WO2013015140A1 - 照明装置 - Google Patents

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WO2013015140A1
WO2013015140A1 PCT/JP2012/067963 JP2012067963W WO2013015140A1 WO 2013015140 A1 WO2013015140 A1 WO 2013015140A1 JP 2012067963 W JP2012067963 W JP 2012067963W WO 2013015140 A1 WO2013015140 A1 WO 2013015140A1
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WO
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reflector
light emitting
wiring board
housing
semiconductor light
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PCT/JP2012/067963
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Inventor
常幸 平林
朋哉 今
Original Assignee
京セラ株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V13/00—Producing particular characteristics or distribution of the light emitted by means of a combination of elements specified in two or more of main groups F21V1/00 - F21V11/00
    • F21V13/02—Combinations of only two kinds of elements
    • F21V13/04—Combinations of only two kinds of elements the elements being reflectors and refractors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F21K9/60—Optical arrangements integrated in the light source, e.g. for improving the colour rendering index or the light extraction
    • F21K9/64—Optical arrangements integrated in the light source, e.g. for improving the colour rendering index or the light extraction using wavelength conversion means distinct or spaced from the light-generating element, e.g. a remote phosphor layer
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V7/00—Reflectors for light sources
    • F21V7/0083—Array of reflectors for a cluster of light sources, e.g. arrangement of multiple light sources in one plane
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F21K9/90—Methods of manufacture
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2103/00—Elongate light sources, e.g. fluorescent tubes
    • F21Y2103/30—Elongate light sources, e.g. fluorescent tubes curved
    • F21Y2103/33—Elongate light sources, e.g. fluorescent tubes curved annular
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181—Encapsulation

Definitions

  • the present invention relates to a lighting device including a semiconductor light emitting device.
  • a lighting device having a semiconductor light emitting device using a semiconductor light emitting element such as a light emitting diode (LED: Light Emitting Diode) as a light source has been developed (for example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 10-149705 and 2005-331623). Issue gazette).
  • An illuminating device having a semiconductor light emitting device has attracted attention with respect to directivity.
  • this illumination device may be displaced due to thermal deformation due to heat generated by the semiconductor light emitting device during light emission, making it difficult to illuminate a desired irradiation region.
  • An object of the present invention is to provide an illuminating device capable of continuing to illuminate a desired irradiation region by making the reflector difficult to be thermally deformed by the heat of the semiconductor light emitting device.
  • An illumination device includes a casing having an annular groove, an annular wiring board provided along the annular groove of the casing, and a plurality of mounted on the wiring board.
  • a semiconductor light emitting device is provided.
  • the lighting device is provided above the wiring substrate in the annular groove, has a plurality of light guide holes surrounding each of the plurality of semiconductor light emitting devices, and a lower end portion of the light guide hole is the wiring substrate.
  • an annular reflector arranged with a gap.
  • the illuminating device includes an annular light condensing member having a plurality of lens portions provided on the reflector along the annular groove and overlapping each of the plurality of semiconductor light emitting devices.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view illustrating a reflector of the lighting device according to the embodiment of the present invention and illustrating a traveling direction of light emitted from the semiconductor light emitting device.
  • 1 is a cross-sectional perspective view showing the inside of a semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 shows a semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention, and is a cross-sectional view taken along Y-Y ′ of FIG. 8. It is the general-view perspective view which looked at the reflector which concerns on one Embodiment of this invention from diagonally upward to diagonally downward.
  • the illuminating device 1 is fixed indoors or outdoors such as a ceiling or a wall, or is used, for example, for a device that can carry a microscope or a flashlight. And the light emitted from the illuminating device 1 can illuminate the desired irradiation area
  • the lighting device 1 includes a housing 2 having an annular groove G, an annular wiring board 3 provided along the annular groove G of the housing 2, and a plurality of semiconductor light emitting devices 4 mounted on the wiring substrate 3. It has. Further, the lighting device 1 is provided above the wiring substrate 3 in the annular groove G, has a plurality of light guide holes 5h surrounding each of the plurality of semiconductor light emitting devices 4, and a lower end portion of the light guide hole 5h is a wiring. An annular reflector 5 is provided that is spaced from the substrate 3. Furthermore, the illumination device 1 includes an annular light collecting member 6 having a plurality of lens portions 6 b provided on the reflector 5 along the annular groove G and overlapping each of the plurality of semiconductor light emitting devices 4.
  • the housing 2 protects members to be mounted inside and positions the members.
  • the housing 2 has a function of holding the semiconductor light emitting device 4 and dissipating heat generated by the semiconductor light emitting device 4 to the outside.
  • the housing 2 is provided with an annular groove G as shown in FIG.
  • the housing 2 is formed in an annular shape having a through hole in the central portion in plan view. In the annular groove G, the wiring board 3, the semiconductor light emitting device 4, the reflector 5, and the light collecting member 6 are provided.
  • an annular fixing member 2 a is provided at the lower part of the housing 2.
  • the fixing member 2a is used when connecting to an external member.
  • the fixing member 2a and the external member can be screwed to be connected.
  • the fixing member 2 a and the external member can be connected to each other through an external member through the through hole of the housing 2.
  • the fixing member 2a may be integrated with the housing 2 or may be a separate body. When the fixing member 2a is separate from the housing 2, the fixing member 2a is connected to the housing 2 via a connecting member fixed by screwing.
  • the housing 2 is made of, for example, metal such as aluminum, copper or stainless steel, plastic or resin.
  • the housing 2 has an outer diameter of, for example, 30 mm or more and 300 mm or less, and an inner diameter of 23 mm or more and 293 mm or less.
  • the vertical length of the outer wall surface of the housing 2 is, for example, 5 mm to 50 mm, and the vertical length of the inner wall surface of the housing 2 is set to, for example, 3 mm to 48 mm.
  • the outer wall surface of the housing 2 is set longer than the inner wall surface of the housing 2, and the outer wall surface of the housing 2 protrudes upward from the inner wall surface of the housing 2.
  • casing 2 means the surface located in the outer side of the outer wall 2b of the housing
  • the inner wall surface of the housing 2 refers to a surface located inside the inner wall 2 c of the housing 2.
  • the length in the vertical direction of the outer wall surface of the housing 2 here refers to the length from the bottom surface of the annular groove G of the housing 2 as a reference.
  • the length of the inner wall surface of the housing 2 in the vertical direction refers to the length from the bottom surface of the annular groove G of the housing 2 as a reference.
  • a pair of recesses p ⁇ b> 1 and p ⁇ b> 2 may be provided on the bottom surface of the annular groove G of the housing 2.
  • the pair of recesses p1 and p2 are arranged concentrically.
  • An annular wiring board 3 is provided between them.
  • the recess p1 provided on the outer peripheral side of the wiring board 3 has an outer diameter of, for example, 29 mm or more and 299 mm or less, an inner diameter of 28 mm or more and 298 mm or less, and a length between the outer diameter and the inner diameter of, for example, 0 It is set to 5 mm or more and 2 mm or less.
  • the recess p2 provided on the inner peripheral side of the wiring board 3 has an outer diameter of, for example, 26 mm or more and 295 mm or less, and an inner diameter of, for example, 25 mm or more and 294 mm or less, and a length between the outer diameter and the inner diameter. Is set to 0.5 mm or more and 2 mm or less, for example.
  • the depth of the recess p1 from the flat bottom surface of the housing 2 is set to, for example, 0.5 mm or more and 2 mm or less. Moreover, the depth from the flat bottom surface of the housing
  • casing 2 is set to the recessed part p2, for example, 0.5 mm or more and 2 mm or less.
  • the direction in which heat generated by the wiring board 3 and the semiconductor light emitting device 4 is easily transferred can be adjusted by the recesses p1 and p2. And it can suppress that the site
  • the recess p2 may be formed at a position overlapping the fixing member 2a in plan view.
  • the heat from the semiconductor light emitting device 4 can be hardly transmitted to the inner wall 2c of the housing 2 and can be easily transmitted to the fixing member 2a.
  • the heat from the semiconductor light emitting device 4 is hardly transmitted to the inner wall 2c of the housing 2 while being radiated to the atmosphere by the fixing member 2a. And it can suppress that the reflector 5 and the condensing member 6 deform
  • the fixing member 2a of the housing 2 is made of a metal material such as aluminum, copper, or stainless steel, for example.
  • the fixing member 2a has an outer diameter of, for example, 28 mm or more and 298 mm or less, and an inner diameter of 23 mm or more and 293 mm or less.
  • the length of the fixing member 2a in the vertical direction is set to, for example, 5 mm or more and 50 mm or less.
  • the wiring board 3 is provided along the annular groove G of the housing 2.
  • the wiring board 3 is annular, and a plurality of semiconductor light emitting devices 4 are mounted thereon.
  • the wiring substrate 3 is an insulating substrate and is made of a ceramic material such as aluminum oxide, titanium oxide, zirconium oxide, or yttrium oxide.
  • the wiring board 3 has an outer diameter of, for example, 29.5 mm or more and 299.5 mm or less, and an inner diameter of 24 mm or more and 294 mm or less.
  • the length of the wiring board 3 in the vertical direction is set to, for example, 0.2 mm or more and 2 mm or less.
  • the wiring board 3 may be a resin board such as a printed wiring board made of resin, or a metal plate such as a glass board or an aluminum board.
  • the wiring board 3 is provided with screw holes for fixing to the housing 2. And the wiring board 3 and the housing
  • the wiring board 3 is formed with a wiring conductor that is electrically connected to the inside and outside of the wiring board 3.
  • the wiring conductor is made of a conductive material such as tungsten, molybdenum, manganese, or copper.
  • a metal paste obtained by adding an organic solvent to a powder of tungsten or the like is printed in a predetermined pattern on a ceramic green sheet to be the wiring substrate 3, and a plurality of ceramic green sheets are laminated and integrally fired. Can be obtained.
  • a plating layer such as nickel or gold is formed on the surface of the wiring conductor exposed inside and outside the wiring substrate 3 to prevent oxidation.
  • the inner peripheral side surface of the wiring board 3 overlaps with the edge of the recess p2, so that the distance between the wiring board 3 and the recess p2 is shortened, and the heat of the wiring board 3 is effectively transferred to the lower fixing member 2a. It is possible to make it difficult to be transmitted to the inner wall 2c of the housing 2 while drawing heat. Furthermore, since the outer peripheral side surface of the wiring board 3 is located on the inner side of the recess p1, the distance between the wiring board 3 and the recess p1 can be increased, and the heat of the wiring board 3 can be hardly transmitted to the recess p1 side. The outer side surface of the housing 2 can be prevented from becoming high temperature.
  • the semiconductor light emitting device 4 is mounted on the wiring board 3.
  • the semiconductor light emitting device 4 includes a chip mounting substrate 41, a light emitting element 42 provided on the chip mounting substrate 41, a frame body 43 surrounding the light emitting element 42, and a sealing member 44 provided in a region surrounded by the frame body 43. And a wavelength conversion member 46 supported by the frame body 43 and connected to the frame body 43 via the adhesive member 45.
  • the light emitting element 42 is, for example, a light emitting diode, and light is emitted by recombination of electrons and holes in a pn junction in the light emitting element 42.
  • the chip mounting board 41 is provided on the wiring board 3.
  • the wiring board 3 and the chip mounting board 41 are joined so as to be electrically connected via, for example, solder or a conductive adhesive.
  • the chip mounting substrate 41 can be made of, for example, a ceramic material such as aluminum oxide, titanium oxide, zirconium oxide, yttrium oxide, or glass ceramic, or a composite material obtained by mixing a plurality of these materials.
  • the chip mounting substrate 41 can be made of a polymer resin in which metal oxide fine particles are dispersed.
  • the surface of the chip mounting substrate 41 is a diffusion surface
  • the light emitted from the light emitting element 42 is applied to the surface of the chip mounting substrate 41 and diffusely reflected.
  • the light which the light emitting element 42 emits can be radiated
  • the chip mounting board 41 is provided with a wiring conductor, and is electrically connected to the wiring board 3 via the wiring conductor.
  • the wiring conductor is made of a conductive material such as tungsten, molybdenum, manganese, or copper.
  • the wiring conductor is obtained by printing a metal paste obtained by adding an organic solvent to a powder such as tungsten on the chip mounting substrate 41 in a predetermined pattern.
  • the light emitting element 42 is mounted on the chip mounting substrate 41.
  • the light emitting element 42 is electrically connected to a wiring conductor formed on the chip mounting substrate 41 via an adhesive material such as solder or a conductive adhesive, or a bonding wire.
  • the light-emitting element 42 is formed on a substrate such as sapphire, gallium nitride, aluminum nitride, zinc oxide, silicon carbide, silicon, or zirconium diboride by chemical vapor deposition such as metal organic chemical vapor deposition or molecular beam epitaxial growth. And produced by growing a semiconductor layer.
  • the light emitting element 42 has a thickness of, for example, 30 ⁇ m or more and 1000 ⁇ m or less.
  • the light emitting element 42 includes a first semiconductor layer, a light emitting layer formed on the first semiconductor layer, and a second semiconductor layer formed on the light emitting layer.
  • the first semiconductor layer, the light emitting layer, and the second semiconductor layer are, for example, a group III nitride semiconductor, a group III-V semiconductor such as gallium phosphide or gallium arsenide, or a group III nitride semiconductor such as gallium nitride, aluminum nitride, or indium nitride. Etc. can be used.
  • the thickness of the first semiconductor layer is, for example, 1 ⁇ m or more and 5 ⁇ m or less.
  • the thickness of the light emitting layer is, for example, 25 nm or more and 150 nm or less.
  • the thickness of the second semiconductor layer is, for example, not less than 50 nm and not more than 600 nm.
  • the light emitting element 42 configured in this manner can emit excitation light having a wavelength range of, for example, 370 nm to 420 nm.
  • a frame-like frame body 43 is provided on the chip mounting substrate 41 so as to surround the light emitting element 42.
  • the frame body 43 is connected to the chip mounting substrate 41 via, for example, solder or an adhesive.
  • the frame 43 is a ceramic material and is made of a porous material such as aluminum oxide, titanium oxide, zirconium oxide, or yttrium oxide.
  • the frame body 43 is made of a porous material, and the frame body 43 is formed with many fine holes.
  • the frame 43 is formed so as to surround the light emitting element 42 with a space between the light emitting element 42.
  • the frame body 43 is formed so that the inner wall surface widens from the lower end to the upper end.
  • the inner wall surface of the frame 43 functions as a reflection surface for excitation light emitted from the light emitting element 42.
  • the inner wall surface of the frame body 43 is a diffusion surface, the light emitted from the light emitting element 42 is diffusely reflected on the inner wall surface of the frame body 43. And the light emitted from the light emitting element 42 is hard to concentrate on a specific location, and can make it advance easily.
  • the inclined inner wall surface of the frame body 43 may be formed with a metal layer made of, for example, tungsten, molybdenum, copper, or silver, and a plated metal layer made of nickel, gold, or the like that covers the metal layer.
  • the plated metal layer has a function of reflecting light emitted from the light emitting element 42.
  • the inclination angle of the inner wall surface of the frame body 43 is set to an angle of 55 degrees or more and 70 degrees or less with respect to the upper surface of the chip mounting substrate 41, for example.
  • a region surrounded by the frame body 43 is filled with a sealing member 44.
  • the sealing member 44 has a function of sealing the light emitting element 42 and transmitting light emitted from the light emitting element 42.
  • the sealing member 44 is a region surrounded by the frame body 43 in a state in which the light emitting element 42 is accommodated inside the frame body 43, and is a translucent insulating resin such as a silicone resin, an acrylic resin, or an epoxy resin. Alternatively, a light-transmitting insulating glass can be used.
  • the wavelength conversion member 46 is supported by the frame body 43 and provided with a space from the light emitting element 42.
  • the wavelength conversion member 46 is provided on the frame body 43 through a sealing member 44 that seals the light emitting element 42 and a gap.
  • the wavelength conversion member 46 is joined to the frame body 43 via the adhesive member 45.
  • the adhesive member 45 is attached from the end of the lower surface of the wavelength conversion member 46 to the side of the wavelength conversion member 46 and the end of the upper surface of the wavelength conversion member 46.
  • the adhesive member 45 may be made of a thermosetting resin such as a polyimide resin, an acrylic resin, an epoxy resin, a urethane resin, a cyanate resin, a silicone resin, or a bismaleimide triazine resin.
  • the adhesive member 45 may be made of a thermoplastic resin such as polyether ketone resin, polyethylene terephthalate resin, or polyphenylene ether resin.
  • the material of the thermal expansion coefficient between the thermal expansion coefficient of the frame 43 and the thermal expansion coefficient of the wavelength conversion member 46 can be used for the adhesive member 45.
  • a material as the material of the adhesive member 45, when the frame body 43 and the wavelength conversion member 46 are thermally expanded, they are about to peel off due to the difference in the coefficient of thermal expansion between them. Can be suppressed, and both can be satisfactorily connected.
  • the adhesive member 45 By adhering the adhesive member 45 to the end of the lower surface of the wavelength conversion member 46, it is possible to increase the area to which the adhesive member 45 adheres and firmly connect the frame 43 and the wavelength conversion member 46. it can. As a result, the connection strength between the frame body 43 and the wavelength conversion member 46 can be improved, and bending of the wavelength conversion member 46 is suppressed. And it can suppress effectively that the optical distance between the light emitting element 42 and the wavelength conversion member 46 fluctuates.
  • the wavelength converting member 46 emits light when excitation light emitted from the light emitting element 42 is incident on the inside and the phosphor contained therein is excited.
  • the wavelength conversion member 46 is made of, for example, a translucent resin such as silicone resin, acrylic resin, or epoxy resin, or translucent glass. In the translucent resin or translucent glass, for example, 430 nm or more. Contains blue phosphors that emit fluorescence of 490 nm or less, for example, green phosphors that emit fluorescence of 500 nm to 560 nm, such as yellow phosphors that emit fluorescence of 540 nm to 600 nm, for example, red phosphors that emit fluorescence of 590 nm to 700 nm Has been.
  • the phosphor is contained so as to be uniformly dispersed in the wavelength conversion member 46.
  • the thickness of the wavelength conversion member 46 is set to 0.5 mm or more and 3 mm or less, for example.
  • the thickness of the end of the wavelength conversion member 46 is set to be constant.
  • the thickness of the wavelength conversion member 46 is set to, for example, 0.3 mm or more and 3 mm or less.
  • the constant thickness includes a thickness error of the wavelength conversion member 46 of 0.1 mm or less.
  • the semiconductor light emitting device 4 is provided in the annular groove G and between the outer wall 2b and the inner wall 2c of the housing 2. Since the outer wall 2b is set so that the upper end position is higher than the inner wall 2c, the light emitted from the semiconductor light emitting device 4 is reflected by the outer wall 2b and the inner wall 2c of the housing 2 so that the inside of the housing 2 You can collect light towards Further, since the surface area of the outer wall 2b of the housing 2 is larger than that of the inner wall 2c of the housing 2, heat from the semiconductor light emitting device 4 is transmitted from the outer wall 2b of the housing 2 exposed to the outside of the lighting device 1. Heat is released to the atmosphere.
  • the light can be condensed in a region overlapping with the through hole of the housing 2, the object placed in the region overlapping with the through hole of the housing 2 can be brightly illuminated, and the temperature of the semiconductor light emitting device 4 is increased. Is suppressed.
  • the reflector 5 is provided in the annular groove G of the housing 2 and is formed in an annular shape.
  • the reflector 5 reflects light emitted from the semiconductor light emitting device 4 and is made of a metal material such as aluminum, copper or stainless steel, or a ceramic material such as aluminum oxide, titanium oxide, zirconium oxide or yttrium oxide.
  • the reflector 5 may be comprised by vapor-depositing aluminum on the inner wall surface of the reflector 5 which consists of polycarbonate resin shape
  • the reflector 5 has an outer diameter of, for example, 29.5 mm or more and 299.5 mm or less, and an inner diameter of 24 mm or more and 294 mm or less.
  • the length of the reflector 5 in the vertical direction is set to 3 mm or more and 30 mm or less, for example. Further, the reflector 5 is arranged in a manner surrounding each semiconductor light emitting device 4.
  • the thermal conductivity of the reflector 5 is set, for example, from 10 W / m ⁇ K to 500 W / m ⁇ K.
  • the reflector 5 includes a plurality of light guide holes 5h penetrating through an annular member in the vertical direction, an inner circumferential groove 5g that comes into contact with the screw 7 on a part of the inner wall surface, and a support portion that protrudes downward on a part of the outer wall surface. 5s are provided.
  • a projecting portion 5ga projecting downward is provided at the lower portion of the inner circumferential groove 5g.
  • the protruding portion 5ga has a length protruding downward from the lower surface of the reflector 5, for example, set to 0.5 mm or more and 5 mm or less.
  • the length of the support portion 5s protruding downward from the lower surface of the reflector 5 is set to, for example, 0.5 mm or more and 5 mm or less.
  • the support portion 5s has a length along the outer periphery of the reflector 5 set to, for example, 1.5 mm or more and 50 mm or less.
  • the length of the support portion 5s from the outer periphery to the inner periphery of the reflector 5 is set to, for example, 0.5 mm or more and 20 mm or less.
  • the length which protruded below the protrusion part 5ga and the support part 5s is set to the magnitude
  • the support portion 5 s of the reflector 5 is in contact with the wiring board 3, so that the lower end portion of the light guide hole 5 h of the reflector 5 is disposed with a gap from the wiring board 3.
  • it is set to 0.5 mm or more and 5 mm or less, for example.
  • the reflector 5 is provided on the wiring board 3 and the semiconductor light emitting device 4.
  • each of the plurality of light guide holes 5 h is arranged corresponding to each of the plurality of semiconductor light emitting devices 4.
  • the light emitted from each semiconductor light emitting device 4 is collected by the light collecting member 6 through the light guide hole 5h of the reflector located above.
  • the light guide hole 5h has a circular cross section at the upper end and a cross section at the lower end, and when viewed in plan, the center of the circle in the upper cross section and the cross section at the lower end. It is set off the center of the circle.
  • the center of the circle in the cross section at the lower end is set so as to be shifted from the center of the circle in the cross section at the upper end in the direction of the outer wall surface of the reflector 5.
  • the light reflected inward of the light guide hole 5h overlaps the through hole of the housing 2 by arranging the center of the circle in the cross section at the lower end and the center of the semiconductor light emitting device 4 so as to overlap each other.
  • the light can be easily collected toward the area, and the light can be effectively collected at the center of the lighting device 1.
  • the diameter of the circle at the upper end of the light guide hole 5h is, for example, 5 mm or more and 32 mm or less, and the diameter of the circle at the lower end of the light guide hole 5h is, for example, set to 4 mm or more and 31 mm or less.
  • the light guide hole 5h of the reflector 5 is formed so as to expand from the semiconductor light emitting device 4 toward the exit of the light guide hole 5h. Since the area surrounded by the inner peripheral surface of the light guide hole 5h becomes larger toward the exit of the light guide hole 5h, the light emitted from the semiconductor light emitting device 4 can be made difficult to be blocked by the reflector 5, and the semiconductor light emitting device The irradiation area of the light emitted by 4 can be increased.
  • the light guide hole 5h is formed so that a cross-sectional area surrounded by the inner peripheral surface of the light guide hole 5h extends from the lower part toward the upper part. Then, the light emitted from the semiconductor light emitting device 4 located below the light guide hole 5h can be reflected through the light guide hole 5h on the inner wall surface of the light guide hole 5h and taken out with high directivity. .
  • the center of the semiconductor light emitting device 4 is set to be closer to the center of the lower part of the light guide hole 5h than the center of the upper part of the light guide hole 5h.
  • the inner peripheral side surface of the wiring board 3 is formed close to the inner wall 2c of the housing 2, and the outer peripheral side surface of the wiring board 3 is formed close to the outer wall 2b of the housing 2.
  • the reflector 5 is arrange
  • the semiconductor light emitting device 4 is more than the center of the wiring substrate 3. Arranged outside.
  • the heat from the semiconductor light emitting device 4 has a larger surface area than the inner wall 2c of the housing 2 and is easily radiated from the outer wall 2b of the housing 2 exposed to the outside of the lighting device 1 to the atmosphere. The rise is suppressed.
  • the inner circumferential groove 5g is provided so as to come into contact with the side surface of the screw 7 when the screw 7 is fixed to the housing 2 via the flat plate portion of the light collecting member 6.
  • the condensing member 6 is fixed on the wiring board 3 in a state where the lower surface of the condensing member 6 is in contact with the upper surface of the reflector 5.
  • the lower end portion 5a surrounding the semiconductor light emitting device 4 of the reflector 5 is disposed with a space from the upper surface of the wiring board 3, but is provided in a part of the reflector 5 located between the light guide holes 5h.
  • the support portion 5 s is provided in contact with the upper surface of the wiring board 3.
  • the reflector 5 is supported by the support portion 5 s and the inner wall surface 5 g is brought into contact with the side surface of the screw 7 to be positioned with respect to the housing 2 or the wiring board 3.
  • the thermal conductivity of the screw 7 is set to 16 W / m ⁇ K or more and 21 W / m ⁇ K or less, for example.
  • the thermal conductivity of the screw 7 is preferably set larger than the thermal conductivity of the reflector 5.
  • the screws 7 are provided at three locations on the inner wall surface 5 g of the reflector 5 so as to support the weight of the reflector 5 evenly. Since the screw 7 is arranged on the inner wall surface 5g of the reflector 5 in a well-balanced manner, the reflector 5 can be prevented from tilting. As long as the screws 7 are evenly arranged on the inner wall surface 5g of the reflector 5, the structure is not limited to three but may be provided at four or more locations. Moreover, the screw 7 and the support part 5s are provided in the reflector 5 so that it may become a one-to-one pair.
  • the screw 7 is provided on the outer wall surface of the reflector 5, the support portion 5s is provided on the inner wall surface of the reflector 5, and the screw 7 and the support portion 5s are disposed in the vicinity. By disposing the screw 7 and the support portion 5s in the vicinity, the reflector 5 can be easily supported stably on the wiring board 3.
  • the reflector 5 is sandwiched between the light condensing member 6 and the wiring board 3 on the upper and lower sides, and the side surface is sandwiched between the inner wall surfaces of the housing 2 and positioned without being fixed, thereby relieving thermal stress applied from the surroundings. can do.
  • the reflector 5 can prevent the reflector 5 from being displaced, distorted, or warped with respect to the semiconductor light emitting device 4, and effectively reflects the light emitted by the semiconductor light emitting device 4. Thus, it can be taken out with excellent directivity.
  • the reflector 5 Since the reflector 5 is provided so as to be spaced from the wiring substrate 3 on which the semiconductor light emitting device 4 is mounted, a part of the light emitted from the semiconductor light emitting device 4 becomes heat and the reflector 5 passes through the wiring substrate 3. Can be difficult to communicate. As a result, it is possible to effectively suppress the reflector 5 from being deformed by heat and not being reflected as desired by the light emitted from the semiconductor light emitting device 4.
  • the reflector 5 is provided such that the lower end portion 5a of the light guide hole 5h is spaced from the wiring board 3, so that the heat generated by the light emitting element 4a is not directly transmitted through the semiconductor light emitting device 4. As a result, the reflector 5 is prevented from being displaced, distorted, or warped by heat with respect to the semiconductor light emitting device 4, and effectively reflects the light emitted from the semiconductor light emitting device 4 to have directivity. It can be taken out in an excellent state.
  • the condensing member 6 is annular and is provided on the reflector 5.
  • the condensing member 6 condenses light emitted from the semiconductor light emitting device 4.
  • the condensing member 6 includes an annular annular member 6 a and a lens portion 6 b provided on the annular member 6 a and provided at a position overlapping each of the plurality of semiconductor light emitting devices 4.
  • the annular member 6a and the lens portion 6b may be integrated or separate. When the annular member 6a and the lens portion 6b are separate bodies, the two are connected via a translucent resin adhesive such as an acrylic resin, a silicone resin, or an epoxy resin.
  • the condensing member 6 is made of a material through which light emitted from the semiconductor light emitting device 4 is transmitted, and is made of a light transmissive material such as resin or glass. Then, the light emitted from the semiconductor light emitting device 4 passes through the light collecting member 6 and is extracted outside.
  • the annular member 6a has an outer diameter of, for example, 29.5 mm or more and 299.5 mm or less, and an inner diameter of 23 mm or more and 293 or less.
  • the length of the annular member 6a in the vertical direction is set to, for example, 1 mm or more and 3 mm or less.
  • the lens portion 6b has an outer diameter at the lower end of, for example, 29.5 mm to 299.5 mm and an inner diameter of, for example, 23 mm to 293.
  • the lens portion 6b is set to have a size that protrudes upward from, for example, 3 mm to 30 mm from the upper surface of the annular member 6a.
  • the lens part 6b is set so that an outer diameter may become small as it goes upwards.
  • the upper end of the lens portion 6b of the light collecting member 6 is provided at a position lower than the upper end of the outer wall 2b of the housing 2.
  • the lower end portion 5a of the reflector 5 surrounding the semiconductor light emitting device 4 is provided to be spaced from the upper surface of the wiring board 3, thereby reducing the heat transmitted directly from the semiconductor light emitting device 4 to the reflector 5. It is possible to suppress the temperature of the reflector 5 from rising due to heat and being displaced from the semiconductor light emitting device 4. As a result, the reflector 5 can be made difficult to be thermally deformed by the heat of the semiconductor light emitting device 4, and the lighting device 1 capable of continuing to illuminate a desired irradiation region can be provided.
  • a plate portion 5 s may be provided on the lower surface of the reflector 5 between the plurality of light guide holes.
  • the reflector 5 can be configured such that the plate portion 5 s of the reflector 5 is brought into contact with the upper surface of the wiring board 3 on the wiring board 3 so that the lower end portion of the light guide hole 5 h is spaced from the wiring board 3.
  • a method of manufacturing the lighting device shown in FIG. 1 will be described.
  • a plurality of semiconductor light emitting devices 4 are prepared.
  • the chip mounting substrate 41 and the frame 43 are made of, for example, an aluminum oxide sintered body, an organic binder, a plasticizer, a solvent, or the like is added to and mixed with the aluminum oxide raw material powder to obtain a mixture.
  • the mixture is formed into a sheet-like ceramic green sheet.
  • the frame body 43 is filled with the mixture in the mold and dried, and the chip mounting substrate 41 and the frame body 43 before sintering are taken out. .
  • a high melting point metal powder such as tungsten or molybdenum is prepared, and an organic binder, a plasticizer, a solvent or the like is added to and mixed with the powder to obtain a metal paste. And it prints with a predetermined pattern on the ceramic green sheet used as the chip
  • the frame body 43 is formed by sintering at a desired temperature.
  • the frame body 43 is placed on the substrate via an adhesive such as acrylic resin so as to surround the light emitting element 42. Glue. Then, the sealing member 44 is formed by filling the region surrounded by the frame body 43 with, for example, a silicone resin and curing the silicone resin.
  • the wavelength conversion member 46 is prepared.
  • the wavelength conversion member 46 can be manufactured by mixing a phosphor with an uncured resin and using a sheet forming technique such as a doctor blade method, a die coater method, an extrusion method, a spin coating method, or a dip method.
  • the wavelength conversion member 46 can be obtained by filling an uncured wavelength conversion member 46 into a mold, curing it, and taking it out.
  • the semiconductor light-emitting device 4 can be manufactured by adhere
  • annular wiring board 3 is prepared.
  • the wiring board 3 for example, a printed wiring board can be used.
  • a plurality of semiconductor light emitting devices 4 are electrically mounted on the wiring board 3 via solder.
  • the housing 2 and the reflector 5 are integrally shape
  • the reflector 5 can be made into the reflective surface where light easily reflects the surface of the reflector 5 by performing vapor deposition, for example using aluminum material.
  • the condensing member 6 can be produced, for example, by filling the mold of the condensing member 6 with a glass material and cooling. Then, the wiring board 3 on which the semiconductor light emitting device 4 is mounted is accommodated in the annular groove G of the housing 2, and the reflector 5 is fitted on the wiring board 3. Furthermore, the illuminating device 1 can be manufactured by positioning the light condensing member 6 on the reflector 5 and screwing the light condensing member 6 to the housing 2 using the screws 7.

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Abstract

　照明装置１であって、環状溝Ｇを有する筐体２と、筐体２の環状溝Ｇ内に沿って設けられた環状の配線基板３と、配線基板３上に実装された複数の半導体発光装置４と、環状溝Ｇ内において配線基板３の上方に設けられ、複数の半導体発光装置４のそれぞれを取り囲む複数の導光孔５ｈを有するとともに、導光孔５ｈの下端部分が配線基板３と間をあけて配置された環状のリフレクター５と、環状溝Ｇに沿ってリフレクター５上に設けられた、複数の半導体発光装置４のそれぞれと重なる複数のレンズ部６ｂを有する環状の集光部材６と、を備えている。

Description

照明装置
　本発明は、半導体発光装置を含む照明装置に関するものである。
　近年、発光ダイオード(ＬＥＤ：Light Emitting Diode)等の半導体発光素子を光源とする半導体発光装置を有する照明装置の開発が進められている（例えば、特開平１０－１４９７０５号公報、特開２００５－３３１６２３号公報）。半導体発光装置を有する照明装置は、指向性に関して注目されている。また、この照明装置は、半導体発光装置が発光時に発する熱によって、熱変形することで位置ずれを起こし、所望する照射領域を照らしにくくなる虞がある。
 　本発明は、リフレクターが半導体発光装置の熱によって熱変形しにくくすることで、所望する照射領域を照らし続けることが可能な照明装置を提供することを目的とする。
　本発明の一実施形態に係る照明装置は、環状溝を有する筐体と、前記筐体の前記環状溝内に沿って設けられた環状の配線基板と、前記配線基板上に実装された複数の半導体発光装置を備えている。さらに、照明装置は、前記環状溝内において前記配線基板の上方に設けられ、複数の前記半導体発光装置のそれぞれを取り囲む複数の導光孔を有するとともに、前記導光孔の下端部分が前記配線基板と間をあけて配置された環状のリフレクターを備えている。さらに、照明装置は、前記環状溝に沿って前記リフレクター上に設けられた、複数の前記半導体発光装置のそれぞれと重なる複数のレンズ部を有する環状の集光部材を備えている。
本発明の一実施形態に係る照明装置を斜め上方から斜め下方に見た概観斜視図である。 本発明の一実施形態に係る照明装置を斜め下方から斜め上方に見た概観斜視図である。 本発明の一実施形態に係る筐体を斜め上方から斜め下方に見た概観斜視図である。 本発明の一実施形態に係る照明装置を示しており、図１のＸ－Ｘ’に沿った断面図である。 本発明の一実施形態に係る照明装置を示しており、図４のＡ部分の拡大断面図である。 本発明の一実施形態に係る照明装置を示しており、図４のＢ部分の拡大断面図である。 本発明の一実施形態に係る照明装置のリフレクターを示しており、半導体発光装置の発した光の進行方向を説明する拡大断面図である。 本発明の一実施形態に係る半導体発光装置の内部を示した断面斜視図である。 本発明の一実施形態に係る半導体発光装置を示しており、図８のＹ－Ｙ’に沿った断面図である。 本発明の一実施形態に係るリフレクターを斜め上方から斜め下方に見た概観斜視図である。 本発明の一実施形態に係るリフレクターを斜め下方から斜め上方に見た概観斜視図である。 本発明の一実施形態に係るリフレクターを上方から下方に見た平面図である。 本発明の一実施形態に係る筐体を上方から下方に見た透過平面図である。 一変形例に係るリフレクターを斜め下方から斜め上方に見た概観斜視図である。
　以下に、添付図面を参照して、本発明に係る照明装置の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されないものである。
　　＜照明装置の構成＞
　照明装置１は、天井または壁等の室内または屋外に固定するか、例えば、顕微鏡や懐中電灯持ち運び可能な装置に用いるものである。そして、照明装置１から発せられる光は、所望する照射領域を照らすことができる。
　照明装置１は、環状溝Ｇを有する筐体２と、筐体２の環状溝Ｇ内に沿って設けられた環状の配線基板３と、配線基板３上に実装された複数の半導体発光装置４を備えている。さらに、照明装置１は、環状溝Ｇ内において配線基板３の上方に設けられ、複数の半導体発光装置４のそれぞれを取り囲む複数の導光孔５ｈを有するとともに、導光孔５ｈの下端部分が配線基板３と間をあけて配置された環状のリフレクター５を備えている。さらに、照明装置１は、環状溝Ｇに沿ってリフレクター５上に設けられた、複数の半導体発光装置４のそれぞれと重なる複数のレンズ部６ｂを有する環状の集光部材６を備えている。
　筐体２は、内部に実装する部材を保護するものであって、部材同士を位置決めするものである。また、筐体２は、半導体発光装置４を保持するとともに、半導体発光装置４の発する熱を外部に放散させる機能を有している。筐体２は、図１または図３に示すように、環状溝Ｇが設けられている。筐体２は、平面視して中央部分に貫通孔を有する環状に形成されている。そして、環状溝Ｇ内には、配線基板３、半導体発光装置４、リフレクター５および集光部材６が設けられる。
　筐体２の下部には、図２に示すように、環状の固定部材２ａが設けられている。固定部材２ａは、外部の部材と接続するときに用いるものであって、例えば、固定部材２ａと外部の部材とを螺子止めして接続することができる。そして、筐体２の貫通孔に外部の部材を通して、固定部材２ａと外部の部材とを接続するように用いることができる。なお、固定部材２ａは、筐体２と一体であっても別体であってもよい。固定部材２ａが筐体２と別体である場合は、固定部材２ａは螺子止めによって固定された連結部材を介して筐体２と接続される。
　筐体２は、例えばアルミニウム、銅またはステンレス等の金属、プラスチックまたは樹脂等からなる。筐体２は、外径が例えば３０ｍｍ以上３００ｍｍ以下であって、内径が例えば２３ｍｍ以上２９３ｍｍ以下に設定されている。また、筐体２の外壁面の上下方向の長さは、例えば５ｍｍ以上５０ｍｍ以下であって、筐体２の内壁面の上下方向の長さは、例えば３ｍｍ以上４８ｍｍ以下に設定されている。そして、筐体２の外壁面が筐体２の内壁面よりも長く設定されており、筐体２の外壁面が筐体２の内壁面よりも上方に突出している。なお、筐体２の外壁面とは、筐体２の外壁２ｂの外側に位置する面をいう。また、筐体２の内壁面とは、筐体２の内壁２ｃの内側に位置する面をいう。さらに、ここでいう筐体２の外壁面の上下方向の長さとは、筐体２の環状溝Ｇの底面を基準として、該底面からの長さをいう。同様に、筐体２の内壁面の上下方向の長さとは、筐体２の環状溝Ｇの底面を基準として、該底面からの長さをいう。
　筐体２の環状溝Ｇの底面には、図１３に示すように、一対の凹部ｐ１、ｐ２が設けられてもよい。一対の凹部ｐ１、ｐ２は、それぞれ同心円状に配置されている。そして、その間に環状の配線基板３が設けられる。配線基板３の外周側に設けられる凹部ｐ１は、外径が例えば２９ｍｍ以上２９９ｍｍ以下であって、内径が例えば２８ｍｍ以上２９８ｍｍ以下に設定されており、外径と内径の間の長さが例えば０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下に設定されている。また、配線基板３の内周側に設けられる凹部ｐ２は、外径が例えば２６ｍｍ以上２９５ｍｍ以下であって、内径が例えば２５ｍｍ以上２９４ｍｍ以下に設定されており、外径と内径の間の長さが例えば０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下に設定されている。
　また、凹部ｐ１は、筐体２の平らな底面からの深さが、例えば０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下に設定されている。また、凹部ｐ２は、筐体２の平らな底面からの深さが、例えば０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下に設定されている。
　配線基板３および半導体発光装置４の発した熱の伝熱しやすい方向が、凹部ｐ１、ｐ２によって調整することができる。そして、熱の影響を低減させたい筐体２の部位が高温になるのを抑制することができる。例えば、凹部ｐ１の深さを大きくし、凹部ｐ２の深さを浅くすることで、筐体２の外壁２ｂに熱が伝わりにくくすることができる。その結果、筐体２の外側面の周囲に位置する外部の部材に熱を伝わりにくくすることができ、筐体２の周囲に位置する部材が熱によって、変色したり熱変形したりして劣化するのを抑えることができる。
　また、凹部ｐ２は、平面視して固定部材２ａと重なる位置に形成されてもよい。これにより、半導体発光装置４からの熱は、筐体２の内壁２ｃに伝わり難くなるとともに、固定部材２ａに伝わり易くすることができる。結果、半導体発光装置４からの熱は、固定部材２ａによって大気中に放熱されつつ筐体２の内壁２ｃには伝わり難くなる。そして、リフレクター５、集光部材６が熱によって変形したり、リフレクター５の反射率、集光部材６の透過率が、低下するのを抑制することができる。
　筐体２の固定部材２ａは、例えば、アルミニウム、銅またはステンレス等の金属材料からなる。固定部材２ａは、外径が例えば２８ｍｍ以上２９８ｍｍ以下であって、内径が例えば２３ｍｍ以上２９３ｍｍ以下に設定されている。また、固定部材２ａの上下方向の長さは、例えば５ｍｍ以上５０ｍｍ以下に設定されている。
　配線基板３は、筐体２の環状溝Ｇ内に沿って設けられる。配線基板３は、環状であって、複数の半導体発光装置４が実装される。配線基板３は、絶縁性の基板であって、例えば酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウムまたは酸化イットリウム等のセラミック材料からなる。なお、配線基板３は、外径が例えば２９．５ｍｍ以上２９９．５ｍｍ以下であって、内径が例えば２４ｍｍ以上２９４ｍｍ以下に設定されている。配線基板３の上下方向の長さは、例えば０．２ｍｍ以上２ｍｍ以下に設定されている。
　また、配線基板３は、例えば樹脂からなるプリント配線基板等の樹脂基板、あるいはガラス基板、あるいはアルミ基板等の金属板を用いることができる。なお、配線基板３には、筐体２に固定するための螺子孔が設けられている。そして、配線基板３と筐体２とを螺子等を介して固定することができる。
　配線基板３は、配線基板３の内外を電気的に導通する配線導体が形成されている。配線導体は、タングステン、モリブデン、マンガンまたは銅等の導電材料からなる。配線導体は、例えば、タングステン等の粉末に有機溶剤を添加して得た金属ペーストを、配線基板３となるセラミックグリーンシートに所定パターンで印刷し、複数のセラミックグリーンシートを積層して一体焼成することにより得られる。なお、配線基板３の内外に露出する配線導体の表面には、酸化防止のためにニッケルまたは金等の鍍金層が形成されている。
　また、配線基板３の内周側面は、凹部ｐ２の縁と重なっていることで、配線基板３と凹部ｐ２との距離を短くし、配線基板３の熱を効果的に下方の固定部材２ａに向かって熱引きしつつ、筐体２の内壁２ｃに伝わり難くすることができる。さらに、配線基板３の外周側面が、凹部ｐ１よりも内側に位置することで、配線基板３と凹部ｐ１との距離を長くし、配線基板３の熱を凹部ｐ１側に伝わりにくくすることができ、筐体２の外側の側面が高温になるのを抑制することができる。
　半導体発光装置４は、配線基板３上に実装される。半導体発光装置４は、チップ実装基板４１と、チップ実装基板４１上に設けられる発光素子４２と、発光素子４２を取り囲む枠体４３と、枠体４３で囲まれる領域に設けられる封止部材４４と、枠体４３によって支持され、接着部材４５を介して枠体４３に接続される波長変換部材４６とを備えている。
　発光素子４２は、例えば発光ダイオードであって、発光素子４２内のｐｎ接合中の電子と正孔とが再結合することによって、光が放出される。
　チップ実装基板４１は、配線基板３上に設けられる。配線基板３とチップ実装基板４１とは、例えば半田または導電性接着剤を介して電気的に導通されるように接合される。チップ実装基板４１は、例えば酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化イットリウムまたはガラスセラミック等のセラミック材料、あるいはこれらの材料のうち複数の材料を混合した複合系材料から構成することができる。また、チップ実装基板４１は、金属酸化物微粒子を分散させた高分子樹脂を用いることができる。
　チップ実装基板４１の表面が拡散面である場合は、発光素子４２から発せられる光が、チップ実装基板４１の表面に照射されて拡散反射される。そして、発光素子４２が発する光を拡散反射によって多方向に放射し、発光素子４２から発せられる光が特定箇所に集中するのを抑制することができる。
　ここで、チップ実装基板４１には、配線導体が設けられており、配線導体を介して配線基板３に電気的に接続されている。配線導体は、例えばタングステン、モリブデン、マンガンまたは銅等の導電材料からなる。配線導体は、例えばタングステン等の粉末に有機溶剤を添加して得た金属ペーストを、チップ実装基板４１に所定パターンで印刷することにより得られる。
　発光素子４２は、チップ実装基板４１上に実装される。発光素子４２は、チップ実装基板４１上に形成される配線導体上に、例えば半田または導電性接着剤等の接着材料、あるいはボンディングワイヤ等を介して電気的に接続される。
　発光素子４２は、例えばサファイア、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、シリコンカーバイド、シリコンまたは二ホウ化ジルコニウム等の基体に、有機金属気相成長法または分子線エピタキシャル成長法等の化学気相成長法を用いて、半導体層を成長させることによって作製される。なお、発光素子４２の厚みは、例えば３０μｍ以上１０００μｍ以下である。
　発光素子４２は、第１半導体層と、第１半導体層上に形成される発光層と、発光層上に形成される第２半導体層とから構成されている。第１半導体層、発光層および第２半導体層は、例えばIII族窒化物半導体、ガリウム燐またはガリウムヒ素等のIII－Ｖ族半導体、あるいは窒化ガリウム、窒化アルミニウムまたは窒化インジウム等のIII族窒化物半導体等を用いることができる。なお、第１半導体層の厚みは、例えば１μｍ以上５μｍ以下である。発光層の厚みは、例えば２５ｎｍ以上１５０ｎｍ以下である。第２半導体層の厚みは、例えば５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下である。また、このように構成された発光素子４２では、例えば３７０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下の波長範囲の励起光を発することができる。
　チップ実装基板４１上には、発光素子４２を取り囲むように枠状の枠体４３が設けられている。枠体４３は、チップ実装基板４１上に例えば半田または接着剤を介して接続される。枠体４３は、セラミック材料であって、例えば酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウムまたは酸化イットリウム等の多孔質材料からなる。枠体４３は、多孔質材料からなり、枠体４３は微細な孔が多数形成される。
　枠体４３は、発光素子４２と間を空けて、発光素子４２の周りを取り囲むように形成されている。また、枠体４３は、内壁面が下端から上端に行くに従って広がるように形成されている。そして、枠体４３の内壁面が、発光素子４２から発せられる励起光の反射面として機能する。また、枠体４３の内壁面が拡散面である場合には、発光素子４２から発せられる光が、枠体４３の内壁面にて拡散反射する。そして、発光素子４２から発せられる光は、特定箇所に集中しにくく、上方に向かって進行させやすくすることができる。
　また、枠体４３の傾斜する内壁面は、例えばタングステン、モリブデン、銅または銀等の金属層と、金属層を被覆するニッケルまたは金等から成る鍍金金属層を形成してもよい。この鍍金金属層は、発光素子４２の発する光を反射させる機能を有する。なお、枠体４３の内壁面の傾斜角度は、チップ実装基板４１の上面に対して例えば５５度以上７０度以下の角度に設定されている。
　枠体４３で囲まれる領域には、封止部材４４が充填されている。封止部材４４は、発光素子４２を封止するとともに、発光素子４２から発せられる光が透過する機能を備えている。封止部材４４は、枠体４３の内方に発光素子４２を収容した状態で、枠体４３で囲まれる領域であって、例えばシリコーン樹脂、アクリル樹脂またはエポキシ樹脂等の透光性の絶縁樹脂、あるいは透光性の絶縁ガラスを用いることができる。
　波長変換部材４６は、枠体４３に支持されるとともに、発光素子４２と間を空けて設けられる。また、波長変換部材４６は、発光素子４２を封止する封止部材４４と空隙を介して枠体４３に設けられる。
　波長変換部材４６は、接着部材４５を介して枠体４３に接合されている。接着部材４５は、波長変換部材４６の下面の端部から波長変換部材４６の側面、波長変換部材４６の上面の端部にかけて被着している。
　接着部材４５は、例えばポリイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シアネート樹脂、シリコーン樹脂またはビスマレイミドトリアジン樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることができる。また、接着部材４５は、例えばポリエーテルケトン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂またはポリフェニレンエーテル樹脂等の熱可塑性樹脂を用いることができる。
　接着部材４５は、枠体４３の熱膨張率と波長変換部材４６の熱膨張率との間の値の熱膨張率の材料を用いることができる。接着部材４５の材料としてこのような材料を選択することで、枠体４３と波長変換部材４６とが熱膨張するときに、両者の熱膨張率の差に起因して両者が剥離しようとするのを抑制することができ、両者を良好に繋ぎ止めることができる。
　接着部材４５が、波長変換部材４６の下面の端部にまで被着することで、接着部材４５が被着する面積を大きくし、枠体４３と波長変換部材４６とを強固に接続することができる。その結果、枠体４３と波長変換部材４６の接続強度を向上させることができ、波長変換部材４６の撓みが抑制される。そして、発光素子４２と波長変換部材４６との間の光学距離が変動するのを効果的に抑制することができる。
　波長変換部材４６は、発光素子４２から発せられる励起光が内部に入射して、内部に含有される蛍光体が励起されて、光を発するものである。ここで、波長変換部材４６は、例えばシリコーン樹脂、アクリル樹脂またはエポキシ樹脂等の透光性樹脂、あるいは透光性ガラスから成り、その透光性樹脂中もしくは透光性ガラス中に、例えば４３０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の蛍光を発する青色蛍光体、例えば５００ｎｍ以上５６０ｎｍ以下の蛍光を発する緑色蛍光体、例えば５４０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の蛍光を発する黄色蛍光体、例えば５９０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の蛍光を発する赤色蛍光体が含有されている。なお、蛍光体は、波長変換部材４６中に均一に分散するように含有されている。なお、波長変換部材４６の厚みは、例えば０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下に設定されている。
　また、波長変換部材４６の端部の厚みは一定に設定されている。波長変換部材４６の厚みは、例えば０．３ｍｍ以上３ｍｍ以下に設定されている。ここで、厚みが一定とは、波長変換部材４６の厚みの誤差が０．１ｍｍ以下のものを含む。波長変換部材４６の厚みを一定にすることにより、波長変換部材４６にて励起される光の量を一様になるように調整することができ、波長変換部材４６における輝度むらを抑制することができる。
　半導体発光装置４は、環状溝Ｇ内であって、筐体２の外壁２ｂと内壁２ｃとの間に設けられている。そして、外壁２ｂが内壁２ｃよりも上端の位置が高く設定されているため、半導体発光装置４の発した光は、筐体２の外壁２ｂと内壁２ｃにて反射されて、筐体２の内側に向かって光を集めることができる。また、筐体２の外壁２ｂの表面積が、筐体２の内壁２ｃに比べて広くなることから、半導体発光装置４からの熱は照明装置１の外側に露出される筐体２の外壁２ｂから大気中に放熱される。その結果、筐体２の貫通孔と重なる領域に集光することができ、筐体２の貫通孔と重なる領域に配置する対象物を明るく照らし出すことができるとともに、半導体発光装置４の温度上昇が抑制される。
　次に、半導体発光装置４上に設けられるリフレクター５について説明する。リフレクター５は、筐体２の環状溝Ｇ内に設けられ、環状に形成されている。リフレクター５は、半導体発光装置４が発する光を反射するものであって、例えばアルミ二ウム、銅またはステンレス等の金属材料、あるいは酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウムまたは酸化イットリウム等のセラミック材料から構成されている。なお、リフレクター５は、金型によって成型されたポリカーボネート樹脂から成るリフレクター５の内壁面に、アルミニウムを蒸着することによって構成されてもよい。
　リフレクター５は、外径が例えば２９．５ｍｍ以上２９９．５ｍｍ以下であって、内径が例えば２４ｍｍ以上２９４ｍｍ以下に設定されている。リフレクター５の上下方向の長さは、例えば３ｍｍ以上３０ｍｍ以下に設定されている。また、リフレクター５は、各半導体発光装置４を取り囲む態様で配置されている。なお、リフレクター５の熱伝導率は、例えば１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上５００Ｗ／ｍ・Ｋ以下で設定されている。
　リフレクター５は、環状の部材に上下方向に貫通する複数の導光孔５ｈと、内壁面の一部に螺子７と当接する内周溝５ｇと、外壁面の一部に下方に突出した支持部５ｓが設けられている。また、内周溝５ｇの下部には、下方に向かって突出した突出部５ｇａが設けられている。突出部５ｇａは、リフレクター５の下面から下方に向かって突出した長さが、例えば０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下に設定されている。また、支持部５ｓは、リフレクター５の下面から下方に向かって突出した長さが、例えば０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下に設定されている。支持部５ｓは、リフレクター５の外周に沿った長さが、例えば１．５ｍｍ以上５０ｍｍ以下に設定されている。支持部５ｓは、リフレクター５の外周から内周に向かった長さが、例えば０．５ｍｍ以上２０ｍｍ以下に設定されている。そして、突出部５ｇａと支持部５ｓの下方に向かって突出した長さが同じになる大きさに設定されている。リフレクター５の支持部５ｓが、配線基板３に当接することで、リフレクター５の導光孔５ｈの下端部分が配線基板３と間をあけて配置される。なお、リフレクター５の導光孔５ｈの下端部分と配線基板３との間は、例えば０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下に設定されている。
　リフレクター５は、配線基板３および半導体発光装置４上に設けられる。リフレクター５は、複数の導光孔５ｈのそれぞれが、複数の半導体発光装置４のそれぞれに対応して配置されている。各半導体発光装置４から発せられた光は、その上方に位置するリフレクターの導光孔５ｈを通って集光部材６に集められる。
　導光孔５ｈは、図１２に示すように、上端の横断面および下端の横断面が円状であって、平面視したときに、上端の横断面における円の中心と、下端の横断面における円の中心とがずれて設定されている。そして、下端の横断面における円の中心は、上端の横断面における円の中心からリフレクター５の外壁面の方向にずれて設定されている。そして、下端の横断面における円の中心と半導体発光装置４の中心とを重なるように配置することで、導光孔５ｈの内方にて反射された光は、筐体２の貫通孔と重なる領域に向かって集めやすくすることができ、光を照明装置１の中心に効果的に集めることができる。なお、導光孔５ｈの上端における円の直径は、例えば５ｍｍ以上３２ｍｍ以下であって、導光孔５ｈの下端における円の直径は、例えば４ｍｍ以上３１ｍｍ以下に設定されている。
　リフレクター５の導光孔５ｈは、半導体発光装置４から導光孔５ｈの出射口に向かうにつれて広がって形成されている。導光孔５ｈの内周面で囲まれる領域が、導光孔５ｈの出射口に向かうにつれて大きくなることで、リフレクター５によって半導体発光装置４の発する光を遮りにくくすることができ、半導体発光装置４の発する光の照射面積を広くすることができる。つまり、導光孔５ｈは、導光孔５ｈの内周面で囲まれる横断面の領域は、下部から上部に向かって広がるように形成されている。そして、導光孔５ｈの下方に位置する半導体発光装置４が発する光を、導光孔５ｈを通して、導光孔５ｈの内壁面にて反射させて、上方に向かって指向性よく取り出すことができる。
　半導体発光装置４の中心は、導光孔５ｈの上部の中心よりも導光孔５ｈの下部の中心に近くなるように設定されている。半導体発光装置４を導光孔５ｈの下部の中心位置に合わせるようにすることで、半導体発光装置４の発した光の多くを導光孔５ｈの下部から一様に導光孔５ｈに通すことができる。
　また、図４および図５に示すように、配線基板３の内周側面が筐体２の内壁２ｃに近接し、配線基板３の外周側面が筐体２の外壁２ｂに近接して形成されている。そして、リフレクター５が外壁２ｂと内壁２ｃに当接するように配置されている。導光孔５ｈの下端の横断面における円の中心は、上端の横断面における円の中心から外壁２ｂの方向にずれて設定される場合には、半導体発光装置４は配線基板３の中央部より外側に配置される。半導体発光装置４からの熱は、表面積が筐体２の内壁２ｃに比べて大きい、照明装置１の外側に露出する筐体２の外壁２ｂから大気中に放熱されやすく、半導体発光装置４の温度上昇が抑制される。
　内周溝５ｇは、螺子７を集光部材６の平板部分を介して筐体２と固定したときに、螺子７の側面と当接するように設けられている。このとき、集光部材６の下面がリフレクター５の上面と当接した状態で、配線基板３上に固定される。また、リフレクター５の半導体発光装置４を取り囲む下端部分５ａは、配線基板３の上面と間をあけて配置されているが、導光孔５ｈ同士の間に位置するリフレクター５の一部に設けられた支持部５ｓは、配線基板３の上面と当接して設けられる。そして、リフレクター５は、支持部５ｓに支持されるとともに、螺子７の側面によって内壁面５ｇが当接されて、筐体２または配線基板３に対して位置決めされる。なお、螺子７の熱伝導率は、例えば１６Ｗ／ｍ・Ｋ以上２１Ｗ／ｍ・Ｋ以下に設定されている。そして、螺子７の熱伝導率は、リフレクター５の熱伝導率よりも大きく設定するのがよい。リフレクター５をポリカーボネートで構成し、螺子７をステンレスで構成した場合は、半導体発光装置４から配線基板３に伝わった熱は、リフレクター５の支持部５ｓよりも螺子７に熱が伝わりやすく、螺子７から集光部材６に伝熱して、集光部材６から外部に向かって放熱しやすくすることができ、リフレクター５が熱変形するのを抑制することができる。
　螺子７は、図１２に示すように、リフレクター５の内壁面５ｇの三箇所に、リフレクター５の重みを均等に支えるように設けられる。螺子７は、リフレクター５の内壁面５ｇにバランスよく配置されることで、リフレクター５が傾いたりするのを抑制することができる。なお、螺子７は、リフレクター５の内壁面５ｇに均等に配置されるのであれば、三箇所に限らず、四箇所以上に設けられる構造であってもよい。また、螺子７と支持部５ｓとは、一対一のペアになるようにリフレクター５に設けられる。螺子７がリフレクター５の外壁面に設けられ、支持部５ｓがリフレクター５の内壁面に設けられ、螺子７と支持部５ｓが近傍に配置される。螺子７と支持部５ｓが近傍に配置されることで、リフレクター５を配線基板３上に安定して支持しやすくすることができる。
　リフレクター５は、上下が集光部材６と配線基板３で挟まれて、側面が筐体２の内壁面にて挟まれて、固着されずに位置決めされることで、周囲から加わる熱応力を緩和することができる。その結果、リフレクター５は、半導体発光装置４に対して、リフレクター５が位置ずれしたり、歪んだり、反ったりするのを抑制することができ、半導体発光装置４が発する光を効果的に反射して、指向性が優れた状態で外部に取り出すことができる。
　リフレクター５は、半導体発光装置４が実装されている配線基板３と間を空けて設けられているため、半導体発光装置４から発する光の一部が熱になって配線基板３を介してリフレクター５に伝わりにくくすることができる。その結果、リフレクター５が熱によって変形して、半導体発光装置４から放射される光が所望するように反射されなくなるのを効果的に抑制することができる。
　リフレクター５は、導光孔５ｈの下端部分５ａが配線基板３と間を空けて設けられることによって、発光素子４ａが発する熱が直接的に半導体発光装置４を介して伝達されない。その結果、リフレクター５は、半導体発光装置４に対して熱によって位置がずれたり、歪んだり、反ったりすることが抑制されて、半導体発光装置４が発する光を効果的に反射して指向性が優れた状態で外部に取り出すことができる。
　集光部材６は、環状であって、リフレクター５上に設けられる。集光部材６は、半導体発光装置４の発する光を集光するものである。集光部材６は、環状の環状部材６ａと、環状部材６ａ上に設けられ、複数の半導体発光装置４のそれぞれと重なる位置に設けられるレンズ部６ｂとを有している。環状部材６ａとレンズ部６ｂとは、一体であっても別体であってもよい。環状部材６ａとレンズ部６ｂが別体である場合は、両者はアクリル樹脂やシリコーン樹脂、エポキシ樹脂等の透光性の樹脂接着材を介して接続される。
　集光部材６は、半導体発光装置４から発せられる光が透過する材料からなり、例えば樹脂またはガラス等の光透過性材料から構成されている。そして、半導体発光装置４の発する光が、集光部材６を通過して外部に取り出される。なお、環状部材６ａは、外径が例えば２９．５ｍｍ以上２９９．５ｍｍ以下であって、内径が例えば２３ｍｍ以上２９３以下に設定されている。環状部材６ａの上下方向の長さは、例えば１ｍｍ以上３ｍｍ以下に設定されている。また、レンズ部６ｂは、下端の外径が例えば２９．５ｍｍ以上２９９．５ｍｍ以下であって、内径が例えば２３ｍｍ以上２９３以下に設定されている。レンズ部６ｂは、環状部材６ａの上面から上方に向かって、例えば３ｍｍ以上３０ｍｍ以下突出した大きさに設定されている。そして、レンズ部６ｂは、上方に向かうにしたがって外径が小さくなるように設定されている。
　また、集光部材６のレンズ部６ｂの上端が、筐体２の外壁２ｂの上端よりも低い位置となるように設けられている。筐体２の外壁２ｂの上端よりも低い位置となるようにレンズ部６ｂを筐体２の環状溝Ｇ内に設けることで、レンズ部６ｂを筐体２によって保護して、レンズ部６ｂが外部の部材と触れる機会を低減することができ、レンズ部６ｂが破壊されたり、キズが付けられる虞を少なくすることができる。
　本実施形態によれば、半導体発光装置４を取り囲むリフレクター５の下端部分５ａが配線基板３の上面と間をあけて設けられることで、半導体発光装置４から直接的にリフレクター５に伝わる熱を低減することができ、リフレクター５が熱によって温度が上昇し、半導体発光装置４から位置ずれするのを抑制することができる。その結果、リフレクター５が半導体発光装置４の熱によって熱変形しにくくすることができ、所望する照射領域を照らし続けることが可能な照明装置１を提供することができる。
　なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。なお、リフレクター５の下面には、図１４に示すように、複数の導光孔同士の間に板部５ｓを設けてもよい。リフレクター５は、配線基板３上に、リフレクター５の板部５ｓを配線基板３の上面に当接させて、導光孔５ｈの下端部分が配線基板３と間をあけるようにすることができる。
　　＜照明装置の製造方法＞
　ここで、図１に示す照明装置の製造方法を説明する。まず、複数の半導体発光装置４を準備する。チップ実装基板４１および枠体４３が、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合には、酸化アルミニウムの原料粉末に、有機バインダー、可塑剤または溶剤等を添加混合して混合物を得る。
　チップ実装基板４１は、混合物がシート状のセラミックグリーンシートに成形され、枠体４３は、型枠内に混合物が充填されて乾燥され、焼結前のチップ実装基板４１および枠体４３が取り出される。
　また、タングステンまたはモリブデン等の高融点金属粉末を準備し、この粉末に有機バインダー、可塑剤または溶剤等を添加混合して金属ペーストを得る。そして、取り出したチップ実装基板４１となるセラミックグリーンシートに所定パターンで印刷し、複数のセラミックグリーンシートを積層するとともに焼成され、所定の形状に切断される。また、枠体４３は、所望の温度で焼結されることによって形成される。
　次に、チップ実装基板４１上の配線パターンに発光素子４２を半田を介して電気的に実装した後、発光素子４２を取り囲むように枠体４３を基板上にアクリル樹脂等の接着剤を介して接着する。そして、枠体４３で囲まれた領域に、例えばシリコーン樹脂を充填して、このシリコーン樹脂を硬化させることで、封止部材４４を形成する。
　次に、波長変換部材４６を準備する。波長変換部材４６は、未硬化の樹脂に蛍光体を混合して、例えばドクターブレード法、ダイコーター法、押し出し法、スピンコート法またはディップ法等のシート成形技術を用いて、作製することができる。例えば、波長変換部材４６は、未硬化の波長変換部材４６を型枠に充填し、硬化して取り出すことによって、得ることができる。
　そして、準備した波長変換部材４６を枠体４３上に、例えば樹脂からなる接着部材４５を介して接着することで、半導体発光装置４を作製することができる。
　さらに、環状の配線基板３を準備する。配線基板３は、例えばプリント配線基板を用いることができる。そして、配線基板３に複数の半導体発光装４を半田を介して電気的に実装する。
　次に、筐体２、リフレクター５および集光部材６を準備する。筐体２およびリフレクター５は、例えば、押出成形法によって一体に成形されている。しかしながら、必ずしも一体成形で形成する必要はなく、各部材を別個に製造して、これらを螺子等の締結手段で締結してもよく、また、各部材を接着剤で接着して一体化させてもよい。なお、リフレクター５には、例えばアルミニウム材料を用いて蒸着を行うことで、リフレクター５の表面を光が反射しやすい反射面にすることができる。
　集光部材６は、例えば、集光部材６の型枠にガラス材料を充填し、冷却することで作製することができる。そして、半導体発光装置４を実装した配線基板３を筐体２の環状溝Ｇ内に収容し、その配線基板３上にリフレクター５をはめ込む。さらに、リフレクター５上に集光部材６を位置決めし、螺子７を用いて集光部材６を筐体２に螺子止めすることで、照明装置１を作製することができる。

























 
 

Claims (6)

  1. 　環状溝を有する筐体と、
    前記筐体の前記環状溝内に沿って設けられた環状の配線基板と、
    前記配線基板上に実装された複数の半導体発光装置と、
    前記環状溝内において前記配線基板の上方に設けられ、複数の前記半導体発光装置のそれぞれを取り囲む複数の導光孔を有するとともに、前記導光孔の下端部分が前記配線基板と間をあけて配置された環状のリフレクターと、
    前記環状溝に沿って前記リフレクター上に設けられた、複数の前記半導体発光装置のそれぞれと重なる複数のレンズ部を有する環状の集光部材と
    を備えたことを特徴とする照明装置。
  2. 　請求項１に記載の照明装置であって、
    前記リフレクターは、複数の前記半導体発光装置の間において前記配線基板の上面に当接する支持部が設けられていることを特徴とする照明装置。
  3. 　請求項１または請求項２に記載の照明装置であって、
    前記リフレクターの内周面には、上下にわたって内周溝が設けられており、
    前記集光部材が前記筐体に対して螺子止めされているとともに、前記螺子の軸の側面が前記内周溝に当接していることを特徴とする照明装置。
  4. 　請求項３に記載の照明装置であって、
    前記螺子の熱伝導率が、前記リフレクターの熱伝導率よりも大きいことを特徴とする照明装置。
  5. 　請求項１に記載の照明装置であって、
    前記環状溝の底面には、前記配線基板の内周側および前記配線基板の外周側にそれぞれ凹部が設けられており、前記配線基板の外周側の凹部は、前記配線基板の内周側の凹部よりも深いことを特徴とする照明装置。
  6. 　請求項５に記載の照明装置であって、
    前記配線基板の内周側面は、前記配線基板の内周側の凹部の縁と重なっていることを特徴とする照明装置。
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