(57)【要約】【課題】  構成を複雑にせず、照明の規模や要望に応じて適切な数量の光源を使用し、かつ、色むらや発光むらの発生を抑制することのできる光方向変換用光学素子、光放射用光源ユニット及びそれを用いた面状発光装置を提供する。【解決手段】  光源から入射層を介して光源から放射される光を入射する入射面と、入射面から入射した光を反射する朝顔形状を有する反射面と、反射面で反射した光を屈折して側面方向へ出射する側壁面とを有する光方向変換用光学素子により、複数の光源からの光を混合して拡散透過部から発光させる面状発光装置を提供する。発光量のばらつき、色のばらつきが平均化され、発光むら・色むらの少ない面状発光装置が得られる。また、光放射用光源ユニットにより横方向へ光を出射させるので、特に、薄型化及び高出力化に好適な構成とすることができる。【選択図】    図１４
2007048883.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から入射層を介して前記光源から放射される光を入射する入射面と、前記入射面から入射した光を反射する朝顔形状を有する反射面と、前記反射面で反射した光を屈折して側面方向へ出射する側壁面とを有することを特徴とする光方向変換用光学素子。
【請求項２】
前記入射層は、空気であることを特徴とする請求項１に記載した光方向変換用光学素子。
【請求項３】
前記反射面は、前記入射面から入射した光を全反射することを特徴とする請求項１に記載した光方向変換用光学素子。
【請求項４】
前記朝顔形状を有する反射面は、表面に金属膜を有することを特徴とする請求項１に記載した光方向変換用光学素子。
【請求項５】
前記朝顔形状を有する反射面は、前記入射面から入射した全部の光を反射する大きさを有することを特徴とする請求項１に記載した光方向変換用光学素子。
【請求項６】
前記側壁面は、光方向変換用光学素子の全長の２５％以上であることを特徴とする請求項１に記載した光方向変換用光学素子。
【請求項７】
前記側壁面から出射する光は、水平方向よりも前方側又は後方側へ向かうことを特徴とする請求項１に記載した光方向変換用光学素子。
【請求項８】
射出成形により形成され、前記入射面と前記側壁面の間に前記射出成形のゲートを有することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載した光方向変換用光学素子。
【請求項９】
射出成形により形成され、前記射出成形のゲートを介して、請求項１から７のいずれかに記載した複数の光方向変換用光学素子が一体的に形成されていることを特徴とする光方向変換用一体化光学素子。
【請求項１０】
光源と、
前記光源に対して入射層を介して所定の位置に配置された請求項１から８のいずれかに記載した光方向変換用光学素子とを有することを特徴とする光放射用光源ユニット。
【請求項１１】
一又は複数の請求項１０に記載した光放射用光源ユニットと、前記光放射用光源ユニットから放射される光を反射する光反射部と、前記光を拡散透過させて面状放射する拡散透過部とを有し、
前記拡散透過部は、前記光放射用光源ユニットから放射される光の混合に基づいて得られる強度の光を面状放射することを特徴とする面状発光装置。
【請求項１２】
一又は複数の請求項１０に記載した光放射用光源ユニットと、前記光放射用光源ユニットから放射される光を反射する光反射部と、前記光を拡散透過させて面状放射する拡散透過部とを有し、
前記拡散透過部は、前記光放射用光源ユニットから放射される光の混合に基づいて得られる色の光を面状放射することを特徴とする面状発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）を光源に用い、その光源の光方向を変換する光方向変換用光学素子、光源と光方向変換用光学素子を組み合せた光放射用光源ユニット及びそれを用いた面状発光装置に関し、特に、構成を複雑にせず、照明の規模や要望に応じて適切な数量の光源を使用し、かつ、色むらや発光むらの発生を抑制することのできる光方向変換用光学素子、光放射用光源ユニット及びそれを用いた面状発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、映像表示、照明等の用途に用いられる面状発光装置には、光源として蛍光灯が広く用いられている。しかしながら蛍光灯は水銀を使用しているために有害であり、寿命が短くランニングコストが大であるほか、産業廃棄物としての適切な処理を必要とするといった種々の問題を有している。このような問題を解消するものとして、ＬＥＤを光源とする面状発光装置が提案され、実用化されている。そして、近年ＬＥＤの光パワーが大きくなり、省エネルギー、環境負荷物質を含まないクリーンな光源として、電球、蛍光灯等の光源で照明されていた看板、テレビ等のバックライト、照明機器等の光源がＬＥＤに置き換わってきている。
【０００３】
ＬＥＤは半導体製造技術に基づいて製造されることから、量産性、省コスト性に優れた特長を有する。近年、発光効率が６０ｌｍ／Ｗを超える白色ＬＥＤも実用化されており、照明用途への適用が期待されているが、点光源であるため、面状発光装置として照度むらを抑えつつ所望の照度を得るには、複数のＬＥＤを適切に配置する必要がある。
【０００４】
また、ＬＥＤの輝度は発光源であるＬＥＤ素子の発光特性に依存するが、ＬＥＤ素子単体の色むら、輝度むらが存在することが知られており、照明の品質が要求される用途においては発光特性の均一なＬＥＤ素子を揃えることが要求される。現実には所望の発光特性に対する許容範囲に収まるＬＥＤを選別して用いている。
【０００５】
個々のＬＥＤに発光特性のばらつきがあっても照度の均一化を図れるものとして、素子搭載基板としての配線基板と、この配線基板の素子搭載面内で並列する複数のＬＥＤ光源と、これらＬＥＤ光源からの放射光を照明対象に導くための拡散部付きの導光部材とを備えた面状発光装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
特許文献１の面状発光装置によると、配線基板上のＬＥＤ光源を点灯させ、これら点灯光を導光部材内で面状に拡散させてから、照明対象としての液晶パネルの背面全体を照射している。
【０００７】
また、ＬＥＤ光源からの出射光をレンズの全内部反射と鋸歯状レンズとによりレンズ中心軸に対して垂直になるようにするレンズ、及びこれを使用した発光デバイスが提案されている（例えば、特許文献２、３参照）。
【特許文献１】特開２００４−１４３６５号公報
【特許文献２】特開２００３−８０６８号公報
【特許文献３】特開２００３−８０８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１の面状発光装置によると、複数のＬＥＤから放射される光を導光部材内に伝搬させて面状に放射させるため、光ロスの少ない光透過性材料を選択して導光部材を形成する必要がある。また、照射面積が大になると、導光部材に対して複数の箇所にＬＥＤを適切に配置する必要があり、設計上の制約が生じることがある。また、導光部材を要することから装置コストが大になるといった問題がある。
【０００９】
また、特許文献２，３のレンズ、及びこれを使用した発光デバイスによると、複雑な形状を有する鋸歯状レンズを要することから装置コストが大になり、また、これを使用した発光デバイスからは水平方向のみの光が放射されるので、色むらや発光むらの発生を抑制するには十分ではない。
【００１０】
従って、本発明の目的は、構成を複雑にせず、照明の規模や要望に応じて適切な数量の光源を使用し、かつ、色むらや発光むらの発生を抑制することのできる光方向変換用光学素子、光放射用光源ユニット及びそれを用いた面状発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記目的を達成するため、光源から入射層を介して前記光源から放射される光を入射する入射面と、前記入射面から入射した光を反射する朝顔形状を有する反射面と、前記反射面で反射した光を屈折して側面方向へ出射する側壁面とを有することを特徴とする光方向変換用光学素子を提供する。
【００１２】
また、本発明は、上記目的を達成するため、光源と、前記光源に対して入射層を介して所定の位置に配置された上記に記載した光方向変換用光学素子とを有することを特徴とする光放射用光源ユニットを提供する。
【００１３】
また、本発明は、上記目的を達成するため、一又は複数の上記に記載した光放射用光源ユニットと、前記光放射用光源ユニットから放射される光を反射する光反射部と、前記光を拡散透過させて面状放射する拡散透過部とを有し、前記拡散透過部は、前記光放射用光源ユニットから放射される光の混合に基づいて得られる強度の光を面状放射することを特徴とする面状発光装置を提供する。
【００１４】
また、本発明は、上記目的を達成するため、一又は複数の上記に記載した光放射用光源ユニットと、前記光放射用光源ユニットから放射される光を反射する光反射部と、前記光を拡散透過させて面状放射する拡散透過部とを有し、前記拡散透過部は、前記光放射用光源ユニットから放射される光の混合に基づいて得られる色の光を面状放射することを特徴とする面状発光装置を提供する。
【００１５】
また、本発明は、上記目的を達成するため、一又は複数の上記に記載した光放射用光源ユニットと、前記光放射用光源ユニットから放射される光を反射する光反射部と、前記光を拡散透過させて面状放射する拡散透過部とを有し、前記拡散透過部は、発光強度の異なる複数の前記光放射用光源ユニットから放射される光の混合に基づいて得られる強度の光を面状放射することを特徴とする面状発光装置を提供する。
【００１６】
また、本発明は、上記目的を達成するため、一又は複数の上記に記載した光放射用光源ユニットと、前記光放射用光源ユニットから放射される光を反射する光反射部と、前記光を拡散透過させて面状放射する拡散透過部とを有し、前記拡散透過部は、発光色の異なる複数の前記光放射用光源ユニットから放射される光の混合に基づいて得られる色の光を面状放射することを特徴とする面状発光装置を提供する。
【００１７】
また、本発明は、上記目的を達成するため、一又は複数の上記に記載した光放射用光源ユニットと、前記光放射用光源ユニットから放射される光を反射する光反射部と、前記光を拡散透過させて面状放射する拡散透過部とを有し、前記拡散透過部は、発光強度及び発光色の異なる複数の前記光放射用光源ユニットから放射される光の混合に基づいて得られる強度及び色の光を面状放射することを特徴とする面状発光装置を提供する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、構成を複雑にせず、照明の規模や要望に応じて適切な数量の光源を使用し、かつ、色むらや発光むらの発生を抑制することができる。薄型かつ大型で、明るさ・色の均一度が高い面状光源が実現でき、ＬＥＤ使用個数を抑え、安価な面状光源が実現できる。また、寸法の設計自由度が高い面状光源が実現できる。また、薄型かつ大画面の均一面光源ができる事によりＬＥＤバックライトを使用した液晶テレビの薄型化、壁掛けポスターへのバックライト付加等の他、照明光源として、天井、壁面に埋め込む事無く、面光源が設置可能になり、照明のデザイン自由度を増加させることができる。光放射用光源ユニットにより横方向へ光を出射させるので、特に、薄型化及び高出力化に好適な構成とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施の形態を示す光方向変換用光学素子と光源とを示した図である。光源として、ＬＥＤ２を使用する。ＬＥＤ２の発光部２ａから出射された光は、入射層８０を介して光方向変換用光学素子８の入射面８ａから光方向変換用光学素子８に入射し、屈折により臨界角内に集光する。その光は反射面８ｂに到達する。反射面８ｂはＬＥＤ２から到達した光を全て全反射する角度になっており、全反射した後、側壁面８ｃに到達すると屈折して光方向変換用光学素子８の外へ出射される。ほとんどの光は側壁面８ｃから出射され、非常に広視野角に光が放出される。光方向変換用光学素子８は、透明な材質で、ガラス、アクリル樹脂、ポリカーボ樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等を使用する事が出来る。また、側壁面８ｃは円筒形状になっているが、少し傾斜を付け、円錐または逆円錐形状の一部であっても良い。
【００２０】
図２は、反射面８ｂにおける全反射を説明するための図であり、これにより反射面８ｂでの光学的現象を説明する。屈折率ｎ１の物質から屈折率ｎ２の物質に光線ＬＢが入射すると、スネルの法則により、次の関係が成り立つ。
ｎ１・ｓｉｎ（θ１）＝ｎ２・ｓｉｎ（θ２）
入射側屈折率ｎ１に対し出射側屈折率ｎ２が大きい場合で、θ１’＝９０°の場合のθ２’を臨界角といい、屈折率ｎ２の物質内では、その界面では臨界角以上の入射光線は無く、その物質内（屈折率ｎ２）から屈折率ｎ１の面に臨界角以上の角度で入射すると、入射光線は全反射する。入射側物質を空気（ｎ＝１）とし光方向変換用光学素子８をアクリル（ｎ＝１．４９）とすると、臨界角は４２．１６°となる。
【００２１】
図３は、光方向変換用光学素子８の上面に形成された反射面８ｂの形状を説明するための図である。空気層８０を介して発光部２ａから光方向変換用光学素子８の入射面８ａに入射した光線ＬＢは、屈折してある角度内の光となる。反射面８ｂは、反射面８ｂに入射するすべての光線を全反射する条件となるよう形状が決定される。すなわち、図２で説明したように、光方向変換用光学素子８がアクリル樹脂で形成されている場合には、反射面８ｂへの入射光線ＬＢと反射点１０１における法線１０２とのなす角度を臨界角４２．１６°以上に設定し、これを入射面８ａからの光線全部について行うと、反射面８ｂは、図３の断面図で示されるような、朝顔状の形状となる。この朝顔形状の反射面８ｂは、入射した光線角度と朝顔形状との交点により、直径１０３、高さ１０４が決定される。直径１０３は、この交点部分を含む形状とする事により、光方向変換用光学素子８に入射した光は全て全反射する。
【００２２】
尚、朝顔形状は、上記説明したように、すべての面で入射する光線ＬＢが全反射する条件として反射面８ｂの形状が決定されるが、簡易的に、あるいは等価的に、反射面８ｂの断面形状を２次曲線、特に、放物線あるいは双曲線の一部としてもよい。
【００２３】
図４は、第１の実施の形態に係る光方向変換用光学素子８から出射する光線の指向性を示す図である。入射面８ａへの入射条件、反射面８ｂの断面形状、及び、側壁面８ｃの形状等により、光方向変換用光学素子８から出射した光線は、斜め後方に出射する成分が多くなるよう設定されている。また、光方向変換用光学素子８から出射した光線は、斜め前方に出射する成分、あるいは、斜め後方及び斜め前方に出射する成分が多くなるよう設定されている。
【００２４】
光方向変換用光学素子８から出射する光線を強度むらの少ない薄型面状光源に適用するためには、光方向変換用光学素子８から出射する光線を水平に出射するのではなく、図４の光放射範囲で示した斜め前方光線又は斜め後方光線とするのが好ましい。
【００２５】
（第２の実施の形態）
図５は、第２の実施の形態を示す光方向変換用光学素子８であって、実装を考慮した場合の実施の形態を示す図である。光方向変換用光学素子８は、光源であるＬＥＤ２から入射する場合に、入射面８ａの必要でない部分と側壁面８ｃの必要でない部分を逆円錐形状面８ｄで結んだ形状を有する。この場合、光方向変換用光学素子８の全長を図に示したように、Ｌとすると、側壁面８ｃの長さｌは、Ｌの２５％以上であることが好ましい。すなわち、入射面８ａは、光源の大きさ以上であり、入射面８ａと側壁面８ｃとの間に円錐面を有する光方向変換用光学素子とすることができる。
【００２６】
図６は、光方向変換用光学素子８の取付け固定用の形状を示す図であり、逆円錐形状面８ｄの部分に取り付け用の脚部８ｅを設け、この脚部８ｅの一部がネジ等により実装基板５等に固定できる形状とされている。すなわち、入射面８ａと側壁面８ｃの間に、脚部８ｅ等の、光源との位置関係を決める取付け部を有する光方向変換用光学素子８とすることができる。
【００２７】
図７は、光方向変換用光学素子８の取付け固定用の形状を示す図であり、光方向変換用光学素子８は、脚部８ｅに実装基板５等に形成された穴部に固定可能な爪部８ｆを有する形状とされている。すなわち、上記した取付け部は、固定のための爪部８ｆを有する光方向変換用光学素子８とすることができる。
【００２８】
図８は、光方向変換用光学素子８の取付け固定用の形状を示す図であり、光方向変換用光学素子８は、逆円錐形状面８ｄの領域に、光源であるＬＥＤ２の外部形状に対して光方向変換用光学素子８の位置決めのための位置決め部８ｇを有している。
【００２９】
図９は、光方向変換用光学素子８の製造時の形状を示す図であり、光方向変換用光学素子８は、逆円錐形状面８ｄの領域に、インジェクション（射出）成形のゲート８ｈを有する形状とされている。すなわち、光方向変換用光学素子８を、アクリル樹脂、ポリカーボ樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の樹脂でインジェクション（射出）成形により形成する場合に、ゲート８ｈを逆円錐形状面８ｄの領域に設定する。ガラスモールドにより形成する場合も同様である。また、成形金型の分割部分（パーティングライン）が光方向変換用光学素子８の光学的性能に影響がないよう、入射面８ａ、反射面８ｂ、及び、側壁面８ｃ上以外に設定するのが好ましい。また、射出成形によれば、複数個の光方向変換用光学素子８を一体的に成形して光方向変換用一体化光学素子を形成することもできる。すなわち、射出成形により形成され、射出成形のゲートを介して、複数の光方向変換用光学素子８が一体的に形成されていることを特徴とする光方向変換用一体化光学素子とすることができる。
【００３０】
上記の実施の形態によれば、光方向変換用光学素子８を実装基板５等に容易に固定でき、特に、樹脂でインジェクション成形により形成する場合に効果がある。また、インジェクション成形で形成する場合のゲート８ｈ位置等を規定することにより、光学的性能に影響がないようにすることが可能となる。
【００３１】
（第３の実施の形態）
図１０は、第３の実施の形態を示す光方向変換用光学素子８であって、反射面８ｂの形状に改良を施す実施の形態を示す図である。光方向変換用光学素子８の朝顔形状の中心部分８ｉを平面としたものである。図１１は、この朝顔形状の中心部分８ｉを凹面状としたものを示す図である。すなわち、光方向変換用光学素子８の朝顔形状を有する反射面の中央部は、凹面状又は平面状であることを特徴とする請求項１に記載した光方向変換用光学素子とすることができる。図１２は、朝顔形状の反射面８ｂ、すなわち、反射面８ｂの空気側表面部分に、例えばアルミニウム蒸着膜、銀スパッタ膜、無電解ニッケルメッキ等の金属膜９０を形成した構成を示す図である。
【００３２】
上記の実施の形態によれば、ＬＥＤ２から入射した光線ＬＢは、朝顔形状の中心部分８ｉで、平面により角度を変えて出射される。また、朝顔形状の中心部分８ｉを凹面状とした場合は、大きく角度を変えて出射され、光源上部の拡散板を照射することができる。また、反射面８ｂの空気側表面部分に、金属膜９０を形成することで、成形状態あるいはキズ等により全反射条件からはずれた場合でも、光線ＬＢは横方向へ反射されるので、強度むらの少ない薄型面状光源への適用に好適である。
【００３３】
（第４の実施の形態）
図１３は、光源であるＬＥＤ２から光方向変換用光学素子８に入射させて横方向へ出射させると共に、ＬＥＤ２から横方向に出射する光を光方向変換用光学素子８を通さずに外部に直接配光する構造を示す図である。ＬＥＤ２に光源レンズ２ｂが設けられている構成の光源では、ＬＥＤ２から出射する光は光方向変換用光学素子８に入射せず横方向へ出射する光も多く、すべての光を光方向変換用光学素子８に入射させようとすると入射面８ａが大きくなり、光方向変換用光学素子８が大型化してしまう。そこで、ＬＥＤ２からの光は、空気層８０を介して光方向変換用光学素子８に光が入射されると共に、光方向変換用光学素子８を介さずに直接外部に出す構成とされている。従って、ＬＥＤ２から出射する光は、光方向変換用光学素子８から出射する光ＬＢ１と、光方向変換用光学素子８に入射せず横方向へ出射する光ＬＢ２となる。
【００３４】
また、光方向変換用光学素子８は、光源中心を中心とする同心球状に設けられた脚部８ｅを有する。脚部８ｅは、逆円錐形状面８ｄ面に設けられ、同心球状の全部またはその一部とされ、実装基板５等に固定できるよう、脚部あるいは爪部を有するのが好ましい。すなわち、入射面８ａと側壁面８ｃの間に、脚部８ｅ等の、光源との位置関係を決める取付け部を有するものとし、この取付け部は、光源の中心から同心球状に形成された光方向変換用光学素子８とすることができる。
【００３５】
上記の実施の形態によれば、光方向変換用光学素子８を大きくすることなく、光源レンズ２ｂが設けられている構成においても、光源からの光を横方向へ出射することができる。また、脚部８ｅを同心球状に設けるので、光源から直接配光される成分に影響を与えないようにする事ができ、強度むらの少ない薄型面状光源への適用に好適である。
【００３６】
（第５の実施の形態）
図１４は、本発明の第５の実施の形態に係る面状光源装置の全体斜視図である。なお、同図においては面状発光装置１の幅方向をｘ方向、長さ方向をｙ方向、高さ方向をｚ方向としている。
【００３７】
（面状発光装置１の全体構成）
この面状発光装置１は、複数の光放射用光源ユニット９を収容する筐体３と、筐体３の内壁面に設けられて複数の光放射用光源ユニット９から放射される光を反射する鏡面状の光反射部４と、複数の光放射用光源ユニット９を搭載する実装基板５と、複数の実装基板５を搭載する支持板６と、筐体３の光取り出し側に設けられて複数の光放射用光源ユニット９から放射される光の一部を反射、拡散させるとともに透過する拡散透過部７とを有する。
【００３８】
光放射用光源ユニット９は、光源であるＬＥＤ２と、入射層８０を介して所定の位置に配置された光方向変換用光学素子８とから構成される。ＬＥＤ２で発光した光は、主に光放射用光源ユニット９により、斜め後方、斜め前方、横方向に出射され、また、一部は前方（ｚ方向）にも出射される。また、光方向変換用光学素子８を介さず、ＬＥＤ２から直接外部へ光が配光される成分を有するよう配置されてもよい。光放射用光源ユニット９は、表面実装型のＬＥＤ２を有し、実装基板５に搭載されて４９個が筐体３に収容されている。本実施の形態では面状発光装置１の平均照度は１０００（ｌｘ）である。
【００３９】
筐体３は、ポリカーボネート等の樹脂材料を射出成型することによって形成された樹脂筐体であり、内部に実装基板５を支持する支持部が設けられている。なお、樹脂筐体に限定されず、アルミニウム等の金属筐体であっても良い。
【００４０】
光反射部４は、光放射用光源ユニット９から放射された光の反射性を高めるものとして、シート状のアルミニウムを貼り付けることにより鏡面状に形成された光反射面４Ａを有している。なお、光反射部４はシート貼り付け以外の他の方法で形成しても良く、例えば無電解めっきによるもの、あるいは白色塗装によって形成されても良い。また、光反射面４Ａは、鏡面状以外でも、少なくとも光を反射する表面状態のものであればよい。
【００４１】
実装基板５は、ガラスエポキシ基板からなり、ＬＥＤ２の底面に露出した電極端子部と電気的に接続される配線パターン（図示せず）を表面に有し、この表面に複数のＬＥＤ２が所定の間隔で搭載されている。また、この複数のＬＥＤ２に対応して、光方向変換用光学素子８を爪部８ｆ等で固定する穴を有することが好ましい。すなわち、実装基板５には、上記のように実装されたＬＥＤ２及び光方向変換用光学素子８から構成される光放射用光源ユニット９が、所定の間隔で搭載されている。
【００４２】
支持板６は、複数の光放射用光源ユニット９を搭載した実装基板５を所定の間隔で搭載しており、このことによって隣接する光放射用光源ユニット９のｘ方向およびｙ方向の間隔が一定となるように設定される。本実施の形態では、光放射用光源ユニット９はｘ方向およびｙ方向の間隔が５０ｍｍとなるように搭載している。また、支持板６の表面および実装基板５の表面は光放射用光源ユニット９から放射される光の反射性を高めるために白色に塗装されている。
【００４３】
拡散透過部７は、樹脂材料に光拡散粒子を混合した乳白色の薄板状に形成されており、光放射用光源ユニット９の光出射面から光軸方向、つまりｚ方向に所定の距離を有して配置されて光の一部を透過し、一部を反射して筐体３内で反射させることによって複数の光放射用光源ユニット９から放射される光の混合を行う。本実施の形態では、光放射用光源ユニット９の光出射面から拡散透過部７までの距離を２０ｍｍとしている。
【００４４】
（面状発光装置１の動作）
この面状発光装置１の動作について以下に説明する。まず、図示しない電源部から５０ｍＡで各光放射用光源ユニット９のＬＥＤ２に通電することにより発光させる。各光放射用光源ユニット９から放射された光は、斜め後方、斜め前方、横方向、また、一部は前方（ｚ方向）にも出射される。また、光方向変換用光学素子８を介さず、ＬＥＤ２から直接外部へ光が配光される成分も存在する。また、拡散透過部７に達しても透過せず反射される光も存在する。このようにして筐体３内の空間では光が複雑に混合されることにより、その混合の度合いに応じた強度の光が発光面となる拡散透過部７から均一に面状放射される。このとき、各光放射用光源ユニット９の光源像は視認できないレベルにある。
【００４５】
（第５の実施の形態の効果）
上記した第５の実施の形態によれば、複数の光放射用光源ユニット９から発光面の任意の１点に光が集まり、混合されることに基づいて光の面状放射を行うので、光放射用光源ユニット９の単体特性としての発光量のばらつき、色のばらつきが平均化され、発光面積に対して光源の数量を大にしなくとも発光むら、色むらの少ない面状発光装置１が得られる。そのため、故障等で消灯している光放射用光源ユニット９があったとしても他の点灯している光放射用光源ユニット９によって光が補完されることにより、照度低下が少なく、発光むらを抑えることができる。
【００４６】
また、光放射用光源ユニット９が発光面に対して所定の配置で分散し、かつ単体特性のばらつき、変化によって面状発光装置１の発光特性が変動しにくい構成であるので、色むら、発光むらのある光放射用光源ユニット９でも許容範囲のものであれば面状発光装置１の発光特性に差を生じることがなく、安価に製造することが可能になるとともに複数の面状発光装置１を併設して用いる場合であっても視覚的な違和感を生じることがない。
【００４７】
また、光放射用光源ユニット９は、複数個が一体化された形状であってもよい。また、面状発光装置１の形状については、上記した平坦状のものに限定されず、例えば、拡散透過部７が緩やかな曲面を有する面状発光装置１であっても良い。
【００４８】
また、光の色については特に限定はなく、白色、赤色、緑色、あるいは青色の単色であっても良く、さらに、これらの色を混合して得られる任意の色であっても良い。
【００４９】
また、白色光を有する面状発光装置１においては、白色光の生成については、ＬＥＤ２のパッケージ内でＲＧＢの光を混合して生成するものに限定されず、例えば、実装基板５上に赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、および青色ＬＥＤを配置し、これら各ＬＥＤから放射される光を拡散透過部７で混合することで白色光を生成するようにしても良い。
【００５０】
また、青色光、黄色光の混合による白色光の生成についても、青色ＬＥＤ素子と黄色蛍光体とをＬＥＤ２の同一パッケージ内に設けず、例えば、拡散透過部７の裏面に薄膜状の黄色蛍光体を塗布し、青色光の透過に基づいて白色光を生じるようにしても良い。また、紫外線発光ＬＥＤを使用し、拡散透過部７の裏面に薄膜状のＲＧＢ蛍光体を塗布し、白色光を生じるようにしてもよい。
【００５１】
（第６の実施の形態）
第６の実施の形態は、第５の実施の形態において、支持板６と光放射用光源ユニット９の配置等に工夫をして、薄型化及び高出力化に好適な構成とするものである。図１５は、光放射用光源ユニット９を所定の高さを有するスペーサ５Ｓを介して実装基板５に実装する構成を示す図である。斜め後方に出射された光は、光源から離れた部分で、支持板６の表面および実装基板５の表面により反射拡散される。図１６は、光放射用光源ユニット９の周囲で、実装基板５又は支持板６の表面に反射鏡部Ｍを配置した構成を示す図である。反射鏡部Ｍは、実装基板５又は支持板６の一部に形成されたものでもよく、また、独立した反射鏡として、実装基板５又は支持板６の表面に配置されるものであってもよい。
【００５２】
すなわち、筐体を備えた面状発光装置であって、光放射用光源ユニットは、筐体に備えられた背面反射部の前面側に配置されたことを特徴とする面状発光装置とすることができる。また、筐体を備えた面状発光装置であって、筐体は、光放射用光源ユニットから放射される光を拡散透過部の方向へ反射する反射鏡部を有することを特徴とする面状発光装置とすることができる。
【００５３】
光放射用光源ユニット９から出射した光を前方に反射させるので、光放射用光源ユニット９を短いピッチで多数配置する構成で特に効果を有する。図１５及び図１６の構成による実施の形態によれば、第５の実施の形態に加えて、特に、薄型化及び高出力化に好適な構成とすることができるという効果を有する。
【００５４】
（第７の実施の形態）
図１７は、第５の実施の形態に係る光放射用光源ユニット９の配置の異なる面状発光装置の平面図である。以下の説明において、第５の実施の形態と同様の構成および機能を有する部分については共通の引用数字を付している。また、同図においては図１４で説明した拡散透過部７の図示を省略している。
【００５５】
この面状発光装置１では、光放射用光源ユニット９の配置を図１４に示す正四角形状から正三角形状とした構成において相違している。このように、光放射用光源ユニット９の配置についても正四角形状に限定されず、千鳥配置、正三角形状、長方形状、あるいは二等辺三角形状等の他の配置としても良い。
【００５６】
（第８の実施の形態）
図１８は、第８の実施の形態に係る面状発光装置の部分平面図である。同図においては説明を容易にするために筐体３の開口部分を覆う拡散透過部７を図示省略している。
この面状発光装置１においては、発光色の異なる光放射用光源ユニット９Ｒ（赤色）、９Ｇ（緑色）、９Ｂ（青色）を規則的に配置したものである。
【００５７】
（第８の実施の形態の効果）
上記した第８の実施の形態によれば、発光色の異なる光放射用光源ユニット９Ｒ，９Ｇ，および９Ｂを支持板６上に規則的に配置するような場合でも、筐体３の空間内でＲＧＢ３原色が混合されることにより、均一な白色光を面状放射することが可能になる。なお、光放射用光源ユニット９Ｒ，９Ｇ，および９Ｂの発光強度については予め定めた許容範囲にあるものであれば、ばらつきを有したものであっても良く、白色以外の色を生じるＬＥＤの配置としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】第１の実施の形態を示す光方向変換用光学素子と光源とを示した図である。
【図２】反射面８ｂにおける全反射を説明するための図である。
【図３】光方向変換用光学素子８の上面に形成された反射面８ｂの形状を説明するための図である。
【図４】第１の実施の形態に係る光方向変換用光学素子８から出射する光線の指向性を示す図である。
【図５】第２の実施の形態を示す光方向変換用光学素子８であって、実装を考慮した場合の実施の形態を示す図である。
【図６】光方向変換用光学素子８の取付け固定用の形状を示す図である。
【図７】光方向変換用光学素子８の取付け固定用の形状を示す図である。
【図８】光方向変換用光学素子８の取付け固定用の形状を示す図である。
【図９】光方向変換用光学素子８の製造時の形状を示す図である。
【図１０】第３の実施の形態を示す光方向変換用光学素子８であって、反射面８ｂの形状に改良を施す実施の形態を示す図である。
【図１１】朝顔形状の中心部分８ｉを凹面状としたものを示す図である。
【図１２】反射面８ｂの空気側表面部分に、例えばアルミニウム蒸着膜、銀スパッタ膜、無電解ニッケルメッキ等の金属膜９０を形成した構成を示す図である。
【図１３】光源であるＬＥＤ２から光方向変換用光学素子８に入射させて横方向へ出射させると共に、ＬＥＤ２から横方向に出射する光を光方向変換用光学素子８を通さずに外部に直接配光する構造を示す図である。
【図１４】本発明の第５の実施の形態に係る面状光源装置の全体斜視図である。
【図１５】光放射用光源ユニット９を所定の高さを有するスペーサ５Ｓを介して実装基板５に実装する構成を示す図である。
【図１６】光放射用光源ユニット９の周囲で、実装基板５又は支持板６の表面に反射鏡部Ｍを配置した構成を示す図である。
【図１７】第５の実施の形態に係る光放射用光源ユニット９の配置の異なる面状発光装置の平面図である。
【図１８】第８の実施の形態に係る面状発光装置の部分平面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１…面状発光装置、２…ＬＥＤ、２ａ…発光部、３…筐体、４…光反射部、４Ａ…光反射面、５…実装基板、６…支持板、７…拡散透過部、８…光方向変換用光学素子、８ａ…入射面、８ｂ…反射面、８ｃ…側壁面、９…光放射用光源ユニット、８０…入射層、９０…金属膜
【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】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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