JP2014056709A

JP2014056709A - 照明器具

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Publication number: JP2014056709A
Application number: JP2012200824A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Sekii; 広行関井; Tetsuya Nishi; 哲也西; Kyohei Nakamura; 恭平中村
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2012-09-12
Filing date: 2012-09-12
Publication date: 2014-03-27
Anticipated expiration: 2032-09-12
Also published as: JP5954663B2

Abstract

【課題】導光板の輝度むらを抑制した複数のＬＥＤの光を導く導光板を備えた照明器具を提供する。
【解決手段】ＬＥＤ２は多角環状に配置され、導光板３は環状に配設され、ＬＥＤ２の光を内周面から導入し、外周方向に伝播しつつ外部に導出する。導光板３の内周面はＬＥＤ２により形成される多角環の辺毎にＬＥＤ２と対向する一連の複数の入射面３２を有する。隣り合う入射面３２の連接部分３２ａには、その隅を埋めるようにコーナ部材３６が導光板３と一体的に形成されている。各辺のＬＥＤ２の光のうち、コーナ部材３６の表面から導光板３に入射する光は、その表面で、導光板３による光伝播方向に対して側方に、より大きな角度で進むように屈折する。従って、導光板３における各辺のＬＥＤ２の光の伝播領域Ａ１が拡がり、各伝播領域Ａ１の輝度が低くなる。その結果、隣り合う伝播領域Ａ１の重なる領域Ａ２と重ならない領域Ａ３との輝度差が小さくなる。
【選択図】図３

Description

本発明は、発光素子から導入した光を伝播しつつ外部に導出する導光板を備えた照明器具に関する。

従来の照明器具の構成を図７及び図８に示す。その照明器具１００は、ライン状に並んだＬＥＤ１０１を有し八角環状に配置された８つのＬＥＤラインユニット（以下、単にＬＥＤユニットという）１０２と、ＬＥＤユニット１０２を囲うように配設された環状の導光板１０３とを備える。ＬＥＤユニット１０２は、導光板１０３の内周面に向かって光を出射する。導光板１０３は、その内周面に、ＬＥＤユニット１０２にそれぞれ対向する複数の入射面１０４を有する。導光板１０３は、ＬＥＤユニット１０２により出射された光を入射面１０４から導入し、その光を導光板１０３の外周方向に伝播しつつ、外部に放射する。

特開２０１１−２２２４２０号公報

上述した照明器具１００における導光板１０３の輝度分布について説明する。ここで、導光板１０３がアクリルにより構成され、屈折率が１．４９であるとする。その場合、上記図８に示されるように、導光板１０３の入射面１０４から入射する光について、入射角をθ_１、屈折角をθ_２とすると、スネルの法則により下記の式（１）が成り立つ。

上記の式（１）によれば、入射角θ_１が最大であって９０度の場合、屈折角θ_２は略４２度になる。従って、各ＬＥＤユニット１０２の光放射強度分布がランバート分布と称される広角の分布であったとしても、各入射面１０４から入射した光は、入射面１０４と直交する方向に対して最大で略４２度の方向までしか拡がらない。そのため、配光が挟角になって、光が狭い領域に集まり、輝度が高くなる。その結果、上記図７に示されるように、隣り合う入射面１０４から入射した光の伝播領域Ａ１’のうち、互いに重なり合う領域Ａ２’とそれ以外の領域Ａ３’との間の輝度差が大きくなる。従って、それらの領域Ａ２’、Ａ３’の境界が明確になり、輝度むらが目立ってしまう。

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、複数の発光素子から導入した光を伝播しつつ外部に導出する導光板を備えた照明器具において、導光板の輝度むらを抑制することができる照明器具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本発明の照明器具は、多角環状に配置された複数の発光素子と、前記複数の発光素子を囲うように配設され、該複数の発光素子からの光を導入し、その導入した光を伝播しつつ、外部に導出する環状の導光板と、を備えた照明器具において、前記導光板は、前記複数の発光素子の光を該導光板の内周面から導入し、その導入した光を該導光板の外周方向に伝播しつつ、外部に導出するように構成され、前記導光板の内周面は、前記複数の発光素子により形成された多角環の辺毎に該発光素子と対向し該発光素子の光が入射する一連の複数の入射面を有し、前記導光板における隣り合う前記入射面の連接部分には、その隅を埋めるようにコーナ部材が該導光板と一体的に形成されていることを特徴とする。

前記コーナ部材の表面は、Ｒ形状に形成されていることが好ましい。

前記コーナ部材の表面は、その表面から前記導光板に入射する光を拡散させるように形成されていることが好ましい。

前記複数の発光素子の配置形状は、正多角環状であることが好ましい。

本発明によれば、多角環状の各辺に配置された発光素子の光は、導光板の内周面に在る各入射面とその両側のコーナ部材の表面とから導光板に入射する。両側のコーナ部材の表面から入射する光は、それらの表面で、導光板による光伝播方向に対して両側方に、より大きな角度で進むように屈折する。そのため、導光板における各辺の発光素子の光の伝播領域が拡がり、各伝播領域の輝度が低くなる。その結果、隣り合う伝播領域のうち、重なる領域と重ならない領域との間の輝度差が小さくなり、輝度むらを抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る照明器具の断面図。上記照明器具におけるカバーを外した状態の器具下方から見た平面図。上記照明器具におけるＬＥＤラインユニット及び導光板の内周部の器具下方から見た平面図。上記導光板の入射面連接部の器具下方から見た平面図。上記実施形態の第１の変形例に係る照明器具における導光板の入射面連接部の器具下方から見た平面図。上記実施形態の第２の変形例に係る照明器具における導光板の入射面連接部の器具下方から見た平面図。従来の照明器具の器具下方から見た平面図。上記照明器具における導光板の入射面連接部の器具下方から見た平面図。

本発明の一実施形態に係る照明器具について図面を参照して説明する。図１及び図２は、本実施形態の照明器具の構成を示す。この照明器具１は、住宅又はオフィス等の天井に設置され室内空間を照明する全般照明に好適である。照明器具１は、多角環状に配置された複数のＬＥＤ２（発光素子）と、それらのＬＥＤ２を囲うように配設された環状の導光板３とを備える。ＬＥＤ２は、導光板３に向かって光を出射するように配置されている。導光板３は、ＬＥＤ２の光を導光板３に導入する内周面３１を有し、その内周面３１から導入した光を導光板３の外周方向に伝播しつつ、外部に導出するように構成されている。導光板３の内周面３１は、ＬＥＤ２により形成された多角環の辺毎にＬＥＤ２と対向する一連の複数の入射面３２を有し、それらの入射面３２には、入射面３２にそれぞれ対向するＬＥＤ２の光が入射する。

また、照明器具１は、ＬＥＤ２が実装された複数の基板４と、上記の各部品を収納するケース５とを備える。ケース５は、ケース本体５１と、ケース本体５１に着脱自在に取り付けられるカバー５２とを有する。

ＬＥＤ２の配置形状は、正多角環状であって、例えば正八角環状であり、ＬＥＤ２は、正八角形の外郭に沿うように配列されている。ＬＥＤ２の配置数は、図示された数に限定されない。ＬＥＤ２は、ＬＥＤ２により形成される正八角環の辺毎に、１枚の基板４に等間隔に実装され、１つのＬＥＤラインユニット（以下、単にＬＥＤユニットという）２０を構成する。

各ＬＥＤ２は、例えば、ＳＭＤ（Surface Mount Device）タイプの白色ＬＥＤにより構成されるが、これに限定されない。各ＬＥＤ２は、青色ＬＥＤチップであってもよく、その場合、ＬＥＤユニット２０は、青色ＬＥＤチップが基板４に直接的に実装され、青色ＬＥＤチップ上に、青色光を黄色光に変換する蛍光体が設けられたＣＯＢ（Chip on Board）タイプとする。

導光板３は、上述した入射面３２に加え、入射面３２から入射した光を導光板３の外周方向に反射する上底面３３と、上底面３３による反射光及び内周面３１から入射し直接的に到来する光を外部に出射する下底面３４と、外周面３５とを有する。

入射面３２は、ＬＥＤ２の配置形状が正八角環状であることから、その配置形状に対応して８面設けられ、導光板３を平面視した状態で正八角形を形成している。上底面３３は、ケース本体５１側に在り、下底面３４は、カバー５２側に在る。不図示であるが、上底面３３には、表面加工が施されており、この表面加工は、内周面３１から導光板３に入射した光を反射し拡散させて下底面３４から面状に均一に出射させるための加工である。この表面加工の種類としては、微細プリズム形成、ドットのシルク印刷、又はレーザによるドット形成等が挙げられ、用途に応じて選択される。上記プリズム又はドットの密度分布は、下底面３４の輝度分布が一様分布となるように設計されている。また、上底面３３には、上底面３３における光反射効率及び光拡散効率を向上させるため、反射拡散シート６が設けられている。反射拡散シート６は、光反射性及び光拡散性の高いシートであり、導光板３の上底面３３から外部に出ようとする光を導光板３の内部に戻すように反射し拡散させる。

また、導光板３は、ＬＥＤ２により形成される正八角環と同心状に配置されるようにケース本体５１に取り付けられている。導光板３の外周形状は、外周面３５から出射される光量を各方向間で略等しくするため、例えば円状とされている。導光板３は、透明樹脂又は透明ガラス等により構成される。透明樹脂としては、アクリル、ポリカーボネート又はシクロオレフィン系等を用いることができるが、製造コスト及び光伝播効率の観点から、アクリルが望ましい。

基板４は、リジッド基板、フレキシブル基板又はリジッドフレキシブル基板により構成される。リッジド基板の場合、その材料として、紙フェノール、紙エポキシ、ガラスコンポジット、ガラスエポキシ、テフロン（登録商標）、アルミナ、低温同時焼成セラミックス、コンポジット又はハロゲンフリーが用いられる。フレキシブル基板の場合、その材料として、ポリイミド又はポリエステルが用いられる。基板４には、ＬＥＤ２の熱を外部に逃がすための放熱板が取り付けられていてもよい。

ケース本体５１は、樹脂又は金属等により構成され、天井等に設置される。カバー５２は、アクリル又はポリカーボネード等の透明樹脂に光拡散材を分散させたものであって、透光性及び光拡散性を有し、導光板３による導出光を透過し、拡散させる。上記光拡散材としては、例えば、酸化チタン又は炭酸カルシウム等を材料とした粒子が用いられる。

図３及び図４は、導光板３における隣り合う入射面３２の連接部分３２ａの構成を示す。連接部分３２ａには、その連接部分３２ａの隅３２ｂ（図４参照）を埋めるようにコーナ部材３６が導光板３と同一の材料により導光板３と一体的に形成されている。コーナ部材３６の表面は、平面である。その平面は、両側の入射面３２をそれぞれ含む２つの平面（破線で示す）に対して、互いに略等しい傾斜角θ_３の傾きを持つ。入射面３２は正八角形状に配設されており、連接部分３２ａの隅３２ｂの角度は略１３５度であることから、傾斜角θ_３は略２２．５度である。コーナ部材３６は、入射面３２におけるＬＥＤ２との対向箇所よりも隅３２ｂ側に配設されている。

ＬＥＤユニット２０の光は、そのＬＥＤユニット２０に対向する入射面３２と、その入射面３２の両側に在るコーナ部材３６の表面とから導光板３に入射する。この入射した光の導光板３内での拡がり方について、上記図４を参照して説明する。

ＬＥＤユニット２０の光のうち、端の方の光は、コーナ部材３６の表面から導光板３に入射する。ここで、コーナ部材３６の表面から入射する光について、入射角をθ_４とし、屈折角をθ_５とし、導光板３がアクリル（屈折率：１．４９）により構成されるとする。その場合、スネルの法則により、下記の式（２）が成り立つ。

コーナ部材３６の表面から入射する光のうち、最大の入射角θ_４で入射する光は、入射面３２と略平行に進む光である。その光の入射角θ_４は、傾斜角θ_３に基づいて求めると、略６７．５度である。この入射角θ_４の値を上記の式（２）に代入すると、屈折角θ_５は略３８．３度になる。この屈折角θ_５は、コーナ部材３６の表面と直交する方向に対する角度であり、この角度を、傾斜角θ_３に基づいて、入射面３２と直交する方向に対する角度θ_６に換算すると、その角度θ_６は略６０．８度になる。一方、入射面３２から入射する光の最大の屈折角θ_２は、上記の通り、略４２度である。この角度は、入射面３２と直交する方向に対する角度であり、角度θ_６（≒６１度）よりも小さい。

従って、入射面３２及びその両側のコーナ部材３６の表面から入射した光は、全体として、入射面３２と直交する方向に対して最大で略６１度の角度を持ち、かつ導光板３による光伝播方向に対して両側方に拡がるように伝播する。その結果、従来のようにコーナ部材３６が無く、光が最大で略４２度の角度で拡がる場合と比べ、配光が広角になる。

上記実施形態においては、各ＬＥＤユニット２０の光が、導光板３の内周面３１に在る各入射面３２とその両側のコーナ部材３６の表面とから導光板３に入射する。両側のコーナ部材３６の表面から入射する光は、それらの表面で、導光板３による光伝播方向に対して両側方に、より大きな角度で進むように屈折する。そのため、導光板３における各ＬＥＤユニット２０の光の伝播領域Ａ１が従来の伝播領域Ａ１’よりも拡がり、特に各伝播領域Ａ１の両端付近で輝度が低くなる（図３を再び参照）。その結果、隣り合う伝播領域Ａ１うち、重なる領域Ａ２と重ならない領域Ａ３との間の輝度差が小さくなる。従って、それらの領域Ａ２、Ａ３の境界を目立ち難くすることができ、導光板３の輝度むらを抑制することができる。

また、各ＬＥＤユニット２０は正多角環状に配置されることから、各ＬＥＤユニット２０の寸法又はＬＥＤ設置数等の構成を互いに同じとして各ＬＥＤユニット２０の共通化を図ることができる。従って、製造コストを削減することができる。

次に、上記実施形態の各種変形例に係る照明器具１について図面を参照して説明する。上記実施形態と同一の構成部材には同一の符号を付す。また、上記実施形態と相違する点についてのみ説明する。
（第１の変形例）
図５は、第１の変形例に係る照明器具１のコーナ部材３６の構成を示す。本変形例の照明器具１におけるコーナ部材３６の表面は、Ｒ形状に、かつ凹むように形成されている。

ところで、上記実施形態では、コーナ部材３６の表面は平面であるので、その表面から入射する光について、入射位置が異なっていたとしても、光の進む方向が同じであれば、入射角は同じになる。そのため、屈折角も同じになる。

一方、本変形例では、コーナ部材３６の表面がＲ形状に凹んでいるので、その表面から入射する光について、入射位置が異なると、光の進む方向が同じであったとしても、入射角が異なる。そのため、屈折角も異なる。このようにして、コーナ部材３６の表面に入射した光は、コーナ部材３６の表面の曲率に応じて拡がるように屈折し、広角に配光される。従って、各ＬＥＤユニット２０により出射され導光板３の入射面３２及びコーナ部材３６から入射する光について、光の伝播領域Ａ１をさらに拡げることができ、特に伝播領域Ａ１の端付近で輝度をさらに低下させることができる。

（第２の変形例）
図６は、第２の変形例に係る照明器具１のコーナ部材３６の構成を示す。本変形例の照明器具１におけるコーナ部材３６の表面は、その表面から導光板３に入射する光を拡散させるように形成されている。このような表面の形成方法としては、例えば、導光板３の作製後にサンドブラスト加工を施す方法がある。導光板３が金型による樹脂成形品である場合には、上記形成方法として、成形時に金型によって微細プリズムをコーナ部材３６の表面に形成する方法もある。本変形例においては、コーナ部材３６の表面から入射する光が拡散されるので、光の伝播領域Ａ１をさらに拡げることができ、特に伝播領域Ａ１の端付近で輝度をさらに低下させることができる。

なお、本発明は、上記の実施形態及び各変形例の構成に限定されるものでなく、使用目的に応じ、様々な変形が可能である。例えば、ＬＥＤ２の配置形状は、多角環状であればよく、正多角環状でなくても構わない。また、ＬＥＤ２は、砲弾タイプのＬＥＤにより構成されていてもよい。また、導光板３の輝度むらをさらに減らすため、導光板３の下底面３４に、透光性及び光拡散性を有する板状又はシート状の透光拡散部材を設けてもよい。

１照明器具
２ＬＥＤ（発光素子）
３導光板
３１内周面
３２入射面
３２ａ連接部分
３６コーナ部材

Claims

多角環状に配置された複数の発光素子と、前記複数の発光素子を囲うように配設され、該複数の発光素子からの光を導入し、その導入した光を伝播しつつ、外部に導出する環状の導光板と、を備えた照明器具において、
前記導光板は、前記複数の発光素子の光を該導光板の内周面から導入し、その導入した光を該導光板の外周方向に伝播しつつ、外部に導出するように構成され、
前記導光板の内周面は、前記複数の発光素子により形成された多角環の辺毎に該発光素子と対向し該発光素子の光が入射する一連の複数の入射面を有し、
前記導光板における隣り合う前記入射面の連接部分には、その隅を埋めるようにコーナ部材が該導光板と一体的に形成されていることを特徴とする照明器具。
前記コーナ部材の表面は、Ｒ形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の照明器具。
前記コーナ部材の表面は、その表面から前記導光板に入射する光を拡散させるように形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の照明器具。
前記複数の発光素子の配置形状は、正多角環状であ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器具。