(57)【要約】【課題】  複数の半導体発光素子を搭載した高出力の発光装置を用いた照明装置において、比較的容易な構造で、発光ムラが低減された照明装置を提供することを目的とする。【解決手段】  半導体発光素子を有する発光装置と、発光装置から入射した光を出射する出射面を有する光学レンズと、を有する照明装置であって、発光装置は、少なくとも２以上の半導体発光素子を有し、光学レンズは、出射面が粗面を有するか、または、出射面近傍に光拡散部材を有することを特徴とする。これにより、複数の半導体発光素子を有する発光装置を用いても輝度ムラや色ムラの少ない照明装置とすることができる。【選択図】  図１Ｂ
2008130532.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光素子を有する発光装置と、該発光装置から入射した光を出射する出射面を有する光学レンズと、を有する照明装置であって、
前記発光装置は、少なくとも２以上の半導体発光素子を有し、
前記光学レンズは、出射面が粗面を有するか、または、出射面近傍に光拡散部材を有することを特徴とする。
【請求項２】
前記光学レンズは、コリメータレンズである請求項１記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示装置、照明器具などに利用可能な照明装置に関し、特に、半導体発光素子を有する発光装置を用いた照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特開２００５−２６８１６６号公報に開示される表示ランプは、発光素子からの光をムラなく効率良く前方に照射するために、発光素子の上面に全反射レンズを配置し発光素子からの光を全反射レンズの周壁で全反射して全反射レンズ前方へ放射する表示ランプにおいて、発光素子と反射レンズの間には、発光素子の周囲を囲繞して配設した枠体内に透明合成樹脂を枠体上部より凸状に盛り上げて注入することにより形成した凸レンズ部が設けられている。このように凸状に盛り上がった凸レンズにより発光素子からの光は集光されて全反射レンズに向かって好適に照射され、これにより発光素子からの光をムラなく効率良く全反射レンズの前方に照射することができることが記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−２６８１６６号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、更なる高出力化のためには、上記レンズ系では限界がある。通常、レンズ系を用いる場合、光源はレンズ径に対して小さい点光源であることが必要である。そのため、半導体発光素子がひとつ搭載された発光装置を用いる。高出力化のためには半導体発光素子自体を大きくする必要があるが、技術的に困難である上に、コスト的にも高くなる。複数の半導体発光素子を搭載する方が容易であるが、上記レンズ系では発光ムラが解消されにくい。
【０００５】
また、上記のようなレンズは、透明樹脂の注入量や、硬化時の条件等によって凸レンズの形状が左右されやすく、同一形状の凸レンズを形成しにくい。
【０００６】
そこで、本発明は、上記の問題を鑑みなされたものであり、複数の半導体発光素子を搭載した高出力の発光装置を用いた照明装置において、比較的容易な構造で、発光ムラが低減された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】
【０００７】
以上の目的を達成するため、本発明の照明装置は、半導体発光素子を有する発光装置と、発光装置から入射した光を出射する出射面を有する光学レンズと、を有する照明装置であって、発光装置は、少なくとも２以上の半導体発光素子を有し、光学レンズは、出射面が粗面を有するか、または、出射面近傍に光拡散部材を有することを特徴とする。これにより、複数の半導体発光素子を有する発光装置を用いても輝度ムラや色ムラの少ない照明装置とすることができる。
【０００８】
また、本発明の請求項２に記載の照明装置は、光学レンズが、コリメータレンズであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、複数の半導体発光素子を搭載した高出力の発光装置を用いた照明装置において、発光ムラを低減させることができ、より均一な発光が可能な照明装置とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明を実施するための最良の形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための照明装置を例示するものであって、本発明は、照明装置を以下に限定するものではない。
【００１１】
また、本明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に、実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。尚、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
【００１２】
図１は、本実施の形態における照明装置１００を示す。図１Ａは照明装置を示す斜視図、図１Ｂは図１Ａの照明装置の一部切欠斜視図、図１Ｃは、図１Ａの構造を説明するための分解図、図１Ｄは図１Ａの断面図である。
【００１３】
本実施の形態において、照明装置１００は、発光装置２００が載置された給電板１０５、給電板１０５がネジ１０４によって固定されている基台１０７、発光装置２００の発光面側に設けられる光学レンズ１０２、光学レンズ１０２が露出する開口部を有する円筒体１０１、を備えている。円筒体１０１と基台１０７は、円筒体１０１の下部内壁に設けられたネジと、基体１０７の外周に設けられたネジとが組み合わさるようにして構成される。
【００１４】
詳細には、基体１０７上には、給電板１０５がネジ１０４によって固定されており、給電板１０５上には、配線パターンが設けられるとともに、その配線パターンと導通可能なように発光装置２００が固着されている。給電板１０５には外部と導通を図るための導線１０６が接合されており、導線１０６は基台１０７の開口部から外部に引き出すように設けられている。導線１０６が挿入される基台の開口部は、基台１０７の外周の一部を切り欠いて設けられており、導線１０６が収納可能な大きさに切り欠かれている。導線１０６は、正負一対の導線１０６をひとつの導線カバー１０９によって一部が被覆されており、一本のなるようまとめられている。基台１０７を貫通する導線１０６と円筒体１０１との間に、保護部材１０８が配されており、これによって円筒体１０１と基台１０７とのネジ止め時に導線１０６が破損しないように保護している。また、基台１０７の外周の一部を切り欠いていることで、導線１０６を照明装置の側面から引き出すことができる。そのため、平坦な場所に取り付け可能となる。
【００１５】
給電板１０５に固着された発光装置２００の上側（発光面側）には、光学レンズ１０２が設けられており、この光学レンズ１０２はスペーサ１０３を介して設けることで発光装置２００との距離を一定のものとしている。スペーサ１０３は円筒体１０１の内壁に沿うよう円筒状に形成されており、円筒体１０１の上部とスペーサ１０３の上部とで光学レンズ１０２の上部に設けられた突出部を矜持している。光学レンズはこれにより固定されており、発光装置２００との距離が一定となる。円筒体１０１の上部は開口部が形成されており、この開口部から光学レンズ１０２の上面（出射面）１０２ｄが露出している。
【００１６】
光学レンズ１０２は、回転軸に対称な略放物体に形成されており、さらに下側に凹部１０２ａを有している。そして、この凹部１０２ａと発光装置２００とが対向するように配置されている。凹部１０２ａの底面１０２ｂは発光装置側に突出する円弧状の凸レンズ面に形成されており、その底面１０２ｂと光学レンズの外周面との間の内面１０２ｃは略円筒状に形成されている。このような形状とすることで、発光装置からの光が光学レンズ１０２の出射面１０２ｄから平行光として出射される。本発明においては、光学レンズの出射面が粗面を有するか、または、出射面近傍に光拡散部材を有することを特徴とする。
【００１７】
光学レンズとして、図１に示すようなコリメータレンズを用いる場合、伝播方向に広がりのある発光装置からの光を、方向の揃った平行光に変換することができる。そのため、比較的遠方にまで光を到達させることができる。このようなレンズは、光源である発光装置の光の状態がそのまま投影された光として出射される。例えば、図２に示すような半導体発光素子が６個搭載された発光装置を用いると、６つの光点が投影されたムラのある光が出射される。図１に示すように、光学レンズ（コリメータレンズ）の出射面を粗面とすることで、複数の半導体発光素子の出射光がそのまま投影されるのを低減することができる。尚、粗面とは微細な凹凸面を指し、成形時の金型を粗面としたり、あるいは成形後にブラスト加工などにより粗面とするなどの方法で得ることができる。このような粗面は、光学レンズの出射面に設けるのが好ましく、これにより、効率良く光を拡散することができる。光学レンズの側面や、発光装置からの光が入射される面（図１における凹部１０２ａの底面１０２ｂや内面１０２ｃ）を粗面とすると、そこで光が拡散されてしまい、出射面１０２ｄに到達しにくくなって外部への取り出し効率が低下するため好ましくない。出射面１０２ｄのほぼ全面を粗面となるようにするのが好ましく、ヘイズ（曇価）が７０〜９０％程度となるような面粗さとするのが好ましい。
【００１８】
また、上記のような粗面ではなく、光学レンズの出射面近傍に拡散部材を設けることもできる。例えば、光拡散フィルムや光学レンズの出射面付近にＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３などの拡散剤を添加することで光を拡散させることができる。
【００１９】
また、発光面の中央付近を、より密度の高い粗面、あるいは、拡散部材の密度を高くすることで、効率良く光を拡散することができる。例えば、図３に示すように、光学レンズ３０２の出射面のうち、底面に設けられている凹部３０２ａと対向する領域、すなわち、出射面の中央付近を高密度の粗面とすることで、発光装置からの光を効率良く拡散させることができる。また、その周辺の領域は、出射面の外周部に向かって徐々に密度の低い粗面とすることもできる。
【００２０】
本発明において、光学レンズの出射面に粗面を設ける、または出射面近傍に光拡散部材を設けることを特徴とするものであるが、出射面は図１Ｄに示すような略平面状とするほか、図４Ａに示すように光学レンズ４０２の底面に設けられる凹部４０２ａと対向する出射面に、出射面側凹部４０２ｅを設けることができる。この出射面側凹部４０２ｅは、凹部４０２ｂを介して光学レンズに入光される光が照射される領域に設けられるものであり、全反射可能なような反射面４０２ｆとなるような角度に設けられる。そして、図４Ｂに示すように、ここで反射された光は光学レンズの側面に設けられる外側反射面４０２ｇによって全反射され、出射面４０２ｄから外部に放出される。このような形状とすることで、半導体発光素子の形状パターンがそのまま投影されることがなく、発光ムラを低減することができる。そして、このような形状の光学レンズにおいても、出射面４０２ｄに粗面を設ける、あるいは出射面近傍に光拡散部材を設けることで、発光ムラを低減することができる。尚、出射面側凹部の内部に設けられる反射面４０２ｆや、外側反射面４０２ｇは、全反射可能なように均一な面とするのが好ましい。
【００２１】
図２は、本実施の形態における発光装置を示す。本実施の形態において、発光装置のパッケージ２０１は樹脂からなり、側面と底面を有し上面を開口部とする凹部２０３を有している。凹部２０３の底面には、導電部材としてリード端子２０２が露出するように設けられている。さらにそれらリード端子の一部はパッケージに内包されるとともに、パッケージ２０１の側面から突出するように延在している。これにより、パッケージ２０１に配置された複数の半導体発光素子２０４の導体配線として機能する。半導体発光素子２０４及び保護素子２０５は、樹脂や金属ペーストなどのダイボンド部材によってリード端子２０２上に固定される。そして、導電性ワイヤにより半導体発光素子２０４や保護素子２０５のｐ電極及びｎ電極とリード端子２０２とを電気的に接続している。また、これらを被覆するように、凹部２０３の内部には樹脂などの封止部材が充填されている。
【００２２】
パッケージ２０１は、複数の半導体発光素子や保護素子などを載置可能な載置面積を有していればよく、例えば、導体配線が設けられた板状のパッケージや、図２に示すような凹部を有するパッケージなどを用いることができる。パッケージの発光部の大きさは光学レンズの入光部と同等か、それよりも小さい大きさとするのが好ましく、さらに、円形状の発光部とするのが好ましい。
【００２３】
本発明において、半導体発光素子は複数用いるが、各半導体発光素子の組成や波長や個数、配置などについては、任意に選択することができる。例えば、青色、緑色の発光素子としては、ＺｎＳｅや窒化物系半導体（ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）を用いたものを用いることができる。また、赤色の発光素子としては、ＧａＡｓ、ＩｎＰなどを用いることができる。さらに、これ以外の材料からなる半導体発光素子を用いることもできる。用いる発光素子の組成や発光色、大きさや、個数などは目的に応じて適宜選択することができる。
【００２４】
蛍光物質を有する発光装置とする場合には、その蛍光物質を効率良く励起できる短波長が発光可能な窒化物半導体（ＩｎＸＡｌＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）が好適に挙げられる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を種々選択することができる。また、可視光領域の光だけでなく、紫外線や赤外線を出力する発光素子とすることができる。
【００２５】
封止部材中に、波長変換部材として半導体発光素子からの光の少なくとも一部を吸収して異なる波長を有する光を発する蛍光部材を含有させることもできる。
【００２６】
蛍光部材としては、半導体発光素子からの光を、より長波長に変換させるものの方が効率がよい。蛍光部材は、１種の蛍光物質等を単層で形成してもよいし、２種以上の蛍光物質等が混合された単層を形成してもよいし、１種の蛍光物質等を含有する単層を２層以上積層させてもよいし、２種以上の蛍光物質等がそれぞれ混合された単層を２層以上積層させてもよい。
【００２７】
蛍光部材としては、例えば、窒化物系半導体を発光層とする半導体発光素子からの光を吸収し異なる波長の光に波長変換するものであればよい。例えば、Ｅｕ、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される窒化物系蛍光体・酸窒化物系蛍光体、Ｅｕ等のランタノイド系、Ｍｎ等の遷移金属系の元素により主に賦活されるアルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体、アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体、アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体、アルカリ土類ケイ酸塩、アルカリ土類硫化物、アルカリ土類チオガレート、アルカリ土類窒化ケイ素、ゲルマン酸塩、または、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される希土類アルミン酸塩、希土類ケイ酸塩またはＥｕ等のランタノイド系元素で主に賦活される有機及び有機錯体等から選ばれる少なくともいずれか１以上であることが好ましい。また、上記蛍光体以外の蛍光体であって、同様の性能、作用、効果を有する蛍光体も使用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明に係る照明装置は、複数の半導体発光素子を搭載した高出力の発光装置を用いても、簡単な構造で発光ムラが低減された照明装置とすることができるため、懐中電灯、スポットライト、ダウンライトなど各種照明器具などにも利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１Ａ】図１Ａは、本発明に係る照明装置の例を示す斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは図１Ａの照明装置の一部切欠斜視図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、図１Ａの構造を説明するための分解図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは図１Ａの断面図である。
【図２】図２は、本発明に係る発光装置の例を示す斜視図である。
【図３】図３は、光学レンズの変形例を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明に係る照明装置に用いられる光学レンズの変形例を示す断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａの光学レンズの配光特性の説明図である。
【符号の説明】
【００３０】
１００、３００・・・照明装置
１０１・・・円筒体
１０２、３０２、４０２・・・光学レンズ
１０３・・・スペーサ
１０４・・・ネジ
１０５・・・給電板
１０６・・・導線
１０７・・・基台
１０８・・・保護部材
１０９・・・カバー
２００、４００・・・発光装置
２０１・・・パッケージ
２０２・・・リード端子
２０３・・・凹部
２０４・・・半導体発光素子
２０５・・・保護素子
【図１Ａ】
2008130532.tif 000003
【図１Ｂ】
2008130532.tif 000004
【図１Ｃ】
2008130532.tif 000005
【図１Ｄ】
2008130532.tif 000006
【図２】
2008130532.tif 000007
【図３】
2008130532.tif 000008
【図４Ａ】
2008130532.tif 000009
【図４Ｂ】
2008130532.tif 000010