸＩＢ−ＸＩＢ線に沿った断面を示す。

発光装置２の製造時には、まず、図８（Ａ）および図８（Ｂ）に示すように、金属基板１１と開口部２１を有する回路基板１２とが、重ね合わされて貼り合わされる。そして、以下で説明するように、基板１０の上に複数の発光部２０が一括で形成される。

その際は、各開口部２１内で露出している金属基板１１の上面（実装領域２２）に、図９（Ａ）および図９（Ｂ）に示すように、発光面を金属基板１１とは反対側に向けて、複数のＬＥＤ素子３０が正方格子状に配列して実装される。このとき、近接するＬＥＤ素子３０同士はワイヤ３１で互いに接続され、各実装領域２２の外周側のＬＥＤ素子３０から出たワイヤ３１は、配線パターン１４に電気的に接続される。また、図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）に示すように、回路基板１２の上面における各開口部２１の外周部分に、封止枠２３が固定される。そして、図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）に示すように、各開口部２１において、蛍光体を含有する封止樹脂２４が、金属基板１１上で封止枠２３により囲まれる領域に充填されて、複数のＬＥＤ素子３０が封止される。

続いて、図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示すように、各発光部２０とそれに対応するレンズ４１との相対位置が合うように、複数のレンズ４１を含むレンズアレイ４０が、回路基板１２の上に配置される。以上の工程により、図２（Ａ）および図２（Ｂ）に示す発光装置２が完成する。

図１２（Ａ）および図１２（Ｂ）は、別の発光装置２’の上面図および断面図である。図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）のＸＩＩＢ−ＸＩＩＢ線に沿った発光装置２’の断面を示す。発光装置２’は、発光装置２にあった開口部２１を有する回路基板１２がないという点が発光装置２とは異なるが、その他の点では発光装置２と同じ構成を有する。このため、以下では、発光装置２’について、発光装置２とは異なる部分を中心に説明し、発光装置２と共通する部分の説明は省略する。

図１３（Ａ）および図１３（Ｂ）は、発光装置２’の基板１０’の上面図および断面図である。図１３（Ｂ）は、図１３（Ａ）のＸＩＩＩＢ−ＸＩＩＩＢ線に沿った基板１０’の断面を示す。発光装置２’の基板１０’は、例えばセラミックスで構成された絶縁基板であり、その上面に正方格子状に配列した１５か所に、それぞれ発光部２０’となるＬＥＤ素子３０の実装領域２２を有する。基板１０’の上面には、複数の発光部２０’を互いに電気的に接続するための配線パターン１４、および発光装置２’を外部電源に接続するための接続電極が形成されている。また、基板１０’の上面には、実装領域２２および外部電源との接続電極の部分を除いて、配線パターン１４を覆うレジスト１５が形成されている。

図１２（Ａ）に示すように、発光装置２’は、発光装置２と同様に、１５個の互いに独立した発光部２０’を有する。発光装置２’でも、一部の発光部２０’は、基板１０’の辺に対して他の発光部２０’とは異なる角度で傾いて配置されている。各発光部２０’からの出射光は、その発光部２０’に対応するレンズ４１により集光されて、基板１０’から離れた位置において互いに重なるように照射される。

各発光部２０’は、発光装置２の発光部２０と同様に、複数のＬＥＤ素子３０と、封止枠２３と、封止樹脂２４とを有する。各発光部２０’では、複数のＬＥＤ素子３０が基板１０’の上面に正方格子状に密集して実装され、１つの素子グループを形成している。各発光部２０’において、ＬＥＤ素子３０同士はボンディングワイヤにより直並列接続されている。なお、発光装置２’では、絶縁基板上にＬＥＤ素子３０が実装されるため、ＬＥＤ素子３０としてバンプタイプの素子を使用すれば、フリップチップ実装をすることも可能である。

発光装置２’でも、各発光部２０’においてＬＥＤ素子３０が矩形の実装領域２２に正方格子状に密集して実装されているため、各発光部２０’からの光の密度が高くなる。また、発光装置２’でも、一部の発光部２０’が基板１０’の辺に対して他の発光部２０’とは異なる角度で傾いて配置されているため、各発光部２０’からの出射光を重ねたときにできる像は円形に近くなり、照射面における矩形の明暗の輪郭は現れにくくなる。

図１４（Ａ）〜図１６（Ｂ）は、発光装置２’の製造工程を説明するための上面図および断面図である。図１４（Ｂ）、図１５（Ｂ）および図１６（Ｂ）は、それぞれ、図１４（Ａ）のＸＩＶＢ−ＸＩＶＢ線、図１５（Ａ）のＸＶＢ−ＸＶＢ線および図１６（Ａ）のＸＶＩＢ−ＸＶＩＢ線に沿った断面を示す。

発光装置２’の製造時には、図１３（Ａ）および図１３（Ｂ）に示す基板１０’上の各実装領域２２に、図１４（Ａ）および図１４（Ｂ）に示すように、複数のＬＥＤ素子３０が正方格子状に配列して実装される。このとき、近接するＬＥＤ素子３０同士はボンディングワイヤで互いに接続され、各実装領域２２の外周側のＬＥＤ素子３０から出たボンディングワイヤは、配線パターン１４に電気的に接続される。また、図１５（Ａ）および図１５（Ｂ）に示すように、基板１０’の上面における各実装領域２２の外周部分に、封止枠２３が固定される。そして、図１６（Ａ）および図１６（Ｂ）に示すように、各実装領域２２において、蛍光体を含有する封止樹脂２４が封止枠２３により囲まれる領域に充填されて、複数のＬＥＤ素子３０が封止される。これにより、基板１０’の上に複数の発光部２０’が形成される。

続いて、図１２（Ａ）および図１２（Ｂ）に示すように、各発光部２０’とそれに対応するレンズ４１との相対位置が合うように、複数のレンズ４１を含むレンズアレイ４０が、基板１０’の上に配置される。以上の工程により、図１２（Ａ）および図１２（Ｂ）に示す発光装置２’が完成する。

図１７（Ａ）〜図１７（Ｅ）は、発光部の配置角度の例を示す模式図である。これらの図では、右側に発光部２０を示し、左側に、その発光部２０を有する発光装置による十分遠方の照射面上への照射光６０を示している。図１７（Ａ）は、発光部２０ごとの配置角度の差Δθが４５度であり、基板の面内における基準方向（例えば、基板の一辺）に対する配置角度が０度および４５度の２通りの発光部２０を含む場合を示す。この場合の発光装置は上記の発光装置２に相当し、図１７（Ａ）の照射光６０は、図７（Ｆ）に示したものと同じである。

図１７（Ｂ）〜図１７（Ｅ）では、１つの発光装置に含まれる発光部２０の配置角度が３通り以上である場合の例を示している。図１７（Ｂ）は、発光部２０の配置角度が０度、３０度および６０度の３通り（Δθが３０度）の場合を示す。同様に、図１７（Ｃ）は、配置角度が０度、２２．５度、４５度および６７．５の４通り（Δθが２２．５度）の場合を示す。図１７（Ｄ）は、配置角度が０度、１８度、３６度、５４度および７２度の５通り（Δθが１８度）の場合を示す。図１７（Ｅ）は、配置角度が０度、１５度、３０度、４５度、６０度および７５度の６通り（Δθが１５度）の場合を示す。

これらの例から分かるように、Δθが小さく、１つの発光装置における互いに異なる発光部２０の配置角度の個数が多いほど、発光装置から十分遠方において各発光部２０からの照射光６０が互いに重なってできる像は、円形に近くなる。したがって、照射面上に矩形の明暗の輪郭ができないようにするためには、１つの発光装置に含まれる発光部２０同士の配置角度を様々に変えて、互いに異なる発光部２０の配置角度の個数をなるべく多くすることが好ましい。

図１８（Ａ）〜図１８（Ｃ）は、基板上における発光部の配置例を示す上面図である。これらの図では、図１７（Ｃ）に示した配置角度の差Δθが２２．５度の４通りの発光部２０を含む発光装置２Ａ〜２Ｃを示している。図１８（Ａ）の発光装置２Ａでは、基板１０の辺に対する配置角度が互いに異なる４つの発光部２０が、基板１０上に縦横２個ずつ配置されている。図１８（Ｂ）の発光装置２Ｂでは、同じ４つの発光部２０が基板１０上で横１列に配置され、図１８（Ｃ）の発光装置２Ｃでは、同じ配置角度の発光部２０が２個ずつ、計８個の発光部２０が、２行４列の格子状に配置されている。発光装置２Ａでは、各発光部２０は、図中に点線で示した正方形の４つの頂点にそれぞれの発光領域の中心（重心）Ｇが載るように、互いに等間隔に配置されており、これは、発光装置２Ｂ，２Ｃでも同様である。

発光装置２Ａ，２Ｂのように、発光部２０の個数をｎとすると、基板１０の辺などの基準方向に対する各発光部２０の配置角度は、９０度／ｎずつ互いに異なることが好ましい。あるいは、発光装置２Ｃのように、１つの発光装置内に配置角度が同じ発光部２０が複数個含まれていてもよい。この場合、発光装置内の発光部２０のうちで、基準方向に対する配置角度が同じ発光部２０同士を１つの発光部群と定義し、発光装置内の発光部群の個数をｍとすると、その基準方向に対する各発光部群の配置角度は、９０度／ｍずつ互いに異なることが好ましい。図示した例では、発光部群としては図１８（Ｃ）に破線ａ〜ｄで示した４組があるので、その個数は４である。

図１９（Ａ）〜図１９（Ｄ）は、発光部の変形例を示す上面図である。これらの図では、簡単のため、発光部として、実装領域とＬＥＤ素子のみを示している。図１９（Ａ）に示す発光部２０は、正方形の実装領域２２に上面視が正方形の３６個のＬＥＤ素子３０が６行６列の格子状に配置されたものであり、図６に示したものと同じである。図１９（Ｂ）に示す発光部２０Ａは、長方形の実装領域２２’に上面視が正方形の１８個のＬＥＤ素子３０が６行３列の格子状に配置されたものである。図１９（Ｃ）に示す発光部２０Ｂは、正方形の実装領域２２に上面視が長方形の１８個のＬＥＤ素子３０’が３行６列の格子状に配置されたものである。図１９（Ｄ）に示す発光部２０Ｃは、長方形の実装領域２２’に上面視が長方形の９個のＬＥＤ素子３０’が３行３列の格子状に配置されたものである。

今までに説明してきた発光部はすべて正方形の実装領域（発光領域）を有しているが、実装領域は長方形でも、同様にＬＥＤ素子を格子状に密集させて実装することができる。このため、発光部２０Ａ，２０Ｃのように、発光部の実装領域（発光領域）は、正方形に限らず、長方形であってもよい。また、発光部２０Ｂ，２０Ｃのように、発光部を構成するＬＥＤ素子は上面視が長方形のものであってもよく、長方形のＬＥＤ素子を使用する場合でも、正方形または長方形の発光領域を構成するように、格子状に密集させて実装すればよい。

図２０（Ａ）〜図２０（Ｅ）は、長方形の発光部の配置角度の例を示す模式図である。これらの図でも、図１７（Ａ）〜図１７（Ｅ）と同様に、右側に発光部２０Ａを示し、左側に、その発光部２０Ａを有する発光装置による十分遠方の照射面上への照射光６０を示している。図２０（Ａ）は、基板の面内における基準方向に対する発光部２０Ａの配置角度が０度および９０度の２通り（Δθが９０度）の場合を示す。同様に、図２０（Ｂ）は、配置角度が０度、６０度および１２０度の３通り（Δθが６０度）の場合を示す。図２０（Ｃ）は、配置角度が０度、４５度、９０度および１３５度の４通り（Δθが４５度）の場合を示す。図２０（Ｄ）は、配置角度が０度、３６度、７２度、１０８度および１４４度の５通り（Δθが３６度）の場合を示す。図２０（Ｅ）は、配置角度が０度、３０度、６０度、９０度、１２０度および１５０度の６通り（Δθが３０度）の場合を示す。

図２１（Ａ）〜図２１（Ｃ）は、基板上における長方形の発光部の配置例を示す上面図である。これらの図では、図２０（Ｃ）に示した配置角度の差Δθが４５度の４通りの発光部２０Ａを含む発光装置２Ａ’〜２Ｃ’を示している。図２１（Ａ）の発光装置２Ａ’では、基板１０の辺に対する配置角度が互いに異なる４つの発光部２０Ａが、基板１０上に縦横２個ずつ配置されている。図２１（Ｂ）の発光装置２Ｂ’では、同じ４つの発光部２０Ａが基板１０上で横１列に配置され、図２１（Ｃ）の発光装置２Ｃ’では、同じ配置角度の発光部２０Ａが２個ずつ、計８個の発光部２０Ａが、２行４列の格子状に配置されている。発光装置２Ａ’では、各発光部２０Ａは、図中に点線で示した正方形の４つの頂点にそれぞれの発光領域の中心（重心）Ｇが載るように、互いに等間隔に配置されており、これは、発光装置２Ｂ’，２Ｃ’でも同様である。

発光領域が長方形の発光部を有する発光装置の場合でも、同様に、発光部２０Ａの個数をｎとすると、基板１０の辺などの基準方向に対する各発光部２０Ａの配置角度は、９０度／ｎずつ互いに異なることが好ましい。あるいは、１つの発光装置に配置角度が同じ発光部２０Ａが複数個含まれていてもよく、この場合には、発光部群の個数をｍとすると、基準方向に対する各発光部群の配置角度は、９０度／ｍずつ互いに異なることが好ましい。

なお、発光装置における各発光部は、上記の説明とは異なり、１個の発光素子で構成されていてもよい。例えば、１つの基板上に表面実装型の複数のＬＥＤパッケージを実装して発光装置を構成する場合に、一部のＬＥＤパッケージを、基板の辺に対して他のＬＥＤパッケージとは異なる角度で傾いて実装してもよい。この場合にも、各ＬＥＤパッケージからの出射光を重ねたときにできる像は円形に近くなり、照射面における矩形の明暗の輪郭は現れにくくなる。

１ 照明装置
２，２’，２Ａ〜２Ｃ，２Ａ’〜２Ｃ’ 発光装置
３ ケース
４ 放熱フィン
１０，１０’ 基板
１１ 金属基板
１２ 回路基板
２０，２０’，２０Ａ〜２０Ｃ 発光部
２１ 開口部
２２，２２’ 実装領域
２３ 封止枠
２４ 封止樹脂
３０，３０’ ＬＥＤ素子
４０ レンズアレイ
４１ レンズ
５０ ドライバ

Claims (9)

1. 基板と、
   それぞれが前記基板上に矩形の格子状に実装された複数のＬＥＤ素子を有する複数の発光部であって、各発光部の発光領域が矩形である複数の発光部と、
   前記複数の発光部のそれぞれに対応して設けられた複数のレンズを含み、前記複数の発光部の上に配置されたレンズアレイと、を有し、
   前記複数のレンズは、前記複数の発光部からの出射光を集光して、前記基板から離れた位置に前記複数の発光部からの出射光が重なって照射されるように設計されており、
   前記複数の発光部のうちの一部は、前記基板の面内の基準方向に対して他の発光部とは異なる角度で傾いて配置されている、
   ことを特徴とする発光装置。
2. 前記複数のＬＥＤ素子は、前記発光部ごとに、前記基板上の矩形の実装領域内に実装されるとともに互いに直並列接続され、
   前記複数の発光部のそれぞれは、前記実装領域上に充填されて前記複数のＬＥＤ素子を封止する封止樹脂であって、前記複数のＬＥＤ素子により励起される蛍光体を含有する封止樹脂をさらに有し、
   前記発光領域は前記封止樹脂によって覆われた領域である、請求項１に記載の発光装置。
3. 前記複数の発光部の個数をｎとすると、前記基準方向に対する各発光部の配置角度は９０度／ｎずつ互いに異なる、請求項１または２に記載の発光装置。
4. 前記複数の発光部のうちで前記基準方向に対する配置角度が同じ発光部同士を１つの発光部群と定義し、前記複数の発光部に含まれる前記発光部群の個数をｍとすると、前記基準方向に対する各発光部群の配置角度は９０度／ｍずつ互いに異なる、請求項１または２に記載の発光装置。
5. 前記基準方向に平行な方向を０度、前記基板の面内で前記基準方向に直交する方向を９０度と定義したときに、０度と、前記複数の発光部のうちで前記基準方向に対して傾いて配置されている発光部の配置角度と、９０度との間はそれぞれ等間隔である、請求項１または２に記載の発光装置。
6. 前記複数の発光部のうちの一部は、前記基準方向に対して４５度の方向に沿って配置されており、
   前記複数の発光部のうちの残りは、前記基準方向に平行に配置されている、請求項５に記載の発光装置。
7. 前記基準方向に対して４５度傾いた発光部と前記基準方向に平行な発光部とは、前記基板上において市松模様を形成するように交互に配置されている、請求項６に記載の発光装置。
8. 前記複数の発光部は、前記基板上において、それぞれの中心が等間隔に並ぶように配置されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の発光装置。
9. 前記複数の発光部同士では、前記複数のＬＥＤ素子の個数および配置は互いに同じであり、前記発光領域の形状および大きさも互いに同じである、請求項１〜８のいずれか一項に記載の発光装置。