JP2014022125A - Ｌｅｄ導光板光源によるｌｅｄ照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
ＬＥＤ照明装置の課題である光の指向性の強さを減少させ、光配広範囲を広げるために導光板をＬＥＤ照明として使い照度を上げてＬＥＤ照明装置とする発光方法及びそのＬＥＤ照明を得ること。
【解決手段】
ＬＥＤ照明の照明カバー本体内へ２枚重ねた導光板を配置しＬＥＤを光源として光を導光板内へ入れＬＥＤ照明とする。導光板の光拡散パターンは、光拡散率を上げる為の素材を調合したインクで印刷する。印刷する印刷パターンは、円形を含む様々な多角形パターンのサイズを変えて組み合わせて印刷する事により導光板内での光拡散効率が上がる事によりＬＥＤ照明の照度と発光面の均一性を上げる

【選択図】 図１

Description

本発明は、ＬＥＤを用いた照明装置に関し、特に、ＬＥＤからの光を導光板内に導いて照明を行う照明装置に関する。

LEDを使用した照明装置は、省電力、長寿命、ＣＯ２排出削減という利点が注目され、近年急速に普及が進んでいる。
たとえば、基板とLEDを透明な直管で覆った蛍光灯型のLED照明装置が上市されている。
また、蛍光灯の両口金部にLEDを配置し、導光板を使用して蛍光灯型のLED照明装置とするものも開示されている（たとえば特許文献４）。
さらに、面状の導光板を使用した面発光の照明装置や、LEDと導光板さらに反射板等を組み合わせた看板装置なども使用されている。

ＬＥＤ照明装置の普及により必要となるＬＥＤ部品、電源装置は性能が上がりコストダウンが進んでいる。導光板については、古い技術であったが液晶テレビの大型化、薄型化が進む事により技術の再利用として見直されている。

素材としては、アルミ基板技術の進化、ＬＥＤの性能向上、ＬＥＤの省電力、高光度化、生産量の拡大、導光板へ光拡散パターンを印刷するためのインクの改良が近年大幅に進んだ。

導光板の製造方法は、レーザー加工方式、金型による成型方式、シルク印刷による印刷方式、インクジェット印刷方式と進化した。

シルク印刷による製造方法はＵＶ硬化インク、ベース素材になるメジュームなども進化した。

印刷パターンをデザインする為のＣＡＤとコンピューターの進化により複雑なデザインが容易にデザインでき、シルク版の制作技術も進化により高精度で複雑なシルク版が制作可能である。

特開平６−５１１２９号公報 特開２００４−４５９３９号公報 特開２００６−２７８２４９号公報 特開２０１１−１００５５７号公報

従来の蛍光灯型LEDは、LEDの光が直接目に見える直下型となっているため、グレア（ぎらつき）が強い。また、指向性の強い光となっているため、従来の蛍光灯と比べ、配光角度が１２０度と狭く、明暗の差が大きい傾向となっている。
また、特許文献４のような照明装置は、口金部にLEDを配置しているため、長距離にわたりLEDの光を拡散するため照度が暗くなる恐れがある。
面発光の照明装置においては、照明装置全体に光が拡散されず、隅の部分もしくは中央部が暗く見えてしまい、均一な照明が得にくい、という問題がある。
また、反射板を使用する照明装置においては、反射板のコストがかかり、また、反射板を使用することで光損失が起こり、結果として照度が落ちるという問題がある。

現在の導光板は、反射板があり部品点数が増え、部品コスト、組み立てコストが高い。

導光板は裏面へ設置する反射板による反射効率が照度に影響する。

導光板は反射板により一方方向へ発光する為、発光面の反対側は光が出ない。

導光板は反射板を削除すると表面、裏面の照度が均一にならない。

導光板は、導光板へ光を入れた時点及び、導光板内を光が導光する時点及び、反射板による反射により光損失が起こる。

導光板で、両面発光する為には、２組を利用した照明装置が必要となる。

２方向又は、４方向より光を入れると光エネルギーが集中する箇所に線が出る、モアレや暗視部分、明暗部分が発生するなどの問題がある。

導光板の印刷パターンにより光の拡散率と照度に影響が出る。

蛍光灯型のＬＥＤ照明装置は、ＬＥＤ光を直接光源として使いＬＥＤ自体の配光角度が照明装置の配光角度になる為、配光範囲が狭く天井、壁面が暗い。

蛍光灯型のＬＥＤ照明装置は、色温度、演色性能において、ＬＥＤ自体が紫外線域の光が強く演色性能が悪く自然光のような光になりにくい。

蛍光灯型のＬＥＤ照明装置は、ＬＥＤ光を直接光源として使う為、ＬＥＤ自体の色温度を５０００ｋ以下へ下げると比例して照度が減少する

本発明者らは、鋭意検討した結果、前記課題を解決する照明装置を発明した。
すなわち、本発明は、
（１）水平方向に広がる導光板を使用した導光部と、前記導光部の少なくとも１端面に配置され前記導光部の内部に光を照射するLEDを有する照明装置であって、前記導光板は上面に光を拡散する効果を有する材料を印刷した拡散面を有し、さらに前記印刷として、LED入射端には面積の小さい模様を配し、LED入射端から遠ざかるにしたがって面積の大きい模様を配したことを特徴とする照明装置、
（２）前記導光板の印刷面に配置した面積の大きい模様として多角形を使用したことを特徴とする（１）に記載の照明装置、
（３）前記導光部として、前記導光板の印刷面が隣接するよう2枚の前記導光板を重ね合わせたものを使用することを特徴とする（１）または（２）に記載の照明装置、
（４）前記導光部として使用する導光板は、前記印刷面の模様が７０％以上重なるように重ね合わせたことを特徴とする（３）に記載の照明装置を提供するものである。

本発明の照明装置は、特定の導光板を使用することにより、より均一で照度の高い照明が得られる。
さらに、面積の大きい模様として多角形を使用することにより、円などの模様と比較して、密に模様を配置することができるため、光の損失を抑え、より拡散効果を得ることが可能となる。
また、導光板の印刷面が隣接するよう2枚の前記導光板を重ね合わせたものを導光部として使用することにより、より均一な照明とすることが可能となる。また、看板等に用いた場合には、従来使用していた反射板を使用しなくても、照度の高い均一な看板等を得ることが可能となる。
特に、前記印刷面の模様が７０％以上重なるように重ね合わせた導光板を使用することにより、より照度の高い均一な看板等を得ることが可能となる。

導光板へ印刷する印刷パターンは、円形、楕円形、多角形を混在させて印刷し印刷パターンのサイズを様々なサイズで混在させて配置する事により光り拡散効率を上げ、光を均一に拡散さる為照度が上がり、均一な面発光の照明装置が得られる。

２枚の導光板に印刷された個々の印刷パターンを７０％以上重なるように２枚の導光板を重ね合わせ端面よりＬＥＤで光を入力すると導光板の両面が均一に発光する。

導光板を２枚重ねることでレンズ効果よる光拡散作用が上がる。また、反射板が無い為、光反射による光損失を防ぐ効果がある。

導光板を２枚重ね合わせる事により配光角度を３００度以上に広げ、天井、壁の反射光を利用し照度が上がる。

導光板の各エッジ部分へ光乱反射を防ぐ例えばケイ素系、シリコン系の薬液を塗布する事により、導光板へ光を入れる時の光損失を防ぐ。

２枚重ねた導光板を円筒形又は、多角形の照明カバーへ入れ照明カバーの光拡散機能を利用し配光角度を広げる。

導光板の光拡散効率を上げる為に、インク内へ拡散効率を上げる効果がある、例えば金属系の素材を混ぜた顔料により導光板パターンを印刷する。

前記の段落００２３で上げた手段と段落００２９で調合したインクで導光板へ印刷パターンを印刷すると演色性が上がり自然光に近づく。

前記の段落００２３で上げた手段と段落００２９で調合したインクで導光板パターンを印刷すると導光板自体で色温度を下げる為、色温度（ｋ）を５０００ｋ以下にしても比例して照度が減少しない。

前記の段落００２３で上げた手段と段落００２９で調合したインクで導光板パターンを印刷すると指向性の強さを落とし、ＬＥＤ独特のグレア（ぎらつき）が減少する。

両面発光する導光板を製造する場合、反射板が不要なうえ構造が簡単で、部品点数が少ない為に、生産コストが下がる。

導光板による効果として、導光板内で光り拡散を行いＬＥＤ光の指向性を削減させ、直下型ＬＥＤ照明装置で発生する陰の多重化を防ぎ、影の発生を減少させ疲れにくい照明装置になる。

光源の光損失を抑える事により、求められる照度に対するエネルギー量を現在の導光板より削減できる。

本発明の蛍光灯型ＬＥＤ照明装置（１）で、一部を省略した一部切欠斜視図である。 本発明の蛍光灯型ＬＥＤ照明装置（１）本体のたて側面断面図で上部導光板（１０）、下部導光板（１１）を側面から見るための構造を示す想像図である。上部導光板と下部導光板の導光板印刷パターン（１２）が重なっていることを示している。 本発明の蛍光灯型ＬＥＤ照明装置（１）本体のたて側面断面図で上部導光板（１１）を上面から見て、ＬＥＤ（７）、ヒートシンク（８）、ＬＥＤバープリント基板（９）の位置関係の構造を示す想像図である。 本発明の照明カバー本体（４）の側面断面図で導光板（７）、ＬＥＤ（８）、ヒートシンク（９）、ＬＥＤバープリント基板（１０）の位置関係を示す想像図である。上部導光板（１０）と下部導光板（１１）の導光板印刷パターン（１２）が重なっていることを示している。 上部導光板（１０）、下部導光板（１１）を２枚重ね合せた側面かたら見た構造図で、導光板印刷パターン（１２）が重なっていることを示している。 上部導光板（１０）、下部導光板（１１）を２枚重ね合せた上面かたら見た構造図で、導光板印刷パターン（１２）が重なっていることを示している。 ＬＥＤバープリント基板（９）へ１列にＬＥＤ（７）を設置した構造図である。 ＬＥＤバープリント基板（９）へ２列で平行にＬＥＤ（７）を設置した構造図である。 ＬＥＤバープリント基板（９）へ２列でずらしてＬＥＤ（７）を設置した構造図である。 ４方向にＬＥＤバープリント基板（９）を配置し上部導光板（１０）と下部導光板（１１）へ光拡散板（１３）を配置した両面発光照明装置を示している。縦方向と横方向の断面図を示す。 ２方向にＬＥＤバープリント基板（９）を配置した両面発光照明装置を応用した看板を示している。縦方向と横方向の断面図を示す。

本発明は、導光板を使用した照明装置である。本発明において照明装置とは、蛍光灯型、面発光型の照明装置、さらには、照明装置の片面または両面に広告などを掲載した電光看板などをいう。
本発明の照明装置は、導光板の端面から、LEDの光を入射し、導光板前面に光を拡散させることによって、光を広い範囲で均一に拡散させるものである。
本発明の照明装置は、水平方向に広がる導光板を使用した導光部と、前記導光部の少なくとも１端面に配置され前記導光部の内部に光を照射するLEDを有する照明装置であって、前記導光板は上面に光を拡散する効果を有する材料を印刷した拡散面を有し、さらに前記印刷として、LED入射端には面積の小さい模様を配し、LED入射端から遠ざかるにしたがって面積の大きい模様を配したことを特徴とする。
本発明の導光板としては、透明な基材の上部に、光を拡散する効果を有する材料を印刷した拡散面を有する、基材としては、透明であり、光を伝搬する材質のものであればよいが、たとえば、ガラスやアクリルなどが使用できる。
本発明の導光板の形状は、正方形、長方形、例えば六角形等の多角形をした光を伝播する材質を使った透明な板である。
本発明の拡散面の印刷は、基材に印刷できるものであればよいが、たとえばシルク印刷やインクジェット印刷などを適用することが可能である。
印刷に使用するインクとしては、光を散乱させる効果のあるものであればよい。色調としては、白色系が好ましい。材料としては、通常拡散材として使用されている顔料であれば使用できるが、特に金属系の顔料を含有するものを使用すると、より高い拡散効果が得られるため、好ましい。
拡散面としては、LED入射端には面積の小さい模様を配し、LED入射端から遠ざかるにしたがって面積の大きい模様を配した模様としている。上記模様の配置とすることにより、光を照明装置全面に均一に光を拡散することが可能となる。模様のパターンとしては、たとえばLED入射端には、小さい円状のドットを使用し、順次面積を大きくしてゆくようなパターンが使用できる。さらに、面積の大きい模様として、たとえば六角形などの多角形を使用することにより、円状の模様と比較して隙間なく、密に配置できることにより、光の損失をさらに抑え、照度の高い均一な光の拡散を可能とする。
LEDの光を1端面から入射する場合には、端面側から対向する多端側へ順次模様の面積を大きくした印刷パターンを配置するような導光板を使用することが好ましい。また、たとえば、4方向の端面から光を入射する場合には、４つの端面側は小さい模様を配し、中央部に行くにしたがって大きい模様を配した印刷パターンの拡散面を使用することが好ましい。
また、本発明の導光板は、光を入射する端面を光の散乱を防止するために、ケイ素系、シリコン系の溶剤を塗布して、端面を表面処理してもよい。
本発明の照明装置に使用するLEDとしては通常照明装置で使用するLEDを適用することが可能である。
さらに、本発明においては、導光部として、2枚の導光板を印刷面が隣接する状態で重ね合わせたものを使用することもできる。導光板を2枚重ね合わせることにより、より均一な両面発行が可能となる。
特に、印刷面の模様を７０％以上重ねあわせることにより、光の損失を抑え、照度の高い照明装置を得ることができる。

本発明の実施例を図面に基づいて説明すると、図１において、（１）は蛍光灯型ＬＥＤ照明装置で、蛍光灯型ＬＥＤ照明装置（１）は、従来の蛍光管と略同様の直管型の形状で、管状の照明カバー本体（４）と両端に電極（５）（６）を設け、該電極（５）（６）は、電源供給と蛍光灯型ＬＥＤ照明装置（１）を支持するもので、一方の電極（５）が電源供給部で、他方の電極（６）は電源供給がなく従来の蛍光灯器具に取り付けるときの支持部材として機能するが、特に電源供給においては、片側若しくは両方からの電源供給にはこだわらない。

図１、図２に示すように、蛍光灯型ＬＥＤ照明装置（１）は直管型の筒状で中央部分に、２枚の長方形の上側導光板（１０）下上側導光板（１１）を導光板印刷パターン（１２）が７０％以上重ね合わせて設置している。重ね合わせることにより光拡散効率が上がる。

図２で示すように、照明カバー本体（４）は、ポリカーボネート等の透明素材又は、光拡散剤を導入した直管型の筒状で、導光板が発光した光をさらに拡散する作用がある。導光板より発光した光がさらに照明カバー本体（４）で拡散され配光範囲が広がる。

図１，図２で示す照明カバー本体（４）の長さは、要求される取り付け方法、要求される照度により長さ、形状が変わる。使用する材質は、アクリル、ガラス、ポリカーボネート等の透明素材又は、光拡散剤を導入した直管型の筒状になる。照明カバー本体（４）は、要求される機能を達成する為に、形状が円形、楕円形、四角形、例えば六角形などの多角形になる。

図２で示す右側取付金具（２）左側取付金具（３）は、照明器具へ取付けされた時、蛍光灯型ＬＥＤ照明装置（１）の取付け角度を９０度までの範囲で回転して調整する。調整する事により配光角度が変えられ要求される位置の照度が上がる。

図２で示す右側電極（５）左側電極（６）は、取り付けを行う相手側器具により形状が変わる。電極の向き及び形状は、要求される取り付け方法により変わる。

図３で示すヒートシンク（８）は、ＬＥＤ（７）の発する熱を放熱することによりＬＥＤ（７）の性能を維持する。ヒートシンク（８）は、要求される照度により形状、大きさ、面積が変わる。

図２、図３で示すように、組み立ては、照明カバー本体（４）へ上側導光板（１０）と下側導光板（１１）を重ね合せ、上側導光板（１０）と下側導光板（１１）を重ね合わせた端面へＬＥＤバープリント基板（９）を配置したヒートシンク（８）を使い挟み込み照明カバー本体（４）の中央へ設置し右側取付金具（２）左側取付金具（３）で固定する。組み立て方法を簡単にする事により製造コストが下がる。

図４は、蛍光灯型ＬＥＤ照明装置（１）の断面を示した図で、７０％以上、上側導光板（１０）と下側導光板（１１）の導光板印刷パターン（１２）が重ねられた導光板を照明カバー本体（４）の中央で固定し、反対側はヒートシンク（８）へ挟み込まれる。ヒートシンク（８）へは、ＬＥＤ（７）を配置したＬＥＤバープリント基板（９）が設置された蛍光灯型ＬＥＤ照明装置（１）である事を示す。導光板を重ね合せ、導光板印刷パターン（１２）７０％以上重ねる事により光拡散効率、照度が上がる。

図４は、ＬＥＤ（７）が発光すると上側導光板（１０）と下側導光板（１１）へ光が挿入され図で示す上下方向へ明るく光る。上下方向へ光る事により天井面や壁面が照らされ体感的に照度以上の明るさを感じる。

図５、図６では、上側導光板（１０）と下側導光板（１１）の重ね合わせ方を示し、導光板印刷パターン（１２）が７０％以上重なる。上側導光板（１０）と下側導光板（１１）の厚みは、１ｍｍ〜５ｍの間の厚みを持つ導光板とする。

図５、図６で示す導光板の材質は、要求により変わり、通常は、アクリル素材を使用するが用途によっては、ガラス、ポリカーボネート、塩化ビニール、ポリエチレン、ポリアミド、ポリプロピレン等が発光板の材料として使われる。

図７、図８、図９は、ＬＥＤバープリント基板（９）に対して、ＬＥＤ（７）が配置される例を示し、求められる照度、長さによりＬＥＤの数、設置ピッチは変わる。

今回の実施例は、ＬＥＤを１列で設置しているが、高い照度を要求された場合、２列、３列、４列に設置する事もある。複数列設置する場合、左右を平行に設置する場合と位置をずらして設置する場合がある。
図７では、１列にＬＥＤ（７）を配置した図で、省エネ、製造コストが一番安い。

図８では、２列平行にＬＥＤ（７）を配置した図で、ＬＥＤ（７）を２列設置した事により照度が上がる。

図９では、２列にずらしてＬＥＤ（７）を配置した図で、ＬＥＤ（７）を２列設置した事により照度が上がる。

図３、図４では、片方向しかＬＥＤ（７）は配置されていないが要求される場合は、照度を上げる為に、左右へＬＥＤ（７）を配置される。長方形の導光板の長手面、両側へＬＥＤ（７）を配置すると照度が上がる。

図４では、片方向しかＬＥＤ（７）は配置されていないが要求される場合は、照度を上げる為に、４長方形の導光板４辺へＬＥＤ（７）を配置される。

図４では、ヒートシンク（８）、ＬＥＤバープリント基板（９）、上側導光板（１０）、下側導光板（１１）が照明カバー本体（４）の断面図の中央部分へ配置されているが、要求によっては、中央ではなく上面側または下面側へ設置される。

図１０は、ＬＥＤバープリント基板（９）を長方形型の両面発光型ＬＥＤ照明装置（１３）の４面に配置し、導光板内に光を入れ両面発光する照明装置である。

図１０は、長方形型の両面発光型ＬＥＤ照明装置（１３）の２枚の長方形の上側導光板（１０）下上側導光板（１１）を導光板印刷パターン（１２）が７０％以上重ね合わせて設置している。重ね合わせることにより光拡散効率が上がる。

図１０は、導光板を２枚重ねた長方形型の両面発光型ＬＥＤ照明装置（１３）で、４方向へヒートシンク（８）を配置し、ヒートシンク（８）へＬＥＤバープリント基板を配置して４方向より導光板内へ光を入れる照明装置である。

図１０の４方向へ配置したヒートシンク（８）は、照明装置のフレームの役目とＬＥＤ（７）の熱交換作用を果たす。

図１０は、断面図（ａ）（ｂ）で示すように、ＬＥＤバープリント基板（１０）には、図８又は図９で示したどちらかのＬＥＤバープリント基板（１０）が配置され照度を上げる。

図１０は、上側導光板（１０）下上側導光板（１１）へ光拡散板（１５）を配置して、発光面の光拡散作用を上上げ光配光角度を広げる。

図１０は、上側導光板（１０）下上側導光板（１１）へ印刷された導光板印刷パターン（１２）は、円形、楕円形、多角形パターンで印刷しサイズを様々なサイズで混在させて配置する事により光り拡散効率を上げ、光を均一に発光して照度を上げる。

図１０の組み立ては、ＬＥＤバープリント基板（９）をヒートシンク（８）へ配置し、ヒートシンク（８）へ上側導光板（１０）、下側導光板（１１）、光拡散板（１５）を挟み込み組み立てるので両面発光照明装置としては組み立てが容易ある。

図１１は、ＬＥＤバープリント基板（９）を長方形型の両面発光型ＬＥＤ看板照明装置（１４）の４面に配置し、導光板内に光を入れ両面発光する照明装置である。

図１１は、長方形型の両面発光型ＬＥＤ看板照明装置（１４）の２枚の長方形の上側導光板（１０）下上側導光板（１１）を導光板印刷パターン（１２）が７０％以上重ね合わせて設置している。重ね合わせることにより光拡散効率が上がる。

図１１は、導光板を２枚重ねた長方形型の両面発光型ＬＥＤ看板照明装置（１４）で、４方向へヒートシンク（８）を配置し、ヒートシンク（８）へＬＥＤバープリント基板を配置して４方向より導光板内へ光を入れる照明装置である。

図１１の４方向へ配置したヒートシンク（８）は、照明装置のフレームの役目とＬＥＤ（７）の熱交換作用を果たす。

図１１は、断面図（ａ）（ｂ）で示すように、ＬＥＤバープリント基板（１０）には、図８又は図９で示したどちらかのＬＥＤバープリント基板（１０）が配置され照度を上げる。

図１１は、上側導光板（１０）下上側導光板（１１）へ光拡散板（１５）を配置しない為、光拡散板（１５）による光損失を無くし看板用途に向いた板面照度を上げた照明装置にする。

図１１は、上側導光板（１０）下上側導光板（１１）へ印刷された導光板印刷パターン（１２）は、円形、楕円形、多角形パターンで印刷しサイズを様々なサイズで混在させて配置する事により光り拡散効率を上げ、光を均一に発光して照度を上げる。

図１１の組み立ては、ＬＥＤバープリント基板（９）をヒートシンク（８）へ配置し、ヒートシンク（８）へ上側導光板（１０）、下側導光板（１１）を挟み込み組み立てるので両面発光照明としては組み立てが容易ある。

本発明のＬＥＤ照明構造は、実際の測定で管の直下において効果的な照度が得られ、天井面も照度が得られ産業上有用であり、効果的に市場に供給できるものである。
両面発光する導光板を薄く、部品数を減らし製造コストを下げて製造できる為、商業施設などの看板を含め応用範囲が広い。

１．蛍光灯型ＬＥＤ照明装置（ＬＥＤ光源導光板によるＬＥＤ照明）
２．右側取付金具
３．左側取付金具
４．照明カバー本体
５．右側電極
６．左側電極
７．ＬＥＤ
８．ヒートシンク
９．ＬＥＤバープリント基板
１０．上側導光板
１１．下側導光板
１２．導光板印刷パターン
１３．両面発光型ＬＥＤ照明装置
１４．両面発光型ＬＥＤ看板照明装置
１５．光拡散板

Claims (4)

1. 水平方向に広がる導光板を使用した導光部と、前記導光部の少なくとも１端面に配置され前記導光部の内部に光を照射するLEDを有する照明装置であって、前記導光板は上面に光を拡散する効果を有する材料を印刷した拡散面を有し、さらに前記印刷として、LED入射端には面積の小さい模様を配し、LED入射端から遠ざかるにしたがって面積の大きい模様を配したことを特徴とする照明装置
2. 前記導光板の印刷面に配置した面積の大きい模様として多角形を使用したことを特徴とする請求項１に記載の照明装置
3. 前記導光部として、前記導光板の印刷面が隣接するよう2枚の前記導光板を重ね合わせたものを使用することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の照明装置。
4. 前記導光部として使用する導光板は、前記印刷面の模様が７０％以上重なるように重ね合わせたことを特徴とする請求項３に記載の照明装置。