JP6281843B2

JP6281843B2 - 照明器具

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Publication number: JP6281843B2
Application number: JP2014086374A
Authority: JP
Inventors: 中野　貴之; 貴之中野
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-04-18
Filing date: 2014-04-18
Publication date: 2018-02-21
Anticipated expiration: 2034-04-18
Also published as: JP2015207405A

Description

本発明は、ＬＥＤを光源とする照明器具に関する。

ＬＥＤは、低電力で高輝度の発光が可能であり、しかも長寿命であることから、白熱灯や蛍光灯に代替する照明器具用の光源として注目されている。このようなＬＥＤを光源とする照明器具として、基板上に配置された複数のＬＥＤと、これらＬＥＤから出射された光の配光を制御するレンズ（光学部材）と、を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−１３４８９８号公報

しかしながら、上述したような照明器具では、照明器具を光照射面側から見たときに、ＬＥＤの直下位置における照射光輝度が高くなって輝度むらが発生することがある。また、ＬＥＤを、例えば、青色光を出射するＬＥＤチップと、このＬＥＤチップから出射された青色光を黄色光に変換する蛍光体と、により構成した場合には、青色光と黄色光との混色が不十分となって色むらが発生することがある。

本発明は、上記課題を解決するものであって、ＬＥＤ及び該ＬＥＤから出射された光の配光を制御する光学部材を備えた照明器具において、照明光の輝度むら及び色むらを低減することができる照明器具を提供することを目的とする。

本発明の照明器具は、光源及び該光源から出射された光の配光を制御する光学部材を備え、前記光学部材は、前記光源からの光が入射する入射面と、前記入射面から入射した光が出射する出射面と、を有し、前記入射面は、前記光源と相対する領域に設けられ該光源からの光を該光源の光軸方向に屈折する屈折プリズムと、前記屈折プリズムが設けられた領域以外の領域に設けられ前記光源からの光を前記光軸方向に全反射する全反射プリズムと、を有し、前記出射面は、前記屈折プリズム及び前記全反射プリズムにより配光された光を拡散する凹凸構造を有し、前記凹凸構造は、前記屈折プリズムと相対する領域に設けられた第１の凹凸構造と、前記全反射プリズムと相対する領域に設けられた第２の凹凸構造と、を有し、前記第１の凹凸構造の凹凸高さは、前記第２の凹凸構造の凹凸高さよりも高いことを特徴とする。

前記第１の凹凸構造は、前記光学部材を前記出射面側から見たときに、前記屈折プリズムが設けられた領域全体を覆っていることが好ましい。

前記第１の凹凸構造及び前記第２の凹凸構造は、前記光軸と前記出射面との交点を中心とした同心円上に配置され、一の同心円上に配置された前記第１の凹凸構造又は前記第２の凹凸構造と、前記一の同心円に隣接する同心円上に配置された前記第１の凹凸構造又は前記第２の凹凸構造とは、前記交点から見たときに互いに位相が異なるように配置されていることが好ましい。

本発明によれば、ＬＥＤからの光が光学部材に設けられた凹凸構造により拡散されて外部に出射するので、照明光の輝度むら及び色むらを低減することができる。

本発明の一実施形態に係る照明器具の分解斜視図。上記照明器具の側断面図。上記照明器具を構成する光学部材の側断面図。（ａ）（ｂ）は、図３の一点鎖線及び二点鎖線で囲んだ領域の拡大図。（ａ）は図３のＩ方向から見た上記光学部材の平面図、（ｂ）は（ａ）の中心部の拡大図。（ａ）は上記照明器具から照射される光の均斉度を示す図、（ｂ）は従来の照明器具から照射される光の均斉度を示す図。実施例に係る上記照明器具における凹凸構造の配置を示す平面図。上記実施形態の変形例に係る照明器具を構成する光学部材の側断面図。（ａ）（ｂ）は、上記実施形態の他の変形例に係る照明器具を構成する光学部材の側断面図。他の実施形態に係る照明器具を構成する光学部材及び光源の断面斜視図。

本発明の一実施形態に係る照明器具について図１乃至図７を参照して説明する。図１及び図２に示すように、照明器具１は、一面（図例では上面）を発光面とする円板状の発光部２と、発光部２の発光面を覆うように設けられた円板状の光学部材３と、を備える。光学部材３は、透光性材料、例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂又はガラスにより構成され、発光部２から出射された光の配光を制御する。また、照明器具１は、発光部２を下面側から支持する円板状の器具本体４と、光学部材３の周縁部を上面側から支持するドーナツ板状の光学部材カバー５と、を備える。器具本体４及び光学部材カバー５は、発光部２及び光学部材３を挟持した状態で互いに係合する。照明器具１は、例えば、天井Ｃ（図２参照）に埋設された筐体６（図２参照）に器具本体４がネジ止めされることで、床面に向かって光を照射するダウンライトとして用いられる。

発光部２は、光源となるＬＥＤ２１と、ＬＥＤ２１を搭載するＬＥＤパッケージ２２と、ＬＥＤパッケージ２２を実装するベースプレート２３と、ベースプレート２３を器具本体４に取り付けるためのＬＥＤホルダ２４と、を有する。ＬＥＤ２１は、青色光を出射する青色ＬＥＤチップと、この青色ＬＥＤチップを封止する封止材と、この封止材中に分散され青色光を黄色光に変換する蛍光体と、を有し、青色光と黄色光とを互いに混色させることで白色光を出射する。また、発光部２は、ＬＥＤホルダ２４に取り付けられＬＥＤ２１から出射された光を光学部材３の方に反射するリフレクタ２５と、ＬＥＤパッケージ２２に外部電源からの電力を供給するための給電部２６（図１参照）と、を有する。リフレクタ２５は、ＬＥＤ２１を取り囲むように配置され、光反射性に優れた材料、例えば、アルミニウムや白色樹脂により構成されている。

図３に示すように、光学部材３は、ＬＥＤ２１の光軸Ａｘに対して直交して設けられＬＥＤ２１からの光を配光制御する配光制御部３１と、配光制御部３１の周縁部から配光制御部３１と略直交してＬＥＤ２１の方に伸びる支持部３２と、を有する。配光制御部３１は、ＬＥＤ２１と相対してＬＥＤ２１からの光が入射する入射面３３と、入射面３３とは反対側に位置してＬＥＤ２１からの光が出射する出射面３４と、を有する。

入射面３３は、ＬＥＤ２１から出射された光の配光を制御するプリズム７を有する。プリズム７は、ＬＥＤ２１と相対する領域に設けられＬＥＤ２１からの光を屈折する屈折プリズム７１と、屈折プリズム７１が設けられた領域以外の領域に設けられＬＥＤ２１からの光を全反射する全反射プリズム７２と、を有する。屈折プリズム７１及び全反射プリズム７２は、それぞれ光軸Ａｘと入射面３３との交点Ｐを中心とした同心円上に設けられている。

出射面３４は、入射面３３から入射した光を拡散する凹凸構造８を有する。凹凸構造８は、図例では互いに隣接して設けられた凹部により構成され、屈折プリズム７１と相対する領域に設けられた第１の凹凸構造８１と、全反射プリズム７２と相対する領域に設けられた第２の凹凸構造８２と、を有する。第１の凹凸構造８１は、光学部材３を出射面３４側から見たときに屈折プリズム７１が設けられた領域全体を覆っている。第１の凹凸構造８１の凹凸高さは、第２の凹凸構造８２の凹凸高さよりも高くなるように構成されている。

図４（ａ）に示すように、屈折プリズム７１は、入射面３３から光学部材３の側方に向かって傾斜して掘り込み形成された傾斜面７１ａと、傾斜面７１ａの底部７１ｂから入射面３３に向かって光軸Ａｘと平行に伸びる平行面７１ｃと、を有する。傾斜面７１ａは、ＬＥＤ２１からの光（破線矢印で示す）を光軸Ａｘ方向に屈折する角度に構成されている。

図４（ｂ）に示すように、全反射プリズム７２は、入射面３３から光学部材３の側方に向かって傾斜して掘り込み形成された傾斜面７２ａと、傾斜面７２ａの底部７２ｂから入射面３３に向かって光軸Ａｘと平行に伸びる平行面７２ｃと、を有する。傾斜面７２ａは、屈折プリズム７１の傾斜面７１ａに比べて、傾斜がきつく且つ大きく構成されている。傾斜面７２ａは、ＬＥＤ２１から出射されて平行面７２ｃから入射した光（破線矢印で示す）を光軸Ａｘ方向に全反射する角度に構成されている。

図５（ａ）に示すように、第１の凹凸構造８１（ドットで示す）及び第２の凹凸構造８２は、それぞれ平面視において円形状に構成されている。第１の凹凸構造８１の半径は、第２の凹凸構造８２の半径よりも小さく、例えば、第１の凹凸構造８１及び第２の凹凸構造８２の半径は、それぞれ０．５ｍｍ及び０．７５ｍｍとされる。第１の凹凸構造８１及び第２の凹凸構造８２は、光軸Ａｘ（不図示）と出射面３４との交点Ｑを中心とする同心円上に配置されている。このとき、図５（ｂ）に示すように、一の同心円上に配置された第１の凹凸構造８１ａと、その同心円に隣接する同心円上に配置された第１の凹凸構造８１ｂとは、交点Ｑから見たときに互いに位相が異なるように配置されている。図例では、第１の凹凸構造８１ａ、８１ｂの間に位相差αが設けられている。なお、図例では第１の凹凸構造８１の配置しか示していないが、第２の凹凸構造８２も、第１の凹凸構造８１と同様に配置されている。

上記のように構成された照明器具１によれば、ＬＥＤ２１からの光が、光学部材３に設けられた凹凸構造８により拡散されて外部に出射する。そのため、図６（ａ）に示すように、照明器具１から照射される光は、図６（ｂ）に示すような凹凸構造８を有さない従来の照明器具から照射される光に比べて、輝度むら及び色むらの少ない光となる。

このとき、第１の凹凸構造８１の凹凸高さが、第２の凹凸構造８２の凹凸高さよりも高く構成されているので、第１の凹凸構造８１は、第２の凹凸構造８２に比べて高度にＬＥＤ２１からの光を拡散する。また、第１の凹凸構造８１が、光学部材３を出射面３４側から見たときに屈折プリズム７１が設けられた領域全体を覆っているので、出射光輝度が高くなるＬＥＤ２１の直下方向において、輝度むら及び色むらを効率良く低減することができる。

また、一の同心円上に配置された凹凸構造８と、その同心円に隣接する同心円上に配置された凹凸構造８との位相が異なるので、凹凸構造８間における出射光の周期的な干渉を防止して、輝度むら及び色むらを低減することができる。

次に、出射面３４における凹凸構造８の配置について具体的に説明する。以下の説明では、図７に示すように、上述した交点Ｑを原点とするｘｙ座標系において、各々の凹凸構造８の位置を中心座標（ｘ、ｙ）で示す。なお、図例では第１の凹凸構造８１しか示していないが、第２の凹凸構造８２の配置も、第１の凹凸構造８１の配置と同様に決定される。

（実施例１）
本実施例では、各々の凹凸構造８の中心座標（ｘ、ｙ）は、以下の数式（１）乃至（５）を満たす。
（数式１）
０＜Ｄ_ｎ＋１−Ｄ_ｎ≦２・ｄ
ここで、Ｄ_ｎは、原点からｎ周目の同心円の半径であり、ｄは、平面視における凹凸構造８の半径である。
（数式２）
０＜ｋ_ｎ＜２・Ｄ_ｎ・Π／ｄ
ここで、ｋ_ｎは、原点からｎ周目の同心円上に配置された凹凸構造８の数である。
（数式３）
θ_ｎ＝３６０／ｋ_ｎ
ここで、θ_ｎは、一つの同心円上において、一の凹凸構造８の中心と原点とを結ぶ線が、一の凹凸構造８に隣接する凹凸構造８の中心と原点とを結ぶ線と成す角度である。図７では、θ_２が例示されている。
（数式４）
ｘ＝Ｄ_ｎ・ｃｏｓ（θ_ｎ・Ａ_ｍ＋ｂ_ｎ）
ここで、Ａ_ｍは、初項１、項差１、末項ｋ_ｎの等差数列であり、ｂ_ｎは、凹凸構造８の中心部の位相である。
（数式５）
ｙ＝Ｄ_ｎ・ｓｉｎ（θ_ｎ・Ａ_ｍ＋ｂ_ｎ）

（実施例２）
本実施例では、各同心円上に６・ｎ個の凹凸構造８が配置され、各々の凹凸構造８の中心座標（ｘ、ｙ）は、以下の数式（６）乃至（８）を満たす。
（数式６）
θ_ｎ＝３６０／（６・ｎ）
（数式７）
ｘ＝√３ｄ・ｎ・ｃｏｓ（θ_ｎ・ｋ_ｍ＋ｂ_ｎ）
ここで、ｋ_ｍは、初項１、項差１、末項６・ｎの等差数列であり、ｂ_ｎは、凹凸構造８の中心部の位相であって、フィボナッチ数列、トリボナッチ数列、リュカ数列又は一様乱数のいずれかに従う。
（数式８）
ｙ＝√３ｄ・ｎ・ｓｉｎ（θ_ｎ・ｋ_ｍ＋ｂ_ｎ）

上記実施例１及び実施例２のように凹凸構造８の中心座標（ｘ、ｙ）を定義することで、凹凸構造８の位置決定を迅速に行って、照明器具１の設計容易化を図ることができる。

次に、上記実施形態の変形例に係る照明器具を構成する光学部材について図８を参照して説明する。光学部材３ａでは、第１の凹凸構造８１が、全反射プリズム７２と相対する領域まで延設されている。このようにすることで、光学部材３ａを出射面３４側から見たときに、第１の凹凸構造８１により屈折プリズム７１が設けられた領域を確実に覆うことができるので、ＬＥＤ２１の直下方向において輝度むら及び色むらを確実に低減することができる。

次に、上記実施形態の他の変形例に係る照明器具を構成する光学部材について図９（ａ）（ｂ）を参照して説明する。図９（ａ）に示すように、光学部材３ｂは、上述した光学部材３を基に、凹凸構造８を凸部により構成したものである。第１の凹凸構造８１の凹凸高さは、第２の凹凸構造８２の凹凸高さよりも高く構成されている。このようにしても、光学部材３と同様の効果を得ることができる。また、図９（ｂ）に示すように、光学部材３ｃは、上述した光学部材３ｂを基に、光学部材３ａと同様にして、全反射プリズム７２と相対する領域まで延設された第１の凹凸構造８１を有する。光学部材３ｃによれば、光学部材３ａと同様の効果を得ることができる。

次に、他の実施形態に係る照明器具について図１０を参照して説明する。本照明器具では、発光部２は、長尺な直管状に形成され、例えば、直管型ＬＥＤランプや直管型蛍光灯により構成される。また、光学部材３ｄは、出射面３４側から見たときに、発光部２に沿って伸びる長尺な矩形状に形成されている。凹凸構造８は、発光部２が伸びる方向に沿って直線状に配置されている。第１の凹凸構造８１は、出射面３４において発光部２と相対する領域に配置されている。第２の凹凸構造８２は、第１の凹凸構造８１に隣接し、且つ第１の凹凸構造８１が設けられていない領域を埋めるように配置されている。

本照明器具によれば、上述した照明器具１と同様の効果を与える平面視矩形状の照明器具を得ることができる。

なお、本発明に係る照明器具は、上記実施形態及びその変形例に限定されず種々の変形が可能である。例えば、凹凸構造は、皮革（鱗）模様、梨地模様、木目模様、岩目模様、砂目模様、布地模様、幾何学模様又はヘアライン模様により構成され、これらの模様が形成された透光性シートの貼着や同模様を与える透光性塗料の塗布により形成されてもよい。また、凹凸構造は、必ずしも第１の凹凸構造及び第２の凹凸構造の２種類から構成される必要は無く、１種類又は３種類以上のものから構成されていてもよい。

１照明器具
２１ＬＥＤ（光源）
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ光学部材
３３入射面
３４出射面
７１屈折プリズム
７２全反射プリズム
８凹凸構造
８１、８１ａ、８１ｂ第１の凹凸構造
８２第２の凹凸構造
ＡｘＬＥＤ（光源）の光軸
Ｑ光軸と出射面との交点

Claims

光源及び該光源から出射された光の配光を制御する光学部材を備えた照明器具であって、
前記光学部材は、前記光源からの光が入射する入射面と、前記入射面から入射した光が出射する出射面と、を有し、
前記入射面は、前記光源と相対する領域に設けられ該光源からの光を該光源の光軸方向に屈折する屈折プリズムと、前記屈折プリズムが設けられた領域以外の領域に設けられ前記光源からの光を前記光軸方向に全反射する全反射プリズムと、を有し、
前記出射面は、前記屈折プリズム及び前記全反射プリズムにより配光された光を拡散する凹凸構造を有し、
前記凹凸構造は、前記屈折プリズムと相対する領域に設けられた第１の凹凸構造と、前記全反射プリズムと相対する領域に設けられた第２の凹凸構造と、を有し、
前記第１の凹凸構造の凹凸高さは、前記第２の凹凸構造の凹凸高さよりも高いことを特徴とする照明器具。
前記第１の凹凸構造は、前記光学部材を前記出射面側から見たときに、前記屈折プリズムが設けられた領域全体を覆っていることを特徴とする請求項１に記載の照明器具。
前記第１の凹凸構造及び前記第２の凹凸構造は、前記光軸と前記出射面との交点を中心とした同心円上に配置され、
一の同心円上に配置された前記第１の凹凸構造又は前記第２の凹凸構造と、前記一の同心円に隣接する同心円上に配置された前記第１の凹凸構造又は前記第２の凹凸構造とは、前記交点から見たときに互いに位相が異なるように配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の照明器具。