JP5355630B2 - 発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光装置に関するものである。本発明は、特に、ＬＥＤ（発光ダイオード）を使用した発光装置に関するものである。

近年、白色ＬＥＤが照明用途として広く用いられるようになってきており、その付加価値として、個人の好みや必要に応じて、リアルタイムに照明色を変更できる色変換の機能が求められている。

ＬＥＤは一灯一灯が１つの特定の光色を出すものが多く、色調を変更するためには、複数のＬＥＤを実装して、その点灯パターンの制御により調色を可能にしたり（例えば、特許文献１参照）、蛍光体を樹脂に分散させた蛍光シート等により色変換を行ったりする必要がある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００５−２２２７５０号公報 特開２００７−１１６１３３号公報

複数のＬＥＤにより調色を可能とするものでは、電流値をリモコンやボタンによって制御することで、色を変更するが、目的の光色を得るために複数の光色のＬＥＤを実装しなければならない。このため、その点灯パターンの制御が複雑になり、装置自体も高価になるという課題があった。例えば、特許文献１の装置は、その目的の光色を得るために、異なる光色（赤、緑、青）のＬＥＤを実装し、その電流値を制御する手段をＬＥＤ電球に取り付けたものであり、その点灯パターンの制御が複雑になっている。

蛍光シートを用いて色変換を行うものでは、シートを通った光の変換効率を向上させるために、透過率の高い樹脂を用いるが、シート交換を容易にするためにシートに腰を持たせる必要がある。このため、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の樹脂でシートを覆わなければならず、透過率が損なわれるという課題があった。

本発明は、例えば、発光装置において、シートを用いて効率の高い色変換を行うことを目的とする。

本発明の一の態様に係る発光装置は、
光を照射する光源と、
前記光源から照射される光を入射し、入射した光の色を変換して当該光を出射するシート状の色変換部材と、
前記色変換部材の光を入射する側と出射する側との少なくとも一方に重ねられて前記色変換部材を支持する枠状の支持部材であり、当該光を通過させる開口部が複数設けられた支持部材とを備える。

本発明の一の態様では、発光装置において、光を通過させる開口部が複数設けられた枠状の支持部材が、色変換部材の光を入射する側と出射する側との少なくとも一方に重ねられて色変換部材を支持する。このため、本発明の一の態様によれば、必ずしも色変換部材をＰＥＴ等の樹脂で覆わなくてよくなり、効率の高い色変換を行うことが可能となる。

実施の形態１に係る発光装置の分解斜視図。 実施の形態１に係る発光装置のＡ−Ａ断面図。 実施の形態１に係る発光装置のＢ−Ｂ断面図。 実施の形態２に係る発光装置のＡ−Ａ断面図。 実施の形態２に係る発光装置のＢ−Ｂ断面図。 実施の形態２の変形例に係る発光装置のＢ−Ｂ断面図。

以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。なお、各実施の形態の説明において、「上」、「下」、「左」、「右」、「前」、「後」、「表」、「裏」といった方向は、説明の便宜上、そのように記しているだけであって、装置、器具、部品等の配置や向き等を限定するものではない。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態に係る発光装置１００の分解斜視図である。図２は、発光装置１００のＡ−Ａ断面図である。図３は、発光装置１００のＢ−Ｂ断面図である。なお、図１及び図３では、発光装置１００の一部のみを示している。

発光装置１００は、ＬＥＤ実装基板１１１、ＬＥＤ１１２、色変換シート１１３、梯子状の光学部材１１４、リフレクタ１１５、表面カバー１１６、筐体１１７を備える。発光装置１００は、例えば、ＬＥＤ１１２の発光面が下向きとなるように取付部材１２０にネジ等で固定され（図で示したのとは上下逆向きになる）、照明装置等として利用される。

ＬＥＤ実装基板１１１は、例えば、安価なガラスエポキシ基板、あるいは、表面に絶縁層が形成された金属基板である。ＬＥＤ実装基板１１１には、４つのＬＥＤ１１２が直線状に１列に配置されている。図示していないが、ＬＥＤ実装基板１１１には、ＬＥＤ１１２に外部電源から電力を供給するための導電パターンが形成されている。なお、本実施の形態において、ＬＥＤ１１２の実装数や配置は、発光装置１００の用途等に応じて適宜変更して構わない。

ＬＥＤ１１２は、光を照射する光源の一例である。ＬＥＤ１１２は、例えば白色ＬＥＤであり、図ではＳＭＤ（表面実装部品）タイプのＬＥＤとしたが、砲弾型のＬＥＤであってもよい。ＬＥＤ１１２は、例えば一般的な白色ＬＥＤの構成をとり、青色ＬＥＤと、それを覆うように設けられた透過性の高い蛍光体含有樹脂層と、さらにその周りを囲うセラミックス等の樹脂でできたパッケージとからなる。ＬＥＤ１１２は、前述した導電パターンに電気的に接続するための電極を有する。青色ＬＥＤは金線ワイヤにより電極と接続されており、電極から供給される電力により発光する。蛍光体含有樹脂層に混入される蛍光体は、例えばＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）蛍光体であり、青色ＬＥＤが発する光によって励起され、４８０〜７８０ｎｍ（ナノメートル）の間にスペクトルを持ち、５６０ｎｍ付近を主波長とする光を発する。青色ＬＥＤが発する光と蛍光体が発する光は補色関係にあるため、その合成光は擬似的に白色を呈することとなる。蛍光体含有樹脂層の素材は、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂である。ＬＥＤ素子は熱によって光束が減少するため、耐熱性、耐薬品性、自己潤滑性、耐摩擦性に優れ、エポキシ樹脂と比較しても安定性が高いシリコーン樹脂を用いることが好ましい。なお、本実施の形態において、ＬＥＤ１１２は、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）等、他の種類の光源に置き換えても構わない。

色変換シート１１３は、光源からの光の色を変換するシート状の色変換部材の一例である。色変換シート１１３は、ＬＥＤ１１２から照射される光を入射し、入射した光の色を変換して当該光を出射する。

色変換シート１１３としては、低屈折率のシート、あるいは、反射防止膜を両面に貼ったシートを用いることが好ましい。光は異なる物質の界面で、入射角に応じて反射波が発生するため、例えば、光の１／４波長の薄膜を貼ることにより、反射量を低減させることができる。その結果、色変換シート１１３がＬＥＤ１１２から発せられる光を効率よく透過して、効率よく色変換することができる。

色変換シート１１３は、透光性を持つ樹脂バインダで色変換材料をバインドしてシート状に形成される。樹脂バインダとしては、例えばゴム状のシリコーン樹脂を用いることができ、この場合、色変換シート１１３の柔軟性や耐候性を高めることができる。

色変換シート１１３の厚さは、色変換シート１１３の透過率を高めに維持するため、２ｍｍ（ミリメートル）以下が望ましく、１ｍｍ未満、即ち、数百μｍ（マイクロメートル）であることがより望ましい。

色変換シート１１３に含まれる色変換材料は、蛍光体あるいは有機色素顔料であり、目的とする光色によって異なる。例えばＬＥＤ１１２が発する白色光の色温度よりも低い色温度を目的の色温度とする場合、色変換材料として蛍光体を用いるのが好ましい。蛍光体は、ＬＥＤ１１２が発する光を吸収し、ＬＥＤ１１２が発する光よりも長い波長の光を放出するため、色素顔料に比べて色変換効率を高くすることができる。一方、例えば青色や赤色等、特殊な色の照明色を目的の色とする場合、色変換材料として有機色素等の色素顔料を用いるのが好ましい。

梯子状の光学部材１１４は、色変換部材を支持する枠状の支持部材の一例である。光学部材１１４は、色変換シート１１３の光を出射する側に重ねられて色変換シート１１３を支持している。図示していないが、光学部材１１４は、例えばＬＥＤ実装基板１１１にネジ等で固定されている。なお、光学部材１１４は、色変換シート１１３の光を入射する側に重ねられて色変換シート１１３を支持してもよい。あるいは、光学部材１１４は、色変換シート１１３の光を入射する側と出射する側との両方に重ねられて色変換シート１１３を支持してもよい。即ち、光学部材１１４は、色変換シート１１３を挟んで固定してもよい。

光学部材１１４には、光を通過させる開口部１１４ａがＬＥＤ１１２ごとに設けられている。即ち、光学部材１１４には、４つの開口部１１４ａが設けられている。なお、本実施の形態において、開口部１１４ａの数はＬＥＤ１１２の実装数より少なくてもよい。即ち、１つの開口部１１４ａが２つ以上のＬＥＤ１１２に対応していてもよい。

光学部材１１４の厚さは、１〜１０ｍｍであり、光学部材１１４より厚さが薄い色変換シート１１３の自重により垂れないようにするのに好適である。

光学部材１１４は、例えば、高反射性のポリカーボネート樹脂で形成されている。光学部材１１４に反射率の良い材料を用いることで、光を拡散させやすくなり、指向性の強いＬＥＤ１１２の光を和らげ、光の照射範囲を広げることができる。特に、開口部１１４ａの周壁１１４ｂで光を反射することができるため、ＬＥＤ１１２から出た光のうち水平方向から４５°の方向へ出た光がそのまま出射することなく、拡散されて出射することになり、発光効率が向上する。また、光を拡散させるポリカーボネート樹脂で形成された光学部材１１４において、上記のように、厚み方向に幅を持たせれば、グレアを低減させることができる。

なお、本実施の形態において、光学部材１１４は、梯子状以外の形状でもよい。例えば、開口部１１４ａが平面視四角形状でなく、平面視円形状等であってもよい。

色変換シート１１３及び光学部材１１４は、発光装置１００に対して着脱及び交換可能であることが望ましい。例えば、色変換シート１１３を目的とする光色に応じて複数種類用意しておき、これらを交換できるようにしてもよい。

以上説明したように、本実施の形態では、光拡散効果があり、反射率の高い材料を梯子状にかたどった光学部材１１４を、色変換シート１１３に重ねて、色変換シート１１３を固定している。光学部材１１４は、例えば筐体１１７の溝などに色変換シート１１３を押さえつける形で固定されている。このため、色変換シート１１３の強度を高め、色変換シート１１３が自重でたわむのを防ぎ、均一に色変換を行うことができる。即ち、本実施の形態によれば、必ずしも色変換部材をＰＥＴ等の樹脂で覆わなくてよくなり、効率の高い色変換を行うことが可能となる。

実施の形態２．
本実施の形態について、主に実施の形態１との差異を説明する。

図４は、本実施の形態に係る発光装置１００のＡ−Ａ断面図である。図５は、発光装置１００のＢ−Ｂ断面図である。

本実施の形態では、色変換シート１１３が、光を入射する側のＬＥＤ１１２と対向する位置に、当該光を拡散させる突起１１３ａを有する。突起１１３ａは、ＬＥＤ１１２の光軸上に頂点を持つ円錐状である。即ち、突起１１３ａは、円錐の軸とＬＥＤ１１２の光軸が一致するように設けられている。本実施の形態によれば、突起１１３ａがＬＥＤ１１２から照射される光のうち、光軸方向に照射される光を和らげる（即ち、光軸に近い光ほど、より多く拡散させる）ため、直下方向のグレアが低減する。なお、本実施の形態において、突起１１３ａの形状は角錐状、半球状、あるいは、その他の形状であっても構わない。

色変換シート１１３は厚さが薄いため、仮に光学部材１１４で支持されていないとすると、突起１１３ａを有する部分が、その重さにより重力方向に垂れ下がることになり、色変換の効率や均一性が損なわれるとともに、突起１１３ａの円錐の軸とＬＥＤ１１２の光軸が一致しなくなり、所望の光拡散効果が得られなくなるおそれがある。本実施の形態では、色変換シート１１３が光学部材１１４で支持されているため、突起１１３ａを有する部分が重力方向（色変換シート１１３→光学部材１１４の方向）に垂れ下がることを防止又は抑制でき、効率及び均一性の高い色変換を行うことが可能となるとともに、所望の光拡散効果（即ち、グレア低減の効果）が得られる。

なお、色変換シート１１３と光学部材１１４との組み合わせの代わりに、図６のように色変換シート１１３より厚手で硬質の透明樹脂に色変換部材を混ぜ、上記のような突起１１３ａを有する光学部材１１４を用いても構わない。この場合にも、前述したのと同様のグレア低減の効果が得られる。なお、光学部材１１４には蛍光体などの色変換部材を混ぜていなくてもよく、その場合、ＬＥＤそのままの光色でグレアの低減した光を得ることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。

１００ 発光装置、１１１ ＬＥＤ実装基板、１１２ ＬＥＤ、１１３ 色変換シート、１１３ａ 突起、１１４ 光学部材、１１４ａ 開口部、１１４ｂ 周壁、１１５ リフレクタ、１１６ 表面カバー、１１７ 筐体、１２０ 取付部材。

Claims (2)

1. 列をなすように配置され、光を照射する複数の光源と、
   前記複数の光源から照射される光を入射し、入射した光の色を変換して当該光を出射するシート状の色変換部材であり、光を入射する側の各光源と対向する位置に、当該光を拡散させる突起を有する色変換部材と、
   厚さが１〜１０ミリメートルで前記色変換部材よりも厚く、前記色変換部材の光を入射する側と出射する側との少なくとも一方に重ねられて前記色変換部材を支持する梯子状の支持部材であり、当該光を通過させるとともに周壁で当該光を反射する開口部が光源ごとに設けられた支持部材と、
   前記複数の光源の列が延びる方向の両側に１対の傾斜面を有するリフレクタと
   を備え、
   前記複数の光源の発光面が下向きとなる状態で使用される発光装置であって、
   前記色変換部材と前記支持部材とが前記リフレクタの１対の傾斜面に挟まれる位置に配置され、前記支持部材が当該位置で前記色変換部材を重力方向と逆向きに支持することを特徴とする発光装置。
2. 前記色変換部材の突起は、各光源の光軸上に頂点を持つ円錐状であることを特徴とする請求項１の発光装置。

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