(57)【要約】【課題】簡易な方法によって所望の配光を得ることが可能な照明装置を提供する。【解決手段】照明装置１は、基板１１上にアレイ状に配置された複数の単位光源１０を有する。単位光源１０は基板１１に配置したチップ状のＬＥＤ素子１２を光学樹脂レンズ１３によりドーム状に覆ったものである。ＬＥＤ素子１２は環状の撥水領域１４により囲まれており、撥水領域１４内に樹脂材料をポッティングしたのち、例えば熱硬化させることによりＬＥＤ素子１２の周囲に光学樹脂レンズ１３が形成される。光学樹脂レンズ１３の高さＬが異なる複数種類の単位光源１０を所定のパターンで配置することによって、所望の配光を得ることができる。【選択図】図１
2011204397.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に複数の単位光源を有し、
前記単位光源は、
前記基板上に設けられた、１または複数の発光素子と、
前記基板上の前記発光素子を囲む位置に設けられた撥水領域と、
前記撥水領域に底面の大きさが規定されると共に前記１または複数の発光素子を覆う光学樹脂レンズとを有し、
前記複数の単位光源には、前記光学樹脂レンズの形状あるいは大きさが互いに異なる少なくとも２種類の単位光源が含まれている
照明装置。
【請求項２】
前記発光素子は発光ダイオードである、請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記光学樹脂レンズの中心軸は前記発光素子の発光中心軸と一致している
請求項１記載の照明装置。
【請求項４】
前記光学樹脂レンズの中心軸は前記発光素子の発光中心軸に対して前記基板の面内方向に平行なずれを有する
請求項１記載の照明装置。
【請求項５】
前記光学樹脂レンズの中心軸は前記発光素子の発光中心軸に対して前記基板の表面側への傾斜を有する
請求項１記載の照明装置。
【請求項６】
前記複数の単位光源はアレイ状に配置され、前記光学樹脂レンズの高さは並び方向の中央部から端部にかけて次第に低くなる
請求項３ないし５のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項７】
前記複数の単位光源は矩形の基板上にアレイ状に配置され、前記光学樹脂レンズの高さは並び方向の中央部から端部にかけて次第に高くなる
請求項３ないし５のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項８】
前記複数の単位光源は円形の基板上の周縁部および中央部に配置され、前記光学樹脂レンズの高さは周縁部の単位光源が高く、中央部の単位光源が低い
請求項３ないし５のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項９】
前記複数の単位光源は円形の基板上の周縁部および中央部に配置され、前記光学樹脂レンズの高さは中央部の単位光源が高く、周縁部の単位光源が低い
請求項３ないし５のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項１０】
前記光学樹脂レンズは蛍光物質を含有する
請求項１に記載の照明装置。
【請求項１１】
前記単位光源は、前記光学樹脂レンズとして、前記発光素子を覆う第１光学樹脂レンズと、前記第１光学レンズを覆うと共に蛍光物質を含有する第２光学樹脂レンズとを含む
請求項１に記載の照明装置。
【請求項１２】
前記単位光源は、前記第２光学樹脂レンズの膜厚が互いに異なる複数種類の単位光源を含む
請求項１に記載の照明装置。
【請求項１３】
前記単位光源は、ＲＧＢの３種類の発光素子を含む
請求項１に記載の照明装置。
【請求項１４】
前記基板は、前記単位光源が形成される第１基板と、前記第１基板が複数個互いに分離して実装されると共に、前記単位光源の駆動回路を有し、柔軟性を有する第２基板とを含む
請求項１に記載の照明装置。
【請求項１５】
前記第２基板が湾曲され、前記湾曲された第２基板の内側に前記複数の単位光源が実装されている
請求項１４に記載の照明装置。
【請求項１６】
前記第２基板が湾曲され、前記湾曲された第２基板の外側に前記複数の単位光源が実装されている
請求項１４に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路基板に実装された発光ダイオード（ＬＥＤ；Light Emitting Diode）などの発光素子を光源に用いた照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は液晶表示装置等のバックライトとして用いられてきたが、近年では、消費電力が低く長寿命なことから、白熱電球や蛍光灯に代わる照明装置の光源として注目されている。
【０００３】
発光ダイオードを回路基板に直接実装した光源においては、光源上に外部レンズを設けることにより光源全体の配光を調整して所望の配光を得る方法が開示されている（例えば、特許文献１）。また、照明装置の発光効率を向上させるために、発光ダイオードを環状レンズで封止し、その放射光を投光方向へ全反射させる方法が開発されている（例えば、特許文献２）。このように発光ダイオードを光源として用いた照明装置では、光の利用効率の向上や配光の均一化についての開発がなされてきた。
【０００４】
一方、所望の配光を有する照明装置を得るために、回路基板上に傾斜面を設け、その傾斜面に発光ダイオードを配置することにより配光を調整する方法が提案されている。また、発光ダイオードを窪みなどの加工を施した基板に実装することにより光源の配光を調整する方法などが提案されている（例えば、特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−８１４６９号公報
【特許文献２】特開２００５−２８５６９７号公報
【特許文献３】特開平１１−１６２２３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような照明装置では、配光を制御するための部品の設置あるいは複雑な加工を施す必要がある。そのため配光精度の低下や、部品点数の増加による装置の大型化およびコストの増加という問題があった。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、簡易な構成であり、かつ所望の配光を有する照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による照明装置は、基板上に複数の単位光源を有するものであり、その単位光源は、基板上に設けられた、１または複数の発光素子と、基板上の発光素子を囲む位置に設けられた撥水領域と、撥水領域に底面の大きさが規定されると共に１または複数の発光素子を覆う光学樹脂レンズとを有する。複数の単位光源には光学樹脂レンズの形状あるいは大きさが互いに異なる、少なくとも２種類の単位光源が含まれている。
【０００９】
この照明装置では、光学樹脂レンズの形状あるいは大きさが互いに異なる少なくとも２種類の単位光源が含まれているため、単位光源を所定のパターンに配置することによって所望の配光を得ることが可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の照明装置によれば、光学樹脂レンズの形状あるいは大きさが互いに異なる、少なくとも２種類の単位光源を設けるようにしたので、これら単位光源の配置パターンにより配光制御が可能となる。よって所望の配光を有する照明装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る照明装置の一例を表す平面図および断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る単位光源の断面図である。
【図３】図２の照明装置の放射角度依存性を表す特性図である。
【図４】本発明の変形例を表す平面図および斜視図である。
【図５】図４の照明装置の放射角度依存性を表す特性図である。
【図６】図１の単位光源の製造方法を表す断面図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る単位光源の断面図および照明装置の斜視図である。
【図８】図８の照明装置の放射角度依存性を表す特性図である。
【図９】本発明の第３の実施の形態に係る単位光源の断面図である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態に係る単位光源の断面図である。
【図１１】図１０の単位光源の断面図の他の例である。
【図１２】本発明の第４の実施の形態に係る照明装置の一例を表す平面図である。
【図１３】変形例１に係る単位光源の断面図および照明装置の平面図である。
【図１４】変形例２に係る単位光源の断面図である。
【図１５】変形例２に係る照明装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態
光学樹脂レンズの高さが異なる照明装置
（１−１）単位光源の構成
（１−２）照明装置の全体構成
（１−３）製造方法
（１−４）変形例
２．第２の実施の形態
光学樹脂レンズの中心軸に傾きを加えた照明装置
３．第３の実施の形態
光学樹脂レンズとＬＥＤ素子の中心位置が異なる照明装置
４．第４の実施の形態
蛍光材含有光学樹脂レンズを用いた照明装置
５．変形例１
単位光源に複数の発光色を有するＬＥＤ素子を備えた照明装置
６．変形例２
ＬＥＤ実装基板と回路基板とを分けた照明装置
【００１３】
［第１の実施の形態］
（１−１）単位光源
図１は本発明の第１の実施の形態に係る照明装置１を表すものである。この照明装置１は、基板１１上に複数の単位光源１０を所定のパターンで配置して構成されている。図２はこの単位光源１０の基本形状を表したものである。照明装置１はこの単位光源１０のレンズ形状（あるいは大きさ）を種々変更して所望の配光を得るものである。
【００１４】
単位光源１０は、基板１１に配置したチップ状の発光素子、例えば発光ダイオード（以下，ＬＥＤ素子という）１２を光学樹脂レンズ１３（第１光学樹脂レンズ）によりドーム状に覆ったものである。なお、発光素子としてはＬＥＤ以外の他の点光源、面光源などを用いることができる。
【００１５】
基板１１は、例えばシリコン基板であるが、その他、合成石英、ガラス材料やプラスチック材料等の絶縁性材料により形成されたものでもよい。この基板１１上にはＬＥＤ素子１２を囲むように例えば円環状の撥水領域１４が設けられている。また、この基板１１には複数のＬＥＤ素子１２を駆動するための駆動回路（図示せず）が設けられている。
【００１６】
撥水領域１４はＬＥＤ素子１２を覆う光学樹脂レンズ１３を所定の形状に形成するためのものである。撥水領域１４は光学樹脂レンズ１３の大きさや形状を考慮して基板上１１上に例えば幅０．５〜２ｍｍ、内径２〜５ｍｍの円環状等の閉曲線を描くように形成される。この撥水領域１４の形状は光学樹脂レンズ１３の底面形状となる。撥水領域１４は、例えばフッ素樹脂などの撥水材により形成される。
【００１７】
ＬＥＤ素子１２は、基板１１上に形成されたバッファ層、第１クラッド層、活性層、第２クラッド層およびキャップ層などにより構成される（いずれも図示せず）。これらの層は、例えば結晶成長法により形成される。このＬＥＤ素子１２の配線はワイヤボンディングなどにより電極（図示せず）に接続され、ＬＥＤ素子１２はこの電極から供給される電力により駆動される。
【００１８】
光学樹脂レンズ１３は、ＬＥＤ素子１２を保護すると共に、ＬＥＤ素子１２から発せられた光Ｌｉの取り出し効率を向上させるためのものである。更に、この光学樹脂レンズ１３を所定の形状（あるいは大きさ）に調整することによって後述するようにＬＥＤ素子１２、更には照明装置全体の配光が制御される。この光学樹脂レンズ１３は、例えばシリコンあるいはアクリルなどの透明樹脂により構成されたものであり、ＬＥＤ素子１２の天面（発光面）全体を覆うように形成されている。
【００１９】
光学樹脂レンズ１３は、図２では、ＬＥＤ素子１２の全体を覆うような例えば、略半球状をなしている。すなわち光学樹脂レンズ１３は底面が基板１１上のＸ−Ｙ平面上に形成され、Ｚ方向に盛り上がったドーム型となっている。また、光学樹脂レンズ１３はその頭頂部１３ａとＬＥＤ素子１２の発光中心軸とが同じ軸（中心軸Ｃ）上に並ぶように形成されている。このような形状の光学樹脂レンズ１３は、基板１１上の撥水領域１４をＬＥＤ素子１２の発光中心軸と同一中心を有する円環状とすることにより形成される。すなわち、この撥水領域１４内に樹脂材料をポッティングすると、樹脂材料は表面張力により撥水領域１４の内側に堆積する。この堆積した樹脂材料を例えば加熱して硬化させることによって、図２に示したドーム型の光学樹脂レンズ１３を形成することができる。
【００２０】
光学樹脂レンズ１３の直上（Ｚ方向）に沿った高さをＬとすると、光学樹脂レンズ１３は底面の直径が同じであれば、この高さＬを増加させることによってＬＥＤ素子１２のＺ軸方向の配光強度は高くなる。一方、光学樹脂レンズ１３の高さＬを減少させることによってＬＥＤ素子１２のＺ軸方向の配光強度は抑えられる。
【００２１】
（１−３）照明装置の全体構成
図１（Ａ）は基板１１上に複数の単位光源１０をＸ−Ｙ方向にアレイ状に配置した照明装置１の平面構成を表したものである。図１（Ｂ）はこの照明装置１の断面構成の一例を表したものである。
【００２２】
照明装置１では、ＬＥＤ素子１２の発光中心軸と光学樹脂レンズ１３の中心軸Ｃが同軸の単位光源１０が基板１１上に複数（ここでは５行×２列として１０個）配置されている。この照明装置１は、３種類の単位光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃによって構成されている。これら単位光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃはそれぞれ高さの異なる光学樹脂レンズ１３Ａ（高さＬ１），１３Ｂ（高さＬ２），１３Ｃ（高さＬ３）（Ｌ１＞Ｌ２＞Ｌ３）を有している。
【００２３】
各単位光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃは、図１（Ｂ）のように、例えば行方向（Ｘ方向）の両端から中心に向かって光学樹脂レンズ１３の高さが増加するように配置されている。すなわち両端に高さの低い単位光源１０Ｃ、中央に高い単位光源１０Ａ、単位光源１０Ａと単位光源１０Ｃとの間に中間の高さを有する単位光源１０Ｂが配置されている。単位光源１２の発光強度は、前述のようにＬＥＤ素子１２の発光中心軸と光学樹脂レンズ１３の中心軸Ｃが同じであれば、光学樹脂レンズ１３の高さＬに依存するので、図１（Ｂ）に示した配置パターンでは、中央付近に最も高い発光強度を示す照明装置１Ａが得られる。このように光学樹脂レンズ１３の高さの異なる単位光源１０を組み合わることによって照明装置１のＺ軸方向の配光が制御される。
【００２４】
なお、単位光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃの配置方法はこれに限らず、図１（Ｃ）に示した照明装置１Ｂのように、両端から中心に向かって光学樹脂レンズ１３の高さが減少するようにしてもよい。すなわち両端に高さの高い単位光源１０Ａ、中央に低い単位光源１０Ｃを配置し、単位光源１０Ａと単位光源１０Ｃの間にその中間の高さの単位光源１０Ｂを配置するものである。このような配置パターンとすることにより両端付近が最も高い発光強度を示す照明装置１Ｂが得られる。
【００２５】
図３は上記照明装置１Ａ、照明装置１Ｂおよび比較例（照明装置１００）の放射角度に対する発光強度の依存性を測定した結果を表したものである。照明装置１００は、ＬＥＤ素子１２を覆う光学樹脂レンズ１３の高さが全て同じ単位光源を照明装置１と同様にアレイ状に配置したものである。
【００２６】
図３からわかるように、照明装置１００は中央（角度０°）にピークを有する山なりの発光強度を示す。これに対して、照明装置１Ａ，１Ｂは中央付近（角度２０°および−２０°）に２つのピークを有する発光強度を示す。また、両端部の発光強度も照明装置１００と比較して高くなっている。このように光学樹脂レンズ１３の高さが異なる単位光源１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを組み合わせて配置することにより、照明装置の配光を任意に制御することが可能になる。なお、ここでは３種類の高さの異なる光学樹脂レンズ１３を用いて照明装置を構成したが、より多くの高さの異なる光学樹脂レンズ１３を組み合わせることで、照明装置全体の配光を均一に制御し、あるいはより多くの配光パターンを得ることができる。
【００２７】
（１−４）変形例
図４は上記実施の形態の変形例に係る照明装置２の構成を表している。この照明装置２は、複数（例えば１３個）の単位光源１０を円形状の基板２上のＸ−Ｙ方向に図４（Ａ）に示したパターンで配置したものである。
【００２８】
この照明装置２は、例えば高さの異なる２種類の単位光源１０Ａ（高さＬ１）および単位光源１０Ｃ（高さＬ３）により構成されている。単位光源１０Ａおよび単位光源１０Ｂの配置の組み合わせとしては、例えば図４（Ｂ）または図４（Ｃ）に示したパターンが考えられる。図４（Ｂ）のパターンの照明装置２Ａは、周縁部に高さの高い７個の単位光源１０Ａをリング状に、中心部に高さの低い３個の単位光源１０Ｃを三角形状にそれぞれ配置したものである。このような配置パターンでは中心部の発光強度が周縁部に比べて相対的に低くなる。図４（Ｃ）のパターンの照明装置２Ｂは、逆に、周縁部に高さの低い３個の単位光源１０Ｃを配置し、中心部に高い単位光源１０Ａを配置したものである。このような配置パターンでは中心部の発光強度が周縁部に比べて相対的に強くなる。
【００２９】
このように光学樹脂レンズ１３の高さ（Ｌ）が異なる多数の単位光源１０を図４に示したパターンで配置することによって照明装置２の配光を制御することができる。勿論、配置パターン、単位光源１０の数およびの高さの組み合わせは上記のものに限らないことは言うまでもない。
【００３０】
図５は上記照明装置２Ａ、照明装置２Ｂおよび比較例（照明装置１０１）の放射角度に対する発光強度の依存性を測定した結果を表したものである。照明装置１０１は、ＬＥＤ素子１２を覆う光学樹脂レンズ１３の高さが全て同じ単位光源を照明装置２Ａと同様のパターンで配置したものである。図５からわかるように、照明装置１０１は中央（角度０°）にピークを有するなだらかな発光強度を示す。これに対して、照明装置２Ａ，２Ｂは中央付近（角度２０°および−２０°）に２つのピークを有すると共に、中央付近で照明装置１００よりも高い発光強度を示す。特に照明装置２Ａは、照明装置１０１と比較して中央部分で約１．６倍の発光強度を示す。このように光学樹脂レンズ１３の高さが異なる単位光源１０Ａ，１０Ｃを組み合わせて所望のパターンに配置することによって、照明装置の配光を容易に制御することが可能になる。
【００３１】
なお、ここでは２種類の高さを有する単位光源１０Ａ，１０Ｃを用いたが、更に高さや形状の異なる単位光源を多く組み合わせることによって、照明装置２の全体の配光を均一にし、更に中心部の発光強度をより高めることも可能となる。
【００３２】
（１−４）製造方法
図６は上記照明装置１，２の製造工程のうち光学樹脂レンズ１３の形成過程を表したものである。前述のように光学樹脂レンズ１３はＬＥＤ素子１２を覆うドーム状に形成されている。本実施の形態では、金型を用いることなく、樹脂材料のポッティングにより光学樹脂レンズ１３を形成する。
【００３３】
まず、予めＬＥＤ素子１２の駆動回路が形成された基板１１に複数のＬＥＤ素子１２を所望のパターンに配置する。次いで、このＬＥＤ素子１２が配置された基板１１の表面にＬＥＤ素子１２を囲むように撥水領域１４を形成する。撥水領域１４は幅が例えば１ｍｍ、内径が例えば３ｍｍの円環状とする。次に、撥水領域１４の内側に樹脂材料、例えばシリコン樹脂などをポッティングする。適量の樹脂材料をポッティングし、例えば温度１５０℃で６時間加熱することにより樹脂材料を硬化させることにより、中心付近が盛り上がったドーム状の光学樹脂レンズ１３を形成することができる。
【００３４】
この光学樹脂レンズ１３の形状や大きさは、樹脂材料をポッティングする際のポッティング装置２００の動作を制御することによって種々調整することができる。例えば、樹脂材料を射出させつつ、ポッティング装置２００および基板１１を鉛直方向に移動させることで、樹脂材料をＺ方向に伸縮させることができる。具体的には、矢印（Ａ）の方向に加速度が加われば樹脂材料が延伸され、Ｚ方向に伸びた光学樹脂レンズ１３が形成される。一方、矢印（Ｂ）の方向に加速度が加われば、樹脂材料が圧縮され、Ｚ方向に縮んだ光学樹脂レンズ１３が形成される。また、樹脂材料をポッティングしたのち、基板１１を逆さま（天地が反転）にすることにより重力を利用して樹脂材料を延伸してもよい。このように、樹脂材料のポッティングにより光学樹脂レンズ１３を形成することにより、光学樹脂レンズ１３の高さＬを容易に調整することができる。
【００３５】
以上のように基板１１上に配置した複数のＬＥＤ素子１２上にそれぞれ所定の量の樹脂材料をポッティングして光学樹脂レンズ１３を形成することにより、光学樹脂レンズ１３の高さの異なる複数種類の単位光源１０を備えた照明装置１，２が完成する。
【００３６】
照明装置１，２では、複数の単位光源１０が基板１１，１２上に所定のパターンで配置されている。この単位光源１０では、ＬＥＤ素子１２が光学樹脂レンズ１３により覆われているため、基板１１の上面側に放射される光Ｌｉの取り出し効率が高まる。本実施の形態では、また、複数のＬＥＤ素子１２がそれぞれ高さの異なる光学樹脂レンズ１３により覆われているため、単位光源１０のＺ軸方向への光Ｌｉの放射強度が調整される。
【００３７】
以上のように本実施の形態では、光学樹脂レンズ１３の高さの異なる複数の単位光源１０を基板１１，１２上に所定のパターンで配置するようにしたので、照明装置１，２の配光強度を制御することが可能となる。これにより所望の配光を有する照明装置を簡易に得ることが可能になる。
【００３８】
また、駆動回路（図示せず）が形成された基板１１，１２に実装されたＬＥＤ素子１０により配光制御が可能となるので、照明装置の小型化を図ることができると共に、製品設計上の自由度が大きく向上する。更に、従来のような外部レンズなどの部品が不要となるため、製造コストの大幅な削減が可能となる。
【００３９】
以下、本発明の他の実施の形態を説明する。なお、第１の実施の形態と同一の構成要素については同一符号を付してその説明を適宜省略する。
【００４０】
［第２の実施の形態］
図７（Ａ）は第２の実施の形態に係る照明装置３（図８）の単位光源２０の断面構成を表したものである。この単位光源２０では、ＬＥＤ素子１２を覆うドーム状の光学樹脂レンズ２３の形状が第１の実施の形態とは異なる。基板１１上のＬＥＤ素子１２および光学樹脂レンズ２３の材料については第１の実施の形態と同様である。
【００４１】
本実施の形態の光学樹脂レンズ２３は、その頭頂部２３ａがＺ方向からＸ−Ｙ平面方向に角度θだけ傾斜した形状を有している。このように光学樹脂レンズ２３が一定角度傾斜すると、ＬＥＤ素子１２から放射された光Ｌｉは光学樹脂レンズ２３の表面（界面）で反射され、配光が図７（Ａ）に示したようにＺ方向からＸ−Ｙ平面方向に傾く。
【００４２】
このような光学樹脂レンズ２３は、前述の光学樹脂レンズ１３の成形方法を応用して形成することができる。具体的には、樹脂材料を基板１１にポッティングする際に、ポッティング装置のノズルを角度θだけ斜めに持ち上げながらポッティングすることによって形成される。なお、光学樹脂レンズ２３の形成方法としては、その他、樹脂材料を基板１１にポッティングしたのち、基板１１を斜めに任意の角度に傾けることによって重力を利用して樹脂材料を延伸させる方法がある。基板１１を傾けることによって重力は鉛直方向（−Ｚ方向）にかかるため、光学樹脂レンズ２３は任意の角度に傾斜配置された形状になる。このように樹脂材料の粘性または流動性を利用することにより、光学樹脂レンズ２３の傾きを任意に変化させることができる。
【００４３】
図８に示した照明装置３はこのような形状を有する複数の単位光源２０を基板１１上にアレイ状（ここでは５行×２列の１０個）に配置して構成したものである。ここでは、一方の列と他方の列とにおいて、光学樹脂レンズ２２の傾きがそれぞれ反対方向（例えば、Ｚ方向からＹおよび−Ｙ方向）を向くように、傾きの方向が異なる２種類の単位光源１０を直線状に配置している。
【００４４】
図８は上記照明装置３の放射角度に対する発光強度の依存性を測定した結果を表すものである。この照明装置３は両端部（角度６０°および−６０°）に２つのピークを有する配光パターンを示している。
【００４５】
このように傾きの方向が異なる２種類の単位光源２０を図７（Ｂ）のように配置することによって、照明装置３では中央よりも両端部の発光強度が相対的に高い配光を有するものとなる。なお、図７（Ｂ）とは逆に、光学樹脂レンズ２３の傾きが各列の間で互いに向き合うように配置すれば、Ｙ方向の発光強度を測定した際に中央の発光強度が最も高い配光を有する照明装置３を作製することができる。
【００４６】
また、本実施の形態では、光源として、光学樹脂レンズ２３の中心軸に傾きを有する単位光源２０を用いているため、第１の実施の形態の単位光源１０と比較して、所望の角度への配光をより高めることが可能になる。
【００４７】
以上のように本実施の形態の照明装置３では、光学樹脂レンズ２３の中心軸が傾斜した単位光源２０を用いることにより、配光を所望の角度とすることが可能となる。更に、より光の放射方向を制御することが可能であるため、第１の実施の形態の照明装置１，２よりもピンスポットの照射が可能となる。
【００４８】
［第３の実施の形態］
【００４９】
図９は第３の実施の形態に係る照明装置４の単位光源３０の断面構成を表したものである。この単位光源３０はＬＥＤ素子１２と光学樹脂レンズ３３との互いの中心軸を基板１１の面内方向と平行な方向にずらしたものである。単位光源３０はＬＥＤ素子１２と光学樹脂レンズ３３との中心軸が異なることを除き、基板１１上の他の構成は第１の実施の形態と同様である。
【００５０】
光学樹脂レンズ３３は、その中心軸Ｃ１がＬＥＤ素子１２の発光中心軸Ｃ２とずれ量Ｘだけ離れている。ずれ量Ｘ＝０の場合には鉛直方向（Ｚ）方向を軸に、Ｘ−Ｙ平面においてプラス方向およびマイナス方向にほぼ対称的な輝度分布が得られる。一方、ずれ量が０でない場合には、例えば放射角度がマイナスの領域では相対輝度が高く、プラスの領域では相対輝度が低くなる。このようにＬＥＤ素子１２の発光中心軸Ｃ２と光学樹脂レンズ３３の中心軸Ｃ１とをずらすことにより、単位光源３０の配光が制御される。
【００５１】
このような光学樹脂レンズ３３を形成するには、ＬＥＤ素子１２の周囲の基板１１上にＬＥＤ素子１２の発光中心軸とは異なる、ずれ量Ｘだけ離れた中心を有する閉曲線状の撥水領域３４を形成すればよい。この撥水領域３４内に樹脂材料をポッティングすることによってＬＥＤ素子１２の中心Ｃ１と光学樹脂レンズ３４の中心軸Ｃ２とがずれ量Ｘだけ離れた単位光源３０が形成される。このような単位光源３０の配光方向は、このずれ量Ｘを大きく、または光学樹脂レンズ３３の高さを高くすることによって、より傾けることができる。
【００５２】
本実施の形態の照明装置４においても第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、光学樹脂レンズ３３を撥水領域３４の中心とＬＥＤ素子１２の発光中心軸をずらすことにより作製することが可能であるため、より簡易に配光方向を制御することが可能になる。但し、第２の実施の形態の照明装置３のほうがより広い角度で配光方向を制御することができる。
【００５３】
［第４の実施の形態］
図１０（Ａ）〜（Ｃ）は第４の実施の形態に係る照明装置５（図１２）を構成する単位光源４０の断面構成を表したものである。この単位光源４０は、光学樹脂レンズとして、ＬＥＤ素子１２を覆う光学樹脂レンズ４３Ａ（第１光学樹脂レンズ）と、この光学樹脂レンズ４３Ａを覆う光学樹脂レンズ４３Ｂ（第２光学樹脂レンズ）とを有している。第２光学樹脂レンズ４３Ｂには蛍光物質が含まれている。
【００５４】
光学樹脂レンズ４３Ａおよび光学樹脂レンズ４３Ｂは、第１の実施の形態の光学樹脂レンズ１３と同様にＬＥＤ素子１２の発光中心軸と同じ中心軸Ｃを有する。この光学樹脂レンズ４３Ａおよび光学樹脂レンズ４３Ｂは、まず、基板１１上にＬＥＤ素子１２を囲むような径の撥水領域４４Ａと、この撥水領域４４Ａを囲むような、さらに径の大きな撥水領域４４Ｂを形成する。この撥水領域４４Ａ内に適量の樹脂材料をポッティングし、加熱処理することで樹脂を硬化させて光学樹脂レンズ４３Ａを形成したのち、この光学樹脂レンズ４３Ａを覆うように撥水領域４４Ｂ内に適量の樹脂材料をポッティングし、光学樹脂４３Ｂを形成する。これにより、単位光源４０が形成される。なお、撥水領域４４Ａおよび撥水領域４４Ｂは図１１に示したように、連続的につながった一つの円環状の撥水領域４４としてもよい。
【００５５】
光学樹脂レンズ４３Ｂは、単位光源４０の明るさおよび色調を調整するためのものであり、例えばシリコンあるいはアクリルなどの透明樹脂に蛍光物質を例えば重量比１０％混練することにより形成される。この蛍光物質としては、例えばイットリウム・アルミニウム・ガーネット（YＡＧ）蛍光体などを用いることができる。光学樹脂レンズ４３Ｂは光学樹脂レンズ４３Ａの外側に形成されている。この光学樹脂レンズ４３Ｂの膜厚を調整することにより単位光源４０の明るさを調整することができる。
【００５６】
図１０（Ａ）〜（Ｃ）はＬＥＤ素子１２を覆う光学樹脂レンズ４３（光学樹脂レンズ４３Ａおよび光学樹脂レンズ４３Ｂ）の直径を一定として光学樹脂レンズ４３Ａ，４３Ｂの膜厚をそれぞれ増減した例を表したものである。ここでは図１０（Ａ）〜（Ｃ）に示した単位光源４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの順に、蛍光物質を混練した光学樹脂レンズ４３Ｂの膜厚を増加させている。単位光源４０Ｃでは光学樹脂レンズ４３Ｂのみとなっている。光学樹脂レンズ４３Ａに対して、蛍光物質が含まれる光学樹脂レンズ４３Ｂの膜厚を増加するにつれて単位光源４０の発光強度は低くなる。すなわち光学樹脂レンズ４３Ａを形成することなく、ＬＥＤ素子１２を直接に光学樹脂レンズ４３Ｂで覆った図１０（Ｃ）の場合には、単位光源４０Ｃの発光強度が最も低くなる。なお、光学樹脂レンズ４３Ｂに混練する蛍光物質の混合比率や混練する量を変えることでも、単位光源４０の明るさを調整することが可能である。
【００５７】
また、光学樹脂レンズ４３Ｂは単位光源４０の色調を調整することもできる。例えば、光学樹脂レンズ４３ＢにＬＥＤ素子１２から射出された所定波長の光が照射されると、光学樹脂レンズ４３Ｂに含まれる蛍光物質が励起され、照射された波長とは異なる波長の光が射出される。このとき蛍光物質は所定波長の光により高い励起状態に遷移したのち、光の輻射を伴って低い励起状態または基底状態に遷移する。つまり状態間のエネルギー差を有する光が射出される。
【００５８】
具体例を挙げると、例えばＬＥＤ素子１２が青色の光源（例えば４５０ｎｍ）であるとする。このとき、青色光の入射に対して緑色光および赤色光を射出する蛍光物質を光学樹脂レンズ４３Ｂに混練させておくと、ＬＥＤ素子１２から光学樹脂レンズ４３Ｂに青色光が照射されると、光学樹脂レンズ４３Ｂからは緑色光（例えば５３０ｎｍ）および赤色光（例えば６３０ｎｍ）が混ざった光が射出される。勿論、ＬＥＤ素子１２から発せられた青色光も混ざりあうため、適当な強度で各色光が混合されていれば光学樹脂レンズ４３Ｂから射出された光が人の目には白色光と認識される。なお、明るさの調整と同様に、蛍光物質の混合比率や混練する量を変えることで任意に色調を調整することが可能である。
【００５９】
光学樹脂レンズ４３Ａと光学樹脂レンズ４３Ｂとの位置関係は上記と逆にしてもよい。すなわち、光学樹脂レンズ４３Ａを蛍光物質を含む光学樹脂レンズ４３Ｂの外側に形成してもよい。光学樹脂レンズ４３Ｂの外側に光学樹脂レンズ４３Ａを設けることにより、ＬＥＤ素子１２から発せられ、光学樹脂レンズ４３Ｂによって色調が調整された光Ｌｉの取り出し効率を向上することができる。
【００６０】
図１２に示した照明装置５は、この単位光源４０を円形の基板１１の周縁部に例えば１０個、中央に例えば３個配置したものである。中央の３個を上記単位光源４０のうち光学樹脂レンズ４３Ｂの膜厚の薄い単位光源４０Ａとし、周縁部の１０個を光学樹脂レンズ４３Ｂの膜厚の厚い単位光源４０Ｂとすると、中央の発光強度が高い、すなわち中央が明るく周縁部が相対的に暗くなる。反対に、基板１１の中央に単位光源４０Ｂを、周縁部に単位光源４０Ａを配置すると、周縁部の発光強度が相対的に高い、すなわち中央が暗く周縁部が明るくなる。
【００６１】
本実施の形態の照明装置５ではＬＥＤ素子１２を光学樹脂レンズ４３Ａおよび蛍光物質を混練した光学樹脂レンズ４３Ｂによって覆い、光学樹脂レンズ４３Ａおよび光学樹脂レンズ４２Ｂの膜厚を調整するようにした。このように明るさまたは色調を調整した単位光源４０を基板１１上に任意パターンで配置することにより、所望の明るさ勾配または色調勾配を有する照明装置を作製することが可能となる。
【００６２】
（変形例１）
図１３（Ｂ）は変形例１としての照明装置６の平面構成を、図１３（Ａ）はその単位光源５０の断面構成を表したものである。この単位光源５０は、光学樹脂レンズ５３の内部に複数（ここでは３個）のＬＥＤ素子２２を備えている。照明装置６はこの単位光源５０を円形の基板１２上に図４と同様のパターンで配置したものである。
【００６３】
単位光源５０は、例えば赤色ＬＥＤ素子２２Ｒ，緑色ＬＥＤ素子２２Ｇおよび青色ＬＥＤ素子２２Ｂの三原色のＬＥＤ素子２２を含み、これら赤色ＬＥＤ素子２２Ｒ，緑色ＬＥＤ素子２２Ｇおよび青色ＬＥＤ素子２２Ｂが１個の光学樹脂レンズ５３で覆われている。この３色のＬＥＤ素子２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂを選択的に駆動することによって幅広い色を再現することが可能となる。
【００６４】
このように光学樹脂レンズ５３に封入する複数のＬＥＤ素子２２の駆動条件を変えたり、ＬＥＤ素子２２の種類を組み合わせることによって所望の色勾配を有する照明装置６を作製することができる。
【００６５】
（変形例２）
図１５（Ａ），（Ｂ）は変形例２としての照明装置７の断面構成、図１４はその単位光源６０の断面構成を表したものである。単位光源６０は、ＬＥＤ素子１２を実装するための基板（実装基板１１Ａ）と複数の単位光源６０を配置するための基板（回路基板１１Ｂ）とを別々にしたものである。回路基板１１Ｂは例えばガラスエポキシからなる基板に駆動回路が形成された柔軟な基板（フレキシブル基板）である。
【００６６】
この照明装置７は上記照明装置１〜６と同様に、例えばワイヤボンディングにより実装基板１１Ａ上に設けられた電極（図示せず）に接続される。この電極は実装基板１１Ａに設けられた貫通電極１５、および実装基板１１Ａと回路基板１１Ｂとを接合するための半田層１６を介して回路基板１１Ｂに設けられた駆動回路（図示せず）に電気的に接続されている。半田層１６は例えば金（Ａｕ）により構成される。
【００６７】
この照明装置７では、単位光源６０が実装された実装基板１１Ａが半田層１６によって回路基板１１Ｂに接合されている。このため一部のＬＥＤ素子１２が不良となった場合にはこの半田層１６を溶かすことにより当該不良となったＬＥＤ素子１２を含む単位光源６０を取り外し、交換することができる。
【００６８】
ちなみに、従来の照明装置はＬＥＤ素子の実装基板と回路基板とを兼ねた基板に単位光源を実装するようにしていた。このような構成の場合には、基板を変形させてＬＥＤ素子の配光を制御しようとすると、ＬＥＤ素子と基板上の電極との間のワイヤボンディングの接続部分にクラックが発生しやすく、これがＬＥＤ素子の故障の原因となっていた。これに対して変形例２では、基板１１を、ＬＥＤ素子１２を実装する実装基板１１Ａと単位光源６０を配置する回路基板１１Ｂに分け、単位光源６０を実装した実装基板１１Ａを半田層１６により回路基板１１Ｂに接合させている。よって回路基板１１Ｂを折り曲げることによって応力が発生しても、その応力は半田層１６によって吸収される。これによりＬＥＤ素子１２と電極との間のワイヤボンディングの接続部分にクラックが発生しにくくなる。よって、この照明装置７では回路基板１１Ｂを任意の形状に変形させて配光を制御することが可能となる。
【００６９】
このような構成の照明装置７では、回路基板１１Ｂを自由に変形させることが可能となるため、更に簡易な配光制御が可能となる。具体的には図１６（Ａ）に示したように単位光源６０が外側になるように回路基板１１Ｂを湾曲させることによって光Ｌｉを広い領域に発散させることが可能となる。このような照明装置７Ａは例えば街灯などに用いることができる。また、図１６（Ｂ）に示したように、単位光源６０が内側になるように回路基板１１Ｂを湾曲させると、ＬＥＤ素子１２の光をより簡易に一点に集光させることが可能となる。このような照明装置７Ｂは、例えば手術用の照明等に好適に用いることができる。
【００７０】
以上、第１〜第４の実施の形態および変形例を挙げて本発明の照明装置について説明したが、本発明は上記実施の形態等に限定されるものではなく、上記実施の形態および変形例と同様の効果を得ることが可能な限りにおいて自由に変形可能である。例えば、第１の実施の形態において個別の照明装置に用いるものとして説明した単位光源１０Ａと単位光源１０Ｂとを組み合わせて１の照明装置を構成するようにしてもよい。更には、上記異なる実施の形態での単位光源１０〜６０を２種類以上任意に組み合わせるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１，２，３，４，５，６，７…照明装置、１０，２０，３０，４０，５０，６０…単位光源、１１…基板、１１Ａ…実装基板、１１Ｂ…回路基板、１２，２２（２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ）…ＬＥＤ素子、１３，２３，３３，４３Ａ，５３，６３…光学樹脂レンズ、４３Ｂ…光学樹脂レンズ、１４…撥水領域、２００…ポッティング装置。
【図１】
2011204397.tif 000003
【図２】
2011204397.tif 000004
【図３】
2011204397.tif 000005
【図４】
2011204397.tif 000006
【図５】
2011204397.tif 000007
【図６】
2011204397.tif 000008
【図７】
2011204397.tif 000009
【図８】
2011204397.tif 000010
【図９】
2011204397.tif 000011
【図１０】
2011204397.tif 000012
【図１１】
2011204397.tif 000013
【図１２】
2011204397.tif 000014
【図１３】
2011204397.tif 000015
【図１４】
2011204397.tif 000016
【図１５】
2011204397.tif 000017