ＬＥＤ光源装置及びこの光源装置を用いた照明装置
【課題】明るさを向上させるために複数個のＬＥＤ素子を中心軸の周りに配置して任意の個数のＬＥＤを点灯した場合においても、それぞれのＬＥＤからの光が良好に混合されて中心軸から光が照射されるようにしたＬＥＤ光源装置を提供すること。
【解決手段】本発明のＬＥＤ光源装置１は、複数個の発光ダイオード素子からなる発光ダイオード群２と、光照射開口部４ｃが形成された遮光部材４と、ハウジング３と、ハウジング３の開放端部３ｆを覆い、光照射開口部４ｃと対向する領域に高反射率かつ低透過率の中央反射部５Ａと、中央反射部５Ａの周囲から外方へ向かって反射率を徐々に低下かつ透過率を増大した外方反射部５Ｂとを有する光学反射板５とを備えた発光ダイオード光源装置において、光照射開口部４ｃは、平面視で遮光部材４が複数個の発光ダイオード素子のそれぞれの発光領域の少なくとも一部分を被覆するように形成されている。
【解決手段】本発明のＬＥＤ光源装置１は、複数個の発光ダイオード素子からなる発光ダイオード群２と、光照射開口部４ｃが形成された遮光部材４と、ハウジング３と、ハウジング３の開放端部３ｆを覆い、光照射開口部４ｃと対向する領域に高反射率かつ低透過率の中央反射部５Ａと、中央反射部５Ａの周囲から外方へ向かって反射率を徐々に低下かつ透過率を増大した外方反射部５Ｂとを有する光学反射板５とを備えた発光ダイオード光源装置において、光照射開口部４ｃは、平面視で遮光部材４が複数個の発光ダイオード素子のそれぞれの発光領域の少なくとも一部分を被覆するように形成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、発光ダイオード（Light Emitting Diode。以下、「ＬＥＤ」という。）光源装置及びこの光源装置を用いた照明装置に関し、特に明るさを向上させるために複数個のＬＥＤ素子を中心軸の周りに配置して任意の個数のＬＥＤを点灯した場合においても、それぞれのＬＥＤからの光が良好に混合されて中心軸から光が照射されるようにしたＬＥＤ光源装置及びこの光源装置を用いた広い面積の面状照明光を照射できる照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＥＤの研究、開発が急速に進み、様々なタイプのＬＥＤが開発・製品化されて広い分野で使用されてきており、単なる表示分野のみでなく照明分野でも使用され始めている。例えば、照明分野では蛍光灯に代わる照明器具、液晶パネル用バックライト及び各種の表示・電光板などに使用されている。
【０００３】
これらの照明装置のうち、液晶パネル用バックライト（以下、「バックライト」という）は、これまではその光源の殆どが冷陰極蛍光管（Cold Cathode Fluorescent Light。以下、「ＣＣＦＬ」という）であったが、このＣＣＦＬの水銀による環境汚染、応答速度が遅い、部分駆動が困難或いは比較的大型で消費電力が大きいなどの課題を抱えていることから、近年は、このＣＣＦＬに代えて、応答性がよく、部分駆動が容易で、しかも、消費電力が少なく、小型なＬＥＤが使用されるようになってきている。このＬＥＤを用いたバックライトは、１個ないし複数個のＬＥＤを導光板の一側部に配置して、この導光板面を発光させるエッジライト型のものと、ＬＥＤと拡散板とを所定距離あけて対向配設し、ＬＥＤからの光を直接拡散板に照射して拡散板面を発光させる直下型のものとに大別されている。
【０００４】
例えば、下記特許文献１には、直下型の面照明光源装置が記載されている。以下、図１３を参照して、下記特許文献１に記載されている面照明光源装置の概要を説明する。なお、図１３は下記特許文献１に記載された面照明光源装置の縦断面図である。
【０００５】
この面照明光源装置２０は、ＬＥＤ２１と、このＬＥＤを中央部に配設した所定面積の底板及びこの底板の対向面を開放して開口部としたハウジング２２と、この開口部を覆う放射側反射部２３とを備えている。ＬＥＤ２１は、赤（Red）、青（Blue）、緑（Green）色のＬＥＤ素子が近接配置された集合体からなり、放射側反射部２３は、ＬＥＤ２１の真上部分に所定範囲に設けられた中央反射部２３ａと、この中央反射部２３ａの外周囲に設けられた外方反射部２３Ｂとを備えている。中央反射部２３ａは、外方反射部２３Ｂよりも高い反射率、すなわち９８％〜９９．３％の反射率の範囲に設定されている。この構成の面照明光源装置２０によれば、光源にＬＥＤ２１のような指向性の強いものを用いても、この光源からの光を高い効率で利用しながら、ＬＥＤ２１の放射方向の厚みを増大させることなく、広い面積で均一な照明光を得ることができるというものである。
【０００６】
また、下記特許文献２には、直下型のバックライト装置が記載されている。このバックライト装置は、カラー液晶表示パネルの背面にバックライトボックスを配設し、このバックライトボックス内に配置されたＬＥＤからの光によって液晶表示パネルを背面から照明するものである。このバックライトボックスは、発光波長が異なる複数個のＬＥＤ素子からなるＬＥＤユニットからの光を外部へ放出する開口を設けたボックス部と、このボックス部の開口部上に設けられた透過拡散板とで構成されている。この構成のバックライトボックスによれば、ボックス部の筐体内に透過反射板が設けられ、この透過反射板によって閉ざされた空間内でＬＥＤユニットからの各色光の一部が、透過反射板を透過せずに、反射面と透過反射板との間で複数回に亘って内部反射が繰り返され、その後に透過反射板から透過する。その結果、透過拡散板に入射する光の照射面積が拡大されるために、色ムラや輝度ムラが低減された所望の白色光が得られるようになる。
【０００７】
さらに、下記特許文献３には、下記特許文献２のバックライト装置と略同一構成のバックライト装置において、１個又は複数個のＬＥＤ間に高さ５ｍｍ〜２５ｍｍの隔壁が配設されて光損出を低減させた直下型バックライト装置が記載されている。この隔壁は、拡散板に到達しない高さにされて、隣接する隔壁間に配設したＬＥＤ素子からの照射光を区画する働きをしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２７８８６号公報（段落〔００５４〕、〔００６４〕、図１、図４）
【特許文献２】特開２００５−３５２４２６号公報（段落〔００４２〕〜〔００４５〕、図７）
【特許文献３】特開２００７−２８６６２７号公報（段落〔００２４〕、〔００２５〕、図５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記特許文献１〜３に示されている直下型の面照明光源装置及びバックライト装置（以下、これらを総称したものを「照明装置」ということがある。）によれば、複数個のＬＥＤ素子を用い、これらのＬＥＤ素子からの光を混色して所望の発光色、例えば白色光にして広い面積の面状照明光を得ることができる。しかしながら、これらの照明装置には、幾つかの課題が内在している。例えば、上記特許文献１に示されている面照明光源装置では、ＬＥＤ光源に発光波長の異なる複数のＬＥＤ素子、例えばＲＧＢ発光素子を１個に纏めた単体ＬＥＤを使用しているので、この単体ＬＥＤからの発光量、すなわち、発光強度には自ずと限界があり、そのために照度の増大が難しく、広い面積で高照度の照明光を得ることが困難である。
【００１０】
また、現在、このような発光波長の異なる複数のＬＥＤ素子を１個に纏めた単体ＬＥＤは高価なものとなっており、これを組み込んだ装置は自ずとコスト高になる。したがって、上記特許文献１〜３に示されている照明装置では、ハイパワーの照明光を必要とする用途への使用が困難となっている。なお、上記特許文献１に示されている面照明光源装置は、本出願人の出願に係るものであるが、単体ＬＥＤからの照度が限定されているため、広い面積で高照度の照明光を得るのが難しくなっている。これに対し、上記特許文献２及び３に示されているバックライト装置は、発光波長の異なる複数のＬＥＤ素子を１個に纏めた単体ＬＥＤを使用することなく、複数個のＬＥＤ素子を所定の間隔をあけて分散配設したものとなっているので、それぞれの色のＬＥＤ素子の増設が可能であり、しかも安価なＬＥＤ素子を使用することができる。しかしながら、一方でＬＥＤの素子数が多くなると、新たな問題が顕在化することが分かった。
【００１１】
その一つの問題は、混色効率及び明るさにある。すなわち、上記特許文献２及び３に記載されているバックライト装置では、複数個のＬＥＤ素子が所定の間隔をあけて分散配設されているが、それぞれのＬＥＤ素子からの光が分散された状態で混色されているので、混色効率が劣り、しかも、混色するためのスペースが必要となって背高になり、バックライト装置の薄型化ができないという問題である。また、それぞれのＬＥＤ素子からの光が集中されることなくバラバラに発散されるので、明るくしかも均一な照明光を得るのが難しくなるという問題点も生じる。
【００１２】
一方、光源装置全体の発光強度を向上させるために複数個のＬＥＤを使用する場合、複数個のＬＥＤを光源装置の中心軸状に配置することはできないので、中心軸の周りに分散配置するしかない。しかしながら、複数個のＬＥＤを中心軸のまわりに分散配置する場合、全てのＬＥＤを点灯させれば一応は中心軸から光照射されている状態となるが、任意の複数個ないし任意の１個のＬＥＤを点灯させた場合には、中心軸からずれた位置から光照射された状態となってしまうので、ＬＥＤの選択状態に応じて輝度分布が変化してしまうことになる。
【００１３】
そこで、本願の発明者らは、これまでの照明装置において複数個のＬＥＤ素子を用いたものは、前記のように、照明光のパワーアップ（照度アップ）及び混色効率などに課題があることから、この課題を如何にすれば解決できるかを検討した。その結果、複数個のＬＥＤ素子からの個々の照射光がそのまま外部へ放射される直射光を減少させ、一度、所定の箇所に集光し、この集光した光を分散放射させることによって、前記課題を解決できることを見出し、これに基づいて本発明を完成させるに至ったものである。
【００１４】
すなわち、本発明の目的は、明るさを向上させるために複数個のＬＥＤ素子を中心軸の周りに配置して任意の個数のＬＥＤを点灯した場合においても、それぞれのＬＥＤからの光が良好に混合されて中心軸から光が照射されるようにしたＬＥＤ光源装置及びこの光源装置を用いた照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するため、本発明の第１の態様のＬＥＤ光源装置は、
複数個のＬＥＤ素子が中心軸の周りにそれぞれ所定間隔離間して配設されたＬＥＤ群と、
前記ＬＥＤ群の光放射側に所定距離Ｈ離して配設され、平面視で前記中心軸を中心として所定の大きさの光照射開口部が形成された遮光部材と、
前記ＬＥＤ群が設けられた底板部と、前記底板部の周囲に立設された高さが前記所定距離Ｈよりも高いＨ１の側板部とを有し、前記射光部材を収納しているハウジングと、
前記側板部によって形成された開放端部を覆い、前記遮光部材の前記光照射開口部と対向する領域に高反射率かつ低透過率の中央反射部と、前記中央反射部の周囲から外方へ向かって反射率を徐々に低下かつ透過率を増大した外方反射部とを有する光学反射板とを備えたＬＥＤ光源装置において、
前記光照射開口部は、平面視で前記遮光部材が前記複数個のＬＥＤ素子のそれぞれの発光領域の少なくとも一部分を被覆するように形成されていることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の第２の態様のＬＥＤ光源装置は、前記遮光部材は板状体からなり、前記板状体に前記光照射開口部が設けられて、前記板状体が前記所定距離Ｈ離れた位置に支持及び固定されていることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の第３の態様のＬＥＤ光源装置は、前記遮光部材は、内壁面が反射面で形成され、底部の開口が前記ＬＥＤ群の外周囲側に位置する共に高さが前記所定距離Ｈよりも小さい筒状部分と、前記筒状部分から延在されて前記筒状部分から離間する方向に向かって径が縮小された錐台形状の筒状体部分と、からなる光学キャップからなり、
前記光学キャップは、総高さが前記所定距離Ｈと等しく、前記錐台形状の筒状体部分の先端が前記光照射開口部となされていることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の第４の態様のＬＥＤ光源装置は、前記遮光部材は、内壁面が反射面で形成され、底部の開口が前記ＬＥＤ群の外周囲側に位置する共に前記ＬＥＤ群から離れる方向に向かって径が縮小された錐台形状の筒状体からなる光学キャップからなり、
前記光学キャップは、総高さが前記所定距離Ｈと等しく、錐台形状の筒状体の先端の開口が前記光照射開口部となされていることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の第５の態様のＬＥＤ光源装置は、前記遮光部材は、前記ハウジングの底板部に、前記中心軸に対して、前記複数のＬＥＤ素子の各々に、前記ＬＥＤ素子の外方側が前記底板部に固定され、前記中心軸に向かうに従って前記底板部からの離間距離が大きくなるように折り曲げられた、同一形状で、板状の、両面共に反射性の傾斜反射板からなり、
前記傾斜反射板は、前記底板部からの最大離間距離が前記所定距離Ｈとなされていることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の第６の態様のＬＥＤ光源装置は、前記所定距離Ｈは、前記高さＨ１の２／３以下に設定されていることを特徴とする。
【００２１】
また、上記目的を達成するため、本発明の第７の態様の照明装置は、上記何れかの態様のＬＥＤ光源装置と、前記ＬＥＤ光源装置の光照射側を覆うように配置された拡散板とを備えることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の第８の態様の照明装置は、前記何れかの態様のＬＥＤ光源装置の複数個が所定の大きさのケース内に配設され、前記ケースの開口が１枚の拡散板で覆われていることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の第９の態様の照明装置は、前記第２の態様のＬＥＤ光源装置の複数個が所定の大きさのケース内に配設され、前記遮光部材の板状体、前記光学反射板及び前記拡散板は、それぞれ１枚の板体で形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の第１の態様のＬＥＤ光源装置においては、光源を発光波長が異なるものを含む複数個のＬＥＤ素子を中心軸の周りに所定間隔あけて配列したＬＥＤ群としたので、明るい照明光を得るためには、これまでの複数個のＬＥＤチップを集合して１個のＬＥＤ素子としたＬＥＤ素子を用いる場合に比べて、安価なＬＥＤ素子を使用することができ、また、その個数の増減が容易であり、所望の照度アップが簡単にでき、しかも、ＬＥＤ群を構成する複数個のＬＥＤ素子が隣接する距離を同じにして配設されているので、ＬＥＤ光源装置毎のばらつきが少なくなり、均一な特性のＬＥＤ光源装置を作製し易くなる。
【００２５】
また、本発明の第１の態様のＬＥＤ光源装置においては、光照射開口部が平面視で中心軸を中心として所定の大きさに形成されおり、ＬＥＤ群の真上部分において、平面視で遮光部材がＬＥＤ素子のそれぞれの発光領域の少なくとも一部分を被覆するように形成されているので、ＬＥＤ群を構成する個々のＬＥＤ素子で発光された光は、遮光部材によって反射される量が多くなって直接光照射開口部から照射される量が少なくなる。そのため、本発明の第１の態様のＬＥＤ光源装置によれば、個々のＬＥＤ素子から発光された光が良好に混合されるようになり、しかも、全てのＬＥＤ群を構成する全てのＬＥＤ素子を同時に発光させた場合でも、任意の複数個を発光させた場合でも、更には任意の単一のＬＥＤ素子を発光させた場合でも、光照射開口部の中心軸から光照射できるようになる。
【００２６】
加えて、本発明の第１の態様のＬＥＤ光源装置によれば、光照射開口部から放射された混合光は、光学反射板で分散されるので、この光学反射板の照射面から広い範囲にわたって略均一な照明光が照射されるようになる。
【００２７】
また、本発明の第２の態様のＬＥＤ光源装置によれば、遮光部材を板状体で形成することによって、簡単な構成で安価に上記効果を奏することができるＬＥＤ光源装置を作製することができるようになる。
【００２８】
また、本発明の第３及び第４のの態様のＬＥＤ光源装置によれば、遮光部材の構成が簡単な構成でありながら、より光利用効率が向上し、光照射開口部の中心軸から均一に分散された照明光を照射できるようになる。
【００２９】
また、本発明の第５の態様のＬＥＤ光源装置によれば、遮光部材として、ＬＥＤ素子の各々に、折り曲げられた、同一形状で、板状の、両面共に反射性の傾斜反射板を付設するのみで、各傾斜反射板の先端部によって囲まれた領域の中心、すなわち、光照射開口部の中心軸から、ＬＥＤ群を構成する各ＬＥＤ素子から照射された光を照射することができるようになる。
【００３０】
本発明の第６の態様のＬＥＤ光源装置によれば、所定距離Ｈをハウジングの側壁の高さＨ１の２／３以上とすると、遮光部材とハウジングの底板との間で各ＬＥＤ素子から照射された光を良好に分散させて混合することができるようになると共に、遮光部材と光学反射板とのあいだでも良好に多重反射させることができるため、光学反射板の光照射面からよ広い面積範囲にわって略均一な照度の照明光を照射できるようになる。
【００３１】
また、本発明の第７の態様の照明装置によれば、拡散板がなくてもそれなりに分散された光を照射することができるが、さらに拡散板を用いることによってより均一な照度の照明光を照射できるようになる。
【００３２】
また、本発明の第８の態様の照明装置によれば、複数個のＬＥＤ光源装置を用いた場合でも、拡散板は１枚で済むので、構成が簡略化され、組立が容易となり、大型の照明装置であっても簡単に作製できるようになる。
【００３３】
また、本発明の第９の態様の照明装置によれば、遮光部材の板状体、光学反射板及び拡散板をそれぞれ１枚の板体で形成できるので、より構成が簡略化され、組立てなどを簡単にして大型の照明装置をより簡単に作製できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明のＬＥＤ光源装置に採用する技術の概要の説明図であり、図１Ａは複数個のＬＥＤ素子からの光を混色した状態の混色概要図、図１Ｂは図１Ａの混色範囲から特定の領域を区画した概要図である。
【図２】図１のII−II線での断面図である。
【図３】一般的なＬＥＤの配光特性を示す図である。
【図４】図２の追加説明図である。
【図５】本発明の実施例１に係るＬＥＤ光源装置の斜視図である。
【図６】図５のＬＥＤ光源装置の分解斜視図である。
【図７】図５のＬＥＤ光源装置のVII−VII線で切断した断面図である。
【図８】図８Ａは実施例２のＬＥＤ光源装置において遮光部材として使用した光学キャップの斜視図であり、図８Ｂは図８ＡのVIIIB−VIIIB線で切断した断面図である。
【図９】光学キャップの他の変形例の斜視図である。
【図１０】図１０Ａは実施例３の照明装置の光学反射板を省略して表した平面図であり、図１０Ｂは図１０ＡのＸＢ−ＸＢ線で切断した断面図である。
【図１１】各実施例のＬＥＤ光源装置を用いた照明装置の分解斜視図である。
【図１２】図１１の照明装置のXII−XII線で切断した断面図である。
【図１３】従来技術の面照明光源装置の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。但し、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するためのＬＥＤ光源装置及びこの光源装置を用いた照明装置を例示するものであって、本発明をこれらに特定することを意図するものではなく、特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態のものにも等しく適応し得るものである。
【００３６】
まず、図１〜図４を参照して、本発明のＬＥＤ光源装置に採用する技術の概要を説明する。なお、図１は本発明のＬＥＤ光源装置で採用する技術の概要を説明するもので、図１Ａは複数個のＬＥＤ素子からの光を混色した状態の混色概要図、図１Ｂは図１Ａの所定の混色範囲から特定の領域を区画した概要図である。図２は図１のII−II線での断面図である。図３は一般的なＬＥＤの配光特性を示す図である。図４は図２の追加説明図である。
【００３７】
本実施形態のＬＥＤ光源装置１は、所定の単位面積内に複数個のＬＥＤ素子を所定の間隔あけて密集させて配列したＬＥＤ群２を有している。複数個のＬＥＤ素子は、発光波長が同じものであってもよいが、異なる発光波長のものを含んでいてもよい。ここでは、波長が異なる３個のＬＥＤ素子、例えば、赤（Ｒ）色、青（Ｂ）色、緑（Ｇ）色の光を発する３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃを用いた例で説明する。
【００３８】
これらのＬＥＤ素子２ａ〜２ｃを、所定の大きさの平坦な基板面Ｐ上に正三角形を描き、この正三角形の各頂点にそれぞれ配列する。この配列により、各ＬＥＤ素子２ａ〜２ｃは、等間隔の配置となる。そして、互いに隣接するＬＥＤ素子間の間隔（長さ）をＤ１とする。なお、符号Ｏの部分は、三角形の外心を示しており、この三角形の外心Ｏが本発明の３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃの中心軸に対応する。なお、この３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃで構成したＬＥＤ群２は一つの光源単位となっている。
【００３９】
ＬＥＤ素子２ａ〜２ｃは、それぞれ所定範囲の照射領域を有している。図１Ａに示すように、ＬＥＤ素子２ａから距離Ｈ離れたところでは照射領域２ａ１、同様にしてＬＥＤ素子２ｂは照射領域２ｂ１及びＬＥＤ素子２ｃは照射領域２ｃ１を有している。これらの照射領域は、所定長さの半径ｒの円で囲まれた領域となっている。これらの照射領域は、ＬＥＤ素子から距離Ｈ離れた位置において、図３に示されるＬＥＤ素子の光軸ＡＸ０から角度θで拡がっている光が照射されている領域である。なお、角度θが異なると、それによって照射領域の範囲が変化する。
【００４０】
これらの照射領域２ａ１〜２ｃ１は、図１ＢのＭｉｘで示す領域で全てが重なっている。この重なり領域Ｍｉｘは、おむすび形三角形（ルーローの三角形）をした各照射領域２ａ１〜２ｃ１の円周部分で囲まれた範囲となり、Ｒ、Ｂ、Ｇ色が混色されて白色光となっている。そこで、この重なり領域Ｍｉｘ内で円周部分に内接する内接円を描き、この内接円をＷ１とする。そうすると、この内接円Ｗ１の径の長さは、ＬＥＤ群２が装着された基板Ｐからの高さＨと、隣接するＬＥＤ素子間の距離Ｄ１及び指向角度θとに関連して決定される。なお、指向角度θは、図３に示すように、角度零の光軸ＡＸ０から９０°に向かって離れた角度となっている。また、図３に示される配光特性と同様の配光を持つ光源では、指向角度θ＝６０°で照度は光軸ＡＸ０の半分に、また、指向角度θ＝８２．２°で１／ｅ２の照度となることが知られている。
【００４１】
そこで、主に図２を参照して、３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃのうち、１個のＬＥＤ素子２ａとの関係で、内接円Ｗ１の大きさの算出方法を説明する。ＬＥＤ素子２ａの照射領域の半径ｒを距離ｘ１、ＬＥＤ素子２ａと外心Ｏ間の距離をｘ２、指向角度をθとして、内接円Ｗ１の直径をＬとすると、
ｘ１＝Ｈ×ｔａｎθ
ｘ２＝１／３×√３×Ｄ１
これのｘ１、ｘ２から、内接円Ｗ１の直径Ｌは、
Ｌ＝２（ｘ１−ｘ２） （式１）
となる。
この式１に上記のｘ１、ｘ２を代入すると、
Ｌ＝２（Ｈ×ｔａｎθ−√３／３×Ｄ１） （式２）
となる。
そこで、予め、距離Ｄ１、高さＨ及び角度θを所定の値に設定して、直径Ｌを求めると、以下の値になる。
（ｉ）Ｈ＝８ｍｍ
Ｄ１＝８．９２ｍｍ、θ＝６０°のときに、Ｌ＝１７．４ｍｍとなる。
（ii）Ｈ＝１０ｍ
Ｄ１＝８．９２ｍｍ、θ＝６０°のときに、Ｌ＝２４．３ｍｍとなる。
（iii）Ｈ＝１３．３ｍｍ
Ｄ１＝８．９２ｍｍ、θ＝６０のときに、Ｌ＝３５．９ｍｍとなる。
【００４２】
上記式２から、Ｄ１、θの値を所定の一定値にしてＬを算出すると、上記（ｉ）〜（iii）の結果が得られる。この関係をさらに追加説明すると、図４に示すように、例えば、Ｈａを８ｍｍにすると、直径Ｌａ（１７．４ｍｍ）の内接円Ｗａ、同様にして、Ｈｂを１０ｍｍにすると、直径Ｌｂ（２４．３ｍｍ）の内接円Ｗｂ、Ｈｃを１３．３ｍｍにすると、直径Ｌｃ（３５．９ｍｍ）となる内接円Ｗｃを描くことができる。なお、上記（ｉ）〜（iii）は、ＬＥＤ素子２ａとの関係で算出した値であるが、他のＬＥＤ素子２ｂ、２ｃとの間でも同じ値が算出される。
【００４３】
上記式２を用いると、内接円Ｗ１の直径Ｌを算出でき、この内接円Ｗ１内では、３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃからの全ての発光色が混色された混色光、すなわち、白色光が照射される範囲（領域）が区画されたものとなる。そしてまた、この上記式２で算出された内接円Ｗ１の直径Ｌは、３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃからの全ての発光色が混色された混色光が照射される範囲（領域）であり、換言すると、ＬＥＤ群２の全体の混色光を内接円Ｗ１の面積を持つ光源として利用できることになる。加えて、３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃから選択された任意の２つのＬＥＤ素子の混色光を内接円Ｗ１の面積を持つ光源として利用できる他、任意の単一のＬＥＤ素子の発色光を内接円Ｗ１の面積を持つ光源として利用できることを示している。
【００４４】
ＬＥＤ群２の３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃが全て発光する場合は、それぞれの３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃが全て外心Ｏから等距離にあるので、内接円Ｗ１部分が開口するようなＬＥＤ群２の真上部分を所定の範囲で遮光制限する遮光部材を形成すれば、一応３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃからの全ての発光色が混色された混色光が遮光部材の開口から照射されるようにすることができることになる。しかしながら、このような構成であると、３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃは全て内接円Ｗ１内に位置しているから、３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃの内の任意の２個又は任意の１個のみを発光させた場合、任意の２個のＬＥＤ素子間の外心ないし任意の１個の位置が、それぞれ３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃの外心Ｏからずれているので、遮光部材の開口から照射される光の強度分布は３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃの外心Ｏからずれた位置となる。
【００４５】
すなわち、光の強度は、３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃを同時に発光させた場合には外心Ｏに垂直な軸方向が最も強くなるが、３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃの内の任意の２個を発光させた場合には選択された任意の２個のＬＥＤの中間に垂直な軸方向が最も強くなり、また、３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃの内の任意の１個を発光させた場合にはそれぞれ選択されたＬＥＤに光軸方向が最も強くなる。そのため、３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃの発光状態に応じて内接円Ｗ１から照射される照射光の輝度分布が変化してしまうことになる。
【００４６】
そこで、本発明のＬＥＤ光源装置では、図２に示したように、外心Ｏを中心とし、平面視でＬＥＤ群２の３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃのそれぞれの発光領域の少なくとも一部が開口円Ｗ２の外周側に位置するように、すなわち、平面視でＬＥＤ群２からの照射光を所定の範囲で遮光する遮光部材４の開口が開口円Ｗ２となるようにしたとき、ＬＥＤ素子２ａ〜２ｃのそれぞれの発光領域の少なくとも一部分が遮光部材４で被覆されるようにしている。なお、本発明における「平面視」とは、ＬＥＤ群２の各ＬＥＤ素子の光軸Ａｘ０方向に平行に遮光部材４の開口円Ｗ２を視認する状態を示す意味で用いられている。
【００４７】
このような構成とすると、ＬＥＤ群２の３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃを同時に発光させた場合においても、任意の２個を発光させた場合においても、さらには任意の１個を発光させた場合においても、ＬＥＤ群２のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃから遮光部材４に形成された開口円Ｗ２部分から直接出射する成分は少なくなる。すなわち、ＬＥＤ群２の３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃのそれぞれからＬＥＤ素子２ａ〜２ｃの光軸Ａｘ０方向に発光された強度の最も強い光成分は、少なくとも部分的に遮光部材４によって遮光部材４の内部側に反射された後、反射を繰り返して遮光部材４に形成された開口円Ｗ２部分の中心軸部分から出射するようになる。
【００４８】
したがって、本実施形態のＬＥＤ光源装置１によれば、ＬＥＤ群２の３個のＬＥＤ２ａ〜２ｃを全て発光させた場合であっても、任意の２個を発光させた場合であっても、或いは、任意の１個を発光させた場合であっても、ＬＥＤ素子２ａ〜２ｃの光軸方向に発光された強度の最も強い光成分が直接遮光部材４に形成された開口円Ｗ２部分から外部へ直射光となって出射することが少なくなる。そのため、３個のＬＥＤ２ａ〜２ｃを全て発光させた場合及び任意の２個を発光させた場合には、それぞれのＬＥＤからの光が良好に混合されて中心軸部分から外部に照射されるようになり、単一のＬＥＤを発光させた場合には、単一のＬＥＤからの光が良好に拡散された拡散光となって中心軸部分から外部に照射されるようになる。
【００４９】
なお、この遮光部材４に形成された開口円Ｗ２部分の最少径は、３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃの発光領域の全てが平面視で遮光部材４によって被覆される状態となるようにすると、開口円Ｗ２の中心軸部分から最も良好に混合された拡散光が得られるようになるが、あまり開口円Ｗ２の径を小さくすると明るさが減少するために、３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃの発光領域の全てが被覆されている状態に止めればよい。
【００５０】
なお、近年の大出力ＬＥＤでは、発光領域が１ｃｍ２以上の大面積のものも存在するが、このような場合においては、平面視で大出力ＬＥＤの発光領域が部分的に覆われるようにすればよい。このような構成とすると、大出力ＬＥＤの発光領域から直接遮光部材４の開口円Ｗ２部分から外部に照射される光と、遮光部材４によって内部側に反射され、底板部３ａによって反射された後に遮光部材４の開口円Ｗ２部分から外部に照射される光とが混合されて外部に照射されるため、平面視で発光領域が覆われる領域を適宜調製することによって、実質的に開口円Ｗ２の中心軸部分から最も良好に混合された光が照射されるようにすることができる。
【００５１】
なお、ＬＥＤ群２のＬＥＤ素子の個数は、３個に限定されるものでなく、他の個数、例えば２個或いは４個以上であってもよい。４個以上にする場合は、中心をＯとする同心円上に等間隔に、つまり、正ｎ角形を描きその頂点にＬＥＤを配設するのが好ましい。ＬＥＤ群２は、複数個のＬＥＤ素子を所定距離して分散配置できるので、安価なＬＥＤ素子の使用が可能になり、また、その個数を増やしてより開口円Ｗ２の中心軸部分から照射される光の照度を高くすることが可能になる。指向角度θの範囲は、６０°〜８２．２°にすることが好ましいが、図３に示される配光特性図とは異なる配光を持つＬＥＤを用いる場合はこの限りではない。
【００５２】
このＬＥＤ群２の照射光、すなわち開口円Ｗ２の中心軸部分から照射される照射光は、これまでの複数個のＬＥＤ素子を集合して１個にしたＬＥＤに比べて、ＬＥＤ素子の増減が容易で所望の照度が簡単に得られ、しかも、所望の混色光を得ることができる。また、複数個のＬＥＤ素子は、安価な素子を使用して、照度アップができる。
【実施例１】
【００５３】
図５〜図７を参照して、本発明の実施例１に係るＬＥＤ光源装置を説明する。なお、図５は本発明の実施例１に係るＬＥＤ光源装置の斜視図である。図６は図５のＬＥＤ光源装置の分解斜視図である。図７は図５のＬＥＤ光源装置のVII−VII線で切断した断面図である。
【００５４】
実施例１に係るＬＥＤ光源装置１は、図５〜図７に示すように、複数個のそれぞれ異なる波長の光を発するＬＥＤ素子からなるＬＥＤ群２と、このＬＥＤ群２を内部に収容するハウジング３と、このハウジング３内に収容されてＬＥＤ群２からの照射光を所定の範囲で遮光し制限する遮光部材４と、ハウジング３の上方開口部３ｆを塞ぎＬＥＤ群２からの光を外部へ分散させかつ略均一にして外方へ照射させる光学反射板５とを備えている。
【００５５】
ＬＥＤ群２は、複数個、例えば３個のＬＥＤ素子からなり、これらのＬＥＤ素子は図示を省略した配線基板上に所定の距離Ｄ１をあけて所定配列で配設されている。３個のＬＥＤ素子は、ハウジング３の底板部３ａに、中心をＯとし、一辺の長さＤ１の正三角形を描き、この三角形の頂点にそれぞれ配設されている。個々のＬＥＤ素子間の距離Ｄ１は、任意に設定することができるが、ここでは８．９２ｍｍにしてある。
【００５６】
これらＬＥＤ素子は、ハウジング３への装着時にそれらの発光部がハウジング３の底板部３ａから内部へ露出されるようになっている。３個のＬＥＤ素子の発光色は、ここでは色の三原色の赤（Ｒ）、青（Ｂ）、緑（Ｇ）となっている。配線基板は、その具体的構成は図示省略したが、所定の大きさの放熱板の上に絶縁層が積層され、さらに、この絶縁層の上に電極が配線され、この配線にＬＥＤ素子が電気接続されたものとなっている。
【００５７】
なお、ＬＥＤ素子は３個に限定されず、それ以外の個数、２個又は４個以上でもよい。これらはＲＧＢ以外の発光色のものでもよい。４個以上にする場合は、中心をＯとする同心円上に等間隔に、つまり、基板上に正ｎ角形を描き、この頂点に配設するのが好ましい。ＬＥＤ群２は、複数個のＬＥＤ素子を所定距離して分散配設するので、安価なＬＥＤ素子の使用が可能になり、また、その個数を増やしてより照度を高くすることも可能になる。
【００５８】
ハウジング３は、図６に示すように、互いに直交する辺の長さＬ１（例えば１００ｍｍ）が同じで所定の肉厚（１．０ｍｍ）を有する正方形形状の底板部３ａと、この底板部３ａから所定高さＨ１（例えば２０ｍｍ）の垂直に立設した側板部３ｂ〜３ｅと、底板部３ａと対向する領域を開放して開口部３ｆとした浅底扁平の箱状体からなり、合成樹脂材料或いは金属板材などで形成されている。このハウジング３は、内壁面が反射面で形成されている。この反射面は、例えば、内壁面に反射材を塗布或いはハウジング３そのものを反射部材にしたもので形成されている。このような反射部材としては、例えば、超微細発泡光反射部材を使用するのが好ましい。また、ハウジング３は、このような超微細発泡光反射部材を用いそれを折曲加工などで形成することができる。また、底板部３ａ及び側板部３ｂ〜３ｅは，全て同じ材料を用いて又は他の材料を用いて一体成型したものでもよい。
【００５９】
このハウジング３は、底板部３ａの略中央部に３個のＬＥＤ素子の各発光部が露出される貫通孔が形成されている。なお、ハウジング３は、互いに直交する辺の長さを同じにした正方形形状の箱型にしたが、他の形状、例えば長方形形状にしてもよく、６角形状となるようにしてもよい。このハウジング３は、４面の側板部３ｂ〜３ｅを必ずしも必須とするものでなく、ハウジング３を複数個連接するときは、接触する一方又は全部の側板部を省いてもよい。側板部を省くと、連接するハウジング間で光が相互に通過して、連接部が暗くなるのを防止できる。なお、この側板部を省くと機械的強度が低下することがあるので、その場合は側板に代えて支柱となる板片で支持するのが好ましい。なお、底板部の広さ及び側板部の省略は、後述するこのＬＥＤ光源装置を複数個配設して照明装置を作製するときに決められる。
【００６０】
遮光部材４は、図６及び、図７に示すように、ＬＥＤ群２の真上部分（光軸ＡＸ０）を結んだ円よりも小さい大きさの開口部４ｃを設けた板状体からなり、所定の光反射率及び光透過率を有する板材、例えば、超微細発泡光反射部材で形成されている。すなわち、この遮光部材４を形成する板状体は、その表裏面４ａ、４ｂが高反射率を有する反射面で形成されており、中間反射板としての機能を備えている。また、この板状体は、ハウジング３の開口部３ｆと略同じ大きさになっている。
【００６１】
遮光部材４に形成されている貫通孔の開口部４ｃは、上述した開口円Ｗ２の条件を満たす径で形成される。この開口部４ｃは、ＬＥＤ群２からの混合光を照射する開口であるので、以下、光照射開口部４ｃという。
【００６２】
光学反射板５は、図６〜図８に示すように、ハウジング３の開口部３ｆを塞ぎ遮光部材４の光照射開口部４ｃからの放射光を略均一にして外部へ照射させるためのものであり、所定の肉厚（例えば、１．０ｍｍ）を有する薄板反射板、例えば、超微細発泡光反射部材で形成されている。この光学反射板５は、ハウジング３の辺長Ｌ１と同じ長さの辺長を有し、表裏面５ａ、５ｂのうち、少なくとも裏面５ｂが高い光反射率を有する反射面で形成されている。なお、裏面５ｂだけでなく、表面５ａも反射面にするのが好ましい。表面５ａを反射面で形成すると、後述する照明装置において拡散板との間で照射光を多重反射させて広い面積範囲にわたってより均一な照明光を得ることができる。また、表面５ａは光照射面となっている。
【００６３】
この光学反射板５は、遮光部材４の光照射開口部４ｃと対向する範囲の領域を高光反射率でかつ低光透過率とした中央反射部５Ａと、この中央反射部の外周囲から外方へ向かって光反射率が低減する一方で光透過率が大きくなるようにした外方反射部５Ｂとを有している。中央反射部５Ａは、光照射開口部４ｃの開口面積より若干大きくした面積にして、この領域は、光反射率を高く、しかも光透過率を低くして、不快感を生じる強い光、いわゆるグレア（glare）を生じることないように加工されている。
【００６４】
この中央反射部５Ａの反射率及び透過率は、光学反射板５の肉厚を他の外方反射部５Ｂと比べて肉薄とする加工、または、反射板を貫通しない所定形状の溝、例えばＶ字型溝、或いは、超微小の貫通孔を設けるなどの加工を行うことによって設定される。また、高さＨを高くしてハウジング３の高さＨ１に接近させる、例えば、Ｈ１を２０ｍｍにしてＨを１８ｍｍにすると照明面全体の照度が均一でなくなる。このように、Ｈの高さによって照明面全体の照度が均一にできなくなる。そこで、この高さＨをハウジング３の高さＨ１に対して２／３以下、１／４以上にするのが好ましい。
【００６５】
外方反射部５Ｂは、中央反射部５Ａの外周囲から外方へ向かって開口面積を大きくした複数個の貫通孔で形成されている。それぞれの貫通孔は、その開口面積を単位面積当たりに占める開口面積、すなわち所定の開口率にして、所定の規則性を持たせて配列されている（図７参照）。これらの貫通孔は、中央反射部５Ａに近い付近の貫通孔、外周縁付近の貫通孔及びその中間部の貫通孔をそれぞれ５Ｂ１、５Ｂ３及び５Ｂ２とすると、これらの貫通孔付近の開口率の関係は、５Ｂ１＜５Ｂ２＜５Ｂ３となっている。また、規則性は、例えば、直交格子状や六方格子状、或いは同心円状の配列にするのが好ましい。
【００６６】
また、この光学反射板５は、貫通孔５Ｂ１、５Ｂ３及び５Ｂ２からＬＥＤ素子２の直接光によっていわゆるグレアを生じることがあるので、このグレアを防止するために各貫通孔５Ｂ１、５Ｂ３及び５Ｂ２の角度を調節して、直接光を発生させないようにするのが好ましい。この角度調節は、貫通孔をＬＥＤ光軸ＡＸ０に対してそれぞれ適宜の角度となるようにする。なお、この光学反射板５は、外方反射部５Ｂに所定の大きさの貫通孔を形成したが、その他の方法、例えば、透明基板に所定の反射パターンなどを印刷などして形成したものでもよい。
【００６７】
このＬＥＤ光源装置１の組立ては、ハウジング３の底板部３ａの背面に配線基板に固定したＬＥＤ群２を装着して、それぞれのＬＥＤ素子の発光部を底板部３ａに設けた貫通孔を通過させて底板部３ａの面へ露出させる。次いで、遮光部材４をハウジング３内へ底板部から高さＨ離した位置に固定する。これにより、ＬＥＤ群２の真上部分及びこの近傍と遮光部材４の光照射開口部４ｃとが対峙する。その後、ハウジング３の開口部３ｆを光学反射板５で塞ぎ、その開口部縁を利用してこの光学反射板５を固定して、組立てを完了する。
【００６８】
組立てたＬＥＤ光源装置１は、ＬＥＤ群２が点灯されると、遮光部材４の光照射開口部４ｃから、各ＬＥＤ素子からの光が混色された混色光及び遮光部材４とハウジングの底板部３ａとの間で多重反射されて混色された混色光が放射される。光照射開口部４ｃからの放射光は、光学反射板５の中央反射部５Ａに当たり、その一部がこの中央反射部５Ａを通過して外部へ照射され、他の一部が反射され、この反射光がハウジング３の内壁面と光学反射板５の外方反射部５Ｂの背面との間で多重反射を繰り返して、外方反射部５Ｂの貫通孔を通過して外部へ放射される。その結果、光学反射板５の表面５ａから略均一となった面照明光が照射される。
【００６９】
このＬＥＤ光源装置１によれば、複数個のＬＥＤを全て発光させた場合及び任意の２個を発光させた場合には、それぞれのＬＥＤからの光が良好に混合されて遮光部材４の中心軸から光学反射板５の中央反射部５Ａに照射されるようになり、また単一のＬＥＤを発光させた場合には、ＬＥＤからの光が良好に拡散された拡散光となって遮光部材４の中心軸から光学反射板５の中央反射部５Ａに照射されるようになる。これにより、複数個のＬＥＤ素子を集合して１個にしたＬＥＤ素子を用いた場合に比べて、ＬＥＤ素子の増減が容易で所望の照度が簡単に得られ、しかも、所望の混色光を得ることができ、さらに、安価な素子を使用して照度アップができる。なお、このＬＥＤ光源装置１を単独で用いても、照明装置として使用することができるが、光学反射板５の光照射側に適宜拡散板を配置すると、より均一な照度でより良好に混色した光を照射することができる照明装置が得られる。
【実施例２】
【００７０】
次に、図８及び図９を参照して、本発明の実施例２に係るＬＥＤ光源装置を説明する。なお、図８Ａは実施例２のＬＥＤ光源装置において遮光部材として使用した光学キャップの斜視図であり、図８Ｂは図８ＡのVIIIB−VIIIB線で切断した断面図である。図９は光学キャップの他の変形例の斜視図である。
【００７１】
実施例２のＬＥＤ光源装置は、実施例１のＬＥＤ光源装置１の遮光部材４に代えて光学キャップ７Ａを使用した構成に特徴があり、その他の構成部分は実施例１のＬＥＤ光源装置１の場合と同様である。そこで、以下、実施例２のＬＥＤ光源装置の全体構成は図示省略し、実施例１のＬＥＤ光源装置１と共通する構成については同一の参照符号を付与することとしてその詳細な説明は省略して、光学キャップ７Ａの構成を詳述する。
【００７２】
実施例２のＬＥＤ光源装置の遮光部材として作動する光学キャップ７Ａは、ＬＥＤ群２に被せてハウジング３（図５〜図７参照）内に固定した構成となっており、ＬＥＤ群２からの光を内部へ集めて混色して外部へ放射させる機能を備えている。この光学キャップ７Ａは、図８Ａ及び図８Ｂに示したように、ハウジング３の底板部３ａに接する開口部７ａから上方へ向かって垂直に伸びる円筒状部分からなる側壁部７ｃを形成し、その側壁部７ｃの高さＨ'部分から所定角度α（例えば４５°）折曲する状態に延在され、その径を徐々に縮小して円錐台状の側壁部分７ｃ'を形成し、その頂部に開口部７ｂを設けた先すぼまり状態の筒状体で形成されている。この円錐台状の側壁部分７ｃ'の頂部に形成された開口部７ｂが実施例１のＬＥＤ光源装置１の遮光部材４に形成された光照射開口部４ｃに対応する。
【００７３】
この光学キャップ７Ａは、合成樹脂材料或いは金属板材などで形成されており、その高さＨは実施例１のＬＥＤ光源装置１の遮光部材４の高さＨと同様とされている。また、底板部３ａに接する開口部７ａの内径は実施例１のＬＥＤ光源装置１の遮光部材４が開口円Ｗ２、すなわち光照射開口部４ｃの径よりも大きくされ、さらに、頂部に形成された開口部７ｂの径は開口円Ｗ２の径Ｌと同様とされ、すなわちＬＥＤ群２の各ＬＥＤの光軸ＡＸ０が頂部に形成された開口部７ｂに接するようにされている。
【００７４】
光学キャップ７Ａは、底板部３ａに接する開口部７ａに取付け片、例えば、この開口部の開口縁を所定の長さ外方へ延設した片を設けるのが好ましい。この取付け片を設けることにより、ハウジング３の底板部３ａへの固定が容易になる。なお、ＬＥＤ光源装置を大型化しようとすると、複数個の光学キャップ７Ａが必要となるが、このような場合、複数個の光学キャップを所定単位で一体形成したものを使用するのが好ましい。
【００７５】
光学キャップ７Ａをハウジング３内に設置すると、ＬＥＤ群２の３個のＬＥＤ素子からの照射光が光学キャップ７Ａ内で効率よく混合され、開口部７ｂの中心軸側から光学反射板５の中央反射部５Ａに照射することができるようになり、実施例１のＬＥＤ光源装置１と同様の作用効果を奏することができるようになる。
【００７６】
なお、実施例２で用いられた光学キャップ７Ａの変形例として、図９に示したように、ハウジング３の底板部３ａに接する開口部７ａから上方へ向かって、垂直に伸びる円筒状部分からなる側壁部７ｃを省略し、全て円錐台形状の側壁部７ｃ'とした光学キャップ７Ｂを用いてもよい。この場合においても、実施例２のＬＥＤ光源装置と同様の作用効果を奏することができる。なお、実施例２の光学キャップ７Ａの下部に円形の筒状体のものを使用したが、この形状に限定されるものでなく、非円形状のもの、例えば直方体形状の筒状体を使用してもよい。また、実施例２の光学キャップ７Ａの頂部側及びその変形例の高額キャップ７Ｂでは円錐台形状のものを使用したが、これに限らず、角錐台状のものであってもよい。
【実施例３】
【００７７】
次に、図１０を参照して、本発明の実施例３に係るＬＥＤ光源装置を説明する。なお、図１０Ａは実施例３の照明装置の光学反射板を省略して表した平面図であり、図１０Ｂは図１０ＡのＸＢ−ＸＢ線で切断した断面図、図１０Ｃ、図１０Ｄ及び図１０Ｅは本実施例の変形例における図１０ＢでのＸＣで囲まれた部分の拡大図である。
【００７８】
実施例３のＬＥＤ光源装置１Ａは、実施例１のＬＥＤ光源装置１の遮光部材４に代えて傾斜反射板４Ａ１〜４Ａ３を使用した構成に特徴があり、その他の構成部分は実施例１のＬＥＤ光源装置１の場合と同様である。そこで、以下、実施例３のＬＥＤ光源装置１Ａにおいては、光学反射板の構成の図示は省略すると共に、実施例１のＬＥＤ光源装置１と共通する構成については同一の参照符号を付与して説明を省略し、主として傾斜反射板４Ａ１〜４Ａ３について説明する。
【００７９】
実施例３のＬＥＤ光源装置１Ａは、実施例１のＬＥＤ光源装置１の遮光部材４に代えて、ハウジング３の底板部３ａに、ＬＥＤ群２の中心Ｏに対応する中心軸に対して、各ＬＥＤ素子の各々に、各ＬＥＤ素子の外方側が底板部３ａに固定され、ＬＥＤ群２の中心Ｏ側に向かうに従って底板部３ａからの離間距離が大きくなるように折り曲げられた、同一形状で、板状の、両面共に反射性の傾斜反射板４Ａ１〜４Ａ３が取り付けられている。この傾斜反射板４Ａ１〜４Ａ３は、矩形状の合成樹脂材料或いは金属板材を折り曲げすることにより作製すればよいが、矩形状の超微細発泡光反射部材を折り曲げすることによって作製することが好ましい。
【００８０】
そして、傾斜反射板４Ａ１〜４Ａ３は、中心軸側が底板部３ａからの最大離間部分となっており、その最大理間距離は、実施例１のＬＥＤ光源装置１の場合と同様に、所定距離Ｈとなるようにされている。また、傾斜反射板４Ａ１〜４Ａ３のそれぞれの開放端部側の先端は平面視でＬＥＤ群２の中心軸からの距離が一定値となるようにされている。すなわち、傾斜反射板４Ａ１〜４Ａ３の開放端部側の先端は、平面視でＬＥＤ群２の中心軸を中心とした仮想円を描くと、この仮想円は実施例１のＬＥＤ光源装置１の開口円Ｗ２、すなわち光照射開口部４ｃと同様の大きさとなるようになされている。本実施例では傾斜反射板４Ａ１〜４Ａ３は、平板がまっすぐ取り付けられているが、図１０Ｃ、図１０Ｄに示された変形例のように途中で折り曲げられていてもよく、また、図１０Ｅに示された変形例のように曲面で形成されていてもよい。
【００８１】
そして、実施例３のＬＥＤ光源装置１Ａは、図示省略したが、ＬＥＤ群２の上部に、距離Ｈ１だけ離間して、実施例１のＬＥＤ光源装置１で用いられたのと同様の構成の光学反射板５を配置することにより完成される。このような構成としても、実施例１のＬＥＤ光源装置１の場合と同様に、複数個のＬＥＤを全て発光させた場合及び任意の２個を発光させた場合には、それぞれのＬＥＤからの光が良好に混合されて中心軸側から光学反射板５の中央反射部５Ａに照射されるようになり、また単一のＬＥＤを発光させた場合には、ＬＥＤからの光が良好に拡散された拡散光となって中心軸側から光学反射板５の中央反射部５Ａに照射されるようになる
【００８２】
実施例３のＬＥＤ光源装置１Ａにおいても、実施例１のＬＥＤ光源装置１と同様の作用効果を奏する理由は、ＬＥＤ群２を構成する各ＬＥＤ素子の指向性が強いためである。すなわちは、ＬＥＤ群２を構成する各ＬＥＤ素子は、図３に示したように、指向性が強いためにそれぞれの光軸ＡＸ０方向に強い光が放射されるので、この光軸方向の光を底板部３ａ側に反射するようにするのみで、各ＬＥＤ素子から放射された光は、ハウジング３及び光学反射板５のそれぞれの内面によって多重反射され、良好に拡散混合されるためである。この実施例３のＬＥＤ光源装置１Ａによれば、実施例１及び２のものよりも構成が簡単となり，製造が容易で安価に製造できるようになる。
【実施例４】
【００８３】
次に、実施例４として、図１１及び図１２を参照して、上記のＬＥＤ光源装置を用いた照明装置を説明する。なお、図１１は各実施例のＬＥＤ光源装置を用いた照明装置の分解斜視図である。図１２は図１１の照明装置のXII−XII線で切断した断面図である。
【００８４】
実施例４の照明装置１０は、上記の実施例１〜３の何れかに記載のＬＥＤ光源装置（変形例の場合も含む）を複数個用いた照明装置である。すなわち、この照明装置１０は、実施例１〜３のいずれかのＬＥＤ光源装置の複数個をマトリクス状（直交格子状）に配設して、これらＬＥＤ光源装置の光学反射板の上方に所定距離をあけて拡散板１１を配設した構成となっている。
【００８５】
ここで、図１２を用いて、実施例１のＬＥＤ照明光源装置１を複数個用いた照明装置１０の例を説明する。複数個のＬＥＤ光源装置１１１〜１３３は、行方向に３個及び列方向にそれぞれ３個が併設配設されている。なお、符号のＬＥＤ光源装置１１１は、１行１列目の装置、また、ＬＥＤ光源装置１３３は３行３列目の装置を表している。複数個のＬＥＤ光源装置１１１〜１３３は、隣接して併設されるので、ハウジングの底板部及び最外側の側板部並びに光学反射板及び遮光部材を共通にして、内部の側板部が省かれている。すなわち、ハウジングは底板部の面積を広げ、この拡大された底板部の周囲から側板部が立設されている。この照明装置に使用するハウジングをケースということがある。この照明装置１０は、それぞれ実施例１〜３のＬＥＤ光源装置で構成されるので、それぞれのＬＥＤ光源装置の利点をもった大面積で均一な面照明光を得ることができる。
【符号の説明】
【００８６】
１、１１１〜１３３、１Ａ…ＬＥＤ照明光源装置 ２…ＬＥＤ群 ２ａ〜２ｃ…ＬＥＤ素子 ２ａ１〜２ｃ１…照射領域 ３…ハウジング ３ａ…底板部 ３ｂ〜３ｅ…側板部 ３ｆ…上方開口部 ４…遮光部材 ４Ａ１〜４Ａ３…傾斜反射板 ４ｃ…光照射開口部 ５…光学反射板 ５Ａ…中央反射部 ５Ｂ…外方反射部 ５Ｂ１〜５Ｂ３…貫通孔 ５ａ…表面 ５ｂ…裏面 ７Ａ、７Ｂ…光学キャップ ７ａ…（底部に接する）開口部 ７ｂ…（頂部の）開口部 ７ｃ、７ｃ'…側壁部 １０…照明装置 １１…拡散板 Ａｘ０…光軸 Ｗ１…内接円 Ｗ２…開口円
【技術分野】
【０００１】
この発明は、発光ダイオード（Light Emitting Diode。以下、「ＬＥＤ」という。）光源装置及びこの光源装置を用いた照明装置に関し、特に明るさを向上させるために複数個のＬＥＤ素子を中心軸の周りに配置して任意の個数のＬＥＤを点灯した場合においても、それぞれのＬＥＤからの光が良好に混合されて中心軸から光が照射されるようにしたＬＥＤ光源装置及びこの光源装置を用いた広い面積の面状照明光を照射できる照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＥＤの研究、開発が急速に進み、様々なタイプのＬＥＤが開発・製品化されて広い分野で使用されてきており、単なる表示分野のみでなく照明分野でも使用され始めている。例えば、照明分野では蛍光灯に代わる照明器具、液晶パネル用バックライト及び各種の表示・電光板などに使用されている。
【０００３】
これらの照明装置のうち、液晶パネル用バックライト（以下、「バックライト」という）は、これまではその光源の殆どが冷陰極蛍光管（Cold Cathode Fluorescent Light。以下、「ＣＣＦＬ」という）であったが、このＣＣＦＬの水銀による環境汚染、応答速度が遅い、部分駆動が困難或いは比較的大型で消費電力が大きいなどの課題を抱えていることから、近年は、このＣＣＦＬに代えて、応答性がよく、部分駆動が容易で、しかも、消費電力が少なく、小型なＬＥＤが使用されるようになってきている。このＬＥＤを用いたバックライトは、１個ないし複数個のＬＥＤを導光板の一側部に配置して、この導光板面を発光させるエッジライト型のものと、ＬＥＤと拡散板とを所定距離あけて対向配設し、ＬＥＤからの光を直接拡散板に照射して拡散板面を発光させる直下型のものとに大別されている。
【０００４】
例えば、下記特許文献１には、直下型の面照明光源装置が記載されている。以下、図１３を参照して、下記特許文献１に記載されている面照明光源装置の概要を説明する。なお、図１３は下記特許文献１に記載された面照明光源装置の縦断面図である。
【０００５】
この面照明光源装置２０は、ＬＥＤ２１と、このＬＥＤを中央部に配設した所定面積の底板及びこの底板の対向面を開放して開口部としたハウジング２２と、この開口部を覆う放射側反射部２３とを備えている。ＬＥＤ２１は、赤（Red）、青（Blue）、緑（Green）色のＬＥＤ素子が近接配置された集合体からなり、放射側反射部２３は、ＬＥＤ２１の真上部分に所定範囲に設けられた中央反射部２３ａと、この中央反射部２３ａの外周囲に設けられた外方反射部２３Ｂとを備えている。中央反射部２３ａは、外方反射部２３Ｂよりも高い反射率、すなわち９８％〜９９．３％の反射率の範囲に設定されている。この構成の面照明光源装置２０によれば、光源にＬＥＤ２１のような指向性の強いものを用いても、この光源からの光を高い効率で利用しながら、ＬＥＤ２１の放射方向の厚みを増大させることなく、広い面積で均一な照明光を得ることができるというものである。
【０００６】
また、下記特許文献２には、直下型のバックライト装置が記載されている。このバックライト装置は、カラー液晶表示パネルの背面にバックライトボックスを配設し、このバックライトボックス内に配置されたＬＥＤからの光によって液晶表示パネルを背面から照明するものである。このバックライトボックスは、発光波長が異なる複数個のＬＥＤ素子からなるＬＥＤユニットからの光を外部へ放出する開口を設けたボックス部と、このボックス部の開口部上に設けられた透過拡散板とで構成されている。この構成のバックライトボックスによれば、ボックス部の筐体内に透過反射板が設けられ、この透過反射板によって閉ざされた空間内でＬＥＤユニットからの各色光の一部が、透過反射板を透過せずに、反射面と透過反射板との間で複数回に亘って内部反射が繰り返され、その後に透過反射板から透過する。その結果、透過拡散板に入射する光の照射面積が拡大されるために、色ムラや輝度ムラが低減された所望の白色光が得られるようになる。
【０００７】
さらに、下記特許文献３には、下記特許文献２のバックライト装置と略同一構成のバックライト装置において、１個又は複数個のＬＥＤ間に高さ５ｍｍ〜２５ｍｍの隔壁が配設されて光損出を低減させた直下型バックライト装置が記載されている。この隔壁は、拡散板に到達しない高さにされて、隣接する隔壁間に配設したＬＥＤ素子からの照射光を区画する働きをしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２７８８６号公報（段落〔００５４〕、〔００６４〕、図１、図４）
【特許文献２】特開２００５−３５２４２６号公報（段落〔００４２〕〜〔００４５〕、図７）
【特許文献３】特開２００７−２８６６２７号公報（段落〔００２４〕、〔００２５〕、図５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記特許文献１〜３に示されている直下型の面照明光源装置及びバックライト装置（以下、これらを総称したものを「照明装置」ということがある。）によれば、複数個のＬＥＤ素子を用い、これらのＬＥＤ素子からの光を混色して所望の発光色、例えば白色光にして広い面積の面状照明光を得ることができる。しかしながら、これらの照明装置には、幾つかの課題が内在している。例えば、上記特許文献１に示されている面照明光源装置では、ＬＥＤ光源に発光波長の異なる複数のＬＥＤ素子、例えばＲＧＢ発光素子を１個に纏めた単体ＬＥＤを使用しているので、この単体ＬＥＤからの発光量、すなわち、発光強度には自ずと限界があり、そのために照度の増大が難しく、広い面積で高照度の照明光を得ることが困難である。
【００１０】
また、現在、このような発光波長の異なる複数のＬＥＤ素子を１個に纏めた単体ＬＥＤは高価なものとなっており、これを組み込んだ装置は自ずとコスト高になる。したがって、上記特許文献１〜３に示されている照明装置では、ハイパワーの照明光を必要とする用途への使用が困難となっている。なお、上記特許文献１に示されている面照明光源装置は、本出願人の出願に係るものであるが、単体ＬＥＤからの照度が限定されているため、広い面積で高照度の照明光を得るのが難しくなっている。これに対し、上記特許文献２及び３に示されているバックライト装置は、発光波長の異なる複数のＬＥＤ素子を１個に纏めた単体ＬＥＤを使用することなく、複数個のＬＥＤ素子を所定の間隔をあけて分散配設したものとなっているので、それぞれの色のＬＥＤ素子の増設が可能であり、しかも安価なＬＥＤ素子を使用することができる。しかしながら、一方でＬＥＤの素子数が多くなると、新たな問題が顕在化することが分かった。
【００１１】
その一つの問題は、混色効率及び明るさにある。すなわち、上記特許文献２及び３に記載されているバックライト装置では、複数個のＬＥＤ素子が所定の間隔をあけて分散配設されているが、それぞれのＬＥＤ素子からの光が分散された状態で混色されているので、混色効率が劣り、しかも、混色するためのスペースが必要となって背高になり、バックライト装置の薄型化ができないという問題である。また、それぞれのＬＥＤ素子からの光が集中されることなくバラバラに発散されるので、明るくしかも均一な照明光を得るのが難しくなるという問題点も生じる。
【００１２】
一方、光源装置全体の発光強度を向上させるために複数個のＬＥＤを使用する場合、複数個のＬＥＤを光源装置の中心軸状に配置することはできないので、中心軸の周りに分散配置するしかない。しかしながら、複数個のＬＥＤを中心軸のまわりに分散配置する場合、全てのＬＥＤを点灯させれば一応は中心軸から光照射されている状態となるが、任意の複数個ないし任意の１個のＬＥＤを点灯させた場合には、中心軸からずれた位置から光照射された状態となってしまうので、ＬＥＤの選択状態に応じて輝度分布が変化してしまうことになる。
【００１３】
そこで、本願の発明者らは、これまでの照明装置において複数個のＬＥＤ素子を用いたものは、前記のように、照明光のパワーアップ（照度アップ）及び混色効率などに課題があることから、この課題を如何にすれば解決できるかを検討した。その結果、複数個のＬＥＤ素子からの個々の照射光がそのまま外部へ放射される直射光を減少させ、一度、所定の箇所に集光し、この集光した光を分散放射させることによって、前記課題を解決できることを見出し、これに基づいて本発明を完成させるに至ったものである。
【００１４】
すなわち、本発明の目的は、明るさを向上させるために複数個のＬＥＤ素子を中心軸の周りに配置して任意の個数のＬＥＤを点灯した場合においても、それぞれのＬＥＤからの光が良好に混合されて中心軸から光が照射されるようにしたＬＥＤ光源装置及びこの光源装置を用いた照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するため、本発明の第１の態様のＬＥＤ光源装置は、
複数個のＬＥＤ素子が中心軸の周りにそれぞれ所定間隔離間して配設されたＬＥＤ群と、
前記ＬＥＤ群の光放射側に所定距離Ｈ離して配設され、平面視で前記中心軸を中心として所定の大きさの光照射開口部が形成された遮光部材と、
前記ＬＥＤ群が設けられた底板部と、前記底板部の周囲に立設された高さが前記所定距離Ｈよりも高いＨ１の側板部とを有し、前記射光部材を収納しているハウジングと、
前記側板部によって形成された開放端部を覆い、前記遮光部材の前記光照射開口部と対向する領域に高反射率かつ低透過率の中央反射部と、前記中央反射部の周囲から外方へ向かって反射率を徐々に低下かつ透過率を増大した外方反射部とを有する光学反射板とを備えたＬＥＤ光源装置において、
前記光照射開口部は、平面視で前記遮光部材が前記複数個のＬＥＤ素子のそれぞれの発光領域の少なくとも一部分を被覆するように形成されていることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の第２の態様のＬＥＤ光源装置は、前記遮光部材は板状体からなり、前記板状体に前記光照射開口部が設けられて、前記板状体が前記所定距離Ｈ離れた位置に支持及び固定されていることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の第３の態様のＬＥＤ光源装置は、前記遮光部材は、内壁面が反射面で形成され、底部の開口が前記ＬＥＤ群の外周囲側に位置する共に高さが前記所定距離Ｈよりも小さい筒状部分と、前記筒状部分から延在されて前記筒状部分から離間する方向に向かって径が縮小された錐台形状の筒状体部分と、からなる光学キャップからなり、
前記光学キャップは、総高さが前記所定距離Ｈと等しく、前記錐台形状の筒状体部分の先端が前記光照射開口部となされていることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の第４の態様のＬＥＤ光源装置は、前記遮光部材は、内壁面が反射面で形成され、底部の開口が前記ＬＥＤ群の外周囲側に位置する共に前記ＬＥＤ群から離れる方向に向かって径が縮小された錐台形状の筒状体からなる光学キャップからなり、
前記光学キャップは、総高さが前記所定距離Ｈと等しく、錐台形状の筒状体の先端の開口が前記光照射開口部となされていることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の第５の態様のＬＥＤ光源装置は、前記遮光部材は、前記ハウジングの底板部に、前記中心軸に対して、前記複数のＬＥＤ素子の各々に、前記ＬＥＤ素子の外方側が前記底板部に固定され、前記中心軸に向かうに従って前記底板部からの離間距離が大きくなるように折り曲げられた、同一形状で、板状の、両面共に反射性の傾斜反射板からなり、
前記傾斜反射板は、前記底板部からの最大離間距離が前記所定距離Ｈとなされていることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の第６の態様のＬＥＤ光源装置は、前記所定距離Ｈは、前記高さＨ１の２／３以下に設定されていることを特徴とする。
【００２１】
また、上記目的を達成するため、本発明の第７の態様の照明装置は、上記何れかの態様のＬＥＤ光源装置と、前記ＬＥＤ光源装置の光照射側を覆うように配置された拡散板とを備えることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の第８の態様の照明装置は、前記何れかの態様のＬＥＤ光源装置の複数個が所定の大きさのケース内に配設され、前記ケースの開口が１枚の拡散板で覆われていることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明の第９の態様の照明装置は、前記第２の態様のＬＥＤ光源装置の複数個が所定の大きさのケース内に配設され、前記遮光部材の板状体、前記光学反射板及び前記拡散板は、それぞれ１枚の板体で形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の第１の態様のＬＥＤ光源装置においては、光源を発光波長が異なるものを含む複数個のＬＥＤ素子を中心軸の周りに所定間隔あけて配列したＬＥＤ群としたので、明るい照明光を得るためには、これまでの複数個のＬＥＤチップを集合して１個のＬＥＤ素子としたＬＥＤ素子を用いる場合に比べて、安価なＬＥＤ素子を使用することができ、また、その個数の増減が容易であり、所望の照度アップが簡単にでき、しかも、ＬＥＤ群を構成する複数個のＬＥＤ素子が隣接する距離を同じにして配設されているので、ＬＥＤ光源装置毎のばらつきが少なくなり、均一な特性のＬＥＤ光源装置を作製し易くなる。
【００２５】
また、本発明の第１の態様のＬＥＤ光源装置においては、光照射開口部が平面視で中心軸を中心として所定の大きさに形成されおり、ＬＥＤ群の真上部分において、平面視で遮光部材がＬＥＤ素子のそれぞれの発光領域の少なくとも一部分を被覆するように形成されているので、ＬＥＤ群を構成する個々のＬＥＤ素子で発光された光は、遮光部材によって反射される量が多くなって直接光照射開口部から照射される量が少なくなる。そのため、本発明の第１の態様のＬＥＤ光源装置によれば、個々のＬＥＤ素子から発光された光が良好に混合されるようになり、しかも、全てのＬＥＤ群を構成する全てのＬＥＤ素子を同時に発光させた場合でも、任意の複数個を発光させた場合でも、更には任意の単一のＬＥＤ素子を発光させた場合でも、光照射開口部の中心軸から光照射できるようになる。
【００２６】
加えて、本発明の第１の態様のＬＥＤ光源装置によれば、光照射開口部から放射された混合光は、光学反射板で分散されるので、この光学反射板の照射面から広い範囲にわたって略均一な照明光が照射されるようになる。
【００２７】
また、本発明の第２の態様のＬＥＤ光源装置によれば、遮光部材を板状体で形成することによって、簡単な構成で安価に上記効果を奏することができるＬＥＤ光源装置を作製することができるようになる。
【００２８】
また、本発明の第３及び第４のの態様のＬＥＤ光源装置によれば、遮光部材の構成が簡単な構成でありながら、より光利用効率が向上し、光照射開口部の中心軸から均一に分散された照明光を照射できるようになる。
【００２９】
また、本発明の第５の態様のＬＥＤ光源装置によれば、遮光部材として、ＬＥＤ素子の各々に、折り曲げられた、同一形状で、板状の、両面共に反射性の傾斜反射板を付設するのみで、各傾斜反射板の先端部によって囲まれた領域の中心、すなわち、光照射開口部の中心軸から、ＬＥＤ群を構成する各ＬＥＤ素子から照射された光を照射することができるようになる。
【００３０】
本発明の第６の態様のＬＥＤ光源装置によれば、所定距離Ｈをハウジングの側壁の高さＨ１の２／３以上とすると、遮光部材とハウジングの底板との間で各ＬＥＤ素子から照射された光を良好に分散させて混合することができるようになると共に、遮光部材と光学反射板とのあいだでも良好に多重反射させることができるため、光学反射板の光照射面からよ広い面積範囲にわって略均一な照度の照明光を照射できるようになる。
【００３１】
また、本発明の第７の態様の照明装置によれば、拡散板がなくてもそれなりに分散された光を照射することができるが、さらに拡散板を用いることによってより均一な照度の照明光を照射できるようになる。
【００３２】
また、本発明の第８の態様の照明装置によれば、複数個のＬＥＤ光源装置を用いた場合でも、拡散板は１枚で済むので、構成が簡略化され、組立が容易となり、大型の照明装置であっても簡単に作製できるようになる。
【００３３】
また、本発明の第９の態様の照明装置によれば、遮光部材の板状体、光学反射板及び拡散板をそれぞれ１枚の板体で形成できるので、より構成が簡略化され、組立てなどを簡単にして大型の照明装置をより簡単に作製できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明のＬＥＤ光源装置に採用する技術の概要の説明図であり、図１Ａは複数個のＬＥＤ素子からの光を混色した状態の混色概要図、図１Ｂは図１Ａの混色範囲から特定の領域を区画した概要図である。
【図２】図１のII−II線での断面図である。
【図３】一般的なＬＥＤの配光特性を示す図である。
【図４】図２の追加説明図である。
【図５】本発明の実施例１に係るＬＥＤ光源装置の斜視図である。
【図６】図５のＬＥＤ光源装置の分解斜視図である。
【図７】図５のＬＥＤ光源装置のVII−VII線で切断した断面図である。
【図８】図８Ａは実施例２のＬＥＤ光源装置において遮光部材として使用した光学キャップの斜視図であり、図８Ｂは図８ＡのVIIIB−VIIIB線で切断した断面図である。
【図９】光学キャップの他の変形例の斜視図である。
【図１０】図１０Ａは実施例３の照明装置の光学反射板を省略して表した平面図であり、図１０Ｂは図１０ＡのＸＢ−ＸＢ線で切断した断面図である。
【図１１】各実施例のＬＥＤ光源装置を用いた照明装置の分解斜視図である。
【図１２】図１１の照明装置のXII−XII線で切断した断面図である。
【図１３】従来技術の面照明光源装置の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。但し、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するためのＬＥＤ光源装置及びこの光源装置を用いた照明装置を例示するものであって、本発明をこれらに特定することを意図するものではなく、特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態のものにも等しく適応し得るものである。
【００３６】
まず、図１〜図４を参照して、本発明のＬＥＤ光源装置に採用する技術の概要を説明する。なお、図１は本発明のＬＥＤ光源装置で採用する技術の概要を説明するもので、図１Ａは複数個のＬＥＤ素子からの光を混色した状態の混色概要図、図１Ｂは図１Ａの所定の混色範囲から特定の領域を区画した概要図である。図２は図１のII−II線での断面図である。図３は一般的なＬＥＤの配光特性を示す図である。図４は図２の追加説明図である。
【００３７】
本実施形態のＬＥＤ光源装置１は、所定の単位面積内に複数個のＬＥＤ素子を所定の間隔あけて密集させて配列したＬＥＤ群２を有している。複数個のＬＥＤ素子は、発光波長が同じものであってもよいが、異なる発光波長のものを含んでいてもよい。ここでは、波長が異なる３個のＬＥＤ素子、例えば、赤（Ｒ）色、青（Ｂ）色、緑（Ｇ）色の光を発する３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃを用いた例で説明する。
【００３８】
これらのＬＥＤ素子２ａ〜２ｃを、所定の大きさの平坦な基板面Ｐ上に正三角形を描き、この正三角形の各頂点にそれぞれ配列する。この配列により、各ＬＥＤ素子２ａ〜２ｃは、等間隔の配置となる。そして、互いに隣接するＬＥＤ素子間の間隔（長さ）をＤ１とする。なお、符号Ｏの部分は、三角形の外心を示しており、この三角形の外心Ｏが本発明の３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃの中心軸に対応する。なお、この３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃで構成したＬＥＤ群２は一つの光源単位となっている。
【００３９】
ＬＥＤ素子２ａ〜２ｃは、それぞれ所定範囲の照射領域を有している。図１Ａに示すように、ＬＥＤ素子２ａから距離Ｈ離れたところでは照射領域２ａ１、同様にしてＬＥＤ素子２ｂは照射領域２ｂ１及びＬＥＤ素子２ｃは照射領域２ｃ１を有している。これらの照射領域は、所定長さの半径ｒの円で囲まれた領域となっている。これらの照射領域は、ＬＥＤ素子から距離Ｈ離れた位置において、図３に示されるＬＥＤ素子の光軸ＡＸ０から角度θで拡がっている光が照射されている領域である。なお、角度θが異なると、それによって照射領域の範囲が変化する。
【００４０】
これらの照射領域２ａ１〜２ｃ１は、図１ＢのＭｉｘで示す領域で全てが重なっている。この重なり領域Ｍｉｘは、おむすび形三角形（ルーローの三角形）をした各照射領域２ａ１〜２ｃ１の円周部分で囲まれた範囲となり、Ｒ、Ｂ、Ｇ色が混色されて白色光となっている。そこで、この重なり領域Ｍｉｘ内で円周部分に内接する内接円を描き、この内接円をＷ１とする。そうすると、この内接円Ｗ１の径の長さは、ＬＥＤ群２が装着された基板Ｐからの高さＨと、隣接するＬＥＤ素子間の距離Ｄ１及び指向角度θとに関連して決定される。なお、指向角度θは、図３に示すように、角度零の光軸ＡＸ０から９０°に向かって離れた角度となっている。また、図３に示される配光特性と同様の配光を持つ光源では、指向角度θ＝６０°で照度は光軸ＡＸ０の半分に、また、指向角度θ＝８２．２°で１／ｅ２の照度となることが知られている。
【００４１】
そこで、主に図２を参照して、３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃのうち、１個のＬＥＤ素子２ａとの関係で、内接円Ｗ１の大きさの算出方法を説明する。ＬＥＤ素子２ａの照射領域の半径ｒを距離ｘ１、ＬＥＤ素子２ａと外心Ｏ間の距離をｘ２、指向角度をθとして、内接円Ｗ１の直径をＬとすると、
ｘ１＝Ｈ×ｔａｎθ
ｘ２＝１／３×√３×Ｄ１
これのｘ１、ｘ２から、内接円Ｗ１の直径Ｌは、
Ｌ＝２（ｘ１−ｘ２） （式１）
となる。
この式１に上記のｘ１、ｘ２を代入すると、
Ｌ＝２（Ｈ×ｔａｎθ−√３／３×Ｄ１） （式２）
となる。
そこで、予め、距離Ｄ１、高さＨ及び角度θを所定の値に設定して、直径Ｌを求めると、以下の値になる。
（ｉ）Ｈ＝８ｍｍ
Ｄ１＝８．９２ｍｍ、θ＝６０°のときに、Ｌ＝１７．４ｍｍとなる。
（ii）Ｈ＝１０ｍ
Ｄ１＝８．９２ｍｍ、θ＝６０°のときに、Ｌ＝２４．３ｍｍとなる。
（iii）Ｈ＝１３．３ｍｍ
Ｄ１＝８．９２ｍｍ、θ＝６０のときに、Ｌ＝３５．９ｍｍとなる。
【００４２】
上記式２から、Ｄ１、θの値を所定の一定値にしてＬを算出すると、上記（ｉ）〜（iii）の結果が得られる。この関係をさらに追加説明すると、図４に示すように、例えば、Ｈａを８ｍｍにすると、直径Ｌａ（１７．４ｍｍ）の内接円Ｗａ、同様にして、Ｈｂを１０ｍｍにすると、直径Ｌｂ（２４．３ｍｍ）の内接円Ｗｂ、Ｈｃを１３．３ｍｍにすると、直径Ｌｃ（３５．９ｍｍ）となる内接円Ｗｃを描くことができる。なお、上記（ｉ）〜（iii）は、ＬＥＤ素子２ａとの関係で算出した値であるが、他のＬＥＤ素子２ｂ、２ｃとの間でも同じ値が算出される。
【００４３】
上記式２を用いると、内接円Ｗ１の直径Ｌを算出でき、この内接円Ｗ１内では、３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃからの全ての発光色が混色された混色光、すなわち、白色光が照射される範囲（領域）が区画されたものとなる。そしてまた、この上記式２で算出された内接円Ｗ１の直径Ｌは、３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃからの全ての発光色が混色された混色光が照射される範囲（領域）であり、換言すると、ＬＥＤ群２の全体の混色光を内接円Ｗ１の面積を持つ光源として利用できることになる。加えて、３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃから選択された任意の２つのＬＥＤ素子の混色光を内接円Ｗ１の面積を持つ光源として利用できる他、任意の単一のＬＥＤ素子の発色光を内接円Ｗ１の面積を持つ光源として利用できることを示している。
【００４４】
ＬＥＤ群２の３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃが全て発光する場合は、それぞれの３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃが全て外心Ｏから等距離にあるので、内接円Ｗ１部分が開口するようなＬＥＤ群２の真上部分を所定の範囲で遮光制限する遮光部材を形成すれば、一応３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃからの全ての発光色が混色された混色光が遮光部材の開口から照射されるようにすることができることになる。しかしながら、このような構成であると、３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃは全て内接円Ｗ１内に位置しているから、３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃの内の任意の２個又は任意の１個のみを発光させた場合、任意の２個のＬＥＤ素子間の外心ないし任意の１個の位置が、それぞれ３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃの外心Ｏからずれているので、遮光部材の開口から照射される光の強度分布は３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃの外心Ｏからずれた位置となる。
【００４５】
すなわち、光の強度は、３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃを同時に発光させた場合には外心Ｏに垂直な軸方向が最も強くなるが、３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃの内の任意の２個を発光させた場合には選択された任意の２個のＬＥＤの中間に垂直な軸方向が最も強くなり、また、３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃの内の任意の１個を発光させた場合にはそれぞれ選択されたＬＥＤに光軸方向が最も強くなる。そのため、３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃの発光状態に応じて内接円Ｗ１から照射される照射光の輝度分布が変化してしまうことになる。
【００４６】
そこで、本発明のＬＥＤ光源装置では、図２に示したように、外心Ｏを中心とし、平面視でＬＥＤ群２の３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃのそれぞれの発光領域の少なくとも一部が開口円Ｗ２の外周側に位置するように、すなわち、平面視でＬＥＤ群２からの照射光を所定の範囲で遮光する遮光部材４の開口が開口円Ｗ２となるようにしたとき、ＬＥＤ素子２ａ〜２ｃのそれぞれの発光領域の少なくとも一部分が遮光部材４で被覆されるようにしている。なお、本発明における「平面視」とは、ＬＥＤ群２の各ＬＥＤ素子の光軸Ａｘ０方向に平行に遮光部材４の開口円Ｗ２を視認する状態を示す意味で用いられている。
【００４７】
このような構成とすると、ＬＥＤ群２の３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃを同時に発光させた場合においても、任意の２個を発光させた場合においても、さらには任意の１個を発光させた場合においても、ＬＥＤ群２のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃから遮光部材４に形成された開口円Ｗ２部分から直接出射する成分は少なくなる。すなわち、ＬＥＤ群２の３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃのそれぞれからＬＥＤ素子２ａ〜２ｃの光軸Ａｘ０方向に発光された強度の最も強い光成分は、少なくとも部分的に遮光部材４によって遮光部材４の内部側に反射された後、反射を繰り返して遮光部材４に形成された開口円Ｗ２部分の中心軸部分から出射するようになる。
【００４８】
したがって、本実施形態のＬＥＤ光源装置１によれば、ＬＥＤ群２の３個のＬＥＤ２ａ〜２ｃを全て発光させた場合であっても、任意の２個を発光させた場合であっても、或いは、任意の１個を発光させた場合であっても、ＬＥＤ素子２ａ〜２ｃの光軸方向に発光された強度の最も強い光成分が直接遮光部材４に形成された開口円Ｗ２部分から外部へ直射光となって出射することが少なくなる。そのため、３個のＬＥＤ２ａ〜２ｃを全て発光させた場合及び任意の２個を発光させた場合には、それぞれのＬＥＤからの光が良好に混合されて中心軸部分から外部に照射されるようになり、単一のＬＥＤを発光させた場合には、単一のＬＥＤからの光が良好に拡散された拡散光となって中心軸部分から外部に照射されるようになる。
【００４９】
なお、この遮光部材４に形成された開口円Ｗ２部分の最少径は、３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃの発光領域の全てが平面視で遮光部材４によって被覆される状態となるようにすると、開口円Ｗ２の中心軸部分から最も良好に混合された拡散光が得られるようになるが、あまり開口円Ｗ２の径を小さくすると明るさが減少するために、３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃの発光領域の全てが被覆されている状態に止めればよい。
【００５０】
なお、近年の大出力ＬＥＤでは、発光領域が１ｃｍ２以上の大面積のものも存在するが、このような場合においては、平面視で大出力ＬＥＤの発光領域が部分的に覆われるようにすればよい。このような構成とすると、大出力ＬＥＤの発光領域から直接遮光部材４の開口円Ｗ２部分から外部に照射される光と、遮光部材４によって内部側に反射され、底板部３ａによって反射された後に遮光部材４の開口円Ｗ２部分から外部に照射される光とが混合されて外部に照射されるため、平面視で発光領域が覆われる領域を適宜調製することによって、実質的に開口円Ｗ２の中心軸部分から最も良好に混合された光が照射されるようにすることができる。
【００５１】
なお、ＬＥＤ群２のＬＥＤ素子の個数は、３個に限定されるものでなく、他の個数、例えば２個或いは４個以上であってもよい。４個以上にする場合は、中心をＯとする同心円上に等間隔に、つまり、正ｎ角形を描きその頂点にＬＥＤを配設するのが好ましい。ＬＥＤ群２は、複数個のＬＥＤ素子を所定距離して分散配置できるので、安価なＬＥＤ素子の使用が可能になり、また、その個数を増やしてより開口円Ｗ２の中心軸部分から照射される光の照度を高くすることが可能になる。指向角度θの範囲は、６０°〜８２．２°にすることが好ましいが、図３に示される配光特性図とは異なる配光を持つＬＥＤを用いる場合はこの限りではない。
【００５２】
このＬＥＤ群２の照射光、すなわち開口円Ｗ２の中心軸部分から照射される照射光は、これまでの複数個のＬＥＤ素子を集合して１個にしたＬＥＤに比べて、ＬＥＤ素子の増減が容易で所望の照度が簡単に得られ、しかも、所望の混色光を得ることができる。また、複数個のＬＥＤ素子は、安価な素子を使用して、照度アップができる。
【実施例１】
【００５３】
図５〜図７を参照して、本発明の実施例１に係るＬＥＤ光源装置を説明する。なお、図５は本発明の実施例１に係るＬＥＤ光源装置の斜視図である。図６は図５のＬＥＤ光源装置の分解斜視図である。図７は図５のＬＥＤ光源装置のVII−VII線で切断した断面図である。
【００５４】
実施例１に係るＬＥＤ光源装置１は、図５〜図７に示すように、複数個のそれぞれ異なる波長の光を発するＬＥＤ素子からなるＬＥＤ群２と、このＬＥＤ群２を内部に収容するハウジング３と、このハウジング３内に収容されてＬＥＤ群２からの照射光を所定の範囲で遮光し制限する遮光部材４と、ハウジング３の上方開口部３ｆを塞ぎＬＥＤ群２からの光を外部へ分散させかつ略均一にして外方へ照射させる光学反射板５とを備えている。
【００５５】
ＬＥＤ群２は、複数個、例えば３個のＬＥＤ素子からなり、これらのＬＥＤ素子は図示を省略した配線基板上に所定の距離Ｄ１をあけて所定配列で配設されている。３個のＬＥＤ素子は、ハウジング３の底板部３ａに、中心をＯとし、一辺の長さＤ１の正三角形を描き、この三角形の頂点にそれぞれ配設されている。個々のＬＥＤ素子間の距離Ｄ１は、任意に設定することができるが、ここでは８．９２ｍｍにしてある。
【００５６】
これらＬＥＤ素子は、ハウジング３への装着時にそれらの発光部がハウジング３の底板部３ａから内部へ露出されるようになっている。３個のＬＥＤ素子の発光色は、ここでは色の三原色の赤（Ｒ）、青（Ｂ）、緑（Ｇ）となっている。配線基板は、その具体的構成は図示省略したが、所定の大きさの放熱板の上に絶縁層が積層され、さらに、この絶縁層の上に電極が配線され、この配線にＬＥＤ素子が電気接続されたものとなっている。
【００５７】
なお、ＬＥＤ素子は３個に限定されず、それ以外の個数、２個又は４個以上でもよい。これらはＲＧＢ以外の発光色のものでもよい。４個以上にする場合は、中心をＯとする同心円上に等間隔に、つまり、基板上に正ｎ角形を描き、この頂点に配設するのが好ましい。ＬＥＤ群２は、複数個のＬＥＤ素子を所定距離して分散配設するので、安価なＬＥＤ素子の使用が可能になり、また、その個数を増やしてより照度を高くすることも可能になる。
【００５８】
ハウジング３は、図６に示すように、互いに直交する辺の長さＬ１（例えば１００ｍｍ）が同じで所定の肉厚（１．０ｍｍ）を有する正方形形状の底板部３ａと、この底板部３ａから所定高さＨ１（例えば２０ｍｍ）の垂直に立設した側板部３ｂ〜３ｅと、底板部３ａと対向する領域を開放して開口部３ｆとした浅底扁平の箱状体からなり、合成樹脂材料或いは金属板材などで形成されている。このハウジング３は、内壁面が反射面で形成されている。この反射面は、例えば、内壁面に反射材を塗布或いはハウジング３そのものを反射部材にしたもので形成されている。このような反射部材としては、例えば、超微細発泡光反射部材を使用するのが好ましい。また、ハウジング３は、このような超微細発泡光反射部材を用いそれを折曲加工などで形成することができる。また、底板部３ａ及び側板部３ｂ〜３ｅは，全て同じ材料を用いて又は他の材料を用いて一体成型したものでもよい。
【００５９】
このハウジング３は、底板部３ａの略中央部に３個のＬＥＤ素子の各発光部が露出される貫通孔が形成されている。なお、ハウジング３は、互いに直交する辺の長さを同じにした正方形形状の箱型にしたが、他の形状、例えば長方形形状にしてもよく、６角形状となるようにしてもよい。このハウジング３は、４面の側板部３ｂ〜３ｅを必ずしも必須とするものでなく、ハウジング３を複数個連接するときは、接触する一方又は全部の側板部を省いてもよい。側板部を省くと、連接するハウジング間で光が相互に通過して、連接部が暗くなるのを防止できる。なお、この側板部を省くと機械的強度が低下することがあるので、その場合は側板に代えて支柱となる板片で支持するのが好ましい。なお、底板部の広さ及び側板部の省略は、後述するこのＬＥＤ光源装置を複数個配設して照明装置を作製するときに決められる。
【００６０】
遮光部材４は、図６及び、図７に示すように、ＬＥＤ群２の真上部分（光軸ＡＸ０）を結んだ円よりも小さい大きさの開口部４ｃを設けた板状体からなり、所定の光反射率及び光透過率を有する板材、例えば、超微細発泡光反射部材で形成されている。すなわち、この遮光部材４を形成する板状体は、その表裏面４ａ、４ｂが高反射率を有する反射面で形成されており、中間反射板としての機能を備えている。また、この板状体は、ハウジング３の開口部３ｆと略同じ大きさになっている。
【００６１】
遮光部材４に形成されている貫通孔の開口部４ｃは、上述した開口円Ｗ２の条件を満たす径で形成される。この開口部４ｃは、ＬＥＤ群２からの混合光を照射する開口であるので、以下、光照射開口部４ｃという。
【００６２】
光学反射板５は、図６〜図８に示すように、ハウジング３の開口部３ｆを塞ぎ遮光部材４の光照射開口部４ｃからの放射光を略均一にして外部へ照射させるためのものであり、所定の肉厚（例えば、１．０ｍｍ）を有する薄板反射板、例えば、超微細発泡光反射部材で形成されている。この光学反射板５は、ハウジング３の辺長Ｌ１と同じ長さの辺長を有し、表裏面５ａ、５ｂのうち、少なくとも裏面５ｂが高い光反射率を有する反射面で形成されている。なお、裏面５ｂだけでなく、表面５ａも反射面にするのが好ましい。表面５ａを反射面で形成すると、後述する照明装置において拡散板との間で照射光を多重反射させて広い面積範囲にわたってより均一な照明光を得ることができる。また、表面５ａは光照射面となっている。
【００６３】
この光学反射板５は、遮光部材４の光照射開口部４ｃと対向する範囲の領域を高光反射率でかつ低光透過率とした中央反射部５Ａと、この中央反射部の外周囲から外方へ向かって光反射率が低減する一方で光透過率が大きくなるようにした外方反射部５Ｂとを有している。中央反射部５Ａは、光照射開口部４ｃの開口面積より若干大きくした面積にして、この領域は、光反射率を高く、しかも光透過率を低くして、不快感を生じる強い光、いわゆるグレア（glare）を生じることないように加工されている。
【００６４】
この中央反射部５Ａの反射率及び透過率は、光学反射板５の肉厚を他の外方反射部５Ｂと比べて肉薄とする加工、または、反射板を貫通しない所定形状の溝、例えばＶ字型溝、或いは、超微小の貫通孔を設けるなどの加工を行うことによって設定される。また、高さＨを高くしてハウジング３の高さＨ１に接近させる、例えば、Ｈ１を２０ｍｍにしてＨを１８ｍｍにすると照明面全体の照度が均一でなくなる。このように、Ｈの高さによって照明面全体の照度が均一にできなくなる。そこで、この高さＨをハウジング３の高さＨ１に対して２／３以下、１／４以上にするのが好ましい。
【００６５】
外方反射部５Ｂは、中央反射部５Ａの外周囲から外方へ向かって開口面積を大きくした複数個の貫通孔で形成されている。それぞれの貫通孔は、その開口面積を単位面積当たりに占める開口面積、すなわち所定の開口率にして、所定の規則性を持たせて配列されている（図７参照）。これらの貫通孔は、中央反射部５Ａに近い付近の貫通孔、外周縁付近の貫通孔及びその中間部の貫通孔をそれぞれ５Ｂ１、５Ｂ３及び５Ｂ２とすると、これらの貫通孔付近の開口率の関係は、５Ｂ１＜５Ｂ２＜５Ｂ３となっている。また、規則性は、例えば、直交格子状や六方格子状、或いは同心円状の配列にするのが好ましい。
【００６６】
また、この光学反射板５は、貫通孔５Ｂ１、５Ｂ３及び５Ｂ２からＬＥＤ素子２の直接光によっていわゆるグレアを生じることがあるので、このグレアを防止するために各貫通孔５Ｂ１、５Ｂ３及び５Ｂ２の角度を調節して、直接光を発生させないようにするのが好ましい。この角度調節は、貫通孔をＬＥＤ光軸ＡＸ０に対してそれぞれ適宜の角度となるようにする。なお、この光学反射板５は、外方反射部５Ｂに所定の大きさの貫通孔を形成したが、その他の方法、例えば、透明基板に所定の反射パターンなどを印刷などして形成したものでもよい。
【００６７】
このＬＥＤ光源装置１の組立ては、ハウジング３の底板部３ａの背面に配線基板に固定したＬＥＤ群２を装着して、それぞれのＬＥＤ素子の発光部を底板部３ａに設けた貫通孔を通過させて底板部３ａの面へ露出させる。次いで、遮光部材４をハウジング３内へ底板部から高さＨ離した位置に固定する。これにより、ＬＥＤ群２の真上部分及びこの近傍と遮光部材４の光照射開口部４ｃとが対峙する。その後、ハウジング３の開口部３ｆを光学反射板５で塞ぎ、その開口部縁を利用してこの光学反射板５を固定して、組立てを完了する。
【００６８】
組立てたＬＥＤ光源装置１は、ＬＥＤ群２が点灯されると、遮光部材４の光照射開口部４ｃから、各ＬＥＤ素子からの光が混色された混色光及び遮光部材４とハウジングの底板部３ａとの間で多重反射されて混色された混色光が放射される。光照射開口部４ｃからの放射光は、光学反射板５の中央反射部５Ａに当たり、その一部がこの中央反射部５Ａを通過して外部へ照射され、他の一部が反射され、この反射光がハウジング３の内壁面と光学反射板５の外方反射部５Ｂの背面との間で多重反射を繰り返して、外方反射部５Ｂの貫通孔を通過して外部へ放射される。その結果、光学反射板５の表面５ａから略均一となった面照明光が照射される。
【００６９】
このＬＥＤ光源装置１によれば、複数個のＬＥＤを全て発光させた場合及び任意の２個を発光させた場合には、それぞれのＬＥＤからの光が良好に混合されて遮光部材４の中心軸から光学反射板５の中央反射部５Ａに照射されるようになり、また単一のＬＥＤを発光させた場合には、ＬＥＤからの光が良好に拡散された拡散光となって遮光部材４の中心軸から光学反射板５の中央反射部５Ａに照射されるようになる。これにより、複数個のＬＥＤ素子を集合して１個にしたＬＥＤ素子を用いた場合に比べて、ＬＥＤ素子の増減が容易で所望の照度が簡単に得られ、しかも、所望の混色光を得ることができ、さらに、安価な素子を使用して照度アップができる。なお、このＬＥＤ光源装置１を単独で用いても、照明装置として使用することができるが、光学反射板５の光照射側に適宜拡散板を配置すると、より均一な照度でより良好に混色した光を照射することができる照明装置が得られる。
【実施例２】
【００７０】
次に、図８及び図９を参照して、本発明の実施例２に係るＬＥＤ光源装置を説明する。なお、図８Ａは実施例２のＬＥＤ光源装置において遮光部材として使用した光学キャップの斜視図であり、図８Ｂは図８ＡのVIIIB−VIIIB線で切断した断面図である。図９は光学キャップの他の変形例の斜視図である。
【００７１】
実施例２のＬＥＤ光源装置は、実施例１のＬＥＤ光源装置１の遮光部材４に代えて光学キャップ７Ａを使用した構成に特徴があり、その他の構成部分は実施例１のＬＥＤ光源装置１の場合と同様である。そこで、以下、実施例２のＬＥＤ光源装置の全体構成は図示省略し、実施例１のＬＥＤ光源装置１と共通する構成については同一の参照符号を付与することとしてその詳細な説明は省略して、光学キャップ７Ａの構成を詳述する。
【００７２】
実施例２のＬＥＤ光源装置の遮光部材として作動する光学キャップ７Ａは、ＬＥＤ群２に被せてハウジング３（図５〜図７参照）内に固定した構成となっており、ＬＥＤ群２からの光を内部へ集めて混色して外部へ放射させる機能を備えている。この光学キャップ７Ａは、図８Ａ及び図８Ｂに示したように、ハウジング３の底板部３ａに接する開口部７ａから上方へ向かって垂直に伸びる円筒状部分からなる側壁部７ｃを形成し、その側壁部７ｃの高さＨ'部分から所定角度α（例えば４５°）折曲する状態に延在され、その径を徐々に縮小して円錐台状の側壁部分７ｃ'を形成し、その頂部に開口部７ｂを設けた先すぼまり状態の筒状体で形成されている。この円錐台状の側壁部分７ｃ'の頂部に形成された開口部７ｂが実施例１のＬＥＤ光源装置１の遮光部材４に形成された光照射開口部４ｃに対応する。
【００７３】
この光学キャップ７Ａは、合成樹脂材料或いは金属板材などで形成されており、その高さＨは実施例１のＬＥＤ光源装置１の遮光部材４の高さＨと同様とされている。また、底板部３ａに接する開口部７ａの内径は実施例１のＬＥＤ光源装置１の遮光部材４が開口円Ｗ２、すなわち光照射開口部４ｃの径よりも大きくされ、さらに、頂部に形成された開口部７ｂの径は開口円Ｗ２の径Ｌと同様とされ、すなわちＬＥＤ群２の各ＬＥＤの光軸ＡＸ０が頂部に形成された開口部７ｂに接するようにされている。
【００７４】
光学キャップ７Ａは、底板部３ａに接する開口部７ａに取付け片、例えば、この開口部の開口縁を所定の長さ外方へ延設した片を設けるのが好ましい。この取付け片を設けることにより、ハウジング３の底板部３ａへの固定が容易になる。なお、ＬＥＤ光源装置を大型化しようとすると、複数個の光学キャップ７Ａが必要となるが、このような場合、複数個の光学キャップを所定単位で一体形成したものを使用するのが好ましい。
【００７５】
光学キャップ７Ａをハウジング３内に設置すると、ＬＥＤ群２の３個のＬＥＤ素子からの照射光が光学キャップ７Ａ内で効率よく混合され、開口部７ｂの中心軸側から光学反射板５の中央反射部５Ａに照射することができるようになり、実施例１のＬＥＤ光源装置１と同様の作用効果を奏することができるようになる。
【００７６】
なお、実施例２で用いられた光学キャップ７Ａの変形例として、図９に示したように、ハウジング３の底板部３ａに接する開口部７ａから上方へ向かって、垂直に伸びる円筒状部分からなる側壁部７ｃを省略し、全て円錐台形状の側壁部７ｃ'とした光学キャップ７Ｂを用いてもよい。この場合においても、実施例２のＬＥＤ光源装置と同様の作用効果を奏することができる。なお、実施例２の光学キャップ７Ａの下部に円形の筒状体のものを使用したが、この形状に限定されるものでなく、非円形状のもの、例えば直方体形状の筒状体を使用してもよい。また、実施例２の光学キャップ７Ａの頂部側及びその変形例の高額キャップ７Ｂでは円錐台形状のものを使用したが、これに限らず、角錐台状のものであってもよい。
【実施例３】
【００７７】
次に、図１０を参照して、本発明の実施例３に係るＬＥＤ光源装置を説明する。なお、図１０Ａは実施例３の照明装置の光学反射板を省略して表した平面図であり、図１０Ｂは図１０ＡのＸＢ−ＸＢ線で切断した断面図、図１０Ｃ、図１０Ｄ及び図１０Ｅは本実施例の変形例における図１０ＢでのＸＣで囲まれた部分の拡大図である。
【００７８】
実施例３のＬＥＤ光源装置１Ａは、実施例１のＬＥＤ光源装置１の遮光部材４に代えて傾斜反射板４Ａ１〜４Ａ３を使用した構成に特徴があり、その他の構成部分は実施例１のＬＥＤ光源装置１の場合と同様である。そこで、以下、実施例３のＬＥＤ光源装置１Ａにおいては、光学反射板の構成の図示は省略すると共に、実施例１のＬＥＤ光源装置１と共通する構成については同一の参照符号を付与して説明を省略し、主として傾斜反射板４Ａ１〜４Ａ３について説明する。
【００７９】
実施例３のＬＥＤ光源装置１Ａは、実施例１のＬＥＤ光源装置１の遮光部材４に代えて、ハウジング３の底板部３ａに、ＬＥＤ群２の中心Ｏに対応する中心軸に対して、各ＬＥＤ素子の各々に、各ＬＥＤ素子の外方側が底板部３ａに固定され、ＬＥＤ群２の中心Ｏ側に向かうに従って底板部３ａからの離間距離が大きくなるように折り曲げられた、同一形状で、板状の、両面共に反射性の傾斜反射板４Ａ１〜４Ａ３が取り付けられている。この傾斜反射板４Ａ１〜４Ａ３は、矩形状の合成樹脂材料或いは金属板材を折り曲げすることにより作製すればよいが、矩形状の超微細発泡光反射部材を折り曲げすることによって作製することが好ましい。
【００８０】
そして、傾斜反射板４Ａ１〜４Ａ３は、中心軸側が底板部３ａからの最大離間部分となっており、その最大理間距離は、実施例１のＬＥＤ光源装置１の場合と同様に、所定距離Ｈとなるようにされている。また、傾斜反射板４Ａ１〜４Ａ３のそれぞれの開放端部側の先端は平面視でＬＥＤ群２の中心軸からの距離が一定値となるようにされている。すなわち、傾斜反射板４Ａ１〜４Ａ３の開放端部側の先端は、平面視でＬＥＤ群２の中心軸を中心とした仮想円を描くと、この仮想円は実施例１のＬＥＤ光源装置１の開口円Ｗ２、すなわち光照射開口部４ｃと同様の大きさとなるようになされている。本実施例では傾斜反射板４Ａ１〜４Ａ３は、平板がまっすぐ取り付けられているが、図１０Ｃ、図１０Ｄに示された変形例のように途中で折り曲げられていてもよく、また、図１０Ｅに示された変形例のように曲面で形成されていてもよい。
【００８１】
そして、実施例３のＬＥＤ光源装置１Ａは、図示省略したが、ＬＥＤ群２の上部に、距離Ｈ１だけ離間して、実施例１のＬＥＤ光源装置１で用いられたのと同様の構成の光学反射板５を配置することにより完成される。このような構成としても、実施例１のＬＥＤ光源装置１の場合と同様に、複数個のＬＥＤを全て発光させた場合及び任意の２個を発光させた場合には、それぞれのＬＥＤからの光が良好に混合されて中心軸側から光学反射板５の中央反射部５Ａに照射されるようになり、また単一のＬＥＤを発光させた場合には、ＬＥＤからの光が良好に拡散された拡散光となって中心軸側から光学反射板５の中央反射部５Ａに照射されるようになる
【００８２】
実施例３のＬＥＤ光源装置１Ａにおいても、実施例１のＬＥＤ光源装置１と同様の作用効果を奏する理由は、ＬＥＤ群２を構成する各ＬＥＤ素子の指向性が強いためである。すなわちは、ＬＥＤ群２を構成する各ＬＥＤ素子は、図３に示したように、指向性が強いためにそれぞれの光軸ＡＸ０方向に強い光が放射されるので、この光軸方向の光を底板部３ａ側に反射するようにするのみで、各ＬＥＤ素子から放射された光は、ハウジング３及び光学反射板５のそれぞれの内面によって多重反射され、良好に拡散混合されるためである。この実施例３のＬＥＤ光源装置１Ａによれば、実施例１及び２のものよりも構成が簡単となり，製造が容易で安価に製造できるようになる。
【実施例４】
【００８３】
次に、実施例４として、図１１及び図１２を参照して、上記のＬＥＤ光源装置を用いた照明装置を説明する。なお、図１１は各実施例のＬＥＤ光源装置を用いた照明装置の分解斜視図である。図１２は図１１の照明装置のXII−XII線で切断した断面図である。
【００８４】
実施例４の照明装置１０は、上記の実施例１〜３の何れかに記載のＬＥＤ光源装置（変形例の場合も含む）を複数個用いた照明装置である。すなわち、この照明装置１０は、実施例１〜３のいずれかのＬＥＤ光源装置の複数個をマトリクス状（直交格子状）に配設して、これらＬＥＤ光源装置の光学反射板の上方に所定距離をあけて拡散板１１を配設した構成となっている。
【００８５】
ここで、図１２を用いて、実施例１のＬＥＤ照明光源装置１を複数個用いた照明装置１０の例を説明する。複数個のＬＥＤ光源装置１１１〜１３３は、行方向に３個及び列方向にそれぞれ３個が併設配設されている。なお、符号のＬＥＤ光源装置１１１は、１行１列目の装置、また、ＬＥＤ光源装置１３３は３行３列目の装置を表している。複数個のＬＥＤ光源装置１１１〜１３３は、隣接して併設されるので、ハウジングの底板部及び最外側の側板部並びに光学反射板及び遮光部材を共通にして、内部の側板部が省かれている。すなわち、ハウジングは底板部の面積を広げ、この拡大された底板部の周囲から側板部が立設されている。この照明装置に使用するハウジングをケースということがある。この照明装置１０は、それぞれ実施例１〜３のＬＥＤ光源装置で構成されるので、それぞれのＬＥＤ光源装置の利点をもった大面積で均一な面照明光を得ることができる。
【符号の説明】
【００８６】
１、１１１〜１３３、１Ａ…ＬＥＤ照明光源装置 ２…ＬＥＤ群 ２ａ〜２ｃ…ＬＥＤ素子 ２ａ１〜２ｃ１…照射領域 ３…ハウジング ３ａ…底板部 ３ｂ〜３ｅ…側板部 ３ｆ…上方開口部 ４…遮光部材 ４Ａ１〜４Ａ３…傾斜反射板 ４ｃ…光照射開口部 ５…光学反射板 ５Ａ…中央反射部 ５Ｂ…外方反射部 ５Ｂ１〜５Ｂ３…貫通孔 ５ａ…表面 ５ｂ…裏面 ７Ａ、７Ｂ…光学キャップ ７ａ…（底部に接する）開口部 ７ｂ…（頂部の）開口部 ７ｃ、７ｃ'…側壁部 １０…照明装置 １１…拡散板 Ａｘ０…光軸 Ｗ１…内接円 Ｗ２…開口円
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の発光ダイオード素子が中心軸の周りにそれぞれ所定間隔離間して配設された発光ダイオード群と、
前記発光ダイオード群の光放射側に所定距離Ｈ離して配設され、平面視で前記中心軸を中心として所定の大きさの光照射開口部が形成された遮光部材と、
前記発光ダイオード群が設けられた底板部と、前記底板部の周囲に立設された高さが前記所定距離Ｈよりも高いＨ１の側板部とを有し、前記射光部材を収納しているハウジングと、
前記側板部によって形成された開放端部を覆い、前記遮光部材の前記光照射開口部と対向する領域に高反射率かつ低透過率の中央反射部と、前記中央反射部の周囲から外方へ向かって反射率を徐々に低下かつ透過率を増大した外方反射部とを有する光学反射板とを備えた発光ダイオード光源装置において、
前記光照射開口部は、平面視で前記遮光部材が前記複数個の発光ダイオード素子のそれぞれの発光領域の少なくとも一部分を被覆するように形成されていることを特徴とする発光ダイオード光源装置。
【請求項２】
前記遮光部材は板状体からなり、前記板状体に前記光照射開口部が設けられて、前記板状体が前記所定距離Ｈ離れた位置に支持及び固定されていることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード光源装置。
【請求項３】
前記遮光部材は、内壁面が反射面で形成され、底部の開口が前記発光ダイオード群の外周囲側に位置する共に高さが前記所定距離Ｈよりも小さい筒状部分と、前記筒状部分から延在されて前記筒状部分から離間する方向に向かって径が縮小された錐台形状の筒状体部分と、からなる光学キャップからなり、
前記光学キャップは、総高さが前記所定距離Ｈと等しく、前記錐台形状の筒状体部分の先端が前記光照射開口部となされていることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード光源装置。
【請求項４】
前記遮光部材は、内壁面が反射面で形成され、底部の開口が前記発光ダイオード群の外周囲側に位置する共に前記発光ダイオード群から離れる方向に向かって径が縮小された錐台形状の筒状体からなる光学キャップからなり、
前記光学キャップは、総高さが前記所定距離Ｈと等しく、錐台形状の筒状体の先端の開口が前記光照射開口部となされていることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード光源装置。
【請求項５】
前記遮光部材は、前記ハウジングの底板部に、前記中心軸に対して、前記複数の発光ダイオード素子の各々に、前記発光ダイオード素子の外方側が前記底板部に固定され、前記中心軸に向かうに従って前記底板部からの離間距離が大きくなるように折り曲げられた、同一形状で、板状の、両面共に反射性の傾斜反射板からなり、
前記傾斜反射板は、前記底板部からの最大離間距離が前記所定距離Ｈとなされていることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード光源装置。
【請求項６】
前記所定距離Ｈは、前記高さＨ１の２／３以下に設定されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の発光ダイオード光源装置。
【請求項７】
請求項１から６の何れかに記載の発光ダイオード光源装置と、前記発光ダイオード光源装置の光照射側を覆うように配置された拡散板とを備えることを特徴とする照明装置。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれかに記載の発光ダイオード光源装置の複数個が所定の大きさのケース内に配設され、前記ケースの開口が１枚の拡散板で覆われていることを特徴とする照明装置。
【請求項９】
請求項２に記載の発光ダイオード光源装置の複数個が所定の大きさのケース内に配設され、前記遮光部材の板状体、前記光学反射板及び前記拡散板は、それぞれ１枚の板体で形成されていることを特徴とする照明装置。
【請求項１】
複数個の発光ダイオード素子が中心軸の周りにそれぞれ所定間隔離間して配設された発光ダイオード群と、
前記発光ダイオード群の光放射側に所定距離Ｈ離して配設され、平面視で前記中心軸を中心として所定の大きさの光照射開口部が形成された遮光部材と、
前記発光ダイオード群が設けられた底板部と、前記底板部の周囲に立設された高さが前記所定距離Ｈよりも高いＨ１の側板部とを有し、前記射光部材を収納しているハウジングと、
前記側板部によって形成された開放端部を覆い、前記遮光部材の前記光照射開口部と対向する領域に高反射率かつ低透過率の中央反射部と、前記中央反射部の周囲から外方へ向かって反射率を徐々に低下かつ透過率を増大した外方反射部とを有する光学反射板とを備えた発光ダイオード光源装置において、
前記光照射開口部は、平面視で前記遮光部材が前記複数個の発光ダイオード素子のそれぞれの発光領域の少なくとも一部分を被覆するように形成されていることを特徴とする発光ダイオード光源装置。
【請求項２】
前記遮光部材は板状体からなり、前記板状体に前記光照射開口部が設けられて、前記板状体が前記所定距離Ｈ離れた位置に支持及び固定されていることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード光源装置。
【請求項３】
前記遮光部材は、内壁面が反射面で形成され、底部の開口が前記発光ダイオード群の外周囲側に位置する共に高さが前記所定距離Ｈよりも小さい筒状部分と、前記筒状部分から延在されて前記筒状部分から離間する方向に向かって径が縮小された錐台形状の筒状体部分と、からなる光学キャップからなり、
前記光学キャップは、総高さが前記所定距離Ｈと等しく、前記錐台形状の筒状体部分の先端が前記光照射開口部となされていることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード光源装置。
【請求項４】
前記遮光部材は、内壁面が反射面で形成され、底部の開口が前記発光ダイオード群の外周囲側に位置する共に前記発光ダイオード群から離れる方向に向かって径が縮小された錐台形状の筒状体からなる光学キャップからなり、
前記光学キャップは、総高さが前記所定距離Ｈと等しく、錐台形状の筒状体の先端の開口が前記光照射開口部となされていることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード光源装置。
【請求項５】
前記遮光部材は、前記ハウジングの底板部に、前記中心軸に対して、前記複数の発光ダイオード素子の各々に、前記発光ダイオード素子の外方側が前記底板部に固定され、前記中心軸に向かうに従って前記底板部からの離間距離が大きくなるように折り曲げられた、同一形状で、板状の、両面共に反射性の傾斜反射板からなり、
前記傾斜反射板は、前記底板部からの最大離間距離が前記所定距離Ｈとなされていることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード光源装置。
【請求項６】
前記所定距離Ｈは、前記高さＨ１の２／３以下に設定されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の発光ダイオード光源装置。
【請求項７】
請求項１から６の何れかに記載の発光ダイオード光源装置と、前記発光ダイオード光源装置の光照射側を覆うように配置された拡散板とを備えることを特徴とする照明装置。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれかに記載の発光ダイオード光源装置の複数個が所定の大きさのケース内に配設され、前記ケースの開口が１枚の拡散板で覆われていることを特徴とする照明装置。
【請求項９】
請求項２に記載の発光ダイオード光源装置の複数個が所定の大きさのケース内に配設され、前記遮光部材の板状体、前記光学反射板及び前記拡散板は、それぞれ１枚の板体で形成されていることを特徴とする照明装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
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【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−１５０９２６（Ｐ２０１２−１５０９２６Ａ）
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７２８０（Ｐ２０１１−７２８０）
【出願日】平成２３年１月１７日（２０１１．１．１７）
【出願人】（５００４２０４７６）株式会社オプトデザイン (48)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１７日（２０１１．１．１７）
【出願人】（５００４２０４７６）株式会社オプトデザイン (48)
【Ｆターム（参考）】
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