特許 7542320 ＬＥＤ照明装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-22

(45)【発行日】2024-08-30

(54)【発明の名称】ＬＥＤ照明装置

(51)【国際特許分類】

   F21K 9/232 20160101AFI20240823BHJP

   F21K 9/69 20160101ALI20240823BHJP

   F21V 5/00 20180101ALI20240823BHJP

   F21V 5/04 20060101ALI20240823BHJP

   F21K 9/237 20160101ALI20240823BHJP

   G02B 17/08 20060101ALI20240823BHJP

   F21Y 115/10 20160101ALN20240823BHJP

【ＦＩ】

F21K9/232

F21K9/69

F21V5/00 510

F21V5/04 500

F21V5/04 650

F21K9/237

G02B17/08

F21Y115:10

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020022928

(22)【出願日】2020-02-14

(65)【公開番号】P2021128863

(43)【公開日】2021-09-02

【審査請求日】2023-01-31

(73)【特許権者】

【識別番号】000001960

【氏名又は名称】シチズン時計株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000131430

【氏名又は名称】シチズン電子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100097043

【弁理士】

【氏名又は名称】浅川 哲

(74)【代理人】

【識別番号】100197996

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 武彦

(72)【発明者】

【氏名】萱沼 安昭

【審査官】宮下 浩次

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０３６３９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１８９８３２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２１Ｋ ９／２３２

Ｆ２１Ｋ ９／６９

Ｆ２１Ｖ ５／００

Ｆ２１Ｖ ５／０４

Ｆ２１Ｋ ９／２３７

Ｇ０２Ｂ １７／０８

Ｆ２１Ｙ １１５／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

配光レンズと、前記配光レンズに覆われたＬＥＤ群と、を含む発光部を備え、
前記配光レンズは、環状の第１レンズと、前記第１レンズの内周側であって環の中心に向かって突出したブロック状の第２レンズと、を含み、
前記第１レンズは、外周部に第１出射面、上部に第１反射面、下部に第１入射面がそれぞれ設けられ、内側端部に、外周から前記中心に向かって順に入射面と反射面を有する第１爪部が設けられ、
前記第２レンズは、外周側に第２出射面、上部に第２反射面、下部に第２入射面、内側端部に、外周から前記中心に向かって順に入射面と反射面を有する第２爪部が設けられ、
前記第１レンズの環状につながった部分の内周側に前記第２レンズの外周側の第２出射面が隣接して配置され、
前記ＬＥＤ群は、前記環状の第１レンズに対応した位置で環状に配列された第１ＬＥＤと、前記第１ＬＥＤからなる配列の内側において前記第２レンズに対応した位置に配置された第２ＬＥＤとを含み、
前記第１ＬＥＤは、前記第１入射面の下部に配置され、前記第２ＬＥＤは、前記第２入射面の下部に配置されていることを特徴とするＬＥＤ照明装置。

【請求項2】

配光レンズと、前記配光レンズに覆われたＬＥＤ群と、を含む発光部を備え、
前記配光レンズは、環状に一周つながった第１レンズと、前記第１レンズの内周側であって環の中心に向かって突出したブロック状の第２レンズと、を含み、
前記第１レンズは、外周部に第１出射面、上部に第１反射面、下部に第１入射面がそれぞれ設けられ、内側端部に、外周から前記中心に向かって順に入射面と反射面を有する第１爪部が設けられ、
前記第２レンズは、外周側に第２出射面、上部に第２反射面、下部に第２入射面、内側端部に、外周から前記中心に向かって順に入射面と反射面を有する第２爪部が設けられ、
前記第１レンズの内周側に前記第２レンズの外周側の第２出射面が隣接して配置され、
前記ＬＥＤ群は、前記環状の第１レンズに対応した位置で環状に配列された第１ＬＥＤと、前記第１ＬＥＤからなる配列の内側において前記第２レンズに対応した位置に配置された第２ＬＥＤとを含み、
前記第１ＬＥＤは、前記第１入射面の下部に配置され、前記第２ＬＥＤは、前記第２入射面の下部に配置されていることを特徴とするＬＥＤ照明装置。

【請求項3】

前記第１レンズは、円環状に形成されている請求項１又は２に記載のＬＥＤ照明装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＬＥＤの上部に配光分布を調整するレンズを備えたＬＥＤ照明装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ＬＥＤ電球など小型で取り付け容易なＬＥＤ照明装置が広く上市されている。このＬＥＤ発光装置は、ＬＥＤが上方向に強い指向性を有するため、横方向から口金方向（下方向）に至る角度範囲が暗くなりやすい。そこで、ＬＥＤの直上にレンズを配置し、配光分布が口金方向まで広がるように調整することがある。

【0003】

例えば、特許文献１には、環状に配列したＬＥＤを覆う環状のレンズにより配光分布を調整したＬＥＤ照明装置（ＬＥＤ電球）が示されている。そこで、特許文献１の図１、図３及び図４を、それぞれ本願の図６、図７及び図５に引用し、特許文献１に示されたＬＥＤ照明装置ついて説明する。なお、引用にあたり符号を変更している。（）には、特許文献１で使用された用語を記載する。

【0004】

図５は、従来例として示すＬＥＤ照明装置１００（ＬＥＤ電球）の側面図である。なお、内部構造の説明のため、一部分を断面図としている。ＬＥＤ照明装置１００は、ＬＥＤ１２１を含む発光部１２０を光源とするＬＥＤ電球である。発光部１２０は、ＬＥＤ１２１以外に、ＬＥＤ１２１が実装される実装基板１２２（基板）、実装基板１２２を支持するヒートシンク１０４、及びＬＥＤ１２１を覆う配光レンズ１１０（レンズ）を含み、上部がグローブ１０１で覆われている。

【0005】

また、ＬＥＤ照明装置１００は、ケース１０２を備えている。ケース１０２の上部にはグローブ１０１、下部には口金１０３が取り付けられている。ＬＥＤ１２１の発する熱は、実装基板１２２及びヒートシンク１０４を経て、ケース１０２から外部に放出される。

【0006】

図６は、ＬＥＤ照明装置１００に含まれる発光部１２０の斜視図である。なお、配光レンズ１１０は、円環状であるが、下部の状態を明示するため一部分を切断して描いている。図６に示すように、円盤状の実装基板１２２にはＬＥＤ１２１が円環状に配列している。実装基板１２２は、セラミックや表面を絶縁処理したアルミニウムなどを基材とし、上面に配線が形成されている。ＬＥＤ１２１は、ＬＥＤダイを蛍光樹脂で被覆したパッケージ品である。

【0007】

図７は、図６のＣＣ´線に沿って描いた発光部１２０の要部断面図である。配光レンズ１１０は、下部入射面１１１、上部反射面１１２、及び外周側出射面１１３を備えている。さらに、配光レンズ１１０は、内周端部で下方に垂れ下がる爪部を備え、爪部は、内周側入射面１１４、内周側出射面１１５、内周側反射面１１６を備えている。

【0008】

図７に示すように、ＬＥＤ照明装置１００が放射する光線群には、上部反射面１１２で反射し下方に向かう光線Ｌ１０１、同様に上部反射面１１２で反射し横方向に向かう光線Ｌ１０２、爪部の内周側反射面１１６で反射し斜め上方に向う光線Ｌ１０３、下部入射面１１１と内周側入射面１１４の間を通って斜め上方に向かう光線Ｌ１０４、その他内周側出射面１１５から上方に向かう光線Ｌ１０５、光線Ｌ１０６などが含まれる。

【0009】

また、ＬＥＤ照明装置１００は、様々な方向に向かう光線Ｌ１０１～Ｌ１０６等を発生させ良好な配光分布を得ながら、爪部によりＬＥＤ１２１と配光レンズ１１０の相対位置
に係る許容量（公差）を大きくし製造上の困難性を回避していた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0010】

【文献】特開２０１８－１８９８３２号公報 （図１、図３、図４）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

しかしながら、ＬＥＤ照明装置１００のように良好な配光分布を実現できるＬＥＤ照明装置においても、一般的課題である明るさの向上（光束の増加）が求められるようになってきた。ところが、ＬＥＤ照明装置１００が記載された特許文献１には、光束を増加させるための記載や示唆がなかった。

【0012】

そこで、本発明のＬＥＤ照明装置は、良好な配光分布及び製造のしやすさを維持したまま、光束を増加させることができるＬＥＤ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】

【0013】

上記課題を解決するため、本発明のＬＥＤ照明装置は、配光レンズと、前記配光レンズに覆われたＬＥＤ群とを含む発光部を備え、前記配光レンズは、環状の第１レンズと、第１レンズから環の中心に向かって突出した第２レンズとを含み、前記第１レンズは、外周部に第１出射面、上部に第１反射面、下部に第１入射面がそれぞれ設けられ、内側端部に、外周から前記中心に向かって順に入射面と反射面を有する第１爪部が設けられ、前記第２レンズは、前記外周側に第２出射面、上部に第２反射面、下部に第２入射面、側部に反射側面がそれぞれ設けられ、内側端部に、外周から前記中心に向かって順に入射面と反射面を有する第２爪部が設けられ、前記ＬＥＤ群は、環状に配列した第１ＬＥＤと、前記第１ＬＥＤからなる配列の内側に配置された第２ＬＥＤとを含み、前記第１ＬＥＤは、前記第１入射面の下部に配置され、前記第２ＬＥＤは、前記第２入射面の下部に配置されていることを特徴とする。

【0014】

本発明のＬＥＤ照明装置が備える発光部は、配光レンズとＬＥＤ群を含む。配光レンズは、第１レンズと第２レンズからなる。第１レンズは、円環状に配列した第１ＬＥＤを覆い、第２レンズは、この配列の内側に配置された第２ＬＥＤを個別に覆う。第１ＬＥＤの発光のうち第１入射面から第１レンズに入射する光は、多くの成分が第１反射面で反射し、第１出射面からＬＥＤ照明装置の上下斜め横方向に放射される。同様に、第２ＬＥＤの発光のうち第２入射面から第２レンズに入射する光は、多くの成分が第２反射面で反射し、第２出射面からＬＥＤ照明装置の上下斜め横方向に放射される。

【0015】

第１ＬＥＤの発光のうち第１爪部に入射する光は、多くの成分が第１爪部の反射面で反射しＬＥＤ照明装置の上方向に進行する。同様に、第２ＬＥＤの発光のうち第２爪部に入射する光は、多くの成分が第２爪部の反射面で反射しＬＥＤ照明装置の上方向に進行する。その他の光も、配光レンズに入射したのち、多様な経路を経てＬＥＤ照明装置の上方から下方に放射される。

【0016】

このとき、第１レンズと第２レンズの連結部から上方向に漏れ出ようとする成分の光は、第２レンズが第２ＬＥＤを個別に覆うことで連結部を小型化しているため抑制される。

【0017】

前記第２レンズの前記反射側面同士は、略平行であっても良い。

【発明の効果】

【0018】

以上のように、本発明のＬＥＤ照明装置は、円環状に多数の第１ＬＥＤを配置し、さら
にこの配列の内側に第２ＬＥＤを配置することにより光束の増加を図っても、環状の第１レンズに対しブロック状の第２レンズが離散的に連結されていることから、第１レンズと第２レンとの連結部から上方への漏れ出そうとする光が抑制される。また、第１爪部と第２爪部を備えることにより、配光レンズとＬＥＤ群の相対位置が多少ずれても、ＬＥＤ群の発光は、ほとんど配光レンズに入射し、配光レンズを経ないで直接的に上方へ放射されることが極めて少なくなる。

【0019】

したがって、本発明のＬＥＤ照明装置は、良好な配光分布及び製造しやすさを維持したまま、光束を増加させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の実施形態として示すＬＥＤ照明装置に含まれる発光部の斜視図である。

【図2】図１に示した発光部の平面図である。

【図3】図１に示した発光部の要部断面図である。

【図4】図１に示した発光部の要部断面図である。

【図5】従来例として示すＬＥＤ照明装置の側面図である。

【図6】図５に示すＬＥＤ照明装置に含まれる発光部の斜視図である。

【図7】図６に示した発光部の要部断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、図１～図４を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する（従来例として示した図５も一部参照する。）。なお、本発明の実施形態として示すＬＥＤ照明装置９は、発光部２０（図１参照）に特徴的な構成を有するが、この特徴的な構成を除き、従来技術として示したＬＥＤ照明装置１００（図５参照）と構造や外形が共通する。すなわち、図５において発光部１２０を発光部２０に置き換えることによってＬＥＤ照明装置９が得られる。この発光部２０は、略軸対象であるため、筐体への取り付け構造を変更することで、筒状のダウンライトなど軸対象な筐体を備えた他のＬＥＤ照明装置にも適用できる。そこで、図１～図４では、発光部２０について詳細に説明する。また、図面の説明において、同一又は相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

【0022】

図１は、ＬＥＤ照明装置９（図５参照）に含まれる発光部２０の斜視図である。なお、図中、立体形状を認識しやすくさせるため、透明材料からなる配光レンズ１０に含まれる第１爪部１４ａ（図３参照）の反射面１６ａ及び第２爪部１４ｂ（図３参照）の反射面１６ｂ、並びに第２レンズ１０ｂの反射側面１７及び第２出射面１３ｂを網掛けしている。同様に、第１レンズ１０ａには、第１反射面１２ａが曲面であることを示すため破線を描き加えている。

【0023】

図１に示すように、発光部２０は、配光レンズ１０、実装基板２２、ヒートシンク２３を備えている。配光レンズ１０は、円環状の第１レンズ１０ａと、第１レンズ１０ａから円環の中心に向かって突き出したブロック状の４つの第２レンズ１０ｂを含み、ヒートシンク２３に積層している。配光レンズ１０の開口部からは、実装基板２２及びネジ２４が観察される。なお、第２レンズ１０ｂの直下に配置された第２ＬＥＤ１０ｂ（図２及び図３参照）は、目視されるが図示していない。

【0024】

図２は、発光部２０の平面図である。図２に示すように、配光レンズ１０、実装基板２２、ヒートシンク２３、ネジ２４は同心配置している。なお、実装基板２２は、表面に配線を備えるとともにセラミック等の熱伝導率の高い材料を基材とする円盤であり、平面視したときの外形は、配光レンズ１０の外周とほぼ一致する。ヒートシンク２３もＡｌなど熱伝導率の高い材料からなる。

【0025】

配光レンズ１０の下方には、第１ＬＥＤ２１ａ及び第２ＬＥＤ２１ｂからなるＬＥＤ群が配置される。ＬＥＤ群を構成する２２個の第１ＬＥＤ２１ａは、第１レンズ１０ａの下部に配置され円環状に配列している。ＬＥＤ群を構成する４個の第２ＬＥＤ２１ｂは、第１ＬＥＤ２１ａで構成される円環の内側に配置されるとともに、第２レンズ１０ｂの下部に配置される。なお、図中、第１ＬＥＤ２１ａ及び第２ＬＥＤ２１ｂを示す点線は、透視図形として第１ＬＥＤ２１ａ及び第２ＬＥＤ２１ｂの位置及び外形を示すものであり、配光レンズ１０の屈折や反射により図の通りに目視できるものではない。

【0026】

図３及び図４は、それぞれ図２のＡＡ´線及びＢＢ´に沿う発光部２０の要部断面図である。図３及び図４に示されるように、実装基板２２は、ヒートシンク２３に積層し、図示していないネジ２４（図２参照）でヒートシンク２３に固定される。実装基板２２上には、第１ＬＥＤ２１ａ及び第２ＬＥＤ２１ｂが実装され、それぞれの上部に第１レンズ１０ａ及び第２レンズ１０ｂが配置される。

【0027】

図３には、第１レンズ１０ａと第２レンズ１０ｂが連結されている様子が示されている。図３に示すように、第１レンズ１０ａの外周部には第１出射面１３ａ、上部には第１反射面１２ａ、下部には第１入射面１１ａが設けられている。第１レンズ１０ａの内周側（図の右側）は、第１レンズ１０ａと第２レンズ１０ｂの連結部となっているため、第１レンズ１０ａの本来の断面形状（図４参照）が不明瞭になっているが、連結部の下部には第１レンズ１０ａの第１爪部１４ａの一部分が観察される。第２レンズ１０ｂの外周側には第２出射面１３ｂ、上部には第２反射面１２ｂ、下部には第２入射面１１ｂが設けられている。さらに、第２レンズ１０ｂの内側端部には第２爪部１４ｂ取り付けられている。第２爪部１４ｂは、入射面１５ｂ及び反射面１６ｂを備えている。

【0028】

図４には、第１レンズ１０ａの本来の断面形状が示されている。図４に示すように、第１レンズ１０ａの外周側には第１出射面１３ａ、上部には第１反射面１２ａ、下部には第１入射面１１ａが設けられている。さらに、第１レンズ１０ａの内側端部には第１爪部１４ａが取り付けられている。第１爪部１４ａは、入射面１５ａ及び反射面１６ａを備えている。

【0029】

また、図３及び図４に代表的な（強度の大きい）光線Ｌ１～Ｌ７を示した。図３及び図４に示すように、光線Ｌ１、Ｌ５は、第１ＬＥＤ２１ａを発し、第１入射面１１ａから第１レンズ１０ａに入射し、第１反射面１２ａで反射し、第１出射面１３ａからＬＥＤ照明装置９（図５参照）の下方向に出射する。同様の経路で、光線Ｌ２、Ｌ６は、ＬＥＤ照明装置９の横方向に出射する。図３に示すように、光線Ｌ３は、第２ＬＥＤ２１ｂを発し、第２入射面１１ｂから第２レンズ１０ｂに入射し、第２反射面１２ｂで反射して第２出射面１３ｂからＬＥＤ照明装置９の上斜め横方向に出射する。図３及び図４に示すように、光線Ｌ４及び光線Ｌ７は、それぞれ第２爪部１４ｂの反射面１６ｂ及び第１爪部１４ａの反射面１６ａで反射し、ＬＥＤ照明装置９の上方へ出射する。

【0030】

その他の光線も、配光レンズ１０を通る様々な経路でＬＥＤ照明装置９の上方から下方に放射される。しかしながら、第１レンズ１０ａと第２レンズ１０ｂの連結部からＬＥＤ照明装置９の上方に出射しようとする光は、第２レンズ１０ｂが第２ＬＥＤ２１ｂを個別に覆う（ブロッ化されている）ことで連結部を小型化しているため抑制される。さらに、配光レンズ１０が第１爪部１４ａ及び第２爪部１４ｂを備えているため、配光レンズ１０とＬＥＤ群の相対位置が多少ずれても、第１ＬＥＤ２１ａ及び第２ＬＥＤ２１ｂから内周側斜め上方に発する光が第１爪部１４ａ及び第２爪部１４ｂに入射し、配光レンズ１０を通らずＬＥＤ照明装置９の上方に直接的に放射されることはない。

【0031】

図１～図４示すように、発光部２０を含む本実施形態のＬＥＤ照明装置９は、光束の増加に際し、できるだけ多くの第１ＬＥＤ２１ａを環状に配置し、その内側に必要最低限の第２ＬＥＤ２１ｂを配置している。このとき、内側の第２ＬＥＤ２１ｂの発光を横方向に向かわせるため、第２レンズ１０ｂは、形状を（環状ではなく）１つの第２ＬＥＤ２１ｂ（複数個でもよい）に対応した１つのブロックとして配置される。このブロック状の第２レンズ１０ｂは、環状に配置された第１ＬＥＤ２１ａより内側に配置される。第２レンズ１０ｂは、第２ＬＥＤ２１ｂからの光を取り込む第２入射面１１ｂと、第２入射面１１ｂから入射した光を全反射させて斜め横から斜め下方向の角度範囲に反射させる第２反射面１２ｂと、第２反射面１２ｂで反射した光を出射する第２出射面１３ｂとを備え、さらに、ブロックを構成するための反射側面１７を有する。ブロックの両側に配置された反射側面１７は、１０°以下の抜きテーパがあるので、第２入射面１１ｂ及び第２反射面１２ｂに対する交差角度が略垂直になる。すなわち、対向する反射側面１７同士は、略平行に構成される。

【0032】

以上のように、本実施形態のＬＥＤ発光装置９は、良好な配光分布及び製造のしやすさを維持したまま、光束を増加させることができる。

【0033】

なお、本実施形態のＬＥＤ発光装置９では、第２レンズ１０ｂに含まれる２つの反射側面１７が略平行であった。これは、平面視したとき、第２ＬＥＤ２１ｂを発し、反射側面１７及び第２反射面１２ｂで反射しながら第２出射面１３ｂから広がる（平面視した場合）ようにして出射する光線が、４個の第２レンズ１０ｂでＬＥＤ照明装置９の全周をカバーできるからである。第２ＬＥＤ２１ｂの個数をさらに増やす場合は、第２レンズ１０ｂの平面形状を、中心側（ネジ２４側）を要とする扇型としても良い。このようにすると、第２出射面１３ｂから出射する光線の広がりが小さくなるが、第２レンズ１０ｂの個数を増加させることで全周がカバーできる。しかしながら、第２レンズ１０ｂの平面形状を、外周側を要とする扇型とすると、反射側面１７から光漏れが生じるので好ましくない。

【符号の説明】

【0034】

９…ＬＥＤ照明装置、
１０…配光レンズ、
１０ａ…第１レンズ、
１０ｂ…第２レンズ、
１１ａ…第１入射面、
１１ｂ…第２入射面、
１２ａ…第１反射面、
１２ｂ…第２反射面、
１３ａ…第１出射面、
１３ｂ…第２出射面、
１４ａ…第１爪部、
１４ｂ…第２爪部、
１５ａ…第１爪部の入射面、
１５ｂ…第２爪部の入射面、
１６ａ…第１爪部の反射面、
１６ｂ…第２爪部の反射面、
１７…反射側面、
２０…発光部、
２１ａ…第１ＬＥＤ、
２１ｂ…第２ＬＥＤ、
２２…実装基板、
２３…ヒートシンク、
２４…ネジ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】