JP2013118199A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤのような点状で指向性の強い光源を用いても、点光源像を見せずに広配光から狭配光まで照射光分布を容易に制御することができる照明装置を提供する。
【解決手段】実施形態によれば、照明装置は、光源１６と、光源から光を入射させる入光部２４と、光源から入射した光を照明装置の外部に照射する照射領域３０とを有し、光源から放出される光を導光する導光体１８と、を備え、照射領域の少なくとも一部は、入光部に入射する光の方向と反対側を向いている。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、発光ダイオード（ＬＥＤ）のような点状で狭い配光分布を持つ光源を用いた蛍光灯のような線状の照明装置に関する。

照明装置としては、蛍光灯が一般的に使われているが、水銀を使用する問題があった。
近年、水銀を使用しない光源としてＬＥＤやＥＬ（エレクトロルミネッセンス）が開発されており、特にＬＥＤ光源は照明装置への利用が加速度的に広がっている。

しかしながら、一般的な表面実装タイプのＬＥＤ光源は、青色あるいは紫外光を発するＬＥＤチップを、赤、緑といった長波長の可視光に変換する蛍光体を含んだ封止樹脂で封止した構成であり、光源像は点で、封止樹脂表面の法線方向に強く光を放出する指向性の強い配光分布を有している。

このため、照明装置としてＬＥＤ光源を用いた場合、ＬＥＤに相当する強い粒状の高輝度部で眩しさや違和感を感じたり、偏った配光分布により所望の照度空間を得られない、といった問題を生じていた。

ＬＥＤのような点状で指向性の強い光源を均一面状の照明装置として使う技術としては、液晶表示装置のバックライトに用いられるサイド入光型照明装置がある。しかしながら、このようなサイド入光型照明装置では、照射する領域の外側に光源部や反射部といった照明に直接関与しない部品を配置する必要があり、照明装置として望ましくない額縁部分を設けなければならなかった。

また、照明装置に額縁を作らない従来技術として、導光体やレンズを用いて光源を照射領域の裏面側に配置する構成が提案されている。しかしながら、この構成では光源の光を放出する方向が照明装置の光を放出する方向と同じであり、導光体やレンズを用いても光源に起因する輝度ムラが現れ易い構成となる。

また、ＬＥＤを立体的に実装して全方位に照射可能な蛍光灯型の照明装置の従来技術も提案されているが、製造面では大きな負担を強いるものであった。

特許第４１０６８７６号公報 特許第４０６７３８７号公報 特開２００４−３１９２３８号公報 特開２０１０−２７２８２号公報 特開２０１０−２３８４８３号公報

この発明の課題は、ＬＥＤのような点状で指向性の強い光源を用いても、点光源像を見せずに全方位照射から狭配光まで照射光分布を容易に制御することができる照明装置を提供する。

実施形態によれば、照明装置は、光源と、前記光源から光を入射させる入光部と、前記光源から入射した光を照明装置の外部に照射する照射領域とを有し、前記光源から放出される光を導光する導光体と、を備え、前記照射領域の少なくとも一部は、前記入光部に入射する光の方向と反対側を向いている。

図１は、第１の実施形態に係る照明装置を示す断面図。 図２は、照明装置の外観を概略的に示す斜視図。 図３は、第１の実施形態の第１変形例を示す断面図。 図４は、第１の実施形態の第２変形例を示す断面図。 図５は、第１の実施形態の第３変形例を示す断面図。 図６は、第１の実施形態の第４変形例を示す断面図。 図７は、第２の実施形態に係る照明装置を示す断面図。 図８は、第３の実施形態に係る照明装置を示す断面図。 図９は、第４の実施形態に係る照明装置を示す断面図。 図１０は、第４の実施形態の第１変形例を示す断面図。 図１１は、第４の実施形態の第２変形例を示す断面図。

以下、図面を参照しながら、種々の実施形態に係る照明装置について詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る蛍光灯型の照明装置の断面を示し、図２は、照明装置の外観を概略的に示している。照明装置１０は、ＬＥＤ光源を線状に配置した細長い照明装置であり、図２（ａ）に示すように、例えば、１．２ｍほど直線状に引き伸ばした棒状の立体形状、あるいは、図２（ｂ）に示すように、曲線状に引き伸ばした環状を有している。

照明装置１０は、照明装置のほぼ全長に亘って延びる細長い矩形板状の基材１２と、基材１２の一方の表面上に支持された細長い矩形状の基板１４と、この基板上に実装された光源と、これらを囲んで設けられたほぼ円筒状の細長い導光体１８と、を備えている。

基材１２は、例えば、アルミニウムの押出し材により形成され、その上面に基板１４が支持されている。また、基材１２は、その下面に突設された複数の放熱フィン２０を一体に有し、これらの放熱フィン２０は、照明装置に軸方向に沿って延びている。基材１２の両側縁には支持部２２が形成されている。基材１２は、上記のように基板１４を支持しているとともに、光源の放熱と照明装置１０の強度を確保する。

光源は、基板１４上に実装された例えば、複数の白色ＬＥＤ１６であり、これらのＬＥＤ１６は、例えば、所定のピッチＰ、例えば、６ｍｍで照明装置１０の長手方向に沿って線状に並べて配置されている。このように導光体１８および光源は、一方向に連なって線状に配され、導光体１８は直管形状を有している。基板１４は、必要な電力をＬＥＤ１６に供給し、ＬＥＤを点灯する。直線状の導光体１８の両端あるいは環状の導光体１８の両端間には、カバー２３が装着され、例えば、このカバー内にＬＥＤ１６を駆動する図示しない点灯回路等が設けられている。

導光体１８は、例えば、屈折率が空気よりも大きい透明な樹脂の押出し材によりほぼ円筒状に形成され、その断面の径２Ｒは例えば２６ｍｍに形成されている。隣合うＬＥＤ１６間の間隔、すなわち、ＬＥＤ１６の配列ピッチＰは、導光体１８の半径Ｒよりも小さくなるように設定されている。

導光体１８は、ＬＥＤ１６と対向する上部が基板１４側、つまり、導光体１８の中心側に凹んだ凸状の入光部２４を有し、この入光部２４は、導光体１８の軸方向に沿い全長に亘って延びている。これにより、導光体１８の断面は、ほぼハート形状に形成されている。導光体１８は、その中心を通る中心線Ｃに対して、左右対称な形状に形成されている。

入光部２４は、基板１４の上面に当接している。また、入光部２４には、導光体１８の軸方向に全長に亘って延びる凹所２６が形成されている。基板１４上に実装されたＬＥＤ１６は、凹所２６内に位置している。これにより、ＬＥＤ１６から出射された光は入光部２４に入射する。

導光体１８は、入光部２４から左右に分岐して基材１２上方に延びた後、基材１２の両側縁の外側を通り、基材１２の下方側を覆っている。導光体１８は、入射した光を導光した後、ＬＥＤ１６の真上で左右に分岐する形状を成し、その側面はＬＥＤ１６から斜め方向に出る光を反射入光するように傾斜しており、ＬＥＤ１６から放出された光は９７％が導光体１８内部に入光する構成としている。導光体１８において、断面のほぼ下半分、つまり、基材１２の側縁から最下端まで延びる部分は、外部へ光を放出する照射領域３０を構成している。この照射領域３０は、基材１２の側縁から最下端まで、厚さが徐々に薄くなるほぼ楔状に形成され、最下端部の厚さが最も薄くなっている。

更に、導光体１８は、両側部内面からそれぞれ突出した凸状の固定部３２を一体に有し、これらの固定部３２は、基材１２の支持部２２に嵌合している。これにより、導光体１８は、基材１２に固定および支持され、ＬＥＤ１６との位置関係が一定となるように保証されている。

図１において、ＬＥＤ１６からの主たる光放出方向は、基板１４の表面に対して垂直上方であり、このＬＥＤ１６から出射された光は、入光部９から導光体１８に入射する。入射した光は、導光体１８内で反射を繰り返しながら伝播し、導光体１８の内部を導光するうちに筒をグルリと反転してクサビ状の照射領域３０から下向きに外部に放出される（図１中に矢印で示す）。

このように、照明装置１０において、導光体１８の入光部２４は、基板１４に対し、照射領域３０の裏面側、つまり、反対側に配置され、光源であるＬＥＤ１６の主たる光放出方向は基板１４に対して上方となっている。これに対して、照射領域３０の主たる光放出方向は基板１４に対して下向きであり、ＬＥＤ１６の主たる光放出方向と反対の方向を向いている。

以上のように構成された照明装置１０によれば、照明装置を照射領域３０方向から見たとき、不要な非発光領域が基材１２の裏面側に配置され、照明装置１０全体が光って見えるようにすることができる。点状に離散した複数のＬＥＤ１６からの光は、導光体１８内を導光されるうちに照明装置１０の長手方向に広がるため、ＬＥＤ特有の粒々状の高輝度ムラを緩和し、全長に亘って均一な輝度とすることができる。また、照射領域３０のクサビ形状を適正に設計することで、約９５％の高効率を維持しつつ導光体１８の側面方向を含めた広い範囲に配光分布を拡げることができる。
これにより、ＬＥＤのような点状で指向性の強い光源を用いた場合でも、点光光源を見せずに広配光から狭配光まで照射光分布を容易に制御することが可能な照明装置を得ることができる。

なお、第１の実施形態で説明した部品材料、構成は適宜変更することができる。例えば、基材１２は成型した鋼板を用いてもよく、また、導光体は、円形に限らず、より歪んだ扁平な楕円状の断面形状としてもよい。

導光体１８のクサビ形状により光を取り出しているが、光取り出しは導光体表面に形成したシボ、溝、マイクロレンズ、拡散印刷パターンで行ってもよく、導光体材料に混錬した拡散フィラ材で行ってもよい。本実施形態のように透明でクサビ形状とした導光体照射領域とすると、照明装置から外部の出射される光の向きが照射領域の接線方向に揃ってしまうため、円筒状の照射領域の縁ばかりが光る感じとなり好ましくない。また、シボや拡散部材の設置は設計負担や余分な製造コストが掛かってしまう。このため、拡散フィラ材を導光体材料に混錬するのが製造面で簡易であり、かつ、導光体全体が光る感じになる。この場合、拡散フィラ材濃度が濃すぎると導光できる距離が短くなるため、厚さ２ｍｍの板透過率で８０〜９５％となるように設定することが望ましい。

次に、第１の実施形態の変形例について説明する。なお、以下に説明する種々の変形例において、上述した第１の実施形態と同一構成部分は、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。

（第１変形例）
図３は、第１変形例に係る照明装置の断面を示している。第１変形例によれば、導光体１８は、既存の蛍光灯を模して断面が完全な円筒に形成されている。導光体１８の入光部２４は形状が制約されるため、入光部２４の上側を覆う断面円弧状のダミー部３４を加えて、円筒断面形状を形成している。ダミー部３４は、押出成型した導光体１８に一体的に成形したが、別の部材を接着するなどしてもよい。

（第２変形例）
図４は、第２変形例に係る照明装置の断面を示している。第２変形例では、導光体１８の照射領域３０の最薄部に、導光を遮断する導光遮断部３５を設けている。この導光遮断部３５は、例えば、導光体１８の中心側に凹んだ凹部により形成されている。

導光体１８の強度面を考慮して、導光体の最薄部でも０．５ｍｍ程度の厚さがあり、光が導光体１８内を１周して光源１６に戻る損失が生じる可能性が考えられる。しかし、第２変形例のように、導光体１８の最薄部に導光遮断部３５を設けることにより、導光体１８を導光する光を全て外部に取り出すことが可能となり、照明装置の効率を改善することができる。

（第３変形例）
図５は、第３変形例に係る照明装置の断面を示している。第３変形例では、導光体１８の照射領域３０の外表面は、複数の段部３６を有する階段状に形成されている。特に、照射領域３０の最薄部近傍で発生する側面方向の光を正面方向に向くように、段部３６を設計したものである。

前述した第１の実施形態および第１、第２変形例では、ＪＥＬ８０１に記載されたような既存蛍光灯を模した広範囲を照射する配光分布としているが、第３変形例では、照射範囲を８５度とし、それよりも側面方向では殆ど光が出ないようにしている。これにより、照明装置１０の側面方向から放出される光、例えば、窓やＴＶ画面に映りこむ側面方向の光を減らしている。

（第４変形例）
図６は、第４変形例に係る照明装置の断面を示している。第３変形例では、導光体１８は、筒状の下側となる部分、つまり、基板１４に対してＬＥＤ１６の反対側に位置する部分に開口４０を有する構成としている。開口４０は、照明装置１０の長手方向、全長に亘って延びている。

このような構成とすることで、ＬＥＤ１６から出射され筒状の導光体１８を１周してＬＥＤ１６に戻る光を無くすとともに、外気対流によるＬＥＤ１６の放熱効果を改善することができる。

次に、他の実施形態に係る照明装置について説明する。以下に説明する種々の実施形態において、上述した第１の実施形態と同一構成部分は、同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。

（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態に係る照明装置の断面を示している。第２の実施形態では、基本構成は第１の実施形態と同様であるが、光源として、複数のＬＥＤ１６が基板１４上に２列に並んで配置されている。導光体１８は、２つのＬＥＤに対応する２つの入光部２４を有している。これらの入光部２４は、導光体１８の中心線Ｃの両側に位置し、それぞれ基板１４に当接しているとともに、ＬＥＤ１６を収容した凹所２６を有している。光源が１列では収まりきらない場合は、上記構成とすることにより、前述した第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第３の実施形態）
図８は、第３の実施形態に係る照明装置の断面を示している。第３の実施形態では、基本構成は第１の実施形態と同様であるが、光源であるＬＥＤ１６を横向きに配置している。すなわち、ＬＥＤ１６は２列に並んで設けられているとともに、一方の列のＬＥＤ１６は、導光体１８の側方に向かって主たる光を出射する向きに配置され、他方の列のＬＥＤは、導光体１８の他方の側方に向かって主たる光を出射する向きに配置され、一方の列のＬＥＤと１８０度逆向きに設けられている。また、これらの２つのＬＥＤ１６の主たる光を出射する方向は、導光体１８の照射領域３０から光を出射する方向とほぼ９０度、異なっている。また、導光体１８は、中心線Ｃに対して左右対称に形成されている。

第３の実施形態によれば、光源配置が横向きとなることで、導光体１８の湾曲部での漏れに関する負担が減り、照明装置１０をよりコンパクトに設計することができる。

上述した第１ないし第３の実施形態および第１ないし第３変形例によれば、ＬＥＤのような点状で指向性の強い光源を用いても、点光源像を見せずに広配光から狭配光まで照射光分布を容易に制御することができる照明装置を提供することができる。

（第４の実施形態）
図９は、第４の実施形態に係る照明装置の断面を示している。第４の実施形態では、基本構成は第１の実施形態と同様であるが、照射領域３０を円筒状に形成し、全方位に光を照射することで従来の蛍光灯と同様の光り方を実現している。円筒状の照射領域３０に導光接続する接続部分は、内円側の曲率を同一にしないと光が漏れてムラを生じてしまう。このため、照射領域３０の入光部２４からの接続部分３１は、入光部２４から延びる導光体の幅と円筒上側の照射領域３０の幅を足した太い幅に形成している。入光部２４から筒状の照射領域３０に導光する照射領域の厚さは、他の照射領域より厚く形成されている。こうすることで、接続部分のムラを生じることなく全周囲を照射することができる。

（第１変形例）
図１０は、第４の実施形態の第１変形例に係る照明装置の断面を示している。同変形例では、入光部２４から円筒状の照射領域３０に導光する部分を１つとし、かつ、ＬＥＤ１６を偏芯配置させることで、導光部分と円筒状の照射領域３０の曲率を近づけている。これにより、照射領域３０の円筒形状をよりコンパクトに形成することができる。

また、図９に示した第４の実施形態では、照射領域３０を導光する光の一部は、反対側の接続導光部分から逆流してＬＥＤ１６に再入射するが、第１変形例の構成であれば、照射領域３０を導光する光は常に反時計回りであり、ＬＥＤ１６への逆流は起こらず、余分な効率損失が起こらない。

（第２変形例）
図１１は、第４の実施形態の第２変形例に係る照明装置の断面を示している。同変形例では、入光部２４から筒状の照射領域３０に導光する導光部は１つであり、導光部と照射領域が渦巻き状に形成され、図９，１０にあったような合流部分を回避している。照射領域３０は拡散材が入った材料で形成され、その透過率は板厚２ｍｍで８０〜９５％である。この構成により、薄い肉厚の導光体１８とすることができ、細かい設計を行わなくてもムラの出にくい構成としている。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

以上、本発明をその好ましい実施の形態を参照して詳細に説明した。本発明の容易な理解のために、本発明の具体的な形態を以下に付記する。
（付記１）
光源と、
前記光源から光を入射させる入光部と、前記光源から入射した光を導光し照明装置の外部に照射する照射領域とを有し、前記光源から放出される光を導光する導光体と、を備え、
前記照射領域は筒状であり、前記照射領域の少なくとも一部は、前記入光部に入射する光の方向と反対側を向き、
前記入光部から前記筒状の照射領域に導光する前記照射領域の厚さは他の前記照射領域より厚く形成されていることを特徴とする照明装置。
（付記２）
前記入光部から前記筒状の照射領域に導光する導光部は１つであり、導光部と照射領域が渦巻き状に形成されていることを特徴とする付記項１に記載の照明装置。
（付記３）
前記導光体の照射領域の断面は筒状に湾曲し、前記筒状の内部空間に前記入光部が設置されていることを特徴とする付記１又は２に記載の照明装置。
（付記４）
前記導光体は、前記照射領域の外周面に形成され前記照射領域から放出される光の方向を特定方向に制御する複数の段部を有していることを特徴とする付記１ないし３のいずれか１つに記載の照明装置。
（付記５）
前記導光体は、前記照射領域の外周面に形成された凹所を有していることを特徴とする付記１ないし３のいずれか１つに記載の照明装置。
（付記６）
前記導光体は、前記照射領域の外周面に形成され前記光源の背面側に位置する開口を有していることを特徴とする付記１ないし３のいずれ１つに記載の照明装置。
（付記７）
前記光源は、前記筒状の導光体の軸方向に所定の間隔で線状に並んで配置された複数の光源を有し、前記光源間の間隔は、前記導光体の半径よりも小さいことを特徴とする付記１ないし６のいずれか１つに記載の照明装置。
（付記８）
前記照射領域は拡散材が入った材料で形成され、その透過率は板厚２ｍｍで８０〜９５％であることを特徴とする付記１ないし７のいずれか１つに記載の照明装置。
（付記９）
前記導光体および前記光源は、一方向に連なって線状に配され、前記導光体は直管形状を有していることを特徴とする付記１ないし８のいずれか１つに記載の照明装置。

１０…照明装置、１２…基材、１４…基板、１６…ＬＥＤ（光源）、１８…導光体、 ２２…支持部、２４…入光部、２６…凹所、３０…照射領域

Claims (10)

1. 光源と、
   前記光源から光を入射させる入光部と、前記光源から入射した光を照明装置の外部に照射する照射領域とを有し、前記光源から放出される光を導光する導光体と、を備え、
   前記照射領域の少なくとも一部は、前記入光部に入射する光の方向と反対側を向いていることを特徴とする照明装置。
2. 前記導光体の照射領域の断面は筒状に湾曲し、前記筒状の内部空間に前記入光部が設置されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記導光体は、前記照射領域の外周面に形成され前記照射領域から放出される光の方向を特定方向に制御する複数の段部を有していることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
4. 前記導光体は、前記照射領域の外周面に形成された凹所を有していることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
5. 前記導光体は、前記照射領域の外周面に形成され前記光源の背面側に位置する開口を有していることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
6. 前記光源は、前記筒状の導光体の軸方向に所定の間隔で線状に並んで配置された複数の光源を有し、前記光源間の間隔は、前記導光体の半径よりも小さいことを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
7. 前記照射領域は筒状であり、前記入光部から前記筒状の照射領域に導光する前記照射領域の厚さは他の前記照射領域より厚く形成されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
8. 前記入光部から前記筒状の照射領域に導光する導光部は１つであり、導光部と照射領域が渦巻き状に形成されていることを特徴とする請求項７に記載の照明装置。
9. 前記照射領域は拡散材が入った材料で形成され、その透過率は板厚２ｍｍで８０〜９５％であることを特徴とする請求項７に記載の照明装置。
10. 前記導光体および前記光源は、一方向に連なって線状に配され、前記導光体は直管形状を有していることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。

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