JP2015065071A

JP2015065071A - 照明装置

Info

Publication number: JP2015065071A
Application number: JP2013198939A
Authority: JP
Inventors: 真川越; Makoto Kawagoe; 康秀岡田; Yasuhide Okada; 佐々木　淳; Atsushi Sasaki; 淳佐々木; 康広鎌田; Yasuhiro Kamata
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2013-09-25
Filing date: 2013-09-25
Publication date: 2015-04-09
Also published as: TW201512598A; CN203784775U

Abstract

【課題】実施形態は、輝度ムラを抑制し均一に発光する照明装置を提供する。
【解決手段】実施形態に係る照明装置は、本体と、前記本体の前記外縁に配設された発光素子と、前記本体と前記発光素子とを覆い、前記発光素子の放射光の一部を前記本体の中央側に導く第１湾曲部と、前記放射光の他の一部を前記本体の中央とは反対側に導く第２湾曲部と、を有する導光板と、を備える。前記第１湾曲部と前記第２湾曲部とは、前記本体の中心を通り前記本体および前記導光板に直交する断面において、非対称である。
【選択図】図４

Description

本発明の実施形態は、照明装置に関する。

発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）等の発光素子を光源とする照明装置の開発が進められている。例えば、住宅の天井面等に取付けられるシーリングライトには、ＬＥＤの放射光を分散させる導光板を用いて発光の均一性を向上させるものがある。このような照明装置では、導光板の外縁において、その内部を伝播しない漏れ光があると、輝度ムラを生じることがある。

特開２０１３−０８０６７９号公報

実施形態は、輝度ムラを抑制し均一に発光する照明装置を提供する。

実施形態に係る照明装置は、本体と、前記本体の前記外縁に配設された発光素子と、前記本体と前記発光素子とを覆い、前記発光素子の放射光の一部を前記本体の中央側に導く第１湾曲部と、前記放射光の他の一部を前記本体の中央とは反対側に導く第２湾曲部と、を有する導光板と、を備える。前記第１湾曲部と前記第２湾曲部とは、前記本体の中心を通り前記本体および前記導光板に直交する断面において、非対称である。

実施形態は、輝度ムラを抑制し均一に発光する照明装置を実現する。

実施形態に係る照明装置を模式的に表す斜視図。実施形態に係る照明装置の部品を模式的に表す斜視図。実施形態に係る照明装置本体の構成を模式的に表す平面図。実施形態に係る照明装置の構造を表す模式断面図。実施形態の変形例に係る導光板を表す模式断面図。実施形態の別の変形例に係る導光板を表す模式断面図。比較例に係る導光板を表す模式断面図。

以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。図面中の同一部分には、同一番号を付してその詳しい説明は適宜省略し、異なる部分について説明する。なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。

図１は、実施形態に係る照明装置１を模式的に表す斜視図である。図１（ａ）は、発光面側を表す斜視図であり、図１（ｂ）は、発光面とは反対側の本体を表す斜視図である。

ここに例示する照明装置１は、所謂シーリングライトであり、本体１０と、本体１０の発光面側を覆うカバー２０と、を備える。カバー２０は、例えば、乳白色のアクリル樹脂成形体であり、透光性を有する。

図１（ａ）に表す照明装置１の外形は円形であるが、これに限定される訳ではない。例えば、楕円または方形であっても良い。

図１（ｂ）に表すように、本体１０は、電源部１３と、電源部１３を囲む光源部１５と、を有する。電源部１３は、上面１３ａの中央に嵌合部１７を有している。嵌合部１７は、例えば、住宅の天井に設けられた接続器具、所謂、引掛けシーリングボディに嵌合し、本体１０を天井に固定する。

以下の説明では、便宜的に、本体１０のカバー２０側の面を下面とし、嵌合部１７が設けられた側の面を上面として説明する。他の構成要素についてもこれに準じる。

図２は、実施形態に係る照明装置１の部品を模式的に表す斜視図である。同図に表すように、照明装置１は、電源部１３と、光源部１５と、導光板２３と、カバー２０と、を備える。

光源部１５は、例えば、図示しない接続部を介して電源部１３と分離可能に設けられる。照明装置１を天井に取り付ける場合は、例えば、嵌合部１７を有する電源部１３を接続器具に嵌合させて固定し、その後、光源部１５を電源部１３に接続する。

電源部１３は、例えば、冷間圧延鋼板等の金属材料の平板から成形され、環状に組み合せられたシャーシと、その内部に配置された回路部品（図示しない）と、を含む。光源部１５は、例えば、冷間圧延鋼板等の金属材料の平板を成形したシャーシと、その外縁に配設された複数の発光素子３０（例えば、ＬＥＤ）と、を含む。発光素子３０は、光源部１５と、カバー２０と、の間において、光源部１５側のカバー２０に向き合う面上に配設される（図３（ｂ）参照）。

本体１０と、カバー２０と、の間には、導光板２３が配置される。導光板２３は、例えば、透明のアクリル樹脂成形体であり、発光素子３０の放射光を本体１０の中央側に導く。導光板２３の表面には、例えば、ドット状の散乱体、所謂、シボパターンが形成される。シボパターンは、導光板２３の上面および下面の少なくとも一方に設けられ、導光板２３内を伝播した放射光の方向を変えて上下方向に放出する。

本体１０のカバー２０に向き合う面、すなわち、光源部１５の下面には、発光素子３０の放射光を反射する部材が塗布することが好ましい。これにより、光源部１５の下面は、発光素子３０の放射光を導光板２３およびカバー２０の方向に反射し、出射させることができる。また、光源部１５と導光板２３との間に反射シートを配置しても良い。

このように、発光素子３０の放射光は、導光板２３の中に分散し、シボパターンにより散乱される。そして、カバー２０の方向に放射される。これにより、発光面（例えば、カバー２０の下面）の全体に渡って均一な発光を実現できる。また、乳白色のカバー２０は拡散板として機能し、発光の均一性をさらに向上させる。

図３は、実施形態に係る照明装置１の本体１０の構成を模式的に表す平面図である。図３（ａ）は、本体１０の下面、すなわち、光源部１５の下面を表す平面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）において破線Ａに囲まれた領域を拡大した平面図である。

図３（ａ）に表すように、光源部１５は、その中央に設けられた凸部４１と、凸部４１を囲む外周部４３と、を有する。凸部４１は、上方に開き、下方に突出するように設けられる。凸部４１の凸面側、および、外周部４３の表面には、発光素子３０の放射光を反射する部材、例えば、酸化チタン等を分散した樹脂を塗布する。このように、凸部４１に反射部材を塗布することにより、本体１０の中央における輝度の低下を防ぐことができる。

外周部４３には、凹部４７が設けられる。凹部４７は、下方に開き、上方に突出するように設けられる。そして、凹部４７の内部には、センサ４０が設けられる。センサ４０は、例えば、受光素子を含み、外部から照射される信号光を検出する。そして、外部から与えられた信号を、電源部１３に伝達する。これにより、照明装置１を遠隔操作することができる。また、センサ４０は、例えば、マイクロ波信号を受信するように構成しても良い。

センサ４０は、照明装置１の動作に限らず、他の器機を制御する信号の中継器として機能しても良い。すなわち、照明装置１は、住宅内において電波等を受信するのに好適な場所に取り付けられる。したがって、センサ４０と、それに接続された発信器を介して住宅内に配置された複数の器機を制御する信号を配信することも有効である。

光源部１５は、その外周面上に配設された複数の発光素子３０を含む。具体的には、発光素子３０は、例えば、外周部４３の外縁に沿って設けられた回路基板４５の上に配設される。言い換えれば、発光素子３０は、回路基板４５の本体１０とは反対側の下面に配設される。そして、回路基板４５の下面は、光源部１５の外周面５３の一部を構成する。

回路基板４５は、例えば、ガラスエポキシ樹脂などの絶縁性基板と、銅箔を用いて形成された配線とを含む。そして、回路基板４５の下面には、発光素子３０が配設された部分を除いて反射部材が塗布される。すなわち、回路基板４５は、反射部材により隠された配線を有し、複数の発光素子３０を電気的に接続する。

図３（ｂ）に表すように、複数の発光素子３０は、２種類の素子３０ａおよび３０ｂを含む。例えば、発光素子３０ａは、色温度６５００ケルビン（Ｋ）の光を放射し、発光素子３０ｂは、色温度３０００Ｋの光を放射するように構成する。例えば、発光素子３０ａおよび３０ｂの配設数の比を変化させること、もしくは、発光素子３０ａおよび３０ｂに供給する駆動電流をそれぞれ制御することにより、照明装置１の放射光の色温度を変化させることが可能となる。

図４は、実施形態に係る照明装置１の構造を表す模式断面図である。図４（ａ）は、下方から見た光源部１５および導光板２３を表わす斜視図である。図４（ｂ）は、導光板２３の外縁を表わす部分断面図である。

図４(ａ)に表すように、導光板２３は、本体１０の下面側、すなわち、光源部１５の下面を覆う。光源部１５の外周部４３において、発光素子３０は、導光板２３に向き合う外周面５３の上に配設される。前述したように、外周面５３は、回路基板４５の導光板２３に向き合う下面を含む。

導光板２３は、その外縁端面２３ｆが発光素子３０と向き合うように配置される。また、導光板２３は、発光素子３０の放射光の一部を本体１０の中央側（Ｚ方向）に導く第１湾曲部（以下、湾曲部２７）と、放射光の他の一部を本体１０の中央とは反対側（−Ｚ方向）に導く第２湾曲部（以下、湾曲部２９）と、を有する。

図４（ｂ）に表すように、本体１０の中心を通り、本体１０および導光板２３に直交する断面において、湾曲部２７は、湾曲部２９に接する。また、湾曲部２７と湾曲部２９とは、その接点を通り外周面５３に垂直な直線Ｃ_１に対して非対称である。

この例では、湾曲部２７の頂点Ｐ１と、外周面５３と、の間隔Ｗ_１は、湾曲部２９の頂点Ｐ２と、外周面５３と、の間隔Ｗ_２よりも広く設けられる。そして、湾曲部２９から−Ｚ方向につながる外縁部２３ｐにおいて、導光板２３を本体１０に固定しても良い。例えば、ねじ４９を用いて外縁部２３ｐを本体１０の外縁に固定することができる。

発光素子３０は、その光軸ＣＬが外周面５３に交差するように配設される。外周面５３は、Ｚ方向およびＺ方向に直交するＹ方向に平行な平面である。そして、発光素子３０の発光面の法線である光軸ＣＬは、外周面５３に直交するＸ方向に向いている。すなわち、発光素子３０は、外周面５３に垂直な方向に光を放射する。

発光素子３０から放射された光は、その発光面に向き合う導光板２３の外縁端面２３ｆを通して導光板２３の内部に入射する。図４（ｂ）中に示すＬＡ_１およびＬＡ_２は、光線追跡法を用いてシミュレーションした発光素子３０の軌跡を表している。

図４（ｂ）に示すように、外縁端面２３ｆから導光板２３の内部に入射したは、Ｚ方向に向かって伝播する光ＬＡ_１と、−Ｚ方向に向かって伝播する光ＬＡ_２に分かれる。すなわち、湾曲部２７により伝播方向を変えられた光ＬＡ_１は、本体１０の中央側に導かれる。一方、湾曲部２９により伝播方向を変えられた光ＬＡ_２は、本体１０の外縁に導かれる。

例えば、図７に表す比較例に係る導光板３９は、湾曲部２７のみを有し、発光素子３０の放射光をＺ方向に導く。例えば、発光素子３０から放射される光のうちの光軸ＣＬに対して傾いた方向に放射される成分は、外縁端面３９ｆから導光板２３に入射した後、導光板３９の本体１０とは反対側の第２面３９ａで反射される。そして、本体１０側の第１面３９ａの方向に向かう。この際、全反射角よりも小さい角度で第２面３９ｂに入射した光は、導光板３９の外部に放出され漏れ光ＬＯとなる。

導光板２３の内部を伝播する光ＬＡ_５は、湾曲部２７に沿って反射を繰り返しながら伝播方向を変えＺ方向に導かれる。図７中に示すように、導光板３９の第１面３９ａおよび第２面３９ｂにおいて、光の入射角が全反射角よりも小さい成分は、導光板３９の外部に放出される。例えば、第１面３９ａの側から放出され本体１０に向かう漏れ光は、本体１０の下面に塗布された反射部材により導光板３９方向に反射され、導光板３９およびカバー２０を通過して出射される。一方、第２面３９ｂから放出される漏れ光は、カバー２０を通過して直接出射されるため、輝度ムラを生じる要因となる。

これに対し、実施形態では、２つの湾曲部２７および２９を設けることにより、発光素子３０の放射光をＺ方向および−Ｚ方向の２方向に分散させる。すなわち、光軸ＣＬに対する傾きが大きい方向（横方向）に放射される光ＬＡ_２を、−Ｚ方向に伝播させる。これにより、図４（ｂ）に表すように、導光板２３からの漏れ光ＬＯを低減し、輝度ムラを抑制することができる。

図５（ａ）〜図５（ｃ）は、実施形態の変形例に係る導光板３３を表す模式断面図である。同図は、導光板３３の中心（本体１０の中心）を通り、導光板３３に垂直な断面を表している。この例に示す導光板３３では、発光素子３０は、本体１０の外縁に限らず、任意の場所に配設することができる。

導光板３３は、発光素子３０の放射光の一部をＺ方向（第１方向）に導く第１湾曲部（以下、湾曲部６１）と、放射光の他の一部を−Ｚ方向（第２方向）に導く第２湾曲部（以下、湾曲部６３）と、を有する。導光板３３は、その端面３３ｆが発光素子３０と向き合うように配置される。また、導光板３３の湾曲部６１は、湾曲部６３に接し、その境界は、端面３３ｆに向き合う位置にある。すなわち、導光板３３に直交する断面において、外周面５３に直交し、湾曲部６１と湾曲部６３の接点を通る直線Ｃ_２は、端面３３ｆと交差する。

発光素子３０は、本体１０の下面の任意の場所に配設される。以下の説明では、発光素子３０の光軸ＣＬは、その発光面の中心を通る法線とする。光軸ＣＬは、例えば、発光素子３０の発光面の中心を通り、本体１０の下面に直交する。

図５（ａ）に表すように、導光板３３は、発光素子３０の光軸ＣＬが直線Ｃ_２に一致しないように配置する。好ましくは、発光素子３０の光軸ＣＬは、放射光を導く方向、この例では、Ｚ方向にずらして配置する。

図５（ｂ）および図５（ｃ）は、発光素子３０から放射される光の軌跡を光線追跡法を用いてシミュレーションした結果を表している。同図中のＬＡ_１およびＬＡ_２は、放射光の軌跡を表している。

図５（ｂ）に示すように、発光素子３０をＺ方向にシフトさせ、導光板３３の第１面３３ａの端に近づけると、湾曲部６１を通過してＺ方向に導かれる光ＬＡ_１の割合が多くなる。また、図５（ｃ）に表すように、発光素子３０を−Ｚ方向にシフトさせ、導光板３３の外周側の第１面３３ａの端に近づけると、湾曲部６３を通過して−Ｚ方向に導かれる光ＬＡ_２の割合が多くなる。

このように、発光素子３０と、導光板３３の外縁端面３３ｆと、の間の相対位置をＺ方向に変化させることにより、Ｚ方向もしくは−Ｚ方向に導かれる光の割合を調整することができる。発光素子３０は、例えば、中心線Ｃ_０と、直線Ｃ_１と、の間隔Ｒ_Ｗに基づいて、発光素子３０が好適な位置となるように配置する。

例えば、ＲＷが導光板３３の外縁と、中心線Ｃ０と、の間隔（導光板３３の半径）の２分の１よりも長い場合、発光素子３０は、直線Ｃ１よりも中心線Ｃ０側に配置することが望ましい。また、ＲＷが導光板３３の半径の２分の１よりも短い場合、発光素子３０は、直線Ｃ１よりも外縁側に配置することが好ましい。すなわち、発光素子３０は、導光板３３の直線Ｃ１と交差する位置を基準として、その放射光が導光板３３内を導波される距離が長い側にシフトさせることが望ましい。

また、図５（ｂ）および図５（ｃ）に表すように、発光素子３０が導光板３３の第１面３３ａの端に近づくほど、横方向に向かう漏れ光ＬＯ_１およびＬＯ_２が多くなる。このため、発光素子３０は、Ｚ方向もしくは−Ｚ方向側における第１面３３ａの端と、直線Ｃ_２と、の間に位置させることが望ましい。

図６（ａ）は、実施形態の別の変形例に係る導光板３５を表す模式断面図である。導光板３５は、発光素子３０の放射光の一部ＬＡ_３をＺ方向に導く第１湾曲部（以下、湾曲部６５）と、放射光の他の一部ＬＡ_４を−Ｚ方向に導く第２湾曲部（以下、湾曲部６７）と、を有する。

導光板３５は、発光素子３０に向き合う凹部６９を有し、その端面３５ｆは凹部６９の内面である。発光素子３０から放射される光は、端面３５ｆから導光板３５に入射する。この例では、導光板３５は外周面５３に接し、発光素子３０は、凹部６９の内部に位置する。したがって、発光素子３０の光軸ＣＬから大きく傾いた横方向に放射される光ＬＡ_５も導光板３５の内部に導くことが可能となり、漏れ光を抑制することができる。

さらに、導光板３５では、好ましくは、湾曲部６５の第１面３５ａ側の曲率半径を、第２面３５ｂ側の曲率半径よりも大きくする。例えば、第１面３５ａ側は、曲率半径を無限大とした錐面とすることが望ましい。これにより、第１面３５ａを全反射面とすることができ、発光素子３０から横方向に放射される光ＬＡ_５の漏れを抑制することができる。

また、湾曲部６７においても、第１面３５ａ側の曲率半径を、第２面３５ｂ側の曲率半径よりも大きくすることが望ましい。これにより、発光素子３０から横方向に放射される光ＬＡ_６の漏れを抑制することができる。

図６（ｂ）は、比較例に係る導光板３７を表す模式断面図である。導光板３７は、発光素子３０の放射光の一部をＺ方向に導く第１湾曲部（以下、湾曲部７１）と、放射光の他の一部を−Ｚ方向に導く第２湾曲部（以下、湾曲部７３）と、を有する。また、導光板３７は、発光素子３０に向き合う凹部を有し、発光素子３０は、その凹部の内部に位置する。

さらに、導光板３７は、その第１面３７ａ側に貼り付けられた反射シート７５を有する。このため、発光素子３０から横方向に放射される光は、第１面３７ａにより反射され、第２面３７ｂの方向に伝播する。第２面３７ｂに入射する光のうち、その入射角が全反射角よりも小さいものは導光板３７より外部に放出され漏れ光ＬＯとなる。これにより、例えば、カバー２０の発光面において輝度ムラが生じることがある。

すなわち、導光板３７の湾曲部７１および７３において、第１面３７ａの側に反射シート７５を設けないことが望ましい。また、反射シート７５に限らず、湾曲部７１および７３の第１面３７ａの側に反射部材を配置しないことが望ましい。言い換えれば、第１湾曲部と本体１０との間、および、第２湾曲部と本体１０との間には、発光素子３０の光を反射する部材を配置しないことが望ましい。前述した導光板２３、３３および３５についても同じことが言える。

上記の実施形態において、２つの湾曲部を有する導光板の例を示したが、これに限定される訳ではない。例えば、湾曲部に代えて傾斜部としても良い。すなわち、湾曲部は、その曲率半径を無限大とした錐面であっても良い。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１・・・照明装置、１０・・・本体、１３・・・電源部、１３ａ・・・上面、１５・・・光源部、１７・・・嵌合部、２０・・・カバー、２３、３３、３５、３７、３９・・・導光板、２３ｆ、３３ｆ、３５ｆ、３９ｆ・・・端面、２３ｐ・・・外縁部、２７、２９、６１、６３、６５，６７、７１、７３・・・湾曲部、３３ａ、３５ａ、３７ａ、３９ａ・・・第１面、３０、３０ａ、３０ｂ・・・発光素子、３５ｂ、３７ｂ、３９ｂ・・・第２面、４０・・・センサ、４１・・・凸部、４３・・・外周部、４５・・・回路基板、４７、６９・・・凹部、５３・・・外周面、７５・・・反射シート

Claims

本体と；
前記本体の前記外縁に配設された発光素子と；
前記本体と、前記発光素子と、を覆い、前記発光素子の放射光の一部を前記本体の中央側に導く第１湾曲部と、前記放射光の他の一部を前記本体の中央とは反対側に導く第２湾曲部と、を有する導光板と；
を備え、
前記本体の中心を通り、前記本体および前記導光板に直交する断面において、前記第１湾曲部と前記第２湾曲部とは、非対称である照明装置。
前記導光板は、前記本体に向き合う第１面と、前記本体とは反対側の第２面と、を有し、
前記断面において、前記第１湾曲部および前記第２湾曲部における前記第１面側の曲率半径は、前記第２面側の曲率半径よりも大きい請求項１記載の証明装置。
前記第１湾曲部と前記本体との間、および、前記第２湾曲部と前記本体との間に、前記発光素子の光を反射する部材を配置しない請求項１または２に記載の照明装置。
前記本体は、前記発光素子が配設された外周面を有し、
前記第１湾曲部の頂点と、前記外周面と、の間隔は、前記２湾曲部の頂点と、前記外周面と、の間隔よりも広い請求項３記載の照明装置。
本体と；
前記本体に配設された発光素子と、
前記本体と、前記発光素子と、を覆い、前記発光素子の放射光の一部を第１の方向に導く第１湾曲部と、前記第１湾曲部に接し、前記放射光の他の一部を前記第１の方向とは反対側に導く第２湾曲部と、を有する導光板と；
を備え、
前記発光素子は、前記導光板の端面に向き合う位置に配設され、
前記本体の中心を通り、前記本体および前記導光板に直交する断面において、前記発光素子は、前記第１湾曲部と前記第２湾曲部とが接する位置を基準として前記放射光が前記導光板内を導波される距離が長い側にシフトして配設された照明装置。