JP4561547B2 - 発光装置および照明器具 - Google Patents

Description

本発明は、それぞれ異なる光色に発光する複数種類の発光素子を備え、複数種類の発光素子から出射された光を混合して出射する発光装置および照明器具に関するものである。

従来から、この種の発光装置１’として、たとえば図２に示すように、赤、緑、青の各色に発光する３個の発光素子（ＬＥＤチップ）２が、１個のリードフレーム１０上に実装され透明エポキシ樹脂１１で封止された構成のものが知られている（たとえば特許文献１参照）。この発光装置１’における透明エポキシ樹脂１１の前面（図２の上面）には、前方に凸となる凸レンズ１２が形成されている。図２に示す発光装置１’では、全ての発光素子２から出射された光を凸レンズ１２から取り出すことにより、発光装置１’が白色に発光しているように見える。
特開２００３−８０６７号公報（第２頁、図４）

しかし、上述した従来構成では、各発光素子２から出射される光束の分布が方向によってばらついており、発光装置１’を見る方向によっては異なる光色に見えてしまうことがあって、多方向について均質な光を得ることはできない。

また、この種の発光装置１’を照明器具の光源として用いた場合には、照明器具によって照明される照射領域に色むらが生じることになる。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであって、多方向について均質な光を取り出すことができる発光装置および照明器具を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、それぞれ異なる光色に発光する複数種類の発光素子を備え、複数種類の発光素子から出射された光を混合して出射する発光装置であって、全ての発光素子を包囲する形で中空のハウジングが設けられ、ハウジングには、一部分に形成され各発光素子から出射された光を外部に出射させる出射窓と、出射窓を除いた内周面の全面に形成され各発光素子から出射された光を反射する反射面とが設けられており、前記ハウジングが、内周面のうちの出射窓に対向する部位に柱状部材が立設されており、各発光素子が、それぞれハウジングの内周面における柱状部材の周囲であって出射窓から見て柱状部材の陰となる位置に配置され、発光素子から出射窓への直接光は柱状部材にて遮られており、柱状部材が、出射窓との対向面が反射光を出射窓に集光する曲面状に形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、発光素子から出射された光は、出射窓に直接入射することはなく、反射面で反射された後に出射窓から出射されることになる。ここにおいて、各発光素子から出射された光の大部分はそれぞれハウジング内において反射面で反射を複数回繰り返すことにより多方向について均一化されることになるので、出射窓からは多方向について均質な光を取り出すことができる。また、ハウジングの内周面において出射窓を除いた全面に反射面を形成することにより、ハウジング内においては発光素子からの光を減衰させ難い構造としているから、発光素子からの光の利用効率がよい。さらにまた、柱状部材における出射窓との対向面が反射光を出射窓に集光する曲面状に形成されているから、柱状部材において出射窓との対向面に入射した光を出射窓から効率よく取り出すことができる。なお、発光素子にはＬＥＤチップのほか有機ＥＬなども含む。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記ハウジングが、前記出射窓に沿う内部空間の断面が出射窓を中心とした円形となる形状に形成されており、複数種類の前記発光素子が、出射窓の周方向において等間隔に配置されていることを特徴とする。

この構成によれば、複数種類の発光素子に関して出射窓までの光路長が統一されることになるので、出射窓に対しては各発光素子から均一な光束の光を入射させることができる。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記ハウジングの内周面に形成された前記反射面と、前記柱状部材における前記出射窓との対向面以外の表面とが、前記発光素子からの光を拡散反射し、柱状部材における出射窓との対向面が発光素子からの光を正反射することを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の発光装置を光源として用いることを特徴とする。

この構成によれば、光源からは多方向について均質な光を取り出すことができるので、照明器具によって照明される照射領域において色むらが生じることはない。

本発明は、多方向について均質な光を取り出すことができるという利点がある。

本実施形態の発光装置は、従来構成において説明したものと同様に、赤、緑、青の各色に発光する３種類のＬＥＤ（発光ダイオード）チップをそれぞれ発光素子として用いており、各発光素子からの光を混合することにより発光装置全体として白色光を得られるようにしたものである。ここでは、各色の発光素子を１個ずつ設け、合計３個の発光素子を用いているが、各色の発光素子を複数個ずつ設けるようにしてもよい。

各発光素子２は、図１に示すように、板状の実装基板３の一表面上に実装される。図１では詳しく図示しないが、各発光素子２は、発光部が、当該発光部からの光に対して透明な基板の一表面側に形成されたものであり、発光部が実装基板３に対向する形で実装基板３に設けた電極（図示せず）にフリップチップ実装される。これにより、発光部からの光は基板を通して出射されることになる。なお、フリップチップ実装に限らず、図２に示した従来構成のように、発光素子２と電極とをボンディングワイヤによって接続する構成としてもよいが、フリップチップ実装を採用したほうがボンディングワイヤの影が生じない分だけ発光素子２からの光の取り出し効率がよくなる。

一方、発光素子２が実装された実装基板３は、一面（図１の下面）開口の半球状に形成されたカバー体４と共に発光素子２を包囲する中空のハウジング５を構成する。実装基板３は、カバー体４の開口を塞ぐ形でカバー体４と組み合わされる。これにより、ハウジング５の内部空間は半球状となり、実装基板３の厚み方向（図１の上下方向）におけるハウジング５の寸法を、実装基板３の表面上におけるハウジング５の長手寸法（図１の左右寸法）の半分程度に抑えることができるから、発光装置１の小型化が期待できる。カバー体４は、ハウジング５の内周面における平面部分の中心部に対向する部分に実装基板３の厚み方向に貫通する開口部６が形成されており、開口部６は各発光素子２からの光に対して透明な出射窓７によって閉塞されている。出射窓７は、拡散透過性を有するものであってもよい。詳しくは後述するが、各発光素子２からの光はそれぞれこの出射窓７を通してハウジング５の外部に出射されることになる。

このように構成されたハウジング５の内周面には、発光素子２からの光を反射する反射面８が出射窓７を除いた全面にわたって形成されている。ここでは、ハウジング５の内周面に硫酸バリウム（ＢａＳＯ_４）の薄膜を成形することにより各発光素子２からの光をそれぞれ拡散反射する反射面８としているが、この構成に限らず、たとえば、銀（Ａｇ）などの薄膜を成形することにより各発光素子２からの光をそれぞれ正反射する反射面８としてもよい。なお、反射面８だけでなくハウジング５全体、あるいは実装基板３とカバー体４とのいずれか一方を反射性を有する材料で形成するようにしてもよい。

ところで、本実施形態のハウジング５は、内周面のうちの出射窓７に対向する部位に円柱状の柱状部材９が立設された構成を採用している。反射面８は柱状部材９における表面の全面にも形成されている。ただし、柱状部材９において、出射窓７との対向面９ａ（図１の上面）に関しては、発光素子２からの光を拡散反射する反射面８ではなく、発光素子２からの光を正反射する反射面８としてある。そして、柱状部材９における出射窓７との対向面９ａは、この対向面９ａで反射した光を出射窓７に集光するように曲面上に形成されており、ここでは出射窓７から離れる向き（図１の下向き）に凸となる球面の一部を成している。

３個の発光素子２は、出射窓７との間に柱状部材９を介在させるように柱状部材９の周囲に配置されている。つまり、全ての発光素子２は、出射窓７から見て柱状部材９の陰となる位置（図１における２点鎖線の内側）に配置されることになる。これにより、各発光素子２からそれぞれ出射された光は、いずれも柱状部材９に遮られることにより出射窓７に直接入射することはない。ここでは、３個の発光素子２は柱状部材９の周囲に等間隔で配置されている。

上述した構成によれば、各発光素子２からそれぞれ出射された光は、必ず反射面８で反射されてから出射窓７を通してハウジング５の外部に出射されることになる。各発光素子２から出射された光の大部分はそれぞれハウジング５の反射面８で反射を複数回繰り返すことによってハウジング５の内部空間で多方向について均一化されるので、出射窓７からは多方向について均質な光を取り出すことができる。したがって、発光装置１を見る方向によって出射される光色が異なって見えることはない。ここで、ハウジング５の内周面の全面（柱状部材９の表面も含む）に反射面８を形成することにより、ハウジング５内では発光素子２からの光を減衰させ難い構造としているので、発光素子２からの光の利用効率はよい。なお、本実施形態では発光素子２からの光を拡散反射する反射面８を採用したことや、ハウジング５の内部空間を半球状としたことも、各発光素子２からの光を多方向について均一化することに寄与している。一方で、柱状部材９における出射窓７との対向面９ａに設けた反射面８に入射した光は、出射窓７に集光されるように正反射されることになるから、出射窓７から光を効率よく取り出すことができる。

また、カバー体４に開口部６を貫設する構成は本発明を実施するために必須の構成ではなく、開口部６に相当する部位に発光素子２からの光を取り出すための出射窓７が形成されていればよい。たとえば、各発光素子２からの光に対して透明な出射窓７をカバー体４と一体に設けたりしてもよい。さらにまた、ハウジング５の内部空間に青色光に対して透明な合成樹脂部材（シリコーン樹脂など）を充填することによって、発光素子２の特性劣化を防止してもよい。

上述した発光装置１を光源として用いた照明器具（図示せず）では、多方向に均質な光が出射窓７から出射されることになるので、照明器具によって照明される照射領域に色むらが生じることはないという利点がある。また、発光装置１を大型化する場合には、ＬＥＤチップを合成樹脂でモールドした発光ダイオードを発光素子２として用いてもよい。

なお、本実施形態では、白色光を得るために、赤、緑、青の各色に発光する３種類の発光素子２を用いた発光装置１を例示したが、この構成に限定するものではなく、それぞれ発光色が異なる複数種類の発光素子を任意で用いて任意の混色光を得るようにしてもよい。

本発明の実施形態を示す断面図である。 従来例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。

符号の説明

１ 発光装置
２ 発光素子
５ ハウジング
７ 出射窓
８ 反射面
９ 柱状部材

Claims (4)

1. それぞれ異なる光色に発光する複数種類の発光素子を備え、複数種類の発光素子から出射された光を混合して出射する発光装置であって、全ての発光素子を包囲する形で中空のハウジングが設けられ、ハウジングには、一部分に形成され各発光素子から出射された光を外部に出射させる出射窓と、出射窓を除いた内周面の全面に形成され各発光素子から出射された光を反射する反射面とが設けられており、前記ハウジングは、内周面のうちの出射窓に対向する部位に柱状部材が立設されており、各発光素子は、それぞれハウジングの内周面における柱状部材の周囲であって出射窓から見て柱状部材の陰となる位置に配置され、発光素子から出射窓への直接光は柱状部材にて遮られており、柱状部材は、出射窓との対向面が反射光を出射窓に集光する曲面状に形成されていることを特徴とする発光装置。
2. 前記ハウジングは、前記出射窓に沿う内部空間の断面が出射窓を中心とした円形となる形状に形成されており、複数種類の前記発光素子は、出射窓の周方向において等間隔に配置されていることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
3. 前記ハウジングの内周面に形成された前記反射面と、前記柱状部材における前記出射窓との対向面以外の表面とは、前記発光素子からの光を拡散反射し、柱状部材における出射窓との対向面は発光素子からの光を正反射することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の発光装置を光源として用いることを特徴とする照明器具。

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