(57)【要約】【課題】側面あるいは背面方向まで光を照射させることができるとともに、輝度ムラを低減することが可能な照明装置を提供する。【解決手段】照明装置は、基材２と、前記基材の前面部に配置された光源６と、前記光源に対向して設けられ、前記光源から前方に放出される光の少なくとも一部を前記光源の背面方向あるいは側面方向に導光する導光体７と、を備えている。導光体７は、中心軸に対して回転対称形状に形成され、互いに光学特性の異なる少なくとも第１導光体部７ａおよび第２導光体部７ｂを有し、前記第１導光体部および第２導光体部が前記中心軸の円周方向に周期的に並んで配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、前記基材の前面部に配置された光源と、前記光源に対向して設けられ、前記光源から前方に放出される光の少なくとも一部を前記光源の背面方向あるいは側面方向に導光する導光体と、を備え、
前記導光体は、中心軸に対して回転対称形状に形成され、互いに光学特性の異なる少なくとも第１導光体部および第２導光体部を有し、前記第１導光体部および第２導光体部が前記中心軸の円周方向に周期的に並んで配置されている照明装置。
【請求項２】
前記第１および第２導光体部は、前記中心軸に平行な断面形状が互いに異なっている請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記各導光体部は、前記光源に対向する光入射部と、前記光入射部から外側に湾曲して延出しているとともに前記光源の側面および背面側に沿って延在する光出射部を有し、前記光入射部に入射した光を導光し前記光出射部から放出する導光放出部と、を備え、
前記第１導光体部の光出射部と、前記第２導光体部の光出射部とは、配置高さあるいは光出射方向が互いに異なる請求項１又は２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記導光体の複数の第２導光体部は空気層により形成されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項５】
前記導光体は、前記中心軸の円周方向に沿って互いに離間しているとともに、前記中心軸に向かって先細となるクサビ状の複数の切込みを有し、各切り込みは、前記第２導光体部をそれぞれ形成している請求項４に記載の照明装置。
【請求項６】
前記本体の外周に設けられた複数の放熱フィンを備え、
前記放熱フィンは、前記導光体の複数の切込みと整列して配置されている請求項５に記載の照明装置。
【請求項７】
前記光源および導光体を覆って前記基材に取付けられ前記光源から放出される光を外部に放出する透光カバーを備える請求項１ないし６のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項８】
サークル状に並んで配置された複数の光源を備える請求項１ないし７のいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項９】
白熱電球を模擬したＬＥＤ光源を有する電球型の照明装置である請求項１ないし８のいずれか１項に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、白色発光ダイオード（ＬＥＤ）のような指向性の狭い光源および導光体を用いた照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
照明装置としては、フィラメントの熱による発光を利用した白熱電球が広く用いられてきたが、短い寿命、発光効率などの問題を抱えていた。  
近年、これらの問題を解消する技術として、ＬＥＤ光源やＥＬ（エレクトロルミネッセンス）光源が開発され、特にＬＥＤ光源は一般の照明装置への利用が加速度的に広がっている。
【０００３】
一般に、ＬＥＤ電球は、金属製の基材に取り付けられた口金と半球状の透光カバーとで外形を構成し、透光カバーの球中心にあたる位置にＬＥＤの光源を実装した実装基板を基材に取り付けている。光源は、口金から供給された電力により、基材に内蔵された駆動回路を介して発光される。
【０００４】
ＬＥＤ光源など平面状の実装基板に実装される光源は、実装基板の法線方向に強く光を放出するため、照明装置として偏った配光分布となり易い。これは、ＬＥＤ光源の構造が１次光線を放出するＬＥＤチップを、１次光線から２次光線に変換する蛍光体を含んだ保護層で実装基板上に面状に形成していることによる。このため、ＬＥＤ光源から放出される光は、蛍光体による散乱の影響を受け、実装基板の法線方向となす角度をθとするときｃｏｓθに従って光度が変化し、実装基板の側方から背面方向にかけては光がほとんど出なくなる。
【０００５】
この狭い配光分布の問題を解決する技術としては、光源を構成するＬＥＤを立体的に側面や背面方向を向けて配置する技術が提案されている。また、別の技術としては、ＬＥＤ光源の光により励起する蛍光体を透光カバーの内面に塗布し、透光カバー自体が光るようにする技術がある。更に別の技術としては、球状の透光カバーの下端に光源を配置する技術が提案されている。更に別の技術としては、ＬＥＤ光源の近傍に導光体を設置する技術がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４０７６３２９号公報
【特許文献２】特許第４２９０８８７号公報
【特許文献３】特開２０１０−２７２８２号公報
【特許文献４】特開２００５−５５４６号公報
【特許文献５】特許第４１３５４８５号公報
【特許文献６】特開２００４−３４２４１１号公報
【特許文献７】特開２００９−２８９６９７号公報
【特許文献８】特開２０１０−４０３６４号公報
【特許文献９】特開２０１１−１４５１５号公報
【特許文献１０】特開平１０−２１７１０号公報
【特許文献１１】特開２００６−１９０６８４号公報
【特許文献１２】特開２００７−１９４１３２号公報
【特許文献１３】特開２０１０−１５７５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＬＥＤ光源を立体的に実装した場合、照明装置の製造組立が煩雑になるとともに、機械強度や放熱性の設計困難さが増大してしまう問題がある。また、透光カバーに蛍光体を塗布した場合も、同様に照明装置の製造組立が煩雑になる問題がある。球状の透光カバーの下端に光源を配置した場合、照明装置全体の長さ制約より基材を短くする小さくすることになり放熱が劣化してしまい大きな光量を得られない。また、導光体を設置した場合、従来の技術では十分な配光制御機能や自然なデザインが得られなかった。
【０００８】
この発明は以上の点を鑑みてなされたもので、その課題は、側面あるいは背面方向まで光を照射させることができるとともに、輝度ムラを低減することが可能な照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態によれば、照明装置は、基材と、前記基材の前面部に配置された光源と、前記光源に対向して設けられ、前記光源から前方に放出される光の少なくとも一部を前記光源の背面方向あるいは側面方向に導光する導光体と、を備え、  
前記導光体は、中心軸に対して回転対称形状に形成され、互いに光学特性の異なる少なくとも第１導光体部および第２導光体部を有し、前記第１導光体部および第２導光体部が前記中心軸の円周方向に周期的に並んで配置されている。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る電球型の照明装置を示す断面図。
【図２】図２は、前記照明装置の光源配列を示す平面図。
【図３】図３は、前記照明装置における導光体を示す平面図。
【図４】図４は、前記照明装置の透光カバー上の輝度分布を示す図。
【図５】図５は、第２の実施形態に係る電球型の照明装置を示す断面図。
【図６】図６は、第２の実施形態に係る照明装置の光源と導光体との相対位置を示す平面図。
【図７】図７は、第２の実施形態に係る照明装置の光源と導光体との他の相対位置を示す平面図。
【図８】図８は、第３の実施形態に係る電球型の照明装置を示す断面図。
【図９】図９は、第３の実施形態に係る照明装置における導光体と放熱フィンとの位置関係を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、種々の実施形態に係る照明装置について詳細に説明する。  
（第１の実施形態）  
図１は、第１の実施形態に係る電球型の照明装置としてＬＥＤ電球１の断面図、図２および図３は、ＬＥＤ電球１の光源配列、導光体をそれぞれ示す平面図である。  
図１に示すように、ＬＥＤ電球１は、基材２と、ＬＥＤから成る光源６と、ほぼ球状の透光カバー４と、口金３と、光源６の上に配置された導光体７とを備え、各部材は、中心軸Ｃに対して回転対称に構成されている。
【００１２】
基材２は、金属製の筐体かつ放熱部材であり、上部がほぼ切頭円錐状に形成されているとともに上端に平坦な前面部を有し、下部がほぼ円柱形状に形成され、その下端に口金３が取り付けられている。基材２の内部には、光源６を駆動する駆動回路１２が収納されている。基材２の表面は、他の部分よりも反射率が高くなるように白色塗装が施され、透光カバー４の内部で反射散乱する光を吸収損失されにくくするとともに、効率的な空気への放熱を行っている。
【００１３】
基材２の上部は透光カバー４の球中心まで大きく突出している。図１および図２に示すように、この上部の平坦な前面部に実装基板５が設置され、更に、この基板５上に複数の光源６が設置され、中心軸Ｃと同芯のサークル状に配列されている。各光源６は、例えば、ＬＥＤチップと、このＬＥＤチップを覆う封止樹脂とで構成され、封止樹脂にはＬＥＤチップからの１次光線を白色光線に変換する蛍光体粒子が分散配合されている。口金３から供給される電力は、駆動回路１２を介して光源６に供給され、光源６は、白色光を放出する。この白色光は、実装基板５の法線方向、すなわちＬＥＤ電球１の前方方向に強い光度で光を放出する。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態において、透光カバー４は、乳白部材でほぼ球状に形成され、その中心が光源６とほぼ一致した状態で基材２の上部に固定および支持されている。これにより、透光カバー４は、光源６の前面、側面および背面側を覆っているとともに、基材２の上部外周を覆っている。そして、透光カバー４は、面法線方向がＬＥＤ電球１の前面側を向いた前面側透光領域および背面側を向いた背面側透光領域４ａを有している。
【００１５】
図１および図３に示すように、導光体７は、透光カバー４内で光源６の前方に配置され、基材２の前面部に支持されている。導光体７は、断面がシーガル状に形成され、照明装置１の中心軸Ｃと同軸的に、かつ、中心軸Ｃに対して回転対象な形状に形成されている。導光体７は、互いに光学特性の異なる少なくとも２種類の第１および第２導光体部７ａ、７ｂを複数ずつ有し、第１導光体部７ａおよび第２導光体部７ｂが中心軸Ｃの円周方向に周期的に並んで配置されている。第１および第２導光体部７ａ、７ｂは、中心軸Ｃに平行な断面形状が互いに異なっている。中心軸Ｃ回りの円周方向で、例えば、１５度間隔で２種の断面形状をもつ第１導光体部７ａ、第２導光体部７ｂが交互に並んで配置されている。
【００１６】
各第１導光体部７ａは、光源６に対向する光入射部８ａと、光入射部から外側に湾曲して延出しているとともに光源の側面および背面側に沿って延在する光出射部１０ａを有し、光入射部に入射した光を湾曲導光し光出射部から放出する導光放出部９ａと、を有している。
【００１７】
同様に、各第２導光体部７ｂは、光源６に対向する光入射部８ｂと、光入射部から外側に湾曲して延出しているとともに光源の側面および背面側に沿って延在する光出射部１０ｂを有し、光入射部に入射した光を湾曲導光し光出射部から放出する導光放出部９ｂと、を有している。第２導光体部の光出射部１０ｂと、第１導光体部の光出射部１０ａとは、中心軸Ｃの軸方向に沿った配置高さ、および光出射方向が互いに異なっている。なお、導光体７は、例えば、射出成型により形成される一体成型品であり、第１および第２導光体部７ａ、７ｂは一体に形成されている。
【００１８】
このように、導光体７の第１および第２導光体部７ａ、７ｂは、光源６の側面および背面方向に光を放出する光出射部１０ａ、１０ｂを備え、透光カバー４の背面側を向いた背面側透光領域４ａに光を照射して、ＬＥＤ電球１の背面側照度を確保する。また、ＬＥＤ電球１の正面側への照射は、導光体７の中心部内側に形成された凹レンズ部２２により、光源６の主に内側向きに照射される光の一部を正面側へ広く拡散照射することにより確保される。これにより、白熱電球と同等の配光分布を有するＬＥＤ電球１が得られる。
【００１９】
図４は、透光カバー４の上端頂点Ａから背面側端Ｂまでの輝度ムラ緩和を説明する図である。  
本実施形態に係るＬＥＤ電球１によれば、導光体７の第１および第２導光体部７ａ、７ｂの光出射部１０ａ、１０ｂの仕様が中心軸周りの角度毎に異なり分散しているため、透光カバー４上の輝度ムラを生じにくい構成とすることができる。図４では、本実施形態の導光体７による透光カバーの輝度分布、導光体が第１導光体部７ａのみで全て形成されている場合の透光カバーの輝度分布、および、導光体が第１導光体部７ａのみで全て形成されている場合の透光カバーの輝度分布を、それぞれ示している。第１導光体部７ａのみの場合、および、第２導光体部７ｂのみの場合は、いずれも光出射部１０ａ、１０ｂ近傍に強い輝度ピークを生じる。これに対して、本実施形態に係るＬＥＤ電球１では、これらの輝度ピークが平均化された輝度分布となり輝度ムラが緩和していることがわかる。
【００２０】
以上のことから、第１の実施形態によれば、側面あるいは背面方向まで光を照射させることができるとともに、輝度ムラを低減することが可能な電球型の照明装置を提供することにある。
【００２１】
なお、上述した第１の実施形態では、複数の光源６はサークル状配列としたが、光源仕様としては中央に集約した配列でもよい。導光体の断面形状も２種に限るものではなく、３種以上を組み合わせてもよい。
【００２２】
導光体７の同じ断面形状の続く角度範囲も１５度に限るものではなく、円周方向の輝度ムラが出ない範囲で増減可能である、逆に回転方向の輝度ムラを装飾として用いてもよい。本実施形態では、形状の異なる２種の断面で導光体を形成したが、光出射部はシボや溝で構成してもよく、この場合は、形状が同じでシボの位置が円周方向角度で異なるようにしてもよい。
【００２３】
本実施形態では１つに集約したＬＥＤ光源に対して、同光源を覆う光入射部を持つ導光体を用いたが、光源は分散配置した複数のＬＥＤ光源でもよいし、このうち一部のＬＥＤ光源に対して入光させるような導光体としてもよい。
【００２４】
次に、他の実施形態に係る照明装置について説明する。後述する他の実施形態において、前述した第１の実施形態と同一の部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００２５】
（第２の実施形態）  
図５は、第２の実施形態に係るＬＥＤ電球１を示す断面図、図６および図７は、異なる位相位置に移動した導光体の平面図である。導光体７を除く、ＬＥＤ電球１の基本的な構成は、前述した第１の実施形態と同一である。
【００２６】
図５ないし図７に示すように、第２の実施形態によれば、導光体７を構成する２種の第１導光体部７ａおよび第２導光体部７ｂの内、一方の導光体部、例えば、第１導光体部７ａを空気層で構成している。複数の光源６と導光体７の第２導光体部２ｂとは、中心軸回りの円周方向の配列が同期して配置されている。これにより、導光体７の円周方向の位相を調整して配置することにより、導光体７の導光機能を発揮させるか、させないかを選択できるようにしている。
【００２７】
例えば、図６に示すように、光源６と導光体７の第２導光体部７ｂとが重なる位相に合わせた場合では、光源６から出た光を導光体７によりＬＥＤ電球１の背面側へも照射できるようになり、第１の実施形態と同様に全方位に照射するＬＥＤ電球１を構成することができる。
【００２８】
一方、図７に示すように、光源６と導光体７の第２導光体部７ｂとを円周方向にずらした場合では、本来のＬＥＤ光源６の配光に従い主に正面側のみを照射するＬＥＤ電球１を構成する。
【００２９】
第２の実施形態の導光体７において、空気層のかわりに、正面集光型の導光体を設置してもよく、この場合、懐中電灯やスポットライトのような正面遠方まで狭い範囲で高照度を実現するモードと全体照射するモードといった全く異なる照射特性を切り換え可能とすることができる。
【００３０】
（第３の実施形態）  
図８は、第３の実施形態に係るＬＥＤ電球１を示す断面図、図９は、ＬＥＤ電球の導光体と放熱フィンとの位置関係を示す平面図である。ＬＥＤ電球１の基本的な構成は第１の実施形態と同一である。
【００３１】
第３の実施形態では、基材２の外周囲に、それぞれ放射状に延びる複数の放熱フィン１１が設けられている。各放熱フィン１１は、透光カバー４の背面側透光領域４ａに対向し、透光カバー４の最大径部まで延びている。放熱フィン１１は、光源６の背面方向への光を妨げないように、ＬＥＤ電球１の中心軸と平行な板形状に形成されている。また、複数の放熱フィン１１は、基材２の円周方向に互いに等間隔を置いて配置されている。
【００３２】
導光体７は、中心軸の円周方向に沿って互いに離間しているとともに、中心軸に向かって先細となるクサビ状の複数の切込み１３を有し、各切り込みは、空気層からなる第１導光体部をそれぞれ形成している。これにより、導光体７の第２導光体部７ｂは、円周方向に等間隔を置いて並んでいる。
【００３３】
各第２導光体部７ｂは、光源６に対向する光入射部８と、光入射部から外側に湾曲して延出しているとともに光源の側面および背面側に沿って延在する光出射部１０を有し、光入射部に入射した光を湾曲導光し光出射部から放出する導光放出部９と、を有している。
【００３４】
導光体７の第２導光体部７ｂは、透光カバー４の背面側を向いた背面側透光領域４ａに光を照射して、ＬＥＤ電球１の背面側照度を確保する。ＬＥＤ電球１の正面側への照射は、導光体７の中心部内側に形成された凹レンズ部２２により、光源６の主に内側向きに照射される光の一部を正面側へ広く拡散照射することにより確保される。
【００３５】
導光体７は、複数の切込み１３と放熱フィン１１とが、中心軸と平行な方向に沿って整列して位置するように配置されている。
【００３６】
導光体７の光出射部に、複数のクサビ状の切込み１３を設けることにより、導光体７の円周方向に反射伝播する光が切込み１３部分で臨界角を超えて切込み１３の広い範囲で切込み１３の凸方向に向けて光を出射させる。これにより、透光カバー４の輝度ムラを緩和することができる。
【００３７】
また、出射した光が切込み凸方向に集光する特性があるため、放熱フィン１１のように円周方向に周期的に配列された光吸収体を避けるように切込み１３の周期構造と位相を合わせて導光体７を配置することにより、効率を向上させることができる。
【００３８】
以上のように構成された第２および第３の実施形態においても、円周方向に異なる断面形状あるいは光取り出しシボを配列した導光体を用いることで、側面あるいは背面方向まで光を照射させることができるとともに、輝度ムラを低減することが可能な照明装置を得ることができる。
【００３９】
本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。  
例えば、導光体からの光取出し構造については特に言及していないが、シボや拡散部材の接合で取出し構造を設けてもよいし、導光体を構成する材料自体に若干の散乱フィラを混入して散乱させて取り出してもよい。光源の数や種類も特に規定するものではなく、前方に強い指向性のある光源であれば本発明の作用を適用することができる。また、導光体の固定についても、実施形態では基材に固定したが、透光カバーに固定させてもよい。
【００４０】
また、実施形態はＬＥＤ電球として説明したが、指向性のある光源と同光源を略球状に囲う透光カバーの組み合わせであれば、街路灯照明についても適用できるし、ＥＬ光源として用いてもよい。更に、透光カバーを省略し、導光体が露出した構成とすることも可能である。
【符号の説明】
【００４１】
１…ＬＥＤ電球、２…基材、２ａ…上部、２ｂ…下部、３…口金、４…透光カバー、
４ａ…前面側透光領域、４ｂ…背面側透光領域、５…実装基板、６…光源、
７…導光体、７ａ…光入射部、７ｂ…導光放出部、７ｃ…第２導光放出部、
７ｄ…光出射部
【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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