(57)【要約】  【課題】励起光とフォトルミネセンス光とを均一に混色した光を投射する発光装置を提供する。  【解決手段】青色ＬＥＤ１１〜１ｎから発した青色成分光を、その断面が放物線形状に構成されている反射部材２で反射させてフレネルレンズ３へ導く。フレネルレンズ３には蛍光体が均一に含有されている。フレネルレンズ３は、青色成分光の一部を透過する一方で、青色成分光の一部に対する波長変換も行う。波長変換は、フレネルレンズ３内の蛍光体が青色成分光によって励起され、励起された蛍光体が黄色成分を含む光を発するものである。波長変換後の黄色成分光は、フレネルレンズ３によって青色成分光とともに均一な光として投射される。  【選択図】図１
2006128562.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蛍光体を励起する励起光を発する発光手段と、
前記励起光を反射する反射手段と、
前記蛍光体を含有し、前記反射手段による前記反射後の励起光が入射されるとともに、前記蛍光体が発するフォトルミネセンス光を投射する投射光学部材とを備えることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
蛍光体を励起する励起光を発する発光手段と、
前記励起光を反射する反射手段と、
前記蛍光体を含有し、前記反射手段による前記反射後の励起光および前記発光手段からの前記励起光がそれぞれ入射されるとともに、前記蛍光体が発するフォトルミネセンス光を投射する投射光学部材とを備えることを特徴とする発光装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の発光装置において、
前記発光手段は、ＬＥＤアレイによって構成されることを特徴とする発光装置。
【請求項４】
請求項３に記載の発光装置において、
前記ＬＥＤアレイは、(1)基板の一方の面に構成される、(2)基板の両面にそれぞれ構成される、(3)Ｎ角柱状に組合わされたＮ個の基板にそれぞれ構成される、(4)一意的に定義されない多面体に構成される、のいずれか一態様で構成されることを特徴とする発光装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の発光装置において、
前記発光手段が発する励起光は青色成分を含み、
前記蛍光体が発するフォトルミネセンス光は黄色成分を含むことを特徴とする発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトルミネセンス技術を用いた発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤによる光をフォトルミネセンスの励起光として用いる発光装置が知られている（特許文献１参照）。特許文献１には、青色成分を含むＬＥＤ光（一次光）を蛍光部材に入射し、一次光より長い波長成分の二次光（周波数逓降された光）を得る発光装置について記載されている。蛍光部材を構成する蛍光材料の選択により、二次光として所定の色つき光を得る技術や、二次光および青色成分光（一次光）を混色していわゆる白色光を生成する技術が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特表２００４−５０５１７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の図４ａにおいて、ＬＥＤ（半導体素子）チップが配設されたハウジングの空洞を蛍光体顔料を含む樹脂で充填した発光装置が開示されている。この発光装置は樹脂中で混色光を生成するが、空洞内の樹脂厚が一定でないことから、ＬＥＤチップから射出された光が樹脂内を進行する経路の違いによって混色が均一に行われないおそれがある。
【０００５】
特許文献１の図４ｂにおいて、ブロック形ハウジング内に複数のＬＥＤ（半導体素子）を配設した発光装置が開示されている。蛍光材料は、ハウジングの底面、側壁およびカバーなどの全ての内面に設けられる。上記発光装置はハウジング内で混色光を生成するが、混色される前後でハウジング内を進行する光の詳細な経路は不明であり、混色が均一に行われないおそれがある。これらの発光装置で混色が均一に行われない場合は、ハウジングから射出される光の色むらや色のにじみとして観測されるが、特許文献１には、このような色むら、色のにじみを抑制することに関して何も開示されていない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明による発光装置は、蛍光体を励起する励起光を発する発光手段と、励起光を反射する反射手段と、蛍光体を含有し、反射手段による反射後の励起光が入射されるとともに、蛍光体が発するフォトルミネセンス光を投射する投射光学部材とを備えることを特徴とする。
請求項２に記載の発明による発光装置は、  蛍光体を励起する励起光を発する発光手段と、励起光を反射する反射手段と、蛍光体を含有し、反射手段による反射後の励起光および発光手段からの励起光がそれぞれ入射されるとともに、蛍光体が発するフォトルミネセンス光を投射する投射光学部材とを備えることを特徴とする。
請求項１または２に記載の発光装置において、ＬＥＤアレイによって発光手段を構成してもよい。
請求項３に記載の発光装置において、ＬＥＤアレイは、(1)基板の一方の面に構成される、(2)基板の両面にそれぞれ構成される、(3)Ｎ角柱状に組合わされたＮ個の基板にそれぞれ構成される、(4)一意的に定義されない多面体に構成される、のいずれか一態様で構成することができる。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の発光装置において、発光手段が発する励起光は青色成分を含み、蛍光体が発するフォトルミネセンス光は黄色成分を含むようにしてもよい。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、投射光学部材に蛍光体を含有させ、この投射光学部材へ励起光を反射させて導くようにしたので、投射光学部材へ入射される光は励起光のみである。これにより、投射光学部材で励起光（一次光）と、投射光学部材内で発生するフォトルミネセンス光（二次光）とを効率よく混色し、均一な混色光を投射できる。
請求項２に記載の発明によれば、投射光学部材に蛍光体を含有させ、この投射光学部材へ反射させた励起光と直接の励起光とを両方導くようにしたので、投射光学部材へ入射される光は励起光のみである。これにより、投射光学部材で励起光（一次光）と、投射光学部材内で発生するフォトルミネセンス光（二次光）とを効率よく混色し、均一な混色光を投射できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
（第一の実施形態）
図１は、本発明の第一の実施形態による発光装置の構成を示す斜視図である。図１において、基板１上にｎ個の青色光発光素子アレイ１１〜１ｎが実装されている。青色光発光素子１１〜１ｎのそれぞれは、たとえば、波長４５０ｎｍの青色成分を含む光を発する発光ダイオード（ＬＥＤ）によって構成される。
【０００９】
図２は、基板１および青色ＬＥＤ１１〜１ｎを拡大した斜視図である。各青色ＬＥＤ１１〜１ｎは、共通の発光輝度で発光するように不図示の電流供給回路によって駆動制御される。青色ＬＥＤ１１〜１ｎから発せられた光は、反射部材２に向けて射出される。
【００１０】
図３は、図１の発光装置を矢印Ａの方向に見た場合の側面図である。図３において、反射部材２はその断面が放物線形状に構成され、反射部材２の開口部にフレネルレンズ３が配設されている。反射部材２は、たとえば、高輝度アルミ材料によって構成され、その内面（凹曲面）２ａにおいて青色ＬＥＤ１１〜１ｎからの光をフレネルレンズ３に向けて高反射率で反射する。これにより、青色成分を含む光が略平行光としてフレネルレンズ３に入射される。
【００１１】
フレネルレンズ３は、入射された青色成分光の一部を透過し、照射方向（図３において右方向）へ進む均一な光として投射する。なお、基板１の影に対応する領域（図３においてフレネルレンズ３の光軸Ａｘ付近）へ投射される光の輝度が、他の領域に比べて低下しないようにフレネルレンズ３が構成されている。
【００１２】
フレネルレンズ３は、たとえば、所定濃度の蛍光体が略均一に添加された樹脂によって構成される。したがって、フレネルレンズ３は上記青色成分光の一部を透過する一方で、青色成分光の一部に対する波長変換も行う。すなわち、フレネルレンズ３内に添加されている蛍光体が入射光によって励起され、励起された蛍光体が黄色成分（たとえば、波長５６０ｎｍ〜５７０ｎｍ）を含む光を発する。波長変換後の黄色成分光は、フレネルレンズ３によって青色成分光と同様に照射方向（図３において右方向）へ進む均一な光として投射される。これにより、青色成分光および黄色成分光は照射範囲において均一に混合され、人の目には輝度むら、色むらおよび色にじみがない白色光として観察される。
【００１３】
以上説明した第一の実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）青色ＬＥＤ１１〜１ｎから発した青色成分光を、その断面が放物線形状に構成されている反射部材２で反射させてフレネルレンズ３へ導くようにした。したがって、青色ＬＥＤ１１〜１ｎから射出される光束の向きが一方向でない（たとえば、図２において上方向のみならず左右の斜め方向にも射出される）場合でも、青色成分光を確実にフレネルレンズ３へ導くことができる。これにより、青色ＬＥＤ１１〜１ｎから射出された青色成分光を有効に利用できるとともに、フレネルレンズ３に入射される青色成分光の輝度のばらつきを抑えることができる。
【００１４】
（２）蛍光体をフレネルレンズ３にのみ含有させたので、フレネルレンズ３へ入射される光は青色成分光（励起光）のみである。これにより、青色成分光とフレネルレンズ３内で発生する黄色成分光（フォトルミネセンス光）とを効率よく混色できる。
【００１５】
（３）フレネルレンズ３に含有される蛍光体はフレネルレンズ３内で略均一にしたので、フレネルレンズ３を透過する青色成分光は、フレネルレンズ３の透過位置にかかわらず均一に波長変換を受ける。これにより、フレネルレンズ３で波長変換され、波長変換後に射出される黄色成分光の輝度、およびフレネルレンズ３を透過して射出される青色成分光の輝度のそれぞれが照射領域において均一に揃えられるから、色むらや色のにじみを抑えた白色光を得ることができる。
【００１６】
（４）蛍光体を略均一に含有させたフレネルレンズ３を介して黄色成分光および青色成分光を射出したので、蛍光体を均一に含有させた平行平板部材を介して射出する場合に比べて、基板１の影に対応する領域（フレネルレンズ３の光軸Ａｘ付近）へ投射される光の輝度が他の領域へ投射される光の輝度に対して低くならず、照射領域を均一に照明することができる。
【００１７】
上述した青色ＬＥＤ１１〜１ｎの素子数ｎは、１個でも１０個でもよく、発光装置の水平方向の照射範囲に応じて適宜変更してよい。
【００１８】
上述した例では、青色ＬＥＤ１１〜１ｎを一列に配設する例を説明したが、２列に配設しても４列に配設してもよく、発光装置の鉛直方向の照射範囲に応じて適宜変更してよい。
【００１９】
反射部材２は、放物線形状に形成した高輝度アルミ材料を用いるようにしたが、他の高反射率部材を用いてもよい。また、平板状の材料を放物線形状に加工して反射部材２を得る代わりに、複数の微小な反射部材を放物線状に組合わせて反射部材２を構成するようにしてもよい。
【００２０】
（第二の実施形態）
青色ＬＥＤを基板の両面に実装してもよい。図４は、第二の実施形態による基板２０の拡大図である。基板２０の一方の面に青色ＬＥＤ２１〜２ｎが実装され、基板２０の他方の面に青色ＬＥＤ３１〜３ｎが実装される。青色ＬＥＤ２１〜２ｎ、３１〜３ｎは、それぞれが共通の発光輝度で発光するように不図示の電流供給回路によって駆動制御される。
【００２１】
図５は、基板２０を配設した発光装置の側面図である。図５において、その断面を放物線形状に構成した反射部材２の開口部に拡散レンズ３Ａが配設されている。反射部材２は、その内面（凹曲面）２ａにおいて青色ＬＥＤ２１〜２ｎによる青色成分光を拡散レンズ３Ａに向けて高反射率で反射する。これにより、青色成分を含む光が略平行光として拡散レンズ３Ａに入射される。
【００２２】
一方、基板２０の拡散レンズ３Ａ側の面に実装されている青色ＬＥＤ３１〜３ｎによる青色成分光は、反射部材２を経由せずに直接拡散レンズ３Ａへ入射される。
【００２３】
拡散レンズ３Ａは、所定の濃度の蛍光体を略均一に添加した樹脂によって構成される。拡散レンズ３Ａは、入射された青色成分光の一部を透過し、照射方向（図５において右方向）へ進む均一な光として投射するとともに、青色成分光の一部を黄色成分を含む光に波長変換し、上記青色成分光と同様に照射方向（図５において右方向）へ進む均一な光として投射する。これにより、青色成分光および黄色成分光は照射範囲において均一に混合され、人の目には輝度むらおよび色むらのない白色光として観察される。
【００２４】
以上説明した第二の実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）青色ＬＥＤを基板２０の両面に実装し、基板２０の両側に実装される青色ＬＥＤ２１〜２ｎ、および３１〜３ｎからの青色成分光をそれぞれ拡散レンズ３Ａに導くようにした。したがって、基板の片面にのみＬＥＤを実装する場合に比べて２倍の発光輝度が得られるようになり、小型で高輝度の発光装置が得られる。
【００２５】
（２）拡散レンズ３Ａに所定濃度の蛍光体を略均一に含有させたので、拡散レンズ３Ａを透過する青色成分光は拡散レンズ３Ａ内の透過位置にかかわらず均一に波長変換を受ける。これにより、拡散レンズ３Ａにおいて第一の実施形態と同様に波長変換され、波長変換後に射出される黄色成分光の輝度、および拡散レンズ３Ａを透過して射出される青色成分光の輝度のそれぞれを、照射領域において均一に揃えることができるから、色むらや色のにじみを抑えた白色光を得ることができる。
【００２６】
青色ＬＥＤを多角柱状に組合わせた基板の各面に実装してもよい。図６は、四角柱状のＬＥＤ実装基板を例示する図である。図６において、組基板２０Ａの４面にそれぞれ青色ＬＥＤ２１〜２ｎ、青色ＬＥＤ３１〜３ｎ、青色ＬＥＤ４１〜４ｎ、青色ＬＥＤ５１〜５ｎが実装されている。青色ＬＥＤのそれぞれは共通の発光輝度で発光するように不図示の電流供給回路によって駆動制御される。組基板２０Ａは、図５の発光装置の基板２０の代わりに発光体として使用される。
【００２７】
図７は、六角柱状のＬＥＤ実装基板を例示する図である。図７において、組基板２０Ｂの６面にそれぞれ青色ＬＥＤ２１〜２ｎ、青色ＬＥＤ３１〜３ｎ、青色ＬＥＤ４１〜４ｎ、青色ＬＥＤ５１〜５ｎ、青色ＬＥＤ６１〜６ｎ、青色ＬＥＤ７１〜７ｎが実装されている。青色ＬＥＤのそれぞれは共通の発光輝度で発光するように不図示の電流供給回路によって駆動制御される。組基板２０Ｂは、図５の発光装置の基板２０の代わりに発光体として使用される。
【００２８】
以上説明した発光装置によれば、多角柱（Ｎ角柱）状に組合わせた基板の各面に青色ＬＥＤを実装した場合に、青色成分光が反射部材２に向けて射出されても、拡散レンズ３Ａに向けて射出されても、いずれの青色成分光も確実に拡散レンズ３Ａへ導くことが可能である。これにより、両面基板の両面にＬＥＤを実装する場合に比べて、四角柱状組基板の４面に実装した場合は２倍、六角柱状組基板の６面に実装した場合は３倍の発光輝度が得られるようになり、小型で高輝度の発光装置が得られる。
【００２９】
多角柱（Ｎ角柱）状の基板は、さらに八角柱状や十角柱状にしてもよい。
【００３０】
また、平面を組合わせた多角柱状ではなく、曲面を含む面を組合わせた多面体上に青色ＬＥＤを実装してもよい。多面体を構成するフレキシブル基板などに青色ＬＥＤ群を実装することにより、多角柱のように一意に定まらない任意形状の多面体にＬＥＤアレイを配設できる。
【００３１】
上述した発光装置は、図８に示すカメラの撮影用照明装置に使用する。図８において、カメラ本体１００に交換可能な撮影レンズ１１０が装着されている。カメラ本体１００の被写体側から見て右上部に照明装置１０１が内蔵されている。照明装置１０１は、上述した発光装置によって構成される。
【００３２】
以上説明した発光装置は、カメラの照明装置の他にもカメラ付き携帯電話機、玩具、照明器具、懐中電灯などの光源として利用できる。
【００３３】
以上の説明では、青色成分を含むＬＥＤ光をフォトルミネセンスの一次光（励起光）として用い、黄色成分光（二次光）を得る構成を説明したが、一次光の波長成分および二次光の波長成分（色成分）は例示したとおりでなくてもよい。発光装置の使用目的に応じてフレネルレンズ（もしくは拡散レンズ）に添加する蛍光体を適宜選択し、励起光源として適切な波長の発光素子を用いればよい。
【００３４】
一次光と二次光との混色比率は、フレネルレンズ３（もしくは拡散レンズ３Ａ）に含有させる蛍光体の含有率や、フレネルレンズ３（もしくは拡散レンズ３Ａ）の厚さを変えて調節すればよい。たとえば、蛍光体の含有率を高めれば二次光比率が高くなり、蛍光体の含有率を低くすれば二次光比率が低くなる。また、蛍光体の含有率を変えなくても、フレネルレンズ３（もしくは拡散レンズ３Ａ）を厚くすれば二次光比率が高くなり、フレネルレンズ３（もしくは拡散レンズ３Ａ）を薄くすれば二次光比率が低くなる。
【００３５】
特許請求の範囲における各構成要素と、発明を実施するための最良の形態における各構成要素との対応について説明する。励起光は、たとえば、青色成分光が対応する。発光手段は、たとえば、青色ＬＥＤ１１〜１ｎによって構成される。反射手段は、たとえば、反射部材２によって構成される。フォトルミネセンス光は、たとえば、黄色成分光が対応する。投射光学部材は、たとえば、フレネルレンズ３によって構成される。なお、以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する上で、上記の実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係に何ら限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第一の実施形態による発光装置の構成を示す斜視図である。
【図２】基板およびＬＥＤを拡大した斜視図である。
【図３】図１の発光装置の側面図である。
【図４】第二の実施形態による基板の拡大図である。
【図５】第二の実施形態による発光装置の側面図である。
【図６】四角柱状のＬＥＤ実装基板を例示する図である。
【図７】六角柱状のＬＥＤ実装基板を例示する図である。
【図８】発光装置を備えるカメラの外観図である。
【符号の説明】
【００３７】
１、２０、２０Ａ、２０Ｂ…基板
２…反射部材
３…フレネルレンズ
１１１〜１ｎ、２１〜２ｎ、３１〜３ｎ、４１〜４ｎ、５１〜５ｎ、６１〜６ｎ、７１〜７ｎ…青色ＬＥＤ
１００…カメラ本体
１０１…照明装置
１１０…撮影レンズ
【図１】
2006128562.tif 000003
【図２】
2006128562.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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