JP5507577B2 - 照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、屋内の天井などに取り付けて用いられる照明装置に関する。

天井などに取り付ける照明としては、従来白熱電球、蛍光灯などが用いられている。しかし、近年照明分野における省エネルギーの要求が高まってきており、この点において白熱電球はエネルギー利用効率の点および寿命の点で問題があるとされている。また、他方蛍光灯はエネルギー効率では優れているものの、有害な水銀が用いられている点および寿命の点で問題があるとされている。

近年、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitted Diode)を用いた照明も普及しつつある。例えば特許文献１などにＬＥＤを利用した蛍光灯代替の照明装置が提案されている。

特許第４１５３８７０号公報

特許文献１に示された形態の照明装置では、ＬＥＤを光源として用いつつ一般的な蛍光灯器具（ソケット）に取り付けることが可能である。しかし、この照明装置は従来の蛍光灯とは異なり、光拡散特性が狭い、光源を直視するとまぶしい、といった問題点が指摘されている。これらの問題を緩和するために、ＬＥＤ照明の出射側に拡散板やレンズを設ける、といった対策も考えられる。しかしながら、拡散板の利用では光散乱や反射によって光の利用効率が低下する、レンズの利用では個々のＬＥＤに対しレンズを設置する必要があるためコストが上がってしまうという別の課題が生じることとなる。
すなわち本発明は、ＬＥＤを使用することによって、ＬＥＤの利点に加え、光拡散特性が良好であり、直視した時のまぶしさの少ない照明装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決する本発明の照明装置の一態様は、端面から入射した光を主面から出射する導光板と、前記端面に備えられる複数のＬＥＤと、前記導光板および前記複数のＬＥＤを収容する枠体と、前記複数のＬＥＤの電源端子と、を備える。
前記導光板は、導光板の導光方向の長さＬ（ｃｍ）と、前記導光方向および導光板の厚み方向に直交する導光板の幅Ｗ（ｃｍ）とがＷ／Ｌ≧１０である。
前記複数のＬＥＤの数が（Ｗ／Ｌ）／２（個）以上である。
前記電源端子は、前記枠体の端部のうち、導光板の幅方向にあたる少なくとも一方の端部に備えられる照明装置である。
本発明に係る照明装置は、複数のＬＥＤから出射される光を、導光板を用いて拡散させる。上述した導光板及び複数のＬＥＤを用いることにより、光拡散性の向上を図るとともに、まぶしさを抑制する。

前記導光板の厚みは、一定であることが好ましく、特に、２ｍｍ〜３０ｍｍであるのが好ましい。また、前記導光板の主面および端面が鏡面であり、内部に光拡散材を含有するのが好ましく、前記光拡散材の屈折率と前記導光板の基材の屈折率との差が０．４以上であるのが好ましい。さらに、光拡散材の体積平均粒径が０．５〜５μｍであり、その濃度が０．０００１〜０．００３質量％であるのが好ましい。

さらに本発明の照明装置は、直管状蛍光灯に置き換えて使用することができる。

本発明の照明装置は導光方式であるため、従来の蛍光灯と同様な広い光拡散特性であり、直視してもまぶしくなく、さらには従来の蛍光灯と同様に用いることができる。

本発明にかかる照明装置の一例を主面側から見た概略平面図である。 本発明にかかる照明装置の他の例を主面側から見た概略平面図である。 本発明にかかる照明装置のさらなる他の例を主面側から見た概略平面図である。 上記図２Ａの照明装置をその主面に垂直で導光方向に平行なＩＩＩ−ＩＩＩ面で切断した概略断面図である。 本発明及び比較例の光学特性測定方法を示す概略図である。 本発明及び比較例の光学特性を示す図である。

以下、図１に従って本発明を説明する。本発明の照明装置１は、散乱要素を有する導光板２、複数のＬＥＤ３、導光板２および複数のＬＥＤ３を収容する枠体４、複数のＬＥＤ３の電源端子５、及び電源装置６を有する。
導光板２は、図１では、板状のものを一例として用いる。導光板２は、厚みＴ（ｃｍ）、導光方向の長さＬ（ｃｍ）、及び幅Ｗ（ｃｍ）から大きさが特定される。厚み（厚み方向）、導光方向の長さ（導光方向）、及び幅（幅方向）は、相互に直交する。なお、厚みＴは、図１では図示していないが、後述する図３に示す。
導光板２を形成する、導光方向と幅方向に平行する二つの端面、いいかれば、導光方向と幅方向とにより形成される二つの端面を主面とする。二つの主面のうち、導光された光を出射する主面を出射側主面、他方を反出射側主面とする。出射側主面と反出射側主面との間隔が厚みに相当する。また、幅方向は、導光方向と厚み方向とに直交する。言い換えれば、導光方向と厚み方向とにより形成される面と直交する。

複数のＬＥＤ３は、導光板２の端面（厚み方向と幅方向とにより形成される端面）に備えられる。各ＬＥＤ３を配置する端面を、入射端面ともいう。
電源端子５は、枠体４の複数の端部のうち、導光板２の幅方向にあたる端部に備えられ、各ＬＥＤ３に給電するための電源装置６に接続される。電源端子５に交流電流が供給されるため、電源装置６により直流に変換し、必要に応じて電圧を調整し、ＬＥＤ３へ直流電流を供給する。なお、図１は、照明装置１を模式的に示しており、電源端子５及び電源装置６と、各ＬＥＤ３との接続等については省略している。

複数のＬＥＤ３から導光板２の入射端面に導入される光は、導光板２に備えられた散乱要素によって出射側主面から図１の紙面正面方向に向けて出射される。
前記散乱要素としては、主面に設けられる白色反射ドット印刷、主面に設けられる表面微細凹凸、光拡散材の含有等、公知の種々の散乱要素が適用可能であるが、後述するとおり光拡散材を含有するのが好ましい。

本発明の対象となる照明装置１に用いられる導光板２は、導光方向の長さＬ（ｃｍ）と、導光方向および導光板２の厚み方向に直交する導光板２の幅Ｗ（ｃｍ）とがＷ／Ｌ≧１０を満たすものである。従来、導光板は導光距離をより長くすることが求められ、本発明のように細長い形状の導光板ではその短辺側（長さＬの辺）に光源を設けるのが常であった。しかしながらＬＥＤを短辺側の狭い領域に集中配置すると、ＬＥＤから生じる熱によってＬＥＤの寿命が短くなってしまうという問題が生じる。本発明では導光板２の長辺（長さＷの辺）にＬＥＤを分散配置することで熱の問題を解消できる。

ここで、導光板２の厚みが一定であると、押出し製法で作製した樹脂基板から切り出すことによって導光板２を安価に製造できる。さらに導光板２の厚みが２ｍｍ〜３０ｍｍであることが好ましい。３０ｍｍ以下とすることで照明装置１の重量を抑えることができる。特に、本発明の照明装置１を蛍光灯器具に取り付ける場合、蛍光灯器具への重量面での負担を過大にすることなく使用できる。
また導光板２の厚みを２ｍｍ以上とすることでＬＥＤからの光を効率よく導光板２内へ導入できる。

さらに導光板２は、導光板２の主面および端面が鏡面であり、内部に光拡散材を含有するものであることが好ましい。導光板２の主たる散乱要素を内部に含有させた光拡散材とすることで、印刷や表面凹凸加工を別途設ける場合に比べ安価に製造できる。一般に、均一に拡散された光拡散材を散乱要素とすると、光源付近と光源から離れた位置とで導光板２の主面の輝度に差が生じ易いが、本発明では導光距離が短いので、ほとんど目立たない。

さらに光拡散材の屈折率と導光板２の基材の屈折率との差が０．４以上であることが好ましい。このような光拡散材であると、導光板２内で光をより強く屈折させることができる。その結果、導光板２の主面に対し垂直な方向へ出射する光量を増すことができる。そのため、導光板２の出射側に別途光拡散シートを設けなくても良い、という特徴がある。

さらに光拡散材の体積平均粒径は０．５〜５μｍ、その濃度が０．０００１〜０．００３質量％であることが好ましい。光拡散材の体積平均粒径が０．５μｍより小さい場合、導光板２の入射端面付近とそこから離れた位置とで色に差が生じることがある。光拡散材の体積平均粒径が５μｍより大きい場合、含まれる大きな粒子が点灯時に輝点となって外観を損ねる恐れがある。加えて、導光板２の製造装置を損傷する恐れがある。なお、本発明において体積平均粒径は、レーザー回折散乱法によって求められたものである。
光拡散材の濃度が０．０００１質量％より少ない場合、導光板２内の光を主面方向へ十分出射できない恐れがある。また０．００３質量％より大きい場合、光源付近のみが明るくなってしまう恐れがある。

本発明の導光板２の基材は透明樹脂、例えばアクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂などを使用できる。透明性の点で、特にアクリル系樹脂、中でもポリメチルメタクリレートが好ましい。

光拡散材としては、基材樹脂に対する屈折率差の大きい無機化合物粒子、例えば酸化チタン、酸化亜鉛などが好ましく用いられる。

同じ光量を得る場合、各ＬＥＤ３で生じる熱を効率よく放散するためには、ＬＥＤの数が多い方が好ましい。したがって図２Ａ，２Ｂに示すように一方の入射端面に対向する端面にも光源を備えてもよい。その際、図２Ａのように対向する端面に備えられる複数のＬＥＤ３が互いに対向していても良いし、図２Ｂのように対向する端面に備えられる複数のＬＥＤ３が互いに対向していなくても良い。

一方でＬＥＤの数が多くなるほどＬＥＤユニットの組み立てが煩雑になるという問題がある。加えて、複数のＬＥＤ３で生じる熱を放散する効率の改善効果も顕著でなくなる。従ってＬＥＤの数は多ければよいというものではなく、片側の入射端面あたりＷ／Ｌ×２０（幅Ｗを導光方向の長さＬで割った値に２０を乗算した数）個以下であるのが好ましい。製造コストを考慮すると、ＬＥＤの数は少ない方が好ましい。ＬＥＤの放熱性能が向上すると、ＬＥＤの数を少なくすることが可能になる。
また、小数のＬＥＤ素子で照明装置を構成すると放熱不足の問題が生じるため、素子をある程度の個数に分散配置する必要がある。導光板の片側または両側に配置するＬＥＤの総個数は、Ｗ／Ｌ／２個以上であることが好ましい。Ｗ／Ｌ／２個より少ないとＬＥＤがまばらになり、導光板の面内輝度にムラが生じると予想される。
複数のＬＥＤ３で生じる熱を放散する放熱板を導光板２の反出射側主面に設けても良い。または、図３に示すように、複数のＬＥＤ３について、導光板２とは反対側の側面に放熱板７を設けてもよい。図３は、図２ＡのＩＩＩ−ＩＩＩ断面図であり、図２Ａの構成例に加え、枠体４と各ＬＥＤ３との間に放熱板７を設けた例を示している。図３は、放熱板７を設置する一例を示したものであり、これに限られることはない。例えば、枠体４自体に放熱機能を有する材質を用いてもよいし、枠体４の外側に放熱板７を設置してもよい。
さらに、枠体４と導光板２との配置は図３に限られることはない。例えば、枠体４は、反出射側主面２２と接着していてもよい。

導光板２に配置する複数のＬＥＤ３は、複数のＬＥＤを基板上に整列させて配置したＬＥＤモジュールを用いても良い。複数のＬＥＤ３を導光板２に配置する場合には組み立てが煩雑になるが、基板に電力供給用の配線を設けることにより、組み立てが煩雑になるという問題点を軽減することができる。この場合、ＬＥＤモジュール内において、電源装置６の機能を実現することができる。

図３では、導光板２の下側を出射側主面２１、上側を反出射側主面２２として示す。出射側主面２１と反出射側主面２２とは、厚み方向に厚みＴ（ｃｍ）の間隔隔てられている。
各ＬＥＤ３から入射端面に入射される光は、出射側主面２１から出射される。従って、導光板２の幅方向端面（導光板２の側面となる端面１対であり、両短辺側の端面）および反出射側主面２２に反射要素を備えていても良い。反射要素としては、Ａｌ等の金属蒸着、アルミテープや白色テープ等の反射性テープ、反射性白色塗料の塗布等により設けることができる。
また、導光板２の幅方向の少なくとも一方の端部にもＬＥＤを備えることを妨げるものではない。

また、上記実施形態では、導光板２の一例として、板状の導光板を用いて説明したが、これに限られるわけではない。例えば、多角柱の形状であってもよい。しかしながら、光の利用効率を考慮すると、板状であることが好ましい。

以上説明したように、本発明によれば、照明装置にＬＥＤ及び上述した導光板を使用することによって、ＬＥＤの利点、例えば、エネルギー効率が高く、有毒な水銀を使用することも無く、さらに、長寿命であるという利点に加え、光拡散特性が良好であり、直視した時のまぶしさの少ない照明装置を提供することを可能とする。

＜実施例＞
体積平均粒径１μｍの酸化チタン粒子を０．００２質量％含有したアクリル樹脂（（株）クラレ製パラペット）を通常の押出成形機を用いて、５ｍｍ厚さで導光板用基板を製造した。
前記導光板用基板を、導光方向の長さＬ（導光長）：１００ｍｍ、幅Ｗ：１５００ｍｍに切断し、４辺の端面（入射端面、入射端面に対向する端面及び二つの側面、言い換えると二つの主面以外の面）に研磨加工を施して導光板とした。

次いで、得られた導光板の反出射側主面に、導光板の主面とほぼ同じ形状の白色反射フィルム（古河電気工業（株）製 ＭＣ−ＰＥＴ）を重ね合わせた。さらに導光板の側面となる端面１対（両短辺側）に反射アルミテープを貼った。

これとは別に、０．３Ｗの白色ＬＥＤを２０ｍｍピッチで７５個、ガラス−エポキシ基板上に配置し、当該ＬＥＤユニットをアルミ製チャンネルに固着し、１５００ｍｍ長さのＬＥＤモジュールを作製した。当該モジュールは２本作製した。

その後、反射板を重ね合わせた導光板の両方の長辺に当該ＬＥＤモジュールを配置して枠体に嵌め込んだ。枠体の短辺両端には、蛍光灯器具ソケットに嵌合する電源端子としてオス型突起ピンを取り付け、ＡＣ電源回路を形成して、ＬＥＤ用電源装置（ＡＣ／ＤＣアダプター）に接続した。電源装置は、電源端子から導入される交流電流を直流電流に変換し各ＬＥＤへ供給する。
ここで、導光板は、幅Ｗが１５００ｍｍ、長さＬが１００ｍｍであり、Ｗ／Ｌ／２は、１５００／１００／２＝７．５となる。用いたＬＥＤの数は、１５０（７５×２）個であり、Ｗ／Ｌ／２個以上を満たす。

＜比較例１＞
従来型の蛍光灯として、４０Ｗ白色直管型蛍光灯１灯を用いた。

＜比較例２＞
蛍光灯型ＬＥＤ照明装置として日本アドバンテージ株式会社製「４０Ｗ１列クリア」型を用いた。（ＬＥＤ１３８個 ９ｍｍピッチ）

＜評価＞
図４に示すように、壁面１０２に白色反射板１０４を取り付け、その観察側に実施例の照明装置または比較例の照明装置を、光源１０１として設置した。壁面１０３には照度計１０５を上下方向に可動可能に設置した。また黒ネル１０６を設置した。光源１０１を点灯し、正面方向に、測定距離として３０００ｍｍ離れた位置の正面および上方向における照度をそれぞれ測定した。ここでは、測定高さ０ｍｍを正面とした。
該測定結果について正面における照度を基準として規格化したグラフを図５に示す。具体的には、図５では、実施例及び比較例それぞれについて、正面における照度を基準値とし、基準値に対する上方向における照度の割合を、規格化照度（％）として示している。

図５に示す通り、本発明の照明装置は蛍光灯とほぼ同等の優れた拡散特性を示した。一方、比較例２の蛍光灯型ＬＥＤの拡散特性は非常に狭いものであった。また比較例２の蛍光灯型ＬＥＤは光源装置を直視すると眩しかったが、本発明の照明装置は眩しくなかった。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

この出願は、２００９年１１月６日に出願された日本出願特願２００９−２５４５７４号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１ 照明装置、２ 導光板、２１ 出射側主面、２２ 反出射側主面、
３ ＬＥＤ、４ 枠体、５ 電源端子、６ 電源装置、７ 放熱板、
１０１ 光源、１０２、１０３ 壁面、１０４ 白色反射板、１０５ 照度計、１０６ 黒ネル。

Claims (5)

1. 端面から入射した光を主面から出射する導光板と、
   前記端面に備えられる複数のＬＥＤと、
   前記導光板および前記複数のＬＥＤを収容する枠体と、
   前記複数のＬＥＤの電源端子と、を備え、
   前記導光板は、導光方向の長さＬ（ｃｍ）と、前記導光方向および導光板の厚み方向に直交する導光板の幅Ｗ（ｃｍ）とが、Ｗ／Ｌ≧１０であり、内部に光拡散材を含有し、
   前記複数のＬＥＤの数が（Ｗ／Ｌ）／２（個）以上であり、
   前記電源端子は、前記枠体の端部のうち、前記導光板の幅方向にあたる少なくとも一方の端部に備えられ、
   前記光拡散材の屈折率と前記導光板の基材の屈折率との差が０．４以上であり、
   前記光拡散材の体積平均粒径は０．５〜５μｍ、その濃度が０．０００１〜０．００３ｗｔ％である照明装置。
2. 前記導光板の厚みが一定であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記導光板の厚みが２ｍｍ〜３０ｍｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
4. 前記導光板の主面および端面が鏡面であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の照明装置。
5. 直管状蛍光灯に置き換えて使用可能であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の照明装置。

Images