(57)【要約】【課題】発光ダイオードチップから出射された光の配光を別部材で制御して輝度むらなく一方向に広げることができる発光ダイオード照明装置を提供する。【解決手段】基台４には一方向に長く開口する凹所３が凹設され、凹所３の底面には凹所３の長手方向の中央部に発光ダイオードチップ２が配置される。凹所３の内周面には発光ダイオードチップ２からの光を反射して凹所３の開口面から出射させる光反射面９が形成されている。凹所３の長手方向の中央部においては、凹所３の幅方向の両内側面からそれぞれ凹所３内に突出する一対の反射突部１０が形成される。各反射突部１０は、凹所３の開口面に平行な断面において周面をそれぞれ弧状に形成され、発光ダイオードチップ２からの光を反射することによって凹所３の長手方向における輝度差を少なくする寸法に設定される。【選択図】図１
2005310680.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に長く開口する凹所が凹設された基台と、凹所の長手方向の中央部において凹所の底面に配置される発光ダイオードチップと、凹所の内周面に形成され発光ダイオードチップからの光を反射することによって発光ダイオードチップからの光を開口面から出射させる光反射面とを備え、基台は、凹所の長手方向の中央部において凹所の幅方向の両内側面から凹所内にそれぞれ突出する一対の反射突部を有し、各反射突部は、それぞれ開口面に平行な断面において周面が弧状に形成され、発光ダイオードチップからの光を反射することにより凹所の長手方向における輝度差を少なくするように寸法が設定されていることを特徴とする発光ダイオード照明装置。
【請求項２】
前記凹所内には表面を平面とした透光性樹脂が充填されており、前記光反射面における凹所の長手方向の両端部であって前記発光ダイオードチップから出射され透光性樹脂の表面で全反射された光が到達する領域は、透光性樹脂の表面で全反射されることにより到達した光を透光性樹脂の表面から出射させる角度で反射するように透光性樹脂の表面に対して傾斜していることを特徴とする請求項１記載の発光ダイオード照明装置。
【請求項３】
厚み方向の一面を照明面とし照明面に交差した周面の１つを前記凹所から出射された光が導入される入射面とする導光板が付加され、入射面の長手方向に凹所の長手方向を一致させるように前記基台と導光板とが配置され、前記発光ダイオードチップとして発光色が異なる２個の発光ダイオードチップを備え、両発光ダイオードチップが凹所の幅方向に並べて配置されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光ダイオード照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードチップから出射された光の配光を別部材で制御する発光ダイオード照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオードを光源として用いた照明器具が増えており、図７に示すように、たとえば導光板１８の厚み方向の一面である照明面２０を面発光させる照明器具においても発光ダイオードを光源として用いたものがある。発光ダイオードを光源として導光板１８を面発光させる技術は、本件出願人が先に出願した足元灯（特願２００４−０２８４９０）にも用いている。この種の照明器具では、導光板１８の照明面２０を面発光させるために導光板１８において照明面２０に交差した１つの周面である入射面１９の長手方向の略全長にわたって光を入射させる必要があるので、発光ダイオードのベアチップ（以下「ＬＥＤチップ」と呼ぶ）２を入射面１９の長手方向に並べたものが提案されている（たとえば特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、ＬＥＤチップ２は点光源であるから、ＬＥＤチップ２の配置密度が低いと、図７に示すように導光板１８の入射面１９においてＬＥＤチップ２の近傍領域からの入射光量が他の領域からの入射光量よりも大幅に多くなり照明面２０において集中的に輝度が高い領域Ｈが生じることにより、照明面２０から出射される光に輝度むらが生じてしまう。輝度むらの少ない面発光を実現するには、入射面１９に入射する光の輝度むらを防止する方法と、照明面２０から出射された光の輝度むらを防止する方法とが考えられる。
【０００４】
前者の方法は、入射面１９の長手方向に輝度むらが生じない程度にＬＥＤチップ２を高密度で配置することによって実現できるが、使用するＬＥＤチップ２の個数が増えてコスト高になるという問題がある。一方、後者の方法としては、図７に示すように、光を拡散透過させるプリズムシート２１を導光板１８の照明面２０に重ねることが提案されている。
【特許文献１】特開平１１−３５３９２０号公報（第２頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、照明面２０から出射された光をプリズムシート２１で拡散透過させる方法を採用すると、照明面２０から出射される光の向きを制御することができないので、壁面から床面を照明するために導光板１８から斜め下向きに光を出射させる足元灯のような照明器具にはこの方法を採用することができない。すなわち、導光板１８から出射させる光の向きを制御している照明器具にはプリズムシート２１を用いることができない。
【０００６】
そこで、各ＬＥＤチップ２からそれぞれ出射された光を別部材で配光して一方向（すなわち入射面１９の長手方向）に広げることによって、入射面１９に入射する光の輝度むらを防止する前者の方法を少ない個数のＬＥＤチップ２で実現することが要望される。
【０００７】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであって、発光ダイオードチップから出射された光の配光を別部材で制御して輝度むらなく一方向に広げることができる発光ダイオード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】
請求項１の発明は、一方向に長く開口する凹所が凹設された基台と、凹所の長手方向の中央部において凹所の底面に配置される発光ダイオードチップと、凹所の内周面に形成され発光ダイオードチップからの光を反射することによって発光ダイオードチップからの光を開口面から出射させる光反射面とを備え、基台が、凹所の長手方向の中央部において凹所の幅方向の両内側面から凹所内にそれぞれ突出する一対の反射突部を有し、各反射突部が、それぞれ開口面に平行な断面において周面が弧状に形成され、発光ダイオードチップからの光を反射することにより凹所の長手方向における輝度差を少なくするように寸法が設定されていることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、凹所を一方向に長く開口することによって発光ダイオードチップから光を取り出す領域を細長に形成し、かつ反射突部で発光ダイオードチップからの光を反射することによって凹所の長手方向における輝度差を少なくすることができる。すなわち、凹所の長手方向において発光ダイオードチップの周部である中央部の輝度が集中的に高くなることを基台に反射突部を形成するという簡単な構成によって防止し、発光ダイオードチップからの光を輝度むらなく凹所の長手方向に広げることができる。
【００１０】
なお、反射突部の形状および寸法は、凹所の形状や発光ダイオードチップの位置などに基づいて設計される。
【００１１】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記凹所内に表面を平面とした透光性樹脂が充填されており、前記光反射面における凹所の長手方向の両端部であって前記発光ダイオードチップから出射され透光性樹脂の表面で全反射された光が到達する領域は、透光性樹脂の表面で全反射されることにより到達した光を透光性樹脂の表面から出射させる角度で反射するように透光性樹脂の表面に対して傾斜していることを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、透光性樹脂の表面で全反射されて凹所の長手方向の両端部に伝播される発光ダイオードチップからの光を比較的少ない反射回数で凹所の開口面から出射させるものであるから、透光性樹脂と凹所の底面とで光の反射を何度も繰り返す場合に比べて凹所内での光の減衰を防止でき、光の利用効率がよくなるという利点がある。
【００１３】
請求項３の発明では、請求項１または請求項２の発明において、厚み方向の一面を照明面とし照明面に交差した周面の１つを前記凹所から出射された光が導入される入射面とする導光板が付加され、入射面の長手方向に凹所の長手方向を一致させるように前記基台と導光板とが配置され、前記発光ダイオードチップとして発光色が異なる２個の発光ダイオードチップを備え、両発光ダイオードチップが凹所の幅方向に並べて配置されることを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、両発光ダイオードチップは導光板の入射面の幅方向であって照明面に交差する方向に並ぶことになるので、両発光ダイオードチップからの光が導光板内で混色し易く、導光板の照明面において色むらが生じることを防止できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、凹所を一方向に長く開口することによって発光ダイオードチップから光を取り出す領域を細長に形成し、かつ反射突部で発光ダイオードチップからの光を反射することによって凹所の長手方向における輝度差を少なくするものである。すなわち、凹所の長手方向において発光ダイオードチップの周部である中央部の輝度が集中的に高くなることを基台に反射突部を形成するという簡単な構成によって防止し、発光ダイオードチップからの光を輝度むらなく凹所の長手方向に広げることができるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本実施形態の発光ダイオード照明装置１は、図１および図２に示すように、発光ダイオードのベアチップであるＬＥＤチップ２が実装される凹所３を前面に凹設した基台４を備えている。図２では直方体状の基台４を例示しているが、基台４の形状は用途などによって適宜設計される。
【００１７】
凹所３は、図１（ａ）において左右方向に長く開口しており、底面から開口面に向かって凹所３の断面積を広げるように内側面が基台４の前面に対して傾斜している。凹所３の左右両内側面はそれぞれ、凹所３の上下各端部における凹所３の左右寸法を小さくするように開口面に平行な断面が弧状となる曲面で構成されている。凹所３の長手方向の中間部の底面は開口面に平行し左右方向に長い長方形状の平面（以下「実装面」と呼ぶ）５であって、実装面５にはリードフレームからなる導電体６が設けられている。この導電体６に通電することによりＬＥＤチップ２が発光するように、ＬＥＤチップ２は一端がダイボンディングにより左方の導電体６に固着されるとともに、他端がボンディングワイヤ１２によって右方の導電体６に接続される。すなわち、ＬＥＤチップ２は導電体６に電気的に接続される形で実装面５上に実装される。本実施形態では、１つの実装面５上に発光色の異なる２個のＬＥＤチップ２を実装しており、両ＬＥＤチップ２は凹所３の左右方向の中心線上において上下方向に並べて配置される。ここで、一方のＬＥＤチップ２を実装面５の上端縁と上下方向の中心線との中心に配置し、他方のＬＥＤチップ２を実装面５の下端縁と上下方向の中心線との中心に配置している。
【００１８】
また、図１（ｂ）および図１（ｃ）に示すように、凹所３内には透光性樹脂７が前面（表面）を開口面に一致させる形で充填されている。すなわち、透光性樹脂７の表面（以下「出射面」と呼ぶ）８は基台４の前面と面一で、かつ実装面５に平行な平面状に形成される。透光性樹脂７としては透明エポキシ樹脂が望ましい。凹所３の内周面には、ＬＥＤチップ２からの光を出射面８から出射させるように反射する光反射面９が形成されている。光反射面９は正反射面とする。ここで、凹所３の内側面の出射面８に対する傾斜角度は、ＬＥＤチップ２から直接入射する光を出射面８から出射させる角度で出射面８に向けて反射するように部位毎にそれぞれ設定される。
【００１９】
ところで、本実施形態の基台４は、以下に説明する反射突部１０を備えることによって凹所３の長手方向である図１（ａ）の左右方向における輝度差を少なくすることができる。
【００２０】
反射突部１０は、凹所３の左右方向の中央部において上下両内側面からそれぞれ凹所３内に突出し、凹所３の開口面に平行な断面において周面が弧状になる形に形成され、光反射面９と同様にＬＥＤチップ２からの光を反射する。本実施形態では、図２に示すように、凹所３の左右方向の中心線上における凹所３の上下各側方（図２の左上方と右下方）の各点Ｐを中心とする半径Ｒの円を底面とする仮想円柱を設定し、仮想円柱の一部を凹所３内に突出させて反射突部１０を形成している。上下両反射突部１０の距離は実装面５の上下方向の幅寸法に略等しく、反射突部１０の周面は実装面５に直交する。
【００２１】
反射突部１０は、図１（ａ）における右半分においてはＬＥＤチップ２からの光を右方向に反射し、左半分においてはＬＥＤチップ２からの光を左方向に反射する（図１（ａ）に矢印Ａで光線を例示する）。しかも、反射突部１０の周面は曲面状であって左右方向において光の反射角度が連続的に変化しているので、ＬＥＤチップ２からの光を凹所３の左右方向において略均等に分散させることができる。結果的に、凹所３の左右方向における輝度差を少なくすることができる。反射突部１０の形状や寸法は、凹所３の形状やＬＥＤチップ２の配置などに基づいて凹所３の左右方向における輝度差を極力少なくするように適宜に設計される。
【００２２】
ところで、反射突部１０によって左右方向に分散された光の一部は、透光性樹脂７と空気との境界面である出射面８に対して透光性樹脂７の臨界角を越える角度で入射し、出射面８で全反射されることによって凹所３の左右両端部に伝播される。ここに、図３のように凹所３の底面が左右両端間にわたって出射面８と平行である場合を想定すると、ＬＥＤチップ２からの光が出射面８と凹所３の底面との両方で全反射を繰り返して（図３の矢印Ｂ参照）出射面８から出射されるまでに減衰しまい、光の利用効率が低下する可能性がある。
【００２３】
そこで、たとえば図４に示すように、凹所３の左右両端部において、出射面８で全反射されたＬＥＤチップ２からの光を出射面８から出射させる角度（透光性樹脂７の臨界角より小さい角度）で出射面８に向けて反射するように底面の一部（以下「傾斜面」と呼ぶ）１１を出射面８に対して傾斜させることが考えられる。ＬＥＤチップ２からの光が出射面８で全反射されて到達する部位のみを傾斜面１１とすればよく、出射面８で全反射された光が到達することのない両傾斜面１１の実装面５側の各端部はそれぞれ切り落とした構成とする。各傾斜面１１は、凹所３の左右各端縁に向かって出射面８に近づくようにそれぞれ傾斜している。
【００２４】
このように凹所３の底面の一部を傾斜面１１として、出射面８で全反射されたＬＥＤチップ２からの光を傾斜面１１で反射し出射面８から出射させる（矢印Ｃ参照）ことによって、出射面８で１度全反射された光が出射面８で再度全反射されることがないようにし凹所３内での光の減衰を防止すれば、反射突部１０によって凹所３の左右方向に分散させた光を出射面８で全反射させて凹所３の左右各端部に伝播する場合に、ほとんど減衰させずに出射面８から出射させることができる。
【００２５】
出射面８に対する傾斜面の傾斜角度は、出射面８で全反射された光を出射面８から出射させるように出射面８に向けて反射するように凹所３の長手方向である左右方向において各部位毎に設定されることが望ましい。したがって、本実施形態では図５に示すように、凹所３の左右各端部にそれぞれ２面ずつの互いに傾斜角度の異なる傾斜面１１ａ、１１ｂを形成して、底面の左右方向で光の反射角度を変えている（矢印Ｃおよび矢印Ｄ参照）。
【００２６】
ところで、ＬＥＤチップ２の発光部位よりも前方（すなわち出射面８寄り）に傾斜面を形成すると、凹所３の左右両内側面である光反射面９への直接光が傾斜面で反射されることがある。この光は、傾斜面で反射されてから凹所３の左右各内側面で反射されて出射面８から出射される（図４の矢印Ｆ参照）。これに対して、本実施形態では、凹所３の左右各端部において傾斜面１１ａと傾斜面１１ｂとの間に、凹所３の左右各端縁に向けて出射面８との距離を広げる段差１３をそれぞれ設けることによって、両傾斜面１１ａ、１１ｂがＬＥＤチップ２の発光部位より後方に収まるようにし、左右各内側面への直接光においては１回の反射で出射面８から出射させている（図５の矢印Ｅ参照）。要するに、ＬＥＤチップ２からの光を、極力少ない反射回数で出射面８から出射させることによって、凹所３内での光の減衰を防止し光の利用効率を向上させているのである。凹所３の左右寸法をさらに大きくする場合には、段差１３を増やして凹所３の左右各端部における傾斜面の面数をそれぞれ増やせばよい。
【００２７】
以下では、上述した発光ダイオード照明装置１を用いて構成される照明用光源Ｘについて図６を参照して説明する。照明用光源Ｘは、図７のような導光板１８の厚み方向の一面である照明面２０を面発光させる照明器具用の光源として設計されたものであって、導光板１８において照明面２０に交差した１つの周面である入射面１９の長手方向の略全長にわたって光を入射できるように、上述した凹所３が入射面１９の長手方向である図６（ａ）の左右方向に３つ並んで凹設されている。さらに、各凹所３の長手方向を入射面１９の長手方向に一致させるように、各凹所３は図６（ａ）の左右方向にそれぞれ長く形成されている。ここで、基台４は合成樹脂製であって凹所３の底面に設けた導電体６を構成するリードフレームと一体成形される。
【００２８】
基台４は、図６（ａ）の下方に延長されて、基板１４上に実装可能な形状とされている。基台４の下端面からはそれぞれ各導電体６に電気的に接続された複数本の端子１５が左右方向に一列に並んで突出している。さらに、基台４の下端部の左右両端部には凹所３が凹設された前面よりも前方に突出する脚部１６がそれぞれ延設されており、各脚部１６の下端面からは当該下端面に平行な断面において周面が円弧状に形成されたボス１７がそれぞれ下方に向かって突出している。
【００２９】
この構成によれば、各凹所３に配置した各ＬＥＤチップ２からの光をそれぞれ入射面１９の長手方向にほとんど輝度むらなく広げることができるから、入射面１９には輝度むらがほとんど生じることなく、照明面２０において輝度むらの少ない面発光を実現することができるのである。
【００３０】
さらに、上述したように発光色の互いに異なる２色のＬＥＤチップ２を凹所３の幅方向（すなわち入射面１９の幅方向）に並べて配置しているから、両ＬＥＤチップ２が照明面２０に交差する方向に並ぶことになり、両ＬＥＤチップ２からの光が導光板１８内で混色し易く導光板１８の照明面２０における色むらを無くすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態の構成を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）の横断面図、（ｃ）は（ａ）の縦断面図である。
【図２】同上の斜視図である。
【図３】凹所の底面が出射面と平行である場合の導光状態を示す説明図である。
【図４】凹所の底面の一部を傾斜面とした場合の導光状態を示す説明図である。
【図５】同上の導光状態を示す説明図である。
【図６】同上の発光ダイオード照明装置を用いた照明用光源を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は下面図である。
【図７】導光板の照明面を面発光させる構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  発光ダイオード照明装置
２  ＬＥＤ（発光ダイオード）チップ
３  凹所
４  基台
７  透光性樹脂
９  光反射面
１０  反射突部
１８  導光板
１９  入射面
２０  照明面
【図１】
2005310680.tif 000003
【図２】
2005310680.tif 000004
【図３】
2005310680.tif 000005
【図４】
2005310680.tif 000006
【図５】
2005310680.tif 000007
【図６】
2005310680.tif 000008
【図７】
2005310680.tif 000009