CN103703304A - 照明器具 - Google Patents

Abstract

实施方式的照明器具包括安装在建筑物的天花板或墙壁等被安装面上的本体。而且，所述照明器具包括与被安装面大致平行的发光面，在该发光面上配置着半导体发光元件。而且，具有透光性的盖体以覆盖发光面的方式而安装在本体上。盖体的内表面包括折射面，所述折射面相对于从半导体发光元件射出的光的光轴成为锐角，盖体的外表面包括比本体的周缘部向外侧突出的外周面。

Description

照明器具

技术领域

本发明的实施方式涉及-种例如安装在建筑物的天花板或墙壁上的照明器具。

背景技术

近年来，使用半导体发光元件作为光源的照明器具日益普及。作为此种照明器具，例如周知有如下的照明器具，其包括：本体，可装卸地安装在天花板面上；发光二极管(light-Emitting Diode，LED)模块，安装于在基板上封装有多个LED(发光二极管)而成的所述本体上；及盖体，覆盖该LED模块。

LED的指向性强，此种照明器具适合于照射正下方的物体，但作为整个房间的照明则尚有改善的余地。

背景技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2010-192338

发明内容

[发明所要解决的课题]

即，为了利用安装在天花板上的这一类型的照明器具，来将整个房间照明，理想的是除朝向下方的照明光外，还产生照亮横方向或上方向、也就是天花板的光。

由此，期望开发出一种能够良好地将整个房间照明的使用了半导体发光元件的照明器具。

[用于解决课题的手段]

实施方式的照明器具具有安装在建筑物的天花板或墙壁等被安装面上的本体。而且，该照明器具具有与被安装面大致平行的发光面，在该发光面上配置着半导体发光元件。而且，具有透光性的盖体以覆盖发光面的方式安装在本体上。盖体的内表面包括折射面，所述折射面相对于从半导体发光元件射出的光的光轴成为锐角，盖体的外表面包括比本体的周缘部向外侧突出的外周面。

[发明的效果]

根据实施方式的使用了半导体发光元件的照明器具，能够良好地将被安装面照明。

附图说明

图1是从光的出射侧观察第一实施方式的照明器具所得的立体图。

图2是从被安装面侧观察图1的照明器具所得的立体图。

图3是图1的照明器具的分解立体图。

图4是以线F4-F4切断图1的照明器具所得的剖面图。

图5是自箭头F5的方向观察图4的照明器具所得的剖面图。

图6是第二实施方式的照明器具的剖面立体图。

图7是自箭头F7的方向观察图6的照明器具所得的剖面图。

图8是用以说明图6的照明器具的盖体的倾斜面的配光特性的模拟图。

图9是用以说明图6的照明器具的盖体的倾斜面的配光特性的模拟图。

图10是用以说明图6的照明器具的盖体的倾斜面的倾斜角θ与出射角r的关系的说明图。

图11是表示在图6的照明器具的盖体的表面引起全反射的倾斜面的倾斜角θ与出射角r的关系的曲线图。

图12是表示图6的照明器具的盖体的倾斜面的倾斜角θ与朝向侧面部的全反射光束量的关系的曲线图。

图13是表示图6的照明器具的盖体的第一变形例的剖面立体图。

图14是表示使用图13的盖体的情况下的配光特性的模拟图。

图15是表示图6的照明器具的盖体的第二变形例的剖面立体图。

图16是表示使用图15的盖体的情况下的配光特性的模拟图。

图17是表示使用图6的照明器具的其他变形例的盖体的情况下的配光特性的模拟图。

图18是表示使用图6的照明器具的其他变形例的盖体的情况下的配光特性的模拟图。

图19是表示使用图6的照明器具的其他变形例的盖体的情况下的配光特性的模拟图。

图20是表示使用图6的照明器具的其他变形例的盖体的情况下的配光特性的模拟图。

图21是表示使用图6的照明器具的其他变形例的盖体的情况下的配光特性的模拟图。

图22是表示使用图6的照明器具的其他变形例的盖体的情况下的配光特性的模拟图。

具体实施方式

以下，一边参照附图一边对实施方式进行说明。

图1是从光的出射侧观察第一实施方式的照明器具1所得的立体图，图2是从天花板或墙壁等被安装面侧(以下，有时也称作背面侧)观察该照明器具1所得的立体图，图3是将该照明器具1分解为多个构成要素所得的分解立体图。而且，图4是以线F4-F4切断图1的照明器具1所得的剖面图，图5是从箭头F5方向观察图4的照明器具1所得的剖面图。

本实施方式的照明器具1包括：灯头2，相对于设置在天花板或墙壁等被安装面上的未图示的灯座而装卸自如地安装着；绝缘构件3；2根电极销4；中盖5；作为散热构件而发挥功能的筐体6；黏附在该筐体6的安装面7的LED模块8，以及以覆盖该LED模块8的方式而安装在筐体6上且具有透光性的盖体10。

灯头2为GX53型，且具有插通到未图示的灯座的插通孔中的有底的圆筒体2a。而且，灯头2具有呈大致椭圆形的外形的有底的框体2b。圆筒体2a从框体2b的底部2c朝向背面侧一体地突出设置。在圆筒体2a的外周面形成着L字形状的2个槽2d，该L字形状的2个槽2d卡在位于未图示的灯座的插通孔中的未图示的突起上。而且，在框体2b的底部2c，形成着使绝缘构件3的2个突出部3b分别露出的2个孔2e。

绝缘构件3例如由树脂而形成，且具有大致圆形的框体3a、及在框体3a的外侧朝向彼此相反的方向突出的2个突出部3b。各突出部3b上形成着分别供2根电极销4的前端插通的插通孔3c。该绝缘构件3配置在所述灯头2的框体2b的内侧，且2个突出部3b分别嵌入至底部2c的2个孔2e中。即，绝缘构件3的框体3a嵌入至灯头2的圆筒体2a的内侧，绝缘构件3的2个突出部3b从灯头2的2个孔2e露出。

2根电极销4插通配置于形成在所述绝缘构件3的2个突出部3b的插通孔3c中。绝缘构件3的2个突出部3b分别嵌入至灯头2的2个孔2e中，因而2个电极销4成为相对于灯头2而为电性绝缘的状态。另外，2根电极销4的前端4a向灯头2的背面侧突出。

中盖5在与绝缘构件3相向的一侧的面(图3中的上表面)上，一体地具有2个凸毂(boss)部5a。所述2个凸毂部5a分别具有用以接收2根电极销4的基端部的孔5b。而且，各凸毂部5a具有用以供将电极销4电性连接的未图示的引线通过的切口5c。中盖5嵌入至所述灯头2的大致椭圆形的框体2b的内侧。此时，设置在框体2b的4角的螺孔2f从设置在中盖5的4角的切口5d露出。

筐体6在安装LED模块8的安装面7的相反侧，具有将灯头2、绝缘构件3及中盖5以组合的状态而收容的大致椭圆形的凹部6a。而且，筐体6在该凹部6a的外侧具有多个散热鳍片6b。此外，筐体6在凹部6a的底部具有供所述未图示的引线通过的孔6c。该筐体6具有大致圆柱状的外形。筐体6通过将未图示的4根螺钉螺合在灯头2的螺孔2f上而得以拧紧固定。也就是，所述灯头2、绝缘构件3、电极销4、中盖5及筐体6作为照明器具1的本体而发挥功能。

LED模块8包括：热密接地黏附在筐体6的安装面7的基板8a，封装在该基板8a的表面的未图示的多个LED芯片(半导体发光元件)，及将所述多个LED芯片密封于基板表面的密封构件8b。各LED芯片与形成在基板表面的配线图案进行倒装芯片(flip chip)连接。而且，基板表面的配线图案经由所述引线而与2根电极销4电性连接。另外，基板表面作为发光面而发挥功能。

而且，盖体10包括：与基板表面大致平行地相隔的大致圆板状的前表面部10a，及从该前表面部10a的周缘部朝向筐体6(本体)一体突出设置的大致圆环状的侧面部10b。该盖体10由聚碳酸酯或丙烯酸树脂等透明树脂的射出成形而形成。本实施方式中，侧面部10b的壁厚比前表面部10a的板厚要厚。该盖体10利用位于侧面部10b的与前表面部10a相隔的端部的卡合爪10g而卡合并安装在筐体6上。

另外，侧面部10b包括位于比筐体6的周缘部6d靠内侧处的内周面10c、及比筐体6的周缘部6d向外侧突出的外周面10d。结果，侧面部10b在比筐体6的周缘部6d靠外侧处具有与被安装面相向的圆环状的背侧光射出面10e。而且，该背侧光射出面10e位于比LED模块8的基板表面(发光面)离被安装面近的位置。

所述构造的照明器具1中，从LED模块8射出的光的大部分经由盖体10的前表面部10a而射出。另一方面，从LED模块8射出的光的一部分如图5中箭头Lb所示，经由盖体10的侧面部10b而射出。尤其由该箭头Lb表示的光，对安装着照明器具1的被安装面进行照明。另外，本实施方式的照明器具1因在从LED模块8到侧面部10b的光路上无障碍物，从而通过侧面部10b的光增多。

如果着眼于该箭头Lb的光，则从LED模块8朝向盖体10的侧面部10b射出的光直接透过侧面部10b，或者由侧面部10b的内周面10c折射，并由盖体10的表面(端面10f)反射，且经由侧面部10b的外周面10d而向照明器具1的外部射出。此时，因光对于侧面部10b的内周面10c的入射角度具有范围，所以光经由背侧光射出面10e而射出，或者光经由外周面10d而射出。而且，如果盖体10中混入使光散射的物质，则在盖体10的侧面部10b内光发生漫反射，从而也可将整个侧面部10b照亮。

尤其根据本实施方式，因使盖体10的侧面部10b的壁厚变厚，所以可使侧面部10b的与背侧光射出面10e为相反侧的端面10f的面积相对增大，从而可使朝向照明器具1的背侧的反射光相对增多。也就是，在将本实施方式的照明器具1安装在天花板的情况下，可将整个房间照得明亮。

另外，如本实施方式那样，通过使侧面部10b的内周面10c比筐体6的周缘部6d靠内侧，而无须使照明器具1的外径增大到必要以上便可使侧面部10b的壁厚增厚。而且，同样地，通过使侧面部10b的外周面10d比筐体6的周缘部6d向外侧突出，而可使侧面部10b的壁厚增厚，此外可设置与照明器具1的背面侧相对面的背侧光射出面10e，从而可更有效地将照明器具1的被安装面照明。尤其如本实施方式那样，通过使背侧光射出面10e比LED模块8的发光面靠近被安装面，而可更有效地实施对被安装面的照明。另外，盖体10的侧面部10b的内周面10c作为使从LED模块8射出的光折射的折射面而发挥功能。

而且，本实施方式的盖体10可利用使用了模具的射出成形而制造，且可相对廉价地制造。因此，作为盖体10的折射面而发挥功能的内周面10c相对于从LED模块8射出的光的光轴成为锐角。

与此相对，如果如以前那样采用利用吹塑成形的制造方法，则成形的生产节拍时间(tact time)延长，从而制造成本相应地增高。也就是，通过如本实施方式那样利用射出成形来制造盖体10，而可降低照明器具10的制造成本。

而且，如本实施方式那样，通过将LED芯片用于光源而可延长照明器具1的使用寿命，且可减少光源的更换作业的次数，从而可降低保养成本。作为半导体发光元件，除LED芯片外还可使用电致发光(electroluminescence，EL)。而且，因由聚碳酸酯或丙烯酸树脂形成盖体10，所以即便在照明器具1掉落的情况下等，也可确保安全性。

另外，在本实施方式的照明器具1中，在盖体10的外侧表面或内侧表面形成细微的凸凹面，通过使光散射，而可增加朝向照明器具1的侧面或后方的光束，也可提升照明器具1的价值。而且，通过使盖体10的原材料自身含有使光漫反射的折射率不同的材料，可增加朝向照明器具1的侧面或后方的光束，从而也可提升照明器具1的价值。

图6是第二实施方式的照明器具21的剖面立体图，图7是从箭头F7的方向观察图6的照明器具21所得的剖面图。该照明器具21除盖体20的构造不同以外，具有与所述第一实施方式的照明器具1大致相同的构造。因此，此处，对与所述第一实施方式的照明器具1同样地发挥功能的构成要素附上相同符号，并省略其详细说明。

本实施方式的照明器具21的盖体20中，内周面22具有侧面部24，该侧面部24从盖体20的外侧朝向内侧而向离开被安装面的方向倾斜。换句话说，位于盖体20的内表面的倾斜面22朝向盖体20的内侧而逐渐地向接近前表面部26的方向倾斜。也就是，倾斜面22与前表面部26的内表面相连。该倾斜面22作为使从LED模块8射出的光折射的折射面而发挥功能。

该倾斜面22以如下方式发挥功能：使从LED模块8放射的光向所需的方向折射，且由盖体20的表面28全反射。换句话说，该倾斜面22的相对于表面28(或基板表面的发光面)的倾斜角θ具有能够使来自LED模块8的光由表面28全反射的阈值。例如，图8及图9中表示将该倾斜角度设定为20度的情况下的光的反射方向的模拟结果。

据此可知，如图8所示，通过盖体20的平坦的前表面部26的光大体经由盖体20的表面28而大致笔直地射出。而且，如图8所示，通过倾斜面22的光中的一部分光也经由盖体20的表面28而射出。

可知与此相对，通过倾斜面22的光的大部分因由倾斜面22折射而相对于表面28的入射角发生变化，由表面28全反射并从盖体20的侧面部24射出。而且，此时，经由侧面部24射出的光的方向根据该光的反射路径而为各种不同的方向，且为朝向照明器具21的侧方或后方的方向。

参照图10对该倾斜面22的特性进行更具体说明。

在将相对于从作为光源的LED模块8射出的光的光轴I的最大出射角设为r的情况下，光Iin相对于倾斜面22的入射角为r-θ。该情况下，最大出射角r定义为能够充分出射LED的光的最大的角度。以入射角r-θ而入射至倾斜面22的光，由倾斜面22折射后作为出射角90-β-θ的光Iout而通过盖体20。

由聚碳酸酯形成的盖体20的折射率n为1.59，因而可由盖体20的表面28使光全反射的角度γ为39°。也就是，以β为51度以下的出射光Iout而通过聚碳酸酯的光由表面28全反射。另外，由表面28反射的光之后在倾斜面22与表面28之间重复反射，并经由侧面部24的外周面10d而射出。

此处，已对由聚碳酸酯形成盖体20的情况进行了说明，但由其他材料形成盖体20的情况下所述观念也成立。也就是，在将盖体20的折射率设为n的情况下，倾斜面22的相对于发光面的倾斜角度θ设定为满足如下的范围内即可：

r≥θ+arcsin(n*sin(-θ+arcsin(1／n)·180／π))。

以下，参照图10对所述数式进行说明。

如果将来自LED模块8的最大出射角设为r、倾斜面22的相对于发光面的倾斜角度设为θ，则入射光Iin相对于倾斜面22的入射角为90-θ-α，相对于倾斜面22的出射光Iout为90-(β+θ)。

另一方面，作为在盖体20的表面28全反射的条件，相对于表面28的入射角γ必须满足sinγ=1/n。该情况下，n是指盖体20的折射率，本实施方式中，聚碳酸酯的折射率为1.59。也就是，产生全反射的入射角γ为39度。由此，β=51度。也就是，通过将β设为小于51度，而满足本实施方式的条件。

而且，根据斯奈尔定律(Snell′s law)，Iin与Iout的关系为1*sin(90-θ-α)=1.59*sin(90-θ-51)。因此，引起全反射的条件为

r≥θ+arcsin(1.59*sin(90-θ-51))。

例如，在图8及图9中表示模拟结果的倾斜角度为20度的情况下，出射角r=51.1度以上而引起全反射。如果将上式替换为使用了折射率n的盖体的情况下的通式，则成为

r≥θ+arcsin(n*sin(-θ+arcsin(1／n)·180／π))。

图11中以曲线图来表示将聚碳酸酯的折射率代入上式的n中的情况下的出射角r与倾斜角θ的关系。据此可知，例如在将盖体2的倾斜面22的倾斜角θ设计为20度的情况下，可使出射角51度以上的光束全反射。

而且，图12中以曲线图来表示如下两者的关系，即，将从LED模块8射出的光的配光假定为朗伯型(Lambertian)的情况下的倾斜角θ与从LED模块8射出的光中的朝向侧面部24的光束的比例。据此可知，例如在将盖体20的倾斜面22的倾斜角θ设定为20度的情况下，全光束的约20％的光束朝向侧面部24反射。

图12的曲线图为将盖体20的透过率设为100％而计算的结果，因而实际必须考虑该透过率。而且，如果倾斜角θ变得过大，则会相应地重复进行反射，而光束衰减，因而必须考虑盖体20整体的厚度、直径、倾斜面22的长度、整体的配光、光束量、所需的来自侧面部24的出射光量等，来设计盖体20的形状。

如上所述，根据本实施方式，因在盖体20的内表面设置倾斜面22，所以可使从LED模块8射出的光的大部分经由侧面部24而向照明器具21的侧方或背侧射出，也可将被安装面照明，从而可将整个房间照得明亮。

以下，参照图13至图22，对所述第二实施方式的盖体20的几个变形例进行说明。另外，以下的各变形例的说明中，对与第二实施方式的盖体20同样地发挥功能的构成要素附上相同符号。

图13是第一变形例。该第一变形例的盖体20具有与前表面部26的内表面平滑地相连的弯曲的倾斜面31。盖体20的倾斜面担负着使从LED模块8射出的光束折射而由表面28全反射的功能，为了使全反射的光束朝向侧面部24，不必为笔直的面。换句话说，盖体具有从其内侧朝向外侧而厚度逐渐增大的剖面形状即可。

图14是对使用了图13的盖体的情况下的配光特性进行计算所得的模拟结果的图。据此可知，经由盖体的侧面部射出的光束多，安装着照明器具的被安装面也得到照明。也就是可知，在使用了该第一变形例的盖体的情况下，也可将整个房间照得明亮。

图15是第二变形例。该第二变形例的盖体20与所述第一变形例相比，具有倾斜角θ大的弯曲的倾斜面32。该盖体也具有从内侧朝向外侧而厚度逐渐增大的剖面形状。

图16是对使用了图15的盖体的情况下的配光特性进行计算所得的模拟结果的图。据此可知，与第一变形例相比，朝向侧面部24的光束量增多，但反射也增多。

此外，考虑图17至图22所示的几个变形例，可知任一变形例中，除透过盖体的前表面部的光外，透过侧面部的光多，从而被安装面也能够得到照明。

尤其在图22所示的例中，盖体的侧面部24的与被安装面相隔的端面34，从盖体的内侧朝向外侧而向离开被安装面的方向倾斜。据此可知，可在盖体的表面28的边缘部分使光束朝向外侧反射，从而可进行具有更广范围的配光。

[符号的说明]

1：照明器具

2：灯头

3：绝缘构件

4：电极销

5：中盖

6：筐体

6d：周缘部

7：安装面

8：LED模块

10、20：盖体

10a：前表面部

10b：侧面部

10c：内周面

10d：外周面

10e：背侧光射出面

10f：端面

22：倾斜面

28：表面

r：出射角

θ：倾斜角

Claims (8)

1.一种照明器具，其特征在于包括：

本体，安装在建筑物的天花板或墙壁等被安装面上；

半导体发光元件，配置在与所述被安装面大致平行的发光面上；以及

盖体，以覆盖所述发光面的方式安装在所述本体上且具有透光性，且

所述盖体的内表面包括折射面，所述折射面相对于从所述半导体发光元件射出的光的光轴成为锐角，所述盖体的外表面包括外周面，所述外周面比所述本体的所述周缘部向外侧突出。

2.根据权利要求1所述的照明器具，其特征在于：

所述盖体的从所述折射面到所述外周面为止的厚度比与所述发光面大致平行的所述盖体的前表面部的厚度厚。

3.根据权利要求1或2所述的照明器具，其特征在于：

所述盖体的所述外表面包括背侧光射出面，所述背侧光射出面在比所述本体的所述周缘部靠外侧处与所述被安装面相向。

4.根据权利要求3所述的照明器具，其特征在于：

所述背侧光射出面位于比所述发光面离所述被安装面近的位置。

5.根据权利要求1或2所述的照明器具，其特征在于：

所述折射面包括倾斜面，所述倾斜面从所述盖体的外侧朝向内侧而向离开所述被安装面的方向倾斜。

6.根据权利要求5所述的照明器具，其特征在于：

在将相对于从所述半导体发光元件射出的光的光轴的最大出射角度设为r，所述盖体的折射率设为n的情况下，所述倾斜面的相对于所述发光面的倾斜角度θ设定于满足如下的范围内：

r≥θ+arcsin(n*sin(-θ+arcsin(1／n)·180／π))。

7.根据权利要求1所述的照明器具，其特征在于：

所述盖体具有从其内侧朝向所述外周面而厚度逐渐增大的剖面形状。

8.根据权利要求2所述的照明器具，其特征在于：

所述前表面部的周缘部附近的所述盖体的与所述被安装面相隔的外表面，从所述盖体的内侧朝向所述外周面而向离开所述被安装面的方向倾斜。

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