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【発明の名称】 ＬＥＤ照明モジュール
【発明者】 【氏名】鎌田 策雄

【氏名】小山 昇一

【氏名】朝日 信行

【氏名】鈴木 俊之

【氏名】塩浜 英二

【氏名】杉本 勝

【氏名】山本 正平

【氏名】橋爪 二郎

【氏名】秋庭 泰史

【氏名】田中 孝司
【要約】 【課題】複数のＬＥＤチップを配列したモジュールにおいて、効率良く配光又は集光の制御が行えるＬＥＤ照明モジュールを提供することにある。

【解決手段】ＬＥＤ照明モジュール２は複数のＬＥＤチップ２０…を樹脂製の基板２１表面にベアチップ実装するとともに、ＬＥＤチップ２０…を封止するように基板２１表面に透明なアクリル樹脂の成形層２２を形成し、更にＬＥＤ照明モジュール２全体の配光を考慮して発光制御を行うためのマイクロレンズ板２３を配置して構成されており、例えばＬＥＤ照明モジュール２全体からの光りの発光角度が−６０°〜６０°になるようにマイクロレンズ２３により配光を設定してある。
【特許請求の範囲】
【請求項１】ＬＥＤチップを複数個配列した基板に、ＬＥＤチップからの光を集光又は配光を制御する光学制御手段を備えたことを特徴とするＬＥＤ照明モジュール。
【請求項２】上記光学制御手段を基板上のＬＥＤチップを封止する封止材料で構成したことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ照明モジュール。
【請求項３】発光色が異なるＬＥＤチップを複数個基板に配列し、光学制御手段の配光制御で発光色を制御することを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ照明モジュール。
【請求項４】基板と光学制御手段を導光体で構成し、該導光体の側面にＬＥＤチップを複数配列して前記側面とは異なる導光体の面を発光させることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ照明モジュール。
【請求項５】光学制御手段を１乃至複数備えるとともに、少なくとも一つの光学制御手段を可動自在としたことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ照明モジュール。
【請求項６】基板を樹脂成形回路基板により構成したことを特徴とする請求項１乃至請求項５記載のＬＥＤ照明モジュール。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＬＥＤを用いた照明モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の蛍光灯に代わる新しい光源として、ＬＥＤによる照明が考えられるが、蛍光灯なみの輝度（照度）を得るには、ＬＥＤチップを複数個並べる必要がある。しかしＬＥＤチップを複数個並べると、放熱や配光等種々の問題が発生する。従来ではＬＥＤチップ個々に砲弾型のプラスチック（エポキシ樹脂やアクリルやポリカーボネイト等）レンズで封止しているため、個々のＬＥＤチップの発光は、全方向に広がり、光を有効に利用できていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述のようにＬＥＤの配光又は集光の制御は個々のチップに夫々全方向に発光するレンズを設けていたため、配光や集光の効率が悪いという問題があった。また複数のＬＥＤチップを配列した場合、全体の光を制御するに当たっては、個々の砲弾型のレンズ以外に更に配光や集光のための制御手段を必要とし、効率が悪いという問題があった。要するに複数個のＬＥＤチップ全体を考慮した設計が為されたものが無かった。
【０００４】本発明は上記問題点に鑑みて為されたもので、その目的とするところは複数のＬＥＤチップを配列したモジュールにおいて、効率良く配光又は集光の制御が行えるＬＥＤ照明モジュールを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために請求項１の発明では、ＬＥＤチップを複数個配列した基板に、ＬＥＤチップからの光を集光又は配光を制御する光学制御手段を備えたことを特徴とする。請求項２の発明では、請求項１の発明において、上記光学制御手段を基板上のＬＥＤチップを封止する封止材料で構成したことを特徴とする。
【０００６】請求項３の発明では、請求項１の発明において、発光色が異なるＬＥＤチップを複数個基板に配列し、光学制御手段の配光制御で発光色を制御することを特徴とする。請求項４の発明では、請求項１の発明において、基板と光学制御手段を導光体で構成し、該導光体の側面にＬＥＤチップを複数配列して前記側面とは異なる導光体の面を発光させることを特徴とする。
【０００７】請求項５の発明では、請求項１の発明において、光学制御手段を１乃至複数備えるとともに、少なくとも一つの光学制御手段を可動自在としたことを特徴とする。請求項６の発明では、請求項１乃至５の発明において、基板を樹脂成形回路基板により構成して成ることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施形態により詳説する。
（実施形態１）本実施形態の ＬＥＤ照明モジュール２は図１（ａ）（ｂ）に示すように複数（例えば１００個）のＬＥＤチップ２０…を樹脂製の基板２１（例えば５０×５０ｍｍ）表面に実装するとともに、ＬＥＤチップ２０…を封止するように基板２１表面に透明なアクリル樹脂の成形層２２を形成し、更にＬＥＤ照明モジュール２全体の配光を考慮して発光制御を行うための光学制御手段たるマイクロレンズを形成したマイクロレンズ板２３を配置して構成されており、例えばＬＥＤ照明モジュール２全体からの光りの発光角度が−６０°〜６０°になるようにマイクロレンズ板２３により配光を設定してある。
【０００９】図１（ｂ）の矢印は光の向きを示す。図２は以上のように構成されたＬＥＤ照明モジュール２を用いた照明器具４を構成した例を示しており、図示するように器具本体１の下面に配設して器具本体１の下面を光透過性のカバー３で覆って薄型の照明器具４を構成している。本実施形態では、複数のＬＥＤチップ２０…を一枚の基板２１に配列してあるので効率良く配光制御を行うことが可能な上に、マイクロレンズ板２３によりＬＥＤチップ２０の実装に関係なく配光制御を行うことができる。
（実施形態２）上記実施形態１のＬＥＤ照明モジュール２ではマイクロレンズ板２３をＬＥＤチップ２０…を封止した成形層２２とは別体に形成配置しているが、本実施形態では、図３に示すように成形層２２の表面に球面加工や任意の形状を加工して個々のＬＥＤチップ２０…からの光の配光を制御する光学制御手段であるマイクロレンズを備えたマイクロレンズ２３’を形成してある。その他の構成は実施形態１と同じである。
【００１０】勿論ＬＥＤチップ２０個々に光学制御手段を対応させずに、複数個のＬＥＤチップ２０…（２個〜任意の個数）からの光を同時に配光制御するよう光学制御手段を形成しても良い。而して本実施形態のＬＥＤ照明モジュール２のＬＥＤチップ２０…の光はマイクロレンズ２３’により矢印で示すように配光制御されることになる。
【００１１】以上のように構成された本実施形態では、封止材料である成形層２２とマイクロレンズ２３’とを一体形成してあるので、光のロスが少なくて効率が良く、また複数個のＬＥＤチップ２０…の配光制御が可能となるという利点がある。
（実施形態３）蛍光灯に代わって新しい光源とするには、太陽構成に近い白色光の発光も必要となる場合がある。
【００１２】この点に鑑みて本実施形態は発光色の異なるＬＥＤチップを配列し、幾つかの色を混ぜて必要な色を作るよう構成したもので、異なる色の光を混ぜるように光学制御手段により配光制御を行うようになっている。図４はその具体的構成を示しており、ＬＥＤ照明モジュール２は、樹脂製基板２１上に、例えば青色光を発光するＬＥＤチップ２０B 、緑色光を発光するＬＥＤチップ２０G 、赤色光を発光するＬＥＤチップ２０R 、黄色光を発光するＬＥＤチップ２０Y の４つのＬＥＤチップを所定間隔で配列し、夫々のＬＥＤチップ２０B 、２０G 、２０R 、２０Y に対応したプリズム２４B 、２４G 、２４R 、２４Y をチップ前方に配置し、夫々のＬＥＤチップ２０B 、２０G 、２０R 、２０Y からの光をプリズム２４B 、２４G 、２４R 、２４Y により配光制御して基板２１の中央部で混ぜ合わせ白色光Ｗとするようになっている。
【００１３】以上のように構成された本実施形態では、略白色光Ｗを得ることができるので、種々の用途に用いることが可能となるという利点がある。勿論プリズム等の光学制御手段により配光を制御することにより任意の色を得ることも可能となる。
（実施形態４）本実施形態は図５に示すようにＬＥＤ照明モジュール２は、ＬＥＤチップ２０…を配列実装して樹脂封止した基板２１を光学制御手段であるアクリル樹脂製の直方体状の導光体２５の一側面に配置して構成されるものである。
【００１４】導光体２５は上記基板２１を配置した一側面に直交する別の側面の表面に反射パターン２６ａを印刷した反射パターンシート２６を配置している。またＬＥＤチップ２０…を実装した基板２１の表面側を、ＬＥＤチップ２０…からの光が導光体２５内に効率良く入射するように反射板（図示せず）で覆っている。反射パターンシート２６は反射パターン２６ａを白色で印刷し、任意の配光を行うことが可能なようにしており、反射パターン２６ａは円形で基板２１に近い方の密度が疎で、基板２１から遠くなる程密になるようにしてある。
【００１５】而してＬＥＤチップ２０…から出た光は、導光体２５内に入射して反射パターン２６ａ等により多重反射して反射パターンシート２６ａと対向する側面から矢印で示すように出射する。ここで導光体２５内では光が多重反射して均一な輝度分布となるため、ＬＥＤチップ２０…の輝度むらがなくなる。
【００１６】尚反射パターン２６ａは直接導光体２５の表面に印刷しても良く、また印刷以外にも溝加工等で乱反射するようにしても良い。この場合光の出射が導光体２５の両側面から行われ、光効率を向上させることができる。また基板２１の表面を封止する封止樹脂材で導光体２５を一体形成しても良い。更に使用ＬＥＤチップ２０は単色のものでもよいが、発光色の異なる複数種のＬＥＤチップを用いても良く、この場合、導光体２５内部の多重反射により、光が混ざり易く、任意の色を得ることが可能となる。
【００１７】以上のように構成して本実施形態では、配光制御が導光体２５そのもので可能となるので、光源のイメージが無くなり、更に色を混ぜる際にも単一のＬＥＤチップからの発光を一つ一つ制御する必要がなく、導光体２５以外の学制御手段を省略できるという利点がある。
（実施形態５）上記実施形態１乃至４では光学制御手段を固定配置したものであるが、本実施形態では光学制御手段を可動可能にしたものである。
【００１８】図６は本実施形態の一例を示しており、本実施形態のＬＥＤ照明モジュール２は、図示するように基板２１と、基板２１に形成した凹部２１ａ内に配列された赤色、緑色、青色の各ＬＥＤチップ２０R 、２０G 、２０B と、封止のための成形層２２と、固定された配光制御のための光学制御手段たるプリズムレンズ板２７ａと、このプリズムレンズ板２７ａの前方に基板２１と平行する面方向に回転自在に配置した同一形状のプリズムレンズ板２７ｂとで構成されている。
【００１９】而してプリズムレンズ板２７ｂの回転させることにより、基板２１に配列したＬＥＤチップ２０R 、２０G 、２０B 全体の配光を制御して混色の具合を変化させることができる。勿論ＬＥＤチップとして単色のものを配列しても良い。また図６は例では、２枚のプリズムレンズ板２７ａ，２７ｂの内、一方２７ｂを回転させるようにしてあるが、２枚共回転できるようにしても良い。更に可動可能なプリズムレンズ板一枚で光学制御手段を構成しても良い。
【００２０】図７は本実施形態の別の例を示しており、この例では、基板２１に断面が略直角三角形の突部２１ｂを複数列平行形成し、各突部２１ｂの傾斜面にＬＥＤチップ２０…を配列して実装する段階でＬＥＤチップ２０…の配光を制御し、この前方に基板２１と平行する面に回転自在にマイクロレンズ板２８を配置したもので、レンズ部を一つとしている。
【００２１】このように本実施形態では上記のようにプリズムレンズ板２７ｂやマイクロレンズ板２８のように光学制御手段として少なくとも可動可能なものを一つ用い、該光学制御手段を可動することにより、配光を任意に変えることができ、ユーザの好みにあった配光制御が設置場所で容易に行える。従ってＬＥＤ照明モジュール２を組み込んで構成される照明器具では配光を変える際、照明器具自体の向きを変える必要がないという利点がある。
【００２２】（実施形態６）本実施形態は図８に示すよう立体形状に成形可能なＭＩＤ基板からなる基板２１によりＬＥＤチップ２０…の実装方向を制御してＬＥＤチップ２０…の配光方向も制御するようにしたものである。従って、プリズムレンズ板２７等の光学制御手段と組み合わせることにより正確な配光制御が可能となる。
【００２３】ＭＩＤ基板に用いる樹脂材料は、どのような樹脂材料であっても良いが、基板の電気特性や放熱特性に優れた材料が望ましく、本実施形態では液晶ポリマーを用いた。また配光方向にＬＥＤチップ２０…が実装されるように実施形態５の図７の例と同様に断面直角三角形状の突部２１ｂを形成した三次元形状とし、該突部２１ｂの斜面を実装面としてある。
【００２４】以上のように構成された本実施形態ではＭＩＤ基板を用いることによりＬＥＤチップ２０を高密度に配列した小型なＬＥＤ照明モジュール２を実現でき、また立体形状が可能となるため、光学制御の設計自由度が大きいという利点がある。
【００２５】
【発明の効果】請求項１の発明は、ＬＥＤチップを複数個配列した基板に、ＬＥＤチップからの光を集光又は配光を制御する光学制御手段を備えたので、ＬＥＤチップから配列した基板で効率良く配光又は集光を制御するこができ、またＬＥＤチップの実装に関係なく配光又は集光を行うことが可能となるという効果がある。
【００２６】請求項２の発明は、請求項１の発明において、上記光学制御手段を基板上のＬＥＤチップを封止する封止材料で構成したので、封止材料と光学制御手段とが同じものとなり、そのため光のロスが少なく、効率が良く、また複数のＬＥＤチップの配光又は集光の制御が可能となるという効果がある。請求項３の発明は、請求項１の発明において、発光色が異なるＬＥＤチップを複数個基板に配列し、光学制御手段の配光制御で発光色を制御するので、白色光に近い光を得ることができるのは勿論のこと、任意の色の光を得ることが可能となるという効果がある。
【００２７】請求項４の発明は、請求項１の発明において、基板と光学制御手段を導光体で構成し、該導光体の側面にＬＥＤチップを複数配列して前記側面とは異なる導光体の面を発光させるので、光源のイメージが無くなり、また色を混ぜるにも単一のＬＥＤチップからの光を一つ一つ制御する必要がなく、光学制御手段を導光体のみとすることができるという効果がある。
【００２８】請求項５の発明は、請求項１の発明において、光学制御手段を１乃至複数備えるとともに、少なくとも一つの光学制御手段を可動自在としたので、光学制御手段の向きを変えることにより、配光を制御することができ、そのため配光を変える場合に照明器具の向きを変える必要もなく、しかもユーザの好みに応じた配光を設置場所で容易に設定することができるという効果がある。
【００２９】請求項６の発明は、請求項１乃至５の発明において、基板を樹脂成形回路基板により構成してあるので、ＬＥＤチップの実装方向等で配光制御を行うことができ、しかもＬＥＤチップの高密度配列や、モジュール全体の小型化を可能とし、また基板形状の立体化が容易で、光学制御の設計自由度が大きいという効果がある。
【出願人】 【識別番号】０００００５８３２
【氏名又は名称】松下電工株式会社
【出願日】 平成９年（１９９７）１１月２５日
【代理人】 【弁理士】
【氏名又は名称】西川 惠清 （外１名）
【公開番号】 特開平１１−１６２２３２
【公開日】 平成１１年（１９９９）６月１８日
【出願番号】 特願平９−３２３５５１