JP2011138700A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】指向性の高い光源を用いて直接光と間接光を制御することで空間照明を可能とし、かつ低コストで生産性に優れる照明装置を提供する。
【解決手段】基板２上に複数個配列されて、基板前面に指向性を有する光源３と、透光性材料により形成されて光源より出射される光を制御する前面光制御板４および側面光制御板５を有し、前面光制御板４が前面透光性光拡散板および前面透光性光集光板の少なくとも１つであり、側面光制御板５が側面透光性光拡散板である。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）など指向性光源を用いた照明装置に関する。

ＬＥＤなどの指向性の強い光源を用いた照明器具が製品化されつつある。特にスポット照明・ディスプレイ（展示）用照明器具の光源としては、照明対象の大きさ・形状・配置に応じて適宜光の照度・照明範囲などを最適化した光源が望まれている。
例えば、ＬＥＤ光源を用いて対象物に照射される光の照明効率を挙げる方法として、直線状プリズムを設けたフレネルレンズを用いる例（特許文献１参照）、集光レンズと拡散レンズの２種類を組み合わせる例（特許文献２参照）、集光レンズと回折格子の２種類を組み合わせる例（特許文献３参照）などが知られている。
また、鉄道用中継信号機用として面発光ＬＥＤ装置（特許文献４参照）が知られており、自動販売機用の照明装置として蛍光灯に代えて、または蛍光灯と併用してＬＥＤを用いた照明装置（特許文献５、特許文献６参照）がそれぞれ知られている。
さらに、ＬＥＤ光源の輝度の均一化を図る技術として、レンズの外周部にＬＥＤから出射された光を所定の方向へ導く光路制御用突部を設けた装置が知られている（特許文献７参照）。

一方、照明範囲について、照射対象物を直接照らす直接光に対して、照射する天井や壁などに光を反射させる間接光を用いた間接照明も考慮することが必要となる。間接照明は、反射光・散乱光により周囲を照らすため、柔らかな印象を与えることができ、刺激の少ない目に優しい空間の照明演出が可能となる。従来、間接光を用いた照明の光源としては全方向に光束が放射される白熱電球や蛍光灯などが直接照明と併せて、光源の周囲を明るくして天井や壁も照らすことができる間接照明として利用されてきた。例えば、一つの光源で直接光と間接光のどちらも得ることができる照明器具が開発されている（特許文献８参照）。

特開２００８−２１８１８６号公報 特開２００７−２２５５９１号公報 特開２００５−１１４５０４号公報 特開２００１−１３０４１０号公報 特開２００３−２２８７５６号公報 特開２００６−７９４８７号公報 特開２００８−３０５９２３号公報 特開２００４−０７１４０８号公報

上記のスポット照明・ディスプレイ（展示）用照明としてよく利用される指向性光源において、特許文献１の方法では、指向性光源の短手方向の光は調整することが可能であるが、長手方向の光は調整することができないために、長手方向において照射ムラを生じる場合がある。特許文献２および特許文献３の方法では、複数の光学部品を組み合わせて用いることで、短手方向および長手方向の両方の光を調整することはできるが、光学部品の界面数が増加するために入射・出射を繰り返すことで光の反射・散乱などによる損失割合が高くなる。そのため、照射面に到達する光束量が減少し、高出力の光源を使用する必要があり、効率が低下するという問題がある。加えて、複数のレンズを使用することで、部品点数の増加・組立て性の非効率化など生産コストの上昇が予想される。
鉄道用中継信号機用としての面発光ＬＥＤ装置（特許文献４）の場合、表示が目的のため、照明の効果、特に間接光による照明としては考慮されていない。
ＬＥＤ光源を自動販売機用の照明装置として用いる特許文献５の場合、従来の蛍光灯照明の代替であり、小型化およびメンテナンスフリー等ＬＥＤ光源本来の特性を単に利用するものである。また、従来の蛍光灯照明と併用することを目的とする特許文献６の場合、従来の蛍光灯照明を補完する役割をＬＥＤに付与しているのみである。

ディスプレイ（展示）用照明に限れば、複数の指向性光源を並べる場合には各々の光源からある一定の立体角を以って光線が出射され、照射面には各々の光源からの光線によって照射対象物の影に重なりが生じ問題となる。また、ＬＥＤなど指向性の高い光源を用いた場合、間接照明の効果が期待されないため、光源付近は暗くなる問題があり、複数の光源を並べて使用する場合、光源付近の照度ムラが顕著に現れ、ディスプレイ（展示）用照明としては問題となる。
特許文献１〜特許文献６の方法を用いることで照射対象物の照明を得ることが出来る場合もあるが、空間照明として考えた場合には間接光は考慮されておらず、対象物によってできる影の問題を解決して、かつ照明対象となる領域において十分な照明効果は得ることができないと考えられる。
特許文献７の方法では、個々のＬＥＤ光源に光路制御用突部を設けるため、光軸方向への出射が減り、ＬＥＤ光源直下の照度が低下する場合がある。
特許文献８の方法では、直接光と間接光を同時に照射するため、上記問題は解決することができる。しかしながら光源の種類に依存するため、ＬＥＤなどの指向性の高い光源を用いることはできない。

本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、指向性の高い光源を用いて直接光と間接光を制御することで空間照明を可能とし、かつ低コストで生産性に優れる照明装置の提供を目的とする。さらには、間接光を制御することでディスプレイ（展示）用照明として、光源付近の照度ムラがなく、対象物によってできる影を目立たなくできる照明装置の提供を目的とする

本発明の照明装置は、基板上に複数個配列されて、基板前面に指向性を有する光源と、透光性材料により形成されて前記光源より出射される光を制御する光制御板とを備えており、この光制御板は、上記光源の前面に配置される前面光制御板、および、複数個配列される光源の配列方向に平行する側面に配置される側面光制御板を有し、
上記前面光制御板は、各光源からの光を拡散させる前面透光性光拡散板、および、各光源からの光を集光させる前面透光性光集光板の少なくとも１つであり、
上記側面光制御板は、各光源からの光を拡散させる側面透光性光拡散板であることを特徴とする。
特に、上記前面光制御板が前面透光性光拡散板と前面透光性光集光板との組み合わせであることを特徴とする。
また、上記前面透光性光拡散板が光源の配列方向に対して直角方向に光を屈折させるプリズムであり、上記前面透光性光集光板が光源の配列方向に対して平行方向に光を集光させるフレネルレンズであることを特徴とする。

本発明の照明装置の基板は短手方向断面がコの字型の長箱型基板であり、光源は長箱型基板の長手方向の直線上に配列されることを特徴とする。
特に上記前面光制御板は長箱型基板の開口部前面に配置され、上記側面光制御板は長箱型基板の長手方向上側面に配置されることを特徴とする。
また、上記側面透光性光拡散板がシリンドリカルレンズ、または長手方向側面に所定の曲率を有していることを特徴とする。
本発明の照明装置は、上記前面光制御板および側面光制御板が長箱型基板の長手方向において光源毎に分割されており、互いに隣接して配置されていることを特徴とする。

本発明の照明装置の光制御板に用いられる透光性材料が透光性樹脂材料であり、上記前面光制御板および側面光制御板が一体化されていることを特徴とする。

本発明の照明装置は、光源前面に配置される前面光制御板が前面透光性光拡散板および前面透光性光集光板の少なくとも１つであり、特に両者の組み合わせであり、開口部上側面に配置される側面光制御板が側面透光性光拡散板であるので、直接照明として点光源であるＬＥＤなどの指向性を有する光源からの光を集光、拡散させるとともに、間接照明として側面光制御板により光を拡散させることができる。その結果、例えば、長手方向直線上に複数個配列された前面に指向性を有するＬＥＤ光源であっても、以下の効果を有する。
（１）複数の光制御板を組み合わせることで、光源からの光を集光・拡散することができるので無駄な光をなくし、ＬＥＤ使用個数を削減できる。ＬＥＤ使用個数を削減できることより、照明装置製造時の生産性が向上し、省エネルギーが達成できる。
（２）前面光制御板と側面光制御板とを有するので、直接光および間接光の両方による展示効果として、光源付近の照度ムラを軽減し、展示対象物によってできる影を目立たなくすることができる。また、光制御板が光源カバーの役割となり、点光源としての刺激、まぶしさが軽減される。その結果、ＬＥＤを複数個使用した場合でも、自然光に近い照明が得られる。

照明装置の全体を示す斜視図である。 図１の一部拡大断面図である。 光制御板の斜視図である。 他の光制御板の一部拡大斜視図である。 照明装置の一例を示す斜視図である。 照明装置の他の一例を示す斜視図である。 光源から出射・集光された光が商品を照明している状態を示す断面図である。 側面透光性光制御板を設けない場合の出射光の状態を示す断面図である。 側面透光性光制御板を設けた場合の出射光の状態を示す断面図である。 側面透光性光制御板を設けない場合の出射光全体の状態を示す断面図である。 側面透光性光制御板を設けた場合の出射光全体の状態を示す断面図である。 光源から出射・集光・反射された光が商品を照明している状態を示す断面図である。 各光源から出射される光により商品の影が複数重なって見られる写真である。 各光源から出射される光により商品の影の重なりが殆ど見られない写真である。

図１は、本発明の一実施の形態に係る照明装置の全体を示す斜視図である。図２は、図１の一部拡大断面図であり、図２（ａ）は長手方向（Ａ−Ａ方向）断面図、図２（ｂ）は短手方向（Ｂ−Ｂ方向）断面図である。
照明装置１は、一方向に開口部を有する短手方向断面がコの字型の長箱型基板２と、この基板２の開口部反対側底部の長手方向直線上に複数個配列された光源３を有し、基板２の開口部は光制御板４、５により覆われている。光制御板４は前面透光性光制御板であり、前面透光性光拡散板４ａと前面透光性光集光板４ｂとの組み合わせである。また光制御板５は側面透光性光拡散板である。光源３は前面に指向性を有する光源であり、ＬＥＤ光源３ａである。また、光制御板４、５は、透光性合成樹脂材料で一体に成形されている。
透光性合成樹脂材料で一体に成形された光制御板４、５は、長箱型基板２の長手方向において光源３ａ毎に分割されており、互いに隣接して配置されている。

基板２は一方向に開口部を有している。この基板２の内部であって、開口部反対側底部の長手方向直線上に複数個のＬＥＤ３ａが配列されている。
基板２は、一方向に開口部を有し、この開口部側に光制御板４、５を取り付けることができる形状であれば、その平面が円形、正方形、長方形、多角形等、任意の形状を採用できる。前面光制御板と側面光制御板との集光、拡散の制御が容易になるので、基板２の形状としては、長箱型が好ましい。長箱型基板の短手方向断面は、コの字型形状、円弧形状、開口部を有する多角形状等であってもよく、特に限定されない。自動販売機等に取り付けやすいので、短手方向断面はコの字型の形状が好ましい。材質としては、金属、プラスチックス、セラミックス等を用いることができ、特に光源の放熱対策として、熱伝導率の大きいアルミニウムなどが好まれる。

長箱型基板の短手方向断面において、その高さｈ₁は、光制御板４、５を配置することで得られる照明効果を最大にすることができ、また光制御板４および光制御板５による照射界面を不明確にすることができる高さであることが好ましい。
高さｈ₁が短すぎると、ＬＥＤ３ａと光制御板４との距離が近くなりすぎるため、ＬＥＤ３ａの出射光を拡散させることができなく、ＬＥＤの使用個数を減らすことができない。また光制御板５を効果的に作用させることができない。
高さｈ₁が長すぎると、ＬＥＤ３ａと光制御板４との距離が遠くなりすぎるため、ＬＥＤ３ａの出射光の全てを利用する場合、光制御板４の面積が大きくなり、照明装置自体が大きくなる。
短手方向断面において、その幅ｈ₂は、光制御板５を効果的に作用させることができる幅であることが好ましい。なお、基板２の長さは任意の長さとすることができる。
例えば、ＬＥＤ３ａとして日亜化学工業（株）製ＮＳ６Ｗ０８３ＢＴ、指向角１２０°を用いた場合、ｈ₁（基板から光制御板４までの距離）は１０〜２０ｍｍ、好ましくは１２〜１４ｍｍ、ｈ₂（短手方向距離）は２０〜５０ｍｍ、好ましくは２４〜３０ｍｍである。

基板２の内部であって、開口部反対側底部に配列される前面に指向性を有する光源３としてはＬＥＤ３ａが好ましい。ＬＥＤ３ａとしては、例えば、赤色、緑色および青色等の単色系ＬＥＤ、白色系ＬＥＤ、あるいは赤色系ＬＥＤ、緑色系ＬＥＤおよび青色系ＬＥＤを備えたＲＧＢ型のＬＥＤを用いることができる。
ＬＥＤ３ａはパッケージに実装されており、このパッケージには外部との接続を行うための複数のリード線が引き出され、複数配列されるＬＥＤ３ａは基板２上で直列に配線される。
ＬＥＤ３ａとして日亜化学工業（株）製ＮＳ６Ｗ０８３ＢＴ、指向角１２０°を用いた場合、ＬＥＤ３ａ間の距離ｈ₃は３４〜８０ｍｍが好ましい。この範囲であると、光源付近の照度ムラを軽減し、展示対象物によってできる影を目立たなくすることができ、ＬＥＤを複数使用した場合でも、自然光に近い照明が得られる。

指向性を持った光源から出射された光は、長手方向を基準として距離ｈ₃を長くするように光源の配置を決定した場合、短手方向の光が漏れやすくなる。また、仮に短手方向を基準にして距離ｈ₃を短くするように光源を配置すると、光源間の距離を広くすることができないために光源の数量を少なくできない不具合が発生する。

光制御板４は、前面透光性光拡散板４ａと前面透光性光集光板４ｂとを積層することで得られる。なお、光源３の種類および大きさ、照明装置の使用目的によっては、前面透光性光拡散板４ａまたは前面透光性光集光板４ｂをそれぞれ単独で使用することができる。
前面透光性光拡散板４ａは、ＬＥＤ３ａから出射される光を長手方向に屈折させることができるプリズムであることが好ましい。このプリズムは断面多角形で、短手方向に平行に配列される。
前面透光性光集光板４ｂは、ＬＥＤ３ａから出射される光を短手方向に集光できる光制御板であれば使用できる。そのような光制御板としては、フレネルレンズ、シリンドリカルレンズ等が挙げられる。本発明においては、薄板状としやすいフレネルレンズが好ましい。

図３は光制御板の斜視図である。図３（ａ）は、ＬＥＤ３ａからみて、前面透光性光拡散板４ａ、側面透光性光集光板４ｂの順で積層する場合を、図３（ｂ）は逆の順で積層する場合を示す図である。なお、（ａ−１）および（ｂ−１）は光制御板の一部拡大斜視図を、（ａ−２）および（ｂ−２）はＣ−Ｃ断面図を、（ａ−３）および（ｂ−３）はＤ−Ｄ断面図をそれぞれ示す。
前面透光性光拡散板４ａおよび前面透光性光集光板４ｂは相互に密接して積層される。積層順としては、図３（ａ）であっても、あるいは図３（ｂ）であってもよい。

光制御板５は、光制御板４の長手方向上部両側面に設けられて各光源からの光を拡散させる機能を有する。
光制御板５は、光源からの光を拡散させることができるものであれば、シリンドリカルレンズ、プリズム、その他のレンズ形状を有する光制御板、または、一般的に用いられる表面のブラスト処理によって光拡散機能を持たせた光制御板であっても使用できる。本発明においては、光制御板４の長手方向両側面に設けることから、シリンドリカルレンズ、または長手方向側面に所定の曲率を有するレンズ形状が好ましい。
長手方向側面に所定の曲率を有するレンズ形状を図４に示す。図４は光制御板４、５の一部拡大斜視図である。長手方向側面５ａに所定の曲率を有するレンズ形状とすることにより、光制御板５を通過した光を長手方向に拡散および集光させることが可能となる。

光制御板５は、開口部を有している長箱型基板２の長手方向のみではなく、片方の短手方向へ配置、あるいは、両方の短手方向すなわち全周に配置することもできる。また、長手方向にシリンドリカルレンズ、短手方向にプリズムなど、長手方向と短手方向の形状を光の拡散作用の異なる形状、大きさにしてもよい。このときのＬＥＤ光源３ａ間の配置の最適な形態としては、ＬＥＤ光源３ａ特有のある指向性をもって照射される光を長手方向全域に広がる位置に配置することが好ましい。また、短手方向は光制御板４まで届かない光が発生する場合がある。この光を短手方向に配置する光制御板５によって有効に取り込める形状、大きさに光制御板５を設定し光の拡散作用を持たせることができる。なお、光制御板５の長手方向、短手方向は同じ寸法であってもよい。

光制御板４、５の材質としては、透光性材料であれば使用できる。光透過性、成形性に優れていることから、アクリル、ポリカーボネート、シクロオレフィン、ポリアリレート、ポリスチレンなどの透光性合成樹脂材料が好ましい。また、着色剤、光拡散材等を添加することができる。
光制御板４および光制御板５は、一体に成形することが好ましい。射出成形などにより一体で成形することで、金型の初期コストを抑えることができる。また、接着等を用いず高精度で生産性に優れた照明装置の製造が可能になる。

本発明の照明装置の一例を図５および図６に示す。図５（ａ）はＬＥＤ光源３ａを２個使用した照明装置であり、図５（ｂ）はＬＥＤ光源３ａを５個使用した照明装置の斜視図である。図６（ａ）は光制御板４、５の他の形状を示す斜視図であり、図６（ｂ）はこの光制御板を用いて組み立てた照明装置１を陳列箱内の上部に取り付けた例である。この場合、光制御板５は長手方向および短手方向側面に配置されている。

本発明の照明装置に使用される光制御板４および光制御板５の作用について、図７〜図１４により説明する。
図７はＬＥＤ光源３ａから出射した指向性を有する光６ａが陳列箱内に陳列されている商品７を上から照明している状態を示す断面図である。８は陳列箱内の側面を表す。陳列箱内の上部に設けられたＬＥＤ光源３ａから出射した光６ａは、光源の前面に配置されている光制御板４で集光されて商品７を照明する。
図８は、光制御板５を設けない場合に、ＬＥＤ光源３ａから側面方向に出射した光６ｂが、陳列箱内の側面８を照射している状態を表す。
また、図９は、光制御板５を設けた場合に、ＬＥＤ光源３ａから側面方向に出射した光６ｃが、陳列箱内の側面８を照射している状態を表す。

図１０は、照明装置１に光制御板４を設け、光制御板５を設けない場合に、ＬＥＤ光源３ａから出射した光の状態を示す図である。すなわち、図７および図８の状態を重畳した図である。この場合、光６ａが照射されている領域９ａおよび光６ｂが照射されている領域９ｂは明るいが、光が照射されていない領域９ｃは暗くなる。これは、光６ａの照射界面と光６ｂの照射界面とが明確になり、照度むらが発生するためである。

図１１は、照明装置１に光制御板４および光制御板５を設けた場合に、ＬＥＤ光源３ａから出射した光の状態を示す図である。すなわち、図７および図９の状態を重畳した図である。この場合、光６ａが照射されている領域９ａと光６ｂが照射されている領域９ｂとが相互に重なることになり、光６ａの照射界面と光６ｂの照射界面とが不明確になる。その結果、商品７を含めて、陳列箱内全体を照射することができる。

図１２は照明装置１に光制御板４および光制御板５を設け、ＬＥＤ光源３ａから出射した光６ａが陳列箱内に陳列されている商品７を上から照明し、かつＬＥＤ光源３ａから出射した光６ｃが陳列箱両壁面で反射して反射光６ｄとして照明している状態を示す断面図である。
図１３および図１４は、ＬＥＤ光源３ａを一列に複数個配列したとき、それぞれの光源から出射される光により発生する商品７の影１０の状態を測定した写真である。
図１３は、照明装置１に光制御板４を設け、光制御板５を設けない場合の例であり、図１４は、照明装置１に光制御板４および光制御板５を設けた場合の例である。
照明装置１に光制御板４および光制御板５を設けることにより、照射面での照度が向上し、かつ図１２から、光制御板５からあらゆる角度で出射された光は陳列箱両壁面で反射し、その反射光によって照商品７の影を相殺することで図１４に示す影１０の重なりが減少していることが分かる。

本発明の照明装置は、光源付近の照度ムラを軽減し、展示対象物によってできる影を目立たなくすることができ、また、点光源としての刺激、まぶしさが軽減され、ＬＥＤを複数使用した場合でも、自然光に近い照明が得られるので、商品陳列用照明、自動販売機用照明などのディスプレイ（展示）用途に、また、棚下用照明、足元灯、門灯、ガーデン灯、ブラケットライト、スタンドライトなどのスポット用途の分野に応用できる。

１ 照明装置
２ 基板
３ 光源
４ 前面透光性光制御板
５ 側面透光性光拡散板
６ 光源から出射した光
７ 商品
８ 陳列箱内の側面
９ 光が照射されている領域
１０ 商品の影

Claims (9)

1. 基板上に複数個配列されて、基板前面に指向性を有する光源と、透光性材料により形成されて前記光源より出射される光を制御する光制御板とを備えた照明装置であって、
   前記光制御板は、前記光源の前面に配置される前面光制御板、および、前記複数個配列される光源の配列方向に平行する側面に配置される側面光制御板を有し、
   前記前面光制御板は、各光源からの光を拡散させる前面透光性光拡散板、および、各光源からの光を集光させる前面透光性光集光板の少なくとも１つであり、
   前記側面光制御板は、各光源からの光を拡散させる側面透光性光拡散板であることを特徴とする照明装置。
2. 前記前面光制御板は、前記前面透光性光拡散板と前記前面透光性光集光板との組み合わせであることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
3. 前記前面透光性光拡散板が前記光源の配列方向に対して直角方向に光を屈折させるプリズムであり、前記前面透光性光集光板が前記光源の配列方向に対して平行方向に光を集光させるフレネルレンズであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の照明装置。
4. 前記基板は短手方向断面がコの字型の長箱型基板であり、前記光源は前記長箱型基板の長手方向の直線上に配列されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の照明装置。
5. 前記前面光制御板は前記長箱型基板の開口部前面に配置され、前記側面光制御板は前記長箱型基板の長手方向上側面に配置されることを特徴とする請求項４記載の照明装置。
6. 前記側面透光性光拡散板がシリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項記載の照明装置。
7. 前記側面透光性光拡散板が前記光源の配列方向に平行する側面に所定の曲率を有していることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項記載の照明装置。
8. 前記前面光制御板および前記側面光制御板は、前記長箱型基板の長手方向において光源毎に分割されており、互いに隣接して配置されていることを特徴とする請求項４ないし請求項７のいずれか１項記載の照明装置。
9. 前記透光性材料が透光性樹脂材料であり、前記前面光制御板および前記側面光制御板が一体化されていることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項記載の照明装置。