JP2009141038A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤの照明装置に用いられるレンズに色温度を調整する機能を持たせることにより、所望の色温度を持つ白色ＬＥＤを得る。
【解決手段】照明装置２は、筐体４と板状部材６から構成される。板状部材６の上面には、フレネルレンズ部８が形成され、板状部材６はオレンジ色に着色されて形成されている。また、筐体４の底部にはＬＥＤ１０が配置され、ＬＥＤ１０の直上には蛍光体１２が設けられている。ＬＥＤ１０に電流が供給されることにより、ＬＥＤ１０が発光し、ＬＥＤ１０で発光した光は板状部材６を透過する。板状部材６を透過した光は色温度を調節されるため、所望の色温度を持つ照明装置２を実現することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤを用いた照明装置に関し、特にＬＥＤの光をレンズを介して外部に透過させる照明装置に関するものである。

現在、白色ＬＥＤ（発光ダイオード）を用いた照明装置が実用化されている。これは、青色ＬＥＤに黄色系の蛍光体を組み合わせることにより白色を発光させるものである。以下に示す特許文献１では、青色ＬＥＤと蛍光体により得られた光を光学レンズを用いて外部に放出する技術が開示されている。
特開２００５−１０１０２３号公報

白色ＬＥＤは青色ＬＥＤを用いて構成されるものであるが、青色ＬＥＤの持つＶＦ（順方向電圧）はすべてのＬＥＤで一定ではないため、白色ＬＥＤの色温度には、ばらつきがあった。このため、製品化された白色ＬＥＤは、ランクという色温度の範囲を設定して販売されている。このように、白色ＬＥＤを用いた照明装置を設計する場合は、所定のランクの白色ＬＥＤを用いて設計するが、当該ランクに含まれる白色ＬＥＤであっても色温度にばらつきが生じていた。このため、白色ＬＥＤの色温度を厳密に管理することができず、ユーザーの希望する色温度を発色する照明装置を実現することは困難であった。現在のＬＥＤパッケージメーカーでは、２６５０Ｋ以下の色温度の白色ＬＥＤを安定的に量産できないのが現状である。また、６５００Ｋの白色を３０００Ｋに色補正したり、３０００Ｋの白色を２８００Ｋに補正したりして、色温度を下げることにより、ＬＥＤの発熱による蛍光体の劣化が原因となり、照明装置の寿命が下がるという問題もあった。

そこで、本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、レンズに色温度を調整する機能を持たせることにより、所望の色温度を持つ白色ＬＥＤを得ることを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１に係る発明は、一方に開放する断面コの字形状の筐体と、前記筐体の断面コの字形状の底面に固定されるＬＥＤと、前記ＬＥＤの光を透過させる材料からなり、前記ＬＥＤの発光部に対向する位置でかつ、前記筐体の開放部を覆う位置に固定される板状部材と、から構成される照明装置において、前記板状部材は、前記ＬＥＤから発光された光の色温度を変化させ、かつ、前記ＬＥＤから発光された光を集光させることを特徴とする照明装置によって構成される。この構成によれば、ＬＥＤで発せられた光の色温度が板状部材によって変化させられるので、ＬＥＤの色温度のばらつきを板状部材によって低減させることができる。また、板状部材はレンズとしての効果と色温度を調整する効果の両方を有するため、照明装置をコンパクトに構成することができる。また、従来の照明装置では、ＬＥＤの直上に蛍光体を配置する構成であったが、本発明はＬＥＤから一定の間隔をもって板状部材が配置されるため、従来のように蛍光体が劣化して色温度が変化してしまうという問題点を解消することができる。

また、本発明は、前記板状部材は、所定の色に着色されることを特徴とする照明装置として構成することもできる。この構成によれば、板状部材が所定の色に着色されているため、ＬＥＤで発せられた光の色温度をレンズを通過する際に変化させることができる。板状部材の着色の色は、ユーザーが希望する色温度とＬＥＤの発する光の色温度の双方に応じて設定されるものであり、例えば、板状部材は、オレンジ色や肌色に着色されるものである。

また、本発明は、前記板状部材は、内部に蛍光体が混入されることを特徴とする照明装置として構成することもできる。この構成によれば、板状部材内に蛍光体が混入されているため、ＬＥＤで発せられた光の色温度を変化させることができる。板状部材内の蛍光体の混入のさせ方は、ユーザーが希望する色温度とＬＥＤの発する光の色温度に応じて設定されるものであり、蛍光体の混入密度を大きくしたり、小さくすることにより、色温度を変化させることができる。

本発明は、板状部材に色温度を変化させる機能と光を集光する機能を備えたため、所望の色温度の光を発することのできる照明装置を実現することが可能となる。

本発明を実施するための第１の実施形態について図面とともに説明する。図１は、第１実施形態の照明装置２を説明するための図であり、図１（ａ）は照明装置２の全体構成を示す斜視図、図１（ｂ）は照明装置２を上から見た図、図１（ｃ）は図１（ｂ）のｃ−ｃ線における断面図である。

図１（ａ）において、照明装置２は、ＬＥＤを内部に配置する筐体４と、筐体４の上部の開放部に固定される板状部材６より構成されている。筐体４は、略正方形の底部を有し、底部の各辺から延びる壁部より構成されており、４つの壁部の上端側は開放部となっている。板状部材６は、筐体４の開放部を塞ぐような状態で、筐体４に固定されている。板状部材６は樹脂で成形されるものであり、用いられる樹脂としてはアクリル、ポリカーボネイド、シリコン等が挙げられる。また、板状部材６は、筐体４の内部に配置されるＬＥＤの光を外部に透過させることのできる材料より形成されるが、本実施形態の板状部材６は、ＬＥＤが発光する色温度を変化させることが可能なオレンジ色に着色されて形成されている。

また、図１（ｂ）および図１（ｃ）に示すように、板状部材６の図中上側の面には、フレネルレンズ部８が形成されている。フレネルレンズ部８は、板状部材６の表面の形状を加工することにより形成されるものであり、例えば、板状部材６の表面側に熱を加えながらプレス成形を行なうことにより成形される。フレネルレンズ部８が、板状部材６の内部を透過してきた光を集光し、フレネルレンズ部８の形状に応じた方向に透過させるものである。なお、本実施形態のフレネルレンズ部８は、同心円状のレンズ部の集合により構成されており、レンズの部分は、板状部材６の上面のすべての領域にわたって形成されている。なお、上記フレネルレンズ部８は、レーザーによる削り出し成形で作成することもできる。

また、図１（ｃ）に示すように、発光素子であるＬＥＤ１０は、筐体４の底部に配置されるものである。ＬＥＤ１０は図示しない電源より電流を供給され、所望の色の光を発光するものである。本実施形態では、照明装置２は白色の光を発光するものであり、ＬＥＤ１０には青色ＬＥＤが用いられている。このＬＥＤ１０を上部から覆う位置には、蛍光体１２が配置されている。蛍光体１２は、青色を発光するＬＥＤの光の色を白色に変化させるものであり、本実施形態では、蛍光体として黄色系の蛍光体が用いられている。なお、蛍光体の種類はこれに限られず、黄緑色系の色を蛍光体として用いることもできる。

次に、第１の実施形態の作用について説明する。照明装置２は、図示しない電源よりＬＥＤ１０に電流が供給されることにより、ＬＥＤ１０が発光する。ＬＥＤ１０で発せられた青色の光は、蛍光体１２により白色の光となって板状部材６に入射する。本実施形態のＬＥＤ１０および蛍光体１２では、約３０００Ｋの色温度の白色を発光するものとされている。その後、白色の光は板状部材６内を透過し、フレネルレンズ部８によって集光され、所定の方向に向けて外部に放出されるが、オレンジ色に着色された板状部材６内を通過することにより、約３０００Ｋで板状部材６に入射した白色の光は、約２２００Ｋの白色の光となって板状部材６から外部に放出されるのである。その後、フレネルレンズ部８より放出された光は、照明装置２の光として利用される。

したがって、本発明の第１の実施形態においては、板状部材６にオレンジ色の着色を施すことにより、ＬＥＤ１０および蛍光体１２が発光する光の色温度を変化させることができるため、ＬＥＤ１０および蛍光体１２の色温度のランク内の色温度のばらつきを低減することができる。同時に、板状部材６にフレネルレンズ部８が形成されているため、一枚の板状部材６によって、色温度の変化および光の集光の両方の機能を充足させることができ、照明装置２をコンパクトなものとすることができる。

なお、本実施形態では、板状部材６をオレンジ色に着色したものを用いて説明したが、板状部材６の着色の状態は適宜変更することができるものである。例えば、板状部材６のオレンジ色の着色を薄くすることによって、約３０００Ｋの白色を約２０００Ｋ程度の色温度とすることができ、また、板状部材６のオレンジ色の着色を濃くすることにより、約３０００Ｋの白色を約２７００Ｋ程度の色温度とすることができる。また、板状部材６のオレンジ色を肌色に変更することにより、約６０００Ｋの白色を約４０００Ｋの色温度とすることができるのである。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図２は第２の実施形態の照明装置１４を説明するための図であり、図２（ａ）は照明装置１４の全体構成を示す斜視図、図２（ｂ）は照明装置１４を上から見た図、図２（ｃ）は図２（ｂ）のｃ−ｃ線における断面図である。

図２（ａ）において、照明装置１４は、ＬＥＤを内部に配置する筐体１６と、筐体１６の上部の開放部に固定される板状部材１８より構成されている。筐体１６は、長方形の底部を有し、底部の各辺から延びる壁部より構成されており、４つの壁部の上端側は開放部となっている。板状部材１８は、筐体１６の開放部を塞ぐような状態で、筐体１６に固定されている。板状部材１８は樹脂で成形されるものであり、用いられる樹脂としてはアクリル、ポリカーボネイド、シリコン等が挙げられる。また、板状部材１８は、筐体１６の内部に配置されるＬＥＤの光を外部に透過させることのできる材料より形成されるが、本実施形態の板状部材１８は、ＬＥＤが発光する色温度を変化させることが可能なオレンジ色に着色されて形成されている。

また、図２（ｂ）および図２（ｃ）に示すように、板状部材１８の図中上側の面には、フレネルレンズ部２０が形成されている。フレネルレンズ部２０は、板状部材１８の表面の形状を加工することにより形成されるものであり、例えば、板状部材１８の表面側に熱を加えながらプレス成形を行なうことにより成形される。フレネルレンズ部２０が、板状部材１８の内部を透過してきた光を集光し、フレネルレンズ部２０の形状に応じた方向に透過させるものである。なお、本実施形態のフレネルレンズ部２０は、同心円状のレンズ部の集合により構成されており、レンズの部分は、板状部材１８の上面のすべての領域にわたって形成されている。また、本実施形態では、同心円状のフレネルレンズが横方向に５つ並べられることにより、フレネルレンズ部２０を構成しているが、フレネルレンズの数や配置方向はこれに限られない。

また、図２（ｃ）に示すように、発光素子であるＬＥＤ２２は、筐体１６の底部に配置されるものである。ＬＥＤ２２は図示しない電源より電流を供給され、所望の色の光を発光するものである。本実施形態では、照明装置１４は白色の光を発光するものであり、ＬＥＤ２２には青色ＬＥＤが用いられている。このＬＥＤ２２を上部から覆う位置には、蛍光体２４が配置されている。蛍光体２４は、青色を発光するＬＥＤの光の色を白色に変化させるものであり、本実施形態では、蛍光体として黄色系の蛍光体が用いられている。なお、蛍光体の種類はこれに限られず、黄緑色系の色を蛍光体として用いることもできる。また、本実施形態では、ＬＥＤ２２および蛍光体２４は、板状部材１８に設けられた５つのフレネルレンズの位置に対応して、横方向に５つ等間隔に設けられている。

次に、第２の実施形態の作用について説明する。照明装置１４は、図示しない電源よりＬＥＤ２２に電流が供給されることにより、ＬＥＤ２２が発光する。ＬＥＤ２２で発せられた青色の光は、蛍光体２４により白色の光となって板状部材１８に入射する。本実施形態のＬＥＤ２２および蛍光体２４では、約６０００Ｋの色温度の白色を発光するものとされている。その後、白色の光は板状部材１８内を透過し、フレネルレンズ部２０によって集光され、所定の方向に向けて外部に放出されるが、オレンジ色に着色された板状部材１８内を通過することにより、約６０００Ｋで板状部材１８に入射した白色の光は、約２２００Ｋの白色の光となって板状部材１８から外部に放出されるのである。その後、フレネルレンズ部２０より放出された光は、照明装置１４の光として利用される。

したがって、本発明の第２の実施形態においては、板状部材１８にオレンジ色の着色を施すことにより、ＬＥＤ２２および蛍光体２４が発光する光の色温度を変化させることができるため、ＬＥＤ２２および蛍光体２４の色温度のランク内の色温度のばらつきを低減することができる。同時に、板状部材１８にフレネルレンズ部２０が形成されているため、一枚の板状部材１８によって、色温度の変化および光の集光の両方の機能を充足させることができ、照明装置１４をコンパクトなものとすることができる。

次に、本発明の第３の実施形態について説明する。図３は第３の実施形態の照明装置１４を説明するための図であり、図３（ａ）は照明装置２６の全体構成を示す斜視図、図３（ｂ）は照明装置２６を上から見た図、図３（ｃ）は図３（ｂ）のｃ−ｃ線における断面図である。

図３（ａ）において、照明装置２６は、ＬＥＤを内部に配置する筐体２８と、筐体２８の上部の開放部に固定される板状部材３０より構成されている。筐体２８は、長方形の底部を有し、底部の各辺から延びる壁部より構成されており、４つの壁部の上端側は開放部となっている。板状部材３０は、筐体２８の開放部を塞ぐような状態で、筐体２８に固定されている。板状部材３０は樹脂で成形されるものであり、用いられる樹脂としてはアクリル、ポリカーボネイド、シリコン等が挙げられる。また、板状部材３０は、筐体２８の内部に配置されるＬＥＤの光を外部に透過させることのできる材料より形成されるが、本実施形態の板状部材３０は、ＬＥＤが発光する色温度を変化させることが可能なオレンジ色に着色されて形成されている。

また、図３（ｂ）および図３（ｃ）に示すように、板状部材３０の図中上側の面には、フレネルレンズ部３２が形成されている。フレネルレンズ部３２は、板状部材３０の表面の形状を加工することにより形成されるものであり、例えば、板状部材３０の表面側に熱を加えながらプレス成形を行なうことにより成形される。フレネルレンズ部３２が、板状部材３０の内部を透過してきた光を集光し、フレネルレンズ部３２の形状に応じた方向に透過させるものである。なお、本実施形態のフレネルレンズ部３２は、同心円状のレンズ部の集合により構成されており、レンズの部分は、板状部材３０の上面のすべての領域にわたって形成されている。また、本実施形態では、同心円状のフレネルレンズが周方向に３つ並べられることにより、フレネルレンズ部３２を構成しているが、フレネルレンズの数はこれに限られない。

また、図３（ｃ）に示すように、発光素子であるＬＥＤ３４は、筐体２８の底部に配置されるものである。ＬＥＤ３４は図示しない電源より電流を供給され、所望の色の光を発光するものである。本実施形態では、照明装置２６は白色の光を発光するものであり、ＬＥＤ３４には青色ＬＥＤが用いられている。このＬＥＤ３４を上部から覆う位置には、蛍光体３６が配置されている。蛍光体３６は、青色を発光するＬＥＤの光の色を白色に変化させるものであり、本実施形態では、蛍光体として黄色系の蛍光体が用いられている。なお、蛍光体の種類はこれに限られず、黄緑色系の色を蛍光体として用いることもできる。また、本実施形態では、ＬＥＤ３４および蛍光体３６は、板状部材３０に設けられた５つのフレネルレンズの位置に対応して、周方向に３つ等間隔に設けられている。

次に、第３の実施形態の作用について説明する。照明装置２６は、図示しない電源よりＬＥＤ３４に電流が供給されることにより、ＬＥＤ３４が発光する。ＬＥＤ３４で発せられた青色の光は、蛍光体３６により白色の光となって板状部材３０に入射する。本実施形態のＬＥＤ３４および蛍光体３６では、約６０００Ｋの色温度の白色を発光するものとされている。その後、白色の光は板状部材３０内を透過し、フレネルレンズ部３２によって集光され、所定の方向に向けて外部に放出されるが、オレンジ色に着色された板状部材３０内を通過することにより、約６０００Ｋで板状部材３０に入射した白色の光は、約２２００Ｋの白色の光となって板状部材３０から外部に放出されるのである。その後、フレネルレンズ部３２より放出された光は、照明装置２６の光として利用される。

したがって、本発明の第３の実施形態においては、板状部材３０にオレンジ色の着色を施すことにより、ＬＥＤ３４および蛍光体３６が発光する光の色温度を変化させることができるため、ＬＥＤ３４および蛍光体３６の色温度のランク内の色温度のばらつきを低減することができる。同時に、板状部材３０にフレネルレンズ部３２が形成されているため、一枚の板状部材３０によって、色温度の変化および光の集光の両方の機能を充足させることができ、照明装置２６をコンパクトなものとすることができる。

次に、本発明の第４の実施形態について説明する。図４は第４の実施形態の照明装置３８を説明するための図であり、図４（ａ）は照明装置３８の全体構成を示す斜視図、図４（ｂ）は照明装置３８を上から見た図、図４（ｃ）は図４（ｂ）のｃ−ｃ線における断面図である。

図４（ａ）において、照明装置３８は、ＬＥＤを内部に配置する筐体４０と、筐体４０の上部の開放部に固定される板状部材４２より構成されている。筐体４０は、長方形の底部を有し、底部の各辺から延びる壁部より構成されており、４つの壁部の上端側は開放部となっている。板状部材４２は、筐体３０の開放部を塞ぐような状態で、筐体４０に固定されている。板状部材４２は樹脂で成形されるものであり、用いられる樹脂としてはアクリル、ポリカーボネイド、シリコン等が挙げられる。また、板状部材４２は、筐体４０の内部に配置されるＬＥＤの光を外部に透過させることのできる材料より形成されるが、本実施形態の板状部材４２は、ＬＥＤが発光する色温度を変化させることが蛍光体が内部に混入された樹脂より形成されている。板状部材４２の内部に混入された蛍光体は、青色を発光するＬＥＤの光の色を白色に変化させるものであり、本実施形態では、蛍光体として黄色系の蛍光体が用いられている。

また、図４（ｂ）および図４（ｃ）に示すように、板状部材４２の図中上側の面には、フレネルレンズ部４４が形成されている。フレネルレンズ部４４は、板状部材４２の表面の形状を加工することにより形成されるものであり、例えば、板状部材４２の表面側に熱を加えながらプレス成形を行なうことにより成形される。フレネルレンズ部４４が、板状部材４２の内部を透過してきた光を集光し、フレネルレンズ部４４の形状に応じた方向に透過させるものである。なお、本実施形態のフレネルレンズ部４４は、同心円状のレンズ部の集合により構成されており、レンズの部分は、板状部材４２の上面のすべての領域にわたって形成されている。

また、図４（ｃ）に示すように、発光素子であるＬＥＤ４６は、筐体４０の底部に配置されるものである。ＬＥＤ４６は図示しない電源より電流を供給され、所望の色の光を発光するものである。本実施形態では、照明装置３８は白色の光を発光するものであり、ＬＥＤ４６には青色ＬＥＤが用いられている。なお、本実施形態のＬＥＤ４６を上部から覆う位置には、蛍光体は配置されていない。

次に、第４の実施形態の作用について説明する。照明装置３８は、図示しない電源よりＬＥＤ４６に電流が供給されることにより、ＬＥＤ４６が発光する。ＬＥＤ４６で発せられた青色の光は、板状部材４２に入射する。本実施形態のＬＥＤ４６では、約４２０から４８０ｎｍの波長領域の青色を発光するものとされている。その後、青色の光は板状部材４２内を透過し、フレネルレンズ部４４によって集光され、所定の方向に向けて外部に放出されるが、蛍光体が混入された板状部材４２内を通過することにより、板状部材４２に入射した青色の光は、約６０００Ｋの白色の光となって板状部材４２から外部に放出されるのである。その後、フレネルレンズ部４４より放出された光は、照明装置３８の光として利用される。

したがって、本発明の第４の実施形態においては、板状部材４２に蛍光体を混入させることにより、ＬＥＤ４６が発光する青色の光を白色に変化させることができるため、ＬＥＤ４６の青色のランク内のばらつきを低減することができる。同時に、板状部材４２にフレネルレンズ部４４が形成されているため、一枚の板状部材４２によって、色の変化および光の集光の両方の機能を充足させることができ、照明装置３８をコンパクトなものとすることができる。

なお、本実施形態では、板状部材４２内に蛍光体を混入させたものを用いて説明したが、板状部材４２内の黄色の蛍光体の混入の状態は適宜変更することができるものである。例えば、板状部材４２内の黄色の蛍光体の混入度合いを大きくすることによって、青色を約４０００Ｋ程度の色温度の白色とすることができ、また、板状部材４２内の蛍光体の混入度合いを小さくすることによって、青色を約７０００Ｋ程度の色温度の白色とすることができる。

次に、本発明の第５の実施形態について説明する。図５は第５の実施形態のＬＥＤパッケージ４８を説明するための図であり、図５（ａ）はＬＥＤパッケージ４８を上から見た図、図５（ｂ）は、図５（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。図５において、ＬＥＤパッケージ４８は、樹脂製の筐体５０と筐体５０の上面に固定される板状部材５２より構成されている。また、板状部材５２の上面には、フレネルレンズ部５４が形成されており、さらに、板状部材５２内には、蛍光体が混入されている。また、筐体５０の底面には、青色の光を発光するＬＥＤ５６が配置されている。

上述したように、本発明の第５の実施形態においては、板状部材４２に蛍光体を混入させることにより、ＬＥＤ５４が発光する青色の光を約６０００Ｋの白色に変化させることができるため、ＬＥＤ５４の青色のランク内のばらつきを低減することができる。同時に、板状部材５２にフレネルレンズ部５４が形成されているため、一枚の板状部材５２によって、色の変化および光の集光の両方の機能を充足させることができ、ＬＥＤパッケージ４８をコンパクトなものとすることができる。さらに、本実施形態では、ＬＥＤパッケージ４８内に板状部材５２を組み込むため、構造をさらにコンパクトなものとすることができる。

本発明に係る第１実施形態の照明装置２の構成を示すための図である。 本発明に係る第２実施形態の照明装置１４の構成を示すための図である。 本発明に係る第３実施形態の照明装置２６の構成を示すための図である。 本発明に係る第４実施形態の照明装置３８の構成を示すための図である。 本発明に係る第５の実施形態のＬＥＤパッケージ４８の構成を示すための図である。

符号の説明

２ 照明装置
４ 筐体
６ 板状部材
８ フレネルレンズ部
１０ ＬＥＤ
１２ 蛍光体

Claims (3)

1. 一方に開放する断面コの字形状の筐体と、
   前記筐体の断面コの字形状の底面に固定されるＬＥＤと、
   前記ＬＥＤの光を透過させる材料からなり、前記ＬＥＤの発光部に対向する位置でかつ、前記筐体の開放部を覆う位置に固定される板状部材と、
   から構成される照明装置において、
   前記板状部材は、前記ＬＥＤから発光された光の色温度を変化させ、かつ、前記ＬＥＤから発光された光を集光させることを特徴とする照明装置。
2. 前記板状部材は、所定の色に着色されることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記板状部材は、内部に蛍光体が混入され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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