JP4996998B2

JP4996998B2 - 照明装置

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Publication number: JP4996998B2
Application number: JP2007174629A
Authority: JP
Inventors: 清公田中
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2007-07-02
Filing date: 2007-07-02
Publication date: 2012-08-08
Anticipated expiration: 2027-07-02
Also published as: JP2009016095A

Description

本発明は、指向性のある光源を用いた照明装置において、照明する全面に渡って均一照明を行う照明装置に関する。

近年、従来の白熱電球や放電灯に加えて、発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）を光源とした照明装置が用いられ始めている。
照明装置は、室内及び室外の様々な場所に設置されており、設置される場所や照明装置の用途によっては十分な輝度が必要であり、ＬＥＤのような点光源を光源として採用した場合には、輝度を確保するために複数のＬＥＤが必要となる。また、ＬＥＤを光源として採用した照明装置には、複数のＬＥＤを実装した基板を１つのユニットとして、複数ユニットを組み合わせることにより照明装置を構成するものがある。

下記特許文献１には、複数のＬＥＤが実装されたカード型ＬＥＤ照明光源４３（本願発明の基板に相当する）を１つのユニットとして、複数のユニットを備えたＬＥＤ照明装置４１が開示されている。カード型ＬＥＤ照明光源４３は、複数のＬＥＤベアチップ４２が実装及び樹脂モールドされた基板と、ＬＥＤベアチップ４２に対応した位置に反射面を有する孔（開口部）を有し基板に貼り合わされる光学反射板とからなり、カード型ＬＥＤ照明光源４３に電気的に接続可能なコネクタを有するヒートシンクのスロットに挿入される（図８（ａ）参照）。
特開２００３−１２４５２８号公報

しかし、特許文献１に開示されている従来のＬＥＤ照明装置４１は、以下のような問題があった。
図８（ｂ）に示すように、ＬＥＤ照明装置４１の一面に、複数のカード型ＬＥＤ照明光源４３がＬＥＤベアチップ４２間の距離より大きい距離を持って設けられているため、カード型ＬＥＤ照明光源間の発光がない部分４４が他の発光のある部分に対して暗さが目立ってしまい、均一な面発光ができていなかった。特に、光源としてＬＥＤが用いられている場合には、ＬＥＤは指向性が強いため、光源のグレア（眩しさ）を使用者に感じさせることになり、光源のある部分とない部分に対応して明るさが不均一になり、均一な面発光ができていなかった。

また、特許文献１に実施形態として開示されているような、カード型ＬＥＤ光源にコネクタ等の電子部品を設けた場合には、光源（ＬＥＤ）がない部分がより目立ち、均一な面発光ができないという問題があった。
本願発明は、上記問題に鑑みてなされた発明であり、ＬＥＤといった指向性のある光源を用いた照明装置において、光源の指向性によるグレアを緩和して均一な面発光をするとともに、指向性のある複数の光源を装着した基板の小型化が可能となる照明装置を提供することを目的とする。

本発明に係る照明装置は、指向性のある複数の光源を装着した基板を一面に複数並べて備える照明装置において、光源及び／又は基板は、基板が設けられる面において光が均一に発光されるように配置され、光源からの光を拡散する拡散板を、光源から拡散板までの距離が複数の光源間の距離より大きくなるように備え、基板を前記一面に係止するための係止孔が、複数の光源の内で最外周にある光源の内側に位置する光源の間に配置されて基板に設けられていることを特徴とする。
本構成によれば、光源の指向性によるグレアを緩和して均一な面発光をすることが可能である。
また、本構成によれば、指向性のある光源からの光が拡散板に到達する前に広がるので、拡散板にて光源の指向性によるグレアを更に解消した面発光が可能である。
さらに、本構成によれば、複数の光源を装着した基板を係止するための係止孔を基板の最外周にある光源の内側に位置する光源の間に設けるので、係止孔を基板の端部に設ける必要がなく、基板の小型化が可能になる。

本発明に係る照明装置は、前記基板は四角形状であり、前記係止孔は、前記基板の四角に対応して４つ設けられていることを特徴とする。
本構成によれば、矩形状の基板を四角部に対応した４つの係止孔の位置で係止するので、光源からの熱で反ろうとする基板を安定的に固定することができる。

本発明に係る照明装置は、前記複数の光源は、電気的に直列に接続された複数の光源からなる光源の列が並列に複数列設けられ、前記光源の列に流す電流の大きさを決める抵抗が、前記最外周にある光源の内側に位置する光源の間の前記係止孔とは異なる位置に配置されて前記基板に装着されていることを特徴とする。
本構成によれば、電気的に直列に接続された複数の光源の列に流す電流の大きさを決める抵抗を最外周にある光源の内側に位置する光源の間の係止孔とは異なる位置に設けるので、該抵抗を装着するために基板の端部に余分な部分に設ける必要がなく、基板を小型化しつつ、均一な面発光が可能となる。

本願発明の照明装置によれば、照明する全面に渡って、均一な照明とすることが可能であり、光源の指向性によるグレアを緩和して均一な面発光をするとともに、指向性のある複数の光源を装着した基板を小型化することが可能である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
なお、実施の形態の説明において、照明装置として、ＬＥＤを光源としたＬＥＤ照明装置を例示して説明するが、これに限定されず他の光源を用いた照明装置であってもよく、特に指向性のある（強い）光源を用いた照明装置であれば、本発明は好適に適用できる。

（実施の形態１）
図１は、本発明に係る実施の形態１のＬＥＤ照明装置の斜視図である。図２は、本発明に係る実施の形態１のＬＥＤ照明装置の要部分解斜視図である。図３は、複数のＬＥＤが装着されたＬＥＤ基板の平面図である。図４は、放熱板に設けられた複数のＬＥＤ基板の平面図である。

まず、図１及び図２を参照して、ＬＥＤ照明装置１の構成について説明する。ＬＥＤ照明装置１は、複数のＬＥＤ６が装着されたＬＥＤ基板７と、ＬＥＤ６に電源を供給する電源部（図示せず）と、ＬＥＤ基板７を取り付けＬＥＤ６からの熱を放熱する放熱板５と、ＬＥＤ６からの光を拡散する拡散板４と、ＬＥＤ基板７と放熱板５と電源回路を収容する収容部材２と、収容部材２を固定するフレーム３とから構成される。

収容部材２は、例えばアルミニウム等の金属から成り、正方形の底面２ａと該底面の四辺端部の立ち上がり部２ｂから構成される。収容部材２を熱伝導性の高いアルミニウムで形成することにより、ＬＥＤ６及び／又は電源部の熱源から生じる熱を効率よく放熱することができ、かつ軽量の照明装置とすることが可能となる。また、収容部材２の底面２ａには、複数の突出面２ｃがＬＥＤ基板７の設けられる側に突出して形成されており、複数の突出面２ｃにて放熱板５を支持する構成である。よって、放熱板５が収容部材２の底面２ａに面全体に装着されていないので、収容部材２に外部から衝撃が加わった場合でも、収容部材２の撓みを吸収することができ、照明装置の信頼性を高めることができる。

フレーム３は、フレーム３枠内に拡散板４を嵌装して保持し、収容部材２の底面２ａの端部に形成された立ち上がり部２ｂを四方からフレーム３枠内に嵌めこみ、ＬＥＤ照明装置１の各部材を固定する。収容部材２及びフレーム３によりＬＥＤ照明装置１の外枠が構成される。

拡散板４は、拡散剤が添加された乳白色の樹脂（例えば、アクリル樹脂やポリカーボネート樹脂等）からなり、ＬＥＤ基板７（ＬＥＤ６）から一定の距離を保つように、フレーム３の枠内に嵌装されて保持される。拡散板４により、点光源である複数のＬＥＤ６からの光が拡散され面発光させることでできる。しかし、ＬＥＤ６は指向性の強い光源である為、ＬＥＤ基板７から拡散板４の距離によって拡散板４を透過して見える光の見え方は異なる。拡散板４にて均一に面発光とするために、ＬＥＤ基板７までの距離をどのように設定して拡散板４を保持するかについては後述する。

放熱板５は、アルミニウム等の熱伝導性の良い金属であり、平面部５ａと該平面部の端部において収容部材との密着性を高め放熱板の位置ずれを防ぐための立ち上がり部５ｂとから構成される。また、放熱板５には、ＬＥＤ基板７と放熱板５と収容部材２とを係止するための係止孔５ｃと、ＬＥＤ基板７のＬＥＤ６が装着されている面の裏面に取り付けられたコネクタ１０と電源部（図示せず）との接続用の貫通孔５ｄが設けられている。ＬＥＤ基板７、放熱板５及び収容部材２は、係止孔５ｃに例えばネジ等の係止部が挿入され、一体的に係止される。一体的に係止することより、ＬＥＤ基板７からの熱が放熱板５を通して収容部材２に効率的に伝達され、放熱が効果的に為される。

ＬＥＤ基板７は、ガラス繊維を含有するエポキシ樹脂製の平板の基板であり、熱伝導性を良好にするために基板の厚みは薄くしてある。また、ＬＥＤ６からＬＥＤ基板７側に出射される一部の光がＬＥＤ基板７にて吸収されないように、ＬＥＤ基板７のＬＥＤ６が装着される表面は白色のレジスト膜が形成されていることが好ましい。

電源部は、商用電源を降圧する電圧変換部と、交流電圧を整流・平滑化する整流回路部と、ＬＥＤ６に定電流を流す定電流回路部から構成される。本実施の形態では電源部は図示していないが、収容部材２の内部に設けてもよく、また、収容部材２と別体として、ＬＥＤ照明装置１の外部に設けてもよい。ＬＥＤ照明装置１の内部に設ける場合には、放熱板５のＬＥＤ基板７が設けられる面と同一面に設置してもよく（図５参照）、また、放熱板５のＬＥＤ基板７が設けられる面の裏面に設置してもよい。

ただし、ＬＥＤ照明装置１からの光を均一に面発光させるためには、電源部がＬＥＤ基板７の設けられる面よりも、ＬＥＤ基板７の設けられる面の裏面にある方が、電源部に対応した非発光部がないので好ましい。
次に、図３及び図４を参照して、ＬＥＤ基板７と、放熱板５におけるＬＥＤ基板７の配置について詳細に説明する。

図３（ａ）はＬＥＤ基板７のＬＥＤ６が装着された面の平面図であり、図３（ｂ）はＬＥＤ基板７のＬＥＤ６が装着された面の裏面の平面図である。
ＬＥＤ基板７には、複数のＬＥＤ６がマトリクス状に均一の距離（ピッチ）を空けて装着（実装）されている。より具体的には、ＬＥＤ基板７の縦方向（Ｘ方向）に１２個のＬＥＤ６がＬＥＤ間の距離を１２ｍｍ、ＬＥＤ基板７端部からの距離を５ｍｍとして一列に配置され、ＬＥＤ基板７の横方向（Ｙ方向）にその１２個のＬＥＤ６を１列としてＬＥＤ間の距離（列間の距離）を１２ｍｍ、ＬＥＤ基板７端部からの距離を５ｍｍとして配置されている。よって、一枚のＬＥＤ基板７上に、７２個のＬＥＤ６が等距離（１２ｍｍ）に、ＬＥＤ基板７の端部から一定の距離（５ｍｍ）を空けて、マトリクス状に装着されていることになる。

本実施の形態に採用されるＬＥＤ６は、図に示すように直方体であって縦方向に長いが、ＬＥＤ６のほぼ中心にあるＬＥＤ素子が実装されている発光部を基準として、各ＬＥＤ間の距離を定義すると、縦方向及び横方向の隣り合うＬＥＤ間の距離は全て等しい。（以下の説明において、ＬＥＤ間の距離の定義は上記の通りとする。）
よって、１つのＬＥＤ基板７内においてもＬＥＤ６が均一に面発光する。さらに、ＬＥＤ基板７を同じ方向に並べて配置する場合だけでなく、縦方向及び横方向に組み合わせて配置した場合においても、隣り合うＬＥＤ基板７の近接して対向するＬＥＤ６の距離は等しくなり、複数のＬＥＤ基板７からなる面にて均一に面発光が可能となる。

また、ＬＥＤ６の配置はマトリクス状に限定されず、ＬＥＤ間の距離が等しく設定されていれば他の配置であってもよい。例えば、ＬＥＤ６を結ぶ線が正三角形を形成するような、千鳥状の配置も考えられる。千鳥状の配置であれば、ＬＥＤ間の距離をマトリクス状に配置した場合のＬＥＤ間の距離を同じにすることを条件として、マトリクス状の配置に比べて単位面積あたりのＬＥＤ６が少なくなる。よって、単位面積あたりの輝度自体は低下するが、より少ないＬＥＤ６で均一な面発光が可能となり、ＬＥＤ照明装置１のコストを下げることが可能となる。

また、ＬＥＤ基板７のＬＥＤ６間には、ＬＥＤ基板７を放熱板５及び収容部材２の突出面２ｃに係止するための装着部である係止孔が８設けられている。従来のＬＥＤ基板では、係止孔がＬＥＤ基板の両端等の端部に設置されており、ＬＥＤ基板を並べて設置した場合には、係止部が設けられた両端部ではＬＥＤによる発光がなく、その部分のみが暗くなり、複数のＬＥＤ基板からなる面にて均一な面発光ができなかった。従って、本実施の形態のように、係止孔８をＬＥＤ６間に設けることにより、係止孔８をＬＥＤ基板７の両端部に余分に設ける必要がなくなり、ＬＥＤ基板７を複数並べてＬＥＤ照明装置を構成した場合であっても、均一な面発光が可能となる。さらに、ＬＥＤ基板７の小型化も可能になる。

また、係止孔８は、ＬＥＤ基板７に設けられた複数のＬＥＤ６の内、最外周部のＬＥＤ６とその1つ内側のＬＥＤ６との間にＬＥＤ基板７の四角に対応して４つ設けられている。ＬＥＤ基板７のできるだけ外周部において、かつＬＥＤ基板７の四角に対応した４つの係止孔８にてＬＥＤ基板７を係止することにより、ＬＥＤ６からの熱で反ろうとするＬＥＤ基板７を安定的に固定することができる。

さらに、ＬＥＤ基板７のＬＥＤ６間の係止孔８が設けられている以外の箇所に、ＬＥＤ６に電気的に接続される電子部品が設けられてもよい。例えば、本実施の形態の場合、直列に接続される複数のＬＥＤ６からなるＬＥＤ列が並列に複数列設けられているが、各ＬＥＤ列には、ＬＥＤ列に流す電流の大きさを決める抵抗９が必要である。抵抗９を、ＬＥＤ間の係止孔８が設けられている以外の箇所（装着部）に設けることにより、係止孔８と同様に抵抗９（電子部品）を装着する為の余分な部分を設ける必要がなく、均一な面発光が可能となる。

つまり、ＬＥＤ間の距離を係止孔８及び抵抗９（電子部品）が収まるように設定し、ＬＥＤ間に係止孔８及び抵抗９（電子部品）を装着する装着部を設けることで、均一な面発光が可能と成る。

図４は、スクウェア型のＬＥＤ照明装置の放熱板に配置される８枚のＬＥＤ基板の平面図である。
８枚のＬＥＤ基板７はそれぞれ同じ方向を向けて一定の距離を空けて並べて設けられている。ＬＥＤ基板７の距離Ｑは、隣り合って並べられる複数のＬＥＤ基板７の内、ある一方のＬＥＤ基板７に設けられたＬＥＤ６から、隣り合う他方のＬＥＤ基板７に設けられたＬＥＤ６までの距離Ｐが、一方の基板に設けられたＬＥＤ間の距離Ｐと等しくなるように設定されている。

具体的に示すと、ＬＥＤ基板７の最外周部のＬＥＤ６はＬＥＤ基板７の端部から５ｍｍの距離の位置に設けられ、ＬＥＤ基板７間の距離Ｑは２ｍｍとなるように配置されている。よって、ある一方のＬＥＤ基板７に設けられたＬＥＤ６から、隣り合う他方のＬＥＤ基板７に設けられたＬＥＤ６までの距離は１２ｍｍとなり、ＬＥＤ基板内のＬＥＤ間の距離Ｐ（１２ｍｍ）と等しい。

また、上述したようにＬＥＤ基板７の方向を縦と横の何れの方向に変えて並べてもＬＥＤ間の距離は等しいので、複数の基板を縦と横の何れの方向を向けて並べても、ＬＥＤ基板７の距離Ｑを２ｍｍとするように配置する限り、複数のＬＥＤ基板７から構成される発光面は、均一に面発光する。
以上、実施の形態１はスクウェア型のＬＥＤ照明装置１であるので、正方形となるようにＬＥＤ基板７を並べているが、ＬＥＤ照明装置はスクウェア型に限らず他の形状であっても、上記ＬＥＤ基板７の距離Ｑを一定とする限り、ＬＥＤ基板７の配列を変えるだけで、様々な形状の均一な面発光が可能なＬＥＤ照明装置に対応が可能である。

次に、ＬＥＤ基板７から拡散板４までの距離とＬＥＤ６間の距離Ｐの関係について説明する。
ＬＥＤのような指向性が強い光源を照明装置に用いた場合は、ＬＥＤ基板から拡散板までの距離が小さい場合には、ＬＥＤ６からの光を十分に拡散することができないため、ＬＥＤのグレアが解消できず均一な面発光ができなかった。よって、本実施の形態では、拡散板４は、ＬＥＤ基板７に設けられるＬＥＤ間の距離Ｐ（１２ｍｍ）よりも大きい距離を、ＬＥＤ基板７から離して保持されている。よって、ＬＥＤ６からの光が拡散板４に到達する前に広がるので、拡散板４にてＬＥＤ６のグレアを解消した面発光が可能である。

拡散板４とＬＥＤ基板７との距離を離すほど、ＬＥＤ６からの光が拡散板４に到達する前に広がるので、拡散板４にて均一な面発光が可能となるが、ＬＥＤ照明装置の厚さが大きくなってしまう。しかし、様々な距離を空けて実験を行った結果、拡散板４とＬＥＤ基板７との距離をＬＥＤ間の距離Ｐに対して大きくすれば、上記効果はある程度得られることが分かった。よって、ＬＥＤ照明装置１の薄型化と面均一発光の為には、拡散板４とＬＥＤ基板７との距離をＬＥＤ基板７のＬＥＤ間の距離Ｐと同じにすることが好ましい。

（実施の形態２）
図５は、本発明に係る実施の形態１の変形例であって、電源部１１をＬＥＤ照明装置２１の内部に設けたＬＥＤ照明装置２１の要部分解斜視図である。実施の形態１との共通の部分に関しては図面に同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態２の特徴部分について説明をする。

放熱板５の中央部に電源部１１が設けられ、電源部１１の周辺に電源部１１を囲うようにＬＥＤ基板７が配置されている。ＬＥＤ基板７は隣り合うＬＥＤ基板７に対して一定の距離（２ｍｍ）を空けて配置されているので、縦方向と横方向のＬＥＤ基板７が組み合わさっているが、上述したように隣り合うＬＥＤ基板７間のＬＥＤ６の距離と、ＬＥＤ基板７内のＬＥＤ６間の距離は等しくなっている。よって、電源部１１の周辺では均一な面発光が可能である。

また、図５では、電源部１１が３つの部分に分けられた部分電源部１２から構成されているが、これに限らず電源部１１と、照射面の照度を計測する照度センサ部や人から発せられる赤外線を検知する人感センサ部等のセンサ部及び／又はセンサ部の検知結果に基づいてＬＥＤのＯＮ／ＯＦＦや輝度を制御する駆動制御部とから構成されていてもよい。
さらに、電源部１１が設けられる位置は放熱板５の中央部に限らず、図１に示すように中央部にＬＥＤ基板７を並べて配置し、その周辺に電源部１１が配置されてもよい。

（実施の形態３）
実施の形態１及び２の照明装置はスクウェア型のＬＥＤ照明装置であったが、照明装置の形状は他の形状であってもよく、実施の形態３の照明装置は、ストレート型のＬＥＤ照明装置である。

図６は、本発明に係る実施の形態３のＬＥＤ照明装置３１の斜視図である。図７は、本発明に係る実施の形態３のＬＥＤ照明装置３１の要部分解斜視図である。実施の形態１又は２との共通の部分に関しては図面に同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態３の特徴部分について説明をする。
図６及び図７を参照して、ＬＥＤ照明装置３１の構成について説明する。ＬＥＤ照明装置３１は、複数のＬＥＤが装着されたＬＥＤ基板７と、ＬＥＤに電源を供給する電源部３６と、ＬＥＤ基板７を取り付けＬＥＤからの熱を放熱する放熱板３５と、ＬＥＤからの光を拡散する拡散板３４と、ＬＥＤ基板７と放熱板３５と電源部３６を収容する収容部材３２と、収容部材と拡散板を固定するフレーム（第１のフレーム３３ａ及び第２のフレーム３３ｂ）とから構成される。なお、第１のフレーム３３ａは電源部３６を覆うカバーとしても機能する。

ＬＥＤ基板７は、実施の形態１又は２と同一のＬＥＤ基板であり、放熱板３５にＬＥＤ基板７が縦方向に縦列に８枚配置されている。ＬＥＤ基板７間の距離は２ｍｍとなるようにＬＥＤ基板７を配置しており、実施の形態１で述べたように、隣り合うＬＥＤ基板間のＬＥＤ６の距離と、ＬＥＤ基板７内のＬＥＤ６間の距離は等しくなっている。よって、ストレート型のＬＥＤ照明装置３１においても均一な面発光が可能である。
以上、実施の形態１から３の説明において、ＬＥＤ基板に装着される複数のＬＥＤは、隣り合うＬＥＤが等距離に設けられている実施形態を例示したが、全てのＬＥＤ間の距離が必ずしも等距離である必要が無く、ＬＥＤ基板間の距離が少なくともＬＥＤ基板の最外周部のＬＥＤ間の距離と等しくなるようにＬＥＤ基板が配置されていれば、ＬＥＤ基板間の非発光部分が暗く目立つことなく、ほぼ均一な面発光が可能となる。

本発明に係る実施の形態１のＬＥＤ照明装置の斜視図である。本発明に係る実施の形態１のＬＥＤ照明装置の要部分解斜視図である。複数のＬＥＤが装着されたＬＥＤ基板の平面図である。放熱板に設けられた複数のＬＥＤ基板の平面図である。本発明に係る実施の形態２のＬＥＤ照明装置の要部分解斜視図である。本発明に係る実施の形態３のＬＥＤ照明装置の斜視図である。本発明に係る実施の形態３のＬＥＤ照明装置の要部分解斜視図である。従来のＬＥＤ照明装置を示す図である。

符号の説明

１、２１、３１ＬＥＤ照明装置
２、３２収容部材
３、フレーム
４、３４拡散板
５、３５放熱板
５ｃ係止孔
６ＬＥＤ
７ＬＥＤ基板
８係止孔
ＰＬＥＤ間の距離
ＱＬＥＤ基板間の距離

Claims

指向性のある複数の光源を装着した基板を一面に複数並べて備える照明装置において、
前記光源及び／又は前記基板は、前記基板が設けられる面において光が均一に発光されるように配置され、
前記光源からの光を拡散する拡散板を、前記光源から該拡散板までの距離が前記複数の光源間の距離より大きくなるように備え、
前記基板を前記一面に係止するための係止孔が、前記複数の光源の内で最外周にある光源の内側に位置する光源の間に配置されて前記基板に設けられていることを特徴とする照明装置。
前記基板は四角形状であり、
前記係止孔は、前記基板の四角に対応して４つ設けられていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
前記複数の光源は、電気的に直列に接続された複数の光源からなる光源の列が並列に複数列設けられ、
前記光源の列に流す電流の大きさを決める抵抗が、前記最外周にある光源の内側に位置する光源の間の前記係止孔とは異なる位置に配置されて前記基板に装着されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。