JP2014182995A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光ダイオード（ＬＥＤ）のような光源を用いた場合でも、側面方向あるいは背面方向まで光を照射することのできる照明装置を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、照明装置は、頂面を有する基材２と、基材頂面２ａに配置された光源４と、下端開口５ａを有するドーム状の断面形状に形成され、基材頂面に下端開口側が固定され光源を覆った光学部品５と、基材頂面に固定され光源および光学部品を覆う透光カバー６と、を備えている。光学部品は、壁部の肉厚が前記下端開口の径よりも小さく形成されている。光学部品は、光源からの光が入射するドーム内面あるいは光を外部に放出するドーム外面の少なくとも一方に設けられた複数のプリズム１０を有し、プリズムは、光学部品のドーム頂点を北極としたときに入射した光線の緯度方向角度を前記光学部品の南半球方向に変えて出射し、透光カバーは光学部品よりも低い透過率を有している。
【選択図】図１

Description

この発明の実施形態は、発光ダイオード（ＬＥＤ）のように実装された面の法線方向に狭い配光分布を持つ光源を用いる照明装置に関する。

照明装置としては、白熱電球や蛍光灯が広く用いられてきたが、寿命、発光効率、水銀汚染、紫外線漏れなどの問題を抱えていた。近年、これらの問題を解消する技術として、ＬＥＤ光源やＥＬ（エレクトロルミネッセンス）光源が開発され、特にＬＥＤ光源は一般の照明装置への利用が加速度的に広がっている。

しかしながら、ＬＥＤ光源は実装基板の法線方向に強く光を放出し、実装基板の法線方向となす角度をθとするとき、ｃｏｓθに比例して光度が減衰する指向性を有している。これは、一般的なＬＥＤ光源の構造が、１次光線を放出するＬＥＤチップを、１次光線から２次光線に変換する蛍光体を含んだ保護層で面状に覆った構成としているためである。そのため、電球形照明装置では、実装基板の法線方向の光が強く、実装基板の側方から背面方向にかけては光がほとんど出ない光度分布となる。従って、正面から背面までほぼ均一な光度分布をもつ従来の白熱電球と、ＬＥＤ光源を用いた電球形照明装置とを置き換えた場合、天井や壁の明るさが著しく変わってしまい、違った照度空間となってしまう。

ＬＥＤ光源を用いた電球形照明装置で背面方向まで光を放出する技術としては、ＬＥＤを実装する平面を多面体にして側面や背面方向を向いて配置する立体実装技術がある。また、別の技術として、ＬＥＤ光源の光により励起する蛍光体を透光カバーの内面に塗布し、透光カバー自体が光るようにした照明装置がある。

特許第４２９０８８７号公報 特開２００５−０５５４６号公報 特許第４９４５６９０号公報 特開２０１１−１４２０６０号公報 特開２０１２−６４５５８号公報 特開２０１２−７４３６４号公報 特開２０１２−１４６４５０号公報

この発明が解決しようとする課題は、発光ダイオード（ＬＥＤ）のような光源を用いた場合でも、側面方向あるいは背面方向まで光を照射することのできる照明装置を提供することにある。

実施形態によれば、照明装置は、頂面を有する基材と、基材頂面に配置された光源と、下端開口を有するドーム状の断面形状に形成され、基材頂面に下端開口側が固定され光源を覆った光学部品と、基材頂面に固定され光源および光学部品を覆う透光カバーと、を備えている。光学部品は、壁部の肉厚が前記下端開口の径よりも小さく形成されている。光学部品は、光源からの光が入射するドーム内面あるいは光を外部に放出するドーム外面の少なくとも一方に設けられた複数のプリズムを有し、プリズムは、光学部品のドーム頂点を北極としたときに入射した光線の緯度方向角度を前記光学部品の南半球方向に変えて出射し、透光カバーは光学部品よりも低い透過率を有している。

図１は、第１の実施形態に係る電球形の照明装置を示す断面図。 図２は、ドーム状光学部品がある場合と無い場合とについて配向分の変化を比較して示す図。 図３は、第１の実施形態において、透光カバーの透過率に対する光度分布と照明装置を側面から見たときの光り方とを示す図。 図４は、第１の実施形態において透光カバーの透過率に対する効率と配光角を示す図。 図５は、第１変形例に係る電球形の照明装置を示す断面図。 図６は、第２変形例に係る電球形の照明装置を示す断面図。 図７は、第２の実施形態に係る電球形の照明装置を示す断面図。 図８は、第３変形例に係る電球形の照明装置を示す断面図。 図９は、第３の実施形態に係る蛍光灯形の照明装置を示す斜視図。

以下、図面を参照しながら、種々の実施形態に係る照明装置について詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る電球形の照明装置としてＬＥＤ電球１を示す断面図である。ＬＥＤ電球１は、中心軸Ｃに対して回転対称の形状をしている。

ＬＥＤ電球１は、前面に平坦な基材頂面２ａを有する基材２と、基材頂面２ａに実装されたＬＥＤから成る光源４と、基材頂面２ａ上に配置されて光源４を覆うドーム状の光学部品５と、同じく基材頂面２ａに配置されて光源４および光学部品５を覆う透光カバー６と、を備えている。

基材２は、金属製の筐体かつ放熱部材であり、ほぼ切頭円錐状に形成されて上端（前面）に平坦なほぼ円形の基材頂面２ａを有し、基材２の下端に口金８が設けられている。光源４は、基材頂面２ａの中心に配置されている。基材２の内部には、光源４を駆動する駆動回路１１が収納されている。口金８から給電された電力は、駆動回路１１により光源４に供給され、光源４を発光させる構成となっている。基材２は、透光カバー６および口金８を保持してＬＥＤ電球１の外面形状を形成するとともに、光源４の熱に対するヒートシンクと放熱板を兼ねている。

透光カバー６は、円形の下端開口６ａを有する球状に形成されている。透光カバー６は、その下端開口６ａ側が基材頂面２ａの周縁部に固定され、光源４および光学部品５を覆っている。透光カバー６は、例えば、透過率７４％の乳白材料で形成され、外部に放出される光線を適度に拡散させるとともに、内部の光学部品５や光源４が透光カバーの外側から見えないようにしている。

光学部品５は、円形の下端開口５ａと、中心軸Ｃ上に位置するドーム頂点Ｔと、を有する薄肉のドーム形状に形成されている。すなわち、光学部品５は、中心軸Ｃに沿った高さが下端開口５ａの径よりも大きい、縦長に形成されている。そして、光学部品５は、下端開口５ａ側の下端を光源４の周囲で基材頂面２ａに固定することにより、中心軸Ｃと同軸的に配置され、更に、光源４を覆っている。

光学部品５は、例えば、透過率が９０％以上の透明樹脂により形成され、ドーム内面である入射面５ｂで光源４からの光を入射し、ドーム外面である出射面５ｃから外部へ光を放出する。光学部品５は、その入射面（ドーム内面）５ｂ、あるいは、出射面（ドーム外面）５ｃの少なくとも一方に形成された複数のプリズムを一体に有している。本実施形態では、光学部品５の出射面５ｃの全域に複数のプリズム１０が形成されている。各プリズム１０は、例えば三角形（クサビ状）の断面を有し、中心軸Ｃと同軸の環状に形成されている。そして、複数のプリズム１０は、ドーム頂点Ｔから下端開口５ａに亘って並んで形成されている。

プリズム１０は、光源４から入射した光を屈折あるいは反射して、光学部品５のドーム頂点Ｔを北極としたときに入射光線（破線矢印）を経度方向には作用させず緯度方向のみ南半球方向に曲げて外部に出射（実線矢印）させる。これにより、光学部品５は、光源４から出た光を、光源の側面方向および背面方向に向かって放出する。

図２は、透光カバー６を外した状態でドーム状の光学部品５の有無による光度分布の違いを示す図である。光学部品５が無い場合は、法線（正面）方向に強い光の指光性を有しているが、ドーム状光学部品５を設置した場合、側面方向および背面方向へと光の指光性を変えることができる。ただし、光学部品５の作用は、なだらかに制御することは難しく、図示したように、局所的に光度の強弱の激しい光度分布となる。

図３は、透光カバー６の乳白度合いを変えた場合の光度分布と、照明装置１を側面方向から見た透光カバー６の光り方を示している。図３において、上段の数値は、透光カバー６の透過率を表し、例えばＴ７４％は透過率７４％の透光カバー６であることを示している。一番左は、透明樹脂材料を用いた透光カバー６で、右に行くほど乳白の濃い水準としている。

透光カバー６が透明樹脂で形成されている場合、透光カバー６による拡散が無いため、図２で示したような局所的に光度の強弱の激しい光度分布となり、見た目にも透光カバー６の内部の光学部品５が発光しているのが直視される。これに対して、本実施形態では、透光カバー６を乳白材料で形成することで、すなわち、透光カバー６の透過率を光学部品５の透過率よりも低くすることにより、光度分布がなだらかになるとともに、透光カバー６内部が直視されるのを防止し透光カバー６全体が発光するように変えることができる。

図４は、図３と同様に、透光カバー６の透過率の違いによる効率と、照明装置１の配光角(２θ・１／２)を示す。ここでの配光角(２θ・１／２)とは、光源４の法線方向（照明装置１の中心軸Ｃ方向）を０度として、０度光度の半値になる角度を２倍した値である。透明樹脂材料で形成した透光カバー６（透過率９０％）の場合、実力的には光が十分に背面側に照射されているのだが、局所的な光度の強弱のため、定義に基づく配光角が非常に狭くなっている。これに対して、乳白樹脂材料で形成した透光カバー６では、透光カバー６での光の拡散性により、光学部品５による局所的な光度の強弱が敏感に緩和され、配光分布がなだらかになり配光角は安定して広配光となる。

一方、効率については、透光カバー６の透過率が下がるほど劣化し、特に透過率が５０％を下回ると急激に劣化する。このため、透光カバー６の透過率は５０〜８８％が最適値となる。

図１に示すように、ドーム状の光学部品５は、内面が中空にえぐられているため最大でも５ｍｍ以内の薄肉に設計されている。そのため、ドーム状の光学部品５は、中実円筒状の既存の光学部品と比べて射出成型プロセスなどの熱成形プロセスで冷え易く、かつ軽量であるため、量産性が非常に高くなっている。

また、ドーム状の光学部品５は、従来のレンズ部品や導光部品と比べて広い下端開口５ａを有し、光源４の光を入射する入射面５ｂが光源４から充分に離れている。そのため、入射面５ｂで反射した光が光源４に再吸収される確率が小さく、効率損失が少ない。更に、光源４からプリズム１０が離れているため、光源４の仕様に非常に鈍感であり、ＣＯＢ（チップオンモード）光源や各種配列のＳＭＤ（表面実装型）光源に対しても同じ仕様のドーム状の光学部品５で対応することができる。そのため、ＬＥＤ光源の仕様を切り換えた場合でも、光学部品５をそのまま使用することができる。これにより、幅広い製品でドーム状の光学部品５を共有することができる。

以上のように構成された第１の実施形態によれば、ＬＥＤ光源などを用いても、側面および背面方向にも光が届く、白熱電球のような光度分布を実現した電球形の照明装置を得ることができる。

なお、第１の実施形態では、透光カバー６のドーム状外面にプリズム１０を設けたが、これに限らず、ドーム状内面に複数のプリズムを設けてもよく、あるいは、内面および外面の両面にプリズムを設けても良い。

次に、種々の変形例に係る照明装置について説明する。なお、以下に述べる種々の変形例において、第１の実施形態と同一の部分には、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略し、異なる部分を中心に詳細に説明する。

（第１変形例）
図５は、第１変形例に係る電球形の照明装置としてＬＥＤ電球１を示す断面図である。第１の変形例において、ＬＥＤ電球１の基本的な構成は、第１の実施形態と同じであるが、透光カバー６は、球状ではなく、断面が縦長楕円形のドーム状に形成されている。すなわち、透光カバー６は内部の光学部品５を覆う形状であれば、その形状は限定されない。

（第２変形例）
図６は、第２変形例に係る電球形の照明装置としてＬＥＤ電球１を示す断面図である。第２の変形例において、ＬＥＤ電球１の基本的な構成は、第１の実施形態と同じであるが、透光カバー６は、有底の円筒形状に形成されている。透光カバー６は内部の光学部品５を覆う形状であれば、その形状は限定されない。

次に、他の実施形態に係る照明装置について説明する。なお、以下に述べる他の実施形態において、第１の実施形態と同一の部分には、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略し、異なる部分を中心に詳細に説明する。

（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態に係る電球形の照明装置としてＬＥＤ電球１を示す断面図である。第２の実施形態において、ＬＥＤ電球１の基本的な構成は第１の実施形態と同じであるが、ドーム状の光学部品５は、縦長のドーム状ではなく、横長のドーム状としている。すなわち、光学部品５は、下端開口５ａの径Ｄよりも、中心軸Ｃに沿った高さＨの方が小さく（Ｄ＞Ｈ）なるように形成されている。光学部品５は、透明な材料で形成され、その入射面（ドーム状の内面）５ｂに複数のプリズム１０が一体に設けられている。各プリズム１０は、例えば三角形あるいはクサビ形状の断面を有し、中心軸Ｃと同軸の環状に形成されている。そして、複数のプリズム１０は、ドーム頂点Ｔから下端開口６ａに亘って、入射面上に並んで形成されている。
本実施形態のような高さが低くコンパクトな光学部品５を用いることにより、主として配光分布を側面方向を強化するようにしてもよい。

（第３変形例）
図８は、第３変形例に係るＬＥＤ電球１を示す断面図である。第３変形例において、光学部品５は、縦長のドーム状に形成されている。すなわち、光学部品５は、下端開口５ａの径よりも、中心軸Ｃに沿った高さの方が大きくなるように形成されている。そして、光学部品５の入射面５ｂに複数のプリズム１０が一体に設けられている。第３変形例において、ＬＥＤ電球１の他の構成は、第２の実施形態と同一である。

このように光学部品５の高さを下端開口５ａの径よりも大きくすることで（Ｈ＞Ｄ）、入射面５ｂを光源４から遠ざけて入射面５ｂで反射した光が光源４に再吸収されることを抑制するとともに、光源４の拡がりやＬＥＤ仕様に対して鈍感に、すなわち光源４の詳細仕様に無頓着にさせることができ、様々な光源４仕様で共通に使用可能としている。

第２の実施形態および第３変形例において、光学部品５は第１の実施形態と形状およびプリズム１０の形成位置が異なるが、第１の実施形態と同様に、側面方向および背面方向にも光が届く、白熱電球のような光度分布を実現した電球形の照明装置を得ることができる。

なお、第１および第２の実施形態において、ＬＥＤ光源は、チップオンボード（ＣＯＢ）のような集約された１つの光源に限るものではなく、複数のＬＥＤを配列した形態でもよい。

（第３の実施形態）
図９は、第３の実施形態に係る蛍光灯形の照明装置１を示す斜視図である。第３の実施形態において、照明装置１の基本的な構成は第１の実施形態と同じである。
照明装置１は、ＬＥＤ光源４を線状に配置した細長い照明装置であり、図９（ａ）に示すように、例えば、１．２ｍほど直線状に引き伸ばした棒状の立体形状、あるいは、図２（ｂ）に示すように、曲線状に引き伸ばした環状を有している。

照明装置１は、照明装置のほぼ全長に亘って延びる細長い直線状あるいは環状の基材２と、基材２の頂面２ａ上に並んで配置された複数のＬＥＤ光源４と、を備えている。これらのＬＥＤ光源４は、基材２の長手方向に沿って、所定の間隔を置いて並んでいる。基材２上に、断面がドーム状の光学部材５が取付けられ、光源４を覆っている。更に、基材２上に透光カバー６が取付けられ、光学部材５を覆っている。光学部材５および透光カバー６は、基材２の全長に亘って延びる、直線状あるいは環状に形成されている。

光学部品５は、例えば、透明樹脂により形成され、その入射面（ドーム内面）５ｂ、あるいは、出射面（ドーム外面）５ｃの少なくとも一方に形成された複数のプリズム１０を一体に有している。光学部品５は、光源４から出た光を、光源の側面方向および背面方向に向かって放出する。

透光カバー６は、断面形状が下端開口を有する球状に形成されている。透光カバー６は、その下端開口側が基材の頂面２ａの周縁部に固定され、光源４および光学部品５を覆っている。透光カバー６は、例えば、透過率７４％の乳白材料で形成され、外部に放出される光線を適度に拡散させるとともに、内部の光学部品５や光源４が透光カバーの外側から見えないようにしている。
直線状の基材２および透光カバー６の両端あるいは環状の基材および透光カバー６の両端間には、カバー２３が装着され、例えば、このカバー２３内に光源４を駆動する図示しない点灯回路等が設けられている。
上記のように構成された蛍光灯形の照明装置１においても、前述した第１の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
上述した実施形態はＬＥＤ電球あるいは蛍光体形の照明装置として説明したが、この発明に係る照明装置は、指向性のある光源とこの光源を囲う光学部材と透光カバーとの組み合わせであれば、街路灯照明等についても適用することができる。

１…ＬＥＤ電球、２…基材、２ａ…基材頂面、４…光源、５…光学部品、
５ａ…下端開口、６…透光カバー、６ａ…下端開口、１０…プリズム、
１１…駆動回路

Claims (8)

1. 頂面を有する基材と、
   前記基材頂面に配置された光源と、
   下端開口を有するドーム状の断面形状を有し、前記基材頂面に前記下端開口側が固定され前記光源を覆った光学部品と、
   前記基材頂面に固定され前記光源および光学部品を覆う透光カバーと、を備え、
   前記光学部品は、壁部の肉厚が前記下端開口の径よりも小さく形成され、
   前記光学部品は、前記光源からの光が入射するドーム内面あるいは光を外部に放出するドーム外面の少なくとも一方に設けられた複数のプリズムを有し、前記プリズムは、前記光学部品のドーム頂点を北極としたときに入射した光線の緯度方向角度を前記光学部品の南半球方向に変えて出射し、前記透光カバーは前記光学部品よりも低い透過率を有する照明装置。
2. 前記透光カバーは、透過率５０〜８８％の乳白材料で形成されている請求項１に記載の照明装置。
3. 前記光学部品は、透明な材料で形成されている請求項１又は２に記載の照明装置。
4. 前記光学部品は、透過率が９０％以上の材料で形成されている請求項１又は２に記載の照明装置。
5. 前記光学部品の側面方向に最も強い光度で光を出射する配光分布を有する請求項１ないし４のいずれか１項に記載の照明装置。
6. 前記光学部品は、中心軸に沿った高さが前記下端開口の径よりも大きい縦長に形成されている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の照明装置。
7. 白熱電球を模擬したＬＥＤ光源を有する電球型の照明装置である請求項１ないし６のいずれか１項に記載の照明装置。
8. 蛍光灯を模擬した複数のＬＥＤ光源を有する蛍光灯型の照明装置である請求項１ないし６のいずれか１項に記載の照明装置。

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