JP5597091B2 - Lighting device - Google Patents
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Description
本発明は、特に被照射面を照射する照明装置に関する。 The present invention particularly relates to an illumination device that irradiates an irradiated surface.
従来から、広告用の文字若しくは絵を描いた看板、または液晶テレビの液晶等の被照射面を照射する照明装置や面状に光を出射する一般照明が知られている。このような従来の照明装置では、発光素子および光束制御部材(拡散レンズ)からなる発光ユニットがマトリックス状に配置される(例えば、特許文献1、図14)。発光素子は、例えば発光ダイオード(LED)であって、光を出射する。光束制御部材は、発光素子から出射された光を入射し、入射した光を拡散して出射する。
2. Description of the Related Art Conventionally, lighting devices that irradiate illuminated surfaces such as billboards for advertising characters or pictures, or liquid crystal televisions, and general illumination that emits light in a planar shape are known. In such a conventional illuminating device, the light emitting units including the light emitting element and the light flux controlling member (diffuse lens) are arranged in a matrix (for example,
このような照明装置は、複数の発光ユニットから出射された光を拡散板によって拡散させた状態で面状に出射し、その面状の出射光で被照明部材としてのフィルム又はプレートをその背面側から照明する。また、このような照明装置は、その面状に出射する光を室内照明として利用されることもある。 Such an illuminating device emits light emitted from a plurality of light emitting units in a planar state in a state where the light is diffused by a diffusion plate, and a film or a plate as an illumination target member is illuminated on the back side by the planar emitted light. Illuminate from. Moreover, such an illuminating device may utilize the light radiate | emitted in the planar shape as room illumination.
このような照明装置に対しては、被照射面での明るさや面状照明の発光品位を維持しながら、消費電力を低減することが要求される。この要求を満たす方法として、光束制御部材において、入射した光を極力拡散するように光の進行方向を制御し、1つの発光素子から出射された光を被照射面の広い範囲に照射させることによって発光ユニット間のピッチを広げ、単位面積あたりの発光ユニットの数を減らすことが考えられる。 For such an illuminating device, it is required to reduce power consumption while maintaining the brightness on the irradiated surface and the light emission quality of the planar illumination. As a method for satisfying this requirement, in the light flux controlling member, the light traveling direction is controlled so as to diffuse the incident light as much as possible, and the light emitted from one light emitting element is irradiated to a wide range of the irradiated surface. It is conceivable to increase the pitch between the light emitting units to reduce the number of light emitting units per unit area.
しかしながら、発光素子の光軸に対する光束制御部材からの光の出射方向の角度が大きくなるほど、被照射面となる拡散板表面への入射角が大きくなり、表面反射率が高くなるため、拡散板を透過する光が減少し、照明光としての光利用効率が低下してしまう。また、発光ユニット間に対応する位置において拡散板を透過する光量が少ないため、拡散板上(出射面側)に明暗の照度ムラが生じてしまう。したがって、単に、光束制御部材から出射される光の拡散角度を大きくしても、光利用効率の低下や発光品位の低下を招いてしまうので、発光ユニットの数を減らすことには限界がある。 However, as the angle of the light emission direction from the light flux controlling member with respect to the optical axis of the light emitting element increases, the incident angle to the surface of the diffuser plate that becomes the irradiated surface increases and the surface reflectance increases. The transmitted light is reduced, and the light use efficiency as illumination light is reduced. In addition, since the amount of light transmitted through the diffusion plate is small at a position corresponding to between the light emitting units, bright and dark illuminance unevenness occurs on the diffusion plate (outgoing surface side). Therefore, simply increasing the diffusion angle of the light emitted from the light flux controlling member leads to a decrease in light utilization efficiency and a decrease in light emission quality, so there is a limit to reducing the number of light emitting units.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、角度が大きい光を有効に利用して光の利用効率の低下を防ぎ、被照射面での明るさと面状の照明装置の発光品位を維持しながら、発光ユニットの数を減らして消費電力を低減することができる照明装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and effectively reduces the use efficiency of light by effectively using light having a large angle, and improves the brightness on the irradiated surface and the light emission quality of the planar illumination device. An object of the present invention is to provide an illumination device capable of reducing power consumption by reducing the number of light-emitting units while maintaining.
本発明の照明装置は、底板とこの底板から立ち上がる側壁とを有し、前記側壁によって形作られる開口部分を有する箱形形状の筐体と、前記筐体の内部側で且つ前記底板の内表面に取り付けられる実装基板と、光を出射する発光素子および前記発光素子から出射された光を拡散する光束制御部材を有し、前記実装基板に実装される複数の発光ユニットと、前記光束制御部材から、前記発光素子の光軸に対して所定の角度より大きい角度で出射された変換前出射光を入射し、前記所定の角度よりも小さくなるように進行方向を変えて出射する光制御部材と、前記筐体の前記開口部分に固定され、前記筐体の前記開口部分を塞ぐ光拡散性及び光透過性を有する拡散部材と、を具備し、前記光制御部材は、前記底板と対向する下面の前記実装基板からの高さが、前記変換前出射光の前記光束制御部材における光出射面上の出射位置よりも前記拡散部材に近い位置になるように形成され、前記下面にはプリズムが形成される、構成を採る。 The lighting device of the present invention has a bottom plate and a side wall rising from the bottom plate, and has a box-shaped housing having an opening formed by the side wall, an inner side of the housing, and an inner surface of the bottom plate. A mounting substrate to be attached, a light emitting element that emits light, and a light flux control member that diffuses light emitted from the light emitting element, a plurality of light emitting units mounted on the mounting substrate, and the light flux control member, A light control member that emits pre-conversion outgoing light emitted at an angle greater than a predetermined angle with respect to the optical axis of the light emitting element, and changes the traveling direction so as to be smaller than the predetermined angle; and A light diffusing member that is fixed to the opening portion of the housing and closes the opening portion of the housing, and has a light transmissive property, and the light control member has the lower surface facing the bottom plate. Mounting board Is formed such that the height of the pre-conversion exit light is closer to the diffusion member than the exit position on the light exit surface of the luminous flux control member, and a prism is formed on the lower surface. take.
本発明によれば、発光素子の光軸に対して出射角度が大きい光を有効に利用して光の利用効率の低下を防ぐことができる。これにより、被照射面での明るさ及び面状照明の発光品位を維持しながら、発光ユニットの数を減らして消費電力を低減することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fall of the utilization efficiency of light can be prevented by using effectively the light with a big emitted angle with respect to the optical axis of a light emitting element. Thereby, the number of light emitting units can be reduced and the power consumption can be reduced while maintaining the brightness on the irradiated surface and the light emission quality of the planar illumination.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(照明装置の構成)
以下、本発明の一実施の形態に係る照明装置の構成について、図1及び図2を用いて詳細に説明する。図1は、照明装置1の平面図である。なお、図1は、後述する拡散透過部50を取り除いた状態を示す。また、図2は、図1のA−A線断面図及び照度分布イメージ図である。図2(a)は図1のA−A線断面図であり、図2(b)は拡散透過部50上における照度分布イメージ図である。
(Configuration of lighting device)
Hereinafter, the configuration of a lighting apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a plan view of the
照明装置1は、筐体10と、実装基板20と、発光ユニット30と、光制御部材40と、拡散透過部50と、から主に構成される。
The
筐体10は、ポリカーボネート等の樹脂材料を射出成型することによって形成された樹脂性の筐体であり、平面形状が四角形の底板11とこの底板11から立ち上がる4つの側壁12とによって収納空間を形成する。そして、筐体10は、4つの側壁12の端縁によって形作られる開口部分を有する。底板11の内表面には実装基板20を支持する支持部(図示せず)が設けられる。なお、筐体10の材質は、樹脂に限定されず、アルミニウム等の金属であっても良い。また、筐体10の内面を、発光ユニット30から出射された光の反射性を高めるように加工しても良い。その方法として、例えば、高反射タイプの射出成形材料の選択、シート状のアルミニウムの貼り付け、無電解メッキ、あるいは、白色塗装等の方法が挙げられる。
The
実装基板20は、細長い帯状に形成される。実装基板20は、ガラスエポキシ等の絶縁性を有する材料により形成される。実装基板20の表面には、発光素子30の導電性端子(図示せず)と電気的に接続する導電性の回路パターン(図示せず)が形成される。実装基板20には、発光ユニット30が所定の間隔で実装される。実装基板20は、筐体10の支持部上に固定設置される。なお、本実施の形態において、実装基板20に実装される発光ユニット30(発光素子31及び光束制御部材32)の数に限定は無い。
The
発光ユニット30は、発光素子31と、光束制御部材32と、から主に構成される。
The
発光素子31は、例えば発光ダイオード(LED)である。発光素子31は、導電性端子(図示しない)が実装基板20の導電性の回路パターンに半田付けされることにより、実装基板20の長手方向に沿って所定の間隔で実装基板20に実装される。また、発光素子31は、実装基板20の回路パターンを介して電源を供給されて発光する。発光素子31の光軸は、底板11の内表面に対して垂直となる。なお、発光素子31の光軸とは、発光素子31から出射された立体的な光束の中心軸である。
The
光束制御部材32は、例えば、PMMA(ポリメタクリル酸メチル),PC(ポリカーボネート),EP(エポキシ樹脂)等の透明樹脂材料、又は透明なガラスにより形成される。光束制御部材32は、平面形状が中心軸P1(図2参照)上に中心を有する円形形状のレンズである。光束制御部材32は、中心軸P1が発光素子31の光軸と合致するように、実装基板20の長手方向に沿って所定の間隔で実装基板20に実装される。光束制御部材32は、発光素子31から出射された光の配光特性を、主として光束制御部材32の入射面および出射面における光の屈折によって変化させ、被照射面50bに向けて出射する。光束制御部材32を使用せず、発光素子31のみを配置した照明装置1では、拡散透過部50の光出射面50aにおいて、発光素子31の直上(発光素子31の光軸方向)が他に比べて明るくなり、照度のムラが大きくなる(図3参照)。なお、図3(b)の実線は、光出射面50a上における、各発光ユニット30から出射される個々の光の照度分布を示す。この照度のムラを抑えるため、発光素子31の光軸近傍の光束は、光束制御部材32によって広い面積の被照射面50bを照射するように制御される(図4参照)。なお、図4(b)の破線は、光出射面50a上における、各発光ユニット30から出射される個々の光の照度分布を示す。また、図4(b)の実線は、光出射面50a上における、複数の発光ユニット30から出射される全ての光の照度分布を示す。
The light
光制御部材40は、例えば、PMMA(ポリメタクリル酸メチル),PC(ポリカーボネート),EP(エポキシ樹脂)等の透明樹脂材料、又は透明なガラスにより形成される。光制御部材40は、図2に示すように、発光ユニット30の間であって、底板11の内表面に固定される。光制御部材40は、互いに隣り合う4つの発光ユニット30から等距離の位置、換言すれば互いに隣り合う4つの発光ユニット30を通る円の中心の位置に固定されることが望ましい。すなわち、図4(b)の照度分布における低照度部分に光を補うように配置される。なお、図2(b)の破線は、光出射面50a上における、各発光ユニット30から出射される個々の光の照度分布を示す。また、図2(b)の実線は、光出射面50a上における、複数の発光ユニット30から出射される全ての光の照度分布を示す。
The
光制御部材40は、光束制御部材32から、発光素子31の光軸に対して所定の角度(例えば75°)より大きい角度で出射された光(以下、単に「角度が大きい光」という)を入射し、該所定の角度よりも小さくなるように進行方向を変えて出射する機能を有する(図2(a)及び図5(e)参照)。
The
拡散透過部(拡散板)50は、光透過性に優れたPMMA(ポリメタクリル酸メチル)やPC(ポリカーボネート)等の樹脂材料によってシート状あるいは平板形状に形成される。拡散透過部50は、液晶表示パネル,広告表示パネル,標識表示パネル等の被照明部材の平面形状とほぼ同様の大きさに形成される。拡散透過部50は、筐体10に、開口を覆うように固定設置され、被照射面50bに照射された光を拡散、透過して光出射面50aから出射する。
The diffuse transmission part (diffusion plate) 50 is formed in a sheet shape or a flat plate shape with a resin material such as PMMA (polymethyl methacrylate) or PC (polycarbonate) having excellent light transmittance. The diffuse
拡散透過部50は、表面に微細な凹凸(プリズム状突起、エンボス加工やビーズコートによる拡散処理で形成される凹凸)が形成されたり、内部に拡散材が混入されたりすることにより、光束制御部材32及び光制御部材40から出射された光を透過しながら拡散し、液晶の背面等である被照明面(図示せず)に照射される光を均一化する。
The diffuse
(光制御部材の形状)
次に、図5を用いて光制御部材40の形状について説明する。図5は、本実施の形態に係る光制御部材40の平面図である。図5(a)は上面図、図5(b)は正面図、図5(c)はB−B線断面図、図5(d)はC−C線断面図、図5(e)はD部の拡大図である。
(Shape of light control member)
Next, the shape of the
図5に示すように、光制御部材40は、脚部41と、柱部42と、天板部43と、を有する。
As shown in FIG. 5, the
脚部41は、底板11に光制御部材40を安定的に取り付けるために設けられるものであり、本実施の形態においては、底板11に接する底面44が平面に形成される。なお、脚部41の形状について、天板部43が発光ユニット30からの光を効率的に受けられるよう固定できるものであればよく、他に限定されることは無い。
The
柱部42は、脚部41の底面44と天板部43の下面45との間の距離を所定の値にするために設けられるものであり、十分な強度を有する範囲内で、その断面積が小さいことが望ましい。
The
天板部43は、平板形状である。光制御部材40を底板11に取り付けた際に底板11と対向する下面45、及び、下面45の反対面である上面46は、底板11とほぼ平行となる。なお、図3では、天板部43の平面視した外形がほぼ正方形になるように形成されているが、本発明は天板部43の外形に限定はない。
The
下面45は、断面がプリズム47となるように形成される。なお、本発明の効果を得るためには、プリズム47の頂角が90°以下であることが望ましい。図5(e)ではプリズム47の頂角を70°としている。このプリズム47の頂角は、下面45へ到達する光の発光素子31の光軸に対する角度よりも、プリズム47を経由して上面46へ向かう光の発光素子31の光軸に対する角度が小さくなるように設計される。また、プリズム47の頂角は、下面45へ到達する光の光量や発光素子31の光軸に対する角度によって調整される。また、下面45の位置によってプリズム47の頂角を変化させてもよい。なお、図5では、光制御部材40を平面視した場合のプリズム47の各尾根部が正方形になるように形成されているが、本発明はプリズムの形状に限定はなく、例えば、プリズム47の各尾根部を円形に形成しても良い。また、プリズム47を格子状に形成しても良い。
The
光制御部材40の下面45の実装基板20からの高さが、底板11に取り付けられる際に、下面45によって進行方向を変換させる光の光束制御部材32における光出射面上の出射位置よりも拡散透過部50に近い位置になるように形成される。これにより、光束制御部材32から出射された、発光素子31の光軸に対して大きな角度で光束制御部材32から出射する光は、プリズム47の一方の面から入射し、他方の面でほぼ全反射し、上面46から出射される。尚、より多くの光を効率よく拡散透過部50を透過可能な光に方向変換させるためには、光束制御部材32の実装基板20から高さが最大となる位置よりも高い位置に下面45を配置することが好ましい。
The height of the
上面46は、平面に形成される。ただし、上面46の表面に微細な凹凸を形成する加工を行ってもよい。この加工により、光制御部材40は、入射した光を透過しながら拡散して出射することができる。
The
(本実施の形態の効果)
以上のように、本実施の形態では、光束制御部材32の間に位置するように光制御部材40が底板11に取り付けられる。光制御部材40は、底板11に取り付けられた際に、下面45が光束制御部材32の光出射面よりも拡散透過部50に近い位置になるように形成され、下面45にはプリズムが形成される。これにより、発光素子31の光軸に対して大きな角度で光束制御部材32から出射する光は、光制御部材40において、所定の角度よりも小さくなるように進行方向を変えて出射される。この結果、光制御部材40から出射された光は、拡散透過部50の被照射面50bで表面反射せずに透過する(図2参照)。
(Effect of this embodiment)
As described above, in the present embodiment, the
したがって、本実施の形態によれば、角度が大きい光を有効に利用して光の利用効率の低下を防ぐことができる。これにより、被照射面での明るさを維持しながら、発光ユニットの数を減らして消費電力を低減することができる。 Therefore, according to the present embodiment, it is possible to effectively use light having a large angle and prevent a decrease in light use efficiency. Thereby, the power consumption can be reduced by reducing the number of light emitting units while maintaining the brightness on the irradiated surface.
また、本実施の形態によれば、従来の照明装置において発光ユニットの間にできていた暗部を解消することができる。 Moreover, according to this Embodiment, the dark part which was made between the light emission units in the conventional illuminating device can be eliminated.
(変形例)
図6乃至図9は、いずれも、本発明に係る照明装置の変形例を示す図である。なお、図6乃至図9において、図1、2と共通する部分には、これらの図と同一の符号を付して、その詳しい説明を省略する。
(Modification)
FIGS. 6 to 9 are diagrams showing modifications of the illumination device according to the present invention. 6 to 9, the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 2 denote the same parts as in FIGS. 1 and 2, and a detailed description thereof will be omitted.
図6は、照明装置1aの平面図である。照明装置1aは、実装基板20aが図1の実装基板20よりも幅の広い平面状に形成され、実装基板20aに複数の発光ユニット30がマトリックス状に実装されたものである。図6において、光制御部材40は、実装基板20a上であって、発光ユニット30間に固定される。
FIG. 6 is a plan view of the lighting device 1a. In the lighting device 1a, the mounting
図7は、照明装置1bの平面図である。照明装置1bは、底板11bの平面形状を円形とし、この底板11bとこの底板11bから立ち上がる側壁12bとによって収納空間を形成したものである。照明装置1bは、天井照明等に用いるに好適な形状である。
FIG. 7 is a plan view of the lighting device 1b. In the lighting device 1b, the
図8は、照明装置1cの平面図である。照明装置1cは、発光ユニット30と同数の実装基板20cが用意され、1つの実装基板20cに1つの発光ユニット30が実装されたものである。図8において、光制御部材40は、発光ユニット30間及び光量が不足する外縁近傍の底板11に固定される。
FIG. 8 is a plan view of the
図9は、照明装置1dの平面図である。図9(a)は上面図、図9(b)は側面断面図である。照明装置1dは、底板11dの平面形状を円形とし、この底板11dとこの底板11dから立ち上がる側壁12dとによって収納空間を形成し、底板11dの中央に1つの実装基板20dおよび1つの発光ユニット30を固定したものである。また、照明装置1dにおいて、光制御部材40dは、柱部42dが側壁12dの内周面に沿った円環形状に形成され、天板部43dが中央に貫通穴48dを有する円形形状に形成される。照明装置1dでは、光軸に対する角度が0°から所定の角度の範囲内の光束制御部材32からの出射光を、拡散透過部(拡散板)50dの被照射面に直接到達させる。また、照明装置1dでは、光軸に対する角度が所定の角度の範囲外の光束制御部材32からの出射光を、天板部43dによってその進行方向を変化させてから拡散透過部(拡散板)50dの被照射面に到達させる。
FIG. 9 is a plan view of the
図10は、本発明に係る照明装置の光制御部材40の天板部およびプリズムの変形例を示す図である。なお、図10において、図5と共通する部分には、この図と同一の符号を付して、その詳しい説明を省略する。図10(a)は、天板部43eの外周が円形に形成され、プリズム47eの各尾根部が正方形になるように形成されている場合を示す。図10(b)は、天板部43fの外周およびプリズム47fの各尾根部が円形になるように形成されている場合を示す。図10(c)は、天板部43gの外周およびプリズム47gの各尾根部が発光ユニット30(発光素子31)を中心として所定の径の4つの円弧で形成されている場合を示す。
FIG. 10 is a view showing a modification of the top plate portion and the prism of the
本発明に係る照明装置は、バックライトを用いる平面ディスプレイや、面状に光を出射する一般照明の分野に用いるに好適である。 The illuminating device according to the present invention is suitable for use in the field of flat display using a backlight and general illumination that emits light in a planar shape.
1 照明装置
10 筐体
11 底板
12 側壁
20 実装基板
30 発光ユニット
31 発光素子
32 光束制御部材
40 光制御部材
41 脚部
42 柱部
43 天板部
44 底面
45 下面
46 上面
47 プリズム
50 拡散透過部
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記筐体の内部側で且つ前記底板の内表面に取り付けられる実装基板と、
光を出射する発光素子および前記発光素子から出射された光を拡散する光束制御部材を有し、前記実装基板に実装される複数の発光ユニットと、
前記複数の発光ユニットの間に配置され、前記光束制御部材から、前記発光素子の光軸に対して所定の角度より大きい角度で出射された変換前出射光を内部に入射し、前記所定の角度よりも小さくなるように進行方向を変えて前記開口部分に向けて出射する光制御部材と、
前記筐体の前記開口部分に固定され、前記筐体の前記開口部分を塞ぐ光拡散性及び光透過性を有する拡散部材と、
を具備し、
前記光制御部材は、前記底板と対向する下面の前記実装基板からの高さが、前記変換前出射光の前記光束制御部材における光出射面上の出射位置よりも前記拡散部材に近い位置になるように形成され、
前記下面にはプリズムが形成される、
照明装置。 A box-shaped housing having a bottom plate and a side wall rising from the bottom plate, and having an opening formed by the side wall;
A mounting substrate attached to the inner side of the casing and the inner surface of the bottom plate;
A light emitting element that emits light and a light flux controlling member that diffuses the light emitted from the light emitting element, and a plurality of light emitting units mounted on the mounting substrate;
Pre-conversion emitted light that is arranged between the plurality of light emitting units and emitted from the light flux controlling member at an angle larger than a predetermined angle with respect to the optical axis of the light emitting element is incident on the inside, and the predetermined angle A light control member that emits toward the opening portion by changing the traveling direction to be smaller than
A diffusing member that is fixed to the opening portion of the housing and has a light diffusing property and a light transmitting property that closes the opening portion of the housing;
Comprising
The light control member has a lower surface facing the bottom plate that is closer to the diffusion member than a position on the light exit surface of the light beam control member on the light exit surface of the pre-conversion exit light from the mounting substrate. Formed as
A prism is formed on the lower surface,
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