(57)【要約】【課題】透過率の低下を抑制しながら、発光部の輝度を低下させるとともに被照射面の光量のむら、色むらを低減させることができる照明装置を提供する。【解決手段】板状の基部５aの平面に直交する第１の断面及び基部５aの平面と第１の断面とに直交する第２の断面において曲率半径Rが100〜800μm  、基部５aからの突出寸法Hが1/30R〜1/3R で基部表面に凹状または凸状に形成された複数の微細構造部５bを有する光学部材を用いる。【選択図】図１
2012064527.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照射開口部を有する本体と；
前記照射開口部から光を照射するように前記本体に配設されたLEDと；
板状の基部と、この基部の平面に直交する第１の断面及び基部の平面と第１の断面とに直交する第２の断面において曲率半径Rが100〜800μm 、基部からの突出寸法Hが1/30R〜1/3Rで前記基部表面に凹状または凸状に形成された複数の微細構造部とで構成されるとともに、前記本体の照射開口部を覆い前記LEDと離間して配設された透光性の光学部材と；
を具備したことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記微細構造部は、表面が円筒状の一部を構成し、かつ円筒の方向が互いに直交するように基部の両面側にそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記微細構造部は、基部の少なくとも一面側に表面が球状の一部を構成するように形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記光学部材の厚みをD、前記LEDと前記光学部材との離間寸法をLとすると、０．０３≦D/L≦０．３であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一に記載の照明装置。
【請求項５】
前記微細構造部は、基部に対する投影面積の比率が2/3以上であることを特徴とする請求項１ないし４に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、LEDと光学部材を用いた照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年LEDの高出力化、高効率化及び普及化に伴い、LEDを用いた照明装置が開発されている。しかしながら、LEDを用いた照明装置では発光部の輝度が高いため直接視認すると眩しさを感じやすく、また、照射面においても光量のむら、色むらが発生しやすい。このような問題を解決するため、従来は例えばLEDの前面側に拡散カバーを配置することが一般的であった（例えば、「特許文献１」参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１３３００３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、LEDの眩しさを軽減するために拡散カバーの拡散度が高いものを使用すると光の透過率が低下し、全体の光量が低下するとともに、照射面の光量のむら、色むらを改善するには不十分であった。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、透過率の低下を抑制しながら、発光部の輝度を低下させるとともに被照射面の光量のむら、色むらを低減させることができ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】
実施形態の照明装置は、板状の基部の平面に直交する第１の断面及び基部の平面と第１の断面とに直交する第２の断面において曲率半径Rが100〜800μm 、基部からの突出寸法Hが1/30R〜1/3Rで基部表面に凹状または凸状に形成された複数の微細構造部を有する光学部材を用いる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の照明装置によれば、透過率の低下を抑制しながら、発光部の輝度を低下させるとともに被照射面の光量のむら、色むらを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態に係る照明装置の断面図である。
【図２】同上光学部材の斜視図である。
【図３】同上光学部材の断面図である。
【図４】同上照明装置による被照射面における光量の分布図である。
【図５】第２の実施形態に係る照明装置の光学部材の一部断面図である。
【図６】同上光学部材の正面図である。
【図７】同上変形例の光学部材の正面図である。
【図８】同上他の変形例の光学部材の一部断面図である。
【図９】同上他の変形例の光学部材の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、第１の実施形態を図面を参照して説明する。
【００１０】
図１に本実施形態に係る照明装置の断面図を示し、図２は本実施形態に係る照明装置の光学部材を示す斜視図、図３は光学部材の断面図、図４は、本実施形態に係る照明装置によって照射された被照射面における照度分布図である。
【００１１】
照明装置Ｌは、既存のPAR30のビームランプと同様な外観形態をなしており、照射開口部１aを有する熱伝導性の本体１、LED２、本体内に配設された絶縁性のカバー３、口金４及び本体１の照射開口部を覆うように設けられ、LED２と離間して配設された光学部材５とを備えている。
【００１２】
本体１は、例えば、アルミニウムの成形品からなり、上端部に照射開口部１aが形成されて外部に開放するとともに、外形が照射開口部１aに向かって拡開するように形成された上側本体部１b及び下側本体部１cの２つに分割され、表面は白色のアクリル焼付け塗装がなされている。上側本体部１ｂ内周面の底壁は、平坦面をなし、基板取付部１ｂ１が形成されている。また、基板取付部１ｂ１には、ねじ貫通孔が所定の間隔を空けて形成されており、ねじ１ｄによって上側本体部１ｂ及び下側本体部１ｃが一体的に締結される。
【００１３】
LED２は、基板２aに複数個が実装されており、基板２aは基板取付部１ｂ１に図示しないねじ等の固定手段によって面接触して密着する
【００１４】
ように取付けられている。すなわち、LED２は上側本体部１ｂの奥まった位置で照射開口部１aから所定の離間寸法を有して配設される。ここで、LED２は、例えば、青色光を発生する青色発光素子及びこの青色発効素子を被覆する黄色蛍光体を含有する層を有し、白色光が照射されるものを使用することができるが、その他様々な構成のものを適用することができこれに限定されない。なお、LEDの周囲にはミラー（図示しない）が配置され1/2ビーム角約20°に集光している。
【００１５】
下側本体部１ｃの内側には、この下側本体部１ｃの形状に沿って、ＰＢＴ樹脂によって成形された絶縁性のカバー３が設けられている。この絶縁性のカバー３は、下側本体部１ｃから一部を突出させており、この突出部分に口金４が固着されている。口金４は、例えば、口金規格Ｅ２６の口金であり、照明装置１を照明器具に装着する際に、照明器具のランプソケットにねじ込まれる部分である。
【００１６】
カバー３内には点灯回路６が収納されている。点灯回路６は、ＬＥＤを点灯制御するものであり、コンデンサやスイッチング素子としてのトランジスタ等の部品から構成されている。また、この点灯回路５からは、リード線７が導出されており、このリード線７は、基板取付部１ｂ１に形成されたリード線挿通孔１ｂ２を介して基板２aに実装されたLED２と電気的に接続されている。さらに、点灯回路６は、口金４と電気的に接続されている（図示を省略）。
【００１７】
なお、カバー３内は、点灯回路６を含めて覆うようにシリコーン樹脂等の弾性、絶縁性及び熱伝導性を有している充填材８が充填されている。
【００１８】
光学部材５は、φ約9０ｍｍの略円板状に形成され、照射開口部１aを覆いLED２と離間するように、上側本体部１ｂの周縁部１ｂ３に固定される。ここで、ＬＥＤ２と光学部材５との離間寸法Ｌは５〜５０ｍｍであり、本実施形態では、例えば照射開口部に配置する場合には４５mm 、各ＬＥＤ２の周囲に反射板（図示しない）を配置しこの反射板上に配置する場合には約１０ｍｍである。また、光学部材５は厚さＤが約２ｍｍの透光性部材で構成されており、例えば、アクリルやポリカーボネート等の透光性の樹脂を主成分とするものを使用することができるが、その他透光性の材料であれば特に限定されない。
【００１９】
図２に示すように、光学部材５は板状の基部５aと基部の両面側に表面が円筒状の一部を構成する微細構造部５ｂを有している。この微細構造部５ｂは一面側と他面側とで円筒の方向が互いに直交するようにそれぞれ形成されている。ここで、円筒の方向とは円筒の回転対称軸の方向をいう。
【００２０】
図３（a）は、光学部材５の基部５aの平面に直交する第１の断面A−A、図３(b)は、基部５aの平面と第１の断面A−Aとに直交する第２の断面B−Bを示すものである。なお、本実施形態では第１の断面A−A及び第２の断面B−Bにおいて微細構造部５ｂは突出する上下方向のみが相違しており、円筒状部分の形状、ピッチＰは略同等のものである。微細構造部５ｂは、第１の断面及び第２の断面において曲率半径Rが100〜400μm 、基部５aからの突出寸法Hが1/8R〜2/3Rの凸部５ｂ１が複数個形成され、基部５aに対する微細構造部５ｂの面積の比率は2/3以上となるように構成される。ここで、基部５aに対する微細構造部５ｂの面積の比率とは、基部５aの平面部を正面視したときに、基部５aの投影面積に対する微細構造部５ｂの投影面積の比率をいう。
【００２１】
本実施形態では、微細構造部５ｂの凸部５ｂ１はR＝約１５０μｍ、H＝約６０μｍ、凸部５ｂ１の頂点間のピッチＰ約２４０μｍ、基部５aの厚さＤは約２ｍｍ、基部５aに対する微細構造５ｂの面積の比率は１となるように構成され、基部５aの厚さＤとＬＥＤ２から光学部材５までの距離Ｌとの比率Ｄ/Ｌは０．０４（光学部材５を反射板上に配置しＬＥＤとの距離Ｌが１０ｍｍの場合には０．２）である。なお、基部５aの厚さに比べて微細構造部５ｂの突出高さＨは十分に小さく無視することができるため光学部材５の厚さを基部５aの厚さＤとしている。また、比率Ｄ/Ｌは小さい方が望ましいが０．０３よりも小さくなると光学部材の両面の位置精度のばらつきにより照射パターンのばらつきが大きくなり、０．３よりも大きくなると光学部材５内において多重散乱が発生しやすくなり、全透過率が低下するため０．０３〜０．３が好ましい。
【００２２】
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
【００２３】
ＬＥＤ２から出射された光は、まず光学部材５のＬＥＤ２側の一面側に入射し、入射した光は微細構造部５ｂの表面で屈折する。さらに、基部５aを通過し他面側の微細構造部５ｂの表面から出射するときに再度屈折する。このように２回の屈折を経て光学部材５から出射された光は、光量のむら、色むらの少ない照射光として被照射面に照射される。
【００２４】
図４は、レーザ光を比較例の拡散板で拡散させたときと本実施形態の光学部材で制御したときの被照射面の光量の分布を示した模式図である。比較例の拡散板は両面が平坦なアクリル部材に拡散材を混合したものを使用した。図中実線が本実施形態の光学部材、点線が比較例の拡散板を用いた場合の例である。なお、グラフの横軸は被照射面の相対位置、縦軸は光量を示す。図４から明らかなように、拡散板を用いた例の場合には照射光の周囲がなだらかに傾斜し、全体的に凸状になっているのに対し、本実施形態では照射光の周囲が鋭く立ち上がり全体に均一な光量となっている。すなわち、拡散板を用いて光を制御する場合に比べて被照射面における光量のむらがなく必要な範囲に光を照射することができる。これは拡散板の場合、出射光は入射角度方向と同方向の光強度が最大であり、それに加えて角度的に広い区域に広がって、ランバートのコサイン法則に近似される入射角度に依存した光分布となり、出射光の分布は大きな角度依存を有するためである。
【００２５】
また、ＬＥＤ２を視認した場合、本実施形態では光学部材５を介してＬＥＤ２の発光部の縦横が約３倍に拡大された虚像が発光しているように見えるため、単位面積あたりの輝度が局所的にスポットで高い場所がなくほぼ均一に約１/１０となり、眩しさを軽減することができる。また、ＬＥＤ２から出射された光は主に２回の屈折によって外部へ出射されるため光を無駄にすることがない。一方、比較例の場合アクリル部材に混合した拡散材の微粒子による内部散乱（体積散乱）によって光を拡散させているため、入射した光は微粒子により多重散乱し、様々な方向へと伝播するため全透過率の低下が大きい。これにより、1/2ビーム角約30°の照射面の光量、色の分布が均一となる光源が得られる。
【００２６】
なお、離間寸法Ｌが５ｍｍ未満となるとＬＥＤ２の虚像を大きくすることができなくなり眩しさを軽減する効果が小さくなる。一方、離間寸法Ｌが５０ｍｍ以上となると照明装置が大形化するとともにＬＥＤ２から出射された光を所定範囲内に光量のむらを抑制して照射することができなくなる。
【００２７】
また、微細構造部５ｂの第１の断面および第２の断面における凸部５ｂ１の曲率半径Rが100μm 未満となると隣接する凸部５ｂ１間に相互作用が発生しやすく干渉によりムラが発生しやすく、800μm以上となると縦横ライン状に離散して見えるため外観上望ましくない。
【００２８】
さらに、微細構造部５ｂの基部５aからの突出寸法Hが1/30R未満となるとほとんど平面に近いため上記効果がなくなり、1/3R よりも大きくなると照射形状がくずれ通常の拡散材に近くなるため好ましくない。
【００２９】
なお、第１の実施形態では微細構造部５ｂが基部５aに対して突出する場合について説明したが、基部５aに対して微細構造部５ｂのいずれか一方または両方を凹部として形成しても同様の作用効果を得ることができる。
【００３０】
次に、第２の実施形態に係る照明装置について図５、図６、図７を用いて説明する。なお、第２の実施形態は第１の実施形態の光学部材のみが置き換わったものであり、その他同一の構成については同一の符号を用いその詳細な説明は省略する。なお、図６、図７の第１の断面Ａ−Ａ、第２の断面Ｂ−Ｂは同一の形状であるため図５に代表して示している。
【００３１】
図５は、第２の実施形態の照明装置に係る光学部材５０の断面図、図６は、光学部材５０の一部を示す正面図、図７は光学部材５０の変形例を示す正面図である。
【００３２】
本実施形態の光学部材５０は、基部５０aの一面側に表面が球状の一部を構成するような凸部５０ｂ１を複数有する微細構造部５０ｂが形成されている。この凸部５０ｂ１は第１の断面Ａ−Ａ及び基部５０aの平面と第１の断面Ａ−Ａとに直交する第２の断面Ｂ−Ｂにおいて曲率半径Rが100~400μm 、基部からの突出寸法Hが1/8R〜2/3Rとなるように構成されている。具体的には、微細構造部５０ｂの凸部５ｂ１はR＝約１５０μｍ、H＝約６０μｍ、凸部５０ｂ１の頂点間のピッチＰ約２４０μｍ、基部５aの厚さＤは約２ｍｍ、基部５０aに対する微細構造５０ｂの面積の比率は約０．７８５となるように構成され、基部５aの厚さＤとＬＥＤ２から光学部材５までの距離Ｌとの比率Ｄ/Ｌは０．０４である。ここで、頂点間のピッチＰは最近接の凸部５０ｂ１の頂部間距離をいう。
【００３３】
このように、光学部材５０の一面側に微細構造部５０ｂを形成する場合であっても、本実施形態の照明装置によれば、ＬＥＤ２から出射された光が光学部材５０へ入射するときと光学部材から出射するときの２回の屈折によって制御されて、光を無駄にすることなく必要な範囲に光を照射することができ、光量のむら、色むらの少ない照射光として被照射面を照射することができる。
【００３４】
さらに、ＬＥＤ２を視認した場合、本実施形態では光学部材５０を介してＬＥＤ２の発光部の縦横が約３倍に拡大された虚像が発光しているように見えるため、単位面積あたりの輝度が局所的にスポットで高い場所がなくほぼ均一に約１/１０となり、眩しさを軽減することができる。
【００３５】
図７は、第２の実施形態の光学部材５０の変形例を示す正面図である。この変形例は、第２の実施形態に対して、基部５０aに対する微細構造５０ｂの面積の比率を最も大きくしたものである。このように、微細構造部５０ｂの比率を上げることで、被照射面における光量のむら、色むらをより一層低減させることができる。このような微細構造部５０ｂは、例えば表面形状を反転させた金型で樹脂を成形することによって形成することができる。
【００３６】
図８、図９は、第２の実施形態の光学部材５０の別の変形例を示す断面図および正面図である。
【００３７】
この変形例では第２の実施形態に対して、基部５０aに対する微細構造５０ｂの面積の比率を小さくしたものである。
【００３８】
すなわち、微細構造部５０ｂの凸部５ｂ１はR＝約１５０μｍ、H＝約６０μｍ、凸部５０ｂ１の頂点間のピッチＰ約２６７μｍ、基部５aの厚さＤは約２ｍｍ、基部５０aに対する微細構造５０ｂの面積の比率は約２/３（＝０．６６７）となるように構成されている。本変形例においても第２の実施形態と同様な作用効果を得ることができる。なお、これ以上微細構造部５０ｂを離散的に形成すると、すなわち基部５０aに対する微細構造５０ｂの面積の比率を２/３よりも小さくすると被照射面における光量のむら、色むらが発生する。
【００３９】
なお、上記各実施形態において、光学部材に波長５７０〜６００nmの光を吸収する有機化合物、波長４５５nmの光をカットする有機化合物を混合してもよい。
【符号の説明】
【００４０】
Ｌ…照明装置、１…本体、１a…照射開口部、２…ＬＥＤ、５、５０…光学部材、５a、５０a…基部、５ｂ、５０ｂ…微細構造部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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