JP2009295299A

JP2009295299A - 照明体

Info

Publication number: JP2009295299A
Application number: JP2008144881A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Matsuo; 敏松尾; Norihiro Inada; 憲弘稲田
Original assignee: Tamura Corp
Current assignee: Tamura Corp
Priority date: 2008-06-02
Filing date: 2008-06-02
Publication date: 2009-12-17
Also published as: TW200951367A; CN101598304A

Abstract

【課題】光源から広範囲の配光特性を実現でき、かつ、放熱構造等による配光の妨害を回避可能な、拡散機能を有する半透明の球形カバーを備えた照明体を提供する。
【解決手段】カバー１の形状が球形で、ＬＥＤ６がカバー１の球面上と当該カバー１の中心との中間に位置する箇所に配設された実施例４が、白熱球のような広範囲に及ぶ配光特性を得る上で最適な構成である。この結果から、カバー１内部で全反射が最も少なく、乱反射が最も多く発生し、広範囲に及ぶ光の拡散が生じる状態を実現するカバー１の形状及びＬＥＤ６の設置箇所が最適な構成であると言える。
【選択図】図５

Description

拡散機能を有する半透明球形カバーを備えた照明体に係り、カバーの形状とＬＥＤの位置、及び拡散機能による拡散と内部乱反射の組み合わせにより任意の配光を実現でき、かつ照明体自身をムラ無く均一に発光させる技術に関する。

近年、照明用の光源として面実装ＬＥＤが用いられている。この面実装ＬＥＤは、高輝度で、さらに指向性が強いので、上部方向への配光が強い点が特徴であり、図１４の通り、一般的には、発光面上方に１２０°程度の指向性を有する場合が多い。

また、近年のＬＥＤ開発は、高光束化・小型化の傾向が強く、高光束化によりＬＥＤ単体当たりの消費電力が増加するので、放熱構造（ヒートシンク等）を備えることにより温度上昇を抑制する技術も提案されていた（特許文献１参照）。
特開２００１−２４３８０９号

ところで、上記の通り、ＬＥＤは上部方向への配光が強く、発光面上方に１２０°程度の指向性を有し、直上の光量を１とすると、１２０°方向は１／２の光量となり、ＬＥＤ単体では背面への配光を得ることができないでいた。つまり、図１５に示すように白熱電球のような光源の背面への配光を含む広い配光特性を取得することはできず、面実装ＬＥＤを用いて電球を構成することは困難であった。

また、上記の通り、高光束化によりＬＥＤ単体当たりの消費電力が増加するので、ヒートシンク等の放熱構造の外形を大きくする必要があり、この外形がＬＥＤからの配光を妨げるといった問題が生じていた。

本発明は、上記のような課題を解消するために提案されたものであって、その目的は、広範囲の配光特性を実現でき、かつ、放熱構造による配光の妨害を回避可能な、半透明で拡散機能を有する球形カバーを備えた照明体を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、ＬＥＤと、前記ＬＥＤを覆い、拡散機能を有する半透明球形カバーと、前記ＬＥＤの点灯を制御する本体部と、前記本体部に設けられた口金部と、を備え、前記カバーは、前記本体部に取り付けられる開口部を有し、前記ＬＥＤは、前記カバーの中心からみて開口部側に配置されることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の照明体において、前記ＬＥＤは、前記カバー半径の略１／４〜３／４の距離に配置されることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の照明体において、前記ＬＥＤは、放熱性を有する前記本体部に取り付けられることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１に記載の照明体において、前記本体部は、前記開口部が取り付けられる取り付け部を備え、当該取り付け部の径は、前記カバーの最大径よりも小さいことを特徴とする。

以上のような態様によれば、光源であるＬＥＤを拡散機能を有するカバーで覆い、カバーの形状及びカバーに対するＬＥＤ位置を調整することで、ＬＥＤの指向性１２０°以上の配光特性を実現することができる。特に、カバーの拡散機能により光をカバー内部で拡散・乱反射させることでＬＥＤ背面側に広い配光特性を実現でき、さらに照明体をムラ無く均一に発光させることが可能となる。そのため、面実装ＬＥＤを用いて、任意の配光を有する電球を実現することができ、さらに、放熱構造を有する本体部の径を、カバー最大径より極力小さくすることで、本体部による配光の妨害を回避することができる。

以上のような本発明によれば、指向性の強いＬＥＤを光源としながら配光を任意に調整できる照明体が実現可能となる。また、拡散機能により照明体を均一に発光させることができる。さらに、放熱構造を有する本体部の径をカバー最大径より極力小さくすることで、本体部による配光の妨害を回避することが可能となる。

［本実施形態］
次に、本発明を実施するための最良の実施形態（以下「本実施形態」と呼ぶ）について図１〜１３を参照して以下に説明する。なお、図１では、本実施形態に係る照明体の構成の一例を示し、図２〜１１では、種々のカバーの形状及びＬＥＤの設置箇所に応じて変化するカバーへの入射光の角度から反射・全反射の角度を算出し、当該光の進行方向の様子を矢印で示している。図１３は、光がカバーに達した際に、カバー内部の反射に合わせて生じる光の拡散の様子を示している。図１４は、点光源であるＬＥＤの１２０°の指向性を示している。

［１．構成例］
本発明に係る照明体は、図１の通り、ＬＥＤ６を覆うカバー１（図１では、一例として部分球形）と、当該カバー１が取り付けられる本体部２と、当該本体部２のカバー１側とは逆の端部に設置される口金部３と、から構成されている。なお、光源として、この本体部２に点光源であるＬＥＤ６が配設されている。具体的には、本体部２のカバー取り付け部４（図示しない）に配置された基板５上にＬＥＤ６が設けられている。

このカバー１は、半透明で、かつ拡散機能を有している。また、カバー材質は、均一な厚みを持つ部分球や一部の楕円球からなる構成を実現できる材質であれば特に限定するものではない。例えば、拡散機能を有する半透明のガラス、アクリルやプラスチック等の合成樹脂を使用することが可能である。なお、図１では、当該カバー１は下方端に開口部を有し、この開口部が本体部２のカバー取り付け部４に装着されるよう設計されている。

本体部２は、上記カバー１の開口部が取り付けられるカバー取り付け部４が形成され、さらに、カバー１側には、光源用の熱伝導性を有する基板５が設けられている。また、この本体部２は、アルミや銅など金属材料を使用したヒートシンクからなる放熱構造（図示しない）やＬＥＤ６を点灯させるための点灯回路（図示しない）等を備え、ＬＥＤ６に生じた熱や点灯回路からの熱を上記基板５や上記放熱構造を通じて放熱している。

本体部２に設けられた基板５に実装される光源には、一般的なＬＥＤ６を使用し、図１４の通り、１２０°の指向性を持つ点光源とした。なお、図２〜１１では、２０°毎の光の進行方向を矢印で擬似的に示し、配光の分布を表現している。

また、本実施形態では、拡散機能によるカバー１内部の光の拡散及び乱反射を利用するめ、当該カバー１は中空とし、さらに、カバー１を介したＬＥＤ６からの配光を妨げないよう、カバー取り付け部４の径をカバー１の最大径より極力小さくするよう設計されている。すなわち、本体部２の径をカバー１の最大径よりも小さくするよう設計されている。

［２．検証試験］
下記に示す実施例１〜１０のようにＬＥＤ６を覆うカバー１の形状、及びカバー１内におけるＬＥＤ６の設置位置のシミュレーションを行い、全方向の照度確保を実現するための最適条件を検証した。なお、カバー１の形状を変更する際は、下記の通り、形状の変更後のカバー１を使用し、また、ＬＥＤ６の設置位置を変更する場合には、ＬＥＤ６を実装する基板５の厚さを変更したり、本体部２自体の高さを調整したり、ＬＥＤ６の位置を調整するための調整台を本体部２に別途設けることで変更する。また、各実施例では、一般的な白熱球を比較対象とするため、拡散機能を有し、かつ半透明なガラスをカバー１として採用する。

実施例１では、実際には、開口部が本体部２のカバー取り付け部４に装着される部分球形のカバー１の形状を、図２の通り、球形と想定し、ＬＥＤ６は、球形としたカバー１の球面上（カバー１の中心を通る面で切断した断面で言えば円周上）に設置している。すなわち、基板５上に実装されたＬＥＤ６が、カバー１を球形とした場合の球面上の位置（実際には、部分球形であるのでカバー１が存在しない位置）に設置されている。

実施例２では、図３の通り、カバー１の形状を、側面がＬＥＤ６からの光の直上方向と同方向に長径をとり当該直上方向と垂直をなす方向に短径をとる楕円状の、楕円球形と想定し、ＬＥＤ６を、楕円球形であるカバー１の長径方向端部に設置している。なお、実際には、開口部が本体部２のカバー取り付け部４に装着されるので、カバー１は、楕円球形の一部であり、ＬＥＤ６は、当該カバー１が存在しない位置に配置される。また、実施例２では、ＬＥＤ６からの光の直上方向と同方向の上記楕円状の長径を短径の２倍の長さとした楕円球形のカバー１を採用している。

実施例３は、図４の通り、実施例２と同様に、カバー１の形状を、側面がＬＥＤ６からの光の直上方向と同方向に短径をとり当該直上方向と垂直をなす方向に長径をとる楕円状の、楕円球形と想定し、ＬＥＤ６を、楕円球形であるカバー１の短径方向端部に設置している。なお、実際には、開口部が本体部２のカバー取り付け部４に装着されるので、カバー１は、楕円球形の一部であり、ＬＥＤ６は、当該カバー１が存在しない位置に配置される。また、実施例３では、ＬＥＤ６からの光の直上方向と同方向の楕円状の短径を長径の１／２倍の長さとしたカバー１を採用している。

実施例４は、実施例１と同様に、開口部が本体部２のカバー取り付け部４に装着される部分球形のカバー１の形状を球形と想定し、図５の通り、ＬＥＤ６は、カバー１の球面上から当該カバー１の中心に向けて略１／４の距離の位置に配設されている。つまり、このＬＥＤ６は、カバー１の半径の略３／４の位置で、かつ、当該カバー１の開口部側に設置されることになる。

実施例５では、実施例１及び４と同様に、開口部が本体部２のカバー取り付け部４に装着される部分球形のカバー１の形状を球形と想定し、図６の通り、ＬＥＤ６は、カバー１の球面上と当該カバー１の中心とのほぼ中間に位置する箇所に設置されている。つまり、このＬＥＤ６は、カバー１の半径の略１／２の位置で、かつ、当該カバー１の開口部側に設置されることになる。

実施例６は、実施例１、４及び５と同様に、開口部が本体部２のカバー取り付け部４に装着される部分球形のカバー１の形状を球形と想定し、図７の通り、ＬＥＤ６は、カバー１の球面上から当該カバー１の中心に向けて略３／４の距離の位置に配設されている。つまり、このＬＥＤ６は、カバー１の半径の略１／４の位置で、かつ、当該カバー１の開口部側に設置されることになる。

実施例７は、実施例１、４乃至６と同様に、開口部が本体部２のカバー取り付け部４に装着される部分球形のカバー１の形状を球形と想定し、図８の通り、ＬＥＤ６は、球形のカバー１の中心に設置されている。

実施例８は、実施例１、４乃至７と同様に、開口部が本体部２のカバー取り付け部４に装着される部分球形のカバー１の形状を球形と想定し、図９の通り、ＬＥＤ６は、カバー１の球面上から当該カバー１の中心に向けて略３／４の距離の位置、かつ、開口部とは逆側に配設されている。つまり、このＬＥＤ６は、カバー１の半径の略１／４の位置で、かつ、当該カバー１の開口部と逆側に設置されることになる。

実施例９は、実施例１、４乃至８と同様に、開口部が本体部２のカバー取り付け部４に装着される部分球形のカバー１の形状を球形と想定し、図１０の通り、ＬＥＤ６は、カバー１の球面上と当該カバー１の中心との中間に位置する箇所で、かつ、開口部とは逆側に配設されている。つまり、このＬＥＤ６は、カバー１の半径の略１／２の位置で、かつ、当該カバー１の開口部と逆側に設置されることになる。

実施例１０は、実施例１、４乃至９と同様に、開口部が本体部２のカバー取り付け部４に装着される部分球形のカバー１の形状を球形と想定し、図１１の通り、ＬＥＤ６は、カバー１の球面上から当該カバー１の中心に向けて略１／４の距離の位置、かつ、開口部とは逆側に配設されている。つまり、このＬＥＤ６は、カバー１の半径の略３／４の位置で、かつ、当該カバー１の開口部とは逆側に設置されることになる。

以上のような、カバー１形状が部分球形と一部の楕円球形で異なる実施例１〜３によれば、図２の通り、カバー１を球形と想定し、ＬＥＤ６を球形としたカバー１の球面上に配設する実施例１の場合に最もバランスの良い配光分布を形成する。すなわち、実施例１は、実施例２、３と比較して、カバー１が有する拡散機能及び傾斜、ＬＥＤ入射光の角度により、ＬＥＤ６の背面部分にも照射が行き届く配光分布を形成する。

一方、カバー１の形状が楕円球（直上方向と同方向の側面の楕円長径が短径の２倍)の実施例２では、図３に示すように、ＬＥＤ６からの指向性が６０°より大きい角度の光は、全てカバー１で全反射し、直上方向に進行してしまう。これは、指向性が６０°より大きい角度の光は、全てカバー１に対する入射角が４２°以上である点に起因する。すなわち、下記の［数１］の関係上、カバー１に対して４２°以上の角度で入射する光は全反射するので、実施例２では、広範囲に及ぶ配光分布が得られない。

［数１］
空気の屈折率を：１
ガラスの屈折率：１．５
臨界角（全反射を起こす入射角）θ₀とすると、
ｓｉｎθ₀＝空気の屈折率／ガラスの屈折率
＝０．６７
θ₀≒４２°

カバー１の形状が楕円球（直上方向と同方向の側面の楕円短径が長径の１／２倍)の実施例３では、図４に示すように、カバー１に対する入射角が４２°以下であるため全く全反射せず、さらに、カバー１に対してほぼ垂直に光が入射するため乱反射もせずに光源に向かって反射する。そのため、実施例３では、ＬＥＤ６の背面部分に照射されるような広範囲に及ぶ配光分布は得られない。

また、カバー１の形状が球形で共通し、ＬＥＤ６の位置が各々相違する実施例１、４乃至１０によれば、図６に示されるように、ＬＥＤ６がカバー１の球面上と当該カバー１の中心とのほぼ中間に位置する箇所に設置された実施例５の場合に、ＬＥＤ６の背面部分にも光が照射される最もバランスの良い配光分布を形成する。

実際には、実施例５では、図６に示すようにカバー１に対する光の入射角が全て４２°以下となるので全反射を起こさない。そのため、光が一部分に集光されることはなく、照明体のムラを抑制することができる。また、光がカバー１に達する際には、図１３のような拡散が生じるため、ＬＥＤ６の背面に対してより回り込むような図１２に示す配光分布を実現することができる。つまり、図１５のような白熱球の配光特性に近い配光分布を取得する。

ここで、実施例４及び７の場合であっても、実施例５ほどはＬＥＤ６の背面部分にも光が照射され、かつ、バランスの良い配光分布を形成しないが、光の拡散により均一に発光させることが可能であり、また、多少の全反射は起こしてしまうがカバー１内では乱反射が生じるため、ある程度のＬＥＤ６の背面部分にも行き届く配光特性を実現できる。

一方、実施例１では、図２に示すように、指向性が１２０°近辺において、光がカバー１で全反射するので、実施例４と比較するとＬＥＤ６の背面部分への配光が乏しく、図５乃至７に示すような配光分布は得られない。

また、ＬＥＤ６をカバーの中心１に設置する実施例７では、カバー１に対する入射角が４２°以下であるため、光が全反射することなく直進し、さらにカバー１に対しほぼ垂直に光が入射するので、光源に向かってほぼそのままの角度で光が反射し、バランスの良い配光分布は得られない。実施例８においても、同様の理由から、カバー１に対する入射角が４２°以下の光が多く、光が全反射することなく直進し、さらにカバー１に対しほぼ垂直に光が入射してしまうので、バランスの良い配光分布は得られない。

実施例９及び１０では、ＬＥＤ６の設置箇所が開口部とは反対側の球面上に近過ぎるため、当該ＬＥＤ６の指向性の強さから広い範囲に亘る配光分布を取得することはできず、また、ＬＥＤ６の背面部分への光量も十分なものとは言えなかった。

［３．まとめ］
上記のような検証結果によれば、図５乃至７に示すように、カバー１の形状が球形で、ＬＥＤ６が、カバー１の球面上から当該カバー１の中心に向けて略１／４〜３／４の距離の位置、かつ開口部側に配設された実施例４乃至６が、広範囲に及ぶ配光特性を得る上で適する構成であることがわかる。特に、カバー１に対する光の入射角が全て４２°以下となり全反射を起こさず、また、光の拡散も十分に生じる実施例５が、白熱球のような広範囲に及ぶ配光分布を実現するにあたり最適な構成と言える。

このように、広範囲の配光を実現するカバー１の形状、及びＬＥＤ６の設置箇所においては、カバー１による光の拡散機能との組み合わせで、実施例４乃至６の通り、ＬＥＤ６背面側により広い配光特性を持たせることが可能となる。

また、実施例１におけるカバー１で全反射する光量、並びに、実施例７乃至１０におけるカバー１への光の入射角及びＬＥＤ６の指向性により十分な配光分布が得られない点に鑑みれば、ＬＥＤ６の設置箇所は、実施例４乃至６の通り、カバー１の中心からみて開口部側であることが配光特性上好ましいと言える。すなわち、カバー１の中心からみて開口部側にＬＥＤ６が設置されれば、設置箇所により多少の全反射が生じ、当該ＬＥＤ６の背面部分への光量が行き届かない点も否めないが、ある程度の広範囲に及ぶ配光分布が実現される。

このような結果から、乱反射は最も多く発生するが、カバー１内部で全反射が最も少なく、さらに広範囲に及ぶ光の拡散が生じる状態を実現するカバー１の形状及びＬＥＤ６の設置箇所が最適な構成であると言える。

［他の実施形態］
なお、上記のような実施形態に限定するものではなく、ＬＥＤ６の光がカバー１に入射し、カバー１の外部表面に抜ける角度を９０°とする場合、この光は入射した際の屈折角が維持されてカバー１を通り抜けるので、この原理を利用することで、カバー１の一部の厚みを部分的に調整して任意の配光を取得する実施形態も本発明は包含する。

本発明の実施形態における照明体の構成図。本発明の実施形態に係り、カバーが球形で球面上にＬＥＤが配設された照明体からの照射光を示す側面図（実施例１）本発明の実施形態に係り、カバーが楕円球形で楕円球の長径端部にＬＥＤが配設された照明体からの照射光を示す側面図（実施例２）本発明の実施形態に係り、カバーが楕円球形で楕円球の短径端部にＬＥＤが配設された照明体からの照射光を示す側面図（実施例３）本発明の実施形態に係り、カバーが球形で、当該カバー半径の略３／４の距離の位置、かつ開口部側にＬＥＤが配設された照明体からの照射光を示す側面図（実施例４）本発明の実施形態に係り、カバーが球形で球面上と当該カバーの中心とのほぼ中間にＬＥＤが配設された照明体からの照射光を示す側面図（実施例５）本発明の実施形態に係り、カバーが球形で、当該カバー半径の略１／４の距離の位置、かつ開口部側にＬＥＤが配設された照明体からの照射光を示す側面図（実施例６）本発明の実施形態に係り、カバーが球形で当該カバーの中心にＬＥＤが配設された照明体からの照射光を示す側面図（実施例７）本発明の実施形態に係り、カバーが球形で、当該カバー半径の略１／４の距離の位置、かつ開口部とは逆側にＬＥＤが配設された照明体からの照射光を示す側面図（実施例８）本発明の実施形態に係り、カバーが球形で球面上と当該カバーの中心とのほぼ中間で、かつ開口部とは逆側にＬＥＤが配設された照明体からの照射光を示す側面図（実施例９）本発明の実施形態に係り、カバーが球形で、当該カバー半径の略３／４の距離の位置、かつ開口部とは逆側にＬＥＤが配設された照明体からの照射光を示す側面図（実施例１０）本発明の実施形態に係り、カバーが球形で球面上と当該カバーの中心とのほぼ中間にＬＥＤが配設された照明体からの配光特性を示す図本発明の実施形態に係り、カバーにおいて生じる光の拡散の様子を示す図ＬＥＤからの指向性が１２０°の照射光を示す側面図白熱球の配光特性を示す図

符号の説明

１…カバー
２…本体部
３…口金部
４…カバー取り付け部
５…基板
６…ＬＥＤ

Claims

ＬＥＤと、
前記ＬＥＤを覆い、拡散機能を有する半透明球形カバーと、
前記ＬＥＤの点灯を制御する本体部と、
前記本体部に設けられた口金部と、を備え、
前記カバーは、前記本体部に取り付けられる開口部を有し、
前記ＬＥＤは、前記カバーの中心からみて開口部側に配置されることを特徴とする照明体。
前記ＬＥＤは、前記カバー半径の略１／４〜３／４の距離に配置されることを特徴とする請求項１に記載の照明体。
前記ＬＥＤは、放熱性を有する前記本体部に取り付けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明体。
前記本体部は、前記開口部が取り付けられる取り付け部を備え、
当該取り付け部の径は、前記カバーの最大径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の照明体。