JP2011150944A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】照明装置において、装置のコストアップを招来することなく、配光制御を容易に行い得る構成でありながらも、照射面に黄色み帯びた縁が形成されることを防止する。
【解決手段】照明装置１は、青色光を発光する固体発光素子２と、固体発光素子２による青色光を黄色光に波長変換する波長変換素子３と、これらの光を配光制御する反射板４と、反射板４の光出射側の開口４１を覆う光透過性のパネル５を備える。パネル５は、その外側界面に、反射板４の開口縁４２に沿って環状に形成された集光用の凸レンズ５１を有する。反射板４の開口縁４２からパネル５に入射する光が凸レンズ５１により集光されるので、凸レンズ５１から出射される青みを帯びた光及び黄色みを帯びた光等が混ざり合い、照射面７における黄色みを帯びた縁が少なくなる。
【選択図】図３

Description

本発明は、青色光を発光する固体発光素子と、この固体発光素子による青色光を黄色光に波長変換する波長変換素子とを有した照明装置に関し、特に、ダウンライトやスポットライト等の住宅・店舗用照明装置に関する。

従来より、この種の照明装置においては、高輝度かつ高効率な照明を得るため、青色ＬＥＤ素子と、青色ＬＥＤ素子からの青色光を黄色光に変換する蛍光体とを組み合わせた白色光源部が用いられている。図８に示すように、このような白色光源部１１０は、青色ＬＥＤ素子１０２を蛍光体１０３内部に封止して成り、青色ＬＥＤ素子１０２による青色光と蛍光体１０３による黄色光とを混ぜ合わすことで、発光面１１１（蛍光体１０３上面）から白色光を出力する。

ところで、青色ＬＥＤ素子１０２から出射される青色光は、蛍光体１０３を透過して発光面１１１に至るまでの光路長に応じて、蛍光体１０３により黄色光に変換される光の割合が異なる。そのため、発光面１１１の中央付近における配光は、黄色光に変換される光の量が少ないために、鉛直角θに対する青色光の光度分布Ｉｂ（θ）が黄色光の光度分布Ｉｙ（θ）よりも大きな配光となり、光の色合いが青みを帯びたものとなる。一方、発光面１１１の端部付近における配光は、黄色光に変換される光の量が多いために、黄色光の光度分布Ｉｙ（θ）が青色光の光度分布Ｉｂ（θ）よりも大きな配光となり、光の色合いが黄色みを帯びたものとなる。なお、発光面１１１の中央と端部の中間部分からの光は、概ね白色の色合いとなる。

しかし、レンズや反射板等を用いずに白色光源部のみで照明装置を構成した場合、白色光源部からの配光が広角となり、一部の用途にしか使用できないという問題がある。そこで、図９に示す照明装置１０１においては、白色光源部１１０からの出射光を狭角に配光制御するために、凹状の反射板１０４を用いている。このような照明装置１０１は、通常、白色光源部１１０及び反射板１０４を保護する観点から、反射板１０４の光出射側の開口１４１に光透過性のパネル１０５を有している。

上述したように、白色光源部１１０の発光面１１１から出射される光には、青みを帯びた光及び黄色みを帯びた光等が含まれており、これらの光は、反射板１０４で反射されてパネル１０５に入射し、又は反射板１０４で反射されずにパネル１０５に入射し、パネル１０５から照射面に向けて出力される。ここに、白色光源部１１０からの各色の光は、パネル１０５を透過する過程においてパネル１０５の内側界面及び外側界面で屈折するため、パネル１０５から出射される青みを帯びた光と黄色みを帯びた光と間には出射角に角度差が生じることになる。このような光の角度差は、反射板１０４の開口縁１４２付近からパネル１０５に入射する広角な光ほど大きくなり、照射面１０７に向けて光照射したとき、照射パターン１０８に黄色みを帯びた縁Ｅが形成され、色むらとして視認され易いものとなっていた。なお、このとき、照射パターン１０８の中央付近は、発光面１１１の中央付近からの光度の高い光が直接照射されることから、青みを帯びたものとなるが、色合いがパターン端部に向かって連続的に変化するため、あまり問題とならない場合が多い。

また、照射面における色むらを解消する技術として、白色光源部からの各色の光をハイブリットレンズにより集光し、かつ各色の光が混光され易くするために、ハイブリットレンズの光入射面に光拡散処理を施した照明装置がある（例えば、特許文献１参照）。しかし、このような照明装置では、レンズ内部で迷光や漏れ光が生じて配光制御が難しくなり、また、光拡散処理を部分的に施す必要があり製造コストが高くなる。また、他の技術として、ハイブリットレンズの光出射面に、光を集光するレンズ面を複数形成するようにしたものあるが（例えば、特許文献２参照）、このような技術においても、配光制御が困難で、かつコスト高となるという上記問題を解消することができない。

特開２００７−５２１８号公報 特開２００７−２６５９６４号公報

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、装置のコストアップを招来することなく、配光制御を容易に行い得る構成でありながらも、照射面に黄色みを帯びた縁が形成されることを防止できる照明装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、青色光を発光する固体発光素子と、この固体発光素子による青色光を黄色光に波長変換する波長変換素子と、これらの光を配光制御する反射板と、を備えた照明装置において、前記反射板の光出射側の開口を覆う光透過性のパネルを備え、前記パネルは、その外側界面に、前記反射板の開口縁に沿って環状に形成された集光用の凸レンズを有しているものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の発明において、前記凸レンズは、前記パネルに垂直な断面形状が、前記反射板の開口縁上に第１焦点を、この第１焦点よりも光出射側に第２焦点を持つ楕円であり、前記楕円の短径ａと長径bとの比ｂ／ａは、前記パネルの屈折率をｎとしたとき、ｂ／ａ＝ｎ／√（ｎ^２−１^２）で求められるものであるものである。

請求項３の発明は、請求項２に記載の発明において、前記楕円の長軸は、前記パネルの内方側に傾いているものである。

請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記凸レンズは、前記パネルと一体的に設けられ、該パネルの外周部から内方に向かうにつれて、レンズ厚が増加するように形成されているものである。

請求項１の発明によれば、パネルの外側界面に集光用の凸レンズを配し、反射板の開口縁からパネルに入射する光が凸レンズで集光されるようにしたので、凸レンズから出射された青みを帯びた光及び黄色みを帯びた光等が混ざり合い、照射面における黄色みを帯びた縁を少なくすることができる。また、ハイブリットレンズを用いることなく、環状の凸レンズのみで装置を構成したので、製造が容易で安価なものとなり、また、迷光や漏れ光が生じることがないので、配光制御を容易に行うことができる。

請求項２の発明によれば、凸レンズから出射される各色の光が互いに平行な光となるようにしたので、青みを帯びた光と黄色みを帯びた光とが確実に混ざり合い、照射面での黄色みを帯びた縁を無くすことができる。

請求項３の発明によれば、凸レンズから出射される各色の光が照射パターンの中心付近に向けて配光されるので、照射面における黄色みを帯びた縁をなくしつつ、高効率な照明を行うことができる。また、凸レンズからの黄色みを帯びた出射光が、パネル中央付近から光軸方向に出射される比較的青みを帯びた光と照射面で混ざり合うので、照射パターンの中心付近における青みを少なくすることができる。

請求項４の発明によれば、パネルに窪みが生じないように凸レンズを設けたので、パネルにゴミ等の汚れが付着した場合であっても、拭き掃除等によって汚れを簡単に取り除くことができ、ひいては、汚れを除去する際にパネルやレンズが傷つくことを防止できる。

本発明の第１の実施形態に係る照明装置の断面図。 上記照明装置の凸レンズの形状を示す断面図。 上記照明装置における白色光源部から出射される光の光路を示す図。 本発明の第２の実施形態に係る照明装置の凸レンズの断面図。 上記照明装置における白色光源部から出射される光の光路を示す図。 本発明の第３の実施形態に係る照明装置の断面図。 上記凸レンズの変形例を示す断面図。 従来の白色光源部の断面図。 従来の照明装置の断面図。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る照明装置について図１乃至図３を参照して説明する。図１は本実施形態に係る照明装置１の構成を示す。照明装置１は、ダウンライトやスポットライト等の住宅・店舗用照明として用いられるものであり、青色光を発光する固体発光素子２と、固体発光素子２による青色光を黄色光に波長変換する波長変換素子３と、これらの光を配光制御する反射板４と、反射板４の光出射側の開口４１を覆う光透過性のパネル５とを備える。

固体発光素子２及び波長変換素子３は、互いに組み合わされることで白色光源部１０を構成している。白色光源部１０は、反射板４に固定されたベース部６に取り付けられる。固体発光素子２は、波長変換素子３の内部に封止され、例えば、青色ＬＥＤ素子で構成される。波長変換素子３は、ＹＡＧ系の蛍光体を含んだ透過性材料で構成され、この透過性材料には、例えばシリコンが用いられる。このような構成によると、固体発光素子２による青色光と波長変換素子３による黄色光とが混色されることにより、白色光源部１０は、発光面１１（波長変換素子３の上面）から白色光を出力する。

反射板４は、白色光源部１０を覆う略釣鐘形状であって、その内面側が反射面となっている。この反射面は、アルミ、銀等を用いて蒸着又はスパッタ等により形成された高反射処理膜であり、２〜３ミクロンの二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）粒子等のマット材を混入して若干の拡散性を持たせることが、混色性向上には好ましい。

パネル５は、白色光源部１０及び反射板４の反射面を保護するためのものであり、透明な板状部材、例えば、ガラスやアクリル、ポリカーボネート等により形成される。パネル５は、その外側界面に、反射板４の開口縁４２に沿って環状に形成された凸レンズ５１を有しており、この凸レンズ５１を用いて、白色光源部１０からの出射光のうち、反射板４の開口縁４２付近からパネル５に入射した光を集光する。

図２は凸レンズ５１の構成を示す。ここでは、パネル５に対して垂直な一断面において、反射板４の開口縁４２上を原点としてｘ−ｙ座標を付している。凸レンズ５１は、パネル５に垂直な断面形状が楕円５１ａであり、この楕円５１ａにより光出射面５１ｂを形成している。凸レンズ５１は、パネル５の外側界面に切り欠き加工を施すことにより形成され、パネル５と一体的に設けられている。楕円５１ａは、反射板４の開口縁４２上に第１焦点Ｆ１を、この第１焦点Ｆ１よりも光出射側に第２焦点Ｆ２を有しており、楕円５１ａの長軸がパネル５両界面と垂直な方向（ｙ方向）に設定される。

楕円５１ａの短径ａと長径bとの比ｂ／ａは、パネル５の屈折率をｎとしたとき、ｂ／ａ＝ｎ／√（ｎ^２−１^２）で求められるものとされる。例えば、パネル５を形成する材料がアクリルである場合、屈折率ｎは１．４９であるので、短径ａと長径bとの比ｂ／ａは、１．３５となる。なお、ポリカーボネートの屈折率は１．５９であり、ガラスの屈折率は１．４３〜２．１４である。楕円５１ａの短径ａ及び長径ｂの各値は、パネル５の厚み等の各種設計要素に応じて適宜設定すればよい。このような凸レンズ５１の構成において、反射板４の開口縁４２上（第１焦点Ｆ１）に点光源を想定した場合、この点光源からパネル５に入射する放射光は、凸レンズ５１の光出射面５１ｂで屈折され、出射方向が互いに平行な光となる。

上記のように構成された照明装置１の白色光源部１０より照射面７に向けて光照射したときの光路について図３を用いて説明する。白色光源部１０の発光面１１からは、青みを帯びた光や黄色みを帯びた光等が出射され（上述の図８、図９参照）、反射板４で反射された各色の光Ｌ１は、パネル５を透過して照射面７に狭角に照射される。一方、反射板４で反射されずにその開口縁４２からパネル５に入射した各色の光Ｌ２は、パネル５の内側界面で屈折し、その後、凸レンズ５１の光出射面５１ｂでパネルの外側界面と平行な方向に屈折して照射面７に照射される。なお、反射板４で反射されずにパネル５中央に入射した光Ｌ３は、概ね、白色光源部１０の光軸に沿って配光される。

このように本実施形態に係る照明装置１によれば、パネル５の外側界面に集光用の凸レンズ５１を配し、反射板４の開口縁４２からパネル５に入射する光Ｌ２が凸レンズ５１で集光されるようにしたので、凸レンズ５１から出射される青みを帯びた光及び黄色みを帯びた光等が混ざり合い、照射パターン８において黄色みを帯びた縁を無くすことができる。また、ハイブリットレンズを用いることなく、環状の凸レンズ５１のみで装置１を構成したので、製造が容易で安価なものとなり、また、迷光や漏れ光が生じることがないので配光制御を容易に行うことができる。凸レンズ５１から出射される各色の光Ｌ２が互いに平行な光となるようにしたので、青みを帯びた光と黄色みを帯びた光とが確実に混ざり合い、黄色みを帯びた縁を無くす効果が向上する。なお、反射板４で反射されずにパネル５に入射する光の一部（Ｌ４）は、凸レンズ５１で集光されずに、照射面７に向けて広角に照射されるが、パネル５での屈折による光の角度差が、従来構成での反射板４の開口縁４２から入射する光に比べて小さいので、色むらを生じさせる原因となることはない。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る照明装置について図４及び図５を参照して説明する。図４、図５に示す本実施形態の照明装置１において、凸レンズ５１は、楕円５１ａの長軸がパネル５の内方側に傾いており、凸レンズ５１により集光した光Ｌ２を照射パターン８の中心付近に向けて配光するようになっている。

このような本実施形態に係る照明装置１によれば、凸レンズ５１から出射される各色の光Ｌ２が照射パターン８の中心部分に照射されることにより、照射面７における縁を無くしつつ、高効率な照明を行うことができる。また、従来、照射パターン８の中央付近は、白色光源部１０の中央付近からの光度が高い青色光が照射されることから、比較的青みを帯びたものなっていたが、凸レンズ５１からの黄色みを帯びた出射光が、上記のような青色光と照射面７で混ざり合うので、照射パターン８の中心部における青みを少なくすることができる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る照明装置について図６を参照して説明する。図６に示す本実施形態の照明装置１において、凸レンズ５１は、パネル５外側界面の切り溝により光出射面５１ｂが形成されるものでなく、パネル５の外周部から内方に向かうにつれて、レンズ厚が増加するように形成されている。

このような本実施形態に係る照明装置１によれば、パネル５に窪みが生じないように凸レンズ５１を設けたので、パネル５にゴミ等の汚れが付着した場合であっても、拭き掃除等によって汚れを簡単に取り除くことができ、ひいては、汚れを除去する際にパネル５やレンズが傷つくことを防止できる。

なお、本発明は、上記各種実施形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、図７に示す凸レンズ５１のように、楕円５１ａの長軸をパネル５の外方側に傾けるようにしてもよい。この場合、凸レンズ５１により平行光とされた光Ｌ２は、照射面７に向けて広角に配光されるが、黄色みを帯びた光と青みを帯びた光との混光であるので、照射パターン８の黄色い縁を無くす一応の効果は得られる。また、上記のような凸レンズ５１を、パネル５とは別の透光部材に形成しておき、凸レンズ５１に形成された透光部材と、パネル５とを張り合わせるような構成であってもよい。また、固体発光素子２は、青色光を発する有機ＥＬ素子で構成されていてもよい。

１ 照明装置
２ 固体発光素子
３ 波長変換素子
４ 反射板
４１ 開口
４２ 開口縁
５ パネル
５１ 凸レンズ
５１ａ 楕円
Ｆ１ 第１焦点
Ｆ２ 第２焦点

Claims (4)

1. 青色光を発光する固体発光素子と、この固体発光素子による青色光を黄色光に波長変換する波長変換素子と、これらの光を配光制御する反射板と、を備えた照明装置において、
   前記反射板の光出射側の開口を覆う光透過性のパネルを備え、
   前記パネルは、その外側界面に、前記反射板の開口縁に沿って環状に形成された集光用の凸レンズを有していることを特徴とする照明装置。
2. 前記凸レンズは、前記パネルに垂直な断面形状が、前記反射板の開口縁上に第１焦点を、この第１焦点よりも光出射側に第２焦点を持つ楕円であり、
   前記楕円の短径ａと長径bとの比ｂ／ａは、前記パネルの屈折率をｎとしたとき、
   ｂ／ａ＝ｎ／√（ｎ^２−１^２）
   で求められるものであることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記楕円の長軸は、前記パネルの内方側に傾いていることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
4. 前記凸レンズは、前記パネルと一体的に設けられ、該パネルの外周部から内方に向かうにつれて、レンズ厚が増加するように形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の照明装置。