(57)【要約】【目的】照射平面をよりむらなく均一に照らすことができる発光ダイオード素子を用いた照明装置とする。【構成】矩形状の照射平面Ｋを照射するものであって、４０個の発光ダイオード素子ａ１〜ａ８、ｂ１〜ｂ８、ｃ１〜ｃ８、ｄ１〜ｄ８、ｅ１〜ｅ８を有する発光ダイオード素子を用いた照明装置であり、前記発光ダイオード素子ａ１〜ａ８、ｂ１〜ｂ８、ｃ１〜ｃ８、ｄ１〜ｄ８、ｅ１〜ｅ８からの光が照射される照射平面Ｋを等しい面積を有する４０個の照射小面Ａ１〜Ａ８、Ｂ１〜Ｂ８、Ｃ１〜Ｃ８、Ｄ１〜Ｄ８、Ｅ１〜Ｅ８に分割し、１つの発光ダイオード素子により１つの照射小面を照射する場合、担当する照射小面の中心位置に対して、その照射小面を担当する１つの発光ダイオード素子の光軸を向けている。【選択図】　　　図４
2004055850.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光ダイオード素子を有する発光ダイオード素子を用いた照明装置において、前記発光ダイオード素子からの光が照射される照射平面を等しい面積を有する複数の照射小面に分割し、１又は複数の発光ダイオード素子により１つの照射小面を照射する場合、担当する照射小面の中心位置に対して、その照射小面を担当する１又は複数の発光ダイオード素子の光軸を向けたことを特徴とする発光ダイオード素子を用いた照明装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の発光ダイオード素子を用いた照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の照明装置は、基板に複数の発光ダイオード素子をマトリクス状に配列したものがある。そして、各発光ダイオード素子の光軸は、光が照射される照射平面に対して垂直になっているものがある（真下タイプと称する。）。また、各発光ダイオード素子の光軸Ｌは、隣接する発光ダイオード素子の光軸と垂直軸とがなす角度の差がすべて等しく設定されているものもある（等差角タイプと称する。）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の照明装置のうち、光軸が照射平面に対して垂直になっている真下タイプのものは、図１１、図１３に示すように、照明装置の真下付近のみが明るくなる。また、前記等差角タイプの照明装置では、図１２、図１４に示すように、真下タイプのものより光は拡がるが、中心部の最も明るい部分と周囲の暗い部分との照度の差が大きいという問題がある。すなわち、真下タイプのものも等差角タイプものでも、スポットライト的な使用には適しているが、照射平面をよりむらなく均一に照らすことはできないという問題があった。
【０００４】
本発明は上記事情に鑑みて創案されたもので、照射平面をよりむらなく均一に照らすことができる発光ダイオード素子を用いた照明装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る発光ダイオード素子を用いた照明装置は、複数の発光ダイオード素子を有する発光ダイオード素子を用いた照明装置であって、前記発光ダイオード素子からの光が照射される照射平面を等しい面積を有する複数の照射小面に分割し、１又は複数の発光ダイオード素子により１つの照射小面を照射する場合、担当する照射小面の中心位置に対して、その照射小面を担当する１又は複数の発光ダイオード素子の光軸を向けている。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る発光ダイオード素子を用いた照明装置の発光ダイオード素子の配置を示す概略的説明図、図２は本発明の第１の実施の形態に係る発光ダイオード素子を用いた照明装置によって照射される照射平面及び照射小面を説明する概略的説明図、図３は本発明の第１の実施の形態に係る発光ダイオード素子を用いた照明装置の光軸を示す概略的説明図、図４は本発明の第１の実施の形態に係る発光ダイオード素子を用いた照明装置の照射平面における照度を示す概略的照度分布図、図５は本発明の第１の実施の形態に係る発光ダイオード素子を用いた照明装置の照射平面における照度を示す概略的照度グラフである。
【０００７】
また、図６は本発明の第２の実施の形態に係る発光ダイオード素子を用いた照明装置の発光ダイオード素子の配置を示す概略的説明図、図７は本発明の第２の実施の形態に係る発光ダイオード素子を用いた照明装置によって照射される照射平面及び照射小面を説明する概略的説明図、図８は本発明の第２の実施の形態に係る発光ダイオード素子を用いた照明装置の光軸を示す概略的説明図、図９は本発明の第２の実施の形態に係る発光ダイオード素子を用いた照明装置の照射平面における照度を示す概略的照度分布図、図１０は本発明の第２の実施の形態に係る発光ダイオード素子を用いた照明装置の照射平面における照度を示す概略的照度グラフである。
【０００８】
さらに、図１１は本発明の第１の実施の形態に係る発光ダイオード素子を用いた照明装置との対比用の従来の発光ダイオード素子を用いた真下タイプの照明装置の照射平面における照度を示す概略的照度グラフ、図１２は本発明の第１の実施の形態に係る発光ダイオード素子を用いた照明装置との対比用の従来の発光ダイオード素子を用いた等差角タイプの照明装置の照射平面における照度を示す概略的照度グラフ、図１３は本発明の第２の実施の形態に係る発光ダイオード素子を用いた照明装置との対比用の従来の発光ダイオード素子を用いた真下タイプの照明装置の照射平面における照度を示す概略的照度グラフ、図１４は本発明の第２の実施の形態に係る発光ダイオード素子を用いた照明装置との対比用の従来の発光ダイオード素子を用いた等差角タイプの照明装置の照射平面における照度を示す概略的照度グラフである。
【０００９】
本発明の第１の実施の形態に係る発光ダイオード素子を用いた照明装置１００は、矩形状の照射平面Ｋを照射するものであって、８０個の発光ダイオード素子ａ１〜ａ１６、ｂ１〜ｂ１６、ｃ１〜ｃ１６、ｄ１〜ｄ１６、ｅ１〜ｅ１６を有する発光ダイオード素子を用いた照明装置であり、前記発光ダイオード素子ａ１〜ａ１６、ｂ１〜ｂ１６、ｃ１〜ｃ１６、ｄ１〜ｄ１６、ｅ１〜ｅ１６からの光が照射される照射平面Ｋを等しい面積を有する８０個の照射小面Ａ１〜Ａ１６、Ｂ１〜Ｂ１６、Ｃ１〜Ｃ１６、Ｄ１〜Ｄ１６、Ｅ１〜Ｅ１６に分割し、１つの発光ダイオード素子により１つの照射小面を照射する場合、担当する照射小面の中心位置に対して、その照射小面を担当する１つの発光ダイオード素子の光軸を向けている。
【００１０】
まず、本発明の第１の実施の形態に係る発光ダイオード素子を用いた照明装置１００の説明の前に、この照明装置１００によって照射される照射平面Ｋについて説明する。
例えば、図２に示すように、３．２ｍ×１ｍの大きさを有する照射平面Ｋであれば、それぞれが０．２ｍ×０．２ｍの面積を有する合計８０個の照射小面Ａ１〜Ａ１６、Ｂ１〜Ｂ１６、Ｃ１〜Ｃ１６、Ｄ１〜Ｄ１６、Ｅ１〜Ｅ１６に分割する。そして、照射平面Ｋを横行を上から下に向かってＡ〜Ｅの５行とし、縦行を左から右に向かって１〜１６の１６行とし、各照射平面は、横行及び縦行の符号の符号で表示するものとする。
【００１１】
すると、照射平面Ｋの上端かつ左端を原点とした場合、各照射小面Ａ１〜Ａ１６、Ｂ１〜Ｂ１６、Ｃ１〜Ｃ１６、Ｄ１〜Ｄ１６、Ｅ１〜Ｅ１６の中心位置ＸＹ座標は、表１に示すようになる。
【００１２】
【表１】
2004055850.tif 000003
【００１３】
かかる照射平面Ｋに対して、前記照射小面Ａ８と照射小面Ａ９との間に高さ２ｍのポール１１０を設け、このポール１１０の上端に照明装置１００を設けたとする。
【００１４】
この照明装置１００は、全部で８０個の発光ダイオード素子ａ１〜ａ１６、ｂ１〜ｂ１６、ｃ１〜ｃ１６、ｄ１〜ｄ１６、ｅ１〜ｅ１６を有しており、１つの発光ダイオード素子が１つの照射小面に対する光の照射を受け持つようにする。すなわち、１つの発光ダイオード素子の光軸が１つの照射小面に向かうようにする。なお、各発光ダイオード素子ａ１〜ａ１６、ｂ１〜ｂ１６、ｃ１〜ｃ１６、ｄ１〜ｄ１６、ｅ１〜ｅ１６は、照射小面Ａ１〜Ａ１６、Ｂ１〜Ｂ１６、Ｃ１〜Ｃ１６、Ｄ１〜Ｄ１６、Ｅ１〜Ｅ１６と同様に１６×５の配列になっており、各発光ダイオード素子ａ１〜ａ１６、ｂ１〜ｂ１６、ｃ１〜ｃ１６、ｄ１〜ｄ１６、ｅ１〜ｅ１６は、横行を上から下に向かってａ〜ｅの５行とし、縦行を左から右に向かって１〜１６の１６行とし、各発光ダイオード素子は、横行及び縦行の符号の符号で表示するものとする。なお、例えば、発光ダイオード素子ａ１は照射小面Ａ１を、発光ダイオードｂ３は照射小面Ｂ３をそれぞれ照射するようにする。
【００１５】
かかる発光ダイオード素子ａ１〜ａ１６、ｂ１〜ｂ１６、ｃ１〜ｃ１６、ｄ１〜ｄ１６、ｅ１〜ｅ１６は、図１に示すように配列される。すなわち、上述したように、それぞれが等しい面積を有する各照射小面Ａ１〜Ａ１６、Ｂ１〜Ｂ１６、Ｃ１〜Ｃ１６、Ｄ１〜Ｄ１６、Ｅ１〜Ｅ１６の中心位置に、各発光ダイオード素子ａ１〜ａ１６、ｂ１〜ｂ１６、ｃ１〜ｃ１６、ｄ１〜ｄ１６、ｅ１〜ｅ１６の光軸Ｌを向けるため、遠くの照射小面を担当する発光ダイオード素子ほど、その光軸と垂直軸との角度が大きくなるように設定されているのである。
【００１６】
なお、本明細書における実験では、この発光ダイオード素子ａ１〜ａ１６、ｂ１〜ｂ１６、ｃ１〜ｃ１６、ｄ１〜ｄ１６、ｅ１〜ｅ１６には、中心光度１０ｃｄ、１／２光度角１５°の性能を有するものを使用している。
【００１７】
このように各発光ダイオード素子ａ１〜ａ１６、ｂ１〜ｂ１６、ｃ１〜ｃ１６、ｄ１〜ｄ１６、ｅ１〜ｅ１６を配置した場合、各発光ダイオード素子ａ１〜ａ１６、ｂ１〜ｂ１６、ｃ１〜ｃ１６、ｄ１〜ｄ１６、ｅ１〜ｅ１６の光軸Ｌの垂直軸Ｙに対する傾きは、それぞれ異なるものとなる。詳しくは、各発光ダイオード素子の光軸は、照明装置１００から離れた位置にある照射小面を担当する発光ダイオード素子ほど垂直軸Ｙに対する光軸Ｌの傾き（鉛直角）が大きくなるのである。
【００１８】
例えば、図３に示すように、光軸Ｌがある照射小面に向かっている発光ダイオード素子では、その照射小面の中心点と照明装置１００が設けられたポール１１０の根元とがなす角度を平面角θｈとし、垂直軸であるポール１１０とがなす角度を正面方向からみた正面角θｖとすると、θｖ＝ｔａｎ　−１（ｘ／Ｈ）、θｈ＝ｔａｎ　−１（ｘ／ｙ）となる。なお、Ｈはポール１１０の高さ寸法、（ｘ、ｙ）は照射小面の中心座標である。
【００１９】
なお、照明装置１００は、照射小面Ａ８と照射小面Ａ９との間に設けられているため、照射平面Ｋは照射小面Ａ８と照射小面Ａ９との境目を軸として左右対称になっているため、右側半分のみについて考察する。
【００２０】
各照射小面に対する各発光ダイオード素子の光軸の向きを示す正面角θｖ及び平面角θｈは、以下の表２のようになる。
【００２１】
【表２】
2004055850.tif 000004
【００２２】
このように各発光ダイオード素子を配置した場合の照射平面Ｋの照度は、図４に示すようになる。
【００２３】
詳しく述べると、照射小面Ｂ４〜Ｂ１３、Ｃ４〜Ｃ１３を含む略長円状の９ルクス以上１１ルクス未満の照度を有する領域Ａｒｉａ１１ができる。この９ルクス以上１１ルクス未満の照度を有する領域Ａｒｉａ１１の周囲、すなわち照射小面Ａ４〜Ａ１４、Ｂ３〜Ｂ１４、Ｃ３〜Ｃ１４、Ｄ３〜Ｄ１４を含む略長円状の７ルクス以上９ルクス未満の照度を有する領域Ａｒｉａ９ができる。
【００２４】
また、この７ルクス以上９ルクス未満の照度を有する領域Ａｒｉａ９の周囲には、照射小面Ａ２〜Ａ１４、Ｂ２〜Ｂ３、Ｂ１４〜Ｂ１５、Ｃ２、Ｃ１５、Ｄ２〜Ｄ１５、Ｅ３〜Ｅ１４を含む略長円状の５ルクス以上７ルクス未満の照度を有する領域Ａｒｉａ７ができる。さらに、この５ルクス以上７ルクス未満の照度を有する領域Ａｒｉａ７の周囲には、照射小面Ａ２〜Ａ１５、Ｂ１〜Ｂ２、Ｂ１５〜Ｂ１６、Ｃ１〜２、Ｃ１５〜１６、Ｄ１〜Ｄ２、Ｄ１５〜Ｄ１６、Ｅ２〜Ｅ１５を含む略長円状の３ルクス以上５ルクス未満の照度を有する領域Ａｒｉａ５ができる。
【００２５】
また、この３ルクス以上５ルクス未満の照度を有する領域Ａｒｉａ５の周囲には、照射小面Ａ１〜Ａ２、Ａ１５〜Ａ１６、Ｂ１、Ｂ１６、Ｄ１、Ｄ１６、Ｅ１〜Ｅ２、Ｅ１５〜Ｅ１６を含む略長円状の３ルクス未満の照度を有する領域Ａｒｉａ３ができる。
【００２６】
この照明装置１００では、幅広く均一な照度を確保できていることが図５からも判明する。
【００２７】
これを、図１１の示す従来の真下タイプの照明装置の照射平面の照度と比較すると、本実施の形態に係る照明装置１００は、最も照度の高い照射小面は約１０ルクスで、最も照度の低い照射小面は約３ルクスであるのに対し、従来の真下タイプの照明装置の照射平面では、最も照度の高い照射小面は約１２ルクスで、最も照度の低い照射小面は０ルクスである。すなわち、本実施の形態に係る照明装置１００の方が、最大照度の部分と最小照度の部分との差が小さい、換言すると、本実施の形態に係る照明装置１００の方が照射平面Ｋをむらなくより均一に照射していることがわかる。
【００２８】
また、従来の等差角タイプの照明装置の照度は、図１２に示すように、最も高くて約１１ルクスであるのに対して、最も低くて約５ルクスである。しかし、本実施の形態に係る照明装置１００の方が、約１０ルクスの照度を得られる照射小面が多いことが図５との比較から判明する。従って、本実施の形態に係る照明装置１００の方が照射平面Ｋをむらなくより均一に照射していることがわかる。
【００２９】
なお、この従来の等差角タイプの照明装置は、すべての発光ダイオード素子Ａの基板Ｂにおける配置位置は本実施の形態に係るものと同一であるが、隣接する各発光ダイオード素子Ａの光軸Ｌと垂直軸Ｙとがなす角度の差がすべてが５°となっているものである。
【００３０】
次に、円形の照射平面ＫＣを照らす照明装置３００について説明する。
かかる照明装置３００の場合には、円形の基板に５つの同心円上を形成し、それぞれ４個、１２個、２０個、２８個、３６個の合計１００個の発光ダイオード素子ａ１〜ａ４、ｂ１〜ｂ１２、ｃ１〜ｃ２０、ｄ１〜ｄ２８、ｅ１〜ｅ３６を配置する。そして、最も中心の４個の発光ダイオード素子ａ１〜ａ４の光軸と垂直軸とがなす角度より、より外側に位置する発光ダイオード素子ｂ１〜１２ｂ、ｃ１〜ｃ２０、ｄ１〜ｄ２８、ｅ１〜ｅ３６の光軸が垂直軸となす角度の方が徐々に大きくなっている。照明素子３００を取り付けるポール３１０は、前記基板の中心に立設されることになる。
【００３１】
この場合、照射平面ＫＣは、図７に示すように半径１ｍ、２ｍ、３ｍ、４ｍ、５ｍの５つの同心円をそれぞれ、１個、１２個、２０個、２８個、３６個に分割することで、照射平面Ａ１〜Ａ４、Ｂ１〜Ｂ１２、Ｃ１〜Ｃ２０、Ｄ１〜Ｄ２８、Ｅ１〜Ｅ３６の面積を等しくしている。
【００３２】
中心に高さ７ｍのポール３１０を設け、このポール３１０に照明装置３００を設置した場合には、図９に示すような照度分布を得ることができた。すなわち、照明装置３００の真下に当たる照射小面Ａの中心部付近の照度は約０．５５ルクス以上、最も外側でも約０．３ルクスであった。
【００３３】
詳述すると、照射小面Ａ１を含む０．５ルクス以上０．６ルクス未満の円形の領域Ａｒｉａ０．６、照射小面Ａ１、Ｂ１〜１２、Ｃ１〜Ｃ２０、Ｄ１〜Ｄ２８、Ｅ１〜Ｅ３６を含み、前記領域Ａｒｉａ０．６の外側の０．４ルクス以上０．５ルクス未満の環状の領域Ａｒｉａ０．５、照射小面Ｅ１〜Ｅ３６を含み、前記領域Ａｒｉａ０．５の外側の０．４ルクス未満の環状の領域Ａｒｉａ０．４がそれぞれ形成されることになる。
【００３４】
かかる照明装置３００の発光ダイオード素子は、図８に示すように、照明装置３００に近い照射小面を担当する発光ダイオード素子の光軸が垂直軸Ｙとなす角度θ１と、より遠い照射小面を担当する発光ダイオード素子の光軸が垂直軸Ｙとなす角度θ２とでは、θ１＜θ２となる。発光ダイオード素子ａ１ではθ＝４．０９°、発光ダイオード素子ｂ１ではθ＝１２．０９°、発光ダイオード素子ｃ１ではθ＝１９．６５°、発光ダイオード素子ｄ１ではθ＝２６．５７°、発光ダイオード素子ｅ１ではθ＝３２．７４°となっている。
【００３５】
これに対して、従来の照明装置、すなわち、真下タイプの照明装置では、図１３示すように、最も照度の高い部分で約１０ルクス、最も低い部分で０ルクスとなっている。従って、図１０と比較すると、従来の真下タイプの照明装置の方が照度が高いが、本実施の形態に係る照明装置３００の方が照度むらがなく均一な照明を得ることができるといえる。
【００３６】
また、従来の等差角タイプの照明装置の照度分布を示す図１２と比較すると、従来の等差角タイプの照明装置の方が照度が高いが、本実施の形態に係る照明装置３００の方が照度むらがなく均一な照明を得ることができるといえる。
【００３７】
なお、上述した２つの実施の形態では、１つの発光ダイオード素子が１つの照射小面を照射するとして説明を行ったが、２以上の発光ダイオード素子が１つの照射小面を照射するようにしてもよい。この場合には、全体の照度を向上させることができることはいうまでもない。
【００３８】
【発明の効果】
本発明に係る発光ダイオード素子を用いた照明装置は、複数の発光ダイオード素子を有する発光ダイオード素子を用いた照明装置であって、前記発光ダイオード素子からの光が照射される照射平面を等しい面積を有する複数の照射小面に分割し、１又は複数の発光ダイオード素子により１つの照射小面を照射する場合、担当する照射小面の中心位置に対して、その照射小面を担当する１又は複数の発光ダイオード素子の光軸を向けている。
【００３９】
すると、この発光ダイオード素子を用いた照明装置では、遠くの照射小面を照射する発光ダイオード素子の方が、隣接する各発光ダイオード素子の光軸と垂直軸とがなす角度の差が小さくなる。すなわち、従来のように、発光ダイオード素子の光軸が一様に真下に向いているものや、隣接する発光ダイオード素子の光軸と垂直軸とがなす角度の差が等しいものとは相違する。
また、各照射小面の照度Ｅは、Ｅ＝Φ／Ａ（ただし、Φは光束、Ａは面積）、すなわち発光ダイオード素子が発光する光束が照射小面に入射する量によって表され、この発光ダイオード素子を用いた照明装置では、各発光ダイオード素子が担当する照射小面に入射する光束量が均一になるような構成にしている点でも、従来のものとは大きく異なる。かかる構成であると、照射平面を全体的にむらなく均一に照射することができるというメリットがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る発光ダイオード素子を用いた照明装置の発光ダイオード素子の配置を示す概略的説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る発光ダイオード素子を用いた照明装置によって照射される照射平面及び照射小面を説明する概略的説明図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る発光ダイオード素子を用いた照明装置の光軸を示す概略的説明図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る発光ダイオード素子を用いた照明装置の照射平面における照度を示す概略的照度分布図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る発光ダイオード素子を用いた照明装置の照射平面における照度を示す概略的照度グラフである。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る発光ダイオード素子を用いた照明装置の発光ダイオード素子の配置を示す概略的説明図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る発光ダイオード素子を用いた照明装置によって照射される照射平面及び照射小面を説明する概略的説明図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る発光ダイオード素子を用いた照明装置の光軸を示す概略的説明図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る発光ダイオード素子を用いた照明装置の照射平面における照度を示す概略的照度分布図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る発光ダイオード素子を用いた照明装置の照射平面における照度を示す概略的照度グラフである。
【図１１】本発明の第１の実施の形態に係る発光ダイオード素子を用いた照明装置との対比用の従来の発光ダイオード素子を用いた真下タイプの照明装置の照射平面における照度を示す概略的照度グラフである。
【図１２】本発明の第１の実施の形態に係る発光ダイオード素子を用いた照明装置との対比用の従来の発光ダイオード素子を用いた等差角タイプの照明装置の照射平面における照度を示す概略的照度グラフである。
【図１３】本発明の第２の実施の形態に係る発光ダイオード素子を用いた照明装置との対比用の従来の発光ダイオード素子を用いた真下タイプの照明装置の照射平面における照度を示す概略的照度グラフである。
【図１４】本発明の第２の実施の形態に係る発光ダイオード素子を用いた照明装置との対比用の従来の発光ダイオード素子を用いた等差角タイプの照明装置の照射平面における照度を示す概略的照度グラフである。
【符号の説明】
１００　　発光ダイオード素子を用いた照明装置
１１０　　ポール
Ｋ　　　　照射平面
Ａ１〜Ｅ８　照射小面
ａ１ｅ８　発光ダイオード素子
【図１】
2004055850.tif 000005
【図２】
2004055850.tif 000006
【図３】
2004055850.tif 000007
【図４】
2004055850.tif 000008
【図５】
2004055850.tif 000009
【図６】
2004055850.tif 000010
【図７】
2004055850.tif 000011
【図８】
2004055850.tif 000012
【図９】
2004055850.tif 000013
【図１０】
2004055850.tif 000014
【図１１】
2004055850.tif 000015
【図１２】
2004055850.tif 000016
【図１３】
2004055850.tif 000017
【図１４】
2004055850.tif 000018