JP5307717B2

JP5307717B2 - 自発光型の発光装置

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Publication number: JP5307717B2
Application number: JP2009531078A
Authority: JP
Inventors: 郁夫祝
Original assignee: Phoenix Electric Co Ltd
Current assignee: Phoenix Electric Co Ltd
Priority date: 2007-09-07
Filing date: 2007-09-07
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2027-09-07
Also published as: JPWO2009031240A1; WO2009031240A1

Description

本発明は、屋外用大型ディスプレー装置、交通信号灯、電子機器用インジケータなどの表示装置に用いられる自発光型の発光装置に関する。

屋外用大型ディスプレー装置、交通信号灯、電子機器用インジケータなどの表示装置に装備される自発光型の発光装置は、光源と、拡散透過板とで構成されている。この自発光型の発光装置において、光源から放射された光は、拡散透過板の入光面から拡散透過板の内部に入り、拡散透過板の内部を透過する際に拡散された後、拡散透過板の出光面から外部に出光する。したがって、拡散透過板の出光面を見たときには、あたかも拡散透過板自身が発光しているかのように拡散透過板の出光面全体が明るく見える。

従来の一般的な自発光型の発光装置１は、図１１に示すように、砲弾型の発光ダイオード（以下、「砲弾型ＬＥＤ」と記載する。）２と、砲弾型ＬＥＤ２の前方に配設された拡散透過板３とを備えている（例えば、特許文献１）。砲弾型ＬＥＤ２は、光を放射するチップ部４と、チップ部４から放射された光を所定の照射範囲内に集光する凸レンズ５とで構成されており、凸レンズ５から放射された光が拡散透過板３において拡散される。
特開平５−２４１５２１号公報

自発光型の発光装置には、（１）広い視野角を有すること、（２）コントラストが高いこと、（３）発光色が豊富であり、かつ安定して発色すること、（４）外光の映り込みが小さいこと、（５）寿命が長いこと、（６）輝度分布が均一であることおよび（７）必要な輝度値を極小の消費電力で実現することが求められる。しかし、上述した砲弾型ＬＥＤ２を用いた自発光型の発光装置１では、（６）輝度分布が均一であることおよび（７）必要な輝度値を極小の消費電力で実現することが困難であった。

すなわち、発光装置１において拡散透過板３を照らす光Ｌａは、凸レンズ５で集光された後、拡散透過板３の入光面３ａを直接照らす光である。このため、どうしても砲弾型ＬＥＤ２から放射される光の光軸Ｌ付近（拡散透過板３の出光面３ｂの中心付近）が明るく、光軸Ｌから離間するほど（拡散透過板３の出光面３ｂの周縁部へいくほど）暗くなる。この結果、拡散透過板３の出光面３ｂにおける輝度分布が不均一になるという問題が生じる。

また、砲弾型ＬＥＤ２のチップ部４から放射された光量に対する拡散透過板３から出光する光量の割合（以下、「総合光利用効率」という。）は３０％程度にすぎない。つまり、総合光利用効率は、砲弾型ＬＥＤ２の凸レンズ５による集光効率（チップ部４から放射された光量に対する凸レンズ５によって拡散透過板３に集光される光量の割合）に、拡散透過板３への入光率（凸レンズ５によって拡散透過板３に集光される光量に対する拡散透過板３の入光面３ａから拡散透過板３の内部に入光する光量の割合）を掛けることにより算出することができ、砲弾型ＬＥＤ２の凸レンズ５による集光効率は６０％前後であり、拡散透過板３への入光率は５０％前後であることから、総合光利用効率は３０％（６０％×５０％＝３０％）前後になる。拡散透過板３への入光率が５０％前後しかない理由は、拡散透過板３を照らす光の半分程度が拡散透過板３の入光面３ａで反射してしまい（Ｌｂ）、拡散透過板３の内部に入光できないからである。

このため、従来の自発光型の発光装置１から必要な輝度を得るには砲弾型ＬＥＤ２の出力を大きくせざるを得ず、その結果、砲弾型ＬＥＤ２の消費電力が大きくなるという問題が生じる。逆に、総合光利用効率を高くして砲弾型ＬＥＤ２の消費電力を抑えるため、入光率の高い拡散透過板３を用いたり、あるいは拡散透過板３を除去したりすると、光を十分に拡散できなくなり、自発光型の発光装置１の視野角が狭くなるという問題が生じる。

本発明は、このような従来技術の問題に鑑みて開発されたものである。それゆえに本発明の主たる課題は、拡散透過板の出光面において均一な輝度分布を有し、かつ、広い視野角を維持しつつ消費電力を小さくすることのできる自発光型の発光装置を提供することにある。

請求の範囲第１項に記載した発明は、「発光面２０ａを有する面光源１２と、面光源１２からの光の放射方向前方に配設され、面光源１２から与えられた光を拡散して透過させる拡散透過板１４と、面光源１２から放射された光を拡散透過板１４へ導く反射鏡１６とを備える自発光型の発光装置１０であって、反射鏡１６は、面光源１２が取り付けられる光源取付開口２４と、拡散透過板１４が取り付けられ、面光源１２からの光を出光する出光開口２６と、面光源１２から与えられた光を出光開口２６へ向かうように反射する反射面２８とを有しており、反射面２８は、面光源１２から出光開口２６へ向けて放射される光の光軸Ｌを回転軸として所定の放物線Ｐを回転させたときの軌跡によって規定された回転放物面であり、光軸Ｌを含み、かつ、反射鏡１６を切断する平面Ｍを想定し、平面Ｍ内において、光源取付開口２４の周縁として現れた２つの光源取付開口の周縁点ＡおよびＢのうち一方の光源取付開口の周縁点Ａを通過し、かつ、他方の光源取付開口の周縁点Ｂと出光開口２６の周縁として現れた２つの出光開口の周縁点ＣおよびＤのうち光軸Ｌを挟んで他方の光源取付開口の周縁点Ｂに対向する一方の出光開口の周縁点Ｃとを結ぶ直線Ｗに平行な直線を横軸Ｘとし、横軸Ｘに直交する直線を縦軸Ｙとしたとき、所定の放物線Ｐは、一方の光源取付開口の周縁点Ａを焦点として他方の光源取付開口の周縁点Ｂを通過し、かつ、その準線Ｓが、縦軸Ｙに対して平行となるように定められた放物線である」自発光型の発光装置１０である。

請求の範囲第１項に記載の自発光型の発光装置１０によれば、面光源１２から放射された光は、拡散透過板１４を「直接」照らすだけでなく、当該光の一部は、反射面２８で反射し、その後、拡散透過板１４を照らす。

また、拡散透過板１４を照らす光のうち、一部の光Ｌ３は、拡散透過板１４の入光面１４ａで反射され、反射鏡１６内に戻されるが、この自発光型の発光装置１０の反射鏡１６によれば、拡散透過板１４の入光面１４ａで反射され、反射鏡１６内に戻された光Ｌ３のほとんどを再び拡散透過板１４へ向けることができる。

すなわち、反射鏡１６の反射面２８は、「光軸Ｌを含み、かつ、反射鏡１６を切断する平面Ｍを想定し、平面Ｍ内において、光源取付開口２４の周縁として現れた２つの光源取付開口の周縁点ＡおよびＢのうち一方の光源取付開口の周縁点Ａを通過し、かつ、他方の光源取付開口の周縁点Ｂと出光開口２６の周縁として現れた２つの出光開口の周縁点ＣおよびＤのうち光軸Ｌを挟んで他方の光源取付開口の周縁点Ｂに対向する一方の出光開口の周縁点Ｃとを結ぶ直線Ｗに平行な直線を横軸Ｘとし、横軸Ｘに直交する直線を縦軸Ｙとしたとき、一方の光源取付開口の周縁点Ａを焦点として他方の光源取付開口の周縁点Ｂを通過する」放物線Ｐによって規定された回転放物面である。つまり、光源取付開口２４の周縁は、回転放物面（＝反射面２８）を規定する放物線Ｐの焦点の集合といえる。なお、この直線Ｗと光軸Ｌとが成す角度θを反射鏡１６の「開き角」という。

上述した、反射鏡１６内に戻される一部の光Ｌ３は、「横軸Ｘに平行な光（すなわち、光軸Ｌと成す角度αがθに等しい光）」と、「光軸と成す角度αがθよりも大きい光」と、「光軸と成す角度αがθよりも小さい光」とに分けることができる。反射鏡１６内に戻される光Ｌ３のうち、「横軸Ｘに平行な光」は、反射面２８で反射した後、焦点である光源取付開口２４の周縁上に集まり、光源取付開口２４の周縁上に集まった光は、そこで反射して再び拡散透過板１４に向かう。また、「光軸Ｌと成す角度αがθよりも大きい光」は、反射面２８で反射した後、焦点である光源取付開口２４の周縁よりも拡散透過板１４側、すなわち対向する反射面２８に向かうので、この「光軸Ｌと成す角度αがθよりも大きい光」は、反射面２８で反射することを何度か繰り返した後、すべて拡散透過板１４に向かうようになる。また、「光軸と成す角度αがθよりも小さい光」は、ほとんど存在しない。なぜならば、「光軸と成す角度αがθよりも小さい光」になるべき光は、拡散透過板１４の入光面１４ａに対して直角に近い角度で入光するので、当該入光面１４ａで反射されることがほとんどないからである。

したがって、この反射鏡１６によれば、拡散透過板１４の入光面１４ａで反射され、反射鏡１６内に戻された光Ｌ３のほとんどを再び拡散透過板１４へ向けることができるので、拡散透過板１４への入光率が従来の自発光型の発光装置１における拡散透過板３への入光率に比べて格段に向上する。

本明細書において「面光源」とは、単一の面発光型発光ダイオード、複数の面発光型発光ダイオードの集合体、複数の点発光型ダイオードの集合体あるいは有機ＥＬなどの面状に発光する発光体をいう。

請求の範囲第２項に記載した発明は、「発光面２０ａを有する面光源１２と、面光源１２からの光の放射方向前方に配設され、面光源１２から与えられた光を拡散して透過させる拡散透過板１４と、面光源１２から放射された光を拡散透過板１４へ導く反射鏡１６とを備える自発光型の発光装置１０であって、反射鏡１６は、面光源１２が取り付けられる光源取付開口２４と、拡散透過板１４が取り付けられ、面光源１２からの光を出光する出光開口２６と、面光源１２から出光開口２６へ向けて放射される光の光軸Ｌを挟むように対向して配設され、面光源１２から与えられた光を出光開口２６へ向かうように反射する一対の反射面２８ａおよび２８ｂとを有しており、一方の反射面２８ａは、その光源取付開口側の端縁Ｂから出光開口側の端縁Ｄにかけて湾曲しており、光軸Ｌを含む、一方の反射面２８ａの湾曲方向に反射鏡１６を切断する平面Ｎを想定したとき、所定の放物線Ｑを平面Ｎに対して直交する方向に移動させたときの軌跡によって規定されており、平面Ｎ内において、他方の反射面２８ｂの光源取付開口側の端縁Ａを通過し、かつ、一方の反射面２８ａの光源取付開口の端縁Ｂと他方の反射面２８ｂの出光開口側の端縁Ｃとを結ぶ直線Ｗに平行な直線を横軸Ｘとし、横軸Ｘに直交する直線を縦軸Ｙとしたとき、所定の放物線Ｑは、他方の反射面２８ｂの光源取付開口の端縁Ａを焦点として一方の反射面２８ａの光源取付開口の端縁Ｂを通過し、かつ、その準線Ｓが、縦軸Ｙに対して平行となるように定められた放物線であり、他方の反射面２８ｂは、光軸Ｌを含み、かつ、平面Ｎに直交する面を基準面として一方の反射面２８ａに対して面対称に形成されている」自発光型の発光装置１０である。

請求の範囲第２項に記載の自発光型の発光装置１０によれば、面光源１２から放射された光は、拡散透過板１４を「直接」照らすだけでなく、当該光の一部は、反射面２８ａおよび２８ｂにおいて反射し、その後、拡散透過板１４を照らす。

すなわち、一方の反射面２８ａは、一方の反射面２８ａの光源取付開口側の端縁Ｂから出光開口側の端縁Ｄにかけて湾曲しているとともに、「平面Ｎ内において、他方の反射面２８ｂの光源取付開口側の端縁Ａを通過し、かつ、一方の反射面２８ａの光源取付開口の端縁Ｂと他方の反射面２８ｂの出光開口側の端縁Ｃとを結ぶ直線Ｗに平行な直線を横軸Ｘとし、横軸Ｘに直交する直線を縦軸Ｙとしたとき、他方の反射面２８ｂの光源取付開口の端縁Ａを焦点として一方の反射面２８ａの光源取付開口の端縁Ｂを通過する」放物線Ｑを平面Ｍに対して直交する方向に移動させたときの軌跡によって規定されている。また、他方の反射面２８ｂは、光軸Ｌを含み、かつ、平面Ｎに直交する面を基準面として一方の反射面２８ａに対して面対称に形成されている。つまり、反射面２８ａの光源取付開口２４の端縁は、反射面２８ｂを規定する放物線Ｑの焦点の集合といえ、逆に、反射面２８ｂの光源取付開口２４の端縁は、反射面２８ａを規定する放物線Ｑの焦点の集合といえる。なお、この直線Ｗと光軸Ｌとが成す角度θを反射鏡１６の「開き角」という。

上述した、反射鏡１６内に戻される一部の光Ｌ３は、「横軸Ｘに平行な光（すなわち、光軸Ｌと成す角度αがθに等しい光）」と、「光軸と成す角度αがθよりも大きい光」と、「光軸と成す角度αがθよりも小さい光」とに分けることができる。反射鏡１６内に戻される光Ｌ３のうち、「横軸Ｘに平行な光」は、反射面２８ａあるいは２８ｂのどちらかで反射した後、焦点であるもう一方の反射面２８ａあるいは２８ｂの光源取付開口２４の端縁上に集まり、光源取付開口２４の端縁上に集まった光は、そこで反射して再び拡散透過板１４に向かう。また、「光軸Ｌと成す角度αがθよりも大きい光」は、反射面２８ａあるいは２８ｂのとちらか一方で反射した後、焦点である光源取付開口２４の端縁よりも拡散透過板１４側、すなわち対向する反射面２８ａあるいは２８ｂに向かうので、この「光軸Ｌと成す角度αがθよりも大きい光」は、もう一方の反射面２８ａあるいは２８ｂで反射することを何度か繰り返した後、すべて拡散透過板１４に向かうようになる。また、「光軸と成す角度αがθよりも小さい光」は、ほとんど存在しない。なぜならば、「光軸と成す角度αがθよりも小さい光」になるべき光は、拡散透過板１４の入光面１４ａに対して直角に近い角度で入光するので、当該入光面１４ａで反射されることがほとんどないからである。

請求の範囲第３項に記載した発明は、請求の範囲第２項に記載の自発光型の発光装置１０に関し、「反射鏡１６は、一対の反射面２８ａおよび２８ｂに直交し、互いに対向する一対の平面状の反射面２８ｃを有する」ことを特徴とする。

この発明によれば、面光源１２から放射された光は、一対の反射面２８ａおよび２８ｂだけでなく、一対の平面状の反射面２８ｃで反射されて拡散透過板１４に向けられる。このため、請求の範囲第２項に記載した自発光型の発光装置１０よりもさらに総合光利用効率の高い自発光型の発光装置１０を提供することができる。

請求の範囲第４項に記載した発明は、請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の自発光型の発光装置１０に関し、「面光源１２は、青色光あるいは近紫外光を放射し、拡散透過板１４は、青色光あるいは近紫外光を受けて可視光を放射する蛍光体を有する」ことを特徴とする。

本発明によれば、発光面２０ａから放射された青色光あるいは近紫外光を受けた蛍光体が拡散透過板１４において可視光を放射する。このため、発光面２０ａと拡散透過板１４との間に蛍光体の層を配設する必要がなくなり、自発光型の発光装置１０をコンパクトにすることができる。また、この蛍光体の層に光が吸収されて総合光利用効率が低下するのを防止することができる。

本発明に係る自発光型の発光装置によれば、面光源から放射された光が拡散透過板を直接照らすだけでなく、反射面で反射した光も拡散透過板を照らすので、拡散透過板は、全体として均一な光で照らされることになり、拡散透過板の出光面における輝度分布が均一になる。

また、拡散透過板への入光率が格段に向上するので、総合光利用効率を高くすることが可能となり、広い視野角を維持しつつ消費電力を小さくすることができる。

本件発明にかかる自発光型の発光装置の断面図である。自発光型の発光装置から放射される光の拡散角特性を示す図である。第１の実施例にかかる自発光型の発光装置の反射鏡を示す斜視図である。第１の実施例に関し、光軸を含む、反射鏡を切断する平面による断面図である。放物線の定義を示す図である。１の焦点と１の通過点とを定めることで、１の放物線を規定できることを示す図である。面光源から反射鏡の内部に放射された光の軌跡を示す図である。第２の実施例にかかる自発光型の発光装置の反射鏡を示す斜視図である。第２の実施例に関し、光軸を含む、一方の反射面の湾曲方向に反射鏡を切断する平面による断面図である。第１の実施例における、拡散透過板に対する法線方向の輝度分布図（Ａ）、および第２の実施例における、拡散透過板に対する法線方向の輝度分布図（Ｂ）である。従来技術を示す図である。

符号の説明

１０…自発光型の発光装置
１２…面光源
１４…拡散透過板
１６…反射鏡
１８…ＬＥＤチップ
２０…導光体
２０ａ…発光面
２２…放熱部
２４…光源取付開口
２６…出光開口
２８…反射面

（第１の実施例）
本発明を適用した自発光型の発光装置１０は、屋外用大型ディスプレー装置、交通信号灯、電子機器用インジケータなどの表示装置に用いられるものであり、図１に示すように、面光源１２と、拡散透過板１４と、反射鏡１６とを備えている。

面光源１２は、所定の光色の可視光を面状に放射する発光体であり、青色光を放射するＬＥＤチップ１８と、ＬＥＤチップ１８が発する青色光を受けて可視光を放射する蛍光体が混入され、一方の端面にＬＥＤチップ１８が嵌め込まれる凹部を有する円柱状の導光体２０と、ＬＥＤチップ１８が青色光を放射する際に生じる熱を放出する放熱部２２とを有している。

導光体２０は、ＬＥＤチップ１８が放射する青色光を所定の波長の可視光に変換する蛍光体を備えており、ＬＥＤチップ１８からの青色光を受けた蛍光体が放射する所定の光色の可視光を面状に放射するための部材であり、この導光体２０には、後述する反射鏡１６の光源取付開口２４に面光源１２を取り付けたときに当該光源取付開口２４を覆う長方形の発光面２０ａが形成されている。また、導光体２０の形状を変えることにより、要求される形状に応じて発光面２０ａの形状をフレキシブルに対応させることができる。

拡散透過板１４は、プラスチック製の円板状材であり、面光源１２から放射された光が入光する入光面１４ａと、入光面１４ａから入光し、拡散透過板１４の内部を透過した光が外部へ出光する出光面１４ｂとを有している。また、拡散透過板１４の内部には図示しない多数の光拡散材が配設されているとともに、拡散透過板１４の表面には図示しない多数の凹凸が形成されている。これにより、入光面１４ａから入光した光が出光面１４ｂから出光するまでの間（つまり、入光した光が拡散透過板１４の内部を通過する間）に、当該光は拡散透過板１４の内部に配設された光拡散材および拡散透過板１４の表面に形成された凹凸によって拡散される。なお、拡散透過板１４に形成された光拡散材および凹凸の数が多いほど、拡散透過板１４によって拡散された後に出光面１４ｂから出光する光（拡散光）の「広がり」、すなわち自発光型の発光装置１０の視野角が大きくなる。

「視野角」とは、自発光型の発光装置１０から放射された光を図１中右方から視認したとき、面光源１２を頂点として当該光を視認できる範囲によって規定される角度をいう。また、この「視野角」の調整は、拡散透過板１４の光拡散材および凹凸の数や形状を調整することにより、拡散透過板１４の拡散光角特性（拡散透過板１４の出光面１４ｂから放射される光の広がりを規定する特性）を調整することにより行われるのが一般的である。図２に示すグラフは、拡散光角特性を極座標表示したものである。広い拡散光視野角（１２０°）を有する自発光型の発光装置１０から放射される光の拡散光角特性は、図２における「Ａ」のような完全拡散のランバーチアン角特性を有している。また、図２における「Ｂ」のように、直線透過成分が多くかつ狭い拡散光角特性を有する場合、その自発光型の発光装置の視野角は狭いといえる。なお、本実施例の面光源は、略完全拡散（図２における「Ａ」と同形状のランバーチアン）の角特性を有している。

ところで、この拡散角特性の程度は、「利得」と呼ばれる数値で評価される。すなわち、拡散透過板１４を透過する光量を一定としたうえで、光拡散材および凹凸の数を少なくして拡散光の広がりを小さくすると、図２における「Ｂ」のように、拡散透過板１４を透過する光量のピーク値Ｉｐが増加する。このピーク値Ｉｐと、図２における「Ａ」のように、光拡散材および凹凸の数を極大として拡散光が最も大きく広がったときのピーク値Ｉｏとの比（つまり、Ｉｐ／Ｉｏ）を利得Ｇという。したがって、拡散透過板１４を透過する光量を一定としたとき、利得Ｇが大きいほど表面輝度の最大値は大きくなり、視野角は狭くなる。逆に、利得Ｇが小さいほど表面輝度の最大値は小さくなり、視野角は広くなる。

反射鏡１６は、面光源１２から放射された光を拡散透過板１４へ導くプラスチック製の部材であり、図３に示すように、面光源１２が取り付けられる光源取付開口２４と、拡散透過板１４が取り付けられ、面光源１２からの光を出光する出光開口２６と、面光源１２から与えられた光を出光開口２６へ向かうように反射する反射面２８とを有している。

光源取付開口２４は、図１に示すように、面光源１２を構成する導光体２０の発光面２０ａと略同一形状の円形状に形成されており、光源取付開口２４に面光源１２を取り付けたとき、発光面２０ａの周縁が隙間なく光源取付開口２４の周縁に当接するようになっている。また、出光開口２６は、拡散透過板１４と略同一の円形状に形成されており、出光開口２６に拡散透過板１４を取り付けたとき、拡散透過板１４の周縁が隙間なく出光開口２６の周縁に当接するようになっている。

反射鏡１６の反射面２８は、面光源１２から出光開口２６へ向けて放射される光の光軸Ｌを回転軸とする回転放物面であり、この反射面２８には、反射率９５％のアルミ蒸着膜が蒸着されている。この反射面２８（すなわち、回転放物面）について詳述すると、反射面２８は、図３に示すように、面光源１２の光軸Ｌを含み、かつ、反射鏡１６を切断する平面Ｍを想定したとき、光軸Ｌを中心として平面Ｍ内における放物線Ｐを回転させたときの軌跡によって規定されている。

この放物線Ｐを規定するための横軸Ｘおよび縦軸Ｙは、以下のように規定されている。すなわち、図４に示すように、平面Ｍ内において、光源取付開口２４の周縁として現れた２つの光源取付開口２４の周縁点を、一方の光源取付開口の周縁点Ａおよび他方の光源取付開口の周縁点Ｂとする。また、出光開口２６の周縁として現れた２つの出光開口２６の周縁点のうち、光軸Ｌを挟んで他方の光源取付開口の周縁点Ｂに対向する周縁点を一方の出光開口の周縁点Ｃとし、もう一つの周縁点を他方の出光開口の周縁点Ｄとする。次に、他方の光源取付開口の周縁点Ｂと一方の出光開口の周縁点Ｃとを結ぶ直線Ｗを描き、この直線Ｗに平行で、かつ、一方の光源取付開口の周縁点Ａを通過する直線を横軸Ｘとする。そして、この横軸Ｘに直交する直線を縦軸Ｙとする。なお、直線Ｗと光軸Ｌとが成す角度θを反射鏡１６の「開き角」という。また、一方の光源取付開口の周縁点Ａと他方の出光開口の周縁点Ｄとを結ぶ直線Ｖと光軸Ｌとが成す角度も上記角度θと同じ角度である。

このような横軸Ｘおよび縦軸Ｙを設定したとき、放物線Ｐは、一方の光源取付開口の周縁点Ａを焦点として他方の光源取付開口の周縁点Ｂを通過する放物線として規定される。このように、１の焦点（＝周縁点Ａ）と１の通過点（＝周縁点Ｂ）とを定めることで１の放物線Ｐを規定できるのは、「放物線」が、図５に示すように、「縦軸Ｙに平行な準線Ｓからの距離と、焦点Ｆからの距離とが互いに等しい点の集まり」と定義できるからである。すなわち、放物線Ｈ上に点Ｄ１〜Ｄ４を設定したとき、各点Ｄ１〜Ｄ４と焦点Ｆとの間の距離（ｄ１〜ｄ４）は、各点Ｄ１〜Ｄ４と準線Ｓとの間の距離と等しい。仮に、図６に示すように、準線Ｓが定められていなくても、焦点Ｆと放物線Ｈが通過する１つの通過点Ｒとが定められていれば、焦点Ｆと通過点Ｒとの間の距離ｒと同じ距離だけ、通過点Ｒを図６中左方向へ、横軸Ｘに対して平行に移動させることによって位置Ｒａを定めることができ、この位置Ｒａを通過し、かつ、縦軸Ｙに平行な直線として１の準線Ｓを定めることができる。このように、１の準線Ｓを定めることができれば、定義どおり、１の放物線Ｈを規定することができる。

本実施例に係る自発光型の発光装置１０において（図１参照）、光源取付開口２４に取り付けられた面光源１２のＬＥＤチップ１８に電力を供給すると、ＬＥＤチップ１８から青色光が放射され、放射された当該青色光は導光体２０に入光する。そして、導光体２０に入光した青色光は、導光体２０に含まれる蛍光体によって所定の波長を有する所定の光色の可視光に変換された後、発光面２０ａから反射鏡１６の内部に放射される。

反射鏡１６の内部に放射された光のうち、図７に示すように、反射鏡１６の開き角θ以内に放射された光（例えば、光Ｌ１）は、反射鏡１６の出光開口２６に取り付けられた拡散透過板１４の入光面１４ａに直接与えられる。

一方、反射鏡１６の開き角θよりも広い角度で放射された光（例えば、光Ｌ２）は、反射鏡１６の反射面２８で反射した後、拡散透過板１４の入光面１４ａを照射する（発光面２０ａに沿って進む光も光源取付開口２４の周縁で反射した後、拡散透過板１４の入光面１４ａを照射する。）。

入光面１４ａから拡散透過板１４の内部に入光した光は、拡散透過板１４の内部に形成された多数の光拡散材および拡散透過板１４の出光面１４ｂに形成された多数の凹凸によって拡散された後、拡散透過板１４の出光面１４ｂから出光する。これにより、自発光型の発光装置１０の視野角内から拡散透過板１４の出光面１４ｂを見たとき、あたかも拡散透過板１４自身が発光しているかのように拡散透過板１４の表面が明るく見える。

本実施例に係る自発光型の発光装置１０によれば、面光源１２から放射された光は、拡散透過板１４を「直接」照らすだけでなく、当該光の一部は反射面２８で反射し、その後、拡散透過板１４を照らすので、拡散透過板１４は、全体として均一な光で照らされることになる。したがって、拡散透過板１４の出光面１４ｂにおける輝度分布が均一になる。

また、拡散透過板１４を照らす光のうち、一部の光Ｌ３は、拡散透過板１４の入光面１４ａで反射され、反射鏡１６内に戻されるが、本実施例に係る自発光型の発光装置１０の反射鏡１６によれば、拡散透過板１４の入光面１４ａで反射され、反射鏡１６内に戻された光Ｌ３のほとんどを再び拡散透過板１４へ向けることができる。

すなわち、反射鏡１６の反射面２８は、「光軸Ｌを含み、かつ、反射鏡１６を切断する平面Ｍを想定し、平面Ｍ内において、光源取付開口２４の周縁として現れた２つの光源取付開口の周縁点ＡおよびＢのうち一方の光源取付開口の周縁点Ａを通過し、かつ、他方の光源取付開口の周縁点Ｂと出光開口２６の周縁として現れた２つの出光開口の周縁点ＣおよびＤのうち光軸Ｌを挟んで他方の光源取付開口の周縁点Ｂに対向する一方の出光開口の周縁点Ｃとを結ぶ直線Ｗに平行な直線を横軸Ｘとし、横軸Ｘに直交する直線を縦軸Ｙとしたとき、一方の光源取付開口の周縁点Ａを焦点として他方の光源取付開口の周縁点Ｂを通過する」放物線Ｐによって規定された回転放物面である。つまり、光源取付開口２４の周縁は、回転放物面（＝反射面２８）を規定する放物線Ｐの焦点の集合であるといえる。なお、この直線Ｗと光軸Ｌとが成す角度θを反射鏡１６の「開き角」という。

したがって、この反射鏡１６によれば、拡散透過板１４の入光面１４ａで反射され、反射鏡１６内に戻された光Ｌ３のほとんどを再び拡散透過板１４へ向けることができるので、拡散透過板１４への入光率が従来の自発光型の発光装置１における拡散透過板３への入光率に比べて格段に向上する。これにより、総合光利用効率を高くすることが可能となり、広い視野角を維持しつつ消費電力を小さくすることができる。

さらに、発光面２０ａから放射された青色光を受けた導光体２０の蛍光体が可視光を放射するので、発光面２０ａと拡散透過板１４との間に蛍光体の層を配設する必要がなくなり、自発光型の発光装置１０をよりコンパクトにすることができるとともに、発光面２０ａから放射された光が蛍光体の層に吸収されることによる光の利用効率の低下を防止することができる。

また、面光源１２は、反射鏡１６の外側に配設され、反射鏡１６の光源取付開口２４を介して反射鏡１６の内部に光を放射するようになっている。つまり、面光源１２の放熱部２２が面光源１２から放射された光を遮ることはない。このため、放熱部２２の大きさ、形状および表面積が総合光利用効率に影響を与えることはなく、ＬＥＤチップ１８の特性に応じた大きさ、形状および表面積を有する放熱部２２を用いることができる。

また、面状に光を放射する面光源１２は、点光源に比べて一様な光を放射することができることから、滑らかで一様な光度分布および照度分布の光を放射する自発光型の発光装置１０を提供することができる。

（第２の実施例）
次に、本発明に係る第２の実施例について説明する。第２の実施例に係る自発光型の発光装置１０は、第１の実施例と同様に、発光面２０ａを有する面光源１２と、面光源１２の光の放射方向前方に配設され、面光源１２から与えられた光を拡散して透過させる拡散透過板１４と、面光源１２から放射された光を拡散透過板１４へ導く反射鏡１６とを備えている。

拡散透過板１４は、プラスチック製の長方形状板材であり、面光源１２から放射された光が入光する入光面１４ａと、入光面１４ａから入光し、拡散透過板１４の内部を透過した光が外部へ出光する出光面１４ｂとを有している。また、拡散透過板１４の内部には図示しない多数の光拡散材が形成されており、拡散透過板１４の表面には図示しない多数の凹凸が形成されている。これにより、入光面１４ａから入光した光が出光面１４ｂから出光するまでの間に、当該光は拡散透過板１４の内部に形成された光拡散材およびその表面に形成された凹凸によって拡散される。

反射鏡１６は、面光源１２から放射された光を拡散透過板１４へ導くプラスチック製の部材であり、図８に示すように、面光源１２を取り付ける光源取付開口２４と、面光源１２からの光を出光し、拡散透過板１４を取り付ける出光開口２６と、面光源１２から出光開口２６へ向けて放射される光の光軸Ｌを挟むように対向して配設された、面光源１２からの光を出光開口２６へ向けて反射する一対の反射面２８ａおよび２８ｂと、一対の反射面２８ａおよび２８ｂに直交し、互いに対向する一対の平面状の反射面２８ｃとを有している。また、反射面２８ａおよび２８ｂと一対の平面状の反射面２８ｃとには、反射率９５％のアルミ蒸着膜が施されている。

光源取付開口２４は長方形状に形成されており、光源取付開口２４に面光源１２を取り付けたとき、発光面２０ａの周縁が隙間なく光源取付開口２４の周縁に当接するようになっている。また、出光開口２６も長方形状に形成されており、出光開口２６に拡散透過板１４を取り付けたとき、長方形状の板材である拡散透過板１４の周縁が隙間なく出光開口２６の周縁に当接するようになっている。

反射鏡１６を構成する一方の反射面２８ａについて詳述すると、反射面２８ａは、図８に示すように、光源取付開口側の端縁から出光開口側の端縁にかけて湾曲しており、反射面２８ａは、光軸Ｌを含み、かつ、反射面２８ａの湾曲方向に反射鏡１６を切断する平面Ｎを想定したとき、放物線Ｑを平面Ｎに対して直交する方向に移動させたときの軌跡によって規定されている。

この放物線Ｑを規定するための横軸Ｘおよび縦軸Ｙは、以下のように規定されている。すなわち、図９に示すように、平面Ｎ内において、一方の反射面２８ａの光源取付開口の端縁Ｂと他方の反射面２８ｂの出光開口側の端縁Ｃとを結ぶ直線Ｗに平行で、かつ、他方の反射面２８ｂの光源取付開口側の端縁Ａを通過する直線を横軸Ｘとし、横軸Ｘに直交する直線を縦軸Ｙとする。なお、直線Ｗと光軸Ｌとが成す角度θを反射鏡１６の「開き角」という。また、他方の反射面２８ｂの光源取付開口側の端縁Ａと一方の反射面２８ａの出光開口側の端縁Ｄとを結ぶ直線Ｖと光軸Ｌとが成す角度も上記角度θと同じ角度である。

このような横軸Ｘおよび縦軸Ｙを設定したとき、放物線Ｑは、他方の反射面２８ｂの光源取付開口の端縁Ａを焦点として一方の反射面２８ａの光源取付開口の端縁Ｂを通過する放物線として規定される。

また、他方の反射面２８ｂは、図８に示すように、光軸Ｌを含んで平面Ｎに直交する面を基準面（図示せず）とし、上述した一方の反射面２８ａに対して面対称に形成されている。

さらに、一対の平面状の反射面２８ｃは、一対の反射面２８ａおよび２８ｂに直交し、互いに対向するように配設されている。

本実施例に係る自発光型の発光装置１０において、光源取付開口２４に取り付けられた面光源１２のＬＥＤチップ１８に電力を供給すると、ＬＥＤチップ１８から青色光が放射され、放射された当該青色光は導光体２０に入光する。そして、導光体２０に入光した青色光は、導光体２０に含まれる蛍光体によって所定の波長を有する所定の光色の可視光に変換された後、発光面２０ａから反射鏡１６の内部に放射される。

反射鏡１６の内部に放射された光は、第１の実施例において説明したように、反射鏡１６の出光開口２６に取り付けられた拡散透過板１４の入光面１４ａを照射する。

本実施例に係る自発光型の発光装置１０によれば、第１の実施例に係る自発光型の発光装置１０と同様に、面光源１２から放射された光は、拡散透過板１４を「直接」照らすだけでなく、当該光の一部は、反射面２８ａおよび２８ｂにおいて反射し、その後、拡散透過板１４を照らすので、拡散透過板１４は、全体として均一な光で照らされることになる。したがって、拡散透過板１４の出光面１４ｂにおける輝度分布が均一になる。

上述した、反射鏡１６内に戻される一部の光Ｌ３は、「横軸Ｘに平行な光（すなわち、光軸Ｌと成す角度αがθに等しい光）」と、「光軸と成す角度αがθよりも大きい光」と、「光軸と成す角度αがθよりも小さい光」とに分けることができる。反射鏡１６内に戻される光Ｌ３のうち、「横軸Ｘに平行な光」は、反射面２８ａあるいは２８ｂのどちらかで反射した後、焦点であるもう一方の反射面２８ａあるいは２８ｂの光源取付開口２４の端縁上に集まり、光源取付開口２４の端縁上に集まった光は、そこで反射して再び拡散透過板１４に向かう。また、「光軸Ｌと成す角度αがθよりも大きい光」は、反射面２８ａあるいは２８ｂで反射した後、焦点である光源取付開口２４の端縁よりも拡散透過板１４側、すなわち対向する反射面２８ａあるいは２８ｂに向かうので、この「光軸Ｌと成す角度αがθよりも大きい光」は、反射面２８ａあるいは２８ｂで反射することを何度か繰り返した後、すべて拡散透過板１４に向かうようになる。また、「光軸と成す角度αがθよりも小さい光」は、ほとんど存在しない。なぜならば、「光軸と成す角度αがθよりも小さい光」になるべき光は、拡散透過板１４の入光面１４ａに対して直角に近い角度で入光するので、当該入光面１４ａで反射されることがほとんどないからである。

したがって、この反射鏡１６によれば、拡散透過板１４の入光面１４ａで反射され、反射鏡１６内に戻された光Ｌ３のほとんどを再び拡散透過板１４へ向けることができるので、拡散透過板１４への入光率が従来の自発光型の発光装置１における拡散透過板３への入光率に比べて格段に向上するので、総合光利用効率を高くすることが可能となり、広い視野角を維持しつつ消費電力を小さくすることができる。

第１および第２の実施例に係る自発光型の発光装置１０によれば、拡散透過板１４への入光率が５０％のとき、自発光型の発光装置１０の効率（総合光利用効率）は約７０％となる。つまり、発光面２０ａから放射される光のうち、約７０％が拡散透過板１４から出光されることになる。

また、第１の実施例に係る自発光型の発光装置１０における、拡散透過板１４に対する法線方向の輝度分布を光線追跡シミュレーションにより算出した結果を図１０の「Ａ」に示す。また、第２の実施例に係る自発光型の発光装置１０における、同様のシミュレーション結果を図１０の「Ｂ」に示す。図１０の「Ａ」に示す輝度分布は天面１００と側面１０２とで構成された略円柱状になっており、天面１００は、若干の凹凸が見られるものの、ほぼ平面状になっている。また、側面１０２は、基準面Ｊ（＝拡散透過板１４の出光面１４ｂ）に対してほぼ直角に立ち上がっている。また、図１０の「Ｂ」に示す輝度分布も、ほぼ平面状の天面１０４と、基準面Ｊに対してほぼ直角に立ち上がっている側面１０６とで構成された略角柱状になっている。したがって、拡散透過板１４の出光面１４ｂからは、一様な輝度分布の光が出光されている、換言すれば、拡散透過板１４の出光面１４ｂは一様な輝度分布となっているといえる。なお、図１０の「Ａ」における輝度分布が略円柱状になっているのは、第１の実施例に係る反射鏡１６の出光開口２６が円形状だからであり、図１０の「Ｂ」における輝度分布が略角柱状になっているのは、第２の実施例に係る反射鏡１６の出光開口２６が長方形状だからである。

また、拡散透過板１４の面積Ｓは、拡散透過板１４における出光面１４ｂの法線方向の輝度Ｋ、拡散透過板１４の利得Ｇ、面光源１２の法線方向の輝度Ｋｏおよび面光源１２の発光面２０ａの面積Ｓｏとし、自発光型の発光装置１０の効率（総合光利用効率）を７０％として、以下の式を用いて算出することが望ましい。
Ｓ＝（０．７×Ｋｏ×Ｓｏ）／（Ｇ・Ｋ）…［式１］

例えば、拡散透過板１４における出光面の法線方向の輝度Ｋに比べて面光源１２の法線方向の輝度Ｋｏが高くなると、［式１］から算出される拡散透過板１４の面積Ｓが大きくなる。

なお、第１の実施例において、反射鏡１６は、所定の形状の反射面２８を有している事を前提として、例えば、直方体状の反射鏡１６に反射面２８を穿設するようにしてもよい。同様に、第２の実施例において、反射鏡１６は、所定の形状の反射面２８ａおよび２８ｂを有していればどのような形状であってもよい。

また、面光源１２は、単一の面発光型発光ダイオード、複数の面発光型発光ダイオードの集合体、複数の点発光型ダイオードの集合体あるいは有機ＥＬなどの面状に発光する発光体であれば、上記実施例に記載したものに限られない。

また、拡散透過板１４の内部に配設される光拡散材は、拡散透過板１４を構成するプラスチックとは異なる屈折率を有する材質で形成されていれば、その形状はどのようなものであってもよく、光拡散材として、例えば、気泡、粒子、小片板材などが挙げられる。さらに拡散透過板１４の表面に形成される凹凸の形状も、Ｕ溝状、Ｖ溝状あるいは半球状など、どのような形状であってもよい。また、拡散透過板１４の材質もプラスチックには限られず、ガラスなど他の材質を用いることができる。

さらに、蛍光体を含まない導光体２０を用い、その替わりに、蛍光体を含有する拡散透過板１４を用いてもよい。この場合も上述した実施例の場合と同様に、発光面２０ａと拡散透過板１４との間に蛍光体の層を配設する必要がなくなり、自発光型の発光装置１０をコンパクトにすることができる。また、この蛍光体の層に光が吸収されて総合光利用効率が低下するのを防止することができる。

また、上述した実施例では、青色光を放射するＬＥＤチップ１８が使用されているが、近紫外光を放射するＬＥＤチップ１８を用いても良い。この場合、近紫外光を可視光に変換する性質を有する蛍光体を使用する必要があることはいうまでもない。

また、導光体２０を有さない、各種可視光発光の発光ダイオードを面光源１２として用いることもできるが、円形の発光面を得ることが難しくなるため。二等辺三角形のＬＥＤチップとし、これを正多角形に並べて円形に近づけるなどの工夫を要する。ちなみに、二等辺三角形のＬＥＤチップをウェハーから切り出すことは容易である。

Claims

発光面を有する面光源と、前記面光源からの光の放射方向前方に配設され、前記面光源から与えられた光を拡散して透過させる拡散透過板と、前記面光源から放射された光を前記拡散透過板へ導く反射鏡とを備える自発光型の発光装置であって、
前記反射鏡は、前記面光源が取り付けられる光源取付開口と、前記拡散透過板が取り付けられ、前記面光源からの光を出光する出光開口と、前記面光源から与えられた光を前記出光開口へ向かうように反射する反射面とを有しており、
前記反射面は、前記面光源から前記出光開口へ向けて放射される光の光軸を回転軸として所定の放物線を回転させたときの軌跡によって規定された回転放物面であり、
前記光軸を含み、かつ、前記反射鏡を切断する平面を想定し、前記平面内において、前記光源取付開口の周縁として現れた２つの光源取付開口の周縁点のうち一方の前記光源取付開口の周縁点を通過し、かつ、他方の前記光源取付開口の周縁点と前記出光開口の周縁として現れた２つの出光開口の周縁点のうち前記光軸を挟んで他方の前記光源取付開口の周縁点に対向する一方の前記出光開口の周縁点とを結ぶ直線に平行な直線を横軸とし、前記横軸に直交する直線を縦軸としたとき、
前記所定の放物線は、一方の前記光源取付開口の周縁点を焦点として他方の前記光源取付開口の周縁点を通過し、かつ、その準線が、前記縦軸に対して平行となるように定められた放物線である自発光型の発光装置。
発光面を有する面光源と、前記面光源からの光の放射方向前方に配設され、前記面光源から与えられた光を拡散して透過させる拡散透過板と、前記面光源から放射された光を前記拡散透過板へ導く反射鏡とを備える自発光型の発光装置であって、
前記反射鏡は、前記面光源が取り付けられる光源取付開口と、前記拡散透過板が取り付けられ、前記面光源からの光を出光する出光開口と、前記面光源から前記出光開口へ向けて放射される光の光軸を挟むように対向して配設され、前記面光源から与えられた光を前記出光開口へ向かうように反射する一対の反射面とを有しており、
一方の前記反射面は、その光源取付開口側の端縁から出光開口側の端縁にかけて湾曲しており、前記光軸を含む、一方の前記反射面の湾曲方向に前記反射鏡を切断する平面を想定したとき、所定の放物線を前記平面に対して直交する方向に移動させたときの軌跡によって規定されており、前記平面内において、他方の前記反射面の光源取付開口側の端縁を通過し、かつ、一方の前記反射面の前記光源取付開口の端縁と他方の前記反射面の出光開口側の端縁とを結ぶ直線に平行な直線を横軸とし、前記横軸に直交する直線を縦軸としたとき、
前記所定の放物線は、他方の前記反射面の前記光源取付開口の端縁を焦点として一方の前記反射面の前記光源取付開口の端縁を通過し、かつ、その準線が、前記縦軸に対して平行となるように定められた放物線であり、
他方の前記反射面は、前記光軸を含み、かつ、前記平面に直交する面を基準面として一方の前記反射面に対して面対称に形成されている自発光型の発光装置。
前記反射鏡は、一対の前記反射面に直交し、互いに対向する一対の平面状の反射面を有することを特徴とする、請求の範囲第２項に記載の自発光式の発光装置。
前記面光源は、青色光あるいは近紫外光を放射し、
前記拡散透過板は、前記青色光あるいは前記近紫外光を受けて可視光を放射する蛍光体を有することを特徴とする、請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の自発光型の発光装置。