JP6665690B2 - 照明装置 - Google Patents

Description

本開示は、照明装置に関するものである。

従来、液晶パネル用のバックライト、一般家庭用照明装置（シーリングライト）、照明内蔵型看板などの薄型の照明装置が提案されている。これらの薄型の照明装置では、照射面が均一な輝度であることが求められる。均一な輝度を得るための一般的な手法としては、導光板方式と直下方式がある。直下方式は、照射面部材の直下に多数の発光装置を配列する方式である。大型の照明装置においては、高輝度の得やすい直下方式が主流となっている。さらに、直下方式には、発光装置のみを配列する形式と、発光装置に光学レンズを組み合わせて配置する形式がある。

直下方式の照明装置において、発光装置の数を低減するためには、発光装置のピッチを増大させる必要がある。通常の発光装置を用いて薄型化と発光装置のピッチの増大を進めると、発光装置の直上付近の輝度が他より高くなってしまい、均一な輝度になりにくい。これを回避するものとして、特許文献１には、側方放射型の発光ダイオード（ＬＥＤ）が開示されている（図１４参照）。この発光装置８１は、発光素子の上方に反射層８１３を備えており、発光装置８１の直上へ向かう光が低減される。また、特許文献２には、導波領域９１７の上下面に反射層９１３、９１５を備える発光装置９１が開示されている（図１５参照）。下側の反射層９１５の両端部には傾斜面９１５ａが形成されており、この傾斜面９１５ａは、波長変換部９１９に導かれる光に対してコリメート作用を及ぼす。

特開２００４−３０４０４１号公報 特表２０１１−５０３８９１号公報

しかしながら、前記した特許文献１及び特許文献２に係る発光装置８１，９１には、以下のような課題があった。先ず、特許文献１の発光装置８１を備えた照明装置では、図１４に示すように、発光素子からの光の一部は反射層８１３を透過して、発光装置の直上に向かう。それと共に、発光装置８１から側方に出た光の一部は実装基板８５１で反射し、発光装置８１の直上に向かう。これにより、照射面部材８５３での輝度分布において、依然として発光装置８１の直上付近の輝度が高くなってしまう。

また、特許文献２の発光装置９１を用いた場合、発光装置９１の側方端面から放射される光の一部は、反射層９１５の傾斜面９１５ａのコリメート作用によって、発光装置９１の側方に向けられる。しかし、発光装置９１から側方に出た光の一部は実装基板で反射し、発光装置９１の直上に向かう。このため、発光装置９１の直上付近の輝度が高くなってしまう。

本開示の実施形態は、発光装置のピッチを大きくしても、基板から所定の距離だけ離れた照射面での均一な輝度を実現できる照明装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本開示の実施形態にかかる照明装置は、平坦な上面を有する基板と、基板の上面に所定の間隔をあけて配置され、傾斜面を有して上方に向かって先細りとなる複数の凸部と、凸部上に接続される発光装置と、を備え、凸部の傾斜面は鏡面であり、発光装置は上面に非透光部を有している。

本開示の実施形態によれば、発光装置のピッチを大きくしても、基板から所定の距離だけ離れた照射面での均一な輝度を実現することができる。

第１実施形態の凸部を示す斜視図である。 凸部を図１における矢印方向から見た側面図である。 図１に開示した凸部上に発光装置を配置した状態を示す斜視図である。 凸部と発光装置をピッチＰで配列した状態を示す断面図である。 複数の凸部とその上の発光装置とを配列した状態を示す平面図である。 発光装置から側方へ出る光の経路を説明する断面図である。 図７（Ａ）は第２実施形態の凸部と発光装置を示す平面図であり、図７（Ｂ）は図７（Ａ）のＸ−Ｘ線における断面図である。 図８（Ａ）は第３実施形態の凸部と発光装置を示す平面図であり、図８（Ｂ）は図８（Ａ）のＹ−Ｙ線における断面図である。 第４実施形態の凸部と発光装置を示す斜視図である。 第５実施形態の凸部と発光装置を示す斜視図である。 第６実施形態の凸部と発光装置を示す断面図である。 第７実施形態の凸部と発光装置を示す断面図である。 凸部と発光装置を千鳥状に配列した状態を示す変形例の平面図である。 特許文献１の発光装置を用いた照明装置における光の照射状態を示す図である。 特許文献２の発光装置を示す断面図である。

以下、各実施形態に係る照明装置について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において参照する図面は、各実施形態を概略的に示したものである。このため、各部材のスケールや間隔、位置関係等が誇張、あるいは、部材の一部の図示が省略されている場合がある。また、以下の説明では、同一の名称及び符号については原則として同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略することとする。さらに、各図において示す方向は、構成要素間の相対的な位置関係を示し、絶対的な位置を示すことを意図したものではない。

（第１実施形態）
図１から図６を参照して、第１実施形態の照明装置３１について説明する。本開示の照明装置３１は、例えば、液晶パネル用のバックライトなどに用いられるものである。照明装置３１は、平坦な上面を有する基板と、基板３１１の上面に所定の間隔をあけて配置され、傾斜面１３を有して上方に向かって先細りとなる複数の凸部１と、凸部１上に接続される発光装置２１と、を備え、凸部１の傾斜面１３は鏡面であり、発光装置２１は上面に非透光部２１７を有している。

（凸部）
凸部１は主体が絶縁体からなり、図１に示すように、外形は略錐台形状であって、より具体的には略円錐台形状である。このため、凸部１は、傾斜面１３と、上面１５と、底面１７とを有しており、上方に向かって先細りとなっている。凸部１の上面１５は、平面視形状が正方形の発光装置２１を支持するようになっている。凸部１の上面１５を発光装置２１の形状に合わせて正方形にするために、この正方形の角部は凸部１の傾斜面１３よりも僅かに隆起した隆起部１５ａとなっている。凸部１の傾斜面１３は、正方形の角部においては、上記隆起部１５ａの下端部が起点となっている。このため、厳密な意味では、傾斜面１３の起点と発光装置２１の側面の下端とは一致しない。

しかしながら、隆起部１５ａの高さは無視できる程度に低いものである。このため、傾斜面１３の起点としての発光装置２１の側面の下端部とは、この隆起部１５ａの下端の近傍も含む趣旨である。なお、隆起部１５ａは必須なものではなく、発光装置２１の支持基板２１１を凸部１に埋め込む構造あるいは発光装置２１の側面を上面１５から側方に突出させるように設置すれば、隆起部１５ａは不要である。

凸部１の傾斜面１３は、錐台の側面であり、基板の上面に対して一定の勾配となっている。また、傾斜面１３は光を反射させる光反射面となっており、より具体的には鏡面である。このため、傾斜面１３は照射された光の全部またはほとんどを反射するようになっている。但し、傾斜面１３は完全な鏡面である必要はなく、実質的な鏡面であれば多少光を吸収するようなものでもよい。また、傾斜面１３の全体が鏡面である必要はなく、一部が鏡面でなくてもよい。具体的には、部分的に鏡面にする場合、発光装置２１に近い部分の、例えば上端から３／４〜２／４程度までの範囲であればよい。

また、凸部１の底面１７は、円形に形成されている。凸部１は、一例として、基板３１１とは別体に形成されている。そして、凸部１が基板３１１の上面に配置されるときに、底面１７が基板３１１に接合される。

凸部１の形状や寸法は、求められる特性や発光装置２１の寸法などに基づいて決定される。本実施形態の凸部１の場合は、高さＨが約１ｍｍで、底面１７における最長部の長さ（本実施形態では直径）Ｌが約４ｍｍである（図２参照）。このため、凸部１の高さＨと底面１７における最長部の長さＬとの比は、１：４となっている。ただし、これらの具体的数値や寸法比は一例である。例えば、凸部１の高さＨの範囲を０．８ｍｍ以上１．２ｍｍ以下程度、最長部の長さＬの範囲を３．２ｍｍ以上６ｍｍ以下程度に設定することが可能である。このような数値範囲から、高さＨと最長部の長さＬとの比は、１：４から１：５の範囲となることが好ましい。

（発光装置）
図３に示すように、発光装置２１は、支持基板２１１と、この支持基板２１１上に配置される発光素子２１３と、支持基板２１１上で発光素子２１３を覆う封止樹脂２１５とを備えている。更に、封止樹脂２１５の上面には非透光部２１７が形成されている。この非透光部２１７によって、側方放射型の発光装置２１が実現される。側方放射型の発光装置２１とは、発生した光の全て又は大部分を側方に向けて放射し、上方には光を放射しない型式のものである。非透光部２１７は、蒸着などの方法により形成された金属薄膜である。非透光部２１７は、基本的に光を通さない性質を有しており、発光素子２１３で発生した光のほとんどを反射させる。一方、非透光部２１７で反射せずに透過した残りの光は、発光装置２１の上方に放射される。そして、非透光部２１７で反射して発光装置２１の側面から出た光は、斜め下方、側方、斜め上方等の、側方を中心とした様々な方向に向けて放射される。なお、支持基板２１１は凸部１の内部に埋まるような態様となっても問題ないが、少なくとも封止樹脂２１５は凸部１から露出している必要がある。封止樹脂２１５からは発光素子からの光が放射されるからである。

図４及び図５に示すように、照明装置３１は、複数の凸部１と、基板３１１と、基板３１１と照射面部材３１３との間であって、凸部上に配置された発光装置２１とを備えている。発光装置２１は、複数の凸部１のそれぞれに対応して設けられている。発光装置２１を支持している凸部１は、基板３１１の上面３１１ａに設けられている。基板３１１の上面３１１ａにおいて、複数の凸部１は格子状に配列されており（図５参照）、１つの凸部上の発光装置２１と最小の距離で隣に位置する１つの凸部上の発光装置２１とのピッチがＰとなっており、各凸部１及び発光装置２１の組合体は、所定の間隔をあけて配置されている。ここで、ピッチＰは、隣り合う２つの発光装置間距離であり、２つの発光装置２１の中心間の距離である。また、隣り合う各発光装置２１の間には、基板が露出されている。また、発光装置２１の上方には、基板３１１から所定の距離だけ離れた照射面に、照射面部材３１３が設けられている。この照射面部材３１３は、発光装置２１からの光（基板３１１からの拡散反射光も含む）の照射を受けて、照射面部材３１３の上面から均一な輝度の光を放射するためのものである。ここで、基板３１１と照射面部材３１３とは、相互に平行となるように配置されている。このため、相互に対向する基板３１１の上面３１１ａと照射面部材３１３の下面３１３ａも平行となっている。そして、これら上面３１１ａ及び下面３１３ａは相互に離間距離Ｄだけ離れている。

前記したピッチＰと離間距離Ｄとは、照射面部材３１３での輝度分布に対して重要なパラメータである。なぜなら、所定の離間距離Ｄに対して、隣接する発光装置２１のピッチＰを広げ過ぎると、照射面部材３１３で輝度が不均一になってしまうからである。従来、照射面部材３１３で均一な輝度を実現するためには、Ｐ／Ｄの値が最高でも１程度であった。これは、離間距離Ｄと同程度のピッチＰで発光装置２１を配列する必要があったことを意味する。一方、本実施形態の凸部１を用いた場合、Ｐ／Ｄの値が１を超えて２以下程度までは、照射面部材３１３で均一な輝度を実現することができる。換言すると、離間距離Ｄに対して発光装置のピッチＰを最高で２倍まで広げることが可能である。

前記したＰ／Ｄの値を２として、所定の面積の照明装置を製造することで、凸部１を備えない従来の照明装置と比較して、発光装置の数を約１／４程度に減らすことが可能となる。なお、離間距離Ｄの具体的数値としては、例えば、液晶パネル用のバックライトでは、１５ｍｍから３０ｍｍ程度である。このため、発光装置２１のピッチＰを３０ｍｍから６０ｍｍ程度まで広げることが可能である。また、Ｐ／Ｄの値を２以下と説明したが、輝度の均一性を多少低下させてもよい場合には、Ｐ／Ｄの値が２を超えてもよい。

基板３１１には、配線が形成されており、各発光装置２１に配線を介して電力を供給するようになっている。図１から図６においては、配線は省略されているが、図７及び図８の第２、第３実施形態の説明において詳述する。また、基板３１１の上面３１１ａ（平坦部）は、少なくとも鏡面ではない表面であって、例えば光拡散面となっている。光拡散面とは、照射された光を様々な方向に反射（拡散反射）させるものである。このため、発光装置２１から直接基板３１１に照射された光や、凸部１で反射された後に基板３１１に照射された光は、基板３１１の上面３１１ａで拡散反射される。拡散反射された光は、照射面部材３１３に照射される。

図５に示すように、凸部１とその上の発光装置２１の組合体は、格子状に配列されている。このように、凸部１および発光装置２１を規則的に配列することで、照射面部材３での輝度を均一にすることができる。ただし、前後方向と左右方向のピッチＰが厳密に同じである必要はなく、実質的に同じであればよい。

（作用）
次に、図６を参照して、照明装置３１における凸部１の作用について説明する。この図において、点線矢印で示しているのは、発光装置２１から放射される光の一部である。実際の発光装置２１の側面からは様々な方向に向かって光が放射されている。発光装置２１の側面から放射されるのは、基本的に配光がランバーシャンの光である。

発光装置２１から放射された光のうち、一部は凸部１の傾斜面１３に照射される。凸部１の傾斜面１３は、発光装置２１から側方へ離れるに従って下方へ傾斜し、更に表面が鏡面となっている。このため、傾斜面１３で反射した光は、発光装置２１を出た直後の光よりも水平に近い方向に向かい、直接基板３１１の上面３１１ａには照射されない。

前記したように、凸部１の傾斜面１３が存在する範囲に照射された光は、基板３１１に照射されないことから、従来問題となっていた発光装置２１の周囲（凸部１の傾斜面が存在する範囲）の基板３１１での拡散反射が生じない。また、非透光部２１７の作用により、発光装置２１の直上やその周囲の輝度が低減される。さらに各発光装置２１の直上付近には、隣接する発光装置２１から放射される光が照射される。これらにより、発光装置２１の直上の照射面部材３１３に向かう光が減り、発光装置２１の直上の輝度が高くなってしまう、という問題が解消され、さらには各発光装置２１からの光が合成されたときに、照射面部材３１３での輝度が均一となる。また、均一な輝度を実現するために、光学レンズ等の追加の構成要素を必要としないので、コストを低く抑えることができる。

（製造方法）
次に、凸部１及び照明装置３１の製造方法について説明する。本実施形態の凸部１は、樹脂などの材料を用いて、射出成型などによって略円錐台形状に形成される。その後、凸部１の傾斜面１３を鏡面に処理する。鏡面処理は、蒸着法やメッキ法などを用いる。次に、すでに配線が形成された基板３１１上に凸部１が接合される。但し、前記製造方法や材料は一例であって、前記のものに限定されるものではない。また、第１実施形態の凸部１は独立した部材として形成されている。なお、凸部１は、基板３１１と一体的に形成してもよいし、発光装置２１の支持基板２１１と一体的に形成してもよい。

［第２実施形態］
図７を参照して、第２実施形態の照明装置について説明する。図７（Ａ）は第２実施形態の凸部と発光装置を示す平面図であり、図７（Ｂ）は図７（Ａ）のＸ−Ｘ線における断面図である。本開示の照明装置は、凸部１Ｂ１が円錐台形状で、凸部１Ｂ１においては、傾斜面１３に配線１９が設けられている。配線１９は基板の上面から隣り合う２つの凸部１Ｂ１のそれぞれの傾斜面１３につながっている。そして凸部１Ｂ１の上面１５に達した配線１９は、発光装置２１Ｂに電気的に接続されている。具体的には、凸部１Ｂ１の上面１５の配線１９は、導電性の接続部材５を介して発光装置の電極７に接続されている。このように、傾斜面１３に沿って配線１９を設ける場合には、後記の第３実施形態のように凸部１Ｂ２に対する開口形成が必要な場合に対して、そのような特別な加工は不要である。配線１９は、例えば、後記する基板に配線パターンを形成するのと同様の方法で形成される。傾斜面１３に配線１９を設けると、この部分での光の反射率が低下するが、幅の狭い配線１９を用いることや、配線１９に光反射率の高い金属メッキをすることで、傾斜面１３での光の反射率低下を最小限に留めることが可能である。なお、傾斜面１３が導電性である場合は、配線１９との短絡を防ぐために、傾斜面１３と配線１９の間に絶縁材を介在させる必要がある。また、本実施形態の発光装置２１Ｂは、平面視形状が六角形である。六角形の発光装置２１Ｂは図１に示した四角形と比較して、光を発光装置２１Ｂの周囲に向けてより均一に放射することができる。発光装置２１Ｂは、平面視形状が正六角形であること以外は、第１実施形態の発光装置２１と同様の構造である。なお、発光装置の電極は、発光素子の電極と電気的に接続されるものであるが、チップサイズパッケージ（ｃｓｐ）などの場合は、発光素子の電極がそのまま発光装置の電極となることもある。

（第３実施形態）
図８を参照して、第３実施形態の照明装置について説明する。図８（Ａ）は第３実施形態の凸部と発光装置を示す平面図であり、図８（Ｂ）は図８（Ａ）のＸ−Ｘ線における断面図である。第３実施形態の凸部１Ｂ２においては、配線１９Ｂが凸部１Ｂ２の内部に設けられている。具体的には、基板３１１の上面に設けられている配線１９Ｂが、凸部１Ｂ２の内部まで延びている。そして、配線１９Ｂは鉛直上方に折れ曲がり、凸部１Ｂ２の上面から底面に貫通するビア１８を通って凸部１Ｂ２の上面１５まで達する。凸部１Ｂ２の内部にビア１８を設ける場合、製造工程が多少複雑にはなる。しかし、傾斜面１３での光の反射を妨げることがない。このため、光の反射効率を考慮した場合には、傾斜面１３に沿って配線１９を設ける形態（図７参照）よりも、凸部１Ｂ２の内部に配線１９Ｂを設ける形態の方が好ましい。

なお、図７及び図８に示す実施形態では、配線１９、１９Ｂにより、発光装置２１Ｂに電力を供給している。しかしながら、電力供給構造は、他の構成を採ってもよい。例えば、発光装置２１Ｂの一方の電極には図７及び図８で示すような配線１９，１９Ｂを用いるが、他方の電極にはワイヤボンディングにより基板の上面の配線１９，１９Ｂと接続するようにしてもよい。この場合、ワイボンディングで接続される発光装置２１Ｂの電極は、発光装置２１Ｂの上面に設けられていることが望ましい。また、非透光性基板上にダイスをエピタキシャル成長させ、非透光性基板を光反射性樹脂で覆うような構造を採用してもよい。

（第４実施形態）
図９を参照して、第４実施形態の照明装置について説明する。第４実施形態の照明装置は、発光装置２１Ｃが平面視形状で円形であり、凸部１Ｃが上面円形の円錐台形状である。この円形の上面に、平面視形状が円形の発光装置２１Ｃが支持されている。また、凸部１Ｃと発光装置２１Ｃとが共に円形であるため、発光装置２１Ｃから平面視において放射状に出た光が、凸部１Ｃによって放射状に反射され、照射面での均一な輝度を容易に実現することができる。なお、前記円形の上面に平面視形状が矩形の発光装置を配置してもよい。

（第５実施形態）
図１０を参照して、第５実施形態の照明装置について説明する。第５実施形態の凸部１Ｅは、正四角錐台形状を有し、発光装置２１Ｅは平面視形状が正方形である。正四角錐台形状の上面は矩形である。平面視形状が正方形の発光装置を用いた場合に、照射面での均一な輝度を容易に実現することができる。なお、矩形の上面に、平面視形状が円形の発光装置を配置してもよい。

本実施形態のように、凸部１Ｅが正四角錐台形状であっても、発光装置２１Ｅの側面の下端部から傾斜面１３Ｅが形成される。このため、発光装置２１Ｅの近傍の斜め下方に放射された光を、側方又は斜め側方に反射させることができる。なお、凸部１Ｅの形状は正四角錐台に限定されるものではなく、例えば、五角形、六角形などを含む多角錐台形状であってもよい。

（第６実施形態）
図１１に示すように、第６実施形態の凸部１Ｆにおいて、凸部１Ｆは基板３１１Ｆと一体として形成されている。なお、第１実施形態の凸部１は底面１７を有しているが、本実施形態のように凸部１Ｆと基板３１１Ｆとが一体として形成される場合、凸部１Ｆについて底面という概念は無くなる。

（第７実施形態）
図１２に示すように、第７実施形態の凸部１Ｇは、発光装置２１Ｇの支持基板２１１Ｇと一体として形成されている。

（変形例）
なお、前記した非透光部２１７は、光を全く通さない性質のものの他、一部の光（例えば、全光量の約３〜１２％）は通す性質のものも含む。また、複数の凸部１の配列は、図５に示すような格子状に限定されものではなく、図１３に示すように、複数の凸部１を千鳥状に配列してもよい。複数の凸部１を千鳥状に配列する場合のピッチＰも、格子状の場合と同様に、凸部上の１つの発光装置２１と最小の距離で隣に位置する凸部上の発光装置２１との距離であって、各発光装置２１の中心間の距離である。千鳥状の配列の場合であっても、Ｐ／Ｄの値が２程度までは、照射面で均一な輝度の光を放射することができる。また、凸部１の高さＨと凸部１の底面における最長部の長さＬとの比について、１：４から１：５の範囲が好ましいと説明した。しかしながら、このような比の範囲外であっても、凸部１に求められる作用を発揮する場合はある。

１，１Ｂ１，１Ｂ２，１Ｃ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ 凸部
５ 接続部材
７ 電極
１３，１３Ｅ，１３Ｆ、１３Ｇ 傾斜面
１５ 上面
１５ａ 隆起部
１７ 底面
１８ ビア
１９，１９ｂ 配線
２１，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｅ，２１Ｇ 発光装置
２１１，２１１Ｇ 支持基板
２１３ 発光素子
２１５ 封止樹脂
２１７ 非透光部
３１ 照明装置
３１１，３１１Ｆ 基板
３１１ａ 基板の上面
３１３ 照射面部材
３１３ａ 照射面部材の下面
Ｄ 離間距離
Ｈ 高さ
Ｌ 最長部長さ
Ｐ ピッチ

Claims (9)

1. 平坦な上面を有する基板と、
   該基板の上面に所定の間隔をあけて配置され、錐台形状である複数の凸部と、
   前記凸部上に接続される発光装置と、を備え、
   前記凸部の傾斜面は鏡面であり、
   前記発光装置は上面に非透光部を有し、側面がランバーシャン配光を呈する、
   ことを特徴とする照明装置。
2. 前記基板の上面は、光拡散面である、請求項１に記載の照明装置。
3. 前記凸部の傾斜面に配線が設けられ、
   前記発光装置は、前記傾斜面に設けられた配線と電気的に接続されている、請求項１または２に記載の照明装置。
4. 前記基板の上面には配線が設けられ、
   前記凸部は、該凸部の上面と底面とを貫通するビアを備え、
   前記発光装置は、前記ビアを介して、前記基板上の配線と電気的に接続されている、請求項１または請求項２に記載の照明装置。
5. 前記凸部の高さと、前記凸部の底面における最長部の長さとの比は、１：４から１：５の範囲である、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の照明装置。
6. 前記凸部の高さは、０．８ｍｍ以上１．２ｍｍ以下であり、
   前記凸部の底面における最長部の長さが３．２ｍｍ以上６．０ｍｍ以下である、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の照明装置。
7. 前記複数の凸部は、前記基板上に格子状又は千鳥状に配列されている、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の照明装置。
8. 前記発光装置は、平面視形状が六角形である、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の照明装置。
9. 前記照明装置は、前記基板上方に照射面部材をさらに備え、前記基板の上面から前記照射面部材までの距離をＤ、隣り合う２つの発光装置間距離をＰとした場合、Ｐ／Ｄが１より大きく２以下である、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の照明装置。

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