特許 6220250 ＬＥＤ発光装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6220250

(24)【登録日】2017年10月6日

(45)【発行日】2017年10月25日

(54)【発明の名称】ＬＥＤ発光装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/58 20100101AFI20171016BHJP

   F21V 5/00 20150101ALI20171016BHJP

   F21V 5/04 20060101ALI20171016BHJP

【ＦＩ】

   H01L33/58

   F21V5/00 510

   F21V5/04 100

【請求項の数】4

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2013-254648(P2013-254648)

(22)【出願日】2013年12月10日

(65)【公開番号】特開2015-115380(P2015-115380A)

(43)【公開日】2015年6月22日

【審査請求日】2016年9月23日

(73)【特許権者】

【識別番号】000131430

【氏名又は名称】シチズン電子株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000001960

【氏名又は名称】シチズン時計株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100123881

【弁理士】

【氏名又は名称】大澤 豊

(74)【代理人】

【識別番号】100080931

【弁理士】

【氏名又は名称】大澤 敬

(74)【代理人】

【識別番号】100134625

【弁理士】

【氏名又は名称】大沼 加寿子

(74)【代理人】

【識別番号】100085280

【弁理士】

【氏名又は名称】高宗 寛暁

(72)【発明者】

【氏名】宮下 純司

【審査官】 島田 英昭

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−０１６８０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１４９４３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２５３９０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１２７８９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／０３６４８４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００７−２０８１９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１６−５１５７６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０２６８５５５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−２４５９１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２０７５０７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ３３／００−３３／６４

Ｆ２１Ｖ ５／００

Ｆ２１Ｖ ５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

モジュール基板上に複数のＬＥＤを実装した１つのＬＥＤモジュールと、前記１つのＬＥＤモジュールの発光面側に上部開口を有する反射部材を備えたＬＥＤ発光装置において、
前記１つのＬＥＤモジュールの発光面が前記反射部材の内側に配置され、
前記１つのＬＥＤモジュールの上面に１つの透明円錐体を配設し、
前記１つのＬＥＤモジュールと、前記１つの透明円錐体と、前記反射部材とが互いの中心軸を一致させて配設され、
前記１つの透明円錐体の頂部が平坦になっていることを特徴とするＬＥＤ発光装置。

【請求項2】

前記反射部材の下側に下部開口を設け、前記１つのＬＥＤモジュールを前記反射部材の前記下部開口に配置したことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ発光装置。

【請求項3】

前記透明円錐体は、透明なフランジを有し、前記フランジにより前記反射部材に保持されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のＬＥＤ発光装置。

【請求項4】

前記ＬＥＤは、蛍光体層を有することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載のＬＥＤ発光装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数のＬＥＤを実装したＬＥＤモジュールと、上部開口を有する反射部材を備えたＬＥＤ発光装置に関し、特に上部開口を有する反射部材が低くても指向性が良好なＬＥＤ発光装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、ＬＥＤは半導体素子であるため、長寿命で優れた駆動特性を有し、さらに小型で発光効率が良く、鮮やかな発光色を有することから、カラー表示装置のバックライトや照明等に広く利用されるようになってきた。

【0003】

特に近年、スポットライトのような発光装置として、放物面鏡等の上部開口を有する反射部材に多数のＬＥＤを実装したＬＥＤモジュールを組み合わせて平行光線群を得るＬＥＤ発光装置が望まれている。

【0004】

放物面鏡の焦点位置に点光源を配置すれば平行光線群が得られる。しかしながら、ふつうＬＥＤモジュールは有限な発光面積を有する面光源となり、さらに放物面鏡は有限の高さとなる。この結果、たとえこのＬＥＤモジュールの中心が放物面鏡の焦点に配置されていても、光源としてのＬＥＤモジュールが平面的な広がりを有すること、及び放物面鏡の高さが制限されることによって、平行光線群を得ることが出来ない。

【0005】

この様子について図１２、図１３により、光源及び反射部材の形状と放射光の関係を説明する。図１２は放物面鏡５０の焦点ｆに点光源１０１を配置したＬＥＤ発光装置１００の断面図である。図１２に示す如くＬＥＤ発光装置１００の点光源１０１からあらゆる方向に出射された光線Ｐ０は、放物面鏡５０で反射し全て上方へ向かう。すなわちＬＥＤ発光装置１００により集光性の高い平行光線群を得ることが出来る。なお一部の光線Ｐ０は放物面鏡５０に当たらず斜め上方に進行する。

【0006】

次に図１３により放物面鏡５０の焦点ｆに２次元的に広がる面光源を配置したＬＥＤ発光装置１１０について説明する。図１３は、放物面鏡５０の焦点ｆの位置に複数のＬＥＤを実装した面光源１０２（ＬＥＤモジュール）を配置したＬＥＤ発光装置１１０の断面図である。面光源１０２の左端から出射する光線Ｐ１、中央から出射する光線Ｐ２、右端から出射する光線Ｐ３は、それぞれ放物面鏡５０で反射し異なる角度で上方へ向かう。つまり平面的に広がる面光源１０２から出射する光線Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は、放物面鏡５０で反射したあと非平行な光線群となる。同様に放物面鏡５０の他の部分で反射する光線Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６も非平行な光線群となる。さらに図１３では、放物面鏡５０の高さが有限であるため、破線で示した光線Ｐｏの如く放物面鏡５０で反射することなく外部に放散してしまうものもある。

【0007】

非平行光線群を生ずるＬＥＤ発光装置１１０に対し、面状に広がった光源から得た光線をいったん放物面鏡の焦点に集光することにより、平行光線群を得る発光装置がいくつか提案されている。（例えば特許文献１（図１５）、特許文献２（図２））

【0008】

以下特許文献１の図１５に記載された発光装置の構成を図１４により説明する。図１４は特許文献１の図１５に記載された発光装置の趣旨を逸脱しないようにして書き直した発光装置２００の断面図である。図１４に示す発光装置２００は、底部に開口５０ａを有する放物面鏡５０と、放物面鏡５０の開口５０ａに挿入された円錐状の導光部材６０と、導光部材６０の入力面側に配置された複数のレーザー発光素子２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃを有する面光源２０１と、導光部材６０の頂部に設けられた光散乱体７０とよりなる。この光散乱体７０は放物面鏡５０の焦点ｆの位置に設けられている。

【0009】

発光装置２００の面光源２０１に含まれる発光素子は、それぞれの発光色が異なるレーザー発光素子２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃである。レーザー発光素子２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃから出射した光線は導光部材６０の内部において全反射を繰り返しながら伝搬し光散乱体７０に入射する。光散乱体７０では入射した光線が散乱し、このとき同時に混色する。この散乱体７０は放物面鏡５０の焦点ｆの位置に設けられているため、散乱体７０から放射状に放射される光線群は放物面鏡５０で反射し平行光線群となる。なお一部の光線Ｐｏは放物面鏡５０に当たらず斜め上方に進行する。

【0010】

同様に特許文献２の図２には、面状に広がる光源から出射する光線を、頂点が放物面鏡の焦点にある円錐状の導光部材で放物面鏡の焦点に導光し、その光線から平行光線群を得る発光装置が示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】特開２０１１−６５９７９号公報(図１５)

【特許文献2】特開２００５−３８６０５号公報（図２）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

上記特許文献１及び特許文献２に記載された発光装置のように放物面鏡の焦点で光線をいったん収束させてから平行光線群を得る方法では、放物面鏡（反射部材）の高さを十分に大きくしなければならない。これに対し放物面鏡が浅い場合、焦点から上方斜め方向に進む光線のうち多くの部分が放物面で反射せず、そのまま上方斜め方向に進み続けてしまう。つまり発光装置から出射する光が広がってしまう。すなわち特許文献１、２で示されたような発光装置には、平行光線群を得ようとすると放物面鏡を大型化せざるを得ないという課題がある。

【0013】

さらに特許文献１の発光装置のように一方向だけに光を出射するレーザー発光素子を使える場合は、円錐状の導光部材内で全ての光を全反射させ、頂点に集光させることができる。これに対し光源として出射する光線の配光分布が大きく広がっているＬＥＤを使用した場合には、円錐状の導光体に光を入射させても、導光体の軸に対して大きく傾いた光線が存在するため、これらの光線が導光体から漏れだし、指向性の高い光として利用できる成分が少なくなるという課題もある。

【0014】

また放物面鏡のような反射部材を備えたＬＥＤ発光装置を照明装置などに使う場合、完全な平行光線群を必要とせず一定水準以上の指向性が求められる場合がある。

【0015】

そこで本発明の目的は、上記問題点を解決しようとするものであり、小型で光利用効率が高く、実用レベルの平行光線群を得ることができるＬＥＤ発光装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0016】

上記目的を達成するため本発明のＬＥＤ発光装置の構成は、モジュール基板上に複数のＬＥＤを実装した１つのＬＥＤモジュールと、前記１つのＬＥＤモジュールの発光面側に上部開口を有する反射部材を備えたＬＥＤ発光装置において、前記１つのＬＥＤモジュールの発光面が前記反射部材の内側に配置され、前記１つのＬＥＤモジュールの上面に１つの透明円錐体を配設し、前記１つのＬＥＤモジュールと、前記１つの透明円錐体と、前記反射部材とが互いの中心軸を一致させて配設され、前記１つの透明円錐体の頂部が平坦になっていることを特徴とする。

【0017】

上記構成によれば本発明のＬＥＤ発光装置では、ＬＥＤモジュールを出射した光線の進行過程に３つの形態がある。第１の形態では、ＬＥＤモジュールの上方に配置した透明円錐透明円錐体に入射できない光線が反射部材に直接到達し、そこで反射して上方に向かう。第２の形態では、透明円錐体の底面から透明円錐体に入射し、その後透明円錐体の斜面に達し、その斜面から出射する光線が、透明円錐体の底面と斜面で２回屈折することにより鉛直方向偏るようにして上方に向かう。さらに第３の形態では、透明円錐体の底面から透明円錐体に入射し、まず透明円錐体の斜面で全反射しその後透明円錐体の斜面の別の部分から出射する光線が、透明円錐体からの出射時に進行方向が水平方向に偏り、その後反射部材で反射して上方に向かう。

【0018】

本発明のＬＥＤ発光装置では、上述した光の進行に係る３つの形態のうち、第２の形態及び第３の形態で進行する光があるため、所望の指向性を得ようとするとき反射部材の高さを低くできる。つまり、透明円錐体がないとき斜め上方に進行してしまう光は、第２の形態では２回の屈折により軸方向に偏り、第３の形態では透明円錐体から出射するとき水平方向に偏り、反射部材で反射し上方へ向かうようになる。また本発明のＬＥＤ発光装置では反射部材の内側に面状のＬＥＤモジュールを配置しているため、その外形が反射部材の外形で決まる。

【0020】

前記反射部材の下側に下部開口を設け、前記ＬＥＤモジュールを前記反射部材の前記下部開口に配置すると良い。

【0021】

前記透明円錐体は透明なフランジを有し、前記フランジにより前記反射部材に保持されていると良い。

【0022】

前記ＬＥＤは蛍光体層を有すると良い。

【発明の効果】

【0023】

上記の如く本発明のＬＥＤ発光装置は、反射部材の内側に面状のＬＥＤモジュールを配置しながら反射部材の高さを低くできるため小型化が図られ、ＬＥＤモジュールからも、出射した多くの光線が上方に向かうので発光効率が優れ、容易に実用レベルの平行光線群が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の実施形態におけるＬＥＤ発光装置の断面図である。

【図2】図１に示す透明円錐体の斜視図と断面図である。

【図3】図１に示すＬＥＤ発光装置の配光分布を示す断面図である。

【図4】参考例として示すＬＥＤ発光装の配光分布を示す断面図である。

【図5】図１に示すＬＥＤ発光装置の遠方の明るさを示す配光分布図である。

【図6】図４に示す参考例のＬＥＤ発光装置の遠方の明るさを示す配光分布図である。

【図7】図１に示すＬＥＤ発光装置の配光分布を示す断面図である。

【図8】図４に示す参考例のＬＥＤ発光装置の配光分布を示す断面図である。

【図9】図１に示すＬＥＤモジュールの平面図である。

【図10】図９に示すＬＥＤモジュールのＡ−Ａ断面図である。

【図11】図９に示すＬＥＤの断面図である。

【図12】従来のＬＥＤ発光装置の断面図である。

【図13】従来のＬＥＤ発光装置の断面図である。

【図14】従来の発光装置の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下図面により、本発明の実施形態を説明する。

【0026】

（実施形態）
図１〜図１１により本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の実施形態におけるＬＥＤ発光装置１０の断面図である。図１に示すように、実装基板７の上には反射部材である放物面鏡５が載置されており、この放物面鏡５の底部には下部開口５ｋが形成されている。放物面鏡５の下部開口５ｋに対応する位置には、モジュール基板２ａ上に複数のＬＥＤ１１、ＬＥＤ１２、ＬＥＤ１３、ＬＥＤ１４、ＬＥＤ１５（事例ととして５個のＬＥＤを示す）を実装したＬＥＤモジュール２が配置されている。さらにＬＥＤモジュール２の上面側に透明円錐体３が配置されている。透明円錐体３の底面とＬＥＤモジュール２の発光面とは隙間をあけて対向している。ＬＥＤ発光装置１０では、ＬＥＤモジュール２の発光面と透明円錐体３はすべて上部開口を有する放物面鏡５の内側に配置されている。またＬＥＤ発光装置１０では、ＬＥＤモジュール２の中心軸と、透明円錐体３の中心軸と、放物面鏡５の中心軸は互いに一致している。

【0027】

図２は図１に示すＬＥＤ発光装置１０に組み込まれた透明円錐体３を示しており、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。透明円錐体３の下側には同じ透明部材によって形成されたフランジ４が設けられており、図１に示す如くこのフランジ４を放物面鏡５の反射面に保持させることによって、ＬＥＤモジュール２の上面側に透明円錐体３を配置している。なお、透明円錐体３では頂点部分を平坦化している（円錐台）が、頂点部分を曲面にしたりとがらせたりしても良い。頂点部分を平面または曲面にすると、直接的に上方に向かう光線が生じるので発光効率を改善できる。

【0028】

次に図３、図５、図７によりＬＥＤ発光装置１０の配光分布について、図４、図６、図８に示す参考例の配光分布と比較しながら説明する。図３はＬＥＤ発光装置１０の配光分布を示す断面図であり、ＬＥＤモジュールに実装された複数のＬＥＤ１１〜１５の内、中央に配置されたＬＥＤ１３からの発光を代表事例として説明する。図４は参考例として示すＬＥＤ発光装置２０の配光分布を示す断面図である。ＬＥＤ発光装置２０はＬＥＤ発光装置１０から透明円錐体３を取り除いたものであり、従来からＬＥＤ発光装置として広く採用されている構成である。またＬＥＤ１３はＬＥＤ発光装置１０、２０の軸上にある。

【0029】

まず光学系が簡単な図４に示す参考例から説明する。ＬＥＤモジュール２０の中央に実装されたＬＥＤ１３から出射した光線群の分布はランバーシアン特性となる。この光線群の内、低い角度で出射した光線Ｐａ、Ｐｇは放物面鏡５で反射し、光線Ｐｄとともに指向性をもった光として上方向へ出射する。一方、高い角度で放射された光線Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｅ、Ｐｆは、放物面鏡５の高さが低いので、反射せず、無効な光として外部（斜め上方）へ放散される。なお、ＬＥＤ発光装置２０では透明円錐体３は配設されないが、ＬＥＤ発光装置１０との対応関係を明確にするため、ＬＥＤ発光装置２０をＬＥＤ発光装置１０に改造するとき透明円錐体３が配設されるべき位置を点線で示している。

【0030】

次に図３により透明円錐体３を有するＬＥＤ発光装置１０の動作を説明する。なおＬＥＤ１３が発する光線は無数にあるが、そのなかで図４に示した光線Ｐａ〜Ｐｇを図３でも使用する。

【0031】

図３に示すようにＬＥＤ発光装置１０は、放物面鏡５の内部にＬＥＤモジュール２と透明円錐体３が配置されている。放物面鏡５とＬＥＤモジュール２と透明円錐体３は同軸の関係にあり、放物面鏡５とＬＥＤモジュール２の間には隙間が存在する。ＬＥＤモジュール２の中央に実装されたＬＥＤ１３から出射した光線群はランバーシアン特性となっており、これらの光線群は３つの形態に分けられる。そのうちの第１の形態は低い角度θｃで放射された光線群であり、光線Ｐａと光線Ｐｇを含む。この光線群（光線Ｐａ、Ｐｇ等）は、ＬＥＤモジュール２の上方に配置された透明円錐体３に入射せず、直接放物面鏡５の反射面５ａ、５ｂに達し、そこで反射して上方に向かう。すなわちＬＥＤモジュール２と透明円錐体３との隙間から放物面鏡５に向かう光線群（光線Ｐａ，Ｐｇ等）は、透明円錐体３があってもなくても経路に変化はなく、ＬＥＤ発光装置１０の上方に向かう。

【0032】

第２の形態は、中程度の入射角θｄで透明円錐体３の底面から透明円錐体３に入射する光線群であり、光線Ｐｂ、Ｐｆを含む。この光線群（光線Ｐｂ、Ｐｆ等）は、透明円錐体３の底面と斜面３ａ、３ｂで２回屈折することによって上方に向かう。このとき２回目の屈折が斜面３ａ、３ｂで起こるため、第２の形態に属する光線群は鉛直方向に偏る。例えば光線Ｐｂは、透明円錐体３の底面で軸方向に屈折し、さらに斜面３ａで軸方向に屈折する。透明円錐体３がない場合、光線Ｐｂは点線で示したＰｂ´になってしまう。すなわち透明円錐体３により、斜め上方に向かおうとする光線群の一部（光線Ｐｂ´、Ｐｆ´等）をＬＥＤ発光装置１０では上方に向かう成分（透明円錐体３を出射した光線Ｐｂ、Ｐｆ等）に変換している。

【0033】

第３の形態は、大きい入射角θｅで透明円錐体３の底面から透明円錐体３に入射する光線群であり、光線Ｐｃ、Ｐｅを含む。この光線群（光線Ｐｃ、Ｐｅ等）は透明円錐体３の斜面３ａ、３ｂで全反射して反対側の斜面３ｂ、３ａから出射する。このとき第３の形態に属する光線群は、反対側の斜面で屈折して出射する際に、ＬＥＤ１３から出射したときに比べ水平方向に偏り、この角度で放物面鏡５の反射面５ａ、５ｂに到達し、そこで反射して上方に向かう。

【0034】

例えば光線Ｐｃは透明円錐体３の底面から比較的大きな入射角θｅで入射し、透明円錐体３の斜面３ａで全反射して反対の斜面３ｂに向かう。ことき進行方向は大きく水平方向に偏る。さらに光線Ｐｃは斜面３ｂで軸方向に屈折して透明円錐体３から出射する。なお光線Ｐｃは軸方向に屈折して出射しても、全反射により大きく水平方向に偏っていたため、依然として透明円錐体３から出射するときはＬＥＤ１３から出射したときより水平方向に偏っている。この後、光線Ｐｃは放物面鏡５の反射面５ｂで反射して上方に向かう。なお。透明円錐体３がない場合、光線Ｐｃは点線で示したＰｃ´になってしまう。すなわち透明円錐体３により、斜め上方に向かおうとする光線群の一部（光線Ｐｃ´、Ｐｅ´等）をＬＥＤ発光装置１０では上方に向かう成分（透明円錐体３を出射した光線Ｐｃ、Ｐｅ等）に変換している。

【0035】

なお軸上で透明円錐体３の底面に垂直に入射した光線Ｐｄは透明円錐体３で屈折せず直接上方に向かう。また第３の進行形態では全反射を複数回繰り返すものも含まれる。図３では上方に向かう光線を鉛直方向の矢印で示したが、説明を簡単化するために便宜的に表示したものであり、実際には鉛直方向からずれている。

【0036】

以上のようにＬＥＤ発光装置１０では、ＬＥＤモジュール２の上方に透明円錐体３を配置しており、この透明円錐体３に入射しない光線Ｐａ、Ｐｇは反射部材（放物面鏡５）に直接到達し、そこで反射して上方に向かう。また、透明円錐体３の底面から所定の角度より小さい入射角θｄで入射した光線Ｐｂ、Ｐｆは、透明円錐体３の底面と斜面で２回屈折することにより上方に向かう。さらに透明円錐体の底面から所定の角度より大きい入射角θｅで入射した光線は、まず透明円錐体の斜面で全反射し、その後透明円錐体３の逆側の斜面から水平方向に偏って出射し、反射部材で反射して上方に向かう。

【0037】

図３に示すＬＥＤ発光装置１０の配光分布を、図４に示すＬＥＤ発光装置２０の配光分布と比較してみると、図３で示したようにＬＥＤ発光装置２０では発散して無効となっていた光線Ｐｂ’、Ｐｃ’、Ｐｅ’、Ｐｆ’がＬＥＤ発光装置１０では透明円錐体３の配置によって上方に向かう有効な光線Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｅ、Ｐｆに変換されている。

【0038】

次に図５、図６によりＬＥＤ発光装置１０、２０から十分に遠い場所における明るさの分布を説明する。図５はＬＥＤ発光装置１０の遠方（１ｍ）の明るさを示す配光分布図であり、図６はＬＥＤ発光装置２０の遠方（１ｍ）の明るさを示す配光分布図である。

【0039】

図５と図６に示すＬＥＤ発光装置１０、２０の配光分布図において、ハッチングの濃度は明るさの強さ（単位立体角あたりの光線の数）を示し、濃度が高いほど明るい状態を示している。また遠方における画角Ｆはフラッシュ発光における必要照明範囲を示している。

【0040】

図５に示すＬＥＤ発光装置１０の配光分布と、図６に示すＬＥＤ発光装置２０の配光分布とを比較すると、図６に示すＬＥＤ発光装置２０の配光分布は、中心付近は明るいが、中心部以外の領域、すなわち周辺部の光線はほぼ均等に発散しているため、画角Ｆにおける明るさが不足している。これに対し、図５に示すＬＥＤ発光装置１０の配光分布では、光線が中心付近に集光されているとともに、中心付近にも明い領域が広がっており、画角Ｆにおける明るさが改善されている。つまりＬＥＤ発光装置２０では画角Ｆをこえて広がってしまう光線を、ＬＥＤ発光装置１０では画角Ｆ内に収めることができたということになる。

【0041】

この差が生じる理由について図３と図４により光源部近傍の光線の状態から説明する。図４で示したように、ＬＥＤ発光装置２０の光線群の特性は、ＬＥＤモジュール２に実装されたＬＥＤ１３からの発光が一部（光線Ｐａ、Ｐｇ等）のみ放物面鏡５の反射面で反射して上方に向かうが、多くの光線群（光線Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｅ、Ｐｆ等）が周囲に広がってしまう。このため、中心部分の狭い範囲のみ明るさが強まるが、その他の範囲では光線Ｐｂ、Ｐｃ、Ｐｅ、Ｐｆ等が均等に広がっていく。なお、中心軸から離れた位置にあるＬＥＤ１１、１２、１４、１５から発する光線は上方からやや傾いてＬＥＤ装置１０を出射するため、遠方では明るい範囲が広がる。

【0042】

これに対し、図３に示すように、ＬＥＤ発光装置１０の光線群の特性は反射部材５と透明円錐体３によって上方に向かう光線Ｐｅ、Ｐａ、Ｐｄ、Ｐｆ、Ｐｇ等ばかりになり中央付近に集光する。実際には、後述するように中心軸から離れた位置にあるＬＥＤ１１、１２、１４、１５から発する光線は上方から傾いてＬＥＤ装置１０を出射するのに加え、透明円錐体３から出射した光も傾いて出射する。このようにしてＬＥＤ装置１０の配光分布は中心からやや広がった範囲も明るくできるようになる。

【0043】

上記図３と図４では、本発明のＬＥＤ装置１０と比較例のＬＥＤ装置２０について、放物面鏡５の焦点である面光源（ＬＥＤモジュール２）の中心から放射される光線群、すなわちＬＥＤモジュール２の中心位置に実装されたＬＥＤ１３から放射される光線群について図示していた。これに対し面光源の他の部分から放射される光線群は、焦点からの発光による配光分布をぼやかすように作用しながら同様な傾向を示す。そこで中心軸からずれた位置に実装されたＬＥＤからの配光分布例を図７、図８により説明する。

【0044】

図７はＬＥＤ発光装置１０の機能的な断面図であり、部材構成は図３と等しい。図７ではＬＥＤモジュール２に実装された複数のＬＥＤの内、中央から２番目の位置に配置されたＬＥＤ１２の配光分布を示している。同様に図８はＬＥＤ発光装置２０の機能的な断面図であり、部材構成は図４と等しい。図８でもＬＥＤ１２の配光分布を示している。なお図３、図４と同一部材及び対応する光線には同一符号を付して重複する説明は省略する。

【0045】

まず、光学系が単純なＬＥＤ発光装置２０について図８により配光分布を説明する。図４と比較すると、図８では、発光源としてＬＥＤ１３がＬＥＤ１２に代わることによって、配光分布全体が変形する。つまり放物面鏡５で反射した光線Ｐａ、Ｐｇは図の左側に傾く。放物面鏡５で反射しない光線Ｐｃ、Ｐａ、Ｐｅ、Ｐｆ等は右側成分が多くなる。おなじ理由でＬＥＤ１１の配光分布はさらに大きく変形する。同様にＬＥＤ１４、１５の配光分布は、ＬＥＤ１１、１２の配光分布とは反対側に変形する。

【0046】

次に本発明のＬＥＤ発光装置１０について図７により配光分布を説明する。図３と比較すると図７では、直接的に放物面鏡５で反射する光線Ｐａ、Ｐｇは図８と同様に図の左側に傾く。透明円錐体３の底面に入射し、透明円錐体３から出射する光線Ｐｂ、Ｐｆは、入射角θｄであれば透明円錐体３からの出射角が図３の光線Ｐｂ、Ｐｆの出射角と等しくなるため、図３の光線Ｐｂ、Ｐｆと平行になる。透明円錐体３の底面に入射し、透明円錐体３の斜面で全反射してから斜面の別の部分から出射する光線Ｐｃ、Ｐｅは、ＬＥＤモジュール２からの出射角がθｅであれば、透明円錐体３から出射する角度が図３の光線Ｐｃ、Ｐｅと同じになるが、透明円錐体３からの出射位置や放物面鏡５における反射位置が異なる。例えば光線Ｐｅの場合、図３の光線Ｐｅよりも透明円錐３の上部で出射し、放物面鏡５の上部で反射する。この結果、図３の光線Ｐｅよりも図７の光線Ｐｅの方が軸方向（図の右側）に傾いている。以上のようにＬＥＤ１２から発する光線の一部は、対応するＬＥＤ１３の光線とは違った方向に出射する。同様にＬＥＤ１１、１４、１５から発する光線（一部）も、ＬＥＤ１３から発する光線とは違った方向に向かう。

【0047】

以上のように従来のＬＥＤ発光装置２０でも本発明の発光装置１０でも、放物面鏡５と面光源を構成するＬＥＤモジュール２を組み合わせた場合、その配光分布は放物面鏡の焦点に点光源を置いた配光分布からぼやけるようになる。同様に光源が焦点から軸方向にずれた場合も配光分布がぼやける。

【0048】

最後に図９から図１１により、ＬＥＤ発光装置１０で使用したＬＥＤモジュール２の一例を示す。図９はＬＥＤモジュール２の平面図であり、図１０は図９に示すＬＥＤモジュール２のＡ−Ａ断面図であり、図１１は図９に示すＬＥＤ１５の断面図である。矩形のモジュール基板２ａには中央に円形の領域２ｂがあり、領域２ｂの内側にＬＥＤ１３が配置されている。ＬＥＤ１３を中心に、複数のＬＥＤが円形の領域を埋めるように整列して実装されている。そして図示しない配線によって複数のＬＥＤは直列又は並列接続され、ほぼ円形の面光源を形成している。なお図１等に示したＬＥＤ１１〜１５は、図１０に示された９個のＬＥＤうちから５個抜き出したものである。

【0049】

図１１は図９に示すＬＥＤ１５の断面図である。ＬＥＤ１５は、ベアチップ状態のＬＥＤダイではなく、ＬＥＤダイ１の上面を蛍光体層１ａ、側面を反射層１ｂで被覆したものである。このようにＬＥＤ１５は、ＬＥＤダイ１が蛍光体層１ａや反射層１ｂと一体化したパッケージ品である。このようにＬＥＤモジュール基板２ａ上にパッケージ化したＬＥＤを配列させる構成とすることにより、ＬＥＤごとに異なる発光色を設定できるため、発光色が調整できる面光源を実現することができる。また、モジュール基板２ａにベアチップ状態のＬＥＤダイを複数実装し、全ＬＥＤダイを共通の蛍光体層で被覆しても良い。

【0050】

ＬＥＤ発光装置１０ではＬＥＤモジュール２と、透明円錐体３と、反射部材である放物面鏡５とが互いの中心軸を一致させて配設されていた。しかしながら集光性を多少悪化させても良い場合は、ＬＥＤモジュール２と、透明円錐体３と、反射部材である放物面鏡５とが互いの中心軸を共通にしなくても良い。

【0051】

ＬＥＤ発光装置１０では、反射部材である放物面鏡５の下側に下部開口５ｋを設け、ＬＥＤモジュール２を反射部材の下部開口５ｋに配置していた。しかしながら本発明のＬＥＤ発光装置は、下部開口がなくても良い。この場合はＬＥＤ発光装置を放物面鏡等の反射部材中に配置すればよい。なお開口部５ｋを設けることによりＬＥＤモジュールを取扱い易くできる。

【0052】

ＬＥＤ発光装置１０では、透明円錐体３が透明なフランジ４を有し、フランジ４により反射部材である放物面鏡５に保持されていた。しかしながら透明円錐体の固定方法はフランジでなくても良い。例えばモジュール基板に透明円錐体を固定してもよい。なお透明なフランジで透明円錐体を固定すると固定部の影がなくなり、さらに透明円錐体全体が大きくなるので取扱い易くなる。

【0053】

ＬＥＤ発光装置１０では、ＬＥＤ１１〜１５等が蛍光体層を有していた。しかしながら本発明のＬＥＤ発光装置では、ＬＥＤが蛍光体層を有さず、ＬＥＤダイの発光色がそのまま出射されてもよい。例えば、ＬＥＤダイの発光色が赤色、緑色、青色の３種類のＬＥＤを蛍光体層なしにモジュール基板に実装し、ＬＥＤモジュールを白色発光させても良い。なお各ＬＥＤが蛍光体層を有すると、ＬＥＤ単体で白色発光させられるので、簡単に白色光源が得られる。

【0054】

ＬＥＤ発光装置１０では、反射部材が放物面鏡であった。しかしながら反射部材は放物面鏡に限られず、上部が開口し、反射光が上部に向かうよう斜面を備えているようなものなら良い。なおこれらの反射部材のなかで放物面鏡は集光性（指向性）が良いという特徴がある。

【符号の説明】

【0055】

１ ＬＥＤダイ
１ａ 蛍光体層
１ｂ 反射体層
２ ＬＥＤモジュール
２ａ モジュール基板
３ 透明円錐体
３ａ、３ｂ 斜面
４ フランジ
５、５０ 放物面鏡
５ａ、５ｂ 反射面
７ 実装基板
１０、２０、１００ ＬＥＤ発光装置
１１〜１５ ＬＥＤ
５０ａ 開口
６０ 導光部材
７０ 光散乱体
１０１ 点光源
１０２、２０１ 面光源
２００ 発光装置
２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ レーザー発光素子
Ｐａ〜Ｐｇ、Ｐ０〜Ｐ６、Ｐｏ 光線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】