JP4730269B2 - Ｌｅｄ照明ユニット及びそれを用いた照明器具 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤ照明ユニット及びそれを用いた照明器具に関するものである。

従来より、互いに波長が異なる光を出射する複数のＬＥＤ素子からなるＬＥＤアレイを用い、各ＬＥＤ素子の出射光を混色することで白色光を照射する照明器具があった（例えば特許文献１参照）。この照明器具は、両端が開口し一端側から他端側に向けて外側に拡がる反射管を備えており、反射管の一端側にはＬＥＤアレイが配置されている。このＬＥＤアレイは反射管の中心軸と直交する面に配置されており、この中心軸に沿う方向の光軸を有している。そしてＬＥＤアレイから出射された波長が異なる複数の光は、反射管の周囲壁で反射され混合されて他端側から均一な白色光が照射される。
特表２００２−５４０５７６号公報（第４頁−第５頁、及び、第５図）

上述の特許文献１に示した照明器具では、ＬＥＤアレイから出射された波長が異なる複数の光を反射管の周囲壁で反射させ混合させて白色光を照射させているので、色斑の生じない白色光を得るためには光を混合させる経路を十分に確保する必要がある。従って反射管の全長が長くなり、形状が大型化してしまうという問題があった。またこの反射管を用いた照明器具は、反射管の大型化に伴って更に形状が大型化してしまうという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、小型化することができ、且つ色斑がなく照射光量の低下を抑えたＬＥＤ照明ユニット及びそれを用いた照明器具を提供することにある。

請求項１の発明は、基板に実装され異なる波長の光を出射する複数種類のＬＥＤ素子と、各ＬＥＤ素子からの出射光を覆うように基板の前面側に配設された発光制御部材とを備え、基板は、当該基板の前面側から後面側に向かって開口面積が徐々に小さくなるように傾斜する傾斜部が設けられた凹部を有し、当該凹部の底部には各ＬＥＤ素子がそれぞれ実装され、発光制御部材の凹部との対向面、凹部の傾斜部及び底部には、それぞれ光を反射させる反射部が設けられており、発光制御部材において各ＬＥＤ素子からの直射光の配光がすべて重なり合う重複領域に対応する部位に、重複領域に収まる開口部が設けられていることを特徴とする。

請求項２の発明は、開口部に各ＬＥＤ素子からの出射光の配光を制御する光学部材が設けられていることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２記載のＬＥＤ照明ユニットと、各ＬＥＤ素子に電源を供給する電源供給手段とを備えていることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、発光制御部材において各ＬＥＤ素子からの直射光の配光がすべて重なり合う重複領域に対応する部位に重複領域内に収まる開口部を設けているので、波長の異なる光を混色させた混色光のみを開口部を通して外部に照射することができ、色斑の生じない均一の光を得ることができるという効果がある。また各ＬＥＤ素子から開口部以外に照射された光は、発光制御部材によって遮光され、開口部を通して直接照射されないが、発光制御部材と基板との間で多重反射させることによって、十分に混色させた混色光を開口部を通して外部に照射することができるので、照射光量の低下を抑えることができるという効果がある。さらに発光制御部材と基板との間で多重反射させることによって光を混色させる経路を十分に確保することができるので、光を混色させるための導光経路を設ける必要がなく、したがって基板と発光制御部材との間隔を大きくとる必要がないからＬＥＤ照明ユニットを小型化することができるという効果がある。

また、発光制御部材において、ＬＥＤ素子と対向する側の面に光を反射する反射部を設けているので、発光制御部材での反射効率を高めることができ、発光制御部材と基板との間の多重反射による損失を抑えることができる。従って多重反射させた光による照射光量を増加させることができ、照射光量の低下を更に抑えることができるという効果がある。

請求項２の発明によれば、開口部に各ＬＥＤ素子からの出射光の配光を制御する光学部材を設けることによって、混色光の配光制御を行なうことができるという効果がある。

請求項３の発明によれば、請求項１又は２記載のＬＥＤ照明ユニットを用いることによって、色斑がなく照射光量の低下を抑えた小型の照明器具を提供することができるという効果がある。

（第１の実施形態）
第１の実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。本実施形態のＬＥＤ照明ユニットＡは、図１に示すように、複数（例えば、４個）のＬＥＤ素子２ａ〜２ｄと、ＬＥＤ素子２ａ〜２ｄが実装された基板１と、基板１の前面側（図１（ｂ）において上側）に取着される発光制御部材３とを備えている。

まずＬＥＤ素子２ａ〜２ｄについて図１（ａ）に基づいて説明する。基板１には、互いに異なる波長の光を出射する複数種類（例えば、３種類）のＬＥＤ素子２ａ〜２ｄが実装されており、本実施形態では、例えば緑色波長の光を出射する２個のＬＥＤ素子２ａ、２ｄと、青色波長の光を出射するＬＥＤ素子２ｂと、赤色波長の光を出射するＬＥＤ素子２ｃとを用いている。これらのＬＥＤ素子２ａ〜２ｄは、ランバートの法則に従う配光特性を有している。ここにランバートの法則とは、光束による表面の照度はその表面の法線と入射光とのなす角の余弦で変化するという法則をいう。また図１（ａ）の破線で示す領域ａ〜ｄはそれぞれＬＥＤ素子２ａ〜２ｄからの直射光の配光領域を示しており、領域ｅ（実線で図示）はＬＥＤ素子２ａ〜２ｄからの直射光の配光がすべて重なり合う重複領域を示している。

基板１は、図１に示すように、前面側（図１（ｂ）において上側）に凹部１ａを有する略矩形板状に形成されており、凹部１ａの側部１ｃは前面側から凹部１ａの底部１ｂに向かって開口面積が徐々に小さくなるように傾斜している。この凹部１ａの底部１ａの略中央には、４個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｄがそれぞれのＬＥＤ素子の中心を結ぶと正方形となり且つ領域ｅが最も大きくなる位置に実装されている。またこれらのＬＥＤ素子２ａ〜２ｄは、ＬＥＤ素子２ａ、２ｄが対角の位置に、ＬＥＤ素子２ｂ、２ｃが対角の位置にそれぞれ配置されている。

発光制御部材３は、基板１と略同じ外形寸法の略矩形板状に形成されており、基板１の前面側（図１（ｂ）において上側）に取着されている。この発光制御部材３には、領域ｅに対応する部位に領域ｅ内に収まる略円状の照射口（開口部）３ａが設けられており、ＬＥＤ素子２ａ〜２ｄから出射された光がすべて混色された混色光のみが照射口３ａを通して外部に照射される。

ここで、このＬＥＤ照明ユニットＡの動作について図２に基づいて説明する。ＬＥＤ素子２ａ〜２ｄ（図２ではＬＥＤ素子２ａ、２ｃのみ図示）から照射された直射光ｆ（実線で図示）のうち照射口３ａに向かう光は、赤、青、緑３色の光が混色されて照射口３ａを通して外部に照射される。直射光ｆのうち照射口３ａに向かわない光は、発光制御部材３において凹部１ａの底部１ｂと対向する側の面で反射し、反射光ｇ（破線で図示）が凹部１ａの底部１ｂ又は側部１ｃに向かう。底部１ｂ又は側部１ｃに到達した反射光ｇは、底部１ｂ又は側部１ｃでさらに反射し、反射光ｇのうち照射口３ａに向かう光は混色されて照射口３ａを通して外部に照射される。照射口３ａに到達しない反射光ｇは、以下同様に発光制御部材３と底部１ｂ又は側部１ｃとの間で反射を繰り返し、照射口３ａに到達した光のみが照射口３ａを通して外部に照射される。尚、本実施形態では、赤、青、緑の各色の光を出射するＬＥＤ素子２ａ〜２ｄを用いているので、照射口３ａを通して外部に照射される光は白色光が得られる。

このＬＥＤ照明ユニットＡでは、発光制御部材３において各ＬＥＤ素子２ａ〜２ｄからの直射光ｆの配光がすべて重なり合う領域ｅに対応する部位に、領域ｅ内に収まる照射口３ａを設けているので、赤、青、緑３色の光を混色させた白色光のみを照射口３ａを通して外部に照射することができ、色斑の生じない均一の白色光を得ることができる。また照射口３ａに向かわない光は、発光制御部材３によって遮光され、照射口３ａを通して直接照射されないが、発光制御部材３ａと凹部１ａの底部１ｂ又は側部１ｃとの間で多重反射させることによって、十分に混色させた白色光を照射口３ａを通して外部に照射することができるので、直射光ｆに加えて反射光ｇも照射することができ、照射光量の低下を抑えることができる。さらに発光制御部材３ａと底部１ｂ又は側部１ｃとの間で多重反射させることによって、光を混色させる経路を十分に確保することができるので、光を混色させるための導光経路を設ける必要がなく、したがって基板１と発光制御部材３との間隔を大きくとる必要がないからＬＥＤ照明ユニットＡを小型化することができる。

次に、本実施形態の他のＬＥＤ照明ユニットＡについて図３に基づいて説明する。図３に示すＬＥＤ照明ユニットＡは、樹脂製の発光制御部材３において凹部１ａの底部１ｂと対向する側の面に高反射率の材料（例えば、銀など）を用いた反射膜（反射部）４を形成している。それ以外の構成については図１（ｂ）と同様であるので、同一の構成要素には同一の符号を付して説明は省略する。

このＬＥＤ照明ユニットＡでは、発光制御部材３において凹部１ａの底部１ｂと対向する側の面に反射膜４を形成しているので、発光制御部材３での反射効率を高めることができ、発光制御部材３と凹部１ａの底部１ｂ又は側部１ｃとの間の多重反射による損失を抑えることができる。従って多重反射させた光による照射光量を増加させることができるので、照射光量の低下を更に抑えることができる。また、例えばセラミックなどの高反射率を有する白色基板材料で基板１を形成したり、凹部１ａの底部１ｂ及び側部１ｃに反射膜４と同様の材料を用いた反射膜を形成した場合には、底部１ｂ及び側部１ｃでの反射効率を高めることができるので、発光制御部材３と底部１ｂ又は側部１ｃとの間の多重反射による損失を更に抑えることができる。従って発光制御部材３側にのみ反射膜４を形成した場合に比べて、多重反射させた光による照射光量を増加させることができるので、照射光量の低下を更に抑えることができる。

尚、本実施形態では、白色光を得るために赤、青、緑の各色の光を出射するＬＥＤ素子２ａ〜２ｄを用いて説明したが、用いるＬＥＤ素子は本実施形態に限定されるものではなく、所望の光色に応じてＬＥＤ素子を適宜選択すればよい。また本実施形態では、４個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｄを用いて説明したが、ＬＥＤ素子の個数は本実施形態に限定されるものではなく、使用目的等に応じて適宜選択すればよい。

（第２の実施形態）
第２の実施形態を図４及び図５に基づいて説明する。本実施形態のＬＥＤ照明ユニットＡは、４個のＬＥＤ素子２ａ〜２ｄと、基板１と、発光制御部材３と、光学部材５とを備えており、光学部材５を設けた以外の構成は第１の実施形態と同様であるので、同一の構成要素には同一の符号を付して説明は省略する。

光学部材５は、図４に示すように、透光性材料により発光制御部材３側から外部に向かって拡がる二次曲面状に形成されている。この光学部材５は、底部に下側に突出する凸面を有しており、照射口３ａを覆うように発光制御部材３に取着されている。

このＬＥＤ照明ユニットＡでは、照射口３ａを通して外部に照射された混色光ｈは、光学部材５により屈折したり反射したりして外部に照射されるので、光学部材５の曲率や屈折率等を変えることによって、混色光ｈの配光を制御することができる。また数種類の光学部材５を用意し、要求に応じて交換することで、様々な配光を行なうことができる。

尚、本実施形態では、発光制御部材３と光学部材５とを別体に設けたＬＥＤ照明ユニットＡを例に説明したが、光学部材５は本実施形態に限定されず、発光制御部材３と光学部材５とを一体に形成してもよく、一体に形成することによって生産性を向上させることができる。

次に、本発明に係る照明器具Ｂについて図５に基づいて説明する。図５に示す照明器具Ｂは、円盤状の器具本体６の下面に円周に沿って複数（図５では１２個）のＬＥＤ照明ユニットＡが配設されており、電源線７を介して商用電源（図示せず）から電源が供給されると、各ＬＥＤ照明ユニットＡが点灯する。

この照明器具Ｂでは、第１の実施形態又は本実施形態で説明したＬＥＤ照明ユニットＡを用いることによって、色斑がなく照射光量の低下を抑えた小型の照明器具Ｂを提供することができる。

また、本実施形態では、円盤状の器具本体６を有する照明器具Ｂを例に説明したが、照明器具Ｂは本実施形態に限定されるものではなく、用途等に応じて適宜設計すればよい。

（ａ）は第１の実施形態のＬＥＤ照明ユニットの平面図である。（ｂ）は同上のＸ−Ｘ断面図である。 同上の照射状態を示す断面図である。 同上の他の例を示す断面図である。 第２の実施形態のＬＥＤ照明ユニットの断面図である。 同上を用いた照明器具の斜視図である。

符号の説明

１ 基板
２ａ ＬＥＤ素子
２ｂ ＬＥＤ素子
２ｃ ＬＥＤ素子
２ｄ ＬＥＤ素子
３ 発光制御部材
３ａ 照射口（開口部）
４ 反射膜（反射部）
５ 光学部材
Ａ ＬＥＤ照明ユニット
Ｂ 照明器具

Claims (3)

1. 基板に実装され異なる波長の光を出射する複数種類のＬＥＤ素子と、前記各ＬＥＤ素子からの出射光を覆うように前記基板の前面側に配設された発光制御部材とを備え、
   前記基板は、当該基板の前面側から後面側に向かって開口面積が徐々に小さくなるように傾斜する傾斜部が設けられた凹部を有し、当該凹部の底部には前記各ＬＥＤ素子がそれぞれ実装され、
   前記発光制御部材の前記凹部との対向面、前記凹部の傾斜部及び底部には、それぞれ光を反射させる反射部が設けられており、
   前記発光制御部材において前記各ＬＥＤ素子からの直射光の配光がすべて重なり合う重複領域に対応する部位に、前記重複領域に収まる開口部が設けられていることを特徴とするＬＥＤ照明ユニット。
2. 前記開口部に前記各ＬＥＤ素子からの出射光の配光を制御する光学部材が設けられていることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ照明ユニット。
3. 請求項１又は２記載のＬＥＤ照明ユニットと、前記各ＬＥＤ素子に電源を供給する電源供給手段とを備えていることを特徴とする照明器具。

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