(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子を有する光源が配置された複数の支持体と、それらの支持体に連結された複数の第一の支柱と、それらの第一の支柱および前記支持体に連結された複数の第二の支柱と、を備えた照明装置であって、
前記支持体は、前記第一の支柱および前記第二の支柱に設けられた貫通孔に嵌め込まれており、前記第一の支柱および前記第二の支柱が前記支持体を軸として可動に連結されたことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記光源に電力を供給する配線コードが、前記支持体の側面に設けられた貫通孔と、前記第一の支柱または前記第二の支柱の中空部とを介して配置されている請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記第一の支柱と前記第二の支柱との間に、緩衝材が配置されている請求項１または２に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光素子として発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）」と呼ぶことがある。）等を用いた照明装置にかかわり、特に、光源の間隔を任意に調節できるだけでなく、光源配置面を平面から曲面に変えることによって、発光素子の光軸方向を変え配光性を変化させることが可能な分散型面光源に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来、照明用の光源として、プリント基板等の平面上に複数の発光素子を配置した照明装置が使用されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の照明装置では用途に合わせて配光性を容易に変化させることが困難であった。即ち、使用者側で任意に発光面の広さを大きくしたり、該発光面を曲面とすることによって配光性を変化させたりすることが簡単にできなかった。
【０００４】
本発明はこのような問題を鑑みてなされたものであり、発光素子を使用して光源を形成すると共に、使用者側で任意に光源と光源の間隔を容易に調整可能であり、かつ発光面を曲面とすることのできる照明装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、発光素子を有する光源が配置された複数の支持体と、それらの支持体に連結された複数の第一の支柱と、それらの第一の支柱および上記支持体に連結された複数の第二の支柱と、を備えた照明装置であって、上記支持体は、上記第一の支柱および上記第二の支柱に設けられた貫通孔に嵌め込まれており、上記第一の支柱および上記第二の支柱は、上記支持体を軸として可動に連結されたことを特徴とする照明装置である。
【０００６】
このように構成することにより、発光ダイオードを使用した複数の光源を分散させて配置し、軽くて丈夫な照明装置とすることができる。発光ダイオードを光源として使用しているため、電球、蛍光灯などよりも寿命、消費電力、メンテナンスなど、多数の点において大幅に優れている。
【０００７】
本発明は、上記支持体、上記第一の支柱および上記第二の支柱は、上記第一の支柱および上記第二の支柱を所定の方向に動かすことにより、上記光源の間隔を調整可能であるように連結されている照明装置である。
【０００８】
このように構成することにより、発光ダイオードを使用した多数の光源を分散させて配置することが可能であり、さらに発光面の面積を容易に変化させることが可能である。
【０００９】
本発明は、上記支持体、上記第一の支柱および上記第二の支柱は、上記第一の支柱および上記第二の支柱を所定の方向に動かすことにより、上記第一の支柱および上記第二の支柱より成る平面のうち、上記光源が配置された側の光源配置面を平面から曲面に変形させることができるように連結されている照明装置である。
【００１０】
このように本発明独特の方法で支柱を組み合わせて形成される照明装置は、所定の方向に伸縮させることにより光源の間隔を調整可能であるだけでなく、発光面（光源配置面）をある程度曲げることにより、凹面あるいは凸面の状態にし、光の配光性を変化させることも可能である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、以下に図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための照明装置を例示するものであって、本発明は照明装置を以下に限定するものではない。また、各図面に示す部材の大きさや位置関係などは説明を明確にするために誇張しているところがある。
【００１２】
本発明に使用される光源１０６は、白色系を発光する発光ダイオード２０２を基板の上に一つ以上配置する。ここで、青色系、赤色系、緑色系の発光ダイオードをそれぞれ一つずつ組み合わせた３素子の発光ダイオードで一つの光源を形成するか、あるいは青色系、赤色系、緑色系の発光ダイオードをそれぞれ一つ以上組み合わせた４素子の発光ダイオードで一つの光源を形成してもよい。それぞれの発光ダイオードはリフレクタ２０３を有する金属基板２０１に絶縁性接着剤あるいはハンダを介して接着され、金属基板に施された導電性パターンにより電力を供給される。ハンダを介して接着すると発光ダイオードの放熱性がよくなるため好ましい。
【００１３】
上記金属基板は、円筒状の支持体１０３の一端に接合される。支持体の側面には発光ダイオードに電力を供給するための配線コードを通す貫通孔１０７が設けられている。さらに、支持体１０３は支柱に設けられた貫通孔に填め込まれ、貫通孔から抜けないように固定されている。
【００１４】
第一の支柱１０１と第二の支柱１０２には上記支持体１０３を通す貫通孔が複数設けられている。さらに、互いに平行に複数本配列された第一の支柱１０１（あるいは第二の支柱１０２）の上に、該支柱に対して０°から９０°の角度でそれぞれ交差するように、第二の支柱１０２（あるいは第一の支柱１０１）が互いに平行に複数個配列され、緩衝材１０４を介して載置されている。また、支柱の内部の中空部分は、発光ダイオードに電力を供給するための配線コード１０５を配置するために使用される。
【００１５】
支持体１０３と支柱をこのように組み合わせ、支持体１０３を二種類の支柱に固定する強さを調節することによって、第一の支柱１０１および第二の支柱１０２は、支持体１０３の軸を中心として動くことの可能な状態にし、かつ発光面を曲面とすることができる。
【００１６】
以上のように、本発明独特の方法で支柱を組み合わせて形成される照明装置１００は、多数の光源１０６を分散させて配置することが可能であり、所定の方向の伸縮が可能となるだけでなく、発光面の方向にある程度曲げる、すなわち発光面を曲面とすることも可能である。なお、本発明における発光面あるいは光源配置面とは、複数の第一の支柱および第二の支柱を組み合わせて形成される平面に対して、光源が存在する方の面である。従って、複数の第一の支柱および第二の支柱を組み合わせて形成される平面の一方の面を平面Ａとし、反対側の面を平面Ｂとすると、平面Ａあるいは平面Ｂのどちらか一方が発光面あるいは光源配置面となることもあり得るし、平面Ａおよび平面Ｂの両方が発光面あるいは光源配置面となることもあり得る。本発明では、上記発光面あるいは光源配置面を、平面から曲面、あるいは曲面から平面に容易に変形させることが可能である。
【００１７】
以下、本発明の実施の形態の各構成について詳述する。
（発光素子２０２）
本実施の形態では発光素子として発光ダイオードを使用したが、本発明に使用する発光素子としては電球、蛍光灯等、他のいかなる発光体でも構わない。
【００１８】
本実施の形態に用いられる発光ダイオード２０２は、１つの光源を構成する絵素として働く。発光ダイオードは、種々の半導体を樹脂やガラスなどで所望にモールドし形成した発光素子やパッケージ中に発光素子を配置したチップタイプＬＥＤなどが好適に挙げられる。発光素子としては、液相成長法やＭＯＣＶＤ法により基体上にＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＳｉＣ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＡｌＰ、ＧａＡｌＡｓ、ＡｌＩｎＧａＰ、ＡｌＩｎＧａＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＧａＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ等の半導体を発光層として形成させたものが好適に用いられる。半導体の構造としては、ＭＩＳ接合、ＰＩＮ接合やｐｎ接合を有したホモ構造、ヘテロ構造あるいはダブルヘテロ構造のものが挙げられる。また、発光層を量子効果が生ずる薄膜とした単一量子井戸構造、多重量子井戸構造とすることもできる。半導体層の材料やその混晶度によって発光波長を紫外域から赤外域まで種々選択することができる。
【００１９】
発光ダイオードのモールド部材は、ＬＥＤチップを外部から保護するために好適に設けられる。また、モールド部材に有機や無機の拡散剤を含有させることによってＬＥＤチップからの指向性を緩和させ視野角を増やすことができる。拡散剤として、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素などの無機部材やメラミン樹脂、ＣＴＵグアナミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂などの有機部材が好適にあげられる。また、着色染料や着色顔料など着色剤を含有させることによって不要な波長をカットするフィルター効果を持たすこともできる。
【００２０】
更に、モールド部材を所望の形状にすることによってＬＥＤチップからの発光を集束させたり、拡散させたりするレンズ効果を持たせることができる。発光面側から観測して真円状、楕円状、長方形、正方形や多角形など所望に応じて種々選択することができる。野外での使用時においては、横方向に視野角が広い楕円状がより好ましい。また、モールド部材は複数積層した構造でもよい。具体的には、凸レンズ形状、凹レンズ形状やそれらを組み合わせたものが挙げられる。モールド部材の材料としては、アクリル樹脂、エポキシ樹脂やユリア樹脂やガラスなどの耐侯性に優れた透光性部材が好適に用いられる。
【００２１】
野外などでＬＥＤ表示装置の使用を考慮する場合、超高輝度かつ安定した発光特性などのため緑色系及び青色系として発光層に窒化ガリウム系化合物半導体を用いることが好ましく、また、赤色系では発光層にガリウム・アルミニウム・砒素系やアルミニウム・インジウム・ガリウム・燐系の半導体を用いることが好ましい。
【００２２】
また、マルチカラー或いはフルカラー表示器としてＬＥＤチップを利用するためには赤色系の主発光波長が６００ｎｍから７００ｎｍ、緑色系の主発光波長が４９５ｎｍから５６５ｎｍ、青色系の主発光波長が４００ｎｍから４９０ｎｍ内の半導体を用いたＬＥＤチップを使用することが好ましい。
（基板２０１）
発光ダイオード２０２を配置する基板２０１としては、各発光ダイオード２０２を所望に配置し電気的に接続するために用いられるものである。発光ダイオード用の基板２０１としては、機械的強度が高く熱変形の少ないものが好ましい。具体的にはセラミックス、ガラスや各種樹脂を用いた基板が好適に利用できる。また、放熱性を考慮すると、発光ダイオードに電力を供給するための配線パターンが施された金属基板を用いることが好ましい。また、図４に示すように、本発明をディスプレイの状態にして使用する場合は、発光ダイオードが実装される基板２０１の表面はＬＥＤ表示面と一致するためコントラスト向上のために暗色系に着色してあることがより好ましい。基板２０１には、各発光ダイオード２０２が駆動できるよう銅などにより導電性パターンが形成されている。さらに、基板２０１には発光ダイオード２０２から出光した光を発光面方向に反射させるためのリフレクタ２０３が備えられている。発光ダイオードの周囲に備えられるリフレクタ２０３は、発光面方向に向かって広くなる形状をしており、リフレクタ２０３の表面は光が反射されやすように鏡面状態に加工してある。また、光源の放熱性を向上させるため、リフレクタの材料は、支持体の材料としても使用されるような金属であることが好ましい。なお、本発明をディスプレイの状態にして使用する場合、リフレクタは必須の構成要素ではない。
（支持体１０３）
本発明で使用される支持体１０３は、光源１０６を載置すると同時に第一の支柱１０１および第二の支柱１０２によって連結される中空の部材である。さらに、発光ダイオードに電力を供給する配線コードを通すための貫通孔１０７が、支柱の機械的強度を損なわない程度の大きさで支持体の側面の一部に一カ所または二カ所設けられている。なお、この貫通孔１０７の大きさに応じて、各支柱が支持体を軸として回転できる範囲が決定される。ここで、支持体１０３の形状は、各支柱が支持体を軸として回転可能であるように円筒形状をしていることが好ましい。
【００２３】
支持体が支柱に連結される強さは、第一の支柱と第二の支柱が支持体を中心として回転可能であるように、また、発光面を曲面とすることが可能であるように、調節される。例えば、ボルト状に加工した支持体を、支柱に設けた貫通孔に通した後、光源が載置されていない方の端部を支柱から突出させ、該突出部分をナットで固定する。このようにすると、ナットを締める強さを調節することによって支柱の回転のし易さが容易に調節可能である。即ち、ナットをきつく締めると支柱は支持体を中心として回転し難く、また発光面を曲面にし難くなり、ナットを緩く締めると支柱は支持体を中心として回転し易く、また発光面を曲面にし易くなる。なお、支持体を固定する部材はボルトとナットに限定されない。例えば、上記突出部分に対してピン止めや押し圧加工を施すことにより固定しても構わない。
【００２４】
本発明の実施の形態で使用される支持体の材料は、ＬＥＤからの熱を拡散させるためにアルミニウム、アルミニウム軽合金、マグネシウム合金などの金属部材から構成されることが好ましい。なお、アルミニウム軽合金とは、アルミニウムを主成分として、銅、マグネシウム、ニッケル、珪素、マンガン、亜鉛などを加えて製した軽合金であり、マグネシウム合金とは、マグネシウムを主成分とし、これにアルミニウム、亜鉛、マンガン、ジルコニウムなどを含む合金である。このような金属部材は、熱伝導性に優れると共に、加工し易く、軽量で強度が大きいので本発明のような発光ダイオードを利用した照明装置に好適である。もちろん、金属部材でなくとも、発光ダイオードからの熱に耐えられる部材であればよく、例えばポリカーボネート樹脂、ＡＢＳ樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂など種々の部材を用いることができる。特に本発明を屋外で使用する場合、支持体の材料としては、錆びにくいステンレスであることが好ましい。
（第一の支柱１０１、第二の支柱１０２）
本発明で使用される支柱は、支持体１０３と他の支持体を連結する部材である第一の支柱１０１と、該第一の支柱および支持体を互いに連結するための部材である第二の支柱１０２である。従って、それぞれの支柱には、支持体を填め込むための貫通孔が多数設けられている。該貫通孔の内径は、第一の支柱と第二の支柱が支持体を中心として回転可能であるように、また、発光面を曲面とすることが可能であるように、支持体の外径より大きめに調節されているものとする。ここで、支持体側面と貫通孔内壁面との間に生じた隙間に弾力性に富む緩衝材を介しても構わない。このように構成することにより、照明装置全体を所望の形状に変形させ、その形状をある程度保持させることが可能である。
【００２５】
さらに、支柱の形状は円柱状、角柱状等何れの形状でも構わないが、支柱内部は中空となっており、発光ダイオードに電力を供給する配線コードが張り巡らされるような状態となっている。支柱の材料としては、上述したように支持体と同じ材料を使用し、軽くて丈夫なアルミニウム等の金属であることが好ましく、特に本発明を屋外で使用する場合には、錆びにくいステンレスであることが好ましい。
【００２６】
本実施の形態では、第一の支柱および第二の支柱の内部の中空を利用して、発光ダイオードに電力を供給するための配線コードを配置したが、配線コードを使用する代わりに導電性パターンを支柱に設け、それにより発光ダイオードに電力を供給する構造としても構わない。また、支柱の材料に銅等の電気伝導性のよい材料を使用して、第一の支柱に発光ダイオードの正あるいは負電極の何れかを接続し、第二の支柱に発光ダイオードの負あるいは正電極の何れかを接続し、それらの支柱の間および支持体との間に絶縁部材を介することによって、支柱から直接発光ダイオードに電力を供給することも可能である。
（緩衝材１０４）
第一の支柱１０１と第二の支柱１０２は、それぞれが支持体の軸を中心として柔軟に可動であるように、また支柱同士の接触による摩耗を防止するために緩衝材１０４を介して係合される。緩衝材１０４の材料としては、プラスチック、ゴム等が好ましい。弾力性のあるゴムを使用することによって、支柱と緩衝材の接触部分の摩耗を抑えることが可能である。また、絶縁性であることにより、支柱の内部に配線を通すかわりに支柱自体によって発光ダイオードに電力を供給する構成とする場合であっても、正電極と負電極の電気的絶縁性を図ることが可能である。このような緩衝材は、緩衝材としての効果を向上させるため任意の厚さに調節される。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明に係る実施例について詳述する。なお、本発明は以下に示す実施例のみに限定されるものではない。
（実施例１）
図１に示すように、開口方向に向かって広くなる形状のリフレクタ２０３を金属基板２０１上に設け、さらに銅で正負一対の導電性パターンを絶縁性部材を介して設ける。
【００２８】
白色系の発光する発光ダイオードの正負一対のリード電極を、上記正負一対の導電性パターンにそれぞれ接続し、さらに絶縁性接着剤を介して発光ダイオードを基板上に固着させたものを光源とする。このような光源を複数個作製する。本実施例では、４つの発光ダイオードを用いて一つの光源を作製したが、発光色の異なる発光ダイオードを幾つ使用しても、あるいは同じ系統の色を発光する発光ダイオードを幾つ使用しても構わない。
【００２９】
予め、金属製の第一の支柱１０１および第二の支柱１０２の中空部分に配線コード１０５を配置しておく。このとき、第一の支柱あるいは第二の支柱のどちらか一方に配線コードをまとめて通過させず、第一の支柱および第二に支柱の両方にわけて配線コードを通過させることが好ましい。第一の支柱あるいは第二の支柱のどちらか一方に配線コードをまとめて通過させると、配線コードが密集して貫通孔１０７を通過することによって支持体を中心とする支柱の回転動作に支障をきたすからである。
【００３０】
第一の支柱および第二の支柱は、複数本使用され、第一の支柱同士および第二の支柱同士は、互いに平行である。使用される支柱の本数は所望の照明装置の大きさに合わせて調節される。第一の支柱１０１を第二の支柱に対して約３０°の角度で交差させた状態で、それぞれの支柱に設けた貫通孔の位置を合わせて載置する。ここで、第一の支柱１０１と第二の支柱１０２の間に、上記貫通孔と同じ大きさの貫通孔を多数設けたゴム製の緩衝材を、支柱に設けた貫通孔の位置と合わせた状態で介する。
【００３１】
予め、第一の支柱および第二の支柱それぞれに配置されている配線コードを通すための貫通孔１０７を、支持体１０３の側面に対して二カ所設けておく。また、支持体１０３の外径は、支柱に設けた貫通孔の内径より小さい。このようにすることにより、第一の支柱と第二の支柱が支持体を中心として回転可能であり、また、発光面を曲面とすることが可能である。支持体１０３の側面に設けた貫通孔に配線コードを通過させながら、支柱の貫通孔に対して垂直に支持体を填め込んで固定する。ここで、第一の支柱と第二の支柱が支持体を中心として回転可能であるように、また、発光面を曲面とすることが可能であるように、支持体を固定する強さを調節しておく。
【００３２】
基板の配線パターンに、支柱の内側に配置した配線を、発光ダイオードがそれぞれ直列または並列となるようにハンダ付けにより接続する。
【００３３】
支持体の一端に上記光源をハンダ付けして固定する。
【００３４】
以上のようにして照明装置を形成すると、分散させた光源同士の間隔は任意の大きさに調整可能、即ち照明装置１００全体が図３の両矢印ａの方向に伸縮可能な面光源を形成し、第一の支柱１０１に沿った光源同士の間隔はそのままで、隣り合う第一の支柱１０１に支持されている光源の間隔を大きくしたり小さくしたりすることが可能である。また、照明装置１００全体に発光面の方向、即ち図３の両矢印ｂの方向にある程度力を加え、発光面を平面から凹面あるいは凸面とし、ＬＥＤから出光する光の光軸を変化させ、配光性を変えることも可能である。
（実施例２）
図４に示すように、第一の支柱と第二の支柱が支持体の軸を中心として回転不可能であるように、支持体を固定する強さを調節して照明装置を形成する他は実施例１と同様に照明装置を形成した。なお、本実施例では、第一の支柱が第二の支柱に対して直角となるように支持体を固定したが、０°から９０°の範囲が可能である。また、支持体を介さず、第一の支持体と第二の支持体をハンダ等で直接接合しても構わない。
【００３５】
このような構成にすると、軽くて丈夫な照明装置あるいはディスプレイを形成することができる。
【００３６】
【発明の効果】
多数の光源を分散させることが可能であり、光源を載置する支柱を組み合わせて形成される照明装置は、所定の方向の伸縮が可能となるだけでなく、発光面をある程度曲げて凹面あるいは凸面とすることにより、ＬＥＤから出光する光の光軸を変化させ配光性を変えることも可能である。
【００３７】
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明の支持体の部分における断面図である。
【図２】  図２は、本発明で使用される光源の斜視図および断面図である。
【図３】  図３は、本発明の一実施例を示す斜視図である。
【図４】  図４は、本発明の他の一実施例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１００・・・照明装置
１０１・・・第一の支柱
１０２・・・第二の支柱
１０３・・・支持体
１０４・・・緩衝材
１０５・・・配線コード
１０６・・・光源
１０７・・・支持体の側面の貫通孔
２０１・・・基板
２０２・・・発光ダイオード
２０３・・・リフレクタ
ａ・・・発光装置の伸縮方向
ｂ・・・発光装置の曲げ方向
【図１】
0004100001.tif 000002
【図２】
0004100001.tif 000003
【図３】
0004100001.tif 000004
【図４】
0004100001.tif 000005