JP2010049865A

JP2010049865A - 照明機器

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Publication number: JP2010049865A
Application number: JP2008211505A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Nagura; 秀明名倉
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2008-08-20
Filing date: 2008-08-20
Publication date: 2010-03-04
Anticipated expiration: 2028-08-20
Also published as: JP5079635B2

Abstract

【課題】容易に配光特性の制御を行うことができる。
【解決手段】ＬＥＤ素子１４を複数配置して構成された面光源モジュール１３と、面光源モジュール１３に対して設けられると共に、面光源モジュール１３の各ＬＥＤ素子１４から放射された光を反射するリフレクタ１２と、面光源モジュール１３の発光面に輝度分布を持たせる手段とを含んで照明機器１１を構成し、リフレクタ１２の形状に対応させて面光源モジュール１３の発光面に輝度分布を制御することによって、照明機器１１における配光特性の制御を容易に行うことができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、ＬＥＤ(発光ダイオード)素子等を用いた照明機器に関する。

最近のＬＥＤ素子の高効率化に伴って、ＬＥＤ素子を照明用途に利用する研究開発が盛んになっている。ＬＥＤ素子を照明用途に利用するためには、ＬＥＤ素子を用いた照明機器の配光特性,器具効率および色度均一性等の光学特性が非常に重要である。なかでも、配光特性は、スポットライトやダウンライト等の照明機器の用途に応じて制御する必要があるため、特に重要な光学特性の一つとなっている。

上記ＬＥＤ素子を用いた照明機器に関する配光特性の制御方法としては、特開平１１‐１９５３１７号公報(特許文献１)および特開平１１‐１９５３０７号公報(特許文献２)に開示された「反射型ＬＥＤ照明装置」が提案されている。図１３および図１４は、上記特許文献１および特許文献２に開示された反射型ＬＥＤ照明装置に関する配光特性制御について説明するための図である。

図１３において、反射型ＬＥＤユニット１は、図１３(a)に示すように、ＬＥＤ素子２と凹型反射面を有するリフレクタ３とが対を成して配置されており、ＬＥＤ素子２からリフレクタ３に向けて放射された光をリフレクタ３によって反射させ、反射光４によって物体を照射するようになっている。この反射型ＬＥＤユニット１の単体での配光特性は、図１３(b)に示すように、リフレクタ３によって非常に狭い放射角になるように光が絞り込まれている。

上記反射型ＬＥＤユニット１を用いた照明機器の配光特性を制御する場合には、複数配置された反射型ＬＥＤユニット１の照射角度と、各反射型ＬＥＤユニット１のＬＥＤ素子２に供給される電流の値と、を制御することによって行う。これにより、各反射型ＬＥＤユニット１の配光特性を合成した際に、照明機器の目的に合わせた配光特性が実現されるのである。

すなわち、図１４(a)に示すように、複数の反射型ＬＥＤユニット１を外側に傾けて配置すると、各反射型ＬＥＤユニット１の配光特性は傾けた角度分だけずれて重なることになり、図１４(b)に示すようになる。この場合、照明機器としての配光特性は、各反射型ＬＥＤユニット１の配光特性を合成したものとなる。したがって、反射型ＬＥＤユニット１を互いに異なる角度だけ傾けると共に、各反射型ＬＥＤユニット１の配光特性を合成することによって、照明機器の配光特性を任意に調整することができる。

また、上記各ＬＥＤ素子２に供給する電流の値を制御することによって、各反射型ＬＥＤユニット１における配光特性の強度を制御することも可能である。例えば、図１４(b)において、高角度で傾けられた反射型ＬＥＤユニット１のＬＥＤ素子２に供給される電流の値を、低角度で傾けられた反射型ＬＥＤユニット１のＬＥＤ素子２よりも小さく設定することによって、図１４(c)に示すような合成配光特性を実現することもできる。

以上説明したように、上記特許文献１および特許文献２に開示された反射型ＬＥＤ照明装置においては、ＬＥＤ素子２にリフレクタ３を設けた反射型ＬＥＤユニット１を複数配置し、各反射型ＬＥＤユニット１夫々の照射角度と各反射型ＬＥＤユニット１夫々のＬＥＤ素子２に供給される電流の値とを制御することによって、配光特性の制御を行うのである。

また、特開２００７‐５２９９４号公報(特許文献３)に開示された「白色ＬＥＤを用いた照明器具」、および、特開２００２‐９３４７号公報(特許文献４)に開示された「ＬＥＤ光源」には、複数のＬＥＤ素子で構成された面光源モジュールに一つのリフレクタを配置して構成されている。このような照明器具およびＬＥＤ光源においては、ＬＥＤ素子を高密度に複数並べることができるため高輝度化が可能である。さらに、リフレクタが一つであるため、低コストで生産が可能であるという特徴を有している。但し、配光特性の制御に関しては、複数のＬＥＤ素子で構成される面光源モジュールから放射される光を一つのリフレクタのみで反射させてその配光特性を制御することになる。

その他、特開平１１‐１６２２３４号公報(特許文献５)に開示された「発光ダイオードを用いた光源」においては、リフレクタ等を用いずに、複数個のＬＥＤ素子を配置範囲の各領域で配列密度に変化が生じるように正弦的規則に従って配列することによって、直射水平面照度を制御するようにしている。

しかしながら、上記従来のＬＥＤを用いた照明装置の配光特性の制御においては、以下のような問題がある。

すなわち、上記特許文献１と上記特許文献２とに開示された「反射型ＬＥＤ照明装置」においては、各ＬＥＤ素子２に対して対を成すようにリフレクタ３を取り付けなければならない。このことは、コストが高くなるだけでなく、ＬＥＤ素子２を高密度に配置することができなくなり、照明機器として大型になってしまうという問題がある。また、個々の反射型ＬＥＤユニット１を異なる角度で傾けて配置する必要があるため実装基板に凹凸を設けなければならず、さらにコストが高くなるという問題がある。

一方、上記特許文献３に開示された「白色ＬＥＤを用いた照明器具」および上記特許文献４に開示された「ＬＥＤ光源」においては、複数のＬＥＤ素子からなる面光源モジュールを用いており、且つ、一つのリフレクタのみで配光特性の制御を行うようにしている。したがって、上記特許文献１および上記特許文献２のような問題はない。しかしながら、上記特許文献３および上記特許文献４においては、面光源モジュールに対して一つのリフレクタのみで配光特性の制御を行う必要があるため、その制御が非常に困難となるという問題が生ずる。

図１５は、一つのリフレクタのみで面光源モジュールの配光特性の制御を行う場合の問題点を説明するための図である。図１５に示すように、ＬＥＤ照明機器５は、均一に発光している面光源モジュール６の周辺部にリフレクタ７が配置されている。図１５に示すような場合においては、面光源モジュール６における特定の点から放射される光の反射方向のみをリフレクタ７で制御することになる。したがって、それ以外の点から放射される光の反射方向は、上記特定の点から放射される光に対して設計されたリフレクタ７の形状によって自動的に設定されることになる。そのため、面光源モジュール６全体から放射される総ての光の反射方向を互いに独立して制御することは不可能であり、得られる配光特性に制限が生じ、最適な配光特性を有する照明機器を実現することが困難である。

例えば、図１５に示すように、面光源モジュール６中央のＡ点から放射される光(図１５においては実線で示されている)に対して、リフレクタ７の開口面の法線方向に光を反射させるように設計したリフレクタ７を考える。その場合、面光源モジュール６端部のＢ点,Ｂ'点から放射される光(図１５において点線および一点鎖線で示されている)は、リフレクタ７に入射する光の入射角度が面光源モジュール６中央のＡ点から放射される光とは異なるため、リフレクタ７の開口面の法線方向と異なる角度に反射される。そして、照明機器としての配光特性は、面光源モジュール６の中央部Ａ点および端部Ｂ点,Ｂ'点から放射された光の反射光８Ａおよび反射光８Ｂ,８Ｂ'を合成したものになる。

したがって、上記面光源モジュール６の中央を基点として、リフレクタ７の開口面の法線方向に光を反射するようにリフレクタ７の形状を設定したとしても、面光源モジュール６の端部から放射される光は開口面の法線方向に対して角度を持って反射されるため、得られる配光特性の放射角度は大きくなってしまうのである。

上述したように、上記面光源モジュール６の端部から放射された光の反射方向は、面光源モジュール６の中央部を基点にして設計されたリフレクタ形状で自動的に決定されてしまい、互いに独立して制御することはできない。したがって、照明機器の配光特性を制御する場合は、この上記端部から放射される光と上記中央部から放射される光との配光特性の差を考慮する必要がある。しかしながら、リフレクタ７の形状だけで面光源モジュール６を用いた照明機器の配光特性を制御するのは非常に困難であり、最適な配光特性を有する照明機器を実現する際の課題となっている。

尚、上述のことは、上記面光源モジュール６端部のＢ点,Ｂ'点から放射される光に対してリフレクタ７の形状を設計する場合にも、同様に生ずることは明らかである。

また、上記特許文献５に開示された「発光ダイオードを用いた光源」においては、室内照明等の高い位置で発光させる場合や比較的広い範囲を照射する場合に、均一な照度を得るには機器が非常に大型化するという問題がある。これは、上記特許文献５においては、複数個のＬＥＤ素子を配列密度に変化を持たせて配列して直射水平面照度を制御しているのみであり、照明機器の配光特性を制御しているものではない。ＬＥＤ素子の配置のみで直射水平面照度を制御していることから機器が大型化するという問題が生ずるのである。
特開平１１‐１９５３１７号公報特開平１１‐１９５３０７号公報特開２００７‐５２９９４号公報特開２００２‐９３４７号公報特開平１１‐１６２２３４号公報

そこで、この発明の課題は、ＬＥＤ素子を複数配置して構成された面光源モジュールとこの面光源モジュールと対を成すリフレクタとを有する照明器具であって、従来よりも容易に配光特性の制御を行うことができ、且つ、優れた配光特性を有する照明機器を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の照明機器は、
複数の領域を有すると共に、各領域の輝度が制御可能になっている面光源と、
上記面光源における上記各領域から出射された光を反射して照射面を照明すると共に、配光特性を制御するリフレクタと、
上記面光源における上記各領域の輝度を制御することによって、上記面光源により照明されている照射面の照度分布を所定の照度分布に制御する輝度分布制御手段と
を備えたことを特徴としている。

上記構成によれば、面光源における各領域から出射された光を反射して照射面を照明すると共に、配光特性を制御するリフレクタと、上記面光源における上記各領域の輝度を制御することによって、上記面光源により照明されている照射面の照度分布を所定の照度分布に制御する輝度分布制御手段と、を備えているので、上記リフレクタの形状および上記面光源の輝度分布の少なくとも何れか一方を制御することによって、上記面光源から放射されて上記リフレクタによって反射された光の光度と放射角とを制御することができ、上記リフレクタによって反射された総ての光の配光特性を制御することができる。したがって、上記面光源を用いた場合でも所望の配光特性を容易に実現することができ、優れた配光特性を有する照明機器を実現することが可能になる。

また、１実施の形態の照明機器では、
複数の領域を有する平面上に複数の発光素子を実装してなる上記面光源を含む面光源モジュールを備え、
上記輝度分布制御手段は、上記面光源モジュールにおける上記複数の発光素子の輝度を制御することによって、上記照射面の照度分布を制御するようになっている。

この実施の形態によれば、上記輝度分布制御手段によって、上記面光源モジュールにおける上記複数の発光素子の輝度を制御することにより、上記面光源における上記各領域の輝度を容易に制御することが可能になる。

また、１実施の形態の照明機器では、
上記面光源モジュールの上記平面上における上記複数の領域毎の発光素子の実装密度は不均一であり、
上記輝度分布制御手段は、上記面光源モジュールにおける個々の上記発光素子の輝度を同一輝度になるように制御する。

この実施の形態によれば、上記面光源モジュールの上記平面上における上記複数の領域毎の発光素子の実装密度が不均一であるため、個々の上記発光素子の輝度が同一であっても上記面光源モジュールの発光面に、容易に上記発光素子の実装密度に応じた輝度分布を持たせることができる。したがって、上記輝度分布制御手段は、上記面光源モジュールにおける個々の上記発光素子の輝度を、同一輝度になるように制御すればよく、上記輝度分布制御手段の回路構成を単純にすることができる。

また、１実施の形態の照明機器では、
上記面光源モジュールの上記平面上における上記複数の領域毎の発光素子の実装密度は、当該面光源モジュールの中央部から外周部に向かうにしたがって小さくなるように設定されている。

この実施の形態によれば、上記面光源モジュールの上記複数の領域毎の発光素子の実装密度は、中央部から外周部に向かうに従って小さくなるように設定されているので、上記面光源モジュールの上記発光面における輝度分布を、外周部から中央部に向かうに従って大きくすることができる。したがって、上記リフレクタの形状を、上記面光源モジュールにおける上記中央部に位置する発光素子から出射された光を開口部の法線方向に反射するような形状にすることによって、上記面光源モジュールの上記発光面の輝度分布が均一の場合に比して、優れた集光性を有する照明機器を実現することが可能になる。

また、１実施の形態の照明機器では、
上記面光源モジュールの上記平面上における上記複数の領域毎の発光素子の実装密度は、当該面光源モジュールの中央部から外周部に向かうにしたがって大きくなるように設定されている。

この実施の形態によれば、上記面光源モジュールの上記複数の領域毎の発光素子の実装密度は、中央部から外周部に向かうに従って大きくなるように設定されているので、上記面光源モジュールの上記発光面における輝度分布を、外周部から中央部に向かうに従って小さくすることができる。したがって、上記リフレクタの形状を、上記面光源モジュールにおける上記中央部に位置する発光素子から出射された光を開口部の法線方向に反射するような形状にすることによって、上記リフレクタ開口面に対する法線方向付近の光度が略均一な配光特性を得ることができる。

本照明機器においては、上述のような配光特性を有するので一定領域内の照度を略均一にすることができ、目に優しく優れた照明機器を実現することが可能になる。

また、１実施の形態の照明機器では、
上記面光源モジュールの上記平面上における上記複数の複数の領域毎の発光素子の実装密度は均一であり、
上記輝度分布制御手段は、上記面光源モジュールにおける個々の上記発光素子に供給する電流値を制御することによって、上記各発光素子の輝度を制御する。

この実施の形態によれば、上記面光源モジュールの上記平面上における上記複数の領域毎の発光素子の実装密度が均一であるため、上記輝度分布制御手段により、上記面光源モジュールにおける個々の上記発光素子に供給する電流値を制御して上記各発光素子の輝度を制御することによって、上記面光源モジュールの発光面に、容易に輝度分布を持たせることができる。したがって、上記輝度分布制御手段で上記発光素子に供給する電流の値を変更することによって、簡単に本照明機器の輝度分布を変更することができる。

また、１実施の形態の照明機器では、
上記輝度分布制御手段による上記電流値の制御は、上記面光源モジュールの中央部から外周部に向かうに従って上記発光素子に供給する電流値が小さくなるように行われる。

この実施の形態によれば、上記輝度分布制御手段による上記電流値の制御は、上記面光源モジュールの中央部から外周部に向かうに従って小さくなるように行われるので、上記面光源モジュールの上記発光面における輝度分布を、外周部から中央部に向かうに従って大きくすることができる。したがって、上記リフレクタの形状を、上記面光源モジュールにおける上記中央部に位置する発光素子から出射された光を開口部の法線方向に反射するような形状にすることによって、上記面光源モジュールの上記発光面の輝度分布が均一の場合に比して、優れた集光性を有する照明機器を実現することが可能になる。

また、１実施の形態の照明機器では、
上記輝度分布制御手段による上記電流値の制御は、上記面光源モジュールの中央部から外周部に向かうに従って上記発光素子に供給する電流値が大きくなるように行われる。

この実施の形態によれば、上記輝度分布制御手段による上記電流値の制御は、上記面光源モジュールの中央部から外周部に向かうに従って大きくなるように行われるので、上記面光源モジュールの上記発光面における輝度分布を、外周部から中央部に向かうに従って小さくすることができる。したがって、上記リフレクタの形状を、上記面光源モジュールにおける上記中央部に位置する発光素子から出射された光を開口部の法線方向に反射するような形状にすることによって、上記リフレクタ開口面に対する法線方向付近の光度が略均一な配光特性を得ることができる。

また、１実施の形態の照明機器では、
上記輝度分布制御手段は、上記面光源モジュールにおける個々の上記発光素子に供給する電流値を変更可能になっており、
上記面光源モジュールから放射されて上記リフレクタによって反射された光の配光特性を変更可能になっている。

この実施の形態によれば、上記輝度分布制御手段により上記面光源モジュールにおける個々の上記発光素子に供給する電流値を変更することによって、上記面光源モジュールの発光面における輝度分布を変更することができる。したがって、上記面光源モジュールの上記発光素子に供給する電流値を変更することによって、本照明機器の配光特性を変更することができ、ダウンライト様の配光特性やスポットライト様の配光特性等の異なる発光特性を１つの照明機器で実現することができる。

また、１実施の形態の照明機器では、
上記輝度分布制御手段は、上記面光源モジュールにおける個々の上記発光素子の輝度を、当該面光源モジュールの上記発光面における輝度分布が所定の輝度分布になるように制御し、
上記リフレクタの形状は、上記発光面における輝度分布が上記所定の輝度分布を呈する上記面光源モジュールから放射されて、当該リフレクタによって反射された光の配光特性が、所望の配光特性になるように設定されている。

この実施の形態によれば、予め上記面光源モジュールの発光面に所定の輝度分布を持たせ、上記リフレクタによって反射された光の配光特性が所望の配光特性になるように当該リフレクタの形状を設定するので、上記リフレクタの形状に対応して上記面光源モジュールの発光面における輝度分布を持たせる場合と同様に、上記面光源モジュールを用いた場合でも所望の配光特性を容易に実現することができ、優れた配光特性を有する照明機器を実現することが可能になる。

さらに、上記リフレクタの形状と上記面光源モジュールの発光面における輝度分布との２つを自在に組み合わせることによって、本照明機器の配光特性の制御を更に容易に制御することができる。

また、この発明の照明機器は、請求項２から請求項１０までの何れか一つに記載の照明機器を、一つの台座に複数配置したことを特徴としている。

上記構成によれば、請求項２から請求項１０までの何れか一つに記載の照明機器を複数用いることによって、照射面の照度を更に大きくすることができ、優れた配光特性を有する明るい照明機器を実現することができる。

以上より明らかなように、この発明の照明機器は、面光源における各領域から出射された光を任意の方向に反射して照射面を照明するとともに、配光特性を制御するリフレクタと、上記面光源における上記各領域の輝度を制御することによって、上記面光源により照明されている照射面の照度分布を所定の照度分布に制御する輝度分布制御手段と、を備えているので、上記リフレクタの形状および上記面光源の輝度分布の少なくとも何れか一方を制御することによって、上記面光源から放射されて上記リフレクタによって反射された光の光度と放射角とを制御することができ、上記リフレクタによって反射された総ての光の配光特性を制御することができる。したがって、上記面光源を用いた場合でも所望の配光特性を容易に実現することができ、優れた配光特性を有する照明機器を実現することが可能になる。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。尚、同一の部材には同一の番号を付して、その部材に関する後の詳細な説明は省略する。

・第１実施の形態
図１は、本実施の形態の照明機器における概略構成を示す図である。図１において、本実施の形態における照明機器１１は、リフレクタ１２と面光源モジュール１３とで構成されている。面光源モジュール１３は、複数のＬＥＤ素子１４を並べることによって構成されており、面光源として機能するモジュールである。また、面光源モジュール１３には、複数配列したＬＥＤ素子１４を蛍光体で覆ったものもある。これは、ＬＥＤ素子１４から放射される光が青色系の光である場合に、黄色系の光を放射する粒子状の黄色蛍光体で青色系のＬＥＤ素子を覆うことによって、上記黄色蛍光体によって黄色系の光を励起させ、夫々の光を合成することによって白色の光を得るためである。尚、本実施の形態においては、ＬＥＤ素子１４を複数並べた面光源モジュール１３を例に挙げて説明するが、蛍光体で覆われたＬＥＤ素子を複数並べた面光源モジュールを用いても差し支えない。

その際に、上記ＬＥＤ素子１４としては、青,赤,緑等の単色光のみならず、これらの色（波長)のＬＥＤ素子を混在させても差し支えない。また、本実施の形態においては、面光源モジュール１３を、複数のＬＥＤ素子１４を並べることによって構成しているが、ＥＬ(Electro‐Luminescence)素子,ＬＤ(Laser‐Diode)素子等の他の発光素子を用いて構成すると共に、以下に記載する輝度分布を持たせることによって同様の効果を得ることが可能である。

また、以下の説明においては、面光源モジュール１３について、ＬＥＤ素子１４を面光源モジュール１３の中心から放射状に等間隔に配置した構成を用いて説明している。しかしながら、面光源モジュール１３におけるＬＥＤ素子１４の配置は、この配置によらず、他の配置によって構成しても一向に構わない。例えば、生産性を考慮した配置の一例として、ＬＥＤ素子１４を直線状に配置して配線し、それを複数平行に配列して面光源モジュール１３を構成することも可能である。この場合、面光源モジュール１３の形状が略矩形であれば、その矩形に内接あるいは外接する円を擬似的な面光源として考えて、本実施の形態における面光源モジュール１３としてもよい。

上記ＬＥＤ素子１４を面光源モジュール１３の中心から放射状に等間隔に配置した場合には、面光源モジュール１３における最外周の領域に多くのＬＥＤ素子１４が配置されている。このことから、例えば、最外周の領域の光線に対応したリフレクタ１２の形状を優先的に決定すればよいし、あるいは、ＬＥＤ素子１４の輝度制御を行う場合には、同心円状に配置された領域毎に光線の強度を測定し、リフレクタ１２の形状を、例えば最大の強度を有する領域からの光線を任意の方向に反射するように決定してもよい。

図２は、本実施の形態における面光源モジュール１３aを示す。さらに、本実施の形態においては、面光源モジュール１３aの発光面に輝度分布を持たせる手段(図示せず)を有している。図２に示すように、面光源モジュール１３aは、ＬＥＤ素子１４を中央から等間隔に配置して構成されている。

具体的には、直径１０mmの面光源モジュール１３aには、６１個のＬＥＤ素子１４が配置されている。その際に、ＬＥＤ素子１４は、面光源モジュール１３aの中央から１mmの等間で６角格子状に配置されている。尚、面光源モジュール１３aの大きさとＬＥＤ素子１４の配置および間隔とについては上記値に限定されるものではなく、照明の用途や大きさによって適時変更可能である。

本実施の形態においては、上記面光源モジュール１３aの発光面に輝度分布を持たせるために、配列されたＬＥＤ素子１４の輝度を夫々変化させるようにしている。図示してはいないが、ＬＥＤ素子１４の夫々には、ＬＥＤ素子１４を発光させるための電流供給源が接続されており、各ＬＥＤ素子１４の輝度を調節できるようになっている。

具体的には、上記面光源モジュール１３aを、面光源モジュール１３aの中央に位置する１個のＬＥＤ素子１４でなるＬＥＤ素子群１４a、ＬＥＤ素子群１４aを取り囲んで六角形に配置された６個のＬＥＤ素子１４でなるＬＥＤ素子群１４b、ＬＥＤ素子群１４bを取り囲んで六角形に配置された１２個のＬＥＤ素子１４でなるＬＥＤ素子群１４c、ＬＥＤ素子群１４cを取り囲んで六角形に配置された１８個のＬＥＤ素子１４でなるＬＥＤ素子群１４d、ＬＥＤ素子群１４dを取り囲んで六角形に配置された２４個のＬＥＤ素子１４でなるＬＥＤ素子群１４eに分割し、各ＬＥＤ素子群１４a〜１４eの電流値を制御するのである。こうして、面光源モジュール１３aの発光面に輝度分布を持たせるのである。

本実施の形態の照明機器１１においては、上述したように、面光源モジュール１３aの発光面に輝度分布を持たせることによって配光特性を制御するのであるが、以下、図１および図２に示す照明機器１１における配光特性の制御方法について述べる。

従来の面光源モジュールにおいては、ＬＥＤ素子群１４a〜１４eに対して同じ値の電流を供給しており、ＬＥＤ素子群１４a〜１４eは同じ輝度で発光することになる。その場合には、各々のＬＥＤ素子１４から放射される光束は等しく、面光源モジュール１３の発光面は輝度分布を持たない。

例えば、各ＬＥＤ素子群１４a〜１４eに等しい電流を供給して、各ＬＥＤ素子群１４a〜１４eの各ＬＥＤ素子１４から１００ｌｍの光束がでるように発光させる。その場合、面光源モジュール１３aは６１個のＬＥＤ素子１４で構成されているため、面光源モジュール１３a全体から放射される全光束は６１００ｌｍとなる。このとき、ＬＥＤ素子群１４aから放射される光を、リフレクタ開口部の法線方向に反射させるようにリフレクタ１２の形状を設定すると、各ＬＥＤ素子群１４a〜１４eの配光特性は、図３(a)において、１４Ａ〜１４Ｅで示すようになる。ＬＥＤ素子群１４a〜１４eの配光特性が異なるのは、先に述べたように、面光源モジュール１３aにおいてＬＥＤ素子群１４a〜１４eから放射される光におけるリフレクタ１２への入射角度が夫々異なり、リフレクタ１２の開口面の法線方向と異なる角度に反射される光が含まれることによる。

ここで、上記照明機器１１の配光特性は、面光源モジュール１３aを構成するＬＥＤ素子群１４a〜１４e夫々の配光特性を合成したものになり、次式のようにして計算することができる。
ｆ(θ)＝ｎＡ・ｆＡ(θ)＋ｎＢ・ｆＢ(θ)＋ｎＣ・ｆＣ(θ)
＋ｎＤ・ｆＤ(θ)＋ｎＥ・ｆＥ(θ) …(１)
但し、ｆ(θ)：照明機器１１の配光特性
ｎＡ・ｆＡ(θ)〜ｎＥ・ｆＥ(θ)：ＬＥＤ素子群１４a〜１４eの配光特性
ｎＡ〜ｎＥ：ＬＥＤ素子群１４a〜１４eの各ＬＥＤ素子１４から放射される光束
である。

図３(b)に、上記照明機器１１の配光特性ｆ(θ)、つまり面光源モジュール１３aのＬＥＤ素子群１４a〜１４eの配光特性を合成した配光特性を示す。図３(b)に示すように、ＬＥＤ素子群１４aからの光をリフレクタ１２の開口面の法線方向に反射するようにリフレクタ１２の形状を設定したとしても、ＬＥＤ素子群１４b〜１４eから放射される光はリフレクタ１２の開口面の法線方向に対して角度を持って反射されるため、得られる照明機器１１の配光特性の放射角度が大きくなってしまうことが分かる。

スポットライトのようにある特定の箇所を照らす場合には、照明の光を絞ることが重要となり、配光特性において放射角が大きくなることは問題となる。そこで、上記スポットライトのように光を絞り込みたい場合には、ＬＥＤ素子群１４a〜１４eにおいて、外部に配置されているＬＥＤ素子群の電流値を小さくするように設定するのである。

このように各ＬＥＤ素子１４の電流値を制御することによって、図２に示す面光源モジュール１３aにおけるＬＥＤ素子群１４a〜１４eの各ＬＥＤ素子１４から放射される光束を制御するのである。

ここで、例えば、上記ＬＥＤ素子群１４a〜１４eの各ＬＥＤ素子１４から放射される光束を、ＬＥＤ素子群１４aのＬＥＤ素子１４を「４６０」ｌｍ、ＬＥＤ素子群１４bのＬＥＤ素子１４を「４００」ｌｍ、ＬＥＤ素子群１４cのＬＥＤ素子１４を「１３０」ｌｍ、ＬＥＤ素子群１４dのＬＥＤ素子１４を「８０」ｌｍ、ＬＥＤ素子群１４eのＬＥＤ素子１４を「１０」ｌｍになるように各ＬＥＤ素子１４を発光させると、上記面光源モジュール１３aの輝度分布は、中央部に行くに従って大きなものとなる。この場合、面光源モジュール１３aとしての全光束は「６１００」ｌｍであり、ＬＥＤ素子群１４a〜１４eに対して同じ値の電流を供給した場合と変わらない。この場合における照明機器１１の配光特性は、ＬＥＤ素子群１４a〜１４eの配光特性を合成したものになり、上記式(１)によって計算することができる。

図４(a)および図４(b)に、上記輝度分布を有する面光源モジュール１３aを用いた照明機器１１の配光特性を実線で示す。また、図４(a)および図４(b)には、図３(a)および図３(b)で示したように面光源モジュールを構成する総てのＬＥＤ素子に同じ値の電流を供給して輝度分布を一定とした面光源モジュールを用いた照明機器の配光特性についても、比較のために点線で示している。但し、図４(a)は直交座標を用いて配光特性を表しており、図４(b)は極座標を用いて配光特性を表している。

図４に示すように、本実施の形態における面光源モジュール１３aを用いた配光特性(図４の実線)は、従来の輝度分布が一定な面光源モジュールを用いた配光特性(図４の点線)よりも、光の絞り込みに優れた配光特性を実現することができる。さらに、リフレクタ１２の開口面における法線方向(放射角が０deg)の光度も、輝度分布が一定な場合よりも大きくなっていることが分かる。

このことは、上記ＬＥＤ素子群１４a〜１４eに供給する電流の値を制御することによって面光源モジュール１３aの発光面に輝度分布を持たせ、各ＬＥＤ素子１４から放射される光束をＬＥＤ素子群１４a側からＬＥＤ素子群１４e側に向かって小さくなるように設定しているためである。すなわち、上記式(１)において、ｎＡ＞ｎＢ＞ｎＣ＞ｎＤ＞ｎＥとなり、照明機器１１の配光特性に与える放射角の大きなＬＥＤ素子群の影響が抑制されるためである。

したがって、上記リフレクタ１２の形状の変更だけでなく、面光源モジュール１３aの発光面における輝度分布を制御することによっても、配光特性の制御が可能になる。

以上のように、本実施の形態における面光源モジュール１３aおよびそれを用いた照明機器１１においては、ＬＥＤ素子１４に供給される電流の値を面光源モジュール１３aの中央部から外周部に向かうに従って小さなるように設定している。これにより、面光源モジュール１３aの発光面における輝度分布を外周部から中央部に向かうに従って大きくなるように設定できる。したがって、このような輝度分布を有する面光源モジュール１３aに、例えば上記面光源モジュール１３aの中央に位置するＬＥＤ素子１４から放射される光を開口部の法線方向に反射するように形状が設定されたリフレクタ１２を配置した場合には、面光源モジュールの発光面における輝度が均一である場合に比して集光性に優れた配光特性を実現することができるのである。

このように、上記リフレクタ１２の形状だけでなく、面光源モジュール１３aの発光面における輝度分布をも制御することによって配光特性の制御を行う場合には、発光面における輝度が均一である従来の照明機器に比して所望の配光特性を得ることが容易になるばかりでなく、実現できる配光特性の制限も無くなる。したがって、配光特性に優れた照明機器を実現することが可能になるのである。

ここまでは、上記リフレクタ１２の形状に対応するように面光源モジュール１３aの発光面における輝度分布を制御して、配光特性の制御を行う場合について説明している。しかしながら、逆に、面光源モジュール１３aの発光面における輝度分布に対応するようにリフレクタ１２の形状を設定することによっても配光特性の制御を行うことができる。すなわち、リフレクタ１２の形状と輝度分布との２つを自在に組み合わせることによって、更に配光特性の制御を容易にすることが可能になるのである。

また、照明機器の明るさが更に必要な場合には、図５に示すように、図１に示す照明機器１１を複数用いることが有効である。図５に示す照明機器２１においては、円形の台座２２に、図１に示す照明機器１１を６個円形に埋め込んで配置している。このように、本実施の形態の照明機器１１を複数並べて照明機器２１を構成することによって、照明機器２１の照射面における照度を、照明機器１１の個数だけ大きくすることが可能になる。その場合、照明機器２１の大きさに比べて照射面までの距離が大きい場合には、照明機器２１を構成する複数の照明機器１１の夫々は点光源として見なすことが可能になる。したがって、照明機器２１の配光特性は、照明機器２１を構成する複数の照明機器１１の配光特性を合成したものとなり、個々の照明機器１１の発光面における輝度分布を照明機器２１の配光特性が目的に応じて最適になるように制御することによって、配光特性が優れた明るい照明機器２１を実現することが可能になるのである。

尚、本実施の形態においては、上記ＬＥＤ素子１４の配置やＬＥＤ素子１４から放射される光束等について具体例を示しながら説明した。しかしながら、ＬＥＤ素子１４の配置や光束は、照明機器１１の用途に応じて適時変更することが可能であり、その組み合わせによって様々な配光特性を得ることができるのである。

・第２実施の形態
本実施の形態においては、上記第１実施の形態の場合と同様の手法を用いることによって、面光源モジュールの発光面に輝度分布を持たせて、照明機器直下の照度分布を一定にすることができる照明機器に関するものである。照明機器直下の照度分布が一定である場合には物体に光を均一に照射することができ、眼に優しい照明機器を実現することができるので好ましい。

尚、本実施の形態の場合にも、図１に示す上記第１実施の形態の場合と同様に、照明機器１１は、リフレクタ１２と面光源モジュール１３とから構成されている。

また、本実施の形態における面光源モジュール１３は、上記第１実施の形態の場合と同様に、その発光面の輝度に分布を持たせる手段(電流供給源)を有しており、その面光源モジュール１３の構成は上記第１実施の形態において図２に示す面光源モジュール１３aと同様であり、上記発光面に輝度分布を持たせる方法も上記第１実施の形態と同様である。

以下、上記面光源モジュール１３aの発光面に輝度分布を持たせることによって、照明機器直下の照度分布を一定にする方法について、図１および図２を用いて説明する。

上記第１実施の形態において説明したように、面光源モジュール１３aの発光面における輝度分布を一定した場合の配光特性は、図３(b)に示したように、放射角が０°から離れるに従って次第に光度が小さくなっている。照明機器直下の領域を一定の照度で照らすためには、放射角０°の付近における光度の減少を抑制する必要がある。すなわち、面光源モジュール１３aの配光特性を、放射角０°付近の光度が略一定になるような配光特性にする必要がある。

そして、上述のように放射角０°付近の光度が略一定になるような配光特性を実現するためには、図２に示す面光源モジュール１３aのＬＥＤ素子群１４a〜１４eにおいて、外周部に配置されているＬＥＤ素子群の電流値を、中央部に配置されているＬＥＤ素子群の電流値よりも大きく設定すればよい。

ここで、例えば、図２に示す上記面光源モジュール１３aにおけるＬＥＤ素子群１４a〜１４eの各ＬＥＤ素子１４から放射される光束を、ＬＥＤ素子群１４aのＬＥＤ素子１４を「０」ｌｍ、ＬＥＤ素子群１４bのＬＥＤ素子１４を「０」ｌｍ、ＬＥＤ素子群１４cのＬＥＤ素子１４を「３９」ｌｍ、ＬＥＤ素子群１４dのＬＥＤ素子１４を「１００」ｌｍ、ＬＥＤ素子群１４eのＬＥＤ素子１４を「１６０」ｌｍにするように各ＬＥＤ素子１４を発光させると、面光源モジュール１３aの輝度分布は、中央部に向かうに従って小さくなる。この場合、面光源モジュール１３aとしての全光束は「６１００」ｌｍであり、上記第１実施の形態において、ＬＥＤ素子群１４a〜１４eに対して同じ値の電流を供給した場合と変わらない。この場合における照明機器１１の配光特性は、ＬＥＤ素子群１４a〜１４eの配光特性を合成したものになり、上記式(１)によって計算することができる。

図６(a)および図６(b)に、上記輝度分布を有する面光源モジュール１３aを用いた照明機器１１の配光特性を実線で示す。また、図６(a)および図６(b)には、図３(a)および図３(b)で示したように面光源モジュールを構成する総てのＬＥＤ素子に同じ値の電流を供給して輝度分布を一定とした面光源モジュールを用いた照明機器の配光特性についても、比較のために点線で示している。但し、図６(a)は直交座標を用いて配光特性を表しており、図６(b)は極座標を用いて配光特性を表している。

図６に示すように、本実施の形態における面光源モジュール１３aを用いた配光特性(図６の実線)は、従来の輝度分布が一定な面光源モジュールを用いた配光特性(図６の点線)よりも、放射角０°付近(略−１０°＜放射角＜略＋１０°)での光度が一定となっていることが分かる。

このことは、上記ＬＥＤ素子群１４a〜１４eに供給する電流の値を制御することによって面光源モジュール１３aの発光面に輝度分布を持たせ、各ＬＥＤ素子１４から放射される光束をＬＥＤ素子群１４a側からＬＥＤ素子群１４e側に向かって大きくなるように設定しているためである。すなわち、上記式(１)において、ｎＡ≦ｎＢ＜ｎＣ＜ｎＤ＜ｎＥとなり、放射角０°付近の光度が、比較的一定なＬＥＤ素子群１４eの配光特性の影響を大きく受けるようにしているためである。

このように、上記リフレクタ１２の形状の変更だけでなく、面光源モジュール１３aの発光面における輝度分布を制御することによっても、配光特性の制御が可能になるのである。

図７に、本実施の形態の照明機器１１における直射水平面照度を示す。ここで、水平面照度は、照明機器１１と照射面との距離を２ｍとした場合の照度である。図７において、実線は、中央部に行くに従って小さくなる輝度分布を有する面光源モジュール１３aを用いた照明機器１１の直射水平面照度を示し、点線は、従来の輝度分布が一定の面光源モジュールを用いた照明機器の直射水平面照度を示す。

図７に示すように、本実施の形態における面光源モジュール１３aを用いた場合の直射水平面照度(図７の実線)は、その絶対値が小さくなってはいるものの、従来の輝度分布が一定な面光源モジュールを用いた場合の直射水平面照度(図７の点線)と比較して、照明機器１１直下(水平面距離０ｍ)での照度からの照度の低下量が少なく、比較的一定の照度となっていることが分かる。したがって、本実施の形態における面光源モジュール１３aを用いた場合には、照明機器１１の直下においては物体を均一に照らすことが可能であり、眼に優しい優れた照明機器１１であると言うことができる。

以上のように、本実施の形態における面光源モジュール１３aおよびそれを用いた照明機器１１においては、ＬＥＤ素子１４に供給される電流の値を面光源モジュール１３aの中央部から外周部に向かうに従って大きくなるように設定している。これにより、面光源モジュール１３aの発光面における輝度分布を、外周部から中央部に向かうに従って小さくなるように設定できる。したがって、このような輝度分布を有する面光源モジュール１３aに、例えば面光源モジュール１３aの中央に位置するＬＥＤ素子１４から放射される光を開口部の法線方向に反射するように形状が設定されたリフレクタ１２を配置した場合には、面光源モジュールの発光面における輝度が均一である場合に比して、放射角０°付近の光度が一定である配光特性を得ることができるのである。こうして、照明機器１１の直射水平面照度を均一にすることによって、眼に優しい優れた照明機器１１を実現することが可能になる。

また、本実施の形態においては、上記第１実施の形態の場合と同じ面光源モジュール１３aにおいて、発光面の輝度を電流値によって制御している。したがって、面光源モジュール１３aを構成する各ＬＥＤ素子１４に供給する電流の値を可変にすることによって、図４に示す上記第１実施の形態における配光特性と、図６に示す本実施の形態における配光特性とを、切り換えることが可能になる。また、各ＬＥＤ素子１４に供給する電流の値を段階的に制御することによって、上記スポットライト様の配光特性および放射角０°付近の光度が一定である配光特性以外の配光特性を実現することもできる。すなわち、本実施の形態によれば、面光源モジュール１３aを構成する各ＬＥＤ素子１４に供給する電流の値を制御して配光特性を制御することによって、スポットライトやダウンライト等に適した配光特性を１つの照明機器１１によって実現できるのである。

また、上記第１実施の形態の場合と同様に、面光源モジュール１３aの発光面における輝度分布に対応するようにリフレクタ１２の形状を設定することによっても配光特性の制御を行うことができる。したがって、リフレクタ１２の形状と輝度分布との２つを自在に組み合わせることによって、更に配光特性の制御を容易にすることが可能になる。

また、照明機器の明るさが更に必要な場合には、上記第１実施の形態の場合と同様に、図５に示すごとく、図１に示す照明機器１１を複数用いることによって、個々の照明機器１１の発光面における輝度分布を照明機器２１の配光特性が目的に応じて最適になるように制御することによって、配光特性が優れた明るい照明機器２１を実現することが可能になるのである。

ところで、上記第１実施の形態および第２の実施の形態においては、面光源モジュール１３における発光面の輝度に分布を持たせる手段(電流供給源)を有している。以下、この発光面の輝度に分布を持たせる手段(電流供給源)の動作について説明する。

上記電流供給源から各ＬＥＤ素子１４に供給される電流パルスの幅あるいは振幅を変えることによって、面光源モジュール１３における発光面の輝度に分布を持たせることができる。上記電流パルスの幅を変える場合には、パルス幅が狭いとＬＥＤ素子１４の輝度が小さくなり、パルス幅が広いと輝度が大きくなる。また、上記電流パルスの振幅を変える場合には、振幅が大きいとＬＥＤ素子１４の輝度が大きくなり、振幅の小さいと輝度が小さくなる。また、上記電流パルスの幅の変化と振幅の変化とを適時組み合わせることによってもＬＥＤ素子１４の輝度を制御することが可能である。

尚、上記第１実施の形態および第２の実施の形態においては、面光源モジュール１３における発光面の輝度に分布を持たせる手段として、上記電流供給源を用いているが、他の手段によることも可能である。

例えば、発光効率の異なるＬＥＤ素子１４の組み合わせを上記手段として用いるのである。具体的には、面光源モジュール１３の中心部に発光効率の高いＬＥＤ素子１４を配置する一方、面光源モジュール１３の周辺部に発光効率の低いＬＥＤ素子１４を配置した場合には、両ＬＥＤ素子１４を同じ電流値(同じパルス幅あるいは同じパルス振幅の電流パルス)で駆動しても、面光源モジュール１３における中心部の輝度は高くなり、周辺部の輝度は低くなる。また、逆に、面光源モジュール１３の中心部に発光効率の低いＬＥＤ素子１４を配置する一方、面光源モジュール１３の周辺部に発光効率の高いＬＥＤ素子１４を配置した場合には、面光源モジュール１３における中心部の輝度は低くなり、周辺部の輝度は高くなる。この場合、ＬＥＤ素子１４毎に電流値を制御する必要がないので、駆動回路構成を単純にすることができる。

ここで、上記発光効率の異なるＬＥＤ素子１４としては、発光効率が異なる複数種類のＬＥＤ素子を作成して用いる方法、あるいは、同じ種類のＬＥＤ素子であっても発光効率にばらつきがあるため、同じ種類の複数個のＬＥＤ素子を発光効率でランク分けして使用する方法等がある。尚、発光効率でランク分けして使用する場合には、ＬＥＤ素子の仕様内に収まらずに使用できなかったＬＥＤ素子をも使用することができるため、より低コストで面光源モジュール１３を製造することが可能になる。

・第３実施の形態
本実施の形態においては、上記第１実施の形態の場合とは異なる手法を用いることによって、面光源モジュールの発光面に輝度分布を持たせて、照明機器の配光特性を制御できる照明機器に関するものである。

以下、本実施の形態において、上記面光源モジュール１３の発光面に輝度分布を持たせる方法について説明する。

図８は、本実施の形態における面光源モジュール１３bを示す。図８に示すように、面光源モジュール１３bは、ＬＥＤ素子１４を中央部には密に外周部には粗に配置して構成されている。

具体的には、直径１０mmの面光源モジュール１３bには、３１個のＬＥＤ素子１４が配置されている。その際に、ＬＥＤ素子１４は、面光源モジュール１３bの中央から２mmの範囲に、１９個のＬＥＤ素子１４が１mmの等間で６角格子状に配置されている(図８におけるＬＥＤ素子群１４f〜１４hに対応)。さらに、面光源モジュール１３bの中央から４mmの範囲に、１２個のＬＥＤ素子１４が６角形に配置されている(図８におけるＬＥＤ素子群１４iに対応)。尚、面光源モジュール１３bの大きさとＬＥＤ素子１４の配置および間隔とについては上記値に限定されるものではなく、照明の用途や大きさによって適時変更可能である。

ここで、上記面光源モジュール１３bにおいては、ＬＥＤ素子１４の配置間隔が配置場所毎に異なっている。したがって、総てのＬＥＤ素子１４に供給する電流の値が同じであって、総てのＬＥＤ素子１４から放射される光束が同じであっても、面光源モジュール１３bの発光面に輝度分布を持たせることができるのである。このように、ＬＥＤ素子１４の配置によって面光源モジュール１３bの発光面に輝度分布を持たせる場合には、総てのＬＥＤ素子１４を同一の電流値で駆動するので駆動用の回路構成を単純にすることができるので好ましい。また、上記発光面の輝度分布は、ＬＥＤ素子１４が密に配置されている面光源モジュール１３bの中央付近が大きく、周辺部が小さくなる。

以下、上述のような輝度分布を有する面光源モジュール１３bを用いて、配光特性を制御する方法について述べる。

上述したように、図８に示す面光源モジュール１３bは、ＬＥＤ素子１４の配置間隔が異なるため、発光面の輝度に分布を持つ。面光源モジュール１３cの発光面における輝度分布は、中央部に向かうに従って大きくなる。この場合における照明機器１１の配光特性は、ＬＥＤ素子群１４f〜１４iの配光特性を合成したものになり、上記式(１)によって計算することができる。

図９(a)および図９(b)に、上記輝度分布を有する面光源モジュール１３bを、各ＬＥＤ素子１４から出射される光束が「１９６.８」ｌｍになるように発光させた場合における照明機器１１の配光特性を実線で示す。また、図９(a)および図９(b)には、発光面における輝度分布が一定である面光源モジュールを用いた照明機器の配光特性についても、比較のために点線で示している。但し、図９(a)は直交座標を用いて配光特性を表しており、図９(b)は極座標を用いて配光特性を表している。但し、実線で示す本実施の形態における面光源モジュール１３bの場合も、点線で示す輝度分布が一定である面光源モジュールの場合も、共に面光源モジュールから放射される全光束は同じ「６１００」ｌｍである。

図９に示すように、本実施の形態における面光源モジュール１３bを用いた配光特性(図９の実線)は、従来の輝度分布が一定な面光源モジュールを用いた配光特性(図９の点線)よりも、光の絞り込みに優れた配光特性を実現することができる。さらに、リフレクタ１２の開口面における法線方向(放射角が０deg)の光度も、輝度分布が一定な場合よりも大きくなっていることが分かる。

このことは、上記面光源モジュール１３bにおけるＬＥＤ素子１４の配置により面光源モジュール１３bの発光面に輝度分布を持たせることによって、上記式(１)における「ｎＡ」と「ｎＥ」との関係を、擬似的にｎＡ＞ｎＥとしているためである。

したがって、上記照明機器１１の配光特性に与える放射角の大きなＬＥＤ素子群(本実施の形態の場合にはＬＥＤ素子群１４i)の影響を抑制することができる。その結果、リフレクタ１２の形状の変更だけでなく、面光源モジュール１３bの発光面における輝度分布を制御することによっても、配光特性の制御が可能になる。

以上のように、本実施の形態における面光源モジュール１３bおよびそれを用いた照明機器１１においては、ＬＥＤ素子１４の配置を制御することによって、面光源モジュール１３bの発光面に容易に輝度分布を持たせることができる。その際に、面光源モジュール１３bの中央から外周部に向かうに従って実装密度が小さくなるようにＬＥＤ素子１４を配置することによって、面光源モジュール１３bの発光面における輝度分布を、中央部に向かうに従って大きくすることができる。したがって、このような輝度分布を有する面光源モジュール１３bに、例えば面光源モジュール１３bの中央に位置するＬＥＤ素子１４から放射される光を開口部の法線方向に反射するように形状が設定されたリフレクタ１２を配置した場合には、面光源モジュールの発光面における輝度が均一である場合に比して集光性に優れた配光特性を実現することができるのである。

このように、上記リフレクタ１２の形状だけでなく、面光源モジュール１３bの発光面における輝度分布をも制御することによって配光特性の制御を行う場合には、発光面における輝度が均一である従来の照明機器に比して所望の配光特性を得ることが容易になるばかりでなく、実現できる配光特性の制限も無くなる。したがって、配光特性に優れた照明機器を実現することが可能になるのである。

また、上記第１実施の形態の場合と同様に、上述とは逆に、面光源モジュール１３bの発光面における輝度分布に対応するようにリフレクタ１２の形状を設定することによっても配光特性の制御を行うことができる。すなわち、リフレクタ１２の形状と輝度分布との２つを自在に組み合わせることによって、更に配光特性の制御を容易にすることが可能になるのである。

また、照明機器の明るさが更に必要な場合には、上記第１実施の形態の場合と同様に、図５に示すごとく、図１に示す照明機器１１(面光源モジュール１３b)を複数用いることによって、個々の照明機器１１の発光面における輝度分布を照明機器２１の配光特性が目的に応じて最適になるように制御することによって、配光特性が優れた明るい照明機器２１を実現することが可能になるのである。

・第４実施の形態
本実施の形態においては、上記第３実施の形態の場合と同様の手法を用いることによって面光源モジュールの発光面に輝度分布を持たせて、上記第２の実施の形態の場合と同様に、照明機器直下の照度分布を一定にすることができる照明機器に関するものである。照明機器直下の照度分布が一定である場合には、物体に光を均一に照射することができるため、眼に優しい照明機器を実現することができるため好ましい。

本実施の形態における面光源モジュール１３は、上記第３実施の形態の場合と同様の手法によって、その発光面に輝度分布を持たせている。

図１０は、本実施の形態における面光源モジュール１３cの構成を示す。図１０に示すように、面光源モジュール１３cは、ＬＥＤ素子１４を中央部には粗に外周部には密に配置して構成されており、上記第３実施の形態の場合と上記粗密が逆になっている。

具体的には、直径１０mmの面光源モジュール１３cには、４８個のＬＥＤ素子１４が配置されている。その際に、面光源モジュール１３cの中央から２mm以上の範囲に、４８個総てのＬＥＤ素子１４が１mmの等間で６角格子状に配置されている(図１０におけるＬＥＤ素子群１４j〜１４lに対応)。尚、面光源モジュール１３cの大きさとＬＥＤ素子１４の配置および間隔とについては上記値に限定されるものではなく、照明の用途や大きさによって適時変更可能である。

ここで、上記面光源モジュール１３cにおいては、ＬＥＤ素子１４の配置が中央部と外周部とで異なっている。したがって、総てのＬＥＤ素子１４に供給する電流の値が同じであって、総てのＬＥＤ素子１４から放射される光束が同じであっても、面光源モジュール１３cの発光面に輝度分布を持たせることができるのである。このように、ＬＥＤ素子１４の配置によって面光源モジュール１３cの発光面に輝度分布を持たせる場合には、総てのＬＥＤ素子１４を同一の電流値で駆動するので駆動用の回路構成を単純にすることができるので好ましい。また、上記発光面の輝度分布は、ＬＥＤ素子１４が密に配置されている面光源モジュール１３bの外周付近が大きく、中央部が小さくなる。

以下、上述のような輝度分布を有する面光源モジュール１３cを用いて、配光特性を制御する方法について述べる。

上述したように、図１０に示す面光源モジュール１３cは、ＬＥＤ素子１４の配置間隔が異なるため、発光面の輝度に分布を持つ。面光源モジュール１３cの発光面における輝度分布は、外周部に向かうに従って大きくなる。この場合における照明機器１１の配光特性は、ＬＥＤ素子群１４j〜１４lの配光特性を合成したものになり、上記式(１)によって計算することができる。

図１１(a)および図１１(b)に、上記輝度分布を有する面光源モジュール１３cを、各ＬＥＤ素子１４から出射される光束が「１２７」ｌｍになるように発光させた場合における照明機器１１の配光特性を実線で示す。また、図１１(a)および図１１(b)には、発光面における輝度分布が一定である面光源モジュールを用いた照明機器の配光特性についても、比較のために点線で示している。但し、図１１(a)は直交座標を用いて配光特性を表しており、図１１(b)は極座標を用いて配光特性を表している。但し、実線で示す本実施の形態における面光源モジュール１３cの場合も、点線で示す輝度分布が一定である面光源モジュールの場合も、共に面光源モジュールから放射される全光束は同じ「６１００」ｌｍである。

図１１に示すように、本実施の形態における面光源モジュール１３cを用いた配光特性（図１１の実線)は、従来の輝度分布が一定な面光源モジュールを用いた配光特性(図１１の点線)よりも、放射角０°付近(略−１０°＜放射角＜略＋１０°)での光度が略一定となっていることが分かる。

このことは、上記面光源モジュール１３cにおけるＬＥＤ素子１４の配置により面光源モジュール１３cの発光面に輝度分布を持たせることによって、上記式(１)における「ｎＡ」と「ｎＥ」との関係を、擬似的にｎＡ＜ｎＥとしているためである。

したがって、上記照明機器１１の配光特性は、光度が比較的一定な放射角が０°付近のＬＥＤ素子群(本実施の形態の場合にはＬＥＤ素子群１４l)の影響を受けることになる。その結果、リフレクタ１２の形状の変更だけでなく、面光源モジュール１３bの発光面における輝度分布を制御することによっても、配光特性の制御が可能になる。

図１２に、本実施の形態の照明機器１１における直射水平面照度を示す。図１２において、実線は、中央部に行くに従って小さくなる輝度分布を有する面光源モジュール１３cを用いた照明機器１１の直射水平面照度を示し、点線は、従来の輝度分布が一定の面光源モジュールを用いた照明機器の直射水平面照度を示す。

図１２に示すように、本実施の形態における面光源モジュール１３cを用いた場合の直射水平面照度(図１２の実線)は、その絶対値が小さくなってはいるものの、従来の輝度分布が一定な面光源モジュールを用いた場合の直射水平面照度(図１２の点線)と比較して、照明機器１１直下(水平面距離０ｍ)での照度からの照度の低下量が少なく、比較的一定の照度となっていることが分かる。したがって、本実施の形態における面光源モジュール１３cを用いた場合には、照明機器１１の直下においては物体を均一に照らすことが可能であり、眼に優しい優れた照明機器１１であると言うことができる。

以上のように、本実施の形態における面光源モジュール１３cおよびそれを用いた照明機器１１においては、ＬＥＤ素子１４の配置を制御することによって、面光源モジュール１３cの発光面に容易に輝度分布を持たせることができる。その際に、面光源モジュール１３cの中央から外周部に向かうに従って実装密度が大きくなるようにＬＥＤ素子１４を配置することによって、面光源モジュール１３cの発光面における輝度分布を、中央部に向かうに従って小さくすることができる。したがって、このような輝度分布を有する面光源モジュール１３cに、例えば面光源モジュール１３cの中央に位置するＬＥＤ素子１４から放射される光を開口部の法線方向に反射するように形状が設定されたリフレクタ１２を配置した場合には、面光源モジュールの発光面における輝度が均一である場合に比して、放射角０°付近の光度が一定である配光特性を得ることができるのである。こうして、照明機器１１の直射水平面照度を均一にすることによって、眼に優しい優れた照明機器１１を実現することが可能になる。

このように、上記リフレクタ１２の形状だけでなく、面光源モジュール１３cの発光面における輝度分布をも制御することによって配光特性の制御を行う場合には、発光面における輝度が均一である従来の照明機器に比して所望の配光特性を得ることが容易になるばかりでなく、実現できる配光特性の制限も無くなる。したがって、配光特性に優れた照明機器を実現することが可能になるのである。

また、上記第１実施の形態の場合と同様に、上述とは逆に、面光源モジュール１３cの発光面における輝度分布に対応するようにリフレクタ１２の形状を設定することによっても配光特性の制御を行うことができる。すなわち、リフレクタ１２の形状と輝度分布との２つを自在に組み合わせることによって、更に配光特性の制御を容易にすることが可能になるのである。

また、照明機器の明るさが更に必要な場合には、上記第１実施の形態の場合と同様に、図５に示すごとく、図１に示す照明機器１１(面光源モジュール１３c)を複数用いることによって、個々の照明機器１１の発光面における輝度分布を照明機器２１の配光特性が目的に応じて最適になるように制御することによって、配光特性が優れた明るい照明機器２１を実現することが可能になるのである。

尚、上記各実施の形態においては、上記複数のＬＥＤ素子１４をそのまま配列することによって、面光源モジュール１３a,１３b,１３cを構成している。しかしながら、この発明はこれに限定されるものではなく、面光源モジュール１３を、複数配列されたＬＥＤ素子１４を蛍光体で覆い、上記蛍光体がＬＥＤ素子１４から放射される光によって励起されて、ＬＥＤ素子１４からの光とは異なる色の光を出射するように構成することも可能である。

この発明の照明機器における概略構成を示す図である。図１における面光源モジュールの構成を示す図である。図２に示す面光源モジュールの各ＬＥＤ素子群に等しい電流を供給した場合における各ＬＥＤ素子群の配光特性と当該面光源モジュール全体の配光特性を示す図である。図２に示す面光源モジュールの各ＬＥＤ素子を中央部に行くに従って輝度分布が大きくなるように発光させた場合における光度と放射角との関係を示す図である。図１に示す照明機器を複数用いた照明機器の外観を示す図である。図２に示す面光源モジュールの各ＬＥＤ素子を中央部に行くに従って輝度分布が小さくなるように発光させた場合における光度と放射角との関係を示す図である。図６に示す光度分布を呈する面光源モジュールを用いた照明機器における直射水平面照度を示す図である。図２とは異なる面光源モジュールの構成を示す図である。図８に示す面光源モジュールの総てのＬＥＤ素子に等しい電流を供給した場合における光度と放射角との関係を示す図である。図２および図８とは異なる面光源モジュールの構成を示す図である。図１０に示す面光源モジュールの総てのＬＥＤ素子に等しい電流を供給した場合における光度と放射角との関係を示す図である。図１１に示す光度分布を呈する面光源モジュールを用いた照明機器における直射水平面照度を示す図である。ＬＥＤ素子とリフレクタとが対を成す従来の反射型ＬＥＤユニットの構成と配光特性とを示す図である。図１３に示す反射型ＬＥＤユニットを複数個外側に傾けて配置した従来の反射型ＬＥＤ照明装置の構成と個々の反射型ＬＥＤユニットの配光特性と反射型ＬＥＤ照明装置全体の配光特性を示す図である。複数の面光源モジュールに一つのリフレクタを配置した従来の照明器具の概略構成を示す図である。

符号の説明

１１,２１…照明機器、
１２…リフレクタ、
１３,１３a,１３b,１３c…面光源モジュール、
１４…ＬＥＤ素子、
１４a〜１４l…ＬＥＤ素子群、
２２…台座。

Claims

複数の領域を有すると共に、各領域の輝度が制御可能になっている面光源と、
上記面光源における上記各領域から出射された光を反射して照射面を照明すると共に、配光特性を制御するリフレクタと、
上記面光源における上記各領域の輝度を制御することによって、上記面光源により照明されている照射面の照度分布を所定の照度分布に制御する輝度分布制御手段と
を備えたことを特徴とする照明機器。
請求項１に記載の照明機器において、
複数の領域を有する平面上に複数の発光素子を実装してなる上記面光源を含む面光源モジュールを備え、
上記輝度分布制御手段は、上記面光源モジュールにおける上記複数の発光素子の輝度を制御することによって、上記照射面の照度分布を制御するようになっている
ことを特徴とする照明機器。
請求項２に記載の照明機器において、
上記面光源モジュールの上記平面上における上記複数の領域毎の発光素子の実装密度は不均一であり、
上記輝度分布制御手段は、上記面光源モジュールにおける個々の上記発光素子の輝度を同一輝度になるように制御する
ことを特徴とする照明機器。
請求項３に記載の照明機器において、
上記面光源モジュールの上記平面上における上記複数の領域毎の発光素子の実装密度は、当該面光源モジュールの中央部から外周部に向かうに従って小さくなるように設定されている
ことを特徴とする照明機器。
請求項３に記載の照明機器において、
上記面光源モジュールの上記平面上における上記複数の領域毎の発光素子の実装密度は、当該面光源モジュールの中央部から外周部に向かうに従って大きくなるように設定されている
ことを特徴とする照明機器。
請求項２に記載の照明機器において、
上記面光源モジュールの上記平面上における上記複数の領域毎の発光素子の実装密度は均一であり、
上記輝度分布制御手段は、上記面光源モジュールにおける個々の上記発光素子に供給する電流値を制御することによって、上記各発光素子の輝度を制御する
ことを特徴とする照明機器。
請求項６に記載の照明機器において、
上記輝度分布制御手段による上記電流値の制御は、上記面光源モジュールの中央部から外周部に向かうに従って上記発光素子に供給する電流値が小さくなるように行われる
ことを特徴とする照明機器。
請求項６に記載の照明機器において、
上記輝度分布制御手段による上記電流値の制御は、上記面光源モジュールの中央部から外周部に向かうに従って上記発光素子に供給する電流値が大きくなるように行われる
ことを特徴とする照明機器。
請求項６から請求項８までの何れか一つに記載の照明機器において、
上記輝度分布制御手段は、上記面光源モジュールにおける個々の上記発光素子に供給する電流値を変更可能になっており、
上記面光源モジュールから放射されて上記リフレクタによって反射された光の配光特性を変更可能になっている
ことを特徴とする照明機器。
請求項２に記載の照明機器において、
上記輝度分布制御手段は、上記面光源モジュールにおける個々の上記発光素子の輝度を、当該面光源モジュールの上記発光面における輝度分布が所定の輝度分布になるように制御し、
上記リフレクタの形状は、上記発光面における輝度分布が上記所定の輝度分布を呈する上記面光源モジュールから放射されて、当該リフレクタによって反射された光の配光特性が、所望の配光特性になるように設定されている
ことを特徴とする照明機器。
請求項２から請求項１０の何れか一つに記載の照明機器を、一つの台座に複数配置したことを特徴とする照明機器。