JP2013251081A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】透光カバーの大きさを大きくすることなく側面あるいは背面方向まで光を照射することできる照明装置を提供する。
【解決手段】照明装置は、前面部２ａを有する基材２と、基材の前面部に設けられ、可視光線を放出する光源６と、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、この光源から放出される光の光度が前面部の法線方向で強くなる指向性を有している。透光カバーは、光源に対向する前面領域４ａと、基材から前面領域まで延びる側面領域４ｂと、前面領域と側面領域との間に位置する対角領域４ｃと、を有し、断面の曲率が前面領域および側面領域よりも対角領域で大きく、透光カバーの断面において、側面領域の基材側の端部４ｄの径をＷ、対角領域の曲率最大部と側面領域の基材側端部との水平距離をＤとするとき、０．０２≦Ｄ／Ｗ≦０．３５ であり、透光カバーの透過率が７０％以下である。
【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る。

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提案されている。

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

我々は、背景技術で述べた課題を克服するため、特願２０１１−４２６９７、特願２０１１−１４６５８１にて、透光カバーの透過率を下げることで透光カバーの拡散性を向上し、膨らんだ形状あるいは縦長形状の透光カバーの表面法線方向に主たる照射を行わせることで側面あるいは背面方向まで光を照射させる、技術を提案した。

しかしながら、これらの照明装置では、透光カバーが大きくなり放熱機能の制限や照明装置のサイズ超過を招く場合がある。

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、透光カバーの大きさを大きくすることなく側面あるいは背面方向まで光を照射することできる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、前面部を有する基材と、前記基材の前面部に設けられ、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、を備えている。前記光源は、この光源から放出される光の光度が前記前面部の法線方向で強くなる指向性を有し、前記透光カバーは、前記光源に対向する前面領域と、前記基材から前記前面領域まで延びる側面領域と、前記前面領域と側面領域との間に位置する対角領域と、を有し、断面の曲率が前記前面領域および側面領域よりも対角領域で大きく、前記透光カバーの断面において、前記側面領域の前記基材側の端部の径をＷ、前記対角領域の曲率最大部と前記側面領域の前記基材側端部との水平距離をＤとするとき、０．０２≦Ｄ／Ｗ≦０．３５であり、前記透光カバーの透過率が７０％以下である。

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、照明装置の透光カバーの形状を種々変えたときの、透光カバーの透過率と半値配光角２θ・１／２との関係を示す図。 図３は、前記透光カバーの形状を規定するＤ／Ｗと半値配光角２θ・１／２の関係を示す図。 図４は、形状の異なる複数の透光カバーを示す断面図。 図５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。

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ている。

ＬＥＤ電球１は、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４と、口金３と、を備えている。基材２は、金属製の筐体かつ放熱部材であり、上部がほぼ切頭円錐状に形成されているとともに上端に平坦な前面部２ａを有し、下端に口金３が取り付けられている。基材２の内部には、光源６を駆動する駆動回路７が収納されている。基材２は、透光カバー４および口金３を保持してＬＥＤ電球１の外面形状を形成するとともに、光源６の熱に対するヒートシンクと放熱部材を兼ねている。光源６が実装された基板５および透光カバー４は、基材２に支持されている。

基材２の前面部２ａに基板５が固定され、この基板５に光源６が実装され、前面部２ａのほぼ中央部に位置している。光源６としてのＬＥＤは、このＬＥＤから放出される光の光度が、発光面の法線方向で強く、背面側で零となる指向性を有している。

ＬＥＤ電球１の透光カバー４は、例えば、断面に略台形形状を有した円錐台に形成され、その底部の開口端４ｄが基材２に固定されている。これにより、透光カバー４は、光源６の前面側および側面側を覆っている。すなわち、透光カバー４は、光源６の前面に対向する前面領域４ａと、基材２から前面領域４ａまで延びる側面領域４ｂと、前面領域４ａと側面領域４ｂとの間に位置する対角領域４ｃと、を有している。そして、透光カバー４の断面の曲率は、前面領域４ａおよび側面領域４ｂよりも対角領域４ｃで大きく、対角領域４ｃに曲率最大点１０を有している。

透光カバー４は、その断面の上部台形縁の径あるいは幅が底部の断面径あるいは幅よりも小さい円錐台形状を有している。透光カバー４は、ポリカーボネート製の樹脂に光を散乱する散乱材を混ぜた材料で射出成型により形成されている。透光カバー４は、透過率が約７０％以下となるように厚さと散乱材の濃度を設計している。

透光カバー４は、光源６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している。本実施形態において、透光カバー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。なお、実施形態において、発光面に垂直な上方向（法線方向）を前面方向、発光面と平行な方向を側面方向、発光面に垂直な下方向を背面方向としている。

ＬＥＤ電球１では、基材２の背面側端に設けられた電源供給側の端子である口金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。

透光カバーの透過率は、従来は８０〜９０％、あるいは、透明としているのに対して、第１の実施形態によれば、上述したように、透光カバー４の透過率は、７０％以下と低く設定している。

図２は、ＬＥＤ電球１において、異なる形状を有した複数の透光カバー４について、透過率を８０〜４０％まで変えたときの半値配光角（２θ・１／２）を示す図である。横軸は透光カバー４と同じ材質、板厚の板片にてＪＩＳ−Ｋ−７３６１に記載された全光線透過率測定に基づく透過率を示し、縦軸は光度が半減する角度範囲（半値配光角）を示している。

図１に示すように、透光カバー４の側面領域４ｂの基材側端部４ｄの径（幅）をＷ、基材２の前面部２ａに垂直な方向に沿った側面領域４ｂの高さをＨとする場合、図２は、透光カバー４のＷとＨを一定とし、透光カバーの形状が半球形、筒形、円錐台形と異なる形状とした場合の半値配光角の拡がりを比較している。一般的形状である半球形と比べて筒形の半値配光角の変化は少ないが、円錐台形では透過率７０％以下で格段に半値配光角が拡がる事が判る。これは、透光カバー４の透過率が７０％以上では指向性の強い光が透光カバー４を透けてしまうが、透過率７０％以下では、透光カバー４に入射する２次光線が反射散乱するため、半値配光角の拡がりは形状に大きく左右されるためである。

図３は、ＬＥＤ電球１において、透光カバーの透過率を一定、例えば、５８％として、透光カバーを複数形状に変化させ場合の半値配光角を示している。ここでは、台形度合いを示す指標として、透光カバーの断面における曲率最大点１０と側面領域４ｂの基材側端部４ｄとの水平距離（基材前面部と平行な方向に沿った距離）Ｄを定義し、Ｗ、Ｈを維持したままＤを変えたときの横軸Ｄ／Ｗに対する変化である。すなわち、Ｄ／Ｗが０では上部台形縁と底部縁が同じ径の円筒形状となり、０＜（Ｄ／Ｗ）＜０．５の範囲では、Ｄ／Ｗ値が大きい程に上部台形縁の径が小さな円錐台形状となる。Ｄ／Ｗが０．５では、透光カバーの断面形状が直角二等辺三角形となる。

図２および図３から、ＬＥＤ電球１の半値配光角は、透光カバー４が透過率７０％以下、かつＤ／Ｗ＝０．１２を中心として０．０２≦Ｄ／Ｗ≦０．３５の範囲の台形状の場合に１６０度以上に拡がり、０．１≦Ｄ／Ｗ≦０．２の台形状で１８０度以上に拡がる事が判る。

透光カバー４の透過率が７０％以下の場合、光源６から出た光は透光カバー４内部の拡散材により十分に拡散される。そのため、透光カバー４の表面の法線方向からなす角度をθとしたとき、ｃｏｓθに従う配光分布で放出される。これにより、半値配光角を拡大するには、Ｄ／Ｗが小さく側面領域４ｂの傾斜が小さいほうが望ましい。反面、Ｄ／Ｗが小さすぎると側面領域４ｂが光源６に対して立ちすぎてしまい、側面領域４ｂに入射する光が減ってしまう。このため、前述した側面領域４ｂの傾斜角度による放出方向と入射する光量は背反関係となる。図３は、半値配光角に対して背反関係の二つの効果が組み合わさった結果であり、０．０２≦Ｄ／Ｗ≦０．３５の台形状で半値配光角の拡大効果が最も強くなることが判る。

以上のように構成されたＬＥＤ電球１によれば、透光カバー４をその断面形状がほぼ台形となるように形成することにより、透光カバーの大きさを大きくすることなく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。

図４は、第１の実施形態の透光カバー４の変形例を示している。図４（ａ）に示すように、第１の実施形態の透光カバー４は対角領域４ｃが角ばった円錐台形としたが、商品としては透光カバー４に丸みを持たせた意匠が重要となる。変形例では、図４（ｂ）に示すように、透光カバー４の対角領域（角部）４ｃに丸みを持たせた形状、あるいは、図４（ｃ）に示すように、透光カバー４の前面領域４ａおよび側面領域４ｂを湾曲させて丸みを持たせるとともに、対角領域４ｃに丸みを持たせた形状としている。

このような丸みを帯びた台形形状は、透光カバー４の断面の曲率が前面領域４ａおよび側面領域４ｂよりも対角領域４ｃで大きくなることで定義される。Ｄの定義も、対角領域４ｃの曲率最大点１０と側面領域４ｂの基材側端部４ｄとの水平距離と定義し直すことで、上述した効果を適用することができる。

図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す透光カバー４は、いずれもＤ／Ｗは１．２で、（ａ）⇒（ｂ）⇒（ｃ）となるほど角部（対角領域）が丸くなっている。角部を丸くしていくと若干配光角が狭まる傾向にあるが、同じ幅、高さの楕円形状に比べれば配光角を拡げることができる。

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５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８の断面を示している。ＬＥＤ蛍光灯８は、図示の断面構造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蛍光灯８は、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４と、を備えている。光源６が実装された基板５および透光カバー４は、基材２の前面部２ａに支持されている。光源６は、表面実装タイプのＬＥＤを、基材２の前面部２ａ上に直線状に、あるいは、環状に、複数並べて構成されている。光源６としてのＬＥＤは、このＬＥＤから放出される光の光度が、発光面の法線方向で強く、背面側で零となる指向性を有している。

透光カバー４は、例えば、断面に略台形形状を有し、その底部の開口端４ｄが基材２に固定されている。これにより、透光カバー４は、光源６の前面側および側面側を覆っている。すなわち、透光カバー４は、光源６の前面に対向する前面領域４ａと、基材２から前面領域４ａまで延びる側面領域４ｂと、前面領域４ａと側面領域４ｂとの間に位置する対角領域４ｃと、を有している。そして、透光カバー４の断面の曲率は、前面領域４ａおよび側面領域４ｂよりも対角領域４ｃで大きく、対角領域４ｃに曲率最大点１０を有している。

透光カバー４は、その断面の上部台形縁の径あるいは幅が底部の断面径あるいは幅よりも小さいほぼ台形状を有している。また、透光カバーは、その断面形状が、０．０２≦Ｄ／Ｗ≦０．３５の範囲の台形状となるように形成されている。透光カバー４は、光源６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している。本実施形態において、透光カバー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が、ＬＥＤ蛍光灯８においては透光カバー４を管状に形成することもあり、この場合は発光する領域を透光領域として透光カバー４と透光領域を区別する。透光カバー４は、ポリカーボネート製の樹脂に光を散乱する散乱材を混ぜた材料で押出成型により形成されている。この透光カバー４は、透過率が約７０％以下となるように厚さと散乱材の濃度を設計している。
ＬＥＤ蛍光灯８は、基材２内に設けられ駆動回路７を備えていてもよい。ＬＥＤ蛍光灯８では、駆動回路を照明装置とは別に設けられもよい。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。

以上のように構成されたＬＥＤ蛍光灯８によれば、透光カバー４をその断面形状がほぼ台形となるように形成することにより、透光カバーの大きさを大きくすることなく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。

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…前面部、３…口金、４…透光カバー、
４ａ…前面領域、４ｂ…側面領域、４ｃ…対角領域、４ｄ…基材側端部、
５…基板、６…光源、８…ＬＥＤ蛍光灯

Claims (5)

1. 前面部を有する基材と、
   前記基材の前面部に設けられ、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、この光源から放出される光の光度が前記前面部の法線方向で強くなる指向性を有し、
   前記透光カバーは、前記光源に対向する前面領域と、前記基材から前記前面領域まで延びる側面領域と、前記前面領域と側面領域との間に位置する対角領域と、を有し、断面の曲率が前記前面領域および側面領域よりも対角領域で大きく、前記透光カバーの断面において、前記側面領域の前記基材側端部の径をＷ、前記対角領域の曲率最大部と前記側面領域の前記基材側端部との水平距離をＤとするとき、
   ０．０２≦Ｄ／Ｗ≦０．３５ であり、
   前記透光カバーの透過率が７０％以下である照明装置。
2. 前記透光カバーは、略台形の断面形状を有し、前記基材側の底面が開口している請求項１に記載の照明装置。
3. 前記透孔カバーの前記対角領域は、湾曲している請求項１又は２に記載の照明装置。
4. 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３のいずれか１項に記載の照明装置。
5. 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３のいずれか１項に記載の照明装置。

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