(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光色が互いに異なる複数個の発光ダイオードチップを表面に配光用の凹所が形成されかつ発光ダイオードチップを接続する回路パターンが形成された立体回路成形品に配置した発光ダイオードを用いた光源であって、立体回路成形品に異なる形状の２種類の凹所が形成され、一方の凹所には混色光が白色系になる複数個の発光ダイオードチップを配置し、他方の凹所には黄色の発光ダイオードチップを配置し、黄色の発光ダイオードチップの前方に拡散透過性を有する光学要素を配置したことを特徴とする発光ダイオードを用いた光源。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明用や装飾用に適した発光ダイオードを用いた光源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、複数個の発光ダイオードチップを基板上に配列して光源として用いることが考えられている。この種の光源としては、図１０に示す特開平５−１１７１８号公報に記載されたもののように、絶縁金属基板１’に多数の凹所２’を形成し、各凹所２’にそれぞれ発光色の異なる複数個の発光ダイオードチップ３を配置したものが知られている。この構成では、異色の発光ダイオードチップ３を近接して配置することができるから、混色性がよく混合色の均一性に優れた光源を構成することが可能である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、絶縁金属基板１’は、金属基板に薄い絶縁層を形成した回路基板であって、絶縁層を剥離させることなく絶縁金属基板１’に凹所２’を形成しなければならないから、凹所２’の加工が比較的難しいという問題を有している。また、凹所２’はプレス加工などによって形成されるものであるから、凹所２’を形成するために板厚の小さい絶縁金属基板１’を用いなければならず、絶縁金属基板１’が貫通しないように加工しようとすれば、凹所２’の開口面積に対する深さの比率を大きくとることができないものである。つまり、絶縁金属基板１’に形成した凹所２’内に発光ダイオードチップ３を配置してい
る従来構成では、絶縁金属基板１’による配光制御が困難であるから、別途に反射板などの配光制御部材が必要になる。
【０００４】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、発光ダイオードチップを配置する基板に凹凸形状を形成するのが容易であって配光も容易に制御することができる発光ダイオードを用いた光源を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、発光色が互いに異なる複数個の発光ダイオードチップを表面に配光用の凹所が形成されかつ発光ダイオードチップを接続する回路パターンが形成された立体回路成形品に配置した発光ダイオードを用いた光源であって、立体回路成形品に異なる形状の２種類の凹所が形成され、一方の凹所には混色光が白色系になる複数個の発光ダイオードチップを配置し、他方の凹所には黄色の発光ダイオードチップを配置し、黄色の発光ダイオードチップの前方に拡散透過性を有する光学要素を配置したものである。この構成によれば、発光ダイオードチップを配置する基板として立体回路成形品を用いており、基板が成形品であるから、基板に所望形状の凹所を容易に形成することができ、基板による配光制御が容易になる。ここに、立体回路成形品は、ＭＩＤ（Molded Interconnection Device ）として知られ、立体配線技術や二重成形技術を用いることにより基板に電子部品を併せて作ったものである。この種の立体回路成形品の表面には凹所を容易に形成することができ、またメッキも容易であるから、加工性がよくしかも配光制御が容易になるのである。さらに、拡散透過性を有する光学要素を配置したことにより、黄色の発光ダイオードチップからの光の混色性を高めることができるから、発光ダイオードチップの配置密度を低減して単位面積当たりの発光ダイオードチップの個数を低減することが可能になる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
（基本構成）
図１および図２に基本構成を示す。基板として立体回路成形品１を用い、立体回路成形品１の表面に配光用の多数の凹所２を形成するとともに、各凹所２内に複数個ずつの発光ダイオードチップ３を配置した構成を有する。ここでは、各凹所２の開口面を正方形状に形成し、凹所２の底面を開口面と平行な面かつ相似な形状とするとともに、底面から開口面に向かって断面積が広がるように凹所２を形成している。つまり、凹所２の開口面に直交する断面が逆台形状になる。発光ダイオードチップ３は、各凹所２の底面に４個ずつ配置される。ここで、各凹所２に配置された４個の発光ダイオードチップ３は発光色が互いに異なるものであって、たとえば、４色のうちの３色は混色光が白色になるように赤色、緑色、青色を用い、他の１色としては黄色を用いる。このような組み合わせであれば、混色光は黄色を帯びた白色系とすることができ、照明用の光源として用いるとすれば、蛍光灯における電球色や昼光色に近い光色を得ることが可能になる。ここにおいて、黄色の発光ダイオードチップ３は省略することが可能であり、３色の混色で白色系の光が得られるようにすれば、各色の光出力を調節することで光色を調節することが可能である。つまり、凹所２には最低３色の発光ダイオードチップ３が配置されていればよい。
【０００７】
なお、凹所２は図示例ではマトリクス状に並ぶように形成してあるが、凹所２の配列についてはとくに制限はない。ただし、凹所２をマトリクス状に並べておけば、各凹所２内に設けた発光ダイオードチップ３を同色ごとに並列接続する際に直線状の回路パターン４によって接続することが可能になり、回路パターン４の形成が容易になる。また、同色の発光ダイオードチップ３を並列接続しておけば、各色ごとに光量を調節することができるようになり、混色光の色を調節することが可能になる。
【０００８】
上述の構成では、基板として用いる立体回路成形品１が合成樹脂（液晶ポリマ）の成形品であって加工が容易であるから、凹所２の開口形状、深さ、開口面積などを自由に設計
することができる。つまり、凹所２の形状は上述の形状に限定されるものではなく配光に応じて他の形状を採用してもよい。また、凹所２の内周面を反射面（鏡面あるいは白色面）としておけば、発光ダイオードチップ３から放射された光の配光を制御したり、照明に利用する効率を高めたりすることが可能になる。さらに、立体回路成形品１に凹所２ではなく凸部を形成し、凸部に発光ダイオードチップ３を配置してもよい。
【０００９】
上記構成では、凹所２内に異なる発光色の発光ダイオードチップ３を配置し、しかも凹所２を密接して形成することができるから、発光ダイオードチップを高密度で配置することができ各発光ダイオードチップ３からの光を十分に混色させて色むらなく照明することが可能になる。混色性をさらに高めるために、図２に示すように、立体回路成形品１の前方に拡散板５を配置してもよい。また、一般的な乳白色の拡散板５に代えて多数の微小レンズを形成した透光板を用いてもよい。
【００１０】
上記構成では、各凹所２に４色の発光ダイオードチップ３を配置しているが、１つの凹所２に同じ発光色の発光ダイオードチップ３を複数配置することによって１箇所当たりの輝度を高めるようにしてもよい。
【００１１】
基本構成では、凹所２の底面に複数個の発光ダイオードチップ３を配置していたが、図３に示す構成では、凹所２の周壁を階段状に形成し、凹所２の底面だけではなく各段差部６にもそれぞれ発光ダイオードチップ３を配置している。また、凹所２の底面に配置した発光ダイオードチップ３の上には複数個の発光ダイオードチップ３を積み上げて配置してある。この構成では、１つの凹所２に配置する発光ダイオードチップ３の個数を基本構成よりも多くすることができるから、発光ダイオードチップ３の配置密度を基本構成よりも大きくすることが可能であり、結果的に輝度の向上につながる。
【００１２】
図４に示す例は、１つの立体回路成形品１に１つの凹所２を形成し、凹所２内に複数個（図示例では４個）の発光ダイオードチップ３を配置してこれをセル７とし、複数個のセル７を基板８上に配列することにより光源を構成するものである。凹所２内に配置される発光ダイオードチップ３のうちの３個は混色によって白色光が得られるように赤色、緑色、青色の３色のものを用い、残りの１個は黄色のものを用いている。ただし、発光色の組み合わせは、基本構成と同様であって、混色光が白色系になる３色以上があればよい。
【００１３】
上述のように、複数個のセル７を配列して光源を構成しているから、基本構成と同様の光源を得ることができるのはもちろんのこと、経年変化などによって光源を構成するセル７のいずれかが不点灯になったときには、そのセル７のみを交換すればよいから、維持費の増加を抑制することができる。
【００１４】
なお、基本構成で説明したように、凹所２の形状や寸法の設計の自由度が高く、また凹所２に配置する発光ダイオードチップ３の発光色の種類も自由に選択可能であるから、仕様の異なるセル７を基板８に配列すれば、各種発光色や各種配光特性を有する装飾用の光源を容易に構成することができる。他の構成および動作は基本構成と同様である。
【００１５】
（実施形態１）
基本構成では、立体回路成形品１に等しい形状の凹所２を形成し、さらに各凹所２に４個ずつの発光ダイオードチップ３を配置しているが、本実施形態では異なる形状の２種類の凹所２ａ，２ｂを形成し、一方の凹所２ａには３個の発光ダイオードチップ３を配置し、他方の凹所２ｂには１個の発光ダイオードチップ３を配置している。図示例では１個の凹所２ｂの周囲に４個の凹所２ａを配置しているから、図内では凹所２ａの個数が凹所２ｂの個数よりも多いように見えるが、凹所２ａ，２ｂをマトリクス状に配列しているものとして、３×３個の凹所２ａ，２ｂについて考察すれば、３×３個の凹所２ａ，２ｂによ
り形成される正方形の中心に凹所２ｂが位置するときには、角部には凹所２ｂが位置することになる。つまり、正方形内の５個が凹所２ｂであり、残りの４個が凹所２ａになる。３×３個の凹所２ａ，２ｂにより形成される正方形の中心に凹所２ａが位置すれば凹所２ａが５個、凹所２ｂが４個になるから、結局、立体回路成形品１の全体としてみれば、凹所２ａ，２ｂは同数個ずつ設けられているとみなしてよい。
【００１６】
ここで、凹所２ａに配置した３個の発光ダイオードチップ３については混色光が白色系になるようにし、凹所２ｂに配置した発光ダイオードチップ３については黄色とすればよい。これは照明用の光源は白色系が基本であるから、白色系の光を得るための発光ダイオードチップ３を近接配置して混色性を高めたほうがよいからである。また、凹所２ｂに配置した発光ダイオードチップ３については、凹所２ａに配置した発光ダイオードチップ３による白色系の光色との混色性を高めるために、凹所２ｂに配置した発光ダイオードチップ３の前方に、拡散透過性を有するレンズのような光学要素９を配置しておく。
【００１７】
実施形態１と同面積の立体回路成形品１を用いるとすれば、本実施形態の構成のほうが使用する発光ダイオードチップ３の個数を少なくすることができる。なお、上記構成では白色系の混色光が得られる３個の発光ダイオードチップ３を凹所２ａに配置し、他の１色については凹所２ｂに配置しているが、凹所２ａに配置される３個の発光ダイオード３の発光色は必ずしも上記例に限定されるものではなく、また、必要に応じて凹所２ａ，２ｂに２個ずつの発光ダイオードチップ３を配置してもよい。他の構成および動作は実施形態１と同様である。光学要素９はレンズに限定されるものではなく拡散板など拡散透過性を有するものであれば他の部材でもよい。
【００１８】
（変形例１）
本例は、図６に示すように、図３に示した構成において、一部の発光ダイオードチップ３をマイクロアクチュエータ１０の上に配置し、マイクロアクチュエータ１０により発光ダイオードチップ３を微小に振動させるものである。マイクロアクチュエータ１０は半導体プロセスにより立体回路成形品１に形成したアクチュエータであり、微小距離の移動が可能である。このようなマイクロアクチュエータ１０を用いて発光ダイオードチップ３を微小振動させれば、光の混合量や配光が時間とももに変化することになる。また、発光ダイオードチップ３からの光出力の変動に合わせてマイクロアクチュエータ１０を駆動すれば、発光ダイオードチップ３の光出力の変動によるちらつきを抑制することができる。
【００１９】
本例では１つの凹所２に設けた発光ダイオードチップ３の一部をマイクロアクチュエータ１０により微小振動させているが、全部を微小に振動させるようにしてもよい。
【００２０】
（変形例２）
本例は、図７に示すように、図３に示した構成において、一部の（凹所２の底部に設けた）発光ダイオードチップ３の配光を制御する反射板１１を立体回路成形品１に設けたものであり、反射板１１は発光ダイオードチップ３との距離が可変になっている。ここで、反射板１１はバイメタルにより移動するように構成されており、周囲温度の変化により反射板１１の位置が変化する。つまり、反射板１１は不規則に位置を変化させるから、混色光の光色や配光が時間とともに変化し装飾的な効果を与えることができる。
【００２１】
反射板１１としては空気の流れで位置が変化するものを用いてもよく、バイメタルによるものよりも一層不規則な変化が期待できる。さらに、変形例１と同様のマイクロアクチュエータ１０を用いて反射板１１の位置を変化させてもよく、この構成では発光ダイオードチップ３の光出力の変化に応じて反射板１１の位置を変化させれば発光ダイオードチップ３の光出力の変動によるちらつきを抑制することができる。
【００２２】
本例では１つの凹所２に設けた発光ダイオードチップ３の一部の配光を制御する反射板１１を設けているが、凹所２の中の全部の発光ダイオードチップ３の配光を制御する反射板１１を設けて位置を移動させてもよい。
【００２３】
（変形例３）
本例は、立体回路成形品１の各部位で凹所２の配置密度を変化させているものである。たとえば、図８に示すように、立体回路成形品１の表面を３領域Ｄ１  〜Ｄ３  に分け、中央部の領域Ｄ２  では凹所２の配置密度を両端部の領域Ｄ１  ，Ｄ２  の配置密度よりも小さくする。このように凹所２の配置密度を立体回路成形品１の場所に応じて変化させることで、配光を制御することが可能である。
【００２４】
なお、図４に示した構成のようにセル７を形成している場合には、基板８に対するセル７の配置密度を基板８の各部位で変化させればよい。他の構成および動作は基本構成と同様である。
【００２５】
（変形例４）
本例は、立体回路成形品１に配置する発光ダイオードチップ３の少なくとも一部を、他の発光ダイオードチップ３とは異なる方向に光を放射するように配置しているものである。一般に発光ダイオードチップ３は接合部位から光が放射されるから、たとえば、一部の発光ダイオードチップ３は接合面を立体回路成形品１の表面に平行にし、他の発光ダイオードチップ３は接合面を直交させるように配置するなどの変化を与えるのである。図９に示す例では、２つの発光ダイオードチップ３の接合面をともに立体回路成形品１の表面に直交させているが、互いの接合面が直交するように配置してある。
【００２６】
このように、立体回路成形品１に対する発光ダイオードチップ３の配置方向に変化を与えることによって、配光が変化するから、光源による配光制御が可能になる。他の構成および動作は基本構成と同様である。
【００２７】
【発明の効果】
請求項１の発明は、発光色が互いに異なる複数個の発光ダイオードチップを表面に配光用の凹所が形成されかつ発光ダイオードチップを接続する回路パターンが形成された立体回路成形品に配置した発光ダイオードを用いた光源であって、立体回路成形品に異なる形状の２種類の凹所が形成され、一方の凹所には混色光が白色系になる複数個の発光ダイオードチップを配置し、他方の凹所には黄色の発光ダイオードチップを配置し、黄色の発光ダイオードチップの前方に拡散透過性を有する光学要素を配置したものであり、発光ダイオードチップを配置する基板として立体回路成形品を用いており、基板が成形品であるから、基板に所望形状の凹所を容易に形成することができ、基板による配光制御が容易になるという利点がある。また、立体回路成形品の表面には凹所を容易に形成することができ、またメッキも容易であるから、加工性がよくしかも配光制御が容易になるという利点がある。さらに、拡散透過性を有する光学要素を配置したことにより、黄色の発光ダイオードチップからの光の混色性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】基本構成を示す平面図である。
【図２】同上の要部断面図である。
【図３】基本構成の変形例を示す要部断面図である。
【図４】基本構成の他の変形例を示す分解斜視図である。
【図５】実施形態１を示す要部分解斜視図である。
【図６】変形例１を示す要部断面図である。
【図７】変形例２を示す要部断面図である。
【図８】変形例３を示す概念図である。
【図９】変形例４を示す要部概略構成図である。
【図１０】従来例を示す平面図である。
【符号の説明】
１  立体回路成形品
２  凹所
２ａ，２ｂ  凹所
３  発光ダイオードチップ
４  回路パターン
５  拡散板
６  段差部
７  セル
８  基板
９  光学要素
１０  マイクロアクチュエータ
１１  反射板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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