JP6178773B2 - Ｌｅｄランプならびにｌｅｄランプ用のレンズ - Google Patents

Description

本発明は、発光形状がフィラメントに似ているＬＥＤランプならびにこれに用いられるＬＥＤランプ用レンズに関する。

従来から、照明器具として、フィラメントを使用した白熱電球が一般的に使用されている（特許文献１）。この白熱電球は、左右一対のステム間に架設されたフィラメントが発光することにより、その発光形状が横長矩形状のものとなっている。

ところで、従来の白熱電球に比べて消費電力が低く、かつ、長寿命といった長所を有する発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」という。）は、需要者のエコロジー意識の高まりとともに、省エネ対策のひとつとしてその使用範囲が急速に広まっており、ＬＥＤが組み込まれたＬＥＤランプを白熱灯の代替として使用したいという要望が高まっている。

特開２００５−２７６５５６号公報（図１）

天井照明のように目線よりも高い位置にある照明器具では、光源が目に触れる機会も少ないため、白熱電球をＬＥＤランプに置き換えたとしても別段の問題が生じることはない。

処が、フロアライトのように光源が直接目に触れることの多い照明器具では、白熱電球の代わりにＬＥＤランプを使用した場合、長年にわたって慣れ親しんだ横長のフィラメント（白熱電球）と、円形或いは正方形の小さなチップ状のＬＥＤ（ＬＥＤランプ）とでは、その発光形状が全く異なるため、発光形状の違いによる視覚的な違和感を生じさせるという問題があった。

もちろん、チップ状のＬＥＤを複数個用い、フィラメントの形状に合わせて線状に配置すれば、フィラメントのような横長の発光形状とすることも出来るが、省エネ対策の観点から見れば、消費電力が低いとしても複数のＬＥＤを使用することは好ましくない。

本発明はこのような問題を解決すべくなされたもので、１つのＬＥＤを使用するにもかかわらず、発光形状を白熱電球のフィラメントに似せることができ、発光時における白熱電球との見た目の違和感を生じさせることがないＬＥＤランプならびにこれに用いられるレンズの開発をその課題とする。

請求項１に記載された発明は、「光を受光する受光面１４ｃ及び受光面１４ｃと対向して配置され、前記光を出光する前面１４ｅを有する平面視横長のレンズ本体１４ａを備え、レンズ本体１４ａの長手方向に伸びた伸長部分１４ｍは先端に向かって次第に幅狭となる楔状に形成されており、前面１４ｅにおける受光面１４ｃと対向する位置には、入光した光をレンズ本体１４ａに反射する反射凹所１４ｆが形成され、前記前面１４ｅの外周縁の全部又は一部が面取りされており、前記表側面取部１４ｇは前面１４ｅに対して傾斜している」ことを特徴とするＬＥＤランプ１０用のレンズ１４である。

このレンズ１４は受光面１４ｃからの光を受け、反射凹所１４ｆで反射された光がレンズ本体１４ａ内で無数の反射を繰り返し、反射凹所１４ｆを含めたその全面から出光していく。ここで平面視横長とは、レンズ本体１４ａの中央部分１４ｏから翼のように前記伸長部分１４ｍが両側に伸びている状態を意味し、例えば「長方形」「菱形」「横長の６又は８角形」である。そして、この中央部分１４ｏの背面に受光面１４ｃが形成されており、前面に反射凹所１４ｆが形成されている。そして、伸長部分１４ｍの前面側の前面１４ｅと、その背面である裏面１４ｄとの間の厚さが伸長部分１４ｍの先端に向う程次第に薄く楔状に形成されている（図１３）。このようにすることで、伸長部分１４ｍの先端まで光が届き、特に、レンズ本体１４ａから出る光の均斉度が高まる。また、反射凹所１４ｆの形状は別段問わないが、前面１４ｅから受光面１４ｃ又はその近傍に至る深さで「円錐状」「角錐状」或いは「半球状」に形成される。

そして「前面１４ｅの外周縁の全部又は一部が面取りされ、前記表側面取部１４ｇは前面１４ｅに対して傾斜しているため、明るく光るレンズ本体１４ａの中で表側面取部１４ｇの光の出る方向が変わりこの部分が強調されてあたかも「フィラメント」が光っているかのような雰囲気を醸し出す。上記で、表側面取部１４ｇの「一部」とは、図７、８、１０のような前面１４ｅの長辺部分を面取りしたような形状、或いは図示していないが、短辺部分を面取りしたような形状である。この部分を表側面取部１４ｇとする。

請求項２に記載された発明は、「レンズ本体１４ａの全部又は一部に梨地状の凹凸が形成されている」ことを特徴とする。このようにすることでこの凹凸で光がより散乱され、レンズ本体１４ａから出る光の均斉度が高まる。

請求項３に記載された発明は、「面発光型のＬＥＤ１２と、請求項１又は２に記載され、前記面発光型のＬＥＤ１２が受光面１４ｃに対面して設けられているレンズ１４と、前記ＬＥＤ１２に給電するための給電手段２２とを備えている」ことを特徴とするＬＥＤランプ１０である。

請求項４に記載された発明は、「レンズ１４を覆うカバー１６がさらに設けられている」ことを特徴とするＬＥＤランプ１０である。なお、カバー１６の表面が梨地（すりガラス状）とされている場合には、レンズ１４が外部から直接見えず、カバー１６全体が明るくぼんやりと光ることになり、従来のすりガラス白熱電球様になる。

本発明によれば、前述のように受光した光は反射凹所１４ｆにより反射されレンズ本体１４ａ内で無数の反射を繰り返して出光し、レンズ本体１４ａ全体が光ることになる。そして、その内の伸長部分１４ｍに進入した光は、この伸長部分１４ｍの内部で無数の反射を繰り返しつつその先端まで進む。この時、レンズ本体１４ａの長手方向に伸びた伸長部分１４ｍは先端に向かって次第に幅狭となる楔状に形成されているので、出光によって光量が漸減したとしても伸長部分１４ｍの先端まで光が到達する。その結果、横長のレンズ本体１４ａ全体が均一に光ることになる。換言すれば、１つのＬＥＤ１０を使用するにも拘わらず、その発光形状をフィラメントのような横長形状のものとすることが出来るので、このレンズ１４をＬＥＤランプ１０に組み込むことで、白熱電球の代替として使用した場合であっても発光時の違和感を生じさせることがない。

本発明の一実施例のＬＥＤランプを示す断面図である。 図１に用いられたレンズを示す正面図である。 図２のレンズの平面図である。 図２レンズを示す側面図である。 図３におけるＡ−Ａ’断面図である。 図３におけるＢ−Ｂ’断面図である。 図２の第２の実施例の平面図である。 図３の第３の実施例の平面図である。 本発明のレンズの他の実施例を示す正面図である。 図９の実施例の平面図である。 図９の実施例の側面図である。 図１０におけるＣ−Ｃ’断面図である。 本発明の基本形の斜視図である。

本発明が適用されたＬＥＤランプ１０について、図面を用いて説明する。図１に示すように、ＬＥＤランプ１０は、大略、面発光型のＬＥＤ１２と、レンズ１４と、必要に応じて設けられるカバー１６と、ランプ本体１１を構成するベース１８と、口金２０と、給電手段２２とで構成されている。

ＬＥＤ１２は、所定の電圧が印加されることによって光を放射する半導体素子であり、１つのＬＥＤ１２が後述するベース１８の上面中央に実装保持されている。

本実施例におけるＬＥＤ１２は、平面視正方形状（勿論、円形状であってもよい）の発光面１２ａで発光するタイプのものであり、その配光パターンはいわゆるランバーシアン型である。このランバーシアン型配光パターンでは、光軸（＝０°）とその近傍にほとんどの光が集まっている、例えばラグビー球状の光の分布を持つのが特徴であり、当該光軸と成す角度が±３０°の範囲内にＬＥＤ１２から放射される全光の５０％が含まれており、±４５°の範囲内には全光の７０％が含まれており、さらに±６０°の範囲内には全光の９０％が含まれている。

レンズ１４は、ガラス又は樹脂からなる透明中実体であり、図２〜図１３に示すように、レンズ本体１４ａと取付部１４ｂとで大略構成されている。なお、取付部１４ｂとレンズ本体１４ａとの一体物であるレンズ１４の材質は、光を通すことが可能であれば上述したような透明体に限られるものではなく、例えば透光体であってもよい。そして、図１３に示す上記形状が本発明の基本形状であり、図２〜８がその第１実施例とその変形例であり、図９〜１２が第２実施例である。以下、図１３及び図２〜８に従って第１実施例を説明する。

レンズ本体１４ａは、平面視横長、即ち、平面視で「長方形（図１３）」「横長の六角形（図示せず）又は八角形（図３、７及び８）」或いは「菱形（図示せず）」の透明中実体で、レンズ本体１４ａの中央部分１４ｏから翼のように前記伸長部分１４ｍが両側に伸びている。そして、レンズ本体１４ａの裏面中央に設けられた受光面１４ｃと、受光面１４ｃの左右両側にて横方向に伸び、受光面１４ｃに連続する裏面１４ｄと、受光面１４ｃ及び裏面１４ｄの前面側に設けられた前面１４ｅとを有する。

レンズ本体１４ａの前面１４ｅと裏面１４ｄとの間の部分である、受光面１４ｃが設けられたレンズ本体１４ａの中央部分１４ｏから両側に長手方向に伸びた伸長部分１４ｍは先端に向かってその厚みを漸減する楔状に形成されている（図１３）。これに対して、図３他の平面視横長八角形の場合は、伸長部分１４ｍが先端方向に向けて次第にその幅Ｗを漸減するように形成されている。

図３の場合は前面１４ｅの全周に同じ幅で前面１４ｅに対して傾斜した表側面取部１４ｇが形成されている例である。これに対して図７、８は前面１４ｅは幅の狭い長方形で、表側面取部１４ｇはその両側に平面視台形状に形成されている

裏面１４ｄは図１３の場合は全体が平面であるが、図３、７及び８では、発光前面１４ｅと同様、裏面１４ｄの両側に裏面１４ｄに対して傾斜する裏側面取部１４ｋが設けられており、レンズ本体１４ａ全体で多くの反射面を形成するようにしている。

前面１４ｅにおける受光面１４ｃと対向する位置（中央部分１４ｏの前面）には、前述のようにまた、その形状は別段問わないものの、本実施例では出光前面１４ｅから受光面１４ｃ又はその近傍に至る深さで「円錐状」の反射凹所１４ｆが形成されている。勿論、
「角錐状」或いは「半球状」でもよい。反射凹所１４ｆが「円錐状」の場合、その内側の角度θは７５°≦θ≦１０５°の範囲に設定するのが望ましく、垂直に入射した光が円周方向において水平方向に反射されるように本実施例では９０°に設定されている。

レンズ本体１４ａの中央部分１４ｏの背面側には円筒（或いはリング）状の取付部１４ｂが一体的に設けられており、取付部１４ｂと受光面１４ｃとで囲まれた空間がＬＥＤ１２を収容するためのＬＥＤ収容空間１４ｈとなっている。そして、前記受光面１４ｃは平坦端面でもよいし、入光した光が拡散しやすいようにレンズ本体１４ａの長手方向に対して直角に浅いＶ形溝を平行に複数刻設するようにしてもよいし、錐状の微小凹凸を形成してもよい。また、前記反射凹所１４ｆの尖端底部はＬＥＤ収容空間１４ｈに収納されたＬＥＤ１２の中心に一致する。

取付部１４ｂの側面には、下方に延びる一対の取付片１４ｉがそれぞれ垂設されており、各取付片１４ｉの先端には、後述する上部ベース２４の係合凹部２４ｃと係合する係合爪１４ｊがそれぞれ内向きに突設されている。

カバー１６は、透明ガラスで形成された中空球状体の部材で、ＬＥＤ１２及びレンズ１４を内包するようにしてベース１８の上面に必要に応じて配設されている。なお、カバー１６の材質は、透明体であればガラスに限定されるものではなく、例えば合成樹脂で形成してもよい。図の実施例ではカバー１６は透明体であるがすりガラス状にしてもよい。

ランプ本体１１は、ベース１８、口金２０、給電手段２２で構成されている。ベース１８は、ＬＥＤ１２、レンズ１４、及びカバー１６を保持するとともに、外部からの電力をＬＥＤ１２に供給する給電手段２２をその内部に収容する部材であり、上部ベース２４と下部ベース２６とで構成されている。

上部ベース２４は、金属（例えば、アルミニウム）やセラミック等の熱伝導及び放熱に優れた材料で形成された有蓋円柱状体（もちろん、有蓋角筒状であってもよい。）である。上部ベース２４の上面には一段下がった上面凹所２４ａが形成されており、この上面凹所２４ａの内周面にカバー１６の下面開口が取り付けられている。

また、上部ベース２４の上面中央部分（一段下がった上面凹所２４ａの中央部分）には、ＬＥＤ１２やレンズ１４を支持するための円柱状の支持柱２４ｂが上方に向かって突設されている。

支持柱２４ｂの上面中央部分には、ＬＥＤ１２が取り付けられており、このＬＥＤ１２を覆うようにレンズ１４が取り付けられている（ＬＥＤ１２は、上述したＬＥＤ収容空間１４ｈ内に収容されることとなる）。なお、本実施例では、レンズ１４の係合爪１４ｊを支持柱２４ｂの側面に設けた係合凹部２４ｃに係合させることによってレンズ１４と上部ベース２４の支持柱２４ｂとが接続されている。

上部ベース２４には、裏面側に開口する下面開口凹所２４ｄが形成されており、この下面開口凹所２４ｄに下部ベース２６の上部が挿入されて固着されている。また、上部ベース２４には、支持柱２４ｂの上面と、下面開口凹所２４ｄの天井面とを連通する連通孔２８が設けられている。

下部ベース２６は、セラミック等の絶縁体からなる円柱状体であり、その下端部２６ａは一段縮径しており、下端部２６ａの外周面にはネジが形成されている。

下部ベース２６の外径は、上部ベース２４の下面開口凹所２４ｄの内径よりもやや小さめに形成されており、その上端部が上記のように上部ベース２４の下面開口凹所２４ｄに嵌め込まれている。下部ベース２６の中央部には、上面開口の空洞部２６ｂが形成されており、この空洞部２６ｂと上部ベース２４の下面開口凹所２４ｄとが協働して内部空間３０が形成され、この内部空間３０に給電手段２２が配置されている。

そして、上述したように、下部ベース２６の下端部２６ａの外周面には、ネジが形成されており、このネジに口金２０が螺入されている。

口金２０は、照明器具等のソケット（図示せず）に螺入される有底筒状体であり、ネジが形成された導電材料（例えば金属）製の側面部２０ａと、導電性材料からなり裏面から突設する接点２０ｂと、側面部２０ａ及び接点２０ｂ間を電気的に絶縁する絶縁材料製の絶縁部２０ｃとで構成されている。

給電手段２２は、口金２０に供給された電力をＬＥＤ１２に供給するためのものであり、口金２０に印加された電圧をＬＥＤ１２の駆動電圧まで変圧するとともに、ＬＥＤ１２に対して過剰な電流が流れるのを防止する駆動回路２２ａと、口金２０及び駆動回路２２ａ間を導通させる一対の入力側リード線２２ｂと、駆動回路２２ａ及びＬＥＤ１２間を導通させる一対の出力側リード線２２ｃとで構成されている。

駆動回路２２ａは、上部ベース２４の下面開口凹所２４ｄと下部ベース２６の空洞部２６ｂとが協働して形成された内部空間３０に配設されており、入力側リード線２２ｂは、下部ベース２６の空洞部２６ｂの図中下端側に配設されており、出力側リード線２２ｃは、上部ベース２４の連通孔２８に挿通されている。

以上のように構成されたＬＥＤ１２を点灯すると、ＬＥＤ１２の発光面１２ａから出た光がレンズ１４の受光面１４ｃから内部に入る。ここで、前面１４ｅにおける受光面１４ｃと対向する位置に反射凹所１４ｆが形成されているので、受光面１４ｃからレンズ１４内に入光した光がこれによって反射される。

反射された光は、レンズ本体１４ａ内で無数に反射を繰り返しつつレンズ本体１４ａの全面から出射される。レンズ本体１４ａの長手方向に伸びた伸長部分１４ｍでは、この部分に入光した光は、伸長部分１４ｍ全体から出光しつつ、そしてその内部で無数の反射を繰り返しながら先端方向に進むが、伸長部分１４ｍは楔状であるから先端まで光量は衰えず、光は先端まで届く。その結果、暗い部分が発生せず、レンズ本体１４ａ全体が均一に光る。換言すれば、横長のレンズ１４の全体が光っているように見えるため、その発光形状を従来の白熱電球の横長のフィラメントに似せることができる。

なお、本実施例では、前面１４ｅ及び裏面１４ｄの外周縁が面取りされており、この表・裏側面取部１４ｇ・１４ｋにより多方向に光が反射されることになるので、レンズ本体１４ａ全体の均斉度が高くなる。これと同時に、レンズ本体１４ａの稜線部分Ｘに光が集中してこの部分が強く発光するので、レンズ１４をどの方向から見ても、全体が光っているレンズ本体１４ａの中に強く線状に光る部分が視認され、これによってこのレンズ１４の発光形状をよりフィラメントらしく見せることができる。

なお、上述実施例では、レンズ本体１４ａを平面視横長八角形のものとして形成したが、発光形状をフィラメントのような横長にすることが出来ればどのような形状を採用することも出来る。

また、レンズ本体１４ａの前面１４ｅの全部或いは一部（例えば、反射凹所１４ｆ部分だけでもよいし、前面１４ｅの周囲の表側面取部１４ｇだけでもよいし、表側面取部１４ｇを除いた前面１４ｅの上面部分であってもよいし、これらの組み合わせでもよい）に梨地状の凹凸を設けるようにしてもよい。この場合は、前面１４ｅから出光する光が梨地状の凹凸によって四方に拡散されることになるので、レンズ本体１４ａの均斉度向上に寄与する。なお、カバー１６を梨地状にすればレンズ１４から出光する光をより柔らかな雰囲気（従来の梨地球に似たもの）とすることができる。

なお、図７、８は前面１４ｅを長方形状にした場合で、前面１４ｅが光っているレンズ本体１４ａの中でこの長方形の前面１４ｅが視認され、稜線部分Ｘが強く光る場合と異なった趣の発光形態を醸し出す。

図９〜１２は、前面１４ｅを裏面１４ｄに合わせて対称に（或いは対称に近い形で）形成して正面視横Ｖ形にしたもので、作用的には第１実施例を同じである。

１０：ＬＥＤランプ、１１：ランプ本体、１２：ＬＥＤ、１２ａ：発光面、１４：レンズ、１４ａ：レンズ本体、１４ｂ：取付部、１４ｃ：受光面、１４ｄ：裏面、１４ｅ：前面、１４ｆ：反射凹所、１４ｇ：表側面取部、１４ｈ：ＬＥＤ収容空間、１４ｉ：取付片、１４ｊ：係合爪、１４ｋ：裏側面取部、１４ｍ：伸長部分、１４ｏ：中央部分、１６：カバー、１８：ベース、２０：口金、２０ａ：側面部、２０ｂ：接点、２０ｃ：絶縁部、２２：給電手段、２２ａ：駆動回路、２２ｂ：入力側リード線、２２ｃ：出力側リード線、２４：上部ベース、２４ａ：上面凹所、２４ｂ：支持柱、２４ｃ：係合凹部、２４ｄ：下面開口凹所、２６：下部ベース、２６ａ：下端部、２６ｂ：空洞部、２８：連通孔、３０：内部空間、Ｗ：幅、Ｘ：稜線部分。

Claims (4)

1. 光を受光する受光面及び前記受光面と対向して配置され、前記光を出光する前面を有する平面視横長のレンズ本体を備え、
   前記レンズ本体の長手方向に伸びた伸長部分は先端に向かって次第に幅狭となる楔状に形成されており、
   前記前面における前記受光面と対向する位置には、入光した光をレンズ本体に反射する反射凹所が形成されており、
   前記前面の外周縁の全部又は一部が面取りされており、
   前記表側面取部は前面に対して傾斜していることを特徴とするＬＥＤランプ用のレンズ。
2. レンズ本体の全部又は一部に梨地状の凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤランプ用のレンズ。
3. 面発光型のＬＥＤと、請求項１又は２に記載され、前記面発光型のＬＥＤが受光面に対面して設けられているレンズと、前記ＬＥＤに給電するための給電手段とを備えていることを特徴とするＬＥＤランプ。
4. 前記レンズを覆うカバーがさらに設けられていることを特徴とする請求項３に記載のＬＥＤランプ。
   

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