JP5493147B2 - 光束制御部材、発光装置、及び照明装置 - Google Patents
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Description
光装置や、この発光装置で被照明部材(広告パネル、液晶表示パネル等)を裏面側から照
明する照明装置、及びこれら発光装置と照明装置を構成する光束制御部材に関するもので
ある。
図14は、従来技術1に係る照明装置100を示すものである。この従来技術1に係る
照明装置100は、広告パネル等の被照明部材(図示せず)の裏面側に発光装置101が
配置され、その発光装置101から出射した光で被照明部材を裏面側から照明するように
なっている。発光装置101は、発光素子(LED等)102からの光が光束制御部材1
03を介して出射するようになっている。そして、この従来技術1に係る発光装置101
の光束制御部材103は、発光素子102から出射した光のうちで光軸Laの近傍の光が
光軸Laから離れる方向へ拡がるように屈折させられて入射し、その入射した光がさらに
光軸Laから離れる方向へ拡がるように屈折させられて出射するようになっている。また
、この従来技術1に係る発光装置101の光束制御部材103は、発光素子102から出
射した光のうちで照明光として利用できる限界近傍の光Qが光軸Laから離れる方向へ拡
がるように屈折させられて入射し、その入射した光Qが光軸Laへ近づく方向に集光され
るように屈折させられて出射するようになっている(特許文献1参照)。ここで、光軸L
aとは、発光素子102からの立体的な出射光束の中心における光の進行方向をいう。
図15は、従来技術2に係る照明装置110を示すものである。この従来技術2に係る
照明装置110は、従来技術1と同様に、広告パネル等の被照明部材(図示せず)の裏面
側に発光装置111が配置され、その発光装置111から出射した光で被照明部材を裏面
側から照明するようになっている。また、この従来技術2に係る発光装置111は、従来
技術1と同様に、発光素子(LED等)112からの光が光束制御部材113を介して出
射するようになっている。そして、この従来技術2に係る発光装置111の光束制御部材
113は、発光素子112から出射した光が屈折させられずに入射し、その入射した光が
光軸Laから離れる方向へ拡がるように屈折させられて出射するようになっている(特許
文献2参照)。
光制御出射面が、生産時及び組立時に自動機等で直接ハンドリングされて傷付けられるの
を避ける必要がある。そのため、図8(a),(b),(c)に示すように、自動機等で
ハンドリングし易くするために光束制御部材5の光制御出射領域の外方に非光学部分とし
てのフランジ8を形成する場合がある。また、図8(a),(b),(c)に示すように
、光束制御部材5は、発光素子4が発する熱を放熱する必要がある場合、裏面11に支持
脚13を複数形成し、その支持脚13を発光素子4が取り付けられた基板7上に載せて固
定することにより設けられた裏面11と基板7との間の隙間9を放熱用に利用することが
ある。ただし、支持脚13は、発光素子4の近傍、すなわち光束制御部材5の入射面15
の近傍に配置されると、発光素子4からの光を反射又は屈折させ、光束制御部材5の出射
特性に悪影響を及ぼすことがあるため、発光素子4から遠く離して配置する必要がある。
そこで、支持脚13をなるべく入射面15から離れた位置に配置できるように、光束制御
部材5の外縁部にフランジ8を形成し、その裏面11側に支持脚13を形成する場合があ
る。
光のうちで照明光として利用できる限界近傍の光Qが光軸Laから離れる方向へ拡げられ
るように屈折させられて入射するようになっているため、出射面の外周下端側にフランジ
を形成すると、照明光として利用できる光の一部がフランジに導光されてしまい、そのフ
ランジに導光された光が照明光として利用できないという問題を生じてしまう(図8(b
)参照)。その結果、従来技術1に係る光束制御部材103は、フランジを形成できず、
生産時や組立時のハンドリングが容易ではなかった。フランジがない場合には、出射面の
外周下端側にハンドリング等による傷が付き易く、その傷部を経由して出射される光が存
在すると被照射面の品位を劣化させる虞があった。
させられずに入射するようになっているため、従来技術1の光束制御部材103よりもフ
ランジを形成し易い。しかしながら、従来技術2に係る光束制御部材113は、フランジ
に導光されて照明光として利用できなくなる光を考慮すると、発光素子112から出射し
た光のうちで照明光として利用できる光の入射角(θ1)が小さく制限される(図8(c
)参照)。そこで、従来技術2に係る光束制御部材113に対し、光の利用効率を向上さ
せることが求められていた。
悪影響を及ぼすことがなく、且つ光の利用効率を向上させることができるとともに、発光
素子の直上に局所的な明部を発生させるのを防ぐことができる光束制御部材、この光束制
御部材を備えた発光装置、及びこの発光装置を備えた照明装置を提供することを目的とす
る。
を広げることができるため、光束制御には寄与しないフランジや支持脚の形成位置につい
て、光束制御部材の設計の自由度を高めることができる。
ことができるため、光束制御部材上に被照射面を配置して照明装置とした場合には、発光
素子直上に局所的な明部が発生するのを防ぐことができ、被照射面の照明光を高品位化す
ることができる。
図1は、本実施形態に係る照明装置1及びこの照明装置1を構成する発光装置2を示す
ものであり、発光装置2の基準光軸L0を含む照明装置1の一部断面図である。この図1
に示すように、照明装置1は、光透過性を有する被照明部材3(例えば、広告パネル、液
晶パネル等)の背面側に発光装置2を配置し、その発光装置2から出射した光によって被
照明部材3を背面側から照明するようになっている。発光装置2は、発光素子4(例えば
、LED及び封止部材によって封止されたLED)からの光を光束制御部材5を介して出
射するようになっており、発光素子4と光束制御部材5とが一対一で対応している。ここ
で、基準光軸L0とは、発光装置2からの立体的な出射光束の中心における光の進行方向
をいう。なお、本実施形態においては、発光素子4の光軸L1(発光素子4からの立体的
な出射光束の中心における光の進行方向)と基準光軸L0とが一致している場合を例にし
て説明する。したがって、以下の説明において、基準光軸L0を光軸L1と言い換えて説
明する。
図2乃至図3は、光束制御部材5の第1実施形態を示すものである。なお、図2(a)
が光束制御部材5の平面図であり、図2(b)が図2(a)のA1−A1線に沿って切断
して示す光束制御部材5の断面図であり、図2(c)が光束制御部材5の裏面図であり、
図2(d)が光束制御部材5の側面図である。また、図3は、光束制御部材5の使用状態
を説明するための図である。
ネート)、EP(エポキシ樹脂)等の透明樹脂材料や透明なガラスで形成されている。
6が平面形状の図心に合致し、中心軸6が光束制御部材5の光軸と重なり、その中心軸6
が発光素子4の光軸L1と一致するように基板7上に配置される。したがって、光束制御
部材5の中心軸6を適宜光軸L1として書き換えて説明する。そして、この光束制御部材
5は、中心軸6を中心とする回転対称形状であるリング状のフランジ8が形成されている
。また、光束制御部材5のフランジ8の径方向内方側で且つフランジ8の上方側には、中
心軸6を中心とする回転対称形状の光制御出射面10が形成されている。また、光束制御
部材5の発光素子4に対向する裏面11側には、中心軸6を中心とする回転対称形状の凹
み12が形成されている。また、光束制御部材5のフランジ8の裏面11には、複数の丸
棒状の支持脚13が等間隔で形成されている。この光束制御部材5の支持脚13は、発光
素子4が設置された基板7上に接着等して固定することにより、発光素子4の発光中心1
4と光束制御部材5の裏面11の高さ位置(基板7の法線方向への高さ位置)が同一とな
るように、光束制御部材5を基板7上に支持する(図3参照)。
に入射させる入射面15であり、その入射面15の形状が非球面形状となるように形成さ
れている。この光束制御部材5の入射面15は、発光素子4から出射した光のうちで光軸
L1近傍の光を光軸L1から離れる方向へ屈折させて入射させるように形成されている。
ここで、図3に示すように、発光中心14から出射して入射面15に到達した光と光軸L
1とのなす角(入射角)をθ1とし、入射面15から光束制御部材5の内部に入射した光
と光軸L1に平行な線16とのなす角をθ2とすると、θ1<θ2となるように、入射面
15は発光素子4から出射した光のうちで光軸L1近傍の光を屈折させるようになってい
る(図1参照)。また、図3に示すように、入射面15から光束制御部材5内に入射した
光が光制御出射面10に到達した位置をPxとし、この光制御出射面10上のPxから出
射した光の進行方向と光軸L1に平行な線22とのなす角をθ3とする。
の光を光軸L1へ近づく方向へ屈折させて入射させるように形成されている。すなわち、
光束制御部材5の入射面15は、発光素子4から出射した光のうちで光軸L1近傍以外の
光をθ1>θ2となるように屈折させて入射させるように形成されている。このように、
光軸L1近傍の領域とそれよりθ1の大きな領域とではθ1とθ2との関係が逆転してい
る。ただし、本実施形態において、入射面15は、被照射部材3(透明プラスチック板、
ガラス板等の光透過性を有する板状部材)での光の表面反射率及び発光素子4から出射さ
れる光の光度を考慮して、θ1が80°までの光をθ3の最大値が70°程度で出射する
ように形成されている。θ3の値が大きすぎると被照明部材3の表面で表面反射され易く
なる。ここで、本実施形態において、光軸L1近傍とは、θ1が0〜17°の角度範囲と
する。
19に到達する光(Q)の光束制御部材5への入射点17から発光中心14までの寸法を
rとし、半径rの仮想円18を入射面15に内接する位置まで移動させると、仮想円18
の頂部と入射面15の最深部との間に隙間C1が生じるような形状に形成されている。な
お、入射面15と裏面11との境界部分にC面取りやR面取りをした場合、入射面15は
その境界部分を含まないものとする。言い換えれば、光制御出射面10に到達する光が光
束制御部材5へ入射する領域が入射面15となる。
1の出射面20と、この第1の出射面20の周囲に連続して形成される第2の出射面21
とからなっている。このうち、第1の出射面20は、図2(b)に示すように、下に凸の
滑らかな曲面形状であり、球の一部を切り取ったような凹み形状になっている。また、第
2の出射面21は、図2(b)に示すように、第1の出射面20に連続して形成された上
に凸の滑らかな曲面形状であり、その平面形状が第1の出射面20を取り囲む略中空円板
形状に形成されている。そして、これら第1の出射面20と第2の出射面21が滑らかに
接続され、その両出射面20,21の接続部分が変曲点になっている。このような光制御
出射面10は、光束制御部材5の内部に入射した発光素子4からの光を光軸L1から遠ざ
ける方向へ向けて出射させるようになっている。そして、この光束制御部材5において、
入射点17と出射点19とを結ぶ線分を光軸L1を対称軸として回転させてできる仮想面
よりも裏面11側には、入射面15を経由して光束制御部材5内に入射した光が到達しな
い死角領域が形成される。
る。
大値である80°から所定角度(δ)だけ小さな角度θ1x(80°−δ)までの範囲(
θ1x≦θ1≦80°)においてほぼ一定の値となる。これは、光制御出射面10から出
射する光は、θ1x≦θ1≦80°の範囲でほぼ平行な光になることを意味している。ま
た、このθ1とθ3の関係は、θ1<θ1xの範囲において、θ1<θ3になっている。
これは、光制御出射面10から出射する光は、θ1<θ1xの範囲において、光束制御部
材5への光の入射角θ1よりも拡げて出射されることを意味している。なお、本実施形態
に係る光束制御部材5は、θ1xが60°になるように、入射面15及び光制御出射面1
0が形成されている。そして、本実施形態に係る光束制御部材5は、入射角θ1がθ1x
≦θ1≦80°の角度範囲において、θ3がほぼ一定の値(69°±4°)となるように
、入射面15及び光制御出射面10が形成されている。
10から出射するため、光束制御部材5から被照射部材3までの光路が交差することがな
く、輪帯状の明部を発生させることがない。
ある。この図6に示すように、(θ3/θ1)は、θ1が増加すると漸減するように、下
に凸の滑らかな曲線で表される。そして、(θ3/θ1)は、入射角θ1が(θ1x≦θ
1≦80°)の角度範囲内におけるθaのときに1になる。すなわち、入射角θ1=θa
のときに、出射角θ3と入射角θ1が等しくなり、光が光制御出射面10で屈折されるこ
となく出射する。なお、本実施形態に係る光束制御部材5は、θaが65°となるように
、入射面15及び光制御出射面10が形成されている。
す図である。なお、観測角(η)は、図7(b)に示すように、発光素子4から所定距離
Rだけ離れた位置に半球状の仮想測定面23を設定し、この仮想測定面23上の一点から
発光素子4の発光中心を見る角であり、視線方向と光軸L1とのなす角である。
される照明光の光度を仮想測定面23上の観測点において測定した結果、観測角ηが0°
〜±65°の範囲における光度が下凸の曲線で表され、観測角ηが+65°,−65°に
おいて光度が最も高くなっている。また、本実施形態において、観測角ηが0である仮想
測定面23の光軸L1上に位置する観測点の光度は、観測角ηが0°〜±65°の範囲内
において最も低い。ここで、図7(a)の光度は、観測角ηが65°の場合の光度を1と
し、観測角ηが65°以外の場合における光度と観測角ηが65°の場合の光度とを対比
して示す無次元値である。
以下、図1及び図8(a)に示す本実施形態に係る光束制御部材5を、図8(b)に示
す比較例1の光束制御部材5、及び図8(c)に示す比較例2の光束制御部材5と対比し
て説明する。なお、図8(a)〜(c)の光束制御部材5は、入射面15以外の他の構成
が全て同一となるように形成されたものである。
発光素子4からの光のうちで光軸L1近傍の光以外の光をθ1>θ2となるように光軸L
1寄りに屈折させて入射させるため、フランジ8を形成したとしても広角度(例えば、θ
1=80°)の入射光を光制御出射面10に導き、発光素子4からの光を効率的に照明光
として利用することができる。
係る光束制御部材5は、発光素子4からの広角度(例えば、θ1=80°)の光が入射面
15によってθ1<θ2となるように(光軸L1からより一層離れる方向に)屈折させら
れる。その結果、図8(b)に示す光束制御部材5は、発光素子4からの広角度(例えば
、θ1=80°)の光が入射面15によって屈折させられた後にフランジ8に導光されて
しまい、発光素子4からの光を効率的に照明光として利用することができない。
束制御部材5は、発光素子4からの広角度(例えば、θ1=80°)の光が入射面15に
よって屈折させられることなくそのまま入射してフランジ8に導光されてしまい、発光素
子4からの光を効率的に照明光として利用することができない。
以上のように、本実施形態の光束制御部材5は、フランジ8を形成したとしても、発光
素子4からの広角度(例えば、θ1=80°)の光を照明光として効率的に利用すること
が可能になり、広告パネル等の被照明部材3を明るく照明することが可能になる。
θ1近傍の範囲(60°≦θ1≦80°)の光を光制御出射面10から平行光束化して出
射し、最大の入射角θ1近傍の光を拡げすぎることなく出射できるようになっているため
、被照明部材3で反射されてしまう光(照明光として直接利用されない光)を少なくする
ことができ、光の利用効率を高めることができる。
させるため、被照明部材3の被照射面に輪帯状の明部を発生させることがない。
形成することができるため、生産時及び発光素子4等との組立時において、光制御出射面
10の径方向外方に出っ張るフランジ8が自動機で容易にハンドリングされ、光制御出射
面10が自動機で傷付けられることがない。
備えた照明装置1は、発光素子4からの光を広告パネル等の被照明部材3の照明に効率的
に利用することができ、広告パネル等の被照明部材3を明るく照明することが可能になる
ため、照明品質を向上させることができる。
図9乃至図10は、光束制御部材5の第2実施形態を示すものである。なお、図9は、
第2実施形態に係る光束制御部材5を使用した発光装置2及びこの発光装置2を有する照
明装置1の断面図である。また、図10(a)が光束制御部材5の平面図であり、図10
(b)が図10(a)のA2−A2線に沿って切断して示す光束制御部材5の断面図であ
り、図10(c)が光束制御部材5の裏面図であり、図10(d)が光束制御部材5の側
面図である。なお、本実施形態に係る光束制御部材5は、入射面15の形状を除く他の構
成が図1及び図2に示した光束制御部材5の第1実施形態と同様であるので、光束制御部
材5の第1実施形態に対応する部分に同一符号を付し、光束制御部材5の第1実施形態の
説明と重複する説明を省略する。
12の最大深さHとの比(D/H)が2.7であるのに対し、第1実施形態に係る光束制
御部材5の(D/H)が3.4であり、凹み12の開口縁が第1実施形態に係る光束制御
部材5の凹み12の開口縁よりも小さく形成されている。
の角度範囲)以外の光を光軸L1に近づけるように屈折させて入射させるようになってい
る。
θ3/θ1)が1となるように、入射面15及び光制御出射面10が形作られている。そ
して、本実施形態の光束制御部材5は、照明光として利用する光のうちで最大の入射角θ
1近傍の範囲(60°≦θ1≦80°)の光を光制御出射面10から平行光束化して(7
1.5°±3.5°の角度範囲の光束として)出射し、最大の入射角θ1近傍の光を拡げ
すぎることなく出射できるようになっている。
)とθ1との関係を示す線を横軸に沿って移動させるとほぼ重なるようになっている。
ときに最高光度となるように、入射面15及び光制御出射面10が形作られている。
の効果を得ることができる。
照明装置1は、第1実施形態に係る発光装置及び照明装置と同様の効果を得ることができ
る。
上記各実施形態は、発光素子4の発光面4aと光束制御部材5の裏面11とが基板11
に対して同一高さとなるように組み付けられている。しかし、本発明は、上記各実施形態
に限定されるものではなく、図13(a)に示すように、光束制御部材5の裏面11を発
光素子4の発光面4aよりも高い位置に配置するようにしてもよい。また、図13(b)
に示すように、光束制御部材5の凹み12内に発光面4aを配置するようにしてもよい。
やフランジ8の厚さ等に応じ、照明光として利用する光の入射角θ1の最大値を80°以
上にしてもよく、また、照明光として利用する光の入射角θ1の最大値を80°以下にし
てもよい。
形態を例示したが、これに限られず、光束制御部材5の第1実施形態の効果と同様の効果
を得ることができるように、入射面15の形状及び光制御出射面10の形状を形作った結
果、θaが65°と71°以外の角度になってもよい。
明する内照式の照明装置に適用できることはもちろんのこと、天井、床面、壁面等を照明
する外照式の照明装置や、案内灯としても使用することができる。
D)、4a……発光面、5……光束制御部材、6……中心軸、8……フランジ、10……
光制御出射面、11……裏面、14……発光中心、15……入射面、19……最外縁、L
1……光軸
Claims (4)
- 発光素子からの光を出射するようになっており、光軸が前記発光素子の光軸と同一軸上に位置するように配置される光束制御部材において、
前記光束制御部材は、
前記発光素子からの光を入射させるように、前記発光素子に対向する裏面側の前記光軸と交わる位置に形成された凹み形状の入射面と、
前記裏面とは反対側に形成され、前記光軸を中心とする所定範囲に滑らかな曲面形状で形成された凹みの第1の出射面と、前記第1の出射面に連続して滑らかな曲面凸形状で形成された第2の出射面とを有するように形成され、前記入射面から入射した光を出射させる光制御出射面と、を有し、
前記発光素子の発光面と前記光軸との交点である発光中心から前記光軸に対して角度θ1で出射した光が、前記入射面から入射して前記光束制御部材内を伝搬する際の光路と前記光軸とのなす角度をθ2とし、前記光制御出射面から出射する際の光路と前記光軸とのなす角度をθ3とし、前記発光素子から出射された光のうち前記光制御出射面の最外縁部に到達する光の角度θ1をθ1maxとしたとき、
前記入射面及び前記光制御出射面は、
0<θ1≦θ1maxの範囲内において、θ1の増加に伴い、θ1<θ2からθ1>θ2のようにθ1とθ2の大小関係が逆転するように形成され、
前記光軸の近傍において、θ3−θ1>0となるように形成され、
前記光制御出射面の前記最外縁部に到達する光の前記光束制御部材への入射点から前記発光中心までの距離rを半径とし、前記発光中心を中心とする仮想円内に前記入射面の最深部が含まれるように、且つ、前記仮想円を前記入射面に内接させたときに前記仮想円の頂部と前記入射面の前記最深部との間に隙間が生じるように形成された、
ことを特徴とする光束制御部材。 - 前記入射面及び前記光制御出射面は、Δθ3/Δθ1≧0、を満足するように形成されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の光束制御部材。 - 発光素子と、請求項1又は2に記載の光束制御部材と、を備えたことを特徴とする発光装置。
- 請求項3に記載の発光装置と、前記発光装置から出射された光で照明される被照明部材と、を備えたことを特徴とする照明装置。
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