JP6260349B2 - 照明器具および光源カバー - Google Patents

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Description

本発明は、照明器具および光源カバーに関する。
蛍光灯や白熱電球などの従来光源に比べ、発光ダイオード(Light Emitting Diode:LED)は長寿命である。例えば特開2012−69297号公報に開示されているように、LEDは、近年その発光効率および光束の向上に伴って様々な照明器具の光源として用いられている。
特開2012−69297号公報
上記従来の照明器具では、LED光源を列状に配置し、透光性を有する拡散カバーで覆う直管形光源と直管形光源を組み込んだ照明器具が開示されている。しかしながら、拡散カバーにより光を拡散させて出射するので、人がグレアとして不快に感じる範囲にも光(おおよそ器具水平面から30度までの範囲の光)が照射され、快適性が低いという問題があった。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、快適性の高い照明器具および光源カバーを提供することを目的とする。
本発明にかかる照明器具は、発光素子と、前記発光素子が実装された基板と、少なくとも前記発光素子の出光面側に設けられ、前記発光素子に対向し厚さが一定な均厚部と前記均厚部に並べて設けられ前記発光素子と反対側の面が前記発光素子に向かって傾斜し前記発光素子から遠ざかるにつれ厚みが減少する傾斜部とを備える光源カバーと、を備える。
本発明にかかる光源カバーは、発光素子を覆うための光源カバーであって、少なくとも前記発光素子の出光面側に位置し、前記発光素子に対向する面に設けられた厚さが一定な均厚部と、前記均厚部に並べて設けられ前記発光素子と反対側の面が前記発光素子に向かって傾斜し前記発光素子から遠ざかるにつれ厚みが減少する傾斜部とを備える。



本発明によれば、光源カバーにグレア光を抑制する指向性制御機能を持たせることにより、被照射面の照射むらが少なくなり、快適性の高い照明器具を得ることができる。
本発明の実施の形態1にかかる照明器具の斜視図である。 実施の形態1にかかる照明器具の図1のA−A線に沿う断面図である。 実施の形態1にかかる照明器具の分解斜視図である。 実施の形態1にかかる照明器具の効果を説明するための光路図である。 実施の形態1にかかる照明器具の効果を説明するための光路図である。 実施の形態1にかかる照明器具の効果を説明するための光路図である。 実施の形態1にかかる照明器具の効果を説明するための配光分布図である。 実施の形態1にかかる照明器具の効果を説明するための配光分布図である。 実施の形態1にかかる照明器具の効果を説明するための照度分布図である。 本発明の実施の形態2にかかる照明器具の断面図である。 実施の形態2にかかる照明器具の効果を説明するための光路図である。 実施の形態2にかかる照明器具の効果を説明するための光路を示す拡大図である。 実施の形態2にかかる照明器具の断面図である。 実施の形態2にかかる照明器具の効果を説明するための配光分布図である。 実施の形態2にかかる照明器具の効果を説明するための配光分布図である。 本発明の実施の形態3にかかる照明器具の断面図である。 本発明の実施の形態3にかかる照明器具の拡大断面図である。 本発明の実施の形態3にかかる照明器具の拡大断面図である。 本発明の実施の形態4にかかる照明器具を示す図である。 本発明の実施の形態4にかかる照明器具を示す断面図である。 実施の形態の変形例にかかる光源カバーの断面図である。 実施の形態の変形例にかかる照明器具の図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。以下の実施の形態の説明中で「上」、「下」、「左」、「右」といった用語を使用して方向を説明するが、これらの用語は本実施の形態にかかる装置、器具、および部品等における相対的な配置関係および相対的な方向を説明するための便宜上のものである。また、本発明は図面に記載した具体的な形状、構造等のみに限定されるものではない。
実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1にかかる照明器具100の斜視図である。図2は図1のA−A線に沿う断面図であり、照明器具100の短手方向に切断したときの切り口を示す。なお、図1に示すB−B線は、照明器具100の長手方向に沿って伸びている。図3は、照明器具100の分解斜視図である。
照明器具100は、発光素子であるLED10と、表面に複数のLED10が並べて実装された基板20と、基板20の裏面に接続する筐体30と、基板20の上に設けられた拡散板40と、基板20の両脇に配置されて拡散板40を支持する反射板80と、LED10を覆うように設けられ端部が筐体30に接続する光源カバー50を備える。光源カバー50の端面には側板54が接着されている。図2に示す一点鎖線はLED10の光軸11を表し、LED10から上側方向に光が出射される。図1の光軸11は、ちょうどA−A断面視における照明器具100の中心軸に一致している。LED10は、合成光として白色光を得る発光素子としてもよく、具体的には波長440nm〜480nm程度の青色光を発するLEDチップと青色光を黄色光に波長変換する蛍光体を樹脂パッケージ内に配した素子であってもよい。基板20は長方形の板状の基板であり、好ましくはガラスエポキシ製である。基板20の上に、長手方向に沿ってLED10が実装されている。基板20の表面には光の反射率を高めるため、白色レジストが塗布されていることが好ましい。また基板20にはダイオードなどの回路素子およびコネクタ等の端子(いずれも図示せず)も実装されている。
LED10が実装された基板20は筐体30に接着保持されている。筐体30は、好ましくは反射率を高めるため白色塗装された板金で構成されている。なお、筐体30はLED10の熱を放熱する放熱板の役割も兼ねている。拡散板40は、LED10の出射面側を覆うように配設されており、好ましくは乳白の拡散材を混ぜ込んだポリカーボネイト製である。拡散板40により、LED10が離散的に配置されていることによる明暗むらが軽減される。反射板80は、拡散板40の端面を覆い拡散板40を挟むように配置され、拡散板40端面からの光の出射を抑制している。反射板80は、好ましくは、95%以上の反射率を有する白色のポリカーボネイト製である。光源カバー50は光透過性を有し拡散板40を覆うように配設され、好ましくは透明のポリカーボネイト製である。拡散板40と反射板80とは筐体30により位置決めされる。
光源カバー50の断面形状について、図2に基づいて以下に説明する。光源カバー50は光軸11を中心とした左右対称形状である。光源カバー50は断面視で厚さが一定な均厚部51と、この均厚部51に並べて設けられ光軸11から離れるにつれ断面視で厚さが薄くなる傾斜部52と、傾斜部52から連なる反射部53とからなる。本実施の形態にかかる光源カバー50は均厚部51、傾斜部52、および反射部53が一個の連続的な物体を構成したものである。なお、光源カバー50は上記断面形状を基板20の長手方向に延伸した形状を有しており、押し出し成形にて製造されてもよい。
図4〜6は、実施の形態1にかかる照明器具100の効果を説明するための光路図である。図4〜6に示す光路を参照しながら、光源カバー50についてさらに説明を行う。図4は光源カバー50の均厚部51を説明するための図であり、図5は傾斜部52を、図6は反射部53をそれぞれ説明するための図である。LED10を出射した光は拡散板40により拡散され光源カバー50に到達する。まず、図4を用い均厚部51に到達した光について説明する。光源カバー50の入射面のうち、基板20と平行な面を第一入射面51a、第一入射面51aを囲んだ面を第二入射面53aとすると、第一入射面51aに到達した光は屈折し光源カバー50内に入る。さらに第一入射面51aに対向する出射面51bで屈折し、出射する。ここで、均厚部51は厚さがほぼ一定の領域、すなわち、第一入射面51aと出射面51bはほぼ平行であるから、均厚部51に入射する角度θaと均厚部51から出射する角度θbはほぼ同じ角度となる。グレア光となる角度θg以下の光を抑制するためには、拡散板40から光源カバー50の均厚部51に入射する光の角度θaが角度θg以上となればよい。
発光面となる拡散板40の幅をWk、拡散板40から光源カバー50までの距離をH、均厚部51の厚みをT、光源カバー50の屈折率をnとした時、均厚部51の幅Wsは下記に示す式(1)を満たす関係としている。
(Ws+Wk)/2−T×tan(sin−1(cos(θg) /n)<H/tan(θg) ・・・(1)
本実施の形態1においては角度θgを30度とし、式(2)の関係としている。
(Ws+Wk)/2−T×tan(sin−1(cos(30°) /n)<H/tan(30°) ・・・(2)
式(2)を満たすことにより、照明器具100の長手方向に垂直な断面において光源カバー50の均厚部51に入射する角度θaは30度以上となり、均厚部51から出射する光も所望の30度以上となる。よって、照明器具100の長手方向に垂直な断面において、均厚部51から出射する光はグレア光を含まない。
次に、図5を用いて傾斜部52に到達した光について説明する。傾斜部52のLED10側の第一入射面51aに到達した光は屈折し光源カバー50内部に入る。さらに第一入射面51aに対向する出射面52bで屈折し、出射する。ここで、傾斜部52は光軸11から離れるにつれて薄くなるから、光源カバー50に入射する光線に対し出射する光線は光軸11に平行な方向に近づくことになる。
発光面となる拡散板40の幅をWk、拡散板40から光源カバー50までの距離をH、第一入射面の幅をWe、光源カバー50の屈折率をnとした時、第一入射面51aと出射面52bが成す傾斜角θαは下記に示す式(3)を満たす関係としている。
θg<90−θα−sin−1(n×sin×(sin−1((sin(tan−1(Ww/H)))/n)−θα)) ・・・ (3)
但し、Ww=(Wk+We)/2
式(3)を満たすことにより、照明器具100の長手方向に垂直な断面において光源カバー50の傾斜部52から出射する光もθg度以上となる。よって、照明器具100の長手方向に垂直な断面(図1におけるx−y断面)において傾斜部52から出射する光は所望の角度範囲のグレア光を抑制することができる。
次に、図6を用いて反射部53に到達した光について説明する。第二入射面53aに到達した光は屈折し光源カバー50内部に入る。さらに第二入射面53aに対向する反射面53bでほぼ光軸11に平行な方向へ全反射し、出射面52bから出射する。
図7および図8は照明器具100の効果を説明するための配光分布図であり、図9はその照度分布図である。図7および図8は光軸11を通る平面の配光分布であり、図7は図1におけるx−y平面の配光分布を、図8は図1におけるy−z平面の配光分布をそれぞれ示す。なお、光軸方向を0度としており、図中の破線は、比較対象として光源カバーに厚さが一定な乳白拡散板を用いた照明器具の配光分布である。図9は照明器具から2m離れた位置の照度分布を示す図であり、照明器具100による照度分布である。図9より、照明器具100においては60度以上の光(つまり器具水平面から30度以下の光)が抑制されていることが分かる。また、透明な光源カバー50の表面で反射することにより、y−z平面においても角度の大きな光が低減されていることが分かる。また、図7に示すように、60度以上の光は主に傾斜部52により10〜50度程度の光に変換されるため、光度がほぼ一定となる角度範囲が従来の照明器具より光が広がり、図9に示すように照度が均一の領域を広く得ることができる。
以上のように、LED10を覆う光源カバー50にグレア光を抑制する指向性制御機能を持たせることにより、被照射面の照射むらが少なく、小型で快適性の高い照明を行うことができる。すなわち、光源カバー50はLED10に対向し光軸11を含む領域に厚さが一定な均厚部51を有し、均厚部51から連続してLED10から遠ざかるにつれ厚みが減少する傾斜部52を有し、傾斜部52に連続してLED10からの光を反射する反射部を設けている。LED10から正面方向に向かう光を維持したまま、グレアとなる方向に向かう光のみを光源カバー50で正面方向へ屈折または反射させることにより、容易にかつ小型で人が不快に感じるグレアを抑制することができる。また、グレアの要因となっていた光を光軸に平行な方向へ屈折させることにより、照度むらが少なく均一性の高い照明光を得ることができる。また、拡散板40を設けているので、LED10の高輝度と離散配置に伴う明暗むらを軽減し、外観品位の高い照明器具を容易に得ることもできる。
実施の形態2.
図10は、本発明の実施の形態2にかかる照明器具200の断面図である。図10は照明器具200を図1に示したA−A線と同じ位置で切断した断面図であり、図11はそのA−A断面の光路を示した図であり、図12は図11の一部を拡大した図である。図13は、照明器具200の断面図であり、切断位置は図1のB−B線と同じである。図13には光線もあわせて示す。
実施の形態2にかかる照明器具200は、光源カバー50に代えてこれと形状の異なる光源カバー150を有する点、および拡散板40と光源カバー150の間にプリズムシート190を設けた点が、実施の形態1と異なる。以下、実施の形態1と異なる事項について主に説明し、実施の形態1と同じ構成要素には同一の符号を付し、説明を省略した事項は実施の形態1と同様である。プリズムシート190は透明樹脂製で光源カバー150側に略三角状の凹凸を持ち、その稜線は基板20の長手方向に直交する方向に伸びている。
光源カバー150の断面形状について、図11に基づいて以下に説明する。図11の光軸111は、ちょうどA−A断面視における照明器具200の中心軸に一致している。光源カバー150は、光源カバー50と同様に、断面視で厚さが一定な均厚部151、光軸111から離れるにつれ厚さが薄くなる傾斜部152、および、傾斜部152から連なる反射部153から構成される。均厚部151、傾斜部152、反射部153の、それぞれの作用は実施の形態1と同様であるので、説明を省略する。第一入射面151aと出射面152bの成す角度を、傾斜角θαとする。実施の形態2においては、傾斜角θαが幅Wsの端の地点(つまり均厚部151の端)で0度となり、光軸111から離れるに従い大きくなるように設定しており、傾斜部152を曲面形状としている。
ここで、発光面となる拡散板40の幅をWk、拡散板40から光源カバー150までの距離をH、光源カバー150の屈折率をnと表記する。
また、光軸から傾斜部を構成する出射面152bの任意の地点をP1とし、拡散板40の端部から光源カバー150の中心軸112(あるいは光軸111)をまたいで進みP1に至る光路と、光源カバー150の内側の面つまり第一入射面151aとが交わる点をP2とする。点P1と中心軸112の距離をDhと表記し、点P2と中心軸112の距離をDnと表記する。このとき、本実施の形態では、グレア光となる角度θg以下の光を抑制するために、第一入射面151aと出射面152bが成す傾斜角θαが下記に示す式(4)を満たすようにしている。
θg<90−θα−sin−1(n×sin×(sin−1((sin(tan−1(Ww/H)))/n)−θα)) ・・・ (4)
但し、Ww=Wk/2+Dn
図14および図15は、照明器具200の効果を説明するための配光分布図である。図14および図15は光軸11を通る平面の配光分布であり、図14はx−y平面、図15はy−z平面の配光分布をそれぞれ示す。なお、実施の形態1における図7および図8と同様、光軸方向を0度とし、いずれの図においても比較対象として従来の照明器具の配光分布をあわせて示す。LED10を出射した光は拡散板40を介しプリズムシート190に入射する。プリズムシート190は出射面に稜線がx方向のプリズムを設けているので、y−z平面内において光軸11方向に光を屈折し出射する。結果、図15に示すようにy−z平面内において角度が大きい光を抑制し、長手方向のグレア光も低減できる。また、光源カバー150を曲面とすることによる効果については、傾斜部152の位置によらずグレアを抑制する角度θbを一定にすることができると共に光源カバー150の薄型化が可能となる。また、反射部153の外表面である反射面153bも傾斜部152と同様に曲面にすることにより精密な光の角度制御ができる。
プリズムシート190は略三角形状の凹凸を有するものに限らず、略台形あるいは波型などの凹凸であってもよく、基板長手方向の配光を光軸方向に向ける機能があればよい。
実施の形態3.
図16は本発明の実施の形態3にかかる照明器具300の断面図であり、図17および図18はその拡大断面図である。実施の形態3にかかる照明器具300は、拡散板240および光源カバー250を有する点において実施の形態1にかかる照明器具100と相違している。以下、実施の形態1と異なる事項について主に説明する。実施の形態1と同じ構成要素には同一の符号を付す。説明を省略した事項は実施の形態1と同様である。
照明器具300は、表面に複数のLED10が並べて実装された基板220と、基板220の裏面に接続する筐体230と、器具本体部231を備えている。光源カバー250は、光源カバー50と同様に、均厚部251、傾斜部252、および反射部253を備えている。照明器具300は、入光面240aおよび出射面240bを備え出射面240bに凸となる形状の拡散板240を備えている。図17の線L1は、幅Wkの拡散板240の端と、光源カバー250における幅Weを有する第一入射面251aの端とを、中心軸211をまたいで結んだ仮想線である。仮想線L1を越えない範囲で、拡散板240の出射面240bを光源カバー250側に凸形状としている。より具体的には、図16では、凸形状を仮想線の内接円としている。なお、本実施の形態においては、拡散板240は、二色成形により一体で構成され、図16〜18における斜線部分が拡散透過材で構成され、その他の部分は高反射部材で構成されている。
次に、図17および図18で作用と効果を説明する。拡散板240を凸形状にすることで、LED10と拡散板240までの距離を平板と比較し長くすることができ、LED10の光源カバー250表面の輝度を緩和すると共にLED10が離散的に配置されることによる明暗むらを軽減することができ、見栄えが改善する。また、図18で示すように拡散板240の入光面240aにおいてLED10から照射された光の入射角θ1を、その下方に比較例として示す平板の場合の入射角θ2と比べて、小さくすることができる。よって空気と拡散板240との屈折率差によって生ずる界面での反射を低減することで光取り出し効率を向上することができる。
光源カバー250では、傾斜部252および反射部253の表面が段状に形成されている。このため、光源カバー250の厚みを薄く、かつ、厚さの差を少なく構成でき、成形性が格段に向上する。よって、より安価に、かつ、容易に製造することが可能となる。
実施の形態4.
図19は本発明の実施の形態4にかかる照明器具400を示す図であり、図20はその断面図である。照明器具400は、LED310と筐体330、光源カバー350、ワイヤ360および電源ボックス370とを備える。図20の断面図では、ワイヤ360および電源ボックス370を除いて図示している。光源カバー350は、光源カバー50と同様に、均厚部351、傾斜部352、および反射部353を備えている。図20に示す一点鎖線はLED310の光軸311を表し、LED310から上側方向に光が出射される。なお、光源カバー350は、光軸311を回転軸として回転対称の形状を有する。LED310は、COB(Chip on Board)タイプのものを用いてもよい。具体的には、LED310は、セラミック基板上に波長440nm〜480nm程度の青色光を発するLEDチップを高密度で直接実装し、その上に青色光を黄色光に波長変換する蛍光体を混入したシリコーン樹脂を配したCOBタイプのLEDを用いてもよい。LED310は、筐体330にネジ締結されている。筐体330は、好ましくはダイキャスト法で製造されたアルミニウム製である。なお、筐体330はLED310を設けた面と反対の面にフィン形状が一体成形されており、LED310の熱は主に筐体330を介して放熱されている。電源ボックス370内にはLED310を点灯するための電源回路(図示せず)が内蔵されており、ワイヤ360によりLED310と電源ボックス370内の回路が結線されている。
上記実施の形態に記した照明器具100、200、300、400は本発明にかかる照明器具の1例に過ぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更および組み合わせが可能である。本実施の形態においては発光素子としてLEDを用いているがこれに限らずLD(Laser Diode)あるいは有機EL素子などであってもよい。また、基板、拡散板、光源カバー、および筐体等の材料は本実施の形態において好ましい形態として記載したものに限定されるものではなく、上述した光学的機能を有するものであれば適宜に変更してもよい。また、光源カバーに拡散材を混ぜることにより拡散機能を併せ持たせてもよい。ただし、拡散機能の強化に伴い、グレア光を抑制する配光制御機能が低下するため、求める性能に合わせて適宜調整すればよい。
図21および図22を用いて、実施の形態の更なる変形例について説明する。図21は、実施の形態の変形例にかかる光源カバー450の断面図である。光源カバー450は、光源カバー50と同様に、均厚部451、傾斜部452、および反射部453を備えている。図21に示す光源カバー450は、断面が均一な厚さの曲面形状である均厚部451を備えている。均厚部451は、LED10の側を向くの内面とこの内面と対向する外面がともに同一の曲率半径を有するようにされている。この光源カバー450を照明器具100〜400に用いても良い。
図22は、実施の形態の変形例にかかる照明器具500の図である。照明器具500は、光源カバー550を備えている。光源カバー550は、図22に示すように均厚部551と傾斜部552のみで構成されている。その一方で、照明器具500では反射機能を筐体に持たせる構造としている。この際、筐体430の反射面は鏡面反射とすることが好ましい。
なお、上述した各実施の形態にかかる照明器具100〜500によれば、ルーパを設けなくともグレア光を抑制できるので、照明器具の大型化を抑制しつつグレア光対策ができるという効果もある。
100、200、300、400、500 照明器具、10 LED、11、111、211、311 光軸、20 基板、30、230 筐体、231 器具本体部、40、240 拡散板、50、150、250、350、450、550 光源カバー、51、151、251、351、451、551 均厚部、51a、151a、251a 第一入射面、51b 出射面、52、152、252、352、452、552 傾斜部、52b、152b 出射面、53、153、253 反射部、53a、153a 第二入射面、53b、153b 反射面、54 側板、80 反射板、112 中心軸、190 プリズムシート、240a 入光面、240b 出射面

Claims (11)

  1. 発光素子と、
    前記発光素子が実装された基板と、
    少なくとも前記発光素子の出光面側に設けられ、前記発光素子に対向し厚さが一定な均厚部と前記均厚部に並べて設けられ前記発光素子と反対側の面が前記発光素子に向かって傾斜し前記発光素子から遠ざかるにつれ厚みが減少する傾斜部とを備える光源カバーと、
    を備える照明器具。
  2. 前記発光素子と前記光源カバーの間に設けられ、透光機能を有する拡散板と、
    前記拡散板を支持し、前記発光素子からの光を反射する反射板と、
    を備える請求項1記載の照明器具。
  3. 前記光源カバーは、前記傾斜部から前記均厚部とは反対側に設けられ前記発光素子からの光を反射する反射部をさらに備える請求項1または2に記載の照明器具。
  4. 前記反射部の表面が段状に形成されている請求項3に記載の照明器具。
  5. 前記反射部は、前記傾斜部から遠ざかるにつれ厚みが減少する請求項3または4に記載の照明器具。
  6. 前記傾斜部の表面が段状に形成されている請求項1〜5のいずれか1項に記載の照明器具。
  7. 前記傾斜部は連続的に厚みが減少する請求項1〜5のいずれか1項に記載の照明器具。
  8. 前記傾斜部の表面が曲面である請求項7に記載の照明器具。
  9. 前記発光素子と前記光源カバーの間にプリズムシートが設けられた請求項1〜8のいずれか1項に記載の照明器具。
  10. 前記均厚部が曲面形状を有する請求項1〜9のいずれか1項に記載の照明器具。
  11. 発光素子を覆うための光源カバーであって、
    少なくとも前記発光素子の出光面側に位置し、前記発光素子に対向する面に設けられた厚さが一定な均厚部と、前記均厚部に並べて設けられ前記発光素子と反対側の面が前記発光素子に向かって傾斜し前記発光素子から遠ざかるにつれ厚みが減少する傾斜部とを備える光源カバー。
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