JP5597091B2

JP5597091B2 - 照明装置

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Publication number: JP5597091B2
Application number: JP2010230500A
Authority: JP
Inventors: 悠生藤井; 守吉田; 共啓齊藤; かよ子渡井
Original assignee: Enplas Corp
Current assignee: Enplas Corp
Priority date: 2010-10-13
Filing date: 2010-10-13
Publication date: 2014-10-01
Anticipated expiration: 2030-10-13
Also published as: JP2012084425A

Description

本発明は、特に被照射面を照射する照明装置に関する。

従来から、広告用の文字若しくは絵を描いた看板、または液晶テレビの液晶等の被照射面を照射する照明装置や面状に光を出射する一般照明が知られている。このような従来の照明装置では、発光素子および光束制御部材（拡散レンズ）からなる発光ユニットがマトリックス状に配置される（例えば、特許文献１、図１４）。発光素子は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）であって、光を出射する。光束制御部材は、発光素子から出射された光を入射し、入射した光を拡散して出射する。

このような照明装置は、複数の発光ユニットから出射された光を拡散板によって拡散させた状態で面状に出射し、その面状の出射光で被照明部材としてのフィルム又はプレートをその背面側から照明する。また、このような照明装置は、その面状に出射する光を室内照明として利用されることもある。

このような照明装置に対しては、被照射面での明るさや面状照明の発光品位を維持しながら、消費電力を低減することが要求される。この要求を満たす方法として、光束制御部材において、入射した光を極力拡散するように光の進行方向を制御し、１つの発光素子から出射された光を被照射面の広い範囲に照射させることによって発光ユニット間のピッチを広げ、単位面積あたりの発光ユニットの数を減らすことが考えられる。

特開２００７−４８８８３号公報

しかしながら、発光素子の光軸に対する光束制御部材からの光の出射方向の角度が大きくなるほど、被照射面となる拡散板表面への入射角が大きくなり、表面反射率が高くなるため、拡散板を透過する光が減少し、照明光としての光利用効率が低下してしまう。また、発光ユニット間に対応する位置において拡散板を透過する光量が少ないため、拡散板上（出射面側）に明暗の照度ムラが生じてしまう。したがって、単に、光束制御部材から出射される光の拡散角度を大きくしても、光利用効率の低下や発光品位の低下を招いてしまうので、発光ユニットの数を減らすことには限界がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、角度が大きい光を有効に利用して光の利用効率の低下を防ぎ、被照射面での明るさと面状の照明装置の発光品位を維持しながら、発光ユニットの数を減らして消費電力を低減することができる照明装置を提供することを目的とする。

本発明の照明装置は、底板とこの底板から立ち上がる側壁とを有し、前記側壁によって形作られる開口部分を有する箱形形状の筐体と、前記筐体の内部側で且つ前記底板の内表面に取り付けられる実装基板と、光を出射する発光素子および前記発光素子から出射された光を拡散する光束制御部材を有し、前記実装基板に実装される複数の発光ユニットと、前記光束制御部材から、前記発光素子の光軸に対して所定の角度より大きい角度で出射された変換前出射光を入射し、前記所定の角度よりも小さくなるように進行方向を変えて出射する光制御部材と、前記筐体の前記開口部分に固定され、前記筐体の前記開口部分を塞ぐ光拡散性及び光透過性を有する拡散部材と、を具備し、前記光制御部材は、前記底板と対向する下面の前記実装基板からの高さが、前記変換前出射光の前記光束制御部材における光出射面上の出射位置よりも前記拡散部材に近い位置になるように形成され、前記下面にはプリズムが形成される、構成を採る。

本発明によれば、発光素子の光軸に対して出射角度が大きい光を有効に利用して光の利用効率の低下を防ぐことができる。これにより、被照射面での明るさ及び面状照明の発光品位を維持しながら、発光ユニットの数を減らして消費電力を低減することができる。

本発明の一実施の形態における照明装置の平面図図１のＡ−Ａ線断面図及び照度分布イメージ図従来の照明装置の断面図及び照度分布イメージ図光束制御部材を用いた従来の照明装置の断面図及び照度分布イメージ図本発明の一実施の形態に係る光制御部材の平面図本発明の一実施の形態における照明装置の平面図（変形例１）本発明の一実施の形態における照明装置の平面図（変形例２）本発明の一実施の形態における照明装置の平面図（変形例３）本発明の一実施の形態における照明装置の平面図（変形例４）本発明の一実施の形態に係る光制御部材の平面図（変形例）

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

（照明装置の構成）
以下、本発明の一実施の形態に係る照明装置の構成について、図１及び図２を用いて詳細に説明する。図１は、照明装置１の平面図である。なお、図１は、後述する拡散透過部５０を取り除いた状態を示す。また、図２は、図１のＡ−Ａ線断面図及び照度分布イメージ図である。図２（ａ）は図１のＡ−Ａ線断面図であり、図２（ｂ）は拡散透過部５０上における照度分布イメージ図である。

照明装置１は、筐体１０と、実装基板２０と、発光ユニット３０と、光制御部材４０と、拡散透過部５０と、から主に構成される。

筐体１０は、ポリカーボネート等の樹脂材料を射出成型することによって形成された樹脂性の筐体であり、平面形状が四角形の底板１１とこの底板１１から立ち上がる４つの側壁１２とによって収納空間を形成する。そして、筐体１０は、４つの側壁１２の端縁によって形作られる開口部分を有する。底板１１の内表面には実装基板２０を支持する支持部（図示せず）が設けられる。なお、筐体１０の材質は、樹脂に限定されず、アルミニウム等の金属であっても良い。また、筐体１０の内面を、発光ユニット３０から出射された光の反射性を高めるように加工しても良い。その方法として、例えば、高反射タイプの射出成形材料の選択、シート状のアルミニウムの貼り付け、無電解メッキ、あるいは、白色塗装等の方法が挙げられる。

実装基板２０は、細長い帯状に形成される。実装基板２０は、ガラスエポキシ等の絶縁性を有する材料により形成される。実装基板２０の表面には、発光素子３０の導電性端子（図示せず）と電気的に接続する導電性の回路パターン（図示せず）が形成される。実装基板２０には、発光ユニット３０が所定の間隔で実装される。実装基板２０は、筐体１０の支持部上に固定設置される。なお、本実施の形態において、実装基板２０に実装される発光ユニット３０（発光素子３１及び光束制御部材３２）の数に限定は無い。

発光ユニット３０は、発光素子３１と、光束制御部材３２と、から主に構成される。

発光素子３１は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）である。発光素子３１は、導電性端子（図示しない）が実装基板２０の導電性の回路パターンに半田付けされることにより、実装基板２０の長手方向に沿って所定の間隔で実装基板２０に実装される。また、発光素子３１は、実装基板２０の回路パターンを介して電源を供給されて発光する。発光素子３１の光軸は、底板１１の内表面に対して垂直となる。なお、発光素子３１の光軸とは、発光素子３１から出射された立体的な光束の中心軸である。

光束制御部材３２は、例えば、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル），ＰＣ（ポリカーボネート），ＥＰ（エポキシ樹脂）等の透明樹脂材料、又は透明なガラスにより形成される。光束制御部材３２は、平面形状が中心軸Ｐ１（図２参照）上に中心を有する円形形状のレンズである。光束制御部材３２は、中心軸Ｐ１が発光素子３１の光軸と合致するように、実装基板２０の長手方向に沿って所定の間隔で実装基板２０に実装される。光束制御部材３２は、発光素子３１から出射された光の配光特性を、主として光束制御部材３２の入射面および出射面における光の屈折によって変化させ、被照射面５０ｂに向けて出射する。光束制御部材３２を使用せず、発光素子３１のみを配置した照明装置１では、拡散透過部５０の光出射面５０ａにおいて、発光素子３１の直上（発光素子３１の光軸方向）が他に比べて明るくなり、照度のムラが大きくなる（図３参照）。なお、図３（ｂ）の実線は、光出射面５０ａ上における、各発光ユニット３０から出射される個々の光の照度分布を示す。この照度のムラを抑えるため、発光素子３１の光軸近傍の光束は、光束制御部材３２によって広い面積の被照射面５０ｂを照射するように制御される（図４参照）。なお、図４（ｂ）の破線は、光出射面５０ａ上における、各発光ユニット３０から出射される個々の光の照度分布を示す。また、図４（ｂ）の実線は、光出射面５０ａ上における、複数の発光ユニット３０から出射される全ての光の照度分布を示す。

光制御部材４０は、例えば、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル），ＰＣ（ポリカーボネート），ＥＰ（エポキシ樹脂）等の透明樹脂材料、又は透明なガラスにより形成される。光制御部材４０は、図２に示すように、発光ユニット３０の間であって、底板１１の内表面に固定される。光制御部材４０は、互いに隣り合う４つの発光ユニット３０から等距離の位置、換言すれば互いに隣り合う４つの発光ユニット３０を通る円の中心の位置に固定されることが望ましい。すなわち、図４（ｂ）の照度分布における低照度部分に光を補うように配置される。なお、図２（ｂ）の破線は、光出射面５０ａ上における、各発光ユニット３０から出射される個々の光の照度分布を示す。また、図２（ｂ）の実線は、光出射面５０ａ上における、複数の発光ユニット３０から出射される全ての光の照度分布を示す。

光制御部材４０は、光束制御部材３２から、発光素子３１の光軸に対して所定の角度（例えば７５°）より大きい角度で出射された光（以下、単に「角度が大きい光」という）を入射し、該所定の角度よりも小さくなるように進行方向を変えて出射する機能を有する（図２（ａ）及び図５（ｅ）参照）。

拡散透過部（拡散板）５０は、光透過性に優れたＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）やＰＣ（ポリカーボネート）等の樹脂材料によってシート状あるいは平板形状に形成される。拡散透過部５０は、液晶表示パネル，広告表示パネル，標識表示パネル等の被照明部材の平面形状とほぼ同様の大きさに形成される。拡散透過部５０は、筐体１０に、開口を覆うように固定設置され、被照射面５０ｂに照射された光を拡散、透過して光出射面５０ａから出射する。

拡散透過部５０は、表面に微細な凹凸（プリズム状突起、エンボス加工やビーズコートによる拡散処理で形成される凹凸）が形成されたり、内部に拡散材が混入されたりすることにより、光束制御部材３２及び光制御部材４０から出射された光を透過しながら拡散し、液晶の背面等である被照明面（図示せず）に照射される光を均一化する。

（光制御部材の形状）
次に、図５を用いて光制御部材４０の形状について説明する。図５は、本実施の形態に係る光制御部材４０の平面図である。図５（ａ）は上面図、図５（ｂ）は正面図、図５（ｃ）はＢ−Ｂ線断面図、図５（ｄ）はＣ−Ｃ線断面図、図５（ｅ）はＤ部の拡大図である。

図５に示すように、光制御部材４０は、脚部４１と、柱部４２と、天板部４３と、を有する。

脚部４１は、底板１１に光制御部材４０を安定的に取り付けるために設けられるものであり、本実施の形態においては、底板１１に接する底面４４が平面に形成される。なお、脚部４１の形状について、天板部４３が発光ユニット３０からの光を効率的に受けられるよう固定できるものであればよく、他に限定されることは無い。

柱部４２は、脚部４１の底面４４と天板部４３の下面４５との間の距離を所定の値にするために設けられるものであり、十分な強度を有する範囲内で、その断面積が小さいことが望ましい。

天板部４３は、平板形状である。光制御部材４０を底板１１に取り付けた際に底板１１と対向する下面４５、及び、下面４５の反対面である上面４６は、底板１１とほぼ平行となる。なお、図３では、天板部４３の平面視した外形がほぼ正方形になるように形成されているが、本発明は天板部４３の外形に限定はない。

下面４５は、断面がプリズム４７となるように形成される。なお、本発明の効果を得るためには、プリズム４７の頂角が９０°以下であることが望ましい。図５（ｅ）ではプリズム４７の頂角を７０°としている。このプリズム４７の頂角は、下面４５へ到達する光の発光素子３１の光軸に対する角度よりも、プリズム４７を経由して上面４６へ向かう光の発光素子３１の光軸に対する角度が小さくなるように設計される。また、プリズム４７の頂角は、下面４５へ到達する光の光量や発光素子３１の光軸に対する角度によって調整される。また、下面４５の位置によってプリズム４７の頂角を変化させてもよい。なお、図５では、光制御部材４０を平面視した場合のプリズム４７の各尾根部が正方形になるように形成されているが、本発明はプリズムの形状に限定はなく、例えば、プリズム４７の各尾根部を円形に形成しても良い。また、プリズム４７を格子状に形成しても良い。

光制御部材４０の下面４５の実装基板２０からの高さが、底板１１に取り付けられる際に、下面４５によって進行方向を変換させる光の光束制御部材３２における光出射面上の出射位置よりも拡散透過部５０に近い位置になるように形成される。これにより、光束制御部材３２から出射された、発光素子３１の光軸に対して大きな角度で光束制御部材３２から出射する光は、プリズム４７の一方の面から入射し、他方の面でほぼ全反射し、上面４６から出射される。尚、より多くの光を効率よく拡散透過部５０を透過可能な光に方向変換させるためには、光束制御部材３２の実装基板２０から高さが最大となる位置よりも高い位置に下面４５を配置することが好ましい。

上面４６は、平面に形成される。ただし、上面４６の表面に微細な凹凸を形成する加工を行ってもよい。この加工により、光制御部材４０は、入射した光を透過しながら拡散して出射することができる。

（本実施の形態の効果）
以上のように、本実施の形態では、光束制御部材３２の間に位置するように光制御部材４０が底板１１に取り付けられる。光制御部材４０は、底板１１に取り付けられた際に、下面４５が光束制御部材３２の光出射面よりも拡散透過部５０に近い位置になるように形成され、下面４５にはプリズムが形成される。これにより、発光素子３１の光軸に対して大きな角度で光束制御部材３２から出射する光は、光制御部材４０において、所定の角度よりも小さくなるように進行方向を変えて出射される。この結果、光制御部材４０から出射された光は、拡散透過部５０の被照射面５０ｂで表面反射せずに透過する（図２参照）。

したがって、本実施の形態によれば、角度が大きい光を有効に利用して光の利用効率の低下を防ぐことができる。これにより、被照射面での明るさを維持しながら、発光ユニットの数を減らして消費電力を低減することができる。

また、本実施の形態によれば、従来の照明装置において発光ユニットの間にできていた暗部を解消することができる。

（変形例）
図６乃至図９は、いずれも、本発明に係る照明装置の変形例を示す図である。なお、図６乃至図９において、図１、２と共通する部分には、これらの図と同一の符号を付して、その詳しい説明を省略する。

図６は、照明装置１ａの平面図である。照明装置１ａは、実装基板２０ａが図１の実装基板２０よりも幅の広い平面状に形成され、実装基板２０ａに複数の発光ユニット３０がマトリックス状に実装されたものである。図６において、光制御部材４０は、実装基板２０ａ上であって、発光ユニット３０間に固定される。

図７は、照明装置１ｂの平面図である。照明装置１ｂは、底板１１ｂの平面形状を円形とし、この底板１１ｂとこの底板１１ｂから立ち上がる側壁１２ｂとによって収納空間を形成したものである。照明装置１ｂは、天井照明等に用いるに好適な形状である。

図８は、照明装置１ｃの平面図である。照明装置１ｃは、発光ユニット３０と同数の実装基板２０ｃが用意され、１つの実装基板２０ｃに１つの発光ユニット３０が実装されたものである。図８において、光制御部材４０は、発光ユニット３０間及び光量が不足する外縁近傍の底板１１に固定される。

図９は、照明装置１ｄの平面図である。図９（ａ）は上面図、図９（ｂ）は側面断面図である。照明装置１ｄは、底板１１ｄの平面形状を円形とし、この底板１１ｄとこの底板１１ｄから立ち上がる側壁１２ｄとによって収納空間を形成し、底板１１ｄの中央に１つの実装基板２０ｄおよび１つの発光ユニット３０を固定したものである。また、照明装置１ｄにおいて、光制御部材４０ｄは、柱部４２ｄが側壁１２ｄの内周面に沿った円環形状に形成され、天板部４３ｄが中央に貫通穴４８ｄを有する円形形状に形成される。照明装置１ｄでは、光軸に対する角度が０°から所定の角度の範囲内の光束制御部材３２からの出射光を、拡散透過部（拡散板）５０ｄの被照射面に直接到達させる。また、照明装置１ｄでは、光軸に対する角度が所定の角度の範囲外の光束制御部材３２からの出射光を、天板部４３ｄによってその進行方向を変化させてから拡散透過部（拡散板）５０ｄの被照射面に到達させる。

図１０は、本発明に係る照明装置の光制御部材４０の天板部およびプリズムの変形例を示す図である。なお、図１０において、図５と共通する部分には、この図と同一の符号を付して、その詳しい説明を省略する。図１０（ａ）は、天板部４３ｅの外周が円形に形成され、プリズム４７ｅの各尾根部が正方形になるように形成されている場合を示す。図１０（ｂ）は、天板部４３ｆの外周およびプリズム４７ｆの各尾根部が円形になるように形成されている場合を示す。図１０（ｃ）は、天板部４３ｇの外周およびプリズム４７ｇの各尾根部が発光ユニット３０（発光素子３１）を中心として所定の径の４つの円弧で形成されている場合を示す。

本発明に係る照明装置は、バックライトを用いる平面ディスプレイや、面状に光を出射する一般照明の分野に用いるに好適である。

１照明装置
１０筐体
１１底板
１２側壁
２０実装基板
３０発光ユニット
３１発光素子
３２光束制御部材
４０光制御部材
４１脚部
４２柱部
４３天板部
４４底面
４５下面
４６上面
４７プリズム
５０拡散透過部

Claims

底板とこの底板から立ち上がる側壁とを有し、前記側壁によって形作られる開口部分を有する箱形形状の筐体と、
前記筐体の内部側で且つ前記底板の内表面に取り付けられる実装基板と、
光を出射する発光素子および前記発光素子から出射された光を拡散する光束制御部材を有し、前記実装基板に実装される複数の発光ユニットと、
前記複数の発光ユニットの間に配置され、前記光束制御部材から、前記発光素子の光軸に対して所定の角度より大きい角度で出射された変換前出射光を内部に入射し、前記所定の角度よりも小さくなるように進行方向を変えて前記開口部分に向けて出射する光制御部材と、
前記筐体の前記開口部分に固定され、前記筐体の前記開口部分を塞ぐ光拡散性及び光透過性を有する拡散部材と、
を具備し、
前記光制御部材は、前記底板と対向する下面の前記実装基板からの高さが、前記変換前出射光の前記光束制御部材における光出射面上の出射位置よりも前記拡散部材に近い位置になるように形成され、
前記下面にはプリズムが形成される、
照明装置。
１つの前記実装基板に１つの前記発光ユニットが実装されている、請求項１記載の照明装置。
１つの前記実装基板に複数の前記発光ユニットが実装されている、請求項１記載の照明装置。