JP5641544B2 - 配光分散制御型led照明デバイス、装置及び照明方法 - Google Patents
配光分散制御型led照明デバイス、装置及び照明方法 Download PDFInfo
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Description
放射された混色光の均一化を促進させる均一化光学体と
を備えており、この均一化光学体は、
放射された混色光が入射後に集光される入射面を有しており、入射した混色光を所定の配光角に制御する配光角制御レンズ部と、
この配光角制御レンズ部における入射面とは反対側の出射位置をレンズ配列面として配列した複数の微小レンズを含み、配光角が制御された混色光を、レンズ配列面を介して受光して分散させる微小レンズ配列部と
を備えており、
複数の微小レンズの曲率半径R、隣接した微小レンズにおけるレンズ頂点間の距離であるピッチP、又はこの曲率半径R及びこのピッチPの両方が、曲率半径Rについてはレンズ配列面内における1つの軸の方向とこの軸に垂直な軸の方向との間で、ピッチPについてはレンズ配列面内におけるレンズ頂点を結ぶ軸それぞれの方向の間で、異なっているLED照明デバイスが提供される。
(1)第1の領域では、曲率半径R、ピッチP、又は曲率半径R及びピッチPの両方が取る値であって、曲率半径Rについてはレンズ配列面内における1つの軸の方向とこの軸に垂直な軸の方向とのそれぞれにおいて、ピッチPについてはレンズ配列面内におけるレンズ頂点を結ぶ複数の軸の方向それぞれにおいて取る値からなる第1の組が設定され、
(2)第2の領域では、曲率半径R、ピッチP、又は曲率半径R及びピッチPの両方が取る値であって、曲率半径の絶対値Rについてはレンズ配列面内における1つの軸の方向とこの軸に垂直な軸の方向とのそれぞれにおいて、ピッチPについてはレンズ配列面内におけるレンズ頂点を結ぶ複数の軸の方向それぞれにおいて取る値からなる第2の組であって、第1の組とは異なる第2の組が設定される
ことも好ましい。
これら複数のLED照明デバイスの各々からの出射光が、互いに一部重畳しながら並ぶことによって照射光を形成し、この照射光による照明形状は、出射光による照明形状が互いに一部重畳しながら配列した形状となるLED照明装置が提供される。
このケースの外表面の少なくとも一部が、機械的強度を高める保護膜で被覆されているLED照明装置が提供される。
放射された混色光を、入射光が集光される入射面からレンズに入射させて、所定範囲内の値の配光角に制御し、
配列した複数の微小レンズであって、これら複数の微小レンズの曲率半径R、隣接した微小レンズにおけるレンズ頂点間の距離であるピッチP、又は曲率半径R及びピッチPの両方が、曲率半径Rについてはレンズ配列面内における1つの軸の方向とこの軸に垂直な軸の方向との間で、ピッチPについてはレンズ配列面内におけるレンズ頂点を結ぶ軸それぞれの方向の間で異なっている複数の微小レンズを介して、配光角が制御された少なくとも混色光を方向毎に分散させ、均一化が促進された照明光を得る照明方法が提供される。
図1は、本発明によるLED照明デバイスの一実施形態を示す斜視図、側面断面図、底面図、及び上面図である。尚、各図中にはデバイスの向きの指標となるXYZ座標系が示されている。
(1)第1波長の光(例えば青色光)を放射するLEDチップと、このLEDチップの発光面を覆っている樹脂であって、この第1波長の光を吸収して第2波長の光(例えば黄色光)を蛍光として発する蛍光体を含む樹脂を備えている
ものとすることができる。上記の均一化光学体13によって、照射光の混色化・色均一化が促進されるので、このようなLED光源12に起因する黄色リング等の色ムラ発生を抑制可能となる。
(2)それぞれ第1波長の光(例えば青色光)、第2波長の光(例えば緑色光)及び第3波長の光(例えば赤色光)を放射する3種類のLEDチップを備えている、又は
(3)第1波長の光(例えば近紫外光又は紫色光)を放射するLEDチップと、このLEDチップの発光面を覆っている樹脂であって、この第1波長の光を吸収してそれぞれ第2波長の光(例えば青色光)、第3波長の光(例えば緑色光)及び第4波長の光(例えば赤色光)を蛍光として発する3種類の蛍光体を含む樹脂を備えている
ものであってもよい。上記の均一化光学体13によって、同様に照射光の混色化・色均一化が促進されるので、このようなLED光源12に起因する色ムラ発生を抑制可能となる。
図2は、微小レンズ配列部131における微小レンズ配列を説明するための上面図、及び側面断面図である。
図3(A)は、配光角制御レンズ部130での配光角制御を説明するための断面概略図であり、図3(B)は、微小レンズ配列部131での比P/Rの制御例を示すグラフである。
(1) 5°≦θd≦40°
であることが好ましい。
長方形配列した複数の微小レンズ131mを備えている微小レンズ配列部131を使用した照射実験を、光学シミュレーションによって行った。表1に、実施例2の実験結果を示す。
六角形配列した複数の微小レンズ131mを備えている微小レンズ配列部131を使用した照射実験を、光学シミュレーションによって行った。表2に、実施例3の実験結果を示す。
長方形配列した複数の微小レンズ131mを備えている微小レンズ配列部131を使用した照射実験を、光学シミュレーションによって行った。表3に、実施例4の実験結果を示す。
(RY−RX)/RX(=(PY−PX)/PX)=+0.05(+5%)
であり、実施例4−2における曲率半径R及びピッチPにおける異方性の程度は、
(RY−RX)/RX(=(PY−PX)/PX)=−0.05(−5%)
である。製造現場での光学系加工精度の下、少なくともこのような±5%の異方性を有する微小レンズ配列部131ならば、曲率半径R及びピッチPを上述したように調整して、照明形状を概ね正方形状に設定可能であることが実験により確認されている。
長方形配列した複数の微小レンズ131mを備えており、レンズ配列面131aが曲率半径R及びピッチPに関して互いに異なる領域に分割されている微小レンズ配列部131を使用した照射実験を、光学シミュレーションによって行った。実施例5においても、配光角制御レンズ部130の配光角θdは、9°であり、配光角制御レンズ部130のレンズ径dd(図1(C))は、23mmである。
第1の値の組(RX,RY,PX,PY:1.0,1.0,0.8,1.2)
が設定されており、領域a2では、この第1の値の組とは異なる
第2の値の組(RX,RY,PX,PY:1.0,1.0,1.2,0.8)
が設定されていることになる。
第1の値の組(RX,RY,PX,PY:2.0,1.0,0.8,0.8)
が設定されており、領域a4では、この第1の値の組とは異なる
第2の値の組(RX,RY,PX,PY:1.0,2.0,0.8,0.8)
が設定されていることになる。
図10は、本発明によるLED照明装置の一実施形態を示す、正面図、断面図及び背面図である。ここで、図10(B)は、図10(A)のA−A面による断面を示す。
図15は、本発明によるLED照明装置の照明形状に係る種々の実施形態を概略的に示す斜視図である。
10 LED照明デバイス10
11 基台
12 LED光源
13 均一化光学体
130 配光角制御レンズ部
130c 凹部
130cs 入射内面
131 微小レンズ配列部
131a レンズ配列面
131m 微小レンズ
14 脚部
15 強度分布
16 ケース
17 蓋体
18、34 電源線
19 光拡散膜
20 円筒ケース
21 第1のキャップ
21p 電極ピン
22 第2のキャップ
22p ダミー電極ピン
23 カバーシート
24 放熱部
25 凹凸部
30 デバイス設置台
301 設置凹部
302 放熱溝部
31 設置台カバー
32 第1の封止キャップ
33 第2の封止キャップ
4、6、8、8′ 出射光
5、7、9 照射光
40、50、60、70、80、80′、90 照明領域
90′ 長方形領域
Claims (17)
- 第1波長の光を放射する発光ダイオードチップを備え、少なくとも該第1波長の光と該第1波長とは異なる第2波長の光との混色光を放射する光源と、
放射された前記混色光の均一化を促進させる均一化光学体と
を備えており、前記均一化光学体は、
放射された前記混色光が入射後に集光される入射面を有しており、入射した該混色光を所定の配光角に制御する配光角制御レンズ部と、
前記配光角制御レンズ部における前記入射面とは反対側の出射位置をレンズ配列面として配列した複数の微小レンズを含み、配光角が制御された前記混色光を、該レンズ配列面を介して受光して分散させる微小レンズ配列部と
を備えており、
前記複数の微小レンズの曲率半径R、隣接した前記微小レンズにおけるレンズ頂点間の距離であるピッチP、又は該曲率半径R及び該ピッチPの両方が、曲率半径Rについてはレンズ配列面内における1つの軸の方向と該軸に垂直な軸の方向との間で、ピッチPについてはレンズ配列面内におけるレンズ頂点を結ぶ軸それぞれの方向の間で、異なっていることを特徴とするLED照明デバイス。 - 前記複数の微小レンズの頂点が正方格子又は長方格子を成しており、前記曲率半径R、前記ピッチP、又は前記曲率半径R及び前記ピッチPの両方が、前記レンズ配列面内におけるレンズ頂点間を結ぶ1つの軸の方向と該軸に垂直な軸の方向とで異なっていて、前記混色光の分散が方向毎に制御されることを特徴とする請求項1に記載のLED照明デバイス。
- 前記複数の微小レンズの頂点が六角格子を成しており、前記曲率半径R、前記ピッチP、又は前記曲率半径R及び前記ピッチPの両方が、曲率半径Rについては前記レンズ配列面内におけるレンズ頂点間を結ぶ1つの軸の方向と該軸に垂直な軸の方向との間で、ピッチPについてはレンズ配列面内におけるレンズ頂点を結ぶ軸それぞれの方向の間で、異なっていて、前記混色光の分散が方向毎に制御されることを特徴とする請求項1に記載のLED照明デバイス。
- 前記曲率半径R、前記ピッチP、又は前記曲率半径R及び前記ピッチPの両方が、前記レンズ配列面内のレンズ頂点を結ぶ少なくとも1つの軸の方向に沿って、値を変化させ非均一な分布をなしていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のLED照明デバイス。
- 前記微小レンズ配列部の前記レンズ配列面が、少なくとも第1の領域と第2の領域とを有し、
前記第1の領域では、前記曲率半径R、前記ピッチP、又は前記曲率半径R及び前記ピッチPの両方が取る値であって、曲率半径Rについてはレンズ配列面内における1つの軸の方向と該軸に垂直な軸の方向とのそれぞれにおいて、ピッチPについてはレンズ配列面内におけるレンズ頂点を結ぶ軸それぞれの方向において取る値からなる第1の組が設定され、
前記第2の領域では、前記曲率半径R、前記ピッチP、又は前記曲率半径R及び前記ピッチPの両方が取る値であって、曲率半径の絶対値Rについてはレンズ配列面内における1つの軸の方向と該軸に垂直な軸の方向とのそれぞれにおいて、ピッチPについてはレンズ配列面内におけるレンズ頂点を結ぶ軸それぞれの方向において取る値からなる第2の組であって、前記第1の組とは異なる第2の組が設定される
ことを特徴とする請求項4に記載のLED照明デバイス。 - 前記微小レンズ配列部から放射される出射光の照明形状が、略正方形状、略長方形状、略楕円状、又は略十字状に制御されることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載のLED照明デバイス。
- 前記曲率半径Rと前記ピッチPとの比P/Rが、前記レンズ配列面内のレンズ頂点を結ぶ各軸の方向において、0.4以上であって、前記微小レンズ配列部の前記レンズ配列面内に該微小レンズではない領域が形成されない上限値以下であることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載のLED照明デバイス。
- 前記配光角制御レンズ部は、入射した前記混色光を、半値全角幅として5度から40度までの範囲内の値の配光角に制御することを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載のLED照明デバイス。
- 前記配光角制御レンズ部は、少なくとも前記光源の発光面を内部に含む凹部であって、前記光源から放射される前記混色光が集光されるような入射角で入射する入射内面を有する凹部を備えていることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載のLED照明デバイス。
- 前記微小レンズ配列部の出射面が、出射光を拡散させる光拡散膜で被覆されていることを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載のLED照明デバイス。
- 請求項1から10のいずれか1項に記載された、複数のLED照明デバイスを備えており、
前記複数のLED照明デバイスの各々からの出射光が、互いに一部重畳しながら並ぶことによって照射光を形成し、該照射光による照明形状は、該出射光による照明形状が互いに一部重畳しながら配列した形状となる
ことを特徴とするLED照明装置。 - 前記照射光による照明形状が、前記LED照明装置の長手方向に伸長した概ね長方形状となることを特徴とする請求項11に記載のLED照明装置。
- 請求項1から10のいずれか1項に記載された、複数のLED照明デバイスと、該複数のLED照明デバイスが内部に並んで配置されたケースとを備えており、
前記ケースの外表面の少なくとも一部が、機械的強度を高める保護膜で被覆されている
ことを特徴とするLED照明装置。 - 前記ケースは、該ケース内を伝播する光を拡散させる光拡散材料を含むプラスチックで形成されていることを特徴とする請求項13に記載のLED照明装置。
- 前記保護膜は、該保護膜内を伝播する光を拡散させる光拡散材料を含むことを特徴とする請求項13又は14に記載のLED照明装置。
- 前記ケース内に配置された複数のLED照明デバイスと接する放熱部を更に備えており、
前記ケースの一部に、前記放熱部と部分的に接する凹凸が形成されている
ことを特徴とする請求項13から15のいずれか1項に記載のLED照明装置。 - 第1波長の光を放射する発光ダイオードチップを備えた光源から放射される、少なくとも該第1波長の光と該第1波長とは異なる第2波長の光との混色光を用いて照明を行う方法であって、
放射された前記混色光を、入射光が集光される入射面からレンズに入射させて、所定範囲内の値の配光角に制御し、
配列した複数の微小レンズであって、該複数の微小レンズの曲率半径R、隣接した該微小レンズにおけるレンズ頂点間の距離であるピッチP、又は該曲率半径R及び該ピッチPの両方が、曲率半径Rについてはレンズ配列面内における1つの軸の方向と該軸に垂直な軸の方向との間で、ピッチPについてはレンズ配列面内におけるレンズ頂点を結ぶ軸それぞれの方向の間で異なっている複数の微小レンズを介して、配光角が制御された少なくとも前記混色光を方向毎に分散させ、均一化が促進された照明光を得る
ことを特徴とする照明方法。
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