JP2015220135A - 照明ランプ及びこれを用いた照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造で空間の照明を行いながら特定の方向に強い光を照射する。【解決手段】照明ランプ１は、光を出射する発光部１１と、発光部１１を収容する光透過性のカバー本体３と、カバー本体３の壁面３ａに設けられ、発光部１１から出射した光を拡散する拡散膜４とを有する拡散カバー２とを備える。拡散カバー２には、発光部１１から出射された光を透過する光透過領域ＰＲが形成されており、光透過領域ＰＲは、拡散膜４が設けられ光を拡散させて透過する光拡散領域ＤＲと、光拡散領域ＤＲよりも光透過率が高い開口領域ＡＲとを有する。【選択図】図３

Description

本発明は、拡散カバーに発光素子を収容した照明ランプ及びこれを用いた照明装置に関するものである。

近年、複数の発光素子（ＬＥＤ）が長手方向に配列された照明ランプが提案されている。この指向性の高い発光素子を用いた照明ランプにおいて、発光素子から出射される光の直接光と間接光とを用いて展示対象物等の照明を行う照明装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１には、ＬＥＤの前面に配置された前面制御板と、ＬＥＤの側面に配置された側面制御板とを有し、前面制御板を透過した光が直接展示対象物等に照射されるとともに、側面制御板を透過した光が拡散され、ショーケースの側壁等を反射して展示対象物等に照射される照明装置が開示されている。

また、このような発光素子を用いた照明ランプにおいて、発光素子の照射方向を変更する構造が提案されている（例えば特許文献２参照）。特許文献２には、発光素子が搭載された基板が照明管に対し回転可能に内蔵されており、照明管が周方向において透過光の特性が不均一になっている照明装置が開示されている。

特開２０１１−１３８７００号公報 特開２０１２−１５０１２号公報

しかしながら、特許文献１の照明装置において、前面制御板及び側面制御板が所定の機能を奏するためには、前面制御板及び側面制御板にレンズ機能を持たせる必要があるため、前面制御板及び側面制御板の構造が複雑になってしまう。また、特許文献２のように、基板が回転可能な構造を有している場合、基板が回転しても基板とソケットの端子との電気的接続が図られている必要があり、照明ランプの構造が複雑になってしまうという課題がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、簡単な構造で空間の照明を行いながら特定の方向に強い光を照射することができる照明ランプ及びこれを用いた照明装置を提供することを目的としている。

本発明の照明ランプは、光を出射する発光部と、発光部を収容する光透過性のカバー本体と、カバー本体の壁面に設けられ、発光部から出射した光を拡散する拡散膜とを有する拡散カバーとを備え、拡散カバーには、発光部から出射された光を透過する光透過領域が形成されており、光透過領域は、拡散膜が設けられ光を拡散する光拡散領域と、光拡散領域よりも光透過率が高い開口領域とを有するものである。

本発明の照明ランプによれば、カバーの光透過領域に、光拡散領域と光拡散領域よりも光透過率が高い開口領域とを形成することにより、開口領域から光拡散領域よりも強い光が出射するため、簡単な構造で空間の照明を行いながら特定の方向に強い光を照射することができる。

本発明の実施形態１に係る照明ランプを用いた照明装置の斜視図である。 図１の照明装置に取り付けられた照明ランプの一例を示す拡散カバーの一部を切り欠いた斜視図である。 図２の照明ランプ及びカバーの一例を示す斜視図である。 図２の照明ランプのＩＩＩ−ＩＩＩ断面を示す断面図である。 図２の照明ランプにおける光拡散膜の一例を示す断面図である。 図５の光拡散膜における光の経路の一例を示す模式図である。 図２の照明ランプにおける開口領域の一例を示す断面図である。 図１の照明装置の設置例を示す模式図である。 図２の照明ランプにおける光拡散領域の変形例を示す断面図である。 電球形状を有する照明ランプを示す模式図である。

実施形態１．
以下、図面を参照しながら本発明の照明ランプ及びこれを用いた照明装置の実施形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態によって本発明が限定されるものではない。また、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。図１は本発明の実施形態１に係る照明ランプを用いた照明装置の斜視図である。

（照明装置３０）
図１の照明装置３０は、例えば天井に埋め込まれて部屋もしくは通路等の室内に設置される埋込形のものであって、直管の形状をなしている照明ランプ１と、照明ランプ１が取り付けられる照明器具２０とを備えている。照明器具２０は、一方向（矢印Ｙ方向）に延びる本体部２１と、本体部２１の両端部に形成されたソケット２２とを備えている。照明ランプ１は、その両端部が、ソケット２２に差し込まれ、照明器具２０に取り付けられる。

図２は、図１の照明装置３０に取り付けられる照明ランプ１の一例を示す拡散カバーの一部を切り欠いた斜視図、図３は図２の照明ランプ及びカバーの一例を示す斜視図である。図２及び図３の照明ランプ１は、例えば直管ＬＥＤランプであって、照明ランプ１は、光源モジュール１０と、給電口金１３と、アース口金１４と、拡散カバー２とを備えている。

（光源モジュール１０）
光源モジュール１０は、発光部１１と、この発光部１１が設置されるヒートシンク１２とを備えており、発光部１１は、例えば複数の発光素子１１ａと、一面に配線パターン（図示せず）が設けられ、発光素子１１ａが実装された基板１１ｂとを備えている。

（発光素子１１ａ）
発光素子１１ａは例えばＬＥＤからなっており、基板１１ｂに複数実装されている。なお、この発光素子１１ａは例えば光軸ＣＬを中心に配光角１２０°になるような配光特性を有している。複数の発光素子１１ａは、基板１１ｂの表面において、例えば長手方向（矢印Ｙ方向）に沿って直線的に一列に配置されている。そして、各発光素子１１ａは基板１１ｂの一面に設けられた配線パターンに接続されることによって、光源回路を形成している。発光素子１１ａとしては、例えば、４４０ｎｍ〜４８０ｎｍ程度の波長の青色光を発するＬＥＤチップ上に、青色光を黄色光に波長変換する蛍光体を設けてパッケージ化された疑似白色ＬＥＤを用いることができる。そして、本実施形態においては、発光素子１１ａから出射した光は所定の方向（矢印Ｌ方向）へ出射されるようになっている。

なお、ＬＥＤチップが基板１１ｂに直接実装されたＣＯＢ（Ｃｈｉｐ Ｏｎ Ｂｏａｒｄ）等を用いてもよい。また、発光素子１１ａの個数、配置又は種類は、照明ランプ１の用途等に応じて、適宜変更することも可能である。更に、発光素子１１ａとして、例えばＬＤ（レーザダイオード）又は有機ＥＬ等の発光素子（デバイス）を使用することもできる。発光素子１１ａとして有機ＥＬ等を用いる場合、複数の発光素子１１ａが基板１１ｂに実装される代わりに、一方向に延在した板状の１個のＥＬ素子を、基板１１ｂに実装するようにしてもよい。

（基板１１ｂ）
基板１１ｂは、例えば長手方向（矢印Ｙ方向）に延びた形状を有し、基板１１ｂには長手方向（矢印Ｙ方向）に沿って、複数の発光素子１１ａが実装されている。また、基板１１ｂには、ダイオード、ヒューズ又は抵抗等からなり、発光素子１１ａを点灯させるための点灯回路素子（図示せず）が実装されている。そして、基板１１ｂは、その一端において、給電口金１３の給電端子１３ａと電気的に接続されており、外部電源から給電端子１３ａを介して、基板１１ｂの点灯回路素子に給電される。これにより、複数の発光素子１１ａが点灯する。

基板１１ｂの材料としては、ガラスエポキシ材料、紙フェノール材料、コンポジット材料又はアルミニウム（Ａｌ）等の金属材料等が、部品の配置、放熱性、材料コストを考慮して選定され、使用されている。基板１１ｂの寸法として、厚さは、例えば１ｍｍ程度であるが、１ｍｍより厚くても薄くてもよい。なお、基板１１ｂの表面には、発光素子１１ａから出射される光の利用効率を向上させるために、塗布、印刷又は蒸着等の方法を用いて、反射材料が形成されてもよい。この場合、基板１１ｂにおける発光素子１１ａが実装された表面に、反射材料が形成されることにより、更に光の利用効率を向上させることができる。

（ヒートシンク１２）
ヒートシンク１２は、例えば長手方向（矢印Ｙ方向）に延びた形状を有するものであって、熱伝導性を備えた材料からなっている。このヒートシンク１２は、平坦部１２ａと円弧部１２ｂとで構成されており、ヒートシンク１２の平坦部１２ａに、発光部１１が実装されている。具体的には、発光部１１の基板１１ｂの長手方向（矢印Ｙ方向）が、ヒートシンク１２の平坦部１２ａの長手方向（矢印Ｙ方向）に対し平行に設置されている。

そして、ヒートシンク１２は、例えば接着材を用いて、円筒状の拡散カバー２に接着されており、ヒートシンク１２における拡散カバー２に接着される面は、拡散カバー２の内壁に沿うように円弧状の円弧部１２ｂに形成されている。このように、ヒートシンク１２は、発光部１１の基板１１ｂと拡散カバー２とを接続するものであり、これにより、ヒートシンク１２は、発光素子１１ａから発生する動作熱を拡散カバー２に伝達し、照明ランプ１の外部に放熱する。

なお、ヒートシンク１２は、照明ランプ１の長手方向（矢印Ｙ方向）を支持するために必要な剛性を備えており、線膨張係数が小さいことが好ましい。また、ヒートシンク１２は、金属材料を押出成形加工して形成してもよいが、押出成形以外の方法で形成してもよい。この金属材料としては、アルミニウム（Ａｌ）又は鉄（Ｆｅ）等を用いることができる。なお、ヒートシンク１２は、金属材料ではなく、セラミックでもよいし、熱伝導性を備えるフィラーが添加された高熱伝導性樹脂としてもよい。

（給電口金１３）
給電口金１３は、拡散カバー２の一端側に取り付けられている。この給電口金１３は、導電性を有する一対の給電端子１３ａと、これらの給電端子１３ａが埋め込まれた有底円筒状の給電口金筐体１３ｂ（ベース部材）とを備えている。給電端子１３ａは、基板１１ｂの一端と電気的に接続されており、照明器具２０の外部電源に接続されることにより、基板１１ｂの点灯回路素子が給電される。

給電端子１３ａは、例えば導電性を有する金属材料で形成されており、また、給電口金筐体１３ｂは、例えば絶縁性を有する樹脂材料で形成されている。これらの給電端子１３ａと給電口金筐体１３ｂとは、インサート成形等で一体的に形成されている。なお、給電口金１３は、例えばＧＸ１６タイプの口金を用いることができるが、そのほかの種類の口金、例えばＧ１３タイプ等の口金を用いてもよい。そして、給電口金１３の給電端子１３ａがソケット２２の端子に接続される。

（アース口金１４）
アース口金１４は、拡散カバー２の他端部に取り付けられている。アース口金１４は、導電性を有するアース端子１４ａと、アース端子１４ａが埋め込まれた有底円筒状のアース口金筐体１４ｂ（ベース部材）とを備えている。アース端子１４ａが、照明器具２０のアース部に接続されることにより、照明ランプ１が電気的に接地される。

アース端子１４ａは、例えば導電性を有する金属材料で形成されており、アース口金筐体１４ｂは、例えば絶縁性を有する樹脂材料で形成されている。これらのアース端子１４ａとアース口金筐体１４ｂとは、インサート成形等で一体的に形成されている。なお、アース口金１４は、例えばＧＸ１６タイプの口金を用いることができるが、そのほかの種類の口金、例えばＧ１３タイプ等の口金を用いてもよい。そして、アース口金１４のアース端子１４ａがソケット２２の端子と接続される。

（拡散カバー２）
図４は図２におけるＩＩＩ−ＩＩＩ断面図であり、図２の照明ランプ１及び拡散カバー２の一例を示す断面図である。図３及び図４を参照して拡散カバー２について説明する。拡散カバー２は、外管バルブ、筒管又は直管とも呼称されるものであり、例えば長手方向（矢印Ｙ方向）に延在した円筒状の部材であって、内部に発光部１１が収容されるものである。図３及び図４に示すように、拡散カバー２は、発光部１１を収容する光透過性のカバー本体３と、カバー本体３の内壁面３ａに設けられ、発光部１１から出射した光を拡散する拡散膜４とを備えている。カバー本体３は長尺の円筒形状に形成されたものであって、例えば光透過性のガラスもしくは樹脂材料を用いて形成されている。

図５は図２の照明ランプ１における拡散膜４の一例を示す断面図である。拡散膜４は、発光素子１１ａから出射した光を拡散するものであり、例えば５μｍ〜２０μｍの厚みを有している。拡散膜４は拡散材５が添加された樹脂（バインダー）をカバー本体３の内壁面３ａに塗布することにより形成されている。基材６は例えば水溶性熱硬化形等の樹脂もしくは低融点ガラスからなっており、拡散材５は例えば平均粒子径が０．０５μｍ〜２０μｍのシリカからなっている。拡散膜４における拡散材５の含有率は例えば体積比で１０％以上７０％以下になっている。言い換えれば、拡散膜４における基材６の含有率は体積比で９０％以上３０％以下になっている。そして、拡散膜４は、樹脂溶液にシリカ等の拡散材５を分散させて懸濁液を作製し、懸濁液をカバー本体３内に流し込んで懸濁液を塗布し、温風エアーで懸濁液を乾燥させ、加熱により硬化させて形成される。

さらに、基材６が樹脂からなる場合、拡散膜４には径が２．０μｍ以下の空洞７が形成されている。空洞７は、基材６内の気泡が残ってできた空間であって、空洞７には基材６と拡散材５とが存在しない。拡散材５を分散させた懸濁液は気泡交じりであるが、懸濁液を放置すれば、懸濁液から気泡が消滅する。通常は気泡のない懸濁液を塗布するが、気泡交じりの懸濁液を意図的に塗布することにより、乾燥後に空洞７ができるようにしている。

図６は図５の拡散膜４における光の経路の一例を示す模式図である。図６に示すように、拡散膜４に入射した光は、少しずつ吸収されながら基材６内を通過し、拡散材５の表面で多方向に反射して拡散膜４内で拡散される。また、空洞７に入射した光は、空洞７内の空間を直進し、直進先にある拡散材５の表面で反射する。この際、空洞７の数が多く空洞７の体積が大きいほど、基材６による光の吸収量が減少し、光の透過率が向上する。そして、拡散膜４において拡散された光は拡散カバー２から外部へ出射される。なお、拡散膜４へ入射した光のうち例えば９６％の光が拡散カバー２から出射される。

ここで、図４に示すように、拡散カバー２の周方向及び長手方向には、ヒートシンク１２で覆われた遮光領域ＳＲと、発光部１１の前面側及び側面側に位置し、発光部１１から出射された光を透過する光透過領域ＰＲとが形成されている。さらに、この光透過領域ＰＲには、光を拡散させて透過する光拡散領域ＤＲと、光拡散領域ＤＲよりも光透過率が高い開口領域ＡＲとが形成されている。

光拡散領域ＤＲは、拡散膜４が設けられた領域であって、光を拡散して外部に出射する領域である。一方、開口領域ＡＲは、拡散膜４が形成されておらず、発光部１１から出射された光がカバー本体３を透過しそのまま出射される領域である。なお、図７は図２の照明ランプにおける開口領域ＡＲの一例を示す断面図である。言い換えれば、拡散膜４は、カバー本体３の内壁面の開口領域ＡＲを除く領域に設けられている。したがって、光拡散領域ＤＲからは拡散膜４により光が拡散された状態で外部に出射する。一方、開口領域ＡＲからは発光部１１からの直接光と、拡散カバー２の内壁面３ａで反射して出射される間接光とが出射される。その結果、開口領域ＡＲから出射される光の強度は光拡散領域ＤＲから出射される光の強度よりも大きくなる。すなわち、拡散カバー２における開口領域ＡＲの形成位置から強い光が出射されるように配光方向が制御されることになる。

図２及び図４に示すように、開口領域ＡＲは発光部１１の光軸ＣＬを含む所定の円弧長（幅）が長手方向（矢印Ｙ方向）に延びて帯状に形成されている。特に、開口領域ＡＲは周方向において、光軸ＣＬを中心に中心角２θに相当する円弧長を有している。したがって、発光部１１が鉛直上側に位置するように照明ランプ１が照明装置３０に取り付けられた場合、開口領域ＡＲは鉛直下側に位置することになる。よって、照明ランプ１は下側へ向かって側方よりも強い光が出射する配光特性を有することになる。

図８は図１の照明ランプ１を用いた照明装置３０の設置例を示す模式図である。なお、図８は室内の通路に照明装置３０が設置されている場合について例示している。図８において、複数の照明装置３０が天井に埋め込まれており、各照明装置３０に開口領域ＡＲが下側に向いた照明ランプ１が取り付けられている。すると、開口領域ＡＲから出射した光が通路の床に照度は他の領域よりも大きいライン状の照射領域ＬＡを形成する。なお、照射領域ＬＡの幅は、開口領域ＡＲの大きさ及び天井から床までの距離Ｈに依存する。

なお、開口領域ＡＲの形成位置は、上述した光軸ＣＬを含む位置に限定されるものではなく、光透過領域ＰＲ内であればいずれの位置に形成してもよい。例えば、開口領域ＡＲが発光部１１の光軸ＣＬに対し周方向に９０°ずれた位置に形成されていれば、９０°ずれた位置から照射される光が強くなるような配光特性を有することになる。よって、図８の壁に展示されている絵画等に強い光を照射するといった配光制御を行うこともできる。同一の拡散カバー２を用いて、開口領域ＡＲに対する発光部１１の取付角度を調整するだけで、簡単に多様な配光特性を有する照明ランプの製造が可能になる。あるいは、給電口金１３及びアース口金１４の取付角度を調整できるようにしてもよい。

このように、拡散膜４の有無により、拡散カバー２の光透過領域ＰＲに光拡散領域ＤＲと光拡散領域ＤＲよりも光透過率の高い開口領域ＡＲとを形成することにより、簡単な構造で空間の照明を行いながら特定の方向に強い光を照射する配光制御を行うことができる。すなわち、従来のように、カバーにプリズム等の所定の光学特性を有する部材を用いた場合、カバーの構造が複雑になるとともに製造工程が煩雑になってしまう。一方、上述した照明ランプ１においては、拡散膜４の有無によって光拡散領域ＤＲと開口領域ＡＲとを形成するため、簡単な構造で開口領域ＡＲを形成して配光制御を行うことができる。

さらに、開口領域ＡＲが周方向において発光部１１の光軸ＣＬを含むように形成されている場合、開口領域ＡＲからは発光部１１からの直接光と、拡散カバー２の内壁面３ａで反射して出射される間接光とが出射される。直接光は非常に明るいため各発光部１１の外形が認識されてしまうという粒状感を低減することができるとともに、柔らかなグレアのない配光を行うことができる。

変形例１．
図３から図８において、拡散膜４は拡散材５を添加した空洞７を有する基材６等から構成されている場合について例示しているが、光拡散機能を有するものであればこの構成に限定されず、種々の構造の拡散膜を用いることができる。拡散膜４はたとえば空洞７のみが形成された基材６からなるものであってもよい。図９は実施形態１の照明ランプ１における光拡散領域ＤＲの変形例１を示す断面図である。図９に示すように、拡散膜４が基材６を固化（硬化）する過程で発生する空洞７のみで拡散効果を得る構造になっている。すなわち、樹脂（アクリル）の屈折率＝１．４９（もしくはガラスの屈折率＝１．４５８５）であるのに対し、空気の屈折率＝１．００３である。よって、樹脂（もしくはガラス）６と空洞７との界面において光が屈折して光の拡散効果を得ることができる。なお、上述した空洞７の大きさ、形状及び量は成膜する差異の反応時間及び反応温度等により制御される。

本発明の実施形態は、上記各実施形態に限定されない。例えば上記実施形態において、いわゆる直管形の照明ランプ１の場合について例示しているが、電球形状を有する照明ランプにも適用することができる。図１０は、電球形状を有する照明ランプ２００を示す模式図である。図１０に示すように、照明ランプ２００は、拡散カバー２０１と、本体２０２と、口金部２０３とを備えている。このうち、拡散カバー２０１は、ドーム状に形成されており、例えば頂部に円形形状の開口領域ＡＲが形成されているとともに、その他の領域に光拡散領域ＤＲが形成されている。なお、この場合であっても、開口領域ＡＲの形成位置は頂部に限定されず、いずれの位置に形成されてもよい。また、形状は円形に限られず所定のデザインに形成を有するものであってもよい。

また、上記実施形態において１つのライン（矩形状）の開口領域ＡＲが形成されている場合について例示しているが、複数のラインの開口領域ＡＲがスリット状に形成されていてもよい。また、開口領域ＡＲはライン状に形成されている場合について例示しているが、この形状に限定されず、例えば円形状に形成されていてもよいし、波状や矢印形状等の所定のデザインに形成されていてもよい。さらに、拡散膜４は拡散カバー２の内壁面３ａに設けられている場合について例示しているが、カバー本体３の外壁面側に形成されてもよい。

また、拡散膜４はカバー本体の内壁面に樹脂及び拡散材を塗布することにより形成される場合について例示しているが、内壁面に拡散フィルムを貼り付けて形成したものであってもよい。さらに、上記各実施形態において、開口領域ＡＲが光拡散領域ＤＲよりも光透過率が高ければよく、開口領域ＡＲにも拡散膜４が設けられており、開口領域ＡＲの拡散膜４と光拡散領域ＤＲの拡散膜４の膜厚を代えることにより光透過率を制御するようにしてもよい。

また、カバー本体３と拡散膜４との間に拡散材を添加した保護膜が形成されたものであってもよい。すると、ガラス表面の細かい傷により、液の流れが不規則となることに起因する塗りムラの発生を防止し、ガラス内面の傷を外部から見えないようにして美的外観を向上させることができる。さらには、保護膜の拡散材により光を拡散させることができる。この保護膜は、開口領域ＡＲ及び光拡散領域ＤＲを含むカバー本体３の内壁面３ａ全体に形成されていてもよいし、開口領域ＡＲには拡散膜４及び保護膜の双方ともに設けないようにしてもよい。

１、２００ 照明ランプ、２、２０１ 拡散カバー、３ カバー本体、３ａ 内壁面、４ 拡散膜、５ 拡散材、６ 基材、７ 空洞、１０ 光源モジュール、１１ 発光部、１１ａ 発光素子、１１ｂ 基板、１２ ヒートシンク、１２ａ 平坦部、１２ｂ 円弧部、１３ 給電口金、１３ａ 給電端子、１３ｂ 給電口金筐体、１４ アース口金、１４ａ アース端子、１４ｂ アース口金筐体、２０ 照明器具、２１ 本体部、２２ ソケット、３０ 照明装置、ＡＲ 開口領域、ＣＬ 光軸、ＤＲ 光拡散領域、Ｈ 距離、ＬＡ 照射領域、ＰＲ 光透過領域、ＳＲ 遮光領域。

Claims (7)

1. 光を出射する発光部と、
   前記発光部を収容する光透過性のカバー本体と、前記カバー本体の壁面に設けられ、前記発光部から出射した光を拡散する拡散膜とを有する拡散カバーと
   を備え、
   前記拡散カバーには、前記発光部から出射された光を透過する光透過領域が形成されており、
   前記光透過領域は、前記拡散膜が設けられ光を拡散する光拡散領域と、前記光拡散領域よりも光透過率が高い開口領域とを有するものであることを特徴とする照明ランプ。
2. 前記拡散膜は、前記光拡散領域のみに設けられていることを特徴とする請求項１に記載の照明ランプ。
3. 前記カバー本体は、直管形状を有するものであり、
   前記開口領域は、前記カバー本体の長手方向に向かって帯状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明ランプ。
4. 前記開口領域は、前記発光部から出射する光の光軸を含む位置に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の照明ランプ。
5. 前記拡散膜は、基材に拡散材が添加されているとともに空洞が形成されたものであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の照明ランプ。
6. 前記拡散膜は、基材に空洞のみが形成されたものからなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の照明ランプ。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の照明ランプと、
   前記照明ランプが取り付けられるソケットと、
   を備えたことを特徴とする照明装置。

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