(57)【要約】【課題】照度が高く、全体に均一な照度分布を得ることのできる導光部材を用いたＬＥＤ照明装置を提供する。【解決手段】一端面から入射された光を側面で全反射させて他端面側へ導光する導光部材と、この導光部材の一端面に発光光を入射するＬＥＤ光源と、前記導光部材の少なくとも１側面を出光面とし、前記導光部材の少なくとも前記出光面と対抗する側面に前記ＬＥＤ光源から導光部材に入射された光を前記出光面から出射される向きに拡散反射させるとともにこの１側面から透過させるように形成された拡散反射面を形成し、前記導光部材の少なくとも前記拡散反射面の形成された側面の外側に空気層を介して拡散反射材を対向配置する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端面から入射された光を側面で全反射させて他端面側へ導光する導光部材と、この導光部材の一端面に発光光を入射するＬＥＤ素子を備えたＬＥＤ光源と、前記導光部材の少なくとも１側面を出光面とし、前記導光部材の少なくとも前記出光面と対向する側面に前記ＬＥＤ光源から導光部材に入射された光を前記出光面から出射される向きに拡散反射させるとともにこの１側面から透過させるように形成された拡散反射面を形成し、前記導光部材の少なくとも前記拡散反射面の形成された側面の外側に空気層を介して拡散反射部材を対向配置したことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
【請求項２】
請求項１に記載のＬＥＤ照明装置において、前記導光部材が、側面が端面の幅より長い長尺部材で構成され、前記側面に形成された拡散反射面は、前記端面からの距離が小さいほど光の拡散角度が小さく設定され、大きいほど光の拡散角度が大きくなるように設定されたことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のＬＥＤ照明装置において、前記拡散反射面は、マイクロレンズを形成するような球面状の微小凹凸で形成したことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載のＬＥＤ照明装置において、前記拡散反射面は、拡散角度が面内の位置によって段階的に変化するように形成されていることを特徴とするＬＥＤ照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、発光ダイオード（以下ＬＥＤという）を光源としたＬＥＤ照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
照明装置としては、これまで蛍光ランプ等を光源とするものが多かったが、近年ＬＥＤを光源とするものが種々の分野で実用化されている。ＬＥＤは蛍光ランプより発光効率が高いため、これを光源として使用した照明装置は、消費電力を低減することが可能となる。
【０００３】
ＬＥＤを光源として直線状あるいは平面状の照明装置を形成する場合は、多数のＬＥＤ素子を、直線状又は平面状に均等な間隔で並置する方法が一般的である。
【０００４】
しかしながら、この方法では点状に発光源が多数並ぶため、全体が均等な明るさの直線状あるいは平面状光源とすることが困難であった。そこでＬＥＤ素子の前面に拡散効果をもつシート状の拡散部材を配置して、ＬＥＤ素子の直進光を拡散することで明るさの分布が均一で滑らかな直線状あるいは平面状光源とすることが行われている。しかし、拡散部材は光の透過率が６０％程度と低いため、光の利用効率が低下し、照度が低く暗くなることにより、ＬＥＤを光源とする照明装置を、蛍光ランプを用いた照明装置の代わりにすることができなかった。
【０００５】
これらの問題点を解決するため、特許文献１に示されるような導光技術を用いた直線状又は平面状の照明装置が提案されている。
【０００６】
特許文献１に示された従来の第１の照明装置の構成を図８〜１０に示す。
【０００７】
図８〜１０において、５０は照明装置であり、ＬＥＤ素子５１と、これを保持する基板５２と、これらを収容するＬＥＤケース５３と、上下端の入光面５４ａ，５４ｂから入射されたＬＥＤ素子５１からの光を、正面の出光面５４ｅから出射させる平板状の導光部材５４とを備える。導光部材５４は透明なアクリル板やガラス板で構成され、入光面５４ａ，５４ｂから入射された光の進行方向に沿う正面の出光面５４ｅと対向する背面５４ｆには、入射したＬＥＤ素子５１の光を乱反射させ出光面５４eから出射されるように進行方向を変更するＶ溝５７等からなる拡散手段が形成されている。Ｖ溝５７が形成された背面５４ｆには反射シート５６が密着されている。拡散手段のＶ溝５７は、ＬＥＤ素子５１に近い位置にある溝ほど溝の深さを浅く、又は溝の密度を粗くして出光面５４ｅへ向かう拡散光の量が小さくなるようにしている。また、ＬＥＤ素子５１から遠い位置にある溝ほど溝の深さを深くし、又は溝の密度を密にして出光面５４ｅへ向かう拡散光の量が大きくなるようにしている。これによって出光面５４ｅの全体の明るさの分布を均等にすることができる。
【０００８】
反射シート５６は、高反射率の白色のプラスチックシートを用いる。反射シート５６と導光部材５４とはできるだけ密着させることが望ましく、この反射シートの代わりに反射鏡を用いるようにしてもよい。また、導光部材５４の外側面に高反射率の塗料を塗布した場合は、反射シートは不要となる。
【０００９】
照明装置５０は、導光部材５４と、導光部材５４の上下端の入光面５４ａにＬＥＤ素子５１の出射端が位置するように基板５２を配置し、基板５２および導光部材５４の一部を覆うようにＬＥＤケース５３を被せて構成される。
【００１０】
このような照明装置５０においては、電源から電力を供給してＬＥＤ素子５１を点灯すると、ＬＥＤ素子５１の発光光が、入光面５４ａ、５４ｂから図１０に矢印で示すように導光部材５４に入射され、導光部材５４の中を全反射しながら進行する。進行した光は、Ｖ溝５７が、深さや密度がＬＥＤ素子からの距離にしたがって変更されているので、その斜面５７ａにより進行方向が変えられて乱反射光となり、出光面５４ｅの全面からほぼ均一な強度で同様に矢印で示すように出射するため、出光面５４ｅの全面の照度むらが低減され、ほぼ均一な照度分布とすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−１４２０３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前記の従来装置では、導光部材の光拡散面を形成する溝の深さやピッチをＬＥＤ素子からの距離に応じて調整することにより出光面の照度の均一化をはかるものであるが、導光部材の光拡散面の背面に反射シートを密着させるか、高反射率の塗料を塗布しているため、光拡散面で全反射が起こり、光の拡散効果が損なわれる。このために、導光部材の出光面からの光の出射量が低減し、照度が十分に得られず全体が暗くなるという問題がある。
【００１３】
この発明の課題は、このような問題を解決して、照度が高く、全体に均一な照度分布を得ることのできる導光部材を用いたＬＥＤ照明装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記の課題を解決するため、この発明は、一端面から入射された光を側面で全反射させて他端面側へ導光する導光部材と、この導光部材の一端面に発光光を入射するＬＥＤ素子を備えたＬＥＤ光源と、前記導光部材の少なくとも１側面を出光面とし、前記導光部材の少なくとも前記出光面と対向する側面に前記ＬＥＤ光源から導光部材に入射された光を前記出光面から出射される向きに拡散反射させるとともにこの１側面から透過させるように形成された拡散反射面を形成し、前記導光部材の少なくとも前記拡散反射面の形成された側面の外側に空気層を介して拡散反射部材を対向配置したことを特徴とするものである。
【００１５】
また、この発明における、前記導光部材が、端面の幅より側面が長い長尺部材で構成され、前記側面に形成された拡散反射面は、前記端面からの距離が小さいほど光の拡散角度が小さく設定され、大きいほど光の拡散角度が大きくなるように設定するのがよい。
【００１６】
この前記拡散反射面は、マイクロレンズを形成するような球面状の微小凹凸で形成することができる。そして前記拡散面は、拡散角度が面内の位置によって段階的に変化するように形成するのがよい。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、少なくとも導光部材の拡散反射面の形成される１側面の背面に、空気層を介して反射部材を対向配置するため、導光部材の１側面に形成された拡散反射面で拡散されないでこの面を透過して光が、この反射部材で反射されて再び導光部材に入射され、出光面から出射されるようになるため、拡散効果が増大し、明るい照明装置とすることができる。
【００１８】
長尺の導光部材を使用した長尺の照明装置であっても、導光部材の１側面に形成される拡散面での拡散光量を導光部材のＬＥＤ発光光の入射される入光面となる端面からの距離が大きくなるほど大きくなるように構成しているので、導光部材の出光面から出射される光の明るさが全体に均一になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明の実施例による照明装置の外観を示す斜視図。
【図２】この発明の実施例による照明装置の構成を示す分解斜視図。
【図３】この発明の実施例による照明装置のＬＥＤ光源の構成を示す分解斜視図。
【図４】この発明の実施例による照明装置の一部を拡大して示す断面図。
【図５】この発明の動作説明に用いる導光部材の斜視図。
【図６】この発明の動作説明図。
【図７】この発明の照明装置の照度分布特性を示す特性線図。
【図８】従来の照明装置の構成を示す正面図。
【図９】従来の照明装置の構成を示す分解斜視図。
【図１０】図８のＡ−Ａ線に沿う断面を拡大して示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
この発明の実施の形態を図に示す実施例について説明する。
【００２１】
図１ないし図５は、この発明の実施例を示すものであり、これらの図において、１０は、照明装置の本体である。この本体１０は、図２に示すように、透明のアクリル樹脂で形成された長尺の平板状の導光部材１１と、この導光部材１１を保持する、溝形の金属製保持枠１３と、導光部材１１と保持枠１３との間に介装される反射体１２とで構成される。保持枠１３内に収容された導光部材１１は、保持枠１３に止めねじ１５によりねじ止めされた押え板１４により保持枠１３から脱落しないように固定されている。
【００２２】
照明装置本体１０の両端にＬＥＤ光源２０が結合される。ＬＥＤ光源２０は、図３に示すように、基板２２に支持された複数のＬＥＤ素子２１と、これを収容するＬＥＤカバー２３を備える。ＬＥＤカバー２３は、絶縁性の樹脂で構成され、図４に示すように内部に放熱シート２４を介してＬＥＤ素子２１と熱的に結合された熱伝導板２５を収容する。基板２２から引き出されたリード線２８は、カバー２３の側面に設けたリード引出し口２９から引き出され、電源に接続される。
【００２３】
ＬＥＤカバー２３に収容された熱伝導板２５は、ＬＥＤカバー２３の天上壁にねじ止め等によって固定され、ＬＥＤ素子２１を支持する基板２２がＬＥＤカバー２３内に設けられた取付け座２３ａに取付けねじ２７により固定される。このようにＬＥＤカバー２３内に収められたＬＥＤ素子２１は放熱シート２４を介して熱伝導板２５と接触し、ＬＥＤ素子２１の発生熱が放熱シート２４を介して熱伝導板２５へ伝導される。
【００２４】
このように構成されたＬＥＤ光源２０は、ＬＥＤカバー２３を照明装置本体１０の保持枠１３の両端に嵌め込むことにより、ＬＥＤカバー２３内のＬＥＤ素子２１が保持枠１３内の導光部材１１の両端面に対向して配置される。これにより、ＬＥＤ素子２１の発光光を導光部材１１の入光面となる端面１１ａ，１１ｂから導光部材２１内に入射することができる。また、ＬＥＤカバー２３内の熱伝導板２５の内面が、図４に示すように本体１０の保持枠１３の外側面と接触するようになる。これにより、放熱シート２４を介して熱伝導板２５に伝導されたＬＥＤ素子２１の熱が、金属製の保持枠１３に伝導され、この保持枠１３の表面から大気中に放熱され、ＬＥＤ素子２１を冷却することができる。
【００２５】
導光部材１１は、図５に示すように、端面の幅より側面の長さが長い、透明のアクリル樹脂で形成された細長い直方体で構成されている。入光面となる両端面１１ａ，１１ｂに対向してＬＥＤ光源２０が配置される。入光面１１ａ，１１ｂから導光部材１１内に入光されたＬＥＤ光源の発光光は、導光部材１１の４つの側面の１つの側面が出光面１１ｃとなる。導光部材１１に入光された光が、この出光面１１ｃから出光されるように進行方向を変更するために、側面内の少なくともこの出光面１１ｃと対向する側面１１ｄには、この面が拡散反射面となるようにシボ加工等によりマイクロレンズのような微小の球面状の凹凸１１ｖがランダムに多数形成されている。
【００２６】
そしてこのように多数の微小の凹凸１１ｖによって形成された拡散反射面１１ｄを、ＬＥＤ光源２０に近い端部分１１ｄ−１と遠い中央部分１１ｄ−２とに区分し、端部分１１ｄ−１では、反射面における光の拡散角度を例えば６°程度の小さい角度に設定し、中央部分１１ｄ−２では反射面の光の拡散角度を１２°程度の大きな角度に設定することにより、拡散反射面１１ｄでの光の反射機能（反射光量）が光源から近い部分より遠くなる部分で大きくなるようにしている。これによって導光部材中を伝播中の光の減衰が補償される。拡散反射面１１ｄにおける反射機能の調整は、拡散反射面１１ｄを形成する凹凸の大きさや高さをかえることによっても行うことができる。この場合、拡散反射面１１ｄは、光源からの距離に応じて反射機能が徐々に変化するように形成することも、段階的に変化するように形成することもできるが、反射機能が段階的に変化する拡散反射面とした方が製造コスト面で有利となる。
【００２７】
上記拡散反射面の加工法として、金型を用いたプレス加工する方法がある。すなわち、微小の凹凸を有する原版の形状を電気鋳造法により転写した金型を、導光部材１１に対してプレス加工することによって、導光部材１１に微小の凹凸を有する拡散反射面を形成することができる。
【００２８】
次に導光部材１１におけるＬＥＤ光源２０から入射された光の伝播動作について説明する。
【００２９】
図６に示すように、ＬＥＤ光源２０で発光された光は、空間の空気層を介して導光部材１１の端面の入光面１１ａ、１１ｂから導光部材１１に入射される。導光部材１１に入射された光は、導光部材１１の各側面の空間の空気と接する界面にて、導光部材１１と空気との屈折率の差によって全反射を起こしながら導光部材中を他方の端面に向かって進行する。
【００３０】
光が全反射を起こすためには、光を導光部材と空気との屈折率の差によって生じる臨界角以上の角度で導光部材の界面に当てる必要があるが、ＬＥＤ光源２０から導光部材１１に入光する時点の屈折率差により、入光角度は一定角以内になっているため、導光部材１１の側面の空気との界面に光が当たるときには臨界角以上の角度が保持されている。また、この関係を維持して光を導光部材中で進行させるためには、導光部材の側面の表面は凹凸のない平滑面であることが望ましい。
【００３１】
導光部材１１から外部すなわち大気中に対して光を射出するためには、導光部材１１の側面の１つに形成された拡散反射面１１ｄおよびその外側に配置した拡散反射シート１２で光の反射の角度を意図的に変えて全反射条件を崩して全反射が起こらないようにする必要がある。
【００３２】
図６に示すように導光部材１１内を全反射して伝播してきた光は、拡散反射面１１ｄの形成された側面に当たることで乱反射して拡散され、反射角度が変わり、出光面となる側面１１ｃに臨界角以下の角度で当たりその界面を透過して大気中に出光するようになる。一方で拡散反射面１１ｄでは、その凹凸によって全反射条件も変わっているため、この面に当たった光の一部はこの面を透過して、外側の拡散反射シート１２へ向かい、ここで反射して、拡散反射面１１ｄを透過して再度導光部材１１内へもどり、導光部材１１の中を導光され、出光面から出光される。
これにより、導光部材１１による導光効率が高まり、出光面１１ｃからの出光量が増大し、照度が高く、明るい照明装置とすることができる。
【００３３】
導光部材１１の拡散反射面１１ｄに光源からの距離に応じて光の拡散角度の変化する領域を２段階以上に設けることにより、図７に示すように出光面１１ｃからの出光量を調節して全体の照度を均一な分布にすることが可能となる。図7の横軸は光導部材１１の長さ（距離）を示し、中心を基準位置とし、この位置から左方向への距離を負数で、右方向への距離を正数で表している。縦軸は照度を示す。
【００３４】
導光部材を用いた照明装置の照明範囲を長くするために長尺にする場合は、導光部材１１の拡散反射面１１ｄの光拡散角度を、光源からの距離に応じて数段階に分けて細かく調節することにより、導光部材の全体の出射光量を調節して、照度分布を均一にすることができる。
【００３５】
また、反射シート１２は、拡散反射面１１ｄで透過・散乱された光を反射して導光部材１１にもどすので、導光部材１１の中をさらに遠くへ伝播させることが可能となり、全体の照度を高めることができる。
【００３６】
この実施例では、２段階に拡散角度を変えているが、これより多数の段階で光拡散角度を変えてもよい。
【００３７】
また、反射シート１２を拡散反射面１１ｄの外側に空気層を介して固定する方法として、反射シート１２を拡散反射面１１ｄの外側に粘着テープにより接着する方法を用いることができる。粘着テープは拡散反射面１１ｄの一部に貼り付けるようにする。このようにすると、粘着テープの粘着機能により拡散反射面１１ｄと粘着テープ、および反射シート１２と粘着テープとが密着接合されることにより、拡散反射面１１ｄと反射シート１２とが粘着テープの厚み分だけ離れ、両者間に空気層を形成することができる。
【００３８】
さらに、拡散反射面１１ｄと粘着テープと反射シート１２とが密着した部分においては、粘着テープによる光の拡散機能が付加される。例えば、粘着テープの機材が不織布である場合、不織布が微小の凹凸を有するため、拡散反射面１１ｄを透過した光は、粘着テープによって拡散されるようになる。
【００３９】
上記粘着テープによる拡散特性は、拡散反射面による拡散特性とは異なるので、拡散反射面１１ｄの粘着テープを貼り付けた部分と、粘着テープの貼り付けられていない部分とで、拡散特性が変わる。このことを利用して、粘着テープを貼り付ける位置や、粘着テープの面積を適宜に選択することによって、拡散反射面１１ｄや反射シート１２による拡散特性とあいまって、照度の均一化や、照度の向上を図ることができる。
【００４０】
例えば、拡散反射面が、マイクロレンズのような微小な球面状の凹凸で形成され、拡散反射面と反射シート１２お一部が粘着テープによって固定され、粘着テープを構成する機材が不織布である場合、粘着テープが貼り付けられている部分においては拡散角度が拡散反射面の拡散角度より大きいため、導光部材１１を伝播中の光の減衰が、粘着テープの貼り付けられていない部分と比べて大きくなる。言い換えれば、粘着テープが貼り付けられている部分があるため、光をより多く拡散させて、大気中に出すことができる。
【００４１】
上記粘着テープによる拡散機能は、粘着テープを貼り付ける拡散反射面が微小な凹凸のない平滑な面であっても発揮される。すなわち、導光部材の拡散反射面の微小凹凸の形成されない平滑な面の粘着テープが密着して貼り付けられた部分は、導光部材との屈折率の差が空気層のそれと比べて小さくなり、光学的には導光部材と一体となるため、入射した光の一部は、平滑面を全反射せずに透過し、粘着テープの基材が有する微小凹凸によって拡散される。
【００４２】
このように、導光部材１１の平滑面に粘着テープを貼り付けて拡散機能を発揮させることを利用すれば、導光部材の光を拡散させたい部分に微小凹凸を形成することなく、粘着テープを貼り付けることで簡単に拡散機能を実現できる。
【符号の説明】
【００４３】
１０：ＬＥＤ照明装置
１１：導光部材
１１ａ，１１ｂ：入光面
１１ｃ：出光面
１１ｄ：拡散反射面
１２：拡散反射シート
２０：ＬＥＤ光源
【図１】
2011049144.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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