JP5330944B2 - 発光装置 - Google Patents

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Description

本発明は、複数個の発光素子を用いた発光装置に関するものである。
近年、半導体を用いた発光素子と、該発光素子からの光の一部を吸収して波長変換した光を発する蛍光体との組み合わせにより、白色光などの混色光を発光可能な発光装置が開発されている。このような発光装置は、より光出力特性の優れた発光素子が急激な勢いで開発されてきていることから、一部には照明用途までにも利用され始めている。
この種の発光装置として、図16には、発光素子たるLEDチップ1を円板状の放熱板31上に配置した光源部と、該光源部を円錐筒状の回転曲面反射鏡における開口部2aを塞ぐように配置し、内面が前記光源部からの光を外部に反射する前記回転曲面反射鏡の回転面とする光学素子2と、を備えた発光装置10’が知られている(たとえば、特許文献1を参照。)。なお、光学素子2の前記回転面における回転軸Aが、発光装置10’の光軸となる。また、LEDチップ1は、1個でもよいし複数個でもよく、蛍光体付きのLEDであってもよいことが開示されている。
これにより、発光装置10’は、光学素子2がLEDチップ1からの光を反射して、所望の配光特性を得ることができる、とされている。
しかしながら、LEDチップ1自身から放出される光の指向性は、強い。そのため、図16に示す発光装置10’では、LEDチップ1を面光源として光学素子2の開口部2aに配置させて前記光源部から略均一な輝度分布で発光させたとしても、光学素子2に入射することなく発光装置10’の回転軸A方向へ放射される直接光が多くを占め、光学素子2による配光制御が困難となる。
発光装置10’からの照射光により形成される照射パターンには、主として、被照射面の略中央に光学素子2で制御された光が多くなる高照度領域と、該高照射領域の外側にLEDチップ1からの直接光で形成されるリング状の低照度領域とで形成される照度むらが生ずることになる。
また、図17に示す、複数個の発光素子たるLEDチップ1を備えた光源部9’と、光源部9’を内部に配し、内面が光源部9’からの光を外部に反射させる反射板からなる光学素子2とを備えた発光装置10’であって、光源部9’が、光学素子2の光軸Xに沿って長手方向が配される多角形状の柱状体3と、該柱状体3の側面3aに複数個のLEDチップ1を実装した長尺の実装基板5とを有する発光装置10’も提案されている(たとえば、特許文献2、特許文献3を参照。)
なお、図17に示す発光装置10’では、柱状体3の先端部に、発光装置10’の中心が暗くなるのを抑制しつつ放熱性を確保する別体の反射部材8’を一体的に配置してある。
図17の発光装置10’は、複数個のLEDチップ1を列状に実装した実装基板5を多角柱状をした柱状体3の側面3aに搭載した光源部9’とすることにより、光学素子2の配光制御性を高め、上述の照射パターンが、主として、被照射面の略中央の高照度領域と、該高照射領域の外側に形成される低照度領域とで形成される照度むらを抑制することが可能となる。
特開2007−235079号公報 特開2006−310502号公報 特開2004−342574号公報
しかしながら、発光装置10’は、コスト低減や低消費電力を目的として、LEDチップ1の数を減らす傾向にあり、LEDチップ1を柱状体3の側面3a上に隙間なく立体的に配置させるのは難しい。そのため、図17の発光装置10’では、実装基板5に実装されたLEDチップ1間だけでなく、隣接する実装基板5に搭載されたLEDチップ1との間も非発光部となり、光源部9’自体に輝度むらが生ずることになる。これは、LEDチップ1を上述の蛍光体付きのLEDに単に置き換えても同様に生ずる。このため、発光装置10’は、光学素子2で光源部9’からの光を制御するように設計しても、発光装置10’からの照射光により形成される照射パターンに光源部9’の輝度むらが反映される。特に、発光装置10’は、光学素子2が光源部9’からの光を広角よりも狭角に絞る設計構造の場合、発光装置10’から照射された光に光源部9’の輝度むらに起因する照度むらが顕著に生ずる傾向にある。
特に、照明器具にまで適用可能な発光装置には、より配光制御性に優れ、照度むらのより少ないことが求められることから、上述の発光装置10’では十分ではなく、更なる改良が求められている。
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、光学素子を用いて配光制御性を確保しつつ、被照射面での光の照度むらを低減することが可能な発光装置を提供することにある。
請求項1の発明は、複数個の発光素子を備えた光源部と、該光源部の少なくとも一部を内部に配置し、内面が前記光源部からの光を外部に反射する反射面を回転面とする光学素子と、を有する発光装置であって、前記光学素子の前記内部における光源部は、前記回転面の回転軸に沿って長手方向が配される多角形状の柱状体と、該柱状体を囲み、該柱状体の側面に配置された前記発光素子が発光する光の少なくとも一部を吸収して波長変換した光を発する光変換部材と、前記柱状体の長手方向の先端部に該柱状体を覆って設けられ前記先端部と対向する面側に光を反射する反射部材とを有することを特徴とする。
この発明によれば、発光装置は、光学素子の回転軸に沿って長手方向が配される多角形状の柱状体を備えており、発光素子は前記柱状体の側面に配置されるので、前記発光素子からの光が前記光学素子の反射面の方向へ向かう。
発光装置は、前記発光素子からの光のうち前記光学素子への入射成分が、該光学素子の一端部に面光源として設けられる光源部を備えた発光装置と比較して増加するため、前記光学素子により配光の制御が容易となる。また、発光装置は、前記発光素子から直接外部に放出される直接光が、前記光学素子の一端部に面光源として前記光源部を備えた発光装置と比較して、少なくなることから、物の見えづらさや不快感を生じさせるような眩輝を低減することも可能となる。
さらに、発光装置は、光変換部材が前記光学素子の回転軸に沿って長手方向が配される前記柱状体を囲み、複数個の前記発光素子を覆っているため、前記柱状体の隣接する前記側面に設けられた前記発光素子間の前方となる前記光変換部材も近傍の前記発光素子からの光の入射や前記光学素子からの反射光を受けて発光することができる。
そのため、発光装置は、前記光源部全体の輝度むらが小さく、前記光学素子によって制御され被照射面での光の照度むらを低減させることが可能となる。また、この発明によれば、前記柱状体の先端部に該先端部と対向する面側に光を反射する反射部材を設けることにより、前記発光素子の端面から前記光学素子の前記外部に直接に放射される光を抑制し、配光特性の制御性を高めることができる。
請求項2の発明は、請求項1に記載の発明において、前記光学素子の前記内部の前記光源部は、光を放出させる前記外部に向かって先細りするテーパ形状であることを特徴とする。
この発明によれば、前記光源部が光を放出させる前記外部に向かって先細りするテーパ形状であることにより、前記発光素子や前記光変換部材から発した光を前記外部に放出させ易くなるため、発光装置の光取出効率をより向上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に記載の発明において、前記柱状体は、導電性を有し、前記発光素子が実装される実装基板の一表面側に形成された導体パターン、前記実装基板の厚み方向に貫設されたビア、該ビアと接続され前記実装基板の他表面側に形成された導体パターンを介して、前記柱状体の側面に配置される前記発光素子と電気的に接続しており、前記発光素子に給電する導電通路の一部を形成してなることを特徴とする。
この発明によれば、前記柱状体が前記発光素子に給電する導電通路の一部を兼ねていることから、発光装置の結線が容易となる。
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項に記載の発明において、前記柱状体は、内部が中空であって、内周面が炭素系の熱伝導性部材と接していることを特徴とする。
この発明によれば、前記柱状体からの熱を、熱伝導性部材を介して発光装置の外部などへ放熱させることが可能となる。これにより、前記柱状体の前記側面に配置された前記発光素子の点灯で生じる熱により、前記発光素子などの発光効率や寿命が低下することを抑制することができる。
請求項5の発明は、請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の発明において、前記柱状体と前記光変換部材との間に、少なくとも前記発光素子を被覆する樹脂材料あるいは無機材料からなる透光性部材が設けられていることを特徴とする。
この発明によれば、前記柱状体と前記光変換部材との間で空気よりも屈折率の高い透光性部材により前記発光素子が被覆されるため、たとえば、前記発光素子と前記透光性部材および前記透光性部材と前記光変換部材との屈折率差を小さくさせて発光装置の光取り出し効率を高めることが可能となる。
請求項6の発明は、請求項5に記載の発明において、前記透光性部材は、前記発光素子からの光を拡散させる光拡散材を有することを特徴とする。
この発明によれば、前記発光素子からの光が光拡散材で拡散されて前記光変換部材に入射するため、前記光源部の輝度むらをより低減することが可能となる。特に、前記発光素子が可視光を発光し、前記光変換部材が前記発光素子の光と異なる色の光を放出する場合は、色むらも低減することが可能となる。
請求項7の発明は、請求項5または請求項6に記載の発明において、前記透光性部材と前記光変換部材との間に、空気層を介在させてなることを特徴とする。
これにより、前記光源部の前記光変換部材を容易に交換することができ、前記光変換部材の交換により前記光源部の前記発光素子をそのままにして他の色が発光可能な発光装置とすることが可能となる。また、前記透光性部材と前記光変換部材との間に空気層を設けていることで、前記発光素子が発光した光の指向性を弱めることができる。そのため、発光装置は、前記光源部の輝度むらを抑制し、より均一な発光をえることが可能となる。
請求項8の発明は、請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の発明において、前記光変換部材は、該光変換部材の内側面あるいは外側面の少なくとも一方に接する透光性の無機部材で被覆されてなることを特徴とする。
この発明によれば、前記光変換部材で生ずるなどした熱が透光性の無機部材によって拡散され、前記光変換部材で偏った温度分布が生じても前記無機部材により、均一に平準化させることができる。そのため、前記光変換部材は、該光変換部材の温度消光などにより一部分の変換効率だけが低下して生ずる輝度むらを抑制することが可能となる。特に、前記発光素子が可視光を発光し、前記光変換部材が前記発光素子の光と異なる色の光を放出する場合は、色むらも低減することが可能となる。
請求項9の発明は、請求項8に記載の発明において、前記無機部材は、前記光変換部材と反対の側面側が光を散乱させる凹凸形状であることを特徴とする。
この発明によれば、前記無機部材の前記光変換部材と反対の側面側となる内側面が凹凸形状の場合、発光装置は、前記無機部材の前記内側面で表面反射成分の再入射が促進され前記光源部の輝度むらをより低減させることが可能となる。また、前記無機部材の前記光変換部材と反対の側面側となる外側面が凹凸形状の場合、発光装置は、前記無機部材の前記外側面での全反射成分を低減させることにより、光取り出しを向上させることが可能となる。
請求項1の発明では、光学素子の内部における光源部が、前記光学素子の回転面の回転軸に沿って長手方向が配される多角形状の柱状体と、該柱状体を囲み、該柱状体の側面に配置された発光素子が発光する光の少なくとも一部を吸収して波長変換した光を発する光変換部材とを有することにより、前記光学素子を用いて配光制御性を確保しつつ、被照射面での光の照度むらを低減することが可能な発光装置を提供できるという顕著な効果がある。
実施形態1の発光装置を示し、(a)は概略断面図、(b)は要部断面図である。 同上の発光装置に用いられる実装基板を示し、(a)は一表面側の模式的斜視図、(b)は他表面側の模式的斜視図である。 同上の発光装置の要部の製造工程を説明する説明図である。 同上の発光装置の別の要部を示し、(a),(b)は構造の異なる発光素子を備えた要部断面図である。 同上の発光装置の更に別の要部を示し、(a)は要部断面図、(b)は柱状体の説明図である。 同上の発光装置の他の要部を示し、(a),(b)は実装基板上の発光素子の配置が異なる要部断面図である。 同上の発光装置の更に他の要部を示し、(a)は要部断面図、(b)は実装基板の模式的斜視図である。 実施形態2の発光装置の要部を示し、(a)は要部断面図、(b),(c)は実装基板の模式的斜視図である。 実施形態3の発光装置における要部断面図である。 実施形態4の発光装置における要部を示し、(a),(b)は異なる形状の光変換部材を備えた要部断面図、(c)は実装基板の模式的斜視図である。 実施形態5の発光装置における要部断面図である。 実施形態6の発光装置における要部を示し、(a),(b)は光変換部材に異なる側面に無機部材を備えた要部断面図である。 実施形態7の発光装置における要部を示し、(a),(b)は光変換部材に異なる側面に無機部材を備えた要部断面図である。 実施形態8の発光装置における要部断面図である。 実施形態9の発光装置における要部断面図である。 従来の発光装置を示す概略断面図である。 従来の別の発光装置を示す概略断面図である。
(実施形態1)
以下、本実施形態の発光装置について図1および図2に基づいて説明する。
本実施形態の発光装置10は、青色光を放射する複数個の発光素子たるLEDチップ1を備えた光源部9と、該光源部9の少なくとも一部を内部に配し、内面2cが光源部9からの光を外部に反射する反射面を回転面とする光学素子2と、を有する発光装置10である。特に、光学素子2の前記内部における光源部9は、前記回転面の回転軸Aに沿って長手方向が配される多角形状の柱状体3と、該柱状体3を囲み、該柱状体3の側面3aに配置されたLEDチップ1が発光する青色光の一部を吸収して波長変換した黄色光を発する光変換部材4とを有している。
より具体的には、本実施形態の発光装置10は、図1(a)の断面図に示すように、発光装置10の筐体14が有底円筒状に形成されており、有底円筒状の内底面の中央部に光源部9を配置している。光源部9は、筐体14の底壁に対して固定螺子15により螺子止めされている。ここで、光源部9と、筐体14の内底面との間には熱伝導性シート19を挟み込んでいる。また、筐体14内には、光源部9から放出される光の配光を制御する上述の光学素子2が収納されている。光学素子2は、椀状に形成され、底部に光源部9が挿入される開口部2aを有している。椀状の光学素子2は、内面2cが光源部9からの光を外部に反射する回転放物面形状の回転面となっており、光学素子2の焦点Fを前記回転面の回転軸Aにおける後述する光源部9の複数個のLEDチップ1間における略中心と一致するように配置させている。光学素子2は、アルミニウム材料で構成され、アルミニウム蒸着あるは銀蒸着などの鏡面加工処理が施された反射面を有している。
また、光源部9からの光を外部に放射する光学素子2の開口径の大きい開口部側は、開口端から突出した外鍔部2bが設けられている。光学素子2の外鍔部2bは、外鍔部2b上に周部を重ねて設けた透光性のアクリル樹脂からなる円板状の透光性カバー11と共に、取付枠12により筐体14との間で狭持させ、複数本(ここでは、2本)の取付螺子13で取付け固定している。
光源部9は、図1(b)に示すように、配線基板6の中央部に立設した多角形状の柱状体3と、柱状体3の各側面3aそれぞれ配置され各別に複数個のLEDチップ1が実装された複数枚の実装基板5と、柱状体3の長手方向に沿って柱状体3の外周を覆うように配置される円筒形状の光変換部材4とを備えている。また、柱状体3と光変換部材4との間には、LEDチップ1を被覆するシリコーン樹脂からなる透光性部材7が設けられている。ここで、配線基板6は、円板状に形成されており、アルミニウム材料からなる金属部6aにガラスエポキシ樹脂基板などからなる絶縁部6bが重ね合わされ、絶縁部6b上に配線パターン6cが形成されている。柱状体3は、配線基板6の中央部で立設できるように、配線基板6の金属部6bと熱伝導率の高い熱硬化型の接着剤からなる接合部20で接合してある。
LEDチップ1が実装された実装基板5が配置される本実施形態の柱状体3は、四角柱状の柱状体3の各側面3aの形状が実装基板5と略相似形で、かつ実装基板5を保持できる大きさとしている。また、柱状体3は、銅材料からなり、柱状体3の各側面3aと実装基板5とを、柱状体3を金属部6aに固定させたものと同じ接着剤からなる接合部20を用いて固定している。
実装基板5は、図2で示すように、LEDチップ1が一表面5a側に搭載される長尺状の矩形平板に形成されている。実装基板5は、実装基板5の長辺が、数個(ここでは、2個)のLEDチップ1同士が接触しない間隔で配置可能であり、短辺が、1つのLEDチップ1を実装可能な大きさにしている。ここで、LEDチップ1間の中心は、実装基板5の長尺方向の中心よりも一方の短辺側にずれて配置させている。
本実施形態では、実装基板5をアルミナセラミック基板を用いて構成させており、実装基板5の一表面5a側に、NiメッキおよびAuメッキが形成されて、LEDチップ1と電気的に接続させる導体パターン5cを備えている。また、導体パターン5cの端部には、各LEDチップ1と電気的にされ給電させるための一対のランド5d,5dが形成されている。複数個のLEDチップ1は、実装基板5の一表面5a側に設けられた導体パターン5cによって直列接続されている。一対のランド5d,5dは、LEDチップ1間の中心が、片寄っている実装基板5の一方の短辺と反対の他方の短辺側に設けられている。また、実装基板5の一表面5aと反対の他表面5bの略全面にも、NiメッキおよびAuメッキを形成させて、矩形状の導体パターン5eとしている。
実装基板5に実装される複数個のLEDチップ1は、それぞれ矩形平板の実装基板5の一表面5a側に形成された導体パターン5cと電気的に接続して固定できるように複数個の金属バンプ(たとえば、Auバンプや半田バンプなど)21(図1(b)を参照)を用いてフリップチップ実装している。なお、各LEDチップ1は、青色光が発光可能な発光素子として、絶縁性基板(たとえば、サファイア基板やスピネル基板など)上にp型およびn型の窒化ガリウム系化合物半導体層が形成されてpn接合を備え、該LEDチップ1の同一面側にp型およびn型の各窒化ガリウム系化合物半導体層と接続される正負の各電極を備えている。
柱状体3の側面3aに配置される実装基板5の一表面5a側の導体パターン5cにおける一対のランド5d,5dは、Au材料からなる金属配線25で、円板状の配線基板6の絶縁部6b上に形成された複数個の配線パターン6cとそれぞれ電気的に接続される。配線基板6上の複数個の配線パターン6cには、配線パターン6cの端部に設けられた電極端子6e,6e(図3(b),(d)を参照)に発光装置10外の電源ユニット(図示せず)からの一対の電源線17,17がそれぞれ半田部22,22によって電気的に接続されている。
また、光源部9は、LEDチップ1が側面3aに配置され、前記回転面の回転軸Aに沿って長手方向が配される柱状体3が立設された配線基板6上に、たとえば、シリコーン樹脂などの固定材23で円筒形状の光変換部材4を固着しており、光変換部材4の円筒形状における中心軸を回転軸Aと略一致して配置させている。
光学素子2の回転軸Aに沿った光変換部材4の長さは、配線基板6に立設された柱状体3の長手方向の長さと略同じにしており、円筒形状の光変換部材4の内部に柱状体3の各側面3aに配置された複数個のLEDチップ1が配置されることになる。なお、本実施形態の円筒形状の光変換部材4の内側と柱状体3との間には、シリコーン樹脂からなる透光性部材7が充填されており、柱状体3の側面3aに配置されたLEDチップ1を被覆されている。
光変換部材4には、シリコーン樹脂中にLEDチップ1から放出された青色光により励起されて、青色光の励起光よりも長波長の黄色光を放出する粒子状の蛍光体を含有させたものを用いている。
本実施形態の発光装置10では、柱状体3の長手方向の先端部3bに柱状体3を覆って設けられ、先端部3bと対向する面側に光を反射するアルミニウムからなる円板状の反射部材8を設けている。したがって、円板状の反射部材8は、柱状体3側が、LEDチップ1や光変換部材4からの光を反射することができる。反射部材8の柱状体3側の中央部には、窪みが設けられており、柱状体3の先端部3bを反射部材8の窪みに挿入して固定している。発光装置10は、外部からLEDチップ1に給電することにより光源部9を点灯させ、光学素子2を用いて配光制御性を確保しつつ、照度むらがより少ない均一な白色光を放射することができる。
以下、本実施形態の発光装置10を製造工程について説明する。
本願の発光装置10の光源部9を構成するため、図3(a)に示す円板状の金属部6aの中央部に四角柱形状の柱状体3を、接着剤からなる接合部20(図1(b)を参照)を用いて接合することで立設させる。柱状体3が立設した配線基板6の金属部6a上に、金属部6aと外形が略同じ円板状であって、中央部に柱状体3を挿入する柱状体3より大きく柱状体3の外形と相似形の開口部を備えた絶縁部6bを重ね合わせる。なお、絶縁部6bの表面には、配線パターン6cや配線パターン6cの端部に設けられた電極端子6e,6eが予め形成されている。これにより、柱状体3を備えた配線基板6を形成することができる。
その後、LEDチップ1を一表面5aに実装した実装基板5の他表面5b側に接合部20となる接着剤を塗布し、柱状体3の側面3aと配線基板6の絶縁部6bとの隙間に形成される凹部6dに、実装基板5を挿入して柱状体3の側面3aに付着させる(図3(b)を参照)。
次に、図3(c)に示す平板状冶具24の窪み(図示せず)内に柱状体3の先端部3bおよび各実装基板5の先端部側(図3(c)の上側)を収納させる。この状態で配線基板6などを加熱し、前記接着剤を加熱硬化させることで、柱状体3の各側面3aに各実装基板5をそれぞれ固定する。
その後、平板状冶具24を取り除き、各LEDチップ1に外部から給電できるように各実装基板5のランド5dと配線基板6の配線パターン6cとを金属配線などにより電気的に接続させる(図示していない)。次に、円筒形状の光変換部材4の周端部に、固定材23となるシリコーン樹脂を塗布して柱状体3を囲むように配線基板6上に設置し加熱硬化して固定材23により固定する。
続いて、減圧環境下において、光変換部材4と各実装基板5が側面3aに固定され配線基板6から立設した柱状体3との間に、透光性部材7となるシリコーン樹脂を各LEDチップ1が被覆されるまで充填させる(図1(b)を参照)。
透光性部材7となるシリコーン樹脂が充填され、光変換部材4および実装基板5が固定された柱状体3の先端部3bに、反射部材8を固定材23となるシリコーン樹脂を介して配置し、前記各シリコーン樹脂を加熱硬化させることで光源部9を形成させることができる(図3(d)を参照)。
このような光源部9を、図1(a)で示す円板状の配線基板6の周端部で、柱状体3が立設された一表面側から有底円筒状に形成された筐体14の底壁に対して、熱伝導性シート19を介して圧接して固定螺子15により螺子止めする。
続いて、光源部9から放出される光を反射させて配光を制御する光学素子2を、筐体14内に収納し、光学素子2の開口縁から突出した外鍔部2bと、筐体14の開口内部を保護する透光性カバー11とを狭持する形で筐体14の開口縁との間に円環状の取付枠12を筐体14に対して複数本(ここでは、2本)の取付螺子13により固定する。これにより、光学素子2を用いて配光制御しつつ、発光装置10から照射された光の照度むらを抑制することが可能な発光装置10を製造することができる。
以下、本実施形態の発光装置10に用いられる各構成について詳述する。
本実施形態における発光素子は、光変換部材4が吸収して波長変換することができる光を発光可能な半導体を用いた発光素子である。発光素子として、たとえば、青色光や紫外線を高出力に発光可能なpn接合を備えた窒化ガリウム系化合物半導体からなるLEDチップ1などを利用することができる。LEDチップ1は、たとえば、結晶成長用基板としてサファイア、スピネル、GaN、SiCや酸化亜鉛などの基板を用い、該基板上にp型およびn型の窒化ガリウム系化合物半導体層がそれぞれ形成され、前記p型およびn型窒化ガリウム系化合物半導体層と各別に電気的に接続される正負の各電極を備えたものが挙げられる。
図1(b)に示す発光装置10の光源部9には、同一面側に正負の各電極を形成させたLEDチップ1を用い、LEDチップ1を実装基板5にフェースダウンで実装しているが、図4(b)で示すように発光装置10の光源部9は、同一面側に正負の各電極を形成させたLEDチップ1を用い、LEDチップ1を実装基板5にフェースアップで実装してもよい。
LEDチップ1がフェースダウンで実装される場合、LEDチップ1の正負の各電極と、実装基板5の各導体パターン5c,5cとを金属バンプ(たとえば、Auバンプや半田バンプなど)21やAgペーストなどを介して電気的に接続させることができる。また、LEDチップ1がフェースアップで実装される場合、LEDチップ1を実装基板5にエポキシ樹脂等で固定させた後、LEDチップ1の正負の各電極と、実装基板5の各導体パターン5c,5cとをそれぞれワイヤ(たとえば、金線やアルミニウム線)16で電気的に接続させればよい。
また、発光装置10は、導電性基板(たとえば、窒化ガリウム基板、SiC基板や酸化亜鉛基板など)を用い、LEDチップ1の厚み方向の両面に正負の各電極が形成された発光素子を用いてもよい。図4(a)に示す発光装置10の光源部9は、厚み方向の両面に正負の各電極が形成されたLEDチップ1を実装基板5上にAuSn、Agペースト等で固定させ実装基板5の一方の導体パターン5cとLEDチップ1の一方の電極と電気的に接続させた後、LEDチップ1の他方の電極と、実装基板5の他方の導体パターン5cとをワイヤ16で電気的に接続させればよい。なお、図4は、図1と同様の構成要素には同一の符号を付している。
LEDチップ1は、同種のものを用いてもよいし、異なる発光波長を発光する複数個のLEDチップ1を用いてもよい。たとえば、発光色を調整するなどの目的で青色光が発光可能なLEDチップ1に加え、赤色光が発光可能なLEDチップを備えていてもよい。また、LEDチップ1は、所望に応じて同一の実装基板5上に複数個設けることができ、各々を実装基板5上に設けた導体パターン5cを用いて電気的に直列接続、並列接続や直並列接続させてもよい。なお、LEDチップ1は、実装基板5上にサブマウント(図示せず)を介して実装させてもよい。
本実施形態に用いられる光学素子2は、光源部9からの光を配光制御して外部に反射することが可能なものである。
光学素子2は、光源部9から放射された光を透光性カバー11側へ反射させ狭角配光などが得られるように内面2cの形状が設計されており、内面2cが柱状体3の側面3aに配置させたLEDチップ1間の略中心を焦点Fとする回転放物面状に形成されている。光学素子2の内面2cの形状は、放物面状だけでなく、回転体となる楕円面状や双曲面状に形成させてもよい。また、光学素子2は、所望の配光特性に応じて、光源部9から離れるにつれて開口面積が徐々に大きくなる複数種類の回転面を備えた異なる形状の組み合わせからなる椀状の形状などに形成することもできる。
光学素子2の材料としては、たとえば、LEDチップ1や光変換部材4から放射される光の波長を効率よく反射する金属(たとえば、アルミニウムやステンレスなど)や高耐熱性の樹脂(たとえば、PBTなど)などが挙げられる。また、光学素子2の内面2cは、発光装置10からの光を効率よく反射させるため、所望に応じて、アルミニウム蒸着や銀蒸着などの鏡面加工処理を施してもよいし、白色などの塗料を塗布することもできる。
本実施形態に用いられる柱状体3は、光源部9の一部を構成し、柱状体3の側面3aにLEDチップ1を配置することができるものである。
柱状体3の各側面3aに、LEDチップ1が実装された実装基板5を配置する場合は、側面3aの形状が実装基板5と相似形でかつ実装基板5を保持できる大きさとすることが好ましい。また、柱状体3の各側面3aに実装基板5を熱伝導率の高い熱硬化型の接着剤からなる接合部20で固定する場合、接合部20の材料としては、たとえば、シリカやAgフィラーが含有されたエポキシ樹脂などが挙げられ、半田を用いてもよい。
柱状体3は、配線基板6に嵌め込みや接着などにより立設させてもよいし、柱状体3と配線基板6とを一体的に形成させてもよい。また、柱状体3の材質としては、LEDチップ1で生じた熱を外部に放熱できるように熱伝導性の高いなど各種合金、窒化アルミニウム、銅やアルミニウムの金属材料などを用いることができる。
なお、柱状体3の長手方向と垂直な横断面は、正方形だけでなく適宜多角形状とすることができる。また、柱状体3の各側面3aの大きさは、必ずしも同じ大きさで形成させる必要もなく、たとえば、柱状体3の外形を六角錐台形状とし、一つ置きに3つの側面3aを他の3つの側面3aより大きく形成させてもよい。また、柱状体3の側面3aに配置されるLEDチップ1は、光学素子2から必要とする配光パターンが得られる限り、必ずしも全ての各側面3aに同様に配置させる必要もない。
また、LEDチップ1は、必ずしも実装基板5に設けられる必要もなく、図5(a)の発光装置10の光源部9に示すように表面に導体パターン5cを形成させた柱状体3に直接実装させてもよい。なお、柱状体3をアルミニウムや銅などの金属により形成させる場合、導体パターン5cと柱状体3の側面3aとの間に適宜の絶縁層を設ければよい。
さらに、柱状体3は、必ずしも1体で形成させる必要もなく、各側面3aに配置されるLEDチップ1を損傷することなく、ダイボンダなどの実装装置で実装できるように、たとえば、図5(b)に示すように、発光装置10の回転軸Aをとおる面で対称に2分割してもよい。2分割で構成される柱状体3は、分割面同士を密着するように構成し、配線基板6に立設して固定すればよい。柱状体3は、2分割だけでなく必要に応じて複数個に分けて形成することができる。なお、図5は、図1と同様の構成要素には同一の符号を付している。
ところで、光学素子2は、一般的に、光学素子2の焦点Fを光源部9中心の擬似的な点光源に合わせて設計する。しかし、実際の光源部9は、ある大きさを持ち、光学素子2の焦点Fから離れるため、光源部9からの光が光学素子9で反射されても焦点がぼやけた光となる。このため、発光装置10では、光源部9からの光をできるだけ集光(狭角配光)するために、光を放射する光源部9の大きさが光学素子2の焦点Fに近いほど好ましい。
本実施形態の光源部9のLEDチップ1は、柱状体3の側面3aに備えられ、立体的に配置されている。そのため、光学素子2の焦点Fと、光を放射する光源部9との距離を、光学素子2の一端部に面光源としてLEDチップ1を配置させるものと比較して小さくでき、焦点のぼやけた光の割合を小さくすることができる。このような立体的な光源部9を備えた発光装置10は、主に光学素子2により配光制御された光で構成される照射パターンの主要部となる被照射面の中央の光成分を増加させ、より均一な照射パターンを得ることに寄与できる。
本実施形態に用いられる光変換部材4は、光源部9の一部を構成し、光学素子2の回転軸Aに沿って長手方向が配される多角形状の柱状体3を囲み、該柱状体3の側面3aに配置されたLEDチップ1が発光する光の少なくとも一部を吸収して波長変換した光を発するものである。光変換部4は、たとえば、LEDチップ1が実装された実装基板5を備えた柱状体3の長手方向に沿って、柱状体3の外周を囲む円筒形状とすることができる。また、光変換部材4は、LEDチップ1が発光する光の少なくとも一部を吸収して波長変換した光を発するため、たとえば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂などの有機材料やガラスなど無機材料からなる透光性材料中に蛍光体を含有したものが挙げられる。
光変換部材4に用いられる前記蛍光体としては、たとえば、LEDチップ1から放出された青色光を吸収して黄色光を発光可能なものが挙げられる。前記蛍光体は、前記透光性材料中に均一に分散して含有させることができる。
光変換部材4に用いられる前記蛍光体は、LEDチップ1から放出された光により励起されて、励起光よりも長波長の光を放出する粒子状の蛍光体(たとえば、青色光により励起され発光波長域がブロードな黄色系の光を放出する蛍光体や紫外線により励起され青色、緑色および赤色をそれぞれ発光可能な3種類の蛍光体など)を用いることができる。青色光を吸収して黄色光を発光する前記蛍光体としては、たとえば、Ceで付活されたYAl12、Ceで付活されたTbAl12などのアルミネート系の蛍光体のほか、Euが付活されたBaSiOなどのアルカリ土類珪酸塩系の蛍光体、CaBOClなどのファロボレート系の蛍光体などを採用することもできる。また、光変換部材4に含有される前記蛍光体は黄色蛍光体に限らず、緑色蛍光体あるいは橙色蛍光体や赤色蛍光体あるいはそれらの組み合わせの前記蛍光体を用いてもよい。たとえば、色調整や演色性を高めるなどの目的で複数種類の蛍光体を用いてもよく、本実施形態の黄色蛍光体の代わりに、赤色蛍光体と緑色蛍光体を含有させても、白色光を得ることができる。
ところで、発光装置10からの光を白色光にする場合、青色光を吸収して黄色光を放出する蛍光体が含有された樹脂で青色光を発光するLEDチップ1を被覆した白色LEDも知られており、本実施形態におけるLEDチップ1および光変換部材4を用いる代わりに、単に、白色LEDを用いる場合も考えられる。しかしながら、このような白色LEDを単に柱状体3の側面3aに配置させると、白色LED間は非発光部となるため、光源部9全体として輝度むらが生じ、発光装置10から放出される光に輝度むらが目立ってしまう恐れがある。また、複数個の白色LEDを用いた場合、各白色LED間のばらつきが目立ってしまう場合もある。特に、照明装置にまで用いられる高出力の発光装置10において、上述の補色となる光を混色させた白色LEDを用いた場合では、混色光の少しの色ずれが補色関係にずれるため、人間の目には、顕著に視認される傾向にある。
本実施形態の発光装置10においては、光源部9全体が光変換部材4で覆われており、かつLEDチップ1と光変換部材4との間に間隔を有しているため、柱状体3の異なる平面となる各側面3aに配置されたLEDチップ1間の前方や側面3aの同一平面側に配置されたLEDチップ1間の前方にあたる光変換部材4の部位にもLEDチップ1から発した光が到達し、白色光を発することができる。したがって、発光装置10は、光源部9全体がより均一な輝度分布となり、放射された光の色むらや輝度むらを改善することができる。
また、本実施形態の発光装置10においては、光源部9から放射される光が、光学素子2によって反射され単純に回転軸Aに沿って外部に放射されるものだけでなく、光源部9から放射され光学素子2によって光源部9に再び向かう光もある。このような光源部9に向かう光は、光変換部材4に入射されたり、光変換部材4で反射されたりして、光学素子2により外部に再び放射される場合がある。
したがって、発光装置10は、光源部9が多角形状の柱状体3の側面3aだけにLEDチップ1を配置させていても、柱状体3の隣接する側面3aに設けられたLEDチップ1間も光学素子2からの反射光などによって光変換部材4が発光などするため、放射された光の色むらや輝度むらを改善できると考えられる。
本実施形態では、LEDチップ1が発光した光を吸収して波長変換した光を発する光変換部材4の形状が、LEDチップ1から放射される光の指向特性やLEDチップ1が実装される実装基板5の配置形状に合わせて設計されるのではなく、発光装置10の光学素子2の形状に合わせて光学的に設計することができる。すなわち、発光装置10は、光変換部材4の形状を光学素子2の回転軸Aと略同一の軸で回転させた円柱形状や円錐台形状とすることで、光学素子2によって制御された照射パターンの照度むらや上述の色むらをさらに低減させることが可能となる。
本実施形態に用いられる実装基板5は、LEDチップ1を柱状体3の側面3aに配置することを容易にするために用いられるものであって、一表面5aに導電性パターン5cが形成された基板を用いることができる。
より具体的には、実装基板5は、セラミック基板(たとえば、アルミナセラミック基板、窒化アルミニウム基板など)からなる絶縁性基板の一表面5a側に金属材料(たとえば、Auなど)を用いた導体パターン5cが形成されたものを用いることができる。なお、実装基板5はセラミック基板に限られず、ガラスエポキシ樹脂基板や表面に絶縁層(たとえば、ガラス結晶層や金属酸化物層など)が形成された金属からなる金属ベース基板を用いることもできる。さらに、実装基板5は、柱状体3を覆うように巻き付けることが可能なフレキシブル基板を利用することもできる。
実装基板5上の複数個のLEDチップ1は、図2で示すように実装基板5の長尺方向に沿って1列である必要もなく、図6(a)の光源部9で示すように実装基板5の長尺方向に沿って、LEDチップ1を複数列(ここでは、2列)に配置させてもよい。また、図2や図6(a)で示すように実装基板5の長尺方向に沿って、複数個のLEDチップ1を一直線状に配置させてもよいし、図6(b)の光源部9で示すように、実装基板5の長尺方向に沿って複数個のLEDチップ1を千鳥足状に配置させてもよい。これにより、LEDチップ1の側方から放射される放射光が隣接配置されるLEDチップ1へ吸収されることを抑制し、吸収損失を低減させることができる。なお、図6は、図1と同様の構成要素には同一の符号を付している。
また、実装基板5は、図7(b)の実装基板5に示すように各実装基板5の長尺方向の一端部(図7(b)の下側)から導体パターン5cに接続された一対のビア5f,5fを介して実装基板5の内部で電気的に接続されているピン26,26を突出させて備えていてもよい。実装基板5のピン26,26は、図7(a)の光源部9に示された柱状体3が立設された配線基板6上に設けられた複数個のソケット27,27に挿入され、配線基板6の配線パターン6cと電気的に接続される。実装基板5は、実装基板5のピン26,26を配線基板6上のソケット27,27に挿入することで電気的な接続と機械的な固定とを行うことができる。これにより、実装基板5と配線基板6の配線パターン6cとを図1(b)で示す金属配線25,25を用いることなく、比較的容易に電気的に接続することができるため、接続信頼性のより高い発光装置10とすることが可能となる。なお、図7は、図1と同様の構成要素には同一の符号を付している。
本実施形態に用いられる配線基板6は、光源部9の一部を構成するものであって、柱状体3を立設するために用いられている。そのため、配線基板6は、アルミニウム材料からなる金属部6aにガラスエポキシ樹脂などの絶縁部6bが重ね合わされ、絶縁部6b上に配線パターン6cが形成されたものに限らず、たとえば、アルミニウム材料からなる円板状の金属部6aと、表面に酸化膜などからなる絶縁部6bが形成され、絶縁部6b上に配線パターン6cを備えたものでもよい。さらに、配線基板6は、銅基板、窒化アルミニウム基板、アルミナセラミック基板やガラスエポキシ基板などを用いることができる。
また、配線基板6の形状は、円板状である必要もなく三角形状、四角形状など多角形状の平板状など種々のものを用いることもできる。
本実施形態に用いられる透光性部材7は、柱状体3と光変換部材4との間に、少なくとも発光素子たるLEDチップ1を被覆する樹脂材料あるいは無機材料からなり、LEDチップ1の保護やLEDチップ1からの光を効率よく外部に取り出すなどのために設けられている。このような透光性部材7の具体的材料としては、たとえば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂やガラスなどが挙げられる。
また、透光性部材7には、発光素子たるLEDチップ1からの光を拡散させるシリカや酸化チタンなどからなる拡散材(図示せず)を含有させてもよし、透光性部材7中に設けた空孔により光を拡散させてもよい。
本実施形態に用いられる反射部材8は、柱状体3の長手方向の先端部3bに柱状体3を覆って設けられ先端部3bと対向する面側に、LEDチップ1や光変換部材4からの光を反射させることができる。反射部材8の表面には、柱状体3側がLEDチップ1や光変換部材4からの光を拡散して反射する凹凸(図示していない)を備えてもよい。
また、実装基板5を柱状体3と配線基板6とで構成される凹部6dによって位置決め仮固定する場合、光源部9の製造を容易にするために、反射部材8の柱状体3側の中央部に窪みを設け、柱状体3の先端部3bを挿入して固定することで生産性を向上させることもできる。なお、上述した平板状冶具24を反射部材8に流用してもよい。
反射部材8の材質としては、たとえば、アルミニウム、アルミナセラミック、窒化アルミニウムや白色樹脂等を用いることができる。反射部材8に金属など放熱性に優れた材料を用いた場合、LEDチップ1の点灯で生じた柱状体3の熱を放熱することに寄与することもできる。
本実施形態の透光性カバー11は、筐体14の内部に配置された光源部9や光学素子2を外部から保護するために好適に設けられ、たとえば、透光性の材料として、ガラスやアクリル樹脂などによって形成することができる。なお、透光性カバー11は、平板状に形成するだけでなく、発光装置10からの光を所望の配光が得られるように凸レンズ形状や凹レンズ形状に形成してもよい。
本実施形態の筐体14は、光源部9や光学素子2などを収納するものであって、たとえば、アルミニウムなどの金属材料により、種々の形状に形成することができる。
本実施形態の熱伝導性シート19は、光源部9の熱を筐体14などに熱伝導させるために適宜用いられるものであって、たとえば、非粘着性の熱伝導性アクリル層に粘着性の熱伝導性低高度アクリル層が形成されたものなどを用いることができる。また、シリカなどの熱伝導性フィラーが含有されたシリコーン樹脂を用いてもよい。熱伝導性シート19は、電気絶縁性を有すると共に熱伝導率が高く、その弾性により接着面での密着性が高いことが好ましい。光源部9と筐体14の前記底壁との間に間隙が生じるのを熱伝導性シート19により防止できれば、光源部9と筐体14との密着不足による熱抵抗の増大を防止することができる。なお、光源部9と筐体14との間に設けられる熱伝導性シート19に接着性があれば、光源部9を筐体14に固定する固定螺子15を省略することもできる。
(実施形態2)
本実施形態は、図1(b)の実施形態1の光源部9で示す柱状体3を、単に、LEDチップ1を配置させるために利用するのに加え、図8(a)の光源部9で示すように、導電性の柱状体3をLEDチップ1との導電通路の一部に利用した点が異なる。なお、実施形態1と同様の構成要素には、同一の符号を付して説明を適宜省略する。
本実施形態の実装基板5は、図8(b),(c)それぞれに示すように、実装基板5の一表面5a側には、金属バンプ21を用いてフリップチップ実装させたLEDチップ1の正負の各電極(図示せず)それぞれと電気的に接続される導体パターン5cが形成されている。実装基板5の一表面5a側の導体パターン5cは、実装基板5の厚み方向に貫設される金メッキが施されたビア5fを介して、実装基板5の一表面5a側と対向する他表面5b側に設けられた矩形状の導体パターン5eと電気的に接続している。
また、本実施形態の図8(a)に示す光源部9における柱状体3は、導電性を有する金属材料(たとえば、銅材料)で構成され、配線基板6の金属部6aに導電性の接着剤からなる接合部20を介して固定している。柱状体3と実装基板5の他表面5b側に設けられた導体パターン5eとは、導電性の接合部20により、電気的に接続して固定している。
これにより、柱状体3は、導電性を有し、該柱状体3の側面3aに配置されるLEDチップ1と、該LEDチップ1が実装される実装基板5の一表面5a側に形成された導体パターン5c、実装基板5の厚み方向に貫設されたビア5f、該ビア5fと接続され実装基板5の他表面側5bに形成された導体パターン5eを介して電気的に接続させ、LEDチップ1との導電通路の一部を形成することになる。
そのため、発光装置10は、LEDチップ1と外部電源(図示せず)との電気的接続が容易となり、実装基板5の導体パターン5cと配線基板6の配線パターン6cとを電気的に接続させる金属配線25の本数も削減することが可能となるため、金属配線25が断線などすることで生ずる光源部9の不灯もなく、発光装置10の信頼性をより高めることが可能となる。
(実施形態3)
本実施形態は、図8(a)に示した実施形態2の光源部9が四角柱の柱状体3を用いて構成する代わりに、図9に示すように光学素子2の内部の光源部9を構成する柱状体3および光変換部材4を、光を放出させる外部に向かって先細りするテーパ形状にさせる点が相違する。なお、実施形態2と同様の構成要素には、同一の符号を付して説明を適宜省略する。
本実施形態の発光装置10の光源部9について、図9に基づいて説明する。
光源部9の柱状体3は、柱状体3の外形を光を放出させる外部に向かって先細りするテーパ形状として四角錐台状にしており、柱状体3にLEDチップ1がフリップチップ実装された実装基板5を固定している。なお、柱状体3は、柱状体3と配線基板6の金属部6aとを一体的に形成させ、柱状体3を配線基板6に立設固定する導電性の接着剤からなる接合部20を省略している。
光源部9の実装基板5は、実装基板5の導体パターン5cと電気的に接続させた導電性の金属材料からなるピン26を実装基板5の一表面5a側から略垂直方向に突出して形成している。実装基板5は、柱状体3に固定する際、実装基板5のピン26が配線基板6の配線パターン6c上となるように配置する。本実施形態の光源部9では、各実装基板5のピン26と、配線基板6の配線パターン6cとをそれぞれ半田部22によって電気的接続と固定とを行っている。
また、光源部9の光変換部材4は、柱状体3を囲む光変換部材4も光を放出させる外部に向かって先細りするテーパ形状とするために、内部が中空となる円錐台の筒形状に形成している。
本実施形態においては、LEDチップ1や光変換部材4から放射された光が全体的に外部に向かうように、光学素子2の内部における光源部9が、光を放出させる外部向かって先細りするテーパ形状にすることで、配線基板6側に入射して吸収される光を抑制し、光取り出し効率を、より高めることが可能となる。
(実施形態4)
本実施形態は、図1(b)に示した実施形態1の光源部9における柱状体3の先端部3bに反射部材8を設ける代わりに、図10(a),(b)に示すように柱状体3の先端部3bには、LEDチップ1を1個実装した実装基板5を固定させ光変換部材4で被覆させた点が相違する。なお、実施形態1と同様の構成要素には、同一の符号を付して説明を適宜省略する。
本実施形態の発光装置10の光源部9について、図10(a),(b),(c)に基づいて説明する。
図10(a)に示した本実施形態の光源部9は、柱状体3の先端部3bに、LEDチップ1を1個フリップチップ実装した柱状体3の先端部3bと略等しい大きさの実装基板5を固定させ、柱状体3の先端部3bに設けられたLEDチップ1上を覆う平板部4aを備えた光変換部材4が設けられている。なお、各実装基板5の導体パターン5cは、各LEDチップ1が点灯できるように、配線基板6の配線パターン6cと金線である金属配線25で電気的に接続させている。このとき、柱状体3の先端部3bに配置したLEDチップ1は、該LEDチップ1を搭載した実装基板5の通電用ランド(図示せず)で金属配線25を介して柱状体3の側面3aに配置された図10(c)に示す実装基板5の一端部から他端部に通じる一対の導体パターン5gの一端部に配されるランド5dと接続され、実装基板5の一対の導体パターン5gの他端部に配されるランド5dが配線基板6の配線パターン6cと金属配線25でそれぞれ電気的に接続される。なお、柱状体3の先端部3bに設けられるLEDチップ1の数や実装基板5の形状は、柱状体3の形状や大きさに合わせて適宜変更すればよい。
本実施形態の発光装置10は、柱状体3の先端部3bにLEDチップ1と、LEDチップ1上を覆う平板部4aを備えた光変換部材4が設けられていることにより、発光装置10の正面遠方から発光装置10を見たときに光学素子2の内部全体が発光してみえるため、実施形態1の発光装置10と比較して、正面光度を向上させることができる。
また、図10(b)に示す他の発光装置10の光源部9は、柱状体3の先端部3bに図10(a)と同様にLEDチップ1が設けられ、柱状体3の先端部3bに設けられたLEDチップ1上を覆う外形が半球状で透光性部材7が内部に充填されたドーム部4bを備えた光変換部材4を有している。すなわち、本実施形態の光変換部材4は、図10(a)に示す平板部4aを備える代わりに、ドーム部4bを備えて構成している。図10(b)に示す光源部9は、柱状体3の先端部3bに設けられたLEDチップ1から発した光がドーム部4bの任意の内面に略同一の角度で入射するため、光変換部材4のドーム部4b内での光路長が均一となり、ドーム部4bでの輝度むらや色むらを改善することが可能となる。
(実施形態5)
本実施形態は、図9に示した実施形態3の光源部9における配線基板6の金属部6aと一体化して立設した柱状体3の内部に、図11の光源部9で示す柱状体3の長手方向に沿った貫通孔3cを形成し、内部が中空となる貫通孔3cの内周面が炭素系の熱伝導性部材28と接するように形成させている。なお、実施形態3と同様の構成要素には、同一の符号を付して説明を適宜省略する。
本実施形態の発光装置10の光源部9について、図11に基づいて説明する。
光源部9における柱状体3は、外形が光を放出させる外部に向かって先細りするテーパ形状となる四角錐台状であって、配線基板6の金属部6aと一体的に形成している。金属部6aと一体的に形成された柱状体3の内部には、柱状体3の長手方向に沿って、柱状体3の先端部3bから該先端部3bと対向する金属部6aの一表面まで貫通孔3cが貫設している。柱状体3の内部は、貫通孔3cにより中空となっており、中空の内部に炭素系の熱伝導性部材28として短冊状のグラファイトシートを重ねて圧入させている。これにより、炭素系の熱伝導性部材28は、柱状体3の貫通孔3cの内周面と接することになる。
炭素系の熱伝導性部材28としては、たとえば、ポリイミド樹脂やポリカーボネート樹脂などの樹脂中に黒鉛を含有させてシート状に加工したグラファイトシートを用いることができる。このようなグラファイトシートは、たとえば、シートの面方向の熱伝導率が銅の熱伝導率の4倍から5倍も高く、効率よくLEDチップ1からの熱を放熱させることができる。また、黒鉛は、種々の形状をとることができ、たとえば、繊維状にした直径8〜10μm程度の黒鉛を、長さ数十μm〜数百μm単位に切断した短繊維のものを用いることもできる。
また、繊維状にした直径8〜10μm程度の黒鉛を、長さ数十μm〜数百μm単位に切断した短繊維にしたものは、銅よりも約2倍の熱伝導率を有し、このような黒鉛のフィラー自体を、炭素系の熱伝導性部材28として、柱状体3の内部に圧入してもよい。
これによって、LEDチップ1で生じた熱が柱状体3から炭素系の熱伝導性部材28を介して熱伝導し、効率よく筐体14側へ放熱させることが可能となるため、LEDチップ1などの温度上昇を抑制することができる。
(実施形態6)
本実施形態は、図9に示した実施形態3と比較して、実施形態3の光源部9における円錐台の筒形状とした光変換部材4に、図12(a),(b)に示す透光性の無機部材29を光変換部材4の内側面4cあるいは外側面4dと接するように被覆した点が相違する。なお、実施形態3と同様の構成要素には、同一の符号を付して説明を適宜省略する。
本実施形態の発光装置10について、図12(a),(b)に基づいて説明する。
図12(a)に示す発光装置10の光源部9は、円錐台の円筒形状とした光変換部材4における内側面4cの全体をガラス材からなる透光性の無機部材29で覆っている。他方、図12(b)に示す発光装置10の光源部9は、円錐台の円筒形状とした光変換部材4における外側面4dの全体をガラス材からなる透光性の無機部材29で覆っている。
図12(a),(b)の光源部9は、いずれの場合も光変換部材4より内側の気密性を向上させることができる。また、光変換部材4で生じるなどした熱をガラス材からなる無機部材29よって熱拡散させることもできるため、光変換部材4の偏った温度分布が均一に平準化され、光変換部材4の変換効率の低下を抑制することが可能となる。なお、透光性の無機部材29は、光変換部材4の内側面4cあるいは外側面4dの一方の面を被覆するだけに限らず、光変換部材4の内側面4cおよび外側面4dの両面を被覆しても良いことはいうまでもない。
(実施形態7)
本実施形態は、図12(a),(b)に示した実施形態6の光源部9における側面が平滑な無機部材29を用いる代わりに、図13(a),(b)に示すように無機部材29の光変換部材4と反対の側面側が光を散乱させる凹凸形状29aとしている点が相違する。なお、実施形態6と同様の構成要素には、同一の符号を付して説明を適宜省略する。
本実施形態の発光装置10の光源部9について、図13(a),(b)に基づいて説明する。図13(a)に示す光源部9は、光変換部材4の内側面4cの全体に密着するように、光変換部材4と反対の側面側が凹凸形状29aとなる透光性の無機部材29で覆っている。他方、図13(b)に示す光源部9は、光変換部材4の外側面4dの全体に密着するように、光変換部材4と反対の側面側が凹凸形状29aとなる透光性の無機部材29で覆っている。
図13(a)の光源部9を用いた発光装置10は、光変換部材4の内側面4cに接して設けられた透光性の無機部材29が、光変換部材4と反対の側面側に凹凸形状29aを備えることで、LEDチップ1が発光した光を凹凸形状29aにより散乱し、光変換部材4に入射させるため、多角形状の柱状体3の隣接する側面3aに配置されたLEDチップ1間の輝度むらをさらに低減させることができる。
他方、図13(b)の光源部9を用いた発光装置10は、光変換部材4の外側面4dに接して設けられた透光性の無機部材29が、光変換部材4と反対の側面側に凹凸形状29aを備えることで、光源部9の内部側に反射される光の全反射成分を低減させ、光取り出し効率をより向上させることが可能となる。
(実施形態8)
本実施形態の発光装置10における図14に示す光源部9は、図12(b)に示した実施形態6の光源部9における円錐台の筒形状である光変換部材4の内側に配置された透光性部材7に、LEDチップ1からの光を吸収して波長変換した光を発する蛍光体を含有させ、透光性部材7が光変換部材4を兼ねた構造と類似する。なお、実施形態6と同様の構成要素には、同一の符号を付して説明を適宜省略する。
本実施形態の光源部9について、図14に基づいて説明する。
図14に示す光源部9は、LEDチップ1が配置された柱状体3の各側面3aを囲んで円錐台の円筒形状を有する透光性の無機部材29が設けられている。透光性の無機部材29の内側面側には、シリコーン樹脂中にLEDチップ1からの光を吸収して波長変換した光を発する蛍光体が含有された光変換部材4が充填されている。
本実施形態の光源部9は、実施形態6の光源部9と比較して、透光性部材7が光変換部材4を兼ねた構造となるため、部品点数を減らして構成を簡略化することができる。
(実施形態9)
本実施形態は、図1(b)に示した実施形態1の光源部9における光変換部材4とLEDチップ1との間に、透光性部材7を充填させる代わりに、図15に示すように透光性部材7を透光性の封止部7aと透光性の筒状部7bとに機能分離させ、透光性部材7と光変換部材4との間に空気層30を介在させた点が相違する。なお、実施形態1と同様の構成要素には、同一の符号を付して説明を適宜省略する。
本実施形態の光源部9について、図15に基づいて説明する。
図15に示す光源部9は、透光性部材7を透光性を有する筒状部(たとえば、円筒状に成形させたシリコーン樹脂やガラスなど)7bと、LEDチップ1を側面3aに備えた柱状体3を囲むように封止する透光性の封止部7aとに機能分離して形成している。これにより、透光性部材7は、光変換部材4との間に空気層30が介在させることができる。
光源部9は、透光性部材7と光変換部材4との間に空気層30を介在させることにより、光変換部材4を容易に交換することが可能となり、光変換部材4の交換により光源部9のLEDチップ1を共有にして異なる色を発する発光装置10を実現することができる。
また、空気層30は、光変換部材4が波長変換した光を光源部9の内部に入射させることを抑制し、発光効率の向上に寄与することが可能となる。さらに、透光性部材7の筒状部7bは、筒状部7bと空気層30との界面でLEDチップ1が発光した光の指向性を、弱めることができるので、光源部9から放出される光の輝度分布をより均一にすることができる。なお、光源部9は、LEDチップ1の発熱で空気層30の熱膨張により破損しないように、貫通孔(図示せず)を設けてもよい。
A 回転軸
1 LEDチップ(発光素子)
2 光学素子
2c 内面
3 柱状体
3a 側面
3b 先端部
4 光変換部材
4c 内側面
4d 外側面
5 実装基板
5a 一表面
5b 他表面
5c,5e 導体パターン
5f ビア
7 透光性部材
8 反射部材
9 光源部
10 発光装置
28 熱伝導性部材
29 無機部材
29a 凹凸形状
30 空気層

Claims (9)

  1. 複数個の発光素子を備えた光源部と、該光源部の少なくとも一部を内部に配置し、内面が前記光源部からの光を外部に反射する反射面を回転面とする光学素子と、を有する発光装置であって、
    前記光学素子の前記内部における光源部は、前記回転面の回転軸に沿って長手方向が配される多角形状の柱状体と、該柱状体を囲み、該柱状体の側面に配置された前記発光素子が発光する光の少なくとも一部を吸収して波長変換した光を発する光変換部材と、前記柱状体の長手方向の先端部に該柱状体を覆って設けられ前記先端部と対向する面側に光を反射する反射部材とを有することを特徴とする発光装置。
  2. 前記光学素子の前記内部の前記光源部は、光を放出させる前記外部に向かって先細りするテーパ形状であることを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
  3. 前記柱状体は、導電性を有し、前記発光素子が実装される実装基板の一表面側に形成された導体パターン、前記実装基板の厚み方向に貫設されたビア、該ビアと接続され前記実装基板の他表面側に形成された導体パターンを介して、前記柱状体の側面に配置される前記発光素子と電気的に接続しており、前記発光素子に給電する導電通路の一部を形成してい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. 前記柱状体は、内部が中空であって、内周面が炭素系の熱伝導性部材と接していることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の発光装置。
  5. 前記柱状体と前記光変換部材との間に、少なくとも前記発光素子を被覆する樹脂材料あるいは無機材料からなる透光性部材が設けられていることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の発光装置。
  6. 前記透光性部材は、前記発光素子からの光を拡散させる光拡散材を有することを特徴とする請求項5に記載の発光装置。
  7. 前記透光性部材と前記光変換部材との間に、空気層を介在させてなることを特徴とする請求項5または請求項6に記載の発光装置。
  8. 前記光変換部材は、該光変換部材の内側面あるいは外側面の少なくとも一方に接する透光性の無機部材で被覆されてなることを特徴とする請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の発光装置。
  9. 前記無機部材は、前記光変換部材と反対の側面側が光を散乱させる凹凸形状であることを特徴とする請求項8に記載の発光装置
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