JP5215081B2 - 照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源たる発光素子を挿入可能にして拡散導光を効率的に行う発光体と、その発光体を備えた照明装置に関する。

発光ダイオードに代表される半導体発光素子は、その光変換効率の高さやその変換効率の高さゆえの熱発生量の低さ、また、長寿命性を備えていることから、高価でありながらも次第に一般生活に浸透しつつある。
また、発光ダイオードなどの砲弾状、球状、あるいは円盤状の発光素子を用いながら、これを柱状、特に円柱状の照明装置として機能させるために、円筒状あるいは円柱状の樹脂棒を備えて、光の拡散作用を利用しながら使用するものも開発されるようになってきた。

例えば、特許文献１には、「棒状光源装置及びこれを用いた光学式読取装置」として、蛍光灯に代えて棒状で小型軽量に具現化できる棒状光源装置と、これを光学式読取装置に用いた発明が開示されている。
この棒状光源装置は、断面が蒲鉾状に形成される合成樹脂製の導光棒を備えており、その導光棒の両端面を光入射面として、入射した光を長手方向と交差する一面に設けられた乱反射面で乱反射させて、他面の半円放射面で収束させ、この半円放射面の全長域から光を放射するように構成されている。
このように構成される特許文献１に記載された発明では、乱反射面で反射された光が半円放射面から放出されるため、均一な配光分布を得ることが可能である。

また、特許文献２には、「遊技機の電飾装置」として、電飾装置に用いられる導光棒において、単色あるいは混色できれいに発光させることができる発明が開示されている。
この遊技機の電飾装置では、複数の導光棒を蒲鉾型のケース内に収容し、これらの導光棒の背面には拡散レンズを介して２種類（赤色と青色）あるいは３種類（赤色、青色と黄色）を発光することができる発光装置を備え、これらの導光棒の前面には半円周面状のレンズを配置している。複数の導光棒が存在することから、特許文献２に開示される発明では、発光装置から放射される光が導光棒のところで混色発光させることができ、奥行感のある立体的な発光状態が感じられることになる。

特開２００２−１９０９１７号公報 特開２００３−１８０９５０号公報

発光ダイオードに代表される半導体発光素子は、従来の放電型光源とは異なり点状の光源となるため、照明装置として使用する場合には、半導体発光素子の集積化が必要となる。
前述の特許文献１に開示されるように、導光棒の両端面に発光ダイオードを設置する方法では、必要は照度を担保することが可能な集積化ができない。また、特許文献２に開示される発明のように複数の導光棒を半円周面状のレンズを配置したケース内に収容しながら、光源を集積したとしても、内部反射によってせっかくの光も減衰してしまう。
さらに、特許文献２に示されるようなレンズに、従来の白熱・蛍光管光源にも用いられるガラスを使用した場合では、遊戯機では遊戯台中に設置されるために特に問題は発生しないと考えられるが、通常の照明装置として用いる場合には、災害時にガラスが破損し、そのガラス破片が飛散することで２次災害が発生する可能性がある。
すなわち、特許文献１や特許文献２に開示される発明では、高い照度を担保するという点、あるいは一般的な照明装置としての強度を担保するという点、特に、屋外に設置しても問題を生じない程度の強度を発揮できるという点から、課題が存在する可能性があった。

本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものであり、半導体発光素子の集積度を高めて、屋内のみならず屋外においても十分な照度を確保すると共に、十分な強度を発揮することができる発光体を用いた照明装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明である照明装置は、透光性を備えて柱状に形成され，その長手中心軸方向へ発光素子を挿入可能に連続して溝状に形成される凹部を有する中実の導光棒と、前記凹部に配列して収容される複数の前記発光素子と、これらの複数の発光素子を前記凹部に透光性を備えて封止する封止材と、前記中実の導光棒の一部を収容する容器と、を有し、前記発光素子の先端部は、前記中実の導光棒の長手中心軸近傍に配置されると共に前記容器より露出し、前記導光棒は、その周面の長手方向に複数の細溝を形成するものである。
上記構成の照明装置においては、導光棒の内部で長手方向及び導光棒の周面方向へ向かって光を反射拡散させるという作用を有する。また、発光素子を挿入可能に設けられる溝状の凹部は、導光棒の長手中心軸方向へ設けられており、複数の発光素子が挿入された場合には、発光素子から放射される光は導光棒の内部でより効率的に拡散するように作用する。さらに、透光性を備えた封止材は、発光素子を封止、固定すると同時に、その内部で発光素子から放射される光を拡散させる作用を有する。また、周面の長手方向へ複数の細溝を形成させることで、導光棒の内部で発生した光を、特に周方向へ向かって拡散させる作用を有する。そして、容器は、導光棒の少なくとも一部を収容するという作用を有する。

請求項２に記載された照明装置は、請求項１に記載の照明装置において、前記溝状に形成される凹部は、前記導光棒の長手中心軸を含む平面に対して垂直あるいは傾斜角を有して形成される側面と，この側面に連続して形成され，かつ前記導光棒の長手中心軸に平行に形成される底面と，を備え、前記底面は平坦面又は前記凹部内に向かって凸状に形成される曲面であり、前記発光素子の発光表面は凸状に形成される曲面であるものである。
上記構成の照明装置においては、請求項１に記載の発明における作用に加えて、溝状に形成される凹部の底面の形状が、平坦面又は凹部内に向かって凸状に形成される曲面となっているため、発光表面が溝状の凹部内で凸状に形成される発光素子の表面との間に封入される透光性を備えた封止材は、凹レンズとして作用する。
具体的には、溝状に形成される凹部の形状が、平坦面である場合には平凹レンズとして作用し、溝状の凹部内に向かって凸状に形成される曲面となっている場合には、両凹レンズとして作用する。

請求項３に記載された照明装置は、請求項１又は請求項２に記載された照明装置において、前記複数の発光素子のうち、少なくとも１つの発光素子は、発光中心軸が前記導光棒の長手方向中心軸と垂直ではなく傾斜するように、前記複数の発光素子は前記凹部に収容されるものである。
上記構成の照明装置においては、請求項１又は請求項２に記載される発明の作用に加えて、少なくとも１つの発光素子の発光指向性を導光棒と垂直方向ではなく、発光素子の発光中心軸を傾斜させた方向へ偏らせるように作用する。
なお、この傾斜角は、特に限定するものではなく、例えば導光棒の長手方向においてすべての発光素子が同じ傾斜角を形成して収容されていたり、あるいは例えば導光棒の片端から中心位置まではその片端の方向へ向けて傾斜させ、中心位置から他端までは導光棒の長手方向中心軸と垂直に形成されるように収容されていたり、さらには、導光棒のそれぞれの端部から中心位置に向かって傾斜させて、すなわち、中央において対称に発光素子が傾斜するように収容されるなど、その照明装置の用途に応じて様々な発光素子の傾斜態様が存在する。

請求項４に記載の照明装置は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載された照明装置において、前記導光棒及び／又は前記封止材は、有色であるものである。
上記構成の照明装置においては、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の発明の作用に加えて、有色の導光棒及び／又は封止材が、有色光を放出するという作用を有する。

請求項５に記載の照明装置は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載された照明装置において、前記導光棒は、円柱状に形成されるものである。
上記構成の照明装置においては、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載された発明の作用に加えて、導光棒の周面から均一に発光させるという作用を有する。

請求項６に記載の照明装置は、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の照明装置において、前記凹部は、連続して溝状に形成されることに代えて、前記発光素子毎に複数形成されるものである。
上記構成の照明装置においては、凹部が発光素子毎に形成されるため、連続して溝状に一体化された凹部に比較して、形成加工が複雑となるように作用する一方、発光素子の導光棒内における配置が容易となるように作用する。

請求項７に記載される照明装置は、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載された照明装置において前記導光棒の一部は、前記容器内に封入された有色の充填材で固定されるものである。
上記構成の照明装置においては、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載される照明装置の作用に加えて、容器内に封入された有色の充填材は、導光棒の一部を固定するように作用する。さらに、この有色の充填材は容器側に漏洩する発光素子からの光を反射して、容器から露出している導光棒の周面からの光の放出量を増加させる作用を有する。また、反射する際の発光色は、充填材の色となるように作用する。

本発明に係る照明装置は、中実の導光棒の長手中心軸方向へ形成される連続して溝状に形成された凹部あるいは複数の凹部を備えて、その中に発光素子を挿入することができるので、多数の発光素子を集積させることができる。また、発光素子が中実の導光棒の内部にまで挿入され、透光性を備えた封止材で封止されるため、発光素子を封止、固定しながら、封止材及び導光棒の内部全体で発光素子からの光を拡散させることができる。さらに、発光素子から発生される熱を導光棒全体の表面で発散させることができる。
したがって、十分な照度を確保できる照明装置であって、発生熱の放散のための容量も十分確保でき、しかも中実の導光棒が発光素子を被覆するため強度を担保可能な照明装置を提供することができる。
また、このような照明装置は十分な照度と熱的な強度及び機械的な強度を確保できる。
さらに、導光棒の内部で、特に周方向へ向かって光を反射拡散させることができるため、導光棒から放出される光をより均一にすることが可能である。すなわち、複数の発光素子から放出される個々の光の導光棒内での拡散をより促進させることで、導光棒からの発光を均一にすることが可能である。また、容器が導光棒の一部を収容して保護するので長寿命を実現することができる。

さらに、特に請求項２に記載の照明装置では、溝状に形成された凹部の底面と発光素子の表面との間に封入される透光性を備えた封止材が、凹レンズとして作用するので、発光素子からの発光が導光棒へ到達する前の封止材において、予め効果的に拡散させることができる。

特に請求項３に記載の照明装置においては、少なくとも１つの発光素子の発光指向性を導光棒の長手方向との垂直方向ではなく、発光素子の発光中心軸を傾斜させた方向へ向けることができる。特に、複数の発光素子が配置されているという特徴を活かし、それぞれの発光素子の発光中心軸を独立に傾斜させることができ、導光棒に要求される発光特性に容易に応答することが可能であり、照明装置の様々な用途に対応することができる。

特に請求項４に記載の照明装置では、導光棒及び／又は封止材を有色とすることで、有色光として拡散させることができ、照明装置からの発光を有色とすることが可能である。従って、照明装置の用途に従って、白色（白色透明）や他の色に発光させることができる。また、複数の照明装置を用いる場合に、それぞれ異なる色に発光させることができ、照明機能に加えて、より優れた電飾機能をも発揮させることができる。

特に請求項５に記載の照明装置においても、導光棒が円柱状に形成されるため、より導光棒からの発光を均一にすることが可能である。

特に請求項６に記載の照明装置においては、凹部が発光素子毎に形成されることで、発光素子の導光棒内における配置が容易となり、発光に対する精度の高い照明装置を提供することができる。

特に請求項７に記載の照明装置においては、容器内に封入された有色の充填材が、導光棒の一部を容器に固定することができるため、導光棒と容器が一体化し、完全防水構造とすることができる。また、同時に機械的強度を向上させることができ、安全性や耐候性を向上させることができる。また、有色の充填材が容器側に漏洩する発光素子からの光を反射して、容器から露出している導光棒の周面からの光の放出量を増加させて導光棒の高集積度の効果に加えて、光度を向上させることができる。

以下に本発明に係る発光体及び照明装置について図１乃至図８を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る発光体及び本発明の第１の実施の形態に係る照明装置の分解斜視図である。また、図２（ａ）は、図１に示される第１の実施の形態に係る照明装置の長手方向に対して垂直に断面をとった断面図であり、（ｂ）は発光体１及び照明装置９の別の実施例において（ａ）と同様に断面をとった断面図である。
発光体１は、図１に示されるように、透光性を備えた円柱状の中実の導光棒１ａで構成されており、その導光棒１ａの外周は円周面として長手方向（長手中心軸１２と平行な方向）へ複数の細い溝が設けられた細溝加工面２として形成されている。なお、本願では、円柱状とは略円柱状も含む概念である。また、円柱状に限らず他の柱状、例えば角柱状、楕円柱状等においても略柱状（略角柱状、略楕円柱状）を含む概念である。
また、この細溝加工面２に形成される細い溝は、導光棒１ａの長手中心軸１２に向かって凸の弧状に設けられている。
導光棒１ａの正面視左側に設けられた端面４から、図中示されない他の端面に向かって連続した断面が略Ｕ字に構成されるＵ字型溝状凹部３が形成されている。

このＵ字型溝状凹部３には、図１においてその下方に示される半導体発光素子として、発光ダイオード７が複数挿入される。この発光ダイオード７は、無色透明な光、いわゆる白色光を発光するものである。Ｕ字型溝状凹部３は、導光棒１ａの円周面の一部から導光棒１ａの長手中心軸１２に向かって形成されるので、挿入された発光ダイオード７の先端部７ａは導光棒１ａの長手中心軸１２近傍に配置されることになる。従って、本実施の形態に係る発光体１では、挿入された発光ダイオード７から放射される光は、導光棒１ａの背面に漏れることなく効率的に導光棒１ａの細溝加工面２から放出されることになる。また、長手中心軸１２近傍に発光ダイオード７の先端部７ａが配置されることから、導光棒１ａのいずれの細溝加工面２に対しても全円周方向に発光ダイオード７からの光が放射され、細溝加工面２の周方向においてより均一な光を放出することが可能である。
発光ダイオード７の電極脚８は、基板６に設けられた配線用の孔（図示せず）に挿通され半田などで基板６に固定される。基板６には、予め銅ペーストなどで配線パターンが印刷されており、電源などに接続されるものである。発光ダイオード７の数は、特に特定されるものではなく発光体１によって放出される光量や発熱量あるいは除熱量に応じて適宜定められるとよい。また、発光ダイオード７として図１及び図２（ａ），（ｂ）ではいわゆる砲弾型のものを用いているものの、その外形には限定されず、半導体発光素子であれば、発光ダイオードに限らず、また、その形状も球状やボタン状、楕円球体状などであってもよい。
なお、図１には示されていないものの、導光棒１ａのＵ字型溝状凹部３には発光ダイオード７を封止、固定するために、透光性を備えた封止材１１が封入されている。この封止材は光により硬化するか、熱により硬化するか、又は時間の経過と共に硬化し、発光ダイオード７を固定する。また、この封止材としては、例えば、ウレタン、シリコン、珪素系熱硬化樹脂などが適している。

さらに、基板６を収容するために、型枠で構成される容器５を用いている。基板６には、電極脚８を介して発光ダイオード７が載置されており、その発光ダイオード７が導光棒１ａの内部に挿入されている状態にあるため、図２にも示されるように、容器５には、基板６の他にも発光ダイオード７を収容する導光棒１ａの少なくとも一部が収容される。
このような状態にあるものが、第１の実施の形態に係る照明装置９となる。すなわち、照明装置９は、基板６と、この基板６上に載置される発光ダイオード７と、この発光ダイオード７をＵ字型溝状凹部３に挿入して覆う発光体１と、基板６を収容する容器たる容器５から構成されるものである。

このように構成される第１の実施の形態に係る発光体１では、導光棒１ａにおいて長手方向に複数の細溝を形成するため、Ｕ字型溝状凹部３に配置される発光ダイオード７から放射される光は、細溝加工面２に沿って放出されて、均一に拡散されながら細溝加工面２の表面から放出される。よって、発光体１を用いることで、導光棒１ａの長手方向に均一な光が放出されるという効果を発揮することができる。
また、中実の導光棒を採用していることから光を発する部分の強度に優れており、例えば蛍光灯などと比較すると割れなどによる破損については可能性が著しく低く、発光ダイオードの長寿命性と相俟って、長寿命の照明装置を提供することができる。他の実施の形態においても同様である。
なお、本実施の形態に係る導光棒１ａの材料は、高エネルギー光に対する耐性と強度を持ち、成型可能な透明樹脂等を使用する。例えば、ポリカーボネート、エポキシ、ウレタン、ポリ塩化ビニル、アクリルなどのプラスチック素材をはじめ、シリコン、珪素系熱硬化樹脂、ガラスでもよい。以下、他の実施の形態においても同様である。
なお、本実施の形態においては、導光棒１ａの周面上に、長手中心軸１２方向に平行な細溝加工面２を設けているが、この細溝加工面２を設けない円周面を形成してもよい。細溝加工面２を設けることで導光棒の内部で長手方向、特に円周方向へ向かって光を反射拡散させることができるため、導光棒から放出される光をより均一にすることが可能であるが、この細溝加工面２がなくとも導光棒１ａの中央近傍にまで発光ダイオード７が挿入されるので、十分に発光を拡散させることが可能である。

次に、図２（ａ）及び（ｂ）を参照しながら図１に示される第１の実施の形態に係る照明装置の内部構造について説明を加える。
図２（ａ）において、第１の実施の形態に係る照明装置９の容器５は発光ダイオード７を載置した基板６を収容しており、また、同時に発光体１（導光棒１ａ）の下面側を一部収容している。
前述のとおり、導光棒１ａのＵ字型溝状凹部３内に挿入された発光ダイオード７とＵ字型溝状凹部３との隙間には透明な封止材１１が封入されており、発光ダイオード７と導光棒１ａを接着固定すると共に、発光ダイオード７を封止して外部からの水等の浸入を防止している。
さらに、基板６と発光体１（導光棒１ａ）の下面側を一部収容する容器５には、白色のシリコン充填材１０が封入されており、容器５に収容された発光体１（導光棒１ａ）の背面から放出される光を反射して、再度導光棒１ａ内に導き、容器５内に収容されていない他の細溝加工面２から放出されるようにしている。従って、発光ダイオード７から放出された光の損失を防止して、導光棒１ａの周面から放出される光量を増加させ、発光体１の光度を向上させることが可能である。

また、シリコン充填材１０を容器５内に封入することで、発光ダイオード７を載置した基板６と導光棒１ａを、容器５に固定したり、あるいは防水するという作用をも有する。なお、このシリコン充填材１０は、硬化後、放熱・防水・接着の性能を持った材料を使用する。また、本実施の形態においては、封止材１１を透明として、また、シリコン充填材１０を白色としたが、他の色であってもよい。例えば、赤色透明の封止材１１を用いながら、赤色のシリコン充填材１０を用いることで、その導光棒１ａからの光を赤色光とすると同時に、発光体１の下面側からの反射光も赤色光とすることが可能である。もちろん、他の色の封止材１１やシリコン充填材１０を用いることで他の色の発光とすることも可能である。封止材１１とシリコン充填材１０は同時に同じ色にしなくともいずれか一方のみでもよい。また、混色光を放出させるために異なる色をそれぞれに採用してもよい。さらに、導光棒１ａの途中で色を変えるために、一本の導光棒１ａを区分けして、それぞれに異なる色の光を放出させるために、封止材１１とシリコン充填材１０の色を組み合わせてもよいし、複数本の発光体１を用いる場合には、それぞれの一本毎に異なる色の光を放出するために封止材１１とシリコン充填材１０の色を組み合わせてもよい。

さらに、本実施の形態においては導光棒１ａを無色透明としているが、これを有色透明としてもよいし、封止材１１やシリコン充填材１０との色の組み合わせも同色としてもよいし、異なる色としてもよい。また、成型加工時に一本の導光棒１ａの途中において色を異ならせてもよいのは上述の封止材１１とシリコン充填材１０の場合と同様である。なお、発光ダイオード７は白色光を放射するものとしているが、封止材１１やシリコン充填材１０の色、あるいは導光棒１ａとの色を考慮して、発光ダイオードとして他の色を発光するものを用いてもよいし、紫外光や近紫外光を発する発光ダイオード７と蛍光体を組み合わせることで白色や他の色を発光するものとして用いてもよい。
以上述べたことにより、本実施の形態に係る発光体１及び照明装置９では照明機能に加えて、より優れた電飾機能をも発揮させることができる。
このようにシリコン充填材１０を容器５に封入することで、発光体１と発光ダイオード７、基板６及び容器５を一体化させることができ、細長くコンパクトで強固な照明装置９として構成させることができる。また、容器５の材料としては、アルミなどの熱伝導性の高い金属を採用することで、発光ダイオード７からの放熱をより効率的に行うことが可能である。

なお、本実施の形態に係る照明装置９及び発光体１では、導光棒１ａを円柱状に形成したが、図２（ｂ）に示されるように、別の実施例として（ａ）のような円柱状の導光棒１ａに代えて、導光棒１ａの細溝加工面２の一部を長手方向に平面状にして底面として、この平底面１３から導光棒１ａの長手中心軸１２に向けてＵ字型溝状凹部３を形成するようにしてもよい。すなわち、導光棒１ａの長手中心軸１２に垂直な断面では弧を含む半円形状の断面となり、導光棒１ａは略半円柱状となるものである。
このように構成される導光棒１ａ及び発光体１であっても、第１の実施の形態に係る発光体１と同様の作用及び効果を発揮することができる。さらに、発光体１に平底面１３を備えることで、発光体１と基板６を接着固定することも可能であり、基板６と導光棒１ａの固定を強固にすることが可能であるので、この実施例に係る照明装置９では、基板６と導光棒１ａの固定を強固にした照明装置とすることができる。
また、本実施の形態においては、容器５によって、基板６と発光体１（導光棒１ａ）の下面側を一部収容しているが、導光棒１ａを完全に容器５外に出して基板６のみを収容してもよいし、発光色の異なる複数の発光ダイオード７を組み合わせる場合等、基板６が大型化する可能性がある場合には、基板６は、容器５内に収容することなく容器５外に出して構成する場合もある。従って、基板６も必ずしも容器５内に収容されるとは限らない。以下の実施の形態においても同様である。

次に、図３を参照しながら、発光体の他の実施の形態について説明する。図３（ａ）は本発明に係る発光体の第２の実施の形態を示す斜視図であり、（ｂ）は図３（ａ）において符号Ａ−Ａで示される部分の矢視断面図である。
図３（ａ）において、発光体１５は、第１の実施の形態に係る発光体１と同様に、円柱状の中実の導光棒１５ａで構成されており、導光棒１５ａの外周の円周面は長手方向（長手中心軸１９と平行な方向）へ複数の細い溝が設けられた細溝加工面１６として形成されている。但し、本実施の形態においては、この細溝加工面１６に形成される細い溝は、導光棒１５ａの長手中心軸１９に向かって凹の弧状に設けられている。すなわち、導光棒１５ａの円周面側に向かって凸の弧状に設けられている。
さらに、図３（ｂ）に示されるように、第１の実施の形態では導光棒１ａの長手方向に連続して溝状に形成されたＵ字型溝状凹部３に対して、本実施の形態では、個々の発光ダイオード７に対応するように複数のＵ字型凹部１７を導光棒１５ａの一部の円周面から長手中心軸１９に向かって形成させるものである。
また、図３（ａ），（ｂ）においては凹部１７に挿入される発光ダイオード７及びこれを封止するために凹部１７に封入される封止材１１が示されていないが、これは単に記載を省略しているに過ぎず、実際の発光体１５では備えるものである。

このように構成される第２の実施の形態に係る発光体１５においても、第１の実施の形態と同様に、Ｕ字型凹部１７に挿入された発光ダイオード７から放射される光は、背面に漏れることなく効率的に導光棒１５ａの細溝加工面１６から放出されることになる。また、長手中心軸１９近傍に発光ダイオード７の先端部７ａが配置されることから、導光棒１５ａのいずれの細溝加工面１６に対しても等方に発光ダイオード７からの光が放射され、細溝加工面１６の周方向においてより均一な光を放出することが可能である。
また、導光棒１５ａにおいて長手方向に複数の細溝を形成するため、Ｕ字型凹部１７に配置される発光ダイオード７から放射される光は、細溝加工面１６に沿って放出されて、均一に拡散されながら細溝加工面１６の表面から放出される。よって、発光体１５を用いることで、導光棒１５ａの長手方向に均一な光が放出されるという効果を発揮することができる。
但し、本実施の形態においては、個々のＵ字型凹部１７を導光棒１５ａに形成させる必要があるので、第１の実施の形態におけるＵ字型溝状凹部３に比較すると加工性の点で劣ると考えられる。

なお、本第２の実施の形態においても導光棒１５ａは円柱状としたが、第１の実施の形態の他の実施例と同様に、導光棒１５ａの細溝加工面１６の一部を長手方向に平面状にして底面として、この平底面から導光棒１５ａの長手中心軸１９に向けて複数のＵ字型凹部１７を形成するようにしてもよい。このようにした実施例においても第１の実施の形態の他の実施例と同様に、基板６と導光棒１ａの固定を強固にすることが可能である。もちろん、円柱状以外の柱状であってもよいが、周面より均一に発光ダイオード７からの光を放出させるためには円柱状の導光棒１５ａであることが望ましいと考えられる。
また、導光棒１５ａの外周の細溝加工面１６の形態とＵ字型凹部１７の組合せに特定するものではなく、第１の実施の形態に係る細溝加工面２とＵ字型凹部１７を組合せたり、第１の実施の形態に係るＵ字型溝状凹部３と細溝加工面１６を組合せてもよく、各構成要素を各図に示される実施の形態間で交換してもよく、特に限定するものではない。以下の他の実施の形態においても同様で、それぞれの実施の形態に係る構成要素を適宜組み合わせて異なる実施の形態を概念することが可能であることは言うまでもない。
以上説明した第２の実施の形態及びその実施例に係る発光体を図１及び図２（ａ），（ｂ）に示されるように発光ダイオード７を載置した基板６及びそれらを収容する容器としての容器５と組み合わせることで、照明装置を供することが可能である。
照明装置として、第２の実施の形態に係る発光体を用いた場合であっても、第１の実施の形態に係る発光体を用いた場合と同様な作用及び効果を発揮することが可能である。

次に、図４及び図５を参照しながら本発明の第３の実施の形態に係る発光体及び照明装置について説明する。図４（ａ）は第３の実施の形態に係る発光体の外形図であり、図４（ｂ）は（ａ）の発光体を用いて照明装置とした場合の断面の概念図である。図５（ａ）は第３の実施の形態に係る発光体の軸方向の断面の概念図であり、図５（ｂ）は第３の実施の形態に係る発光体の軸方向とは垂直方向の断面の概念図である。
図４及び図５において、第３の実施の形態に係る発光体２０は、第１及び第２の実施の形態と同様に、中実な円柱状に形成された導光棒２３を有しており、その周面には長手方向に細溝加工面２２が形成されている。この細溝加工面２２は、導光棒２３の長手中心軸に向かって凹あるいは凸というような形状ではなく、いずれの側にも対称な波型に形成されている。また、導光棒２３の長手中心軸に向かってコ字型凹部２６が形成されている。このコ字型凹部２６は、連続して溝状に形成されており、配列された複数の発光ダイオード２４を挿入している。また、発光ダイオード２４を封止するために封止材２５がコ字型凹部２６内に封入されている。
本実施の形態の発光体２０においては、導光棒２３及び封止材２５は無色透明であり、発光ダイオード２４からの発光は白色光である。なお、本願において光は便宜上透明光を白色光と呼び、有色の透明光も概念されるが、この中の白色透明光とは無色透明光を意味する。一方、有体の構成要素（例えば、導光棒、封止材、充填材）における色は、無色透明を含まない概念であるが、白色は有色に含まれる概念として捉えている。なお、第１、第２の実施の形態のように封止材やシリコン充填材あるいは導光棒の色を有色としてもよく、それぞれの色を統一しても異なる色を組み合わせるようにしてもよいことは同様である。
また、照明装置２１は発光体２０を含み、発光ダイオード２４を配列した基板２７と導光棒２３の一部をその内部に収容する容器２８を備えている。
さらに、容器２８内には、シリコン充填材２９が封入され、導光棒２３や基板２７を固定させると同時に、発光ダイオード２４から放出された光の背面漏洩を防止して、導光棒２３の周面から放出される光量を増加させ、発光体２０の光度を向上させている。

本実施の形態に係る発光体２０は、前述のコ字型凹部２６に特徴がある。第１及び第２の実施の形態では、凹部の形状はいずれもＵ字状に形成されていたが、本実施の形態においてはコの字状に形成される、すなわち、導光棒２３の中心軸側に形成される底面２６ａが平坦に形成されるものである。導光棒２３の周面から長手中心軸方向へ向かって垂直に形成されるコ字型凹部２６の側面に対して、垂直かつ平坦に形成される面である。
凹部の底面２６ａがこのように平坦に形成されると、発光ダイオード２４の頂部の曲面と相まって、封入された封止材２５を平凹レンズとして作用させることが可能であるので、発光ダイオード２４から放出される光を導光棒２３内でより拡散させることが可能である。
なお、本実施の形態においては、コ字型凹部２６の側面は、導光棒２３の周面から長手中心軸方向へ向かって垂直に形成されるように示したが、特に垂直である必要はなく、傾斜させてもよい。具体的には、例えば、凹部の底面２６ａに近い側を広く、発光ダイオード２４の入口側を狭くするように側面を傾斜させて、底面２６ａを広く取るようにしてもよいし、側面の傾斜を逆にして底面２６ａを狭く形成させるようにしてもよい。
また、本実施の形態においては、コ字型凹部２６は連続した溝状に形成されているが、これは図３に示される発光体１５のように発光ダイオード２４毎に、個別に複数形成されるようにしてもよい。以下の実施の形態においても同様である。発光ダイオード２４毎に凹部が形成されるとは、１個々々個別に形成されることを意味しており、例えば発光ダイオード３４の２個毎に凹部が形成される場合には、連続した溝状に形成されることの概念に含まれるものである。

次に、図６を参照しながら本発明に係る発光体の第４の実施の形態について説明する。図６（ａ）は第４の実施の形態に係る発光体の軸方向の断面の概念図であり、図６（ｂ）は第４の実施の形態に係る発光体の軸方向とは垂直方向の断面の概念図である。
図６において、第４の実施の形態に係る発光体３０は、第３の実施の形態に係る発光体２０と同様に、中実な円柱状に形成された導光棒３３を有しており、その周面には長手方向に細溝加工面３２が形成されている。この細溝加工面３２も第３の実施の形態と同様である。導光棒３３の長手中心軸３７に向かってコ字型凹部３６が連続して溝状に形成されており、このコ字型凹部３６には、配列された複数の発光ダイオード３４を挿入されるが、この発光ダイオード３４は、図６を平面視して全て左側に傾斜している。第１乃至第３の実施の形態までは、発光ダイオードの発光素子中心軸は導光棒の長手中心軸と垂直に配置されていたものの、本実施の形態においては、図６（ａ）に示されるように発光ダイオード３４の発光素子中心軸３８は導光棒３３の長手中心軸３７に対して垂直ではない角度θ_１で傾斜して、溝状に形成されたコ字型凹部３６に収容されている。なお、発光素子中心軸３８とは発光ダイオード３４などの発光素子が光を最も強く放射する方向を指す軸を意味している。
また、発光ダイオード３４を封止するために封止材３５がコ字型凹部３６内に封入されていること、及び底面３６ａが平坦に形成されていることは、第３の実施の形態等と同様である。

このように形成される本実施の形態に係る発光体３０では、発光ダイオード３４が指向性を備えて導光棒３３のコ字型凹部３６内に収容されるため、導光棒３３の周面に垂直方向に光が放出されるのではなく、図６では平面視左側に偏って放出される。従って、例えば街灯などに発光体３０を備えた照明装置を採用する場合に、光の照射方向を変化させることが可能であるため、街灯が照らす範囲を拡大したり、ある特定の部分のみ集中して照射するなどの工夫をすることが可能となり、照明に柔軟性、適応性を持たせることができる。
なお、本実施の形態においては、第３の実施の形態と同様にコ字型凹部３６の底面３６ａを平坦にしているため、コ字型凹部３６に発光ダイオード３４を封止するために封入される封止材３５を平凹レンズとして機能させることができ、発光ダイオード３４から放出される光をより拡散させることができる。
また、本実施の形態においては全ての発光ダイオード３４を左側に一定角度（θ_１）で傾斜させているが、傾斜させる発光ダイオード３４を一部のものに限定して傾斜させたり、あるいはこの傾斜角を例えば連続的に変化させたりしてもよい。具体的には、導光棒３３の中心から右半分あるいは左半分の発光ダイオード３４のみ所望の一定角度で傾斜させる場合や、導光棒３３の右端から左端へ向かって発光ダイオード３４の傾斜角を９０°から徐々に例えば３０°に近いような角度に変化させるような場合である。
本実施の形態に係る発光体３０も図４（ｂ）に示されるように基板２７に発光ダイオード３４を配置して、容器２８内にシリコン充填材２９と共に固定することで照明装置として成立するものである。

次に、図７を参照しながら、本発明に係る発光体の第５の実施の形態について説明する。図７（ａ）は第５の実施の形態に係る発光体の軸方向の断面の概念図であり、図７（ｂ）は第５の実施の形態に係る発光体の軸方向とは垂直方向の断面の概念図である。
図７において、第５の実施の形態に係る発光体４０は、第３及び第４の実施の形態に係る発光体２０，３０と同様に、中実な円柱状に形成された導光棒４３を有しており、その周面には長手方向に細溝加工面４２が形成されている。この細溝加工面４２も第３，第４の実施の形態と同様である。導光棒４３の長手中心軸４７に向かってコ字型凹部４６が連続して溝状に形成されており、このコ字型凹部４６には、配列された複数の発光ダイオード４４を挿入されるが、この発光ダイオード４４は、導光棒４３の端部から中央へ向かうほど垂直に近づくように傾斜している。
すなわち、少なくとも１つの発光ダイオード４４が傾斜する場合の態様として、同じ方向へ傾斜する場合の他にも、例えば本実施の形態のように中央から両端部に向かって傾斜させるように配置する場合もあれば、逆に両端部から中央に向かって傾斜させるように配置する場合もある。

より詳細に説明する。前述のとおり、第１乃至第３の実施の形態までは、発光ダイオードの発光素子中心軸は導光棒の長手中心軸と垂直に配置されていたものの、本実施の形態においては、図７（ａ）に示されるように発光ダイオード４４の発光素子中心軸４８は導光棒４３の長手中心軸４７に対して、最も右側に配置されている発光ダイオード４４では角度θ_２１で傾斜している。これに対して、導光棒４３の中央に近づくにつれて、長手中心軸４７と発光素子中心軸４８の角度はθ_２２、θ_２３、θ_２４と、直角（垂直）に近くなり、中央に配置される発光ダイオード４４における長手中心軸４７と発光素子中心軸４８の角度θ_２５では、直角（垂直）となっているのである。
このように発光ダイオード４４の傾斜角が、導光棒４３の端部側から中央側に近づくにつれて直角に近づくことで、導光棒４３の周面から放出される光をより拡散させることが可能となる。もちろん、前述のとおり、本実施の形態とは逆に導光棒４３の中央側から端部側に近づくにつれて直角に近づける場合には、導光棒４３の周面から放出される光をより集中させることが可能である。但し、この場合、図７に示される角度θ_２１〜θ_２５として表現されている側の角度を考えるならば、平面視して右側に配置される発光ダイオード４４の角度θは、１８０度に近い角度から直角に近づくように配置され、平面視して左側に配置される発光ダイオード４４の角度θは、０度に近い角度から直角に近づくように配置される必要がある。発光ダイオード４４の発光素子中心軸４８と導光棒４３の長手中心軸４７の角度の取り方には鋭角と鈍角の２通りの取り方が存在するためである。

また、本実施の形態においては、コ字型凹部４６の底面４６ａがコ字型凹部４６内に向かって凸状の曲面を形成している。コ字型凹部４６の底面４６ａがこのように凸状の曲面に形成されると、発光ダイオード４４の頂部の曲面と相まって、封入された封止材４５を両凹レンズとして作用させることが可能であるので、発光ダイオード４４から放出される光を導光棒４３内でより拡散させることが可能である。
なお、本実施の形態に係る発光体４０も図４（ｂ）に示されるように基板２７に発光ダイオード３４を配置して、容器２８内にシリコン充填材２９と共に固定することで照明装置として成立するものである。また、本実施の形態においては砲弾型の発光ダイオード４４を使用しているが、例えば扁平な円盤状の発光ダイオードを使用した場合には、底面４６ａのコ字型凹部４６内に向かって凸状の曲面によれば、平凹レンズを形成させることができる。従って、コ字型凹部４６の底面４６ａを凸状の曲面に形成させることによれば、ほぼ全ての発光ダイオード４４に対して封止材４５による凹レンズを形成させることが可能となるのである。

最後に、図８（ａ）乃至（ｃ）に本発明に係る照明装置の試作品の写真を示す。図８（ａ）は全体構成を示す写真であり、（ｂ），（ｃ）はそれぞれ分割して構成を示す写真である。（ａ）及び（ｃ）に示される発光体の右側端部の箱状の筐体は、コンバータ、トランス（電圧変換器）と発光ダイオード点灯のための制御基板を格納するためのものである。また、その筐体からは電源プラグが延設されており、試作品では家庭用の１００Ｖ交流電源に接続することで点灯させることができる。（ａ）乃至（ｃ）においては、導光棒に形成されて発光ダイオードを収容する凹部が白く縞状に写っているのがわかる。また、本試作品においては、容器の下方に固定脚を設けて壁面などに設置容易なように構成されている。
なお、試作品に用いられた発光ダイオードは、直径５ｍｍの砲弾型のもので、長さは２５ｍｍ、発光部の長さは１５ｍｍとなっている。発光ダイオードの発光体内での配列ピッチは７．５ｍｍとなっている。この照明装置の発光体の長さは、６００ｍｍ程度であるが、５０ｍｍから１６００ｍｍ程度まで製作が可能である。

既存の照明機器と互換性のある発光ダイオードの光源ユニットとして、あるいはネオン管に代わって頑丈で耐候性に優れた光源ユニットとしての利用が可能である。また、それらの光源ユニットに供給される発光体としての利用が可能である。具体的な利用可能性としては、街路灯、標識、ショーケース、看板、冷凍庫内照明、インテリア照明、非常灯、誘導灯、水中照明などの他、特に衝撃振動により破損が頻発する箇所などへの利用が考えられる。

本発明の第１の実施の形態に係る発光体及び本発明の第１の実施の形態に係る照明装置の分解斜視図である （ａ）は、図１に示される第１の実施の形態に係る照明装置の長手方向に対して垂直に断面をとった断面図であり、（ｂ）は発光体及び照明装置の別の実施例において（ａ）と同様に断面をとった断面図である。 （ａ）は本発明に係る発光体の第２の実施の形態を示す斜視図であり、（ｂ）は図３（ａ）において符号Ａ−Ａで示される部分の矢視断面図である。 （ａ）は第３の実施の形態に係る発光体の外形図であり、（ｂ）は（ａ）の発光体を用いて照明装置とした場合の断面の概念図である。 （ａ）は第３の実施の形態に係る発光体の軸方向の断面の概念図であり、（ｂ）は第３の実施の形態に係る発光体の軸方向とは垂直方向の断面の概念図である。 （ａ）は第４の実施の形態に係る発光体の軸方向の断面の概念図であり、（ｂ）は第４の実施の形態に係る発光体の軸方向とは垂直方向の断面の概念図である。 （ａ）は第５の実施の形態に係る発光体の軸方向の断面の概念図であり、（ｂ）は第５の実施の形態に係る発光体の軸方向とは垂直方向の断面の概念図である。 （ａ）は全体構成を示す写真であり、（ｂ），（ｃ）はそれぞれ分割して構成を示す写真である。

符号の説明

１…発光体 １ａ…導光棒 ２…細溝加工面 ３…Ｕ字型溝状凹部 ４…端面 ５…容器 ６…基板 ７…発光ダイオード ７ａ…先端部 ８…電極脚 ９…照明装置 １０…シリコン充填材 １１…封止材 １２…長手中心軸 １３…平底面 １５…発光体 １５ａ…導光棒 １６…細溝加工面 １７…Ｕ字型凹部 １８…端面 １９…長手中心軸 ２０…発光体 ２１…照明装置 ２２…細溝加工面 ２３…導光棒 ２４…発光ダイオード ２５…封止材 ２６…コ字型凹部 ２６ａ…底面 ２７…基板 ２８…容器 ２９…シリコン充填材 ３０…発光体 ３２…細溝加工面 ３３…導光棒 ３４…発光ダイオード ３５…封止材 ３６…コ字型凹部 ３６ａ…底面 ３７…長手中心軸 ３８…発光素子中心軸 ４０…発光体 ４２…細溝加工面 ４３…導光棒 ４４…発光ダイオード ４５…封止材 ４６…コ字型凹部 ４６ａ…底面 ４７…長手中心軸 ４８…発光素子中心軸

Claims (7)

1. 透光性を備えて柱状に形成され，その長手中心軸方向へ発光素子を挿入可能に連続して溝状に形成される凹部を有する中実の導光棒と、前記凹部に配列して収容される複数の前記発光素子と、これらの複数の発光素子を前記凹部に透光性を備えて封止する封止材と、前記中実の導光棒の一部を収容する容器と、を有し、前記発光素子の先端部は、前記中実の導光棒の長手中心軸近傍に配置されると共に前記容器より露出し、前記導光棒は、その周面の長手方向に複数の細溝を形成することを特徴とする照明装置。
2. 前記溝状に形成される凹部は、前記導光棒の長手中心軸を含む平面に対して垂直あるいは傾斜角を有して形成される側面と，この側面に連続して形成され，かつ前記導光棒の長手中心軸に平行に形成される底面と，を備え、前記底面は平坦面又は前記凹部内に向かって凸状に形成される曲面であり、前記発光素子の発光表面は凸状に形成される曲面であることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
3. 前記複数の発光素子のうち、少なくとも１つの発光素子は、発光中心軸が前記導光棒の長手方向中心軸と垂直ではなく傾斜するように、前記複数の発光素子は前記凹部に収容されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の照明装置。
4. 前記導光棒及び／又は前記封止材は、有色であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の照明装置。
5. 前記導光棒は、円柱状に形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の照明装置。
6. 前記凹部は、連続して溝状に形成されることに代えて、前記発光素子毎に複数形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の照明装置。
7. 前記導光棒の一部は、前記容器内に封入された有色の充填材で固定されることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の照明装置。