JP4135528B2 - 照明装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は発光ダイオード素子を利用した照明装置に関する。本発明の照明装置は例えば、車両内又は車両外に設置されて特定のエリアを照明することに利用される。
【０００２】
【従来の技術】
発光ダイオード（LED）素子を光源とした照明装置において、導光体や反射面などを利用して配光特性を制御し、目的に応じた態様の照明光を得る試みがなされている。例えばLED素子の光を複数の反射面によって反射させた後に外部放射させることによって照明光の照度の均一化を図った構成が開示されている（特許文献１を参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−２５２３３７号公報
【特許文献２】
特開２００２−２７０００８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の構成ではLED素子固有の指向角によって広がった光が反射面によってそのまま反射されることから、得られる照明光は照明装置（光源）と照明対象との距離に比例して次第に広範囲のものとなる。したがって、照明装置と照明対象との間にある程度の距離が必要な場合には、十分な照度の光をもって照明対象を照明することができず、照明効果に乏しいものとなる。同時にまた、必要十分な照明エリアを確保することができず、即ち意図しない領域までをも照明してしまうこととなる。
尚、LEDランプの光を曲面状の反射面によって反射することにより、反射と同時に集光させ、もって配光特性を制御する構成の車両用赤外線投光器が提案されている（特許文献２を参照）。この例では各LEDランプの光をそれぞれに対応した反射面によって集光することにより、ほぼ全量の光を検出用の光として照射方向に進行させ、これによって光利用率を向上させているが、照明装置ではなく赤外線投光器という使用目的が異なることもあって、上記のような照明装置に求められる照明態様を考慮した配光特性の制御は行われていない。
本発明は以上の課題に鑑み、所望の照明エリアをより高照度の光で照明可能な照明装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は以上の目的を達成すべく、以下の構成を提供する。即ち、
複数の発光ダイオード素子と、及び
前記複数の発光ダイオード素子の光放出方向前方に配置される導光体であって、前記複数の発光ダイオード素子の光を導入する光導入面と、複数の凹曲面の集合からなり導入光を反射して集光する反射面と、及び該反射面による反射光を外部放射する光放射面と、を有する導光体と、
を備え、
前記複数の発光ダイオード素子の中で基準となる発光ダイオード素子に起因する第１の光の外部放射方向へと、他の発光ダイオード素子に起因する第２の光が外部放射の際に屈折するように、前記光放射面において該第２の光を外部放射する領域が該第２の光の光軸に垂直な面に対して傾斜する面となっている、照明装置である。
【０００６】
以上の構成によれば、各発光ダイオード素子に起因する光が反射面によって反射されると同時に集光し、さらに基準となる発光ダイオード素子に起因する光の外部放射方向へと他の発光ダイオード素子に起因する光が外部放射の際に屈折する。これにより、照明エリアが絞られ、同時に照度が向上する。このように、配光特性が高度に制御される結果、所望のエリアを高い照度で照明可能な照明装置となる。一方、導光体を介して光の照射が行われることから、導光体を通過する過程において光の密度が均一化される。したがって、照度ムラの少ない照明光が得られることにもなる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の照明装置では複数の発光ダイオード素子が使用される。発光ダイオード素子としては指向性の高い光を放出可能な構成のものが好適に使用される。このような発光ダイオード素子を用いれば、発光ダイオード素子の光を高効率で後述の反射面に照射することができ、最終的に得られる外部放射光の照度が高まる。例えば、発光ダイオードチップをレンズ型の封止部材で封止した、いわゆるレンズタイプの発光ダイオード素子を採用することができる。表面実装型（ＳＭＤ）発光ダイオード素子であっても、その光放出側にレンズを備えることにより指向性を高めることができ、本発明ではこのように構成した発光ダイオード素子を用いてもよい。発光ダイオード素子に加えてレンズを設け、発光ダイオード素子の光を当該レンズによって一端集光した後に導光体へと導入してもよい。
尚、導光体に導入された光（導入光）が高い指向性を有していれば高い光利用率を確保できることから、例えば、導光体の光導入面の一部（又は全部）をレンズ効果が得られる形状（即ち凹曲面）とし、導入時に集光させる構成としてもよい。
【０００８】
発光ダイオード素子内には目的に応じた発光色（例えば、青色、赤色、緑色等）の発光ダイオード（発光ダイオードチップ）が内蔵される。複数個の発光ダイオードを内蔵した発光ダイオード素子を使用してもよい。その場合には同種類の発光ダイオードを組み合わせることはもちろんのこと、異なる種類の発光ダイオードを組み合わせても良い。例えば、光の三原色である赤、緑、青色の発光色を有する発光ダイオードを組み合わせて構成される白色発光或はマルチカラーないしフルカラーの発光ダイオード素子を使用することができる。
【０００９】
白色発光の発光ダイオード素子として、発光ダイオードからの光とそれによって励起される蛍光体からの光との混色によって白色光が得られるものを採用することもできる。このような発光ダイオード素子としては例えば、青色系の発光色の発光ダイオードと、当該発光ダイオードの光を受けて黄色〜黄緑色系の蛍光を発する蛍光体とを用いた発光ダイオード素子を挙げることができる。尚、以上のような発光色の変換に利用される蛍光体を発光ダイオード素子内ではなく、後述の導光体内或は別途設けられた色変換層（例えば発光ダイオード素子と導光体との間に設けることができる）などに含有させてもよい。
【００１０】
蛍光体の種類は特に限定されず、有機系、無機系を問わず用いることができる。有機系の蛍光体を用いることにより、クリアー感のある照明光が得られる。他方、無機系の蛍光体を用いると、艶消し感のある照明光を得ることが可能となる。様々な蛍光色を有する蛍光体を採用することができ、例えば光の三原色である赤色、緑色、又は青色の蛍光色を有する蛍光体の他、それらの中間色を蛍光する蛍光体を用いることができる。複数の蛍光体を組み合わせて用いることもでき、例えば赤色系蛍光体、緑色系蛍光体、及び青色系蛍光体を混合して用いることができる。
【００１１】
発光ダイオード素子の使用個数は、求められる照明エリアの大きさや照度などを考慮して決定することができる。比較的狭いエリアの照明に利用される照明装置を構成する場合には例えば、２個、３個、又は４個の発光ダイオード素子を使用することができる。
【００１２】
発光ダイオード素子の配列態様は特に限定されるものではなく、目的の照明態様（具体的には照明光の形状など）を考慮して定めることができる。例えば、全ての発光ダイオード素子が直線状に並ぶ配置態様を採用することができる。３個以上の発光ダイオード素子を使用する場合には特に、各発光ダイオード素子の中心を結ぶ直線が仮想凸多角形（三角形、四角形、五角形、六角形など）を形成するように各発光ダイオード素子が配置されることが好ましい。このような配置態様では所定のエリアを囲むように連続的に発光源（発光ダイオード素子）が存在することとなり、照度の均一化に有利となる。各発光ダイオード素子の中心を結ぶ直線によって仮想正多角形（正三角形、正四角形、正五角形、正六角形など）が形成されるような配置態様を採用することがより好ましい。等間隔で発光源が配置されることとなり、より一層の照度の均一化が図られるからである。
【００１３】
発光ダイオード素子の最も好ましい配置態様の具体例としては、２個の発光ダイオード素子を所定の距離をおいて配置する態様、３個の発光ダイオード素子を等間隔に一列に配置する態様、或は３個の発光ダイオード素子を各素子の中心を結ぶ直線が仮想正三角形を形成するように等間隔をおいて配置する態様を挙げることができる。これらの態様では発光ダイオード素子の使用個数が少なく、これに伴い後述の導光体の構成が簡略化され、照明装置の構成が極めて簡易なものとなる。したがって、照度の均一化を図るための発光ダイオード素子の配置態様や導光体（特に反射面及び光放射面）の設計が容易となる。
【００１４】
導光体は発光ダイオード素子の光放出方向前方に配置される。導光体の材質は発光ダイオード素子の光に対して透過性であれば特に限定されない。好ましくは透明（無色透明、有色透明を含む）な材料により導光体を構成する。また、加工が容易で耐久性に優れた材料により導光体を構成することが好ましい。導光体の材料としては、例えばアクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート（PET）、ポリカーボネート樹脂、エポキシ樹脂、ガラス等を用いることができる。
【００１５】
導光体には、発光ダイオード素子の光を導入する面（光導入面）、導入光を反射して集光する面（反射面）、及び反射光を外部放射する面（光放射面）が形成される。光導入面及び光放射面は好ましくは導光体の端面に形成される。即ち、導光体の一端面（光導入面）より光の導入が行われ、他の端面（光放射面）より光の外部放射が行われることが好ましい。
一方、反射面は導光体の側面に形成される。反射面は複数の凹曲面の集合からなる。好ましくは、使用する発光ダイオード素子と同数の凹曲面の集合からなる反射面が用いられる。この場合には各発光ダイオード素子に対応する凹曲面が一つずつ設けられることとなり、各発光ダイオード素子の光が対応する凹曲面によってそれぞれ個別に反射、集光される。対応する発光ダイオード素子に起因する光（導入光）の実質的全部を受光できるように、各凹曲面の形状、配置等が設計されることが好ましい。また、反射面を構成する各凹曲面が、受光する光のできるだけ多く、好ましくは実質的に全部を反射することができるような形状、配置態様とされることが好ましい。尚、一の凹曲面が二以上の発光ダイオード素子に起因する光を受光する構成としてもよい。
上記のように各凹曲面は受光した光を反射し且つ集光する形状を有する。ここでの形状としては例えば、楕円面、放物面形状を採用することができる。各凹曲面の形状の設計においては最終的な外部放射光の態様を考慮することができる。
【００１６】
光放射面は反射面によって反射、集光された光を外部放射する。本発明では使用する発光ダイオード素子の中で基準となる発光ダイオード素子（以下、「基準LED」ともいう）に起因する光の外部放射方向へと、他の発光ダイオード素子（以下、「他のLED」ともいう）に起因する光が外部放射の際に屈折するように（即ち、光の進行方向において次第に近づくように）、光放射面において他のLEDに起因する光を外部放射する領域が当該光の光軸に垂直な面に対して傾斜する面となっている。具体的には光放射面の形状として例えば図９(a)に示すような形状を採用することができる。尚、図９において符号６８ａ〜６８ｃは導光体を、符号６９ａ〜６９ｃは光反射面をそれぞれ表す。この例の光放射面６０では基準LEDに起因する光（反射光）を外部放射する領域６０ａが当該光の光軸に垂直な面であって、一方他のLEDに起因する光（反射光）を外部放射する領域６０ｂが当該光の光軸に対して垂直な面ではなく所定の傾斜（α）を有する面となっている。このような傾斜を設けることによって他のLEDに起因する光は外部放射されるときに基準ＬＥＤに起因する外部放射光に近づくように屈折する。尚、基準LEDは典型的には一つであるが、これを二つ以上としてもよい。
【００１７】
光放射面の他の例を図９(b)に示す。この例では基準LEDに起因する光を外部放射する領域（第１領域）６１ａと他のLEDに起因する光を外部放射する領域（第２領域）６１ｂとが連続的な傾斜面となっている。換言すれば、光放射面６１が一端側（第１領域側）から他端側に向かって一定の角度（β）で傾斜する面となっている。このような構成の光放射面６１を採用した場合には外部放射する際に基準LEDに起因する光及び他のLEDに起因する光の両者が、第２領域６１ｂから第１領域６１ａに向かう方向へと屈折することとなる。そして、他のLEDに起因する光を外部放射する領域６１ｂの方が反射面６９ｂに近いことから、そこを介して外部放射される光、即ち他のLEDに起因する光の方が相対的に大きな屈折効果を受け、その結果、他のLEDに起因する外部放射光が基準LEDに起因する外部放射光の放射方向へと集光することとなる。尚、この例では一定の角度で傾斜する光放射面６１ｂが示されるが、一端側から他端側に向かって連続的又は段階的に傾斜角度が変化するようにしてもよい。例えば図９(c)では一端側から他端側に向かって２段階に傾斜角度が変化する光放射面６１ｃが示される。
【００１８】
反射面において、基準LEDに起因する光を外部放射する領域（一部でもよい）、及び／又は他のLEDに起因する光を外部放射する領域（一部でもよい）を平面ではなく、曲面としてもよい。曲面とすることによってレンズ効果が生じ、外部放射光を更に集光することができる。このような構成は照明エリアをより一層絞る必要がある場合に特に有効である。
【００１９】
以上では発光ダイオード素子を２個使用した場合を例に採って光放射面の態様を説明したが、発光ダイオード素子を３個以上使用した場合についても同様の考えに基づいて光放射面の態様を設計することができる。例えば３個の発光ダイオード素子を使用した場合において、図１０(a)に示すように二段階に傾斜角度が変化する光放射面７０を採用することができる。この例では基準LEDに起因する光を外部放射する領域（基準領域）７０ａから遠い領域ほど、傾斜角度（当該領域によって外部放射される光の光軸に垂直な面に対する角度）が大きくなっている。このような構成によれば基準領域７０ａから遠い領域を介して外部放射される光ほど外部放射の際の屈折効果が大きくなる。その結果、基準LEDに起因する外部放射光方向へと、各領域７０ｂ、７０ｃを介して外部放射される光が効果的に集光することとなる。尚、図１０において符号７８ａ及び７８ｂは導光体を、符号７９ａ及び７９ｂは光反射面をそれぞれ表す。
【００２０】
図１０(b)に、発光ダイオード素子を３個使用した場合に採用し得る光放射面の他の例を示す。この例では光放射面７１が３つの領域７１ａ〜７１ｃからなる。各領域７１ａ〜７１ｃにはそれぞれ対応する反射面７９ｂによって集光された光が到達する。各領域７１ａ〜７１ｃは到達する光の光軸に垂直な面に対して一定の角度で傾斜している。この例では全ての領域７１ａ〜７１ｃの傾斜角度を同一としている。このような構成の場合には各領域７１ａ〜７１ｃにおいて同様の光屈折作用が生じ、導光体７８ｂの中心軸８０方向へと各外部放射光が同様の態様で集光することとなる。尚、各領域７１ａ〜７１ｃの傾斜角度が異なるように設計することも可能である。
【００２１】
使用目的に応じて所望の形状の照明光が得られるように反射面及び外部放射面などの態様が設計される。好ましい照明光の形状として円形ないし楕円形を例示することができる。例えば２個の発光ダイオード素子を使用し、各発光ダイオード素子に起因する外部放射光の焦点が一致するように反射面及び外部放射面等を設計すれば、焦点近傍において略円形ないし略楕円形の照明光を得ることが可能であり、他方各発光ダイオード素子に起因する外部放射光の焦点が近接するような構成とすれば略楕円形の照明光を得ることが可能である。
以下、実施例を参照しながら本発明の構成についてより詳細に説明する。
【００２２】
【実施例】
図１は実施例の照明装置１を示す斜視図である。図２、図３、及び図４はそれぞれ照明装置１の背面図、底面図、及び左側面図である。図５及び図６はそれぞれ、図３におけるＡ−Ａ線断面図及びＢ−Ｂ線断面図である。以下、各図面を参照しながら照明装置１の構成を説明する。
照明装置１は発光ダイオード素子（以下、「ＬＥＤ素子」という）１０、導光体２０、回路基板４０、並びに筐体４５を備える。ＬＥＤ素子１０及び回路基板４０は筐体内４５の所定位置に固定される。２個のＬＥＤ素子１０が使用され、これらは両光軸が平行となるように回路基板４０上に固定される。
【００２３】
ＬＥＤ素子１０は封止部材にレンズ効果付与した砲弾型のＬＥＤであってＬＥＤチップ１１を内蔵する（図７）。ＬＥＤチップ１１は主発光ピーク波長を４８０ｎｍ付近に有する。ＬＥＤチップ１１の各層のスペックは次の通りである。
【００２４】
基板１２の上にはバッファ層１３を介してｎ型不純物としてＳｉをドープしたＧａＮからなるｎ型層１４が形成される。ここで、基板１２にはサファイアを用いたがこれに限定されることはなく、サファイア、スピネル、炭化シリコン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化マンガン、ジルコニウムボライド、III族窒化物系化合物半導体単結晶等を用いることができる。さらにバッファ層１３はＡｌＮを用いてＭＯＣＶＤ法で形成されるがこれに限定されることはなく、材料としてはＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮ等を用いることができ、製法としては分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）、ハライド系気相成長法（ＨＶＰＥ法）、スパッタ法、イオンプレーティング法、電子シャワー法等を用いることができる。III族窒化物系化合物半導体を基板として用いた場合は、当該バッファ層を省略することができる。
さらに基板とバッファ層は半導体素子形成後に、必要に応じて、除去することもできる。
ここでｎ型層１４をＧａＮで形成したが、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ若しくはＡｌＩｎＧａＮを用いることができる。
また、ｎ型層１４にはｎ型不純物してＳｉをドープしたが、このほかにｎ型不純物として、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ等を用いることもできる。
発光する層を含む層１５は量子井戸構造（多重量子井戸構造、若しくは単一量子井戸構造）を含んでいてもよく、また発光素子の構造としてはシングルへテロ型、ダブルへテロ型及びホモ接合型のものなどでもよい。
【００２５】
発光する層を含む層１５はｐ型層１６の側にＭｇ等をドープしたバンドギャップの広いIII族窒化物系化合物半導体層を含むこともできる。これは発光する層を含む層１５中に注入された電子がｐ型層１６に拡散するのを効果的に防止するためである。
発光する層を含む層１５の上にｐ型不純物としてＭｇをドープしたＧａＮからなるｐ型層１６を形成する。このｐ型層１６はＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ又はＩｎＡｌＧａＮとすることもできる、また、ｐ型不純物としてはＺｎ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａを用いることもできる。ｐ型不純物の導入後に、電子線照射、炉による加熱、プラズマ照射等の周知の方法により低抵抗化することも可能である。
上記構成の発光素子において、各III族窒化物系化合物半導体層は一般的な条件でＭＯＣＶＤを実行して形成するか、分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）、ハライド系気相成長法（ＨＶＰＥ法）、スパッタ法、イオンプレーティング法、電子シャワー法等の方法で形成することもできる。
【００２６】
ｎ電極１９はＡｌとＶの２層で構成され、ｐ型層１６を形成した後にｐ型層１６、発光する層を含む層１５、及びｎ型層１４の一部をエッチングにより除去することにより表出したｎ型層１４上に蒸着で形成される。
透光性電極１７は金を含む薄膜であって、ｐ型層１６の上に積層される。ｐ電極１８も金を含む材料で構成されており、蒸着により透光性電極１７の上に形成される。以上の工程により各層及び各電極を形成した後、各チップの分離工程を行う。
尚、基板１２の裏面（半導体層が形成されない側の表面）にAl、Ag、窒化チタン、窒化ハフニウム、窒化ジルコニウム、窒化タンタルなどからなる反射層を形成してもよい。反射層を設けることにより、基板１２側に向かった光を取り出し方向へと効率的に反射、変換することができ、光の取り出し効率の向上が図られる。このような反射層は形成材料の蒸着などの公知の方法で形成することができる。
【００２７】
以上の方法によって作製したＬＥＤチップ１１はリードフレーム３０上に形成されたカップ状部３１に銀ペーストなどを用いてマウントされる。その後、黄色系の蛍光体３３を分散させたエポキシ樹脂３２がカップ状部３１に充填される。最後に封止部材３４であるエポキシ樹脂によって封止される。その際、封止部材３４の上部が凸レンズ状に成形される。このようにして得られたＬＥＤ素子１０ではＬＥＤチップ１１の光の一部がカップ状部３１内の蛍光体３３の励起に利用され黄色系の蛍光が生ずる。この黄色系の蛍光とＬＥＤチップ１１本来の青系の光との混色によって白色系の発光が得られる。
【００２８】
導光体２０はＬＥＤ素子１０の光放出方向前方に位置するように筐体４５の開口部に固着される。導光体２０はポリカーボネート製であって、所望の形状となるように型成形等によって作製される。導光体２０は平板状の基部２９及び図１において下方に突出した導光部２１を有する。この導光部２１は光導入面２２、反射面２３、及び光放射面２４を備える。光導入面２２はＬＥＤ素子１０に対向する端面であって、効率的な光の導入が達成されるようにＬＥＤ素子１０の光軸に垂直な平面となっている。反射面２３は、導光部２１においてＬＥＤ素子１１の光軸方向に位置する側面からなり、二つの楕円面２３ａ、２３ｂが連なる形状である。各楕円面はそれぞれ、対応するＬＥＤ素子１０に起因する導入光のほぼ全量を受光できるような大きさを有する。また本実施例では光の取り出し効率を高めるために、受光した光のほぼ全量を全反射できるように各楕円面の形状及び傾きが調整されている。
光放射面２４は反射面２３によって反射された光の進行方向（ＬＥＤ素子１０からみて斜め下方）に位置し、図示されるように照明装置１の中心から外側に向かって反射面２３との距離が連続的に短くなるように一定の角度で傾斜する平面である。
【００２９】
続いて、照明装置１の照明態様について図３及び図６を参照しながら説明する。まずＬＥＤ素子１０に必要な電力が供給されると、ＬＥＤ素子１０からは白色系の光が放出される。これら各ＬＥＤ素子に起因する白色光はそれぞれ光導入面２２を介して導光体２０の導光部２１に導入される。各導入光は反射面２３に向かって進行し、そして反射面２３の対応する領域（楕円面２３ａ、２３ｂ）にそれぞれ至る。各楕円面では反射の際に集光作用が奏され、その結果、各楕円面による反射光はそれぞれ集束しながら光放射面２４に向かうこととなる。ここで、上述のように光放射面２４は一定の角度で傾斜する面であり各反射光の光軸３５、３６に対して垂直とならない（本実施例では光放射面２４が反射光の光軸３５、３６に垂直な面に対して約２０°の角度で交差する）。このような傾斜を有する光放射面２４であることから、図３に示すように各ＬＥＤ素子１０に起因する光（反射光）は外部放射の際にそれぞれ屈折する。そして、光放射面２４において、照明装置の中心から遠い方のＬＥＤ素子１０に起因する光を外部放射する領域の方がより反射面２３に近いことから、当該光に対する屈折の効果は相対的に大きくなる。このような外部放射時の屈折作用によって、当該ＬＥＤ素子に起因する外部放射光３７が、照明装置の中心に近い方のＬＥＤ素子１０に起因する外部放射光３８の放射方向へと集光することとなる。その結果、極めて良好な集光効果が得られ、照明エリアの小さい照明光が得られる。一方で、このように照明エリアが絞られることによって高い照度の光となり、効果的な照明を行うことが可能となる。尚、照明装置１によれば楕円形の光が得られる。
一方、本実施例の構成では光放射面２４が一端側から他端側に向かって連続的に反射面２３に近づくことから、各発光ダイオード素子１０に起因する光の全体に亘って上述した外部放射時の屈折作用が連続的に徐変することとなり照度ムラの少ない照明光が得られる。
【００３０】
以上のように照明装置１では簡易な構成によって、照明エリアが小さく、かつ照度の高い光が得られる。即ち、集光度の高い、高品質の光が得られる。したがって、例えば車両に設置される各種の照明装置（例えばドア開閉時の足元照明用、マップランプ用など）として好適なものとなる。
【００３１】
照明装置１では、反射面２３における各楕円面２３ａ、２３ｂによって反射、集光された光の光軸同士が平行となるように各楕円面２３ａ、２３ｂが設計されているが、二つの楕円面が受光側において近づくように各楕円面を配置（即ち、二つの楕円面の境界線を回転軸として片方の楕円面をその受光面側に回転させて得られる配置）すれば、各楕円面によって反射、集光された光は進行するに従って次第に近づくこととなる。即ち、各楕円面による個別の集光効果に加えて、反射面全体としての集光効果が奏される。このような反射面を採用する場合には反射面のみによって上記の照明装置１における集光効果（反射面及び光放射面による集光効果）と同様の効果が得られることから、光放射面として必ずしも照明装置１のごとく傾斜を有するものを用いる必要はない。但し、照明装置１と同様に光放射面を傾斜面とし、反射面による集光効果に併せて屈折作用による配光特性の制御を行ってもよい。
【００３２】
この発明は、上記発明の実施の形態の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明では、発光ダイオード素子の光を導光体に形成された反射面で集光し、さらに外部放射する際の屈折作用によって配光特性を制御する。これによって所望の照明エリアを照度の高い光で照明することが可能な照明装置となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明の一実施例である照明装置１を示す斜視図である。
【図２】 図２は照明装置１の背面図である。
【図３】 図３は照明装置１の底面図である。
【図４】 図４は照明装置１の左側面図である。
【図５】 図５は図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図６】 図６は図３のＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】 図７は照明装置１に使用されるＬＥＤ素子１０の構成を模式的に示した図である。
【図８】 図８はＬＥＤ素子１０に使用されるＬＥＤチップ１１の構成を模式的に示した図である。
【図９】 図９は本発明における光放射面の例を示す図である。
【図１０】 図１０は本発明における光放射面の他の例を示す図である。
【符号の説明】
１ 照明装置
１０ 発光ダイオード素子
２０ 導光体
２１ 導光部
２２ 光導入面
２３ 反射面
２４ 光放射面
４０ 基板
４５ 筐体
【産業上の利用分野】
本発明は発光ダイオード素子を利用した照明装置に関する。本発明の照明装置は例えば、車両内又は車両外に設置されて特定のエリアを照明することに利用される。
【０００２】
【従来の技術】
発光ダイオード（LED）素子を光源とした照明装置において、導光体や反射面などを利用して配光特性を制御し、目的に応じた態様の照明光を得る試みがなされている。例えばLED素子の光を複数の反射面によって反射させた後に外部放射させることによって照明光の照度の均一化を図った構成が開示されている（特許文献１を参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−２５２３３７号公報
【特許文献２】
特開２００２−２７０００８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の構成ではLED素子固有の指向角によって広がった光が反射面によってそのまま反射されることから、得られる照明光は照明装置（光源）と照明対象との距離に比例して次第に広範囲のものとなる。したがって、照明装置と照明対象との間にある程度の距離が必要な場合には、十分な照度の光をもって照明対象を照明することができず、照明効果に乏しいものとなる。同時にまた、必要十分な照明エリアを確保することができず、即ち意図しない領域までをも照明してしまうこととなる。
尚、LEDランプの光を曲面状の反射面によって反射することにより、反射と同時に集光させ、もって配光特性を制御する構成の車両用赤外線投光器が提案されている（特許文献２を参照）。この例では各LEDランプの光をそれぞれに対応した反射面によって集光することにより、ほぼ全量の光を検出用の光として照射方向に進行させ、これによって光利用率を向上させているが、照明装置ではなく赤外線投光器という使用目的が異なることもあって、上記のような照明装置に求められる照明態様を考慮した配光特性の制御は行われていない。
本発明は以上の課題に鑑み、所望の照明エリアをより高照度の光で照明可能な照明装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は以上の目的を達成すべく、以下の構成を提供する。即ち、
複数の発光ダイオード素子と、及び
前記複数の発光ダイオード素子の光放出方向前方に配置される導光体であって、前記複数の発光ダイオード素子の光を導入する光導入面と、複数の凹曲面の集合からなり導入光を反射して集光する反射面と、及び該反射面による反射光を外部放射する光放射面と、を有する導光体と、
を備え、
前記複数の発光ダイオード素子の中で基準となる発光ダイオード素子に起因する第１の光の外部放射方向へと、他の発光ダイオード素子に起因する第２の光が外部放射の際に屈折するように、前記光放射面において該第２の光を外部放射する領域が該第２の光の光軸に垂直な面に対して傾斜する面となっている、照明装置である。
【０００６】
以上の構成によれば、各発光ダイオード素子に起因する光が反射面によって反射されると同時に集光し、さらに基準となる発光ダイオード素子に起因する光の外部放射方向へと他の発光ダイオード素子に起因する光が外部放射の際に屈折する。これにより、照明エリアが絞られ、同時に照度が向上する。このように、配光特性が高度に制御される結果、所望のエリアを高い照度で照明可能な照明装置となる。一方、導光体を介して光の照射が行われることから、導光体を通過する過程において光の密度が均一化される。したがって、照度ムラの少ない照明光が得られることにもなる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の照明装置では複数の発光ダイオード素子が使用される。発光ダイオード素子としては指向性の高い光を放出可能な構成のものが好適に使用される。このような発光ダイオード素子を用いれば、発光ダイオード素子の光を高効率で後述の反射面に照射することができ、最終的に得られる外部放射光の照度が高まる。例えば、発光ダイオードチップをレンズ型の封止部材で封止した、いわゆるレンズタイプの発光ダイオード素子を採用することができる。表面実装型（ＳＭＤ）発光ダイオード素子であっても、その光放出側にレンズを備えることにより指向性を高めることができ、本発明ではこのように構成した発光ダイオード素子を用いてもよい。発光ダイオード素子に加えてレンズを設け、発光ダイオード素子の光を当該レンズによって一端集光した後に導光体へと導入してもよい。
尚、導光体に導入された光（導入光）が高い指向性を有していれば高い光利用率を確保できることから、例えば、導光体の光導入面の一部（又は全部）をレンズ効果が得られる形状（即ち凹曲面）とし、導入時に集光させる構成としてもよい。
【０００８】
発光ダイオード素子内には目的に応じた発光色（例えば、青色、赤色、緑色等）の発光ダイオード（発光ダイオードチップ）が内蔵される。複数個の発光ダイオードを内蔵した発光ダイオード素子を使用してもよい。その場合には同種類の発光ダイオードを組み合わせることはもちろんのこと、異なる種類の発光ダイオードを組み合わせても良い。例えば、光の三原色である赤、緑、青色の発光色を有する発光ダイオードを組み合わせて構成される白色発光或はマルチカラーないしフルカラーの発光ダイオード素子を使用することができる。
【０００９】
白色発光の発光ダイオード素子として、発光ダイオードからの光とそれによって励起される蛍光体からの光との混色によって白色光が得られるものを採用することもできる。このような発光ダイオード素子としては例えば、青色系の発光色の発光ダイオードと、当該発光ダイオードの光を受けて黄色〜黄緑色系の蛍光を発する蛍光体とを用いた発光ダイオード素子を挙げることができる。尚、以上のような発光色の変換に利用される蛍光体を発光ダイオード素子内ではなく、後述の導光体内或は別途設けられた色変換層（例えば発光ダイオード素子と導光体との間に設けることができる）などに含有させてもよい。
【００１０】
蛍光体の種類は特に限定されず、有機系、無機系を問わず用いることができる。有機系の蛍光体を用いることにより、クリアー感のある照明光が得られる。他方、無機系の蛍光体を用いると、艶消し感のある照明光を得ることが可能となる。様々な蛍光色を有する蛍光体を採用することができ、例えば光の三原色である赤色、緑色、又は青色の蛍光色を有する蛍光体の他、それらの中間色を蛍光する蛍光体を用いることができる。複数の蛍光体を組み合わせて用いることもでき、例えば赤色系蛍光体、緑色系蛍光体、及び青色系蛍光体を混合して用いることができる。
【００１１】
発光ダイオード素子の使用個数は、求められる照明エリアの大きさや照度などを考慮して決定することができる。比較的狭いエリアの照明に利用される照明装置を構成する場合には例えば、２個、３個、又は４個の発光ダイオード素子を使用することができる。
【００１２】
発光ダイオード素子の配列態様は特に限定されるものではなく、目的の照明態様（具体的には照明光の形状など）を考慮して定めることができる。例えば、全ての発光ダイオード素子が直線状に並ぶ配置態様を採用することができる。３個以上の発光ダイオード素子を使用する場合には特に、各発光ダイオード素子の中心を結ぶ直線が仮想凸多角形（三角形、四角形、五角形、六角形など）を形成するように各発光ダイオード素子が配置されることが好ましい。このような配置態様では所定のエリアを囲むように連続的に発光源（発光ダイオード素子）が存在することとなり、照度の均一化に有利となる。各発光ダイオード素子の中心を結ぶ直線によって仮想正多角形（正三角形、正四角形、正五角形、正六角形など）が形成されるような配置態様を採用することがより好ましい。等間隔で発光源が配置されることとなり、より一層の照度の均一化が図られるからである。
【００１３】
発光ダイオード素子の最も好ましい配置態様の具体例としては、２個の発光ダイオード素子を所定の距離をおいて配置する態様、３個の発光ダイオード素子を等間隔に一列に配置する態様、或は３個の発光ダイオード素子を各素子の中心を結ぶ直線が仮想正三角形を形成するように等間隔をおいて配置する態様を挙げることができる。これらの態様では発光ダイオード素子の使用個数が少なく、これに伴い後述の導光体の構成が簡略化され、照明装置の構成が極めて簡易なものとなる。したがって、照度の均一化を図るための発光ダイオード素子の配置態様や導光体（特に反射面及び光放射面）の設計が容易となる。
【００１４】
導光体は発光ダイオード素子の光放出方向前方に配置される。導光体の材質は発光ダイオード素子の光に対して透過性であれば特に限定されない。好ましくは透明（無色透明、有色透明を含む）な材料により導光体を構成する。また、加工が容易で耐久性に優れた材料により導光体を構成することが好ましい。導光体の材料としては、例えばアクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート（PET）、ポリカーボネート樹脂、エポキシ樹脂、ガラス等を用いることができる。
【００１５】
導光体には、発光ダイオード素子の光を導入する面（光導入面）、導入光を反射して集光する面（反射面）、及び反射光を外部放射する面（光放射面）が形成される。光導入面及び光放射面は好ましくは導光体の端面に形成される。即ち、導光体の一端面（光導入面）より光の導入が行われ、他の端面（光放射面）より光の外部放射が行われることが好ましい。
一方、反射面は導光体の側面に形成される。反射面は複数の凹曲面の集合からなる。好ましくは、使用する発光ダイオード素子と同数の凹曲面の集合からなる反射面が用いられる。この場合には各発光ダイオード素子に対応する凹曲面が一つずつ設けられることとなり、各発光ダイオード素子の光が対応する凹曲面によってそれぞれ個別に反射、集光される。対応する発光ダイオード素子に起因する光（導入光）の実質的全部を受光できるように、各凹曲面の形状、配置等が設計されることが好ましい。また、反射面を構成する各凹曲面が、受光する光のできるだけ多く、好ましくは実質的に全部を反射することができるような形状、配置態様とされることが好ましい。尚、一の凹曲面が二以上の発光ダイオード素子に起因する光を受光する構成としてもよい。
上記のように各凹曲面は受光した光を反射し且つ集光する形状を有する。ここでの形状としては例えば、楕円面、放物面形状を採用することができる。各凹曲面の形状の設計においては最終的な外部放射光の態様を考慮することができる。
【００１６】
光放射面は反射面によって反射、集光された光を外部放射する。本発明では使用する発光ダイオード素子の中で基準となる発光ダイオード素子（以下、「基準LED」ともいう）に起因する光の外部放射方向へと、他の発光ダイオード素子（以下、「他のLED」ともいう）に起因する光が外部放射の際に屈折するように（即ち、光の進行方向において次第に近づくように）、光放射面において他のLEDに起因する光を外部放射する領域が当該光の光軸に垂直な面に対して傾斜する面となっている。具体的には光放射面の形状として例えば図９(a)に示すような形状を採用することができる。尚、図９において符号６８ａ〜６８ｃは導光体を、符号６９ａ〜６９ｃは光反射面をそれぞれ表す。この例の光放射面６０では基準LEDに起因する光（反射光）を外部放射する領域６０ａが当該光の光軸に垂直な面であって、一方他のLEDに起因する光（反射光）を外部放射する領域６０ｂが当該光の光軸に対して垂直な面ではなく所定の傾斜（α）を有する面となっている。このような傾斜を設けることによって他のLEDに起因する光は外部放射されるときに基準ＬＥＤに起因する外部放射光に近づくように屈折する。尚、基準LEDは典型的には一つであるが、これを二つ以上としてもよい。
【００１７】
光放射面の他の例を図９(b)に示す。この例では基準LEDに起因する光を外部放射する領域（第１領域）６１ａと他のLEDに起因する光を外部放射する領域（第２領域）６１ｂとが連続的な傾斜面となっている。換言すれば、光放射面６１が一端側（第１領域側）から他端側に向かって一定の角度（β）で傾斜する面となっている。このような構成の光放射面６１を採用した場合には外部放射する際に基準LEDに起因する光及び他のLEDに起因する光の両者が、第２領域６１ｂから第１領域６１ａに向かう方向へと屈折することとなる。そして、他のLEDに起因する光を外部放射する領域６１ｂの方が反射面６９ｂに近いことから、そこを介して外部放射される光、即ち他のLEDに起因する光の方が相対的に大きな屈折効果を受け、その結果、他のLEDに起因する外部放射光が基準LEDに起因する外部放射光の放射方向へと集光することとなる。尚、この例では一定の角度で傾斜する光放射面６１ｂが示されるが、一端側から他端側に向かって連続的又は段階的に傾斜角度が変化するようにしてもよい。例えば図９(c)では一端側から他端側に向かって２段階に傾斜角度が変化する光放射面６１ｃが示される。
【００１８】
反射面において、基準LEDに起因する光を外部放射する領域（一部でもよい）、及び／又は他のLEDに起因する光を外部放射する領域（一部でもよい）を平面ではなく、曲面としてもよい。曲面とすることによってレンズ効果が生じ、外部放射光を更に集光することができる。このような構成は照明エリアをより一層絞る必要がある場合に特に有効である。
【００１９】
以上では発光ダイオード素子を２個使用した場合を例に採って光放射面の態様を説明したが、発光ダイオード素子を３個以上使用した場合についても同様の考えに基づいて光放射面の態様を設計することができる。例えば３個の発光ダイオード素子を使用した場合において、図１０(a)に示すように二段階に傾斜角度が変化する光放射面７０を採用することができる。この例では基準LEDに起因する光を外部放射する領域（基準領域）７０ａから遠い領域ほど、傾斜角度（当該領域によって外部放射される光の光軸に垂直な面に対する角度）が大きくなっている。このような構成によれば基準領域７０ａから遠い領域を介して外部放射される光ほど外部放射の際の屈折効果が大きくなる。その結果、基準LEDに起因する外部放射光方向へと、各領域７０ｂ、７０ｃを介して外部放射される光が効果的に集光することとなる。尚、図１０において符号７８ａ及び７８ｂは導光体を、符号７９ａ及び７９ｂは光反射面をそれぞれ表す。
【００２０】
図１０(b)に、発光ダイオード素子を３個使用した場合に採用し得る光放射面の他の例を示す。この例では光放射面７１が３つの領域７１ａ〜７１ｃからなる。各領域７１ａ〜７１ｃにはそれぞれ対応する反射面７９ｂによって集光された光が到達する。各領域７１ａ〜７１ｃは到達する光の光軸に垂直な面に対して一定の角度で傾斜している。この例では全ての領域７１ａ〜７１ｃの傾斜角度を同一としている。このような構成の場合には各領域７１ａ〜７１ｃにおいて同様の光屈折作用が生じ、導光体７８ｂの中心軸８０方向へと各外部放射光が同様の態様で集光することとなる。尚、各領域７１ａ〜７１ｃの傾斜角度が異なるように設計することも可能である。
【００２１】
使用目的に応じて所望の形状の照明光が得られるように反射面及び外部放射面などの態様が設計される。好ましい照明光の形状として円形ないし楕円形を例示することができる。例えば２個の発光ダイオード素子を使用し、各発光ダイオード素子に起因する外部放射光の焦点が一致するように反射面及び外部放射面等を設計すれば、焦点近傍において略円形ないし略楕円形の照明光を得ることが可能であり、他方各発光ダイオード素子に起因する外部放射光の焦点が近接するような構成とすれば略楕円形の照明光を得ることが可能である。
以下、実施例を参照しながら本発明の構成についてより詳細に説明する。
【００２２】
【実施例】
図１は実施例の照明装置１を示す斜視図である。図２、図３、及び図４はそれぞれ照明装置１の背面図、底面図、及び左側面図である。図５及び図６はそれぞれ、図３におけるＡ−Ａ線断面図及びＢ−Ｂ線断面図である。以下、各図面を参照しながら照明装置１の構成を説明する。
照明装置１は発光ダイオード素子（以下、「ＬＥＤ素子」という）１０、導光体２０、回路基板４０、並びに筐体４５を備える。ＬＥＤ素子１０及び回路基板４０は筐体内４５の所定位置に固定される。２個のＬＥＤ素子１０が使用され、これらは両光軸が平行となるように回路基板４０上に固定される。
【００２３】
ＬＥＤ素子１０は封止部材にレンズ効果付与した砲弾型のＬＥＤであってＬＥＤチップ１１を内蔵する（図７）。ＬＥＤチップ１１は主発光ピーク波長を４８０ｎｍ付近に有する。ＬＥＤチップ１１の各層のスペックは次の通りである。
基板１２の上にはバッファ層１３を介してｎ型不純物としてＳｉをドープしたＧａＮからなるｎ型層１４が形成される。ここで、基板１２にはサファイアを用いたがこれに限定されることはなく、サファイア、スピネル、炭化シリコン、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化マンガン、ジルコニウムボライド、III族窒化物系化合物半導体単結晶等を用いることができる。さらにバッファ層１３はＡｌＮを用いてＭＯＣＶＤ法で形成されるがこれに限定されることはなく、材料としてはＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮ等を用いることができ、製法としては分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）、ハライド系気相成長法（ＨＶＰＥ法）、スパッタ法、イオンプレーティング法、電子シャワー法等を用いることができる。III族窒化物系化合物半導体を基板として用いた場合は、当該バッファ層を省略することができる。
さらに基板とバッファ層は半導体素子形成後に、必要に応じて、除去することもできる。
ここでｎ型層１４をＧａＮで形成したが、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ若しくはＡｌＩｎＧａＮを用いることができる。
また、ｎ型層１４にはｎ型不純物してＳｉをドープしたが、このほかにｎ型不純物として、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ等を用いることもできる。
発光する層を含む層１５は量子井戸構造（多重量子井戸構造、若しくは単一量子井戸構造）を含んでいてもよく、また発光素子の構造としてはシングルへテロ型、ダブルへテロ型及びホモ接合型のものなどでもよい。
【００２５】
発光する層を含む層１５はｐ型層１６の側にＭｇ等をドープしたバンドギャップの広いIII族窒化物系化合物半導体層を含むこともできる。これは発光する層を含む層１５中に注入された電子がｐ型層１６に拡散するのを効果的に防止するためである。
発光する層を含む層１５の上にｐ型不純物としてＭｇをドープしたＧａＮからなるｐ型層１６を形成する。このｐ型層１６はＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ又はＩｎＡｌＧａＮとすることもできる、また、ｐ型不純物としてはＺｎ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａを用いることもできる。ｐ型不純物の導入後に、電子線照射、炉による加熱、プラズマ照射等の周知の方法により低抵抗化することも可能である。
上記構成の発光素子において、各III族窒化物系化合物半導体層は一般的な条件でＭＯＣＶＤを実行して形成するか、分子線結晶成長法（ＭＢＥ法）、ハライド系気相成長法（ＨＶＰＥ法）、スパッタ法、イオンプレーティング法、電子シャワー法等の方法で形成することもできる。
【００２６】
ｎ電極１９はＡｌとＶの２層で構成され、ｐ型層１６を形成した後にｐ型層１６、発光する層を含む層１５、及びｎ型層１４の一部をエッチングにより除去することにより表出したｎ型層１４上に蒸着で形成される。
透光性電極１７は金を含む薄膜であって、ｐ型層１６の上に積層される。ｐ電極１８も金を含む材料で構成されており、蒸着により透光性電極１７の上に形成される。以上の工程により各層及び各電極を形成した後、各チップの分離工程を行う。
尚、基板１２の裏面（半導体層が形成されない側の表面）にAl、Ag、窒化チタン、窒化ハフニウム、窒化ジルコニウム、窒化タンタルなどからなる反射層を形成してもよい。反射層を設けることにより、基板１２側に向かった光を取り出し方向へと効率的に反射、変換することができ、光の取り出し効率の向上が図られる。このような反射層は形成材料の蒸着などの公知の方法で形成することができる。
【００２７】
以上の方法によって作製したＬＥＤチップ１１はリードフレーム３０上に形成されたカップ状部３１に銀ペーストなどを用いてマウントされる。その後、黄色系の蛍光体３３を分散させたエポキシ樹脂３２がカップ状部３１に充填される。最後に封止部材３４であるエポキシ樹脂によって封止される。その際、封止部材３４の上部が凸レンズ状に成形される。このようにして得られたＬＥＤ素子１０ではＬＥＤチップ１１の光の一部がカップ状部３１内の蛍光体３３の励起に利用され黄色系の蛍光が生ずる。この黄色系の蛍光とＬＥＤチップ１１本来の青系の光との混色によって白色系の発光が得られる。
【００２８】
導光体２０はＬＥＤ素子１０の光放出方向前方に位置するように筐体４５の開口部に固着される。導光体２０はポリカーボネート製であって、所望の形状となるように型成形等によって作製される。導光体２０は平板状の基部２９及び図１において下方に突出した導光部２１を有する。この導光部２１は光導入面２２、反射面２３、及び光放射面２４を備える。光導入面２２はＬＥＤ素子１０に対向する端面であって、効率的な光の導入が達成されるようにＬＥＤ素子１０の光軸に垂直な平面となっている。反射面２３は、導光部２１においてＬＥＤ素子１１の光軸方向に位置する側面からなり、二つの楕円面２３ａ、２３ｂが連なる形状である。各楕円面はそれぞれ、対応するＬＥＤ素子１０に起因する導入光のほぼ全量を受光できるような大きさを有する。また本実施例では光の取り出し効率を高めるために、受光した光のほぼ全量を全反射できるように各楕円面の形状及び傾きが調整されている。
光放射面２４は反射面２３によって反射された光の進行方向（ＬＥＤ素子１０からみて斜め下方）に位置し、図示されるように照明装置１の中心から外側に向かって反射面２３との距離が連続的に短くなるように一定の角度で傾斜する平面である。
【００２９】
続いて、照明装置１の照明態様について図３及び図６を参照しながら説明する。まずＬＥＤ素子１０に必要な電力が供給されると、ＬＥＤ素子１０からは白色系の光が放出される。これら各ＬＥＤ素子に起因する白色光はそれぞれ光導入面２２を介して導光体２０の導光部２１に導入される。各導入光は反射面２３に向かって進行し、そして反射面２３の対応する領域（楕円面２３ａ、２３ｂ）にそれぞれ至る。各楕円面では反射の際に集光作用が奏され、その結果、各楕円面による反射光はそれぞれ集束しながら光放射面２４に向かうこととなる。ここで、上述のように光放射面２４は一定の角度で傾斜する面であり各反射光の光軸３５、３６に対して垂直とならない（本実施例では光放射面２４が反射光の光軸３５、３６に垂直な面に対して約２０°の角度で交差する）。このような傾斜を有する光放射面２４であることから、図３に示すように各ＬＥＤ素子１０に起因する光（反射光）は外部放射の際にそれぞれ屈折する。そして、光放射面２４において、照明装置の中心から遠い方のＬＥＤ素子１０に起因する光を外部放射する領域の方がより反射面２３に近いことから、当該光に対する屈折の効果は相対的に大きくなる。このような外部放射時の屈折作用によって、当該ＬＥＤ素子に起因する外部放射光３７が、照明装置の中心に近い方のＬＥＤ素子１０に起因する外部放射光３８の放射方向へと集光することとなる。その結果、極めて良好な集光効果が得られ、照明エリアの小さい照明光が得られる。一方で、このように照明エリアが絞られることによって高い照度の光となり、効果的な照明を行うことが可能となる。尚、照明装置１によれば楕円形の光が得られる。
一方、本実施例の構成では光放射面２４が一端側から他端側に向かって連続的に反射面２３に近づくことから、各発光ダイオード素子１０に起因する光の全体に亘って上述した外部放射時の屈折作用が連続的に徐変することとなり照度ムラの少ない照明光が得られる。
【００３０】
以上のように照明装置１では簡易な構成によって、照明エリアが小さく、かつ照度の高い光が得られる。即ち、集光度の高い、高品質の光が得られる。したがって、例えば車両に設置される各種の照明装置（例えばドア開閉時の足元照明用、マップランプ用など）として好適なものとなる。
【００３１】
照明装置１では、反射面２３における各楕円面２３ａ、２３ｂによって反射、集光された光の光軸同士が平行となるように各楕円面２３ａ、２３ｂが設計されているが、二つの楕円面が受光側において近づくように各楕円面を配置（即ち、二つの楕円面の境界線を回転軸として片方の楕円面をその受光面側に回転させて得られる配置）すれば、各楕円面によって反射、集光された光は進行するに従って次第に近づくこととなる。即ち、各楕円面による個別の集光効果に加えて、反射面全体としての集光効果が奏される。このような反射面を採用する場合には反射面のみによって上記の照明装置１における集光効果（反射面及び光放射面による集光効果）と同様の効果が得られることから、光放射面として必ずしも照明装置１のごとく傾斜を有するものを用いる必要はない。但し、照明装置１と同様に光放射面を傾斜面とし、反射面による集光効果に併せて屈折作用による配光特性の制御を行ってもよい。
【００３２】
この発明は、上記発明の実施の形態の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明では、発光ダイオード素子の光を導光体に形成された反射面で集光し、さらに外部放射する際の屈折作用によって配光特性を制御する。これによって所望の照明エリアを照度の高い光で照明することが可能な照明装置となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明の一実施例である照明装置１を示す斜視図である。
【図２】 図２は照明装置１の背面図である。
【図３】 図３は照明装置１の底面図である。
【図４】 図４は照明装置１の左側面図である。
【図５】 図５は図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図６】 図６は図３のＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】 図７は照明装置１に使用されるＬＥＤ素子１０の構成を模式的に示した図である。
【図８】 図８はＬＥＤ素子１０に使用されるＬＥＤチップ１１の構成を模式的に示した図である。
【図９】 図９は本発明における光放射面の例を示す図である。
【図１０】 図１０は本発明における光放射面の他の例を示す図である。
【符号の説明】
１ 照明装置
１０ 発光ダイオード素子
２０ 導光体
２１ 導光部
２２ 光導入面
２３ 反射面
２４ 光放射面
４０ 基板
４５ 筐体
Claims (8)
- 複数の発光ダイオード素子と、及び
前記複数の発光ダイオード素子の光放出方向前方に配置される導光体であって、前記複数の発光ダイオード素子の光を導入する光導入面と、複数の凹曲面の集合からなり導入光を反射して集光する反射面と、及び該反射面による反射光を外部放射する光放射面と、を有する導光体と、
を備え、
前記反射面が、前記複数の発光ダイオード素子の中で基準となる発光ダイオード素子の光を反射して集光する第１領域と、その他の発光ダイオード素子の光を反射して集光する第２領域とを有し、
該第２領域による反射光の光軸が前記第１領域による反射光の光軸に対して平行ではなく光の進行方向において次第に近づくように、前記第２領域が前記第１領域側に傾斜している、照明装置。 - 前記複数の発光ダイオード素子が、前記基準となる発光ダイオード素子を一端側として直線的に配置され、及び
前記光放射面が、前記基準となる発光ダイオード素子に起因する光を外部放射する領域となる一端側から他端側に向かって一定の角度で傾斜する面からなる、請求項１に記載の照明装置。 - 前記光放射面が前記複数の発光ダイオード素子と同数の領域からなり、前記基準となる発光ダイオード素子に起因する光を外部放射する領域から遠い領域ほど、該領域によって外部放射される光の光軸に垂直な面に対する傾斜角度が大きい、請求項１に記載の照明装置。
- 前記光放射面において、前記基準となる発光ダイオード素子に起因する光を外部放射する領域が、該光の光軸に垂直な面に対して傾斜する面となっている、請求項１に記載の照明装置。
- 前記反射面が前記複数の発光ダイオード素子と同数の前記凹曲面を有する、請求項１〜４のいずれかに記載の照明装置。
- 前記凹曲面が楕円面である、請求項１〜５のいずれかに記載の照明装置。
- ２個の発光ダイオード素子が用いられる、請求項１〜６のいずれかに記載の照明装置。
- 前記複数の発光ダイオード素子に起因する各外部放射光の焦点が一致する、請求項１〜７のいずれかに記載の照明装置。
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