JP5747935B2 - Ｌｅｄ照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤを光源とするＬＥＤ照明装置に関し、特に、簡易な構成でかつ、少ないＬＥＤで面状発光が可能となるＬＥＤ照明装置及びに関する。

白熱電灯や蛍光灯と比較して省エネ化できる照明装置として、ＬＥＤを使用した照明装置が多数提案されている。その中でも、点光源であるＬＥＤを多数使用して構成された面状に発光する照明装置が数多く提案されており、看板や液晶テレビのバックライトに使用するため開発が進められている。例えば、特許文献１で提案されているＬＥＤ照明装置では、基板上に規則的に配列された複数のＬＥＤ（ＲＧＢ色）からの発光を拡散板及びレンズを介して被照射物に光を照射することができる。

特開２００２−３５２９６８号公報

しかしながら、特許文献１で提案されているＬＥＤ照明装置は、発光面直下に複数のＬＥＤを配列させる構成であって、大量のＬＥＤを必要とすることから低コスト化を実現することができない。また、必要としたい光量を得る場合には、その分のＬＥＤの数を必要とするため装置本体が大型化してしまうといった問題がある。

本発明は係る問題に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で、かつ、少数のＬＥＤで面状発光させることが可能であり、被照射物に対して必要とする光量を容易に得ることが可能なＬＥＤ照明装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のＬＥＤ照明装置は、上面が出光面、下面が反出光面、側面が入射面からなり、前記出光面及び前記反出光面に複数の凹部を有する透明材料からなる方形平板状の紫外線透過性導光体と、該導光体の前記側面にそれぞれ対向して配置される紫外線発光ＬＥＤと、前記導光体の前記下面に配置される反射部材と、を有し、前記導光体は、対向する凹部が互いに向き合うことなく前記導光体の幅方向にずれて配置されており、前記ＬＥＤから入射した光を前記凹部で繰り返し反射させながら前記出光面及び反出光面から出光させるとともに、前記反出光面から出光した光を前記反射部材で反射させて再度前記導光体に入射させて、前記凹部で繰り返し反射させながら前記出光面から出光させることを特徴とする。

また、本発明のＬＥＤ照明装置は、前記複数の凹部は、光を透過させる透過部と、光を透過させない非透過部とから形成されていることを特徴とする。

また、本発明のＬＥＤ照明装置は、前記導光体は、特定の波長のみを透過させることができる透明材料から形成されていることを特徴とする。

また、本発明のＬＥＤ照明装置は、上面が出光面、下面が反出光面、側面が入射面からなり、該出光面及び該反出光面に複数の凹部を有する透明材料からなる紫外線透過性方形平板状の導光体と、該導光体の前記側面にそれぞれ対向して配置される紫外線発光ＬＥＤとからなり、前記導光体は、対向する凹部が互いに向き合うことなく前記導光体の幅方向にずれて配置されているＬＥＤ照明装置を複数積層し、最下層の前記ＬＥＤ照明装置の導光体の反出光面の下面に反射部材を配置し、前記ＬＥＤ照明装置からそれぞれ発行する光を同一方向に出光させることで、出光の光量を加算することを特徴とする。

本発明によれば、導光体の対向する一対の側面からＬＥＤによる発光の光を入射させ、導光体内で光が反射を繰り返すことで、出光面から面状発光させることができる。また、出光面及び反出光面に形成される凹形状が間隔パターンを変えて形成されているため、出光面の全面から均一な光を出光させることができる。さらに、ＬＥＤ照明装置を積層させるだけで、必要とする光量を得ることができる。

図１（ａ）は、本発明のＬＥＤ照明装置の構成を示した斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すＡＡ’断面を示した図であり、図１（ｃ）は、導光体の断面拡大図である。 図２は、ＬＥＤ照明装置の上面図である。 図３を参照して、ＬＥＤ照明装置の動作について説明した図である。 図４は、導光体の他の構成を示した断面図である。 図５は、本発明の第２の実施形態に係るＬＥＤ照明装置の構成を示した図である。 図６（ａ）は、各ＬＥＤ照明装置のＵＶ強度を示した表であり、図６（ｂ）は、ＬＥＤ照明装置を積層させた場合におけるＵＶ強度の合計を示した図である。

次に、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１（ａ）は、本発明のＬＥＤ照明装置の構成を示した斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すＡＡ’断面を示した図であり、図１（ｃ）は、導光体の断面拡大図であり、図２は、ＬＥＤ照明装置の上面図である。
まず、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、ＬＥＤ照明装置１は、導光体１０と、導光体１０を支持する枠体２０と、枠体２０内に配置されるＬＥＤ３１が複数実装されたＬＥＤユニット３０と、導光体１０の下面に配置される反射シート４０とを具備する。
導光体１０は、ガラスあるいはアクリルなどの透光性材料を用いてやや厚みのある方形平板状に形成されており、上面が出光面１１、下面が反出光面１２、対向する側面が入射面１３となっている。また、特定の波長域の光を発光するＬＥＤ３１に合わせて、特定の波長域の光のみを透過させる導光体１０を採用することができる。また、出光面１１及び反出光面１２には、凹形状１４,１５が形成されており、ＬＥＤ３１から導光体１０内へ導かれた光は、導光体１０内で凹形状１４,１５に対して反射を繰り返しながら出光面１１から出光する。また、同じように反出光面１２からも光は出光するが、出光した光は、反出光面１２の直下に配置されている反射シート４０に反射して、再び導光体１０内に入射し、反射を繰り返して出光面１１から出光する。これにより、ＬＥＤユニット３０からの光をもれなく導光体１０の出光面１１から出光させることができる。

凹形状１４,１５は、レーザなどを用いた従来の加工技術で導光体１０の出光面１１及び反出光面１２に形成されている。凹形状１４,１５は、上面視で直径が１〜２ｍｍの円形状であるが、多角形状でもよく、ＬＥＤ照明装置１のサイズに合わせて直径も任意となる。
また、図１（ｃ）に示すように、出光面１１に形成されている凹形状１４と、反出光面１２に形成されている凹形状１５とは互いに向き合うことなく、ずれるように配置されている。出光面１１に形成されている凹形状１４は光が透過できる透過部１４ａと、光が透過できない非透過部１４ｂとから構成されている。透過部１４ａは、凹形状１４の上面及び壁面部分であり、非透過部１４ｂは、凹形状１４の底面である。また同様に、反出光面１２に形成されている凹形状１５も透過部１５ａと非透過部１５ｂとから構成されている。透過部１５ａは、凹形状１５の底面と壁面部分であり、非透過部１５ｂは、上面部分である。このような構成により、導光体１０内へ入射された光は、透過部１４ａ,１５ａから透過して出光し、非透過部１４ｂ,１５ｂに対しては反射する。

凹形状１４は図２に示すように、導光体１０の出光面１１の一面に形成されている。なお、導光体１０の反出光面１２の一面にも同様に凹形状１５が形成されているが、構成が同じであることから説明は省略する。
図示するように、凹形状１４は、導光体１０の両端から中央付近にかけて隣り合う凹形状１４の間隔を変えながら形成されている。入射面１３付近では、凹形状１４同士の間隔が広くなっており、導光体１０の中央付近になるにつれて凹形状１４同士の間隔が狭くなっている。これにより、ＬＥＤユニット３０から導光体１０内へ導かれた光が中央付近まで届くため、導光体１０の全面から均一に出光させることができる。

枠体２０は、横方向に開口した断面コの字状で長尺状の枠部材２１を導光体１０の周囲に相互にねじ止めして（図示せず）、形成されている。また、対向する枠部材２１の底部２１ａにはＬＥＤユニット３０が配置されている。

ＬＥＤユニット３０は、放熱板を兼ねる長尺板状のアルミ基板上に複数のＬＥＤ３１を含む電子部品用の配線パターンを設けることで構成されている。このＬＥＤユニット３０は、上記したように、横方向に開口した断面コの字状の枠部材２１の底部２１ａに配置され、導光体１０の入射面１３に対して発光する。
なお、ＬＥＤ照明装置１の使用目的に応じて、特定の波長（可視光、紫外線、赤外線）を発光させるＬＥＤ３１を備えたＬＥＤユニット３０に容易に交換することができる。

次に、図３を参照して、ＬＥＤ照明装置の動作について説明する。
図３は、ＬＥＤの点灯による光の挙動を示した図である。
外部の電源から電源供給されたＬＥＤユニット３０の各ＬＥＤ３１を点灯させると、導光体１０の入射面１３から光が導光体１０内へ入射される。導光体１０内へ入射された光は、光ａのように、出光面１１に形成された凹形状１４の透過部１４ａから出光する。また、光ｂのように、凹形状１４もしくは凹形状１５の非透過部１４ｂ,１５ｂに反射して導光体１０の幅方向に進み、やがて透過部１４ａを通過して出光する。光ｃは、反出光面１２の凹形状１５の透過部１５ａを通過して反射シート４０に反射し、再び、透過部１５ａを通過して導光体１０内へ進入する。
このように、導光体１０内に導かれた光は、凹形状１４,１５の非透過部１４ｂ,１５ｂに繰り返し反射しながら導光体１０内を進み、出光面１１から出光する。
また、ＬＥＤ３１が発光する特定の波長によっては、非透過部１４ｂ,１５ｂでも光は反射だけでなく透過もする。特に、紫外線の場合は、非透過部１４ｂ,１５ｂで反射するだけでなく透過もする。

図４は、導光体の他の構成を示した断面図である。
図示するように、導光体１０の入射面１３が凹形状１３ａに形成されている。この凹形状１３ａ内にＬＥＤ３１が嵌るように設置することでＬＥＤ３１からの光を漏れなく導光体１０内へ導くことができる。これにより、ＬＥＤ３１の発光による光のロスを限りなく少なくすることができる。

本発明の第１の実施形態に係るＬＥＤ照明装置１は、導光体１０の面積の小さい側面からＬＥＤ３１の光が導光体１０内へ入射し、導光体１０内で反射を繰り返し、出光面１１となる上面から出光する。これより、少数のＬＥＤ３１でも導光体１０から面発光させることが可能であり、低コストのＬＥＤ照明装置１を提供することができる。
また、導光体１０の周囲をＬＥＤユニット３０が実装された枠体２０で囲む構成であることから、軽量化を図ることができるＬＥＤ照明装置１を提供することができる。

また、例えば、ＬＥＤ照明装置１の導光体１０の中央付近に穴をあけることで、対象物に光を照射しつつ、穴から対象物を観察することができる。さらに、特定の波長を有するＬＥＤユニットに交換することも容易であり、例えば、医療現場等において、検査体に応じた特定の色を有する照明光を必要とする場合に、その特定の色を有する照明光を発光するＬＥＤユニットに交換することも可能である。

（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係るＬＥＤ照明装置の構成を示した図であり、図６（ａ）は、各ＬＥＤ照明装置のＵＶ強度を示した表であり、図６（ｂ）は、ＬＥＤ照明装置を積層させた場合におけるＵＶ強度の合計を示した図である。
一般的に、光を増幅するには光増幅器を用いて増幅を行うが、第２の実施形態では、上記したＬＥＤ照明装置を積層することによって、光の強度を加算するようにしたものである。即ち、図５に示すように、ＬＥＤ照明装置を積層させ、下層のＬＥＤ照明装置の下面に反射シートを配置させる。積層させるＬＥＤ照明装置を上から順にＡ、Ｂ、Ｃとし、ＬＥＤ照明装置Ａ〜Ｃのそれぞれの導光体１０から出光する光が、導光体１０内で反射を繰り返し、かつ、反射シート４０に反射して、ＬＥＤ照明装置Ａの導光体１０から強度が加算された光を出光することができる。

第２の実施形態におけるＬＥＤ照明装置Ａ〜Ｃに備えられたＬＥＤ３１は、紫外線発光型ＬＥＤであり、これに合わせて紫外線のみを透過させる導光体１０を備えている。

図６（ａ）は、ＬＥＤ照明装置Ａ〜ＣのそれぞれのＵＶ強度を示した表であり、図６（ｂ）は、ＬＥＤ照明装置Ａ〜Ｃを組み合わせて積層させた場合におけるＵＶ強度の合計を示した表である。
図６（ａ）に示すように、ＬＥＤ照明装置ＡのＵＶ強度は８９ＭＷ／ｃｍであり、ＬＥＤ照明装置ＢのＵＶ強度は７０ＭＷ／ｃｍであり、ＬＥＤ照明装置ＣのＵＶ強度は７９ＭＷ／ｃｍである。
図６（ｂ）に示すように、上記したＬＥＤ照明装置Ａ〜Ｃのそれぞれを組み合わせて積層し、ＵＶ強度の値を測定したものを示す。
ＬＥＤ照明装置ＡとＬＥＤ照明装置Ｂとを積層させた場合におけるＵＶ強度の合計は、１５７ＭＷ／ｃｍである。ＬＥＤ照明装置ＡのＵＶ強度は８９ＭＷ／ｃｍで、ＬＥＤ照明装置ＢのＵＶ強度は７０ＭＷ／ｃｍであり、それぞれのＵＶ強度を加算すると、１５９ＭＷ／ｃｍであるが、積層した場合との差は２ＭＷ／ｃｍである。
また、ＬＥＤ照明装置ＡとＬＥＤ照明装置Ｃとを積層させた場合におけるＵＶ強度の合計は、１６７ＭＷ／ｃｍである。ＬＥＤ照明装置Ａ及びＬＥＤ照明装置ＣのそれぞれのＵＶ強度は、８９ＭＷ／ｃｍと７９ＭＷ／ｃｍであり、両者の合計は、１６８ＭＷ／ｃｍであり、積層した場合との差は、１ＭＷ／ｃｍである。
また、ＬＥＤ照明装置ＢとＬＥＤ照明装置Ｃとを積層させた場合におけるＵＶ強度の合計は、１４８ＭＷ／ｃｍである。ＬＥＤ照明装置Ｂ及びＬＥＤ照明装置ＣのそれぞれのＵＶ強度は、７０ＭＷ／ｃｍと７９ＭＷ／ｃｍであり、両者の合計は、１４９ＭＷ／ｃｍであり、積層した場合との差は、１ＭＷ／ｃｍである。

このように、ＬＥＤ照明装置Ａ〜Ｃを積層させた場合に、ほぼ減衰することなく各ＬＥＤ照明装置Ａ〜ＣのＵＶ強度を加算させることができる。このため、ＬＥＤ照明装置の光の強度を高めたい場合には、複数のＬＥＤ照明装置を積層させるだけで強度の高い光を得ることができる。

１ ＬＥＤ照明装置
１０ 導光体
１１ 出光面
１２ 反出光面
１３ 入射面
１３ａ 凹形状
１４、１５ 凹形状
１４ａ、１５ａ 透過部
１４ｂ、１５ｂ 非透過部
２０ 枠体
２１ 枠部材
２１ａ 底部
３０ ＬＥＤユニット
３１ ＬＥＤ

Claims (3)

1. 上面が出光面、下面が反出光面、側面が入射面からなり、前記出光面及び前記反出光面に複数の凹部を有する透明材料からなる方形平板状の紫外線透過性の導光体と、該導光体の前記側面にそれぞれ対向して配置される紫外線発光ＬＥＤと、前記導光体の前記下面に配置される反射部材と、を有し、
   前記導光体は、対向する凹部が互いに向き合うことなく前記導光体の幅方向にずれて配置されており、前記ＬＥＤから入射した光を前記凹部で繰り返し反射させながら前記出光面及び反出光面から出光させるとともに、前記反出光面から出光した光を前記反射部材で反射させて再度前記導光体に入射させて、前記凹部で繰り返し反射させながら前記出光面から出光させることを特徴とするＬＥＤ照明装置。
2. 前記複数の凹部は、光を透過させる透過部と、光を透過させない非透過部とから形成されていることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ照明装置。
3. 上面が出光面、下面が反出光面、側面が入射面からなり、該出光面及び該反出光面に複数の凹部を有する透明材料からなる方形平板状の紫外線透過性の導光体と、該導光体の前記側面にそれぞれ対向して配置される紫外線発光ＬＥＤとからなり、前記導光体は、対向する凹部が互いに向き合うことなく前記導光体の幅方向にずれて配置されているＬＥＤ照明装置を複数積層し、
   最下層の前記ＬＥＤ照明装置の導光体の反出光面の下面に反射部材を配置し、前記ＬＥＤ照明装置からそれぞれ発行する光を同一方向に出光させることで、出光の光量を加算することを特徴とするＬＥＤ照明装置。

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