(57)【要約】【課題】  消費電力が少ない照明装置を提供し、さらに所望の配光特性を有する照明装置を低コストで提供することにある。【解決手段】  光源モジュールと、光源モジュールの光線を伝搬させる導光部材を備え、導光部材からの出射光により照明する照明装置であって、導光部材を保持する保持部材をさらに備え、保持部材は、前記光源モジュールの光線を透過する材質からなると共に、前記光源モジュールに対向して前記導光部材を保持することを特徴とする照明装置とした。【選択図】図１
2012146446.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源モジュールと、光源モジュールの光線を伝搬させる導光部材を備え、導光部材からの出射光により照明する照明装置であって、導光部材を保持する保持部材をさらに備え、保持部材は、前記光源モジュールの光線を透過する材質からなると共に、前記光源モジュールに対向して前記導光部材を保持することを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記保持部材は、前記光源モジュールの光線を屈折させる機能を備え、前記保持部材を透過した光線と、前記導光部材からの出射光により照明す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】
前記保持部材と前記導光部材は、一体に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４】
前記光源モジュールは、前記導光部材と、前記保持部材とで囲まれた空間に配置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５】
前記導光部材と前記保持部材とで囲まれた空間に光透過性樹脂が充填されていることを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５に記載の照明装置を備えたことを特徴とする照明機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、従来の白熱電球に比べて小型化、省電力化、長寿命化を可能とする発光ダイオード（以下、ＬＥＤとする。）を採用した照明装置の開発が盛んに行われている。
【０００３】
一例としては、特許文献１のような照明装置が開発されている。特許文献１では、導光体を支持部材にて支持することで、複数のＬＥＤと導光体との間隔を一定に保持し、ＬＥＤからの出射光を導く構成としている。また、導光体とＬＥＤとの間に空気層を設けて入射面をＬＥＤに対向させて配置する構成としている。また、導光体は出射面の輝度を向上するために、導光体をＬＥＤが配設された領域と形状及び面積が略同じ入射面とこの入射面の面積に対して０．７倍ないし０．９２倍の面積の出射面を有し、かつ、入射面から出射面に至る高さの値を入射面の面積の１０倍以内の値とした錐台形状としている。
【０００４】
また、特許文献２のような照明装置では、ＬＥＤよりも投影面積の大きい導光体を用い、導光体下部はＬＥＤ部を囲むように断面形状がコ字状の入射部分を有し、導光体上部に向かうに従いその径が広がる反射部分を有している。この導光体下部の反射部分は、ＬＥＤからの出射光を全反射させて導光体内部に導光させる構成としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１５９４５３号公報
【特許文献２】特開２００９−２８９６９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の照明装置の場合、導光体を支持する支持部材はあくまでも導光体とＬＥＤとの距離を一定に保つことを目的としている。ところが導光体に用いられるアクリル等の樹脂の表面における反射は、ＬＥＤの出射光が導光体の端面に対して垂直入射した場合であっても全光束の約４％が反射し、垂直入射でない場合では反射する光束がさらに増加する。また、ＬＥＤと導光体との間に空気層を設けることより、導光体入射面に直接入射しない光束が必ず存在する。これらの、光束は導光体内を導光しないため損失となるが、特許文献１では、これらの光束に関しては記載されていない。つまり、特許文献１の構成では導光体内に導光しない光が損失となることにより、照明装置の光の利用効率が低下し、その結果、一定の照明を得るためには消費電力の増大に繋がってしまう。
【０００７】
また、特許文献２の照明装置の場合、反射部分を形成するためには、構造上、ＬＥＤよりも投影面積の大きい導光体を用いる必要がある。特に、ＬＥＤから横方向に広がる出射光を全反射させるには、ＬＥＤからの出射光を全て臨界角内にするような導光体の形状が必要であり、導光体の直径を太くする必要がある。そのため樹脂の使用量が増大し、コストアップとなるという問題がある。さらに、特許文献２は、全反射せず導光体外部に出射する光束は、積極的に利用するのではなく、不要な光束として扱っており、特許文献１と同様に消費電力の増大に繋がってしまう。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、消費電力が少ない照明装置を提供し、さらに所望の配光特性を有する照明装置を低コストで提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の照明装置では、光源モジュールと、光源モジュールの光線を伝搬させる導光部材を備え、導光部材からの出射光により照明する照明装置であって、導光部材を保持する保持部材をさらに備え、保持部材は、前記光源モジュールの光線を透過する材質からなると共に、前記光源モジュールに対向して前記導光部材を保持することを特徴としている。
【００１０】
上記の構成によれば、導光部材の内部を導光しない光束も保持部材を透過して照明装置の外部へ照射し、照明に利用することができるため、光利用効率を高めることが可能となり、低消費電力の照明装置を実現することが可能となる。
【００１１】
また、本発明の照明装置では、前記保持部材は、前記光源モジュールの光線を屈折させる機能を備え、保持部材を透過した光線と、導光部材からの出射光により照明することを特徴としている。
【００１２】
上記の構成によれば、導光部材の内部を導光しない光束も保持部材を透過して照明装置外部へ照射するとともに、保持部材を透過する光束の屈折方向を任意に設定することができるので、結果として、所望の配光特性を得ることが可能となる。
【００１３】
また、本発明の照明装置では、前記保持部材と前記導光部材は、一体に形成されていることを特徴としている。
【００１４】
上記の構成によれば、導光部材と保持部材を同一の部材で構成することで照明装置としての信頼性が向上し、さらに、部材削減によるコストダウンが可能となる。
【００１５】
また、本発明の照明装置では、前記光源モジュールは、前記導光部材と、前記保持部材とにより、密閉空間に配置されていることを特徴としている。
【００１６】
上記の構成によれば、外部からの埃、塵等が光源モジュールの電極部分に侵入して短絡等のトラブルを生じる恐れがなく、また使用者が電極部分を直接触ることができないため、感電等の事故を防ぐことが可能となる。
【００１７】
また、本発明の照明装置では、前記導光体と前記保持部材による密閉空間に光透過性樹脂が充填されていることを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
【００１８】
上記の構成によれば、導光部材と光源モジュールとの間に空気層がなくなるため、界面で生じる表面反射をなくすことができ、光利用効率を高くすることが可能となり、さらに低消費電力の照明装置を実現することが可能となる。
【００１９】
また、本発明の照明装置を用いて照明機器とすることも可能である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、光源から出射した光を導光部材によって制御すると共に、導光部材を保持する保持部材を透過した光も利用することにより、導光部材および保持部材からの出射光の配光特性を良好なものとすると共に、消費電力の少なく、低コストの照明装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施の形態１における照明装置の全体の概略図（ａ）および断面図（ｂ）である。
【図２】実施の形態１における照明装置の光源モジュール周辺の概略図である。
【図３】実施の形態１における光源モジュールからの光線の説明図である。
【図４】実施の形態２における異なる保持部材を備える照明装置の断面図（ａ）（ｂ）である。
【図５】実施の形態３、４における照明装置の全体の概略図（ａ）および断面図（ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
〔実施の形態１〕
以下、本発明における実施の形態１について、図１を用いて説明する。図１では、実施の形態１における照明装置の全体の概略図（ａ）および断面図（ｂ）を示している。
【００２３】
本実施の形態における照明装置１は、発光素子等を備えた光源モジュール２と、光源モジュール２の出射光を伝搬するための導光部材４と、導光部材４を保持する保持部材３と、光源モジュール２を設置する台座５と、外部電源へ接続される口金６と、光源モジュール２へ電力を供給するための電源回路基板（図示せず）とを備えている。以下に本実施の形態の照明装置の各構成に関して説明する。
【００２４】
光源モジュール２は、ＬＥＤやエレクトロルミネッセンス素子等の発光素子からなる発光部と、その発光部を搭載する基板を備えた固定部とからなっている。発光素子にＬＥＤを用いる場合は、セラミック基板上に複数または単数のＬＥＤを実装した構成とすることが好ましい。また、発光素子を基板に固定し、発光素子の放熱を高める放熱部材（図示せず）を適宜設けても良い。
【００２５】
次に、導光部材４を保持する保持部材３は、光源モジュール２の発光部の出射側に、導光部材４を固定するための保持部材３を設け、発光部からの出射光が導光部材４へ結合する効率（以下、光結合効率と記載）が最適となるように、導光部材４と発光部との間隔を保持部材３により設定する。保持部材３の材質は、光源モジュール２からの出射光を透光させる機能を備えたものとするために、例えば、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ゼオネックス等を用いれば良い。
【００２６】
以上により、光源モジュール２の出射光が導光部材４に入射する際に導光部材４に入射しない光束は、保持部材３を透光した光となり、導光部材４から出射する光と合わせて配光特性が良好な照明装置１とすることができ、照明装置１を備える領域を最適に照明することが出来る。ここで、配光特性（または配光分布）とは、光源や照明器具からどの方向（角度）に光がどれぐらいの強さで発しているかを示すものである。
【００２７】
次に導光部材４について説明する。導光部材４は、光源モジュール２の発光部からの出射光が導光部材４の端部のうち発光部側にある第一端部に入射するように配置されており、導光部材４に入射した光が導光部材４の内部を伝搬する構造となっている。導光部材４内を伝搬した光は、第一端部とは反対側の第二端部、および第一端部と第二端部に隣接する側面より出射し、照明装置１を備える領域を最適に照明する構造となっている。この時、側面には、光取り出し構造が設けられており、導光部材４の内部を伝搬する光が導光部材４の外部へ出射する際の出射方向を制御するように設けられている。
【００２８】
さらに、第二端部には、一部の光を透過し、残りの光を反射する光機能面を設けても良い。光機能面により反射した光は、側面から外部へ出射する際に光取り出し構造により出射方向を制御するように設けておけば、配光特性の良好な照明装置１とすることが出来る。
【００２９】
導光部材４は、発光部の光を透光させる機能を有した材質が好ましく、例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ゼオネックス、ガラス等を用いれば良い。また、導光部材３の形状は特に限定されないが、例えば円筒形状や多角形柱形状とすれば照明装置１を備える領域最適に照明することが可能となり好ましい。
【００３０】
このような導光部材４は、例えば成形により作製すればよい。導光部材４の側面に設けた光取り出し構造は、それぞれの形状に対応した金型により成形することが出来る。成形された導光部材４の第二端部へは、一部の光を透過し、残りの光を反射する機能を持たせるために、光機能膜を蒸着等により形成することで導光部材４に光機能面を備えることが出来る。また、後述するが、導光部材４と保持部材３とを一体で形成すれば、光源モジュール２等に固定することが出来る。
【００３１】
台座５は、光源モジュール２を設置し、光源モジュール２から生じる熱を外部に放熱するための部材である。また、台座５は、内部に空洞部分を有しており、空洞部分に光源モジュール２と電源回路とを接続する電源回路基板（図示せず）を収納してもよい。台座５の材質は、アルミ等の金属、あるいは樹脂から構成されることが好ましい。また、光源モジュール２が設置される面には貫通穴を設け、光源モジュール２と電源回路基板とを配線を通して接続し、光源モジュール２へ電力を供給する構成としている。
【００３２】
口金６は、外部電源と光源モジュール２とを接続するための部材である。照明装置１を照明機器に取り付ける際、照明機器に設けた取り付け部と口金６とが固定され、外部電源が照明装置１に供給される構造であれば良い。また、本発明の照明装置１が白熱電球の代替となる場合は、口金６が白熱電球のものと同等の構造にすることで本発明の照明装置１と白熱電球とを容易に交換することが出来る。また口金６の内部に電源回路基板を備えた構造としてもよい。図１では、口金６と光源モジュール２、光源モジュール２と導光部材４とをそれぞれ固定した構造としている。
【００３３】
次に光源モジュール２の設置方法に関して図２を用いて説明する。図２は光源モジュール２の近傍における拡大図である。光源モジュール２は台座５上に設置され、導光部材４は保持部材３により保持され、光源モジュール２の発光部と導光部材４の第一端部とが一定間隔となるように設定される。また、保持部材３は前述の通り、透光性を有する材質であるとともに、光源モジュール２を取り囲むような形状となっている。保持部材３と一体で形成されるか、あるいは別体で形成し接着剤等の固定部材７により固定されている。
【００３４】
本実施の形態における照明装置１では、図１に示すように、通常の白熱電球やLED電球であれば備えているグローブと呼ばれるカバーを備えていない。これは上記のような構成とすることで光源モジュール２は、保持部材３、導光部材４、台座５により密閉された空間に配置された構成となっているためである。本実施の形態により外部から埃、塵等が光源モジュールの電極部分に侵入して短絡等のトラブルを生じる恐れがない。また、使用者が電極部分を直接触ることができないため、感電等の事故を防ぐことが可能となるメリットがある。勿論、光源モジュール２を保持部材３、導光部材４、台座５により密閉された空間に配置した構成としなくとも、同様の効果を得ることが出来るし、さらにカバーを備えた構成としても良い。
【００３５】
続いて、保持部材３が透光性を有する部材であることについて図３を用いてさらに説明する。図３は、光源モジュール２からの出射光を示した説明図である。光源モジュール２からの出射光は、主に図３に示すように以下の3種類の光線の軌跡を描く。
光線Ｌ１：導光部材４に入射し、導光部材の内部を伝搬する光線
光線Ｌ２：導光部材４に当たらずに直接、保持部材３に当たり透光する光線
光線Ｌ３：導光部材４の表面（第一端部）でフレネル反射される光線
即ち、光線Ｌ２、光線Ｌ３は、導光部材４に入射しない光線であり、照明として有効的に活用しない場合は損失となり、照明装置１を備える領域を最適に照明するために、消費電力を増加させてしまう可能性が生じてしまう。
【００３６】
本発明の実施の形態においては、保持部材３は、透光性を有する部材により構成しているため、光線Ｌ２、光線Ｌ３により損失することなく、図３に示すように照明装置１の外部に光を取り出すことが可能となる。従って、光源モジュール２からの出射光の損失を抑制し、配光特性が良好な照明装置１とすることができ、照明装置１を備える領域を最適に照明することが出来る。その結果として照明装置１の消費電力を抑えることも可能となる。
【００３７】
そこで、保持部材３の透過率を変更した場合の光利用効率について説明する。光利用効率とは、光源モジュール２からの出射光がどれだけ照明装置１の外部に出射されたかを示すものである。ここでは、導光部材４のサイズはφ２０ｍｍ×３６ｍｍ、材質はアクリルとし、保持部材３の材質、および透過率を変更した場合の光利用効率を光学解析により比較した。保持部材３は以下の３条件にて解析を行った。条件１は透明アクリル樹脂（透過率９５％）に対し、条件２、３は樹脂製の保持部材３に反射シート、あるいはアルミ蒸着をした場合を想定し、条件２は部材Ａ（透過率０％、反射率８０％）、条件３は部材Ｂ（透過率０％、反射率７０％）とした。
【００３８】
条件１〜３における光利用効率は、条件１の場合は９０．５％、条件２の場合は８３．６％、条件３の場合は８１．６％となり、保持部材３として透光性を有する部材とした場合が、不透明とした場合よりも高い光利用効率となる。即ち、保持部材３として透光性を有する部材により構成することで、損失となる光線が減少して有効に光線を利用することが可能となり、その結果、消費電力の低い照明装置１を得ることができる。
【００３９】
以上のように、本発明の照明装置１によれば、光源モジュール２からの出射光の損失を抑えることができるため、消費電力の低い照明装置１を得ることが出来る。また、光源モジュール２は保持部材３、導光部材４、台座５により囲まれた構造であるため、カバーのない状況でも埃、塵の影響や、使用者の感電も防止する照明装置１を実現できる。
【００４０】
また、特許文献２の場合とは異なり、保持部材３において、光源モジュール２の出射光を全反射させることはないため、導光部材４の直径は光源モジュール２と略同等であっても構わない。このため、導光部材４に使用する材料の使用量を最小限に抑えることができ、低コスト化が実現できる。
【００４１】
本発明は上述した実施の形態に限定されるものではない。即ち、請求項に示した範囲において種々の変更が可能であり、異なる実施の形態において開示された内容を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。特に本発明の保持部材を備えた導光部材を様々な装置に応用することにより、消費電力が少なく、所望の配光特性を有する装置とすることが出来る。
【００４２】
〔実施の形態２〕
以下、本発明の実施の形態２について、図４を用いて説明する。図面の符号のうち実施の形態１と同じ符号のものに関しては、その説明を省略する。図４は、実施の形態２における異なる保持部材３を備える照明装置１を図４（ａ）および図４（ｂ）で示している。
【００４３】
図４では、保持部材３ａ（または３ｂ）は、実施の形態１における保持部材３とは異なる形状を有している。即ち、保持部材３ａの外周側に傾斜を設けた構成としている。このように保持部材３ａ（または３ｂ）を、光源モジュール２の側である内周側の傾斜と、外周側の傾斜とを異なる傾斜構造とすることで、光源モジュール２からの出射光の方向を制御する機能を付与することが出来る。
【００４４】
図４（ａ）に示すように保持部材３ａのような形状とすると、導部材４に入射しない光線は光源モジュール２の出射方向とは反対方向の光線Ｌ２ａとして制御することが可能となる。また、図４（ｂ）に示すように保持部材３ｂのような形状とすると、光線Ｌ２ｂは図４（ａ）の場合とは異なった方向に屈折させることができる。つまり、保持部材３ａ、３ｂに、いわゆるレンズ効果を持たせることにより、保持部材２を透過する光線の屈折方向を任意に設定し、照明装置１の配光特性を必要に応じて最適にすることができ、照明装置１を備える領域を最適に照明することが出来る。
【００４５】
図４では、保持部材３ａ（または３ｂ）の光源モジュール２の側である内周側については、傾斜を設けていないが、傾斜を設けることにより、出射光の方向を制御する機能を付与することが出来る。
【００４６】
上記のような構成により、本発明の実施の形態２における照明装置１では、保持部材にも光線の方向を制御する機能を付加することができ、光源モジュール１からの出射光の損失を抑えることができ、かつ、所望の配光特性を実現できる。また、導光部材に導光しない光線を全反射させる構成ではなく、保持部材を透過させる構成とするため、導光部材の直径は最小限に抑えることが可能である。
【００４７】
本発明は上述した各実施の形態に限定されるものではない。すなわち、請求項に示した範囲において種々の変更が可能であり、異なる実施の形態において開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【００４８】
〔実施の形態３〕
以下、本発明の実施の形態３を、図５を用いて説明する。図面の符号のうち実施の形態１と同じ符号のものに関しては、その説明を省略する。図５は、実施の形態３における照明装置１の全体の概略図（ａ）および断面図（ｂ）を示している。
【００４９】
本実施の形態３における照明装置１では、導光部材４ａは実施の形態１における導光部材４と保持部材３を一体で形成した構成としている。一体で形成することにより、導光部材４と保持部材３とを同一部材で実現でき、コストの削減に繋がる。また、接着剤等の固定部材が不要となり、より信頼性の向上を図ることが可能となる。
【００５０】
本発明は上述した各実施の形態に限定されるものではない。すなわち、請求項に示した範囲において種々の変更が可能であり、異なる実施の形態において開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【００５１】
また、実施の形態２において説明を行ったのと同様に、保持部材に相当する部分の形状を任意に設定することで、所望の配光特性を有する照明装置が得ることが出来る。
【００５２】
〔実施の形態４〕
以下、本発明の実施の形態４を、図５を参照して説明する。図面の符号のうち実施の形態１と同じ符号のものに関しては、その説明を省略する。実施の形態４においては、図５において、導光部材４ａと台座５とで密閉される空間に透光性を有する樹脂を充填し、光源モジュール２と導光部材４ａとを光学的に接続する構成としたものである。ここで透光性の樹脂とは例えば、シリコーン系の樹脂である。
【００５３】
上記のように密閉部分に樹脂を充填した効果を説明する。樹脂としては、例えば、シリコーン樹脂等を使用すれば良い。樹脂を充填することで光源モジュール２と導光部材４ａを光学的に接触させることで、空気層がなくなることにより、空気に対して発光部と導光部材４ａのそれぞれで、光学的な屈折率差による界面をなくすことが可能となり、各界面での表面反射（例えば、垂直入射で約４%）を抑制できる。さらに熱解析を行ったところ、光源モジュール２の発光部の表面温度は、樹脂を充填しない場合は１３７．２℃であったのに対し、樹脂を充填した場合は、１０９．４℃と低減することも可能である。つまり、光学的な損失を抑制すると共に、熱的な損失も低減することが出来るため、照明装置１における消費電力のさらなる低減効果を得ることができる。また、接着性の高い樹脂を使用すれば、弧導光部材４ａを照明装置１に固定する機能を付与することも可能となる。
【００５４】
以上のような構成で本発明の実施の形態４の照明装置は構成される。なお、本発明は上述した各実施の形態に限定されるものではない。すなわち、請求項に示した範囲において種々の変更が可能であり、異なる実施の形態において開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
〔実施の形態５〕
実施の形態５では、実施の形態１〜４で説明した照明装置１を用いた照明機器について説明する。本発明の照明装置１は、白熱電球の代替として検討されたものである。そこで、白熱電球を用いている照明機器であれば、この照明装置を用いることにより、白熱電球と同様に照明とすることが出来る。照明機器には、白熱電球の周囲に何も設けない構成、またはデザイン性のあるものを設けた構成のものや、反射面を有するリフレクタを設けた構成のものがある。白熱電球では、フィラメントからの光は全方位に放射する構造となっているが、本発明の照明装置でも、円柱形状の導光部材であり、動向部材を伝搬する進行光および反射光を、導光部材の周囲に設けた矩形構造により取り出し位置や方向を制御することができるため、白熱電球に類似する配光特性とすることが可能である。
【００５５】
そのため、周囲に何も設けない構成、またはデザイン性のあるものを設けた構成の照明機器に取り付けても同様の照明とすることが可能である。また、リフレクタを設けた構成の照明機器に取り付けても同様の照明とすることが可能である。
【００５６】
さらに個々では説明していない、それ以外の照明機器であっても、本発明の照明装置は白熱電球と同様の配光分布とすることが出来ることから、取り付けることによって同様の照明機器とすることが出来る。また、他の機器であれば、本発明の保持部材を備えた導光部材を様々な装置に応用することができ、導光部材に設けた光機能面や光取り出し構造を機器に対応させて設けることにより、消費電力が少なく、所望の配光特性を有する機器とすることが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、ＬＥＤ等の発光素子の出射光を導光部材と保持部材とにより、白熱電球のような配光特性とすることができるため、照明装置やそれを備えた照明機器、またこれらを光源とした機器に幅広く利用することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１  照明装置
２  光源モジュール
３、３ａ、３ｂ  保持部材
４、４ａ  導光部材
５  台座
６  口金
７  固定部材
【図１】
2012146446.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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