JP6209811B2

JP6209811B2 - 発光装置、照明器具

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Publication number: JP6209811B2
Application number: JP2012197987A
Authority: JP
Inventors: 洋宮入; 英司徳永
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2011-11-29
Filing date: 2012-09-08
Publication date: 2017-10-11
Anticipated expiration: 2032-09-08
Also published as: JP2013137986A

Description

本発明は、照明器具などに利用可能な発光装置に関する。

従来、円状や多角形状の発光装置群を同心状に複数群形成した照明装置が提案された（特許文献１参照）。

特開２００５−１５９２６２号公報

しかしながら、上記従来の照明装置では、レンズやリフレクタなどの集光装置を用いて集光を行うと色の偏り（色ムラ）のある光が壁や床などに照射されてしまい、優れた照明品質を得ることができないという問題があった。

そこで、本発明は、集光装置を用いて集光を行った場合に優れた照明品質を得ることができる発光装置及び照明器具を提供することを目的とする。

本発明によれば、上記課題は、次の手段により解決される。

本発明は、複数の発光素子が蛍光物質含有部材で封止された発光装置であって、発光面を平面視した状態において、前記複数の発光素子を任意の方向へ平行移動させた場合に、前記複数の発光素子の上面の軌跡が一体となる、ことを特徴とする発光装置である。

また、本発明は、前記発光面を平面視した状態において、前記複数の発光素子を前記発光面の中心を中心として回転移動させた場合に、前記複数の発光素子の上面の軌跡が前記発光面の中心を中心とする１つの円を形成する、ことを特徴とする上記の発光装置である。

また、本発明は、前記発光面を平面視した状態において、前記複数の発光素子が前記発光面の外周側よりも前記発光面の中心側において密に配置されている、ことを特徴とする上記の発光装置である。

また、本発明は、集光装置と、前記集光装置に取り付けられた上記の発光装置と、を備えたことを特徴とする照明器具である。

また、本発明は、前記発光面の中心と前記集光装置の焦点とが一致することを特徴とする上記の照明器具である。

本発明によれば、集光装置を用いて集光を行った場合に優れた照明品質を得ることができる発光装置及び照明器具を提供することができる。

本発明の実施形態に係る発光装置の平面視を示す図である。複数の発光素子を任意の方向へ平行移動させた場合の様子を示す図である。複数の発光素子を回転移動させた場合の様子を示す図である。本発明の実施形態に係る発光装置を用いた照明器具で壁や床を照らす様子を説明する図である。本発明の実施形態に係る他の発光装置の平面視を示す図である。本発明の実施形態に係る他の発光装置の平面視を示す図である。比較例１に係る発光装置の平面視を示す図である。比較例１に係る発光装置を用いた照明器具で壁や床を照らす様子を説明する図である。比較例２に係る発光装置の平面視を示す図である。比較例２に係る発光装置を用いた照明器具で壁や床を照らす様子を説明する図である。比較例３に係る発光装置の平面視を示す図である。比較例３に係る発光装置を用いた照明器具で壁や床を照らす様子を説明する図である。

以下に、添付した図面を参照しつつ、本発明を実施するための形態について説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る発光装置の平面視を示す図である。

図１に示すように、本発明の実施形態に係る発光装置２は、複数の発光素子４が蛍光物質含有部材６で封止された発光装置である。複数の発光素子４と蛍光物質含有部材６とは、パッケージ８の凹部に収容されている。

本発明の実施形態に係る発光装置２は、照明器具などに用いられ、リフレクタやレンズなどの集光装置に取り付けられて使用される。本発明の実施形態では、本発明の実施形態に係る発光装置２を用いた照明器具により、照明器具の斜め方向にある被照射体（例えば照明器具を部屋の天井に取り付ける場合は、当該部屋の壁など）や、照明器具の正面方向にある被照射体（例えば照明器具を部屋の天井に取り付ける場合は、当該部屋の床など）に光を照射する。

なお、本発明の実施形態に係る発光装置２を集光装置に取り付ける場合は、発光面１４の中心と集光装置の焦点とを一致させる。

図２は、複数の発光素子４を任意の方向へ平行移動させた場合の様子を示す図であり、（ａ）〜（ｄ）は平行移動の一例を示す図である。

発光面１４（本発明の実施形態では、複数の発光素子４と蛍光物質含有部材６とが収容されているパッケージ８の凹部の開口面）を平面視した状態において、発光素子４から出射した光の照明器具の斜め方向にある被照射体に到達するまでの光路を考えると、この光路は、複数の発光素子４を任意の方向へ平行移動させた場合における複数の発光素子４の上面の軌跡に等しくなる。

したがって、上記軌跡が例えば２つに分断される場合には、光路が一方と他方の２つに分断されることとなって、一方の光路と他方の光路との間に隙間が生じてしまい、照明器具の斜め方向にある被照射体において、蛍光物質含有部材６から出射した光は届くものの、発光素子４から出射した光は届かない領域が形成されてしまい、色ムラが生じる。

そこで、本発明の実施形態に係る発光装置２は、図２に示すように、発光面１４を平面視した状態において、複数の発光素子４を任意の方向へ平行移動させた場合に、複数の発光素子４の上面の軌跡が一体となるように、複数の発光素子４を配置することとした（例えば、図２（ａ）においては軌跡１６ａが一体となるように、図２（ｂ）においては軌跡１６ｂが一体となるように、図２（ｃ）においては軌跡１６ｃが一体となるように、図２（ｄ）においては軌跡１６ｄが一体となるように、複数の発光素子４を配置することとした）。

一体となった各軌跡（例えば、図２（ａ）〜図２（ｄ）に示した軌跡１６ａ、軌跡１６ｂ、軌跡１６ｃ、軌跡１６ｄ）は、各発光素子４の上面の軌跡によって塗り潰された１つの路をそれぞれ形成しており、いずれの路も隙間を有していない。

本発明の実施形態に係る発光装置２によれば、照明器具の斜め方向にある被照射体に色ムラのない光を照射できる。

図３は、複数の発光素子を回転移動させた場合の様子を示す図である。

発光面１４を平面視した状態において、照明器具の正面方向にある被照射体に照射される光のイメージは、複数の発光素子４を発光面１４の中心を中心として回転移動させた場合に形成される複数の発光素子４の上面の軌跡の相似形である。

したがって、上記軌跡が例えばリング状に形成されてしまうと、発光装置２の正面方向にある被照射体においてリング状の色ムラが生じてしまう。

そこで、本発明の実施形態に係る発光装置２では、図３に示すように、発光面１４を平面視した状態において、複数の発光素子４を発光面１４の中心を中心として回転移動させた場合に、複数の発光素子４の上面の軌跡１８が発光面１４の中心を中心とする１つの円を形成するように、複数の発光素子４を配置することにした。

本発明の実施形態に係る発光装置２によれば、照明器具の正面方向にある被照射体に色ムラのない光を照射できる。

なお、本発明の実施形態に係る発光装置２では、発光面１４を平面視した状態において、複数の発光素子４が発光面１４の外周側よりも発光面１４の中心側において密に配置される。

したがって、本発明の実施形態に係る発光装置２によれば、発光面１４の中心に近づくほど複数の発光素子４が密集して配置されることとなり、高い光度と狭い配光を得ることができる。

なお、複数の発光素子４が発光面１４の外周側よりも発光面１４の中心側において密に配置される形態の一例としては、例えば、発光面１４を平面視した状態において、発光面１４の中心を中心とする半径Ｒの円Ｃを発光面１４内に描いた場合に、この半径Ｒの円Ｃの内側（円Ｃの外周を含む）に上面の少なくとも一部が入る発光素子４の数を半径Ｒの円Ｃの面積で割って得られる発光素子４の面密度が半径Ｒが小さいほど大きくなるように複数の発光素子４を配置する形態を挙げることができる。

図４は、本発明の実施形態に係る発光装置を用いた照明器具で壁や床を照らす様子を説明する図である。

図４に示すように、本発明の実施形態に係る発光装置２を用いた照明器具１２によれば、照明器具１２の斜め方向や正面方向にある被照射体に色ムラのない光を照射することができる。

具体的に説明すると、本発明の実施形態では、発光装置２の斜め方向及び正面方向が照明器具１２の斜め方向及び正面方向と同じ方向であるところ、図４中、Ａ方向照射イメージＡ_ＩＭＧは、図１中のＡ方向（照明器具１２の斜め方向の一例）にある被照射体に照射される光のイメージであり、Ｂ方向照射イメージＢ_ＩＭＧは、図１中のＢ方向（照明器具１２の斜め方向の一例）にある被照射体に照射される光のイメージである。

また、図４中、正面方向照射イメージＦ_ＩＭＧは、照明器具１２の正面方向にある被照射体に照射される光のイメージである。

これらの照射イメージは、色ムラを有していない。

以上本発明の実施形態に係る発光装置２について説明したが、本発明の実施形態に係る発光装置２によれば、高い光度と狭い配光を持った色ムラのない光を照明器具１２の正面方向や斜め方向にある被照射体（壁や床など）に照射することが可能となり、集光装置１０を用いて集光を行った場合に優れた照明品質を得ることができる。

以下、各部材についてより詳細に説明する。

［パッケージ８］
本発明の実施形態に係る発光装置２では、パッケージ８の凹部の開口面が発光装置２の発光面１４とされるが、発光装置２の発光面１４は、発光装置２の内部に形成されてもよい。例えば、第１の凹部と第１の凹部の底面に形成される第２の凹部とを有するようにパッケージ８を形成し、発光素子４とこれを封止する蛍光物質含有部材６とを第２の凹部に収容する場合には、第２の凹部の開口面が発光装置２の発光面１４の一例となる。

パッケージ８は、例えば樹脂成形体から構成することができる。樹脂成形体としては、例えば、ＰＡ６Ｔ、ＰＡ９Ｔといった芳香族系ポリアミド、ＬＣＰといった芳香族系ポリエステル樹脂などの熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂組成物、シリコーン樹脂組成物、シリコーン変性エポキシ樹脂などの変性エポキシ樹脂組成物、エポキシ変性シリコーン樹脂などの変性シリコーン樹脂組成物、ポリイミド樹脂組成物、変性ポリイミド樹脂組成物などの熱硬化性樹脂などを挙げることができる。

［発光素子４］
発光素子４としては、発光ダイオードを用いるのが好ましく、用途に応じて任意の波長のものを選択することができる。例えば、青色（波長４３０ｎｍ〜４９０ｎｍの光）の発光素子４としては、窒化物系半導体（Ｉｎ_ＸＡｌ_ＹＧａ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｎ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）を用いることができる。発光素子４は、図１に示すように、平面視において矩形状に形成されている。また、発光素子４は、その上面の一側にｐ電極が、他側にｎ電極が設けられたフェースアップ素子であっても、フリップチップ実装されるフェースダウン構造の発光素子であっても、対向電極構造の発光素子であってもよい。なお、発光素子４の成分組成や発光色、サイズ等は上記に限定されず、目的に応じて適宜選択することが
できる。

［蛍光物質含有部材６］
蛍光物質含有部材６としては、例えば、１種または複数種の蛍光体粒子が混入された透光性樹脂を用いる。蛍光物質含有部材６には、１種または複数種の拡散材を適時混合してもよい。このようにすれば、色ムラや輝度ムラを緩和することができ、また、内部応力を下げて信頼性を高めることができる。

［集光装置１０］
集光装置１０としては、例えば、レンズやリフレクタなどを用いることができる。

なお、本明細書では、本発明の実施形態に係る発光装置２の理解を容易にするため、上記で説明した部材以外の部材の説明を省略するが、例えば発光素子４に給電するための導電部材などをパッケージ８に設けることができることはいうまでもない。

図５Ａ、Ｂは、本発明の実施形態に係る様々な発光装置の平面視を示す図である。なお、図５Ａ、Ｂに示した例においては、パッケージ８の凹部の開口面が発光装置の発光面となる。

図５Ａの（１）〜（９）に示す発光装置は、発光面を平面視した状態において、複数の発光素子４を任意の方向へ平行移動させた場合に、複数の発光素子４の上面の軌跡が一体となる発光装置の一例である。このような簡易な構成によっても、上記で説明した構成と同様に、隣接する発光素子４の間に直線を引くと必ず別の発光素子４を通るため、複数の発光素子４を任意の方向へ平行移動させた場合に複数の発光素子４の上面の軌跡を一体にすることができる。

図５Ａの（１）〜（３）と図５Ｂの（５）〜（８）とに示す発光装置は、発光面が複数の発光素子４の上面の軌跡によって塗り潰される発光装置の一例である。このような簡易な構成によっても、上記で説明した構成と同様に、隣接する発光素子４の間に直線を引くと必ず別の発光素子４を通るため、複数の発光素子４を任意の方向へ平行移動させた場合に複数の発光素子４の上面の軌跡を一体にすることができる。また、これらの構成によれば、複数の発光素子４の上面の軌跡によって発光面を塗り潰すことができる。

図５Ａの（２）、（３）に示す発光装置は、発光面を平面視した状態において、複数の発光素子４を発光面の中心を中心として回転移動させた場合に、複数の発光素子４の上面の軌跡が発光面の中心を中心とする１つの円を形成する発光装置の一例である。このような簡易な構成によっても、複数の発光素子４を発光面の中心を中心として回転移動させた場合に複数の発光素子４の上面の軌跡に発光面の中心を中心とする１つの円を形成させることができる。

図５Ａの（２）、（４）、（５）と図５Ｂの（６）〜（８）とに示す発光装置は、発光面を平面視した状態において、複数の発光素子４が発光面の外周側よりも発光面の中心側において密に配置されている発光装置の一例である。このような簡易な構成によっても、上記で説明した構成と同様に、発光面の外周側よりも発光面の中心側において複数の発光素子４を密に配置することができる。

なお、図５Ａの（４）、（５）と図５Ｂの（６）、（７）とに示す発光装置では、上面の形状（例：正方形状、長方形状）及び／又は上面の大きさが異なる発光素子が複数の発光素子４として用いられている。このような簡易な構成によっても、上記で説明した構成と同様に、隣接する発光素子４の間に直線を引くと必ず別の発光素子４を通るため、複数の発光素子４を任意の方向へ平行移動させた場合に複数の発光素子４の上面の軌跡を一体にすることができる。また、これらの構成によれば、複数の発光素子４の上面の軌跡によって発光面を塗り潰すことが容易になる。

また、図５Ｂの（６）〜（９）に示す発光装置では、一部の発光素子４が、発光面の円周に沿って斜めに配置されている。このような簡易な構成によっても、上記で説明した構成と同様に、隣接する発光素子４の間に直線を引くと必ず別の発光素子４を通るため、複数の発光素子４を任意の方向へ平行移動させた場合に複数の発光素子４の上面の軌跡を一体にすることができる。また、これらの構成によれば、複数の発光素子４の上面の軌跡によって発光面を塗り潰すことが容易になる。

また、図５Ａの（１）に示す発光装置では、発光面を平面視した状態において複数の発光素子４が上下非対称及び左右非対称となるようにずらして配置されている。このような簡易な構成によっても、上記で説明した構成と同様に、隣接する発光素子４の間に直線を引くと必ず別の発光素子４を通るため、複数の発光素子４を任意の方向へ平行移動させた場合に複数の発光素子４の上面の軌跡を一体にすることができる。また、これらの構成によれば、複数の発光素子４の上面の軌跡によって発光面を塗り潰すことが容易になる。

なお、複数の発光素子４は、発光面を平面視した状態において複数の発光素子４が上下非対称又は左右非対称となるようにずらして配置することができる。このような簡易な構成によっても、上記で説明した構成と同様に、隣接する発光素子４の間に直線を引くと必ず別の発光素子４を通るため、複数の発光素子４を任意の方向へ平行移動させた場合に複数の発光素子４の上面の軌跡を一体にすることができる。また、これらの構成によれば、複数の発光素子４の上面の軌跡によって発光面を塗り潰すことが容易になる。

また、図５Ａの（４）に示す発光装置と（５）に示す発光装置と比較すれば明らかなように、発光面を四角形状（例：正方形状、長方形状）とすれば、複数の発光素子４の上面の軌跡によって発光面を塗り潰すことが容易になる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの説明は、本発明の一例に関するものであり、本発明は、これらの説明によって何ら限定されるものではない。

次に、比較例１〜３に係る発光装置２について説明する。

［比較例１］
図６は、比較例１に係る発光装置の平面視を示す図であり、図７は、比較例１に係る発光装置を用いた照明器具で壁や床を照らす様子を説明する図である。

図６に示すように、比較例１に係る発光装置２０では、複数の発光素子４が複数の真円（同心）を形成するように配置される。

図７に示すように、比較例１に係る発光装置２０を用いた照明器具２２では、線状の色ムラのある光が壁に照射され、円状の色ムラのある光が床に照射される。

具体的に説明すると、比較例１では、発光装置２０の斜め方向及び正面方向が照明器具２２の斜め方向及び正面方向と同じ方向であるところ、図７中、Ａ方向照射イメージＡ_ＩＭＧは、図６中のＡ方向（照明器具２２の斜め方向の一例）にある被照射体に照射される光のイメージであり、Ｂ方向照射イメージＢ_ＩＭＧは、図６中のＢ方向（照明器具２２の斜め方向の一例）にある被照射体に照射される光のイメージである。

また、図７中、正面方向照射イメージＦ_ＩＭＧは、照明器具２２の正面方向にある被照射体に照射される光のイメージである。

これらの照射イメージは、色ムラを有している。

なお、これらの色ムラを改善するために拡散材などを発光装置２０に取り付けると、照明器具２２の光度の低下や広配光化が引き起こされてしまい、照明品質が劣化する。

［比較例２］
図８は、比較例２に係る発光装置の平面視を示す図であり、図９は、比較例２に係る発光装置を用いた照明器具で壁や床を照らす様子を説明する図である。

図８に示すように、比較例２に係る発光装置２４では、複数の発光素子４が縦横に整列して配置される。

図９に示すように、比較例２に係る発光装置２４を用いた照明器具２６では、線状の色ムラのある光が壁に照射され、円状の色ムラのある光が床に照射される。

具体的に説明すると、比較例２では、発光装置２４の斜め方向及び正面方向が照明器具２６の斜め方向及び正面方向と同じ方向であるところ、図９中、Ａ方向照射イメージＡ_ＩＭＧは、図８中のＡ方向（照明器具２６の斜め方向の一例）にある被照射体に照射される光のイメージであり、Ｂ方向照射イメージＢ_ＩＭＧは、図８中のＢ方向（照明器具２６の斜め方向の一例）にある被照射体に照射される光のイメージである。

また、図９中、正面方向照射イメージＦ_ＩＭＧは、照明器具２６の正面方向にある被照射体に照射される光のイメージである。

これらの照射イメージは、色ムラを有している。

なお、これらの色ムラを改善するために拡散材などを発光装置２４に取り付けると、照明器具２６の光度の低下や広配光化が引き起こされてしまい、照明品質が劣化する。

［比較例３］
図１０は、比較例３に係る発光装置の平面視を示す図であり、図１１は、比較例３に係る発光装置を用いた照明器具で壁や床を照らす様子を説明する図である。

図１０に示すように、比較例３に係る発光装置２８では、複数の発光素子４が千鳥状に並べて配置される。

図１１に示すように、比較例３に係る発光装置２８を用いた照明器具３０では、線状の色ムラのある光が壁に照射され、円状の色ムラのある光が床に照射される。

具体的に説明すると、比較例３では、発光装置２８の斜め方向及び正面方向が照明器具３０の斜め方向及び正面方向と同じ方向であるところ、図１１中、Ａ方向照射イメージＡ_ＩＭＧは、図１０中のＡ方向（照明器具３０の斜め方向の一例）にある被照射体に照射される光のイメージであり、Ｃ方向照射イメージＣ_ＩＭＧは、図１０中のＣ方向（照明器具３０の斜め方向の一例）にある被照射体に照射される光のイメージである。

また、図１１中、正面方向照射イメージＦ_ＩＭＧは、照明器具３０の正面方向にある被照射体に照射される光のイメージである。

これらの照射イメージは、色ムラを有している。

なお、これらの色ムラを改善するために拡散材などを発光装置２８に取り付けると、照明器具３０の光度の低下や広配光化が引き起こされてしまい、照明品質が劣化する。

本発明は、例えば、ベースライト、スポットライト、ダウンライトなどの一般照明用の照明器具や、街路灯、道路灯、投光器、看板照明等の種々の商業照明用の照明器具などに好適に利用することができる。

２…発光装置、４…発光素子、６…蛍光物質含有部材、８…パッケージ、１０…集光装置、１２…照明器具、１４…発光面、１６…路、１８…円、２０…発光装置、２２…照明器具、２４…発光装置、２６…照明器具、２８…発光装置、３０…照明器具。

Claims

複数の発光素子が蛍光物質含有部材で封止された発光装置であって、
前記複数の発光素子間に前記蛍光物質含有部材が位置し、
発光面を平面視した状態において、
前記複数の発光素子をどのような方向へ平行移動させても前記複数の発光素子の上面の軌跡が一体となり、且つ、
前記発光面の中心に前記発光素子を１つ配置できる大きさ以上の大きさを有する隙間が形成されないよう、前記複数の発光素子が前記発光面の外周側よりも前記発光面の中心側において密に配置されていることを特徴とする発光装置。
前記発光面を平面視した状態において、前記複数の発光素子を前記発光面の中心を中心として回転移動させた場合に、前記複数の発光素子の上面の軌跡が前記発光面の中心を中心とする１つの円を形成する、ことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記複数の発光素子として上面の形状及び／又は上面の大きさの異なる複数の発光素子が用いられている、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。
前記発光面は円状であり、
前記複数の発光素子は、その一部が、前記円状の発光面の円周に沿って斜めに配置されている、
ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発光装置。
前記発光面は四角形状である、ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発光装置。
前記複数の発光素子は、前記発光面を平面視した状態において上下非対称及び／又は左右非対称となるようにずらして配置されている、ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の発光装置。
集光装置と、前記集光装置に取り付けられた請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の発光装置と、を備えたことを特徴とする照明器具。
前記発光面の中心と前記集光装置の焦点とが一致することを特徴とする請求項７に記載の照明器具。