(57)【要約】【課題】モールド部の背面に反射部材を備えた発光光源において、簡単な構造により正面輝度の均一性を向上させる。【解決手段】凹面状をした反射部材１４の内部に高屈折率の光透過性材料からなるモールド部１２を成形し、モールド部１２の中心部にＬＥＤチップ等の発光素子１３をインサートする。モールド部１２の前面中央部に円形の直接出射領域１５を設け、その外側に環状をした全反射領域１６を設け、直接出射領域１５と全反射領域１６との間に傾斜全反射領域１７を設ける。直接出射領域１５はモールド部１２の中心軸に垂直な平面によって形成され、全反射領域１６も前記中心軸に垂直な平面によって形成される。傾斜全反射領域１７はモールド部１２の前面側へ向かうほど次第に直径が小さくなったテーパー状に形成され、直接出射領域１５及び傾斜全反射領域１７は全反射領域１６の中央部において前面側へ円錐台状に突出している。【選択図】      図５
2004186092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を反射させる反射部材と、前記反射部材の光反射面側に配置された導光部と、前記導光部に向けて光を出射する発光素子とを備えた発光光源において、
前記導光部の光出射側の面は、前記発光素子から発した光を透過させて導光部の外部へ出射させる直接出射領域と、前記発光素子から発した光を全反射させて前記反射部材の方向へ向かわせ、かつ反射部材で反射した光を透過させて導光部の外部へ出射させる第１の全反射領域と、前記発光素子から発した光を全反射させて前記直接出射領域へ向かわせ、かつ直接出射領域で全反射した光を前記反射部材に向かわせ、反射部材で反射された光を導光部の外部へ出射させるように形状を定められた第２の全反射領域とを有していることを特徴とする発光光源。
【請求項２】
前記第２の全反射領域は、第２の全反射領域及び前記直接出射領域で全反射された後に前記反射部材で反射された光の少なくとも一部は、前記直接出射領を透過する光も前記第１の全反射領域及び前記反射部材で反射された光も出射されない領域から出射されるように形状を定められていることを特徴とする、請求項１に記載の発光光源。
【請求項３】
前記導光部の光出射側の面は、前記発光素子から発した光を全反射させて前記反射部材の方向へ向かわせ、かつ反射部材で反射した光を導光部の外部へ出射させる第３の全反射領域を有し、第３の全反射領域と前記第１の全反射領域とは互いに前記発光素子から異なる距離に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の発光光源。
【請求項４】
前記第３の全反射領域と前記第２の全反射領域とは、互いに隣接して配置されていることを特徴とする、請求項３に記載の発光光源。
【請求項５】
前記反射部材は、前記第１の全反射領域で全反射された光を反射させる領域と、前記第２の全反射領域及び前記直接出射領域で全反射された光を反射させる領域とに分割されていることを特徴とする、請求項１に記載の発光光源。
【請求項６】
前記反射部材は、前記第１の全反射領域で全反射された光を反射させる領域と、前記第２の全反射領域及び前記直接出射領域で全反射された光を反射させる領域と、前記第３の全反射領域で全反射された光を反射させる領域とに分割されていることを特徴とする、請求項３に記載の発光光源。
【請求項７】
前記反射部材は、前記発光素子から発した光を反射させて当該光を前記導光部の前面から直接外部へ出射させることのできる領域をさらに備えていることを特徴とする、請求項５又は６に記載の発光光源。
【請求項８】
前記第１の全反射領域と前記第３の全反射領域とを前記発光素子から異なる距離に配置することによって前記導光部に生じた凹部に、第１の全反射領域と第３の全反射領域のうち少なくとも一方の面と連続した面を形成するようにして導光部と異なる屈折率の光透過性媒質を充填したことを特徴とする、請求項３に記載の発光光源。
【請求項９】
前記導光部の光出射側の面の全体を、導光部と異なる屈折率の光透過性媒質により覆ったことを特徴とする、請求項１に記載の発光光源。
【請求項１０】
前記発光素子と前記導光部との間に、拡散剤又は蛍光体を分散させた光透過領域を形成したことを特徴とする、請求項１に記載の発光光源。
【請求項１１】
請求項１に記載の発光光源を複数連結した発光光源アレイであって、隣接する発光光源のうち一方の発光光源から他方の発光光源の導光部内へ漏れた光を他方の発光光源の反射部材で反射させることにより他方の発光光源の光出射側の面から出射させられるように反射部材の形状を定めたことを特徴とする発光光源アレイ。
【請求項１２】
請求項１に記載の発光光源を複数配列した発光光源アレイと、前記発光光源アレイに電力を供給する電源装置とを備えた照明装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の発光光源を複数配列した発光光源アレイと、前記発光光源アレイを構成する各発光光源の点灯を制御する制御部とを備えた表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光光源、発光光源アレイ及び当該発光光源を用いた機器に関する。特に、ＬＥＤ（発光ダイオード）チップ等を用いた発光光源や発光光源アレイ、当該発光光源を用いた照明装置、表示装置などの機器に関する。
【０００２】
【背景技術】
【特許文献１】特開２００２−９４１２９号公報
【特許文献２】特開２００２−１３４７９４号公報
【０００３】
小型の発光光源としては、ＬＥＤチップを透明なモールド樹脂内に封止した砲弾型のＬＥＤがよく知られている。このような発光光源では、ＬＥＤチップから前方へ出射された光は、そのままモールド樹脂の界面を透過して直接に発光光源から出射されるが、ＬＥＤチップから斜め方向へ出射された光はモールド樹脂の界面で全反射されたり、ケースの内面で散乱されたりしてロスとなり、光利用効率が低くなる。また、このような発光光源では、大面積化することも困難である。
【０００４】
このためＬＥＤチップから斜め方向へ出射された光も効率よく前方へ取り出せるようにすると共に薄くて大面積化の可能な発光光源が従来より提案されている。図１はこのような発光光源１の構造を示す斜視図、図２（ａ）はその断面図、図２（ｂ）はその正面輝度の分布を示す図であって、この発光光源１は特開２００２−９４１２９号公報（特許文献１）に開示されたものである。この発光光源１は、略皿状をした透明なモールド樹脂２内の中心部にＬＥＤチップ３を封止したものであり、モールド樹脂２の背面には凹面鏡状をした反射ミラー４が設けられている。また、モールド樹脂２の前面中央部には凸レンズ状をした直接出射領域５が形成され、その周囲には平面状をした全反射領域６が環状に形成されている。
【０００５】
しかして、ＬＥＤチップ３に通電してＬＥＤチップ３を発光させると、図２（ａ）に示すように、ＬＥＤチップ３から直接出射領域５に向けて出射された光Ｌは、凸レンズ状をした直接出射領域５を透過すると共に直接出射領域５を透過する際にレンズ作用を受けて屈折させられ、発光光源１からほぼ真っ直ぐ前方へ向けて出射される。また、ＬＥＤチップ３から全反射領域６へ向けて出射された光Ｌは、全反射領域６の界面において反射ミラー４に向けて全反射され、反射ミラー４で反射された後、全反射領域６を透過して発光光源１からほぼ真っ直ぐ前方へ向けて出射される。
【０００６】
このような発光光源１では、全反射領域６の内周部で全反射された光Ｌは、一旦反射ミラー４へ戻って反射ミラー４で反射され、再び全反射領域６に達して全反射領域６から出射されるので、全反射領域６から反射ミラー４へ向かう間に光Ｌが全反射領域６の内周部よりも外側へ広がり、全反射領域６の外周部分から出射される。このため、図２（ａ）に示すように、直接出射領域５と全反射領域６の外周部分とは発光領域となるが、その中間に位置する全反射領域６の内周部は光が出射されないので、発光しない領域となる。
【０００７】
図２（ｂ）は発光光源１を正面から見たときの輝度分布を、発光光源１の中心軸を通る断面内で概略的に表したものであり、図３は発光光源１を正面から見た様子を表している。図２（ａ）（ｂ）に示すように発光光源１には発光しない領域が生じるので、従来の発光光源１では、正面から見たときに幅の広いリング状をした暗部（暗環）が生じ、均一に面発光させることができなかった。特に、直径が数センチもあるような発光光源では、この暗部がはっきりと見えてしまい、均一に面発光させることができなかった。
【０００８】
尚、特開２００２−１３４７９４号公報（特許文献２）には、直接出射領域の外周部にリング状の反射板をインサートしたり、スリット（空気層）を設けることによって暗部を低減させる方法が開示されているが、このような発光光源ではモールド部の成形工程やその後工程が複雑になり、コストが高くつく問題がある。
【０００９】
【発明の開示】
本発明は、上記のような技術的課題に鑑みてなされたものであり、モールド部の背面に反射部材を備えた発光光源において、簡単な構造により正面輝度の均一性をより向上させることを目的としている。
【００１０】
本発明にかかる発光光源は、光を反射させる反射部材と、前記反射部材の光反射面側に配置された導光部と、前記導光部に向けて光を出射する発光素子とを備えた発光光源において、前記導光部の光出射側の面は、前記発光素子から発した光を透過させて導光部の外部へ出射させる直接出射領域と、前記発光素子から発した光を全反射させて前記反射部材の方向へ向かわせ、かつ反射部材で反射した光を透過させて導光部の外部へ出射させる第１の全反射領域と、前記発光素子から発した光を全反射させて前記直接出射領域へ向かわせ、かつ直接出射領域で全反射した光を前記反射部材に向かわせ、反射部材で反射された光を導光部の外部へ出射させるように形状を定められた第２の全反射領域とを有していることを特徴としている。
【００１１】
本発明にかかる発光光源にあっては、発光素子の光を直接出射させる直接出射領域と、発光素子の光を全反射させ、さらに反射部材で反射させて外部へ出射させる第１の全反射領域とは別に、発光素子の光を全反射させ、さらに直接出射領域で全反射させ、さらに反射部材で反射させて外部へ出射させる第２の全反射領域を有しているので、第２の全反射領域の位置や形状等によって導光部から出射される光の分布を制御することができ、発光光源の正面輝度の分布を均一化させることが可能になる。
【００１２】
特に、本発明の実施態様においては、前記第２の全反射領域は、前記第２の全反射領域及び前記直接出射領域で全反射された後に前記反射部材で反射された光の少なくとも一部は、前記直接出射領を透過する光も前記第１の全反射領域及び前記反射部材で反射された光も出射されない領域から出射されるように形状を定められているので、直接出射領域及び第１の全反射領域だけでは暗部となる領域へ光を送り込むことができ、発光光源における暗部を明るくすることによって正面輝度の均一性を向上させることができる。
【００１３】
また、本発明の別な実施態様における前記導光部の光出射側の面は、前記発光素子から発した光を全反射させて前記反射部材の方向へ向かわせ、かつ反射部材で反射した光を導光部の外部へ出射させる第３の全反射領域を有し、第３の全反射領域と前記第１の全反射領域とは互いに前記発光素子から異なる距離に配置されている。この第３の全反射領域によれば、第３の全反射領域を設ける位置や角度などによって発光素子から発した光の一部を制御することができ、発光光源の正面輝度の分布をより均一化することができる。
【００１４】
また、本発明のさらに別な実施態様においては、前記第３の全反射領域と前記第２の全反射領域とは、互いに隣接して配置してもよい。第２及び第３の全反射領域を隣接して配置することにより、導光部の形状を簡単にすることができる。
【００１５】
また、本発明のさらに別な実施態様における前記反射部材は、前記第１の全反射領域で全反射された光を反射させる領域と、前記第２の全反射領域及び前記直接出射領域で全反射された光を反射させる領域とに分割されている。このように、反射部材を第１及び第２の全反射領域に対応する領域に分割すれば、各領域を個々に独立して設計することができ、反射部材の設計の自由度が増す。
【００１６】
また、本発明のさらに別な実施態様では、第３の全反射領域を備えた発光光源における前記反射部材が、前記第１の全反射領域で全反射された光を反射させる領域と、前記第２の全反射領域及び前記直接出射領域で全反射された光を反射させる領域と、前記第３の全反射領域で全反射された光を反射させる領域とに分割されている。このように、反射部材を第１、第２及び第３の全反射領域に対応する領域に分割すれば、各領域を個々に独立して設計することができ、反射部材の設計の自由度が増す。
【００１７】
また、本発明のさらに別な実施態様における前記反射部材は、前記発光素子から発した光を反射させて当該光を前記導光部の前面から直接外部へ出射させることのできる領域をさらに備えているので、発光素子から大きな出射角度で横方向に出射された光も反射部材で反射させて前面から出射させることができ、光の利用効率を向上させることができる。
【００１８】
また、第３の全反射領域を備えた発光光源のさらに別な実施態様においては、前記第１の全反射領域と前記第３の全反射領域とを前記発光素子から異なる距離に配置することによって前記導光部に生じた凹部に、第１の全反射領域と第３の全反射領域のうち少なくとも一方の面と連続した面を形成するようにして導光部と異なる屈折率の光透過性媒質を充填しているので、凹部にゴミやホコリ等が溜まって光を散乱させたり、光を遮ったりするのを防止することができ、発光光源の汚れによって発光光源が劣化するのを防ぐことができる。
【００１９】
また、本発明のさらに別な実施態様においては、前記導光部の光出射側の面の全体を、導光部と異なる屈折率の光透過性媒質により覆っているので、導光部の表面の凹凸にゴミやホコリ等が溜まって光を散乱させたり、光を遮ったりするのを防止することができ、発光光源の汚れによって発光光源が劣化するのを防ぐことができる。また、光透過性媒質として導光部よりも硬度の高いものを用いれば、導光部を保護することができる。
【００２０】
また、本発明のさらに別な実施態様においては、前記発光素子と前記導光部との間に、拡散剤又は蛍光体を分散させた光透過領域を形成しているので、発光素子から発しられた光を拡散剤で散乱させたり、蛍光体で二次発光させたりすることができ、擬似的に発光素子を拡大させることができる。
【００２１】
また、本発明にかかる発光光源アレイは、本発明にかかる発光光源を複数連結したものであって、隣接する発光光源のうち一方の発光光源から他方の発光光源の導光部内へ漏れた光を他方の発光光源の反射部材で反射させることにより他方の発光光源の光出射側の面から出射させられるように反射部材の形状を定めたことを特徴としている。
【００２２】
本発明の発光光源アレイにあっては、一方の発光光源から他方の発光光源へ漏れた光を他方の発光光源の反射部材で反射させて他方の発光光源から出射させることができるので、発光光源から漏れた光を再利用することができ、光の利用効率をより向上させることができる。
【００２３】
本発明の照明装置は、本発明にかかる発光光源を複数配列した発光光源アレイと、前記発光光源アレイに電力を供給する電源装置とを備えたことを特徴としている。このような照明装置によれば、軽量で、薄型かつ大面積で、均一な発光面を有する照明装置を得ることができる。しかも、電源装置を備えているので、持ち運ぶことも可能である。
【００２４】
本発明の表示装置は、本発明にかかる発光光源を複数配列した発光光源アレイと、前記発光光源アレイを構成する各発光光源の点灯を制御する制御部とを備えたことを特徴としている。このような表示装置によれば、軽量で、薄型かつ大面積で、均一な発光面を有する表示装置を得ることができる。しかも、制御部を備えているので、さまざまな表示を行うことができ、宣伝広告やディスプレイ用、信号機などに最適に使用できる。
【００２５】
なお、この発明の以上説明した構成要素は、可能な限り任意に組み合わせることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図４は本発明の一実施形態による発光光源１１の構造を示す斜視図、図５（ａ）はその断面図、図５（ｂ）は当該発光光源１１の正面における輝度分布を示す図である。この発光光源１１にあっては、高屈折率の光透過性材料、例えば透明樹脂によって略皿状をしたモールド部（導光部）１２が成形されている。モールド部１２を構成する光透過性材料としては、エポキシ樹脂やアクリル樹脂などの光透過性樹脂を用いてもよく、ガラス材料を用いてもよい。ＬＥＤチップやランプ等の発光素子１３は、一方のリード端子１８の先端部に形成されたステムの上にダイボンドされており、発光素子１３と他方のリード端子１９との間はボンディングワイヤ２０によって電気的に接続されている。発光素子１３とリード端子１８、１９の先端部とはモールド部１２内に封止されており、発光素子１３はモールド部１２内の裏面側中心部に位置している。
【００２７】
モールド部１２の裏面には、モールド部１２の前面で全反射された光を前方へ向けて反射させるための凹面鏡状をした反射部材１４が設けられている。反射部材１４は、モールド部１２の裏面に蒸着させられたＡｕ、Ａｇ、Ａｌ等の金属被膜でもよく、表面を鏡面加工して表面反射率を高くしたアルミニウム等の金属板でもよく、表面にＡｕ、Ａｇ、Ａｌ等のメッキを施した金属や樹脂などの曲面板でもよい。
【００２８】
モールド部１２の前面中央部には円形（すなわち、真円、楕円など）の直接出射領域１５が設けられており、その外側には環状をした全反射領域（第１の全反射領域）１６が設けられており、直接出射領域１５と全反射領域１６との間には傾斜全反射領域（第２の全反射領域）１７が設けられている。直接出射領域１５はモールド部１２の中心軸と垂直な平面によって形成された平滑な円形の領域であり、全反射領域１６もモールド部１２の中心軸と垂直な平面によって形成された平滑な環状領域である。また、傾斜全反射領域１７はモールド部１２の前面側へ向かうほど次第に直径が小さくなったテーパー状に形成されており、直接出射領域１５及び傾斜全反射領域１７は全反射領域１６の中央部において前面側へ円錐台状に突出している。
【００２９】
しかして、リード端子１８、１９を通じて発光素子１３に通電すると、図５（ａ）に示すように、発光素子１３から直接出射領域１５に向けて出射された光Ｌは、直接出射領域１５を透過して発光光源１１から直接前方へ出射される。また、発光素子１３から全反射領域１６へ向けて出射された光Ｌは、全反射領域１６で全反射された後、反射部材１４に入射して反射部材１４で反射され、全反射領域１６の内周部を除く領域から発光光源１１の前方へ出射される。さらに、発光素子１３から傾斜全反射領域１７へ入射した光Ｌは、傾斜全反射領域１７で全反射されて直接出射領域１５の周辺部へ入射し、直接出射領域１５で全反射された後に反射部材１４に入射し、反射部材１４で反射されて発光光源１１の前方へ出射される。ここで、傾斜全反射領域１７、直接出射領域１５の周縁部及び反射部材１４で３回反射された光Ｌは、暗部から出射されるように設計されている。なお、本発明に関しては、直接出射領域１５と全反射領域１６及び反射部材１４で２回反射された光を出射させる領域（全反射領域１６の外周部）との間にあって、直接出射領域１５から直接出射される光も、全反射領域１６及び反射部材１４で２回反射された光も出射されない領域を暗部というものとする。
【００３０】
図５（ｂ）は本実施形態による発光光源１１と従来例の発光光源１から出射される光の輝度を比較して表した図である。図５（ｂ）において破線で表した強度分布は、図１の発光光源１から出射される光の輝度分布（図２（ｂ）と同じもの）を示している。図５（ｂ）において実線で表した輝度分布は、従来例の直接出射領域５を直接出射領域１５及び傾斜全反射領域１７に置き換えた（全反射領域６の領域と全反射領域１６の領域は一致）本実施形態の発光光源１１から出射される光の強度分布を表している。このような場合には、図５（ａ）の光線図からも分かるように、直接出射領域５の外周部に相当する領域に傾斜全反射領域１７を設けることにより、直接出射領域５の外周部から直接出射されていた光の一部を暗部となっていた領域（モールド部１２の中心軸を挟んで反対側）へ再分配させて暗部から出射させることができるので、暗部を低減させて発光光源１１から出射される光の輝度を均一化することができる。
【００３１】
図６（ａ）は本実施形態による発光光源で傾斜全反射領域１７の位置を少し異ならせたものを示しており、図６（ｂ）はその発光光源１１と従来例の発光光源１から出射される光の輝度分布を比較して表した図である。図６（ｂ）において破線で表した強度分布は、図１の発光光源１から出射される光の強度分布（図２（ｂ）と同じもの）を示している。図６（ｂ）において実線で表した強度分布は、従来例の全反射領域６の内周部に傾斜全反射領域１７を形成し、レンズ状の直接出射領域５を平坦な直接出射領域１５に置き換えた本実施形態の発光光源１１から出射される光の輝度分布を表している。このような場合には、図６（ａ）の光線図からも分かるように、全反射領域６の内周部に傾斜全反射領域１７を設けることにより、全反射領域１６において暗部の外周側から出射されていた光の一部を暗部へ再分配させて暗部から出射させることができるので、発光光源１１から出射される光の輝度を均一化することができる。
【００３２】
また、傾斜全反射領域１７を図５（ａ）と図６（ｂ）の中間位置に設けた場合には、直接出射領域５の外周部から出射されていた光と全反射領域６の内周部で全反射された後に全反射領域６から出射されていた光とを暗部であった箇所へ導いて出射させることができ、やはり発光光源１１から出射される光の輝度を均一化することができる。
【００３３】
特開２００２−１３４７９４号公報（特許文献２）に記載されている発光光源では、直接出射領域の外周部にリング状の反射板をインサートしたり、スリット（空気層）を設けたりしているので、成形工程が複雑になったり、後工程が必要になったりするが、本発明によれば、発光光源のモールド部の正面形状を変えるだけで暗部の輝度を向上させて輝度の均一化を図ることができるので、発光光源の製造が簡単で、コストの上昇も抑えることができる。
【００３４】
つぎに、本実施形態において、直接出射領域１５に入射した光Ｌがその界面を透過する条件と、全反射領域１６に入射した光がその界面で全反射する条件と、傾斜全反射領域１７に入射した光がその界面と直接出射領域１５で２度全反射する条件とを求める。図７に示すように、直接出射領域１５の外径をＤ１、傾斜全反射領域１７の下端外周の直径をＤ２（ただし、Ｄ２≧Ｄ１）、傾斜全反射領域１７の下端から上端までの垂直方向における高さをＨ、傾斜全反射領域１７の下端から垂直に計った発光素子１３のインサート位置の深さをＴとし、モールド部１２の軸心を通る断面における傾斜全反射領域１７の傾きをαとする。なお、傾斜全反射領域１７の傾きα、傾斜全反射領域１７の高さＨ、直接出射領域１５の外径Ｄ１、全反射領域１６の内径Ｄ２の間には、
ｔａｎα＝（Ｄ２−Ｄ１）／（２Ｈ）
すなわち、
Ｄ２＝Ｄ１＋２Ｈｔａｎα      …（１）
の関係がある。また、モールド部１２の屈折率をｎ１、モールド部１２の前面に接する媒質の屈折率をｎ２とする。この実施形態では、モールド部１２の前面は樹脂と空気との界面となっているが、モールド部１２の前面は別な樹脂や多層反射膜等との界面であってもよく、その場合には屈折率ｎ２は、モールド部１２前面に接している別な樹脂などの媒質の屈折率となる。
【００３５】
まず、図７に示す光線Ｌ１のように、直接出射領域１５に入射した光が直接出射領域１５から出射される条件を求める。発光素子１３から直接出射領域１５の外周端へ出射される光線Ｌ１がモールド部１２の中心軸（Ｚ軸）となす角度をθ１とすると、
ｔａｎθ１＝Ｄ１／［２（Ｈ＋Ｔ）］
すなわち、
θ１＝ａｒｃｔａｎ［Ｄ１／２（Ｈ＋Ｔ）］      …（２）
となる。この光線Ｌ１が全反射されることなく外部へ出射されるためには、界面への入射角θ１が全反射の臨界角θｏ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ２／ｎ１）よりも小さくなければならないから、条件は下記（３）式となる。
ａｒｃｔａｎ［Ｄ１／２（Ｈ＋Ｔ）］  ＜  θｏ
すなわち、
Ｄ１  ＜  ２（Ｈ＋Ｔ）ｔａｎθｏ      …（３）
【００３６】
次に、図７に示す光線Ｌ２のように、全反射領域１６に入射した光が全反射される条件を求める。発光素子１３から全反射領域１６の内周端へ出射される光線Ｌ２がモールド部１２の中心軸（Ｚ軸）となす角度をθ２とすると、
ｔａｎθ２＝Ｄ２／（２Ｔ）
すなわち、
θ２＝ａｒｃｔａｎ［Ｄ２／（２Ｔ）］      …（４）
となる。この光線Ｌ２が全反射されるためには、界面への入射角θ２が全反射の臨界角θｏ以上でなければならないから、条件は下記（５）式となる。
ａｒｃｔａｎ［Ｄ２／（２Ｔ）］  ≧  θｏ
ここで、上記（１）式を用いると、
Ｄ１  ≧  ２（Ｔｔａｎθｏ−Ｈｔａｎα）      …（５）
となる。
【００３７】
また、図７に示す光線Ｌ３のように、傾斜全反射領域１７の下端に入射した光が傾斜全反射領域１７と直接出射領域１５で全反射される条件を求める。発光素子１３から傾斜全反射領域１７の下端へ出射される光線Ｌ３がモールド部１２の中心軸（Ｚ軸）となす角度は（４）式で表されるθ２と同じであるから、この光線Ｌ３の傾斜全反射領域１７への入射角度θ３は、傾斜全反射領域１７の傾きαを用いて、
θ３＝９０°−α−θ２＝９０°−α−ａｒｃｔａｎ［Ｄ２／（２Ｔ）］  …（６）
と表される。この光線Ｌ３が傾斜全反射領域１７で全反射されるためには、入射角θ３が全反射の臨界角θｏ以上でなければならないから、前記（１）式を用いれば、傾斜全反射領域１７の下端で全反射される条件は下記（７）式となる。
９０°−α−ａｒｃｔａｎ［Ｄ２／（２Ｔ）］  ≧  θｏ
すなわち、
Ｄ１  ≦  ２Ｔｃｏｔ（α＋θｏ）−２Ｈｔａｎα      …（７）
ついで傾斜全反射領域１７の下端で全反射された光線Ｌ３が直接出射領域１５に入射する入射角θ４は、
θ４＝２α＋θ２＝２α＋ａｒｃｔａｎ［Ｄ２／（２Ｔ）］      …（８）
と表される。この光線Ｌ３が直接出射領域１５で全反射されるためには、入射角θ４が全反射の臨界角θｏ以上でなければならないから、傾斜全反射領域１７の下端で全反射された光線Ｌ３が直接出射領域１５でも全反射される条件は下記の（９）式となる。
２α＋ａｒｃｔａｎ［Ｄ２／（２Ｔ）］  ≧  θｏ
すなわち、
Ｄ１  ≧  ２Ｔｔａｎ（θｏ−２α）−２Ｈｔａｎα      …（９）
【００３８】
さらに、図７に示す光線Ｌ４のように、傾斜全反射領域１７の上端に入射した光が傾斜全反射領域１７と直接出射領域１５で全反射される条件を求める。発光素子１３から傾斜全反射領域１７の上端へ出射される光線Ｌ４がモールド部１２の中心軸（Ｚ軸）となす角度は（２）式で表されるθ１と同じであるから、この光Ｌ４の傾斜全反射領域１７への入射角度θ５は、
θ５＝９０°−α−θ１
＝９０°−α−ａｒｃｔａｎ［Ｄ１／２（Ｈ＋Ｔ）］      …（１０）
と表される。この光Ｌ４が傾斜全反射領域１７で全反射されるためには、入射角θ５が全反射の臨界角θｏ以上でなければならないから、傾斜全反射領域１７の下端で全反射される条件は下記の（１１）式となる。
９０°−α−ａｒｃｔａｎ［Ｄ１／２（Ｈ＋Ｔ）］  ≧  θｏ
すなわち、
Ｄ１  ≦  ２（Ｈ＋Ｔ）ｃｏｔ（α＋θｏ）      …（１１）
ついで、傾斜全反射領域１７の上端で全反射された光Ｌ４が直接出射領域１５に入射する入射角θ６は、
θ６＝２α＋θ１＝２α＋ａｒｃｔａｎ［Ｄ１／２（Ｈ＋Ｔ）］      …（１２）
と表される。この光が直接出射領域１５で全反射されるためには、入射角θ６が全反射の臨界角θｏ以上でなければならないから、傾斜全反射領域１７の上端で全反射された光Ｌ３が直接出射領域１５でも全反射される条件は下記の（１３）式となる。
２α＋ａｒｃｔａｎ［Ｄ１／２（Ｈ＋Ｔ）］  ≧  θｏ
すなわち、
Ｄ１  ≧  ２（Ｈ＋Ｔ）ｔａｎ（θｏ−２α）      …（１３）
【００３９】
さらに、傾斜全反射領域１７で反射した光が傾斜全反射領域１７の対向する面に入射することなく直接出射領域１５へ入射する条件を考える。図７に示すように、傾斜全反射領域１７の下端で全反射した光線Ｌ３が直接出射領域１５に入射する点と直接出射領域１５の外周端との距離をＤｘとすると、
Ｄｘ  ＝  Ｈ［ｔａｎ（θ２＋２α）−ｔａｎα］      …（１４）
となる。傾斜全反射領域１７で反射された光が直接出射領域１５で反射された後、傾斜全反射領域１７の対向領域で遮られることなく反射部材１４に達するためには、Ｄ１／２がこのＤｘよりも大きければよいので、
Ｄ１  ≧  ２Ｈ［ｔａｎ（θ２＋２α）−ｔａｎα］      …（１５）
という条件が得られる。
【００４０】
加えて、傾斜全反射領域１７及び直接出射領域１５で全反射された光については、これが暗部（直接出射領域１５を透過する光も、全反射領域１６及び反射部材１４で反射された光も出射されない領域）の全体から出射される必要がある。このための条件については、反射部材１４の曲面形状に依存するので、詳細は述べないが、傾斜全反射領域１７及び直接出射領域１５で全反射した光を、正面（Ｚ軸方向）から見たとき上記暗部と重なる領域において反射部材１４に入射させ、全反射領域１６と垂直は方向へ反射させる必要がある。
【００４１】
もっとも望ましい発光光源１１としては、上記（３）式、（５）式、（７）式、（９）式、（１１）式、（１３）式、（１５）式［ただし、（７）式を満たせば（１１）式は満足され、（１３）式を満たせば（９）式は満足されるので、実質的には、（３）、（５）、（７）、（１３）、（１５）の５つの式だけを考慮すればよい。］等の条件を満たすことが望ましいが、本発明の目的は暗部に光を送り込んで輝度の均一性を向上させることにあるので、必ずしも上記条件を全て満たしていなくても差し支えない。例えば、実際の設計にあたっては、上記（７）式、（１３）式、（１５）式に優先順位を定めて設計すればよい。
【００４２】
反射部材１４の曲面形状については、できるだけ発光光源１１の正面から均一に光が出射されるような形状に設計することが望ましい。例えば、発光光源１１の正面形状が円形である場合には、次の（１６）式で表されるようなコニック面とすることができる。
【数１】
2004186092.tif 000003
ここで、Ｘ、Ｙ、Ｚは、図７に示すように、反射部材１４上の中心を原点とする直交座標であって、Ｚ軸は反射部材１４の光軸及びモールド部１２の中心軸に一致している。また、ＣＶは反射部材１４の曲率（定数）、ＣＣはコニック係数、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、．．．はそれぞれ４次、６次、８次、１０次．．．の非球面係数である。
【００４３】
また、反射部材１４の曲面形状としては、発光光源１１の正面形状が略楕円状をしている場合には、次の（１７）式で表されるようなバイコニック面とすることができる。
【数２】
2004186092.tif 000004
ここでも、Ｘ、Ｙ、Ｚは、反射部材１４上の中心を原点とする直交座標であって、Ｚ軸は反射部材１４の光軸及びモールド部１２の中心軸に一致し、Ｘ軸及びＹ軸は長軸方向及び短軸方向に一致している。また、上記（１７）式をＺ＝Ｇ（Ｘ、Ｙ）と表すとき、Ｚ＝Ｇ（Ｘ、０）で表される曲線の曲率（定数）がｃν、コニック係数がｃｃであって、Ｚ＝Ｇ（０、Ｙ）で表される曲線の曲率（定数）がｃνｘ（≠ｃν）、コニック係数がｃｃｘである。また、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、．．．はそれぞれ高次項の非球面係数である。
【００４４】
反射部材１４の形状としては、このようなコニック面やバイコニック面に限るものではないが、コニック面やバイコニック面とすれば、発光光源１１をより一層均一発光させることが可能になる。
【００４５】
（第２の実施形態）
図８（ａ）は本発明の別な実施形態による発光光源２１の構造を示す斜視図、図８（ｂ）はその断面図である。この発光光源２１にあっては、直接出射領域１５の周辺部には、傾斜全反射領域１７で全反射した光Ｌを再度全反射させるための平坦面２２が形成されており、直接出射領域１５の周辺部を除く領域にはレンズ面２３が形成されている。
【００４６】
図４の実施形態では、直接出射領域１５が平坦面となっていたので、直接出射領域１５のうち中心部以外の領域から出射される光Ｌは中心軸から傾いた斜め方向へ出射される。そのため、この実施形態による発光光源２１では、傾斜全反射領域１７で全反射された光Ｌを再度全反射させるために必要な領域は平坦面２２とし、そのような働きを要求されない領域では直接出射領域１５に凸レンズ状又はフレネルレンズ状をしたレンズ面２３を形成し、レンズ面２３から直接に出射される光Ｌは、中心軸と平行な方向に揃えて前方へ出射させられるようにしている。よって、この実施形態によれば、斜めに出射される光を低減させ、光の利用効率を向上させることができる。
【００４７】
図９は理論上必要とされる平坦面２２の最小幅Ｄｘを計算するための参考図である。発光素子１３から傾斜全反射領域１７の下端へ向けて出射される光Ｌの出射角をθ２とし、傾斜全反射領域１７の傾きをα、傾斜全反射領域１７の高さをＨとすれば、環状に形成された平坦面２２の幅Ｄｘは図９から次のように求められる。なお、このＤｘは（１４）式と同じものである。
Ｄｘ  ＝  Ｈ［ｔａｎ（θ２＋２α）−ｔａｎα］      …（１８）
【００４８】
（第３の実施形態）
図１０は本発明のさらに別な実施形態による発光光源２４の構造を示す斜視図、図１１（ａ）はその断面図、図１１（ｂ）は当該発光光源２４の正面における輝度分布を示す図である。この発光光源２４にあっては、円形状をした平坦な直接出射領域１５とその外側に形成された平坦な全反射領域１６との間に円環状をした溝２５を形成し、溝２５の底面に全反射面（第３の全反射領域）２６を形成すると共にその内周側側壁面を傾斜させて傾斜全反射領域１７を形成している。図示例では、直接出射領域１５と全反射領域１６とは同一平面内に形成されており、直接出射領域１５は全反射領域１６と同じ高さに位置しているが、直接出射領域１５を溝２５内で全反射領域１６よりも突出させて直接出射領域１５を全反射領域１６よりも高くしてあっても差し支えない。また、上記溝２５は直接出射領域１５と全反射領域１６との間に設ければよいが、特に図１２（ａ）に示すように、発光素子１３から全反射の臨界角θｏと等しい出射角で出射された光が全反射面２６の内周側の縁に達するように溝２５を配置するのが望ましい。
【００４９】
しかして、この発光光源２４によれば、図１１（ａ）（ｂ）に示すように、直接出射領域１５の外周に位置する傾斜全反射領域１７へ入射した光は、傾斜全反射領域１７及び直接出射領域１５で２回全反射された後、反射部材１４により前方へ向けて出射され、直接出射領域１５からの直接出射光や全反射領域１６及び反射部材１４で反射した２回反射光が届かない暗部へ出射される。これは第１の実施形態と同じ作用によるものである。
【００５０】
さらに、この発光光源２４によれば、図１１（ａ）に破線で示す光Ｌのように溝２５が設けられていなければ全反射領域１６で全反射された後に反射部材１４に入射する光が、全反射面２６で全反射することによって発光素子１３側へシフトさせられる。この結果、図１１（ｂ）に示すように、溝２５を設ける前には暗部に隣接する箇所から出射されていた光が、溝２５を設けることによって暗部内へシフトした位置から出射されることになり、発光光源２４から出射される光の輝度がより一層均一化する。
【００５１】
図１２（ｂ）は溝２５の深さδと光線のシフト量との関係を示す図である。全反射領域１６から計った溝２５の深さをδ、全反射領域１６から垂直に計った発光素子１３のインサート位置の深さをＴとし、発光素子１３から出射角θ７（≧θｏ）で出射された光Ｌを考える。溝２５が無くて全反射領域１６で全反射される光Ｌが発光素子１３の配置されている水平面を通過する位置を発光素子１３からＫ２の距離の点であるとすると、Ｋ２は次式で表される。
Ｋ２＝２Ｔｔａｎθ７      …（１９）
また、溝２５の底面に位置する全反射面２６で全反射された光Ｌが発光素子１３の配置されている水平面を通過する位置を発光素子１３からＫ１の距離の点であるとすると、Ｋ１は次式で表される。
Ｋ１＝２（Ｔ−δ）ｔａｎθ７      …（２０）
よって、（１９）式、（２０）式よりシフト量Ｋ２−Ｋ１が次のように求まる。
Ｋ２−Ｋ１＝２δｔａｎθ７      …（２１）
これより、溝２５の深さδによって全反射面２６で全反射される光のシフト量Ｄ２−Ｄ１を調整し、その光Ｌの出射位置を制御できることが分かる。
【００５２】
（第４の実施形態）
図１３（ａ）は本発明のさらに別な実施形態による発光光源２７の構造を示す断面図、図１３（ｂ）はその溝２５の近傍を示す拡大断面図である。この発光光源２７は、図１３（ｂ）に示すように、図１０の発光光源２４において、溝２５の底面に設けられた全反射面２６をβだけ傾斜させたものである。このように全反射面２６の底面を傾けることにより、発光素子１３から全反射の臨界角θｏよりも小さな出射角で出射された光も全反射面２６で全反射させて暗部へ送り出すことができるので、溝２５の幅を広くして暗部へ送り出す光量を増加させることができ、輝度をより一層均一化させることができる。あるいは、溝２５の位置を直接出射領域１５の側へ寄せることにより、直接出射領域１５の縁から大きな角度で斜め方向へ出射されている光を暗部へ送り出すことができ、光の利用効率を向上させることができる。更に、全反射面２６の傾きβを設計パラメータとすることができるので、光線の挙動（光路）の制御が容易になる。
【００５３】
図１４は傾斜全反射領域１７や全反射面２６等の光学配置を決めるための条件を求めるための参考図である。図１４に示すように、直接出射領域１５の外径をＤ１、傾斜全反射領域１７の下端から上端までの垂直方向における高さをＨ、傾斜全反射領域１７の下端から垂直に計った発光素子１３のインサート位置の深さをＴとし、モールド部１２の軸心を通る断面における傾斜全反射領域１７の傾きをαとする。なお、図１４では、一般化するために傾斜全反射領域１７の高さＨを溝２５の深さδよりも大きくしているが、図１３の図示例では、直接出射領域１５と全反射領域１６とが同一面となっているので、この場合には、傾斜全反射領域１７の高さＨと溝２５の深さδとは等しくなる。
【００５４】
上記のようにＴ、Ｈ、α等を定義すれば、発光素子１３から出射された光が傾斜全反射領域１７で全反射される条件は、発光素子１３から傾斜全反射領域１７の下端へ出射される光の出射角をθ２とすれば、
９０°−θ２−α  ≧  θｏ
となるから（θｏは全反射の臨界角）、第１の実施形態の（７）式と同様、次のように表される。
Ｄ１  ≦  ２Ｔｃｏｔ（α＋θｏ）−２Ｈｔａｎα      …（２２）
【００５５】
また、傾斜全反射領域１７で全反射された光が直接出射領域１５で全反射される条件は、第１の実施形態の（１３）式及び（１５）式と同様、
Ｄ１  ≧  ２（Ｈ＋Ｔ）ｔａｎ（θｏ−２α）      …（２３）
Ｄ１  ≧  ２Ｈ［ｔａｎ（θ２＋２α）−ｔａｎα］      …（２４）
と表される。
【００５６】
さらに、全反射面２６の内周側の端に入射する光の入射角はθ２＋βであるから、全反射面２６に入射した光が全反射面２６で全反射される条件としては、θ２＋βが全反射の臨界角θｏよりも大きければよい。すなわち、
β  ≧  θｏ−θ２      …（２５）
の条件を満たせばよい。
【００５７】
（第５の実施形態）
図１５は本発明のさらに別な実施形態による発光光源２８の裏面側からの斜視図、図１６はその断面図である。この発光光源２８において、モールド部１２の裏面に形成されている反射部材２９は、環状をした複数の反射領域２９ａ、２９ｂ、…によって構成されており、フレネル反射面を構成している。このように反射部材２９をフレネル反射面状に形成すれば、発光光源２８をより薄型化することが可能になる。また、複数の各反射領域２９ａ、２９ｂ、…を互いに独立したパラメータで設計することにより、各領域を最適設計することができ、より均一に発光させることが可能になる。
【００５８】
（第６の実施形態）
図１７は本発明のさらに別な実施形態による発光光源３０の断面図である。この発光光源２８において、モールド部１２の前面において直接出射領域１５と全反射領域１６の間に溝２５を形成し、溝２５の底面に全反射面２６を構成している。また、モールド部１２の裏面に形成されている反射部材３１は、環状をした４つの反射領域３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄによって構成されており、フレネル反射面を構成している。ここで、反射領域３１ｄは、発光素子１３から出射されて全反射領域１６で全反射された光を受けて全反射領域１６から前方へ向けて出射させるような形状及び配置となっている。反射領域３１ｃは、発光素子１３から出射されて全反射面２６で全反射された光を受けて全反射領域１６から前方へ向けて出射させるような形状及び配置となっている。反射領域３１ｂは、発光素子１３から出射されて傾斜全反射領域１７及び直接出射領域１５で全反射された光を受けてモールド部１２の前面から前方へ向けて出射させるような形状及び配置となっている。反射領域３１ａは、発光素子１３から直接反射面３１に入射するような大きな出射角方向へ出射された光を受けてモールド部１２の前面から前方へ向けて出射させるような形状及び配置となっている。
【００５９】
この実施形態によれば、入射する光の光路の特性に応じて反射領域３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄを分け、各特性に応じて反射領域３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄを設計することができるので、光源装置をより一層均一に発光させることが可能になる。
【００６０】
（第７の実施形態）
図１８は本発明のさらに別な実施形態による発光光源３２の斜視図、図１９はその断面図である。この発光光源３２はリード端子を設けない表面実装型のものである。背面に反射部材２９を形成されたモールド部１２は支持基板３３の上に取り付けられている。支持基板３３は放熱板を兼ねており、熱伝導率の高い金属板やアルミナ等のセラミック板によって形成されている。支持基板３３には、面から裏面にかけて（支持基板３３が金属製である場合には、絶縁膜層を介して）帯状をした一対の電極膜３４が形成されており、支持基板３３の上にＬＥＤチップ等の発光素子を樹脂モールドした発光素子３５を搭載し、両電極膜３４と発光素子３５とを電気的に接続している。支持基板３３の上面に固定されたモールド部１２の中央部下面には凹部が形成されており、支持基板３３の上面に設けられた発光素子３５は当該凹部内に納められている。
【００６１】
なお、図１８及び図１９の図示例では、直接出射領域１５と全反射領域１６との間に溝２５を形成しているが、第１の実施形態のように全反射領域１６から円錐台状をした直接出射領域１５及び傾斜全反射領域１７が突出した形状となっていてもよい。また、反射部材２９もフレネル反射面状のものを用いているが、第１の実施形態のように全体が滑らかな形状をした反射部材１４を用いてもよい。
【００６２】
この実施形態にあっては、リード端子を用いることなく支持基板３３の上に発光素子３５とモールド部１２を実装して表面実装型にしているので、発光光源３２を非常に薄くすることが可能になる。また、支持基板３３は放熱機能を備えているので、大面積の放熱板を備えた発光光源３２となり、大電力用の発光素子３５を用いたり、複数個の発光素子３５を実装したりして大面積で明るい発光光源３２を得ることができる。
【００６３】
（第８の実施形態）
図２０は本発明のさらに別な実施形態による発光光源３６の斜視図、図２１はその断面図である。この発光光源３６においては、モールド部１２の前面に設けられた環状の溝２５をモールド部１２よりも屈折率の低い光透過性材料、例えば透明樹脂からなる充填部３７によって埋め、モールド部１２の前面が平坦な面となるようにしている。モールド部１２の前面に溝２５が設けられていると、溝２５内にゴミやホコリが溜まり、その部分の輝度が落ちて暗くなったり、散乱により指向特性が悪くなる恐れがある。この実施形態のように、溝２５を充填部３７で埋めることにより、溝２５にゴミやホコリが溜まるのを防ぐことができるので、ゴミやホコリで発光光源３６の輝度が部分的に低下して暗くなったり、指向特性が低下したりするのを防止することができる。
【００６４】
（第９の実施形態）
図２２は本発明のさらに別な実施形態による発光光源３８の斜視図、図２３はその断面図である。この発光光源３８においては、モールド部１２の前面の全体を屈折率の低い光透過性材料、例えば透明樹脂からなる被覆部３９で覆い、同時に、環状の溝２５も被覆部３９によって埋めている。この実施形態によれば、モールド部１２の前面を被覆部３９で覆っているので、例えば被覆部３９の材料としてモールド部１２よりも硬度の高い材料を用いれば、モールド部１２を保護してモールド部１２に傷がつくのを防止することができる。また、溝２５を被覆部３９で埋めることにより、溝２５にゴミやホコリが溜まるのを防ぐことができ、ゴミやホコリで発光光源３６の輝度が部分的に低下して暗くなったり、指向特性が低下したりするのを防止することができる。
【００６５】
（第１０の実施形態）
図２４（ａ）は本発明のさらに別な実施形態による発光光源４０の断面図、図２４（ｂ）はその一部拡大した断面図である。この実施形態にあっては、支持基板３３の上面にテーパー状、パラボラ状などの形状をした凹所４１を設け、凹所４１の表面を鏡面加工又は鏡面処理している。発光素子３５は凹所４１内の中央部に実装されている。このような構造の発光光源４０によれば、発光素子３５から大きな出射角度で出射された光は、凹所４１の外周面で反射することによって前方へ偏向され、直接出射領域１５を透過して前方へ出射される。このような実施形態によれば、支持基板３３に設けた凹所４１によって大きな出射角度で発光素子３５から出射された光を制御することができるので、光の利用効率を向上させることができると共に設計の自由度も向上する。
【００６６】
（第１１の実施形態）
図２５（ａ）は本発明のさらに別な実施形態による発光光源４２の断面図、図２５（ｂ）はその一部拡大した断面図である。この実施形態にあっては、支持基板３３の上面に設けられた凹所４１内に赤色ＬＥＤ等の発光素子４３Ｒ、緑色ＬＥＤ等の発光素子４３Ｇ、青色ＬＥＤ等の発光素子４３Ｂをそれぞれ少なくとも１個ずつ搭載し、モールド部１２の中央部下面に設けられた凹部４４と凹所４１の間の空間に、微細な金属粉末や金属フィラメント等の拡散剤を分散させられた光透過性材料４５を充填している。
【００６７】
このような発光光源４２によれば、例えば赤色発光素子４３Ｒ、緑色発光素子４３Ｇ及び青色発光素子４３Ｂを同じパワーで発光させると、各発光素子４３Ｒ、４３Ｇ、４３Ｂから出射された赤色光、緑色光及び青色光は光透過性材料４５内の拡散剤によって散乱され、互いに混色されて白色光となり、発光光源４２が白色発光する。また、例えば赤色発光素子４３Ｒだけを発光させれば、発光光源４２は赤色発光する。よって、この発光光源４２によれば、発光させる発光素子４３Ｒ、４３Ｇ、４３Ｂと各パワーを変化させることにより、フルカラー表示させることができ、しかも異なる色の発光素子を発光させる場合でも拡散剤によって効果的に混色させることができるので、１つの発光素子とみなすことができる。また、この発光光源４２は光透過性材料４５の表面（凹部４４との界面）を発光面とみなすことができる。さらに、この発光光源４２では、放熱機能を有する支持基板３３を用いているので、各発光素子４３Ｒ、４３Ｇ、４３Ｂのパワーを稼ぐことができる。なお、ここでは赤、緑、青の発光素子を内蔵した場合について説明したが、同じ発光色の発光素子を複数個内蔵させた場合でも、１つの発光素子のように発光させることができ、大きな輝度の発光光源４２を得ることができる。また、１つの発光素子とみなして設計できるので、発光光源４２の設計が容易になる。
【００６８】
（第１２の実施形態）
図２６（ａ）は本発明のさらに別な実施形態による発光光源４６の断面図、図２６（ｂ）はその一部拡大した断面図である。この実施形態にあっては、支持基板３３の上面に設けられた凹所４１内に青色発光の発光素子を用いた発光素子４７を１個又は複数個搭載し、モールド部１２の中央部下面に設けられた凹部４４と凹所４１の間の空間に蛍光体を分散させられた光透過性材料４８を充填している。
【００６９】
このような発光光源４６によれば、発光素子４７を発光させると、発光素子４７から出射された青色光によって光透過性材料４８内の蛍光体が発光し、光透過性材料４８全体が白色発光する。よって、複数の発光素子４７が用いられていても１つの発光素子とみなして設計することができ、発光光源４６の設計が容易になる。
【００７０】
また、発光素子４７として紫外線発光の発光素子を用い、光透過性材料４８内には赤色蛍光体、緑色蛍光体及び青色蛍光体を均一に分散させておいてもよい。このような構成でも、発光素子４７から出射された紫外線光によって赤色蛍光体、緑色蛍光体及び青色蛍光体が発光させられるので、発光光源４６を白色発光させることができる。
【００７１】
（第１３の実施形態）
図２７は本発明にかかる発光光源の種々の正面形状を示す図である。上記実施形態では、正面形状が円形（すなわち、真円形又は楕円形）の発光光源を説明したが、発光光源の正面形状は円形に限るものではない。図２７（ａ）に示す発光光源４９は、１点鎖線で示す真円形の発光素子４９ａを設計した後、周囲の六ヶ所をカットして正六角形に整形したものである。図２７（ｂ）に示す発光光源５０は、１点鎖線で示す真円形の発光素子５０ａを設計した後、周囲の四ヶ所をカットして正方形に整形したものである。図２７（ｃ）に示す発光光源５１は、１点鎖線で示す真円形の発光素子５１ａを設計した後、周囲の四ヶ所をカットして長方形に整形したものである。図２７（ｄ）に示す発光光源５２は、１点鎖線で示す楕円形の発光素子５２ａを設計した後、周囲の四ヶ所をカットして長方形に整形したものである。なお、周囲をカットするのは、設計上の順序としてカットするものであって、実際の製造工程でカットするものではない。
【００７２】
これらの発光光源４９、５０、５１、５２等を用いれば、線状又は面上に並べたとき、円形の発光光源のように発光光源どうしの間に隙間が生じることが無く、互いに密着させて配列させることができる。例えば、図２８（ａ）は六角形の発光光源４９を隙間無く面状に配列した様子を表している。また、図２８（ｂ）及び図２９（ａ）はいずれも長方形又は正方形の発光光源５０を隙間無く面状に配列させた様子を表している。図２８（ｂ）では、発光光源５０を縦横に整然と配列させているので、発光光源５０のコーナー（発光光源５０の中心からもっと遠いので最も輝度が低い）が１カ所に集中しており、この箇所で暗くなる恐れがあるが、図２９（ａ）のように隣り合う列の発光光源５０どうしで半ピッチずつずらすようにすればコーナー部が１カ所に集中するのを避けることができ、局所的に暗くなるのを緩和することができる。図２９（ｂ）では、正方形又は長方形の発光光源５２を横一列に並べた様子を表している。従って、図２８（ａ）（ｂ）及び図２９（ａ）のような配列によれば大面積の面光源を得ることができ、図２９（ｂ）のような配列によれば一方向に長い線状光源を得ることができる。
【００７３】
（第１４の実施形態）
図３０（ａ）は本発明のさらに別な実施形態による発光光源５３の構造を示す斜視図、図３０（ｂ）はその断面図である。この発光光源５３にあっては、支持基板３３の上に発光素子３５とフレネル型の反射板形状をした反射部材２９を配置し、反射部材２９の内部及び反射部材２９と支持基板３３の空間にモールド部１２を成形し、モールド部１２の前面に直接出射領域１５や全反射領域１６、溝２５等を形成している。また、反射部材２９は、その各環状領域の間の段差部分５４でも不連続となることなく光反射面を構成しており、しかも、その段差部分５４は、垂直面となっておらず、各環状領域と反対向きに傾斜した傾斜面となっている。さらに、この発光光源５３は、設計上において円形の発光光源の四ヶ所をカットすることにより正方形ないし長方形状に形成されている（図２７（ｂ）（ｃ）（ｄ）参照）。
【００７４】
円形の発光光源では、その外周面は反射部材によって囲まれているので、発光光源から真横に光が出射されることはないが、発光光源の周囲をカットして多角形状、例えば正方形や長方形にすると、図３０（ａ）に示す発光光源５３のように、モールド部１２の正面と反射部材２９の縁との間に隙間が生じる。そのため、全反射領域１６で全反射された光が、この側面の隙間から漏れてしまい、光のロスによって光利用効率が低下する。
【００７５】
図３１は図３０（ａ）（ｂ）の発光光源５３を複数個配列した状態を説明する断面図である。複数個の発光光源５３を線状ないし面状に配列していると、図３１に示すように、全反射領域１６で全反射されて発光光源５３の側面の隙間から漏れた光Ｌは、隣接する発光光源５３の内部に侵入する。反射部材２９に設けられた傾斜した段差部分５４は、側面の隙間から侵入した光Ｌを前方へ向けて反射させるように設計されている。よって、発光光源５３の側面の隙間から漏れた光Ｌが隣接する発光光源５３へ侵入すると、傾斜した段差部分５４で反射され、隣接する発光光源５３から正面へ向けて出射される。よって、この実施形態の発光光源５３にあっては、隙間無く配列させることが可能になると共に光のロスを低減させて光利用効率を向上させることができる。
【００７６】
図３２（ａ）（ｂ）は、本発明にかかる正方形又は長方形の発光光源５７（例えば、図３０（ａ）（ｂ）のような発光光源５３）を基板５６の表面全体に隙間無く並べた光源装置５５の側面図及び正面図である。個々の発光光源５７は比較的大きな発光面積を有し、しかも均一に発光させることができるので、このような発光光源５７を隙間無く配列させることにより、全体としてムラ無く均一に発光させることができる大面積の光源装置５５を得ることができる。
【００７７】
図３２（ｃ）（ｄ）は、従来の発光光源６０（例えば、砲弾型のＬＥＤ）を同じピッチで基板５９の全面に配列させた光源装置５８の側面図及び正面図を表している。このような光源装置５８では、個々の発光光源６０が目立ってつぶつぶ感があり、かなりの輝度ムラがある。これに対し、図３２（ａ）（ｂ）の光源装置５５では、輝度ムラのない均一面発光が可能になる。
【００７８】
（第１５の実施形態）
図３３（ａ）は本発明にかかる発光光源の応用例を示す正面図であって、図３２（ａ）（ｂ）に示した光源装置５５にバッテリー等の電源装置６２を付加した照明装置６１である。このような照明装置６１によれば、均一発光が可能な薄型、大面積の照明装置６１を得ることができ、図３３（ｂ）に示すように、壁６３や柱に掛けて用いたり、壁６３や柱に埋め込んだりして用いることができる。また、軽量であるので、持ち運びも容易に行える。
【００７９】
（第１６の実施形態）
図３４（ａ）は本発明にかかる発光光源を用いた表示装置６４を示す正面図であって、図３２（ａ）（ｂ）に示した光源装置５５に制御部及び電源部６５を付加したものである。各発光光源５７の発光素子３５には、赤色ＬＥＤ等の赤色発光素子、緑色ＬＥＤ等の緑色発光素子及び青色ＬＥＤ等の青色発光素子を内蔵したものが用いられている。制御部及び電源部６５から各発光光源５７には、発光色と発光強度を制御する信号が送られ、それによって所望のフルカラー表示が行われ、また、表示が変化させられる。このような表示装置６４によれば、輝度が高く、フルカラーでムラのない均一面発光が可能になり、見やすいディスプレイを提供することができる。
【００８０】
この表示装置６４は室内の壁や建物の外壁などに掛けて用いることもできるが、図３４（ｂ）に示すようにスタンド６６の上に取り付けて自立型の表示装置とすることもできる。
【００８１】
（第１７の実施形態）
図３５（ａ）は車両への応用を示す一部破断した斜視図である。ハイマウントストップランプ６８は、図３５（ｂ）に示すように、本発明にかかる発光光源５７を一列に並べたものであり、車両６７のリアウィンドウの内側に装備されている。また、車両６７の後尾に設けられているテールランプ６９も、図３５（ｃ）に示すように、本発明にかかる発光光源５７を２次元状に配列したものである。なお、発光光源５７としては、図２７（ａ）に示したような六角形状のものを用いてもよい。
【００８２】
（第１８の実施形態）
図３６（ａ）は信号機本体７１の正面図、図３６（ｂ）は信号機本体７１の全面に庇状をした遮光カバー７３を取り付けた信号機７０の側面図である。この信号機本体７１には、図３６（ａ）に示すように、緑色に発光する緑色ランプ７２Ｇ、黄色に発光する黄色ランプ７２Ｙ、赤色に発光する赤色ランプ７２Ｒが設けられている。図３７は、緑色ランプ７２Ｇ、黄色ランプ７２Ｙまたは赤色ランプ７２Ｒの構造を示す概略断面図である。各ランプ７２Ｇ、７２Ｙ、７２Ｒは、全面が開口したケース７４内に回路基板７８に実装された光源装置を納め、その前面を透明ないし着色半透明のカバー７５で覆ったものであり、光源装置においては基板７６の前面に、それぞれ緑色発光、黄色発光、赤色発光の本発明にかかる発光光源７７を隙間無く配列している。
【００８３】
なお、信号機７０は、一般に高所に設置されるので、地上から見やすいよう、光の出射方向は斜め下方を向いていることが望ましい。そのためには、回路基板７８を斜め下方へ向けて傾けてもよく、発光光源４６上で各発光光源７７を傾けておいてもよい。
【００８４】
【発明の効果】
上記のように、本発明の発光光源によれば、第２の全反射領域を設けることにより、その位置や形状等によって導光部から出射される光の分布を制御することができるので、発光光源の正面輝度の分布を均一化させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来例による発光光源の構造を示す斜視図である。
【図２】（ａ）は同上の発光光源の構造を示す断面図、（ｂ）はその正面輝度の分布を示す図である。
【図３】点灯している同上の光光源を正面から見た様子を表した図である。
【図４】本発明の一実施形態による発光光源の構造を示す斜視図である。
【図５】（ａ）は同上の発光光源の断面図、（ｂ）は当該発光光源の正面における輝度分布を示す図である。
【図６】（ａ）は傾斜全反射領域の位置を少し異ならせた発光光源の断面図、（ｂ）はその発光光源と従来例の発光光源から出射される光の輝度分布とを比較して表した図である。
【図７】図５の発光光源における各部分の配置の条件を説明するための図である。
【図８】（ａ）は本発明の別な実施形態による発光光源の構造を示す斜視図、（ｂ）はその断面図である。
【図９】同上の発光光源において、理論上必要とされる平坦面の最小幅Ｄｘを計算するための図である。
【図１０】本発明のさらに別な実施形態による発光光源の構造を示す斜視図である。
【図１１】（ａ）は同上の発光光源の断面図、（ｂ）はその発光光源の正面における輝度分布を示す図である。
【図１２】（ａ）は同上の発光光源における溝の位置を説明するための図、（ｂ）は溝の底の全反射面で全反射されることによる光線のシフト量を求めるための説明図である。
【図１３】（ａ）は本発明のさらに別な実施形態による発光光源の構造を示す断面図、（ｂ）はその溝の近傍を示す拡大断面図である。
【図１４】同上の発光光源において、傾斜全反射領域や全反射面等の光学配置を決めるための条件を求めるための図である。
【図１５】本発明のさらに別な実施形態による発光光源の裏面側からの斜視図である。
【図１６】同上の発光光源の断面図である。
【図１７】本発明のさらに別な実施形態による発光光源の断面図である。
【図１８】本発明のさらに別な実施形態による発光光源の斜視図である。
【図１９】同上の発光光源の断面図である。
【図２０】本発明のさらに別な実施形態による発光光源の斜視図である。
【図２１】同上の発光光源の断面図である。
【図２２】本発明のさらに別な実施形態による発光光源の斜視図である。
【図２３】同上の発光光源の断面図である。
【図２４】（ａ）は本発明のさらに別な実施形態による発光光源の断面図、（ｂ）はその一部拡大した断面図である。
【図２５】（ａ）は本発明のさらに別な実施形態による発光光源の断面図、（ｂ）はその一部拡大した断面図である。
【図２６】（ａ）は本発明のさらに別な実施形態による発光光源の断面図、（ｂ）はその一部拡大した断面図である。
【図２７】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）は、本発明にかかる発光光源の種々の正面形状を示す図である。
【図２８】（ａ）は六角形の発光光源を隙間無く面状に配列した様子を表した図、（ｂ）長方形又は正方形の発光光源を隙間無く面状に配列させた様子を表した図である。
【図２９】（ａ）は長方形又は正方形の発光光源を隙間無く面状に配列させた様子を表した図、（ｂ）は正方形又は長方形の発光光源を横一列に並べた様子を表した図である。
【図３０】（ａ）は本発明のさらに別な実施形態による発光光源の構造を示す斜視図、（ｂ）はその断面図である。
【図３１】同上の発光光源を複数個配列した状態の断面図である。
【図３２】（ａ）、（ｂ）は本発明にかかる正方形又は長方形の発光光源を基板の表面全体に隙間無く並べた光源装置の側面図及び正面図であり、（ｃ）、（ｄ）は従来の発光光源を同じピッチで基板の全面に配列させた光源装置の側面図及び正面図である。
【図３３】（ａ）は本発明にかかる照明装置の正面図、（ｂ）はこの照明装置を壁に掛けた状態を示す側面図である。
【図３４】（ａ）は本発明にかかる表示装置を示す正面図、（ｂ）はスタンドの上に取り付けた当該表示装置の斜視図である。
【図３５】（ａ）は本発明にかかるハイマウントストップランプとテールランプを装備した車両の一部破断した斜視図、（ｂ）は車両に設けられたハイマウントストップランプの概略正面図、（ｃ）は車両に設けられたテールランプの概略正面図である。
【図３６】（ａ）は信号機本体の正面図、（ｂ）は信号機の側面図である。
【図３７】緑色ランプ、黄色ランプまたは赤色ランプの構造を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１２  モールド部
１３  発光素子
１４  反射部材
１５  直接出射領域
１６  全反射領域
１７  傾斜全反射領域
２５  溝
２６  全反射面
２９  反射部材
２９ａ、２９ｂ、…  反射領域
３１  反射部材
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ  反射領域
３３  支持基板
３４  電極膜
３５  発光素子
４３Ｂ  発光素子
４３Ｇ  発光素子
４３Ｒ  発光素子
【図１】
2004186092.tif 000005
【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】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2004186092.tif 000018
【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
2004186092.tif 000036
【図３３】
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【図３４】
2004186092.tif 000038
【図３５】
2004186092.tif 000039
【図３６】
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【図３７】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年1月9日(2003.1.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
また、反射部材１４の曲面形状としては、発光光源１１の正面形状が略楕円状をしている場合には、次の（１７）式で表されるようなバイコニック面とすることができる。
【数２】
2004186092.tif 000042
ここでも、Ｘ、Ｙ、Ｚは、反射部材１４上の中心を原点とする直交座標であって、Ｚ軸は反射部材１４の光軸及びモールド部１２の中心軸に一致し、Ｘ軸及びＹ軸は長軸方向及び短軸方向に一致している。また、上記（１７）式をＺ＝Ｇ（Ｘ、Ｙ）と表すとき、Ｚ＝Ｇ（Ｘ、０）で表される曲線の曲率（定数）がｃν、コニック係数がｃｃであって、Ｚ＝Ｇ（０、Ｙ）で表される曲線の曲率（定数）がｃνｘ（≠ｃν）、コニック係数がｃｃｘである。また、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、．．．はそれぞれ高次項の非球面係数である。