JP5172988B2 - 照明装置 - Google Patents
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Description
本発明は、広い配光角により照明可能な照明装置に関する。
発光ダイオード(LED;Light Emitting Diode)等の半導体発光素子は、電気エネルギーを直接光エネルギーに変換する。このため、ハロゲンランプ等の白熱球や蛍光灯に比し、高効率で、且つ、発光に際して発熱量が少ないという特徴を有する。白熱球は、電気エネルギーを一旦熱エネルギーに変換し、その発熱に伴う輻射を利用するものであり、その変換効率は原理的に低い。蛍光灯は、電気エネルギーが放電エネルギーに変換されており、こちらも同様に、その変換効率は低い。一方、LEDは、変換効率が高く、さらに、半永久的とも考え得る長寿命で、且つ、蛍光灯の光のようにちらつきの問題もない。
このように、LEDは長寿命、低消費電力といった長所を有している。近年、このようなLEDの長所に着目し、白熱電球や蛍光灯の代わりに、LEDを光源として使用する照明装置が開発されて来ている。
例えば、特許文献1には、LEDを覆う透光性のグローブの外表面に拡散シートを被着させ、LEDからグローブに入射する光を拡散シートにより拡散させることにより、略均一な輝度を得るLED電球が開示されている。
このLED電球では、LEDの各々から放射される光が、上で述べたように、グローブに被着された拡散シートにより拡散される。この拡散により、グローブ上におけるそれぞれの拡散位置が新たな発光点として機能する。これにより、グローブの略全域で略均一な輝度が得られ、人に眩しさや不快感を与えにくくすることができる。
ところで、上で述べたような長所をLEDは有するものの、これまで、LEDの応用は各種機器のコントロールパネルや、電光掲示板等の表示装置等のごく限られた範囲に限定され、照明装置に使用された例は少なかった。これは、LEDの輝度は極めて高いものの、1個のLEDからの光の出射面積が非常に小さく、照明器具としての充分な配光特性を得られないことに起因する。
このため、LEDを光源とする照明装置には益々の配光特性の向上、すなわち、白熱電球や蛍光灯のような、広い配光角による照明の実現が潜在的に強く望まれている。
しかしながら、特許文献1に記載の照明装置では、拡散シートによりグローブ全域を略均一な輝度に発光させることは可能であるものの、LEDを実装する基板はグローブの口金側の開口部に対向する基台に取り付けられている。このような取り付けにより、指向性の強い光源であるLEDからの光は全て口金と反対側の方向に放射されてしまい、口金側に放射される光は拡散シートにて拡散した光の一部のみとなる。このため、上記従来の照明装置では、口金側に放射される光はわずかであり、LEDの光出射方向と反対側の照明装置の後方にまで十分照明光を放射する、広い配光を得ることはできない。
上記課題に鑑み、本発明の目的は、発光素子の光出射方向と反対側にまで照明光を出射し、広い配光角により照明可能な照明装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明に係る照明装置は、発光素子と、該発光素子を実装する実装部を上記発光素子の光出射方向に突出させて、上記発光素子を保持する保持部材と、上記実装部と対向すべく設けられ、上記発光素子からの出射光を入射して、該入射した光を上記光出射方向側および該光出射方向と反対側に出射する光学部材とを備える。
上記の構成によれば、発光素子から出射される光は、そのまま、光学部材の底面に入射する。発光素子は、例えば、LEDであり、その発光面の配光角は狭く、その光出射方向に沿って、光学部材の底面にほぼ直進する。光学部材の底面に入射した光は、光学部材の内部を進行し、底面に対向する天井面に到達する。
光学部材の底面および天井面は、光を透過や反射するものであり、各々に入射する光の入射角度により、光を透過したり反射したりする。光学部材は、このような光の透過や反射により、発光素子の光出射方向側、および、その光出射方向と反対側に、光を出射する。
ここで、「光出射方向と反対側」は、光出射方向と正反対の方向のみの意ではなく、照明装置の後方への配光を得ることができる程度であれば、正反対の方向から光出射方向側にずれた方向であっても含む意である。すなわち、「光出射方向と反対側」は、光学部材から見て、照明装置の後方とみなすことができる範囲に向かう方向のすべてを含む意である。
光学部材は、発光素子から入射された光をこのような光出射方向と反対側に出射させることにより、発光素子から出射される光の光出射方向とは異なる方向に光を配光する。
一方、発光素子は、発光素子の光出射方向に突出する、保持部材の実装部に実装されている。
ここで、「発光素子の光出射方向に突出させて」とあるのは、保持部材の周縁部に対し、突出させるとの意である。例えば、保持部材は、凸状部とその凸状部を囲む周縁部とに区分した場合、凸状部の頂面が実装部である。実装部に発光素子が実装されており、その発光素子の光出射方向に凸状部を周縁部から突出させる。この場合、実装部は、周縁部に対して発光素子の光出射方向に突出させると言える。
このため、発光素子から出射され、光学部材により配光される光のうち、発光素子の光出射方向と反対側に向かう光において、保持部材の周縁部で遮られる割合を低減でき、保持部材に遮られること無く、照明装置の外部に出射される光の割合を増加させることができる。
したがって、上記の構成によれば、LEDといった発光素子から出射される光を効率よく照明装置の後方に配光し、広い配光角により照明可能な照明装置を実現することができる。
上記光学部材は、上記保持部材の周縁部に向かって、上記入射した光を出射することが好ましい。
上記の構成によれば、光学部材から出射された光を保持部材の周縁部に向かわせることができる。それゆえ、発光素子から出射される光を効率よく照明装置の後方に配光し、広い配光角により照明可能な照明装置を実現することができる。
上記発光素子、上記保持部材および上記光学部材を覆うようにして配置され、且つ、上記発光素子から出射された光を透過するカバー部材をさらに備え、上記カバー部材の、上記発光素子の光出射方向に対して垂直方向の径の最大値が、上記保持部材の周縁部の径よりも大きいことが好ましい。
上記の構成において、カバー部材は、発光素子の光出射方向に対して垂直方向の、最大径を含む平面を境界とし、発光素子の光出射方向側の部分である上半分と、発光素子の光出射方向側と反対側の部分である下半分とに区分することができる。この下半分は、保持部材側の部分であり、その径の範囲に保持部材の周縁部の径が含まれる。
ここで、上記最大径が保持部材の周縁部の径よりも大きければ、カバー部材の下半分が上半分の下側、言い換えれば、発光素子の出射方向側と反対側に、回り込ませることができる。
それゆえ、上記の構成によれば、カバー部材の下半分で拡散した光により、発光素子の光出射方向と反対側まで照明されて、広い配光が得られる。
上記カバー部材は、上記発光素子側に設けられる第1の曲面と、該第1の曲面に対して上記発光素子の光出射方向側と反対側に並設され、上記第1の曲面より小さい曲率半径により規定される第2の曲面と、を備えることが好ましい。
上記の構成において、カバー部材は、発光素子側に設けられる第1の曲面と、第1の曲面に対して発光素子の光出射方向側と反対側に並設される第2の曲面とに区分することができる。
ここで、第2の曲面が、第1の曲面より小さい曲率半径により規定されることにより、第2の曲面が第1の曲面の下側、言い換えれば、発光素子の出射方向側と反対側に、回り込ませることができる。
それゆえ、上記の構成によれば、カバー部材の下半分で拡散した光により、発光素子の光出射方向と反対側まで照明されて、広い配光が得られる。
上記保持部材には、上記カバー部材で反射された上記発光素子からの光を反射する反射部材が配置されていることが好ましい。
上記の構成によれば、カバー部材を透過することなく、反射する光は反射部材により再び反射され、カバー部材に向かう。それゆえ、光学部材により配光された光をさらに、様々な角度に向かわせることができ、より広い配光角により照明可能な照明装置を実現することができる。
上記発光素子は、LEDであることが好ましい。
上記の構成によれば、さらに、長寿命で低消費電力の照明装置を実現することができる。
本発明によれば、発光素子から出射される光を発光素子の光出射方向と反対側に配光し、広い配光角により照明可能な照明装置を提供することができるという効果を奏する。
以下図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る照明装置の概略構成を示す断面図であり、図2は、図1に示す照明装置をその外部から見た外観図である。また、図3は、図1に示す照明装置の概略構成を示す分解斜視図である。
(照明装置10)
本発明の一実施形態に係る照明装置10は、図2に示すように、発光部1と、支持部2と、絶縁リング3と、口金4と、を備えている。具体的には、照明装置10は、図1および図3に示すように、発光部1、支持部2、絶縁リング3、および、口金4がこの順に接続されている。なお、以下、便宜上、発光部1側を照明装置10の前方側と呼び、口金4側を照明装置10の後方側と呼ぶ場合がある。
本発明の一実施形態に係る照明装置10は、図2に示すように、発光部1と、支持部2と、絶縁リング3と、口金4と、を備えている。具体的には、照明装置10は、図1および図3に示すように、発光部1、支持部2、絶縁リング3、および、口金4がこの順に接続されている。なお、以下、便宜上、発光部1側を照明装置10の前方側と呼び、口金4側を照明装置10の後方側と呼ぶ場合がある。
(発光部1)
先ず、発光部1は、グローブカバー(カバー部材)11と、配光レンズ(光学部材)12と、反射部材13と、LEDモジュール14と、放熱シート部材15と、を有している。
先ず、発光部1は、グローブカバー(カバー部材)11と、配光レンズ(光学部材)12と、反射部材13と、LEDモジュール14と、放熱シート部材15と、を有している。
(グローブカバー11)
グローブカバー11は、例えば半球形状やドーム形状といった曲面形状を有している。グローブカバー11は、配光レンズ12、反射部材13、LEDモジュール14、および、放熱シート部材15を、その内部に配置し、それらを覆いつつ支持部2に装着されている。
グローブカバー11は、例えば半球形状やドーム形状といった曲面形状を有している。グローブカバー11は、配光レンズ12、反射部材13、LEDモジュール14、および、放熱シート部材15を、その内部に配置し、それらを覆いつつ支持部2に装着されている。
また、グローブカバー11は、LEDモジュール14に実装されている1つまたは複数のLEDを外圧や外力から保護する。
さらに、グローブカバー11は、LEDモジュール14のLEDから出射される光を透過させるとともに、その一部の光を拡散や散乱させる。また、グローブカバー11は、LEDから出射される光の一部を再び、その内部に向かって反射する。グローブカバー11は、例えば、ガラスや合成樹脂を用いることができる。そして、上で述べたように、LEDから出射される光が透過、拡散、散乱、反射するように、例えば、グローブカバー11の内側の面である内面にカルシウムを主剤とした拡散材を塗布しておけばよい。その塗布量の調節により、グローブカバー11の光の透過率や拡散度合いを最適化することができる。
もちろん、照明装置10は、グローブカバー11によるこのような光の拡散を用いて、照明装置10の後方への広い配光角による配光を達成するものではない。確かに、拡散材の塗布量を増やせば増やすほど、拡散や散乱する光の量が増え、照明装置10の後方へ出射される光は増える。しかし、逆に、LEDモジュール14から出射される光がグローブカバー11により反射し、再び、グローブカバー11の内側に戻る光の量を増やすことにもなる。すなわち、拡散材の量が多いグローブカバー11ではLEDモジュール14からの出射光は内部反射を多く繰り返し、グローブカバー11の内側に戻った光がLEDモジュール14や反射部材13により吸収されるため、グローブカバー11の透過率が低下する。このことは、照明装置10から照射される光束の減少につながるものである。
そこで、照明装置10は、後述するように、照明装置10の後方への配光を増やすための構造(以下、「後方配光構造」と呼ぶ場合もある)を備えることにより、グローブカバー11の透過率の低下による光束の減少を最小限に抑え、照明装置10の後方への配光を増大させ、広い配光角による照明を実現するものである。
なお、LEDモジュール14は、そのLEDの点灯時の発熱量が比較的多い。このため、グローブカバー11は、耐熱性材料を用いることが好ましい。そのような耐熱性材料は、例えば、乳白色のポリカーボネート樹脂である。このポリカーボネート樹脂は、耐衝撃性、耐熱性、光拡散性に優れており、グローブカバー11に用いるのに好適である。
(配光レンズ12)
配光レンズ12は、LEDモジュール14を覆いつつ反射部材13に装着されている。配光レンズ12は、図1に示すように、LEDモジュール14のLEDから出射される光の出射方向に配置されており、LEDモジュール14のLEDから出射される光がそのまま入射される。
配光レンズ12は、LEDモジュール14を覆いつつ反射部材13に装着されている。配光レンズ12は、図1に示すように、LEDモジュール14のLEDから出射される光の出射方向に配置されており、LEDモジュール14のLEDから出射される光がそのまま入射される。
配光レンズ12は、LEDモジュール14のLEDから出射された光の波長に対し、透明の固体からなり、照明装置10が後述する後方配光構造を備えるために要求されるレンズ機能を持つ。このレンズ機能により、配光レンズ12は、LEDモジュール14のLEDから出射される光の進行方向を、照明装置10の前方のみならず、その後方、つまりLEDモジュール14からのLEDから出射される光の出射方向と反対側へも向かわせることができる。
また、配光レンズ12は、LEDモジュール14の近傍に配置されている。LEDモジュール14のLEDから出射される光は、外気である空気中をほとんど進行することなく、配光レンズ12に入射する。すなわち、LEDモジュール14から配光レンズ12までの光路は短く、その光路における光束の減少が抑制される。このような配置により、配光レンズ12にLEDモジュール14から多くの光束の光が入射されることになり、その結果、多くの光の進行方向をLEDモジュール14の光出射方向と反対側である照明装置10の後方へ向かわせることができる。
(反射部材13)
反射部材13は、LEDモジュール14のLEDから出射される光のうち、グローブカバー11により拡散や散乱、反射される光の進行方向を再び、グローブカバー11側に向かわせるためのものである。反射部材13によるこのような光の反射により、照明装置10の後方へ配光される光の量を増加させることができる。
反射部材13は、LEDモジュール14のLEDから出射される光のうち、グローブカバー11により拡散や散乱、反射される光の進行方向を再び、グローブカバー11側に向かわせるためのものである。反射部材13によるこのような光の反射により、照明装置10の後方へ配光される光の量を増加させることができる。
反射部材13は、反射率の高い樹脂材料を用いることができる。このような樹脂材料は通常、安価であり、反射部材13を低コストで作製することができる。
なお、反射部材13は、Al、真鍮、ステンレス等の金属を図1および図3に示す形状に旋盤・フライス盤等を用いて研削加工、若しくはプレス加工機等により成型加工し、その後、その表面を研磨し、形成すれば良い。さらに、これらの表面にニッケル(Ni)鍍金や金(Au)鍍金を施せば反射率が向上するので好ましい。安価、且つ簡便な方法としては、Al薄膜等の反射率の高い金属薄膜を接着した構造でもかまわない。あるいは、熱可塑性樹脂を押出成形若しくは射出成形により図1および3に示す形状に加工し、この表面にAl箔等の反射率の高い金属薄膜や誘電体多層膜を真空蒸着やスパッタリングで堆積した構造、若しくは高反射性ポリエステル白色フィルム等を接着した構造でもかまわない。
(LEDモジュール14)
LEDモジュール14(発光素子)は、複数のLEDと、それら複数のLEDが実装されたセラミック基板と、を有している。LEDモジュール14に実装されるLEDは、種々の色(波長)のLEDが使用可能である。ただし、照明目的のためには、白色LEDが人間の目には自然であるので好ましい。
LEDモジュール14(発光素子)は、複数のLEDと、それら複数のLEDが実装されたセラミック基板と、を有している。LEDモジュール14に実装されるLEDは、種々の色(波長)のLEDが使用可能である。ただし、照明目的のためには、白色LEDが人間の目には自然であるので好ましい。
白色LEDとしては、種々の構造のものが使用できる。例えば、蛍光を発する蛍光材を青色や紫外光等のLEDで励起するタイプが使用可能である。また、赤(R)、緑(G)、および、青(B)の3つのLEDを点光源と見なせるほど隣接させ、配置してもよい。あるいは、赤、緑、および、青の3つのLEDを縦に積層し、配置してもよい。
(放熱シート部材15)
放熱シート部材15は、LEDモジュール14のLEDから発生する熱を放熱部材23に伝導する。放熱シート部材15は、例えば、富士高分子工業株式会社製 高熱伝導・難燃性シリコーンゲルシート 製品名「サーコン」(熱伝導率 6.0W/m・K)を用いることができる。
放熱シート部材15は、LEDモジュール14のLEDから発生する熱を放熱部材23に伝導する。放熱シート部材15は、例えば、富士高分子工業株式会社製 高熱伝導・難燃性シリコーンゲルシート 製品名「サーコン」(熱伝導率 6.0W/m・K)を用いることができる。
(支持部2)
支持部2は、照明装置10の本体部であり、化粧リング21と、保持部材22と、放熱部材23と、電源モジュール25と、ホルダ26と、を有している。
支持部2は、照明装置10の本体部であり、化粧リング21と、保持部材22と、放熱部材23と、電源モジュール25と、ホルダ26と、を有している。
(化粧リング21)
化粧リング21は、発光部1と支持部2とを仕切る円環状の部材である。化粧リング21は、例えば、樹脂材料を用いることができ、その形状や模様、色彩等を工夫することにより照明装置10を眺める利用者に美感を起こさせるものである。
化粧リング21は、発光部1と支持部2とを仕切る円環状の部材である。化粧リング21は、例えば、樹脂材料を用いることができ、その形状や模様、色彩等を工夫することにより照明装置10を眺める利用者に美感を起こさせるものである。
また、化粧リング21は、上記樹脂に代えて、金属等の高熱伝導性材料を用いることもできる。この場合、LEDモジュール14のLEDから発生する熱を、外部に放熱したり、放熱部材23に伝導したりすることができる。
化粧リング21の上面には、ネジ24により保持部材22が固定される。また、化粧リング21の上面の外縁部にはフランジが形成されており、グローブカバー11が装着される。
(保持部材22)
保持部材22は、LEDモジュール14を配置し、保持するためのものである。具体的には、保持部材22は、そのグローブカバー11側の面であるLED保持面上において、放熱シート部材15を挟むようにしてLEDモジュール14が配置され、反射部材13を挟むようにして配光レンズ12が配置されている。
保持部材22は、LEDモジュール14を配置し、保持するためのものである。具体的には、保持部材22は、そのグローブカバー11側の面であるLED保持面上において、放熱シート部材15を挟むようにしてLEDモジュール14が配置され、反射部材13を挟むようにして配光レンズ12が配置されている。
具体的には、保持部材22は、そのLED保持面上に、照明装置10が後述の後方配光構造を備えるために要求される、後述の凸状部を持つ。すなわち、保持部材22は、グローブカバー11側に突起する凸状部を備えている。この凸状部はその頂面上に、LEDモジュール14を配置し、保持する。凸状部の頂面は、LEDモジュール14を安定的に保持することができるよう、例えば、単一の平面であることが好ましい。この頂面は、LEDモジュール14が実装される場所であり、それゆえ、LEDモジュール14の実装部であると言える。
保持部材22は、このような凸状部を持つことにより、配光レンズ12により照明装置10の後方へ向かわされた光を発光部1の外部に、効率よく出射させることができる。
保持部材22の材質としては、例えば、サファイア(Al2O3)やマグネシア(MgO)、窒化ガリウム(GaN)、スピネル(MgAl2O4)、鉄(Fe)等を用いることができる。このような材質であれば、LEDモジュール14のLEDからの発熱を効率よく逃がすことができる。
保持部材22は、上記の凸状部を除き、折れ曲がりのない板状のものであってもよいし、折れ曲がった部分や湾曲した部分を有していてもよい。
保持部材22の厚みは、1.0mm以上、3.0mm以下が好ましい。1.0mmよりも薄いとLEDモジュール14を保持する上でその耐久性を十分にできず、LEDモジュール14を長期にわたって保持することができない可能性がある。また、3.0mmを超えるような厚みにすると、重量が増え、コストアップに繋がる可能性がある。
(放熱部材23)
放熱部材23は、筒状の中空部材であり、電源モジュール25が保持されたホルダ26を内部に収容する。放熱部材23は、LEDモジュール14や電源モジュール25等の熱源からの熱を放熱する。例えば、放熱部材23は、支持部2内で発生した熱を外部に放熱する。放熱部材23の上面の外縁部には、Oリング(図示省略)が設けられている。これにより、化粧リング21が、放熱部材23の上面に密着して嵌合するようになっている。一方、放熱部材23の下端部には、絶縁リング3が装着されている。
放熱部材23は、筒状の中空部材であり、電源モジュール25が保持されたホルダ26を内部に収容する。放熱部材23は、LEDモジュール14や電源モジュール25等の熱源からの熱を放熱する。例えば、放熱部材23は、支持部2内で発生した熱を外部に放熱する。放熱部材23の上面の外縁部には、Oリング(図示省略)が設けられている。これにより、化粧リング21が、放熱部材23の上面に密着して嵌合するようになっている。一方、放熱部材23の下端部には、絶縁リング3が装着されている。
なお、放熱部材23は、いずれも放熱を目的としているため、熱伝導性の良好な金属から構成することが好ましい。例えば、放熱部材23は、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)等の金属またはこれらの合金から構成することが好ましい。また、放熱部材23は、窒化アルミニウム(AlN)、シリコーンカーバイト(SiC)などの工業材料から構成しても、高熱伝導樹脂等の合成樹脂で構成してもよい。
(電源モジュール25)
電源モジュール25は、LEDモジュール14のLEDに電力を供給する電源回路部である。また、電源モジュール25は、LEDモジュール14のLEDの点灯状態(発光色、発光量等)を制御する制御回路部でもある。電源モジュール25は、ホルダ26内に装着され、放熱部材23に収容される。電源モジュール25は、電源回路基板と、電源回路基板の両面に実装された複数の電子部品とから構成されている。
電源モジュール25は、LEDモジュール14のLEDに電力を供給する電源回路部である。また、電源モジュール25は、LEDモジュール14のLEDの点灯状態(発光色、発光量等)を制御する制御回路部でもある。電源モジュール25は、ホルダ26内に装着され、放熱部材23に収容される。電源モジュール25は、電源回路基板と、電源回路基板の両面に実装された複数の電子部品とから構成されている。
電源回路基板は、配線を有するプリント基板である。電子部品はLEDモジュール14のLEDの点灯を制御する回路部品である。電源回路基板は放熱性を高めるために、アルミニウム等の熱伝導性の良好な金属で構成されることが好ましい。また、電源回路基板はガラスエポキシ材等の非金属性の部材で構成されていても、セラミックスで構成されていてもよい。
電子部品は、例えば、LEDの点灯制御、調光、または調色するための回路部品である。具体的には、電子部品は、電解コンデンサ、セラミックコンデンサ、カレントトランス、フィルムコンデンサ、REC(整流素子、ダイオードブリッジ)、抵抗、トランジスタ、スイッチング素子などである。
(ホルダ26)
ホルダ26は、内部に電源モジュール25を保持する。すなわち、ホルダ26は、PCBホルダである。ホルダ26の側面には開口が形成されており、この開口に上記の電子部品を対向させて電源モジュール25が配置される。これにより、電子部品で発生した熱が、開口を介して効率よく放熱部材23に伝導される。ホルダ26の一方の端部は化粧リング21に固定され、ホルダ26の他方の端部は絶縁リング3に固定される。ホルダ26は、放熱部材23に被覆されている。ホルダ26は、電気絶縁性および熱伝導性を有する材料から形成されていることが好ましい。例えば、ホルダ26は、PBT(ポリブチレンテレフタレート)、アクリル樹脂、ABS樹脂、ポリアミド樹脂等から形成することができる。
ホルダ26は、内部に電源モジュール25を保持する。すなわち、ホルダ26は、PCBホルダである。ホルダ26の側面には開口が形成されており、この開口に上記の電子部品を対向させて電源モジュール25が配置される。これにより、電子部品で発生した熱が、開口を介して効率よく放熱部材23に伝導される。ホルダ26の一方の端部は化粧リング21に固定され、ホルダ26の他方の端部は絶縁リング3に固定される。ホルダ26は、放熱部材23に被覆されている。ホルダ26は、電気絶縁性および熱伝導性を有する材料から形成されていることが好ましい。例えば、ホルダ26は、PBT(ポリブチレンテレフタレート)、アクリル樹脂、ABS樹脂、ポリアミド樹脂等から形成することができる。
なお、支持部2と絶縁リング3とにより形成される内部空間にポッティング樹脂部を充填してもよい。これにより、電源モジュール25が電気的に絶縁されると共に、放熱部材23内に固定される。また、このポッティング樹脂部は、支持部2内で発生した電源モジュール25からの熱、および、LEDモジュール14からの熱を放熱部材23に伝導する。このため、ポッティング樹脂部は、熱伝導性の高い樹脂から形成されていることが好ましい。例えば、ポッティング樹脂部は、熱伝導性が良好で電気絶縁性を有する耐熱性のシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等の合成樹脂から形成することができる。
(絶縁リング3)
絶縁リング3は、電気絶縁材料から形成されている。絶縁リング3の上端部は、放熱部材23の下端部に装着される。また、絶縁リング3は、外側面にはねじ山が形成されており、口金4の内部に螺合して接続される。
絶縁リング3は、電気絶縁材料から形成されている。絶縁リング3の上端部は、放熱部材23の下端部に装着される。また、絶縁リング3は、外側面にはねじ山が形成されており、口金4の内部に螺合して接続される。
(口金4)
口金4は、外部接続用の金具であり、例えば、一般的なE26型の金具である。すなわち、口金4は、外部電源(図示せず)からの電力を、電源モジュール25に供給する。口金4の内側面には、絶縁リング3の外側面に形成されたねじ山に係合するねじ山が形成されている。これにより、絶縁リング3が螺合して接続される。つまり、口金4の内側面に形成されたねじ山は、口金4を絶縁リング3に螺合して接続するための螺合機構である。
口金4は、外部接続用の金具であり、例えば、一般的なE26型の金具である。すなわち、口金4は、外部電源(図示せず)からの電力を、電源モジュール25に供給する。口金4の内側面には、絶縁リング3の外側面に形成されたねじ山に係合するねじ山が形成されている。これにより、絶縁リング3が螺合して接続される。つまり、口金4の内側面に形成されたねじ山は、口金4を絶縁リング3に螺合して接続するための螺合機構である。
口金4の外側面にもねじ山が形成されている。これにより、照明装置10が天井等に設けられたソケットに螺合して装着可能となっている。
(後方配光構造)
次に、本発明の特徴部分である、照明装置10が備える後方配光構造について、図4、図5および図6を参照しつつ説明する。図4は、配光レンズ12の断面図、図5は、配光レンズ12の鳥瞰図、図6は、グローブカバー11、配光レンズ12、LEDモジュール14、放熱シート部材15、および、保持部材22の配置構成を示す模式図である。なお、図6は模式的なものであり、各部の寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。
次に、本発明の特徴部分である、照明装置10が備える後方配光構造について、図4、図5および図6を参照しつつ説明する。図4は、配光レンズ12の断面図、図5は、配光レンズ12の鳥瞰図、図6は、グローブカバー11、配光レンズ12、LEDモジュール14、放熱シート部材15、および、保持部材22の配置構成を示す模式図である。なお、図6は模式的なものであり、各部の寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。
この後方配光構造においては、図6に示すように、LEDモジュール14のLEDから出射された光は、そのまま、配光レンズ12の、LEDモジュール14に対向する面である光入射面(底面)121に入射する。光入射面121に入射した光は、配光レンズ12の内部をそのまま進行し、配光レンズ12の光配光面(天井面)122に向かう。この光配光面122は、光入射面121に対向する面であり、光入射面121から入射した光を配光する。
光配光面122は、例えば、図6中Aで示す矢印で進行する光は、光入射面121から配光レンズ12に入射し、その進行方向を維持しつつ光配光面122を透過する。すなわち、このAで示す矢印で進行する光は、LEDモジュール14のLEDから出射される光の出射方向に沿って、配光レンズ12から出射される。
また、図中Bで示す矢印で進行する光は、光入射面121から配光レンズ12に入射し、そのまま出射方向に沿って、光配光面122に到達する。このBで示す矢印で進行する光は、光配光面122を透過することなく、反射している。なお、図中B´で示す矢印で進行する光、つまり、光配光面122に到達し、光配光面122で反射することなく、透過する光も存在することは言うまでも無い。
同様に、図中Cで示す矢印で進行する光は、光入射面121から配光レンズ12に入射し、そのまま光出射方向に沿って、光配光面122に到達する。このCで示す矢印で進行する光は、光配光面122を透過することなく、反射する。ここでも、図中C´で示す矢印で進行する光、つまり、光配光面122に到達し、光配光面122で反射することなく、透過する光も存在する。
要は、光配光面122は全反射面として機能するものではなく、LEDモジュール14のLEDから出射される光を反射したり、屈折させたり、透過させたりする機能を有する。
ここで、保持部材22は、上述したように、凸状部31を持っており、この凸状部31の頂面(言い換えれば、実装部)32上にLEDモジュール144が配置されている。このため、上記のBおよびCで示す矢印で進行する光は、保持部材22に遮られることなく、発光部1の外部に出射される。
すなわち、仮に、保持部材22がこのような凸状部31を持たず、単なる平板形状を持つ部材であった場合、上記のBおよびCで示す矢印で進行する光は、保持部材22に遮られることになる。このため、配光レンズ12により照明装置10の後方へ光を配光させることができたとしても、発光部1の外部にその光を出射させることは困難となる。
このようにして、照明装置10の後方配光構造によれば、保持部材22の凸状部31の頂面上にLEDモジュール14を配置することにより、配光レンズ12により照明装置10の後方に配光される光を効率よく発光部1の外部に出射させることができる。
言い換えれば、この後方配光構造によれば、LEDモジュール14のLEDの光出射方向に沿って進行する光、すなわち、照明装置10の前方に向かって進行する光を、照明装置10の後方に向かわせることができるレンズ機能を持つ、配光レンズ12を効果的に利用することが可能となる。
ここで、凸状部31の高さ、言い換えれば、凸状部31の保持部材22からの突出量は、配光レンズ12のレンズ機能の度合いから決定すべきものである。つまり、配光レンズ12のレンズ機能により照明装置10の後方に向かう光が、保持部材22に遮られること無く、発光部1の外部に出射される程度の高さ(突出量)であればよい。すなわち、配光レンズ12から照明装置10の後方に向かう光が保持部材22の周縁部33よりも外側を通過することができればよい。
そうすることにより、必要以上に凸状部31を高くする必要が無くなり、LEDモジュール14の配置の安定化を図ることができる。
また、配光レンズ12とグローブカバー11とが必要以上に近づくこともない。配光レンズ12の光配光面122は、照明装置10の外部から見た場合、発光点とみなすことができる。光配光面122から多様な方向への光の配光が行なわれるからである。このため、配光レンズ12がグローブカバー11に近づくということは、発光点がグローブカバー11に近づくことを意味する。一般に、発光点がグローブカバー11に近づくと、グローブカバー11に縞状の模様が映し出され、照明装置10を遠くから眺める利用者にしてみれば非常に目障りなものとなる。
照明装置10の後方配光構造では、保持部材22における段差部分や傾斜部分となる凸状部31を設けている。この凸状部31を設けることにより、グローブカバー11と配光レンズ12との距離を上記縞状の模様が生じない程度に維持しつつ、配光レンズ12に対して保持部材22の周縁部を口金側に位置させることができる。このため、グローブカバー11と配光レンズ12とを必要以上に近づけること無く、照明装置10の後方へ配光を広げることが可能である。したがって、上記縞状の模様が映し出されることは無い。
つまり、照明装置10によれば、図6に示すように、配光レンズ12により、発光点としての光配光面122が実装部32よりもLEDの光出射方向側に位置し、さらに、光配光面122からLEDの光出射方向と反対方向に光が出射される。このため、保持部材22の周縁部33より外側の口金4側に出射される光の割合を増大させることができ、照明装置10の後方にまで光を出射する広い配光を得ることが可能である。
また、実装部32が保持部材22の周縁部33に対して上記光出射方向側に突出することで、光配光面122の位置をさらに光出射方向側、つまり、保持部材22の周縁部33から離隔する方向側へ位置させることができるので、より保持部材22の内側で遮蔽される光の割合を低減することが可能である。
さらにまた、照明装置10においては、発光点としての光配光面122をより上記光出射方向側に位置させるために、実装部32を保持部材22の周縁部33に対して突出させている。このため、配光レンズ12の光出射方向の高さを増大することなく、配光レンズ12を透過する光の透過距離を短くすることができる。したがって、配光レンズ12を透過することによる光束の減衰を低減することが可能であり、より光利用効率を向上させることができる。
なお、照明装置10の後方配光構造には、次のような効果も得ることができる。
配光レンズ12の光配光面122により透過、反射された光は、いずれにせよ、グローブカバー11に向かって進行し、グローブカバー11に到達することになる。例えば、図6に示すように、図中Dで示す矢印で進行する光は、グローブカバー11を透過し、発光部1の外部に出射されることになる。
また、図中Eで示す矢印で進行する光は、グローブカバー11を透過する際、拡散され、その進行方向が変化している。もちろん、この進行方向の変化によっても、照明装置10の配光特性の向上は見込まれる。
一方、図中Fで示す矢印で進行する光は、グローブカバー11を透過することなく、反射する。この場合、この光は再び、グローブカバー11の内部に向かうことになる。上述したように、保持部材22のLED保持面には反射部材13が配置されている。グローブカバー11により反射され、グローブカバー11の内部に向かって再び進行する光は、例えば、この反射部材13によってさらに再び反射され、グローブカバー11に向かうことになる。
このような反射の繰り返しにより、配光レンズ12により配光された光はさらに、様々な角度に向かうことになり、照明装置10の配光特性の向上に寄与することになる。
また、グローブカバー11は、LEDモジュール14の光出射方向に対して垂直方向の径の最大値が、保持部材22の周縁部33の径よりも大きくなっていることが好ましい。この場合、グローブカバー11は、LEDモジュール14の光出射方向に対して垂直方向の、最大径を含む平面を境界とし、LEDモジュール14の光出射方向側の部分である上半分と、LEDモジュール14の光出射方向側と反対側の部分である下半分とに区分することができる。この下半分は、保持部材22側の部分であり、その径の範囲に保持部材22の周縁部33の径が含まれる。
グローブカバー11の上記最大径が保持部材22の周縁部33の径よりも大きければ、グローブカバー11の下半分が上半分の下側、言い換えれば、発光素子の出射方向側と反対側に、回り込ませることができる。
したがって、グローブカバー11の下半分で拡散した光により、LEDモジュール14の光出射方向と反対側まで照明され、より広い配光が得られる。
(配光レンズ12の変形例)
図7は、配光レンズ12の第1変形例である配光レンズ12aの断面図であり、図8は、図7の配光レンズ12aの鳥瞰図である。この配光レンズ12aは、配光レンズ12の光入射面121に対応する光入射面121aと、配光レンズ12の光配光面122に対応する光出射面122aとを、有している。
図7は、配光レンズ12の第1変形例である配光レンズ12aの断面図であり、図8は、図7の配光レンズ12aの鳥瞰図である。この配光レンズ12aは、配光レンズ12の光入射面121に対応する光入射面121aと、配光レンズ12の光配光面122に対応する光出射面122aとを、有している。
配光レンズ12aが配光レンズ12と異なる点は、光入射面121aおよび光出射面122aはいずれも、各々に対する光の入射角度が、各々に固有の角度を超えているか否かによって、入射する光を透過または反射する点にある。
すなわち、配光レンズ12aは、光入射面121aおよび光出射面122aの組み合わせにより、配光レンズ12と同等のレンズ機能を実現するものである。
同様に、図9は、配光レンズ12の第2変形例である配光レンズ12bの断面図であり、図10は、図9の配光レンズ12aの鳥瞰図である。この配光レンズ12bは、配光レンズ12の光入射面121に対応する光入射面121bと、配光レンズ12の光配光面122に対応する光出射面122bとを、有している。
配光レンズ12bも、配光レンズ12aと同様、光入射面121bおよび光出射面122bの組み合わせにより、配光レンズ12と同等のレンズ機能を実現するものである。
(保持部材22の変形例)
図11は、保持部材22の第1変形例である保持部材22aの断面図であり、図12は、図11の保持部材22aの鳥瞰図である。この保持部材22aは、保持部材22の凸状部31に対応する凸状部221aを有している。保持部材22a上には反射部材13に対応する反射部材222aが配置されている。
図11は、保持部材22の第1変形例である保持部材22aの断面図であり、図12は、図11の保持部材22aの鳥瞰図である。この保持部材22aは、保持部材22の凸状部31に対応する凸状部221aを有している。保持部材22a上には反射部材13に対応する反射部材222aが配置されている。
保持部材22aが保持部材22と異なる点は、凸状部221aの側面223aが頂面224aから底面225aに向かうに沿って、凸状部221aの内部に向かって傾斜している点である。保持部材22では、凸状部31の側面が底面から頂面32に向かうに沿って、凸状部31の内部に向かって傾斜している。
言い換えると、保持部材22aでは、凸状部221aの、底面225aの面積よりも頂面224aの面積のほうが大きく、一方、保持部材22では、凸状部31の、底面の面積よりも頂面32の面積のほうが小さくなっている。
このように、LEDモジュール14を実装する頂面(実装部)224aの面積を大きくすることで、頂面224aで反射させて上方(LEDモジュール14の光出射方向)へ向かう出射光の割合を増大することができる。
図13は、保持部材22の第2変形例である保持部材22bの断面図であり、図14は、図13の保持部材22bの鳥瞰図である。この保持部材22bは、保持部材22の凸状部31に対応する凸状部221bを有している。保持部材22b上には反射部材13に対応する反射部材222bが配置されている。
保持部材22bが保持部材22と異なる点は、凸状部221bの側面223bが頂面224bから底面225bに向かうに沿って、凸状部221bの内部に向かって傾斜していない点である。保持部材22では、凸状部31の側面が底面から頂面32に向かうに沿って、凸状部31の内部に向かって傾斜している。
言い換えると、保持部材22bでは、凸状部221bの、底面225bの面積と頂面224bの面積は等しく、一方、保持部材22では、凸状部31の、底面の面積よりも頂面32の面積のほうが小さくなっている。
なお、保持部材22の変形例は、上述したような、凸状部を必ずしも備える必要は無い。例えば、その縦断面が台形の形状である、円錐台の形状であってもよい。このような形状であっても、その頂面にLEDモジュール14を実装することにより、LEDモジュール14をLEDモジュール14に光出射方向に突出させ、照明装置10の後方へ光を向かわせることができる。
(配光レンズ12の置き換え)
配光レンズ12は、上述したように、LEDモジュール14のLEDから出射される光の一部について、その進行方向を光出射方向から照明装置10の後方に向かわせるレンズ機能を有するものであった。言い換えれば、LEDモジュール14のLEDから出射される光を多様な方向に拡散させることができる部材であれば、上記のレンズ機能の代替物として、用いることができる。
配光レンズ12は、上述したように、LEDモジュール14のLEDから出射される光の一部について、その進行方向を光出射方向から照明装置10の後方に向かわせるレンズ機能を有するものであった。言い換えれば、LEDモジュール14のLEDから出射される光を多様な方向に拡散させることができる部材であれば、上記のレンズ機能の代替物として、用いることができる。
図15および図16は、公知のナツメ球に用いられる拡散カバーを示す図であり、図15は、その断面図、図16は、その鳥瞰図である。
このような拡散カバーを配光レンズ12に置き換えることにより、配光レンズ12が持つレンズ機能と同等の機能を実現することができる。すなわち、この拡散カバーとグローブカバー11とを組み合わせることにより、指向性の強いLEDモジュール14からの光を2重に拡散させ、より広い配光を実現することができる。
但し、上記拡散カバーは、光を拡散することにより、その内部の電球が出射する光を多様な方向に向かわせるものである。このため、その拡散度合いによっては、光束を減少させることにつながる。
このため、配光レンズ12に代えて、上記拡散カバーを用いる場合、その拡散度合いに留意すべきである。配光特性が向上しても、所望の光束を得ることができない場合、照明装置としての機能を果たすことができないからである。
(グローブカバー11の効果)
図17を用いて、グローブカバー11の効果について説明する。図17(a)は、グローブカバー11の比較例に対応する図、図17(b)は、グローブカバー11に対応する図である。
図17を用いて、グローブカバー11の効果について説明する。図17(a)は、グローブカバー11の比較例に対応する図、図17(b)は、グローブカバー11に対応する図である。
図17(b)に示すように、グローブカバー11は曲面形状を有しており、特に、その曲面形状は、2つの曲率半径KおよびLで規定される。すなわち、曲率半径Kにより規定される第1の曲面形状と、曲率半径Lにより規定される第2の曲面形状と、から構成されている。このような構成の効果は、図17(a)に示す比較例との比較により、理解することができる。
図17(a)に示す照明装置100のグローブカバー110は、曲率半径Iにより規定される第1の曲面形状と、曲率半径Jにより規定される第2の曲面形状と、から構成されている。但し、曲率半径Iと曲率半径Jとは、曲率中心を同一とする、同一の曲率半径となっている。すなわち、グローブカバー110は、図17(a)から明らかなように、ほぼ球形状を有している。
このような形状の違いは、次のような差異を2つの照明装置10、100にもたらすことになる。
一般に、照明装置の全長は規格等により予め定められており、自由に変更できるものではない。つまり、予め定められた全長内において、各部材の大きさが必然的に決まってしまう。
2つのグローブカバー11、110を比較してみる。グローブカバー11では2つの異なる曲率半径を用いることにより、グローブカバー110よりも、照明装置10の全長において占める割合が小さくなっている。つまり、その分だけ、他の部材を大きくすることができると言える。
照明装置10では、この点を生かし、放熱部材23を大きくすることにより、照明装置10の放熱効果の増大化を図っている。すなわち、照明装置10の放熱部材23(の長さN)は、照明装置100の放熱部材230(の長さM)よりも大きくなっており、放熱効果の増大が見込まれる。
もちろん、ここでは、放熱部材23を大きくすることを例に説明したが、もちろん、その他の部材を大きくする場合であっても構わない。
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
3 絶縁リング
4 口金
10 照明装置
11 グローブカバー(カバー部材)
12 配光レンズ(光学部材)
13 反射部材
14 LEDモジュール(発光素子)
15 放熱シート部材
21 化粧リング
22 保持部材
23 放熱部材
24 ネジ
25 電源モジュール
26 ホルダ
31 凸状部
4 口金
10 照明装置
11 グローブカバー(カバー部材)
12 配光レンズ(光学部材)
13 反射部材
14 LEDモジュール(発光素子)
15 放熱シート部材
21 化粧リング
22 保持部材
23 放熱部材
24 ネジ
25 電源モジュール
26 ホルダ
31 凸状部
Claims (3)
- 発光素子と、
該発光素子を実装する実装部を上記発光素子の光出射方向に突出させて、上記発光素子を保持する保持部材と、
上記実装部と対向すべく設けられ、上記発光素子からの出射光を入射して、該入射した光を上記光出射方向側、上記保持部材の周縁部および上記光出射方向と反対側に出射する光学部材と、
上記発光素子、上記保持部材および上記光学部材を覆うようにして配置され、且つ、上記発光素子から出射された光を透過するカバー部材と、
上記保持部材に配置され、上記カバー部材で反射された上記発光素子からの光を反射する反射部材と、
を備え、
上記カバー部材は、
上記発光素子側に設けられる第1の曲面と、該第1の曲面に対して上記発光素子の光出射方向側と反対側に並設され、上記第1の曲面より小さい曲率半径により規定される第2の曲面とを有するとともに、上記発光素子の光出射方向に対して垂直方向の径の最大値が、上記保持部材の周縁部の径よりも大きい形状を有し、
上記保持部材は、
上記光学部材から上記光出射方向と反対側に出射された光が、上記保持部材の周縁部よりも外側を通過することができる高さに上記実装部を突出させていることを特徴とする照明装置。 - 上記光学部材は、光入射面に対向する面に凹部を有することを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
- 上記発光素子は、LEDであることを特徴とする請求項1または2に記載の照明装置。
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