JP2001160312A - 面照明装置 - Google Patents
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Abstract
設置スペースに対する光源光束の割合の高い面照明装置
を得る。 【解決手段】 透光性部材からなり、この透光性部材の
中を光が伝搬する導光板1と、導光板の光伝搬方向の任
意の位置に配置される光源部とを備えた面照明装置にお
いて、光源部は、チップ状でかつ光伝搬方向が電極取り
つけ面と垂直なLED6が複数、このLEDに電力を供
給する電極パターン9を有する金属基板8上に実装され
ている。
Description
用の面照明装置に関するものであり、例えば誘導表示照
明灯、避難口照明灯、広告灯、液晶ディスプレイ用バッ
クライト、または一般照明装置として用いるものであ
る。
tting Diode:以下LED)を用いた導光板照明を実現す
る手段として例えば図26及び図27に示す特開平8-
160892号公報の面発光表示装置に記載された方法
がある。
る樹脂レンズモールドされ長いリード電極28を有する
砲弾型LEDを用いたものであり、アクリル樹脂等の透
光性板からなる導光板1の表面に、導光板1の一辺に配
置されたLED25から離れるほど光を外部に放出させ
る割合が高くなるドットパターン状の発光層23を設
け、LED25からの光を一旦導光板1の表示部Aの全
面に均一拡散放射させた後、発光層23上のパターンフ
ィルムに描かれている文字、デザインのパターンに応じ
て不要な光を導光板1内へ戻し、必要な文字、デザイン
を表面に浮かび上がらせる方法により実現するものであ
る。なお、21はLED固定ホルダ、22はパターンフ
ィルタ、24はドット部、26はLED基板、27はフ
レームである。
全体を薄型化できること、ランニングコストを削減でき
ること、ランプ寿命によるメンテナンスの手間を削減で
きることとしている。
置においては現状砲弾型LEDのレンズ径が大きく、ア
レイ状に並べることのできる限界があり、ある光源設置
スペースに対して得られる光束は面照明用として必ずし
も大きいとは言えなかった。また砲弾型LEDのリード
電極28がLED基板26に搭載されたから砲弾型LE
D25の頂点までの空間距離が大きく装置光源部とし
て、コンパクト性に欠けるという欠点があった。
ためになされたもので、チップ型LEDを必要に応じて
高密度で実装し、ある光源設置スペースに対する光源光
束の割合の高い面照明装置を得ることを目的とする。
点灯による発熱を効率よく装置外部に放熱させ、素子及
びその周囲温度上昇を抑えることでLED発光効率低下
を防ぎ、かつ本来LEDの利点である長寿命照明を実現
する面照明装置を得ることを目的とする。
置は、透光性部材からなり、この透光性部材の中を光が
伝搬する導光板と、上記導光板の光伝搬方向の任意の位
置に配置される光源部とを備えた面照明装置において、
上記光源部は、チップ状のLEDが発光方向が電極取り
つけ面と垂直になるように金属基板上に複数実装され、
この金属基板は上記LEDに電力を供給する電極パター
ンを有するものである。
材の中を光が伝搬する導光板と、上記導光板の光伝搬方
向の任意の位置に配置される光源部とを備えた面照明装
置において、上記光源部は、チップ状のLEDが発光方
向が電極取りつけ面と平行になるように金属基板上に複
数実装され、この金属基板は上記LEDに電力を供給す
る電極パターンを有するものである。
材の中を光が伝搬する導光板と、複数のチップ状のLE
Dを含み構成され上記導光板の光伝搬方向の任意の位置
に配置される光源部と、少なくとも上記導光板の発光面
側を除き、上記導光板及び光源を覆う金属製ケースとを
備え、上記光源部は、上記導光板入光端面と対向する上
記金属製ケース端面、または上記導光板入光端面と垂直
に位置する上記金属製ケース内側に形成される電極パタ
ーン上に実装されるものである。
散する拡散パターンを備えたものである。
が取り付けられたものである。
成されたものである。
の一端面である。
を囲むように光反射部材を形成したものである。
が金属で構成される点灯装置格納部表面が、複数の放熱
フィンのうち一部あるいは全部と接合して、または一体
に構成されているものである。
して複数連結したものである。
説明する。 実施の形態1.図1は、本発明による実施の形態1によ
る面照明装置の構成を示す断面図で、、図2は正面図で
ある。本面照明装置は大きな透光性を有し、面発光を実
現せしめる導光板1と、導光板1を格納する導光板ケー
ス5と、導光板1の発光面表面に取り付けられた表面カ
バー4と、上記導光板1の一端面に配置される光源部か
らなる。
はスネルの反射則に基づき、光の屈折状態を変化させ面
発光を行うため拡散パターン2を設けてある。本実施の
形態では拡散パターン2は反射率の高い白色塗料をドッ
ト状に、光源から遠ざかるにつれ空間的密度が小さくな
るようにすなわち塗料部分の面積が大きなるようにシル
ク印刷により構成したものであり、導光板1を透過し、
拡散パターン2で拡散した光は発光面より均一に出力さ
れる。この拡散パターン2はシルク印刷の他、導光板1
を直接凹凸加工、あるいはサンドブラスト加工して実現
しても同様の結果が得られる。
ケース5内におかれ、ケースと導光板1の間には照明効
率を高める目的で高い反射率を有する厚さ約0.1mmの白
色反射シート3を、入光端面及び発光面を除く面を囲む
ように設置している。また本実施の形態では表示カバー
4は2mm厚さの乳白のアクリル板としているが、この面
照明装置を広告灯あるいは表示灯として用いる場合は、
この表面にパターン印刷を施して構わない。
ある光束を有する砲弾型LEDを用いる場合に比して、
上面形状がおよそ長方形状でその光源幅が小さいが、砲
弾型LEDと同程度の光束を有するチップ状LED6を
用い、基板への実装密度を高め、実装基板面積比に対す
る光束の割合を高めるように構成した。しかし前述した
ようにチップ状LED素子のリード電極7は、短いため
とくに狭実装空間においては放熱性に劣る欠点がある。
そのため素子寿命は一般蛍光ランプ等に比較し相当長い
ながらも、放熱対策を施さずこのチップ状LEDを高密
度実装すると周囲温度及び素子温度が上昇し、寿命特性
や発光効率を低下させる原因となる。(図27に一例を
示す。LED半導体素子PN接合部や素子側リード電極
を含む周辺では図中周囲温度に加えて10〜15℃程度の温
度上昇がある)。
ED光源実装基板に熱伝導率の高いアルミニウムを材料
とした金属基板8を用い、さらにその背面に放熱効果を
高める放熱フィン11(フィン幅1mm、ピッチ6mm、基
板寸法12mm*200mm*厚さ1.5mm)を装着する構造とし
た。金属基板8と放熱フィン11の中間には空気層をな
くし熱伝導性を高めるため熱伝導性グリス10(熱伝導
率0.09W/mK)を薄く塗布した。
う必要はなく、装置使用スタイルに応じ放熱特性を高め
る向きや形状で型どればよい。また熱伝導性グリス10
は例えば熱伝導性のシートでもよく、放熱フィン11は
殆ど空気層が存在しない場合はとくにそれら仲介材料を
用いなくてもよい。
高めるため、光源部分側面を内側が白色の反射板12で
覆い、止めネジ13で止める構成としている。それと同
等の性能をとる構成として例えば図3に示す構造として
もよい。導光板ケース5と表示カバー4を光源6側面ま
でを囲む長さとし、拡散パターン2側反射シート3をそ
の長さに合わせ、さらに表示カバー裏側光源側面にも反
射シート3を付け加える構造である。この構造により反
射板12を別部品として用意することがなく、省部品化
の他製造工程が簡単になる。
垂直な垂直LEDチップ(日亜化学NSSW440、2mm*4mm*高
さ3.15mm)としている。光源実装基板は概略図を図4及
び図5に示すが、金属基板8(基板寸法200mm*8mm*厚さ
1.5mm)上に銅箔の電極パターン9を印刷し、さらに電極
パターン9を除いた部分を絶縁加工したものである。電
極パターン9はLED素子が陽極側よりも陰極側で大き
な発熱を有するため、陰極側を陽極側よりも若干太く構
成しており、その上にチップ状LED6を0.7mm間隔で
74個実装している。この際、例えば図26のLED2
5のような形状の同光束を有する3φ砲弾型LED(日
亜化学NSPW300)では54個の実装が限界であり、チップ
状LEDを用いた場合の光束比は、同じ光源実装面積で
ありながらおよそ1.37倍とすることができる。なお
本実施の形態では入光効率を高める目的で、チップ状L
ED6のレンズ表面が導光板1入光端面に接する形態と
しているが、レンズ表面が導光板1入光端面に対して空
間を介して配置される、すなわち導光板1の光伝搬方向
の任意の位置に配置されても良い。
えば図6に示すようなものでもよい。LED数個をシリ
アルに結び(総抵抗R)、さらにそれにRに比較して大き
めのチップ抵抗14をシリアル連結し、さらにそれをパ
ラレルに結ぶといった方法を取れば、各チップ状LED
6の抵抗のばらつきに関係なく各LEDに流れる電流をほ
ぼ一定にできる。
手段として金属基板8裏面温度分布の計測を行った結果
を示す。光源を定格点灯(各素子3.5V20mA直流駆動、図
5の電極パターン9a、9bに電圧を印加する)させ、
まずフィン無しの場合の効果確認のため、金属基板8の
他、これと同様の寸法で電子部品搭載用の汎用基板とし
て用いられるガラスエポキシ基板(基板厚さ1.6mm)で
も実測した(測定点は図8参照)。フィン無しの場合の
装置構造図を図7に、またその結果を表1に示す。表中
A〜Cは図8で示した点の温度である。
ラスエポキシ基板に比較して周辺部温度は高いものの全
体均一な温度分布となっており、とくに基板中央部では
約17℃の差が生じており低温化に対する効果が大きい
ことがわかる。表1 金属基板裏側温度測定結果
いて述べる。この場合の試験結果も表1中に示してい
る。放熱フィン11装着により基板裏側温度を約20〜25
℃程度低下させる効果を得た。このとき中央フィン先端
温度は41.5℃、またフィン根元温度は41.7℃でありフィ
ン全体的に温度が均一化される。
より強制冷却装置を使わずに放熱効果を得ることがで
き、長寿命特性を活かした大光束面照明を実現すること
ができる。この実施の形態によれば、例えば室内では天
井へ埋込む、あるいは壁面へ直付けるなどしての使用が
可能である。
2による面照明装置の構成を示す断面図で、図10は正
面図である。本面照明装置は大きい透光性を有し、面発
光を実現せしめる導光板1と、導光板1を格納する導光
板ケース5と、発光面表面に取り付けられた表面カバー
4と、上記導光板1の一端面に配置される光源部6から
なる。
ーン2を有するものである。光源部分の光源としては発
光方向が電極取りつけ面と平行な平行LEDチップを用
いており、実施の形態1と同様金属(アルミ)基板8上
の電極パターン9に複数個並べた構造となっている。金
属基板8の背面には空気層がないようにアルミの放熱フ
ィン11が取り付けられる。
間には実施の形態1同様に熱伝導性材料を仲介させて構
わない。図9は実際に図のとおり上向きで使用する場合
を想定しており、フィン形状は下部を斜め状に加工した
ものである。
板8を導光板ケース5に並べる構造とすることができ、
導光板1の厚さをLED素子の高さ程度に小さくするこ
とができるため、実施の形態1のような放熱特性を有し
大光束長寿命照明を実現する薄型の面照明装置を得るこ
とができる。
け、あるいは壁面に埋め込む形での使用が可能である。
さらに図11のように導光板1を拡散パターン2面が放
熱フィン11と対向する面に位置するように構成すれ
ば、フィン側を発光面側とし、装置平滑背面を壁面に直
付(例えば貼り付け)にしての使用も可能となる。この
際本装置の厚みは前述のとおり非常に薄く実現されるた
め被設置空間の省スペース化にも貢献することができ
る。
態3による面照明装置における光源部を示す説明図であ
る。図12は例えば実施形態1の面照明装置の光源部に
おける金属基板8と放熱フィン11を同一材料で一体加
工したものである。同一基板の片面に電極パターン9を
施しチップLED6を実装し、その背面には直接放熱フ
ィン11を設けた構造としている。光源部のこのような
形態を実施形態1、2に適用した場合の装置構造例を図
13及び図14に示す。
を構成する部品点数を減らすことができ、装置組立てを
簡単化することができる。さらに実施形態1のように金
属基板8と放熱フィン11との間に空気層や、あるいは
金属に比較して低伝導率の材料層が存在しないため高い
放熱効果を与えることが可能となる。
形態4による面照明装置の構成を示す断面図で、図16
は図15のA−B破線断面図である。実施形態1〜3の
面照明装置において点灯装置を格納する点灯装置格納部
17を金属材料で構成し、光源部の複数放熱フィン11
のうち、一部あるいは全部の放熱フィン11の一側端面
を点灯装置格納部17表面と接触するように構成する。
大きい金属板に伝えることができるため放熱効果をより
高めることが可能となる。またこの際、放熱フィン11
表面及び点灯装置格納部17表面にアルマイト処理など
を施してもよい。そのことにより点灯装置点灯装置格納
部17へ輻射による熱伝達を行うことが可能となるため
結果的に光源部素子周辺の放熱効果をさらに高めること
が可能となる。
格納ケースの表面金属板と一体であっても構わない。図
17、図18には本実施形態の他の応用例を示す。図1
7は天井18に直付で使用する場合、図18は壁面28
直付で使用する場合を示している。
態5による面照明装置の構成を示す断面図で、図20は
図19の面照明装置における導光板ケースの構成を示す
展開図である本面照明装置は大きな透光性を有し、面発
光を実現せしめる導光板1と、導光板1を格納する金属
製ケースたる導光板ケース5と、発光面表面に取り付け
られた表面カバー4と、発光方向が電極取りつけ面と垂
直な垂直LED光源とからなる。導光板1は実施の形態
1と同様の拡散パターン2を有するものである。
属材料を用いており、図のように導光板1の発光面部分
を除き全側面、及び背面を同一の部材で一体に構成され
ている。その導光板ケース5の展開図の一例を図20に
示す。図のように導光板ケース5には、その裏側でLE
D光源から導光板1への入光を可能とする位置に印刷な
どの方法で電極パターン9を設け、さらにこの上にLE
D光源を実装する。導光板ケース5の成形は例えば図2
0のような形状で電極パターン9加工済みの金属板を折
り曲げる等の加工によって得られる。
部品点数を削減し、製造工程を簡単化することができる
とともに、金属製の導光板ケース5自身がLED発生熱
を伝導し外界に放つ、大きな放熱板の役割をなし、装置
表面にフィン等の突起物を設けることなく良好な放熱特
性を与えることができる。もちろん電極パターン9位置
に相当する導光板ケース5背面にフィン等の放熱構造を
設ければ、放熱特性を高めることが可能である。
行な平行LED光源を用いた場合の例を示した。この構
成により特に薄型でかつ良好な放熱効果を有する大光束
長寿命面照明装置を得ることができる。また本実施の形
態の他の例として図22、図23に示すように導光板ケ
ース5裏側を白色塗装し、かつ発光面側発光部側面をも
同一のケースで構成することで、光源部周囲に反射シー
ト3を設ける必要がなく構成部品を削減できる。
施の形態6による面照明装置の構成を示す正面図で、図
24(b)はその側面図である。図25(a)は、本発明の
実施の形態6による面照明装置の構成の他の例を示す正
面図で、図25(b)はその側面図である。実施形態1〜
5に記載した各装置をモジュールとして複数連結構造を
設け、連結を行えば大型面照明装置を実現できる。図2
4は実施の形態5で説明した面照明装置19をモジュー
ルとして、また図25は実施形態1〜4の面照明装置2
1をモジュールとして光源部が左右に位置するように4
台組み合わせた例である。図25の放熱フィン11の向
きは放熱特性向上を狙い、上下方向にフィンを切った形
状としている。
ことにより、大型面照明を必要とする際、製造が容易で
はない1モジュールからなる大型装置を製造する必要が
なく面照明装置を容易に連結して実現することができ
る。さらにこのような装置を用いることで良好な放熱効
果を有する、薄型で長寿命の大面積高光束面照明装置を
得ることができる。
光面の大きさのものを各モジュールに装着して用いる必
要はなく、4台相当の発光面の大きさを有する一枚の大
型表示カバー20で構成してもよい。特に表面カバー4
表面にパターン情報や絵を印刷して装置全体を表示照明
装置として用いる場合は、それら情報パターンを分割加
工せず一体として用いることができるため、大型表示照
明を容易に実現することが可能となる。
明に係わる面照明装置は、透光性部材からなり、この透
光性部材の中を光が伝搬する導光板と、導光板の光伝搬
方向の任意の位置に配置される光源部とを備えた面照明
装置において、光源部は、チップ状のLEDが発光方向
が電極取りつけ面と垂直になるように金属基板上に複数
実装され、この金属基板はLEDに電力を供給する電極
パターンを有することにより、一定の放熱特性を確保
し、限られた光源設置スペースでもLED高密度実装に
より、そのスペースに対して発光効率の高い面照明装置
が得られる効果がある。
材の中を光が伝搬する導光板と、導光板の光伝搬方向の
任意の位置に配置される光源部とを備えた面照明装置に
おいて、光源部は、チップ状のLEDが発光方向が電極
取りつけ面と平行になるように金属基板上に複数実装さ
れ、この金属基板はLEDに電力を供給する電極パター
ンを有することにより、一定の放熱特性を確保し、導光
板の厚さをLED素子の高さ程度に小さくすることがで
きるため、使用空間の省スペース化に貢献する薄型照明
を実現しつつ、限られた光源設置スペースでもLED高
密度実装により、そのスペースに対して発光効率の高い
面照明装置が得られる効果がある。
材の中を光が伝搬する導光板と、複数のチップ状のLE
Dを含み構成され導光板の光伝搬方向の任意の位置に配
置される光源部と、少なくとも導光板の発光面側を除
き、導光板及び光源を覆う金属製ケースとを備え、光源
部は、導光板入光端面と対向する金属製ケース端面、ま
たは導光板入光端面と垂直に位置する金属製ケース内側
に形成される電極パターン上に実装されることにより、
使用空間の省スペース化に貢献する薄型照明を実現しつ
つ、限られた光源設置スペースでもLED高密度実装に
より、そのスペースに対して発光効率の高い面照明装置
が得られるとともに、大幅な部品点数を削減し、製造工
程を簡単化することができ、金属製ケース自身がLED
発生熱を伝導し外界に放つ、大きな放熱板の役割をな
し、装置表面にフィン等の突起物を設けることなく良好
な放熱特性を与えることができる。
散する拡散パターンを備えたことにより、LEDからの
光を一旦導光板の表示部の全面に均一拡散放射させるこ
とができる。
取り付けたことにより、強制冷却装置を使わずに放熱特
性を良好にでき、LED素子及び周囲温度増加を抑える
ことができLEDの特徴を活かした長寿命照明を実現す
ることができる。
成したことにより、光源部を構成する部品点数を減らす
ことができ、装置組立てを簡単化することができる。さ
らに金属基板と放熱フィンの間に空気層や、あるいは金
属に比較して低伝導率の材料層が存在しないため高い放
熱効果を与えることができる。
の一端面であることにより、LEDから導光板への入光
効率を高めることができる。
を囲むように光反射部材を形成したことにより、面照明
装置の照明効率を向上させることができる。
が金属で構成される点灯装置格納部表面が、複数の放熱
フィンのうち一部あるいは全部と接合して、または一体
に構成されていることにより、放熱フィンを伝わる熱を
面積の大きい金属板に逃がすことができ、素子周囲で発
生する熱の放熱効果を一層高めることができる。
して複数連結したことにより、製造が困難な1モジュー
ルからなる大型装置を製造する必要がなく面照明装置を
連結して容易に大型面照明装置を実現することができ
る。また上記の性能を有する照明装置を用いることで良
好な放熱効果を有する薄型で長寿命の大面積高光束面照
明装置を得ることができる。さらに表面にパターン情報
や絵を印刷して装置全体を表示照明装置として用いる場
合、それら情報パターンを分割加工せず一体として用い
ることができるため、大型表示照明を容易に実現するこ
とができる。
の構成を示す断面図である。
の光源周辺部の構成の他の例を示す断面図である。
る
の光源部実装の他の例を示す説明図である。
において放熱フィンがない場合の基板温度測定時の装置
構造を示す断面図である
成を示す断面図である。
他の例を示す断面図である。
おける光源部を示す説明図である。
構成を示す断面図である。
構成の他の例を示す断面図である。
構成を示す断面図である。
説明図である。
構成の他の例を示す断面図である。
構成のさらに他の例を示す断面図である。
構成(1)を示す断面図である。
を示す展開図である。
構成(2)を示す断面図である。
構成(3)を示す断面図である。
構成(4)を示す断面図である。
明装置の構成を示す正面図で、(b)は側面図である。
明装置の構成の他の例を示す正面図で、(b)は側面図で
ある。
一例を示す説明図である。
表面カバー、5 導光板ケース、6 チップ状LED、
7 リード電極、8 金属基板、9 電極パターン、1
0 熱伝導性グリス、11 放熱フィン、12反射板、
13止めネジ、14 チップ抵抗、15 反射材料、1
6 壁面、17 点灯装置格納部、18 天井面、19
面照明装置、20 大型表示カバー、21 面照明装
置、21 LED固定ホルダ、22 パターンフィル
タ、23 発光層、24 ドット部、25 LED、2
6 LED基板、27 フレーム。
Claims (10)
- 【請求項1】 透光性部材からなり、この透光性部材の
中を光が伝搬する導光板と、上記導光板の光伝搬方向の
任意の位置に配置される光源部とを備えた面照明装置に
おいて、上記光源部は、チップ状のLEDが発光方向が
電極取りつけ面と垂直になるように金属基板上に複数実
装され、この金属基板は上記LEDに電力を供給する電
極パターンを有することを特徴とする面照明装置。 - 【請求項2】 透光性部材からなり、この透光性部材の
中を光が伝搬する導光板と、上記導光板の光伝搬方向の
任意の位置に配置される光源部とを備えた面照明装置に
おいて、上記光源部は、チップ状のLEDが発光方向が
電極取りつけ面と平行になるように金属基板上に複数実
装され、この金属基板は上記LEDに電力を供給する電
極パターンを有することを特徴とする面照明装置。 - 【請求項3】 透光性部材からなり、この透光性部材の
中を光が伝搬する導光板と、複数のチップ状のLEDを
含み構成され上記導光板の光伝搬方向の任意の位置に配
置される光源部と、少なくとも上記導光板の発光面側を
除き、上記導光板及び光源を覆う金属製ケースとを備
え、上記光源部は、上記導光板入光端面と対向する上記
金属製ケース端面、または上記導光板入光端面と垂直に
位置する上記金属製ケース内側に形成される電極パター
ン上に実装されることを特徴とする面照明装置。 - 【請求項4】 導光板は、発光面の反対面に光を拡散す
る拡散パターンを備えたことを特徴とする請求項1乃至
3のいずれかに記載の面照明装置。 - 【請求項5】 金属基板背面には複数の放熱フィンが取
り付けられたことを特徴とする請求項1乃至4のいずれ
かに記載の面照明装置。 - 【請求項6】 金属基板と放熱フィンは、一体に構成さ
れたものであることを特徴とする請求項5記載の面照明
装置。 - 【請求項7】 光伝搬方向の任意の位置は、導光板の一
端面であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか
に記載の面照明装置。 - 【請求項8】 導光板の入光端面、発光面を除く面を囲
むように光反射部材を形成したことを特徴とする請求項
1乃至7のいずれかに記載の面照明装置。 - 【請求項9】 点灯装置を格納し、少なくとも外郭が金
属で構成される点灯装置格納部表面が、複数の放熱フィ
ンのうち一部あるいは全部と接合して、または一体に構
成されていることを特徴とする請求項5または請求項6
記載の面照明装置。 - 【請求項10】 請求項1乃至9のいずれかの面照明装
置を照明装置モジュールとして複数連結したことを特徴
とする大型の面照明装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP34189099A JP2001160312A (ja) | 1999-12-01 | 1999-12-01 | 面照明装置 |
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---|---|---|---|
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