JP2011134509A

JP2011134509A - 照明器具

Info

Publication number: JP2011134509A
Application number: JP2009291453A
Authority: JP
Inventors: Jin Kozakura; 仁小櫻
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2009-12-22
Filing date: 2009-12-22
Publication date: 2011-07-07

Abstract

【課題】ＬＥＤ素子を用いた照明器具において、照射範囲が略円形で照度が向上した照明器具を提供する。
【解決手段】一端から他端へ向けて拡径し、一端面２１に凹部２１０が形成されて当該凹部２１０の底面２１０ａが凸レンズ状に形成されるレンズ２と、ＬＥＤ素子１２、及びＬＥＤ素子１２に覆設される多角形状の蛍光体１３からなり、凹部２１０の底面２１０ａに対向配置される発光部１とを備え、前記レンズ２は、凹部２１０の底面２１０ａにおける少なくとも中央を含む領域と、他端面２２の少なくとも中央を含む一部の領域との少なくともいずれか一方に、光を遮光するマスク２４、または、光を拡散する拡散部２６が設けられることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明器具に関するものである。

従来から、図１０に示すように、ＬＥＤ素子４１及びＬＥＤ素子４１が実装される基板４２及び略矩形状に形成されてＬＥＤ素子４１に覆設される蛍光体４３から構成される発光部４０が知られている（例えば特許文献１参照）。

そして、上記発光部４０、及び当該発光部４０から放射される光の配光を制御するレンズ５０を備えた照明器具が提供されている。

ＬＥＤ素子４１は、例えば、青色光を発するＧａＮ系のＬＥＤが用いられ、ＬＥＤ素子４１から発せられた青色光は蛍光体４３によって波長変換されることで略白色光となる。

レンズ５０は、一端から他端にかけて拡径する略椀型に形成されたハイブリットレンズが用いられ、一端面５１には凹部５１０が形成されている。そして、当該凹部５１０の底面５１０ａは、略凸レンズ状に形成され、発光部４０が当該底面５１０ａに対向配置されている。以下、レンズ５０の一端面５１を入射面５１と称し、凹部５１０の底面５１０ａを入射底面５１０ａ、凹部５１０の側面５１０ｂを入射側面５１０ｂと称す。また、レンズ５０の他端面５２を出射面５２と称す。

而して、発光部４０から放射された光の内、入射底面５１０ａを介してレンズ５０内に入射し、出射面５２からレンズ５０外に出射する光は、凸レンズ状の出射底面５１０ａによって結像し、照射面に発光部４０における蛍光体４３と略相似形の像が現れて照射範囲が略矩形状となっていた。

また、照射範囲を略円形状にしたいという要望もあったことから、レンズ５０の出射面５２と対向する領域全てに光を拡散する拡散部が形成された図示しない前面パネルを配置する、若しくは、レンズ５０の出射面５２全体に拡散部を形成することで、照射範囲の輪郭をぼかして当該照射範囲を略円形とした照明器具もあった。

特開２００７−４２７４９号公報

しかしながら、照射範囲を略円形とした上記照明器具では、発光部４０から放射され、入射底面５１０ａからレンズ５０内に入射して出射面５２からレンズ５０外に出射する光と、入射側面５１０ｂからレンズ５０内に入射してレンズ５０内で全反射を繰り返し、出射面５２からレンズ５０外に出射する光との両方が、拡散部を透過することで拡散されるため、図示しない照射面の照度が低下するといった問題があった。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＬＥＤ素子を用いた照明器具において、照射範囲が略円形で照度が向上した照明器具を提供することにある。

請求項１の発明は、一端から他端へ向けて拡径し、一端面に凹部が形成されて当該凹部の底面が凸レンズ状に形成されるレンズと、ＬＥＤ素子、及びＬＥＤ素子に覆設される多角形状の蛍光体からなり、凹部の底面に対向配置される発光部とを備え、前記レンズは、凹部の底面における少なくとも中央を含む領域と、他端面の少なくとも中央を含む一部の領域との少なくともいずれか一方に、光を遮光する遮光部、または、光を拡散する拡散部が設けられることを特徴とする。

この発明によれば、発光部から放射されて凸レンズ状に形成された凹部の底面からレンズ内に入射する光が、遮光部により遮光される、若しくは、拡散部によって拡散されることで光が結像することを防止できて照射範囲が略円形となり、凹部の側面からレンズ内に入射する光は、遮光部、または、拡散部を透過することなくレンズを通して照射面へ照射されるため照度を向上させることができる。

請求項２の発明は、請求項１記載の発明において、前記発光部は、透光性の樹脂から略ドーム状に形成されて蛍光体に覆設されるドーム部材を備えることを特徴とする。

この発明によれば、ドーム部材によって蛍光体から放射される光について所望の配光特性を得ることができ、照度を更に向上させることができる。

以上説明したように、本発明では、ＬＥＤ素子を用いた照明器具において、照射範囲が略円形で照度が向上した照明器具を提供することができるという効果がある。

本発明の実施形態１における照明器具の断面図を示す。同上における照明器具のレンズに円環状のマスクを設けた際の断面図を示す。レンズに対して円環状のマスクを施した際の照射面の実測図を示す。同上における照度のシミュレーション図を示す。実施形態１における照明器具の照射面の実測図を示す。同上における照度のシミュレーション図を示す。同上における照明器具のレンズの別形態を示す。本発明の実施形態２における照明器具の断面図を示す。本発明の実施形態３における照明器具のレンズの断面図を示す。従来例における照明器具の断面図を示す。同上における照明器具の照射面の実測図を示す。同上における照度のシミュレーション図を示す。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（実施形態１）
本実施形態の照明器具について図１〜７を用いて説明を行う。

本実施形態の照明器具は、図１に示すように、光を放射する発光部１と、発光部１から放射される光の配光を制御するレンズ２とから構成される。

発光部１は、ベース基板１１と、ベース基板１１に実装されるＬＥＤ素子１２と、ＬＥＤ素子１２に覆設する蛍光体１３と、蛍光体１３を覆うドーム部材１４とを備える。

ベース基板１１は、略矩形平板状に形成され、一面に略円形の凹部１１ａが形成されている。

ＬＥＤ素子１２は、例えば、ＩｎＧａＮ系の材料からなり青色光を発する青色ＬＥＤ素子が用いられ、ベース基板１１の凹部１１ａの底面に実装される。

蛍光体１３は、例えば、（Ｖ，Ｇｄ）_３（Ａｌ、Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋系蛍光体から一面が開口した略矩形箱型に形成され、当該一面にＬＥＤ素子１２が覆設される。なお、蛍光体１３は、ＬＥＤ素子１２表面に積層されるものであってもよい。

そして、蛍光体１３は、ＬＥＤ素子１２から発せられる青色光に対して波長変換を行うことで、青色光を白色光に変換する。つまり、発光部１は、白色ＬＥＤとなっている。

ドーム部材１４は、透明樹脂材料から略半球状に形成され、端面がベース基板１１における凹部１１ａの周縁に固定される。そして、発光部１は、ドーム部材１４によって蛍光体１３から出射されてレンズ２に入射する光について、所望の配光特性を得ることができる。

レンズ２は、透明樹脂やガラス等により、一端から他端にかけて拡径した略椀型に形成され、一端面２１側に略円柱状の凹部２１０が形成されて当該凹部２１０の底面２１０ａは略凸レンズ状に形成され、他端面は略円形となっている。なお、以下、レンズ２の一端面２１を入射面２１、他端面２２を出射面２２と称し、更に、凹部２１０の底面２１０ａを入射底面２１０ａ、凹部２１０の側面を入射側面２１０ｂと称す。

そして、発光部１は、入射底面２１０ａに対向した状態で凹部２１０の開口に配設される。

上記構成からなる照明器具において、発光部１から放射される光の内、入射底面２１０ａからレンズ２内に入射した光は、レンズ２内を通って出射面２２略中央よりレンズ外に出射する。また、残りの光は、入射側面２１０ｂよりレンズ２内に入射してレンズ２内で一乃至複数回全反射し、その後に、出射面２２の外周部分よりレンズ２外に出射する。

そのため、例えば、出射面２２において、図２に示すように、中央の円状の範囲を残して略円環状のマスク（遮光部）２５を設けた場合、入射底面２１０ａからレンズ２内に入射した光のみが照射面に到達する。ここで、略凸レンズ状の入射底面２１０ａを通った光は結像することで、図３に示すように、照射面において照射範囲が、発光部１における略矩形状の蛍光体１３と略相似形となる。つまり、入射底面２１０ａを通った光は、照射面に蛍光体１３と略相似形（略矩形状）の照射範囲を形成する。なお、図３に示す実測結果に加え、シミュレーションにおいても図４に示すように略矩形状の照射範囲が現れるとの結果が得られた。

そこで、本実施形態では、出射面２２の略中央に、略円板状の遮光部２４を設けて、当該遮光部２４によって入射底面２１０ａを通りレンズ２内に入射した光を、出射面２２において遮光し、照射面に略矩形状の像が結像することを防止している。

また、入射側面２１０ｂからレンズ２内に入射し、レンズ２内で一乃至複数回全反射して出射面２２の外周部からレンズ２外へ出射する光は、拡散して照射面に略円形の照射範囲を形成する。従って、照射面に形成される照射範囲は、図５に示すように、略円形となる。なお、図５に示す実測結果に加え、シミュレーションにおいても図６に示すように略円形の照射範囲が現れるとの結果が得られた。

以上のように、出射面２２の略中央に略円板状の遮光部２４を設けることで、照射範囲が略円形となり、更には、出射面２２の一部の領域にのみ遮光部を設けていることで、出射面２２全体に拡散部を設けた場合、又は、出射面２２と対向する領域全てに拡散部が形成された前面パネルを設ける場合と比べて、出射面２２から出射される光の損失が小さいため、照度を向上させることができる。

また、蛍光体１３から放射される光の配光が、ドーム部材１４によって入射側面２１０ｂに多くなるように設定されることで、照度を更に向上させることができる。

なお、本実施形態では、遮光部２４を出射面２２の略中央に形成しているが、遮光部２４は、図７に示すように、入射底面２１０ａに形成されていてもよい。その場合、発光部１から放射された光は、入射側面２１０ｂからのみレンズ２内に入射するため、照射面に蛍光体１３と略相似形（略矩形状）の像は結像せず、照射範囲は略円形となる。

また、遮光部２４は、出射面２２の略中央及び入射底面２１０ａの両方に形成（図示なし）されていてもよい。その場合、照射面に蛍光体１３と略相似形（略矩形形）の像が結像することをより一層防止でき、照射範囲をより確実に略円形とすることができる。

（実施形態２）
本実施形態における照明器具は、図８に示すように、実施形態１の照明器具において出射面２２略中央に遮光部２４を形成する代わりに、透過する光を拡散する拡散部２６が形成されている点のみが実施形態１の照明器具と異なっており、その他の構成については同様の符号を付して説明を省略する。

拡散部２６は、出射面２２の略中央に、例えば、酸化チタン等を拡散物質とするアクリル白色塗料を略円状に塗布して塗膜を形成することにより行われる。なお、拡散部２６を形成する拡散処理は、周期的なプリズムを形成することや、所定曲率を有する、凹面または凸面を形成するものであってもよい。

上記構成からなる照明器具において、発光部１から放射される光の内、入射底面２１０ａからレンズ２内に入射した光は、レンズ２内を通って出射面２２略中央に形成された拡散部２６を通ってレンズ２外に出射する。また、残りの光は、入射側面２１０ｂよりレンズ２内に入射してレンズ２内で一乃至複数回全反射し、その後に、出射面２２の外周部分よりレンズ２外に出射する。

ここで、入射底面２１０ａからレンズ２内に入射した光は、略凸レンズ状からなる入射底面２１０ａの凸レンズ効果によって、レンズ２内において発光部１の像を結像する光路を進むが、出射面２２に形成された拡散部２６を通ることで拡散されるため、照射面に結像する発光部１の輪郭がぼやけ、照射範囲が略円形となる。

また、入射側面２１０ｂからレンズ２内に入射し、レンズ２内で一乃至複数回全反射して出射面２２の外周部からレンズ２外へ出射する光は、拡散して照射面に略円形の照射範囲を形成する。

以上のように、出射面２２の略中央に略円状の拡散部２６が形成されることで、照射範囲が略円形となり、更には、入射底面２１０ａを介してレンズ２内に入射する光と、入射側面２１０ｂを介してレンズ２内に入射する光との両方が、照射面に照射されるため、実施形態１の照明器具に比べて更に照度を向上させることができる。

なお、本実施形態では、拡散部２６を出射面２２の略中央に形成しているが、拡散部２６は、凹部２１の底面２１ａに形成されていてもよい。その場合には、入射底面２１０ａを通る光は、拡散部２６によって拡散されるため、入射底面２１０ａによる結像が防止されて照射面に略円形の照射範囲を形成し、入射側面２１０ｂからレンズ２内に入射した光についても上記の通り略円形の照射範囲を形成するため、照射範囲は略円形となる。

また、拡散部２６は、出射面２２の略中央、及び入射底面２１０ａの両方に形成されていてもよく、その場合には、照射面に蛍光体１３と略相似形（略矩形形）の像が結像することをより一層防止でき、照射範囲を確実に略円形とすることができる。

また、図９に示すように、略凸レンズ状からなる入射底面２１０ａの曲率半径を更に大きくすることで、入射底面２１０ａの焦点距離が入射底面２１０ａから照射面までの距離よりも長くなる。これにより、入射底面２１０ａを介してレンズ２内に入射した光は、発光部１の蛍光体１３と略相似な像を結像するよりも前に照射面に照射するため、照射範囲が略矩形状となることをより一層防止することができ、照射範囲をより確実に円形とすることができる。

１発光部
２レンズ
１１基板
１２ＬＥＤ素子
１３蛍光体
１４ドーム部材
２１入射面（一端面）
２１０凹部
２１０ａ底面
２２出射面（他端面）
２４マスク（遮光部）
２６拡散部

Claims

一端から他端へ向けて拡径し、一端面に凹部が形成されて当該凹部の底面が凸レンズ状に形成されるレンズと、
ＬＥＤ素子、及びＬＥＤ素子に覆設される多角形状の蛍光体からなり、凹部の底面に対向配置される発光部とを備え、
前記レンズは、凹部の底面における少なくとも中央を含む領域と、他端面の少なくとも中央を含む一部の領域との少なくともいずれか一方に、光を遮光する遮光部、または、光を拡散する拡散部が設けられることを特徴とする照明器具。
前記発光部は、透光性の樹脂から略ドーム状に形成されて蛍光体に覆設されるドーム部材を備えることを特徴とする請求項１記載の照明器具。