JP5264650B2 - Ｌｅｄ照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子（LED)を光源とし、蛍光体層で色変換を行う照明装置に関し、特に、ストロボの用途に適した照明装置に関する。

携帯電話には、カメラ機能用の小型のストロボとしてLEDを光源とした発光装置が搭載されているものがある（特許文献１参照）。特許文献１に記載の発光装置は、青色光を発するLEDと、青色光により励起されて黄色の蛍光を発する蛍光体層とを備え、青色光と黄色蛍光とが混合された白色光を被写体に向かって照射する。この蛍光体層は、外光によっても励起され、黄色に発光するため、発光装置を点灯させていない状態で、発光装置が周囲の光によって黄色に見え、美観がよくない。そのため、特許文献１では、蛍光体層の上に、光拡散材を分散させた樹脂層を配置することを提案している。

特開２００９−１６７７９号公報

特許文献１に記載の技術のように、光拡散材を分散した樹脂層を蛍光体層の上に配置すると、外光が光拡散材で乱反射し、白っぽく見えるため、蛍光体層の黄色が視認しにくくなる。しかしながら、光拡散材の層は、LEDからの発光および蛍光体層からの蛍光を拡散し、透過率を低下させる作用を持つため、ストロボに必要な配光および明るさを得にくいという問題がある。

本発明の目的は、蛍光体層の色が周囲から視認しにくく、かつ、LEDから必要な配光および明るさの光を得られる照明装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明では、以下のような照明装置を提供する。すなわち、基板と、基板上に搭載されたLEDと、LED上に配置された蛍光体含有層と、LEDと所定の空隙を挟んで対向配置された透明体とを有し、透明体のLEDと対向する面の所定領域には、複数の凸条を平行にならべたプリズムが配置されている。凸条は、少なくとも透明体の上方から基板の法線方向に沿って透明体に入射する外光を透明体の上方へ反射する構造である。凸条を並べたプリズムは、外光を反射するため、非発光時に蛍光体の色が外部から視認されるのを抑制する。また、プリズムは、LEDの発光の配光を制御するため、これを利用してストロボ装置としての配光を制御できる。

透明体のプリズムが形成されている領域は、蛍光体含有層全体と重なっていることが望ましい。

LEDの周囲には、例えば、所定の開口を有するリフレクタを配置する。透明体はリフレクタの開口を覆うように配置されていることが好ましい。

リフレクタの開口が長手方向と短手方向を有する形状である場合、プリズムの凸条の長手方向は、開口の短手方向に平行であることが好ましい。

リフレクタの開口の内側の透明体には、プリズムが形成されている領域の周囲に、プリズムが形成されていない領域が存在することが望ましい。

リフレクタの先端は、透明体のプリズムよりもLEDから離れた位置にある構成にすることが可能である。

その場合、透明体は、リフレクタの先端とプリズムとの間の領域に、傾斜面を備える構成とすることができる。

複数の凸条は、断面が三角形であり、先端の頂角の大きさは、複数種類に異なることが好ましい。

複数の凸条は、断面が三角形であり、凸条のうち少なくとも一部は、先端の頂角が前記基板の法線に対して左右非対称である構成にすることも可能である。

透明体の上面には、屈折タイプのフレネルレンズを備えることが可能である。

透明体のLEDと対向する面には、プリズムが形成されている領域の周囲に反射タイプのフレネルレンズを備えることも可能である。

本発明の照明装置は、凸条を並べたプリズムにより、外光が反射されるため、LED非発光時に蛍光体の色が外部から視認されるのを抑制できる。また、プリズムは、LEDの発光をストロボ装置で要求されるような配光（均一面照射、撮像範囲に合わせた横長配光）とするのに有効に作用する。したがって、蛍光体層の色が周囲から視認しにくく、かつ、LEDからの発光の配光制御も達成できるストロボ用の照明装置を提供できる。

(a)実施形態１のLED照明装置の上面図、(b)実施形態1のLED照明装置でストロボ照明される撮像領域の形状を示す説明図。 実施形態１のLED照明装置の断面図。 (a)実施形態１のLED照明装置のプリズムの形状を示す断面図、(b)および(c)実施形態２のLED照明装置の曲面または平面を設けたプリズムの形状を示す断面図。 実施形態１のプリズム頂角θと視野角φと、光線の反射を示す説明図。 (a)、(b)および(c)実施形態１のLED照明装置のプリズム6の頂角θが100°、90°、80°の場合のプリズム6の配光特性を示す球面投影図。 実施形態１のLED照明装置で得られる配光特性を示す(a)球面投影図、(b)面照射光量分布図。 実施形態２のLED照明装置の断面図。 実施形態３の屈折タイプのフレネルレンズを備えたLED照明装置の断面図。 実施形態３の反射タイプのフレネルレンズを備えたLED照明装置の断面図。 実施形態４のLED照明装置の断面図。

本発明の一実施の形態のLED照明装置について図面を用いて説明する。

本実施形態の照明装置は、LEDを使用しているため、小型のストロボ発光装置として適し、特に携帯電話やコンパクトカメラ用のストロボとして使用した場合、外部から蛍光体樹脂層の色が視認しにくく美観にも優れながら、配光特性にも優れているため好適である。

（実施形態１）
実施形態１の照明装置の構成を、図１（ａ）に示した上面図、図２に示したA-A'断面図を用いて説明する。照明装置は、基板1と、基板1に実装されたLED2と、LED2を覆う蛍光体樹脂層3と、基板1に搭載されたリフレクタ4と、レンズ5とを備えている。

LED2は、例えば、青色光または紫外光を出射するものを用いる。蛍光体樹脂層3は、蛍光体を分散した透明な樹脂によって構成されている。蛍光体としては、青色光または紫外光を励起光として、青、緑、橙、赤色の蛍光を発するものを単品または混合して用いる。これらの蛍光体は、非発光時の外観色が黄色または橙色を呈する。本実施形態では後述するプリズム6の作用により、非発光時に蛍光体の色が外部から見えにくい。

リフレクタ4は、長方形の開口７を有し、その内壁面は、所定の開き角αで傾斜している。LED2は、リフレクタ4の開口7の中央に配置されている。蛍光体樹脂層3は、リフレクタ4の基板1に接する側の開口を充填するように配置されている。

レンズ5は、リフレクタ4の上部開口7を覆うように搭載されている。レンズ5の蛍光体樹脂層3と対向する側の面は、所定の領域にプリズム6が形成されている。プリズム6が形成されている領域の範囲は、蛍光体樹脂層3の形状および大きさとほぼ同じであり、蛍光体樹脂層３を覆っている。プリズム6の形成領域の周囲のプリズム6が形成されていな領域は、基板１の主平面と平行である。レンズ5の上面（外部側の面）は、搭載される携帯電話やコンパクトカメラ等の筐体の開口等の形状に対応した凸形状を有している。レンズ5上面の少なくとも蛍光体樹脂層3と対向する領域は、基板1の主平面と平行である。レンズ5と蛍光体樹脂層3との間には空気層11が介在する。

プリズム6は、図３（ａ）に示すように断面が三角形の凸条を、図１（ａ）のように複数本平行に並べた構造であり、凸条の長手方向は、リフレクタ4の長方形の開口の短辺方向に一致している。すなわち、リフレクタ4の長方形の開口7の形状は、図１（ｂ）に示したように、その長手方向が、カメラの撮像画面（撮像領域）の長手方向と一致しているので、プリズム6の凸条の長手方向は、撮像画面の短手方向と一致するように向けられている。

プリズム6の頂角θは、凸条の長手方向の直交する方向（開口７の長手方向）において、図４に示すように、正面視（基板１の主平面の法線方向）および正面視から所定の視野角範囲（−φ〜+φ）で、外部からレンズ5を通ってプリズム6に入射した光を、プリズム6の二つの斜面で全反射して再び外部に出射するように定められている。すなわち、外部からレンズ5に入射し、所定の視野角でプリズム6に入射した光を再帰反射（レンズ5の上方へ反射）する。なお、本願において、再帰反射とは、反射光が完全に入射方向へ反射するものだけでなく、レンズ5の上方へ反射するものであれば、入射方向からずれた方向へ反射するものを含む。これにより、外部からレンズ5に入射した光が全反射され、蛍光体樹脂層3に到達しないため、蛍光体自身の色（蛍光体による外光の反射光）が外部から見えない効果（遮蔽効果）が得られる。このプリズム6の作用は、プリズム6の凸条の長手方向に直交する方向に入射する光の成分について生じる。凸条の長手方向に平行な方向に入射する光の成分については、プリズム6は、プリズム効果を有していないため、遮蔽効果は生じない。

プリズム6の頂角θは、レンズ5を構成する材料の屈折率ｎと、遮蔽を望む視野角範囲（−φ〜+φ）に応じて設計されている。プリズム６は、少なくとも正面視（φ＝０）において遮蔽効果を有することが望ましい。

なお、頂角θは、必ずしも基板の法線方向に対して対称な形状でなくてもよく、非対称であってもよい。すなわち、図４に示すように頂角θのうち法線を挟んだ角度をθ1、θ2とした場合（θ＝θ1＋θ2）、θ1とθ2とが等しくなくともよい。

所定の視野角（−φ〜+φ）で再帰反射を達成するプリズム6の頂角θは、下記式（１）〜（４）により決定できる。

90−（θ1＋φ）＞sin-1（1/n） ・・・（１）
90−（θ2＋φ）＞sin-1（1/n） ・・・（２）
2×θ1＋θ2＋φ−90＞sin-1（1/n） ・・・（３）
θ1＋2×θ2＋φ−90＞sin-1（1/n） ・・・（４）

特に、頂角θが左右対称（θ1＝θ2）であり、正面視（φ＝０）において遮蔽効果を生じる頂角θは、下記式（５）、（６）により求められる。
90−θ/2＞sin-1（1/n） ・・・（５）
3×θ/2−90＞sin-1（1/n） ・・・（６）

上式（１）〜（６）は、図４に示した光線追跡図より幾何学的に算出される。例えば、式（５）は、頂角θが左右対称（θ1＝θ2）であり、正面視（φ＝０）の場合に、プリズム6に入射した光線が、プリズム6の一方の反射面で全反射されるための条件式であり、式（６）は、一方の反射面で前反射した光線がもう一方の反射面で全反射されるための条件式となる。式（５）、（６）の双方の式を満たす時、入射した光は、レンズ5に入射してきた方向に反射される。これにより、蛍光体樹脂層3に外光を到達させないという遮蔽効果を得られる。

一方、LED2から発せられた光は、プリズム6を通過することにより、開口7の長手方向、すなわち撮像画面の長手方向について、配光が二極化する。頂角θが100°、90°、80°（θ＝θ1＋θ2、θ1＝θ2）の場合、LED2から出射され、プリズム6を通過した光の配光特性を図５(a),(b),(c)の球面投影図に示す。図５(a),(b),(c)から明らかなように、プリズム6の頂角θが大きいほど分散角（二極化した配光の開き角）が小さいことがわかる。よって、撮像画面の短手方向に対する長手方向の比の値に応じて、プリズム6の頂角θを設定することにより、分散角を制御することができ、撮像画面全体に光を照射することができる。具体的には、プリズム6の頂角θを小さく設定することにより、大きな分散角となり、短手方向に対する長手方向の比が大きい撮像画面全体に分散させて光を照射することが可能である。

以上のことから、プリズム6の頂角θは、外部から所定の視野角（−φ〜+φ）でレンズ5に入射する外光の再帰反射を達成する角度であって、かつ、LED2から発せられる光を所定の撮像画面全体に分散させることができる角度に設定することが望ましい。

リフレクタ4は、LED2から発せられた光を正面方向に立ち上げ、レンズ5のプリズム6形成範囲の周囲の領域から外部に向かって出射する作用をする。これにより、プリズム6により二極化した配光特性に、リフレクタ4による正面方向へ立ち上げられた光の配光特性が重畳され、図６(a)に示した球面投影図のような配光特性が得られる。すなわち、LED2から出射されプリズム6を通過する光は、図５(a)〜(c)のように正面方向へ配光される光強度がゼロに近いが、リフレクタ4により正面方向へ立ち上げられる光が加わることにより、図６(a)のように正面方向へ配光される光強度が大きくなり、プリズム6により二極化した配光特性の正面方向への配光をリフレクタ4により補うことができる。なお、リフレクタ4の開き角αは、所望の配光を実現するために必要な立ち上げ角度に合わせて設定する。例えば、開き角αは20°〜40°に設定する。

よって、図６(a)のような配光特性の照明装置の光を照射された面の光量分布は、図6(b)に示すように、開口7の長手方向（撮像画面の長手方向）の広い範囲にわたって均一になる。比較として、プリズム6を用いず、フレネルレンズ等を使用して配光制御した場合のLED2の球面投影の配光特性を、図6(a)に示した。正面方向の配光が最も大きいことがわかる。この比較例のLED2の光を照射した面の光量分布は、図６(b)に示すように、本実施形態のプリズム6とリフレクタ4を備えた照明装置よりも、光量分布が一様となる範囲が狭い。このことから本実施形態の照明装置は、撮像範囲の広範囲で一様な光量分布をえることができるため、短手方向に対する長手方向の比の大きい撮像領域に一様な光を照射するできることが明らかである。

また、本実施形態では、プリズム6は、凸条であり、凸条の長手方向に直交する方向（リフレクタ4の開口7の長辺方向）にのみプリズム形状を有し、凸条の長手方向はプリズム形状ではない。このため、LED2からの光は、開口7の長辺方向については配光が二極化するが、短辺方向には二極化しないため、二方向にプリズム形状を有するプリズム（例えばピラミッド形状）と比較して、プリズム6は、LED2からの光の軸上方向（正面方向）への光の取り出し効率が高いというメリットがある。

同時に、外部からの光が蛍光体樹脂層3へ到達するのを遮蔽する効果は、プリズム6の凸条の長手方向には得られず、長手方向に直交する方向にのみ遮蔽効果が発揮されるが、長手方向に直交する方向に遮蔽効果があるため、蛍光体に到達する外部からの光量は大幅に低減される。このため、外部から蛍光体樹脂層3の蛍光体の外観色が見える現象を大幅に緩和できる。

LED2の発光した光の外部への取り出し効率と、LED2非発光時の蛍光体の色が外部から見える現象を抑制する効果との両立を考えると、一方向にのみプリズム形状を有する凸条型のプリズム6とするのが好ましい。

プリズム6の凸条の間隔（プリズム幅、図３(a)参照）は、１００μｍ以下である場合、人間の目の分解能の限界以下となる。よって、凸条を肉眼で認識できないため美観が向上し、望ましい。

具体的には、レンズ5の材質としては、一般的に使用される透明な樹脂、シリコーン、エポキシ、アクリル（ｎ＝1.48）、ポリカーボネイト（ｎ=1.58)等を使用することができる。このとき、θ1＝θ2＝45°にすると、上記のいずれのレンズ材質においても、正面視φ＝０°にて外光を再帰反射するため遮蔽効果がある。また上記レンズ材質において、θ1＝θ2の場合の、θとφを変化させて、遮蔽効果の有無を確認したところ、θ1＝θ2＝45°の場合が、遮蔽効果のでる視野角度φの範囲が一番広いことがわかった。外光を遮蔽し、蛍光体の色の視認を抑制することのみを考える場合には、この角度のプリズムを連続してレンズに備えることは、遮蔽の面では有利である。しかし、上述したように、外光の遮蔽効果に加えて、LED2から出射される光の分散についても考慮すると以下のようになる。

すなわち、例えば、レンズ5の材質として屈折率ｎ=1.58のポリカーボネイトを用いる場合、プリズム6の頂角θ＝θ1＋θ2は、
±43.1°＜θ1,θ2＜±50.8°
に設定することが望ましい。プリズム6の頂角θの値は、１種類でもよいが、複数種類の異なる複数の凸条から構成されている場合には、図５(a)〜(c)に示した分散角（二極化した配光の開き角）が複数種類生じるため、LED2から出射されプリズム6で二極化される配光の均一性が高まるため望ましい。この場合、同時に、外部からレンズ5に入射し、プリズム6で再帰反射される視野角が複数種類生じるため、視野角を広げる効果も得られる。同様に、θ1≠θ2で、かつ、それぞれ複数種類の値である場合にも、LED2から出射されプリズム6で二極化される光の配光の均一性が高まり、外部からレンズ5に入射した光の遮蔽される視野角を広げる効果が得られるため望ましい。

なお、遮蔽効果のみを考えると、開口7におけるプリズム6の形成範囲については、形成範囲が広い方がその効果は高い。しかし、LED2の出射光から出射された光の一部は、上述のようにリフレクタ4で正面方向に立ち上げられ、プリズム6の非形成領域から出射され、これをプリズム6で二極化した光と重畳することにより、図6(a),(b)に示した均一な配光特性を得ている。このため、必要とされる撮像領域の大きさと均一性とを考慮してプリズム6の形成範囲を設定することが望ましい。ここでは、一例としては、上述したように、蛍光体樹脂層3が配置されている範囲と同等の範囲に形成している。

リフレクタ4は、金属製、又は、樹脂製のホーン形状のリフレクタの反射面に銀やアルミの金属層を有するものを好適に用いることができる。特に、反射面の光沢度が高い場合には、正規反射成分が多いため好ましい。例えば、反射面の光沢度が0.6以上の場合には、波長600ｎｍの光の正規反射成分が10％以上になるため、特に好ましい。

上述してきた本実施形態の照明装置の各部の動作についてまとめて説明する。

LED2から出射された青色光は、その一部が蛍光体樹脂層3の蛍光体に吸収され、蛍光（黄色光等）が発せられる。青色光と黄色光が混合された白色光はレンズ5を通過して出射される。このとき、レンズ5のプリズム6が形成された範囲を通過する白色光は、撮像領域の長辺方向についてプリズムにより図５(a)〜(c)のように二極化される。一方、レンズ5のプリズム6の非形成範囲を直接通過する白色光と、リフレクタ4で反射されてプリズム6の非形成範囲に入射する白色光は、二極化されることなく、正面方向に向かって出射される。これにより、プリズム6で二極化された光とプリズム6を通過せず正面方向に向かう光とが重畳される。よって、撮像領域の長辺方向について、図６(a),(b)のような広い範囲にわたって均一な配光特性が得られる。

撮像領域の短辺方向については、プリズム6はプリズム作用を有していないため、プリズム形成範囲にかかわらず、正面方向に最も光強度が大きな配光特性で出射される。出射された光のうち配光角の大きな光は、リフレクタ4により反射され、正面方向に立ち上げられて出射される。これにより、撮像領域の短辺方向について均一な配光特性が得られる。したがって、撮像領域の長辺方向および短辺方向にいずれも均一な光を照射することができる。

一方、LED2が非発光時の照明装置は、蛍光体樹脂層3の蛍光体の外観色が黄色みを帯びているが、外光は、プリズム6により正面から所定の視野範囲において再帰反射するため、蛍光体には到達しない。このため、レンズ5におけるプリズム6の非形成領域や、プリズム6の凸条の長手方向からは蛍光体に光が到達しても、全体としては、蛍光体に到達する光量は大幅に低減する。よって、外光によって励起され、蛍光体が発光する黄色の光量は低減され、蛍光体の黄色みが視認されるのを緩和できる。

このように、本実施形態の照明装置は、蛍光体樹脂層の黄色みが視認しにくい美観に優れた、LED照明装置を提供できる。また、照明装置から発せられる光は、撮像範囲の長辺方向について広範囲に均一であるため、短辺に対する長辺比が１以上の撮像領域を照明する装置、例えばストロボ装置として使用するのに適している。本実施形態のLED照明装置は、小型で美観に優れているため、携帯電話やコンパクトカメラのストロボとして搭載するのに好適である。

また、本実施形態は、一軸方向にのみプリズム形状を有する凸条のプリズム6を用いているため、プリズム6を備えたレンズ5を金型を用いた射出成型で容易に製造することができる。

本実施形態では、リフレクタ4の開口が長方形であり、プリズム6の凸条の長手方向を開口の短辺方向に一致させたが、リフレクタ4の開口の形状は長方形に限られず、正方形、円形、楕円形、長穴形状であってもよい。楕円形、長穴形状のような、長手方向と短手方向のある開口形状の場合には、凸条の長手方向は、開口の短手方向に平行、もしくは、カメラの撮像画面（撮像領域）の短手方向に平行に配置する。これにより、ストロボ用の光源として用いれば、撮像領域の長辺方向および短辺方向にいずれも均一な光を照射することのできるストロボ装置を提供することができる。

（実施形態２）
上述の実施形態１では、プリズム6として、断面が三角形のプリズムを連続して配置しているが（図３(a)参照）、実施形態２では、本実施形態では、正面方向へ出射される光量を増加させるために、プリズム6の形状および／または配置を図３(b)または(c)のように変更している。

具体的には、図３(b)または(c)のように、プリズムの凸条の頂角部（山の部分）6a、および、プリズムとプリズムの隣接部（谷の部分）6bに曲面部分または平面部分をそれぞれ設けている。他の構造は、実施形態１の図１(a)、図２と同様であるので説明を省略する。

このように、曲面部分または平面部分を設けることにより、プリズムを間引き、連続性を緩和のと同様の作用が得られるため、LED2から出射された光のうち正面方向にプリズム6を通過する光が生じる。よって、図６(a)の球面投影図において、正面方向（０°）の配光する光強度を増加させることができる。

なお、図３(b)では、頂角部6aと隣接部6bの両方に曲面部分を設けているが、一方のみに設けることも可能である。この場合、頂角部6aに曲面形状を設けることが望ましい。頂角部6aは、入射光の集光に寄与するため、この部分を曲面形状に加工することにより、正面方向へ配光する光を増加させる効果が大きいからである。

また、図３(c)の構造では、頂角部6aと隣接部6bの両方に平面部分を設けているが、一方のみに設けることも可能である。例えば、図７のように、隣接部6bにのみ平面部を設ける構造とすることができる。

（実施形態３）
実施形態３として、実施形態１の照明装置のリフレクタ４に代えて、フレネルレンズを配置した照明装置について図８および図９を用いて説明する。

図８の照明装置は、リフレクタ4を備えず、レンズ5の外側表面に屈折タイプのフレネルレンズ8を形成している。他の構成は、実施形態１の照明装置と同様である。屈折タイプのフレネルレンズ8により、LED2から出射されプリズム6により二極化した光の一部および、プリズム6を通過していない光を正面方向（軸上方向）に立ち上げることができる。

図９の照明装置は、リフレクタ4を備えず、レンズ5のプリズム6形成範囲の周囲に反射タイプのフレネルレンズ9を配置している。例えば、フレネルレンズ9の頂角は20〜40°程度に設定することが望ましい。他の構成は、実施形態１の照明装置と同様である。

反射タイプのフレネルレンズ9は、LED2から出射され、プリズム6に入射しない光を正面方向（軸上方向）に立ち上げることができる。反射タイプのフレネルレンズ9は、レンズ5の法線方向に平行な面と、傾斜する面の、２面で構成されている。

屈折タイプのフレネルレンズも、レンズ5の法線方向に平行な面と、傾斜する面の、２面で構成されている。屈折タイプでは、傾斜面のみを利用し、傾斜面に入射した光を屈折することにより、光を正面方向に立ち上げる。これに対し、反射タイプのフレネルレンズは、法線方向に平行な面で光を屈折し、傾斜する面で光を全反射することにより、光を正面方向に立ち上げる。

屈折タイプのフレネルレンズは、プリズム6の周囲に配置すると、LED2からの光の入射角度（フレネルレンズの傾斜面の法線方向と、LEDからの入射光がなす角度）が大きいが、反射タイプでは、法線方向に平行な面に対するLED2からの光の入射角度が小さい。このため、光が正面方向に立ちあがる際に、屈折による光の減衰は、屈折タイプのフレネルレンズよりも反射タイプのフレネルレンズの方が小さいというメリットがある。ただし、反射タイプのフレネルレンズは、法線方向に平行な面における光の屈折だけでは、光は正面方向に立ち上がらないため、傾斜面への全反射と組み合わせることにより、光の減衰を抑え、光を正面方向に立ち上げている。

（実施形態４）
実施形態４の照明装置を図１０を用いて説明する。

図１０のように実施形態４の照明装置は、リフレクタ40とレンズ50の構成が、実施形態１の照明装置とは異なっている。

本実施形態４では、リフレクタ40の先端が、プリズム6よりも高い（LED2から離れた）位置にある。このため、レンズ50のLED2側の表面には、プリズム6の周囲に、プリズム6とリフレクタ40の先端とを結ぶテーパー部10が形成されている。

このようにプリズム6よりも高い位置までリフレクタ40を形成したことにより、プリズム6により二極化した光の一部は、レンズ50を通過してリフレクタ40の上部41に達し、リフレクタ上部41により反射される。これにより、二極化した光の一部を正面方向（軸上方向）に立ち上げることができる。

また、プリズム6により二極化した光の一部は、テーパー部10により反射されて、正面方向に立ち上げられる。

リフレクタ40の下部42は、実施形態1と同様に、LED2から出射され、プリズム6には入射せず、リフレクタ40の下部に到達する光を正面方向に立ち上げる。

このように、図１０の照明装置は、リフレクタ40の下部42にLED2から直接入射した光のみならず、プリズム6により二極化された光の一部をリフレクタ40の上部41およびテーパー部10により正面方向に立ち上げる効果が得られる。このため、リフレクタ40の高さが小さくても大きな立ち上げ効果が得られ、リフレクタ40の高さを小さく薄型化することができる。よって、薄型の照明装置でありながら、撮像領域に均一な光を照射することができる。

また、プリズム6が配置されていることにより、実施形態１と同様に、蛍光体樹脂層3の黄色みが外部から視認しにくい美観に優れた照明装置が提供できる。

なお、本実施形態４では、レンズ50にテーパー部10を設け、テーパー部10による反射作用を利用しているが、リフレクタ40の上部41および下部42のみで十分な立ち上げ効果が得られる場合には、テーパー部10は必ずしも設けなくてもよい。例えば、テーパー部10に代えて、基板1の主平面に平行な面と垂直なレンズ面との組み合わせた階段状の面を配置して、リフレクタ40の先端とプリズム6とを接続する構成としてもよい。

また、図１０では、蛍光体樹脂層3をLED2の上に盛り上げた構造を図示しているが、本実施形態はこの構造に限られるものではなく、実施形態１の図２のように平坦な膜状であってもよい。図１０の他の構造は、実施形態１と同様であるので説明を省略する。

上述してきた各実施形態のように、本発明の照明装置は、長方形の撮像領域の全体に均一な光を照射することができる。プリズム6が配置されていることにより、蛍光体樹脂層3の黄色みが外部から視認しにくい美観に優れた照明装置が提供できる。特に、レンズ5のLED2側の面に、プリズム6を形成することにより、照明装置のデザイン性を阻害することのない光半導体照明装置となっている。レンズ5のプリズム6の形状、形成範囲、密度を調整することにより、遮蔽効果と均一配光性（特に軸上方向への光の取り出し）を、調整することが可能な光半導体照明装置となっている。プリズム6に加え、リフレクタ4を付加することにより、遮蔽効果と均一配光を兼ね備えた、光半導体照明装置を提供することができる。

（実施例１）
実施例１として、実施形態２の図７の照明装置を製造した。

基板１として、ガラスエポキシ基板、セラミック基板、金属基板、フレームインサート射出成形品等から所望のものを用意し、LED2を実装した。LED2としては、発光スペクトルのピーク波長が380〜500nmのものを用いた。実装方法は、金属フィラー入りの導電性接着剤や、絶縁タイプの透明接着剤を用いた接着、または、半田接合、金バンプ接合等を用いる。

上記基板1に、リフレクタ4を貼り合わせた。基板とリフレクタの貼り合わせの方法としては、接着等が挙げられる。リフレクタ4には、正規反射成分の多い、金属光沢調のものを使用した。具体的には、波長600nmの光の正規反射成分が10％以上を示す、光沢度0.6以上のものを使用した。ここでは反射面が銀メッキされているものを用いた。リフレクタ角度は20〜40°、リフレクタ高さは1.5〜2.0mmとした。リフレクタ高さを1.0mm以上にすると、光取り出し効率が高い。

つぎに、蛍光体として、黄色発光のYAGを用意した。これをシリコーン樹脂に分散させた。

このリフレクタ4の開口を利用して、蛍光体入り樹脂を、LED2上面から0.1mm〜0.3mm程度の高さまで注入した後、硬化させ、蛍光体樹脂層3を形成した。

次にレンズ5を用意する。レンズ5の材質としては、遮蔽効果を高めるため、屈折率が高く、かつ、耐熱性が高く、透明性に優れ、コストが低い材料として、ポリカーボネイトを使用した。レンズ5のLED2側の面には、蛍光体樹脂層3と同面積のプリズム6を形成した。プリズム6の形状は、図７のように断面が三角形であり、凸条と凸条の間（谷の部分）に平らな部分が存在する形状とした。プリズム形成領域における、プリズム6の占有面積（平らな部分を除いた面積）は50%程度とした。また、プリズム6の凸条の頂角の先端にのみ、R=5〜50μmの曲面を設けた。プリズム6の頂角θは90°と100°のものを混在させた。プリズム6の深さは30μmで、幅が100μm以下とした。レンズ5は接着剤等で、リフレクタ4と接着した。

本実施例の照明装置は、外観からは蛍光体樹脂層3の黄色が認識できなかった。また、指向特性は、図1(b)のようなX（長手方向）＝±30°、Y（短手方向）＝±20°の比の撮像領域へを照明するストロボ光として最適な配光であった。光学特性においても、下記式（７）により定義される光取り出し効率が、2以上であり、良好であった。

光取り出し効率＝A÷B ・・・（７）
A：リフレクタ＋レンズ＋蛍光体＋LED時の、軸上(正面方向)強度
B：蛍光体＋LED時の、軸上(正面方向)強度

なお、蛍光体はYAG蛍光体に限定されるものではなく、MAlSiN₃：Euで表わされる蛍光体（ただし、Mは、Mg,Ca,Sr,Ba,Znのうちから選択される１以上の元素）、（Ba,Sr,Ca)₂SiO₄：Euで表わされるオルトシリケート系蛍光体、サイアロン蛍光体等を用いても、本発明の効果を得ることが可能である。

1…基板、2…LED、3…蛍光体樹脂層、4…リフレクタ、5…レンズ、6…プリズム、7…開口、8…屈折タイプのフレネルレンズ、9…反射タイプのフレネルレンズ、10…テーパー部、11…空気層。

Claims (12)

1. 基板と、該基板上に搭載されたLEDと、前記LED上に配置された蛍光体含有層と、前記LEDと所定の空隙を挟んで対向配置された透明体とを有し、
   前記透明体の前記LEDと対向する面の所定領域には、複数の凸条を平行にならべたプリズムが配置され、前記凸条は、少なくとも前記透明体の上方から前記基板の法線方向に沿って前記透明体に入射する外光を当該透明体の上方へ反射する構造であることを特徴とするLED照明装置。
2. 請求項１に記載のLED照明装置において、前記透明体のプリズムが形成されている領域は、前記蛍光体含有層全体と重なっていることを特徴とするLED照明装置。
3. 請求項１または２に記載のLED照明装置において、前記LEDの周囲には、所定の開口を有するリフレクタが配置され、前記透明体は前記リフレクタの開口を覆うように配置されていることを特徴とするLED照明装置。
4. 請求項３に記載のLED照明装置において、前記リフレクタの開口は、長手方向と短手方向を有する形状であり、前記プリズムの凸条の長手方向は、前記開口の短手方向に平行であることを特徴とするLED照明装置。
5. 請求項３または４に記載のLED照明装置において、前記開口の内側の前記透明体には、前記プリズムが形成されている領域の周囲に、プリズムが形成されていない領域が存在することを特徴とするLED照明装置。
6. 請求項５に記載のLED照明装置において、前記リフレクタの先端は、前記透明体のプリズムよりもLEDから離れた位置にあることを特徴とするLED照明装置。
7. 請求項６に記載のLED照明装置において、前記透明体は、前記リフレクタの先端とプリズムとの間の領域に、傾斜面を有することを特徴とするLED照明装置。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載のLED照明装置において、前記複数の凸条は、断面が三角形であり、先端の頂角の大きさは、同一または複数種類に異なることを特徴とするLED照明装置。
9. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載のLED照明装置において、前記複数の凸条は、断面が三角形であり、前記凸条のうち少なくとも一部は、先端の頂角が前記基板の法線に対して左右非対称であることを特徴とするLED照明装置。
10. 請求項１ないし９のいずれか１項に記載のLED照明装置において、前記透明体の上面には、屈折タイプのフレネルレンズが備えられていることを特徴とするLED照明装置。
11. 請求項１ないし９のいずれか１項に記載のLED照明装置において、前記透明体の前記LEDと対向する面には、前記プリズムが形成されている領域の周囲に反射タイプのフレネルレンズが備えられていることを特徴とするLED照明装置。
12. ストロボ光源として、LED照明装置を備え、該LED照明装置は、請求項４ないし１１のいずれか１項に記載のものであることを特徴とするストロボ機能を備えた装置。

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