JP2002280617A

JP2002280617A - 照明装置

Info

Publication number: JP2002280617A
Application number: JP2001078143A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Matsui; 伸幸松井; Hideo Nagai; 秀男永井; Tetsushi Tamura; 哲志田村; Masanori Shimizu; 正則清水
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-03-19
Filing date: 2001-03-19
Publication date: 2002-09-27

Abstract

(57)【要約】【課題】複数の発光ダイオード素子から放出される各
色の光をムラなく混光し、均一な平行光を取り出すこと
が可能な照明装置を提供する。【解決手段】基板上に配置された複数の発光ダイオー
ドを覆うように、全体が凸曲面からなる透明な光分散部
材を、前記発光ダイオード１個に対して２個以上備え、
かつ前記発光ダイオードと前記光分散部材とが樹脂モー
ルドされている照明装置とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオードを
用いた照明装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、青色・白色の発光ダイオード素子
が実用化され、その高効率化が進んでいることから、発
光ダイオードを用いた照明は、さらなる高効率、長寿命
が期待され、注目を浴びている。現時点においては、発
光ダイオード素子単体の光出力は低いため、照明用途に
用いるには発光ダイオード素子を複数個集積化する必要
がある。さらに、発光ダイオードから放出される光は、
その特性として指向性を持つため、正面から見ると輝度
が高く、直視すると眩しい。これは、使用者の目に悪影
響を与えるおそれがあり、照明用途に用いるためには拡
散板を用いたり、特開平１１−２６６０３６号公報記載
のように、球状レンズを発光ダイオード表面に配置する
ことにより、均一光を取り出す必要があった。

【０００３】発光ダイオードを用いた白色の照明装置を
実現するためには、白色の発光ダイオード素子を用いる
方法と、赤、緑、青など３色以上の発光ダイオード素子
を混光させることによって、白色を得る方法がある。前
者は、ＩｎＧａＮ系の青色発光ダイオードで黄色発光の
ＹＡＧ蛍光体を励起させ、青色と黄色の混色により白色
を得る白色発光ダイオードがすでに実用化されていて、
ワンチップ方式であるため、駆動回路の設計が容易であ
るというメリットがある。一方、高演色性や可変色を必
要とする照明用途には、後者のマルチチップ方法が適し
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】球状レンズを用いる前
記従来技術では、発光素子１個につき、１個の球状レン
ズを配置するため、３色以上の混光によって生じる色ム
ラを解消することができない。また、現在の主な発光ダ
イオードのベアチップの大きさは、約２００μｍ〜４０
０μｍであるが、個々の発光素子に合わせて平行光化を
考慮した球状レンズを配置するのは、高精度実装が要求
され、製造上困難である。

【０００５】その他の解決策として、各発光ダイオード
素子間の間隔を狭くし、集積密度を上げることが考えら
れるが、それと同時に発熱量も増大し、発光ダイオード
素子の効率の低下や短寿命化を招く。照射面と照明装置
の距離を長くとれば色ムラは減少するが、照度も低下し
てしまう。また、拡散板を用いると、発光ダイオード素
子から放出される光が拡散板を透過する際に、輝度が低
下してしまうという問題がある。

【０００６】本発明は、複数の発光ダイオード素子から
放出される各色の光を、ムラなく混光し、均一な平行光
を取り出すことができる照明装置を提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明の照明装置は、基板上に配置された複数の発
光ダイオードを覆うように、全体が凸曲面からなる透明
な光分散部材を、前記発光ダイオード１個に対して２個
以上備え、かつ前記発光ダイオードと前記光分散部材と
が樹脂モールドされていることを特徴とする。

【０００８】これにより、複数の発光ダイオード素子か
ら放出される光をムラなく混光し、演色性が高く、色ム
ラのない白色光あるいは所望の発光色を得ることがで
き、また、均一な平行光を取り出すことができる。ま
た、従来技術と比較して、容易に製造することができ
る。

【０００９】また、本発明の照明装置においては、前記
複数の発光ダイオードが、少なくとも赤色、緑色、青色
の基本色毎に近接配置されていることが好ましい。

【００１０】発光ダイオードを基本色毎に近接配置する
ことにより、同一数の光分散部材を用いた場合は、より
混光ムラがなくなり、同程度の混光ムラでは、光分散部
材の数量を少なくすることができ、より薄型化が可能と
なる。

【００１１】また、本発明の照明装置においては、前記
光分散部材が、透明な球状もしくは略球状のガラスもし
くは樹脂であることが好ましい。

【００１２】光分散部材として透明なビーズ等を用いる
ことにより、複数の発光色を有する発光ダイオード素子
から放出される各色の光をムラなく混光し、演色性の高
いあるいは可変色の均一な平行光を取り出すことができ
るとともに、透過率が高いため、より高い光出力を得る
ことができる。

【００１３】また、本発明の照明装置においては、前記
樹脂モールド中に、光拡散効果のある粉体が混入されて
いることが好ましい。

【００１４】これにより、同一数の光分散部材を用いた
場合は混光ムラがより減少し、同程度の混光ムラでは光
分散部材の数量をより少なくすることができ、更に薄型
化が可能となる。

【００１５】また、本発明の照明装置においては、前記
樹脂モールドを、樹脂、セラミックスあるいは金属製の
照明装置構成部材に接触させていることが好ましい。

【００１６】これにより、発光ダイオード素子の発熱を
照明装置構成部材を通して放熱させることが可能とな
り、素子の高密度集積時に課題となる発熱による素子の
発光効率の低下や、短寿命化という問題を解決できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を用いて説明する。（実施の形態１）図１及び図２に示す本発明の第１の実
施形態は、発光ダイオードのベアチップを覆うように、
光分散部材としてガラスビーズを樹脂モールドした構造
を持つ照明装置である。

【００１８】図１に示す本発明の発光ダイオード照明装
置のベアチップ実装部１は、放熱性多層基板２と、赤
（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、黄（Ｙ）の４色の発光ダ
イオードベアチップ３〜６、ガラスビーズ７、透明なエ
ポキシ樹脂モールド８から構成されている。放熱性多層
基板２上には、図２に示すように、赤、緑、青、黄の４
色のベアチップ３〜６が各１個ずつ計４個近接配置さ
れ、１つのベアチップユニット９を構成している。この
ベアチップ３〜６を覆うように、光分散部材としてガラ
スビーズ７が、少なくともベアチップ１個に対して２個
以上配置され、これらを固定するようにエポキシ樹脂に
よって一体形成されている。本実施の形態では４色の発
光ダイオードを用いた例を示したが、光の３原色である
赤、緑、青の３色や、他の組み合せの複数色でも可能で
ある。

【００１９】一般に発光ダイオード素子を複数個用いた
照明装置では、拡散板などにより拡散させない限りは、
照射面に各発光ダイオード素子に対応した色ムラが生じ
る。本実施の形態の構成を持つ発光ダイオード照明装置
においては、発光ダイオードから放射された各色の光
は、複数個のガラスビーズ中を反射しながら、混色し合
い、外部に色ムラのない均一な平行光として取り出すこ
とができる。この構成によれば、照射面と照明装置の発
光面が近接している場合においても、色ムラが生じるこ
とはない。また、拡散板とは異なり、錯乱体としてアル
ミナ微粒子などの金属微粒子を含まないため、輝度の低
下もほとんどない。

【００２０】（実施の形態２）図３及び図４に示す本発
明の第２の実施形態は、モールド樹脂をランプ筐体に接
触させた構造を持つ照明装置である。

【００２１】図３に示す本発明の発光ダイオード照明装
置１０は、放熱性多層基板２、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青
（Ｂ）、黄（Ｙ）の４色の発光ダイオードベアチップ３
〜６、ガラスビーズ７、透明なエポキシ樹脂モールド
８、アルミ製ランプ筐体１１、点灯回路１２、Ｅ２６口
金１３から構成される。放熱性多層基板２の表面上に、
ベアチップ３〜６が実装され、裏面に点灯回路１２が配
置されている。放熱性多層基板２は、ランプ筐体１１内
に配置され、ランプ筐体１１中の固定パーツ（図示せ
ず）によって固定されている。また、ベアチップ３〜６
上面には、ガラスビーズ７が配置され、モールド樹脂８
によって封止されている。モールド樹脂８の端面はラン
プ筐体１１に密着している。このため、ベアチップ３〜
６からの発熱は、モールド樹脂８により均一化され、さ
らに端面よりランプ筐体１１や口金１３を経て外部へと
熱を逃がすことが可能である。

【００２２】図４は、本実施の形態の照明装置の、ラン
プ照射面からみた正面図である。ランプ筐体１１の外径
は９０ｍｍ、発光面の外径は５０ｍｍの円形であり、そ
の上面に一辺３５ｍｍの正方形の放熱性多層基板２が配
置されている。さらにその上面に、一辺約１．１ｍｍの
正方形である、発光ダイオードベアチップユニット９
が、約１．１ｍｍ間隔で縦横各１６ユニット、計２５６
ユニット配置されている。また各ベアチップユニット９
は、実施の形態１と同様に、図２に示すように、一辺の
長さが３６０μｍの正方形である各色発光ダイオードベ
アチップ３〜６が、１個ずつ計４個が近接配置されるこ
とにより構成されている。よって、この基板上にはベア
チップユニットが２５６個、各色合計で発光ダイオード
ベアチップ３〜６が計１０２４個実装されていることに
なる。発光ダイオードベアチップ３〜６が実装された放
熱性多層基板２の上面には、直径２００μｍのガラスビ
ーズ７がベアチップ３〜６に１個につき、約３０粒、計
３０００粒が敷き詰められ、厚さ２ｍｍの透明なモール
ド樹脂８により封止されている。

【００２３】本発明において使用する光分散部材は、全
体が凸曲面からなる透明な部材であれば、特に限定され
ないが、より少数の光分散部材により均一光を得るため
には、透明な球状もしくは略球状のガラスもしくは樹脂
であることが好ましい。樹脂の種類も、特に限定されな
いが、耐熱性に優れる樹脂が好ましく用いられる。光分
散部材の具体例としては、例えば、直径１００μｍ〜
１．０ｍｍのガラスビーズ等が挙げられる。

【００２４】また、モールド用の樹脂としては、例え
ば、透明なエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹
脂等が用いられる。モールド樹脂中には、混光ムラをよ
り減少させるために、光拡散効果のある粉体が、モール
ド樹脂１００に対して体積比で５〜３０混入されている
ことが好ましい。光拡散効果のある粉体としては、平均
粒子径１０μｍ〜１．０ｍｍの無機物や有機物の微粒子
を用いることができ、例えば、シリカやメタクリル酸エ
ステルとシリカの混合物、石英、無定形石英等の透明微
粒子や、球形ガラスビーズ等が挙げられる。

【００２５】本発明においては、発光ダイオードのベア
チップ１個につき、前記の光分散部材を２個以上備えて
いるが、好ましくは１０〜１０００個、特に３０〜３０
０個備えていることが好ましい。発光ダイオードは、少
なくとも赤色、緑色、青色の基本色毎に近接配置されて
いる。従って、基本色が４色の場合は、例えば赤、緑、
青、黄の各色のベアチップが１個ずつ配置されて一つの
ユニットを形成するが、その配置間隔（距離）は各ユニ
ット間距離よりも短い。

【００２６】また、本発明において、モールド樹脂を接
触させる照明装置構成部材としては、セラミックス製あ
るいは金属製のランプ筐体等が用いられる。

【００２７】以下、実施例を用いて本発明を更に具体的
に説明する。

【００２８】

【実施例】（実施例１）実施の形態２の照明装置におい
て、どれだけ色ムラが低減されるかを確認するために、
照射面の色度分布の測定を行った。本実施例の照明装置
を用いて、ガラスビーズ７のない場合とある場合につい
て、それぞれ本照明装置によって照らされた照射面の色
度分布を、色彩輝度計（ＴＯＰＣＯＮ製、ＢＭ−７）を
用いて測定した。その結果を図５に示す。色度ｘ、ｙの
最大値と最小値との差を、それぞれΔｘ、Δｙで表す。

【００２９】図５から明らかなように、ガラスビーズ７
のない場合、Δｘ、Δｙはそれぞれ０．４８４、０．４
６９であったが、本実施例のガラスビーズ７がある場合
は、それぞれ０．１４５、０．１５０となり、色ムラが
約７０％低減することがわかった。

【００３０】（実施例２）実施例１においては、ベアチ
ップ３〜６の一辺が３６０μｍ、ガラスビーズ７の直径
が２００μｍの場合について示したが、ガラスビーズ７
の直径が１００μｍ〜１．０ｍｍの場合についても、同
様に測定を行った。その結果、ガラスビーズのない場合
に比べて、色ムラが約７０％低減することがわかった。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
複数の発光色を有する発光ダイオードベアチップを用い
た照明装置において、１個のベアチップ上面に、２個以
上のガラスビーズなどの透明な光分散部材を樹脂でモー
ルドするため、各色の発光ダイオードから出る光は、ガ
ラスビーズを通過する際に分散し混色され、混光ムラを
解消することができる。このため、色ムラのない白色光
はもちろん、色ムラのない所望の発光色を得ることがで
きる。また、ベアチップの集積化に伴い増大している発
熱を、モールド樹脂により拡散し、さらにランプ筐体な
どの照明装置構成部材に接触させることで、外部への放
熱が可能となる。これにより、温度上昇に伴う発光効率
の低下や短寿命化を回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１の照明装置の断面図であ
る。

【図２】本発明の実施形態１の照明装置のベアチップ配
置図である。

【図３】本発明の実施形態２の照明装置の断面図であ
る。

【図４】本発明の実施形態２の照明装置の正面図であ
る。

【図５】本発明の実施形態２の照明装置の色度ムラ比較
図である。

【符号の説明】

１発光ダイオードベアチップ実装部２放熱多層基板３発光ダイオードベアチップ（赤色）４発光ダイオードベアチップ（緑色）５発光ダイオードベアチップ（青色）６発光ダイオードベアチップ（黄色）７ガラスビーズ８モールド樹脂９ベアチップユニット１０発光ダイオード照明装置１１ランプ筐体１２点灯回路１３口金

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田村哲志大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者清水正則大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 5F041 AA11 AA14 DA14 DA20 DA44 DA46 DB08 DC82 EE25

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に配置された複数の発光ダイオー
ドを覆うように、全体が凸曲面からなる透明な光分散部
材を、前記発光ダイオード１個に対して２個以上備え、
かつ前記発光ダイオードと前記光分散部材とが樹脂モー
ルドされていることを特徴とする照明装置。
【請求項２】前記複数の発光ダイオードが、少なくと
も赤色、緑色、青色の基本色毎に近接配置されているこ
とを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】前記光分散部材が、透明な球状もしくは
略球状のガラスもしくは樹脂であることを特徴とする請
求項１又は２に記載の照明装置。
【請求項４】前記樹脂モールド中に、光拡散効果のあ
る粉体が混入されていることを特徴とする請求項１〜３
のいずれかに記載の照明装置。
【請求項５】前記樹脂モールドを、樹脂、セラミック
スあるいは金属製の照明装置構成部材に接触させている
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の照明
装置。