JP2009094026A - 照明ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 広範囲に光を均一に照射することが可能な照明ユニットを提供する。
【解決手段】 長尺な基板と、前記基板上の長手方向に列設された複数の半導体光源と、前記基板上の一方の長辺側に沿って配置された光反射体と、を備え、前記光反射体は、複数の小片が合成されたマルチリフレクタを有していることを特徴とする照明ユニットである。特に、前記複数の小片は、前記半導体光源からの光をそれぞれ異なる光軸を有する反射光として取り出すことが可能となるように配置角度が調整され、前記半導体光源から離れて配置される小片ほど大きな面積と長い焦点距離を有していることが好ましい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体光源を用いた照明ユニット関し、特にライン状に複数の半導体光源が搭載された照明ユニットに関するものである。

近年、蛍光灯の変わりとなる照明用ユニットとして、発光ダイオードなどの半導体光源を用いたライン状の照明ユニットが提案されている。例えば、光の光束を高めることを目的として、基板の長手方向に沿って実装された複数個のＬＥＤチップと、このＬＥＤチップ全体を一体的に覆うように形成された略半円柱状、または、かまぼこ形状の透明樹脂部と、を備えた照明ユニットが開示されている。
特開２００２−２９９６９７号公報

しかしながら、上記照明ユニットは、照射範囲が狭いことから、広範囲に光を均一に照射する照明用途には不適切であった。

そこで本発明は、広範囲に光を均一に照射することが可能な照明ユニットを提供する。

本発明の照明ユニットは、長尺な基板と、前記基板の長手方向に列設された複数の半導体光源と、前記複数の半導体光源からの光を前記基板の短手方向の一方の方向へ取り出すことが可能な光反射体と、を備え、前記光反射体は、複数の小片が合成されたマルチリフレクタを有していることを特徴とする。

前記複数の小片は、前記半導体光源からの光をそれぞれ異なる光軸を有する反射光として取り出すことが可能となるように配置角度が調整されていることが好ましい。また、記複数の小片は、前記半導体光源から離れて配置される小片ほど大きな面積と長い焦点距離を有していることが好ましい。

前記光反射体は、前記複数の半導体光源の間に突出したサイドリフレクタを有していることが好ましい。

さらに、前記基板の他方の長辺側に、光拡散効果を有するカバーを備えていることが好ましい。

本発明の照明ユニットは、複数の小片が合成されたマルチリフレクタを有する長尺照明ユニットであることから、長手方向には蛍光灯と同等の光学特性を持たせつつ、照明ユニットから離れた位置においても高い照度を得ることができる。

本発明の発光装置の実施の形態を以下に詳細に説明する。
実施の形態１
図１（ａ）の上面側からみた模式的斜視図、図１（ｂ）の基板短手方向における模式的断面図に示すように、この実施の形態の照明ユニット１０は、主として、長尺な基板１１、前記基板上の長手方向に列設された複数の半導体光源１２、および前記基板上の一方の長辺側に沿って配置された光反射体１３により構成されている。

基板１１は、長手方向に延長した形状に形成されており、基板１１の上面側において、複数の半導体光源１２が長手方向に列設されている。基板１１は、上面及び上面と対向する底面に、半導体光源１２を発光させるための配線、配線パターンを有し、異なる素子の搭載がされている等、当該分野で公知の手段が施された基板である。基板の材料は、熱伝導性の高い材料を用いることが好ましく、ガラスエポキシ基板やアルミ基板が好適に用いられる。また、熱伝導性が好ましくない基板を用いる場合、基板１１の底面側に熱伝導性の良い金属基板を接合することが好ましい。さらに、基板１１と金属基板との間に、熱伝導性シート（図示していない）を備えていることが好ましい。熱伝導性シートは、例えば、１Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度以上の熱伝導率を有し、かつ、絶縁性のものが好ましい。これにより、基板１１と金属基板との導通を防止し、半導体光源１２間にてショートすることなく半導体光源１２から発生する熱を効率的に放熱することができる。具体的には、シリコーンゴム等により形成することができる。その厚み、形状及び大きさ等は、得ようとする照明ユニットの大きさ、形状等を考慮して適宜調整することができるが、基板１２と略同じ形状、同じ大きさであることが好ましい。

半導体光源１２は、光を発光することが可能な半導体であれば特に限定されるものではなく、当該分野で使用されているもののいずれをも使用することができる。また、半導体光源１２は、半導体素子チップ自体を用いてもよく、パッケージや被覆部材等により覆われた半導体発光装置を用いてもよい。後者の場合、各構成部材に波長変換部材（例えば、蛍光体等）、拡散剤等が含有されていてもよいし、複数の半導体素子チップが搭載されていてもよい。特に、ＲＢＧに対応したフルカラーの半導体発光装置を用いることにより、単色の発光素子を用いる場合よりも、混色性を向上させることができる。

また、半導体光源１２は、前記基板の上方側から観測した際の配光が略ランバート分布配光であることが好ましい。これにより、輝度ムラの少なく、高効率でグレアの少ない照明ユニットとすることができる。さらに半導体光源１２は、基板１１上に等間隔で配置されていることが好ましい。これにより、均一な光の分布を実現することができるとともに、半導体光源１２から発生する熱の分布を均等にすることができる。

本実施の形態の光反射体１３は、側面と背面を有し、該背面部分は、半導体光源１２が搭載された基板１１の一方の長辺側に沿って配置されており、半導体光源１２の上方まで延在している。光反射体１３の側面は、基板１１の側面と固定されている。光反射体１３の背面部分は、複数の小片が合成されたマルチリフレクタ１３ａを有している。

本実施の形態の光反射体１３は、光反射体１３の全面において基板１１の長辺とほぼ同じ長さの長尺形状の小片が複数上下方向に合成されてなるマルチリフレクタ１３ａが構成されているが、各小片の形状および面積は、照射したい領域の範囲、その領域までの距離、およびその領域に対する光入射角度にあわせて任意に調整することができる。

前記複数の小片は、前記半導体光源からの光をそれぞれ異なる光軸を有する反射光として取り出すことが可能となるように配置角度が調整されていることが好ましい。これにより、広い範囲において均一な照度を有することが可能な照明ユニットを得ることができる。

また、複数の小片は、前記半導体光源から離れて配置される小片ほど大きな面積と長い焦点距離を有していることが好ましい。このようにマルチリフレクタを構成することにより、半導体光源１２から離れて配置されている小片側にて遠方を集光照射し、半導体光源１２の近くに配置されている小片側にて近距離を集光照射することが可能となり、より広い範囲において均一な照度を有することが可能な照明ユニットを得ることができる。例えば、このような形態の照明ユニットを、多段型オープンショーケースの最上部手前に取り付け、庫内側を照射すると、上方の棚だけでなく下方の棚まで均一に照射することができる。これにより、多段型オープンショーケースにおいて、庫内の各棚下部分に照明を取り付ける必要がなくなり、大幅にコストを下げることができる。また、半導体光源を用いることで、ランニングコスト・メンテナンスコストも低減することができる。

小片は、輝度・色ムラが照射ムラに影響する半導体光源を使用する場合、マルチリフレクタの光反射面に拡散効果のある加工が施されていることが望ましい。

また、小片の光反射面を半導体光源１２の光を集光する球面または非球面（放物面、楕円面等）とし、これらの配置角度を調整して得られたマルチリフレクタ１３ａの形状が、半導体光源１２を焦点とするシリンドリカルミラー形状であることが好ましい。これにより半導体光源１２から出射された光が、長尺方向においては広範囲に照度・色むらがなく、短尺方向においては所望範囲に均一な照度分布となるよう効率よく集光される照明ユニットが得られる。また、マルチリフレクタ１３を、半導体光源１２を焦点とするデフォーカスミラー形状としてもよく、これにより、半導体光源１２の輝度ムラや色ムラを改善することができる。

光反射体１３は、ＡＢＳ、ポリカーボネート、アクリル等の樹脂成型品に光反射性の高い金属膜を蒸着、メッキしたもの、またはＡｌ等金属プレス品に光反射性の高い金属膜を蒸着、メッキしたもの、もしくは高反射膜形成済みＡｌ板材等をプレス加工したものなどにより、形成することができる。また、輝度ムラや色ムラが照射ムラに影響する半導体光源１２を用いた場合は、光反射面に拡散効果のある加工が施されていることが好ましい。

実施の形態２
この実施の形態２の照明ユニット２０は、図２に示したように、マルチリフレクタ２３ａは、複数の半導体光源２２の間にて分離し、その分離部分にサイドリフレクタ２３ｂを有している以外、実質的に実施の形態１と同様の構成である。

本実施の形態は、複数のマルチリフレクタ２３ａと複数の半導体光源２２とを有し、それぞれが対を成して配置されている。これにより、各半導体光源２２からの光を各マルチリフレクタ２３ａにより効率よく外部へ取り出すことができ、光の利用効率を高めることができる。また、本実施の形態の光反射体は、各マルチリフレクタ２３ａの間から各半導体光源２２の間に突出したサイドリフレクタ２３ｂを有している。このように、複数の半導体光源の間に突出したサイドリフレクタを有する光反射体を用いることで、基板２１の長手方向への非利用光を基板２１の短手方向である光取り出し方向側へ効率的に取り出すことができる。

実施の形態３
実施の形態３の照明装置１００は、金属プレート３４と、半導体光源３２が搭載された基板３１と、光反射体３３と、を有する２組の照明ユニット３０を、基板３１の長手方向に並べ、１つの筺体１０１で保持したものである。

金属プレート３４は、例えばアルミニウムや銅、鉄、ステンレスなどの熱伝導率の高い金属材料により構成されている。また、金属プレートの形状は板状のみならず、フィンのついたヒートシンク形状や、筐体の構造的機構の一部となる形状が付加されていてもよい。

本実施の形態３において、半導体光源３２およびそれが搭載された基板３１は、実施の形態１および２と同様のものを用いることができる。光反射体は、背面の外側に長手方向に沿って配置された長尺リブ部３３ｃを有し、側面の下方に引掛部３３ｄを有している以外は実施の形態２で用いられた光反射体とほぼ同様の構成を有する光反射体３３を用いている。光反射体３３の引掛部３３ｄには、基板３１と合体された金属プレート３４が保持されている。このように固定された照明ユニット３０は、光反射体３３のリブ部３３ｃが筺体１０１の背面側の勘合開口部に嵌め込まれ、光反射体３３の端部と筺体１０１の端部とがホルダー１０２にて固定されている。

筺体１０１は、底面、側面および背面を有し、照明ユニット３０を保持している。筺体１０１の底面の内側には、金属プレート３４を短手方向に保持する長尺リブ部１０１ａを複数有しており、これにより、金属プレート３４の放熱性を妨げることなく照明ユニット３０を安定して保持することができる。筺体１０１の側面には、金属プレートの端部に設けられた凸部と対応する箇所に同様の形状の凸部を有しており、筺体１０１の凸部と、照明ユニット３０と合体された金属プレートの凸部とが、ホルダーにより固定されている。また、筺体１０１の背面には、光反射体３３のリブ部３３ｃが勘合する勘合開口部と、光反射体３３の背面上方を保持する鍔部とを有している。このような構成にすることにより、螺子等の固定部材を別途用いることなく、簡便かつ容易に照明ユニットを筺体に取り付けることができる。

ホルダー１０１は、光反射体３３の端部から突出した凸部と筺体１０１の端部から突出した凸部とを保持することが可能であれば特に限定されず、固定用ホルダーとして従来から通常用いられているものであれば特に限定されるものではない。

実施の形態４
本実施の形態４の照明装置２００は、図４に示したように、照明ユニットの光取り出し側に、光拡散効果を有するカバー２０３を備えている以外は、実質的に実施の形態３と同様の構成である。このように、光反射体が配置された基板長辺と対向する他方の長辺側に、光拡散効果を有するカバー２０３を備えることにより、輝度・色ムラが照射ムラに影響する半導体光源を使用した際においても、これらの照射ムラを抑制することが可能な照明ユニットおよび照明装置を得ることができる。

カバー２０３は、半導体光源からの光を透過することが可能な材料にて構成されていれば特に限定されず、当該分野で公知の材料によって形成することができるが、例えば、軽量で、強度の強いプラスチック、特に加工性および耐熱性を考慮すると、ポリカーボネートやアクリルなどの樹脂材料にて構成されていることが好ましい。ここで、本明細書における光透過性とは、搭載する半導体光源１３からの光を１００％透過することが好ましいが、混色、色むら等を考慮して、半透明及び不透明（例えば、光透過性が５０％程度以上、乳白色のもの等）のものも含むものとする。

ここで、光拡散効果とは、半導体光源からの光を拡散し得る部分を意味し、カバー自体に光拡散効果が加工されていてもよいし、カバー２０３に光拡散効果を有する他の部材を組み合わせて構成されていてもよい。例えば、カバー２０３の正面側及び／又は背面側（内側）に拡散シート（例えば、半透明及び乳白色樹脂製の厚さの薄いシート）を貼り付けてもよいし、カバーの正面側及び／又は背面にサンドブラスト、研磨等の粗面処理を施してもよい。さらに、カバー２０３を形成する材料自体に拡散剤（例えば、酸化シリコン等のフィラー等）を混入してもよい。これにより、各半導体光源からの光を均一なひとつの面光源とすることができる。

カバー２０３は、光観測面の背面側周縁部に、照明ユニット４０に着脱可能に嵌め込むことが可能な取付部２０３ａを備えている。取付部２０３ａは、半導体光源１３からの発光に対して悪影響を与えない部位に配置されることが好ましい。

取付部２０３ａは、カバー２０３と同じ材料によって、カバー２０３と一体的に形成されていることが好ましい。これにより、照明装置の部品数を低減させ、安価でかつ組立てを容易とすることができる。

本実施の形態の照明ユニット４０は、カバー２０３にて封止されていることから、冷蔵庫等の霜が着く可能性がある所に使用することも可能である。

本発明の照明ユニットは、多段オープンショーケース用照明をはじめ、標識灯、建築照明など、種々の照明用途として利用することができる。

（ａ）本発明の照明ユニットの模式的正面側斜視図、（ｂ）正面短手方向における模式的断面図である 本発明の他の照明ユニットの模式的正面側斜視図である。 本発明の他の照明ユニットおよびそれを用いた照明装置の模式的正面側斜視図である。 本発明の他の照明ユニットおよびそれを用いた照明装置の模式的正面側斜視図である。

１０、２０、３０、４０ 照明ユニット
１１、２１、３１ 基板
１２、２２、３３ 半導体光源
１３、２３、３３ 光反射体
１３ａ、２３ａ マルチリフレクタ
１５ 光線
２３ｂ サイドリフレクタ
３３ｃ リブ部
３３ｄ 引掛部
３４ 金属プレート
１００、２００ 照明装置
１０１、２０１ 筺体
１０１ａ、２０１ａ リブ部
１０２、２０２ ホルダー
２０３ カバー
２０３ａ 取付部

Claims (5)

1. 長尺な基板と、前記基板上の長手方向に列設された複数の半導体光源と、前記基板上の一方の長辺側に沿って配置された光反射体と、を備え、
   前記光反射体は、複数の小片が合成されたマルチリフレクタを有していることを特徴とする照明ユニット。
2. 前記複数の小片は、前記半導体光源からの光をそれぞれ異なる光軸を有する反射光として取り出すことが可能となるように配置角度が調整されていることを特徴とする請求項１に記載の照明ユニット。
3. 前記複数の小片は、前記半導体光源から離れて配置される小片ほど大きな面積と長い焦点距離を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の照明ユニット。
4. 前記光反射体は、前記複数の半導体光源の間に突出したサイドリフレクタを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の照明ユニット。
5. 前記基板の他方の長辺側に、光拡散効果を有するカバーを備えていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の照明ユニット。

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