JP2001167612A

JP2001167612A - 発光装置

Info

Publication number: JP2001167612A
Application number: JP2000106828A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Nishioka; 洋一西岡
Original assignee: Dynaflo Kk
Current assignee: Dynaflo Kk
Priority date: 1999-06-18
Filing date: 2000-04-07
Publication date: 2001-06-22
Also published as: US6530679B1

Abstract

(57)【要約】【課題】局所的な光源を用いたものでありながら、良好
な面光源となる発光装置を提供する。【解決手段】光源装着板２に複数のＬＥＤ素子３を取り
付けた。複数のＬＥＤ素子３の前方に、光源装着板３と
平行して第一光散乱板６を配置した。第一光散乱板６の
前方に、凸状の第二光散乱板７を配置した。第一・第二
光散乱板６・７の一面に、互いに同心円状をなす複数の
凹凸プリズムを形成した。これらの凹凸プリズムの協働
作用によって、点光源であるＬＥＤ素子３を用いていて
も、良好な面光源を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、光源から出る光を散乱させて
面光源とする技術がある。例えば特開平１１−１７６２
２０公報では、ＬＥＤ素子からの光を反射させ、さらに
２段階で散乱させて面光源を得る技術が開示されてい
る。しかしながら、この技術では、反射という段階を経
るために光量が落ち、また、構成が複雑かつ大型化しや
すいという問題がある。

【０００３】他に、実開平５−１５２０９公報には、乳
白板とプリズムフィルムとを重ねて使用することで面光
源を得ようとする技術が開示されている。しかしなが
ら、この技術では、散乱効果が不十分で、特に、ＬＥＤ
素子のような点光源を用いた場合には、光源が点状に見
えてしまうという不都合がある。

【０００４】そこで、本発明者が種々実験したところ、
プリズム状凹凸を備えた複数（例えば２枚）の散乱体を
重ねて使用することにより、局所的に存在する光源を用
いた場合であっても、光の偏りが少ない面光源とするこ
とができるという知見を得た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記の事情
に鑑みてなされたもので、点光源や線光源のように局所
的な光源を用いた場合であっても、比較的に光の偏りが
少ない面光源を得ることができる発光装置を提供するこ
とを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る発光装置
は、光を供給する光源と、前記光源の前方に位置させ
て、前記光の進行方向に対向するように配置された複数
の光散乱体とを備え、前記光散乱体の少なくとも一面に
は複数の凹凸プリズムが形成されており、前記複数の光
散乱体に形成された前記凹凸プリズムの協働作用によっ
て前記光を拡散するように構成されたものとなってい
る。光源としては、例えばＬＥＤ素子、光ファイバーの
集合体のように指向性の強い光源の他、蛍光灯などの、
指向性のない光源も用いることができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の第１実施形態に係る発光
装置について、図面に基づいて詳細に説明する。図１は
発光装置を側方から見た断面図である。発光装置は、一
側が開口状である椀状の本体カバー１を有している。本
体カバー１の中空部内には、円板状の光源装着板２が光
源装着体として設けてある。光源装着板２の表面側には
複数のＬＥＤ素子３が密に配設してあり、光源装着板２
の裏面側にはＬＥＤ素子３を点滅させる電池制御ボック
ス４が設けてある。電池制御ボックス４は、本体カバー
１の外部に露出したスイッチ５によって制御自在となっ
ており、スイッチ５の操作によって電池制御ボックス４
からＬＥＤ素子３に電力を供給するように構成されてい
る。

【０００８】光源装着板２に装着された複数のＬＥＤ３
の前方に位置して、本体カバー１の開口部を隠蔽するよ
うに、第一光散乱板（光散乱体に相当）６が装着されて
いる。光散乱板６は薄肉円板状を有しており、一面側に
は同心円状の波形凹凸が形成されている。本体カバー１
の開口部には、第一光散乱板６のさらに外側に位置させ
て、凸状の第二光散乱板（光散乱体に相当）７が設けて
ある。第二光散乱板７の一面側には第一光散乱板６と同
様に、同心円状の波形凹凸が形成されている。第二光散
乱板７は、押えリング８、止めビス９を介して本体カバ
ー１の開口部周縁のリブに固着される。尚、図中、符号
１０はＯリングである。

【０００９】図２および図３はそれぞれ光散乱板６，７
の正面図を示している。光散乱板６・７は半透明であ
り、図２および図３では裏面側の凹凸による稜線が透け
て見えている。図３（ｂ）に示すように、凹凸面は断面
視三角形であり、光散乱板６の一方の面部には、該面部
に対して傾斜状に延出する複数の傾斜面が形成されてい
る。なお、凹凸面が形成される面は限定されず、光散乱
板６・７の反対側の面部に凹凸面を形成してもよい。光
散乱板７に形成された凹凸面も図３（ｂ）と同様の形状
を有している。

【００１０】光散乱板６・７は樹脂から形成されてお
り、好ましくは、ポリカーボネート、アクリル、ポリプ
ロピレン等の公知の樹脂から好適に選択される。さら
に、光散乱板６・７には光を散乱させる分散材が混入さ
れている。分散材は公知のものから好適に選択され、例
えば、この実施形態では、０．５μｍのガラス粉と粘土
とが分散材として混入されている。実施形態のもので
は、光散乱板６・７は乳白色の半透明板とされている。
光散乱板としては、乳白色に限らず、樹脂に顔料を混入
させた有色の半透明とすることもできる。この場合に
は、望ましい色を得ることができ、例えば信号灯に用い
ることができる。光散乱板６・７の裏面に形成した同心
円状の複数の凹凸部がプリズムとして機能することで、
ＬＥＤ３から発光される指向性のある光を分散させるこ
とができる。なお、このような光散乱板６・７自体は公
知のものを用いることができる。

【００１１】光散乱板を一枚のみ使用してＬＥＤ光源の
前方に配設して実験したところ、明らかに各ＬＥＤの点
光源が認識できた。これに対して、光散乱板を二枚配設
したところ、ＬＥＤ光源から発光された光が分散されて
点光源がほとんど認識できず、良好な面光源となること
が確認された。

【００１２】図４および図５は、本発明の第２実施形態
に係る発光装置を示すもので、同一の部材には同一の符
号が付してある。第二光散乱板７を本体カバー１に装着
する押えリング８は、前記第１実施形態のものに比べて
放射方向に延出しており、この延出部には周方向に所定
間隔を存して複数の凹部が形成されている。この複数の
凹部にはソーラーパネル１１が配設されている。ソーラ
ーパネル１１の前面はカバー１２によって被覆されてい
る。ソーラーパネル１１によって電池に充電すること
で、長期間にわたり低コストで発光させることができ
る。

【００１３】図６は、本発明の第３実施形態に係る発光
装置を示すもので、同一の部材には同一の符号が付して
ある。このものでは、左右両側にＬＥＤ光源３が形成さ
れており、対面通行の道路のガイドレールに好適に採用
される。本体カバー１は、両端が開口された短筒状に形
成されている。本体カバー１の内部には、電池制御ボッ
クス４が設けてある。電池制御ボックス４を挟んで、左
右の光源装着板２が、本体カバー１の軸線に直交する方
向に延長して配設されている。各光源装着板２には、複
数のＬＥＤ光源３が取り付けられている。本体カバー１
の左右両端の開口を隠蔽するように２枚の第一光散乱板
６が設けてあり、第一光散乱板６のさらに外側にはそれ
ぞれ第二光散乱板７が設けてある。第一散乱板６と第２
散乱板７とは、ともに、本体カバー１の軸線にほぼ直交
する方向に延長されている。ただし、第２散乱板７は、
その頂部が本体カバー１の軸線にほぼ直交する位置とな
っている。また、複数のＬＥＤ光源３を赤と青が混在し
たものから構成すると共に、切替手段によって、赤色に
発光するＬＥＤ光源と青色に発光するＬＥＤ光源とを別
個に発光するようにすれば、赤青信号として用いること
もできる。

【００１４】図７〜図９は、本発明の第４実施形態に係
る発光装置を示すものである。この実施形態では、光源
装着板２に代えて、円筒状の光源装着板２０を備えてい
る。光源装着板２０の外周面には、図７および図９に示
されているように、４列のＬＥＤ素子３１〜３４が装着
されている。ＬＥＤ素子３１〜３４は、各列ごとに軸線
方向に並べられ、かつ、周方向に９０度づつ離間されて
配置されている。ＬＥＤ素子３１〜３４は、この例で
は、各々異なる発光色となるように設定されている。例
えば、ＬＥＤ素子３１を赤、同３２を青、同３３を緑、
同３４をオレンジなどのように設定できる。発光色とし
ては、他にも、白色などの任意のものを適宜選択して用
いることができる。すなわち、周方向に沿って、光源の
色が異なったものとなっている。もっとも、ＬＥＤ素子
としては、１つの素子から複数種類の発光色が得られる
ものを用いても良い。この場合には、制御器（図示せ
ず）を用いてＬＥＤ素子の発光色を任意に制御すること
ができる。光源装着板２０は、軸１０３およびギヤ部１
０２を介して、制御モータ１０１で正逆方向に回転させ
られるようになっている。軸１０３は、軸受によって支
持されている。制御モータ１０１は、光源装着板２０を
任意の角度で回転させることができるようになってい
る。

【００１５】光源装着板２０の外側には、第一散乱板６
０（図８参照）が配置されている。第一散乱板６０は、
基本的な構成としては、前記した第一散乱板６と同様に
構成されているが、この実施形態では、波形凹凸は、同
心円状ではなく、互いに平行な方向（図示の例では水平
方向）に延長されている。また、第一散乱板６０は、全
体として、光源装着板２０と同心となる円筒状に形成さ
れている。

【００１６】第一散乱板６０の外側には、これと同心で
かつ円筒状の透明板８０が配置されている。透明板８０
は、透光性の高い、透明な材質（例えばアクリル板）に
よって構成されている。

【００１７】透明板８０の外側には、これと同心でかつ
円筒状の第二散乱板７０が配置されている第二散乱板７
０の構成は、前記した第一散乱板６０の構成と同様であ
る。ただし、第二散乱板７０においては、第一散乱板６
０とは、凸部の傾斜が上下逆方向に延長されている。つ
まり、第二散乱板７０では、第一散乱板６０の上下を反
転させた凹凸形状が外表面に形成されたものとなってい
る。これによって、光の散乱効果が向上させられてい
る。

【００１８】その他の構成は、基本的に前記第１実施形
態のものと同様なので、説明を省略する。

【００１９】つぎに、前記した実施形態に係る発光装置
の動作について説明する。本実施形態でも、ＬＥＤ素子
３１〜３４から出た光を第一および第二散乱板６０およ
び７０で散乱することにより、光の偏りが少ない面光源
とすることができた。

【００２０】また、本実施形態では、第一散乱板６０の
内径から第二散乱板７０の外径までの距離を２ｍｍ程度
に設定しているが、第一散乱板６０と第二散乱板７０と
の間に、両者の間隔を離すための透明板８０を配置した
ので、第一・第二散乱板６０・７０の厚さが薄くとも、
光の散乱効果を高めることができ、より質の良い面光源
とすることができる。

【００２１】さらに、本実施形態では、ＬＥＤ素子３１
〜３４の発光色を異ならせているので、所望の色を持つ
ＬＥＤ素子を正面（発光を得たい方向）に向けることに
より、任意の色で発光する発光装置を得ることができ
る。

【００２２】つぎに、本発明の第５実施形態に係る発光
装置を図１０に基づいて説明する。この実施形態におい
ては、第二光散乱板７０の外側に、第一・第二光散乱板
１６０・１７０およびその間に挟まれた透明板とが配置
されている。第一・第二光散乱板１６０・１７０および
その間の透明板の構成は、第４実施例のものと、その径
を除いて同様である。また、この実施形態においては、
８列のＬＥＤ素子１３１〜１３８が設けられている。こ
れら以外の構成は、前記した第４実施形態と同様なの
で、詳細についての説明を省略する。

【００２３】第５実施形態の発光装置によれば、第４実
施形態のものよりもさらに散乱効果が高い面光源を得る
ことが可能となる。また、第５実施形態の構成を用いる
と、第一・第二光散乱板および透明板を極力薄いものと
しても、かなり高い散乱効果を得ることができる。この
ようにすると、光量を十分維持しながら高い散乱効果を
得られるので、さらに質の良い面光源を得ることが可能
となる。なお、第一・第二光散乱板における凹凸プリズ
ムについては、高さもピッチも小さいほど散乱効果が良
いという実験結果を得ている。

【００２４】つぎに、本発明の第６実施形態に係る発光
装置を図１１に基づいて説明する。この実施形態におい
ては、第二光散乱板１７０の外側を覆う透明な外筒２０
０が備えられている。また、モータ１０１を内部に収納
したベース部３００を備えており、その下面には、複数
の吸盤３０１が取り付けられている。さらに、この実施
形態では、モータ１０１によって軸１０３を直接に駆動
する構成となっている。

【００２５】この第６実施形態の発光装置によれば、吸
盤３０１によって、外部の適宜な造作物や車両などに発
光装置を固定することができる。また、外筒２００によ
って、発光装置内部への雨水や虫等の侵入を防止するこ
とができる。これら以外の構成は、前記した第５実施形
態と実質的に同様なので、詳細についての説明を省略す
る。

【００２６】つぎに、本発明の第７実施形態に係る発光
装置を図１２および図１３に基づいて説明する。この実
施形態においては、光源装着板（光源装着体）として、
フレキシブル基板（フレキシブルプリント配線板ともい
う。）４２０が用いられている。基板４２０には、組を
なす電極４６１および４６２が規則的に複数配置されて
いる。基板４２０の上面（光が出射する側の面）には、
アルミの膜（図示せず）が蒸着によって取り付けられて
おり、反対側に進む光を反射できるようになっている。
また、この実施形態では、ＬＥＤ光源またはＬＥＤ素子
として、むき出しの、カバーを有しないＬＥＤ素子４３
０が用いられている。前記した各実施形態では、ＬＥＤ
素子は、ダイオードの外部が樹脂などの封止部材で覆わ
れた、通常のものを用いていた。第７実施形態では、こ
うした通常の封止部材が除去されたＬＥＤ素子を用いて
いる。ＬＥＤ素子４３０のＰＮ接合における一側は、前
記基板４２０の一方の電極４６１に、はんだなどの適宜
な導電材料を介して電気的に接続されている。ＬＥＤ素
子の他側は、他方の電極４６２に、ボンディングワイヤ
（ただし任意の導電材料使用できる。）４６４を介して
電気的に接続されている。ここで、ＬＥＤ素子から出射
する光の方向は、図１２中上方向（散乱板の方向）とな
るように調整されている。さらに、この実施形態では、
第１光散乱板として、ＬＥＤ素子４３０を外部に対して
封じ込める構成となっている第１光散乱板４６０が用い
られている。さらに具体的には、第１光散乱板４６０
は、ＬＥＤ素子４３０との間を隙間なく密封するように
なっている。第１光散乱板４６０の上面（図１２中）に
は、前記各実施形態で説明したような凹凸プリズムが形
成されている。第１光散乱板４６０は、ＬＥＤ素子４３
０の取り付けや配線が終了した後、樹脂を所定の型に送
り込んで硬化させることで成形される。第１光散乱板４
６０の上方（図１２中）には、第２光散乱板４７０が配
置されている。この第２光散乱板４７０の構成は、前記
した各実施形態のものと基本的に同様である。ただし、
第１および第２散乱板は、可撓性のある材質を使用する
ことが好ましい。第２光散乱板４７０の下面における凹
凸プリズムは、図１４に示されるように、下側の頂点４
７０ａが断面円弧状となり、上側の頂点４７０ｂが断面
鋭角（ここでは頂点が明確に存在することを意味し、鈍
角でないという意味ではない）となっている。同様に、
第１光散乱板４６０の上面の凹凸プリズムは、図１４に
示す形状が上下反転された形状となっている。つまり、
上側の頂点が断面円弧状で、下側の頂点が断面鋭角とな
っている。

【００２７】この第７実施形態の発光装置によれば、光
源装着板４２０をフレキシブル基板によって構成したの
で、装着部分の形状などの必要性に応じて形状を変更す
ることができるという利点がある。また、この実施形態
の発光装置によれば、ＬＥＤ素子４３０にカバーを有し
ない構成としたので、その分、全体の厚さを薄くするこ
とができる（図１２参照）。さらに、この実施形態の発
光装置は、第１光散乱板４６０として、ＬＥＤ素子４３
０を外部に対して封じ込める構成のものを用いているの
で、ＬＥＤ素子を第１拡散板４６０によって保護するこ
とができる。しかも、第１拡散板４６０によって、ＬＥ
Ｄ素子の封止と光の拡散とを兼ねているので、装置全体
の厚さをさらに薄くすることができる。これら以外の構
成は、前記した実施形態と実質的に同様なので、詳細に
ついての説明を省略する。

【００２８】なお、上記各実施形態では、散乱板を２枚
用いた例を示したが、２枚以上でもよい。また、散乱体
として板状を例示したが、シート状でも良い。シート状
とした場合には、液晶のバックライト用としても用いる
ことができる他、計器の表示板の照明にも適用可能であ
る。

【００２９】

【発明の効果】本発明は以上のとおり構成されたもので
あるので、比較的に光の偏りが少ない面光源を得ること
ができる発光装置とすることが可能である。

【００３０】特に、指向性を有するＬＥＤ光源（これに
限定されない）等を用いたものであっても、発光装置か
ら放たれる光を無指向性とすることが可能である。した
がって、本発明に係る発光装置は道路のガードレールの
表示用として好適に採用される。しかも、ＬＥＤ光源を
用いた場合には、これは長寿命でかつ消費電力が少ない
ので、太陽電池を電力として用いることで電池交換の手
間をかけることがない装置を提供することができる。ま
た、低消費電力で発光するＬＥＤ光源を採用すれば、電
池から電力を供給することができ、本発明に係る発光装
置を工事現場等の警報灯として用いた場合には、従来の
ように電線で電力を供給する必要がないので、電線が車
両の通行によって断線する等の不具合を解消できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る発光装置の側方断
面図である。

【図２】図１に係る発光装置の正面図である。

【図３】（ａ）第１実施形態に用いられる第一光散乱板
の正面図である。（ｂ）第１実施形態に用いられる第一
光散乱板の一部省略部分断面図である。

【図４】本発明の第２実施形態に係る発光装置の側方断
面図である。

【図５】図４に係る発光装置の正面図である。

【図６】本発明の第３実施形態に係る発光装置の側方断
面図である。

【図７】本発明の第４実施形態において、光源装着板２
０を囲む第一・第二光散乱板６０・７０と透明板８０と
を軸先方向に沿って切り欠いた発光装置を示す概略的な
説明図である。

【図８】図７における符号Ａで示す部分を拡大した説明
図である。

【図９】本発明の第４実施形態に係る発光装置の平面図
である。

【図１０】本発明の第５実施形態に係る発光装置の平面
図である。

【図１１】本発明の第６実施形態に係る発光装置の概略
的な正面図である。

【図１２】本発明の第７実施形態に係る発光装置の概略
的な要部拡大断面図である。

【図１３】図１２の平面視において、電極の配置を説明
するための概略的な説明図である。

【図１４】図１２中Ａ部分の概略的な拡大図である。

【符号の説明】

１本体カバー２・２０・４２０光源装着板（光源装着体）３・３１〜３４・１３１〜１３８・４３０ＬＥＤ素
子６・６０・１６０・４６０第一光散乱板（光散乱
体）７・７０・１７０・４７０第二光散乱板（光散乱
体）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光を供給する光源と、前記光源の前方に
位置させて、前記光の進行方向に対向するように配置さ
れた複数の光散乱体とを備え、前記光散乱体の少なくと
も一面には複数の凹凸プリズムが形成されており、前記
複数の光散乱体に形成された前記凹凸プリズムの協働作
用によって前記光を拡散するように構成されていること
を特徴とする発光装置。
【請求項２】前記光源はＬＥＤ光源または光ファイバ
であることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】請求項１または２記載の発光装置におい
て、前記光源は複数とされており、前記複数の光源は同
一方向に向かって光を発するように構成されていること
を特徴とする発光装置。
【請求項４】前記光散乱体は、樹脂からなる主材に、
分散材を混入してなることを特徴とする請求項１〜３の
いずれか１項に記載の発光装置。
【請求項５】前記光散乱体は、板状に形成されている
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の
発光装置。
【請求項６】前記光散乱体は、シート状に形成されて
いることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記
載の発光装置。
【請求項７】前記光散乱体は、薄肉筒状に形成されて
おり、前記複数の光源は、前記筒状の光散乱体の内側に
配設され、かつ、前記筒状の光散乱体における周方向に
沿って配置され、かつ、外側方向に光を発するように配
置されており、さらに、前記複数の光源は、前記周方向
にほぼ沿って回転できるように構成されていることを特
徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の発光装
置。
【請求項８】前記周方向に沿って配置された複数の光
源は、周方向に沿って、前記光源から発する色が異なる
ように構成されていることを特徴とする請求項７記載の
発光装置。
【請求項９】光源装着体と、前記光源装着体の面部に
取り付けられた複数のＬＥＤ素子と、前記ＬＥＤ素子を
発光させるための電源装置と、前記複数のＬＥＤ素子の
前方に前記光源装着体の面部と平行して配設された第一
光散乱板と、前記第一光散乱板の前方に配設された凸状
の第二光散乱板とを有し、前記第一、第二光散乱板の少
なくとも一面には同心円状の複数の凹凸プリズムが形成
されており、二枚の光散乱板のプリズムの協働作用によ
って、ＬＥＤ素子の発光を散乱出射光とするように構成
されていることを特徴とする発光装置。
【請求項１０】両端が開口された筒状の本体カバー
と、前記本体カバー内に、前記本体カバーの軸線に交差
する方向に延長して配設された２枚の光源装着板と、前
記２枚の光源装着板における互いに離反した側の面部に
取り付けられた複数のＬＥＤ素子と、前記ＬＥＤ素子を
発光させるための電源装置と、前記本体カバーの両端近
傍に、前記本体カバーの軸線に交差する方向に延長して
それぞれ配設された２枚の第一光散乱板と、前記２枚の
第一光散乱板の外側に配設され、かつ、外側に凸状とな
るように形成された２枚の第二光散乱板とを有し、前記
２枚の第一光散乱板のそれぞれの１面と前記２枚の第二
光散乱板のそれぞれの一面とには、同心円状の複数の凹
凸プリズムが形成されており、前記第一光散乱板と前記
第二光散乱板とに形成された前記凹凸プリズムの協働作
用によって、ＬＥＤ素子の発光を散乱出射光とするよう
に構成されていることを特徴とする発光装置。
【請求項１１】前記光源装着体または前記光源装着板
はフレキシブル基板であることを特徴とする請求項９ま
たは１０記載の発光装置。
【請求項１２】前記ＬＥＤ光源または前記ＬＥＤ素子
は、カバーを有しない構成であることを特徴とする請求
項２〜１１のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項１３】前記第１光散乱板は、前記ＬＥＤ素子
または前記ＬＥＤ光源を外部に対して封じ込める構成と
なっていることを特徴とする請求項９〜１２のいずれか
１項に記載の発光装置。