JP2023014164A

JP2023014164A - 発光装置及び発光回路

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Publication number: JP2023014164A
Application number: JP2022187446A
Authority: JP
Inventors: 彰浅野; Akira Asano; 洋平河野; Yohei Kono
Original assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Current assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date: 2018-12-20
Filing date: 2022-11-24
Publication date: 2023-01-26
Anticipated expiration: 2038-12-20
Also published as: JP7339581B2

Abstract

【課題】機械的な手段を用いずに色温度の変更及び配光角の切替が可能な発光装置及び発光回路を提供する。【解決手段】発光装置１は、第１領域５１に配置された１以上の第１発光素子１１と、第１領域５１の周囲の第２領域５２に配置された１以上の第２発光素子１２と、光学部材２０と、を備える。光学部材２０は、第１領域５１から入射した光を集光する第１集光部２２と、第１集光部２２の周囲に配置され、第２領域５２から入射した光を導光する第１導光部２４と、を有する。第２発光素子１２から出射する光の色温度は、第１発光素子１１から出射する光の色温度とは異なる。１以上の第１発光素子１１を含む第１回路６１と１以上の第２発光素子１２を含む第２回路６２は相互に並列に接続されており、第１回路６１において直列に接続された第１発光素子１１の段数は、第２回路６２において直列に接続された第２発光素子１２の段数よりも少ない。【選択図】図４

Description

実施形態は、発光装置及び発光回路に関する。

従来より、照明光の色温度を変更可能な照明装置が開発されている。また、近年、配光角の切替が可能な照明装置も要望されている。例えば、１つの照明装置により、ある状況では配光角を大きくして室内全体を照明し、他の状況では配光角を小さくして狭い範囲を照明することが要求されている。このような照明装置を実現する手段として、１台の照明装置に複数の種類の発光素子を設け、機械的な手段によって発光素子と光学系の位置関係を変化させることが考えられる。しかしながら、このような機械的な手段を設けた照明装置は、大型であり、高コストであり、切替に時間を要し、さらに、インテリア性を低下させるという問題がある。

特開２００７－３３５１０１号公報

実施形態は、上述の問題点に鑑みてなされたものであって、機械的な手段を用いずに色温度の変更及び配光角の切替が可能な発光装置、及び、発光回路を提供することを目的とする。

実施形態に係る発光装置は、第１領域に配置された１以上の第１発光素子と、前記第１領域の周囲の第２領域に配置された１以上の第２発光素子と、光学部材と、を備える。前記光学部材は、前記第１領域から入射した光を集光する第１集光部と、前記第１集光部の周囲に配置され、前記第２領域から入射した光を導光する第１導光部と、を有する。前記第２発光素子から出射する光の色温度は、前記第１発光素子から出射する光の色温度とは異なる。前記１以上の第１発光素子を含む第１回路と前記１以上の第２発光素子を含む第２回路は相互に並列に接続されており、前記第１回路において直列に接続された前記第１発光素子の段数は、前記第２回路において直列に接続された前記第２発光素子の段数よりも少ない。

実施形態に係る発光回路は、第１領域に配置された１以上の第１発光素子と、前記第１領域の周囲の第２領域に配置された１以上の第２発光素子と、を備える。前記第２発光素子から出射する光の色温度は、前記第１発光素子から出射する光の色温度とは異なる。前記１以上の第１発光素子を含む第１回路と前記１以上の第２発光素子を含む第２回路は相互に並列に接続されており、前記第１回路において直列に接続された前記第１発光素子の段数は、前記第２回路において直列に接続された前記第２発光素子の段数よりも少ない。

実施形態によれば、機械的な手段を用いずに色温度の変更及び配光角の切替が可能な発光装置、及び、発光回路を実現できる。

第１の実施形態に係る照明装置を示す分解斜視端面図である。第１の実施形態に係る照明装置を示す端面図である。第１の実施形態に係る照明装置を示す斜視図である。第１の実施形態の光源部を示す平面図である。第１の実施形態に係る発光回路を示す回路図である。第１の実施形態に係る光学部材を示す斜視端面図である。第１の実施形態に係る光学部材を示す端面図である。第１の実施形態に係る光学部材を光入射方向から見た平面図である。第１の実施形態に係る光学部材を光出射方向から見た平面図である。第１の実施形態に係る光学部材を示す斜視図である。横軸に入力電流をとり、縦軸に光束をとって、第１の実施形態の第１発光素子及び第２発光素子の挙動を示すグラフである。横軸に入力電流をとり、縦軸に色温度をとって、第１の実施形態に係る発光装置の挙動を示すグラフである。第１発光素子から出射した光の軌跡のシミュレーション結果を示す図である。第２発光素子から出射した光の軌跡のシミュレーション結果を示す図である。拡散板から出射した光の軌跡とカバー部材との位置関係を示す端面図である。第２の実施形態の光源部を示す平面図である。第２の実施形態に係る発光回路を示す回路図である。横軸にｘをとり、縦軸にｙをとって、発光装置から出射する光の色の変化を示す色度座標図である。第３の実施形態の光源部を示す平面図である。第４の実施形態の光源部を示す平面図である。第４の実施形態の光学部材を示す端面図である。実施例における第１導光部及び第２導光部の寸法を示す図である。横軸に中心からの角度をとり、縦軸に光度をとって、実施例の第１導光部から出射した光の分布のシミュレーション結果を示すグラフである。横軸に中心からの角度をとり、縦軸に光度をとって、実施例の第２導光部から出射した光の分布のシミュレーション結果を示すグラフである。

＜第１の実施形態＞
先ず、第１の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る照明装置を示す分解斜視端面図である。
図２Ａは、本実施形態に係る照明装置を示す端面図である。
図２Ｂは、本実施形態に係る照明装置を示す斜視図である。
図３は、本実施形態の光源部を示す平面図である。
図４は、本実施形態に係る発光回路を示す回路図である。

先ず、本実施形態に係る照明装置９０の構成を概略的に説明する。照明装置９０は、光源部１０、光学部材２０、拡散板３０及びカバー部材４０を備える。光源部１０及び光学部材２０により、発光装置１が構成されている。光源部１０は、発光回路８１を有している。

発光回路８１は、第１領域５１に配置された１以上の第１発光素子１１と、第２領域５２に配置された１以上の第２発光素子１２と、を有する。第２領域５２は第１領域５１の周囲に配置されている。第２発光素子１２から出射する光の色温度は、第１発光素子１１から出射する光の色温度とは異なる。発光回路８１において、１以上の第１発光素子１１を含む第１回路６１と、１以上の第２発光素子１２を含む第２回路６２は相互に並列に接続されている。第１回路６１において直列に接続された第１発光素子１１の段数は、第２回路６２において直列に接続された第２発光素子１２の段数よりも少ない。

光学部材２０は、第１集光部２２、第２集光部２３、第１導光部２４を有する。第１集光部２２は第１領域５１から入射する光を集光する。第２集光部２３は、第１集光部２２の周囲に配置され、第１領域５１から出射し第１集光部２２に入射しない光を集光する。第１導光部２４は、第２集光部２３の周囲に配置され、第２領域５２から入射した光を内部で全反射させて導光する。第１導光部２４から出射する光の半値角は、第１集光部２２から出射する光の半値角よりも大きい。

拡散板３０は、光源部１０から出射し、光学部材２０を通過した光が入射する位置に配置されている。カバー部材４０は、発光装置１及び拡散板３０の側面を覆う位置に配置されている。カバー部材４０の形状は略筒状であり、その内面において、拡散板３０を通過した光の一部を反射する。

以下、詳細に説明する。
光源部１０には、１枚の配線基板１９が設けられている。配線基板１９の形状は、例えば、略円板状である。但し、これには限定されない。配線基板１９は、例えば、樹脂材料からなる母材中に配線が設けられている。第１発光素子１１及び第２発光素子１２は、配線基板１９の実装面１９ａ上に搭載されている。

第１発光素子１１は、例えば４個設けられており、配線基板１９の中心付近に位置する第１領域５１に配置されている。例えば、第１領域５１は配線基板１９の中心を含む。第２発光素子１２は、例えば７個設けられており、第１領域５１の周囲に位置する第２領域５２に円状に配置されている。第１発光素子１１及び第２発光素子１２は、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）である。

第１発光素子１１は、例えば、色温度が２０００Ｋ（ケルビン）の光を出射する。例えば４個の第１発光素子１１が、例えば５個の抵抗素子７１～７５と共に、配線基板１９の配線を介して直列に接続されて、第１回路６１を構成している。図４に示す例では、第１回路６１において、正極側から負極側に向かって、抵抗素子７１、第１発光素子１１、抵抗素子７２、抵抗素子７３、第１発光素子１１、抵抗素子７４、第１発光素子１１、抵抗素子７５、第１発光素子１１の順に直列に接続されている。すなわち、第１回路６１において、第１発光素子１１の総数は４であり、直列に接続された第１発光素子１１の段数も４である。各第１発光素子１１は、アノードが正極側に接続され、カソードが負極側に接続されている。

第２発光素子１２は、例えば、色温度が３０００Ｋの光を出射する。第２発光素子１２は、配線基板１９の配線を介して直列に接続されて、第２回路６２を構成している。図４に示す例では、第２回路６２において、正極側から負極側に向かって、例えば７個の第２発光素子１２が抵抗素子を介さずに直列に接続されている。すなわち、第２回路６２において、第２発光素子１２の総数は７であり、直列に接続された第２発光素子１２の段数も７である。各第２発光素子１２は、アノードが正極側に接続され、カソードが負極側に接続されている。

発光回路８１においては、第１回路６１の正極側端子と第２回路６２の正極側端子が相互に接続されており、第１回路６１の負極側端子と第２回路６２の負極側端子が相互に接続されている。これにより、第１回路６１と第２回路６２は、正極側端子と負極側端子との間で並列に接続されている。なお、図３及び図４に示す例では、第１発光素子１１の数が４であり、第２発光素子１２の数が７である例を示したが、これには限定されない。第１領域５１に第１発光素子１１が配置され、第１領域５１を囲む第２領域５２に第２発光素子１２が配置され、第１回路６１において直列に接続された第１発光素子１１の段数が、第２回路６２において直列に接続された第２発光素子１２の段数よりも少なければよい。

図５Ａは、本実施形態に係る光学部材を示す斜視端面図である。
図５Ｂは、本実施形態に係る光学部材を示す端面図である。
図６Ａは、本実施形態に係る光学部材を光入射方向から見た平面図である。
図６Ｂは、本実施形態に係る光学部材を光出射方向から見た平面図である。
図６Ｃは、本実施形態に係る光学部材を示す斜視図である。

光学部材２０は、透明材料により一体的に形成された透明部材である。光学部材２０の形状は概ね、中心軸Ｃを回転軸とした回転体であり、光入射面２１と光出射面２９を有する。光入射面２１は光源部１０に対向している。後述するように、光学部材２０の光入射面２１には凹凸が形成されており、この凹凸により光学的な機能を実現している。光出射面２９は中心軸Ｃに対して直交した平面である。以下、光学部材２０の中心軸Ｃが延びる方向のうち、光出射面２９から光入射面２１に向かう方向を「光入射方向」といい。光入射面２１から光出射面２９に向かう方向を「光出射方向」という。

光入射面２１の中央部には、光入射方向に突出した第１集光部２２が設けられている。第１集光部２２は、光源部１０の第１領域５１に対応する位置に配置されており、例えば、第１領域５１に対向する位置に配置されている。第１集光部２２の形状は凸レンズ状であり、例えば、回転楕円体の一部である。第１集光部２２の外面２２ａは凸状の曲面である。外面２２ａの最小曲率半径は、０．３ｍｍ以上、かつ、１３ｍｍ以下である。外面２２ａの最小曲率半径は、例えば、中心軸Ｃを含む断面において計測することができる。

第１集光部２２の周囲には、第２集光部２３が設けられている。第２集光部２３の形状は、頂上部が陥没した略円錐体状である。第２集光部２３は、光源部１０における第１領域５１と第２領域５２の間の領域に対向している。第２集光部２３の表面は、内面２３ａ、上面２３ｂ、外面２３ｃを含んでいる。

内面２３ａは第１集光部２２の外面２２ａと接しており、光入射方向に向かうにつれて中心軸Ｃから離れるように傾斜している。上面２３ｂは内面２３ａの周囲に配置され、内面２３ａと接している。上面２３ｂは光出射面２９に対して平行な円環状の平面である。外面２３ｃは上面２３ｂの周囲に配置され、上面２３ｂと接している。外面２３ｃは、光出射方向に向かうにつれて中心軸Ｃから離れるように傾斜している。また、外面２３ｃは、光出射面２９に対して外向きに、すなわち、光入射方向に向けて凸となるように湾曲している。外面２３ｃの最小曲率半径は、０．６ｍｍ以上、かつ、２８ｍｍ以下である。外面２３ｃの最小曲率半径も、例えば、中心軸Ｃを含む断面において計測することができる。

第２集光部２３の周囲には、第１導光部２４が設けられている。第１導光部２４の形状は、第２集光部２３の周囲を環状に囲む筒状である。第１導光部２４は、光出射面２９に対して垂直な面、例えば、中心軸Ｃを含む面の断面形状が台形である。第１導光部２４の表面は、内面２４ａ、上面２４ｂ、外面２４ｃを含んでいる。

内面２４ａは第２集光部２３の外面２３ｃと接しており、光入射方向に向かうにつれて中心軸Ｃから離れるように傾斜している。第２集光部２３の外面２３ｃと第１導光部２４の内面２４ａとの境界線２８ａは、第１集光部２２の外面２２ａと第２集光部２３の内面２３ａとの境界線２８ｂよりも、光出射方向側に位置している。すなわち、境界線２８ａと光出射面２９との距離は、境界線２８ｂと光出射面２９との距離よりも短い。

上面２４ｂは内面２４ａの周囲に配置され、内面２４ａと接している。上面２４ｂは光出射面２９に対して平行な円環状の平面である。上面２４ｂは、光源部１０の第２領域５２に対応する位置に配置されており、例えば、第２領域５２に対向する位置に配置されている。第２集光部２３の上面２３ｂと第１導光部２４の上面２４ｂとは、同一平面上に位置している。外面２４ｃは、光出射面２９に対し垂直でもよく、光出射方向に向かうにつれて中心軸Ｃから離れる方向に傾斜していてもよい。

第１導光部２４の周囲には、平板部２５が設けられている。平板部２５の形状は、第１導光部２４の周囲を囲む形状であればよく、好ましくは円環板状である。平板部２５の上面２５ａは、光学部材２０の光出射面２９に対して平行であり、中心軸Ｃに対して直交した平面である。

光入射面２１は、全体が光出射方向から直接的に見える位置及び角度で配置されている。すなわち、第１集光部２２の外面２２ａ、第２集光部２３の内面２３ａ、上面２３ｂ、外面２３ｃ、第１導光部２４の内面２４ａ、上面２４ｂ、外面２４ｃ、平板部２５の上面２５ａは、全て光出射面２９に対向している。このため、光学部材２０は、射出成型等により作製することができる。例えば、光出射面２９側が開口した型に透明樹脂を流し込んで固化させ、光出射方向に引き出すことにより、光学部材２０を成形することができる。

拡散板３０は、透明材料、例えば、ガラス又は樹脂材料からなり、入射する光を拡散させて透過する。例えば、拡散板３０の一方又は両方の表面には微細な凹凸が形成されていてもよい。又は、拡散板３０において、母材中に母材とは屈折率が異なる材料が分散されていてもよい。拡散板３０の形状は光出射面２９を覆う形状であればよく、好ましくは円板状である。拡散板３０は、光学部材２０の光出射面２９側に配置されており、例えば、光出射面２９に接している。

カバー部材４０は、鍔部４１、収納部４２、コーン部４３を有する。カバー部材４０は、不透明材料、例えば、白色樹脂材料、暗色樹脂材料又は金属材料により形成されている。カバー部材４０の形状は概ね回転体であり、カバー部材４０の中心軸は光学部材２０の中心軸Ｃと略一致する。

鍔部４１の形状は、例えば、円環板状である。鍔部４１は、照明装置９０を取付対象部材、例えば、部屋の天井１００に対して固定するための部分である。収納部４２の形状は、上面の全体と底面の中央部分が開口した円筒状であり、光源部１０、光学部材２０、拡散板３０を内部に収納する。拡散板３０の外周部は、光学部材２０の平板部２５と、カバー部材４０の収納部４２の底面により挟まれて固定される。コーン部４３の形状は、収納部４２から離れるにつれて直径が大きくなる円錐台形状である。コーン部４３の上面及び底面は開口しており、コーン部４３の内部は収納部４２の内部と連通している。コーン部４３の内面は、カバー部材４０が白色材料からなる場合は光を乱反射し、カバー部材４０が暗色材料からなる場合は光を吸収する。

次に、本実施形態に係る照明装置９０の動作について説明する。
先ず、発光回路８１の動作について説明する。
図７Ａは、横軸に入力電流をとり、縦軸に光束をとって、本実施形態の第１発光素子及び第２発光素子の挙動を示すグラフである。
図７Ｂは、横軸に入力電流をとり、縦軸に色温度をとって、本実施形態に係る発光装置の挙動を示すグラフである。

上述の如く、発光回路８１において、第１回路６１において直列に接続された第１発光素子１１の段数は、第２回路６２において直列に接続された第２発光素子１２の段数よりも少ない。このため、発光回路８１に印加する直流電流をゼロから連続的に増加させていくと、当初は、各第１発光素子１１のアノード－カソード間に印加される電圧が、各第２発光素子１２のアノード－カソード間に印加される電圧よりも高くなるため、第１発光素子１１が先に導通する。このため、第１回路６１のみに電流が流れ、第２回路６２には電流が殆ど流れない。したがって、第１発光素子１１のみが発光し、色温度が２０００Ｋの光が出射される。そして、入力電流値が、第１発光素子１１に流れる電流が概ね飽和する値Ｉ_１になるまで、入力電流が増加するほど第１発光素子１１の光束が増加する。

発光回路８１に印加する直流電流を増加させていくと、第２発光素子１２にも電流が流れ始める。これにより、第２発光素子１２も発光する。第２発光素子１２が発光し始める電流値をＩ_２とする。電流値が０以上Ｉ_２以下の範囲においては、入力電流に応じて、光の色温度は２０００Ｋで一定のまま、光束だけが変化する。電流値Ｉ_２は電流値Ｉ_１以下であることが好ましい。電流値がＩ_２以上になると、光源部１０から出射する光は、第１発光素子１１から出射した光と第２発光素子１２から出射した光が混合された光となり、色温度は２０００Ｋと３０００Ｋの間の値となる。そして、入力電流値が、第２発光素子１２に流れる電流が飽和する値Ｉ_３になるまで、入力電流値が増加するほど、第１発光素子１１の光束はほぼ一定のまま、第２発光素子１２の光束が増加する。また、第１発光素子１１の光束と第２発光素子１２の光束の割合が変化するため、光源部１０から出射する光の色温度も変化する。したがって、電流値がＩ_２以上Ｉ_３以下の範囲においては、入力電流が大きくなるほど、光束が増加すると共に、光の色温度が２０００Ｋから増加して、２０００Ｋと３０００Ｋとの間の所定の値に収斂する。抵抗素子７１～７５の抵抗値は、電流値がＩ_３に到達したときに、各第１発光素子１１のアノード－カソード間電圧と各第２発光素子１２のアノード－カソード間電圧が等しくなるように調整されている。

次に、光源部１０から出射した光の挙動について説明する。
図８は、第１発光素子から出射した光の軌跡のシミュレーション結果を示す図である。
図９は、第２発光素子から出射した光の軌跡のシミュレーション結果を示す図である。
図１０は、拡散板から出射した光の軌跡とカバー部材との位置関係を示す端面図である。

第１領域５１において第１発光素子１１が点灯すると、第１発光素子１１から出射した光の一部は、光学部材２０の第１集光部２２の外面２２ａに入射する。外面２２ａは、第１集光部２２に光が入射する第１光入射領域である。以下、第１集光部２２に入射した光を「光Ｌ１」という。光Ｌ１は、凸レンズ形状の第１集光部２２によって集光されて、光出射面２９から出射する。第１集光部２２から出射した光Ｌ１の半値角θ_ＨＷ１は、例えば、２４°である。

第１発光素子１１から出射した光の残部、すなわち、第１領域５１から出射し、第１集光部２２に入射しなかった光は、第２集光部２３の内面２３ａに入射する。以下、第２集光部２３に入射した光を「光Ｌ２」という。光Ｌ２は、第２集光部２３内を通過し、少なくとも一部が外面２３ｃにおいて全反射されて、光出射面２９から出射する。外面２３ｃは、光出射面２９に対して外向きに湾曲しているため、光Ｌ２は外面２３ｃにおいて全反射されることにより、集光される。

第２領域５２において第２発光素子１２が点灯すると、第２発光素子１２から出射した光の大部分は、光学部材２０の第１導光部２４の上面２４ｂに入射する。上面２４ｂは、第１導光部２４に光が入射する第２光入射領域である。以下、第１導光部２４に入射した光を「光Ｌ３」という。光Ｌ３の少なくとも一部は、第１導光部２４の内面２４ａと外面２４ｃとで全反射を繰り返すことにより、第１導光部２４の内部を導光されると共に拡散されて、光出射面２９から出射する。第１導光部２４から出射した光Ｌ３の半値角θ_ＨＷ２は、例えば、６８°である。光学部材２０の第１導光部２４から出射する光Ｌ３の半値角θ_ＨＷ２は、第１集光部２２から出射する光Ｌ１の半値角θ_ＨＷ１よりも大きい。すなわち、θ_ＨＷ２＞θ_ＨＷ１である。

このように、発光装置１においては、第１発光素子１１を点灯させると、第１領域５１から光が出射し、第１集光部２２によって集光された光Ｌ１、及び、第２集光部２３によって集光された光Ｌ２が、発光装置１から出射する。これにより、半値角が小さい光を得ることができる。一方、第２発光素子１２を点灯させると、第２領域５２から光が出射し、第１導光部２４によって拡散された光Ｌ３が発光装置１から出射する。これにより、半値角が大きい光を得ることができる。このように、発光装置１は、入力電流値を調整することにより、各発光素子の光束を変化させ、出射光の色温度及び配光角を制御することができる。

光学部材２０の光出射面２９から出射した光は、拡散板３０を通過する際に散乱される。これにより、使用者に第１発光素子１１又は第２発光素子１２が直接見えてしまうことによる「粒感」を軽減すると共に、光の出射角度に起因した「色ムラ」や「グレア」を軽減することができる。そして、拡散板３０から出射した光はカバー部材４０のコーン部４３内に入射する。拡散板３０から出射した光の一部は、コーン部４３の内面に到達する。特に、配線基板１９の実装面１９ａに対する角度が３０°以下の方向に進む光は、必ずコーン部４３の内面に到達する。なお、光Ｌ４は、拡散板３０におけるコーン部４３内に露出した部分の端から、実装面１９ａに対して３０°の角度で出射し、コーン部４３の中心軸を通過する光の軌跡を示している。

コーン部４３は、光Ｌ４がコーン部４３の内面に入射するように、設計されている。コーン部４３の内面が白色材料からなる場合は、コーン部４３の内面に到達した光はコーン部４３の内面によって乱反射され、照明装置９０の外部に出射する。コーン部４３の内面が暗色材料からなる場合は、コーン部４３の内面に到達した光はコーン部４３の内面によって吸収される。拡散板３０から出射した光の他の一部は、コーン部４３の内面には到達せずに、直接照明装置９０の外部に出射する。

次に、本実施形態の効果について説明する。
発光装置１においては、入力電流値を調整することにより、出射光の色温度、光束及び配光角を制御することができる。これにより、機械的な手段を設けることなく、電気的な手段のみで色温度、光束及び配光角を切り替えることができる。このため、発光装置１の小型化及び低コスト化を図ることができる。また、機械的な動作がないため、切替に時間を要さず、騒音が発生することもなく、信頼性も高い。さらに、照明装置９０の外観を、配光角の切替が可能であることがわからないような外観とすることができるため、部屋の天井１００に取り付けてダウンライトとして使用する場合等に、インテリア性を向上させることができる。

また、１つの光学部材２０を用いて、狭角照明から広角照明にわたって照明範囲を連続的に変化させることができるため、照明装置９０のコストをより一層低減することができる。上述の如く、射出成型法等によって光学部材２０を形成すれば、コストをより低減できる。また、使用者から見て、狭角照明時と広角照明時で発光領域の位置及び面積がほとんど変わらないため、狭角照明と広角照明を切り替えたときの不連続感が少ない。

さらに、照明装置９０においては、拡散板３０から出射した光のうち、配線基板１９の実装面１９ａに対する角度が３０°以下の方向に進む光は、カバー部材４０が白色材料からなる場合はコーン部４３の内面によって乱反射され、カバー部材４０が暗色材料からなる場合はコーン部４３の内面で吸収されるため、拡散板３０から照明装置９０の外部に直接出射することがない。これにより、第１発光素子１１及び第２発光素子１２から浅い角度で出射した光が直接使用者の目に入ることを防止でき、グレアを抑えることができる。また、照明装置９０においては、狭角照明用の光Ｌ１及びＬ２と、広角照明用の光Ｌ３とを、１つの光学部材２０から出射させることができるため、発光面積を低減することができる。これにより、３０°以下の光を遮断しつつ、コーン部４３の高さを低くすることができ、照明装置９０全体をコンパクトにすることができる。

なお、センサーを用いて人を感知することで、色温度、光束及び配光角を切り替えてもよい。例えば、部屋が無人のときは第１発光素子１１及び第２発光素子１２の双方を消灯させておき、部屋の入口に人が現れたときは、第１発光素子１１のみを点灯させて、比較的弱い光で入口付近のみを局所的に照明し、人が部屋の内部に入ってきたときは、第１発光素子１１及び第２発光素子１２の双方を点灯させて、部屋全体を明るく照明してもよい。

＜第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態について説明する。
図１１は、本実施形態の光源部を示す平面図である。
図１２は、本実施形態に係る発光回路を示す回路図である。
なお、以下の説明においては、原則として、第１の実施形態との相違点のみを説明する。以下に説明する事項以外は、第１の実施形態と同様である。後述する他の実施形態についても同様である。

本実施形態に係る発光装置２においては、光源部１０ａにおいて、第１領域５１に１以上の第１発光素子１１が設けられており、第２領域５２に、第１発光素子１１、第２発光素子１２、第３発光素子１３、及び、第４発光素子１４が、それぞれ１以上設けられている。すなわち、第１発光素子１１は第１領域５１及び第２領域５２の双方に設けられており、第２発光素子１２、第３発光素子１３、及び、第４発光素子１４は、第２領域５２のみに設けられている。なお、図１１においては、図を簡略化するために、発光素子の数を実際よりも少なく描いている。図１２に示す例では、第１発光素子１１の総数、第２発光素子１２の総数、第３発光素子１３の総数、及び、第４発光素子１４の総数は、それぞれ１２である。

本実施形態においては、例えば、第１発光素子１１から出射される光の色温度は２７００Ｋであり、第２発光素子１２から出射される光の色温度は２０００Ｋであり、第３発光素子１３から出射される光の色温度は３５００Ｋであり、第４発光素子１４から出射される光の色温度は６５００Ｋである。なお、各発光素子から出射される光の色温度は上記の例には限定されず、第１発光素子１１から出射する光の色温度、第２発光素子１２から出射する光の色温度、第３発光素子１３から出射する光の色温度、及び、第４発光素子１４から出射する光の色温度が、相互に異なっていればよい。

光源部１０ａには、発光回路８２が設けられている。発光回路８２は、上述の第１～第４の発光素子と、複数の第１抵抗素子７６及び複数の第２抵抗素子７７を含んでいる。発光回路８２には、第１回路６１、第２回路６２、第３回路６３及び第４回路６４が設けられている。発光回路８２において、第１回路６１と第２回路６２は相互に並列に接続されており、第３回路６３と第４回路６４は相互に並列に接続されている。

第１回路６１においては、例えば、相互に並列に接続された３つの第１発光素子１１からなる単位回路が４つ設けられており、この４つの単位回路と複数の第１抵抗素子７６が直列に接続されている。したがって、第１回路６１において、第１発光素子１１の総数は１２であり、直列に接続された第１発光素子１１の段数は４である。なお、複数の第１抵抗素子７６の抵抗値は同じでもよく、異なっていてもよい。

第２回路６２においては、例えば１２個の第２発光素子１２が抵抗素子を介さずに直列に接続されている。したがって、第２回路６２において、第２発光素子１２の総数は１２であり、直列に接続された第２発光素子１２の段数も１２である。

第３回路６３においては、例えば、相互に並列に接続された３つの第３発光素子１３からなる単位回路が４つ設けられており、この４つの単位回路と複数の第２抵抗素子７７が直列に接続されている。したがって、第３回路６３において、第３発光素子１３の総数は１２であり、直列に接続された第３発光素子１３の段数は４である。なお、複数の第２抵抗素子７７の抵抗値は同じでもよく、異なっていてもよい。

第４回路６４においては、例えば１２個の第４発光素子１４が抵抗素子を介さずに直列に接続されている。したがって、第４回路６４において、第４発光素子１４の総数は１２であり、直列に接続された第４発光素子１４の段数は１２である。

次に、本実施形態の動作について説明する。
第１発光素子１１は、第１領域５１及び第２領域５２の双方に配置されているため、第１発光素子１１から出射した光は、光学部材２０の第１集光部２２、第２集光部２３及び第１導光部２４から出射する。第２発光素子１２、第３発光素子１３及び第４発光素子１４は第２領域５２のみに配置されているため、第２発光素子１２、第３発光素子１３及び第４発光素子１４から出射した光は、第１導光部２４から出射する。

第１回路６１と第２回路６２は同じ電源に接続されており、同じ電圧が印加される。これにより、第１の実施形態において説明したように、入力電流値をゼロから徐々に増加させていくと、第１発光素子１１が先に発光し始め、第１発光素子１１に流れる電流が飽和する付近から、第２発光素子１２が発光し始める。この結果、入力電流値を変化させると、全体の色温度、光束及び配光角が所定の関係にしたがって変化する。

第３回路６３と第４回路６４は同じ電源に接続されており、同じ電圧が印加される。これにより、入力電流値をゼロから徐々に増加させていくと、第３発光素子１３が先に発光し始め、第３発光素子１３に流れる電流が飽和する付近から、第４発光素子１４が発光し始める。この結果、入力電流値を変化させると、全体の色温度及び光束が所定の関係にしたがって変化する。

そして、第１回路６１及び第２回路６２に流す電流値と、第３回路６３及び第４回路６４に流す電流値との割合を制御することにより、第１発光素子１１、第２発光素子１２、第３発光素子１３及び第４発光素子１４から出射する光の割合を制御することができる。この制御を最適化することにより、発光装置２から出射する光の色を、黒体放射に沿って変化させることができる。

図１３は、横軸にｘをとり、縦軸にｙをとって、発光装置から出射する光の色の変化を示す色度座標図である。
図１３に破線で示す曲線は黒体放射の色変化の理論曲線を表し、実線で示す曲線は本実施形態に係る発光装置が出射する光の色変化のシミュレーション結果を表し、一点鎖線で示す直線は２種類の発光素子のみを用いた発光装置が出射する光の色変化を表す。
図１３に示すように、本実施形態によれば、発光装置２から出射する光を黒体放射に沿って変化させることができる。

次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態によれば、色温度が相互に異なる４種類の発光素子を設けているため、第１の実施形態と比較して、色温度の調整範囲が広い。また、第１発光素子１１を含む第１回路６１と第２発光素子１２を含む第２回路６２を相互に並列に接続し、第１回路６１において直列に接続された第１発光素子１１の段数を、第２回路６２において直列に接続された第２発光素子１２の段数よりも少なくしているため、第１発光素子１１を単独で発光させた状態から、第１発光素子１１及び第２発光素子１２の双方を発光させた状態まで、滑らかに連続的に推移させることができる。同様に、第３発光素子１３を含む第３回路６３と第４発光素子１４を含む第４回路６４を相互に並列に接続し、第３回路６３において直列に接続された第３発光素子１３の段数を、第４回路６４において直列に接続された第４発光素子１４の段数よりも少なくしているため、第３発光素子１３を単独で発光させた状態から、第３発光素子１３及び第４発光素子１４の双方を発光させた状態まで、滑らかに連続的に推移させることができる。

そして、第１回路６１及び第２回路６２が並列に接続された回路に流す電流値と、第３回路６３及び第４回路６４が並列に接続された回路に流す電流値を、適切に制御することにより、第１発光素子１１を単独で発光させた状態から、全ての発光素子を発光させた状態まで、滑らかに連続的に推移させることができる。これにより、色温度、光束及び配光角を連続的に変化させることができ、調光の際に使用者が違和感を覚えることを抑制できる。また、光の色を黒体放射に沿って変化させることが可能となる。これにより、より自然な調光が可能となり、使用者に安心感を与えることができる。

＜第３の実施形態＞
次に、第３の実施形態について説明する。
図１４は、本実施形態の光源部を示す平面図である。
本実施形態に係る発光回路は、図１２に示す発光回路８２と同様である。

本実施形態に係る発光装置３においては、光源部１０ｂにおいて、第１領域５１に第１発光素子１１及び第２発光素子１２の双方が設けられている。第２領域５２には、第１発光素子１１、第２発光素子１２、第３発光素子１３及び第４発光素子１４が設けられている。なお、図１４においては、図を簡略化するために、発光素子の数を実際よりも少なく描いている。後述する図１５及び図１７についても、同様である。

本実施形態によれば、第２の実施形態と比較して、第１集光部２２及び第２集光部２３から出射され狭角領域を照明する光も、第１発光素子１１を単独で発光させた状態から、第１発光素子１１及び第２発光素子１２の双方を発光させた状態まで、連続的に変化させることができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、第２の実施形態と同様である。

＜第４の実施形態＞
次に、第４の実施形態について説明する。
図１５は、本実施形態の光源部を示す平面図である。
図１６は、本実施形態の光学部材を示す端面図である。

本実施形態に係る発光装置４においては、光源部１０ｃが設けられている。光源部１０ｃにおいては、第１領域５１に１以上の第１発光素子１１が設けられている。第２領域５２には、１以上の第１発光素子１１、１以上の第２発光素子１２、１以上の第３発光素子１３及び１以上の第４発光素子１４が設けられている。第３領域５３にも、１以上の第１発光素子１１、１以上の第２発光素子１２、１以上の第３発光素子１３及び１以上の第４発光素子１４が設けられている。したがって、光源部１０ｃ全体には、第１発光素子１１は３以上、第２発光素子１２、第３発光素子１３及び第４発光素子１４はそれぞれ２以上設けられている。第１領域５１は配線基板１９の中心を含む円状の領域であり、第２領域は第１領域５１の周囲に配置された円環状の領域であり、第３領域５３は第２領域５２の周囲に配置された円環状の領域である。

本実施形態においては、例えば、第２の実施形態と同様に、第１発光素子１１から出射される光の色温度は２７００Ｋであり、第２発光素子１２から出射される光の色温度は２０００Ｋであり、第３発光素子１３から出射される光の色温度は３５００Ｋであり、第４発光素子１４から出射される光の色温度は６５００Ｋである。但し、これには限定されず、色温度が相互に異なっていればよい。

また、発光装置４においては、光学部材２０ａが、第２領域５２の周囲の第３領域５３から入射した光を導光する第２導光部２６及び平板部２７をさらに有する。第２導光部２６から出射する光の半値角は、第１導光部２４から出射する光の半値角よりも大きい。

第２導光部２６は、平板部２５の外側に設けられている。第２導光部２６は、第１導光部２４の周囲を環状に囲む透明な筒状部材である。第２導光部２６は、光源部１０ｃの第３領域５３に対応する位置に配置されており、例えば、第３領域５３に対向する位置に配置されている。

第２導光部２６の表面は、内面２６ａ、上面２６ｂ、外面２６ｃを含んでいる。内面２６ａは平板部２５の上面２５ａと接しており、例えば、中心軸Ｃに対して平行である。上面２６ｂは内面２６ａの周囲に配置され、内面２６ａと接している。上面２６ｂは光出射面２９に対して平行な円環状の平面であり、第３領域５３に対向している。上面２６ｂは、第２集光部２３の上面２３ｂ及び第１導光部２４の上面２４ｂと同じ平面上に位置している。外面２６ｃは、上面２６ｂに接し、例えば、中心軸Ｃに対して平行である。第２導光部２６は、光出射面２９に対して垂直な面、例えば、中心軸Ｃを含む面の断面形状が長方形である。なお、第２導光部２６の断面形状は、長方形以外の台形であってもよい。

第２導光部２６の内面２６ａ及び外面２６ｃのテーパー角、すなわち、中心軸Ｃとの角度は、第１導光部２４の内面２４ａ及び外面２４ｃのテーパー角よりも小さい。したがって、第２導光部２６のテーパー比は、第１導光部２４のテーパー比よりも小さい。導光部の「テーパー比」とは、導光部の光入射面２１側の端面の幅をＷｉｎとし、光出射面２９側の端面の幅をＷｏｕｔとし、導光部の中心軸Ｃに沿った長さをＨとしたとき、（Ｗｏｕｔ－Ｗｉｎ）／Ｈで定義される値である。第１導光部２４の光入射面２１側の端面は上面２４ｂであり、光出射面２９側の端面は境界線２８ａと平板部２５の上面２５ａとを結ぶ平面であり、第２導光部２６の光入射面２１側の端面は上面２６ｂであり、光出射面２９側の端面は平板部２５の上面２５ａと平板部２７の上面２７ａとを結ぶ平面である。例えば、第１導光部２４のテーパー比は０より大きく、かつ、０．５４以下であり、第２導光部２６のテーパー比は０以上、かつ、０．１以下である。これにより、第２導光部２６から出射する光の半値角は、第１導光部２４から出射する光の半値角よりも大きくなる。

平板部２７は、第２導光部２６の外側に設けられている。平板部２７の上面２７ａは、光出射面２９に対して平行な円環状の平面である。平板部２７の厚さは、例えば、平板部２５の厚さと略同じである。第２導光部２６及び平板部２７を含む光学部材２０ａは、透明材料により一体的に形成されている。

次に、本実施形態に係る発光装置の動作について説明する。
第３領域５３に配置された第１発光素子１１、第２発光素子１２、第３発光素子１３及び第４発光素子１４が点灯すると、これらの発光素子から出射した光の大部分は、第２導光部２６の上面２６ｂに入射する。上面２６ｂは、第２導光部２６に光が入射する第３光入射領域である。上面２６ｂから第２導光部２６内に入射した光の少なくとも一部は、内面２６ａと外面２６ｃで全反射を繰り返し、第２導光部２６内を伝播し、光出射面２９から出射する。第２導光部２６から出射する光の半値角θ_ＨＷ３は、第１導光部２４から出射する光の半値角θ_ＨＷ２よりも大きい。すなわち、θ_ＨＷ３＞θ_ＨＷ２＞θ_ＨＷ１である。

本実施形態の効果について説明する。
本実施形態によれば、第２の実施形態と同様に、色温度が相互に異なる４種類の発光素子を設けているため、広い範囲で色温度を制御することができる。また、第１発光素子１１を単独で発光させた状態から、全ての発光素子を発光させた状態まで、滑らかに連続的に推移させることができる。これにより、色温度、光束及び配光角を連続的に変化させることができる。更に、光の色を黒体放射に沿って変化させることも可能である。

また、光源部１０ｃの第３領域５３に発光素子が配置されており、光学部材２０ａが第３領域５３から入射した光を導光する第２導光部２６を有するため、より広い範囲で配光角を変化させることができる。本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、第２の実施形態と同様である。

次に、実施例に係る発光装置について説明する。
図１７Ａは、本実施例における第１導光部２４及び第２導光部２６の寸法を示す図である。
図１７Ｂは、横軸に中心からの角度をとり、縦軸に光度をとって、本実施例の第１導光部２４から出射した光の分布のシミュレーション結果を示すグラフである。
図１７Ｃは、横軸に中心からの角度をとり、縦軸に光度をとって、本実施例の第２導光部２６から出射した光の分布のシミュレーション結果を示すグラフである。

例えば、第１導光部２４の光入射方向側の端部の幅Ｗｉｎを３ｍｍとし、光出射方向側の端部の幅Ｗｏｕｔを６ｍｍとし、第１導光部２４の光出射方向における長さＨを１０．９ｍｍとした場合、半値角θ_ＨＷ２は６８°である。一方、第２導光部２６の光入射方向側の端部の幅Ｗｉｎを３ｍｍとし、光出射方向側の端部の幅Ｗｏｕｔを３ｍｍとし、第２導光部２６の光出射方向における長さＨを１０．９ｍｍとした場合、半値角θ_ＨＷ３は１１２°である。前述の如く、第１集光部２２から出射する光Ｌ１の半値角θ_ＨＷ１は、例えば、２４°である。これらの値を下記表１にまとめて示す。

本発明は、例えば、室内用の照明装置等に利用することができる。

１、２、３、４：発光装置
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ：光源部
１１：第１発光素子
１２：第２発光素子
１３：第３発光素子
１４：第４発光素子
１９：配線基板
１９ａ：実装面
２０、２０ａ：光学部材
２１：光入射面
２２：第１集光部
２２ａ：外面
２３：第２集光部
２３ａ：内面
２３ｂ：上面
２３ｃ：外面
２４：第１導光部
２４ａ：内面
２４ｂ：上面
２４ｃ：外面
２５：平板部
２５ａ：上面
２６：第２導光部
２６ａ：内面
２６ｂ：上面
２６ｃ：外面
２７：平板部
２７ａ：上面
２８ａ、２８ｂ：境界線
２９：光出射面
３０：拡散板
４０：カバー部材
４１：鍔部
４２：収納部
４３：コーン部
５１：第１領域
５２：第２領域
５３：第３領域
６１：第１回路
６２：第２回路
６３：第３回路
６４：第４回路
７１、７２、７３、７４、７５：抵抗素子
７６：第１抵抗素子
７７：第２抵抗素子
８１、８２：発光回路
９０：照明装置
１００：天井
Ｃ：中心軸
Ｈ：長さ
Ｉ_１、Ｉ_２、Ｉ_３：電流値
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４：光
Ｗｉｎ、Ｗｏｕｔ：幅
θ_ＨＷ１、θ_ＨＷ２、θ_ＨＷ３：半値角

Claims

第１領域に配置された１以上の第１発光素子と、
前記第１領域の周囲の第２領域に配置された１以上の第２発光素子と、
光学部材と、
を備え、
前記光学部材は、
前記第１領域から入射した光を集光する第１集光部と、
前記第１集光部の周囲に配置され、前記第２領域から入射した光を導光する第１導光部と、
を有し、
前記第２発光素子から出射する光の色温度は、前記第１発光素子から出射する光の色温度とは異なり、
前記１以上の第１発光素子を含む第１回路と前記１以上の第２発光素子を含む第２回路は相互に並列に接続されており、前記第１回路において直列に接続された前記第１発光素子の段数は、前記第２回路において直列に接続された前記第２発光素子の段数よりも少ない発光装置。
第１領域に配置された１以上の第１発光素子と、
前記第１領域の周囲の第２領域に配置された１以上の第２発光素子と、
光学部材と、
を備え、
前記光学部材は、
前記第１領域から入射した光を集光する第１集光部と、
前記第１集光部の周囲に配置され、前記第１領域から出射し前記第１集光部に入射しない光を集光する第２集光部と、
前記第２集光部の周囲に配置され、前記第２領域から入射した光を内部で全反射させて導光する第１導光部と、
を有し、
前記第１導光部から出射する光の半値角は、前記第１集光部から出射する光の半値角よりも大きく、
前記第２発光素子から出射する光の色温度は、前記第１発光素子から出射する光の色温度とは異なり、
前記１以上の第１発光素子を含む第１回路と前記１以上の第２発光素子を含む第２回路は相互に並列に接続されており、前記第１回路において直列に接続された前記第１発光素子の段数は、前記第２回路において直列に接続された前記第２発光素子の段数よりも少ない発光装置。
前記第２集光部は前記第１集光部の周囲に配置され、前記第２集光部は内面と外面とを有し、前記外面は光が出射する面に対して外向きに湾曲している請求項２記載の発光装置。
前記第１導光部は、前記第１集光部の周囲を環状に囲む筒状部材である請求項１～３のいずれか１つに記載の発光装置。
前記第１発光素子は２以上設けられており、
前記第１発光素子は前記第２領域にも配置された請求項１～４のいずれか１つに記載の発光装置。
前記第１回路において前記第１発光素子と直列に接続された第１抵抗素子をさらに備えた請求項１～５のいずれか１つに記載の発光装置。
前記第２領域に配置された１以上の第３発光素子と、
前記第２領域に配置された１以上の第４発光素子と、
をさらに備え、
前記第１発光素子から出射する光の色温度、前記第２発光素子から出射する光の色温度、前記第３発光素子から出射する光の色温度、及び、前記第４発光素子から出射する光の色温度は、相互に異なる請求項１～６のいずれか１つに記載の発光装置。
前記１以上の第３発光素子を含む第３回路と前記１以上の第４発光素子を含む第４回路は相互に並列に接続されており、前記第３回路において直列に接続された前記第３発光素子の段数は、前記第４回路において直列に接続された前記第４発光素子の段数よりも少ない請求項７記載の発光装置。
前記第３回路において前記第３発光素子と直列に接続された第２抵抗素子をさらに備えた請求項８記載の発光装置。
前記光学部材は、前記第２領域の周囲の第３領域から入射した光を導光する第２導光部をさらに有し、
前記第２導光部から出射する光の半値角は、前記第１導光部から出射する光の半値角よりも大きく、
前記第３発光素子及び前記第４発光素子は、それぞれ２以上設けられており、
前記第３発光素子及び前記第４発光素子は、前記第３領域にも配置された請求項７～９のいずれか１つに記載の発光装置。
前記光学部材から出射する光の色を、黒体放射に沿って変化させることができる請求項７～１０のいずれか１つに記載の発光装置。
前記光学部材は透明材料により一体的に形成された請求項１～１１のいずれか１つに記載の発光装置。
第１領域に配置された１以上の第１発光素子と、
前記第１領域の周囲の第２領域に配置された１以上の第２発光素子と、
を備え、
前記第２発光素子から出射する光の色温度は、前記第１発光素子から出射する光の色温度とは異なり、
前記１以上の第１発光素子を含む第１回路と前記１以上の第２発光素子を含む第２回路は相互に並列に接続されており、前記第１回路において直列に接続された前記第１発光素子の段数は、前記第２回路において直列に接続された前記第２発光素子の段数よりも少ない発光回路。
前記第１回路において前記第１発光素子と直列に接続された第１抵抗素子をさらに備えた請求項１３記載の発光回路。
１以上の第３発光素子と、
１以上の第４発光素子と、
をさらに備え、
前記第１発光素子から出射する光の色温度、前記第２発光素子から出射する光の色温度、前記第３発光素子から出射する光の色温度、及び、前記第４発光素子から出射する光の色温度は、相互に異なり、
前記１以上の第３発光素子を含む第３回路と前記１以上の第４発光素子を含む第４回路は相互に並列に接続されており、前記第３回路において直列に接続された前記第３発光素子の段数は、前記第４回路において直列に接続された前記第４発光素子の段数よりも少ない請求項１３または１４に記載の発光回路。