JP2012119152A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】側面あるいは背面方向まで光を照射させることができるとともに製造が容易な照明装置を提供する。
【解決手段】照明装置は、基材２と、可視光線を放出する光源６と、前記光源の少なくとも前面を覆い、前記光源から放出された光を外部に放出する透光領域を有する透光カバー４と、を備えている。光源は、基材の前面平坦部２ａに配置され、光源から放出される光の光度は、前面平坦部の法線方向で強く、背面側で零となる指向性を有し、透光カバーの透光領域は、前記光源の側面あるいは背面側に位置し、外向きの法線方向が側面方向よりも背面側に向いた背面側透光領域８ｂを有し、かつ、前記透光領域の前面側透光領域８ａにおける透過率が、背面側透光領域における透過率よりも低く形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、白色ＬＥＤのように平面実装された狭い配光分布を持つ光源を用いた照明装置に関する。

照明装置としては、フィラメントの熱による発光を利用した白熱電球や、紫外線励起の蛍光体発光による蛍光灯が広く用いられてきたが、短い寿命、赤外線放出（紫外線放出）、水銀使用問題、発光効率などの問題を抱えていた。

近年、これらの問題を解消する技術として、ＬＥＤ光源やＥＬ光源が開発され、特にＬＥＤ光源は一般の照明装置への利用が加速度的に広がっている。

しかしながら、一般的な表面実装タイプのＬＥＤ光源は、実装基板の法線方向に強く光を放出し、実装基板の法線方向とのなす角度をθとするとき、ｃｏｓθに比例して光度が減衰する指向性を有している。これは、一般的なＬＥＤ光源の構造が、１次光線を放出するＬＥＤチップを、１次光線から２次光線に変換する蛍光体を含んだ保護層で面状に覆った構成としているためである。このため、電球や蛍光灯にＬＥＤ光源を用いた照明装置は、実装基板の法線方向の光が強く、実装基板の側方から背面方向にかけては光がほとんど出ない光度分布となる。従って、正面から背面までほぼ均一な光度分布をもつ従来の白熱電球あるいは蛍光灯と、ＬＥＤ光源を用いた照明装置とを置き換えた場合、天井や壁の明るさが著しく変わってしまい、違った照度空間となってしまう。

ＬＥＤ光源を用いた照明装置で背面方向まで光を放出する技術としては、ＬＥＤを実装する平面を多面体にして側面や背面方向を向いて配置する技術がある。また、別の技術として、ＬＥＤ光源の光により励起する蛍光体を透光カバーの内面に塗布し、透光カバー自体が光るようにした照明装置がある。

特許第４０７６３２９号公報 特許第４２９０８８７号公報 特開２０１０−２７２８２号公報 特開２００５−０５５４６号公報

ＬＥＤ光源を側面あるいは背面に向けて実装した場合、照明装置の製造組立が煩雑になるとともに、機械強度や放熱性の設計困難さが増大してしまう問題がある。また、透光カバーに蛍光体を塗布した場合も、同様に照明装置の製造組立が煩雑になる問題がある。
また、特に、ＬＥＤを用いた電球型の照明装置では、ＬＥＤ光源を駆動し、発生した熱を伝達放熱するために基材部分を大きくする必要があり、この基材の大きさが背面方向への光照射を妨げている。

この発明は以上の点を鑑みてなされたもので、その課題は、側面あるいは背面方向まで光を照射させることができるとともに製造が容易な照明装置を提供することにある。

実施形態によれば、照明装置は、基材と、可視光線を放出する光源と、光源の少なくとも前面を覆い光源から放出された光を外部に放出する透光領域を有する透光カバーとを備え、光源は基材の前面平坦部に配置されており、光源から放出される光の光度は、前面平坦部の法線方向で強く、背面側で零となる指向性を有しており、透光領域は、さらに光源の側面あるいは背面側に位置し、外向きの法線方向が側面方向よりも背面側に向いた背面透側光領域を有しており、かつ、透光領域の前方領域における透過率が、背面側透光領域における透過率よりも低く構成する。

図１は、第１の実施形態に係る電球型の照明装置を示す断面図。 図２は、第１の実施形態に係る蛍光灯型の照明装置を示す断面図。 図３は、ＬＥＤ光源を拡大して示す断面図。 図４は、変形例に係る照明装置のグローブおよび光学制御部材を示す図。 図５は、他の変形例に係る照明装置のグローブおよび光学制御部材を示す断面図。 図６は、更に他の変形例に係る照明装置のグローブおよび光学制御部材を示す断面図。 図７は、第２の実施形態に係る電球型の照明装置を示す断面図。 図８は、第２の実施形態に係る蛍光灯型の照明装置を示す断面図。 図９は、変形例に係る電球型の照明装置を示す断面図。 図１０は、第３の実施形態に係る電球型の照明装置を示す断面図および底面図。 図１１は、変形例に係る電球型の照明装置を示す断面図および底面図。 図１２は、第４の実施形態に係る電球型の照明装置を示す断面図。 図１３は、第５実施形態に係る電球型の照明装置を示す断面図。

以下、図面を参照しながら、種々の実施形態に係る照明装置について詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る電球型の照明装置としてＬＥＤ電球１を示し、図２は、第１の実施形態に係る蛍光灯型の照明装置としてＬＥＤ蛍光灯１１の断面を示している。ＬＥＤ電球１は、中心軸に対して回転対象の形状を有し、ＬＥＤ蛍光灯１１は、図示の断面を直線状に引き伸ばした棒状の立体形状、あるいは、曲線状に引き伸ばした環状を有している。

ＬＥＤ電球１およびＬＥＤ蛍光灯１１は、前面平坦部２ａを有する基材２と、基板５に実装されたＬＥＤから成る光源６と、透光カバーとして機能するグローブ４と、を備えている。ＬＥＤ電球１では、基材２は、例えば、円柱形状に形成され、その上端が前面平坦部２ａを形成している。基材２は、円錐形状あるいは断面半円形状に形成してもよい。ＬＥＤ蛍光灯１１では、基材２は、断面がほぼ矩形状の角柱形状に形成され、その上端が前面平坦部２ａを形成している。

光源６が実装された基板５は、基材２の前面平坦部２ａ上に支持され、また、グローブ４は、基材２の胴部外周に支持されている。
図３に示すように、光源６は、基板５に実装されて青色光を放出する多数のＬＥＤチップ６ａと、ＬＥＤチップ６ａを保護する封止樹脂６ｃと、封止樹脂６ｃに分散されて青色光により緑色光および赤色光を変換放出する蛍光体６ｂとを有している。光源６は、その前面方向に可視光を放出する。図１および図２に示すように、光源６から放出される光は、前面平坦部２ａの法線方向（前面方向）Ａに強く光を放出し、法線方向となす角度をθとするときｃｏｓθに比例して光度が減衰し、法線方向と逆方向（背面方向）側へは基板５が遮蔽壁となるため光が放出されない配光特性を有している。なお、ここでは複数のＬＥＤチップ６ａを搭載した光源６を示したが、ＬＥＤチップは１つでもよい。

ＬＥＤ電球１では、基材２の背面側端に、電源供給側の端子である口金３が取付けられている。基材２の内部に、光源６を駆動する駆動回路７が設けられている。口金３から駆動回路７に電力が供給され、この駆動回路７により光源６を点灯する。基材２は光源６で発生する熱を逃がす役割も有し、例えば、熱容量の大きい金属材料で構成されている。

ＬＥＤ蛍光灯１１では、駆動回路が照明装置とは別に設けられている。そのため、基材２はアルミニウム製の基板５と兼用の一体部材として構成してもよい。ＬＥＤ蛍光灯１１は、図２に示す断面を１．２ｍ程度に引き伸ばした形状を有している。光源６は表面実装タイプのＬＥＤを、基材２の前面平坦部２ａ上に直線上に複数並べて構成されている。

グローブ４は、例えば、断面が半円形状で下部に開口端４ａを有する形状に形成されている。ＬＥＤ電球１のグローブ４は、ほぼ球形状に形成され、また、ＬＥＤ蛍光灯１１のグローブ４は、断面がほぼ円形の細長い筒状に形成されている。基材２は、グローブ４の開口端４ａを通してグローブ４内に延出し、グローブ４は、その開口端４ａが基材２の胴部外周に固定および支持されている。

基材２の前面平坦部２ａおよびこの上に設けられた光源６は、グローブ４内のほぼ中心に位置している。すなわち、光源６は、円弧状の断面形状を有するグローブ４の前面側透光領域８ａに対し、円弧形状のほぼ中心に位置している。基材２の最大径あるいは最大幅は、グローブ４の最大径部４ｂあるいは最大幅部４ｂよりも小さく形成されている。これにより、グローブ４は、光源６の前面側、側面側および背面側を覆っている。

グローブ４は、例えば、厚さ１．５ｍｍに形成されている。グローブ４は、光源６の少なくとも前面を覆い光源６から放出された光を外部に放出する透光領域を有している。なお、実施形態において、前面平坦部２ａに垂直な上方向（法線方向）を前面方向Ａ、前面平坦部２ａと平行な方向を側面方向、前面平坦部２ａに垂直な下方向を背面方向としている。本実施形態において、グローブ４は、その全域が光を透過可能な透光領域を形成している。グローブ４は、透過率が９０％となる樹脂材料で形成されており、その透過率はグローブ４の全域でほぼ均一である。これにより、グローブ４は、前面方向および側面方向を向いた前面側透光領域８ａと外向き法線方向が側面方向より背面方向を向いた背面側透光領域８ｂとを有している。背面側透光領域８ｂは、前面側透光領域８ａの形状を延長して光源６より背面側に延長された断面形状を有している。

第１の実施形態によれば、ＬＥＤ電球１およびＬＥＤ蛍光灯１１は、透過反射層を有するシート状の光学制御部材２０を備え、この光学制御部材は、グローブ４内で光源６とグローブ４の前面領域との間に設けられている。光学制御部材２０は、例えば、前面側に凸となるカップ状に形成され、その周縁部がグローブ４の壁部に支持されている。また、光学制御部材２０は、グローブ４の前面側透光領域８ａよりも扁平に形成されている。光学制御部材２０は、その支持部を除いて、グローブ４の内面から１ｍｍ以上の間隔を置いて配置されている。

光学制御部材２０は、光源６の前面に対向する領域を透過率３０％の透過反射層で形成し、光源６と光学制御部材２０で挟まれる空間Ｏから前面方向Ａに抜ける行路における透過率を、空間Ｏから側面および背面方向Ｂに抜ける行路における透過率よりも低くなるように制御している。また、光学制御部材２０の周縁部分は、周縁に向かうにつれて透過率が１００％となるよう徐々に透過率を高くしている。

光学制御部材２０は、例えば、厚さ０．３mmのポリカーボネート材からなる曲面成型された透明あるいは半透明のベースシート２２と、ベースシート２２の表面に積層された透過反射層２４とを有している。透過反射層２４は、ベースシート２２のグローブ４側の表面上に形成しているが、特に決めているものではなく、光源６側の表面上に形成しても良く、また、その両側に形成しても良い。ベースシート２２は真空成型、圧縮成型、など既存の成型法によりその形状が形成される。成型は透過反射層２４の形成前、形成後のどちらでも可能であるが、形状が複雑な場合は、印刷後に形成するプロセスが簡便である。

ベースシート２２の材料は透過率の高さを重視し、ＰＣ、ＰＭＭＡ、ＰＥＴ、ＰＳもしくはＣＯＣが望ましい。ベースシート２２は必要に応じて散乱粒子を含めることで、透過光の拡散性を上げることができ、照明装置全体の輝度ムラ、配光分布のばらつきを低減することができる。ベースシート２２の厚さは汎用で調達できる０．１〜１．０ｍｍ程度が望ましく、成型の伸びや透過反射層の加工し易さに応じて適時選択可能である。また、半透明シートを用いてもよいが、本実施形態のように印刷により透過反射層２４を形成することで、領域ごとの透過反射特性を任意に制御することができ、照明装置の光度分布を均一にする制御手段とすることができる。

基材２の前面（前面平坦部２ａ）および側面は、可視光線に対する反射率９０％、赤外線に対する輻射率０．９の白い塗布膜で覆われ、グローブ４の背面側透光領域８ｂから照射される光を吸収しないように配慮しつつ、輻射放熱特性も向上させている。

図１に示すＬＥＤ電球１では、光学制御部材２０を光源６に対して前面方向のみに配置しているが、図２に示すＬＥＤ蛍光灯１１のように、光学制御部材２０を光源６の背面方向まで囲むように形成し、背面方向まで反射透過膜を設置してもよい。

上記のように構成された第１の実施形態によれば、光学制御部材２０により光源６の背面側への光を反射させ、グローブ４の背面側透光領域８ｂにより背面側に照射することができる。これにより、約３００度の配光範囲まで光度を確保することのできる広配光型の照明装置を実現することができる。また、基材２を縦方向に長く設計して基材２の体積および表面積を増やして放熱特性を向上させることができる。
本実施形態では、光学制御部材２０の透過反射層２４は、領域により異なる透過率にパターニングしているが、全面均一の透過反射層あるいは乳白拡散シートを用いてもよい。

図４は、第１の実施形態におけるグローブ４および光学制御部材２０の固定構造の変形例を示している。この変形例によれば、グローブ４は、前面側部分８ａおよび背面側部分８ｂの２つに分割され、それぞれ別々に形成した後に、互いに連結されている。また、光学制御部材２０は、その周縁部から突出した複数の固定部２０ｂを一体に有し、これらの固定部２０ｂは、グローブ４の上下に分割した前面側部分８ａ、背面側部分８ｂの接合部分に挟まれて固定されている。
このように、グローブ４は射出成型で形成した上下２部材からなり、光学制御部材２０の固定部２０ｂをグローブ４の接合部分に固定している。

図５は、光学制御部材２０の固定構造の他の変形例を示している。この変形例によれば、光学制御部材２０をグローブ４の前面側部分８ａに一体形成している。具体的には、グローブ４を射出成型するときに、あらかじめ曲面成型しておいた光学制御部材２０を仕込んでおいてインサート射出成型している。本変形例では、剥がれ防止のために光学制御部材２０から突出してグローブ４に食い込む固定部２０ｂを設けている。光学制御部材２０とグローブ４の密着が良好であれば、固定部２０ｂを削除してもよい。これにより、光学制御部材２０の取り付けをグローブ４形成と同時に行うことができ、組立コストを低減することができる。

図６は、光学制御部材２０の固定構造の更に他の変形例を示している。この変形例によれば、グローブ４の内面に直接、透過反射層２４を印刷して光学制御部材２０としている。印刷は、曲面に対応できるパッド印刷を用いている。これにより、光学制御部材２０とグローブ４を一体部品とし、組立コストを低減することができる。

なお、光学制御部材２０の固定方法は、上述した実施形態および変形例に限るものではなく、例えば、光学制御部材２０を基材２に固定してもよい。

次に、他の実施形態に係る照明装置について説明する。後述する他の実施形態において、前述した第１の実施形態と同一の部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。

（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態に係る電球型の照明装置としてＬＥＤ電球１を示し、図８は、第２の実施形態に係る蛍光灯型の照明装置としてＬＥＤ蛍光灯１１の断面を示している。ＬＥＤ電球１は、中心軸に対して回転対象の形状を有し、ＬＥＤ蛍光灯１１は、図示の断面を直線状に引き伸ばした棒状の立体形状、あるいは、図示の断面をサークル状に引き伸ばした円環状を有している。

第２の実施形態によれば、グローブ４は、断面形状が半円の前面側透光領域８ａと、前面側透光領域の下端、すなわち、グローブ４の最大径となる部分、から基材２の前面平坦部２ａまでこの前面平坦部と平行に延びる平坦な背面側透光領域８ｂと、を有している。このように、グローブ４の背面側透光領域８ｂは、グローブ４の前面側透光領域８ａの形状を光源６の方向に曲げた断面形状を有している。グローブ４の最大径部４ｂは、基材２の前面平坦部２ａの径あるいは幅よりも大きく形成されている。光源６の前面と対向して設けられた光学制御部材２０は、その周縁部が背面側透光領域８ｂに固定されている。

ＬＥＤ電球１およびＬＥＤ蛍光灯１１の他の構成は、前述した第１の実施形態と同一である。
第２の実施形態によれば、第１の実施形態に比べて対流放熱する表面積を大幅に拡大することができ、電球型照明装置では発熱を５℃ほど下げることができ、２６０度の広配光を実現することができる。

グローブ４の背面側透光領域８ｂの形態は第２の実施形態のように光源６と平行に限るものではなく、図９に示す変形例のように、光源６の背面側に傾斜して延びる構成としてもよい。この構成によれば、若干の放熱特性劣化はあるが、斜め背面方向の光度劣化を補い３００度以上の広配光達成が容易となる。

（第３の実施形態）
図１０は、第３の実施形態に係る電球型の照明装置としてＬＥＤ電球１を示している。ＬＥＤ電球１は、中心軸に対して回転対象の形状を有している。第３の実施形態によれば、ＬＥＤ電球１は、基材２の外周に設けられた複数の放熱フィン３０を備え、これらの放熱フィン３０は、基材２から放射状に突出している。グローブ４の背面側透光領域８ｂは、一部が放熱フィン３０間を延びて基材２に固定されている。放熱フィン３０の間から背面側へ光を照射できる構成としている。なお、放熱フィン３０も反射率９０％、輻射率０．９の白色塗布膜が施され、背面照射光を吸収しないよう配慮されている。
上記構成によれば、放熱フィン３０を設けることにより、１０℃程度発熱を低減することができる。

第３の実施形態において、図１１に示す変形例のように、グローブ４は、第２の実施形態と同様な形状としてもよい。すなわち、グローブ４は、断面形状が半円の前面側透光領域８ａと、前面側透光領域の下端、すなわち、グローブ４の最大径となる部分、から基材２の前面平坦部２ａまでこの前面平坦部と平行に延びる平坦な背面側透光領域８ｂと、を有している。グローブ４の最大径部４ｂは、基材２の前面平坦部２ａの径あるいは幅よりも大きく形成されている。光源６の前面と対向して設けられた光学制御部材２０は、その周縁部が背面側透光領域８ｂに固定されている。
このような構成においても、上記第３の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

（第４の実施形態）
図１２は、第４の実施形態に係る電球型の照明装置としてＬＥＤ電球１を示している。

本実施形態によれば、ＬＥＤ電球１は、光学制御部材２０を用いず、代わりに、グローブ４の前面側透光領域８ａを厚さ４ｍｍ、背面側透光領域を厚さ４ｍｍから０．８ｍｍに順次薄くする構成とした。これによりグローブ４の前面側透光領域８ａの透過率を４０％、背面側透光領域８ｂの最薄部の透過率を８５％として、第１の実施形態で光学制御部材２０が果たしていた方位による透過率差を生み出し、略２００度以上の配光角を実現している。また、光学制御部材２０のような追加部材を削減し、構成の簡素化および製造コストの低減を図ることができる。

（第５の実施形態）
図１３は、第５の実施形態に係る電球型の照明装置としてＬＥＤ電球１を示している。

第５の実施形態によれば、グローブ４は、断面形状が半円の前面側透光領域８ａと、前面側透光領域の下端、すなわち、グローブ４の最大径となる部分４ｂ、から基材２の前面平坦部２ａまでこの前面平坦部と平行に延びる平坦な背面側透光領域８ｂと、を有している。グローブ４の最大径部４ｂは、基材２の前面平坦部２ａの径あるいは幅よりも大きく形成されている。光源６の前面と対向して設けられた光学制御部材２０は、その周縁部が背面側透光領域８ｂに固定されている。

また、光学制御部材２０を用いずに、代わりに、グローブ４の前面側透光領域８ａを厚さ１．５ｍｍ、透過率４０％の材料で形成し、背面側透光領域８ｂを厚さ１．５ｍｍ、透過率９０％の材料で形成している。これにより略２４０度以上の配光角を実現している。

以上詳述した各実施形態および変形例によれば、側面あるいは背面方向まで光を照射させることができるとともに安価に製造することが可能な照明装置を提供することができる。
本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１…ＬＥＤ電球、２…基材、２ａ…前面平坦部、３…口金、４…グローブ、
４ａ…開口端、４ｂ…最大径部、最大幅部、５…ＬＥＤ基板、６…光源、
７…駆動回路、８ａ…前面側透光領域、８ｂ…背面側透光領域、１１…ＬＥＤ蛍光灯、
２０…光学制御部材、２０ｂ…固定部、２２…ベースシート、２４…透過反射層、
３０…放熱フィン

Claims (17)

1. 基材と、可視光線を放出する光源と、前記光源の少なくとも前面を覆い、前記光源から放出された光を外部に放出する透光領域を有する透光カバーと、を備え、
   前記光源は、前記基材の前面平坦部に配置され、前記光源から放出される光の光度は、前記前面平坦部の法線方向で強く、背面側で零となる指向性を有し、
   前記透光カバーの透光領域は、前記光源の側面あるいは背面側に位置し、外向きの法線方向が側面方向よりも背面側に向いた背面側透光領域を有し、かつ、前記透光領域の前面側透光領域における透過率が、前記背面側透光領域における透過率よりも低く形成されている照明装置。
2. 前記透光カバーの少なくとも前面側透光領域は円弧状の断面形状を有し、前記光源は、前記円弧状断面形状のほぼ中心に配置されている請求項１に記載の照明装置。
3. 前記背面側透光領域は、前記透光カバーの前面側透光領域の形状を延長して前記光源より背面側に延長された断面形状を有している請求項１に記載の照明装置。
4. 前記背面側透光領域は、前記透光カバーの前面側透光領域の形状を前記光源の方向に曲げた断面形状を有している請求項１に記載の照明装置。
5. 前記光源と前記透光カバーの前記透光領域との間に設けられた光学制御部材を備え、
   前記光学制御部材は、前記光源からの光を一部反射し、一部透過する透過反射層を有し、前記光学制御部材により、前記前面側透光領域の透過率が、前記背面側透光領域における透過率よりも低く構成されている請求項１に記載の照明装置。
6. 前記光学制御部材と前記透光カバーとの間に１ｍｍ以上の隙間がある請求項５に記載の照明装置。
7. 前記光学制御部材は、前記透光カバーよりも扁平であることを特徴とする請求項５に記載の照明装置。
8. 前記光学制御部材は、前記光学制御部材を固定する固定部を有している請求項５に記載の照明装置。
9. 前記透光カバーは、互いに接合された２部材以上で構成され、前記透光カバーの接合部分に前記固定部が固定されている請求項８に記載の照明装置。
10. 前記光学制御部材は、前記透光カバーと一体に形成されていることを特徴とする請求項５記載の照明装置。
11. 前記透光カバーが略一定の透過率の材料から構成されており、前記透光カバーの前方領域の厚さよりも前記透光カバーの背面側透光領域の厚さの方が薄くなっていることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
12. 前記透光カバーは透過率の異なる複数の材料で形成され、前記透光カバーの前面側透光領域を形成する材料の透過率よりも前記透光カバーの背面側透光領域を形成する材料の透過率の方が高い請求項１に記載の照明装置。
13. 前記基材は反射率が６０％以上の側面を有している請求項１に記載の照明装置。
14. 前記基材の側面に設けられた複数の放熱フィンを備え、前記放熱フィンの間あるいは前方隣接部に前記透光カバーの背面側透光領域が設けられている請求項１に記載の照明装置。
15. 前記放熱フィンの表面は、反射率が６０％以上である請求項１４に記載の照明装置。
16. 白熱電球を模擬したＬＥＤ光源を有する電球型の照明装置である請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の照明装置。
17. 蛍光灯を模擬したＬＥＤ光源を有する蛍光灯型の照明装置である請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の照明装置。

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