JP2010080458A - Lighting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数のLED(発光ダイオード)チップ等の半導体発光素子を有して、例えば照明器具やディスプレイ等に使用される照明装置に関する。 The present invention relates to a lighting device having a semiconductor light emitting element such as a plurality of LED (light emitting diode) chips and used for, for example, a lighting fixture or a display.
例えば、複数のLED(発光ダイオード)チップ等を平面状に配設して構成した面状の発光装置は、特開2004−140185号公報等に記載されている。この発光装置では、複数のチップは金属基板上に配設されており、一方向に光を放射するように構成されている。しかしながら、照明器具に適用すること等を考慮すると、一方向からだけではなく、両方向から光が放射されるものが望ましい場合がある。このような場合には、複数のチップを配設する金属基板が透光性を有するものがよい。 For example, a planar light emitting device configured by arranging a plurality of LED (light emitting diode) chips and the like in a planar shape is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-140185. In this light emitting device, a plurality of chips are arranged on a metal substrate and configured to emit light in one direction. However, in consideration of application to a lighting fixture or the like, it may be desirable that light is emitted not only from one direction but also from both directions. In such a case, it is preferable that the metal substrate on which the plurality of chips are disposed has translucency.
また、一方向に光を放射するように構成されているLEDランプは、実公平6−21258号公報等に記載されている。このLEDランプは光拡散シートを有し、平坦な基板面上に所定の間隔で並設された複数個の発光素子からの光は、前記光拡散シートにより拡散され、部分的に強くなったりするという不具合がないというものである。
特許文献1及び2に記載の照明装置は、一方向からだけではなく、背面側も含めて両方向から光が放射されるものではない。また、特許文献1及び2の照明装置において複数のチップが配設されている基板をガラス基板等の透光性基板に変更しただけでは、両方向から均等に光を放射することはできにくい。
本発明の目的は、半導体発光素子を基板の一面に配設したものであっても他方の面からも同等の光を得ることのできる照明装置を提供することにある。
The illumination devices described in
An object of the present invention is to provide an illuminating device capable of obtaining equivalent light from the other surface even when the semiconductor light emitting element is disposed on one surface of the substrate.
請求項1の発明は、第1の面及び第2の面を有してなる透光性基板と;前記第1の面に配設された複数の半導体発光素子と;前記複数の半導体発光素子を覆うように第1の面に設けられた蛍光体層と;前記第2の面に設けられた光拡散層と;を具備したことを特徴とする。 The invention according to claim 1 is a translucent substrate having a first surface and a second surface; a plurality of semiconductor light emitting elements disposed on the first surface; and the plurality of semiconductor light emitting elements And a phosphor layer provided on the first surface; and a light diffusion layer provided on the second surface.
請求項1の発明において、透光性基板としては、透明ガラスや透明アクリル樹脂又は透光性セラミック等を挙げることができる。複数の半導体発光素子は、例えば青色光を発光するが、第1の面側に発光する強度と比較して第2の面側に発光する強度の方が強い。そして、蛍光体層は、前記青色光の励起によって黄色光を発光し、この黄色光と前記青色光が加色されて白色発光する。この結果、第1の面側及び第2の面側のそれぞれから白色光が放射されることになるが、上述したように青色光は第2の面側に発光する強度の方が強いため、この分、青色光が目立つことになり、半導体発光素子の部分が比較的明るくなる。そこで、第2の面に設けられた光拡散層がこの青色光を拡散させて明るい部分が目立つのを抑制する。なお、第1の面側から放射される青色光は蛍光体層によって、ある程度拡散される。 In the invention of claim 1, examples of the light-transmitting substrate include transparent glass, a transparent acrylic resin, and a light-transmitting ceramic. The plurality of semiconductor light emitting elements emit blue light, for example, but the intensity of light emitted on the second surface side is higher than the intensity of light emitted on the first surface side. The phosphor layer emits yellow light by the excitation of the blue light, and the yellow light and the blue light are added to emit white light. As a result, white light is emitted from each of the first surface side and the second surface side, but as described above, the intensity of the blue light emitted from the second surface side is stronger, as described above. Accordingly, blue light becomes conspicuous, and the portion of the semiconductor light emitting element becomes relatively bright. Therefore, the light diffusion layer provided on the second surface diffuses the blue light and suppresses the bright part from being noticeable. The blue light emitted from the first surface side is diffused to some extent by the phosphor layer.
請求項2の発明は、請求項1に記載の照明装置において、前記透光性基板とほぼ同材質及び同等の厚さを有し、前記蛍光体層側に設けられた第2の透光性基板と;第2の透光性基板に設けられた第2の光拡散層と;を具備したことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided the lighting device according to the first aspect, wherein the second translucent material has substantially the same material and thickness as the translucent substrate and is provided on the phosphor layer side. And a second light diffusion layer provided on the second light-transmitting substrate.
上述したように、蛍光体層では、前記青色光の励起によって黄色光を発光し、この黄色光と前記青色光が加色されて白色発光する。この白色光は、第1の面側においては、第2の透光性基板及び第2の光拡散層を通って外部に放射され、また、第2の面側においては、透光性基板及び光拡散層を通って外部に放射されるため、同様の経路を経て放射される。このため、両面側から放射される白色光は同程度の質と量となりやすい。 As described above, the phosphor layer emits yellow light by the excitation of the blue light, and the yellow light and the blue light are added to emit white light. The white light is radiated to the outside through the second light transmissive substrate and the second light diffusion layer on the first surface side, and the light transmissive substrate and the second light side on the second surface side. Since the light is emitted to the outside through the light diffusion layer, it is emitted through a similar path. For this reason, white light emitted from both sides tends to have the same quality and quantity.
請求項1の発明によれば、半導体発光素子を基板の一面に配設したものであっても他方の面からも同等の白色光を得ることができる。
請求項2の発明によれば、さらに、両面側から放射される白色光は同程度の質と量を得ることができる。
According to the first aspect of the present invention, even if the semiconductor light emitting element is disposed on one surface of the substrate, the same white light can be obtained from the other surface.
According to the second aspect of the present invention, the white light emitted from both sides can have the same quality and quantity.
図1及び図2を参照して本発明の一実施形態を説明する。図1及び図2中符号1はLEDパッケージを形成する照明装置を示している。この照明装置1は、基板2、基板2の第2面側に設けられた光拡散層50b、複数の半導体発光素子例えばLEDチップ(以下LEDと略称する。)7、ボンディングワイヤ11,12、第1の枠体14、第2の枠体16、蛍光体層18、蛍光体層18上に設けられた第2の透光性基板30、第2の透光性基板30上に設けられた光拡散層50aを備えて形成されている。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Reference numeral 1 in FIGS. 1 and 2 denotes an illumination device that forms an LED package. The lighting device 1 includes a
基板2の平面視形状は例えば図1に示すように四角形である。この基板2は、電気絶縁性及び透光性を有し、基板部3と、複数の排熱部材4と、一対の電極パターン5とを有している。
The planar view shape of the
基板部3は、図2に示すように第1の面3a及びこの面に平行な第2の面3bと、これら両面にわたる周面3cを有している。この基板部3は、電気絶縁性及び透光性を有し、例えば透明なガラス板で作られている。具体的には、蛍光体層18を100℃〜150℃で硬化処理するのに耐えるように、厚み0.5mm〜1.5mmの透明な石英ガラスで基板部3が作られている。
As shown in FIG. 2, the substrate part 3 has a
第2の透光性基板30は、前記透光性基板2とほぼ同材質(石英ガラス)及び同等の厚さを有し、前記蛍光体層18側に設けられており、第2の光拡散層50aは、第2の透光性基板30に設けられている。前記蛍光体層18では、LED7の青色光の励起によって黄色光を発光し、この黄色光と前記青色光が加色されて白色発光する。この白色光は、第1の面3a側においては、第2の透光性基板30及び第2の光拡散層50aを通って外部に放射され、また、第2の面3b側においては、透光性基板3及び光拡散層50bを通って外部に放射されるため、同様の経路を経て放射される。このため、両面側から放射される白色光は同程度の質と量とすることができる。また、LED7から発光される青色光の残像(つぶつぶ感)が緩和される。なお、光拡散層及び第2の光拡散層は、石英ガラスの面をフロスト処理して設けてもよい。
The second light-transmitting
複数の排熱部材4は、断面が円形や角形の金属線からなり、図2に示されるように基板部3の内部に縦横に一定間隔で並べて埋められていて、井桁格子状に組み合わされて配設されている。したがって、縦横に並べられた排熱部材4が作る井桁格子の目、言い換えれば、隣り合った排熱部材4間は図1に示すように正方形をなしている。各排熱部材4の端部4aは周面3cに対して突出されている。
The plurality of
排熱部材4と基板部3とが剥がれないようにするために、これら排熱部材4と基板部3との線膨張係数は略同じとしてある。具体的には、排熱部材4として表面を酸化させたタングステン線が採用されている。
In order to prevent the
後述のようにLED7が第1の面3aに実装される関係で、基板部3に対して図1において横(左右)方向に延びて配設された複数本の排熱部材4は、好ましくは図2に示すように基板部3に対してその厚み方向略1/2の位置に埋設されている。これとともに、基板部3に対して図1において縦(上下)方向に延びて配設された複数本の排熱部材4は、図2に示すように前記横方向に延びた排熱部材4と第2の面3bとの間に埋設されている。
As will be described later, the plurality of
したがって、第1の面3aと各排熱部材4との間の距離は、第2の面3bと排熱部材4との間の距離より大きい。それにより、第1の面3aの排熱部材4の真上に対応する部位が、排熱部材4を原因として膨れることを抑制して、LED7が実装される第1の面3aが平坦となるようにしてある。
Accordingly, the distance between the
一対の電極パターン5は、基板部3の第1の面3aの左右両端部に夫々設けられている。これらの電極パターン5は、銅箔等からなり、図1に示すように櫛歯状に作られていて、左右対称である。一方の電極パターン5は正極用であり、他方の電極パターン5は負極用である。これらの電極パターン5には図示しない電源回路から供給される直流の電流を導く図示しない電線が接続される。
The pair of electrode patterns 5 are respectively provided at the left and right end portions of the
各LED7には例えば窒化物半導体を用いてなるダブルワイヤー型のものが採用されている。これらLED7は、サファイア等からなる透光性の素子基板の一面に半導体発光層を設けて形成されている。半導体発光層は例えば青色の光を発する。又、これら青色発光をするLED7は、その半導体発光層側に図示しないが正極用及び負極用の一対の素子電極を有している。
For each
図1に示すように各LED7は、基板部3の第1の面3aに縦横に列をなして二次元的に配設されている。各LED7の基板部3への実装は、半導体発光層が積層された一面と平行でかつ半導体発光層が積層されていない素子基板の他面を、図示しない透光性のダイボンド材を用いて第1の面3aに接着することでなされている。
As shown in FIG. 1, the
これらLED7は、既述のように井桁格子状に配設された排熱部材4との位置関係において、図1に示すように井桁格子の目の好ましくはこの目の中央部に対向して配設されている。なお、各排熱部材4とLED7との距離L(図2において下側の排熱部材4とLED7との距離で代表する。)は0.2mm以上であることが好ましい。このようにすることで、仮に、基板部3に埋め込まれた排熱部材4を原因として第1の面3aに膨れを生じていたとしても、この膨れから外れた位置にLED7を実装できる。これにより、実装されたLED7が前記膨れに従って傾くことがないので、所望とする配光を得ることができる。
As described above, these
ボンディングワイヤ11,12は金属細線例えばAuの線材からなる。前記電極パターン5間に配設されて基板2の左右方向に列をなした並べられたLED7同士は、その素子電極にワイヤボンディングにより接続されるボンディングワイヤ11で電気的に直列に接続されている。
The
このようにボンディングワイヤ11で直列接続された複数のLED7がなすLED列の一端に位置されたLED7の素子電極と一方の電極パターン5の櫛歯部分は、ボンディングワイヤ12により電気的に接続されている。同様に、各LED列の他端に位置されたLED7の素子電極と他方の電極パターン5の櫛歯部分も、ボンディングワイヤ12により電気的に接続されている。
Thus, the element electrode of the
図1に示すように第1の枠体14は、合成樹脂等の電気絶縁材料により全てのLED7を内側に収める大きさの四角枠形状をなしていて、基板部3の第1の面3aに接着剤を用いて装着されている。この第1の枠体14は、一対の電極パターン5の櫛歯部分を横切って第1の面3aに接着されている。
As shown in FIG. 1, the
第2の枠体16も合成樹脂等の電気絶縁材料で作られている。第2の枠体16は、第1の枠体14と同じ大きさであるが、その厚みは第1の枠体14と比較して薄い。この第2の枠体16は基板部3の第2の面3bに接着剤を用いて装着されている。
The
蛍光体層18は、第1の枠体14内に略満杯状態に充填されていて、この第1の枠体14に収容された全てのLED7及びボンディングワイヤ11,12等を封止し、さらに、封止材40によって、これらを湿気や外気等から保護して照明装置1の寿命低下を防止している。蛍光体層18は、透光性材料、例えば透光性樹脂、具体的には熱硬化性のシリコーン樹脂からなる。この蛍光体層18は未硬化の液状状態で第1の枠体14内に所定量注入された後に加熱炉で加熱されることにより硬化される。
The
この蛍光体層18内には図示しない蛍光体が好ましくは均一に分散された状態に混入されている。蛍光体は、各LED7から放出された光の一部により励起されてLED7から放出された光の色とは異なる色の光を放射し、それによって、照明装置1から出射される照明光の色を規定するために用いられている。本実施形態では、照明装置1から出射される照明光の色を白色光とするために、各LED7が放出する青色の光に対して補色の関係にある黄色の光を放射する蛍光体が使用されている。
In the
又、図1及び図2中符号22は基板2より大きい枠状に形成された金属製の放熱部材を示している。放熱部材22の内周側部位は第2の面3bに接着されているとともに、放熱部材22の外周側部位は基板2の周面に対して突出されている。この突出された部位には前記排熱部材4の端部4aが夫々接した状態に接続されている。なお、放熱部材22を介して照明装置1を取付け支持することができる。
1 and 2 indicates a metal heat dissipating member formed in a frame shape larger than the
前記構成の照明装置1の各LED列に電極パターン5を通じて給電することにより、これらLED列に含まれる複数のLED7が一斉に発光する。以上のように照明装置1は、基板2の両面から白色光を取出すことができるので、こうした両面発光が必要な照明用途に好適に使用できる。
By supplying power to each LED row of the illumination device 1 having the above-described configuration through the electrode pattern 5, a plurality of
この照明装置1では、複数の排熱部材4がなした井桁格子の目に対向してLED7が配設されていて、LED7が発する直進性の高い光の光路上に排熱部材4が配置されていない。そのため、排熱部材4に妨げられることなく、基板2の第2の面3b側から光を効率よく取出すことができる。
In this illuminating device 1, the
以上の照明中において各LED7は発熱を伴う。これらLED7が発した熱は、電気絶縁性の基板部3に伝導するが、この基板部3には排熱部材4が格子状に埋め込まれている。そのため、各LED7から基板2に伝導された熱を、格子状の排熱部材4で導いて、これら排熱部材4の端部4aから基板2外の放熱部材22に速やかに排出できる。それにより、電気絶縁性の基板部3を有した基板2の温度上昇を抑制できるに伴い、基板2へのLED7からの放熱が維持されて、各LED7の温度過昇を抑制できる。したがって、各LED7の発光効率の低下が抑制される。
During the above illumination, each
ちなみに、既述のように石英ガラス製の基板部3にタングステン線からなる複数の排熱部材4を井桁格子状に埋め込んだ照明装置1に、定格電流(20mA)を流して点灯した本実施形態では、排熱部材がない構成に比較して、基板温度を10℃〜20℃低減できることが確かめられた。
Incidentally, as described above, the present embodiment in which a lighting device 1 in which a plurality of
又、既述のように複数の排熱部材4がなした井桁格子の目の中央部に対向して各LED7が配設されているので、一つのLED7を囲むように位置している縦横の排熱部材4と、これが囲んだLED7までの距離は等しい。そのため、各LED7から排熱部材4への放熱のばらつきが抑制される。これに伴い、各LED7の温度のばらつきが抑制されるので、結果的に各LED7の発光輝度のばらつきも抑制できる。
Moreover, since each
1…照明装置、2…基板、3…基板部、3a…基板部の第1の面、3b…基板部の第2の面、3c…基板部の周面、4…排熱部材、4a…排熱部材の端部、7…LED(半導体発光素子)、11…ボンディングワイヤ、18…蛍光体層、30…透光性基板、40…封止材、50a…第2の光拡散層、50b…光拡散層。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Illuminating device, 2 ... Board | substrate, 3 ... Board | substrate part, 3a ... 1st surface of a board | substrate part, 3b ... 2nd surface of a board | substrate part, 3c ... Perimeter surface of a board | substrate part, 4 ... Waste heat member, 4a ... End portion of heat exhausting member, 7 ... LED (semiconductor light emitting element), 11 ... bonding wire, 18 ... phosphor layer, 30 ... translucent substrate, 40 ... sealing material, 50a ... second light diffusion layer, 50b ... light diffusion layer.
Claims (2)
前記第1の面に配設された複数の半導体発光素子と;
前記複数の半導体発光素子を覆うように第1の面に設けられた蛍光体層と;
前記第2の面に設けられた光拡散層と;
を具備したことを特徴とする照明装置。 A translucent substrate having a first surface and a second surface;
A plurality of semiconductor light emitting elements disposed on the first surface;
A phosphor layer provided on a first surface so as to cover the plurality of semiconductor light emitting elements;
A light diffusion layer provided on the second surface;
An illumination device comprising:
第2の透光性基板に設けられた第2の光拡散層と;
を具備したことを特徴とする請求項1に記載の照明装置。 A second translucent substrate having substantially the same material and thickness as the translucent substrate and provided on the phosphor layer side;
A second light diffusion layer provided on the second light transmissive substrate;
The lighting device according to claim 1, comprising:
Priority Applications (1)
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| JP2008243433A JP2010080458A (en) | 2008-09-23 | 2008-09-23 | Lighting device |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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|---|---|
| JP2010080458A true JP2010080458A (en) | 2010-04-08 |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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2008
- 2008-09-23 JP JP2008243433A patent/JP2010080458A/en active Pending
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