照明装置
【課題】 照射される領域においてグラデーションの差を低減することが可能な照明装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 照明装置1は、基板2と、基板2上に設けられた複数の半導体発光装置3と、基板2上に設けられた、複数の半導体発光装置3のそれぞれを取り囲む複数の導光孔4hを有するリフレクター4と、リフレクター4上に設けられ、全ての導光孔4hを覆う透光性のドーム状カバー5と、を備えている。ドーム状カバー5の中央部5f1の周辺領域に位置する周辺部5f2は、中央部5f1よりも透過率が大きく形成されている。
【解決手段】 照明装置1は、基板2と、基板2上に設けられた複数の半導体発光装置3と、基板2上に設けられた、複数の半導体発光装置3のそれぞれを取り囲む複数の導光孔4hを有するリフレクター4と、リフレクター4上に設けられ、全ての導光孔4hを覆う透光性のドーム状カバー5と、を備えている。ドーム状カバー5の中央部5f1の周辺領域に位置する周辺部5f2は、中央部5f1よりも透過率が大きく形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体発光装置を含む照明装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)等の半導体発光素子を光源とする半導体発光装置および照明装置の開発が進められている(例えば、特許文献1を参照)。半導体発光装置を有する照明装置は、指向性に優れており、半導体発光装置の正面の輝度が大きくなる特徴がある。そのため、平板上に複数の半導体発光装置を実装した照明装置は、特に暗い場所では、照射された領域においてグラデーションの差が出やすい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2008−294071号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明は、照射される領域においてグラデーションの差を低減することが可能な照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の一実施形態に係る照明装置は、基板と、前記基板上に設けられた複数の半導体発光装置と、前記基板上に設けられた、複数の前記半導体発光装置のそれぞれを取り囲む複数の導光孔を有するリフレクターと、前記リフレクター上に設けられ、全ての前記導光孔を覆う透光性のドーム状カバーと、を備え、前記ドーム状カバーの中央部の周辺領域に位置する周辺部は、前記中央部よりも透過率が大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【0006】
本発明によれば、照射される領域においてグラデーションの差を低減することが可能な照明装置を提供することを目的とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】本発明の一実施形態に係る照明装置を斜め上方から斜め下方に見た概観斜視図である。
【図2】本発明の一実施形態に係る照明装置を示しており、図1のX1−X1’に沿った断面図である。
【図3】本発明の一実施形態に係る照明装置を示しており、図2のA部分の拡大断面図である。
【図4】本発明の一実施形態に係る照明装置の断面図であって、半導体発光装置から発せられる光の進行方向を模式的に示している。
【図5】本発明の一実施形態に係る照明装置のリフレクターを斜め上方から斜め下方に見た概観斜視図である。
【図6】本発明の一実施形態に係る照明装置のリフレクターを示しており、図5のX2−X2’に沿った断面図である。
【図7】本発明の一実施形態に係る照明装置のカバーを斜め上方から斜め下方に見た概観斜視図である。
【図8】本発明の一実施形態に係る照明装置のリフレクターを示しており、図7のX3−X3’に沿った断面図である。
【図9】本発明の一実施形態に係る照明装置の半導体発光装置を斜め上方から斜め下方に見た概観斜視図である。
【図10】本発明の一実施形態に係る照明装置の半導体発光装置を示しており、図9のX4−X4’に沿った断面図である。
【図11】一変形例に係る照明装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下に、添付図面を参照して、本発明に係る照明装置の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されないものである。
【0009】
<照明装置の構成>
照明装置1は、天井または壁等の室内に直接取り付けるか、あるいは、屋外にて使用するものである。そして、照明装置1から発せられる光は、室内または屋外を照らすことができる。
【0010】
照明装置1は、基板2と、基板2上に設けられた複数の半導体発光装置3と、基板2上に設けられた、複数の半導体発光装置3のそれぞれを取り囲む複数の導光孔4hを有するリフレクター4と、リフレクター4上に設けられ、全ての導光孔4hを覆う透光性のドーム状カバー5と、を備えている。ドーム状カバー5の中央部5f1の周辺領域に位置する周辺部5f2は、中央部5f1よりも透過率が大きく形成されている。
【0011】
基板2は、基体6上に実装される。そして、基板2を実装する基体6は、外部に接続することができる。基体6は、例えばアルミニウム、銅またはステンレス等の金属、あるいはプラスチックまたは樹脂等から構成されている。また、基体6は、例えば円板状であって、下面に放熱部材7が設けられる。
【0012】
基体6は、平面視して円形状であって、その外径が例えば50mm以上200mm以下に設定されている。また、基体6は、上下方向の長さが、例えば1mm以上10mm以下に設定されている。なお、基体6の熱伝導率は、例えば10W/(m・K)以上500W/(m・K)以下に設定されている。
【0013】
放熱部材7は、基体6から伝わる熱を外部に放熱するものである。基体6は、半導体発光装置3の発光時に発する熱が伝わり、温度が高くなりやすい。そこで、基体6の下面に放熱部材7を設けて、基体6に伝わった熱を外部に向かって放熱することで、基体6の温度が高温になるのを抑制することができ、基体6が熱変形するのを低減することができるとともに、半導体発光装置3の温度上昇を抑制することができる。なお、放熱部材7は、例えば、アルミニウム、銅またはモリブデン等の金属材料からなる。放熱部材7は、基体6に対して、例えば螺子またはボルト等の固定部材あるいは半田もしくはろう材等の接合材を介して固定されるか、または一体的に形成される。
【0014】
基板2は、基体6上に設けられる。基板2は、平面視して円形状であって、その主面上には複数の半導体発光装置3が実装される。基板2は、絶縁性の基板であって、例えば酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウムまたは酸化イットリウム等のセラミック材料からなる。なお、基板2は、直径が例えば48mm以上198mm以下に設定されている。基板2の上下方向の長さは、例えば0.2mm以上2mm以下に設定されている。
【0015】
基板2には、基板2の内外を電気的に導通する配線導体が形成されている。この配線導体は、タングステン、モリブデン、マンガンまたは銅等の導電材料からなる。また、この配線導体は、例えば、タングステン等の粉末に有機溶剤を添加して得た金属ペーストを基板2となるセラミックグリーンシートに所定パターンで印刷し、それら複数のセラミック
グリーンシートを積層して一体焼成することによって得られる。なお、基板2の内外に露出する配線導体の表面には、酸化防止のためにニッケルまたは金等の鍍金層が形成されている。
【0016】
このような基板2としては、例えば樹脂からなるプリント配線基板、あるいはフレキシブル配線基板等の樹脂基板、あるいはガラス基板、あるいはアルミ基板等の金属板を用いることができる。なお、基板2には、基体6に固定するための螺子孔(図示せず)が設けられている。そして、この螺子孔を用いて基板2と基体6とを螺子等を介して固定することができる。
【0017】
半導体発光装置3は、基板2上に実装される。複数の半導体発光装置3は、基板2の中心に対して放射状に配置されている。半導体発光装置3は、基板2の中心に配置されていないことにより、複数の半導体発光装置3からの熱が基板2の中心に集中することが抑制され、基板2の中心に配置された半導体発光装置3の発光効率が熱によって低下したり、発光スペクトルが変化することによって光の色が変化したりすることが抑制される。
【0018】
半導体発光装置3のそれぞれは、チップ実装基板31と、チップ実装基板31上に設けられた発光素子32と、発光素子32を取り囲む枠体33と、枠体33で囲まれる領域に設けられた封止部材34と、枠体33によって支持された、接着部材35を介して枠体33に接続される波長変換部材36とを備えている。
【0019】
発光素子32は、例えば発光ダイオードであって、発光素子32内のpn接合中の電子と正孔とが再結合することによって光が放出される。
【0020】
チップ実装基板31は、基板2上に設けられる。基板2とチップ実装基板31とは、例えば半田または導電性接着剤を介して電気的に導通するように接合される。チップ実装基板31は、例えばアルミナ、ムライトまたはガラスセラミックス等のセラミック材料、あるいはこれらの材料のうちから複数の材料を混合した複合系材料から構成することができる。また、チップ実装基板31には、金属酸化物微粒子を分散させた高分子樹脂を用いることもできる。
【0021】
チップ実装基板31の表面が拡散面である場合は、発光素子32から発せられる光が、チップ実装基板31の表面に照射されて拡散反射される。そして、発光素子32が発する光を拡散反射によって多方向に放射して、発光素子32から発せられる光が特定箇所に集中するのを抑制することができる。
【0022】
ここで、チップ実装基板31には、配線導体が設けられており、配線導体を介して基板2に電気的に接続されている。この配線導体は、例えばタングステン、モリブデン、マンガンまたは銅等の導電材料からなる。また、この配線導体は、例えばタングステン等の粉末に有機溶剤を添加して得た金属ペーストを、チップ実装基板31に所定パターンで印刷することによって形成される。
【0023】
発光素子32は、チップ実装基板31上に実装される。発光素子32は、チップ実装基板31上に形成される配線導体上に、例えば半田または導電性接着剤等の接着材料、あるいはボンディングワイヤ等を介して電気的に接続される。
【0024】
発光素子32は、例えばサファイア、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、シリコンカーバイド、シリコンまたは二ホウ化ジルコニウム等の基体に、有機金属気相成長法または分子線エピタキシャル成長法等の化学気相成長法を用いて、半導体層を成長させることによって作製される。なお、発光素子32の厚みは、例えば30μm以上1000
μm以下である。
【0025】
発光素子32は、第1半導体層と、第1半導体層上に形成される発光層と、発光層上に形成される第2半導体層とから構成されている。これら第1半導体層、発光層および第2半導体層は、例えばIII族窒化物半導体、ガリウム燐またはガリウムヒ素等のIII−V族半導体、あるいは窒化ガリウム、窒化アルミニウムまたは窒化インジウム等のIII族窒化物
半導体などを用いることができる。なお、第1半導体層の厚みは、例えば1μm以上5μm以下である。発光層の厚みは、例えば25nm以上150nm以下である。第2半導体層の厚みは、例えば50nm以上600nm以下である。また、このように構成された発光素子32では、例えば370nm以上420nm以下の波長範囲の励起光を発することができる。
【0026】
チップ実装基板31上には、発光素子32を取り囲むように枠状の枠体33が設けられている。枠体33は、チップ実装基板31上に例えば半田または接着剤を介して接続される。枠体33は、セラミック材料であって、例えば酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウムまたは酸化イットリウム等の多孔質材料からなる。枠体33は、多孔質材料からなり、それによって枠体33の表面には微細な孔が多数形成される。
【0027】
枠体33は、発光素子32と間を空けて、発光素子32の周りを取り囲むように形成されている。また、枠体33は、傾斜する内壁面が下端から上端に行くに従って外方に向かって広がるように形成されている。そして、枠体33の内壁面が、発光素子32から発せられる励起光の反射面として機能する。また、枠体33の内壁面が拡散面である場合には、発光素子32から発せられる光が、枠体33の内壁面にて拡散反射する。そして、発光素子32から発せられる光は、特定箇所に集中されず、上方に向かって進行することができる。
【0028】
また、枠体33の傾斜する内壁面は、例えばタングステン、モリブデン、銅または銀等から成る金属層と、金属層を被覆するニッケルまたは金等から成る鍍金金属層を形成してもよい。この鍍金金属層は、発光素子32の発する光を反射させる機能を有する。なお、枠体33の内壁面の傾斜角度は、チップ実装基板31の上面に対して、例えば55°以上70°以下の角度に設定されている。
【0029】
枠体33で囲まれる領域には、封止部材34が充填されている。封止部材34は、発光素子32を封止するとともに、発光素子32から発せられる光が透過する機能を備えている。封止部材34は、枠体33の内方に発光素子32を収容した状態で、枠体33で囲まれる領域であって、例えばシリコーン樹脂、アクリル樹脂またはエポキシ樹脂等の透光性の絶縁樹脂、あるいは透光性の絶縁ガラスを用いることができる。
【0030】
波長変換部材36は、枠体33に支持されるとともに、発光素子32と間を空けて対向するように設けられる。また、波長変換部材36は、発光素子32を封止する封止部材34と空隙を介して枠体33に設けられる。
【0031】
波長変換部材36は、接着部材35を介して枠体33に接合されている。接着部材35は、波長変換部材36の下面の端部から波長変換部材36の側面、さらに波長変換部材36の上面の端部にかけて被着している。
【0032】
接着部材35には、例えばポリイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シアネート樹脂、シリコーン樹脂またはビスマレイミドトリアジン樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることができる。また、接着部材35には、例えばポリエーテルケトン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂またはポリフェニレンエーテル樹脂等の熱可塑性樹脂を
用いることもできる。
【0033】
接着部材35の材料は、枠体33の熱膨張率と波長変換部材36の熱膨張率との間の大きさの熱膨張率の材料を選択するとよい。接着部材35の材料としてこのような材料を選択することで、枠体33と波長変換部材36とが熱膨張するときに、両者の熱膨張率の差に起因して両者が剥離しようとするのを抑制することができ、両者を良好に繋ぎ留めることができる。
【0034】
接着部材35が波長変換部材36の下面の端部にまで被着していることで、接着部材35が被着する面積を大きくして、枠体33と波長変換部材36とを強固に接続することができる。その結果、枠体33と波長変換部材36との接続強度を向上させることができ、波長変換部材36の撓みが抑制される。そして、発光素子32と波長変換部材36との間の光学距離が変動するのを効果的に抑制することができる。
【0035】
波長変換部材36は、発光素子32から発せられる励起光が内部に入射して、内部に含有される蛍光体が励起されて、光を発するものである。ここで、波長変換部材36は、例えばシリコーン樹脂、アクリル樹脂またはエポキシ樹脂等の透光性樹脂、あるいは透光性ガラスから成り、その透光性樹脂中もしくは透光性ガラス中に、例えば430nm以上490nm以下の蛍光を発する青色蛍光体、例えば500nm以上560nm以下の蛍光を発する緑色蛍光体、例えば540nm以上600nm以下の蛍光を発する黄色蛍光体、例えば590nm以上700nm以下の蛍光を発する赤色蛍光体が含有されている。なお、蛍光体は、波長変換部材36中に均一に分散するように含有されている。なお、波長変換部材36の厚みは、例えば0.3mm以上3mm以下に設定されている。
【0036】
また、波長変換部材36の端部の厚みは一定に設定されている。波長変換部材36の厚みは、例えば0.3mm以上3mm以下に設定されている。ここで、厚みが一定とは、波長変換部材36の厚みの誤差が0.1mm以下のものを含む。波長変換部材36の厚みを一定にすることにより、波長変換部材36にて励起される光の量を一様になるように調整することができ、波長変換部材36における輝度むらを抑制することができる。
【0037】
次に、半導体発光装置3上に設けられるリフレクター4について説明する。リフレクター4は、基板2上に設けられ、基板2上の複数の半導体発光装置3と重なる領域に導光孔4hが形成されている。リフレクター4は、半導体発光装置3が発する光を反射するものであって、例えばアルミ二ウム、銅またはステンレス等の金属材料、あるいは酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウムまたは酸化イットリウム等のセラミック材料から構成されている。なお、リフレクター4は、金型によって成型されたポリカーボネート樹脂から成るリフレクター4の内壁面にアルミニウムを蒸着することによって構成されてもよい。
【0038】
リフレクター4は、環状の部材に上下方向に貫通する複数の導光孔4hがリフレクター4の中心から放射状に設けられているものである。なお、リフレクター4の中心には、導光孔4hが設けられておらず、中心凹部4cが設けられているとともに、中心凹部4cの底部に位置するリフレクター4の下面が基板2に当接している。中心凹部4cを設けることで、平面視してドーム状カバー5の中心と重なる個所には、半導体発光装置3が配置されない。リフレクター4に中心凹部4cが設けられていることで、外部からの熱によって最も集中するリフレクター4中心部への応力を緩和でき、リフレクター4の割れや破損を抑制することができるという作用効果を奏する。
【0039】
リフレクター4は、複数の導光孔4hのそれぞれが、複数の半導体発光装置3のそれぞれに対応して配置されている。各半導体発光装置3から発せられた光は、その上方に位置
するリフレクターの導光孔4hを通って、ドーム状カバー5を介して外部に取り出される。
【0040】
リフレクター4は、半導体発光装置3を取り囲む導光孔4hの内周面が、半導体発光装置3の側面を取り囲む内壁面と、半導体発光装置3の発する光を下方から上方に向かって反射させる傾斜面とからなる。内壁面は、基板2の上面に対して垂直となるように形成されており、傾斜面は基板2の上面に対して、例えば30°以上80°以下の角度で傾斜して形成されている。なお、リフレクター4は、リフレクター4の上下方向の長さが例えば5mm以上50mm以下に設定されており、内壁面の個所の上下方向の長さが例えば0.5mm以上4mm以下であって、傾斜面の個所の上下方向の長さが例えば1mm以上49.5mm以下に設定されている。リフレクター4の内周面の直径は、例えば3mm以上30mm以下に設定されている。リフレクター4の熱伝導率は、例えば10W/(m・K)以上500W/(m・K)以下で設定されている。
【0041】
リフレクター4の導光孔4hの傾斜面は、半導体発光装置3から導光孔4hの出射口に向かうにつれて広がるように形成されている。導光孔4hの傾斜面で囲まれる領域が導光孔4hの出射口に向かうにつれて大きくなることで、リフレクター4によって半導体発光装置3の発する光を遮りにくくすることができ、半導体発光装置3の発する光の照射面積を広くすることができる。つまり、導光孔4hは、導光孔4hの傾斜面で囲まれる横断面の領域が下部から上部に向かって広がるように形成されている。それによって、導光孔4hの下方に位置する半導体発光装置3が発する光を、導光孔4hの内壁面を通して光を集め、導光孔4hの内壁面にて反射させて、上方に向かって広がって指向性よく取り出すことができる。
【0042】
側面カバー8は、基体6の側面から、リフレクター4の側面およびドーム状カバー5の側面の一部を取り囲むように設けられている。側面カバー8は、ドーム状カバー5の外周に沿ってドーム状カバー5の側面の一部を取り囲むようにして基体6に固定されている。側面カバー8は、ドーム状カバー5を位置決めするとともに、基板2、半導体発光装置3およびリフレクター4を外部から保護するものである。
【0043】
側面カバー8は、円筒状の本体81と、本体81の上部に設けられた板部82とから構成されており、例えばアルミニウム、銅またはステンレス等の金属、プラスチックまたは樹脂等からなる。
【0044】
円筒状の本体81は、内径が例えば50mm以上200mm以下であって、外径が例えば51mm以上205mm以下に設定されている。また、本体81は、上下方向の長さは、例えば20mm以上100mm以下に設定されている。そして、本体81の内周面の一部には、上下方向に切欠いた溝81aが形成されている。溝81aが設けられている本体81の外周面は、外方に向かって盛り上がって形成されている。本体81は、溝81aが設けられていることで、本体81が熱変形するのを溝81aにて応力緩和して、本体81が破壊されるのを抑制することができる。なお、溝81aは、本体81の内壁面に3箇所設けられており、それぞれが等距離となるように設定されている。
【0045】
また、溝81aは、基体6の外周部に形成された螺子孔を介して、側面カバー8と基体6とを螺子止め固定する際の螺子81bが挿入される溝部として利用することができる。さらに、溝81aが設けられている本体81の外周面は、外方に向かって盛り上がって形成されていることにより、側面カバー8と基体6とを螺子止めによって固定する際の螺子止めの力によって生じる側面カバー8の変形を抑制することができる。
【0046】
また、側面カバー8は、本体81が基体6に対して螺子81bを介して螺子止めされる
ことで、基体6と接続される。螺子止めは、螺子81bを下方から上方に向かって、基体6の外周部に形成された螺子孔および本体81の溝81aに挿入固定するように差し入れて、側面カバー8と基体6とを固定する。なお、側面カバー8は、螺子81bを用いずに、基体6に対して半田やろう材等を用いて接合してもよい。
【0047】
板部82は、本体81の外周面よりも外方に向かって張り出した外張出部821と、本体81の内周面よりも内方に向かって張り出した内張出部822とから構成されている。そして、外張出部821は、側面カバー8に伝わった熱を外部に向かって効率よく放熱するものであって、内張出部822は、ドーム状カバー5に当接するものである。
【0048】
外張出部821は、本体81の外壁よりも外方に向かって延びた平面方向の長さが、例えば10mm以上100mm以下に設定されている。また、内張出部822は、本体81の内壁よりも内方に向かって延びた平面方向の長さが、例えば5mm以上50mm以下に設定されている。
【0049】
側面カバー8は、内張出部822の下面の一部に凹部8cが設けられている。側面カバー8は、凹部8cを設けることで、側面カバー8の内張出部822を介してリフレクター4およびドーム状カバー5に伝わる熱を少なくし、リフレクター4またはドーム状カバー5が熱変形するのを抑制することができるとともに、熱エネルギーによるドーム状カバー5の透過率の劣化を抑制することができる。
【0050】
側面カバー8は、本体81の内壁面が、リフレクター4の側面に対して間を空けて設けられている。よって、半導体発光装置3の発光時に発する熱は、基板2から基体6および側面カバー8を介してリフレクター4上のドーム状カバー5に伝わり難くなる。また、半導体発光装置3の発光時に発する熱が基板2を介してリフレクター4に伝わり、リフレクター4が熱膨張を起こそうとするが、リフレクター4の側面と本体81の内壁面との間に隙間を設け、リフレクター4が本体81の内壁面から応力を受けて、リフレクター4が変形するのを抑制することができる。また、リフレクター4は、熱エネルギーが付加されることによるリフレクター4の反射率の劣化を抑制される。その結果、リフレクター4が反射する光の方向を所望する方向に維持することができ、外部に取り出される光の指向性を良好に維持することができる。
【0051】
ドーム状カバー5は、側面カバー8に囲まれたリフレクター4上に設けられている。このドーム状カバー5は、半導体発光装置3を保護するものである。このドーム状カバー5は、リフレクター4の導光孔4hが存在しない複数の個所において支持されている。そして、ドーム状カバー5は、全ての導光孔4hをふさぐように設けられている。
【0052】
ドーム状カバー5は、半導体発光装置3から発せられる光が透過する材料からなり、例えば樹脂またはガラス等の光透過性材料から構成されている。そして、半導体発光装置3の発する光が、ドーム状カバー5を通過して外部に取り出される。
【0053】
ドーム状カバー5は、基板2の上面に沿った平面方向において、円形状に形成されている。そして、ドーム状カバー5で囲まれる領域における直径が例えば50mm以上200mm以下に設定されている。ドーム状カバー5で囲まれる領域における上下方向の長さは、例えば10mm以上100mm以下に設定されている。ドーム状カバー5の厚みは、例えば0.5mm以上2mm以下に設定されている。
【0054】
ドーム状カバー5は、ドーム状カバー5の中央部5f1の周辺領域に位置する周辺部5f2が、中央部5f1よりも透過率が大きく設定されている。中央部5f1は、平面視してドーム状カバー5の中心から半径5mm以上50mm以下の範囲をいう。周辺部5f2
は、中央部5f1を除いた領域である。なお、中央部5f1の透過率は、例えば50%以上90%以下に設定されている。周辺部5f2の透過率は、例えば90%以上99%以下に設定されている。
【0055】
基板2上に複数の半導体発光装置3を並べた場合は、半導体発光装置3の集まっている領域で基板2中央部の上方において、複数の半導体発光装置3からの光が重なり合うとともに集中する。また、半導体発光装置3は、指向性に優れており、半導体発光装置3の正面としての上方の輝度が大きくなる。そのため、平板上に複数の半導体発光装置3を実装した照明装置は、特に暗い場所では、半導体発光装置3の集まっている領域で基板2中央部の上方と、その周囲の照射された領域においてグラデーションの差が出やすい。そこで、ドーム状カバー5は、周辺部5f2の透過率が中央部5f1の透過率よりも大きくすることで、ドーム状カバー5を介して外部に出る光のうち、周辺部5f2を中央部5f1よりも外部に光を出やすくすることができる。その結果、照明装置1から外部に出た光によって照らし出される領域においては、照射領域の中央部と照射領域の周辺部との間でグラデーションの差を低減することができ、照度のムラを抑制することができるとともに視認性に優れた光の環境を創り出すことができる。
【0056】
基板2上には、平面視してドーム状カバー5の中心と重なる個所には、半導体発光装置3が配置されないように設定されている。ドーム状カバー5で囲まれる複数の半導体発光装置3は、平面視して規則的にドーム状カバー5の中心から放射状に配置されるが、その中心位置に半導体発光装置3を配置しないことで、ドーム状カバー5の中心に集まる光を少なくすることができる。
【0057】
ドーム状カバー5は、リフレクター4の上部に対して接合材9を介して接続されている。ドーム状カバー5の端部下面が、リフレクター4の上面の一部と接合材9によって接着されている。接合材9は、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂またはシリコーン樹脂等の材料からなる。接合材9は、熱伝導率がドーム状カバー5よりも小さい材料を選定することで、リフレクター4から接合材9を介してドーム状カバー5に伝わる熱量を低減することができ、ドーム状カバー5が熱変形するのを抑制することができる。その結果、基板2に対するドーム状カバー5の配置場所をずれにくくすることができ、ドーム状カバー5から外部の所望する方向に光を放射することができる。
【0058】
また、ドーム状カバー5は、下端部の外周部に形成された凸部がリフレクター4上部の外周部と密着するように配置され、筒体8を基体6に固定する際に、凸部がリフレクター4上部の外周部と内張出部822によって上下から挟み込まれることにより、ドーム状カバー5が固定されてもよい。これにより、接合材9の特性劣化に伴ったドーム状カバー5の剥がれや照明装置1からの脱落を抑制できる。
【0059】
ここで、中央部5f1の透過率を周辺部5f2の透過率よりも小さくする方法としては、中央部5f1の屈折率を周辺部5f2の屈折率よりも大きくすることで実現することができる。中央部5f1を構成する材料を例えばエポキシ樹脂とし、周辺部5f2を構成する材料を例えばシリコーン樹脂とすることで、中央部5f1の屈折率が1.51となり、周辺部5f2の屈折率が1.41となる。なお、中央部5f1の屈折率は、例えば1.45以上1.55以下に設定されている。周辺部5f2の屈折率は、例えば1.4以上1.5以下に設定されている。
【0060】
また、中央部5f1の透過率を周辺部5f2の透過率よりも小さくする方法としては、中央部5f1に透過光を拡散させるための拡散材を含有させることで、中央部5f1の透明度を周辺部5f2の透明度よりも低くすることで実現することができる。中央部5f1に周辺部5f2よりも多く拡散材を含有させることで、中央部5f1の吸光度を周辺部5
f2の吸光度よりも大きくし、中央部5f1が周辺部5f2よりも光を吸収しやすくすることで、周辺部5f2の透過率を中央部5f1の透過率よりも大きくすることができる。中央部5f1を構成する材料を例えば拡散材が含有されたエポキシ樹脂とし、周辺部5f2を構成する材料を例えば中央部5f1より含有率が小さいエポキシ樹脂とすることで、中央部5f1の透過率が85%となり、周辺部5f2の透過率が95%となる。なお、中央部5f1の透過率は、例えば50%以上90%以下に設定されている。周辺部5f2の透過率は、例えば90%以上98%以下に設定されている。なお、拡散材としては、酸化チタン、酸化アルミニウム硫酸バリウムまたは炭酸カルシウム等からなる。
【0061】
本実施形態によれば、ドーム状カバー5の周辺部5f2の透過率を中央部5f1の透過率よりも大きくすることで、照射領域における中央部と周辺部との境界に発生しやすいグラデーションの差を低減することができ、照射領域のグラデーションをより自然にすることが可能な照明装置1を提供することができる。
【0062】
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。なお、本発明の実施形態の変形例に係る照明装置1のうち、本発明の実施形態に係る照明装置1と同様な部分については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。図11は、一変形例に係る照明装置1を示す図である。
【0063】
上述した実施形態に係る照明装置1は、ドーム状カバー5の内面がドーム状カバー5の外面と同様に、湾曲して形成されていたが、これに限られない。例えば、図11に示すように、ドーム状カバー5の内面の一部を、基板2の上面に沿って平面に形成する。このように、ドーム状カバー5の中央部5f1の内面は、基板2の上面に対向する平面に形成されている。中央部5f1の内面が平面に形成されることで、基板2中央部の上方で重なり合って中央部5f1に入射される、複数の半導体発光装置3からの光は、ドーム状カバー5内側の空気層と中央部5f1との屈折率差によって外側に屈折される。その結果、基板2中央部の上方で重なり合って集中する光が、照射面の中央部から周囲に広げられることにより、照射面における中央部と周囲部との照度差が小さくなり、照射面における照度分布のムラが低減されるとともに、同じ材質からなるドーム状カバー5の中央部5f1を周辺部5f2より厚くすることにより、中央部5f1の透過率を周辺部5f2より小さくすることができ、中央部5f1と周辺部5f2との材質の違いによって発生する応力を起因としたドーム状カバー5の割れやクラックが抑制されるという作用効果を奏する。
【0064】
<照明装置の製造方法>
ここで、図1に示す照明装置の製造方法を説明する。まず、複数の半導体発光装置3を準備する。チップ実装基板31および枠体33が、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合には、酸化アルミニウムの原料粉末に、有機バインダー、可塑剤または溶剤等を添加混合して混合物を得る。
【0065】
チップ実装基板31は、混合物がシート状のセラミックグリーンシートに成形され、枠体33は、型枠内に混合物が充填されて乾燥され、焼結前のチップ実装基板31および枠体33が取り出される。
【0066】
また、タングステンまたはモリブデン等の高融点金属粉末を準備し、この粉末に有機バインダー、可塑剤または溶剤等を添加混合して金属ペーストを得る。そして、取り出したチップ実装基板31となるセラミックグリーンシートに所定パターンで印刷し、複数のセラミックグリーンシートを積層するとともに焼成され、所定の形状に切断される。また、枠体33は、所望の温度で焼結されることによって形成される。
【0067】
次に、チップ実装基板31上の配線パターンに発光素子32を半田を介して電気的に実装した後、発光素子32を取り囲むように枠体33を基板上にアクリル樹脂等の接着剤を介して接着する。そして、枠体33で囲まれた領域に、例えばシリコーン樹脂を充填して、このシリコーン樹脂を硬化させることで、封止部材34を形成する。
【0068】
次に、波長変換部材36を準備する。波長変換部材36は、未硬化の樹脂に蛍光体を混合して、例えばドクターブレード法、ダイコーター法、押し出し法、スピンコート法またはディップ法等のシート成形技術を用いて作製することができる。また、例えば波長変換部材36は、未硬化の波長変換部材36を型枠に充填し、硬化して取り出すことによって、得ることができる。
【0069】
そして、準備した波長変換部材36を枠体33上に、例えば樹脂からなる接着部材35を介して接着することで、半導体発光装置3を作製することができる。
【0070】
さらに、円形の基板2を準備する。基板2には、例えばプリント配線基板を用いることができる。そして、基板2に複数の半導体発光装置3を半田を介して電気的に実装することができる。
【0071】
次に、基体6、放熱部材7、リフレクター4およびドーム状カバー5を準備する。基体6および放熱部材7は、アルミニウムからなり、例えば、金型成形によって所望の形状に一体的に形成される。
【0072】
リフレクター4は、例えば、ポリカーボネートからなり、押出成形法によって所望の形状に成形されている。また、リフレクター4には、例えばアルミニウム材料を用いて導光孔4hの内周面に蒸着を行うことで、リフレクター4の表面を光が反射しやすい反射面にすることができる。
【0073】
ドーム状カバー5は、中央部5f1が炭酸カルシウムから成る拡散材が含有されたアクリル樹脂によって金型成形する。そして、周辺部5f2が拡散材が含有されないアクリル樹脂によって金型成形した後に、中央部5f1と周辺部5f2を透明なアクリル樹脂からなる接着材で接着することで所望の形状に作製することができる。
【0074】
そして、半導体発光装置3を実装した基板2を基体6に実装し、その基板2上にリフレクター4を設ける。さらに、リフレクター4上にドーム状カバー5を接合材9を介して接着し、側面カバー8を基体6に対して螺子止めすることで、照明装置1を作製することができる。
【符号の説明】
【0075】
1 照明装置
2 基板
3 半導体発光装置
31 チップ実装基板
32 発光素子
33 枠体
34 封止部材
35 接着部材
36 波長変換部材
4 リフレクター
4h 導光孔
4c 中心凹部
5 ドーム状カバー
5f1 中央部
5f2 周辺部
6 基体
7 放熱部材
8 側面カバー
81 本体
81a 溝
81b 螺子
82 板部
821 外張出部
822 内張出部
8c 凹部
9 接合材
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体発光装置を含む照明装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)等の半導体発光素子を光源とする半導体発光装置および照明装置の開発が進められている(例えば、特許文献1を参照)。半導体発光装置を有する照明装置は、指向性に優れており、半導体発光装置の正面の輝度が大きくなる特徴がある。そのため、平板上に複数の半導体発光装置を実装した照明装置は、特に暗い場所では、照射された領域においてグラデーションの差が出やすい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2008−294071号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明は、照射される領域においてグラデーションの差を低減することが可能な照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の一実施形態に係る照明装置は、基板と、前記基板上に設けられた複数の半導体発光装置と、前記基板上に設けられた、複数の前記半導体発光装置のそれぞれを取り囲む複数の導光孔を有するリフレクターと、前記リフレクター上に設けられ、全ての前記導光孔を覆う透光性のドーム状カバーと、を備え、前記ドーム状カバーの中央部の周辺領域に位置する周辺部は、前記中央部よりも透過率が大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【0006】
本発明によれば、照射される領域においてグラデーションの差を低減することが可能な照明装置を提供することを目的とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】本発明の一実施形態に係る照明装置を斜め上方から斜め下方に見た概観斜視図である。
【図2】本発明の一実施形態に係る照明装置を示しており、図1のX1−X1’に沿った断面図である。
【図3】本発明の一実施形態に係る照明装置を示しており、図2のA部分の拡大断面図である。
【図4】本発明の一実施形態に係る照明装置の断面図であって、半導体発光装置から発せられる光の進行方向を模式的に示している。
【図5】本発明の一実施形態に係る照明装置のリフレクターを斜め上方から斜め下方に見た概観斜視図である。
【図6】本発明の一実施形態に係る照明装置のリフレクターを示しており、図5のX2−X2’に沿った断面図である。
【図7】本発明の一実施形態に係る照明装置のカバーを斜め上方から斜め下方に見た概観斜視図である。
【図8】本発明の一実施形態に係る照明装置のリフレクターを示しており、図7のX3−X3’に沿った断面図である。
【図9】本発明の一実施形態に係る照明装置の半導体発光装置を斜め上方から斜め下方に見た概観斜視図である。
【図10】本発明の一実施形態に係る照明装置の半導体発光装置を示しており、図9のX4−X4’に沿った断面図である。
【図11】一変形例に係る照明装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下に、添付図面を参照して、本発明に係る照明装置の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されないものである。
【0009】
<照明装置の構成>
照明装置1は、天井または壁等の室内に直接取り付けるか、あるいは、屋外にて使用するものである。そして、照明装置1から発せられる光は、室内または屋外を照らすことができる。
【0010】
照明装置1は、基板2と、基板2上に設けられた複数の半導体発光装置3と、基板2上に設けられた、複数の半導体発光装置3のそれぞれを取り囲む複数の導光孔4hを有するリフレクター4と、リフレクター4上に設けられ、全ての導光孔4hを覆う透光性のドーム状カバー5と、を備えている。ドーム状カバー5の中央部5f1の周辺領域に位置する周辺部5f2は、中央部5f1よりも透過率が大きく形成されている。
【0011】
基板2は、基体6上に実装される。そして、基板2を実装する基体6は、外部に接続することができる。基体6は、例えばアルミニウム、銅またはステンレス等の金属、あるいはプラスチックまたは樹脂等から構成されている。また、基体6は、例えば円板状であって、下面に放熱部材7が設けられる。
【0012】
基体6は、平面視して円形状であって、その外径が例えば50mm以上200mm以下に設定されている。また、基体6は、上下方向の長さが、例えば1mm以上10mm以下に設定されている。なお、基体6の熱伝導率は、例えば10W/(m・K)以上500W/(m・K)以下に設定されている。
【0013】
放熱部材7は、基体6から伝わる熱を外部に放熱するものである。基体6は、半導体発光装置3の発光時に発する熱が伝わり、温度が高くなりやすい。そこで、基体6の下面に放熱部材7を設けて、基体6に伝わった熱を外部に向かって放熱することで、基体6の温度が高温になるのを抑制することができ、基体6が熱変形するのを低減することができるとともに、半導体発光装置3の温度上昇を抑制することができる。なお、放熱部材7は、例えば、アルミニウム、銅またはモリブデン等の金属材料からなる。放熱部材7は、基体6に対して、例えば螺子またはボルト等の固定部材あるいは半田もしくはろう材等の接合材を介して固定されるか、または一体的に形成される。
【0014】
基板2は、基体6上に設けられる。基板2は、平面視して円形状であって、その主面上には複数の半導体発光装置3が実装される。基板2は、絶縁性の基板であって、例えば酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウムまたは酸化イットリウム等のセラミック材料からなる。なお、基板2は、直径が例えば48mm以上198mm以下に設定されている。基板2の上下方向の長さは、例えば0.2mm以上2mm以下に設定されている。
【0015】
基板2には、基板2の内外を電気的に導通する配線導体が形成されている。この配線導体は、タングステン、モリブデン、マンガンまたは銅等の導電材料からなる。また、この配線導体は、例えば、タングステン等の粉末に有機溶剤を添加して得た金属ペーストを基板2となるセラミックグリーンシートに所定パターンで印刷し、それら複数のセラミック
グリーンシートを積層して一体焼成することによって得られる。なお、基板2の内外に露出する配線導体の表面には、酸化防止のためにニッケルまたは金等の鍍金層が形成されている。
【0016】
このような基板2としては、例えば樹脂からなるプリント配線基板、あるいはフレキシブル配線基板等の樹脂基板、あるいはガラス基板、あるいはアルミ基板等の金属板を用いることができる。なお、基板2には、基体6に固定するための螺子孔(図示せず)が設けられている。そして、この螺子孔を用いて基板2と基体6とを螺子等を介して固定することができる。
【0017】
半導体発光装置3は、基板2上に実装される。複数の半導体発光装置3は、基板2の中心に対して放射状に配置されている。半導体発光装置3は、基板2の中心に配置されていないことにより、複数の半導体発光装置3からの熱が基板2の中心に集中することが抑制され、基板2の中心に配置された半導体発光装置3の発光効率が熱によって低下したり、発光スペクトルが変化することによって光の色が変化したりすることが抑制される。
【0018】
半導体発光装置3のそれぞれは、チップ実装基板31と、チップ実装基板31上に設けられた発光素子32と、発光素子32を取り囲む枠体33と、枠体33で囲まれる領域に設けられた封止部材34と、枠体33によって支持された、接着部材35を介して枠体33に接続される波長変換部材36とを備えている。
【0019】
発光素子32は、例えば発光ダイオードであって、発光素子32内のpn接合中の電子と正孔とが再結合することによって光が放出される。
【0020】
チップ実装基板31は、基板2上に設けられる。基板2とチップ実装基板31とは、例えば半田または導電性接着剤を介して電気的に導通するように接合される。チップ実装基板31は、例えばアルミナ、ムライトまたはガラスセラミックス等のセラミック材料、あるいはこれらの材料のうちから複数の材料を混合した複合系材料から構成することができる。また、チップ実装基板31には、金属酸化物微粒子を分散させた高分子樹脂を用いることもできる。
【0021】
チップ実装基板31の表面が拡散面である場合は、発光素子32から発せられる光が、チップ実装基板31の表面に照射されて拡散反射される。そして、発光素子32が発する光を拡散反射によって多方向に放射して、発光素子32から発せられる光が特定箇所に集中するのを抑制することができる。
【0022】
ここで、チップ実装基板31には、配線導体が設けられており、配線導体を介して基板2に電気的に接続されている。この配線導体は、例えばタングステン、モリブデン、マンガンまたは銅等の導電材料からなる。また、この配線導体は、例えばタングステン等の粉末に有機溶剤を添加して得た金属ペーストを、チップ実装基板31に所定パターンで印刷することによって形成される。
【0023】
発光素子32は、チップ実装基板31上に実装される。発光素子32は、チップ実装基板31上に形成される配線導体上に、例えば半田または導電性接着剤等の接着材料、あるいはボンディングワイヤ等を介して電気的に接続される。
【0024】
発光素子32は、例えばサファイア、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、酸化亜鉛、シリコンカーバイド、シリコンまたは二ホウ化ジルコニウム等の基体に、有機金属気相成長法または分子線エピタキシャル成長法等の化学気相成長法を用いて、半導体層を成長させることによって作製される。なお、発光素子32の厚みは、例えば30μm以上1000
μm以下である。
【0025】
発光素子32は、第1半導体層と、第1半導体層上に形成される発光層と、発光層上に形成される第2半導体層とから構成されている。これら第1半導体層、発光層および第2半導体層は、例えばIII族窒化物半導体、ガリウム燐またはガリウムヒ素等のIII−V族半導体、あるいは窒化ガリウム、窒化アルミニウムまたは窒化インジウム等のIII族窒化物
半導体などを用いることができる。なお、第1半導体層の厚みは、例えば1μm以上5μm以下である。発光層の厚みは、例えば25nm以上150nm以下である。第2半導体層の厚みは、例えば50nm以上600nm以下である。また、このように構成された発光素子32では、例えば370nm以上420nm以下の波長範囲の励起光を発することができる。
【0026】
チップ実装基板31上には、発光素子32を取り囲むように枠状の枠体33が設けられている。枠体33は、チップ実装基板31上に例えば半田または接着剤を介して接続される。枠体33は、セラミック材料であって、例えば酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウムまたは酸化イットリウム等の多孔質材料からなる。枠体33は、多孔質材料からなり、それによって枠体33の表面には微細な孔が多数形成される。
【0027】
枠体33は、発光素子32と間を空けて、発光素子32の周りを取り囲むように形成されている。また、枠体33は、傾斜する内壁面が下端から上端に行くに従って外方に向かって広がるように形成されている。そして、枠体33の内壁面が、発光素子32から発せられる励起光の反射面として機能する。また、枠体33の内壁面が拡散面である場合には、発光素子32から発せられる光が、枠体33の内壁面にて拡散反射する。そして、発光素子32から発せられる光は、特定箇所に集中されず、上方に向かって進行することができる。
【0028】
また、枠体33の傾斜する内壁面は、例えばタングステン、モリブデン、銅または銀等から成る金属層と、金属層を被覆するニッケルまたは金等から成る鍍金金属層を形成してもよい。この鍍金金属層は、発光素子32の発する光を反射させる機能を有する。なお、枠体33の内壁面の傾斜角度は、チップ実装基板31の上面に対して、例えば55°以上70°以下の角度に設定されている。
【0029】
枠体33で囲まれる領域には、封止部材34が充填されている。封止部材34は、発光素子32を封止するとともに、発光素子32から発せられる光が透過する機能を備えている。封止部材34は、枠体33の内方に発光素子32を収容した状態で、枠体33で囲まれる領域であって、例えばシリコーン樹脂、アクリル樹脂またはエポキシ樹脂等の透光性の絶縁樹脂、あるいは透光性の絶縁ガラスを用いることができる。
【0030】
波長変換部材36は、枠体33に支持されるとともに、発光素子32と間を空けて対向するように設けられる。また、波長変換部材36は、発光素子32を封止する封止部材34と空隙を介して枠体33に設けられる。
【0031】
波長変換部材36は、接着部材35を介して枠体33に接合されている。接着部材35は、波長変換部材36の下面の端部から波長変換部材36の側面、さらに波長変換部材36の上面の端部にかけて被着している。
【0032】
接着部材35には、例えばポリイミド樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シアネート樹脂、シリコーン樹脂またはビスマレイミドトリアジン樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることができる。また、接着部材35には、例えばポリエーテルケトン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂またはポリフェニレンエーテル樹脂等の熱可塑性樹脂を
用いることもできる。
【0033】
接着部材35の材料は、枠体33の熱膨張率と波長変換部材36の熱膨張率との間の大きさの熱膨張率の材料を選択するとよい。接着部材35の材料としてこのような材料を選択することで、枠体33と波長変換部材36とが熱膨張するときに、両者の熱膨張率の差に起因して両者が剥離しようとするのを抑制することができ、両者を良好に繋ぎ留めることができる。
【0034】
接着部材35が波長変換部材36の下面の端部にまで被着していることで、接着部材35が被着する面積を大きくして、枠体33と波長変換部材36とを強固に接続することができる。その結果、枠体33と波長変換部材36との接続強度を向上させることができ、波長変換部材36の撓みが抑制される。そして、発光素子32と波長変換部材36との間の光学距離が変動するのを効果的に抑制することができる。
【0035】
波長変換部材36は、発光素子32から発せられる励起光が内部に入射して、内部に含有される蛍光体が励起されて、光を発するものである。ここで、波長変換部材36は、例えばシリコーン樹脂、アクリル樹脂またはエポキシ樹脂等の透光性樹脂、あるいは透光性ガラスから成り、その透光性樹脂中もしくは透光性ガラス中に、例えば430nm以上490nm以下の蛍光を発する青色蛍光体、例えば500nm以上560nm以下の蛍光を発する緑色蛍光体、例えば540nm以上600nm以下の蛍光を発する黄色蛍光体、例えば590nm以上700nm以下の蛍光を発する赤色蛍光体が含有されている。なお、蛍光体は、波長変換部材36中に均一に分散するように含有されている。なお、波長変換部材36の厚みは、例えば0.3mm以上3mm以下に設定されている。
【0036】
また、波長変換部材36の端部の厚みは一定に設定されている。波長変換部材36の厚みは、例えば0.3mm以上3mm以下に設定されている。ここで、厚みが一定とは、波長変換部材36の厚みの誤差が0.1mm以下のものを含む。波長変換部材36の厚みを一定にすることにより、波長変換部材36にて励起される光の量を一様になるように調整することができ、波長変換部材36における輝度むらを抑制することができる。
【0037】
次に、半導体発光装置3上に設けられるリフレクター4について説明する。リフレクター4は、基板2上に設けられ、基板2上の複数の半導体発光装置3と重なる領域に導光孔4hが形成されている。リフレクター4は、半導体発光装置3が発する光を反射するものであって、例えばアルミ二ウム、銅またはステンレス等の金属材料、あるいは酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウムまたは酸化イットリウム等のセラミック材料から構成されている。なお、リフレクター4は、金型によって成型されたポリカーボネート樹脂から成るリフレクター4の内壁面にアルミニウムを蒸着することによって構成されてもよい。
【0038】
リフレクター4は、環状の部材に上下方向に貫通する複数の導光孔4hがリフレクター4の中心から放射状に設けられているものである。なお、リフレクター4の中心には、導光孔4hが設けられておらず、中心凹部4cが設けられているとともに、中心凹部4cの底部に位置するリフレクター4の下面が基板2に当接している。中心凹部4cを設けることで、平面視してドーム状カバー5の中心と重なる個所には、半導体発光装置3が配置されない。リフレクター4に中心凹部4cが設けられていることで、外部からの熱によって最も集中するリフレクター4中心部への応力を緩和でき、リフレクター4の割れや破損を抑制することができるという作用効果を奏する。
【0039】
リフレクター4は、複数の導光孔4hのそれぞれが、複数の半導体発光装置3のそれぞれに対応して配置されている。各半導体発光装置3から発せられた光は、その上方に位置
するリフレクターの導光孔4hを通って、ドーム状カバー5を介して外部に取り出される。
【0040】
リフレクター4は、半導体発光装置3を取り囲む導光孔4hの内周面が、半導体発光装置3の側面を取り囲む内壁面と、半導体発光装置3の発する光を下方から上方に向かって反射させる傾斜面とからなる。内壁面は、基板2の上面に対して垂直となるように形成されており、傾斜面は基板2の上面に対して、例えば30°以上80°以下の角度で傾斜して形成されている。なお、リフレクター4は、リフレクター4の上下方向の長さが例えば5mm以上50mm以下に設定されており、内壁面の個所の上下方向の長さが例えば0.5mm以上4mm以下であって、傾斜面の個所の上下方向の長さが例えば1mm以上49.5mm以下に設定されている。リフレクター4の内周面の直径は、例えば3mm以上30mm以下に設定されている。リフレクター4の熱伝導率は、例えば10W/(m・K)以上500W/(m・K)以下で設定されている。
【0041】
リフレクター4の導光孔4hの傾斜面は、半導体発光装置3から導光孔4hの出射口に向かうにつれて広がるように形成されている。導光孔4hの傾斜面で囲まれる領域が導光孔4hの出射口に向かうにつれて大きくなることで、リフレクター4によって半導体発光装置3の発する光を遮りにくくすることができ、半導体発光装置3の発する光の照射面積を広くすることができる。つまり、導光孔4hは、導光孔4hの傾斜面で囲まれる横断面の領域が下部から上部に向かって広がるように形成されている。それによって、導光孔4hの下方に位置する半導体発光装置3が発する光を、導光孔4hの内壁面を通して光を集め、導光孔4hの内壁面にて反射させて、上方に向かって広がって指向性よく取り出すことができる。
【0042】
側面カバー8は、基体6の側面から、リフレクター4の側面およびドーム状カバー5の側面の一部を取り囲むように設けられている。側面カバー8は、ドーム状カバー5の外周に沿ってドーム状カバー5の側面の一部を取り囲むようにして基体6に固定されている。側面カバー8は、ドーム状カバー5を位置決めするとともに、基板2、半導体発光装置3およびリフレクター4を外部から保護するものである。
【0043】
側面カバー8は、円筒状の本体81と、本体81の上部に設けられた板部82とから構成されており、例えばアルミニウム、銅またはステンレス等の金属、プラスチックまたは樹脂等からなる。
【0044】
円筒状の本体81は、内径が例えば50mm以上200mm以下であって、外径が例えば51mm以上205mm以下に設定されている。また、本体81は、上下方向の長さは、例えば20mm以上100mm以下に設定されている。そして、本体81の内周面の一部には、上下方向に切欠いた溝81aが形成されている。溝81aが設けられている本体81の外周面は、外方に向かって盛り上がって形成されている。本体81は、溝81aが設けられていることで、本体81が熱変形するのを溝81aにて応力緩和して、本体81が破壊されるのを抑制することができる。なお、溝81aは、本体81の内壁面に3箇所設けられており、それぞれが等距離となるように設定されている。
【0045】
また、溝81aは、基体6の外周部に形成された螺子孔を介して、側面カバー8と基体6とを螺子止め固定する際の螺子81bが挿入される溝部として利用することができる。さらに、溝81aが設けられている本体81の外周面は、外方に向かって盛り上がって形成されていることにより、側面カバー8と基体6とを螺子止めによって固定する際の螺子止めの力によって生じる側面カバー8の変形を抑制することができる。
【0046】
また、側面カバー8は、本体81が基体6に対して螺子81bを介して螺子止めされる
ことで、基体6と接続される。螺子止めは、螺子81bを下方から上方に向かって、基体6の外周部に形成された螺子孔および本体81の溝81aに挿入固定するように差し入れて、側面カバー8と基体6とを固定する。なお、側面カバー8は、螺子81bを用いずに、基体6に対して半田やろう材等を用いて接合してもよい。
【0047】
板部82は、本体81の外周面よりも外方に向かって張り出した外張出部821と、本体81の内周面よりも内方に向かって張り出した内張出部822とから構成されている。そして、外張出部821は、側面カバー8に伝わった熱を外部に向かって効率よく放熱するものであって、内張出部822は、ドーム状カバー5に当接するものである。
【0048】
外張出部821は、本体81の外壁よりも外方に向かって延びた平面方向の長さが、例えば10mm以上100mm以下に設定されている。また、内張出部822は、本体81の内壁よりも内方に向かって延びた平面方向の長さが、例えば5mm以上50mm以下に設定されている。
【0049】
側面カバー8は、内張出部822の下面の一部に凹部8cが設けられている。側面カバー8は、凹部8cを設けることで、側面カバー8の内張出部822を介してリフレクター4およびドーム状カバー5に伝わる熱を少なくし、リフレクター4またはドーム状カバー5が熱変形するのを抑制することができるとともに、熱エネルギーによるドーム状カバー5の透過率の劣化を抑制することができる。
【0050】
側面カバー8は、本体81の内壁面が、リフレクター4の側面に対して間を空けて設けられている。よって、半導体発光装置3の発光時に発する熱は、基板2から基体6および側面カバー8を介してリフレクター4上のドーム状カバー5に伝わり難くなる。また、半導体発光装置3の発光時に発する熱が基板2を介してリフレクター4に伝わり、リフレクター4が熱膨張を起こそうとするが、リフレクター4の側面と本体81の内壁面との間に隙間を設け、リフレクター4が本体81の内壁面から応力を受けて、リフレクター4が変形するのを抑制することができる。また、リフレクター4は、熱エネルギーが付加されることによるリフレクター4の反射率の劣化を抑制される。その結果、リフレクター4が反射する光の方向を所望する方向に維持することができ、外部に取り出される光の指向性を良好に維持することができる。
【0051】
ドーム状カバー5は、側面カバー8に囲まれたリフレクター4上に設けられている。このドーム状カバー5は、半導体発光装置3を保護するものである。このドーム状カバー5は、リフレクター4の導光孔4hが存在しない複数の個所において支持されている。そして、ドーム状カバー5は、全ての導光孔4hをふさぐように設けられている。
【0052】
ドーム状カバー5は、半導体発光装置3から発せられる光が透過する材料からなり、例えば樹脂またはガラス等の光透過性材料から構成されている。そして、半導体発光装置3の発する光が、ドーム状カバー5を通過して外部に取り出される。
【0053】
ドーム状カバー5は、基板2の上面に沿った平面方向において、円形状に形成されている。そして、ドーム状カバー5で囲まれる領域における直径が例えば50mm以上200mm以下に設定されている。ドーム状カバー5で囲まれる領域における上下方向の長さは、例えば10mm以上100mm以下に設定されている。ドーム状カバー5の厚みは、例えば0.5mm以上2mm以下に設定されている。
【0054】
ドーム状カバー5は、ドーム状カバー5の中央部5f1の周辺領域に位置する周辺部5f2が、中央部5f1よりも透過率が大きく設定されている。中央部5f1は、平面視してドーム状カバー5の中心から半径5mm以上50mm以下の範囲をいう。周辺部5f2
は、中央部5f1を除いた領域である。なお、中央部5f1の透過率は、例えば50%以上90%以下に設定されている。周辺部5f2の透過率は、例えば90%以上99%以下に設定されている。
【0055】
基板2上に複数の半導体発光装置3を並べた場合は、半導体発光装置3の集まっている領域で基板2中央部の上方において、複数の半導体発光装置3からの光が重なり合うとともに集中する。また、半導体発光装置3は、指向性に優れており、半導体発光装置3の正面としての上方の輝度が大きくなる。そのため、平板上に複数の半導体発光装置3を実装した照明装置は、特に暗い場所では、半導体発光装置3の集まっている領域で基板2中央部の上方と、その周囲の照射された領域においてグラデーションの差が出やすい。そこで、ドーム状カバー5は、周辺部5f2の透過率が中央部5f1の透過率よりも大きくすることで、ドーム状カバー5を介して外部に出る光のうち、周辺部5f2を中央部5f1よりも外部に光を出やすくすることができる。その結果、照明装置1から外部に出た光によって照らし出される領域においては、照射領域の中央部と照射領域の周辺部との間でグラデーションの差を低減することができ、照度のムラを抑制することができるとともに視認性に優れた光の環境を創り出すことができる。
【0056】
基板2上には、平面視してドーム状カバー5の中心と重なる個所には、半導体発光装置3が配置されないように設定されている。ドーム状カバー5で囲まれる複数の半導体発光装置3は、平面視して規則的にドーム状カバー5の中心から放射状に配置されるが、その中心位置に半導体発光装置3を配置しないことで、ドーム状カバー5の中心に集まる光を少なくすることができる。
【0057】
ドーム状カバー5は、リフレクター4の上部に対して接合材9を介して接続されている。ドーム状カバー5の端部下面が、リフレクター4の上面の一部と接合材9によって接着されている。接合材9は、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂またはシリコーン樹脂等の材料からなる。接合材9は、熱伝導率がドーム状カバー5よりも小さい材料を選定することで、リフレクター4から接合材9を介してドーム状カバー5に伝わる熱量を低減することができ、ドーム状カバー5が熱変形するのを抑制することができる。その結果、基板2に対するドーム状カバー5の配置場所をずれにくくすることができ、ドーム状カバー5から外部の所望する方向に光を放射することができる。
【0058】
また、ドーム状カバー5は、下端部の外周部に形成された凸部がリフレクター4上部の外周部と密着するように配置され、筒体8を基体6に固定する際に、凸部がリフレクター4上部の外周部と内張出部822によって上下から挟み込まれることにより、ドーム状カバー5が固定されてもよい。これにより、接合材9の特性劣化に伴ったドーム状カバー5の剥がれや照明装置1からの脱落を抑制できる。
【0059】
ここで、中央部5f1の透過率を周辺部5f2の透過率よりも小さくする方法としては、中央部5f1の屈折率を周辺部5f2の屈折率よりも大きくすることで実現することができる。中央部5f1を構成する材料を例えばエポキシ樹脂とし、周辺部5f2を構成する材料を例えばシリコーン樹脂とすることで、中央部5f1の屈折率が1.51となり、周辺部5f2の屈折率が1.41となる。なお、中央部5f1の屈折率は、例えば1.45以上1.55以下に設定されている。周辺部5f2の屈折率は、例えば1.4以上1.5以下に設定されている。
【0060】
また、中央部5f1の透過率を周辺部5f2の透過率よりも小さくする方法としては、中央部5f1に透過光を拡散させるための拡散材を含有させることで、中央部5f1の透明度を周辺部5f2の透明度よりも低くすることで実現することができる。中央部5f1に周辺部5f2よりも多く拡散材を含有させることで、中央部5f1の吸光度を周辺部5
f2の吸光度よりも大きくし、中央部5f1が周辺部5f2よりも光を吸収しやすくすることで、周辺部5f2の透過率を中央部5f1の透過率よりも大きくすることができる。中央部5f1を構成する材料を例えば拡散材が含有されたエポキシ樹脂とし、周辺部5f2を構成する材料を例えば中央部5f1より含有率が小さいエポキシ樹脂とすることで、中央部5f1の透過率が85%となり、周辺部5f2の透過率が95%となる。なお、中央部5f1の透過率は、例えば50%以上90%以下に設定されている。周辺部5f2の透過率は、例えば90%以上98%以下に設定されている。なお、拡散材としては、酸化チタン、酸化アルミニウム硫酸バリウムまたは炭酸カルシウム等からなる。
【0061】
本実施形態によれば、ドーム状カバー5の周辺部5f2の透過率を中央部5f1の透過率よりも大きくすることで、照射領域における中央部と周辺部との境界に発生しやすいグラデーションの差を低減することができ、照射領域のグラデーションをより自然にすることが可能な照明装置1を提供することができる。
【0062】
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。なお、本発明の実施形態の変形例に係る照明装置1のうち、本発明の実施形態に係る照明装置1と同様な部分については、同一の符号を付して適宜説明を省略する。図11は、一変形例に係る照明装置1を示す図である。
【0063】
上述した実施形態に係る照明装置1は、ドーム状カバー5の内面がドーム状カバー5の外面と同様に、湾曲して形成されていたが、これに限られない。例えば、図11に示すように、ドーム状カバー5の内面の一部を、基板2の上面に沿って平面に形成する。このように、ドーム状カバー5の中央部5f1の内面は、基板2の上面に対向する平面に形成されている。中央部5f1の内面が平面に形成されることで、基板2中央部の上方で重なり合って中央部5f1に入射される、複数の半導体発光装置3からの光は、ドーム状カバー5内側の空気層と中央部5f1との屈折率差によって外側に屈折される。その結果、基板2中央部の上方で重なり合って集中する光が、照射面の中央部から周囲に広げられることにより、照射面における中央部と周囲部との照度差が小さくなり、照射面における照度分布のムラが低減されるとともに、同じ材質からなるドーム状カバー5の中央部5f1を周辺部5f2より厚くすることにより、中央部5f1の透過率を周辺部5f2より小さくすることができ、中央部5f1と周辺部5f2との材質の違いによって発生する応力を起因としたドーム状カバー5の割れやクラックが抑制されるという作用効果を奏する。
【0064】
<照明装置の製造方法>
ここで、図1に示す照明装置の製造方法を説明する。まず、複数の半導体発光装置3を準備する。チップ実装基板31および枠体33が、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合には、酸化アルミニウムの原料粉末に、有機バインダー、可塑剤または溶剤等を添加混合して混合物を得る。
【0065】
チップ実装基板31は、混合物がシート状のセラミックグリーンシートに成形され、枠体33は、型枠内に混合物が充填されて乾燥され、焼結前のチップ実装基板31および枠体33が取り出される。
【0066】
また、タングステンまたはモリブデン等の高融点金属粉末を準備し、この粉末に有機バインダー、可塑剤または溶剤等を添加混合して金属ペーストを得る。そして、取り出したチップ実装基板31となるセラミックグリーンシートに所定パターンで印刷し、複数のセラミックグリーンシートを積層するとともに焼成され、所定の形状に切断される。また、枠体33は、所望の温度で焼結されることによって形成される。
【0067】
次に、チップ実装基板31上の配線パターンに発光素子32を半田を介して電気的に実装した後、発光素子32を取り囲むように枠体33を基板上にアクリル樹脂等の接着剤を介して接着する。そして、枠体33で囲まれた領域に、例えばシリコーン樹脂を充填して、このシリコーン樹脂を硬化させることで、封止部材34を形成する。
【0068】
次に、波長変換部材36を準備する。波長変換部材36は、未硬化の樹脂に蛍光体を混合して、例えばドクターブレード法、ダイコーター法、押し出し法、スピンコート法またはディップ法等のシート成形技術を用いて作製することができる。また、例えば波長変換部材36は、未硬化の波長変換部材36を型枠に充填し、硬化して取り出すことによって、得ることができる。
【0069】
そして、準備した波長変換部材36を枠体33上に、例えば樹脂からなる接着部材35を介して接着することで、半導体発光装置3を作製することができる。
【0070】
さらに、円形の基板2を準備する。基板2には、例えばプリント配線基板を用いることができる。そして、基板2に複数の半導体発光装置3を半田を介して電気的に実装することができる。
【0071】
次に、基体6、放熱部材7、リフレクター4およびドーム状カバー5を準備する。基体6および放熱部材7は、アルミニウムからなり、例えば、金型成形によって所望の形状に一体的に形成される。
【0072】
リフレクター4は、例えば、ポリカーボネートからなり、押出成形法によって所望の形状に成形されている。また、リフレクター4には、例えばアルミニウム材料を用いて導光孔4hの内周面に蒸着を行うことで、リフレクター4の表面を光が反射しやすい反射面にすることができる。
【0073】
ドーム状カバー5は、中央部5f1が炭酸カルシウムから成る拡散材が含有されたアクリル樹脂によって金型成形する。そして、周辺部5f2が拡散材が含有されないアクリル樹脂によって金型成形した後に、中央部5f1と周辺部5f2を透明なアクリル樹脂からなる接着材で接着することで所望の形状に作製することができる。
【0074】
そして、半導体発光装置3を実装した基板2を基体6に実装し、その基板2上にリフレクター4を設ける。さらに、リフレクター4上にドーム状カバー5を接合材9を介して接着し、側面カバー8を基体6に対して螺子止めすることで、照明装置1を作製することができる。
【符号の説明】
【0075】
1 照明装置
2 基板
3 半導体発光装置
31 チップ実装基板
32 発光素子
33 枠体
34 封止部材
35 接着部材
36 波長変換部材
4 リフレクター
4h 導光孔
4c 中心凹部
5 ドーム状カバー
5f1 中央部
5f2 周辺部
6 基体
7 放熱部材
8 側面カバー
81 本体
81a 溝
81b 螺子
82 板部
821 外張出部
822 内張出部
8c 凹部
9 接合材
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板と、
前記基板上に設けられた複数の半導体発光装置と、
前記基板上に設けられた、複数の前記半導体発光装置のそれぞれを取り囲む複数の導光孔を有するリフレクターと、
前記リフレクター上に設けられ、全ての前記導光孔を覆う透光性のドーム状カバーと、を備え、
前記ドーム状カバーの中央部の周辺領域に位置する周辺部は、前記中央部よりも透過率が大きいことを特徴とする照明装置。
【請求項2】
請求項1に記載の照明装置であって、
平面視して前記ドーム状カバーの中心と重なる個所には、前記半導体発光装置が配置されていないことを特徴とする照明装置。
【請求項3】
請求項1または請求項2に記載の照明装置であって、
前記ドーム状カバーは、前記リフレクターの上部に対して接合材を介して接続されていることを特徴とする照明装置。
【請求項4】
請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の照明装置であって、
前記ドーム状カバーの前記中央部の内面は、前記基板の上面に対向する平面に形成されていることを特徴とする照明装置。
【請求項5】
請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の照明装置であって、
前記ドーム状カバーは、前記中央部の屈折率が前記周辺部の屈折率よりも大きいことを特徴とする発光装置。
【請求項6】
請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の照明装置であって、
前記ドーム状カバーの前記中央部には、透過光を拡散させるための拡散材が含有されていることを特徴とする発光装置。
【請求項1】
基板と、
前記基板上に設けられた複数の半導体発光装置と、
前記基板上に設けられた、複数の前記半導体発光装置のそれぞれを取り囲む複数の導光孔を有するリフレクターと、
前記リフレクター上に設けられ、全ての前記導光孔を覆う透光性のドーム状カバーと、を備え、
前記ドーム状カバーの中央部の周辺領域に位置する周辺部は、前記中央部よりも透過率が大きいことを特徴とする照明装置。
【請求項2】
請求項1に記載の照明装置であって、
平面視して前記ドーム状カバーの中心と重なる個所には、前記半導体発光装置が配置されていないことを特徴とする照明装置。
【請求項3】
請求項1または請求項2に記載の照明装置であって、
前記ドーム状カバーは、前記リフレクターの上部に対して接合材を介して接続されていることを特徴とする照明装置。
【請求項4】
請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の照明装置であって、
前記ドーム状カバーの前記中央部の内面は、前記基板の上面に対向する平面に形成されていることを特徴とする照明装置。
【請求項5】
請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の照明装置であって、
前記ドーム状カバーは、前記中央部の屈折率が前記周辺部の屈折率よりも大きいことを特徴とする発光装置。
【請求項6】
請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の照明装置であって、
前記ドーム状カバーの前記中央部には、透過光を拡散させるための拡散材が含有されていることを特徴とする発光装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【公開番号】特開2013−69771(P2013−69771A)
【公開日】平成25年4月18日(2013.4.18)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−206088(P2011−206088)
【出願日】平成23年9月21日(2011.9.21)
【出願人】(000006633)京セラ株式会社 (13,660)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成25年4月18日(2013.4.18)
【国際特許分類】
【出願日】平成23年9月21日(2011.9.21)
【出願人】(000006633)京セラ株式会社 (13,660)
【Fターム(参考)】
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