JP6327913B2 - Ｌｅｄ照明装置 - Google Patents

Description

本発明は棒状の導光体の一端にＬＥＤ光源を取り付け、この導光体の側面から光を放射させるＬＥＤ照明装置に関する。

棒状の導光体の一端に光源を取り付け、この導光体の側面から光を放射させる照明装置は古くから知られている。とくに最近では光源をＬＥＤとするものが現れてきた。例えば特許文献１の図１には棒状の導光部材（導光体）の第１端部に光源を配置した照明装置が示されている。そこで特許文献１の図1を図５に再掲示し、その照明装置の構造と作用を説明する。

図５は、従来の照明装置１の全体構成図であり、図５（ａ）が概略図、図５（ｂ）が光源モジュール２および導光部材３の断面図である。図５に示すように、照明装置１は、発光素子２ａ（ＬＥＤ光源）を備えた光源モジュール２と、光源モジュール２の出射光を伝搬するための導光部材３と、外部電源へ接続する口金４とを備えている。発光素子２ａ上に存在する導光部材３は、第１端部３ａが発光素子２ａと対向し、第２端部３ｂが光機能面６を備え、さらに側面３ｃが光取り出し構造５を備えている。

発光素子２ａを発し第１端部３ａに入射し上方へ向かう光は、導光部材３の内部を伝搬し、光機能面６で一部の光が透過し、残りの光が反射する。この反射して側面３ｃに達する光、及び第１端部３ａから入射し直接的に側面３ｃに達する光は、光取り出し構造５により導光部材３の外部側方に出射する。以上のようにして照明装置１では白熱電球を模した広い配光分が得られる。

特開２０１２−１４６４５０号公報 （図１）

フィラメントを備えた電球のなかには、グローブ内にフィラメントを引き回し、フィラメントの発光を装飾的に演出したものがある。この電球を模すため図５に示された照明装置１の導光部材３を長く伸ばすと、発光素子２ａを発し導光部材３に入射した光のほとんどは発光素子２ａ近傍の光取り出し構造５に当たってしまう。このため導光部材３の外部に出射してしまい、導光部材３の先端部が暗くなってしまう。すなわち図５に示された照明装置１は、一般的な白熱電球の配光を模すことができるとしても、フィラメントを装飾的に発光させる電球を模すことができない。

そこで本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、細長い棒状の導光体の一端にＬＥＤ光源を取り付けても、この導光体が所望の位置から先端部までバランスよく発光できるＬＥＤ照明装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明のＬＥＤ照明装置は、棒状の導光体と、前記導光体の後端に配置されたＬＥＤ光源とを備えたＬＥＤ照明装置において、前記導光体は、後端部と中間部と先端部を備え、前記後端部は、プリズムのない筒状の側面を備え、前記中間部は、円環状の溝からなる複数の第１プリズムを備え、前記第１プリズムは、前記導光体の光軸に対し傾斜するプリズム第１面と、前記光軸に対し略垂直なプリズム第２面を備え、一の第１プリズムと前記一の第１プリズムに隣接する他の第１プリズムとの間に前記光軸と略平行な導光面を有し、前記先端部は、円環状の稜線を有する複数の第２プリズムを備え、前記稜線は、前記光軸との距離が先端に近づくにしたがって小さくなり、前記第２プリズムは、先端側に、前記導光体の光軸に対し傾斜するプリズム第１面を備え、後端側に、前記光軸に対し略垂直なプリズム第２面を備え、一の第２プリズムに含まれる前記プリズム第１面は、前記先端側に配置された他の第２プリズムに含まれるプリズム第２面と接し、前記一の第２プリズムに含まれる前記プリズム第２面は、前記後端側に配置された他の第２プリズムに含まれるプリズム第１面と接し、前記一の第２プリズムに含まれる前記プリズム第１面と前記プリズム第２面との接続部は、前記稜線を構成することを特徴とする。

導光体のＬＥＤ光源に近い部分では、導光体を導光されながらプリズム第１面から出射する光のうちの多くの成分が、プリズム第２面から導光体内に再び入射する。この光は他のプリズム第１面で反射し導光体の外部に出射しやすく、導光体の光軸に対し垂直に近い角度で広がる。導光体の先端部に達した光は内部反射を繰り返した後プリズム第２面から出射する成分が現れる。このようにして細長い棒状の導光体において、ＬＥＤ光源に近い部分から先端部にかけてバランスよく発光する。

前記中間部において、前記導光面の前記光軸方向の長さは、前記導光体の前記先端に向かって短くなっても良い。

導光体の先端に近づくほど導光体内を伝搬する光は減少する。そこで複数の導光面について光軸方向の長さをだんだんと短くし、単位長さあたりのプリズム密度を高めることにより導光体の側面から光が出射しやすくなるので、導光体からよりいっそうバランスよく光を出射させることができる。

前述のように先端に近づくほど導光体内を伝搬してくる光が減少する中で、プリズムの谷の直径を細くすると、導光体内を伝搬してきた光がプリズムに当たりやすくなり、その部分の発光量が増加する。

前記導光体が先端部と中間部と後端部を有し、前記導光面が前記導光体の前記中間部にのみ存在しても良い。

前述のように導光体の先端に近づくほど導光体内を伝搬する光は減少する。このなかで導光体の中間部にのみ導光面を存在させ、先端部には導光面を存在させないようにすれば、中間部では単位長さあたりのプリズム数が少なく、先端部では単位長さあたりのプリズム数が多くなる。このため、中間部における導光体の発光を抑えながら、先端部における導光体の発光を増加させることが可能となる。

前記後端部は、前記先端に向かって太くなっても良い。

以上のように本発明のＬＥＤ照明装置は、棒状の導光体の側面に形成された管状の溝からなるプリズムにより、導光体のＬＥＤ光源に近い部分から先端部にかけてバランス良く発光させることができる。

本発明の実施形態として示すＬＥＤ照明装置の斜視図である。 図１に示すＬＥＤ照明装置の断面図である。 図１に示すＬＥＤ照明装置に含まれる導光体の要部断面図である。 図１に示すＬＥＤ照明装置に含まれる導光体の説明図である。 従来のＬＥＤ照明装置の説明図である。

以下、添付図１〜４を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお図面の説明において、同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また説明のため部材の縮尺は適宜変更している。

まず図１により本発明の実施形態として示すＬＥＤ照明装置１０の外観について説明する。図１はＬＥＤ照明装置１０の斜視図である。棒状の導光体１１の下端には台座部１２があり、台座部１２からリードフレーム１３が突出している。

次に図２によりさらに詳しくＬＥＤ照明装置１０の構造について説明する。図２はＬＥＤ照明装置１０の中心軸｛光軸４１（図４参照）｝を通るようして描いたＬＥＤ照明装置１０の断面図である。導光体１１の先端部２１は、先端に向かってだんだん細くなっており、プリズム３０｛図３（ｃ）参照｝が細かいピッチで配列したプリズム群２４が形成されている。導光体１１の中間部２２は太さが一定で、小型のプリズム３０が粗いピッチで配列したプリズム群２５が形成されている。なお中間部２２では導光体１１の先端に向うにしたがってプリズム３０のサイズが大きくなる一方でプリズム３０のピッチが小さくなる。

導光体１１の後端部２３は先端に向かって太くなっており、プリズムは存在しない。台座部１２の底部(図では右側端部)は空洞が穿たれ、そこにＬＥＤ光源１４が配置されている。リードフレーム１３は一部が台座部１２に埋め込まれ、残りが突出している。この台座部１２は導光体１１と一体的に成型したものであり、台座部１２に配置されたリードフレーム１３は成型時にインサート成型されたものである。リードフレーム１３は半田付けにより導光体１１を基板(図示せず)に固定するものである。

次に図３により導光体１１内を伝搬する光について説明する。図３は導光体１１の要部断面図であり、図３（ａ）は導光体１１の後端部２３、図３（ｂ）は中間部２２、図３（ｃ）は先端部２１を示している。

図３（ａ）に示すように、後端部２３において導光体１１の側面はプリズムがなく導光面３３のみになっている。このため図の下から伝搬してきた光線Ｌ１は、導光体１１の側面から出射せず、全反射しながら導光体１１の中を進む。なお後端部２３では全反射が起きやすいように図の上方に向って径が大きくなっている。

図３（ｂ）に示すように、中間部２２において導光体１１の側面にプリズム３０が形成されるようになる。プリズム３０は、円環状の溝からなり、導光体１１の光軸４１（図４参照）に対し傾斜するプリズム第１面３１と、光軸４１に対し略垂直なプリズム第２面３２を備えている。また中間部２２は、一のプリズム３０とこれに隣接する他のプリズム３０との間に、光軸４１と平行な導光面３３を有している。なお中間部２２では前述したように導光体１１の先端に近づくほどプリズム３０のサイズが大きくなる一方で、プリズム３０のピッチ（又は導光面３３の長さ）が小さくなるが、図３（ｂ）ではこれらの変化を表していない。

中間部２２では光の進行が図３（ａ）に示した後端部２３よりも複雑になる。例えば光線Ｌ２は、導光面３３で全反射した後、プリズム第1面３１からいったん外部に出射し、その直後にプリズム第２面３２から導光体１１の内部に再び入射し、さらに他のプリズム第１面３１で反射し他の導光面３３から外部に出射する。光線Ｌ３も同様にプリズム第1面３１からいったん外部に出射し、その直後にプリズム第２面３２から導光体１１の内部に再び入射し、最後に他のプリズム第１面３１で反射し他の導光面３３から外部に出射する。

以上のように中間部２２ではプリズム第１面３１から出射した光が、屈折してプリズム第２面３２から再入射し、次のプリズム第１面３１で全反射してから、光軸４１に対して約９０°の方向に出射するようになる。またＬＥＤ光源１４近傍の導光面３３の角度を光軸４１（図４参照）に対し−１０〜０°の範囲にしても良く、この角度を負にすることによってＬＥＤ光源１４から出射した光を光軸４１に平行な角度に近づけ、より先端まで光を到達しやすくし、発光に係る均一性を改善することが可能となる。

図３（ｃ）に示すように、導光体１１の先端部２１ではプリズム３０が細かいピッチで配列するようになる。先端部２１でもプリズム３０は、中間部２２と同様に円環状の溝からなり、導光体１１の光軸４１（図４参照）に対し傾斜するプリズム第１面３１と、光軸４１に対し略垂直なプリズム第２面３２を備えている。しかしながら先端部２１では一のプリズム３０とこれに隣接する他のプリズム３０との間に導光面３３｛（ｂ）参照｝はない。なお先端部２１でも導光体１１の先端に近づくほどプリズム３０のサイズが大きくなるが、図３（ｃ）ではこれらの変化を明示していない。また導光体１１の先端に近づくほどプリズム３０の谷の直径が細くなっている。

先端部２１でも光の進行が図３（ａ）に示した後端部２３よりも複雑になる。例えば光線Ｌ４は、プリズム第1面３１で反射してから他のプリズム第１面３１で反射し、最後にプリズム第２面３２から外部に出射する。光線Ｌ５は、プリズム第1面３１からいったん外部に出射し、その直後にプリズム第２面３２から導光体１１の内部に再び入射し、続いて他のプリズム第１面３１で反射し、さらに他のプリズム第１面３１で反射し、最後にプリズム第２面３２から外部に出射する。

以上のように先端部２１ではプリズム第１面３１で全反射した光が、逆側のプリズム第１面３１でさらに全反射し、プリズム第２面３２から屈折して、光軸４１(図４参照)とは逆方向に出射するようになる。また前述のように導光体１１は先端部２１においてＬＥＤ光源１４から離れるにつれてプリズム３０の谷の直径が細くなっていた。つまり導光体１１が細くなるにしたがってプリズム３０に光が当たりやすくするなるため、先端部において発光量が増加し配光分布がよりしっそう均一化する。

なお図３において光線Ｌ１〜５以外に棒状の導光体１１からは漏れ出す光があるが主要な成分でないため図示していない。

最後に図４によりプリズムの詳細な条件を説明する。図４はＬＥＤ照明装置１０(図１、２参照)に含まれる導光体１１の説明図であり、図４（ａ）は導光体１１の先端部２１、（ｂ）は中間部２２の断面を示している。なお中間部２２については光軸４１に対し片側のみを示している。ここで光軸４１とはＬＥＤ光源１４（図２参照）の発光部の中心に対し垂直な軸であり、ＬＥＤ照明装置１０では導光体１１の対称軸となっている。

図４（ａ）で示すように、先端部２１のプリズム第１面３１｛図３（ｃ）参照｝は光軸４１に対する角度θ１を５３．６６°としている。同様に先端部２１のプリズム第２面３２｛図３（ｃ）参照｝は光軸４１に対する角度θ２を９０°としている。これに対し図４（ｂ）で示すように中間部２２ではプリズム第１面３１｛図３（ｂ）参照｝の光軸４１に対する角度θ３を４５°、プリズム第２面３２｛図３（ｂ）参照｝の光軸４１に対する角度θ４を９０°としている。

ＬＥＤ照明装置１０ではプリズム３０のプリズム第１面３１及びプリズム第２面３２を先端部２１と中間部２２で固定した値に設定していた。また中間部２２における導光面３３は光軸に４１に平行であった。しかしなら本発明に係るＬＥＤ照明装置ではプリズム第
１面及びプリズム第２面、導光面の角度は一定の範囲で位置により任意に変えても良い。所望の特性にあわせ、プリズム第１面の角度は４０〜７０°、プリズム第２面の角度は９０〜１００、導光面の角度は−１０〜１０°の範囲で設定すれば良い。

ＬＥＤ照明装置１０では導光体１１は直線的な棒であった。しかしながら本発明に係るＬＥＤ照明装置に含まれる棒状の導光体は、直線的であることに限られず、先端に進むにつれ導光体の中心軸（光軸）がカーブしていても良い。このようにすることによりデザイン性の向上を図たり、所望の指向性を得たりすることができる。

１０…ＬＥＤ照明装置、
１１…導光体、
１２…台座部、
１３…リードフレーム、
１４…ＬＥＤ光源、
２１…先端部、
２２…中間部、
２３…後端部、
２４、２５…プリズム群、
３０…プリズム、
３１…プリズム第１面
３２…プリズム第２面、
３３…導光面、
４１…光軸、
Ｌ１〜５…光線、
θ１〜４…角度。

Claims (3)

1. 棒状の導光体と、前記導光体の後端に配置されたＬＥＤ光源とを備えたＬＥＤ照明装置において、
   前記導光体は、後端部と中間部と先端部を備え、
   前記後端部は、プリズムのない筒状の側面を備え、
   前記中間部は、円環状の溝からなる複数の第１プリズムを備え、
   前記第１プリズムは、前記導光体の光軸に対し傾斜するプリズム第１面と、前記光軸に対し略垂直なプリズム第２面を備え、
   一の第１プリズムと前記一の第１プリズムに隣接する他の第１プリズムとの間に前記光軸と略平行な導光面を有し、
   前記先端部は、円環状の稜線を有する複数の第２プリズムを備え、
   前記稜線は、前記光軸との距離が先端に近づくにしたがって小さくなり、
   前記第２プリズムは、先端側に、前記導光体の光軸に対し傾斜するプリズム第１面を備え、後端側に、前記光軸に対し略垂直なプリズム第２面を備え、
   一の第２プリズムに含まれる前記プリズム第１面は、前記先端側に配置された他の第２プリズムに含まれるプリズム第２面と接し、
   前記一の第２プリズムに含まれる前記プリズム第２面は、前記後端側に配置された他の第２プリズムに含まれるプリズム第１面と接し、
   前記一の第２プリズムに含まれる前記プリズム第１面と前記プリズム第２面との接続部は、前記稜線を構成する
   ことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
2. 前記中間部において、前記導光面の前記光軸方向の長さは、前記導光体の前記先端に向かって短くなることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
3. 前記後端部は、前記先端に向かって太くなることを特徴とする請求項１又は２に記載のＬＥＤ照明装置。

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