(57)【要約】【課題】色ムラを軽減したＬＥＤ照明光源を提供すること。【解決手段】本発明のＬＥＤ照明光源は、基板に前記ＬＥＤ素子が実装される上面部の面積よりも基板に接触する下面部の面積の方が大きい鏡面仕上げされた凸構造体が取り付けられており、反射板の開口部が基板の接触部の開口部の面積よりもＬＥＤ素子からの光が放出される開口部の面積の方が小さい構成を有する。この構成により、ＬＥＤ素子の中心とＬＥＤ素子に塗布された蛍光体を含む樹脂部の中心とがずれば場合においても色ムラを軽減することができる。【選択図】図６
2006041323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤ素子と、
ＬＥＤ素子が実装される基板と、
前記ＬＥＤ素子の表面に塗布された蛍光体を含む樹脂部と、
前記ＬＥＤ素子が配置される開口部を有し、前記基板に取り付けられた反射板と、
を備えるＬＥＤ照明光源であって、
前記基板には、前記ＬＥＤ素子が実装される上面部の面積よりも前記基板に接触する下面部の面積の方が大きい、鏡面仕上げされた凸構造体が取り付けられており、
前記反射板の開口部は、前記基板の接触部の開口部の面積よりも前記ＬＥＤ素子からの光が放出される開口部の面積の方が小さい、ＬＥＤ照明光源。
【請求項２】
前記反射板の開口部は円錐台の形状を有し、
前記凸構造体は円錐台の形状を有する、請求項１に記載のＬＥＤ照明光源。
【請求項３】
前記樹脂部を通過した前記ＬＥＤ素子からの光が、反射鏡によって反射され、当該反射された光が凸構造体によって更に反射されて、前記反射鏡の外部に出射される、請求項１または２に記載のＬＥＤ照明光源。
【請求項４】
前記反射板の開口部に設けられ、前記ＬＥＤ素子からの光を集光するレンズを更に有する、請求項１から３までの何れか一つに記載のＬＥＤ照明光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般照明用のＬＥＤ照明光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード素子（以下、「ＬＥＤ素子」と称する。）は、小型で効率が良く鮮やかな色の発光を示す半導体素子であり、優れた単色性ピークを有している。ＬＥＤ素子を用いて白色発光をさせる場合、例えば赤色ＬＥＤ素子と緑色ＬＥＤ素子と青色ＬＥＤ素子とを近接して配置させて拡散混色を行わせる必要があるが、各ＬＥＤ素子が優れた単色性ピークを有するがゆえに、色ムラが生じやすい。すなわち、各ＬＥＤ素子からの発光が不均一で混色がうまくいかないと、色ムラが生じた白色発光となってしまう。このような色ムラの問題を解消するために、青色ＬＥＤ素子と黄色蛍光体とを組み合わせて白色発光を得る技術が開発されている（例えば、特許文献１、特許文献２）。
【０００３】
この特許文献１に開示されている技術によれば、青色ＬＥＤ素子からの発光と、その発光で励起され黄色を発光する黄色蛍光体からの発光とによって白色発光を得ている。この技術では、１種類のＬＥＤ素子だけを用いて白色発光を得るので、複数種類のＬＥＤ素子を近接させて白色発光を得る場合に生じる色ムラの問題を解消することができる。
【０００４】
また、１個のＬＥＤ素子では、光束が小さいため、今日一般照明用光源として広く普及している白熱電球や蛍光ランプと同程度の光束を得るためには、複数のＬＥＤ素子を配置してＬＥＤ照明光源を構成することが望ましい。そのようなＬＥＤ照明光源は、例えば特許文献３、特許文献４に開示されている。
【特許文献１】特開平１０−２４２５１３号公報
【特許文献２】特許第２９９８６９６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特願２００３−３１６３４明細書（出願人；松下電器産業株式会社）には、特許文献２に開示された砲弾型ＬＥＤ照明光源が有する色ムラの問題を解決することができるＬＥＤ照明光源が開示されている。まず、この色ムラの問題を解消できるＬＥＤ照明光源について説明する。
【０００６】
特許文献２に開示された砲弾型ＬＥＤ照明光源は、図１に示すような構成を有している。すなわち、図１に示した砲弾型ＬＥＤ照明光源２００は、ＬＥＤ素子１２１と、ＬＥＤ素子１２１をカバーする砲弾型の透明容器１２７と、ＬＥＤ素子１２１に電流を供給するためのリードフレーム１２２ａ、１２２ｂとから構成されており、そして、ＬＥＤ素子１２１が搭載されるフレーム１２２ｂのマウント部には、ＬＥＤ素子１２１の発光を矢印Ｄの方向に反射するカップ型反射板１２１が設けられている。ＬＥＤ素子１２１は、蛍光物質１２６が分散してなる第１の樹脂部１２４によって封止されており、第１の樹脂部１２４は、第２の樹脂部１２５によって覆われている。ＬＥＤ素子１２１から青色が発光される場合に、その光によって蛍光物質１２６が黄色を発光すると、両方の色が混じりあって白色が得られる。しかしながら、第１の樹脂部１２４はＬＥＤ素子１２１を封止するようにカップ型反射板１２３内に充填させた後に硬化させて形成する関係上、図２に拡大して示すように、第１の樹脂部１２４の上面に凹凸が生じやすく、その結果、蛍光物質１２６を含有する樹脂の厚さにムラが生じて、ＬＥＤ素子１２１からの光が第１の樹脂部１２４を通過する経路（例えば、光路Ｅ、Ｆ）上に存在する蛍光物質１２６の量がばらつき色ムラを招くことになる。
【０００７】
そのような問題を解消するために、特願２００３−３１６３４号明細書に開示したＬＥＤ照明光源では、蛍光物質が分散された樹脂部の側面から、光反射部材（反射板）の反射面を離間させるように構成されている。図３（ａ）および（ｂ）は、特願２００３−３１６３４号明細書に開示されたＬＥＤ照明光源の一例を示す側面断面図および上面図である。図３（ａ）および（ｂ）に示したＬＥＤ照明光源３００では、基板１１１に実装されたＬＥＤ素子１１２が、蛍光物質が分散された樹脂部１１３によって覆われている。基板１１１には、反射面１５１ａを有する反射板１５１が貼り付けされており、そして、樹脂部１１３の側面と、反射板１５１の反射面１５１ａとは離間して形成されている。樹脂部１１３の側面が反射板１５１の反射面１５１ａと離間して形成されていることによって、反射板１５１の反射面１５１ａの形状によって拘束されずに樹脂部１１３の形状を自由に設計することができ、その結果、色ムラを軽減する効果を発揮することができる。
【０００８】
図３に示した構成を複数個マトリクス状に配置すると、図４に示すようになる。図４に示したＬＥＤ照明光源３００では、ＬＥＤ素子１１２を覆う樹脂部１１３が基板１１１上に行列状に配列され、そして、各樹脂部１１３に対応する反射面１５１ａを持った反射板１５１が基板１１１に貼り付けられる。このような構成にすると、複数個のＬＥＤ素子の光束を利用できるので、今日広く普及している一般照明用光源（例えば、白熱電球や蛍光ランプ）と同程度の光束を得ることが容易となる。
【０００９】
上記の手段を講じれば、理論上、色ムラは消滅し、色ムラのないＬＥＤ照明光源を実現することができる。
【００１０】
しかしながら、本発明者の更なる試作等の結果、実際には工程上の精度により色ムラが発生しやすい場合があることが明らかになった。この場合の例を図５に示す。ＬＥＤ素子５０１に対する樹脂部５０２の配置の精度は、樹脂部５０２を配置する装置の繰り返し精度に依存する。そのため、ＬＥＤ素子５０１の中心と樹脂部５０２の中心が一致しない場合がある。たとえば、図５（ａ）に示すように、ＬＥＤ素子５０１の右側面の樹脂部５０２の厚さ５０２ａに対してＬＥＤ素子５０１の左側面の樹脂部５０２の厚さ５０２ｂは薄くなる。その結果、ＬＥＤ素子５０１の上面部から発光された照射光５１０、ＬＥＤ素子５０１の右側面から発光され反射板５０３によって反射された照射光５３０、ＬＥＤ素子５０１の左側面から発光され反射板５０３によって反射された照射光５２０のそれぞれの光色は異なることから色ムラが生じる。樹脂部５０２ａは樹脂部５０２ｂよりも蛍光体が含まれる樹脂部５０２の厚さが厚くなることから照射光５１０に比べて、照射光５２０は黄色みを帯び、逆に、照射光５３０は青色みを帯びた色になる。
【００１１】
図５（ｂ）に、図５（ａ）の図面の位置に対応させて描いた照射面に対する色ムラの状態の概念図を示す。横軸はＬＥＤ照明光源のある照射面上で選んだ一つの軸の位置、縦軸はその軸上の色温度を示す。図５（ｂ）のように、照射面における照射光５２０と照射光５３０との色差ΔＥ１は、６０００Ｋとなる。
【００１２】
ここで、今回の実施条件等は次の通りである。ＬＥＤ素子５０１は、正方形を用い、寸法は上面の面積が０．３ｍｍ２、厚さ０．１ｍｍのものを用いた。反射板５０３は下穴１．０ｍｍ、上穴２．５ｍｍ、厚さ１０ｍｍで穴形はパラボラ形状のものを用いた。樹脂部５０２の直径は０．７５ｍｍ、厚さは０．２５ｍｍの円柱形状のものを用いた。なお、色温度測定では、反射板５０３の形状精度、配置精度の影響を排除するため、反射板５０３を取り除いた状態で樹脂部５０２の上面、側面からの光を測定して照射光５２０、５３０の色温度とした。具体的には、反射板５０３を取り除いた図５（ａ）のサンプルをｘ，ｙ回転台に照射面を横にして設置し、照射面より１００ｍｍ離れたところに分光測定装置を配置する。ｘｙ回転台を回転させることで樹脂部５０２の上面、側面から照射された色温度を測定できる。測定は５度毎とした。
【００１３】
これらの色ムラは、ＬＥＤ素子５０１に樹脂部５０２を配置する装置の精度に起因するため、工程ばらつき等を考慮すると、色ムラを完全に無くすことは非常に困難である。そのため、出てきた色ムラを目立たなくする手段が必要不可欠である。
【００１４】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、色ムラを目立たなくするために光学系を駆使したＬＥＤ照明光源をを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために、本願のＬＥＤ照明光源は、ＬＥＤ素子と、ＬＥＤ素子が実装される基板と、前記ＬＥＤ素子の表面に塗布された蛍光体を含む樹脂部と、前記ＬＥＤ素子が配置される開口部を有し、前記基板に取り付けられた反射板と、を備えるＬＥＤ照明光源であって、前記基板には、前記ＬＥＤ素子が実装される上面部の面積よりも前記基板に接触する下面部の面積の方が大きい、鏡面仕上げされた凸構造体が取り付けられており、前記反射板の開口部は、前記基板の接触部の開口部の面積よりも前記ＬＥＤ素子からの光が放出される開口部の面積の方が小さい。
【００１６】
好適な実施形態として、前記反射板の開口部は円錐台の形状を有し、前記凸構造体は円錐台の形状を有する。
【００１７】
好適な実施形態として、前記樹脂部を通過した前記ＬＥＤ素子からの光が、反射鏡によって反射され、当該反射された光が凸構造体によって更に反射されて、前記反射鏡の外部に出射される。
【００１８】
好適な実施形態として、前記反射板の開口部に設けられ、前記ＬＥＤ素子からの光を集光するレンズを更に有する。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明のＬＥＤ照明光源は、基板に前記ＬＥＤ素子が実装される上面部の面積よりも基板に接触する下面部の面積の方が大きい鏡面仕上げされた凸構造体が取り付けられており、反射板の開口部が基板の接触部の開口部の面積よりもＬＥＤ素子からの光が放出される開口部の面積の方が小さい構成を有する。この構成により、ＬＥＤ素子の中心とＬＥＤ素子に塗布された蛍光体を含む樹脂部の中心とがずれた場合においても色ムラを軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２１】
（実施の形態１）
図６は、本発明の第１の実施の形態におけるＬＥＤ照明光源６００を示すものである。
【００２２】
図６において、ＬＥＤ照明光源６００では、ＬＥＤ素子６１４と、ＬＥＤ素子６１４が実装される基板６１３と、ＬＥＤ素子６１４の表面に塗布された蛍光体を含む樹脂部６１５と、ＬＥＤ素子６１４が配置される開口部を有し基板６１３に取り付けられた反射板６１７とを備える。
【００２３】
反射板６１７の開口部は、基板６１３の接触部の開口部の面積よりもＬＥＤ素子６１４からの光が放出される開口部の面積の方が小さい。本実施形態では、開口部が円錐台であり、円錐台の回転軸に垂直な断面積が大きくなる方向に基板が存在し、円錐台の回転軸に垂直な断面積が小さくなる方向にＬＥＤ素子からの光が放出される。
【００２４】
基板６１３には、ＬＥＤ素子６１４が実装される凸構造体６１２が取り付けられている。凸構造体６１２は、ＬＥＤ素子６１４が実装されている上面部の面積よりも、基板６１３に接触する下面部の面積の方が大きい。本実施形態では、凸構造体６１２は円錐台であり、表面は鏡面仕上げされている。
【００２５】
樹脂部６１５の側面は、反射板６１７の反射面６１６とは離間して形成されている。樹脂部６１５の側面が反射板６１７の反射面６１６と離間して形成されていることによって、樹脂部６１５の主に側面から出射された光は反射板６１７の反射面６１６に反射される。反射面６１６で反射した光は、凸構造体６１２の反射面６１１に照射される。照射された光は、反射面６１１で再び反射され、反射鏡６１７の開口部から照射光６１８として出社される。
【００２６】
本実施形態では、基板６１３の凸構造体６１２は円錐台であり、寸法は、上面φ０．９ｍｍ、下面φ１．７ｍｍ、高さ０．２ｍｍを用いた。ＬＥＤ素子６１４は４７０ｎｍにピーク波長をもつ青色ＬＥＤであり、寸法は０．３ｍｍ平方、厚さ０．１ｍｍを用いた。蛍光物質が分散された樹脂部６１５の形状は円柱形状であり、φ０．８ｍｍ、高さ０．３ｍｍを用いた。反射板６１７は円錐台であり、上部穴がφ１．９ｍｍ、下部穴がφ２．３ｍｍであった。
【００２７】
なお、これらの各部材の大きさは一例であって反射板６１７よりも樹脂部６１５側で照射光６１８が出射することができればどのような大きさであったも特に問題ないことは言うまでもない。すなわち、樹脂部６１５を通過したＬＥＤ素子６１４からの光が反射板６１７で反射して、この反射光が凸構造体によって更に反射して反射鏡６１７から光が出射せるような、それぞれの大きさ、位置関係、角度になっていれば良い。
【００２８】
基板６１３の材料は、放熱性に優れるコンポジット基板を用いた。基板６１３の凸構造体６１２は鏡面反射するように、銀やクロムなどの金属メッキがされている。本実施形態ではクロムメッキをした。反射板６１７はアルミニウム板を切削加工し、鏡面反射できるようにした。基板６１３の凸構造体６１２のように樹脂材に金属メッキして鏡面を作成しても問題はない。また、反射率は光束をなるべく低下させないために７０％以上が望ましい。
【００２９】
以上のように、構成することで、樹脂部６１５の側面から出射された光は樹脂部６１５を中心としてφ１．２ｍｍ付近に照射されるように設計されたため、図５のような構成よりも中心に集光される。
【００３０】
図７（ａ）に、図６のように構成されたＬＥＤ照明光源６００において、ＬＥＤ素子７０１の中心と樹脂部１１３の中心とがずれた場合に、ＬＥＤ照明光源７００から照射される光の様子を模式的に示した。図７（ｂ）は、図７（ａ）の図面の位置に対応させて描いた照射面に対するムラの状態の概念図を示す。色温度測定は図５と同じである。横軸はＬＥＤ照明光源７００のある照射面上の位置を示し、縦軸はその軸上の色温度を示す。
【００３１】
図７（ａ）のＬＥＤ素子７０１の上面部から発光された照射光７２０、ＬＥＤ素子７０１の右側面から発光され反射板７１０によって反射された照射光７４０、ＬＥＤ素子７０１の左側面から発光され反射板７１０によって反射された照射光７３０のそれぞれの光色は図５でも説明したとおり、異なる光色であることから色ムラが生じる。樹脂部７０２ａは樹脂部７０２ｂよりも厚みが分厚いことから照射光７２０に比べて、照射光７３０は黄色みを帯び、照射光７４０は青色みを帯びた色になる。本実施形態の場合、図７（ｂ）に示すように照射光７４０と照射光７３０との色差ΔＥ２は、３０００Ｋ（＝６５００Ｋ−３５００Ｋ）となる。これを図５（ｂ）の従来のＬＥＤ照明光源の場合と比較すると、本実施形態では図７（ａ）のように照射角が狭いこと照射光７２０，７３０，７４０が混色し、図５（ｂ）の色差ΔＥ１（＝６０００Ｋ）よりも小さくなる。
【００３２】
以上、図６のようにＬＥＤ照明光源６００を構成することで、ＬＥＤ素子６１４の中心と樹脂部６１５の中心とがずれた場合でも、色ムラを軽減することができる。
【００３３】
すなわち、本実施の形態のＬＥＤ照明光源では、ＬＥＤチップと、ＬＥＤチップが実装され、かつ、上面部の面積よりも下面部の面積が大きく、かつ、鏡面である凸部を上面に有する基板と、ＬＥＤチップの光を吸収して、前記光よりも長波長光を発光する蛍光体と、上面部穴よりも下面部穴が大きく、鏡面である反射板を備えることにより、ＬＥＤチップを覆う樹脂部の側面から照射された光と上面から照射された光がより混色されることとなり、色ムラを軽減することができる。
【００３４】
（実施の形態２）
図８は、本発明の第２の実施形態におけるＬＥＤ照明光源８００を示すものである。図８において、実施形態１の構成と異なるところはレンズ８１０を設けた点である。実施形態１と同一の構成は同一の符号を記して説明を省略する。
【００３５】
レンズ８１０によって、照射光８２０はさらに集光されるため色ムラは更に軽減される結果となる。
【００３６】
以上のように、本実施の形態のＬＥＤ照明光源８００では、ＬＥＤ素子の照射面側にレンズを有することにより、照射光が集光されることになり、照射光の色ムラが軽減されることができる。
【００３７】
図９は、レンズ９１０を構成する樹脂によって、反射板６１７と基板６１３が覆われてＬＥＤ素子６１４が封止された状態を示すものである。レンズ９１０に使用される樹脂によってこのように完全に封止されることによって、ＬＥＤ素子６１４付近の湿度が一定に保たれるため、イオンマイグレーション等の問題を起こさなくてもすむようにできる。
【００３８】
図１０は、図１０からＬＥＤ素子を覆う蛍光体を含む樹脂部６１５を取り除いた構成を示す。色ムラという観点ではないが、図５の照射照射光５２０，５３０と比較して明らかなように、照射光１０１０は集光によって配光を狭めるという効果に有用であることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明のＬＥＤ照明光源は、色ムラを軽減させることができるので、一般照明用のＬＥＤ照明光源等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】従来のＬＥＤ照明光源の断面を示す図
【図２】従来のＬＥＤ照明光源の反射部の断面を示す拡大図
【図３】（ａ）は、出願人が以前に発明したＬＥＤ照明光源の断面図、（ｂ）は出願人が以前に発明したＬＥＤ光源の上面図
【図４】出願者らが以前に発明したＬＥＤ照明光源をモジュール化した状態の斜視図
【図５】（ａ）は出願者らが以前に考案したにＬＥＤ照明光源の反射の様子を示す断面図、（ｂ）は（ａ）のＬＥＤ照明光源の色温度を示すグラフ
【図６】本発明における一実施形態のＬＥＤ照明光源６００の断面図
【図７】（ａ）は本発明における一実施形態のＬＥＤ照明光源７００の反射の様子を示す断面図、（ｂ）は（ａ）の本発明における一実施形態のＬＥＤ照明光源７００の色温度を示すグラフ
【図８】本発明における一実施形態のＬＥＤ照明光源８００の断面図
【図９】本発明における一実施形態のＬＥＤ照明光源９００の断面図
【図１０】本発明における一実施形態のＬＥＤ照明光源１０００の断面図
【符号の説明】
【００４１】
１１１    基板
１１２    ＬＥＤ素子
１１３    樹脂部
１５１    反射板
１５１ａ    反射面
１５２    照射光
１２１    ＬＥＤ素子
１２２ａ    リードフレーム
１２３    カップ内反射板
１２４    第１の樹脂部
１２５    第２の樹脂部
１２６    蛍光物質
１２７    透明容器
２００    砲弾型ＬＥＤ照明光源
３００    ＬＥＤ照明光源
５０１    ＬＥＤ素子
５０２    樹脂部
５０２ａ    樹脂部
５０２ｂ    樹脂部
５０３    反射板
５１０    照射光
５２０    照射光
５３０    照射光
６００    ＬＥＤ光源
６１１    反射面
６１２    凸構造体
６１３    基板
６１４    ＬＥＤ素子
６１５    樹脂部
６１６    反射面
６１７    反射板
６１８    照射光
７０１    ＬＥＤ素子
７０２ａ    樹脂部
７０２ｂ    樹脂部
７２０    照射光
７３０    照射光
７４０    照射光
８１０    レンズ
８２０    照射光
９１０    封止部
１０１０    照射光
【図１】
2006041323.tif 000003
【図２】
2006041323.tif 000004
【図３】
2006041323.tif 000005
【図４】
2006041323.tif 000006
【図５】
2006041323.tif 000007
【図６】
2006041323.tif 000008
【図７】
2006041323.tif 000009
【図８】
2006041323.tif 000010
【図９】
2006041323.tif 000011
【図１０】
2006041323.tif 000012