JP2005285667A

JP2005285667A - 面発光装置

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Publication number: JP2005285667A
Application number: JP2004100706A
Authority: JP
Inventors: Hidefumi Okamoto; 英史岡本; Toshiyuki Kondo; 俊幸近藤
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2004-03-30
Filing date: 2004-03-30
Publication date: 2005-10-13
Anticipated expiration: 2024-03-30
Also published as: JP4257249B2

Abstract

【課題】従来のＬＥＤランプを光源として、点灯時にはレンズ面の発光状態を観視するようにした灯具では、ＬＥＤランプからの照射角が狭いため、多数のランプ数が必要となる、或いは、斑点状の発光ムラを生じて表示品位が低下する問題点を生じていた。
【解決手段】本発明により、断面が四辺を有する略棒状となる透明部材で形成され一方の面にはガイド部レンズ２ｃが形成され、対峙する他方の面には拡散カット部２ｂが形成され、棒状の少なくとも一方の端部にはＬＥＤランプ４を有する光導入部２ａが設けられて成る少なくとも１本の光ガイド部２と、光ガイド部の使用数に併せた数のシリンドリカルレンズ状の発光面部レンズ３ａを有する発光面部３とから成り、光ガイド部と発光面部とは、ガイド部レンズからの光により発光面部レンズのほぼ全面が発光するよう適宜な間隔をもって対峙されていること面発光装置１とすることで課題を解決する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、車両の灯具、点灯の装飾用照明など、直線状、曲線状、或いは、リング状など、適度の幅を持って発光する自在な形状を得ようとするときに、面内においては均一な照度での発光を可能とすると共に、形状においても自由度の高いものとし、更に加えて、光源数も少ない数とすることを可能とする発光装置の構成を提供しようとするものである。

従来の、ＬＥＤランプにより所定の面積で所定の形状の範囲を点灯するときの、車両用灯具９０の構成の例を示すものが、図６であり、それぞれに給電を行うための配線が行われたプリント回路基板９２に複数のＬＥＤランプ９１を、例えば、縦横列のマトリックス状など、前記ＬＥＤランプ９１間が所定のピッチとなるように取付ける。

このように、回路基板９２に取付けが行われたＬＥＤランプ９１はケース９３に取付けが行われると共に、前記ＬＥＤランプ９１と同じピッチで、且つ、位置的にも一対一で対応するように形成され、凸レンズ状などとしたレンズカット９４ａが設けられたレンズ９４が被着され、車両用灯具９０として完成される。

このように形成することで、１つのＬＥＤランプ９１から放射される光は、それが対応する１つのレンズカット９４ａで拡散され、外部に放射されるものとなるので、全てのＬＥＤランプ９１が同一条件となり、理論的には、レンズ９４面は均一な光度で光輝するものとなるとされている。

尚、前記車両用灯具では、レンズ面が車体デザインに併せた曲面としたものも要求されるので、上記に説明した回路基板の絶縁部と導電部とを共に樹脂部材で形成するものとし、前記絶縁部としては絶縁性の樹脂部材を採用し、前記導電部としては導電性の樹脂部材を採用し、両者を一体形成することで立体形状の回路基板を形成し、自在なレンズ形状を得る構成が開示されている。
特開２０００−２１５７０９号公報

しかしながら、上記した従来の構成においては、第一には、前記ＬＥＤランプから放射される光は、中心部の輝度が極度に強い特性を持っているので、前記したレンズカットの一層を通過させたのみでは、充分な拡散が行われることはなく、これにより、レンズカットを通過した後にも、それぞれのＬＥＤランプの中心が明らかに明るく見え、斑点状に光輝する点ビカリと称されている現象を生じるものとなり、いわゆる、輝度ムラを生じるものとなって、表示品位を低下させる問題点を生じている。

また、第二には、レンズ面の全面を均一にレンズカットで埋め尽くすためには、非常に多数のレンズカットを設けなければならないものとなり、これに伴い、それぞれのレンズカットに対して配置しなければならないＬＥＤランプの数も膨大なものとなる。このことは、単に消費電力の増大を来すばかりでなく、ＬＥＤランプ同士が近接するものとなるので、温度上昇が著しくなり、ＬＥＤランプに特性劣化、短命化を生じるなどの問題も併せて生じるものとなる。

本発明は上記した従来の課題を解決するための具体的手段として、断面が四辺を有する略棒状となる透明部材で形成され一方の面には略半円筒状となるガイド部レンズが形成され、対峙する他方の面には略鋸歯状、三角波状となる拡散カット部が形成され、棒状の少なくとも一方の端部には光源を有する光導入部が設けられて成る少なくとも１本の光ガイド部と、前記光ガイド部の使用数に併せた数のシリンドリカルレンズ状の発光面部レンズを有する発光面部とから成り、前記光ガイド部と前記発光面部とは、前記ガイド部レンズからの光により前記発光面部の発光面部レンズのほぼ全面が発光するよう適宜な間隔をもって対峙されていることを特徴とする面発光装置を提供することで課題を解決するものである。

本発明によれば、略棒状とした光ガイド部内にＬＥＤランプからの光を導入し、この光ガイド部内を伝播させる過程で、光ガイド部の一面に設けた拡散カット部により均一な明るさとし、この均一化された光をガイド部レンズから発光部へ放射し、再度発光部で拡散を行わせることで、極めて均一性の高い発光を行う発光部の実現を可能とし、表示品位の向上に極めて優れた効果を奏するものとなる。

また、前記光ガイドの端部など、設けるＬＥＤランプの数も少なくて良いものとして、消費電力の低減、寿命の延命、コストダウンなども可能とすると共に、ＬＥＤランプ同士が接近しないようにして、発光色の異なる複数のＬＥＤチップを封止したＬＥＤランプの採用も可能とし、多色表示、色切り替え表示、混色表示なども可能とし表示機能の向上にも優れた効果を奏する。

つぎに、本発明を図に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。図１に示すものは、本発明に係る面発光装置１の第一実施形態であり、この面発光装置１は、大別して光ガイド部２と、発光面部３とから構成されている。そして、前記光ガイド部２も発光面部３も透光性の部材で形成されている。特に、前記光ガイド部２においては、光の損失を生じないように無色透明であることが好ましい。

図２は、前記光ガイド部２を示すものであり、その断面形状は、３辺がほぼ直角な直線で囲まれ、残る一辺が曲線で囲まれる形状とされている。そして、この断面形状を保ち、所定の長さを有する棒状とされている。よって、前記光ガイド部２には両端に端部を生じるものとなるが、この端部には挿入、爪による引掛け、或いは、ソケットなど、好ましくは着脱を自在とする構成が設けられ、ＬＥＤランプ４の発光軸を光ガイド部２の軸方向に沿わせる状態で取付可能とする光導入部２ａとされている。

また、３辺の真ん中に相当する直線状の辺には、前記光導入部２ａから導入されるＬＥＤランプ４からの光の進行方向に対して直交する頂上線を有する鋸歯状、または、三角波状の拡散カット部２ｂが設けられている。尚、例えば前記光ガイド部２の長さが短く、ＬＥＤランプ４が光ガイド部２の一方の端部にのみ設けられているときには、拡散カット部２ｂとしては鋸歯状が適し、光ガイド部２の双方の端部にＬＥＤランプ４が設けられているときには三角波状が基本的に適するといえる。

そして、前記拡散カット部２ｂが設けられた辺と対峙する辺、即ち曲線で形成された辺は、例えば円弧などとされて、ガイド部レンズ２ｃとされる。このときに、ガイド部レンズ２ｃも、その断面形状を光ガイド部２の長さだけ保つものであるので、前記ガイド部レンズ２ｃは、いわゆる、シリンドリカルレンズ状となる。

図３に示すものは、発光面部３であり、図は前記光ガイド部２と相関する位置関係で示してある。そして、前記発光面部３の断面形状は、比較的に薄い凸レンズ状であり、前記ガイド部レンズ２ｃと同様に、この断面形状をほぼ保ち面発光装置１の長さ方向に延長されている。従って、前記発光面部３にはシリンドリカルレンズ状となる発光面部レンズ３ａが存在するものとなっている。

尚、前記発光面部３には、例えば、必要に応じて設けられるケース５などに取付けを行うためのフランジ３ｂなどが必要に応じて設けられていて良い。また、前記発光面部３の発光面部レンズ３ａは、この面発光装置１の観視の対称となる場所であるので、例えば、印刷、彫刻などによる装飾が行われていても良く、更には、光透過性を失わない範囲で着色などが行われていても良いものである。加えて、ケース５などに取付けを行うための取付脚部３ｂなどが設けられていても良いものである。また、前記光ガイド部２の側にも、前記発光面部３と所定の間隔を保つために同じ前記ケース５を基準として発光面部３と共に取付けを行うための取付部２ｄなどが設けられる

上記に説明の構成としたことで、本発明の面発光装置１は、ＬＥＤランプ４を点灯したときには、ＬＥＤランプ４からの光は光ガイド部２内に導入される。このときに、光ガイド部２と大気との境界に達した光は、光ガイド部２が形成された部材の屈折率と、大気の屈折率との差により、より高屈折率である光ガイド部２側で内面反射を行うものとなり、内面反射を繰り返しながら、光ガイド部２の他の一方の端部に向かうものとなる。

このときに、光の一部には、前記鋸歯状、または、三角波状の拡散カット部２ｂが設けられている辺に達するものを生じ、この拡散カット部２ｂで反射が行われ、対峙する辺に設けられているガイド部レンズ２ｃの軸（長さ）方向に対して直角に近い角度、言い換えれば、屈折率差による内面全反射を生じる角度以下の角度で達するものを生じる。

よって、内面全反射角以下で前記ガイド部レンズ２ｃに達した光は、このレンズ部２ｃから外部、即ち、大気中に放出されるものとなるが、そのときには、ガイド部レンズ２ｃに設定された形状に応じた屈折が行われるものとなり、本発明ではシリンドリカルレンズ状としてあるので、前記光ガイド部２が直線状である場合には、光を光ガイド部２の幅方向に拡散させる作用を生じる。

尚、本発明においては、前記光ガイド部２の形状は、直線など一次元に限定するものではなく、例えば、略リング状など二次元の形状でも良く、或いは、コイルスプリング状など三次元の形状とされていても良いものであるので、前記光ガイド部２が形成された形状に対応する光の形状が得られるものとなる。

そして、前記発光面部３は、上記にも説明したように前記光ガイド部２に設けられたガイド部レンズ２ｃと同様にシリンドリカルレンズ状とした発光面部レンズ３ａが設けられているものであり、その曲率が設けられている方向も同じであるので、前記ガイド部レンズ２ｃで拡散された光は、更にの発光面部レンズ３ａで同じ方向に拡散されるものとなる。

このときに、前記光ガイド部２と発光面部３とは、ガイド部レンズ２ｃで拡散された光の幅と、発光面部レンズ３ａの幅とがほぼ同じとなる位置に取付部２ｄなどで間隔が保たれている（図３参照）ものとされているので、前記発光面部レンズ３ａ、即ち、発光面部３のほぼ全面は光り輝くものとなる。

ここで、上記の発光面部３における発光の状態を検証すると、前記ＬＥＤランプ４が光ガイド部２に取付けられるときには、その最も明るい光を放射する位置である光軸は、ガイド部レンズ２ｃに直接に向かうことがなく、従って、ガイド部レンズ２ｃから外部に放射される光に極度に明るい部分を生じることはなく、ＬＥＤランプ４を光源とした面発光装置１に生じがちであった、いわゆる、点ビカリの現象を回避することができ、均一な明るさの発光面部３により表示品位が向上する。

また、上記の説明からも明らかなように、基本的には、前記光ガイド部２の両端に各１個のＬＥＤランプ４を取付けることで、発光面部３の全面を発光させられる構成であるので、使用するＬＥＤランプ４の数も小数で良く、消費電力の低減、発熱の低減なども可能となる。

図４は、本発明に係る面発光装置１の第二実施形態を示すものであり、例えば、前記発光面部３に広い面積が要求されるときには、１本の光ガイド部２と、その光ガイド部２の両端部に取付けられた各１個のＬＥＤランプ４からの光のみでは、光量不足を生じるであろうことは、容易に予想できるものとなる。

このようなときには、前記光ガイド部２を略平行な複数本（図示は２本の例で示してある）として設け、その両端部にＬＥＤランプ４を取付けることで光量の増加を可能とすると同時に、前記発光面部３に設ける発光面部レンズ３ａも、前記光ガイド部２と同じ数として設け、明るさにムラを生じないようにしている。尚、図４中に符号２ｅで示すものは、複数とされた光ガイド部２同士が、同様に複数とされた発光面部レンズ３ａに対して、正確に位置決めを行わせるためのステーである。尚、ステー２ｅは光ガイド部２と同様な材料で一体的に形成しても良い。

図５は、本発明の第三実施形態であり、上記の前の実施形態のように幅方向に広い発光面積が要求されたときには、確かに、前記光ガイド部２の数を増やすことで、対応が可能である。しかしながら、長さ方向に大きな発光面積が要求されたときには、中間地点が暗くなることが予想できる。

本発明では、このような状態にも対応すべく、長さ方向の適宜位置に、中間光導入部２１が設けられた光ガイド部２の構成を提供するものであり、まず、前記中間光導入部２１は、前記拡散カット部２ｂが設けられた辺に、ＬＥＤランプ４を取付けるべく、その部分は拡散カット２ｂを省略して、平面化、もしくは、ＬＥＤランプ４の形状に適合させた中間ランプ取付部２１ａが設けられている。

従って、図示のように、ＬＥＤランプ４は、光ガイド部２の軸Ｚに対して直交する方向に入射されるものとなり、ガイド部レンズ２ｃから直接外部に放射されるものとなるので、前記中間ランプ取付部２１ａに対峙する部分には、ガイド部レンズ２ｃに換えて、この中間ランプ取付部２１ａに取付けられたＬＥＤランプ４からの光を、前記光ガイド部２の軸Ｚ方向に反射させる中間反射鏡２１ｂが設けられている。

このときに、中間反射鏡２１ｂは、中間光導入部２１に対して両側に存在している光ガイド部２に対して均等に光を配分しなければならないものとなるので、前記中間反射鏡２１ｂは、略９０°の挟み角を有する略Ｖ字状とされて、前記軸Ｚと直角方向に放射されているＬＥＤランプ４からの光を、両側の軸Ｚ方向に向けて反射する。

よって、前記光ガイド部２に前記中間光導入部２１を適宜間隔で設ける第三実施形態によれば、即ち、第一実施形態に第三実施形態を組合わせれば、必要な長さを有する面発光装置１の作成が可能であり、実質的には、本発明の面発光装置１は長さ方向の制約を受けることなく、自在な長尺なものの製作が可能となる。

また、本発明は、第二実施形態と第三実施形態とも組合わせることが可能であり、このようにすることで、幅方向にも、長さ方向にも自在な大きさを有するもの製作することが可能である。そして、上記のように第一実施形態と第三実施形態、或いは、第二実施形態と第三実施形態のように組合せを行った際にも、従来例に比べて使用されるＬＥＤランプ４の数は少なくて済み、また、点ビカリなど表示品位を損なう現象を生じることはない。

尚、上記各実施形態で用いる光源としては、白熱電球やＬＥＤなど、種々のものが使用可能であり，特にＬＥＤの場合には、単色のＬＥＤチップや色の違う複数のＬＥＤチップが封止されたＬＥＤランプの場合、任意の単色の点灯、選択された任意の複数色の点灯、或いは、全色の点灯を可能とし、多色の発光を可能とすることができる。

この実施形態においては、車両用灯具など、照明、表示を主目的とする灯具として使用することとして説明を行ったが、本発明は面発光装置１としての目的を上記に限定するものではなく、例えば、例えば、テレビ、電子レンジ、冷蔵庫など家電機器の操作部分を光るリングで取り囲む装飾的用途、或いは、遊技機における状態を示す演出的用途などにも適用できるものとなる。

本発明に係る面発光装置の第一実施形態を一部を省略した状態で示す斜視図である。同じ第一実施形態の要部である光ガイド部を示す説明図である。図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。同じく本発明に係る面発光装置の第二実施形態を示す説明図である。同じく本発明に係る面発光装置の第三実施形態を示す説明図である。従来例を示す断面図である。

符号の説明

１…面発光装置
２…光ガイド部
２ａ…光導入部
２ｂ…拡散カット部
２ｃ…ガイド部レンズ
２ｄ…取付部
２１…中間光導入部
２１ａ…中間ランプ取付部
２１ｂ…中間反射鏡
３…発光面部
３ａ…発光面部レンズ
３ｂ…取付脚部
４…ＬＥＤランプ
５…ケース

Claims

断面が四辺を有する略棒状となる透明部材で形成され一方の面には略半円筒状となるガイド部レンズが形成され、対峙する他方の面には略鋸歯状、三角波状となる拡散カット部が形成され、棒状の少なくとも一方の端部には光源を有する光導入部が設けられて成る少なくとも１本の光ガイド部と、前記光ガイド部の使用数に併せた数のシリンドリカルレンズ状の発光面部レンズを有する発光面部とから成り、前記光ガイド部と前記発光面部とは、前記ガイド部レンズからの光により前記発光面部の発光面部レンズのほぼ全面が発光するよう適宜な間隔をもって対峙されていることを特徴とする面発光装置。
前記光ガイド部の長さ方向の適宜の中間位置には、前記拡散カット部の側から入射する光源からの光を反射して前記棒状の軸方向に変換する中間反射鏡が設けられた中間部光導入部の任意数が設けられていることを特徴とする請求項１記載の面発光装置。
前記光導入部、又は、中間部光導入部に取付けられる光源は、単色のＬＥＤチップ、若しくは、複数色のＬＥＤチップが封止されたＬＥＤランプであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の面発光装置。
前記ＬＥＤランプに封止された前記ＬＥＤチップが色の違う複数であるときには、任意の単色の点灯、選択された任意の複数色の点灯、或いは、全色の点灯が可能とされていることを特徴とする請求項３記載の面発光装置。