JP2011095327A

JP2011095327A - 照明装置とそれを用いた看板用照明装置

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Publication number: JP2011095327A
Application number: JP2009246661A
Authority: JP
Inventors: Takashi Asanuma; 孝浅沼
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2009-10-27
Filing date: 2009-10-27
Publication date: 2011-05-12
Anticipated expiration: 2029-10-27
Also published as: JP5295070B2

Abstract

【課題】基板上のＬＥＤをレンズで覆って面発光する照明装置において、複数の光源からの光を広範囲に一様に明るく照射できる面光源を得る。
【解決手段】照明装置１は、基板２と、基板２に配置される複数の発光素子３と、各発光素子３を覆う光学レンズ４とを備える。光学レンズ４は、各発光素子３のそれぞれの重心を結んでなる多角形の重心を通る基板２の法線Ｌを回転軸とした回転体形状であり、各発光素子３からの光が入射される入射面４２と、この入射光の一部をそれぞれの発光素子３の光軸に沿った方向に出射する第１出射面４３と、入射光の一部が反射される反射面４４と、この反射光が回転体外周へ出射され基板２上の拡散反射面２１を照明する第２出射面４５とを有する。これにより、複数の発光素子３からの光は第１出射面４３からの直接光と、拡散反射面２１からの間接光となって面発光するので、広範囲に一様に明るく照射できる面光源が得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光源を光学部材で覆って面発光させる照明装置とそれを用いた看板用照明装置に関する。

従来から、看板照明等には面発光が可能な照明装置が用いられている。このような照明装置として、ＬＥＤ等の光源からの光をレンズ等の光学部材により反射及び屈折させ拡散放射することにより、広範囲に光を照射する面光源を形成した照明装置がある（例えば、特許文献１参照）。

このような照明装置を図９に示す。照明装置１００は、基板１０１上に１つのＬＥＤ１０２とこれを覆う回転体形状のレンズ１０３とが互いの光軸を一致させるように取り付けられ、レンズ１０３には、基板１０１と反対側の面に前記光軸を中心軸とする逆円錐形の反射面１３１が形成されている。この照明装置１００においては、ＬＥＤ１０２からの光は、レンズ１０３の逆円錐形の頂点付近を透過して出射する直接光と、反射面１３１で反射されレンズ１０３側面を通り基板１０１の拡散反射面１１１で拡散反射される間接光となって照射される。これにより、照明装置１００は広範囲の面光源が形成される。

ところで、このような照明装置において、輝度アップや光色調整のため、複数のＬＥＤを使用する場合には、例えば、図１０（ａ）に示すように、各ＬＥＤ１０２はレンズ１０３の光軸上でなく、その光軸の周りに略均等間隔で配置される。したがって、各ＬＥＤ１０２からの光は、反射面１３１でほぼ全反射され、レンズ側面を透過して拡散反射面１１１で拡散反射されるため、レンズ１０３の前面からは殆ど出射されない。このため、図１０（ｂ）に示すように、レンズ１０３周辺の拡散反射面１１１とレンズ前面との輝度の差が大きく、レンズ前面部分が黒いドット状に見え、レンズ１０３と拡散反射面１１１を含めた広範囲の一様な面発光ができない。

また、他の例として、基板上に光源と回転体形状のレンズとが互いの光軸を一致して配置され、レンズに入射した光を朝顔形状の反射面で全反射してレンズ側壁面から出射する照明装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。しかし、この照明装置は、上記特許文献１と同様に、複数の光源をレンズ内に配置したときは、レンズ前方への照射が少ない。

このように、上記特許文献１、２に示されるような照明装置では、光学レンズは１つの光源を覆うことを前提に設計されているため、複数のＬＥＤからの光を照射する場合には、レンズ前方への透過光が極端に少なくなる。したがって、レンズ前面からの光が暗く、遠方からの視認性が低下し、広範囲に輝度むらの少ない一様に明るい面光源を得ることが困難となり、特に、看板照明用には不適であった。

特開２００８−５３６６０号公報特開２００７−４８８８３号公報

本発明は、上記の問題を解決するものであり、基板上の光源をレンズで覆って面発光させる照明装置において、光源を複数にして、広範囲に輝度むらの少ない一様に明るい面光源が得られる照明装置及びそれを用いた看板用照明装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、光反射面を持つ取付基板と、前記取付基板に分散して配置された複数の光源部と、これらの光源部を覆って配置される光学レンズと、を備えた照明装置であって、前記光学レンズは、前記複数の光源部のそれぞれの重心を結んでなる仮想の多角形の重心を通る前記取付基板の法線を回転軸とした回転体形状であり、前記各光源部からの光が入射される入射面と、この入射面から入射された光の一部をそれぞれの光源の光軸に沿った方向に出射する第１出射面と、前記入射面から入射された光の一部が反射される反射面と、この反射面で反射された光が前記回転体外周へ出射され前記取付基板を照明する第２出射面と、を有しているものである。

請求項２の発明は、請求項１に記載の照明装置において、前記第１出射面は平面であるものである。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の照明装置において、前記第１出射面は粗面加工されているものである。

請求項４の発明は、前記請求項１に記載の照明装置の複数個が互いに分散して共通の取付基板上に配置され、この取付基板が看板となっている看板用照明装置である。

請求項１の発明によれば、複数の光源部からの光は、各光源部の光軸に沿った方向に第１出射面から出射される直接光となり、かつ、反射面で反射され第２出射面から出射され取付基板の光反射面で反射される間接光とになって照射されるので、看者に対して光学レンズと取付基板の光反射面との全体が発光して見えることにより、広範囲に明るい一様な面光源を得ることができる。

請求項２の発明によれば、第１出射面を平面加工で形成できるので、例えば、光学レンズに第１出射面を追加加工する場合や、光学レンズに第１出射面の形成されていない既存の規格レンズを用いて発光素子数に応じ第１出射面を加工する場合に、製作が容易となる。

請求項３の発明によれば、第１出射面からの出射光が拡散され、輝度分布が一様化されるので、輝度むらが低減され、看板照明等の用途により好適となる。

請求項４の発明によれば、看板用として、輝度むらが少なく、明るくて見易いものとなる。

本発明の第１の実施形態に係る照明装置の断面図。同照明装置の平面図。（ａ）は上記実施形態の変形例における基板の平面図、（ｂ）は同基板の断面図、（ｃ）は同変形例における発光モジュールの断面図、（ｄ）は同変形例における基板に発光モジュールを組み込んだ状態の断面図。本発明の第２の実施形態に係る看板用照明装置の部分斜視図。同看板用照明装置の部分側面図。（ａ）は同看板用照明装置の１つの照明装置の照明範囲を示す図と、複数の照明装置で文字「Ｏ」を照明表示した場合の看板用照明装置の正面図、（ｂ）は従来の１つの照明装置の照明範囲を示す図と、照明装置で文字「Ｏ」を照明表示した場合の看板用照明装置の正面図。本発明の第３の実施形態に係る照明装置の断面図。同照明装置の平面図。従来の照明装置の断面図。（ａ）は従来の他の照明装置の断面図、（ｂ）は同照明装置からの照射光の見え方を示す平面図。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る照明装置について図１乃至図５を参照して説明する。図１及び図２に示すように、本実施形態の照明装置１は、基板（取付基板）２と、基板２に適宜の間隔をおいて分散して配置される複数（ここでは、４個）の発光素子（光源部）３と、これらの発光素子３を覆って配置される光学レンズ４とを備える。光学レンズ４は、複数の発光素子３のそれぞれの重心を結んでなる仮想の多角形の重心を通る基板２の法線Ｌを回転軸とした回転体形状を成す。この光学レンズ４は、その底面に形成された各発光素子３を覆う円筒形状の空洞４０と、天面側に形成された逆円錐形状の傾斜面を持つ凹部４１とを有する。これら空洞４０及び凹部４１の各中心軸は、法線Ｌ上にある。

光学レンズ４は、空洞４０の天面よりなり基板２と平行な入射面４２と、凹部４１の傾斜面に形成された複数の円筒状凹部４６（後述）の底面より成り入射面４２からの光の一部を出射する第１出射面４３と、凹部４１の傾斜面より成り入射面４２からの光の一部を反射する反射面４４と、光学レンズ４の外周面より成り反射面４４からの反射光を基板２に出射する第２出射面４５と、を備える。円筒状凹部４６は、発光素子３の光軸を中心軸として凹部４１の傾斜面に形成されている。

基板２は、汎用のプリント基板であり、寸法安定性に優れ、反りやねじれ等のバラツキの少ない基板が用いられる。基板２は、第２出射面４５から出射した光が照射される光学レンズ４の周辺上に拡散反射面（光反射面）２１を持つ。この基板２の裏には、発光素子３から発せられる熱を効率よく放熱するため、銅等の放熱性の高い材料が用いられた適宜のヒートシンク等（図示せず）が装着される。基板２の材料としては、例えば、ガラスクロス（布）を重ねたものにエポキシ樹脂を含浸させたガラスエポキシ基板等が用いられる。なお、基板２の材料は金属基材でもよい。また、光学レンズ４と発光素子３とが装着される基板と、拡散反射面２１が形成される基板とは、互いに平行であれば分離されていてもよい。

拡散反射面２１は、基板２上にアクリルやウレタン系の白色塗料を吹き付けたものが好ましいが、全反射率が略８０％以上であり、拡散特性を有するものが望ましいが、特にそれに限定されない。また、基板２をステンレスのような金属基材としたときは、これに塗装したり、カラーシートを貼り付けてもよい。なお、基板２の表面全体が拡散反射面２１となっていてもよく、また、光学レンズ４により反射された光が照射される面の部分のみが拡散反射面２１となっていてもよい。また、拡散反射面２１は、基板２上ではなく、例えば、照明装置１が取付けられる、看板の本体基板等の別基板や壁面などに形成されてもよい。また、拡散反射面２１の形状は特に限定はない。

発光素子３は、例えば、青色ＬＥＤと、３８０ｎｍ〜４８０ｎｍの波長帯域の光を４８０ｎｍ〜７８０ｎｍの光へ変換するＹＡＧ（ＹｔｔｒｉｕｍＡｌｕｍｉｎｉｕｍＧａｒｎｅｔ）系蛍光体やＢＯＳ（Ｂａｒｉｕｍｏｒｔｈｏ−Ｓｉｌｉｃａｔｅ）系蛍光体等を含むシートと、を組み合わせた白色ＬＥＤが用いられる。ここでは、発光素子３は、基板２上で光学レンズ４の回転軸（法線Ｌに相当）の回りの円周上に略均等間隔で複数個配置される。なお、発光素子３は、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色ＬＥＤを用いてもよく、また、上記のＬＥＤに限らず、可視光を発生させるものであれば、例えば、小型白熱灯、小型のハロゲン電球等も使用可能である。また、発光素子３の発光面の形状についても特に制限はなく、光学レンズ４に埋め込まれたものであってもよい。

光学レンズ４において、空洞４０は複数の発光素子を収納する開口径を持ち、その空洞４０で各発光素子３を覆った状態で基板２の取付面に固定される。なお、凹部４１の傾斜面は、光学レンズ４の回転軸（法線Ｌ）から外周に向うに連れて基板２との距離が直線的に増加する円錐形状となっているが、この増加は上に凸の曲線的でもよい。この光学レンズ４の材料には、ポリカーボネード、アクリル、シリコン、エポキシ等のプラスチック又はガラス等が用いられる。また、光学レンズ４は、接着剤等で基板２に固定してもよいが、発光素子３と光学レンズ４との位置関係を一定に保ち、所望の配光を得るためのレンズホルダ（図示せず）を更に備え、このレンズホルダを基板に固定してもよい。

円筒状凹部４６は、光学レンズ４が反射面４４上から掘り込まれ、その底面に対向する反射面４４の部分が開口された一部側面開放の円筒形状となっている。各第１出射面４３は、各発光素子３の光軸を中心軸とする半径ｒの円形を成し、その外周は反射面４４と略接する位置（円筒状凹部４６の最大深さｄ）とされ、各発光素子３の発光面にそれぞれ対向している。ここで、各第１出射面４３は、凹部４１の逆円錐形の頂点から一定の同じ高さで、互いに法線Ｌに対して回転対称に位置される。なお、各出射面４３はその外周が反射面４４と互いに交差するように配置されてもよい。

各第１出射面４３は、その面積の大きさにより、レンズ前方への光量を変化させることができ、レンズ前方と後方とを照射する互いの光量を調整することが可能である。例えば、レンズ前方を明るくするときは、第１出射面４３は発光素子３の発光面を覆うようにその面積を広くする。すなわち、発光素子３からの入射光が第１出射面４３から出射する光と、拡散反射面２１で拡散反射される光との輝度のバランスを好適にするように、第１出射面４３を適宜必要なサイズに設計することができる。

反射面４４は、凹部４１の逆円錐形状の傾斜面のうち、複数の円筒状凹部４６による開放面を除いた部分に相当し、光学レンズ４の光軸との傾斜角度によって反射光の方向を変えて、拡散反射面２１を広く照射するようにできると共に、反射光の第２出射面４５での全反射を抑制するようにできる。また、反射面４４は、発光素子３からの入射光を全反射するような傾斜面とされるが、全反射が不十分な場合など、その表面を必要に応じて銀やアルミ等を蒸着又はスパッタ等で処理することにより、略８０〜１００％の反射率を確保するように構成することができる。

第２出射面４５は、基板２に対して垂直な円筒形状とされているが、これに限らず、光学レンズ４が基板２の拡散反射面２１のどの程度の範囲に光を照射させるかによって、円筒形状以外にも適宜に必要な構成とすることができる。

上記のように構成された本実施形態の照明装置１においては、複数の発光素子３からの光は、入射面４２からの入射光のうち、各発光素子３の光軸に沿った光は、基板２と平行である各第１出射面４３を透過してそのまま照射する直接光となる。また、各発光素子３の光軸に沿っていない光は、殆ど反射面４４で、また一部は出射面４３で反射され、第２出射面４５から屈折、透過して出射され基板２上の光学レンズ４の周辺を照射し、拡散反射面２１で拡散反射されて基板２より照射する間接光となる。このとき、第１出射面４３からの出射光によりレンズ前面からの直接光を増やすことができるので、直接光を明るくして間接光とのバランスを調整でき、レンズ前面がその周辺に比較して暗くならずに照明できる。これにより、看者は光学レンズ４と拡散反射面２１との全体が一様に面発光しているように見えるので、広範囲に明るい一様な面光源を得ることができ、看板照明用などに適する。

また、第１出射面４３を平面加工で形成できるので、例えば、光学レンズ４に第１出射面４３を追加加工する場合や、光学レンズ４に第１出射面４３の形成されていない既存の規格レンズを用いて発光素子数に応じ第１出射面４３を加工する場合に、製作が容易となる。また、発光素子３の光軸の位置が第１出射面４３の平面内でずれても、発光素子３からの光軸に沿う光はそのまま出射されるので、発光素子３の配置精度に余裕を持たすことができる。

また、第１出射面４３の平面を粗面加工したシボ面とすることにより、第１出射面４３からの出射光を拡散することができるので、レンズ前面の輝度を一様化することができ、照明装置１を見た場合に面発光の輝度分布を一様にでき、看板等の用途により適するようになる。なお、光学レンズ４は、射出成形（インジェクション成形）することにより、第１出射面４３の平面及びその平面の粗面化のためのシボ転写が可能であり、金型の形状が変わるだけで、レンズの成形方法は何ら変わるところは無いので、材料費や成形コストが高くなることはない。

また、１つのレンズで複数の発光素子３を収納して照射するので、コンパクトで明るい面光源を得ることができる。また、看板照明用以外に、複数の照明装置１を用いた平面照明として、天井照明や壁面照明などの各種照明装置に使用できる。

図３（ａ）〜（ｄ）を参照して、本実施形態の照明装置１の変形例について説明する。本変形例は、光学レンズ４と発光素子３とがモールド樹脂５１によりモールド成形された発光モジュール５とされ、基板２に固定されるものである。図３（ａ）（ｂ）に示すように、基板２は、光学レンズ４が挿通するためのレンズ挿入孔２２と、発光モジュール５をばね部材５２で基板２に固定するためのばね固定孔２３とを有する。

図３（ｃ）に示すように、発光モジュール５は、発光素子３が装着された素子基板（例えば、ＬＥＤ基板など）３１と、光学レンズ４の下端周辺に設けられた鍔部４７と、この鍔部４７を包囲するモールド樹脂５１と、モールド樹脂５１の底面に装着されたばね部材５２とを有する。ばね部材５２は、基板２のばね固定孔２３に係止させるための引掛部５３を有する。

図３（ｄ）に示すように、発光モジュール５は、光学レンズ４の上部を基板２のレンズ挿入孔２２に挿入させ、ばね部材５２の引掛部５３を基板２のばね固定孔２３に挿通させることにより係止される。このような構成によれば、光学レンズ４と発光素子３との配置の位置精度が良くなると共に、基板２への取り付け、取り外しが容易となる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る看板用照明装置について図４乃至図６を参照して説明する。図４に示すように、本実施形態の看板用照明装置１０は、前記実施形態の照明装置１の複数個が互いに分散して共通の基板２上に配置されたものであり、この基板２が看板２０となっている。図５に示すように、看板２０上においては、照明装置１は光学レンズ４の前面からの直接光と拡散反射面２１からの間接光とが照射する面発光源となっている。これにより、各照明装置１が取り付けられる看板面全体が広範囲に一様な輝度で明るく照明される。

図６（ａ）は、本実施形態の看板用照明装置１０により複数の照明装置１を用いて文字「Ｏ」を照明表示した場合を示し、図６（ｂ）は、比較のために、従来の照明装置１００を用いて同様に文字「Ｏ」を照明表示した場合を示す。なお、これらの図のそれぞれ上側には、本実施形態と従来とにおける１つの照明装置の照射範囲を示している。図６（ａ）に示すように、本実施形態による看板用照明装置１０では、各第１出射面４３からの直接光の集合体として文字（ここでは、英文字の「Ｏ」）１１やロゴマーク等が照明表示されレンズ前面が暗くならず、基板２からの間接光は看板２０を照らし、これら文字、ロゴマーク等のバック部分の視認性を高める。すなわち、個々の照明装置１が一様な明るさの面光源となっているので、文字やロゴマークなどは、遠くから見たときの輝度むらが少なく、明るく分かり易く見える。一方、図６（ｂ）に示す従来の照明装置１００を用いた場合は、看板２０上で個々の照明装置１００のレンズ前面部分が黒いドット状に見え、英文字「Ｏ」１２は、輝度むらが多く、視認性が低下すると共に、看板２０の外観性を損なうことになる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態に係る照明装置について図７及び図８を参照して説明する。本実施形態の照明装置１は、前記実施形態の光学レンズ４における複数の第１出射面４３（図１）を連続する１つのリング状の平面から成る環状出射面４８としたものである。

環状出射面４８は、凹部４１の反射面４４の円周上に沿って階段状に形成された段差ｄの段部４９における基板２に平行な面より成る。環状出射面４８は、凹部４１の逆円錐形状の頂点からの所定の高さに位置し、そのリングの外周が基板２の法線Ｌを中心軸とする半径Ｒの円平面上にあり、その内周が凹部４１の反射面４４の円周上に位置する。各発光素子３の光軸は、環状出射面４８のリングの幅（外周と内周との差）の略中間を通る円周上に位置する。

本実施形態によれば、環状出射面４８は複数の発光素子３に対し共通の出射面となるので、各発光素子３の光軸を環状出射面４８のリング範囲内を通るように配置するだけでレンズ前面から光を出射することができ、各発光素子３の配置の自由度が増し、また、発光素子３の光軸のずれによる光出力の影響も少ない。また、リング上に亘って出射面積を広くできるので、その分、発光素子３の数量を多く配置でき、そのために、第１出射面４３を追加変更する必要もない。また、環状出射面４８は複数の局部的な面ではなく、一つの面なので、面加工作業が容易である。

なお、本発明は上記各種実施形態の構成に限定されるものではなく、発明の趣旨を変更しない範囲で適宜に種々の変形が可能である。例えば、上記第１及び第２の実施形態において、光学レンズ４の第１出射面４３及び環状出射面４８をそれぞれ傾斜面内に掘り込む形で形成したが、傾斜面から突出する平面形状としてもよく、また、平面に限らず、凹面や凸面などとしてもよい。また、光学レンズ４の第２出射面４５をレンズ光軸から外周に離れるに連れて、基板との距離が増加する凹形にしてもよい。また、上記第２の実施形態における環状出射面４８を、複数のリング状としてもよい。

１照明装置
２基板（取付基板）
３発光素子（光源部）
４光学レンズ
４２入射面
４３第１出射面
４４反射面
４５第２出射面
４８環状出射面（第１出射面）
１０看板用照明装置
２０看板（取付基板）
２１拡散反射面（光反射面）
Ｌ法線

Claims

光反射面を持つ取付基板と、前記取付基板に分散して配置された複数の光源部と、これらの光源部を覆って配置される光学レンズと、を備えた照明装置であって、
前記光学レンズは、前記複数の光源部のそれぞれの重心を結んでなる仮想の多角形の重心を通る前記取付基板の法線を回転軸とした回転体形状であり、前記各光源部からの光が入射される入射面と、この入射面から入射された光の一部をそれぞれの光源の光軸に沿った方向に出射する第１出射面と、前記入射面から入射された光の一部が反射される反射面と、この反射面で反射された光が前記回転体外周へ出射され前記取付基板を照明する第２出射面と、を有していることを特徴とする照明装置。
前記第１出射面は平面であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
前記第１出射面は粗面加工されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の照明装置。
前記請求項１に記載の照明装置の複数個が互いに分散して共通の取付基板上に配置され、この取付基板が看板となっていることを特徴とする看板用照明装置。