JP2004022257A - Led照明装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】照明むらのない明るい照明光と、配光制御と色相調整ができ、また、製造し易くロ−コスト化に適する小型のLED照明装置を提供すること。
【解決手段】複数のLED素子17を基板16の面上に配備した発光モジュ−ル12を装置枠体11内に配設し、さらに、発光モジュ−ル12とは別体とした光学系手段を装置枠体内に設け、この光学系手段には、凸レンズ13と凹レンズ14とからなる配光制御用レンズと、色相調整用の光学フィルタ15とを備えた構成としてある。
【選択図】 図1
【解決手段】複数のLED素子17を基板16の面上に配備した発光モジュ−ル12を装置枠体11内に配設し、さらに、発光モジュ−ル12とは別体とした光学系手段を装置枠体内に設け、この光学系手段には、凸レンズ13と凹レンズ14とからなる配光制御用レンズと、色相調整用の光学フィルタ15とを備えた構成としてある。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、室内照明、店舗照明、舞台照明などに使用する照明装置であって、複数のLED素子を基板上に実装配備した発光モジュ−ルを利用するLED照明装置に関し、特に、小型の照明装置で照明むらのない高い輝度を得ることができ、かつ、照明する場所に合せて配光や色相の調整ができるLED照明装置に係る。
【0002】
【従来の技術】
蛍光灯に代わる新らしい照明装置としてLEDを利用したものが提案されている。
例えば、LEDチップを砲弾型のプラスチックレンズで封止した形態のLED素子を基板上に複数個配設した発光モジュ−ルを利用した照明装置がある。(特開2001−291406参照)
【0003】
また、複数個のLEDチップを基板に直接に配設して発光モジュ−ルを形成すると共に、各々のLEDチップを透明樹脂で封止し、さらに、透明樹脂の上にマイクロレンズ板を配置して配光制御するもの、或いは、上記同様に発光モジュ−ルを形成し、基板に形成した反射面や凹形部によって配光制御するようにした照明装置がある。(特開平11−162231、特開平11−162232参照)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
砲弾型のLED素子を用いる照明装置は、複数の砲弾型LED素子を基板に配設するために、装置形態が大きくなる上、各LED素子が前面の全ての方向に発光するために、光が分散して放射され発光の利用効率が悪いと言う問題がある。
【0005】
複数個のLEDチップを基板に配設した発光モジュ−ルを用いる照明装置は、装置の小型化に有利であるが、配光制御のために、透明樹脂でLEDチップを封止した上、マイクロレンズ板を配置したり、また、基板に多くの反射面や凹形部などを設けるために、製造工程が複雑になることと、装置製品として歩留りが悪くなることから、照明装置のコストアップの要因となる。
【0006】
そこで、本発明では、小型の照明装置であって照明むらのない充分な照明光量を得ることができ、また、構成簡単にして製造し易いLED照明装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するため、本発明では、第1発明として、複数のLED素子を基板上に配備した発光モジュ−ルと、この発光モジュ−ルを内部に配設した装置枠体と、当該発光モジュ−ルとは別体とし、発光モジュ−ルの照射光方向となる装置枠体部所に設けた光学系手段とから構成したことを特徴とするLED照明装置を提案する。
【0008】
この第1の発明では、複数のLED素子を基板上に配備し、LED素子の実装面積を小さくした発光モジュ−ルを装備したことから、高輝度の照明装置の小型化を計ることができる。
【0009】
また、全面発光のLED素子を用いれば、立方体の6面全面から光線を放射し、そして、全体の90%程度の光線が前面と背面から放射するので、凹面反射鏡の中にLED素子を配置する必要がない。
【0010】
したがって、複数のLED素子を平面基板に実装配備することができ、発光モジュ−ルの製造が簡単となる。
そして、配光や色相を調整する光学系手段を発光モジュ−ルとは別途に設けたので、製造し易く、また、製品として歩留りの少ない照明装置となる。
【0011】
第2の発明としては、上記したLED照明装置において、複数のLED素子を基板上にフリップチップ実装した構成の発光モジュ−ルを備えることを特徴とするLED照明装置を提案する。
【0012】
この第2の発明では、複数のLED素子をフリップチップ実装したので、LED素子の印加電流を増大し、かつ、発光面積を拡大することができるから、照明装置の光量増加に有利となる。
【0013】
第3の発明としては、上記した第1または第2発明のLED照明装置において、上記した光学系手段が、光軸に沿って移動させて発光モジュ−ルの配光を変化させる配光制御用の光学素子を含むことを特徴とするLED照明装置を提案する。
【0014】
この第3の発明は、発光モジュ−ルに対し配光制御用の光学素子の間隔を変化させることにより、光学的な近軸配置を変更し配光制御を行なうようになっている。
【0015】
第4の発明としては、上記した第1または第2の発明のLED照明装置において、上記した光学系手段が、特定帯域の波長を反射若しくは吸収し所定の分光特性を得る分光用光学素子を含むことを特徴とするLED照明装置を提案する。
【0016】
この第4の発明は、光学系手段が色相を変えることができる分光用の光学素子を含む構成としてあり、例えば、平面ガラス基板に所望の分光特性を有する光学薄膜や光線吸収物質を施した光学素子を設ければ、発光モジュ−ルの配光に影響を与えることなく色調を容易に調整することができる。
【0017】
第5の発明としては、上記第4の発明のLED照明装置において、上記した分光用光学素子を支持枠で支持させた光学フィルタとして形成し、この光学フィルタの支持枠を円筒枠として形成した装置枠体の端部に着脱自在にネジ連結する構成としたことを特徴とするLED照明装置を提案する。
【0018】
この第5の発明は、光学フィルタの支持枠を装置枠体の端部に着脱自在にネジ連結する構成としたので、分光用光学素子の交換が容易となり、例えば、装置枠体のネジをカメラ用市販フィルタのネジに合せて形成すれば、市販フィルタを使用することができるから、様々な照明効果を経済的に得ることができる。
【0019】
第6の発明としては、上記第1または第2の発明のLED照明装置において、上記した装置枠体の内面を反射面として形成したことを特徴とするLED照明装置を提案する。
【0020】
この第6の発明は、装置枠体による光線の遮断を防止して光利用効率を向上させたものである。
LED素子から放射される光線は、広範囲の角度となるから、光学系手段によって配光制御しても装置枠体で遮断される光線がある。
したがって、装置枠体内面を反射率の高い材料で鏡面加工して光利用効率を向上させることが有利である。
【0021】
第7の発明としては、上記第1または第2発明のLED照明装置において、上記した光学系手段が、負の合成屈折力を有する構成としたことを特徴とするLED照明装置を提案する。
【0022】
この第7の発明は、照射面側にLED素子群により生ずる照明むらを防止する。
光学系手段で配光制御する場合、正の合成屈折力を有する光学素子は、光源側焦点よりも遠方に光源が存在する場合に、照射面側空間に光源像(実像)を形成する。
【0023】
したがって、発光モジュ−ルは、光源となるLED素子が複数存在するために、光源像が斑点状に現われ好ましくない照明むらとなる。
この問題を解決するため、負の合成屈折力を有する光学系手段を備え、照明むらの発生を防止する構成としてある。
【0024】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態状態について図面に沿って説明する。
図1は、LED照明装置を示す断面図であり、11は装置枠体、12は発光モジュ−ル、13、14、15は光学系手段を構成する光学素子である。
【0025】
装置枠体11は、円筒状枠体に形成し、この内面は鏡面加工したものとなっている。
そして、この装置枠体11の下方内部には、発光方向を筒内に向けた発光モジュ−ル12が取付けてある。
【0026】
発光モジュ−ル12は、窒化アルミニウムを含む材料によって円盤状に形成した基板16と、この基板16の面上に複数のLED素子17をフリップチップ実装して配備した構成となっている。
【0027】
光学系手段を構成する光学素子13、14は、配光制御手段として装置枠体11内に設けた凸レンズと凹レンズで、光学素子15は分光用の光学素子で、装置枠体11の先端部に取付けた光学フィルタである。
【0028】
凸レンズ13と凹レンズ14は、それらの一方或いは両者を装置枠体11の円筒軸に沿って移動するように構成し、凸レンズ13と凹レンズ14の間隔を変えて合成屈折力を変え、発光モジュ−ル12の照射光の配光を制御する。
【0029】
なお、配光制御手段としては、2枚のレンズに限らず、1枚のレンズでも構成することができ、また、フレネルレンズやレンズアレイ、反射鏡によって構成することができる。
【0030】
図2、図3は配光制御手段の原理説明図である。
図2は、凸レンズ18を備えて正の屈折力で配光制御する構成例を示すが、このように構成すると、光源19の光源像20が照射面に結像するため、複数のLED素子を配備した発光モジュ−ル12を光源とすると、各LED素子の光源像が発生し照明むらが発生する。
【0031】
これに対し、図3に示すように凹レンズ21を備えて負の屈折力で配光制御する構成とすることによって照明むらを防止することができる。
このため、本実施形態では、前レンズとして凹レンズ14と後レンズとして凸レンズ13とにより配光制御する構成とし、各LED素子によって生ずる斑点状の照明むらを防止する構成となっている。
【0032】
図4は、具体例として示した照明装置の断面図である。
なお、この具体例のうち図1に示した部材と同一のものは同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【0033】
図示するように、この具体例では、凸レンズ13を移動させて配光制御する構成としてある。
すなわち、凸レンズ13の支持枠22にカムピン23を設け、このカムピン23をカム枠24によって駆動するようにしてある。
【0034】
カム枠24は、筒状の枠体として形成し、これには螺旋状に形成したカム孔25が設けてある。
このカム枠24は、筒軸方向には非移動となるようにして装置枠体11の外周で回転するように設けてある。
【0035】
また、装置枠体11には筒軸方向に沿って形成した直進孔26が設けてあり、上記したカムピン23がこの直進孔26を通ってカム孔25に突入している。
したがつて、カム枠24を回転することにより、カムピン23がカム枠24によって駆動されることから、凸レンズ13が装置枠体11の筒軸方向に移動して配光制御が行なわれる。
【0036】
一方、光学フィルタ15は、その支持枠27にネジ部28aを設けると共に、装置枠体11の先端部内面には上記ネジ部28aを螺合させるネジ部28bが設けてある。
【0037】
このように構成することにより、支持枠27のネジ部28aを装置枠体11のネジ部28bに螺合させて光学フィルタ15を取付けることができる。
すなわち、光学フィルタ15を着脱自在に螺合連結してあるので、光学フィルタ15の交換が容易となる。
【0038】
【発明の効果】
上記した通り、本発明によれば、小型のLED照明装置となる他、照明むらのない明るい照明光を得ることができ、さらに、照明場面に合せて配光や色相を調整することができるLED照明装置となる。
【0039】
また、配光制御する光学系手段を発光モジュ−ルとは別体に構成したので、構成簡単にして製造し易いLED照明装置となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態として示したLED照明装置の断面図である。
【図2】凸レンズを備えて正の屈折力とした配光制御手段の原理説明図である。
【図3】凹レンズを備えて負の屈折力とした配光制御手段の原理説明図である。
【図4】本発明の具体例として示したLED照明装置の断面図である。
【符号の説明】
11 装置枠体
12 発光モジュ−ル
13 凸レンズ
14 凹レンズ
15 光学フィルタ
16 基板
17 LED素子
【発明の属する技術分野】
この発明は、室内照明、店舗照明、舞台照明などに使用する照明装置であって、複数のLED素子を基板上に実装配備した発光モジュ−ルを利用するLED照明装置に関し、特に、小型の照明装置で照明むらのない高い輝度を得ることができ、かつ、照明する場所に合せて配光や色相の調整ができるLED照明装置に係る。
【0002】
【従来の技術】
蛍光灯に代わる新らしい照明装置としてLEDを利用したものが提案されている。
例えば、LEDチップを砲弾型のプラスチックレンズで封止した形態のLED素子を基板上に複数個配設した発光モジュ−ルを利用した照明装置がある。(特開2001−291406参照)
【0003】
また、複数個のLEDチップを基板に直接に配設して発光モジュ−ルを形成すると共に、各々のLEDチップを透明樹脂で封止し、さらに、透明樹脂の上にマイクロレンズ板を配置して配光制御するもの、或いは、上記同様に発光モジュ−ルを形成し、基板に形成した反射面や凹形部によって配光制御するようにした照明装置がある。(特開平11−162231、特開平11−162232参照)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
砲弾型のLED素子を用いる照明装置は、複数の砲弾型LED素子を基板に配設するために、装置形態が大きくなる上、各LED素子が前面の全ての方向に発光するために、光が分散して放射され発光の利用効率が悪いと言う問題がある。
【0005】
複数個のLEDチップを基板に配設した発光モジュ−ルを用いる照明装置は、装置の小型化に有利であるが、配光制御のために、透明樹脂でLEDチップを封止した上、マイクロレンズ板を配置したり、また、基板に多くの反射面や凹形部などを設けるために、製造工程が複雑になることと、装置製品として歩留りが悪くなることから、照明装置のコストアップの要因となる。
【0006】
そこで、本発明では、小型の照明装置であって照明むらのない充分な照明光量を得ることができ、また、構成簡単にして製造し易いLED照明装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するため、本発明では、第1発明として、複数のLED素子を基板上に配備した発光モジュ−ルと、この発光モジュ−ルを内部に配設した装置枠体と、当該発光モジュ−ルとは別体とし、発光モジュ−ルの照射光方向となる装置枠体部所に設けた光学系手段とから構成したことを特徴とするLED照明装置を提案する。
【0008】
この第1の発明では、複数のLED素子を基板上に配備し、LED素子の実装面積を小さくした発光モジュ−ルを装備したことから、高輝度の照明装置の小型化を計ることができる。
【0009】
また、全面発光のLED素子を用いれば、立方体の6面全面から光線を放射し、そして、全体の90%程度の光線が前面と背面から放射するので、凹面反射鏡の中にLED素子を配置する必要がない。
【0010】
したがって、複数のLED素子を平面基板に実装配備することができ、発光モジュ−ルの製造が簡単となる。
そして、配光や色相を調整する光学系手段を発光モジュ−ルとは別途に設けたので、製造し易く、また、製品として歩留りの少ない照明装置となる。
【0011】
第2の発明としては、上記したLED照明装置において、複数のLED素子を基板上にフリップチップ実装した構成の発光モジュ−ルを備えることを特徴とするLED照明装置を提案する。
【0012】
この第2の発明では、複数のLED素子をフリップチップ実装したので、LED素子の印加電流を増大し、かつ、発光面積を拡大することができるから、照明装置の光量増加に有利となる。
【0013】
第3の発明としては、上記した第1または第2発明のLED照明装置において、上記した光学系手段が、光軸に沿って移動させて発光モジュ−ルの配光を変化させる配光制御用の光学素子を含むことを特徴とするLED照明装置を提案する。
【0014】
この第3の発明は、発光モジュ−ルに対し配光制御用の光学素子の間隔を変化させることにより、光学的な近軸配置を変更し配光制御を行なうようになっている。
【0015】
第4の発明としては、上記した第1または第2の発明のLED照明装置において、上記した光学系手段が、特定帯域の波長を反射若しくは吸収し所定の分光特性を得る分光用光学素子を含むことを特徴とするLED照明装置を提案する。
【0016】
この第4の発明は、光学系手段が色相を変えることができる分光用の光学素子を含む構成としてあり、例えば、平面ガラス基板に所望の分光特性を有する光学薄膜や光線吸収物質を施した光学素子を設ければ、発光モジュ−ルの配光に影響を与えることなく色調を容易に調整することができる。
【0017】
第5の発明としては、上記第4の発明のLED照明装置において、上記した分光用光学素子を支持枠で支持させた光学フィルタとして形成し、この光学フィルタの支持枠を円筒枠として形成した装置枠体の端部に着脱自在にネジ連結する構成としたことを特徴とするLED照明装置を提案する。
【0018】
この第5の発明は、光学フィルタの支持枠を装置枠体の端部に着脱自在にネジ連結する構成としたので、分光用光学素子の交換が容易となり、例えば、装置枠体のネジをカメラ用市販フィルタのネジに合せて形成すれば、市販フィルタを使用することができるから、様々な照明効果を経済的に得ることができる。
【0019】
第6の発明としては、上記第1または第2の発明のLED照明装置において、上記した装置枠体の内面を反射面として形成したことを特徴とするLED照明装置を提案する。
【0020】
この第6の発明は、装置枠体による光線の遮断を防止して光利用効率を向上させたものである。
LED素子から放射される光線は、広範囲の角度となるから、光学系手段によって配光制御しても装置枠体で遮断される光線がある。
したがって、装置枠体内面を反射率の高い材料で鏡面加工して光利用効率を向上させることが有利である。
【0021】
第7の発明としては、上記第1または第2発明のLED照明装置において、上記した光学系手段が、負の合成屈折力を有する構成としたことを特徴とするLED照明装置を提案する。
【0022】
この第7の発明は、照射面側にLED素子群により生ずる照明むらを防止する。
光学系手段で配光制御する場合、正の合成屈折力を有する光学素子は、光源側焦点よりも遠方に光源が存在する場合に、照射面側空間に光源像(実像)を形成する。
【0023】
したがって、発光モジュ−ルは、光源となるLED素子が複数存在するために、光源像が斑点状に現われ好ましくない照明むらとなる。
この問題を解決するため、負の合成屈折力を有する光学系手段を備え、照明むらの発生を防止する構成としてある。
【0024】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態状態について図面に沿って説明する。
図1は、LED照明装置を示す断面図であり、11は装置枠体、12は発光モジュ−ル、13、14、15は光学系手段を構成する光学素子である。
【0025】
装置枠体11は、円筒状枠体に形成し、この内面は鏡面加工したものとなっている。
そして、この装置枠体11の下方内部には、発光方向を筒内に向けた発光モジュ−ル12が取付けてある。
【0026】
発光モジュ−ル12は、窒化アルミニウムを含む材料によって円盤状に形成した基板16と、この基板16の面上に複数のLED素子17をフリップチップ実装して配備した構成となっている。
【0027】
光学系手段を構成する光学素子13、14は、配光制御手段として装置枠体11内に設けた凸レンズと凹レンズで、光学素子15は分光用の光学素子で、装置枠体11の先端部に取付けた光学フィルタである。
【0028】
凸レンズ13と凹レンズ14は、それらの一方或いは両者を装置枠体11の円筒軸に沿って移動するように構成し、凸レンズ13と凹レンズ14の間隔を変えて合成屈折力を変え、発光モジュ−ル12の照射光の配光を制御する。
【0029】
なお、配光制御手段としては、2枚のレンズに限らず、1枚のレンズでも構成することができ、また、フレネルレンズやレンズアレイ、反射鏡によって構成することができる。
【0030】
図2、図3は配光制御手段の原理説明図である。
図2は、凸レンズ18を備えて正の屈折力で配光制御する構成例を示すが、このように構成すると、光源19の光源像20が照射面に結像するため、複数のLED素子を配備した発光モジュ−ル12を光源とすると、各LED素子の光源像が発生し照明むらが発生する。
【0031】
これに対し、図3に示すように凹レンズ21を備えて負の屈折力で配光制御する構成とすることによって照明むらを防止することができる。
このため、本実施形態では、前レンズとして凹レンズ14と後レンズとして凸レンズ13とにより配光制御する構成とし、各LED素子によって生ずる斑点状の照明むらを防止する構成となっている。
【0032】
図4は、具体例として示した照明装置の断面図である。
なお、この具体例のうち図1に示した部材と同一のものは同じ参照符号を付してその説明を省略する。
【0033】
図示するように、この具体例では、凸レンズ13を移動させて配光制御する構成としてある。
すなわち、凸レンズ13の支持枠22にカムピン23を設け、このカムピン23をカム枠24によって駆動するようにしてある。
【0034】
カム枠24は、筒状の枠体として形成し、これには螺旋状に形成したカム孔25が設けてある。
このカム枠24は、筒軸方向には非移動となるようにして装置枠体11の外周で回転するように設けてある。
【0035】
また、装置枠体11には筒軸方向に沿って形成した直進孔26が設けてあり、上記したカムピン23がこの直進孔26を通ってカム孔25に突入している。
したがつて、カム枠24を回転することにより、カムピン23がカム枠24によって駆動されることから、凸レンズ13が装置枠体11の筒軸方向に移動して配光制御が行なわれる。
【0036】
一方、光学フィルタ15は、その支持枠27にネジ部28aを設けると共に、装置枠体11の先端部内面には上記ネジ部28aを螺合させるネジ部28bが設けてある。
【0037】
このように構成することにより、支持枠27のネジ部28aを装置枠体11のネジ部28bに螺合させて光学フィルタ15を取付けることができる。
すなわち、光学フィルタ15を着脱自在に螺合連結してあるので、光学フィルタ15の交換が容易となる。
【0038】
【発明の効果】
上記した通り、本発明によれば、小型のLED照明装置となる他、照明むらのない明るい照明光を得ることができ、さらに、照明場面に合せて配光や色相を調整することができるLED照明装置となる。
【0039】
また、配光制御する光学系手段を発光モジュ−ルとは別体に構成したので、構成簡単にして製造し易いLED照明装置となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態として示したLED照明装置の断面図である。
【図2】凸レンズを備えて正の屈折力とした配光制御手段の原理説明図である。
【図3】凹レンズを備えて負の屈折力とした配光制御手段の原理説明図である。
【図4】本発明の具体例として示したLED照明装置の断面図である。
【符号の説明】
11 装置枠体
12 発光モジュ−ル
13 凸レンズ
14 凹レンズ
15 光学フィルタ
16 基板
17 LED素子
Claims (7)
- 複数のLED素子を基板上に配備した発光モジュ−ルと、
この発光モジュ−ルを内部に配設した装置枠体と、
当該発光モジュ−ルとは別体とし、発光モジュ−ルの照射光方向となる装置枠体部所に設けた光学系手段とから構成したことを特徴とするLED照明装置。 - 請求項1に記載したLED照明装置において、
複数のLED素子を基板上にフリップチップ実装した構成の発光モジュ−ルを備えることを特徴とするLED照明装置。 - 請求項1または2に記載したLED照明装置において、
上記した光学系手段が、光軸に沿って移動させて発光モジュ−ルの配光を変化させる配光制御用の光学素子を含むことを特徴とするLED照明装置。 - 請求項1または2に記載したLED照明装置において、
上記した光学系手段が、特定帯域の波長を反射若しくは吸収し所定の分光特性を得る分光用光学素子を含むことを特徴とするLED照明装置。 - 請求項4に記載したLED照明装置において、
上記した分光用光学素子を支持枠で支持させた光学フィルタとして形成し、この光学フィルタの支持枠を円筒枠として形成した装置枠体の端部に着脱自在にネジ連結する構成としたことを特徴とするLED照明装置。 - 請求項1または2に記載したLED照明装置において、
上記した装置枠体の内面を反射面として形成したことを特徴とするLED照明装置。 - 請求項1または2に記載したLED照明装置において、
上記した光学系手段が、負の合成屈折力を有する構成としたことを特徴とするLED照明装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002173546A JP2004022257A (ja) | 2002-06-14 | 2002-06-14 | Led照明装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002173546A JP2004022257A (ja) | 2002-06-14 | 2002-06-14 | Led照明装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004022257A true JP2004022257A (ja) | 2004-01-22 |
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ID=31172737
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002173546A Pending JP2004022257A (ja) | 2002-06-14 | 2002-06-14 | Led照明装置 |
Country Status (1)
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---|---|
JP (1) | JP2004022257A (ja) |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1754997A1 (en) | 2005-08-16 | 2007-02-21 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Illuminator, LED illuminator, and imaging device with illuminator |
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- 2002-06-14 JP JP2002173546A patent/JP2004022257A/ja active Pending
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