JP4557037B2

JP4557037B2 - Ｌｅｄ光放射装置

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Publication number: JP4557037B2
Application number: JP2008100039A
Authority: JP
Inventors: 清幸蕪木; 博成羽田
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2008-04-08
Filing date: 2008-04-08
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2028-04-08
Also published as: JP2009253067A; EP2109158A1; CN101556984B; KR101336376B1; TW200942744A; US20090251897A1; KR20090107409A; TWI421444B; CN101556984A; US7901108B2

Description

本発明は、ＬＥＤ光放射装置に関し、更に詳しくは、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ−ＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ；発光ダイオード）からの光を光学部材を介して所定の方向および範囲に対して放射するＬＥＤ光放射装置に関する。

従来、発光素子（ＬＥＤ）を光源として用い、この光源からの光を所定の方向に放射するよう、例えばレンズなどの光学部材を用い、この光学部材によって配光制御を行なう構成のＬＥＤ光放射装置が広く用いられている（例えば、特許文献１参照。）。

このような構成のＬＥＤ光放射装置においては、光源としての光学素子（ＬＥＤ）からの光を有効に利用するために、光学素子からの光のうちの光学部材に至ることのない光を、当該光学部材に導入させるための反射鏡を備えてなる構成のものが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

具体的に、特許文献２には、図１１に示すように、光源としての発光素子（ＬＥＤ）２１と、例えばアルミニウム蒸着膜などよりなる反射面１０８Ａを有する反射鏡１０８とを備え、光学部材１０３として、透光性樹脂よりなり、基板１０１上に設けられた発光素子（ＬＥＤ）２１からの光を屈折してＺ軸方向に対して垂直な方向に放射させる第１光学部１０４と、発光素子２１からの光を集光してＺ軸方向に放射させる第２光学部１０５と、発光素子２１からの光を全反射に基づいてＺ軸方向に放射する第３光学部１０６とを有するものが設けられてなる構成のＬＥＤ光放射装置が開示されている。
このＬＥＤ光放射装置の光学部材１０３においては、第１光学部１０４により、発光素子２１からの光のうちの当該発光素子２１の開口半角（発光素子２１の中心軸（図１１におけるＺ軸）に対する角度）６０〜９０度の範囲方向の光が屈折されてＺ軸方向に対して垂直な方向に放射され、第２の光学部１０５により、発光素子２１からの光のうちの当該発光素子２１の開口半角３５度以内の範囲方向の光が集光されてＺ軸方向に放射され、第３の光学部１０６により、発光素子２１からの光のうちの当該発光素子の開口半角３５〜６０度の範囲方向の光が全反射されてＺ軸方向に放射されることとなる。
図１１において、基板１０１は、基材１０１Ａ上に絶縁層１０１Ｂが積層されており、この絶縁層１０１Ｂ上に配線パターン１０１Ｃが形成されてなるものである。また、同図において、１０７はワイヤーであり、Ｌ５は、第２光学部１０５に入射して半球状の光放射面１０５Ａから放射される光の光路であり、Ｌ６は、第３光学部１０６に入射して反射面１０６Ｂによって反射されて円盤状の光放射面１０６Ａから放射される光の光路であり、Ｌ７は、第１光学部１０４に入射して出射し、反射鏡１０８によって反射される光の光路である。

このような構成のＬＥＤ光放射装置によれば、光学部材１０３によって発光素子２１からの光の大部分を制御することができる、すなわち反射鏡１０８の作用によって光学部材１０３に導入される光の量を低減することができる。従って、反射鏡として、大きなものを設ける必要がないため、反射鏡１０８を設けることに伴って装置自体が大型化することを防止することができ、その結果、ＬＥＤ光放射装置自体の小型化を図ることができるとされている。

しかしながら、このようなＬＥＤ光放射装置においては、反射鏡１０８に反射されて放射されることとなる光（具体的には、第１光学部１０４を経ることによって放射される光）は、複数の境界面（具体的には、例えば光学部材１０３と、当該光学部材１０３の周囲に存在する空気層との境界面）を経ることによって放射されることとなるため、この境界面において生じる屈折などに起因して境界反射や反射損失の発生率が大きくなり、その結果、高い光利用率が得られなくなり、しかも放射光を良好なものとするためには、これらの境界面における屈折を考慮した設計をすることが必要であるために、その設計自体が難しいものとなる、という問題がある。
また、このＬＥＤ光放射装置においては、高角度の光（例えば、発光素子２１の開口半角が６０度を超える範囲方向の光）を利用することを目的として反射鏡１０８が設けられているが、この高角度の光は、低角度の光に比して光度が低い。このため、このＬＥＤ光放射装置から放射される光が照射される被照射面においては、反射鏡１０８に反射された光が照射されることとなる周辺領域の照度が、中央領域の照度に比してかなり低くなるため、当該被照射面を高照度で均一に照射することが困難である、という問題がある。そのため、このような構成のＬＥＤ光放射装置は、特に面積を有する被照射面に対する光照射には適していない。すなわち、ＬＥＤ光放射装置を、広い面積を有する被照射面に対して光を照射するために、発光素子と光学部材とよりなるＬＥＤパッケージを複数備え、これらの複数のＬＥＤパッケージが共通の基板上に配置されてなる構成とした場合においても、被照射面に対して光を均一に照射することができず、しかも十分な照度を得ることもできない。

特開平８−１０７２３５号公報特開２００４−２８１６０５号公報

本発明は、以上の事情に基づいてなされたものであって、その目的は、発光素子からの光を高い効率で利用することができると共に、設計の自由度が大きく、被照射面に対して光を高照度で均一に照射することのできるＬＥＤ光放射装置を提供することにある。

本発明のＬＥＤ光放射装置は、発光素子と、透光性導光部材とを備え、
前記透光性導光部材は、中央凸レンズ部分と、当該中央凸レンズ部分の外周に形成された第１の筒状導光部分と、当該第１の筒状導光部分の外周に形成された第２の筒状導光部分とを有してなり、
前記第１の筒状導光部分の外周面と、前記第２の筒状導光部分の内周面との間に空気層が形成されており、当該第１の筒状導光部分の外周面と、第２の筒状導光部分の外周面とがいずれも同一焦点を有する回転２次曲面であり、これらの回転２次曲面の各々によって発光素子からの光が当該透光性導光部材の光軸に沿って光放射方向に反射され、
前記第２の筒状導光部分の内周面が、当該第２の筒状導光部分の外周面において反射された光の一部を遮るように外方に広がるテーパ状であることを特徴とする。

本発明のＬＥＤ光放射装置においては、透光性導光部材が屈折率が１．４以上の材料よりなるものであることが好ましい。

本発明のＬＥＤ光放射装置は、複数の発光素子が共通の基板上に設けられており、当該複数の発光素子の各々に対応するよう透光性導光部材が設けられているものであってもよい。

本発明のＬＥＤ光放射装置においては、透光性導光部材が、中央凸レンズ部分と共に、複数の筒状導光部分、具体的には第１の筒状導光部分および第２の筒状導光部分を有し、第１の筒状導光部分の外周面および第２の筒状導光部分の外周面よりなる同一焦点を有する回転２次曲面の各々によって発光素子からの光が当該透光性導光部材の光軸に沿って光放射方向に反射される構成を有するものであることから、この透光性導光部材を構成する中央凸レンズ部分、第１の筒状導光部分および第２の筒状導光部分のいずれの構成部分においても、入射した発光素子からの光を、他の構成部分に対して出射させることなく、その内部において、光軸に沿って光放射方向に導光し、当該透光性導光部材から放射させることができるため、当該透光性導光部材による発光素子からの光の配光制御が容易となり、また境界反射の発生を防止することができ、しかも反射鏡などの他の部材を介することなく、発光素子からの光を透光性導光部材によって導光して放射することができ、また透光性導光部材自体には、各々の構成部分内において導光路を形成すればよく、複数の構成部分を境界面を通過して経るような導光路を形成する必要がないことから、大きな設計の自由度が得られる。
また、透光性導光部材においては、その外周に空気層が存在することとなる第１の筒状導光部分の外周面、第２の筒状導光部分の内周面および外周面によって光を全反射させることができるため、反射損失の発生を抑制することができる。
従って、本発明のＬＥＤ光放射装置によれば、発光素子からの光を高い効率で利用することができると共に、大きな設計の自由度が得られ、被照射面に対して光を高照度で均一に照射することができる。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明のＬＥＤ光放射装置の構成の一例を示す説明用断面図であり、図２は、図１のＬＥＤ光放射装置の光放射面を示す説明図であり、図３は、図１のＬＥＤ光放射装置を構成するＬＥＤパッケージの構成を示す説明図であり、図４は、図３のＬＥＤパッケージの正面図であり、図５は、図１のＬＥＤ光放射装置の要部を拡大して示す説明用拡大断面図であり、図６は、図１のＬＥＤ光放射装置を構成する透光性導光部材の構造を示す説明用分解図である。
このＬＥＤ光放射装置は、光源として発光素子（ＬＥＤ；Ｌｉｇｈｔ−ＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）２１を備え、当該発光素子２１と、光学部材としての透光性導光部材３０とよりなるＬＥＤパッケージ２０が基板１１上に設けられてなる構成のものである。

ＬＥＤパッケージ２０を構成する発光素子２１は、基材１１Ａ上に絶縁層１１Ｂが積層されており、この絶縁層１１Ｂ上に配線パターン（図示せず）が形成されている基板１１上において、基材１１Ａが露出されてなる発光素子配置部に配設されており、当該絶縁層１１Ｂ上に形成されている配線パターンに電気的に接続されている。
この図の例において、発光素子２１は、例えばシリコーン樹脂などの耐熱性を有する透明樹脂よりなる半球状のモールド部材１３によってモールドされている。

発光素子２１としては、紫外線を放射するもの、あるいは可視光を放射するもののいずれを用いることもでき、例えばＣＯＳ則に従った配光を示すＬＥＤ（以下、「ＣＯＳ配光ＬＥＤ」ともいう。）を好適に用いることができる。

そして、ＬＥＤパッケージ２０を構成する透光性導光部材３０は、その全体形状が、円柱状部と、当該円柱状部に連続する椀形状部とを有する略椀形状のものであり、円柱状部は、略円筒状の筒状基端部分３１によって構成されており、一方、椀形状部は、略円柱状の中央凸レンズ部分４１と、当該中央凸レンズ部分４１の外周に形成された、略円筒状の第１の筒状導光部分５１と、当該第１の筒状導光部分５１の外周に形成された、略円筒状の第２の筒状導光部分６１とを有している。この透光性導光部材３０においては、椀形状部の構成部分の各々において形成されている光放射面、具体的には、中央凸レンズ部分４１の半球面状の光放射面４９、第１の筒状導光部分５１の円盤状の光放射面５９および第２の筒状導光部分６１の円盤状の光放射面６９により、光放射面３９が形成されている。また、透光性導光部材３０には、光放射面３９に対向する位置に、円柱状部の筒状基端部分３１によって半球状の発光素子収容空間３２が形成されている。
この図の例において、発光素子２１をモールドしているモールド部材１３と、透光性導光部材３０とは、モールド部材１３の外周面と、透光性導光部材３０における発光素子収容空間３２を区画する内周面とが光学接合されることによって接合されている。これにより、モールド部材１３と透光性導光部材３０との境界面においては、光の屈折および反射の発生が抑制されることから、発光素子２１からの光は高い効率でモールド部材１３を介して透光性導光部材３０に入射することとなる。

透光性導光部材３０には、第１の筒状導光部分５１の外周面５２と、第２の筒状導光部分６１の内周面６３との間に、第１の筒状導光部分５１を囲むように筒状の間隙が形成され、この間隙により、第１の筒状導光部分５１と第２の筒状導光部分６１とに囲繞されてなる空気層Ｈ１が形成されている。

この空気層Ｈ１を区画する第１の筒状導光部分５１の外周面５２は、その形状が、外周に空気層が存在することとなる第２の筒状導光部分６１の外周面６２と共に、回転２次曲面とされており、これらの第１の筒状導光部分５１の外周面５２よりなる回転２次曲面と、第２の筒状導光部分６１の外周面６２よりなる回転２次曲面とは、同一焦点を有する形状とされている。
これらの第１の筒状導光部分５１の外周面５２および第２の筒状導光部分６１の外周面６２においては、各々、その外周に空気層が存在するため、外周面５２によっては第１の筒状導光部分５１に入射した光が全反射され、また外周面６２によっては第２の筒状導光部分６１に入射した光が全反射されることとなる。そして、これらの反射光は、各々の回転２次曲面（外周面５２および外周面６２）の構成に従った所定の方向に反射されて光軸Ｃに沿って光放射方向（図１における右方）に位置する光放射面５９または光放射面６９に向かって導光されることとなる。
この図の例において、第１の筒状導光部分５１の外周面５２よりなる回転２次曲面と、第２の筒状導光部分６１の外周面６２よりなる回転２次曲面とは、いずれも回転放物面であり、また、当該外周面５２および外周面６２の反射光は、各々、透光性導光部材３０の光軸Ｃに平行な方向に向かう平行光となる。

また、空気層Ｈ１を区画する第２の筒状導光部分６１の内周面６３は、当該第２の筒状導光部分６１に入射し、外周面６２よりなる回転２次曲面（回転放物面）によって反射される光を光放射面６９に向かって導光することのできるような形状とされる。

具体的に、第２の筒状導光部分６１の内周面６３は、第２の筒状導光部分６１の外周面６２からの反射光が光放射面６９に至るまでの光路（以下、「反射光路」ともいう。）を阻害することのないよう、当該反射光路に平行とされていてもよいが、この反射光路の一部を遮るように外方に広がるテーパ状であることが好ましい。
第２の筒状導光部分６１の内周面６３を外方に広がるテーパ状とし、外周面６２からの反射光の一部を遮るようにすることにより、この内周面６３によって外周面６２において反射される光のうちの第２の筒状導光部分６１内において直線的に光放射面６９に至ることのできる方向以外の方向に向かう光を反射するための反射面が形成され、この反射面においては、その外周に空気層Ｈ１が存在しているため、入射された光が全反射されることとなる。
この図の例において、図５に詳細に示すように、第２の筒状導光部分６１の内周面６３は、第１のテーパ面６３Ａと、当該第１のテーパ面６３Ａよりも小さな傾斜角度を有する第２のテーパ面６３Ｂとによって構成されており、これらのうちの第２のテーパ面６３Ｂによって反射面が形成されている。

第２の筒状導光部分６１の内周面６３における第２のテーパ面６３Ｂによって形成される反射面は、その傾斜角度αが、当該第２の筒状導光部分６１の光放射面６９から放射される光、具体的には、当該第２のテーパ面６３Ｂよりなる反射面によって仮想線（ア）となす角β（＝２α）で光放射面６９に向かって反射され、当該光放射面６９から放射される光の仮想線（ア）となす角γが２０度以下となるよう、下記の式（１）の条件を満たすことが好ましい。この式（１）において、ｎは、透光性導光部材３０を構成する材料の屈折率である。
ここに、仮想線（ア）は、第２の筒状導光部分６１の外周面６２において反射される光の反射光路に平行な線分であり、この図の例においては、透光性導光部材３０の光軸Ｃに平行となる。

また、透光性導光部材３０においては、第１の筒状導光部分５１の内周面５３は、当該第１の筒状導光部分５１における光放射面５９、および中央凸レンズ部分４１における光放射面４９から放射される光の光路を阻害することのないような形状とされる。
この図の例において、第１の筒状導光部分５１の内周面５３は、光軸Ｃに平行とされており、当該内周面５３によって中央凸レンズ部分４１の光放射面４９から放射される光を通過させるための円柱状の空間が区画されている。

このような構成の透光性導光部材３０は、例えば図６に示すように、筒状基端部分３１と第２の筒状導光部分６１とを形成するための第１の構造体７０と、中央凸レンズ部分４１と第１の筒状導光部分５１とを形成するための第２の構造体８０とを組み合わせて接合することによって作製することができる。

透光性導光部材３０を形成するための第１の構造体７０は、全体形状が略椀形状の椀形状体であって、筒状基端部分３１と第２の筒状導光部分６１とを有し、内部に、第２の構造体８０を収容すると共に、発光素子収容空間３２および空気層Ｈ１を形成するための柱状の内部空間７１が形成されてなるものである。
この第１の構造体７０の内部空間７１は、発光素子収容空間３２を区画するための曲状形成面７１Ａと、当該曲状形成面７１Ａに連続する、第２の構造体８０との接合面および第２の筒状導光部分６１の内周面６３における第１のテーパ面６３Ａを形成するためのテーパ状形成面７１Ｂと、当該テーパ状形成面７１Ｂに連続する、第２の筒状導光部分６１の内周面６３における第２のテーパ面６３Ｂとにより区画されている。
ここに、テーパ状形成面７１Ｂを構成するテーパ面は、第２の筒状導光部分６１に入射した光が外周面６２に至るまでのいずれの導光路上にも、第１の構造体７０と第２の構造体８０との境界面（具体的には、第１の構造体７０のテーパ状形成面７１Ｂと、後述の第２の構造体８０の接合面８２との接合によって形成される境界面）が位置することのないよう、すなわち導光路と境界面とが交差することのないよう、その傾斜角度が設定されている。
具体的には、第２の筒状導光部分６１の外周面６２に至る光の導光路のうちの最も中心側に形成される導光路（最も仮想線（ア）（図５参照）となす角度が小さくなる光の導光路であって、図３におけるＬ３で示される光の光路に係る導光路）に沿うようにテーパ状形成面７１Ｂの傾斜角度が設定される。

また、第２の構造体８０は、その外観形状が略椀形状の筒状体であって、中央凸レンズ部分４１と第１の筒状導光部分５１とを有するものである。
この第２の構造体８０は、その底面により、発光素子収容空間３２を区画するための発光素子収容空間区画用面８１が形成されており、また、その外周面は、第１の構造体７０との接合面を形成するためのテーパ面よりなる接合面８２と、当該接合面８２よりも小さな傾斜角度を有するテーパ面よりなる、第１の筒状導光部分５１の外周面５２とによって構成されている。
なお、接合面８２を構成するテーパ面は、接合されることとなる第１の構造体７０のテーパ状形成面７１Ｂと同様の傾斜角度を有している。

具体的に、透光性導光部材３０は、第１の構造体７０と、第２の構造体８０とを用意し、第１の構造体７０の内部空間７１内に、第２の構造体８０を挿入し、軸を一致させた状態において、第２の構造体８０の接合面８２を、第１の構造体７０のテーパ状形成面７１Ｂにおける接合面を形成するための部分（図６において、左側部分）に当接させて点接合によって接合部Ｓ１を形成して固定すると共に、第２の構造体８０の外周面５２における、光放射面５９側の縁部（図６において、右端縁部）と、第１の構造体７０の第２のテーパ面６３Ｂにおける、光放射面６９側の縁部（図６において、右端縁部）とを点接合することによって接合部Ｓ２を形成して固定することにより、透光性導光部材３０が作製される。

このような構成の透光性導光部材３０は、屈折率が１．４以上の材料よりなるものであることが好ましく、具体的には、透明アクリル（ＰＭＭＡ：ポリメチルメタクリレート）樹脂およびポリカーボネート樹脂などが挙げられる。

また、透光性導光部材３０の筒状基端部分３１には、その外周面に、光吸収層１５が設けられていることが好ましい。
光吸収層１５の材質としては、例えば黒色フィルムおよび黒色塗料などが挙げられる。

ＬＥＤ光放射装置の具体的な構成の一例としては、発光素子２１として、ＣＯＳ配光ＬＥＤが用いられ、透光性導光部材３０として、屈折率１．４８５のＰＭＭＡ樹脂よりなるものが用いられており、また、その寸法が、発光素子２１は、外径が１ｍｍ角であり、透光性導光部材３０は、中央凸レンズ部分４１に係る光放射面４９の外径Ｍ１が３．６ｍｍ、第１の筒状導光部分５１に係る光放射面５９の外径Ｍ２が６．２ｍｍ、第２の筒状導光部分６１に係る光放射面６９の外径Ｍ３が１１ｍｍであるものが挙げられる。

以上のような構成を有するＬＥＤ光放射装置においては、光源である発光素子２１が発光されることにより、当該発光素子２１からの光が、モールド部材１３を介して透光性導光部材３０に入射され、当該透光性導光部材３０によって導光されて光放射面３９から放射されることとなる。

而して、このＬＥＤ光放射装置においては、透光性導光部材３０が、中央凸レンズ部分４１と共に、複数の筒状導光部分、具体的には第１の筒状導光部分５１および第２の筒状導光部分６１を有し、第１の筒状導光部分５１の外周面５２および第２の筒状導光部分６１の外周面６２よりなる同一焦点を有する回転放物面の各々によって発光素子２１からの光が光軸に沿って光放射方向に反射される構成を有するものであることから、モールド部材１３を介して透光性導光部材３０に入射された発光素子２１からの光は、当該透光性導光部材３０の光放射面３９を構成する各構成部分、具体的には、光放射面４９に係る中央凸レンズ部分４１、光放射面５９に係る第１の筒状導光部分５１および光放射面６９に係る第２の筒状導光部分６１のいずれかによって導光されて光放射面３９から放射される。

具体的には、発光素子２１からの光のうちの当該発光素子２１の開口半角（発光素子２１の中心軸に対する角度）２０度以下の範囲方向の光は、光路Ｌ１で示すように、中央凸レンズ部分４１に入射し、光放射面４９に向かって直線的に導かれ、当該光放射面４９から放射されることとなる。
また、発光素子２１からの光のうちの当該発光素子２１の開口半角２０度を超えて７０度以下の範囲方向の光は、その一部が、光路Ｌ２で示すように、第１の筒状導光部分５１に入射し、回転放物面よりなる外周面５２に反射されることによって光放射面５９に向かって導かれ、当該光放射面５９から放射される。また残りの一部は、光路Ｌ３で示すように、第２の筒状導光部分６１に入射し、回転放物面よりなる外周面６２に反射され、その反射光の一部（例えば、図１における光路Ｌ３−１）は光放射面６９に向かって導かれ、他の一部（例えば、図１における光路Ｌ３−２）は内周面６３における第２のテーパ面６３Ｂに反射されることによって光放射面６９に向かって導かれ、そのいずれもが当該光放射面６９から放射されることとなる。
ここに、このＬＥＤ光放射装置においては、発光素子２１からの光のうちの当該発光素子２１の開口半角７０度以下の範囲方向の光が透光性導光部材３０に導光されて光放射面３９から放射されることとなるが、発光素子２１としてＣＯＳ配光ＬＥＤを用いることにより、このＣＯＳ配光ＬＥＤよりなる発光素子２１は、開口半角７０度を超える範囲方向に放射される光の割合（光量）が小さいものであるため、発光素子２１からの光を、８０％もの高い利用率で利用することができる。

このように、透光性導光部材３０を構成する中央凸レンズ部分４１、第１の筒状導光部分５１および第２の筒状導光部分６１のいずれの構成部分においても、入射した発光素子２１からの光を、他の部分に対して出射させることなく、その内部において、当該透光性導光部材３０の光軸Ｃに沿って光放射方向に導光し、光放射面から放射させることができるため、当該透光性導光部材３０による発光素子２１からの光の配光制御が容易となり、また境界反射の発生を防止することができる。しかも、反射鏡などの他の部材を介することなく、発光素子２１からの光を透光性導光部材３０によって導光して放射することができ、また透光性導光部材３０自体には、各々の構成部分内において導光路を形成すればよく、複数の構成部分を境界面を通過して経るような導光路を形成する必要がないことから、大きな設計の自由度が得られる。
また、透光性導光部材３０においては、その外周に空気層が存在することとなる第１の筒状導光部分５１の外周面５２、第２の筒状導光部分６１の内周面６３における第２のテーパ面６３Ｂおよび外周面６２によって光を全反射させることができるため、反射損失の発生を抑制することができる。
更に、発光素子２１からの光のうちの、低角度の光に比して光度の小さい高角度の光の利用が抑制されることから、光放射面３９から放射される光が照射されることとなる被照射面において、高照度および照度の均一性を得ることができる。
従って、このＬＥＤ光放射装置によれば、発光素子からの光を高い効率で利用することができると共に、大きな設計の自由度が得られ、またＬＥＤパッケージ２０から放射される光に高い均一性が得られることから、被照射面に対して光を高照度で均一に照射することができる。

また、このＬＥＤ光放射装置においては、筒状基端部分３１の外周面に光吸収層１５が設けられており、発光素子２１からの光のうちの透光性導光部材３０に入射したものの光放射面３９から放射されることのない光、具体的には発光素子２１の開口角度７０度を超える範囲方向の光を、当該光吸収層１５によって吸収することができるため、筒状基端部分３１から光が放射されることに起因する迷光の発生を防止することができる。

更に、このＬＥＤ光放射装置においては、透光性導光部材３０が、第１の構造体７０と、第２の構造体８０とが組み合わされてなるものではあるが、第１の構造体７０が筒状基端部分３１および第２の筒状導光部分６１を有するものであり、一方、第２の構造体８０が中央凸レンズ部分４１および第１の筒状導光部分５１を有するものであって、これらを組み合わせることによって形成される境界面が、透光性導光部材３０内に形成される導光路と交差することのないよう、当該導光路に沿うものであることから、この第１の構造体７０と第２の構造体８０との境界面の全域を光接合する必要がなく、接合部Ｓ１、Ｓ２を点状とすることができるため、その製造が極めて容易であり、また、第１の構造体７０と第２の構造体８０との境界面を導光路に沿って形成すればよいことから、これらの構造体の設計も容易となる。

このような構成を有する本発明のＬＥＤ光放射装置は、特に広い面積を有する被照射面に対して光を照射するための装置、具体的には、レジスト照射用光源装置などとして好適に用いることができる。
具体的には、図７および図８に示すように、発光素子２１と透光性導光部材３０とよりなるＬＥＤパッケージ２０を複数（図７および図８の例においては、（（２×３０）＋２９）個）備え、これらの複数のＬＥＤパッケージ２０が共通の基板１１上に配置されてなる構成を有し、この共通の基板１１上に設けられた複数の発光素子２１を面状（帯状）光源としてなるものが挙げられる。
図７において、１７は、マルチレンズ、１８は、コンデンサレンズ、１９は、コリメータレンズである。また、同図においては、基板１１が図示されていない。

このような複数のＬＥＤパッケージ２０を備えたＬＥＤ光放射装置においては、当該複数のＬＥＤパッケージ２０の各々から放射される光に高い均一性が得られることから、広い面積を有する被照射面に対して均一に光を照射することができると共に、当該被照射面において高い照度を得ることができる。
また、筒状基端部分３１に光吸収層１５が設けられていることにより、当該筒状基端部分３１から隣接する他のＬＥＤパッケージ２０に対して光が照射され、この光の照射によってＬＥＤパッケージ２０が過熱されることを防止することができるため、複数の発光素子２１が発光することに伴って生じる熱によって装置自体が過熱されることを抑制することができる。

以下、本発明のＬＥＤ光放射装置について具体的に説明したが、本発明は以上の例に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、透光性導光部材は、第１の筒状導光部分の外周面と、第２の筒状導光部分の外周面とがいずれも同一焦点を有する回転２次曲面であり、これらの回転２次曲面の各々が発光素子からの光を当該透光性導光部材の光軸に沿って光放射方向に反射することのできる構成を有するものであれば、当該回転２次曲面は、図１に係る透光性導光部材３０の有するような回転放物面に限定されず、例えば図９に示すように、回転楕円面であってもよい。
ここに、図９のＬＥＤ光放射装置は、回転２次曲面として回転楕円面を有する透光性導光部材９０を備えていること以外は、図１に係るＬＥＤ光放射装置と同様の構成を有するものであり、当該透光性導光部材９０は、第１の筒状導光部分９１の外周面９１Ａと、第２の筒状導光部分９２の外周面９２Ａとがいずれも同一焦点を有する回転楕円面であるものであること以外は、図１に係る透光性導光部材３０と同様の構成を有するものである。図９において、Ｌ１は、中央凸レンズ部分４１に入射して光放射面４９から放射される光の光路であり、Ｌ２は、第１の筒状導光部分９１に入射して外周面９１Ａによって反射されて光放射面９１Ｂから放射される光の光路であり、Ｌ３は、第２の筒状導光部分９２に入射して外周面９２Ａによって反射されて光放射面９２Ｂから放射される光の光路である。また、曲線（イ）は、第１の筒状導光部分９１における外周面９１Ａに係る回転２次曲面（回転楕円面）を延長した仮想線であり、曲線（ロ）は、第２の筒状導光部分９２における外周面９２Ａに係る回転２次曲面（回転楕円面）を延長した仮想線である。

このような構成の透光性導光部材９０を備えたＬＥＤ光放射装置によっても、図１のＬＥＤ光放射装置と同様にして発光素子２１からの光を高い効率で利用することができると共に、大きな設計の自由度が得られ、被照射面に対して光を高照度で均一に照射することができる。

また、透光性導光部材は、中央凸レンズ部分、第１の筒状導光部分および第２の筒状導光部分を有するものであればよく、これらの構成部分の他に、その他の構成部分、例えば図１０に示すように、第２の筒状導光部分６１の外周に、第３の筒状導光部分９６が形成されてなる構成を有するものであってもよい。
ここに、図１０のＬＥＤ光放射装置は、第３の筒状導光部分９６を有する透光性導光部材９５を備えていること、および筒状基端部分３１の外周面に光吸収層１５が設けられていないこと以外は、図１に係るＬＥＤ光放射装置と同様の構成を有するものであり、当該透光性導光部材９５は、第３の筒状導光部分９６を有するものであること以外は、図１に係る透光性導光部材３０と同様の構成を有するものである。

この透光性導光部材９５において、第３の筒状導光部分９６は、基本的に、第２の筒状導光部分６１と同様の構造を有している。
具体的に、透光性導光部材９５においては、第１の筒状導光部分５１と、第２の筒状導光部分６１との間に空気層Ｈ１が形成されていると共に、第２の筒状導光部分６１の外周面６２と、第３の筒状導光部分９６の内周面９７Ｂとの間に、第２の筒状導光部分６１を囲むように筒状の間隙が形成され、この間隙により、第２の筒状導光部分６１と第３の筒状導光部分９６とに囲繞されてなる空気層Ｈ２が形成されている。
また、空気層Ｈ２を区画する第３の筒状導光部分９６の内周面９７Ｂは、外方に広がるテーパ状とされており、この内周面９７Ｂにより、当該第３の筒状導光部分９６の外周面９７Ａにおいて反射される光のうちの当該第３の筒状導光部分９６内において直線的に光放射面９９に至ることのできる方向以外の方向に向かう光を全反射するための反射面が形成されている。更に、その外周に空気層が存在することとなる第３の筒状導光部分９６の外周面９７Ａは、回転２次曲面（図の例においては、回転放物面）とされており、この第３の筒状導光部分９６の外周面９７Ａよりなる回転２次曲面は、第１の筒状導光部分５１の外周面５２よりなる回転２次曲面および第２の筒状導光部分６１の外周面６２よりなる回転２次曲面と同一焦点を有し、発光素子２１からの光を透光性導光部材９５の光軸に沿って光放射方向に反射することのできる形状とされている。
図１０おいて、Ｌ１は、中央凸レンズ部分４１に入射して光放射面４９から放射される光の光路であり、Ｌ２は、第１の筒状導光部分５１に入射して外周面５２によって反射されて光放射面５９から放射される光の光路であり、Ｌ３は、第２の筒状導光部分６１に入射して外周面６２によって反射されて光放射面６９から放射される光の光路であり、Ｌ４は、第３の筒状導光部分９６に入射して外周面９７Ａによって反射され、必要に応じて内周面９７Ｂによって反射されて光放射面９９から放射される光の光路である。

このような透光性導光部材９５を備えたＬＥＤ光放射装置によっても、図１のＬＥＤ光放射装置と同様にして発光素子２１からの光を高い効率で利用することができると共に、大きな設計の自由度が得られ、被照射面に対して光を高照度で均一に照射することができる。

また、透光性導光部材において、第１の筒状導光部分の内周面の形状は、前述のように、当該第１の筒状導光部分の光放射面、および中央凸レンズ部分の光放射面から放射される光の光路を阻害する形状を有するものでなければ特に限定されるものではなく、例えば階段状であってもよい。
また、ＬＥＤ光放射装置は、図１に示したように、発光素子２１がモールド部材１３によってモールドされており、当該モールド部材１３と透光性導光部材３０とが光接合されてなる構成を有するものに限定されず、例えば、発光素子として発熱量の大きいものを用いる場合には、透光性導光部材の耐熱性を勘案し、透光性導光部材が発光素子と一定空間（空気層）を介して配置されてなる構成を有するものであってもよい。

本発明のＬＥＤ光放射装置の構成の一例を示す説明用断面図である。図１のＬＥＤ光放射装置の光放射面を示す説明図である。図１のＬＥＤ光放射装置を構成するＬＥＤパッケージの構成を示す説明図である。図３のＬＥＤパッケージの正面図である。図１のＬＥＤ光放射装置の要部を拡大して示す説明用拡大断面図である。図１のＬＥＤ光放射装置を構成する透光性導光部材の構造を示す説明用分解図である。本発明のＬＥＤ光放射装置をレジスト照射用光源装置として用いる場合の構成の一例を示す説明用斜視図である。図７のＬＥＤ光放射装置の正面図である。本発明のＬＥＤ光放射装置の構成の他の例を示す説明用断面図である。本発明のＬＥＤ光放射装置の構成の更に他の例を示す説明用断面図である。従来のＬＥＤ光放射装置の構成を示す説明用断面図である。

符号の説明

１１基板
１１Ａ基材
１１Ｂ絶縁層
１３モールド部材
１５光吸収層
１７マルチレンズ
１８コンデンサレンズ
１９コリメータレンズ
２０ＬＥＤパッケージ
２１発光素子
３０透光性導光部材
３１筒状基端部分
３２発光素子収容空間
３９光放射面
４１中央凸レンズ部分
４９光放射面
５１第１の筒状導光部分
５２外周面
５３内周面
５９光放射面
６１第２の筒状導光部分
６２外周面
６３内周面
６３Ａ第１のテーパ面
６３Ｂ第２のテーパ面
６９光放射面
７０第１の構造体
７１内部空間
７１Ａ曲状形成面
７１Ｂテーパ状形成面
８０第２の構造体
８１発光素子収容空間区画用面
８２接合面
９０透光性導光部材
９１第１の筒状導光部分
９１Ａ外周面
９１Ｂ光放射面
９２第２の筒状導光部分
９２Ａ外周面
９２Ｂ光放射面
９５透光性導光部材
９６第３の筒状導光部分
９７Ａ外周面
９７Ｂ内周面
９９光放射面
１０１基板
１０１Ａ基材
１０１Ｂ絶縁層
１０１Ｃ配線パターン
１０３光学部材
１０４第１光学部
１０５第２光学部
１０５Ａ光放射面
１０６第３光学部
１０６Ａ光放射面
１０６Ｂ反射面
１０７ワイヤー
１０８反射鏡
１０８Ａ反射面
Ｈ１、Ｈ２空気層
Ｓ１、Ｓ２接合部

Claims

発光素子と、透光性導光部材とを備え、
前記透光性導光部材は、中央凸レンズ部分と、当該中央凸レンズ部分の外周に形成された第１の筒状導光部分と、当該第１の筒状導光部分の外周に形成された第２の筒状導光部分とを有してなり、
前記第１の筒状導光部分の外周面と、前記第２の筒状導光部分の内周面との間に空気層が形成されており、当該第１の筒状導光部分の外周面と、第２の筒状導光部分の外周面とがいずれも同一焦点を有する回転２次曲面であり、これらの回転２次曲面の各々によって発光素子からの光が当該透光性導光部材の光軸に沿って光放射方向に反射され、
前記第２の筒状導光部分の内周面が、当該第２の筒状導光部分の外周面において反射された光の一部を遮るように外方に広がるテーパ状であることを特徴とするＬＥＤ光放射装置。
透光性導光部材が屈折率が１．４以上の材料よりなるものであることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ光放射装置。
複数の発光素子が共通の基板上に設けられており、当該複数の発光素子の各々に対応するよう透光性導光部材が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＬＥＤ光放射装置。
透光性導光部材は、第２の筒状導光部分を形成する第１の構造体と、中央凸レンズ部分および第１の筒状導光部分を形成する第２の構造体とが組み合わされて接合された構成を有することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のＬＥＤ光放射装置。