JP5460003B2 - 発光装置及び発光装置を用いた照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子を備えた発光装置及びこの発光装置に用いた照明装置に関するものである。発光装置及び照明装置は、例えば、電子ディスプレイ用のバックライト電源、蛍光ランプに好適に用いることができる。

従来から、発光素子を備えた発光装置は、発光効率の向上が求められている。そこで、特許文献１に記載されているように、発光素子上に位置する透光性部材の上面に凹凸を設けた発光装置が提案されている。このように、透光性部材の上面に凹凸が設けられていることにより、透光性部材中を通って透光性部材の上面に入射する光が、この透光性部材の上面において全反射することを抑制できる。これにより、透光性部材上への透過率を高めることができるので、発光効率を向上させることができる。
特開２００３−２０９２９３号公報

特許文献１に記載されているように、透光性部材の上面に凹凸が設けられることにより、この透光性部材の上面における全反射を低減することができる。しかしながら、透光性部材の上面における入射光の全反射を抑制するためには、凹部の側面のうち発光素子に近い側の側面の傾斜を大きくしなければならない。そのため、透光性部材の厚みが不十分となり、発光素子から生じた熱により、透光性部材に大きな反りが生じてしまう恐れがある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、透光性部材の反りを抑制しつつ、発光効率を高めた発光装置を提供することを目的とする。

本発明の発光装置は、平らな主面を有する基体と、この基体の主面上に配設された発光素子と、この発光素子上に配置された透光性部材とを備えている。そして、前記透光性部材は、前記透光性部材を平面視した場合に、前記透光性部材の上面の、前記発光素子の直上を中心とする複数の同心円の円周上に配置された凹部を備えており、前記凹部の下方に
おける前記透光性部材の厚みが、内側に向かうほど厚く、前記基体の主面に対して垂直な前記透光性部材の断面において、前記凹部の前記中心側の内周壁と前記基体とのなす角度が、内側に向かうほど小さくなるようにされている。

本発明の発光装置によれば、前記透光性部材は、前記透光性部材を平面視した場合に、前記透光性部材の上面の、前記発光素子の直上を中心とする複数の同心円の円周上に凹部を備えており、前記凹部の下方における前記透光性部材の厚みが、内側に向かうほど厚く、前記基体の主面に対して垂直な前記透光性部材の断面において、前記凹部の前記中心側の内周壁と前記基体とのなす角度が、内側に向かうほど小さくなるように設定されていることにより、透光性部材の反りを抑制しつつ、発光効率を高めることができる。

以下、本発明の発光装置及び発光装置用基板について図面を用いて詳細に説明する。

図１〜４に示すように、本発明の第１の実施形態にかかる発光装置１は、主面３ａを有する基体３と、基体３の主面３ａ上に配設された発光素子５と、発光素子５上に位置し、上面に複数の不連続な傾斜面を有する透光性部材７とを備えている。そして、傾斜面の傾斜角度が発光素子５からの距離に応じて設定されている。

具体的には、図４に示すように、透光性部材７が、傾斜面を内面の一部とする凹部１１を複数備えている。そして、発光素子５に最も近い部分に位置する第１の凹部１１の発光素子５に近い側の側面１１ａと基体３とのなす角θ１が、第１の凹部１１よりも発光素子５から遠い部分に位置する第２の凹部１３の発光素子５に近い側の側面１３ａと基体３とのなす角θ２よりも小さい。さらに、第２の凹部１３の発光素子５に近い側の側面１３ａと基体３とのなす角θ２が、第２の凹部１３よりも発光素子５から遠い部分に位置する第３の凹部１５の発光素子５に近い側の側面１５ａと基体３とのなす角θ３よりも小さい。このように、本実施形態の発光装置１においては、発光素子５から遠い部分に位置する凹部９ほど、凹部９の発光素子５に近い側の側面９ａと基体３とのなす角が大きい。このため、透光性部材７の反りを抑制しつつ、発光装置１の発光効率を高めることができる。

既に示したように、透光性部材７の上面のうち、発光素子５から遠く透光性部材７の側面に近い部分に入射する光ほど、透光性部材７の上面と平行に近くなる。そのため、発光素子５から遠く透光性部材７の側面に近い部分に入射する光を凹部９で透過させるためには、凹部９の発光素子５に近い側の側面９ａの基体３とのなす角を大きくし、この側面９ａの傾斜を大きくしなければならない。一方で、透光性部材７は発光素子５に近い中央部分ほど発光素子５の発熱により変形しやすい。

しかしながら、本実施形態の発光装置１は、発光素子５に近い部分に位置する凹部９の発光素子５に近い側の側面９ａと基体３とのなす角が、発光素子５から遠い部分に位置する凹部９の発光素子５に近い側の側面９ａと基体３とのなす角よりも小さい。そのため、発光素子５に近い部分に位置する凹部９の下方での透光性部材７の厚みを大きくしつつ、発光素子５から遠い部分に位置する凹部９の発光素子５に近い側の側面９ａの傾斜を大きくすることができる。

より具体的には、本実施形態の発光装置１は、図４に示すように、発光素子５に最も近い部分に位置する第１の凹部１１の下方での透光性部材７の厚みＤ１が、第１の凹部１１よりも発光素子５から遠い部分に位置する第２の凹部１３の下方での透光性部材７の厚みＤ２よりも大きい。さらに、第２の凹部１３の下方での透光性部材７の厚みＤ２が、第２の凹部１３よりも発光素子５から遠い部分に位置する第３の凹部１５の下方での透光性部材７の厚みＤ３よりも大きい。これにより、透光性部材７の中を透過して凹部９の表面に入射する光の反射量を抑制することができる。結果として、透光性部材７の反りを抑制しつつ、発光装置１の発光効率を高めることができる。

凹部９の形状としては、凹部９の底面における光の反射を抑制するため、図４に示すように、基体３の主面３ａに対して垂直な透光性部材７の断面において、傾斜した２つの側面からなるエッジ形状であることが好ましい。また、凹部９の側面９ａに入射する光の反射量を更に抑制するため、発光素子５に近い側の側面９ａが発光素子５からの入射光に対して垂直であることが好ましい。具体的には、発光素子５と凹部９の発光素子５に近い側の側面９ａの中心とを結ぶ直線と、凹部９の発光素子５に近い側の側面９ａと、のなす角が略垂直であることがより好ましい。

また、図２に示すように、透光性部材７を平面視した場合に、複数の凹部９が、発光素子５の中心部が中心である同心円の円周上に存在することが好ましい。より具体的には、第１の凹部１１、第２の凹部１３及び第３の凹部１５がそれぞれ発光素子５の中心部を中心とする同心円上に存在することが好ましい。このように凹部９が形成されていることにより、透光性部材７を平面視した場合における周方向での輝度のばらつきを小さくすることができるからである。

また、図２に示すように、透光性部材７を平面視した場合に、複数の凹部９が、発光素子５の中心部が中心である同心円の円周上に存在することが好ましい。より具体的には、第１の凹部１１、第２の凹部１３及び第３の凹部１５がそれぞれ複数存在し、複数の第１の凹部１１、複数の第２の凹部１３及び複数の第３の凹部１５が、それぞれ発光素子５の中心部が中心である同心円の円周上に存在することが好ましい。このように凹部９が形成されていることにより、特に、透光性部材７を平面視した場合における周方向での輝度のばらつきを小さくすることができるからである。

特に、透光性部材７を平面視した場合に、発光素子５の中心部が中心である円周上において隣り合う凹部９の間隔が略一定であることがより好ましい。このように凹部９が形成されていることにより、透光性部材７を平面視した場合における周方向での輝度のばらつきをより小さくすることができる。

また、発光素子５に近い部分に位置する凹部９と発光素子５から遠い部分に位置する凹部９とは、図３に示すように離隔していてもよいが、図５に示すように、連続していてもよい。このように各凹部９が連続していることにより、発光素子５から放射された光をより確実に、各凹部９の発光素子５に近い側の側面９ａに入射させることができるので、透光性部材７の上面における入射光の反射量を低減することができるからである。

基体３としては、例えば、アルミナセラミックス、窒化アルミニウム焼結体、ムライト質焼結体、ガラスセラミックスのようなセラミックス、又は、エポキシ樹脂のような樹脂を用いることができる。また、セラミックスの上に樹脂を重ねた積層体であってもよい。セラミックスの上に樹脂を積層した積層体を用いることにより、発光装置１の耐久性を向上させることができる。発光素子５に通電すると、発光素子５は、発光すると同時に発熱する。また、樹脂は、セラミックスと比較して弾性変形しやすい。そのため、セラミックスにより基体３の強度を向上させつつ、樹脂により発光素子５の発熱により生じる熱応力を吸収することができるからである。

発光素子５としては、駆動電力により光を発生させることのできる素子を用いればよい。例えば、半導体材料からなる発光ダイオードを用いることができる。具体的には、ＧａＡｓ、ＧａＮ或いはＡｌＮを主成分とする発光ダイオードを用いることができる。発光素子５は通電部材（不図示）を介して外部電源より通電されることにより発光することができる。通電部材は、基体３の主面３ａ上に配設すればよい。また、基体３に主面３ａから裏面にかけて孔部を形成し、この孔部を介して基体３の裏面上に通電部材を配設してもよい。

透光性部材７としては、光透過性の高いものを用いることが好ましく、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂のような透明樹脂を用いることができる。

また、基体３の主面３ａ上に金属膜を備えていることが好ましい。基体３がセラミックス、或いは樹脂からなる場合、発光素子５から下方に放出された光の、基体３上での反射率を高めることができるからである。そのため、上記のような金属膜を備えていることにより、発光素子５から下方に放出された光をより多く外部に取り出すことができる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明をする。

図６に示すように、本実施形態の発光装置１は、透光性部材７を平面視した場合に、複数の凹部９が、それぞれ発光素子５を囲うように形成されていることを特徴としている。より具体的には、本実施形態においては、第１の凹部１１、第２の凹部１３及び第３の凹部１５が、それぞれ発光素子５を囲うように形成されている。このように凹部９が形成されていることにより、透光性部材７を平面視した場合における、周方向での輝度のばらつきを小さくすることができる。

なお、図６において、凹部９の位置を明示するため、透光性部材７の上面のうち、凹部９の形成されていない基体３の主面３ａに対して平行な平面部分を斜線部としている。

また、図６に示すように、透光性部材７を平面視した場合に、複数の凹部９が、発光素子５の中心部を中心とする同心円となるように形成されていることが好ましい。より具体的には、第１の凹部１１、第２の凹部１３及び第３の凹部１５がそれぞれ発光素子５の中心部を中心とする同心円となるように形成されていることが好ましい。このように凹部９が形成されていることにより、透光性部材７を平面視した場合における周方向での輝度のばらつきを小さくすることができるからである。

次に、本発明の第３の実施形態について説明をする。

図７に示すように、本実施形態の発光装置１は、透光性部材７上に位置し、蛍光体１７を含有する略一定の厚みを有する蛍光体層１９を更に備えている。

蛍光体層１９に含有される蛍光体１７が発光素子５から放射された光の波長を変換することにより、所望の波長の光を外部に取り出すことができる。また、発光素子５から放射され蛍光体層１９に入射する光は、発光体で散乱される。これにより、発光素子から放出された光を広範囲に分散させることができる。

蛍光体層１９としては、蛍光体１７を含有する樹脂を用いることができる。樹脂としては、光透過性の高いものを用いることが好ましく、透光性部材７と同様に、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂のような透明樹脂を用いることができる。このとき、透光性部材７として用いる樹脂と同じ樹脂を用いることが好ましい。これにより、透光性部材７と蛍光体層１９の熱膨張率の差を小さくできるので、蛍光体層１９の透光性部材７からの剥離を抑制することができるからである。

次に、本発明の第４の実施形態について説明をする。

図８に示すように、本実施形態の発光装置１は、透光性基体３の主面３ａ上に配設され、発光素子５から発光される光を反射する反射面を有する反射部材２１を備えている。上記のような反射部材２１を備えることにより、発光素子５から放出された光を集光して、所望の光出射方向へ放出することができる。

より具体的には、図８に示すように、透光性基体３の主面３ａ上であって発光素子５を取り囲むように位置し、内周面が発光素子５から発光される光を反射する反射面である枠状の反射部材２１を用いることができる。

反射部材２１としては、発光素子５と対抗する面における光の反射率が高いものであれば良く、例えば、Ａｌ，Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金などの金属を用いることができる。また、アルミナセラミックスなどのセラミックス及びエポキシ樹脂などの樹脂の表面に、Ａｌ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｃｕなどの反射率の高い金属薄膜が配設されたものを反射部材２１として用いることもできる。さらに、金属薄膜としてＡｇ，Ｃｕのように腐食しやすい部材を用いる場合には、金属薄膜の表面をＮｉのような腐食しにくい部材で被覆することが好ましい。

また、本実施形態のように、発光素子５から最も遠い部分に位置する凹部９が、発光素子５から遠い側の側面を有さない、言い換えれば、透光性部材７が上面の端部に切り欠き部を有し、この切り欠き部が反射部材２１と接していることが好ましい。これにより、透光性部材７の端部における厚みを確保することができるので、透光性部材７の端部における変形が抑制され、透光性部材７の反射部材２１からの剥離を抑制することができる。

次に、本発明の一実施形態にかかる照明装置について説明する。

図９に示すように、本実施形態の照明装置２３は、上記の実施形態に代表される発光装置１と、発光装置１が搭載される搭載板２５と、発光装置１に通電する電気配線２７と、発光装置１から出射される光を反射する光反射手段２９とを備えている。

本実施形態の照明装置２３における発光装置１は搭載板２５上に載置される。このとき、図９に示すように、本実施形態の照明装置２３は、下方を照明するように形成されているため、発光装置１は発光素子５が透光性基体３よりも下方に位置するようにして、搭載板２５上に載置される。本実施形態の照明装置２３においては、電気配線２７を通じて発光装置１に通電することにより、発光素子５が光を射出する。そして、光反射手段２９により、上記射出された光を反射させることで所望の方向を照らす照明装置２３として機能する。

照明装置２３は、発光装置１一つのみ備えていてもよく、また、図９に示すように、複数備えていても良い。また、発光装置１を複数備えている場合には、各発光装置１を電気配線２７により、直列配置としても、並列配置としても良い。

なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を行うことは何ら差し支えない。例えば、第１の実施形態の発光装置１は、複数の凹部９として第１の凹部１１、第２の凹部１３及び第３の凹部１５を有しているが、第３の凹部１５よりも発光素子５から遠く透光性部材７の側面側に位置する第４の凹部を有していてもよい。また、本発明の発光装置１は複数の凹部９を有していればよいので、第４の実施形態における発光装置に示すように、凹部９が第１の凹部１１及び第２の凹部１３の２つであってもよい。

本発明の第１の実施形態にかかる発光装置を示す斜視図である。 図１に示す実施形態の平面図である。 図１に示す実施形態の断面図である。 図２における領域Ａを拡大した拡大断面図である。 本発明の第１の実施形態にかかる発光装置の変形例を示す拡大断面図である。 本発明の第２の実施形態にかかる発光装置を示す拡大断面図である。 本発明の第３の実施形態にかかる発光装置を示す斜視図である。 本発明の第４の実施形態にかかる発光装置を示す断面図である。 本発明の一実施形態にかかる照明装置を示す斜視断面図である。

符号の説明

１・・・発光装置
３・・・基体
３ａ・・・主面
５・・・発光素子
７・・・透光性部材
９・・・凹部
１１・・・第１の凹部
１３・・・第３の凹部
１５・・・第５の凹部
１７・・・蛍光体
１９・・・蛍光体層
２１・・・反射部材
２３・・・照明装置
２５・・・搭載板
２７・・・電気配線
２９・・・光反射手段

Claims (5)

1. 平らな主面を有する基体と、該基体の主面上に配設された発光素子と、該発光素子上に配置された透光性部材とを備えた発光装置であって、
   前記透光性部材は、前記透光性部材を平面視した場合に、前記透光性部材の上面の、前記発光素子の直上を中心とする複数の同心円の円周上に配置された凹部を備えており、前記凹部の下方における前記透光性部材の厚みが、内側に向かうほど厚く、前記基体の主面に対して垂直な前記透光性部材の断面において、前記凹部の前記中心側の内周壁と前記基体とのなす角度が、内側に向かうほど小さくなることを特徴とする発光装置。
2. 前記透光性部材を平面視した場合に、複数の前記凹部は、前記発光素子の直上が中心である円周上において隣り合う前記凹部の間隔が略一定であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記透光性部材を平面視した場合に、複数の前記凹部は、前記発光素子を囲うように形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
4. 前記透光性部材上に位置し、蛍光体を含有する蛍光体層を更に備え、該蛍光体層の上面が略平坦であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の発光装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の発光装置と、該発光装置が搭載される搭載板と、前記発光装置に通電する電気配線と、前記発光装置から出射される光を反射する光反射手段とを備えた照明装置。