(57)【要約】【課題】レンズ入射部へ入射されるＬＥＤからの出射光の少なくとも１つの光軸がレンズの対称軸と一致しない場合において、照明効率の低減を抑えつつ配光を制御し、かつ配光パターンのムラの発生を改善できる照明装置及びレンズを提供する。【解決手段】ＬＥＤ並びに前記ＬＥＤから放射される光を配光制御するレンズを備えた照明装置であって、  前記ＬＥＤは、光軸の異なる２以上の波長変換部材の発光面を有し、  前記発光面の光軸の少なくとも１本または全ての光軸が前記レンズの対称軸と一致せず、かつ前記レンズの前記出射面には、対称軸上を含む中心領域と出射面の外周を含む外周領域と中心領域と外周領域との間に挟まれる中間領域を備え、前記中間領域が前記中心領域及び前記外周領域と比較して光拡散性が高い高光拡散領域である。【選択図】図５
2015090853.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤ及び前記ＬＥＤから放射される光を配光制御するレンズを備えた照明装置であって、
前記ＬＥＤは、光軸の異なる２以上の波長変換部材の発光面を有し、
前記レンズの入射部、出射面及び反射側面が、２回以上の回転対称形状であり、
前記発光面の光軸の少なくとも１つが前記レンズの対称軸と一致せず、かつ前記レンズの前記出射面には、前記対称軸上の点を含む中心領域と、出射面の外周を含む外周領域と、中心領域と外周領域との間に挟まれる中間領域とを備え、前記中間領域が前記中心領域及び前記外周領域と比較して光拡散性が高い高光拡散領域である
ことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記ＬＥＤが、半導体発光素子及び蛍光体を含む波長変換部材を備えることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記入射部は、前記発光面を取り囲むような凹部で形成されており、前記ＬＥＤに対向する上方入射面とその周囲を囲む側方入射面とを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記高光拡散領域が、粗面化された表面を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項５】
前記２回以上の回転対称形状の入射部、出射面及び反射側面が円であり、前記高光拡散領域が、対称軸を中心とした円周状に形成され、出射面の半径に対する、高光拡散領域の外周半径の占める比率が、１０％以上、９０％以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項６】
前記２回以上の回転対称形状の出射面及び反射側面が多角形であり、前記高光拡散領域が、対称軸を中心とした円周状に形成され、出射面の多角形の外接円の半径に対する、高光拡散領域の外周半径の占める比率が、１０％以上、９０％以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項７】
前記反射側面がファセット状であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項８】
前記ＬＥＤが２種の異なる上面発光表面実装型ＬＥＤであって、各種の上面発光表面実装型ＬＥＤが各々、前記対称軸に対して２回以上の回転対象となるように実装配置されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項９】
光入射部、光出射面及び光反射側面が同軸で２回以上の回転対称形状であるレンズであって、
前記入射部は、１つの凹部で形成されており、凹部の底面に位置する入射面とその底面の周囲を囲む側方入射面とを有し、かつ前記レンズの前記出射面には、対称軸上を含む中心領域と出射面の外周を含む外周領域と、中心領域と外周領域に挟まれる中間領域を備え、中間領域は、中心領域及び外周領域と比較して光拡散性が高いことを特徴とするレンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子としてＬＥＤを用いた照明装置、及び、該照明装置に用いられるレンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤは、従来から知られる蛍光灯やハロゲン電球を用いた照明光源に比べて、高効率かつ長寿命であることから新しい光源として期待されている。特にハロゲン電球のように指向性のある配光を有する照明装置への適用の場合、任意の配光特性が得られるようにするため、ＬＥＤと配光制御用のレンズとを組み合わせることが種々検討されている。
例えば、特許文献１には、ＬＥＤの配光特性を広角から狭角に変化させて輝度を高める方法として、凸入射面と全反射面を組み合わせたハイブリッドレンズを用いることが記載されている。このハイブリッドレンズの対称軸はＬＥＤの単一光軸と一致するよう配置され、入射光を、反射面による全反射によってレンズ対称軸に対して略平行光とし出射させる光路と、凸入射面による屈折によって対称軸に対して略平行光とし集光して出射させる光路の２種類の光路を有し、両光路により、対称軸に対して略平行光が出射する狭角配光の光源ユニットが実現されることが記載されている。
【０００３】
また、特許文献２には、この照射面に発生する色ムラを低減する方法として、入射面、出射面又は反射面に光拡散処理を施すことが記載されている。
さらに、特許文献３では色ムラを改善しつつ照明効率を高くする方法として、出射面にレンズ対称軸を中心とする回転対称の複合凹凸群が設けられ、前記複合凹凸群の光軸を通る断面の形状が、光軸方向に光を拡散させる光軸方向拡散凹凸群と、周辺方向拡散凹凸群とから形成されるレンズが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１４２１７８号公報
【特許文献２】特開２００７−５２１８号公報
【特許文献３】特開２０１２−１４６５６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のように、青色ＬＥＤ素子とこの出射光により波長変換する蛍光体とからなる白色ＬＥＤで配光制御用のハイブリッドレンズを用いた場合、２種類の光路を利用して集光するため、これら光路の違いによって、照射面において色の変化が不連続となる部分が生じ、人間の目には大きな色ムラをとして知覚される。
また、特許文献２のように、入射面、出射面又は反射面に光拡散処理を施すと色ムラは低減する一方、光拡散処理を施していないレンズに比べ、光拡散により狭角配光が難しくなるとともに、ＬＥＤからの光損失が大きくなり照明効率を低下させてしまう。
【０００６】
また、特許文献１〜３に記載の先行技術はいずれも単一の光軸を有するＬＥＤを単一で使用する場合への適用であり、ＬＥＤの光軸とレンズの回転対称軸が一致している場合に限られている。そのため例えば、パッケージ内に複数の半導体発光素子をダイボンドし、その半導体発光素子の直上と周辺だけに蛍光体層を設置し、その上を透明シリコーン樹脂でドーム状に封止したものであるＬＥＤでは光軸が半導体発光素子の数の分だけ存在し得る。そのため、レンズの対称軸以外の場所にも光軸が存在する。尚、本発明における光軸は後述する。あるいは、一つのレンズの入射部に複数のＬＥＤを配置した場合にも同様に
、レンズの対称軸以外の位置にもＬＥＤの光軸が存在する。このような場合、レンズの対称軸以外に光軸が位置するＬＥＤから出射された光は、元来レンズが意図している光路を通らず非制御光となり照射面に意図しない配光パターンが出現してしまうという問題が発生する。
【０００７】
本発明は、レンズ入射部へ入射されるＬＥＤからの出射光の少なくとも１つの光軸がレンズの対称軸上と一致しない場合において、照明効率の低減を抑えつつ配光を制御し、かつ配光パターンのムラの発生を改善できる照明装置及びレンズを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の照明装置は、ＬＥＤ（発光装置）及び前記ＬＥＤから放射される光を配光制御するレンズを備えた照明装置であって、
前記ＬＥＤは、光軸の異なる２以上の波長変換部材の発光面を有し、
前記レンズの入射部、出射面及び反射側面が、２回以上の回転対称形状であり、
前記発光面の光軸の少なくとも１つが前記レンズの対称軸と一致せず、かつ前記レンズの前記出射面には、前記対称軸上の点を含む中心領域と、出射面の外周を含む外周領域と、中心領域と外周領域との間に挟まれる中間領域とを備え、前記中間領域が前記中心領域及び前記外周領域と比較して光拡散性が高い高光拡散領域であることを特徴とする。
また、本発明の照明装置は、前記ＬＥＤが、半導体発光素子及び蛍光体を含む波長変換部材を備えることを特徴とする。
また、本発明の照明装置は、前記入射部は、前記発光面を取り囲むような凹部で形成されており、前記ＬＥＤに対向する上方入射面とその周囲を囲む側方入射面とを有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の照明装置は、前記高光拡散領域が、粗面化（テクスチャー）加工された表面を有することを特徴とする。
また、本発明の照明装置は、前記２回以上の回転対称形状の入射部、出射面及び反射側面が円であり、前記高光拡散領域が、対称軸を中心とした円周状に形成され、出射面の半径に対する、高光拡散領域の外周半径の占める比率が、１０％以上、９０％以下であることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の照明装置は、前記２回以上の回転対称形状の出射面及び反射側面が多角形であり、前記高光拡散領域が、対称軸を中心とした円周状に形成され、出射面の多角形の外接円の半径に対する、高光拡散領域の外周半径の占める比率が、１０％以上、９０％以下であることを特徴とする。
また、本発明の照明装置は、前記反射側面がファセット状であることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の照明装置は、前記ＬＥＤが２種の異なる上面発光表面実装型ＬＥＤであって、各種の上面発光表面実装型ＬＥＤが各々、前記対称軸に対して２回以上の回転対象となるように実装配置されていることを特徴とする。
また、本発明のレンズは、光入射部、光出射面及び光反射側面が同軸で２回以上の回転対称形状であるレンズであって、
前記入射部は、１つの凹部で形成されており、凹部の底面に位置する入射面とその底面の周囲を囲む側方入射面とを有し、かつ前記レンズの前記出射面には、対称軸上を含む中心領域と出射面の外周を含む外周領域と、中心領域と外周領域に挟まれる中間領域を備え、中間領域は、が中心領域及び外周領域と比較して光拡散性が高いことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、異なる光軸を有する２以上の発光面を有するＬＥＤを用いた照明装置において、レンズ入射部へのＬＥＤからの出射光の照明効率低減を抑えつつ配光を狭角に
制御し、かつ配光パターンのムラを改善し、照明装置の照射面のムラを軽減できる照明装置及び当該照明装置に用いるレンズを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】１以上の光軸を持つＬＥＤを示す断面図
【図２】本発明の実施形態に係る照明装置を構成するレンズとＬＥＤの断面図
【図３】本発明の実施形態に係る照明装置を構成するレンズと複数のＬＥＤの断面図
【図４】異なる２種のＬＥＤを用いた場合の配置例
【図５】レンズの正面図(上面)およびレンズの斜視図
【図６】反射側面がファセット状である実施形態に係るレンズの斜視図
【図７】反射側面がファセット状である実施形態に係るレンズの正面図(下面)
【図８】実施例に用いたレンズ
【図９】異なる２種のＬＥＤを用いた照明装置の実施例の説明図
【図１０】評価装置の図
【図１１】実施例及び比較例の出射角と照度比及び相対色温度の関係を示す図
【図１２】実施例及び比較例の出射角と照度の関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明について詳細に説明する。以下に記載する発明構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例（代表例）であり、本発明はその要旨を超えない限り、これらの形態のみに限定する趣旨のものではない。
【００１５】
＜ＬＥＤの光軸の定義＞
一般的に光軸とは光学系において、系全体を通過する光束の代表となる仮想的な光線を指す。従って、複数の個別のＬＥＤ（発光装置）からの発光で光束が分離していても、全てのＬＥＤで一つの光学系を構成する場合は一本の光軸を定義することは可能である。しかし本発明のようにレンズの入射部とＬＥＤの大きさが近似の場合、レンズ内での光路を考慮する必要があり、このような場合、一つの発光領域（発光面）から出射される一つの光束を定義する必要がある。本発明では、半導体発光素子と蛍光体とを組み合わせたＬＥＤを用いることが好ましく、一つの発光領域は実質上連続した蛍光体設置領域（波長変換部材の連続した発光面）から出射される光である。そこで、本発明においては、連続した蛍光体設置領域（波長変換部材の連続した発光面）から出射される光ごとに光軸を定義する。
【００１６】
図１は、本発明に好適に用いられるＬＥＤ１０の一例であるが、パッケージ基板１１に２個の半導体発光素子１２をダイボンドし、その半導体発光素子の直上と周辺だけに蛍光体層１３a、１３ｂを設置し、その上を透明シリコーン樹脂１４でドーム状に封止したも
のである。従ってこの場合、各蛍光体層１３ａ、１３ｂが、それぞれ連続した蛍光体設置領域（波長変換部材）となるため、それぞれからの光軸を図中の矢印Ａ、Ｂで示した。尚、シリコーンと空気との境界で屈折率差により厳密には光軸が屈曲するが図では無視している。
【００１７】
＜照明装置の構成＞
（レンズとＬＥＤの関係）
図２は、本発明の実施形態に係る照明装置３０を構成するＬＥＤ１０とレンズ２０の関係を示す断面図である。照明装置３０は、少なくともＬＥＤ１０とレンズ２０とを備えている。さらに図中の３１はＬＥＤを実装しているプリント配線板を示している。レンズ２０は、図中Ｃで示した対称軸を中心にした２回以上の回転体形状を成し、入射部２１、出射面２２及び反射側面２３を備えた構造を有している。ここで、入射部２１はＬＥＤ１０に対向する上方入射面とその周囲を囲む側方入射面から構成されておりまた、また後述す
るが出射面２２には、図には示されていないが、対称軸Ｃ上を含む中心領域及び出射面の外周を含む外周領域以外の領域に、中心領域及び外周領域と比較して光拡散性が高くなるよう表面処理された高光拡散領域がある。
【００１８】
また、図２に示したＬＥＤは図１と同様のＬＥＤであり、この場合光軸はＡ、Ｂの２本である。これらのＬＥＤ１０の光軸とレンズの対称軸Ｃとは図に示したとおり一致していない。尚、この図においてＬＥＤ１０は表面実装型のパッケージＬＥＤであり、プリント配線板上に実装されているが、ヒートシンク等の基台の上にプリント配線板なしに放熱シートあるいは放熱グリースを間に挟み直接ＬＥＤを設けても良い。とりわけ複数の半導体発光素子(チップ)を基板上（オンボード）に設けたＣＯＢ（チップオンボード）型のＬＥＤも好適に用いられる。この場合のＣＯＢは２箇所以上の波長変換部材の発光面が存在し、光軸中少なくとも１本は対称軸Ｃとは一致していない。
【００１９】
さらに図３は、図２とは別形態での本発明の実施形態に係る照明装置２０を構成するレンズ２１と複数のＬＥＤ１５の関係を示した断面図である。ＬＥＤ１５はＬＥＤ１０とは異なり、ＬＥＤの出射面全体が蛍光体含有の封止剤で封止されている。このＬＥＤ１５のパッケージ内にある半導体発光素子の数が２個以上であっても波長変換部材の発光面が連続しているため、このＬＥＤからの光軸は一本となる。図３ではこのＬＥＤ１５をレンズ２１の入射部２２に対して３個実装配置しており、中央のＬＥＤ１５の光軸Ｆはレンズ２１の対称軸Ｃと一致している。しかし、他のＬＥＤ２個からの光軸Ｄ，Ｅはレンズ２１の対称軸Ｃと一致していない。
【００２０】
（ＬＥＤの構成）
本発明に用いられるＬＥＤを説明するが、本発明の請求範囲内であれば特に限定されるものではない。本発明においてＬＥＤは、少なくとも半導体発光素子と蛍光体とを組み合わせたものである。
本発明ではピーク波長が４５０ｎｍ近傍の青色に発光する半導体発光素子が好適に用いられる。また、３８０ｎｍから４２０ｎｍにピーク波長のある近紫外又は紫色発光の半導体発光素子も好適に用いることができる。また、この半導体発光素子に用いる半導体基板は発光層（活性層）を構成する半導体材料と、格子定数が同等か又は近い材料を用いることが好ましく、例えば、発光層に窒化物半導体を用い、基板に窒化物半導体、炭化珪素、又はサファイアを用いることが好ましい。中でも、ＧａＮ基板は、発光層を構成する半導体材料がＧａ含有窒化物半導体である場合に、格子定数が等しいので、基板と半導体発光層の間のミスマッチがほとんどなく、発光効率の点でも耐久性の点でも好ましい。このような基板を用いた半導体発光素子を適用した場合、ＬＥＤに大電流を投入しても、発熱による熱劣化が少なく、長寿命でかつ大光束のＬＥＤ照明装置を実現することができる。
【００２１】
半導体発光素子を実装するためのパッケージ材としては、例えば、熱伝導性が良好なアルミニウム等の金属材料に絶縁材料を介し電極用配線パターン形成されたメタルベース基板が好適に用いられる。さらにアルミナや窒化アルミニウムなどのセラミックを基台の上に電極用配線パターンを設けたセラミック基板が好適に用いられる。半導体発光素子の実装方法は、半導体発光素子を前期基板の実装面にペーストでダイボンドしたもので、基板配線とは金線によりワイヤーボンドされているもの、あるいは、半導体発光素子の活性層側を下に素子の電極と基板配線とを金のバンプで固着したフリップチップボンドなどが挙げられる。
【００２２】
本発明において蛍光体の種類は特に限定されるものではないが、ピーク波長が４５０ｎｍ近傍の青色半導体発光素子の場合は、黄色蛍光体のみ、あるいは黄色蛍光体と赤色蛍光体の混合、あるいは緑色蛍光体と赤色蛍光体の混合とを組み合わせたＬＥＤが好適に用いられる。また、３８０ｎｍから４２０ｎｍにピーク波長のある近紫外又は紫色発光の半導
体発光素子の場合は青色蛍光体と緑色蛍光体及び赤色蛍光体を混合し組み合わせたＬＥＤが好適に用いられる。以下に好適に用いることが可能な各種蛍光体の具体例を示す。
【００２３】
（赤色蛍光体）
赤色蛍光体の発光ピーク波長は、通常は５７０ｎｍ以上、好ましくは５８０ｎｍ以上、より好ましくは５８５ｎｍ以上で、通常は７８０ｎｍ以下、好ましくは７００ｎｍ以下、より好ましくは６８０ｎｍ以下の波長範囲にあるものが好適である。中でも、赤色蛍光体として例えば、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）２Ｓｉ５（Ｎ，Ｏ）８：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）Ｓｉ（Ｎ，Ｏ）２：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）ＡｌＳｉ（Ｎ，Ｏ）３：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｂａ）３ＳｉＯ５：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ）Ｓ：Ｅｕ、（Ｌａ，Ｙ）２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、Ｅｕ（ジベンゾイルメタン）３・１，１０−フェナントロリン錯体などのβ−ジケトン系Ｅｕ錯体、カルボン酸系Ｅｕ錯体、Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎが好ましく、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）２Ｓｉ５（Ｎ，Ｏ）８：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉ（Ｎ，Ｏ）３：Ｅｕ、（Ｌａ，Ｙ）２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎがより好ましい。
【００２４】
（橙色蛍光体）
赤色蛍光体のうち、発光ピーク波長が５８０ｎｍ以上、好ましくは５９０ｎｍ以上で、６２０ｎｍ以下、好ましくは６１０ｎｍ以下の範囲にあるものは、橙色蛍光体として好適に用いることができる。このような橙色蛍光体としては、（Ｓｒ，Ｂａ）３ＳｉＯ５：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｂａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）２Ｓｉ５（Ｎ，Ｏ）８：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）ＡｌＳｉ（Ｎ，Ｏ）３：Ｃｅなどがある。
【００２５】
（緑色蛍光体）
緑色蛍光体の発光ピーク波長は、通常は５００ｎｍ以上、好ましくは５１０ｎｍ以上、より好ましくは５１５ｎｍ以上で、通常は５５０ｎｍ未満、好ましくは５４２ｎｍ以下、より好ましくは５３５ｎｍ以下の波長範囲にあるものが好適である。中でも、緑色蛍光体として例えば、Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ、ＣａＳｃ２Ｏ４：Ｃｅ、Ｃａ３（Ｓｃ，Ｍｇ）２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ、（Ｓｒ，Ｂａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ、（Ｓｉ，Ａｌ）６（Ｏ，Ｎ）８：Ｅｕ（β−サイアロン）、（Ｂａ，Ｓｒ）３Ｓｉ６Ｏ１２：Ｎ２：Ｅｕ、ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ，Ｍｎが好ましい。
【００２６】
（黄色蛍光体）
黄色蛍光体の発光ピーク波長は、通常は５３０ｎｍ以上、好ましくは５４０ｎｍ以上、より好ましくは５５０ｎｍ以上で、通常は６２０ｎｍ以下、好ましくは６００ｎｍ以下、より好ましくは５８０ｎｍ以下の波長範囲にあるものが好適である。中でも、黄色蛍光体として例えば、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、（Ｙ，Ｇｄ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ）Ｓｉ２Ｎ２Ｏ２：Ｅｕ、α−サイアロン、Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅが好ましい。
【００２７】
（青色蛍光体）
青色蛍光体の発光ピーク波長は、通常は４２０ｎｍ以上、好ましくは４３０ｎｍ以上、より好ましくは４４０ｎｍ以上で、通常は５００ｎｍ未満、好ましくは４９０ｎｍ以下、より好ましくは４８０ｎｍ以下、更に好ましくは４７０ｎｍ以下、特に好ましくは４６０ｎｍ以下の波長範囲にあるものが好適である。中でも、青色蛍光体として例えば、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）ＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）１０（ＰＯ４）６（Ｃｌ，Ｆ）２：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｓｒ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ）３ＭｇＳｉ２Ｏ８：Ｅｕが好ましく、（Ｂａ，Ｓｒ）ＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）１０（ＰＯ４）６（Ｃｌ，Ｆ）２：Ｅｕ、Ｂａ３ＭｇＳｉ２Ｏ８：Ｅｕがより好ましく、Ｓｒ１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕが特に好ましい。
【００２８】
（封止剤）
前述した蛍光体を分散保持し、またはパッケージにおいて半導体発光素子を保護する目的で封止剤を用いることができる。この封止剤には熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂などが用いられるが、半導体発光素子から発せられる光に対して十分な透明性と耐久性とを有した材料を用いるのが好ましい。具体的には、例えば、ポリ（メタ）アクリル酸メチルなどの（メタ）アクリル樹脂、ポリスチレンやスチレン−アクリロニトリル共重合体などのスチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、フェノキシ樹脂、ブチラール樹脂、ポリビニルアルコール、エチルセルロースやセルロースアセテートやセルロースアセテートブチレートなどのセルロース系樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂などがあげられる。また、無機系材料、例えば、金属アルコキシド、セラミック前駆体ポリマーもしくは金属アルコキシドを含有する溶液をゾル−ゲル法により加水分解重合してなる溶液またはこれらの組み合わせを固化した無機系材料、例えばシロキサン結合を有する無機系材料やガラスを用いることができる。特に蛍光体を分散後に熱により架橋させることのできる付加型あるいは縮合型のポリオルガノシロキサンが好ましい。
【００２９】
（波長変換部材の形成）
上面発光表面実装型用パッケージがキャビティー構造を有しそのキャビティー中に半導体発光素子をダイボンドしている場合、前記封止剤に蛍光体を分散調液したものをディスペンサーに入れディスペンサーからキャビティー中にポッティングし、その後熱硬化することにより蛍光体を含む波長変換部材を備えたＬＥＤが形成される。尚、分散調液の際に、粘度を適切に調整するためにアエロジルなどのチクソ剤を混ぜることも可能である。このような方法により形成された上面発光表面実装型ＬＥＤの場合、ＬＥＤの発光面全体で一つの連続した蛍光体設置領域（一つの連続した波長変換部材の発光面）が形成されている。
【００３０】
また、パッケージ基板に２個の半導体発光素子をダイボンドし、その半導体発光素子の直上と周辺だけに蛍光体層を設置し、その上を透明シリコーン樹脂でドーム状に封止する場合、各半導体発光素子の上または上と周囲にのみ封止剤に蛍光体を分散調液したものをディスペンサーからポッティングする。あるいは、事前に前記封止剤をマトリスクスとし蛍光体を分散させ硬化させた蛍光体板を作成し、これを各半導体発光素子の上に設置し、その後、透明シリコーン樹脂でドーム状に封止する方法も好適に用いられる。この場合は、ＬＥＤとしては一つであるが、２箇所の連続した蛍光体設置領域（光軸の異なる２つの波長変換部材の発光面を有するＬＥＤ）となる。
【００３１】
（ＬＥＤの種類と配置）
前記ＬＥＤは多くの場合、プリント配線板、特に放熱特性の良いアルミや銅の金属コア基板（ＭＣＰＣＢ）にリフローで実装する。このＬＥＤを実装したＬＥＤモジュールは放熱シートあるいは放熱グリースを介し、熱伝導性の良いヒートシンク上に設置される。これらのヒートシンクが照明装置の筐体をかねている場合はヒートシンクに、またヒートシンクと筐体が分離している場合は筐体に、レンズを取り付けることが通常である。この際のレンズとＬＥＤの位置関係は（レンズとＬＥＤの関係）の段落で説明した通りである。また、適宜ＬＥＤモジュールにリード線を介し電力を供給するが、ドライバー回路が照明装置の筐体内にあっても、また外付けであってもよい。通常このようにして本発明の照明装置は構成されるが、別の公知の方法で構成するのでも良い。
【００３２】
前記ＬＥＤが２種以上の異なる上面発光表面実装型ＬＥＤで構成される場合、各種の上面発光表面実装型ＬＥＤが各々、レンズ対称軸に対して２回以上の回転対象となるようにＭＣＰＣＢにリフローされ実装配置されていることが好ましい。このような配置とするこ
とにより、配光パターンのムラを一層抑制することが可能となる。
ここで、２種以上の異なるＬＥＤとは、例えば、色ごとの蛍光体比率を変えることで色度が異なる白色ＬＥＤの場合や、また、色度が同じでも出力の異なるＬＥＤである場合などである。より具体的には、図４に示しているが、全体で４個の上面発光表面実装型ＬＥＤのモジュール３１の場合、２個の上面発光表面実装型ＬＥＤ１５ａの色温度が３０００Ｋ、また別の２個のＬＥＤ１５ｂの色温度が５０００Ｋとして例示した。この場合、レンズ対称軸（図中の点線の交点に垂直）に対して２回以上の回転対照となすためには、それぞれのＬＥＤ１５ａと１５ｂが図４に示したように交互配置でなければならない。
【００３３】
＜レンズ２０＞
（レンズ２０の構成）
図２，３は、本発明の実施形態に係る照明装置３０の概略を示す図であるが、図２，３には、レンズの対称軸Ｃを平行に含む平面によってレンズ２０を切断した場合の断面図が記載されている。図５（ａ）及び（ｂ）は、本発明の実施形態に係る照明装置を構成するレンズ２０の出射面側から見た正面図及び斜視図である。
【００３４】
図２においてレンズ２０は、図中Ｃで示した対称軸を中心にした２回以上の回転体形状を成し、入射部２１、出射面２２及び反射側面２３を備えた構造を有している。上記回転体形状は、レンズ全体として、実質的に対称な回転体形状であることを意味し、集光機能に影響しない程度の部材の追加や加工変形を施したものであっても、本発明の回転体形状に含むものとする。２回以上の回転体形状として一般的に正多角形があげられるが、好ましくは五角形以上であり、さらに好ましくは十二角形以上である。円も非常に好ましい。さらにまた、意匠性と配光特性の観点から反射側面がファセット状であるレンズも好適に用いることができる。図６に反射側面がファセット状である実施形態に関わるレンズ６０を示した。ここで、ファセット状とは、外形が多角形であり、この多角形の面内では平面となっており、これらの平面状多角形が立体的に連なりあうように反射面を形成したものである。このような形状のレンズとすることにより、外観の意匠性が向上するとともに配光パターンのムラを抑制する効果が得られる。
【００３５】
また図６のレンズ６０ではレンズ本体以外にレンズを固定するための爪６２、出射面外縁に沿うように設けたフランジ６３及び、足６４を併せ持っているが、これらは集光機能に影響しない程度の部材の追加である。また、図７は図６のレンズを底面側から見た正面図である。ファセット６１が出射面において正３２角形をなしていることが分かる。
図２において、レンズ２０の入射面２１の形状は、レンズ２０の対称軸Ｃに対して回転対称な形状となるように設けられており、１つの凹部２１をなしている（図５（ｂ）参照）。また、レンズ２０の入射面２１は、ＬＥＤ１０に対向する上方入射面２１ａと、その周囲を囲む側方入射面２１ｂとからなり、上方入射面２１ａは凸レンズを構成していることが好ましい。
【００３６】
レンズ２０の材質については、本発明の目的を達成しうる限り特に限定されないが、プラスチックを好適に用いることができる。具体的には、アクリル、環状ポリオレフィン及びポリカーボネート等の熱可塑性プラスチック、光硬化性プラスチック、ＵＶ硬化性プラスチックなどを用いることができる。このうち、製造コストの低減の観点から、射出成形によって製造することが可能な、アクリル、環状ポリオレフィン及びポリカーボネート等の熱可塑性プラスチックが好適であり、中でもポリカーボネートが特に好ましい。さらにまた、難燃性が要求される場合には難燃剤、ＵＶ透過を抑制する場合にはＵＶ吸収剤などの添加剤を、実施的に透過性を大きく損なわない程度にプラスチック中に含有することができる。
【００３７】
（高光拡散領域の構成）
図５（ａ）に、レンズ２０の対称軸Ｃ（図中の点線の交点に垂直）上を含む中心領域４１及び出射面の外周を含む外周領域４２以外の領域に、中心領域及び外周領域と比較して光拡散性が高くなるよう表面処理された高光拡散領域４３を網掛けで示した。
高光拡散領域４３は、レンズ出射面２２への粗面化（テクスチャー）加工された表面を有するものであるが好ましい。特に、周期性を持たない粗面化加工（シボ加工等）された表面は容易に均一に光拡散できるため特に好ましい。この粗面化表面の粗さは、領域を透過する光を拡散することができれば特に限定されるものではないが、中心領域４１及び出射面の外周を含む外周領域４２の算術平均粗さＲａ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１）より大きい値である必要がある。高光拡散領域の算術平均粗さＲａは、好ましくは０．１μｍ以上、１０μｍ以下であり、さらに好ましくは０．３μｍ以上、３．０μｍ以下である。また、十点平均粗さＲｚは、好ましくは０．６μｍ以上、６０μｍ以下、さらに好ましくは１．８μｍ以上、１８μｍ以下である。
【００３８】
高光拡散領域４３は、前記２回以上の回転対称形状の入射部、出射面及び反射側面が円である場合、前記高光拡散領域が、対称軸を中心とした円周状に形成され、出射面の半径に対する、高光拡散領域の外周半径の占める比率が、１０％以上、９０％以下であることが好ましい。さらに好ましくは２０％以上、８０％以下である。
また、高光拡散領域４３は、前記２回以上の回転対称形状の出射面及び反射側面が多角形である場合、高光拡散領域が、対称軸を中心とした円周状に形成され、出射面の多角形の外接円の半径に対する、高光拡散領域の外周半径の占める比率が、１０％以上、９０％以下であることが好ましい。さらに好ましくは２０％以上、８０％以下である。
【００３９】
高光拡散領域４３の形状は特に限定されないが、レンズ２０の対称軸Ｃに対して回転対象を成していることが好ましい。その場合例えば、レンズ出射面２２の外周形状と同様の形状、特に円であることが好ましい。また、高光拡散領域４３の大きさは、レンズ出射面２２の半径Ｒ、高光拡散領域４３の外周側の半径（外周半径）ｒとした場合、式（１）を満たすことが好ましい。
【００４０】
０．１  ≦  ｒ／Ｒ  ≦  ０．９            （１）
さらに好ましくは式（２）を満たす場合ある。
０．２  ≦  ｒ／Ｒ  ≦  ０．８            （２）
また、図６のレンズのように出射面２２が正多角形の場合は、多角形の外接円の半径を前記Ｒとし、式（１）を満たすことが好ましく、式（２）を満たすことがさらに好ましい。
【００４１】
高光拡散領域４３の内周側の大きさは特に限定されないが、高光拡散領域４３の外周側の半径（外周半径）ｒ、内周半径をｒｉとした場合、式（３）を満たすことが好ましい。
ｒ＞ｒｉ≧０．１ｒ                      （３）
さらに好ましくは式（４）を満たす場合ある。
ｒ＞ｒｉ≧０．２ｒ                      （４）
尚、この場合、高光拡散領域４３の内周半径は中心領域４１の外周半径と一致している。
【００４２】
（高光拡散領域の形成方法）
高光拡散領域４３の形成方法は特に限定されないが、射出成型用の金型に予めシボ加工を施しておくことが好ましい。また、別の方法として、シボのない状態のレンズを射出成型で形成した後、シボ加工しない領域をマスクした上でサンドブラストを吹き付けることでも形成できる。さらにまた、シボのない状態のレンズに片面シボ加工されているフィルムを貼り付けることでも形成可能である。
【実施例】
【００４３】
本発明の一実施形態として、二種のＬＥＤを用いた場合の実施例を説明する。
（実施例に使用したＬＥＤモジュール）
実施例に使用したＬＥＤモジュールを図９に示した。直径２４ｍｍ、厚さ１ｍｍの片面アルミのプリント配線板９１上に、ソウル半導体社製のＬＥＤ９２、品名ＳＺ５−ＭＯ−ＷＷ−Ｃ８（色温度３０００Ｋ、サイズ３．５ｍｍＸ３．５ｍｍ）２個、三菱化学社製のＬＥＤ９３、品名ＣＬ−Ｆ２７０−６ＭＵ２Ｖ００３Ｔを（色温度２９００Ｋ、サイズ３．５ｍｍＸ２．８ｍｍ）２個を、同種のＬＥＤが対角になり、ＬＥＤの中心での対角間距離が６ｍｍとなるように実装し、ＬＥＤモジュールを準備した。尚、４個のＬＥＤ間は直列で接続されており、リード線を介して電力を供給できる。また、このモジュールの中心に後述するレンズの対称軸がくるように、レンズ設置領域９４にレンズを設置する。
従ってこれらのＬＥＤの配置は、その対称軸に対して１８０度の対称性を成している。さらに、各ＬＥＤが各々光軸を持つが、これらＬＥＤの光軸は、全て、レンズの対称軸とは一致しない。
【００４４】
（実施例に使用したレンズ）
実施例に使用したレンズを図８に示した。このレンズは高さ１１．８ｍｍ、出射面の直径は２６ｍｍ、ただし、筐体接合用の爪部を取り付けるためのフランジ部の直径は３３．８ｍｍである。また、このレンズは反射面がファセット状であり３０角形となっている。また、入射部の開口径は９．７ｍｍの円形である。尚、このレンズはポリカーボネートの射出成型により準備した。また、このレンズの高拡散領域は、対称軸を中心とし内周半径８．０ｍｍ、外周半径１８ｍｍで、サンドブラスにより算術平均粗さＲａが約１．１μｍ、十点平均粗さＲｚが６．５μｍとなるようにシボ加工を施した。尚、後述する評価で比較例として、サンドブラス加工のない、つまり粗面化領域（高光拡散領域）のない同様のレンズも準備した。
【００４５】
（実施例に使用した照明装置）
準備したレンズの対称軸が準備したＬＥＤモジュールの中心になるように、レンズとＬＥＤモジュールを接合し照明装置とした。これをヒートシンク筐体内に設置した。
（評価装置）
ゴニオメーターに照明装置を設置し、照明装置を図１０のように、照明装置の先端中央を中心にφ軸方向とθ軸方向に回転できるようにした。尚、θが０°は照明装置が後述する受光器の中心に照明装置の光軸が向いている時である、またφ軸方向とは照明装置の光軸を中心に回転する方向である。照明装置先端から照明装置の光軸上１ｍの距離に直径２０ｍｍφの円盤状の受光器を設置し、各角度における放射光強度のほか分光放射スペクトルを測定し色温度を記録できるようにした。測定は暗室下で、実施例、比較例ともに照明装置に４００ｍＡの直流電流を印加し、光強度および色温度の角度分布を測定した。尚、実施例と比較例はレンズのみを交換したもので他の条件は全て同一である。
【００４６】
（評価結果）
図１１に測定結果を示した。θを−６０°〜６０°（Φ＝０°）にした時の照度比・強度分布（図中点線）において、実施例ではスムーズな釣鐘状の分布をしているが、比較例ではθが３５°付近から５０°付近にかけて釣鐘状と異なり隆起が見られる。このθ各付近にてΦ軸を変え縦軸を拡大して見たグラフを合わせて図１２に示している。実施例ではどのΦ軸角度においてもなめらかに光強度が単調減少しており、光の照射ムラが少ないことを示しているが、比較例ではΦが１８０°ごとに特定のθ角に対して隆起のピークが現れて、光の照射ムラが発生していることを示している。これは、２種のＬＥＤを１８０°の対称性で実装したことに起因しており、比較例の粗面化領域なし（シボなし、高光拡散領域なし）レンズでは対称軸以外の光軸から出射された光が、元来レンズが意図している光路を通らず非制御光となり照射面に意図しない配光パターンを呈しているからである。
【００４７】
また、図１１にはθを−６０°〜６０°（Φ＝０°）にした時の色温度（図中実線）の角度依存も示している。実施例ではどの角度においても色温度はほぼ一定になっているが、比較例のシボなしレンズでは激しく色温度が変調していることが分かる。さらにまた、中心光度を比較すると実施例が７００ｃｄ、比較例が７３０ｃｄであり、でほぼ同等であり、かつ１／２ビーム角が２２°と不変であることが分かる。つまり本実施例においては照明効率低減やビーム角が拡散することを抑制しつつ、配光パターンのムラが改善されていることが分かる。
【符号の説明】
【００４８】
１０    ＬＥＤ
１１    パッケージ基板
１２    半導体発光素子
１３ａ，ｂ  蛍光体設置領域（波長変換部材）
１４    封止剤
１５    ＬＥＤ
２０    レンズ
２１    入射部    
２２    出射面
２３    反射側面
３０    照明装置
３１    プリント配線板
４１    中心領域
４２    外周領域
４３    高光拡散領域
６１    ファセット状反射側面
【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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【図１０】
2015090853.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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