JP2012146626A - 照明用発光ダイオードライトチューブ - Google Patents

Abstract

【課題】照度を減少せず、光源を均一でブライトスポット無しにさせる照明用発光ダイオードライトチューブを提供する。
【解決手段】照明用発光ダイオードライトチューブ１００は、透光性チューブ１１０、蛍光粉層１２０、および基板１３０を備える。蛍光粉層１２０は、透光性チューブ１１０の表面に塗布され、厚さが１０〜１００μｍである。基板１３０は、透光性チューブ１１０内に設けられ、複数の発光ダイオード１３１を支える。発光ダイオード１３１と透光性チューブ１１０との距離がＨであり、２つ発光ダイオード１３１間の設置位置距離がＰであり、Ｈ／Ｐが０．１３４以上であり、Ｈが９．５〜３８ｍｍである。これにより、照明用発光ダイオードライトチューブ１００は、光源の均一度を高めることができると共に、照度を損なうことはない。
【選択図】図１

Description

本発明は、ライトチューブに関し、特に、照明用発光ダイオードライトチューブに関する。

発光ダイオード（ＬＥＤと略す）は、半導体素子である。最初は、多くの場合、表示灯、表示板等として用いられたが、白光発光ダイオードの出現に伴い、照明にも用いられるようになってきた。発光ダイオードは、２１世紀の新型光源であり、効率が高く、寿命が長く、破損しにくく、伝統的な光源が匹敵できない長所を持っている。順電圧を加えると、発光ダイオードは、単色光や、不連続的な光を発生することができ、エレクトロルミネッセンス（Ｅｌｅｃｔｏｒｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ；ＥＬ）効果を有する。採用した半導体材料の化学組成成分を変えることによって、発光ダイオードに近紫外線、可視光又は赤外線の光を発生させることができる。
なお、照明用発光ダイオードライトチューブは例えば、特許文献１に開示されている。

特開２００８−２１８１６０号公報

蛍光灯の仕様が数年続いて用いられていた。蛍光灯の周辺産業の要求に応じるために、照明用発光ダイオードライトチューブが登場した。従来の照明用発光ダイオードライトチューブは、照明用発光ダイオードの諸優勢を踏襲した。しかしながら、発光ダイオードを単に一般的な透光性チューブ内に置けば、発光ダイオードの自体が点光源であることから、例えば、グレア（ｇｌａｒｅ）又は照度分布のバラツキ等の問題を引き起こってしまう。
上記問題を解決するため、本発明は、照度が減少せず、光源を均一でブライトスポット無しにさせる照明用発光ダイオードライトチューブを提供する。

上記目的を達成するため、本発明による照明用発光ダイオードライトチューブは、透光性チューブ、蛍光粉層、および基板を備える。蛍光粉層は、透光性チューブの表面に塗布され、厚さが１０〜１００μｍである。基板は、透光性チューブ内に設けられ、複数の発光ダイオードを支える。発光ダイオードと透光性チューブとの距離はＨであり、２つの発光ダイオード間の設置位置距離はＰであるとすると、Ｈ／Ｐは０．１３４以上であり、Ｈは９．５〜３８ｍｍである。

透光性チューブは、長さが２００〜１５００ｍｍであるガラスチューブであってよい。本発明による照明用発光ダイオードライトチューブは、透光性チューブの一端および他端に位置して基板を透光性チューブ内に密封する２つのカバーを更に備える。一方、透光性チューブと２つのカバーとによって密封空間を形成する。密封空間を真空になるように排気させることにしてもよい。また、例えば、ネオンガス、アルゴンガス等の不活性ガスを密封空間に充填することにしてもよい。これにより、透光性チューブ内の製品を損なう水気、酸素等のガス物質を遮断することができる。

蛍光粉粒子の粒径は、１〜４０μｍであり、蛍光粉層の厚さより小さい。特に、蛍光粉層内部の蛍光粉粒子の粒径は、５〜２０μｍに抑えられることができる。蛍光粉層は、励起波長が３００〜５００ｎｍであり、且つ放射波長が４００〜７００ｎｍである。発光ダイオードの波長は、３００〜７００ｎｍである。最大光進行角度１１０〜１４０度の発光ダイオードを採用することができる。もちろん、光進行角度を１１０〜１８０度にしてもよい。

そのように、本発明による照明用発光ダイオードライトチューブは、照度と均一度とをともに配慮した白光を提供することができる。

本発明の一実施形態による照明用発光ダイオードライトチューブの構成を示す図である。 本発明の一実施形態による照明用発光ダイオードライトチューブの断面図である。 本発明の一実施形態による照明用発光ダイオードライトチューブの断面図である。 図２の部分拡大図である。 本発明の一実施形態による照明用発光ダイオードライトチューブの動作原理を示す図である。 本発明の一実施形態による照明用発光ダイオードライトチューブにおける発光ダイオードの光照射強度／視角関係図である。 本発明の一実施形態による照明用発光ダイオードライトチューブにおける発光ダイオードの光進行角度の極限を示す図である。

（一実施形態）
図１において、照明用発光ダイオードライトチューブ１００は、透光性チューブ１１０、蛍光粉層１２０、および基板１３０を備える。蛍光粉層１２０は、透光性チューブ１１０の表面に塗布され、厚さが１０〜１００μｍである。基板１３０は、透光性チューブ１１０内に設けられ、複数の発光ダイオード１３１を支える。本実施形態による照明用発光ダイオードライトチューブ１００は、照明用光源を提供するものである。例としては、発光ダイオード１３１が青い光を発生させることができ、蛍光粉層１２０が黄色い蛍光粉であってよい。放熱板１５０は、表面が基板１３０に貼り付けられ、発光ダイオード１３１の放熱に寄与する。例としては、放熱板１５０は、一方の面が基板１３０に貼り付けられ、貼り付け箇所に放熱グリースを塗ってもよく、一方の面と反対側の面に例えば放熱フィンのような表面積を増加するための放熱体１５１を設けてよい。

図２において、電源２００は、基板１３０に電気的に接続され、電力を発光ダイオード１３１に提供する。透光性チューブ１１０は、ガラスチューブであってよく、長さが２００〜１５００ｍｍである。例として、ガラスチューブは、主な成分がシリコンであり、カリウム、ナトリウム、ホウ素等のような成分がドーピングされてよい。一方、透光性チューブ１１０は、透光性チューブ１１０の一端および他端に位置して基板１３０を透光性チューブ１１０内に密封する２つのカバー１４０を更に備える。もちろん、本実施形態において、透光性チューブ１１０と２つのカバー１４０とによって形成される密封空間を真空になるように排気させることにしてもよい。また、例えば、アルゴン、ネオンガス等の不活性ガスを密封空間に充填することにしてもよい。これにより、チューブ内の製品を損なう水気、酸素等のガス物質を遮断し、更に防湿の効果を有する。

蛍光粉粒子１２１の粒径は、１〜４０μｍであり、蛍光粉層１２０の厚さより小さい。特に、蛍光粉層１２０内部の蛍光粉粒子１２１の粒径は、更に５〜２０μｍに抑えられることができる。例えば、蛍光粉層１２０の厚さが１０μｍであることに応じて、粒径が５μｍの蛍光粉粒子１２１を採用する。更に言うと、蛍光粉層１２０は、励起波長が３００〜５００ｎｍであり、且つ放射波長が４００〜７００ｎｍである。発光ダイオード１３１の波長は、３００〜７００ｎｍである。

蛍光粉層１２０は、常温形成工程を介して、水又は溶媒によって常温で透光性チューブ１１０の表面に塗布される。例を挙げて言うと、常温での水塗布方法によって形成した照明用発光ダイオードライトチューブ１００は、形成工程において、加工しやすく、快速に形成することができるという優勢を持っている。そして、発光ダイオード１３１の発生した光は、透光性チューブ１１０内で数回反射されてから出るので、光均一性が非常によく、且つ照度が一般的な蛍光灯より高い。一方、基板１３０は、一側が発光ダイオード１３１を支え、他側が放熱板１５０に貼り付けられ、放熱の効果を有し、熱による光減衰を避ける。

図３において、基板１３０は、放熱板１５０の上に設けられる。全体から言うと、放熱板１５０、基板１３０、および発光ダイオード１３１は、ともに透光性チューブ１１０の隅に位置する。これにより、発光ダイオード１３１と光進行方向の透光性チューブ１１０との間の距離を、透光性チューブ１１０自体の直径と見なすようになっている。なお、放熱板１５０は、軽金属（例えばアルミニウム）で形成されたものや放熱パッドであってよい。アルミニウムのフィン板を放熱板１５０とする場合、放熱板１５０のサイズを基板１３０のザイズよりわずかに大きくする。放熱パッドを放熱板１５０とする場合、放熱板１５０を基板１３０と同じサイズにしてもよい。

図４において、発光ダイオード１３１と透光性チューブ１１０との間の距離はＨであり、２つの発光ダイオード１３１間の設置位置距離はＰであり、Ｈ／Ｐは０．１３４以上であり、且つＨは９．５〜３８ｍｍである。つまり、Ｈは、ほぼ透光性チューブ１１０自体の直径に相当する。透光性チューブ１１０は、Ｔ５、Ｔ８、Ｔ１２等のような国際標準を採用してよい。Ｈ／Ｐの比率の下限を０．１３４にするのは、本願の発明者が以下のように精密に計算したものである。

図５において、発光ダイオード１３１の光進行角度は、１１０〜１４０度であってよい。例えば、最大光進行角度を１３０度にする。なお、光進行角度は、照度が５０％減少した限界を指す。もちろん、光進行角度を１８０度にしてもよい。図５に示すように、各発光ダイオード１３１に提供された束光強度Ｉ₀は、距離に伴って減衰する。光強度が６０％だけ残った場合、即ち（３／５）Ｉ₀である時、両者（Ｉ₀と（３／５）Ｉ₀）の間の差異は、人の目で識別される。しかし、本実施形態において、２つ発光ダイオード１３１の３０％照度Ｉ₀で、互いに重なって照度を補足する。発光ダイオード１３１が発生した青い光は、重なってから、透光性チューブ１１０の表面の蛍光粉層１２０に到達する。これにより、ブライトスポットが除去され、光源を均一にさせることができる。

人の目の識別能力を考慮して精密に計算したところ、Ｈ／Ｐの比率は０．１３４以上である必要があることが発見された。図６から、単独の発光ダイオード１３１の光照射強度が角度によって発散する変化が見られる。これにより、（３／１０）Ｉ₀の光照射強度が約視角７５度に落ちることは観察されることができる。つまり、２つの互いに隣接する発光ダイオード１３１の交差部をそれぞれの（３／１０）Ｉ₀光照射強度に落ちさせれば、両者が互いに補足することによって、人の目の視覚明度識別能力の下限、即ち６０％の総照度Ｉ₀を発生させることができる。

図７に示すように、光進行角度が１３０度である場合、発光ダイオード１３１（ＬＥＤ）が発生する光線は、均一に透光性チューブ１１０の表面に到着することができる。即ち、互いに隣接する２つの発光ダイオード１３１が光線の交差部で発生したそれぞれの（３／１０）Ｉ₀強度の光は、互いに補足されて（３／５）Ｉ₀強度の光になり、人の目で識別できるような境界線に達する。各発光ダイオード１３１間の設置位置距離Ｐと、発光ダイオード１３１から透光性チューブ１１０までの距離Ｈとは、

という式を満たす必要がある。

以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

１００・・・照明用発光ダイオードライトチューブ、
１１０・・・透光性チューブ、
１２０・・・蛍光粉層、
１２１・・・蛍光粉粒子、
１３０・・・基板、
１３１・・・発光ダイオード、
１４０・・・カバー、
１５０・・・放熱板、
１５１・・・放熱体、
２００・・・電源。

Claims (11)

1. 透光性チューブと、
   前記透光性チューブの表面に塗布され、厚さが１０〜１００μｍである蛍光粉層と、
   前記透光性チューブ内に設けられ、複数の発光ダイオードを支える基板と、
   を備え、
   前記発光ダイオードと前記透光性チューブとの距離Ｈ、２つの前記発光ダイオード間の設置位置距離Ｐとすると、
   Ｈ／Ｐは、０．１３４以上であり、Ｈは９．５〜３８ｍｍであることを特徴とする照明用発光ダイオードライトチューブ。
2. 前記透光性チューブは、ガラスチューブであることを特徴とする請求項１に記載の照明用発光ダイオードライトチューブ。
3. 前記蛍光粉層内部の蛍光粉粒子の粒径は、１〜４０μｍであり、前記蛍光粉層の厚さより小さいことを特徴とする請求項１に記載の照明用発光ダイオードライトチューブ。
4. 前記蛍光粉層内部の蛍光粉粒子の粒径は、５〜２０μｍであることを特徴とする請求項３に記載の照明用発光ダイオードライトチューブ。
5. 前記蛍光粉層は、励起波長が３００〜５００ｎｍであり、放射波長が４００〜７００ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の照明用発光ダイオードライトチューブ。
6. 前記複数の発光ダイオードは、波長が３００〜７００ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の照明用発光ダイオードライトチューブ。
7. 前記複数の発光ダイオードは、最大光進行角度が１１０〜１４０度であることを特徴とする請求項１に記載の照明用発光ダイオードライトチューブ。
8. 前記複数の発光ダイオードは、最大光進行角度が１１０〜１８０度であることを特徴とする請求項１に記載の照明用発光ダイオードライトチューブ。
9. 前記透光性チューブは、長さが２００〜１５００ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の照明用発光ダイオードライトチューブ。
10. 前記透光性チューブの一端および他端に位置し前記基板を前記透光性チューブ内に密封する２つのカバーを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の照明用発光ダイオードライトチューブ。
11. 前記透光性チューブと前記２つのカバーとによって形成される密封空間に不活性ガスが充填されていることを特徴とする請求項１０に記載の照明用発光ダイオードライトチューブ。

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