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JP5296236B2 - Led蛍光照明装置 - Google Patents

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JP5296236B2
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Description

本発明は、透光性材料からなり、凹凸加工が施された導光拡散体と、導光拡散体と略同じサイズに小型化されたヒートシンクとを設けることで広範囲の配光角が得られるようにしたLED蛍光照明装置に関する。
LED光源蛍光灯は、省エネ,CO削減,水銀無使用等の優れた特性を持つため、従来の蛍光灯に代わる照明装置として注目されている。しかしながら、LEDの光は、直進的であるため、従来の蛍光灯のような灯具や天井からの反射がないので、LED蛍光照明装置直下は明るく照らされるが、光が照らされない部分が生じ、また、間接光でなく直接光であるため、眩しいという問題点があった。
この問題点を解決する技術として、特許文献1に開示された技術が知られている。特許文献1に開示された技術は、LED光源蛍光灯内に、2枚のLED光源基板102を背中合わせになるように配置し、電源を外部に設けることで、照射角度を広げるというものである。(特許文献1を参照。)
この従来のLED蛍光照明装置101では、LED光源基板102が2枚必要であり、それに応じた光源数が必要となることから、消費電力に欠点があり、また、背中合わせになるよう配置された2枚のLED光源基板102からの光は、それぞれが、前方のみを照射するため、照射されない箇所が黒い線となって現れ、ユーザに違和感を与えるという問題があった。
このため、少ない光源数で、照射範囲を広げることが可能なLED蛍光照明装置が種々提案されている。例えば、特許文献2のLED蛍光照明装置201は、管体202の内部を、内壁203により、透光性合成樹脂等からなりLED発光照明室でもある第1管体部204と、金属からなる横断面視円弧形状で電源室Bでもある第2管体部205とに二分されている。前記管体202の内部に、水平面と一対の傾斜面とを有する内壁203を、前記水平面を前記管体202の中心より第2管体部205側に位置させ、前記内壁203の水平面の上面にLED発光装置206および蛍光体207を装備し、水平面の下面に電源回路208を装備し、傾斜面に導光拡散体209を装備している。
このLED蛍光照明装置201によれば、水平面と一対の傾斜面とを有する内壁203を、前記水平面の両端を金属製の第2管体部205の端縁に連接して、内壁203と金属製の第2管体部205とを熱伝導的に連続させ、内壁203の水平面の上面にLED発光装置206及び蛍光体207を装備し、水平面の下面に電源回路208を装備し、傾斜面に導光拡散体209を装備して、内壁203の略全面より蛍光光線をLED発光照明室Aである第1管体部204内で乱反射させることにより照射範囲を取付面側へも拡大することができる。
特開2010−262909号公報 特開2010−272496号公報
しかしながら、従来のLED蛍光照明装置201では、LED光源からの光を、第1管体部204に向け発射し、第1管体部204よりの反射光線を導光拡散体209で再反射させる必要があり、前記反射光線を再反射させるためには、三層構造からなる導光拡散体209を、内壁203の傾斜面にアルミ箔を用いて接着させなければならず、製造過程が複雑でコスト高となる問題があった。
また、LED発光照明室Aである第1管体部204と、電源回路208を装備した電源室Bとなっている第2管体部205とが内壁203によって遮られており、照射されない箇所が90度を超す範囲で存在していた。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、製造工程の簡素化・低コスト化が可能で、配光角を取付器具側(天井面,壁面等)へ拡大できるとともに、自然光に近く目に優しいLED蛍光照明装置を提供することである。
この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、請求項1に記載のLED蛍光照明装置は、基板で発生する熱を放熱するヒートシンクと、該ヒートシンクに把持された点灯回路を有する基板と、該基板のおもて面に設けられた平板状のLED光源部と、該ヒートシンク及び該基板並びに該LED光源部を収容する透光性材料からなるカバーとを備えるLED蛍光照明装置において、表面に凹凸加工処理が施された透光性材料からなる導光拡散体を備え、前記導光拡散体は、前記LED光源部から照射された光が、導光拡散体内部において、凹凸加工処理により形成された表面の凹凸により乱反射し、乱反射した光が更に反射するような形状に加工されており、前記カバーは長尺の蛍光灯状の管体であり、前記ヒートシンク及び前記基板並びに前記LED光源部は長尺で、前記LED光源部は、前記基板上に管体長手方向に一列に配置されており、前記導光拡散体は、縦断面視略三日月型に形成されており、前記導光拡散体の凹部は、前記LED光源部のおもて面と向かい合わせになるように設けられ、該LED光源部から照射される光を受容する受光面と、縦断面視ハの字となるように設けられ、前記ヒートシンクを把持する一対の傾斜面とで構成されることを特徴としている。
請求項1に記載のLED蛍光照明装置によれば、導光拡散体は、透光性材料からなり、凹凸加工処理が施され、表面に凹凸が加えられたことで、LED光源部から入射された光が、導光拡散体の内部を透過し、表面の凹凸により乱反射する。そして、導光拡散体は乱反射した光が更に反射するよう光学設計された形状に加工されているので、光の反射が連鎖しLED光源部からの光を多方向に拡散させることができる。
また、請求項1に記載のLED蛍光照明装置によれば、カバーの形状が長尺な蛍光灯状の管体であり、ヒートシンク及び基板並びにLED光源部も長尺であり、LED光源部は基板上に管体長手方向に一列に配置されているため、従来の蛍光灯に代替させることができる。
さらに、請求項1に記載のLED蛍光照明装置によれば、導光拡散体の受光面が、LED光源部のおもて面と向かい合うように配されているので、LED特有の直進的な光を効率的に受光することができる。また、導光拡散体の形状を縦断面視略三日月型としたことにより、導光拡散体内で乱反射した光を三日月型の曲面で受光できるので、より効率的な反射の連鎖が起き、導光拡散体の三日月型曲面部の全面から広範囲に照射できる。
請求項2に記載のLED蛍光照明装置は、請求項1において、前記導光拡散体は、前記傾斜面のそれぞれに、管体長手方向に延びる突部(又は溝部)が設けられており、前記ヒートシンクは、前記突部と係合する管体長手方向に延びる溝部(又は突部)が設けられており、前記導光拡散体の突部(又は溝部)が前記ヒートシンクの溝部(又は突部)に挿入されて係合することにより、該導光拡散体と該ヒートシンクとが嵌合することを特徴としている。
請求項2に記載のLED蛍光照明装置によれば、請求項1の効果に加えて、導光拡散体の傾斜面に突部(又は溝部)を設け、ヒートシンンクに溝部(又は突部)を設けたことにより、導光拡散体の傾斜面とヒートシンンクとを嵌合させて管体内において導光拡散体の落下を防止するとともに、導光拡散体の熱を基板及びLED光源部の熱とともに放熱することができる。
請求項3に記載のLED蛍光照明装置は、請求項1又は請求項2において、前記LED光源部のLEDに有機エレクトロルミネッセンスを用いることを特徴としている。
請求項3に記載のLED蛍光照明装置によれば、請求項1又は請求項2の効果に加えて、LED光源部に有機エレクトロルミネッセンス(以下、有機ELという。)を用いることで、発光効率は高いが、発熱が少なく、また、有機EL自体が発光するため電圧が低く抑えられ、消費電力を削減することができる。
この発明によれば、製造工程の簡素化・低コスト化が可能で、配光角を取付器具側(天井面,壁面等)へ拡大できるとともに、自然光に近く目に優しいLED蛍光照明装置を提供することができる。
本発明の一実施形態に係るLED蛍光照明装置の縦断面図である。 本発明の一実施形態であって、LED蛍光照明装置のエンドキャップを外した状態を示す斜視図である。 導光拡散体の縦断面図である。 ヒートシンクの縦断面図である。 本発明の一実施形態に係るLED蛍光照明装置の正面図である。 LED光源部から受光面への照射角度を示す縦断面図である。 LED光源部からの光の拡散の説明に供する図である。 本発明の一実施形態に係る導光拡散体の厚み及びLED光源部との距離についての説明に供する図である。 本発明の一実施形態に係るLED蛍光照明装置の配光角の特性を示すグラフである。 従来のLED蛍光照明装置の一実施形態を示す図である。 従来のLED蛍光照明装置の他の実施形態を示す図である。
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。本発明は、例えば、図1及び図2に示すような構成のLED蛍光照明装置1に適用される。
先ず、図1,図2及び図5を参照して、LED蛍光照明装置1の構成の概略について説明する。このLED蛍光照明装置1は、図1に示すように、基板4で発生する熱を放熱させるヒートシンク6と、裏面がヒートシンク6と密着するよう設けられ、LED光源部3を支持する基板4と、基板4のおもて面と密着するように設けられているLED光源部3と、LED光源部3及び基板4並びにヒートシンンク6を把持し、LED光源部3からの光を内部で拡散させて外部に向けて照射する導光拡散体5と、ヒートシンク6を挾持するように設けられ、LED光源部3と基板4とする導光拡散体5とヒートシンク6とを収容する管体2と、管体2の両端に設けられた一対のエンドキャップ16a,16bと、エンドキャップ16a,16bに備えられた支持端子部17a,17bを主要部として備えている。
管体2は、ガラス又は樹脂等の透光性材料からなり、図2に示すように、長尺で、長手方向に沿って一部が開口となっており、開口端辺10aと開口端辺10bとによって、ヒートシンク6が挾持された構成になっている。
管体2は、従来の蛍光灯では、真空状態にした管の中に微量の水銀の蒸気を入れることで、そこに電気を流して発光させていたのに対し、光源をLEDとしたことで、中空であればよく、必ずしも完全密閉されることを必要としない。
LED光源部3は、例えば3mm×2.5mmの矩形状のチップである。また、LED光源部3は、例えば青又はそれよりも波長の短い発光ダイオードのチップを蛍光体で覆った構造をしており、白色に発光する。なお、LED光源部3は、基板4上に収まる大きさであればよく、上記大きさに限定されない。また、LED光源部3は、発光層が有機化合物からなる有機ELを用いてもよい。
LED光源部3は、基板4の上面に、複数個、適宜の間隔で(又は隙間なく)管体長手方向に一列に配置され、発光の際に生じる熱は、基板4を介してヒートシンク6に伝導し、そこから放出されるようになっている。
基板4は、LEDを点灯させるための回路を有し、例えば、ガラスエポキシ樹脂からなる本体に配線パターンが形成されている。なお、基板4の本体は、アルミニウム,セラミック及びガラス等の放熱性を有するものとしてもよい。
基板4は、上面にLED光源部3を実装し、管体長手方向に長尺に、裏面がヒートシンク6と密着するよう設けられている。LED点灯回路で発生する熱は、基板4及びヒートシンク6を介して放出される。
エンドキャップ16a,16bは、管体2の両端に設けられ、直管型蛍光灯と差し替えが可能なように、直管型蛍光灯と同じエンドキャップを用いている。また、エンドキャップ16a,16bのそれぞれには、直管型蛍光灯の端子と同様の支持端子部17a,17bを備えている。したがって、LED蛍光照明装置1は、直管型蛍光灯に対応した照明器具のソケットS(図示せず)に、そのまま装着することができる。
次に、図1,図3,図6,図7及び図8を参照して、導光拡散体5の構成を詳細に説明する。この導光拡散体5は、LED光源部3から照射される光を乱反射させ、照射角度を拡大させるために設けられている。このため、乱反射した光が更に反射するような形状、例えば、管体長手方向に長尺で、縦断面視略三日月形に加工されている。なお、導光拡散体5は、乱反射した光が更に反射するような形状であればよく、前記形状に限定されない。
導光拡散体5は、LED光源部3から照射される光を受容する平面状の受光面9と、ヒートシンク6を把持する一対の傾斜面7a,7bと、傾斜面7a,7bのそれぞれに設けられ、ヒートシンク6の突部14a,14bと係合する溝部8a,8bと、導光拡散体5内で乱反射した光を曲面で受光し、より効率的な反射の連鎖を起こす曲面部11とを主要部として備えている。
導光拡散体5は、透光性材料からなり、多層構造ではなく単一の素材(実施例においてはアクリルを使用している)から形成されているので、製造工程を簡略化することができ、製造コストを抑えることができる。なお、導光拡散体5は、ガラスや樹脂等の透光性材料から形成されていればよく、素材は限定されない。また、導光拡散体5は、レンズの形態に限定されず、フィルムの形態としてもよい。
受光面9は、平面状に形成されており、LED光源部3のおもて面と向かい合わせになるように設けられ、LED光源部3のおもて面との距離を3mmとしている。また、受光面9及び曲面部11間の導光拡散体の厚さを2.4mmとしている。
これは、光学設計に基づいて最適な値を定めたものである。すなわち、LED光源部3のおもて面に、受光面9及び曲面部11を近づけるほど、曲面部11の曲率が小さくなり形状が平面に近くなるので反射の連鎖が起こりにくくなる一方、LED光源部3のおもて面から、受光面9及び曲面部11を遠ざけるほど、曲面部11の曲率が大きくなり光が軌道方向に集中してしまうので照度にバラツキが生じることを考慮したものである。
受光面9の幅は、平面上のLEDから照射される光の角度である120°であることから、LED光源部3から照射される直進的な光の略全てを受光できるように定められている。
傾斜面7a,7bに設けられた溝部8a,8bは、ヒートシンク6の把持部12に設けられた突部14a,14bに挿入されて係合することにより、導光拡散体5がヒートシンク6に嵌合される。なお、この溝部8a,8bを突形状とし、突部14a,14bを溝形状としてもよい。また、傾斜面7a,7bとヒートシンク6との係合の仕方については、スライド挿入でもよいし、弾性力を利用して嵌合させてもよい。
導光拡散体5の傾斜面7a,7bに設けられた溝部8a,8b及び曲面部11間の導光拡散体の厚さは、1mmとしている。これは、光学設計に基づいて最適な値を定めたものである。すなわち、導光拡散体内で乱反射した光が取付器具側(天井面及び壁面)に届き、その光が照明器具の反射板で広がるように考慮したものである。
曲面部11は、導光拡散体5内で乱反射した光の反射の連鎖が起きるように、緩やかな曲面状に成形されている。導光拡散体5内で乱反射により拡散した光は、曲面部11の全面から広範囲に照射される。
導光拡散体5は、表面に、コンプレッサーによって、研磨材を混ぜた圧縮空気を吹き付けるブラスト加工が施されており、ブラスト加工によって形成される凹凸のサイズは、1μから1mmとされ、曲面部11の形状、及び、このブラスト加工によって表面に形成された凹凸により、LED光源部3から受光した光を乱反射させることを可能にし、発光方向を光学設計技術により自在に変化させることができる。なお、導光拡散体5の表面の凹凸は、ブラスト加工に限られず、金型等を用いた一体成形によって形成してもよい。
次に、図1及び図4を参照して、ヒートシンク6の構成を説明する。このヒートシンク6は、導光拡散体5と略同じサイズに小型化されており、LED光源部3と基板4とを収容し、管体2の内側方向に突出する把持部12と、把持部12の両側面に位置する凹部13a,13bと、導光拡散体5と嵌合するための突部14a,14bと、基板4の裏面側に位置し、管体長手方向に配列された複数枚のフィン部15とを主要部として備えている。
ヒートシンク6は、例えばアルミニウム等の軽量かつ熱伝導性が高い材料からなり、把持部12と、凹部13a,13bと、突部14a,14bとフィン部15とが縦断面視コ字状に一体成形されている。
ヒートシンク6は、基板4の裏面と密着し、導光拡散体5に嵌合するよう設けられているため、基板4及び導光拡散体5との接触面から伝導した熱を、フィン部15を介して効率よく放出することができる。なお、この突部14a,14bは、溝形状とし、溝部8a,8bを突形状としてもよい。
ヒートシンク6は、フィン部15の各先端が描く軌跡を断面視円弧状としたことで管体2と組み合わせた時に、全体として円筒状の一般の蛍光灯と同様の形態となり、既存の直管型蛍光灯用のエンドキャップを取り付けることができる。
続いて、LED蛍光照明装置1の動作について説明する。先ず、ユーザが電源を入れると基板4の回路に電源が供給されてLED光源部3が発光する。LED光源部3から照射された光の角度は120°であり、LED光源部3と向かい合うように設けられた、導光拡散体5の受光面9が、LED光源部3から照射された光の略全てを受光する。
導光拡散体5の受光面9で受光した光は、導光拡散体5内を透過し、曲面部11の形状、及び、導光拡散レンズ5の表面にブラスト加工が施されたことによって、曲面部11で乱反射し、乱反射した光が、更に、導光拡散体内を透過して曲面部11で乱反射する。この乱反射の連鎖によって、光が導光拡散体5内を広範囲に拡散することとなる。
導光拡散体5内を広範囲に拡散した光は、導光拡散体5の曲面部11から管体2に向けて照射され、管体2は透光性材料からなるので、管体2に向けて照射された光は、そのまま管体2を透過して、管体2の全周面から外部空間へと均一に照射される。
LED蛍光照明装置1は、管体2が、ヒートシンク6を挾持しており、使用にあたっては、ヒートシンク6が取付器具側に位置するように設置する。ヒートシンク6は導光拡散レンズ5と略同じサイズに小型化されているため、ヒートシンク6によって遮蔽される部分が少なくなるので、管体2から照射される光の照射角度を340°まで拡大することができる。これにより、取付器具側(天井面及び壁面)に光が届き、その光が照明器具の反射板で広がるので、事実上、照射範囲を360°まで拡大でき、ユーザに違和感を与えることがない。また、導光拡散体5の形状は、目的に応じた形状に変更可能であり、例えば、ユーザが望む照射角度・方向になるように変えることもできる。
最後に、LED蛍光照明装置1の特性を示す。図9は、LED蛍光照明装置1の実測値に基づく照射範囲を示すグラフである。図9に示すように、LED光源部3からの光が略340°の角度に照射されていることが分かる。照射されていない残りの角度20°については、前述の通り、照明器具の反射板で、反射によって光が届く仕組みになっている。
表1は、LED蛍光照明装置1の実測値に基づく照度を他社と比較した表である。
表1が示すように、LED蛍光照明装置1は、消費電力を抑えながらも演色性の高い、自然光に近く目に優しい光を発光することが分かる。このように、LED蛍光照明装置1は、優れた特性を有することが証明された。
以上のとおり、本発明によれば、導光拡散レンズ5は、透光性材料からなり、凹凸加工処理が施され、表面に凹凸が加えられたことで、LED光源部3から入射された光が、導光拡散体5の内部を透過し、表面の凹凸により乱反射する。そして、導光拡散体5は乱反射した光が更に反射するような形状に加工されているので、光の反射が連鎖しLED光源部3からの光を多方向に拡散させることができる。
また、本発明によれば、LED光源部3に有機エレクトロルミネッセンス(以下、有機ELという。)を用いることで、発光効率は高いが、発熱が少なく、また、有機EL自体が発光するため電圧が低く抑えられ、消費電力を削減することができる。
また、本発明によれば、カバーの形状が長尺な蛍光灯状の管体2であり、LED光源部3及び基板4並びにヒートシンク6も長尺であり、LED光源部3は基板4上に管体長手方向に一列に配置されているため、請求項1又は請求項2の効果を奏する照明装置として、従来の蛍光灯に代替させることができる。
また、本発明によれば、導光拡散体5の受光面9が、LED光源部3のおもて面と向かい合うように配されているので、LED特有の直進的な光を効率的に受光することができる。また、導光拡散体5の形状を縦断面視略三日月型としたことにより、導光拡散体5内で乱反射した光を三日月型の曲面で受光できるので、より効率的な反射の連鎖が起き、導光拡散体5の三日月型曲面部11の全面から広範囲に照射できる。
さらに、本発明によれば、導光拡散体5の傾斜面7a,7bに溝部(又は突部)8a,8bを設け、ヒートシンンク6に突部(又は溝部)14a,14bを設けたことにより、導光拡散体5の傾斜面7a,7bとヒートシンンク6とを嵌合させて管体2内において導光拡散体5の落下を防止するとともに、導光拡散体5の熱をLED光源部3及び基板4の熱とともに放熱することができる。
なお、本発明は前述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。
1 LED蛍光照明装置
2 管体
3 LED光源部
4 基板
5 導光拡散体
6 ヒートシンク
7a,7b 傾斜面
8a,8b 溝部(又は突部)
9 受光面
10a,10b 開口端辺
11 曲面部
12 把持部
13a,13b 凹部
14a,14b 突部(又h溝部)
15 フィン部
16a,16b エンドキャップ
17a,17b 支持端子部
L1,L2,L3 光
S ソケット
101 LED蛍光照明装置
102 光源基板
201 LED蛍光照明装置
202 管体
203 内壁
204 管体部
205 管体部
206 発光装置
207 蛍光体
208 電源回路
209 導光拡散体

Claims (3)

  1. 基板で発生する熱を放熱するヒートシンクと、該ヒートシンクに把持された点灯回路を有する基板と、該基板のおもて面に設けられた平板状のLED光源部と、該ヒートシンク及び該基板並びに該LED光源部を収容する透光性材料からなるカバーとを備えるLED蛍光照明装置において、
    表面に凹凸加工処理が施された透光性材料からなる導光拡散体を備え、
    前記導光拡散体は、前記LED光源部から照射された光が、導光拡散体内部において、凹凸加工処理により形成された表面の凹凸により乱反射し、乱反射した光が更に反射するような形状に加工されており、
    前記カバーは長尺の蛍光灯状の管体であり、前記ヒートシンク及び前記基板並びに前記LED光源部は長尺で、前記LED光源部は、前記基板上に管体長手方向に一列に配置されており、
    前記導光拡散体は、縦断面視略三日月型に形成されており、前記導光拡散体の凹部は、前記LED光源部のおもて面と向かい合わせになるように設けられ、該LED光源部から照射される光を受容する受光面と、縦断面視ハの字となるように設けられ、前記ヒートシンクを把持する一対の傾斜面とで構成されることを特徴とするLED蛍光照明装置。
  2. 前記導光拡散体は、前記傾斜面のそれぞれに、管体長手方向に延びる突部(又は溝部)が設けられており、
    前記ヒートシンクは、前記突部と係合する管体長手方向に延びる溝部(又は突部)が設けられており、
    前記導光拡散体の突部(又は溝部)が前記ヒートシンクの溝部(又は突部)に挿入されて係合することにより、該導光拡散体と該ヒートシンクとが嵌合することを特徴とする請求項に記載のLED蛍光照明装置。
  3. 前記LED光源部のLEDとして有機エレクトロルミネッセンスを用いることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のLED蛍光照明装置。
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