JP2011065946A - Ｌｅｄ照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】白熱灯に比べ薄いＬＥＤを用いることで薄形構成を実現しつつも、良好な配光特性を確保できるＬＥＤ照明装置を提供する。
【解決手段】第１のリフレクタＲＬ１を設けているので、中央の発光ダイオードＬＥＤから出射した光の一部が、第１のリフレクタＲＬ１で反射され、光軸に近づくように出射するので配光特性を良好とできる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）照明装置に関する。

近年、高輝度の白色ＬＥＤが開発され、その薄さ、長寿命、省電力効果などから、照明分野等で白熱灯に置き換わることが期待されている。しかるに、白色ＬＥＤを照明装置として用いる問題点として、白熱灯に比べ個々の照度が小さいということがある。かかる問題については、白色ＬＥＤを複数個用いることで必要な照度を確保できる。特許文献１には、複数のＬＥＤ発光ダイオードと、ＬＥＤ発光ダイオードからの出射光を所定の方向に反射するリフレクタとを有する照明装置が開示されている。

特開２００８−１６４１２号公報

しかるに、本発明者らの検討結果によれば、例えば特許文献１に開示された照明装置のように複数の発光ダイオードを有していると、中央の発光ダイオードから出射された光がリフレクタに反射することなく、照明装置から直接出射される光の量が増大し、これにより配光特性の悪化を招くことがわかった。これに対しリフレクタの光軸方向長さを長くすれば、中央の発光ダイオードから出射されて照明装置から直接出射される光を減少させることはできるが、照明装置の光軸方向長さが増大し、薄いＬＥＤ光源を用いるメリットが薄れるという問題がある。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、白熱灯に比べ薄いＬＥＤを用いることで薄形構成を実現しつつも、良好な配光特性を確保できるＬＥＤ照明装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載のＬＥＤ照明装置は、
ＬＥＤ光源と、
前記ＬＥＤ光源の一部を囲うように配置された第１のリフレクタと、
前記第１のリフレクタを包囲するようにして、前記ＬＥＤ光源全てを囲うように配置された第２のリフレクタとを有することを特徴とする。

本発明によれば、第２のリフレクタが前記第１のリフレクタを包囲するようにして配置され、即ち二重のリフレクタとなっているので、中央付近で発光した光線を反射するために外側のリフレクタの高さを高くする必要がなくなり、リフレクタの高さを低減でき、ＬＥＤの薄さという利点を活かした薄い照明装置を得ることが可能となる。また、リフレクタの反射面を、アルミニウムや銀等を蒸着して形成する場合、リフレクタの高さを低減できるため蒸着が行ないやすいという利点もある。更に、前記ＬＥＤ光源の一部から出射した光が前記第１のリフレクタで反射され、ＬＥＤ照明装置から直接出射される光を減少させることによって、良好な配光特性を確保することができる。また、第１のリフレクタと第２のリフレクタのそれぞれの配光を制御できるため、配光制御の自由度が増す。特に配光角度が狭い場合に有利である。配光制御の自由度が増すことに伴い、ＬＥＤ光源の配置の自由度も向上する。

請求項２に記載のＬＥＤ照明装置は、請求項１に記載の発明において、前記ＬＥＤ光源は複数の発光部を有し、前記第１のリフレクタは、前記複数の発光部のうち、一部の発光部を囲うように配置され、前記第２のリフレクタは、前記複数の発光部の全てを囲うように配置されていることを特徴とする。これにより、前記一部の発光部から出射した光が前記第１のリフレクタで反射される割合が増大し、ＬＥＤ照明装置から直接出射される光を減少させることによって、良好な配光特性を確保することができる。

請求項３に記載のＬＥＤ照明装置は、請求項１に記載の発明において、前記ＬＥＤ光源は単一の発光部を有し、前記第１のリフレクタは、前記単一の発光部の一部を囲うように配置され、前記第２のリフレクタは、前記単一の発光部の全てを囲うように配置されていることを特徴とする。これにより、前記単一の発光部の一部から出射した光が前記第１のリフレクタで反射される割合が増大し、ＬＥＤ照明装置から直接出射される光を減少させることによって、良好な配光特性を確保することができる。

請求項４に記載のＬＥＤ照明装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記第１のリフレクタで反射された光束及び前記第２のリフレクタで反射された光束が入射するレンズを有することを特徴とする。前記ＬＥＤ光源から出射した光を、前記レンズを介してＬＥＤ照明装置から出射させることで、更に良好な配光特性を得ることができる。

請求項５に記載のＬＥＤ照明装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、前記第１のリフレクタで反射された光束及び前記第２のリフレクタで反射された光束が入射するレンズを有さないことを特徴とする。前記ＬＥＤ光源から出射した光を、前記レンズを介すことなくＬＥＤ照明装置から出射させることで、光の利用効率を向上できる。

請求項６に記載のＬＥＤ照明装置は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記第１のリフレクタ及び前記第２のリフレクタの光軸直交方向の断面形状が円形であることを特徴とする。これにより、円形状の配光特性を得ることができる。

請求項７に記載のＬＥＤ照明装置は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記第１のリフレクタ及び前記第２のリフレクタの光軸直交方向の断面形状が楕円形であることを特徴とする。これにより、楕円形状の配光特性を得ることができる。

本発明に係るＬＥＤ（Light Emitting Diode）照明装置は、ＬＥＤ光源と、ＬＥＤ光源から出射される光を反射する第１のリフレクタおよび第２のリフレクタとを有する。また、更に、第１のリフレクタおよび第２のリフレクタで反射された光を通過するレンズを有している態様と、レンズを有さない態様とが共に考えられる。

ＬＥＤ光源としては、様々なものを用いることが出来るが、白色ＬＥＤが好ましく用いられる。

白色ＬＥＤとしては、青色ＬＥＤチップと青色ＬＥＤチップから発せられた青色光線によって黄色に発光するＹＡＧ蛍光体等の蛍光体を組み合わせたものが好ましく用いられるが、青色ＬＥＤチップ、緑色ＬＥＤチップ及び赤色ＬＥＤチップとを組み合わせて白色光を形成する白色ＬＥＤであってもよい。白色ＬＥＤとしては、例えば特開２００８−２３１２１８号公報に記載されたものを用いることができるが、これに限られない。

本発明における白色ＬＥＤ光源は、具体的には、ＬＥＤチップと、ＬＥＤチップを覆うようにしてその上に形成された蛍光体層から構成されている。ＬＥＤチップは、第１の所定波長の光を出射するものであり、本実施の形態においては青色光を出射するようになっている。但し、本発明のＬＥＤチップの波長及び蛍光体の出射光の波長は限定されず、ＬＥＤチップによる出射光の波長と、蛍光体による出射光の波長とが補色関係にあり合成された光が白色光となる組合せであればものであれば、使用可能である。

なお、このようなＬＥＤチップとしては、公知の青色ＬＥＤチップを用いることができる。青色ＬＥＤチップとしては、ＩｎxＧａ1-xＮ系をはじめ既存のあらゆるものを使用することができる。青色ＬＥＤチップの発光ピーク波長は４４０〜４８０ｎｍのものが好ましい。また、ＬＥＤチップの形態としては、基板上にＬＥＤチップを実装し、そのまま上方または側方に放射させるタイプ、又は、サファイア基板などの透明基板上に青色ＬＥＤチップを実装し、その表面にバンプを形成した後、裏返して基板上の電極と接続する、いわゆるフリップチップ接続タイプなど、どのような形態のＬＥＤチップでも適用することが可能である。

蛍光体層は、ＬＥＤチップから出射される第１の所定波長の光を第２の所定波長に変換する蛍光体を有している。後述する実施の形態では、ＬＥＤチップから出射される青色光を黄色光に変換するようになっている。

このような蛍光体層に用いられる蛍光体は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ａｌ、Ｌａ及びＧａの原料として酸化物、又は高温で容易に酸化物になる化合物を使用し、それらを化学量論比で十分に混合して原料を得る。又は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｓｍの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で共沈したものを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウム、酸化ガリウムとを混合して混合原料を得る。これにフラックスとしてフッ化アンモニウム等のフッ化物を適量混合して加圧し成形体を得る。成形体を坩堝に詰め、空気中１３５０〜１４５０℃の温度範囲で２〜５時間焼成して、蛍光体の発光特性を持った焼結体を得ることができる。

第１のリフレクタおよび第２のリフレクタは、ＬＥＤ光源を囲いここから出射される光を反射するものである。

第１のリフレクタ及び第２のリフレクタの素材としては、アルミやスチール等の金属製の薄板を用いてもよいし、ガラスや、環状ポリオレフィン、ポリカーボネート等の熱可塑性の樹脂、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂、ＵＶ硬化性樹脂、シリコン、セラミック等からなる基材の表面に、アルムニウムや銀等の金属を蒸着して反射面を形成するようにしてもよい。環状ポリオレフィンやポリカーボネート等の熱可塑性の樹脂を用いる場合、射出成形により製造できるため、製造コストを大幅に低減させることができる。

リフレクタは、ＬＥＤ光源から出射された光を反射する反射面を有する。尚、ＬＥＤ光源の光軸とは、便宜上、ＬＥＤ光源の中央のＬＥＤチップの平面に対して垂直な線としてよい。

リフレクタの反射面としては、例えば以下の２種類の例を挙げることが出来る。
１） 当該反射面が、曲面からなるもの。
２） 当該反射面が、複数の平面の組み合わせからなるもの。

ＬＥＤ光源から射出される光は、指向性があまりないため、光軸に対してほぼ垂直方向に射出される光も存在する。その様な光を光軸方向に近づけるように反射することで、光の利用効率を向上させることができるため好ましい。

光軸方向から見たリフレクタの形状は、円状又は楕円状に反射面を設けるような形状が好ましいが、これに限られず、多角形であってもよい。この場合、リフレクタの本体を含め、全面にアルミニウムや銀を蒸着してもよいし、円状または楕円状の反射面部分にのみ、アルミニウムや銀を蒸着してもよい。

第１のリフレクタ及び第２のリフレクタの光軸直交方向の断面形状は、円形や楕円形が好ましいが、これに限られず、多角形でもよい。第１のリフレクタは、少なくとも内側を反射面とするが、外側は反射面であってもよいし、反射面としなくてもよい。第２のリフレクタは、内側が反射面である。更に、第１のリフレクタと第２のリフレクタの間に、第３のリフレクタや、第４のリフレクタを有していてもよい。第１のリフレクタ及び第２のリフレクタは同軸に配置されるのが好ましいが、非同軸でも良く、更に光軸方向高さは互いに等しいことが好ましいが、異なっていても良い。

リフレクタはＬＥＤ光源の発光部を完全に囲うことが好ましいが、一部隙間があってもよい。ＬＥＤ光源を囲うためには、リフレクタの反射面の近接端が、ＬＥＤ光源の発光点に対し光軸直交方向外側に位置すれば足り、発光点と近接端との距離は問わない。又、第１のリフレクタは、ＬＥＤ光源の発光部毎に筒状に形成されていても良い。第１のリフレクタ又は第２のリフレクタは、単一の部材からなっていても、複数の部材を合わせてなっていてもよい。リフレクタが単一の部材からなる場合、反射面を蒸着等で設ける際に、高さが高いリフレクタであると蒸着が行いにくくなるため、リフレクタの高さを低くすることが好ましい。但し、リフレクタを分割した状態で形成し、複数の部材を組み合わせて形成しても良い。

次に、レンズを設ける場合について説明する。

レンズとしては、様々なものを用いることが可能である。例えば、凸レンズ、凹レンズ、回折レンズ、フレネルレンズ等が好ましい例として挙げられる。

レンズの素材としては、ガラスや、環状ポリオレフィン、ポリカーボネート等の熱可塑性の樹脂、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂、ＵＶ硬化性樹脂、シリコンなどがある。環状ポリオレフィンやポリカーボネート等の熱可塑性の樹脂を用いる場合、射出成形により製造できるため、製造コストを大幅に低減させることができる。

光軸方向から見たレンズ形状は、リフレクタの形状に合わせることが好ましい。例えば、リフレクタが長方形又は正方形である場合は、レンズも長方形や正方形とし、リフレクタが円形または楕円形である場合は、レンズも円形または楕円形とすることが好ましい。但し、リフレクタ全体の形状が長方形や正方形であっても、反射面の形状に合わせて、レンズを円や楕円としてもよい。

リフレクタとレンズは、光軸方向に重ねあわされることが好ましい。この際、リフレクタとレンズは接着剤等によって接着してもよいし、嵌合部等を有し、嵌合させるようにしてもよい。

本発明によれば、白熱灯に比べ薄いＬＥＤを用いることで薄形構成を実現しつつも、良好な配光特性を確保できるＬＥＤ照明装置を提供することができる。

第１の実施の形態にかかるＬＥＤ照明装置ＥＭＴ１の斜視図であるが、発光ダイオードは透視して示している。 ＬＥＤ照明装置ＥＭＴ１の光軸方向断面図である。 ＬＥＤ照明装置ＥＭＴ１の分解図である。 第２の実施の形態にかかるＬＥＤ照明装置ＥＭＴ２の斜視図であるが、発光ダイオードは透視して示している。 第３の実施の形態にかかるＬＥＤ照明装置ＥＭＴ３の斜視図であるが、発光ダイオードは透視して示している。 第４の実施の形態にかかるＬＥＤ照明装置ＥＭＴ４の斜視図であるが、発光ダイオードは透視して示している。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、第１の実施の形態にかかるＬＥＤ照明装置ＥＭＴ１の斜視図である。図２は、ＬＥＤ照明装置ＥＭＴ１の光軸方向断面図である。図３は、ＬＥＤ照明装置ＥＭＴ２の分解図である。

図１を参照して、ＬＥＤ照明装置ＥＭＴ１は、回路基板ＣＢと、回路基板ＣＢに実装された複数の発光ダイオードＬＥＤと、回路基板ＣＢ上に設置された第１のリフレクタＲＬ１と第２のリフレクタＲＬ２とから概略構成されている。

図２に示すように、回路基板ＣＢは、アルミニウムからなる基板本体ＢＳと、基板本体ＢＳ上に積層された絶縁層ＩＬと、絶縁層ＩＬ上に形成されたＣｕ等の導体からなる配線パターンＨＰとから概略構成されている。配線パターンＨＰには、複数の発光ダイオード（発光部）ＬＥＤがそれぞれ並列に接続されている。

また、発光ダイオードＬＥＤは、平板状のモールド成型された蛍光体含有透明樹脂体ＹＥＬ（蛍光体含有透明樹脂）によって完全に被覆されており、発光ダイオードＬＥＤから出射された光が全て蛍光体含有透明樹脂体ＹＥＬを通過するように構成されている。この構成によりたとえば、発光ダイオードＬＥＤとして青色発光ダイオードを用い、蛍光体含有透明樹脂に含まれる蛍光体として黄色蛍光体を用いることで、白色光を出射できるようになっている。複数の発光ダイオードＬＥＤはマトリクス状或いは輪帯状に配置され、ＬＥＤ光源を構成する。

次に、第１のリフレクタＲＬ１は、たとえばアルミニウムまたはアルミニウム合金の薄板材を丸めてなり、上方に向かうに連れて拡径するテーパ形状となっていて、内側が反射面となっている。又、第１のリフレクタＲＬ１を同軸的に包囲する第２のリフレクタＲＬ２も、たとえばアルミニウムまたはアルミニウム合金の薄板材を丸めてなり、上方に向かうに連れて拡径するテーパ形状となっていて、内側が反射面となっている。第１のリフレクタＲＬ１および第２のリフレクタＲＬ２の光軸直交方向断面は円形であるが、少なくとも一方を楕円形としても良い。

図３に示すように、第１のリフレクタＲＬ１および第２のリフレクタＲＬ２を別体で製作し、第１のリフレクタＲＬ１の下端を、中央に配置された発光ダイオードＬＥＤを囲うようにして蛍光体含有透明樹脂体ＹＥＬに接着固定し、第２のリフレクタＲＬ２の下端を、全ての発光ダイオードＬＥＤを囲うようにして、蛍光体含有透明樹脂体ＹＥＬに接着固定することで、ＬＥＤ照明装置ＥＭＴ１を形成できる。

本実施の形態の動作について説明する。配線パターンＨＰを介して外部より供給された電力により、発光ダイオードＬＥＤが青色の発散光を照射すると、かかる発散光は蛍光体含有透明樹脂体ＹＥＬを透過して白色光に変換される。ここで、第１のリフレクタＲＬ１がないとした場合、図２に点線で示すように、中央の発光ダイオードＬＥＤから出射して第２のリフレクタＲＬ２で反射しない光は、直接ＬＥＤ照明装置ＥＭＴ１から出射してしまい、周辺光量が増大して配光特性が悪化することとなる。

これに対し、本実施の形態によれば、第１のリフレクタＲＬ１を設けているので、図２に実線で示すように、中央の発光ダイオードＬＥＤから出射した光の一部が、第１のリフレクタＲＬ１で反射され、光軸に近づくように出射するので配光特性を良好とできる。又、リフレクタの高さを低く出来るので照明装置の薄型化に有利であり、例えば低コスト化を図るため樹脂素材にアルミ等を蒸着してリフレクタを形成する際には有利である。更に、本実施形態においては、レンズを用いていないので、レンズを透過させた場合に比べ配光特性の制御が容易であり、中央部の発光ダイオードＬＥＤと外側部の発光ダイオードＬＥＤの出射光をそれぞれ制御できると同時に、光の利用効率を上げることが出来る。又、本実施の形態によれば、発光ダイオードＬＥＤの配置の制限が少ないというメリットもある。

図４は、第２の実施の形態にかかるＬＥＤ照明装置ＥＭＴ２の斜視図である。図４に示す実施の形態においては、第１のリフレクタＲＬ１を、下方に向かうに連れて拡径したテーパ形状とした点のみが異なる。それ以外の構成は、上述した実施の形態と同様であるため説明を省略する。

図５は、第３の実施の形態にかかるＬＥＤ照明装置ＥＭＴ３の斜視図である。図５に示す実施の形態においては、ＬＥＤ光源として単一の発光ダイオードＬＥＤを用いた点が異なる。第１のリフレクタＲＬ１の下端は、発光ダイオードＬＥＤの中央部を囲うようにして蛍光体含有透明樹脂体ＹＥＬに接着固定され、第２のリフレクタＲＬ２の下端は、発光ダイオードＬＥＤの全てを囲うようにして、蛍光体含有透明樹脂体ＹＥＬに接着固定されている。それ以外の構成は、上述した実施の形態と同様であるため説明を省略する。

図６は、第４の実施の形態にかかるＬＥＤ照明装置ＥＭＴ４の断面図である。図５に示す実施の形態においては、リフレクタＲＬ１，ＲＬ２の上端に、凹レンズＬＳを接着固定した点が異なる。リフレクタＲＬ１，ＲＬ２で反射された光を、更に凹レンズＬＳを通過させることで、配光特性を制御する自由度が高まる。尚、凹レンズＬＳの代わりに凸レンズを接着固定してもよい。

本発明のＬＥＤ照明装置は、街路灯、室内灯など各種の用途に使用できる。

ＢＳ 基板本体
ＣＢ 回路基板
ＥＭＴ１ 照明装置
ＥＭＴ２ 照明装置
ＥＭＴ３ 照明装置
ＥＭＴ４ 照明装置
ＨＰ 配線パターン
ＩＬ 絶縁層
ＬＥＤ 発光ダイオード
ＬＳ 凹レンズ
ＲＬ１ 第１のリフレクタ
ＲＬ２ 第２のリフレクタ
ＹＥＬ 蛍光体含有透明樹脂体

Claims (7)

1. ＬＥＤ光源と、
   前記ＬＥＤ光源の一部を囲うように配置された第１のリフレクタと、
   前記第１のリフレクタを包囲するようにして、前記ＬＥＤ光源全てを囲うように配置された第２のリフレクタとを有することを特徴とするＬＥＤ照明装置。
2. 前記ＬＥＤ光源は複数の発光部を有し、前記第１のリフレクタは、前記複数の発光部のうち、一部の発光部を囲うように配置され、前記第２のリフレクタは、前記複数の発光部の全てを囲うように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
3. 前記ＬＥＤ光源は単一の発光部を有し、前記第１のリフレクタは、前記単一の発光部の一部を囲うように配置され、前記第２のリフレクタは、前記単一の発光部の全てを囲うように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
4. 前記第１のリフレクタで反射された光束及び前記第２のリフレクタで反射された光束が入射するレンズを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置。
5. 前記第１のリフレクタで反射された光束及び前記第２のリフレクタで反射された光束が入射するレンズを有さないことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置。
6. 前記第１のリフレクタ及び前記第２のリフレクタの光軸直交方向の断面形状が円形であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置。
7. 前記第１のリフレクタ及び前記第２のリフレクタの光軸直交方向の断面形状が楕円形であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置。

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