(57)【要約】【課題】照明むらのない明るい照明光と、配光制御と色相調整ができ、また、製造し易くロ−コスト化に適する小型のＬＥＤ照明装置を提供すること。【解決手段】複数のＬＥＤ素子１７を基板１６の面上に配備した発光モジュ−ル１２を装置枠体１１内に配設し、さらに、発光モジュ−ル１２とは別体とした光学系手段を装置枠体内に設け、この光学系手段には、凸レンズ１３と凹レンズ１４とからなる配光制御用レンズと、色相調整用の光学フィルタ１５とを備えた構成としてある。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のＬＥＤ素子を基板上に配備した発光モジュ−ルと、
この発光モジュ−ルを内部に配設した装置枠体と、
当該発光モジュ−ルとは別体とし、発光モジュ−ルの照射光方向となる装置枠体部所に設けた光学系手段とから構成したことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
【請求項２】
請求項１に記載したＬＥＤ照明装置において、
複数のＬＥＤ素子を基板上にフリップチップ実装した構成の発光モジュ−ルを備えることを特徴とするＬＥＤ照明装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載したＬＥＤ照明装置において、
上記した光学系手段が、光軸に沿って移動させて発光モジュ−ルの配光を変化させる配光制御用の光学素子を含むことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載したＬＥＤ照明装置において、
上記した光学系手段が、特定帯域の波長を反射若しくは吸収し所定の分光特性を得る分光用光学素子を含むことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
【請求項５】
請求項４に記載したＬＥＤ照明装置において、
上記した分光用光学素子を支持枠で支持させた光学フィルタとして形成し、この光学フィルタの支持枠を円筒枠として形成した装置枠体の端部に着脱自在にネジ連結する構成としたことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
【請求項６】
請求項１または２に記載したＬＥＤ照明装置において、
上記した装置枠体の内面を反射面として形成したことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
【請求項７】
請求項１または２に記載したＬＥＤ照明装置において、
上記した光学系手段が、負の合成屈折力を有する構成としたことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、室内照明、店舗照明、舞台照明などに使用する照明装置であって、複数のＬＥＤ素子を基板上に実装配備した発光モジュ−ルを利用するＬＥＤ照明装置に関し、特に、小型の照明装置で照明むらのない高い輝度を得ることができ、かつ、照明する場所に合せて配光や色相の調整ができるＬＥＤ照明装置に係る。
【０００２】
【従来の技術】
蛍光灯に代わる新らしい照明装置としてＬＥＤを利用したものが提案されている。
例えば、ＬＥＤチップを砲弾型のプラスチックレンズで封止した形態のＬＥＤ素子を基板上に複数個配設した発光モジュ−ルを利用した照明装置がある。（特開２００１−２９１４０６参照）
【０００３】
また、複数個のＬＥＤチップを基板に直接に配設して発光モジュ−ルを形成すると共に、各々のＬＥＤチップを透明樹脂で封止し、さらに、透明樹脂の上にマイクロレンズ板を配置して配光制御するもの、或いは、上記同様に発光モジュ−ルを形成し、基板に形成した反射面や凹形部によって配光制御するようにした照明装置がある。（特開平１１−１６２２３１、特開平１１−１６２２３２参照）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
砲弾型のＬＥＤ素子を用いる照明装置は、複数の砲弾型ＬＥＤ素子を基板に配設するために、装置形態が大きくなる上、各ＬＥＤ素子が前面の全ての方向に発光するために、光が分散して放射され発光の利用効率が悪いと言う問題がある。
【０００５】
複数個のＬＥＤチップを基板に配設した発光モジュ−ルを用いる照明装置は、装置の小型化に有利であるが、配光制御のために、透明樹脂でＬＥＤチップを封止した上、マイクロレンズ板を配置したり、また、基板に多くの反射面や凹形部などを設けるために、製造工程が複雑になることと、装置製品として歩留りが悪くなることから、照明装置のコストアップの要因となる。
【０００６】
そこで、本発明では、小型の照明装置であって照明むらのない充分な照明光量を得ることができ、また、構成簡単にして製造し易いＬＥＤ照明装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するため、本発明では、第１発明として、複数のＬＥＤ素子を基板上に配備した発光モジュ−ルと、この発光モジュ−ルを内部に配設した装置枠体と、当該発光モジュ−ルとは別体とし、発光モジュ−ルの照射光方向となる装置枠体部所に設けた光学系手段とから構成したことを特徴とするＬＥＤ照明装置を提案する。
【０００８】
この第１の発明では、複数のＬＥＤ素子を基板上に配備し、ＬＥＤ素子の実装面積を小さくした発光モジュ−ルを装備したことから、高輝度の照明装置の小型化を計ることができる。
【０００９】
また、全面発光のＬＥＤ素子を用いれば、立方体の６面全面から光線を放射し、そして、全体の９０％程度の光線が前面と背面から放射するので、凹面反射鏡の中にＬＥＤ素子を配置する必要がない。
【００１０】
したがって、複数のＬＥＤ素子を平面基板に実装配備することができ、発光モジュ−ルの製造が簡単となる。
そして、配光や色相を調整する光学系手段を発光モジュ−ルとは別途に設けたので、製造し易く、また、製品として歩留りの少ない照明装置となる。
【００１１】
第２の発明としては、上記したＬＥＤ照明装置において、複数のＬＥＤ素子を基板上にフリップチップ実装した構成の発光モジュ−ルを備えることを特徴とするＬＥＤ照明装置を提案する。
【００１２】
この第２の発明では、複数のＬＥＤ素子をフリップチップ実装したので、ＬＥＤ素子の印加電流を増大し、かつ、発光面積を拡大することができるから、照明装置の光量増加に有利となる。
【００１３】
第３の発明としては、上記した第１または第２発明のＬＥＤ照明装置において、上記した光学系手段が、光軸に沿って移動させて発光モジュ−ルの配光を変化させる配光制御用の光学素子を含むことを特徴とするＬＥＤ照明装置を提案する。
【００１４】
この第３の発明は、発光モジュ−ルに対し配光制御用の光学素子の間隔を変化させることにより、光学的な近軸配置を変更し配光制御を行なうようになっている。
【００１５】
第４の発明としては、上記した第１または第２の発明のＬＥＤ照明装置において、上記した光学系手段が、特定帯域の波長を反射若しくは吸収し所定の分光特性を得る分光用光学素子を含むことを特徴とするＬＥＤ照明装置を提案する。
【００１６】
この第４の発明は、光学系手段が色相を変えることができる分光用の光学素子を含む構成としてあり、例えば、平面ガラス基板に所望の分光特性を有する光学薄膜や光線吸収物質を施した光学素子を設ければ、発光モジュ−ルの配光に影響を与えることなく色調を容易に調整することができる。
【００１７】
第５の発明としては、上記第４の発明のＬＥＤ照明装置において、上記した分光用光学素子を支持枠で支持させた光学フィルタとして形成し、この光学フィルタの支持枠を円筒枠として形成した装置枠体の端部に着脱自在にネジ連結する構成としたことを特徴とするＬＥＤ照明装置を提案する。
【００１８】
この第５の発明は、光学フィルタの支持枠を装置枠体の端部に着脱自在にネジ連結する構成としたので、分光用光学素子の交換が容易となり、例えば、装置枠体のネジをカメラ用市販フィルタのネジに合せて形成すれば、市販フィルタを使用することができるから、様々な照明効果を経済的に得ることができる。
【００１９】
第６の発明としては、上記第１または第２の発明のＬＥＤ照明装置において、上記した装置枠体の内面を反射面として形成したことを特徴とするＬＥＤ照明装置を提案する。
【００２０】
この第６の発明は、装置枠体による光線の遮断を防止して光利用効率を向上させたものである。
ＬＥＤ素子から放射される光線は、広範囲の角度となるから、光学系手段によって配光制御しても装置枠体で遮断される光線がある。
したがって、装置枠体内面を反射率の高い材料で鏡面加工して光利用効率を向上させることが有利である。
【００２１】
第７の発明としては、上記第１または第２発明のＬＥＤ照明装置において、上記した光学系手段が、負の合成屈折力を有する構成としたことを特徴とするＬＥＤ照明装置を提案する。
【００２２】
この第７の発明は、照射面側にＬＥＤ素子群により生ずる照明むらを防止する。
光学系手段で配光制御する場合、正の合成屈折力を有する光学素子は、光源側焦点よりも遠方に光源が存在する場合に、照射面側空間に光源像（実像）を形成する。
【００２３】
したがって、発光モジュ−ルは、光源となるＬＥＤ素子が複数存在するために、光源像が斑点状に現われ好ましくない照明むらとなる。
この問題を解決するため、負の合成屈折力を有する光学系手段を備え、照明むらの発生を防止する構成としてある。
【００２４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態状態について図面に沿って説明する。
図１は、ＬＥＤ照明装置を示す断面図であり、１１は装置枠体、１２は発光モジュ−ル、１３、１４、１５は光学系手段を構成する光学素子である。
【００２５】
装置枠体１１は、円筒状枠体に形成し、この内面は鏡面加工したものとなっている。
そして、この装置枠体１１の下方内部には、発光方向を筒内に向けた発光モジュ−ル１２が取付けてある。
【００２６】
発光モジュ−ル１２は、窒化アルミニウムを含む材料によって円盤状に形成した基板１６と、この基板１６の面上に複数のＬＥＤ素子１７をフリップチップ実装して配備した構成となっている。
【００２７】
光学系手段を構成する光学素子１３、１４は、配光制御手段として装置枠体１１内に設けた凸レンズと凹レンズで、光学素子１５は分光用の光学素子で、装置枠体１１の先端部に取付けた光学フィルタである。
【００２８】
凸レンズ１３と凹レンズ１４は、それらの一方或いは両者を装置枠体１１の円筒軸に沿って移動するように構成し、凸レンズ１３と凹レンズ１４の間隔を変えて合成屈折力を変え、発光モジュ−ル１２の照射光の配光を制御する。
【００２９】
なお、配光制御手段としては、２枚のレンズに限らず、１枚のレンズでも構成することができ、また、フレネルレンズやレンズアレイ、反射鏡によって構成することができる。
【００３０】
図２、図３は配光制御手段の原理説明図である。
図２は、凸レンズ１８を備えて正の屈折力で配光制御する構成例を示すが、このように構成すると、光源１９の光源像２０が照射面に結像するため、複数のＬＥＤ素子を配備した発光モジュ−ル１２を光源とすると、各ＬＥＤ素子の光源像が発生し照明むらが発生する。
【００３１】
これに対し、図３に示すように凹レンズ２１を備えて負の屈折力で配光制御する構成とすることによって照明むらを防止することができる。
このため、本実施形態では、前レンズとして凹レンズ１４と後レンズとして凸レンズ１３とにより配光制御する構成とし、各ＬＥＤ素子によって生ずる斑点状の照明むらを防止する構成となっている。
【００３２】
図４は、具体例として示した照明装置の断面図である。
なお、この具体例のうち図１に示した部材と同一のものは同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【００３３】
図示するように、この具体例では、凸レンズ１３を移動させて配光制御する構成としてある。
すなわち、凸レンズ１３の支持枠２２にカムピン２３を設け、このカムピン２３をカム枠２４によって駆動するようにしてある。
【００３４】
カム枠２４は、筒状の枠体として形成し、これには螺旋状に形成したカム孔２５が設けてある。
このカム枠２４は、筒軸方向には非移動となるようにして装置枠体１１の外周で回転するように設けてある。
【００３５】
また、装置枠体１１には筒軸方向に沿って形成した直進孔２６が設けてあり、上記したカムピン２３がこの直進孔２６を通ってカム孔２５に突入している。
したがつて、カム枠２４を回転することにより、カムピン２３がカム枠２４によって駆動されることから、凸レンズ１３が装置枠体１１の筒軸方向に移動して配光制御が行なわれる。
【００３６】
一方、光学フィルタ１５は、その支持枠２７にネジ部２８ａを設けると共に、装置枠体１１の先端部内面には上記ネジ部２８ａを螺合させるネジ部２８ｂが設けてある。
【００３７】
このように構成することにより、支持枠２７のネジ部２８ａを装置枠体１１のネジ部２８ｂに螺合させて光学フィルタ１５を取付けることができる。
すなわち、光学フィルタ１５を着脱自在に螺合連結してあるので、光学フィルタ１５の交換が容易となる。
【００３８】
【発明の効果】
上記した通り、本発明によれば、小型のＬＥＤ照明装置となる他、照明むらのない明るい照明光を得ることができ、さらに、照明場面に合せて配光や色相を調整することができるＬＥＤ照明装置となる。
【００３９】
また、配光制御する光学系手段を発光モジュ−ルとは別体に構成したので、構成簡単にして製造し易いＬＥＤ照明装置となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態として示したＬＥＤ照明装置の断面図である。
【図２】凸レンズを備えて正の屈折力とした配光制御手段の原理説明図である。
【図３】凹レンズを備えて負の屈折力とした配光制御手段の原理説明図である。
【図４】本発明の具体例として示したＬＥＤ照明装置の断面図である。
【符号の説明】
１１　装置枠体
１２　発光モジュ−ル
１３　凸レンズ
１４　凹レンズ
１５　光学フィルタ
１６　基板
１７　ＬＥＤ素子
【図１】
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【図２】
2004022257.tif 000004
【図３】
2004022257.tif 000005
【図４】
2004022257.tif 000006