JP6300147B2

JP6300147B2 - 照明装置

Info

Publication number: JP6300147B2
Application number: JP2014019887A
Authority: JP
Inventors: 恭平中村; 哲山内
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-02-05
Filing date: 2014-02-05
Publication date: 2018-03-28
Anticipated expiration: 2034-02-05
Also published as: JP2015149133A; CN204611662U

Description

本発明は、ＬＥＤを光源とする照明装置に関する。

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装置用の光源として注目されている。このようなＬＥＤを用いた照明装置として、円板状の筐体と、この筐体の中央に設けられＬＥＤに給電するための給電部と、この給電部を中心として円環状に配置された複数のＬＥＤと、を備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。ＬＥＤから出射された光は、各々のＬＥＤに対向して設けられたレンズにより配光制御された後、レンズの光出射面側に設けられた拡散カバーにより拡散されて外部に照射される。拡散カバーは、筐体の周縁部に設けられた拡散カバー取付部に取り付けられている。

特開２０１３−４８１６７号公報

しかしながら、上述したような照明装置では、装置の中央に給電部が配置され、また、装置の周縁部には拡散カバー取付部が配置されているので、装置の中央及び周縁部までＬＥＤを配置することができない。そのため、ＬＥＤから出射された光が、装置の中央及び周縁部まで行き届き難く、照明装置を光出射面側から見たときに装置の中央及び周縁部が暗くなって見栄えが悪い。

本発明は、上記課題を解決するものであって、ＬＥＤを光源とする照明装置において、ＬＥＤから出射された光を装置の中央及び周縁部まで行き届かせることができ、見栄えの良い照明装置を提供することを目的とする。

本発明の照明装置は、平板状の筐体と、前記筐体の一面に設けられた光源部と、前記光源部から出射された光の配光を制御する光学部材と、を備え、前記光源部は、複数のＬＥＤを有し、前記複数のＬＥＤは、それぞれの光軸が前記筐体の一面と直交するように配置され、前記光学部材は、前記複数のＬＥＤの各々に対して設けられた複数のレンズを有し、前記複数のレンズは、前記ＬＥＤを覆い該ＬＥＤからの光が入射するドーム状の入射面と、前記入射面から入射した光が伝搬する媒質部と、前記媒質部を伝搬された光が出射する出射面と、を有し、前記入射面は、前記ＬＥＤからの光を前記光軸に対する角度がより大きくなる方向に屈折し、前記出射面は、前記光軸と前記媒質部を伝搬する光の伝搬方向との成す角度を第１屈折角θ１とし、前記光軸と前記出射面から出射した光の伝搬方向との成す角度を第２屈折角θ２としたときに、θ２／θ１の値が、θ１の増加に伴って連続的に一旦増加したのち減少し、且つθ１が１０〜３０度の範囲において極大値よりも小さくなるような形状に構成されていることを特徴とする。

前記出射面は、前記θ２／θ１の値が１．１以上となるような形状に構成されていることが好ましい。

前記筐体は、その周縁部に前記光学部材側に折り曲げられ光を反射する反射部を有することが好ましい。

前記光学部材は、前記複数のレンズを互いに接続する接続部を更に有し、１つの部材として形成されていることが好ましい。

前記筐体は、その中央部に開口を有し、前記開口に前記複数のＬＥＤへの給電を制御する給電部が配置されていることが好ましい。

前記光学部材から出射された光を拡散する拡散カバーを更に備え、前記拡散カバーは、その中央部から周縁部に向かうにつれて前記筐体との距離が小さくなるような形状に構成されていることが好ましい。

前記拡散カバーは、その中央部に周縁部よりも高い光拡散性を有する高拡散部を有することが好ましい。

前記拡散カバーは、その外面又は内面に光を拡散する拡散層を有することが好ましい。

前記拡散層は、光を拡散する拡散剤を内含していることが好ましい。

前記拡散カバーが透光性樹脂により構成され、且つその内面に前記拡散層が設けられている場合に、前記拡散カバーは、その外面に微細な凹凸構造を有することが好ましい。

本発明によれば、ＬＥＤから出射された光が、レンズの正面方向（ＬＥＤの光軸方向）だけでなくレンズの側方にも多く出射するので、ＬＥＤから出射された光を装置の中央及び周縁部まで行き届かせて照明装置の見栄えを良くすることができる。

本発明の一実施形態に係る照明装置の分解斜視図。上記照明装置を構成するレンズの斜視図。図２のＩ−Ｉ線断面図。上記レンズにおける角度θ１、θ２の相互関係を示す図。上記レンズから出射される光の配光曲線を示す図。上記レンズの変形例の側断面図。上記レンズにおける角度θ１、θ２の相互関係を示す図。上記レンズから出射される光の配光曲線を示す図。上記照明装置の側断面図及びその一部拡大図。（ａ）は図９の破線で囲んだ領域の拡大図、（ｂ）は（ａ）の変形例を示す図。上記照明装置から照射される光の均斉度を示す図。従来の照明装置から照射される光の均斉度を示す図。他の実施形態に係る照明装置の分解斜視図。図１３のＩ−Ｉ線断面図。

本発明の一実施形態に係る照明装置について図１乃至図１１を参照して説明する。本照明装置は、住空間等の天井面に取り付けられるシーリングライトである。

図１に示すように、照明装置１は、円板状の筐体２と、筐体２の一面（実装面２１）に設けられた光源部３と、光源部３から出射された光の配光を制御する光学部材４と、光学部材４から出射された光を拡散する拡散カバー５と、を備える。筐体２は、その中央に開口２２を有し、開口２２には光源部３への給電を制御する給電部６が嵌め込まれている。

筐体２は、実装面２１とは反対側の取付面を介して天井面に取り付けられる。筐体２は、実装面２１の周縁部に拡散カバー５の取り付けに用いられる拡散カバー取付部２３を複数有する。実装面２１は、白色塗料の塗布又は光反射性金属材料の蒸着により、例えば、７５〜９５％の可視光反射性を有する。筐体２は、例えば、所定の剛性を有するアルミニウム板又は鋼板をプレス加工及び切削加工することで形成される。

光源部３は、複数のＬＥＤ３１と、これらＬＥＤ３１を実装する配線基板３２と、を有する。配線基板３２は、ドーナツ板状とされ、その中心が筐体２の中心と一致するようにして筐体２の実装面２１に取り付けられている。複数のＬＥＤ３１は、配線基板３２の実装面２１に取り付けられている面とは反対側の面に搭載され、筐体２の中心を中心とする４つの同心円上に配置されている。これらＬＥＤ３１は、それぞれの光軸が実装面２１と直交するようにして配置されている。ＬＥＤ３１は、例えば、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白色ＬＥＤとされる。配線基板３２は、ガラスエポキシ樹脂等の絶縁性材料により構成され、各々のＬＥＤ３１と接続された配線パターン（不図示）を有する。各々の配線パターンは、給電部６の点灯回路（後述参照）と接続されている。

光学部材４は、配線基板３２とほぼ同じ大きさのドーナツ板状とされ、光源部３のＬＥＤ３１を覆うように設けられている。光学部材４は、ＬＥＤ３１の各々に対向して設けられた複数のレンズ４１と、複数のレンズ４１を互いに接続する接続部４２と、を有し、１つの部材として構成されている。このように、光学部材４を１つの部材として構成することで、照明装置１の組み立てが容易になって組み立て効率を向上させることができる。光学部材４は、例えば、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂又はポリスチレン樹脂といった透光性及び電気絶縁性を有する樹脂により構成され、筐体２にネジ止めされる。

拡散カバー５は、筐体２とほぼ同じ直径を有し、光出射方向（図例では上方）に凸となった円形ドーム状とされている。拡散カバー５は、光学部材４を覆うように設けられ、その内周面に筐体２の拡散カバー取付部２３と係合する複数の係合部（不図示）を有する。これら係合部が拡散カバー取付部２３に係合することで、拡散カバー５は、筐体２に対して着脱可能に取り付けられる。

給電部６は、ＬＥＤ３１を点灯駆動するための点灯回路（不図示）を有し、給電コネクタ等を介して商用交流電源に接続されている。点灯回路は、商用交流電源からの交流電流を整流するためのトランス、コンデンサ及び制御用ＩＣ等を有し、ユーザの指示に応じて商用交流電源からＬＥＤ３１への給電を制御する。給電部６が筐体２の開口２２に嵌め込まれているので、このような開口を設けずに給電部６を筐体の取付面側に配置した場合に比べて、照明装置１を薄型化することができる。

図２及び図３に示すように、レンズ４１は、ＬＥＤ３１を覆いＬＥＤ３１からの光が入射するドーム状の入射面４３と、入射面４３から入射した光が伝搬する媒質部４４（図３参照）と、媒質部４４を伝搬された光が出射する出射面４５と、を有する。出射面４５は、更に、ＬＥＤ３１の光軸Ａｘと交差する箇所から所定範囲内に広がる第１出射面４６と、第１出射面４６の周囲に第１出射面４６と連続して設けられた第２出射面４７と、を有する。第１出射面４６は、ＬＥＤ３１側に少し凹んだ滑らかな曲面により構成され、第２出射面４７は、外方に膨らんだ滑らかな曲面により構成されている。

ＬＥＤ３１から出射した光（図３において破線矢印で示す）は、入射面４３がドーム状に構成されているので、入射面４３において光軸Ａｘに対する角度がより大きくなる方向に屈折される。ここで、光軸Ａｘと媒質部４４を伝搬する光の伝搬方向との成す角度を第１屈折角θ１とし、光軸Ａｘと出射面４５から出射した光の伝搬方向との成す角度を第２屈折角θ２とする。

図４に示すように、θ２／θ１の値は、θ１の増加に伴って一旦増加したのち減少するように構成され、図例では、θ１が略３３度のときに極大値（略１．７０）をとるように構成されている。θ２／θ１の値は、θ１が１０〜２０度の範囲では略１．６に維持され、θ１が２０〜３０度の範囲では略１．７０（極大値）となるまで漸増し、θ１が３０〜７０度の範囲では略１となるまで漸減する。なお、θ１が１０度以下の範囲でθ２／θ１の値が安定しないのは、θ１が小さい場合には、θ２／θ１の値がθ１の測定誤差の影響を大きく受けるためである。

上記のようにレンズ４１を構成することで、例えば、θ１＝１０度の光はθ２＝略１６度（１０度ｘ１．６２）でレンズ４１から出射され、θ１＝２０度の光はθ２＝略３３度（２０度ｘ１．６３）でレンズ４１から出射される。同様にして、θ１＝３３度の光はθ２＝略５６度で出射され、θ１＝４０度の光はθ２＝略６６度で出射され、θ１＝５０度の光はθ２＝略７５度で出射され、θ１＝６０度の光はθ２＝略７２度で出射され、θ１＝７０度の光はθ２＝略７２度で出射される。

これにより、図５に示すように、レンズ４１から出射される光は、光軸Ａｘに対して略７５度の角度を隔てた方向に強く照射される。また、θ１が１０〜３０度の範囲においてθ２／θ１の値が極大値よりも小さくなるように構成されているので、レンズ４１から出射される光は、光軸Ａｘ方向にも所定量照射される。

上述したように、レンズ４１は、光軸Ａｘに対して７５度の方向に強い光を出射するので、レンズ４１を光軸Ａｘに対して斜めの方向（例えば、光軸Ａｘに対して６０度の方向）から見ると、レンズ４１の手前側が明るく奥側が暗く感じることがある。そこで、図６に示すように、レンズ４１の変形例であるレンズ４１ａでは、レンズ４１（形状を破線で示す）に比べて、第１出射面４６のＬＥＤ３１側への凹みが浅くなり、且つ第２出射面４７の外方への膨らみが小さくなっている。

図７に示すように、レンズ４１ａにおけるθ２／θ１の値（黒ダイヤで示す）は、レンズ４１におけるθ２／θ１の値（白四角で示す）に比べて、θ１＜３３度の範囲で小さく、θ１＞６０度の範囲で大きく且つ１．１以上となるように構成されている。θ１＜３３度の範囲でθ２／θ１の値を小さくすることで、レンズ４１に比べて、ＬＥＤ３１から光軸Ａｘ方向に出射された光の屈折度合が小さくなるので、レンズ４１ａから光軸Ａｘ方向に出射する光が増加する。また、θ１＞６０度の範囲でθ２／θ１の値を大きくすることで、レンズ４１に比べて、ＬＥＤ３１から側方に出射した光が大きく屈折され（例えば、θ１＝７０度の光はθ２＝略８４度で出射される）、レンズ４１ａの側方に出射する光が増加する。

これにより、図８に示すように、レンズ４１ａから出射する光（実線で示す）は、レンズ４１から出射する光（破線で示す）に比べて、より多く光軸Ａｘ方向に照射され、また、より光軸Ａｘに対して角度を隔てた方向に照射される。なお、本図では、理解を易しくするために、レンズ４１、４１ａの各々から出射する光の最大光度をそれぞれ１．０として描画している。このように、レンズ４１ａから照射される光は、レンズ４１から照射される光に比べて、より広い範囲に照射される。そのため、レンズ４１ａを照明装置１に組み込み、照明装置１の光照射面を光軸Ａｘに対して斜めの方向（例えば、光軸Ａｘに対して６０度の方向）から見た場合、レンズ４１を照明装置１に組み込んだときに比べて、照明装置１の奥側が暗くなり難い。

図９に示すように、筐体２は、その周縁部に光学部材４側に折り曲げられ光を反射する反射部２４を有する。反射部２４は、例えば、筐体２の一部を折り曲げ加工し、そこに白色塗料を塗布又は光反射性金属材料を蒸着することで形成される。反射部２４は、レンズ４１から照明装置１の側方に向けて出射された光（破線矢印で示す）を反射して拡散カバー５の方に向かわせる。これにより、照明装置１の周縁部における照射光輝度を増加させることができる。

また、拡散カバー５は、その中央部から周縁部に向かうにつれて筐体２との距離が小さくなるような形状に構成されている。図例では、拡散カバー５の中央部は、筐体２と略平行に形成された平坦部５１とされ、平坦部５１から周縁部にかけては、所定の角度で傾斜した傾斜部５２となっている。このようにすることで、レンズ４１から出射されて傾斜部５２に入射した光（部分拡大図において一点鎖線矢印で示す）の拡散カバー５と外界との界面５３への入射角θ３が小さくなるので、界面５３における光の全反射を抑制して光の取り出し効率を向上できる。なお、図９では断面ハッチングの図示を省略している。

図１０（ａ）に示すように、拡散カバー５は、透光性樹脂により構成された基材５４と、基材５４の外面（光出射面）に積層され光を拡散する拡散層５５と、を有する。基材５４は、例えば、アクリル樹脂やポリスチレン樹脂により構成され、拡散カバー５に機械的強度を与える。拡散層５５は、光を拡散する拡散剤５６を内含する塗装膜により構成されている。拡散剤５６は、例えば、粒子状二酸化チタン、粒子状二酸化ケイ素又は粒子状セラミックにより構成され、拡散カバー５の周縁部では疎に分散され、中央部では密に分散されている。拡散剤５６が密に分散された拡散カバー５の中央部は、周縁部よりも高い光拡散性を有する高拡散部５７となっており、図例では、平坦部５１が高拡散部５７となっている。このような高拡散部５７を設けることで、高拡散部５７に入射した光が拡散剤５６により拡散され、界面５３での光の全反射が抑制される。これにより、高拡散部５７から外部に出射する光が増加して、照明装置１の中央部における照射光輝度を増加させることができる。

基材５４を１．５ｍｍ厚の透明アクリル樹脂により構成し、その光出射面側に６μｍ厚の拡散層５５を設けた拡散カバー５は、例えば、波長５５５ｎｍの光に対して６７％の透過率及び６０％の拡散率を示す。一方、１．５ｍｍ厚のアクリル乳白パネルのみから成る一般的な拡散カバーは、例えば、波長５５５ｎｍの光に対して６１％の透過率及び６１％の拡散率を示す。この結果は、拡散カバー５によれば、一般的な拡散カバーに比べて、拡散率を低下させることなく透過率を向上させることができることを示している。

なお、図１０（ｂ）に示すように、拡散カバー５は、基材５４の内面（光入射面）に拡散層５５を有する構成とされてもよい。この場合には、透光性樹脂により構成された基材５４が外側に露出するので、透光性樹脂の光沢感が目立って照明装置１の見栄えが悪くなることがある。そこで、基材５４の外面に、微細な凹凸構造５８を設けることが好ましい。凹凸構造５８は、例えば、基材５４の外面にサンドブラスト処理を施すことで形成される。このような凹凸構造５８を設けることで、凹凸構造５８により光が乱反射されるので、ユーザが拡散カバー５を見たときに光沢感を感じ難くなり照明装置１の見栄えを良くすることができる。基材５４を１．５ｍｍ厚の透明アクリル樹脂により構成し、その光入射面側に６μｍ厚の拡散層５５を設けた拡散カバー５は、例えば、波長５５５ｎｍの光に対して７２％の透過率及び５３％の拡散率を示す。

照明装置１によれば、ＬＥＤ３１から出射された光が、レンズ４１（又は４１ａ）の正面方向（光軸Ａｘ方向）だけでなく、レンズ４１の入射面４３及び出射面４５で屈折されてレンズ４１の側方に多く照射される。これにより、ＬＥＤ３１からの光を装置中央及び周縁部まで行き届かせることができる。また、高拡散部５７及び反射部２４が設けられているので、照明装置１の中央及び周縁部における照射光輝度を増加させることができる。その結果、図１１に示すように、照明装置１は、図１２に示す従来の照明装置に比べて、より均一に光を照射することができ、照明装置１の見栄えが良くなる。

次に、他の実施形態に係る照明装置について図１３及び図１４を参照して説明する。照明装置１１は、照明装置１とは外形が異なり、平面視において矩形状とされる。

照明装置１１では、光源部３が平面視において矩形状とされ、図例では、矩形状の配線基板３２にＬＥＤ３１がマトリクス状に配置されている。また、光学部材４も、平面視において矩形状とされている。筐体２は、一面に開口を有する矩形の箱体とされ、その開口より光学部材４からの光が出射するように光源部３及び光学部材４を収容している。また、筐体２の内側面が、反射部２４となっている。拡散カバー５は、矩形平板状とされ、矩形の枠体５９により保持されている。これら筐体２、光源部３及び光学部材４は、ケース７に収容されている。ケース７は、その一面に開口を有する矩形の箱体とされ、開口より光学部材４からの光が出射するように筐体２、光源部３及び光学部材４を収容している。拡散カバー５は、枠体５９がケース７の開口に嵌め入れられることで、該開口を塞ぐようにしてケース７に取り付けられる。反射部２４から直近のＬＥＤ３１までの距離、ＬＥＤ３１間の距離、ＬＥＤ３１から拡散カバー５までの距離及び筐体２の底面から拡散カバー５までの距離は、例えば、それぞれ１２．１〜２９．２５ｍｍ、１５〜６０ｍｍ、３５．８ｍｍ及び３７．１ｍｍとされる。

上記のように構成された照明装置１１によれば、上述した照明装置１と同様の効果を与えることができる矩形状の照明装置が得られる。

なお、本発明に係る照明装置は、上記実施形態に限定されず種々の変形が可能である。例えば、筐体は、反射部を有さない構成とされてもよい。また、ＬＥＤを、例えば、昼光色の光を発するものと電球色の光を発するものの２種により構成し、これら２種のＬＥＤを互いに独立に調光制御して照射光の光色を調整することができる構成としてもよい。

１、１１照明装置
２筐体
２１実装面（筐体の一面）
２２（筐体の）開口
２４反射部
３光源部
３１ＬＥＤ
４光学部材
４１、４１ａレンズ
４２接続部
４３入射面
４４媒質部
４５出射面
５拡散カバー
５５拡散層
５６拡散剤
５７高拡散部
５８凹凸構造
６給電部
Ａｘ（ＬＥＤの）光軸
θ１第１屈折角
θ２第２屈折角

Claims

平板状の筐体と、前記筐体の一面に設けられた光源部と、前記光源部から出射された光の配光を制御する光学部材と、を備えた照明装置であって、
前記光源部は、複数のＬＥＤを有し、前記複数のＬＥＤは、それぞれの光軸が前記筐体の一面と直交するように配置され、
前記光学部材は、前記複数のＬＥＤの各々に対して設けられた複数のレンズを有し、
前記複数のレンズは、前記ＬＥＤを覆い該ＬＥＤからの光が入射するドーム状の入射面と、前記入射面から入射した光が伝搬する媒質部と、前記媒質部を伝搬された光が出射する出射面と、を有し、
前記入射面は、前記ＬＥＤからの光を前記光軸に対する角度がより大きくなる方向に屈折し、
前記出射面は、前記光軸と前記媒質部を伝搬する光の伝搬方向との成す角度を第１屈折角θ１とし、前記光軸と前記出射面から出射した光の伝搬方向との成す角度を第２屈折角θ２としたときに、θ２／θ１の値が、θ１の増加に伴って連続的に一旦増加したのち減少し、且つθ１が１０〜３０度の範囲において極大値よりも小さくなるような形状に構成されていることを特徴とする照明装置。
前記光学部材は、前記複数のレンズを互いに接続する接続部を更に有し、１つの部材として形成されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
前記筐体は、その周縁部に前記光学部材側に折り曲げられ光を反射する反射部を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の照明装置。
前記光学部材から出射された光を拡散する拡散カバーを更に備え、
前記拡散カバーは、その外面又は内面に光を拡散する拡散層を有することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の照明装置。
前記拡散層は、光を拡散する拡散剤を内含していることを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
前記拡散カバーが透光性樹脂により構成され、且つその内面に前記拡散層が設けられている場合に、前記拡散カバーは、その外面に微細な凹凸構造を有することを特徴とする請求項４又は請求項５に記載の照明装置。
前記拡散カバーは、その中央部から周縁部に向かうにつれて前記筐体との距離が小さくなるような形状に構成されていることを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれか一項に記載の照明装置。
前記拡散カバーは、その中央部に周縁部よりも高い光拡散性を有する高拡散部を有することを特徴とする請求項４乃至請求項７のいずれか一項に記載の照明装置。
前記出射面は、前記θ２／θ１の値が１．１以上となるような形状に構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の照明装置。
前記筐体は、その中央部に開口を有し、
前記開口に前記複数のＬＥＤへの給電を制御する給電部が配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の照明装置。