JP2011243410A

JP2011243410A - 照明装置

Info

Publication number: JP2011243410A
Application number: JP2010114391A
Authority: JP
Inventors: Hidenao Kubota; 秀直久保田
Original assignee: Hitachi Consumer Electronics Co Ltd
Current assignee: Hitachi Consumer Electronics Co Ltd
Priority date: 2010-05-18
Filing date: 2010-05-18
Publication date: 2011-12-01
Also published as: CN102252221A; EP2388642A2; US20110286211A1

Abstract

【課題】ＬＥＤを用いた照明装置において、照明光の一様性を向上し、色温度や発光するエリアを選択できるようにする。
【解決手段】ＬＥＤからの照明光は導光板内を進行し、内部表面で反射されて拡散板を介し外部に照射される。色相の異なる複数のＬＥＤを設け、ＬＥＤドライバ部は発光する色温度を制御し、例えば橙色のような穏やかな色の照明光を生成する。ＬＥＤドライバ部は発光するエリアを切替えることで、独自の照明効果を出し、また照明装置を常夜灯としても使用できるようにする。導光板は反射シートの反対側で固定されることにより、固定用の部材が光の一様性を妨げないようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は照明装置に係り、特に照明光の色温度、光らせる位置や面積を制御可能な照明装置に関するものである。

ＬＥＤ（Light Emitting Diode）は、従来の白熱電球や蛍光管などに比べて消費電力が小さいために、照明用の発光素子としての普及が始まっている。
特許文献１においては、複数のＬＥＤ素子を配置した面光源モジュールを有する照明機器において、配光特性の制御を容易する技術が開示されている。また、特許文献２においては、上方及び下方の双方を照明するＬＥＤモジュールにおける発光効率の低下を抑制する技術が開示されている。

特開２０１０−４９８６５号公報特開２００９−２３１０２８号公報

ＬＥＤは、以前から液晶表示装置のバックライトとして使用されているが、液晶表示装置のバックライトの構造を応用した平面型の照明装置が現在開発途上にある。しかしながら、これは照明装置としてさらに改善すべき点が指摘されている。例えば、液晶表示装置のバックライトは色温度の高い白色光を発光する必要があるが、照明装置の光として用いる場合に白色光は必ずしも適切ではない。いくぶん色温度の低い、例えば橙色の光の方が落ち着いた雰囲気となるため、多くのユーザに好まれる。

また、従来の照明装置に代わる新しいタイプの照明装置となるには、液晶表示装置のバックライト独自の構造を利用した新しい照明機能が開発されることが望ましい。
本発明の目的は前記した課題に鑑み、照明光の色温度、光らせる位置や面積を制御可能な照明装置を提供することにある。

前記課題を解決するため本発明は、発光素子としてＬＥＤを備える照明装置であって、
該照明装置を保持するベースシャーシと、該ベースシャーシに取付けられたＬＥＤ基板と、該ＬＥＤ基板に取付けられた複数のＬＥＤと、該複数のＬＥＤのうち、所定数のＬＥＤからの光を前記照明装置の外部に照明光として照射する複数の導光板と、前記複数のＬＥＤを点灯制御する制御部を有し、前記制御部は、前記複数の導光板のうち前記照明光を照射させる導光板に対応するＬＥＤを選択して点灯するように制御することを特徴としている。

また本発明は、発光素子としてＬＥＤを備える照明装置であって、
該照明装置を保持するベースシャーシと、該ベースシャーシに取付けられたＬＥＤ基板と、該ＬＥＤ基板に取付けられ互いに異なる色相で発光するＬＥＤを一つのＬＥＤセットとした複数のＬＥＤセットと、該複数のＬＥＤセットからの光を前記照明装置の外部に照明光として照射する複数の導光板と、前記複数のＬＥＤセットを点灯制御する制御部を有し、
前記制御部は、前記ＬＥＤセットが含む互いに異なる色相で発光するＬＥＤを所定の照明光の色相に応じて異なる輝度で点灯するよう前記ＬＥＤを点灯制御することを特徴としている。

本発明によれば、照明光の色温度、光らせる場所や面積を制御可能な照明装置を提供でき、ユーザの省エネルギー化指向に応えた新しいタイプの照明装置を提供できるという効果がある。

本発明の一実施例における照明装置の分解図である。本発明の一実施例における導光板の外観図である。本発明の一実施例における導光板の断面図である。本発明の一実施例における導光板の断面図である。本発明の一実施例における照明装置の分解図である。本発明の一実施例における照明装置の内部の部分断面図である。本発明の一実施例における照明装置の内部の部分断面図である。本発明の一実施例における照明装置の内部の部分断面図である。本発明の一実施例における照明装置の断面図である。本発明の一実施例における照明装置の回路ブロック図である。本発明の一実施例における照明装置のＬＥＤ周辺の回路図である。本発明の一実施例における照明装置の点灯状態を示す正面図である。本発明の一実施例における照明装置の別な点灯状態を示す正面図である。

以下、本発明の実施例につき図面を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施例における照明装置１の分解図である。図１では主に発光部の周辺を示しており、例えば電気回路部分などは省略されている。また、図１は各構成要素を互いに分解して高さ方向の位置を隔てた状態で示しているが、実際に照明装置として機能する時には、後に図５で示すように多くの構成要素が近接または接触した状態で取付けられる。

ベースシャーシ１１は照明装置１の全体を保持するものであって、外装を兼ねることもできる。ＬＥＤ基板１２はベースシャーシ１１に例えばネジ止めにより固定される。ＬＥＤ基板１２には、照明光を発光する発光ダイオード（ＬＥＤ）１２１が多数取付けられている。ＬＥＤ１２１は図１の上方向に突出するように取付けられる。ＬＥＤ１２１は、主にＬＥＤ基板１２と並行する方向に強い照明光を発光するよう、取付け方向を定められている。

導光板１３は、後記するように各端部の孔部にＬＥＤ１２１を入れ込むように取付けられる。ここでは導光板１３は、一例として４行２列で計８個の導光板１３を組合せて形成されている。ＬＥＤ１２１が発光した照明光は、導光板内部を主にＬＥＤ基板１２と並行する方向に進行しながら導光板１３の内部表面で反射を繰返した後、拡散板１４に入射する。拡散板１４に入射した照明光は、拡散板１４の内部で面方向の一様性を高められたうえで、主に図１の上方向に向けて照射される。照明装置１が天井灯として使用される場合には、図１とは上下方向を逆にして天井に取付けられる。

図１において、ＬＥＤ１２１が主にＬＥＤ基板１２と並行する方向に発光し、導光板１３により略ＬＥＤ基板１２に垂直な方向に反射させる理由は、最初から垂直な方向に発光する場合に比べ、照明装置１の厚さを低減できるためである。即ち、照明装置１のデザイン上の自由度を向上することができる。この形式の発光機構はタンデム式の発光機構と呼ばれる。

タンデム式の発光機構は、液晶表示装置のバックライトでも用いられている。導光板１３と拡散板１４の作用により、拡散板１４から出射される照明光は一様性が高いため、大画面の表示装置のバックライトとして適しているが、照明装置にとっても照射する光の一様性は重要な要素である。例えば白熱電球や蛍光灯による照明は、シェードを被せたとしても一様にするのは難しく、直視した際に輝点が分かって目の疲労を起こすことがある。本実施例ではこの問題を解消することができる。また、拡散板１４が一様に光るために高級感を醸し出すことができるという効果もある。

このように、本実施形態に係る照明装置は、ＬＥＤと導光板との組を複数個ベースシャーシ１１上に二次元的に（マトリクス状）に配列して構成したものである。
なお、液晶表示装置においては周知のとおり、図１の拡散板１４の上側に液晶シャッタを有する液晶パネルが取付けられ、前記照明光をバックライトとして例えばテレビジョン放送等の映像が表示される。本実施例においても液晶パネル、放送受信回路や液晶シャッタのドライバなどを備えれば液晶表示装置としても機能でき、また照明装置と表示装置を兼用することができる。ここでは、照明装置としての実施形態を開示する。

次に導光板１３について述べる。
図２Ａは、本発明の一実施例における導光板１３の外観図である。図１とは上下方向を反対に描いている。導光板１３は、例えば４個の導光板サブブロック１３１を組合せて、溝１３２を境にして一体化されている。もちろん、サブブロックに分けることなく最初から一体のものとして作成しても良い。導光板１３は、その面に対して略平行に進行した照明光を内部表面で拡散板１４に向けて反射するよう、断面が楔状の形状をしている。このため、照明装置として見た場合に奥側の表面（図２Ａの上側）が曲面を描いている。また、奥側の面の一端には、隣の導光板の一端と重ね合うための切欠き１３３が設けられている。

図２Ｂと図２Ｃは、本発明の一実施例における導光板の断面図である。図２Ａの切欠き１３３付近で図の縦方向に切断した際の、一つの導光板サブブロック１３１の断面を示している。なお、図２Ｂと図２Ｃの上下方向は、図２Ａとは反対、図１とは同一である。即ち、各導光板サブブロック１３１の一端には、ＬＥＤ１２１を入れ込むための孔部１３１ａ〜１３１ｃが設けられている。

前記した液晶表示装置の場合は、図２Ｂの孔部１３１ａ〜１３１ｃには一つの白色光（Ｗ）を発生するＬＥＤが位置する。これに対して本実施例の照明装置においては、図２Ｂの孔部１３１ａ〜１３１ｃには例えば三種類のＬＥＤが位置することを一つの特徴としている。例えば白色光（Ｗ）、赤色光（Ｒ）と青色光（Ｂ）の三種類、またはＲ、Ｂと緑色光（Ｇ）の三種類とする。或いは二種類のＬＥＤとして、例えばＷとＲの二種類、またはＲとＧの二種類を備えても良い。いずれであっても、単に白色光だけではなく、所定の色温度の照明光を得られるようにする。例えば比較的色温度が低く、視覚的に穏やかな橙色或いは電球色なども、複数のＬＥＤの発光強度を適切に設定すれば容易に実現できる。
三種類のＬＥＤを使用する場合、例えば図２Ｃに示すように孔部１３１ａ〜１３１ｃの各々が３個のスロットを有し、各スロットに１個のＬＥＤを位置させても良い。なお以下では、導光板サブブロック１３１の同じ孔部に位置する互いに異なる色相のＬＥＤを、ＬＥＤセットと呼ぶことがある。

なお、図２Ｂや図２Ｃにおいて、孔部１３１ａ〜１３１ｃに位置するＬＥＤは、主に該孔部を有する導光板サブブロック１３１に向けて照明光を照射しても良く、また同時に隣の導光板サブブロック（図２Ｂや図２Ｃの手前側に位置する導光板サブブロック）にも照明光を照射しても良い。

図３は、本発明の一実施例における照明装置１の分解図である。ＬＥＤ基板１２、ＬＥＤ１２１、導光板１３、拡散板１４を図１の右側から見た際の位置関係を示している。ここで、ＬＥＤ１２１は、電極面と平行な方向に光を出射するいわゆるサイドビュー型のＬＥＤを用いてもよく、また電極面と直交する方向に光を出射するいわゆるトップビュー型のＬＥＤを用いてもよい。図３の例では、ＬＥＤ１２１としてトップビュー型のＬＥＤを用いており、トップビュー型のＬＥＤからの光をＬＥＤ基板１２の面と並行する方向に出射するために、ＬＥＤ基板１２に、該ＬＥＤ基板１２と直交するサブ基板１２２を取付け、このサブ基板１２２上にトップビュー型のＬＥＤ１２１を実装している。これによって、トップビュー型のＬＥＤを用いた場合において、ＬＥＤからの出射光（光軸）の方向をＬＥＤ基板１２の面と並行にすることを可能としている。サイドビュー型のＬＥＤを用いる場合は、ＬＥＤ基板１２上に直接（サブ基板１２２を設けることなく）ＬＥＤを実装することができ、部品点数を低下させることができる。尚、以下では、ＬＥＤ１２１とサブ基板１２２をあわせたものを単にＬＥＤ１２１と称することとする。
図４Ａ〜図４Ｃは、本発明の一実施例における照明装置１の内部の部分断面図である。図１とは異なり、実際に照明装置として組立てた際の、ＬＥＤ基板１２、ＬＥＤ１２１、導光板１３の付近を示している。図４Ａにおいて、導光板１３の一端にある孔部にはＬＥＤ１２１が位置している。また各導光板１３は、端部の切欠き部１３３で隣の導光板と重なっている。ここで図１では示さなかった構成要素として、ハッチングを付して示した反射シート２１が示されている。反射シート２１は、導光板１３の奥側（図では下側）の内面で照明光が効率良く反射するようにしている。

図４Ｂでは図４Ａに対して、さらに接着剤（両面接着テープでも良い）２２で導光板１３をＬＥＤ基板１２に固定する例を示している。また、図４Ｃでは図４Ａに対して、さらに取付けネジ２３で導光板１３をＬＥＤ基板１２に固定する例を示している。いずれの場合でも照明装置の正面側、即ち図の上方からは、接着剤２２、取付けネジ２３とも反射シート２１の裏側となるためにユーザが視認できないように設けられている。このため、導光板１３を取付けるための構成要素が照明光の一様性を損ない、また該構成要素の形状が視認できるような見苦しさを排除している。

図５は、本発明の一実施例における照明装置１の断面図である。図１とは異なり、実際に照明装置として組立てた際に、図１の縦方向に切断した場合の断面図である。ハッチングを付して示したベースシャーシ１１の一部に突起部１１ａ、１１ｂを設けることにより、前記した接着剤２２や取付けネジ２３とは別な方法で導光板１３を支持しても良い。なお、図５には回路基板も図示されている。電源基板３１には、照明装置１の全体に供給する電源を生成し、ＬＥＤ１２１をドライブして点灯制御するＬＥＤドライブ回路が搭載されている。マイコン制御基板３２には、例えばリモートコントロール装置からの指令を受けて照明装置１を動作制御する制御回路が搭載されている。もちろんこれらは、同一の基板上にあっても良い。
前記したように、天井に直付けするタイプの照明装置として使用する場合には、図５とは上下方向を逆にして天井に取付ける。本実施例のような平面発光型の照明装置は、厚さの薄い形状にデザインし易いため、ホコリの溜まる部分の少ない清掃の容易な照明装置にできるメリットもある。

次に、本実施例における照明光の色温度、発光する場所や面積の制御方法につき、図面を用いて説明する。
図６は、本発明の一実施例における照明装置１の回路ブロック図である。ユーザは例えば照明装置に付随したリモートコントローラ（リモコン）を操作して、リモコンの送信部３２１から照明装置１に動作指令を含むリモコン信号の送信行う。照明装置１の受光部３２２は、前記送信部３２１から送信された例えば赤外線による指令信号を受光して例えばマイコン等で構成された制御部３２３に送信する。制御部３２３は、受光部３２２で受光したリモコン信号に基づきユーザからの指令内容を解析する。なお、ユーザからの動作指令に関しては赤外線を使用することなく、照明装置１にハード的なスイッチを設けて動作をプリセットするようにしても良い。

送信部３２１からの動作指令には、照明装置１を点灯または消灯する指令信号のほかに、本実施例においては、照明光の色温度を制御する信号、発光する場所や面積を制御する信号が含まれている。即ち、本実施例ではユーザが照明光の色温度や発光するエリアを選択できる特徴がある。これにより、橙色のような色温度の低い光、赤や青色のような原色光、白色光のような色温度の高い光をはじめ、多様な色の光のうちから使用する状況に適した色温度の光を、ユーザが選択できるという特徴がある。また発光するエリアもユーザが選択できる特徴もあるが、これについては後に図８や図９を用いて説明する。ここで、各エリアは各導光板サブブロックとそれに対応して設けられたＬＥＤにそれぞれ対応するものとする。

受光部３２２における指令内容の解析結果を受けて、ＬＥＤドライバＩＣ３２４は、複数のＬＥＤ１２１から所定のＬＥＤを選択して、これを点灯するように制御する。ＬＥＤ１２１から発せられた光は、前記した過程を経た後に照明装置１の照明光として出力される。

図７は、本発明の一実施例における照明装置のＬＥＤ１２１周辺の回路図である。複数のＬＥＤ１２１は、例えば図示したような回路接続により、ＬＥＤドライバＩＣ３２４と接続されている。図７で、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．ＮのＮ個のＬＥＤセットは、各々例えば９個のＬＥＤを有する。各ＬＥＤセットは、図２Ｂや図２Ｃに示したような１個の導光板サブブロック１３１の孔部１３１ａ〜１３１ｃに位置している。

例えばＮｏ．１と記したＬＥＤセットにおいて、図の縦方向に直列接続された３個のＬＥＤは同じ色相のＬＥＤであり、横方向に並列接続された３列のＬＥＤは互いに異なる色相のＬＥＤである。ここでは一例として、Ｒ、Ｇ、Ｂの三色のＬＥＤを備え、原理的には全ての色温度で発光できるようにした例を示している。各色のＬＥＤにおいて、図の縦方向に直列接続された３個のうち、一番上のＬＥＤは図２Ｂや図２Ｃの孔部１３１ａへ、中央のＬＥＤは孔部１３１ｂへ、一番下のＬＥＤは孔部１３１ｃに位置する。図２Ｃのように各孔部が３個のスロットを有するならば、各スロットに異なる色のＬＥＤが位置する。
ＬＥＤドライバＩＣ３２２は、直列接続された３個のＬＥＤの列に対して個々に点灯する明るさを、受光部３２２からの制御信号に応じて制御することにより、照明光の色温度はもちろん、照明装置１のうち所定の部分だけを選択して点灯させることができる。

例えば前記した橙色の光が望まれるならば、ＲとＧのＬＥＤを点灯させ、しかもＧをＲよりも弱い輝度で点灯させると良い。
照明装置１の全面を発光させる必要がない場合もある。例えば夜間の常夜灯には従来は小玉電球（ナツメ球）が使用されることが多い。以下で説明するように本実施例においては、点灯する面積を制御することで小玉電球に代わる照明装置を提供することができ、いっそう消費電力を低減することができる。

図８は、本発明の一実施例における照明装置１の点灯状態を示す正面図である。即ち、ＬＥＤドライバＩＣ３２４が、例えば図でハッチングを付した照明装置１の中央付近に位置するエリアにあるＬＥＤを選択して点灯させることにより、光の一様性に優れた常夜灯を提供することができる。照明装置１の中央付近のエリアに限ることなく、他のエリアを常夜灯として点灯させることもできる。

図９は、本発明の一実施例における照明装置１の別な点灯状態を示す正面図である。即ち、図の矢印で時間の経過を示したように、例えば左上のエリアから右方向に進行し、最後に左下のエリアに至るよう順次点灯するエリアを移動させるような点灯方法も実施できる。もちろん、点灯するエリアの移動は、ユーザが送信部３２１を操作することで実施しても良く、ＬＥＤドライバＩＣ３２４が所定の時間おきに実施しても良い。これにより、新規な照明効果が得られるだけではなく、特定のエリアのＬＥＤが早く劣化する問題を解消することもできるという効果がある。なお図９においては、点灯部分を移動させながら点灯する面積が変更されても良い。

また、照明装置１の全てのエリアを白色に光らせる場合、光の強度を全エリアのＬＥＤの発光強度を調整することにより制御してもよい。これに代えて、白色に光らせるエリアを変化させることにより制御してもよい。例えば照明装置１の明るさを低下させたい場合、図８の外周２０エリアに対応するＬＥＤを消灯し、中央１２エリアに対応するＬＥＤのみを白色点灯させるようにしてもよい。逆に、中央１２エリアに対応するＬＥＤを消灯し、外周２０エリアに対応するＬＥＤを白色点灯させるようにしてもよい。更にまた、照明装置１の通常照明時において、例えば照明光の色温度が９０００Ｋ〜１００００Ｋの白色よりも若干黄色が混じった低い色温度（６０００〜６５００Ｋ程度）の昼光色が好まれる場合が多い。もしユーザが照明光を昼光色にしたい場合は、上述のリモコンにより色温度を低下するように調整し、制御部３２３により、このリモコン信号に応じて全てのエリアについて白色と緑色及び赤色ＬＥＤを点灯するようにＬＥＤを制御する。このとき、緑色及び赤色ＬＥＤの発光強度は、白色に比べて数％〜１０％程度に制御される。当然、全てのエリアではなく一部のエリアのみを昼光色で照明するようにしてもよい。

ここまでの説明において、導光板は８個の導光板を含み、一つの導光板は４個の導光板サブブロックを含み、１個の導光板サブブロックは３系統のＬＥＤを扱う例を示したが、これは一例であって本実施例の限定条件ではない。これらの数の異なる実施形態を含めて、さらに多くの変形例を考えることができるが、いずれも本発明の範疇にある。

１：照明装置、１１：ベースシャーシ、１２：ＬＥＤ基板、１３：導光板、１４：拡散板、２２：接着剤、２３：取付けネジ、１２１：ＬＥＤ、１３１：導光板サブブロック、３２０：送信部、３２２：受光部、３２３：制御部、３２４：ＬＥＤドライバＩＣ。

Claims

発光素子としてＬＥＤを備える照明装置であって、
該照明装置を保持するベースシャーシと、
該ベースシャーシに取付けられたＬＥＤ基板と、
該ＬＥＤ基板に取付けられた複数のＬＥＤと、
該複数のＬＥＤのうち、所定数のＬＥＤからの光を前記照明装置の外部に照明光として照射する複数の導光板と、
前記複数のＬＥＤを点灯制御する制御部を有し、
前記制御部は、
前記複数の導光板のうち前記照明光を照射させる導光板に対応するＬＥＤを選択して点灯するように制御することを特徴とする照明装置。
請求項１に記載の照明装置であって、前記ＬＥＤドライブ部は、前記ＬＥＤの全てを点灯する点灯制御モードを併せて有することを特徴とする照明装置。
請求項１に記載の照明装置であって、前記ＬＥＤドライブ部は、前記発光させるＬＥＤをユーザの指示、または時間の経過に応じて変更して点灯制御することを特徴とする照明装置。
発光素子としてＬＥＤを備える照明装置であって、
該照明装置を保持するベースシャーシと、
該ベースシャーシに取付けられたＬＥＤ基板と、
該ＬＥＤ基板に取付けられ互いに異なる色相で発光するＬＥＤを一つのＬＥＤセットとした複数のＬＥＤセットと、
該複数のＬＥＤセットからの光を前記照明装置の外部に照明光として照射する複数の導光板と、
前記複数のＬＥＤセットを点灯制御する制御部を有し、
該制御部は、
前記ＬＥＤセットが含む互いに異なる色相で発光するＬＥＤを所定の照明光の色相に応じて異なる輝度で点灯するよう前記ＬＥＤを点灯制御することを特徴とする照明装置。
請求項４に記載の照明装置であって、前記ＬＥＤドライブ部は、前記複数の導光板が含む所定数の導光板が導く照明光を発光するＬＥＤセットを選択して点灯するよう前記ＬＥＤセットを点灯制御することを特徴とする照明装置。
請求項５に記載の照明装置であって、前記ＬＥＤドライブ部は、前記発光させるＬＥＤセットをユーザの指示、または時間の経過に応じて変更して点灯制御することを特徴とする照明装置。
請求項１または請求項４のいずれか１項に記載の照明装置であって、
前記導光板は、前記ＬＥＤ基板と対向する表面に前記照明光を反射させる反射部材を有し、一つの導光板の一部は隣接する導光板の一部と前記反射部材を挟んで対向するよう重畳して配置され、
前記隣接する導光板は、前記一つの導光板との重畳部分において前記一つの導光板が有する反射部材と前記ＬＥＤ基板との間に設けられた固定部材により前記ＬＥＤ基板に取付けられたことを特徴とする照明装置。