JPH11260134A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＬＥＤアレイ等の発光素子を光源とする照明
装置であって、発光素子に印加する電圧値を変化させる
ことなく、効率良く輝度を調整することができるように
する。 【解決手段】 ＬＥＤアレイ３を構成するＬＥＤ３ｂの
点灯数を増減させることにより、面光源全体の出射エネ
ルギーを調整するようにしたので、個々のＬＥＤ３ｂに
対する印加電圧を下げることなく、効率の良い輝度調整
を行うことが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、室内（屋内）の照
明や各種機器の表示部の照明に用いられる照明装置に係
り、特に、効率良く輝度調整を行うための技術に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、室内用の照明装置の光源として
は、白熱灯や蛍光灯が主として用いられているが、これ
らの光源に代えて、半導体を用いた固定発光素子である
発光ダイオード（ＬＥＤ）を室内照明用の光源として利
用することが考えられている。すなわち、ＬＥＤは、小
型、高輝度および長寿命といった特徴より、将来の照明
手段として期待される。現在は、その変換効率が一般的
な蛍光灯の約１／６程度とあまり良くないため、照明分
野での利用は少ないが、上記の特徴およびＬＥＤの持つ
可能性を考慮すると、近い将来、ＬＥＤが照明の主流と
なることも考えられる。ところで、ＬＥＤを室内照明装
置用の光源とするには、ＬＥＤは本来、点又は線状の光
源であることから、これを面状の光源に変える必要があ
る。

【０００３】従来、ＬＥＤを光源とした面状の光源装置
としては、各種電気機器等の液晶表示画面のバックライ
ト用の面光源装置が知られている。従来のＬＥＤを光源
とした導光型の面光源装置を図１の斜視図及び図２の断
面図により示す。この面光源装置１００は、光を閉じ込
めるための導光板２と、発光部３と、反射板４とから構
成されている。導光板２は、ポリカーボネイト樹脂やメ
タクリル樹脂等の透明で屈折率の大きな樹脂により形成
されており、導光板２の下面には凹凸加工や拡散反射イ
ンクのドット印刷等によって拡散パターン５が形成され
ている。発光部３は、回路基板３ａ上に複数のＬＥＤな
どのいわゆる点光源３ｂを実装したものであって、導光
板２の側面（光入射面７）に対向しており、いわゆる線
状光源となっている。反射板４は、反射率の高い、例え
ば、白色樹脂シートによって形成されており、その両側
部は、両面テープ８によって導光板２の下面に貼り付け
られている。

【０００４】しかして、図２に示すように、発光部３か
ら出射されて光入射面７から導光板２の内部に導かれた
光ｆは、導光板２内部で全反射することによって導光板
２内部に閉じ込められる。導光板２内部の光ｆは、拡散
パターンＰに入射すると、拡散反射され、光出射面６へ
向けて全反射の臨界角よりも小さな角度で反射された光
ｆが、光出射面６から外部へ取り出される。また、導光
板２下面の拡散パターン５の存在しない箇所を透過した
光ｆは、反射板４によって反射されて、再び導光板２内
部へ戻るので、導光板２下面からの光量損失を防止する
ことができる。

【０００５】ところで、上述したように、ＬＥＤを光源
とした導光型のバックライト面光源装置においては、Ｌ
ＥＤの出射光を導光板に結合しなければならず、また、
導光板に結合させた光を拡散パターンにより面状に広げ
ているため、制御性が必ずしも良くなく、高効率、高均
一性に限界があり、また、設計が容易でない。従来で
は、照明等インコヒーレント光を導光板に結合するため
の構成として、いわゆるベクター（方向）放射結合型の
ものが知られている。

【０００６】ベクター放射結合型のバックライトの構成
を図３（ａ）（ｂ）に示す。ＬＥＤから成る光源３は導
光板２の端面の一点に局在化されており、それを中心に
導光板２の下面には、凸凹パターン５が同心円上に配列
されている。光源３から導光板２に光結合部３ｃを経て
結合された光は放射状に広がり、凸凹パターン５によっ
て出射される。導光板２の下方には反射板４が設けられ
ている。光は光源３を中心に導光板２の中を直線的に導
光させる。これにより、出射光は、導光量と放射損失係
数との積で表すことができる。放射損失係数を導光量低
下を補うように増加させることで、均一な出射光量を得
るようにする。凸凹パターン５は、導光方向に対して垂
直な方向に一様な形状にする。これにより、パターンに
当たった光で出射されなかった光も、導光方向が変わる
ことなく直線的な導光が得られる。

【０００７】ここに、光が直線的に導光することから、
光源３の指向性制御を行う必要があり、光結合部３ｃの
形状を制御する。図４に本バックライト構成の理想的な
光源の指向性を示す。光源３から導光板２の出射領域の
端までの距離の２乗にほぼ比例する。このため、図示の
対角θａ方向に相対強度のピークが現れ、光源指向性の
補正が必要となる。そこで、図３（ｂ）に示すように、
光源結合部３ｃのレンズ作用を用いて、対角θａ方向に
光を屈折させ補正している。また、実際には、理想的な
指向性と完全に一致させることは不可能であって、光源
３からの出射方向に依存する輝度むらが発生するので、
輝度の強い方向のパターン密度を下げ、低い方向へ合わ
せることにより、均一性が得られるようにする。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、照明装置で
は、輝度調整機能を備えていることが要求される。輝度
調整機能とは、従来の蛍光灯等を光源とする照明装置で
例えれば、蛍光灯の点灯本数を変えたり、豆球に切り替
えることにより、出射光量を増減させる機能である。Ｌ
ＥＤを光源とした照明装置において、輝度調整を行う方
法としては、電流値を変えることにより、個々のＬＥＤ
からの出射光の光量を増減させることが一般的に考えら
れる。

【０００９】しかしながら、ＬＥＤの電圧−電流特性
は、図５に示すように、非線形形状をなしており、高い
電圧で利用する方が効率が良い。従って、効率良くＬＥ
Ｄを使用するためには、高い駆動電圧で点滅させつつ、
全体の輝度を調整する必要があり、電流値の増減により
輝度調整を行うと、効率が低下する場合があった。

【００１０】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたものであり、ＬＥＤアレイ等の発光素子を光
源とする照明装置であって、発光素子に印加する電圧値
を変化させることなく、効率良く輝度を調整することが
できる照明装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、ＬＥＤアレイ等の発光素子からなる光源
と、光源からの光を面状の光源に変換して出射する変換
手段と、光源の発光を制御する制御手段とを備え、制御
手段は、発光素子の点灯数を制御することにより、面状
の光源全体の出射エネルギーを調整するものである。

【００１２】この構成においては、制御手段によって発
光素子の点灯数を増減させることにより、面状の光源か
らの出射エネルギーを変化させ、照明装置の輝度を調整
することができるので、個々の発光素子に印加する電圧
を下げる必要がなくなり、効率の良い輝度調整機能を実
現することができる。

【００１３】また、本発明は、上記制御手段が、面状の
光源の出射エネルギーの時間的平均値を変えることな
く、点灯させる発光素子を切り替えるものである。この
構成においては、一定時間における総出射エネルギー量
を一定とすることができるので、変換手段からの出射光
がちらつくことを防止することができる。

【００１４】また、本発明は、上記制御手段が、光源内
における点灯した発光素子の密度が光源内のいずれの場
所でもほぼ一定となるように制御するものである。この
構成においては、光源から変換手段に向けて均一な輝度
分布を有する光が出射されるので、結果として、面状の
光源から均一な光を出射することができる。

【００１５】また、本発明は、上記制御手段が、発光素
子のうちの少なくとも１つが常に点灯しているように、
光源を制御するものである。この構成においては、面状
の光源から常に光を出射させることができるので、出射
光のちらつきを防止することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した実施の
形態を図面を参照して説明する。 （第１の実施形態）図６は本発明の第１実施形態による
照明装置の概略外観図である。照明装置１は、透明アク
リル樹脂等でなる導光板２（変換手段）と、この導光板
２の端面から光が入射するように設置されたＬＥＤアレ
イ３（光源）と、導光板２の出射側の面（図６では下
面）に配置される光拡散用の拡散板９と、導光板２の非
出射面に配置される薄板状の反射板４とから構成され
る。この照明装置１は、本質的には、上述の図３に示し
た点光源を面光源に変換するベクター結合方式のバック
ライトと同構成である。また、導光板２は、ＬＥＤアレ
イ３を点光源とみなすことができる程度の大きさであ
り、例えば、１０００ｍｍ×１０００ｍｍ×１０ｍｍで
ある。

【００１７】この照明装置１の光出射面から光を取り出
す機構は、基本的には上述の従来技術で説明したものと
同等であり、ＬＥＤアレイ３から導光板２内に導入され
た光は、導光板２内で全反射し、拡散板９に入射すると
拡散反射され、反射板４にて光出射面に向けて全反射の
臨界角よりも小さな角度で反射された光が外部へ出射さ
れる。

【００１８】ここで、図７（ａ）（ｂ）を参照して照明
装置１の輝度調整方法について説明する。ＬＥＤアレイ
３は、３行×８列に並べられたＬＥＤ３ｂ（発光素子）
から成るものであり、各ＬＥＤ３ｂは、制御装置（制御
手段）（不図示）によって点灯、消灯制御される。ま
た、各ＬＥＤ３ｂには、高い駆動電圧が印加されてい
る。本実施形態では、ＬＥＤ３ｂの点灯数を変化させる
ことにより、照明装置１の輝度を調整しており、例え
ば、図７（ａ）に示すように、列ごとにＬＥＤ３ｂを点
灯させて、ＬＥＤ３ｂの点灯数を半分にすれば、全ての
ＬＥＤ３ａを点灯させた場合と比して、出射輝度を半分
にすることができる。また、ＬＥＤ３ｂの点灯方法とし
ては、図７（ａ）のような列ごとに点灯させるもののほ
か、行ごとに点灯させるものであっても、さらには、図
７（ｂ）に示すような千鳥配置であってもよい。

【００１９】また、この照明装置１は、上述の図３に示
したようなベクター放射結合型面光源装置を適用したも
のであるので、一部のＬＥＤ３ｂを点灯させてＬＥＤ３
の面内分布状態を変化させても、照明装置１からの出射
光の輝度分布にはほとんど影響が現われない。従って、
ＬＥＤアレイ３の点灯分布状態はどのようなものであっ
てもよい。ただし、このベクター放射結合方式以外の方
式を採用した場合には、照明装置の輝度分布は、光源で
あるＬＥＤアレイ３の面内分布の影響を受けて大きく変
化するので、高い均一性を持つ光を照明装置から出射さ
せるためには、ＬＥＤアレイ３内における輝度分布が一
定となるように、ＬＥＤ３ｂを点灯させる必要がある。

【００２０】このように、本実施形態によれば、ＬＥＤ
３ｂの点灯数を増減させることにより、照明装置１から
の出射光の出射エネルギーを変化させ、照明装置１の輝
度を調整するようにしたので、個々のＬＥＤ３ｂに印加
される電圧を下げる必要がなくなり、効率の良い輝度調
整機能を実現することができる。

【００２１】また、図８に示すように、ＬＥＤアレイ３
を構成するＬＥＤ３ｂを２つの群に分け、これら２つの
ＬＥＤ群を一定時間をおいて交互に点灯するようにすれ
ば、各ＬＥＤ３ｂの劣化度合いを一定に保つことができ
る。ただし、これら２つの群を構成するＬＥＤ３ｂは、
ほぼ同数であることが望ましい。また、ＬＥＤ３ｂを３
群以上に分け、これらＬＥＤ群を交互に点灯させるよう
にしても同様の効果を得ることができる。

【００２２】（第２の実施形態）第２の実施形態に係る
照明装置の輝度調整方法について、図９を参照して説明
する。本実施形態では、ＬＥＤに対してパルス状の電圧
を印加することにより、ＬＥＤをパルス的に点灯させ、
照明装置の輝度を調整しており、照明装置の構成及びＬ
ＥＤアレイの構成は上述の第１実施形態に示したものと
同様である。このように、ＬＥＤに対して幅Ｔonのパル
ス状の電圧を印加することにより、例えば、パルス幅を
短くすれば、出射輝度を低下させることができる。この
パルスの一周期Ｔall は、人間の視覚が光エネルギーの
変化を感知できない程度の十分短い時間とする。また、
ＬＥＤには、高い駆動電圧が印加されている。このよう
に、ＬＥＤをパルス的に点灯させ、その点灯間隔を変化
させることにより、輝度調整を行うようにしたので、個
々のＬＥＤに印加される電圧を下げる必要がなくなり、
効率の良い輝度調整機能を実現することができる。

【００２３】また、ＬＥＤを同数の２つの群に分け、こ
れら２つのＬＥＤ１，２群を、図１０に示すように、一
定の時間幅（Ｔ₀ ）でタイミングをずらして点灯させて
もよい。また、図１１に示すように、ＬＥＤを同数の５
つの群に分け、これらのＬＥＤ群のいずれかを点灯する
ようにしてもよい。この場合には、上述の図９に示した
効果に加えて、照明のちらつきを防止することができ
る。

【００２４】（第３の実施形態）第３の実施形態に係る
照明装置の輝度調整方法について、図１２を参照して説
明する。本実施形態では照明装置からの出射光の出射エ
ネルギーの時間的平均値が一定値となるようにＬＥＤを
制御するものである。図１２は、図１０と同等であり、
ＬＥＤアレイを構成するＬＥＤを同数の２つの群に分
け、これら２つのＬＥＤ１，２群を、一定の時間幅でタ
イミングをずらして点灯させたときに、これら２つのＬ
ＥＤ１，２群に印加されるパルス状電圧と時間との関係
を示している。ここで、照明装置からの出射エネルギー
の変化をとらえるため、出射エネルギーの時間的平均値
ＥAVEを定義する。

【数１】

【００２５】ここで、Ｔは、人間が光エネルギーの変化
を感知できる最短の限界時間（１００ｍｓ〜５００ｍ
ｓ）である。また、ｔ_i は電圧のパルス幅、Ｖ_i は印加
電圧値を示している。このＥ_AVE の値が一定となるよう
にＬＥＤ群を切り替えることにより、出射エネルギー光
量を一定にすることができるので、照明装置からの出射
光がちらつくことを防止することができる。

【００２６】また、上述の第１の実施形態の図８に示し
たような輝度調整方法においても、同様の方法により、
時間的平均値Ｅ_AVE を算出することができ、この値を一
定に保ちながらＬＥＤ１，２群を切り替えるようにして
も、上述同様、照明装置からの出射光のちらつきを抑え
ることができる。なお、電圧のパルス幅ｔ_i 、及び印加
電圧値Ｖ_i はＬＥＤ１，２群によって異なるものであっ
てもよい。

【００２７】なお、本発明は上記実施の形態に限られず
種々の変形が可能である。例えば、ＬＥＤアレイ３がＲ
（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の互いに波長帯域の異なる
光を出射する３種のＬＥＤから成るものであってもよ
い。この場合には、照明装置から白色光を出射させるこ
とができ、室内（屋内）用の照明装置として好適なもの
となる。また、ＬＥＤアレイに代えて、少なくとも２つ
以上の互いに異なる色の光を出射する半導体チップが１
つの素子内にモジュール化されたＬＥＤモジュール素子
であってもよい。

【００２８】

【発明の効果】以上のように本発明の照明装置によれ
ば、発光素子の点灯数を増減させることにより、面光源
全体の出射エネルギーを調整するようにしたので、個々
の発光素子に対する印加電圧を下げることなく、効率の
良い輝度調整を行うことが可能となり、照明に好適なも
のとなる。

【００２９】また、面状の光源の出射エネルギーの時間
的平均値を変えることなく、点灯させる発光素子を切り
替えることにより、面状の光源からの出射光がちらつく
ことを防止することができる。

【００３０】また、光源内における点灯した発光素子の
密度が光源内のいずれの場所でもほぼ一定となるように
することにより、光源から変換手段に向けて均一な輝度
分布を有する光が出射されるので、結果として、変換手
段から高い均一性を持つ光を出射させることができ、照
明に好適なものとなる。

【００３１】また、少なくとも１つの発光素子を点灯さ
せることにより、面状の光源からの出射光のちらつきを
防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の面光源装置の斜視図である。

【図２】従来の面光源装置の断面図である。

【図３】（ａ）はベクター放射結合型のバックライト構
成の斜視図、（ｂ）は光源からの光結合部を示し、
（ａ）のＡ部の拡大図である。

【図４】バックライト構成の理想的な光源の指向性を示
す特性図である。

【図５】ＬＥＤの電圧−電流特性を示す図である。

【図６】本発明の第１の実施形態による照明装置の概略
外観図である。

【図７】（ａ）（ｂ）はそれぞれ、第１の実施形態の一
例による輝度調整方法を説明するための図である。

【図８】第１の実施形態の他の例による輝度調整方法を
説明するための図である。

【図９】第２の実施形態の一例による輝度調整方法を説
明するための図である。

【図１０】第２の実施形態の他の例による輝度調整方法
を説明するための図である。

【図１１】第２の実施形態のさらに他の例による輝度調
整方法を説明するための図である。

【図１２】第３の実施形態の輝度調整方法を説明するた
めの図である。

【符号の説明】

１ 照明装置 ２ 導光板（変換手段） ３ ＬＥＤアレイ（光源） ３ｂ ＬＥＤ（発光素子）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＬＥＤアレイ等の発光素子からなる光源
   と、 前記光源からの光を面状の光源に変換して出射する変換
   手段と、 前記光源の発光を制御する制御手段とを備え、 前記制御手段は、前記発光素子の点灯数を制御すること
   により、面状の光源全体の出射エネルギーを調整するこ
   とを特徴とする照明装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、面状の光源の出射エネ
   ルギーの時間的平均値を変えることなく、点灯させる発
   光素子を切り替えることを特徴とする請求項１に記載の
   照明装置。
3. 【請求項３】 前記制御手段は、前記光源内における点
   灯した発光素子の密度が光源内のいずれの場所でもほぼ
   一定となるように制御することを特徴とする請求項１又
   は請求項２に記載の照明装置。
4. 【請求項４】 前記制御手段は、前記発光素子のうちの
   少なくとも１つが常に点灯しているように、光源を制御
   することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の照
   明装置。