JP2013149439A

JP2013149439A - Ｌｅｄ電球

Info

Publication number: JP2013149439A
Application number: JP2012008262A
Authority: JP
Inventors: 哲也 ▲高▼林; Tetsuya Takabayashi; Hidetoshi Kawai; 秀俊河合
Original assignee: Roki Co Ltd
Current assignee: Roki Co Ltd
Priority date: 2012-01-18
Filing date: 2012-01-18
Publication date: 2013-08-01
Anticipated expiration: 2032-01-18
Also published as: JP6126785B2

Abstract

【課題】グレアや影が発生しにくい優れた発光特性を持つＬＥＤ電球を提供すること。
【解決手段】ＬＥＤ発光体と、中実円柱状に形成されると共に、軸方向の一端が前記ＬＥＤ発光体と近接して配置された配光手段とを有し、前記配光手段は、他端に凹部が形成されると共に、側面に配光部を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＬＥＤ電球に関する。

ＬＥＤ電球は、白熱電球や蛍光灯に比べ、消費電力が小さく、製品寿命が長いといった利点があることから、近年急速に普及している。近時、ＬＥＤからの発光を目的に応じた形態で照射させるための種々の研究がなされており、たとえば、特許文献１には、コンパクトな構成でボタンの周囲を均一照明可能とすることを目的として、ボタン底面に光反射面を設け、反射面からの反射光を受光する受光面をリング状レンズ体に設けたＬＥＤレンズ構造が提案されている。また、特許文献２には、ＬＥＤ光源からの発光を所望方向へロスなく導光し、対象物へ集中的に射光させることを目的とし、湾曲面を持つ椀状のレンズをＬＥＤの発光部近傍に配置したＬＥＤランプが提案されている。また、特許文献３には、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を向上させることを目的とし、ＬＥＤの発光部近傍に配置した椀状のレンズに遮光マスクや光の拡散部を設けた照明器具が提案されている。

特開２０１０−１９８７５５号公報特開２００４−３５６５１２号公報特開２０１１−１３４５０９号公報

ところで、一般電球を用いた照明器具を、そのままＬＥＤ電球に適用した場合には、グレアや影が発生する問題が生じうる。本発明者らは、この問題について着目した結果、一般電球の配光曲線と、ＬＥＤ電球の配光曲線との違いがかかる問題の要因となることを見出した。以下に、従来のＬＥＤ電球の配光曲線について説明する。図１０は、従来のＬＥＤ電球の配光曲線を示す図であり、（Ａ）は昼白色、（Ｂ）は電球色の配光曲線である。図１０（Ａ）および（Ｂ）は、光源から光の出射方向（図中、鉛直方向下向き）を０度としたときの、３６０度方向の光度（ｃｄ）を表している。昼白色、電球色のいずれも、光の出射方向に対して水平方向よりも後ろ側（９０度〜２７０度）、すなわち図中上側ではほとんど光度が得られていない。

図１１は、従来のＬＥＤ電球と一般電球の配光曲線を比較して示す図であり、（Ａ）は電球単体の配光曲線を、（Ｂ）は電球を照明器具に取り付けた状態での配光曲線を表している。図１１（Ａ）に示すように、２種類のＬＥＤ電球は、いずれも光源よりも前方にのみ発光しているのに対し、一般電球は、光源の後方（９０度〜１８０度〜９０度）にも発光しており、ハート形の配光曲線を示す。

上記のような配光曲線を持つＬＥＤ電球を照明器具に取り付けた場合、図１１（Ｂ）に示すように、器具の反射板によって光が反射して、光源の前方にのみ、かつ、器具によって制限された範囲で発光するようになる。このようなＬＥＤ電球と一般電球の配光曲線の差異に基づき、本発明者は、一般電球に類似した配光曲線を示すＬＥＤ電球を作りだすことで、グレアや影が発生しにくい優れた発光特性を持つＬＥＤ照明器具を提供することができると考えた。しかし、一般電球のようなハート形の配光曲線を持つＬＥＤ電球は全く知られていない。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、グレアや影が発生しにくい優れた発光特性を持つＬＥＤ電球を提供することを主たる課題とする。

上記課題を解決するための本発明は、ＬＥＤ電球であって、ＬＥＤ発光体と、中実円柱状に形成されると共に、軸方向の一端が前記ＬＥＤ発光体と近接して配置された配光手段とを有し、前記配光手段は、他端に凹部が形成されると共に、側面に配光部を備えることを特徴とする。

また、前記配光部が、前記他端から前記軸方向に所定の間隔を有して形成されていてもよい。また、この所定の間隔が、前記凹部の縁部から底部までの距離よりも大きくてもよい。

また、前記配光部が、前記配光手段の側面に巻回される配光膜であってもよい。また、前記配光部が、前記配光手段の側面がスリガラス状に形成されることで構成されていてもよい。

また、前記凹部が、縁部から底部に向かうにつれて曲率が小さくなるように形成されていてもよい。また、前記配光手段の一端が、平面に形成されていてもよく、凸状に形成されていてもよく、凹状に形成されていてもよい。

本発明によれば、ＬＥＤ電球でありながら、一般電球に類似した配光曲線を有するので、従来のＬＥＤ電球の利点に加え、さらに、グレアや影が発生しにくい優れた発光特性を持つＬＥＤ電球を提供することができる。

本発明の一実施形態を示す模式図である。図１のＬＥＤ電球の断面図である。図１のＬＥＤ電球の先端部分の拡大断面図である。本発明の一実施形態であるＬＥＤ電球の配光曲線である。本発明の他の実施形態であるＬＥＤ電球の配光曲線である。本発明の他の実施形態であるＬＥＤ電球の配光曲線である。（Ａ）は、全光束測定の方法を示す概略図であり、（Ｂ）は、図４〜図６のＬＥＤ電球の全光束の測定結果を示す図である。本発明の第２実施形態の模式的断面図である。本発明の第３実施形態の模式的断面図である。従来のＬＥＤ電球の配光曲線を示す図である。従来のＬＥＤ電球と一般電球の配光曲線を比較した図である。

以下、本発明のＬＥＤ電球の実施形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態を示す模式図であり、図２は、図１のＬＥＤ電球１０の断面図である。同図に示すＬＥＤ電球１０は、ＬＥＤ発光体１２と、ソケット１４と、配光手段１６とを有している。

ＬＥＤ発光体１２は、本実施形態においては、複数のＬＥＤ素子を配列してシリコン樹脂等で固定した板状のもので、平面から略鉛直方向に光を出射する。

ソケット１４は、ＬＥＤ発光体１２への電力供給部と、ＬＥＤ電球１０を設置個所へ取り付ける取り付け部を備える従来公知のものを用いることができる。ソケット１４は、ワット数の大きいＬＥＤ発光体１２を用いる場合には、フィン数が多く、冷却効果の高いものを用いるのが好ましい。

また、図２に示すように、ＬＥＤ発光体１２の上方にはヒートシンク１５（放熱器１５）が設けられていることが好ましい。この構成によればＬＥＤ発光体１２から発生する熱によってソケット１４内の温度が上昇することを防止することができる。ヒートシンク１５の形状について特に限定はないが、放熱性能の点を考慮すると、ヒートシンク１５の表面積は広いことが好ましく、一般的にフィンと称呼される板や、剣山状、蛇腹状のものを好適に使用することができる。

ヒートシンク１５の材料としては、熱伝導性のよいものが好ましく、例えば、アルミニウム、銅などを好ましく使用することができる。

また、ワット数の大きいＬＥＤ発光体１２を用いる場合には、上述したヒートシンク１５にかえて、またはこれとともに、ソケット１４の内部にＬＥＤ発光体１２の冷却用ファン１７を設置するのが好ましい。冷却用ファン１７をソケット１４の内部に設置することで、ワット数が大きいＬＥＤ発光体１２を用いた場合であっても、ソケット１４内を一定の温度に保つことができ、ソケット内が高温になることで、ソケット１４や、電力供給部、配光手段１６等が破損することを防止することができる。

冷却用ファンは、ソケット内部の温度を一定に保つことができる位置に適宜設置することができ、設置個所について特に限定はない。好ましい形態としては、図２に示すようにＬＥＤ発光体１２の上方にヒートシンク１５が設けられており、ヒートシンク１５の上方に冷却用ファン１７が設けられた構成を挙げることができる。

配光手段１６は、中実円柱状に形成され光透過性を有する部材からなり、図２に示すように、配光手段１６は、その軸方向の一端である光源側端部１８がＬＥＤ発光体１２に対面するように配置され、フランジ部２２に取り付けられた図示しないボルト等でソケット１４に固定されている。また、図示する形態では、ＬＥＤ発光体１２は、フランジ部２２に固定された構成をとっている。配光手段１６のもう一方の端部である出光側端部２０は、ソケット１４の外部に突出しており、配光手段１６の円筒部分が、ソケット１４の外部に延在している。なお、図示する形態では、配光手段１６の光源側端部１８は、フランジ部２２を突出しない構成をとっているが、光源側端部１８がＬＥＤ発光体１２に対面するように配置され、ＬＥＤ発光体１２から発光される光が、円筒部分の内部を通過するように構成されていれば、この構成に限定されるものではない。例えば、配光手段１６の光源側端部１８が、フランジ部２２を貫通し、ソケット１４の内部方向に突出する構成をとっていてもよい。

配光手段１６の部材は、光透過性を有する従来公知の部材を適宜選択して用いることができる。このような部材としては、例えば、アクリル樹脂や、ポリカーボネートやガラス等を挙げることができる。特に、アクリル樹脂は、屈折率が大きい点で配光手段１６の部材として好ましく使用することができる。また、アクリル樹脂やポリカーボネート等の樹脂は、成形や加工が容易、かつ軽量である点で好ましい。

配光手段１６は、ＬＥＤ発光体１２の発光面積を覆う直径を有している。この要件を具備するものであれば、配光手段１６の直径について特に限定はないが、配光手段１６は、ＬＥＤ発光体１２の発光面積の１〜１．５倍程度の直径とするのが好ましい。配光手段１６の直径をこの範囲とすることで、ＬＥＤ発光体１２が小さい場合であっても、効果的に大きな部分の面積を発光させることができる。

なお、本実施形態では、□１８ｍｍのＬＥＤ発光体１２に対し、配光手段１６の円筒部分（フランジ部２２を除く部分）の直径はφ２０ｍｍとなっているが、本実施形態は、本発明の一例を示すものでありこの形態に限定されるものではない。

配光手段１６の光源側端部１８の形状について特に限定はなく、いかなる形状であってもよいが、本発明の一実施形態では、光源側端部１８は略平面に形成されている。

また、本発明では、配光手段１６の出光側端部２０には、凹部２４が形成されている。図３に、配光手段１６の出光側端部２０近傍の拡大断面図を示す。凹部２４は、縁部から底部に向かうにつれて曲率が小さくなるような曲面であり、いわゆる半たまご形である。凹部２４の縁部に近い部分は、曲率が大きく、テーパに近い。凹部２４を円錐ではなく曲面にすることで、出射する光のムラが中央部に集中するのを緩和することができる。凹部２４の底部の曲率は、上記効果を奏する範囲内で適宜設定することができ、凹部２４の底部の曲率について限定されることはない。

なお、本発明の一実施形態では、配光手段１６の直径が２０ｍｍであるのに対し、凹部１６の底部の曲率は直径１６ｍｍとなっているがこの形態に限定されるものではない。

図３に示される配光手段１６の直径ｄと、凹部２４の深さｈとの関係について特に限定はないが、出射効率の向上の点からは、凹部２４の深さｈは、配光手段１６の直径ｄよりも大きいことが好ましい。凹部の深さｈと、配光手段１６の直径ｄの、特に好ましい比率ｈ／ｄは、１．１〜１．２５程度である。

凹部２４の表面は、透明な面であってもよいが、その表面がスリガラス状に形成されていることが好ましい。あるいは、銀色塗装を施すことで凹部２４の表面を銀色の面としてもよい。凹部２４の表面をスリガラス状にすることや、銀色塗装を施すことで、透明な面と比較して反射率を高めることができる。なお、凹部の表面をスリガラス状にした場合には、反射率を５０〜８０％程度とすることができる。また、凹部の表面に銀色塗装を施した場合には、その塗装の厚みにもよるが、反射率をほぼ１００％とすることができる。

配光手段１６の側面、すなわち円筒面には、配光部２６が設けられている。円筒面に配光部２６を設けることで、配光手段１６に入射したＬＥＤ発光体１２からの光は、配光手段１６を光軸方向に進みながら、配光部２６によって乱反射して、その一部が配光手段１６の出光側端部２０から出光するとともに、一部は、配光部２６を透過して配光手段の円筒面から出光する。

配光部２６は、図１および図３に示すように、配光手段１６の出光側端部２０の端面から所定の間隔ｔだけ下がった位置から光源側端部１８にわたって連続して設けてある。より大きい光量を得るために、間隔ｔは、図３に示すように、出光側端部２０の凹部２４の深さｈよりもわずかに大きいことが好ましい。

配光部２６は、上記の作用効果を奏するものであればよく、例えば、配光手段１６の側面に光の透過が可能な配光膜を巻回すことで、上記効果を奏する配光部２６とすることができる。

配光部２６を形成する配光膜としては、例えば、粘着層を介して配光手段１６に密着された、光を透過することができる膜状のものであればよく、配光膜の材料としては、白色テープ等を挙げることができる。これ以外にも、配光手段１６の側面に、ゴム系材料を薄く塗装することにより配光膜を形成することもできる。ただし、膜厚がより均一にできる点で、塗装したものよりも白色テープ等を貼着したものの方が好ましく、良好な発光特性が得られる。

上記白色テープやゴム系材料を塗装する場合における、テープの巻き数や塗装量について特に限定はないが、配光膜形成後の光透過度が２０〜３０％程度となる範囲で配光膜が形成されていることが好ましい。

配光部２６の他の例としては、配光手段１６の側面をスリガラス状に加工することで配光部２６を形成することもできる。配光部２６をスリガラス状とした場合は、上述した配光膜を形成した場合よりも発光が弱くなる傾向にある。

フランジ部２２の材料について特に限定はなく、従来公知のいかなる材料であっても用いることができるが、フランジ部２２の材料として、配光手段１６と同様の材料を用いる場合、すなわち光を透過することのできる材料を用いる場合には、フランジ部２２の側面（円筒面）にも、上記と同様の配光部を設けるのが好ましい。なお、フランジ部２２の材料として光を透過させることができないプラスティック等を用いた場合には、当該処理は不要である。

次に、上記で説明した、本発明の発明特定事項を充足するＬＥＤ電球１０の発光特性について説明する。図４〜図６は、ＬＥＤ電球１０の配光曲線を示す。図４は、配光手段１６の側面に白色テープ（Ｅ−ＳＤ日東電工（株）製）を１重巻で密着せしめた配光部２６が設けられるとともに、配光手段１６の出光側端部２０に設けられた凹部２４の表面を銀色塗装したもの（ＬＥＤランプＮｏ.１）の発光特性の測定結果である。図５は、図４において、凹部２４の表面をクリアなもの（ＬＥＤランプＮｏ.２）に変更した時の発光特性の測定結果である。図６は、図４において、凹部２４の表面をスリガラス状に加工したもの（ＬＥＤランプＮｏ.３）に変更した時の発光特性の測定結果である。図４〜図６のいずれも、光源よりも後方に光度が得られており、略ハート形の配光曲線となった。なお、白色テープ（Ｅ−ＳＤ日東電工（株）製）を１重巻で密着されたときの光の透過率は３０％程度である。

図７（Ａ）は、ＬＥＤ電球１０の全光束測定の方法を示す概略図であり、図７（Ｂ）は、図４〜図６のＬＥＤランプＮｏ.１〜Ｎｏ.３の全光束の測定結果を示す表である。同図に示すように、ＬＥＤランプＮｏ.1の全光束は１６６０（ｌｍ）、ＬＥＤランプＮｏ.２の全光束は１７１０（ｌｍ）、ＬＥＤランプＮｏ.３の全光束は１９５０（ｌｍ）となり、凹部２４の表面をスリガラス状にしたＬＥＤランプＮｏ.３で最も大きな値が得られた。

このように、本発明のＬＥＤ電球１０は、光源の後方に左右それぞれに膨らみを持つ略ハート形の配光曲線を示し、これは、一般電球の配光曲線に類似する。すなわち、本発明のＬＥＤ電球１０は、一般電球同様に、後方への照射があり、従来のＬＥＤランプより照射角が広角である。したがって、器具へ取り付けたときは、前方照射および後方から反射板を利用した照射により、前方照射が増幅される利点がある。また、図４〜図６から、本発明のＬＥＤ電球１０は、９０度方向（光源の水平方向）にも配光があるので、ＬＥＤ電球１０だけでも全体照明として利用できる。

なお、平面への照度は、下記式（１）により算出できる。

上述の例では、配光手段１６の光源側端部１８は略平面としたが、他の実施形態として、図８に示すように、ＬＥＤ電球１０ａの配光手段１６は、光源側端部１８ａを凸状としてもよい。それにより、光源側端部１８ａが凸レンズとして作用し、効率よく集光することができる。図８は、光源側端部近傍の一例を示す拡大断面図である。

あるいは、図９に示すように、ＬＥＤ電球１０ｂの配光手段１６は、光源側端部１８ｂを凹状としてもよい。図９は、光源側端部近傍の一例を示す拡大断面図である。

なお、上記実施形態では、ＬＥＤ発光体１２として板状のものを用いているが、本発明はこれには限定されず、他の形状、例えば砲弾形のものを用いることも可能である。砲弾形のＬＥＤ発光体の場合は、平板状のものに比べて出光角度が狭く、指向性が高いので、配光手段１６の光源側端部１８の形状を、図９の例のように凹形状に形成し、配光手段１６に入射する光が拡散するようにするのが好ましい。

光源側端部１８の形状は、ＬＥＤ発光体の形態や、その他各部の形態等に応じて、所望の配光特性を得られるように、適宜選択すればよい。

以上、本発明のＬＥＤ電球について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で各種の変更が可能である。

１０、１０ａ、１０ｂＬＥＤ電球
１２ＬＥＤ発光体
１４ソケット
１５ヒートシンク
１６配光手段
１７冷却ファン
１８、１８ａ、１８ｂ光源側端部
２０出光側端部
２２フランジ部
２４凹部
２６配光部

Claims

ＬＥＤ発光体と、
中実円柱状に形成されると共に、軸方向の一端が前記ＬＥＤ発光体と近接して配置された配光手段とを有し、
前記配光手段は、他端に凹部が形成されると共に、側面に配光部を備えることを特徴とするＬＥＤ電球。
請求項１に記載のＬＥＤ電球において、
前記配光部は、前記他端から前記軸方向に所定の間隔を有して形成されることを特徴とするＬＥＤ電球。
請求項２に記載のＬＥＤ電球において、
前記所定の間隔は、前記凹部の縁部から底部までの距離よりも大きいことを特徴とするＬＥＤ電球。
請求項１から３のいずれか１項に記載のＬＥＤ電球において、
前記配光部は、前記配光手段の側面に巻回される配光膜であることを特徴とするＬＥＤ電球。
請求項１から３のいずれか１項に記載のＬＥＤ電球において、
前記配光部は、前記配光手段の側面がスリガラス状に形成されることで構成されていることを特徴とするＬＥＤ電球。
請求項１から５のいずれか１項に記載のＬＥＤ電球において、
前記凹部は、縁部から底部に向かうにつれて曲率が小さくなるように形成されることを特徴とするＬＥＤ電球。
請求項１から６のいずれか１項に記載のＬＥＤ電球において、
前記配光手段の一端は、平面に形成されることを特徴とするＬＥＤ電球。
請求項１から６のいずれか１項に記載のＬＥＤ電球において、
前記配光手段の一端は、凸状に形成されることを特徴とするＬＥＤ電球。
請求項１から６のいずれか１項に記載のＬＥＤ電球において、
前記配光手段の一端は、凹状に形成されることを特徴とするＬＥＤ電球。