(57)【要約】【課題】  光源にＬＥＤを使用した照明装置であって、従来にない新規な照明装置を提供することにある。【解決手段】  光源にＬＥＤを使用した照明装置１０は、照明装置１０の発光面１１に対して略垂直方向に形成される側面１２の内側に配置する照射部材２０と、照射部材２０からの光を発光面１１へ屈曲させる反射部材６０とを備える。そして、照射部材２０は、照射部材本体２１の長手方向に複数のＬＥＤ３０，３０，…を設けるとともに、各ＬＥＤ３０に１次レンズ４０及び２次レンズ５０を取り付けたものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源にＬＥＤを使用した照明装置であって、
照明装置の発光面に対して略垂直方向に形成される側面内側に配置する照射部材と、
照射部材からの光を発光面へ屈曲させる反射部材とを備え、
照射部材は、側面長手方向に複数のＬＥＤを設けるとともに、各ＬＥＤに光の到達距離を伸ばすための１次レンズを取り付けたことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
【請求項２】
照明装置内に設置する照射部材の取り付け面積を小型薄型化するために、１次レンズとして薄型前方向照射レンズを取り付けたことを特徴とする請求項１のＬＥＤ照明装置。
【請求項３】
照射部材は、側面長手方向に複数のＬＥＤを設けるとともに、各ＬＥＤに光の到達距離を伸ばす１次レンズ及び伸ばした光を拡散する２次レンズを取り付けたことを特徴とする請求項１，２記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項４】
照射部材は、反射部材に対して照射角度を調整できることを特徴とする請求項１，２又は３記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項５】
反射部材は、反射用樹脂シート又は鏡面板で、拡散する光と直進する光を到達点で直線面あるいは曲線面で反射することを特徴とする請求項１，２，３又は４記載のＬＥＤ照明装置。
【請求項６】
照射部材は、ＬＥＤの発光発熱を熱伝導させる熱伝導として通電用銅箔の幅および長さを放熱としたことを特徴とする請求項１，２，３，４又は５記載のＬＥＤ照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、光源にＬＥＤを使用した照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化を防止するために、ＣＯ２の排出量を抑制すべく、看板等の照明装置の省エネルギー化が求められている。
これに対しては、光源を蛍光灯から省エネルギーのＬＥＤへ代替させた照明装置が種々開発されている。
【０００３】
このうち、特許文献１は、前面が開放した箱体と、該箱体の側壁部と平行に互いに対向して配置された少なくとも２枚の配線板と、該配線板に設置された複数の発光素子と、該箱体の底部に配置された光反射板と、該箱体の前面開口部に設置された透光性の光拡散表面板からなるライトボックスであって、前記光反射板は前記箱体前面開口部に向かって突出した山型凸部を有し、前記箱体の底部と前記発光素子の発光部の最低部との距離をｈ、前記箱体の底部と前記光拡散表面板との距離をｄ、前記箱体の底部と前記山型凸部の頂点との距離をＬ、とするとき、「ｈ＜Ｌ≦（ｈ＋ｄ）／２」を満たすことを特徴とするライトボックスである。
【０００４】
ところで、前方向に光を照射する放物曲線鏡面反射鏡は、光を前に照射することに適しているが、反射のために設けた放物曲線鏡面で反射された光は反転屈折するので、ＬＥＤで発光した光を直線で照射することができない。
また、放物曲線鏡面反射鏡は、曲面を構成する形状において深さが必要で、照射部材の縦方向の厚さを薄くすることができないので、ＬＥＤの発光位置を同じとしても、放物曲線鏡面反射鏡先端までの距離は、薄型前方向照射レンズと比較して厚くなり、照射部材の構成が大きくなり取り付け面積を大きくしてしまう。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２０２７２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１には、以下のような課題を有している。
（１）特許文献１では、配線板上の長手方向に複数の発光素子（ＬＥＤ）を１列または２列以上に整列させて配設したものを使用するが（同明細書「００１２」及び同図面図１他）、光源であるＬＥＤをそのまま使用するため、ＬＥＤの光の到達距離に限定されたサイズのライトボックスになってしまう。
すなわち、ＬＥＤの光は、図４（Ａ）に示すように、実装型ＬＥＤでは６５度から１４０度・砲弾型ＬＥＤは１５度から５０度の照射角度方向に拡散する性質がある。
従って、光の到達距離が極めて短く、この短い到達距離に応じたサイズの反射面を２面持つライトボックスにならざるを得ない。
（２）また、同様にＬＥＤの光は、ＬＥＤの最小照射角度製品で、実装型は６５度で・砲弾型は１５度に拡散される。明るさのある実装型ＬＥＤは最小照射角度製品が広いので光の拡散においては適しているが、狭い範囲で遠方を照射するにはで適していない。砲弾型ＬＥＤは照射最小照射角度が１５度でも、光源部分の光軸太さは５ｍｍと細く、光源から１００ｍｍの距離で約３０ｍｍの太さとなり、照明装置を点灯する光として均一な光量を確保できない（光量が分散してしまう）。
しかし、ＬＥＤの数を多くすれば省エネルギー化に反することになり、コスト高の要因にもなる。また、ＬＥＤの数に比例してＬＥＤからの発光発熱量が多くなり、ＬＥＤの寿命を低下させる要因になる。
（３）なお、光量不足を補う手段として高輝度ＬＥＤ（ハイパワーＬＥＤ）を使用することも考えられる。しかし、高輝度ＬＥＤを使用すれば当然に発光発熱量もそれ相応に増加し、放熱処理が解消されていない限り高輝度ＬＥＤの使用は無理である（光源と放熱は一体として考える必要がある）。
（４）ＬＥＤ素子の点光源である光を、ＬＥＤパッケージで一定の角度で照射する面光源とすることができても、光はそのまま拡散され、直進する光はＬＥＤパッケージの先端に設けられている凸レンズ効果で、光線を集光することはできても、直進する光線として太くすることはできない。
（５） 反射シートは、透明樹脂板を使う導光板方式と異なり一定角度だけで反射できる光ではないので、反射面も異なる角度から入光される光に対応した反射面を構成しないと、反射面を有効に使うことはできない。
【０００７】
そこで、本願発明は、以下の目的を達成するべき、本願発明者らによって完成されたものである。
（１）大型の照明装置にも対応できる。
（２）ＬＥＤの数をできるかぎり減らすことができる。
（３）ＬＥＤの高輝度化に対応できる（放熱処理実現）
（４）既設の照明装置へ対応できる。
（５）照明装置の発光面の有効面積を大きく取れる。
（６）凹凸がある照明装置発光面でも、陰影を減少できる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、
第１の発明は、光源にＬＥＤを使用した照明装置であって、照明装置の発光面に対して略垂直方向に形成される側面内側に配置する照射部材と、照射部材からの光を発光面へ屈曲させる反射部材とを備え、照射部材は、側面長手方向に複数のＬＥＤを設けるとともに、各ＬＥＤに光の到達距離を伸ばす１次レンズを取り付けたことを特徴とするＬＥＤ照明装置である。
ここで「１次レンズ」とは、ＬＥＤ内の発光素子が発光し、その素子が組み込まれているＬＥＤパッケージを反射して放出された光を太くして、前方向に照射するための反射レンズであり、薄型反射レンズ（特開２００６−２０２７２９号公報参照）が好ましい。
第２の発明は、照明部材の発光部分および発光した光を１次レンズで９５％以上前方向に鋭角で直線的に照射する薄型レンズを使うことで、放物曲面反射鏡のような厚みが不要で、更に放物曲面反射鏡に必ず現れる光の反射屈折を起こさないので焦点深度のスペースも不要となり、２次レンズを使った際の屈折空間が不要となり、照射部材の構造を薄型化することができる。このように薄型化することで、照明装置内の反射面が大きく取れ、その結果、照明装置面発光面積を大きく取ることができる。
第３の発明は、照射部材は、側面長手方向に複数のＬＥＤを設けるとともに、各ＬＥＤに光の到達距離を伸ばす１次レンズ及び近郊部に光を拡散して照射するためと照射した光を拡散する２つの目的を持つ２次レンズを取り付けたことを特徴とする同ＬＥＤ照明装置である。
ここで「２次レンズ」とは、拡散レンズのことである。例えば、凹レンズ、非球面レンズ、波板レンズ、シリンドカルレンズ、レンチキュラーレンズ、微細凹凸拡散レンズ等で成型品あるいは板状またはシート形状のレンズがあるが、光拡散方向性の理由から板状波板レンズが好ましい。
なお光拡散方向性とは、各ＬＥＤが１次レンズと組み合わせて複数１次レンズが密着状態で配列されている場合、光は１次レンズ効果により太い光が並ぶ状態となることから、この並ぶ方向への拡散の必要性はなく、各ＬＥＤの配列に対して左右方向への目的拡散を言う。
但し光を直視する場合、１次レンズを非密着状態で配列する場合は、光拡散方向性を問わない全周囲拡散レンズが好ましい。
また、２次レンズに入光させる光は、事前に照射角度により広げられた光を２次レンズで広げた手法が無理なく均一な拡散照射を得ることができ、本発明においては薄型前方向照射レンズ（１次レンズ）を使用した際に僅かに拡散される光を含めて平面あるいは、曲線面とした２次レンズに照射することで、光を無駄なく照射光として利用することができる。
第４の発明は、照射部材を反射部材に対して照射角度を調整できることを特徴とする同ＬＥＤ照明装置である。
また照射部材の照射位置を反射部材に対して照射装置垂直面中心線より発光面側に設け、照射角度を調整することで、照射装置の反射構成角度を低くすることができる。
第５の発明は、反射部材は、樹脂シート又は鏡面板であることを特徴とする同ＬＥＤ照明装置である。
ここで、「樹脂シート」には、樹脂シートにアルミ板（強度補強用）を積層させたものや、アルミを蒸着させたアルミ蒸着樹脂シートが含まれる。
また、「鏡面板」には、アルミを蒸着させたアルミ蒸着鏡面板や、そのアルミ蒸着鏡面板に拡散用樹脂によるパターン印刷の施されたものが含まれる。
反射シートの取り付け構造は、ＬＥＤ照射部分から近郊部・中間部・遠方部の３段階反射角を設けた手法とすることで、１次レンズおよび２次レンズを通過してきた光を、反射シート形状からも照明装置発光面からの光を灯火させることができる。
第６の発明は、ＬＥＤに電気を供給するために設ける通電用銅箔面の面積を広くして、ＬＥＤのハンダ接点から伝わる熱を熱伝導の優れた通電用銅箔に均衡のための熱伝導として伝えて、通電用銅箔に絶縁材を介して伝わる金属系放熱板による平板あるいは立体構造を有する自然放熱あるいは強制放熱することで、ＬＥＤの発光発熱を放熱し、ＬＥＤの熱による破損および劣化を防止できる。
また、「金属系放熱板」とは、例えば、アルミ，銅，銀，鉄等を材料とした平板または立体構造を持つ放熱板で、立体構造とはフィン形状を言い、照明装置を形成する外装金属を放熱板とすることもできる。
【発明の効果】
【０００９】
本願発明によれば、以下のような効果を有する。
（１）照射装置の発光面に対して略垂直方向に並べて設置した１個以上のＬＥＤに、光の到達距離を伸ばす１次レンズを取り付けたものとすることで、ＬＥＤの光が拡散減少することなく光の到達距離が長くなり、それだけ大型の照明装置を提供することができる。
また、１次レンズを使うことで、ＬＥＤ発光による点光源を面光源とすることができるので、
光の拡散が少なく太い光源として照射することができ、大きな面積に光を照射することができる。
ＬＥＤの光の照射方法は、照明装置の発光面を直接照射する方法・直接照射での光の強弱差を低減するために照明装置発光面の手前にある拡散シートに当ててから照射する方法・あるいは一度光を反射照射させて発光させる方式の単独あるいは、これらを組み合わせて照明装置の発光面を明るく投影することができる。
（２）照明装置の照射部材は、光をコントロールするための薄型前方向照射レンズを使うことで、放物曲面鏡面反射鏡が不要となり、放物曲面鏡面反射鏡と比較して厚さを半分以下にすることができる。
照射装置発光面を大きく取ることができる。いわゆるＬＥＤの光を無駄なく照射装置発光面の端部から照射できる。
光を照射装置発光面の端部から照射することで、直接照明装置の発光面に照射する方法と、直接照射での光の強弱差を低減するために照明装置発光面の手前に設ける拡散シートに当ててから照射する方法・あるいは光を反射部材に反射させて発光させる方式の単独あるいは、これらを組み合わせて照明装置の発光面を明るく大きく投影することができる。
（３）照明部材として各ＬＥＤに光の到達距離を伸ばす１次レンズ及び伸ばした光を拡散する２次レンズを取り付けることで、１次レンズで太くした光で到達距離が長くなるとともに２次レンズで光の拡散がおき、この二つの組み合わさった光でＬＥＤの数を少なくすることができる。
（４）２次レンズに、拡散方向性がある場合は、ＬＥＤの配列方向に拡散方向を平行設置すると、光源部分を直線とすることができる。
またＬＥＤの配列方向に拡散方向を直角に設置すると、光源部分は直視すると１次レンズの拡散光源は見えるものの、対物照射するとＬＥＤの配列方向に直角方向の左右に拡散されている。
（５）１次レンズと２次レンズとの配置距離を近接あるいは密着すると、２次レンズ内を通過する光がレンズの境面反射により拡散される光なので、拡散照射率は低くなる。しかし配置距離を１次レンズの拡散性を考慮した一定の距離を構成することで、１次レンズで拡散された光を２次レンズで広域に拡散することができる。
（６）２次レンズの大きさ、いわゆる拡散方向のレンズ幅は、１次レンズの照射角度に比例した大きさとすると、最適な拡散をすることができる。
（７）また二次レンズで反射された光を、有効に活用する方法として、１次レンズと２次レンズの間を透明樹脂または２次レンズと同じ材料とし、１次レンズから見た両側面を平行または鋭角あるいは鈍角形状とすることで、照明部材を側面から見たとき、１次レンズと２次レンズの間を明るく見せることができる。
（８）この２次レンズで反射された光を、再度前方向に照射する方法として、１次レンズと２次レンズの間を直線あるいは放物曲線の鏡面とすることで、前方向照射光として活用することもできる。
（９）照射部材が反射部材に対して照射角度を調整できることで、発光面に生じる陰影の差（ムラ）を調整することができる（発光面の凹凸に伴う陰影差も含む）
なお、陰影差の調整は、照射部材ではなく、反射部材の反射角度（屈曲角度）の調整によるものとしてもよい。
（１０）既存の蛍光灯を使った照明装置（看板の印刷文字やケース等）あるいは灯火照明装置に利用できる。
（１１）照明装置の発光面として、１つの照明部材として片面発光であるが、上下あるいは左右に取り付けることで２連続の大型化に対応でき、上下あるいは左右の取り付けで反射部材を仕切り反射板とすることで、両面反射式の照明装置とすることもできる。
（１２）１次レンズおよび２次レンズを通過した光は、直進と拡散性能を持つ光なので、反射面への到達距離と到達時の光の強さおよび照射角度によって、反射面ＬＥＤ照射部分から近郊部・中間部・遠方部の３段階反射角を設けることで、１次レンズおよび２次レンズを通過してきた光を、反射シート形状からも照射装置発光面明るく灯火させることができる。
（１３）ＬＥＤの発光した発熱を、１次レンズの大きさの熱伝導性に優れた通電用銅箔面に伝えることで、絶縁材を介して密着する金属系放熱板に広い熱源として接触伝達できるので、ＬＥＤの性能・寿命を十分に引き出すことが出来る。従って、ＬＥＤの高輝度化（高電流型ＬＥＤ＝ハイパワーＬＥＤ）にも対応でき、照明の輝度を向上させることも可能である。
（１４）通電銅箔放熱板と照明構造の筐体（ケース）とを、絶縁したうえで接合させることで、筐体（ケース）を放熱板として外部放熱できる。
（１５）導光板（アクリル５ｍｍｔ板）を使用しないので、軽量化が可能で、導光板分をコストダウンできる。
（１６）工事が容易である（イニシャルコストダウン）。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本願発明に係るＬＥＤ照明装置の構造を示す概念図である。
図１（Ａ）は、基本構造を示す。光源にＬＥＤを使用した照明装置１０は、照明装置１０の発光面１１に対して略垂直方向に形成される側面１２の内側に配置する照射部材２０と、照射部材２０からの光を発光面１１へ屈曲させる反射部材６０とを備えることで、発光面が陰影差なく光り、照明装置としての機能を発揮する。
図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の基本構造を背中合わせにして、両面に発光面を有する照明装置としたものである。
図１（Ｃ）は、図１（Ａ）の基本構造を縦方向に連続して、大型の発光面を有する照明装置としたものである。
図１（Ｄ）は、図１（Ｂ）と図１（Ｃ）を組合せて、両面・大型の発光面を有する照明装置としたものである。
【００１１】
図２及び図３は、ＬＥＤに１次レンズ及び２次レンズを組合せた照射部材の斜視図及び断面図である。
照射部材２０は、照射部材本体２１の長手方向に複数のＬＥＤ３０，３０，…を設けるとともに、各ＬＥＤ３０に１次レンズ４０及び２次レンズ５０を取り付けたものである。１次レンズ４０には、ＬＥＤの光の到達距離を伸ばす薄型レンズを使用し、２次レンズ５０には、ＬＥＤの光を拡散する波板レンズを使用した。なお、ＬＥＤ３０の背後には放熱部２２を備える。
【００１２】
図４は、１次レンズ又は２次レンズの特徴を示す説明図である。
図４（Ａ）は、レンズを取り付けていないＬＥＤの照射イメージである。凸レンズが組み込まれていないＬＥＤの場合、光の到達距離が僅かで、広い拡散率で光が拡散してしまう。ＬＥＤに凸レンズが透明樹脂により組み込まれていても、光源部分から拡散しない細長い照射光ができるが、均一に長い範囲を照射する光源となってしまう。
図４（Ｂ）は、１次レンズを取り付けたＬＥＤの照射イメージである。直進方向に照射され、太い照射光で到達距離が飛躍的に伸びる。
図４（Ｃ）は、２次レンズを取り付けたＬＥＤの照射イメージである。光の到達距離は図４（Ａ）の場合とほぼ同じであるが、光が波ライン状に拡散してしまう。（ＬＥＤと２次レンズの距離図は省略）
図４（Ｄ）は、１次レンズ及び２次レンズを取り付けたＬＥＤの照射イメージである。図４（Ｂ）の光の到達距離には及ばないものの、図４（Ｂ）の光にはない直進性の光と同時に拡散を生じる。
この拡散方向の光を連続して並べることで、広く長い光を得ることができる。
【００１３】
図５は、１次レンズ又は２次レンズの効果を示す説明図である。
図５（Ａ）は、１次レンズ及び２次レンズを取り付けたＬＥＤの光の水平方向の光源を直視した断面図であり、図５（Ｂ）は、２次レンズのみを取り付けたＬＥＤの光の水平方向の光源を直視した断面図である。これによれば、１次レンズによって光束の太い面光源が生じ、２次レンズによってこれが短手方向に拡散されている。２次レンズのみの図５（Ｂ）と比較すると、少ないＬＥＤで広い照射面積を発生させていることが判明する。従って、１次レンズと２次レンズを組合せることで、ＬＥＤを効率良く利用（延伸・拡散）できる。
【００１４】
図６は、反射部材を示す説明図である。
図６に示す反射部材６０は、曲線面を有する反射部材であって、照射部材２０からの距離に応じて近郊部（ａ）・中間部（ｂ）・遠方部（ｃ）に分けられる。そして、それぞれ「ａ」の区間は直線区間、「ｂ」の区間は緩やかな曲線区間、「ｃ」の区間は急な曲線区間に形成されている。このように、照射部材２０からの距離に応じて反射部材６０の反射面を変化させることで、１次レンズおよび２次レンズを通過してきた光を、照明装置１０の発光面１１に対して明るく発光させることができる。特に、発光面１１に凹凸がある場合でも、発光面１１に対して背後から均一な光量の光を供給することになるので、ムラ（陰）のない良好な発光面を提供できる。
【実施例】
【００１５】
図７は、照明装置の発光面を実測した照度データ及び照度グラフを示したものである。
＜測定条件＞
・測定位置：発光面から１０ｍｍ位置
・測定場所：発光面の９箇所を測定（その平均値を算出した）
・照明部材：発光面に対して略垂直方向に形成される側面内側
＜各実施例＞
・実施例１：反射部材無し
・実施例２：反射部材としてアルミ鏡面反射板を照明装置内に斜め直線状に設置（図１（Ａ）参照）
・実施例３：反射部材として白色反射シートを照明装置内に斜め直線状に設置（図１（Ａ）参照）
・実施例４：反射部材として白色反射シートを照明装置内に斜め曲線状に設置（図６参照）
＜結    論＞
本願照明装置においては、反射シート又は反射鏡による対角線面反射方式（斜め直線状に設置）を設けるが、曲線面反射方式（図６）を用いることで、この対角線面反射方式と同等の反射性能を有することが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００１６】
本願発明は、発光面を備えた照明装置として以下のものに利用できるが、これに限定されるものではない。
（１） 看板
（２） 表示灯
（３） 案内板
（４） その他
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】ＬＥＤ照明装置の構造を示す概念図。
【図２】ＬＥＤに１次レンズ及び２次レンズを組合せた照射部材の斜視図。
【図３】ＬＥＤに１次レンズ及び２次レンズを組合せた照射部材の断面図。
【図４】１次レンズ又は２次レンズの特徴を示す説明図。
【図５】１次レンズ又は２次レンズの効果を示す説明図。
【図６】反射部材を示す説明図。
【図７】照明装置の発光面を実測した照度データ及び照度グラフ。
【符号の説明】
【００１８】
１０  照明装置
１１  発光面
１２  側面
２０  照射部材
２１  照射部材本体
２２  放熱部
３０  ＬＥＤ
４０  １次レンズ
５０  ２次レンズ
６０  反射部材
【図１】
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【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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