JP2004022223A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源の個数を増加したり、あるいは発光輝度の高い光源に変更したりせずに、高い発光輝度が得られる照明装置１を提供することを目的とする。
【解決手段】発光ダイオード３と導光体２の入射面２ｂとの間にアクリル樹脂で形成される光屈折手段である凸レンズ５を配置し、この凸レンズ５により、発光ダイオード３からの光の進行方向を発光ダイオード３の光軸方向、つまり光Ｂの進行方向に近づけて入射面２ｂに入射させる構成としている。これにより、入射面２ｂへ入射可能な発光ダイオード３からの光の出射範囲である角度Θ１を、従来の照明装置における入射面２ｂへ入射可能な発光ダイオード３からの光の出射範囲である角度Θ２より拡大できるので、導光体２へ入射する発光ダイオード３からの光の光量を従来の照明装置の場合よりも増加させ、表面２ａの発光輝度を高めることができる。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば液晶等の表示器照明用の照明装置に関するものであり、自動車等に用いて好適である。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、自動車のコンビネーションメータに用いられる液晶パネルを照明するための発光部が面状の照明装置として、従来、透光性材料で形成される平板状の導光体と、この導光体に光を入射可能に配置される光源とを備える照明装置がある。この照明装置では、光源からの光を導光体の端面から入射させ導光体の表面に平行な方向に進行させ、導光体の裏面（液晶パネルと反対側面）に施したしぼあるいは印刷面で反射させて導光体の表面を発光させている。
【０００３】
一般に液晶パネルは長方形状に形成されているので、従来の照明装置において、導光体は、液晶パネル形状に対応して略直方体状に形成されている。
【０００４】
また、光源は、一般的に略円錐状に光を放射しており、この円錐の中心角が照射角となる。また、この円錐の中心軸方向、すなわち光軸方向において最も発光輝度が高くなっている、言い換えると放射される光量が多くなっている。
【０００５】
上述の従来の照明装置において、たとえば液晶パネルの視認性を向上させるために、導光体の表面の発光輝度を高める必要が生じている。そのためには、導光体の入射面から入射する光源が発する光の光量をできるだけ多くすると共に、光源の光軸方向とは異なる方向に放射される光を、導光体において光軸方向と平行な方向に向けて進行させる必要がある。
【０００６】
これに対応するために、導光体の入射面形状を、光源側に凸である凸レンズ状とし、光源の光軸と凸レンズの中心線とを一致させるように光源を配置することが行われている。この場合、凸レンズ状の入射面に入射した光源の光軸とは異なる方向に放射された光を、凸レンズの屈折作用により光源の光軸方向と平行な方向に屈折させて、導光体内を光源の光軸方向と平行な方向に向けて進行させている。これにより、入射面が単純な平面状の場合と比較して、導光体内において光源の光軸方向と平行な方向に向けて進行する光量を増加させて、導光体の表面の発光輝度をある程度高めることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のような構成の照明装置において、導光体内において光源の光軸方向と平行な方向に向けて進行する光として利用できる光源からの光、すなわち導光体の表面の発光に寄与する光は、光源から照射される光のうち、光源の中心を通る入射面の２つの接線の内側に照射される光であり、これに対応する照射角である有効照射角は、光源の全放射光に対応する照射角より小さくなっている。すなわち、光源から発せられる光の利用効率が低いという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、光源の個数を増加したり、あるいは発光輝度の高い光源に変更したりせずに、高い発光輝度が得られる照明装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するため、以下の技術的手段を採用する。
【００１０】
本発明の請求項１に記載の照明装置は、透光性材料で形成される平板状の導光体と、導光体に形成される入射面に光を入射可能に配置される光源とを備え、導光体内において光源の光軸上の光を導光体の表面と平行な方向に進行させて表面を発光させる照明装置であって、光源と入射面との間に透光性材料で形成される光屈折手段を配置し、光屈折手段により光源からの光の進行方向を光源の光軸方向に近づけて入射面に入射させる構成としている。これにより、従来の照明装置においては導光体の発光に利用できない光、つまり光源の中心を通る入射面の２つの接線の外側に照射され入射面に入射しない光を、光屈折手段を通過させることにより光源の光軸方向に近づくように屈折させて、導光体の入射面に入射させることができる。すなわち、入射面へ入射可能な光源からの光の出射範囲を、従来の照明装置の場合よりも拡大することにより、導光体に入射する光量を増加させて、導光体の表面の発光輝度を高めることができる。
【００１１】
請求項２に記載の照明装置では、屈折手段は、光源側が平面状に形成され且つ導光体側が凸面状に形成される構成としている。この場合、光屈折手段は凸レンズ状に形成されるので、光源から照射された光を確実に光源の光軸方向に近づくように屈折させて、導光体の入射面に入射させることができる。
【００１２】
請求項３に記載の照明装置では、導光体に形成される入射面形状を凸面状に形成する構成としている。これにより、入射面に入射する光源の光軸に対して傾斜する方向の光を入射面の屈折作用により屈折させ導光体内を光源の光軸と平行に進行させて、導光体の表面の発光輝度を高めることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による照明装置を、自動車のコンビネーションメータ内に搭載される液晶パネルの照明用光源に適用した場合を例に、図面に基づいて説明する。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態による照明装置１の断面図であり、図２中におけるＩ−Ｉ線断面図である。
【００１５】
図２は、本発明の第１の実施形態による照明装置１の正面図である。
【００１６】
液晶パネル１０は、自動車の車室内において運転席前方の運転者から視認可能な位置に配設されて当該自動車に関する各種情報を表示するコンビネーションメータ（図示せず）内に、運転者から視認可能に取り付けられている。液晶パネル１０は、図１に示すように、長方形状に形成され、当該自動車に関する各種情報を文字あるいは図形により表示するものである。液晶パネル１０の背面側（図２の左側）には、図２に示すように、照明装置１が密着して取り付けられている。照明装置１は、導光体２の表面２ａを発光させて液晶パネル１０を背面側から透過照明し、液晶パネル１０を運転者が視認可能とするものである。なお、図２において右側が運転席側である。
【００１７】
照明装置１は、図１および図２に示すように、平板状の導光体２および導光体２に光を入射可能に配置される光源である発光ダイオード３から構成されている。また、導光体２の表面２ａ上には、液晶パネル１０が取り付けられている。
【００１８】
導光体２は、透光性材料、たとえば透明なアクリル樹脂等から平板状に形成されている。導光体２の平面形状は、図２に示すように、液晶パネル１０と略同一形状の長方形に形成されている。導光体２には、図１および図２に示すように、前述の長方形の一辺に沿って反射面２ｄが形成されている。また、導光体２には、図１に示すように、反射面２ｄに対応して表面２ａに交差する方向（図１において下方）に延出する導光部２ｃが形成されている。また、導光部２ｃの反射面２ｄと反対側端部には、後述する光源である発光ダイオード３から発せられた光が入射する入射面２ｂが形成されている。入射面２ｂは、凸面状に、すなわち図１において下方に突出した凸レンズ状に形成されている。また、導光部２ｃは、入射面２ｂを形成する凸レンズの光軸に対して対称な形状に形成されている。ここで、反射面２ｄは、入射面２ｂから入射して導光部２ｃ内を進行する発光ダイオード３の光軸上の光（図１中において矢印で示す）が反射面２ｄで反射して導光体２内を表面２ａと平行な方向に進行するような角度に設定されている。
【００１９】
導光体２の裏面２ｅ、つまり発光面である表面２ａと反対側面には、図１に示すように、導光体２内を進行する発光ダイオード３の光を反射して導光体２の表面２ａを発光させるための光反射層４が形成されている。光反射層４は、導光体２の裏面２ｆに絞を設ける、あるいは印刷を施す等により形成されている。
【００２０】
導光体２の入射面２ｂに対向し入射面２ｂから光を入射可能に、光源である発光ダイオード３が配置されている。すなわち、発光ダイオード３は、導光体２の表面２ａと交叉する方向に向けて光を出射させるように配置されている。また、発光ダイオード３は、その光軸を入射面２ｂを形成する凸レンズの光軸に一致させて配置されている。
【００２１】
光源である発光ダイオード３と入射面２ｂの間には、図１に示すように、光屈折手段である凸レンズ５が配設されている。凸レンズ５は、透光性材料、たとえば透明なアクリル樹脂等から形成され、発光ダイオード３側面が平面状に、入射面２ｂ側面が凸面状に形成されている。凸レンズ５は、その光軸を入射面２ｂを形成する凸レンズの光軸に一致させて配置されている。すなわち、発光ダイオード３、凸レンズ５および入射面２ｂは、それぞれの光軸が一直線上となるように配置されている。
【００２２】
次に、本発明の第１の実施形態による照明装置１において、発光ダイオード３からの光が導光体２へ入射する際の、凸レンズ５の作用について説明する。
【００２３】
図３は、本発明の第１の実施形態による照明装置１の部分拡大断面図であり、図１中におけるＩＩＩ部詳細図である。また、図３中において、発光ダイオード３から発せられる光の軌跡を矢印で示す。
【００２４】
図３においては、発光ダイオード３から発せられる３つの光、すなわち、光Ａ〜Ａ３、光Ｂ、光Ｃ〜Ｃ３を示す。
【００２５】
光Ａ〜Ａ３、光Ｃ〜Ｃ３は、発光ダイオード３から発せられ、入射面２ｂから導光体２内へ入射可能な光の内、最も外側を進行する光である。すなわち、発光ダイオード３から出射する光の内、光Ａと光Ｃとの成す角度Θ１の範囲内の光が導光体２に入射する。
【００２６】
光Ｂは、発光ダイオード３の光軸上の光である。本発明の第１の実施形態による照明装置１において、発光ダイオード３、凸レンズ５および入射面２ｂは、それぞれの光軸が一直線上となるように配置されている。これにより、光Ｂは、凸レンズ５および入射面２ｂにおいて屈折することなく、図３に示すように真直ぐ進行する。
【００２７】
また、本発明の第１の実施形態による照明装置１において、導光部２ｃは、入射面２ｂを形成する凸レンズの光軸、すなわち光Ｂに対して対称な形状に形成されている。したがって、光Ａ〜Ａ３と光Ｃ〜Ｃ３は、光Ｂに対して対称な関係にあるので、以下、光Ａ〜Ａ３について説明する。
【００２８】
発光ダイオード３から発せられ空気中を進行する光Ａが凸レンズ５に入射する。この時、凸レンズ５の表面５ａにおける入射角θ１と出射角θ２の関係は、θ１＞θ２であり、光Ａ１は、光Ａより角度（θ１−θ２）だけ屈折して凸レンズ５内を進行する。つまり、光Ａ１は、光Ａよりも角度（θ１−θ２）だけ、発光ダイオード３の光軸上の光である光Ｂ１側に接近する。さらに、光Ａ１は凸レンズ５から空気中へ出射する。この時、凸レンズ５の表面５ｂにおける入射角θ３と出射角θ４の関係は、θ４＞θ３であり、光Ａ２は、光Ａ１より角度（θ４−θ３）だけ屈折して空気中を進行する。つまり、光Ａ２は、光Ａ１よりも角度（θ４−θ３）だけ、発光ダイオード３の光軸上の光である光Ｂ２側に接近する。
【００２９】
以上から、光Ａは、凸レンズ５を通過することにより屈折させられて、角度｛（θ１−θ２）＋（θ４−θ３）｝だけ発光ダイオード３の光軸上の光である光Ｂ側に接近する。
【００３０】
空気中を進行する光Ａ２は、入射面２ｂから導光体２へ入射する。この時、入射面２ｂにおける入射角θ５と出射角θ６の関係は、θ５＞θ６であり、光Ａ３は、光Ａ２より角度（θ５−θ６）だけ屈折して導光体２内を進行する。ここで、光Ａ３は、発光ダイオード３の光軸上の光である光Ｂと平行な方向に進行する。すなわち、本発明の第１の実施形態による照明装置１においては、発光ダイオード３から出射し且つ入射面２ｂから導光体２内へ入射する光が、導光体２内を発光ダイオード３の光軸上の光である光Ｂと平行な方向に進行するように、凸レンズ５および入射面２ｂの形状を設定している。これにより、導光体２内に入射した光が、導光体２内部で反射を繰返す、あるいは導光体２外へ再び出射する等して表面２の発光に寄与する光量が減少することを抑制することができる。
【００３１】
ここで、従来の照明装置、つまり、光屈折手段である凸レンズ５を備えない場合における、入射面２ｂから導光体２内へ入射可能な光の内最も外側を進行する光を、図３中に一点鎖線で示す。この場合、入射面２ｂから導光体２内へ入射可能な光の範囲は、図３に示すように、角度Θ２の範囲内となり、本発明の第１の実施形態による照明装置１における入射面２ｂから導光体２内へ入射可能な光の範囲である角度Θ１より小さくなっている。
【００３２】
以上説明したように、本発明の第１の実施形態による照明装置１においては、発光ダイオード３と導光体２の入射面２ｂとの間にアクリル樹脂で形成される光屈折手段である凸レンズ５を配置し、この凸レンズ５により、発光ダイオード３からの光の進行方向を発光ダイオード３の光軸方向、つまり光Ｂの進行方向に近づけて入射面２ｂに入射させる構成としている。これにより、入射面２ｂへ入射可能な発光ダイオード３からの光の出射範囲である角度Θ１を、従来の照明装置における入射面２ｂへ入射可能な発光ダイオード３からの光の出射範囲である角度Θ２より拡大できるので、導光体２へ入射する発光ダイオード３からの光の光量を従来の照明装置の場合よりも増加させ、表面２ａの発光輝度を高めることができる。
【００３３】
また、本発明の第１の実施形態による照明装置１においては、発光ダイオード３を、導光体２の表面２ａと交叉する方向に向けて光を出射させるように配置すると共に、導光体２に設けた導光部２ｃおよび反射面２ｄを介して表面２ａに平行な方向に導光している。これにより、照明装置１の平面形状を、図２に示すように、液晶パネル１０とほぼ同一として、コンビネーションメータ（図示せず）内における照明装置１の占有面積を必要最小限度に抑えることができる。
【００３４】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態による照明装置１の断面図である。
【００３５】
本発明の第２の実施形態による照明装置１は、上述の、第１の実施形態とは、発光ダイオード３からの光の導光体２への入射方向、および導光体２の形状が異なっている。
【００３６】
すなわち、本発明の第２の実施形態による照明装置１において、導光体２は、平面形状が液晶パネル１０とほぼ同一の略直方体状に形成されている。図４に示すように、導光体２の１つの端面に入射面２ｂが形成されている。
【００３７】
発光ダイオード３は、入射面２ｂから光を入射可能且つ発光ダイオード３の光軸上の光が表面２ａと平行な方向に進行するように配置されている。
【００３８】
発光ダイオード３と入射面２ｂの間には、凸レンズ５が配設されている。本発明の第２の実施形態による照明装置１においても、第１の実施形態の場合と同様に、発光ダイオード３、凸レンズ５および入射面２ｂは、それぞれの光軸が一直線上となるように配置されている。また、これらの光軸、つまり発光ダイオード３の光軸上の光と、図４に示すように、導光体２の板厚寸法ｔの二等分線上とは一致するように設定されている。
【００３９】
本発明の第２の実施形態による照明装置１においても、本発明の第１の実施形態による照明装置１の場合と同様に、導光体２へ入射する発光ダイオード３からの光の光量を従来の照明装置の場合よりも増加させ、表面２ａの発光輝度を高めることができる。
【００４０】
なお、以上説明した、本発明の第１および第２の実施形態による照明装置１においては、凸レンズ５の形状は、図５に示すような同一断面の円筒面状、あるいは、図６に示すよう、発光ダイオード３に対応して形成される球面状のいずれであっても良い。なお、図５および図６において、発光ダイオード３の個数を３個としているが、１個以上であれば何個でもよい。
【００４１】
また、発光ダイオード３を複数個設けた場合、凸レンズ５を、図５および図６に示すように一体部品とせずに、発光ダイオード３の個数に対応して複数個設けてもよい。
【００４２】
また、本発明の第１および第２の実施形態による照明装置１においては、光源として発光ダイオード３を用いているが、他の光源、たとえば電球、放電灯等であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態による照明装置１の断面図であり、図２のＩ−Ｉ線断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による照明装置１の正面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による照明装置１の部分拡大断面図であり、図１中におけるＩＩＩ部詳細図である。
【図４】本発明の第２の実施形態による照明装置１の断面図を示す。
【図５】凸レンズの形状を説明する外観斜視図である。
【図６】凸レンズの他の形状を説明する外観斜視図である。
【符号の説明】
１　　照明装置
２　　導光体
２ａ　　表面
２ｂ　　入射面
２ｃ　　導光部
２ｄ　　反射面
２ｅ　　裏面
３　　発光ダイオード（光源）
４　　光反射層
５　　凸レンズ（光屈折手段）
５ａ、５ｂ　　表面
１０　　液晶パネル
θ１、θ３、θ５　　入射角
θ２、θ４、θ６　　出射角
Θ１、Θ２　　角度

Claims (3)

1. 透光性材料で形成される平板状の導光体と、
   前記導光体に形成される入射面に光を入射可能に配置される光源とを備え、
   前記導光体内において前記光源の光軸上の光を前記導光体の表面と平行な方向に進行させて前記表面を発光させる照明装置であって、
   前記光源と前記入射面との間に透光性材料で形成される光屈折手段を配置し、前記光屈折手段により前記光源からの光の進行方向を前記光源の光軸方向に近づけて前記入射面に入射させることを特徴とする照明装置。
2. 前記屈折手段は、前記光源側が平面状に形成され且つ前記導光体側が凸面状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記入射面形状を凸面状に形成することを特徴とする請求項１また請求項２に記載の照明装置。

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