JP5057818B2 - 発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば発光ダイオードランプなどの光源を用いた発光装置に関するものである。

近年、例えば照明器具などの発光装置として発光ダイオードを用いたものが開発されている。この発光ダイオードを用いた発光装置は、発光ダイオード素子によって発生された光を蛍光材料などによって波長の異なる光に変換して、白色光などの出力光をつくり出すものである。このような発光ダイオード素子を用いた照明器具などにおいては、低消費電力化および長寿命化が期待されている。
特開２００７−５０５８号公報

上述のように蛍光材料を用いて光の波長を変換する発光装置においては、照射光の色むらを低減させることが重要である。例えば白色光を出力する発光装置においては、光源素子によって発生された光の色合いが強い照射領域や、蛍光材料から放射された光の色合いが強い照射領域などが生じる場合がある。

本発明は、このような課題に鑑みて案出されたものであり、出力光の色むらの低減を図ることを目的とするものである。

本発明は、発光ランプと、発光ランプ上に設けられた樹脂製のレンズと、レンズの上方に設けられた樹脂製のリフレクタ本体と、リフレクタ本体に形成された光反射層とを備えている。樹脂製のレンズは、発光ランプによって発生させた光を拡散させて放射する。光反射層は、レンズによって放射された光を光出射方向へ導く。レンズの上面は凹曲面状である。

本発明は、発光ランプと、発光ランプ上に設けられた樹脂製のレンズと、レンズの上方に設けられた樹脂製のリフレクタ本体と、リフレクタ本体に形成された光反射層とを備えており、レンズの上面が凹曲面状であることにより、所望の領域に対して、色むらの低減された出力光を照射することができる。

本発明の発光装置について図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施の形態）本発明の第１の実施の形態について図１，２を用いて説明する。図１は、本実施の形態における発光装置の構成を示す斜視図である。図１において、全構成の一部分については、内部の構成を示すために図示が省略されている。図1において、図示が省略されている部分の破断面は斜線によって示されている。図２は、図１に示した発光装置のＸ−Ｘ’における断面図である。

本実施の形態における発光装置１は、発光ランプ（光源）１１と、発光ランプ１１上に設けられレンズ１２と、リフレクタ本体１３とからなる。図１，２に示した発光装置１において、発光ランプ１１は、基体１４上に実装されている。

本実施の形態において、発光ランプ１１は、可視光を放射する発光ダイオードランプである。ここで、可視光とは、例えば４０５ｎｍ〜７９０ｎｍの少なくとも一部の波長を有する光のことをいう。発光ランプ１１は、図３に示すように、基体１０１と、基体１０１上に実装された発光ダイオード素子１０２と、発光ダイオード素子１０２を覆う波長変換層１０３とからなる。発光ランプ１１の他の構成例は、図４に示すように、発光ダイオード素子１０２と、発光素子１０２を覆っておりドーム形状を有する波長変換層１０３とからなる。ここで、発光ダイオード素子１０２を覆うとは、発光ダイオード１０２によって発生された光が届く位置に配置されていることをいう。図３，４に示した波長変換層１０３は、発光素子１０２によって発生された第１の可視光に応じて第２の可視光を放射する。

本実施の形態の発光ランプ１１は、複数の可視光を出力する。この複数の可視光は、発光ダイオード素子１０２によって発生されて波長変換層１０３を透過した第１の可視光と、この第１の可視光に応じて波長変換層１０３から放射される第２の可視光とからなる。第１の可視光は、４５０ｎｍ〜５００ｎｍの少なくとも一部の波長を有する青色の光であり、第２の可視光は、５６５ｎｍ〜５９０ｎｍの少なくとも一部の波長を有する黄色の光である。発光ランプ１１は、波長変換層１０３を透過した第１の可視光（青色光）と、波長変換層１０３から放射された第２の可視光（黄色光）との混合光である白色光を照射する。

発光ランプ１１から出力される複数の可視光の他の例としては、発光ダイオード素子１０２によって発生されて波長変換層１０３を透過した第１の可視光と、この第１の可視光に応じて波長変換層１０３から放射される第２の可視光および第３の可視光とがある。この例において、第１の可視光は、４５０ｎｍ〜５００ｎｍの少なくとも一部の波長を有する青色の光であり、第２の可視光は、５２０ｎｍ〜５６５ｎｍの少なくとも一部の波長を有する緑色の光であり、第３の可視光は、６２５ｎｍ〜７４０ｎｍの少なくとも一部の波長を有する赤色の光である。発光ランプ１１は、波長変換層１０３を透過した第１の可視光（青色光）と、波長変換層１０３から放射された第２の可視光（緑色光）および第３の可視光（赤色光）との混合光である白色光を照射する。

本実施の形態において、レンズ１２は、発光ランプ１１上に設けられており、発光ランプ１１によって発生された光を拡散させて放射する。ここで、光の拡散とは、例えば図２に示すように、発光ランプ１１から放射された光Ｌａ〜Ｌｂがレンズ１２から出射された後に交差するように放射されることをいう。発光ランプ１１から放射された複数の可視光は、この光の拡散によって混ざり合う。

レンズ１２は、透光性を有する材料からなる。ここで、レンズ１２の透光性とは、発光ランプ１２から放射された光の少なくとも一部の波長が透過できることをいう。レンズ１２の透光性材料の例としては、ポリカーボネートなどの透光性樹脂がある。レンズ１２は、樹脂材料からなることにより、発光ランプ１１によって発生された熱が蓄積されにくく、光学特性が向上されている。

リフレクタ本体１３は、レンズ１２によって放射された光を光出射方向Ｄへ導く光反射面１５を有している。ここで、光出射方向Ｄとは、本実施の形態の発光装置において、出力光が放射される方向のことをいい、図１，２においては上方である。

リフレクタ本体１３は、レンズ１２と同じ材料からなり、例えばポリカーボネートなどの透光性樹脂からなる。リフレクタ本体１３は、樹脂材料からなることにより、発光ランプ１１によって発生された熱が蓄積されにくく、光学特性が向上されている。本実施の形態の発光装置１は、レンズ１２およびリフレクタ本体１３が同じ材料からなることにより、発光ランプ１１によって発生された熱による歪が低減されている。

本実施の形態において、リフレクタ本体１３には、レンズ１２から放射された光を反射する層１６が形成されている。光反射層１６は、４５０ｎｍ〜５００ｎｍの少なくとも一部の波長を有する光と、５６５ｎｍ〜５９０ｎｍの少なくとも一部の波長を有する光とを反射する特性を有している。光反射層１６の他の例としては、４５０ｎｍ〜５００ｎｍの少なくとも一部の波長を有する光と、５２０ｎｍ〜５６５ｎｍの少なくとも一部の波長を有する光と、６２５ｎｍ〜７４０ｎｍの少なくとも一部の波長を有する光とを反射する特性を有するものがある。この光反射層１６は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）などの金属材料からなる。

本実施の形態において、リフレクタ本体１３は、レンズ１２と一体的に成形されている。本実施の形態の発光装置１は、レンズ１２およびリフレクタ本体１３が一体的に成形されていることにより、レンズ１２の光軸とリフレクタ本体１３の光軸との整合性が向上されている。リフレクタ本体１３は、レンズ１２と同様の透光性材料からなる。本実施の形態において、レンズ１２およびリフレクタ本体１３は、発光ランプ（光源）１１によって発生された光を拡散させて放射して、この拡散された光を光出射方向Ｄへ導く機能を有する光学手段である。

ここで、本実施の形態の発光装置１の光学的特性についてさらに詳細に説明する。波長変換層１０３を透過した発光ダイオード素子１０２の光を用いる発光ランプ１１は、図５，６に示すように、発光面の中央領域から出力される光Ｌａと周囲領域から出力される光Ｌｂとに色むらが生じる可能性がある。図５，６は、発光面の中央領域から出力される光Ｌａは発光ダイオード素子１０２によって発生された光の色合いが強く、発光面の周囲領域から出力される光Ｌｂは波長変換層１０３によって発生される光の色合いが強いことを示している。例えば、発光ダイオード素子１０２が青色光を発生して、波長変換層１０３が黄色光を発生する構成の場合、発光ランプ１１の発光面の中央領域は青色がかった白色となり、発光ランプ１１の発光面の周囲領域は黄色がかった白色となる傾向がある。

本実施の形態における発光装置１は、青色がかった白色光Ｌａと黄色がかった白色光Ｌｂとを拡散させて放射するレンズ１２を備えていることにより、出射光における色むらが低減されている。本実施の形態における発光装置１は、拡散された光Ｌａ，Ｌｂを光出射方向Ｄへ導くリフレクタ本体１３を備えていることにより、所望の照明領域に対して色合いが低減された光を照射する。

（第２の実施の形態）本発明の第２の実施の形態について図７を用いて説明する。図７は、本実施の形態における発光装置の構成を示す分解斜視図である。図７において、全構成の一部分については、内部の構成を示すために図示が省略されている。

本実施の形態の発光装置２は、複数の発光ランプ（複数の光源）２１と、複数の発光ランプ２１上に設けられた複数のレンズ２２と、リフレクタ本体２３とからなる。複数の発光ランプ２１は、基体２４上に実装されている。

本実施の形態において、複数の発光ランプ２１は、配列されており、光出射方向Ｄに向かって可視光を放射する。ここで、配列されているとは、少なくとも一列に並べられていることをいう。図７に示した発光装置２において、複数の発光ランプ２１は、仮想のｘｙｚ座標において、ｙ軸方向に一列に並べられている。複数の発光ランプ２１は、仮想の座標においてｚ軸の正方向に向かって可視光を放射する。複数の発光ランプ２１の各々は、図３，４に示した第１の実施の形態における発光ランプ１１と同様、第１の可視光を発生する発光ダイオード素子１０２と、第１の可視光によって励起されて第２の可視光を放射する蛍光材料が含まれた波長変換層１０３とからなり、可視光を放射する発光ダイオードランプである。

複数の発光ランプ２１の他の例としては、第１の可視光を発生する発光ダイオード１０２と、第１の可視光によって励起されて第２の可視光を放射する第１の蛍光材料と、第１の可視光によって励起されて第３の可視光を放射する第２の蛍光材料とからなるものがある。第１および第２の蛍光材料は、波長変換層１０３に含まれている。

本実施の形態において、複数のレンズ２２は、複数の発光ランプ２１の各々の上に設けられており、複数の発光ランプ２１によって発生された光を拡散させて放射する。図７に示した構成において、複数のレンズ２２は、仮想の座標におけるｙ軸方向に並んで配置されており、例えばポリカーボネートなどの透光性を有する樹脂からなる。複数のレンズ２２は、樹脂材料からなることにより、複数の発光ランプ２１によって発生された熱が蓄積されにくく、光学特性が向上されている。

一対のリフレクタ本体２３は、複数のレンズ２２から放射された光を光出射方向Ｄへ導くものである。ここで、一対のリフレクタ本体とは、図７に示すように互いの端部が連続していない構成と、互いの端部が連続している構成とを含むものである。本実施の形態において、リフレクタ本体２３は、複数のレンズ２２と一体的に成形されたものであり、例えばポリカーボネートなどの透光性を有する樹脂からなる。リフレクタ本体２３は、樹脂材料からなることにより、複数の発光ランプ２１によって発生された熱が蓄積されにくく、光学特性が向上されている。このリフレクタ本体２３には、複数のレンズ２２によって放射された光を光出射方向Ｄへ導くアルミニウム（Ａｌ）などの金属材料からなる光反射層２６が形成されている。

リフレクタ本体２３は、複数のレンズ２２と同じ材料からなる。本実施の形態の発光装置２は、複数のレンズ２２およびリフレクタ本体２３が同じ材料からなることにより、複数の発光ランプ２１によって発生された熱による歪が低減されている。

この光反射層２６は、４５０ｎｍ〜５００ｎｍの少なくとも一部の波長を有する光と、５６５ｎｍ〜５９０ｎｍの少なくとも一部の波長を有する光とを反射する特性を有している。光反射層２６の他の例としては、４５０ｎｍ〜５００ｎｍの少なくとも一部の波長を有する光と、５２０ｎｍ〜５６５ｎｍの少なくとも一部の波長を有する光と、６２５ｎｍ〜７４０ｎｍの少なくとも一部の波長を有する光とを反射する特性を有するものがある。

本実施の形態における発光装置２は、複数のレンズ２２から放射された光を光出射方向へ導く一対の光反射面２５を有している。図７に示した発光装置２において、一対の光反射面２５は、仮想の座標におけるｘ方向に平行に並んで配置されている。

ここで、本実施の形態の発光装置２の光学的特性についてさらに詳細に説明する。波長変換層１０３を透過した発光ダイオード素子１０２の光を用いる発光ランプ２１は、図５，６に示すように、発光面の中央領域から出力される光Ｌａと周囲領域から出力される光Ｌｂとに色むらが生じる可能性がある。図５，６は、発光面の中央領域から出力される光Ｌａは発光ダイオード素子１０２によって発生された光の色合いが強く、発光面の周囲領域から出力される光Ｌｂは波長変換層１０３によって発生される光の色合いが強いことを示している。例えば、発光ダイオード素子１０２が青色光を発生して、波長変換層１０３が黄色光を発生する構成の場合、発光ランプ２１の発光面の中央領域は青色がかった白色となり、発光ランプ２１の発光面の周囲領域は黄色がかった白色となる傾向がある。

本実施の形態における発光装置２は、青色がかった白色光Ｌａと黄色がかった白色光Ｌｂとを拡散させて放射するレンズ２２を備えていることにより、出射光における色むらが低減されている。本実施の形態において、複数の発光ランプ２１は仮想の座標におけるｙ軸方向に配列されているため、図８に示すｙ軸方向（複数の発光ランプ２１の配列方向）における色むらが低減されるという本実施の形態特有の効果が得られる。図８は、複数の発光ランプの各々から放射される可視光の状態を示している。本実施の形態における発光装置１２は、拡散された光Ｌａ，Ｌｂを光出射方向Ｄへ導くリフレクタ本体２３を備えていることにより、所望の照明領域に対して色合いが低減された光を照射する。

第１の実施の形態における発光装置の構成を示す斜視図である。 図１に示した発光装置の断面図である。 発光ランプ１１の構成を示す斜視図である。 発光ランプ１１の他の構成を示す斜視図である。 発光ランプ１１の出射光を示す図である。 発光ランプ１１の出射光を示す図である。 第２の実施の形態における発光装置の構成を示す斜視図である。 図７に示した複数の発光ランプ２１の出射光を示す図である。

符号の説明

１ 発光装置
１１ 発光ランプ
１２ レンズ
１３ リフレクタ本体
１４ 基体
１５ 光反射面

Claims (12)

1. 発光ランプと、
   前記発光ランプ上に設けられており、前記発光ランプによって発生させた光を拡散させて放射する樹脂製のレンズと、
   前記レンズの上方に設けられた樹脂製のリフレクタ本体と、
   前記リフレクタ本体に形成されており、前記レンズによって放射された光を光出射方向へ導く光反射層と、を備えており、
   前記レンズの上面が凹曲面状であることを特徴とする発光装置。
2. 前記レンズおよび前記リフレクタ本体が同じ材料からなることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
3. 前記レンズおよび前記リフレクタ本体が一体的に成形されていることを特徴とする請求項２記載の発光装置。
4. 前記レンズおよび前記リフレクタ本体がポリカーボネートからなることを特徴とする請求項２記載の発光装置。
5. 前記発光ランプが複数の可視光を出力することを特徴とする請求項１記載の発光装置。
6. 前記複数の可視光は、４３０ｎｍ〜４５０ｎｍの少なくとも一部の波長を有する第１の可視光と、５６５ｎｍ〜５９０ｎｍの少なくとも一部の波長を有する第２の可視光とを含むことを特徴とする請求項５記載の発光装置。
7. 前記複数の可視光は、４３０ｎｍ〜４５０ｎｍの少なくとも一部の波長を有する第１の可視光と、５２０ｎｍ〜５６５ｎｍの少なくとも一部の波長を有する第２の可視光と、６２５ｎｍ〜７４０ｎｍの少なくとも一部の波長を有する第３の可視光とを含むことを特徴とする請求項５記載の発光装置。
8. 配列された複数の発光ランプと、
   前記複数の発光ランプの各々の上に設けられており、前記複数の発光ランプによって発生させた光を拡散させて放射する複数のレンズと、
   前記複数のレンズを挟んで配置された一対のリフレクタ本体と、
   を備えており、
   前記複数のレンズの上面が凹曲面状であって、
   前記複数のレンズが前記リフレクタ本体と一体的に成形されたものであって、
   前記リフレクタ本体に形成されており、前記複数のレンズによって放射された光を光出射方向へ導く光反射層をさらに備えているとともに、
   前記複数のレンズおよび前記リフレクタ本体が透光性を有する樹脂からなることを特徴とする発光装置。
9. 前記複数のレンズおよび前記リフレクタ本体が同じ材料からなることを特徴とする請求項８記載の発光装置。
10. 前記複数の発光ランプの各々が複数の可視光を発生することを特徴とする請求項９記載の発光装置。
11. 前記複数の可視光は、４３０ｎｍ〜４５０ｎｍの少なくとも一部の波長を有する第１の可視光と、５６５ｎｍ〜５９０ｎｍの少なくとも一部の波長を有する第２の可視光とを含むことを特徴とする請求項１０記載の発光装置。
12. 前記複数の可視光は、４３０ｎｍ〜４５０ｎｍの少なくとも一部の波長を有する第１の可視光と、５２０ｎｍ〜５６５ｎｍの少なくとも一部の波長を有する第２の可視光と、６２５ｎｍ〜７４０ｎｍの少なくとも一部の波長を有する第３の可視光とを含むことを特徴とする請求項１１記載の発光装置。

Images