JP2014022309A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】膨張あるいは収縮で移動する導光板に起因する導光板の撓みを抑えるとともに、照度の一定化を図る。
【解決手段】導光板１１のエッジからＬＥＤ１２１，１３１の光を入光し出光するエッジライト型照明装置にあって、ＬＥＤ１２１が搭載の光源ユニット１２を導光板１１の入光面１１１にネジ１５で固定する。ＬＥＤ１３１が搭載の光源ユニット１３を導光板１１の入光面１１２にネジ１５で固定する。ネジ１５とバックフレームの側面１４２の間隔、それにネジ１５とバックフレーム１４の側面１４３の間隔は、導光板１１の熱膨張を考慮してある。導光板１１は熱膨張の移動によりバックフレーム１４の圧迫を受けず、撓みの発生を防止できる。また、導光板１１の移動に伴い、光源ユニット１２，１３も移動し、導光板１１と光源ユニット１２，１３は、光学的な位置関係を維持することができ、照度を一定に保つことができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、光源からの光を、導光板を介して照明を行う照明装置に関する。

従来の導光板を用いた照明では、光の取り出し効率を向上させるために導光板と光源の距離を近づけている。

しかし、導光板と光源の距離を近づけた場合は、光源が発する熱で導光板が膨張してしまう。この導光板の熱膨張は、導光板の枠体を押圧することになり、導光板が撓んでしまい、撓みの状態によって照度が変化する、という課題があった。また、導光板の熱膨張は、光源を枠体に圧迫し光源が破損してしまう、という課題があった。

特開２０１０−２２５２８６号公報

この発明の課題は、膨張あるいは収縮で移動する導光板に起因する導光板の撓みを抑えるとともに、照度の一定化を図った照明装置を提供することにある。

この発明の照明装置は、絶縁基板の配線パターン上に光源を実装した光源ユニットと、少なくとも一側面に前記光源の発光光を入光する入光面および該入光面から入光された光を出光する出光面を備えたほぼ矩形状の導光板と、前記光源を、前記導光板の伸縮に応じて一体的に移動可能に支持した支持手段と、具備したことを特徴とする。

また、この発明の照明装置は、絶縁基板の配線パターン上に光源が実装された光源ユニットと、少なくとも一側面に前記光源の発光光を入光する入光面および該入光面から入光した光を出光する出光面を備えたほぼ矩形状の導光板と、を備えた照明装置であって、前記導光板の一側面に沿って形成した取付溝と、該取付溝に前記光源ユニットを収納したときの前記取付孔の一側面を前記入光面としたことを特徴とする。

さらに、この発明の照明装置は、絶縁基板の配線パターン上に光源が実装された光源ユニットと、前記光源ユニットを一体化し、該光源ユニットが発生した光を出光する出光面を備えたほぼ矩形状の導光板と、を備えたことを特徴とする。

この発明の照明装置に関する第１の実施形態について説明するための斜視図である。 図１の要部を拡大して示す図である。 図１の側面図である。 図３の要部を拡大して示す図である。 図３の状態から光源ユニット点灯時した状態の図を示す。 図５の要部を拡大して示す図である。 この発明の照明装置に関する第２の実施形態について説明するための側面図享である。 図７の状態から光源ユニット点灯時した状態の図を示す。 この発明の照明装置に関する第３の実施形態について説明するための側面図である。 図９の要部を拡大して示す斜視図である。 図９の状態から光源ユニット点灯時した状態の図を示す。 この発明の照明装置に関する第４の実施形態について説明するための側面図である。 図１２の状態から光源ユニット点灯時した状態の図を示す。

以下、この発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１はこの発明の照明装置に関する第１の実施形態であるエレベータのかご室の天井に取り付けられるエッジライト型の照明装置を概念的に示す斜視図である。図２は、図１の要部を拡大して示す図である。

図１の照明装置は、中央に配置された導光板１１を備えている。この導光板１１は、その第１側面を入光面１１１とし、反対側の第２側面を入光面１１２とする。導光板１１は、例えば透明なアクリル樹脂からなるほぼ矩形状の板体により構成されている。なお、この導光板１１は、ポリカーボネート樹脂、シリコーン樹脂、シクロポリオレフィン樹脂などの透明な合成樹脂材料を用いることもできる。導光板１１は、背景を透かして見ることができる程度の光透過性を有することが好ましい。

導光板１１の入光面１１１には、例えば細長い基板上に複数のＬＥＤ１２１を直線的に配列した光源ユニット１２が対向配置されている。入光面１１２には、同様な構成の光源ユニット１３が対向配置されている。

導光板１１の下表面には、入光面１１１，１１２から入射された光を出射する出光面１１３が形成されている。導光板１１は、バックフレーム１４に収容されている。

ところで、ＬＥＤ１２１，１３１の通電中のジャンクション温度は、通常１２０℃程度である。従って、光源ユニット１２，１３は、ＬＥＤ１２１，１３１のジャンクション温度より低くする必要がある。温度を下げることができない場合は、発光効率の低下に加え、ＬＥＤ１２１，１３１の破損や寿命の低下につながることが知られている。

このようなことからバックフレーム１４は、例えば熱伝導性の高い例えばアルミニウム製で形成されている。バックフレーム１４は、出光面１１３の反対表面の全体を覆う天板１４１、光源ユニット１２，１３の背面を覆う側板１４２，１４３、さらに出光面１１３側の光源ユニット１２，１３の下方の側面を覆う底板１４４，１４５から構成されている。

光源ユニット１２，１３には、例えば商用電源のＡＣ１００〜２２０Ｖを、ＡＣ−ＤＣコンバータで直流変換し、点灯電源として供給されている。また、光源ユニット１２，１３は、搭載した製品の使用環境温度変化などにより変化する点灯上の対策が講じられている。例えば、周囲温度が変化した場合でもＬＥＤ１２１，１３１には一定の電流が流れるように、ＤＣ−ＤＣコンバータを用いた定電流制御が行われている。

光源ユニット１２，１３は、熱伝導性の高いバックフレーム１４に収容していることから、光源ユニット１２のＬＥＤ１２１や光源ユニット１３のＬＥＤ１３１が発生する熱を効率的に放熱させることができる。これにより、ＬＥＤ１２１，１３１の発光効率が向上するとともに、ＬＥＤ１２１，１３１の長寿命化に寄与する。

光源ユニット１２，１３は、図２にも示すように、耐熱性で絶縁性のＬＥＤ基板１２２，１３２上に、銀導体などを用いた配線パターン１２２，１２３が形成されている。配線パターン１２３，１３３上には、ＬＥＤ１２１，１３１が直線的に実装されている。なお、ＬＥＤ１２１，１３１は、パッケージングされたものでも、チップ状態のものでもよい。チップ状態の場合は、チップの表面に透明封止樹脂がモールドされている。ＬＥＤ基板１２２，１３２としては、ガラスエポキシ基板やセラミック基板などが考えられる。

光源ユニット１２，１３のＬＥＤ基板１２２，１３２は、それぞれ６本のネジ１５で導光板１１の入力面１１１と１１２に固定されている。固定後のネジ１５の頭とバックフレーム１４の側板１４２との間隔は、少なくとも導光板１１の入光面１１１と１１２間の熱膨張の１／２とする。また、固定後のネジ１５の頭とバックフレーム１４の側板１４３との間隔は、少なくとも導光板１１の入光面１１１と１１２間の熱膨張の１／２とする。

そして、ＬＥＤ１２１，１３１に電力が供給されると、ＬＥＤ１２１，１３１は発光する。ＬＥＤ１２１，１３１の発光光は、それぞれ導光板１１の入光面１１１，１１２に入射する。導光板１１の入射面１１１，１１２からそれぞれ入射された光は、導光板１１の側面や上下面などを反射しながら出光面１１３から出光する。

次に、この実施形態の作用について説明する。

図３は、光源ユニット１２，１３が消灯時における照明装置の側面図を示し、図４は図３の光源ユニット１３側を拡大した図を示している。

図３および図４に示すように、消灯時の、ネジ１５の頭とバックフレーム１４の側面１４２，１４３とのそれぞれの間隔は、導光板１１が膨張する前の状態であり、十分な間隔が開いている。

このときの導光板１１の入光面１１１とネジ１５で固定されたＬＥＤ基板１２２のＬＥＤ１２１実装面との間隔は、Ｓａである。また、入光面１１２とネジ１５で固定されたＬＥＤ基板１３２のＬＥＤ１３１の実装面との間隔は、Ｓｂである。

図５は、光源ユニット１２，１３が点灯したときにおける図１の側面図を示し、図６は図５の光源ユニット１３側を拡大した図を示している。

光源ユニット１２，１３に電源が供給されると、ＬＥＤ１２１，１３１は発光する。ＬＥＤ１２１，１３１は光とともに熱も発生し、共に導光板１１を伝搬する。導光板１１は、温度の上昇に従い、図５の白抜きの矢印で示す方向、すなわち対向する入射面１１１と１１２間の距離で膨張する。

このとき、光源ユニット１２，１３は、導光板１１の伸縮に従って移動する。光源ユニット１２，１３を移動可能に支持するバックフレーム１４の天板１４１とバックフレーム１４の側板１４２，１４３は支持手段を構成している。この移動に伴うＬＥＤ基板１２２のＬＥＤ１２１実装面との間隔ＳａとＬＥＤ基板１３２のＬＥＤ１３１の実装面との間隔Ｓｂは、導光板１１の伸縮による影響を受けない。

このように、ネジ１５で導光板１１に固定された光源ユニット１２，１３は、導光板１１の伸縮に従って移動する。ＬＥＤ１２１，１３１は導光板１１の膨張により導光板１１の入射面１１１，１１２とバックフレーム１４の側板１４２，１４３との間に挟まれて圧迫されることを避けることができ、ＬＥＤ１２１，１３１の破損を防止することができる。

また、ＬＥＤ１２１とＬＥＤ基板１２２との間隔ＳａとＬＥＤ１３１とＬＥＤ基板１３２との間隔Ｓｂは、導光板１１の膨張、収縮による影響を受けない。このため、発光効率は、ＬＥＤ１２１，１３１と導光板との光学的な位置関係が保持されることから，導光板１１の膨張、収縮による影響を受けない。

なお、図３の説明では、光源ユニット１２，１３が消灯として説明したが、実際は点灯後、暫くは温度が高くないことから、消灯時と同じような状態である。従って、点灯状態であっても、導光板１１が白抜きの矢印方向に膨張が始まるまでは、図３とほぼ同じ状態にある。この点については、以下に説明する各実施形態についても同様である。

また、光源ユニット１２，１３の固定は、ネジ以外にも、導光板１１の収縮に合わせＬＥＤ１２１，１３１が一体となって移動させることができればよい。従って、接着剤や両面テープなどでもよく、カラーなどのスペーサーを挟みＬＥＤ１２１と導光板１１、ＬＥＤ１３１と導光板１１とは直接接触しないようにしてもよい。

この実施形態は、導光板が熱などによる膨張あるいは収縮した場合でも、ＬＥＤが導光板と一体となって移動するようにした。これにより、ＬＥＤと導光板の距離が一定に保たれ、光学的にロスのない結合ができ、安定した点灯状態を維持することができる。

また、光源ユニットの背面とバックフレームの側面は、フリーの状態にある。バックフレームは、熱膨張による導光板の移動を考慮した設計が可能となる。これにより、導光板がバックフレームで圧迫を受けることがなく、導光板の熱膨張時の撓みを防止することができる。

（第２の実施形態）
図７は、この発明の照明装置に関する第２の実施形態について説明するための側面図である。なお、以下の各実施形態において同一の構成部分には同一の符号を付し、異なる部分を中心に説明する。

この実施形態は、図７に示すように、光源ユニット１２の背面とバックフレーム１４の側板１４２との間に弾性部材であるコイル状のスプリング７１が長手方向に沿った数か所に設けられている。また、光源ユニット１２の背面とバックフレーム１４の側板１４２との間にも同じように、弾性部材であるコイル状のスプリング７２が数か所に設けられている。

光源ユニット１２の幅は、バックフレーム１４の天板１４１と底板１４４の間隔よりも若干狭い程度の形状をしている。これにより、固定されていない光源ユニット１２は天板１４１と底板１４４または１４５の間を移動可能に支持されている。また、光源ユニット１３は天板１４１と底板１４５の間を移動可能に支持されている。

なお、弾性部材としては、コイル状のスプリング以外に板バネのスプリングでも構わない。また、ゴム、スポンジでも構わない。要は、導光板１１の伸縮に対応して伸縮する材料であればよい。

光源ユニット１２，１３が消灯時のスプリング７１，７２は、図７に示すように、伸びた状態にある。光源ユニット１２，１３が点灯すると、導光板１１の温度が上昇する。この上昇に伴い、導光板１１は図８の白抜きの矢印に示す外側の方向に大きく膨張する。この膨張に伴い、光源ユニット１２は導光板１１に押されてバックフレーム１４の外側に移動し、スプリング７１を圧縮する。

光源ユニット１２，１３を消灯にすると導光板１１は、自然に冷却され徐々に収縮する。この収縮に伴い、光源ユニット１２はスプリング７１に押されて内側に移動し、光源ユニット１３はスプリング７２に押されて内側に移動し、図７の状態に戻る。

光源ユニット１２のＬＥＤ１２１および光源ユニット１３のＬＥＤ１３１は、導光板１１の膨張で圧迫されるが、この圧迫力をスプリング７１，７２が吸収する。従って、導光板１１の膨張による圧迫で、ＬＥＤ１２１，１３１が破損することを防止することができる。また、スプリング７１，７２により、導光板１１にかかる負荷も軽減でき、導光板１１の撓みを防止することができる。

この実施形態では、移動可能に支持された光源ユニットをスプリングで導光板にあてるようにした。導光板が膨張したときは、スプリングが膨張分を吸収し、導光板が収縮した場合は、スプリングで光源ユニットが導光板にあてるようにした。このため光源ユニットは、導光板の伸縮に従って移動することから、ＬＥＤと導光板との光学的に結合にロスが少なくなり、発光効率向上に寄与する。また、熱膨張による導光板の移動を考慮したバックフレームを設計することにより、導光板がバックフレームで圧迫を受けることがなく、導光板の熱膨張時の撓みを防止することができる。

（第３の実施形態）
図９は、この発明の照明装置に関する第３の実施形態について説明するための側面図である。図１０は図９の片側の光源ユニットを導光板に取り付けた状態を拡大して示す斜視図である。

この実施形態では、バックフレーム１４の側板１４２と対向する導光板１１の入光面１１１，１１２に沿って、導光板１１の上表面から細長い取付溝９１，９２が形成されている。

取付溝９１，９２の深さは、ＬＥＤ基板１２２，１３２の幅が入る程度に形成されている。取付溝９１，９２の幅は、少なくともＬＥＤ基板１２２，１２３の厚み、配線パターン１２３の厚み、それにＬＥＤ１２１の高さを加えた寸法に形成されている。

光源ユニット１３は、図１０に示すように、ただ単に光源ユニット１３を取付溝９２に収納するだけの作業で導光板１１に取り付けることができる。光源ユニット１２は、光源ユニット１３と同様に、光源ユニット１２を取付溝９１に挿入するだけの作業で導光板１１に取り付けることができる。従って、光源ユニット１２，１３を固定するネジなどの固着手段も必要としない。

なお、光源ユニット１２のＬＥＤ１２１と光源ユニット１３のＬＥＤ１３１は、取付溝９１，９２にそれぞれ収納された状態で向き合う状態で収納する。このとき、取付溝９１のＬＥＤ１２１と対向する側面は入光面１１１とし、取付溝９２のＬＥＤ１３１と対向する側面は入光面１１２とする。

ところで、光源ユニット１２，１３が消灯時は、図９に示すように導光板１１の入光面１１１，１１２とバックフレーム１４の側板１４２，１４３は、それぞれ間隔が開いた状態にある。

光源ユニット１２，１３が点灯すると、導光板１１の温度が上昇する。この上昇に伴い、導光板１１は図１１の白抜きの矢印に示す外側の方向に大きく膨張する。この膨張に伴い、図１１に示すように光源ユニット１２は導光板１１とともにバックフレーム１４の側板側に移動し、入射面１１１と側板１４２および側板１４３は接近する。

光源ユニット１２，１３が消灯すると、導光板１１は自然冷却され、徐々に収縮する。この収縮に伴い、取付溝９１，９２に収納された光源ユニット１２，１３はバックフレーム１４Ｋ内側に移動し、図９の状態に戻る。

ここで、点灯時の導光板１１は、側面１１Ｌと側板１４２、それに側面１１Ｒと側板１４３は接近するとした。側面１１Ｌ，１１Ｒに導光板１１があたった場合でも、導光板１１の側面１１Ｌから１１Ｒまでの長さと、膨張率から側板１４２と１４３との長さを考慮した設計を行うことで、導光板１１やバックフレーム１４の撓みを防止することができる。

光源ユニット１２，１３は、導光板１１に形成された取付溝９１，９２に収納されている。光源ユニット１２，１３は、点灯の消灯により伸縮する導光板１１に従い移動する。これにより、ＬＥＤ１２１は入光面１１１から、ＬＥＤ１３１は入光面１１２から圧迫されることはなく、ＬＥＤ１２１，１３１の破損を防止することができる。また、ＬＥＤ１２１と入光面１１１、それにＬＥＤ１３１と入光面１１２の間隔は、導光板１１の伸縮に関係なく、良好な光学的な結合を維持することができる。

なお、光源ユニット１２，１３の背面側と例えばゴムなどの弾性体を介在させてもよい。この場合は、弾性体の弾性によりＬＥＤ１２１を入射面１１１に対して、ＬＥＤ１３１を入射面１１２に対して適度に押圧した状態で配置することができる。

この実施形態では、導光板に形成された取付溝に光源ユニットを収納している。このため光源ユニットは、導光板の伸縮に従って移動することから、ＬＥＤと導光板との光学的に結合が良好なまま保持でき、発光効率の低下を来さない。また、熱膨張による導光板の移動を考慮したバックフレームを設計することにより、導光板がバックフレームで圧迫を受けることがなく、導光板の熱膨張時の撓みを防止することができる。

（第４の実施形態）
図１２は、この発明の照明装置に関する第４の実施形態について説明するための側面図である。

この実施形態は、導光板１１の側面１１Ｌ，１１Ｒのそれぞれ近傍の導光板１１内に、光源ユニット１２，１３を一体的に形成した。

導光板１１内に光源ユニット１２，１３を一体形成する手段としては、例えばキャスト法が考えられる。キャスト法は、予め金型内に光源ユニット１２，１３を設置しておき、導光板１１の材料である、例えばアクリル樹脂を溶解し、この溶湯を金型に射出成型することにより製造することができる。

図１２に示すように、光源ユニット１２，１３の消灯時には、導光板１１の側面１１Ｌとバックフレーム１４の側板１４２との間隔は、開いた状態にある。また、側面１１Ｒと側板１４３の間隔は、開いた状態にある。

光源ユニット１２，１３が点灯すると、導光板１１の温度は上昇する。この上昇に伴い、導光板１１は、図１３の白抜きの矢印に示すように外側の方向に大きく膨張する。この膨張に伴い、光源ユニット１２は導光板１１に押されて外側に移動し、側面１１Ｌと側板１４２は接近する。同様に、光源ユニット１３は導光板１１に押されて外側に移動し、側面１１Ｒと側板１４３は接近する。

光源ユニット１２，１３が消灯すると、導光板１１は自然冷却され、徐々に収縮する。この収縮に伴い、取付溝９１，９２に収納された光源ユニット１２，１３は内側に移動し、図１２の状態に戻る。

このように、導光板１１は、光源ユニット１２，１３の点灯に伴い熱膨張する。この膨張により導光板１１に一体形成された光源ユニット１２，１３も移動する。この移動量を予め考慮し、消灯時の導光板１１の側面１１Ｌとバックフレーム１４の側板１４２との間隔、それに反対側の側面１１Ｒと側板１４３との間隔は設計されている。

従って、膨張あるいは収縮による導光板１１の移動に伴う妨げはなく、導光板１１の撓みを防止することができる。また、膨張あるいは収縮時においても、光源ユニット１２，１３と導光板１１の光学的な関係は維持されることから、照度の一定化を図ることができる。

この実施形態では、導光板内に、導光板を成型する過程で光源ユニットを一体的したことにより、ＬＥＤと導光板との光学的に結合にロスが少なくなり、発光効率向上に寄与する。また、熱膨張による導光板の移動を考慮したバックフレームを設計することにより、導光板がバックフレームで圧迫を受けることがなく、導光板の熱膨張時の撓みを防止することができる。

この発明は、上記した実施形態に限定されるものではない。例えば光源の例としてＬＥＤとしたが、ＬＥＤと同様に点灯時高温となる、レーザダイオードから発生された光を、蛍光体の励起光として蛍光体に当てて例えば白色光を得る光源であってもよい。

また、導光板の出光面とは反対面とバックフレームの間に反射板を設けることにより、出光面から出光する光量を増加させることもできる。さらに、光源ユニットは、導光板を挟んで対向して設けたが、何れか一方でも構わない。この場合は、光源ユニットから離れるに従い導光板の厚みを漸次厚くし、導光板の背面側の反射効率を上げて出光面側から出光させるように構成するとよい。

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、組み合わせ、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。

１１ 導光板
１１１，１１２ 入光面
１１３ 出光面
１２，１３ 光源ユニット
１２１，１３１ ＬＥＤ
１２２，１３２ ＬＥＤ基板
１２３，１３３ 配線パターン
１４ バックフレーム
１４１ 天板
１４２，１４３，１１Ｌ，１１Ｒ 側板
１４４，１４５ 底板
１５ ネジ
７１，７２ スプリング
９１，９２ 取付溝

Claims (8)

1. 絶縁基板の配線パターン上に光源を実装した光源ユニットと、
   少なくとも一側面に前記光源の発光光を入光する入光面および該入光面から入光された光を出光する出光面を備えたほぼ矩形状の導光板と、
   前記光源を、前記導光板の伸縮に応じて一体的に移動可能に支持した支持手段と、具備したことを特徴とする照明装置。
2. 前記光源ユニットは、前記導光板の前記入光面にビスで固定したことを特徴とする請求項１記載の照明装置。
3. 前記光源ユニットは、前記入光面に前記光源を、弾性部材の弾性力で押しあてたことを特徴とする請求項１記載の照明装置。
4. 絶縁基板の配線パターン上に光源が実装された光源ユニットと、
   少なくとも一側面に前記光源の発光光を入光する入光面および該入光面から入光した光を出光する出光面を備えたほぼ矩形状の導光板と、を備えた照明装置であって、
   前記導光板の一側面に沿って形成した取付溝と、該取付溝に前記光源ユニットを収納したときの前記取付孔の一側面を前記入光面としたことを特徴とする照明装置。
5. 前記入光面とは反対側の面と前記光源ユニットの間に弾性部材を介在したことを特徴とする請求項４記載の照明装置。
6. 絶縁基板の配線パターン上に光源が実装された光源ユニットと、
   前記光源ユニットを一体化し、該光源ユニットが発生した光を出光する出光面を備えたほぼ矩形状の導光板と、を備えたことを特徴とする照明装置。
7. 前記光源は、ＬＥＤまたは半導体レーザーであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の照明装置。
8. 前記導光板は、前記出光面を除きバックフレームに収納していることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の照明装置。

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