(57)【要約】【課題】本発明は、出射面の輝度むらを低減して照明用として使用し得る照明装置を提供することを目的とする。【解決手段】請求項１の照明装置は、基板２と；基板に配設された絶縁体４と；絶縁体を介して前記基板に配設された回路パターン５ａ，５ｂと；回路パターンを介してマトリクス状に配置される複数の発光素子６と；前記基板に配設され、前記複数の発光素子から放射される光を反射する反射体９と；前記発光素子からの光を変換する蛍光体層１２と；前記各発光素子から入射した光を出射する出射面を有し、出射面のうち各発光素子に対向する対向部域へ向かう光の一部をその対向部域より外側で各発光素子に対向しない周辺部域から出射させる周辺部域を有し、最高輝度と最低輝度の比率が０．０１以上１未満となるように構成されている制光体２３と；を具備することを特徴とする。【選択図】図６
2006278309.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と；
基板に配設された絶縁体と；
絶縁体を介して前記基板に配設された回路パターンと；
回路パターンを介してマトリクス状に配置される複数の発光素子と；
前記基板に配設され、前記複数の発光素子から放射される光を反射する反射体と；
前記発光素子からの光を変換する蛍光体層と；
前記各発光素子から入射した光を出射する出射面を有し、出射面のうち各発光素子に対向する対向部域へ向かう光の一部をその対向部域より外側で各発光素子に対向しない周辺部域から出射させる周辺部域を有し、最高輝度と最低輝度の比率が０．０１以上１未満となるように構成されている制光体と；
を具備することを特徴とする照明装置。
【請求項２】
制光体は、発光素子から側方へ向かう光を出射面の対向部域より外側の周辺部域へ向けて反射させる主反射面を有することを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項３】
出射面の制光部には、発光素子の光軸を中心として出射面より窪む窪み部が形成され、この窪み部には対向部域から光を出射させる環状の出射面部と周辺部域へ光を反射させる環状の反射面部とが光軸を中心として交互に形成され、出射面部の面積が窪み部の中心に近付くほど小さく設けられたことを特徴とする請求項２記載の照明装置。
【請求項４】
マトリクス状に配置される複数の発光素子により所定の平均輝度となるように構成された照明装置において、上記各発光素子の輝度と周辺部の輝度の輝度比が０．０１以上１未満となるように構成されていることを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子を光源とする照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発光素子として例えば固体発光素子である発光ダイオードを光源とする発光装置では、基板に発光ダイオードを実装するとともにこの発光ダイオードから発光した光を制光するレンズを配置している。このようなレンズの前面側には光軸方向へ向かって発光ダイオードの光が出射する平面状の出射面が形成され、背面側には発光ダイオードから側方へ向かう光を光軸方向に平行に反射させて出射面の周辺部域から出射させる反射面が形成されている。
【０００３】
そして、発光ダイオードから放射される光のうち、出射面の発光ダイオードに対向する対向部域へ向かう光が全透過して出射し、反射面へ向かう光が出射面の周辺部域から出射する（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００１−２３７４６３号公報（第４−５頁、図１−３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そうすると、発光ダイオードに正対する出射面である対向部域の輝度が高く、この出射面の対向部域へ向かう光は全透過して出射されるため、対向部域の輝度が周辺部域よりも高くなり、出射面の対向部域とその周縁部域とで輝度むらが生じる問題がある。
【０００５】
本発明は、出射面の輝度むらを低減して照明用として使用し得る照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、基板と；基板に配設された絶縁体と；絶縁体を介して前記基板に配設された回路パターンと；回路パターンを介してマトリクス状に配置される複数の発光素子と；前記基板に配設され、前記複数の発光素子から放射される光を反射する反射体と；前記発光素子からの光を変換する蛍光体層と；前記各発光素子から入射した光を出射する出射面を有し、出射面のうち各発光素子に対向する対向部域へ向かう光の一部をその対向部域より外側で各発光素子に対向しない周辺部域から出射させる周辺部域を有し、最高輝度と最低輝度の比率が０．０１以上１未満となるように構成されている制光体と；を具備することを特徴とする。
【０００７】
基板の材料は、ガラスエポキシ樹脂、アルミニウムまたは窒化アルミニウム等であるが、アルミニウムを含む基板は放熱性がよく、発光素子の温度上昇を抑制して、発光効率低下や素子劣化を抑制する。絶縁体は、基板の材料として金属材料を選択した場合に必要だが、ガラスエポキシ樹脂基板の場合には必要ない。回路パターンは、銅パターンで形成され正極と負極との間に複数の発光素子としての例えば発光ダイオードが電気的にされる。また、発光素子は、前記基板上にマトリクス状に複数配設されて面光源を形成する。反射体は、白色樹脂により形成され、発光素子の周囲を取り囲むように反射面を有している。
【０００８】
発光素子の放射光は当該反射面により反射される。蛍光体層は、蛍光体をシリコーン樹脂等に混入させたものであり、発光素子からの光によって可視光に変換する。また、発光素子を拡散材で覆い、この拡散材上に蛍光体層を配設する構成であってもよい。この構成は、当該拡散材により蛍光体層から放射される光を拡散し、制光体の対向部域の輝度が高くなるのを抑制し、周辺部域の輝度との輝度比を１に近づけさせるように作用する。
【０００９】
制光体は、アクリル樹脂等によって成形され、各発光素子毎に光学設計されている。対向部域は、発光素子に正対する領域を主にいい、周辺部域は対向部域の周囲に存在し対向部域の輝度に対して低い輝度となる部分をいう。最高輝度と最低輝度の比率は、０．０１以上１未満となるように構成されている。当該輝度比が０．０１未満のときには、既存施設用の照明装置における輝度比よりも悪化するため、照明装置として実用し得ない。当該輝度比が１のときには、制光体の拡散性を大きくする必要があるが、反面、発光素子からの光の透過率が低下するので、器具効率が悪化するので、照明装置として実用し得ない。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の照明装置において、制光体は、発光素子から側方へ向かう光を出射面の対向部域より外側の周辺部域へ向けて反射させる主反射面を有することを特徴とする。
【００１１】
主反射面は、対向部域へ放射される光の一部を周辺部域へ反射し、その分、対向部域の輝度を低下させるとともに周辺部域の輝度を上昇させる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項２記載の照明装置において、出射面の制光部には、発光素子の光軸を中心として出射面より窪む窪み部が形成され、この窪み部には対向部域から光を出射させる環状の出射面部と周辺部域へ光を反射させる環状の反射面部とが光軸を中心として交互に形成され、出射面部の面積が窪み部の中心に近付くほど小さく設けられたことを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、マトリクス状に配置される複数の発光素子により所定の平均輝度となるように構成された照明装置において、上記各発光素子の輝度と周辺部の輝度の輝度比が０．０１以上１未満となるように構成されていることを特徴とする。
【００１４】
照明装置は、例えば、取付け高さｈ＝１８００ｍｍ（照明装置の設置高さから被験者の目の高さまでの距離）に設置された場合において、発光素子の輝度Ｌｐと周辺部の輝度Ｌｂの比Ｌｂ／Ｌｐを輝度比と定義する。なお、Ｌｂ＝５０ｃｄ／ｍ2（平方メートル）である。被験者の視線の位置は照明装置の中心（直視）と照明装置の下方１０°（周辺視）の2種類行っている。
【００１５】
上記条件の下で被験者が照明装置を見た場合、「まぶしさが気になり始める」から「不快だと感じ始める」という不快グレア評価をするときの照明装置の平均輝度（照明装置全体の平均的な輝度、ＢＣＤ平均輝度という。）を算出し、前記輝度比とＢＣＤ平均輝度の関係を求め、図７に示した。
【００１６】
図７は、横軸に輝度比を対数ｌｏｇで表わし、縦軸にＢＣＤ平均輝度比を対数ｌｏｇで表している。この結果、輝度比が増加すると当該平均輝度が増加し、不快グレアが軽減されることが分かる。また、照明装置が７０００〜１００００ｃｄ／ｍ2（平方メートル）以上のＢＣＤ平均輝度を有するものである場合においては、前記輝度比が０．０１からまぶしさが気にならなくなることを知見したものである。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１ないし３記載の照明装置によれば、制光体の出射面のうち発光素子に対向する対向部域へ向かう光の一部をその対向部域より外側の周辺部域から出射させるため、出射面の輝度むらを低減できる。
【００１８】
請求項４の照明装置によれば、上記各発光素子の輝度と周辺部の輝度の輝度比が０．０１以上１未満となるように構成されているので、輝度むらやグレアを感じ難くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態に係る照明装置の平面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線断面図、図３は図２のＩＩＩ部拡大図である。図に示すように照明装置１は基板２上に、複数の発光装置３，３・・・を例えば３行３列のマトリクス状に配設し、かつ一体に連成している。基板２は放熱性と剛性を有するアルミニウム（Ａｌ）やＮｉ、ガラスエポキシ等の平板からなり、この基板２上には、電気絶縁体４を介してリードフレーム５が配設されている。
【００２０】
図３に示すようにリードフレーム５は、ＬＥＤ装置３毎にＣｕとＮｉの合金やＡｕ等により、陰極側と陽極側の回路パターン（配線パターン）５ａ，５ｂを形成しており、このリードフレーム５上には、発光装置３毎に、発光素子としての青色発光ＬＥＤチップ６をそれぞれ搭載している。各青色発光ＬＥＤチップ６は、青色の光を発光する例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体等からなる。各青色発光ＬＥＤチップ６は、その底面電極を回路パターン５ａ，５ｂの一方上に載置して電気的に接続する一方、上面電極を回路パターン５ａ，５ｂの他方にボンディングワイヤ７により接続している。
【００２１】
そして、基板２上には、各青色発光ＬＥＤチップ６の周囲を所要の間隔を置いて取り囲み、基板２の反対側（図２，図３では上方）に向けて漸次拡開する反射面を構成する円錐台状の凹部８をそれぞれ同心状に形成した反射体９をＬＥＤ装置３毎に形成すると共に、これらを一体に形成している。反射体９は例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）やＰＰＡ（ポリフタルアミド）、ＰＣ（ポリカーボネート）等の合成樹脂よりなり、各凹部８は外部に開口する開口８ａをそれぞれ有する。
【００２２】
各凹部８は、その内部に、透光性を有するシリコーンゴムやエポキシ樹脂等の熱硬化性透明樹脂を封止樹脂１０としてそれぞれ充填している。この封止樹脂１０は、青色発光ＬＥＤチップ６側の拡散層１１と、凹部開口８ａ側の蛍光体層としての黄色発光蛍光体層１２の２層に形成されている。
【００２３】
拡散層１１は、凹部８内に、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）やＴｉ、Ｃａ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｙ等の拡散剤を３〜５質量％（ｍａｓｓ％）添加した封止樹脂を、青色発光ＬＥＤチップ６よりも高い位置まで注入して熱硬化させることにより形成され、蛍光体層１２との境界面１１ａを青色発光ＬＥＤチップ６側（図３では下面側）へ凹む湾曲面に形成している。この湾曲境界面１１ａは、その湾曲上端と同下端との間が例えば１μｍ〜５μｍが好ましい。
【００２４】
また、拡散層１１の封止樹脂１０に添加した拡散剤の添加量が３〜５質量％であるので、光束を低下させずに白色光の色むらを低減することができる。次の表１は拡散剤の添加量による光束変化を示す。なお、拡散剤の添加量ゼロ、すなわち、拡散剤の添加量無しの場合の光束を１００％とすると、拡散剤の添加量が５質量％を超過すると、光束が低下し、同添加量が３質量％未満になると、色むら低減効果が低下した。
【００２５】
黄色発光蛍光体層１２は、拡散層１１の熱硬化形成後、凹部８内に、ＬＥＤチップ６からの青色発光を受光して黄色に蛍光発光する黄色発光蛍光体を所要質量％添加した封止樹脂を注入して熱硬化させて構成されている。
【００２６】
図４は制光体の正面図であり、制光体２３はＬＥＤチップ６に対応して９つの部分が一体となって構成されて、反射体９上に配設されて固定される。図５は制光体の一部の拡大平面図である。図６は図５の拡大平面図の対角線方向の断面図である。
【００２７】
照明装置は、前記反射体９の表面側で縦横方向に等間隔に配列されて実装されたＬＥＤチップ６、および反射体９の表面側に配置された制光体23を有している。制光体23は、導光性を有する透明な樹脂やガラスなどによって一体形成され、各ＬＥＤチップ６に対応して縦横方向に等間隔に配列されたプリズムまたはレンズである複数の制光体部24を有している。
【００２８】
各制光体部24の背面側には、ＬＥＤチップ６を収容する断面円筒形の凹部である収容部25が形成され、この収容部25の内面にＬＥＤチップ６からの光が入射する入射面26が形成され、収容部25の周囲で表面側へ向けて拡開して光を表面側へ反射させる反射面27が形成され、また、各制光体部24の表面側には、入射した光が出射する発光面15を構成する四角形状の出射面28が形成されている。
【００２９】
入射面26としては、ＬＥＤチップ６の発光面の正面に対向して位置する対向入射面29が形成されているとともに、ＬＥＤチップ６の発光面の側方に位置する側面入射面30が形成されている。対向入射面29は収容部25内に突出する凸面のレンズ部31に形成され、このレンズ部31によって入射した光をＬＥＤチップ６の発光面に垂直な光軸Ｓに略平行な方向に向けて屈折させる。
【００３０】
反射面27としては、収容部25の周囲で出射面28側へ向けて拡開して側面入射面30から入射した光を出射面28のうちＬＥＤチップ６に対向する対向部域28aより外側の周辺部域28bへ向けて反射させる主反射面32が形成されているとともに、出射面28の周辺部域28bの一部である四隅の角部28cにおける背面側で出射面28の対向部域28a側から周辺部域28bの角部28c側へ向かう光を周辺部域28bの角部28cから出射させる周辺反射面33が形成されている。主反射面32および周辺反射面33で反射した光が出射面28から出射する方向は、中心の光軸Ｓに対して主に外側へ広がる方向になるように構成されている。
【００３１】
出射面28のうち光軸Ｓを中心とした中心部域であってＬＥＤチップ６に対向する対向部域28aに、対向部域28aへ向かう光の一部をその対向部域28aより外側の周辺部域28bへ向けて反射させる制光部34が形成されている。この制光部34には光軸Ｓを中心として出射面28より角錐形に窪む窪み部35が形成され、この窪み部35には対向部域28aから光を出射させるための出射面28に平行な四角形環状の出射面部36と周辺部域28bへ光を反射させる出射面28に対して略９０°傾斜した四角形環状の反射面部37とが光軸Ｓを中心として交互に形成されている。出射面部36および反射面部37の各辺は出射面28の各角部28cに臨んで形成され、出射面部37の面積は窪み部35の中心に近付くほど小さく、外側に近付くほど大きく形成されている。
【００３２】
そして、このように構成された発光装置３において、ＬＥＤチップ６を点灯させることにより、ＬＥＤチップ６から対向入射面29に入射する光はレンズ部31を通じて光軸Ｓと平行な光となって出射面28の対向部域28aへ向かう。対向部域28aへ向かう光のうち、対向部域28aの出射面部36に到達した光は出射面部36を通じて出射し、また、反射面部37に到達した光は反射面部37を透過せずに反射面部37で周辺部域28bへ向けて反射させ、この周辺部域28bへ向かう光が周辺反射面33で再度反射して出射面28の周辺部域28bの角部28cから出射させる。
【００３３】
図６に示すように、ＬＥＤチップ６から側面入射面30に入射する光は、主反射面32で反射し、出射面28の対向部域28aより外側の周辺部域28bから出射する。このように、制光体23の対向入射面30から入射して出射面28の対向部域28aへ向かう光の一部を周辺部域28bへ向けて反射させ、対向部域28aから周辺部域28bへ向かう光を周辺反射面33によって出射面28の周辺部域28bから出射させるため、出射面28の対向部域28aの輝度を低めるとともに周辺部域28bの輝度を高め、出射面28の対向部域28aと周辺部域28bとの輝度むらを低減し、出射面28の輝度を均一化できる。
【００３４】
本実施形態では、最大輝度２００ｃｄ／ｍ2（平方メートル）、最小輝度５０ｃｄ／ｍ2（平方メートル）となり、輝度比は、０．２５０となった。前記拡散層１１との相乗効果によるものと考えられる。これは、制光体がない場合における最大輝度１２００ｃｄ／ｍ2（平方メートル）と最小輝度１ｃｄ／ｍ2（平方メートル）との輝度比は、０．００１と比較して十分な効果を奏する。また、既存の施設用一般蛍光ランプ照明器具では、最大輝度８０００ｃｄ／ｍ2（平方メートル）、最小輝度１８００ｃｄ／ｍ2（平方メートル）となり、輝度比は、０．２２５であり、本実施形態の輝度比が優れていることが分かった。
【００３５】
さらに、制光体23の側面入射面30から入射した光を主反射面32によって対向部域28aより外側の周辺部域28bへ向けて反射させるため、周辺部域28bの輝度を向上できる。
【００３６】
また、出射面28の対向部域28aに光軸Ｓを中心として出射面28より窪む窪み部35を形成し、この窪み部35に出射面部36と反射面部37とを光軸Ｓを中心として交互に形成したため、出射面28の対向部域28aへ向かう光を、出射面部36を通じて出射させる方向と周辺部域28bへ反射させる方向とに振り分けることができる。
【００３７】
出射面部36の面積を窪み部35の中心に近付くほど小さく設けたため、中心に近付くほど出射面部36を通じて出射する光を抑えることができる。
【００３８】
出射面28を四角形に形成するとともに、窪み部35の出射面部36および反射面部37を四角形でかつ出射面部36および反射面部37の各辺が出射面28の各角部28cに臨むように形成したため、出射面28の角部28cの輝度を向上させることができる。なお、出射面部36および反射面部37の形状は円環状でもよい。
【００３９】
また、マトリクス状に配置される各ＬＥＤチップ６から制光体23に入射した光を出射する出射面28のうち、各ＬＥＤチップ６に対向する対向部域28aへ向かう光の一部をその対向部域28aより外側で各ＬＥＤチップ６に対向しない周辺部域28bから出射させるため、出射面28に暗部が生じるのを改善できる。
【００４０】
図７は、他の実施の形態における照明装置の輝度比と平均輝度との関係図を示すものである。すなわち、本実施形態では、上述した実施形態のようにマトリクス状に配置される複数の発光素子により所定の平均輝度として７０００〜１００００ｃｄ／ｍ2（平方メートル）以上となるように構成された照明装置において、上記各発光素子の輝度と周辺部の輝度の輝度比が０．０１以上１未満となるように構成されているものである。
【００４１】
照明装置は、取付け高さｈ＝１８００ｍｍ（照明装置の設置高さから被験者の目の高さまでの距離）に設置された場合において、発光素子の輝度Ｌｐと周辺部の輝度Ｌｂの比Ｌｂ／Ｌｐを輝度比とした。なお、Ｌｂ＝５０ｃｄ／ｍ2（平方メートル）である。被験者の視線の位置は、照明装置の中心（直視）と照明装置の下方１０°（周辺視）の2種類行っており、いずれも同様の傾向を示す。
【００４２】
上記条件の下で被験者が照明装置を見た場合、「まぶしさが気になり始める」から「不快だと感じ始める」という不快グレア評価をするときの照明装置の平均輝度（照明装置全体の平均的な輝度、ＢＣＤ平均輝度という。）を算出し、７０００〜１００００ｃｄ／ｍ2（平方メートル）以上であることを求めた。
【００４３】
次に、各発光素子の輝度Ｌｐと周辺部の輝度Ｌｂの比Ｌｂ／Ｌｐを輝度比として、前記ＢＣＤ平均輝度の照明装置おいて、前記輝度比を変化させた場合に、被験者は、どの程度の輝度比から不快グレアを評価するのかを求め、この結果を図７にまとめた。
【００４４】
図７は、横軸に輝度比を対数ｌｏｇで表わし、縦軸にＢＣＤ平均輝度比を対数ｌｏｇで表している。この結果、輝度比が増加すると当該平均輝度が増加し、不快グレアが軽減されることが分かる。
【００４５】
また、照明装置が７０００〜１００００ｃｄ／ｍ2（平方メートル）以上のＢＣＤ平均輝度を有するものである場合においては、前記輝度比が０．０１からまぶしさが気にならなくなることを知見したものである。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施の形態を示す照明装置の平面図。
【図２】同じく、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図。
【図３】同じく、図２のＩＩＩ部拡大図。
【図４】同じく、制光体の正面図。
【図５】同じく、制光体の一部の拡大平面図。
【図６】同じく、図５の拡大平面図の対角線方向の断面図。
【図７】他の実施の形態における照明装置の輝度比と平均輝度との関係図。
【符号の説明】
【００４７】
２  基板、４  絶縁体、５ａ，５ｂ  回路パターン、６  発光素子、９  反射体、１２  蛍光体層、２３  制光体。
【図１】
2006278309.tif 000003
【図２】
2006278309.tif 000004
【図３】
2006278309.tif 000005
【図４】
2006278309.tif 000006
【図５】
2006278309.tif 000007
【図６】
2006278309.tif 000008
【図７】
2006278309.tif 000009