JP2011187209A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤを使用した照明装置において、光の色と集光パターンの多種類の組み合わせが容易で、かつ光の効率的な取り出しが可能な照明装置を提供する。
【解決手段】照明装置は、基板４０と、基板４０の上面に取り付けられたＬＥＤ５０と、ＬＥＤ５０の上部に位置するレンズ部材３０と、レンズ部材３０の上面に形成された平面部に当接して設けられた透光板２０と、基板４０、ＬＥＤ５０、レンズ部材３０、透光板２０を覆う透光性材料で形成される筺体１０を有する。レンズ部材３０と透光板２０は、筺体１０の内部に係合され、レンズ部材３０の平面部と透光板２０の下面及び透光板２０の上面と筺体１０の内面は密着する。レンズ部材３０のＬＥＤ５０と近接する部分に凹部３１を形成し、凹部３１は、ＬＥＤ５０を覆うように形成される。
【選択図】図３

Description

本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）を使用した照明装置に関するものであり、特にＬＥＤが発光した光をレンズ部材と透光板を介して外部に放出させる照明装置に関するものである。

従来、ＬＥＤを使用した照明装置は、赤色、緑色、青色、白色等各種使用されている。このＬＥＤを使用した照明装置においては、ＬＥＤが発光した光を効率的に外部に取り出すために、ＬＥＤを組み込んだ照明装置がある。
例えば、図８に示すように、ＬＥＤを収納する筺体１１０の中に、赤色ＬＥＤ１５１、緑色ＬＥＤ１５２、青色ＬＥＤ１５３のチップを載せた基板１４０を置き、その上にレンズを兼ねたカバー部材１３０を嵌めこむ照明装置１０１がある（例えば、特許文献１参照。）。

また、図９に示すように、筺体２１０の内部の底面にＬＥＤ２５０を配置し、その上面に蛍光体２５１を設け、ＬＥＤ２５０を発光させ、蛍光体２５１により白色に発光させる。そして、筺体２１０の上部には、ＬＥＤ２５０から空間を空けて、板状部材２２０を設けた照明装置２０１がある（例えば、特許文献２参照。）。この板状部材２２０の上面には、フレネルレンズ部２２１が形成されている。ＬＥＤ２５０で発光した光は、板状部材２２０を通過して、色温度を調節され、フレネルレンズ部２２１で光の方向を調整されて、照明装置２０１の外部に放出される。

或いは、図１０に示すように、筺体３１０の内部の基板３４０にＬＥＤ３５０を配置し、その上面に蛍光体３５１を設け、ＬＥＤ３５０から発光した光を蛍光体３５１が受けて、発光させている。筺体３１０の上部には、レンズ部材３３０から空間を空けて、カラーフィルターとしての板状部材３２０を設けている。そして、この基板３４０にレンズ保持部材３３１を取り付けて、レンズ保持部材３３１にレンズ部材３３０を保持させた照明装置３０１がある。ＬＥＤ３５０と蛍光体３５１とで発光した光は、レンズ部材３３０と板状部材３２０を通り、照明装置３０１の外部に放出される。

特開２００９−１６１５３号公報 特開２００９−１４１０３８号公報

これらの照明装置１０１、２０１は、ＬＥＤ１５０、２５０をカバーする透光性のカバー部材１３０と板状部材２２０は、いずれもカバー部材１３０または板状部材２２０とレンズ部材が一体に形成されており、板状部材２２０を各種の色の色フィルターとして使用し、レンズ部材を光の集光パターンを変化させて使用する場合には、レンズ部材とカバー部材１３０または板状部材２２０は多種類物を準備する必要があった。
また、図１０に示す照明装置３０１は、レンズ保持部材３３１を別に形成しているため、レンズ保持部材３３１を別に形成する必要があり、基板３４０にレンズ保持部材３３１を取り付ける手間がかかるとともに、部品点数も多く、コストも上昇している。

さらに、上記の照明装置１０１、２０１、３０１のいずれにおいても、ＬＥＤとレンズの間、或いはレンズと透光性の板状部材２２０またはカバー部材１３０との間には隙間があるため、それぞれの隙間からＬＥＤの光が漏れて発光効率が十分ではなかった。
本発明は、ＬＥＤを使用した照明装置において、光の色と集光パターンの多種類の組み合わせが容易で、かつ光の効率的な取り出しが可能な照明装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために請求項１の本発明は、基板と、基板の上面に取り付けられたＬＥＤと、ＬＥＤの上部に位置するレンズ部材と、レンズ部材の上面に形成された平面部に当接して設けられた透光板と、基板、ＬＥＤ、レンズ部材、透光板を覆う透光性材料で形成される筺体を有する照明装置であって、
レンズ部材と透光板は、筺体の内部に係合され、レンズ部材の平面部と透光板の下面及び透光板の上面と筺体の内面は密着するとともに、レンズ部材のＬＥＤと近接する部分に凹部を形成し、凹部は、ＬＥＤを覆うように形成されたことを特徴とする照明装置である。

請求項１の本発明では、基板と、基板の上面に取り付けられたＬＥＤと、ＬＥＤの上部に位置するレンズ部材と、レンズ部材の上面に形成された平面部に当接して設けられた透光板と、基板、ＬＥＤ、レンズ部材、透光板を覆う透光性材料で形成される筺体を有する照明装置である。レンズ部材と透光板を別々に形成したため、レンズ部材と透光板とを組み合わせて光の色と投光パターンの多種類の組み合わせの照明装置を容易に作成することができる。

レンズ部材の平面部の下面及び透光板の上面と筺体の内面は密着するとともに、レンズ部材のＬＥＤと近接する部分に凹部を形成し、凹部は、ＬＥＤを覆うように形成されたため、ＬＥＤから発光した光をレンズ部材で確実に集光し、横方向に漏らすことが少なく、また、透光板とレンズ部材との間からも光が洩れることなくことができ、光の効率がよい。

請求項２の本発明は、筺体の内部に、ＬＥＤとレンズ部材を囲む反射部材を設けた照明装置である。このため、反射部材によりＬＥＤとレンズ部材の間の隙間と、レンズ部材の側面から漏れる光を確実に反射させて、照明装置から取り出すことができる。

請求項３の本発明は、レンズ部材は、ＬＥＤに対向する下面側が凸に形成された照明装置である。このため、レンズ部材で集光した光を上方に広げて放出することができ、広い範囲を証明することができる。

請求項４の本発明は、透光板の表面が微細な凹凸が形成されるか、または、透光板の内部に光分散剤が混入された照明装置である。このため、透光板の表面の微細な凹凸、又は透光板の中の光分散剤により照明装置から放出される光の指向性が低減され、分散され、放出された光に色むらや縞模様が生じた場合でもその色むらや縞模様を目立たなくすることができる。

請求項５の本発明は、筺体の内面から下方に保持壁を延設し、保持壁によりレンズ部材と透光板を係合する照明装置である。このため、筺体にレンズ部材と透光板を取り付けることが容易であり、また、レンズ部材と透光板とを組み合わせて光の色と集光パターンの多種類の組み合わせの照明装置を容易に作成することができる。
さらに、保持壁は筺体を製造するときに同時に一体的に形成することができ、製造が容易で、コストも低減できる。

請求項６の本発明は、基板の周縁と筺体の周縁との当接部分にシール材を設けた照明装置である。このため、基板と筺体の間のシールを確実にすることができ、水分や埃等が照明装置内に侵入することを防止して、照明装置の寿命を長くすることができる。

請求項７の本発明は、基板の外面に熱伝導体を設けた照明装置である。このため、ＬＥＤからの発熱を効率的に放出することができる。したがって、高電流による強い発光を長時間行うことができる。

請求項８の本発明は、ＬＥＤは、蛍光体により白色又は電球色に発光する照明装置である。このため、白色又は電球色を効果的に放出することができ、照明等に幅広く試用することができる。

本発明では、レンズ部材と透光板を別々に形成したため、レンズ部材と透光板とを組み合わせて、光の色と集光パターンの多種類の組み合わせの照明装置を容易に作成することができる。レンズ部材の平面部の下面及び透光板の上面と筺体の内面は密着するとともに、レンズ部材のＬＥＤと近接する部分に凹部を形成し、凹部は、ＬＥＤを覆うように形成されたため、ＬＥＤから発光した光を確実に集光し、横方向に漏らすことなく、透光板とレンズ部材との間からも光が洩れることなくことができ、光の効率がよい。

本発明の実施の形態に係る、照明装置の平面図である。 本発明の実施の形態に係る、照明装置の筺体の裏面図である。 本発明の実施の形態に係る、照明装置の図１におけるＡ−Ａ線に沿った断面図である。 本発明の実施の形態に係る、照明装置の図１におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 本発明の実施の形態に係る、照明装置の図１におけるＣ−Ｃ線に沿った断面図である。 本発明の実施の形態に係る、照明装置のレンズ部材の正面図である。 本発明の実施の形態に係る、照明装置の透光板の凹凸形状を示す平面図である。 従来の照明装置の分解斜視図である。 従来の他の照明装置の図である。（ａ）は、その筺体の斜視図であり、（ｂ）は、その透光板の平面図であり、（ｃ）は、その照明装置の断面図である。 従来の他の、照明装置の断面図である。

本発明の実施の形態の照明装置１を図１〜図７に基づき説明する。
本発明の実施の形態の照明装置１は、図１と図３に示すように、基板４０と、基板４０の上面に取り付けられたＬＥＤ５０と、ＬＥＤ５０の上部に位置するレンズ部材３０と、レンズ部材３０の上面に形成された平面部３３に当接して設けられた透光板２０と、それらを覆う透光性材料で形成される筺体１０を有する．

基板４０は、板状に形成され、熱伝導性の優れた材料で形成されている。例えば、アルミニウム、鉄、銅等の金属材料で形成することができる。アルミニウムを使用すると照明装置１を軽量化することができ、銅を使用すると熱伝導性を向上させることができ、ＬＥＤ５０から発生する熱を外部へ放出させることができる。

基板４０の表面にはプリント配線基板を有し、プリント配線基板の上面にはＬＥＤ５０（発光ダイオード）が実装されている。さらに、抵抗、コンデンサー、ヒューズ等のツェナーダイオード４３が実装されている。プリント配線基板は、基板４０の表面に配線膜がエッチングにより形成され、配線膜の表面には絶縁膜が形成されている。
基板４０のプリント配線基板に実装されたＬＥＤ５０は、配線膜と電気的に接続され、配線膜には、コード４１、４２が取り付けられ、電源（図示せず）からＬＥＤ５０に電流が供給され、発光する。

なお、さらに放熱効率を上げるために、図３に示すように、基板４０の下に放熱部材４４を設けることができる。放熱部材４４は、熱伝導性の優れた材料で板状に形成され、例えば、アルミニウム、鉄、銅等の金属材料で形成することができる。放熱部材４４を設けた場合には、基板４０と放熱部材４４との間には、熱伝導性のシリコーンが塗布され、基板４０から放熱部材４４への熱伝導性を良好にしている。放熱部材４４の側面の周囲には、冷却フィン４５が形成され、放熱効果を向上させている。放熱部材４４を設けると、ＬＥＤ５０に高電流を流して、発光強度を増加しても、ＬＥＤ５０の発熱を効果的に放出することができる。
そのため、長時間連続してＬＥＤ５０を使用することができるとともに、ＬＥＤ５０の寿命を長くすることができる。

本実施の形態のＬＥＤ５０は、白色又は電球色のものが使用される。このＬＥＤ５０は、青色ＬＥＤの表面に蛍光体である蛍光塗料を塗って、白色又は電球色を発光させるものである。蛍光体は、青色を発光するＬＥＤ５０の光の色を白色に変化させるもので、本実施の形態では黄色系の蛍光体を使用して、ＬＥＤ５０の発する青色の光と蛍光体の発する黄色の光が混合されて白色の光を発するものである。

この白色又は電球色のＬＥＤ５０以外にも、赤色又は緑色等の各種のＬＥＤを使用することができる。
ＬＥＤ５０は、後述するレンズ部材３０の凹部３１の嵌めこまれることが可能な大きさのものが使用され、本実施の形態では、最大の大きさで、１辺が５ｍｍ以下のものが使用される。なお、ＬＥＤ５０の大きさが大きく形成されれば、それに応じた大きさのレンズ部材３０の凹部３１を形成することができる。

本実施の形態のレンズ部材３０は、レンズ部材３０の凹部３１透光性の合成樹脂又はガラス等の無機材料で作成され、例えば、合成樹脂の場合には、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、シリコーン樹脂等を使用することができる。
本実施の形態ではレンズ部材３０は、図６に示すように、照明装置１に取り付けられた時は上面が平面形状で、ＬＥＤ５０に対向する下面側が凸に尖った山状に形成されている。しかしながら、その形状は、使用目的に応じて適宜、変形することができる。レンズ部材３０の形状を変化させることにより、照明装置１から放出される光の角度とパターンを変化させることができる。
レンズ部材３０の上面の平面部３３には、円周状に横方向に保持部３２が張り出して形成されて、後述する筺体１０の保持壁１２に取り付けられる。

レンズ部材３０のＬＥＤ５０に近接する下方の先端には凹部３１が形成されている。照明装置１に取り付けられた時は、凹部３１は上述の通り、ＬＥＤ５０を覆うように位置することができる。このレンズ部材３０の下方の先端とＬＥＤ５０が取り付けられた基板４０との間の隙間は、後述するように、１ｍｍ程度であるため、ＬＥＤ５０から発光された光を横方向に逃すことが少なく、効率的にレンズ部材３０が取り込むことができる。

レンズ部材３０の上面には、透光板２０が設けられている。透光板２０は、透光性の合成樹脂で、平らな円盤状に形成されている。透光性の合成樹脂とは、例えばアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の合成樹脂を使用することができる。さらに、照明装置１から放出される光の色を変化させるために、カラーフィルターとして使用するため青色から赤色まで各種の色に着色することができる。

さらに、透光板２０の下面に微細な凹凸模様を形成したり、透光板２０の内部に、光を分散させる光分散剤を混入させたりすることができる。この場合は、透光板２０の表面が微細な凹凸、又は光分散剤によりＬＥＤ５０から発光された光が、透光板２０を通過するときに、分散されるために、照明装置１から放出される光が分散され、光の縞模様や色むらが生じた場合でもその縞模様を目立たなくすることができる。
光分散剤としては二酸化チタンや硫酸バリウム等の無機白色顔料の粉末や、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の透光性の合成樹脂の微粉末等を使用することができる。

透光板２０の表面に形成される微細な凹凸模様とは、例えば図７に示すような微細な模様である。図７（ａ）に示した模様は、同心円状に多数の円模様を形成したものを複数個形成したものであり、図７（ｂ）に示した模様は、微細な縦横溝を多数形成し微細な突起を形成したものであり、図７（ｃ）に示した模様は、小さな四角錐模様を多数形成したものである。この微細な凹凸模様は、透光板２０の表面に熱を加えながら、微細な凹凸模様を形成した型を押圧することで形成することができる。

また、透光板２０の表面に形成される微細な凹凸模様である同心円状に多数の円模様は、フラネルレンズとして形成することができる。レンズ部材３０と透光板２０を通過した光は、フラネルレンズを通過して、所定のパターンに形成され、照明装置１の外部に放出されて、照明に利用することができる。

上記のレンズ部材３０と透光板２０の組み合わせを変えると、光の色と集光パターンの多種類の異なった照明装置１を容易に作成することができる。
例えば、レンズ部材３０と透光板２０の組み合わせにより、照明装置１から放出される光を、ｘ方向で４５度、ｙ方向で８度の楕円配光することもでき、或いは任意の角度で放出することもできる。
さらに、透光板２０の色を変えることにより各種の色の光を放出させることができる。

筺体１０は、透光性の合成樹脂で、基板４０、レンズ部材３０及び透光板２０を収納することができるように形成されている。透光性の合成樹脂とは、例えばアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の透光性の合成樹脂を使用することができる。
筺体１０は、上面は円盤状の上部壁１１が形成され、上部壁１１の周囲から断面形状が階段状に側壁１４が下方に延設され、下部は基板４０と対向するように底板１６が形成されている。筺体１０の内部には、レンズ部材３０と透光板２０が取り付けられるため、箱状に形成される。ＬＥＤ５０から発光された光は、レンズ部材３０と透光板２０を通り、上部壁１１から外部に放出される。

上部壁１１の内面の周囲から下方に円柱状の保持壁１２が延設せれている。保持壁１２は、図２に示すように３か所にスリット１２ａが設けられている。このため、保持壁１２は半径方向に撓むことができる。保持壁１２の先端付近の内周面には突起１３が形成されている。透光板２０とレンズ部材３０を筺体１０の保持壁１２の内部に嵌めこんだときに、保持壁１２が撓み、突起１３によりレンズ部材３０の保持部３２が係合される。
これにより、筺体１０を基板４０に取り付けた時に、基板４０とレンズ部材３０の先端との距離を１ｍｍ程度に正確に保持することができる。

図２に示すように、筺体１０の底板１６の周囲にはシール部材７０が嵌めこまれるシール凹部１７が形成されている。シール部材７０は、ＥＰＤＭゴム等の弾性材料で形成されている。ＥＰＤＭゴムで形成された場合には、ＬＥＤ５０の発熱によっても、ＥＰＤＭゴムから酸化硫黄、硫化水素、塩素含有ガス、窒素酸化物、アンモニア等の腐食性ガスが発生しないので、耐久性に優れて好ましい。

シール凹部１７にシール部材７０が嵌めこまれて、筺体１０の基板４０が底板１６に取り付けられる。底板１６の隅には、ねじ孔１８が対角状に２ケ所形成され、ねじ孔１８にビスが嵌めこまれて、基板４０が筺体１０に取り付けられる。ビスが嵌めこまれると、シール部材７０が圧縮され、シールすることができ、筺体１０内部に埃や水分が侵入することを防止できる。

このとき、図５に示すように、コード４１、４２が保持されるコード保持部１５にもコードシール部材８０が嵌めこまれる。コードシール部材８０もねじ孔１８にビスが嵌めこまれると、圧縮されてシールすることができ、コード保持部１５から筺体１０内部に埃や水分が侵入することを防止する。コードシール部材８０は、シリコンゴム等の弾性材料で形成されている。

なお、筺体１０の底板１６には、ねじ孔１８が形成された部分とは別の隅に、ねじ孔１９が対角状に２ケ所形成される。このねじ孔１９にビスが嵌めこまれて、照明装置１が取り付けられる部材、たとえば、室内の家具、壁等に固定される。それにより、照明装置１から放出された光が照明効果を生じることができる。

また、図３に示すように、保持壁１２の外周から基板４０に達する反射部材である反射板６０を設けることができる。反射部材は、反射板６０のように板状でなくても、光を反射できる形状と表面を有していればいずれでもよい。反射板６０を設けた場合には、レンズ部材３０と基板４０の間や、レンズ部材３０から漏れた光を反射板６０で反射して、照明装置１から取り出すことができ、光の取り出し効率を上げることができる。

反射板６０は、反射率の高いアルミニウム等の金属、或いは合成樹脂の表面にアルミニウムや銀等の金属メッキを施して形成することができる。
この反射板６０は、図３においては、保持壁１２の外周から基板４０に向けて設けたが、保持壁１２の内面にレンズ部材３０とＬＥＤ５０に近接して設けてもよい。

１ 照明装置
１０ 筺体
１１ 上部壁
１２ 保持壁
２０ 透光板
３０ レンズ部材
４０ 基板
５０ ＬＥＤ
６０ 反射板

Claims (8)

1. 基板と、該基板の上面に取り付けられたＬＥＤと、該ＬＥＤの上部に位置するレンズ部材と、該レンズ部材の上面に形成された平面部に当接して設けられた透光板と、上記基板、上記ＬＥＤ、上記レンズ部材、上記透光板を覆う透光性材料で形成される筺体を有する照明装置であって、
   上記レンズ部材と上記透光板は、上記筺体の内部に係合され、上記レンズ部材の平面部と上記透光板の下面及び上記透光板の上面と上記筺体の内面は密着するとともに、上記レンズ部材の上記ＬＥＤと近接する部分に凹部を形成し、該凹部は、上記ＬＥＤを覆うように形成されたことを特徴とする照明装置。
2. 上記筺体の内部に、上記ＬＥＤと上記レンズ部材を囲む反射部材を設けた請求項１に記載の照明装置。
3. 上記レンズ部材は、上記ＬＥＤに対向する下面側が凸に形成された請求項１または２に記載の照明装置。
4. 上記透光板の表面が微細な凹凸が形成されるか、または、上記透光板の内部に光分散剤が混入された請求項１乃至３のいずれか１項に記載の照明装置。
5. 上記筺体の内面から下方に保持壁を延設し、該保持壁により上記レンズ部材と上記透光板を係合する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の照明装置。
6. 上記基板の周縁と上記筺体の周縁との当接部分にシール材を設けた請求項１乃至５のいずれか１項に記載の照明装置。
7. 上記基板の外面に熱伝導体を設けた請求項１乃至６のいずれか１項に記載の照明装置。
8. 上記ＬＥＤは、蛍光体により白色又は電球色に発光する請求項１乃至７のいずれか１項に記載の照明装置。

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