JP2014075176A - Ｌｅｄ照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＬＥＤからの光の正面輝度の低下を避けつつ、簡潔な構成でＬＥＤの周辺を明るくしたＬＥＤ照明装置を提供する。
【解決手段】 ＬＥＤの周囲であって、ＬＥＤから発する光の一部が入射可能な箇所に、ＬＥＤの光軸方向に沿って、ＬＥＤからの光を拡散、散乱、あるいは屈折させる機能をもつ素材（拡散素材）を配置した。拡散素材を、ＬＥＤから発する光の光軸と平行に又はその光軸に角度を持たせて配置することができる。拡散素材をＬＥＤの周囲全体又は一部に配置することができる。拡散素材の内面と外面の両面又はいずれか一面を凹凸にすることができる。二以上のＬＥＤを直線状に配置して直管型に、又はリング状に配置して環状型にすることもできる。
【選択図】 図１

Description

本発明は光源に発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」と称する。）を用いた照明装置（照明具、照明灯等を含む）に関する。

擬似白色ＬＥＤの出現と技術進歩に伴う発光効率の向上と共に、ＬＥＤを照明の光源に用いることにより、従来多用されてきた白熱電球に代表される光源よりもエネルギー効率を向上させると共に小型化や薄型化を行うべく、ＬＥＤを用いた照明装置の製品化に向けた種々の試みがされてきた。

しかしながら、四方にほぼ均等な光を放射する白熱電球のような光源とは異なり、ＬＥＤの発する光には強い指向性があり、特定の方向に光を放射するという性質をもつ。ＬＥＤの正面輝度に対してその値が１／２以上である範囲を表す角度を放射角度と呼ぶことにすると、この放射角度よりも大きい角度では輝度は急激に減衰してしまう。このため、単にＬＥＤを並べて発光させただけではＬＥＤの周辺は薄暗くなってしまう。この問題を解消する方策として、実装するＬＥＤの向きを傾ける、ＬＥＤから放射された光を反射板で反射させる、拡散板で拡散させる等の方法が用いられているが、これらの手法は何れもＬＥＤの発する光に損失が生ずる、照明装置としてみると輝度が低下する、ＬＥＤ照明の製造や調整に工数が掛かる等の問題を抱えている。また、特許文献１のように、ＬＥＤを拡散材の素子で被覆する構造もある。

特開平１０−２８２９１５号公報

本発明の課題は、従来技術の諸問題を改善し、正面輝度の低下を避けつつ、簡潔な構成でＬＥＤの周辺を明るくしたＬＥＤ照明装置を提供することにある。

本発明のＬＥＤ照明装置は、ＬＥＤの周囲であって、ＬＥＤから発する光の一部が入射可能な箇所に、ＬＥＤの光軸方向に沿って、ＬＥＤからの光を拡散、散乱、あるいは屈折させる機能をもつ素材（以下「拡散素材」という。）を配置したものである。拡散素材はＬＥＤから発する光の光軸と平行に配置することも角度を持たせて配置することもできる。拡散素材はＬＥＤの周囲全体又は一部にのみ配置することもできる。拡散素材としては入光面（内面）や出光面（外面）が平面である板状やシート状のもの、或いは内面や外面が弧状、角状、プリズム状、その他の任意形状の凹凸であるものを使用することができる。拡散素材は丸棒、角棒、プリズム状の棒材といった立体とすることもできる。それら棒材を個別に配置することも、板状又はシート状に二以上連結して配置することもできる。

本発明のＬＥＤ照明装置は、根元側に白熱球用の口金があり、先端側が開口しているケースに、ＬＥＤ及び拡散素材を収容し、そのＬＥＤ及び拡散素材をケースの開口部側に配置し、それらＬＥＤ及び拡散素子の先方にカバーを被せたものとすることもできる。ケースは放熱性や熱伝導性に優れた材質製が望ましく、カバーはＬＥＤからの光を多少遮光してまぶしさを緩和できるもの、例えば、曇りガラス、すりガラス状のものが適する。ＬＥＤは二以上を中心部から外側に同心円状に配列するとか、二以上を直線状に配列してその外側するとか、一列にリング状に配列するといった任意の配列にし、それらＬＥＤの周囲であって、ＬＥＤから発する光の一部が入射可能な箇所に、ＬＥＤの光軸方向に沿って拡散素材を配置することもできる。

本件発明のＬＥＤ照明装置は次のような効果がある。
１．従来は実現できなかったＬＥＤ搭載面、あるいはＬＥＤの足元（設置場所）の周囲を、ＬＥＤ自らの発する光で照らすことが可能となる。
２．拡散素材で拡散、散乱あるいは屈折されない光は、ＬＥＤ本来の特性の輝度特性であるため、拡散素材の設置場所を適切に選択することにより、照明の必要な箇所の輝度変化（低減）を最小限度に留めることが可能となる。
３．ＬＥＤ照明の製造や調整に工数を掛けることなく、容易且つ手軽に、ＬＥＤの周辺を明るく照明することが可能となる。しかも、ＬＥＤの発する光をほとんど低下させることなく、必要な場所、特に、ＬＥＤの周辺の明るさ（輝度）を確保することができる。
４．ＬＥＤ周辺のみならず、ＬＥＤから発する光で、必要な場所の周囲のみを明るく照明することもできる。
５．ＬＥＤ及び拡散素材を、白熱灯用の口金を備えた放熱性のケース内に備えた照明装置は、白熱灯用のソケットに脱着して使用することができる。
６．拡散素材を立体のものにすれば、平面状の拡散素材とは異なった拡散ができる。
７．二以上のＬＥＤを直線状に配列すれば既存の直管型の蛍光灯と同様に、リング状に、配列すれば既存の環状型蛍光灯と同様に照明することができる。

（ａ）は本発明のＬＥＤ照明装置の一例を示す平面図、（ｂ）は断面図。 本発明のＬＥＤ照明装置における光の進行説明図。 （ａ）〜（ｇ）は本発明のＬＥＤ照明装置における筒状の拡散素材の異なる形状の説明図。 （ａ）、（ｂ）は本発明のＬＥＤ照明装置の、天井や壁面への異なる取付け例の説明図。 本発明のＬＥＤ照明装置の外観説明図。 （ａ）は本発明のＬＥＤ照明装置であって、二以上のＬＥＤを一列に配列した例を示す説明図、（ｂ）は二以上のＬＥＤをリング状に配列した例を示す説明図。 （ａ）〜（ｄ）は本発明のＬＥＤ照明装置の筒状の拡散素材の内面、外面を異なる形状にした平面図。

（実施形態１）
本発明のＬＥＤ照明装置の一例を図面を参照して以下に説明する。図１（ａ）、（ｂ）に示すＬＥＤ照明装置は、中央部（中心部）にＬＥＤが一つ配置され、その外周に複数個のＬＥＤが間隔を開けてリング状に配置され、中央部のＬＥＤの外周と、外側のＬＥＤの外周に円筒状の拡散素材１が同心円状に配置されたものである。夫々の拡散素材１はＬＥＤの発する光の拡がり角度（出射角度）上に、ＬＥＤの光軸方向に沿って配置して、中央部のＬＥＤの発する光の一部がその外側の拡散素材１に、外側のＬＥＤの発する光の一部がその外側の拡散素材１に入射可能とし、入射した光が夫々の拡散素材１で拡散、散乱或いは屈折する（光の進行方向が側方に変化する）ようにしてある。この場合、ＬＥＤから発する光の光軸方向先方には拡散素材１を配置することなく開口状態のままにしておくのがよい。ちなみに、光軸方向先方に拡散素材１を配置するとＬＥＤから発する光の進行が阻害される。

図２に示すように、点灯したＬＥＤの発光中心から離れた距離Ｌの位置に、高さＨの円筒状の拡散素材１を配置すると、前記距離Ｌと高さＨ点とがなす角度よりも小さい角度の範囲であれば、ＬＥＤより発した光Ｏ１（図２）が拡散素材１に入射し、輝度を落とすことなくそのまま側方に拡散、散乱或いは屈折して拡散素材１から出射し（出射光Ｏ２）、ＬＥＤの周囲（側方）を照射する。図２のＯ３はＬＥＤから出力された光で、拡散素材１の影響を受けない光である。

拡散素材１が前記出射角度よりも大きな角度に配置された場合は、拡散素材１を透過する光のうち一部の光は輝度を落としつつ、拡散素材１を透過せず輝度を落とさずに周囲を照らす光の周囲を照らし、拡散素材１を透過する光のうち一部の光は拡散素材１により拡散、散乱、あるいは屈折されて前記出射角度より大きな角度の範囲を照らすことができる。

拡散素材１の材料としては、例えば、半透光性であって、耐熱性のあるもの、例えば、トレーシングペーパー、障子紙、半透明の樹脂シート等が適する。拡散素材１はカラーのものであってもよい。トレーシングペーパーや障子紙は肉厚のものの方が薄いものよりも拡散性が良い。

拡散素材１の形状は円筒状に限らず、図３（ａ）に示す正方形の筒状、（ｂ）に示すダイヤ形の筒状、（ｃ）に示す円筒形、（ｄ）に示す三角筒形、（ｅ）に示す流線形の筒状、（ｆ）に示す長方形の筒状、その他の所望形状にすることができ、（ｇ）に示すようにダイヤ形の筒を数本組み合わせたものとか、他の形状の筒を数本組み合わせたものとすることもできる。筒状以外の形状、例えば平板状、シート状とすることもできる。拡散素材１は筒状、板状、シート状等のいずれの場合も内面と外面の両面、或いはいずれか一方の面を平面ではなく凹凸状とか立体状とすることができ、例えば、図７（ａ）のように内面を三角波状の凹凸にしたり、（ｂ）のように内面及び外面を波状の凹凸にしたり、（ｃ）のように内面を弧状に凹凸にしたり、（ｄ）のように円柱をリング状に並べて筒状にした立体状にすることができる。角柱をリング状に並べて筒状にした立体状にすることもできる。

前記拡散素材１の配置場所は、ＬＥＤ搭載位置（面）と同一平面でなくともよく、配置も光軸と平行とせずに光軸と角度を持たせても良い。また、ＬＥＤの周囲全面を囲んで配置するのではなく、周囲の一部分にのみ配置しても良い。いずれの場合も、ＬＥＤの足元近く（設置箇所の周囲）を照らす必要のある部分に、拡散素材１を設置する。

本発明のＬＥＤ照明装置の外観（デザイン）は所望とすることができるが、例えば、図５のようにすることもできる。図５に示すＬＥＤ照明装置は、根元側に口金２を備え、先端が開口している放熱性のケース３内に、前記ＬＥＤ照明装置の配線基板Ｂ、ＬＥＤ、拡散素材１を収容し、それらＬＥＤ及び拡散素材１の先端側をケース３の先端の開口部４側に配置し、開口部４の先方であってＬＥＤ及び拡散素材１の先方にドーム形状のカバー５を被せてある。ケース３は放熱性に優れ且つ軽量であるアルミ製とか、伝熱性に優れた他の材質製とするのが望ましい。ケース３の外周にはフィン６を設けて放熱性を高めてある。口金２は白熱電球用の口金にすると白熱電球用のソケットに取り付けて使用することができる。カバー５は他の形状であってもよい。

本発明のＬＥＤ照明装置を天井や壁に取付けるには、例えば図４（ａ）に示すように、ケース３を天井や壁７に内蔵して（埋め込んで）、ＬＥＤ及びカバー５を天井や壁７の外に出し、ケース３内のＬＥＤに電源ユニット８を接続することができる。図４（ｂ）に示すように、天井や壁７に穴９をあけ、その穴９内にＬＥＤ照明装置を配置して天井や壁５に取り付けることもできる。穴９を設けることにより通気性、放熱性を向上させることができる。

本発明のＬＥＤ照明装置は、配線基板Ｂ、ＬＥＤ、拡散素材１を口金２のないケースに収容し、そのケースにカバー５を被せることもできる。この場合は、ＬＥＤに電源ユニット８を接続することができる。カバー５はＬＥＤからの光を拡散しないものがよい。カバー５はレンズ状にすることもできる。カバー５をレンズ状にするのではなくＬＥＤの先方にレンズを配置することもできる。レンズは樹脂製でもガラス製でもよい。レンズはＬＥＤからの光を１０度〜６０度の範囲で絞れる光学特性ものが適する。

本発明のＬＥＤ照明装置は、図６（ａ）のように、二以上（複数）のＬＥＤを細長の配線基板Ｂに間隔をあけて一列に配列し、それら多数のＬＥＤの側方に拡散素材１を配置し、その配線基板Ｂ、ＬＥＤ、拡散素材１を細長筒状のカバー５で被覆して直管型にすることもできる。

本発明のＬＥＤ照明装置は、図６（ｂ）のように、二以上のＬＥＤをリング状に配列し、それらＬＥＤの周囲に前記した各種形状の拡散素材１を配置し、その拡散素材１の外側をカバーで被覆すれば環状型にすることもできる。

本発明のＬＥＤ照明装置は、既存の白熱電球や蛍光灯に代えて、室内照明或いは屋外照明をはじめとして、あらゆる分野の照明に利用することができる。

１ 拡散素材
２ 口金
３ ケース
４ 開口部
５ カバー
６ フィン
７ 天井や壁
８ 電源ユニット
９ 穴
Ｂ 配線基板
Ｈ ＬＥＤ発光中心から拡散素材の先端までの高さ
Ｌ ＬＥＤ発光中心から拡散素材までの距離
Ｏ１ ＬＥＤから出力されて拡散素材に入力された光
Ｏ２ 拡散素材で拡散、散乱、屈折された出射光
Ｏ３ ＬＥＤから出力された光で、拡散素材の影響を受けない光

Claims (7)

1. 光源をＬＥＤとしたＬＥＤ照明装置において、
   ＬＥＤの周囲であって、ＬＥＤから発する光の一部が入射可能な箇所に、ＬＥＤの光軸方向に沿って、ＬＥＤからの光を拡散、散乱、あるいは屈折させる機能をもつ素材（拡散素材）を配置したことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
2. 請求項１記載のＬＥＤ照明装置において、
   拡散素材が、ＬＥＤから発する光の光軸と平行に又はその光軸に角度を持たせて配置されたことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
3. 請求項１又は請求項２記載のＬＥＤ照明装置において、
   拡散素材が、ＬＥＤの周囲全体又は一部に配置されたことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置において、
   拡散素材の内面と外面の両面又はいずれか一方の面が凹凸であることを特徴とするＬＥＤ照明装置。
5. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置において、
   拡散素材が丸棒、角棒、プリズム状の棒といった立体であることを特徴とするＬＥＤ照明装置。
6. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置において、
   拡散素材が丸棒、角棒、プリズム状の棒といった棒材が、板状又はシート状に二以上連結されたものであることを特徴とするＬＥＤ照明装置。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のＬＥＤ照明装置において、二以上のＬＥＤが中心部とその外周に同心円状に、又は直線状に、又はリング状に、又はリング状に且つ同心円状に二周以上に配列され、拡散素材がそれらＬＥＤの外側に配置されたことを特徴とするＬＥＤ照明装置。

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