JP6501053B2 - 照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、拡散部材を通して光を放出する照明装置に関するものである。

特許文献１には、表示パネルを備える表示装置のバックライトユニットに用いられる発光装置において、被照射体の面方向において輝度が均一となるように、光を被照射体に照射することができ、薄型化が可能な発光装置が記載されている。バックライトユニットは、プリント基板と、プリント基板上に設けられ、基台、ＬＥＤチップ、およびレンズを有する複数の発光部と、発光部の周囲に設けられ、第１反射部分および第２反射部分を有する第１反射部材とを設ける。

特開２０１２−２１６７４７公報

より薄型で、より均一な照明効果が得られる照明装置が要望されている。

本発明の一態様は、発光装置と、発光装置が載置され、反射領域を有する基板と、該基板と対向する拡散部材とを有する照明装置である。発光装置は、反射領域および拡散部材の間に向けて、反射領域に垂直な軸の周りの四方に主発光軸を含む光を出射する４つの出射部であって、反射領域に垂直な方向に対する角度が９０度の水平方向の第１の配光分布と反射領域に垂直な方向に対する角度が５５度の第２の配光分布とを含み、第１の配光分布および第２の配光分布は主発光軸の方向に対して垂直な軸の周りに４５度回転した方向の強度が大きく、反射領域に垂直な方向の強度分布が第１の配光分布と第２の配光分布との間の反射領域に垂直な方向に対する角度が６０度から８５度の範囲の強度分布が拡散部材よりも反射領域に近接した側にピークを含み、主発光軸のピークに対して、垂直な軸の周りに４５度回転した方向のピークの方が大きい光を出射する４つの出射部を有する。

この照明装置は、発光装置が、反射領域および拡散部材の間に向けて、少なくとも３つの方向に、強度分布が拡散部材よりも反射領域に近接した側にピークを含む光を出射することにより、発光装置を中心として、反射領域に垂直な方向よりも反射領域に沿った方向（水平な方向）に広がる配光分布が得られる。したがって、複数の基板を規則的に配置したときに複数の発光装置の間に暗点が発生することを抑制でき、より薄型で、より均一な照明効果が得られる照明装置を提供できる。

照明装置を展開して示す展開斜視図。 照明装置を正面から見た様子を示す図。 光モジュールを示す平面図。 光モジュールを示す斜視図。 図５（ａ）は光モジュールの水平方向の配光分布、図５（ｂ）は光モジュールの垂直方向の配光分布、図５（ｃ）は単体のＬＥＤの配光角曲線。 異なる光モジュールを示す斜視図。 さらに異なる光モジュールを示す斜視図。

図１に、照明装置を展開して示している。この照明装置１は、上側が開放された薄い箱型のカバー２と、カバー２の下側の面に配置された照明基板１０と、照明基板１０に対向してカバー２の正面側２ｃを覆う拡散部材５とを有する。この例では、カバー２は正方形の照明基板１０が設置された裏面と、四方の側面２ｂとを含む。照明基板１０がカバー２と一体になっていてもよい。カバー２は長方形であってもよく、他の多角形であってもよく、円形、または楕円形であってもよい。カバー２の正面側２ｃおよび裏面側２ａは、相対的な方向であり、照明装置１を天井に取り付けて使う場合は、カバー２の正面側２ｃは下側を向き、壁に取り付けて使う場合は、カバー２の正面側２ｃは側方を向く。

図２に、照明基板１０が内部に配置されたカバー２を正面から見た様子を示している。照明基板１０の正面側の面（以降では上側の面）１０ａは照明用の光を発する発光面であり、拡散反射性の基板面１０ｂに、複数の光モジュール２０が縦横に並んで配置されている。拡散反射性の基板面１０ｂは、いわゆる艶消しの面であり、光が乱反射するように粗面に加工されていてもよく、白色反射シートなどの拡散反射シートが貼り付けられていてもよい。

この照明基板１０の発光面１０ａには、１６個の光モジュール２０が縦横に４×４のマトリクスをなすように配置されている。光モジュール２０の数はこれに限定されず、光モジュール２０が配列される方向はカバー２の側面２ｂに対して直交する方向が好ましいがこれに限られない。または平行する方向に限らず、斜めであってもよい。さらに、カバー２の内側の側面２ｂには拡散反射シートが貼り付けられていることが好ましい。

図３に、光モジュール２０の概略構成を平面図で示し、図４に、光モジュール２０の外観を斜視図により示している。光モジュール２０は、正方形の配線基板２４と、その配線基板２４の上面２４ａの中央に配置された発光装置２５とを含む。発光装置２５は、光を出射する出射部である出射面３１を含む。発光装置２５は、配線基板２４に垂直な軸１９の周りに配置された４つの側面発光型のＬＥＤ３０を含む。４つのＬＥＤ３０は、主発光軸３９が配線基板２４の上面２４ａと平行で、配線基板２４の四隅をそれぞれ向くように組み合わせされている。４つのＬＥＤ３０は、配線基板２４の上面２４ａで９０度ずつ向きを変えて組み合わされており、全体として上面から見ると正方形で全体が直方体状の発光装置２５を構成している。したがって、発光装置２５の４方向の側面２６のそれぞれに、光を放出する出射面３１が設けられており、４方向に光が出射される。

配線基板２４の上面２４ａは反射領域２３を含む。反射領域２３は、出射面３１の前方に少なくとも一部が配置された拡散反射領域２１と、隣り合う拡散反射領域の間に配置された鏡面反射領域２２とを含む。拡散反射領域２１は、各主発光軸３９の方向に、発光装置２５の各側面２６の直下から、各側面２６の幅から各出射面３１の半分程度を除いた幅で、配線基板２４の各隅に向けて延びたほぼ長方形の領域である。拡散反射領域２１の形状は長方形に限定されない。出射面３１の前方に少なくとも一部が配置される形状であればよい。拡散反射領域２１は、さらに配線基板２４の隅に向かって延びており、配線基板２４の隅を含めた領域に配置されていることが望ましい。拡散反射領域２１は、配線基板２４の上面２４ａを艶消しの状態に加工してもよく、白色などの拡散性のシートを貼り付けて形成してもよい。

拡散反射領域２１の間に配置されている鏡面反射領域２２は、配線基板２４の上面２４ａの中の、四角形の発光装置２５の隅部分の前方直下から配線基板２４の各辺に向かってほぼ三角形に広がる領域であり、本例においては、各出射面３１の前方に半分程度かかる幅で広がっている。鏡面反射領域２２は、光の拡散が少なく、一方からの光が別の一方に反射されて出ていく領域であり、いわゆる、艶ありの領域である。鏡面反射領域２２は、金属などの部材を凹凸がほとんどない状態に加工した領域であってもよく、反射性の高い金属薄膜などの鏡面反射シートを貼り付けて形成された領域であってもよく、配線基板２４自身であって配線基板２４の表面が反射性の高い領域であってもよい。

図５に光モジュール２０の配光特性を示している。図５（ａ）は、水平方向の配光分布を示し、図５（ｂ）は、垂直方向の配光分布を示す。図５（ｃ）は、単体のＬＥＤの配光角曲線を参考に示している。

図５（ａ）には、図４に示した垂直な軸（法線）１９からの角度（鉛直角）θが９０度の水平方向の配光分布６２と、鉛直角θが５５度の配光分布６１とを示している。なお、主発光軸３９は、垂直な軸１９の周りの水平角φが０度、９０度、１８０度、２７０度の位置である。

図５（ｂ）には、水平角φが４５度の面における垂直方向（鉛直角方向）の光の強度分布（配光分布）６３と、水平角φが０度の面における垂直方向（鉛直角方向）の光の強度分布（配光分布）６４とを示している。また、この配光分布は、４５度の場合のみならず、１３５度、２２５度、３１５度も４５度の場合と同様の配光分布６３を示し、０度の場合のみならず、９０度、１８０度、２７０度も０度の場合と同様の配光分布６４を示す。配光分布６３および６４は、鉛直角θが約７５度にそれぞれピークＰ１およびＰ２を持つ分布となっている。したがって、それぞれのＬＥＤ３０の出射面３１から出射される光の強度分布は、垂直な軸１９の方向に存在する拡散部材５よりも、配線基板２４の上面２４ａの反射領域２３の側に接近した角度にピークＰ１およびＰ２を含む。配光分布６３および６４は、鉛直角θが４５度以上にピークＰ１およびＰ２を含むことが望ましく、６０度以上にピークＰ１およびＰ２を含むことがさらに好ましい。また、配光分布６３および６４のピークＰ１およびＰ２は、反射領域２３から若干離れることが望ましく、配光分布６３および６４は鉛直角θが８５度以下にピークＰ１およびＰ２をそれぞれ含むことが望ましい。

光モジュール２０においては、２個のＬＥＤ３０の間、すなわち、２つの出射面３１の間の水平角φが４５度、１３５度、２２５度および３１５度には２個のＬＥＤ３０がそれぞれ主発光軸３９に対し４５度の向きで発光する。図５（ｃ）の個々のＬＥＤ３０の、主発光軸３９の光強度を１００とした配光特性によれば、４５度の配光強度は、もっとも発光強度の高い０度、即ち主発光軸３９の配光強度に対し（１／√２）となる。したがって、水平角φが４５度、１３５度、２２５度および３１５度の強度は、２個のＬＥＤ３０から寄与があるので、√２倍、すなわち、理論的には約１．４倍となる。このため、中間角度に相当する水平角φが４５度の面における鉛直角方向の配光分布６３のピークＰ１の強度は、主発光軸３９の水平角φが０度の面における鉛直角方向の配光分布６４のピークＰ２の強度よりも大きい。言い換えれば、反射領域に垂直な軸の周りの四方に光を出射する４つの出射部を含み、出射部から出射される光のピークに対して、垂直な軸の周りに４５度回転した方向に出力される光のピークの方が大きい。

本例の光モジュール２０は、鉛直角θでみると、拡散部材５よりも、ＬＥＤ３０が搭載された配線基板２４の上面２４ａの反射領域２３の側にピークＰ１およびＰ２がある配光特性を持つ。このため、光モジュール２０から出力される光は、拡散部材５に直に向かう強度よりも、拡散部材５に対し平行に近い角度、すなわち、反射領域２３に対し平行に近い角度に傾いた強度の方が強い。さらに、この光モジュール２０の垂直な軸１９の周りの配光特性も、円形ではなく、隣接する光源への距離が大きくなる格子状配置の対角線方向に強い強度を持つ。光モジュール２０は、鉛直角θが９０度以下の方向の配光特性を円形から対角線方向に強い分布を持つ特性に変更でき、対角線方向の暗点の解消に効果的である。

特に、光モジュール２０においては、拡散反射領域２１と対角方向に配置された鏡面反射領域２２とを組み合わせることにより、水平角φが０度、９０度、１８０度、２７０度の主発光軸３９に対する、水平角φが４５度、１３５度、２２５度、３１５度の中間角度（対角方向）の光の強度比が、図５（ａ）に示すように高い。たとえば、鉛直角θが９０度の方向では、主発光軸３９に対する中間角度方向の光の強度の比は１．４であり、理論的な値とほぼ同じになる。この光モジュール２０により得られる鉛直角θが９０度の方向の光の強度比は、１．３以上であることが望ましく、最大で１．５程度までである。

すなわち、光モジュール２０の配線基板２４の上面（反射領域）２４ａが拡散面のみで構成された場合、そのような光モジュールの対角線方向に強い配光特性は鉛直角９０度、即ち上面２４ａに平行な面内近傍に限られている。このため、対角線方向に隣り合う光モジュール２０との中点上（対角中点）の拡散部材５に向かう鉛直角の配光分布はほぼ円形に近づく。このため、単に４つのＬＥＤ３０を組み合わせて、対角線方向の分布を強くしても対角中点の暗点解消は十分には達成できない。

本例の光モジュール２０においては、配線基板２４の上面２４ａに拡散反射領域２１と鏡面反射領域２２とを配置している。このため、図５（ａ）に示すように、鉛直角５５度の配光分布６２も中間角度（対角線方向）の相対的な強度が高く、ピークＰ１およびＰ２の付近である鉛直角７５度では、主発光軸３９に対する中間角度方向の光強度の比が１．３程度と理論値に近い高い値を示す。したがって、光モジュール２０は、拡散部材５に向かう鉛直方向の分布を主発光軸３９の強度に対し、中間角度の方向の強度が１．２倍前後にアップする配光分布を持たせることができる。

さらに、図５（ｂ）に示すように、主発光軸３９および中間角度方向の鉛直方向の配光分布は、鉛直角θが７５度付近にピークを持つバットウィング形状の分布となり、水平角φの方向の配光分布と相まって、発光面１０ａに複数の光モジュール２０を正方格子状に配置したときに暗点が発生しにくい照明装置１を提供できる。たとえば、光モジュール２０の間の距離（ある光モジュールの中心と、その光モジュールに隣り合う最短の光モジュールの中心との距離）Ｗに対し、発光面１０ａと拡散部材５の内面との距離がＷ／２の照明装置１であっても、対角線方向の暗点がほぼ見えないことが確認されている。

図６に、光モジュール２０の異なる例を示している。この光モジュール２０は、正方形の配線基板２４と、その配線基板２４の上面２４ａの中央に配置された発光装置２５とを含む。発光装置２５は、側面に出射面３１が設けられた４つの側面発光型のＬＥＤ３０を出射面３１が四方をそれぞれ向くように組み合わせた構成である。配線基板２４の上面２４ａは反射領域２３を含む。反射領域２３は、出射面３１の前方に配置された拡散反射領域２１と、隣り合う拡散反射領域の間に配置された鏡面反射領域２２とを含む。拡散反射領域２１は、出射面３１の直下が狭く、配線基板２４のコーナー（４つの隅部）に向かって広がっている。拡散反射領域２１の間に配置されている鏡面反射領域２２は、発光装置２５のコーナー部分の前方直下から配線基板２４の各辺に向かって帯状に延びている。

この光モジュール２０においても、図５（ａ）および図５（ｂ）に示した配光分布と同様の配光分布が得られる。鏡面反射領域２２は、対角線方向（主発光軸３９同士の中間方向）の９０度以下の鉛直角方向に強い配光分布を得るために重要であるが、対角線方向に設けられていればよく、鏡面反射領域２２の形状、大きさの許容範囲は広い。

拡散反射領域２１は、光モジュール２０の直上、すなわち、鉛直角θが０度方向の配光分布を得るために重要である。拡散反射領域２１は、発光装置（ＬＥＤパッケージ）２５の側面２６に設けられた出射面３１の直前と配線基板２４の上面２４ａの鏡面反射領域２２との間に適当な幅設けられていることが重要である。

図７に、光モジュール２０のさらに異なる例を示す。この光モジュール２０は、配線基板２４と、配線基板２４の中央に取り付けられたＬＥＤ３０と、配線基板２４の上面２４ａに取り付けられる反射板２９と、反射板２９の中央の開口２９ａを介して露出するＬＥＤ３０を覆うカバー２８とを含む。ＬＥＤ３０は、鉛直方向に主発光軸を持つように配線基板２４に取り付けられている。カバー２８は、水平角φが０度、９０度、１８０度、２７０度にそれぞれ開いた窓（開口）２８ａを含む。発光装置２５は、ＬＥＤ３０とカバー２８とを含み、窓２８ａを出射面３１とし、水平角φが０度、９０度、１８０度、２７０度を主発光軸３９として光が出力される。

反射板２９は、出射面３１である窓２８ａの前面に一部がかかるように配置された拡散反射領域２１と、隣り合う拡散反射領域２１の間に配置された鏡面反射領域２２とを含む。この光モジュール２０も、図５（ａ）および（ｂ）に示した配光特性に準じた配光特性を持つ。

以上に説明したように、照明装置１は、被照射面の面積に見合う数だけ拡散反射シートで覆われた発光面１０ａの上に格子状に複数の光モジュール２０を配列し、被照射面に拡散部材５を配置している。照明装置１は、表示装置のバックライトとして利用でき、拡散部材５に重ねて表示パネルを配置してもよく、拡散部材５の代わりに表示パネルを配置してもよい。また、照明装置１は、天井、壁などに設置するベースライト等に使用できる。

また、上記の光モジュール２０に含まれる発光装置２５は、方形または矩形の箱型であり、４つの側面２６と、それぞれの側面２６に設けられた出射面３１とを含む。発光装置２５は、３つの側面２６を持つものであってもよく、３方向に向いた出射面３１を備えていてもよい。また、側面２６は円筒状であってもよく、少なくとも３方向に向いた出射面３１を備えていればよい。さらに、発光装置２５は、５角形以上の多角形で、５方向以上に向いた出射面３１を備えていてもよい。

１ 照明装置、 １０ 照明基板、 １０ａ 発光面
２０ 光モジュール
２１ 拡散反射領域、 ２２ 鏡面反射領域、 ２３ 反射領域
５ 拡散部材

Claims (2)

1. 発光装置と、
   前記発光装置が載置され、反射領域を有する基板と、
   該基板と対向する拡散部材とを有する照明装置であって、
   前記発光装置は、前記反射領域および前記拡散部材の間に向けて、前記反射領域に垂直な軸の周りの四方に主発光軸を含む光を出射する４つの出射部であって、前記反射領域に垂直な方向に対する角度が９０度の水平方向の第１の配光分布と前記反射領域に垂直な方向に対する角度が５５度の第２の配光分布とを含み、前記第１の配光分布および前記第２の配光分布は前記主発光軸の方向に対して前記垂直な軸の周りに４５度回転した方向の強度が大きく、前記反射領域に垂直な方向の強度分布が前記第１の配光分布と前記第２の配光分布との間の前記反射領域に垂直な方向に対する角度が６０度から８５度の範囲の前記拡散部材よりも前記反射領域に近接した側にピークを含み、前記主発光軸の前記ピークに対して、前記垂直な軸の周りに４５度回転した方向の前記ピークの方が大きい光を出射する４つの出射部を有する照明装置。
2. 請求項１において、
   規則的に配置された複数の前記基板を含む、照明装置。

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