JP2018060649A - 発光装置および照明装置 - Google Patents
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Abstract
Description
(A) 0.15z≦(a+2e)≦1.7z
(B) b≧z
(C) 0.15z≦c<z
(D) 0<d≦0.7b
(E) i>h
図2に、本発明の実施の形態1の発光装置100を示す。図2Aは発光装置100の平面図であり、図2Bは当該発光装置100の正面図であり、図2Cは当該発光装置100の底面図であり、図2Dは当該発光装置100の斜視図であり、図2Eは、図2Aに示すA−A線の断面図である。
z:発光素子110の発光面の幅
a:第1凸部121の中心軸CAと直交する方向の最大幅
b:発光素子110の発光面から第1全反射面121aの出射部123側端部までの中心軸CA方向の距離(本実施の形態では、発光素子110の発光面から第2入射面122aの出射部123側端部までの中心軸CA方向の距離と同一の距離)
c:第1入射面121aの中心軸と直交方向の幅
d:第1入射面121aと発光素子110の発光面との距離
e:第1凸部121および第2凸部122の最小間隔
h:第1全反射面121bの光軸CA方向の高さ
i:第2全反射面122bの光軸CA方向の高さ
(B) b≧z
(C) 0.15z≦c<z
(D) 0<d≦0.7b
(E) i>h
・式(A)について
式(A)は、円環状の第2凸部122の内径(a+2e)と、発光素子110の発光面の幅zとの関係を表す式である。図5に、上述の式(A)を満たす検証用の発光装置の光度分布と、上述の式(A)を満たさない比較用の発光装置の光度分布とを比較したグラフ(シミュレーション結果)を示す。
式(B)は、発光素子110の発光面から第1全反射面121bの出射部123側端部までの距離(本実施形態では、発光素子110の発光面から第2入射面122aの出射部123側端部までの中心軸CA方向の距離と同一の距離)bと、発光素子110の発光面の幅zとの関係を表す式である。図7に、上述の式(B)を満たす検証用の発光装置の光度分布と、上述の式(B)を満たさない比較用の発光装置の光度分布とを比較したグラフ(シミュレーション結果)を示す。なお、シミュレーションには、上述の式(A)のシミュレーションに用いた検証用の発光装置、および比較用の発光装置を用いた。また、図7は、図5と同様の方法で光の相対強度をプロットしたものである。
式(C)は、光束制御部材120の第1凸部121の第1入射面121aの幅cと、発光素子110の発光面の幅zとの関係を表す式である。図8に、上述の式(C)を満たす本実施の形態の発光装置の光度分布と、上述の式(C)を満たさない比較用の発光装置の光度分布とを比較したグラフ(シミュレーション結果)を示す。なお、比較用の発光装置には、本実施の形態の発光装置と同様の構成を有し、かつ上述の式(A)〜(E)のうち、式(C)のみを満たさず、式(A)、(B)、(D)、および(E)を満たすものを用いた。また、図8は、図5と同様の方法で光の相対強度をプロットしたものである。
式(D)は、前述の発光素子110の発光面から第1全反射面121aの出射部123側端部までの距離bと、第1入射面121aから発光素子110の発光面までの距離dと、の関係を表す式である。図9に、上述の式(D)を満たす本実施の形態の発光装置の光度分布と、上述の式(D)を満たさない比較用の発光装置の光度分布とを比較したグラフ(シミュレーション結果)を示す。なお、比較用の発光装置には、本実施形態の発光装置と同様の構成を有し、かつ上述の式(A)〜(E)のうち、式(D)のみを満たさず、式(A)〜(C)、および(E)を満たすものを用いた。また、図9は、図5と同様の方法で光の相対強度をプロットしたものである。
式(E)は、第1全反射面121bの中心軸CA方向の高さhと、第2全反射面122bの中心軸CA方向の高さiとの関係を表す式である。第2全反射面122bの高さiが低くなると、第2入射面122aから入射した光が、第2全反射面122bで反射されずに、出射部123から出射しやすく、発光装置100の集光性が低下する。これに対し、第2全反射面122bの高さiが、第1全反射面121bの高さhに対して十分に高いと、集光性が良好になる。
また、本実施の形態の光束制御部材120は、上述のeで表される値が、以下の式(F)を満たすことが好ましい。
(F) 0≦e≦(1/3)a
上記式(F)は、光束制御部材120の第1凸部121および第2凸部122の間隙eと、光束制御部材120の第1凸部121の中心軸CAと直交方向の最大幅との関係を表す式である。本実施の形態において、第1凸部121および第2凸部122は、隙間無く配置されていてもよく、一定の間隙をあけて配置されていてもよい。ただし、第1凸部121および第2凸部122の間隙eが大きくなると、目的の被照射領域より外へ向かう光が増加する。したがって、上記式(F)を満たすことが好ましい。
(G) 0°≦f≦15°
上記角度fが15°を超える場合、第2全反射面122bを上方へ伸ばす必要がある。そこで、光束制御部材120のサイズを小さくする観点から、上記式(G)を満たすことが好ましい。
(H) 0°≦g≦15°
上記式(H)は、発光素子110の発光面の最外周から出射された光の出射部123からの出射方向を特定する式である。上記gで表される角度は、第2全反射面122bの角度や高さによって調整されるが、上記式(H)を満たすように第2全反射面122bを配置することで、発光装置100の集光性が良好になる。
次に、図10〜図12を参照して、本実施の形態の光の光路について説明する。図10A、図11A、および図12Aは、本実施の形態の発光装置100の発光素子110からの光の光路図である。一方、図10B、図11B、および図12Bは、光束制御部材が第1凸部121を有さない、比較用の発光装置500の発光素子510からの光の光路図である。なお、比較用の発光装置500は、発光素子510と、発光素子510から出射された光の配光特性を制御する光束制御部材520とを有する。また、光束制御部材520は、光が入射する入射凹部521と、入射凹部521から入射した光の少なくとも一部を反射する全反射面522と、入射凹部521から入射した光、および全反射面522が反射した光を出射させる出射部523とを有する。
比較用の発光装置500では、発光素子510の発光面と光束制御部材520の入射凹部521との距離が比較的遠い。そのため、発光素子510から出射された光が、ある程度広がって、光束制御部材520(入射凹部521)に入射する。したがって、出射部523から出射する光が、光軸LAから離れやすく、集光性が低下しやすい。また、入射凹部521の天面から入射し出射部523へ直接到達する光についても、全反射面522で方向制御されずに出射するため、目的の被照射領域の外部へ向かう光となりやすい。
本実施の形態の発光装置100では、発光素子110の発光面と光束制御部材120の第1凸部121の第1入射面121aとの距離が近い。そのため、発光素子110から出射された光が広がる前に光束制御部材120(第1入射面121a)に入射する。したがって、出射部123から出射する光が、比較用の発光装置500と比較して光軸LAに近づきやすく、集光性が良好になりやすい。
以上のように、本実施の形態の発光装置100では、発光素子110の発光中心やその周縁部から出射される光は、第1凸部121で配光特性を制御し、発光素子110の発光面の最外周近傍から出射される光は、第2凸部122で配光特性を制御する。またこのとき、第1凸部121や第2凸部122が所定の形状を有する(例えば上述の式(A)〜(C)、および(E)を満たす)ため、第1凸部121や第2凸部122に入射した光の配光特性を十分に制御することができる。
次に、実施の形態2について、説明する。図13は、実施の形態2の発光装置を示す図である。図13Aは実施の形態2の発光装置200の平面図であり、図13Bは当該発光装置200の正面図であり、図13Cは当該発光装置200の底面図であり、図13Dは当該発光装置200の斜視図であり、図13Eは図13Aに示すA−A線の断面図である。
本実施の形態の発光装置200でも、発光素子110の発光中心やその周縁部から出射される光は、第1凸部121で配光特性を制御し、発光素子110の発光面の最外周近傍から出射される光は、第2凸部122で配光特性を制御する。またこのとき、第1凸部121や第2凸部122が所定の形状を有する(例えば上述の式(A)〜(C)、および(E)を満たす)ため、第1凸部121や第2凸部122に入射した光の配光特性を十分に制御することができる。
次に、実施の形態3について、説明する。図15は、実施の形態3の発光装置を示す図である。図15Aは実施の形態3の発光装置300の平面図であり、図15Bは当該発光装置300の正面図であり、図15Cは当該発光装置300の底面図であり、図15Dは当該発光装置300の斜視図であり、図15Eは図15Aに示すA−A線の断面図である。
本実施の形態の発光装置300でも、発光素子110の発光中心やその周縁部から出射される光は、第1凸部321で配光特性を制御し、発光素子110の発光面の最外周近傍から出射される光は、第2凸部122で配光特性を制御する。またこのとき、第1凸部321や第2凸部122が所定の形状を有する(例えば上述の式(A)〜(C)、および(E)を満たす)ため、第1凸部321や第2凸部122に入射した光の配光特性を十分に制御することができる。
本発明の発光装置において、光束制御部材の第1凸部の第1入射面の形状は、実施の形態1〜3に示したような、平面状や複数のレンズ面を含む形状に限定されない。実施の形態2の発光装置の変形例に係る光束制御部材420を図17に示す。図17は、光束制御部材420の中心軸CAを通る断面図である。なお、実施の形態2の発光装置の光束制御部材220と同一の構成については、同一の符番を付し、説明を省略する。
上述の発光装置は、各種照明装置に用いることができる。発光装置は、被照射面の特定の領域のみを明るく照らすことが可能である。したがって、特にスポット照明用の照明装置に有用である。スポット照明用の照明装置440は、図18の模式図に示すように、発光装置400と、当該発光装置400から出射された光を照射される被照射部材430とを有する構成とすることができる。
120、220、320、420、520、820 光束制御部材
121、321、421 第1凸部
121a、321a、421a 第1入射面
121b 第1全反射面
122 第2凸部
122a 第2入射面
122b 第2全反射面
123、223、323 出射部
223”、323” 凹部
430 被照射部材
440 照明装置
CA 中心軸
LA 光軸
100、200、300、400、500、800 発光装置
Claims (10)
- 発光素子と、前記発光素子の光軸を中心軸とし、前記発光素子から出射された光を入射させるとともに、入射した光の配光を制御して出射させる光束制御部材と、を含む発光装置であって、
前記光束制御部材は、
前記発光素子から出射された光を入射する第1入射面、および前記第1入射面から入射した光の一部を全反射する第1全反射面を含み、かつ前記発光素子と対向するように配置された第1凸部と、
前記発光素子から出射された光を入射する第2入射面、および前記第2入射面から入射した光の少なくとも一部を全反射する第2全反射面を含み、かつ前記第1凸部を取り囲むように配置された第2凸部と、
前記第1入射面から入射した光および前記第1全反射面が反射した光、ならびに前記第2入射面に入射した光および前記第2全反射面が反射した光を出射する、前記第1凸部および前記第2凸部の反対側に配置された出射部と、を有し、
前記第1入射面は、前記発光素子と対向する位置に、前記光束制御部材の中心軸と交わるように配置され、
前記第1全反射面は、前記光束制御部材の中心軸を取り囲み、前記中心軸からの距離が一定、または前記発光素子側から前記出射部側に向かって、前記中心軸からの距離が漸次長くなるように配置され、
前記第2入射面は、前記光束制御部材の中心軸を取り囲み、前記中心軸からの距離が一定、または前記発光素子側から前記出射部側に向かって、前記中心軸からの距離が漸次短くなるように配置され、
前記第2全反射面は、前記光束制御部材の中心軸を取り囲み、前記発光素子側から前記出射部側に向かって、前記中心軸からの距離が漸次長くなるように配置され、
前記光束制御部材の中心軸を通る断面において、
前記発光素子の前記光束制御部材と対向する発光面の幅をz、前記第1凸部の前記中心軸と直交方向の最大幅をa、前記第1凸部および前記第2凸部の最小間隔をe、前記発光素子の前記発光面またはその延長線から前記第1全反射面の前記出射部側端部までの前記中心軸方向の距離をb、前記第1入射面の前記中心軸と直交方向の幅をc、前記第1入射面と前記発光素子の前記発光面との距離をd、前記第1全反射面の前記中心軸方向の高さをh、前記第2全反射面の前記中心軸方向の高さをiとしたとき、以下の式(A)〜(E)を満たす、発光装置。
(A) 0.15z≦(a+2e)≦1.7z
(B) b≧z
(C) 0.15z≦c<z
(D) 0<d≦0.7b
(E) i>h - 前記光束制御部材の中心軸を通る断面において、
前記発光素子の前記発光面またはその延長線から前記第1全反射面の出射部側端部までの前記中心軸方向の距離と、前記発光素子の前記発光面またはその延長線から前記第2入射面の出射部側端部までの前記中心軸方向の距離とが、同一である、
請求項1に記載の発光装置。 - 以下の式(F)をさらに満たす、
請求項1または2に記載の発光装置。
(F) 0≦e≦(1/3)a - 前記光束制御部材の中心軸を通る断面において、前記第2入射面と前記中心軸に平行な線とがなす角度をfとしたとき、以下の式(G)を満たす、
請求項1〜3のいずれか一項に記載の発光装置。
(G) 0°≦f≦15° - 前記発光素子の前記発光面の最外周から出射され、前記第2入射面から前記光束制御部材に入射し、前記第2全反射面で前記出射部側に反射される光が前記出射部から出射するときの光の進行方向と、前記光束制御部材の中心軸に平行な線とがなす角度をgとしたとき、以下の式(H)を満たす、
請求項1〜4のいずれか一項に記載の発光装置。
(H) 0°≦g≦15° - 前記光束制御部材が、前記出射部側に凹部を有し、
前記出射部が、前記凹部の底面と、前記凹部の側面とを含む、
請求項1〜5のいずれか一項に記載の発光装置。 - 前記第1入射面が、前記中心軸を中心とする環状の溝部を有し、
前記溝部は、前記中心軸を含む断面において三角形状の凹みである、
請求項1〜6のいずれか一項に記載の発光装置。 - 前記出射部が、複数のレンズ面を含む、
請求項1〜7のいずれか一項に記載の発光装置。 - 前記第1入射面が、複数のレンズ面を含む、
請求項1〜8のいずれか一項に記載の発光装置。 - 請求項1〜9のいずれか一項に記載の発光装置と、
前記発光装置から出射された光を照射される被照射部材と、
を有する、照明装置。
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