JP5532329B2 - Lighting device - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、光源と、光源から光の波長を変換する蛍光体とを備えた照明装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a lighting device including a light source and a phosphor that converts the wavelength of light from the light source.
LED光源と蛍光体とを組み合わせて所望の白色光を得る照明装置が提案されている。発熱源であるLED光源と蛍光体を離間して配置することは、温度消光などの蛍光体の劣化を避ける点で発光効率改善に効果がある。一方、蛍光体は屈折率が高く、散乱粒子としても作用する。そのため、蛍光体がLED光源近傍に設けられていると、蛍光体はLEDから出た光を散乱してLEDに戻してしまい、効率損失も引き起こす。これらより、従来からLED光源と蛍光体を離間して配置する技術が検討されている。 An illumination device that obtains desired white light by combining an LED light source and a phosphor has been proposed. Disposing the LED light source, which is a heat generation source, and the phosphor apart from each other is effective in improving luminous efficiency in terms of avoiding phosphor degradation such as temperature quenching. On the other hand, the phosphor has a high refractive index and acts as scattering particles. For this reason, when the phosphor is provided in the vicinity of the LED light source, the phosphor scatters the light emitted from the LED and returns it to the LED, resulting in an efficiency loss. From these, the technique which arrange | positions LED light source and fluorescent substance spaced conventionally is examined.
短波長LEDから放出される光を、LEDから離れた場所に配置した蛍光体により長波長に一部変換し、白色光を放出する面状照明装置が提案されている。 A planar illumination device has been proposed in which light emitted from a short wavelength LED is partly converted to a long wavelength by a phosphor arranged at a location distant from the LED, and white light is emitted.
また、LEDから離れた場所に、長波長に変換する蛍光体層を2層配置し、より長波長側の蛍光体層を短波長光源側に配置することで、蛍光体間での不要な変換を防いだ面状照明装置が提案されている。更に、短波長光源を囲む電球のグローブ内面に長波長蛍光体を塗布し、白色光を放出する電球照明装置が提案されている。 Also, two layers of phosphor layers that convert to a long wavelength are disposed at a location away from the LED, and a longer wavelength phosphor layer is disposed on the short wavelength light source side, thereby eliminating unnecessary conversion between phosphors. There has been proposed a planar lighting device that prevents the above. Furthermore, a light bulb illumination device has been proposed in which a long wavelength phosphor is applied to the inner surface of a globe of a light bulb surrounding a short wavelength light source to emit white light.
しかしながら、従来の技術では、蛍光体をLED光源から離して配置することは出来ても、色調や輝度の分布までを調整することは難しかった。また、外部からの光により蛍光体層が色変換をしてしまい、非点灯時の照明装置の出射面に固有の物体色が付いてしまっていた。 However, in the prior art, it is difficult to adjust the color tone and the luminance distribution even though the phosphor can be arranged away from the LED light source. In addition, the phosphor layer undergoes color conversion due to light from the outside, and a specific object color is attached to the exit surface of the illumination device when it is not lit.
この発明は以上の点を鑑みなされたもので、その目的は、色調や輝度を制御調整することができるとともに、光取出し効率の向上した照明装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an illuminating device that can control and adjust the color tone and luminance, and has improved light extraction efficiency.
実施形態によれば、照明装置は、放射面と、前記放射面に対向して配置された少なくとも1つの光源と、前記放射面と光源との間に前記光源から離間して配設され、前記光源からの光により励起される蛍光体をパターニングした蛍光体層と、前記蛍光体層の放射面側に設けられ、前記放射面側から入光する外光を反射する反射層と、を備えている。 According to the embodiment, the lighting device is disposed between the radiation surface, at least one light source disposed to face the radiation surface, and spaced from the light source between the radiation surface and the light source, A phosphor layer obtained by patterning a phosphor excited by light from a light source , and a reflection layer provided on the radiation surface side of the phosphor layer and reflecting external light entering from the radiation surface side. Yes.
以下、図面を参照しながら種々の実施形態について、詳細に説明する。
(第1の実施形態)
図1および図2は、第1の実施形態に係る照明装置を示している。図1に示すように、照明装置10は、裏面側に配置された例えば矩形状の回路基板12と、回路基板12上に設けられた少なくとも1つの光源、例えば、LEDチップ16と、回路基板7の上面に形成された下面反射板14と、LEDチップ16を覆う蛍光体を含まない透明保護層18と、LEDチップ16上に間隔を置いて下面反射板14と平行に配置された矩形状の拡散板26と、回路基板12と拡散板26との間に配置された図示しない矩形枠状の側壁と、LEDチップ16と拡散板26との間に配設され、LEDチップ16と隙間をおいて対向するシート状の光学部材20と、を備えている。拡散板26の外面は、照明装置10の出射面を構成している。
Hereinafter, various embodiments will be described in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
1 and 2 show an illumination device according to the first embodiment. As illustrated in FIG. 1, the
図1および図2に示すように、光学部材20は、例えば、矩形状の透明シート22と、透明シート22の拡散板13側の表面上に形成された反射層28と、透明シート22のLEDチップ16側の表面上に形成された、すなわち、反射層28よりも入光側にパターン形成された蛍光体層24と、を有している。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
蛍光体層24は、透明シート22上にドットあるいはストライプパターンで形成され、例えば緑発光層24a、赤発光層24bのように発光色ごとに別々に配置されている。緑発光層24a、赤発光層24bは、例えば、矩形状に形成され、また、種々の異なる寸法に形成されている。そして、緑発光層24a、赤発光層24bは、所定のパターンで、互いに隙間をおいて、配列されている。
The
反射層28は、透明シート22の上面側に、蛍光体層24のパターン開口部と対応するパターンで形成され、蛍光体層24のパターン開口部を埋めるように配置されている。反射層28は、蛍光体層24が無く透明シート22のみの領域にも開口部28aを設けてある。
The
例えば、青発光LEDチップと蛍光体層との組み合わせで白色照明を得る場合、LEDチップ16から透明シート22に入光する光の分布にはムラが生じ、LEDチップの配光分布がランバート分布であると仮定するとLEDチップ直上部が最も光量が多く、LEDチップ直上部から離れるにつれ入光量も少なくなる。また、透明シート22に形成する蛍光体層24の厚さや蛍光体濃度を位置に応じて分布を持たせることは難しい。これらの問題を改善するため、本実施形態の照明装置では、蛍光体層24を印刷でパターン形成している。蛍光体層24は、LEDチップ16直上部では蛍光体層24の占有面積が小さく、LEDチップ16から離れるほど、蛍光体層24の占有面積が大きくするようなパターンで形成され、また、蛍光体層パターンの空いた部分、つまり、パターン開口部を埋めるように反射層28を印刷形成している。
For example, when white illumination is obtained by a combination of a blue light emitting LED chip and a phosphor layer, unevenness occurs in the distribution of light entering the
上記のように構成された照明装置10によれば、LEDチップ16から放出される短波長の光を、LEDチップから離れた位置に配置された蛍光体層24により長波長に一部変換し、出射面から白色光を放出することができる。蛍光体層24と反射層28の開口分布を上記のようなパターンで制御することにより、LEDチップ16真上の強い輝度を緩和し、出射面全体で均一な輝度にすることができる。また、反射層28は外部からの照明装置10に入光する光線を反射するため(図1の実線矢印)、蛍光体層24による外光変換で生じる色味の発生を緩和することができる。
According to the
LEDチップ16直上部では蛍光体層24を透過する光は垂直方向が主である一方、LEDチップ直上から離れた中間部では、蛍光体層24を透過する光は斜め方向が主となる。そのため、LED透過光が透過する蛍光体層24の実効的な厚みに差が発生し、LEDチップ真上部ではLED光源波長成分が強く、中間部では蛍光体発光波長成分が強い発光波長分布となる。これにより出射面には場所により色調がずれる色度ムラが発生してしまう。これらを改善するために、本実施形態では、反射層28の開口パターンを調整し、光学部材20の中間部では蛍光体層24を透過しない箇所にも反射層28に開口部28aを設けている。これにより、中間部におけるLED光源波長成分を補償することができる。
以上のことから、色調や輝度を制御調整することができるとともに、光取出し効率の向上した照明装置を提供することができる。
The light passing through the
From the above, it is possible to provide a lighting device that can control and adjust the color tone and luminance and that has improved light extraction efficiency.
上述した実施形態では、蛍光体層および反射層は印刷プロセスを用いて形成したが、これに限らず、ディスペンサ、インクジェット、フォトリソグラフィー等の別手段を用いて形成してもよく、また、樹脂と蛍光体を混ぜ合わせて形成したシートに穴や凸凹を施したもので蛍光体層を形成してもよい。 In the above-described embodiment, the phosphor layer and the reflective layer are formed by using a printing process. However, the present invention is not limited thereto, and may be formed by using another means such as a dispenser, inkjet, photolithography, and the like. The phosphor layer may be formed of a sheet formed by mixing phosphors with holes or irregularities.
また、蛍光体層および反射層のパターン形成による光学効果は、均一輝度に限るものではなく、輝度分布、色調を面上の場所により変化させてもよい。 Moreover, the optical effect by the pattern formation of the phosphor layer and the reflective layer is not limited to uniform luminance, and the luminance distribution and color tone may be changed depending on the location on the surface.
また、本実施例ではLED16の光をそのまま放射面に放出するために反射層28に透明シート22がむき出しとなる開口を設けたが、LED16の光を蛍光体層24からの光と同じような配光分布をもって放射面に出させるために蛍光体層と同程度の拡散性を持つ色変換機能の無い拡散部材を同開口部にパターン形成してもよい。この場合、LED16の光も蛍光体層24からの光も同様の配光分布を持つことになり、視野角による色付きを防止することができる。
Further, in this embodiment, the
本実施例では光源が放射面に対向して配置されているが、光源と放射面の配置は特に限定するものではなく、たとえば放射面の側面に光源が配置されていてもよい。この場合、光源から遠くなるにつれて蛍光体の占有面積が増えるように蛍光体層を構成することが望ましいことは本実施例と変わらない。 In this embodiment, the light source is disposed so as to face the radiation surface. However, the arrangement of the light source and the radiation surface is not particularly limited. For example, the light source may be disposed on the side surface of the radiation surface. In this case, it is desirable to configure the phosphor layer so that the area occupied by the phosphor increases as the distance from the light source increases.
次に、第2の実施形態に係る照明装置について説明する。
図3は、第2の実施形態に係る照明装置を示している。第2の実施形態によれば、LEDチップ16を保護する透明保護層18にプリズム機能を付与して、LEDチップ16が放出する光の配光分布を面状の蛍光体層24に対して照度均一となるように構成している。光学部材20において、蛍光体層24および反射層28は、透明シート22の同一表面上、ここでは、LEDチップ16と対向する表面上に形成されている。蛍光体層24は第1の実施形態と同様に、LEDチップ16直上部では蛍光体層24の占有面積が小さく、LEDチップ16から離れるほど、蛍光体層24の占有面積が大きくするようなパターンで形成されている。反射層28は、蛍光体層パターンの空いた部分、つまり、パターン開口部を埋めるように、透明シート22上にパターン形成されている。
Next, a lighting device according to the second embodiment will be described.
FIG. 3 shows an illumination device according to the second embodiment. According to the second embodiment, the transparent
第2の実施形態において、照明装置10の他の構成は、前述した第1の実施形態と同一であり、同一の部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
In the second embodiment, the other configuration of the
LEDチップを保護する保護層18は本来透明であり、レンズやプリズムとしてLEDから出射する光の向きを制御することが可能である。本実施形態によれば、蛍光体層が保護層18と離間しているため、保護部材をレンズあるいはプリズムとして使用することが出来る。
The
第2の実施形態によれば、LEDチップが蛍光体層に照射する照度分布が均一となり、蛍光体の占有比率が面状で均一化され、反射層も同様に均一分布とすることができる。これにより、LED配列に起因する輝度ムラの発生を抑制することができる。その他、第2の実施形態においても、第1の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。 According to the second embodiment, the illuminance distribution that the LED chip irradiates the phosphor layer becomes uniform, the phosphor occupancy ratio is uniformed in a planar shape, and the reflection layer can be similarly uniform. Thereby, generation | occurrence | production of the brightness nonuniformity resulting from LED arrangement | sequence can be suppressed. In addition, also in 2nd Embodiment, the effect similar to 1st Embodiment can be acquired.
次に、第3の実施形態に係る照明装置について説明する。
図4は、第3の実施形態に係る照明装置を示している。第3の実施形態によれば、光学部材20は、パターン化されていないシート状の蛍光体層24と、蛍光体層の拡散板26側にパターン形成された反射層28と、を有している。ここでは、蛍光体層24を樹脂と蛍光体を混ぜ合わせてシート状に形成したものを図示したが、透明シートの全面に蛍光体を塗布した積層構成としてもよい。
Next, an illumination device according to the third embodiment will be described.
FIG. 4 shows an illumination device according to the third embodiment. According to the third embodiment, the
第3の実施形態において、照明装置10の他の構成は、前述した第1の実施形態と同一であり、同一の部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
In 3rd Embodiment, the other structure of the illuminating
第3の実施形態によれば、外部から入ってくる光を反射層5で反射し、外部光による蛍光体層24の色変換を緩和することが出来る。また、LEDチップ16真上の強い光を反射層5によって遮蔽緩和し、出射面の輝度を均一化する効果に得られる。その他、第3の実施形態においても、第2の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
According to the third embodiment, light entering from the outside can be reflected by the reflection layer 5, and color conversion of the
次に、第4の実施形態に係る照明装置について説明する。 Next, the illuminating device which concerns on 4th Embodiment is demonstrated.
図5は、第4の実施形態に係る照明装置を示している。第4の実施形態において、照明装置10は、前述した第1の実施形態で反射層28を削除した構成を有している。反射層が無い構成においても、蛍光体層24をパターニングすることにより外光(実線矢印)を反射する蛍光体面積が軽減するため、外光変換で生じる色味の変化を緩和することができる。その他の構成および効果は、前述の第1の実施形態と同一である。
FIG. 5 shows an illumination device according to the fourth embodiment. In 4th Embodiment, the illuminating
次に、第5の実施形態に係る照明装置について説明する。
図6は、第5の実施形態に係る電球型の照明装置を示している。本実施形態によれば、照明装置は、平坦な回路基板12と、この回路基板12の上面に形成された下面反射板14と、回路基板12上に配設された1つまたは複数のLEDチップ(点光源)16と、点光源16を保護する透明保護層18と、LEDチップ16の光取り出し側に配設され点光源16および下面反射板14を覆う、例えば、ドーム状のグローブ、すなわち、外囲器30と、LEDチップ16と外囲器30との間に配置された光学部材20と、回路基板12の下面側に設けられた放熱部と、電球口金32と、を備えている。外囲器6は、ガラス等の透明あるいは半透明の材料で形成され、外囲器30の外面は照明装置の出射面を構成している。
Next, an illuminating device according to a fifth embodiment will be described.
FIG. 6 shows a light bulb-type lighting device according to the fifth embodiment. According to the present embodiment, the lighting device includes a
光学部材20は、例えば、半球状に形成された透明シート22と、透明シートの点光源16側の内面にパターン形成された蛍光体層24と、透明シートの外面にパターン形成された反射層28と、を有している。反射層28は、蛍光体層パターンの空いた部分、つまり、パターン開口部を埋めるように、透明シート22上にパターン形成されている。光学部材20は、下面反射板14上に配置され、LEDチップ16を覆っている。
The
上記構成の第4の実施形態によれば、散乱の大きい蛍光体層24をLEDチップ16から離してドーム状に配置することで、LEDチップからの光が散乱してLEDチップ16に戻る光損失を抑制するとともに、照明装置の配光を従来の白熱電球と同等程度に拡大させることができる。また、外部から入光する光を反射層28で反射することにより、外光による蛍光体層が変換することで生じる色味を緩和することができる。また、透明シート22の形状を変えることで様々な配光や光学効果を付与することができる。
According to the fourth embodiment having the above-described configuration, the light loss from the LED chip is scattered and returned to the
図7は、第6の実施形態に係る電球型の照明装置を示している。本実施形態では、蛍光体層24は、樹脂と蛍光体を混合した独立のシートで形成され、これとは別に透明シート22上に反射層28を形成し、両者を重ねた構成としている。照明装置の他の構成は、前述した第5の実施形態と同一である。このような構成でも前述の実施形態と同様の機能を発揮することができる。
FIG. 7 shows a light bulb-type illumination device according to the sixth embodiment. In the present embodiment, the
図8は、第7の実施形態に係る電球型の照明装置を示している。本実施形態によれば、光学部材を構成する蛍光体層24および反射層28は、外囲器30の内面に直接、形成され、LEDチップ16と対向している。蛍光体層24はパターン形成され、反射層28は、蛍光体層パターンの空いた部分、つまり、パターン開口部を埋めるように、外囲器30内面上にパターン形成されている。照明装置の他の構成は、前述した第4の実施形態と同一であり、同一の部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
FIG. 8 shows a light bulb-type lighting device according to the seventh embodiment. According to the present embodiment, the
本実施形態によれば、照明装置の配光を従来の白熱電球と同等程度に拡大させることができるとともに、透明シートを省略することにより、部品点数の削減および製造コストの低減を図ることができる。 According to this embodiment, the light distribution of the lighting device can be expanded to the same extent as that of a conventional incandescent bulb, and the number of components and the manufacturing cost can be reduced by omitting the transparent sheet. .
本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
例えば、光学部材は、反射層を省略し、蛍光体層のみで構成してもよい。この場合でも、蛍光体層のパターンを調整することにより、輝度分布および色調の制御を行うことができる。
The present invention is not limited to the above-described embodiments as they are, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
For example, the optical member may be composed of only the phosphor layer, omitting the reflective layer. Even in this case, the luminance distribution and the color tone can be controlled by adjusting the pattern of the phosphor layer.
12…回路基板、14…下面反射板、16…LEDチップ、18…透明保護層、
22…透明シート、24…蛍光体層、26…拡散板、28…反射層、
30…グローブ、32…電球口金、
12 ... Circuit board, 14 ... Bottom reflector, 16 ... LED chip, 18 ... Transparent protective layer,
22 ... transparent sheet, 24 ... phosphor layer, 26 ... diffusion plate, 28 ... reflection layer,
30 ... Globe, 32 ... Light bulb cap,
Claims (6)
前記放射面に対向して配置された少なくとも1つの光源と、
前記放射面と光源との間に前記光源から離間して配設され、前記光源からの光により励起される蛍光体をパターニングした蛍光体層と、
前記蛍光体層の放射面側に設けられ、前記放射面側から入光する外光を反射する反射層と、
を備える照明装置。 A radiation surface;
At least one light source disposed opposite the radiation surface;
A phosphor layer that is disposed between the radiation surface and the light source and is spaced apart from the light source and patterned with a phosphor excited by light from the light source;
A reflective layer that is provided on the radiation surface side of the phosphor layer and reflects external light entering from the radiation surface side;
A lighting device comprising:
前記蛍光体層および反射層は、前記外囲器の内面上に形成されている請求項1ないし4のいずれか1項に記載の照明装置。 A dome-shaped envelope covering the light source and forming the radiation surface;
The lighting device according to any one of claims 1 to 4 , wherein the phosphor layer and the reflective layer are formed on an inner surface of the envelope.
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