JP2009016059A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】照明光の色温度を照明光が途切れないように連続的又は段階的に可変できる照明装置を提供する。
【解決手段】照明装置１はＬＥＤ１３と可変色部材２１とを具備する。可変色部材２１を、ＬＥＤ１３と対向しかつＬＥＤ１３が発する光の光軸Ａが延びる方向にＬＥＤ１３に対して相対的に移動可能に配設する。この可変色部材２１は複数の波長変換部２３，２４を有する。これら波長変換部２３，２４を、ＬＥＤ１３が発した光で励起されて発光する蛍光体を含んで光軸Ａを基準に同心的に設けるとともに、互いの発光波長が夫々異なるように形成する。それにより、ＬＥＤ１３と可変色部材２１との間の距離を変えることで、ＬＥＤ１３が発した光の色温度を可変するようにしたことを特徴としている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の半導体発子素子が発した光の色温度を可変して照明をする照明装置に関する。

従来、口金を有してスポットライトのように使用される照明器具において、ＬＥＤが発した光を機械的な可変色手段で制御することで、照明環境に合わせて、電球色、昼白色、昼光色等に変更して照明ができるようにした技術が知られている(例えば、特許文献１参照。)。

この照明器具では、中央部に紫外線を発するＬＥＤが実装された円形のプリント配線基板を、ケースの円形をなした開口凹部の内底面に配置するとともに、ケースの開口凹部に可変色手段を取付けている。可変色手段は、開口凹部から起立した軸に、プリント配線基板と平行な回転板を回転可能に支持し、この回転板に蛍光体シートを取付けている。蛍光体シートは、青色、緑色、黄色、オレンジ色、赤色の蛍光体が円周方向に沿って順に配置され、これらは、回転板に設けた５個の円形貫通孔の夫々を塞いでいる。回転板を手で回転させるために、この回転板の周部の一部がケース外に突出されている。

したがって、回転板を回転させることにより、その内の一つの円形貫通孔が選択されてＬＥＤに対向されるので、ＬＥＤの発光色を、この発光色とＬＥＤに対向した蛍光体との関係で決まる色の光に波長変換できる。それにより、照明環境に合わせて蛍光体を選択して、電球色、昼白色、昼光色等に照明光の色温度を変更できる。
特開2007-59260号公報（段落0133−0153、図８-図１０）

特許文献１の技術では、円形で異種の蛍光体を円形の回転板にその円周方向に沿って設けた可変色手段を採用している。このため、回転板を回転させて蛍光体を選択する際に蛍光体間の部位によって照明光が遮光され照明が途切れてしまう。しかも、特許文献１の技術では、回転板の回転により選択して使用される蛍光体とＬＥＤとの距離が変わらないので、照明光の色温度の変更は連続性がない。

本発明の目的は、照明光の色温度を照明光が途切れないように連続的又は段階的に可変するのに好適な照明装置を提供することにある。

請求項１の発明の照明装置は、半導体発光素子と；この半導体発光素子と対向しかつ前記半導体発光素子が発する光の光軸が延びる方向に前記半導体発光素子に対して相対的に移動可能に配設された可変色部材であって、前記半導体発光素子が発した光で励起されて発光する蛍光体を含んで前記光軸を基準に同心的に設けられ互いの発光波長が夫々異なるように形成された複数の波長変換部を有する前記可変色部材と；を具備することを特徴としている。

この発明及び以下の各発明で、半導体発光素子には、紫外線或いは青色の光を発するＬＥＤを好適に用いることができる。これとともにＬＥＤは、フリップチップ実装されるＬＥＤであっても、基板に表面実装されるＳＭＤ型のＬＥＤチップであってもよい。

この発明で、半導体発光素子に対して可変色部材が相対的に移動可能であるとは、可変色部材と発光体の内のいずれか一方が固定で他方が動き得ることを指している。

この発明及び以下の各発明で、波長変換部とは、半導体発光素子が発した光で励起されて発光する蛍光体によって、半導体発光素子の発光色を、この色とは異なる色に変換し、照明光の色温度を変えるものを指している。

この発明及び以下の各発明で、「蛍光体を含んでいる」とは、可変色部材が透光性のベースを有する場合、このベースの光入射面又は光出射面に、蛍光体の層を塗布した態様、又は、蛍光体が混ぜられた透光性合成樹脂自体によって波長変換部が形成される態様を含んでいる。なお、後者の態様では、可変色部材は透光性のベースを有していない。

この発明及び以下の各発明で、複数の波長変換部が半導体発光素子の光軸を基準に同心的に設けられるとは、外形が互いに相似形をなす各波長変換部の中心が光軸に一致していて、同じ平面に沿って設けられている配置を指している。この同心的配置として、代表的には同心円状の配置を挙げることができるが、これに制約されるものではない。

この発明及び以下の各発明で、各波長変換部での発光波長が夫々異なるように形成された可変色部材は、互いに異種の蛍光体を有した複数の波長変換部で形成することができ、或いは、同種の蛍光体を有した複数の波長変換部の厚みを夫々異ならせることで形成することもできる。更に、後者の場合、互いの波長変換部の厚み変化は段階的であることの他、グラジュエーション的に連続的に変化していてもよい。

この発明及び以下の各発明での前記同心的配置において、複数の波長変換部の耐光性及び耐熱性が、含有される蛍光体により相対的に異なる場合には、耐光性及び耐熱性が相対的に強い蛍光体が含有された波長変換部を可変色部材の中央部に配設し、耐光性及び耐熱性が相対的に弱い蛍光体が含有された波長変換部を可変色部材の周部側に寄せて配設するとよい。このようにすることで、可変色部材の長寿命化を図ることが可能である。

この発明及び以下の各発明で、アクリル等の透光性樹脂からなるベースに複数の波長変換部を塗布して可変色部材を形成する場合、波長変換部を可変色部材の光入射面に配置させることは、半導体発光素子からの放射熱にベースが直接晒されることを各波長変換部で防止できるに伴い、熱によりベースが黄色味を帯びて変色する（黄変）ことを抑制できるので、照明装置の寿命を長く維持できる点で好ましい。

請求項１の発明では、半導体発光素子と可変色部材との内の一方を、半導体発光素子が発する光の光軸が延びる方向に移動させて、半導体発光素子と可変色部材との離間距離を調整することにより、照明光の色温度を変えることができる。

即ち、離間距離が短い（なお、この状態は、半導体発光素子に可変色部材の中央位置が接して両者が離間していない状態も含んでいる。）場合、半導体発光素子が発した光は可変色部材の中央位置の波長変換部に限定して入射し、その波長変換部に含まれた蛍光体が励起されるので、こうして励起された蛍光体の発光色と半導体発光素子の発光色とによって決まる色温度の光で照明できる。そして、離間距離を長くする程、半導体発光素子が発した光は前記中央位置の波長変換部だけではなくその周囲に設けられている他の波長変換部に入射して、それらの波長変換部に含まれた蛍光体が励起される。このため、半導体発光素子の発光色と複数の波長変換部で励起された蛍光体の発光色とによって決まる色温度の光で照明できる。

そして、以上のように離間距離を調整して照明光の色温度を変えるので、照明光が途切れることがない。又、前記離間距離の調整は無段階にも段階的にすることができるため、それにより、色温度を連続的又は段階的に変えることができる。

請求項２の発明の照明装置は、口金と；この口金が一端部に配設されるとともに、他端部にバルブ支持部及び基板取付け部を有したハウジングと；前記基板取付け部に取付けられる基板及びこの基板に実装された半導体発光素子を有して前記ハウジングに取付けられた発光体と；前記半導体発光素子が発する光の光軸が延びる方向に移動可能となるように前記バルブ支持部に支持されたバルブと；前記半導体発光素子が発した光で励起されて発光する蛍光体を含んで前記光軸を基準に同心的に設けられ互いの発光波長が夫々異なるように形成された複数の波長変換部を有して、前記半導体発光素子に対向して前記バルブに固定された可変色部材と；を具備することを特徴としている。

この発明で、ハウジングは半導体発光素子の熱を外部に放出するために金属製とすることが好ましく、このハウジングの基板取付け部に固定される発光体の基板には、セラミック基板、合成樹脂基板、或いは金属ベースド基板等を用いることができる。

又、この発明で、半導体発光素子と可変色部材との離間距離を調整するためにバルブをバルブ支持部に移動可能にする工夫として、例えば、バルブに形成したねじ部をバルブ支持部に形成したねじ部にねじ込み、バルブ支持部に対するバルブのねじ込み深さを無段階に変えられるようにした調整手段等を好適に用いることができる。

同様に、例えば、バルブ支持部又はバルブの一方にその周方向に延びるとともに両端部の高さ位置が異なる複数のガイド溝を設け、他方に、このガイド溝に摺動可能に係合しかつ前記両端部に挿脱可能に保持される係合突起を複数設けて、バルブの回転操作により係合突起をガイド溝の両端部の内のいずれか一方に選択的に保持させることで、バルブをバルブ支持部に段階的に移動可能にする調整手段等を用いることも可能である。更に、このような二段階ではなく、バルブをバルブ支持部に多階的に移動可能にする調整手段を用いて、半導体発光素子と可変色部材との離間距離を複数段階に調整することも可能である。

請求項２の発明では、ハウジングのバルブ支持部に移動可能に支持されたバルブを移動させて、このバルブに固定された可変色部材を、ハウジングに固定された発光体が発する光の光軸が延びる方向に移動可能させることにより、可変色部材と半導体発光素子との離間距離を調整できる。そのため、請求項１の発明で説明したのと同じ理由により、照明光の色温度を照明光が途切れることなく変えることができるとともに、その際の離間距離の無段階又は段階的な調整により、色温度を連続的又は段階的に変えることができる。

請求項３の発明の照明装置は、前記可変色部材の光入射面と前記半導体発光素子との間の距離変化に追従して変形可能で、かつ、透光性を有した導光部材を、前記可変色部材の光入射面と前記半導体発光素子との間に挟み込んだことを特徴としている。

この発明で、導光部材には、透光性のシリコーンジェル、又は透光性のダイアフラム状の容器内に透光性のシリコーンオイルを満たしたものを好適に使用できる。

請求項３の発明では、半導体発光素子と可変色部材の光入射面との間に空気層がなくなり、半導体発光素子が発した光の一部が光入射面で反射されることが抑制されるので、光の利用効率を向上できる。

請求項１，２の発明の照明装置によれば、照明光の色温度を照明光が途切れないように連続的又は段階的に可変できる。

請求項３の発明の照明装置によれば、光入射面での反射損を低減して、光の利用効率を向上できる。

図１及び図２を参照して本発明の第１実施形態を説明する。

図１中符号１はランプとして使用される照明装置を示している。この照明装置１は、ハウジング２、口金８、点灯装置９、発光体１１、バルブ１５、及び可変色部材２１を備えている。

ハウジング２は、アルミニウム合金等の金属の一体成形品であり、その外表面は空気中への放熱面として利用される。このハウジング２の一端部に口金８が電気的に絶縁された状態で装着されている。口金８は図示しないソケットに着脱可能にねじ込まれてランプである照明装置１をソケットに電気的かつ機械的に接続するのに使用される。

ハウジング２はその他端部に基板取付け部３とバルブ支持部４を有している。基板取付け部３を正面から見た形状は円形である。バルブ支持部４を正面から見た形状は円環形で、かつ、基板取付け部３より大径であり、このバルブ支持部４は基板取付け部３の周囲を囲んで基板取付け部３に対して同心円的に設けられている。

基板取付け部３の外周面とバルブ支持部４の内周面との間には円環形の隙間が形成されている。バルブ支持部４の先端は基板取付け部３の先端面よりも図１において下方に突出されている。このバルブ取付け部４の内周面に雌ねじ４ａが形成されている。

発光体１１は、例えば金属ベースド基板からなる基板１２と、この基板１２の好ましくは白色の絶縁層からなる表面に実装された半導体発光素子例えば青色の光を発するＬＥＤ１３を有して形成されている。ＬＥＤ１３は、以下ものに限定されることはないが、例えば表面から裏面にわたる一対の端子が取付けられたＬＥＤ基板上に、前記端子と電気的に接続して青色発光をするＬＥＤベアチップを取付けるとともに、このＬＥＤベアチップを包囲しかつ収容するリフレクタを取付け、リフレクタ内のチップ収容部に透明シリコーン樹脂を封止樹脂として充填して形成されたものである。このＬＥＤ１３は、その一対の端子を基板１２の導体パターンにフリップチップにより実装されている。なお、本実施形態ではＬＥＤ１３を一個用いたが複数用いることもできる。

発光体１１は、その基板１２の金属からなる裏面を基板取付け部３の先端面に密着してハウジング２に固定されている。ＬＥＤ１３の発光を制御するための点灯装置９は、ハウジング２と口金８との間に形成された収容空間内に配置されていて、これは発光体１１の基板１２に電気的に接続されている。

バルブ１５は、透明又は拡散透光性の材料、例えば透光性アクリル樹脂で成形されていて、本実施形態では内面にサンドブラスト処理によって細かな凹凸（図示しない）が付されて、拡散透光性を得ている。バルブ１５の開放端側の部位は、縮径されていて、バルブ１５の周方向に連続する段部１６と、この段部１６からバルブ１５の開放端にわたる螺合筒部１７を有している。段部１６は後述のように部材取付け部として機能する。螺合筒部１７はその外周面に雄ねじ１７ａを有している。

螺合筒部１７の雄ねじ１７ａをバルブ取付け部４の雌ねじ４ａに螺合してバルブ１５がハウジング２に取付けられている。雌ねじ４ａと雄ねじ１７ａとは調整手段を形成している。ハウジング２に対してバルブ１５を回転操作することによる雌ねじ４ａと雄ねじ１７ａとの噛み合いの変化で、バルブ支持部４に対するバルブ１５のねじ込み深さが可変され、それに伴い、ＬＥＤ１３の光軸（ランプの光軸でもある。）Ａが延びる方向にバルブ１５が進退されるようになっている。なお、図１中符号θはＬＥＤ１３が発したビームの光軸Ａを中心とする開き角を示している。

図１及び図２に示すように可変色部材２１は、ベース２２の一面に複数の波長変換部２３，２４を同心円状に設けて作られている。相対的に内側に位置された波長変換部２３の面積に対して、相対的に外側に位置された波長変換部２４の面積は大きい。

ベース２２は、透明ガラス又はアクリル樹脂等の透光性樹脂の透光性材料製であって、例えば円形のシート状をなしている。なお、ここに透光性とは、透明だけではなく拡散透光性である場合も含んでいる。

波長変換部２３，２４は、ＬＥＤ１３が発した光で励起されて発光する蛍光体を含有して形成されている。蛍光体は波長変換部２３，２４において好ましくは均一に分散された状態にある。そして、例えば、可変色部材２１の中央部に位置された波長変換部２３は、ＬＥＤ１３の青色光で励起されて色温度の高い光を発光する蛍光体を含有しているとともに、この波長変換部２３に好ましくは隙間なく連続して可変色部材２１の周部側に位置された波長変換部２４は、ＬＥＤ１３の青色光で励起されて色温度の低い光を発光する蛍光体を含有している。

可変色部材２１は、そのベース２２の周部を段部１６に位置決めしてバルブ１５に固定されている。したがって、可変色部材２１の波長変換部２３はベース２２を通してＬＥＤ１３に対向している。

前記構成の照明装置１では、バルブ１５を回転操作することによって、ハウジング２に対するバルブ１５のねじ込み深さが変わるので、それに従い、バルブ１５に固定された可変色部材２１がＬＥＤ１３の光軸Ａが延びる方向に移動されて、この可変色部材２１とＬＥＤ１３との間の離間距離が無段階に調整される。

照明装置１の点灯状態で前記調整を行って、前記離間距離を縮めて可変色部材２１を図１中実線で示すようにＬＥＤ１３に接近させると、ＬＥＤ１３が発した開き角θの光が、可変色部材２１の中央部に位置した波長変換部２３のみを透過するようになる。そのため、波長変換部２３に含まれた蛍光体が励起されるので、励起された蛍光体が発光した光の色と、波長変換部２３を透過するＬＥＤ１３の発光色とによって決まる色温度の光で照明できる。この場合、本実施形態では色温度の高い照明光となるので、涼しげな照明環境を与えることができる。

前記調整により、図１中二点鎖線で示すようにＬＥＤ１３と可変色部材２１との離間距離を広げると、ＬＥＤ１３が発した開き角θの光は、波長変換部２３だけではなくその周囲の波長変換部２４を透過するようになる。そのため、波長変換部２４に含まれた蛍光体が励起されてそれによって発光された光の色と波長変換部２４を透過するＬＥＤ１３の発光色とによって決まる光の色と、既述のように波長変換部２３に含まれた蛍光体の励起によって発光された光の色と波長変換部２３を透過するＬＥＤ１３の発光色とによって決まる光の色とによって決まる色温度の光で照明できる。

この場合、波長変換部２４は波長変換部２３に比較して面積が大きいので、可変色部材２１がＬＥＤ１３から遠ざかるほど、ＬＥＤ１３が発した光は波長変換部２４をより多く透過するようになる。そのため、可変色部材２１がＬＥＤ１３から遠ざかるほど、波長変換部２３から出射される光量よりも波長変換部２４から出射される光量が増加する。その結果として、本実施形態の場合には、色温度の低い照明光となるので、暖かい照明環境を与えることができる。

以上のように前記構成の照明装置１は、そのバルブ１５を回転操作することで、ＬＥＤ１３と可変色部材２１との離間距離を調整して、照明光の色温度を照明光が途切れることがなく使用者の好みに応じて変えることができる。しかも、既述のようにハウジング２の雌ねじ４ａとバルブ１５の雄ねじ１５との噛み合いの変化で前記離間距離が無段階に調整されるので、連続的に色温度を変えることができる。

図３及び図４を参照して本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態は以下説明する事項以外は第１実施形態と同じであるので、第１実施形態と同じ構成については、第１実施形態と同じ符号を付してその作用の説明とともに省略する。

第２実施形態では、発光体１１に臨んだベース２２の面、言い換えれば、可変色部材２１の光入射面２２ａとＬＥＤ１３との間に空気層が形成されないように、光入射面２２ａとＬＥＤ１３との間に導光部材３１が挟み込まれている。

導光部材３１は、光入射面２２ａとＬＥＤ１３との間の距離変化に追従して変形可能で、かつ、透光性を有した材料、好ましくはＬＥＤ１３が有した封止部材と略同じ屈折率を有する材料、例えば透明シリコーンジェルで作られている。図４に導光部材３１が圧縮状態に変形した状態を示されており、この状態からＬＥＤ１３と可変色部材２１との離間距離が広がるに従い、導光部材３１はそれ自体の弾性復元力により形状が変化するが、その場合にも光入射面２２ａとＬＥＤ１３とに対する密着状態は維持するようになっている。以上説明した事項以外は第１実施形態と同じである。

したがって、この第２実施形態でも、第１実施形態で説明したのと同じ理由によって、本発明の課題を解決できる。しかも、導光部材３１を備えたことにより、ＬＥＤ１３と可変色部材２１の光入射面２２ａとの間に空気層がない照明装置１を形成できる。これにより、ＬＥＤ１３が発した光の一部が、可変色部材２１が備えたベース２２の光入射面２２ａで反射されることが抑制され、反射損を低減できるので、それに伴い光の利用効率を向上できる。更に、シリコーンジェル等のシリコーン系材料は熱伝導性が良好であるので、導光部材３１を介してＬＥＤ１３が発する熱の一部を可変色部材２１に伝導させて、ＬＥＤ１３の温度上昇を抑制できる。

図５を参照して本発明の第３実施形態を説明する。第３実施形態は以下説明する事項以外は第２実施形態と同じであるので、第２実施形態と同じ構成については、第２実施形態と同じ符号を付してその作用の説明とともに省略する。

第３実施形態では、光入射面２２ａとＬＥＤ１３との間に挟み込まれた導光部材３１が、透明シリコーン樹脂からなるダイアフラム状の容器３１ａ内に透光性のシリコーンオイル３１ｂを満たして形成されている。以上説明した事項以外は第１実施形態と同じである。

したがって、この第３実施形態でも、第１実施形態で説明したのと同じ理由によって、本発明の課題を解決できるとともに、ベース２２の光入射面２２ａで反射損を低減して光の利用効率を向上できる。

本発明の第１実施形態に係る照明装置を示す断面図。 図１の照明装置が備える発光体と可変色部材との関係を示す斜視図。 本発明の第２実施形態に係る照明装置を示す断面図。 図３の照明装置の一部を拡大して示す断面図。 本発明の第３実施形態に係る照明装置の一部を示す断面図。

符号の説明

１…照明装置、２…ハウジング、３…基板取付け部、４…バルブ支持部、４ａ…雌ねじ(調整手段)、８…口金、１１…発光体、１２…基板、１３…ＬＥＤ（半導体発光素子）、１５…バルブ、１６…段部、１７…螺合部、１７ａ…雄ねじ(調整手段)、２１…可変色部材、２２…ベース、２２ａ…光入射面、２３，２４…波長変換部、３１…導光部材、Ａ…光軸

Claims (3)

1. 半導体発光素子と；
   この半導体発光素子と対向しかつ前記半導体発光素子が発する光の光軸が延びる方向に前記半導体発光素子に対して相対的に移動可能に配設された可変色部材であって、前記半導体発光素子が発した光で励起されて発光する蛍光体を含んで前記光軸を基準に同心的に設けられ互いの発光波長が夫々異なるように形成された複数の波長変換部を有する前記可変色部材と；
   を具備することを特徴とする照明装置。
2. 口金と；
   この口金が一端部に配設されるとともに、他端部にバルブ支持部及び基板取付け部を有したハウジングと；
   前記基板取付け部に取付けられる基板及びこの基板に実装された半導体発光素子を有して前記ハウジングに取付けられた発光体と；
   前記半導体発光素子が発する光の光軸が延びる方向に移動可能となるように前記バルブ支持部に支持されたバルブと；
   前記半導体発光素子が発した光で励起されて発光する蛍光体を含んで前記光軸を基準に同心的に設けられ互いの発光波長が夫々異なるように形成された複数の波長変換部を有して、前記半導体発光素子に対向して前記バルブに固定された可変色部材と；
   を具備することを特徴とする照明装置。
3. 前記可変色部材の光入射面と前記半導体発光素子との間の距離変化に追従して変形可能で、かつ、透光性を有した導光部材を、前記可変色部材の光入射面と前記半導体発光素子との間に挟み込んだことを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。

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