JP2005228536A - 導光材 - Google Patents

Abstract

【課題】
長尺の導光材であってもよりムラなく発光できるようにすること。
【解決手段】
入射面１２から入射した光を導き、導いた光を反射面１４で反射させて出射面１５から出射する導光材１１であって、上記反射面１４に、導光方向を横切る方向に延びる反射溝１７を複数本配設し、これら反射溝１７相互間には、隙間１６を設けた導光材１１。
【選択図】 図１

Description

この発明は、例えば液晶や広告のバックライト、廊下、階段等での照明として用いられるような導光材に関し、より詳しくは、長尺であっても均一で高輝度の光が得られるような導光材に関する。

長尺の照明器具に用いる導光材が、下記特許文献１に開示されている。
この特許文献１に記載された導光部材１０１は、長手方向両端の入射面１０２と、これら入射面１０２の間の出射面１０３と、この出射面１０３の裏側の散乱面１０４とを有し、この散乱面１０４を粗面に形成したものである［図１６（ａ）参照］。

すなわちこの導光部材１０１では、「光源からの光は導光部材の入射面から導光部材に入射し、入射した光は出射面と粗面（散乱面）の間を散乱反射しながら進んでいく。このとき、出射面で全反射し、次に散乱面で散乱反射し、出射面に対し全反射の臨界角より小さな角度で反射された光が出射面から出射する。」
そして、「このようにして導光部材から出射する光は全体に均一化される。そして、光源２の数は増やさずに導光部材を長くしたり、幅を変えたりしてもあかるさにムラは生じない」、と記載されている。

しかし粗面とは、単に粗い面であって、光を散乱反射させるためのものである。
このため、導光部材１０１が長尺の場合には、図１６（ｂ）に模式的に示したように、どうしてもムラができてしまう。すなわち光源１０５に近い両端部は明るいが、光源１０５から遠ざかるにしたがって暗くなる。

このことを示すかのように、上記特許文献１の公報には、手摺でも廊下でも、その長さ方向全体に及ぶ長さの導光部材は図示されていない。一定長さを超えると、光にムラが生じるので、適用する部位の長さ方向で分割せざるを得ないわけである。

一定の長さを超えるとムラが生じる理由は、散乱面を粗面で形成したことによって、入射面から入射した光が、すぐさま一時（いちどき）に、次々と散乱反射し、導光方向先方に対して光の減衰が著しいからであると考えられる。

特開２００１−２１０１０６号公報

そこでこの発明は、長尺の導光材であってもよりムラなく発光できるようにすることを主たる課題とする。

そのための手段は、入射面から入射した光を導き、導いた光を反射面で反射させて出射面から出射する導光材であって、上記反射面に、導光方向を横切る方向に延びる反射溝を複数本配設し、これら反射溝相互間には、隙間を設けた導光材であることを特徴とする。

なお、上記反射溝を、反射面における導光方向を横切る方向に隙間を隔てて直線的に間欠配設するとよい。この場合には、上記反射溝のうち導光方向で隣に位置する反射溝同士の、導光方向を横切る方向での位置を、非同一にするのが好ましい。
また、上記反射溝のうち隣に位置する反射溝同士の深さを異ならせるもよい。

さらに上記反射溝は、入射面から直角に入る光が臨界角よりも小さい角度で当たる傾斜面を有するものであるとよい。

すなわちこの導光材では、入射面から入射した光は、導光材内を全反射しながら進んでゆく。そして光はそのうちに、反射溝に当たって向きを変え、全反射角よりも小さくなった光が出射面から出射する。

反射溝は導光方向を横切る方向に延びるものであるので、通る光をある程度まとめて反射屈折させる。反射屈折させられた光は、出射面から出射させられるとともに、導光材内をさらに進む。

また、反射溝同士の間には隙間を設けているので、反射溝に当たらなかった光の成分は、少しも減衰することなく導光方向後段の別の反射溝に当たって反射屈折させられる。一度反射溝に当たった光の成分でも、反射溝の傾斜角度が光を全反射しない角度（臨界角よりも小さい角度）であるならば、一部は透過し、導光方向後段の別の反射溝に当たって、同様に反射屈折させられる。導光方向後段の反射溝に対しては、全反射しながら進む光の成分と既に別の反射溝を透過した光の成分とが当たり、出射面から出射させられるとともに、導光材内をさらに進む。

このような導光材は、手摺、階段用ノンスリップ又は階段用踏み板部材の一部又は全部に用いられると、その特徴を生かせるのでよい。上記階段用踏み板部材とは、階段用踏み板そのものと階段用踏み板に組み込まれる部材の両方を意味する。

以上のようにこの発明によれば、入射面から入射した光は、導光材内を全反射しながら進んでゆく過程で、反射面における導光方向を横切る複数本の反射溝で、反射溝ごとにある程度まとめて断続的に反射屈折させられ、出射面から出射させられ、また導光材内をさらに進む。

このとき、反射溝同士の間には隙間を設けているので、入射した光がすぐさま立て続けに散乱反射させられて著しく減衰することはなく、導光方向後段にも充分に光が届く。

このため、光の利用効率が高く、導光材が長くてもムラのない高輝度の光を得ることができる。

この発明を実施するための一形態を、以下図面を用いて説明する。
図１は、導光材１１の斜視図であり、この導光材１１は端面の入射面１２から入射した、光源１３からの光を内部に導いて、入射面１２とは直角をなす反射面１４において、内部に導いた光を反射屈折させ、反射面１４とは反対側の出射面１５から出射させるものである。

この導光材１１は、アクリルをはじめとする適宜の透光性材料で形成される。
図示例の導光材１１は、６面体であるので６面全てに鏡面加工を施す。
また、上記反射面１４には、図２に示したように隙間１６…を隔てて複数本の反射溝１７…を形成する。

これら反射溝１７…は、導光材１１内を透過又は全反射する光の成分を反射屈折させて、出射面１５から出射させるためのもので、例えば図３、図４に示したように、Ｖ字状に形成される。

反射溝１７は、導光方向、すなわち図示例の導光材１１は棒状であるので、その長さ方向を横切る方向に延びるように形成される。

そしてその配列は、様々考えられるが、図２に示した如く導光方向と、導光方向を横切る方向との２方向に、隙間１６を隔てて形成するのが好ましい。

反射溝１７を導光方向で隙間１６を隔てて形成すると、全反射して進んできた光の成分を次々と反射溝１７で反射屈折させてしまわずに、全反射して導光方向に進む光の割合を多くすることができる。また、反射溝１７に当たって反射屈折した光の成分のうち、全反射せずに透過した光の成分が後段の反射溝１７においてすぐに減衰させられることを抑制することができる。

反射溝１７を、導光方向を横切る方向で隙間１６を隔てて形成する、換言すれば反射溝１７を直線的に間欠配置すると、反射溝１７に対して入射面１２から真っ直ぐに入ってくる光の成分のすべてを、反射面１７で反射屈折してしまわずに、一部をより遠くまで飛ばして、光の利用効率を良くすることができる。

導光方向を横切る方向での配置に際しては、図２、図３に示したように、導光方向で隣に位置する反射溝１７同士の、導光方向を横切る方向での位置を非同一にする。すなわち、反射溝１７と隙間１６のパターンを、導光方向を横切る方向でずらすのが好ましい。このように反射溝１７と隙間１６のパタンーンをずらすことによって、一度反射溝１７に当たって反射屈折させられた光の成分が著しく減衰させられずに、全反射してくる光の成分と一緒になって、さらに導光材１１うちを進むことができる（図５、図６参照）。

また、反射溝１７は、上述の如く図４に示したようにＶ字状に形成し、その傾斜面１７ａの角度を、入射面１２から直角に入る光が導光材１１の材料であるアクリルの臨界角（４２．２度）よりも小さい角度θで当たるように設定するのが好ましい。このように形成すると、反射溝１７の傾斜面１７ａに当たる光は全反射せずに一部の光成分は屈折して透過する。そして、反射屈折しながら後端に位置する反射溝１７に当たる。

すなわち、反射溝１７に当たった光の成分が全て反射させられ、出射させられるのではなく、図６に示したように一部の光成分は後段の反射溝１７へ向けて透過しさらに反射屈折する。この反射屈折時には、導光材１１内を全反射してくる光の成分も加わり、光の著しい減衰は起こらない。

上述のような反射溝１７は、周知のレーザ加工で容易に行える。レーザ加工のほか、導光材１１の射出成形時に形成するもよい。

このように構成した導光材１１では、入射面１２から入射した光は、導光材１１内を全反射しながら進んでゆく。そして光はそのうちに、反射溝１７に当たって向きを変え、全反射角よりも小さくなった光が出射面１５から出射する。

光を反射屈折させる反射溝１７は、導光方向を横切る方向に延びるものであるので、図５に丸印で示したように、通る光をある程度まとめて反射屈折させる。そして反射屈折させられた光は、一部の成分は出射面１５から出射させられるとともに、残りの成分は導光材１１内を反射屈折してさらに進む。

出射面１５から出射される光は、ある程度まとまるので、反射溝１７が粗面をなすドットである場合に比して、比較的強い光が得られる。

また、反射溝１７同士の間には隙間１６を設けているので、反射溝１７に当たらなかった光の成分は、全反射して導光方向後段に進み、何ら減衰することなく別の反射溝１７に当たって反射屈折させられる。

一度反射溝１７に当たった光の成分でも、反射溝１７の傾斜面の角度を上述のように臨界角を考慮して設定したので、一部は透過し、導光方向後段の別の反射溝１７に当たって、同様に反射屈折させられる。導光方向後段の反射溝１７に対しては、全反射しながら進む光の成分と既に別の反射溝１７を透過した光の成分とが当たり、出射面１５から出射させられるとともに、導光材１１内をさらに進む。

このように、入射面１２から入射した光は、導光材１１内を全反射しながら進んでゆく過程で、反射面１４における導光方向を横切る複数本の反射溝１７で、反射溝１７ごとにある程度まとめて断続的に反射屈折させられ、出射面１５から出射させられ、また導光材１１内をさらに進む。しかも、反射溝１７同士の間には隙間１６を設けているので、入射した光がすぐさま立て続けに散乱反射させられて著しく減衰することはなく、導光方向後段にも充分に光が届く。

このため、光の利用効率が高く、導光材１１が長くてもムラのない高輝度の光を得ることができる。

なお、反射溝１７の断面形状は、その他の形状、例えばＵ字状等であるもよく、どのような形状にしても、入射面１２から直角に入る光が導光材１１の材料であるアクリルの臨界角よりも小さい角度で当たる角度の傾斜面１７ａを有するとよい。

また、図７に示したように、反射溝１７の深さを、反射溝１７ごとに異ならせるもよい。導光方向を横切る方向に隣に位置する反射溝１７のパターンがたとえ同一であっても、後段側の反射溝１７が前段側の反射溝１７よりも深ければ、後段側の反射溝１７でも充分に光の反射屈折が行え、光の減衰を抑制できる。

また、上述の、導光方向を横切る方向とは、直角のみを意味するものではなく、例えば図８（ａ）に示したように傾斜していてもよい。さらに図８（ｂ）に示したように、導光方向を横切る方向に延びる反射溝１７は、一直線状に並ぶものでなくともよい。

図９に示したように導光材１１の導光方向後端、すなわち反光源側の端面に、ステンレス等からなる端面反射シート１８を貼着すれば、導光材１１内を通る光を反射させてさらなる反射屈折に利用できるので、光の利用効率をより一層高めることができる。図示はしないが、反射面１４にも適宜の反射シートを貼り付ければ、光の利用効率をさらに高めることができる。

また、反射溝１７を隠蔽し、光を和らげるためには、図１０に示したように出射面１５にサンドブラストにより拡散面１９を形成するもよい。サンドブラストで拡散面１９を直接形成するほか、シートを貼着して形成することもできる。

以上のような導光材１１は、例えば手摺、階段用ノンスリップ又は階段用踏み板部材の一部又は全部、バックライト用の導光板として用いられると、その特徴を生かせる。

以下、これらに適用した例を説明する。なお、上述の構成と同一の部位については、同一の符号を付して、その詳しい説明を省略する。

図１１は、上記導光材１１を手摺２１の一部に用いたときの作用状態を示しており、階段２２の手摺２１に照明用に用いることで、暗がりでも手摺２１と階段２２の踏面２２ａを明示することができる。

この手摺２１は、図１２に示したように構成するとよい。
すなわち手摺２１の本体を構成する棒状の手摺本体２３に対し、その長さ方向全体に渡って取り付け溝２４を形成する。そして、上記取り付け溝２４に取り付け可能な棒状の導光材２５を形成し、取り付け溝２４に対して接着等により取り付け、導光材１１の出射面１５を表面に露出させる。

この手摺本体２３の導光材２５を光らせる光源１３は、ＬＥＤで構成し、手摺本体２３を壁面に取り付けるブラケット２６の内部に組み込む。図中２７は回路基板で、２８乾電池等からなる電源とスイッチである。

手摺本体２３をブラケット２６に取り付ける時には、出射面１５が、階段方向の斜め下に向くように設定する。

このような手摺２１を設けた階段２２では、上述のように暗がりでも手摺２１と階段２２の踏面２２ａが分かり、安全を得ることができる。

しかも、長い階段２２でも一本の導光材２５で照明することができるので、複数の導光材を使用する場合に比して、光源１３の数を少なくできるとともに、配線等も簡素にできる。このため、コストを抑え、施工を簡単にすることが可能となる。

なお、手摺２１は階段用の手摺に限らず、廊下や、身障者用に備えられる様々な場所の手摺であるもよい。

図１３は階段用ノンスリップ３１の一部に用いた例である。
すなわち階段２２踏面２２ａにおける出端に取り付け可能なように、横Ｌ字状に全体を形成しており、上面の中間部にはアクリルからなる導光部３２を形成している。導光部３２以外の両側部３３は塩化ビニル等の適宜の樹脂を用いて形成するとよく、各部を形成した後に組み立てるもよいが、複数樹脂の同時押し出し成形で形成すると簡単である。導光部３２の反射面１４（裏面）に対しては成形後に、レーザ加工により反射溝を形成すればよい。

光源１３にはＬＥＤを用い、階段用ノンスリップ３１の導光部３２の端面に対向して設ける。

図１４は、階段２２の踏面２２ａを構成する踏み板４１の一部に導光材４２を組み込んだ例を示している。

踏み板４１の出端近傍部全体に取り付け溝４３を設け、該取り付け溝４３に、棒状の導光材４２を取り付ける。導光材４２は、上述のような構成でよく、表面に出射面１５が露出するようにしている。裏面を反射面１４とするが、出射面１５とは直角をなすその他の２面も反射面１４とすることもできる。光源１３にはＬＥＤを用い、導光材４２とともに踏み板４１内に埋め込むとよい。

このように構成した階段用ノンスリップ３１や踏み板４１では、幅が広くても一本の導光部３２お導光材４２で照明することができ、コストを抑え、施工を簡単にすることが可能となる。

図１５は、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）に代わるようなバックライト用の面光源５１を示している。

上記導光材１１を所定の板状に形成し、導光板５２を形成し、それぞれ周知の、光源としての冷陰極管５３、蛍光板反射シート５４、反射シート５５、拡散シート５６を所定の位置に備えれば、面光源５１を形成できる。導光板５２の裏面を、反射溝１７を有する反射面１４として、図面上方に光を出射するように図示している。

この面光源５１は、これまでの導光板を用いたのでは不可能であった長尺に形成でき、液晶用のバックライトはもとより、広告用等のバックライトとしても利用価値のある面光源５１である。

この発明の構成と、上述の一形態の構成との対応において、
導光材は、導光材１１，２５，４２、導光部３２、導光板５２に対応するも、
この発明は、上述の構成のみに限定されるものではない。

例えば、導光材の形態は、図示したような６面体以外の、他の適宜の形態であるもよい。

また手摺や階段用ノンスリップなどの製品の全体を導光材で構成するもよい。

導光材の斜視図。 反射面の拡大平面図。 反射面部分の拡大断面図。 反射溝の拡大断面図。 反射溝の作用を示す説明図。 反射溝の作用を示す説明図。 反射溝の他の例を示す拡大断面図。 反射面の他の例を示す拡大平面図。 端面反射シートを設けた導光材の側面図。 他の例に係る導光材の拡大断面図。 手摺と階段の斜視図。 手摺の構造説明図。 階段用ノンスリップの斜視図。 階段用踏み板の斜視図。 面光源の斜視図。 従来技術の説明図。

符号の説明

１１…導光材
１２…入射面
１４…反射面
１５…出射面
１６…隙間
１７…反射溝
１７ａ…傾斜面
２１…手摺
２５…導光材
３１…階段用ノンスリップ
３２…導光部
４１…踏み板
４２…導光材
５１…面光源
５２…導光板

Claims (7)

1. 入射面から入射した光を導き、導いた光を反射面で反射させて出射面から出射する導光材であって、
   上記反射面に、導光方向を横切る方向に延びる反射溝を複数本配設し、
   これら反射溝相互間には、隙間を設けた
   導光材。
2. 前記反射溝を、反射面における導光方向を横切る方向に隙間を隔てて直線的に間欠配設した
   請求項１に記載の導光材。
3. 前記反射溝のうち導光方向で隣に位置する反射溝同士の、導光方向を横切る方向での位置を、非同一にした
   請求項２に記載の導光材。
4. 前記反射溝のうち隣に位置する反射溝同士の深さを異ならせた
   請求項１、２又は３に記載の導光材。
5. 前記反射溝が、入射面から直角に入る光が臨界角よりも小さい角度で当たる傾斜面を有する
   請求項１から請求項４のうちのいずれか一項に記載の導光材。
6. 前記請求項１から請求項５のうちのいずれか一項に記載の導光材を、一部又は全部に用いた
   手摺。
7. 前記請求項１から請求項５のうちのいずれか一項に記載の導光材を、一部又は全部に用いた
   階段用ノンスリップ又は階段用踏み板部材。
   

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