JP5481223B2 - Lighting device and lens sheet - Google Patents
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Description
本発明は、白色光源とシート状の集光レンズとを組み合わせて構成される照明装置に関する。 The present invention relates to an illumination device configured by combining a white light source and a sheet-like condenser lens.
従来、光源の前方(出射方向)にフレネルレンズなどのシート状の集光レンズ(以下、レンズシートという)を配置することにより、出射光の配向を制御して高照度化(高輝度化)が図られた照明装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, by arranging a sheet-like condensing lens (hereinafter referred to as a lens sheet) such as a Fresnel lens in front of the light source (in the emission direction), the orientation of the emitted light is controlled to increase the illuminance (increase the brightness). The illustrated illuminating device is known (for example, refer patent document 1).
特許文献1が開示する照明装置は、図8に示すように、線状光源71の前方(図示上方)に、レンズシート(フレネルレンズ)72を配置することにより構成されている。レンズシート72は、光軸73寄りの領域である中心部に屈折作用を有する複数の屈折プリズム(フレネルレンズ)が形成され、中心部の外周側である外周部(周辺部)に反射作用を有する複数の反射プリズム(TIRレンズ;Total Internal Reflectionレンズ)が形成されている。
The illumination device disclosed in
このように、レンズシートの中心部に屈折プリズムを形成し外周部に反射プリズムを形成することにより、屈折プリズムのみまたは反射プリズムのみが形成されたレンズシートを使用する場合と比較して、より高効率(出射光の強度が大きく高照度)で強度の均一性に優れた照明光を得ることができる。これは、屈折プリズムで屈折された出射光は、レンズシートの中心部では強度が大きいが、外周部では強度が低下する傾向にあるのに対して、反射プリズムで反射された出射光は、中心部では強度が小さいが、外周部では強度が増加する傾向にあるからである。 In this way, by forming a refractive prism in the center of the lens sheet and forming a reflective prism on the outer periphery, the lens sheet is higher than when using a lens sheet with only the refractive prism or only the reflective prism. Illumination light with high efficiency (high intensity of emitted light and high illuminance) and excellent intensity uniformity can be obtained. This is because the output light refracted by the refraction prism has a high intensity at the center of the lens sheet, but tends to decrease at the outer periphery, whereas the output light reflected by the reflection prism is the center. This is because the strength is small at the portion, but the strength tends to increase at the outer peripheral portion.
ところで、近年、小型で環境適合性に優れたLED(Light Emitting Diode;発光ダイオード)を光源に使用したダウンライトやスポットライトなどの照明装置が注目されている。白色光が得られるLEDとして、青色系(中心波長410nmから480nm)の光(青色光)を発光するLEDチップと、青色光を吸収して黄色系(波長範囲480nmから700nm)の光(黄色光)に変換する黄色蛍光体と、を組み合わせてなる、いわゆる擬似白色LEDが広く使用されている。 By the way, in recent years, attention has been paid to illumination devices such as downlights and spotlights that use small light emitting diodes (LEDs) excellent in environmental compatibility as light sources. As an LED capable of obtaining white light, an LED chip that emits blue light (center wavelength: 410 nm to 480 nm) (blue light) and a yellow light (wavelength range: 480 nm to 700 nm) light (yellow light) that absorbs blue light. A so-called pseudo white LED, which is a combination of a yellow phosphor that is converted into (1) is widely used.
そこで、本発明者等は、表面実装型の擬似白色LEDと特許文献1が開示する点光源(LED)用のレンズシート(特許文献1の段落0046)とを組み合わせて照明装置を構成したところ、照度に優れた照明光が得られたものの、照明光に色むらが観察され見栄えが悪いものであった。具体的には、レンズシートを透過した光は、全体としては白色ではあるものの、中心部では幾分青色を帯び、外周部では幾分黄色を帯びたものであった。 Therefore, the present inventors have configured a lighting device by combining a surface-mounted pseudo white LED and a lens sheet for point light source (LED) disclosed in Patent Document 1 (paragraph 0046 of Patent Document 1). Although illumination light with excellent illuminance was obtained, color unevenness was observed in the illumination light and the appearance was poor. Specifically, the light transmitted through the lens sheet was white as a whole, but was somewhat blue at the center and somewhat yellow at the outer periphery.
この色むらは、図9に示したように、ランプハウス81の凹部の底面において電極端子82に実装されたLEDチップ83から出射された青色光のうち、光軸に対して略平行に進む光L1と傾いて進む光L2とでは、黄色蛍光体84が分散された封止体85を通過する光路長が異なることに起因する。すなわち、光L1は、光L2と比較して、封止体85を通過する光路長が短い分、黄色蛍光体84によって黄色光に変換される割合が比較的少ないために、青色を帯びた白色光(青白光)となる。一方、光L2は、光L1と比較して、封止体85を通過する光路長が長い分、黄色蛍光体84によって黄色光に変換される割合が比較的多いために、黄色を帯びた白色光(黄白光)となると考えられる。
As shown in FIG. 9, this uneven color is the light that travels substantially parallel to the optical axis among the blue light emitted from the
そこで、本発明は、上記状況に鑑みてなされたものであり、良好な照度(輝度)であるとともに、色むらが低減された照明装置を提供することを目的とするものである。 Therefore, the present invention has been made in view of the above situation, and an object of the present invention is to provide an illuminating device that has favorable illuminance (luminance) and reduced color unevenness.
そこで、上記課題を解決するために、本発明に係る照明装置は、前方に向かって放射状に白色光を出射させる光源と、前記光源の前方に配置され、光軸を中心とする同心円状の複数のプリズムを一面に有して前記光源から出射される前記白色光の配向を制御するレンズシートと、を備える照明装置において、前記光源は、所定の波長の光を発光する発光素子と、前記発光素子から出射される前記所定の波長の光を受けて蛍光を発する蛍光体が分散され前記発光素子を覆う封止体と、を有し、前記レンズシートは、隣接する前記プリズムとは同一波長の光に対する焦点距離が互いに異なる前記プリズムを含むことを特徴とする。 Therefore, in order to solve the above-described problem, an illumination device according to the present invention includes a light source that emits white light radially toward the front, and a plurality of concentric circles that are arranged in front of the light source and have an optical axis as a center. And a lens sheet that controls the orientation of the white light emitted from the light source, the light source emitting light of a predetermined wavelength, and the light emission A phosphor that emits fluorescence upon receiving light of the predetermined wavelength emitted from the element and covers the light emitting element, and the lens sheet has the same wavelength as that of the adjacent prism. It includes the prisms having different focal lengths for light .
かかる発明によれば、白色光源の前方に配置されるレンズシートは、隣接するプリズムとは同一波長の光に対する焦点距離が互いに異なるプリズムを含んでいる。ところで、複数のプリズムの各々に入射した光は、各プリズムの焦点距離に応じた角度で光軸に対して傾いて前方に導かれる。したがって、焦点距離が互い異なるプリズムに入射した光の各々は、互いに交差(混合)するように前方に進行する。このため、発光素子と蛍光体とからなる擬似白色光源から出射された色むらを有する光を同レンズシートに入射させた場合には、各プリズムの焦点距離の大きさに応じて混色(平均化)され、この結果、色むらが低減された照明光を得ることができる。 According to the invention, a lens sheet disposed in front of the white light source, the focal length contains pulp rhythm different from each other with respect to light of the same wavelength from the adjacent prism. By the way, the light incident on each of the plurality of prisms is guided forward at an angle with respect to the optical axis at an angle corresponding to the focal length of each prism. Therefore, each of the lights incident on the prisms having different focal lengths travels forward so as to cross (mix) each other. Therefore, when light with uneven color emitted from a pseudo-white light source composed of a light emitting element and a phosphor is incident on the lens sheet, color mixing (averaging) is performed according to the focal length of each prism. As a result, illumination light with reduced color unevenness can be obtained.
この場合、前記レンズシートは、前記複数のプリズムの少なくとも一部のプリズムが、前記光軸からの距離に応じて焦点距離が変化する領域を含むように形成されていてもよい。 In this case, the lens sheet, at least a portion of the prism of the plurality of prisms may be formed to include a region in which the focal length varies depending on the distance from the optical axis.
このように、所定の領域に存在する複数のプリズムの焦点距離を、光軸からの距離に応じて変化させることにより、色むらの低減効果が有効に発揮されるとともに、レンズシートの設計および作製が容易になる。 As described above, by changing the focal lengths of a plurality of prisms existing in a predetermined region according to the distance from the optical axis, the effect of reducing color unevenness is effectively exhibited, and the design and production of the lens sheet Becomes easier.
また、この場合、光軸寄りの領域に、屈折作用を有する複数の屈折プリズムが、前記光軸から離れるほど焦点距離が大きくなるように形成されているのが好ましい。
かかる発明によれば、光軸寄りの領域である中心部に形成された屈折作用を有する複数の屈折プリズムに入射した光は、入射した位置に応じて光軸に対して様々な角度で外周側に傾く(複数の屈折プリズムの各々が中心部において外周側に位置するほど光軸に対する傾き角が大きくなる)ようにして進行する。これにより、中心部から出射した光と中心部の外周側(中心部よりも外周側)の領域である外周部から出射した光とが互いに混合され、色むらの低減効果がより一層有効に発揮される。また、後述する理由により(段落0047)、より一層高効率な照明光を得ることができる。
In this case, in a region of an optical axis toward a plurality of refraction prism having a refraction effect, preferably the nearly as focal length away from the optical axis is formed to be larger.
According to this invention, light incident on a plurality of refractive prisms having a refracting action formed in the central portion that is a region near the optical axis is incident on the outer peripheral side at various angles with respect to the optical axis according to the incident position. (Inclination angle with respect to the optical axis increases as each of the plurality of refractive prisms is located on the outer peripheral side in the center). As a result, the light emitted from the central portion and the light emitted from the outer peripheral portion, which is a region on the outer peripheral side (outside of the central portion) of the central portion, are mixed with each other, and the effect of reducing color unevenness is more effectively exhibited. Is done. Further, for the reason described later (paragraph 0047), it is possible to obtain much more efficient illumination light.
また、前記複数の屈折プリズムが形成される領域の外周側の領域に、反射作用を有する複数の反射プリズムが形成されていてもよい。
この場合、前記複数の反射プリズムは、前記光軸に近づくほど焦点距離が大きくなるように形成されていてもよいし、前記光軸からの距離に関係なく焦点距離がランダムに変化するように形成されていてもよい。
かかる発明によれば、レンズシートは、中心部(光軸寄りの領域)に屈折プリズムが形成され、外周部(中心部の外周側)に反射作用を有する複数の反射プリズムが形成されている。このため、従来技術で説明したように、高効率で強度の均一性に優れた出射光を得ることができるとともに、色むらの低減効果がより一層有効に発揮される。
また、前記レンズシートは、前記複数のプリズムの少なくとも一部のプリズムが、前記光軸からの距離に関係なく焦点距離がランダムに変化するように形成された領域を含んでいてもよい。
また、前記レンズシートは、前記複数のプリズムの全てが、光軸からの距離に応じた領域ごとの態様で焦点距離が変化するように形成されていてもよい。
A plurality of reflecting prisms having a reflecting action may be formed in a region on the outer peripheral side of the region where the plurality of refractive prisms are formed.
In this case, the plurality of reflecting prisms may be formed such that the focal length increases as the distance from the optical axis becomes closer, or the focal length changes randomly regardless of the distance from the optical axis. May be .
According to this invention, the lens sheet has a refractive prism formed in the center (region near the optical axis) and a plurality of reflecting prisms having a reflecting action on the outer periphery (outside of the center). For this reason, as described in the prior art, it is possible to obtain outgoing light with high efficiency and excellent intensity uniformity, and the effect of reducing color unevenness is more effectively exhibited.
In addition, the lens sheet may include a region in which at least some of the plurality of prisms are formed such that the focal length changes randomly regardless of the distance from the optical axis.
Further, the lens sheet may be formed such that all of the plurality of prisms change in focal length in a mode for each region corresponding to the distance from the optical axis.
また、本発明の他の実施態様では、前記レンズシートは、前記複数のプリズムの中に、隣接するプリズムとの間に平坦面が形成されていてもよい。 In another embodiment of the present invention, the lens sheet may have a flat surface between the adjacent prisms among the plurality of prisms.
かかる発明によれば、色むらの低減効果が有効に発揮されることが期待できるとともに、レンズシートの設計および作製が容易になる。 According to this invention, it can be expected that the effect of reducing color unevenness is effectively exhibited, and the design and production of the lens sheet is facilitated.
また、前記光源は、青色系の光を発光する青色発光ダイオードと、青色系の光を受光して黄色系の光に変換する蛍光体により構成されているのが好ましい。
また、本願発明に係るレンズシートは、所定の波長の光を発光する発光素子と、前記発光素子から出射される前記所定の波長の光を受けて蛍光を発する蛍光体が分散され前記発光素子を覆う封止体と、を有して白色光を放射状に出射する光源の前方に配置され、前記光源から出射される前記白色光の配向を制御するための同心円状の複数のプリズムを一面に備えるレンズシートであって、前記複数のプリズムが、隣接する前記プリズムとは同一波長の光に対する焦点距離が互いに異なる前記プリズムを含むことを特徴とする。
この場合、前記複数のプリズムが、屈折作用を有する複数の屈折プリズムを含んでいてもよいし、屈折作用を有する複数の屈折プリズムと反射作用を有する複数の反射プリズムとを含んでいてもよい。
The light source preferably includes a blue light emitting diode that emits blue light and a phosphor that receives blue light and converts it into yellow light.
The lens sheet according to the present invention includes a light emitting element that emits light of a predetermined wavelength and a phosphor that emits fluorescence by receiving the light of the predetermined wavelength emitted from the light emitting element. A plurality of concentric prisms for controlling the orientation of the white light emitted from the light source. In the lens sheet, the plurality of prisms include the prisms having different focal lengths with respect to light having the same wavelength as the adjacent prisms.
In this case, the plurality of prisms may include a plurality of refraction prisms having a refraction action, or may include a plurality of refraction prisms having a refraction action and a plurality of reflection prisms having a reflection action.
かかる発明によれば、上記効果が有効に発揮される照明装置を安価に製造することができる。 According to this invention, the illuminating device in which the said effect is exhibited effectively can be manufactured at low cost.
以下、本発明の実施形態に係る照明装置10を添付図面を参照して説明する。なお、各図においては、本発明の理解を容易にするために、一部の構成要素を適宜誇張するなど模式的に表しており、実際の寸法や、寸法比、形状などを正確に反映していない部分がある。
Hereinafter, a
照明装置10は、図1に示すように、前方(図示下側)に向かって白色光を出射させる光源としてのLED11と、LED11の前方に配置されLED11から出射される白色光の配向を制御するレンズシート21と、LED11の外縁部およびレンズシート21の外縁部を一体に覆う椀状または有底円筒状の反射鏡(不図示)と、を備えている。
As shown in FIG. 1, the illuminating
LED11は、従来技術で説明した擬似白色LEDである。LED11は、本実施形態では、中央部に切頭円錐状の凹部12が形成され白色樹脂からなるランプハウス13と、凹部12の底面に実装され青色光を発光するLEDチップ14と、LEDチップ14を覆うようにして凹部12に充填される透明樹脂からなる封止体15と、封止体15に分散されLEDチップ14が発光する青色光を受けて黄色光(蛍光)を発光する蛍光体(YAG蛍光体)16と、を有している。
The
蛍光体16が分散された封止体15は、LEDチップ14側から前方に向かって拡開する切頭円錐状に形成されている。したがって、従来技術で説明した理由により、ランプハウス13の開口である発光面17から放射状に出射する光のうち、光軸(中心軸)Cと略平行に出射する光は、幾分青色を帯びた白色光(青白光)になる傾向にある。また、光軸Cに対して傾いて出射する光は、幾分黄色を帯びた白色光(黄白光)になる傾向にある。
The sealing
次に、本発明の特徴部分であるレンズシート21は、透明な樹脂(本実施形態では、アクリル樹脂(屈折率1.49))を用いて直径Dの円板状に成形(本実施形態では、射出成形)されている。レンズシート21は、LED11に対向する面(以下、対向面)21aとLED11の発光面17との距離が所定の長さ(以下、LED−シート間距離)Lとなるように、回転中心を光軸Cに一致させて配置されている。
Next, the
LED−シート間距離Lは、本実施形態では、LED11の発光面17の直径dに略一致させているが、小型(薄型)でありながら後述する本実施形態の作用効果を有効に発揮させる観点から、直径dの0.5〜1.5倍に設定するのが好ましい。また、レンズシート21の直径Dは、同様の観点から、TAN−1(D/2L)<80°に設定するのが好ましい。
In this embodiment, the LED-sheet distance L is substantially equal to the diameter d of the
レンズシート21の対向面21aには、光軸Cを中心として同心円状の複数(多条)のプリズム21が形成されている。複数のプリズム21は、従来技術と同様に、光軸C寄りの領域である中心部A(領域A)に形成される複数(便宜的に、m本と一般化する)の屈折プリズム(以下、フレネルプリズム)23と、中心部Aの外周側である外周部B(領域B)に形成される複数(便宜的に、n本と一般化する)の反射プリズム(以下、TIRプリズム)24と、から構成されている。これにより、レンズシート21の出射面(対向面21aに対向する面)21bから、照度に優れた照明光を出射させることができる。なお、フレネルプリズム23とTIRプリズム24の境界は、2種類のプリズム23,24のうち、有効光として出射される光の割合(効率)が大きくなる方のプリズムを選択することによって決定されている。
A plurality of (multiple)
複数(m+n本)のプリズム21は、図2中に縦軸として示すように、プリズム21の焦点距離Fが、領域A,Bごとに、光軸Cからの距離に応じて連続的に変化するように形成されている。なお、フレネルプリズム23の焦点距離をFa、TIRプリズム24の焦点距離をFbとして示してある。また、同一のプリズム21内においては、周方向位置によらず焦点距離Fは一定である。
In the plural (m + n)
フレネルプリズム23の焦点距離Faは、最内周に位置する1番目のフレネルプリズム23_1の焦点距離Fa_1を、LED−シート間距離Lに一致させている。(なお、フレネルプリズム23_1の内側に平坦な面部が存在するが、この面部を1番目のフレネルプリズムとみなすこともできる。)そして、2番目以降の複数のフレネルプリズム23は、外周側に位置するフレネルプリズム23ほど焦点距離Faが連続的に大きくなるように形成されている。同図を参照して具体的に説明すれば、内周側から1番目、k番目、m番目(最外周)のフレネルプリズム23_1,23_k,23_mの焦点距離Fa_1,Fa_k,Fa_mは、L=Fa_1<Fa_k<Fa_mの関係にある。
The focal length Fa of the
このように、各フレネルプリズム23の焦点距離Faを設定することにより、最内周に位置するフレネルプリズム23_1を通過する光La_1は、光軸Cに略平行に進行する。これに対して、外周側に位置するフレネルプリズム23(例えば、フレネルプリズム23_k,23_m)を通過する光La(La_k,La_m)は、光軸Cに対して外周側に傾いて進行する。その傾き角は、通過するフレネルプリズム23が外周側に位置するほど大きくなる傾向にある。
Thus, by setting the focal length Fa of each
一方、TIRプリズム24の焦点距離Fbは、最外周に位置するn番目のTIRプリズム24_nの焦点距離Fb_nを、LED−シート間距離Lに一致させている。そして、TIRプリズム24_nよりも内側に位置する複数のTIRプリズム24は、内周側に位置するTIRプリズム24ほど焦点距離Fbが連続的に大きくなるように形成されている。言い換えれば、外周側に位置するTIRプリズム24ほど焦点距離Fbが連続的に小さくなるように形成されている。同図を参照して具体的に説明すれば、内周側から1番目、j番目、n番目のTIRプリズム24_1,24_j,24_nの焦点距離Fb_1,Fb_k,Fb_mは、Fb_1>Fb_j>Fb_n=Lの関係にある。
On the other hand, the focal length Fb of the
このように、各TIRプリズム24の焦点距離Fbを設定することにより、最外周に位置するTIRプリズム24_nを通過する光Lb_nは、光軸Cに略平行に進行する。これに対して、内周側に位置するTIRプリズム24(例えば、TIRプリズム24_1,24_j)を通過する光Lb(Lb_1,Lb_j)は、光軸Cに対して内周側に傾いて進行する。その傾き角は、通過するTIRプリズム24が内周側に位置するほど大きくなる傾向にある。
In this way, by setting the focal length Fb of each
次に、各プリズム22の具体的な形状、および焦点距離Fを変化させる具体的な方法を、図3(a)(b)を参照して説明する。
Next, a specific shape of each
フレネルプリズム23の各々は、図3(a)に示すように、内周側に位置し光軸Cに略平行な第1フレネル面23a、外周側に位置し光軸Cに対し傾斜する第2フレネル面23b、および光軸Cに直交する面である対向面21aの一部により、断面三角形状に形成されている。ピッチPaは、プリズムに依存することなく(光軸Cからの距離に依存することなく)一定(本実施形態では、50μm)である。なお、ピッチPaは、本実施形態では、プリズムの幅に一致する。ここで、第1フレネル面23aおよび対向面21aがなす角度(以下、第1フレネル面の傾斜角度)をθa1、第1フレネル面23aおよび第2フレネル面23bがなす角度(以下、フレネル頂角)をθa2、第2フレネル面23bおよび対向面21aがなす角度(以下、第2フレネル面の傾斜角度)をθa3と定義する。
As shown in FIG. 3A, each of the
フレネルプリズム23の場合、LED11が発光した光Laは、第2フレネル面23bに入射した際に屈折され、レンズシート21の出射面21bから前方に出射される。したがって、第1フレネル面の傾斜角度θa1およびピッチPaを一定とした状態で、フレネル頂角θa2および第2フレネル面の傾斜角度θa3を変えることにより、各フレネルプリズム23の焦点距離Faを調整することができる。
In the case of the
一方、TIRプリズム24の各々は、図3(b)に示すように、内周側に位置し光軸Cに対し傾斜する第1TIR面24a、外周側に位置し光軸Cに対し傾斜する第2TIR面24b、および光軸Cに直交する面である対向面21aの一部により、断面三角形状に形成されている。ピッチPbは、プリズムに依存することなく一定(本実施形態では、50μm)である。ここで、第1TIR面24aおよび対向面21aがなす角度(以下、第1TIR面の傾斜角度)をθb1、第1TIR面24aおよび第2TIR面24bがなす角度(以下、TIR頂角)をθb2、第2TIR面24bおよび対向面21aがなす角度(以下、第2TIR面の傾斜角度)をθb3と定義する。
On the other hand, as shown in FIG. 3B, each of the
TIRプリズム24の場合、LED11が発光した光Lbは、第1TIR面24aで屈折されながらTIRプリズム24内に入射した後、第2TIR面24bで反射され、レンズシート21の出射面21bから前方に出射される。したがって、基本的には、TIR頂角θb2および第2TIR面の傾斜角度θb3を変えることにより、各TIRプリズム24の焦点距離Fbを調整することができる。この点に関して、本実施形態では、TIRプリズム24用の成形金型を作製する際の作業性を考慮して、TIR頂角θb2(バイトの先端角度に対応)を一定にしている。すなわち、第2TIR面の傾斜角度θb3の値に応じて第1TIR面の傾斜角度θb1の値を変えている。
In the case of the
次に、以上のように構成された照明装置10の作用効果について説明する。
Next, the effect of the illuminating
照明装置10は、光源として、青色光を発光するLEDチップ14と青色光を受けて黄色光を発光する蛍光体16とを組み合わせて白色光を発光させるタイプのLED11を使用している。また、LED11の前方に、LED−シート間距離Lを置いてレンズシート21を配置させている。レンズシート21は、中心部Aに複数のフレネルプリズム23が形成され、外周部Bに複数のTIRプリズム24が形成されている。このため、LED11が発光した白色光を、従来技術と同様に、レンズシート21の出射面21bの全域から効率的に出射させることができる。この結果、照度に優れた照明装置10が実現される。
The
また、フレネルプリズム23については、最内周に位置する1番目のフレネルプリズム23_1の焦点距離Fa_1を、LED−シート間距離Lに一致させている。そして、複数のフレネルプリズム23が、光軸Cから離れるほどLED−シート間距離Lよりも焦点距離Faが連続的に大きくなるように形成されている。一方、TIRプリズム24については、最外周に位置するn番目のTIRプリズム24_nの焦点距離Fb_nを、LED−シート間距離Lに一致させている。そして、複数のTIRプリズム24が、光軸Cに近づくほどLED−シート間距離Lよりも焦点距離Fbが連続的に大きくなるように形成されている。
For the
このため、レンズシート21の最内周部分(フレネルプリズム23_1およびその近傍)および最外周部分(TIRプリズム24_nおよびその近傍)から前方に出射する光は、光軸Cに略平行に進行する。これに対して、フレネルプリズム23が形成された領域Aの最内周部分を除く領域(内周側領域)に入射した光は、入射した位置に応じて光軸Cに対して様々な角度で外周側に傾くようにして進行する。一方、TIRプリズム24が形成された領域Bの最外周部分を除く領域(外周側領域)に入射した光は、入射した位置に応じて光軸Cに対して内周側に様々な角度で傾くようにして進行する。すなわち、レンズシート21から出射される光を全域にわたって見ると、内周側領域から出射される光と外周側領域から出射される光とが互いに混合するようにして前方に進行する。
For this reason, the light emitted forward from the innermost peripheral portion (Fresnel prism 23_1 and its vicinity) and the outermost peripheral portion (TIR prism 24_n and its vicinity) of the
ところで、前述したように、LED11からレンズシート21に向かって放射状に出射する光は、光軸Cと略平行に出射する光は青色を帯びた青白光となり、光軸Cに対して傾いて出射する光は黄色を帯びた黄白光となる。ここで、上記のように、レンズシート21から出射する光は、レンズシート21の内周側領域から出射する光と外周側領域から出射する光とが互いに混合するように進行する。したがって、主として内周側領域に入射する青白光と主として外周側領域に入射する黄白光とが混色されることになり、従来技術において問題となっていた色むらが低減された照明光を得ることができる。
By the way, as described above, the light emitted radially from the
次に、本実施形態に係る照明装置10の理解を深めるために、本実施形態に係るレンズシート21の具体的な構成例(本発明品)を、図4(a)(b)(c)を参照して説明する。なお、比較のために、従来技術の構成例(比較品)を、図5(a)(b)(c)に示す。なお、本発明品および比較品はともに、LED−シート間距離が3mmであり、レンズシートの直径が20mmである。また、LEDの発光面の直径が4.3mmである。
Next, in order to deepen the understanding of the
比較品は、図5(a)に示すように、フレネルプリズムおよびTIRプリズムを問わず、いずれのプリズムとも焦点距離が3mmで一定(LED−シート間距離と一致)である。それに対して、本発明品は、図4(a)に示すように、各フレネルプリズムの焦点距離が、最内周側では3mmまたはその近傍であるが、外周側ほど比較的大きな割合で大きくなるように設定されている。また、各TIRプリズムの焦点距離が、内周側ほど一定の割合で徐々に大きくなるように設定されている。最内周(フレネルプリズムとの境界となる半径約2.4mmの点)に位置するTIRプリズムの焦点距離は5mmである。このように領域ごとに径方向に対して(光軸からの距離に応じて)連続的に変化する焦点距離を実現するために、図4(b)示した数値に各プリズムの角度を個々に設定している。なお、比較品におけるフレネルプリズムとTIRプリズムの境界は、半径約1.6mmの点である。 As shown in FIG. 5A, the comparative product has a fixed focal length of 3 mm (matches the distance between the LED and the sheet) regardless of whether the prism is a Fresnel prism or a TIR prism. On the other hand, in the product of the present invention, as shown in FIG. 4A, the focal length of each Fresnel prism is 3 mm on the innermost peripheral side or the vicinity thereof, but increases at a relatively large rate on the outer peripheral side. Is set to Further, the focal length of each TIR prism is set to gradually increase at a constant rate toward the inner peripheral side. The focal length of the TIR prism located at the innermost circumference (a point having a radius of about 2.4 mm serving as a boundary with the Fresnel prism) is 5 mm. In this way, in order to realize a focal length that continuously changes with respect to the radial direction for each region (in accordance with the distance from the optical axis), the angle of each prism is individually set to the numerical value shown in FIG. It is set. Note that the boundary between the Fresnel prism and the TIR prism in the comparative product is a point having a radius of about 1.6 mm.
以上のように構成されたレンズシートと擬似白色LEDとを組み合わせて照明装置を完成させたところ、比較品を使用した場合と比較して、色むらが実質的に観察されないレベルまで低減することが確認された。 When the illumination device is completed by combining the lens sheet configured as described above and the pseudo white LED, it is possible to reduce the color unevenness to a level where the color unevenness is not substantially observed as compared with the case where the comparative product is used. confirmed.
また、図4(c)および図5(c)を比較して分かるように、各種プリズム、特にフレネルプリズムの焦点距離を径方向に対して連続的に変えることにより、より一層集光効率(効率)が大きくなることが明らかになった。なお、図4(c)および図5(c)における集光効率とは、フレネルプリズムの場合には、LEDから各フレネルプリズム(第1フレネル面および第2フレネル面)に入射する光のうち、第2フレネル面に入射する光の割合である。また、TIRプリズムの場合には、LEDから各TIRプリズム内に入射した光のうち、第2TIR面に入射して反射される光の割合である。すなわち、集光効率が大きいほど照明光として有効な光の強度が大きくなることを意味している。 Further, as can be seen by comparing FIG. 4C and FIG. 5C, the light collection efficiency (efficiency) is further improved by continuously changing the focal lengths of various prisms, particularly the Fresnel prism, in the radial direction. ) Became larger. In addition, in the case of a Fresnel prism, the condensing efficiency in FIG.4 (c) and FIG.5 (c) is the light which injects into each Fresnel prism (1st Fresnel surface and 2nd Fresnel surface) from LED. It is the ratio of light incident on the second Fresnel surface. In the case of a TIR prism, it is the ratio of the light incident on the second TIR surface and reflected from the light incident on each TIR prism from the LED. That is, the greater the light collection efficiency, the greater the intensity of light that is effective as illumination light.
フレネルプリズムの焦点距離を径方向に対して連続的に大きくすることにより、集光効率が大きくなる理由は、以下のように考えられる。すなわち、図4(b)および図5(b)を比較すると、比較品では、フレネル頂角θa2が、径方向に対して連続的に減少(第2フレネル面の傾斜角度θa3は増加)しているのに対して、発明品では、半径0.7mm付近で変曲するという特異性が認められる。この特異性が各フレネルプリズムの高さに反映され、本発明品では、図6(a)に示すように、フレネルプリズムの高さH1は、径方向にわたって比較的小さい値で略一定である。すなわち、第1フレネル面の面積が、径方向にわたって比較的小さい値で略一定である。 The reason why the light collection efficiency is increased by continuously increasing the focal length of the Fresnel prism in the radial direction is considered as follows. That is, when FIG. 4B and FIG. 5B are compared, in the comparative product, the Fresnel apex angle θa2 continuously decreases with respect to the radial direction (the inclination angle θa3 of the second Fresnel surface increases). On the other hand, in the product according to the invention, the peculiarity of inflection around a radius of 0.7 mm is recognized. This peculiarity is reflected in the height of each Fresnel prism. In the product of the present invention, as shown in FIG. 6A, the height H1 of the Fresnel prism is substantially constant at a relatively small value in the radial direction. That is, the area of the first Fresnel surface is substantially constant with a relatively small value in the radial direction.
これに対し、比較品では、図6(b)に示すように、外周側ほどフレネルプリズムの高さH2が高くなり(H2>H1)、外周側ほど第1フレネル面の面積が大きくなる。第1フレネル面に入射する光は、基本的に不要光(照度に貢献しない光)になることから、第1フレネル面の面積が大きくなる外周側において集光効率が低下する。したがって、本発明品は、比較品と比較して、外周側における第1フレネル面の面積の増加が抑制され、その結果として高効率化が達成されると考えられる。 In contrast, in the comparative product, as shown in FIG. 6B, the height H2 of the Fresnel prism increases toward the outer peripheral side (H2> H1), and the area of the first Fresnel surface increases toward the outer peripheral side. Since the light incident on the first Fresnel surface is basically unnecessary light (light that does not contribute to illuminance), the light collection efficiency decreases on the outer peripheral side where the area of the first Fresnel surface increases. Therefore, it is considered that the product of the present invention suppresses an increase in the area of the first Fresnel surface on the outer peripheral side compared with the comparative product, and as a result, high efficiency is achieved.
これらのことから、本実施形態に係るレンズシート21を使用することにより、光源として擬似白色LEDを採用した場合であっても、色むらが少なく、照度がより一層大きい照明装置を実現できることが明らかになった。
From these, it is clear that by using the
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、実施の形態については上記に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。 As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, about embodiment, it is not limited above, A various change is possible in the range which does not deviate from the main point of this invention.
例えば、上記実施形態では、フレネルプリズム23およびTIRプリズム24ごとに、各プリズム22の焦点距離Fを径方向に対して連続的に変化させているが、これに限定されない。例えば、複数のプリズム22の中から任意に選択されたプリズム22、または全てのプリズム22の焦点距離Fをランダムに変化させるようにしてもよい。このように各プリズム22を構成した場合であっても、色むらを低減させることができる。
For example, in the above embodiment, the focal length F of each
また、上記実施形態では、フレネルプリズム23およびTIRプリズム24は、各プリズム22の焦点距離Fを径方向に対して一方向に増加または減少させているが、これに限定されない。LED11が発光する光の色度分布状態に応じて、例えば、各領域A,B内において、焦点距離Fを増加させた部分領域と、焦点距離Fを減少させた部分領域と、焦点距離Fを一定にした部分領域(隣接するプリズムと焦点距離が異ならないプルズムを有する領域)と、をそれぞれ互いに組み合わせてもよい。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、レンズシート21の最内周と最外周のプリズム22の焦点距離Fを、LED−シート間距離Lに略一致させているが、これに限定されない。要求される出射光の配向特性に応じて、LED−シート間距離Lとは異なる値に設定することができる。
Moreover, in the said embodiment, although the focal distance F of the innermost periphery of the
また、上記実施形態では、各プリズム23,24は隣接するプリズム23,24との間に間隔を置かずに形成されているが、これに限定されない。例えば、図7に示すレンズシート21Aのように、隣接するプリズム23,24間に光軸Cに直交する平坦面25を形成してもよい。このように平坦面25を形成した場合であっても、色むらの低減および集光効率の向上が期待され、また、レンズシートの作製が容易になる。
Moreover, in the said embodiment, although each
また、上記実施形態では、光源として擬似白色LED11を使用したが、他の形態の光源と組み合わせてもよい。この場合にも、色むらの低減および照度の向上が期待される。 Moreover, in the said embodiment, although pseudo | simulation white LED11 was used as a light source, you may combine with the light source of another form. Also in this case, reduction in color unevenness and improvement in illuminance are expected.
また、上記実施形態では、レンズシート21には、フレネルプリズム23およびTIRプリズム24が形成されているが、例えば、比較的指向性の強い(放射角度範囲の狭い)光源を使用する場合には、フレネルプリズム23のみがレンズシートに形成されていてもよい。この場合にも、色むらの低減効果および照度の向上効果が奏される。
In the above embodiment, the
10 照明装置
11 LED
12 凹部
13 ランプハウス
14 LEDチップ
15 封止体
16 蛍光体
17 発光面
21,21A レンズシート
21a 対向面
21b 出射面
22 プリズム
23 フレネルプリズム(屈折プリズム)
23a 第1フレネル面
23b 第2フレネル面
24 TIRプリズム(反射プリズム)
24a 第1TIR面
24b 第2TIR面
25 平坦面
C 光軸
L LED−シート間距離
10
DESCRIPTION OF
23a
24a
Claims (13)
前記光源の前方に配置され、光軸を中心とする同心円状の複数のプリズムを一面に有して前記光源から出射される前記白色光の配向を制御するレンズシートと、を備える照明装置において、
前記光源は、所定の波長の光を発光する発光素子と、前記発光素子から出射される前記所定の波長の光を受けて蛍光を発する蛍光体が分散され前記発光素子を覆う封止体と、を有し、
前記レンズシートは、隣接する前記プリズムとは同一波長の光に対する焦点距離が互いに異なる前記プリズムを含むことを特徴とする照明装置。 A light source that emits white light radially toward the front;
A lens sheet that is arranged in front of the light source and has a plurality of concentric prisms centered on the optical axis and controls the orientation of the white light emitted from the light source.
The light source includes a light emitting element that emits light of a predetermined wavelength, a sealing body that covers the light emitting element in which a phosphor that emits fluorescence in response to the light of the predetermined wavelength emitted from the light emitting element is dispersed, Have
The illumination device according to claim 1, wherein the lens sheet includes the prisms having different focal lengths for light having the same wavelength as the adjacent prisms.
前記複数のプリズムが、隣接する前記プリズムとは同一波長の光に対する焦点距離が互いに異なる前記プリズムを含むことを特徴とするレンズシート。The lens sheet, wherein the plurality of prisms include the prisms having different focal lengths for light having the same wavelength as the adjacent prisms.
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