JP6263768B2 - 発光素子ユニット、及び照明器具 - Google Patents
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しかしながら、より大光量が必要とされる用途において光源に高出力の発光素子モジュールを用いる場合には、当該発光素子モジュールは発熱量が多くレンズが高温となるため、レンズ材の変形や物性変化などの不具合を生じやすくなるので、アクリルなどの耐熱温度が比較的低い汎用樹脂製レンズを用いることができない。また高出力の発光素子モジュールに代えて、発光素子及びレンズを多数設けて大光量を実現する場合には、部品点数及びコストが増加してしまう。
[LEDユニット]
図1は本実施形態に係るLEDユニット1の正面図である。
LEDユニット1は、これらの図に示すように、大別すると、光源たるLEDモジュール2と、このLEDモジュール2の周囲を囲む反射鏡4とを備え、LEDモジュール2の直射光と、反射鏡4の反射光とによって、左右に長い横長の照射野を照射する、いわゆる横長配光を有する。
LEDモジュール2は、実装基板たる矩形板状のLED基板6と、このLED基板6に実装されたLEDチップ8とを備えている。LED基板6の材質は、LEDチップ8の投入電力、及び発熱量に基づいて、このLEDチップ8を十分に放熱する熱伝導性、及び電気的な絶縁を図れる電気絶縁性を有する材料から選定されている。例えばLED基板6にはセラミックを基材とした基板、或いはアルミニウム等の金属基板に絶縁皮膜を施した基板が用いられている。
一般に、チップオンボード構造のLEDデバイスは、多数のLEDが密集配置されていることから大光量で輝度が高く、光出力も大きい。このようなLEDチップ8を光源に備えることで、大光量のユニットが構成される。
反射鏡4は、上述のように、発光部10の上下左右のそれぞれに設けた上反射板15、下反射板16、左反射板17、及び右反射板18を有し、これらによって発光部10の四方が囲まれている。この反射鏡4には、例えば樹脂やアルミダイカスト成型品にアンダーコート、アルミ蒸着、トップコート加工を施したものが用いられており、その反射率は80〜85%程度である。
上反射板15、及び下反射板16は互いに一体となって光軸Fを挟んだ左右の両側に、この光軸Fと異なる方向に延びる光度軸K1、K2を配するための光学部材である。また左反射板17は右側に延びる光度軸K1の光を反射光によって補い、右反射板18は左側に延びる光度軸K2の光を反射光によって補う光学部材である。
この図に示すように、LEDユニット1は、光軸Fの基点Oから左右の両側に鉛直角α1、α2で延びる光度軸K1、K2を配置した配光特性を有している。このLEDユニット1では、光度軸K1、K2の鉛直角α1、α2、及び光量を異ならせることで、これら光度軸K1、K2の光度ピーク値に差を持たせており、右側の光度軸K1が最大光度軸となり、かつ鉛直角α1>鉛直角α2となるようにLEDモジュール2の配光が制御されている。
なお、光度軸K1、K2の光量、及び、鉛直角α1、α2は、LEDユニット1の用途に応じて適宜に変更可能である。
以下、この構成の反射鏡4について更に詳述する。
第1光軸形成反射面30、31、32のそれぞれは、光度軸K1を中心光軸とし、互いに大きさが異なる回転放物面H1(図4、図5)から一部を切り出して形成した面形状を成し、また同様に第2光軸形成反射面40、41、42のそれぞれは光度軸K2を中心光軸とし、互いに大きさが異なる回転放物面H2(図4、図5)から一部を切り出して形成した面形状を成している。
LEDユニット1では、図4(A)、及び図5(A)に示すように、2本の光度軸K1、K2が発光部10の光軸Fの基点Oから当該光軸Fを挟んで反対方向に延びる。このとき、各光度軸K1、K2を中心光軸とし、かつ放射方向が開放する上述の回転放物面H1、H2を反射鏡とすれば、発光部10の放射光を光度軸K1、K2に2分して出射できる。
さらに回転放物面H1、H2の一部で形成した反射面の焦点を発光部10の中心である基点Oに合わせることで発光部10の放射光が光度軸K1、K2の方向に精度良く反射によって配光される。
係る回転放物面H1、H2をLEDユニット1に設ける際には、図4(B)、及び図5(B)に示すように、LEDモジュール2のLED基板6を含む平面よりも発光部10の側を残すように当該平面と交差する線23に沿って回転放物面H1、H2をカットする。
そこで、このLEDユニット1では、発光部10が露出するように、回転放物面H1、H2の内面が露出するように平面視で開放させている。
このとき、回転放物面H1から切り出された切出面Maが上下に完全に分離し、同様に回転放物面H2から切り出された切出面Mbが上下に完全に分離するようにカットすることで、横長の照射野の中に影を生じさせることがなく均斉度が高められる。
このLEDユニット1では、上反射板15、及び下反射板16には、単一の回転放物面H1、H2から切り出した面だけではなく、中心光軸を同じくしつつ大きさが互いに異なる複数の回転放物面H1、H2から切り出した面を、それぞれ第1光軸形成反射面30、31、32、及び第2光軸形成反射面40、41、42として設けることで、光度軸K1、K2に効率良く光が配光されるようになっている。
さらに、この上反射板15、及び下反射板16には、図1に示すように、照射野の均斉度を高めるように配光制御する配光制御面34、35、36、37が適宜に設けられている。
そこで、この反射鏡4にあっては、図4(C)において発光部10に被る突出部27を、図1に示すように、外側(平面視で発光部10から遠ざかる方向)に向かって凹ませる等して当該発光部10に被らない形状の非突出部28としている。これにより、発光部10から光軸Fに沿って出射された比較的強い光が直接光として照明に利用され、光軸Fの方向の光量低下の抑制、及び効率向上が図られている。
特にLEDユニット1を道路灯の光源とした場合、光軸Fが道路面内方向を向き、路面の目標領域に直達する光は遮らずそのまま利用し、目標領域へ直達しない光は、第1光軸形成反射面30、31、32、及び第2光軸形成反射面40、41、42で進行方向を換え、目標領域へ到達することとなり光学効率の高い光源が実現される。
例えば、図6に示すように、発光部10を平面視した場合、この発光部10を内側に内包する回転放物面Haと、底部48が発光部10を横断してはみ出す回転放物面Hbとのそれぞれが設定できる。しかしながら、回転放物面Haは、回転放物面Hbよりも大きくなることからLEDユニット1が大型化し、また発光部10の光軸Fからの距離rも遠くなるため、同じ高さにカットした反射面で比較すると、直射領域が道路幅方向に無駄に広くなり、かつ反射光成分も少なくなり、効率が良い配光設計とは言えない。
そこで、このLEDユニット1にあっては、回転放物面H1、H2の設定に際しては、底部48が発光部10を横断するように回転放物面Hbを設定することで、光度軸K1、K2の方向の光量を効率良く高め、かつ小型化を可能にしている。
第1、及び第2光度軸形成補助反射面22A、22Bの回転放物面H3は、図6に示すように、発光部10の基点Oを焦点とし、中心光軸とする光度軸K1、K2の方向に開放し、少なくとも発光部10を内包する大きさの回転放物面である。
これにより、発光部10から左右に放射される光が第1、及び第2光度軸形成補助反射面22A、22Bによって光度軸K1、K2の方向に反射されて光量が効果的に補われる。
LEDユニット1は、上述の通り、横長な範囲を均斉度よく照射可能であるから、道路照明器具の光源に好適に用いることができる。特に、前掲図3で示すように、このLEDユニット1は、光度軸K1、K2を互いに独立して、かつ、45度を超えるような比較的大きな鉛直角α1、α2に設定できることから、トンネル照明器具の光源に用いて好適である。
トンネル照明器具50は、灯具ケース51を備え、この灯具ケース51には、LEDユニット1が左右方向を道路の交通方向Nに合わせて収められる。なお、複数個のLEDユニット1を灯具ケース51に設けても良いことは勿論である。また、灯具ケース51には、LEDユニット1の駆動回路や電源回路など、一般的なトンネル照明器具が備える要素を備えている。
しかしながら、この構成では、強度が高い路面直達光を反射面で遮り、反射面吸収による強度低下を伴いながら、同じ路面56のトンネル照明器具50から遠くを照射することとなり、器具全体として光効率が悪くなる。さらに光軸Fの付近の光を遮ると、器具直下への光を完全にカットするため、器具直下の照度が不足する。そこで良好な配光を得るために、他の反射面から器具直下への光を補わなければならなくなり、光利用効率の点では効率が悪い。
これにより、光度軸K1、K2の光量の補強効果に加え、灯具ケース51に収めたLEDユニット1の光束が灯具ケース51の内壁面によって遮蔽され難くできるという効果も奏し、器具効率が高められる。
この構成により、LEDチップ8から左右に放射されて所望の照射領域の外に向かう放射光を第1、及び第2光度軸形成補助反射面22A、22Bで反射し、光度軸K1、K2の光量を効率良く高めることができる。
この構成により、LEDユニット1が横長の配光を有することから、道路55の路面56に沿った横長の照射範囲58を照射でき、また路面56に沿ったトンネル照明器具50の器具取付け間隔に合わせて鉛直角α1、α2を容易に設定できる。また例えば鉛直角α1、α2を45°以上に設定することで、器具取付け間隔が一般的なものよりも長くできる。また、より良い均斉度を得るために、光度軸K1,K2を図4の正面からみて上、又は下方向にも数十度程度方向を変えて設計することもできる。
さらに、LEDユニット1の搭載数や、個々のLEDユニット1のLEDモジュール2の駆動電力を調整し、トンネル照明器具50の光束をコントロールするだけで、光出力が異なる製品のラインナップが容易となる。
例えば、上述した実施形態において、LEDユニット1は、トンネル照明器具50の他にも、トンネル以外の道路を照明する道路灯の光源、さらには、道路照明以外の用途の照明器具にも好適に用いることができる。
また例えば、LEDユニット1の反射鏡4は、第1光軸形成反射面30、31、32、及び第2光軸形成反射面40、41、42の全ての反射面を備える必要はなく、発光部10の光軸Fと異なる方向に光度軸を配する配光が得られる構成であれば、これらのうちの少なくとも1つの反射面を有すれば良い。
また例えば、本発明に係る発光素子ユニットは、LEDチップ8に代えて有機ELなどの任意の発光素子を用いて構成することができる。
4 反射鏡
6 LED基板
8 LEDチップ(発光素子)
10 発光部
15 上反射板
16 下反射板
17 左反射板
18 右反射板
30、31、32 第1光軸形成反射面
40、41、42 第2光軸形成反射面
22A 第1光度軸形成補助反射面
22B 第2光度軸形成補助反射面
23、24、25 輪郭線
48 回転放物面の底部
50 トンネル照明器具(照明器具)
58 照射範囲
F 光軸
H1、H2、H3、Ha、Hb 回転放物面
K1、K2 光度軸(中心光軸)
O 基点
α1、α2 鉛直角
Claims (6)
- 複数の発光素子を含む面状光源と、
前記面状光源を挟んで対面配置される上反射板、及び下反射板と、を備え、
前記面状光源の直射光と、前記上反射板、及び前記下反射板による反射光とで、前記上反射板、及び前記下反射板が対面する第1方向と直交する第2方向に延びる照射領域を照射し、
前記上反射板、及び前記下反射板の反射面は、
前記面状光源の光軸の基点を挟んだ2つの方向に設定された回転放物面の一部であり、
前記回転放物面のそれぞれは、
前記面状光源の光軸の基点から当該光軸と異なる方向に延びる軸を中心光軸とし、かつ、平面視において前記回転放物面の底部が前記面状光源の発光面を横断している
ことを特徴とする発光素子ユニット。 - 前記上反射板、及び前記下反射板の反射面の焦点を前記面状光源の発光部の中心に合わせたことを特徴とする請求項1に記載の発光素子ユニット。
- 前記上反射板、及び前記下反射板の反射面は、
前記中心光軸を同じくしつつ、大きさが異なる複数の前記回転放物面を含む
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の発光素子ユニット。 - 前記第2方向において前記面状光源を挟んで配置され、前記面状光源から入射する光を前記第2方向の前記面状光源の側に反射する補助反射面を有し、
前記補助反射面のそれぞれは、
前記第2方向に延びる軸を中心光軸とした回転放物面の一部から成る
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の発光素子ユニット。 - 請求項1〜4のいずれかに記載の発光素子ユニットを光源に備えたことを特徴とする照明器具。
- 前記面状光源からみて前記第2方向の両側のそれぞれに設定された前記回転放物面の中心光軸の鉛直角を異ならせ、それぞれの中心光軸による光度ピーク値に差を持たせたことを特徴とする請求項5に記載の照明器具。
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