JP2007073306A - 照明ユニット及び照明装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 高効率でLEDの光を集光させ、照射領域内に色ムラ及び影を生じさせることのない照明ユニット及び照明装置を得る。
【解決手段】 放物面25aからなる第1反射部25と、第1反射部25のさらに光出射側に、平板状の反射面27aを有する第2反射部27とを備え、発光ダイオード17からの第2反射部表面における光束とその陰影との境界線を第1の境界線とし、隣接する他の発光ダイオード17からの光束とその陰影との境界線を第2の境界線としたときに、第2反射部27の光出射側に突出する高さを、第1の境界線と第2の境界線が最初に公差する第2反射部表面上の点よりも高く設定した。
【選択図】図7

Description

本発明は、LEDを光源とした照明ユニット及びこれを備えた照明装置に関する。
従来の照明器具としては、蛍光灯や白熱電球、スポットライト等、種々のタイプの照明光源が利用されているが、照明光の中に被照射物の劣化を誘発する紫外線成分を含んでいたり、照明光源の発熱により、その設置に関しては制約が多かった。最近になり、発熱や消費電力の少ないLED光源が注目され、また、高輝度な白色LEDも提供されるようになってから、一般照明用の照明器具にLED光源を利用するものが増えつつある。この種の照明装置の一例が例えば特許文献1に開示されている。
ところが、LEDから得られる直接光の照射光分布は、指向性の高いものでも照射距離が長くなるにつれブロードとなり、照射領域が広がり過ぎて照度不足となる。図27(a)にLED81を反射板を設けることなく単体で発光させたときの所定距離を隔てた面上における照度分布を示した。図示のように、所定距離だけ離れた面上では、LED81を単体で発光させた場合、低い照度でブロードな光量分布となる。そのため、LED光源に反射板を設ける構成が多々提案されているが、いずれの反射板もLED光源の側方や後方に向けられた光を前方に戻すのみで、必ずしも集光性の高い構成とはいえず、また、照射光分布もブロードであり、不要領域までを照らすことになっていた。このような状況から、必要十分な照度を得るためには高輝度の光源を利用し、照射領域を制限するにはルーバー等の遮光材により不要光をカットすることが一般的に行われている。
しかし、高輝度の光源は消費電力が高く、また、形状も大型化するため、照明装置の取り付けに際しての制約が多く適用範囲が限られていた。さらに、ルーバー等の遮光材は光利用効率を低下させる原因となり、依然として課題が多く残されていた。
一般に、照明用光源としては、高い照度でかつ平坦な照度分布を有する照明領域の得られる光源が求められている。そこで、図27(b)に示すように、LED81の側方(或いは背面側等)に凹面状の放物面を有する反射板83を設けることにより、LED81からの光を、この反射板83によって平行光化して光束密度を上げることができる。また、この反射板83により、光の到達距離をある程度伸ばすことができる。しかながら、LED81の側方に出射した光成分85は反射板83により偏向されるが、反射板83に照射しなかった光成分86は拡散しながら光路前方に進む。このため、光源全体として照度分布は反射板83により照度アップが図られるが、依然としてブロードな分布を呈したままとなり、照明に必要となる高照度で平坦照度分布の照明領域が十分に得られない。また当然ながら、LED81が10゜程度の小さな照度角である場合には、反射板83にLED81からの出射光が照射されずに、実質的に偏向に寄与しない成分が多くなり、照度の向上は望めない。
そこで本願発明者らは、LEDの出力を上げることなくLEDからの光を高効率で集光し、高照度を得ることのできる新規な反射板を備えた照明装置を開発した(特願2004−346543)。この照明装置の反射板によれば、LEDからの光を特定の範囲に集中して照射することができ、照射範囲内では、高い照度で照明することが可能となった。また、照射領域と非照射領域との境界が明瞭に分離する特性を有し、照射したくない領域を選択的に外して照明することも可能となった。
特開2000−021209号公報
ところで、上記した新規な反射板を備えた照明装置は、図28に示すように、第1反射部83aが発光ダイオード81からの光を光出射側に向けて略平行化して反射させ、第2反射部83bが第1反射部83aに入射しなかった発光ダイオード81からの光を光出射側に向けて略平行化して反射させることにより、高い照度で照度分布を均一にすることができる。
しかしながら、第2反射部83bの表面には、第1反射部83aから出射された発光ダイオード81からの光束とその陰影との境界線87が現れる。この境界線87は、隣接する他の発光ダイオード81からの光束とその陰影とによっても同様に現れる。これら境界線87同士に挟まれる領域は、公差点88を頂角とした略三角形状の陰影(反射部からの照射光が少ない領域部)89を形成する。この陰影89が第2反射部83bを越えて光出射側に落ちると(伝搬すると)、被照射対象物に照明光の色ムラS1や影S2が発生し、この結果、高品質な均一照明の妨げとなった。
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、高効率でLEDの光を集光させると共に、近接して照明する場合であっても照射領域内に色ムラ及び影を生じさせることなく均質な照明光が得られる照明ユニット及び照明装置を提供することを目的としている。
本発明に係る上記目的は、下記構成により達成される。
(1) 発光ダイオードを光源とした照明ユニットであって、複数の発光ダイオードを基台に配設した発光部と、前記発光部の光出射側に前記複数の発光ダイオードそれぞれに対応して設けられ、前記発光ダイオードの発光面が焦点位置となる放物面からなる第1反射部と、前記第1反射部のさらに光出射側に、前記発光ダイオードからの光を光出射側に向けて反射する平板状の反射面を有する第2反射部と、を備え、前記第2反射部表面における前記第1反射部から出射された前記発光ダイオードからの光束とその陰影との境界線を第1の境界線とし、前記第2反射部表面における前記発光ダイオードに隣接する他の発光ダイオードからの光束とその陰影との境界線を第2の境界線としたときに、前記第2反射部の前記光出射側に突出する高さが、前記第1の境界線と前記第2の境界線が最初に公差する前記第2反射部表面上の点よりも高く設定されていることを特徴とする照明ユニット。
この照明ユニットによれば、第2反射部の高さが、第2反射部表面における第1反射部から出射された光束とその陰影との第1の境界線と、第2反射部表面における隣接する他の発光ダイオードからの光束とその陰影との第2の境界線との最初の公差点より高く設定されることで、この第2反射部に照射されずに生じる陰影が、第2反射部を越えて光出射側に落とす(伝搬する)ことなく第2反射部表面内で収まる。従って、陰影が光束と共に出射することで生じる照明光の色ムラや影が発生しなくなる。
(2) 前記第2反射部が、前記発光ダイオードを挟んで、前記発光ダイオードの並び方向に対して平行に一対配列されたことを特徴とする(1)項記載の照明ユニット。
この照明ユニットによれば、発光ダイオードから直接第2反射部へ入射した光が、発光ダイオードの並び方向に対して平行に一対配列された第2反射部における双方の反射面で集光されて照度が高められる。
(3) 前記複数の発光ダイオードが複数列状に配列され、前記第2反射部が前記複数の発光ダイオード列の並び方向両外側で、前記発光ダイオード列内における発光ダイオードの並び方向に対して平行に一対配列されたことを特徴とする(1)記載の照明ユニット。
この照明ユニットによれば、発光ダイオードから直接第2反射部へ入射した光が、一対の第2反射部における双方の反射面で集光されて照度が高められる。
(4) 前記発光ダイオード列は、該発光ダイオード列内の前記第1反射部の配置ピッチが、隣接する発光ダイオード列間で互いに1/2ピッチだけ列方向にずれた千鳥配置であることを特徴とする(3)記載の照明ユニット。
この照明ユニットによれば、第1反射部の配置が、隣接する発光ダイオード列間で千鳥配置となることで、第1反射部同士を近接位置に配置することができ、第1反射部から出射される光の照射されない陰影が小さくなり、この陰影による照明光の色ムラや影の発生が抑制される。
(5) 前記発光ダイオード列とこれに隣接する他の発光ダイオード列との間で、各列間の発光ダイオードが互いに光出射方向に対して段差を有していることを特徴とする(3)又は(4)記載の照明ユニット。
この照明ユニットによれば、隣接する一方の発光ダイオードの段差(光出射方向の反対側へ引っ込む方向の段差)によって、頂角を挟む一方の辺部である境界線(例えば第1の境界線)が発光ダイオード側へと平行移動され、第2反射部の表面に形成される第1の境界線と第2の境界線とに挟まれる略三角形状の陰影が縮小される。即ち、陰影が小さくなることで、照明光の色ムラや影の発生が抑制されることとなる。
(6) 前記第1反射部と前記第2反射部の反射面が、蒸着による鏡面のコーティング加工面であることを特徴とする(1)項〜(5)項のいずれか1項記載の照明ユニット。
この照明ユニットによれば、反射面が、蒸着によるコーティング加工、例えばスパッタリングメッキによって仕上げられる。スパッタリングメッキの工程は、専用プライマーによるベースコートの塗布、真空中でのアルミ蒸着、アルミ蒸着面へのウレタンクリアーコートからなり、樹脂製品の放物面など複雑な被着面に対しても、均一な鏡面形成が可能となり、高反射率の反射面が形成可能になる。
(7) 前記第1反射部と前記第2反射部の少なくともいずれかの反射面が、なし地状に形成されたことを特徴とする(1)項〜(5)項のいずれか1項記載の照明ユニット。
この照明ユニットによれば、なし地状の光反射面によって反射された光が、巨視的に見れば鏡面反射となるが、微視的に見れば拡散して反射され、その結果、分散して色分離された異なる周波数(波長)成分の光が混合される。
(8) 前記発光ダイオードが、青色発光ダイオードと、該青色発光ダイオードからの青色光を黄色光に変換する蛍光体と、を有する白色発光ダイオードであることを特徴とする(1)〜(7)のいずれか1項記載の照明ユニット。
この照明ユニットでは、青色発光ダイオードから出射された青色光が蛍光体に吸収されると、蛍光体は黄色光を発し、この黄色光と吸収されなかった青色光が混ざって、発光ダイオードからの出射光が白色光となる。
(9) (1)項〜(8)項のいずれか1項記載の照明ユニットと、前記発光ダイオードを発光駆動するための電力を供給する駆動部と、を備えたことを特徴とする照明装置。
この照明装置によれば、商用電力が駆動部へ供給されることで、駆動部が発光駆動に必要な駆動電力を発光ダイオードへ供給し、発光ダイオードが省電力でありながら、高い照度でかつ均一な照度分布で発光される。
本発明に係る照明ユニットによれば、放物面からなる第1反射部と、平板状の反射面を有する第2反射部とを備え、第2反射部表面における第1反射部から出射された発光ダイオードからの光束とその陰影との境界線を第1の境界線とし、第2反射部表面における隣接する他の発光ダイオードからの光束とその陰影との境界線を第2の境界線としたときに、第2反射部の高さを、第1の境界線と第2の境界線が最初に公差する第2反射部表面上の点よりも高く設定したので、第2反射部に照射されないことで、この第2反射部に生じる陰影を、第2反射部を越えて光出射側に落とすことなく収容でき、陰影が光束と共に出射することで生じる照明光の色ムラや影の発生を防止できる。この結果、高品質な均一照明を行うことができる。
本発明に係る照明装置によれば、前述の照明ユニットと、発光ダイオードを発光駆動するための電力を供給する駆動部とを備えたので、商用電力を駆動部へ供給することにより、省電力でありながら、高い照度で均一な照度分布が得られ、しかも、色ムラ及び影のない照明光を独立した当該単体装置で照射することができる。
以下、本発明に係る照明ユニット及び照明装置の好適な実施の形態を図面を参照して説明する。
図1は本発明に係る照明装置の第1実施形態を示す全体構成図である。
本発明に係る第1実施形態の照明装置200は、照明ユニット100と、駆動部11とを有して構成されている。
駆動部11は、照明ユニット100に発光駆動電力を供給するものであり、例えばフルレンジトランス等を用いることができる。駆動部11は商用電源に接続し、商用電源からの例えばAC110V〜220V、50Hz〜60Hz等の電力を、DC12V(DC6VやDC24V等の任意の電圧、或いは交流であってもよい)の駆動電圧に変換して照明ユニット100に供給する。
照明ユニット100は、後板15と、多数個の発光ダイオード(LED)17を基台である配線基板19上に直線的に配設した発光部21と、反射鏡部材23とを有して構成されている。後板15は、反射鏡部材23との間に配線基板19を挟み込んで反射鏡部材23に着脱自在に組み付けられる。
LED17は、青色発光ダイオードと、この青色発光ダイオードからの青色光を黄色光に変換する蛍光体とを有する。これにより、LED17では、青色発光ダイオードから出射された青色光が、蛍光体に吸収されると、蛍光体が黄色光を発し、この黄色光と吸収されなかった青色光とが混ざって、出射光が白色光となる。
図2に照明ユニットの側面図(a)、下面図(b)、図3に照明ユニットの分解斜視図を示した。
照明ユニット100は、図2(a)に示すように、反射鏡部材23に後板15を組み付けた状態で高さHを有する。高さHは、本実施形態においては概ね20mm程度であり、発熱電球や蛍光灯等を光源として用いた場合と比較して大幅に薄型化されている。なお、高さHは、小さすぎると反射鏡部材23の偏向特性が損なわれ、大きすぎると設置スペースを要して本照明ユニット100の配置自由度が高められない。そのため、高さHは15〜30mm程度、特に20〜23mm程度にすることが望ましい。
反射鏡部材23は、長尺板状の取付基部24(図3参照)と、図2(b)に示すように、取付基部24に接続され、中心位置に開口を有し光出射側が解放側となる放物面からなる反射面(放物面鏡)25aを複数個(本実施形態においては合計16個)形成した第1反射部25と、第1反射部25のさらに光出射側に設けられ、放物面鏡25aの並び方向に平行な平板状の反射面(平面板鏡)27aを形成した第2反射部27とを一体に有する。第2反射部27は、放物面鏡25aの並び方向とは直交する方向に平面板鏡27aが一対形成されたもので、並び方向両脇は、第1反射部25の放物面鏡を延長した放物面壁27bで接続されている。反射鏡部材23は、射出成形により一体成形された樹脂成形品であって、少なくとも第1反射部25と第2反射部27の光反射面にはメッキ法やアルミ蒸着法等による鏡面のコーティング加工が施されている。また、光反射面としては、これに限らず、他の常套手段が利用可能である。
第1反射部25と第2反射部27の反射面(放物面鏡25a、平面板鏡27a)は、蒸着によるコーティング加工、例えばスパッタリングメッキによって仕上げられる。スパッタリングメッキの工程は、専用プライマーによるベースコートの塗布、真空中でのアルミ蒸着、アルミ蒸着面へのウレタンクリアーコートからなり、樹脂製品の放物面など複雑な被着面に対しても、均一な鏡面形成が可能となり、高反射率の反射面が形成可能になる。
後板15は、図3に示すように、縦断面が“く”の字状の傘部29と、傘部29の内側面に配線基板19の背面側を支持するリブ30と、傘部29の長手方向の複数箇所(本実施形態においては5箇所)に反射鏡部材23と係合するロック爪31が配設されてなる。ロック爪31は、図中上下一対の縦断面が“コ”の字状のフック形状に形成されている。
配線基板19は、例えばプリント基板であり、反射鏡部材23側に長手方向に沿って個々の放物面鏡25aに対応して複数個(ここでは16個)のLED17が直線状に実装されている。そして、配線基板19の一端側からはリード線33が引き出され、駆動部11(図1参照)に接続されている。配線基板19は、片面実装モジュールのために、障害発生時に問題点を発見し易く、メンテナンス性に優れた安全なモジュールである。
反射鏡部材23は、長尺平板状に形成された取付基部24の両端に照明ユニット100の固定用のブラケット37が形成されており、取付基部24の図3における上下方向に、後板15のロック爪31が係合する係合部39を設けてある。係合部39は、配線基板19を後板15とで挟み込み、後板15のロック爪31とのスナップアクションにより脱着自在に組み合わせられる。
反射鏡部材23、配線基板19、後板15を組み合わせたとき、第1反射部25の放物面鏡の焦点位置にLED17の発光面が位置することになる。これはつまり、反射鏡部材23には、配線基板19表面に当接する面が離散的に配置されており、この当接面を、LED17の発光面が放物面鏡の焦点位置となる高さに形成している。また、配線基板19が反射鏡部材23に形成された基板収容位置に納まる際、後板15のリブ30は、この当接面に配線基板19を押圧するようにその高さが設定されている。
従って、反射鏡部材23、配線基板19、後板15を単に組み合わせるだけで、放物面鏡の焦点位置とLED17の発光面の位置が簡単にして高精度で一致することになる。この構成により、例えばねじ等の締結手段を用いることなく簡単に組み付けでき、部品点数を減らして、組立や調整のための工程を軽減でき、生産性の向上が図られる。
次に、上記構成の照明ユニット100に対する光学的特性について説明する。
図4は図2に示す照明ユニットのA−A断面図である。
照明ユニット100の反射鏡部材23は、第1反射部25と第2反射部27とが連続して形成されており、第1反射部25の基端部には、LED17の発光面を放物面鏡25aの焦点位置に配置させるための開口41が設けてある。第1反射部25の放物面鏡25aは、LED17の発光面を焦点位置とする放物面からなる反射面を有しており、LED17からの光を光出射側に向けて巨視的には略平行化して反射する。
また、第2反射部27は、第1反射部25のさらに光出射側に設けられ、放物面鏡25aの配列方向、即ち、LED17の配列方向に対して平行に配置された平板状の平面板鏡27aを有している。そして、第1反射部25に照射されなかったLED17からの光を受けて、光出射側に向けて略平行化して反射する。第1反射部25は、予め定められた反射面領域M1を有し、第2反射部27は、反射面領域M1に連続して予め定められた反射面領域M2を有するために、巨視的には、第1,第2反射部25,27によって反射された光は、大きな光量の平行光となって被照明物に照射されることになる。
平面板鏡27aのLED17の光軸に対する傾斜角度は、第1反射部25に照射されなかったLED17からの光束が平行光化する角度に設定される。本実施形態の場合は、LED17の光軸に対して20゜〜27゜の範囲で傾斜角度が設定されている。
ここで、LED17は、例えば120°等の広い照度角を有しており、出射した光のうち、側方へ向いて出射した光成分が増加しても、第1反射部25、第2反射部27に捕らえられて、平行光化に寄与する割合が高くなる。これにより、照度分布の均一化効果が一層高められる。
次に、照明ユニット100による照度分布について説明する。
図5は照明ユニットによる照度分布を示すグラフを示した。
図5に示すように、LED17から直接的に照射される光成分と、第1反射部25、第2反射部27による反射を伴って到達した光成分からなる範囲W1における光量は、他の領域と比較して、その境界が明瞭に現れている。これは、範囲W1内に集光されて、かつ光束が略平行光とされ、放射照度が高い状態になっているためである。
図6は相対分光分布の相対強度と波長との相関を表したグラフである。
また、相対分光分布は、450〜480nmの波長領域の光が高強度に得られる他、560nm付近の波長領域の光が得られる。ここで、440nm付近の鋭い発光ピークが青色発光ダイオードからの放射光で、560nm付近にあるブロードなピークが蛍光体からの発光である。また、この分光分布では、昆虫の好む365nm〜410nm間の波長域の光を含まないので、蛾や蚊等の害虫が寄りにくい照明装置200を実現することができる。
次に、第2反射部の突出高さについて説明する。
図7は第2反射部の光出射側に突出する高さを表す断面図、図8は図7の高さHに設定された第2反射部を有する照明ユニットによって照射される照射面を表した模式図、図9は(a)に本発明、(b)に比較例の照射光を模式的に表した説明図である。
ところで、照明ユニット100は、第2反射部27の光出射側に突出する高さHが所定の高さに規定されている。即ち、図7に示すように、高さHは、第2反射部27の表面(平面板鏡27a)における第1反射部25から出射されたLED17からの光束とその陰影との境界線を第1の境界線45とし、第2反射部27の表面(平面板鏡27a)におけるLED17に隣接する他のLED17からの光束とその陰影との境界線を第2の境界線47としたときに、第2反射部27の光出射側に突出する高さHが、第1の境界線45と第2の境界線47とが最初に公差する第2反射部27表面上の点49の高さHよりも高く設定されている。
換言すれば、第2反射部27の光出射側に突出する高さHは、第1反射部25から出射するLED17からの光束が、第2反射部27に照射されないことで、この第2反射部27に生じる陰影51を、図8に示すように、第2反射部27を越えて光出射側に落とすことなく収容できる高さHに設定されている。
図9(a)に示すように、第2反射部27の高さHが、このような値に規定されることで、LED17からの光束が第2反射部27に照射されないことで発生する第2反射部27における陰影51は、第2反射部27の表面内で収まり、第2反射部27を越えて光出射側に落とされて、伝搬することがなくなる。これにより、光の分布を不均一にする陰影51の影響が低減され、高品質な均一照明光が得られる。
一方、図9(b)に示すように、第2反射部の高さHが上記規定範囲を外れたり、図9(c)に示すように第2反射部が存在しない場合には、陰影51が光束53と共に出射することで、照明光の色ムラや網目状の影51aが発生し、その結果、ムラのある不均一な照明光となる。
また、本実施の形態による照明ユニット100は、第2反射部27が、図4に示したように、LED17を挟んで、LED17の並び方向に対して平行に一対配列されている。これにより、LED17から直接第2反射部27へ入射した光が、一対の第2反射部27、27における双方の平面板鏡27a、27aで集光されて高い照度が得られるようになっている。
従って、この照明ユニット100によれば、放物面鏡25aを有する第1反射部25と、平面板鏡27aを有する第2反射部27とを備え、第2反射部27表面の高さHを、第1の境界線45と第2の境界線47が最初に公差する第2反射部表面上の点49よりも高く設定したので、第2反射部27に照射されないことで、この第2反射部27に生じる陰影51を、第2反射部27を越えて光出射側に落とすことなく収容でき、陰影51が光束53と共に出射することで生じる照明光の色ムラや影51aの発生を防止できる。この結果、高品質な均一照明光55を得ることができる。
また、照明ユニット100を備えた照明装置200によれば、LED17を発光駆動するための電力を供給する駆動部11を備えたので、商用電力を駆動部11へ供給することにより、省電力でありながら、高い照度で均一な照度分布が得られ、しかも、色ムラ及び影のない照明光を独立した当該単体装置で照射することができる。
さらに詳しくは、第1反射部25がLED17からの光束を光出射側に向けて略平行化して反射し、第2反射部27が第1反射部25に入射しなかったLED17からの光束を光出射側に向けて略平行化して反射することにより、照度分布を均一にすることができる。また、放射照度が高いために光照射距離を伸ばすことができる。そして、光源となるLED17自体が安価に供給されているため、照明装置全体を低コストで作製することができ、光源の消費電力が白熱電球や蛍光灯等と比較して大幅に低いため、ランニングコストも低減できる。具体的には、第1,第2反射部25,27による照度、照射距離向上の有効性は、同一照度下において、LED17は、消費電力がネオン灯の1/6であり、蛍光灯の1/8である。このことは、照明のエネルギ効率を向上させ、CO2排出削減等の環境問題に及ぼす影響を削減することに寄与することになる。
また、LED17が低電圧駆動のために、ショックハザード等の設置後のトラブルが起こり難く、さらに、紫外線や赤外線を殆ど含まないために、照射対象物を傷めることがない。
照明ユニット100は、LED17の光出射側に第1,第2反射部25,27からなる反射鏡を設けているために、LED17の背面側に設ける場合と比較して、光源ユニットの厚みを薄く構成することができる。これは、ショーケース等の設置スペースの限られた部位へ収納する際に特に有利となる。
なお、LED17は、多数個を1ユニットとしたアレイ状として発光部21を構成したが、所望の輝度が得られればLEDが1個の単体構成であってもよい。また、第1反射部25の放物面鏡25aの反射面は、厳密に放物面でなくともよく、例えば双曲線であってもよい。いずれにせよ、放物面に近似した曲面であれば良く、微細な平面鏡が全体として放物面状に形成したものであってもよい。
なお、第2反射部27の高さの規定は、以下に説明する各実施形態に対して適用することで、より確実に均一な照明光を得ることができる。
(第2実施形態)
次に、本発明に係る照明ユニットの第2実施形態について説明する。
図10は反射面をなし地状として構成した照明ユニットの斜視図、図11は図10に示した反射鏡部材の断面図、図12は反射面をなし地状として構成した照明ユニットによる照度分布を表す説明図である。なお、以下の各実施形態において、図1〜図9に示した構成と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
本実施の形態による照明ユニット300は、第1反射部25と第2反射部27の少なくともいずれかの反射面(放物面鏡25b、平面板鏡27b)が、なし地状に形成されている。
上記した第1反射部25と第2反射部27の反射面(放物面鏡25b、平面板鏡27b)に施されるコーティング加工面としては、例えばスパッタリングメッキによる仕上げが挙げられる。スパッタリングメッキの工程は、専用プライマーによるベースコートの塗布、真空中でのアルミ蒸着、アルミ蒸着面へのウレタンクリアーコートからなる。従って、例えば被コーティング面をザラザラな状態に仕上げることにより、スパッタリングメッキ後の発光面がなし地状に形成可能となる。
また、なし地状の反射面は、ツヤ消し又はツヤ有りとすることができる。このツヤ消し又はツヤ有りは、メッキの下塗り液を調製することにより変更できる。
この構成では、図12に示すように、LED17から直接的に照射される光成分と、第1反射部25、第2反射部27による反射を伴って到達した光成分からなる範囲W2における光量は、他の領域と比較して、その境界が明瞭に現れている。これは、範囲W2内に集光されて、かつ光束が略平行光とされ、放射照度が高い状態になっているためである。また、発光面を鏡面で形成した場合と比較して最大照度が若干低下するが、照度が均一となる範囲Wが広くなり、一台の照明ユニット300によって、より広範囲の照明を行うことが可能となる。さらに、平面板鏡27bのLED17の光軸に対する開き角度θを変更することで、光の偏向状態を調整することができる。つまり、開き角度θを大きくして照明範囲を広げたり、開き角度θを小さくして特定位置に集光させることが可能となる。その場合には、第1反射部25と第2反射部27とを一体構成とせずに個別に設け、平面板鏡27bの開き角度θを調整自在にした構成とすることが好ましい。
従って、上記の照明ユニット300によれば、多色混合方式によるLED17を光源とした照明ユニット300であって、LED17の発光面が焦点位置となる放物面からなる第1反射部25と、第1反射部25のさらに光出射側に、LED17を挟んで、平行に一対配列された平板状の反射面(平面板鏡27b)を有する第2反射部27とを備え、第1反射部25と第2反射部27の反射面をなし地状に形成したので、このなし地状の反射面によって反射された光は、巨視的に見れば鏡面反射となるが、微視的に見れば図11の矢印43に示すように拡散して反射され、その結果、分散して色分離された異なる周波数(波長)成分の光が混合される。即ち、分離された例えば青色光と黄色光とが白色光に混合される。この結果、高効率でLEDの光を集光させると共に、近接して照明する場合であっても照射領域内に色ムラ及び影を生じさせることなく均質な照明光を得ることができ、照明光の品質をさらに向上させることができる。
また、高効率でLED17の出射光を拡散させるので、複数のLED17の各素子を、素子自体の発光波長の個体差が小さいものを揃える必要性が軽減できる。鏡面反射による照明ユニットの場合は、個々のLED17からの出射光が、そのまま照明光として利用され、照明領域において発光波長の個体差が目立つこととなる。そこで、照明光が局所的に異なる波長成分となる色ムラの発生を避けるため、発光波長が均一に揃ったLED素子を用いる必要がある。しかし、上記のように反射面をなし地状にすることで、鏡面反射から拡散反射となり、LED17の発光波長がばらついていても、拡散されて照明光となるために、局所的な色ムラが軽減され、発光波長のバラツキが目立たなくなる。これにより、反射面をなし地状にすることが、光源として用いるLED素子の発光特性を厳格に選定する必要をなくし、安価なLED素子の利用を可能とし、照明装置のコストを低減させることができる。また、LED素子製造プロセスにおいては、どうしても発光波長の個体差が大きいLED素子が生産されるが、これらのLED素子を無駄にすることなく有効に活用することができる。そのため、LEDの製造工程においても本発明の照明ユニットを用いることの利益が享受される。
(第3実施形態)
次に、本発明に係る照明ユニットの第3実施形態について説明する。
本実施形態においては、広範囲の照明を行うための構成としている。
図13は本実施形態に係る照明ユニットと、この照明ユニットによる照度分布を表す説明図である。
本実施形態の照明ユニット400は、前述の第1実施形態に示した照明ユニット100を組み合わせて複数個、並列に配置してアレイ状に構成している。各照明ユニット100の配置間隔は、隣接する照明ユニット100からの照射光の強度を合わせた全照度分布(図中一点鎖線で示す)が平坦となるように設定される。
この構成によれば、照明ユニットを複数アレイ化することで、照度が均一となる範囲を拡大することができ、照明する領域を、照度の低下を生じさせることなく広げることができる。なお、照明ユニット100は、第2実施形態の照明ユニット300であってもよく、さらに、照明ユニット100と照明ユニット300とを組み合わせた構成にすることでもよい。これにより、照明光の強度と均一性とを適切に調整することができる。
(第4実施形態)
次に、本発明に係る照明ユニットの第4実施形態について説明する。
本実施形態においては、照明ユニットを円環状に構成している。
図14に円環状の照明ユニットの断面図(a)、下面図(b)を示した。
本実施形態の照明ユニット500は、円環状或いは円板状等に形成された配線基板19上に複数(本実施形態では12個)のLED17が円周方向に沿って配設されており、第1反射部25が、各LED17に対応した数だけそれぞれ個別に配設されている。また、第2反射部27が第1反射部25のさらに光出射側に、内周側と外周側との円環状に形成されて第1反射部25を覆って一体に連続して形成されている。
本構成の照明ユニット500によれば、全体が円環形状に形成されているために、照度が均一となる範囲が円環状に現れ、照明ユニット500のサイズが小さくても、広い範囲にわたって均一な照度を得ることができる。また、この場合の反射面に対しても、なし地状にすることで拡散性を向上した構成にすることができる。さらに、この照明ユニット500を直径サイズの異なるもの同士を組み合わせることで、同心円状に複数の照明ユニットを配列することもでき、小型でありながら広い範囲にわたって均一な照度が得られる構成にできる。
(第5実施形態)
次に、本発明に係る照明ユニットの第3実施形態について説明する。
図15は発光ダイオードが2列配列された照明ユニットの平面視を(a)、そのB−B断面を(b)に表した説明図である。
本実施の形態による照明ユニット600は、図15(a)に示すように、複数のLED17が複数列状(図例では2列)に配列される。第1反射部25は、それぞれのLED17に応じて設けられ、各列の配置が第1反射部25の配置ピッチの1/2だけ列方向へずらされた千鳥状に配列されている。ここで、図15(b)に示すように、これらLED17及び第1反射部25の隣接する列L1、L2同士は、第1反射部25が互いに最近接あるいは近接する位置になるよう配置され、また、互いに光出射方向に対して段差Gを有して配設されている。
そして、第2反射部27が複数の発光ダイオード列の並び方向両外側で、発光ダイオード列内における発光ダイオードの並び方向に対して平行に一対配列されている。
このように構成された照明ユニット600によれば、各列間が互いに近接しているため、陰影51が縮小されることになり、また、隣接する一方のLED17の段差(光出射方向の反対側へ引っ込む方向の段差)Gによっても陰影51が縮小されることになる。即ち、図7に示した頂角(点49)を挟む一方の辺部である境界線(例えば第1の境界線45)がLED17側(図7の下側)へと平行移動され、第2反射部27の表面に形成される第1の境界線45と第2の境界線47とに挟まれる略三角形状の陰影51が縮小されることになる。これにより、陰影51が一層小さくなり、照明光の色ムラや影の発生がさらに抑制されることとなる。
また、照明ユニット600は、図16に示すように、2つのものを連結して照明ユニット600Aとして構成してもよい。
図16は図15に示した照明ユニットを並列させて用いた変形例の平面視を(a)、そのC−C断面を(b)に表した説明図である。
この場合、連結部分の第2反射部27は除去し、第2反射部27は全体を挟む外側に一対のもののみを残す構成とする。
さらに、本実施の形態による照明ユニット600は、図17に示すように、LED17が3列に配列に配列されるものであってもよい。
図17は発光ダイオードが3列配列された照明ユニットの平面視を(a)、そのD−D断面を(b)に表した説明図である。この場合、中央に配列される列L2が段差G分低く配置され、両側の列L1、L3は高く配置される。このような構成によっても、上記と同様の作用により陰影51が縮小されることになり、照明光の色ムラや影51aの発生を抑制することができる。なお、LED17の段差Gは、隣接する発光ダイオード列が違いに段差を有していればよいので、各列間における凹凸を凸凹として、出っ張りと引っ込みとが逆になった構成としても構わない。また、発光ダイオード列は、発光ダイオード列の並び方向と同程度の長さにして、第2反射部27が略正方形の枠状になった構成としてもよい。
また、本実施形態によるLEDが複数列状となった構成を、それぞれ前述の図13に示すアレイ状、図14に示す円環状に複数配列させて構成することもでき、その場合には、照明光量を大きく稼ぐことができる。さらに、他の複数の発光ダイオードの配列態様を図18に示した。この場合の照明ユニット600Cは、環状の第2反射部27の内側に第1反射部25を複数、千鳥状に配置している。この場合も発光ダイオード17は、隣接する同士間で互いに光出射方向に対して段差を有している。また、図では六角形枠状の第2反射部27を形成しているが、これに限らず任意の多角形状や円環状であってもよい。
以下、本発明に係る照明ユニットを用いた照明装置の照明性能を評価した結果を説明する。
上記実施の形態の構成で反射面を鏡面で形成した照明ユニット100を実施例1とし、上記実施の形態の構成で反射面をなし地状ツヤ有りで形成した照明ユニット300を実施例2とし、反射面をなし地状ツヤ無しで形成した照明ユニット300を実施例3とした。また、第1反射部25、第2反射部27を備えないLED17のみの照明ユニットを比較例1とした。
また、実施例、比較例に用いた照明ユニットの性状を以下に示す。
・LED数 16個
・反射鏡部材23の外形寸法
縦23.8mm、横264mm、高さ(H)16.25mm
また、実施例2、実施例3のなし地状反射面のツヤ有り、ツヤ無しは、メッキの下塗り液を異なるものとすることによって形成した。即ち、実施例2のメッキ下塗り液は、東洋工業塗料株式会社製 K173NPアンダー を使用し、実施例3のメッキ下塗り液は、株式会社飛翔製 500 つや無し28 を使用した。
この反射面におけるツヤ有り又はツヤ無しの表面性状は、例えばサンドペーパの番号を用いて相当粗さを特定することができる。即ち、実施例2の表面性状のサンドペーパ相当番号N1は、#70≦N1≦#100であり、好ましくは#80≦N1≦#90である。また、実施例3のサンドペーパ相当番号N2は、#60≦N2≦#100であり、好ましくは#75≦N2≦#85である。
図19は実施例1の照度特性を表したグラフ、図20は実施例1の配光特性を表したグラフ、図21は実施例2の照度特性を表したグラフ、図22は実施例2の配光特性を表したグラフ、図23は実施例3の照度特性を表したグラフ、図24は実施例3の配光特性を表したグラフ、図25は比較例1の照度特性を表したグラフ、図26は比較例1の配光特性を表したグラフである。なお、図20,22,24,26の各グラフにおいて、横軸の角度は、測定器に対し照明ユニット100の光出射面の中心軸を回転軸として左右対称に90度回転したときの角度を表記したものである。また、各グラフ中の実線は照明ユニット300の長手方向に平行な軸を回転軸とし、波線はこの回転軸とは直交する方向の軸を回転軸として計測した結果を表している。
実施例1、実施例2、比較例1、比較例2の表面性状、供給電源、全光束、効率、最大光度、1/2ビーム角、及び評価を表1に示す。
Figure 2007073306
実施例1は、図19に示すように、2mの照射距離で、照度50 lxの照射領域が水平距離約0.4mで形成された。また、図20に示すように、−10〜10°の配光角度で、50〜約400cdの光度が得られたが、照射距離が近い位置では、青色光と黄色光との色分離(色ムラ)や影が認められたが、照射距離が長くなるにつれ、この色ムラや影は消失した。
実施例2は、図21に示すように、2mの照射距離で、照度10 lxの照射領域が水平距離約0.8mで形成された。また、図22に示すように、−30〜30°の配光角度で、20〜約50cdの均質な光度が得られ、青色光と黄色光との色分離は認められなかった。
実施例3は、図23に示すように、2mの照射距離で、照度10 lxの照射領域が水平距離約0.8mで形成され、その内側に照度20 lxの照射領域が水平距離0.4mで形成された。また、図24に示すように、−30〜30°の配光角度で、20〜約100cdの光度が得られ、青色光と黄色光との色分離は認められなかった。
比較例1は、図25に示すように、1.6mの照射距離で、照度5 lxの照射領域が水平距離約0.8mで形成されるに止まり、十分な照度が確保できなかった。しかし、図26に示すように、−90゜〜90゜の配向角度で、0〜約15cdの光度がなだらかに変化する照射領域が形成され、青色光と黄色光との色分離は認められなかった。
従って、第2反射面の高さが規定の範囲に入っている各実施例は、第2反射面を備えない比較例1と比較して、明確な光量分布の均一性が得られることが知見できた。なお、具体的な例示はないが、第2反射面が規定範囲に満たない高さに設定された形態では、依然として光量分布にムラが生じることは確認済みである。
本発明に係る照明装置の第1実施形態を示す全体構成図である。 照明ユニットの側面図(a)、下面図(b)である。 照明ユニットの分解斜視図である。 図2に示す照明ユニットのA−A断面図である。 照明ユニットによる照度分布を示すグラフである。 相対分光分布の相対強度と波長との相関を表したグラフである。 第2反射部の光出射側に突出する高さを表す断面図である。 図7の高さHに設定された第2反射部を有する照明ユニットによって照射される照射面を表した模式図である。 (a)に本発明、(b),(c)に比較例の照射光を模式的に表した説明図である。 反射面をなし地状として構成した照明ユニットの斜視図である。 図10に示した反射鏡部材の断面図である。 反射面をなし地状として構成した照明ユニットによる照度分布を表す説明図である。 照明ユニットと、この照明ユニットによる照度分布を表す説明図である。 円環状の照明ユニットの断面図(a)、下面図(b)である。 発光ダイオードが2列配列された照明ユニットの平面視を(a)、そのB−B断面を(b)に表した説明図である。 図15に示した照明ユニットを並列させて用いた変形例の平面視を(a)、そのC−C断面を(b)に表した説明図である。 発光ダイオードが3列配列された照明ユニットの平面視を(a)、そのD−D断面を(b)に表した説明図である。 他の複数の発光ダイオードの配列態様を有する照明ユニットの説明図である。 実施例1の照度特性を表したグラフである。 実施例1の配光特性を表したグラフである。 実施例2の照度特性を表したグラフである。 実施例2の配光特性を表したグラフである。 実施例3の照度特性を表したグラフである。 実施例3の配光特性を表したグラフである。 比較例1の照度特性を表したグラフである。 比較例1の配光特性を表したグラフである。 (a),(b)は従来の照明装置の模式図である。 従来の照明装置における色分離の状況を表した説明図である。
符号の説明
11 駆動部
17 LED(発光ダイオード)
21 発光部
25 第1反射部
25a 放物面鏡(放物面)
25b 放物面鏡(なし地)
27 第2反射部
27a 平面板鏡(平板状の反射面)
27b 平面版鏡(なし地)
45 第1の境界線
47 第2の境界線
51 陰影
100,300,400,500,600,600A,600B,600C 照明ユニット
200 照明装置
G 段差
光出射側に突出する高さ

Claims (9)

  1. 発光ダイオードを光源とした照明ユニットであって、
    複数の発光ダイオードを基台に配設した発光部と、
    前記発光部の光出射側に前記複数の発光ダイオードそれぞれに対応して設けられ、前記発光ダイオードの発光面が焦点位置となる放物面からなる第1反射部と、
    前記第1反射部のさらに光出射側に、前記発光ダイオードからの光を光出射側に向けて反射する平板状の反射面を有する第2反射部と、
    を備え、
    前記第2反射部表面における前記第1反射部から出射された前記発光ダイオードからの光束とその陰影との境界線を第1の境界線とし、
    前記第2反射部表面における前記発光ダイオードに隣接する他の発光ダイオードからの光束とその陰影との境界線を第2の境界線としたときに、
    前記第2反射部の前記光出射側に突出する高さが、前記第1の境界線と前記第2の境界線が最初に公差する前記第2反射部表面上の点よりも高く設定されていることを特徴とする照明ユニット。
  2. 前記第2反射部が、前記発光ダイオードを挟んで、前記発光ダイオードの並び方向に対して平行に一対配列されたことを特徴とする請求項1記載の照明ユニット。
  3. 前記複数の発光ダイオードが複数列状に配列され、前記第2反射部が前記複数の発光ダイオード列の並び方向両外側で、前記発光ダイオード列内における発光ダイオードの並び方向に対して平行に一対配列されたことを特徴とする請求項1記載の照明ユニット。
  4. 前記発光ダイオード列は、該発光ダイオード列内の前記第1反射部の配置ピッチが、隣接する発光ダイオード列間で互いに1/2ピッチだけ列方向にずれた千鳥配置であることを特徴とする請求項3記載の照明ユニット。
  5. 前記発光ダイオード列とこれに隣接する他の発光ダイオード列との間で、各列間の発光ダイオードが互いに光出射方向に対して段差を有していることを特徴とする請求項3又は請求項4記載の照明ユニット。
  6. 前記第1反射部と前記第2反射部の反射面が、蒸着による鏡面のコーティング加工面であることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1項記載の照明ユニット。
  7. 前記第1反射部と前記第2反射部の少なくともいずれかの反射面が、なし地状に形成されたことを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1項記載の照明ユニット。
  8. 前記発光ダイオードが、青色発光ダイオードと、該青色発光ダイオードからの青色光を黄色光に変換する蛍光体と、を有する白色発光ダイオードであることを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれか1項記載の照明ユニット。
  9. 請求項1〜請求項8のいずれか1項記載の照明ユニットと、
    前記発光ダイオードを発光駆動するための電力を供給する駆動部と、
    を備えたことを特徴とする照明装置。
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