JP2012114081A

JP2012114081A - グレア低減照明装置

Info

Publication number: JP2012114081A
Application number: JP2011226625A
Authority: JP
Inventors: Hyeong-Won Yun; ユンヒョン−ウォン
Original assignee: Samsung LED Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2010-11-24
Filing date: 2011-10-14
Publication date: 2012-06-14
Also published as: US20120127711A1; KR20120056016A; EP2458413A1; CN102478173A; US8616717B2

Abstract

【課題】グレア低減照明装置を提供する。
【解決手段】多数のＬＥＤパッケージを含む光源部と、多数のＬＥＤパッケージ上に配され、プリズムパターンが形成された第１プリズムプレートと、第１プリズムプレート上に設けられ、プリズムパターンの長手方向が、第１プリズムプレートのプリズムパターンの長手方向と交差するように配された第２プリズムプレートと、を含み、第１プリズムプレート及び第２プリズムプレートのプリズムパターン断面が形成する三角形状は、二等辺三角形であり、高さＨと底辺Ｌとが次の条件を満足するＬＥＤ照明装置である：０．１Ｌ≦Ｈ≦０．２Ｌ。
【選択図】図１

Description

本発明は、グレアが低減された照明装置に関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ：light emitting diode）は、化合物半導体（compound semiconductor）のＰＮ接合を介して発光源を構成することにより、多色の光を具現することができる半導体素子をいう。最近、物理的、化学的特性にすぐれる窒化物を利用して具現された青色ＬＥＤ及び紫外線ＬＥＤが登場し、また青色または紫外線のＬＥＤと蛍光物質とを利用して、白色光または他の単色光を作ることが可能になり、ＬＥＤの応用範囲が広くなっている。

このようなＬＥＤは、寿命が長く、小型化及び軽量化が可能であり、光の指向性が強くて低電圧駆動が可能であるという長所がある。また、このようなＬＥＤは、衝撃及び振動に強く、予熱時間と複雑な駆動とが不要であり、多様な形態にパッケージング可能であり、さまざまな用途に適用が可能である。

最近ＬＥＤは、一般照明用光源としても汎用されており、照明の快適性への関心も高まっている。照明の快適性に影響を与える要因としては、照明方式や、光源の種類、照度、光源及び周辺の輝度などを挙げることができる。照明の快適性は、このような要因を基にして、グレア（glare）有無などを検討する過程によって評価される。各種照明システムに対して人間が感じる不快グレア（discomfort glare）を数式化することによって定量化することは容易ではないにしても、客観的な判断の根拠になるように、不快グレアを定量化する必要性はずっと提起され、最近、国際照明委員会（ＣＩＥ）での継続的な研究を介して提案されたＵＧＲ（unified glare rating）システムが使われている。

本発明は、ＬＥＤパッケージを利用した照明装置であって、グレアが低減された照明を提供する構造を提示するものである。

一類型によるＬＥＤ照明装置は、多数のＬＥＤパッケージを含む光源部と、前記多数のＬＥＤパッケージ上に配されて、プリズムパターンが形成された第１プリズムプレートと、前記第１プリズムプレート上に設けられ、プリズムパターンの長手方向が、前記第１プリズムプレートのプリズムパターンの長手方向と交差するように配された第２プリズムプレートと、を含み、前記第１プリズムプレート及び第２プリズムプレートのプリズムパターン断面が形成する三角形状は、二等辺三角形であり、高さＨと底辺Ｌとが次の条件を満足する。
０．１Ｌ≦Ｈ≦０．２Ｌ
前記Ｌは、０．５ｍｍ以下でありうる。

前記光源部は、前記多数のＬＥＤパッケージが装着された配線基板と、前記配線基板を取り囲んだものであり、前記多数のＬＥＤパッケージから出射された光を、前記第１プリズムプレートに向かう方向に反射させる反射面を具備するカバー部材と、を含んで構成されうる。

前記第１プリズムプレート及び第２プリズムプレートのうち少なくともいずれか一つは、拡散材が含まれた透光性素材からなる。

前記ＬＥＤ照明装置は、互いに直交する２つの視線方向によるＵＧＲ値が、いずれも１９以下であり、指向角が１００゜以上になりうる。

また、一類型によれば、多数のＬＥＤパッケージを含む光源部と、前記光源部上に配されたものであり、前記光源部から出射される光の分布を変える光学部材と、を含み、前記光学部材を透過した照明光のの配光曲線が、−７０゜から７０゜の範囲内に形成されるＬＥＤ照明装置が提供される。

前記光学部材は、第１プリズムプレートと、前記第１プリズムプレート上に設けられ、プリズムパターンの長手方向が、前記第１プリズムプレートのプリズムパターンの長手方向と交差するように配された第２プリズムプレートと、を含んで構成されうる。

前記ＬＥＤ照明装置は、指向角が１００゜以上になり、また、互いに直交する２つの視線方向によるＵＧＲ値が、いずれも１９以下になりうる。

本発明の実施形態によるＬＥＤ照明装置の概略的な構造を示す図面である。図１の照明装置に採用されたプリズムパターン形状の条件と関連した変数を示す図面である。ＵＧＲ評価と関連した照明要素を説明するための概念図である。実施形態によるＬＥＤ照明装置から出射された照明光の配光曲線の例を示す図面である。実施形態によるＬＥＤ照明装置から出射された照明光の配光曲線の例を示す図面である。実施形態によるＬＥＤ照明装置から出射された照明光の配光曲線の例を示す図面である。

以下、添付された図面を参照しつつ、本発明の実施形態について詳細に説明する。図面で同じ参照符号は、同じ構成要素を指し、各構成要素の大きさや厚さは、説明の明瞭性のために誇張されていることがある。

図１は、本発明の実施形態によるＬＥＤ（light emitting diode）照明装置１００の概略的な構造を示し、図２は、図１の照明装置１００に採用されたプリズムパターン形状の条件と関連した変数を示している。

図１を参照すれば、ＬＥＤ照明装置１００は、多数のＬＥＤパッケージ１２０を含む光源部と、光源部上に配されたものであり、光源部から出射される光の分布を変える光学部材１５０と、を含む。

光源部は、多数のＬＥＤパッケージ１２０が装着された配線基板１１０と、配線基板１１０を取り囲んだものであり、多数のＬＥＤパッケージ１２０から出射された光を、前記光学部材１５０に向かう方向に反射させる反射面１３０ａを具備するカバー部材１３０と、を含む。

ＬＥＤパッケージ１２０は、ＰＮ接合発光構造を具備したＬＥＤチップでありうる。ＬＥＤチップは、ＰＮ接合構造をなす化合物半導体の材質によって、青色、緑色、赤色などを発光することができる。また、ＬＥＤチップ表面に蛍光コーティングを施し、白色光を発光する構造を有することができる。ＬＥＤパッケージ１２０の種類や個数、形態は、図示されている構造に制限されるものではない。

配線基板１１０は、多数のＬＥＤパッケージ１２０が搭載されるところであり、また、ＬＥＤパッケージ１２０に電源印加のための電源供給部（図示せず）、電源制御部（図示せず）などをさらに含むことができる。

光学部材１５０は、光源部から出射される光の分布を変え、例えば、主照明として適した指向角と、適切なＵＧＲ（unified glare rating）値とを有するように設けられるものである。ＵＧＲの概念については後述するが、ＵＧＲ値は、照明光が形成する配光曲線と関連し、本実施形態では、一般的なランバーシアン（Lambertian）照明器具が示すほぼ円形の配光曲線と異なり、パラボリック（parabolic）照明器具で示される配光曲線に近く変形された形態の配光曲線を有する照明光を形成しるものである。

例えば、光学部材１５０を透過した照明光の配光曲線が、ほぼ−７０゜から７０゜の範囲内に形成されるように、光学部材１５０を構成する。また、このように、指向角をほぼ１００゜以上にする。このために、光学部材１５０は、第１プリズムプレート１５１及び第２プリズムプレート１５３を含み、第１プリズムプレート１５１及び第２プリズムプレート１５３は、それぞれのプリズムパターンの長手方向が互いに垂直になるように配されている。

第１プリズムプレート１５１及び第２プリズムプレート１５３は、透光性素材であり、ＰＣ（polycarbonate）、ＰＭＭＡ（polymethyl methacrylate）、acrylic resinなどをベースとしたプラスチックまたはガラスからなる。また、選択的に、第１プリズムプレート１５１及び第２プリズムプレート１５３のうちいずれか一つまたはいずれも、透光性素材に拡散材が含まれた素材によって構成することができる。

プリズムパターン断面は、図２に図示されているように、二等辺三角形状を有することができ、高さＨと底辺Ｌとが次の条件を満足する。
［式１］
０．１Ｌ≦Ｈ≦０．２Ｌ
プリズムパターンの大きさや周期は、適切に決められ、例えば、底辺Ｌは、ほぼ０．５ｍｍ以下の大きさを有する。

ＵＧＲは、客観的な判断の根拠になりうるように定量化された不快グレア（uncomfortable glare）に係わる基準であり、国際照明委員会（ＣＩＥ）は、以下のような基準を提示している。

前記表１によれば、ＵＧＲ値が１９以下である照明がグレア低減照明であるといえる。

図３は、ＵＧＲ評価と関連した照明要素を説明するための概念図であり、ＵＧＲは、次の式によって評価される。

ここで、Ｌ（θ）は、照明（ＩＬ）の輝度（ｃｄ／ｍ^２）、Ｉ（θ）は、照明（ＩＬ）の光度（ｃｄ）、Ｈは、照明（ＩＬ）の高さ（ｍ）、Ａは、照明（ＩＬ）の面積（ｍ^２）、Ｌｂは、平均周辺輝度（ｃｄ／ｍ^２）、Ｐは、Guth position index（１〜１６）である。

式２を参照すれば、ＵＧＲは、角度θに対するｌｏｇ関数を含んでおり、すなわち、指向角が大きい光源であったり、θが大きい角度での光量が強い光源である場合、ＵＧＲに対して寄与度が高いということが分かる。ＵＧＲ値を下げるためには、指向角を狭めることが最も容易であるが、一般の室内照明で、主照明として使われるものであるならば、指向角がほぼ１００°以上でなければならない。従って、θが大きい角度での光量を減らすことがキーであるということができる。

本実施形態では、このような指向角とＵＧＲ条件とを満足させる光学部材として、図１で説明した第１プリズムプレート１５１、第２プリズムプレート１５３の構造を提示している。また、共に提示された式１の条件は、ＵＧＲと光効率とを共に考慮した最適範囲であり、例えば、条件範囲を外れる場合、ＵＧＲ側面は満足するが、光効率が低くなる。本発明者は、プリズム角度θ（図２）が式１の条件をはずれる２２°と、条件を満足する１２．５°とについて、ＵＧＲと光効率とを電算摸写し、以下のような結果を得ている。

また、条件範囲を満足な場合にも、底辺Ｌまたは高さＨが大きくなる場合、配光曲線には影響はないが、光効率が低くなることを確認し、適正な底辺長として、０．５ｍｍ以下を提示したのである。

次の表３は、前述の構造によって評価されたＵＧＲ値を、一般の拡散板を具備した構造と比較して示している。

実施例１ないし実施例３は、それぞれ第１プリズムプレート１５１及び第２プリズムプレート１５３の素材を異ならせた場合である。実施例１は、第１プリズムプレート１５１は、拡散材が含まれた透光性素材であり、第２プリズムプレート１５３は、透光性素材を使用した場合であり、実施形態２は、第１プリズムプレート１５１及び第２プリズムプレート１５３にいずれも拡散材が含まれた透光性素材を使用した場合であり、実施例３は、第１プリズムプレート１５１は、透光性素材であり、第２プリズムプレート１５３は、拡散材が含まれた透光性素材を使用した場合である。また、プリズムパターンは、いずれもＨが２２μｍ、Ｌが２００μｍである場合である。

ＵＧＲは、互いに直交する２つの視線方向に沿って評価した値を示している。

表３を参照すれば、実施形態の構造と、一般の拡散板を具備した場合とを比較するとき、光効率に有意の違いのない範囲で、本実施形態によるＵＧＲ値は、顕著に改善されて低い数値を示していることが分かる。

図４ないし図６は、実施形態による実施例１，２，３による照明光の配光曲線の例を示している。配光曲線は、いずれも互いに直交する２つの視線方向で図示されており、図面を参照すれば、配光曲線は、いずれも一般的なランバーシアン（Lambertial）照明器具が示すほぼ円形の配光曲線で、パラボリック照明器具で示される配光曲線にさらに近づいた形態を示している。また、配光曲線は、いずれも−７０゜から７０゜の範囲内に分布し、指向角１００゜以上の値を示している。

前述のように、実施形態のＬＥＤ照明装置１００は、直交して配された２枚のプリズムプレートを採用し、プリズムパターン形状を最適化することによって、主照明に適した指向角を有し、グレアが低減された快適な照明を提供している。

このような本願発明のＬＥＤ照明装置は、理解を助けるために図面に図示された実施形態を参考にして説明したが、それらは例示的なものに過ぎず、当分野で当業者であるならば、それらから多様な変形及び均等な他実施形態が可能であるという点を理解することが可能であろう。従って、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲によって決まるものである。

１００ＬＥＤ照明装置
１１０配線基板
１２０ＬＥＤパッケージ
１３０カバー部材
１３０ａ反射面
１５０光学部材
１５１第１プリズムプレート
１５３第２プリズムプレート

Claims

複数のＬＥＤパッケージを含む光源部と、
前記複数のＬＥＤパッケージ上に配され、プリズムパターンが形成された第１プリズムプレートと、
前記第１プリズムプレート上に設けられ、プリズムパターンの長手方向が、前記第１プリズムプレートのプリズムパターンの長手方向と交差するように配された第２プリズムプレートと
を含み、
前記第１プリズムプレート及び前記第２プリズムプレートのプリズムパターン断面が形成する三角形状は、二等辺三角形であり、高さＨと底辺Ｌとが次の条件を満足するＬＥＤ照明装置：
０．１Ｌ≦Ｈ≦０．２Ｌ。
前記Ｌは、０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
複数のＬＥＤパッケージを含む光源部と、
前記光源部上に配された、前記光源部から出射される光の分布を変える光学部材と
を含み、
前記光学部材を透過した照明光の配光曲線が、−７０゜から７０゜の範囲内に形成されるＬＥＤ照明装置。
前記光学部材は、
第１プリズムプレートと、
前記第１プリズムプレート上に設けられ、プリズムパターンの長手方向が、前記第１プリズムプレートのプリズムパターンの長手方向と交差するように配された第２プリズムプレートと、を含んで構成されることを特徴とする請求項３に記載のＬＥＤ照明装置。
前記第１プリズムプレート及び前記第２プリズムプレートのプリズムパターン断面は、二等辺三角形状であることを特徴とする請求項４に記載のＬＥＤ照明装置。
前記光源部は、
前記複数のＬＥＤパッケージが装着された配線基板と、
前記配線基板を取り囲んだ、前記複数のＬＥＤパッケージから出射された光を、前記第１プリズムプレートに向かう方向に反射させる反射面を具備するカバー部材と、を含むことを特徴とする請求項１、２、４及び５の何れか１項に記載のＬＥＤ照明装置。
前記第１プリズムプレート及び前記第２プリズムプレートのうち少なくとも一方は、拡散材が含まれた透光性素材からなることを特徴とする１、２、及び４から６の何れか１項に記載のＬＥＤ照明装置。
互いに直交する２つの視線方向によるＵＧＲ値が、いずれも１９以下であることを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載のＬＥＤ照明装置。
指向角が１００゜以上であることを特徴とする１から８の何れか１項に記載のＬＥＤ照明装置。