JP5539768B2

JP5539768B2 - 照明装置

Info

Publication number: JP5539768B2
Application number: JP2010074322A
Authority: JP
Inventors: 博幸皆川
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2010-03-29
Filing date: 2010-03-29
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2030-03-29
Also published as: JP2011210396A

Description

本発明は、ＬＥＤ高輝度ランプシステム等の発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた照明装置に関するものである。

ＬＥＤ高輝度ランプシステム等においては、一般的に、リフレクター内部にＬＥＤを配置し、高輝度化するためには、大型のＬＥＤを配置するか、小型のＬＥＤを数多く配置している。

特許文献１には、複数のＬＥＤランプをアレイ状に搭載したＬＥＤ基板を、開口部を有する筐体内に開口部を照射面として設置するＬＥＤ照明装置の放熱対策として、ＬＥＤ基板に貫通孔を形成することで筐体内の冷却空気の流れを活性化させるという技術が開示されている。

特開２００５−１０８５４４号公報

しかしながら、大型のＬＥＤは非常に高価となり、さらに発光効率も下がってくるのが通例である。
また、小型ＬＥＤを数多く配置すると、光源としての大きさが大きくなり、照明光学システムとしての効率が悪くなる。
さらに、ＬＥＤ自体が発熱するため、放熱することは必須であるが、リフレクター内からの放熱は、非常に困難となる。

特許文献１に開示された技術においても、照明を高輝度化させようとすると、筐体内にアレイ状に搭載するＬＥＤランプの数を増やしたり、高輝度化してやる必要があるが、何れも筐体内で発生する熱量が増加することになる。
ＬＥＤランプが筐体で囲まれている構造である限り筐体内に熱がこもってしまうことからは逃れられない。

本発明は、高輝度化を実現でき、しかも筐体内に熱がこもることを抑止することが可能な照明装置を提供することにある。

本発明の第１の観点の照明装置は、発光した光を集光する光学系を備えた発光ダイオード（ＬＥＤ）と、前記ＬＥＤの光によって励起されて当該ＬＥＤの光とは異なる波長の光を発光する蛍光体と、前記ＬＥＤが発光する波長の光を透過し、前記蛍光体が発光する波長の光を反射する透過反射部と、前記蛍光体が発光する光および前記反射部によって反射する光を導出するための開口と、を含む筐体と、を有し、前記蛍光体が、前記筐体内の前記光学系の集光する位置に配置され、前記ＬＥＤが、前記蛍光体に光を照射するように前記筐体の外側に配置される。

好適には、前記筐体は略凹面形状を有し、前記蛍光体は、前記凹面形状の略焦点位置に配置される。

本発明によれば、高輝度化を実現でき、しかも筐体内に熱がこもることを抑止することができる。

本発明の第１の実施形態に係る照明装置の構成例を示す図である。リフレクターの反射特性の例を示す図である。ＬＥＤの波長特性例を示す図である。ＬＥＤの光を吸収して発光する蛍光体の発光特性例を示す図である。本発明の第２の実施形態に係る照明装置の構成例を示す図である。本発明の第３の実施形態に係る照明装置の構成例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に関連付けて説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る照明装置の構成例を示す図である。

照明装置１０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）１１、蛍光体１２、および筐体としてのリフレクター１３を主構成要素として有している。

本実施形態においては、ＬＥＤ１１の光で蛍光体１２を励起して発光するが、蛍光体１２はリフレクター１３内に配置され、ＬＥＤ１１が、リフレクター１３の外側に蛍光体１２に光を照射するように配置される。

リフレクター１３は、ＬＥＤ１１が発光する波長の光を透過し、蛍光体１２が発光する波長の光を反射する材料により形成された透過反射部１３１を有している。

ＬＥＤ１１は、蛍光体１２に対し１個以上使用される。複数個用いることにより、高輝度発光を可能としている。
ＬＥＤ１１は、蛍光体１２の周りに配置される。ＬＥＤ１１は、リフレクター１３の外側にＬＥＤランプ１１から発光される光が蛍光体１２に集まるように配置されている。
この配置は、蛍光体１２を効率よく発光させるための手法を示しており、蛍光体１２にＬＥＤ１１の光が集まるように配置し、さらに可能な限り集光するように各ＬＥＤ自体も集光するようなシステムを用いている。
本実施形態においては、ＬＥＤ１１は、出射光が蛍光体１２に集光するようにリフレクター形状の反射部１１１が配置されている。
実際には、これ以外にも砲弾型やそのほかの形状のＬＥＤ１１も使用し、反射部もそのＬＥＤ１１に合わせたものを使用すれば良い。

リフレクター１３は、ＬＥＤ１１と蛍光体１２の間に波長により反射特性の異なる特性を持ったリフレクターミラーにより形成されている。
この波長特性は、ＬＥＤ１１の発光波長は透過し、それより長波長の可視光を反射する特性を持たせている。そのリフレクターミラー内に配置した蛍光体１２で発光された可視光は、直接あるいはリフレクターミラーにて反射され、開口１３２より目的の方向へ光が導かれる（導出される）ようになっている。
この構造により、ＬＥＤ１１にて発生する熱がランプ内にこもることがなく、外部へ熱を放熱しやすくなる。
蛍光体１２は、リフレクター１３の凹面形状部の略焦点位置に配置される。

このように、本実施形態においては、蛍光体１２で発光された光を効率よく目的の方向へ導くようにリフレクター１３を配置している。
また、上述したように、このリフレクター１３の反射特性は、ＬＥＤ１１の波長は透過するが、それ以外の可視光は反射するような特性を持っている。つまり、蛍光体１２で発光された光はリフレクター１３で反射される。
この構造により、ＬＥＤ１１で発生する熱は、リフレクター内部では発生することなく外部に逃がすことを容易にすることができ、放熱システムの簡易化ができるようになる。一般的に、ＬＥＤ１１の温度が上昇し、上限に近づくと輝度が下がり、これを超えると使用に耐えないような状態となる。
また、温度上限付近で使用すると寿命を短くしてしまう。また、熱放熱には、ファンのみでは追いつかない場合、ペルチェ素子や、ヒートパイプも必要になる場合があり、構造が複雑になり、高価なシステムとなってしまう。

図２は、リフレクターの反射特性の例を示す図である。
図２において、横軸が波長を、縦軸が反射率を示している。

リフレクター１３は、ＬＥＤ１１の発光波長は透過し、そのほかの可視光は反射させるような特性を持たす。
図２によれば、たとえばＬＥＤの発光波長は４００ｎｍ程度のものが使用可能である。
この反射特性を持たすには、リフレクター１３はガラスやプラスッチク材等の透明な部材を使用し、その表面を処理することで行う。
この表面処理の例としては、高屈折率材のＴｉＯ_２材等と低屈折率材のＳｉＯ_２材等の交互層の蒸着等することにより行われる。

図３は、ＬＥＤの波長特性例を示す図である。
図３において、横軸が波長を、縦軸が強度を示している。

図３の例では、青色ＬＥＤや紫ＬＥＤを使用することが可能である。
たとえば、青色ＬＥＤは、ＧａＮ等の材料が使用される。

図４は、ＬＥＤの光を吸収して発光する蛍光体の発光特性例を示す図である。
図４において、横軸が波長を、縦軸が強度を示している。

たとえば、黄色蛍光体やＲＧＢの蛍光体１２を使用して白色化できる。
たとえば、蛍光体にはＹＡＧ系の材料等がある。
ＬＥＤの発光特性は、ＬＥＤ素子によるため、使用目的にあった素子を使用する。
また、蛍光体１２の波長特性も、使用目的に応じ調整可能で、図４は白色光の特性の１例であるが、ＬＥＤ１１と蛍光体１２の組み合わせで調色することも当然可能となる。

図５は、本発明の第２の実施形態に係る照明装置の構成例を示す図である。

本第２の実施形態に係る照明装置１０Ａが第１の実施形態に係る照明装置１０と異なる点は、蛍光体１２のリフレクター１３の開口１３２側に発散レンズ（凹レンズ）１４を配置したことにある。

この構成を採用することにより、発光源とリフレクター１３の位置により決まる配光角度をコントロールすることができる。
凹レンズを配置することで、広画角化することができる。
本例では、蛍光体１２の直ぐ前面に配置した例を表しているが、配光特性に合わせ、リフレクター１３の前面に光学系（レンズ等）を配置しても良い。

図６は、本発明の第３の実施形態に係る照明装置の構成例を示す図である。

本第３の実施形態に係る照明装置１０Ｂが第１の実施形態に係る照明装置１０と異なる点は、蛍光体１２のリフレクター１３の開口１３２側に集光レンズ（凸レンズ）１５を配置したことにある。

この構成を採用することにより、発光源とリフレクター１３の位置により決まる配光角度をコントロールすることができる。
凸レンズを配置することで、狭画角の配光特性を持たすことができるようになる。
本例では、蛍光体１２の直ぐ前面に配置した例を表しているが、配光特性に合わせ、リフレクター１３の前面に光学系（レンズ等）を配置しても良い。

本実施形態によれば、ＬＥＤ１１の発光波長を透過し、ＬＥＤ１１の光で蛍光体１２が励起されて発光する異なる波長を反射する特性をもった材料でリフレクター（筐体）１３を形成し、リフレクター１３の焦点位置に蛍光体を配置、リフレクター１３の外から蛍光体１２に対してＬＥＤ１１の光を照射する。
これにより、リフレクター内の発熱を抑えつつ高輝度の照明が実現可能となる。
ＬＥＤランプとして、高輝度を達成するためのシステムにおいては、ＬＥＤ１１は発熱する素子であるため、その熱処理が重要となる。
本実施形態は、高輝度化するための集光システムの手法であり、さらに熱処理を行うことで、通常であれば、集光システムを犠牲（集光効率の低下）にする必要があるが、本実施形態では集光効率を犠牲にすることなく熱処理が可能なシステムとなっている。

１０・・・照明装置、１１・・・発光ダイオード（ＬＥＤ）、１２・・・蛍光体、１３・・・リフレクター、１３１・・・透過反射部、１３２・・・開口、１４・・・発散レンズ（凹レンズ）、１５・・・集光レンズ（凸レンズ）。

Claims

発光した光を集光する光学系を備えた発光ダイオード（ＬＥＤ）と、
前記ＬＥＤの光によって励起されて当該ＬＥＤの光とは異なる波長の光を発光する蛍光体と、
前記ＬＥＤが発光する波長の光を透過し、前記蛍光体が発光する波長の光を反射する透過反射部と、前記蛍光体が発光する光および前記反射部によって反射する光を導出するための開口と、を含む筐体と、を有し、
前記蛍光体が、
前記筐体内の前記光学系の集光する位置に配置され、
前記ＬＥＤが、
前記蛍光体に光を照射するように前記筐体の外側に配置される
照明装置。
前記筐体は略凹面形状を有し、
前記蛍光体は、
前記凹面形状の略焦点位置に配置される
請求項１に記載の照明装置。