JP4352686B2 - 反射型発光装置 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、光ファイバー、プロジェクタ、プリンタ、車の前照灯および後方灯、機内のリーディングライトなどのスポット光源に用いられる反射型発光装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
反射型発光装置は、発光素子12と、発光素子12の発光面と対向するよう設けられた、反射面(リフレクタ)11とを有する。反射面11は、発光素子12の発光面の中心を焦点とする放物面である。
このような構成によって、発光素子12からの発光を、発光素子12の発光面と対向する反射面11で反射させ、正面方向へ放射できる。このように、発光素子12からの光を反射面に一度当て、その反射光を利用することで、光源からの直接の光を利用する場合と比較して、輝度むらを少なくすることができる。発光素子からの発光の略全光束を平行光として正面方向へ放射することができるため、高い集光特性を有する光源として用いられている。
【0003】
【特許文献1】
特開平1−205480号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図3に示すように、発光素子12は、実際には光の放射は一点からではなく、複数の発光部を有している。そのため、光の放射方向を制御することは困難である。
そこで、本発明は、複数の発光部を有する発光素子からの光の配光特性に応じた反射面形状とすることで、所望の方向に効率よく放射させることが可能な反射型発光装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決する手段】
上記の課題を解決するため、本発明の請求項1に関わる反射型発光装置は、1つの発光素子と、該発光素子と対向するように設けられた反射面により発光素子からの光を放射方向に反射させる反射型発光装置であって、前記発光素子が複数の発光部を有すると共に、前記反射面が、前記複数の発光部をそれぞれその焦点とする複数の放物面で形成されており、前記発光素子は、異種基板上に窒化ガリウム系化合物半導体が積層されたものからなり、前記複数の発光部は、前記発光素子の側方端面の活性層上および前記異種基板上にあり、前記発光素子の発光面および前記側方端面が、均一な膜厚の蛍光物質によって被覆されていることを特徴とする。
【0006】
このような構成にすることによって、発光素子中心(発光面中心)のみに焦点を有する反射面のみからなるものより、効果的に素子の発光を利用できるため、所望の放射方向への反射効率が向上する。例えば、側方端面に発光部を有する場合は、その発光部を焦点とする面を設けることで、発光部からの光を所望の放射方向へ制御することができる。
【0007】
本発明に係わる反射型発光装置は、反射面は回転放物面であり、回転放物面が、少なくとも、回転軸上に第1の焦点を有する放物面と、回転軸から離れて第2の焦点を有する放物面とからなり、第1の焦点を有する放物面と第2の焦点を有する放物面との焦点距離が異なることが好ましい。
【0008】
発光素子中心から出射される光は、回転軸上の発光素子の中心に第1の焦点を有する放物面にて回転軸方向に平行に反射されるが、焦点より外れた位置にある発光面周辺部や側方端面の発光部からの出射光は、回転軸方向とは異なる方向へ出射され制御が困難となる。そこで、前述のように発光素子中心を第1の焦点とする放物面と、発光面周辺部や側方端面の発光部を第2の焦点とする放物面との焦点距離を互いに異なるものとし、合わせて設けることで、発光素子中心部以外からの発光においてもその制御が可能となり、より指向性を高めた出射光を実現できる。このような効果は、発光素子中心と発光面周辺部や側方端面の発光部との距離が長くなればなるほど、つまり、発光素子のサイズが大きくなった場合に顕著となる。
【0009】
また、第1の焦点を有する反射面と、第2の焦点を有する反射面を組み合わせ設けることで、発光素子からの光をそれぞれ異なる方向、または同じ放射方向に反射させるよう制御することも可能となるため、制御方法を選択することで、使用用途を拡げることができる。
【0010】
本発明に係わる反射型発光装置は、発光素子と、発光素子と対向するように設けられた反射面により発光素子からの光を放射方向に反射させる反射型発光装置において、反射面は、発光素子の中心軸に垂直な平面で分割され、それぞれ異なる焦点を有することが好ましい。
【0011】
このような構成とすることで、発光素子の中心軸方向に光を放射させることができる。
【0012】
本発明に係わる反射型発光装置は、反射面が、発光素子の発光面の中心に第1の焦点を有する第1の凹面と、第1の凹面より放射方向側に設けられた第2の凹面からなることが好ましい。
【0013】
このような構成とすることで、発光素子の発光面よりも放射方向に位置する発光部からの光を制御することが出来る。
【0014】
本発明に係わる反射型発光装置は、第1の凹面が第1の焦点を有する放物面であり、第2の凹面が第2の焦点を有する放物面であることが好ましい。
【0015】
本発明に係わる反射型発光装置は、発光素子の中心軸が回転軸と一致し、第1の焦点を有する放物面が、第2の焦点を通り、回転軸に平行な直線と第1の焦点を有する放物面との交点より、高角度側まで設けられていることが好ましい。
【0016】
このような構成により、発光面からの光を効率よく反射させることができる。
【0017】
本発明に係わる反射型発光装置は、第2の焦点が、第1の焦点よりも少なくとも放射方向側に位置し、発光素子の側方端面上にあることが好ましい。
【0018】
このような構成により、側方端面からの光を効率よく放射方向へ反射させることができる。
【0019】
本発明に係わる反射型発光装置は、発光素子は第2の焦点より放射方向側に第3の焦点を有し、第2の焦点を有する放物面が第3の焦点を有する放物面がより放射方向側に形成されていることを特徴とすることが好ましい。
【0020】
このような構成により、側面の各発光部の配光特性に応じた反射面とすることができる。
【0021】
本発明に係わる反射型発光装置は、発光素子が、異種基板上に窒化ガリウム系化合物半導体が積層されたものからなり、第2の焦点が発光素子の側方端面の活性層上にあり、第3の焦点が前記異種基板上にあることが好ましい。
【0022】
このような構成により、発光素子の側方端面からの発光と異種基板からの出射光の両方を制御することができる。
【0023】
本発明に係わる反射型発光装置は、発光素子の発光面および側方端面が蛍光物質によって被覆されていることが好ましい。
【0024】
このような構成により、発光素子からの光と該発光素子からの光によって励起され発光する蛍光物質からの光との混色によって白色系の発光など所望の発光色を得ることが可能である。
【0025】
本発明に係わる反射型発光装置は、反射面の放射方向側にレンズ形状の透光性部材を有することが好ましい。
【0026】
このような構成により、反射面によって放射方向へ反射されてきた光を再度所望の方向に制御することができるため、設計時の自由度が増す。
【0027】
【発明の実施の形態】
図4、5に、本実施の形態に関わる反射型発光装置の構造の一例を示す。
本発明の反射型発光装置は、発光素子2と、前記発光素子を載置する配線パターンが形成された実装基板3と、実装基板が載置された熱伝導部材4とを有し、発光素子2の発光面2aと対向するよう設けられた反射面1とを有する。熱伝導部材4の表面には導電性部材が設けられ、この導電性部材によって実装基板3の配線パターンに電流を供給することができる。配線パターンから電流が供給されて発光素子が反射面に向かって発光する。反射面1は発光素子からの発光を反射して放射方向に光を放出する。本発明において、反射面1によって反射される光の方向を放射方向とする。ここで、本発明において、発光素子が複数の発光部を有すると共に、反射面1も図2に示すように、複数の放物面を有することを特徴とする。各放物面は各発光部を焦点とする放物面として形成されている。
【0028】
(反射面1)
図2では発光素子2は発光部を2つ有しており、それぞれ発光面2a上の発光部をF1、側方端面2b上の発光部をF2とする。そして、発光部F1を焦点とする放物面R1および発光部F2を焦点とするR2とを有する反射面1が形成されている。このように、反射面1を単一の面ではなく、複数の放物面からなる面とすることで、発光素子の複数の発光部からの光をそれぞれ効率よく制御することができる。
【0029】
図2では発光部が2つで、且つ放物面が2つある場合について述べたが、必ずしも発光部の数と同じ数の放物面を形成する必要はない。例えば図2のような2つの放物面を有する反射面に、発光部を3つ有する発光素子を用いることもできる。このような場合は3つの発光部のうち、より発光強度の高い発光部に焦点を有するように反射面を形成させることで、単一反射面より、光を効率よく制御することができる。
【0030】
図1では発光部を3つ有する発光素子に対して、3つの放物面を有する反射面を形成している。このように各発光部に応じて、放物面を形成させることで、より制御性よく光を反射することができる。
【0031】
本発明において反射面1は、放物面であるがその中でも特に、回転放物面であると好ましい。回転放物面とは、放物線を回転軸で回転させることによって形成されるものである。そして、この回転軸上に焦点を有する放物面と、回転軸以外に焦点を有する放物面からなるような反射面とするのが好ましい。例えば、図2に示す反射面は、発光素子の中心軸5を回転軸とする回転放物面R1を有している。そして、回転軸5から離れた位置に焦点を有する回転放物面R2を有しており、回転放物面R1と回転放物面R2とは、互いに焦点距離が異なるように形成されている。このように回転放物面R1の焦点を第1の焦点とし、回転放物面R2の焦点を第2の焦点とすると、第2の焦点は回転軸以外に位置していることになる。例えば発光素子2の発光面2aの中心以外や、側方端面2bなどに発光部が位置する場合が挙げられる。
【0032】
発光素子の形状や、発光素子に設けられる電極、或いは各半導体層の構成などによる影響で、1つの発光素子であっても発光強度は均一ではない。用いる発光素子の発光強度分布に応じて、中心以外の高発光強度部に焦点を有するよう放物面を形成させることで、多くの発光部を有する発光素子にも対応させることができる。特に、発光素子の中心部を中心とする略同心円状に強度分布があらわれるので、本発明のような回転放物面とすることで、発光素子の強度分布に適応した反射面とすることができる。
【0033】
ここで、発光素子の発光強度分布が、同心円状にならない場合、例えば、発光素子の形状が長方形(発光面から見て)の場合は、上記のような回転放物面では好ましい焦点が選択できない。このような場合は、発光素子の中心軸に垂直な平面で分割される面を複数有する反射面とすることができる。発光素子の発光強度分布が略同心円状の場合も、発光素子の中心軸に垂直な平面で分割される面を有する反射面が好ましく、それぞれ異なる焦点を有するように形成することができる。このような構成からなると、発光素子の発光面の中心部以外から出射される光についても効率よく放射方向へ制御することができる。
【0034】
発光素子の中心軸に垂直な平面で分割される面は、凹面であることが好ましい。上記平面によって、発光素子の発光面の中心に焦点を有する第1の凹面と、その第1の凹面よりも放射方向へ設けられた第2の凹面とに分割されるような反射面とすることができる。第1の凹面は第1の焦点を有するように設定されることで、発光面の発光部からの光を第1の凹部で反射させることができる。第2の凹面は、特に焦点を定めなくてもよいが、第2の凹面の焦点を第2の焦点とし、この焦点を第1の焦点以外の発光部に定めると、発光素子の中心部以外からの光を制御することができる。この第1の凹部および第2の凹部がそれぞれ放物面であると、先に述べた第1の焦点を有する放物面および第2の焦点を有する放物面と一致する。
【0035】
第1の焦点を有する放物面は、図1および図2に示すように、第2の焦点を通る、中心軸5(回転軸)と平行な直線6と、第1の焦点を有する放物面との交点よりも高角度側にまで設けられていると、言い換えると、第1の焦点を有する放物面と他の焦点を有する放物面との連結部は、第2の焦点を通る回転軸と平行な直線6(発光素子の側方端面と接する直線)と反射面との交点よりも高角度側に形成されていると、発光面2aからの光を無駄なく利用して反射させることが可能となる。さらに、高角度側に位置する発光部からの出射光をより制御性よく放射方向へ反射させることもできる。本発明による効果は、発光素子2の大きさが増す程、中心軸5から発光部までの距離が大きくなるため、より顕著に得られる。尚、本発明においては、発光素子の中心軸を0°とし、中心軸近傍を低角度側、中心軸から遠ざかるほど高角度側としている。
【0036】
上記した放物面は、発光素子2の発光面2aの中心軸5上から離れた部分に発光部を有する場合、特に側方端面2b上に複数の発光部を有する場合においても、焦点位置を中心軸5に対して平行に移動させるだけでなく、放射方向へも移動させることでそれぞれの発光部を焦点とすることが可能となる。このように、反射面を発光素子の発光特性に応じて、それぞれの発光部を焦点とする放物面を形成することで、所望の放射方向への反射光を制御し、スポット光を得ることも可能となる。
【0037】
反射面1は、放物線を発光素子2の中心軸5を回転軸とし、回転させることで得られる回転放物面からなる。放物線は、発光素子2の発光面2aの中心軸5上を焦点F1とする第1の放物線、中心軸5から離れた発光部を第2の焦点F2とする第2の放物線、また第1および第2の焦点以外の発光部を焦点F3とする第3の放物線など、それぞれ異なる焦点を有する、複数の放物線を連結させた連続放物線によるものである。このような回転放物面からなる形状を有する反射面は、アクリル樹脂やエポキシ樹脂などを材料とし、切削加工や金型による射出成形によって、成形することができる。また、金属材料によって回転放物面を形成することも可能であり、金属材料の場合は、熱伝導率のよいアルミニウムなどからなると好ましい。このように成形した回転放物面の表面をめっきやスパッタリング、蒸着等によって金属物質で被覆することによって本発明の反射面とすることができる。スパッタリングや蒸着によって反射面を被覆すると、安価に製造することができることに加え、凹凸の極めて少ない鏡面を精度良く形成することができ、反射光をよりむらなく放射方向へ取り出せるため好ましい。金属物質は、アルミニウムや銀等の反射率の高いものを用いると良いが、発光素子からの発光波長に応じて、反射率の良い材料を選択することもできる。
【0038】
発光部を焦点とする放物面の数は限定されず、用いる発光素子に応じて適宜選択することができる。また、上記した反射面は、その大きさ(直径、深さ)等は限定されるものではないが、使用する目的や条件に応じて選択することができる。
【0039】
反射面1は、発光素子2の載置面より高角度側に、すなわち中心軸から90°よりもさらに高角度側(100°付近)にまで設けられていると、発光素子2からの発光をさらに利用して、反射させることができることから、所望の放射方向の輝度を高めることができる。
【0040】
また、上記した発光素子2の表面上に蛍光物質を塗布する方法以外で、蛍光物質を用いる場合、反射面1に蛍光物質を塗布する等の構成によって色変換を行うことによっても、種々の発光色を得ることができる。
【0041】
以上、発光素子2を1つ用いる場合について説明したが、発光素子2を複数個並べて用いる場合においても、並置された各素子の発光部に焦点を有する反射面1を形成することで、本発明の実施の形態を達成することが可能である。
【0042】
また、反射面の光の放射方向側にレンズ形状の透光部材を設けることによって、反射面から得られる平行光を所望の放射方向へ制御することができるため、本発明の反射型発光装置に多様な指向性を持たせることも可能である。
【0043】
(発光素子2)
本発明において、用いられる発光素子2は、同一面側に正負一対の電極を有し、且つ側方端面から発光の一部を発光することが可能であれば特に限定されない。実装基板3への載置方法についても、発光素子2の基板側を載置面とし導電性ワイヤによって電気的に接続することも可能であるし、発光素子2の電極形成面側を実装基板と対向させ、発光素子2の電極と実装基板3上に形成された配線パターンとを導電性ペーストを介して接合することもできる。発光素子2は図6に示すように、1つ用いて実装基板上に載置させてもよいし、複数個用いることも可能であり、使用目的により適宜決定される。並置方法を、図7および図8に示すが、発光素子2を複数個用いる場合は、各素子の隣りあう面を平行にして碁盤目状に並置させる(図7)他、角部の発光素子以外を45°回転させて配置する(図8)または、角部の発光素子のみを45°回転させて配置するなど、用途に応じて所望の配光特性となるように変化させることができる。発光素子の相似形状以外にも、実装基板3(熱伝導部材4)の長手方向へ一方に長く配置させて略長方形形状とすることで、光の指向性を左右方向に広げることもできる。また、あらかじめ発光領域を設定しておき、発光領域内に発光素子2を敷き詰めるように配置してもよい。この場合、発光領域を円状とし、各発光素子2の側方端面の一面を前記発光領域の外縁上に位置させると、略円形光源とすることも可能であるため、回転放物面からなる反射面1による、光の放射の特性をさらに高めることができる。
【0044】
さらに発光素子2を複数個用いることによって、異なる発光色を有する発光素子2を交互に並べ、演色性の良好な白色光など、種々の混色光を得ることも可能であり、その際は、各発光素子2の発光色を考慮し、順序や高さを調節するなどして、混色性を高めることもできる。また、各々発光素子の高さを調節する際、互いが陰にならず、発光が遮られないように実装基板3を階段状とすることで、光取りだし効率を向上させることもできる。各発光素子2の間隔は、適宜調節して配することが可能であり、大きさについても限定されない。サイズの大きい発光素子を用いると発光強度を高めることも可能である。
【0045】
発光素子2の積層構造としては、MIS接合、PI接合やPN接合などを有すホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルヘテロ構造のものが挙げられる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を種々選択することができる。また、半導体活性層を量子効果が生ずる薄膜に形成させた単一量子井戸構造や多重量子井戸構造とすることもできる。
【0046】
窒化ガリウム系化合物半導体を使用した場合、半導体用基板にはサファイア、スピネル、SiC、Si、ZnO等の材料が好適に用いられる。結晶性のよい窒化ガリウム系化合物半導体を量産性よく形成させるためには、サファイア基板を用いることが好ましい。このサファイア基板上にMOCVD法などを用いて窒化ガリウム系化合物半導体を形成させることができる。サファイア基板上にGaN、AlN、GaAlN等のバッファ層を形成し、その上にpn接合を有する窒化ガリウム系化合物半導体を形成させる。
【0047】
窒化ガリウム系化合物半導体を使用したpn接合を有する発光素子例として、バッファ層上に、n型窒化ガリウムで形成した第1のコンタクト層、n型窒化アルミニウム・ガリウムで形成させた第1のクラッド層、窒化インジウム・ガリウムで形成した活性層、p型窒化アルミニウム・ガリウムで形成した第2のクラッド層、p型窒化ガリウムで形成した第2のコンタクト層を順に積層させたダブルヘテロ構造が挙げられる。窒化ガリウム系化合物半導体は、不純物をドープしない状態で、n型導電性を示す。発光効率を向上させる等所望のn型窒化ガリウム系化合物半導体を形成させる場合は、n型ドーパントとして、Si、Ge、Se、Te、C等を適宜導入することが好ましい。一方、p型窒化ガリウム系化合物半導体を形成させる場合は、p型ドーパントであるZn、Mg、Be、Ca、Sr、Ba等をドープさせる。窒化ガリウム系化合物半導体は、p型ドーパントをドープしただけではp型化しにくいためp型ドーパント導入後に、炉による加熱やプラズマ照射等により、低抵抗化させることが好ましい。電極形成後、半導体ウエハーからチップ状にカットさせることで窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光素子を形成させることができる。
【0048】
しかしながら、特に活性層がインジウムを含む窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光素子等、バンドギャップの比較的小さいインジウムを含む活性層を例えばバンドギャップの比較的大きいアルミニウムを含むクラッド層によって挟む場合、光は活性層内で伝搬を繰り返すことで活性層内に閉じこめられ、発光素子2の発光面2aからは比較的放射され難くなり、発光素子端面2bからの発光強度が高くなる。また、発光素子上に形成された電極と素子との界面やサファイアなどの異種基板との界面においても透過することなく伝搬される光が生じ、端面2bからの発光がより促進される傾向にある。
【0049】
また、本発明の実施の形態で用いられる発光素子2は、発光素子2の発光面2aおよび側方端面2bに蛍光物質を塗布あるいは層に蛍光物質を加えるなどして、発光素子2からの光と蛍光物質の励起光による光の組み合わせによって、種々の発光色を得ることができる。
【0050】
また、特に複数の発光素子を用いる図7および図8に示されるような形態となる場合、蛍光物質は、各発光素子を個別に均一な膜厚で発光面および側方端面を覆うように、塗布する場合と、並置させた発光素子全てを覆うように塗布された場合とでは、発光の指向性が異なってくる。特に、複数の発光素子を組み合わせて並置させることで、大きいサイズの発光素子として使用する場合は、蛍光体によって各素子全体を一体化させて覆うことによって、より所望の指向性を得ることもできる。
【0051】
本発明に利用可能な蛍光物質は、発光素子から発せられる発光波長によって励起され発光するフォトルミネッセンス蛍光体がある。具体的な例としては、窒化ガリウム系化合物半導体からの青色系発光により黄色系が発光可能な蛍光体であるYAG:CeなどのYAG(Y2O3・5/3Al2O3)系蛍光体が挙げられる。YAG系蛍光体は、本発明においては、特に広義に解釈するものとし、Y、Lu、Sc、La、GdおよびSmから選ばれた少なくとも1つの元素に置換し、あるいはアルミニウムの一部または全体を、GaとInのいずれかまたは両方で置換する蛍光作用を発する蛍光体を含む意味に使用する。
【0052】
同様に、青色系発光により赤色系が発光可能な蛍光体としては、Eu及び/またはCrで付活された窒素含有Ca−Al−Si−N系オキシナイトライド蛍光ガラスが挙げられる。なお、Eu及び/またはCrで付活されたCa−Al−Si−N系オキシナイトライド蛍光ガラスの窒素含有量を増減させることによって発光スペクトルのピークを575nmから690nmに連続的にシフトすることができる。そのため、Mg、Znなどの不純物がドープされたGaNやInGaNを発光層に含む窒化ガリウム系化合物半導体からの光と約580nmの蛍光体の光の合成により、YAG系蛍光物質と同様の白色光を得ることができる。
【0053】
(実装基板3)
本実施の形態で用いられる実装基板3は、発光素子2の実装面側に配線パターンが形成されているものであり、例えばヒートパイプなどの熱伝導部材4の裏面に熱伝導率のよい導電性ペーストなどの接着材を介して取り付けられていると、発光時の発熱による発光素子の劣化等を抑制することができる。ヒートパイプは、例えば銅やアルミニウム等の熱伝導性の良好な金属材料からなる金属管の中に、水、フロン、代替フロン、フロリナート等の熱輸送用の作動液を封入したものであって、入熱部(高温部)で作動液が加熱されて蒸気となり、その蒸気が放熱部(低温部)に移動して液化することによって放熱し、その液化した作動液が毛細管現象により入熱部に戻るという動作を繰り返すことにより、極めて高い熱伝導性を実現できる。
【0054】
また、前記ヒートパイプは、ヒートシンク等に接続されることで、反射型発光装置の放熱効果をさらに高めることができる。
【0055】
このような熱伝導部材4上に、前述したように光源に電力を供給するための銅や金などによって、導電性の配線パターンが配された、セラミックや熱伝導率のよい材料からなる絶縁性の実装基板3を設け、前記配線パターン上に、銀ペーストなどによって発光素子2を反射面1と対向させるように取り付け固定し、電気的に接続する。このような構成とすることで、放熱性を良好にすることができるため、発光素子の劣化や発光特性の変化を抑制し、安定性のよい反射型発光装置とすることができる。また、絶縁性基板以外においても、例えば、金属基板や半導体基板等の導電性基板に絶縁膜を形成し、前記絶縁膜上に配線パターンを形成するなどしてもよい。
【0056】
前記実装基板3が設けられるヒートパイプ等の熱伝導部材4は、種々の形状に加工を施すことができる。また、実装基板3の大きさは、照射光を遮ることがないように、配線パターンを配するために必要な最小限度の大きさとすると好ましい。
【0057】
尚、ヒートパイプ等の熱伝導部材4上に絶縁部材を介して配線パターンを直接印刷させることによっても、実施可能である。
【0058】
上記した実施の形態からなる本発明の反射型発光装置は、単数個のみで用いてもよいし、また複数個並置させることによって、より広い範囲を照射することも可能となるため、個数等は使用用途に応じて適宜決定することができる。
【0059】
【実施例】
以下、本発明に関わる実施例について詳述する。尚、本発明は以下に示す実施例のみに限定されない。
【0060】
(実施例1)
図1および図4、図5に本実施例1の反射型発光装置の模式的断面図および模式的斜視図を示す。また、図9に本実施例において用いられる発光素子の配光特性についてのグラフを示す。
【0061】
本実施例1の反射型発光装置は、サファイア基板上に成長させた窒化ガリウム系化合物半導体からなる、1mm角の発光素子2を、銅からなるヒートパイプ4の裏面に設けられた、セラミックの実装基板3の上に形成された銅パターン上に、銀ペーストを介して載置し、電気的に接続した。前記ヒートパイプ4は、反射面1に固定されており、前記発光素子2は、電極形成面側が前記反射面と対向し、反射面中心部の回転軸と発光素子の中心軸5が合わさるように配されている。前記反射面1は直径30mmの回転放物面からなるものであって、アクリル樹脂を切削加工により形成した回転放物面上にアルミニウムを蒸着させることによって形成した。
【0062】
図9のグラフからも分かるように、通常反射面の焦点が置かれている、中心軸の0°付近での光の相対強度は、発光素子の他の部分と比較すると、かなり低く、むしろ45°付近および75°付近に発光強度のピークを有しており、これらの部分からの発光強度が高いことが分かる。従って、反射面の焦点である発光面からの光の出射量と比較して、中心軸から離れて位置する発光素子端面の2つの発光部(角度45°および75°付近)からの光の強度が高いという性質を有する。
【0063】
上記の配光特性から、前記回転放物面は、発光素子2の発光面2a中心部の回転軸上(0°付近)に第1の焦点F1を有する放物面R1と、発光素子2の側方端面2bの活性層(75°付近)に第2の焦点F2を有する放物面R2と、発光素子の側方端面のサファイア基板上(45°付近)に第3の焦点F3を有する放物面R3からなる。また、それぞれの放物面は、発光素子2の配光特性を考慮して、それぞれ発光素子2の中心軸5から、第1の焦点F1を有する放物面R1は、0°から30°まで、第3の焦点F3を有する放物面R3は30°から60°まで、第2の焦点F2を有する放物面R2は60°から100°まで設けられている。
【0064】
本実施例による回転放物面とすることで、図10の反射面からの光の広がり角と強度の関係を示すグラフにおいて、実線Aのような配光特性を示した。角度0°における発光強度を1として表しているが、角度が大きくなるにつれて、強度が急激に低下していることから、0°方向への平行光が効率よく得られている。一方、比較例である単一の焦点を有する反射面からの配光特性を示す破線Bは、0°付近の発光強度は、約0.75であり本実施例の実線Aより強度が低い。また実線Aとの0°付近の強度差に相当する光が、0°方向からずれて反射されていることから、単一の焦点を有する反射面からは、0°方向以外へ向かう光も多く存在することが分かる。
【0065】
本実施例による回転放物面とすることで、発光素子2の発光面2aの中心部である0°付近から離れた高角度側に位置する、側方端面2bの活性層およびサファイア基板からの出射光についても、効率的に放射方向へ反射することができる。そのため、光束の向きが放射方向へ整った、より厳密な平行光を得ることができるため、高い輝度および指向性を有する反射型発光装置とすることが可能となった。
【0066】
(実施例2)
図2に本実施例2の反射型発光装置の模式的断面図を示す。
【0067】
本実施例の反射型発光装置は、実施例1と同様の配光特性を有する発光素子の中心部に第1の焦点F1を有する放物面R1と、発光素子の側方端面の活性層上に第2の焦点F2を有する放物面R2からなるものである。前記第1の焦点を有する放物面は、30°まで設けられており、第2の焦点を有する放物面は、30°から実施例1と同様に100°まで設けられている。また、他の構成は実施例1と同様に形成した。
【0068】
本実施例の構成とすることによっても、実施例1と比較すると、反射効率は劣るものの、第2の焦点を有する放物面を、30°から設けられていることで、特に発光素子の側方端面からの発光を効率よく制御することができるため、本発明による効果を得ることができる。
【0069】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の反射型発光装置は、発光素子上の発光部のそれぞれに、焦点を有する反射面からなることから、発光部毎から出射される光を放射方向に制御して反射させることができるため、輝度の高いスポット光を放射することが可能な反射型発光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1の反射型発光装置の模式断面図である。
【図2】本発明の実施例2の反射型発光装置の模式断面図である。
【図3】比較例の反射型発光装置の模式断面図である。
【図4】本発明の実施例1および2の反射型発光装置の模式的斜視図である。
【図5】図4のA−Aを示す模式的断面図である。
【図6】本発明の実施の形態に関する発光素子の配置方法の一例を示す模式的斜視図である。
【図7】本発明の実施の形態に関する発光素子の配置方法の一例を示す模式的斜視図である。
【図8】本発明の実施の形態に関する発光素子の配置方法の一例を示す模式的斜視図である。
【図9】本発明の実施例において用いられる発光素子の配光特性を示すグラフである。
【図10】本発明の実施例1および比較例の反射面からの反射光の配光特性を示すグラフである。
【符号の説明】
1…反射面
2…発光素子
2a…発光面
2b…側方端面
3…実装基板
4…熱伝導部材
5…発光素子の中心軸
Claims (1)
- 1つの発光素子と、該発光素子と対向するように設けられた反射面により発光素子からの光を放射方向に反射させる反射型発光装置であって、
前記発光素子が複数の発光部を有すると共に、前記反射面が、前記複数の発光部をそれぞれその焦点とする複数の放物面で形成されており、
前記発光素子は、異種基板上に窒化ガリウム系化合物半導体が積層されたものからなり、
前記複数の発光部は、前記発光素子の側方端面の活性層上および前記異種基板上にあり、
前記発光素子の発光面および前記側方端面が、均一な膜厚の蛍光物質によって被覆されていることを特徴とする反射型発光装置。
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