(57)【要約】【課題】複数の色の光を混合して発光する発光装置において、色むらの低減を図る。【解決手段】発光装置１は、ＬＥＤ２１からの青色光を赤色蛍光体２３により赤色光に変換して導出する発光部２（Ｒ）と、該青色光を緑色蛍光体２４により緑色光に変換して導出する発光部２（Ｇ）と、該青色光をそのまま導出する発光部２（Ｂ）と、を備える。発光部２（Ｒ）、２（Ｇ）、２（Ｂ）は、互いに隣接して配置され、赤色蛍光体２３及び緑色蛍光体２４は、それぞれ発光部２（Ｒ）及び２（Ｇ）においてＬＥＤ２１の封止部材２２中に配される。更に、発光装置１は、発光部２（Ｒ）、２（Ｇ）、２（Ｂ）を共通して覆う光拡散部７を備える。発光部２（Ｒ）、２（Ｇ）、２（Ｂ）から発せられた赤色光、緑色光、青色光は、光拡散部７においてだけでなく、光拡散部７に到達する以前においても互いに混ざり合う。その結果、発光装置１から導出される光は、色むらが十分に低減された白色光となる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体発光素子と、前記固体発光素子から発せられた光を蛍光体により波長変換してから導出する、又は該蛍光体を含まず前記光をそのまま透過する前記固体発光素子の封止部材と、を有した複数の発光部と、
前記複数の発光部の発光を制御する駆動ドライバと、
前記複数の発光部を共通して覆う光拡散部と、を備え、
前記複数の発光部は、それぞれ隣接して配置されると共に、少なくとも一部の隣接した発光部の各々が互いに異なる色の光を発する構成を有し、
前記駆動ドライバは、前記複数の発光部のうち前記封止部材から導出される光の色が同一の発光部に対して共通して複数設けられ、該発光部の発光をそれぞれ制御することを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記光拡散部は、その表面又は裏面又は内部に蛍光体を備えたことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記光拡散部は、その表面又は裏面に貼着された蛍光体シートを備えたことを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記複数の発光部は、配線基板上にアレイ状又はマトリクス状に配置されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の発光装置。
【請求項５】
前記光拡散部は、前記複数の発光部を共通して覆うのに必要な大きさよりも大きい平板状とされることを特徴とする請求項４に記載の発光装置。
【請求項６】
前記配線基板は、前記固体発光素子を実装する側から順に高反射層、電気伝導回路層、絶縁放熱層を備えたことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の発光装置。
【請求項７】
前記高反射層は、その表面が光反射率８０％以上の高光反射部材から構成されていることを特徴とする請求項６に記載の発光装置。
【請求項８】
前記複数の発光部から導出される光の色は、光の三原色であることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の色の光を混合して発光する発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の固体発光素子を光源として用い、複数の色の光を発する発光装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような発光装置は、図５に示されるように、複数の青色ＬＥＤ１０と、これらの青色ＬＥＤ１０を一括して封止する封止部材２０と、封止部材２０の光導出面に接して設けられた蛍光体層３０とを備える。蛍光体層３０は、青色ＬＥＤ１０からの青色光により励起されて黄色光を発する黄色蛍光体３１を含む領域と、青色ＬＥＤ１０からの青色光により励起されて赤色光を発する赤色蛍光体３２を含む領域とを有する。これらの領域から発せられた黄色光及び赤色光は、光拡散部４０へ入射し、そこで種々の方向へ拡散されることにより互いに混ざり合う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１２３９１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１の発光装置では、蛍光体層３０と光拡散部４０とが近接しているため、蛍光体層３０で生じた黄色光と赤色光は、実質的に光拡散部４０においてのみ互いに混ざり合う。そのため、光の混合が不十分となり、色むらが十分に低減されない虞がある。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するものであって、複数の色の光を混合して発光する際の色むらを十分に低減することができる発光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】
【０００６】
本発明の発光装置は、固体発光素子と、前記固体発光素子から発せられた光を蛍光体により波長変換してから導出する、又は該蛍光体を含まず前記光をそのまま透過する前記固体発光素子の封止部材と、を有した複数の発光部と、前記複数の発光部の発光を制御する駆動ドライバと、前記複数の発光部を共通して覆う光拡散部と、を備え、前記複数の発光部は、それぞれ隣接して配置されると共に、少なくとも一部の隣接した発光部の各々が互いに異なる色の光を発する構成を有し、前記駆動ドライバは、前記複数の発光部のうち前記封止部材から導出される光の色が同一の発光部に対して共通して複数設けられ、該発光部の発光をそれぞれ制御することを特徴とする。
【０００７】
前記光拡散部は、その表面又は裏面又は内部に蛍光体を備えることが好ましい。
【０００８】
前記光拡散部は、その表面又は裏面に貼着された蛍光体シートを備えることが好ましい。
【０００９】
前記複数の発光部は、配線基板上にアレイ状又はマトリクス状に配置されることが好ましい。
【００１０】
前記光拡散部は、前記複数の発光部を共通して覆うのに必要な大きさよりも大きい平板状とされることが好ましい。
【００１１】
前記配線基板は、前記固体発光素子を実装する側から順に高反射層、電気伝導回路層、絶縁放熱層を備えることが好ましい。
【００１２】
前記高反射層は、その表面が光反射率８０％以上の高光反射部材から構成されていることが好ましい。
【００１３】
前記複数の発光部から導出される光の色は、光の三原色であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の発光装置によれば、固体発光素子の封止部材中に蛍光体を含む発光部と蛍光体を含まない発光部とが隣接している場合、これらの発光部から発せられた互いに異なる色の光は、光拡散部においてだけでなく、光拡散部に到達する以前においても混合される。このため、光拡散部から外部へ照射される光の色むらを十分に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る発光装置の平面図。
【図２】図１のＩ−Ｉ線断面図。
【図３】（ａ）（ｂ）（ｃ）は、それぞれ上記実施形態の変形例に係る発光装置の断面図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る発光装置の平面図。
【図５】従来の発光装置の縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態に係る発光装置について、図面を参照して説明する。本実施形態の発光装置は、固体発光素子としてＬＥＤを用いている。
【００１７】
図１及び図２に示されるように、発光装置１は、互いに隣接してアレイ状（線状）に配置された複数の発光部２と、これらの発光部２の発光を制御する複数の駆動ドライバ３と、を備えた線状発光装置である。これらの発光部２は、配線基板４上に実装されており、各々の発光部２に対して設けられた配線基板４の配線パターン４１及び配電線５を介して、特定の駆動ドライバ３と電気的に結ばれている。複数の発光部２の周囲には、これらの発光部２をまとめて取り囲む支持部材６が、配線基板４上に固着された状態で配置される。支持部材６は、配線基板４と接する面とは反対側の面において、複数の発光部２を共通して覆う光拡散部７を保持している。
【００１８】
各々の発光部２は、１つのＬＥＤ２１と、ＬＥＤ２１を封止する封止部材２２とを備える。ＬＥＤ２１は、略４６０ｎｍにピーク波長を有する青色光を発する青色ＬＥＤとされる。封止部材２２は、ＬＥＤ２１からの青色光により励起されて赤色光を発する赤色蛍光体２３を含むものと、ＬＥＤ２１からの青色光により励起されて緑色光を発する緑色蛍光体２４を含むものと、蛍光体を含まないものとがある。封止部材２２に赤色蛍光体２３を含む発光部２（Ｒ：赤）は、ＬＥＤ２１からの青色光を赤色蛍光体２３により赤色光に波長変換してから導出する。封止部材２２に緑色蛍光体２４を含む発光部２（Ｇ：緑）は、ＬＥＤ２１からの青色光を緑色蛍光体２４により緑色光に波長変換してから導出する。封止部材２２に蛍光体を含まない発光部２（Ｂ：青）は、ＬＥＤ２１からの青色光をそのまま透過する。これらの発光部２（Ｒ）、２（Ｇ）、２（Ｂ）は、隣接した各々が互いに異なる色の光を発するように、発光部２（Ｒ）−２（Ｇ）−２（Ｂ）の順の並びが繰り返すパターンでアレイ状（線状）に配線基板４上へ配置される。ここに、発光部２（Ｒ）、２（Ｇ）、２（Ｂ）は、少なくとも一部の隣接した各々が互いに異なる色の光を発するように配置されていればよく、発光部２（Ｒ）、２（Ｇ）、２（Ｂ）の配置は、本実施形態のものに限定されない。また、ＬＥＤ２１は、青色ＬＥＤに限定されず、紫外〜紫色〜青色〜青緑色等の光を発するＬＥＤであってもよく、封止部材２２には、赤色蛍光体２３や緑色蛍光体２４以外の蛍光体が含まれていてもよいし、複数の蛍光体が含まれていてもよい。例えば、紫外〜紫色の光を発するＬＥＤと、このＬＥＤからの光により励起されて青色光を発する青色蛍光体とを組み合わせることにより、青色光を発する発光部２とされてもよい。また、ＬＥＤ２１の種類は、各発光部２ごとに異なっていてもよいし、複数のＬＥＤ２１が、１つの発光部２に含まれてもよい。
【００１９】
ＬＥＤ２１は、略０．３ｍｍ四方の大きさとされ、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）等の窒化物から構成される。なお、ＬＥＤ２１の大きさ及び構成材料は、上記のものに限定されない。
【００２０】
封止部材２２は、１．２〜１．７の屈折率を持ち、かつ透光性を有する耐熱性材料から構成され、例えば、透明シリコーン樹脂若しくは透明シリコーンゴム、アクリル樹脂、透明ガラス、又は透明セラミックから構成される。発光部２（Ｂ）の封止部材２２には、図示されていないが、光を拡散させる光拡散材が分散されてもよい。なお、封止部材２２は、本実施形態においては、その外形が直方体状とされているが、直方体状に限定されず、例えば、半球状や半楕円体状であってもよい。
【００２１】
駆動ドライバ３は、発光部２（Ｒ）、２（Ｇ）、２（Ｂ）のうち封止部材２２から導出される光の色が同一の発光部２に対して共通して複数設けられる。本実施形態においては、発光部２（Ｒ）に対して駆動ドライバ３（Ｒ）が、発光部２（Ｇ）に対して駆動ドライバ３（Ｇ）が、そして発光部２（Ｂ）に対して駆動ドライバ３（Ｂ）が設けられる。これらの駆動ドライバ３（Ｒ）、３（Ｇ）、３（Ｂ）は、商用電源（図示せず）へ接続されると共に、それぞれ対応する発光部２のＬＥＤ２１とも配線基板４の配線パターン４１及び配電線５を介して電気的に結ばれている。駆動ドライバ３（Ｒ）、３（Ｇ）、３（Ｂ）は、スイッチやマイコン等を備え、それぞれ発光部２（Ｒ）、２（Ｇ）、２（Ｂ）への電力供給を制御する。
【００２２】
配線基板４は、２７０ｍｍ×３０ｍｍの長尺形状とされ、例えば、アルミニウム等の金属、ガラスエポキシ等の樹脂、又はセラミックを母材として構成される。なお、配線基板４の大きさ、形状、及び構成材料は、上記のものに限定されない。また、配線基板４は、図示されていないが筺体を備え、この筺体に設けられた保持構造を介して天井や壁等に取り付けられる。
【００２３】
配線基板４は、図２に示されるように、３層構造となっており、ＬＥＤ２１を実装する側から順に高反射層４２と、電気伝導回路層４３と、絶縁放熱層４４とを備える。高反射層４２は、その表面が銀やアルミニウム等の光反射率８０％以上の高光反射部材から構成されることが好ましい。電気伝導回路層４３は、銅箔等から構成された配線パターン４１（図１参照）を備える。絶縁放熱層４４は、電気絶縁性及び熱伝導性に優れたエポキシ樹脂やガラスエポキシ樹脂等から構成される。
【００２４】
支持部材６は、上面視矩形状とされ、例えば、透明なシリコーン樹脂やエポキシ樹脂のような透光性を有する耐熱性樹脂材料から構成される。支持部材６は、封止部材２２と同程度の屈折率を有することが好ましい。なお、支持部材６の形状は、矩形状に限定されず、例えば、楕円状であってもよい。
【００２５】
光拡散部７は、例えば、二酸化ケイ素やセラミック等から成る粉末が分散されたシリコーン樹脂やガラス等の透明材料、又は表面若しくは裏面の少なくとも一方にフロスト加工等により凹凸が形成されたガラスやアクリル樹脂等の材料から構成される。光拡散部７は、５０％以下の直線透過率を持ち、発光部２（Ｒ）、２（Ｇ）、２（Ｂ）を共通して覆うのに必要な大きさよりも大きい平板状とされる。光拡散部７は、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂等を成分とする透光性接着剤により、支持部材６に接着される。
【００２６】
次に、上記のように構成された発光装置１の作用を説明する。発光装置１の発光部２（Ｒ）、２（Ｇ）、２（Ｂ）は、それぞれ赤色光、緑色光、青色光を発する。これにより、これらの発光部２（Ｒ）、２（Ｇ）、２（Ｂ）から導出される光の色は、光の三原色となる。図２に示されるように、発光部２（Ｒ）のＬＥＤ２１から発せられた青色光（一点鎖線矢印で示す）は、封止部材２２中の赤色蛍光体２３により赤色光へ波長変換され、光拡散部７へ到達する。同様に、発光部２（Ｇ）のＬＥＤ２１から発せられた青色光（点線矢印で示す）は、封止部材２２中の緑色蛍光体２４により緑色光へ波長変換され、光拡散部７へ到達する。一方、発光部２（Ｂ）のＬＥＤ２１から発せられた青色光（二点鎖線矢印で示す）は、封止部材２２をそのまま透過し、光拡散部７へ到達する。ここで、発光部２（Ｒ）、２（Ｇ）、２（Ｂ）が互いに隣接して配置されているため、これらの赤色光、緑色光、及び青色光は、光拡散部７に到達する以前において互いに混ざり合う。この混色光は、次いで光拡散部７において種々の方向へ拡散されることにより更に混ざり合わされ、結果として、色むらが十分に低減された白色光となって光拡散部７から導出される。
【００２７】
発光部２（Ｂ）の封止部材２２に光拡散材（図示せず）が分散されることにより、発光部２（Ｂ）から導出される青色光の光照射角度を大きくすることができる。これにより、発光部２（Ｂ）からの青色光と、発光部２（Ｂ）に隣接する発光部２（Ｒ）、２（Ｇ）からの赤色光及び緑色光とを、より高度に混色させることが可能となるため、光拡散部７から導出される白色光をより色むらの少ない白色光とすることができる。
【００２８】
光拡散部７から導出される白色光の光学特性は、駆動ドライバ３（Ｒ）、３（Ｇ）、３（Ｂ）によって発光部２（Ｒ）、２（Ｇ）、２（Ｂ）の発光を各発光部２ごとにオン／オフ制御又は調光制御することにより調整され得る。これにより、光拡散部７から導出される白色光の色調や明るさを、自在に調整することが可能となる。例えば、発光部２（Ｒ）の発光を強くして赤色光成分を増やし、発光部２（Ｂ）の発光を弱くして青色光成分を減らすことにより、白熱電球に近い赤みがかった暖かみのある白色光とすることができる。また、光拡散部７から導出される光の色調や明るさは、封止部材２２に分散される蛍光体の種類、濃度、他の蛍光体との濃度比等を変化させることによっても調整され得る。
【００２９】
光拡散部７が発光部２（Ｒ）、２（Ｇ）、２（Ｂ）を共通して覆うのに必要な大きさよりも大きくされることにより、発光装置１のユーザからこれらの発光部２（Ｒ）、２（Ｇ）、２（Ｂ）をマスクすることができる。これにより、ユーザから発光部２（Ｒ）、２（Ｇ）、２（Ｂ）の発光が直接見えなくなるため、発光装置１の周縁部が目立たなくなり、その結果、発光装置１の見栄えをよくすることができる。また、光拡散部７を単純な形状の平板状とすることにより、その生産が容易となる。
【００３０】
光拡散部７を比較的硬度が高いガラスやアクリル樹脂等から構成した場合には、光拡散部７を光拡散部材としてだけではなく、発光装置１を衝撃等から保護する外殻部材としても機能させることができる。
【００３１】
光拡散部７により拡散された光の一部は、発光装置１の内部方向へ戻ることがある。このようないわゆる戻り光は、配線基板４表面の高反射層４２により反射され、再び発光装置１の外部方向へ向かい得る。これにより、発光装置１の光取り出し効率を向上することができる。
【００３２】
配線基板４の絶縁放熱層４４は、ＬＥＤ２１の発光等に伴って発光装置１内で生じた熱を外部へ放熱する。これにより、発光装置１内の異常な温度上昇を防ぐことができ、発光装置１の安定した動作が保証される。
【００３３】
封止部材２２の屈折率と、支持部材６の屈折率とを同程度にすることにより、ＬＥＤ２１から発せられた光がこれらの部材を通過する際の光の反射損を低減することができる。
【００３４】
発光装置１では、複数のＬＥＤ２１は、それぞれ個別に封止部材２２により封止され、１つの独立した発光部２を形成している。そのため、仮に１つの発光部２に不具合が起こったとしても、問題の発光部２のみを交換することができる。これに対し、図５に示される上記特許文献１の発光装置では、複数のＬＥＤがまとめて封止されているため、１つのＬＥＤに不具合が発生した場合、そのＬＥＤのみを交換することは困難である。従って、発光装置１のように互いに独立した複数の発光部２を備えた構成とすることにより、発光部２に不具合が起こった際に、少ないコストで効率良く対処することが可能となる。
【００３５】
本実施形態の発光装置１の変形例を、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。図３（ａ）に示される発光装置１は、光拡散部７の表面（光導出面側）に蛍光体８１を含んだ蛍光体層８を備える。一方、図３（ｂ）に示される発光装置１は、光拡散部７の裏面（光入射面側）に蛍光体８１を含んだ蛍光体層８を備える。また、図３（ｃ）に示される発光装置１は、光拡散部７の内部に蛍光体８１を備える。ここで、蛍光体８１は、赤色蛍光体２３や緑色蛍光体２４と異なる蛍光体であってもよいし、赤色蛍光体２３や緑色蛍光体２４であってもよい。また、蛍光体８１として２種類以上の蛍光体が配されてもよい。
【００３６】
蛍光体８１は、光拡散部７から導出される白色光の光質を調整する。例えば、蛍光体８１として緑色蛍光体２４を用いることにより、光拡散部７から導出される白色光を、緑色光が補光された演色性の高い白色光とすることができる。また、蛍光体８１は、ＬＥＤ２１の光学特性ばらつき等に起因する発光部２（Ｒ）、２（Ｇ）、２（Ｂ）の照射光強度ばらつきや色ばらつき等を補正することもできる。
【００３７】
蛍光体８１は、光拡散部７の表面に貼着された蛍光体シート、又は光拡散部７の裏面に貼着された蛍光体シートから構成されてもよい。これにより、蛍光体８１を簡便に光拡散部７に配置することができる。また、蛍光体８１は、スクリーン印刷等により光拡散部７の表面又は裏面に直接プリントされてもよい。
【００３８】
本実施形態及びその変形例によれば、色むらが十分に低減された混色光を照射することができ、かつその混色光の光学特性を各色の光ごとに制御可能な線状発光装置を得ることができる。
【００３９】
次に、本発明の第２の実施形態に係る発光装置について、図４を参照して説明する。発光装置１１は、矩形状の配線基板４と、配線基板４上に互いに隣接してマトリクス状（面状）に配置された複数の発光部２（Ｒ）、２（Ｇ）、２（Ｂ）と、これらの発光部２を共通して覆う光拡散部７とを備えた面状発光装置である。発光装置１１は、配線基板４上における発光部２（Ｒ）、２（Ｇ）、２（Ｂ）の配置が異なる以外、発光装置１と同一の構造を備える。
【００４０】
発光部２（Ｒ）、２（Ｇ）、２（Ｂ）は、それぞれその上下左右に同じ発光部２が並ばないよう配置されることにより、配線基板４上において一様に分布される。本実施形態においては、１２個ずつの発光部２（Ｒ）、２（Ｇ）、２（Ｂ）（計３６個）が、縦６個×横６個のマトリクス状に配置されるが、発光部２（Ｒ）、２（Ｇ）、２（Ｂ）の数及び配置は、本実施形態のものに限定されない。また、本実施形態の発光装置１１は、発光部２（Ｒ）、２（Ｇ）、２（Ｂ）という３種類の発光部２を備えるが、４種類以上の発光部２を備えてもよい。なお、図４では、図を簡単にするため駆動ドライバ、配電線、配線パターン、及び支持部材は図示されていない。
【００４１】
発光部２（Ｒ）、２（Ｇ）、２（Ｂ）から発せられた光は、上述の発光装置１の場合と同様に、それぞれ隣接した発光部２から発せられた異なる色の光と互いに混ざり合い、その結果、色むらが十分に低減された白色光となる。
【００４２】
本実施形態によれば、色むらが十分に低減された混色光を照射する面状発光装置を得ることができる。
【００４３】
なお、本発明に係る発光装置は、上記実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、本発光装置で用いられる固体発光素子は、ＬＥＤに限定されず、有機ＥＬ素子等であってもよい。また、本発光装置は、線状発光装置や面状発光装置に限定されず、複数の発光部が３次元的に配置された立体的な発光装置とされてもよい。また、本実施形態では、発光装置は、白色光を照射するように構成されているが、固体発光素子と蛍光体とを種々に組み合わせることにより他色の光を照射する構成とされてもよい。更に、本発光装置にタイムコントローラ等を組み込むことにより、経時的に光照射パターンが変化する構成とされてもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１、１１  発光装置
２、２（Ｒ）、２（Ｇ）、２（Ｂ）  発光部
２１  固体発光素子（ＬＥＤ）
２２  封止部材
２３  （赤色）蛍光体
２４  （緑色）蛍光体
３、３（Ｒ）、３（Ｇ）、３（Ｂ）  駆動ドライバ
４  配線基板
４２  高反射層
４３  電気伝導回路層
４４  絶縁放熱層
７  光拡散部
８１  （光質調整用の）蛍光体
【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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