JP6224375B2 - 照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、高い光度で光を照射する照明装置に関する。

野球場、サッカー場、屋外スポーツ施設、屋内スポーツ施設、トンネル、道路、橋脚、港、空港などの様々な施設において高い光度で光を照射する必要がある。このような場所においては、高い光度を有する照明装置が用いられる。一つの照明装置は、高い光度を有し、強い光を上記の施設において照射することができる。

また、これら施設においては、複数の照明装置が用いられることもある。例えば、野球場やサッカー場などの屋外スポーツ施設においては、ナイター用設備として、多数の照明装置がマトリクス状に配置されて用いられる。マトリクス状に配置された照明装置が、野球場やサッカー場などのフィールドを照らすことができる。

このような照明装置を構成する照明装置は、高い光度を必要とするので、従来においてはハロゲン電球が用いられていた。ハロゲン電球は、その規格に応じて高い光度の照射を可能とできるので、上記の施設における照明装置に適している。

しかしながら、ハロゲン電球は、その寿命が短く、頻繁に交換を必要とするデメリットがある。また、消費電力も大きく、多数の照明装置を必要とする照明装置においては、多大な電力を消費してしまう。近年においては、我が国のみならず、様々な国において、化石燃料の高騰、原子力発電に対する逆風、再生可能エネルギーによる発電のコスト増などによって、電力料金が上昇する傾向を有している。

このような電力料金の上昇傾向に対応して、消費電力の少ない照明装置が求められている。

この状況において、ハロゲン電球ではなく、ＬＥＤ（発光ダイオード）を用いた照明装置が提案されている。ＬＥＤは、単体では光度が低いが、多数のＬＥＤを集中的に配置することで、全体としての光度を高めることができる。例えば、多数のＬＥＤをマトリクス状に配置することで、光度の高い照明装置を、ＬＥＤによって実現できる。

このように多数のＬＥＤを集中的に配置して、一つのハロゲン電球の代わりとすることで、光度の高い照明装置を実現できる。ＬＥＤは、一般的に知られている通り、ハロゲン電球などに比べると極めて消費電力が小さい。このため、多数のＬＥＤを用いた照明装置は、ハロゲン電球で構成される照明装置よりも、その消費電力が小さい。加えて、製品寿命も長いので、照明装置のランニングコスト（機器そのものに要するコストおよび電力料金等のコスト）は、ハロゲン電球などを用いる場合よりも少なくて済む。

上述した照明装置は、より集光性能が高い状態で光を照射することが求められる。例えば、上述したように、屋外などでの照明装置（投光機器）として用いられる場合には、集光性能が高い照明装置であることが必要である。あるいは、そのまま単体の照明装置として用いられるのではなく、プロジェクタなどの光源として照明装置が用いられる場合もある。この場合には、照明装置は、より高い集光性能を発揮する必要がある。

例えば、多数のＬＥＤをマトリクス状に配置することで発光面積を拡大することで、発光レベルを向上させることができる。このような発光面積の拡大や発光素子であるＬＥＤの集中的な配置によって、発光レベルを向上させる試みが行われている。また、このようなＬＥＤを用いて高い発光レベルを実現する技術も提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４参照）。

特開２００４−３４９１７３号公報 特開２０１２−１５１４８号公報 特開２０１２−１０９１１１号公報 特開２００５−５５１９９号公報

特許文献１は、白色ＬＥＤ１３を行列方向にマトリクス状に配列し、奇数行と偶数行におけるＬＥＤの位置をずらし、中央に配列されたＬＥＤの周囲のＬＥＤを補正色のＬＥＤ１３ａとしたＬＥＤ照明装置であり、その補正色のＬＥＤを単一のＬＥＤ内でＲＧＢ発光するＬＥＤとしたＬＥＤ照明装置を開示する。

特許文献１は、ＬＥＤを行列方向にマトリクス状に配置することで、複数のＬＥＤ同士の光の補正を行いながら、高い発光レベルでの照明を実現する。

しかしながら、特許文献１の照明装置は、ＬＥＤを平面的に配置するに過ぎないので、発光レベルの向上には限界を有している。また、平面的な配置であるので、複数のＬＥＤのそれぞれの発光が集中しにくく、複数のＬＥＤからの光が重複して集中することが難しい。このため、特許文献１における照明装置は、複数のＬＥＤからの光を集中させて高い輝度の光として照射することが難しい問題を有している。この問題を解決しようとして、マトリクス状に配置される複数のＬＥＤをより高密度に配置すると、ＬＥＤの発熱によって、照明装置そのものに不具合が生じてしまう可能性がある。

特許文献２は、基板１と、基板１の主面１ａに配置された複数のＬＥＤチップと、基板１に設けられており、かつ上記複数のＬＥＤチップを駆動するための駆動回路チップ３と、を備えたＬＥＤモジュールＡ１であって、基板１の背面１ｂに設けられており、かつ基板１の厚み方向視において上記複数のＬＥＤチップと重なる第１の放熱部４と、第１の放熱部４よりも駆動回路チップ３に近い位置に設けられた第２の放熱部５と、をさらに備えており、第２の放熱部５は、第１の放熱部４よりも厚みが大であるＬＥＤ照明装置を開示する。

特許文献２は、放熱部を備えることで複数のＬＥＤを配置できる照明装置を提案している。

しかしながら、特許文献２は、放熱部を備えているとはいえ、特許文献１と同様に平面的に複数のＬＥＤを配置しているに過ぎない。このため複数のＬＥＤからの光が重複したり集中したりして、高い集光性能を発揮できない問題を有している。集光性能が低ければ、照明装置として、輝度レベルの高い照射を実現することも難しい。このため、特許文献２の照明装置も、特許文献１の照明装置と同様に、高い集光性能に基づいて光を照射することができない。

特許文献３は、本発明のＬＥＤランプ（ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）１には、円筒状のカバー２と、カバー２の両端に設けられ、照明装置のソケットに挿入される端子３を有する口金４とが設けられている。カバー２の内部には、断面がＶ字状をした基板５がカバー２の長手方向に設けられている。Ｖ字状をした基板５が向き合う面には、複数のＬＥＤ素子６が配置されているＬＥＤランプを開示する。

しかしながら、特許文献３に開示されるＬＥＤランプも、複数のＬＥＤ素子を用いているが、特許文献１および特許文献２と同様に集光性能を高めることができない問題を有している。

特許文献４は、いずれもが中央の一点に向けて照射する状態で当該中央の一点を同一平面上で取り囲むように配置された複数のＬＥＤ光源２１と、各ＬＥＤ光源２１が配置された平面に対する法線方向に各ＬＥＤ光源２１の集中した光線を発する光学素子３０とを備え、光学素子３０は、中央の一点となる位置に配置され、その中心線が中央の一点を通過する円錐面又は多角錐面状の反射面３４を備えるＬＥＤ照明装置を開示する。
特許文献４は、平面方向に複数のＬＥＤ素子を配置しつつも、光学系部品を備えることで、集光性能を上げることを目的としている。

しかしながら、複数のＬＥＤ素子が配置されていても、平面上に配置されているに過ぎないので、光学系部品によって集光させても限界がある。集光力を上げるには、複数のＬＥＤ素子が発光する光そのものの照射力を高める必要があるが、このためには配置するＬＥＤ素子の数を多くする必要がある。しかし、配置するＬＥＤ素子の数が多くなれば、これらから発光される光を集光する光学系部品への負担が大きくなる。また、光学系部品の大型化や高性能化には、物理的な制限があり、対応が難しい問題がある。

更に、物理的に限界のある光学系に合わせて複数のＬＥＤ素子の配置を密にする場合には、ＬＥＤ素子の発熱の問題が生じ、個々のＬＥＤ素子の発光レベルを下げざるを得ず、目的とする輝度と集光能力の高さの実現ができない問題がある。

以上のように、特許文献１〜４に代表される従来技術は、高い集光能力をもって、光を照射することを、ＬＥＤ素子を用いて実現することが困難であるという問題を有していた。

また、ＬＥＤには、波長などの特性によって、照射する光の直進性に優れるものと、拡散性に優れるものとがある。直進性に優れる複数のＬＥＤを平面的に配置すると、複数のＬＥＤのそれぞれからの光は重複しにくく、集光性能が上がらない。逆に、拡散性に優れる複数のＬＥＤを平面的に配置すると、光は重複するが、全体として拡散することになるので、やはり集光性能が上がらない。

このように、ＬＥＤを用いる従来技術の照明装置では、集光能力を上げて高い輝度で光を照射することが困難である問題があった。このため、屋外での投光やプロジェクタなどの光源として最適に使用することが難しい問題があった。

本発明は、これら課題に鑑み、集光性能と輝度を向上させた光を照射できる照明装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決するために、本発明の照明装置は、平面と、平面と交差する単数または複数の側面とを有する実装基板と、平面に実装される平面発光部と、側面に実装される側面発光部と、を備え、平面と側面とは、交差しつつ同一側を向いており、平面発光部からの照射光と側面発光部からの照射光とは、集中位置で交差し、平面および側面は、実装基板に設けられた凹部によって形成され、凹部は、台形状を有し、凹部は、実装基板の表面に対してテーパー部となる側面と、実装基板の表面に対して略平行な平面と、を形成し、実装基板が立体形状を有しており実装基板に凹部が掘り込まれて形成されている。

本発明の照明装置は、複数の発光素子を相互に交差する複数の面のそれぞれに配置することで、各面からの光を集光させて集光性能を高めることができる。また、集光した部位に光学系を備えることで、集光した光を絞り込んで、特定方向に照射することができる。

また、各面の発光素子からの光を重複させることで、発光素子からの光を三次元化することができる。この三次元化によって、発光素子の数に比して効率的に光を集光して照射することができる。

参考技術における照明装置の正面図である。 参考技術における照明装置の側面図である。 本発明の実施の形態１における照明装置の正面図である。 本発明の実施の形態１における照明装置の側断面であり、図３のＸ−Ｘ‘を結ぶ線での側断面図である。 実施の形態１における集光レンズにより集光された光を示す説明図である。 本発明の実施の形態１における拡散レンズにより拡散された光の照射を示す説明図である。 本発明の実施の形態２における照明装置の正面図である。 本発明の実施の形態２における照明装置の正面図である。 本発明の実施の形態２における照明装置の側面図である。 本発明の実施の形態２における照明装置の側面図である。 本発明の実施の形態２における照明装置の側面図である。 本発明の実施の形態２における照明装置の正面図である。

本発明の第１の発明に係る照明装置は、平面と、平面と交差する単数または複数の側面とを有する実装基板と、平面に実装される平面発光部と、側面に実装される側面発光部と、を備え、平面と側面とは、交差しつつ同一側を向いており、平面発光部からの照射光と側面発光部からの照射光とは、集中位置で交差し、平面および側面は、実装基板に設けられた凹部によって形成され、凹部は、台形状を有し、凹部は、実装基板の表面に対してテーパー部となる側面と、実装基板の表面に対して略平行な平面と、を形成し、実装基板が立体形状を有しており実装基板に凹部が掘り込まれて形成されている。

この構成により、照明装置は立体的に仮想的な光源を形成できる。この光源は、立体的に積分・重複する照射光の集まりであるので、高い光度を有する。
また、この構成により、容易に立体状の発光部を形成できる。
また、この構成により、平面と側面とを、容易に構成できる。
また、この構成により、三次元的となる平面発光部と側面発光部が形成される。この平面発光部と側面発光部とによって、集中位置において仮想的な集中光源を形成できる。

本発明の第２の発明に係る照明装置では、第１の発明に加えて、平面発光部および側面発光部のそれぞれは、複数の発光素子を含む。

この構成により、平面発光部および側面発光部は、低コストでありながら高い輝度を実現できる。

本発明の第３の発明に係る照明装置では、第２の発明に加えて、複数の発光素子は、平面および側面のそれぞれにおいて、マトリクス状に配置されて実装される。

この構成により、平面発光部および側面発光部は、高い輝度で照射光を発することができる。

本発明の第４の発明に係る照明装置では、第２又は第３の発明に加えて、複数の発光素子のそれぞれは、ベアチップの状態で実装され、複数の発光素子の発光面は封止材で封止される。

この構成により、平面発光部および側面発光部のそれぞれは、発光素子を高密度実装できる。

本発明の第５の発明に係る照明装置では、第１から第４のいずれかの発明に加えて、側面は、平面に対して所定角度で傾きを有し、所定角度の傾きによって、平面発光部からの照射光と側面発光部からの照射光は、集中位置で交差する。

この構成により、仮想的な集中光源が形成できる。

本発明の第６の発明に係る照明装置では、第５の発明に加えて、複数の側面は、第１側面〜第ｎ側面を有し、第１側面〜第ｎ側面のそれぞれが備える側面発光部からの照射光は、集光位置で交差する。

この構成により、集中光源の光度を更に高めることができる。

本発明の第７の発明に係る照明装置では、第１から第６のいずれかの発明に加えて、平面発光部および単数又は複数の側面発光部のそれぞれの発光素子の色度は、相互に異なる。

この構成により、集中光源における色度を様々に調整できる。

本発明の第８の発明に係る照明装置では、第１から第６のいずれかの発明に加えて、平面発光部および単数又は複数の側面発光部のそれぞれは、異なる色度の発光素子を含んでいる。

この構成により、集中光源における色度を様々に調整できる。特に、それぞれの発光部から異なる色度で照射光が集中光源で集中するので、白色光などを集中光源で生じさせることが容易となる。

本発明の第９の発明に係る照明装置では、第１から第６のいずれかの発明に加えて、平面発光部および単数又は複数の側面発光部のそれぞれは、Ｒ、Ｇ，Ｂに対応する発光素子を含んでいる。

この構成により、Ｒ，Ｇ、Ｂの要素を含む集中光源が形成できる。

本発明の第１０の発明に係る照明装置では、第１から第９のいずれかの発明に加えて、集中位置および集中位置を基準とする焦点位置の少なくとも一部に光学系部材を更に備える。

この構成により、集中光源を基礎とした様々な光学系機器への適用が可能となる。

本発明の第１１の発明に係る照明装置では、第１０の発明に加えて、光学部材は、集中位置および集中位置を基準とする焦点位置の少なくとも一部に集中した照射光を、収束もしくは拡散させる。
この構成により、集中光源を基礎とした様々な光学系機器への適用が可能となる。

本発明の第１２の発明に係る照明装置では、第１から第１１のいずれかの発明に加えて、実装基板は、冷媒循環路を更に備える。

この構成により、発光素子によって生じる熱であって実装基板に伝導される熱を、冷媒循環路によって外部に放出できる。

本発明の第１３の発明に係る照明装置では、第１２の発明に加えて、冷媒循環路は、実装基板から突出すると共に、放熱部材に熱的に接触する。

この構成により、放熱部材が、冷媒循環路を循環する冷媒の含む熱を放出できる。

以下、図を用いて、本発明の実施の形態について説明する。

（実施の形態）

実施の形態について説明する。

（参考技術の問題点）
図１は、参考技術における照明装置の正面図である。図２は、参考技術における照明装置の側面図である。図２は、図１の照明装置１００を側面から見た状態を示している。従来技術において用いられる照明装置は、図１、図２に示されるように実装基板１１０の表面に、発光部１２０が実装される。この発光部１２０は、複数の発光素子（例えばＬＥＤなど）１２１を含んでいる。すなわち、従来用いられていた参考技術における照明装置１００は、その表面に複数の発光素子１２１を面実装していた。

例えば、図１、図２に示される参考技術における照明装置１００は、投光器に用いられたり、プロジェクタや映写装置の光源として用いられたりする。このため、面実装されている複数の発光素子１２１からの光を、図２に示されるようにレンズ１３０において集光させることがある。

ここで、図２を始めとした図面においては、発光素子からの光の方向を、矢印で示している。この矢印は、発光素子からの光の方向である光軸を示す模式的なものである。実際の発光素子からの光は、波長や周波数などによって、実際には完全な直線状の照射角度を有しているわけではない。一定の光の広がりや、照射角度の異なる光を照射することもある。

図２などでは、説明の便宜のために、光軸を矢印にて示している。しかしながら、実際には、上述のように照射角度が単一での完全な直線状の光だけを、発光素子は照射するのではなく、照射角度が様々であったり、広がりをもっていたりする光を照射する。

ここで、複数の発光素子１２１のそれぞれは、実装基板１１０に面実装されているので、複数の発光素子１２１のそれぞれは、矢印Ａの方向に、光を照射する。すなわち、面実装されていることによって、複数の発光素子１２１のそれぞれは、単一方向に略平行に、光を照射する（矢印Ａ）。このため、レンズ１３０に集光する際には、レンズ１３０に複数の発光素子１２１のそれぞれから平行な光が到達することになる。

このため、レンズ１３０に到達する時点では、複数の発光素子１２１からの光は、平行に並んだ状態であり、複数の発光素子１２１からの光のそれぞれは重複・積算されていたり、集中していたりすることはない。レンズ１３０は、そこに到達する時点で全く集中していない光を、光学的に集光させたり拡散させたりする必要がある。

照明装置１００が投光器やプロジェクタなどの光源として用いられる場合には、実装基板１１０に実装された複数の発光素子１２１からの光が、集光されたり拡散されたりする必要がある。この集光や拡散そのものは、レンズ１３０のような光学系の部材が実行する。レンズ１３０のような光学系部材が、発光素子１２１からの光を集光したり拡散したりする場合には、光学系部材に到達する光が集中していることが好適である。

光学系部材に到達する光が集中していれば、光学系部材が集光させたり拡散させたりする場合に、光学系部材の負担が減少するからである。例えば、光学系部材が集光させて集光ビームを形成する場合には、光学系部材（レンズ１３０）に到達する光が集中しているほうが、光学系部材は、より確実かつ高精度に光のビームを形成できる。

あるいは、光学系部材が光を拡散させて拡散光を形成する場合でも、光学系部材に到達する光が集中しているほうが、光学系部材は、より確実かつ容易に拡散光を形成できる。集光や拡散光のいずれの場合でも、光学系部材に到達する光が集中していれば、光の重複・積算効果によって光のレベル（以下、「光度」という）が高くなっているからである。

このように、集光や拡散光を必要とする機器に照明装置が用いられる場合には、照明装置から照射される光は、光学系部材に到達する時点で集中していることが好ましい。

しかし、従来用いられていた参考技術における照明装置１００は、面実装にて複数の発光素子１２１を実装している。面実装の場合には、複数の発光素子１２１のそれぞれの光度を向上させても、複数の発光素子１２１の数を増加させても、複数の発光素子１２１の実装密度を向上させても、複数の発光素子１２１からのそれぞれの光が重複や積分されることはない。このため、光学系部材に到達する段階で、複数の発光素子１２１からの光が集光していることは無い。

このように、従来の参考技術での照明装置１００では、光学系部材に到達する光が集中することがなく、光学系部材によって集光させたり拡散させたりすることでの不十分さが残っている。これは、投光器やプロジェクタなどの光源として照明装置が使用される場合には、特に不十分であった。

本発明は、このような参考技術における問題点を解消する。

（全体概要）
実施の形態１における照明装置の全体概要について説明する。実施の形態１における照明装置は、参考技術において不十分であった、照射光をある位置で集中させることを目的としている。すなわち、実施の形態１における照明装置は、照射光をある位置で集中させて、仮想的に集約された光源を、発光素子の照射方向側において形成することを目的とする。

図３は、本発明の実施の形態１における照明装置の正面図である。図４は、本発明の実施の形態１における照明装置の側断面であり、図３のＸ−Ｘ‘を結ぶ線での側断面図である。

照明装置１は、実装基板２を有する。この実装基板２が、照明装置１の本体部分となる。実装基板２は、その表面および裏面のいずれかに（表面、裏面の定義は重要ではなく、発光素子６１、７１が実装される面が把握されればよい）凹部８が形成される。この凹部８によって、実装基板２は、平面３と、この平面３に交差する単数又は複数の側面４を備える。

図３、図４では、実装基板２の表面に凹部８が形成される。この凹部８の底面が平面３となり、凹部８において底面に繋がる斜面のそれぞれが側面４Ａ〜４Ｄとなる。すなわち、図３、図４に示される照明装置１では、実装基板２は、一つの平面３と、４つの側面４Ａ〜４Ｄを有している。

平面３には、平面発光部６が実装される。側面４には側面発光部７が実装される。図３、図４に示される照明装置１では、４つの側面４Ａ〜４Ｄが備わっているので、４つの側面４Ａ〜４Ｄのそれぞれに、側面発光部７Ａ〜７Ｄが実装される。もちろん、４つの側面４Ａ〜４Ｄの一部のみに、側面発光部７が設けられても良い。

また、平面発光部６は、単数又は複数の発光素子６１を備えている。すなわち、実際の照明装置１においては、実装基板２の平面３に、単数又は複数の発光素子６１が実装されている。同様に、側面発光部４Ａ〜４Ｄの少なくとも一つは、単数又は複数の発光素子７１を備えている。この場合も実際の照明装置１においては、実装基板２の側面４Ａ〜４Ｄのそれぞれに、発光素子７１が実装されている。

平面３と側面４とは、交差しつつ同一側を向いている。すなわち、図４に示されるように、実装基板２の同じ側に平面３と側面４が形成されるので、平面３と側面４とは、交差しつつも同一側を向くことになる。この結果、平面発光部６と側面発光部７とは、同じ側を向く。同じ側を向くことで、平面発光部６からの照射光（矢印Ｃ）と、側面発光部７からの照射光（矢印Ｄと矢印Ｅ）とは、同じ側を向きつつ交差するので、集中位置１０で交差する。

この集中位置１０に、平面発光部６からの照射光と側面発光部７からの照射光とが集中することで、それぞれからの照射光が積算・重複されることになる。この結果、集中位置１０は、仮想的な集中光源１１となる。

照明装置１は、このように平面発光部６および側面発光部７のそれぞれからの立体的な照射光の集中により、発光素子６１、７１のそれぞれの光を積分・重複させた仮想的な集中光源１１を形成できる。

この集中光源１１は、光学系部材を用いて形成されるものではなく、立体構造の平面発光部６と側面発光部７に実装される発光素子６１、７１からの照射光の積分・重複によって、形成される。このため、集中光源１１を形成するために、従来技術のように光学系部材を必要としない。この結果、光学系部材を余分に設けることなく、集中光源１１を形成できる。また、実装基板２から所定位置はなれた集中位置１０において、集中光源１１が形成できることで、照明装置１が適用されるアプリケーションの都合に合わせて、実装基板２と集中光源１１との距離を調整できる。

この実装基板２と集中光源１１との距離は、側面４と平面３との交差角度を調整すればよい。加えて、平面発光部６と側面発光部７との面積によっても調整が可能である。あるいは、交差角度と面積との両方によって、距離が調整されても良い。

このように距離が調整されたうえで、実装基板２から離隔した位置に、光学系部材の補助を受けずに集中光源１１が形成されると、照明装置１は、様々なアプリケーションに適用されやすくなる。例えば、照明装置１が、投光器に用いられる場合には、照明装置１からの照射光が集光されて投光される必要がある。従来技術であれば、図２のように、平面的に照射される独立した照射光（積分・重複していない）にレンズ１３０を用いて初めて集光が実現できる。このため、光学系部材の負担も大きく、光学系部材によって集光されても、当該光学系部材に到達する光が集中していないために、光学系部材による集光も不十分である。

これに対して、照明装置１が投光器に用いられる場合には、光学系部材の補助なしで、集中位置１０において集中光源１１が形成されている。投光器が、集光した光を照射する場合には、集中位置１０に集光レンズが配置されればよい。この集光レンズに到達する発光素子６１、７１からの照射光は既に集中している。既に集中している状態であることで、集光レンズはスムーズに照射光を集光できる。

図５は、実施の形態１における集光レンズにより集光された光を示す説明図である。照明装置１は、上述の通り集中位置１０において仮想的な集中光源１１を形成できる。集光レンズ２０は、この集中位置１０に設置される。すなわち、集光レンズ２０は、この集中光源１１を基点として照射光を集光して発することができる。図５においては、集光レンズ２０は、収束光３０を発している。

また、図５では、照明装置１が備える発光部のそれぞれからの照射光の集中位置１０を、仮想的な集中光源１１として定義している。このため、照明装置１が、図５に示されるように集光レンズ２０を備える場合には、この集中光源１１として定義される集中位置１０に、集光レンズ２０が備えられるのが適当である。一方、集光レンズ２０は、焦点距離をその要素として有している。このため、集光レンズ２０は、仮想的な集中光源１１として定義される集中位置１０のみに設置されるだけでなく、集中位置１０を基準とした焦点距離上に集光レンズ２０が設置されても良い。

仮想的に形成される集中光源１１に集光レンズ２０が設置されることで、集光レンズ２０は、光学系としての負担（精度、大きさ、素材など）を減らすことができる。このため、集光レンズ２０は、より高い能力をもって集中光源１１の光を、収束光３０に変換できる。照明装置１が集光した光を照射する投光器に用いられる場合には、このように集中光源１１に集光レンズ２０が設置されるだけでよい。

一方、照明装置１が、拡散光を照射する投光器に用いられる場合も同様である。図６は、本発明の実施の形態１における拡散レンズにより拡散された光の照射を示す説明図である。集中光源１１の位置に、拡散レンズ２１が設置される。集光レンズ２０の場合と同様に、光学系部材である拡散レンズ２１が、複数の発光素子６１，７１からの照射光が集光している集中光源１１に設置される。このことにより、拡散レンズ２１は、光学系としての負担を減らした状態で、拡散光４０を発することができる。投光器が、このような拡散光を必要とする場合には、発光素子からの照射光を効率的に集光する光学系と、さらにそれを拡散する光学系を必要としない。集中光源１１は、光学系の補助なしで形成され、これを基点に拡散する光学系である拡散レンズ２１のみで済む。

また、光学系部材の点数の削減だけでなく、最終的に必要となる拡散光を生じさせる拡散レンズ２１による拡散の能力を上げることもできる。これは、図５で説明した集光を必要とする投光器においても同様である。

また、照明装置１は、プロジェクタなどの光源として用いられることもありえる。この場合でも、光学系部材の補助なしに、立体的な平面発光部６と側面発光部７との組み合わせにより集中光源１１が形成される。プロジェクタなどは、この集中光源１１をあたかも一体の光源であるかのように利用できる。この場合にも、集中光源１１に集光した照射光をプロジェクタ内部の経路を制御することで、照明装置１を、プロジェクタ等の最適な光源として利用できる。

なお、ここでＡ〜Ｄなる符合は、同じ機能を有する要素が複数ある場合に、これらを区別する便宜上のものであり、側面４と側面４Ａとは、特に断らない限り、その機能等において発明の主旨から外れるような特段の区別を意図していない。

以上のように、実施の形態１における照明装置１は、仮想的な集中光源１１を容易かつ確実に形成できる。この結果、光学系部材を用いずに光源を形成できることで、光学系部材の数と負担を減らしつつ、投光器やプロジェクタなどの様々なアプリケーションに適用が可能である。

次に、各部の詳細について説明する。

（実装基板）
実装基板２は、照明装置２の本体部となる。実装基板２は、図３などに示されるとおり、凹部８を備えている。この凹部８が、平面３と側面４とを形成する。もちろん、立体形状を有する実装基板２に凹部８が掘り込まれて形成される場合だけでなく、複数のユニットが組み合わされて実装基板２が構成されることでも良い。この場合には、組み合わせの結果、凹部８が形成される。

いずれにしても、実装基板２の表面および裏面の少なくとも一方に、凹部８が形成されることで、平面３と側面４とが形成される。

また、凹部８は種々の形状を有していればよいが、台形状を有していることも好適である。図４などに示されるように台形状であることで、一つの平面３とこれを取り囲む４つの側面４Ａ〜４Ｄが形成されるからである。加えて、凹部８は表面から平面３にかけて下るような形態を有していることが好適である。この場合には、平面３と側面４とが交差すると共に、側面４が平面と同じ側を向くようになるからである。同じ側を向くことで、図４に示されるように、平面発光部６からの光と側面発光部７からの光が、集中位置１０で集中するからである。

また、実装基板２は、熱伝導性の高い素材で形成される事が好適である。例えば、銅、アルミなどの金属やこれらの合金で形成される事が好適である。実装基板２に形成される平面発光部６および側面発光部７には、多くの発光素子６１、７１が実装されうるからである。

熱伝導率の一例として、１００（Ｗ／ｍ＊Ｋ）〜４３０（Ｗ／ｍ＊Ｋ）である素材であることが好ましい。このような範囲の熱伝導率を有する素材で、実装基板２が形成されることで、発光素子６１、７１の発する熱が、実装基板２を介して、外部に放出されやすくなる。

（平面と側面）
実装基板２は、凹部８や凹部８に順ずる構造を有することで、平面３と側面４とを、有することができる。平面３は、凹部８の底面が相当する。側面４は、凹部８の表面から底面までの部分が相当する。例えば、凹部８は、実装基板２の表面に対してテーパー部を形成する。このテーパー部が側面４となる。凹部８が、図３、図４に示されるように台形状であれば、テーパー部が４面となる。この結果、実装基板２は、４つの側面４Ａ〜４Ｄを備える。

また、凹部８の形成する底面が、平面３となる。このとき、平面３は、実装基板２の表面に対して略平行となることも好適である。略平行であることで、平面３に形成される平面発光部６からの照射光が、実装基板２に略垂直に直進するようになるからである。平面発光部６からの照射光が、実装基板２に略垂直に直進することで、実装基板２を本体部とする照明装置１の照射光の方向の制御が容易となる。

また、平面３の周囲に形成される側面４は、平面３の周囲の全部又は一部を取り囲む構成であることが好ましい。もちろん、平面３と一定の距離をおいた上で、側面４が形成されても良い。

平面３の周囲に複数の側面４が形成される場合には、複数の側面４のそれぞれが平面３と形成する交差角度は、同一であることが好ましい。例えば、図３、図４に示される照明装置１では、４つの側面４Ａ〜４Ｄのそれぞれは、平面３と同じ交差角度をもって形成されている。また、交差角度が鈍角であることで、平面３からの照射方向と同じ側（角度は異なる）に、側面４Ａ〜４Ｄからの照射方向が作られる。

このように、同一角度の交差角度を、側面４Ａ〜４Ｄのそれぞれが有することで、所定の集中位置１０で平面発光部６および全ての側面発光部６からの照射光が集中できる。この集中によって、集中位置１０において仮想的な集中光源１１が形成される。

なお、集中位置１０の調整のために、複数の側面４のそれぞれと平面３との交差角度が異なっても良い。あるいは、側面４のいずれかが平面３に対しての交差角度を変更可能となっていてもよい。交差角度が変更されることで、集中位置１０の位置を、事後的に調整できるメリットがあるからである。

また、図４などでは、４つの側面４が示されているが、側面４の数は、これら以外でも良い。また、側面４が複数ある場合でも、全ての側面４に側面発光部７が設けられなくても良い。

以上のように、実施の形態１の照明装置１は、立体構成となる平面３と側面４とを有する。この平面３と側面４との立体構成により、照射光が立体的に積分・重複できる。この積分・重複によって、集中位置１０において、より光度の向上した光による集中光源１１が形成される。

（平面発光部と側面発光部）
平面３は、平面発光部６を備える。平面発光部６は、単数又は複数の発光素子６１を実装する。この平面発光部６は、平面３に略垂直の方向に照射光を発する。その上で、集中位置１０において集中光源１１を形成する。このため、平面発光部６からの照射光は、高い光度を有することが好ましい。

このため、平面発光部６は、複数の発光素子６１を備えていることが好適である。また、平面発光部６において、複数の発光素子６１がマトリクス状に実装されていることも好適である。マトリクス状に実装されることで、平面発光部６からの照射光の光度が高まるからである。

また、側面４は、側面発光部７を備える。このとき、複数の側面４が設けられる場合には、複数の側面４のそれぞれが、側面発光部７を備えることでも良い。あるいは、複数の側面４の一部のみが、側面発光部７を備えることでも良い。例えば、図３、図４に示される照明装置１においては、平面３の両端に形成される側面４Ａ，４Ｃのみが側面発光部７Ａ，７Ｃを備えることでも良い。

全ての側面４Ａ〜４Ｄが側面発光部７Ａ〜７Ｄを備える場合には、当然ながら側面発光部７からの光度が高まる。光度が高まれば、集中光源１１の光度も高くなり、集中光源１１に設けられる光学系部材による集光や拡散などの、以降の光学的処理が容易となる。

逆に、両端の側面４Ａ，４Ｃのみに側面発光部７Ａ、７Ｃが設けられる場合には、光度は劣るが集中位置１０において平面発光部６と側面発光部７からの光を集中させやすくなる（集中位置１０の調整が容易となる）。

このように、光度を優先するのか、集中位置１０での集中を優先するのかで、側面４の構成を最適化することが好適である。

側面発光部７も、単数又は複数の発光素子７１を実装している。このとき、光度を上げるために、複数の発光素子７１が実装されていることが好ましい。また、平面発光部６と同様に、側面発光部７においても複数の発光素子７１がマトリクス状に実装されることも好適である。光度が向上するからである。

また、発光素子６１、７１のそれぞれは、ベアチップの状態で実装されることも好適である。ベアチップであることで、実装面積を低減できる上に、集中位置１０での照射光の集中を調整容易にできるからである。

ベアチップである場合には、発光素子６１、７１の表面（発光面）は、封止材で封止されることも好適である。封止材は、樹脂などであればよい。また、封止材に、蛍光体が混合されることで、ベアチップの発光素子６１、７１の固有波長を変化させて照射光を照射することもできる。

（集中光源）
側面４は、平面３に対して所定角度で傾きを有する。この所定角度が、平面３と側面４との交差角度である。この傾きを形成する角度によって、平面発光部６からの照射光と側面発光部７からの照射光は、集中位置１０で交差する。

この集中位置１０での交差によって、仮想的な集中光源１１が形成される。

図４などでは、４つの側面４Ａ〜４Ｄからの照射光と、平面発光部６からの照射光との交差によって、集中光源１１が形成される。もちろん、複数の側面が、第１側面４Ａ〜第ｎ側面４ｎまでである場合には、これらの複数の側面４Ａ〜４ｎに設けられた側面発光部７Ａ〜７ｎからの照射光が、平面発光部６からの照射光と交差することで、集中光源１１が形成される。

このように、多くの側面発光部７Ａ〜７ｎからの照射光が交差することで、集中光源１１での光度が高くなる。

図５、図６で説明した通り、この集中光源１１は、仮想的な光源である。この仮想的な光源である集中光源１１に、光学系部材が設置されることで、照明装置１は、収束光を容易に形成したり、拡散光を容易に形成したりできる。このとき、光学系部材に到達している照射光は、集中して高い光度を有しているので、光学系部材によって得られる収束光や拡散光も、高い光度を有する。

従来技術のような平面による光源とことなり立体による光源で得られる集中光源１１により、発光素子６１、７１の数に比して高い光度に基づいて、収束光や拡散光が形成される。

この集中光源１１は、集中位置１０に形成される。この集中位置１０は、側面４と平面３との交差角度で調整できる。あるいは、複数の側面４の交差角度によって調整できる。平面３と側面４との交差角度がより鈍角であれば、実装基板２からより遠い位置に集中位置１０が設定される。逆に平面３と側面４との交差角度が小さければ、実装基板からより近い位置に集中位置１０が設定される。

また、図４における側面４Ａと側面４Ｃのそれぞれの平面３に対する交差角度を異ならせることで、平面３の略垂直方向において、ややずれた位置に集中位置１０を設定することもできる。このように、照明装置１は、実装基板２を３次元的な立体としていることで、集中光源１１を形成する集中位置１０の位置を様々に変化させることができる。

（発光素子）
発光素子６１、７１のそれぞれは、ＬＥＤなどのデバイスが用いられる。もちろん、ＬＥＤに限られるものではなく、種々の発光デバイスが用いられればよい。また、上述の通り、発光素子６１、７１は、ベアチップの状態で実装されることもよい。ベアチップの状態で実装されることで、実装面積が削減されて、照明装置１の小型化が実現されるからである。

また、発光素子６１、７１は、平面発光部６および側面発光部７のそれぞれにおいて、高密度実装されることも好適である。高密度実装されることで、光度を向上させることができるからである。

また、発光素子６１、７１の波長を、集中位置１０の距離に合わせることも好適である。平面発光部６の発光素子６１からの照射光と、側面発光部７の発光素子７１からの照射光とが、集中位置１０において積分・重複することで、集中光源１１が形成される。このため、集中位置１０においては、発光素子６１および発光素子７１の波長が打ち消しあわないことが適当である。このため、波長が集中位置１０において打ち消しあわないような発光素子６１、７１とされることが好適である。

以上のように、実施の形態１における照明装置１は、立体的構造により発光素子６１、７１から離隔した場所に、照射光を積分・集中させた集中光源１１を形成できる。この集中光源１１の形成においては、光学系部材を必要としない。この集中光源１１を形成した上で、光学系部材を活用して、収束光や拡散光を高い光度および高い精度で実現できる。

（実施の形態２）

次に、実施の形態２について説明する。
（発光素子の工夫）
平面発光部６の発光素子６１および側面発光部７の発光素子７１のそれぞれの色度が、相互に異なってもよい。図７は、本発明の実施の形態２における照明装置の正面図である。

図７の照明装置１は、平面発光部６の発光素子６１と側面発光部７の発光素子７１の色度が異なっている。図７での照明装置１では、平面発光部６、ある側面発光部７Ａ〜７Ｄのいずれかでは同じ色度の発光素子６１、７１を有し、ある側面発光部７と別の側面発光部７とでは、異なる色度の発光素子７１を有している。あるいは、側面発光部７と平面発光部６との色度が異なっている。

図７に示されるように、平面発光部６が備える発光素子６１は、同じ色度を有している。側面発光部７Ａ〜７Ｄのそれぞれにおいても、それぞれが備える発光素子７１は、同じ色度を有している。一方で、側面発光部７Ａと側面発光部７Ｂのそれぞれが備える発光素子７１は、異なる色度を有している。また平面発光部６と側面発光部７のそれぞれが備える発光素子６１と発光素子７１とは、異なる色度を有している。

このように、発光部単体では同じ色度を有しているが、発光部のそれぞれでは、異なる色度を有していることもよい。

このように色度が異なることで、集中光源１１において積分・重複した照射光は、コンポジットされた光となる。コンポジットされた光は、その後の光学系部材によって収束光や拡散光とされる場合に、様々な活用がなされる。

また、平面発光部６が含む複数の発光素子６１は、異なる色度を有していてもよい。同様に、一つの側面発光部７が含む複数の発光素子７１は、異なる色度を有していてもよい。図８は、本発明の実施の形態２における照明装置の正面図である。

図８に示されるように、平面発光部６が備える複数の発光素子６１は、異なる色度を有している。言い換えれば、平面発光部６には、異なる色度の発光素子６１が含まれていても良い。同様に、ある側面発光部７は、異なる色度の発光素子７１を含んでいる。

このように、発光部のそれぞれにおいて、異なる色度の発光素子６１、７１を含んでいることで、集中光源１１で積分・重複される照射光は、様々なコンポジット色を有するようになる。この結果、照明装置１が投光器やプロジェクタ等に適用される場合に、バリエーション豊かな集中光源１１として適用される。

また、平面発光部６および側面発光部７のそれぞれは、Ｒ，Ｇ、Ｂに対応する発光素子６１、７１を含んでいても良い。Ｒ，Ｇ，Ｂに対応する発光素子６１、７１を含んでいることで、集中光源１１において、Ｒ，Ｇ，Ｂのコンポジット光となる。このようなコンポジット光であることで、照明装置１が投光器やプロジェクタなどの光源として適用される場合に、好適である。Ｒ，Ｇ、Ｂの集中光源１１を基点に、収束光や拡散光が作られるので、光学系製品としてのレベルが向上するからである。

このような場合にも、集中位置１０に形成される集中光源１１に、光学系部材が設置されることで、様々な光学系製品としての発展が可能である。しかも、実施の形態１で説明した通り、３次元的な発光部による集中光源１１によって、光学系部材による機能が開始される。このことにより、照明装置１が様々な光学系製品に適用される場合の、その精度や機能を高めることができる。

（排熱の工夫）
図９は、本発明の実施の形態２における照明装置の側面図である。図９に示される照明装置１は、実装基板が冷媒循環路５０を備えている。図９に示される照明装置１では、実装基板２の底面側に、冷媒循環路５０が備えられている。冷媒循環路５０は、実装基板２内部に埋め込まれても良いし、実装基板２の底面から部分的に露出しても良いし、実装基板２の底面に取り付けられても良い。

冷媒循環路５０は、内部を冷媒が循環する。更に、冷媒循環路５０は、実装基板２から突出して、外部に到達する。外部に到達した冷媒循環路５０は、放熱部材に熱的に接続する。放熱部材に熱的に接続することで、冷媒循環路５０を循環する冷媒は、実装基板２から奪い取った熱を、放熱部材で放出できる。

図１０は、本発明の実施の形態２における照明装置の側面図である。図１０は、図９の照明装置１を９０度異なる角度から見た状態を示している。実装基板２は、冷媒循環路５０を備えており、冷媒循環路５０は、外部に突出している。図１０から明らかな通り、冷媒循環路５０Ａ，５０Ｂが、実装基板２の下方に突出しつつ、循環するようにループ状を有している。

冷媒循環路５０Ａ、５０Ｂは、そのループ状に循環する途中に放熱部材５１が設けられている。冷媒循環路５０Ａ，５０Ｂは、板状の放熱部材５１を貫通している。この貫通によって、冷媒循環路５０Ａ、５０Ｂのそれぞれは、放熱部材５１と熱的に接触できる。この熱的な接触により、冷媒循環路５０Ａ，５０Ｂのそれぞれは、冷媒の循環で運搬する実装基板２からの熱を、放熱部材５１に伝導できる。なお、実装基板２の熱は、発光素子６１、７１から生じる熱である。

放熱部材５１は、図１０に示されるように、板状の部材であることも多く、この板状の部材によって大きな表面積によって表面から熱を放出できる。この放熱によって、冷媒循環路５０Ａ，５０Ｂを循環する冷媒は、冷却されて再び実装基板２に戻ってくる。なお、図１０では、冷媒循環路５０Ａ，５０Ｂを示したが、更なる数の冷媒循環路５０が設けられても良い。

より詳細に説明する。

冷媒循環路５０は、内部に冷媒を封入している。熱を生じさせている実装基板２に対応する冷媒循環路５０内部において、冷媒は、凝縮した液体の状態で存在する。この液体の冷媒は、実装基板２から熱を奪い取る。この熱を奪い取る過程で、冷媒は気化して気化冷媒となる。気化冷媒は、冷媒循環路５０内部を循環する。循環した先において、放熱部材５１が存在する。

気化冷媒は熱を含んでいるが、この放熱部材５１の設けられている位置において、気化冷媒は含んでいる熱を放出できる。この熱の放出によって、気化冷媒は再び凝縮して液体の冷媒に戻る。この液体の冷媒は、再び冷媒循環路５０を循環して実装基板２の位置まで戻る。こうして、再び液体の冷媒が、実装基板２において熱を奪い取る。

これらが繰り返されることで、冷媒循環路５０は、発光素子６１、７１が生じさせて実装基板２に伝導させる熱を放出できる。結果として、発光素子６１、７１の高密度実装に基づく発熱を抑えることができる。すなわち、平面発光部６および側面発光部７における発光素子６１、７１の高密度実装が可能となる。

また、放熱部材は、図１１に示されるように実装基板２の底面に接続される放熱板５２であることもよい。図１１は、本発明の実施の形態２における照明装置の側面図である。

図１１の照明装置１では、実装基板２の底面に放熱板５２が接続されている。この放熱板５２は、冷媒循環路５０と接触している。冷媒循環路５０は、実装基板２の底面側に沿って延伸するだけであり、図１０のように底面の下方に向けて突出していない。このような冷媒循環路５０を、放熱板５２は実装基板２と合わせてサンドイッチしている。

このサンドイッチ状態によって、放熱板５２は、冷媒循環路５０を循環する冷媒の熱を外部に放出できる。この結果、冷媒が実装基板２から奪った熱が、外部に放出される。このとき、冷媒循環路５０において生じる冷媒の機能は、上述の通りである。

また、図１２に示されるように、冷媒循環路５０は、放熱板５２を備えつつ、十字方向に延伸する冷媒循環路５０を備えることでも良い。図１２は、本発明の実施の形態２における照明装置の正面図である。図１２に示される照明装置１では、冷媒循環路５０が、十字方向に延伸する。この延伸によって、発光素子６１、７１からの熱を、四方に分散できる。更に分散の後で、放熱板５２を介して外部に熱が放出される。この放出によって、常に冷媒循環路５０の冷媒は冷却されたままに保たれる。

このように、冷媒循環路５０や放熱部材５１によって、発光素子６１、７１によって生じうる熱を外部に放出できる。結果として、発光素子６１、７１の高密度実装が可能となり、光度をさらに向上させることができる。

以上のように、実施の形態２の照明装置１は、様々な工夫によりより使い勝手や適用範囲を向上させることができる。

以上、実施の形態１，２で説明された照明装置は、本発明の趣旨を説明する一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲での変形や改造を含む。

１ 照明装置
２ 実装基板
３ 平面
４ 側面
６ 平面発光部
７ 側面発光部
６１、７１ 発光素子
１０ 集中位置
１１ 集中光源
５０ 冷媒循環路
５１ 放熱部材
５２ 放熱板

Claims (13)

1. 平面と前記平面と交差する単数または複数の側面とを有する実装基板と、
   前記平面に実装される平面発光部と、
   前記側面に実装される側面発光部と、を備え、
   前記平面と前記側面とは、交差しつつ同一側を向いており、
   前記平面発光部からの照射光と前記側面発光部からの照射光とは、集中位置で交差し、
   前記平面および前記側面は、前記実装基板に設けられた凹部によって形成され
   前記凹部は、台形状を有し、
   前記凹部は、前記実装基板の表面に対してテーパー部となる前記側面と、前記実装基板の表面に対して略平行な前記平面と、を形成し、
   前記実装基板が立体形状を有しており当該実装基板に前記凹部が掘り込まれて形成されている、照明装置。
2. 前記平面発光部および前記側面発光部のそれぞれは、複数の発光素子を含む、請求項１記載の照明装置。
3. 前記複数の発光素子は、前記平面および前記側面のそれぞれにおいて、マトリクス状に配置されて実装される、請求項２記載の照明装置。
4. 前記複数の発光素子のそれぞれは、ベアチップの状態で実装され、前記複数の発光素子の発光面は封止材で封止される、請求項２又は３記載の照明装置。
5. 前記側面は、前記平面に対して所定角度で傾きを有し、前記所定角度の傾きによって、前記平面発光部からの照射光と前記側面発光部からの照射光は、前記集中位置で交差する、請求項１から４のいずれか記載の照明装置。
6. 前記複数の側面は、第１側面〜第ｎ側面を有し、前記第１側面〜前記第ｎ側面のそれぞれが備える前記側面発光部からの照射光は、前記集光位置で交差する、請求項５記載の照明装置。
7. 前記平面発光部および単数又は複数の前記側面発光部のそれぞれの発光素子の色度は、相互に異なる、請求項１から６のいずれか記載の照明装置。
8. 前記平面発光部および単数又は複数の前記側面発光部のそれぞれは、異なる色度の発光素子を含んでいる、請求項１から６のいずれか記載の照明装置。
9. 前記平面発光部および単数又は複数の前記側面発光部のそれぞれは、Ｒ、Ｇ，Ｂに対応する発光素子を含んでいる、請求項１から６のいずれか記載の照明装置。
10. 前記集中位置および前記集中位置を基準とする焦点位置の少なくとも一部に光学系部材を更に備える、請求項１から９のいずれか記載の照明装置。
11. 前記光学部材は、前記集中位置および前記集中位置を基準とする焦点位置の少なくとも一部に集中した照射光を、収束もしくは拡散させる、請求項１０記載の照明装置。
12. 前記実装基板は、冷媒循環路を更に備える、請求項１から１１のいずれか記載の照明装置。
13. 前記冷媒循環路は、前記実装基板から突出すると共に、放熱部材に熱的に接触する、請求項１２記載の照明装置。