JP2004186124A - 境界面を利用した平面照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】反射面で囲った薄い平面状の板内に光を集光させ、既存照明器具では得られない近距離の照明と至近距離から、特定物のみへの照明や特定面への照明、近距離で均一の明るさを照射可能とする照明器具。
【解決手段】反射鏡に囲まれた空間や特性のある境界面で囲まれた光の透過材を使用し、光を反射することで光の拡散を妨げ特定方向に誘導し透過させ、光の特性を利用して光のエネルギーを出来るだけ減少することなく、必要とする部分にのみ放射させて光のエネルギーの利用効率を高め、光源に小型軽量性に優れた超高輝度ＬＥＤの集まりで構成することで、照明器具の光源装置の小型化と照明器具の発熱を抑え長寿命を実現し、光の投入口を工夫することで光エネルギーを効率よく薄い光の透過材内に導くことを可能とし、平面発光型の照明器具を実現した。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射面で囲った薄い平面状の板内に光を集光させ、反射面を使って光の放射を防ぎ、光を必要とする面にのみ光を反射させることにより、光のエネルギーを効率かつ有効的に使用する照明器具である。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
既存照明器具は空間と面への照明であり、基本的に照射面積と明るさを求められていた。
近年では、空間の部分的な照明や器具の形状による、より多彩な照明が求められている。
【０００３】
また、照射物によっては光源の種類や発熱といった問題により、照射物が変化したり変質したりする場合もあり、改善策として長距離から照射したり、特別な波長の光源を利用したりしていた。
さらに、長距離から照明する照射面の均一な明るさを得るため、他方向から複数の照明器具を使用することで周辺全体の温度上昇などの問題もある。
【０００４】
一定の明るさを得るために必要な光源の大きさと発熱から、照明器具の形状と設置状況に制約もあり、近距離の照明には制約があった。特に、宝飾品や美術品などを至近距離から、特定物のみへの照明や特定面への照明などは改善が求められていた。また、食品などの照明装置として、近距離で均一の明るさを照射できる照明器具が求められていた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
光は、拡散する性質があるが、反射鏡に囲まれた空間や特性のある境界面で囲まれた空間において、光を反射することで光の拡散を妨げることが出来、特定方向に誘導し透過することが出来る。
本発明は、光の特性を利用して光のエネルギーを出来るだけ減少することなく、必要とする部分にのみ放射させて光のエネルギーの利用効率を高めたものである。
【０００６】
また、光源を小さな発光体の集まりで構成することで、照明器具の光源装置の小型化と省エネを実現し、器具の発熱を抑え、光エネルギーを効率よく利用することを実現した。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は、近年多く利用されているＬＥＤ発光素子（以後ＬＥＤと表記する）を光源として使用し、ＬＥＤの光を出来るだけ拡散する前に反射鏡で囲まれた平面版に取り込み、複数のＬＥＤの光を集光させて必要とする部分にのみ放射させて、明るい平面を作ることを可能とした。
【０００８】
また、ＬＥＤ使用することで、発熱を抑えることが可能であり、近距離への照明と熱による影響を抑えた照明器具を実現した。
【０００９】
さらに、液晶画面などの画像表示装置用のバックライトとして使用することで、薄く軽量で明るい省電力かつ長寿命なバックライトを実現できる。
【００１０】
本発明は、本発明の実施例で説明するが、ＬＥＤの光源からの光を集光し、平面鏡面への反射を利用して、厚さの薄い平面鏡面内に誘導しているので、厚さ１．０ｍｍ〜０．５以下の発光面を作り出すこが出来るために、非常に薄く軽量なものとなる。
【００１１】
さらに、近年の高輝度ＬＥＤは、非常に明るいために１個のＬＥＤが４００ｍｍ^２の面を十分に明るく照明することが出来る。１７吋相当の画像表示装置のバックライトとして使用する場合、ＬＥＤ１７０個を使用し、電力消費は最大１２Ｗである。電力消費量は少なく、寿命は５０，０００時間で１０％の減光と非常に長く、経年変化量も少ないためバックライト交換は不要となります。
【００１２】
【実施例】
以下に、本発明の詳細な説明をＬＥＤと光の透過材にガラス板を利用し、反射面を鏡面にした照明器具の実施例に元づいて説明する。本発明は照明器具であるが、ＬＥＤを点灯する電気、電子回路の説明は省略する。
【００１３】
図１は、平面状のガラス板の側面に沿って配置された、１のＬＥＤの光をＡのガラス板内に投光する様子を示した断面図である。ＬＥＤの光は、ＬＥＤのユニット内のレンズ効果によって、ある程度集光されている為に多くの光はガラス側面から、ガラス平面内に取り込むことが出来、ガラス平面が発行することが出来る。
【００１４】
図２は、平面状のガラス板の周辺に沿ってＬＥＤを配置し、ガラス板内に投光した平面図であり、２は光源であるＬＥＤ、Ｂは光の透過材であるガラス板である。
図１で説明した様に、ＬＥＤの光は、ＬＥＤのユニット内のレンズ効果によって、ある程度集光されている為に多くの光はガラス側面から、ガラス平面内に取り込むことが出来、ガラス平面が発行することが出来る。
【００１５】
ＬＥＤの取り付け個数は、照明器具の明るさに比例するため、発光するガラス面の大きさと辺の長さに応じて取り付け個数は増減する。本実施例による照明器具の場合、３００×３００ｍｍ四方のガラスに取り付けたＬＥＤは、５．８３ｍｍピッチで２０４個を取り付けてある。
【００１６】
図３は、反射面に鏡面のついたガラス板を使用して、ＬＥＤの光を効率よくガラス板内部に誘導した実施例の断面図である。３は光源であるＬＥＤであり、４はガラス内部に光を反射する反射鏡、Ｃはガラス板である。３のＬＥＤの取り付け位置は、ガラス面に対してほぼ直角とし、Ｃのガラス板周辺の平面側に取り付けた４の反射鏡により、ガラス板内部にＬＥＤの光を反射したものである。
このことにより、３のＬＥＤの光はより効率よくＣのガラス板内部に投光される。
【００１７】
図４は、より光のエネルギーを有効に利用するため、透過材内部にＬＥＤを配置した説明図である。
５のＬＥＤをＤの光の透過材内部に配置し、Ｄの光の透過材内部で発光させることにより、５のＬＥＤの発光する光の特性を有効に利用することが出来る。
【００１８】
また、図５に示す様にガラス平面内に照射された光の拡散を防止するために、ガラス板Ｅにガラス板内部に向けた鏡面加工を施し、鏡面▲１▼、鏡面▲２▼、鏡面▲３▼、設けることで、光源のＬＥＤ６の光をガラス板Ｅの内部に反射させて、ガラス板内部からの拡散を防ぎ、光の放射面ａから放射し効率よく発光させることが可能である。この実施例の場合、ガラス側面に配置したＬＥＤの照射口以外の側面も鏡面化することにより、この面からの光の放射を防ぐことが出来、光の利用効率をより高めることができる。
【００１９】
図６は、ガラス板Ｆの光の放射面ｃにおける、平面状での光の明るさを出来るだけ均一にする為に光の放射面ｄ１面と反射側の反射鏡面に、中央部に対して緩やかな傾きの付いた反射鏡ｄや図７に示す曲面の付いた反射鏡ｅを設けることで、中央部と周辺部の光の偏差を解消し、光の放射面ｃ及び光の放射面ｆの明るさを均一にしたものである。
【００２０】
図８は、拡散フィルターを用いた、光の均一化を説明した図である。光の放射面ｈに拡散用フィルターＩを設けることで、より光の明るさを均一となる様に出来、拡散フィルターＩの拡散率の異なるものを使用することで明かりのイメージも制御できる。また、放射面での明るさを改善するために、放射面からの光の放射に指向性を持たせる事も出来る。
【００２１】
図９は、隙間フィルターを用いた、光の均一化を説明した図である。放射面内部に向けて鏡面化したガラス板Ｊに光を放射する隙間Ｌを格子状に配置し、明るさを調整する隙間フィルターＫとして使用する。必要な光を隙間Ｌから放出し、不必要な光を内部に反射させることで放射面の明るさを制御し、放射面の均一な明るさを得るものである。
また、光を放出する隙間Ｌの数と幅を平面の中央側と縁側で変化させることで、光を放出する面の明るさを任意に変化させることが出来る。
【００２２】
図１０は、ハーフミラーを用いた、光の均一化を説明した図である。光の放射面を光の放射面と透過率の差のある内部に向けたハーフミラーＭとすることによって、上記と同様に必要な光の量を透過させ不必要な光を再びガラス内部に返すもので光の利用率を高めるものである。
【００２３】
図１１は、本発明をカラー画像表示用バックライトに使用した説明図である。カラー色表示を行うための光の要素を光源としてＬＥＤ赤１２、ＬＥＤ青１３、ＬＥＤ緑１４の３色のＬＥＤをガラス板側面に図１１に示す様に配置し、ガラス板Ｎの内部に光を放射する。放射された光は光の放射面ｎより放射される。この場合、図１２に示す様にそれぞれ３色のＬＥＤの光がガラス板Ｏ内部で均一に混じる為に、反射鏡面において３色のＬＥＤの光が拡散するように凸凹鏡面ｍを設けて反射混合させることで、光を均一化して光の放射面ｏに放射している。
【００２４】
図１３は、ＬＥＤの光の反射光列を、薄いガラス板内に効率よく誘導する実施例を説明した断面図である。照明器具の側面の投光口Ｑ及びＱ１からＬＥＤ１６の光は投光され、鏡面▲１７▼、鏡面▲１８▼、鏡面▲１９▼、に反射してガラス板Ｐ内部に誘導され光の放射面ｒに放射する。ＬＥＤの投光口Ｑ及びＱ１も、ガラス板Ｐ内部に反射する反射鏡面として使用することで、光を効率よく利用出来る。
【００２５】
図１４は同様に、ＬＥＤの光の反射光列を、薄いガラス板内に効率よく誘導する実施例を光の反射例を用いて説明した断面図である。光の投光口Ｓ及びＳ１内部に設置されたＬＥＤ１７より投光された光は、鏡面ｕ１、鏡面ｕ２、鏡面ｕ３によりガラス板Ｒ内で何回か反射を繰り返しながらガラス板Ｒの内部に達し、光の放射面ｓより放射される。投光口Ｓ及びＳ１内部にＬＥＤ１８を設置することによりより、いっそう光を効率よく利用出来る。
【００２６】
図１５は、本発明の技法により反射鏡面内の光の放射部分を小さくした実施例を説明した断面図であり、光をレンズまたは凹面鏡を使用しないで集光させたものである。投光口Ｕ及びＵ１に設置されたＬＥＤ１８の光は、ガラス板Ｔ全体に施された反射鏡ｚ１、反射鏡ｚ２面に設けられた光の放射部ｘから放出する。光の放射部ｘの形状は文字、文様など、さまざまな形状に加工でき、サインとしての用途もひろがる。このことは、２面の相対する反射鏡面内に光を放射することにより、コンパクトで軽量性の優れた照明器具を製作可能とし、光を薄い反射鏡面体に効率よく誘導することで可能となる。
【００２７】
図１６は、光の投光口から入射した光の反射例を説明した図である。ＬＥＤを外から投光する外光式と内部から投光する内光式で説明する。
【００２８】
外光式では、ＬＥＤ１９から投光されたα光線は、鏡面に入射角θ１で入り反射角θ１′で反射し、反対面の鏡面に入射角θ２で入り反射角θ２′で反射する。連続して反対面の鏡面に入射角θ３で入射し反射角θ３′で反射する。以下同様な反射を連続してガラス内部に透過していきながら、光の放射面から光を放射する。この場合のそれぞれの鏡面への入射角は、θ１＝θ１′、θ２＝θ２′、θ３＝θ３′、・・・・・θｎ＝θｎ′となり、それぞれθ１ θ２ θ３ θｎ＞９０°になるように投光口の鏡面の傾きまたは曲面を設定されている。
【００２９】
内光式も同様に、ＬＥＤ２０から投光されたβ光線は、鏡面に入射角θ４で入り反射角θ４′で反射し、反対面の鏡面に入射角θ５で入り反射角５′で反射する。連続して反対面の鏡面に入射角θ６で入射し反射角θ６′で反射する。以下同様な反射を連続してガラス内部に透過していきながら、光の放射面から光を放射する。この場合のそれぞれの鏡面への入射角は、θ４＝θ４′、θ５＝θ５′、θ６＝θ６′θ７＝θ７′、・・・・・θｎ＝θｎ′となり、それぞれθ４ θ５ θ６ θ７ θｎ ＞９０°になるように投光口の鏡面の傾きまたは曲面を設定されている。
【００３０】
【発明の効果】
本発明は、光の透過材に設置した２面の相対面する反射鏡内に光を照射または内部で発光させて、それぞれの相対する反射鏡面で光の反射を繰り返し、出来るだけ光の拡散を防ぐものである。光は透過材の内部で反射を繰り返していきながら拡散、吸収されて無くなってしまうのであるが、無くなるまでの間の反射のある量をガラス化した反射鏡の無い部分で利用するものである。さらに、光の反射方向を設定して、投光した光を薄いガラス板に施された反射鏡面内に誘導するものである。ＬＥＤの発光源は非常に小さな発光素子であるが、光を出来るだけ拡散する前に薄い反射鏡面内に誘導することにより、コンパクトで軽量な照明器具とすることが出来、発熱量の少ない、面発光タイプの照明器具としてビルの外壁やショーウィンドウなどのライトアップへの用途や軽量コンパクトであることから画像表示機器への組み込みも容易であり、加工も簡素化されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガラス板の側面図である。（実施例）
【図２】ガラス板の平面図である。（実施例）
【図３】反射鏡のついたガラス板の説明図である。（実施例）
【図４】光の透過材内に組み込まれたＬＥＤの説明図である。（実施例）
【図５】鏡面化したガラス板の説明図である。
【図６】傾斜のついた鏡面の説明図である。
【図７】曲面のついたガラス板の説明図である。
【図８】ガラス板に拡散フィルターを使用した説明図である。
【図９】隙間フィルターの説明図である。
【図１０】透過型ミラーの説明図である。
【図１１】３色ＬＥＤを使用した説明図である。
【図１２】乱反射鏡の説明図である。
【図１３】薄いガラス板の内部に投光する説明図である。
【図１４】光の内部反射の説明図である。
【図１５】光の放射を集中させる説明図である。
【図１６】投光口と光の反射の説明図である。
【符号の説明】
１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１５、１６、１７、１８、１９、２０、 ＬＥＤ
１２ 赤色ＬＥＤ
１３ 緑色ＬＥＤ
１４ 青色ＬＥＤ
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｊ、Ｎ、Ｏ、Ｐ、Ｒ、Ｔ ガラス板
Ｄ 光の透過材
Ｉ 拡散フィルター
Ｌ、Ｌ１ 隙間
Ｋ 隙間フィルター
Ｍ ハーフミラー
Ｑ、Ｑ１、Ｓ、Ｓ１、Ｕ、Ｕ１ 光の投入口
Ｘ、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３ 反射鏡
Ｙ、Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３ 鏡面
Ｚ、Ｚ１ 光の放射面
ａ、ｃ、ｆ、ｈ、ｉ、ｎ、ｏ、ｒ、ｓ、ｘ 光の放射面
ｂ、ｂ１、ｂ２、ｄ、ｄ１、ｄ２、ｅ、ｅ１、ｅ２、ｇ、ｇ１、ｇ２、ｊ、ｊ１、ｌ、ｋ、ｐ、ｐ１、ｐ２、ｑ、ｑ１、ｑ２、ｔ、ｔ１、ｔ２、ｚ、ｚ１、ｚ２反射鏡
▲１▼、▲２▼、▲３▼、▲４▼、▲５▼、▲６▼、▲７▼、▲８▼、▲９▼、▲１０▼、▲１１▼、▲１２▼、▲１３▼、▲１４▼、▲１５▼、▲１６▼、▲１７▼、▲１８▼、▲１９▼、ｕ、ｕ１、ｕ２、ｙ、ｙ１、ｙ２、 鏡面
θ１、θ２、θ３、θ４、θ５、θ６、θ７ 入射角
θ１′、θ２′、θ３′、θ４′、θ５′、θ６′θ７′ 反射角

Claims (12)

1. 平面状の光を透過する透過材の側面から、光を投入することを特徴とする照明器具。
2. 平面状の光を透過する透過材の周辺から、内部に向かって光が投入される様に光の向きを変えることを目的にした、反射面を設けることを特徴とする照明器具。
3. 請求項１、請求項２記載の照明器具において、光の放射を透過材の片面のみにする為に光の放射面の反対側に、光を内部に反射する反射面にすることを特徴とする照明器具。
4. 請求項３記載の照明器具において、放射面の光の放射量を均一にする為、反射面に傾きと曲面を設けることを特徴とする照明器具。
5. 請求項４記載の照明器具において、放射面の光の放射が乱反射する様に反射面に凸凹を設け、放射する光が乱反射することを特徴とする照明器具。
6. 請求項１、請求項２、請求項３記載の照明器具において、平面状の光を透過する透過材の両平面と光の投入口以外の側面を、光を透過材の内部に反射する反射面とし、反射面側の部分の反射面を光の透過面として加工することにより、自由な形状の光の放射面をもつことを特徴とする照明器具。
7. 請求項６記載の照明器具において、発光体を平面状の光を透過する透過材の周辺に組み込むことを特徴とする照明器具。
8. 請求項６、請求項７記載の照明器具において、光源または発光体の周辺及び周囲を反射面とし、反射面の反射光を誘導することで、光源または発光体より薄い透過材の反射面間の境界面内に光を誘導することを特徴とする照明器具。
9. 請求項１、請求項２、請求項３記載の照明器具において、光の放射面に液晶表示装置を取り付け、画面表示用バックライトにカラー表示用ＬＥＤを組み込んだことを特徴とする照明器具。
10. 請求項１、請求項２、請求項３記載の照明器具において、光の放射面の表面に光の指向性フィルターを設けることを特徴とする照明器具。
11. 請求項６記載の照明器具において、光の放射面からの光の放射量を均一にする為に、放射面に光を放出する隙間のある反射面を設け、隙間と反射面との割合を調整することを可能とする照明器具。
12. 請求項６記載の照明器具において、光の反射面からの光の放射量を均一にする為、放射面に透過量を調整する反射面を設け、放射面の反射率を調整可能とすることを特徴とする照明器具。

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