JP7066963B2

JP7066963B2 - 発光装置

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Publication number: JP7066963B2
Application number: JP2018176871A
Authority: JP
Inventors: 拓也長本; 紘一甘利; 友士榊原
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2018-09-21
Filing date: 2018-09-21
Publication date: 2022-05-16
Anticipated expiration: 2038-09-21
Also published as: JP2020047869A

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）やリフレクタなどが用いられている。

特開２０１８－１１０３９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、第１の発光装置と第２の発光装置とを備える。前記第１の発光装置及び前記第２の発光装置のそれぞれは、発光面を有する発光素子と、前記発光面上において第１方向に離隔した第１端部と第２端部のうちの前記第１端部側に配置された反射部材と、を備えている。前記反射部材は、前記発光面側の下面と、前記下面の内端よりも前記第２端部に近い位置に内端を有する上面と、前記上面の内端と前記下面の内端の間の内側面であって、凹面状の曲面を有する内側面と、前記発光面に対して傾斜した外側面と、を有する。前記第１の発光装置は、前記第２の発光装置の前記第２端部側の隣に配置され、前記第１の発光装置の前記外側面は、前記第２の発光装置の前記第２端部側に位置する。

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。

本開示の第１実施形態の発光装置の模式斜視図である。本開示の第１実施形態の発光装置の模式断面図である。第１実施形態の変形例の発光装置の模式断面図である。本開示の第２実施形態の発光装置の模式断面図である。本開示の第３実施形態の発光装置の模式断面図である。

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、第１実施形態の発光装置１の模式斜視図である。図１において、基板１１の上面に対して平行な方向であって相互に直交する２方向をＸ方向およびＹ方向とし、これらＸ方向およびＹ方向の双方に対して直交する方向をＺ方向とする。
図２は、第１実施形態の発光装置１の模式断面図である。図２は、図１におけるＸ方向に沿った断面を表す。

発光装置１は、基板１１と、発光素子５０と、反射部材３０と、透光部材１５とを有する。

発光素子５０は、基板１１上に配置されたチップ２０と、チップ２０上に配置された蛍光体層１３とを有する。

チップ２０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２０が基板１１上に配置されている。図１に示す例では、２つのチップ２０が基板１１上に配置されている。基板１１上には樹脂部材１２も設けられている。樹脂部材１２は、チップ２０の周囲に配置され、チップ２０の側面を直接的に又は間接的に覆っている。

蛍光体層１３は、チップ２０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１３の上面が発光素子５０の発光面１０となる。または、発光素子５０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５０は、チップ２０の上に別の部材を含まなくてもよく、その場合チップ２０の上面が発光素子５０の上面となる。

蛍光体層１３は、母材と、母材に分散された蛍光体とを有する。蛍光体層１３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２０が発する光によって励起され、チップ２０が発する光の波長とは異なる波長の光を発する。

チップ２０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２０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１３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２０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１３を組み合わせることができる。

樹脂部材１２は、チップ２０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１３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５０の発光面１０（蛍光体層１３の上面）上に、反射部材３０と透光部材１５が配置されている。

発光面１０は、例えば、Ｘ方向に沿った短辺と、Ｙ方向に沿った長辺とを有する矩形状に形成されている。発光面１０は、Ｘ方向に離隔した第１端部１０ａと第２端部１０ｂとを有する。

反射部材３０は、発光面１０上において第１端部１０ａ側に配置されている。反射部材３０は、下面３１と、上面３２と、内側面３３と、外側面３４とを有する。

下面３１は、反射部材３０の高さ方向（Ｚ方向）において、上面３２よりも発光面１０側に位置する。上面３２の内端３２ａは、下面３１の内端３１ａよりも、発光面１０の第２端部１０ｂに近い位置にある。上面３２および下面３１は、発光面１０に対して平行に、第１端部１０ａから第２端部１０ｂに向かって広がっている。上面３２は、下面３１よりも、第２端部１０ｂに近い位置にまで広がっている。

上面３２の内端３２ａと下面３１の内端３１ａとの間に内側面３３が配置されている。内側面３３は、発光面１０に対して傾斜した面、または曲面を有する。図１および図２に示す例では、内側面３３は、第１反射面３３ａと第２反射面３３ｂとを有する。第１反射面３３ａは、発光面１０に対して垂直な面である。第２反射面３３ｂは、例えば曲面である。または、第２反射面３３ｂは、発光面１０に対して傾斜した傾斜面であってよい。第１反射面３３ａは上面３２に連続し、第２反射面３３ｂは第１反射面３３ａと下面３１に連続している。

図１および図２には、第２反射面３３ｂとして、例えば凹面状の曲面を示す。または、曲面は凸面状であってもよい。また、内側面３３は、傾斜面を有していてもよい。または、内側面３３は、傾斜面と曲面の両方を有していてもよい。

内側面３３の第２反射面３３ｂは、発光素子５０の発光面１０の第１端部１０ａから庇状に突き出て発光面１０の上に重なり、発光面１０に対向している。

反射部材３０の外側面３４は、発光装置１のＹ方向に沿った側面の一部を構成し、発光装置１の外部に露出している。反射部材３０のＸ方向に沿った側面３６は、発光装置１のＸ方向に沿った側面の一部を構成し、発光装置１の外部に露出している。

反射部材３０の上面３２、下面３１、内側面３３、および外側面３４は、矩形状の発光面１０の長辺方向（Ｙ方向）に連続して延びている。

反射部材３０は、チップ２０が発する光および蛍光体が発する光に対して反射性を有する。反射部材３０は、例えば、母材と、母材に分散された反射材とを有する。母材は、樹脂部材１２と同じものを用いることができる。すなわち、反射部材３０は、反射材を含む樹脂部材である。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である。または、反射部材３０は、金属部材であってもよい。

透光部材１５は、反射部材３０の内側面３３に隣接して発光面１０上に配置されている。透光部材１５は、反射部材３０の第２反射面３３ｂと、発光素子５０の発光面１０との間に配置されている。透光部材１５の側面は、発光装置１の側面の一部を構成し、発光装置１の外部に露出している。透光部材１５の上面および反射部材３０の上面３２は連続した平坦面を形成し、これら透光部材１５の上面および反射部材３０の上面３２は発光装置１の上面を構成する。

透光部材１５は、反射部材３０を補強している。これにより、反射部材３０の形状変化による配光の変化を防ぐことができる。反射部材３０の内側面３３は、第１反射面３３ａと第２反射面３３ｂとの間に角部３３ｃを有する。その角部３３ｃが透光部材１５に食い込むことで、透光部材１５と反射部材３０との密着性を高めることができる。

透光部材１５は、チップ２０が発する光および蛍光体が発する光に対して透過性を有する。透光部材１５は、例えば樹脂部材またはガラス部材である。透光部材１５は、後述する遮光対象エリアに光を広げる可能性がある散乱材を含まないことが望ましい。

発光素子５０の発光面１０から出射された光は透光部材１５に入射する。透光部材１５に入射した光のうち反射部材３０の第２反射面３３ｂに向かった光は、第２反射面３３ｂで反射する。この第２反射面３３ｂでの光の反射により、発光面１０から上方に出射された光の方向を第２端部１０ｂ側の照明対象エリア１００に向かう方向（発光面１０に対して傾斜した斜め方向および発光面１０に平行な方向を含む方向）に変換することができる。

発光面１０における反射部材３０が配置された第１端部１０ａ側のエリアは遮光対象エリア２００であり、反射部材３０は遮光対象エリア２００に向かう光を遮る。例えば、住宅地などに対して遮光しつつ、道路を照明する街路灯などの照明機器に、本実施形態の発光装置１を用いることができる。

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次レンズやリフレクタを小型化すること、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次レンズやリフレクタ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。

傾斜面または曲面の内側面３３は、発光面１０に対して垂直な面のみからなる内側面に比べて、反射部材３０の高さを抑えつつ、反射面の面積を広く確保することができる。

チップ２０の側面は、反射性または遮光性を有する樹脂部材１２で直接的に又は間接的に覆われ、発光装置１の側面を構成していない。チップ２０の側面は、発光装置１の外部に露出していない。樹脂部材１２の側面は、発光装置１の側面の一部を構成する。蛍光体層１３の側面も発光装置１の側面の一部を構成してもよい。蛍光体層１３の厚さがチップ２０の厚さに比べて薄い場合は、蛍光体層１３の側面から出射される光は、実質的に発光装置１の配光に与える影響は小さい。

反射部材３０の下面３１は、図２に示すように、半導体積層部を含むチップ２０の上面に重ならない位置に配置することができる。尚、反射部材３０の下面３１は、チップ２０の上面に重なる位置に配置されていてもよい。反射部材３０がチップ２０の上面と重なる場合は、例えば、チップ２０の上面の面積の５％～２０％とすることができる。

反射部材３０と、チップ２０の周囲の樹脂部材１２とは別体であり、反射部材３０の下面３１と樹脂部材１２との間には蛍光体層１３が配置されている。反射部材３０を樹脂部材１２と別体とすることで、反射部材３０を形成する難易度を低くできる。

または、図３に示すように、反射部材３０を樹脂部材１２と一体に形成してもよい。この場合、蛍光体層１３における遮光対象エリア２００側の側面が反射部材３０によって覆われ、遮光対象エリア２００への蛍光体層１３の側面からの漏れ光を防ぐことができる。

図４は、本開示の第２実施形態の発光装置２の模式断面図である。

発光面１０の広さや、望む配光に応じて、複数の反射部材３０を配置することができる。図４に示す発光装置２は、例えばＸ方向に沿って並んだ２つのチップ２０を有する。発光装置２の発光面１０は、第１実施形態の発光装置１の発光面１０よりもＸ方向の幅が広がっている。

そして、発光装置２の発光面１０上には、２つの反射部材３０がＸ方向に互いに離隔して配置されている。１つの反射部材３０は、第１実施形態と同様、発光面１０の第１端部１０ａ側に配置されている。もう１つの反射部材３０は、第１端部１０ａと第２端部１０ｂとの間に配置されている。

第１端部１０ａと第２端部１０ｂとの間に設けられた反射部材３０の下面３１も、チップ２０の上面に重なっていないため、発光装置２の光束の低下を防ぐことができる。

図５は、本開示の第３実施形態の発光装置３の模式断面図である。

発光装置３の反射部材３０の外側面３５は、発光面１０に対して傾斜した傾斜面を有する。または、外側面３５は曲面を有していてもよい。

複数の発光装置３がＸ方向に並べて配置され、それら複数の発光装置３の上方に、複数の発光装置３に共通に２次レンズが配置されている。この場合において、ある発光装置３の内側面３３で反射して第２端部１０ｂ側の側面から外部に出射した光を、その発光装置３の第２端部１０ｂ側の隣に配置された他の発光装置３の反射部材３０の外側面３５で反射させて、２次レンズに向かわせることができる。

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。

１～３…発光装置、１０…発光面、１１…基板、１３…蛍光体層、１５…透光部材、２０…チップ、３０…反射部材、３１…下面、３２…上面、３３…内側面、３３ａ…第１反射面、３３ｂ…第２反射面、３４,３５…外側面、５０…発光素子

Claims

第１の発光装置と第２の発光装置とを備え、
前記第１の発光装置及び前記第２の発光装置のそれぞれは、
発光面を有する発光素子と、
前記発光面上において第１方向に離隔した第１端部と第２端部のうちの前記第１端部側に配置された反射部材と、
を備え、
前記反射部材は、
前記発光面側の下面と、
前記下面の内端よりも前記第２端部に近い位置に内端を有する上面と、
前記上面の内端と前記下面の内端の間の内側面であって、凹面状の曲面を有する内側面と、
前記発光面に対して傾斜した外側面と、
を有し、
前記第１の発光装置は、前記第２の発光装置の前記第２端部側の隣に配置され、
前記第１の発光装置の前記外側面は、前記第２の発光装置の前記第２端部側に位置する発光装置。
前記反射部材の前記内側面は、前記第１方向に交差する第２方向に連続して延びている請求項１記載の発光装置。
前記反射部材は、反射材を含む樹脂部材である請求項１または２に記載の発光装置。
前記第１の発光装置及び前記第２の発光装置のそれぞれは、前記反射部材の前記内側面に隣接して前記発光面上に設けられた透光部材をさらに備えた請求項１～３のいずれか１つに記載の発光装置。
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。
前記発光素子は、半導体積層部を含み、
前記反射部材の前記下面は、前記半導体積層部の上面に重なっていない請求項１～５のいずれか１つに記載の発光装置。