(57)【要約】【課題】小型かつ配光制御が可能な光源モジュールと、その光源モジュールを搭載した照明装置を提供する。【解決手段】実施形態の光源モジュールは、基板上に配設された複数の発光素子と、レンズと、反射部と、を備える。レンズは、複数の発光素子の少なくとも１つの発光素子の上面側に配置され、この発光素子の上面のみに対向する入射部を備えている。反射部は、上面側にレンズが配設された発光素子を囲うように配設され、かつ入上面側にレンズが配設された発光素子から照射された光の少なくとも一部がレンズの入射部に入射するように反射する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に配設された、複数の発光素子と、
前記複数の発光素子の少なくとも１つの発光素子の上面側に配置され、この発光素子の上面のみに対向する入射部を備えたレンズと、
前記レンズが上面側に配置された前記発光素子を囲うように配設され、かつ前記入射部に前記レンズが上面側に配設された前記発光素子から照射された光の少なくとも一部が前記入射部に入射するように反射する反射部と、
を備える光源モジュール。
【請求項２】
前記反射部と前記レンズは一体に形成されていることを特徴とした請求項１に記載の光源モジュール。
【請求項３】
上面側にレンズが配置された発光素子と上面側にレンズが配置されていない発光素子との点灯状態を切り替えることで配光切り替えが可能なことを特徴とした請求項１または２に記載の光源モジュール。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の光源モジュールを備える照明器具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、光源モジュール及び照明器具に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ  Ｓｃａｌｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）を光源とした光源モジュールが存在する。ＣＳＰは、例えば、ＣＯＢに近い実装密度で実装可能である点や、ＳＭＤより部品点数が少なくパッケージの単価が安い点から、ＣＯＢ相当の明るさを安価に実現できるという点で注目を集めている。
【０００３】
しかし、ＣＳＰはパッケージからの光の配光が広くなる傾向にあり、ＣＳＰを実装した光源モジュールを照明器具に使用する場合は、広い配光をカバーするレンズをＣＳＰに取り付けることで対策を行っていた。しかし、広い配光をカバーするレンズをＣＳＰに取り付ける場合は、ＣＳＰ同士の間隔を広げる必要があるため、ＣＳＰが密集実装できなくなってしまうという問題点があった。そのため、特にレンズを用いて配光角を変化させるモジュールにおいては、光源モジュールが大型化してしまう傾向にあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−１３９３０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、小型かつ配光制御が可能な光源モジュールと、その光源モジュールを搭載した照明装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の光源モジュールは、基板上に配設された複数の発光素子と、レンズと、反射部と、を備える。レンズは、複数の発光素子の少なくとも１つの発光素子の上面側に配置され、この発光素子の上面のみに対向する入射部を備えている。反射部は、上面側にレンズが配設される発光素子を囲うように配設され、かつ上面側にレンズが配設される発光素子から照射された光の少なくとも一部がレンズの入射部に入射するように反射する。
【発明の効果】
【０００７】
実施形態によれば、小型で配光制御が可能な光源モジュールまたはその光源モジュールを搭載した照明装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】（ａ）は一実施形態を示す光源モジュールを示す断面図である。（ｂ）は一実施形態を示す光源モジュールを示す上面図である。
【図２】一実施形態の発光素子の形状を示す断面図である。
【図３】一実施形態の光源モジュールに用いられるレンズを示す断面図である。
【図４】一実施形態を示す光源モジュールの変形例を示す断面図である。
【図５】（ａ）は第１の変形例に用いられるレンズアレイを示す断面図である。（ｂ）は第１の変形例に用いられるレンズアレイを示す上面図である。
【図６】（ａ）は第２の変形例に用いられるレンズアレイを示す断面図である。（ｂ）は第２の変形例に用いられるレンズアレイを示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、一実施形態を、図面を参照して説明する。なお、以下では光源モジュールに用いられる発光素子の一例としてＣｈｉｐ  Ｓｃａｌｅ  Ｐａｃｋａｇｅ（以下、ＣＳＰ）を用いて示すが、ＣＳＰに限定するものではなく、発光素子としてはＳＭＤやＣＯＢタイプのものを用いても良い。
【００１０】
また、本実施形態の説明においてＣＳＰとは、ＣＳＰ全体の外形寸法がＣＳＰの構成部材である半導体素子の外形寸法と略同等のパッケージを示す。例えば、ＣＳＰ全体の外形寸法が約１．０ｍｍであった場合に、ＣＳＰの構成部材である半導体素子の外形寸法は約０．７ｍｍで、ＣＳＰ全体と半導体素子の外形寸法差は約０．３ｍｍであったりする。また、ＣＳＰは、例えば、半田を接合材料として基板上に表面実装された形態で用いられる。以下では、ＣＳＰを基板に表面実装した状態で、ＣＳＰから基板に向かう方向を下、基板からＣＳＰに向かう方向を上と定める。また、以下で述べる配光角とは、指向角や指向特性とも呼ばれる光の広がりを表す値を示している。
【００１１】
図１（ａ）、図１（ｂ）に光源モジュール１を示す。光源モジュール１は、発光素子であるＣＳＰ１０が基板２０に複数個表面実装された形態となっている。基板２０は表面に配線パターンや実装パッドが設けられており、この実装パッド上に、例えば、はんだを接合材料としてＣＳＰ１０を表面実装し、配線パターンを通して電源と接続しＣＳＰ１０を点灯させる。また、光源モジュール１は、反射部３０とレンズ４０を備える。反射部３０は発光素子であるＣＳＰ１０同士の間に配設され、１つのＣＳＰ１０囲うように形成される。レンズ４０はＣＳＰ１０の上面に対向するように配設される。
【００１２】
図２に一実施形態の発光素子を示す一例としてＣＳＰ１０の断面構造を示す。ＣＳＰ１０は半導体素子１１と蛍光体層１２を備えており、半導体素子１１は発光層１３と基材１４を備えている。蛍光体層１２は、蛍光体を含有した樹脂で構成されており、発光層１４からの励起光を受けて発光する。例えば、蛍光体層１２には緑色蛍光体、黄色蛍光体、赤色蛍光体の３種類の蛍光体が含有されており、これらの蛍光体が発光層１３からの青色の励起光を受けて、それぞれ緑色、黄色、赤色に発光する。励起光の青色と、蛍光体からの緑色、黄色、赤色の発光を混色してＣＳＰ１０が白色に発光する。
【００１３】
図２（ａ）は、半導体素子１１の周囲を覆うように蛍光体層１２が形成されたＣＳＰ１０の一例である。図２（ａ）においては、フリップチップタイプの半導体素子１１を用いており、発光層１３の上部に基材１４が位置する。ここでの基材１４は、例えば、サファイアである。発光層１３より下方に電極が形成されており、ＣＳＰ１０の下面が基板に接続される。基材１４は光透過性を有する部材で構成されており、半導体素子１１は、上面と基板と略垂直である側面から光が取り出される。そのため、半導体素子１１の周囲を覆うように蛍光体層１２を形成し、ＣＳＰ１０の全周囲から光を取り出している。つまり、ＣＳＰ１０の上面と基板から立ち上がる面である側面から光が取り出される。図２（ａ）で示したような全周囲発光型のＣＳＰ１０においては、例えば１４０度や１５０度といった配光角を有する。
【００１４】
図２（ｂ）は、半導体素子１１の上部を覆うように蛍光体層１２が形成されたＣＳＰ１０の一例である。図２（ｂ）においては、上面発光タイプの半導体素子１１を用いており、発光層１３の下部に基材１４が位置する。ここでの基材１４は、例えば、シリコンや窒化アルミである。基材１４の下部には図示しない電極が形成されており、ＣＳＰ１０の下面が基板に接続される。基材１４は光透過性をほぼ有しない部材で構成されており、半導体素子１１は上面からのみ光が取り出される。そのため、基本的にはＣＳＰ１０の上面から光が取り出される。しかし、半導体素子１１の上部を覆うように形成される蛍光体層１２が厚い場合は、ＣＳＰ１０の上面と基板から立ち上がる面である側面からも光が取り出されるとみなしても良い。この側面から光が取り出されるとみなすことができる蛍光体層１２の厚みは、例えば、約０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの厚みを有するものであってもよい。上面からのみ光が取り出されるＣＳＰ１０においては、例えば１２０度の配光角を有し、上面と側面から光が取り出されるＣＳＰ１０においては、全周囲発光型のＣＳＰ１０相当の、例えば１４０度や１５０度といった配光角を有する。
【００１５】
図２（ｂ）の構造のＣＳＰ１０においては、フリップチップタイプの半導体素子１１が用いられるものも存在する。その場合、フリップチップタイプの半導体素子１１の側面から発光する光は蛍光体層に入射しないため、側面は遮光される構造となる。例えば、半導体素子１１の側面に白色樹脂でダムを形成して覆うことで遮光される。
【００１６】
光源モジュール１においては、先に述べたようなＣＳＰ１０が用いられており、ＳＭＤを用いた場合と比べて、発光する半導体素子１１を密に密集実装することができる。例えば、ＣＳＰ全体と半導体素子の外形寸法差は約０．３ｍのＣＳＰ１０を用いて、隣接するＣＳＰ同士の間隔を約０．３ｍｍで実装した場合、隣接するＣＳＰ１０の半導体素子１１同士の間隔は約０．６ｍｍで実装することができる。ＳＭＤを用いた場合は、ＳＭＤのリードフレームが大きいため、多くのケースで、隣接するＳＭＤ同士の間隔を約０．３ｍｍで実装した場合でも、発光する半導体素子同士の間隔は１．０ｍｍを越えてしまう。よって、ＣＳＰ１０を用いた方が発光する半導体素子１１を密集実装することができるため、光源モジュール１にＣＳＰもしくはＳＭＤを用いて同じ光量を得ることを考えた場合、ＣＳＰを用いた方が光源モジュールの発光面積を小さくすることが可能となる。
【００１７】
光源モジュール１には少なくとも１つのＣＳＰ１０を囲うように反射部３０が配設される。反射部３０の形態は図１に示す形態に限定されるものではなく、例えば、２つ以上のＣＳＰ１０を囲むように反射部３０が配設されても良いし、円形にＣＳＰ１０を囲むように反射部３０が配設されても良い。さらに、図１（ｂ）においてはＣＳＰ１０の周囲すべてを囲ってはいないが、ＣＳＰ１０の外周すべてを囲うように配設されても良い。また、反射部３０の高さは、囲っているＣＳＰ１０の厚みと同等、もしくはＣＳＰ１０の厚みより高いことが望ましい。
【００１８】
反射部３０はＣＳＰ１０から照射された光を反射するように配設される。そのため、反射部３０を樹脂などの透明部材で構成して全反射させる構造としても良いし、反射部３０に金属を蒸着したり、反射部３０を金属などの高反射部材で構成して反射させたりする構造でも良い。また、反射部３０は囲っているＣＳＰ１０の方向に向かって上部が傾斜しており、反射部３０で囲まれた領域は上部が狭く、下部が広くなった富士形状となっていることが好ましい。しかし、反射部３０の形状はこの形状に限定されるものではなく、傾斜しない形状であったり、逆富士形状であったりしても良い。
【００１９】
反射部３０はＣＳＰ１０が実装された光源モジュールにおいて、ＣＳＰ１０同士の間に設けられる。そのため、実装間隔に収まる厚みで形成される必要がある。また、反射部３０はＣＳＰ１０が密集実装された光源モジュールにも配設されるため、密集実装の間隔より小さい、例えば、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの厚みで形成されることが望ましい。
【００２０】
光源モジュール１の、反射部３０によって囲まれたＣＳＰ１０の上部には、レンズ４０が配設される。レンズ４０はＣＳＰ１０から照射された光を狭くするように設計された狭配光レンズであることが望ましい。また、レンズ４０は図１に示すように、ＣＳＰ１０の上面に、図示しない透明な接着剤を介して接着するように配設されても良いし、レンズ４０に足を配設して基板２０に固定するように配設されても良い。
【００２１】
図３にレンズ４０の断面構造を示す。レンズ４０は略凸レンズ形状をしており、光が入射する入射部４１と、光を出射する出射部４２を備える。レンズ４０は入射部４１に入射した光の進行方向変えて出射部４２より出射する。入射部４１が、ＣＳＰ１０の発光面である、例えば上面と対向するように配設される。そのため、入射部４１の寸法はＣＳＰ１０の少なくとも上面から発光された光が入射される寸法であることが望ましい。つまり、入射部４１の寸法はＣＳＰ１０の縦方向や横方向の寸法と同等以上であることが望ましい。また、入射部４１の寸法をＣＳＰ１０の縦方向や横方向の寸法より大きくした場合は、ＣＳＰ１０の上面だけでなく、側面からの光や後述する反射部３０で反射した光も入射部４１へ入射することが可能となるため効率が良い。
【００２２】
入射部４１、出射部４２ともに形状は本実施形態に限定されるものではなく、例えば、入射部４１は平坦ではなく凹凸がある形状となっていても良いし、凹形状もしくは凸形状となっていても良い。また、出射部４２は凹レンズとして振舞うような形状となっていても良い。
【００２３】
また、入射部４１と出射部４２との間に側面部４３を設ける構造としても良い。側面部４３を設けた場合、レンズ４０の幅を小さくすることが可能となるが、側面部４３の分だけレンズ４０が厚くなる。
【００２４】
次に、光源モジュール１での光の動きについて説明する。本実施形態においては、反射部３０で囲われたＣＳＰ１０と、反射部３０で囲われておらず反射部３０の外側に位置するＣＳＰ１０が存在する。なお、本実施形態においては、ＣＳＰ１０としては、例えば１４０度や１５０度といった配光角を有するものを用いることが好ましい。
反射部３０で囲われたＣＳＰ１０から照射された光は、大きく分けて、反射部３０に入射する光と、レンズ４０に入射する光との２つに分類される。
【００２５】
反射部３０に入射した光は、反射部３０で反射された後、その少なくとも一部がレンズ４０の入射部４１に入射する。このレンズ４０の入射部４１に入射する光は、反射部３０で反射した後そのままレンズ４０に入射する光や、反射部３０で反射した後反射部３０で囲われた領域内（例えば、基板など）で１回もしくは複数回反射してレンズ４０に入射する光が含まれる。ただし、反射部３０に入射した光の一部は例えばＣＳＰ１０に吸収されて取り出されないものも含まれる。
【００２６】
この時、図１（ａ）に示すように反射部３０とレンズ４０の間に隙間があると、この隙間から光が漏れてしまい、不自然な配光となってしまう虞がある。そのため、図４に示すように、反射部３０とレンズ４０が高さ方向において接触し、反射部３０とレンズ４０の間に隙間がないような構造することが望ましい。また、反射部３０同士においても隙間があると、漏れ光が生じてしまうため、反射部３０の周方向においても隙間がない構造とすることが好ましい。このような構造とすることで、反射部３０で囲われたＣＳＰ１０から取り出される光はレンズ４０を通して取り出される。そのため、ＣＳＰ１０の広い配光をカバーするような大型のレンズを使用することなく、レンズ４０に光を導くことが可能となる。その結果、ＣＳＰ１０を密集実装したモジュールでも配光を制御することができる。なお、反射部３０とレンズ４０が接触する構造であれば、形状は制限されるものではなく、反射部３０とレンズ４０は一体でも別体でも良い。
【００２７】
従来、広い配光をＣＳＰ１０の配光を制御する場合は、ＣＳＰ１０の側面も覆うようなレンズ４０を用いて配光制御を行っていた。その場合、レンズ４０のサイズが大きくなるため、ＣＳＰ１０の密集実装ができなくなるという問題点があった。本実施形態の構造とすることで、ＣＳＰ１０を用いて密集実装した光源モジュール１でも配光を制御することが可能となる。
【００２８】
また、反射部３０に入射して反射した光がＣＳＰ１０に吸収されるほど、光源モジュール１の効率が悪くなるため、本実施形態においては、反射部３０は囲っているＣＳＰ１０の方向に向かって上部が傾斜した富士形状としている。反射部３０をこのような形状とすることで、反射部３０で反射した光はその少なくとも一部が基板２０の方向へ反射され、その後、基板２０で再反射し上方に反射される。上方に反射された光はレンズに入射したり、ＣＳＰ１０に入射したりする。
【００２９】
例えば、反射部３０を傾斜させず、基板２０に対して垂直な構造をしている場合は、反射部３０で反射した光の多くは、正反射してＣＳＰ１０の方向へ向かう。その場合、ほとんどの光がＣＳＰに入射し、例えば、ＣＳＰ１０の蛍光体層１２に入射して色がシフトしたり、ＣＳＰ１０の基材１３に入射して吸収され効率が低下したりする。今回の構成では、ＣＳＰ１０に正反射して光を入射させるより多くの光を取り出す効果が期待でき、効率向上に繋がる可能性がある。
【００３０】
レンズ４０に入射する光は、レンズ４０により配光が制御される。例えば、レンズ４０を狭い配光のレンズとした場合、反射部３０で囲われたＣＳＰ１０からは、狭い配光の光を取り出すことができる。
【００３１】
反射部３０で囲われておらず、反射部３０の外側に位置するＣＳＰ１０から照射された光は、反射部３０に入射する光と、そのまま取り出される光との２つに分類される。そのまま取り出される光は、ＣＳＰ１０の配光特性に則った光が取り出される。
【００３２】
反射部３０に入射する光は、多くが反射部３０に当たった後、光源モジュール１から取り出される。本実施例においては、反射部３０で囲われた領域が富士形状となっているため、反射部３０で囲われていないＣＳＰ１０から照射された光は、外側から富士形状の反射部３０に入射する。そのため、反射部３０に入射した光は、その少なくとも一部が基板２０から離間する方向へ反射され、そのまま光源モジュール１から取り出すことが可能となる。
そのため、反射部３０の外側に位置するＣＳＰ１０からは、ＣＳＰ１０本来の配光特性と同等以下の広さの配光の光を取り出すことができる。
【００３３】
このように、反射部３０とレンズ４０の組み合わせで、ＣＳＰ１０を密集実装した状態でも光源モジュール１から狭い配光と広い配光それぞれの光を作り出すことができる。本実施形態の光源モジュール１を電源装置で点灯制御し、例えば、反射部３０で囲われたＣＳＰ１０のみを点灯したり、反射部３０の外側に位置するＣＳＰ１０のみを点灯したりすることで、光源モジュール１を配光角可変モジュールとして用いることも可能となる。
【００３４】
本実施形態において、反射部３０で囲われたＣＳＰ１０と、反射部３０の外側に位置するＣＳＰ１０は同一のＣＳＰ１０であることが好ましい。同一のＣＳＰ１０用いることで部材の共通化ができコストを下げる効果を期待できる。
【００３５】
しかし、反射部３０で囲われたＣＳＰ１０と、反射部３０の外側に位置するＣＳＰ１０とで配光特性または色温度またはＲａなどが異なるＣＳＰ１０を用いても良い。この場合は、例えば、反射部３０で囲われたＣＳＰ１０は狭い配光のＣＳＰを用い、反射部３０の外側に位置するＣＳＰ１０は広い配光のＣＳＰを用いることで、より両者の違いをはっきりさせる効果が期待できる。また、色温度が異なるＣＳＰ１０を用いることで、配光角・色温度可変モジュールとして用いることも可能となる。
【００３６】
また、反射部３０とレンズ４０は一体に形成されても良い。ここで、反射部３０とレンズ４０を一体に形成するとは、例えば、反射部３０とレンズ４０が繋がった形状の型を作り、その型で反射部３０とレンズ４０とが一体となった部品を作成することを示す。例えば、レンズ４０の入射部４１や側面部４３と、反射部３０が繋がった形状であったり、レンズ４０の側面部４３から外方向伸びる縁部を設け、縁部と反射部３０が繋がった形状であったりする。このとき、反射部３０とレンズ４０は同一部材でも別部材で形成しても良い。反射部３０とレンズ４０を一体に形成することで、反射部３０とレンズ４０の隙間をなくすことが容易に実現でき、光取り出しの効率の上昇が期待できる。また、さらに、反射部３０を脚としてレンズ４０を配設することができたり、反射部３０でレンズ４０の位置合わせができたりと、取り付けの安定性や施工性の向上が期待できる。
【００３７】
また、変形例として、多くのＣＳＰ１０を用いた光源モジュール１を構成する場合、２つ以上のレンズ４０を組み合わせたレンズアレイ５０を用いても良い。レンズアレイ５０基本的には２つ以上のレンズ４０が用いられており、それぞれのレンズ４０がＣＳＰ１０の上部に位置するようにレンズアレイ５０を配設する。また、レンズアレイ５０はレンズ４０どうしを接続する接続部５１を備えている。接続部５１はレンズ４０の入射部４１もしくは出射部４２もしくは側面部４３と接続されている。レンズ４０と接続部５１は一体に形成されても良いし、レンズ４０と接続部５１を別体に形成して組み合わせ、レンズ４０と接続部５１の間に界面が存在する構造でも良い。
【００３８】
図５（ａ）、図５（ｂ）に第１の変形例となるレンズアレイ５０の構造を示す。第１の変形例となるレンズアレイ５０では、広い配光のレンズ４１と狭い配光のレンズ４２の２種類のレンズが含まれている。そして、狭い配光のレンズ４２の下に位置するＣＳＰ１０を囲うように反射部３０を形成する。
【００３９】
また、図６（ａ）、図６（ｂ）に第２の変形例となるレンズアレイ５０の構造を示す。第２の変形例では、レンズアレイ５０の一部にレンズ４０の代わりに空部５２が設けられている。空部５２は接続部５１に穴を設けることで形成される。空部５２の形状は図６（ａ）、図６（ｂ）に示すような丸形状に限定するものではなく、矩形形状であったり、楕円形状であったりしても良い。また、空部５２の面積はＣＳＰ１０の上面面積より大きいことが望ましい。
【００４０】
第２の変形例となるレンズアレイ５０では、空部５２と狭い配光のレンズ４０が含まれている。空部５２を通して発せられる光は、ＣＳＰ１０の配光に則った光が照射されるため、基本的に広い配光の光が取り出される。そのため、狭い配光のレンズ４０の下に位置するＣＳＰ１０を囲うように反射部３０を形成する。このとき、空部５２と接続部５１の境目近傍に反射部３０の上部が位置し、反射部３０の空部５２側には接続部５１がはみ出していない構造であることが望ましい。空部５２の下に位置するＣＳＰから照射された光の一部は反射部３０で上方向に反射される。上方向に反射した後に接続部５１を通ると光の強度が低下する虞があるため、反射光を阻害しない構造とすることが望ましい。しかし、構造を簡易化するために、空部５２を設けず、接続部５１を広く形成する構造としても良い。その場合は、広く形成した接続部５１の下にＣＳＰ１０を配設する構造となる。
【００４１】
以上の、第１の変形例、第２の変形例においても、レンズアレイ５０と反射部３０が一体となるように形成されていても良い。例えば、接続部５１と反射部３０の上部が繋がっている構造としても良い。
【００４２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４３】
１  光源モジュール
１０  ＣＳＰ
２０  基板
３０  反射部
４０  レンズ
５０  レンズアレイ
【図１】
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【図２】
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【図３】
2020167061.tif 000005
【図４】
2020167061.tif 000006
【図５】
2020167061.tif 000007
【図６】
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