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発明の名称 発光装置および照明器具
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−80527(P2007−80527A)
公開日 平成19年3月29日(2007.3.29)
出願番号 特願2005−262925(P2005−262925)
出願日 平成17年9月9日(2005.9.9)
代理人 【識別番号】100087767
【弁理士】
【氏名又は名称】西川 惠清
発明者 鎌田 策雄 / 山崎 茂章
要約 課題
発光面積の大きさを発光素子の発光面積によって制限されることなく設定することができ、発光素子そのものよりも発光面積を小さくすることができる発光装置および照明器具を提供する。

解決手段
ハウジング7は、内周面の一部が外向きに凸となる球面の一部を成しており、この球面の一部の先端部を除いた内周面の全面に、発光素子2から出力された光を全て反射する反射面10が形成されるとともに、内周面において前記球面の一部の先端部に入射した光を外部に出射させる出射窓11が形成されている。出射窓11は、発光素子2から出力された光のうちの少なくとも一部の光の光色を変換する光色変換部材で形成されており、出射窓11からは発光素子2から出力された光とは光色の異なる光が出射される。
特許請求の範囲
【請求項1】
所定の光色に発光する発光素子と、発光素子から出力された光のうちの少なくとも一部の光の光色を変換する光色変換部材とを備え、発光素子から出力された光とは異なる光色に発光する発光装置であって、発光素子を包囲する形で中空のハウジングが設けられ、ハウジングは、内周面の一部が外向きに凸となる球面の一部を成しており、当該球面の一部の先端部を除く内周面の全面に少なくとも発光素子から出力された光と同じ光色の光を全て反射する反射面が形成されるとともに、内周面において前記球面の一部の先端部に入射した光を外部に出射させる出射窓を有し、出射窓が光色変換部材で形成されていることを特徴とする発光装置。
【請求項2】
前記ハウジングは、内部空間が球状に形成されていることを特徴とする請求項1記載の発光装置。
【請求項3】
前記ハウジングは、内部空間が半球状に形成されていることを特徴とする請求項1記載の発光装置。
【請求項4】
請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の発光装置を光源として用いることを特徴とする照明器具。
【請求項5】
前記発光装置の前方に投光レンズを有することを特徴とする請求項4記載の照明器具。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、発光素子と、発光素子から出力された光のうちの少なくとも一部の光の光色を変換する光色変換部材とを備え、発光素子から出力された光とは異なる光色に発光する発光装置および照明器具に関するものである。
【背景技術】
【0002】
この種の発光装置としては、たとえば、青色に発光するLED(発光ダイオード)チップを発光素子に用いるとともに、青色光の一部を光色変換部材で黄色光に変換し、発光素子からの青色光と光色変換部材からの黄色光とを混色することにより白色光を得られるようにしたものが知られている(たとえば特許文献1参照)。
【0003】
特許文献1に記載の発明では、発光素子からの光の一部を吸収することにより励起され黄色に発光する蛍光体を透光性の合成樹脂中に分散させた光色変換部材を用い、図4に示すように、基板15に設けた凹部16の底面に発光素子2を搭載した状態で凹部16内に光色変換部材14を充填した構成を有している。これにより、光色変換部材14の表面(図4の上面)の全面から光が出射されることになる。
【特許文献1】特開2004−153109号公報(第3−4頁、図1)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、上述した発光装置1’では、光色変換部材14の表面の全面が発光するので、発光素子2そのものに比べて発光面積が大きくなってしまう。すなわち、発光装置1’の発光面積の大きさは発光素子2における発光面積によって制限されており、発光装置1’において発光素子2そのものよりも小さい発光面積を実現することはできない。
【0005】
一方、図5に示すように、この種の発光装置1’の前方(図5の右方)に発光装置1’からの光を受ける投光レンズ13を発光装置1’に近接して設けることにより、発光装置1’を光源とした投光照明用の照明器具を構成することが考えられる。しかし、光源から出射された全ての光を投光レンズ13で受けるためには、少なくとも光源の発光面よりも面積の大きい入射面を有した投光レンズ13を用いる必要があり、光源の発光面積が大きくなるほど投光レンズ13として大型のものが必要になるので、上述した発光装置1’を光源として用いる場合には、発光素子2を単独で光源として用いる場合に比べて大型の投光レンズ13が必要になり、結果的に、照明器具の大型化や投光レンズ13の高コスト化につながる。
【0006】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであって、発光面積の大きさを発光素子の発光面積によって制限されることなく設定することができ、発光素子そのものよりも発光面積を小さくすることができる発光装置および照明器具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
請求項1の発明では、所定の光色に発光する発光素子と、発光素子から出力された光のうちの少なくとも一部の光の光色を変換する光色変換部材とを備え、発光素子から出力された光とは異なる光色に発光する発光装置であって、発光素子を包囲する形で中空のハウジングが設けられ、ハウジングは、内周面の一部が外向きに凸となる球面の一部を成しており、当該球面の一部の先端部を除く内周面の全面に少なくとも発光素子から出力された光と同じ光色の光を全て反射する反射面が形成されるとともに、内周面において前記球面の一部の先端部に入射した光を外部に出射させる出射窓を有し、出射窓が光色変換部材で形成されていることを特徴とする。
【0008】
この構成によれば、発光素子から出力された光のうち、一部の光は出射窓からハウジングの外部に出射され、その他の光は反射面で反射された後に出射窓からハウジングの外部に出射されることになる。すなわち、発光装置全体としては、ハウジングにおける出射窓のみが発光することになり出射窓の大きさによって発光面積が決まるので、発光面積の大きさを発光素子の発光面積に制限されることなく設定することができ、出射窓を小さくすることによって発光素子そのものと同等あるいはそれ以下の発光面積を実現することも可能である。しかも、ハウジングの内周面における出射窓の周囲は球面の一部を成しているから、発光素子から出力された光の大部分はハウジング内において反射面で反射を複数回繰り返すことにより多方向について均一化されることになり、出射窓からはむらのない光を取り出すことができる。また、光色変換部材は出射窓にのみ使用されていればよいから、凹部内に光色変換部材を充填していた従来構成に比べて光色変換部材の必要量が少なくなり、光色変換部材に要する材料費を低コストに抑えることができる。一方、発光装置から出射される光の光束を増大させるために、発光素子を複数個設けたり発光面積の大きい発光素子を用いたりすることも考えられるが、これらの場合にも、発光装置全体としては出射窓のみが発光するので、出射窓を小さくすることによって発光面積を小さくすることができる。なお、発光素子にはLEDチップのほか有機ELなども含む。
【0009】
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記ハウジングが、内部空間が球状に形成されていることを特徴とする。
【0010】
この構成によれば、ハウジングの内周面の全面が球面を成しているので、ハウジングのどこに出射窓を設けてもよく、光の出射方向を自由に設定できるという利点がある。
【0011】
請求項3の発明は、請求項1の発明において、前記ハウジングが、内部空間が半球状に形成されていることを特徴とする。
【0012】
この構成によれば、ハウジングにおける内周面の平面部分に直交する方向の寸法を、ハウジングにおける当該平面部分に沿った長手寸法の半分程度に抑えることができるから、ハウジングの小型化が可能になる。
【0013】
請求項4の発明は、請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の発光装置を光源として用いることを特徴とする。
【0014】
この構成によれば、従来の発光装置を光源として用いる場合に比較して光源の発光面積を小さくすることができる。
【0015】
請求項5の発明は、請求項4の発明において、前記発光装置の前方に投光レンズを有することを特徴とする。
【0016】
この構成によれば、従来の発光装置を光源として用いる場合に比較して、光源の発光面積を小さくすることができるので、光源からの光を受ける投光レンズとして小型のものを用いることができ、結果的に、照明器具の小型化や投光レンズの低コスト化につながる。
【発明の効果】
【0017】
本発明は、ハウジングにおける出射窓のみが発光するものであって出射窓の大きさによって発光面積が決まるので、発光面積の大きさを発光素子の発光面積に制限されることなく設定することができ、出射窓を小さくすることによって発光素子そのものと同等あるいはそれ以下の発光面積を実現することも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0018】
(実施形態1)
本実施形態の発光装置1は、従来構成において説明したものと同様に、青色に発光するLED(発光ダイオード)チップを発光素子として用いるとともに、青色光の一部を光色変換部材で黄色光に変換し、発光素子からの光と光色変換部材からの光とを混色することによって白色光を得られるようにしたものである。
【0019】
発光素子2は、図1に示すように、板状の実装基板3の一表面(図1の上面)上に設けられたベース体5上に搭載される。図1では詳しく図示しないが、発光素子2は、窒化ガリウム系化合物半導体材料からなる発光部が、当該発光部からの光(青色光)に対して透明な基板の一表面側に形成されたものであり、発光部がベース体5に対向する形でベース体5に設けた電極(図示せず)にフリップチップ実装される。これにより、発光部からの光は基板を通して出力されることになる。なお、フリップチップ実装に限らず、図4に示した従来構成のように、発光素子2と電極とをボンディングワイヤによって接続する構成としてもよいが、フリップチップ実装を採用したほうがボンディングワイヤの影が生じない分だけ発光素子2からの光の取り出し効率がよくなる。
【0020】
一方、発光素子2が実装されたベース体5は、中空の球状に形成されたカバー体6と共に発光素子2を包囲するハウジング7を構成する。カバー体6は、実装基板3の厚み方向において対向する両壁部にそれぞれ開口部8,9が貫設されており、ベース体5側(図1の下側)の壁部に設けられた開口部8がベース体5と嵌合可能な形状に形成されている。ここにおいてベース体5が開口部8に嵌合した状態で、発光素子2はハウジング7内に収納されることになる。他方の開口部9は、ハウジング7の外周面側(図1の上側)ほど開口面積が大きくなるテーパ状に形成されている。また、図示しないが、ベース体5に設けた電極はハウジング7の外部と接続可能なように構成される。
【0021】
このように構成されたハウジング7の内周面には、発光素子2からの光を反射する反射面10が略全面にわたって形成されている。ここでは、ハウジング7の内周面に硫酸バリウム(BaSO)の薄膜を成形することにより発光素子2からの光を拡散反射する反射面10としているが、この構成に限らず、たとえば、銀(Ag)などの薄膜を成形することにより発光素子2からの光を正反射する反射面10としてもよい。これらの薄膜で多層膜を形成し反射面10としてもよい。なお、反射面10は、発光素子2からの光と同じ光色の光を全て反射する性質を有するものであればよく、本実施形態では少なくとも青色光を全て反射する。また、反射面10だけでなくハウジング7全体、あるいはベース体5とカバー体6とのいずれか一方を反射性を有する材料で形成するようにしてもよい。本実施形態では、反射性を有する材料からカバー体6を形成してある。
【0022】
上述した構成によれば、発光素子2から出力された光のうち、一部の光は開口部9を通してハウジング7の外部に出射され、その他の光はハウジング7の反射面10で反射された後に開口部9を通してハウジング7の外部に出射されることになる。要するに、本実施形態の構成によれば、発光素子2から出力された光は全て開口部9を通してハウジング7の外部に出射されることになるから、発光装置1の発光面積の大きさを発光素子2の発光面積とは関係なく設定することができ、開口部9の開口面積を小さくしておけば発光素子2そのものと同等あるいはそれ以下の発光面積の点光源を実現することができる。ここで、ハウジング7は、球面状の内周面の略全面に反射面10を有することにより所謂積分球と同様の構成を採用したものであるから、発光素子2から出力された光の大部分はハウジング7の反射面10で反射を複数回繰り返すことによってハウジング7の内部空間で多方向について均一化され、開口部9からはむらのない光を取り出すことができる。また、発光素子2から出力された光はハウジング7の内周面の全面に対して略均一にむらなく照射するから、ハウジング7の壁部においてはどこに開口部9を設けたとしても、図1のハウジング7と同様に、発光素子2からの光を全て開口部9から出射させることができる。
【0023】
ところで、開口部9内には光色変換部材からなる出射窓11が設けられており、開口部9からハウジング7の外部に出射される光は全て光色変換部材を通ることになる。光色変換部材は、青色光が透過する透光性樹脂(たとえばシリコーン樹脂やエポキシ樹脂など)の中に、青色光を吸収することにより励起され黄色に発光する蛍光体を分散させたものであって、この光色変換部材に入射した光(青色光)のうち、一部の光は蛍光体で黄色光に変換されて出力され、その他の光は蛍光体に吸収されることなく光色変換部材を透過して青色光として出力されるので、出射窓11を通してハウジング7の外部に出射される光としては、青色光と黄色光との混色である白色光が得られることになる。ここで、出射窓11は開口部9内に配置されるだけであるから、図4に示した従来構成のように、基板15の凹部16に光色変換部材14が充填される構成に比べて光色変換部材の必要量が少なくなり、光色変換部材に要する材料費を低コストに抑えることができる。
【0024】
また、カバー体6に開口部9を貫設する構成は本発明を実施するために必須の構成ではなく、開口部9に相当する部位に光色変換部材からなる出射窓11が形成されていればよい。すなわち、光色変換部材からなる出射窓11をカバー体6と一体に設けたり、カバー体6において開口部9に相当する部分(反射面10が形成されていない部分)を青色光に対して透明な部材で形成し、この部分に光色変換部材からなる出射窓11をハウジング7の外側あるいは内側から貼り付けたりしてもよい。
【0025】
さらにまた、本実施形態では、出射窓11によって開口部9を閉塞し、ハウジング7の内部空間に青色光に対して透明な合成樹脂部材12(シリコーン樹脂など)を充填することによって、発光素子2の特性劣化を防止している。ここにおいて、開口部9に挿入された光色変換部材によって開口部9を閉塞しているが、この構成に限らず、たとえば、開口部9に嵌合する部分とハウジング7の外側から開口部9を覆う部分とを一体に有した光色変換部材によって開口部9を閉塞する構成や、カバー体6よりも薄型であるシート状の光色変換部材によって開口部9を閉塞する構成などを採用してもよい。
【0026】
図2は、上述した発光装置1を投光照明用の照明器具の光源として用いた例を示しており、この照明器具では発光装置1の前方(図2の右方)に発光装置1からの光を受ける投光レンズ13が出射窓11に近接して配置されている。この照明器具では、発光装置1において発光素子2そのものと同等あるいはそれ以下の発光面積の点光源を実現できるので、図5に示した従来の照明器具に比較して、発光装置1からの光を受ける投光レンズ13を小型化することができ、照明器具の小型化および投光レンズ13の低コスト化が可能になる。なお、図2においては実装基板3を省略している。
【0027】
なお、本実施形態では、白色光を得るために、青色に発光する発光素子2と、青色光の一部を黄色光に変換するとともに残りを透過させる光色変換部材とを組み合わせた発光装置1を例示したが、この構成に限定するものではなく、たとえば、紫外線を発生する発光素子2と、紫外線を吸収することにより白色に発光する光色変換部材とを組み合わせた発光装置1などに本発明を適用してもよい。
【0028】
(実施形態2)
実施形態1では、ハウジング7として所謂積分球のように内部空間が球状に形成されたものを採用した例を示したが、本実施形態の発光装置1は、図3に示すように、カバー体6を一面(図3の下面)開口の半球状とすることにより内部空間が半球状となるように形成されたハウジング7を採用している。その他の構成および機能は実施形態1と同様である。
【0029】
本実施形態のベース体5は板状に形成されており、実装基板3(図1参照)を兼ねている。そして、ベース体5とカバー体6とは、カバー体6がベース体5の一表面側に配置される形で組み合わされる。この構成においても、実施形態1の発光装置1と同様に、発光素子2から出力された光の大部分はハウジング7の反射面10で反射を複数回繰り返すことによってハウジング7の内部空間で多方向について均一化され、開口部9からはむらのない光を取り出すことができる。また、ベース体5の厚み方向(図3の上下方向)におけるハウジング7の寸法を、ベース体5の表面上におけるハウジング7の長手寸法(図3の左右寸法)の半分程度に抑えることができるから、発光装置1の小型化が期待できる。
【0030】
(実施形態3)
本実施形態の発光装置1は、出力される光の光束を大きくするためにハウジング7内に発光素子2を増設し、所謂マルチチップとした点が実施形態1の発光装置1と相違する。その他の構成および機能は実施形態1と同様である。
【0031】
複数個の発光素子2は各々が発光するものの、ハウジング7内で発生した光は開口部9からしか出射されないので、複数個の発光素子2で発生した全ての光が1個の開口部9から集中的に取り出されることになる。したがって、発光装置1全体としては、発光素子2が1個だけの場合と同様に、1個の発光素子2と同等あるいはそれ以下の発光面積の点光源を実現することができる。
【0032】
要するに、本発明を用いれば、ハウジング7内の発光素子2の個数に関係なく、発光装置1の発光面積を一律に小さく設定することができるので、当該発光装置1を光源として用いる照明器具においては、ハウジング7内に設けた発光素子2の個数がそれぞれ異なることによって光束が異なる複数種類の発光装置1について、発光装置1以外の部品(投光レンズ13等)を共用することができる。
【0033】
また、発光装置1から出力される光の光束を大きくするために、発光面積の比較的大きい発光素子2(所謂ラージチップ)を採用することも考えられるが、この構成においても、発光装置1全体としては、発光面積の小さい発光素子2を用いる場合と同様に、発光面積の小さい点光源を実現することができる。したがって、発光素子2自体の発光面積がそれぞれ異なることによって光束が異なる複数種類の発光装置1についても、発光装置1以外の部品(投光レンズ13等)を共用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0034】
【図1】本発明の実施形態1の発光装置を示す断面図である。
【図2】同上の照明器具を示す断面図である。
【図3】本発明の実施形態2の発光装置を示す断面図である。
【図4】従来の発光装置を示す断面図である。
【図5】同上を用いた照明器具を示す断面図である。
【符号の説明】
【0035】
1 発光装置
2 発光素子
7 ハウジング
10 反射面
11 出射窓
13 投光レンズ




 

 


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