WO2013046318A1 - 照明器具 - Google Patents

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WO2013046318A1
WO2013046318A1 PCT/JP2011/071997 JP2011071997W WO2013046318A1 WO 2013046318 A1 WO2013046318 A1 WO 2013046318A1 JP 2011071997 W JP2011071997 W JP 2011071997W WO 2013046318 A1 WO2013046318 A1 WO 2013046318A1
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cover body
light
light emitting
lighting fixture
attached
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PCT/JP2011/071997
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Inventor
淳一 木宮
Original Assignee
東芝ライテック株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F21K9/60—Optical arrangements integrated in the light source, e.g. for improving the colour rendering index or the light extraction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F21K9/20—Light sources comprising attachment means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S8/00—Lighting devices intended for fixed installation
    • F21S8/04—Lighting devices intended for fixed installation intended only for mounting on a ceiling or the like overhead structures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V3/00—Globes; Bowls; Cover glasses
    • F21V3/02—Globes; Bowls; Cover glasses characterised by the shape
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V7/00—Reflectors for light sources
    • F21V7/0091—Reflectors for light sources using total internal reflection
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V7/00—Reflectors for light sources
    • F21V7/0008—Reflectors for light sources providing for indirect lighting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • Embodiment of this invention is related with the lighting fixture attached to the ceiling and wall of a building, for example.
  • a main body detachably attached to a ceiling surface an LED module attached to the main body on which a plurality of LEDs (light emitting diodes) are mounted on a substrate, and a cover body covering the LED module are provided.
  • LEDs light emitting diodes
  • ⁇ LEDs have strong directivity, and this type of lighting fixture is suitable for illuminating the light directly below, but there is room for improvement as lighting for the entire room.
  • the lighting fixture according to the embodiment has a main body attached to a surface to be attached such as a ceiling or a wall of a building. Moreover, this lighting fixture has a light emitting surface substantially parallel to the surface to be mounted, and a semiconductor light emitting element is disposed on the light emitting surface. And the cover body which has translucency is attached to a main body so that a light emission surface may be covered.
  • the inner surface of the cover body includes a refracting surface that forms an acute angle with respect to the optical axis of light emitted from the semiconductor light emitting element, and the outer surface of the cover body includes an outer peripheral surface that projects outward from the peripheral edge of the main body.
  • the mounted surface can be well illuminated.
  • FIG. 1 is a perspective view of the luminaire according to the first embodiment as viewed from the light extraction side.
  • FIG. 2 is a perspective view of the luminaire of FIG. 1 viewed from the attached surface side.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the lighting fixture of FIG.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the lighting apparatus of FIG. 1 taken along line F4-F4.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the luminaire of FIG. 4 as viewed from the direction of arrow F5.
  • FIG. 6 is a cross-sectional perspective view of a lighting fixture according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the lighting apparatus of FIG. 6 as viewed from the direction of the arrow F7.
  • FIG. 8 is a simulation diagram for explaining the light distribution characteristics due to the inclined surface of the cover body of the lighting apparatus of FIG. 6.
  • FIG. 9 is a simulation diagram for explaining the light distribution characteristics due to the inclined surface of the cover body of the lighting apparatus of FIG. 6.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining the relationship between the inclination angle ⁇ of the inclined surface of the cover body of the lighting fixture of FIG. 6 and the emission angle r.
  • FIG. 11 is a graph showing the relationship between the inclination angle ⁇ of the inclined surface that causes total reflection on the surface of the cover body of the lighting apparatus of FIG. 6 and the emission angle r.
  • FIG. 12 is a graph showing the relationship between the inclination angle ⁇ of the inclined surface of the cover body of the luminaire of FIG.
  • FIG. 13 is a cross-sectional perspective view showing a first modification of the cover body of the luminaire of FIG.
  • FIG. 14 is a simulation diagram showing light distribution characteristics when the cover body of FIG. 13 is used.
  • 15 is a cross-sectional perspective view showing a second modification of the cover body of the lighting apparatus of FIG.
  • FIG. 16 is a simulation diagram showing light distribution characteristics when the cover body of FIG. 15 is used.
  • FIG. 17 is a simulation diagram illustrating light distribution characteristics when a cover body according to another modification of the lighting fixture of FIG. 6 is used.
  • FIG. 18 is a simulation diagram illustrating light distribution characteristics when a cover body according to another modification of the lighting fixture of FIG. 6 is used.
  • FIG. 19 is a simulation diagram showing light distribution characteristics when a cover body according to another modification of the lighting fixture of FIG. 6 is used.
  • FIG. 20 is a simulation diagram illustrating light distribution characteristics when a cover body according to another modification of the lighting fixture of FIG. 6 is used.
  • FIG. 21 is a simulation diagram illustrating light distribution characteristics when a cover body according to another modification of the lighting fixture of FIG. 6 is used.
  • FIG. 22 is a simulation diagram illustrating light distribution characteristics when a cover body according to another modification of the lighting fixture of FIG. 6 is used.
  • FIG. 1 is a perspective view of the luminaire 1 according to the first embodiment as seen from the light extraction side.
  • FIG. 2 shows the luminaire 1 on a surface to be attached such as a ceiling or a wall (hereinafter, back side).
  • FIG. 3 is an exploded perspective view in which the luminaire 1 is disassembled into a plurality of components.
  • 4 is a cross-sectional view of the luminaire 1 of FIG. 1 taken along line F4-F4.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the luminaire 1 of FIG. 4 as viewed from the direction of arrow F5.
  • the lighting fixture 1 of this embodiment includes a base 2, an insulating member 3, two electrode pins 4, an inner lid 5, which are detachably attached to a socket (not shown) installed on a mounting surface such as a ceiling or a wall. It has the housing
  • the base 2 is of the GX53 type and has a bottomed cylindrical body 2a that is inserted into a socket insertion hole (not shown).
  • the base 2 has a bottomed frame 2b having a substantially oval outer shape.
  • the cylindrical body 2a is integrally protruded from the bottom 2c of the frame body 2b toward the back surface side.
  • two L-shaped grooves 2d that are hooked on projections (not shown) in socket insertion holes (not shown) are formed.
  • two holes 2e are formed in the bottom 2c of the frame 2b to expose the two protrusions 3b of the insulating member 3, respectively.
  • the insulating member 3 is made of, for example, a resin, and has a substantially circular frame 3a and two protruding portions 3b that protrude in the opposite directions to the outside of the frame 3a. Each protrusion 3b is formed with an insertion hole 3c through which the tips of the two electrode pins 4 are inserted.
  • the insulating member 3 is disposed inside the frame body 2b of the base 2 described above, and the two protruding portions 3b are fitted into the two holes 2e of the bottom portion 2c, respectively. That is, the frame 3 a of the insulating member 3 is fitted inside the cylindrical body 2 a of the base 2, and the two protruding portions 3 b of the insulating member 3 are exposed from the two holes 2 e of the base 2.
  • the two electrode pins 4 are inserted into the insertion holes 3c formed in the two protrusions 3b of the insulating member 3 described above. Since the two projecting portions 3 b of the insulating member 3 are respectively fitted into the two holes 2 e of the base 2, the two electrode pins 4 are electrically insulated from the base 2. Note that the tips 4 a of the two electrode pins 4 protrude to the back side of the base 2.
  • the inner lid 5 integrally has two boss portions 5a on the surface facing the insulating member 3 (upper surface in FIG. 3). Each of these two boss portions 5 a has a hole 5 b for receiving the base end portions of the two electrode pins 4. Each boss 5a has a notch 5c for passing a lead wire (not shown) that electrically connects the electrode pins 4.
  • the inner lid 5 is fitted inside the substantially oval frame 2b of the base 2 described above. At this time, the screw holes 2 f provided at the four corners of the frame 2 b are exposed from the notches 5 d provided at the four corners of the inner lid 5.
  • the housing 6 has a substantially oval concave portion 6a that accommodates the base 2, the insulating member 3, and the inner lid 5 in a combined state on the side opposite to the mounting surface 7 to which the LED module 8 is attached. Moreover, the housing
  • casing 6 has the several radiation fin 6b on the outer side of this recessed part 6a. Further, the housing 6 has a hole 6c for passing the above-described lead wire (not shown) at the bottom of the recess 6a.
  • the housing 6 has a substantially cylindrical outer shape. The housing 6 is fastened and fixed by screwing four screws (not shown) into the screw holes 2 f of the base 2. That is, the base 2, the insulating member 3, the electrode pins 4, the inner lid 5, and the housing 6 function as a main body of the lighting fixture 1.
  • the LED module 8 includes a substrate 8a that is thermally adhered to the mounting surface 7 of the housing 6, a plurality of LED chips (semiconductor light emitting elements) (not shown) mounted on the surface of the substrate 8a, and these It has the sealing member 8b which sealed the some LED chip on the board
  • Each LED chip is flip-chip connected to a wiring pattern formed on the substrate surface. Further, the wiring pattern on the substrate surface is electrically connected to the two electrode pins 4 via the lead wires described above. Note that the substrate surface functions as a light emitting surface.
  • the cover body 10 has a substantially disc-shaped front surface portion 10a spaced substantially parallel to the substrate surface, and a substantially circular shape integrally projecting from the peripheral portion of the front surface portion 10a toward the housing 6 (main body). It has an annular side surface portion 10b.
  • the cover body 10 is formed by injection molding with a transparent resin such as polycarbonate or acrylic. In this embodiment, the wall thickness of the side part 10b is thicker than the plate
  • This cover body 10 is engaged with and attached to the housing 6 by an engaging claw 10g at an end portion of the side surface portion 10b that is separated from the front surface portion 10a.
  • the side surface portion 10 b has an inner peripheral surface 10 c that is inside the peripheral edge portion 6 d of the housing 6 and an outer peripheral surface 10 d that projects outward from the peripheral edge portion 6 d of the housing 6.
  • the side surface portion 10 b has an annular back side light emitting surface 10 e that faces the mounting surface outside the peripheral edge portion 6 d of the housing 6. And this back side light emission surface 10e exists in the position close
  • the lighting fixture 1 having the above structure, most of the light emitted from the LED module 8 is emitted through the front surface portion 10 a of the cover body 10.
  • a part of the light emitted from the LED module 8 is emitted through the side surface portion 10b of the cover body 10 as indicated by an arrow Lb in FIG.
  • the light indicated by the arrow Lb illuminates the attached surface to which the lighting fixture 1 is attached.
  • the lighting fixture 1 of this embodiment does not have an obstruction on the optical path from the LED module 8 to the side part 10b, the light which passes the side part 10b increases.
  • the light emitted from the LED module 8 toward the side surface portion 10b of the cover body 10 is transmitted through the side surface portion 10b as it is or is refracted by the inner peripheral surface 10c of the side surface portion 10b. Then, the light is reflected on the surface (end surface 10f) of the cover body 10, and is emitted to the outside of the lighting fixture 1 through the outer peripheral surface 10d of the side surface portion 10b. At this time, since the incident angle of light with respect to the inner peripheral surface 10c of the side surface portion 10b has a width, light is emitted through the back side light emitting surface 10e or light is emitted through the outer peripheral surface 10d. Further, if a substance that scatters light is mixed into the cover body 10, the light is irregularly reflected within the side surface portion 10 b of the cover body 10, and the entire side surface portion 10 b can be illuminated.
  • the wall thickness of the side surface portion 10b of the cover body 10 is increased, the area of the end surface 10f on the side opposite to the back side light emitting surface 10e of the side surface portion 10b can be relatively increased.
  • the reflected light toward the back side of the instrument 1 can be relatively increased. That is, when the lighting fixture 1 according to this embodiment is attached to the ceiling, the entire room can be illuminated brightly.
  • the inner peripheral surface 10c of the side surface portion 10b is located inside the peripheral edge portion 6d of the housing 6, so that the outer diameter of the lighting fixture 1 is not increased more than necessary.
  • the wall thickness can be increased.
  • the wall thickness of the side surface portion 10b can be increased by projecting the outer peripheral surface 10d of the side surface portion 10b to the outside of the peripheral edge portion 6d of the housing 6, and in addition, on the back surface side of the lighting fixture 1
  • the back side light emission surface 10e which faces can be provided, and the to-be-attached surface of the lighting fixture 1 can be illuminated more effectively.
  • the back side light emitting surface 10e is brought closer to the mounted surface than the light emitting surface of the LED module 8, whereby the mounted surface can be illuminated more effectively.
  • the inner peripheral surface 10c of the side surface portion 10b of the cover body 10 functions as a refracting surface that refracts the light emitted from the LED module 8.
  • the cover body 10 of the present embodiment can be manufactured by injection molding using a mold, and can be manufactured at a relatively low cost. For this reason, the inner peripheral surface 10 c that functions as a refractive surface of the cover body 10 forms an acute angle with respect to the optical axis of the light emitted from the LED module 8.
  • the manufacturing cost of the lighting fixture 10 can be reduced by manufacturing the cover body 10 by injection molding as in this embodiment.
  • the use of the LED chip as a light source can extend the service life of the lighting fixture 1, reduce the number of light source replacement operations, and reduce maintenance costs. Can do.
  • EL may be used in addition to the LED chip.
  • cover body 10 is formed of polycarbonate or acrylic, safety can be ensured, for example, when the lighting fixture 1 is dropped.
  • a fine uneven surface is formed on the outer surface or the inner surface of the cover body 10 to scatter light, thereby increasing the light flux directed toward the side surface or rearward of the lighting fixture 1.
  • the value of the lighting fixture 1 can be improved.
  • the light flux which goes to the side surface or the back of the lighting fixture 1 can be increased by containing the material itself of the cover body 10 in the refractive index which diffuses light irregularly, and the value of the lighting fixture 1 is improved. You can also
  • FIG. 6 is a cross-sectional perspective view of the lighting fixture 21 according to the second embodiment
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the lighting fixture 21 of FIG. 6 as viewed from the direction of arrow F7.
  • the lighting fixture 21 has substantially the same structure as the lighting fixture 1 of the first embodiment described above except that the structure of the cover body 20 is different. For this reason, the same code
  • the cover body 20 of the lighting fixture 21 of this embodiment has a side surface portion 24 whose inner peripheral surface 22 is inclined in a direction away from the mounted surface from the outside to the inside of the cover body 20.
  • the inclined surface 22 on the inner surface of the cover body 20 is inclined toward the inner side of the cover body 20 in a direction gradually approaching the front surface portion 26. That is, the inclined surface 22 is continuous with the inner surface of the front surface portion 26.
  • the inclined surface 22 functions as a refracting surface that refracts the light emitted from the LED module 8.
  • the inclined surface 22 functions to refract light emitted from the LED module 8 in a desired direction and totally reflect the light on the surface 28 of the cover body 20.
  • the inclination angle ⁇ of the inclined surface 22 with respect to the surface 28 (or the light emitting surface of the substrate surface) has a threshold value that allows the light from the LED module 8 to be totally reflected by the surface 28.
  • FIGS. 8 and 9 show the simulation results of the light reflection direction when the tilt angle is set to 20 degrees.
  • the incident angle of the light Iin with respect to the inclined surface 22 is r ⁇ .
  • the maximum emission angle r was defined as the maximum angle at which LED light can be sufficiently extracted.
  • the light incident on the inclined surface 22 at the incident angle r ⁇ is refracted by the inclined surface 22 and passes through the cover body 20 as light Iout having an emission angle of 90 ⁇ .
  • the angle ⁇ at which light can be totally reflected by the surface 28 of the cover body 20 is 39 °. That is, the light that has passed through the polycarbonate with the outgoing light Iout having ⁇ of 51 degrees or less is totally reflected by the surface 28. The light reflected by the surface 28 is then repeatedly reflected between the inclined surface 22 and the surface 28, and is emitted through the outer peripheral surface 10d of the side surface portion 24.
  • the cover body 20 is formed of polycarbonate.
  • the above-described idea holds even when the cover body 20 is formed of other materials. That is, when the refractive index of the cover body 20 is n, the inclination angle ⁇ of the inclined surface 22 with respect to the light emitting surface is r ⁇ ⁇ + arcsin (n * sin (- ⁇ + arcsin (1 / n) ⁇ 180 / ⁇ )) It is sufficient to set a range that satisfies the above.
  • n indicates the refractive index of the cover body 20
  • FIG. 11 is a graph showing the relationship between the exit angle r and the tilt angle ⁇ when the refractive index of polycarbonate is added to n in the above equation. According to this, for example, when the inclination angle ⁇ of the inclined surface 22 of the cover body 2 is designed to be 20 degrees, it can be seen that a light flux having an emission angle of 51 degrees or more can be totally reflected.
  • FIG. 12 shows the inclination angle ⁇ and the ratio of the luminous flux toward the side surface portion 24 of the light emitted from the LED module 8 when the light distribution of the light emitted from the LED module 8 is assumed to be Lambertian. Is shown in a graph. According to this, for example, when the inclination angle ⁇ of the inclined surface 22 of the cover body 20 is set to 20 degrees, it can be seen that about 20% of the total luminous flux is reflected toward the side portion 24.
  • the graph of FIG. 12 is the result of calculation with the transmittance of the cover body 20 being 100%, so this transmittance needs to be considered in practice. Further, if the inclination angle ⁇ is too large, reflection is repeated accordingly, and the light flux is attenuated. Therefore, the thickness and diameter of the entire cover body 20, the length of the inclined surface 22, and the entire arrangement. It is necessary to design the shape of the cover body 20 in consideration of light, the amount of light flux, the desired amount of light emitted from the side surface portion 24, and the like.
  • the inclined surface 22 is provided on the inner surface of the cover body 20, most of the light emitted from the LED module 8 is directed to the side or back side of the lighting fixture 21 via the side surface portion 24.
  • the surface to be mounted can be illuminated, and the entire room can be illuminated brightly.
  • FIG. 13 shows a first modification.
  • the cover body 20 of the first modification has a curved inclined surface 31 that gently connects to the inner surface of the front surface portion 26.
  • the inclined surface of the cover body 20 has a function of refracting the light beam emitted from the LED module 8 and totally reflecting it by the surface 28. In order to direct the totally reflected light beam toward the side surface portion 24, it is not necessarily straight. It doesn't have to be a serious aspect. In other words, the cover body only needs to have a cross-sectional shape in which the thickness gradually increases from the inside toward the outside.
  • FIG. 14 is a diagram of a simulation result obtained by calculating a light distribution characteristic when the cover body of FIG. 13 is used. According to this, it can be seen that a large amount of light is emitted through the side surface of the cover body, and that the surface to be attached to which the luminaire is attached is also illuminated. That is, it can be seen that the entire room can be illuminated brightly even when the cover of the first modification is used.
  • FIG. 15 shows a second modification.
  • the cover body 20 of the second modification has a curved inclined surface 32 having a larger inclination angle ⁇ compared to the first modification described above.
  • This cover body also has a cross-sectional shape in which the thickness gradually increases from the inside toward the outside.
  • FIG. 16 is a diagram of a simulation result obtained by calculating a light distribution characteristic when the cover body of FIG. 15 is used. According to this, as compared with the first modification, it can be seen that the amount of light flux directed toward the side surface portion 24 is increased, but the reflection is also increased.
  • the end surface 34 separated from the attached surface of the side surface portion 24 of the cover body is inclined in a direction away from the attached surface from the inside to the outside of the cover body. According to this, the light beam can be reflected to the outside at the edge portion of the surface 28 of the cover body, and a wider light distribution is possible.
  • SYMBOLS 1 Lighting fixture, 2 ... Base, 3 ... Insulating member, 4 ... Electrode pin, 5 ... Inner lid, 6 ... Housing

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)

Abstract

　実施形態に係る照明器具は、建物の天井や壁などの被取付面に取り付けられる本体を有する。また、この照明器具は、被取付面と略平行な発光面を有し、この発光面には、半導体発光素子が配置されている。そして、透光性を有するカバー体が、発光面を覆うように本体に取り付けられる。カバー体の内面は、半導体発光素子から放出される光の光軸に対して鋭角をなす屈折面を含み、カバー体の外面は、本体の周縁部より外側に張り出した外周面を含む。

Description

照明器具
　本発明の実施形態は、例えば、建物の天井や壁に取り付ける照明器具に関する。
　近年、光源として半導体発光素子を用いた照明器具が普及されつつある。この種の照明器具として、例えば、天井面に着脱可能に取り付けられる本体、基板に複数個のＬＥＤ（発光ダイオード）を実装した上記本体に取り付けられるＬＥＤモジュール、およびこのＬＥＤモジュールを覆うカバー体を備えたものが知られている。
　ＬＥＤは指向性が強く、この種の照明器具は、真下のものを照明するのに適しているが、部屋全体の照明としては改善の余地がある。
特開２０１０－１９２３３８
　つまり、天井に取り付けるタイプの照明器具で、部屋全体を照明するには、下方に向かう照明光に加え、横方向や上方向、すなわち天井を照らす光を生出することが望ましい。
　よって、部屋全体を良好に照明できる半導体発光素子を用いた照明器具の開発が望まれている。
　実施形態に係る照明器具は、建物の天井や壁などの被取付面に取り付けられる本体を有する。また、この照明器具は、被取付面と略平行な発光面を有し、この発光面には、半導体発光素子が配置されている。そして、透光性を有するカバー体が、発光面を覆うように本体に取り付けられる。カバー体の内面は、半導体発光素子から放出される光の光軸に対して鋭角をなす屈折面を含み、カバー体の外面は、本体の周縁部より外側に張り出した外周面を含む。
　実施形態に係る半導体発光素子を用いた照明器具によると、被取付面を良好に照明できる。
図１は、第１の実施形態に係る照明器具を光の取り出し側から見た斜視図である。 図２は、図１の照明器具を被取付面側から見た斜視図である。 図３は、図１の照明器具の分解斜視図である。 図４は、図１の照明器具を線Ｆ４－Ｆ４で切断した断面図である。 図５は、図４の照明器具を矢印Ｆ５の方向から見た断面図である。 図６は、第２の実施形態に係る照明器具の断面斜視図である。 図７は、図６の照明器具を矢印Ｆ７の方向から見た断面図である。 図８は、図６の照明器具のカバー体の傾斜面による配光特性を説明するためのシミュレーション図である。 図９は、図６の照明器具のカバー体の傾斜面による配光特性を説明するためのシミュレーション図である。 図１０は、図６の照明器具のカバー体の傾斜面の傾斜角θと出射角ｒとの関係を説明するための説明図である。 図１１は、図６の照明器具のカバー体の表面で全反射を起こす傾斜面の傾斜角θと出射角ｒとの関係を示すグラフである。 図１２は、図６の照明器具のカバー体の傾斜面の傾斜角θと側面部に向かう全反射光束量との関係を示すグラフである。 図１３は、図６の照明器具のカバー体の第１の変形例を示す断面斜視図である。 図１４は、図１３のカバー体を用いた場合における配光特性を示すシミュレーション図である。 図１５は、図６の照明器具のカバー体の第２の変形例を示す断面斜視図である。 図１６は、図１５のカバー体を用いた場合における配光特性を示すシミュレーション図である。 図１７は、図６の照明器具の他の変形例に係るカバー体を用いた場合における配光特性を示すシミュレーション図である。 図１８は、図６の照明器具の他の変形例に係るカバー体を用いた場合における配光特性を示すシミュレーション図である。 図１９は、図６の照明器具の他の変形例に係るカバー体を用いた場合における配光特性を示すシミュレーション図である。 図２０は、図６の照明器具の他の変形例に係るカバー体を用いた場合における配光特性を示すシミュレーション図である。 図２１は、図６の照明器具の他の変形例に係るカバー体を用いた場合における配光特性を示すシミュレーション図である。 図２２は、図６の照明器具の他の変形例に係るカバー体を用いた場合における配光特性を示すシミュレーション図である。
　以下、図面を参照しながら実施形態について説明する。　
　図１は、第１の実施形態に係る照明器具１を光の取り出し側から見た斜視図であり、図２は、この照明器具１を天井や壁などの被取付面側（以下、裏面側と称する場合もある）から見た斜視図であり、図３は、この照明器具１を複数の構成要素に分解した分解斜視図である。また、図４は、図１の照明器具１を線Ｆ４－Ｆ４で切断した断面図であり、図５は、図４の照明器具１を矢印Ｆ５方向から見た断面図である。
　本実施形態の照明器具１は、天井や壁などの被取付面に設置された図示しないソケットに対して脱着自在に取り付けられる口金２、絶縁部材３、２本の電極ピン４、中蓋５、放熱部材として機能する筐体６、この筐体６の取付面７に貼り付けられるＬＥＤモジュール８、およびこのＬＥＤモジュール８を覆うように筐体６に取り付けられる透光性を有するカバー体１０を有する。
　口金２は、ＧＸ５３形であり、図示しないソケットの挿通孔に挿通される有底の円筒体２ａを有する。また、口金２は、略長円形の外形を有する有底の枠体２ｂを有する。円筒体２ａは、枠体２ｂの底部２ｃから裏面側に向けて一体に突設されている。円筒体２ａの外周面には、図示しないソケットの挿通孔にある図示しない突起に引っ掛けるＬ字形状の２つの溝２ｄが形成されている。また、枠体２ｂの底部２ｃには、絶縁部材３の２つの突出部３ｂをそれぞれ露出する２つの孔２ｅが形成されている。
　絶縁部材３は、例えば樹脂により形成されており、略円形の枠体３ａ、および枠体３ａの外側に互いに相反する方向に向けて突出した２つの突出部３ｂを有する。各突出部３ｂには、２本の電極ピン４の先端をそれぞれ挿通する挿通孔３ｃが形成されている。この絶縁部材３は、上述した口金２の枠体２ｂの内側に配置され、２つの突出部３ｂがそれぞれ底部２ｃの２つの孔２ｅに嵌め込まれる。つまり、絶縁部材３の枠体３ａが口金２の円筒体２ａの内側に嵌め込まれ、絶縁部材３の２つの突出部３ｂが口金２の２つの孔２ｅから露出される。
　２本の電極ピン４は、上述した絶縁部材３の２つの突出部３ｂに形成された挿通孔３ｃに挿通配置される。絶縁部材３の２つの突出部３ｂは、口金２の２つの孔２ｅにそれぞれ嵌め込まれているため、２つの電極ピン４は、口金２に対して電気的に絶縁状態となる。なお、２本の電極ピン４の先端４ａは、口金２の裏面側に突出する。
　中蓋５は、絶縁部材３に対向する側の面（図３中の上面）に、２つのボス部５ａを一体に有する。これら２つのボス部５ａは、それぞれ、２本の電極ピン４の基端部を受け入れるための孔５ｂを有する。また、各ボス部５ａは、電極ピン４を電気的に接続する図示しないリード線を通すための切欠き５ｃを有する。中蓋５は、上述した口金２の略長円形の枠体２ｂの内側に嵌め込まれる。このとき、枠体２ｂの４角に設けられたネジ孔２ｆが中蓋５の４角に設けられた切欠き５ｄから露出する。
　筐体６は、ＬＥＤモジュール８を取り付ける取付面７とは反対側に、口金２、絶縁部材３、および中蓋５を組み合わせた状態で収容する略長円形の凹部６ａを有する。また、筐体６は、この凹部６ａの外側に、複数の放熱フィン６ｂを有する。さらに、筐体６は、凹部６ａの底に、上述した図示しないリード線を通すための孔６ｃを有する。この筐体６は、略円柱状の外形を有する。筐体６は、図示しない４本のネジを口金２のネジ孔２ｆに螺合することで締結固定される。すなわち、これら口金２、絶縁部材３、電極ピン４、中蓋５、および筐体６が、照明器具１の本体として機能する。
　ＬＥＤモジュール８は、筐体６の取付面７に熱的に密着して貼り付けられる基板８ａ、この基板８ａの表面に実装された図示しない複数個のＬＥＤチップ（半導体発光素子）、および、これら複数個のＬＥＤチップを基板表面に封止した封止部材８ｂを有する。各ＬＥＤチップは、基板表面に形成された配線パターンにフリップチップ接続される。また、基板表面の配線パターンは、上述したリード線を介して２本の電極ピン４に電気的に接続される。なお、基板表面は、発光面として機能する。
　そして、カバー体１０は、基板表面と略平行に離間した略円板状の前面部１０ａ、およびこの前面部１０ａの周縁部から筐体６（本体）に向けて一体に突設された略円環状の側面部１０ｂを有する。このカバー体１０は、ポリカーボネートやアクリルなど透明な樹脂による射出成形により形成される。本実施形態では、側面部１０ｂの壁厚は、前面部１０ａの板厚より肉厚である。このカバー体１０は、側面部１０ｂの前面部１０ａから離間した端部にある係合爪１０ｇによって筐体６に係合されて取り付けられる。
　なお、側面部１０ｂは、筐体６の周縁部６ｄより内側にある内周面１０ｃ、および筐体６の周縁部６ｄより外側に張り出した外周面１０ｄを有する。結果的に、側面部１０ｂは、筐体６の周縁部６ｄより外側で被取付面に対向する円環状の裏側光放出面１０ｅを有する。そして、この裏側光放出面１０ｅは、ＬＥＤモジュール８の基板表面（発光面）より被取付面に近い位置にある。
　上記構造の照明器具１において、ＬＥＤモジュール８から放出された光の多くは、カバー体１０の前面部１０ａを介して放出される。一方、ＬＥＤモジュール８から放出された光の一部は、図５に矢印Ｌｂで示すように、カバー体１０の側面部１０ｂを介して放出される。特に、この矢印Ｌｂで示す光は、照明器具１が取り付けられた被取付面を照明する。なお、本実施形態の照明器具１は、ＬＥＤモジュール８から側面部１０ｂに至る光路上に障害物が無いため、側面部１０ｂを通る光が多くなる。
　この矢印Ｌｂの光に着目すると、ＬＥＤモジュール８からカバー体１０の側面部１０ｂに向けて放出された光は、側面部１０ｂをそのまま透過し、或いは側面部１０ｂの内周面１０ｃで屈折されて、カバー体１０の表面（端面１０ｆ）で反射され、側面部１０ｂの外周面１０ｄを介して照明器具１の外部へ放出される。この際、側面部１０ｂの内周面１０ｃに対する光の入射角度には幅があるため、裏側光放出面１０ｅを介して光が放出されたり、外周面１０ｄを介して光が放出されたりする。また、カバー体１０に光を散乱させる物質を混入すれば、カバー体１０の側面部１０ｂ内で光が乱反射して、側面部１０ｂ全体を光らせることもできる。
　特に、本実施形態によると、カバー体１０の側面部１０ｂの壁厚を厚くしたため、側面部１０ｂの裏側光放出面１０ｅとは反対側の端面１０ｆの面積を比較的大きくすることができ、照明器具１の裏側に向かう反射光を比較的多くすることができる。つまり、本実施形態に係る照明器具１を天井に取り付けた場合、部屋全体を明るく照明することができる。
　なお、本実施形態のように、側面部１０ｂの内周面１０ｃを筐体６の周縁部６ｄより内側にすることで、照明器具１の外径を必要以上に大きくすることなく側面部１０ｂの壁厚を厚くすることができる。また、同様に、側面部１０ｂの外周面１０ｄを筐体６の周縁部６ｄより外側に張り出すことで、側面部１０ｂの壁厚を厚くすることができることに加え、照明器具１の裏面側に対面する裏側光放出面１０ｅを設けることができ、照明器具１の被取付面をより効果的に照明することができる。特に、本実施形態のように、裏側光放出面１０ｅをＬＥＤモジュール８の発光面より被取付面に近付けることで、被取付面の照明をより効果的に実施できる。なお、カバー体１０の側面部１０ｂの内周面１０ｃは、ＬＥＤモジュール８から放出された光を屈折させる屈折面として機能する。
　また、本実施形態のカバー体１０は、金型を用いた射出成形により製造することができ、比較的安価に製造できる。このため、カバー体１０の屈折面として機能する内周面１０ｃは、ＬＥＤモジュール８から放出される光の光軸に対して鋭角をなす。
　これに対し、従来のようにブロー成形による製造方法を採用すると、成形のタクトタイムが長くなり、その分、製造コストが高くなる。つまり、本実施形態のように射出成形でカバー体１０を製造することで、照明器具１０の製造コストを低減できる。
　また、本実施形態のように、ＬＥＤチップを光源に用いたことにより、照明器具１の使用寿命を延長することができ、光源の交換作業の回数を減らすことができ、メンテナンスコストを低減することができる。半導体発光素子として、ＬＥＤチップの他にＥＬを用いても良い。また、カバー体１０をポリカーボネートやアクリルにより形成したため、照明器具１が落下した場合など、安全性を確保することができる。
　なお、本実施形態の照明器具１において、カバー体１０の外側表面或いは内側表面に細かな凸凹面を形成して、光を散乱させることで、照明器具１の側面、または後方へ向かう光束を増やすことができ、照明器具１の価値を向上させることもできる。また、カバー体１０の素材自体に、光を乱反射させる屈折率の異なる材料を含有させることにより、照明器具１の側面、または後方へ向かう光束を増やすことができ、照明器具１の価値を向上させることもできる。
　図６は、第２の実施形態に係る照明器具２１の断面斜視図であり、図７は、図６の照明器具２１を矢印Ｆ７の方向から見た断面図である。この照明器具２１は、カバー体２０の構造が異なる以外、上述した第１の実施形態の照明器具１と略同じ構造を有する。このため、ここでは、上述した第１の実施形態の照明器具１と同様に機能する構成要素には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
　本実施形態の照明器具２１のカバー体２０は、内周面２２がカバー体２０の外側から内側に向けて被取付面から離れる方向に傾斜した側面部２４を有する。言い換えると、カバー体２０の内面にある傾斜面２２は、カバー体２０の内側に向けて徐々に前面部２６に近付く方向に傾斜している。すなわち、傾斜面２２は前面部２６の内面に連続している。この傾斜面２２は、ＬＥＤモジュール８から放出される光を屈折させる屈折面として機能する。
　この傾斜面２２は、ＬＥＤモジュール８から放射された光を所望する方向に屈折させて、カバー体２０の表面２８で全反射させるように機能する。言い換えると、この傾斜面２２の表面２８（或いは基板表面の発光面）に対する傾斜角θは、ＬＥＤモジュール８からの光を表面２８で全反射させることのできる閾値を有する。例えば、この傾斜角度を２０度に設定した場合における光の反射方向のシミュレーション結果を図８および図９に示す。
　これによると、図８に示すように、カバー体２０の平らな前面部２６を通過する光は、概ねカバー体２０の表面２８を介して略真っ直ぐ放出されるのが分かる。また、図８に示すように、傾斜面２２を通る光のうち一部の光も、カバー体２０の表面２８を介して放出される。
　これに対し、傾斜面２２を通過する光の多くは、傾斜面２２で屈折されたことで表面２８に対する入射角が変化し、表面２８で全反射されてカバー体２０の側面部２４から放出されているのが分かる。また、この際、側面部２４を介して放出される光の方向は、その光の反射経路によって種々異なる方向であり、照明器具２１の側方或いは後方に向かう方向である。
　この傾斜面２２の特性について、図１０を参照してより具体的に説明する。　
　光源としてのＬＥＤモジュール８から放出される光の光軸Ｉに対する最大出射角をｒとした場合、傾斜面２２に対する光Ｉinの入射角はｒ－θとなる。この場合、最大出射角ｒは、ＬＥＤの光を十分に取り出すことのできる最大の角度と定義した。入射角ｒ－θで傾斜面２２に入射した光は、傾斜面２２で屈折して出射角９０－β－θの光Ｉoutとしてカバー体２０を通る。
　ポリカーボネートにより形成されたカバー体２０の屈折率ｎは、１．５９であるため、カバー体２０の表面２８で光を全反射させることのできる角度γは、３９°となる。つまり、βが５１度以下になる出射光Ｉoutでポリカーボネートを通過した光が表面２８で全反射することになる。なお、表面２８で反射した光はその後、傾斜面２２と表面２８との間で反射を繰り返し、側面部２４の外周面１０ｄを介して放出されることになる。
　ここでは、カバー体２０をポリカーボネートで形成した場合について説明したが、カバー体２０を他の材料で形成した場合も上述した考えは成り立つ。つまり、カバー体２０の屈折率をｎとした場合、傾斜面２２の発光面に対する傾斜角度θは、
　　r≧θ+arcsin(n＊sin(-θ+arcsin(1/n)・180/π))
　を満たす範囲に設定すれば良いことになる。
　以下、上記数式について図１０を参照して説明する。　
　ＬＥＤモジュール８からの最大出射角をｒ、発光面に対する傾斜面２２の傾斜角度をθとすると、傾斜面２２に対する入射光Ｉinの入射角は、９０－θ－αとなり、傾斜面２２に対する出射光Ｉoutは、９０－（β＋θ）となる。
　一方、カバー体２０の表面２８における全反射の条件として、表面２８に対しする入射角γは、sinγ＝１／nを満たす必要がある。この場合、ｎはカバー体２０の屈折率を指し、本実施形態では、ポリカーボネートの屈折率１．５９である。つまり、全反射を生じる入射角γは、３９度となる。よって、β＝５１度となる。つまり、βを５１度未満にすることで、本実施形態の条件を満たすことになる。
　また、スネルの法則から、ＩinとＩoutの関係は、１＊sin（９０－θ－α）＝１．５９＊sin（９０－θ－５１）となる。従って、全反射が起こる条件は、
　　r≧θ+arcsin(１．５９＊sin(９０－θ－５１))
　となる。　
　例えば、図８および図９でシミュレーション結果を示した傾斜角度２０度の場合、出射角ｒ＝５１．１度以上で全反射が起こります。上式を屈折率nのカバー体を用いた場合の一般式に置き換えると、
　　r≧θ+arcsin(n＊sin(-θ+arcsin(1/n)・180/π))
　となります。
　図１１には、上式のnにポリカーボネートの屈折率を入れた場合における出射角ｒと傾斜角θの関係をグラフにして示してある。これによると、例えば、カバー体２の傾斜面２２の傾斜角θを２０度に設計した場合、出射角５１度以上の光束を全反射できているのがわかる。
　また、図１２には、ＬＥＤモジュール８から放出される光の配光をランバーシアンと仮定した場合における、傾斜角θと、ＬＥＤモジュール８から放出される光のうち側面部２４に向かう光束の割合と、の関係をグラフにして示してある。これによると、例えば、カバー体２０の傾斜面２２の傾斜角θを２０度に設定した場合、全光束の約２０％の光束が側面部２４に向かって反射されているのが分かる。
　図１２のグラフは、カバー体２０の透過率を１００％として計算した結果であるため、実際には、この透過率を考慮する必要がある。また、あまり傾斜角θを大きくし過ぎると、その分、反射を繰り返すことになり、光束が減衰してしまうため、カバー体２０全体の厚さ、径、傾斜面２２の長さ、全体の配光、光束量、所望する側面部２４からの出射光量などを考慮して、カバー体２０の形状を設計する必要がある。
　以上のように、本実施形態によると、カバー体２０の内面に傾斜面２２を設けたため、ＬＥＤモジュール８から放出された光の多くを側面部２４を介して照明器具２１の側方或いは裏側へ放出させることができ、被取付面を照明することもでき、部屋全体を明るく照明することができる。
　以下、図１３乃至図２２を参照して、上述した第２の実施形態のカバー体２０のいくつかの変形例について説明する。なお、以下の各変形例の説明では、第２の実施形態のカバー体２０と同様に機能する構成要素には同一符号を付すこととする。
　図１３は、第１の変形例である。この第１の変形例のカバー体２０は、前面部２６の内面になだらかにつながる湾曲した傾斜面３１を有する。カバー体２０の傾斜面は、ＬＥＤモジュール８から放出された光束を屈折させて表面２８で全反射させる機能を担うものであり、全反射した光束を側面部２４に向かわせるためには、必ずしも真っ直ぐな面である必要はない。言い換えると、カバー体は、その内側から外側に向けて徐々に厚さが大きくなる断面形状を有していれば良い。
　図１４は、図１３のカバー体を用いた場合における配光特性を計算したシミュレーション結果の図である。これによると、カバー体の側面部を介して放出される光束が多く、照明器具を取り付けた被取付面も照明しているのが分かる。つまり、この第１の変形例のカバー体を用いた場合も、部屋全体を明るく照明できることが分かる。
　図１５は、第２の変形例である。この第２の変形例のカバー体２０は、上述した第１の変形例と比較して、傾斜角θが大きい湾曲した傾斜面３２を有する。このカバー体も、内側から外側に向けて徐々に厚さが大きくなる断面形状を有している。
　図１６は、図１５のカバー体を用いた場合における配光特性を計算したシミュレーション結果の図である。これによると、第１の変形例と比較して、側面部２４に向かう光束量が多くなっているが、反射も多くなっているのが分かる。
　この他に、図１７乃至図２２に示すいくつかの変形例が考えられるが、いずれの変形例も、カバー体の前面部を透過する光に加え、側面部を透過する光が多く、被取付面も照明できていることが分かる。
　特に、図２２に示す例では、カバー体の側面部２４の被取付面から離間した端面３４が、カバー体の内側から外側に向けて被取付面から離れる方向に傾斜している。これによると、カバー体の表面２８のエッジ部分で光束を外側へ反射させることができ、より広がりのある配光が可能となる。
　１…照明器具、２…口金、３…絶縁部材、４…電極ピン、５…中蓋、６…筐体、６ｄ…周縁部、７…取付面、８…ＬＥＤモジュール、１０、２０…カバー体、１０ａ…前面部、１０ｂ…側面部、１０ｃ…内周面、１０ｄ…外周面、１０ｅ…裏側光放出面、１０ｆ…端面、２２…傾斜面、２８…表面、ｒ…出射角、θ…傾斜角。

Claims (8)

  1. 　建物の天井や壁などの被取付面に取り付けられる本体と、
    　上記被取付面と略平行な発光面に配置された半導体発光素子と、
    　上記発光面を覆うように上記本体に取り付けられた透光性を有するカバー体と、を有し、
    　上記カバー体の内面は、上記半導体発光素子から放出される光の光軸に対して鋭角をなす屈折面を含み、上記カバー体の外面は、上記本体の上記周縁部より外側に張り出した外周面を含むことを特徴とする照明器具。
  2. 　上記カバー体の屈折面から上記外周面までの厚さは、上記発光面と略平行な上記カバー体の前面部の厚さより厚いことを特徴とする請求項１に記載の照明器具。
  3. 　上記カバー体の上記外面は、上記本体の上記周縁部より外側で上記被取付面に対向した裏側光放出面を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の照明器具。
  4. 　上記裏側光放出面は、上記発光面より上記被取付面に近い位置にあることを特徴とする請求項３に記載の照明器具。
  5. 　上記屈折面は、上記カバー体の外側から内側に向けて上記被取付面から離れる方向に傾斜した傾斜面を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の照明器具。
  6. 　上記傾斜面の上記発光面に対する傾斜角度θは、上記半導体発光素子から放出される光の光軸に対する最大出射角度をｒとし、上記カバー体の屈折率をｎとした場合、
    　　　r≧θ+arcsin(n＊sin(-θ+arcsin(1/n)・180/π))
    　を満たす範囲に設定されることを特徴とする請求項５に記載の照明器具。
  7. 　上記カバー体は、その内側から上記外周面に向けて徐々に厚さが大きくなる断面形状を有することを特徴とする請求項１に記載の照明器具。
  8. 　上記前面部の周縁部近くの上記カバー体の上記被取付面から離間した外面は、上記カバー体の内側から上記外周面に向けて上記被取付面から離れる方向に傾斜していることを特徴とする請求項２に記載の照明器具。
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