JP2010272312A

JP2010272312A - 照明器具

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Publication number: JP2010272312A
Application number: JP2009122399A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Nishi; 哲也西; Hiroyuki Sekii; 広行関井
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2009-05-20
Filing date: 2009-05-20
Publication date: 2010-12-02
Anticipated expiration: 2029-05-20
Also published as: JP5350072B2

Abstract

【課題】発光ダイオード素子と蛍光体とを有する照明器具において、照射面の色むらを低減すると共に、色むら低減に伴う照明の効率低下を防ぐ。
【解決手段】照明器具１は、発光ダイオードパッケージ２と、発光ダイオードパッケージ２を収容する筺体３とを備える。発光ダイオードパッケージ２は、発光ダイオード素子２１と、発光ダイオード素子２１から発せられる光が入射され、その一部の光の波長を変換して出射する蛍光体２２とを有する。筺体３は、発光ダイオードパッケージ２から出射される光を照射するための開口３１を有し、筺体３の開口縁近傍に、発光ダイオードパッケージ２から出射される光が入射され、その光を拡げて出射する光学補助部材として凹レンズ５ａが設けられている。これにより、発光ダイオード素子２１からの光と蛍光体２２からの光とが混色されない照射範囲１４が拡げられて色のコントラストが弱くなり、色むらが低減される。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオード素子と蛍光体とを有する照明器具に関する。

近年、多くの照明器具に、発光ダイオード素子（ＬＥＤ素子）が光源として用いられており、シーリングライト、ベースライト等、光を拡散させるタイプや、ダウンライト、スポットライト等、光を集光させるタイプなど多種多様な照明器具にＬＥＤ素子が用いられている。

ＬＥＤ素子を用いた光源は、単色ＬＥＤ素子を用いた単色光源、赤、緑、青等の複数色の単色ＬＥＤを組み合わせた白色光源、青色等の単色ＬＥＤ素子とその補色である黄色等の蛍光を発する蛍光体とを組み合わせた白色光源等がある。これらの光源のうち、青色ＬＥＤ素子と黄色蛍光体を組み合わせた白色光源は、発光強度や効率等が高いため、照明器具に一般的に用いられている。

この種の白色光源を有する従来の照明器具を図１３を参照して説明する。照明器具１００は、青色ＬＥＤ素子１２１とそれを覆う黄色蛍光体１２２とが有底無蓋の筺体１０３の底面中央付近に設けられており、筺体１０３の開口に透光性のカバー１０４が取付られている。筺体１０３の開口と対向して、乳白色板又はグレアカット板等の配光制御部材１０６が、適宜の支持部材（図示せず）により設けられている。なお、黄色蛍光体１２２及び透光性のカバー１０４の断面ハッチングは図示を省いている。

青色ＬＥＤ素子１２１から発せられた光は、黄色蛍光体１２２に入射する。黄色蛍光体１２２は、入射した光の一部を吸収し、吸収した青色光よりも長波長の黄色の蛍光を発する。その黄色光は、黄色蛍光体１２２から出射される。一方、黄色蛍光体１２２に入射した光のうち、吸収されなかった光は、青色光のまま黄色蛍光体１２２を透過する。すなわち、黄色蛍光体１２２から黄色光と青色光が出射されることになり、黄色光と青色光の混色により白色光が得られる。従って、青色ＬＥＤ素子１２１と黄色蛍光体１２２により白色ＬＥＤ１０２が構成される。

しかしながら、このような白色ＬＥＤ１０２は、青色光を発光する青色ＬＥＤ素子１２１と比べて黄色光を照射する黄色蛍光体１２２の面積が大きいため、青色光と黄色光が混色されない黄色光の光線軌跡Ｌ１０１が生じる。すなわち、図１４（ａ）に示されるように、青色光の照射範囲１１１よりも黄色光の照射範囲１１２のほうが大きく、白色ＬＥＤ１０２からの直射光が配光制御部材１０６と干渉することにより、図１４（ｂ）に示されるように、配光制御部材１０６において、混色良好な白い範囲１１３の周辺に混色不良による黄色の色むら１１４が生じる。また、同様に照明器具１００の照射面にも色むらが生じる。

このような色むらを低減する対策として、図１５に示されるように、光を拡散する拡散シート１０７を筺体１０３の開口近傍に覆設し、これにより青色光（点線の矢印Ｌ１２１で示す）と黄色光（実線の矢印Ｌ１２２で示す）を拡散して混色させる照明器具１１０が知られている（例えば、特許文献１参照）。しかし、このような照明器具では、拡散シート１０７の透過率が低いため、照明の効率が低く、また、照明光が拡散シート１０７によって拡散されるため、集光ができない。

また、青色ＬＥＤアレイによって黄色蛍光体を照射して白色光を放射する照明装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。しかし、このような照明装置では、青色ＬＥＤアレイから照射されて黄色蛍光体に入射しない漏れ光があるため、照明の効率が低い。また、青色ＬＥＤアレイと黄色蛍光体の間に空間が必要であり、照明装置が大型化する。

また、光拡散剤を含有した集光レンズを備えた照明装置が知られている（例えば、特許文献３参照）。しかし、このような照明装置では、集光レンズを用いるため、迷光や漏れ光が発生し、照明の効率が低い。また、光拡散剤の含有量により色むらを低減するので、色むら低減効果と集光効果が両立しない。

特開２００９−４３６１１号公報特開２００７−２９４３７９号公報特開２００８−３４３２１号公報

本発明は、上記問題を解決するものであり、発光ダイオード素子と蛍光体とを有する照明器具において、照射面の色むらを低減すると共に、色むら低減に伴う照明の効率低下を防ぐことを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、発光ダイオード素子と、該発光ダイオード素子から発せられる光が入射され、その一部の光の波長を変換して出射する蛍光体とを有する発光ダイオードパッケージと、前記発光ダイオードパッケージを収容し、該発光ダイオードパッケージから出射される光を照射するための開口を有する筺体と、を備えた照明器具であって、前記筺体の開口縁近傍に、前記発光ダイオードパッケージから出射される光が入射され、その光を拡げて出射する光学補助部材が設けられているものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の照明器具において、前記筺体内に、前記発光ダイオードパッケージから出射される光を集光して前記筺体の開口に向けて反射する反射鏡が設けられているものである。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の照明器具において、前記光学補助部材は、凹レンズであるものである。

請求項４の発明は、請求項１又は請求項２に記載の照明器具において、前記光学補助部材は、複数のプリズムを備えるものである。

請求項１の発明によれば、蛍光体で波長変換された光のうち一部の光は、発光ダイオード素子から発せられた光と混色されずに筺体の開口縁近傍を通過して照射され、色むらを含んだ光となるが、この光が光学補助部材によって拡げられるので、混色されない光が照射される範囲が拡がる。このため、混色されない光の照射範囲と混色された光の照射範囲との色のコントラストが弱くなって人の目に認識され難くなり、色むらが低減される。一方、筺体の開口縁近傍以外では照射される光が拡げられないので、照明の効率低下が防がれる。

請求項２の発明によれば、請求項１の発明の効果に加え、発光ダイオード素子からの光と蛍光体からの光との混色光を反射鏡によって集光することができる。

請求項３の発明によれば、光学補助部材が凹曲面を有するので、照射面輪郭をなだらかにすることができ、照射面の美観が向上する。

請求項４の発明によれば、凹レンズと比べて光学補助部材を厚くせずに色むらが低減される。

本発明の第１の実施形態に係る照明器具の断面図。図１の部分Ａの拡大図。同器具における筺体の断面図。（ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれ図３のＸ−Ｘ線断面の形状例を示す端面図。同器具における筺体の一例の斜視図。同器具における発光ダイオードパッケージの一例の斜視図。同器具における発光ダイオードパッケージの別の例の斜視図。本発明の第２の実施形態に係る照明器具の断面図。同実施形態の変形例に係る照明器具の斜視図。本発明の第３の実施形態に係る照明器具の断面図。図１０の部分Ｂの拡大図。同器具におけるプリズムの断面図。従来の照明器具の断面図。（ａ）は同器具による照射範囲を説明する断面図、（ｂ）は同器具による色むらを説明する平面図。従来の別の照明器具の断面図。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る照明器具を図１乃至図７を参照して説明する。図１及び図２に示されるように、照明器具１は、発光ダイオードパッケージ２（以下、ＬＥＤパッケージという）が筺体３内に収容されており、筺体３は、例えば有底無蓋の円筒形状であり、ＬＥＤパッケージ２から出射される光を照射するための平面視で円形の開口３１を有する。ＬＥＤパッケージ２は、発光ダイオード素子２１（以下、ＬＥＤ素子という）と、ＬＥＤ素子２１から発せられる光が入射され、その一部の光の波長を変換して出射する蛍光体２２とを有する。筺体３内を保護するため、筺体３の開口３１に透光性のカバー４が設けられる。この透光性のカバー４は、アクリル又はガラス等の透過率の高い透明材料から成る。また、筺体３の開口縁近傍に、ＬＥＤパッケージ２から出射される光が入射され、その光を拡げて出射する光学補助部材として凹レンズ５ａが設けられる。この凹レンズ５ａは、本実施形態においては、筺体３の開口３１の中心から開口縁に向けて透光性のカバー４の厚みが漸次増加するように形成することにより構成されている。透光性のカバー４は、省略してもよく、その場合には、光学補助部材として、平面視で環状に形成された凹レンズが筺体３の開口縁近傍に内設される。また、本実施形態においては、開口３１に対向して配光制御部材６が設けられている。この配光制御部材６は、乳白色板又はグレアカット板等から成り、適宜の支持部材（図示せず）により設けられ、ＬＥＤパッケージ２から照射される光の配光を制御し、所定の照射範囲の明るさの均一化又はグレアの低減等を図ることができる。照明器具によっては、このような配光制御部材を省略してもよい。なお、蛍光体２２及び透光性のカバー４の断面ハッチングは図示を省いている。

ＬＥＤ素子２１は、青色光を発する青色ＬＥＤ素子であり、蛍光体２２は、青色光を黄色光に波長変換する黄色蛍光体である。青色と黄色は補色関係にあり、青色光と黄色光が混色した混色光は白色光になる。ＬＥＤパッケージ２は、これらＬＥＤ素子２１と蛍光体２２が組み合わされた白色ＬＥＤと、ＬＥＤ素子２１に電力供給を行う電子基板（図示せず）を有する。

筺体３の材料は、強度が高い絶縁材料が望ましく、例えばプラスチックである。筺体３は、例えば、図３に示されるように、底面３３と内側面３４を有し、底面３３に対向して開口３１を有する。筺体３の底面３３及び内側面３４の一部に高反射率となる塗装が施されることが望ましい。筺体３の形状は、本実施形態では図４（ａ）に示されるように、円筒すなわち軸対称形状としたが、図４（ｂ）に示されるように中空の直方体であっても、図４（ｃ）に示されるように中空の六角柱であってもよい。筺体３の開口縁近傍とは、開口３１における筺体端部３２の近傍である。図５に示されるように、筺体３の端部３２は、グレアカットのために筺体本体３５から一部突き出した形状であってもよい。

ＬＥＤパッケージ２は、１つの白色ＬＥＤを有し、筺体３の底面３３に設けられている。照明器具の明るさを増大するため、ＬＥＤパッケージ２は、複数の白色ＬＥＤを有するものであってもよく、複数の白色ＬＥＤを有する場合、図６に示されるように、筺体３は、それぞれの白色ＬＥＤ２３を収容する形状でもよいし、図７に示されるように、筺体３は、ＬＥＤパッケージ２全体を収容する形状であってもよい。筺体３がそれぞれの白色ＬＥＤ２３を収容する形状である場合、各白色ＬＥＤ２３に対応して凹レンズ５ａを設けることが望ましい。

再び、図１を参照して説明する。凹レンズ５ａは、幾何光学により光を屈折させるものである。凹レンズ５ａの形状は、レンズ面が球面でも非球面でもよいが、非球面のほうが設計自由度が高いので望ましく、通常、ＬＥＤパッケージ２から光が入射する側の面にレンズ面が形成される。凹レンズ５ａのレンズ面は、入射する光の入射角度が凹レンズ５ａの径方向に滑らかに変化するような凹曲面に形成される。この凹レンズ５ａは、ＬＥＤパッケージ２から出射される光のうち青色光と黄色光が混色されない光の光線軌跡Ｌ１が開口３１を通過する領域に設けられる。

上記のように構成された照明器具１において、ＬＥＤ素子２１から発せられた光は、蛍光体２２で波長変換された光と混色され、筺体３の開口３１から白色光として照射されるが、蛍光体２２で波長変換された光のうち一部の光は、ＬＥＤ素子２１から発せられた光と混色されず、筺体３の開口縁近傍を通過して黄色光として照射される。このため、照明器具１から照射される光は、白色光に黄色光の色むらを含んだ混合光となる。凹レンズ５ａが設けられていない場合（図１３参照）と比べて、本実施形態の照明器具１は、筺体３の開口縁近傍を通過する光が凹レンズ５ａによって拡げられるので、配光制御部材６や照射面等において、黄色光が照射される範囲１４が拡がる（図１参照）。このため、混色されない黄色光の照射範囲１４と混色された白色光の照射範囲との色のコントラストが弱くなって人の目に認識され難くなり、色むらが低減される。一方、筺体３の開口縁近傍以外では照射される光が拡げられないので、照明の効率低下が防がれる。また、光学補助部材としての凹レンズ５ａは、凹曲面のレンズ面を有するので、照射面輪郭をなだらかにすることができ、照射面の美観が向上する。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る照明器具を図８を参照して説明する。図８に示されるように、本実施形態の照明器具１０は、第１の実施形態と同様の構成に加えて、筺体３内に、ＬＥＤパッケージ２から出射される光を集光して筺体３の開口３１に向けて反射する反射鏡８が設けられる。

反射鏡８は、ＬＥＤパッケージ２から照射される白色光の光制御に用いるものであり、プラスチック又は金属等から成り、表面に高反射塗装が施されることが望ましく、その表面形状により集光効果を任意に設定可能である。反射鏡８の表面形状は、例えば、ＬＥＤパッケージ２付近を焦点とする放物面の形状を有する。

上記のように構成された照明器具１０において、青色光と黄色光が混色されない光線軌跡Ｌ１の黄色光が照射される範囲１４が凹レンズ５ａによって拡げられ、色むらが低減される。また、青色光と黄色光が混色された光線軌跡Ｌ１０の白色光は、反射鏡８により光制御すなわち集光される。なお、図８では、左下に向かう光線軌跡Ｌ１及び右下に向かう光線軌跡Ｌ１０の図示を省いているが、光線軌跡Ｌ１及び光線軌跡Ｌ１０は、ＬＥＤパッケージ２の光軸に対して対称に存在する。

本発明の第２の実施形態の変形例に係る照明器具を図９を参照して説明する。本変形例の照明器具１１は、複数のＬＥＤパッケージ２を有し、それぞれのＬＥＤパッケージ２に対応して、凹レンズ５ａ及び反射鏡８が設けられる。これらＬＥＤパッケージ２、凹レンズ５ａ及び反射鏡８の複数組が平面的に配置されて一つの筺体３０に収容される。これにより、光源が複数のＬＥＤパッケージ２に分散するので、グレアが抑えられると共に、照明器具１１の明るさ（光束）が増大する。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る照明器具を図１０乃至図１２を参照して説明する。図１０及び図１１に示されるように、本実施形態の照明器具１２においては、光学補助部材として第１の実施形態の凹レンズ５ａに替えて複数のプリズム５ｂが設けられている。例えば、複数のプリズム５ｂの各々は、平面視で筺体３の開口３１と略相似形の同心環状に互いに隣接するように開口縁近傍に形成され、断面視でプリズム頂角が筺体開口３１の中心側に向けられ、ＬＥＤパッケージ２から出射された光がプリズム斜面に入射するように配置される。

このプリズム５ｂは、図１２に示されるように、凹レンズ形状５１をフレネルレンズのように区切って厚みを減らした形状とすることが望ましい。

照明器具１２は、光学補助部材を複数のプリズム５ｂで構成することにより、凹レンズと比べて光学補助部材を厚くせず、青色光と黄色光が混色されない光線軌跡Ｌ１の黄色光が照射される範囲１４がプリズム５ｂによって拡げられて色むらが低減される。

なお、本発明は、上記の実施形態の構成に限られず、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、第１の実施形態において、凹レンズ５ａは、凹レンズ面をＬＥＤパッケージ２から出射される光が入射する側の面に形成したが、光が出射する側の面に凹レンズ面を形成してもよい。また、第３の実施形態において第２の実施形態の反射鏡８をさらに設けてもよい。また、入射された光を拡げて出射する光学補助部材は、凹レンズ５ａ又はプリズム５ｂに限られず、例えば、光を屈折率勾配により拡げるＧＲＩＮレンズであってもよく、光を回折により拡げる回折レンズであってもよい。

１、１０、１１、１２照明器具
２発光ダイオードパッケージ（ＬＥＤパッケージ）
２１発光ダイオード素子（ＬＥＤ素子）
２２蛍光体
３、３０筺体
５ａ凹レンズ（光学補助部材）
５ｂプリズム（光学補助部材）
８反射鏡

Claims

発光ダイオード素子と、該発光ダイオード素子から発せられる光が入射され、その一部の光の波長を変換して出射する蛍光体とを有する発光ダイオードパッケージと、
前記発光ダイオードパッケージを収容し、該発光ダイオードパッケージから出射される光を照射するための開口を有する筺体と、を備えた照明器具であって、
前記筺体の開口縁近傍に、前記発光ダイオードパッケージから出射される光が入射され、その光を拡げて出射する光学補助部材が設けられていることを特徴とする照明器具。
前記筺体内に、前記発光ダイオードパッケージから出射される光を集光して前記筺体の開口に向けて反射する反射鏡が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の照明器具。
前記光学補助部材は、凹レンズであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の照明器具。
前記光学補助部材は、複数のプリズムを備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の照明器具。