JP2008084612A - Ｌｅｄ照明ユニット及びそれを用いた照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】照射効率を低下させることなく色斑を低減させたＬＥＤ照明ユニット及びそれを用いた照明器具を提供する。
【解決手段】ＬＥＤ照明ユニットＡは、円盤状に形成されたエポキシ樹脂製の基板１を備えており、基板１の略中央には、３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃがそれぞれのＬＥＤ素子の中心を結ぶと正三角形となり、且つ領域ｄが最も大きくなる位置に実装されている。また基板１には、両端が開口し、ＬＥＤ素子２ａ〜２ｃの出射方向に向かって拡がる二次曲面状の反射鏡３ａが、ＬＥＤ素子２ａ〜２ｃの周りを覆うように取着されている。このＬＥＤ照明ユニットＡでは、ＬＥＤ素子２ａ〜２ｃからそれぞれ出射された光のうち領域ｄ内の光は混色されて照射面４に直接照射される。また領域ｄ外の光は、反射鏡３ａの内面で領域ｄに向けて反射し、領域ｄ内で混色された光が照射面４に照射される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤ照明ユニット及びそれを用いた照明器具に関するものである。

従来より、発光色が異なる複数のＬＥＤ素子を用いた照明器具があった（例えば特許文献１参照）。この照明器具は主基板からなる本体部と電力を供給する電源装置とを備えており、主基板上には複数の発光ユニットが実装されている。発光ユニットは正方形状の副基板からなり、この副基板の略中央には発光色の異なる３個のＬＥＤ素子が実装されている。また副基板の前面側には、３個のＬＥＤ素子の周囲を覆うように反射板が取着されており、この反射板にはＬＥＤ素子の照射方向に貫通しＬＥＤ素子から照射された光を混色させる混色層と混色光の配光を制御する配光層とからなる樹脂層が設けられている。この樹脂層には透光性樹脂が充填されており、反射板と樹脂層との接触面は反射面となっている。

この照明器具では、発光色が異なる各ＬＥＤ素子から照射された光が混色層において反射面で複数回反射を繰り返し混色される。混色層を抜けて配光層に達した混色光は、樹脂と外気との界面に対して浅い角度で入射し、界面で反射される。さらに界面で反射された光は配光層の反射面で反射され、界面と配光層の反射面との間で複数回反射を繰り返し、界面に対する入射角が臨界角度より小さくなると、界面を通過して外部に照射される。
特開２００３−１１０１４９号公報（第３頁−第４頁、及び、第１図−第６図）

上述の特許文献１に示した照明器具では、各ＬＥＤ素子から照射された光が混色層で複数回反射することで混色され、さらに混色光が配光層で複数回反射して外部に照射されるので、反射により照射効率が低下する虞れがあった。またＬＥＤ素子の実装の問題や熱の問題からＬＥＤ素子をある程度間隔をおいて配置する必要があり、光軸から離れた領域においては色斑が生じてしまうという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、照射効率を低下させることなく色斑を低減させたＬＥＤ照明ユニット及びそれを用いた照明器具を提供することにある。

請求項１の発明は、異なる波長の光を出射する複数種類のＬＥＤ素子と、ＬＥＤ素子の出射方向に向かって拡がる二次曲面からなり、各ＬＥＤ素子からの直射光の配光がすべて重なり合う重複領域外に照射された各ＬＥＤ素子からの光を重複領域に向かって反射させる反射部とを備えたことを特徴とする。

請求項２の発明は、二次曲面は楕円面であることを特徴とする。

請求項３の発明は、二次曲面は放物面であることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載のＬＥＤ照明ユニットと、各ＬＥＤ素子に電源を供給する電源供給手段とを備えたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、ＬＥＤ素子の出射方向に向かって拡がる二次曲面からなる反射部を配設することによって、各ＬＥＤ素子から出射された重複領域外の光を反射させて重複領域内に配光することができるので、重複領域外の光を混色させることができ、照射効率を低下させることなく色斑を低減させることができるという効果がある。

請求項２の発明によれば、請求項１の発明と同様の効果があり、さらに楕円面からなる反射部の第１の焦点を複数のＬＥＤ素子の重心位置に、第２の焦点を照射面と光軸とが交わる位置に一致させた場合には、重複領域外の光を光軸近傍に照射することができるので、中落ちが生じる高出力ＬＥＤを用いた場合でも、中落ちを改善することができ、且つ色斑の少ない高出力ＬＥＤを提供することができるという効果がある。ここに中落ちとは、照射光の中心部がやや暗く見える状態をいう。

請求項３の発明によれば、請求項１の発明と同様の効果があり、さらに放物面からなる反射部の焦点を複数のＬＥＤ素子の重心位置に一致させた場合には、重複領域外の光を光軸と平行な方向に反射させ、光軸周辺に照射することができるので、中落ちが生じる高出力ＬＥＤを用いた場合でも、中落ちを改善することができ、且つ色斑の少ない高出力ＬＥＤを提供することができるという効果がある。

請求項４の発明によれば、請求項１〜３の何れか１項に記載のＬＥＤ照明ユニットを用いることによって、照射効率を低下させることなく色斑を低減させた照明器具を提供することができるという効果がある。

（第１の実施形態）
第１の実施形態を図１に基づいて説明する。尚、図１において照射面４は、光源側から見た照射面を模式的に表わしたものであり、図２及び図３についても同様である。

本実施形態のＬＥＤ照明ユニットＡは、図１に示すように、複数（例えば、３個）のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃと、ＬＥＤ素子２ａ〜２ｃが実装された基板１と、基板１に取着された反射鏡（反射部）３ａとを備えている。

まず、ＬＥＤ素子２ａ〜２ｃについて説明する。基板１には、互いに異なる波長の光を出射する複数種類（例えば、３種類）のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃが実装されており、本実施形態では、例えば緑色波長の光を出射するＬＥＤ素子２ａと、赤色波長の光を出射するＬＥＤ素子２ｂと、青色波長の光を出射するＬＥＤ素子２ｃとを用いている。これらのＬＥＤ素子２ａ〜２ｃは、ランバートの法則に従う配光特性を有している。ここにランバートの法則とは、光束による表面の照度はその表面の法線と入射光とのなす角の余弦で変化するという法則をいう。また図１（ａ）の破線で示す領域ａ〜ｃはそれぞれＬＥＤ素子２ａ〜２ｃからの直射光の配光領域を示しており、領域ｄ（実線で図示）はＬＥＤ素子２ａ〜２ｃからの直射光の配光がすべて重なり合う重複領域を示している。

基板１は、例えばエポキシ樹脂製のプリント基板であって、図１に示すように、円盤状に形成されている。基板１の略中央には、図１（ｂ）に示すように、３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃがそれぞれのＬＥＤ素子の中心を結ぶと正三角形となり、且つ領域ｄが最も大きくなる位置に実装されている。

反射鏡３ａは、例えばアルミニウム製の反射鏡であって、両端が開口しＬＥＤ素子２ａ〜２ｃの出射方向に向かって拡がる二次曲面状に形成されており、図１に示すように、ＬＥＤ素子２ａ〜２ｃの周りを覆うように基板１に取着されている。

ここで、このＬＥＤ照明ユニットＡの動作について説明する。ＬＥＤ素子２ａ〜２ｃからそれぞれ出射された光のうち領域ｄ内の光は、赤、青、緑３色が混色されて照射面４に直接照射される。また領域ｄ外の光は、図１（ａ）に示すように、反射鏡３ａの内面で領域ｄに向けて反射し、領域ｄ内で混色された光が照射面４に照射される（図中の反射光ｅ）。尚、本実施形態では、赤、青、緑の各色の光をそれぞれ出射するＬＥＤ素子２ａ〜２ｃを用いているので、照射面４に照射される光は白色光が得られる。

このＬＥＤ照明ユニットＡでは、ＬＥＤ素子２ａ〜２ｃの出射方向に向かって拡がる二次曲面状の反射鏡３ａを、ＬＥＤ素子２ａ〜２ｃの周りを覆うように基板１に取付けることによって、領域ｄ外の光を領域ｄ内に反射させることができるので、領域ｄ外の光を混色させて照射面４に照射することができ、照射効率を低下させることなく色斑を低減させることができる。

尚、本実施形態では、アルミニウム製の反射鏡３ａを用いて説明したが、反射鏡３ａの材料はアルミニウムに限定されるものではなく、光を反射させる特性を有する材料であればよい。

（第２の実施形態）
第２の実施形態を図２に基づいて説明する。本実施形態のＬＥＤ照明ユニットＡは、図２に示すように、３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃと、基板１と、反射鏡（反射部）３ｂとを備えており、反射鏡３ａの替わりに反射鏡３ｂを用いた以外の構成は、第１の実施形態と同様であるので、同一の構成要素には同一の符号を付して説明は省略する。

反射鏡３ｂは、両端が開口し、ＬＥＤ素子２ａ〜２ｃの出射方向に向かって拡がる楕円面に形成されており、ＬＥＤ素子２ａ〜２ｃの周りを覆って基板１に取着されている。また反射鏡３ｂは、楕円面の第１の焦点を３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃの重心位置に、第２の焦点をＬＥＤ照明ユニットＡの光軸ｆと照射面４とが交わる位置（図中のＰ点）に一致させている。尚、この時、ＬＥＤ２ａ〜２ｃの重心位置と照射面４との距離Ｄは、第１及び第２の焦点間距離に一致している。

ここで、このＬＥＤ照明ユニットＡの動作について説明する。ＬＥＤ素子２ａ〜２ｃからそれぞれ出射された光のうち領域ｄ内の光は、赤、青、緑３色が混色されて照射面４に直接照射される。また領域ｄ外の光は、図２（ａ）に示すように、反射鏡３ｂの内面で領域ｄに向けて反射し、領域ｄ内で混色された光が照射面４に照射される（図中の反射光ｅ）。

このＬＥＤ照明ユニットＡでは、楕円面からなる反射鏡３ｂにより、領域ｄ外の光を領域ｄ内に反射させることができるので、領域ｄ外の光を混色させて照射面４に照射することができ、照射効率を低下させることなく色斑を低減させることができる。さらに高出力ＬＥＤの中には発光効率を重視したため、中落ちを有する広角の配光特性のものがあるが、反射鏡３ｂの第１の焦点を３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃの重心位置に、第２の焦点をＰ点に一致させた場合には、領域ｄ外の光を照射面４のＰ点近傍に照射することができるので、中落ちを改善することができ、且つ色斑の少ない高出力ＬＥＤを提供することができる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態を図３に基づいて説明する。本実施形態のＬＥＤ照明ユニットＡは、図３に示すように、３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃと、基板１と、反射鏡（反射部）３ｃとを備えており、反射鏡３ａの替わりに反射鏡３ｃを用いた以外の構成は、第１の実施形態と同様であるので、同一の構成要素には同一の符号を付して説明は省略する。

反射鏡３ｃは、両端が開口し、ＬＥＤ素子２ａ〜２ｃの出射方向に向かって拡がる放物面に形成されており、ＬＥＤ素子２ａ〜２ｃの周りを覆って基板１に取着されている。また反射鏡３ｃは、放物面の焦点を３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃの重心位置に一致させている。尚、本実施形態において、ＬＥＤ素子２ａ〜２ｃの重心位置と照射面４との距離Ｄは、いかなる値であってもよい。

ここで、このＬＥＤ照明ユニットＡの動作について説明する。ＬＥＤ素子２ａ〜２ｃからそれぞれ出射された光のうち領域ｄ内の光は、赤、青、緑３色が混色されて照射面４に直接照射される。また領域ｄ外の光は、図３（ａ）に示すように、反射鏡３ｃの内面で領域ｄに向けて光軸ｆと略平行な方向に反射し、領域ｄ内で混色された光が光軸ｆと略平行に照射面４に照射される（図中の反射光ｅ）。

このＬＥＤ照明ユニットＡでは、放物面からなる反射鏡３ｃにより、領域ｄ外の光を領域ｄ内に反射させることができるので、領域ｄ外の光を混色させて照射面４に照射することができ、照射効率を低下させることなく色斑を低減させることができる。さらに放物面の焦点を３個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｃの重心位置に一致させた場合には、領域ｄ外の光を光軸ｆと略平行に反射させ、照射面４のＰ点周辺に照射することができるので、中落ちが生じる高出力ＬＥＤを用いた場合でも、中落ちを改善することができ、且つ色斑の少ない高出力ＬＥＤを提供することができる。

次に、本発明に係る照明器具Ｂについて図４に基づいて説明する。図４に示す照明器具Ｂは、円盤状の器具本体５の下面に円周に沿って複数（図４では１２個）のＬＥＤ照明ユニットＡが配設されており、電源線６を介して商用電源（図示せず）から電源が供給されると、ＬＥＤ照明ユニットＡが点灯する。

この照明器具Ｂでは、第１〜第３の実施形態で説明したＬＥＤ照明ユニットＡを用いることによって、照射効率を低下させることなく色斑を低減させた照明器具Ｂを提供することができる。

尚、本実施形態では、円盤状の器具本体５を有する照明器具Ｂを例に説明したが、照明器具Ｂは本実施形態に限定されるものではなく、用途等に応じて適宜設計すればよい。

（ａ）は第１の実施形態のＬＥＤ照明ユニットの照射状態を示す状態図である。（ｂ）は同上を上から見た平面図である。 （ａ）は第２の実施形態のＬＥＤ照明ユニットの照射状態を示す状態図である。（ｂ）は同上を上から見た平面図である。 （ａ）は第３の実施形態のＬＥＤ照明ユニットの照射状態を示す状態図である。（ｂ）は同上を上から見た平面図である。 同上を用いた照明器具の斜視図である。

符号の説明

１ 基板
２ａ ＬＥＤ素子
２ｂ ＬＥＤ素子
２ｃ ＬＥＤ素子
３ａ 反射鏡（反射部）
３ｂ 反射鏡（反射部）
３ｃ 反射鏡（反射部）
４ 照射面
５ 器具本体
６ 電源線
Ａ ＬＥＤ照明ユニット
Ｂ 照明器具

Claims (4)

1. 異なる波長の光を出射する複数種類のＬＥＤ素子と、前記ＬＥＤ素子の出射方向に向かって拡がる二次曲面からなり、前記各ＬＥＤ素子からの直射光の配光がすべて重なり合う重複領域外に照射された前記各ＬＥＤ素子からの光を前記重複領域に向かって反射させる反射部とを備えたことを特徴とするＬＥＤ照明ユニット。
2. 前記二次曲面は楕円面であることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ照明ユニット。
3. 前記二次曲面は放物面であることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ照明ユニット。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載のＬＥＤ照明ユニットと、前記各ＬＥＤ素子に電源を供給する電源供給手段とを備えたことを特徴とする照明器具。

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