(57)【要約】【課題】  照明装置において、光学レンズの小型化を図りつつ色調ムラを緩和する技術を提供する。【解決手段】  白色光を発する光源２と、発光面を正面から覆うように配置された光学レンズ３と、を備える照明灯具１であり、光学レンズ３が、発光面から延びる光源光軸を含むその近傍に設けられ、該光学レンズ３に入射した光源２からの光を屈折させて光源光軸に沿った平行光とする第一入射面３１と、第一入射面３１の周囲に設けられ、光軸にほぼ沿った面を有する第二入射面３２と、第二入射面３２の外方に設けられ、当該第二入射面３２から入射した光を内面反射させて第一入射面３１の反対側へ向かう平行光とする全反射面３３と、第一入射面３１の反対側に設けられる面であり、光軸に鉛直な面から見て凹凸曲断面をなすレンズカット３４ａを、正面視格子状にその稜線が配置されるように施した出射面とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
青色光を発する発光チップ、及び、前記発光チップを出射方向から覆う黄色蛍光体層を備え、前記黄色蛍光体層外方の面を発光面として白色光を発する発光ダイオードと、
前記発光面を正面から覆うように配置された光学レンズと、を備える照明灯具であり、
前記光学レンズが、
前記発光面から延びる発光ダイオード光軸を含むその近傍に設けられ、該光学レンズに入射した前記発光ダイオードからの光を屈折させて前記発光ダイオード光軸に沿った平行光とする第一入射面と、
前記第一入射面の周囲に設けられ、前記光軸にほぼ沿った面を有する第二入射面と、
前記第二入射面の外方に設けられ、当該第二入射面から入射した光を内面反射させて前記第一入射面の反対側へ向かう平行光とする全反射面と、
前記第一入射面の反対側に設けられる面であり、前記光軸に鉛直な面から見て凹凸曲断面をなすレンズカットを、正面視格子状にその稜線が配置されるように施した出射面とを有する、照明灯具。
【請求項２】
青色光を発する発光チップ、及び、前前記発光チップを出射方向から覆う黄色蛍光体層を備え、前記黄色蛍光体層外方の面を発光面として白色光を発する発光ダイオードと、
前記発光面を正面から覆うように配置された光学レンズと、を備える照明灯具を複数用いる照明装置であり、
前記光学レンズが、
前記発光面から延びる発光ダイオード光軸を含むその近傍に設けられ、該光学レンズに入射した前記発光ダイオードからの光を屈折させて前記発光ダイオード光軸に沿った平行光とする第一入射面と、
前記第一入射面の周囲に設けられ、前記光軸にほぼ沿った面を有する第二入射面と、
前記第二入射面の外方に設けられ、当該第二入射面から入射した光を内面反射させて前記第一入射面の反対側へ向かう平行光とする全反射面と、
前記第一入射面の反対側に設けられる面であり、前記光軸に鉛直な面から見て凹凸曲断面をなすレンズカットを、正面視格子状にその稜線が配置されるように施した出射面とを有し、
隣接する照明灯具のレンズカットの稜線が、正面視互いに所定角度異なるように配置される照明装置。
【請求項３】
前記複数の照明灯具が、正面視円状に配置され、
前記レンズカットの稜線が、当該複数の照明灯具の一つを基準として円周方向に一定角度異なるように配置される、請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記一定角度は、配置される複数の照明灯具の個数に対応して定められる、請求項３に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオードを光源とする照明灯具及びその照明灯具を複数用いて構成される照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオード（以下、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）とも称する）を光源として用いた一般照明装置（以下、白色ＬＥＤ照明装置とも称する）が広く用いられつつある。
【０００３】
発光ダイオードは、その性質上素子そのものから複数の波長を含む白色光を得られない。このため、白色発光ダイオードの場合は、例えば波長変換物質である蛍光体を使用するなどの方法により白色光を得ている。
【０００４】
蛍光体を用いて白色光を得る白色発光ダイオードでは、青色光を発する（例えばＺｎＳｅ系、ＩｎＧａＮ系、ＧａＮ系、ＺｎＯ系などの半導体材料で構成される）青色発光ダイオードと、その青色光を青色の補色となる黄色光あるいは黄緑色光に波長変換する蛍光体（例えば、ＹＡＧ、ＴＡＧ、オルトシリケート系など）に光を照射する。そうすると、青色光により蛍光体が励起されてその励起光よりも長波長の黄色光を得られる。つまり、白色発光ダイオードは、この黄色光と青色発光ダイオード本来の青色光との加法混色によって、擬似的に白色光を生成する。
【０００５】
ところで、蛍光体を使用して擬似的に白色光を得る白色発光ダイオードでは、発光ダイオード本来の色（青色光）を発するＬＥＤチップと蛍光体を通過した発光面（外部に露出した表面）までの距離（光路長）が一様ではないことにより、発光色調に相違（いわゆる色調ムラや色ムラ）が生じることがある。
【０００６】
なお、上述のような色調ムラの問題を解決しようとする白色ＬＥＤ照明装置の一例として、凸面を有する凸形状の光入射面と、中央部と外周部とが異なる形状または異なる曲率で形成された凸形状の光放出面とを有する光学レンズにより、ＬＥＤの発光面の中央部から出射した青みがかった白色光及びＬＥＤの発光面の周辺部から出射した黄色みがかった白色光のそれぞれの白色光のうち、光学レンズの光入射面側の凸面からレンズ内に導入されたそれぞれの白色光が発光面側の凸形状部から外部に放出されて混合される、という技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１４２１７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１の技術では、光学レンズ内部で青みがかった白色光及び黄色みがかった白色光の光路を混合して色調ムラを緩和しようとしているため、光学レンズの光照射方向長さが長くなってしまい、光学レンズが肉厚になってしまっていた。
つまり、光学レンズが肉厚になってしまうことで、色調ムラを解消する照明装置の小型化が図りにくいという問題が考えられた。
【０００９】
また、光学レンズが肉厚になってしまうことで、レンズ製作に多くの原材料が必要になる、あるいは、成型時にヒケが生じやすくなるなどして、コスト上昇の要因になるおそれがあった。
【００１０】
以上より、本発明は、青色発光ダイオードと黄色蛍光体とにより白色光を発する白色発光ダイオードを光源として用いる照明装置において、装置構成の小型化を図りつつ色調ムラを緩和する技術を提供することを、その解決しようとする課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
以上の課題に鑑み、本発明は以下の手段とした。
すなわち、本発明は、青色光を発する発光チップ、及び、前記発光チップを出射方向から覆う黄色蛍光体層を備え、黄色蛍光体層外方の面を発光面として白色光を発する発光ダイオードと、発光面を正面から覆うように配置された光学レンズと、を備える照明灯具であり、光学レンズが、発光面から延びる発光ダイオード光軸を含むその近傍に設けられ、該光学レンズに入射した発光ダイオードからの光を屈折させて発光ダイオード光軸に沿った平行光とする第一入射面と、第一入射面の周囲に設けられ、光軸にほぼ沿った面を有する第二入射面と、第二入射面の外方に設けられ、当該第二入射面から入射した光を内面反射させて第一入射面の反対側へ向かう平行光とする全反射面と、第一入射面の反対側に設けられる面であり、光軸に鉛直な面から見て凹凸曲断面をなすレンズカットを、正面視格子状にその稜線が配置されるように施した出射面とを有する。
【００１２】
本発明では、白色光を発する白色発光ダイオードを光源として用いる。ここで、白色発光ダイオードは、青色発光チップからの青色光とその青色発光チップの上に設けられる黄色蛍光体層により励起された黄色光との混色により擬似的に白色光を生成している。そのため、白色発光ダイオードからの光は、青色発光チップから発光面までの距離（黄色蛍光体層の通過距離）が青色発光チップと発光面（蛍光体層の露出面）との表面積の相違（それに伴う光路長の相違）により、様々な色調の光が生じてしまう。
【００１３】
そこで、本発明は、この白色発光ダイオードから様々な方向に照射された光を光学レンズによりすべて光軸に対する平行光に整える。そして、本発明は、光学レンズの出射面に設けたレンズカットにより、この平行光が光学レンズ外部に出射される際に様々な色調を有する光を拡散させる。つまり、本発明では、白色発光ダイオードからの光の色調ムラ（色調の相違）を緩和するために、光学レンズ内部で様々な色調を有する光の光路を交わらせるのではなく、光学レンズからの出射光を出射面正面視で縦横に拡散させる。この構成により、光学レンズ内部で色調ムラを緩和しようとする場合に比べて光学レンズの厚みを薄型化できる。
【００１４】
従って、本発明によれば、青色発光ダイオードと黄色蛍光体とを用いて白色光を発する白色発光ダイオードを光源とする照明装置において、光学レンズの小型化を図りつつ色調ムラを緩和する技術を提供することができる。
【００１５】
また、本発明は、青色光を発する発光チップ、及び、前記発光チップを出射方向から覆う黄色蛍光体層を備え、黄色蛍光体層外方の面を発光面として白色光を発する発光ダイオードと、発光面を正面から覆うように配置された光学レンズと、を備える照明灯具を複数用いる照明装置であり、光学レンズが、発光面から延びる発光ダイオード光軸を含むその近傍に設けられ、該光学レンズに入射した発光ダイオードからの光を屈折させて発光ダイオード光軸に沿った平行光とする第一入射面と、第一入射面の周囲に設けられ、光軸にほぼ沿った面を有する第二入射面と、第二入射面の外方に設けられ、当該第二入射面から入射した光を内面反射させて第一入射面の反対側へ向かう平行光とする全反射面と、第一入射面の反対側に設けられる面であり、光軸に鉛直な面から見て凹凸曲断面をなすレンズカットを、正面視格子状にその稜線が配置されるように施した出射面とを有し、隣接する照明灯具のレンズカットの稜線が、正面視互いに所定角度異なるように配置される。
【００１６】
上記構成は、本発明の別の態様である。すなわち、上記構成は、上述の照明灯具を複数用いて照明装置として使用する場合の態様であり、レンズカットの稜線を正面視互いに異なる角度とすることで、個々の照明灯具による色調ムラを相互に緩和することができる。
【００１７】
また、複数の照明灯具が、正面視円状に配置され、レンズカットの稜線が、当該複数の照明灯具の一つを基準として円周方向に一定角度異なるように配置されるようであってもよい。
さらに、本発明は、一定角度は、配置される複数の照明灯具の個数に対応して定められてもよい。
【００１８】
上記２つの構成は、複数の照明灯具を組み合わせて照明装置を構成した場合における色調ムラを緩和するためのより好ましい構成である。このような構成とすることにより、本発明は、複数の照明灯具が隣接する他の照明灯具との位置関係が、各照明灯具から出射される光が互いに異なる方向に向かうように配置されているため、より個々の照明灯具相互からの拡散光が混色し、個々の照明灯具の色調ムラを緩和することができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明によれば、青色発光ダイオードと黄色蛍光体とを用いて白色光を発する白色発光ダイオードを光源とする照明装置において、光学レンズの小型化を図りつつ色調ムラを緩和する技術を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施の形態に係る照明灯具の斜視図である。
【図２】本実施形態に係る照明灯具の側断面図である。
【図３】本実施形態に係る照明灯具の上面視図である。
【図４】本実施形態に係る照明灯具の光学レンズのレンズカット形状、及び光学レンズからの出射光を示す図である。
【図５】本実施形態に係る照明灯具において、白色発光ダイオードからの出射光に色調ムラが生じる原理を説明する図である。
【図６】本実施形態に係る照明装置の分解斜視図である。
【図７】本実施形態に係る照明装置の上面視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施の形態に係る照明灯具、及び、この照明灯具を複数用いて構成する照明装置について、照明灯具を実施例１で説明し照明装置を実施例２で説明する。
なお、本実施の形態は、本発明の一実施の形態にすぎないため、本発明には他の実施の形態も含まれることはいうまでもない。
【００２２】
［実施例１］
図１は、本実施形態に係る照明灯具１の斜視図である。図２は、本実施形態に係る照明灯具の側断面図である。図３は、本実施形態に係る照明灯具の上面視図である。
本実施形態に係る照明灯具１は、白色発光ダイオード２と光学レンズ３とを備える。
ここで、実施例１，２を含む本実施の形態では、白色発光ダイオード２の光照射方向に向かい合う方向を上面（正面）とし、そこから鉛直な面を側面として説明する。
【００２３】
図１，２にも示されるように、光学レンズ３は、照明灯具１において白色発光ダイオード２の発光面２ａを正面から（光照射方向に対向して）覆うように配置される。光学レンズ３は、発光面２ａから延びる発光ダイオード光軸Ｘを含むその近傍を中心として設けられる。
本実施形態において、光学レンズ３は、図３に示すように上面視円形をなし、第一入射面３１と第二入射面３２と全反射面３３と出射面３４とを有する。
【００２４】
第一入射面３１は、発光ダイオード光軸Ｘを中心とした領域に設けられ、入射した白色発光ダイオード２からの光を屈折させて、その光を光学レンズ３内部で発光ダイオード光軸Ｘに沿った平行光とすることができる凸面を有する。
【００２５】
第二入射面３２は、第一入射面３１の周囲（上面視外側）に設けられ、発光ダイオード２からの光のうち第一入射面３１に入射しなかった光が光学レンズ３内部に入射することができるように、発光ダイオード光軸Ｘにほぼ沿った方向に延びる面（ほぼ鉛直面）を有する。
【００２６】
全反射面３３は、第二入射面３２の発光ダイオード光軸Ｘから見て外方に設けられる。全反射面３３は、第二入射面３２から入射した光を内面反射させて第一入射面３１の反対側へ向かう平行光とする。
【００２７】
出射面３４は、第一入射面の反対側に設けられ、発光ダイオード光軸Ｘとは鉛直な面を基調としている。図４は、本実施形態に係る照明灯具の光学レンズのレンズカット形状、及び光学レンズからの出射光を示す図である。
【００２８】
出射面３４には、図４に示すように光軸に鉛直な面から見て凹凸曲断面（波を打っているような断面形状）をなすレンズカット３４ａが施されている。レンズカット３４ａは、図３に示すように正面視格子状にその稜線が配置されるように施される。
【００２９】
以上のような構成をなす本実施形態の照明灯具１について、その作用を説明する。
図５は、本実施形態に係る照明灯具１において、白色発光ダイオード２からの出射光に色調ムラが生じる原理を説明する図である。
【００３０】
図５のように、照明灯具１で用いる白色発光ダイオード２は、青色光を発する発光チップ（発光素子）２１と発光チップ２１を覆う黄色蛍光体層２２を有する。この構成により、白色発光ダイオード２は、発光チップ２１が給電されて青色光を発し、その青色光により黄色蛍光体層２２が励起されて生じた黄色光ともとの青色光とが混色して白色光を照射する。
【００３１】
その際、発光チップ２１から発光面２３（不図示）に到達するまでの距離（光路長）が光の方向により異なるため、光路長の短い箇所では比較的青白い光Ｌ３が照射され光路長の長い箇所では比較的黄色い光Ｌ４が照射される。
【００３２】
そして、このような白色発光ダイオード２を照明灯具１の光源として用いるにあたって照射光の色調ムラ（照射光に青白い光や黄色い光などの光が混在した状態）を緩和するために、第一入射面３１と第二入射面３２と全反射面３３とにより様々な色調を有する光が平行光に整えられたのち、レンズカット３４ａにより図４に示すＬ１やＬ２のように縦横様々な方向に拡散される。
【００３３】
以上の構成と作用により、実施例１の照明灯具１は、レンズ内部で平行光とした様々な色調の光をレンズカット３４ａにより拡散して混色するため、装置（光学レンズ３）の構成を小型化しつつ、色調ムラを緩和することができる。
【００３４】
［実施例２］
実施例２では、実施例１における照明灯具１を複数組み合わせて構成する照明装置１０について説明する。なお、照明装置１０は、上述のような構成を採用するため、個々の照明灯具の構成については説明を省略する。
【００３５】
図６は、本実施形態に係る照明装置の分解斜視図である。図７は、本実施形態に係る照明装置の上面視図である。
【００３６】
図６に示すように、照明装置１０は、ベース部１１、複数の白色発光ダイオード１２（本実施例では６個）、そして複数の白色発光ダイオード１２に対応する数の光学レンズ１３を有するレンズアッセンブリー１４とからなる。
【００３７】
ベース部１１は、白色発光ダイオード１２を搭載し、ビスなど不図示の結合部材によりレンズアッセンブリー１４と結合する。ベース部１１により、白色発光ダイオード１２とレンズアッセンブリー１４の光学レンズ１３との光学的位置が所望の状態に維持される。
【００３８】
レンズアッセンブリー１４は、上述の光学レンズ１３と、光学レンズ１３それぞれの周囲を囲みレンズアッセンブリー１４の外形形状を定める外周部１４ａとからなる。
【００３９】
なお、本発明において、レンズアッセンブリー１４は、本実施例のように光学レンズ１３と外周部１４ａとが、例えば樹脂成形により一体に形成されても、あるいは、別体に形成したのちに組み合わせてもよい。
【００４０】
光学レンズ１３は、実施例１の光学レンズ３と同様の構成、すなわち第一入射面と第二入射面と全反射面と出射面とを有する。ここで、光学レンズ１３の構成の詳細は、実施例１と同様であるため説明を省略する。
次に、レンズアッセンブリー１４における光学レンズ１３の配置について、図７を参照しつつ説明する。
【００４１】
図７に示すように、光学レンズ１３は、正面視（照明装置１０の照射方向から向かい合う方向から見て）で円周状（各光学レンズ１３の中心や外周をつないだ軌跡が円を描くように）に配置される。
【００４２】
ここで、レンズアッセンブリー１４の光学レンズ１３は、隣接する他の光学レンズのレンズカットの稜線が、正面視互いに所定角度異なるように配置される。すなわち、光学レンズ１３ａを基準とすると、当該光学レンズ１３ａのレンズカット３４ａａとそれに隣接する光学レンズ１３ｂ，光学レンズ１３ｆのレンズカット３４ａｂ，３４ａｆとが異なる向き（隣接する光学レンズ１３のレンズカットの稜線同士を見ると所定角度をなして配置されている）であるのがわかる。
【００４３】
ここで、上記角度は、配置される複数の光学レンズ１３の個数に対応して定められる。例えば、本実施例におけるレンズカットは、実施例１に説明したとおり縦横格子状に（縦横９０度の角度をもって）配置される。このため、隣接する光学レンズ１３のレンズカットの稜線を１５度ずつ異なる向きにして配置すれば、一つの照明装置１０の有する光学レンズ１３について、隣接する光学レンズ１３同士の向きを互いに一定角度で異なるものとすることができる。
【００４４】
以上の構成により、照明装置１０は、個々の白色発光ダイオード１２とそれに対応する光学レンズ１３との組み合わせ（複数の照明灯具１に相当する）から照射される光線と隣接する当該組み合わせから照射される光線とが互いに混じり合うことになる。そのため、照明装置１０は、個々の白色発光ダイオード１２から照射される白色光の色調ムラを、装置全体でより効果的に緩和することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１    照明灯具
２    白色発光ダイオード
２１    発光チップ
２２    黄色蛍光体層
３    光学レンズ
３１    第一入射面
３２    第二入射面
３３    全反射面
３４    出射面
３４ａ  レンズカット
１０    照明装置
１１    ベース部
１２    白色発光ダイオード
１３    光学レンズ
１４    レンズアッセンブリー
１４ａ  外周部
【図１】
2011175874.tif 000003
【図２】
2011175874.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2011175874.tif 000008
【図７】
2011175874.tif 000009