JP2005285697A - Lighting system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高照度かつ均一な配光特性を持ったコンパクトな照明装置に関する。 The present invention relates to a compact lighting device having high illuminance and uniform light distribution characteristics.
コンパクトで消費電力が少なく、蛍光灯などと比較して寿命が十倍以上にも達する発光ダイオード(LED)は、集光レンズを組み込むことにより、特別なリフレクタなどを追加せずとも発光した光の約90%を前方に出射させることが可能であり、極めて指向性の強い高輝度の光を出射させることができる。しかも、発光面積が従来のものよりも大きく、著しく輝度の高い大型LED(パワーLED)も開発されているため、従来からある白熱灯や蛍光灯などに代わる低消費電力およびコンパクトな照明用の光源として、種々の方面で適用が考えられている。 Light-emitting diodes (LEDs) that are compact, consume less power, and have a lifespan more than ten times that of fluorescent lamps, etc., incorporate a condensing lens that allows light emitted without the addition of special reflectors. About 90% can be emitted forward, and high-luminance light with extremely strong directivity can be emitted. In addition, large LEDs (power LEDs) that have a larger light-emitting area than conventional ones and have significantly higher luminance have been developed. Therefore, low power consumption and compact illumination light sources that replace conventional incandescent and fluorescent lamps have been developed. As such, application is considered in various fields.
このような照明用光源として採用可能なLEDに関する技術が特許文献1〜3などで提案されている。特許文献1には、選別された発光ダイオード素子を用い、リード細線のボンディングに起因する特性劣化・特性不良を回避することにより、特性のばらつきがなく、信頼性を高くすることが可能な半導体発光モジュールが開示されている。特許文献2には、LEDチップの配列と対応した配列を持つコリメート用光学素子をマイクロレンズアレイとして配置した平面半導体発光素子が開示されており、個々のLEDチップにて発せられた光の大部分を極めて狭い範囲に出射させることができるようになっている。さらに、特許文献3には、所定間隔で配列する個々の発光ダイオードに対し、これらとそれぞれ対向するアウタレンズを配し、これによって広い領域を照明できるようにした半導体発光モジュールが開示されている。 Techniques relating to LEDs that can be used as such illumination light sources have been proposed in Patent Documents 1 to 3 and the like. Patent Document 1 discloses a semiconductor light emitting device that uses a selected light emitting diode element and avoids characteristic deterioration / characteristic defect due to bonding of thin lead wires so that there is no variation in characteristics and reliability can be increased. A module is disclosed. Patent Document 2 discloses a planar semiconductor light emitting element in which collimating optical elements having an arrangement corresponding to the arrangement of LED chips are arranged as a microlens array, and most of the light emitted from each LED chip is disclosed. Can be emitted in a very narrow range. Further, Patent Document 3 discloses a semiconductor light emitting module in which an outer lens facing each of the light emitting diodes arranged at a predetermined interval is arranged so that a wide area can be illuminated.
発光面積が従来のLEDよりも大きなパワーLEDは、製品毎の発光輝度のばらつきが比較的大きく、所定の公差に収まる発光輝度を持った製品を得るためには、その製造歩留まりが現在の技術では数十パーセント程度しかない。従って、これを均一な配光特性が要求される照明用の光源として採用した場合には、上述した製造歩留まりの低さのために極めて高価となってしまう欠点がある。 A power LED with a larger light emitting area than a conventional LED has a relatively large variation in light emission brightness from product to product, and in order to obtain a product with a light emission brightness that falls within a predetermined tolerance, its production yield is the current technology. There are only tens of percent. Therefore, when this is adopted as a light source for illumination that requires uniform light distribution characteristics, there is a drawback that it becomes extremely expensive due to the low manufacturing yield described above.
特許文献1に開示された半導体発光モジュールでは、特性のばらつきを回避するため、発光ダイオード素子の選別を行うようにしている。このため、所定の公差に収まらない発光ダイオード素子を用いることが基本的に排除される結果、パワーLEDの場合と同様に、製造される発光ダイオードの歩留まりが悪くなって半導体発光モジュールの製造コストが嵩んでしまう欠点を有する。 In the semiconductor light emitting module disclosed in Patent Document 1, light emitting diode elements are selected in order to avoid variation in characteristics. For this reason, as a result of basically eliminating the use of light emitting diode elements that do not fall within a predetermined tolerance, as in the case of power LEDs, the yield of the manufactured light emitting diodes deteriorates and the manufacturing cost of the semiconductor light emitting module is reduced. It has the disadvantage of becoming bulky.
特許文献2に開示された平面半導体発光素子は、LEDチップの配列と対応した配列を持つコリメート用光学素子をマイクロレンズアレイとして配置しているため、個々のLEDチップの発光輝度のばらつきに応じた照度むらが発生する欠点がある。しかも、照明領域と対応した面積のLEDチップアレイを必要とするため、広い領域を均一な配光特性にて照明する場合、これに対応した大量のLEDチップを使用しなければならず、コストの点でほとんど実用的ではない。 In the planar semiconductor light emitting element disclosed in Patent Document 2, collimating optical elements having an arrangement corresponding to the arrangement of the LED chips are arranged as a microlens array, and therefore, according to variations in emission luminance of individual LED chips. There is a disadvantage that uneven illumination occurs. In addition, since an LED chip array having an area corresponding to the illumination area is required, when illuminating a wide area with uniform light distribution characteristics, it is necessary to use a large number of LED chips corresponding to this, and the cost is reduced. It is hardly practical in terms.
特許文献3に開示された半導体発光モジュールは、発光ダイオードとアウタレンズとを同軸状に配置していることからも明らかなように、個々の発光ダイオードおよびアウタレンズが全体の照明領域の一部のみを分割照明するようになっている。このため、特許文献2の場合と同様に、個々の発光ダイオードの発光輝度のばらつきがそのまま照明領域の照度むらとなり、均一な配光特性、つまり照度分布を得ることが基本的にできない。また、このような不具合を回避するために発光ダイオードの選別を行った場合には、製造コストが嵩んでしまう欠点を有する。 As is clear from the fact that the light emitting diode and the outer lens are coaxially arranged in the semiconductor light emitting module disclosed in Patent Document 3, each light emitting diode and the outer lens divide only a part of the entire illumination area. It comes to illuminate. For this reason, as in the case of Patent Document 2, the variation in the light emission luminance of each light emitting diode becomes the illuminance unevenness of the illumination region as it is, and it is basically impossible to obtain a uniform light distribution characteristic, that is, an illuminance distribution. In addition, when light emitting diodes are selected in order to avoid such problems, there is a drawback that the manufacturing cost increases.
本発明による照明装置は、電源に対する接続部が形成された配線基板と、この配線基板上に所定の配列パターンにて実装された複数個の半導体発光素子と、これら半導体発光素子に近接状態で当該半導体発光素子と所定の空間領域との間に配され、該半導体発光素子から発せられた光を相互に重ね合わせた状態で前記所定の空間領域に導く光偏向光学系と、この光偏向光学系および前記配線基板を収容するハウジングとを具えたことを特徴とするものである。 An illumination device according to the present invention includes a wiring board on which a connection to a power source is formed, a plurality of semiconductor light emitting elements mounted on the wiring board in a predetermined arrangement pattern, and the semiconductor light emitting elements in proximity to the semiconductor light emitting elements. An optical deflection optical system disposed between the semiconductor light emitting element and the predetermined spatial region, and guiding the light emitted from the semiconductor light emitting element to the predetermined spatial region in a state of being superimposed on each other, and the optical deflection optical system And a housing for housing the wiring board.
本発明の原理を表す図1において、個々の半導体発光素子1から発せられた光Lは、光偏向光学系2を介して所定の空間領域Zに重畳された状態で導かれる。換言すれば、個々の半導体発光素子1から発せられた光は、単一の空間領域Zにすべて重ね合わされた状態で集光されることとなる。 In FIG. 1 showing the principle of the present invention, light L emitted from each semiconductor light emitting element 1 is guided in a state of being superimposed on a predetermined space region Z via a light deflection optical system 2. In other words, the light emitted from each semiconductor light emitting element 1 is collected in a state where all the light is superimposed on the single space region Z.
本発明による照明装置において、演色性の異なる少なくとも2種類の半導体発光素子を配線基板上に所定の割合で混成実装することができる。 In the lighting device according to the present invention, at least two types of semiconductor light emitting elements having different color rendering properties can be mixedly mounted on the wiring board at a predetermined ratio.
少なくとも1つの半導体発光素子から発せられる光が通過するフィルタを半導体発光素子と光偏向光学系との間、あるいは光偏向光学系と所定の空間領域との間に配置することができる。この場合、フィルタが演色性を調整するための色フィルタまたは光の透過量に分布を持たせたニュートラルフィルタであってよい。 A filter through which light emitted from at least one semiconductor light emitting element passes can be disposed between the semiconductor light emitting element and the light deflection optical system, or between the light deflection optical system and a predetermined spatial region. In this case, the filter may be a color filter for adjusting color rendering or a neutral filter having a distribution in the amount of transmitted light.
半導体発光素子が集光レンズを一体的に組み込んだLED、特に白色LEDであって、これらLEDの光軸を相互に平行に設定したものであって良い。 The semiconductor light emitting element may be an LED in which a condensing lens is integrated, particularly a white LED, and the optical axes of these LEDs may be set parallel to each other.
本発明における所定の空間領域は、LEDの光軸に対して交差または平行な2次元の平面であってもよいし、3次元の立体面であってもよい。所定の空間領域が3次元の立体面の場合、光偏向光学系としてホログラムが好適である。 The predetermined spatial region in the present invention may be a two-dimensional plane intersecting or parallel to the optical axis of the LED, or may be a three-dimensional solid surface. When the predetermined spatial region is a three-dimensional solid surface, a hologram is suitable as the light deflection optical system.
光偏向光学系が個々の半導体発光素子に対応した複数個の平凸レンズを有し、これら平凸レンズは半導体発光素子側に面する平らな光学面と、所定の空間領域側に面する凸光学面とを有し、個々の平凸レンズの平らな光学面がすべて共通平面上にあって良い。 The light deflection optical system has a plurality of plano-convex lenses corresponding to individual semiconductor light-emitting elements. These plano-convex lenses are a flat optical surface facing the semiconductor light-emitting element side and a convex optical surface facing the predetermined space region side. And the flat optical surfaces of the individual plano-convex lenses may all be on a common plane.
この場合、個々の平凸レンズの凸光学面を非対称非球面に形成し、これら平凸レンズの光軸を所定の空間領域側に向けて傾斜させることができる。 In this case, the convex optical surfaces of the individual plano-convex lenses can be formed as asymmetric aspheric surfaces, and the optical axes of these plano-convex lenses can be tilted toward the predetermined spatial region side.
あるいは、LEDの光軸とこれに対応する平凸レンズの光軸とを平行に設定し、平凸レンズの配列パターンを半導体発光素子の配列パターンに対して相似形に設定し、隣接する平凸レンズの間隔を隣接する半導体発光素子の間隔よりも短く設定することができる。 Alternatively, the optical axis of the LED and the optical axis of the corresponding plano-convex lens are set in parallel, the plano-convex lens array pattern is set to be similar to the semiconductor light-emitting element array pattern, and the spacing between adjacent plano-convex lenses Can be set shorter than the interval between adjacent semiconductor light emitting elements.
複数個の平凸レンズをアレイ状に一体成形することが有効である。 It is effective to integrally form a plurality of plano-convex lenses in an array.
本発明の照明装置によると、電源に対する接続部が形成された配線基板上に所定の配列パターンにて実装された複数個の半導体発光素子と、これら半導体発光素子に近接状態で当該半導体発光素子と所定の空間領域との間に配され、該半導体発光素子から発せられた光を相互に重ね合わせた状態で所定の空間領域に導く光偏向光学系とを具えているので、すべての半導体発光素子からの光が相互に重ね合わされるように同一個所へと導かれるため、所定の空間領域を極めて高輝度に照明することができる。また、個々の半導体発光素子自体の輝度むらがあったとしても、すべての光が同一個所に導かれるため、個々の半導体発光素子自体の輝度むらの影響が全く発生しない。このため、輝度のばらつきが多い複数の半導体発光素子を選別することなく使用することができ、特に製造歩留まりの悪いパワーLEDの有効利用が可能となる。仮に、複数個のうちの1個の半導体発光素子が何らかの原因で発光しない状態となっても、その分だけ照明領域の照度が低下するだけであり、照明装置を交換できないような使用形態の場合に極めて都合がよい。 According to the lighting device of the present invention, a plurality of semiconductor light emitting elements mounted in a predetermined arrangement pattern on a wiring board on which a connection portion for a power source is formed, and the semiconductor light emitting elements in proximity to these semiconductor light emitting elements. All the semiconductor light emitting elements are provided with a light deflection optical system that is arranged between the predetermined spatial areas and guides the light emitted from the semiconductor light emitting elements to the predetermined spatial areas in a state of being superimposed on each other. Since the light from each other is guided to the same place so as to overlap each other, it is possible to illuminate a predetermined spatial region with extremely high luminance. Further, even if there is uneven brightness of the individual semiconductor light emitting elements themselves, since all the light is guided to the same location, the influence of uneven brightness of the individual semiconductor light emitting elements themselves does not occur at all. For this reason, it is possible to use a plurality of semiconductor light emitting elements having a large variation in luminance without sorting, and particularly, it is possible to effectively use a power LED having a low manufacturing yield. Even if one of the plurality of semiconductor light emitting elements does not emit light for some reason, the illuminance of the illumination area only decreases by that amount, and the lighting device cannot be replaced. Very convenient.
また、複数個の半導体発光素子を配線基板に実装しているため、この配線基板に実装された複数個の半導体発光素子をモジュール化することが可能となり、照明領域に要求される照度に応じてモジュールの数を増減し、これによって照明装置の照度を容易に変更することができる。 Further, since a plurality of semiconductor light emitting elements are mounted on the wiring board, it becomes possible to modularize the plurality of semiconductor light emitting elements mounted on the wiring board, and according to the illuminance required for the illumination area. By increasing or decreasing the number of modules, the illuminance of the lighting device can be easily changed.
演色性の異なる少なくとも2種類の半導体発光素子を配線基板上に所定の割合で混成実装した場合、所望の演色性を持った照明光を得ることができる。このため、例えば色温度が4800Kおよび7200Kの2種類の点半導体発光素子を用意するだけで、これらの使用する数の組み合わせを変えることにより、4800Kから7200Kまでの間のほぼ任意の色温度を持つ照明光を得ることができ、特定の演色性を持つ点半導体発光素子を使用する必要がなくなる。 When at least two types of semiconductor light emitting elements having different color rendering properties are mixedly mounted on the wiring substrate at a predetermined ratio, illumination light having a desired color rendering property can be obtained. For this reason, for example, by only preparing two types of point semiconductor light emitting elements with color temperatures of 4800K and 7200K, by changing the combination of the numbers used, almost any color temperature between 4800K and 7200K is obtained. Illumination light can be obtained, and it is not necessary to use a point semiconductor light emitting element having a specific color rendering property.
少なくとも1つの半導体発光素子から発せられる光が通過するフィルタを設けた場合、照明領域の色温度を微妙に修正したり、照明領域の照度分布をより均一に補正することができる。 When a filter through which light emitted from at least one semiconductor light emitting element passes is provided, the color temperature of the illumination area can be finely corrected, or the illuminance distribution of the illumination area can be more uniformly corrected.
半導体発光素子が集光レンズを一体的に組み込んだLED、特に白色LEDであって、これらLEDの光軸を相互に平行に設定した場合、照明光として一般的な白色光を得ることができる上、配線基板に対するLEDの実装作業を容易かつ迅速に行うことができる。 When the semiconductor light emitting element is an LED in which a condensing lens is integrated, particularly a white LED, and when the optical axes of these LEDs are set parallel to each other, general white light can be obtained as illumination light. The LED mounting operation on the wiring board can be performed easily and quickly.
光偏向光学系としてホログラムを用いた場合、所定の空間領域が3次元の立体面であっても均一な照明を確実に行うことができる。しかも、半導体発光素子からホログラムまでの距離を最短に設定して照明装置をよりコンパクト化させることができる。 When a hologram is used as the light deflection optical system, uniform illumination can be reliably performed even if the predetermined spatial region is a three-dimensional solid surface. In addition, the illumination device can be made more compact by setting the distance from the semiconductor light emitting element to the hologram to be the shortest.
個々の平凸レンズの平らな光学面をすべて共通平面上に設定した場合、隣接する平凸レンズの境界部分による影や輝線の発生を防止することが可能である。また、これによってLEDのさらなる高密度実装が可能であり、半導体発光素子から個々の平凸レンズの平らな光学面までの距離を狭めることが可能であることとと相俟って、照明装置をよりコンパクト化させることができる。 When the flat optical surfaces of the individual plano-convex lenses are all set on a common plane, it is possible to prevent the generation of shadows and bright lines due to the boundary portions of adjacent plano-convex lenses. In addition, this enables higher-density mounting of LEDs, and in combination with the ability to reduce the distance from the semiconductor light emitting element to the flat optical surface of each plano-convex lens, It can be made compact.
複数個の平凸レンズをアレイ状に一体成形した場合、個々の半導体発光素子に対する平凸レンズの位置合わせが極めて容易となり、照明装置を容易に製造することができる。 When a plurality of plano-convex lenses are integrally formed in an array, the positioning of the plano-convex lens with respect to individual semiconductor light emitting elements becomes extremely easy, and the illumination device can be easily manufactured.
本発明による照明装置の実施形態について、図2〜図6を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこのような実施形態のみに限らず、特許請求の範囲に記載された本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が可能であり、従って本発明の精神に帰属する他の任意の技術にも当然応用することができる。 Embodiments of the lighting device according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 6, but the present invention is not limited to such embodiments, and the concept of the present invention described in the claims. Any changes and modifications included in the above are possible, and can naturally be applied to any other technique belonging to the spirit of the present invention.
本発明を学習机に組み込まれた読書灯として応用した実施形態の外観を図2に示し、その断面構造を図3に示し、主要部の外観を分解状態で図4に示す。すなわち、本実施形態における読書灯10は、ライティングデスクDの棚板Sの裏面に取り付けられて甲板Tの上を照明することを意図したものであり、複数のLEDチップ11が所定の配列パターンで組み込まれたLEDモジュール12と、このLEDモジュール12の前方に近接状態で配されてLEDモジュール12からの光を甲板Tの表面に向けて照射させる偏向レンズアレイ13と、これらLEDモジュール12および偏向レンズアレイ13を位置決め状態で収容するハウジング14とで主要部が構成されている。
The external appearance of an embodiment in which the present invention is applied as a reading lamp incorporated in a learning desk is shown in FIG. 2, its cross-sectional structure is shown in FIG. 3, and the external appearance of the main part is shown in an exploded state in FIG. That is, the reading
LEDモジュール12は、それぞれ集光レンズ11aをこれらの光軸11bが相互に平行となるように一体的に組み込んだ複数のLEDチップ11と、これらLEDチップ11が所定間隔で実装される電気配線基板15と、この電気配線基板15に設けられたコネクタ15aを介して接続され、個々のLEDチップ11に電力を供給するためのケーブル16など有する。本発明の半導体発光素子として用いられるLEDチップ11は白色パワーLEDであり、その放熱対策として電気配線基板15のベースやハウジング14などを熱伝導率が比較的高いアルミニウムにて形成している。本実施形態では17個のLEDチップ11を電気配線基板15上に2列に配列し、これらの方向に沿って相互に半ピッチずらした状態で実装しているが、電気配線基板15に対するLEDチップ11の配列状態などは、照明装置に要求される特性などに応じて適宜変更可能であることは言うまでもない。
The
照明すべき対象に対して特殊な照明効果を意図していないのであれば、本実施形態の場合のように太陽光に近い演色性を持った白色LEDを使用することが一般的である。単一の種類の白色LEDだけで所望の演色性を得られない場合、異なる演色性を持った少なくとも2種類の白色LEDを組み合わせ、色の減算混合を利用して所望の演色性に調整された照明光を得ることができる。例えば、色温度が5600Kの照明光を得ようとした場合、例えば市販の7200Kの色温度を持つ白色LEDと、4800Kの色温度を持つ白色LEDとを1:2の割合で採用することにより、ほぼ5600Kに近い色温度の照明光を得ることができる。つまり、この方法によると5600Kの色温度を持つ白色LEDを製造する必要がなくなり、従来から市販されているものを有効利用することが可能となる。 If a special lighting effect is not intended for an object to be illuminated, it is common to use a white LED having a color rendering property similar to sunlight as in the present embodiment. When a desired color rendering property cannot be obtained with only a single type of white LED, at least two types of white LEDs having different color rendering properties were combined and adjusted to the desired color rendering property using color subtraction mixing. Illumination light can be obtained. For example, when trying to obtain illumination light having a color temperature of 5600K, for example, by adopting a white LED having a color temperature of 7200K on the market and a white LED having a color temperature of 4800K in a ratio of 1: 2, Illumination light having a color temperature close to 5600K can be obtained. That is, according to this method, it is not necessary to manufacture a white LED having a color temperature of 5600K, and it is possible to effectively use a commercially available one.
なお、色度座標上での色温度の軌跡は直線ではなく曲線を描いているため、上述したような色温度の直線補完は限られた領域(例えば4800K〜7200Kの範囲)で可能であり、この範囲外の色温度を持つLEDを用いる場合には、色温度曲線に基づいてLED組み合わせの比率を調整する必要がある。 Since the locus of the color temperature on the chromaticity coordinates is not a straight line but a curved line, the color temperature linear interpolation as described above is possible in a limited area (for example, a range of 4800K to 7200K). When an LED having a color temperature outside this range is used, it is necessary to adjust the LED combination ratio based on the color temperature curve.
LEDモジュール12に対し所定距離だけ隔てて近接状態で配される本実施形態における偏向レンズアレイ13は、光学的に透明なアクリル樹脂(PMMA)の成形品であり、個々のLEDチップ11と対応した相似形の縮小配列パターンに設定された偏向レンズ17(本実施形態では平凸レンズ)を有する。個々の偏向レンズ17は、LEDチップ11側に面する平らな光学面17aと、照明領域Z、つまり甲板T側に面する凸光学面17bとを有し、これらの光軸17cはLEDチップ11の集光レンズ11aの光軸11bと平行に設定されているが、これらはLEDチップ11と対応した相似形の縮小配列パターンに設定されているため、隣接する偏向レンズ17の間隔は、隣接する集光レンズ11aの間隔よりも短く設定された状態となり、集光レンズ11aの光軸11bに対し、対応する偏向レンズ17の光軸17cは照明領域Zの中央側にオフセットされた状態となっている。個々の偏向レンズ17のオフセット量は、これらの焦点距離や対応するLEDチップ11と照明領域Zとの相対的な位置関係に依存して設定される。
The
本実施形態では、LEDチップ11側を向く平らな光学面17aが集光レンズ11aの光軸11bに対してほぼ直交するように、すべて共通平面上に位置させている。これにより、偏向レンズアレイ13を射出成形するための金型の製造が容易となる上、隣接する偏向レンズ17の境界部分の段差により発生するケラレなどが解消されて照明領域Zに暗線や輝線などが生じないようにすることが可能であり、さらなるLEDチップ11の高密度実装を可能とすることができる。しかも、集光レンズ11aと偏向レンズアレイ13との距離を最短に狭められることと相俟って、照明装置のさらなるコンパクト化が可能となる。
In the present embodiment, the flat
偏向レンズ17に要求される機能は、個々のLEDチップ11の集光レンズ11aから出射した光束を可能な限り均一な照度分布にて単一の照明領域Zに拡大状態で導くことである。換言すると、個々の偏向レンズ17は、集光レンズ11aの端面の画像が単一照明領域Z、本実施形態では甲板Tの表面に拡大状態で結像するように設計されている。この目的のため、個々の偏向レンズ17のオフセット量が対応するLEDチップ11と照明領域Zとの相対位置に基づいてそれぞれ設定されている。さらに、照明領域Zにおける光の照度分布が均一となるように、LEDチップ11に組み込まれた集光レンズ11aと併せ、個々の偏向レンズ17の凸光学面17bを球面に限らず、適当な非球面形状に成形することが有効である。
The function required for the deflecting
なお、集光レンズ11aの光軸11bに対し、対応する偏向レンズ17の光軸17cを照明領域Zの中央側にオフセットすることにより、照明領域Zに到達する光の照度分布が偏向レンズ17のオフセット方向に沿って不均一となり、このオフセット方向に沿った一端側(対応する集光レンズ11aの光軸11b側)の照度が相対的に高くなるが、すべての偏向レンズ17の光軸17cのオフセット方向がLEDモジュール12の中心に対して対称となるように設定することにより、照度分布の不均一性がすべて相殺される結果、照明領域Zの照度分布をほぼ均一に保つことができる。
In addition, by offsetting the
このように、個々のLEDチップ11からの光がすべて単一の照明領域Zに集光されるため、甲板Tの表面に対して極めて高照度の照明を行うことができる上、個々のLEDチップ11の製造上のばらつきによってこれらの発光輝度が不均一であっても、従来の照明装置のような照度むらを完全に解消することができる。このため、従来では輝度不足などの理由で不良品として廃棄されていたLEDチップ11も何ら問題なく使用することが可能となり、半導体発光素子に対する部品コストを大幅に抑えることができる。しかも、1個のLEDチップ11が何らかの理由で発光しなくなった場合でも、照明領域Zの照度がその分だけ低下するだけであり、格別な理由がない限りそのまま照明し続けることができる。
In this way, since all the light from the
LEDモジュール12と対向する偏向レンズアレイ13の表面(平らな光学面17a側)には、偏向レンズ17の焦点距離と照明領域Zの大きさ(LEDチップ11の拡大率)とに応じてLEDモジュール12との間隔を予め設定された所定間隔に保持するための複数のスペーサピン18が平らな光学面17a以外の領域から突出状態で形成されている。偏向レンズアレイ13から照明領域Z(甲板Tの表面)までの距離や、照明領域Zの大きさに応じて偏向レンズ17の設計を変える必要があるので、これに応じてスペーサピン18の長さも併せて変更する必要がある。LEDモジュール12と偏向レンズアレイ13との間隔を設計通りに設定することが重要であるので、これらの相対的位置が外力などによって変わってしまわないように、何らかの締結手段を用いてこれらを一体的に組み上げることも有効である。
On the surface of the
ハウジング14は、LEDモジュール12および偏向レンズアレイ13の輪郭形状に対応したカップ状断面の本体部14aと、この本体部14aの開口端に嵌合され、図示しない止めねじなどによって一体的に連結されるカバー部14bとを有する。偏向レンズアレイ13は、その配列方向両端縁部がカバー部14bに当接し、ハウジング14から抜け外れないようになっているが、さらに何らかの係止手段によって、偏向レンズアレイ13をより確実にハウジング14内に固定することも可能である。本体部14aには、ケーブル16をハウジング14外に導く穴19が形成されており、ここからハウジング14外に引き出されたケーブル16が図示しないオン/オフスイッチまたは調光スイッチを介して図示しない給電ケーブルに接続される。LEDモジュール12は、電気配線基板15の裏面が本体部14aの底板部14cに当接した状態となり、ハウジング14側に効率良く放熱できるように配慮している。このハウジング14の構造は、ハウジング14内にLEDモジュール12と偏向レンズアレイ13とをそれぞれ位置決め状態で確実に固定できさえすればよく、組み立ての容易性などを考慮して適宜設定することが可能である。
The
従って、ケーブル16を介してLEDモジュール12に電力が供給されると、甲板Tの表面の照明領域Zが均一な配光特性で照明されることとなる。なお、この照明領域Zの形状は個々の偏向レンズ17の輪郭形状などを変えることにより、必要に応じて矩形や楕円形などに変更することが可能である。
Therefore, when power is supplied to the
上述した実施形態では、照明光の照射方向に対して照明領域Zがほぼ直交するような読書灯10について説明したが、照明光の照射方向に対して照明領域Zが傾斜するような照明装置にも本発明を応用することができる。
In the embodiment described above, the reading
このような本発明による照明装置を壁面照明用のダウンスポットライトに応用した他の実施形態の外観を図5に示し、その断面構造を図6に示すが、先の実施形態と同一機能の要素には、これと同一符号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。すなわち、本実施形態におけるダウンスポットライト20は、建物の天井Rなどに埋設されて部屋や廊下などの壁面Wに取り付けられた絵画や写真などの物体Oを照明することを意図したものであり、複数のLEDチップ11が組み込まれたLEDモジュール12と、このLEDモジュール12の前方に配されてLEDモジュール12からの光を壁面Wに固定された物体Oに向けて照射させる本発明の光偏向光学系としてのホログラム21と、これらLEDモジュール12およびホログラム21を位置決め状態で収容する円筒状のハウジング14とで主要部が構成されている。
FIG. 5 shows the appearance of another embodiment in which the lighting device according to the present invention is applied to a down-spotlight for wall lighting, and FIG. 6 shows the cross-sectional structure thereof. In this case, the same reference numerals are used, and duplicate explanations are omitted. That is, the down-
LEDモジュール12の電気配線基板15には、放熱フィン22aを形成したアルミニウム製の放熱部材22が一体的に接合され、この放熱部材22はハウジング14の内壁に設けたブラケット23を介してハウジング14に固定された状態となっている。本実施形態では9個のLEDチップ11が電気配線基板15上に同一ピッチで格子状に配列しているが、照明方向がLEDチップ11の集光レンズ11aの光軸11bに対して傾斜しているため、ハウジング14によるケラレが生じないようにLEDモジュール12はハウジング14に対してオフセット状態で収容されている。
An aluminum
カバー部14bによってハウジング14の本体部14a内に保持される本実施形態におけるホログラム21は、光学的に透明なアクリル樹脂(PMMA)の成形品であり、光の回折現象を利用して個々のLEDチップ11からの光を同一の照明領域Zに拡大状態で導く作用を有する。換言すると、このホログラム21は図示しない光軸が照明領域Zの中央に向けて傾斜した図6中の二点鎖線で示すような投影レンズ24とほぼ類似した働きを持つものである。
The
本実施形態のようなホログラム21に代え、先の実施形態のような偏向レンズアレイを用いることも可能であるが、各偏向レンズのLEDチップ11側を向く光学面を集光レンズ11aの光軸11bに対してほぼ直交するように、すべて共通平面上に位置させることができる。また、各偏向レンズの光軸を照明領域Zの中央側に向けて傾斜させることも可能であるが、この場合には、偏向レンズの照明領域Z側を向く凸光学面を非球面に設定する必要がある。
Instead of the
また、本実施形態ではLEDモジュール12とホログラム21との間に色温度調整用のフィルタ25をホログラム21に重ねて配しており、これは例えば任意の1つのLEDチップ11からの光が導かれる領域にのみ所定の色に着色され、その他の領域を完全に無色透明としたものである。これによって照明領域Zの色温度を市販のLEDチップ11の組み合わせだけでは修正し切れない微妙な程度に調整することが可能である。もちろん、必要に応じて任意の領域を異なる複数の色あいに着色したフィルタを使用することも可能である。
In this embodiment, a
上述した実施形態では、ライティングデスクDに組み込まれた読書灯10や、建物の天井Rに埋め込まれるダウンスポットライト20について説明したが、本発明はこのような照明装置のみに限らず、従来からある白熱灯や蛍光灯などに代わる一般的な照明装置として、例えば複数の関節を持った可動式のアームの先端部に取り付けられるアームライト、あるいは高輝度であるという利点を生かし、舞台照明装置や、地面などに取り付けて屋外における建造物の壁面部分などを照明する屋外用スポットライトなどの他、長寿命であるというLEDの利点を生かして交換やメンテナンスが困難な場所に設ける必要がある照明装置、例えばホテルなどにおいてベッドに組み込まれる足元灯などに利用することも可能である。
In the above-described embodiment, the reading
なお、本発明をアームライトに応用した場合、照明領域と半導体発光素子との距離に応じて光偏向光学系を交換できると共に半導体発光素子と光偏向光学系との間隔を変更できるようにする必要があることは言うまでもない。 When the present invention is applied to an arm light, it is necessary to be able to exchange the light deflection optical system according to the distance between the illumination area and the semiconductor light emitting element and to change the interval between the semiconductor light emitting element and the light deflection optical system. It goes without saying that there is.
D ライティングデスク
F 床面
O 物体
R 天井
S 棚板
T 甲板
W 壁面
Z 照明領域
10 読書灯
11 LEDチップ
11a 集光レンズ
11b 光軸
12 LEDモジュール
13 偏向レンズアレイ
14 ハウジング
14a 本体部
14b カバー部
14c 底板部
15 電気配線基板
15a コネクタ
16 ケーブル
17 偏向レンズ
17a 平らな光学面
17b 凸光学面
17c 光軸
18 スペーサピン
20 ダウンスポットライト
21 ホログラム
22 放熱部材
22a 放熱フィン
23 ブラケット
24 投影レンズ
25 フィルタ
D Writing desk F Floor surface O Object R Ceiling S Shelf plate T Deck W Wall surface
Claims (7)
この配線基板上に所定の配列パターンにて実装された複数個の半導体発光素子と、
これら半導体発光素子に近接状態で当該半導体発光素子と所定の空間領域との間に配され、該半導体発光素子から発せられた光を相互に重ね合わせた状態で前記所定の空間領域に導く光偏向光学系と、
この光偏向光学系および前記配線基板を収容するハウジングと
を具えたことを特徴とする照明装置。 A wiring board on which a connection to the power source is formed;
A plurality of semiconductor light emitting elements mounted in a predetermined arrangement pattern on the wiring board;
Light deflection that is disposed between the semiconductor light emitting element and a predetermined space region in a state adjacent to the semiconductor light emitting elements, and guides the light emitted from the semiconductor light emitting element to the predetermined space region in a state of being superimposed on each other. Optical system,
An illumination device comprising: the light deflection optical system; and a housing for housing the wiring board.
The lighting device according to claim 6, wherein the plurality of plano-convex lenses are integrally formed in an array.
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