(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、添付図面を参照して、本発明の様々な実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明の技術的範囲はそれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。
【0013】
図1(a)はLED発光素子10の上面図であり、
図1(b)はLED発光素子10の
図1(a)に示すAA線’断面図であり、
図1(c)はLED発光素子10の斜視図である。
【0014】
LED発光素子10は、基板7、反射性樹脂3、LED素子1、蛍光体樹脂2及び反射枠9等を有する。基板7の上面には配線電極5a及び5bが設けられており、基板7の下面には配線電極5c及び5dが設けられている。配線電極5aは基板7内に設けられたスルーホール5eを介して電源電極5cに接続されている。配線電極5bは基板7内に設けられたスルーホール5fを介して電源電極5dに接続されている。
【0015】
基板7上には、基板7よりも寸法の小さい反射性樹脂3が積層されている。反射性樹脂3の中心付近には略矩形の開口部3bが形成されている。
【0016】
LED素子1は、反射性樹脂3の開口部3b内において、導電部材6a及び6bによって基板7上にフリップチップ実装されている。導電部材6aは配線電極5aに導通し、且つ、導電部材6bは配線電極5bに導通している。
【0017】
反射性樹脂3の開口部3b内には、LED素子1を封止するように蛍光体樹脂2が充填されている。蛍光体樹脂2は、後述する様にLED素子1が発する光により励起されて発光する蛍光体粒子を含有している。蛍光体樹脂2の上面は、後述する様にLED素子1からの出射光に基づく光を出射する出射面2aとなっている。
【0018】
反射枠9は、側面外周に設けられた段差凸部9aが反射性樹脂3の側面に配置される様にして、基板7上にエポキシ樹脂4によって固定されている。なお、
図1(a)では、反射枠9及び反射性樹脂3の間に配置されたエポキシ樹脂4の図示を省略している。
【0019】
反射枠9の反射性樹脂3側には略矩形の内側領域9bが形成され、反射枠9の反射性樹脂3とは反対側には八角形の開口部9cが形成されている。なお、内側領域9bの形状及び開口部9cの形状はそれぞれ、上述の形状に限らず、三角形、六角形、八角形等の多角形や、楕円形、円形等の任意の形状であっても良い。
【0020】
内側領域9b及び開口部9cの間には、8つの滑らかな曲面から成る反射面9dが形成されている。なお、反射面9dの面の数は8つに限らず、内側領域9b及び開口部9cの形状に合わせて任意に設定することができる。反射面9dの形状は、曲面に限らず、平面であっても、一部が曲面であっても良い。
【0021】
外部電源によって電源電極5c及び5dに電圧を付加すると、スルーホール5e、5f及び配線電極5a、5bを介してLED素子1に電圧が付加され、LED素子1が発光する。LED素子1が発した光の一部は蛍光体樹脂2に含まれる蛍光体粒子を励起し、蛍光体樹脂2が発光する。LED素子1が発した光及び蛍光体樹脂2が発した光は、直接又は反射面9dにより反射されて、開口部9cから出射される。なお、蛍光体樹脂2側から反射性樹脂3に向かう光は、反射性樹脂3で反射されて、蛍光体樹脂2側に戻る。
【0022】
図2(a)は、LED発光素子1の上面図である。
【0023】
蛍光体樹脂2の出射面2aは、横方向長さW1が約1.38mmであり、縦方向長さH1が約1.38mmである。反射枠9の内側領域9bは、横方向長さW2が約1.45mmであり、縦方向長さH2が約1.45mmである。反射枠9の開口部9cは、横方向長さW3が約2.3mmであり、縦方向長さH3が約2.1mmである。
【0024】
以上より、蛍光体樹脂2の出射面2aの面積は約1.90mm
2であり、反射枠9の内側領域9bの面積は約2.10mm
2である。したがって、蛍光体樹脂2の出射面2aの面積は反射枠9の内側領域9bの面積の約90%である。
【0025】
図2(b)は、他のLED発光素子20の上面図である。
【0026】
LED発光素子20では、後述する様に、蛍光体樹脂22の寸法がLED発光素子10の蛍光体樹脂2の寸法とは異なっている。また、反射性樹脂23の開口部23aの寸法は、反射性樹脂23が蛍光体樹脂22に密着するように、蛍光体樹脂22の寸法と同一に設定されている。LED発光素子20のその他の構成はLED発光素子10と同様であるため説明を省略する。
【0027】
蛍光体樹脂22の出射面22aは、横方向長さW1’が約1.30mmであり、縦方向長さH1’が約1.30mmである。したがって、蛍光体樹脂22の出射面22aの面積は約1.69mm
2である。以上より、蛍光体樹脂22の出射面22aの面積は反射枠9の内側領域の面積の約80%である。
【0028】
図2(c)は、比較のためのLED発光素子30の上面図である。
【0029】
LED発光素子30では、後述する様に、蛍光体樹脂32の寸法がLED発光素子10の蛍光体樹脂2の寸法とは異なっている。また、反射性樹脂33の開口部33aの寸法は、反射性樹脂33が蛍光体樹脂32に密着するように、蛍光体樹脂32の寸法と同一に設定されている。LED発光素子30のその他の構成はLED発光素子10と同様であるため説明を省略する。
【0030】
蛍光体樹脂32の出射面32aは、横方向長さW1’’が約1.00mmであり、縦方向長さH1’’が約1.00mmである。したがって、蛍光体樹脂32の出射面32aの面積は約1.00mm
2である。以上より、蛍光体樹脂32の出射面32aの面積は反射枠9の内側領域の面積の約50%である。
【0031】
図3(a)及び(b)を用いて、LED発光素子10による照度ムラについて説明する。
【0032】
図3(a)は、LED発光素子10により照射されたスクリーンS上の照度分布を示す図である。なお、スクリーンSは、LED発光素子10から約1m離れた地点に、出射面2aの光軸A1(
図4(a)参照)と垂直になるように設置されている。点O1は光軸A1とスクリーンSとの接点である。
【0033】
図3(a)に示す様に、スクリーンSでは点O1を中心とする略円形の範囲が照射されている。点O1からの距離が大きくなるほど略同心円状に所定の割合で照度が減少しており、スジや影などが目立たない。
【0034】
図3(b)は、
図3(a)に示すD1−D1’線に沿ったスクリーンSの照度分布G11及び
図3(a)に示すD2−D2’線に沿ったスクリーンSの照度分布G12を示すグラフである。
図3(b)に示すグラフでは、横軸は点O1からのD1−D1’線又はD2−D2’線に沿った距離を示しており、縦軸はスクリーンS上の照度を示している。
【0035】
図3(b)に示す様に、照度分布G11は点O1付近に極大値を有し且つ点O1について略対称的な上に凸の曲線である。同様に、照度分布G12は点O1付近に極大値を有し且つ点O1について略対称的な上に凸の曲線である。照度分布G11及び照度分布G12は概ね重なり合っている。照度分布G11及びG12は、点O1からの距離が大きくなるにつれて、所定の割合で照度が減少している。したがって、
図3(a)に示す様に、スクリーンS上ではスジや影などが目立たないので、LED発光素子10では照度ムラがかなり小さいと言える。
【0036】
図3(c)及び(d)を用いて、LED発光素子20による照度ムラについて説明する。
【0037】
図3(c)は、LED発光素子20により照射されたスクリーンS上の照度分布を示す図である。なお、スクリーンSは、LED発光素子20から約1m離れた地点に、出射面22aの光軸A2(
図4(b)参照)と垂直になるように設置されている。点O2は光軸A2とスクリーンSとの接点である。
【0038】
図3(c)に示す様に、スクリーンSでは点O2を中心とする略円形の範囲が照射されている。当該照度分布では、点線L21及びL22で囲った領域それぞれにスジ又は影が観察されるものの、点O2からの距離が大きくなるほど略同心円状にほぼ所定の割合で照度が減少している。
【0039】
図3(d)は、
図3(c)に示すE1−E1’線に沿ったスクリーンSの照度分布G21及び
図3(c)に示すE2−E2’線に沿ったスクリーンSの照度分布G22を示すグラフである。
図3(d)に示すグラフでは、横軸は点O2からのE1−E1’線又はE2−E2’線に沿った距離を示しており、縦軸はスクリーンS上の照度を示している。
【0040】
図3(d)に示す様に、照度分布G21は、点O2付近に極大値を有し且つ点O2について略対称的な上に凸の曲線である。照度分布G21は、点O2からの距離が大きくなるにつれて所定の割合で照度が減少している。照度分布G22は、点O2付近に照度分布G1の極大値と等しい極大値を有し且つ点O2について略対称的な上に凸の曲線である。照度分布G22は、点O2からの距離が大きくなるにつれて、初め照度分布G21よりも大きな割合で減少するが、やがて減少の割合は小さくなり、さらに点O2からの距離が大きくなると照度分布G21とほぼ重なり合うようになる。したがって、
図3(c)に示す様に、スクリーンS上では多少のスジ又は影が見られるが(点線L21及びL22参照)、LED発光素子20では照度ムラが小さいと言える。
【0041】
図3(e)及び(f)を用いて、LED発光素子30による照度ムラについて説明する。
【0042】
図3(e)は、LED発光素子30により照射されたスクリーンS上の照度分布を示す図である。なお、スクリーンSは、LED発光素子30から約1m離れた地点に、出射面32aの光軸A3(
図4(c)参照)と垂直になるように設置されている。点O3は光軸A3とスクリーンSとの接点である。
【0043】
図3(e)に示す様に、スクリーンSでは点O3を中心とする略円形の範囲が照射されている。しかしながら、点線L31で囲った領域は極端に照度が低くなっている。また、L32、L33、L34及びL35で囲った領域も、照度が低くなっている。
【0044】
図3(f)は、
図3(e)に示すF1−F1’線に沿ったスクリーンSの照度分布G31及び
図3(e)に示すF2−F2’線に沿ったスクリーンSの照度分布G32を示すグラフである。
図3(f)に示すグラフでは、横軸は点O3からのF1−F1’線又はF2−F2’線に沿った距離を示しており、縦軸はスクリーンS上の照度を示している。
【0045】
図3(f)に示す様に、照度分布G31は、点O3について略対称的な略M字状の曲線であって、点O3付近に極小値を有し、且つ、点O3を挟む様にして二つのほぼ等しい極大値を有している。同様に、照度分布G32は、点O3について略対称的な略M字状の曲線であって、点O3付近に極小値を有し、且つ、点O3を挟む様にして二つのほぼ等しい極大値を有している。照度分布G31の極小値及び照度分布G32の極小値は等しく、且つ、点O3から任意の距離において照度分布G32の照度は照度分布G31の照度よりも高くなっている。したがって、
図3(e)に示す様に、スクリーンS上では明確なスジ又は影が見えるので(点線L31、L32、L33、L34及びL35参照)、LED発光素子30では照度ムラが大きいと言える。
【0046】
図4(a)〜(c)を用いて、LED発光素子10、20及び30によって照度ムラが発生する機構について説明する。
【0047】
出射面2a、22a及び32aから発せられ且つスクリーンS上に直接照射される光は照度ムラの発生にほとんど寄与しない。そのため、下記の説明では、出射面2a、22a及び32aから発せられ且つスクリーンS上に直接照射される光は考慮していない。
【0048】
出射面2a、22a及び32aから発せられる光の指向方向はおおよそ出射面2a、22a及び32aの法線方向である。出射面2a、22a及び32aから発せられる光の内、法線方向から所定の角度を有する指向方向を持つ光も存在するが、その割合は、法線方向からの角度が大きくなるにしたがって減少していく。例えば、法線方向から90°の角度の指向方向を持つ光はほぼゼロである。そのため、下記の説明では、反射面9dで反射される光のうち、出射面2a、22a及び32aの法線A1、A2及びA3と為す角度が最も小さい光、すなわち、反射面9d上で最もスクリーンSに近い点9R及び9Lで反射される光を主に考慮している。
【0049】
図4(a)は、LED発光素子10による照射の様子を説明するための図である。すなわち、
図4(a)には、LED発光素子10の
図1(b)に示すAA’線に沿った断面図、及び、スクリーンSの
図3(a)に示すD1−D1’線に沿った断面図が示されている。
【0050】
図4(a)に示す様に、出射面2aから発せられた光のうち反射面9dの反射点9Rによって反射された光は、LED発光素子10からスクリーンS上の左側照射領域10Lを照射する。同様に、出射面2aから発せられた光のうち反射面9dの反射点9Lによって反射された光は、スクリーンS上の右側照射領域10Rを照射する。領域10L及び10Rの一部は、スクリーンS上の重複部分10Cにおいて重なり合っている。
【0051】
図4(b)は、LED発光素子20による照射の様子を説明するための図である。すなわち、
図4(b)には、LED発光素子20の
図2(b)に示すBB’線に沿った断面図、及び、スクリーンSの
図3(c)に示すE1−E1’線に沿った断面図が示されている。
【0052】
図4(b)に示す様に、出射面22aから発せられた光のうち反射面9dの反射点9Rによって反射された光は、LED発光素子20からスクリーンS上の左側照射領域20Lを照射する。同様に、出射面22aから発せられた光のうち反射面9dの反射点9Lによって反射された光は、スクリーンS上の右側照射領域20Rを照射する。領域20L及び20Rの一部は、スクリーンS上の重複部分20Cにおいて重なり合っている。
【0053】
図4(c)は、LED発光素子30による照射の様子を説明するための図である。すなわち、
図4(c)には、LED発光素子30の
図2(c)に示すCC’線に沿った断面図、及び、スクリーンSの
図3(e)に示すF1−F1’線に沿った断面図が示されている。
【0054】
図4(c)に示す様に、出射面32aから発せられた光のうち反射面9dの反射点9Rによって反射された光は、LED発光素子30からスクリーンS上の左側照射領域30Lを照射する。同様に、出射面32aから発せられた光のうち反射面9dの反射点9Lによって反射された光は、スクリーンS上の右側照射領域30Rを照射する。左側照射領域30L及び右側照射領域30Rは、互いに重なり合わず、領域30Cを隔てて位置している。そのため、
図3(e)において、点線L31〜L35で囲った領域で照度が低くなるなどして、LED発光素子30による照度ムラが大きくなる。
【0055】
図4(a)〜(c)より、反射枠の内側領域の面積に対する蛍光体樹脂の出射面の面積の割合が大きくなるほど、左側照射領域と右側照射領域との重複部分の範囲が大きくなり、その結果、照射対象物における照度ムラが低減されると言える。このような照度ムラの低減の効果は、
図4(c)に示す様に、反射枠の内側領域の面積に対する蛍光体樹脂の出射面の面積の割合が50%の場合にはほとんど生じていないが、
図4(b)に示す様に、当該割合が80%の場合には生じている。したがって、反射枠の内側領域の面積に対する蛍光体樹脂の出射面の面積の割合が80%よりも大きい場合に、照度ムラの低減の効果が生じると言える。以上より、反射枠の内側領域の面積に対する蛍光体樹脂の出射面の面積の割合は80%以上であることが好ましい。
【0056】
LED発光素子10では、精度誤差を考慮して、反射枠9の内側領域9bの面積に対する蛍光体樹脂2の出射面2aの面積の割合を90%に設定した。しかしながら、これに限らず、蛍光体樹脂の出射面を反射枠の内側領域の面積と同じ、または反射枠の内側領域の面積よりも大きくして、反射枠の内側領域の面積に対する蛍光体樹脂の出射面の面積の割合を100%に設定しても良い。