JP6588727B2

JP6588727B2 - 発光装置

Info

Publication number: JP6588727B2
Application number: JP2015090334A
Authority: JP
Inventors: 今井　貞人; 貞人今井
Original assignee: Citizen Electronics Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Electronics Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 2015-04-27
Filing date: 2015-04-27
Publication date: 2019-10-09
Anticipated expiration: 2035-04-27
Also published as: JP2016207922A

Description

本発明は、基板の上面に設けた蛍光体層の発熱を抑えるために、発光素子が蛍光体層とは離れて実装されている発光装置に関する。

従来、この種の発光装置としては、特許文献１及び特許文献２に記載されたものが知られている。特許文献１に記載された発光装置は、フレキシブル基板と、フレキシブル基板の一表面側に実装されたＬＥＤチップと、フレキシブル基板の一表面上においてＬＥＤチップと離間して設けられた蛍光体を含有したシート状の色変換部材と、フレキシブル基板の他表面側に設けられフレキシブル基板を支持する支持部材を兼ねる放熱部材とを備えている。フレキシブル基板は、ＬＥＤチップから放射される光が色変換部材の表面に斜め方向から入射するように折り曲げられており、上記他表面全体が放熱部材と接合されている。この発光装置は、ＬＥＤチップと蛍光体を含有したシート状の色変換部材とを離間して設けたことで、蛍光体の温度上昇による蛍光体の発光効率の低下を抑制し、光出力の高出力化を図ることを目的としている。

一方、特許文献２に記載された半導体発光装置は、反射面の形成された凹部を有する基板と、反射面に光出射面が対向するように発光素子が実装され、基板に固定された実装基板と、基板あるいは実装基板に固定され、発光素子と反射面との間に、発光素子及び反射面と離間して配置された波長変換層を備えている。この半導体発光装置は、波長変換層の表面と裏面の両面を効率よく励起して外部に光を取り出せることを目的としている。

特開２００８−３１１１９０号公報特開２００９−２０６４２８号公報

上記特許文献１に記載された発光装置にあっては、放熱部材の上に熱伝達の悪いフレキシブル基板を介して色変換部材が設けられているため、色変換部材で生じた熱が放熱部材に十分に伝達されないといった問題があった。また、ＬＥＤチップから出射された光が色変換部材の表面に斜め方向から入射するようにＬＥＤチップが実装されているものの、ＬＥＤチップの上方を覆うようなひさし構造を有していないために、ＬＥＤチップから出射された光の一部が色変換部材の表面に入射されずに発光装置の外部に直接放射してしまい、まぶしい光が外部から直接見えてしまうといった問題があった。

また、上記特許文献２に記載された半導体発光装置にあっては、波長変換層が基板の凹設された反射面とは離間して配置され、波長変換層の外周に設けられた放熱メッシュを介して実装基板に放熱させているために、波長変換層で生じた熱が基板には十分に伝達されないおそれがあった。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、蛍光体を含有する波長変換層の放熱が十分に行われると共にＬＥＤから出射された光が外部から直接見えないようにすることである。

本発明に係る発光装置は、放熱基板と、この放熱基板に設けられる波長変換層と、この波長変換層の表面に対して光出射面が斜め上方に位置するようにＬＥＤが実装され、前記放熱基板に配置された該放熱基板とは別部材からなる枠部材とを備え、前記枠部材の上端には前記ＬＥＤの光出射面から出射された光が外部から直接見えてしまうのを遮るひさし部が設けられと共に、前記枠部材の内側及び前記ひさし部の内側にそれぞれ光反射面が形成されている。

また、本発明に係る発光装置の一実施例では、前記枠部材の光反射面は、その一部が前記枠部材に実装されたＬＥＤの光出射面より前方に張り出していると共に、その下端が前記波長変換層の外周縁につながっている。

また、本発明に係る発光装置の一実施例では、前記枠部材の光反射面は前記ＬＥＤの実装位置から前記波長変換層の外周縁に向かって延びる平面又は湾曲面で形成される下側反射面を備え、前記ひさし部の光反射面は前記ＬＥＤの上方を覆う第１上側反射面と前方を覆う第２上側反射面とを備え、前記第１上側反射面及び第２上側反射面の少なくとも一方が湾曲面で形成されている。

本発明の発光装置にあっては、波長変換層とＬＥＤとが互いに離間して設けられているため、ＬＥＤの熱が波長変換層に伝わりにくいのに加えて、波長変換層が放熱基板の上面に直接設けられているので波長変換層で生じた熱が効率よく放熱基板に伝達されて外部に放熱される。また、ＬＥＤの光出射面から出射された光が外部から直接見えてしまうのを遮るひさし部を設けたことによって、まぶしい光が外部に直接放射されるのを防ぐことができる。また、放熱基板と枠部材とが別部材からなるので、波長変換層の放熱経路とＬＥＤの放熱経路とを分けることができ、波長変換層がＬＥＤの大きな発熱の影響を受けにくくなる。

また、本発明の発光装置にあっては、枠部材の反射面がＬＥＤの光出射面より前方に張り出していると共に、反射面の下端が波長変換層の外周縁につながっているので、ＬＥＤの光出射面から出射して前記反射面に反射した光をより効果的に波長変換層の表面に導くことができる。

また、本発明の発光装置にあっては、枠部材の反射面及びひさし部の反射面を湾曲面で形成した場合にはＬＥＤの光出射面から出射した光を波長変換層の表面により集光させ易くなる。

本発明の第１実施形態に係る発光装置の一部を示す斜視図である。前記発光装置の断面図である。図２示された発光装置の部分拡大図である。本発明の第２実施形態に係る発光装置を示す断面図である。図４に示された発光装置の部分拡大図である。

以下、本発明に係る発光装置の実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。図１乃至図３には本発明の第１実施形態に係る発光装置が示されている。この発光装置１は、細長く延びる放熱基板２と、この放熱基板２の上面のほぼ全体に貼着される波長変換層３と、前記放熱基板２の左右両側に沿って設けられ、前記放熱基板２とは別部材からなる一対の枠部材４と、この枠部材４に実装される複数のＬＥＤ５とを備える。なお、本発明におけるＬＥＤ５には、単一のチップ状ＬＥＤは勿論、チップ状ＬＥＤを複数組み込んだパーケージなども含まれる。

前記放熱基板２は、アルミニウムなどの熱伝導率の高い金属材料やアルミナなどを材料とする熱伝導率の高いファインセラミックによって作られる。放熱基板２の上面全体に設けられる波長変換層３は透明樹脂の中に蛍光体を含有させたものであり、ＬＥＤ５から出射された光を波長変換して所望の発光色を取り出すことができる。この波長変換層３は、放熱基板２の上面に波長変換シートを貼着するか、あるいは蛍光体を放熱基板２に焼結させたり、蛍光体を含有させた樹脂を放熱基板２の上面に所定厚みに塗布すること等で形成され、平らな表面３ａを上方に向けている。

前記一対の枠部材４はプラスチックのモールド成形品からなり、前記放熱基板２の左右両側に配設される。この枠部材４には、下部に前記放熱基板２の左右の側縁部２ａに嵌り込んで接着固定される段差部６が設けられ、中央部に前記ＬＥＤ５が実装される凹状内周面７が設けられ、上部に凹状内周面７に実装されたＬＥＤ５の上方及び前方を覆うひさし部８が設けられている。なお、前記枠部材４は、放熱基板２の左右両側だけでなく、前後両側にも配置して放熱基板２の四方を囲うようにしてもよく、また楕円形状に形成した枠部材で放熱基板２を囲うようにしてもよい。

前記凹状内周面７は、前記ＬＥＤ５の実装面７ａと、この実装面７ａの下端から前記波長変換層３の外周縁３ｂまで延びる下側反射面７ｂとを有し、略くの字状に凹設された内面を形成している。ＬＥＤ５の実装面７ａは、ＬＥＤ５を実装した時に、前記波長変換層３の表面３ａに対してＬＥＤ５の光出射面５ａが斜め上方に位置するような傾斜角度に設けられる。この実装面７ａにＬＥＤ５が光出射面５ａを波長変換層３の表面３ａに向けて斜め下向きの角度で実装され、図１に示したように発光装置１の長手方向に沿って複数のＬＥＤ５が適宜の等間隔で配置されている。なお、実装面７ａは白色塗料の塗布やアルミニウム、銀などのメッキ、蒸着などによって高い光反射率が得られる。前記下側反射面７ｂは実装面７ａの下端から前記波長変換層３の外周縁３ｂまで直線状に傾斜しており、下側反射面７ｂの下端がＬＥＤ５の光出射面５ａより前方に張り出している。下側反射面７ｂの傾斜角度は、ＬＥＤ５から出射して下側反射面７ｂで反射した光の多くが前記波長変換層３の表面３ａに届くような角度に設定されていることが望ましく、下側反射面７ｂ全体が平面によって形成されている。なお、下側反射面７ｂも前記ＬＥＤ５の実装面７ａと同様、高い光反射率が得られるような表面処理がなされている。

前記ひさし部８は、前記ＬＥＤ５の実装面７ａの上端からＬＥＤ５の前方に水平に延びる水平部８ａと、この水平部８ａの先端から前方斜め下方に延びる傾斜部８ｂとで形成されている。このひさし部８は、前記ＬＥＤ５の光出射面５ａから出射された光が波長変換層３で波長変換されることなく外部から直接見えてしまうのを遮るために設けられ、水平部８ａの張出し長さ及び傾斜部８ｂの傾斜角度や突出長さは、その目的のために適宜設計される。なお、水平部８ａの内側面及び傾斜部８ｂの内側面にも光反射率の高い塗料で塗装が施され、水平部８ａの内側面には直線状の第１上側反射面８ｃが、傾斜部８ｂの内側面には直線状の第２上側反射面８ｄがそれぞれ形成されている。また、この実施形態では前記水平部８ａの外側面及び傾斜部８ｂの外側面にも内側面と同様、光反射率の高い塗装とが施されている。

前記ＬＥＤ５の光出射面５ａから出射した光のうち、前記第１上側反射面８ｃで反射した光は一部が波長変換層３の表面３ａに向かい、一部がひさし部８の第２上側反射面８ｄに向かう。第２上側反射面８ｄで再び反射した光は多くが波長変換層３の表面３ａに向かう。なお、傾斜部８ｂの傾斜角度は、前記第２上側反射面８ｄで反射した光が波長変換層３の表面３ａに向かい易くなる点も考慮されることが望ましい。

前記下側反射面７ｂ及び前記第１、第２の上側反射面８ｃ，８ｄで反射して前記波長変換層３の表面３ａに入射した光、及びＬＥＤ５から直接前記から波長変換層３の表面３ａに入射した光は、波長変換層３で波長変換されて左右の枠部材４の間から所望の発光色の間接光として放射される。

この実施形態に係る発光装置１は、波長変換層３とＬＥＤ５とが互いに離間して設けられているので、ＬＥＤを波長変換層の内部に封じるタイプの発光装置に比べてＬＥＤの熱が波長変換層３に伝わりにくい構造であるのに加えて、波長変換層３が熱伝導性の高い材料で作られた放熱基板２の上面に直接貼付されているので、波長変換層３に生じた熱が効率よく放熱基板２に伝達されて外部に放熱されることになる。また、この実施形態では放熱基板２と枠部材４とが別部材からなり、放熱基板２がアルミニウムなどの熱伝導率の高い金属材料によって形成され、枠部材４がプラスチックのモールド成形品からなるので、波長変換層３の放熱経路とＬＥＤ５の放熱経路が互いに異なるものとなり、放熱基板２と枠部材４に形成れた導通パターン配線（図示せず）とは、熱的に結合されないことなる。そのため、熱的影響を受けやすい波長変換層３の蛍光体は、ＬＥＤ５の大きな発熱の影響を受けにくいことになる。なお、前記枠部材４が金属材料で形成されている場合には、放熱基板２との間に断熱接着剤や断熱シート、スペーサなどを挟み込むことによって、両者間での熱伝達を避けることができる。

また、この実施形態に係る発光装置１では枠部材４の下部に段差部６を設け、この段差部６に放熱基板２の側縁部２ａを嵌め入れて固定しているため、横幅寸法が抑えられることで細身の発光装置１を供給できる。また、枠部材４の下側反射面７ｂをＬＥＤ５の光反射面５ａより前方に張り出すことで、下側反射面７ｂの下端を前記波長変換層３の外周縁３ｂにほぼつなげることができるため、ＬＥＤ５の光出射面５ａから出射して下側反射面７ｂに反射した光をより効果的に波長変換層３の表面３ａに導くことができる。

図４及び図５には本発明の第２実施形態に係る発光装置１０が示されている。この実施形態に係る発光装置１０は、ＬＥＤ５を実装する枠部材１４の凹状内周面１７の形状及び実装されたＬＥＤ５の前方を覆うひさし部１８の形状が先の実施形態に係る発光装置１とは相違し、その他の構成及び形状は同一である。したがって、相違する点についてのみ説明し、その他は先の実施形態に係る発光装置と同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

この実施形態に係る枠部材１４の凹状内周面１７は、前記ＬＥＤ５の実装面１７ａと、この実装面１７ａの下端から前記波長変換層３の外周縁３ｂまで傾斜して延びる下側反射面１７ｂとを有し、略くの字状に凹設された内面を形成しているが、前記下側反射面１７ｂが実装面１７ａの下端から前記波長変換層３の外周縁３ｂまで湾曲面で形成されている。この下側反射面１７ｂの湾曲面の曲率および傾斜角度は図５に示されるように、ＬＥＤ５の光出射面５ａから出射して下側反射面１７ｂで反射した光の多くが、前記波長変換層３の表面３ａに届くように設定されていることが望ましく、一例としては放物面で形成される。

この実施形態に係るひさし部１８は、前記ＬＥＤ５の実装面１７ａの上端からＬＥＤ５の前方に水平に延びる水平部１８ａと、この水平部１８ａの先端から前方斜め下方に延びる傾斜部１８ｂとで形成されているが、水平部１８ａの内側面には湾曲面からなる第１上側反射面１８ｃが形成されている。この第１上側反射面１８ｃの湾曲面の曲率は図５に示されるように、ＬＥＤ５の光出射面５ａから出射して第１上側反射面１８ｃで反射した光の多くが再びＬＥＤ５の光出射面５ａに戻るように設定されていることが望ましく、一例としてはＬＥＤ５の光出射面５ａの中心から第１上側反射面１８ｃまでを半径とする円の円弧で形成される湾曲面である。なお、傾斜部１８ｂに形成される第２上側反射面１８ｄは直線状の平面である。また、この実施形態に係るひさし部１８は、先の実施形態と同様、水平部１８ａの張出し長さ及び傾斜部１８ｂの傾斜角度や突出長さが、ＬＥＤ５の光出射面５ａから出射された光が外部から直接見えてしまうのを遮るのに十分な長さや角度に適宜設計される。

この実施形態に係る発光装置１０にあっては、前述したように、前記ＬＥＤ５の光出射面５ａから出射した光のうち、前記第１上側反射面１８ｃで反射した光の多くがＬＥＤ５の光出射面５ａに戻り、また第２上側反射面１８ｄで反射した光の多くが波長変換層３の表面３ａに向かう。なお、傾斜部１８ｂの傾斜角度は、前記第２上側反射面１８ｄで反射した光が波長変換層３の表面３ａに向かい易くなる点も考慮されることが望ましい。

この実施形態に係る発光装置１０にあっても、先の実施形態に係る発光装置１と同様、波長変換層３とＬＥＤ５とが互いに離間して設けられているので、ＬＥＤを波長変換層の内部に封じるタイプの発光装置に比べてＬＥＤの熱が波長変換層に伝わりにくい構造であるのに加えて、波長変換層３が熱伝導性の高い材料で作られた放熱基板２の上面に直接貼付されているので、波長変換層３で生じた熱は効率よく放熱基板に伝達されて外部に放熱される。また、前記実施形態と同様、放熱基板２と枠部材１４とが別部材からなり、波長変換層３の放熱経路とＬＥＤ５の放熱経路が互いに異なるため、波長変換層３に含有される蛍光体はＬＥＤ５の大きな発熱の影響を受けにくい。

また、この実施形態に係る発光装置１０では枠部材１４の下側反射面１７ｂ及びひさし部１８の第１上側反射面１８ｃが湾曲面で形成されているので、ＬＥＤ５の光反射面５ａから出射した光を波長変換層３の表面３ａにより集光させ易くなる。

また、この発光装置１０ではひさし部１８の第１上側反射面１８ｃが湾曲面で形成され、第２上側反射面１８ｄが平面で形成されているが、湾曲面と平面を逆に形成してもよく、さらには第１上側反射面１８ｃと第２上側反射面１８ｄを連続する湾曲面で形成し、あるいは不連続の湾曲面で形成することもできる。

１，１０発光装置
２放熱基板
２ａ側縁部
３波長変換層
３ａ表面
３ｂ外周縁
４，１４枠部材
５ＬＥＤ
５ａ光出射面
６段差部
７，１７凹状内周面
７ａ，１７ａ実装面
７ｂ，１７ｂ下側反射面
８，１８ひさし部
８ａ，１８ａ水平部
８ｂ，１８ｂ傾斜部
８ｃ，１８ｃ第１上側反射面
８ｄ，１８ｄ第２上側反射面

Claims

放熱基板と、この放熱基板に設けられる波長変換層と、この波長変換層の表面に対して光出射面が斜め上方に位置するようにＬＥＤが実装され、前記放熱基板に配置された該放熱基板とは別部材からなる枠部材とを備え、
前記枠部材の上端には前記ＬＥＤの光出射面から出射された光が外部から直接見えてしまうのを遮るひさし部が設けられと共に、前記枠部材の内側及び前記ひさし部の内側にそれぞれ光反射面が形成され、
前記ひさし部の光反射面は、前記ＬＥＤの上方を覆う第１上側反射面と前方を覆う第２上側反射面とを備える発光装置。
前記枠部材の光反射面は、前記ＬＥＤの実装位置から前記波長変換層の外周縁に向かって延びる下側反射面を備え、
前記下側反射面の一部が前記枠部材に実装されたＬＥＤの光出射面より前方に張り出していると共に、その下端が前記波長変換層の外周縁につながっている請求項１に記載の発光装置。
前記下側反射面は平面又は湾曲面で形成されている請求項２に記載の発光装置。
前記ひさし部に設けられた第１上側反射面及び第２上側反射面は、その両方が平面で形成され、又は少なくともその一方が湾曲面で形成されている請求項１に記載の発光装置。
前記平面又は湾曲面からなる下側反射面は、前記ＬＥＤの光出射面から下側反射面に向けて出射された光を波長変換層の表面に向けて反射する請求項３に記載の発光装置。
前記ひさし部の湾曲面からなる上側反射面は、前記ＬＥＤの光出射面から前記上側反射面に向けて出射された光を再びＬＥＤの光出射面に向けて反射する請求項４に記載の発光装置。