JP2010073329A - 光源ユニット及び照明装置。 - Google Patents

Abstract

【課題】光源部の発光部に対して光の出射面が２倍以上の径で形成されるレンズにおいて、出射面における輝度ムラを抑制できるとともに発光部と出射面との距離も短くすることができる光源ユニット及び照明装置。
【解決手段】光源ユニット１は、発光部２４からの光がレンズ５の入射部５１からレンズ５の入光部５４に入光する。すると、入光部５４に入射した多くの光は、矢印のように入光部５４の略錘状で形成された境界面５３に対して斜めに入射されることにより、光制御部５５における光路は、境界面５３に入射する前の光の光路よりも発光部２４側にその角度が傾き、外方へ広がるため、出射面５６において、発光部２４の直上と周辺部とにおける輝度ムラを抑制することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、発光素子によって光源部を形成する光源ユニット及び照明装置に関する。

近年、例えば複数のＬＥＤ等の発光素子を基板に実装し、光源部として用いる照明装置が開発されている。ＬＥＤ等の発光素子は、指向性が強く、点灯時、点光源としてその実装した複数の発光素子の光の輪郭が粒状に光って見え、いわゆる粒々感があり、視感的評価において満足できるものではなかった。

したがって、この粒々感をなくすため、発光素子の前面側に拡散板を配設し、この拡散板により粒々感を消去する解決が試みられている（特許文献１参照）。
特開２００６−１４７２１４号公報

しかしながら、従来のように拡散板を用いることを想定すると、まず、拡散透過性が低いと充分に消去し切れず、薄ぼんやりと点光源が表出する現象に至る場合もあり、このような場合には満足できる結果が得られない。

また、完全に粒々感を消去するためには、拡散透過性を高くすればよいが、高すぎると器具効率が低下してしまう虞がある。

さらに、仮に完全に粒々感を消去できたとしても、光源部の発光部が拡散板の出射面に対して非常に小さく、かつ、前記発光部と拡散板との距離が大きく取れない場合には、拡散板の出射面において中心部と周辺部とで明暗の差が大きく現れてしまい、不快グレアや不快感を生じさせる虞があった。

本発明は上記に鑑みなされたものであり、光源部の発光部に対して光の出射面が２倍以上の径で形成されるものにおいて、出射面における輝度ムラを抑制できるとともに発光部と出射面との距離も比較的短くすることができる光源ユニット及び照明装置を提供する。

請求項１記載の光源ユニットは、基板と、この基板に実装された発光素子とを有し、発光素子によって発光部を形成する光源部と；光源部の発光部と略同等の大きさで形成された前記発光部が設けられる入射部、入射部と対向するように形成される頂部、入射部側から頂部側へと向かって略錘状となるように連続した面状で形成された境界面とをする入光部と、入光部の境界面からの光が入射されるように設けられる光制御部と、光制御部からの光を発光部と対向する方向に出射し、前記入射部の径に対して２倍以上の径を有するように形成された出射面とを有する光学制御手段と；を具備したことを特徴とする。

本発明及び以下の発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。

発光部の発光素子は、１個の発光素子で発光部を形成するものであってもよいし、複数の発光素子によって発光部を形成する構成であってもよい。

「発光部と略同等の大きさで形成された入射部」とは、光源部が完全に入射部の内側に配設されることはもちろん、光源部の一部は入射部に位置せず、光源部の大部分が入射部の内側に位置するように設けられることも含むものである。

また、「入射側から頂部側へと向かって略錘状となるように・・・出射面」の略錘状とは、入射部と頂部とを繋ぐ線形が直線状で形成されているもののみではなく、入射部と頂部とを繋ぐ線形が曲線を有して形成されていてもよいことを含むものである。要するに入光部の境界面が変曲点の無い連続した形状で形成されていればよいことを意味するものである。

また、「光制御部からの光を発光部と対向する方向」とは、発光部に対して鉛直方向のみならず発光部から見て広角状に出射することも含むものである。

請求項１記載の光源ユニットは、まず、発光素子からなる発光部からの光が光学制御手段の入光部に入光するが、この際、入光部の前記発光部と略同じ大きさで形成された入射部から頂部に向かって発光部からの光が照射されるように配設される。すると、入光部に入射した多くの光は、入光部の略錘状で形成された境界面に対して斜めに入射されることにより、光制御部における光路は、境界面に入射する前の光の光路よりも発光部側にその角度が傾く。これにより、発光部に対して２倍以上に形成された出射面であってもその出射面において、発光部の直上と周辺部とにおける輝度ムラを抑制することができる。

また、本発明は、発光部の発光素子を設ける間隔が密になるほどより作用が得られるものである。すなわち、発光素子の間隔が密になるほど、その中心輝度が高まるため、何ら手段を施さないと出射面において使用者に対してまぶしさ感を生じ、不快感を与え兼ねない。一方、単に出射面において拡散板をも用いる構成を採用すると、拡散板の出射面において輝度ムラが生じやすいものとなる。また、この輝度ムラを解消する手段として出射面と発光部との距離を大きくすることも考えられるが、この手段は、光源ユニットの大形化を招く虞があり、好適ではない。したがって、輝度が高いにも関わらず、まぶしさ感の低減を図り、さらに輝度ムラを容易に低減する手段として本発明は好適である。

請求項２記載の照明装置は、請求項１記載の光源ユニットと；前記光源ユニットを点灯する点灯手段と；を具備したことを特徴とする照明装置。

点灯手段は、必ずしも光源ユニットと一体でなくてもよいし、又は例えば光源ユニットが設けられる器具本体に配設されるものでなくてもよく、光源ユニットを点灯する手段であれば照明装置との関係において、その配設位置、構成は特に限定するものではない。

請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の作用効果を有する照明装置を得ることができる。

請求項１記載の発明によれば、光源部に発光素子を有する構成を用いたとしても出射面における輝度ムラを低減することができるので、光源ユニットを大形化することなく見かけ上の印象を向上することができる。

請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の効果を有する照明装置を得ることができる。

本発明の第1実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態の光源部を示す正面図、図２は本実施形態の光源部のうち発光素子であるＬＥＤの実装部分を示した説明図、図３は本実施形態の光源ユニットの要部断面を示す要部断面図、図４は本実施形態の光学制御手段であるレンズの輝度分布を示す図である。

本実施形態では、図１に示したように基板６及びこの一面に積層された絶縁層５によって、図１及び図２に示すように略八角形状をなした板体７が形成され、この板体の周部に取付溝１ａが例えば互いに対向する角部に設けられている。この取付溝１ａの夫々には、照明装置１を被設置部材に固定するねじが通される。

また、図１に示すように区画壁２０は、中央部２３を空洞とした十字形状で形成されていて、絶縁層５上に固定されている。この区画壁２０は、中央部２３の内側に配置される絶縁層５上の全ての半導体発光素子１１を包囲する単一のものである。

また、区画壁２０の十字状に形成されている一方向両端側２０A、２０Bは、上方からみてコ字状に形成されており、このコ字状で形成された領域内に保護用の回路部品３８、３９が実装されている。

また、絶縁層５上の一対の取付溝１ａと交差する方向の各角部には、図２に示した配線パターン３によって後述の光源部２と電気的に接続された給電用のコネクタ３７、３７が実装されている。

次に光源部２について説明する。光源部２は、図１，２で示したように、光源ユニット１を上方から見ると封止部材２２によって後述の複数のＬＥＤ１１等が覆われているように形成されている。この封止部材２２は、区画壁２０の中央部２３内に注入して固化されていて、透光性材料例えば透明シリコーン樹脂からなり、その内部には必要により蛍光体が混入されている。本実施形態ではＬＥＤ１１が青色発光をするので、この青色の光と補色の関係にある黄色の光を放射する蛍光体(図示しない)が、好ましくは略均一に分散した状態で混入されている。

また、図２に示すように絶縁層５上に設けられた複数の導体２８は、略碁盤の目のように縦横に密集した形態に形成されている。更に、絶縁層５上には、導体２８群を囲むように配置されたマイナス極パターン及びプラス極パターンの各パターン３が設けられている。そして、これらパターン３，３は、コネクタ３７と電気的接続がされるように形成されているものである。

ＬＥＤ１１は、図２に示すように各導体２８に複数個ずつ例えば３個ずつダイボンディングされている。そして、このＬＥＤ１１は、例えば青色ＬＥＤチップからなる。このＬＥＤチップは、例えば窒化物半導体を用いてなるダブルワイヤー型であって、透光性を有する素子基板の一面に半導体発光層を積層して形成されているものである。 このように複数のＬＥＤ１１、配線パターン３、導体２８、封止部材２２等により発光部２４が形成されることになる。

次に、光学制御手段であるレンズ５について図３を参照して説明する。

レンズ５は、光源部２の発光部２４、すなわち、封止部材２２の出射面と略同等の径で形成され、この発光部２４が内側となるように設けられる入射部５１が形成されている。

また、レンズ５は、入射部５１と対向するように上方に頂部５２を有しているとともに、入射部５１側から頂部５２側へと向かって略錘状となるように連続した面状で形成された境界面５３が形成されている。そして、これら入射部５１、頂部５２及び境界面５３で区画された内側領域が入光部５４となっている。

また、レンズ５は、光源部２から出射して入光部５４に入光された光を境界面５３から入射されるように設けられる光制御部５５を有している。この光制御部５５は、境界面５３から入射した光が、境界面５３に入射する前の光の光路よりも発光部２４側にその角度が傾く。すなわち、図３の矢印で示したように、光制御部５５に入射した光の光路は、発光部２４から見ると発光部２４より外側に広がるように傾きが変位する。

また、レンズ５は、発光部２４と対向する方向に出射面５６を有しており、この出射面５６から光制御部５５で伝播された光を出射する。また、出射面５６は、入射部５１の径に対して約３倍の径を有するように形成されている。

このように形成された光源ユニット１は、まず、複数のＬＥＤ１１、配線パターン３、導体２８、封止部材２２等によりから形成された発光部２４からの光がレンズ５の入射部５１からレンズ５の入光部５４に入光するように光源部２を配設する。このとき、光源部２は、レンズ５の入射部５１から頂部５２に向かって光が照射されるように配設する。すると、入光部５４に入射した多くの光は、図３で示した矢印のように入光部５４の略錘状で形成された境界面５３に対して斜めに入射されることにより、光制御部５５における光路は、境界面５３に入射する前の光の光路よりも発光部２４側にその角度が傾き、外方へ広がるようになる。そして、このような光が出射面５６から出射されるので、発光部２４に対して約３倍に形成された出射面５６であってもその出射面５６において、図４の輝度分布に示したように発光部２４の直上と周辺部とにおける輝度ムラを抑制することができる。

また、本実施形態は、発光部２４を構成する複数のＬＥＤ１１を設ける間隔が密になっているものであるため、発光部２４の中心輝度は高い。しかしながら、本実施形態のように構成することによって、発光部２４の輝度が高いにも関わらず、比較的大面積の光出射面であって、かつ、輝度ムラが無い出射面５６とすることができるため、使用者に対するまぶしさ感の低減を図ることができる。

また、本実施形態のように入光部５４を形成したことにより、出射面５６における輝度ムラを抑制する構成を採用したとしてもレンズ５の入射部５１から出射面５６に対する距離を比較的短くすることができるため、光源ユニット１として大形化することがない。

次に第２実施形態について図面を参照して説明する。図５は、第２実施形態の光源ユニットの要部断面を示す要部断面図である。

を示す説明図である。また、実施形態１と同様である構成は、同様の符号を付し、その説明は省略する。

本実施形態と第１実施形態との相違点は、レンズ５の出射面の構成である。本実施形態では、光出射面において外周から中央部に向かうに従い、漸次暑さ寸法が大きくなるような錘状の錘状光出射面６０をしていることである。

このように形成することによって、錘状光出射面６０の中央部から前方側へ照射される光の量を多くすることができるため、中央部の照度を上げることができる。

また、本実施形態においては、光源ユニット１は、図示しない点灯装置が設けられている器具本体１０Ａ照明装置１０に配設されているものである。そして、照明装置１０は、光源ユニット１の錘状光出射面６０からの光を反射し、かつ、錘状光出射面を内側に収納するような反射面１１を有しており、光源ユニット１からの光及び反射面１１からの光が照射開口１２から照射される。

このような構成になっていると、照射開口１２の直下方向の照度が向上するとともに、反射面１１の構成によって横方向へのグレアを抑制することができるため、照明装置１０として非常に有効な構成となる。

次に第３実施形態について図面を参照して説明する。図６は、第３実施形態の光源ユニットの要部断面を示す要部断面図、図７は本実施形態の光学制御手段であるレンズの輝度分布を示す図である。また、実施形態１、２と同様である構成は、同様の符号を付し、その説明は省略する。

本実施形態と各実施形態との相違点は、レンズ５の出射面の構成である。本実施形態では、光出射面において微小プリズム群６１を形成していることである。そして、本実施形態においては、微小プリズム群６１の頂角は５０度から８０度で形成されている。

このように形成することによって、レンズ効率は約９０％以上となる。したがって、発光部２４から照射された光の損出を極力抑えることができるため、図７の輝度分布に示したように、光源部２の発光部２４から出射した光を有効に活用することがしやすい構成となる。

なお、上記の各実施形態は、発光部２４を数十個のＬＥＤ１１を密にして構成するものであったが、必ずしもこの形態に限られたものではなく、例えば1個のＬＥＤによって発光部を形成するものや例えば１０個以下のＬＥＤと蛍光体とによって発光部を形成し、これらの発光部と実施形態の各レンズと組み合わせることによっても同様の作用効果が得られる。

また、上記実施形態においては、１つ単位の光源ユニット１又は1つの照明装置１０について記載しているが、例えば照明装置として形成する際に互いの出射面が隣接するように複数の光源ユニット１を配設することによって、図８に示すような大形の光出射面１０Ｂを有する照明装置１Ａを実現することができる。

図８の照明装置１Ａは、第１実施形態のレンズ５を複数個隣接して設け、光源部の発光部１０Ｃ（この光源部の構成は、第１実施形態の構成に限らない）をレンズ５の略中心位置に配設するようになっているものである。そして、このように照明装置１Ａを形成する際には、各発光部間１０Ｃ，１０ＣのピッチＰは狭すぎると使用者が感じる輝度感が高くなってしまうため、グレアを生じやすい。一方、各発光部間のピッチＰを広く取りすぎると輝度ムラが目立ってしまい意匠性が低下するし光出射面１０Ｂの平均輝度が低下する。したがって、グレアを生じ難く、かつ、輝度ムラが抑制できて光出射面全体の平均輝度が高くなる程度の光源部間のピッチ間隔であることが好適である。なお、グレアを生じ難くい基準としては１００００ｃｄ／ｍ２〜２００００ｃｄ／ｍ２とし、この基準と例えば各光源部のＬＥＤの１Ｗ当たりのルーメンを鑑みて各ピッチを求めることもできる。

第1実施形態の光源部を示す正面図 第1実施形態の光源部のうち発光素子であるＬＥＤの実装部分を示した説明図 第1実施形態の光源ユニットの要部断面を示す要部断面図 第1実施形態の光学制御手段であるレンズの輝度分布を示す図 第２実施形態の照明装置の要部断面を示す要部断面図 第３実施形態の光源ユニットの要部断面を示す要部断面図 第３実施形態の光学制御手段であるレンズの輝度分布を示す図 本発明を適用する他の照明装置を説明する説明図

符号の説明

1…光源ユニット、２…光源部、５…光学制御部であるレンズ、１０…照明装置、５４…入光部、５５…光制御部、５６…出射面

Claims (2)

1. 基板と、この基板に実装された発光素子とを有し、発光素子によって発光部を形成する光源部と；
   光源部の発光部と略同等の大きさで形成された前記発光部が設けられる入射部、入射部と対向するように形成される頂部、入射部側から頂部側へと向かって略錘状となるように連続した面状で形成された境界面とをする入光部と、
   入光部の境界面からの光が入射されるように設けられる光制御部と、
   光制御部からの光を発光部と対向する方向に出射し、前記入射部の径に対して２倍以上の径を有するように形成された出射面とを有する光学制御手段と；
   を具備したことを特徴とする光源ユニット。
2. 請求項１記載の光源ユニットと；
   前記光源ユニットを点灯する点灯手段と；
   を具備したことを特徴とする照明装置。