JP2012244085A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】照明装置において、輝度むらによる粒々感やグレアなどが抑制された均一な発光面を得るようにする。
【解決手段】照明装置１は、被照明対象を照らすための面状の蛍光体部材２と、蛍光体部材２とは離間して設けられた複数の固体発光部３と、固体発光部３からの光を拡散させ、この拡散光Ｌ１を蛍光体部材２の表面側に入射させる光学部材４とを備える。蛍光体部材２は、所定の発光領域に合わせて面状に構成され、その表面側に光学部材４による拡散光Ｌ１が入射されることにより励起される。固体発光部３からの光は光学部材４により拡散され、この拡散光Ｌ１が蛍光体部材２の表面側に入射することにより、当該表面側から拡散光Ｌ１による励起光Ｌ２が導出されるので、固体発光部３個々の発光に伴う蛍光体部材２での輝度むらを低減でき、粒々感やぎらつき感などの悪影響が少ない発光面を得ることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）などの固体発光部を備えた照明装置に関する。

従来より、この種の照明装置として、固体発光部であるＬＥＤチップを蛍光体部材で被覆して成るＬＥＤパッケージを複数実装したものが知られている。ＬＥＤパッケージは、例えば、白色光を実現する場合、青色のＬＥＤチップと、青色光により励起されて黄色光を発する黄色蛍光体とを組み合わせたものが用いられる。

上記のような照明装置において、複数のＬＥＤパッケージが配線基板上に点在して設けられる場合、装置の構造がシンプルであるが、個々のＬＥＤパッケージはサイズが小さく、輝度が高いので、複数パッケージにより形成される発光面には、輝度むらによる粒々感やグレアなどが生じてしまう。そこで、複数のＬＥＤチップを配線基板上に配列し、このＬＥＤチップ列を覆う蛍光体層に透光性の光拡散部材を設けた照明装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−１２３９１８号公報

上記のような光拡散部材を用いた照明装置では、蛍光体層により励起された光を光拡散部材を通して拡散させる作用があるが、ＬＥＤチップ列からの光は蛍光体層に直接入射されるので、個々のＬＥＤチップの発光に依存した輝度むらを完全に無くすことは難しく、発光面に粒々感やグレアなどの悪影響が依然として残ることがある。

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、輝度むらによる粒々感やグレアなどが抑制された均一な発光面を得ることができる照明装置を提供することを目的とする。

本発明の照明装置は、所定の発光領域に合わせて面状に構成され、被照明対象を照らすための蛍光体部材と、前記蛍光体部材とは離間して設けられた複数の固体発光部と、前記固体発光部からの光を拡散させ、この拡散光を前記蛍光体部材の表面側に入射させる光学部材とを備え、前記蛍光体部材は、その表面側に前記光学部材による拡散光が入射されることにより励起され、当該表面側から前記拡散光による励起光を導出することを特徴とする。

この照明装置において、前記光学部材は、前記固体発光部からの光を拡散反射させる反射部材であることが好ましい。

この照明装置において、前記光学部材は、前記固体発光部からの光を前記蛍光体部材に入射させる投光手段を構成することが好ましい。

この照明装置において、前記蛍光体部材は、該蛍光体部材から導出される励起光が前記固体発光部からの光と混合され得る距離に配置され、前記蛍光体部材と固体発光部の間には、前記固体発光部からの光を透過して蛍光体部材側に入射させる一方、前記蛍光体部材からの励起光を固体発光部側へ入射させないように被照明対象に反射する第２の光学部材が設けられることが好ましい。

この照明装置において、前記固体発光部と前記蛍光体部材とは、同一の放熱部材に取り付けられることが好ましい。

この照明装置において、前記蛍光体部材は、異なる種類の蛍光領域を有し、この蛍光領域に対応した種類の異なる励起光を被照明対象に導出することが好ましい。

この照明装置において、前記蛍光体部材は、入射導出面が蛍光材料のみで構成されていることが好ましい。

この照明装置において、前記蛍光体部材は、装置の筐体に着脱自在に構成されていることが好ましい。

この照明装置において、前記蛍光体部材は、その背面側に光反射部を備えていることが好ましい。

この照明装置において、前記蛍光体部材は、熱伝導部材を備えていることが好ましい。

この照明装置において、前記蛍光体部材は、冷却部材又は冷却装置を備えていることが好ましい。

この照明装置において、前記光学部材は、レンズ体から成り、前記固体発光部に対して可動に設けられていることが好ましい。

この照明装置において、前記蛍光体部材は、異なる種類の蛍光領域を有し、この蛍光領域の固体発光部に対する向きが可動に設けられていることが好ましい。

この照明装置において、前記固体発光部は、光出射量が可変であることが好ましい。

本発明の照明装置によれば、該装置から照射される光は、面状の蛍光体部材からの発光（無配光）と、蛍光体部材に吸収されなかった固体発光部からの光（蛍光体部材により反射されて無配光になる）との混合光になるので、蛍光体部材全体が発光して、配光も無配光になる。従って、固体発光部個々の発光に伴う蛍光体部材での輝度むらを低減でき、粒々感やぎらつき感が少なくなり、また、光均一度の高い無配光性の照明空間を演出することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る照明装置の斜視図。 同照明装置の正面図。 同実施形態の変形例に係る照明装置の正面図。 同実施形態の変形例に係る照明装置の正面図。 同実施形態の変形例に係る照明装置の正面図。 同実施形態の変形例に係る照明装置の正面図。 同実施形態の変形例に係る照明装置の正面図。 同照明装置の蛍光体部材をその表面側から見た平面図。 同実施形態の変形例に係る照明装置の正面図。 同実施形態の変形例に係る照明装置の正面図。 同実施形態の変形例に係る照明装置の正面図。 同実施形態の変形例に係る照明装置の正面図。 同実施形態の変形例に係る照明装置の正面図。 同実施形態の変形例に係る照明装置の正面図。 同実施形態の変形例に係る照明装置の正面図。 同照明装置の蛍光体部材をその表面側から見た平面図。 同実施形態の変形例に係る照明装置の正面図。

本発明の一実施形態に係る照明装置について図１及び図２を参照して説明する。これらの図において、照明装置１は、被照明対象を照らすための面状の蛍光体部材２と、蛍光体部材２とは離間して設けられた複数の固体発光部３と、固体発光部３からの光を拡散させる光学部材４と、これらが取り付けられる筐体５とを備える。ここでは、照明装置１がダウンライトなどの住宅・店舗用照明として用いられる例を示している。筐体５は、下面に開口を有した長尺な略枠体状の外郭を成し、その底部に蛍光体部材２の取付け面を有し、側壁部に固体発光部３の取付け面を有している。

固体発光部３は、電圧印加により発光する発光素子であり、例えばＬＥＤチップにより構成される。ＬＥＤチップを用いる場合には、ＬＥＤチップがアルミ基板やＦＲ基板などの回路基板に実装された状態で、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂などの透明樹脂で封止されるような形であってもよい。固体発光部３は、蛍光体部材２の下方に設けられており、ここでは、筐体５の長手方向に沿ってライン状に配列された複数のＬＥＤチップが、蛍光体部材２を挟んで左右に配置された形となっている。ここに、固体発光部３が取り付けられる筐体５の側壁部は、固体発光部３の光出射面が蛍光体部材２に臨むように、筐体５内に向けてテーパ状に傾斜している。

光学部材４は、固体発光部３からの光を拡散させ、この拡散光Ｌ１を蛍光体部材２の表面側に入射させるものであり、固体発光部３の周囲を覆うように配置される。光学部材４は、透光性を有する光拡散部材から成り、例えば、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂などの透明なバインダ樹脂に、拡散材として酸化アルミニウム、シリカなどの無機粒子、又はフッ素系樹脂などの有機粒子を分散させることにより生成される。

蛍光体部材２は、所定の発光領域に合わせて面状に構成されており、その表面側に光学部材４による拡散光Ｌ１が入射されることにより励起され、当該表面側から拡散光Ｌ１による励起光Ｌ２を導出する。蛍光体部材２は、筐体５の長手方向に沿って延びる矩形状であり、該蛍光体部材２から導出される励起光Ｌ２が固体発光部３からの光と混合され得る距離に配置される。蛍光体部材２は、例えば、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂などの透明なバインダ樹脂に、セリウム、テルビウム添加リン酸ランタンなどの蛍光材料を分散させることにより生成される。なお、蛍光体部材２には、必要に応じて、拡散材や顔料などが含有されていてもよい。

上記のように構成された照明装置１において、例えば、白色の照明光を実現する場合、固体発光部３には、青色のＬＥＤチップを用い、蛍光体部材２には、青色光により励起されて黄色光を発する黄色蛍光体を含有したものを用いることができる。このような場合、固体発光部３が発光すると、固体発光部３からの光は光学部材４を拡散透過し、この拡散光Ｌ１（青色光）が蛍光体部材２に入射される。蛍光体部材２への拡散光Ｌ１は、蛍光体部材２に吸収されて黄色光に波長変換され、蛍光体部材２から励起光Ｌ２として導出される。蛍光体部材２から導出された励起光Ｌ２（黄色光）は、蛍光体部材２で吸収されずに反射された光（青色光）と混ざり合って白色光となり、被照明対象に照明光として照射される。

このように本実施形態に係る照明装置１によれば、該装置１から照射される光は、面状の蛍光体部材２からの発光（無配光）と、蛍光体部材２に吸収されなかった固体発光部３からの光（蛍光体部材２により反射されて無配光になる）との混合光になるので、蛍光体部材２全体が発光して、配光も無配光になる。従って、固体発光部３個々の発光に伴う蛍光体部材２での輝度むらを低減でき、粒々感やぎらつき感が少なくなり、また、光均一度の高い無配光性の照明空間を演出することが可能となる。

以下に、同上実施形態の各種変形例に係る照明装置について図３以下を参照して説明する。図３に示す変形例においては、光学部材４として、固体発光部３からの光を拡散反射させる反射部材４０を用いている。固体発光部３は、蛍光体部材２を挟んで両側に設けられ、ここでは、筐体５の底部に取り付けられている。反射部材４０は、固体発光部３のそれぞれに対応して設置され、固体発光部３の下方に、蛍光体部材２に臨むように筐体５の側壁部に取り付けられている。反射部材４０は、高反射ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）製のものや、アルミなどの金属製のもの、高反射セラミック製のもの、樹脂や金属などの基材にアルミや銀による蒸着を施して反射面が形成されたもののいずれであってもよい。反射部材４０の形状は、特に限定されず、例えば、板状のものや、光拡散性を高めるため反射面が凸状に湾曲したものであってもよい。

この変形例によれば、固体発光部３からの光は反射部材４０により拡散反射され、この拡散光Ｌ１が蛍光体部材２の表面側に入射し、当該表面側から拡散光Ｌ１による励起光Ｌ２が導出される。従って、上記実施形態と同様に、固体発光部３個々の発光に伴う輝度むらが低減され、粒々感やぎらつき感などが少ない発光面が得られる。

図４に示す変形例においては、光学部材４が、固体発光部３からの光を蛍光体部材２に入射させる投光手段を構成している。光学部材４は、固体発光部３を覆う透光性の光拡散部材４１と、光拡散部材４１による拡散光Ｌ１を蛍光体部材２に向けて反射する反射部材４２とを有する。反射部材４２は、光拡散部材４１の周囲を囲むように設けられ、蛍光体部材２への拡散光Ｌ１の入射効率を高めるものとなっている。反射部材４２は、高反射ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）製のものや、アルミなどの金属製のもの、高反射セラミック製のもの、樹脂や金属などの基材にアルミや銀による蒸着を施して反射面が形成されたもののいずれであってもよい。

この変形例によれば、固体発光部３から蛍光体部材２に入射する光量が高くなり、装置１全体として光の利用効率の向上を図れる。

図５に示す変形例は、蛍光体部材２と固体発光部３の間に、固体発光部３からの光と蛍光体部材２から導出される励起光Ｌ２を制御する第２の光学部材６を備える。第２の光学部材６は、固体発光部３からの光を透過して蛍光体部材２側に入射させる一方、蛍光体部材２からの励起光を固体発光部３側へ入射させないように被照明対象に反射するものとなっている。第２の光学部材６は、例えば、透明樹脂やガラスなどの表面に、酸化ニオブから成る光学膜及びシリカから成る光学膜を多層形成した多層フィルターにより構成される。

上記構成において、固体発光部３からの光は、光学部材４により拡散され、この拡散光Ｌ１が第２の光学部材６を透過して蛍光体部材２に入射する。蛍光体部材２に入射した拡散光Ｌ１は、蛍光体部材２によって波長変換され、励起光Ｌ２として蛍光体部材２から導出される。このとき、導出された励起光Ｌ２の一部は、固体発光部３側に向けて進行するが、第２の光学部材６で被照明対象側に反射される。

この変形例によれば、蛍光体部材２から導出される励起光Ｌ２のうち、固体発光部３側へ戻る光を第２の光学部材６によって被照明対象に向けて配光することができるので、装置１全体として光効率の向上を図れる。

図６に示す変形例においては、固体発光部３と蛍光体部材２とは、同一の放熱部材７に取り付けられる。放熱部材７は、放熱性に優れた材料、例えばアルミニウム、銅など用いて形成されたヒートシンクにより構成される。放熱部材７は、蛍光体部材２と蛍光体部材２を挟んで両側に設置された固体発光部３とをその背面側から保持するものとなっており、ここでは筐体５の底部に一体構成されている。

この変形例によれば、固体発光部３及び蛍光体部材２から発生する熱を放熱部材７を通して放出することができるので、固体発光部３及び蛍光体部材２の温度消光を低減して照明効率の向上を図れる。

図７及び図８に示す変形例において、蛍光体部材２は、異なる種類の蛍光領域２ａ，２ｂを有し、この蛍光領域２ａ，２ｂに対応した種類の異なる励起光Ｌ２を被照明対象に導出する。蛍光領域２ａ，２ｂは、励起時における発光色が異なる２種類の蛍光領域であり、例えば、緑色の蛍光領域と赤色の蛍光領域とを組み合わせて成り、これら各色の領域が互い違いになるようにマトリクス状に配置されている。

この変形例によれば、固体発光部３を異なる種類の蛍光領域２ａ，２ｂに応じて部分的に発光させることにより、その蛍光領域２ａ，２ｂから特定の励起光Ｌ２を導出させることができるので、照明光の色を自在に変えることができる。例えば、常夜灯のような色温度の低い電球色照明と、蛍光灯のような色温度の高い白色照明とに切り替え点灯するといった使用が可能となる。また、異なる種類の蛍光領域２ａ，２ｂが互い違いに配置されるので、導出された励起光Ｌ２の蛍光体による再吸収を防止でき、照明効率の向上を図れる。

図９に示す変形例において、蛍光体部材２は、入射導出面が蛍光材料２０のみで構成されている。この蛍光体部材２の生成方法としては、例えば、透明樹脂の表面に所定の蛍光材料２０を静電塗布によって形成する方法が挙げられる。また、有機溶剤に蛍光材料を分散したものをガラスなどの耐熱性の透明部材に塗布し、その後焼成によって有機溶剤を飛ばして蛍光材料だけを残すようにしてもよい。

この変形例によれば、蛍光体部材２の入射導出面が蛍光材料２０のみで構成されているので、一般的なＬＥＤパッケージに用いられる蛍光体層（蛍光材料に加えて樹脂材料を含有している）などで生じる樹脂の劣化による光のロスを無くすことができる。ひいては、固体発光部３からの光に紫外線（ＵＶ、ＮＵＶ）などが含まれていても、蛍光体部材２が劣化することが少なくなる。

図１０に示す変形例においては、蛍光体部材２が装置１の筐体５に着脱自在であり、発光色や劣化速度など種類が異なる別の蛍光体部材２１と交換できるようになっている。

この変形例によれば、蛍光体部材２の交換を自由に行うことが可能となり、装置全体を取り替えなくとも、白色や電球色など照明空間の雰囲気を自由に変えることができる。また、蛍光体部材２は電気系統を含まないので、ＬＥＤチップなど電気系統を含む固体発光部３を交換するような場合に比し、交換作業が容易である。

図１１に示す変形例において、蛍光体部材２は、その背面側に光反射部２２を備えている。光反射部２２は、高反射ＰＢＴ製のものや、アルミなどの金属製のもの、高反射セラミック製のもの、樹脂や金属などの基材にアルミや銀による蒸着を施して反射面が形成されたものなどを用いることができる。

この変形例によれば、蛍光体部材２が励起されると励起光Ｌ２が全方向に出射されるが、そのうちの蛍光体部材２の背面側に向かう光を光反射部２２により被照明対象側に反射させ、励起光Ｌ２の導出効率を高めることができる。

図１２に示す変形例において、蛍光体部材２は、その背面側に熱伝導部材８を備えている。熱伝導部材８は、熱伝導の高い金属、例えばアルミニウム、銅などにより形成され、ここでは、固体発光部３の背面側にある放熱部材７と接するように設けられている。

この変形例によれば、蛍光体部材２から発生する熱を熱伝導部材８を通して放出し易くすることができるので、蛍光体部材２の温度消光を抑制して照明効率の向上を図れる。

図１３に示す変形例において、蛍光体部材２は冷却装置９を備えている。冷却装置９は、例えば、ファンやペルチェなどの冷却装置であり、ここでは、蛍光体部材２の背面に放熱部材７を介して取り付けられている。蛍光体部材２は、冷却装置９に代えて、放熱フィンなどの冷却部材を備えていてもよい。

この変形例によれば、蛍光体部材２及びその周辺の温度を冷却することができ、蛍光体部材２の温度消光が抑制され、照明効率の向上を図れる。

図１４に示す変形例においては、光学部材４として、固体発光部３からの光を拡散透過させるレンズ体４３を用いており、レンズ体４３が固体発光部３に対して可動に設けられている。レンズ体４３は、蛍光体部材２と固体発光部３の間にあって、該レンズ体４３が前後に移動することにより、固体発光部３からの光の集光度合いを可変するものとされる。

この変形例によれば、レンズ体４３の可動によって固体発光部３から蛍光体部材２に照射される光の面積が変わるので、蛍光体部材２の発光パターン（輝度や発光位置など）を変化させることが可能となる。また、蛍光体部材２が異なる種類の蛍光領域２ａ，２ｂに分離されているような場合（図７、図８参照）、レンズ体４３の可動によって各蛍光領域２ａ，２ｂへの照射光の面積割合が変わり、蛍光体部材２の発光色を変化させることができる。

図１５及び図１６に示す変形例において、蛍光体部材２は、異なる種類の蛍光領域２ａ，２ｂを有し、この蛍光領域２ａ，２ｂの固体発光部３に対する向きが可動に設けられている。蛍光領域２ａ、２ｂは、励起時における発光色が異なる２つの蛍光領域であり、例えば、緑色の蛍光領域と赤色の蛍光領域とを組み合わせて成り、これら各色の領域が装置１の長手方向において並列に配置されている。蛍光体部材２は、筐体５に対して軸２２を中心に回転自在に設けられ、その回転により蛍光領域２ａ，２ｂが固体発光部３に対して正対する向きが変化するものとされる。

この変形例によれば、蛍光領域２ａ，２ｂの固体発光部３に対する向きを可動させる（蛍光体部材２を回転させる）ことで、蛍光体部材２から導出される励起光Ｌ２の位置方向が変わり、光の照射パターンを変更することができる。例えば、蛍光領域２ａを白色の発光パターンとし、蛍光領域２ｂを電球色の発光パターンとした場合、蛍光体部材２を１８０度回転させると、軸２２を中心として各色の発光パターンが点対称に入れ替わったような配光を行うことが可能となる。

図１７に示す変形例において、固体発光部３は、光出射量が可変とされている。筐体５内には、例えば、固体発光部３の光出射量を調節する調光器１０が設けられる。

この変形例によれば、固体発光部３の光出射量を変えることにより、蛍光体部材２の発光強度が変化し、被照明対象に向けて輝度の異なる照明を行うことが可能となる。

なお、本発明は、上記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、固体発光部３はＬＥＤチップに限られず、有機ＥＬ素子などであってもよい。

１ 照明装置
２ 蛍光体部材
２ａ、２ｂ 蛍光領域
２０ 蛍光材料
２２ 光反射部
３ 固体発光部
４ 光学部材
４０ 反射部材
４３ レンズ体
６ 第２の光学部材
７ 放熱部材
８ 熱伝導部材
９ 冷却装置（冷却部材）

Claims (14)

1. 所定の発光領域に合わせて面状に構成され、被照明対象を照らすための蛍光体部材と、
   前記蛍光体部材とは離間して設けられた複数の固体発光部と、
   前記固体発光部からの光を拡散させ、この拡散光を前記蛍光体部材の表面側に入射させる光学部材とを備え、
   前記蛍光体部材は、その表面側に前記光学部材による拡散光が入射されることにより励起され、当該表面側から前記拡散光による励起光を導出することを特徴とする照明装置。
2. 前記光学部材は、前記固体発光部からの光を拡散反射させる反射部材であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記光学部材は、前記固体発光部からの光を前記蛍光体部材に入射させる投光手段を構成することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
4. 前記蛍光体部材は、該蛍光体部材から導出される励起光が前記固体発光部からの光と混合され得る距離に配置され、
   前記蛍光体部材と固体発光部の間には、前記固体発光部からの光を透過して蛍光体部材側に入射させる一方、前記蛍光体部材からの励起光を固体発光部側へ入射させないように被照明対象に反射する第２の光学部材が設けられ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。
5. 前記固体発光部と前記蛍光体部材とは、同一の放熱部材に取り付けられ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。
6. 前記蛍光体部材は、異なる種類の蛍光領域を有し、この蛍光領域に対応した種類の異なる励起光を被照明対象に導出することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の照明装置。
7. 前記蛍光体部材は、入射導出面が蛍光材料のみで構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の照明装置。
8. 前記蛍光体部材は、装置の筐体に着脱自在に構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の照明装置。
9. 前記蛍光体部材は、その背面側に光反射部を備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の照明装置。
10. 前記蛍光体部材は、熱伝導部材を備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の照明装置。
11. 前記蛍光体部材は、冷却部材又は冷却装置を備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の照明装置。
12. 前記光学部材は、レンズ体から成り、前記固体発光部に対して可動に設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載の照明装置。
13. 前記蛍光体部材は、異なる種類の蛍光領域を有し、この蛍光領域の固体発光部に対する向きが可動に設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか一項に記載の照明装置。
14. 前記固体発光部は、光出射量が可変であることを特徴とする請求項１乃至請求項１３のいずれか一項に記載の照明装置。

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