JP2015011897A - 電球型照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】配光分布が狭くならず、白熱電球と類似の光り方を可能にした電球型照明装置を提供する。
【解決手段】電球型照明装置は、基材２と、基材に頂面２ａに設置された光源６と、光源の出射側に設置され、光源から放出された光を導光する導光体７と、光源および導光体を覆うドーム状の透光カバー４と、を備えている。導光体７は、光源から放出される光の一部を光源の法線方向へ導光するとともに光源よりも法線方向の上方に位置する光出射部から拡散出射させる第１導光部９と、第１導光部の周辺に設けられ、光源から放出される光のうち第１導光部に入射しない光の少なくとも一部を光源の側方へ導光する第２導光部１２と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、白色発光ダイオード（ＬＥＤ）のように平面実装された狭い配光分布を持つ光源で発光する電球型照明装置に関する。

照明装置としては、フィラメントの熱による発光を利用した白熱電球が広く用いられてきたが、短い寿命、発光効率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。

一般に、ＬＥＤ電球は、金属製の基材に取り付けられた口金と半球状の透光カバーとで外形を構成し、透光カバーの球中心にあたる位置にＬＥＤ光源を実装した実装基板を基材に取り付けている。光源は、口金から供給された電力により、基材に内蔵された駆動回路を介して発光される。

しかし、ＬＥＤ光源などの実装基板に実装される光源の光は、実装基板の法線方向に強く光を放出し、側面から背面にかけて光が放出されないため、照明装置の配光が狭くなってしまう。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光源を用いた電球型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という問題がある。

また、白熱電球としては透明なカバーで内部のフィラメント発光部をそのまま見せるタイプがあるが、ＬＥＤ光源を用いた場合は従来のように透明カバーの中心で小さく輝かせることが困難であった。

配光が狭くなるという問題を解決する技術としては、光源を構成するＬＥＤを側面や背面方向を向けて立体的に配置する技術が提案されている。また、別の技術としては、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する技術が提案されている。別の技術としては、透光カバーの散乱性を極端に上げて透光カバーの形状で配光を拡大する技術が提案されている。しかしながら、これらの技術は、全て配光を広げることはできるが、フィラメントタイプの電球のように、発光部を透明カバーの中心部で点状に見せることはできない。

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２０１２−７４２６４号公報 特開２０１２−１４６４５０公報

この発明は以上の点を鑑みてなされたもので、その課題は、ＬＥＤ光源などを用いても、配光分布が狭くならず、白熱電球と類似の光り方も可能にした電球型照明装置を実現するものであり、更に、高出力化のためにＬＥＤ光源の発光面積を大きくしてもデザインに影響を受けることのない電球型照明装置を提供することにある。

実施形態によれば、電球型照明装置は、基材と、前記基材に頂面に設置された光源と、前記光源の出射側に設置され、前記光源から放出された光を導光する導光体と、前記光源および導光体を覆うドーム状の透光カバーと、を備えている。前記導光体は、前記光源から放出される光の一部を光源の法線方向へ導光するとともに前記光源よりも法線方向の上方に位置する光出射部から拡散出射する第１導光部と、前記第１導光部の周辺に設けられ、前記光源から放出される光のうち前記第１導光部に入射しない光の少なくとも一部を前記光源の側方へ導光する第２導光部と、を有している。

図１は、第１の実施形態に係る電球型照明装置を示す断面図。 図２は、第２の実施形態に係る電球型照明装置を示す断面図。 図３は、第３の実施形態に係る電球型照明装置を示す断面図。 図４は、変形例に係る種々の形状の導光体を示す斜視図。

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型照明装置としてＬＥＤ電球１の断面図である。
図１に示すように、ＬＥＤ電球１は、基材２と、ＬＥＤから成る光源６と、細長い薄肉中空のドーム状（ほぼ円錐形状）の透光カバー（光学部品）４と、口金３と、光源６の上に配置された導光体７とを備え、各部材は、中心軸Ｃに対して回転対称に構成されている。

基材２は、例えば、アルミニウム等の金属製の筐体かつ放熱部材であり、上部がほぼ切頭円錐状に形成されているとともに大径の上端に平坦な頂面２ａを有し、小径の下端に口金３が取り付けられている。基材２の内部には、光源６を駆動する駆動回路１４が収納されている。頂面２ａを除く基材２の表面は、他の部分よりも反射率が高くなるように白色塗装が施され、光を極力吸収しないようにしているとともに塗料の高い輻射率により効率的な外部への放熱を行っている。

基材２の頂面２ａのほぼ中央部に実装基板５が設置され、更に、この実装基板５上に単数あるいは複数の光源６が平面実装され、中心軸Ｃ上に位置している。光源６は、例えば、ＬＥＤチップと、このＬＥＤチップを覆う封止樹脂とで構成され、封止樹脂にはＬＥＤチップからの１次光線を白色光線に変換する蛍光体粒子が分散配合されている。口金３から供給される電力は、駆動回路１４を介して光源６に供給され、光源６は、白色光を放出する。この白色光は蛍光体粒子により散乱された１次光線と蛍光体粒子が発光した２次光線で形成されているため、実装基板５の法線方向、すなわちＬＥＤ電球１の前方方向に強い光度で光を放出する。

図１に示すように、本実施形態において、透光カバー４は、透明なポリカーボネート樹脂で厚さ１〜３ｍｍの縦長三角ドーム状に形成され、その中心軸が光源６とほぼ一致した状態で基材２の頂面２ａの周縁部に固定および支持されている。これにより、透光カバー４は、光源６および導光体７を覆っている。

導光体７は、透光カバー４内で光源６の前方に配置され、基材２の頂面２ａに支持されている。導光体７は、照明装置１の中心軸Ｃと同軸的に、かつ、中心軸Ｃに対して回転対象な形状に形成されている。導光体７は、光源６の出射面に対して法線方向に延び中央部に位置する柱状、例えば、円柱形状の第１導光部（第１レンズ）９と、第１導光部の基端からその周辺に上方から背面側へ湾曲した円盤状（環状）の第２導光部（第２レンズ）１２と、を一体に有している。

導光体７は、中心軸Ｃと同軸的に鉛直方向に延びる円筒状の第１導光部９と、第１導光部９の周辺で基板２の頂面２ａを覆う円盤状の第２導光部１２とを有している。

第１導光部９と第２導光部１２は、ともに光源６の出射面に対向する第１光入射部９ａと第２光入射部１２ａを持ち、第２光入射部１２ａは第１光入射部９ａの周辺に位置している。また、第１光入射部９ａと第２光入射部１２ａのそれぞれの反対側の端部には、光を導光体７の外部に出射する第１光出射部９ｂと第２光出射部１２ｂを有している。

第１導光部９はスリムな円柱状をなしており、主に光源６から第１光入射部９ａを介して入射した光を法線方向の上方に導光し、円錐状の第１光出射部９ｂから外部に光を出射する。すなわち、第１導光部９はスリムな円柱状であり、第１光出射部９ｂはその円柱先端部であるため、点状で高輝度な発光を実現し、あたかも従来のフィラメントタイプの電球のように透光カバー４の中央部で点状に光らせることが出来る。なお、第１導光部９の少なくとも一部の断面は、円形に限らず、楕円形状、長円形等に形成してもよい。

第２導光部１２は、その断面形状が、光源６の出射面と平行な方向に向かって、中心から周辺へと円弧を描く湾曲形状であり、第１導光部９の周辺で基材２の頂面２ａを覆うような円盤形状を成している。第２導光部１２は、光源６から第１導光部９に入らず漏れてしまう光線を第１光入射部１２ａから入射し、途中で外部に漏らさずに基材２の頂面２ａの周辺部でリング状に配置された第２光出射部１２ｂで光を主に光源の側方から背面方向に出射する。すなわち、第２光出射部１２ｂの出射面は、水平方向、つまり、光源６の出射面と平行な方向（光源の側方）、あるいは、水平方向よりも光源６の背面側に向いている。この第２導光部１２の本来の機能は、第１導光部に入射しきらず外部から直視されてしまう点状の光源６の発光を、上述した機能により外部から視認されないように導光隠ぺいすることである。これにより、第１光出射部９ｂのみが透光カバー４の中央部で点状に輝き、光源６の付近では目立つ発光を抑えて既存のフィラメントタイプの電球と同様の光り方を再現している。また、第２導光部は、側面から背面にかけて照射する機能も発揮することができる。第２光出射部１２ｂは基材２の頂面２ａの周辺部でリング状に淡く発光させることができるため、上述した第１光出射部９ｂの点状高輝度発光を損なうことなく第２光出射部１２ｂより側面あるいは背面側に光を照射し、配光を広げることができる。

実施例では、光源６の面積に対して第１導光部９の面積が小さく、故意に第２導光部１２により側面から背面にかけての照射も行うフィラメントタイプの電球を実現している。

従来、高出力化のために光源の面積を大きくすると、レンズ（導光体）も大きくする必要があるため、照明装置のデザイン性を損なってしまい、透光カバーの形状によっては、透光カバーの内部に納まりきらないという問題があった。これに対して、本実施形態に係るＬＥＤ電球１によれば、これらの問題を全て解決した上で、配光も広げることができる。

以上のことから、ＬＥＤ光源などを用いても、配光分布が狭くならず、従来のフィラメントが直視される透明カバーの白熱電球と類似の光り方も可能にした電球形照明装置を実現するものであり、更に、高出力化のためにＬＥＤ光源の発光面積を大きくしてもデザインに影響を受けることのない電球形照明装置が得られる。

なお、上述した第１の実施形態では、１つに集約したＬＥＤ光源を用いているが、これに限らず、光源は分散配置した複数のＬＥＤ光源を用いても良いし、このうち一部のＬＥＤ光源に対して入光させるような導光体としてもよい。

また、上述した第１の実施形態では第１導光部９と第２導光部１２を一体形成しているが、第１導光部９と第２導光部１２は別の部材で形成してもよい。

次に、他の実施形態に係る電球型照明装置について説明する。後述する他の実施形態において、前述した第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する。

（第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態に係るＬＥＤ電球１を示す断面図である。導光体７の第２光出射部１２ｂを除く、ＬＥＤ電球１の基本的な構成は、前述した第１の実施形態と同一である。図２に示すように、第２の実施形態によれば、第２導光部１２の第２光出射部（光出射面）１２ｂの少なくとも一部、ここでは、全部が透光カバー４の外表面に露出している。

この構成では、図１に示した第１の実施形態よりも、光りの利用効率を向上させることができる。すなわち、第１の実施形態では、第２導光部１２の第２光出射部１２ｂから出射した光が透光カバー４の内部で反射するのに対して、第２の実施形態では、第２光出射部１２ｂは、直接、透光カバー４の外部へ光りを出射するため、透光カバー４内部での反射によるロスが全く発生しない事になる。

さらには、ＬＥＤ電球１は、より背面側も照射することができる。すなわち、第１の実施形態では、第２光出射部１２ｂから出射した光は基材２の頂面２ａの縁により背面側照射が制約されていたのに対して、第２の実施形態では第２光出射部１２ｂが外部に露出しているため、ほぼ真後ろまで光を照射することが可能となっている。

第２の実施形態においても、ＬＥＤ光源などを用いても、配光分布が狭くならず、従来のフィラメントが直視される透明カバーの白熱電球と類似の光り方も可能にした電球形照明装置を実現するものであり、更に、高出力化のためにＬＥＤ光源の発光面積を大きくしてもデザインに影響を受けることのない電球形照明装置が得られる。

（第３の実施形態）
図３は、第３の実施形態に係るＬＥＤ電球１を示す断面図である。
本実施形態では、導光体７の第２導光部１２の第２光出射部（光出射面）１２ｂは、基材２の頂面２ａに対向している。また、この第２光出射部１２ｂと対向する位置において、基材２の頂面２ａに光吸収部、例えば、環状の黒色塗装膜１６が形成されている。第２光出射部（光出射面）１２ｂは、黒色塗装膜１６に当接している。

上記構成のＬＥＤ電球１では、第２光出射部１２ｂから出射する光を黒色塗装膜１６で約５０％程度、吸収し、光源６の側方（水平方向）あるいは背面方向への配光を抑制することができる。これにより、第２光出射部１２ｂからの発光を抑制し、フィラメントタイプの電球により酷似した光り方をする電球型照明装置を実現することができる。

なお、光吸収材は、黒色塗装に限らず、他の材料を用いても良い。あるいは、基材２の頂面２ａを研磨していないアルミニウムのむくの表面とし、この表面で第２光出射部１２ｂからの出射光を吸収するようにしてもよい。あるいは、基材２の頂面２ａの周辺部を掘り下げて、その凹みに第２光出射部をもぐらせて発光を抑制してもよい。

（変形例）
図４（ａ）ないし（ｌ）は、導光体７の第１導光部９の形状を種々変更した種々の変形例を示している。いずれの形状の第１導光部においても前述した実施形態と同様の作用効果を得ることができる。光源６の光出射面に対して法線方向（垂直方向）に延びる第１導光部９は、その少なくとも一部の断面が円形、楕円形、長円形のような滑らかな曲線に形成されている。第１導光部９の先端にある第１光出射部９ｂは、少なくとも１つ以上の頂点を有する突起形状になっている、もしくは少なくとも１つ以上の最深点部を有する凹形状になっている。いずれの場合も第１光出射部９ｂは、鋭角をなす部分から光を出射させる。この際の形状の角度を調整することで、出射方向を調整することができる。また、第１光出射部９ｂの一部にシボ処理等により微細な凹凸を形成すると、更に光を局所的に出射させることができる。これらの形状は、デザイン性と目標とする性能から任意に選択する事が可能である。また、第２導光部１２の第２光出射部の光出射面にシボ処理を施し、微細な凹凸を形成するようにしてもよい。

本発明は上記実施形態あるいは変形例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。

１…ＬＥＤ電球、２…基材、２ａ…頂面、３…口金、４…透光カバー、
５…実装基板、６…光源、７…導光体、９…第１導光部、９ａ…第１光入射部、
９ｂ…第１光出射部、１２…第２導光部、１２ａ…第２光入射部、
１２ｂ…第２光出射部、１４…駆動回路

Claims (11)

1. 基材と、
   前記基材に頂面に設置された光源と、
   前記光源の出射側に設置され、前記光源から放出された光を導光する導光体と、
   前記光源および導光体を覆うドーム状の透光カバーと、を備え、
   前記導光体は、前記光源から放出される光の一部を光源の法線方向へ導光するとともに前記光源よりも法線方向の上方に位置する光出射部から拡散出射する第１導光部と、
   前記第１導光部の周辺に設けられ、前記光源から放出される光のうち前記第１導光部に入射しない光の少なくとも一部を前記光源の側方へ導光する第２導光部と、を有する電球型照明装置。
2. 前記第２導光部は前記基材の頂面を覆っている請求項１に記載の電球型照明装置。
3. 前記導光体の前記第１光入射部の面積は、前記光源の発光領域の面積よりも小さい請求項１又は２に記載の電球型照明装置。
4. 前記導光体の第１導光部は、前記光源の法線方向に延びる柱形状に形成され、前記１導光部の少なくとも一部の断面が円形もしくは楕円形を有している請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電球型照明装置。
5. 前記第１導光部の光出射部は、少なくとも１つ以上の頂点を有する突起形状を有している請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電球型照明装置。
6. 前記第１導光部の光出射部は、少なくとも１つ以上の最深点部を有する凹形状を有している請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電球型照明装置。
7. 前記第１導光部の光出射部の少なくとも一部にシボ処理が施されている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の電球型照明装置。
8. 前記導光体の第２光出射部は、前記光源の側方もしくは側方よりも前記光源の背面側に向いた光出射面を有する請求項１ないし７のいずれか１項に記載の電球型照明装置。
9. 前記導光体の第２光出射部の出射面の少なくとも一部が、前記透光カバーの外表面側に露出している請求項１ないし８のいずれか１項に記載の電球型照明装置。
10. 前記第２光出射部の出射面の少なくとも一部にシボ処理が施されている請求項１ないし９のいずれか１項に記載の電球型照明装置。
11. 前記第２光出射部の出射面は、前記基材の頂面の端部に対向し、前記頂面は、前記第２光出射部の出射面から出射された光を吸収する光吸収部を有する請求項１ないし７のいずれか１項に記載の電球型照明装置。

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