JP4924337B2 - 照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤ(発光ダイオード)等の半導体発光素子を有した光源を備えて、例えば天井等に埋め込み設置して使用されるダウンライト等の照明装置に関する。

従来、一般の白熱電球に代替する照明装置として、口金と反射笠が設けられたケースにおいて口金と対向する側に設けられた開口部に、ＬＥＤ光源を配置し、このＬＥＤ光源が発した光を反射笠で前方に反射させる照明装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

この照明装置のＬＥＤ光源は、複数のＬＥＤベアチップをプリント基板上に縦横に整列させて二次元の配置で実装するとともに、プリント基板上にＬＥＤベアチップを個々に収容する孔を複数有した反射板を積層し、更に、この反射板上に透光性の封止樹脂を積層して形成されている。そして、ＬＥＤベアチップには青色光乃至紫外光を発するものが使用され、封止樹脂には青色光を白色光に変換する蛍光体が混入されている。又、特許文献１には、複数個のＬＥＤベアチップを一括して封止樹脂で封止することに代えて、ＬＥＤベアチップ毎に個別に封止樹脂で封止したＬＥＤ光源についても記載されている。
特開２００４−１９３３５７号公報（段落００１２−００３０、図１−図８）

特許文献１の白熱電球に代替する照明装置では、その反射笠で前方に反射された光で照射される照射面に色むらを生じ易い。これは、ＬＥＤ光源の構成に起因している。

すなわち、ＬＥＤ光源のＬＥＤベアチップが点光源であるのに対して、蛍光体が混ぜられた封止樹脂は二次的に発光する面光源をなしていて、この面光源の発光面積は点光源に比較して大きい。一方、所定の配光曲線を得る反射笠の反射面は、一般的に鏡面からなる。

これにより、反射笠の任意の箇所では、そこにＬＥＤ光源から入射した光、つまり、点光源の大きさに従い光束の断面積が小さい光と、面光源の大きさに従い光束の断面積が大きい光とが入射して、それらを入射角に応じて反射する。そのため、前記任意箇所で反射された夫々の光の広がりが異なり、照射面において反射光が重複した箇所と重複しない箇所とを生じて、色むらが生じる。

具体的には、光束の断面積が小さい点光源からの光は、青色の波長成分が強い青色系の光であり、光束の断面積が大きい面光源からの光は、黄色の波長成分が強い白色系の光である。そのため、これらの光が重複する照射箇所では青みがかった光色が隣接する照射箇所より強く発現されて、照射面に色むらを生じてしまう。

ところで、こうした色むらは、光が照射面に向けて通る反射笠の開口に光拡散板を配置することで改善できる。しかし、この対策では、ＬＥＤ光源の高い輝度によって光拡散板が明るく輝いてまぶしさ感が強まることは避けられないので、照明装置としては好ましくない。しかも、ＬＥＤ光源から出る全ての光を光拡散板で拡散するので、鏡面で反射をする反射笠を用いているにも拘わらず、配光曲線の中心光度（最大光度）が低下することも避けられない。

本発明の目的は、照射面での色むらを抑制しつつ中心光度が低下しないようにできる照明装置を提供することにある。

請求項１の発明は、金属製の装置本体と；半導体発光素子、及びこの半導体発光素子を封止して設けられるとともに、前記半導体発光素子が発した光によって励起されて所定波長の光を放射する蛍光体が混ぜられている透光性の封止部材を有した光源と；この光源が複数実装された光源基板と；前記各光源が配置される複数の孔を有して、前記光源基板を前記装置本体との間に挟んで前記装置本体にねじで固定され、前記光源の出射側でかつ前記光源に近い部位に前記光源から入射した光を正反射する鏡面を有した反射体と；前記装置本体にねじで固定されて前記反射体で反射された光を拡散して反射させる反射部材と；を具備したことを特徴としている。

請求項１の発明の照明装置は、一般の白熱電球に代替する照明装置として、或いは装置本体を天井等の被設置部に設けた埋め込み孔に挿入して設置されるダウンライト等の照明装置として用いることができる。この照明装置の光源が有した半導体発光素子には、例えばＬＥＤチップや有機ＥＬ素子等を用いることができる。

請求項１の発明で、半導体発光素子がＬＥＤチップである場合、このＬＥＤチップには、例えば青色発光する青色ＬＥＤチップ、紫外光を発する紫外ＬＥＤチップ等を好適に用いることができるが、青色ＬＥＤチップ、赤色ＬＥＤチップ、緑色ＬＥＤチップのうちの少なくとも二種のＬＥＤチップを組み合わせて用いることも可能である。そして、例えば発光源に青色ＬＥＤチップを用いて白色発光をする照明装置とする場合には、青色の光で励起されて主として黄色の光を放射する蛍光体が混ぜられた封止部材を用いればよく、或いは、紫外光により励起されて主として赤色の光を放射する蛍光体、紫外光により励起されて主として緑色の光を放射する蛍光体、及び紫外光により励起されて主として黄色の光を放射する蛍光体が夫々混ぜられた封止部材を用いればよい。

請求項１の発明で、半導体発光素子を外気及び湿気から遮断してこの素子の寿命低下を防ぐ透光性の封止部材には、透光性の合成樹脂、例えばエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂等を用いることができる他、樹脂以外の封止部材として透明な低融点ガラスを用いることもできる。

請求項１の発明の照明装置によれば、照射面での色むらを抑制しつつ中心光度が低下しないようにできる、という効果がある。

図１〜図６を参照して本発明の一実施形態を説明する。

図１〜図３中符号１は照明装置例えばダウンライトを示している。ダウンライト１は、図１に示した被設置部例えば屋内の天井２に埋め込み設置されるものであって、図１中符号３は埋め込み孔を示している。埋め込み孔３は天井２に開けられた孔である。

ダウンライト１は、装置本体５と、光源装置１１と、電源装置８と、端子台９と、反射体２１と、反射部材３１と、透光板３５と、一対の取付けばね４１を具備している。

図１に示すように装置本体５は、後述するＬＥＤ（光源）が発する熱を外部に放出する放熱部材を兼ねるために金属製であって、本体主部６に天板７をねじ止めして形成されている。本体主部６は、円形の底壁６ａの上側に電源収容部６ｂを有し、底壁６ａの下側に光源収容部６ｃを有しているとともに、外周に複数の放熱フィン６ｄを有している。光源収容部６ｃは下端が開口された短い円筒形状をなしており、その下端開口縁の外側複数個所に連結部６ｅが形成されている。天板７は電源収容部６ｂの上端開口を閉じている。

装置本体５には電源装置８と端子台９が取付けられている。詳しくは、電源装置８は電源収容部６ｂに収容されており、端子台９は天板７の本体主部６の側面に沿って折れ曲がった部位７ａに取付けられている。電源装置８は、後述するＬＥＤの点灯電流を制御する機能を有しており、端子台９は電源装置８に商用交流電源を供給するものである。

図１に示すように光源装置１１と反射体２１が装置本体５に配設されている。光源装置１１は、光源基板１２の表面に複数の光源例えば図３に示すように６個のＬＥＤ１３を実装して形成されている。

光源基板１２は、円形であって、ＬＥＤ１３が実装されていない裏面を底壁６ａの下面に密に面接触させて光源収容部６ｃに配置されている。なお、図２中符号６ｆは、光源収容部６ｃの内面に複数設けた位置決め凸部例えばリブ（一つのみ図示する。）を示しており、このリブ６ｆに光源基板１２の周部を凹凸係合させることによって、光源装置１１が光源収容部６ｃに対して位置決めされている。

各ＬＥＤ１３は、光源基板１２の中心部の周りに一定間隔毎すなわち６０度間隔で配置されている。これらのＬＥＤ１３は、図５に例示するように複数の半導体発光素子例えばＬＥＤチップ１３ａと、リフレクタ１３ｂと、透光性の封止部材１３ｃを有して形成されている。

ＬＥＤチップ１３ａには例えば青色発光をするＬＥＤチップが用いられ、これらは光源基板１２の図示しない導体パターンが形成された一面に例えばフリップチップ実装により実装されている。なお、各ＬＥＤチップ１３ａの実装はワイヤボンディングによる実装でも良い。この後者の実装では、光源基板１２にその導体パターンを避けて各ＬＥＤチップ１３ａをダイボンドし、これらＬＥＤチップ１３ａの端子と導体パターンとを、これらにわたってワイヤボンディングにより設けられたボンディングワイヤで接続することによってなされる。実装された各ＬＥＤチップ１３ａは互いに直列接続されていて電源装置８により一斉に点灯されるようになっている。

リフレクタ１３ｂは例えば白色の合成樹脂により枠状に形成されて各ＬＥＤチップ１３ａを囲んで光源基板１２に接着剤により取付けられている。このリフレクタ１３ｂの内周面は、光源基板１２から離れるに従って次第に大径となるテーパ面で形成されている。

封止部材１３ｃは例えば透光性樹脂具体的には透明シリコーン樹脂製であり、この封止部材１３ｃには蛍光体が混ぜられている。封止部材１３ｃはリフレクタ１３ｂ内に充填されてＬＥＤチップ１３ａを埋めた状態に封止している。この封止部材１３ｃに混入された蛍光体には、ＬＥＤチップ１３ａが発した青色の光によって励起されて、所定波長の光を放射する蛍光体、例えば、青色の光に対して補色の関係にある黄色の光を主として放射する蛍光体が用いられている。したがって、ＬＥＤチップ１３ａを点状の一次光源とした各ＬＥＤ１３は、面状の二次光源となる封止部材１３ｃから白色の光を投射する。

なお、ＬＥＤ１３はリフレクタ１３ｂを省略したものであっても良い。この場合、封止部材１３ｃは、光源基板１２上にポッテングすることによって設けられ、それによって、ＬＥＤチップ１３ａを埋めて封止できる。

反射体２１は、ＬＥＤ１３が発した光の配光を制御する第１の配光制御部材として機能するもので、光源収容部６ｃにおいてＬＥＤ１３の投光側、つまり、図１においてはＬＥＤ１３の下側に配置されている。

反射体２１は、例えば白色で光拡散性の合成樹脂の成形体に後述する鏡面を設けて形成されている。図１及び図４に示すように反射体２１は、枠部２２の内側に下面が開口された複数の反射部具体的にはＬＥＤ１３と同数の反射部２３を有している。枠部２２は光源基板１２の形状に対応してリング状に形成されている。

各反射部２３は、上向きに凸となっていて、その凸の頂部に孔２４を有し、かつ、下端を開口して形成されている。反射部２３の下端開口からなる投光開口は孔２４より大きい。図４に示すように各反射部２３は枠部２２の周方向に沿って隣接していて、これら隣接された反射部２３相互間に下向きの陵部２５が形成されている。各陵部２５は図１で代表して示すように下方に向かうに従い先細となり断面略Ｖ字状をなしている。

各陵部２５は、反射体２１の中心部から放射状に延びていて、前記中心部と枠部２２とにわたっているので、ダウンライト１を下方から見て６０度ごとに反射部２３を仕切るように設けられている。これらの陵部２５は、孔２４より下側に形成されているとともに、隣接した陵部２５間に孔２４が夫々位置されている。各陵部２５及び枠部２２の内周縁から孔２４に至る壁部はその断面が弧状をなす反射壁で形成されている。

反射体２１はその裏面に上向きに突出するねじ受けボス２６を有している。このねじ受けボス２６は、反射体２１の中央部裏面に形成されている。反射体２１は、底壁６ａ及び光源基板１２の中心部を通ってねじ受けボス２６に上方からねじ込まれた取付けねじ２７によって光源収容部６ｃに固定されていて、その各孔２４にはＬＥＤ１３が夫々配置されている。更に、この固定に伴って、反射体２１の枠部２２の上端が底壁６ａとの間に光源基板１２の周部を挟持して、それにより、光源基板１２の裏面が底壁６ａの下面に密接して光源収容部６ｃに固定されている。なお、図４中符号２８は枠部２２に複数形成された位置決め溝を示している。この位置決め溝２８をリブ６ｆに凹凸係合させることによって、反射体２１が光源収容部６ｃ及び光源装置１１に対して位置決めされている。

図４及び図５で示すように各反射部２３の反射面をなす内面は、鏡面２３ａとこの鏡面２３ａに対して光の出射側に連続する拡散面２３ｂとで作られている。

鏡面２３ａは、図４及び図５において反射部２３の上部内面、言い換えれば、反射部２３の内で、光源装置１１のＬＥＤ１３に近い部位の内面をなしている。この鏡面２３ａは、そこへの入射光を正反射する面であって、反射部２３の上部に金属反射膜を蒸着することによって設けられている。

拡散面２３ｂは、図４及び図５において反射部２３の下部内面、言い換えれば、反射部２３の内で、光源装置１１のＬＥＤ１３から光の出射側に遠ざかって鏡面２３ａに好ましくは連続した部位の内面をなしている。拡散面２３ｂは、鏡面２３ａよりも反射部２３の下端開口（投光開口）側に部位に設けられていて、そこへの入射光を拡散反射させる面である。本実施形態の場合、この拡散面２３ｂとして、反射体２１の鏡面２３ａ以外の基部をなした光拡散性合成樹脂の成形体の地肌面を利用している。なお、図４中二点鎖線は、鏡面２３ａと拡散面２３ｂとの境界を示している。

反射部材３１は、ＬＥＤ１３が発した光の配光を制御する第２の配光制御部材として機能するもので、反射体２１の成形材料と同種の白色の合成樹脂の一体成形品である。反射部材３１は、図１に示すように上端と下端が夫々開口された枠体例えば円形の枠体であって、その上端開口は下端開口より小さい。言い換えれば、反射部材３１の内径は上端開口から下端開口に行くに従い次第に大きく成形されている。反射部材３１の反射面をなす内面３１ａは、例えば曲面の一部で形成されている。

反射部材３１はその下端部に外向きに突出された環状フランジ３２を有している。この環状フランジ３２は、天井２の埋め込み孔３より大径であり、ダウンライト１が天井２に埋め込み設置された状態で、埋め込み孔３の周囲に下方から引っ掛かるようになっている。

反射部材３１は、反射体２１の下側に配置されて、前記本体主部６の各連結部６ｅを通ってねじ込まれた連結ねじ（１本のみ図１に示す。）３３により装置本体５の下端に連結されている。装置本体５に連結された反射部材３１の内面３１ａは、反射体２１の反射部２３の内面（反射面）に対して面一と連なるように連続している。言い換えれば、反射部２３の下端部内面との間に反射体２１からの反射光が入射しない段差等の部位が形成されることがないように、反射部材３１の内面３１ａと反射体２１の内面（反射面）とが連続されている。それによって、反射部材３１の内面３１ａに陰影が形成されることがなく内面３１ａ全体が明るく光るようになっている。

この反射部材３１に絶縁性の透光板３５が支持されている。透光板３５は反射部２３の下端開口（投光開口）及び反射部材３１の上端開口を閉じて配置されている。透光板３５の周部は、反射部材３１の上端開口の縁部に上端開口と連続して形成された環状溝３１ｂに嵌合させて支持されている。更に、この透光板３５の周部は、装置本体５への反射部材３１の連結に伴い装置本体５の下端面と環状溝３１ｂの溝底との間に挟持されている。透光板３５は、例えば透明ガラス板や透明アクリル樹脂板などからなり、光源装置１１をその下方に対して電気的に絶縁している。

反射部材３１の外面には図示しないが１８０度離れて一対のばね取付け部が形成されている。これらばね取付け部の夫々に取付けばね４１の下端部が取付けられている。それにより、反射部材３１の径方向に対応して配置された一対の取付けばね４１は、装置本体５に対して斜めに配置される第１の位置と、装置本体５の外側面に沿うように配置される第２の位置とにわたって移動可能である。

ダウンライト１は、その一対の取付けばね４１を弾性変形させて第２の位置に配置させた状態で、天井２の埋め込み孔３に挿入して、環状フランジ３２が天井２に当たるまで押上げることによって、天井２に埋め込み設置される。この場合、ダウンライト１が押上げられるに伴い、一対の取付けばね４１が第１の位置に向けて次第に斜めとなるように開いて、これら取付けばね４１の根元部と環状フランジ３２とが埋め込み孔３の縁を挟持して、ダウンライト１の埋め込み状態が維持される。

ダウンライト１によるその下方への照明は、ＬＥＤ１３が発した光の内で、反射されることなく下方に投射された光、反射体２１の各反射部２３で反射されて下方に投射された光、及び反射部材３１で反射されて下方に投射された光によって行われる。

この照明において、ＬＥＤ１３から出射された光は反射部２３の内面（反射面）全体に入射する。このため、各反射部２３の内面全体で入射光が反射されるので、反射体２１の反射面全体が恰も発光したように光る。そして、反射体２１で反射された光の内で反射部材３１に入射する光は、この反射部材３１の内面３１ａ全体に入射するので、反射体２１と同様に反射部材３１の内面３１ａは入射光を拡散して反射し恰も発光したように光る。したがって、反射体２１と反射部材３１の上下二段で反射を担っているにも拘らず、上下に連続した反射体２１の内面と反射部材３１の内面３１ａとを連続して光らせることができる。

ところで、既述の照明においてＬＥＤ１３のＬＥＤチップ１３ａ及びこれを封止した蛍光体入りの封止部材１３ｃから反射部２３の鏡面２３ａに入射した光は、その入射角度に応じて照射面に向けて反射され、反射部２３の投光開口から出射される。こうして鏡面２３ａで反射された光は、ＬＥＤ１３から反射部２３に入射することなく投光開口を通って照射面に向かった光とともに、照射面での照射領域の中央部の配光を作るのに主として用いられる。

そのため、鏡面２３ａの任意の箇所において、そこにＬＥＤ１３から入射した二系統の光（一方は点光源であるＬＥＤチップ１３ａから入射する光、他方は面光源となる封止部材１３ｃから入射する光）が反射され、夫々の反射光の広がりが異なることに基づいて、照射面で反射光が重複した箇所を生じるにも拘わらず、所定の中心光度を確保することができる。

この一方で、ＬＥＤ１３のＬＥＤチップ１３ａ及びこれを封止した蛍光体入りの封止部材１３ｃから反射部２３の拡散面２３ｂに入射した光は、この拡散面２３ｂで拡散されて、反射部２３の投光開口から照射面に向けて出射され、前記照射領域の周囲の配光を作るのに主として用いられる。つまり、点光源であるＬＥＤチップ１３ａの大きさに従い光束の断面積が小さい光と、面光源である封止部材１３ｃの大きさに従い光束の断面積が大きい光とが、拡散面２３ｂの同じ部位に入射するにも拘らず、それらの光を拡散面２３ｂで拡散反射させることによって、反射された光を周囲に広げて照射面で重複しないように配光させることができる。

したがって、鏡面２３ａでの反射光により中心光度が低下しないようにできるとともに、拡散面２３ｂでの拡散に伴う配光の広がりにより、反射体２１の同じ箇所を経て照射面に到達した光が重複されることが抑制されるに伴い、照射面での色むらが抑制される。

以上の照明による配光曲線を図６中実線Ａで示す。なお、反射部２３の反射面の全てを鏡面とした場合の配光曲線は図６中点線Ｂで示され、この場合には、中心光度を十二分に得られるが照射面に色むらが出やすい。又、反射部２３の反射面の全てを拡散面とした場合の配光曲線は図６中一点鎖線Ｃで示され、この場合には、照射面の色むらを抑制できるが、中心光度が低下してしまう。

以上のように照射面の色むらを抑制しつつ中心光度を確保するのに、反射部２３の反射面を鏡面２３ａと拡散面２３ｂとで形成したから、反射部２３の下面開口に拡散板を配置した場合のようにダウンライト１を斜め方向から見上げたときのまぶしさ感を与えることがない。

しかも、このダウンライト１では、光源装置１１の下側に配置された反射体２１が有する複数の反射部２３が、互いの間に下向きの陵部２５を形成して隣接しているので、反射体２１を下方から見上げた場合に、図３に示すように各陵部２５は各反射部２３を仕切るように設けられている。そして、これらの陵部２５が、光源装置１１のＬＥＤ１３が配置される反射部２３の頂部に設けた孔２４の下側に位置していて、隣接した陵部２５間に孔２４が設けられている。したがって、ＬＥＤ１３が発した光の一部を各陵部２５及び枠部２２で遮ることができる。

言い換えれば、隣接した反射部２３を仕切るように位置された陵部２５に対して斜め上方の奥まった位置にＬＥＤ１３が設けられているので、ＬＥＤ１３と陵部２５とを通る直線によって規定される光源装置の遮光角を確保できる。したがって、この遮光角によって、光源装置１１が有した高輝度のＬＥＤ１３のまぶしさ感を軽減できる。

本発明の一実施形態に係るダウンライトを一部断面して示す側面図。 図１のダウンライトを一部の部品を切欠いて斜め下方から見て示す斜視図。 図１のダウンライトを示す下面図。 図１のダウンライトが備える反射部材を示す斜視図。 図１のダウンライトでの光源と反射体との関係を概略的に示す断面図。 図１のダウンライトの配光曲線を示す図。

符号の説明

１…ダウンライト（照明装置）、４…装置本体、１１…光源装置、１２…光源基板、１３…ＬＥＤ（光源）、１３ａ…ＬＥＤチップ（半導体発光素子）、１３ｂ…リフレクタ、１３ｃ…封止部材、２１…反射体、２３…反射部、２３ａ…鏡面、２３ｂ…拡散面、２４…孔、２７…取付けねじ、３１…反射部材、３１ａ…反射部材の内面、３３…連結ねじ

Claims (1)

1. 金属製の装置本体と；
   半導体発光素子、及びこの半導体発光素子を封止して設けられるとともに、前記半導体発光素子が発した光によって励起されて所定波長の光を放射する蛍光体が混ぜられている透光性の封止部材を有した光源と；
   この光源が複数実装された光源基板と；
   前記各光源が配置される複数の孔を有して、前記光源基板を前記装置本体との間に挟んで前記装置本体にねじで固定され、前記光源の出射側でかつ前記光源に近い部位に前記光源から入射した光を正反射する鏡面を有した反射体と；
   前記装置本体にねじで固定されて前記反射体で反射された光を拡散して反射させる反射部材と；
   を具備したことを特徴とする照明装置。

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