JP6275965B2 - 照明装置 - Google Patents
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Description
はじめに、照明装置の概略構成について説明する。図1は、本実施の形態に係る照明装置の概略構成を示す断面図である。
筐体108は、断面が多角形または円形の筒状の部材であり、熱伝導性が良好で軽量な材質、例えば、アルミニウム、マグネシウム、チタン、鉄、銅、ステンレス、銀、ニッケルなどの金属材料や、熱伝導率の良い充填材を混合した高熱伝導性プラスチック材料、例えば、ポリアミド、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、POM(ポリアセタールコポリマー)、PC(ポリカーボネート)、PI(ポリイミド)、PPE(ポリフェニレンエーテル)、PSU(ポリスルホン)、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、PBT(ポリブチレンテレフタレート)、PAI(ポリアミドイミド)、PAR(ポリアリレート)、PES(ポリエーテルスルホン)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)、PEI(ポリエーテルイミド)、LCP(液晶ポリマー)、PEK(ポリエーテルケトン)、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂、フラン樹脂、アミノ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ADC樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノキシ樹脂、シリコーン樹脂、などで構成されている。
図2は、本実施の形態に係る照明装置に用いられる光透過部材の断面図である。図2に示す光透過部材104は、のこぎり状の断面を有するフレネルレンズである。また、光透過部材104は、発光モジュール102との相対位置が変化するように、筐体108に対してスライドするように設けられている。
放熱機構106は、発光モジュール102が発した熱を吸収し、外部へ効率よく排出できるように構成されている。放熱機構106としては、ヒートシンクや放熱ファン等が挙げられる。また、ヒートシンクや放熱ファンに加えて、あるいは替えて、発光モジュール102が直接搭載される搭載部にペルチェ素子やヒートパイプを設けてもよい。より好ましくは、ペルチェ素子と、少なくとも一部がCuからなる大型ヒートシンクと、大型の放熱ファンとを組み合わせた放熱機構であってもよい。効率の良い放熱機構とすることで、発光モジュールの温度が下がり、発光モジュールの発光効率が高まるので、消費電力を抑えることができる。また、放熱機構の小型化が可能となる。
次に、発光モジュールについて説明する。例えば、照明装置で採用されているLEDモジュールの白色化方式が青色LEDとYAG黄色蛍光体との組合せの場合、青色LEDから青色光が鉛直方向に出射されるが、それに対し青色光を吸収した蛍光体は、ランバーシアンに発光する。図3は、青色LEDとYAG黄色蛍光体とで構成された発光モジュールの発光モデルを模式的に示した図である。図3に示す発光モジュール(以下、比較例に係る発光モジュールと称する場合がある。)のように、ドーム直上は青白い光が、ドームの外周付近は黄色光が出射され、照射方向によって発光色が変動する。
半導体発光素子112は、例えば、紫外線や短波長可視光を発するLEDチップである。例えば、ピーク波長が380〜480nmのLEDチップ等が挙げられる。好ましくは、ピーク波長が380〜430nmの紫色LEDチップがよい。紫外線や短波長可視光を発する発光素子であれば、LED以外であってもよく、LD素子やEL素子であってもよい。また、発光モジュール102に用いる半導体発光素子112は、光量や照射範囲を考慮して複数であってもよい。
例えば、半導体発光素子112が紫色LEDチップの場合、基本的には、黄色蛍光体と青色蛍光体とを組み合わせるが、照射光に必要な色温度や演色性を考慮して、適宜赤色や緑色の蛍光体を組み合せてもよい。各色の蛍光体は、全て封止部材120に分散させてもよい。あるいは、赤色および緑色の蛍光体を半導体発光素子112の近くに配置し、黄色蛍光体116および青色蛍光体118を封止部材120に分散させてもよい。なお、半導体発光素子112として青色LEDチップを用いる場合、青色蛍光体を用いない、あるいは、青色蛍光体の量を相対的に少なくしてもよい。更に、青色以外の蛍光体をチップから近い位置に配置し、青色蛍光体を最上部に配置すると非点灯時の見栄えが良くなる。
封止部材120は、光を透過させる透明な部材であり、例えば、ジメチルシリコーン系の樹脂が用いられる。これ以外には、フェニルシリコーン・アクリルシリコーン等のシリコーン系、ゾルゲル(シリカ、チタニア等)系、エポキシ系、アクリル系、ポリウレタン系、ポリエステル系、PET(ポリエチレンテレフタレート)系、フッ素ポリマー系、メラミン系、PVB(ポリビニルブチラール)系、ガラス系(ホウケイ酸系、アルミノシリケート系、ソーダボロシリケート系等)等を封止部材120として用いてもよい。また、蛍光体を含有する封止部材の厚みは、0.01〜30mm程度が好ましい。また、封止部材120に分散される蛍光体濃度は、0.1〜20vol%程度が好ましい。
素子搭載用基板114としては、金属基板(アルミ基板、銅基板等)、セラミック基板(アルミナ、窒化アルミ等)、樹脂基板(ガラスエポキシ基板等)、リードフレーム、樹脂枠と一体となったリードフレーム、フレキシブル基板(FPC)等が挙げられる。基板は、熱伝導性、電気絶縁性、価格等を考慮して選定される。
黄色蛍光体としては、紫外光(紫外線)または短波長可視光で励起され発光する以下の蛍光体が挙げられる。
(1)(Ca1−x−y−z−w、Srx、MII y、Euz、MR w)7(SiO3)6X2(MIIは、Mg、BaおよびZnのうち少なくとも一種の元素を含み、MRは、希土類元素およびMnのうち少なくとも一種の元素を含み、Xは、ClまたはClを必須とする複数のハロゲン元素を含む。また、x、y、z、wは、0.1<x<0.7、0≦y<0.3、0<z<0.4、0≦w<0.1を満たす。)
(2)CsM1 1−aP2O7:Eu2+ a(M1は、CaおよびSrの少なくとも一種の元素を含み、aは0.001≦a≦0.5の範囲である。)
(3)Ba2−aMgSi2O7:Eu2+ a(aは0.001≦a≦0.5の範囲である。)
ここで、(1)の黄色蛍光体は、青色光を余り吸収しない、つまり青色蛍光体が発する光の再吸収が少ないことから、蛍光体を含有する樹脂層の厚さが変動しても発光色は変わりにくい。その結果、発光色の色度分布のばらつきを抑制できる。なお、本願発明の趣旨に添っていれば、上述の黄色蛍光体以外であってもよい。
青色蛍光体としては、紫外光(紫外線)または短波長可視光で励起され発光する以下の蛍光体が挙げられる。
(1)M1a(M2O4)bXc:Red(M1は、Ca、Sr、Baのうち一種以上の元素を必須とし、一部をMg、Zn、Cd、K、Ag、Tlからなる群の元素に置き換えることができる。M2は、Pを必須とし、一部をV、Si、As、Mn、Co、Cr、Mo、W、Bからなる群の元素に置き換えることができる。Xは少なくとも1種のハロゲン元素、Reは、Eu2+必須とする少なくとも1種の希土類元素又はMnを示す。aは4.2≦a≦5.8、bは2.5≦b≦3.5、cは0.8<c<1.4、dは0.01<d<0.1の範囲である。)
(2)M1 1−aMgAl10O17:Eu2+ a(M1は、Ca、Sr、Ba、Znからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素、aは0.001≦a≦0.5の範囲である。)
(3)M1 1−aMgSi2O8:Eu2+ a(M1は、Ca、Sr、Ba、Znからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素、aは0.001≦a≦0.8の範囲である。)
(4)M1 2−a(B5O9)X:Rea(M1は、Ca、Sr、Ba、Znからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素、Xは少なくとも1種のハロゲン元素、Reは、Eu2+必須とする少なくとも1種の希土類元素又はMnを示す。aは0.001≦a≦0.5の範囲である。)
なお、本願発明の趣旨に添っていれば、上述の青色蛍光体以外であってもよい。
赤色蛍光体としては、紫外光(紫外線)または短波長可視光で励起され発光する以下の蛍光体が挙げられる。
(1)Y2O2S:Eu
(2)La2O2S:Eu
(3)(Sr,Ca)S:Eu
(4)CaS:Eu
(5)Ba2Zn3:Mn
(6)CaAlSiN3:Eu
(7)Sr0.95Ca0.95Eu0.1SiO4
(8)Na3(Y1−xEux)Si2O7
(9)Ca2SiS4:Eu
(10)Eu2SiS4
(11)3.5MgO・0.5MgF2・GeO2:Mn
(12)M(Ga1−xEux)2O4(MはCa、Sr、Baの少なくとも一種の元素)
なお、本願発明の趣旨に添っていれば、上述の赤色蛍光体以外であってもよい。
緑蛍光体としては、紫外光(紫外線)または短波長可視光で励起され発光する以下の蛍光体が挙げられる。
(1)(Si,Al)6(O,N)8:Eu(βサイアロン)
(2)(Sr1−x−y,Cax)Ga2(Sz、Se1−z)4:Eu2+ y(0≦x<1、0<y<0.2、0<x+y≦1、0<z≦1)
(3)(Sr1−x−y−z,Cax,Bay,Mgz)2SiO4:Eu2+ w(0<x<1、0.5<y<1、0<z<1、0.03<w<0.2、0<x+y+z+w<1)
(4)Y3(Al1−x,Gax)5O12:Ce(0<x≦1)
(5)CaSc2Si3O12:Ce
(6)CaSc2O4:Eu
(7)(Ba,Sr)3Si2O3N:Eu2+
(8)NaBaScSi2O7:Eu2+
(9)ZnS:Cu,Al
(10)BaMgAl10O17:Eu,Mn
なお、本願発明の趣旨に添っていれば、上述の緑色蛍光体以外であってもよい。
Claims (5)
- 基板に搭載された、紫外光または短波長可視光を発する複数の発光素子と、
前記発光素子が発する光で励起され、可視光に含まれる第1の波長域の光を発する第1の蛍光体と、
前記発光素子が発する光で励起され、前記第1の波長域と異なる、可視光に含まれる第2の波長域の光を発する第2の蛍光体と、
前記第1の蛍光体と前記第2の蛍光体とを含有する樹脂がシート状に形成された光波長変換部材と、
前記複数の発光素子を囲むように前記基板上に形成されており、該発光素子から出射する光を前記光波長変換部材に向けて反射する反射部と、
前記発光素子から出射する光を、複数の発光素子の発光面の面積よりも小さい入射面を有する前記光波長変換部材に向けて集光する光学部材と、
前記光波長変換部材が設けられる透明部材と、を有する発光モジュールと、
前記発光モジュールが出射した光を前方へ透過させる光透過部材と、
前記発光モジュールが発する熱を放熱する放熱部材と、
前記発光モジュールおよび前記光透過部材を収容する筐体と、を備え、
前記光波長変換部材は、配列された前記複数の発光素子のそれぞれの発光面から離間した位置に一体的に配置されていることを特徴とする照明装置。 - 前記光波長変換部材は、光透過部材の光入射側の面に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
- 前記光透過部材は、前記光波長変換部材の熱伝導率よりも高い材料で構成されていることを特徴とする請求項2に記載の照明装置。
- 前記光波長変換部材は、前記発光素子と前記光透過部材との光路の途中において、光が入射する領域が変化するように所定の範囲で移動できるように構成されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の照明装置。
- 前記筐体は、前記発光モジュールから出射した光を反射する内面を有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の照明装置。
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