JP6945174B2 - 発光装置及び照明装置 - Google Patents

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Description

本発明は、発光装置、及び、当該発光装置を備える照明装置に関する。
発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)などの半導体発光素子は、高効率で省スペースな光源として照明用途又はディスプレイ用途などの各種の発光装置に広く利用されている。
例えば、特許文献1には、回路基板上に同心円状に形成された発光部の上部にレンズを備えるLED発光装置が開示されている。特許文献1に記載のLED発光装置では、レンズによって、照明のスポット形状を調節している。
特開2014−82236号公報
しかしながら、上記従来のLED発光装置では、照射面の中央部には、回路基板の中央部に設けられた発光素子からの光が照射され、照射面の周縁部には、回路基板の周縁部に設けられた発光素子からの光が照射される。このため、回路基板に設けられる発光素子の配置に応じて、照射面に色むらが発生する。
そこで、本発明は、色むらの発生を抑制することができる発光装置、及び、当該発光装置を備える照明装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る発光装置は、基板と、前記基板上に並んで配置された、第1光色の第1光を発する第1発光部、及び、前記第1光色とは異なる第2光色の第2光を発する第2発光部と、前記第1発光部及び前記第2発光部を、前記基板との間に挟むように配置された透光性の光学部材とを備え、前記光学部材は、平面視において前記第1発光部及び前記第2発光部の両方に重複し、かつ、前記第1発光部及び前記第2発光部の少なくとも一方の一部と重ならないように設けられた凹部又は凸部を有する。
また、本発明の一態様に係る照明装置は、前記発光装置と、前記発光装置に、当該発光装置を点灯させるための電力を供給する点灯装置とを備える。
本発明によれば、色むらの発生を抑制することができる発光装置などを提供することができる。
実施の形態1に係る発光装置の外観斜視図である。 実施の形態1に係る発光装置の平面図である。 図2のIII−III線における実施の形態1に係る発光装置の断面図である。 実施の形態1に係る発光装置の部分拡大断面図である。 実施の形態1に係る発光装置の光の経路を模式的に示す断面図である。 実施の形態2に係る発光装置の断面図である。 実施の形態2に係る発光装置の光の経路を模式的に示す断面図である。 実施の形態の変形例に係る発光装置の平面図である。 実施の形態3に係る照明装置の断面図である。 実施の形態3に係る照明装置及びその周辺部材の外観斜視図である。
以下では、本発明の実施の形態に係る発光装置及び照明装置について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。また、以下の実施の形態において、略平行などの「略」を用いた表現を用いている。例えば、略平行は、完全に平行であることを意味するだけでなく、実質的に平行である、すなわち、例えば数%程度の差異を含むことも意味する。他の「略」を用いた表現についても同様である。
また、本明細書及び図面において、x軸、y軸及びz軸は、三次元直交座標系の三軸を示している。各実施の形態では、z軸方向を鉛直方向とし、z軸に垂直な方向(xy平面に平行な方向)を水平方向としている。なお、z軸の正方向を鉛直下方(光出射方向)としている。また、本明細書において、「厚み方向」とは、発光装置の厚み方向を意味し、基板の主面に垂直な方向のことであり、「平面視」とは、基板の主面に対して垂直な方向から見たときのことをいう。
(実施の形態1)
[概要]
まず、本実施の形態に係る発光装置の概要について、図1〜図3を用いて説明する。図1は、本実施の形態に係る発光装置1の外観斜視図である。図2は、本実施の形態に係る発光装置1の平面図である。図3は、図2のIII−III線における本実施の形態に係る発光装置1の断面図である。
なお、図1では、基板10上の第1発光部20及び第2発光部30の配置を分かりやすくするために光学部材40を基板10から分離して示している。また、図2では、光学部材40の全体を示さずに、光学部材40の凹部41の開口端部(尖端部)42の位置を破線で示している。隣り合う2本の破線の間が凹部41に相当する。また、各図において、基板10上の配線パターン、及び、LEDチップの電気的な接続に用いられるボンディングワイヤなどの図示は省略されている。
図1〜図3に示すように、本実施の形態に係る発光装置1は、基板10と、第1発光部20と、第2発光部30と、光学部材40とを備える。図3に示すように、第1発光部20は、複数の第1LEDチップ21と、第1封止部材22とを備える。第2発光部30は、複数の第2LEDチップ31と、第2封止部材32とを備える。発光装置1は、第1発光部20が発する光(第1光)と第2発光部30が発する光(第2光)との混合光を外部に出射する。
なお、以下では、第1発光部20及び第2発光部30を総称して単に「発光部」と記載する場合がある。同様に、第1LEDチップ21及び第2LEDチップ31を総称して単に「LEDチップ」と記載する場合がある。第1封止部材22及び第2封止部材32を総称して単に「封止部材」と記載する場合がある。
発光装置1は、基板10にLEDチップが直接実装された、いわゆるCOB(Chip On Board)構造のLEDモジュールである。基板10上には、複数のLEDチップからなる発光素子列(発光部)が同心円状に複数設けられている。
本実施の形態では、発光装置1は、第1発光部20及び第2発光部30の少なくとも一方を複数備える。具体的には、図1及び図2に示すように、発光装置1は、2つの第1発光部20及び2つの第2発光部30を備える。2つの第1発光部20及び2つの第2発光部30が、基板10の中心から周縁に向かって1つずつ交互に並んで配置されている。4列の発光素子列を覆うように、光学部材40が配置されている。
複数の第1発光部20、複数の第2発光部30及び光学部材40に設けられた複数の凹部41は、互いに略平行な複数の線(具体的には、円に沿った曲線(円周))に沿って配置されている。本実施の形態では、複数の第1発光部20、複数の第2発光部30及び複数の凹部41は、所定点を共通の中心とする複数の円環に沿って配置されている。つまり、複数の第1発光部20、複数の第2発光部30及び複数の凹部41は、所定点を中心とする同心円状に配置されている。なお、所定点は、例えば、基板10の中心である。
以下では、発光装置1の各構成部材の詳細について説明する。
[基板]
基板10は、複数の第1LEDチップ21及び複数の第2LEDチップ31を実装するための実装基板である。基板10には、複数の第1LEDチップ21及び複数の第2LEDチップ31に電力を供給するための金属配線(図示せず)が設けられている。基板10は、例えば、セラミックからなるセラミック基板である。なお、基板10は、樹脂を基材とする樹脂基板でもよく、ガラス基板でもよい。あるいは、基板10は、金属板に絶縁膜が被覆されたメタルベース基板でもよい。
セラミック基板としては、酸化アルミニウム(アルミナ)からなるアルミナ基板又は窒化アルミニウムからなる窒化アルミニウム基板などが用いられる。また、メタルベース基板としては、例えば、表面に絶縁膜が形成された、アルミニウム合金基板、鉄合金基板又は銅合金基板などが用いられる。樹脂基板としては、例えば、ガラス繊維とエポキシ樹脂とからなるガラスエポキシ基板などが用いられる。
基板10としては、光反射率が高い(例えば、光反射率が90%以上)白色基板を用いてもよい。白色基板を用いることで、第1LEDチップ21及び第2LEDチップ31が発する光を基板10の表面で反射させることができるので、光の取り出し効率を高めることができる。例えば、基板10としては、アルミナからなる白色のセラミック基板(白色アルミナ基板)を用いることができる。
また、基板10として、光の透過率が高い透光性基板が用いられてもよい。透光性基板としては、例えば、多結晶のアルミナ若しくは窒化アルミニウムからなる透光性セラミック基板、透明ガラス基板、サファイア基板又は透明樹脂基板などを用いることができる。
本実施の形態では、基板10の平面視形状は、矩形であるが、円形又は多角形などのその他の形状でもよい。
[発光部]
第1発光部20及び第2発光部30は、基板10上に並んで配置された発光部(発光素子列)である。本実施の形態では、第1発光部20が発する光(第1光)の光色(第1光色)と、第2発光部30が発する光(第2光)の光色(第2光色)とは、互いに異なっている。具体的には、第1発光部20が発する光の色温度は、第2発光部30が発する光の色温度より低い。第1発光部20が発する光の色温度は、例えば3000K以下であり、一例として2700Kである。第2発光部30が発する光の色温度は、例えば5000K以上であり、一例として6200Kである。つまり、第1発光部20は、電球色の白色光を発し、第2発光部30は、昼光色の白色光を発する。
本実施の形態では、第1発光部20と第2発光部30とは、独立駆動が可能である。具体的には、第1発光部20のみ点灯、第2発光部30のみ点灯、又は、第1発光部20及び第2発光部30の両方の点灯及び消灯が可能である。より具体的には、第1発光部20及び第2発光部30の各々の発光強度を独立して変更可能、すなわち、調光が可能である。第1発光部20及び第2発光部30の各々の調光を行うことで、発光装置1が出射する光の強度を変更することができる。
第1発光部20が備える複数の第1LEDチップ21は、第1発光素子の一例であって、基板10に直接実装されている。第1LEDチップ21は、例えば、InGaN系の材料によって構成された、中心波長(発光スペクトルのピーク波長)が430nm以上480nm以下の範囲にある窒化ガリウム系の青色LEDチップである。
第2発光部30が備える複数の第2LEDチップ31は、第2発光素子の一例であって、基板10に直接実装されている。本実施の形態では、第2LEDチップ31は、第1LEDチップ21と同じ構成を有する青色LEDチップである。なお、第2LEDチップ31は、第1LEDチップ21とは異なるLEDチップでもよく、例えば、発光波長などが異なっていてもよい。
本実施の形態では、複数の第1LEDチップ21及び複数の第2LEDチップ31はそれぞれ、x軸方向に略平行に一列に並んで配置されている。図1〜図3では図示されていないが、複数の第1LEDチップ21は全て、一括して点灯及び消灯が可能なように電気的に接続されている。複数の第2LEDチップ31も全て、一括して点灯及び消灯が可能なように電気的に接続されている。
このとき、一列分の複数の第1LEDチップ21は、隣り合うチップ同士で、給電用のボンディングワイヤ(図示せず)によってチップ・ツー・チップ(Chip to Chip)で接続される。複数の第2LEDチップ31も同様である。ボンディングワイヤ及び配線は、例えば、金(Au)、銀(Ag)又は銅(Cu)などの金属材料から構成されている。
なお、図1〜図3では図示していないが、基板10上には、外部装置から複数の第1LEDチップ21に電力を供給するための電極と、外部装置から複数の第2LEDチップ31に電力を供給するための電極とが、電気的に独立して配置されている。つまり、第1LEDチップ21と第2LEDチップ31とは、独立して発光制御可能である。これにより、第1発光部20及び第2発光部30が独立して駆動される。
第1封止部材22は、複数の第1LEDチップ21を覆う封止部材である。第1封止部材22は、周方向に沿って並んで配置された複数の第1LEDチップ21の一周分を一括して覆っている。つまり、第1封止部材22は、周方向に沿ったライン(円環)状に形成されている。第1封止部材22の外形は、第1発光部20の外形に相当する。第1封止部材22(第1発光部20)は、断面形状が半円のドーナツ状に形成されている。
第2封止部材32は、複数の第2LEDチップ31を覆う封止部材である。第2封止部材32は、周方向に沿って並んで配置された複数の第2LEDチップ31の一周分を一括して覆っている。つまり、第2封止部材32は、周方向に沿ったライン(円環)状に形成されている。第2封止部材32の外形は、第2発光部30の外形に相当する。第2封止部材32(第2発光部30)は、断面形状が半円のドーナツ状に形成されている。
第1封止部材22及び第2封止部材32はそれぞれ、例えば、透光性の樹脂材料を用いて構成されている。透光性の樹脂材料としては、例えば、メチル系のシリコーン樹脂が用いられるが、エポキシ樹脂又はユリア樹脂などが用いられてもよい。
第1封止部材22は、複数の第1LEDチップ21が発する光の波長変換を行う波長変換材を含有している。第2封止部材32は、複数の第2LEDチップ31が発する光の波長変換を行う波長変換材を含有している。
具体的には、第1封止部材22及び第2封止部材32はそれぞれ、黄色蛍光体を含有している。本実施の形態では、第1封止部材22及び第2封止部材32はそれぞれ、さらに、赤色蛍光体及び緑色蛍光体を含有している。
黄色蛍光体は、例えば、発光ピーク波長が550nm以上570nm以下のYAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)系の蛍光体である。緑色蛍光体は、例えば、発光ピーク波長が515nm以上550nm以下の、Y(Al,Ga)12:Ce3+蛍光体、又は、LuAl12:Ce3+蛍光体である。赤色蛍光体は、例えば、発光ピーク波長が640nm以上670nm以下のCaAlSiN:Eu2+蛍光体(CASN蛍光体)、又は、(Sr,Ca)AlSiN:Eu2+蛍光体(SCASN蛍光体)である。
第1LEDチップ21又は第2LEDチップ31が発する青色光と、各種蛍光体が発する黄色光、赤色光及び緑色光との合成光(混合光)として、白色光が出射される。白色光の光色(色温度)は、封止部材が含有する蛍光体の含有量によって調整されている。
具体的には、第1封止部材22が含有する赤色蛍光体及び緑色蛍光体の含有量は、第2封止部材32が含有する赤色蛍光体及び緑色蛍光体の含有量より多い。これにより、第1発光部20と第2発光部30とで光色(色温度)を異ならせている。つまり、第1発光部20は、低色温度の光を出射し、第2発光部30は、高色温度の光を出射する。
なお、本実施の形態では、第1封止部材22と第2封止部材32とで同じ種類の蛍光体を含有し、その含有量を異ならせることで、第1発光部20及び第2発光部30の発光色を異ならせたが、これに限らない。第1封止部材22に含まれる波長変換材の種類及び数と、第2封止部材32に含まれる波長変換材の種類及び数とは、互いに異なっていてもよい。例えば、第2封止部材32は、黄色蛍光体と緑色蛍光体とを含有し、赤色蛍光体を含有していなくてもよい。
[光学部材]
光学部材40は、第1発光部20及び第2発光部30を、基板10との間に挟むように配置された透光性の部材である。光学部材40は、互いに背向する主面40aと主面40bとを有する。主面40aは、基板10に対向する面であり、発光部からの光が入射する面である。主面40bは、基板10とは反対側の面であり、光学部材40に入射した光が外部に出射される光出射面である。
光学部材40は、複数の凹部41を有する。複数の凹部41は、光学部材40の基板10側の主面40aに設けられている。複数の凹部41は、第1発光部20及び第2発光部30の間毎に一対一に対応して設けられている。具体的には、図3に示す断面において、第1発光部20及び第2発光部30の間は、7ヶ所存在している。なお、実際には、第1発光部20及び第2発光部30は同心円状に設けられているので、第1発光部20及び第2発光部30の間は4ヶ所(中央の1ヶ所と左右の3ヶ所)になる。複数の凹部41は、第1発光部20及び第2発光部30の形状に合わせて、同心円状に形成されている。凹部41は、例えば、断面形状が略半円のドーナツ状の凹部である。
具体的には、凹部41は、平面視において第1発光部20及び第2発光部30の両方に重複し、かつ、第1発光部20及び第2発光部30の少なくとも一方の一部と重ならないように設けられている。つまり、凹部41は、第1発光部20及び第2発光部30の両方を完全に覆わない。平面視において、第1発光部20及び第2発光部30の少なくとも一方は、凹部41からはみ出した位置に位置している。
凹部41は、光学部材40のレンズ部である。凹部41の内面43は、第1発光部20が発した光及び第2発光部30が発した光が入射する、所定形状に湾曲した入射面である。具体的には、図3に示すように、凹部41は、平面視において略円環状に形成され、周方向に直交する断面形状が略半円形状であるが、これに限らない。
図4は、本実施の形態に係る発光装置1の部分拡大断面図である。具体的には、図4は、図3に示す断面において、第1発光部20及び第2発光部30を含む部分を拡大して示している。
本実施の形態では、図4に示すように、隣り合う凹部41の開口端部42同士は、尖状の突起を形成するように互いに近接して配置されている。開口端部42(突起)は、平面視において、同心円状に形成されている。本実施の形態では、凹部41の開口端部42は、発光部の並び方向(径方向、例えばx軸方向)において、第1発光部20の光軸J1を中心とする第1範囲R1内と、第2発光部30の光軸J2を中心とする第2範囲内R2内とに位置している。
図4に示す断面(xz断面)において、第1LEDチップ21の上面の中心点(光軸J1上の点)から、第1発光部20の光軸J1とのなす角度が45°になるように左右方向のそれぞれに引いた2本の直線P1a及びP1bと、第1発光部20(第1封止部材22)の外側面との交点をQ1a及びQ1bとする。このとき、点Q1aを通る基板10に垂直な線S1aと、点Q1bを通る基板10に垂直な線S1bとの間が、第1範囲R1である。
同様に、図4に示す断面(xz断面)において、第2LEDチップ31の上面の中心点(光軸J2上の点)から、第2発光部30の光軸J2とのなす角度が45°になるように左右方向のそれぞれに引いた2本の直線P2a及びP2bと、第2発光部30(第2封止部材32)の外側面との交点をQ2a及びQ2bとする。このとき、点Q2aを通る基板10に垂直な線S2aと、点Q2bを通る基板10に垂直な線S2bとの間が、第2範囲R2である。
本実施の形態では、凹部41の開口端部42は、第1LEDチップ21の直上方向、及び、第2LEDチップ31の直上方向に位置している。例えば、図4に示すように、凹部41の開口端部42は、光軸J1上、及び、光軸J2上に位置している。
本実施の形態では、凹部41の幅(断面視における開口端部42間の距離)は、隣り合う第1発光部20と第2発光部30との距離(各々の光軸J1及びJ2間の距離)に略等しい。複数の凹部41は、凹部41の中心と、第1発光部20又は第2発光部30の光軸とが一致した状態から、1/2ピッチずれた位置に配置されている。
なお、図4では、複数の凹部41が連続して配置されており、開口端部42の先端が先鋭な形状であるように示しているが、先端は平面又は曲面(丸面)でもよい。開口端部42の先端が所定の幅を有することで、凹部41の破損を抑制することができる。なお、開口端部42の先端の幅は、凹部41の幅よりも小さく、例えば、LEDチップの幅よりも小さい。
また、開口端部42は、第1発光部20及び第2発光部30の各々に近接して配置されている。具体的には、開口端部42から基板10までの距離をHとし、第1発光部20及び第2発光部30の高さをhとしたとき、開口端部42は、Hがhの2倍以下となる範囲に位置している。なお、ここでは、第1発光部20と第2発光部30との高さが等しくhであるとしたが、これに限らない。第1発光部20と第2発光部30との高さが異なっている場合、例えば、低い方の高さをhとすればよい。
[発光部が発する光の経路]
ここで、本実施の形態に係る発光装置1から出射される光の経路について、図5を用いて説明する。図5は、本実施の形態に係る発光装置1から出射される光を模式的に示す断面図である。なお、図5では、光の経路を実線及び破線の矢印で示しており、光学部材40内での経路を見やすくするため、光学部材40の断面に対して図4で付した網掛けを示していない。ここでは、基板10の中央寄りに位置する第1発光部20及び第2発光部30からの光について説明する。
本実施の形態では、凹部41の開口端部42は、第1発光部20の光軸J1上に位置している。このため、第1発光部20が出射する光は、隣り合う2つの凹部41の内面43から光学部材40に入射する。
例えば、図5に示す光L1aは、光軸J1の左側の凹部41の内面43に対して大きな入射角で入射するため、一部が反射し、その反射光が内面43から光学部材40に入射する。光L1aは、光学部材40内を進行した後、主面40bから外部に出射される。光L1bも同様に、光軸J1の右側の凹部41の内面43に対して大きな入射角で入射するため、一部が反射し、その反射光が内面43から光学部材40に入射する。光L1bは、光学部材40内を進行した後、主面40bから外部に出射される。
同様に、凹部41の開口端部42は、第2発光部30の光軸J2上に位置している。このため、第2発光部30が出射する光は、隣り合う2つの凹部41の内面43から光学部材40に入射する。
例えば、図5に示す光L2aは、光軸J2の左側の凹部41の内面43に対して大きな入射角で入射するため、一部が反射し、その反射光が内面43から光学部材40に入射する。光L2aは、光学部材40内を進行した後、主面40bから外部に出射される。光L2bも同様に、光軸J2の右側の凹部41の内面43に対して大きな入射角で入射するため、一部が反射し、その反射光が内面43から光学部材40に入射する。光L2bは、光学部材40内を進行した後、主面40bから外部に出射される。
図5に示すように、光L1a及び光L1bは、1つの第1発光部20から出射された光であるが、左右に大きく分かれて出射されている。同様に、光L2a及び光L2bは、1つの第2発光部30から出射された光であるが、左右に大きく分かれて出射されている。他の第1発光部20及び第2発光部30からの光も同様に、左右に大きく分かれて出射される。また、図5では、内面43で一度反射されてから光学部材40に入射する光を示しているが、内面43に直接入射する光も存在する。このため、複数の第1発光部20及び複数の第2発光部30の各々からの光は、互いに混ざりやすくなり、出射面(主面40b)での色むらを抑制することができる。
[効果など]
以上のように、本実施の形態に係る発光装置1は、基板10と、基板10上に並んで配置された、第1光色の第1光を発する第1発光部20、及び、第1光色とは異なる第2光色の第2光を発する第2発光部30と、第1発光部20及び第2発光部30を、基板10との間に挟むように配置された透光性の光学部材40とを備え、光学部材40は、平面視において第1発光部20及び第2発光部30の両方に重複し、かつ、第1発光部20及び第2発光部30の少なくとも一方の一部と重ならないように設けられた凹部41を有する。
これにより、光学部材40の1つの凹部41には、隣り合う第1発光部20及び第2発光部30の両方からの光が入射する。また、第1発光部20及び第2発光部30の少なくとも一方は、この1つの凹部41に入射しないように(具体的には、隣の凹部41に向けて)光を出射する。凹部41の内面43による反射及び屈折によって、1つの発光部からの光が大きく異なる方向に出射されるので、他の発光部からの光と混ざりやすくなって色むらの発生を抑制することができる。
また、例えば、発光装置1は、第1発光部20及び第2発光部30の少なくとも一方を複数備え、第1発光部20及び第2発光部30は、基板10上に交互に並んで配置され、凹部41は、第1発光部20及び第2発光部30の間毎に一対一に対応して複数設けられている。
これにより、発光部の間毎に凹部41が設けられているので、各発光部からの光は、凹部41の内面43による反射及び屈折によって異なる方向に出射されるので、複数の発光部からの光が効果的に分散して主面40bから出射される。したがって、色むらの発生をより抑制することができる。
また、例えば、隣り合う凹部41の開口端部42同士は、尖状の突起を形成するように互いに近接して配置されている。
これにより、発光部(基板10)側から光学部材40を見た場合に、開口端部42の面積が小さくなるので、凹部41の内面43に入射する光の光量を増やすことができる。したがって、光の取り出し効率を高めることができ、かつ、色むらの発生を抑制することができる。
また、例えば、第1発光部20と、第2発光部30と、凹部41とは、互いに略平行な複数の線に沿って配置されている。例えば、第1発光部20と、第2発光部30と、凹部41は、所定点を共通の中心とする複数の円環に沿って配置されている。
これにより、発光部が略円環状に配置されているので、全方位に対して略均等な光を出射することができる。したがって、色むらの発生、及び、輝度むらの発生を抑制することができる。
また、例えば、第1発光部20は、基板10に実装された複数の第1LEDチップ21と、複数の第1LEDチップ21を覆う第1封止部材22とを有し、第2発光部30は、基板10に実装された複数の第2LEDチップ31と、複数の第2LEDチップ31を覆う第2封止部材32とを有する。
これにより、封止部材に含有させる蛍光体などの波長変換材料を異ならせるなどによって、容易に、第1発光部20と第2発光部30との発光色を異ならせることができる。また、LEDチップが封止部材に覆われていることにより、LEDチップ及びボンディングワイヤなどを塵埃、水分、又は外力などから保護することができる。
また、例えば、凹部41は、光学部材40の基板10側の主面40aに設けられ、凹部41の内面43は、第1発光部20が発する光及び第2発光部30が発する光が入射する、湾曲した入射面である。
これにより、凹部41が基板10側の主面40aに設けられており、発光部と近い位置に位置している。このため、発光部からの光を効率良く分散させて、色むらの発生を抑制することができる。また、凹部41が光出射側(すなわち、外部)に露出していないので、外からの力が加わりにくく、凹部41の破損などの発生を抑制することができる。
また、例えば、凹部41の開口端部42は、第1発光部20及び第2発光部30の並び方向において、第1発光部20の光軸J1を中心とする第1範囲R1内と、第2発光部30の光軸J2を中心とする第2範囲R2内とに位置している。
これにより、発光部からの光を略半分ずつ分けることができるので、略対称に光を分散させることができる。したがって、色むらの発生を抑制することができる。
また、例えば、凹部41の開口端部42は、第1発光部20の光軸J1上、及び、第2発光部30の光軸J2上に位置している。
これにより、発光部からの光を半分ずつ分けることができるので、対称に光を分散させることができる。したがって、色むらの発生をより抑制することができる。
(実施の形態2)
続いて、実施の形態2について説明する。
実施の形態1では、光学部材40の基板10側の主面40aに複数の凹部41が設けられている例について示した。これに対して、本実施の形態に係る発光装置では、光学部材の光出射側の主面に凸部が設けられる。以下では、実施の形態1との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略又は簡略化する。
図6は、本実施の形態に係る発光装置101の断面図である。図6に示すように、本実施の形態に係る発光装置101は、実施の形態1に係る発光装置1と比較して、光学部材40の代わりに光学部材140を備える点と、新たに透光部材150を備える点とが相違する。
図示しないが、本実施の形態では、2つの第1発光部20及び2つの第2発光部30は、基板10の中心を共通の中心とする同心円状に配置されている。2つの第1発光部20及び2つの第2発光部30は、基板10の中心から周縁に向かって1つずつ交互に並んで配置されている。
[光学部材]
光学部材140は、第1発光部20及び第2発光部30を、基板10との間に挟むように配置された透光性の部材である。光学部材140は、互いに背向する主面140aと主面140bとを有する。主面140aは、基板10に対向する面であり、発光部からの光が入射する入射面である。主面140bは、基板10とは反対側の面であり、光学部材140に入射した光が外部に出射される面である。
光学部材140は、複数の凸部141を有する。複数の凸部141は、光学部材140の基板10と反対側の主面140bに設けられている。複数の凸部141は、第1発光部20及び第2発光部30の間毎に一対一に対応して設けられている。具体的には、図6に示す断面において、第1発光部20及び第2発光部30の間は、7ヶ所存在している。なお、実際には、第1発光部20及び第2発光部30は同心円状に設けられているので、第1発光部20及び第2発光部30の間は4ヶ所(中央の1ヶ所と左右の3ヶ所)になる。複数の凸部141は、第1発光部20及び第2発光部30の形状に合わせて、同心円状に形成されている。凸部141は、例えば、断面形状が略半円のドーナツ状の凸部である。
具体的には、凸部141は、平面視において第1発光部20及び第2発光部30の両方に重複し、かつ、第1発光部20及び第2発光部30の少なくとも一方の一部と重ならないように設けられている。つまり、凸部141は、第1発光部20及び第2発光部30の両方を完全に覆わない。平面視において、第1発光部20及び第2発光部30の少なくとも一方は、凸部141からはみ出した位置に位置している。
凸部141は、光学部材140のレンズ部である。凸部141の外面143は、第1発光部20が発した光及び第2発光部30が発した光であって、光学部材140を通過した光を出射する、所定形状に湾曲した入射面である。具体的には、図6に示すように、凸部141は、平面視において略円環状に形成され、周方向に直交する断面形状が略半円形状であるが、これに限らない。
本実施の形態では、隣り合う凸部141の周端部142同士は、尖状の溝を形成するように互いに近接して配置されている。周端部142(尖状の溝)は、平面視において、同心円状に形成されている。本実施の形態では、凸部141の周端部142は、発光部の並び方向(径方向、例えばx軸方向)において、第1発光部20の光軸J1を中心とする第1範囲R1内と、第2発光部30の光軸J2を中心とする第2範囲内R2内とに位置している。第1範囲R1及び第2範囲R2は、図4で示した通りである。
本実施の形態では、凸部141の周端部142は、第1LEDチップ21の直上方向、及び、第2LEDチップ31の直上方向に位置している。例えば、凸部141の周端部142は、光軸J1上、及び、光軸J2上に位置している。
本実施の形態では、凸部141の幅(断面視における周端部142間の距離)は、隣り合う第1発光部20と第2発光部30との距離(各々の光軸J1及びJ2間の距離)に略等しい。複数の凸部141は、凸部141の中心と、第1発光部20又は第2発光部30の光軸とが一致した状態から、1/2ピッチずれた位置に配置されている。
なお、図6では、複数の凸部141が連続して配置されており、周端部142の底が先鋭な形状であるように示しているが、底は平面又は曲面(丸面)でもよい。なお、周端部142の底の幅は、凸部141の幅よりも小さく、例えば、LEDチップの幅よりも小さい。
[透光部材]
透光部材150は、光学部材140と、第1発光部20及び第2発光部30との間を充填する部材である。透光部材150は、例えば、透光性の樹脂材料を用いて形成されている。透光性の樹脂材料としては、例えば、メチル系のシリコーン樹脂が用いられるが、エポキシ樹脂又はユリア樹脂などが用いられてもよい。透光部材150の屈折率は、例えば、光学部材140の屈折率、並びに、第1封止部材22及び第2封止部材32の屈折率に略等しい。これにより、発光部から発せられた光を効率良く光学部材140に入射させることができ、光取り出し効率を高めることができる。
[発光部が発する光の経路]
ここで、本実施の形態に係る発光装置101から出射される光の経路について、図7を用いて説明する。図7は、本実施の形態に係る発光装置101から出射される光を模式的に示す断面図である。なお、図7では、光の経路を実線及び破線の矢印で示しており、光学部材140及び透光部材150内での経路を見やすくするため、光学部材140及び透光部材150に対して図6で付した網掛けを示していない。ここでは、基板10の中央寄りに位置する第1発光部20及び第2発光部30からの光について説明する。
本実施の形態では、凸部141の周端部142は、第1発光部20の光軸J1上に位置している。このため、第1発光部20が出射されて光学部材140内を進行した光は、隣り合う2つの凸部141の外面143から出射される。
例えば、図7に示す光L1aは、光軸J1の左側の凸部141の外面143に対して大きな入射角で入射するため、一部が反射し、その反射光が外面143から外部に出射される。光L1bも同様に、光軸J1の右側の凸部141の外面143に対して大きな入射角で入射するため、一部が反射し、その反射光が外面143から出射される。
同様に、凸部141の周端部142は、第2発光部30の光軸J2上に位置している。このため、第2発光部30が出射されて光学部材140内を進行した光は、隣り合う2つの凸部141の外面143から出射される。
例えば、図7に示す光L2aは、光軸J2の左側の凸部141の外面143に対して大きな入射角で入射するため、一部が反射し、その反射光が外面143から出射される。光L2bも同様に、光軸J2の右側の凸部141の外面143に対して大きな入射角で入射するため、一部が反射し、その反射光が外面143から出射される。
図7に示すように、光L1a及び光L1bは、1つの第1発光部20から出射された光であるが、左右に大きく分かれて出射されている。同様に、光L2a及び光L2bは、1つの第2発光部30から出射された光であるが、左右に大きく分かれて出射されている。他の第1発光部20及び第2発光部30からの光も同様に、左右に大きく分かれて出射される。また、図7では、外面143で一度反射されてから外部に出射する光を示しているが、外面143から直接出射する光も存在する。このため、複数の第1発光部20及び複数の第2発光部30の各々からの光は、互いに混ざりやすくなり、色むらを抑制することができる。
なお、本実施の形態では、光学部材140と第1発光部20及び第2発光部30との間に、透光部材150が設けられている。このため、第1発光部20及び第2発光部30の各々から出射された光は、光学部材140の主面140aでほとんど屈折及び反射されることなく、凸部141の外面143まで到達する。
[効果など]
以上のように、本実施の形態に係る発光装置101では、例えば、凸部141は、光学部材140の、基板10と反対側の面である主面140bに設けられ、凸部141の外面143は、光学部材140を透過した光を出射する、所定形状に湾曲した出射面である。
これにより、複数の凸部141によって、発光部からの光を効率良く分散させて、色むらの発生を抑制することができる。また、光学部材140には、先鋭な突起などが設けられていないので、外部からの力による破損などの発生を抑制することができる。
また、例えば、発光装置101は、光学部材140と、第1発光部20及び第2発光部30との間を充填する透光部材150とを備える。
これにより、透光部材150の入射面(主面140a)での光の屈折及び反射を低減し、光の取り出し効率を高めることができる。
(変形例)
ここで、上記の実施の形態1及び2の変形例について説明する。
実施の形態1及び2では、複数の第1発光部20、複数の第2発光部30、複数の凹部41又は複数の凸部141が同心円状に形成されている例ついて示した。これに対して、本変形例に係る発光装置では、これらの平面視形状が相違する。
図8は、本変形例に係る発光装置201の平面図である。図8では、図2と同様に、光学部材240の全体を示さずに、光学部材240の凹部241の開口端部(尖端部)242の位置を破線で示している。隣り合う2本の破線の間が凹部241に相当する。
本変形例に係る発光装置201は、実施の形態1に係る発光装置1と比較して、第1発光部20、第2発光部30及び光学部材40の代わりに、第1発光部220、第2発光部230及び光学部材240を備える点が相違する。本変形例では、第1発光部220、第2発光部230及び光学部材240の凹部241(開口端部242)の平面視形状が、実施の形態1に係る第1発光部20、第2発光部30及び光学部材40の凹部41(開口端部242)と相違している。
具体的には、図8に示すように、第1発光部220、第2発光部230及び凹部241(開口端部242)はそれぞれ、所定点を共通の中心とする複数の多角形環に沿って配置されている。所定点は、例えば、基板10の中心である。具体的には、第1発光部220、第2発光部230及び凹部241は、同心多角形状に形成されている。
本変形例では、多角形は、略正方形である。すなわち、第1発光部220、第2発光部230及び凹部241はそれぞれ、略正方形の辺に沿って環状に形成されている。なお、多角形は、略正六角形又は略正八角形などでもよい。また、多角形は、略長方形でもよい。
本変形例に係る発光装置201では、図8に示すIII−III線における断面形状は、図4に示す発光装置1の断面形状と略同じである。すなわち、複数の凹部241は、第1発光部220及び第2発光部230の間毎に一対一に対応して設けられている。開口端部242は、例えば、第1発光部220の光軸J1上と第2発光部230の光軸J2上とに位置している。
以上のように、本変形例に係る発光装置201では、第1発光部20と、第2発光部30と、凹部241とは、所定点を共通の中心とする複数の多角形環に沿って配置されている。
これにより、実施の形態1と同様に、色むらの発生を抑制することができる。また、第1発光部220及び第2発光部230が略多角形環状に配置されているので、LEDチップを辺毎に同じ姿勢で実装することができる。このため、例えば、円環状に実装する場合に比べて、LEDチップの実装方向を変更する回数を減らすことができる。したがって、LEDチップの配置及び姿勢の誤りの発生を少なくし、歩留まりが向上し、信頼性の高い発光装置201を実現することができる。
(実施の形態3)
次に、実施の形態3に係る照明装置について、図9及び図10を用いて説明する。図9は、本実施の形態に係る照明装置300の断面図である。図10は、本実施の形態に係る照明装置300及びその周辺部材の外観斜視図である。
図9及び図10に示すように、本実施の形態に係る照明装置300は、例えば、住宅などの天井に埋込配設されることにより、下方(床面又は壁など)に向けて光を出射するダウンライトなどの埋込型照明装置である。
照明装置300は、発光装置1を備える。照明装置300は、さらに、基部310と枠体部320とが組み合わされることで構成される略有底筒状の器具本体と、当該器具本体に配置された、反射板330及び透光パネル340とを備える。
基部310は、発光装置1が取り付けられる取付台である。また、基部310は、発光装置1が発生する熱を放散するヒートシンク(放熱体)としても機能する。基部310は、金属材料を用いて略有底円筒状に形成されており、例えば、アルミダイカスト製である。
基部310の上部(天井側部分)には、上方に向かって突出する複数の放熱フィン311が一方向に沿って互いに一定の間隔を空けて設けられている。これにより、発光装置1が発生する熱を効率良く放散させることができる。
枠体部320は、内面に反射面を有する略円筒状(漏斗状)の補助反射部材321と、補助反射部材321が取り付けられる枠体本体部322とを備える。補助反射部材321は、金属材料を用いて成形されており、例えば、アルミニウム合金などを絞り加工又はプレス成形することによって形成されている。枠体部320は、枠体本体部322が基部310に、取付ネジ(図示せず)などによって取り付けられることにより固定されている。
反射板330は、内面反射機能を有する略円筒状(漏斗状)の反射部材である。反射板330は、例えばアルミニウムなどの金属材料を用いて形成されている。あるいは、反射板330は、硬質の白色樹脂材料を用いて形成されていてもよい。
透光パネル340は、光拡散性及び透光性を有する透光部材である。透光パネル340は、反射板330と枠体部320との間に配置された平板であり、反射板330に取り付けられている。透光パネル340は、例えば、アクリル(PMMA)及びポリカーボネート(PC)などの透明樹脂材料を用いて円板状に形成されている。
なお、照明装置300は、透光パネル340を備えなくてもよい。透光パネル340を備えない場合には、照明装置300から出射される光の光束を向上させることができる。
また、図10に示すように、照明装置300は、発光装置1に、発光装置1を点灯させるための電力を供給する点灯装置350と、商用電源などの外部電源からの交流電力を点灯装置350に中継する端子台360とを備える。点灯装置350は、具体的には、端子台360から中継される交流電力を直流電力に変換して、変換した直流電力を発光装置1に供給する。
点灯装置350及び端子台360は、器具本体とは別体に設けられた取付板370に固定される。取付板370は、金属材料からなる矩形板状の部材を折り曲げて形成されておいる。取付板370の長手方向の一端部の下面に点灯装置350が固定され、他端部の下面に端子台360が固定される。取付板370は、器具本体の基部310の上部に固定された天板380と互いに連結される。
以上のように、本実施の形態に係る照明装置300は、例えば、発光装置1と、発光装置1に、発光装置1を点灯させるための電力を供給する点灯装置350とを備える。
これにより、照明装置300が発光装置1を備えるので、発光効率の低下を抑制し、色むら及び輝度むらの発生を抑制することができる。
なお、本実施の形態では、照明装置300は、発光装置1の代わりに、実施の形態2に係る発光装置101又は変形例に係る発光装置201のいずれかを備えてもよい。この場合も、実施の形態2及び変形例と同様に、色むらの発生を抑制することができる。
また、本実施の形態では、照明装置300としてダウンライトの一例を示したが、ダウンライトの構成は図示した例に限らない。また、本発明は、ダウンライトに限らず、スポットライト、シーリングライトなどの他の照明装置として実現されてもよい。
(その他)
以上、本発明に係る発光装置及び照明装置について、上記の実施の形態及びその変形例に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。
例えば、上記の実施の形態では、第1発光部20が低色温度の光を出射し、第2発光部30が高色温度の光を出射する例について示したが、これに限らない。第1発光部20が高色温度の光を出射し、第2発光部30が低色温度の光を出射してもよい。
また、例えば、上記の実施の形態では、第1封止部材22と第2封止部材32とにおいて、含有する蛍光体の種類及び含有量を異ならせることで、第1発光部20及び第2発光部30の光色を異ならせたが、これに限らない。例えば、第1LEDチップ21及び第2LEDチップ31の種類又は個数を異ならせてもよい。例えば、第1発光部20が備える複数の第1LEDチップ21には、青色LEDチップだけでなく、赤色LEDチップが含まれてもよい。
また、例えば、上記の実施の形態では、第1発光部20と第2発光部30とが隙間を空けて配置される例について示したが、第1発光部20と第2発光部30とは接触していてもよい。この場合、例えば、第1発光部20の幅(径方向の長さ)と第2発光部30の幅とが等しいとき、凹部41又は凸部141の幅も等しくすることができる。
また、例えば、上記の実施の形態では、第1発光部20、第2発光部30及び凹部41又は凸部141の各々は、環状である例について示したが、例えば、直線状に配置されていてもよい。
この場合、一方向に沿ってLEDチップを実装することができるので、LEDチップの実装を容易に行うことができる。具体的には、全てのLEDチップを同じ姿勢(向き)で実装することができるので、実装されたLEDチップの姿勢(向き)の誤りの発生を少なくすることができる。また、樹脂材料をディスペンサなどによってライン状に塗布することで封止部材を形成する場合、樹脂材料の塗布を容易に行うことができる。したがって、均一な形状の封止部材を形成しやすくなる。また、光学部材の位置合わせも容易に行うことができる。よって、歩留まりが向上し、信頼性の高い発光装置を実現することができる。
なお、第1発光部20、第2発光部30及び凹部41又は凸部141の各々は、例えばドット状に配置されていてもよい。
また、例えば、上記の実施の形態では、発光装置が備える発光素子の一例として、LEDチップを示したが、これに限らない。発光素子は、半導体レーザなどの半導体発光素子、又は、有機EL(Electroluminescence)若しくは無機ELなどの他の固体発光素子であってもよい。
その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
1、101、201 発光装置
10 基板
20、220 第1発光部
21 第1LEDチップ(第1発光素子)
22 第1封止部材
30、230 第2発光部
31 第2LEDチップ(第2発光素子)
32 第2封止部材
40、140、240 光学部材
41、241 凹部
42、242 開口端部
43 内面
141 凸部
142 周端部
143 外面
150 透光部材
300 照明装置
350 点灯装置

Claims (12)

  1. 基板と、
    前記基板上に並んで配置された、第1光色の第1光を発する第1発光部、及び、前記第1光色とは異なる第2光色の第2光を発する第2発光部と、
    前記第1発光部及び前記第2発光部を、前記基板との間に挟むように配置された透光性の光学部材とを備え、
    前記光学部材は、前記基板側の第1主面と、前記第1主面に背向する第2主面とを含み、
    前記第1主面は、前記第1発光部及び前記第2発光部から離れており、
    前記第1主面に複数の凹部が設けられ、又は、前記第2主面に複数の凸部が設けられ、
    前記複数の凹部又は前記複数の凸部のうちの1つの凹部又は凸部は、平面視において前記第1発光部及び前記第2発光部の両方に重複し、かつ、前記第1発光部及び前記第2発光部の少なくとも一方の一部と重ならないように設けられており、
    前記第1発光部と、前記第2発光部と、前記複数の凹部又は前記複数の凸部とはそれぞれ、平面視において、同一の所定点を共通の中心とする複数の円環又は複数の多角形環に沿って配置されている
    発光装置。
  2. 前記発光装置は、前記第1発光部及び前記第2発光部の少なくとも一方を複数備え、
    前記第1発光部及び前記第2発光部は、前記基板上に交互に並んで配置され、
    前記複数の凹部又は前記複数の凸部は、前記第1発光部及び前記第2発光部の間毎に一対一に対応して設けられている
    請求項1に記載の発光装置。
  3. 前記複数の凹部のうち隣り合う凹部の開口端部同士、又は、前記複数の凸部のうち隣り合う凸部の周端部同士は、尖状の突起又は溝を形成するように互いに近接して配置されている
    請求項2に記載の発光装置。
  4. 前記第1発光部と、前記第2発光部と、前記複数の凹部又は前記複数の凸部とは、互いに略平行な複数の線に沿って配置されている
    請求項1〜3のいずれか1項に記載の発光装置。
  5. 前記第1発光部は、前記基板に実装された複数の第1発光素子と、前記複数の第1発光素子を覆う第1封止部材とを有し、
    前記第2発光部は、前記基板に実装された複数の第2発光素子と、前記複数の第2発光素子を覆う第2封止部材とを有する
    請求項1〜のいずれか1項に記載の発光装置。
  6. 前記複数の凹部の内面は、前記第1光及び前記第2光が入射する、湾曲した入射面である
    請求項1〜のいずれか1項に記載の発光装置。
  7. 前記複数の凸部の外面は、前記光学部材を透過した前記第1光及び前記第2光を出射する、湾曲した出射面である
    請求項1〜のいずれか1項に記載の発光装置。
  8. さらに、
    前記光学部材と、前記第1発光部及び前記第2発光部との間を充填する透光部材とを備える
    請求項に記載の発光装置。
  9. 前記複数の凹部のうちの1つの開口端部又は前記複数の凸部のうちの1つの周端部は、前記第1発光部及び前記第2発光部の並び方向において、前記第1発光部の光軸を中心とする第1範囲内と、前記第2発光部の光軸を中心とする第2範囲内とに位置している
    請求項1〜のいずれか1項に記載の発光装置。
  10. 前記複数の凹部のうちの1つの開口端部又は前記複数の凸部のうちの1つの周端部は、前記第1発光部及び前記第2発光部の各々の光軸上に位置している
    請求項に記載の発光装置。
  11. 基板と、
    前記基板上に並んで配置された、第1光色の第1光を発する第1発光部、及び、前記第1光色とは異なる第2光色の第2光を発する第2発光部と、
    前記第1発光部及び前記第2発光部を、前記基板との間に挟むように配置された透光性の光学部材とを備え、
    前記光学部材は、前記基板側の第1主面と、前記第1主面に背向する第2主面とを含み、
    前記第1主面は、前記第1発光部及び前記第2発光部から離れており、
    前記第1主面に凹部が設けられ、
    前記凹部は、平面視において前記第1発光部及び前記第2発光部の両方に重複し、かつ、前記第1発光部及び前記第2発光部の少なくとも一方の一部と重ならないように設けられている
    発光装置。
  12. 請求項1〜11のいずれか1項に記載の発光装置と、
    前記発光装置に、当該発光装置を点灯させるための電力を供給する点灯装置とを備える
    照明装置。
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