JP5057682B2 - 照明装置、撮像装置及び携帯端末 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤ等の発光素子を利用した照明装置、この照明装置を搭載した撮像装置、及びこの撮像装置を搭載した携帯端末に関する。

最近の携帯電話機には、カメラが一体的に設けられているものが多いが、そのような携帯電話機に設けられたカメラでは、特に被写体が暗い場合、鮮明な画像を撮影することは困難である。撮像性能は、携帯機器に搭載されるフラッシュの明るさや演色性等の性能に大きく依存するが、鮮明な画像を撮影するに充分な明るさ及び演色性を示すフラッシュは、未だ見出されていないからである。

近年、携帯端末の小型軽量化の観点から、ＬＥＤフラッシュが注目を集めている。携帯機器に搭載されるＬＥＤフラッシュとしては、まず明るいことが要求される。このため、現在フラッシュ用途には、通常、複数のＬＥＤチップが使用される。しかしながら、限られたバッテリーを使用するため、でき得る限り高効率であることが望まれる。また、フラッシュ用途の場合、被写体がある方向、即ち特定方向の明るさが重要であるため、ＬＥＤチップの特性としては、光度（ｃｄ）が重要な特性となる。

従って、光度向上を目的として、ＬＥＤチップの近傍周囲に反射板を設けること、１つのＬＥＤチップの周囲に複数のＬＥＤチップを環状に配置すること（例えば、特許文献１参照）、複数のＬＥＤチップをその中心が一直線上にあるように配置すること（例えば、特許文献２及び３参照）等の種々の工夫がなされている。しかしながら、満足な明るさを示すＬＥＤフラッシュは、未だ実現されていないのが現状である。
特開２００５−１５８９５８号公報 特開２００５−１０９２１２号公報 特開平１０−２２５２９号公報

本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、明るさ及び演色性に優れた照明装置、この照明装置を用いた、遠距離でも明るい画像が得られるとともに人物撮影にも適した撮像装置、及びこの撮像装置を搭載する携帯機器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、基体上に配置され矩形状上面及び側面を発光面とする３個以上の発光素子を具備し、前記発光素子は、該発光素子が配置されていない集光領域を囲むように配置され、それぞれの前記発光素子の側面の１つが、前記集光領域の略中央部に向いていることを特徴とする照明装置を提供する。

このような照明装置において、集光領域には、それぞれの発光素子の発光側面の１つに対向する傾斜面を有する錐体又は錐台を配置することができる。錐体又は錐台としては、角錐体又は角錐台を用いることができる。

本発明の第２の態様は、矩形状上面及び側面を発光面とする３個以上の発光素子が基体上に配置されてなり、前記３個以上の発光素子は、該発光素子が配置されていない集光領域を隔てて側面の１つが互いに対向して配置された第１及び第２の発光素子と、これら第１及び第２の発光素子に近接して配置された第３の発光素子とを含み、前記第３の発光素子の隣り合う側面が共有する辺のうち二辺はそれぞれ、前記第１の発光素子の隣り合う側面が共有する一辺及び前記第２の発光素子の隣り合う側面が共有する一辺に向き合って位置することを特徴とする照明装置を提供する。

このような照明装置において、第１及び第３の発光素子それぞれの隣り合う側面が共有する一辺は、第１及び第３の発光素子の略中心軸を通る垂直面上にほぼ存在し、第２及び第３の発光素子それぞれの隣り合う側面が共有する一辺は、第２及び第３の発光素子の略中心軸を通る垂直面上にほぼ存在する構成とすることができる。

なお、本発明の第１及び第２の態様に係る照明装置において、３個以上の発光素子が配置された領域の周囲及び底面の少なくとも一方に反射板を設置することができる。

また、発光素子は、近紫外光または青色に発光するものとすることができる。
更に、以上の照明装置は、フラッシュとして用いることができる。
本発明の第３の態様は、かかるフラッシュを搭載したことを特徴とする撮像装置を提供する。
また、本発明の第４の態様は、かかる撮像装置を搭載したことを特徴とする携帯端末を提供する。

本発明の照明装置によると、複数の発光素子を、側面からの発光が隣接又は対向する発光素子により遮られないように配置しているため、光取り出し効率の大幅な向上を図ることができる。その結果、低電力で充分な明るさ及び演色性を示すフラッシュが提供され、かかるフラッシュを搭載した撮像装置、携帯端末が提供される。

以下、発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１に、本発明の一実施形態に係る、発光源として複数のＬＥＤチップを配置した照明装置の一般的な構造を示す。この照明装置は、図１に示すように、上方に開口する凹部を有する基体１の凹部の底面には、複数個のＬＥＤチップ２が配置されており、これらＬＥＤチップ２は蛍光層３により覆われている。ＬＥＤチップ２それぞれの上部電極は、第１のワイヤ４により第１の電極５に接続されている。ＬＥＤチップ２それぞれの下部電極は、第２のワイヤ６により第２の電極７に接続されている。

蛍光層３は、ポリマーマトリクス中に蛍光体粒子を分散させたものであり、ＬＥＤチップ２は、例えばＧａＮ系半導体材料から構成されるものである。ＬＥＤチップの代わりに、例えば同様の波長の光を発光するレーザーダイオード等の発光素子を用いることもできる。

図１に示す構成の照明装置は、ＬＥＤチップ２により電気エネルギーが光エネルギーに直接変換され、この光は、蛍光層３内に含まれる蛍光体により、異なる波長の光に変換され、発光する原理で動作する。

本発明の第１の態様に係る照明装置は、ＬＥＤチップが配置されていない集光領域を囲むように配置された矩形発光上面を有する複数のＬＥＤチップを具備し、それぞれのＬＥＤチップの発光側面の１つが、前記集光領域の中央部に向いていることを特徴とする。

なお、ＬＥＤチップの矩形発光上面及び発光側面の角は、丸みを帯びていてもよい。

図２は、本発明の第１の態様の第１の実施形態に係る照明装置における、ＬＥＤチップの配列を示す。図２の（ａ）は上面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図をそれぞれ示す。図２に示すように、基体１０上には、矩形断面を有する４個のＬＥＤチップ１１ａ〜１１ｄが、集光領域１２を囲むように配置されている。集光領域１２には、ＬＥＤチップは配置されていない。また、それぞれのＬＥＤチップ１１ａ〜１１ｄの発光側面の１つが、集光領域１２の中央部に向いている。

図３は、従来の照明装置におけるＬＥＤチップの配列を示す。図３の（ａ）は上面図、（ｂ）はそのＢ−Ｂ断面図をそれぞれ示す。図３に示すＬＥＤチップの配列では、基体２０上に、矩形断面を有する４個のＬＥＤチップ２１ａ〜２１ｄが、狭い間隔を隔てて２列に配置されている。ＬＥＤチップ２１の間に集光領域は存在しない。また、それぞれのＬＥＤチップ２１ａ〜２１ｄの発光側面の１つは、隣接するＬＥＤチップ２１ａ〜２１ｄの発光側面の１つに近接して対向している。

一般に、ＬＥＤチップは矩形断面を有し、即ち、六面体である。発光は上面だけでなく、側面からも生ずる。従って、ＬＥＤチップからの光取り出し効率を高めるには、側面からの発光をいかに利用するかが重要である。

図３に示すＬＥＤチップの配置では、ＬＥＤチップ２１ａ〜２１ｄの側面からの強い発光が、隣接するＬＥＤチップ２１ａ〜２１ｄが影となって散乱または吸収され、照明装置の外に光を取り出すことができる効率が減少してしまう。

これに対し、図２に示す本発明の第１の実施形態に係る照明装置では、ＬＥＤチップ１１ａ〜１１ｄの集光領域１２に向いている発光側面は、他のＬＥＤチップ１１ａ〜１１ｄの側面と近接して向かい合っていないため、相互に発光が遮られることはなく、側面からの発光を効率よく取り出すことができる。

本発明者らは、４個の青色発光ＬＥＤチップを図２に示すように配置し、蛍光体を含まないシリコーン樹脂で封止した状態で２０ｍＡの電流を流し、発光させて、発光の強度を測定した。同様に、４個の青色発光ＬＥＤチップを図３に示すように配置し、蛍光体を含まないシリコーン樹脂で封止した状態で２０ｍＡの電流を流し、発光させて、発光の強度を測定した。その結果を図４に示す。

図４から、４個の青色発光ＬＥＤチップを図２に示すように配置した場合には、図３に示すように配置した場合に比べ、大幅に発光強度が増加したことがわかる。

図５は、本発明の第２の実施形態に係るＬＥＤチップの配列を示す図である。図５に示すＬＥＤチップの配列では、基体３０上に、矩形断面を有する３個のＬＥＤチップ３１ａ〜３１ｃが、集光領域３２を囲むように配置されている。集光領域３２には、ＬＥＤチップは配置されていない。また、それぞれのＬＥＤチップ３１ａ〜３１ｃの発光側面の１つが、集光領域３２の中央部に向いている。

図５に示すＬＥＤチップの配列は、図２に示すＬＥＤチップの配列とは異なり、集光領域３２を隔てて対向するＬＥＤチップが存在しないため、ＬＥＤチップの側面から出る光（矢印で示す）が全く遮られることが無い配列である。

なお、ＬＥＤチップの数が奇数の場合は、図５に示すような配列が実現され、偶数の場合は、図２に示すような配列となる。いずれも集光領域を囲むように配列されていない従来のＬＥＤチップの配列より、ＬＥＤ素子の光取り出し効率が大幅に向上する。

図６に示すＬＥＤチップの配列は、図３に示すＬＥＤチップの配列と同様、３個のＬＥＤチップ４１ａ〜４１ｃが、狭い間隔を隔てて配置されている。ＬＥＤチップ４１ａ〜４１ｃの間に集光領域は存在しない。このようなＬＥＤチップの配列では、図３に示すＬＥＤチップの配列ほどではないが、ＬＥＤチップ４１ａ〜４１ｄの対向する側面からの光（矢印で示す）は隣接するＬＥＤチップにより遮られるため、光の取り出し効率は低い。

図７は、本発明の第３の実施形態に係るＬＥＤチップの配列を示す図である。図７に示すＬＥＤチップの配列では、基体５０上に、矩形発光上面を有する２個のＬＥＤチップ５１ａ，５１ｂが、集光領域５２を隔てて配置されているとともに、更に１個のＬＥＤチップ５１ｃが、ＬＥＤチップ５１ａ，５１ｂに近接して、それぞれの隣り合う側面が共有する一辺が向き合うように配置されている。即ち、このＬＥＤチップの配列は、図２に示すＬＥＤチップの配列では、集光領域１２は、四方をＬＥＤチップにより囲まれているのに対し、図７に示すＬＥＤチップの配列では、集光領域５２は、三方をＬＥＤチップにより囲まれている。

図７に示すようなＬＥＤチップの配列でも、ＬＥＤチップ５１ａないし５１ｃの発光側面からの光は、隣接するＬＥＤチップ５１ａないし５１ｃにより遮られることがないため、高い光の取り出し効率を得ることができる。

図８は、図７に示すようなＬＥＤチップの配列の変形例であり、４個のＬＥＤチップを配置した例である。いずれの配列でも、ＬＥＤチップの側面からの光は、隣接するＬＥＤチップにより遮られることがないため、高い光の取り出し効率を得ることができる。

図９は、本発明の第４の実施形態に係るＬＥＤチップの配列を示し、図５に示すＬＥＤチップ３１ａ〜３１ｃの配列の集光領域３２に錐形多面体６２を配置した照明装置を示す。図９に示す構成では、ＬＥＤチップ３１ａ〜３１ｃの側面からの発光は集光領域３２に到達した後、錐形多面体６２で反射されて、上方に出射する。その結果、光を効率よくＬＥＤチップ３１ａ〜３１ｃの外に取り出すことができる。なお、錐形多面体は、錐体及び錐台を含み、錐体は、角錐及び円錐を含み、錐台は、角錐台及び円錐台を含む。

錐形多面体６２は、アルミニウム等の金属により構成するか、又はプラスチック等の成形体の表面に金属膜を蒸着したものとすることができる。

以下に、本発明の実施例及び比較例を示し、本発明の効果をより具体的に説明する。なお、いずれの例においても、図１に示す構造のＬＥＤフラッシュを作成し、チップ配列のみを変えて光度（ｃｄ）の測定を行った。蛍光層には、黄色発光蛍光体としてＹＡＧ（イットリウム アルミニウム ガーネット）系蛍光体をシリコンポリマーに３０ｗｔ％分散したものを、ＬＥＤチップには青色発光（発光中心波長＝４６０ｎｍ、ＩｎＧａＮ）ＬＥＤチップを用いた。また、反射板の位置、特性はすべて同一である。

実施例１
図２に示すＬＥＤチップの配列のＬＥＤフラッシュを１０個作成した。これらのＬＥＤフラッシュについて、それぞれのチップに２０ｍＡの電流を流して発光させたところ、光度は７．５−９．０ｃｄであった。

比較例１
図２に示すＬＥＤチップの配列のＬＥＤフラッシュを１０個作成した。これらのＬＥＤフラッシュについて、それぞれのチップに２０ｍＡの電流を流して発光させたところ、光度は６．２−７．１ｃｄであった。この結果と実施例１の結果との比較から、同一個数のＬＥＤチップであっても、実施例１のチップ配列とすることにより、光度は２７％程度向上することが分かった。

実施例２
図５に示すＬＥＤチップの配列のＬＥＤフラッシュを１０個作成した。これらのＬＥＤフラッシュについて、それぞれのチップに２０ｍＡの電流を流して発光させたところ、光度は６．０−７．５ｃｄであった。この結果から、ＬＥＤチップの個数は３つであるにも関わらず、比較例１の４個のＬＥＤチップを備えたＬＥＤフラッシュとほぼ同等の光度を得ることができたことがわかる。

比較例２
図６に示すＬＥＤチップの配列のＬＥＤフラッシュを１０個作成した。これらのＬＥＤフラッシュについて、それぞれのチップに２０ｍＡの電流を流して発光させたところ、光度は４．５−５．５ｃｄであった。

実施例３
図９に示すように、３個のＬＥＤチップを配列させるとともに、集光領域に、表面に銀を蒸着した三角錐形状のポリマーブロックを配置したＬＥＤフラッシュを１０個作成した。これらのＬＥＤフラッシュについて、それぞれのチップに２０ｍＡの電流を流して発光させたところ、光度は６．５−８．０ｃｄであった。

この結果から、実施例２のＬＥＤチップの配列と同一のＬＥＤチップの配列であるにもかかわらず、実施例２のＬＥＤフラッシュよりも光度の増加がみられた。これは、ＬＥＤチップの配列による光取り出し効率の向上効果に加え、集光領域に反射体を配置したことにより、ＬＥＤチップの前方に集光したことによるものと考えられる。

なお、本発明は上述した実施形態及び実施例に限定されることはない。例えば、発光素子としては、ＬＥＤチップを用いたが、本発明はこれに限らず、発光素子としてレーザーダイオードを用いることも可能である。

その他、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の一実施形態に係るＬＥＤフラッシュを示す断面図。 本発明の第１の実施形態に係るＬＥＤフラッシュにおけるＬＥＤチップの配列を示す上面図及び断面図。 従来のＬＥＤフラッシュにおけるＬＥＤチップの配列を示す上面図及び断面図。 本発明の第１の実施形態に係るＬＥＤフラッシュと従来のＬＥＤフラッシュの発光強度を比較して示す特性図。 本発明の第２の実施形態に係るＬＥＤフラッシュにおけるＬＥＤチップの配列を示す上面図。 他の従来のＬＥＤフラッシュにおけるＬＥＤチップの配列を示す上面図。 本発明の第３の実施形態に係るＬＥＤフラッシュにおけるＬＥＤチップの配列を示す上面図。 図７に示すＬＥＤチップの配列の変形例を示す上面図。 本発明の第４の実施形態に係るＬＥＤフラッシュにおけるＬＥＤチップの配列を示す上面図。

符号の説明

１，１０，２０，３０，４０，５０…基体、２，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ…ＬＥＤチップ、３…蛍光層、４…第１のワイヤ、５…第１の電極、６…第２のワイヤ、１２，３２，５２…集光領域、６２…錐形多面体。

Claims (8)

1. 上方に開口する凹部を有する基体の凹部の底面にいずれも配置され矩形状上面及び側面を発光面とし、近紫外光または青色に発光する３個以上のＬＥＤチップと、これら発光素子を覆う蛍光層を具備し、前記ＬＥＤチップは、該発光素子が配置されていない集光領域を囲むように配置され、それぞれの前記発光素子の側面の１つが、前記集光領域の略中央部に向いていることを特徴とする照明装置。
2. 前記集光領域には、それぞれの前記ＬＥＤチップの側面の１つに対向する傾斜面を有する錐体又は錐台が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記錐体又は錐台は角錐体又は角錐台であることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の照明装置からなることを特徴とするフラッシュ。
5. 請求項４に記載のフラッシュを搭載したことを特徴とする撮像装置。
6. 請求項５に記載の撮像装置を搭載したことを特徴とする携帯端末。
7. 前記３個以上のＬＥＤチップは、前記集光領域を隔てて対向するＬＥＤチップが存在しないように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
8. 前記３個以上のＬＥＤチップは、それぞれのＬＥＤチップの側面からの光が隣接するＬＥＤチップにより遮られることがないように、前記集光領域を囲むように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。

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