JP5620872B2 - Ｌｅｄ発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、一般照明等の用途に広く使用されている調光式白熱電球の代替品として使用した際にユーザに違和感を与えることのないＬＥＤ発光装置に関する。

従来の白熱電球に比べて消費電力が低く、かつ、長寿命といった長所を有する発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」という。）は、需要者のエコロジー意識の高まりとともに、省エネ対策のひとつとしてその使用範囲が急速に広まっており、とりわけ白熱灯の代替としてＬＥＤが組み込まれたＬＥＤ発光装置を使用したいという要望が高まっている。

ところで、従来、白熱灯に供給する電流を減少させたり、あるいは印加する電圧を減少させたりすることにより、白熱灯から放射される光量を無段階に漸減（あるいは漸増）させる「調光」が行われており、室内のダウンライト等に適用されている。

このような白熱灯の代替として使用する以上、ＬＥＤ発光装置にも調光機能が求められるのは当然であることから、調光機能を備えるＬＥＤ発光装置が開発されている（例えば、特許文献１）。

特許文献１のＬＥＤ発光装置１は、図４に示すように、出力電圧を変更可能な直流電源２と、当該直流電源２に対して並列に接続された複数のＬＥＤ３ａ〜３ｃと、直流電源２からの印加電圧に応じて各ＬＥＤ３ａ〜３ｃに順次段階的に電圧を印加する、互いに直列に接続された複数の電圧ゲート４ａ〜４ｃとで構成されており、直流電源２からの出力電圧を低下させていくと、電圧ゲート４ａ〜４ｃが順次オフになってＬＥＤ３ａ〜３ｃが消灯していくことにより、「調光」が可能になっている。

加えて、白熱灯は、出光量が減少するとともに光の色温度も低下するという特性を有していることから、特許文献１のＬＥＤ発光装置１でも、直流電源２からの出力電圧が低下したときに消灯していく順に各ＬＥＤ３ａ〜３ｃの発光色温度を低く設定することにより、ＬＥＤ発光装置１からの発光量を減少させると同時に発光色温度が低下するようにして、既存の白熱灯から切り替えたときの違和感をさらに少なくできるようにしている。

登録実用新案第３０８２７１９号公報

しかしながら、特許文献１のＬＥＤ発光装置１は、白熱灯の代替品としては未だ不完全なものであった。

すなわち、図５（特許文献１の図１）に示されているように、複数のＬＥＤ３ａ〜３ｃを単に並べて配置し、直流電源２からの出力電圧を増減させて発光するＬＥＤ３ａ〜３ｃの数を増減させると、ＬＥＤ発光装置１の見かけ発光位置がずれてしまい、当該ＬＥＤ発光装置１による照射領域にも当然ずれが生じてしまうことから、光量を増減させても発光位置（フィラメントの位置）が変わらず、照射領域にずれが生じない白熱灯との間で違和感があった。

もちろん、互いに発光色温度が異なる多数のＬＥＤを満遍なく混ぜて配設すれば、発光色温度が高いＬＥＤから順に徐々に減光させて最終的に消灯させたとき、照射領域のずれが気にならないようにできる。しかしながら、同じ発光色温度のＬＥＤグループを満遍なく離散させて配設し、さらに、離散して配設されたＬＥＤグループ毎に配線することは、製造上の手間の増大やこれに伴うコスト高の点で現実的ではなく、実際には、発光色温度の低い低色温度ＬＥＤが集められた「低色温度領域」と、前記低色温度ＬＥＤよりも発光色温度が高い高色温度ＬＥＤが集められた「高色温度領域」といったように大きく分けて構成せざるを得ず、上述した「照射領域のずれ」の問題を現実的に解消できていなかった。

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みて開発されたものである。それゆえに本発明の主たる課題は、「低色温度領域」と「高色温度領域」とに分けられたＬＥＤ群からの発光量を高色温度領域に配置されたＬＥＤの減光および消灯によって減少させたときに、装置全体としての発光色温度を低下させることができるとともに、ＬＥＤを減光・消灯させても照射領域のずれがユーザに感得され難いことから、白熱灯に代えて使用しても違和感が少ないＬＥＤ発光装置を提供することにある。

請求項１に記載した発明は、
「発光色温度の低い低色温度ＬＥＤ２０が集められた低色温度領域２６と、その周囲にて前記低色温度ＬＥＤ２０よりも発光色温度が高い高色温度ＬＥＤ２２が集められた高色温度領域２８とがその表面に形成されたＬＥＤユニット１２と、
前記ＬＥＤユニット１２がその底部に配設され、その内側面に反射面３０が形成された椀状のリフレクタ１４と、
前記ＬＥＤユニット１２の前方に配設された凸レンズ３６とを備えており、
前記凸レンズ３６は、内側に形成された前記低色温度領域２６から放射された光Ｌｂ、および外周側の前記高色温度領域２８から放射された光の一部Ｌｃを所定の照射領域Ｓに集光させ、
前記リフレクタ１４の前記反射面３０は、外周側の前記高色温度領域２８から放射された光の残部Ｌａを反射させて前記照射領域Ｓに集光させることを特徴とするＬＥＤ発光装置１０」である。

本発明が適用されたＬＥＤ発光装置１０によれば、内側に形成された色温度領域２６から放射された光Ｌｂは、レンズ１６によって所定の照射領域Ｓに集光され、また、当該色温度領域２６の外周に形成された色温度領域２８から放射された光Ｌａ、Ｌｃは、レンズ１６の受光面４０に向かうその一部Ｌｃが当該レンズ１６によって照射領域Ｓに集光されるとともに、レンズ１６の受光面４０から外れた残部の光Ｌａがリフレクタ１４の反射面３０で反射した後、照射領域Ｓに集光される。

このように、「低色温度領域２６」および「高色温度領域２８」から放射された光Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃを同じ照射領域Ｓに向けて集光しているので、高色温度領域２８に配置された高色温度ＬＥＤ２２を徐々に減光させて最終的に消灯させることにより、ＬＥＤ発光装置１０全体としての発光量、および光の色温度を低下させることができるとともに、当該減光・消灯の前後で照射領域Ｓのずれを抑えることができる。

また、図３に示すように、内側に形成された低色温度領域２６から放射された後、レンズ１６で集光された光Ｌｂ（内側光）に比べて、外周に形成された高色温度領域２８から放射された後、レンズ１６を通った光Ｌｃ（外側光）は、照射面ＳＰにおいて、内側光Ｌｂの照射領域Ｓ２よりも外側に広い照射領域Ｓ１を形成することになり、内側光Ｌｂおよび外側光Ｌｃの照射領域Ｓ１、Ｓ２が重ならない領域（図中、Ｓｙ）には、外側光Ｌｃのみが照射され、当該領域は、内側光Ｌｂと外側光Ｌｃとが重なる領域（図中、Ｓｚ。以下、「重複照射領域」という。）に比べて、ぼんやりとした、当該重複照射領域Ｓｚよりも目立たない領域となる。

本発明では、「低色温度領域２６」を内側に、「高色温度領域２８」をその外周に形成することにより、低色温度光を内側光Ｌｂとし、高色温度光を外側光Ｌｃとしているので、高色温度領域２８に配置された高色温度ＬＥＤ２２を減光・消灯したとき、その前後において、「明るく目立つ」照射領域の位置が、重複照射領域Ｓｚ（＝減光・消灯前）、および低色温度光の照射領域Ｓ２（＝減光・消灯後）で変わらない。

これにより、高色温度ＬＥＤ２２の減光・消灯の前後において「照射領域のずれ」をユーザがさらに感得し難くなるので、従来の調光白熱灯の代替品としてより好適なＬＥＤ発光装置１０を構成することができる。

本発明によれば、高色温度領域に配置された高色温度ＬＥＤを徐々に減光させ、最終的に消灯させることにより、ＬＥＤ発光装置全体としての発光量、および光の色温度を低下させることができるとともに、当該消灯の前後で照射領域のずれを抑えることができ、白熱灯に代えて使用しても違和感を生じさせないＬＥＤ発光装置を提供することができる。

第１実施例のＬＥＤ発光装置を示す断面図である。 第１実施例の変形例に係るＬＥＤ発光装置を示す断面図である。 内側光と外側光との間における照射範囲の違いを説明する図である。 従来技術について説明する図である。 従来技術について説明する図である。

以下、本発明の実施態様について図面を用い、レンズ１６として、一般的な凸レンズ３６を用いた第１実施例について説明する。

本実施例に係るＬＥＤ発光装置１０は、図１に示すように、大略、ＬＥＤユニット１２と、リフレクタ１４と、レンズ１６とで構成されている。

ＬＥＤユニット１２は、発光色温度の低い複数の低色温度ＬＥＤ２０と、低色温度ＬＥＤ２０よりも発光色温度が高い複数の高色温度ＬＥＤ２２と、これらＬＥＤ２０、２２が実装（固定、配線）された基板２４とで構成されている。

このＬＥＤユニット１２では、基板２４の一方の表面に、複数の低色温度ＬＥＤ２０を略円形状に集めて実装された「低色温度領域２６」が形成されており、さらに、当該低温度領域２６の外周に、複数の高色温度ＬＥＤ２２を集めて実装された「高色温度領域２８」が形成されている。具体的には、基板２４の一方の表面に同種類のＬＥＤ２３を並べて（各ＬＥＤ２３の光軸が同じ向きに並ぶように）実装するとともに、これらＬＥＤ２３を囲繞する「堰２９」を設け（この堰２９が各色温度領域２６、２８の境界、および高色温度領域２８と外側との境界となる）、然る後、当該堰２９で囲繞された基板２４の表面に、発光の色温度が低い蛍光体を充填するとともに、その外周に発光の色温度が高い蛍光体を充填する。これにより、色温度が低い蛍光体が充填された領域にあるＬＥＤ２３が低色温度ＬＥＤ２０となり、色温度が高い蛍光体が充填された領域にあるＬＥＤ２３が高色温度ＬＥＤ２２となる。

もちろん、発光色温度が異なるＬＥＤ２０、２２を、それぞれが色温度領域２６、２８を形成するようにして基板２４に実装してもよいし、全てのＬＥＤ２０、２２を実装した後、発光色温度が互いに異なるフィルタ（色温度が低いものと、これよりも色温度が高いもの）を対応するＬＥＤ２０、２２の出光側に取り付けてもよい。

なお、本実施例とは逆に、高色温度領域２８の外周に低色温度領域２６を形成してもよいが、後述するように、本実施例の態様（つまり、低色温度領域２６の外周に高色温度領域２８を形成する態様）の方が、高色温度ＬＥＤ２２の消灯の前後における「照射領域のずれ」をユーザがさらに感得し難くなる点で好適である。

リフレクタ１４は、その内側に反射面３０を有する椀状の部材であり、リフレクタ１４の材質としては、ガラス、アルミニウム、あるいは樹脂等が使用され、アルミニウムの場合は、反射面３０に金属蒸着がなされている（あるいは、金属蒸着に代えて、アルマイト処理を施してもよい。）。また、ガラスの場合は、アルミニウム等の金属膜の他、多層膜コートによる可視光反射膜を用いることもできる。

反射面３０は、上述のようにリフレクタ１４の内面に形成された、中心軸ＣＬ（この中心軸ＣＬはＬＥＤ発光装置１０の光軸Ｘ［ＬＥＤユニット１２に設けられた各ＬＥＤ２０、２２の光軸に平行かつＬＥＤユニット１２の中心位置を通る直線］と一致する。）を中心とする回転楕円面であり、本実施例では、当該回転楕円面の焦点ＦがＬＥＤユニット１２の光軸Ｘと当該ＬＥＤユニット１２の表面とが交わる点に一致するように設定されており、高色温度領域２８から放射され、レンズ１６からそれた光Ｌａを反射させてリフレクタ１４の前方にある照射領域Ｓ内に集光させるようになっている（後述するように、高色温度領域２８から放射された光のうち、レンズ１６に向かう一部の光Ｌｃはレンズ１６によって集光され、レンズ１６からそれた残部の光Ｌａがリフレクタ１４で集光される。）。なお、レンズ１６からそれた光Ｌａを照射領域Ｓ内に集光させ得るものであれば、反射面３０の形状は回転楕円面に限られない。

リフレクタ１４の開口部１４ａには、当該開口部１４ａを覆う透明カバー３２が必要に応じて取り付けられるとともに、リフレクタ１４の底部開口１４ｂには、ＬＥＤユニット１２の光軸Ｘと、リフレクタ１４の中心軸ＣＬとが一致する位置にＬＥＤユニット１２を保持するためのＬＥＤユニット保持板３４が当該底部開口１４ｂを覆うように取り付けられている。

透明カバー３２は、ポリカーボネート製（もちろん、材質はこれに限られるものではなく、その他の樹脂や石英ガラスを用いてもよい。）の板状材であり、本実施例では、後述する凸レンズ３６と一体的に形成されている（もちろん、別体に形成してもよい）。

レンズ１６は、ＬＥＤユニット１２の前方に配設された、ポリカーボネート製（もちろん、材質はこれに限られるものではなく、その他の樹脂や石英ガラスを用いてもよい。）の中実透明の凸レンズ３６であり、低色温度領域２６から放射された光Ｌｂ、および低色温度領域２６の外周に形成された高色温度領域２８から放射された凸レンズ３６に向かう光Ｌｃを照射領域Ｓに集光させる部材である。

凸レンズ３６は、その中心がＬＥＤユニット１２の光軸Ｘ上に位置しており、低色温度領域２６から放射された光Ｌｂを全てカバーできるように、光Ｌｂの放射角とＬＥＤユニット１２からの距離とに応じてその径が決められている。光Ｌｂの放射角が大きいほど、また、ＬＥＤユニット１２からの距離が遠いほど、凸レンズ３６の径を大きくする必要がある。このため、ＬＥＤユニット１２と凸レンズ３６との間隔が殆ど無い場合には、「低色温度領域２６の径≒凸レンズ３６の径」となる。

なお、凸レンズ３６の形状は、図１に示すように、その片面が平面である「平凸レンズ」であってもよいし、図２に示すように、両面とも球面になっている「両凸レンズ」であってもよい。

本実施例のＬＥＤ発光装置１０におけるＬＥＤユニット１２の各ＬＥＤ２０、２２に給電回路（図示せず）を介して電力を供給すると、各ＬＥＤ２０、２２から所定の色温度の光（低色温度ＬＥＤ２０からは低色温度の光Ｌｂ。高色温度ＬＥＤ２２からは高色温度の光Ｌａ、Ｌｃ。）が照射される。

低色温度領域２６から放射された光Ｌｂは、その光軸上前方に配設された凸レンズ３６で屈折された後、当該ＬＥＤ発光装置１０の前方に設定された照射面ＳＰの照射領域Ｓに集光される。

低色温度領域２６の外周に形成された高色温度領域２８から放射された光Ｌａ、Ｌｃの内、凸レンズ３６の受光面４０に向かう光Ｌｃは、上述した低色温度領域２６からの光Ｌｂと同様、凸レンズ３６で屈折された後、照射領域Ｓに集光される。また、凸レンズ３６の受光面４０からそれた光Ｌａは、リフレクタ１４の反射面３０で反射した後、他の光Ｌｂ、Ｌｃと同様、照射領域Ｓに集光される。

本実施例のＬＥＤ発光装置１０では、このように、ＬＥＤユニット１２上の低色温度領域２６および高色温度領域２８から放射された光Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃを照射領域Ｓに集光しているので、高色温度領域２８に配置された高色温度ＬＥＤ２２を徐々に減光させて最終的に消灯し、低色温度ＬＥＤ２０だけに発光を継続させることで、ＬＥＤ発光装置１０全体としての発光量、および光の色温度を低下させることができるとともに、当該減光・消灯の前後で照射領域Ｓがずれるのを抑えることができる。

ところで、図３に示すように、内側に形成された低色温度領域２６から放射された後、凸レンズ３６で集光された光Ｌｂ（内側光）に比べて、外周に形成された高色温度領域２８から放射された後、凸レンズ３６を通った光Ｌｃ（外側光）は、照射面ＳＰにおいて、内側光Ｌｂの照射領域Ｓ２よりも外側に広い照射領域Ｓ１を形成することになり、内側光Ｌｂおよび外側光Ｌｃの照射領域Ｓ１、Ｓ２が重ならない領域（図中、Ｓｙ）には、外側光Ｌｃのみが照射され、当該領域は、内側光Ｌｂと外側光Ｌｃとが重なる重複照射領域（図中、Ｓｚ）に比べて、ぼんやりとした、当該重複照射領域Ｓｚよりも目立たない領域となる。

本実施例のＬＥＤ発光装置１０では、上述のように、「低色温度領域２６」を内側に、「高色温度領域２８」をその外周に形成することにより、低色温度光を内側光Ｌｂとし、高色温度光を外側光Ｌｃとしているので、高色温度領域２８に配置された高色温度ＬＥＤ２２を減光・消灯したとき、その前後において、「明るく目立つ」照射領域の位置が、重複照射領域Ｓｚ（＝減光・消灯前）、および低色温度光の照射領域Ｓ２（＝減光・消灯後）で変わらない。

このため、高色温度ＬＥＤ２２の減光・消灯の前後における「照射領域のずれ」をユーザがさらに感得し難くなるので、従来の調光白熱灯の代替品としてより好適なＬＥＤ発光装置１０を構成することができる。

１０…ＬＥＤ発光装置
１２…ＬＥＤユニット
１４…リフレクタ
１４ａ…開口部
１４ｂ…底部開口
１６…レンズ
２０…低色温度ＬＥＤ
２２…高色温度ＬＥＤ
２３…ＬＥＤ
２４…基板
２６…低色温度領域
２８…高色温度領域
２９…堰
３０…反射面
３２…透明カバー
３４…ＬＥＤユニット保持板
３６…凸レンズ

Claims (1)

1. 発光色温度の低い低色温度ＬＥＤが集められた低色温度領域と、その周囲にて前記低色温度ＬＥＤよりも発光色温度が高い高色温度ＬＥＤが集められた高色温度領域とがその表面に形成されたＬＥＤユニットと、
   前記ＬＥＤユニットがその底部に配設され、その内側面に反射面が形成された椀状のリフレクタと、
   前記ＬＥＤユニットの前方に配設された凸レンズとを備えており、
   前記凸レンズは、内側に形成された前記低色温度領域から放射された光、および外周側の前記高色温度領域から放射された光の一部を所定の照射領域に集光させ、
   前記リフレクタの前記反射面は、外周側の前記高色温度領域から放射された光の残部を反射させて前記照射領域に集光させることを特徴とするＬＥＤ発光装置。

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