JP2015065062A

JP2015065062A - 照明装置

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Publication number: JP2015065062A
Application number: JP2013198700A
Authority: JP
Inventors: 佐々木　淳; Atsushi Sasaki; 淳佐々木; 康広鎌田; Yasuhiro Kamata; 康秀岡田; Yasuhide Okada; 真川越; Makoto Kawagoe
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2013-09-25
Filing date: 2013-09-25
Publication date: 2015-04-09
Also published as: CN203744054U

Abstract

【課題】実施形態は、輝度ムラを抑制し均一に発光する照明装置を提供する。
【解決手段】実施形態に係る照明装置は、本体と、前記本体を覆う導光板と、前記本体と前記導光板との間において、前記本体の前記導光板に向き合う外周面上に配設された発光素子と、を備える。前記発光素子は、その光軸が前記外周面に交差するように配設される。前記導光板は、前記発光素子の放射光を入射させる外縁の端面と、前記放射光の伝播方向を前記光軸と交差する方向に変化させ前記本体の中央側に導く湾曲部と、を有する。
【選択図】図４

Description

本発明の実施形態は、照明装置に関する。

発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）等の発光素子を光源とする照明装置の開発が進められている。例えば、住宅の天井面等に取付けられるシーリングライトには、ＬＥＤの放射光を分散させる導光板を用いて発光の均一性を向上させるものがある。このような照明装置では、導光板の外縁において、その内部を伝播しない漏れ光があると、輝度ムラを生じることがある。

特開２０１３−０８０６７９号公報

実施形態は、輝度ムラを抑制し均一に発光する照明装置を提供する。

実施形態に係る照明装置は、本体と、前記本体を覆う導光板と、前記本体と前記導光板との間において、前記本体の前記導光板に向き合う外周面上に配設された発光素子と、を備える。前記発光素子は、その光軸が前記外周面に交差するように配設される。前記導光板は、前記発光素子の放射光を入射させる外縁の端面と、前記放射光の伝播方向を前記光軸と交差する方向に変化させ前記本体の中央側に導く湾曲部と、を有する。

実施形態は、輝度ムラやグレアを抑制し均一に発光する照明装置を実現する。

実施形態に係る照明装置を模式的に表す斜視図。実施形態に係る照明装置の部品を模式的に表す斜視図。実施形態に係る照明装置本体の構成を模式的に表す平面図。実施形態に係る照明装置の構造を表す模式図。実施形態の変形例に係る導光板を表す模式断面図。実施形態の別の変形例に係る導光板を表す模式断面図。実施形態に係る導光板の固定方法を表す模式断面図。実施形態に係る導光板の固定部を表す模式図。

以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。図面中の同一部分には、同一番号を付してその詳しい説明は適宜省略し、異なる部分について説明する。なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。

図１は、実施形態に係る照明装置１を模式的に表す斜視図である。図１（ａ）は、発光面側を表す斜視図であり、図１（ｂ）は、発光面とは反対側の本体を表す斜視図である。

ここに例示する照明装置１は、所謂シーリングライトであり、本体１０と、本体１０の発光面側を覆うカバー２０と、を備える。カバー２０は、例えば、乳白色のアクリル樹脂成形体であり、透光性を有する。

図１（ａ）に表す照明装置１の外形は円形であるが、これに限定される訳ではない。例えば、楕円または方形であっても良い。

図１（ｂ）に表すように、本体１０は、電源部１３と、電源部１３を囲む光源部１５と、を有する。電源部１３は、上面１３ａの中央に嵌合部１７を有している。嵌合部１７は、例えば、住宅の天井に設けられた接続器具、所謂、引掛けシーリングボディに嵌合し、本体１０を天井に固定する。

以下の説明では、便宜的に、本体１０のカバー２０側の面を下面とし、嵌合部１７が設けられた側の面を上面として説明する。他の構成要素についてもこれに準じる。

図２は、実施形態に係る照明装置１の部品を模式的に表す斜視図である。同図に表すように、照明装置１は、電源部１３と、光源部１５と、導光板２３と、カバー２０と、を備える。

光源部１５は、例えば、図示しない接続部を介して電源部１３と分離可能に設けられる。照明装置１を天井に取り付ける場合は、例えば、嵌合部１７を有する電源部１３を接続器具に嵌合させて固定し、その後、光源部１５を電源部１３に接続する。

電源部１３は、例えば、冷間圧延鋼板等の金属材料の平板から成形され、環状に組み合せられたシャーシと、その内部に配置された回路部品（図示しない）と、を含む。光源部１５は、例えば、冷間圧延鋼板等の金属材料の平板を成形したシャーシと、その外縁に配設された複数の発光素子３０（例えば、ＬＥＤ）と、を含む。発光素子３０は、光源部１５と、カバー２０と、の間において、光源部１５側のカバー２０に向き合う面上に配設される（図３（ｂ）参照）。

本体１０と、カバー２０と、の間には、導光板２３が配置される。導光板２３は、例えば、透明のアクリル樹脂成形体であり、発光素子３０の放射光を本体１０の中央側に導く。導光板２３の表面には、例えば、ドット状の散乱体、所謂、シボパターンが形成される。シボパターンは、導光板２３の上面および下面の少なくとも一方に設けられ、導光板２３の内部を伝播する放射光の方向を変えて上下方向に放出する。

本体１０のカバー２０に向き合う面、すなわち、光源部１５の下面には、発光素子３０の放射光を反射する部材が塗布することが好ましい。これにより、光源部１５の下面は、発光素子３０の放射光を導光板２３およびカバー２０の方向に反射し、出射させることができる。また、光源部１５と導光板２３との間に反射シートを配置しても良い。

このように、発光素子３０の放射光は、導光板２３の中に分散し、シボパターンにより散乱される。そして、カバー２０の方向に放射される。これにより、発光面（例えば、カバー２０の下面）の全体に渡って均一な発光を実現できる。また、乳白色のカバー２０は拡散板として機能し、発光の均一性をさらに向上させる。

図３は、実施形態に係る照明装置１の本体１０の構成を模式的に表す平面図である。図３（ａ）は、本体１０の下面、すなわち、光源部１５の下面を表す平面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）において破線Ａに囲まれた領域を拡大した平面図である。

図３（ａ）に表すように、光源部１５は、その中央に設けられた凸部４１と、凸部４１を囲む外周部４３と、を有する。凸部４１は、上方に開き、下方に突出するように設けられる。凸部４１の凸面側、および、外周部４３の表面には、発光素子３０の放射光を反射する部材、例えば、酸化チタン等を分散した樹脂を塗布する。このように、凸部４１に反射部材を塗布することにより、本体１０の中央における輝度の低下を防ぐことができる。

外周部４３には、凹部４７が設けられる。凹部４７は、下方に開き、上方に突出するように設けられる。そして、凹部４７の内部には、センサ４０が設けられる。センサ４０は、例えば、受光素子を含み、外部から照射される信号光を検出する。そして、外部から与えられた信号を、電源部１３に伝達する。これにより、照明装置１を遠隔操作することができる。また、センサ４０は、例えば、マイクロ波信号を受信するように構成しても良い。

センサ４０は、照明装置１の動作に限らず、他の器機を制御する信号の中継器として機能しても良い。すなわち、照明装置１は、住宅内において電波等を受信するのに好適な場所に取り付けられる。したがって、センサ４０と、それに接続された発信器を介して住宅内に配置された複数の器機を制御する信号を配信することも有効である。

光源部１５は、その外周面上に配設された複数の発光素子３０を含む。具体的には、発光素子３０は、例えば、外周部４３の外縁に沿って設けられた回路基板４５の上に配設される。言い換えれば、発光素子３０は、回路基板４５の本体１０とは反対側の下面に配設される。そして、回路基板４５の下面は、光源部１５の外周面５３の一部を構成する。

回路基板４５は、例えば、ガラスエポキシ樹脂などの絶縁性基板と、銅箔を用いて形成された配線とを含む。そして、回路基板４５の下面には、発光素子３０が配設された部分を除いて反射部材が塗布される。すなわち、回路基板４５は、反射部材により隠された配線を有し、複数の発光素子３０を電気的に接続する。

図３（ｂ）に表すように、複数の発光素子３０は、２種類の素子３０ａおよび３０ｂを含む。例えば、発光素子３０ａは、色温度６５００ケルビン（Ｋ）の光を放射し、発光素子３０ｂは、色温度３０００Ｋの光を放射するように構成する。例えば、発光素子３０ａおよび３０ｂの配設数の比を変化させること、もしくは、発光素子３０ａおよび３０ｂに供給する駆動電流をそれぞれ制御することにより、照明装置１の放射光の色温度を変化させることが可能となる。

図４は、実施形態に係る照明装置１の構造を表す模式断面図である。図４（ａ）は、下方から見た光源部１５および導光板２３を表わす斜視図である。図４（ｂ）は、導光板２３の外縁を表わす部分断面図である。図４（ｃ）は、比較例に係る導光板２９の外縁を表わす部分断面図である。

図４(ａ)に表すように、導光板２３は、本体１０の下面側、すなわち、光源部１５の下面を覆う。発光素子３０は、光源部１５の外周部４３において導光板２３に向き合う外周面５３の上に配設される。前述したように、外周面５３は、回路基板４５の導光板２３に向き合う下面を含む。そして、導光板２３は、その外縁端面２３ｆが発光素子３０と向き合うように配置される。さらに、導光板２３は、発光素子３０の放射光を本体１０の中央側に導く湾曲部２７を有する。

図４(ａ)に表すように、発光素子３０は、その光軸ＣＬが外周面５３に交差するように配設される。同図に表わす例では、発光素子３０は、回路基板４５の表面である外周面５３の上に配設される。外周面５３は、Ｚ方向およびＺ方向に直交するＹ方向に平行な平面である。そして、発光素子３０の発光面の法線である光軸ＣＬは、Ｚ方向およびＹ方向に直交するＸ方向に向いている。すなわち、発光素子３０は、外周面５３に垂直な方向に光を放射する。

発光素子３０から放射された光は、その発光面に向き合う導光板２３の外縁端面２３ｆを通して導光板２３の内部に入射する。そして、導光板２３の内部において、全反射を繰り返しながら伝播する。

導光板２３は、その外周に沿った湾曲部２７を有し、発光素子３０の放射光の伝播方向を光軸ＣＬと交差する方向に変化させる。これにより、外周面５３に垂直方向に放射された光を、本体１０の中央側（Ｚ方向）に導くことができる。

さらに、導光板２３は、本体１０に向き合う第１面２３ａと、本体１０とは反対側の第２面２３ｂと、を有する。そして、本体１０の中心を通り、本体１０および導光板２３に直交する断面において、第１面２３ａの外縁における曲率半径Ｒａは、第２面２３ｂの外縁における曲率半径Ｒｂよりも大きい。第１面２３ａの外縁は、例えば、曲率半径Ｒａを無限大とした円錐面であることが望ましい。

例えば、図４（ｃ）に表す比較例に係る導光板２９では、その第１面２９ａの外縁における曲率半径と、第２面２９ｂの外縁における曲率半径と、が同じである。例えば、発光素子３０から放射される光のうちの光軸ＣＬに対して傾いた方向に放射される成分は、導光板２３に入射後、第１面２９ａの外縁で反射され、第２面２９ｂの方向に向かう。そして、第２面２９ｂへの入射角が全反射角よりも大きければ、導光板２３の内部を伝播し拡散する。一方、全反射角よりも小さい角度で第２面２９ｂに入射する光は、第２面２９ｂで全反射されず、導光板２３の外部に放出される。

図４（ｃ）中に示す光の軌跡ＬＯ_１およびＬＯ_２は、光線追跡法によりシミュレーションした結果を表している。すなわち、導光板２９では、第１面２９ａの外縁で反射された発光素子３０の放射光のうちの多くが導光板２３の外部に放出される。このため、導光板２９を用いる発光装置では、その外縁において輝度ムラが生じる恐れがある。

これに対し、図４（ｂ）に示す導光板２３では、第１面２３ａの外縁における曲率半径Ｒａが無限大である。このため、第１面２３ａの外縁において反射された光ＬＡ_１が第２面２３ｂに入射する際の角度は、全反射角よりも大きくなる。これにより、発光素子３０から放射された光の漏れを抑制することができる。このように、第１面２３ａの外縁における曲率半径Ｒａを、第２面２３ａの外縁における曲率半径Ｒｂよりも大きくすることにより入射光の漏れを抑制し、輝度ムラを低減することができる。

図５は、実施形態の変形例に係る導光板３１を表す模式断面図である。同図に示すように、導光板３１は、湾曲部２７を有する。また、導光板３１は、その外縁端部に凹部３３を有する。

例えば、発光素子３０は、外周面５３の上に配設される。発光素子３０の光軸ＣＬは、例えば、外周面５３に垂直なＸ方向に向く。そして、図５に表すように、導光板３１の外縁端部に設けられた凹部３３は、発光素子３０に向き合い、発光素子３０の放射光は、凹部３３の内面を介して導光板３１の内部に入射する。

凹部３３は、発光素子３０に向き合う底面において、発光素子３０の方向に突出した凸面３３ａを有する。発光素子３０の放射光のうちの光軸ＣＬに沿った方向に伝播する光は、凸面３３ａにより集光され導光板３１の内部へ導かれる。

凹部３３の壁面３３ｆを構成する導光板３１の端部３１ｅは、その外面３３ｓが全反射面となるように、先端が細くなるテーパ状に形成する。例えば、光軸ＣＬに対して傾いた方向（横方向）に伝播する光ＬＡ_２は、凹部３３の壁面３３ｆから導光板３１の内部に入射し、外面３３ｓにおいて全反射され湾曲部２７へ導かれる。これにより、導光板３１の外縁端部における漏れ光を抑制し、発光面の輝度を均一化することができる。

凹部３３は、例えば、導光板３１の外縁に沿って連続した溝状に形成しても良いし、個々の発光素子３０を囲むように形成しても良い。また、図５では、導光板３１の外縁端部が外周面５３に接し、発光素子３０は、凹部３３の内部に位置する構成となっているが、これに限定される訳ではない。例えば、導光板３１は、その外縁端面と、外周面５３と、が隔離した状態に配置され、凹部３３が発光素子３０に向き合う構成でも良い。その場合でも、発光素子３０の少なくとも一部は、凹部の内側に位置することが好ましい。

図６(ａ)および図６（ｂ）は、実施形態の別の変形例に係る導光板３５および３７を表す模式断面図である。同図に示すように、導光板３５および３７は、それぞれ湾曲部２７を有する。また、導光板３５および３７は、その外縁端部に凹部３３を有する。

この例においても、凹部３３は、発光素子３０に向き合う底面において、発光素子３０の方向に突出した凸面３３ａを有する。一方、導光板３５および３７の外縁端部に設けられた凹部３３では、その壁面の形状が導光板３１の凹部３３とは異なる。また、壁面３３ｇおよび３３ｈをそれぞれ構成する導光板の端部３５ｅ、３７ｅは、その外面３５ｓ、３７ｓが全反射面となるように、先端が細くなるテーパ状に形成する。

図６（ａ）に示す導光板３５では、凹部３３は、その内面がＸ方向に進むにつれて広がるように形成される。例えば、同図に示すように壁面３３ｇは、横方向（Ｚ方向および−Ｚ方向）に広がる湾曲面を有する。これにより、発光素子３０の放射光のうちの壁面３３ｇに向かって伝播する光の多くは、同図中に示す光ＬＡ_３のように壁面３３ｇにより凸面３３ａの方向に反射される。そして、凸面３３ａにより集光され導光板３５の内部に導かれる。一方、光軸ＣＬに対して大きな角度を有し横方向に伝播する光ＬＡ_４は、壁面３３ｇを通過し外面３５ｓに向かう。そして、外面３５ｓにおいて全反射され、湾曲部２７に向かう。これにより、導光板３５の外縁端部における漏れ光を抑制し、発光面の輝度を均一化することができる。

図６（ｂ）に示す導光板３７では、凹部３３は、その内面がＸ方向に進むにつれて狭くなるように形成される。例えば、同図に示すように壁面３３ｈは、凹部３３の内側に向かって凸の湾曲面を有する。これにより、発光素子３０の放射光のうちの壁面３３ｇに向かって伝播する光の多くは、図中に示すＬＡ_５のように、壁面３３ｈを通過し外面３７ｓに向かう。そして、外面３７ｓにより全反射され、湾曲部２７に向かう。これにより、導光板３７の外縁端部における漏れ光を抑制し、発光面の輝度を均一化することができる。

図７は、実施形態に係る導光板の固定方法を表す模式断面図である。同図に示す導光板３９は、その外縁に湾曲部２７を有する。湾曲部２７は、回路基板４５の上に配設された発光素子３０の放射光ＬＡ_６の伝播方向を変化させ、本体１０の中央側に導く。

図７に表すように、回路基板４５は、例えば、Ｚ方向に並べて設けられた２つの固定部６１を有する。２つの固定部６１は、その間に導光板２９の外縁端部を挟んで固定する。２つの固定部６１の相互に向き合う面には、それぞれ突起６１ａが設けられ、導光板３９がＸ方向に外れないように掛止する。発光素子３０は、同図に示すように、２つの固定部６１の間に配置され、導光板３９の外縁端部に向き合う。

図８は、実施形態に係る導光板３９の固定部６１を表す模式図である。図８（ａ）は、固定部６１を例示する斜視図である。図８（ｂ）は、固定部６１の配置を表わす平面図である。

図８（ａ）に表すように、複数の固定部６１をＹ方向に並べて配置する。また、Ｚ方向において相互に向き合う２つの固定部６１が導光板３９の外縁端部を挟んで固定するように、２列の固定部６１が配置される。そして、発光素子３０は、２列の固定部６１の間に配置される。

図８（ｂ）に表すように、発光素子３０のＺ方向側に配置された固定部６１は、導光板３９の第１面３９ａの側に当接する。一方、発光素子３０の−Ｚ方向側に配置された固定部６１は、導光板３９の第２面３９ｂの側に当接する。

−Ｚ方向側に配列された複数の固定部６１において、Ｙ方向に隣り合う２つの固定部６１の間の間隙６３は、Ｙ方向に配列された複数の発光素子３０のうちの隣り合う２つの発光素子３０の間に位置する。すなわち、発光素子３０から−Ｚ方向に放射される光は、固定部６１により遮られる。一方、Ｚ方向側に配列された複数の固定部６１では、Ｙ方向に隣り合う２つの固定部６１の間の間隙６５は、複数の発光素子３０のそれぞれに一致する位置に設けられる。すなわち、発光素子３０からＺ方向に放射される光は、間隙６５を介して導光板３９の内側に伝播する。

図８（ｂ）に表すように、実施形態では、複数の固定部６１を導光板３９の外縁に沿って配置する。これにより、導光板３９を本体１０に固定すると共に、隣り合う２つの固定部６１の間から漏れる光により、導光板３９よりも外側の外周部を光らせることができる。すなわち、蛍光灯などを用いた照明器具と同じように、−Ｚ方向へ光を放射させることにより、蛍光灯に変えて使用した時の違和感を低減することができる。そして、発光素子３０から直接、−Ｚ方向に放射される光を遮ることにより、導光板３９の外縁端部における輝度ムラを抑制することができる。

また、発光素子３０からＺ方向に放射される光は、間隙６５を介して直接、導光板３９の内部に導かれる。そして、本体１０の下面に塗布された反射材により発光面の方向に反射される。これにより、発光面の輝度を向上させることができる。

上記の通り、実施形態に係る照明装置１では、外縁に湾曲部２７を有する導光板を用いることにより、本体１０の外周に沿って配置された複数の発光素子３０の放射光を導光板の全面に分散させ、均一な発光を得ることができる。さらに、導光板の外縁端部において、その内側（第１面側）の曲率を、外側（第２面側）よりも大きくすることにより、漏れ光を抑制し、輝度ムラのない均一な発光を実現する。また、導光板の外縁端部に凹部を形成することにより、漏れ光を抑制し輝度ムラのない均一な発光を実現することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１・・・照明装置、１０・・・本体、１３・・・電源部、１３ａ・・・上面、１５・・・光源部、１７・・・嵌合部、２０・・・カバー、２３、２９、３１、３５、３７、３９・・・導光板、２３ａ、２９ａ、３９ａ・・・第１面、２３ｂ、２９ｂ、３９ｂ・・・第２面、２３ｆ・・・外縁端面、２７・・・湾曲部、３０、３０ａ、３０ｂ・・・発光素子、３１ｅ、３５ｅ・・・端部、３３・・・凹部、３３ａ・・・凸面、３３ｆ、３３ｇ、３３ｈ・・・壁面、３３ｓ、３５ｓ、３７ｓ・・・外面、４０・・・センサ、４１・・・凸部、４３・・・外周部、４５・・・回路基板、４７・・・凹部、５３・・・外周面、６１・・・固定部、６１ａ・・・突起、６３、６５・・・間隙

Claims

本体と；
前記本体を覆う導光板と；
前記本体と、前記導光板と、の間において、前記本体の前記導光板に向き合う外周面上に配設された発光素子と；
を備え、
前記発光素子は、その光軸が前記外周面に交差するように配設され、
前記導光板は、前記発光素子の放射光を入射させる外縁の端面と、前記放射光の伝播方向を前記光軸と交差する方向に変化させ前記本体の中央側に導く湾曲部と、を有する照明装置。
前記導光板は、前記本体に向き合う第１面と、前記本体とは反対側の第２面と、を有し、
前記本体の中心を通り前記本体および前記導光板に直交する断面において、前記第１面の端部の曲率半径は、前記第２面の端部の曲率半径よりも大きい請求項１記載の証明装置。
前記導光板は、その外縁に凹部を有し、
前記発光素子の放射光は、前記凹部の内面を介して前記導光板の内部に入射する請求項１記載の照明装置。
前記凹部は、前記発光素子に向き合う底面において、前記発光素子の方向に突出した凸面を有する請求項３記載の照明装置。
前記発光素子の少なくとも一部は、前記凹部の内側に位置する請求項３または４に記載の照明装置。