WO2010001604A1

WO2010001604A1 - 照明装置

Info

Publication number: WO2010001604A1
Application number: PCT/JP2009/003053
Authority: WO
Inventors: 浩積中村
Original assignee: ハリソン東芝ライティング株式会社
Priority date: 2008-07-01
Filing date: 2009-07-01
Publication date: 2010-01-07
Also published as: JPWO2010001604A1; US20110096544A1

Abstract

　ＬＥＤ光源を用いた照明装置の高輝度化、均一配光化および薄型化を図るとともに、直接照明と間接照明機能を具備した照明装置を提供する。　クリアカバー１とバックフレーム３との間に、ＬＥＤ４から出射した光を導く中空導光領域７を形成し、かつ、バックフレーム３のＬＥＤアッセンブリ保持部６とこれに対向するクリアカバー１の側壁部１ｂとの間に隙間２を形成した照明装置。

Description

照明装置

　本発明は、室内照明や平面広告に用いる薄型の平面型光源による照明装置に関する。

　一般に、住宅等における室内照明の分野では、照明により部屋を明るくすることは当然であるが、それに加えて、照明によって醸し出される部屋の雰囲気も重視されている。そのため、直接照明の他に、居室内の人の目に光源からの直接放射光が入射しない間接照明も適宜用いられている。この間接照明の使用方法としては、間接照明を単独で用いる方法もあるが、維持費の観点等から、住宅等では、間接照明を直接照明と併用する方法や、間接照明と直接照明とを使い分ける方法が用いられることが多い。

　また、それぞれの照明装置に用いる光源についても、白熱電球や蛍光灯からＬＥＤに代替する方向に進んでいる。その主たる理由は、ＬＥＤには有害物質である水銀が含まれず、環境調和型の光源として適していることである。また、最近のＬＥＤの大幅な発光効率の向上により、消費電力が大幅に低減できることである。しかも、ＬＥＤは、一般的に長寿命、高効率、高耐衝撃性、単色発光などの利点を有している。

　なお、一般照明用の照明器具は、光源に白色ＬＥＤを用いた仕様で開発、商品化されているものが多い。また、形状的には、一般照明用の照明器具は、天井面と照明器具の間に空間を設け、天井への光漏れを起こして、直接照明に間接照明をプラスするように装着するのが広く用いられている。

　しかしながら、照明装置の光源にＬＥＤを用いる場合、特に、少数のＬＥＤを用いる場合は、面照明の構成は困難である。それは、一般にＬＥＤの出射光は、出射角度ごとの放射強度が異なり、その強度分布は配光分布になり、出射光が均等に配光しないためである。したがって、少数のＬＥＤを用いる場合は、スポット照明としてダウンライトなどに用途が限定され、広く室内の一般照明としての面照明に用いるのは不向きであった。

　また、面照明として光源にＬＥＤを用いる場合は、通常、多数のＬＥＤをアレイ状に配置して用いざるをえないため、照明装置はコスト高にならざるを得なかった。

　本発明はこれらの事情にもとづいてなされたもので、光源にＬＥＤを用いた照明を効率よく高輝度、均一配光、かつ、薄型の面照明に変換し、しかも、直接照明と間接照明とを具備した照明装置を提供することを目的としている。

　本発明の実施例に係る照明装置は、　発光面の周囲において、この発光面に対して曲折された側壁部を有する透光性のクリアカバーと、このクリアカバー内に配置され、このクリアカバーの前記発光面に対向する反射面を有するバックフレームと、このバックフレームの端部に保持された複数個のＬＥＤが配列されたＬＥＤアッセンブリと、を具備し、前記クリアカバーと前記バックフレームとの間には、前記ＬＥＤアッセンブリから出射した光を導く中空導光領域が形成され、かつ、前記バックフレームのＬＥＤアッセンブリ保持部に対向する前記クリアカバーの側壁部との間には隙間が形成されていることを特徴とするものである。

　また、本発明の実施例に係る照明装置においては、前記クリアカバーは、前記発光面を形成する底面部と、この底面部の周囲において底面部に対して曲折された側壁部を有する蓋状に形成され、前記バックフレームは、頂部を有し、頂部から周囲に向かって漸次低くなる斜面を有する山形に形成され、さらに、前記クリアカバーの側壁部に対して隙間を持って対向するようにほぼ垂直方向に曲折されたＬＥＤアッセンブリ保持部を備えていることを特徴とするものである。

　さらに、本発明の実施例に係る照明装置においては、前記バックフレームには、前記クリアカバーに対向する山形の斜面に反射面が形成されていることを特徴とするものである。

　さらに、本発明の実施例に係る照明装置においては、前記ＬＥＤアッセンブリ保持部に設置されたＬＥＤアッセンブリの出射光側には、前記ＬＥＤアッセンブリから出射した光を集光するコリメータが配置されていることを特徴とするものである。

　さらに、本発明の実施例に係る照明装置においては、前記コリメータから出射した光の進行方向は、前記クリアカバーの発光面とほぼ平行であることを特徴とするものである。

　　本発明によれば、光源にＬＥＤを用いた照明を、効率よく高輝度、広配光、かつ、薄型の面照明に変換し、しかも、直接照明と間接照明とを具備した照明装置を提供することができる。

本発明の実施例を示す照明装置の側断面図。本発明の実施例を示す照明装置の分解斜視図。本発明の実施例を示す照明装置を構成しているＬＥＤアッセンブリの側断面図。本発明の実施例を示す照明装置を構成しているＬＥＤコリメータの斜視説明図。本発明の実施例を示す照明装置を構成しているＬＥＤコリメータの光路の側断面説明図。本発明の実施例を示す照明装置を構成しているＬＥＤコリメータを用いた場合と、用いない場合について、ＬＥＤ射出光の光路を比較して示す説明図で、（ａ）は用いない場合、（ｂ）は用いた場合の光路をそれぞれ示している。図６に示す照明装置の配光分布の一例を示す説明図。図６に示す照明装置の光路の説明図。図６に示す照明装置を構成しているクリアカバーの表面形状を示す拡大斜視図であり、同図（ａ）および（ｂ）は、それぞれ異なる形状の面を示す図。図６に示す照明装置を構成しているクリアカバーに入光した光の光路の説明図であり、同図（ａ）および（ｂ）は、それぞれ異なる入射角で入射した光の光路を示す図である。本発明の照明装置の他の実施例を示す平面配置図。

　　以下、本発明の照明装置の実施例を、図面を参照して説明する。

　　図１は、本発明の１実施例である照明装置の側断面図であり、図２はその分解斜視図である。

　　照明装置２０は、発光面を有する発光部材の端部に光源を配置したサイドライト型の面照明装置である。すなわち、発光部材は、発光面になる底面部１ａとこの底面部１ａの周囲において底面部１ａに対してほぼ垂直に曲折された側壁部１ｂを有する蓋状のクリアカバー１である。また、蓋状のクリアカバー１の底面部１ａに対向してバックフレーム３が設けられる。このバックフレーム３は、その中央部に稜線３ａを有し、その両側に遠ざかるに従って漸次低くなる山形形状を有している。このバックフレーム３は、また、稜線３ａの両側端部３ｂ、３ｂにおいて、前記クリアカバー１の側壁部１ｂに対して隙間２を持って対向するようにほぼ垂直方向に曲折されたＬＥＤアッセンブリ保持部６を備えている。このＬＥＤアッセンブリ保持部６には、光源であるＬＥＤ４を複数個配列したＬＥＤアッセンブリ５が固定される。そしてこのバックフレーム３には、クリアカバー１と対向する面に反射面３ｃが形成されている。

　　クリアカバー１の底面部１ａとバックフレーム３の反射面３ｃ間に形成されている空間は、ＬＥＤ４から出射した光を導く中空導光領域７を形成する。

　　クリアカバー１は、アクリル、ＰＣ（ポリカーボネート）などのように高透光性の材料により形成されている。ただし、高透光性であるが、透明に限定されるものではない。なお、クリアカバー１の表面形状については後述する。

　　バックフレーム３はアルミニウム合金等の高熱伝導性の金属で形成されている。形状的には、中央部稜線３ａがクリアカバー１の側に突出し、中央部稜線３ａから遠ざかる両端部３ｂほど漸次低くなる山形形状を形成している。この山形形状は、クリアカバー１の底面部１ｂにより形成される発光面での輝度分布が均一になるように、クリアカバー１の底面部１ｂとバックフレーム３の反射面３ｃとの距離を変化させている。バックフレーム３の反射面３ｃは、金属あるいは樹脂の部材に高反射性で、かつ、拡散反射性を有する材料、例えば、白色ＰＥＴフィルムや白色インクを積層させ、しかも、クリアカバー１の発光面での輝度分布が均一になるように形成されている。なお、光拡散反射性を有する材料としては、上記の他に、鏡面反射性を持つ高反射アルミニウム等に光透過性拡散材をコーティングしたものでもよい。

　なお、上述のクリアカバー１およびバックフレーム３は、特に図示はしないが、バックフレーム３側に配置された保持板上に、上述した配置関係で固定されている。また、上記の保持板には、同様に図示はしないが、ＬＥＤ４の点滅を制御する制御回路や定電圧電源等も装着されている。

　図３は、ＬＥＤアッセンブリ５の側断面図である。ＬＥＤアッセンブリ５は、クリアカバー１のＬＥＤアッセンブリ保持部６の面に収容できる幅を持つ細長い放熱板８上に設けられたＬＥＤ基板９に多数個のＬＥＤ４を一列、もしくは複数列に列設した状態で実装して形成されている。なお、放熱板８の裏面側にはＬＥＤ４に電力を供給するためのコネクタ４ａが固定されている。

　ＬＥＤ基板９は高熱伝導性のアルミ系、同系合金などの金属や、窒化アルミニウム等のセラミックを用いている。このＬＥＤ基板９は放熱板８を介して高熱伝導性のバックフレーム３のＬＥＤアッセンブリ保持部６にねじ止め、接着その他の手段で固定されている。ＬＥＤ基板９上に実装されるＬＥＤ４は、白色ＬＥＤ、あるいは、所望の白色色度に合成させるため、例えば、所定の数量比および／または配列で配置した赤色、緑色、青色の３色ＬＥＤ４、あるいは、青色ＬＥＤ４チップと黄色蛍光体との組み合わせで白色に発光する複数のＬＥＤ４等が装着されている。

　また、ＬＥＤ基板９の中空導光領域７に面する側に、図４に示すように、ＬＥＤ４の列を覆う形状の凹溝１１が形成された細長いＬＥＤコリメータ１２が配置されている。このＬＥＤコリメータ１２は、ＬＥＤ基板９に装着されているＬＥＤ４からの光を集光させ、中空導光領域７に入光させるための部材である。このＬＥＤコリメータ１２は、例えば、アクリルやポリカーボネートのような透明樹脂、あるいはガラスで成型されている。なお、ＬＥＤコリメータ１２は、両端をホルダ１２ａ（図３）によってＬＥＤ基板９に固定されている。

　図４および図５により、ＬＥＤコリメータ１２についてさらに説明する。ＬＥＤコリメータ１２のＬＥＤ４に対向する入射部側には、凹溝１１が形成されている。この凹溝１１の溝壁面は、ＬＥＤ４の光軸に近い角度の放射光をコリメータ本体内に導光する凸形状の入射面ＩｎＡと、ＬＥＤ４の光軸から離れた角度の放射光をコリメータ本体内に導光する平面形状の入射面ＩｎＢ１、ＩｎＢ２とからなる。図４及び図５において、ＬＥＤコリメータ１２の下側と上側に位置する側面は、コリメータ本体内の光を全反射する全反射面ＴＩＲ１、ＴＩＲ２となる。ＬＥＤコリメータ１２の出射部は、入射面ＩｎＡからの入射光に対応する凸形状の出射面ＥｘＡと、入射面ＩｎＢ１、ＩｎＢ２から入射した後、全反射面ＴＩＲ１、ＴＩＲ２で全反射した光に対応する凹曲面形状の出射面ＥｘＢ１、ＥｘＢ２とからなる。

　したがって、照明装置２０では、ＬＥＤコリメータ１２によって、ＬＥＤ４からの光を中空導光領域７の厚み方向に集光してこの中空導光領域７に入射させることができる。つまり、ＬＥＤコリメータ１２において、ＬＥＤ４から入射面ＩｎＡに入射した光ＲＹＡは、断面凸形状の入射面ＩｎＡ及び出射面ＥｘＡにて屈折し、中空導光領域７の厚み方向に集光される。また入射面ＩｎＢ１、ＩｎＢ２に入射した光ＲＹＢ１、ＲＹＢ２は、全反射面３ｃＴＩＲ１、ＴＩＲ２での全反射と出射面ＥｘＢ１、ＥｘＢ２での屈折により、中空導光領域７の厚み方向に集光される。

　ＬＥＤコリメータ１２から中空導光領域７に出射した光ＲＹＡ、ＲＹＢ１、ＲＹＢ２は、バックフレーム３の反射面３ｃでクリアカバー１の方向へ反射され、このクリアカバー１の発光面から高輝度で、かつ、輝度むらのない状態で出射される。

　次に、ＬＥＤコリメータ１２が設置された場合と、されない場合について比較して説明する。

　図６（ａ）は、ＬＥＤコリメータ１２が設置されない場合のＬＥＤ４からの光の到達状況を模式的に示した説明図である。また、図６（ｂ）は、ＬＥＤコリメータ１２が設置された場合のＬＥＤ４からの光の到達状況を模式的に示した説明図である。すなわち、図６（ａ）に示したように、ＬＥＤコリメータ１２が設置されない場合は、ＬＥＤ４からの光の配光分布は、ランバート分布となるため、中空導光領域７の内部でＬＥＤ４から出射後にすぐに多方向に分散して分散光となる。したがって、直進方向の光も分散光の一つに過ぎず光強度は弱い。そのため、中空導光領域７の内部の中央部３ａまではごく微弱な光しか到達しない。クリアカバー１の底面部１ａ、すなわち、発光面で受光する光量は、ＬＥＤコリメータ１２側ほど大きく、遠ざかるほど小さくなる。その結果、図６（ａ）に側断面図を示したように、クリアカバー１の発光面１ａからの照射光は、ＬＥＤコリメータ１２の前方近傍に集中し、遠ざかるほど光量が減じる。したがって、この場合のクリアカバー１は配光むらの生じた不均一な面光源になってしまう。

　なお、図７は、点光源１３の配光分布の例として、ランバート分布を示す。ランバート分布とは、点光源１３から放射される光エネルギーの強度分布が球状になっている場合をいう。図７の分布は（球の）断面図を示している。この分布の場合、光源の面に対する法線方向に最大のエネルギー放射が行なわれる。最大エネルギーＥの放射方向をθ＝０°として、θが大きくなるにつれ、その角度方向に放射される光束の光エネルギーは減少し、θｈ＝６０°において最大値の２分の１Ｅ（半値）となり、立体角的なエネルギー放射は４分の１に減少する。

　一方、図６（ｂ）に示したように、ＬＥＤコリメータ１２が有る場合のＬＥＤ４からの光は、中空導光領域７内のバックフレーム３の中央部稜線３ａ方向に向かって集光された光である。光は中空導光領域７の内部をクリアカバー１の底面部１ａに沿ってほぼ平行に進み、その一部は、バックフレーム３の反射面３ｃで反射して、クリアカバー１の底面部１ａに向かう。したがって、クリアカバー１の底面部１ａで受光する光量は、ＬＥＤコリメータ１２側と、それから遠ざかった位置でもほぼ同じになる。その結果、図８に側断面図を示したように、クリアカバー１の底面部１ａ、すなわち、発光面からの照射光量は、ＬＥＤコリメータ１２の前方近傍でも、それから遠ざかった部分、例えば、クリアカバー１の中央部稜線３ａ近傍でも、はほぼ均一になる。それにより、この場合のクリアカバー１は、配光むらが生じない均一な面光源となる。

　しかも、図８に示したように、ＬＥＤコリメータ１２で集光された光の一部は、バックフレーム３の山形形状の稜線３ａ部とクリアカバー１の間を通過して進行し、クリアカバー１の底面部１ａと側壁部１ｂとの連結部である湾曲部１ｃの曲面で反射する。この湾曲部１ｃの曲面で反射した後の反射光は、曲面での反射角度によって分れ、クリアカバー１の側壁部１ａに当たる反射光と、クリアカバー１の側壁部１ａに当たらずに直進して隙間２から外部に進行する光とが発生する。

　クリアカバー１の側壁部１ａに当たる光は、側壁部１ａを照射して、側壁部１ａを発光面にする。それにより、照明装置２０は、従来の蛍光灯を用いた照明装置と同じように側面（側壁部１ａ）も発光させることができる。しかも光源がＬＥＤであるので、照明装置２０は蛍光灯よりも薄型に形成することができる。

　他方、反射角度によりクリアカバー１の側壁部１ａに当たらずに、クリアカバー１との隙間２を直進した反射光は、クリアカバー１とバックフレーム３との間の隙間２から照明装置２０の外部へ進行して間接照明を形成する。

　つまり、バックフレーム３のＬＥＤ４を保持する部位と、この部位と対向するクリアカバー１の側壁部１ａとの間には隙間２が形成されているので、クリアカバー１の底面部１ａと側壁部１ｂとの連結部である湾曲部１ｃで反射した光の一部は、クリアカバー１とバックフレーム３との間の隙間２から外部へ進行して間接照明を形成する。

　したがって、本実施例による照明装置２０は、均一な直接面照明と共に、同時に間接照明を得ることができる。

　次に、クリアカバー１について説明する。上述したように、クリアカバー１は、アクリル、ＰＣ（ポリカーボネート）などのように高透光性の材料により形成されている。形状的には、クリアカバー１の少なくとも片面は凹凸形状が形成されている。

　すなわち、クリアカバー１の底面部１ａは少なくとも片面側の表面形状が、図９（ａ）に示したように、小さなピラミッド状の突起である、断面三角形状のプリズム１４から構成されているアレイ面や、図９（ｂ）に示すように、横断面が三角形状の小さなプリズム１５のアレイ面にそれぞれ加工が施されている。

　図１０を用いて、図９（ｂ）に示す小さなプリズム１５のアレイ面の作用について説明する。ＬＥＤ４から出射した光は、ＬＥＤコリメータ１２により集光されて進行し、バックフレーム３の反射面３ｃに当たった光は、各方向に反射するランバーシアン反射して、クリアカバー１に向かって進行してクリアカバー１に入光する。

　クリアカバー１に入光した光のうち、図１０（ａ）の矢印Ａで示したように、小さなプリズム１５の間の谷部１６に垂直方向から入光した光は、そのままの進路で直進する。一方、図１０（ｂ）の矢印Ｂで示したように、小さなプリズムの山１７の稜線１７ａに斜め方向から入光した光は、入光した角度に応じて屈折してクリアカバー１の側壁部１ｂの方向に進行する。

　なお、小さな横断面が三角形状のプリズム１４のアレイ面の作用についても、斜面が多い（３面になる）ことが異なるだけで、ほぼ同じことが言えるので、説明は省略する。

　したがって、クリアカバー１は高透光性の材料により形成されているので光の透過量が多く、しかも、プリズム等により拡散、散乱効果をもたらすことができるため明るく、配光分布の均一な照明装置が得られる。

　なお、光源となるＬＥＤアッセンブリ５の個数や配置と、それに対応するバックフレーム３の形状については、照明装置２０の形状等に対応して、様々な態様が可能である。

　図１１に、円形の平面形状を有する照明装置２０の場合のＬＥＤアッセンブリ５の平面配置図を示す。この場合、ＬＥＤアッセンブリ５は、平面形状が円形の照明装置２０の内側に、ほぼ正八角形状に配置されている。そして、それぞれ対向側のＬＥＤアッセンブリ５同士が対を成している。したがって、光学的には上述の説明が、この対をなしたＬＥＤアッセンブリ５同士の間で基本的には成立する。なお。ＬＥＤアッセンブリ５の配置は正八角形としたが、もちろん、正八角形に限定されず、任意の多角形を選択することもできる。

　また、放熱板８を円弧状に形成して、放熱板８に密接するＬＥＤ基板９としてフレキシブル基板を用いれば、ＬＥＤアッセンブリ５を全体として環状に配置することができる。

　また、バックフレーム１のクリアカバー１の反射面３ｃの形状は、例えば、対向する位置に配置された一対のＬＥＤアッセンブリ５に対しては、図１１の２点鎖Ｄ１、Ｄ２で示したように、各ＬＥＤアッセンブリ５を一辺とする二等辺三角形を形成する。そしてこれらの二等辺三角形の頂点は円形の照明装置２０の中心で互いに重なっている。したがって、バックフレーム１の形状は照明装置２０の中心に対して対称になる。

　なお、バックフレーム１は、横断面が直線状の斜面に限られるものではなく、上に凸となる円弧状でもよい。

　上述の照明装置２０は、室内の照明装置としてはもちろん、壁等に取付ける看板照明等に有効に活用することができる。

　なお、本発明は上記の実施例のそのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記の実施例に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施例に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施例にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

Claims

　発光面の周囲において、この発光面に対して曲折された側壁部を有する透光性のクリアカバーと、このクリアカバー内に配置され、このクリアカバーの前記発光面に対向する反射面を有するバックフレームと、このバックフレームの端部に保持された複数個のＬＥＤが配列されたＬＥＤアッセンブリと、を具備し、
　前記クリアカバーと前記バックフレームとの間には、前記ＬＥＤアッセンブリから出射した光を導く中空導光領域が形成され、かつ、前記バックフレームのＬＥＤアッセンブリ保持部に対向する前記クリアカバーの側壁部との間には隙間が形成されていることを特徴とする照明装置。
　前記クリアカバーは、前記発光面を形成する底面部と、この底面部の周囲において底面部に対して曲折された側壁部を有する蓋状に形成され、
　前記バックフレームは、頂部を有し、頂部から周囲に向かって漸次低くなる斜面を有する山形に形成され、さらに、前記クリアカバーの側壁部に対して隙間を持って対向するようにほぼ垂直方向に曲折されたＬＥＤアッセンブリ保持部を備えていることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
　前記バックフレームには、前記クリアカバーに対向する山形の斜面に反射面が形成されていることを特徴とする請求項２記載の照明装置。
　前記ＬＥＤアッセンブリ保持部に設置されたＬＥＤアッセンブリの出射光側には、前記ＬＥＤアッセンブリから出射した光を集光するコリメータが配置されていることを特徴とする請求項３記載の照明装置。
　前記コリメータから出射した光の進行方向は、前記クリアカバーの発光面とほぼ平行であることを特徴とする請求項４記載の照明装置。
　前記クリアカバーの少なくとも一面には、前記ＬＥＤアッセンブリから出射した光を乱反射させる凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
　前記クリアカバーの底面部および側壁部は、相互に湾曲面により接続され、前記反射面で反射されたＬＥＤから出射された光は、前記クリアカバーの側壁部および前記バックフレームのＬＥＤアッセンブリ保持部により形成される隙間を介して前記バックフレームの外側に導出されることを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
　前記バックフレームは、金属により形成され、前記反射面は、金属の表面に、光透過性の拡散材をコーティングすることにより形成されることを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
　前記中空導光領域の厚さは、前記バックフレームの頂部において最も薄く、前記頂部から周囲に向かって厚くなるように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
　前記バックフレームの頂部は、バックフレームの左右の端部間のほぼ中央に配置され、前記ＬＥＤアッセンブリは、前記頂部を介在して互いに対向するように前記左右の端部にそれぞれ設置されていることを特徴とする請求項９に記載の照明装置。
　前記コリメータは、透明樹脂あるいはガラスで成型された細長い本体と、この本体の長手方向に沿って形成され、前記ＬＥＤアッセンブリから出射した光を受光する凹溝と、この凹溝に対して前記細長い本体の反対側において、長手方向に形成された射出面と、この射出面および前記凹溝間を連結する全反射面により構成されていることを特徴とする請求項４に記載の照明装置。
　前記凹溝は、前記本体の長手方向に直交する断面内における形状が、凸状の奥壁と、平面状の上下面とにより形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の照明装置。
　前記コリメータの射出面は、前記本体の長手方向に直交する断面内における形状が、凸状の中心部と、中心部から両側方に向かって広がる凹曲面部とにより形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の照明装置。