JP2007142178A

JP2007142178A - 白色ｌｅｄ照明装置

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Publication number: JP2007142178A
Application number: JP2005334311A
Authority: JP
Inventors: Yoshifumi Kawaguchi; 嘉史川口; Katsumi Obinata; 勝美小日向
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2005-11-18
Filing date: 2005-11-18
Publication date: 2007-06-07
Anticipated expiration: 2025-11-18
Also published as: US20070114551A1; JP4993434B2; US7514722B2

Abstract

【課題】色調むらが存在する白色ＬＥＤを光源とした白色ＬＥＤ照明装置において、照射面上には色調むらのない演色性に優れた白色光が照射されるようにする。
【解決手段】青色の波長領域にピーク波長を有する光を発光するＬＥＤチップと、前記ＬＥＤチップの発光光に励起されて青色の補色となる黄色光あるいは黄緑色光に波長変換する蛍光体とを有する白色ＬＥＤ１と、内底面が凸面６を有する凸形状で開口を有する凹形状の光入射面と、中央部と外周部とが異なる形状または曲率で形成された凸部１０と該凸部１０の外周部に形成された平面１１とで構成された光放出面と、前記光入射面と前記光放出面の間に位置する全反射面とを有する光学レンズとを夫々の光軸が一致するように配設した。
【選択図】図１

Description

本発明は、白色ＬＥＤ照明装置に関するものであり、詳しくは、青色の波長領域にピーク波長を有する光を発光するＬＥＤチップと、前記ＬＥＤチップの発光光に励起されて青色の補色となる黄色光あるいは黄緑色光の波長領域の光に波長変換する蛍光体とを有する白色ＬＥＤを光源とする白色ＬＥＤ照明装置に関する。

ＬＥＤチップは急峻な分光特性（スペクトル分布）を有する光を発光し、人間にはほゞピーク波長（発光強度が最大になる波長）λｐに対応する色調の光として認識される。従って、太陽光のように紫外〜可視〜赤外の波長領域に亘る広範囲の波長成分が含まれた演色性に優れた白色光（自然光）ではなく、ＬＥＤチップの材料、組成及び構造等に起因するＬＥＤチップに固有の色調の光を発光するものである。

このような分光特性を有する光を発光するＬＥＤチップを光源として白色光を得るためにはいくつかの方法がある。一つの方法は、赤色光を発光するＬＥＤチップ（赤色ＬＥＤチップ）と緑色光を発光するＬＥＤチップ（緑色ＬＥＤチップ）と青色光を発光するＬＥＤチップ（青色ＬＥＤチップ）の３種のＬＥＤチップを同時に点灯し、夫々のＬＥＤチップの発光する赤色（Ｒ）光、緑色（Ｇ）光及び青色（Ｂ）光の光の３原色の光量を個別に制御しながら加法混色によって所望の色調の白色（Ｗ）光を生成する方法である。

この方法は、夫々のＬＥＤチップの発光量を個別に制御するための３系統の駆動回路が必要であるという欠点はあるが、加法混色された光の色調を連続的に制御できるという利点も有している。

また、一つの方法は、波長変換物質である蛍光体を使用する方法であり、蛍光体に光を照射すると蛍光体が励起されてその励起光よりも長波長の光を放出するという原理を利用するものである。

具体的には例えば、ＺｎＳｅ系、ＩｎＧａＮ系、ＧａＮ系、ＺｎＯ系などの半導体材料で構成されたＬＥＤチップで発光された青色光（青色の波長領域にピーク波長を有する光）に励起されて青色の補色となる黄色光あるいは黄緑色光に波長変換するＹＡＧ、ＴＡＧ、オルトシリケート系などの蛍光体を用いることにより、ＬＥＤチップで発光された青色光の一部が蛍光体を励起することによって波長変換された黄色光と、ＬＥＤチップで発光された青色光の一部との加法混色によって白色光を生成することができる。

同様に、ＬＥＤチップで発光された光が青色光の場合、青色光に励起されて緑色光及び赤色光にそれぞれ波長変換する２種の蛍光体を混合したものを用いることにより、ＬＥＤチップで発光された青色光の一部が蛍光体を励起することによって波長変換された緑色光及び赤色光と、ＬＥＤチップで発光された青色光の一部との加法混色によって白色光を生成することもできる。

また、ＬＥＤチップで発光された光が紫外光の場合、紫外光に励起されて青色光、緑色光及び赤色光にそれぞれ波長変換する３種の蛍光体を混合したものを用いることにより、ＬＥＤチップで発光された紫外光の一部が蛍光体を励起することによって波長変換された青色光、緑色光及び赤色光の加法混色によって白色光を生成することもできる。

さらに、ＬＥＤチップで発光された光の波長と蛍光体の種類とを適宜組み合わせることによって白色光以外の種々な色調の光を生成することができる。

このように、光源から出射された光の一部で蛍光体を励起して波長変換し、光源から出射された光とは異なる色調の光を放出するようなＬＥＤには、例えば図５に示すようなものがある。それは、絶縁基板５１上に導体パターン５２ａ、５２ｂが形成されたプリント基板５３に、上方向に向かうに伴って外側に開いた反射面５４を有する擂鉢状の凹部５５が設けられたランプハウス５６が取り付けられている。そして、凹部５５の内底面５７（プリント基板５３上）の導体パターン５２ａ上に青色光を発光する青色ＬＥＤチップ５８が導電性接着剤５９を介して載設され、青色ＬＥＤチップ５８の下側電極と導体パターン５２ａとが電気的に接続されている。青色ＬＥＤチップ５８の上側電極は架空配線されたボンディングワイヤ６０を介して導体パターン５２ｂに接続され、青色ＬＥＤチップ５８の上側電極と導体パターン５２ｂとが電気的に接続されている。さらに青色光に励起されて青色の補色となる黄色光あるいは黄緑色光に波長変換する蛍光体６１が混入された透光性樹脂６２が凹部５５内に充填され、青色ＬＥＤチップ５８及びボンディングワイヤ６０が樹脂封止されて大気から遮断されている。

このような構成のＬＥＤ５０においては、青色ＬＥＤチップ５８で発光されて蛍光体６１が混入された透光性樹脂６２内を導光されて光放出面６３に至る光の光路および光路長が、青色ＬＥＤチップ５８で発光される光の出射方向によって異なるものとなる。具体的には、青色ＬＥＤチップ５８から該青色ＬＥＤチップ５８の光軸Ｘ方向（上方）に出射して光放出面６３に至る光路を辿る光をＬ１、光路長をｄ１とし、青色ＬＥＤチップ５８から該青色ＬＥＤチップ５８の斜め上方に出射して光放出面６３に至る光路を辿る光をＬ２、光路長をｄ２とすると、Ｌ１の光路を辿る光に対してＬ２の光路を辿る光の方が光放出面６３に至るまでの光路長が長くなり、ｄ２−ｄ１の光路長差が発生する。

このような光路長差の違いは、青色ＬＥＤチップ５８で発光した光が蛍光体６１が混入された透光性樹脂６２内を導光されて光出射面６３に至るまでの間に蛍光体によって波長変換される割合に差が生じることを意味する。つまり、短い光路を辿って光放出面６３に至った光Ｌ１は蛍光体によって波長変換される割合が少ないために青色の色調が強く、長い光路を辿って光放出面６３に至った光Ｌ２は蛍光体によって波長変換される割合が多いために黄色の色調が強い。

そこで、このＬＥＤは正面方向には青色がかった白色光を放出し、斜め上方には黄色みがかった白色光を放出すると共に、ＬＥＤの光放出面の中央部からは青みがかった白色光を放出し、ＬＥＤの光放出面の周辺部からは黄色みがかった白色光を放出するという、ＬＥＤの光放出面の光放出方向および光放出部位によって色調の異なる白色光が放出されるという色調むらのある光学特性を有するものとなる。

ところで、このＬＥＤのようにあらゆる方向に均一に光を放出する（広指向性）光源は、光源の大きさが、それを観測する距離に比べて極めて小さい場合（観測距離が光源の大きさの約５倍以上）は光学的に点光源とみなすことができるといわれている。

そこで、このような光学特性を有するＬＥＤを光源として該光源の大きさの約５倍以上離れた位置を照明する照明装置を構成する場合、光源から放出された広指向性の光に対して集光手段を施すことによって照射面の照度を確保すると共に、光源の色調むらを改善する必要がある。

そのために、図６に示すように、ＬＥＤの光放出方向の前方に集光レンズを配設することによって、照射面に対する集光及び照射面における照射光の色調の均一化を図ったものがある。

それは、ＬＥＤ８０の正面方向に放出された青みがかった白色光は、レンズ８１の上面入射面８２で屈折、集光されてレンズ８１内に導入され、レンズ８１内を導光されて中央放射面８３に至り、中央放射面８３で屈折、集光されてレンズ８１の外部に放出される。一方、ＬＥＤ８０の側面方向に放出された黄色みがかった白色光は、レンズ８１の側面入射面８４で屈折されてレンズ８１内に導入され、レンズ８１内を導光されて周辺反射面８５に至り、周辺反射面８５で反射（全反射）された光はレンズ８１内を導光されて中央放射面８３の周縁に設けられた周辺放射面８６に至り、周辺放射面８６からレンズ８１の外部に放出される。このとき、ＬＥＤ８０の側面方向に放出されて周辺放射面８６から外部に放出される黄色みがかった白色光はＬＥＤ８０の照射領域の中心方向へ集光され、ＬＥＤ８０の正面方向に放出されて中央放射面５３から外部に放出された青みがかった白色光と混合されて色調むらのない均一な白色光が得られるというものである（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００５−２１６７８２号公報

ところで、ＬＥＤ８０の異なる方向に放出された色調の異なる夫々の白色光は、上述のように照射面上では混合されて色調むらが解消され、色調むらのない均一な白色光が得られる。しかしながら、ＬＥＤ８０の異なる部位から放出された色調の異なる夫々の白色光は、ＬＥＤ８０の光放出面がレンズ８１で構成される光学系を介してそのまま照射面上に拡大投影されるために色調むらが解消されない。その結果、照射面には依然として色調むらが存在する白色光が照射されることになる。

そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、色調むらが存在する白色ＬＥＤを光源とし、照射面上には色調むらのない演色性に優れた白色光が照射されるよう白色ＬＥＤ照明装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、
夫々の光軸が略一致するように配設された白色ＬＥＤと光学レンズとを具備し、
前記白色ＬＥＤは、青色の波長領域にピーク波長を有する光を発光するＬＥＤチップと、前記ＬＥＤチップの発光光に励起されて青色の補色となる黄色あるいは黄緑色の色調の光に波長変換する蛍光体とを有し、
前記光学レンズは、前記白色ＬＥＤからの出射光を導入する光入射面と、外部に光を放出する光放出面とを有し、
前記光入射面は、前記ＬＥＤ側に凸面を向けた凸形状を有しており、
前記光放出面は、中央部と外周部とが異なる形状または異なる曲率で構成された凸形状部を有していることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載された発明は、請求項１において、前記ＬＥＤの光出射面の中央部から出射して前記光学レンズの光入射面側の凸面から前記レンズ内に導入された青みがかった白色光は、前記レンズ内を導光されて前記光放出面側の前記凸形状部の中央部から外部に放出され、
前記ＬＥＤの光出射面の周辺部から出射して前記光学レンズの光入射面側の凸面から前記レンズ内に導入された黄色みがかった白色光は、前記レンズ内を導光されて前記光放出面側の前記凸形状部の外周部から外部に放出され、
前記光学レンズの光放出面側の前記凸形状部から外部に放出された青みがかった白色光と黄色みがかった白色光とが混合された光が照射面上に照射されることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載された発明は、
夫々の光軸が略一致するように配設された白色ＬＥＤと光学レンズとを具備し、
前記白色ＬＥＤは、青色の波長領域にピーク波長を有する光を発光するＬＥＤチップと、前記ＬＥＤチップの発光光に励起されて青色の補色となる黄色あるいは黄緑色の色調の光に波長変換する蛍光体とを有し、
前記光学レンズは、前記白色ＬＥＤからの出射光を導入する光入射面と、外部に光を放出する光放出面と、前記光入射面の一部から導入された光を前記光放出面側に向ける全反射面とを有し、
前記光入射面は、開口を前記白色ＬＥＤ側に向けた凹形状で、該凹形状の内底面は前記ＬＥＤ側に凸面を向けた凸形状を有しており、
前記光放出面は、中央部と外周部とが異なる形状または異なる曲率で構成された凸形状部と、該凸形状部の外周の略平面部とを有しており、
前記全反射面は、前記光入射面の凹部内側面近傍もしくは前記白色ＬＥＤの光出射面の周辺部近傍を焦点とする曲面を有していることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載された発明は、請求項３において、前記ＬＥＤの光出射面の中央部から出射して前記光学レンズの光入射面側の凹部内底面の凸面から前記レンズ内に導入された青みがかった白色光は、前記レンズ内を導光されて前記光放出面側の前記凸形状部の中央部から外部に放出され、
前記ＬＥＤの光出射面の周辺部から出射して前記光学レンズの光入射面側の凹部内底面の凸面から前記レンズ内に導入された黄色みがかった白色光は、前記レンズ内を導光されて前記光放出面側の前記凸形状部の外周部から外部に放出され、
前記光学レンズの光放出面側の前記凸形状部から外部に放出された青みがかった白色光と黄色みがかった白色光とが混合されて照射面上に照射されると共に、
前記ＬＥＤの光出射面の中央部から出射して前記光学レンズの光入射面側の凹部内周面から前記レンズ内に導入された青みがかった白色光は、前記レンズ内を導光されて前記全反射面で反射されて更に前記レンズ内を導光されて前記光放出面側の前記凸形状部の外周の略平面部から外部に放出され、
前記ＬＥＤの光出射面の周辺部から出射して前記光学レンズの光入射面側の凹部内周面から前記レンズ内に導入された黄色みがかった白色光は、前記レンズ内を導光されて前記全反射面で反射されて更に前記レンズ内を導光されて前記光放出面側の前記凸形状部の外周の略平面部から外部に放出され、
前記光学レンズの光放出面側の前記凸形状部の外周の略平面部から外部に放出された青みがかった白色光と黄色みがかった白色光とが混合された光が照射面上に照射されることを特徴とするものである。

本発明は白色ＬＥＤと光学レンズとを夫々の光軸が一致するように配設したものであり、白色ＬＥＤは、青色の波長領域にピーク波長を有する光を発光するＬＥＤチップと、前記ＬＥＤチップの発光光に励起されて青色の補色となる黄色光あるいは黄緑色光の波長領域の光に波長変換する蛍光体とを有し、光学レンズは、凸面を有する凸形状の光入射面と、中央部と外周部とが異なる形状または異なる曲率で形成された凸形状の光放出面とを有する。

そして、ＬＥＤの光出射面の中央部から出射した青みがかった白色光及びＬＥＤの光出射面の周辺部から出射した黄色みがかった白色光の夫々の白色光のうち、光学レンズの光入射面側の凸面からレンズ内に導入された夫々の白色光は光出射面側の凸形状部から外部に放出されて混合される。

その結果、夫々の色調の白色光は１系統の光路に集約されて混合されるため、照射面上に照射され光は色調むらの少ない演色性に優れた白色光となる。

更に、本発明は白色ＬＥＤと光学レンズとを夫々の光軸が一致するように配設したものであり、白色ＬＥＤは、青色の波長領域にピーク波長を有する光を発光するＬＥＤチップと、前記ＬＥＤチップの発光光に励起されて青色の補色となる黄色光あるいは黄緑色光の波長領域の光に波長変換する蛍光体とを有し、光学レンズは、凸面を有する凸形状の内底面を有する凹形状の光入射面と、中央部と外周部とが異なる形状または異なる曲率で形成された凸形状部と該凸形状部の外周に形成された平面部とで構成された光放出面と、光入射面の凹部内側面近傍もしくは白色ＬＥＤの光出射面の周辺部近傍を焦点とする曲面からなる全反射面とを有する。

そして、ＬＥＤの光出射面の中央部から出射した青みがかった白色光及びＬＥＤの光出射面の周辺部から出射した黄色みがかった白色光の夫々の白色光のうち、光学レンズの光入射面側の凹部内底面の凸面からレンズ内に導入された夫々の白色光は光出射面側の凸形状部から外部に放出されて混合され、レンズの光入射面側の凹部内周面からレンズ内に導入された夫々の白色光は全反射面で反射されて光出射面側の平面部から外部に放出されて混合される。

その結果、夫々の色調の白色光は２系統の光路に集約されて混合されるため、照射面上に照射され光は色調むらの少ない演色性に優れた白色光となる。

以下、この発明の好適な実施形態を図１〜図４を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。

図１は本発明の白色ＬＥＤ照明装置に係わる実施形態の主要部を示す断面図である。本実施形態の主要部は、白色ＬＥＤ１と光学レンズ２とからなり、白色ＬＥＤ１の光出射方向の上方に白色ＬＥＤ１から出射された光の光路を制御するための光学系を構成する光学レンズ２が配設されており、白色ＬＥＤ１と光学レンズ２の夫々の光軸は略一致している。

白色ＬＥＤ（以下、「ＬＥＤ」と略称する）１は図５に示したような、正面方向には青色がかった白色光を放出し、斜め上方には黄色みがかった白色光を放出すると共に、ＬＥＤの光放出面の中央部からは青みがかった白色光を放出し、ＬＥＤの光放出面の周辺部からは黄色みがかった白色光を放出するという、ＬＥＤの光放出面の光放出方向および光放出部位によって色調の異なる白色光が放出されるという色調むらのある光学特性を有するものである。

光学レンズ２は、白色ＬＥＤ１の光出射面３と対向する位置に該ＬＥＤ１側に凸面６を向けた凸部４と前記凸部４の縁部に向かって立ち上がる立壁部５とが形成され、凸部４の凸面６はＬＥＤ１の光出射面３から上方に出射した光を光学レンズ２内に導入する光入射面となり、立壁部５の内周面７はＬＥＤ１の光出射面３から側方に出射した光を光学レンズ２内に導入する光入射面となる。また、光学レンズ２の前記光入射面となる凸面６が形成された凸部４に対向する位置には外部に光を放出する光放出面が構成されており、該光放出面の中央部には、中央部が略平面８で周辺部が前記光入射面となる凸面６が形成された凸部４近傍を焦点とする略回転楕円面９の一部で構成される凸部１０が形成され、凸部１０の周辺は略平面１１で構成されている。

なお、一般的には光放出面となる凸部の曲率は光入射面となる凸部の曲率よりも小さいことが必要である。それは、ＬＥＤの光出射面と光学レンズの光放出面となる凸部とが光学的に共役となり、光入射面となる凸面と照射面上の照射パターンとが光学的に共役となるからである。従って、この光学レンズは両凸レンズであるともいえる。

更に、光放出面となる凸部の中央部と周辺部とではその形状または曲率が変えられ、曲率を変える場合は中央部は青みがかった白色光を制御するための曲率に設計し、外周部は黄色みがかった白色光を制御するための曲率に設計される。本実施形態においては形状を変えており、上述のように凸部１０の中央部は青みがかった白色光を拡散する必要があるために略平面８に形成され、外周部は黄色がかった白色光を中央側に集光させる必要があるために光入射面となる凸面６が形成された凸部４近傍を焦点とする略回転楕円面９の一部で構成されている。

また、光学レンズ２内に導入された光を光放出面方向に向ける反射（全反射）面となる外側面１２の形状は前記光放出面となる凸部１０のように限定されるものではなく種々の形状が可能である。以下に、外側面１２の形状を設定するにあたって満足すべき要件について説明する。

比較的集光性が高い光学レンズを実現する場合、光学レンズ２の外側面１２は断面略放物線系の曲線で形成することが必要である。この場合、焦点位置をＬＥＤ１の光出射面３近傍に設定するとＬＥＤ１の光出射面３が照射面上にそのまま結像されることになり、ＬＥＤ１の光出射面３に存在する色調むらが照射面に顕著に現われることになる。そこで本実施形態においては、光学レンズ２の外側面１２の焦点位置を立壁部５の内周面７近傍に設定している。これにより、照射面上には立壁部５の内周面７の形状を投影することになるが、この立壁部５はＬＥＤ１の光出射面３から数ｍｍ離れた位置に存在するためにＬＥＤ１の光出射面３から出射された光がほぼ色調むらがない状態で届く。そのため、立壁部５の内周面７を投影する照射面には色調むらのない光が照射されることになる。

ここで、上記構成の光学レンズの光学系について説明する。図２及び図３は本実施形態の断面図であり、ＬＥＤ１の光出射面３の中央部から出射された青みがかった白色光と、ＬＥＤ１の光出射面３の周辺部から出射された黄色みがかった白色光の夫々が、光学レンズ２の光入射面から導入されて光学レンズ２内を導光されて光放出面から外部に放出されるまでの光線追跡を表したものである。

まず、図２に示すように、ＬＥＤ１の光出射面３の中央部から出射された青みがかった白色光のうち、光学レンズ２のＬＥＤ１の光出射面３側の凸部４の凸面６に向かう光は、凸面６で屈折、集光されて光学レンズ２内に導入され、光学レンズ２内を導光されて光放出面の中央部に形成された凸部１０の中央部の略平面８に至り、略平面８で拡散されて外部に放出される。一方、ＬＥＤ１の光出射面３の周辺部から出射された黄色がかった白色光のうち、同様に光学レンズ２のＬＥＤ１の光出射面３側の凸部４の凸面６に向かう光は、凸面６で屈折されて光学レンズ２内に導入され、光学レンズ２内を導光されて光放出面の中央部に形成された凸部１０の周辺部の略回転楕円面９に至り、略回転楕円面９で屈折されて外部に放出され、光学レンズ部１０の中央部上方に向かって集光される。その結果、凸部１０の中央部上方では前記光学レンズ２の光放出面の中央部に形成された凸部１０の略平面８から放出された青みがかった白色光と略回転楕円面９から放出された黄色みがかった白色光とが混合されて演色性に優れた白色光が形成される。

従って、光学レンズ２のＬＥＤ１の光出射面３側の凸部４と、光放出面の中央部に形成された凸部１０との２つの凸部のみで形成される両凸レンズによっても、ＬＥＤ１の光出射面３の中央部から出射された青みがかった白色光と、ＬＥＤ１の光出射面３の周辺部から出射された黄色がかった白色光とが混色された演色性に優れた白色光を得ることができる。

また、図３に示すように、ＬＥＤ１の光出射面３の中央部から出射された青みがかった白色光のうち、光学レンズ２の立壁部５の内周面７に向かう光は、内周面７から光学レンズ２内に導入されて断面略放物線系の曲線で形成される外側面１２に向かい、光学レンズ２内を導光されて外側面１２に至った光は外側面１２で全反射されて光放出面に向かい、光学レンズ２内を導光されて光放出面に形成された凸部１０の周辺の略平面１１に至り、略平面１１で拡散されて外部に放出される。一方、ＬＥＤ１の光出射面３の周辺部から出射された黄色みがかった白色光のうち、光学レンズ２の立壁部５の内周面７に向かう光は、上記ＬＥＤ１の光出射面３の中央部から出射されて光学レンズ２の立壁部５の内周面７に向かう青みがかった白色光とほぼ同じ光路を辿って外部に放出される。その結果、光放出面に形成された凸部１０の周辺部上方では前記光学レンズ２の光放出面の中央部に形成された凸部１０の周辺の略平面１１から放出された青みがかった白色光と黄色みがかった白色光とが混合されて演色性に優れた白色光が形成される。

従って、光学レンズ２の立壁部５の内周面７と、光放出面に形成された凸部１０の周辺の略平面１１と、外側面１２との３つの部分（面）のみで形成される光学レンズによっても、ＬＥＤ１の光出射面３の中央部から出射された青みがかった白色光と、ＬＥＤ１の光出射面３の周辺部から出射された黄色がかった白色光とが混色された演色性に優れた白色光を得ることができる。

そこで、上記図２及び図３で表される光線追跡を重ね合わせると、光学レンズ２の中央部及び周辺部の夫々の上方（つまり、光学レンズ２の上方全面）には青みがかった白色光と黄色みがかった白色光とが混合された演色性に優れた白色光が形成されることになり、このＬＥＤ照明装置によって、照射面には色調むらの少ない演色性に優れた白色光が照射されることになる。

ところで、更に集光性が高いＬＥＤ白色照明装置を実現するには、光学レンズを図４に示すような形状にすることによって可能である。それは、上記図１〜図３で示される光学レンズと形状は概略同じであるが、光学レンズ２の高さを高くし、且つ立壁部５の内周面７をＬＥＤ１の光出射面３に対して平行になる方向に傾けたことが異なる。

全反射面となる光学レンズ２の外側面１２の焦点は、ＬＥＤ１の光出射面３の中央部に設定すると青みがかった白色光と黄色みがかった白色光との色分離が生じるため、それを避けるためにＬＥＤ１の光出射面３の周辺部近傍に設定している。

また、立壁部５の内周面７をＬＥＤ１の光出射面３に対して平行になる方向に傾けたことにより、ＬＥＤ１の光出射面３から出射されて立壁部５の内周面７で屈折されて光学レンズ２内に導入された光が、光学レンズ２内を導光されて上方に延長された外側面１２の先端部まで到達することになる。つまり、ＬＥＤ１の光出射面３から出射された光が光学レンズ２の光放出面に至るまでの光路が長くなったことになり、そのため光源の大きさが見掛け上小さくなって、光学レンズ２の光放出面から外部に放出される光が狭指向性の配向パターンを形成することになる。

なお、光学レンズ２の中央部上方に放出される光の指向性は、光学レンズ２の光放出面に形成された凸部１０の焦点距離とＬＥＤ１の光出射面３側の凸部４の凸面６の曲率とによって決まる。よって、狭指向性のＬＥＤ白色照明装置を実現するためには光学レンズ２の高さを高くすることによって可能である。

本発明の白色ＬＥＤ照明装置に係わる実施形態の断面図である。同じく、本発明の白色ＬＥＤ照明装置に係わる実施形態の光線追跡図である。同じく、本発明の白色ＬＥＤ照明装置に係わる実施形態の光線追跡図である。同じく、本発明の白色ＬＥＤ照明装置に係わる他の実施形態の光線追跡図である。ＬＥＤ照明装置を構成する一般的なＬＥＤ光源の断面図である。従来の白色ＬＥＤ照明装置の断面図である。

符号の説明

１白色ＬＥＤ
２光学レンズ
３光出射面
４凸部
５立壁部
６凸面
７内周面
８平面
９回転楕円面
１０凸部
１１平面
１２外側面

Claims

夫々の光軸が略一致するように配設された白色ＬＥＤと光学レンズとを具備し、
前記白色ＬＥＤは、青色の波長領域にピーク波長を有する光を発光するＬＥＤチップと、前記ＬＥＤチップの発光光に励起されて青色の補色となる黄色あるいは黄緑色の色調の光に波長変換する蛍光体とを有し、
前記光学レンズは、前記白色ＬＥＤからの出射光を導入する光入射面と、外部に光を放出する光放出面とを有し、
前記光入射面は、前記ＬＥＤ側に凸面を向けた凸形状を有しており、
前記光放出面は、中央部と外周部とが異なる形状または異なる曲率で構成された凸形状部を有していることを特徴とする白色ＬＥＤ照明装置。
前記ＬＥＤの光出射面の中央部から出射して前記光学レンズの光入射面側の凸面から前記レンズ内に導入された青みがかった白色光は、前記レンズ内を導光されて前記光放出面側の前記凸形状部の中央部から外部に放出され、
前記ＬＥＤの光出射面の周辺部から出射して前記光学レンズの光入射面側の凸面から前記レンズ内に導入された黄色みがかった白色光は、前記レンズ内を導光されて前記光放出面側の前記凸形状部の外周部から外部に放出され、
前記光学レンズの光放出面側の前記凸形状部から外部に放出された青みがかった白色光と黄色みがかった白色光とが混合された光が照射面上に照射されることを特徴とする請求項１に記載の白色ＬＥＤ照明装置。
夫々の光軸が略一致するように配設された白色ＬＥＤと光学レンズとを具備し、
前記白色ＬＥＤは、青色の波長領域にピーク波長を有する光を発光するＬＥＤチップと、前記ＬＥＤチップの発光光に励起されて青色の補色となる黄色あるいは黄緑色の色調の光に波長変換する蛍光体とを有し、
前記光学レンズは、前記白色ＬＥＤからの出射光を導入する光入射面と、外部に光を放出する光放出面と、前記光入射面の一部から導入された光を前記光放出面側に向ける全反射面とを有し、
前記光入射面は、開口を前記白色ＬＥＤ側に向けた凹形状で、該凹形状の内底面は前記ＬＥＤ側に凸面を向けた凸形状を有しており、
前記光放出面は、中央部と外周部とが異なる形状または異なる曲率で構成された凸形状部と、該凸形状部の外周の略平面部とを有しており、
前記全反射面は、前記光入射面の凹部内側面近傍もしくは前記白色ＬＥＤの光出射面の周辺部近傍を焦点とする曲面を有していることを特徴とする白色ＬＥＤ照明装置。
前記ＬＥＤの光出射面の中央部から出射して前記光学レンズの光入射面側の凹部内底面の凸面から前記レンズ内に導入された青みがかった白色光は、前記レンズ内を導光されて前記光放出面側の前記凸形状部の中央部から外部に放出され、
前記ＬＥＤの光出射面の周辺部から出射して前記光学レンズの光入射面側の凹部内底面の凸面から前記レンズ内に導入された黄色みがかった白色光は、前記レンズ内を導光されて前記光放出面側の前記凸形状部の外周部から外部に放出され、
前記光学レンズの光放出面側の前記凸形状部から外部に放出された青みがかった白色光と黄色みがかった白色光とが混合されて照射面上に照射されると共に、
前記ＬＥＤの光出射面の中央部から出射して前記光学レンズの光入射面側の凹部内周面から前記レンズ内に導入された青みがかった白色光は、前記レンズ内を導光されて前記全反射面で反射されて更に前記レンズ内を導光されて前記光放出面側の前記凸形状部の外周の略平面部から外部に放出され、
前記ＬＥＤの光出射面の周辺部から出射して前記光学レンズの光入射面側の凹部内周面から前記レンズ内に導入された黄色みがかった白色光は、前記レンズ内を導光されて前記全反射面で反射されて更に前記レンズ内を導光されて前記光放出面側の前記凸形状部の外周の略平面部から外部に放出され、
前記光学レンズの光放出面側の前記凸形状部の外周の略平面部から外部に放出された青みがかった白色光と黄色みがかった白色光とが混合された光が照射面上に照射されることを特徴とする請求項３に記載の白色ＬＥＤ照明装置。