JP2009164090A - シームレスｌｅｄ照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤ照明は近年、急速な進展が進み高出力及びエネルギー変換効率は蛍光灯並みかそれ以上になり、複数のＬＥＤ素子を直線上に配列することで蛍光灯の明かりの強さに迫るかこれを超えるほどになってきた。しかしながらＬＥＤ発光素子は一般に光の照射角（出射角）が１２０度以下の狭いものが多く、光の集光性がよいものの、逆に光の輝度が強すぎて蛍光灯等の代替の照明器具としては、その光束が目には強すぎてギラツキになり、目を痛めやすいなど使用上で問題のあるケースが多々生じる。
【解決手段】本発明はその光のギラツキを複数のマルチ線型拡散レンズおよび何種類かのマルチ平面拡散レンズによって低減する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＬＥＤ素子の特徴でもある輝度の強さが照明としては欠点ともなる点発光源としてのギラツキや眩しさを低減する方法を提供する。

高出力ＬＥＤ照明器具は近年の技術の進歩から入力電力に対する出力の発光効率が高いことからエネルギーの節約が可能で、地球温暖化を阻止しＣＯ２削減を実現する手段として大きな期待が寄せられている。とくに照明器具の大半を占めている蛍光灯をＬＥＤの高指向性という特徴を生かしながら、さらに効率の高いＬＥＤ照明で置き換える事が可能ならば人類の使用しているエネルギーの三分の一を占める照明のエネルギーの節約が可能となることが期待され、世界の主要先進国は国力をあげて研究開発を進めている。各国が暫定的に節電効果の為に進めている蛍光灯（ＦＬ）や電球型蛍光球（ＣＦＬ）では、環境への水銀汚染の問題が解決されたとはいえず根本的な解決策にはなりえないことが徐々に理解され始めてきている。白熱電球については電球型ＬＥＤが市場に出回り始め、ある国では白熱電球の生産を廃止しこれを電球型ＬＥＤ球に取り替えるように法制化しているところもあるが、残念ながら蛍光灯型ＬＥＤはいま一歩のところにあるのが現状だ。この種の蛍光灯型高出力ＬＥＤ照明器具としては、適切な熱処理を考慮したヒートシンクとの組み合わせで、小さな出力の複数のＬＥＤを直線上に離れて多数配列させる蛍光灯の代替製品としてのＬＥＤ照明器具が最近徐々に提供されはじめてきた。

図１は最近の蛍光灯管と交換可能なＬＥＤ照明器具の一例を示しており、従来の蛍光灯管と同じ寸法規格で作られていて、蛍光灯の安定器の種類によってはグローランプを抜くだけでそのまま蛍光灯型ＬＥＤ管と取り替え可能である。また安定器がインバーター型（高周波ＤＣ−ＡＣ変換器）の場合でも電源のバラストなどを切り離すなど電源の配線をわずかな手間での切り変えだけで比較的容易に交換可能である。これらは図１に示すように高出力の複数の点状高出力ＬＥＤを分布させた構造である。

従来の蛍光灯は白熱電球をこれに交換することで電力の節約を可能とするが、蛍光管内部には人の中枢神経等に極めて有害な有毒物質を含み、地球温暖化やＣＯ２削減を目的とした照明のエネルギー節約の目的に使用するには根本的な問題を孕んでいる。また、蛍光灯型の照明は発光原理からして水銀のプラズマからの励起紫外線で蛍光灯管または蛍光球に塗布されている蛍光物質からの光の放射を照明光として使うため、本来的に無視できない程度の量の紫外線を含んでいる。この紫外線は人間の皮膚への美容や健康にも無害とはいえず、また目的によっては衣服や商品などの色の褪光の原因となっていて経済的な効果もある。さらに白熱球や蛍光灯はその放射光の成分に大量の遠赤外線や赤外線の熱線を含みこれが肉や生鮮食品の早期劣化などの原因となっている。これらの熱線は冷凍機や空調の余分な熱負荷にもなっていて無駄なエネルギー消費の原因ともなっている。また数百ワット級のさらに出力の大きな水銀灯も同様の問題が考えられる。

これら有機水銀を含む蛍光灯などの根本的な問題に対して、毒性もなくエネルギー効率も蛍光灯に比べて同等以上の性能をもち、有害な紫外線、熱の発生源の赤外線や遠赤外線などの輻射もなく、白熱球型ＬＥＤや蛍光灯型ＬＥＤやＬＥＤ投光器の照明器具への応用は照明器具のリサイクルを可能とし環境にも人間の健康に害を与えず、高出力ＬＥＤ照明はより省エネルギーが可能でかつ世界の温暖化問題やＣＯ２削減への有望な解決の展望を与えてくれる。

ところが、上述のＬＥＤ照明器具では個々のＬＥＤが強い指向性と明るさの強い点発光の性質を持つために、従来の蛍光灯管からの柔らかな光と比較して、目に眩しくギラツキが強すぎて、場合によっては目に障害を起こす可能性も否定できず新たな問題が生じる可能性が危惧される。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、眩しさとギラツキを防止した環境にやさしいより大きな省エネルギーのＬＥＤ照明器具を提供することにある。

上記目的を達成するために、熊田由美らの発明である“帯状連続発光高出力ＬＥＤ照明器具”を使う方法は極めて効果的である。ただし、この方法では“帯状連続発光ＬＥＤ”に微少（マイクロ）ＬＥＤチップを至近距離で高密度に埋め込みこれを黄色の蛍光体で封じる方法を取っているが、その数が多いために光の質は良好であるが製作コストが嵩むという小さな欠点があることも見逃せない。
特許願受付番号 １０７０２２８００４３ 発明者：熊田由美

一般のＬＥＤ照明では小さなＬＥＤチップを一定の距離を保持して配列していく。このデイクリート（分離した）構造のために、それぞれのＬＥＤチップは輝度が強いためある程度の実用的な明るさの範囲内の距離内においても、それぞれの小さい点光源からの強いギラツいた光束が個々に分離した状態で目の中に飛び込んでくる。本発明ではこの線上に一次元的（１Ｄ）に並ぶ複数のＬＥＤチップ全体に管の長手方向に任意の角度の面内で三角状の溝構造を組み込んだガラスやプラスチック材料等でかまぼこ形状等の種々形状の蓋（カバー）を被せることで問題の解決を図る。この三角形状等の溝構造により個々のＬＥＤチップの光は進行方向に焦点深度を調整する事によって必要な量だけ発散させられ、眼に取っては点と（実は小さな広がりを持つが）点がシームレスに繋がり、軸方向に連続的な光密度の均質化された光束を放出することが可能になり光線のギラツキが大幅に低減される。

点光源のＬＥＤ照明が２次元（２Ｄ）状に格子状に配列している場合は、先の１次元（１Ｄ）に溝構造の配列の平面または曲面のレンズ板を直交させこれを重ねるなどして、または、一枚の発散レンズを任意の角度にて回転して点状の光を面状の光束の集合として、同様に眩しさを抑制させる照明器具をも提供する。あるいは個々の点状の発光源にあわせた発散レンズを格子状にしたレンズの集合体でも同様の効果を発揮させうる。

本発明によれば従来の水銀封入の蛍光灯等が環境を汚染しかつ紫外線を放射する蛍光灯照明の代替照明として省エネルギーで紫外線や赤外線も含まない環境負荷の少ない眼にギラツキの少ない“良質な光源”としての照明器具を実現可能とする。

ここでいう“良質なＬＥＤ光源”とは、従来の蛍光灯に匹敵するほどに出力が大きく、電気から光への変換効率も高く、蛍光灯照明の欠点である人や物への有害紫外線も含まず、放出する光の全成分の中に熱成分も少なく特に従来のＬＥＤのギラツキの多い点光源に交換可能な眼にやさしい広がった光源を指す。その電力節約量は蛍光灯を上回ることが期待され、地球温暖化の防止と二酸化炭素削減に大きく寄与せしめる。

またＬＥＤ照明は放射した光の中に発生熱量が少ないため空調機器（エアコン）などの負荷を軽減し二重の意味でも電力節約や副産物としてＣＯ２排出権の獲得などをも可能せしめる。

さらに本発明によれば蛍光灯型ＬＥＤ照明器具のみならず投光器型ＬＥＤ照明器具、街灯用ＬＥＤ照明器具等の一般照明器具においても問題となるギラツキを低減した照明光を実現することを可能せしめる効果を持つ。

この事例として従来のノンシームレス蛍光灯型ＬＥＤ管器具のなかの蛍光灯管と交換可能な蛍光灯型シームレスＬＥＤ照明器具を図１〜図７に基づいて説明する。

従来の点状に配置したノンシームレス蛍光灯型ＬＥＤ管の一部である。個々のＬＥＤ素子は基板上で電気的に接続されていてそれぞれが点状で強い発光をするため、目に眩しくギラツキが強い欠点を持つ。 本発明の一実施形態でサブストレート（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）５にＬＥＤチップ（ＬＥＤ ｃｈｉｐ）６をネジ（ｓｃｒｅｗ）で密着させ、さらにサブストレート（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）５は金属背板（ｍｅｔａｌ ｐｌａｔｅ）に密着させ放熱を可能せしめる。これにマルチ線型拡散レンズ（ｍｕｌｔｉ ｄｅｆｕｓｉｎｇ ｌｅｎｓ）で軸方向に光を拡散せしめギラツキを低減させる。更に全体の機械的保護として透明管３で全体を覆う。基板にはＬＥＤドライバーケース（ＬＥＤ ｄｒｉｖｅｒ ｃａｓｅ）を搭載させ、入力の１００ボルト交流電圧はソケット９からのピンを通して行う。 本発明の一実施形態でギラツキを低減するマルチ線型拡散レンズの断面図（ｘ−ｚ平面）および側面図である８ａでこの発散レンズを通過した光は軸方向に分散される。この場合、垂直方向には散乱は少ないのでＬＥＤ固有の指向性は保持される。 本発明の一実施形態でギラツキを低減するマルチ平面拡散レンズの模式図である。図５のマルチ平面ＬＥＤ１１の強い光源を拡散せしめ二次元的なシームレス光を生成する。 マルチ平面ＬＥＤ１１の配列図を示す。 本発明の一実施形態で図３のマルチ線型拡散レンズを直交させ、平面拡散レンズを形成する図４とは異なる方法で本発明の一つである。 本発明の一実施形態で図１を具現化し発光させたものである。

符号の説明

１ 従来のノンシームレス蛍光灯型ＬＥＤ管の構造
２ 本発明のシームレス光源ＬＥＤ管分解図
３ ガラスあるいはＰＭＭＡ透明管（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｔｕｂｅ）
４ 金属背板（ｍｅｔａｌ ｐｌａｔｅ）
５ サブストレート（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）
６ ＬＥＤチップ（ＬＥＤ ｃｈｉｐ）
７ ネジ（ｓｃｒｅｗ）
８ａ マルチ線型拡散レンズ（ｍｕｌｔｉ ｄｅｆｕｓｉｎｇ ｌｅｎｓ）
８ｂ マルチ平面拡散レンズ（ｍｕｌｔｉ ｐｌａｎａｒ ｄｅｆｕｓｉｎｇ ｌｅｎｓ）
８ｃ マルチ平面拡散レンズ（ｍｕｌｔｉ ｐｌａｎａｒ ｄｅｆｕｓｉｎｇ ｌｅｎｓ）
９ ソケット（ｓｏｃｋｅｔ）
１０ ＬＥＤドライバーケース（ＬＥＤ ｄｒｉｖｅｒ ｃａｓｅ）
１１ マルチ平面ＬＥＤ
１２ 蛍光灯型シームレスＬＥＤ照明の発光実例

Claims (2)

1. 省電力ではあるが有毒水銀を含む蛍光灯等の環境汚染や有害紫外線等の困難な問題を解決し環境に優しく、照明器具の温度上昇が少なく、空調などにとっても熱負荷の少ない、高いエネルギー変換効率で、物理的に蛍光灯管とも簡便に置換可能な、従来のＬＥＤ発光照明器具の欠点であった眩しさとぎらつきを防止した種々のマルチ線型拡散レンズを内在する、シームレス光源の照明管または照明器具。ここでいうシームレス光源とは時間的配置ではなく空間的配置において点状発光源でなく連続した帯状をなす発光源を意味する。
2. 請求項１は任意の角度の方向（１Ｄ）のぎらつきを低減したシームレスＬＥＤ光源を実現するが、さらに平面状（２Ｄ）に分離して配置された点光源状のＬＥＤの集合から任意の角度のシームレス光源に変更された、エネルギー変換効率、超高寿命、高出力である性能を持った請求項１に記載の蛍光灯型連続発光体の照明管あるいは照明器具。