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発明の名称 発光装置及びこの発光装置を備えた照明器具
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−5218(P2007−5218A)
公開日 平成19年1月11日(2007.1.11)
出願番号 特願2005−186322(P2005−186322)
出願日 平成17年6月27日(2005.6.27)
代理人 【識別番号】100084375
【弁理士】
【氏名又は名称】板谷 康夫
発明者 関井 広行
要約 課題
青色LED素子と蛍光体とを組み合わせた白色LEDと、該白色LEDの発光面の前方を取り囲むように凹部が形成されたレンズとを有する発光装置、及びこの発光装置を備えた照明器具において、照射面に発生する色ムラを低減する。

解決手段
発光装置1のレンズ3は、白色LED2の発光面の正面に対向する第1の入射面31と、白色LED2の発光面の斜め前方に対向する第2の入射面32と、第2の入射面32よりレンズ3内部に入射された光を反射する反射面33と、第1の入射面31よりレンズ3内部に入射された光、及び、第2の入射面32よりレンズ3内部に入射され、且つ、反射面33で反射された光を出射する出射面34とを備える。レンズ3の第2の入射面32、反射面33、又は出射面34に光拡散処理を施すことにより、白色LED2から各種方向に出射される青白い光乃至黄色みを帯びた光が混ざり合い、照射面9に発生する色ムラが低減する。
特許請求の範囲
【請求項1】
青色LED素子と、この青色LED素子から出射された青色光を波長変換する蛍光体とを組み合わせた白色LEDと、この白色LEDから出射される光が入射され、該白色LEDの発光面の前方を取り囲むように凹部が形成されたレンズとを備え、
前記レンズは、
前記白色LEDの発光面の正面に対向して前記凹部の底面に位置する第1の入射面と、
前記白色LEDの発光面の斜め前方に対向して前記凹部の側面に位置する第2の入射面と、
前記第2の入射面よりレンズ内部に入射された光を反射する反射面と、
前記第1の入射面よりレンズ内部に入射された光、及び、前記第2の入射面よりレンズ内部に入射され、且つ、前記反射面で反射された光を出射する出射面とを有する発光装置において、
前記第2の入射面に光拡散処理が施されていることを特徴とする発光装置。
【請求項2】
前記光拡散処理が、前記第2の入射面に替えて前記反射面に施されていることを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
【請求項3】
前記光拡散処理が、前記第2の入射面に替えて前記出射面に施されていることを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
【請求項4】
請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の発光装置を備えたことを特徴とする照明器具。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、白色LED(Light Emitting Diode)を備えた発光装置及びこの発光装置を備えた照明器具に関する。
【背景技術】
【0002】
従来のこの種の発光装置としては、例えば、図9に示されるように、青色LED素子121と、青色LED素子121から出射された青色光を波長変換する蛍光体122とから成る白色LED102を備えている。このような白色LED102においては、一般に、光の利用効率を高めるために複数の青色LED素子121を用いており、青色LED素子121を白色LED102の中央付近に集中して配置することが多い。このため、白色LED102の発光面102aの中央付近から出射される光は、青色LED素子121から蛍光体122の表面に至る距離が短いため、黄色光に変換される光の割合が少なくなり青白い光となる。一方、発光面102aの端部付近から出射される光は、青色LED素子121から蛍光体122の表面に至る距離が長いため、黄色光に変換される光の割合が多くなり黄色みを帯びた光となる。図9において、発光面102aの中央付近から出射される光をL1、発光面102aの中央と端部との中間付近から出射される光をL2、発光面102aの端部付近から出射される光をL3として示す。
【0003】
このような白色LED102からの光を、レンズ等を用いずに照射面9に照射する場合、照射範囲の中央付近に照射される光は青白い光となり、照射範囲の端部付近に照射される光は黄色みを帯びた光となる。このように照射範囲の中央付近と、端部付近の光色が異なる場合であっても、レンズ等を用いない場合には、照射面9において色が中央から端部に亘って連続的に変化するため、あまり問題とならない場合が多い。
【0004】
しかしながら、レンズ等を用いずに白色LED102のみで発光装置を形成した場合、配光が広角になり、一部の用途にしか使用できないという問題がある。そこで、図10に示されるように、発光装置101の出射効率を高めるために、白色LED102の発光面102aの前方を取り囲むように凹部130が形成され、白色LED102から出射された光を狭角に集光できるハイブリッドレンズ103を用いることが知られている(例えば、特許文献1参照)。なお、ハイブリッドレンズ103は、2種類の光路を利用して白色LED102から出射される光を集光し、2種類の集光方法を混成して利用することから、このように称している。
【0005】
ハイブリッドレンズ103は、白色LED102の発光面102aの正面に対向して凹部130の底面に位置する第1の入射面131と、白色LED102の発光面102aの斜め前方に対向して凹部130の側面に位置する第2の入射面132と、第2の入射面132より該レンズ103内部に入射された光を反射する反射面133と、第1の入射面131より該レンズ103内部に入射された光、及び、第2の入射面132より該レンズ103内部に入射され、且つ、反射面133で反射された光を出射する出射面134とを有している。
【0006】
上記発光装置101は、第1の入射面131より該レンズ103内部に入射され、出射面134から出射される光と、第2の入射面132より該レンズ103内部に入射され、更に反射面133で反射されて出射面134から出射される光とを利用して、白色LED102から出射される光を高効率に集光する。
【特許文献1】特開昭60−130001号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
ところで、青色LED素子121と蛍光体122とを組み合わせた白色LED102と、ハイブリッドレンズ103とを備えた発光装置101においては、次のような問題がある。上述したように、ハイブリッドレンズ103は、2種類の光路を利用して白色LED102から出射される光を集光するため、これら光路の違いによって、図10に示したように、照射面9において発光面102aの端部付近から出射された黄色みを帯びた光L3が、発光面102aの中央付近から出射された青白い光の近傍に照射されるなど、照射面9において色の変化が不連続になる部分が生じる。このため、人間の目には大きな色ムラとして感じ易いものとなる。
【0008】
本発明は、このような問題を解消するものであり、青色LED素子と蛍光体とを組み合わせた白色LEDと、該白色LEDの発光面の前方を取り囲むように凹部が形成されたレンズとを有する発光装置、及びこの発光装置を備えた照明器具において、照射面に発生する色ムラを低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記目的を達成するために請求項1の発明は、青色LED素子と、この青色LED素子から出射された青色光を波長変換する蛍光体とを組み合わせた白色LEDと、この白色LEDから出射される光が入射され、該白色LEDの発光面の前方を取り囲むように凹部が形成されたレンズとを備え、前記レンズは、前記白色LEDの発光面の正面に対向して前記凹部の底面に位置する第1の入射面と、前記白色LEDの発光面の斜め前方に対向して前記凹部の側面に位置する第2の入射面と、前記第2の入射面よりレンズ内部に入射された光を反射する反射面と、前記第1の入射面よりレンズ内部に入射された光、及び、前記第2の入射面よりレンズ内部に入射され、且つ、前記反射面で反射された光を出射する出射面とを有する発光装置において、前記第2の入射面に光拡散処理が施されていることを特徴とする。
【0010】
請求項2の発明は、請求項1に記載の発光装置において、前記光拡散処理が、前記第2の入射面に替えて前記反射面に施されていることを特徴とする。
【0011】
請求項3の発明は、請求項1に記載の発光装置において、前記光拡散処理が、前記第2の入射面に替えて前記出射面に施されていることを特徴とする。
【0012】
請求項4の発明は、請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の発光装置を備えたことを特徴とする照明器具である。
【発明の効果】
【0013】
本発明の発光装置によれば、レンズの第2の入射面、反射面、又は出射面に光拡散処理が施されているので、白色LEDから各種方向に出射される青白い光乃至黄色みを帯びた光の一部が、光拡散処理が施された面で拡散され、照射面で混ざり合う。このため、照射面における色の変化がなだらかになり光拡散処理を施さない場合と比較して照射面における色ムラを低減することができる。
【0014】
また、本発明の照明器具によれば、色ムラが低減された発光装置を備えるので、高品質の白色光を得ることができ、演色性の高い照明器具を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0015】
以下、本発明の第1の実施形態に係る発光装置について図1及び図2を参照して説明する。発光装置1は、青色LED素子21と、この青色LED素子21から出射された青色光を波長変換する蛍光体22とを組み合わせた白色LED2と、この白色LED2から出射される光が入射され、該白色LED2の発光面2aの前方を取り囲むように凹部30が形成されたハイブリッドレンズ3とを備えている。なお、図1、図3、図5、及び図10の断面図においては、ハイブリッドレンズ3のハッチングを省略して示している。
【0016】
青色LED素子21及び蛍光体22を形成する材料は、特に限定されるものではなく、例えば、青色LED素子21にはInGaN系の材料が用いられ、蛍光体22には(Y,Gd)(Al,Ga)12:Ce3+系蛍光体が用いられる。
【0017】
ハイブリッドレンズ3は、白色LED2の発光面2aの正面に対向して凹部30の底面に位置する第1の入射面31と、白色LED2の発光面2aの斜め前方に対向して凹部30の側面に位置する第2の入射面32と、第2の入射面32よりレンズ3内部に入射された光を反射する反射面33と、第1の入射面31よりレンズ3内部に入射された光、及び、第2の入射面32よりレンズ3内部に入射され、且つ、反射面33で反射された光を出射する出射面34とを有している。なお、ハイブリッドレンズ3を形成する材料は特に限定されるものではなく、公知の透明樹脂やガラス等が用いられる。
【0018】
第1の入射面31は、白色LED2側に凸になるように形成された略球面を有しており、
白色LED2から入射された光を出射面34に向けて屈折させる。第2の入射面32は、凹部30の開口が凹部30の底面より広くなるようにテーパー状に形成されており、白色LED2から入射された光を反射面33に向けて屈折させる。反射面33は、第2の入射面32の凹部30の開口側の端部35から出射面34の端部に至る曲面を有しており、後述する光拡散処理が第2の入射面32に施されていない状態で、第2の入射面32から反射面33に入射された光を略全反射できるように形成されている。なお、以下においては、第2の入射面32の凹部30の開口側の端部35をハイブリッドレンズ3の角部という。出射面34はハイブリッドレンズ3及び白色LED2の中心を通る光軸に対して略垂直な略平面となるように形成されている。
【0019】
本実施形態において、第2の入射面32には光拡散処理が施されている。このような光拡散処理は、例えば、図2(a)に示されるように、第2の入射面32に酸化チタン等を拡散物質とするアクリル白色塗料を塗布し、塗膜41を形成することにより行われる。また、図2(b)に示されるように、第2の入射面32に周期的なプリズム42を形成することにより、第2の入射面32に光拡散処理を施してもよく、図2(c)に示されるように、第2の入射面32に所定曲率を有する凹面43又は凸面を形成することにより第2の入射面32に光拡散処理を施すようにしてもよい。なお、ここで、凹面43又は凸面とは、第2の入射面32を、光が入射する側から見たときの凹面又は凸面をいう。図2(c)において、凹面43が形成される前の第2の入射面32の形状を点線で示している。
【0020】
このような光拡散処理は、第2の入射面32の全域に亘って施す必要はなく、少なくとも角部35近傍の領域を含んで施される。ハイブリッドレンズ3の角部35近傍に入射する光は、その他の領域に入射する光と比較して最も黄色みを帯びた光L3の割合が多い。このため、角部35近傍の第2の入射面32に光拡散処理を施すことにより、図1に示すように、黄色みを帯びた光L3が照射面9において広範囲に到達することになる。このため、例えば、照射面9の中央に到達した黄色みを帯びた光L3が、照射面9の中央に到達した青白い光L1等と混ざり合うこととなり、その結果、照射面9における色の変化がなだらかになり光拡散処理を施さない場合と比較して照射面9に色ムラが生じ難くなる。
【0021】
このように、本実施形態の発光装置1によれば、ハイブリッドレンズ3の第2の入射面32に光拡散処理が施されているので、白色LED2から各種方向に出射される青白い光乃至黄色みを帯びた光の一部が、第2の入射面32で拡散され、照射面9で混ざり合う。このため、光拡散処理を施さない場合と比較して照射面9における色ムラを低減することができる。
【0022】
次に、本発明の第2の実施形態に係る発光装置について図3及び図4を参照して説明する。本実施形態の発光装置1は、光拡散処理が、第2の入射面32に施されておらず、反射面33に施されている点で第1の実施形態と異なる。他の構成は、第1の実施形態と同様である。
【0023】
光拡散処理は、例えば、図4(a)に示されるように、反射面33に酸化チタン等を拡散物質とするアクリル白色塗料を塗布し、塗膜51を形成することにより行われる。また、図4(b)に示されるように、反射面33に周期的なプリズム52を形成することにより、反射面33に光拡散処理を施してもよく、図4(c)に示されるように、反射面33に所定曲率を有する凹面53又は凸面を形成することにより反射面33に光拡散処理を施すようにしてもよい。なお、ここで、凹面53又は凸面とは、反射面33を、光が入射する側から見たときの凹面又は凸面をいう。図4(c)において、凹面53が形成される前の反射面33の形状を点線で示している。
【0024】
上記3つの光拡散処理のうち、高反射率のアクリル白色塗料を用いた光拡散処理が、発光装置1の出射効率を向上させる上で最も好ましい。なお、第1の実施形態のように、第2の入射面32にアクリル白色塗料を塗布する場合、高い透過率と光拡散性が要求されるが、酸化チタンを拡散物質とするアクリル白色塗料の場合、透過率70%程度の塗膜41を得ることが可能である。一方、本実施形態のように、反射面33にアクリル白色塗料を塗布する場合、高い反射率と光拡散性が要求されるが、酸化チタンを拡散物質とするアクリル白色塗料の場合、反射率90%以上の塗膜51を容易に得ることが可能である。
【0025】
このような光拡散処理は、反射面33の全域に亘って施す必要はなく、少なくとも角部35近傍の領域を含んで施される。角部35近傍の反射面33に入射する光は、その他の領域の反射面33に入射する光と比較して最も黄色みを帯びた光L3の割合が多い。このため、角部35近傍の反射面33に光拡散処理を施すことにより、図3に示すように、黄色みを帯びた光L3が照射面9において広範囲に到達することになる。このため、例えば、照射面9の中央に到達した黄色みを帯びた光L3が、照射面9の中央に到達した青白い光L1等と混ざり合うこととなり、その結果、照射面9における色の変化がなだらかになり光拡散処理を施さない場合と比較して照射面9に色ムラが生じ難くなる。
【0026】
このように、本実施形態の発光装置1によれば、ハイブリッドレンズ3の反射面33に光拡散処理が施されているので、白色LED2から各種方向に出射される青白い光乃至黄色みを帯びた光の一部が、反射面33で拡散され、照射面9で混ざり合う。このため、光拡散処理を施さない場合と比較して照射面9における色ムラを低減することができる。
【0027】
次に、本発明の第3の実施形態に係る発光装置について図5及び図6を参照して説明する。本実施形態の発光装置1は、光拡散処理が、第2の入射面32に施されておらず、出射面34に施されている点で第1の実施形態と異なる。他の構成は、第1の実施形態と同様である。
【0028】
光拡散処理は、例えば、図6(a)に示されるように、出射面34に酸化チタン等を拡散物質とするアクリル白色塗料を塗布し、塗膜61を形成することにより行われる。また、図6(b)に示されるように、出射面34に周期的なプリズム62を形成することにより、出射面34に光拡散処理を施してもよく、出射面34に高透過率、高拡散性の拡散シートを貼り付けることにより出射面34に光拡散処理を施してもよい。これら光拡散処理のうち、プリズム62を用いた光拡散処理が、発光装置1の出射効率を向上させる上で最も好ましい。なお、プリズム62の形状を適宜変化させ、ビーム角を調整することも可能である。
【0029】
出射面34に光拡散処理を施すことにより、図5に示されるように、出射面34の各領域に到達した光が拡散されて照射面9において広範囲に到達することになる。このため、例えば、照射面9の中央に到達した黄色みを帯びた光L3が、照射面9の中央に到達した青白い光L1等と混ざり合うこととなり、その結果、照射面9における色の変化がなだらかになり光拡散処理を施さない場合と比較して照射面9に色ムラが生じ難くなる。
【0030】
このように、本実施形態の発光装置によれば、ハイブリッドレンズ3の出射面34に光拡散処理が施されているので、白色LED2から各種方向に出射される青白い光乃至黄色みを帯びた光が、出射面34で拡散され、照射面9で混ざり合う。このため、光拡散処理を施さない場合と比較して照射面9における色ムラを低減することができる。
【0031】
次に、本発明の第4の実施形態に係る照明器具について図7を参照して説明する。本実施形態の照明器具70は、上述した第1の実施形態乃至第3の実施形態のいずれかに係る発光装置1を、口金付きLED交換ユニットに使用したものであり、発光装置1に加えて、発光装置1に所定の電力を供給する電源回路5と、不図示のソケットに取り付けられる口金71とを備えている。
【0032】
本実施形態の照明器具70によれば、色ムラが低減された発光装置1を備えるので、高品質の白色光を得ることができ、演色性の高い照明器具を提供することができる。また、口金71を備えるので、例えば、白熱灯の代替として利用可能であり、白熱灯を用いた照明器具が有する低いエネルギー効率、短寿命等の問題点を改善することができる。
【0033】
次に、本発明の第5の実施形態に係る照明器具について図8を参照して説明する。本実施形態の照明器具80は、上述した第1の実施形態乃至第3の実施形態のいずれかに係る発光装置1を、アーム付LEDライトに使用したものであり、例えば、読書灯又はベッドライト等として用いられる。照明器具80は、発光装置1に加えて、発光装置1に所定の電力を供給する電源回路5と、発光装置1等を移動自在に支持するアーム8とを備えている。アーム8は、複数のパイプ81と、これらパイプ81を連結する関節部82と、連結されたパイプ81及び関節部82を回転自在に支持する軸部83とを備えている。
【0034】
本実施形態の照明器具80によっても、色ムラが低減された発光装置1を備えるので、高品質の白色光を得ることができ、演色性の高い照明器具を提供することができる。また、アーム8の関節部82と軸部83を回転させることにより発光装置1の位置を容易に変化させることができるので、ユーザは照射位置を自分の好きなように変化させることができる。このため、例えば、照明器具80をベッドライトに使用した場合において、ベッド等で読書をする際、読書に必要な範囲のみを照射して、ベッドで寝ている他の人等に光が届かないようにすることができる。
【0035】
なお、本発明は上記各種実施形態の構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、発光装置1を、口金付きLED交換ユニットやアーム付LEDライト以外の照明器具に用いても構わない。
【図面の簡単な説明】
【0036】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る発光装置の断面図。
【図2】(a)は同発光装置のハイブリッドレンズの第2の入射面に光拡散用の塗膜を形成した断面図、(b)は同第2の入射面に光拡散用のプリズムを形成した断面図、(c)は同第2の入射面に光拡散用の凹面を形成した断面図。
【図3】本発明の第2の実施形態に係る発光装置の断面図。
【図4】(a)は同発光装置のハイブリッドレンズの反射面に光拡散用の塗膜を形成した断面図、(b)は同反射面に光拡散用のプリズムを形成した断面図、(c)は同反射面に光拡散用の凹面を形成した断面図。
【図5】本発明の第3の実施形態に係る発光装置の断面図。
【図6】(a)は同発光装置のハイブリッドレンズの出射面に光拡散用の塗膜を形成した断面図、(b)は同出射面に光拡散用のプリズムを形成した断面図。
【図7】(a)は本発明の第4の実施形態に係る照明器具を側面から見た概略図、(b)は同照明器具を正面から見た概略図。
【図8】本発明の第5の実施形態に係る照明器具の概略図。
【図9】従来の白色LEDの断面図。
【図10】従来の発光装置の断面図。
【符号の説明】
【0037】
1 発光装置
2 白色LED
3 ハイブリッドレンズ(レンズ)
21 青色LED素子
22 蛍光体
30 凹部
31 第1の入射面
32 第2の入射面
33 反射面
34 出射面
70,80 照明器具




 

 


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