特許第5874555号(P5874555)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5874555
(24)【登録日】2016年1月29日
(45)【発行日】2016年3月2日
(54)【発明の名称】発光装置
(51)【国際特許分類】
   F21K 9/00 20160101AFI20160218BHJP
   F21S 2/00 20160101ALI20160218BHJP
   H01L 33/60 20100101ALI20160218BHJP
   F21V 7/00 20060101ALI20160218BHJP
   F21Y 115/10 20160101ALN20160218BHJP
【FI】
   F21S2/00 100
   H01L33/00 432
   F21V7/00 510
   F21V7/00 320
   F21Y101:02
【請求項の数】6
【全頁数】12
(21)【出願番号】特願2012-156413(P2012-156413)
(22)【出願日】2012年7月12日
(65)【公開番号】特開2014-22055(P2014-22055A)
(43)【公開日】2014年2月3日
【審査請求日】2014年8月27日
(73)【特許権者】
【識別番号】000241463
【氏名又は名称】豊田合成株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100071526
【弁理士】
【氏名又は名称】平田 忠雄
(74)【代理人】
【識別番号】100145171
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 浩行
(72)【発明者】
【氏名】藪田 由紀子
(72)【発明者】
【氏名】伊藤 浩史
(72)【発明者】
【氏名】田角 浩二
(72)【発明者】
【氏名】寺上 光司
【審査官】 栗山 卓也
(56)【参考文献】
【文献】 米国特許出願公開第2012/0134133(US,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F21S 2/00
F21V 5/02
F21V 7/00
H01L 33/60
F21Y 101/02
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1の領域と、前記第1の領域を囲む環状の第2の領域を有する基板と、
前記基板の前記第1の領域上に配置された第1のLEDチップと、
前記基板の前記第1のLEDチップが配置された面と反対側の面の前記第2の領域上に配置された第2のLEDチップと、
前記第1のLEDチップが配置される面と反対側の面上に配置され、前記基板側の底部から上部に向かって垂直断面における接線の勾配が前記基板の表面に対して水平に近くなる筒状のリフレクターと、
を有し、
前記第1のLEDチップは、前記筒状のリフレクターの内側に位置し、
前記第2のLEDチップは、前記筒状のリフレクターの外側に位置し、
前記筒状のリフレクターが、前記第2のLEDチップから発せられる光の少なくとも一部を前記基板の側方に反射する、
発光装置。
【請求項2】
前記第2のLEDチップは、前記第2の領域上に環状に配置された複数のLEDチップである、
請求項1に記載の発光装置。
【請求項3】
前記筒状のリフレクターの前記上部の縁が波形である、
請求項1に記載の発光装置。
【請求項4】
第1の領域と、前記第1の領域を囲む環状の第2の領域を有し、当該第2の領域が透光性を有する基板と、
前記基板の前記第1の領域上に配置された第1のLEDチップと、
前記基板の前記第1のLEDチップが配置された面と反対側の面の前記第2の領域上に配置された第2のLEDチップと、
前記第1のLEDチップが配置される面と同じ側の面上に配置され、前記基板側の底部から上部に向かって垂直断面における接線の勾配が前記基板の表面に対して水平に近くなる筒状のリフレクターと、
を有し、
前記第1のLEDチップは、前記筒状のリフレクターの内側に位置し、
前記第2のLEDチップは、前記筒状のリフレクターの外側に位置し、
前記筒状のリフレクターが、前記第2のLEDチップから発せられる光の少なくとも一部を前記基板の側方に反射する、
発光装置。
【請求項5】
前記第2のLEDチップは、前記第2の領域上に環状に配置された複数のLEDチップである、
請求項4に記載の発光装置。
【請求項6】
前記筒状のリフレクターの前記上部の縁が波形である、
請求項に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、発光装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来のLED光源を有する発光装置として、LED素子から発せられる光の一部を内部で反射させることにより、配光範囲を広げたものが知られている(例えば、特許文献1〜3参照)。
【0003】
特許文献1〜3に記載された発光装置によれば、LED光源の上方(光の出射方向)に設けられたレンズ、カバー、反射板等の反射手段により、LED素子から発せられる光の一部を反射する。反射手段により反射された光はLED光源の側方や下方に進むため、発光装置の配光範囲が広がる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2011−142060号公報
【特許文献2】特開2012−33330号公報
【特許文献3】特開2012−94320号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明の目的の一つは、配光範囲の広い発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するため、本発明の一態様は、第1の領域と、前記第1の領域を囲む環状の第2の領域を有する基板と、前記基板の前記第1の領域上に配置された第1のLEDチップと、前記基板の前記第1のLEDチップが配置された面と反対側の面の前記第2の領域上に配置された第2のLEDチップと、前記第1のLEDチップが配置される面と反対側の面上に配置され、前記基板側の底部から上部に向かって垂直断面における接線の勾配が前記基板の表面に対して水平に近くなる筒状のリフレクターと、を有し、前記第1のLEDチップは、前記筒状のリフレクターの内側に位置し、前記第2のLEDチップは、前記筒状のリフレクターの外側に位置し、前記筒状のリフレクターが、前記第2のLEDチップから発せられる光の少なくとも一部を前記基板の側方に反射する、発光装置を提供する。
【0007】
上記発光装置において、前記第2のLEDチップは、前記第2の領域上に環状に配置された複数のLEDチップであることが好ましい。
【0009】
上記発光装置において、前記筒状のリフレクターの前記上部の縁が波形であることが好ましい。
【0010】
また、本発明の他の態様は、第1の領域と、前記第1の領域を囲む環状の第2の領域を有し、当該第2の領域が透光性を有する基板と、前記基板の前記第1の領域上に配置された第1のLEDチップと、前記基板の前記第1のLEDチップが配置された面と反対側の面の前記第2の領域上に配置された第2のLEDチップと、前記第1のLEDチップが配置される面と同じ側の面上に配置され、前記基板側の底部から上部に向かって垂直断面における接線の勾配が前記基板の表面に対して水平に近くなる筒状のリフレクターと、を有し、前記第1のLEDチップは、前記筒状のリフレクターの内側に位置し、前記第2のLEDチップは、前記筒状のリフレクターの外側に位置し、前記筒状のリフレクターが、前記第2のLEDチップから発せられる光の少なくとも一部を前記基板の側方に反射する、発光装置を提供する。
【0011】
上記発光装置において、前記第2のLEDチップは、前記第2の領域上に環状に配置された複数のLEDチップであることが好ましい。
【0012】
上記発光装置において、前記筒状のリフレクターの前記上部の縁が波形であることが好ましい。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、配光範囲の広い発光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
図1図1(a)、(b)は、第1の実施の形態に係る発光装置の上面図である。
図2図2(a)、(b)は、図1(a)の線分A−Aで切断した発光装置の垂直断面図である。
図3図3(a)、(b)は、第2のLEDチップから発せられて反射部材に反射される光の軌跡を模式的に表す図である。
図4図4は、第2の実施の形態に係る発光装置の上面図である。
図5図5(a)、(b)は、図4(a)の線分B−Bで切断した発光装置20の垂直断面図である。
図6図6は、第2のLEDチップから発せられて反射部材に反射される光の軌跡を模式的に表す図である。
図7図7(a)、(b)は、第3の実施の形態に係る発光装置の垂直断面図である。
図8図8(a)、(b)は、第4の実施の形態に係る発光装置の垂直断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
〔第1の実施の形態〕
図1(a)、(b)は、第1の実施の形態に係る発光装置10の上面図である。図2(a)、(b)は、図1(a)の線分A−Aで切断した発光装置10の垂直断面図である。
【0020】
発光装置10は、基板11と、基板11の上面(図2の上側の面)上に配置された第1のLEDチップ12及び第2のLEDチップ13と、基板11の上面上に設けられた環状の反射部材14と、基板11の上方(図2の上方向)を覆う拡散カバー15と、基板11の下面(図2の下側の面)側に設けられるヒートシンク16と、を有する。
【0021】
なお、図1(a)、(b)では、拡散カバー15の図示を省略している。また、図1(b)では反射部材14の図示を省略しており、図中の点線は反射部材14の底面の直下の基板11上の領域(反射部材14が基板11に接する場合は、反射部材14の底面が接する基板11上の領域)を表す。図2(b)に示される発光装置10は、図2(a)に示される発光装置10の変形例であり、反射部材14及び拡散カバー15の垂直断面形状が異なる。
【0022】
発光装置10は、例えば、ライトエンジンである。この場合、発光装置10は、図示しない電源回路を含む。
【0023】
基板11は、円形の第1の領域11aと、第1の領域11aを囲む環状の第2の領域11bを有する。第1の領域11aは、第1のLEDチップ12が配置される領域であり、環状の反射部材14の底面の直下の領域の内側の領域である。第2の領域11bは、第2のLEDチップ13が配置される領域であり、環状の反射部材14の底面の直下の領域の外側の領域である。
【0024】
基板11は、第1のLEDチップ12及び第2のLEDチップ13に接続される図示しない配線を有し、その配線には図示しない電極が接続される。第1のLEDチップ12及び第2のLEDチップ13には、電極及び基板11の配線を介して電力が供給される。
【0025】
第1のLEDチップ12は、第1の領域11a上に配置され、第1のLEDチップ12から発せられる光は基板11の上方に射出される。第1のLEDチップ12から発せられる光の一部は、反射部材14の内側側面によって基板11の上方に反射されてもよい。
【0026】
第1のLEDチップ12の数は限定されないが、発光装置10の配光分布のばらつきを抑えるためや、発光装置10を上方から見たときの均一発光(粒感の低減)のために、複数の第1のLEDチップ12が第1の領域11a上に分散配置されることが好ましい。この場合、発光装置10の配光分布のばらつきをより低減するために、複数の第1のLEDチップ12が基板11の中心を中心とした回転対称性を有するような配置で設置されることが好ましい。
【0027】
第2のLEDチップ13は、第2の領域11b上に配置され、第2のLEDチップ13から発せられる光の少なくとも一部は、反射部材14の外側面によって基板11の側方(図2の横方向)、さらには下方(図2の下方向)に反射される。
【0028】
第2のLEDチップ13の数は限定されないが、発光装置10の配光分布のばらつきを抑えるために、複数の第2のLEDチップ13が第2の領域11b上に環状に分散配置されることが好ましい。この場合、発光装置10の配光分布のばらつきをより低減するために、複数の第2のLEDチップ13が基板11の中心を中心とした回転対称性を有するような配置で設置されることが好ましい。
【0029】
反射部材14は、基板11側の底部から上部に向かって垂直断面における接線の勾配が基板11の表面に対して水平に近くなる筒状のリフレクターである。反射部材14は、非透光性の材料、例えば、白色の樹脂材料からなる。反射部材14は、基板11の上面上に第1のLEDチップ12を囲むように配置される。第1のLEDチップ12は反射部材14の内側、第2のLEDチップ13は反射部材14の外側に位置する。
【0030】
反射部材14は、図2(a)に示されるように、垂直断面形状が曲線で構成される形状を有してもよいし、図2(b)に示されるように、垂直断面形状が直線で構成される形状を有してもよい。
【0031】
図1に示されるように、反射部材14の上部の縁が波形であることが好ましい。反射部材14の上部の縁が波形であることにより、第2のLEDチップ13から上方に発せられる一部の光が波形の凸部14aに反射され、他の一部の光は波形の凹部14bを通って上方に抜ける。このため、反射部材14上での光の明暗差が低減し、発光装置10の外側から反射部材14の輪郭が視認されにくくなる。
【0032】
図3は、第2のLEDチップ13から発せられて反射部材14に反射される光の軌跡を模式的に表す図である。図3(a)は、反射部材14の凸部14aを含む垂直面での光の軌跡を表し、図3(b)は、反射部材14の凹部14bを含む垂直面での光の軌跡を表す。図3(a)、(b)に示されるように、反射部材14の凸部14aを含む垂直面と凹部14bを含む垂直面とでは、第2のLEDチップ13から発せられる光の射出される範囲が異なる。
【0033】
なお、反射部材14の上部の縁の波形は曲線と直線のどちらで構成されてもよいが、発光装置10から取り出される光のグラデーションを滑らかにするために、曲線で構成されることが好ましい。
【0034】
拡散カバー15は、第1のLEDチップ12及び第2のLEDチップ13から発せられる光を拡散し、発光装置10の発光分布のばらつきを抑えることができる。
【0035】
なお、複数の第1のLEDチップ12及び第2のLEDチップ13が基板11上に分散配置される場合は、発光分布のばらつきが低減されるため、拡散カバー15の透過率を上げて発光装置10の発光効率を上げたり、拡散カバー15と基板11との距離を短くして発光装置10をより薄型化したりすることができる。
【0036】
拡散カバー15の形状は特定の形状に限定されず、図2(a)に示されるように、垂直断面形状が曲線で構成される形状を有してもよいし、図2(b)に示されるように、垂直断面形状が直線で構成される形状を有してもよい。
【0037】
ヒートシンク16は、第1のLEDチップ12及び第2のLEDチップ13から発せられる熱を外部に逃がす機能を有する。第1のLEDチップ12及び第2のLEDチップ13から発せられる熱は、基板11を介してヒートシンク16に伝わり、放熱される。
【0038】
〔第2の実施の形態〕
第2の実施の形態は、反射部材の構成において第1の実施の形態と異なる。なお、第1の実施の形態と同様の点については、説明を省略又は簡略化する。
【0039】
図4は、第2の実施の形態に係る発光装置20の上面図である。図5(a)、(b)は、図4の線分B−Bで切断した発光装置20の垂直断面図である。
【0040】
発光装置20は、基板11と、基板11の上面上に配置された第1のLEDチップ12及び第2のLEDチップ13と、基板11の上面上に設けられた環状の反射部材24と、基板11の上方を覆う拡散カバー15と、基板11の下面側に設けられるヒートシンク16と、を有する。
【0041】
なお、図4では、拡散カバー15の図示を省略している。図5(b)に示される発光装置20は、図5(a)に示される発光装置20の変形例であり、反射部材24の垂直断面形状等が異なる。
【0042】
第1のLEDチップ12は、第1の領域11a上に配置され、第1のLEDチップ12から発せられる光は、環状の反射部材24の内側を通って基板11の上方に射出される。
【0043】
第2のLEDチップ13は、第2の領域11b上に配置され、第2のLEDチップ13から発せられる光の少なくとも一部は、反射部材24の内側の斜面24cによって基板11の側方、さらには下方に反射される。
【0044】
反射部材24は、基板11側の底部の内径よりも上部の内径が大きい、内側に斜面24cを有する環状のプリズムレンズである。反射部材24は、例えば、アクリル樹脂等の透過性を有する材料からなる。反射部材24は、第2の領域11bの上方、すなわち第2のLEDチップ13の上方、に設置される。反射部材24は、脚部24dにより基板11上に支持される。なお、反射部材24が他の手段により第2のLEDチップ13の上方に保持される場合は、脚部24dはなくてもよい。
【0045】
反射部材24の基板11側の底面24a及び外側面24bは、発光装置20の発光の輝度ムラや色度ムラを抑えるため、シボ加工等により形成される凹凸を有することが好ましい。
【0046】
反射部材24は、図5(a)、(b)に示されるように、斜面24cが2以上の傾斜角の異なる面から構成されることが好ましい。傾斜角の大きい面は下方よりに光を反射させ、傾斜角の小さい面は側方よりに光を反射する。外斜面24cの外側を傾斜角の大きい面、内側を傾斜角の小さい面で構成することにより、反射部材24の外側に入射した光をより下方に反射し、内側に入射した光を効率的に外部に射出することができる。
【0047】
また、反射部材24は、図5(b)に示されるように、斜面24cの全部又は一部、例えば光が透過しやすい傾斜角の小さい面、の上に反射膜26を有してもよい。反射膜26は、例えば、拡散シートや反射テープである。
【0048】
図6は、第2のLEDチップ13から発せられて反射部材24に反射される光の軌跡を模式的に表す図である。図6に示されるように、第2のLEDチップ13から発せられた光は、底面24aから反射部材24に入射し、斜面24cで反射されて底面24a又は外側面24bから射出される。なお、図6においては、斜面24cを透過する光の図示を省略している。斜面24c上に反射膜26を設けることにより、斜面24cでの反射率を向上させることができる。
【0049】
〔第3の実施の形態〕
第3の実施の形態は、第2のLEDチップの配置において第1の実施の形態と異なる。なお、第1の実施の形態と同様の点については、説明を省略又は簡略化する。
【0050】
図7(a)は、第3の実施の形態に係る発光装置30の垂直断面図である。発光装置30は、基板11と、基板11の上面上に配置された第1のLEDチップ12と、基板11の下面(図2の下側の面)上に配置された第2のLEDチップ13と、基板11の上方を覆う拡散カバー15と、基板11の下面側に設けられるヒートシンク16と、を有する。
【0051】
また、発光装置30は、図7(b)に示されるように、環状の反射部材14を有してもよい。環状の反射部材14は、第1の実施の形態のものと同じであるが、基板11の下面上に設置される。第1のLEDチップ12は、基板11の上面上の反射部材14の内側に位置する。第2のLEDチップ13は、基板11の下面上の反射部材14の外側に位置する。
【0052】
第1のLEDチップ12は、基板11の上面の第1の領域11a上に配置され、第1のLEDチップ12から発せられる光は基板11の上方に射出される。
【0053】
第2のLEDチップ13は、基板11の下面の第2の領域11b上に配置され、第2のLEDチップ13から発せられる光は基板11の側方及び下方に射出される。環状の反射部材14が設置される場合には、第2のLEDチップ13から発せられる光の少なくとも一部は、反射部材14の外側面によって基板11の側方に反射される。
【0054】
〔第4の実施の形態〕
第4の実施の形態は、基板の構成おいて第1の実施の形態と異なる。なお、第1の実施の形態と同様の点については、説明を省略又は簡略化する。
【0055】
図8(a)は、第4の実施の形態に係る発光装置40の垂直断面図である。発光装置40は、基板41と、基板41の上面上に配置された第1のLEDチップ12及び第2のLEDチップ43と、基板41の上方を覆う拡散カバー15と、基板41の下面側に設けられるヒートシンク16と、を有する。
【0056】
また、発光装置40は、図8(b)に示されるように、環状の反射部材14を有してもよい。環状の反射部材14は、第1の実施の形態のものと同じであるが、基板41の下面上に設置される。第1のLEDチップ12は、基板41の上面上の反射部材14の内側に位置する。第2のLEDチップ43は、基板41の上面上の反射部材14の外側に位置する。
【0057】
基板41は、第1の領域41aと、第1の領域41aを囲む環状の第2の領域41bを有する。第1の領域41aは、第1の実施の形態の基板11の第1の領域11aと同じであるが、第2の領域41bは透光性を有する材料からなり、特に、耐熱性に優れるガラスや透明セラミック等の透光性の無機材料からなることが好ましい。
【0058】
第1のLEDチップ12は、基板41の上面の第1の領域41a上に配置され、第1のLEDチップ12から発せられる光は基板41の上方に射出される。
【0059】
第2のLEDチップ43は、上方のみならず基板41側にも光を発する形式のLEDチップ(例えばチップ基板が透光性を有し、反射層等を含まないLEDチップ)である。第2のLEDチップ43は、基板41の上面の第2の領域41b上に配置され、第2のLEDチップ43から基板41側に発せられる光は、第2の領域41bを透過し、基板41の側方及び下方に射出される。
【0060】
環状の反射部材14が設置される場合には、第2のLEDチップ43から基板41側に発せられる光の少なくとも一部は、反射部材14の外側面によって基板41の側方に反射される。
【0061】
なお、反射部材14は、基板41の上面上に設置されてもよい。この場合、第2のLEDチップ43から基板41の上方に発せられる光の一部は反射部材14の外側面によって基板41の側方及び下方に反射され、基板41側に発せられる光は、第2の領域41bを透過し、基板41の側方及び下方に射出される。
【0062】
また、第2のLEDチップ43が基板41の下面上に配置され、反射部材14が基板41の上面上に設置されてもよい。この場合、第2のLEDチップ43から基板41側に発せられる光は第2の領域41bを透過して上方に進み、その少なくとも一部は、反射部材14の外側面によって基板41の側方に反射される。
【0063】
さらに、反射部材14は基板41の上面上と下面上の両方に設置されてもよい。この場合、第2のLEDチップ43は上面上と下面上のいずれに設置されてもよい。
【0064】
(実施の形態の効果)
上記の第1〜4の実施の形態によれば、第1のLEDチップから発せられる光を発光装置の上方(基板の上方)へ取り出し、第2のLEDチップから発せられる光を発光装置の側方(基板の側方)、さらには下方に取り出すことができる。このため、発光装置は広範囲に光を発することができる。
【0065】
また、第1〜4の実施の形態の発光装置においては、複数の第1のLEDチップ及び第2のLEDチップを基板上に分散配置して発光分布のばらつきを低減することが可能なため、拡散カバーの透過率を上げて発光装置の発光効率を上げたり、拡散カバーと基板との距離を短くして発光装置をより薄型化したりすることができる。
【0066】
本発明は、上記の実施の形態に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。例えば、上記の実施の形態においては、平面形状が円形の発光装置が図示されているが、発光装置の平面形状は円形に限られない。例えば、発光装置の平面形状が多角形である場合は、基板の第1の領域は多角形であり、基板の第2の領域及び反射部材は多角形環状である。
【0067】
また、発明の主旨を逸脱しない範囲内において上記の実施の形態の構成要素を任意に組み合わせることができる。
【0068】
また、上記の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
【符号の説明】
【0069】
10、20、30、40 発光装置
11、41 基板
11a、41a 第1の領域
11b、41b 第2の領域
12 第1のLEDチップ
13 第2のLEDチップ
14、24 反射部材
14a 凸部
14b 凹部
24a 底面
24b 外側面
24c 斜面
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8