JP3825295B2 - 照明装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の発光素子と、この発光素子から発せられた光を屈折させる光屈折体とを備えた照明装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
発光ダイオードは、その寿命の長さや発光効率の高さから、次世代光源として注目を浴びている。しかし、発光ダイオードの1個当たりの発光量自体は小さいため、照明装置として実用化するためには複数の発光ダイオードを配列して使用する必要がある。
【0003】
ところが、発光ダイオードから発せられる光は、指向性を有しているため、単色の発光ダイオードのみを配列して使用した場合には輝度ムラが生じてしまい、また、赤、青、緑などの異なる発光色の発光ダイオードを隣接させて配列した場合には、それらの発光色が均一に混色しにくく、色ムラが発生する。
このような輝度ムラや色ムラの発生は、使用者に不快感を与え、商品価値を低下させる一因ともなる。
【0004】
特開平11−162232号公報には、上記問題を解決するため、複数の発光ダイオードが実装された基板の正面に、各発光ダイオードから発せられた光の配光を制御するレンズ板を設けたものが開示されている。このレンズ板は、各発光ダイオードに対応する位置にプリズムレンズを形成してなり、各発光ダイオードから発せられた光を当該対応するプリズムレンズで散乱させることにより、輝度ムラ又は色ムラを低減させるようにしている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の照明装置で用いるレンズ板は、予め発光ダイオードの数およびその配列間隔に応じて設計する必要があるため、例えば発光ダイオードの数を少しでも増減したり、その配列間隔を少しでも変更したりすると、新たにレンズ板を設計し直さなければならず、それに応じて金型や、場合によっては製造ラインまでも変更する必要がある。これにより仕様変更に伴う製造コストの増加が著しい。
【0006】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであって、輝度ムラや色ムラを効果的に改善できると共に、発光素子数の増減や配列間隔の変更などの仕様変更に容易に対応でき、製造コストの増大が生じない照明装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る照明装置は、基板上に複数の発光素子が設けられ、前記発光素子の上に複数の光屈折体が、隣合う発光素子の肩部に当接又は近接してそれぞれ配されていることを特徴とする。この構成によれば、発光素子から発せられた光は、光屈折体により反射及び屈折して散乱するため、輝度ムラや色ムラを改善できる。さらに、発光素子数が増減する場合でも、光屈折体の数を増減させることで容易に対応でき、また、発光素子の配列間隔の変更が、光屈折体が隣合う発光素子の肩部に当接できる範囲内であれば、光屈折体の仕様を変更せずに対応できる。
【0008】
さらに、前記光屈折体は、球形であると共に、前記隣合う複数の発光素子は、正多角形の各頂点の位置に配設されており、各光屈折体が、前記正多角形に配設された複数の発光素子の内側の肩部に当接又は近接して配されていることを特徴とする。この構成によれば、光屈折体を規則正しく且つ安定性よく発光素子上に配することができる。
【0009】
また、前記光屈折体は、前記基板に略平行な軸心を有する円柱形であると共に、前記隣合う複数の発光素子は、平行な列状に配設されており、 各光屈折体が、隣合う列における各発光素子の向い合う肩部に当接又は近接して配されていることを特徴とする。このようにすれば、光屈折体数を少なくでき、短時間で光屈折体を発光素子上に配することができる。
【0010】
特に、前記複数の光屈折体における径が略同一であることを特徴とする。このため、光屈折体の製造が容易になると共に、発光素子数が増減する場合でも、同じ径の光屈折体の数を増減させることで、極めて容易に対応できる。
さらに、前記複数の光屈折体を第1の層とし、その上に第2の層として別の複数の光屈折体が、それぞれ、前記第1の層における隣合う光屈折体に当接又は近接して、積層配置されていることを特徴とする。この構成によれば、発光素子から発せられた光は、光屈折体により反射及び屈折して散乱するため、輝度ムラや色ムラをより改善できる。
【0011】
また、前記複数の光屈折体は、前記複数の発光素子との間隙に流入された樹脂材料によって前記複数の発光素子に固定されていることを特徴とする。このようにすれば、複数の光屈折体を容易に固定することができる。
さらに、前記第1と第2の層における複数の光屈折体間および第1の層における複数の光屈折体と前記複数の発光素子間の間隙に流入された樹脂材料により、当該第1および第2の層における複数の光屈折体が、前記複数の発光素子に固定されていることを特徴とする。このようにすれば、第1及び第2の層のそれぞれの複数の光屈折体を容易に発光素子に固定できる。
【0012】
しかも、前記複数の光屈折体と前記樹脂材料の内、少なくとも一方に光散乱用の粉末が含まれていることを特徴とする。このため、発光素子から発せられた光は、光散乱用の粉末により反射及び屈折してさらに散乱する。
一方、前記発光素子から発せられた光を特定方向を照射するための笠部材を備え、前記基板は、前記発光素子が設けられた面を笠部材の開口部に向けた状態で前記笠部材の内部に装着されると共に、前記樹脂材料は、前記基板と前記笠部材内周面に囲まれた空間に、少なくともその表面層における複数の光屈折体の一部が埋まるように充填されていることを特徴とする。
【0013】
特に、前記笠部材の材料は、樹脂材料、セラミック材料あるいは金属材料のいずれかであることを特徴とする。このようにすれば、発光素子が発光する際に発熱する熱を笠部材を介して放熱させることができる。
また、前記複数の発光素子は、発光色が異なる複数種類の発光ダイオードであって、発光色の異なる発光ダイオードが互いに隣合うようにして前記基板上に設けられていることを特徴とする。このため、各発光ダイオードから発せられる光を混色させることができる。
【0014】
しかも、前記複数の発光素子を点灯させる点灯回路を備えたことを特徴とする。このため、複数の発光素子を容易に点灯させることがきできる。さらに、前記点灯回路に給電するための給電用口金を備えたことを特徴としているので、点灯回路に容易に給電できる。
また、複数の発光素子を備えた照明装置の製造方法であって、基板の一方の面上に複数の発光素子を実装する第1の工程と、前記複数の発光素子上に、複数の第1球形レンズを、それぞれが隣合う発光素子の肩部に当接する状態で配設する第2の工程と、複数の第2球形レンズを、それぞれが隣合う前記第1球形レンズに当接する状態で配設する第3の工程とを含むことを特徴としている。この構成によれば、発光素子数が増減する場合でも、第1球形レンズ及び第2球形レンズの数をそれぞれ増減させることで容易に対応できる。また、発光素子の配列間隔の変更が、第1球形レンズが隣合う発光素子の肩部に当接できる範囲内であれば、第1球形レンズ及び第2球形レンズの仕様を変更せずに対応できる。
【0015】
しかも、前記第3の工程の後に、第1、第2球形レンズおよび発光素子間の間隙に樹脂材料を流入させて、第1、第2球形レンズを固定する第4の工程を含むことを特徴としている。このため、第1、第2球形レンズを発光素子に容易固定できる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る照明装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
1−1.照明装置の構成
図1は、本発明の実施の形態に係る照明装置1の構成を示す外観斜視図であり、内部の構成が分かりやすいように一部を切り欠いた断面図で示している。同図に示すように、照明装置1は、前方がラッパ状に広がって笠部となっているランプ筐体2と、このランプ筐体2の内側に取り付けられた円板状の基板3と、この基板3上に散在する状態で凸設された複数の発光ダイオード4R、4G、4Bと、これら発光ダイオード4R、4G、4Bを覆うように配設された複数の第1球形レンズ7と、これら第1球形レンズ7上に配設された複数の第2球形レンズ8と、これら第1球形レンズ7と第2球形レンズ8とを発光ダイオード4R、4G、4Bに固定する透明な樹脂材料9と、各発光ダイオード4R、4G、4Bを点灯させるための点灯回路10と、点灯回路10に電気的に接続された電源供給用の口金11とを備えている。
【0017】
発光ダイオード4R、4G、4Bは、それぞれ赤色(R)、緑色(G)、青色(B)を発光するダイオードであり、以下において、発光色に関係なく単に発光ダイオードを一般的に示すときは符号4を使用する。
図2は、上記照明装置1の平面図であり、説明の便宜上、樹脂材料9の図示は省略している。同図に示すように第2球形レンズ8は、第1球形レンズ7間の隙間を埋めるように積層されている。
【0018】
図3は、図2のA−A線における照明装置1の縦断面図である。図示を簡易にするため、発光ダイオード4の断面は、その内部を省略して示してある。
同図に示すように、ランプ筐体2は、その周壁に基板3を位置決めするための段差2aが内周面に形成されている。ランプ筐体2には、合成樹脂材料、セラミック、金属材料の何れかが使用され、例えばアルミニウム合金が使用される。ランプ筐体2の段差2aから開口までの周壁は、発光ダイオード4R、4G、4Bから発せられた光が、特定の方向のみを照射するための笠部(ランプシェード)となっている。この笠部の内周面を鏡面仕上げにするか白色の塗料を塗装することにより光の照射効率を増すことができる。
【0019】
段部2aは、ランプ筐体2の軸心と直交する平面内にあるように形成されており、ここに接着剤もしくは螺子などにより基板3を設置することにより、当該基板3が、その主面とランプ筐体2の軸心が直交した状態で保持される。
ここで、基板3は、放熱性多層基板が使用されている。この放熱性多層基板は、ガラスエポキシ(ガラス繊維強化プラスチック)により構成されており、これにより発光ダイオード4で発生した熱をランプ筐体2を介して外部に放熱するようになっている。なお、この基板3には各発光ダイオード4に給電するための配線路も形成されるが、これらの図示は省略されている。
【0020】
図4は、図2のA−A線の中央部における拡大断面図である。同図に示すように、各発光ダイオード4R、4G、4Bは、光を発光する発光ダイオード素子5R、5G、5Bと、これらの発光ダイオード素子5R、5G、5Bを封止するための砲弾型のプラスチックレンズ6とから構成されている。このプラスチックレンズ6の材料として、エポキシ樹脂、アクリル樹脂またはポリカーボネイト等が用いられる。
【0021】
そして、各第1球形レンズ7は、隣合う発光ダイオード4のプラスチックレンズ6の肩部61に当接した状態で配されている。各発光ダイオード4R、4G、4Bのサイズは同じで、等ピッチでマトリクス状に配列され、かつ、第1球形レンズ7は、全て同じ径のものが使用されているので、各第1球形レンズ7の下部が、隣合う発光ダイオード4R、4G、4Bの基板3から同じ高さにある肩部61に当接して位置決めされる。これにより各第1球形レンズ7の中心が基板3と略平行な同一面上に等ピッチでマトリクス状に規則正しく配列されるようになっている。
【0022】
第2球形レンズ8は、隣合う第1球形レンズ7の表面に当接した状態で配されている。複数の第2球形レンズ8は、各第2球形レンズ8の中心が基板3と略平行な同一面上に存在するようになっている。
なお、複数の第1、第2球形レンズ7、8が重なって基板3と略平行な層状に配されていることから、第1球形レンズ7により形成される層を第1の層、第2球形レンズ8により形成される層を第2の層ということもある。
【0023】
また、第1球形レンズ7のうち周辺部にあるものは、図2及び図3に示すように、その下方の発光ダイオード4の肩部とランプ筐体2の段部2bとにより支持されている。同様に、第2球形レンズ8のうち周辺部にあるものは、その下方の第1球形レンズ7とランプ筐体2の突起部2cとにより支持されている。
なお、上述のように周辺部の球形レンズを支持するためにランプ筐体2に段部2b、突起部2cを設ける以外に他の方法を用いてもよい。例えば、笠部の広がり具合によっては、上記段部なしに周辺部の球形レンズを直接笠部の内周面により保持するように笠部の内径を設定してもよいし、第1球形レンズ7については、その周辺部のものを支持するため、基板3の発光ダイオード4の周辺部に、発光ダイオード4と同じ形状の部材を凸設するようにしてもよい。
【0024】
樹脂材料9は、第1、第2球形レンズ7、8および発光ダイオード4R、4G、4Bとを相互に連結して固定するためのものである。樹脂材料9は、第2球形レンズ8およびそれより下層の第1球形レンズ7、発光ダイオード4R、4G、4Bの全てを埋め込むように充填されており、複数の第1、第2球形レンズ7、8および発光ダイオード4R、4G、4Bにおける全ての隙間に流入した樹脂材料9が硬化することによりそれらが一体として固定される。
【0025】
このような樹脂材料9として、透明で光の透過率の高く、かつ、発光ダイオード4の発光時の発熱を考慮して、耐熱性に優れたものが好ましく、例えば、透明なエポキシ樹脂材料、アクリル樹脂材料、シリコーン樹脂材料等が使用される。
また、樹脂材料9は、突起部2cがランプ筐体2の内周面から内側に突出しているため、突起部2cの下側に入りこむことができる。従って、樹脂材料9は、ランプ筐体2の内周面から剥がれても、突起部2cで係止されるため、樹脂材料9、第1球形レンズ7、第2球形レンズ8、発光ダイオード4及び基板3がランプ筐体2から外れることはない。このため、突起部2cを設けることにより、基板3を接着剤もしくは螺子などを利用しなくてもランプ筐体2に取り付けることができる。
【0026】
なお、本実施の形態においては、樹脂材料9は、第2球形レンズ8の全部が埋まるまで充填されているが、確実に第2球形レンズ8が固定されるのであれば、第2球形レンズ8の一部だけが樹脂材料9内に埋まる程度に充填されるだけでもよい。
また、発光ダイオード4から発光された光を効果的に散乱させるためには、第1、第2球形レンズ7、8と、樹脂材料9は、相互に屈折率が異なる材料が選択されるのが望ましく、さらには第1、第2球形レンズ7、8の屈折率が樹脂材料9の屈折率よりも高い方が望ましい。これらによる光散乱の効果については後述する。
【0027】
さらに光の散乱効果を高めるために、樹脂材料9の中に光散乱効果のある粉末を混入してもよい。このような粉末として、例えば、平均粒子径が10μmから1.0mmの無機物や有機物の粒子が使用されるが、具体的な粒子径およびその混入量は発光ダイオード4及び第1、第2球形レンズ7、8の大きさに対応して適宜決定される。このような粉末の例としてはシリカを挙げることができる。
【0028】
この樹脂材料9は、その周囲においてランプ筐体2の笠部の内周面に密着しており、発光ダイオード4の発光時に生じる熱は、当該樹脂材料9を介してランプ筐体2に伝わり、このランプ筐体2から放熱される。
図5は、発光ダイオード4上に第1球形レンズ7を載置した状態を示す平面図であり、説明の便宜上樹脂材料9の図示は省略している。
【0029】
複数の発光ダイオード4は円形の基板3の略全面に、図5に示すように互いに直交する2方向(図5において、X方向、Y方向)に等間隔でマトリクス状態で配置される。発光ダイオード4R、4G、4Bの配置は、図4及び図5にも示すように、同じ発光色の発光ダイオード4がX方向及びY方向に隣り合わないように、所定の順序、例えば、赤色、緑色、青色の順序で並べられている。
【0030】
各発光ダイオード4と第1球形レンズ7との位置関係および径の大きさの関係を、発光ダイオード4のうちの発光ダイオード41、42、43、44および第1球形レンズ7のうちの球形レンズ71を例にして説明する。
発光ダイオード41、42、43、44は、同径・同サイズであり、図5に示すようにその中心が正四角形B(仮想線で表示)の頂点の位置にくるように配置されており、これら4個の発光ダイオード41、42、43、44の各肩部に第1球形レンズ71が当接するようになっている。
【0031】
第1球形レンズ71の半径は、正四角形Bに内接する内接円の半径より小さく、また、正四角形Bの中心と各発光ダイオード41、42、43、44の周面で当該中心にもっとも近い位置との距離より大きい寸法である。
具体的に説明すると、発光ダイオード4は、その直径が3mmで、X、Y方向にそれぞれ4mm間隔で基板3に実装されている。第1球形レンズ7の半径は、1.8mmで、正四角形Bに内接する内接円の半径2mmより小さく、前記正四角形Bの中心と発光ダイオード41、42、43、44の周面でその中心にもっとも近い位置との距離1.33mmより大きい。
【0032】
以上のようにすることにより、第1球形レンズ71の下側球面の4点(この4点を結べば正方形となる)が、発光ダイオード41、42、43、44の内側の肩部に当接し、第1球形レンズ71の中心が、正四角形Bの中心と一致する。他の発光ダイオード4と第1球形レンズ7もこのような位置関係になるので、第1球形レンズ7の全てが規則正しく位置決めされることになる。
【0033】
このような関係は、第1球形レンズ7と第2球形レンズ8との位置関係においても同じである。
図6は、第1球形レンズ7上に第2球形レンズ8を載置した状態を示す平面図であり、説明の便宜上本図でも樹脂材料9の図示は省略している。
第1球形レンズ7と第2球形レンズ8の位置関係を、第1球形レンズ7のうちの球形レンズ71、72、73、74と第2球形レンズ8のうちの第2球形レンズ81を例にして説明する。
【0034】
第1球形レンズ71、72、73、74は、その中心が正四角形C(仮想線で表示)の各頂点となり、これら4個の第1球形レンズ71、72、73、74に第2球形レンズ81が載置されている。
第2球形レンズ81の直径は、正四角形Cに内接する円より小さく、対角上に対向する第1球形レンズ(71と73、又は72と74)の間隙の寸法より大きくなるように設定されており、本実施の形態では、第2球形レンズ8の直径は、3mmで、第1球形レンズ7の直径と同じに設定される。
【0035】
これにより第2球形レンズ81の下側球面が第1球形レンズ71、72、73、74に規則正しく当接するため、第2球形レンズ8が規則正しく位置決めされて配列される。
以上のような積層構造にすることにより、第1球形レンズ7、第2球形レンズ8が発光ダイオード4に対して規則正しく配列され、これにより各発光ダイオード4から射出される光を散乱する効果を均一にでき、色ムラの解消に資することができる。
【0036】
第1球形レンズ7及び第2球形レンズ8の材料は、透明なガラス材料或いは透明な合成樹脂材料が使用されている。第1球形レンズ7及び第2球形レンズ8に合成樹脂材料を使用する場合は、耐熱性に優れたものが好ましい。これは、発光ダイオード4が発光時に発熱するためである。
なお、第1球形レンズ7と第2球形レンズ8の材質を互いに異なるようにしてもよく、例えば、第1球形レンズ7にガラス材料を、第2球形レンズ8に合成樹脂材料をそれぞれ使用してもよい。但し、樹脂材料9と屈折率の異なるものを使用することが望ましいことは既述の通りである。また、製造方法の観点から樹脂材料9よりも比重が大きくなければならない。
【0037】
1−2.製造方法
図7は、基板3に配設された発光ダイオード4上に、上述のように第1球形レンズ7、第2球形レンズ8を順に載置し、これらを固定するための樹脂材料9を形成するまでの製造工程の概略を示す断面図である。
ランプ筐体2の段部2aに、発光ダイオード4が実装された基板3を装着した後、ランプ筐体2の開口部を上に向け、基板3が水平になるように保持する。図7(a)は、この基板3の一部のみを示している。なお、基板3上には配線路が形成されており、その配線路に電気的に接続した状態で発光ダイオード4R、4G、4Bが実装されている。
【0038】
次に、図7(b)に示すように、隣合う発光ダイオード4R、4G、4B上に第1球形レンズ7を載置する。つまり、正四角形状に隣合う4個の発光ダイオード4R、4G、4Bの肩部に、第1球形レンズ7が当接するように第1球形レンズ7を載置する(図5参照)。この時、各第1球形レンズ7は、正四角形状に配設された発光ダイオード4R、4G、4B間にある凹部にその球面の一部が入り込み、各発光ダイオード4R、4G、4Bの肩部に当接して位置決めされる。
【0039】
そして、図7(c)に示すように、隣合う第1球形レンズ7上に第2球形レンズ8を載置する。この時、第2球形レンズ8は、正四角形状に隣合う第1球形レンズ7間に生じた凹部にその球面の一部が入り込み、各第1球形レンズ7の上部に当接して位置決めされる(図6参照)。
最後に、不図示のノズルにより、ランプ筐体2の開口部から樹脂材料9を、第1球形レンズ7、第2球形レンズ8の位置がずれないように静かに注入していく。この際、樹脂材料9の粘性が高いと第1球形レンズ7、第2球形レンズ8が押し流されてしまうので、適度の流動性が必要である。
【0040】
注入された樹脂材料9は、第1球形レンズ7、第2球形レンズ8、発光ダイオード4R、4G、4Bの各間の隙間を通って基板3表面に至り、徐々に嵩が増して第2球形レンズ8の全部が埋まったときに樹脂材料9の注入を停止する(図7(d))。
この状態で樹脂材料9を硬化させる。例えば、樹脂材料9として熱硬化性のエポキシ樹脂を使用している場合には、これを加熱して硬化させる。これにより、第1球形レンズ7、第2球形レンズ8を発光ダイオード4に一体として固定させることができる。樹脂材料9は、ランプ筐体2の内周面にも及んでいるので、これと密着した状態で硬化しており、これにより既述のような放熱効果が得られる。
【0041】
本実施の形態で説明した製造方法によれば、たとえ、発光ダイオード4の数が増減した場合であっても、使用する第1球形レンズ7及び第2球形レンズ8の数を増減させればよいだけなので、仕様変更に容易に対応することができる。
また、発光ダイオード4は、直交する方向に等間隔をおいてマトリクス状に規則正しく配置され、また、複数の第1球形レンズ7の直径が略同一になっている。このため、発光ダイオード4上に載置された各第1球形レンズ7の中心間の間隔がそれぞれ同一になり、第1球形レンズ1を規則正しく配置することができる。
【0042】
さらに、各第1球形レンズ7が規則正しく配置され、また複数の第2球形レンズ8の直径が同一になっているため、発光ダイオード4の中心線(基板3に対して鉛直方向)上に第2球形レンズ8の中心が存在する。
また、樹脂材料9は、その外周縁がランプ筐体2の周壁の内面に接しているので、発光ダイオード4の発光時に生じる熱は、樹脂材料9を介してランプ筐体2から放熱される。このため、発光ダイオード4を複数用いた、つまり発光ダイオード4を集積化して使用する場合でも、発光ダイオード4からの発熱による発光効率の低下や低寿命化を防ぐことができる。
【0043】
1−3.試験結果
上記構成の照明装置において、色ムラがどの程度低減できたかを確認するために、株式会社トプコン製の輝度計「BM−7」(商品名)を使用して照射面の色度分布の測定を行った。本試験は、上記のように所定の順序で基板3に凸設された発光ダイオード4の上に、第1球形レンズ7と第2球形レンズ8とを配した照明装置(以下、「発明品」という。)と、第1球形レンズ7と第2球形レンズ8の双方を有していない照明装置(以下、「非発明品」という。)とを比較してなされた。
【0044】
図8は、上記の発明品と非発明品のそれぞれについて、光源から一定の距離をおいて配された照射面における色度分布を測定した結果を示すグラフである。ここでは、色度x、yの最大値と最小値との差を色ムラとし、それぞれΔx、Δyとして表している。
同グラフに示すように、本発明のように球形レンズを有する場合には、Δx、Δyはそれぞれ0.159、0.144であるのに対し、球形レンズを配していない非発明品の場合には、Δx、Δyは0.516、0.532となった。
この結果から明らかなように、球形レンズを配した発明品の場合、球形レンズを配しなかった非発明の場合に比べて、色ムラを約71%低減させることができる。
【0045】
このように本発明品により色ムラが大幅に解消されたのは、上記第1球形レンズ7、第2球形レンズ8により発光ダイオード4から発せられた光が、十分散乱された結果であると言える。
図9は、発光ダイオード4から発せられる光が、第1球形レンズ7、第2球形レンズ8により散乱される様子を模式的に示す図である。同図において破線は第1球形レンズ7及び第2球形レンズ8を配していない場合の光路の例を示し、実線は、第1球形レンズ7及び第2球形レンズ8を配している場合の光路の例を示している。
【0046】
この図から明らかなように、第1球形レンズ7及び第2球形レンズ8を配した場合、発光ダイオード4から発せられた光の一部は、第1球形レンズ7で反射し、また第1球形レンズ7から出射した光は、第2球形レンズ8で反射したり、第2球形レンズ8から出射する際に屈折したりして散乱される。このように、第1、第2球形レンズ7、8を配することにより、各発光ダイオード4R、4G、4Bから発せられた光は充分散乱して互いに混ざるため、色ムラをなくすることができる。なお、発光ダイオードの発光色が単一色である場合も同様に、発光ダイオードから発せられた光は散乱するので、輝度ムラを削減することができる。
【0047】
(変形例)
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明の内容が、上記実施の形態に示された具体例に限定されないことは勿論であり、例えば以下のような変形例を実施することができる。
(1)上記の実施の形態においては、球形レンズを2層形成したが、1層にしても色ムラ解消の効果はある程度得られる。
【0048】
図10は、この場合における照明装置の発光ダイオード4周辺の断面を示す図である。同図に示すように本変形例では、第1球形レンズ7(以下、本変形例において単に「球形レンズ7」という。)を発光ダイオード4R、4G、4Bの肩部に当接した状態で配したものである。
このような照明装置において、色ムラがどの程度低減できたかを確認するために、上記実施の形態と同様に照射面の色度分布の測定を行った。試験に用いた照明装置は、発光ダイオード4の肩部に球形レンズ7を配した照明装置と、球形レンズ7を配していない照明装置とである。
【0049】
球形レンズ7を配している場合は、Δx、Δyはそれぞれ0.203、0.210であるのに対して、球形レンズ7を配していない場合は、Δx、Δyは0.516、0.532であった。この結果から明らかなように、球形レンズ7を配した本実施の形態では、球形レンズ7を配していない場合に比べて、色ムラが約60%低減させることができる。
【0050】
(2)上記の実施の形態では、光屈折体として、球形状の第1球形レンズ7及び第2球形レンズ8を使用しているが、例えば、図11に示すような、基板3と平行な軸心を有する円柱レンズ13、14を用いてもよい。この場合、円柱レンズ13、14が隣合う発光ダイオード4R、4G、4Bの肩部に当接するには、円柱レンズ13、14の直径が、隣合う発光ダイオード4R、4G、4Bの中心間距離(ピッチ)より小さく、また隣合う発光ダイオード4R、4G、4B間の隙間寸法より大きければよい。
【0051】
(3)上記の実施の形態では、発光ダイオード4のプラスチックレンズ6は、その外形が砲弾型のものを使用しているが、他の形状、例えば円柱形状、円錐形状、四角柱形状、多角柱形状等であっても、実現可能である。また、発光ダイオード4として、例えばSMD(Surface Mount Device 表面実装)型のものを使用しても良い。
【0052】
(4)光散乱用のレンズとして、円柱レンズと球形レンズを組み合わせて用いてもよい。例えば、1層目を球形レンズで構成し、2層目を円柱レンズで構成してもよい。
(5)上記の実施の形態では、図5において、4個の発光ダイオード41、42、43、44の位置が、正四角形Bの頂点位置となるように配設されているが、他の正多角形でも、同様に実施することができる。図12は、6個の発光ダイオード4の各中心位置が正六角形Eの頂点位置になるように配置した発光ダイオード4上に、第1球形レンズ7を載置させた状態を示す平面図である。
【0053】
同図に示すように、6個の発光ダイオード401、402、403、404、405、406は、仮想線で示す正六角形Eの頂点位置に配設されている。第1球形レンズ71の半径は、正六角形Eに内接する内接円の半径より小さく、また、正六角形状の中心と各発光ダイオード401、402、403、404、405、406における前記中心にもっとも近い位置との距離より大きければ、第1球形レンズ7は発光ダイオード4の肩部に当接できる。
【0054】
図13は、第1球形レンズ7上に第2球形レンズ8を載置した状態を示す平面図である。第2球形レンズ81は、3個の第1球形レンズ71、72、73の上部に当接した状態で配されている。なお、第2球形レンズ81の中心は、図12の発光ダイオード402の中心線上にある。また、第2球形レンズ8の直径は、隣合う第1球形レンズ7に跨って載置でき、隣合う発光ダイオード4の中心間距離より小さければよい。
【0055】
(6)上記の実施の形態では、第1球形レンズ7、第2球形レンズ8を固定するために、発光ダイオード4、第1、2球形レンズ7、8の全てが埋まるように樹脂材料9を流し込んで固着させたが、第1、2球形レンズ7、8及び発光ダイオード4の互いに当接する部分を接着剤により固定するようにしてもよい。
また、上記以外の保持手段を用いてもよい。このような保持手段としては、透明な板を、最上層の第2球形レンズ8の上側に当接させ、これで第2球形レンズ8、第1球形レンズ7を基板3側に押圧するようにしてランプ筐体2に固定するようにすることも可能である。
【0056】
(7)上記の実施の形態では、発光ダイオード4上に第1の層として第1球形レンズ7を、第1球形レンズ7上に第2の層として第2球形レンズ8を配しているが、第2球形レンズ8上に1以上の層を設けてもよい。この場合においても各層の複数の球形レンズは、その下層の隣合う球形レンズの上部に当接する状態で積層配置される。
【0057】
なお、層を多くすると照明装置1から出射する光の色ムラ、輝度ムラは減少するが、逆に光出力が低下するので、本実施の形態のように2層にするのが妥当であろう。
(8)上記の実施の形態では、第1球形レンズ7と第2球形レンズ8の直径を同一としているが、第1球形レンズ7と第2球形レンズ8とで異なるようにしてもよい。また、複数の層状に配置する場合は、各層内の球形レンズの直径が同一であればよく、層ごとで球形レンズの直径が異なるようにしてもよい。
【0058】
(9)上記の実施の形態では、発光色が異なる発光ダイオード4を3種類用いているが、発光色が1種類の発光ダイオード4を複数個用いてもよい。
(10)上記の実施の形態では、第1球形レンズ7及び円柱レンズ13は隣合う発光ダイオード4に、また第2球形レンズ8及び円柱レンズ14は下層の隣合うレンズ8、14にそれぞれ当接して配されているが、各レンズの加工精度、発光ダイオード4の実装位置の精度を考慮すると、各レンズは隣合う発光ダイオード4又は下層の隣合うレンズ8,14すべてに当接しない場合がある。しかしながら、レンズは、発光ダイオード4又は下層のレンズ8、14に少なくとも3箇所で当接しておれば、他の発光ダイオード4又は下層のレンズ8、14に近接していても、レンズの載置状態は保持されるので、上記の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【0059】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る照明装置は、基板上に複数の発光素子が設けられ、前記発光素子の上に複数の光屈折体が、隣合う発光素子の肩部に当接又は近接してそれぞれ配されている。
このため、輝度ムラや色ムラを低減させることができ、しかも仕様変更、例えば発光素子の数が増減するような仕様変更があっても、発光素子上に載置される光屈折体の数を増減すれば容易に対応することができる。
【0060】
また、複数の発光素子を備えた照明装置の製造方法であって、基板の一方の面上に複数の発光素子を実装する第1の工程と、前記複数の発光素子上に、複数の第1球形レンズを、それぞれが隣合う発光素子の肩部に当接する状態で配設する第2の工程と、複数の第2球形レンズを、それぞれが隣合う前記第1球形レンズに当接する状態で配設する第3の工程とを含んでいる。このため、仕様変更、例えば発光素子の数が増減するような仕様変更があっても、発光素子上に載置される光屈折体の数を増減すれば容易に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態における照明装置の外観斜視図である。
【図2】本発明の実施の形態における照明装置の平面図である。
【図3】図2のA−A線における照明装置の縦断面図である。
【図4】図2のA−A線の中央部における拡大断面図である。
【図5】本発明の実施の形態における第1球形レンズを載置した状態を示す平面図である。
【図6】本発明の実施の形態における第2球形レンズを載置した状態を示す平面図である。
【図7】本発明の実施の形態における照明装置の製造工程の概略を説明する説明図である。
【図8】本発明の実施の形態における色度分布を測定した結果を示すグラフである。
【図9】本発明の実施の形態における光の散乱状態を説明する説明図である。
【図10】本発明の変形例(1)における要部の拡大断面図である。
【図11】光屈折体として円柱レンズを使用した場合の要部の斜視図である。
【図12】発光ダイオードを正六角形状に配置し、この発光ダイオード上に第1球形レンズを載置した状態を示す平面図である。
【図13】発光ダイオードを正六角形状に配置し、第1球形レンズ上に第2球形レンズを載置した状態を示す平面図である。
【符号の説明】
2 ランプ筐体
3 基板
4 発光ダイオード
7 第1球形レンズ
8 第2球形レンズ
9 樹脂材料
10 点灯回路
11 口金
Claims (14)
- 基板上に複数の発光素子が設けられ、前記の隣合う複数の発光素子は、正多角形の各頂点の位置に配設されており、前記発光素子の上に複数の球形の光屈折体が前記正多角形に配設された複数の発光素子の内側の肩部に当接又は近接してそれぞれ配されていることを特徴とする照明装置。
- 基板上に複数の発光素子が設けられ、前記の隣合う複数の発光素子は、平行な列状に配 設されており、前記発光素子の上に、前記基板に略平行な軸心を有する円柱形である複数の光屈折体が、隣合う列における各発光素子の向い合う肩部に当接又は近接してそれぞれ配されていることを特徴とする照明装置。
- 前記複数の光屈折体における径が略同一であることを特徴とする請求項1又は2に記載の照明装置。
- 前記複数の光屈折体を第1の層とし、その上に第2の層として別の複数の光屈折体が、それぞれ、前記第1の層における隣合う光屈折体に当接又は近接して、積層配置されていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の照明装置。
- 前記複数の光屈折体は、前記複数の発光素子との間隙に流入された樹脂材料によって前記複数の発光素子に固定されていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の照明装置。
- 前記第1と第2の層における複数の光屈折体間および第1の層における複数の光屈折体と前記複数の発光素子間の間隙に流入された樹脂材料により、当該第1および第2の層における複数の光屈折体が、前記複数の発光素子に固定されていることを特徴とする請求項4に記載の照明装置。
- 前記複数の光屈折体と前記樹脂材料の内、少なくとも一方に光散乱用の粉末が含まれていることを特徴とする請求項5又は6に記載の照明装置。
- 前記発光素子から発せられた光を特定方向に照射するための笠部材を備え、前記基板は前記発光素子が設けられた面を笠部材の開口部に向けた状態で前記笠部材の内部に装着されると共に、前記樹脂材料は、前記基板と前記笠部材内周面に囲まれた空間に、少なくともその表面層における複数の光屈折体の一部が埋まるように充填されていることを特徴とする請求項5から7のいずれかに記載の照明装置。
- 前記笠部材の材料は、樹脂材料、セラミック材料、あるいは金属材料のいずれかであることを特徴とする請求項8に記載の照明装置。
- 前記複数の発光素子は発光色が異なる複数種類の発光ダイオードであって、発光色が異なる発光ダイオードが互いに隣合うようにして前記基板上に設けられていることを特徴とする請求項1から9のいずれか記載の照明装置。
- 前記複数の発光素子を点灯させる点灯回路を備えたことを特徴とする請求項1から10のいずれかに記載の照明装置。
- 前記点灯回路に給電するための給電用口金を備えたことを特徴とする請求項11に記載の照明装置。
- 複数の発光素子を備えた照明装置の製造方法であって、基板の一方の面上に複数の発光素子を実装する第1の工程と、前記複数の発光素子上に複数の第1球形レンズをそれぞれが隣り合う発光素子の肩部に当接する状態で配設する第2の工程と、複数の第2球形レンズを、それぞれ隣合う前記第1球形レンズに当設する状態で配設する第3の工程とを含むことを特徴とする照明装置の製造方法。
- 前記第3の工程の後に、第1、第2球形レンズおよび発光素子間の間隙に樹脂材料を流入させて、第1、第2球形レンズを固定する第4の工程を含むことを特徴とする請求項13に記載の照明装置の製造方法。
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