JP2011023345A - 光源ユニット及び照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】配光の品質の向上を図ることができる光源ユニット及びこの光源ユニットを用いる照明装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、複数の発光素子１０が実装された基板４と、前記複数の発光素子１０とそれぞれ対向する複数の入射開口６ｉと、この入射開口６ｉを通過した光が出射される出射開口６ｏと、入射開口６ｉから出射開口６ｏに向けて拡開する複数の反射面６ｆとを備えた反射体６である。また、この複数の反射面６ｆのうち、最も外側に位置する反射面６ｆは隣接するように設けられており、当該単位反射面であって、外側に形成される反射面６ｆｏは、発光素子１０から出射される光の反射光が外側方向に向かわないように角度が設定されている。
【選択図】図６

Description

本発明は、ＬＥＤ等の発光素子を用いた光源ユニット及びこの光源ユニットを用いる照明装置に関する。

近年、ＬＥＤ等の発光素子を基板に実装し、これを光源として用いる照明装置が開発されている。例えば、図９に示すような天井埋込形のダウンライトである。まず、このダウンライト１の概要について説明する。

ダウンライト１は、熱伝導性の筒状本体２と、この筒状本体２に取付けられた化粧枠３と、同じく筒状本体２に取付けられ、発光素子としてのＬＥＤ１０が実装された基板４と、筒状本体２内に収納された電源ユニット５と、反射体６及び反射体６の前方に配設された透光性カバー７とを備えている。また、化粧枠３には、一対の取付け用板ばね８が装着されており、前記基板４と反射体６とで光源ユニットを構成するものである。

化粧枠３は、ＡＢＳ樹脂で白色の略傘状に形成され、末広がり状の開口端部には、環状のフランジ３ａが形成されており、他端部側は、筒状本体２に取付けられている。また、基板４の表面側には、光源となるＬＥＤ１０が表面実装方式で複数個実装されている。

基板４の表面側には、白色のポリカーボネートやＡＳＡ樹脂等によって形成された反射体６が配設されている。反射体６は、ＬＥＤから放射される光を配光制御し、効率的に照射する機能をなしている。

図１０に示すように、反射体６は、円板状をなし、隔壁の稜線部によって複数の入射開口６ｉが形成されている。まず、反射体６の外周にはリング状に外周縁部６ｂが形成されており、中央部から外周部、すなわち、外周縁部６ｂに向かって、それぞれ約１２０度の間隔を空けて放射状に放射状隔壁６ｃが形成されている。また、中央部から外周縁部６ｂの間には、前記放射状隔壁６ｃを二分するように円形状の内周隔壁６ｄが形成されている。さらに、各放射状隔壁６ｃの間に位置する内周隔壁６ｄの外側壁からは、外周縁部６ｂに向かって、それぞれ２つの分割隔壁６ｅが延出している。

そして、反射体６は、各入射開口６ｉに対応する各隔壁、すなわち、放射状隔壁６ｃ、内周隔壁６ｄ及び分割隔壁６ｅが形成する反射面６ｆが略椀状となって、入射開口６ｉから出射開口６ｏ、すなわち、稜線部に向かって拡開しており、各入射開口６ｉごとに反射面６ｆを構成している。

このような構成において、電源ユニット５に通電されると、点灯回路が動作して基板４に電力が供給されＬＥＤ１０が発光する。各ＬＥＤ１０から出射された光の多くは直接透光性カバー７を透過して前方に照射され、一部の光は反射体６の各反射面６ｆに反射されて配光制御され透光性カバー７を透過して前方に照射される。

ところが、例えば、図９に示すように、化粧枠３の内面やダウンライト１が壁際に設置されている場合には壁面等に、輝度差により影のような相対的な暗部Ｓが発生し、配光の品質が劣るという現象が生じる。

これを図１１の平面図を参照して説明すると、外周側に配置されたＬＥＤ１０Aから出射される光は、主として反射面６ｆに配光制御され、図示Ａ−Ａの照射範囲で照射される。また、これと隣接して配置された両側のＬＥＤ１０B、１０Cから出射される光は、図示Ｂ−Ｂ及びＣ−Ｃの照射範囲で照射される。したがって、照射範囲Ａ−Ａにおいて、照射範囲Ｂ−Ｂ及びＣ−Ｃが重なる領域は比較的明るく照らされ、主としてＬＥＤ１０Aから出射される光のみで照らされる領域（暗部Ｓ）は、相対的に暗くなる。よって、前記のような配光の品質が劣るという現象が起きてくる。

一方、基板に複数の発光素子を実装し、この発光素子の各々と対向する反射面を有する反射体を設けた照明装置が提案されている（特許文献１及び特許文献２参照）。

特開２００９−９８２６号公報 特開２００９−６４６３７号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に示されたものは、上記のような輝度差により発生する暗部に着目がなされておらず、況しては、これを抑制する技術的開示もなされていない。また、上記現象を解消するために、透光性カバーを拡散性の強いものを用いる方法もあるが、この場合は効率の低下をもたらし、好ましいものとはいえない。

本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、輝度差による暗部の発生を抑制し、配光の品質の向上を図ることができる光源ユニット及びこの光源ユニットを用いる照明装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の光源ユニットは、複数の発光素子が実装された基板と；前記複数の発光素子とそれぞれ対向する複数の入射開口と、この入射開口を通過した光が出射される出射開口と、入射開口から出射開口に向けて拡開する複数の反射面とを備え、この複数の反射面のうち、最も外側に位置する反射面は隣接するように設けられており、当該単位反射面であって、外側に形成される反射面は、発光素子から出射される光の反射光が外側方向に向かわないように角度が設定されている反射体と；を具備することを特徴とする。

本発明及び以下の発明において、用語の技術的意味及び解釈は次による。基板は、例えば、アルミニウム等の金属やガラスエポキシ樹脂等の合成樹脂で形成でき、その形状は、四角形、円形、多角形等で形成でき、大きさも特段限定されるものではない。また、同様に反射体の形状も四角形、円形、多角形等で形成でき、大きさも特段限定されるものではない。

発光素子とは、ＬＥＤ等の固体発光素子であり、また、この発光素子の実装個数には特段制限はない。さらに、発光素子の実装は、表面実装方式やチップ・オン・ボード方式が好ましいが、発明の性質上、実装方式は特に限定されるものではない。

複数の発光素子とそれぞれ対向する複数の入射開口とは、ひとつの入射開口に１個の発光素子が対向する場合に限らない。例えば、２個の発光素子が対向していてもよい。この場合は、ひとつの入射開口にそれぞれ２個ずつの発光素子が対向するようになる。

最も外側に位置する反射面は隣接するように設けられておりとは、発光素子から出射された光が反射面に反射されて出射開口から外方に照射される場合、隣接する出射開口から照射される光の照射範囲と重なるような状態を意味している。

また、単位反射面は、複数の反射面のうち、個別の反射面に焦点をあてた用語として用いている。さらに、発光素子から出射される光の反射光が外側方向に向かわないように角度が設定されているとは、基本的な技術的事項を意味し、例えば、多重的反射や光漏れ等によって反射面の外側に向かう光が発生することは許容される。

請求項２に記載の光源ユニットは、請求項１に記載の光源ユニットであって、前記反射板において、前記複数の反射面のうち、最も外側に位置する反射面の遮光角より、内側に位置する反射面の遮光角が小さく設定されていることを特徴とする。

請求項３に記載の光源ユニットは、複数の発光素子が実装された基板と；前記複数の発光素子とそれぞれ対向する複数の入射開口と、この入射開口を通過した光が出射される出射開口と、入射開口から出射開口に向けて拡開する複数の反射面とを備え、この複数の反射面のうち、最も外側に位置する反射面は隣接するように設けられており、当該単位反射面であって、外側に形成される反射面と基板面に対する垂直方向の面とのなす角度をｘ°とし、発光素子から出射される光線における基板面とのなす角度をθ_１としたとき、以下の式を満足することを特徴とする光源ユニット。
ｘ°≦４５°−θ_１／２

請求項４に記載の照明装置は、装置本体と；この装置本体に配設された請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の光源ユニットと；を具備することを特徴とする。本発明の照明装置は、ダウンライト、スポットライトや屋内又は屋外で使用される各種照明装置を含む概念である。

請求項１に記載の発明によれば、配光の品質の向上を図ることができる光源ユニットを提供することができる。
請求項２に記載の発明によれば、全体の光の照射における均斉度を向上することができる。
請求項３に記載の発明によれば、反射面の具体的な角度の設定が可能となる。
請求項４に記載の発明によれば、請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の発明の効果を奏する照明装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る照明装置を示す斜視図である。 同一部を断面して示す正面図である。 同照明装置を天井面に取付けた状態を示す側面図である。 同反射体を示す平面図である。 同図４における反射体をＸ−Ｘ線に沿い一部を断面して示す正面図である。 同反射体の反射面を拡大し光の進路を示す説明図である。 同反射体の反射面がなす設定角度を示す模式的説明図である。 同図４における反射体をＳ−Ｓ線に沿い断面して示す正面図である。 従来例の照明装置を示す斜視図である。 同反射体を示す斜視図である。 同反射体を示す模式的平面図である。

以下、本発明の実施形態に係る光源ユニット及び照明装置について図１乃至図８を参照して説明する。なお、説明上、支障がない限り上記図９乃至図１１で説明したダウンライトと同一又は相当部分には、同一符号を付し重複した説明は省略する。

図１及び図２において、ダウンライト本体１は、熱伝導性の筒状本体２と、この筒状本体２に取付けられた化粧枠３と、筒状本体２の内側に取付けられ、光源である発光素子としてのＬＥＤ１０が実装された基板４と、反射体６及び反射体６の前方に配設された透光性カバー７とを備えている。また、筒状本体２の上部外面には、受電コネクタ９が配置されており、化粧枠３には、一対の取付け用板ばね８が装着されている。そして、前記基板４と反射体６とで光源ユニットを構成している。

筒状本体２は、アルミダイカスト製の熱伝導良好な材料で形成されており、その外面が白色のメラミン樹脂系塗料によって焼付塗装されている。また、筒状本体２の外面には、縦方向に延びる複数の放熱フィン２ａが形成されている。

基板４は、略円形の板状をなし、表面側には、光源となるＬＥＤ１０が表面実装方式で複数個、具体的には、中央部に４個、その周囲に８個、さらに最外周に１４個の合計２６個が実装されている。基板４は、ガラスエポキシ樹脂の略円形の平板からなり、筒状本体２と熱的に結合されるようになっている。なお、基板４の材料は、絶縁材とする場合には、放熱特性が比較的良好で、耐久性に優れたセラミック材料又は合成樹脂材料を適用できる。また、金属製とする場合は、アルミニウム等の熱伝導性が良好で放熱性に優れた材料を適用するのが好ましい。

続いて、基板４の表面側には、白色のポリカーボネートやＡＳＡ樹脂等によって形成された反射体６が配設されている。反射体６は、ＬＥＤ１０から放射される光をＬＥＤ１０ごとに個別に配光制御し、効率的に照射する機能をなしている。受電コネクタ９は、基板４に設けられた端子を介してＬＥＤ１０と電気的に接続されており、筒状本体２の外周方向に突出して設けられている。

次に、図３においては、照明装置としてのダウンライト本体１と電源ユニット５とが天井面へ設置されて接続された状態が示されている。本実施形態においては、このダウンライト本体１と電源ユニット５とが接続されることによって照明装置が構成される。

電源ユニット５は、ダウンライト本体１の光源に電力を供給し、その点灯回路によって光源を点灯制御するもので、商用電源を受けて所定の直流電圧を出力する直流電源の機能を有している。この電源ユニット５は、概略船形の形状をなし、電源回路１１が取付けられたケース本体１２、このケース本体を覆うカバー部材１３、商用電源の電源線ＰＷ（アース線を含む。）と接続される電源端子台１４、ダウンライト本体１の受電コネクタ９と接続される給電コネクタ１５を有する口出し線１６を備えている。

このような照明装置の設置にあたっては、まず、天井Ｃ裏に配線されている電源線ＰＷを天井Ｃに形成された埋込穴Ｈから引き出し、電源ユニット５の電源端子台１４に接続し、続いて、給電コネクタ１５をダウンライト本体１の受電コネクタ９に接続する。次いで、電源ユニット５を埋込穴Ｈから挿入し、天井Ｃ裏に配置する。次に、ダウンライト本体１の一対の取付け用板ばね８を両手で弾性力に抗して押し窄めるように操作して、ダウンライト本体１を支えながら埋込穴Ｈから挿入する。ダウンライト本体１が埋込穴Ｈに挿入されるに伴い、手を離しダウンライト本体１を押し上げる。これにより、取付け用板ばね８が外側方向に復帰して天井Ｃ裏面に当接し、この弾性力によってダウンライト本体１が上方に引き上げられて、化粧枠３のフランジ３ａが埋込穴Ｈの周縁に圧接され、ダウンライト本体１が天井Ｃ面に設置される。

さて、次に、図４及び図５を参照して反射体６について説明する。反射体６は、円板状をなし、各隔壁６ｓの稜線部によって複数の入射開口６ｉ、具体的にはＬＥＤ１０と対向するように２６個の入射開口６ｉが形成されている。

まず、反射体６の外周にはリング状に外周縁部６ｂが形成されており、中央部には４個の入射開口６ｉ、その周囲には８個の入射開口６ｉ、さらにその周囲の最外周には１４個の入射開口６ｉが形成されている。そしてこの入射開口６ｉを通過した光が出射する出射開口６ｏが形成されており、入射開口６ｉから出射開口６ｏに至る各隔壁６ｓによって、略椀状となって反射面６ｆが形成されている。この反射面６ｆは、入射開口６ｉから出射開口６ｏ、すなわち、稜線部に向かって拡開しており、各入射開口６ｉごとにひとつ、すなわち、単位反射面６ｆを構成している。

ここで、後述するように、隣接するように連続して最外周の円周上に配設された１４個の反射面６ｆは、その単位反射面６ｆであって外周側に形成される反射面６ｆｏの角度が所定角度に設定され、ＬＥＤ１０から出射されて反射面６ｆｏに反射された反射光が外側方向に向かわないようになっている。

次に、このように構成された照明装置の作用を説明する。電源ユニット５に通電されると、基板４に電力が供給されＬＥＤ１０が発光する。各ＬＥＤ１０から出射された光の多くは直接透光性カバー７を透過して前方に照射され、一部の光は反射体６の各反射面６ｆに反射されて配光制御され透光性カバー７を透過して前方に照射される。

この場合、図６に示すように、最外周の反射面６ｆの外周側に形成される反射面６ｆｏは、勾配が大きく、略垂直状態に近い曲面に形成されている。したがって、図示矢印で示すようにＬＥＤ１０から出射され、この反射面６ｆｏに反射されて外方に放射される光は、反射面６ｆの外側に向かうことなく、内側に向かうこととなり、化粧枠３の内面等に作用することなく、輝度差による暗部の発生を抑制することが可能となる。なお、基本的には、反射面６ｆｏに反射されて外方に放射される光は、反射面６ｆの内側に向かうこととなるが、当然のことながら、多重的反射や光漏れ等によって反射面６ｆの外側に向かう光が発生することは許容される。

続いて、図７に示すように、設計上の反射面６ｆｏの設定について説明する。まず、基板４面にＬＥＤ１０が配置されており、基板４面から斜め下方に傾斜した反射面６ｆｏを仮定する。そして、ＬＥＤ１０から光が出射され、反射面６ｆｏに反射されその光が下方垂直方向に向かうとする。この光の方向が、反射面６ｆｏの外側に向かうか又は内側に向かうかの臨界点である。したがって、このときの基板４面に対して垂直方向の面Ｖと反射面６ｆｏとのなす角度ｘ°を求めることにより、出射光が外側へ向かわないようにすることができる。つまり、角度ｘ°が小さくなるように反射面６ｆｏを設定することにより可能となる。

具体的には、基板４面と光線とのなす角度をθ_１、反射面６ｆｏと基板４面と光線Ｌとで形成される三角形の１つの内角をθ_２とすると、角度ｘ°は、次により求めることができる。
ｘ°＝９０°−θ_１−θ_２・・・（式１）
θ_２＝（１８０°−（θ_１＋９０°））／２・・・（式２）
（式１）に（式２）を代入して求めると、
ｘ°＝４５°−θ_１／２・・・（式３）
以上により、ｘ°≦４５°−θ_１／２の関係を満足することにより出射光が外側へ向かわないようにすることができる。

次に、図８を参照して反射面６ｆに設定された遮光角について説明する。複数の反射面６ｆは、中央部、その周囲、さらにその周囲の最外周にわたって配設されている。そして、これら複数の反射面のうち、最も外側、すなわち、最外周に位置する反射面６ｆの遮光角θ1より、内側に位置する反射面６ｆの遮光角θ2、θ3が小さく設定されている。具体的には、遮光角θは、θ1＞θ2＞θ3の関係に設定されている。

したがって、最外周に位置する遮光角がθ1に設定された反射面６ｆによって有効にグレアを低減できる一方、内側に位置する遮光角θ2、θ3に設定された反射面６ｆによって、配光が重なる範囲を広くでき、光の利用方向（下方側）へ有効に光を照射することが可能となる。つまり、混光して全体の光の照射における均斉度を向上することができる。

なお、遮光角θは、最も外側に位置する反射面６ｆの遮光角θ1より、内側に位置する反射面６ｆの遮光角θ2、θ3が小さく設定されていればよく、θ1＞θ2≧θ3やθ1＞θ3＞θ2の関係であってもよい。
また、複数の反射面６ｆは、中央部、その周囲、最外周の３重構成に限らず、２重や４重構成であってもよく、格別この点が限定されるものではない。

以上のように本実施形態によれば、化粧枠３の内面等に生じる輝度差による暗部の発生を抑制し、配光の品質の向上を図ることができる光源ユニット及び照明装置を提供することができる。これは、例えば、光源ユニットの高出力化に伴い、ＬＥＤの使用個数が増加し、隣接する各ＬＥＤが接近して、ＬＥＤの実装密度が高くなる場合に有効となる。また、反射面６ｆｏの角度の設定により遮光角を大きくとることができ、グレアを低減することができる。

さらに、複数の反射面のうち、最も外側に位置する反射面６ｆの遮光角θ1より、内側に位置する反射面６ｆの遮光角θ2、θ3が小さく設定されているので、全体の光の照射における均斉度を向上することができる。

なお、本発明は、上記各実施形態の構成に限定されることなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、光源ユニットは、ダウンライトに用いるのが好適であるが、スポットライトや屋内又は屋外で使用される各種照明装置に適用可能である。

１・・・ダウンライト本体、３・・・化粧枠、４・・・基板、５・・・電源ユニット、
６・・・反射体、６ｉ・・・入射開口、６ｏ・・・出射開口、６ｆ・・・反射面、
６ｆｏ・・・外側に形成される反射面、１０・・・発光素子（ＬＥＤ）

Claims (4)

1. 複数の発光素子が実装された基板と；
   前記複数の発光素子とそれぞれ対向する複数の入射開口と、この入射開口を通過した光が出射される出射開口と、入射開口から出射開口に向けて拡開する複数の反射面とを備え、この複数の反射面のうち、最も外側に位置する反射面は隣接するように設けられており、当該単位反射面であって、外側に形成される反射面は、発光素子から出射される光の反射光が外側方向に向かわないように角度が設定されている反射体と；
   を具備することを特徴とする光源ユニット。
2. 前記反射板において、前記複数の反射面のうち、最も外側に位置する反射面の遮光角より、内側に位置する反射面の遮光角が小さく設定されていることを特徴とする請求項１に記載の光源ユニット。
3. 複数の発光素子が実装された基板と；
   前記複数の発光素子とそれぞれ対向する複数の入射開口と、この入射開口を通過した光が出射される出射開口と、入射開口から出射開口に向けて拡開する複数の反射面とを備え、この複数の反射面のうち、最も外側に位置する反射面は隣接するように設けられており、当該単位反射面であって、外側に形成される反射面と基板面に対する垂直方向の面とのなす角度をｘ°とし、発光素子から出射される光線における基板面とのなす角度をθ_１としたとき、以下の式を満足することを特徴とする光源ユニット。
   ｘ°≦４５°−θ_１／２
4. 装置本体と；
   この装置本体に配設された請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の光源ユニットと；
   を具備することを特徴とする照明装置。

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