KR20150040197A - 조명장치 - Google Patents

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KR20150040197A
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나오토 도쿠하라
마사타카 시라츠치
마사토시 히로노
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    • F21Y2103/10—Elongate light sources, e.g. fluorescent tubes comprising a linear array of point-like light-generating elements

Abstract

소형이고 광 출력 효율이 좋은 조명장치를 제공한다.
조명장치(10)는 발광면(22)을 갖는 면광원(15), 발광면(22)에 대향하는 렌즈(13), 발광면(22)과 렌즈(13) 사이에 배치되는 반사체(17)를 구비한다. 반사체(17)는 렌즈(13) 측에서 보아 발광면(22)의 주위에 발광면(22)의 허상(27)을 형성한다. 반사체(17)는 쌍곡선의 회전 대칭 형상의 반사면(28)을 구비한다.

Description

조명장치{LIGHTING DEVICE}
본 발명은 면광원의 광을 렌즈로 투광하는 조명장치에 관한 것이다.
종래, 예를 들어 스튜디오나 무대 등에서 사용되는 스폿라이트에서는 광원 및 상기 광원의 광을 투광하는 렌즈를 구비하고 있고, 광원과 렌즈의 거리를 변화시킴으로써 조사광의 조사각을 조정할 수 있도록 구성되어 있다.
그러나, 조사광의 조사각을 작게 하기 위해 렌즈를 광원으로부터 멀리 한 경우에, 광원의 광이 렌즈에 들어가는 취입량이 감소되어, 광출력 효율이 저하되는 문제가 있다.
그래서, 렌즈의 직경을 크게 함으로써 렌즈로 취입하는 광원의 광을 많게 하는 것이 가능해지지만, 조명장치가 대형화된다.
또한, 광원과 렌즈 사이에 포물선의 회전 대칭 형상으로 형성된 반사체를 배치하고, 상기 반사체에서 광원의 광을 렌즈를 향하여 반사시킴으로써 렌즈로 취입하는 광원의 광을 많게 할 수 있다. 이 경우, 광원으로부터 떨어진 반사체의 말단 부근이 2차 광원이 되므로, 조사각을 작게 할 때에는 렌즈의 초점을 2차 광원 부근으로 이동시키기 않으면 안 되고, 광원으로부터 렌즈까지의 거리가 멀어져 조명장치가 대형화된다.
일본 공개특허공보 제2005-183402호
종래는 광출력 효율을 향상시키려고 하면, 조명장치가 대형화되는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 소형이고 광출력 효율이 좋은 조명장치를 제공하는 것이다.
실시형태의 조명장치는 발광면을 갖는 면광원, 발광면에 대향하는 렌즈, 발광면과 렌즈 사이에 배치되는 반사체를 구비한다. 반사체는 렌즈측에서 보아 발광면의 주위에 발광면의 허상을 형성한다.
본 발명에 따르면 렌즈측에서 보아 발광면의 주위에 발광면의 허상을 형성하는 반사체에 의해 면광원의 광을 렌즈가 효과적으로 취입할 수 있어, 소형이고 광출력 효율이 좋은 조명장치를 제공하는 것을 기대할 수 있다.
도 1은 일 실시형태를 도시한 조명장치의 측면도이다.
도 2는 동 조명장치의 반사체를 렌즈측에서 본 면광원의 발광면 및 반사체로 형성되는 발광면의 허상을 도시한 모식도이다.
도 3은 동 조명장치의 반사체의 기능의 설명도이다.
도 4는 동 조명장치의 조사광의 특성도이다.
도 5는 동 조명장치의 면광원에 사용되는 COB모듈의 각도 색차의 특성도이다.
이하, 일 실시형태를 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한다.
도 1에서 조명장치(10)는 예를 들어 스튜디오나 무대 등에서 사용되는 스폿라이트이다. 조명장치(10)는 광축(z)을 중심으로 하는 통형상의 하우징(11), 하우징(11) 내의 후방부측에 배치되는 광원부(12), 하우징(11)내의 전방부측에 배치되는 렌즈(13), 및 광원부(12)와 렌즈(13)를 상대적으로 광축방향으로 이동시켜 조사각을 조정하는 조정기구(도시하지 않음) 등을 구비하고 있다.
그리고, 하우징(11)의 전면(前面)에는 광원부(12)로부터 발해져 렌즈(13)에서 집광된 소정 조사각의 광을 투광하는 개구부가 형성되어 있다.
또한, 광원부(12)는 면광원(15), 면광원(15)의 후방부측에 배치되는 방열체(16), 면광원(15)과 렌즈(13) 사이에 배치되는 반사체(17), 및 반사체(17)와 렌즈(13) 사이에 배치되는 광확산 수단(18)을 구비하고 있다.
면광원(15)은 평판 형상의 기판(21) 전면(前面)에 복수의 발광소자를 실장하여 구성되어 있고, 광을 출사하는 평면 형상의 발광면(22)이 형성되어 있다. 예를 들어, 면광원(15)은 평판 형상의 기판(21)의 전면에 발광소자로서의 복수의 LED소자가 실장되고, 또한 형광체를 함유한 투명한 밀봉 수지로 복수의 LED소자를 일체로 덮은 COB(Chip On Board) 모듈로 구성되어 있다. 발광면(22)은 밀봉수지의 전면으로 구성되고, 원형으로 형성되어 있다. LED소자에는 청색광을 발광하는 청색 LED소자가 사용되고, 형광체에는 청색광에 의해 여기하여 황색광을 발광하는 황색 형광체가 사용된다. 형광체에는 황색광에 추가하여 오렌지색광을 발광하는 오렌지색 발광체 등을 사용해도 좋다.
방열체(16)는 예를 들어 알루미늄 등의 금속재료로 형성되어 있다. 방열체(16)의 전면에는 기판(21)의 배면측이 열전도 가능하게 부착되어 있다. 방열체(16)의 후부에는 복수의 방열핀이 형성되어 있다.
반사체(17)는 광축(z)을 중심으로 하는 통형상으로 형성되고, 광축방향으로 개구되어 있다. 반사체(17)는 원통 형상이고, 후방측의 개구(25)는 발광면(22)으로부터 출사되는 광이 입사되는 크기의 원형으로 형성되며, 전방측의 개구(26)는 후방측의 개구(25)보다 큰 원형으로 형성되어 있다. 또한, 반사체(17)의 내면에는 광축(z)을 중심으로 하여 쌍곡선의 회전 대칭 형상의 반사면(28)이 형성되어 있다. 반사면(28)의 쌍곡선의 초점(29)은 발광면(22)을 연장한 평면상에 위치하고 있다. 또한, 반사면(28)의 쌍곡선의 초점(29)은 발광면(22)을 연장한 평면보다 후방측에 위치하고 있어도 좋다. 상기 반사면(28)의 형상은, 렌즈(13)의 초점을 면광원(15) 부근에 배치한 경우에, 발광면(22)으로부터의 광이 렌즈(13)에 효과적으로 들어가는 형상으로 되어 있다. 또한, 발광면(22)으로부터의 광이 렌즈(13)에 효과적으로 들어가는 반사면(28)의 형상에는 렌즈(13)의 구경을 상회하는 영역에 광을 조사하고, 외주의 광을 깎아내는 형태로, 배광 분포를 정리하는 상태도 포함된다. 그리고, 도 2에 도시한 바와 같이 반사체(17)를 렌즈(13)측에서 보면, 반사면(28)에 발광면(22)의 허상(27)이 비추어 들어가고, 발광면(22)의 주위에서 발광면(22)을 연장한 평면상에 발광면(22)의 허상(27)이 연속하여 연장되어 있는 것처럼 보인다. 또한, 쌍곡선의 반사면(28)에서도 발광면(22)으로부터의 광을 집광하므로, 발광면(22)으로부터의 광이 렌즈(13)에 유효하게 입사된다.
광 확산수단(18)은 반사체(17)의 전방측의 개구(26)보다 크게 형성되고, 전방측의 개구(26)로부터 출사되는 광을 입사하고 확산시켜 투과시킨다. 광 확산수단(18)에는 예를 들어 확산판, 플라이 아이 렌즈 등의 어느 것이 사용된다. 또한, 광 확산수단(18)은 사용하는 것이 바람직하지만 필수는 아니다.
또한, 렌즈(13)는 반사체(17)로부터 출사되는 광을 입사하고 집광하여 투광한다. 렌즈(13)에는 예를 들어 볼록 렌즈, 플레넬 렌즈 등의 어느 것이 사용된다. 또한, 광 확산수단(18)을 사용하고 있는 경우에는 반사체(17)로부터 출사되어 광 확산수단(18)을 투과한 광이 렌즈(13)에 입사된다.
또한, 조정기구는 광원부(12)와 렌즈(13)를 상대적으로 광축 방향으로 이동시켜 조사각을 조정한다. 광축 방향으로 이동시키는 것은 광원부(12) 또는 렌즈(13) 중 어느 것이어도 좋다.
다음에, 도 3에서 반사체(17)의 기능을 설명한다.
반사체(17)의 반사면(28)은 발광면(22)을 연장한 평면의 P, B에 초점을 갖는 쌍곡선의 회전 대칭 형상으로 형성되어 있다. 반사면(28)의 점(S)이 그리는 쌍곡선은 P, S간의 선과 B, S간의 선의 길이의 차가 일정해져 있다. 그리고, 발광면(22)으로부터 발해진 광은 P, B간의 면으로부터 발해진 것처럼 반사체(17)의 전방측의 개구(26)로부터 출사된다. 즉, 도 2에 도시한 바와 같이 반사체(17)를 렌즈(13)측에서 보면, 반사면(28)에 발광면(22)의 허상(27)이 비추어 들어가 발광면(22)의 주위에서 발광면(22)을 연장한 평면상에 발광면(22)의 허상(27)이 연속하여 연장되도록 형성된다.
또한, 반사체(17)의 설계자유도는 발광면(22)의 반경(a), 렌즈(13)에 조사되는 조사면의 반경(c), 반사체(17)로부터 출사되는 광선의 최대 출사각의 3개의 파라미터가 있다. 파리미터의 수는 포물선의 회전 대칭 형상의 반사체의 경우에 비하여 많고, 이들 4개의 파라미터를 사용하여 원하는 조도 분포 및 광도 분포로 용이하게 설계할 수 있다.
다음에 도 4에 조명장치(10)의 조사광의 특성도를 도시한다. 횡축에는 조사광의 조사각을 나타내고, 종축에는 조사광의 광출력 효율을 나타내는 중심광도/광원 광다발과 그 개선율을 나타내고 있다. 도 4 중에 나타내는 실선은 반사체(17)를 구비하는 경우, 파선은 반사체(17)를 구비하지 않은 경우, 1점 쇄선은 개선율이다. 그 결과, 조사각에 관계없이 반사체(17)를 구비하는 경우에는 구비하지 않은 경우에 비하여 광출력 효율이 40% 전후 개선되었다.
다음에, 도 5에 조명장치(10)의 면광원(15)에 사용되는 COB 모듈의 각도 색차의 특성도를 도시한다. COB 모듈의 경우, 발광면(22)의 중심부근으로부터 출사되는 광의 색온도가 높고, 주변 부근으로부터 출사되는 광의 색온도가 낮아지는 경우가 있다. 이는 LED소자로부터 발광면(22)까지의 거리에 영향을 주고 있고, LED 소자로부터 수직방향을 향하는 광은 발광면(22)까지의 거리가 짧고, 밀봉 수지 중에 포함되는 형광체를 통과하는 정도가 적은 것에 비하여, LED소자로부터 비스듬한 방향을 향하는 광은, 발광면(22)까지의 거리가 길고, 밀봉 수지 중에 포함되는 형광체를 통과하는 정도가 많아지므로, 발광면(22)은 중심 부근에서는 색온도가 높은 청백색 광이 출사되기 쉽고, 주변 부근에서는 색온도가 낮은 난색계의 광이 출사되기 쉬운 것에 기인한다. 또한, 반사체(17)의 반사면(28)에 비추어 들어가는 발광면(22)의 허상(27)의 색온도도 발광면(22)의 주변 부근의 난색계의 색온도가 되기 쉬우므로, 발광면(22)의 중심 부근과의 허상(27)에 색온도차가 발생하는 경우가 있다.
또한, LED소자로부터 수직방향을 향하는 광은 발광면(22)까지의 거리가 짧으므로 발광면(22)에 LED소자의 배열에 대응한 휘도 불균일이 발생하는 경우도 있다.
이와 같은 색온도 불균일이나 휘도 불균일이 발생하고 있는 경우, 발광면(22) 및 허상(27)을 렌즈(13)로 투영하면, 광을 투영한 조사부에 색온도 불균일이나 휘도 불균일이 나타나기 쉽다. 본 실시형태에서는 반사체(17)와 렌즈(13) 사이에 광확산 수단(18)을 배치함으로써, 광을 투광한 조사부에 색온도 불균일이나 휘도 불균일이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 본 실시형태의 조명장치(10)에 따르면 렌즈(13)측에서 보아 발광면(22)의 주위에 발광면(22)의 허상(27)을 형성하는 반사체(17)에 의해, 조사광의 조사각을 작게 해도, 면광원(15)의 광을 렌즈(13)가 효과적으로 취입할 수 있어, 소형이고 광출력 효율이 좋은 조명장치(10)를 제공할 수 있다.
또한, 반사체(17)에 의해 렌즈(13)측에서 보아 발광면(22)의 주위에 발광면(22)의 허상(27)을 형성하므로, 높은 효율을 확보하면서 면광원(15)과 렌즈(13)의 거리를 작게 할 수 있어 조명장치(10)를 소형화할 수 있다. 즉, 렌즈(13)에 의해 발광면(22)을 떨어진 위치에 결합시켰을 때 가장 집광시킬 수 있고, 그 위치는 발광면(22)이 렌즈(13)의 초점 거리에 있는 부근이고, 이 때 허상(27)이 발광면(22)의 위치와 맞추어져 있으므로, 높은 효율을 확보하면서 면광원(15)과 렌즈(13)의 거리를 필요 최저한의 거리로 할 수 있다.
또한, 반사체(17)는 쌍곡선의 회전 대칭 형상의 반사면(28)을 구비하므로, 렌즈(13)측에서 보아 발광면(22)의 주위에 발광면(22)의 허상(27)을 형성하는 반사체(17)를 용이하게 형성할 수 있다. 상기 반사면(28)의 형상은 조사광의 조사각을 작게 하기 위해 렌즈(13)의 초점을 면광원(15) 부근에 배치한 경우에, 발광면(22)으로부터의 광이 렌즈(13)에 효과적으로 들어가는 형상이 되어, 광출력 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 반사면(28)의 쌍곡선의 초점(29)이 발광면(22)을 연장시킨 평면상에 위치하므로, 렌즈(13)의 초점을 면광원(15) 부근에 배치하여 조사각을 작게 했을 때에도 발광면(22)으로부터의 광을 렌즈(13)에 효과적으로 취입할 수 있다.
또한, 반사체(17)와 렌즈(13) 사이에 배치된 광확산 수단(18)에 의해 광을 투광한 조사부에 색온도 불균일이나 휘도 불균일이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 광확산 수단(18)은 광원부(12)측에 배치하는 경우에 한정되지 않고 렌즈(13)측에 배치해도 좋다.
본 발명의 몇 가지 실시형태를 설명했지만, 이들 실시형태는 예로서 제시한 것이고, 발명의 범위를 한정하려는 의도는 없다. 이들 신규의 실시형태는 그 밖의 여러가지 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 여러가지 생략, 치환, 변경할 수 있다. 이들 실시형태나 그 변형은 발명의 범위나 요지에 포함되고 또한 특허청구범위에 기재된 발명과 그 균등한 범위에 포함된다.
10: 조명장치 13: 렌즈
15: 면광원 17: 반사체
18: 광 확산수단 22: 발광면
27: 허상 28: 반사면
29: 초점

Claims (4)

  1. 발광면을 갖는 면광원;
    상기 발광면에 대향하는 렌즈; 및
    상기 발광면과 상기 렌즈 사이에 배치되고 상기 렌즈측에서 보아 상기 발광면의 주위에 상기 발광면의 허상을 형성하는 반사체를 구비하는, 조명장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사체는 쌍곡선의 회전 대칭 형상의 반사면을 구비하는, 조명장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 반사면의 쌍곡선의 초점이 상기 발광면을 연장한 평면상에 위치하는, 조명장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 반사체와 상기 렌즈 사이에 배치되는 광 확산수단을 구비하는, 조명장치.
KR20140061550A 2013-10-04 2014-05-22 조명장치 KR20150040197A (ko)

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