JP2017118101A - Ｌｅｄ発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光時の混色が良好であり、かつ非発光時の外観も均一な色に見えるＬＥＤ発光装置を提供する。【解決手段】ＬＥＤ発光装置（１）は、基板（１１）と、基板上に配置されたＬＥＤ光源（２０）と、基板上のＬＥＤ光源の側方に配置された反射枠（１２Ａ，１２Ｂ）とを備え、ＬＥＤ光源は、基板上に配置され、側方の反射枠に向けて光を出力する側面放射型ＬＥＤ素子（３０）と、側面放射型ＬＥＤ素子の上部に、側面放射型ＬＥＤ素子からの出射光の少なくとも一部を遮らないように側面放射型ＬＥＤ素子を跨いで基板上に配置され、側面放射型ＬＥＤ素子とは異なる色の光を上方に出力する上部ＬＥＤ素子（４０）とを有し、反射枠は、側面放射型ＬＥＤ素子から出力された光を上方に反射するように配置される。【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤ素子を有する発光装置に関し、特に異なる色で発光する複数のＬＥＤ素子を有するＬＥＤ発光装置に関する。

半導体素子であるＬＥＤ素子は、長寿命で優れた駆動特性を有し、さらに小型で発光効率が良く鮮やかな発光色を有することから、近年照明等に広く利用されるようになっている。

さらに、携帯端末に、カメラのフラッシュ撮影用の光源としてＬＥＤ素子を使用した発光装置が搭載されるようになっている。フラッシュ撮影用発光装置は、カメラの撮像素子の分光感度も含めて、白色の物体が白色に撮像されるような分光特性を有することが望ましい。そこで、フラッシュ撮影用のＬＥＤ発光装置は、複数の色味の異なるＬＥＤ光源、例えば、白色（Ｗｈｉｔｅ）のＬＥＤ光源とアンバ（Ａｍｂｅｒ）のＬＥＤ光源を組み合わせて、所望の分光特性が得られるようにしている。

例えば、特許文献１には、ＬＥＤチップを実装するためのマウント部を有するパッケージ本体と、マウント部上に実装された複数のＬＥＤチップとを含み、パッケージ本体は上部に形成された反射コップを有し、マウント部は反射コップの底部上に配置され、マウント部の上面は非平面で、マウント部は上に膨らんだ断面構造を有し、少なくとも２個の隣り合うＬＥＤチップの間ではチップ側面が相異なる方向に向いているＬＥＤパッケージが記載されている。

特許文献２には、平坦な材料の基板と、基板上に配置された第１および第２の導体と、基板の表面上に位置決めされ、かつ導体に接合された裸の発光ダイオードと、ダイオードが位置決めされた基板の表面に設けられている反射面と、ダイオードで発生された光および面で反射された光を増強するように発光ダイオードから発する光を集束するダイオードの上に位置決めされた全反射（ＴＩＲ）レンズとを備える発光ダイオードアセンブリが記載されている。

特開２００７−２９４９６２号公報 特開平９−２７６４１号公報

例えば、色味の異なる２個のＬＥＤ素子を有するＬＥＤ発光装置では、ＬＥＤ素子の取付面が平面の場合も、断面が台形状であるマウント部にＬＥＤ素子が取り付けられる場合でも、２個のＬＥＤ素子からの光は、ＬＥＤ素子を取り囲むように配置された反射枠（反射コップ）の反対側の反射面でそれぞれ反射され、直接外部（前面）に出射される。そのため、２個のＬＥＤ素子からの光が十分に混色せず、光が照射される面のそれぞれの側で、一方のＬＥＤ素子からの出射光の色味が強くなる。言い換えれば、異なる２個のＬＥＤ素子の色味がそのまま表れるという問題があった。

また、このようなＬＥＤ発光装置では、発光していない時には、ＬＥＤ素子の上に配置されたレンズを通してＬＥＤ素子が見えるが、２個のＬＥＤ素子には異なる色の蛍光体が設けられているので、ＬＥＤ発光装置内に２つの色の異なる部分が見え、外観上の問題があった。

本発明は、上述した問題点を解消し、発光時の混色が良好であり、かつ非発光時の外観も均一な色に見えるＬＥＤ発光装置を提供することを目的とする。

基板と、基板上に配置されたＬＥＤ光源と、基板上のＬＥＤ光源の側方に配置された反射枠とを備え、ＬＥＤ光源は、基板上に配置され、側方の反射枠に向けて光を出力する側面放射型ＬＥＤ素子と、側面放射型ＬＥＤ素子の上部に、側面放射型ＬＥＤ素子からの出射光の少なくとも一部を遮らないように、側面放射型ＬＥＤ素子を跨いで基板上に配置され、側面放射型ＬＥＤ素子とは異なる色の光を上方に出力する上部ＬＥＤ素子とを有し、反射枠は、側面放射型ＬＥＤ素子から出力された光を上方に反射するように配置されることを特徴とするＬＥＤ発光装置が提供される。

ＬＥＤ発光装置は、ＬＥＤ光源および反射枠の上部に配置されたレンズをさらに備え、上部ＬＥＤ素子はレンズに向けて光を出力し、反射枠は、側面放射型ＬＥＤ素子から出力された光をレンズ側に反射することが好ましい。

側面放射型ＬＥＤ素子は、ＬＥＤ部の封止樹脂の上面に配置された反射層を有することが好ましい。

上部ＬＥＤ素子は、基板上の側面放射型ＬＥＤ素子の両側に位置する脚部と、脚部に支持された発光部と、発光部を封止する封止樹脂とを有することが好ましい。

さらに、上部ＬＥＤ素子は、２つの脚部を有し、側面放射型ＬＥＤ素子から側方に出射された１８０度異なる２方向に向かう光が反射枠により反射するか、上部ＬＥＤ素子は、４つの脚部を有し、側面放射型ＬＥＤ素子から側方に出射された互いに９０度異なる４方向に向かう光が反射枠により反射することが好ましい。

また、レンズは、側面放射型ＬＥＤ素子および上部ＬＥＤ素子に近い側に、上部ＬＥＤ素子から斜め上方に出射されレンズに入射する光を屈折させる第１の複数の傾斜面と、第１の複数の傾斜面による屈折光を全反射させるとともに、側面放射型ＬＥＤ素子から出射され反射枠により反射してレンズに入射する光を屈折させる第２の複数の傾斜面とで構成される凹凸形状を有することが好ましい。

さらに、レンズは、側面放射型ＬＥＤ素子および上部ＬＥＤ素子とは反対側に、側面放射型ＬＥＤ素子および上部ＬＥＤ素子からの入射光を屈折させてレンズの斜め上方に出射させる複数の水平面と、入射光を屈折させてレンズの鉛直上方に出射させる第３の複数の傾斜面とで構成される第２の凹凸形状をさらに有することが好ましい。

上記のＬＥＤ発光装置によれば、発光時の混色が良好であり、かつ非発光時の外観も均一な色に見える。

ＬＥＤ発光装置１の斜視図である。 ＬＥＤ発光装置１の投影図である。 側面放射型ＬＥＤ素子３０の投影図である。 側面放射型ＬＥＤ素子３０の製造工程を示す図である。 上部ＬＥＤ素子４０の投影図である。 側面放射型ＬＥＤ素子３０とその上に配置された上部ＬＥＤ素子４０とを含むＬＥＤ光源部２０の投影図である。 ＬＥＤ光源部２１の斜視図である。 ＬＥＤ発光装置２の斜視図である。 ＬＥＤ発光装置２の破断斜視図である。 レンズ部材５０の部分拡大断面図である。 ＬＥＤ発光装置３の斜視図である。 ＬＥＤ発光装置３の破断斜視図である。 レンズ部材５０’’の部分拡大断面図である。 ＬＥＤ発光装置４の斜視図である。

以下、図面を参照しつつ、ＬＥＤ発光装置およびその製造方法について説明する。ただし、本発明は図面または以下に記載される実施形態には限定されないことを理解されたい。なお、図面においては、発明の説明を容易にするために、寸法比は実際のものと同じでないことに留意されたい。

図１は、ＬＥＤ発光装置１の斜視図である。図２は、ＬＥＤ発光装置１の投影図であり、（Ａ）が上面図であり、（Ｂ）が側面図である。

ＬＥＤ発光装置１は、基板１１と、反射部材１２Ａおよび１２Ｂと、レンズ部材１３と、ＬＥＤ光源部２０とを有する。ＬＥＤ発光装置１は、例えば、携帯電話のフラッシュ撮影用のＬＥＤ光源、または照明用のＬＥＤ光源等に利用可能な発光装置である。以下の説明では、基板１１に対してレンズ部材１３の位置する側（ＬＥＤ光源部２０から見て基板１０とは反対側）を上方、基板１１の表面でＬＥＤ光源部２０に対して反射部材１２Ａおよび１２Ｂの位置する側を側方と称する。

基板１１は、表面および裏面に電極および配線パターンが形成された絶縁体基板であり、例えばセラミック製またはガラスエポキシ製の基板である。反射部材１２Ａおよび１２Ｂは、断面が台形の部材であり、ＬＥＤ光源部２０を挟んで斜面同士が対向するように基板１１上に配置されて、反射枠を構成する。反射部材１２Ａおよび１２Ｂの対向する斜面は、ＬＥＤ光源部２０から側方に出射される光を上方に向けて反射する高反射率の面である。反射部材１２Ａおよび１２Ｂは、アルミ等の高反射率の材料で作られるか、樹脂で作られ、斜面部分に銀等の金属を蒸着する反射処理等が施される。

レンズ部材１３は、透明な材料で作られ、上側の面または下側の面または両面が例えば球面状のレンズ表面１４になっており、レンズとして機能する。なお、球面レンズではなく、フレネルレンズを使用することも可能である。ＬＥＤ光源部２０は、側面放射型ＬＥＤ素子３０と、上部ＬＥＤ素子４０とを有する。

図３は、側面放射型ＬＥＤ素子３０の投影図であり、上面図、裏面図、２つの側面図および３つの断面図を示す。側面放射型ＬＥＤ素子３０は、電極３１Ａおよび３１Ｂと、絶縁部３２と、ＬＥＤ３３と、樹脂枠３４と、白色樹脂層３５とを有する。

電極３１Ａおよび３１Ｂは、側面放射型ＬＥＤ素子３０を基板１１に電気的に接続するための電極である。絶縁部３２は、電極３１Ａと電極３１Ｂに挟まれた直線状の部材であり、電極３１Ａと電極３１Ｂとを絶縁する。

ＬＥＤ３３は、絶縁部３２を跨ぐように電極３１Ａと電極３１Ｂの上に実装されている。樹脂枠３４は、電極３１Ａ、電極３１Ｂおよび絶縁部３２の上面においてＬＥＤ３３を取り囲むように形成された矩形の枠状の部材であり、ＬＥＤ３３からの出射光の波長を変換する蛍光体を含有する。樹脂枠３４は、側面放射型ＬＥＤ素子３０の対向する２つの側面において露出し、樹脂枠３４の他の側面および上面は、白色樹脂層３５によって覆われている。白色樹脂層３５は、側面放射型ＬＥＤ素子３０の上面と、樹脂枠３４が露出していない２つの側面を覆うように形成されている。

側面放射型ＬＥＤ素子３０では、ＬＥＤ３３で生成された光の大部分は、白色樹脂層３５で反射されて蛍光体入りの樹脂枠３４を通り、蛍光体により所定の色（波長）の光に変換され、樹脂枠３４が露出している２つの側面から出射される。このように、側面放射型ＬＥＤ素子３０は、側方の逆の２方向に大部分の光を出射する。ＬＥＤ３３の発光波長および樹脂枠３４に混入される蛍光体は、例えば、側面放射型ＬＥＤ素子３０がアンバ色の光を出力（出射）するように選択される。

図４は、側面放射型ＬＥＤ素子３０の製造工程を示す図であり、各工程における断面図および上面図を示す。図４を参照して、側面放射型ＬＥＤ素子３０の製造工程について説明する。

最初に、図４の（Ａ）に示すように、ＬＥＤ３３を載置した実装基板を用意する。実装基板は、載置されるＬＥＤ３３に電気的に接続される２つの電極３１Ａおよび３１Ｂと、その間を絶縁する絶縁部３２とを有する平板である。次に、図４の（Ｂ）に示すように、実装基板上のＬＥＤ３３の周囲に、蛍光体入りの樹脂を塗布し、実装基板と同じ幅になるようにＬＥＤ３３の周囲に樹脂枠３４を形成する。さらに、図４の（Ｃ）に示すように、ＬＥＤ３３および樹脂枠３４の上に白色樹脂層３５を形成する。

続いて、図４の（Ｄ）に示すように、ＬＥＤ３３の２つの対向する辺（２組のうちのどちらか一方）に沿って、ハーフ・ダイシングにより樹脂枠３４および白色樹脂層３５の一部を除去する。この時、加工の関係で、その２辺における樹脂枠３４が若干残ってもよい。さらに、図４の（Ｅ）に示すように、除去された樹脂枠３４の部分に白色樹脂層３５を形成する。この時追加される白色樹脂は元の白色樹脂層３５と一体になり、コの字型の白色樹脂層３５が形成される。以上のようにして、図３に示す側面放射型ＬＥＤ素子３０が作られる。

図５は、上部ＬＥＤ素子４０の投影図であり、上面図、裏面図、２つの側面図および３つの断面図を示す。上部ＬＥＤ素子４０は、電極４１Ａおよび４１Ｂと、絶縁部４２と、ＬＥＤ４３と、白色樹脂層４４と、樹脂層４５とを有する。

電極４１Ａおよび４１Ｂは、上部ＬＥＤ素子４０を基板１１に電気的に接続するための電極である。絶縁部４２は、電極４１Ａと電極４１Ｂに挟まれた直線状の部材であり、電極４１Ａと電極４１Ｂとを絶縁する。電極４１Ａおよび４１Ｂは、上部ＬＥＤ素子４０の２つの脚部に相当する。また、電極４１Ａ、電極４１Ｂおよび絶縁部４２は、ＬＥＤ４３の実装基板に相当し、対向する２つの側面が開口したコの字型の脚部を構成する。

ＬＥＤ４３は、絶縁部４２を跨ぐように電極４１Ａと電極４１Ｂの上に実装されている。白色樹脂層４４は、ＬＥＤ４３の四方の側面を覆い尽くすように、電極４１Ａ、電極４１Ｂおよび絶縁部４２の上面におけるＬＥＤ４３以外の領域に形成されている。樹脂層４５は、ＬＥＤ４３の上面を覆う平板状の部材であり、ＬＥＤ４３からの出射光の波長を変換する蛍光体を含有する。上部ＬＥＤ素子４０では、白色樹脂層４４と樹脂層４５の上面が同一平面になるように、両者の厚さが調整されている。

上部ＬＥＤ素子４０では、ＬＥＤ４３の四方が反射性の白色樹脂層３５で覆われているため、ＬＥＤ４３で生成された光の大部分は、蛍光体入りの樹脂層４５を通り、蛍光体により所定の色（波長）の光に変換され、樹脂層４５の上面から出射される。このように、上部ＬＥＤ素子４０は、大部分の光を上方に出射する。ＬＥＤ４３の発光波長および樹脂層４５に混入される蛍光体は、例えば、上部ＬＥＤ素子４０が白色の光を出力（出射）するように選択される。

上部ＬＥＤ素子４０の製造時には、まず、ＬＥＤ４３の実装基板を製作する。このような実装基板は、例えば、電極４１Ａおよび４１Ｂと絶縁部４２からなる厚い基板を中央の下部を除くように加工するか、電極４１Ａおよび４１Ｂと絶縁部４２からなる薄い基板に、電極４１Ａおよび４１Ｂの脚部に相当する直方体を接続して製作される。次に、上記のような実装基板に、ＬＥＤ４３を電極４１Ａおよび４１Ｂと電気的に接続するように載置し、実装基板上のＬＥＤ４３の周囲およびＬＥＤ４３を薄く覆う厚さで白色樹脂層４４を形成する。そして、ＬＥＤ４３の上面の白色樹脂層４４をハーフ・ダイシングにより除去し、除去した部分に蛍光体入りの樹脂層４５を形成する。以上のようにして、図５に示す上部ＬＥＤ素子４０が作られる。

図６は、側面放射型ＬＥＤ素子３０とその上部に配置された上部ＬＥＤ素子４０とを含むＬＥＤ光源部２０の投影図であり、上面図、裏面図、および２つの側面図を示す。側面放射型ＬＥＤ素子３０は、図１、図２および図６に示すように、上部ＬＥＤ素子４０の電極４１Ａおよび４１Ｂが形成するコの字型の空間に入るように配置される。具体的には、側面放射型ＬＥＤ素子３０は、電極３１Ａおよび３１Ｂが基板１１上の対応する電極に接続されるように固定される。次に、上部ＬＥＤ素子４０は、側面放射型ＬＥＤ素子３０を跨ぐように、電極４１Ａおよび４１Ｂが基板１１上の対応する電極に接続されるように固定される。言い換えれば、上部ＬＥＤ素子４０は、側面放射型ＬＥＤ素子を跨ぐように配置される。

図２の（Ｂ）に示すように、上部ＬＥＤ素子４０から上方に出射された光は、そのままレンズ部材１３に向かい、側面放射型ＬＥＤ素子３０から側方に出射された光は、反射部材１２Ａおよび１２Ｂの斜面で反射されて上方のレンズ部材１３に向かう。側面放射型ＬＥＤ素子３０から側方の２方向に出射された光は、反射枠の反対側の面でそれぞれ反射されてレンズ表面１４から出るので、左右対称な光分布で出射する。上部ＬＥＤ素子４０からの光も上方に向けて均等に出射する。このように、側面放射型ＬＥＤ素子３０から光と上部ＬＥＤ素子４０からの光は、それぞれ均等な光分布で出射するので、照射面において均等な光分布、すなわち良好な混色になる。

さらに、非発光時にレンズ表面１４を介してＬＥＤ光源部２０を見ると、中心に上部ＬＥＤ素子４０の蛍光体入りの樹脂層４５が見え、その両側に近接して側面放射型ＬＥＤ素子の両側面の蛍光体入りの樹脂枠３４の露出部分が見える。樹脂層４５と樹脂枠３４の非発光時の色は、蛍光体の種類が異なるので異なる色に見えるが、互いに近接して見える上、同じ色の２つの部分（樹脂枠３４の露出部分）の間に異なる色の部分（樹脂層４５）が見えるため、ほぼ均一に見える。これにより、ＬＥＤ発光装置の外観が改善される。

ＬＥＤ光源部２０では、側面放射型ＬＥＤ素子３０は、側方の逆の２方向に光を出射したが、それ以上の数の方向に光を出射してもよい。次に説明するＬＥＤ光源部２１の側面放射型ＬＥＤ素子３０は、９０度ずつ異なる４方向に光を出射する。

図７は、ＬＥＤ光源部２１の斜視図である。図７では、ＬＥＤ光源部２０と同じ部分には同じ参照符号を付している。ＬＥＤ光源部２１は、上部ＬＥＤ素子４０の脚部の形状と側面放射型ＬＥＤ素子３０の光の出射方向がＬＥＤ光源部２０とは異なるが、それ以外の点ではＬＥＤ光源部２０と同じ構成を有する。

上部ＬＥＤ素子４０は、図７に示す脚部４１ＡＡ，４１ＡＢおよび４１ＢＡならびに図示しないもう１本の脚部を有する。すなわち、上部ＬＥＤ素子４０の脚部は、コの字型ではなく４脚である。したがって、上部ＬＥＤ素子４０の脚部は、側面放射型ＬＥＤ素子３０から側方の全方位に出射された光のうち、互いに９０度異なる４つの方向に向かう光を通過させる。上部ＬＥＤ素子４０の作成方法は、ＬＥＤ光源部２０と同じであり、脚部の形状を変更するだけである。

側面放射型ＬＥＤ素子３０は、側方の２方向でなく全方向に光を出射する。このような側面放射型ＬＥＤ素子３０を作成するには、例えば、図４の（Ｄ）および（Ｅ）の工程を行わず、ＬＥＤ３３の周囲の樹脂枠３４をそのまま残せばよい。

ＬＥＤ光源部２１を使用するＬＥＤ発光装置では、例えば、反射部材１２Ａおよび１２Ｂと同様の４つの反射部材が、互いに９０度異なる４方向に設けられる。この場合、反射部材を四角錐体の一部として一体に形成し、その傾斜面を反射面としてもよい。また、反射部材を円錐体の一部として形成してもよい。

ＬＥＤ光源部２１を使用するＬＥＤ発光装置では、上部ＬＥＤ素子４０から上方に出射された光は、ＬＥＤ発光装置１と同様にレンズ部材１３に向かい、側面放射型ＬＥＤ素子３０からは、側方の４方向に出射された光が反射部材の反射面でそれぞれ反射されてレンズ部材１３に向かう。このため、出射される光の分布がより一層均質になり、照射面における光分布、すなわち混色が一層改善される。ＬＥＤ発光装置の外観の改善についても、ＬＥＤ発光装置１の場合と同様である。

図８は、ＬＥＤ発光装置２の斜視図である。図９は、ＬＥＤ発光装置２の破断斜視図である。ＬＥＤ発光装置２は、基板１１と、反射部材１２と、ＬＥＤ光源部２０と、レンズ部材５０とを有する。このうち、基板１１とＬＥＤ光源部２０は、ＬＥＤ発光装置１のものと同じである。ＬＥＤ発光装置２のＬＥＤ光源部２０も、上記した側面放射型ＬＥＤ素子３０と上部ＬＥＤ素子４０の２種類で構成される。また、ＬＥＤ発光装置２では、上記した反射部材１２Ａおよび１２Ｂと同様の反射面を有する反射部材（反射枠）１２が、ＬＥＤ光源部２０の周囲全体を取り囲むように配置され、反射部材１２とＬＥＤ光源部２０の上に、レンズ部材５０が配置される。

レンズ部材５０は、縦横の長さが基板１１と同じ平板状の基台部５１と、基台部５１よりも水平方向の大きさが小さく、基台部５１の中央に中心を合わせて配置された円形部５２とを有する。基台部５１と円形部５２は一体に形成されている。また、レンズ部材５０は、ＬＥＤ光源部２０からの光の入射面である基台部５１の下面側（側面放射型ＬＥＤ素子３０および上部ＬＥＤ素子４０に近い側）に、同心円状の凹凸形状５３を有するフレネルレンズである。

図１０は、レンズ部材５０の部分拡大断面図である。図１０に示すレンズ部材５０の上側は円形部５２の上面に、下側は基台部５１の下面に、それぞれ相当する。また、図１０では、左側がＬＥＤ発光装置２の中央部（上部ＬＥＤ素子４０の直上）に近く、右側がＬＥＤ発光装置２の外周部（反射部材１２の直上）に近い。

レンズ部材５０の凹凸形状５３は、交互に形成された複数の傾斜面６１および６２で構成される。一方、レンズ部材５０の上面は、水平面６５である。傾斜面６１は、第１の複数の傾斜面の一例であり、上部ＬＥＤ素子４０からの光が入射できるように、レンズ部材５０の下側に向かうほどＬＥＤ発光装置２の中央側から外周側に傾斜している。傾斜面６１は、上部ＬＥＤ素子４０から斜め上方に出射されレンズ部材５０に入射する光を屈折させる。また、傾斜面６２は、第２の複数の傾斜面の一例であり、側面放射型ＬＥＤ素子３０からの光が入射できるように、レンズ部材５０の下側に向かうほどＬＥＤ発光装置２の外周側から中央側（すなわち、傾斜面６１とは反対側）に傾斜している。傾斜面６２は、傾斜面６１による屈折光を全反射させるとともに、側面放射型ＬＥＤ素子３０から出射され反射部材１２により反射してレンズ部材５０に入射する光を屈折させる。

例えば、図１０に示す光線Ｌ１およびＬ２は、上部ＬＥＤ素子４０から傾斜面６１でレンズ部材５０に直接入射するとともに屈折し、傾斜面６２で全反射してレンズ部材５０の内部を伝播し、上側の水平面６５で再び屈折して、レンズ部材５０から斜め上方へ出射される。また、光線Ｌ３およびＬ４は、側面放射型ＬＥＤ素子３０から出射され、反射部材１２で反射して、傾斜面６２でレンズ部材５０に入射するとともに屈折し、レンズ部材５０の内部を伝播した後、上側の水平面６５で再び屈折して、レンズ部材５０から斜め上方へ出射される。

このように、レンズ部材５０の入射面は、上部ＬＥＤ素子４０からの光が入射する傾斜面６１と、側面放射型ＬＥＤ素子３０からの光が入射する傾斜面６２とを有する。レンズ部材５０の入射面をフレネル形状とすることにより、ＬＥＤ発光装置２は、１つのレンズ部材５０を、側面放射型ＬＥＤ素子３０と上部ＬＥＤ素子４０の両方に対応した屈折レンズ兼ＴＩＲレンズとして使用する。

レンズ部材５０の出射面は平坦な水平面６５であるため、レンズ部材５０からの出射光は斜め上方に広がる。例えば、フラッシュ撮影用の光源では、正面だけでなく、その外周部も明るく照射できることが求められる。ＬＥＤ発光装置２では、レンズ部材５０を通した出射光が斜め上方にも広がるため、こうしたフラッシュ撮影用のＬＥＤ光源としての使用にも適している。

図１１は、ＬＥＤ発光装置３の斜視図である。図１２は、ＬＥＤ発光装置３の破断斜視図である。レンズ部材の凹凸形状以外の点では、ＬＥＤ発光装置３の構成は、ＬＥＤ発光装置２のものと同じである。

ＬＥＤ発光装置３のレンズ部材５０’は、ＬＥＤ発光装置２のレンズ部材５０と同様に下面側に凹凸形状５３’を有するが、凹凸形状５３’は、同心円状ではなく、基板１１の１辺に平行な直線状に形成されている。すなわち、レンズ部材５０’は、ＬＥＤ光源部２０からの光の入射面である基台部５１の下面側に、直線状の凹凸形状５３’を有するリニアフレネルレンズである。レンズ部材５０’は、凹凸形状が同心円状か直線状かという違いを除けば、その断面は図１０に示したレンズ部材５０のものと同様である。凹凸形状５３’も、図１０に示した傾斜面６１および６２と同様の傾斜面により構成される。また、ＬＥＤ光源部２０からの光の経路も、図１０について説明したものと同様である。レンズ部材５０’のように、凹凸形状は同心円状のものに限らず、直線状であってもよい。

図１３は、レンズ部材５０’’の部分拡大断面図である。レンズ部材５０’’は、側面放射型ＬＥＤ素子３０および上部ＬＥＤ素子４０に近い下面側に同心円状の凹凸形状５３を、側面放射型ＬＥＤ素子３０および上部ＬＥＤ素子４０とは反対の上面側に同心円状の凹凸形状５４を、それぞれ有するフレネルレンズである。上記のレンズ部材５０および５０’は下面側にのみ凹凸形状を有しているが、ＬＥＤ発光装置のレンズ部材は、レンズ部材５０’’のように、上面側と下面側の両方に凹凸形状を有してもよい。なお、図１３でも、図１０と同様に、左側がＬＥＤ発光装置の中央部（上部ＬＥＤ素子４０の直上）に近く、右側がＬＥＤ発光装置の外周部（反射部材１２の直上）に近い。

凹凸形状５３は、レンズ部材５０のものと同じであり、交互に形成された複数の傾斜面６１および６２で構成される。また、凹凸形状５４は、第２の凹凸形状の一例であり、傾斜面６３、傾斜面６４および水平面６５の繰り返しで構成される。傾斜面６３は、第３の複数の傾斜面の一例であり、レンズ部材５０’’の下側に向かうほどＬＥＤ発光装置の中央側から外周側に傾斜している。傾斜面６４は、第３の複数の傾斜面の一例であり、レンズ部材５０’’の下側に向かうほどＬＥＤ発光装置の外周側から中央側（すなわち、傾斜面６３とは反対側）に傾斜している。傾斜面６３および６４は、側面放射型ＬＥＤ素子３０および上部ＬＥＤ素子４０から入射しレンズ部材５０の内部を伝播した光を屈折させて、レンズ部材５０’’の鉛直上方に出射させる。水平面６６は、レンズ部材５０’’に入射しその内部を伝播した光を屈折させて、レンズ部材５０’’の斜め上方に出射させる。

例えば、図１３に示す光線Ｌ１は、上部ＬＥＤ素子４０から傾斜面６１でレンズ部材５０’’に直接入射するとともに屈折し、傾斜面６２で全反射してレンズ部材５０’’の内部を伝播し、上側の傾斜面６３で再び屈折して、レンズ部材５０’’の鉛直上方に出射される。また、光線Ｌ３は、側面放射型ＬＥＤ素子３０から出射され、反射部材１２で反射して、傾斜面６２でレンズ部材５０’’に入射するとともに屈折し、レンズ部材５０’’の内部を伝播した後、上側の傾斜面６４で再び屈折して、レンズ部材５０’’の鉛直上方に出射される。

一方、図１３に示す光線Ｌ２は、光線Ｌ１と同様に上部ＬＥＤ素子４０から傾斜面６１でレンズ部材５０’’に入射し、傾斜面６２で全反射するが、その後、上側の水平面６６で再び屈折して、レンズ部材５０’’から斜め上方へ出射される。また、光線Ｌ４は、光線Ｌ２と同様に側面放射型ＬＥＤ素子３０から出射され、反射部材１２で反射し、傾斜面６２でレンズ部材５０’’に入射するが、その後、上側の水平面６６で再び屈折して、レンズ部材５０’’から斜め上方へ出射される。

レンズ部材５０’’は、出射面に凹凸形状５４を有するため、出射光を鉛直上方に向かうものと斜め上方に向かうものに分けることができる。したがって、レンズ部材５０’’を用いたＬＥＤ発光装置では、正面とその外周部の両方を明るく照射することができる。凹凸形状５４の形状を調整することにより、所望の方向に光を出射させることが可能である。

図１３において、鉛直方向を角度の基準（０度）とし、図の右側に傾斜した場合の角度を正の値とし、図の左側に傾斜した場合の角度を負の値とする。角度の値をこのように定義すると、一例として、図１３に示したレンズ部材５０’’では、傾斜面６１〜６４は、それぞれ、−２０度、＋４５度、−５８度、＋５８度の大きさを有する。すなわち、傾斜面６１と傾斜面６２では、傾斜面６２の方が鉛直方向に対する角度の絶対値が大きく、傾斜が緩やかである。また、傾斜面６３と傾斜面６４の傾斜の大きさは同じである。

レンズ部材５０’’を用いたＬＥＤ発光装置では、光が所望の方向に出射されるように反射部材１２の反射面の角度が調整される。例えば、レンズ部材５０’’から０度と±３７．５度の方向に出射される光が必要であるとする。この場合、上部ＬＥＤ素子４０からの光線Ｌ１およびＬ２が４５度で傾斜面６１に入射し、側面放射型ＬＥＤ素子３０から出射され反射部材１２で反射した光線Ｌ３およびＬ４が−１１度で傾斜面６２に入射し、各光線がレンズ部材５０’’内を±２３．７度で伝播すればよい。そこで、光線Ｌ３およびＬ４が−１１度でレンズ部材５０’’に入射するように、反射部材１２の反射面の角度が調整される。すなわち、上部ＬＥＤ素子４０から入射するＴＩＲ光と、側面放射型ＬＥＤ素子３０から入射する屈折光とが、レンズ部材５０’’内で鉛直方向（法線方向）に対して同じ大きさの角度だけ傾いた方向に伝播するように、屈折光の入射角度が調整される。

ＬＥＤ発光装置２および３、ならびにレンズ部材５０’’を用いたＬＥＤ発光装置でも、ＬＥＤ発光装置１と同様に、出射光の分布が均質になり発光時の混色が改善され、かつ非発光時の外観も均一な色に見えるという効果がある。また、上部ＬＥＤ素子４０が側面放射型ＬＥＤ素子３０を跨いで配置されているため、２つの素子を有していても、これらを水平方向に並べて配置した場合と比べて、発光領域の大きさが小さくなるという効果もある。

図１４は、ＬＥＤ発光装置４の斜視図である。ＬＥＤ発光装置４は、今まで説明してきたＬＥＤ発光装置とは異なりレンズ部材を有していないが、それ以外の点では、ＬＥＤ発光装置１と同じ構成を有する。ＬＥＤ発光装置４のように、ＬＥＤ発光装置は必ずしもレンズ部材を有していなくてもよい。ＬＥＤ発光装置４では、上部ＬＥＤ素子４０からの光は、そのまま上方に向かい、均等に出射する。また、側面放射型ＬＥＤ素子３０からの光は、反射部材１２Ａおよび１２Ｂの斜面で反射されて上方に向かい、左右対称な光分布で出射する。ＬＥＤ発光装置４でも、反射部材１２Ａおよび１２ＢならびにＬＥＤ光源部２０の構成がＬＥＤ発光装置１のものと同じであるため、ＬＥＤ発光装置１と同様に、照射面において均等な光分布、すなわち良好な混色になる。また、ＬＥＤ発光装置４の外観の改善についても、ＬＥＤ発光装置１の場合と同様である。

以上、本発明の実施形態を説明したが、各種の変形例があり得るのは言うまでもない。例えば、図７のＬＥＤ光源部２１における側面放射型ＬＥＤ素子３０では、側面の全周にわたって樹脂枠３４を露出させるのではなく、４つの角部に白色樹脂層３５を設けて、その間の４方向にのみ樹脂枠３４を露出させてもよい。また、図１１のレンズ部材５０’の上面に、図１３のレンズ部材５０’’の凹凸形状５４と同様の凹凸形状を設けてもよい。また、ＬＥＤ光源部２１を有するＬＥＤ発光装置に、レンズ部材５０，５０’および５０’’のいずれかを取り付けてもよい。

１，２，３，４ ＬＥＤ発光装置
１１ 基板
１２，１２Ａ，１２Ｂ 反射部材
１３，５０，５０’，５０’’ レンズ部材
１４ レンズ表面
２０，２１ ＬＥＤ光源部
３０ 側面放射型ＬＥＤ素子
４０ 上部ＬＥＤ素子
５３，５３’，５４ 凹凸形状
６１，６２，６３，６４ 傾斜面
６５，６６ 水平面

Claims (8)

1. 基板と、
   前記基板上に配置されたＬＥＤ光源と、
   前記基板上の前記ＬＥＤ光源の側方に配置された反射枠と、を備え、
   前記ＬＥＤ光源は、
   前記基板上に配置され、側方の前記反射枠に向けて光を出力する側面放射型ＬＥＤ素子と、
   前記側面放射型ＬＥＤ素子の上部に、前記側面放射型ＬＥＤ素子からの出射光の少なくとも一部を遮らないように、前記側面放射型ＬＥＤ素子を跨いで前記基板上に配置され、前記側面放射型ＬＥＤ素子とは異なる色の光を上方に出力する上部ＬＥＤ素子と、を有し、
   前記反射枠は、前記側面放射型ＬＥＤ素子から出力された光を上方に反射するように配置される、ことを特徴とするＬＥＤ発光装置。
2. 前記ＬＥＤ光源および前記反射枠の上部に配置されたレンズをさらに備え、
   前記上部ＬＥＤ素子は前記レンズに向けて光を出力し、
   前記反射枠は、前記側面放射型ＬＥＤ素子から出力された光を前記レンズ側に反射する、請求項１に記載のＬＥＤ発光装置。
3. 前記側面放射型ＬＥＤ素子は、ＬＥＤ部の封止樹脂の上面に配置された反射層を有する、請求項２に記載のＬＥＤ発光装置。
4. 前記上部ＬＥＤ素子は、
   前記基板上の前記側面放射型ＬＥＤ素子の両側に位置する脚部と、
   前記脚部に支持された発光部と、
   前記発光部を封止する封止樹脂と、を有する、請求項２または３に記載のＬＥＤ発光装置。
5. 前記上部ＬＥＤ素子は、２つの脚部を有し、
   前記側面放射型ＬＥＤ素子から側方に出射された１８０度異なる２方向に向かう光が、前記反射枠により反射する、請求項４に記載のＬＥＤ発光装置。
6. 前記上部ＬＥＤ素子は、４つの脚部を有し、
   前記側面放射型ＬＥＤ素子から側方に出射された互いに９０度異なる４方向に向かう光が、前記反射枠により反射する、請求項４に記載のＬＥＤ発光装置。
7. 前記レンズは、前記側面放射型ＬＥＤ素子および前記上部ＬＥＤ素子に近い側に、
   前記上部ＬＥＤ素子から斜め上方に出射され前記レンズに入射する光を屈折させる第１の複数の傾斜面と、
   前記第１の複数の傾斜面による屈折光を全反射させるとともに、前記側面放射型ＬＥＤ素子から出射され前記反射枠により反射して前記レンズに入射する光を屈折させる第２の複数の傾斜面と、
   で構成される凹凸形状を有する、請求項２〜６のいずれか一項に記載のＬＥＤ発光装置。
8. 前記レンズは、前記側面放射型ＬＥＤ素子および前記上部ＬＥＤ素子とは反対側に、
   前記側面放射型ＬＥＤ素子および前記上部ＬＥＤ素子からの入射光を屈折させて前記レンズの斜め上方に出射させる複数の水平面と、
   前記入射光を屈折させて前記レンズの鉛直上方に出射させる第３の複数の傾斜面と、
   で構成される第２の凹凸形状をさらに有する、請求項７に記載のＬＥＤ発光装置。

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