JP2009187874A

JP2009187874A - Ｌｅｄ光源装置

Info

Publication number: JP2009187874A
Application number: JP2008028897A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Hatakeyama; 篤史畠山; Takayuki Maruyama; 孝享丸山; Koichi Tanabe; 耕一田邉
Original assignee: Hitachi Lighting Ltd
Current assignee: Hitachi Lighting Ltd
Priority date: 2008-02-08
Filing date: 2008-02-08
Publication date: 2009-08-20

Abstract

【課題】配線の処置を安全・確実に行い、かつ外観のデザイン性を損なわないＬＥＤ光源装置を提供する。
【解決手段】ＬＥＤ光源装置は、ＬＥＤ２と、ＬＥＤ２からの光を端面２５より導入し側面２６から出射させるための導光板５と、ＬＥＤ２および導光板５を収容するための筐体６と、ＬＥＤ２に給電するための配線８とを備える。導光板５は、側面２６の長さが端面２５の幅よりも長く、かつ端面２５のサイズがＬＥＤの発光部２７のサイズよりも大きく構成され、側面２６に対向する面に端面２５から離れるに従って乱反射性を上げる乱反射機構を具備する。筐体６は、長手方向に沿って配線８を通す溝７等の配線通路を具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオード（以下、ＬＥＤと記す）からの光を端面より導入し側面から出射させるための導光板を備えたＬＥＤ光源装置に関するものである。

光源装置としては従来から蛍光ランプ等を用いたものが多用されているが、このところ蛍光ランプ等の既存のランプをＬＥＤに置き換える提案が種々の分野でなされている。ＬＥＤは蛍光ランプと異なり水銀を使用しておらず、しかも小型で低電力駆動が可能であり、近年ではその発光効率の向上が目覚しい。従来のＬＥＤデバイスの形状は砲弾型が主流であったが徐々に面実装タイプが増え、ＬＥＤデバイスが小型化することで、その利用が幅広く期待されている。ＬＥＤは、これまでインジケータなどの表示に用いられることが多かったが、その効率向上に伴い照明用途としても展開され、徐々に普及し始めている。

従来、例えば、蛍光ランプが使用されていたものに小型のＬＥＤを使用し、線状あるいは面状の光源を実現するためには、多数のＬＥＤを等間隔に配置する方法が一般的である。しかしながら、この方法では光源が粒状に発光しているのが視認され、滑らかな線状あるいは面状の光源にはならない。そこでＬＥＤ光源の前面に拡散効果をもつシートあるいは板を配置し、ＬＥＤの直進光を拡散することで滑らかな線状あるいは面状光源とすることが可能であるが、この場合は拡散シートあるいは板の透過率が６０％程度であることから、光の利用効率が極端におちてしまう。

また、ＬＥＤを並べることで線状あるいは面状の光源を実現させた場合、ＬＥＤの数量を削減することが困難である。密に並べればそれだけ光源が近接するため、線状あるいは面状とした際の発光の均一さが良好となるが、それだけ多くのＬＥＤを使用する必要が生じる。一方、ＬＥＤの数量を減らすためにはＬＥＤ同士の間隔を粗にして配列する必要が生じ、この場合は発光面での均一さが損なわれてしまう。

これに対して、導光技術を用いた線状光源が、例えばファクシミリ等の画像入力装置用の光源として提案されている。例えば、特許文献１のものは、ランプの光を凹面反射鏡で反射させ、その光を透明材料からなる円柱状のロッド端面から導入し、ロッド内で散乱させてロッド長手方向の表面において線状の光を得るものである。また、特許文献２のものは、円柱状の導光部の一端に複数の発光ダイオード素子を配置し、導光部の表面に軸方向に沿って直線状に拡散反射部を有し、前記導光部の周囲に円筒状の反射部材を備え、この反射部材の軸方向に沿った直線状の間隙から線状の光を得るものである。
特開平１−２３７５３４号公報特開平９−９００６号公報

上述の光源装置では、駆動回路との配線方法および光源装置同士の接続方法について開示されていない。大きな光量を得ようとした場合、あるいは広範囲に渡って照明を必要とした場合においては、光源装置を複数個並べて使用する必要がある。複数の光源装置に対して個別に駆動回路から接続用配線を渡す場合は、最低でも正負の配線が必要となり、光源装置数量の２倍以上の本数が接続用配線として必要になる。

またＬＥＤを導光板の両端側に配置する構成の光源装置では、ＬＥＤ同士を接続するために両端に渡る配線が必要となる。安易に電線を筐体外部に沿わせて配置すると、デザイン性が損なわれてしまう問題があるだけでなく、電線にチューブ等の保護材を被せる方法を取っても電線が筐体外部に露出しているために取り扱い時に電線を破損させてしまう恐れがある。
筐体内に電線を通すための隙間空間を別途設けて、電線を配置させることも可能だが、この場合は筐体の断面面積が大きくなってしまい、省スペースに取り付ける線状光源として成立させるためには、相反してしまう対応策となる。
また、ＬＥＤを使用光源とした場合は、ＬＥＤを直流電流で駆動させるため、高周波交流を用いて点灯させる蛍光ランプのような光源と異なり、配線の引き回せる距離を長くすることができる。さらに数百ボルトの電圧で点灯する蛍光ランプと比べ、ＬＥＤは直流の数ボルトで駆動が可能なために使用する配線の線径も細いものが適用できる。したがってより細い線状光源を実現しようとした場合は、配線の引き回し方法が極めて重要な要素となってくる。
本発明の目的は、配線の処置を安全・確実に行い、かつ外観のデザイン性を損なわないＬＥＤ光源装置を提供することにある。

上記目的は、光源としてのＬＥＤと、前記ＬＥＤからの光を端面より導入し側面から出射させるための導光板と、前記ＬＥＤおよび前記導光板を収容するための筐体と、前記ＬＥＤに給電するための配線とを備え、前記導光板は、前記側面の長さが前記端面の幅よりも長く、かつ前記端面のサイズが前記ＬＥＤの発光部のサイズよりも大きく構成され、前記側面に対向する面に前記端面から離れるに従って乱反射性を上げる乱反射機構を具備したものであり、前記筐体は、長手方向に沿って前記配線を通す配線通路を具備するＬＥＤ光源装置により達成される。

ここで、前記配線通路は、前記筐体の外面または内面に形成された溝、または前記筐体を構成する部材の内部に形成された孔とすることができる。前記配線通路は、前記筐体の長手方向に沿って複数本形成することができる。前記ＬＥＤは、前記導光板の両端側にそれぞれ配置することができる。前記ＬＥＤを保持する保持部材を備え、前記保持部材が前記光源で発生する熱を放熱する機能を有することが好ましい。
前記ＬＥＤは、１Ｗ以上の入力電力をもつ白色ＬＥＤを用いて構成することができる。前記ＬＥＤは１つまたは複数を用いて構成することができ、前記複数のＬＥＤは複数の異なる発光波長のＬＥＤを用いることができる。前記導光板の厚みは、４ｍｍ以上が好ましい。

本発明によれば、筐体に設けた溝や孔等の配線通路に配線を行うので、電線を固定するのが容易になる。また、筐体から電線がはみ出すことがないので、取り扱いや施工時あるいは使用時に対しての断線の心配がなくなる。更には、配線材によって外観を損ねることがないので、デザイン性に富んだ光源装置を提供することができる。
筐体に設ける溝や孔等の配線通路は、使用する電源配線に合わせて自由に設計できるため、配線の太さ、長さや本数の制約がない。配線の本数が増えても対応できるので、光源装置の台数を増やしての取り付けや施工時に発生する配線処理を容易にすることができる。太い電線を使えるので損失の少ない長距離配線ができ、光源装置の設置の自由度が広がる。また導光板の両端に配置したＬＥＤ同士の配線が容易である。

さらに、本発明により線状あるいは細形の面状の光源装置を得ることができるので、省スペースな光源として利用することが可能となる。例えば、従来蛍光ランプが使用されているところへの代替光源としての利用をはじめとし、これまで蛍光ランプ等の取り付けが出来ないような環境や場所での使用が可能となる。

図１は、本発明に係る光源装置の一実施例を示す図である。図２は、図１の光源装置のＬＥＤ搭載部を示す図である。
本実施例では、図１に示すように、ＬＥＤ搭載部１のＬＥＤからの光を端面２５より導入し側面２６から出射させるための導光板５と、導光板５の両端側にそれぞれ配置されたＬＥＤ搭載部１と、導光板５およびＬＥＤ搭載部１を収容するための筐体６とを備える。２つのＬＥＤ搭載部１にはそれぞれ配線８が接続される。筐体６は、長手方向に沿って配線通路としての溝７を具備する。ＬＥＤ搭載部１に接続された配線８は、筐体６に設けられた開口または切り欠きを通して筐体６外部へ引き出された後、筐体６に設けられた溝７に配置される。ＬＥＤ２に接続された配線８の他端はＬＥＤを駆動する駆動回路９に接続され、駆動回路９は電源１０に接続される。
ＬＥＤ搭載部１は、図２に示すように、光源であるＬＥＤ２（発光部２７）と、ＬＥＤ２が実装される基板３と、ＬＥＤ２および基板３を保持するための保持部材４とを有する。ＬＥＤ２は基板３を介して配線８と電気的に接続される。

光源装置の作動時には、電源１０より駆動回路９に給電され、駆動回路９により配線８および基板３を介してＬＥＤ２に電圧が印加され、ＬＥＤ２は発光する。このときＬＥＤ２の発光量を安定させるためには、駆動回路９は定電流制御あるいは定電圧制御で動作することが望ましい。ＬＥＤ２の発光により放出された光は導光板５の端面２５より導入され導光板５内を伝搬する。導光板５内を伝搬する光は、導光板５の光を出射する側面２６に対向する面に設けられた乱反射機構（図示しない）により乱反射され、導光板５の側面２６から外部に光を放出する。乱反射機構は、例えば平面的パターンまたは凹凸部を側面２６に対向する面に形成し、その配置密度を導光板端面から離れるに従って粗から密にすることにより乱反射性を上げることができる。

本例の導光板５は、図示のように断面が矩形の四角柱であるが、これ以外の断面を有する多角柱とすることもできる。導光板５の側面の長さＬは、幅Ｗよりも長く構成される。また、端面２５のサイズは、ＬＥＤ２の発光部２７のサイズよりも大きく構成される。このように、導光板の幅を狭くし長さを長尺とし、端面のサイズを光源発光部のサイズよりも大きく構成することで、輝度の高い照明に適した光を得ることができる。

ここで、サイズとは、導光板の端面２５における厚みと幅の両方の寸法をいい、またＬＥＤ２（光源）の発光部２７における厚みと幅の両方の寸法をいう。図１に示すように、導光板の端面２５の幅をＷ、厚みをＴとし、図６に示すようにＬＥＤ２の発光部２７の幅をｗ、厚みをｔとした場合に、端面２５のサイズがＬＥＤ２の発光部２７のサイズよりも大きく構成されるとは、Ｗ＞ｗ、かつＴ＞ｔであることをいう。

図６（ａ）〜（ｃ）は、ＬＥＤ１の発光部２７のサイズについて説明するための図である。ＬＥＤ２は、ＬＥＤ素子９１とそれを封止する樹脂部を備える。ＬＥＤ素子９１からの光はこの樹脂部を通して発光するので、ここではこの樹脂部を発光部２７とする。図６（ａ）はＬＥＤが１つの場合の発光部２７のサイズ（幅ｗ、厚みｔ）を示す。図６（ｂ）はＬＥＤが横に２つ配置された場合の発光部２７のサイズを示す。この場合、左側の発光部の左端から右側の発光部の右端の間の幅を発光部２７の幅ｗとする。図６（ｃ）はＬＥＤが縦横２つずつ合計４つ配置された場合をそれぞれ示す。この場合、上側の発光部の上端から下側の発光部の下端の間の厚みを発光部２７の厚みｔとする。ＬＥＤ２の数が増加した場合もこの要領で幅と厚みが決められる。例えば、ハイパワーＬＥＤの場合、発光部２７はφ４〜５ｍｍ程度で構成されていることが多い。これは、使用するＬＥＤ素子に１ｍｍ角前後のものを使用し、このＬＥＤ素子に通電するためのワイヤーを張るための領域として、ＬＥＤ素子周囲１ｍｍ程度の距離が必要となり、さらにそのワイヤーにストレスを与えない距離として１ｍｍ程度の距離を設けて透明樹脂で封止される界面または透明樹脂を封止するための壁面が構成されている。このため、ＬＥＤ１の発光部２７の径がφ４〜５ｍｍとなる。従って、発光部２７に合わせて導光板の厚みも４ｍｍ以上にする必要がある。

図３は筐体６に設ける配線通路としての溝７の形状の一例を示す図である。溝７を設ける位置は本例では筐体６の外面であるが、どの面にあっても良い。例えば、図４に示すように、筐体６の内面に設けても良い。更に、溝７は１本だけでなく、複数本設けても良く、また１つの面だけでなく複数の面に設けても良い。溝７の形状は、配線を通すことができるものであればその形状は問わない。

図７は筐体６に設ける配線通路としての孔１３の形状および位置の一例を示す図である。本例では、孔１３は、筐体６を構成する部材の内部に形成される。孔１３を設ける位置は、筐体６のどの部位でも良い。孔１３は１本だけでなく、図８に示すように、筐体６を構成する部材の内部に複数本設けても良く、また１つの面だけでなく複数の面に設けても良い。孔１３の形状は、配線を通すことができるものであればその形状は問わない。

またＬＥＤ２の発熱を放熱することが重要である。この点については、保持部材４および筐体６にはアルミニウム等の熱伝導性の良い金属部材を用いることで、筐体６の全体に放熱機構を担わせることが可能となる。
ＬＥＤ２に白色ＬＥＤデバイスを使用すれば、図１の実施例は白色の光源装置として成立する。近年製品化または発表されている大電力供給が可能な１Ｗ以上の入力電力をもつ白色発光ＬＥＤを使用すれば、より明るい光源装置を実現することができる。
一方、赤・青・緑のＬＥＤ素子を一つのパッケージにしたＬＥＤデバイスをＬＥＤ２として使用すれば、前記赤・青・緑の各々のＬＥＤに流す電流を制御することで、可変色を実現する光源装置を提供することが可能となる。

図５は、本発明に係る光源装置の他の実施例を示す図である。本実施例は、光源装置を２本連結して使用するものである。光源装置１１，１２はそれぞれ、図示のように、導光板５の一方の端部側にＬＥＤ搭載部１を備え、ＬＥＤ搭載部１および導光板５が筐体６に収容されている。本例では、第一の光源装置１１と第二の光源装置１２を電気的に接続する配線８を、筐体６に設けられた溝７ａおよび７ｂに配置する。本構成によれば、配線処理のために特別な施工を不要とした連結された複数の光源装置を実現することが可能となる。

本発明は、ＬＥＤからの光を端面より導入し側面から出射させるための導光板を備えた光源装置に関するものであり、産業上の利用可能性がある。

本発明に係る光源装置の一実施例を示す図である。図１のＬＥＤ搭載部の構成を示す図である。本発明に係る光源装置の一実施例の断面図を示す図である。本発明に係る光源装置の一実施例の断面図を示す図である。本発明に係る光源装置の他の実施例を示す図である。（ａ）〜（ｃ）は、ＬＥＤの発光部のサイズについて説明するための図である。本発明に係る光源装置の一実施例の断面図を示す図である。本発明に係る光源装置の一実施例の断面図を示す図である。

符号の説明

１…ＬＥＤ搭載部、２…ＬＥＤ、３…基板、４…保持部材、５…導光板、６…筐体、７…溝、
７ａ…溝、７ｂ…溝、８…配線、９…駆動回路、１０…電源、１１，１２…光源装置、１３…孔、２５…端面、２７…発光部、９１…ＬＥＤ素子

Claims

光源としてのＬＥＤと、前記ＬＥＤからの光を端面より導入し側面から出射させるための導光板と、前記ＬＥＤおよび前記導光板を収容するための筐体と、前記ＬＥＤに給電するための配線とを備え、前記導光板は、前記側面の長さが前記端面の幅よりも長く、かつ前記端面のサイズが前記ＬＥＤの発光部のサイズよりも大きく構成され、前記側面に対向する面に前記端面から離れるに従って乱反射性を上げる乱反射機構を具備したものであり、前記筐体は、長手方向に沿って前記配線を通す配線通路を具備することを特徴とするＬＥＤ光源装置。
前記配線通路が、前記筐体の外面または内面に形成された溝であることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ光源装置。
前記配線通路が、前記筐体を構成する部材の内部に形成された孔であることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ光源装置。
前記配線通路が、前記筐体の長手方向に沿って複数本形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＬＥＤ光源装置。
前記ＬＥＤが、前記導光板の両端側にそれぞれ配置されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のＬＥＤ光源装置。
前記ＬＥＤを保持する保持部材を備え、前記保持部材が前記光源で発生する熱を放熱する機能を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のＬＥＤ光源装置。