(57)【要約】【課題】発光ダイオードの出光方向の狭い照射角内に輝度の高い、均一に混色した光を出光させることができる照明装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、内部に凹面形状の反射面６１を有するベース６に対して、反射面の開口部側中央に素子マウント部７ｆが位置するようにして素子マウント用リード７を設置し、素子マウント部の反射面に向く面に発光色の異なる複数個の発光素子９１−９３をマウントした反射型発光ダイオード２と、反射型発光ダイオード２の出光面に近接して設置したフライアイレンズ３とを備えた照明装置を特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に凹面形状の反射面を有するベースに対して、前記反射面の開口部側中央に素子マウント部が位置するようにして素子マウント用リードを設置し、前記素子マウント部の前記反射面に向く面に発光色の異なる複数個の発光素子をマウントした反射型発光ダイオードと、
前記反射型発光ダイオードの出光面に近接して設置したフライアイレンズとを備えたことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記複数個の発光素子は、ＲＧＢ３色の発光素子であることを特徴とする請求項１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、反射型発光ダイオードとフライアイレンズとを組み合わせた照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオードにて白色光に近い光を取り出す技術の開発が進んでいる。また発光ダイオードの輝度向上のための技術開発も進んでいる。発光ダイオードは、消費電力が低く、発熱も比較的に小さく小型であるため、白色発光する発光ダイオードを投射光源として利用する超小型、ハンディタイプのプロジェクタが提案されている（日経エレクトロニクス、２００８年１２月２９日号、１２−１５ページ―非特許文献１、特開２００５−２９２５６３号公報―特許文献１）。
【０００３】
非特許文献１に記載されている超小型プロジェクタは、米３Ｍ社のＭＰｒｏ１１０と、台湾Ｏｐｔｏｍａ社のＯｐｔｏｍａ  ｐｏｃｋｅｔ  ｐｒｏｊｅｃｔｏｒ  ＰＫ１０１の２機種である。前者ＭＰｒｏ１１０では、投射光源に砲弾型の白色発光ダイオード１個を投射光源として採用し、集光のため白色発光ダイオードの前方にフレネルレンズを設置して白色発光ダイオードからの光を集め、かつ、平行光にして出光できるようにしている。他方、後者のＰＫ１０１では、３色個別に発光するＲＧＢ３個の砲弾型の発光ダイオードを光源とし、これらの３個の発光ダイオードの光をミラーにて１つにまとめてフライアイレンズに入射させ、フライアイレンズにて３色の光を混色し、かつ均一な明るさの光にして出光できるようにしている。
【０００４】
これらのいずれの超小型プロジェクタの光源ユニットにも、砲弾型の発光ダイオードを採用しているので、砲弾型の発光ダイオードの特性として、投射方向の前方に光が集中せず、発光素子からの光が四方八方に分散してしまい、フレネルレンズあるいはフライアイレンズに至る方向に出る光の輝度を高くできない。そのため、従来の超小型プロジェクタの光源ユニットでは、輝度の高い白色光が得られない問題点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２９２５６３号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】日経エレクトロニクス、２００８年１２月２９日号、１２−１５ページ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述の従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、発光ダイオードの出光方向の狭い照射角内に輝度の高い、均一に混色した光を出光させることができる照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの特徴は、内部に凹面形状の反射面を有するベースに対して、前記反射面の開口部側中央に素子マウント部が位置するようにして素子マウント用リードを設置し、前記素子マウント部の前記反射面に向く面に発光色の異なる複数個の発光素子をマウントした反射型発光ダイオードと、前記反射型発光ダイオードの出光面に近接して設置したフライアイレンズとを備えた照明装置である。
【０００９】
上記の照明装置において、前記複数個の発光素子は、ＲＧＢ３色の発光素子とすることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、反射型発光ダイオードをベースにした、小型にして輝度の高い発光ができ、かつ、光混色性にもすぐれた照明装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の１つの実施の形態の投射装置の断面図。
【図２】上記実施の形態に使用する反射型発光ダイオードの斜視図。
【図３】上記実施の形態に使用する反射型発光ダイオードの断面図。
【図４】上記実施の形態の反射型発光ダイオードの製造過程において対を成す素子マウント側リードと３本１組のワイヤ接続側リードに発光素子を取り付け、ワイヤをボンディングした状態の斜視図。
【図５】上記実施の形態の反射型発光ダイオードの製造において使用する凹状ケースの斜視図。
【図６】上記実施の形態の投射装置におけるフライアイレンズの周辺部の光学特性の説明図。
【図７】上記実施の形態の投射装置におけるフライアイレンズの中心部の光学特性の説明図。
【図８】上記実施の形態の投射装置におけるフライアイレンズの反対側の周辺部の光学特性の説明図。
【図９】上記実施の形態の投射装置の白色発光動作の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。図１は、本発明の照明装置の１つの実施の形態としての投射装置１を示している。本実施の形態の投射装置１は、白色発光の反射型発光ダイオード２とその出光面に設置されたフライアイレンズ３とを装置ケース４に収容して構成されている。
【００１３】
図２、図３に示すように、反射型発光ダイオード２は、凹状ケース６、この凹状ケース６の反射面６１の上方を横切るように対置された素子マウント側リード７と３本の平行なワイヤ接続側リード８１，８２，８３、素子マウント側リード７の上片７ａのケース中心側先端の素子マウント部７ｆに搭載されたＲＧＢ３個の発光素子９１，９２，９３を備えている。また、これらの素子マウント側リード７とワイヤ接続側リード８１，８２，８３、発光素子９１，９２，９３は、凹状ケース６の凹部に充填された透明樹脂１３にてモールドされている。
【００１４】
図４に詳しく示すように、素子マウント側リード７の上片７ａのケース中心側先端の素子マウント部７ｆにＲＧＢ３色の発光素子９１，９２，９３がマウントされている。これらの発光素子９１，９２，９３それぞれには、ワイヤ１０１，１０２，１０３それぞれの一端が接続され、ワイヤ１０１，１０２，１０３の他端はワイヤ接続側リード８１，８２，８３それぞれの上片８ａの先端のワイヤ接続部８１ｆ，８２ｆ，８３ｆに接続されている。これらの発光素子９１，９２，９３は、放物面状の反射面６１の焦点位置若しくは焦点から少しずれた焦点近傍の位置に位置設定されている。
【００１５】
図５に示すように、凹状ケース６は、その上面側に放物凹曲面状の凹部が形成されていて、この凹部底面にアルミニウム若しくは銀蒸着することで反射面６１が形成されている。また凹状ケース６の周囲の壁部６２の一方の上縁部に溝６３が形成され、対向する他方の上縁部に溝５１，５２，５３が形成されている。
【００１６】
図２、図３に示すように、素子マウント側リード７は、凹状ケース６の反射面６１の上方を横切り、凹状ケース６の壁側面及び底面に沿うように狭幅の上片７ａ、広幅の垂直片７ｂ、広幅の下片７ｃが折り曲げられてこの凹状ケース６の片側に取り付けられている。３本のワイヤ接続側リード８１，８２，８３は、素子マウント側リード７と対置され、同様に狭幅の上片８１ａ，８２ａ，８３ａ、やや広幅の垂直片８１ｂ，８２ｂ，８３ｂ、このやや広幅の垂直片８１ｂ，８２ｂ，８３ｂと等幅の下片８１ｃ，８２ｃ，８３ｃが折り曲げられて凹状ケース６に取り付けられている。
【００１７】
素子マウント側リード７、３本のワイヤ接続側リード８１，８２，８３それぞれの狭幅の上片７ａ，８１ａ，８２ａ，８３ａの折り曲げ基部７ａ’，８１ａ’，８２ａ’，８３ａ’が凹状ケース６の溝５１，５２，５３，６３それぞれに嵌合され、凹状ケース６の溝５１，５２，５３，６３の外部でリード７，８１，８２，８３それぞれの広幅の垂直片７ｂ，８１ｂ，８２ｂ，８３ｂが凹状ケース６の側面に沿い、かつリード７，８１，８２，８３それぞれの広幅の下片７ｃ，８１ｃ，８２ｃ，８３ｃが凹状ケース６の底面に接している。
【００１８】
凹状ケース６の溝５１，５２，５３，６３それぞれにおいて、リード７，８１，８２，８３それぞれの折り曲げ基部７ａ’，８１ａ’，８２ａ’，８３ａ’の嵌合部分の上面側から凹状ケース６の上縁面までの段差を塞ぐようにその段差部分に小さなＵＶ硬化性樹脂を詰めて硬化させて堰止め１１，１２１，１２２，１２３とし、同時にリード７，８１，８２，８３それぞれの上片７ａ，８１ａ，８２ａ，８３ａの折り曲げ基部７ａ’，８１ａ’，８２ａ’，８３ａ’を固定している。そして、凹状ケース６の凹部内に、例えば、カチオン重合型透明エポキシ樹脂のような透明エポキシ樹脂もしくは透明シリコン樹脂のようなモールド用の透明樹脂１３を凹状ケース６の上縁面に達する深さに充填して硬化させることで、素子マウント側リード７、ワイヤ接続側リード８１，８２，８３の上片７ａ，８１ａ，８２ａ，８３ａ、発光素子９１，９２，９３、ワイヤ１０１，１０２，１０３を透明樹脂１３の中に埋没させた状態で固定している。
【００１９】
図３に示すように、上記構成の反射型発光ダイオード２は、図示していない基板上にこの反射型発光ダイオード２を載置し、底部両側のリード７，８１，８２，８３の下片７ｃ，８１ｃ，８２ｃ，８３ｃそれぞれを半田にてプラス端子、マイナス端子に接続して固定する。そしてこのマウント状態で、それらのプラス端子、マイナス端子に通電することで発光素子９１，９２，９３に両側のリード７，８１，８２，８３それぞれを通じて通電して発光させる。発光素子９１，９２，９３からの光は、図３において矢印線で示すように大部分が下方に向けて出て放物曲面の反射面６１にて反射され、ほぼ平行光線となって凹状ケース６の上面からそれに垂直な方向に出光する。このため、この反射型発光ダイオード２では、光の向きが揃い指向性が強い光、したがって光が当たるところでは輝度の高い光を得ることができる。そのために、本実施の形態の投射装置１の光源として用いた時には、輝度の高い平行光を出光することができ、その前方にコリメートレンズのような集光部材を設置しなくてもフライアイレンズ３に対して輝度の高い平行光を入射させることができる。
【００２０】
尚、上記実施の形態では素子マウント側リード７の素子マウント部７ｆに３個の発光素子９１，９２，９３を搭載し、それらを同時に発光させるために３本１組のワイヤ接続側リード８１，８２，８３それぞれを設けたが、発光素子の個数は３個に限定されるものではなく、発光色の異なる２個の発光素子であってもよく、その場合には、２個の異なる色を均等に混色した混色光を高輝度に発光させることができる。この場合、発光素子の個数に応じて、その数と同本数のワイヤ接続側リードを設けることになる。
【００２１】
さらに、本発明の実施の形態によれば、反射面６１を凹状ケースの凹部の底面に設ける例で説明したが、モールドなどの技術を用いて透明樹脂とリードフレームとを予め一体成形し、凹状ケースの凹部に対する嵌合面となる透明樹脂の底面側に反射面６１を形成する構成であってもよい。また、リード７，８１，８２，８３を固定し、白色発光させることができる構造であれば、箱形の凹状ケース６は必ずしも必要ではない。
【００２２】
次に、本実施の形態の投射装置１において採用したフライアイレンズ３について説明する。図１に示すように、このフライアイレンズ３は、上記の反射型発光ダイオード２を収容した装置ケース４において、前面開口部に反射型発光ダイオード２の出光面と一定の距離を保つように取り付けられている。
【００２３】
図６〜図８に示す実施例の投射装置１のように、反射型発光ダイオード２の出光面から出たＲＧＢ３色それぞれの光束（平行光）Ｌ１はフライアイレンズ３に入射し、碁盤の目状に分割された後、各々の入射側小レンズ３１にてその焦点位置にいったん集光される。その後、再び広がった光束は、出射側小レンズ３２により各々ほぼ平行光Ｌ２として出光し、照射面ＰＬに重畳的に投影される。この光学特性により、フライアイレンズ３は、入射光束Ｌ１の断面が必ずしも均一な強度分布を有していなくても、平均化効果により照射面ＰＬでの照度の均一化が得られる。同時に、各々の小レンズ３１，３２にて別々に３色重畳した光となり、かつ、その３色の重畳した光がフライアイレンズ３の全体でさらに重畳されることになり、照射面ＰＬで照度が平均化し、かつ３色が効果的に重畳して白色光となる。この結果、フライレンズ３からの拡がり角度が狭く、狭い照射面に輝度の高い白色光を照射できることになる。図９は、３色発光の反射型発光ダイオード２とフライアイレンズ３とを採用した上記実施例の投射装置１による３色光Ｌ２の発光動作を示している。
【００２４】
これにより、本実施の形態の投射装置１は、例えば、超小型プロジェクタの光源として利用すれば、輝度の高い白色光を発光する光源として利用でき、鮮明な像を照射面に投影できる超小型プロジェクタが実現できる。
【００２５】
尚、本発明の照明装置は、上記実施の形態の投射装置に限らず、他の用途にも利用できる。例えば、光学ポインター、車載用ビーム整形ユニット、スポットライト等として利用可能である。また、白色発光ダイオードに限らず、２色発光ダイオードにも適用可能である。また照射特性は反射型発光ダイオード２とフライアイレンズ３との間の距離によって変化するので、用途に応じてその距離を調整することができる。
【符号の説明】
【００２６】
１  投射装置
２  反射型発光ダイオード
３  フライアイレンズ
４  装置ケース
６  凹状ケース
７  素子マウント側リード
３１  入射側小レンズ
３２  出射側小レンズ
８１，８２，８３  ワイヤボンディング側リード
【図１】
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【図２】
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【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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【図９】
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