(57)【要約】【課題】光学系サイズの大型化を抑制しつつ集光性能を向上することができる発光装置を提供する。【解決手段】発光装置１は、発光部品１０と、集光レンズ２０と、反射部材３０とを備えている。集光レンズ２０は、出射面２６と、第１凹部１２と、第２凹部１４と、第１反射面２１とを有する。第１凹部１２は、出射面２６の反対側に凹である。第１凹部１２は、発光面１１の側を向く第１入光面２２を備える。発光面１１からのＬＥＤ光が第１入光面２２に入射すると、この第１入光面２２からの入射光を第１反射面２１が出射面２６の側へ反射する。第１凹部１２が発光面１１に被さっている。反射部材３０は、第１凹部１２の外側から第１反射面２１を囲い、発光部品１０の出射光のうち出射角θが９０度付近の光を受け、当該光を出射面２６の側に反射する。反射部材３０は、集光レンズ２０の側面側に配置される。【選択図】図１
2016018893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光面を有する発光部品と、
出射面と、前記出射面の反対側に凹形状でありかつ前記発光面の側を向く第１入光面を備える第１凹部と、前記第１入光面からの入射光を前記出射面の側へ反射する第１反射面と、を有し、前記第１凹部が前記発光面に対向するように配置される集光レンズと、
前記第１凹部の外側から前記第１反射面を囲い、前記発光部品の出射光のうち前記第１凹部に入射されない光を受け、当該光を前記出射面の側に反射する反射部材と、
を備える発光装置。
【請求項２】
前記発光面に対する前記反射部材の反射面の角度は、前記発光面に対する前記第１反射面の角度よりも緩やかである請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記第１凹部の先端が、前記発光部品からの出射角が７０度〜８０度のいずれか１つの角度の光線と交わる請求項１または２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記集光レンズは、前記第１凹部の内側に設けられた第２凹部を備え、
前記第２凹部の先端は、前記第１凹部の先端よりも小さく突き出ており、
前記第２凹部は、前記発光面の側を向く第２入光面と、前記第２入光面からの入射光を前記出射面の側へ反射する第２反射面と、を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項５】
前記発光部品の出射角４５度付近の出射角の光を前記第２凹部に入射させる請求項４に記載の発光装置。
【請求項６】
前記集光レンズが、前記第１凹部の内側に、前記発光面と対向する凸型屈折レンズ部を備える請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項７】
前記凸型屈折レンズ部は、前記発光面からの出射角が０度の光を受ける平面部と、前記平面部の周囲に設けられ前記発光面の側に凸となる曲面部を備える請求項６に記載の発光装置。
【請求項８】
前記出射面に光を拡散させるための凹凸を形成し、または前記出射面に光拡散シートを敷いた請求項１〜７のいずれか１項に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明に用いられる発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬＥＤを用いた集光系のスポットライトおよびダウンライトなどは、ＬＥＤ１粒に対し１つの集光レンズを設け、そのＬＥＤと集光レンズの組を複数個、必要光量分だけ並べることで光学系を構成している。図７〜図９は、従来の発光装置の一例を示す図である。図７に示す発光装置１００は、７つのＬＥＤレンズ組立体１０２を備えている。ＬＥＤレンズ組立体１０２は、集光レンズ１０４と、ＬＥＤパッケージ１０６を備えている。図８はＬＥＤレンズ組立体１０２の断面図であり、図７のＡ−Ａ線に沿う断面を図示したものである。ＬＥＤ用の集光レンズは一般的に凸レンズ部および反射レンズ部で構成される。図９はＬＥＤパッケージ１０６の斜視図である。基板１１０上に、ＬＥＤ素子部１０８が実装されている。
【０００３】
図１０および図１１は、従来の発光装置の他の例を示す図である。図１０に示す発光装置１２０は、集光レンズ１２１およびＣＯＢ（Chip On Board）型のＬＥＤパッケージ１２６を備えている。ＬＥＤパッケージ１２６は、ＬＥＤ素子を基板に表面実装してパッケージ化したものである。図１１は、ＬＥＤパッケージ１２６の斜視図であり、基板１３０にＬＥＤ素子部１２８が設けられている。最近、大光量のＣＯＢ型ＬＥＤの登場により、ＣＯＢ１個だけを光源とした発光装置が登場している。この発光装置は、図７〜図９に示すようにＬＥＤを複数個並べた発光装置１００に比べて、見た目の粒々感を無くすことができるという利点、および対象物照射後に発生するマルチシャドウを抑制できるという利点がある。逆に課題となるところとしては、図１０に示すように光学系の高さ寸法Ｈが大きくなるという問題、および、ビーム角がしぼりにくいという問題がある（通常、光源の種類を問わず、ビーム角をしぼろうとすれば光学系サイズは大きくなってしまう）。
【０００４】
光学系が大きくなるという課題を解決するため、下記の特許文献１のように、フレネルレンズ化手法を用いることでレンズを薄型化する技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１０４２５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＬＥＤを表面実装した発光部品が普及しているが、この種の発光部品は発光面の面積が比較的大きくなる。このような発光部品に用いる集光レンズをフレネルレンズ化した場合、微細なフレネル構造にすればするほど、集光レンズと発光部品との間に距離をとらなければ、制御できない光が増えてしまう。集光レンズと発光部品との間の距離を大きくすると、光学系サイズが大きくなってしまう。特許文献１のように集光レンズをフレネルレンズ化する手法では、集光レンズの厚みは薄くできても光学系サイズを小さくできないという問題があり、集光性能と光学系の小型化との両立という観点からいまだ改善の余地があった。
【０００７】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、光学系サイズの大型化を抑制しつつ集光性能を向上することができる発光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】
【０００８】
本発明にかかる発光装置は、発光面を有する発光部品と、出射面と、前記出射面の反対側に凹形状でありかつ前記発光面の側を向く第１入光面を備える第１凹部と、前記第１入光面からの入射光を前記出射面の側へ反射する第１反射面と、を有し、前記第１凹部が前記発光面に対向するように配置される集光レンズと、前記第１凹部の外側から前記第１反射面を囲い、前記発光部品の出射光のうち前記第１凹部に入射されない光を受け、当該光を前記出射面の側に反射する反射部材と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、配光分布に基づいて効率のよい集光をできるように集光レンズおよび反射部材を配置したので、光学系サイズの大型化を抑制しつつ集光性能を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態にかかる発光装置を示す断面図である。
【図２】光源のタイプに応じた、出射角と光束量の割合を表した図である。
【図３】発光部品の出射角を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態にかかる発光装置の構造を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態にかかる発光装置の変形例を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態にかかる発光装置の変形例を示す図である。
【図７】従来の発光装置の一例を示す図である。
【図８】従来の発光装置の一例を示す図である。
【図９】従来の発光装置の一例を示す図である。
【図１０】従来の発光装置の他の例を示す図である。
【図１１】従来の発光装置の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、本発明の実施の形態にかかる発光装置１を示す断面図である。発光装置１は、発光部品１０と、集光レンズ２０と、反射部材３０とを備えている。発光部品１０は、いわゆるＣＯＢ（Chip On Board）型の発光部品であり、基板と、この基板に表面実装されたＬＥＤ素子と、基板およびＬＥＤ素子を接続する配線などからなる。発光部品１０は、ＬＥＤ光が出射される発光面１１を有する。発光装置１は、この発光部品１０を１個だけ搭載した発光装置である。図１に示す集光レンズ２０の断面を中心軸周りに回転させることで集光レンズ２０の立体形状が得られる。
【００１２】
集光レンズ２０は、出射面２６と、第１凹部１２と、第２凹部１４と、第１反射面２１とを有する。集光レンズ２０では、第１凹部１２の外側表面が第１反射面２１である。第１凹部１２は、出射面２６の反対側に凹である。集光レンズ２０は発光部品１０の直上に配置され、第１凹部１２が発光面１１に対向するように配置されている。第１凹部１２は、発光面１１の側を向く第１入光面２２を備える。発光面１１からのＬＥＤ光が第１入光面２２に入射すると、この入射光を第１反射面２１が出射面２６の側へ反射する。発光面１１と出射面２６は略平行に設けられ、出射面２６に対して第１入光面２２が略垂直である。第１反射面２１は、出射面２６の側から発光面１１に近づくほど第１凹部１２が先細りとなるように傾斜する。
【００１３】
第２凹部１４は、第１凹部１２の内側に設けられ、先端１４ａを有する。先端１４ａは、第１凹部１２の先端１２ａよりも低い。つまり、先端１４ａは、出射面２６側から、先端１２ａよりも小さく突き出ている。第２凹部１４は、発光面１１の側を向く第２入光面２４と、第２入光面２４からの入射光を出射面２６の側へ反射する第２反射面２３と、を有する。集光レンズ２０は、第２凹部１４の内側に、発光面１１と対向する凸型屈折レンズ部１６を備えている。凸型屈折レンズ部１６は、発光面１１の直上に設けられた凸型屈折面２５を備えている。
【００１４】
ＬＥＤ用の集光レンズは一般的に凸レンズ部および反射レンズ部で構成される。この点、実施の形態にかかる集光レンズ２０では、凸型屈折レンズ部１６が「凸レンズ部」を構成し、第１凹部１２が有する第１反射面２１および第１入光面２２が、「第１反射レンズ部」を構成し、第２凹部１４が有する第２反射面２３および第２入光面２４が、「第２反射レンズ部」を構成している。
【００１５】
なお、出射面２６は段差のない平らな面となっているが、本発明はこれに限られず、集光レンズ１０４のように凸レンズ部が両凸となっていてもよく、集光レンズ１２１のように入射面１２５の上部を四角くくり抜いて凹部を設けたものであってもよい。第１反射面２１および第２反射面２３は、図１の断面視で曲面であってもよく、あるいは図１の断面視で平らな面であってもよい。また、第１反射面２１と第２反射面２３のうち、一方を平らな面とし、他方を曲面としてもよい。また、第１入光面２２および第２入光面２４は、本実施の形態では図１の断面視で平らな面としたが、図１の断面視で曲面としてもよい。また、第１入光面２２および第２入光面２４のうち、一方を平らな面とし、他方を曲面としてもよい。
【００１６】
反射部材３０は、第１凹部１２の外側から第１反射面２１を囲い、発光部品１０の出射光のうち出射角θが９０度付近の光を受け、当該光を出射面２６の側に反射する。反射部材３０は、集光レンズ２０の側面側に配置される。
【００１７】
図１には、発光部品１０から発せられる光を、ａ方向、ｂ方向、ｃ方向、およびｄ方向に分けて図示している。説明の便宜上、図１の紙面縦方向を「垂直方向」あるいは「高さ方向」とする。
【００１８】
ａ方向の光は、まず反射部材３０にて反射され、制御は効かないものの最終的にいくらかは出射面２６より出射される。ｂ方向の光は、まず第１入光面２２に入射され、多くが集光レンズ２０内に入る。そして次に第１反射面２１で全反射され、垂直方向へと向かい、出射面２６より放出される。ｃ方向の光は、まず第２入光面２４に入射され、多くが集光レンズ２０内に入る。そして次に第２反射面２３で全反射され、垂直方向へと向かい、出射面２６より放出される。ｄ方向の光は、まず凸型屈折面２５に入射され、その多くが集光レンズ２０内に入る。そして垂直方向へ屈折し、出射面２６より放出される。
【００１９】
実施の形態では、反射部材３０の内側面３１が出射面２６に対して垂直ではなく角度を持っており、ａ方向の光が外に出やすくなるようにしている。内側面３１は第１反射面２１と接触せず、両者の間には隙間が設けられている。反射部材３０は高反射率の部材が使われることが望ましく、ａ方向の光を反射する内側面３１を白色または銀色とすることが好ましい。
【００２０】
図２は、出射角θと光束量の割合を表した図である。図２には、一般的なＣＯＢ型の発光部品から発せられる光の、出射角θごとの光束量が示されている。なお、参考用に、ビーム角が２０度の照明装置における出射角θごとの光束量も示す。図３は、発光部品１０の出射角θを示す図である。図２に従うと、発光部品１０では出射角θ＝４５度方向に進む光の割合が最も多い。
【００２１】
図２において、ａ方向にあたる出射角θ＝７５度〜９０度の光束量を見ると、これは全体の３％程度であり少ない。出射角θ＝７５度〜９０度の光を制御しなくても最終的な配光に大きな影響を与えず、反射部材３０の反射率が高ければ光学系効率の低下も少ない。そこで、実施の形態では、図４でいう点Ｐと交わる光線の出射角をθａとすると、このθａが７０度〜８０度あたりとなるように、第１凹部１２の先端１２ａの寸法が設計される。図４は、本発明の実施の形態にかかる発光装置１の構造を説明するための図である。図４の点Ｐは、発光部品１０から見た第１凹部１２の先端１２ａである。このように出射角θ＝７５度〜９０度の光の制御を捨てることで、第１、２入光面２２、２４を発光部品１０から遠ざけることができ、集光性が向上する。このように、第１凹部１２の先端１２ａの位置を調節し、反射部材３０でａ方向の光を反射することで、出力効率を向上することができる。従って、光学系サイズの大型化を招かずに集光性能を向上することができる。
【００２２】
また、図２によれば、発光部品１０では出射角θ＝４５度方向に進む光の割合が最も多い。そこで、実施の形態では、第１凹部１２による「第１反射レンズ部」に加えて、中央の凸型屈折レンズ部１６と外周の第１凹部１２の間にさらに第２凹部１４を設けることで「第２反射レンズ部」を設けている。発光部品１０から発せられる光のうちｂ方向、ｃ方向、およびｄ方向の光を制御できるように集光レンズ２０が形成、配置されている。第２凹部１４を形成して「第２反射レンズ部」を設けることは、集光レンズ２０の高さ寸法の増加を必要としない。従って、光学系サイズの小型化および集光性能の向上が図れる。
【００２３】
出射角θ＝４５度方向に進む光を集光レンズ２０で制御するために、第１入光面２２に発光部品１０の出射光のうち出射角θが「４５度より大きい〜θａ以下」である光を入射させてもよい。一方、第２入光面２４に、例えば出射角θが４５度付近の光を入射させてもよい。あるいは、第２入光面２４に入射する光の出射角θを、「４５度以上に定めた所定角度」以下に調節してもよい。前述したように、第１凹部１２の先端１２ａの寸法を調節することで、図４に示す出射角θａを調整できる。これと同様に、第２凹部１４に入射させる光の出射角θの最大値（言い換えると、第２入光面２４に入射させる光の出射角θの最大値）は、先端１４ａをどの程度突き出すかで調整できる。
【００２４】
第１入光面２２および第２入光面２４は出射面２６に対して略垂直を成すようにし、できるだけ第１、２入光面２２、２４と第１、２反射面２１、２３との距離を短くすることが好ましい。これにより第１、２入光面２２、２４から入った光が第１、２反射面２１、２３に当たる割合が増え、第１、２入光面２２、２４も光源から遠ざかり、また集光レンズ２０内での損失も軽減される。ただし、成形性の都合により、完全な垂直ではなく数度程度の角度を持たせることが好ましく、先端１２ａ、１４ａ側にいくほど第１、２凹部１２、１４それぞれが集光レンズ２０の外側に開くように第１、２入光面２２、２４それぞれを傾斜させることが好ましい。
【００２５】
なお、背景技術で説明した図１０の集光レンズ１２１だと、薄くした場合（つまり高さ寸法Ｈを小さくした場合）、光線量の多い出射角θ＝４５度の光を集光制御しづらい。この点をより具体的に説明すると、まず凸レンズ部の場合には、出射角θが大きい光を入射面１２５で反射させてしまう割合が増える。また、反射レンズ部の場合、出射角θが小さい光は入射面１２３で反射させてしまう割合が増え、入射した光も高さ寸法Ｈが十分に大きくないと反射面１２４に当たらない。よって中間の出射角θ＝４５度付近の光は、図１０のレンズ構成で高さ寸法Ｈを大きくできない場合には、制御しづらい光となる。この点、実施の形態にかかる集光レンズ２０は、第２反射面２３および第２入光面２４で構成される「第２反射レンズ部」を備えているので、集光性能を大きく損なわせずに光学系の薄型化が可能となる。
【００２６】
なお、実施の形態では第１凹部１２の内側に第２凹部１４を１つ設けたが、本発明はこれに限られるものではなく、第２凹部１４を省略してもよい。あるいは、第１凹部１２の内側に設ける他の凹部の数を増やしてもよい。具体的には、第２凹部１４の内側に、同様にさらに第３凹部を設けてもよく、さらに他の第４凹部を設けてもよい。また、この第３凹部の先端は第２凹部１４の先端１４ａより低くしても良く、同様に第４凹部の先端を第３凹部の先端より低くしても良い。
【００２７】
図５は、本発明の実施の形態にかかる発光装置１の変形例を示す図である。変形した点は、凸型屈折レンズ部１６に平面部２７ａを設けることで、集光レンズ２０の厚さを低減していることである。凸型屈折レンズ部１６は、平面部２７ａと曲面部２７ｂとを備える。平面部２７ａは、発光面１１からの出射角θが０度の光を受ける。曲面部２７ｂは、平面部２７ａの周囲に設けられ発光面１１の側に凸となる。なお、平面部２７ａの面積を発光面１１の面積以下とすることが好ましく、これにより中心部は光束量が少なく光源が面発光しているとみなせ配光の変化を少なくできる。
【００２８】
図６は、本発明の実施の形態にかかる発光装置１の変形例を示す図である。変形した点は、出射面２６の表面に微細構造部２８を設けたことである。微細構造部２８は、出射面２６の表面を荒らすことで形成してもよく或いは微細なレンズ構造を持たせることで形成してもよい。これにより出射面２６に拡散性を持たせ、分光対策（つまり色割れ対策）を行うことができる。なお、微細構造部２８を設ける代わりに、光拡散シートを出射面２６の表面に敷いてもよい。
【符号の説明】
【００２９】
１、１００、１２０  発光装置、１０  発光部品、１１  発光面、１２  第１凹部、１２ａ  先端、１４  第２凹部、１４ａ  先端、１６  凸型屈折レンズ部、２０、１０４、１２１  集光レンズ、２１  第１反射面、２２  第１入光面、２３  第２反射面、２４  第２入光面、２５  凸型屈折面、２６  出射面、２７ａ  平面部、２７ｂ  曲面部、２８  微細構造部、３０  反射部材、３１  内側面、１０２  ＬＥＤレンズ組立体、１０６、１２６  ＬＥＤパッケージ、１０８、１２８  ＬＥＤ素子部、１１０、１３０  基板、１２３、１２５  入射面、１２４  反射面
【図１】
2016018893.tif 000003
【図２】
2016018893.tif 000004
【図３】
2016018893.tif 000005
【図４】
2016018893.tif 000006
【図５】
2016018893.tif 000007
【図６】
2016018893.tif 000008
【図７】
2016018893.tif 000009
【図８】
2016018893.tif 000010
【図９】
2016018893.tif 000011
【図１０】
2016018893.tif 000012
【図１１】
2016018893.tif 000013