JPWO2012077274A1 - 照明装置 - Google Patents

Abstract

固体発光素子（１１１）が、同一平面内に複数個配置され、かつ、固体発光素子（１１１）の光軸が固体発光素子（１１１）が配置される平面に対して垂直な方向に沿って配置される面状光源（１０１）と、面状光源（１０１）から放射される光が隙間無く通過する大きさを有し、光が隙間無く通過する位置、かつ、中心が面状光源（１０１）の光軸と重なる位置に配置される開口（１２１）を備える遮蔽体（１０２）と、開口（１２１）を通過した光をスポットライトにするレンズ（１０３）とを備える。

Description

本願発明は、舞台装置やスタジオ、店頭ディスプレイなどに用いられるスポットライトを創出することのできる照明装置に関する。

従来、発熱の低減や消費電力の抑制を目的として、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の半導体を利用して発光する固体発光素子が複数個並べて配置されるものを光源とする照明装置がある。当該照明装置の構成は、従来のフィラメントを利用して発光する電球を光源とした照明装置の構成と類似しており、光源から放射された光を遮蔽体の開口に通過させ、遮蔽体の開口を通過した光をレンズにより集光してスポットライトとして放射する構成が採用されている（例えば、特許文献１参照。）。

このような照明装置では、複数の固体発光素子から放射される光が遮蔽体の開口で重なりあうため、配光むらが軽減することが可能となる。

特開２００９−４２７６号公報

ところが、上記光源を利用した照明装置は、全体的に色むらが低減されたスポットライトを創出することは可能なものの、スポットライトの中心部と周縁部との間で色むらが現れるため、外縁形状がくっきりとしたスポットライトを看取させることができる照明装置とすることが困難であった。

そこで、本願発明者らは、点光源を複数備えた照明装置により創出されたスポットライトの色むらを軽減すべく鋭意実験と研究を重ねた結果、複数の光源が配置されている領域と遮蔽体の開口の面積の関係や位置関係、遮蔽体の開口と光源との距離関係など、各構成の良好な位置関係を見いだすに至った。

本願発明は、上記知見に基づきなされたものであり、スポットライトの中心部と周縁部との間の色むらを可及的に抑えてくっきりとした印象を与えることのできるスポットライトを創出することのできる照明装置の提供を目的としている。

上記目的を達成するために、本願発明にかかる照明装置は、半導体を利用して発光する固体発光素子が、同一平面内に複数個配置され、かつ、前記固体発光素子の光軸が前記固体発光素子が配置される平面に対して垂直な方向に沿って配置される面状光源と、前記面状光源から放射される光が隙間無く通過する大きさを有し、前記光が隙間無く通過する位置、かつ、中心が前記面状光源の光軸と重なる位置に配置される開口を備える遮蔽体と、前記開口を通過した光をスポットライトにするレンズとを備えることを特徴としている。

これによれば、スポットライトの中心部と周縁部との間の色むらを可及的に抑えることが可能となる。従って、スポットライトが照射される部分を看取する看者に対し、明瞭でくっきりとした印象を与えることが可能なスポットライトを照射することができる。

前記開口の中心から仮想的に前記面状光源の光軸に沿って到達する前記面状光源上の点から前記固体発光素子が配置される領域である配置領域の端縁までの距離の内の最も短い距離を最短距離とした場合、前記開口の中心から開口端までの距離のうちもっとも長い距離である開口長は、前記最短距離の０．５倍以上、０．８倍以下の範囲にあるものでもよい。

以上のような開口長となる開口を有した遮蔽体とすれば、スポットライトの中心部と周縁部との間の色むらを押さえつつ、十分な光量を確保したスポットライトを照射する照明装置とすることが可能となる。

さらに、前記面状光源と前記遮蔽体との間に、前記面状光源を挟んで前記面状光源の光軸に対して対象に配置され、前記面状光源から放射された光を反射して前記開口に向かわせるリフレクタを備えてもよい。

これによれば、スポットライトの中心と周縁部との間の色むらの発生を抑制しつつ、低消費電力でも高い光量を確保することが可能となる。

本願発明によれば、中心部と周縁部との間の色むらが可及的に抑制されたスポットライトを創出することが可能となる。

図１は、内部構造を示すため照明装置を断面で示す平面図である。 図２は、照明装置の外観を示す斜示図である。 図３は、面状光源を発光方向から示す平面図である。 図４は、開口と面状光源との関係を断面で示す平面図である。 図５は、光源の配置領域と開口との関係を示すために配置領域と開口とを仮想的に同一平面に並べて模式的に示す図である。 図６は、最短距離を一定とした場合の、開口の半径と色ずれ量（色むらの大きさ）との関係を示すグラフである。 図７は、最短距離を一定とした場合の、開口の半径と光利用率との関係を示すグラフである。

次に、本願発明に係る照明装置の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態は、本願発明に係る照明装置の一例を示したものに過ぎない。従って本願発明は、以下の実施の形態を参考に請求の範囲の文言によって範囲が画定されるものであり、以下の実施の形態のみに限定されるものではない。

図１は、内部構造を示すため照明装置を断面で示す平面図である。

図２は、照明装置の外観を示す斜示図である。

これらの図に示すように、照明装置１００は、面状光源１０１と、遮蔽板１０２と、レンズ１０３とを備えている。照明装置１００はさらに、リフレクタ１０４と筐体１０５とを備えている。

図３は、面状光源を発光方向から示す平面図である。

面状光源１０１は、半導体を利用して発光する固体発光素子１１１が、平面内（図中ＹＺ平面内）に複数個配置されたものである。

固体発光素子１１１は、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）や有機ＥＬ素子などを挙示することができる。具体的に例えば、固体発光素子１１１としては、例えば青色光を発光する青色ＬＥＤチップ等が用いられる。青色ＬＥＤチップとしては、ＩｎＧａＮ系の材料によって構成された、中心波長が４５０［ｎｍ］〜４７０［ｎｍ］の窒化ガリウム系の半導体固体発光素子等を用いることができる。また、前記固体発光素子１１１として、有機ＥＬを用いることも可能である。例えば、赤色光を発光するリン光ドーパントのビス（１−フェニルイソキノリン）イリジウムアセチルアセトネート［ｐｑ２Ｉｒ（ａｃａｃ）］系発光層、緑色光を発光するトリス（２−フェニルピリジナート）イリジウム（III）系発光層、青色光を発光するターシャリーブチルホスフィン（ＴＢＰ）系発光層からなる３色発光方式の有機ＥＬにて構成することができる。

本実施の形態の場合、面状光源１０１は、複数の発光モジュール１１０をマトリクス状に並べた状態で備えている。発光モジュール１１０は、基板１１３と、基板１１３の表面にマトリクス状に取り付けられる複数個の固体発光素子１１１と、固体発光素子１１１の基板１１３と反対側（光が放射される側）に設けられる蛍光体含有部材１１２とを備えている。また、複数の固体発光素子１１１が曲面上ではなく同一平面上に配置されるように発光モジュール１１０が配置されている。

このように面状光源１０１を複数の発光モジュール１１０で構成することで、例えば家庭用の照明に用いられるような汎用性のある発光モジュール１１０を利用して大きな光量のスポットライトを創出することが可能となる。また、平面である基板１１３の表面に実装された発光モジュール１１０を用いることで、発光モジュール１１０自体の構造を簡略化でき面状光源１０１の生産が容易かつ低コストとなる。

蛍光体含有部材１１２は、単一色で発光する固体発光素子１１１からの光の一部を蛍光体に吸収させると共に、異なる波長の光を蛍光体から発生させ、固体発光素子１１１からの光と前記蛍光体からの光を混ぜ合わせて外部に放射することにより、白色光など照明に適用しうる色を放射する部材である。蛍光体含有部材１１２は、透明、又は、半透明の樹脂に蛍光体が分散した状態で存在するものである。また、蛍光体含有部材１１２は、固体発光素子１１１を封止する機能を備えており、固体発光素子１１１を空気や湿気から保護する。なお、固体発光素子１１１を被覆するための封止部材と蛍光体含有部材１１２とを別体としてもよく、これらの材料は、樹脂に限定されるものではない。例えば、チップ封止用として知られている、ガラスのような透明性材料であってもよい。

また、蛍光体含有部材１１２に含まれる蛍光体は、微粒子等からなる光波長変換体である。蛍光体は例えば、固体発光素子１１１が青色ＬＥＤである場合、白色光を得るために、黄色蛍光体の微粒子が好適に用いられる。この黄色蛍光体としては、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）系蛍光体材料、やシリケート系蛍光体材料などが例示できる。また、前記蛍光体を分散状に担持する樹脂としては、シリコーン樹脂を例示することができる。

基板１１３は、固体発光素子１１１が表面に取り付けられる矩形板状の部材である。例えば基板１１３は、酸化アルミニウム等のセラミック基板で構成される。なお基板１１３の材質は限定されるものではなく、絶縁性を備える材料であれば、樹脂やガラス等でもかまわない。また、基板１１３は、剛体ばかりでなく、可撓性を備えたフレキシブル基板でもよい。

また面状光源１０１において固体発光素子１１１は、ＹＺ平面に対して垂直な軸（Ｘ軸）方向に光軸が沿うように配置されている。固体発光素子１１１のこのような配置により面状光源１０１全体としては、ＹＺ平面に対して垂直な軸（Ｘ軸）方向に沿い光軸が沿い、固体発光素子１１１の配置領域Ａの中央部を通る光軸を備える。

ここで、光軸とは放射される光の内、最も強い光の位置と光源の位置とを仮想的に結ぶ軸である。つまり、固体発光素子１１１の配向性を示す軸や面状光源１０１の配光性を示す軸が光軸となる。

また図１図２に示すように、面状光源１０１には放熱手段１１４が取り付けられている。これは、面状光源１０１が光を放射する際に発生する熱を空気中に放熱するものである。放熱手段１１４としては、例えば、面状光源１０１に接触する板部材に複数のフィンが設けられた放熱体と、該放熱体のフィンの間を通過する空気流を発生させ、フィンと空気との間の熱交換を効率よく行わせるファンとを備えた放熱手段１１４を例示できる。

図４は、開口と面状光源との関係を断面で示す平面図である。

遮蔽板１０２は、いわゆるアパーチャと称される板状の部材であり、面状光源１０１の複数の固体発光素子１１１からそれぞれ放射される光Ｌが隙間無く通過する大きさを有し、面状光源１０１から放射される光が隙間無く通過する位置、かつ、中心が面状光源１０１の光軸Ｂと重なる位置に配置される開口１２１を備える部材である。

以上のような開口１２１の大きさ、および、面状光源１０１と開口１２１との位置関係を採用することで、創出されるスポットライトの色むらの発生を抑制することが可能となる。特に本実施の形態のように並べられた複数の発光モジュール１１０で構成される面状光源１０１の場合、一の発光モジュール１１０と隣接する他の発光モジュール１１０との間に大きな非発光部分が発生するが、開口１２１に隙間無く光Ｌを通過させる大きさ及び位置関係とすることにより、スポットライトの色むらを抑制することが可能となる。

遮蔽板１０２は、薄い板状の部材であり、厚さ方向に貫通する孔である開口１２１が設けられている。また、遮蔽板１０２の少なくとも面状光源１０１側の面には反射を極力抑えた加工（つや消し黒色の塗装や、黒色のメッキなど）が施されている。また本実施の形態の場合、開口１２１は円形となっており、面状光源１０１と開口１２１とが平行となるように配置されている。

図５は、光源の配置領域と開口との関係を示すために配置領域と開口とを仮想的に同一平面に並べて模式的に示す図である。

同図に示すように、開口１２１の中心Ｃから仮想的に面状光源１０１の光軸Ｂに沿って到達する面状光源１０１上の点Ｐから固体発光素子１１１が配置される領域である配置領域Ａの端縁までの距離の内の最も短い距離を最短距離Ｄとした場合、開口１２１の中心から開口端までの距離のうちもっとも長い距離であるである開口長Ｒ（本実施の形態の場合は半径）は次式を満たすことが好ましい。

０．５Ｄ≦Ｒ≦０．８Ｄ

開口長Ｒを最短距離Ｄの０．８倍以下とするのは、図６のグラフで示すように、開口長Ｒが最短距離Ｄの０．８倍よりも長くなると、スポットライトの中心部と周縁部との間の色ずれ量が０．５（ａ．ｕ．）を超えて急激に悪化するためである。

ここで、周縁部において色ずれ量を評価した点は、中心部の照度と比較して照度が１／１０となる点とした。

また、色ずれ量とは、スポットライトの中心部の色を色ずれ量ゼロとしたときの、中心部と周縁部との間の色の変化量の絶対値（ケルビン）である。図６に示すグラフは、Ｒ／Ｄ＝１における中心部と周縁部の色ずれ量を１としたときの、各Ｒ／Ｄにおける色ずれ量を相対比較したものである。

開口長Ｒを最短距離Ｄの０．５倍以上とするのは、図７のグラフで示すように、開口長Ｒが最短距離Ｄの０．５倍より短くなると、光利用率が３０％以下となりスポットライトとして必要な光量を得ることができなくなるためである。

なお、図７に示すグラフは、Ｒ／Ｄ＝１において実際に面状光源１０１からレンズ１０３に取り込まれる光量(有効光束)を１としたときの、各Ｒ／Ｄにおける有効光束を相対比較したものである。

また、遠方に灯光させた領域の中心部と周縁部との間の色ずれ量が発生するのは、レンズ１０３がスポットライトとして遠方に灯光させるための仕様であり、面状光源１０１がランバーシアン配光をとるためである。すなわち、面状光源１０１で発光した青色から赤色に及ぶ色成分がレンズ１０３を通過したことで、レンズ１０３における青色から赤色成分の屈折率の違いがあり、灯光領域で中心部と周縁部との間の色ずれが原理的に発生する。ランバーシアン光源である面状光源１０１であれば色ずれがさらに大きくなる。この色ずれをスポットライトの中心部と周縁部との間で０．５（ａ．ｕ．）以下に抑えるために、ランバーシアン光源の面状光源１０１とレンズ１０３の間に遮蔽体１０２を配置して、レンズ１０３に入射される前に面状光源１０１の青色から赤色成分を一様に保てばよいこととなる。これはレンズの位置や大きさと関係なく起こり、上記０．５Ｄ≦Ｒ≦０．８Ｄの関係を満たせば、スポットライトの中心部と周縁部との間の色ずれ量を０．５（ａ．ｕ．）以下に抑えることができる。

レンズ１０３は、開口１２１を通過した光、つまり開口１２１を疑似光源として放射される光をスポットライトにするものである。本実施の形態の場合、照明装置１００は、スポットライト創出用のレンズ１０３の他、レンズ１０３と開口１２１との間に第二レンズ１３１とを備えている。第二レンズ１３１は、複数の固体発光素子１１１のそれぞれから放射される光をぼやけさせる（拡散させる）ことで第二レンズ１３１を通過させた後の光を均一化（粒々感の抑制）する機能を担っている。従って、レンズ１０３は、第二レンズ１３１によって均一化された光でスポットライトを作り出すこととなる。レンズ１０３や第二レンズ１３１の材質は、特に限定されるものではないが、アクリル、ポリカーボネイトなどの樹脂で形成されるレンズを採用することにより照明装置１００の軽量化を図ることが可能となる。また、レンズ１０３、第二レンズ１３１の光軸が開口１２１の中心を通過する面状光源１０１の光軸と一致するように、レンズ１０３と第二レンズ１３１とは筐体１０５に取り付けられている。

リフレクタ１０４は、面状光源１０１と遮蔽板１０２との間に、面状光源１０１を挟んで面状光源１０１の光軸Ｂに対して対象に配置され、面状光源１０１から放射された光を反射して開口１２１に向かわせるための部材である。

本実施の形態の場合、リフレクタ１０４は、面状光源１０１の外縁に沿って面状光源１０１を囲むように配置される４枚の平板状の部材で形成され、相互に対向する面は、鏡面処理が施されている。また、リフレクタ１０４は、面状光源１０１から遮蔽板１０２に至るまでの間を覆うように配置されており、リフレクタ１０４の端部の内方に収容された面状光源１０１の各固体発光素子１１１からの光を遮蔽板１０２の開口１２１に導光するものとなっている。

このように、本実施形態の照明装置１００によれば、リフレクタ１０４内に面状光源１０１を収容しているので、各固体発光素子１１１から放射される光のうち、開口１２１に直接到達しない光をリフレクタ１０４内で一段または多段反射させて開口１２１に導光することができる。これにより、開口１２１を通過する光の量が増えて照明装置１００の照射効率を向上させることが可能となる。

なお、リフレクタ１０４は、本実施の形態のように面状光源１０１の周囲をすべて囲う必要はなく、対向する２枚の板状の鏡としても照射効率の向上を図ることが可能となる。また、面状光源１０１の外形に沿う必要はなく、配置領域Ａが矩形であっても、円筒形のリフレクタ１０４としても良い。また、リフレクタ１０４は、光を正反射するものばかりでなく、乱反射するものでもかまわない。

筐体１０５は、面状光源１０１と遮蔽板１０２とレンズ１０３とを収容することができる空洞の部材である。本実施の形態の場合、筐体１０５は、断面が矩形の角筒状であり、面状光源１０１が配置される端部は放熱手段１１４等により閉鎖され、他端はスポットライトを照射するための光取出孔１５１が設けられている。筐体１０５は、つや消し黒色の塗装がなされた金属又は樹脂により形成されることが好ましい。

以上のような照明装置１００とすることにより、面状光源１０１から放射された光が開口１２１を隙間無く通過するため、レンズ１０３を介して照射されるスポットライトは、色むらの発生が可及的に抑制され、輪郭がはっきりと看取できるものとなる。

さらに、要すればリフレクタ１０４を設けることで、色むらの発生が抑制されたスポットライトの照度を向上させることが可能となる。

なお、本願発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本願発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本願発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本願発明に含まれる。

例えば、複数の発光モジュール１１０を備えた面状光源１０１ばかりでなく、１枚の基板に複数の固体発光素子１１１が取り付けられた面状光源１０１でもかまわない。また、固体発光素子１１１が配置される配置領域Ａは、正方形に限定されるわけではなく、円形など任意の形であってもかまわない。

また、照明装置１００は、面状光源１０１を発光させるための駆動回路を備えていてもかまわない。

本願発明にかかる照明装置は、舞台やテレビスタジオに用いられるいわゆるスポットライトや、建造物をライトアップするための装置、店頭ディスプレイ用の装置等として利用可能である。

１００ 照明装置
１０１ 面状光源
１０２ 遮蔽体
１０３ レンズ
１０４ リフレクタ
１０５ 筐体
１１０ 発光モジュール
１１１ 固体発光素子
１１２ 蛍光体含有部材
１１３ 基板
１１４ 放熱手段
１２１ 開口
１３１ 第二レンズ
１５１ 取出孔
Ａ 配置領域
Ｂ 面状光源の光軸
Ｃ 開口の中心
Ｄ 最短距離
Ｒ 開口長

Claims (3)

1. 半導体を利用して発光する固体発光素子が、同一平面内に複数個配置され、かつ、前記固体発光素子の光軸が前記固体発光素子が配置される平面に対して垂直な方向に沿って配置される面状光源と、
   前記面状光源から放射される光が隙間無く通過する大きさを有し、前記光が隙間無く通過する位置、かつ、中心が前記面状光源の光軸と重なる位置に配置される開口を備える遮蔽体と、
   前記開口を通過した光をスポットライトにするレンズと
   を備える照明装置。
2. 前記開口の中心から仮想的に前記面状光源の光軸に沿って到達する前記面状光源上の点から前記固体発光素子が配置される領域である配置領域の端縁までの距離の内の最も短い距離を最短距離とした場合、前記開口の中心から開口端までの距離のうちもっとも長い距離である開口長は、前記最短距離の０．５倍以上、０．８倍以下の範囲にある
   請求項１に記載の照明装置。
3. さらに、
   前記面状光源と前記遮蔽体との間に、前記面状光源を挟んで前記面状光源の光軸に対して対象に配置され、前記面状光源から放射された光を反射して前記開口に向かわせるリフレクタ
   を備える請求項１に記載の照明装置。

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