JP5942146B2 - Ｌｅｄ照明器具 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤ照明器具に関するものである。

近年、ＬＥＤ（light emitting diode）の高出力化、低コスト化に伴って、ＬＥＤを光源とした照明器具が普及しつつある。例えば特許文献１には、ＬＥＤと、エッジ部に沿ってＬＥＤが配置されエッジ部から入射したＬＥＤの発光を導光して主表面から射出させる導光板とを備え、液晶パネルのバックライトとして使用される面状照明装置が開示されている。

特開２００８−３０５７１３号公報

ところで、ＬＥＤは、従来のプラズマ光源と同等以上の発光効率を達成しているが、可視光として放出されるエネルギー以外は殆ど熱になり、また高温になるほどＬＥＤの発光効率が低下するため、プラズマ光源に比べて放熱対策が重要な課題となっている。

そこで、上記特許文献１の面状照明装置では、導光板のエッジ部に沿ってＬＥＤ基板を配置し、このＬＥＤ基板に接続されたヒートシンクを導光板の背面側に配置し、導光板の中央部側に向かって延びる複数のヒートパイプをヒートシンクの先端部に接続してある。ＬＥＤの発熱はヒートシンクを介してヒートパイプに伝熱され、ヒートパイプによって導光板の中央部側へと急速に伝熱されるから、放熱性能が向上し、発熱による光出力の低下が抑制される。

しかし、上記特許文献１の面状発光装置では、導光板の背面側にヒートシンクやヒートパイプが配置されているため、導光板の片面からしか光を放出できなかった。

例えば室内で一般的に使用されるペンダント型照明器具の場合、下方への発光で床やテーブルを照明し、上方への発光で天井を照明するのであるが、上記特許文献１の面状発光装置をペンダント型照明器具に使用した場合、下側のみの照明光しか得られなかった。この導光板を２つ使用し、発光面が外側を向くように背中合わせに配置すれば、両面発光が可能であるが、導光板を２枚重ねた厚みになり、また導光板を２枚使用するため、コストも倍になるという問題があった。

本発明は上記課題に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、両面発光が可能で薄型化、低コスト化が可能なＬＥＤ照明器具を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のＬＥＤ照明器具は、ＬＥＤを光源とする光源部と、前記光源部の発光部位に端部を対向させて配置され、前記端部から入射した前記光源部の光を導光し、表裏の両面から外部に出射させる導光部材と、前記両面の略全体から光が出射するように前記導光部材の端部周辺を支持する金属製の枠体と、前記光源部を点灯させるための点灯回路と、上方の吊り下げ位置から前記枠体を吊り下げ支持するための吊り下げ部材と、前記枠体とは別の部材であって、前記枠体において前記光源部が配置された部位と他の部位との間に設けられ、前記光源部で発生した熱を前記他の部位に熱伝導させる伝熱部材とを備え、前記枠体は矩形枠状であって、前記枠体の１つの枠辺に前記光源部が配置されており、前記１つの枠辺に前記伝熱部材の一方の端部が配置され、前記枠体において前記１つの枠辺と対向する別の枠辺に前記伝熱部材の他方の端部が配置された状態で、前記伝熱部材が前記枠体に取り付けられていることを特徴とする。

このＬＥＤ照明器具において、前記枠体の少なくとも一部に放熱部材が設けられることも好ましい。
また、このＬＥＤ照明器具において、前記枠体の上面には、前記伝熱部材が取り付けられるアルミ板が取り付けられており、前記放熱部材は、前記アルミ板に設けられた放熱フィンであることも好ましい。

本発明によれば、光源部の発熱を伝熱部材が枠体の他の部位側に熱伝導させることによって、光源部の温度上昇を抑制して、発光効率の低下を抑制することができ、またＬＥＤの劣化を抑制して長寿命化を図ることができる。しかも、伝熱部材は、導光部材の端部周辺を支持する枠体に設けられており、導光部材の表裏両面の略全体から光を照射させることができ、吊り下げ部材によって吊り下げ支持された導光板から２方向に光を照射することができる。よって、従来の照明器具のように、２枚の導光板を背中合わせに重ねて使用する必要がなく、ＬＥＤ照明器具の薄型化、低コスト化を実現できる。

本実施形態の照明器具を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は上側から見た断面図、（ｄ）は側方から見た断面図である。 同上を上側から見た外観斜視図である。 同上の他の形態を示す平面図である。 同上のまた別の形態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は上側から見た断面図である。 同上のさらに別の形態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 同上の別の照明器具を上側から見た外観斜視図である。 同上の平面図である。

本実施形態のＬＥＤ照明器具は、天井から吊り下げされて、下側及び上側に光を照射するペンダント型の照明器具であり、ＬＥＤ照明器具の構成を図１及び図２を参照して説明する。以下の説明では特に断りがないかぎり、図１（ｂ）に示す向きにおいて上下左右の方向を規定し、図１（ｂ）の紙面と垂直な方向を前後方向として説明を行う。尚、上記の方向は説明の便宜上規定したものであり、使用時の方向を限定するものではない。

ＬＥＤ照明器具Ａは、光源部１と、導光部材２と、枠体３と、点灯回路４と、伝熱部材５とを備えている。このＬＥＤ照明器具Ａは、図１（ｂ）及び図２に示すように、天井１００から吊りワイヤ６（吊り下げ部材）を介して吊り下げ支持されている。尚、図２では、図示を簡単にするために、伝熱部材５及びアルミ板７の図示を省略している。

光源部１は、熱伝導性の良好な金属（例えばアルミニウムなど）により細長い矩形板状に形成された金属製基板１ｂと、金属製基板１ｂの一面に実装された複数個（例えば４０個）の発光ダイオード１ａとを備えている。複数個の発光ダイオード１ａは、金属製基板１ｂの一面に、略一定の間隔で一列に並ぶように実装されている。

導光部材２は、例えば２０インチサイズ（縦４５０ｍｍ×横２５０ｍｍ×厚さ４ｍｍ）の矩形のアクリル板からなり、表裏の両面（本実施形態では上面及び下面）には白色インクをドット状に印刷したドットパターン２ａが形成されている（図１（ｄ）参照）。導光部材２の一端部に沿って光源部１が配置されており、光源部１が備える複数の発光ダイオード１ａは導光部材２の一端部に対向配置されている。発光ダイオード１ａの発光は導光部材２の一端部から内部に入射し、表面のドットパターン２ａに当たって拡散されることで、導光部材２の表裏の両面（上面及び下面）から外部に光が出射されるようになっている。尚、図１（ｄ）ではドットパターン２ａを判別しやすくするためにドットパターン２ａを大きく図示しているが、実際には微少なドットが多数形成されている。ここにおいて、ドットパターン２ａの大きさや数は、所望の拡散光が得られるように適宜変更が可能である。

枠体３は、４つの枠辺３ａを組み合わせることによって矩形枠状に形成され、光源部１及び導光部材２を保持する。各枠辺３ａは、熱伝導性の良好な金属（例えばアルミニウムなど）により一辺が約３０ｍｍの断面Ｕ型に形成されおり、開口を内側に向けて組み立てられている。枠体３は、導光部材２の端部周辺（主表面以外の端面の周部）を保持しており、導光部材２の上下両側の主表面（面積が最大の面）の略全体が枠体３の中央の開口から露出している。枠体３の左側の枠辺３ａには、発光ダイオード１ａを導光部材２の端面に対向させた状態で光源部１が取り付けられている。金属製基板１ｂは、発光ダイオード１ａが実装された面と反対側の面を枠辺３ａの内側面に当接させた状態で、枠辺３ａに保持されており、発光ダイオード１ａの発熱は金属製基板１ｂを介して枠辺３ａに放熱されるようになっている。尚、光源部１は、天井１００の裏側に設置された点灯回路４に電線８を介して接続されており、点灯回路４から電力供給を受けて点灯する。

而して、枠体３に光源部１及び導光部材２が保持された状態では、導光部材２の長手方向に沿う一端面（左側面）から、一列に並ぶように実装された４０個の発光ダイオード１ａの光が導光部材２の内部に入射する。ここにおいて、発光ダイオード１ａが片側に集中して配置されるため、高温になるにも関わらず、導光部材２の片側のみから発光ダイオード１ａの光を導光部材２の内部に入射させているのは、導光部材２の発光を略均一にするためである。発光ダイオード１ａの実装間隔が広がっていると、発光ダイオード１ａ自体の配光の影響を受けて、導光部材２の一端面において隣接する発光ダイオード１ａの中間部に、発光ダイオード１ａの光が当たりにくい部分が発生し、導光部材２の発光にムラが発生する。このような光のムラを低減するためには、発光ダイオード１ａの実装間隔を狭め、発光ダイオード１ａを密に実装する必要がある。導光部材２の両側に発光ダイオード１ａが配置されると、発光ダイオード１ａの実装間隔が広がり、導光部材２において発光ダイオード１ａに近い側の端部で光のムラが発生し易くなるため、本実施形態では発光ダイオード１ａを導光部材２の片側のみに集めている。その結果、発光ダイオード１ａの発熱が、枠体３の一部（光源部１が配置された左側の枠辺３ａ）に集中することになり、発光ダイオード１ａの熱による劣化を抑制するためには、発光ダイオード１ａの発熱をできるだけ、枠体３の全体に拡散させる必要がある。

本実施形態では、枠体３を構成する枠辺３ａがアルミニウムで形成されているので、ある程度の熱伝導は期待できるが、軽量化のために枠辺３ａの肉厚を薄くしており、本実施形態では厚みが約１ｍｍの枠辺３ａを用いている。そのため、枠体３の熱伝導性能が十分ではなく、枠体３において光源部１が取り付けられた部位（図１（ａ）の左側部）から離れた部位に、光源部１の発熱が伝わりにくくなり、枠体３の全体で温度の不均衡が発生する。実際に、上記の条件で、室温が２５℃の雰囲気中で光源部１を点灯させた場合、光源部１が取り付けられた枠辺３ａ（図１（ａ）中の左側の枠辺）の中央付近では温度が約６５℃になる。一方、光源部１が取り付けられた側と反対側（右側）の枠辺３ａの中央付近では温度が約３０℃となり、非常に大きい温度差が発生する。このように、光源部１の発熱が枠体３の反対側に伝導しにくくなっているため、光源部１の周囲の温度が上昇して、発光ダイオード１ａの発光効率が低下する可能性があった。

そこで、この照明器具Ａでは、枠体３において光源部１が配置された部位と他の部位との間に設けられ、光源部１で発生した熱を他の部位側に熱伝導させる伝熱部材５を備えている。伝熱部材５は２本のヒートパイプ５ａで構成されている。各々のヒートパイプ５ａは直径が約６ｍｍであって、その両端を略直角に折り曲げることによって、略Ｕ形に形成されている。枠体３を構成する４つの枠辺３ａの上面には、それぞれ、矩形（縦１００ｍｍ×横２０ｍｍ×厚さ１ｍｍ）のアルミ板７がネジ１２で固定されている。そして、短辺側の枠辺３ａ上に取り付けられるアルミ板７にヒートパイプ５ａの中央辺が溶接され、長辺側の枠辺３ａ上に取り付けられたアルミ板７にヒートパイプ５ａの左右の辺がそれぞれ溶接されている。また、長辺側の枠辺３ａ上に取り付けられたアルミ板７には、２本のヒートパイプ５ａが、先端同士を互いに対向させた状態で溶接されており、２本のヒートパイプ５ａは全体として枠体３の上面に配置されている。ここにおいて、ヒートパイプ５ａの構成は従来周知であるので、詳細な説明は省略するが、光源部１が取り付けられた枠辺３ａ上に配置されたヒートパイプ５ａの端部が蒸発部となり、ヒートパイプ５ａの他端側が凝縮部となる。そして、光源部１の発熱で蒸発部が加熱されて、内部に封入された液体が蒸発することによって、光源部１が配置された枠体３が冷却される。蒸発部で発生した蒸気は、ヒートパイプ５ａの内部を他端側に移動し、凝縮部で凝縮することによって、ヒートパイプ５ａの他端側から外部に放熱される。また凝縮部で凝縮した液体は、毛細管現象によってヒートパイプ５ａの一端側に移動しており、この一連のサイクルを繰り返すことによって、光源部１の発熱が枠体３の他の部位に伝導される。

したがって、枠体３にヒートパイプ５ａが設けられたことによって、枠体３において光源部１が取り付けられた部位から他の部位へと光源部１の発熱が伝導されるから、光源部１の温度上昇が抑制され、それによって発光効率の悪化が抑制される。また、ヒートパイプ５ａはメンテナンスフリーで半永久的に使用できるから、ヒートパイプ５ａによって光源部１の発熱を枠体３の他の部位へ長期に亘って伝導させることができ、枠体３の温度を均一化することができる。その結果、光源部１が取り付けられた枠辺３ａ（図１（ａ）中の左側の枠辺３ａ）の中央付近で、温度が５０℃前後まで低下し、大幅な低温化が実現できた。また従来の照明器具のように、２枚の導光板を背中合わせに重ねて使用する必要がないから、ＬＥＤ照明器具Ａの薄型化、低コスト化を実現できる。また、本実施形態ではヒートパイプ５ａが、枠体３の天井側の面（上面）に取り付けられており、照明器具Ａを使用するユーザから見えにくい位置に取り付けられているので、外観の見栄えをよくできる。

尚、上述したヒートパイプ５ａの長さ及び外径や、ヒートパイプ５ａが溶接されたアルミ板７の取付位置及び大きさを最適化することによって、伝熱部材５による伝熱性能をさらに向上させることができる。

また本実施形態では、略Ｕ形に形成された２個のヒートパイプ５ａを向かい合わせに配置しているが、図３に示すように１本のヒートパイプ５ｂで伝熱部材を構成してもよい。ヒートパイプ５ｂは、ヒートパイプ５ａと同様、１本のパイプの両端を略直角に折り曲げることによって、略Ｕ形に形成されているが、ヒートパイプ５ａに比べて両側の折り曲げ部分が長く、長辺側の枠辺３ａの半分以上まで延びている。これにより、１本のヒートパイプ５ａでも十分な伝熱効果が得ることができ、部品数を削減することによってコストダウンや取り付けの手間の削減を図ることができる。

また本実施形態では、枠体３の上面に取り付けたアルミ板７にヒートパイプ５ａが溶接されているが、図４（ａ）（ｂ）に示すようにアルミ製の枠体３に直接溶接されたものでもよい。ここで、図４（ａ）（ｂ）の形態では枠体３の内側に２本のヒートパイプ５ａが収納されている。尚、図３に示すような１本のヒートパイプ５ｂを枠体４に直接溶接してもよく、この場合にも上述と同様、枠体３の内側にヒートパイプ５ｂが配置されていてもよい。

また本実施形態において、図５（ａ）（ｂ）に示すように、枠体３の上面に取り付けられるアルミ板７に放熱フィン９を設けてもよく、放熱の表面積を増やすことで、枠体３の放熱能力が向上し、結果的に発光ダイオード１ａの温度上昇を抑制できる。尚、図５の形態ではアルミ板７に放熱フィン９が設けられているが、枠体３に放熱フィンが直接設けられていてもよい。

ところで、上述の照明器具Ａでは、伝熱部材５が、枠体３において光源部１が配置された部位から他の部位へと光源部１の発熱を熱伝導させているが、図６及び図７に示す照明器具Ａでは、伝熱部材１０が光源部１の発熱を枠体３の外側に熱伝導させている。

伝熱部材１０は可撓性を有するフレキシブルヒートパイプからなる。伝熱部材１０の一端は、枠体３において最も高温の部位、すなわち光源部１の金属製基板１ｂが取り付けられた部位（枠辺３ａの側壁内面）の外側面に取り付けられている。一方、伝熱部材１０の他端は、天井１００に設けられた貫通孔を通して天井裏に導かれ、天井裏に配置されたヒートシンク１１に熱的に結合される。これにより、光源部１の発熱が伝熱部材１０を介して天井裏に配置されたヒートシンク１１に熱伝導されるから、枠体３での放熱が不十分な場合は枠体３と別に設けたヒートシンク１１から放熱させることで、放熱性能を向上させることができる。また、放熱用のヒートシンク１１を枠体３と別体にし、別の場所（例えば天井裏）に配置することで、両面発光が可能な小型の照明器具Ａを実現できる。

尚、図６及び図７に示す照明器具Ａは、天井１００から吊り下げられるペンダント形の照明器具であるが、床上に設置される照明器具の場合、床下に置かれたヒートシンクに伝熱部材の他端側を熱的に結合すればよい。この場合でもユーザの視野に入らないように、ヒートシンクを床下に置くことで、外観の見栄えをよくできる。

１ 光源部
１ａ 発光ダイオード（ＬＥＤ）
１ｂ 金属製基板
２ 導光部材
３ 枠体
３ａ 枠辺
４ 点灯回路
５ 伝熱部材
５ａ ヒートパイプ
６ 吊りワイヤ（吊り下げ部材）
１００ 天井（吊り下げ位置）

Claims (3)

1. ＬＥＤを光源とする光源部と、
   前記光源部の発光部位に端部を対向させて配置され、前記端部から入射した前記光源部の光を導光し、表裏の両面から外部に出射させる導光部材と、
   前記両面の略全体から光が出射するように前記導光部材の端部周辺を支持する金属製の枠体と、
   前記光源部を点灯させるための点灯回路と、
   上方の吊り下げ位置から前記枠体を吊り下げ支持するための吊り下げ部材と、
   前記枠体とは別の部材であって、前記枠体において前記光源部が配置された部位と他の部位との間に設けられ、前記光源部で発生した熱を前記他の部位に熱伝導させる伝熱部材とを備え、
   前記枠体は矩形枠状であって、前記枠体の１つの枠辺に前記光源部が配置されており、
   前記１つの枠辺に前記伝熱部材の一方の端部が配置され、前記枠体において前記１つの枠辺と対向する別の枠辺に前記伝熱部材の他方の端部が配置された状態で、前記伝熱部材が前記枠体に取り付けられていることを特徴とするＬＥＤ照明器具。
2. 前記枠体の少なくとも一部に放熱部材が設けられたことを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ照明器具。
3. 前記枠体の上面には、前記伝熱部材が取り付けられるアルミ板が取り付けられており、前記放熱部材は、前記アルミ板に設けられた放熱フィンであることを特徴とする請求項２記載のＬＥＤ照明器具。

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