JP2012222304A - Ｌｅｄモジュールおよびｌｅｄランプ - Google Patents

Abstract

【課題】指向角が小さく、かつ大きさや厚さの増加が抑制されたＬＥＤモジュールを提供する。
【解決手段】ＬＥＤモジュール１は、一つ以上の単位発光部２を有する。単位発光部２は、発光部本体６、第１の筒状反射部７、および第２の筒状反射部８を有する。発光部本体６は、搭載面５上に搭載されるＬＥＤ素子９および該ＬＥＤ素子９の主光出射側の表面を被覆する蛍光体層１１を有する。第１の筒状反射部７は、発光部本体６の側面を囲むように設けられる。第２の筒状反射部８は、第１の筒状反射部７の光出射側の端部に接続され、第１の筒状反射部７側の端部における断面積Ｓ_２に対して光出射側となる端部における断面積Ｓ_３が大きい。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＬＥＤモジュールおよびＬＥＤランプに関する。

従来、店舗等において、特定部分の照明にスポット照明が用いられている。スポット照明用の照明装置として、例えば、白熱電球を光源とし、天井に埋め込み式に設置されるダウンライト式照明装置が知られている。ダウンライト式照明装置は、例えば、下面に開口部を有する箱状のケース本体、このケース本体の内部に設けられ、下面側に向かって開口するシェード部、このシェード部の略中心部に設けられ、白熱電球を取り付けるためのソケット等を有する。白熱電球は、自身の口金部材をソケットの下面側からねじ込むようにして装着される。本文中では白熱電球は、ハロゲン電球、クリプトン電球なども含む。

一般照明分野においては、省電力化および長寿命化の観点から、白熱電球から発光ダイオードランプへの置き換えが進んでいる。以下、発光ダイオードはＬＥＤという。ＬＥＤランプとして、ランプ本体にＬＥＤモジュールが搭載されたものが知られている。ＬＥＤモジュールは、モジュール基板に複数のＬＥＤ素子が搭載されるとともに、複数のＬＥＤ素子を覆うように蛍光体層が設けられたものである。

ランプ本体には、ＬＥＤモジュールの他、例えば、ＬＥＤ素子が直流によって駆動されることから、交流を直流に変換するための電源回路、またＬＥＤ素子の発光効率が温度上昇に伴って低下することから、例えば、特許文献１のように温度上昇を抑制するための放熱部等が設けられる。

このように、ＬＥＤランプについては、白熱電球の場合と異なり、ＬＥＤ素子を直流駆動させるための電源回路、ＬＥＤモジュールの放熱を行うための放熱部等を設ける必要がある。スポット照明用の大型のＬＥＤランプの場合、ランプ本体のスペースに比較的余裕があることから、十分な電源回路や放熱部等を設けつつ、所望のスポット特性、すなわち指向角を小さくすることができる。

しかし、スポット照明用の小型のＬＥＤランプの場合、ランプ本体のスペースに余裕が少ないことから、必ずしも十分な電源回路や放熱部等を設けることができず、結果として十分な明るさを得ることができない。十分な電源回路や放熱部等を設ける場合、より先端側にＬＥＤモジュールを配置しなければならず、ＬＥＤランプとして所望のスポット特性を得ることが困難となる。また、十分な電源回路や放熱部等を設けた場合、ＬＥＤランプが大型化し、従来の白熱電球用の照明装置、例えば、上記したスポット照明用のダウンライト式照明装置に用いた場合、そのシェード部から先端部が突出し、照明装置として所望のスポット特性が得られず、また外観上も好ましくない。

特開２０１１−３３９８号公報

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、スポット照明用の小型のＬＥＤランプ等に好適なものであって、指向角が小さく、かつ大きさや厚さの増加が抑制されたＬＥＤモジュールを提供することを目的とする。また、本発明は、このようなＬＥＤモジュールを有するＬＥＤランプを提供することを目的とする。

本発明のＬＥＤモジュールは、一つ以上の単位発光部を有することを特徴とする。単位発光部は、発光部本体、第１の筒状反射部、および第２の筒状反射部を有する。発光部本体は、搭載面上に搭載されるＬＥＤ素子および該ＬＥＤ素子の主光出射側の表面を被覆する蛍光体層を有する。第１の筒状反射部は、発光部本体の側面を囲むように設けられる。第２の筒状反射部は、第１の筒状反射部の光出射側の端部に接続され、第１の筒状反射部側の端部における断面積に対して光出射側となる端部における断面積が大きい。

本発明のＬＥＤランプは、ランプ本体と、該ランプ本体に搭載されるＬＥＤモジュールとを有する。本発明のＬＥＤランプは、該ＬＥＤモジュールが本発明のＬＥＤモジュールであることを特徴とする。

本発明のＬＥＤモジュールによれば、発光部本体、第１の筒状反射部、および第２の筒状反射部から主としてなる単位発光部を複数設けることで、大きさや厚さの増加を抑制しつつ、指向角を小さくできる。従って、スポット照明用の小型のＬＥＤランプ等に適用することで、十分な電源回路や放熱部等のスペースを確保して明るさを向上させつつ、ＬＥＤランプとして所望のスポット特性を得ることができる。また、ＬＥＤランプの大型化を抑制できることから、スポット照明用のダウンライト式照明装置に用いた場合、所望のスポット特性を得ることができるとともに、外観を良好にできる。

本発明のＬＥＤモジュールの一例を示す平面図。 図１に示すＬＥＤモジュールのＡ−Ａ線断面図。 ＬＥＤモジュールの変形例を示す断面図。 単位発光部（ＣＰＣ）の一例を示す斜視図。 単位発光部（ＣＰＣ）の断面図。 面積比（Ｓ_２／Ｓ_０）と指向角（θ_ｘ、θ_ｙ）との関係を示す図。 ｙ軸方向出射角度と光度との関係を示す図。 指向角と第２の筒状反射部の大きさ、および指向角と第２の筒状反射部の長さとの関係を示す図。 指向角と面積比（Ｓ_３／Ｓ_２）との関係を示す図。 単位発光部（テーパー状）の断面図。 出射角度と光度との関係を示す図。 レンズ部を有する単位発光部の断面図。 レンズ部を有する単位発光部のｘ軸方向出射角度と光度との関係を示す図。 レンズ部を有する単位発光部のｙ軸方向出射角度と光度との関係を示す図。 反射率と光束との関係を示す図。 本発明のＬＥＤランプの一例を示す断面図。 本発明のＬＥＤランプが適用される照明装置の一例を示す断面図。

以下、本発明のＬＥＤモジュールおよびＬＥＤランプについて説明する。
本発明のＬＥＤモジュールは、一つ以上の単位発光部を有することを特徴とする。単位発光部は、発光部本体、第１の筒状反射部、および第２の筒状反射部を有する。発光部本体は、搭載面上に搭載されるＬＥＤ素子および該ＬＥＤ素子の主光出射側の表面を被覆する蛍光体層を有する。第１の筒状反射部は、発光部本体の側面を囲むように設けられる。第２の筒状反射部は、第１の筒状反射部の光出射側の端部に接続され、第１の筒状反射部側の端部における断面積に対して光出射側となる端部における断面積が大きい。

本発明のＬＥＤモジュールによれば、発光部本体の側面を囲むように第１の筒状反射部を設けるとともに、この第１の筒状反射部の光出射側の端部に、第１の筒状反射部側の端部における断面積に対して光出射側となる端部の断面積が大きい第２の筒状反射部を接続することで、ＬＥＤモジュール全体の大きさや厚さの増加を抑制しつつ、指向角を低減できる。これにより、例えば、小型のＬＥＤランプに好適な大きさや厚さとしつつ、指向角をスポット照明等に好適な３０度以下とすることができる。

ここで、指向角とは、出射角度ごとに光度を測定したときに、出射角度が０度（ＬＥＤモジュールの表面に対して垂直方向）のときの光度に対して、光度が半分になるときの出射角度（半値幅）を意味する。指向角の測定は、例えば、受光ファイバーと分光器とを組み合わせた光学装置を用い、出射角度毎に光量を測定することにより行うことができる。なお、指向角は、単位発光部において３０度以下となっていることが好ましい。単位発光部において指向角が３０度以下となっていれば、これを有するＬＥＤモジュールについても指向角は３０度以下となる。

従来、ＬＥＤモジュールは、モジュール基板に複数のＬＥＤ素子を搭載するとともに、この複数のＬＥＤ素子の全体を覆うように連続して蛍光体層を形成し、この連続した蛍光体層の略全面を発光面とする。この場合、ＬＥＤモジュールから発せられる光は略ランバート配光となり、指向角は１２０°程度となる。同様に、個々のＬＥＤ素子から発せられる光も略ランバート配光であるため、指向角は１２０°程度となる。放射の保存則（ラグランジュ・ヘルムホルツの不変量）によれば、光束の通過する面積と立体角（この場合、指向角と同義）との積は常に一定であることから、光学素子等により立体角を低減するには初期の発光面積（指向角低減前の発光面積）に対して出射側の発光面積を大きくする必要がある。そのため、初期の発光面積を小さく出来れば、それに対応して出射側の発光面積はその分小さくなる。従来のＬＥＤモジュールについては、複数のＬＥＤ素子の全体を覆うように一体に形成された蛍光体層が発光面となり、初期の発光面積が大きいことから、指向角の低減に必要な面積も大きくなる。このため、小型のＬＥＤランプ等に適用した場合、指向角の低減に必要な面積を確保できず、指向角を十分に低減できない。

本発明のＬＥＤモジュールによれば、ＬＥＤ素子および蛍光体層からなる発光部本体を囲むように第１の筒状反射部を設けることで、上述したとおり個々のＬＥＤ素子からの発光面積はＬＥＤモジュール全体の発光面積よりも小さいため初期の発光面積を低減できる。そして、第１の筒状反射部の光出射側の端部に、第１の筒状反射部側の端部における断面積に対して光出射側となる端部の断面積が大きい第２の筒状反射部を接続することで、全体の大きさや厚さの増加を抑制しつつ、指向角を低減できる。これにより、例えば、小型のＬＥＤランプに好適な大きさや厚さとしつつ、指向角もスポット照明等に好適な３０度以下とすることができる。

図１は、実施形態のＬＥＤモジュールの一例を示す平面図である。
ＬＥＤモジュール１は一つ以上の単位発光部２を有する。一つ以上の単位発光部２は、例えば格子状となるように互いに隣接して配列される。一つ以上の単位発光部２は、発光面積を確保する観点から上記したように格子状となるように互いに隣接して配列されることが好ましいが、必ずしも格子状に限られず、また単位発光部２どうしは必ずしも接触していなくてもよい。単位発光部２の個数は、一つ以上であれば必ずしも限定されないが、例えば、９〜１４４個が好ましい。なお、以下では、図示するようなＬＥＤモジュール１の横方向をｘ軸方向、縦方向をｙ軸方向、厚さ方向をｚ軸方向（図示せず）として説明する。

図２は、図１に示すＬＥＤモジュール１のＡ−Ａ線断面図である。
ＬＥＤモジュール１は、例えば、モジュール基板３と、このモジュール基板３上に積層される反射板４とから主としてなる。一つ以上の単位発光部２は、例えば、１つのモジュール基板３と１つの反射板４とを用いて一体的に形成される。

各単位発光部２は、搭載面５、発光部本体６、第１の筒状反射部７、および第２の筒状反射部８から主として構成される。なお、以下では、第１の筒状反射部７の搭載面５側の端部の断面を断面Ｐ_１、第１の筒状反射部７と第２の筒状反射部８との接続部分における断面を断面Ｐ_２、第２の筒状反射部８の光出射側の端部の断面を断面Ｐ_３とする。また、断面Ｐ_１におけるｘ軸方向の大きさをｘ_１、ｙ軸方向の大きさをｙ_１、断面積をＳ_１、断面Ｐ_２におけるｘ軸方向の大きさをｘ_２、ｙ軸方向の大きさをｙ_２、断面積をＳ_２、断面Ｐ_３におけるｘ軸方向の大きさをｘ_３、ｙ軸方向の大きさをｙ_３、断面積をＳ_３とする（図５等参照）。また、第１の筒状反射部７のｚ軸方向の長さをＬ_１ｘ（ｘ軸方向部分）、Ｌ_１ｙ（ｙ軸方向部分）、第２の筒状反射部８のｚ軸方向の長さをＬ_２ｘ（ｘ軸方向部分）、Ｌ_２ｙ（ｙ軸方向部分）とする（図５等参照）。

搭載面５は、モジュール基板３の表面を利用して設けられ、各単位発光部２の配列に対応して所定の配列となるように複数設けられる。発光部本体６は、搭載面５上に設けられ、搭載面５上に搭載されるＬＥＤ素子９と、このＬＥＤ素子９の少なくとも主光出射側の表面を被覆する蛍光体層１１とから構成される。

第１の筒状反射部７および第２の筒状反射部８は、例えば、反射板４を利用して設けられ、厚さ方向に貫通する貫通孔からなる。第１の筒状反射部７および第２の筒状反射部８は、各単位発光部２の配列に対応して所定の配列となるように複数設けられる。第１の筒状反射部７は、発光部本体６の側面を囲むものであり、搭載面５から少なくとも発光部本体６の光出射側の表面（蛍光体層１１の光出射側の表面）の位置まで設けられる。このように第１の筒状反射部７の内部に発光部本体６を設けることで、初期の発光面積を効果的に低減できる。

第２の筒状反射部８は、第１の筒状反射部７の光出射側に接続され、第１の筒状反射部側の断面Ｐ_２の断面積Ｓ_２に対して光出射側となる断面Ｐ_３の断面積Ｓ_３が大きくなる。第１の筒状反射部７の光出射側にこのような第２の筒状反射部８を接続することで、ＬＥＤモジュール１全体の大きさや厚さの増加を抑制しつつ、指向角を低減できる。

図３は、ＬＥＤモジュール１の変形例を示す断面図である。
このＬＥＤモジュール１は、モジュール基板３に凹部を設け、この凹部の底面を搭載面５、側面を第１の筒状反射部７とし、反射板４には第２の筒状反射部８のみを設けたものである。このように、第１の筒状反射部７と第２の筒状反射部８とは必ずしも反射板４に一体に設ける必要はなく、モジュール基板３と反射板４とに分けて設けてもよい。モジュール基板３に凹部を設けて搭載面５や第１の筒状反射部７とすることで、第１の筒状反射部７内への単位発光部２の形成が容易になり、また反射板４には第２の筒状反射部８のみを設ければよいことから、反射板４の形成も容易となる。

以下、単位発光部２について詳細に説明する。

図４は、単位発光部２の一例を示す斜視図である。
ＬＥＤ素子９の平面形状は、通常、正方形状や矩形状等の四角形状とされる。第１の筒状反射部７のｘｙ断面における断面形状は、例えば、ＬＥＤ素子９の平面形状と相似形状の正方形状や矩形状等の四角形状とされ、ｚ軸方向に一定とされる。第１の筒状反射部７の断面形状をＬＥＤ素子９の平面形状と相似形状とすることで、ＬＥＤ素子９と第１の筒状反射部７との間における大きな隙間を少なくして光利用効率を向上でき、また、発光面積を極力小さくすることで光の放射角を狭めることになる。また、第１の筒状反射部７に接続される第２の筒状反射部８についても、例えば、第１の筒状反射部７の断面形状に合わせて、正方形状や矩形状等の四角形状とされる。

図５は、単位発光部２の一例を示す断面図であり、図５（ａ）は中心軸ａｘを含むｘｚ断面における断面図、図５（ｂ）は中心軸ａｘを含むｙｚ断面における断面図である。ＬＥＤ素子９の大きさは、必ずしも限定されないが、ｘ軸方向の大きさｘ_０は０．２〜１ｍｍ、ｙ軸方向の大きさｙ_０は０．２〜１ｍｍが好ましい。

第１の筒状反射部７の長さ（Ｌ_１ｘ、Ｌ_１ｙ）は、いずれも発光部本体６の光出射側の表面に達するものであればよく、通常、０．３〜１ｍｍが好ましい。ＬＥＤ素子９の主光出射側の表面の面積Ｓ_０に対する第１の筒状反射部７の断面Ｐ_２の断面積Ｓ_２の面積比（Ｓ_２／Ｓ_０）は５以下が好ましい。面積比（Ｓ_２／Ｓ_０）を５以下とすることで、発光部本体６の発光面積を低減して指向角を低減できる。また、ＬＥＤ素子９と第１の筒状反射部７との間の隙間を少なくして発光効率を向上できる。

図６に、面積比（Ｓ_２／Ｓ_０）と単位発光部２の指向角（θ_ｘ（ｘ軸方向の指向角）、θ_ｙ（ｙ軸方向の指向角））との関係を示す。また、図７に、図６に示す面積比（Ｓ_２／Ｓ_０）におけるｙ軸方向の出射角度と光度との関係を示す。図６に示すように、面積比（Ｓ_２／Ｓ_０）を５以下とすることで、例えば、単位発光部２の指向角を２０°以下にできる。面積比（Ｓ_２／Ｓ_０）は３以下がより好ましく、１であってもよい。

なお、図６、７における面積比（Ｓ_２／Ｓ_０）の調整は、ＬＥＤ素子９の面積Ｓ_０を固定し、第１の筒状反射部７の断面Ｐ_２の面積Ｓ_２を変更することにより行った。単位発光部２の構成は以下に示す通りである。
ＬＥＤ素子９：ｘ_０＝０．４ｍｍ、ｙ_０＝０．５ｍｍ、厚さ＝０．１２ｍｍ
断面Ｐ_１：ｘ_１＝０．５〜１．１ｍｍ、ｙ_１＝０．６〜１．２ｍｍ
断面Ｐ_２：断面Ｐ_１と同様
断面Ｐ_３：ｘ_３＝３．８〜６．１ｍｍ、ｙ_３＝４．６〜６．４ｍｍ
長さＬ_１ｘ、Ｌ_１ｙ＝０．６ｍｍ
長さＬ_２ｘ、Ｌ_２ｙ＝１９．７ｍｍ

また、上記結果から、ＬＥＤ素子９の大きさと第１の筒状反射部７の大きさとの差については、ｘ軸方向の差ｘ_１−ｘ_０は０．５ｍｍ以下が好ましく、ｙ軸方向の差ｙ_１−ｙ_０は０．５ｍｍ以下が好ましいことがわかる。ｘ軸方向における差ｘ_１−ｘ_０は０．３ｍｍ以下がより好ましく、ｙ軸方向における差ｙ_１−ｙ_０は０．３ｍｍ以下がより好ましい。

第２の筒状反射部８は、例えば、ＣＰＣ（compound parabolic concentrator＝複合放物面集光器）が好ましい。ＣＰＣによれば、指向角の低減に加えて、そのレンズ機能により集光効率を向上でき、出射角度に対する光度を均一化できるとともに、集光のためのレンズ等の光学部品を省略して小型化できる。第２の筒状反射部８の光出射側における断面Ｐ_３の大きさ（ｘ_３、ｙ_３）は、例えば、所望とするｘ軸方向、ｙ軸方向の指向角（θ_ｘ、θ_ｙ）に応じて以下の範囲が好ましい。また、第２の筒状反射部８の長さ（Ｌ_２ｘ、Ｌ_２ｙ）についても、例えば、所望とするｘ軸方向、ｙ軸方向の指向角（θ_ｘ、θ_ｙ）に応じて以下の範囲が好ましい。

ｘ_３≧ｘ_２／ｓｉｎ(θ_ｘ／２)
ｙ_３≧ｙ_２／ｓｉｎ(θ_ｙ／２)
Ｌ_２ｘ≧ｘ_２(１＋ｓｉｎ(θ_ｘ／２))／(２ｔａｎ(θ_ｘ／２)・ｓｉｎ(θ_ｘ／２))
Ｌ_２ｙ≧ｙ_２(１＋ｓｉｎ(θ_ｙ／２))／(２ｔａｎ(θ_ｙ／２)・ｓｉｎ(θ_ｙ／２))

図８に、上記した指向角と大きさ（ｘ_３、ｙ_３）との関係、および指向角と長さ（Ｌ_２ｘ、Ｌ_２ｙ）との関係を示す。また、図９に、指向角と面積比（Ｓ_３／Ｓ_２）との関係を示す。図９に示されるように、例えば、指向角を３０度以下にする場合、面積比（Ｓ_３／Ｓ_２）は１５以上が好ましい。また、面積比（Ｓ_３／Ｓ_２）は、１５以上であれば必ずしも制限されないが、通常、指向角１５度に対応する５９程度までが好ましく、これ以下とすることで第２の筒状反射部８の大きさ（ｘ_３、ｙ_３）を抑制できる。

第２の筒状反射部８の光出射側における断面Ｐ_３の大きさ（ｘ_３、ｙ_３）は、通常、ｘ_３＝１．９〜３．８ｍｍ、ｙ_３＝２．３〜４．６ｍｍが好ましい。また、第２の筒状反射部８の長さ（Ｌ_２ｘ、Ｌ_２ｙ）は、通常、５〜２０ｍｍが好ましい。

図１０は、第２の筒状反射部８の壁部をＣＰＣのような放物面を有するものから単なる平面に変更した変形例を示すものである。第２の筒状反射部８の壁部は、必ずしもＣＰＣのような放物面に限られず、平面とした場合でもＣＰＣの場合と同様に指向角を低減できる。以下、このような壁部が平面のものをテーパー状として説明する。テーパー状のものについても、第２の筒状反射部８の光出射側における断面Ｐ_３の大きさ（ｘ_３、ｙ_３）、面積比（Ｓ_３／Ｓ_２）、長さ（Ｌ_２ｘ、Ｌ_２ｙ）等はＣＰＣの場合と同様が好ましい。

図１１に、単位発光部２における出射角度（ｘ軸方向、ｙ軸方向）と、光度との関係を示す。図中、「ｃｐｃ」は、第２の筒状反射部８をＣＰＣとしたもの、「ｔａｐｅｒ」は、第２の筒状反射部８をテーパー状としたもの、「−Ｘ］はｘ軸方向、「−Ｙ］はｙ軸方向を示す。図１１から明らかなように、ＣＰＣ、テーパー状のいずれの場合にも指向角を十分に低減できることがわかる。なお。このときの指向角は、ＣＰＣの場合、θ_ｘ＝１４°、θ_ｙ＝１５°、テーパー状の場合、θ_ｘ＝１４°、θ_ｙ＝１５°となっている。また、テーパー状のものについては、中心部分の光度が高くなり、周辺部分の光度が低くなるが、ＣＰＣの場合には、出射角度に対して光度を均一にできることがわかる。

なお、単位発光部２の構成は以下に示す通りである。
ＬＥＤ素子９：ｘ_０＝０．４ｍｍ、ｙ_０＝０．５ｍｍ、厚さ＝０．１２ｍｍ
断面Ｐ_１：ｘ_１＝０．５ｍｍ、ｙ_１＝０．６ｍｍ
断面Ｐ_２：断面Ｐ_１と同様
断面Ｐ_３：ｘ_３＝３．８ｍｍ、ｙ_３＝４．６ｍｍ
長さＬ_１ｘ、Ｌ_１ｙ＝０．６ｍｍ
長さＬ_２ｘ、Ｌ_２ｙ＝１９．７ｍｍ

第２の筒状反射部８の内部は、ＣＰＣ、テーパー状のいずれについても、単なる空洞としてもよいが、蛍光体層１１と第２の筒状反射部８の内部空間との界面反射による外部に取り出せない光量ロスを低減するために内部充填材を設けることが好ましい。内部充填材は、例えば、第２の筒状反射部８の全体に充填され、蛍光体層１１に使用されるシリコーン樹脂等の透明樹脂の屈折率１．４１（波長４６０ｎｍの光における屈折率。以下、同様）に近い屈折率を有するものが好ましい。内部充填材としては、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等が挙げられる。垂直入射時のフレネル反射は次の式で与えられる。

反射率＝｛（ｎ_１−ｎ_２）／（ｎ_１＋ｎ_２）｝^２×１００［％］
ｎ_１：蛍光体層１１（シリコーン樹脂）の屈折率１．４１
ｎ_２：内部充填材の屈折率
上記式から、反射率を０．５％以下とするためには、内部充填材の屈折率ｎ_２は１．２２〜１．６３が好ましい。

内部充填材を設ける場合、その光出射側となる断面Ｐ_３には光利用効率を向上させるための充填材用反射防止層を設けることが好ましい。充填材用反射防止層として単層の反射防止層を設ける場合、垂直入射時に反射率が０となる条件は以下となる。

ｎ_３＝ｎ_２ ^1/2
ｄ_３＝λ／（４×ｎ_３）
ｎ_２：内部充填材の屈折率（例えば、シリコーン樹脂の屈折率１．４１）
ｎ_３：充填材用反射防止層の屈折率
ｄ_３：充填材用反射防止層の厚み
λ ：波長
上記条件式から、光学膜厚を０．２〜０．３λとする場合、反射率を１％以下とするには、充填材用反射防止層の屈折率ｎ_３は１．０９〜１．３０が好ましい。

また、特に第２の筒状反射部８がテーパー状の場合、ＣＰＣの場合と比べて、壁部が平面なことから加工性に優れるが、上記したように出射角度に対する光度が均一となりにくい。このため、例えば、図１２に示すように、出射角度に対する光度を均一にするためのレンズ部１２を設けることが好ましい。レンズ部１２は、例えば、複数のレンズ部１２が一体に形成され、配列されてなるレンズ板の一部とすることができる。

レンズ部１２は、第２の筒状反射部８の光出射側の端部Ｐ_３を覆うように設けられ、光出射側に凸状となるものであり、球面状であってもよいし、非球面状であってもよい。レンズ形状は、例えば、以下の自由曲面レンズの式で表記できるが、実質的にレンズ形状が同じであれば表記方法は限定されない。

ｃ：曲率
ｋ：円錐定数
Ａｉ：多項式係数
Ｅｉ：多項式（x,y,x²,xy,y²・・・・）

１項目は２次曲面を表し、２項目は多項式を表している。
今回は、ｃ＝０とし、２項目のｉ＝３，５項であるｘ^２とｙ^２でレンズ曲面を記述する。
よって、上記式は以下のように記述される。
Ｚ＝Ａ_３ｘ^２＋Ａ_５ｙ^２

図１３に、多項式係数Ａ_３を変更したときのｘ軸方向の出射角度と光度との関係を、図１４に、多項式係数Ａ_５を変更したときのｙ軸方向の出射角度と光度との関係をそれぞれ示す。図１３、１４から明らかなように、多項式係数Ａ_３、Ａ_５については、例えば、−０．０５〜０が好ましいことがわかる。ここで「−」の記号は、レンズが凸レンズであることを意味する。−０．０５より小さいとレンズ厚みが厚くなる傾向にあるため薄型化の点で不利となる。また、０より大きいと指向角が広がる傾向にあり、スポット光用途に適さない。レンズ部１２の厚さは、レンズ形状を表す多項式係数から、例えば、０．５ｍｍ以下が好ましい。このような多項式係数、厚さとすることで、出射角度に対する光度の均一性を調整できる。

なお、単位発光部２のレンズ部１２以外の構成は以下に示す通りである。
ＬＥＤ素子９：ｘ_０＝０．４ｍｍ、ｙ_０＝０．５ｍｍ、厚さ＝０．１２ｍｍ
断面Ｐ_１：ｘ_１＝０．５ｍｍ、ｙ_１＝０．６ｍｍ
断面Ｐ_２：断面Ｐ_１と同様
断面Ｐ_３：ｘ_３＝３．８ｍｍ、ｙ_３＝４．６ｍｍ
長さＬ_１ｘ、Ｌ_１ｙ＝０．６ｍｍ
長さＬ_２ｘ、Ｌ_２ｙ＝１９．７ｍｍ

レンズ部１２の出射側の表面には、光利用効率を向上させるためのレンズ用反射防止層を設けることが好ましい。レンズ用反射防止層として単層の反射防止層を設ける場合、垂直入射時に反射率が０となる条件は以下となる。
ｎ_５＝ｎ_４ ^1/2
ｄ_４＝λ／（４×ｎ_４）
ｎ_４：レンズ部１２の屈折率（例えばＢ２７０の屈折率１．５２）
ｎ_５：レンズ用反射防止層の屈折率
ｄ_５：レンズ用反射防止層の厚み
λ ：波長
上記条件式から、光学膜厚を０．２〜０．３λとする場合、反射率を１％以下とするには、レンズ用反射防止層の屈折率ｎ_５は１．１４〜１．３３が好ましい。

表１に、単位発光部２における光利用効率の比較結果を示す。なお、結果は入射光束１ルーメンあたりの出射光束の割合で示した。ここで、構成１は、第２の筒状反射部８をＣＰＣとしたもの、構成２は、第２の筒状反射部８をテーパー状とし、かつレンズ部１２を設けたものである。

また、施策［１］は、第１の筒状反射部７および第２の筒状反射部８の反射率を向上させるものであり、構成材料をアルミニウムに変えてＬＴＣＣ（０．５ｍｍ厚み、反射率９８．５％）とするものである。施策［２］は、第２の筒状反射部８に屈折率１．４１のシリコーン樹脂からなる内部充填材を充填するものである。施策［３］は、構成１の場合、内部充填材を設ける際にその光出射側の断面Ｐ_３に中空シリカ微粒子を含有する充填材用反射防止層（屈折率１．１９）を設け、構成２の場合、レンズ部１２の光出射側の表面に中空シリカ微粒子を含有するレンズ用反射防止層（屈折率１．２３）を設けるものである。なお、構成１、２の施策を施していないときの基本構成は、以下の通りである。

［構成１］
ＬＥＤ素子９：ｘ_０＝０．４ｍｍ、ｙ_０＝０．５ｍｍ、厚さ＝０．１２ｍｍ
断面Ｐ_１：ｘ_１＝０．５ｍｍ、ｙ_１＝０．６ｍｍ
断面Ｐ_２：断面Ｐ_１と同様
断面Ｐ_３：ｘ_３＝３．８ｍｍ、ｙ_３＝４．６ｍｍ
長さＬ_１ｘ、Ｌ_１ｙ＝０．６ｍｍ
長さＬ_２ｘ、Ｌ_２ｙ＝１９．７ｍｍ
第１の筒状反射部７、第２の筒状反射部８の構成材料：アルミニウム（反射率９２％）
第２の筒状反射部８：ＣＰＣ
レンズ部１２：なし

［構成２］
ＬＥＤ素子９：ｘ_０＝０．４ｍｍ、ｙ_０＝０．５ｍｍ、厚さ＝０．１２ｍｍ
断面Ｐ_１：ｘ_１＝０．５ｍｍ、ｙ_１＝０．６ｍｍ
断面Ｐ_２：断面Ｐ_１と同様
断面Ｐ_３：ｘ_３＝３．８ｍｍ、ｙ_３＝４．６ｍｍ
長さＬ_１ｘ、Ｌ_１ｙ＝０．６ｍｍ
長さＬ_２ｘ、Ｌ_２ｙ＝１９．７ｍｍ
第１の筒状反射部７、第２の筒状反射部８の構成材料：アルミニウム（反射率９２％）
第２の筒状反射部８：テーパー状
レンズ部１２：あり（レンズ形状：Ｚ＝−０．０２５ｘ^２−０．０２５ｙ^２）

表１から明らかなように、施策［１］〜［３］を行うことで光利用効率を向上できることがわかる。構成１の場合、施策［１］が光利用効率を向上させるために効果的であり、施策［１］〜［３］の全てを行うことで光利用効率を大幅に向上できることがわかる。一方、構成２の場合、施策［２］が光利用効率を向上させるために効果的であり、施策［１］〜［３］の全てを行うことで光利用効率を大幅に向上できることがわかる。

ＬＥＤモジュール１の厚さ、すなわちモジュール基板３から反射板４またはレンズ部１２までの全体の厚さは２１ｍｍ以下が好ましい。このような厚さとすることで、小型のＬＥＤランプ、例えば、最大径部分が５０〜７０ｍｍ程度のものに好適となる。ＬＥＤモジュール１の厚さは、２１ｍｍ以下であれば特に限定されないが、通常、厚さを抑制しつつスポット光の指向角である２０〜３０度にも対応できる７〜１３ｍｍが好ましい。なお、ＬＥＤモジュール１のｘ軸方向、ｙ軸方向の大きさ（ｘ_ｍ、ｙ_ｍ）は、通常、ｘ_ｍ＝１０〜４９ｍｍ、ｙ_ｍ＝１０〜４９ｍｍが好ましい。

また、単位発光部２の指向角は３０度以下が好ましい。なお、単位発光部２の平面形状や断面形状が矩形状等であるためにｘ軸方向とｙ軸方向とで指向角が異なる場合、ここでの指向角は両方向の指向角が３０度以下となることを意味する。単位発光部２の指向角は３０度以下であれば必ずしも限定されないが、指向角を小さくするためには第２の筒状反射部８の長さ（Ｌ_２ｘ、Ｌ_２ｙ）を長くする必要があり、結果として単位発光部２の全体の厚さが増加することから、通常、１５〜３０度が好ましい。

ＬＥＤ素子９としては、青色光を発する青色ＬＥＤ素子が挙げられる。また、蛍光体層１１としては、シリコーン樹脂等の透明樹脂中に、青色光により励起されて黄色光を発する黄色蛍光体が分散されたものが挙げられる。

モジュール基板３は、例えば、ＬＥＤ素子９が直接実装されるチップオンボード型の基板である。モジュール基板３としては、例えば、樹脂で構成される電気絶縁基板と配線パターンから形成されたものや、熱伝導性の良好な金属材料、具体的にはアルミニウム等からなる基板本体上に、シリコーン樹脂等からなる電気絶縁層を介して配線パターンが形成されたものが挙げられる。

また、モジュール基板３としては、公知のセラミックス基板、例えば窒化珪素基板、窒化アルミニウム基板等が挙げられる。さらに、モジュール基板３としては、ガラス粉末とセラミックス粉末とを含むガラスセラミックス組成物を焼成したガラスセラミックス基板、いわゆる低温同時焼成基板（ＬＴＣＣ基板）が挙げられる。モジュール基板３としては、熱伝導性、反射特性、製造性等が良好であることから、ガラスセラミックス基板が好適に用いられる。

以下、ガラスセラミックス基板について具体的に説明する。
ガラスセラミックス基板は、ガラス粉末とセラミックス粉末とを含むガラスセラミックス組成物の焼成物であり、例えば、ガラスセラミックス組成物を含有するスラリーをシート状に成形してグリーンシートとし、このグリーンシートを焼成して製造される。

ガラス粉末としては、例えば、酸化物基準のモル％表示で、ＳｉＯ_２を５７〜６５％、Ｂ_２Ｏ_３を１３〜１８％、ＣａＯを９〜２３％、Ａｌ_２Ｏ_３を３〜８％、Ｋ_２ＯおよびＮａ_２Ｏから選ばれる少なくとも一方を合計で０．５〜６％含有するものが挙げられる。

ＳｉＯ_２は、ガラスのネットワークフォーマとなるものである。ＳｉＯ_２の含有量を５７％以上とすることで、ガラスを安定化させ、また化学的耐久性を確保できる。一方、ＳｉＯ_２の含有量を６５％以下とすることで、ガラス溶融温度やＴｇで表わされるガラス転移点の過度な上昇を抑制できる。ＳｉＯ_２の含有量は、好ましくは５８％以上、より好ましくは５９％以上、特に好ましくは６０％以上である。また、ＳｉＯ_２の含有量は、好ましくは６４％以下、より好ましくは６３％以下である。本明細書では以下ガラス転移点をＴｇという。

Ｂ_２Ｏ_３は、ガラスのネットワークフォーマとなる。Ｂ_２Ｏ_３の含有量を１３％以上とすることで、ガラス溶融温度やＴｇの過度な上昇を抑制できる。一方、Ｂ_２Ｏ_３の含有量を１８％以下とすることで、ガラスを安定化させ、また化学的耐久性を確保できる。Ｂ_２Ｏ_３の含有量は、好ましくは１４％以上、より好ましくは１５％以上である。また、Ｂ_２Ｏ_３の含有量は、好ましくは１７％以下、より好ましくは１６％以下である。

Ａｌ_２Ｏ_３は、ガラスの安定性、化学的耐久性、および強度を向上させる。Ａｌ_２Ｏ_３の含有量を３％以上とすることで、ガラスを安定化させることができる。一方、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量を８％以下とすることで、ガラス溶融温度やＴｇの過度な上昇を抑制できる。Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は、好ましくは４％以上、より好ましくは５％以上である。また、Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は、好ましくは７％以下、より好ましくは６％以下である。

ＣａＯは、ガラスの安定性や結晶の析出性を高めるとともに、ガラス溶融温度やＴｇを低下させる。ＣａＯの含有量を９％以上とすることで、ガラス溶融温度の過度な上昇を抑制できる。一方、ＣａＯの含有量を２３％以下とすることで、ガラスを安定化させることができる。ＣａＯの含有量は、好ましくは１２％以上、より好ましくは１３％以上、特に好ましくは１４％以上である。また、ＣａＯの含有量は、好ましくは２２％以下、より好ましくは２１％以下、特に好ましくは２０％以下である。

Ｋ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏは、Ｔｇを低下させる。Ｋ_２ＯおよびＮａ_２Ｏの合計した含有量を０．５％以上とすることで、ガラス溶融温度やＴｇの過度な上昇を抑制できる。一方、Ｋ_２ＯおよびＮａ_２Ｏの合計した含有量を６％以下とすることで、化学的耐久性、特に耐酸性を確保できるとともに、電気的絶縁性も確保できる。Ｋ_２ＯおよびＮａ_２Ｏの合計した含有量は、０．８％以上５％以下が好ましい。

ガラス粉末は、必ずしも上記成分のみからなるものに限定されず、Ｔｇ等の諸特性を満たす範囲で他の成分を含有することができる。他の成分を含有する場合、その合計した含有量は１０％以下が好ましい。

ガラス粉末は、Ｔｇが５５０〜７００℃のものが好ましい。Ｔｇを５５０℃以上とすることで、グリーンシートの脱脂が容易となる。また、７００℃以下とすることで、収縮開始温度を低下させ、寸法精度を向上させることができる。

また、ガラス粉末は、８００〜９３０℃で焼成したときに結晶が析出することが好ましい。結晶が析出することで、十分な機械的強度を得ることができる。さらに、ＤＴＡ（示差熱分析）により測定されるＴｃで表記される結晶化ピーク温度は８８０℃以下が好ましい。Ｔｃを８８０℃以下とすることで、寸法精度が向上する。

ガラス粉末の調製は、同様の組成を有するガラスを溶融法によって製造し、例えば、乾式粉砕法や湿式粉砕法によって粉砕することにより行う。湿式粉砕法の場合、溶媒として水またはエチルアルコールを用いることが好ましい。粉砕機としては、例えばロールミル、ボールミル、ジェットミル等が挙げられる。

ガラス粉末の５０％粒径（Ｄ_５０）は０．５〜２μｍが好ましい。ガラス粉末のＤ_５０を０．５μｍ以上とすることで、ガラス粉末の凝集が抑制されて取り扱い性が向上するとともに、均一分散が容易となる。一方、ガラス粉末のＤ_５０を２μｍ以下とすることで、ガラス軟化温度の上昇や焼結不足を抑制できる。粒径の調整は、例えば、粉砕後に必要に応じて分級することにより行う。

セラミックス粉末は、モジュール基板３の反射率を向上させる。セラミックス粉末としては、従来からＬＴＣＣ基板の製造に用いられるセラミックス粉末が挙げられ、例えば、アルミナ粉末、ジルコニア粉末、安定化ジルコニア粉末、チタニア粉末、これらから選ばれる２種以上の混合物が挙げられる。特に、アルミナ粉末とともに、アルミナ粉末よりも高い屈折率を有するセラミックス粉末を用いることが好ましい。このようなものとすることで、強度や反射率の高いモジュール基板３を得ることができる。例えば、アルミナの屈折率は１．８程度、ジルコニアの屈折率は２．２程度、チタニアの屈折率は２．７程度であり、ジルコニア粉末等はアルミナ粉末に比べて高い屈折率を有している。セラミックス粉末の５０％粒径（Ｄ_５０）は、０．５〜４μｍが好ましい。

ガラス粉末とセラミックス粉末とは、例えばガラス粉末が３０〜５０質量％、セラミックス粉末が７０〜５０質量％となるように配合し、混合して、ガラスセラミックス組成物とする。このガラスセラミックス組成物に、バインダー、必要に応じて可塑剤、分散剤、溶剤等を添加することによりスラリーを調製する。

バインダーとしては、例えば、ポリビニルブチラール、アクリル樹脂等が挙げられる。可塑剤としては、例えば、フタル酸ジブチル、フタル酸ジオクチル、フタル酸ブチルベンジル等を使用できる。溶剤としては、例えば、トルエン、キシレン、２−プロパノール、２−ブタノール等の有機溶剤が挙げられる。

スラリーは、例えば、ドクターブレード法によってシート状に成形し、乾燥させて、グリーンシートとする。グリーンシートは、１枚のみを用いてもよいし、２枚以上を重ね合わせて熱圧着してもよい。グリーンシートには、必要に応じて導体ペーストの塗布または充填を行い、焼成により、配線、電極、層間ビア等となるものを形成する。導体ペーストの塗布、充填は、スクリーン印刷、メタルマスク印刷により行うことができる。導体ペーストとしては、例えば、銅、銀、金等を主成分とする金属粉末に、エチルセルロース等のビヒクル、必要に応じて溶剤等を添加してペースト状としたものを使用できる。なお、上記金属粉末としては、銀粉末、銀と白金またはパラジウムからなる金属粉末が好ましく用いられる。

導体ペーストの塗布等が行われたグリーンシートは、必要に応じてバインダーを除去する脱脂を行った後、焼成を行ってモジュール基板３とする。脱脂は、例えば５００〜６００℃で１〜１０時間保持する条件で行う。脱脂温度を５００℃以上、脱脂時間を１時間以上とすることで、バインダーを十分に除去できる。一方、脱脂温度は６００℃程度、脱脂時間は１０時間程度もあればバインダー等を十分に除去でき、これ以下とすることで生産性を確保できる。

焼成条件は、モジュール基板３における緻密な構造の獲得と生産性とを考慮して、８００〜９３０℃の温度範囲で適宜時間を調整できる。焼成条件は、８５０〜９００℃で２０〜６０分が好ましく、特に８６０〜８８０℃で２０〜６０分が好ましい。焼成温度を８００℃以上とすることで、緻密な構造が得られる。一方、焼成温度を９３０℃以下とすることで、モジュール基板３の変形を抑制し、生産性も確保できる。なお、導体ペーストが銀を主成分とする金属粉末を含有する場合、焼成温度が８８０℃を超えると過度の軟化により所定の形状を維持できないおそれがある。

モジュール基板３には、必要に応じて、基板表面に露出する配線、電極等の表面導体を保護するための保護膜を設けることができる。保護膜としては、この種のモジュール基板に一般的なＮｉ／Ａｕメッキ等からなる導電性保護膜が挙げられる。

モジュール基板３の厚さは、通常、０．３〜２ｍｍが好ましい。モジュール基板３の厚さを０．３ｍｍ以上とすることで、製造時の取り扱い性、機械的強度等を確保できる。モジュール基板３の厚さは、２ｍｍあれば、製造時の取り扱い性、機械的強度等を十分に確保でき、これ以下とすることで、ＬＥＤモジュール１の全体の厚さを抑制できるとともに放熱特性も良好にできる。これにより、ＬＥＤランプに用いたときの大型化を抑制できる。

反射板４の構成材料は、金属材料、例えば、アルミニウム等としてもよいし、セラミックス、例えば、窒化珪素、窒化アルミニウム等としてもよいし、ガラスセラミックス、すなわちガラス粉末とセラミックス粉末とを含むガラスセラミックス組成物の焼成物としてもよい。ガラスセラミックス組成物としては、既に説明した組成を有するものが好適なものとして挙げられる。さらに、反射板４の構成材料は、無機材料に限られず、有機材料であってもよい。有機材料としては、例えば、電離放射線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂が挙げられる。

電離放射線硬化性樹脂は、電磁波または荷電粒子線、例えば紫外線または電子線等を照射することにより、架橋または重合反応にて硬化する樹脂である。このような電離放射線硬化性樹脂としては、例えば電離放射線重合性プレポリマーおよび／または電離放射線重合性モノマーを挙げることができる。

電離放射線重合性プレポリマー（オリゴマーも包含する）としては、例えばポリエステル（メタ）アクリレート系、エポキシ（メタ）アクリレート系、ウレタン（メタ）アクリレート系、ポリオール（メタ）アクリレート系、シリコン（メタ）アクリレート、不飽和ポリエステル系等の分子中にラジカル重合性官能基を有する重合性オリゴマー、あるいはノボラック系型エポキシ樹脂プレポリマー、芳香族ビニルエーテル系樹脂プレポリマー等のエポキシ系樹脂等の分子中にカチオン重合性官能基を有する重合性オリゴマー等が挙げられる。なお、ここで、「（メタ）アクリレート」とは「アクリレートまたはメタクリレート」を意味する。

また、電離放射線重合性モノマー（単量体）としては、分子中にラジカル重合性官能基を有する重合性モノマーである多官能性（メタ）アクリレートが好ましく、具体的にはエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、プロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、カプロラクトン変性ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート等が挙げられる。カチオン重合性官能基を有するモノマーとして、例えば、３，４−エポキシシクロへキセニルメチル−３'，４'−エポキシシクロへキセンカルボキシレート等の脂環式エポキシド類、ビスフェノールＡジグリシジルエーテル等グリシジルエーテル類、４−ヒドロキシブチルビニルエーテル等ビニルエーテル類、３−エチル−３−ヒドロキシメチルオキセタン等オキセタン類等が挙げられる。

熱硬化性樹脂としては、フェノール樹脂、フェノール−ホルマリン樹脂、尿素樹脂、尿素−ホルマリン樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル−メラミン樹脂、メラミン−ホルマリン樹脂、アルキッド樹脂、エポキシ樹脂、エポキシ−メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、ポリシロキサン樹脂、ポリウレタン樹脂、汎用の２液硬化型アクリル樹脂（アクリルポリオール硬化物）等が挙げられる。

熱可塑性樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、エチレングリコール−テレフタル酸−イソフタル酸共重合体、テレフタル酸−エチレングリコール−１，４シクロヘキサンジメタノール共重合体、ポリエステル系熱可塑性エラストマー等のポリエステル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、環状ポリオレフィン、ポリメチルペンテン等のポリオレフィン樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等の含ハロゲン樹脂、ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体等のスチレン系樹脂、トリアセチルセルロース、ジアセチルセルロース、アセテートブチレートセルロース等のセルロース樹脂、熱可塑性ポリウレタン系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂等が挙げられる。

反射板４は、例えば、上記材料からなる一様な板状部材に機械加工等により第１の筒状反射部７や第２の筒状反射部８となる反射部用孔部を形成することによって製造できる。また、セラミックス、ガラスセラミックスの場合には、例えば、原料粉末をプレス成形する際に、第１の筒状反射部７や第２の筒状反射部８となる反射部用孔部を有する成形体を作製し、これを焼成してもよい。すなわち、反射板４とは反対形状のプレス金型、具体的には、反射部用孔部に対応する柱状部を有し、その他の部分が空間部とされたプレス金型を用いることにより、反射部用孔部を有する成形体を作製し、これを焼成してもよい。

また、セラミックス、ガラスセラミックスの場合には、例えば、グリーンシートを製造する際に、機械加工等を行って反射部用孔部を形成し、これを焼成してもよい。この際、１枚のグリーンシートに反射部用孔部の全体、すなわち第１の筒状反射部７と第２の筒状反射部８とを形成してもよいし、２枚のグリーンシートを用い、一方のグリーンシートに第１の筒状反射部７を形成し、他方のグリーンシートに第２の筒状反射部８を形成し、これらのグリーンシートを積層して一体化してもよいし、さらにはこれ以上の多数枚のグリーンシートを積層して一体化してもよい。

有機材料の場合、例えば、反射板４とは反対形状を有する金型、すなわち反射部用孔部に対応する柱状部を有し、その他の部分が空間部とされた金型内に有機材料、例えば、電離放射線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、または熱可塑性樹脂を充填し、樹脂に応じた硬化方法、例えば、紫外線照射、加熱処理等によって硬化させることにより、複数の反射部用孔部を有する反射板４を製造できる。また、同様の金型内に熱硬化性樹脂を充填し、加熱を行って硬化させることにより、複数の反射部用孔部を有する反射板４を製造してもよい。

図１５に、反射率と出射光束との関係の一例を示す。ＬＥＤ素子９から出射される光束の５０％を利用するには、反射部用孔部の内面の反射率は９２％以上が好ましい。更に、反射部用孔部を設けない従来構成では、モジュール基板がアルミニウムの場合、光束の約７０％が計算上利用される。そのため、従来構成以上の光利用効率を確保するためには、反射部用孔部の内面の反射率は９８％以上がより好ましい。なお、反射率は、別途同じ膜を製膜した測定用サンプルを作製し反射型分光光度計等を用いることにより測定できる。

ここで、組成等によっても若干異なるが、例えば、ガラスセラミックスの反射率は約９８．５％、銀の反射率は約９５．５％、アルミニウムの反射率は約９２％である。反射部用孔部の反射率が低い場合、物理蒸着法、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法等により、その内面に反射率の高い高反射層を設けることが好ましい。高反射層の構成材料は、反射率の高いものであれば特に制限されないが、例えば、銀等が好ましい。

レンズ板の構成材料としては、透明性を有すれば特に制限されず、例えば、二酸化ケイ素を主成分とする一般的なガラス材料、例えば、旭硝子株式会社製、商品名：Ａ−ＰＨＢ１７、Ｂ１７５相当品；熱膨張係数αは１１４×１０^−７（ａｔ ３００℃））が挙げられる。レンズ板は、例えば、ガラス材料を５４０℃まで加熱し、ガラスの粘度を１×１０^９程度として、上型下型の成形型で圧力０．４ＭＰａ、プレス時間６０秒でプレスして得られる。なお、レンズ板の構成材料としては、上記以外にも以下のものを使用できる。

リン酸系ガラスとして、例えば、酸化物基準の質量％で、Ｐ_２Ｏ_５：２６．２％、Ｂ_２Ｏ_３：９．８％、ＢａＯ：０．８％、Ｌｉ_２Ｏ：２１．２％、Ｎａ_２Ｏ：４．４％、Ｋ_２Ｏ：５．５％、Ｂｉ_２Ｏ_３：４．６％、ＴｉＯ_２：５．３％、Ｎｂ_２Ｏ_５：１６．４％、ＷＯ_３：５．８％を含有し、ｎｄ：１．８２１２、Ｔｇ：４６４℃、Ａｔ：５２５℃であるものが挙げられる。

ビスマス系ガラスとして、酸化物基準の質量％で、Ｐ_２Ｏ_５:１０〜１８％、Ｂｉ_２Ｏ_３:３７〜６４％、Ｎｂ_２Ｏ_５:５〜２５％、Ｎａ_２Ｏ:４．１超〜１０％、Ｋ_２Ｏ:０〜２％、ＷＯ_３:０〜２０％未満、ＴｉＯ_２:０〜３％、およびＢ_２Ｏ_３:０〜２％を含み、屈折率（ｎ_ｄ）が１．９８以上で、アッベ数（ν_ｄ）が２０以下であるものが挙げられる。具体例として、Ｐ_２Ｏ_５:１４．９８％、Ｂｉ_２Ｏ_３:４１．６４％、Ｎｂ_２Ｏ_５:２３．３０％、Ｎａ_２Ｏ:４．６４％、Ｋ_２Ｏ:０．６４％、ＷＯ_３:１１．０５％、ＴｉＯ_２:１．９７％、Ｂ_２Ｏ_３:１．７８％が挙げられる。

透明樹脂として、例えば、アクリル樹脂、ジエチレングリコールビスアリルカーボネート樹脂（たとえばＣＲ３９）、ポリスチレン、芳香族ポリカーボネート系樹脂、核ハロゲン置換芳香環を有するジメタクリレートと芳香環を有する１官能性単量体との共重合体、ポリイソシアネートとポリチオールとの共重合体、メタクリル酸メチル／スチレン樹脂、メタクリル酸トリシクロ〔５．２．１．０^2,6〕デカ−８−イル／スチレン樹脂、メタクリル酸トリシクロ〔５．２．１．０^2,6〕デカ−８−イル／スチレン／架橋性多官能モノマーの共重合体、芳香環含有ジ（メタ）アクリレート／芳香環含有単量体／水酸基含有単量体の共重合体、芳香環含有ジ（メタ）アクリレート／芳香環含有単量体／エポキシ基含有単量体の共重合体、核ハロゲン置換芳香環とアルキレングリコール基を含有するジ（メタ）アクリレート／芳香環含有単量体／芳香環とエポキシ基を含有する化合物の共重合体またはスチレン誘導体／エチレングリコールジメタクリレート／特定のジアクリレート化合物／特定のエポキシ変成ジ（メタ）アクリレートの共重合体等が挙げられる。

レンズ板の製造方法は特に制限されず、公知の製造方法によって製造できる。例えば、レンズ板とは反対形状を有する上型と下型の成形金型、すなわち凸状のレンズ部１２に対応する凹部を有し、その他の部分が空間部とされた成形金型内に構成材料の溶融物、または未硬化物等を充填し、固化、または硬化させる方法等によって製造できる。

充填材用またはレンズ用の各反射防止層の構成材料は、特に限定されないが、例えば、金属酸化物からなるマトリックス成分中に中空シリカ微粒子等の低屈折粒子を分散させたものが好ましい。例えば、中空シリカ微粒子としては、平均粒径４０ｎｍ程度、外殻の厚さが５ｎｍ程度のものが好適に用いられる。このようなものによれば、低屈折率微粒子が有する低い屈折率により、反射防止層の屈折率を効果的に低減できる。また、このようなものによれば、物理蒸着法、具体的には、真空蒸着法やスパッタリング法に比べて、容易に反射防止層を形成でき、生産性に優れるために好ましい。

マトリックス成分となる金属酸化物としては、例えば、ケイ素酸化物、アルミニウム酸化物、チタン酸化物、ジルコニウム酸化物、タンタル酸化物等が好適なものとして挙げられる。このようなマトリックス成分となる金属酸化物は、加水分解可能な金属化合物を原料とする。加水分解可能な金属化合物としては、例えば、ケイ素、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、タンタルの金属アルコキシドが膜の強度や化学的安定性等から好適である。これらの金属アルコキシドの中でも、シリコンテトラアルコキシド、アルミニウムトリアルコキシド、チタンテトラアルコキシド、およびジルコニウムテトラアルコキシド、特にメトキシド、エトキシド、プロポキシド、およびブトキシドが好ましく用いられる。

反射防止層は、例えば、以下のようにして形成することができる。まず、低屈折率微粒子、マトリックス成分となる加水分解可能な金属化合物、加水分解のための触媒、水、および溶媒を混合し、加水分解可能な金属化合物を加水分解させてコーティング液を調製する。加水分解は、例えば、室温で１〜２４時間攪拌して反応させるか、室温よりも高い温度、例えば４０℃〜８０℃で１０分〜５０分攪拌して反応させる。なお、加水分解可能な金属化合物は、上記したように低屈折率微粒子と混合した状態で加水分解させてもよいし、予め加水分解させてから低屈折率微粒子と混合してもよい。また、コーティング液は、コーティング方法等に応じて、適当な溶媒で希釈しても構わない。

コーティング液は、反射防止層を形成しようとする表面に塗布し、乾燥、加熱を行うことにより、金属化合物加水分解物の脱水縮合反応、揮発成分の気化・燃焼により、反射防止層を形成できる。コーティング液の塗布は、例えば、ディップコート法、エアーナイフコート法、カーテンコート法、ローラーコート法、ワイヤーバーコート法、グラビアコート法、ダイコート法等により行うことができる。

本発明のＬＥＤモジュール１は、例えば、モジュール基板３、反射板４、必要に応じてレンズ板等を任意の順序で接着、積層して製造する。接着は、例えば、公知の有機系または無機系の接着剤を用いて行う。発光部本体６の形成は、例えば、モジュール基板３が平板状の場合、モジュール基板３にＬＥＤ素子９を搭載し、反射板４を接着した後、反射板４の内部に蛍光体層１１を形成する。また、モジュール基板３が凹部を有する場合、例えば、凹部にＬＥＤ素子９を搭載するとともに、蛍光体層１１を形成して発光部本体６を形成した後、反射板４を接着する。また、第２の筒状反射部８の内部に内部充填材を充填する場合、この内部充填材の接着力を利用して、凹部内の発光部本体６（蛍光体層１１）と内部充填材とを接着し、結果としてモジュール基板３と反射板４とを接着してもよい。

以上、本発明のＬＥＤモジュール１について一例を挙げて説明したが、単位発光部２の断面形状は、必ずしも四角形状に限られず、例えば、円形状や楕円形状であってもよい。なお、ＬＥＤ素子９と第１の筒状反射部７との間の隙間を少なくして光利用効率を向上させる観点からは、上記したようにＬＥＤ素子９の平面形状と相似形状である四角形状が好ましい。

断面形状を四角形状以外とする場合についても、面積比（Ｓ_２／Ｓ_０、Ｓ_３／Ｓ_２）や長さ（Ｌ_１ｘ、Ｌ_１ｙ、Ｌ_２ｘ、Ｌ_２ｙ）は基本的に四角形状の場合と同様とすることが好ましい。また、第２の筒状反射部８は、ＣＰＣでもよいし、テーパー状であってもよい。断面形状が円形状のＣＰＣは、例えば、以下の式で示される。
Ｃ^２ｒ^２＋２(ＣＳｚ＋(ａ／２)Ｐ^２)ｒ＋(ｚ^２Ｓ^２−ａＣＱｚ−(ａ^２／４)ＰＴ)＝０
Ｃ＝ｃｏｓ(θ／２)
Ｓ＝ｓｉｎ(θ／２)
Ｐ＝１＋Ｓ
Ｑ＝１＋Ｐ
Ｔ＝１＋Ｑ
θ：最大出射角
ｒ：ｘｙ面のラジアル半径
ａ：入射側開口直径

また、いずれの断面形状についても、断面Ｐ_１の大きさと断面Ｐ_２の大きさは必ずしも同じでなくてもよく、断面Ｐ_１の大きさに比べて断面Ｐ_２の大きさを大きくしてもよい。このようにすることで、指向角は小さくしにくくなるものの、第１の筒状反射部７内での反射回数を少なくして光利用効率を向上できる。この場合、ＬＥＤ素子９の主光出射側の表面の面積Ｓ_０に対する第１の筒状反射部７の断面Ｐ_２の断面積Ｓ_２の面積比（Ｓ_２／Ｓ_０）は５以下が好ましく、例えば、第１の筒状反射部７の各壁部と中心軸ａｘとのなす角は２５度以下が好ましい。

図１６は、本発明のＬＥＤランプの一例を示す断面図である。ＬＥＤランプ６１は、例えば、本発明のＬＥＤモジュール１が表面に搭載されたランプ本体６２、ＬＥＤモジュール１の周囲を囲むようにランプ本体６２に取り付けられる筐体部６３、ランプ本体６２の端部に取り付けられる口金部材６４、図示しないがランプ本体６２の内部に設けられる電源回路等を有する。

ＬＥＤランプ６１としては、必ずしも制限されないが、スポット照明用の小型のものが好ましく、例えば、最大径部分が５０〜７０ｍｍ程度のものが好ましい。本発明のＬＥＤモジュール１は、指向角が小さく、大きさや厚さも抑制されていることから、ＬＥＤランプ６１のより先端側に配置でき、これにより筐体部６３の長さや大きさを抑制でき、また電源回路や放熱部のスペースを確保できる。このため、特にスポット照明用の小型のものに用いることで、従来と同様のスポット特性や大きさとしつつ、明るさ等を向上できる。

図１７は、ＬＥＤランプ６１を用いたスポット照明用の照明装置の一例を示す断面図である。照明装置７１は、下面に開口部を有する箱状のケース本体７２、このケース本体７２の内部に凹部が下向きとなるように配置されるシェード部７３、このシェード部７３の略中央部等に配置され、ＬＥＤランプ６１を取り付けるためにこのＬＥＤランプ６１の口金部材６４がねじ込まれるソケット７４等を有する。本発明のＬＥＤランプ６１によれば、大きさが抑制されていることから、照明装置７１に適用した場合に先端部がシェード部７３から突出することが抑制され、スポット特性や外観を良好にできる。

本発明のＬＥＤモジュールは、家庭用照明装置、業務用照明装置、街路灯、車載用照明装置等、特にダウンライト式およびスポットライト式照明装置に使用されるＬＥＤランプ等に好適に使用できる。

１…ＬＥＤモジュール、２…単位発光部、３…モジュール基板、４…反射板、５…搭載面、６…発光部本体、７…第１の筒状反射部、８…第２の筒状反射部、９…ＬＥＤ素子、１１…蛍光体層、１２…レンズ部、６１…ＬＥＤランプ、６２…ランプ本体、６３…筐体部、６４…口金部材、７１…照明装置、７２…ケース本体、７３…シェード部、７４…ソケット

Claims (11)

1. 一つ以上の単位発光部を有するＬＥＤモジュールであって、
   前記単位発光部は、搭載面上に搭載されるＬＥＤ素子および前記ＬＥＤ素子の主光出射側の表面を被覆する蛍光体層を有する発光部本体と、前記発光部本体の側面を囲むように設けられる第１の筒状反射部と、前記第１の筒状反射部の光出射側の端部に接続され、前記第１の筒状反射部側の端部における断面積に対して光出射側となる端部における断面積が大きい第２の筒状反射部とを有することを特徴とするＬＥＤモジュール。
2. 前記第１の筒状反射部は、光出射側の端部の断面積が前記ＬＥＤ素子の主光出射側の表面の面積の５倍以下であることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤモジュール。
3. 前記第２の筒状反射部は、前記第１の筒状反射部側の端部の断面積に対する光出射側の端部の断面積の面積比が１５以上であることを特徴とする請求項１または２記載のＬＥＤモジュール。
4. 前記第２の筒状反射部は、光出射方向の長さが２０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のＬＥＤモジュール。
5. 前記単位発光部は、前記第２の筒状反射部の光出射側に前記第２の筒状反射部の端部を覆うレンズ部を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載のＬＥＤモジュール。
6. 前記レンズ部は、拡張多項式の多項式係数Ａ_３およびＡ_５が−０．０５〜０であることを特徴とする請求項５記載のＬＥＤモジュール。
7. 前記ＬＥＤモジュールは厚さが２１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載のＬＥＤモジュール。
8. 前記ＬＥＤモジュールは、前記発光部本体が搭載されるモジュール基板と、前記モジュール基板に積層される反射板とを有し、前記反射板に前記第１の筒状反射部および前記第２の筒状反射部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載のＬＥＤモジュール。
9. 前記ＬＥＤモジュールは、前記発光部本体が搭載されるモジュール基板と、前記モジュール基板に積層される反射板とを有し、前記モジュール基板に前記第１の筒状反射部が設けられ、前記反射板に前記第２の筒状反射部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載のＬＥＤモジュール。
10. 前記単位発光部の指向角が３０度以下であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項記載のＬＥＤモジュール。
11. ランプ本体と、前記ランプ本体に搭載されるＬＥＤモジュールとを有するＬＥＤランプであって、
    前記ＬＥＤモジュールが請求項１乃至１０のいずれか１項記載のＬＥＤモジュールであることを特徴とするＬＥＤランプ。

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