JP5256272B2

JP5256272B2 - 照明器具

Info

Publication number: JP5256272B2
Application number: JP2010257628A
Authority: JP
Inventors: 哲平下川
Original assignee: Endo Lighting Corp
Current assignee: Endo Lighting Corp
Priority date: 2010-11-18
Filing date: 2010-11-18
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2030-11-18
Also published as: JP2012109140A

Description

本発明は、ＬＥＤ照明モジュールを備えた照明器具に関する。

近年、消費電力が少なく長寿命な光源として発光ダイオード素子（以下、ＬＥＤ素子という）が用いられた照明器具が広く普及してきている。このような照明器具に用いられるＬＥＤ素子としては、チップが矩形状からなり、ＬＥＤ素子が放つ光をそのまま壁面にあてると光が矩形状に照射されるタイプのものがよく知られている。この場合、照明器具として照らす照射範囲を略円形とするためには、以下のような問題がある。

図５（ａ）は、ＬＥＤ素子が並列に且つそのそれぞれが平行に設けられたＬＥＤ照明モジュールを示している。図５（ｂ）は、そのＬＥＤ照明モジュールが放つ光の照射状態を模式的に示した図である。
図５（ａ）に示すＬＥＤ照明モジュール１００は、計７個のＬＥＤ素子３００が略円板状の基板２００の上に等間隔に配設されている。
この場合、上述したようにそれぞれのＬＥＤ素子３００が放つ光の照射範囲が同じ矩形状となるため、複数のＬＥＤ素子３００が放つ光が重なりあい、壁面に照射されるときには、図５（ｂ）に示すような矩形状の光が放たれる。

従って、これを略円形の光を照射するＬＥＤ照明モジュール１００とするためには、ＬＥＤ素子３００の前方に設置されるＬＥＤレンズ（不図示）として特殊なものを用いるか、円形状に光が出射されるように構成されたフィルタ等を用いる必要があった。
また図６（ａ）は、基板２００にひとつのＬＥＤ素子を中心に設けるとともに、その他のＬＥＤ素子を放射状に設けたＬＥＤ照明モジュールを示している。図６（ｂ）は、そのＬＥＤ照明モジュールが放つ光の照射状態を模式的に示した図である。
図６（ａ）に示すＬＥＤ照明モジュール１００によれば、略円板状の基板２００の上に放射状に且つ同心円状に等間隔にＬＥＤ素子３００が並んでいるので、図６（ｂ）に示すように図５（ｂ）に比べると略円形に近い光を得ることができる。

しかしながらこの場合でもＬＥＤ素子３００が放つ光が重なりあう箇所があり、そこが強い光となって光ムラが生じてしまう。
そこで、この場合はＬＥＤレンズ（不図示）の光出射面を粗面化する加工等を行い、光を拡散させ光ムラを抑制させる必要があった。

上述のようなＬＥＤ素子が用いられ光の照射範囲を略円形にする照明器具を提案した例としては、下記特許文献１が挙げられる。
ここに開示されている照明器具は、複数のＬＥＤ素子を略円形の領域内に配設し、複数のＬＥＤ素子の内、少なくとも一部のＬＥＤ素子は、隣接して配設される発光ダイオード素子に対して発光分布（照射範囲）の縦横が互い違いになるように配設されている。

特許第４１５５２８５号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のものは、縦と横とで同じ向きに設けられたＬＥＤ素子が複数存在し同じ照射範囲を照射するので、光が重なりあう箇所がみられ、重なりあう光が強い光となって、やはり光ムラが生じてしまうと考えられる。

本発明は、上記実情に鑑みなされたものであり、光ムラの低減を図ることができるＬＥＤ照明モジュールを備えた照明器具を提供することを目的とする。

本発明に係る照明器具は、基板の上に、７個以上の発光ダイオード素子が配設され、前記基板が、略円板状に形成され、隣り合う前記発光ダイオード素子同士が前記基板上の中心を中心とした１以上の円上に等間隔になるように設けられ、複数の前記発光ダイオード素子のそれぞれに対応するように配設されたＬＥＤ配光レンズを有するＬＥＤ照明モジュールを備える照明器具であって、前記発光ダイオード素子から照射される光の照射範囲が略正方形状からなり、前記発光ダイオード素子のそれぞれは、前記発光ダイオード素子のレンズ体の中央を軸として下記数式（１）によって導かれる回転角θnに基づいて異なる角度で配設されており、前記回転角θnは、複数配設される前記発光ダイオード素子のうち、任意のひとつの前記発光ダイオード素子が選択され、当該選択された前記発光ダイオード素子についての前記回転角θnをｎ＝１として基準の０°とすることを特徴とする。

また本発明において、前記基板の前記中心に、１個の発光ダイオード素子が配設されているようにしてもよい。

本発明に係る照明器具よれば、基板上に複数（少なくとも７個以上）設けられる発光ダイオード素子の設置角度がすべて異なる角度で配設されるので、重複して同じ照射範囲を照らす光がなくなり、光の強さが均一化され、光ムラを低減することができる。
また、基板が、略円板状に形成され、隣り合う前記発光ダイオード素子同士が前記基板上にほぼ等間隔になるように設けられているので、ＬＥＤレンズとして特殊なものを用いたり、ＬＥＤレンズの出射面に粗面化処理など加工処理を行わなくても、光ムラのない光を取り出すことができるとともに、光の照射範囲を略円形にすることができる。

（ａ）は本発明の第１実施形態に係るＬＥＤ照明モジュールを備えた照明器具の例を示す外観斜視図、（ｂ）は同ＬＥＤ照明モジュールの分解斜視図である。（ａ）は同ＬＥＤ照明モジュールにおけるＬＥＤ素子の配列例を説明するための模式的平面図であり、（ｂ）は同ＬＥＤ照明モジュールが放つ光の照射状態を模式的に示した図である。（ａ）は同ＬＥＤ照明モジュールの変形例を説明するための模式的平面図であり、（ｂ）は同ＬＥＤ照明モジュールが放つ光の照射状態を模式的に示した図である。（ａ）は本発明の第２実施形態に係るＬＥＤ照明モジュールにおけるＬＥＤ素子の配列例を説明するための模式的平面図であり、（ｂ）は同ＬＥＤ照明モジュールが放つ光の照射状態を模式的に示した図である。従来のＬＥＤ照明モジュールの問題点を説明するための模式図であり、（ａ）はＬＥＤ照明モジュールにおけるＬＥＤ素子の配列例を説明するための模式的平面図であり、（ｂ）は同ＬＥＤ照明モジュールが放つ光の照射状態を模式的に示した図である。従来のＬＥＤ照明モジュールの問題点をさらに説明するための模式図であり、（ａ）はＬＥＤ照明モジュールにおけるＬＥＤ素子の配列例を説明するための模式的平面図であり、（ｂ）は同ＬＥＤ照明モジュールが放つ光の照射状態を模式的に示した図である。

以下に本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
まずは、図１〜図３及び表１、表２を参照しながら、本発明の第１実施形態に係るＬＥＤ照明モジュール１及び照明器具１０について説明する。

本実施形態におけるＬＥＤ照明モジュール１は、基板２の上に、７個以上のＬＥＤ素子３が配設され、ＬＥＤ素子３から照射される光の照射範囲が略正方形状からなり、ＬＥＤ素子３のそれぞれは、下記数式（１）によって導かれる回転角θnに基づいて異なる角度で配設されている。

以下、詳しく説明する。

ＬＥＤ照明モジュール１は、基板２とレンズモジュール４とを備えており、ＬＥＤ照明モジュール１はこれらを組み合わせた状態で照明器具１０のフード１２内に組み付けられている。
図１（ａ）に示す照明器具１０は、天井面等に取り付けられ、スポットライト等として使用されるものであり、本体部１１と、照明取付部１４と、アーム１５とを備えている。本体部１１は、略円筒形状に形成されており、ＬＥＤ照明モジュール１を覆うフード１２と、ＬＥＤ照明モジュール１が発する熱を放熱する放熱フィンが複数形成されたヒートシンク１３とを備えている。本体部１１は照明取付部１４に取り付けられたアーム１５に支持されており、アーム１５に支持された状態で本体部１１の取り付け角度が変えられるよう構成されている。従って、本体部１１を動かせば照射角度を容易に変えることができる。またＬＥＤ照明モジュール１を可動式にしてＬＥＤ照明モジュール１を動かすことにより、照射角度を変えられる構成してもよい。

基板２は、複数の略円形状からなる板体を組み合わせてひとつの基板２として構成され、複数のＬＥＤレンズ５が設けられたレンズモジュール４とビス止め等によって一体とされＬＥＤ照明モジュール１を構成する。基板２の所定位置には、ビス孔や切欠孔が複数形成されている。
基板２は、照明器具１０の照明取付部１４内に設けられた電源部（不図示）から電圧を供給するよう構成され、電源部と電気的に接続されている。

具体的には、図例の基板２は、ＬＥＤ基板２Ａと、放熱シート２Ｂと、取付板２Ｃとを備え、取付板２Ｃには、ＬＥＤ基板２Ａに給電するための給電線用穴部２０が設けられている。給電線用穴２０は、電源部からアーム１５を経て本体部１１内に引き込まれた給電線（不図示）と電気的に接続され、これにより、ＬＥＤ基板２Ａに電圧を適宜供給できるよう構成されている。

ＬＥＤ基板２Ａの前方には、複数のＬＥＤレンズ５を備えたレンズモジュール４が設けられる。ＬＥＤレンズ５は、透明のアクリル樹脂材などからなり、略円錐台形状の底面を上面にしたすり鉢形状に形成されており、レンズモジュール４と一体成型されるものとしてもよいし、レンズモジュール４とは別体に形成されているものとしてもよい。

ＬＥＤレンズ５の底部の中央部分には、ＬＥＤ凹所（不図示）が加工形成されており、ひとつのＬＥＤレンズ５にひとつのＬＥＤ素子３が配設され、ＬＥＤレンズ５はＬＥＤ素子３が点灯した際に放つ光が前方に出射されるように設けられている。
ＬＥＤレンズ５の上面は、平面視において略円形状からなる光出射面５０（図１（ｂ）参照）とされ、この光出射面５０からＬＥＤ素子３の光が出射される。光出射面５０の略中央には、底部側に向かって形成された穴部５１が設けられている。

光出射面５０の表面形状は、ＬＥＤ素子３が発する光を拡散させるためにハニカム形状のセルが複数構成された形状、断面波型形状、梨地状等としてもよいし、光出射面５０に粗面加工を施したものとしてもよいが、本実施形態によれば、後記するように光出射面５０に特殊な加工を施さなくても光出射面５０から出射される光の強さが均一化され、光ムラを低減することができるので、平坦面としてもよい。

ＬＥＤ基板２Ａの前面には、複数のＬＥＤ素子３が設けられ、このＬＥＤ素子３は、上記の数式（１）によって導かれる回転角θnに基づいてそれぞれが異なる角度で配設されている。
ＬＥＤ素子３は、略長方形状のチップで構成され、ＬＥＤ素子３が放つ光の照射範囲は略長方形状となるものが用いられる。具体的には例えば図１（ｂ）等に示すようにＬＥＤ素子３は、レンズ付きの表面実装タイプのものを用いてもよく、図中、３０は略方形状のパッケージ基板、３１は平面視して略円形状のレンズ体を示している。

図２（ａ）は、図１（ｂ）に示すＬＥＤ基板２Ａの模式的平面図である。

ここでは説明のため、それぞれのＬＥＤ素子３の近傍に「１」〜「１２」の番号を付しているが、これは実際にＬＥＤ基板２Ａ上に記載されているものではなく、表１に対応して説明のために付された番号である。従って、例えば表１に記載された「１」は図２（ａ）の「１」に対応し、表１に記載された「２」は図２（ａ）の「２」に対応する。また図２（ａ）には、それぞれの回転角θnが書き込まれているが、これも説明のために付されたものである。

図例では、ＬＥＤ素子３が計１２個設けられた例を示しており、隣り合うＬＥＤ素子３同士がＬＥＤ基板２Ａ上にほぼ等間隔になるように設けられている。
具体的には、ＬＥＤ基板２Ａ上に配設されたＬＥＤ素子３は、計３個がＬＥＤ基板２Ａの中心を軸として同心円上にほぼ等間隔で配列され、その外周には計９個のＬＥＤ素子３がやはりＬＥＤ基板２Ａの中心を軸として同心円上にほぼ等間隔で配列されている。内方に配設されたＬＥＤ素子３とその外周側に配設されたＬＥＤ素子３とは近接するもの同士それぞれがほぼ等間隔に配列されている。

表１は、上記数式（１）によって算出された回転角θnの値と、数式（１）に代入して計算されるｎ、ｍの数値を表にしたものである。表１における「１」〜「１２」の番号は、上述したように図２（ａ）の「１」〜「１２」に相当する。

上記数式（１）のｎは、１〜１２までの整数とされ、ｍは、ここではすべて０として計算している。なお、ｍは、すべて０に限定されるわけではなく、０〜３の任意の整数とすることができ、種々数値を変えた例は図３及び表２を示しながら後に説明する。上記数式（１）のＲは、ＬＥＤ素子３の設置総個数が代入される。よってこの例では、ＬＥＤ素子３の設置総個数が１２個であるため、１２が代入される。

ここで基準となる回転角θnの０°は、任意のひとつのＬＥＤ素子３が選択され、それを基準とする。基準とするＬＥＤ素子３は、ＬＥＤ基板２Ａ上にあるＬＥＤ素子３であれば、どれでもよい。図例では、「１」がｎ＝１とされ、基準の０°とされる。その他のＬＥＤ素子３は、ｎ＝２〜１２までを当てはめて計算されたθnの値に基づいて所定の値の回転角θnに基づいて配設する。

以上に基づいて配設されたＬＥＤ素子３を発光させると図２（ｂ）に示す照射状態となる。具体的には、図２（ｂ）に示すように「１」の基準となる回転角０°の照射状態は略正方形の光が傾きのない状態（０°）で照射される。そして「２」〜「１２」まで７．５°ずつ角度が加算された異なる略正方形の光が照射される。

例えば「７」は上記数式（１）によれば、回転角４５°が算出される。この場合、「７」のＬＥＤ素子３は、「１」の基準となるＬＥＤ素子３に対して４５°傾いた状態で配設される。従って、そこから放たれる光の照射状態は、略正方形の光が、「１」に対して４５°傾いた状態の光を照射される（図２（ｂ）の「７」参照）。
また「１２」は上記数式（１）によれば、回転角８２．５°が算出される。この場合、「１２」のＬＥＤ素子３は「１」の基準となるＬＥＤ素子３に対して８２．５°傾いた状態で配設される。従って、そこから放たれる光の照射状態は、略正方形の光が、「１」に対して８２．５°傾いた状態の光を照射される（図２（ｂ）の「１２」参照）。
なお、基準となるＬＥＤ素子３に対して何度傾いた状態の光が照射されるかについては、表１の回転角θnを示した欄の右側に記載した。

このようにＬＥＤ基板２Ａに配設されるＬＥＤ素子３は、数式（１）によって導き出される回転角θnで配設されるので、重なって同じ角度の照射範囲を放つ光源がなく、１２個のＬＥＤ素子３から１２通りの発光パターンの光が放たれることになる。
すなわち、従来例として示した図５（ａ）の場合は、７個のＬＥＤ素子３すべてが同じ角度で配列されているので、同じ角度の略正方形の光が放たれ、７個のＬＥＤ素子３の照射範囲が重なって照射されることになる。その状態を示した図が図５（ｂ）である。
また従来例として示した図６（ａ）の場合は、７個のＬＥＤ素子３は、３種類の照射パターンとなる。すなわち、基板２００の中央に設けられたＬＥＤ素子３００を基準の０°とすると、その他は、この基準となるＬＥＤ素子３００に対して回転角９０°のものが２個、回転角３０°と６０°のものが計４個となり、回転角３０°と回転角６０°に配設されたＬＥＤ素子３００が放つ光の照射範囲は同じ角度の略正方形の光が放たれることになる。その状態を示した図が図６（ｂ）である。よって厳密にみれば、図６（ｂ）において、３０°（見方によっては６０°）に傾いて照射された略正方形の光は４個のＬＥＤ素子３００が放つ光が重なっているので、他の光よりも強く光ることになる。

図２（ａ）及び（ｂ）に示す例によれば、従来例（図５、図６）のように照射範囲が一致して重なりあうものがなく、あくまで異なる角度の照射パターンが重なりあって略円形の光を放つので、照射面にあたったときには、光の強さのコントラストが均一化され、光ムラの低減を図ることができる。
なお、図２（ｂ）では、略円形部分のまわりに略正方形の角部が複数見える状態に描かれているが、これは説明のためであって、実際の光としてみたときには、このような角部はほとんど視認することができない程、丸く照射される。

続いて図３及び表２に示す上述の例の変形例について説明する。
上述の例と同様の箇所には同じ符号を付し、主に異なる点を説明し、同様の箇所の説明は省略する。
ここでは、数式（１）に代入するｍの値を０〜３まで任意に代入した例を説明する。
下記表２に示すようにＬＥＤ素子３の「１」〜「３」はｍ＝０、「４」〜「６」はｍ＝１、「７」〜「９」はｍ＝２、「１０」〜「１２」はｍ＝３が代入される。

以上に基づいて配設されたＬＥＤ素子３を発光させると、図３（ｂ）に示す照射状態となり、１２種類の照射パターンで光が発せられる。具体的には、「１」の基準となる回転角０°の照射状態は略正方形の光が傾きのない状態（０°）で照射される。そして「２」〜「１２」まで結果的に７．５°ずつ角度が加算された異なる略正方形の光が照射される。ここで結果的というのは、「９０×ｍ」という式の存在により、ｍに代入される数値によって、回転角の値は異なるが、辺の長さが等しい略正方形の光が照射されるため、実際に照射される光の照射状態は、図２（ｂ）も図３（ｂ）も同じ照射状態のものとなるのである。

例えば「７」は上記数式（１）によれば、回転角２２５°が算出される。この場合、「７」のＬＥＤ素子３は、「１」の基準となるＬＥＤ素子３に対して２２５°傾いた状態で配設される。従って、そこから放たれる光の照射状態は、略正方形の光が、「１」に対して２２５°傾いた状態の光を照射される（図３（ｂ）の「７」参照）。ここでこの「１」に対して２２５°傾いた状態の光は、４５°傾いた状態の光とみることもでき、この例の「７」のＬＥＤ素子３は、図２（ｂ）の「７」と同じ傾きの照射範囲を照らすことになる。

また「１２」は上記数式（１）によれば、回転角３５２．５°が算出される。この場合、「１２」のＬＥＤ素子３は「１」の基準となるＬＥＤ素子３に対して３５２．５°傾いた状態で配設される。従って、そこから放たれる光の照射状態は、略正方形の光が、「１」に対して３５２．５°傾いた状態の光を照射される（図３（ｂ）の「１２」参照）。ここでこの「１」に対して３５２．５°傾いた状態の光は、８２．５°傾いた光とみることもでき、この例の「１２」のＬＥＤ素子３は、図２（ｂ）の「１２」と同じ傾きの照射範囲を照らすことになる。

次に図４及び表３を参照しながら、本発明の第２実施形態に係るＬＥＤ照明モジュール１について説明する。
ここにおいても、第１実施形態と共通する説明はなるべく省略し、主に異なるところを説明する。なお、ＬＥＤ基板２Ａの構成は第１実施形態で説明したものとは形状が異なるが構成は同じなので、説明は割愛する。

この実施形態は、上述の実施形態とは、ＬＥＤ素子３の設置総個数が異なる。具体的にはＬＥＤ素子３が計７個設けられた例を示しており、略円板状のＬＥＤ基板２Ａの中心にＬＥＤ素子３をひとつ設置し、ＬＥＤ基板２Ａの中心を軸として同心円上にほぼ等間隔に中央に配されたＬＥＤ素子３を取り囲むように計６個のＬＥＤ素子３を設置する。

図４（ａ）、（ｂ）に示す例でもＬＥＤ基板２Ａに設置するＬＥＤ素子３のそれぞれは、上記数式（１）によって導かれる回転角θnに基づいて異なる角度に配設され、ｍ＝０で算出した例を示している。なお、表３には、ｍ＝０の他、ｍ＝１〜３を代入した場合の値を示しているが、数式（１）に基づいてＬＥＤ素子３を配設すれば、７個のＬＥＤ素子３が発する光の照射状態は、ｍの数値（ｍ＝０〜３）にかかわらず図４（ｂ）と同じになる。

以上に基づいてＬＥＤ素子３を発光させると、図４（ｂ）に示す照射状態となり、７種類の照射パターンで光が発せられる。具体的には、「１」の基準となる回転角０°から「７」の回転角７７．１４２８°まで、およそ１２．８５ずつ角度を加算された傾きの異なる略正方形の光が照射される。

この例においても、異なる角度の照射パターンが重なりあって略円形の光を放つので、照射面にあたったときには、光の強さのコントラストが均一化され、光ムラの低減を図ることができる。

なお、ＬＥＤ基板２Ａに設けられるＬＥＤ素子３の設置総個数は４個以上であればよく、図例に限定されるものではない。ＬＥＤ素子３の数が多ければ多いほど、真円に近い照射状態とすることができる。またＬＥＤ基板２Ａ、基板２、レンズモジュール４、ＬＥＤレンズ５の形状、構成は、図例に限定されるものではない。例えばＬＥＤ基板２Ａの形状が略矩形のものであってもよい。また照明器具１０の構成もこのようなスポットライトに限定されるものではなく、ダウンライトやシーリングライトの光源としても適用可能である。

１ＬＥＤ照明モジュール
１０照明器具
２基板
３ＬＥＤ素子
５ＬＥＤレンズ

Claims

基板の上に、７個以上の発光ダイオード素子が配設され、
前記基板が、略円板状に形成され、
隣り合う前記発光ダイオード素子同士が前記基板の中心を中心とした１以上の円上に等間隔になるように設けられ、
複数の前記発光ダイオード素子のそれぞれに対応するように配設されたＬＥＤ配光レンズを有するＬＥＤ照明モジュールを備える照明器具であって、
前記発光ダイオード素子から照射される光の照射範囲が略正方形状からなり、前記発光ダイオード素子のそれぞれは、前記発光ダイオード素子のレンズ体の中央を軸として下記数式（１）によって導かれる回転角θnに基づいて異なる角度で配設されており、
前記回転角θnは、複数配設される前記発光ダイオード素子のうち、任意のひとつの前記発光ダイオード素子が選択され、当該選択された前記発光ダイオード素子についての前記回転角θnをｎ＝１として基準の０°とすることを特徴とする照明器具。
請求項１において、
前記基板の前記中心に、１個の発光ダイオード素子が配設されていることを特徴とする照明器具。