JP6909982B2 - 発光装置 - Google Patents

Description

本開示は、発光装置に関する。

光源として例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）を含む発光装置を使った照明機器において、発光装置から出た光の配光を制御する場合には、発光装置とは別に設けたレンズ（２次レンズ）、リフレクタ、プリズムシートなどが用いられている。

特開２００６−２８６７０１号公報 特開２０１１−１２４０２３号公報 特開２０１７−５０３２９号公報

本開示は、発光装置自体の構造で配光制御された発光装置を提供する。

本開示の一態様によれば、発光装置は、発光面を有する発光素子と、前記発光面上に配置され、互いに分離した複数の透光性の突起部と、を備えている。前記突起部は、円形またはｎ角形（ｎは５以上の整数）の底面と、前記底面に対して傾斜した傾斜面と、前記底面に対して垂直な側面とを有する。前記底面の中心を通り前記底面に垂直な軸が、前記傾斜面を通る。前記突起部は、前記軸について非対称性である。前記複数の突起部の前記傾斜面は前記発光面に対して同じ角度に揃えられ、前記複数の傾斜面の法線は互いに平行である。前記複数の突起部において隣り合う２つの突起部の一方の突起部の前記傾斜面の下端が、他方の突起部の前記側面の下端に接続している。

本開示によれば、発光装置自体の構造で配光制御された発光装置を提供することができる。

本開示の実施形態の発光装置の上面図である。 本開示の実施形態の発光装置における基板および発光素子の一部破断斜視図である。 本開示の実施形態の発光装置における配光制御部材の模式断面図である。 本開示の実施形態の発光装置における突起部の斜視図である。 本開示の実施形態の発光装置における突起部の斜視図である。 本開示の実施形態の発光装置における突起部の斜視図である。 本開示の実施形態の発光装置における突起部の斜視図である。 本開示の実施形態の発光装置における突起部の斜視図である。 本開示の実施形態の発光装置における突起部の斜視図である。 本開示の実施形態の発光装置における突起部の斜視図である。

以下、図面を参照し、実施形態について説明する。なお、各図面中、同じ要素には同じ符号を付している。

図１は、本開示の実施形態の発光装置１の上面図である。
図２は、本開示の実施形態の発光装置１における基板１１および発光素子１０の一部破断斜視図である。

発光装置１は、基板１１と、発光素子１０と、配光制御部材２０とを有する。図２に示すように、基板１１上に発光素子１０が配置されている。発光素子１０上に、図１に示す配光制御部材２０が配置されている。

発光素子１０は、基板１１上に配置されたチップ１３と、チップ１３上に配置された蛍光体層１４とを有する。

チップ１３は、発光層を含む半導体積層部と、電極を有する。１つまたは複数のチップ１３が基板１１上に配置されている。図２に示す例では、４つのチップ１３が基板１１上に配置されている。基板１１上には樹脂部材１２も配置されている。樹脂部材１２は、チップ１３の周囲に配置され、チップ１３の側面を覆っている。

蛍光体層１４は、チップ１３の上面上および樹脂部材１２の上面上に配置されている。蛍光体層１４の上面が発光素子１０の発光面１５となる。または、発光素子１０は蛍光体を含まない透光層を含んでいてもよい。あるいは、発光素子１０は、チップ１３の上に別の部材を含まなくてもよく、その場合チップ１３の上面が発光素子１０の上面となる。

蛍光体層１４は、母材と、母材に分散された蛍光体とを有する。蛍光体層１４の母材の材料として、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ガラスなどを用いることができる。蛍光体は、チップ１３が発する光によって励起され、チップ１３が発する光の波長とは異なる波長の光を発する。

チップ１３の半導体積層部は、例えば、Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ、０≦ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）を含み、青色系の光を発光することができる。青色系の光を発光するチップ１３に対して、例えば黄色系の発光をする蛍光体を含む蛍光体層１４を組み合わせることができる。または、青色系の光を発光するチップ１３に対して、緑色系の発光をする蛍光体および赤色系の発光をする蛍光体を含む蛍光体層１４を組み合わせることができる。

樹脂部材１２は、発光素子１０が発する光（チップ１３が発する光および蛍光体が発する光）に対して反射性または遮光性を有する。樹脂部材１２は、例えば、母材と、母材に分散された反射材または遮光材とを有する。母材は、蛍光体層１４の母材と同じものを用いることができる。反射材は、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムなどが挙げられる。

発光素子１０の発光面１５（蛍光体層１４の上面）上に、図１に示す配光制御部材２０が配置されている。配光制御部材２０は、発光面１５の面内に収まる領域に配置されている。

図３は、配光制御部材２０の模式断面図である。

配光制御部材２０は、発光素子１０が発する光（チップ１３が発する光および蛍光体が発する光）に対して透光性を有する。配光制御部材２０は、例えばガラス材料を用いることができる。または、配光制御部材２０は、樹脂材料から形成されていてもよい。

配光制御部材２０は、ベース部２５と、ベース部２５上に設けられた複数の突起部２１とを有する。ベース部２５と複数の突起部２１は、同じ材料で一体に設けられている。

ベース部２５は、突起部２１と発光面１５との間に配置され、発光面１５の面内に連続して広がっている。ベース部２５は、複数の突起部２１を一体に支持している。ベース部２５は、発光面１５（蛍光体層１４の上面）に接している。または、ベース部２５は、発光素子１０が発する光に対して透光性を有する膜等を介して、発光面１５上に配置されている。

複数の突起部２１は互いに分離しており、隣り合う突起部２１同士の間には空気が介在している。複数の突起部２１が、図１に示すように、発光面１５の全領域にわたって均等配置されている。

突起部２１は、図３に示す断面視において例えば三角形状の断面とすることができる。すなわち、突起部２１は、発光面１５に対して傾斜した傾斜面２１ｂを備える形状とすることができる。

図４は、突起部２１の斜視図である。

突起部２１は、円柱の一部を斜めにカットしたような形状とすることができる。突起部２１は、発光面１５に対して平行な底面２１ａと、底面２１ａに対して傾斜した傾斜面２１ｂと、底面２１ａに対して垂直な側面２１ｃとを有する。突起部２１は、底面２１ａの中心を通り底面２１ａに垂直な軸（仮想的な軸）Ｃについて非対称性である。軸Ｃは傾斜面２１ｂを通り、軸Ｃ上に突起部２１の頂点およびエッジが位置しない。

傾斜面２１ｂは平面である。または、傾斜面２１ｂは曲面であってもよい。平面の傾斜面２１ｂは、曲面の傾斜面２１ｂよりも、突起部２１の形成を容易にする。

図３に示すように、突起部２１の傾斜面２１ｂおよび側面２１ｃは空気に接している。

発光素子１０の発光面１５から出射した光は配光制御部材２０に入射する。配光制御部材２０に入射した光は、ベース部２５内を進んで、突起部２１の傾斜面２１ｂと空気との界面で反射される。突起部２１は、空気よりも屈折率が大きい例えばガラス材料を用いることができ、ある一定の入射角（臨界角）以上で傾斜面２１ｂに入射した光を全反射することができる。

発光面１５から上方に出射された光は、傾斜面２１ｂで反射されることで、特定の方向（発光面１５に対して傾斜した方向または発光面１５に平行な方向）に屈折される。傾斜面２１ｂで反射された光は、突起部２１の側面２１ｃから、発光装置１の外部に出射される。これにより、発光装置１から出射される光を、特定方向への光の強度が相対的に高く、その特定方向以外の方向への光の強度が相対的に低い配光となるように制御することができる。

実施形態によれば、発光装置１自体で配光制御されている。そのため、発光装置１とは別に備えられる２次レンズ、リフレクタ、プリズムなどを小型化すること、それらの部品数を削減することが可能になる。また、用途によっては、２次レンズ、リフレクタ、プリズムを不要にすることも可能である。したがって、そのような発光装置１を搭載した照明機器の小型化、構成の簡略化、部品数の削減が可能になる。

傾斜面２１ｂと空気との界面で全反射させやすくするために、突起部２１の材料は、屈折率が高いガラス材料が好ましい。

また、図３に示すように、複数の突起部２１の複数の傾斜面２１ｂの発光面１５に対する傾斜角度は同じ角度に揃えられ、複数の傾斜面２１ｂの法線は互いに平行である。これにより、発光装置１から出射される光の配光のばらつきを小さくする。

または、発光面１５上における第１領域に配置された複数の傾斜面２１ｂは、発光面１５に対して第１角度で傾斜し、発光面１５上における第２領域に配置された複数の傾斜面２１ｂは、発光面１５に対して第１角度とは異なる第２角度で傾斜する構成にしてもよい。

図５〜図１０は、突起部の他の例を示す斜視図である。図５〜図１０に示す突起部は、前述した突起部２１に置き換えて、本実施形態の発光装置１に適用することができる。

図５に示す突起部３１は、六角形の底面３１ａを備える六角柱の一部を斜めにカットしたような形状とすることができる。突起部３１は、発光面１５に対して平行な底面３１ａと、底面３１ａに対して傾斜した傾斜面３１ｂと、底面３１ａに対して垂直な側面３１ｃとを有する。傾斜面３１ｂは平面である。または、傾斜面３１ｂは曲面であってもよい。

突起部３１は、底面３１ａの中心を通り底面３１ａに垂直な軸（仮想的な軸）Ｃについて非対称性である。軸Ｃは傾斜面３１ｂを通り、軸Ｃ上に突起部３１の頂点およびエッジが位置しない。

図６に示す突起部４１は、円形の底面４１ａを備える円錐台形の側面の一部をカットしたような形状とすることができる。突起部４１は、底面４１ａと、上面４１ｄと、傾斜面４１ｂと、側面４１ｃとを有する。

底面４１ａおよび上面４１ｄは、発光面１５に対して平行である。傾斜面４１ｂは、底面４１ａに対して傾斜している。傾斜面４１ｂは曲面である。側面４１ｃは、底面４１ａに対して垂直である。上面４１ｄの中心は、底面４１ａの中心に対してずれている。

突起部４１は、底面４１ａの中心を通り底面４１ａに垂直な軸（仮想的な軸）Ｃについて非対称性である。軸Ｃは傾斜面４１ｂを通り、軸Ｃ上に上面４１ｄが位置しない。

図７に示す突起部５１は、円形の底面５１ａを備える円錐の一部を斜めにカットしたような形状とすることができる。突起部５１は、発光面１５に対して平行な底面５１ａと、底面５１ａに対して傾斜した傾斜面５１ｂとを有する。傾斜面５１ｂは平面である。または、傾斜面５１ｂは曲面であってもよい。

突起部５１は、底面５１ａの中心を通り底面５１ａに垂直な軸（仮想的な軸）Ｃについて非対称性である。軸Ｃは傾斜面５１ｂを通り、軸Ｃ上に突起部５１の頂点およびエッジが位置しない。

図８に示す突起部６１は、円形の底面６１ａを備える円柱における複数箇所（例えば２箇所）の部分を斜めにカットしたような形状とすることができる。突起部６１は、発光面１５に対して平行な底面６１ａと、底面６１ａに対して傾斜した２つの傾斜面６１ｂ、６１ｃを有する。傾斜面６１ｂ、６１ｃは平面である。または、傾斜面６１ｂ、６１ｃは曲面であってもよい。

突起部６１は、底面６１ａの中心を通り底面６１ａに垂直な軸（仮想的な軸）Ｃについて非対称性である。軸Ｃは傾斜面６１ｂを通り、軸Ｃ上に突起部６１の頂点およびエッジが位置しない。

図９に示す突起部７１は、円形の底面７１ａを備える円柱における複数箇所（例えば３箇所）の部分を斜めにカットしたような形状とすることができる。突起部７１は、発光面１５に対して平行な底面７１ａと、底面７１ａに対して傾斜した３つの傾斜面７１ｂ、７１ｃ、７１ｄを有する。傾斜面７１ｂ、７１ｃ、７１ｄは平面である。または、傾斜面７１ｂ、７１ｃ、７１ｄは曲面であってもよい。

突起部７１は、底面７１ａの中心を通り底面７１ａに垂直な軸（仮想的な軸）Ｃについて非対称性である。軸Ｃは傾斜面７１ｄを通り、軸Ｃ上に突起部７１の頂点およびエッジが位置しない。

図１０に示す突起部８１は、円形の底面８１ａを備える円柱の一部を斜めにカットしたような形状とすることができる。突起部８１は、発光面１５に対して平行な底面８１ａと、発光面１５に対して平行な上面８１ｃと、底面８１ａに対して傾斜した傾斜面８１ｂと、発光面１５に対して垂直な側面８１ｄとを有する。傾斜面８１ｂは平面である。または、傾斜面８１ｂは曲面であってもよい。

突起部８１は、底面８１ａの中心を通り底面８１ａに垂直な軸（仮想的な軸）Ｃについて非対称性である。軸Ｃは傾斜面８１ｂを通り、軸Ｃ上に突起部８１の上面８１ｃ、頂点、およびエッジが位置しない。

以上、具体例を参照しつつ、本開示の実施形態について説明した。しかし、本開示は、これらの具体例に限定されるものではない。本開示の上述した実施形態を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての形態も、本開示の要旨を包含する限り、本開示の範囲に属する。他、本開示の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本開示の範囲に属するものと了解される。

１…発光装置、１０…発光素子、１１…基板、１２…樹脂部材、１３…チップ、１４…蛍光体層、１５…発光面、２０…配光制御部材、２１…突起部、２１ｂ…傾斜面

Claims (5)

1. 発光面を有する発光素子と、
   前記発光面上に配置され、互いに分離した複数の透光性の突起部と、
   を備え、
   前記突起部は、円形またはｎ角形（ｎは５以上の整数）の底面と、前記底面に対して傾斜した傾斜面と、前記底面に対して垂直な側面とを有し、
   前記底面の中心を通り前記底面に垂直な軸が、前記傾斜面を通り、
   前記突起部は、前記軸について非対称性であり、
   前記複数の突起部の前記傾斜面は前記発光面に対して同じ角度に揃えられ、前記複数の傾斜面の法線は互いに平行であり、
   前記複数の突起部において隣り合う２つの突起部の一方の突起部の前記傾斜面の下端が、他方の突起部の前記側面の下端に接続している発光装置。
2. 前記傾斜面は、平面である請求項１記載の発光装置。
3. 前記傾斜面は、空気に接している請求項１または２に記載の発光装置。
4. 前記突起部は、ガラス材料からなる請求項１〜３のいずれか１つに記載の発光装置。
5. 前記発光素子は、蛍光体層を含み、
   前記発光面は、前記蛍光体層の上面である請求項１〜４のいずれか１つに記載の発光装置。

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