JP2006100009A - リング状発光体 - Google Patents

Abstract

【課題】 均一な輝度のリング状の光を生成することができる発光体を提供することを目的とする。
【解決手段】 延在方向に沿って連続した発光面を有するリング状導光体と、光源の光を前記リング状導光体に導入するための導光路であって、前記リング状導光体の上面又は下面の一部に連続して接続されるとともに、その中心軸が前記一部に対して鋭角をなして交差する導光路とを備えるリング状発光体とする。
【選択図】 図１

Description

本発明はリング状発光体に関する。本発明は例えば、スピーカーグリル若しくは時計等、又は車両（自動車、電車等）若しくは航空機等のスピードメータ若しくはタコメータ等の加飾に利用される。

ＬＥＤのように小型で低消費電力の光源が利用できるようになったことや、消費者のデザイン意識の向上などを背景として、様々な対象物（例えば車両内装製品）を光によって加飾することが試みられている。その一つとして、リング状の導光体と光源とを組み合わせて用いてリング状の光を得る発光体が開発されている。従来提案されているリング状発光体の一例を図９ａ及びｂに示す（特許文献１を参照）。図９ａの例では、光源５２の光を導入するための導光路５３が、リング状導光体５１の外周部に連続するように形成される。これによって光源５２の光は導光路５３を通って周方向（横方向）からリング状導光体５１に導入される。このような光の導入方式は、リング状導光体５１の延在方向に沿って導入光を進行させるためには有効と考えられる。しかしながら、導光路５３で遮断されることでリング状導光体５１の外周面の連続性が失われてしまう。そのため、リング状導光体５１の外周の反射性が不連続となる。その結果、リング状導光体５１内を導光する光に乱れが生じて明部と暗部が生ずる。また、図９ｂの例では、リング状導光体５４の外周面の曲率が不連続であることに起因して、光の集中による輝線の出現が特に問題となる。
一方、図１０に示すように、リング状導光体６１の下面６２より光を導入する方式が提案されている（特許文献２及び３を参照）。図１０ａの方式では、光源５２の光がリング状導光体６１に直接導入される。そして、導入光から光偏向手段６３の作用で左右二方向の光が生成される。図１０ｂの方式においては、リング状導光体６１の下面６２に垂直に導光路６６が設けられる。この構成では、導光路６６を介してリング状導光体６１へと導入された光から光偏向手段６３の作用で左右二方向の光が生成されることになる。このように、これらの構成では光偏向手段６３を利用してリング状導光体６１の全体に光が行き届きやすくしている。しかしながら、リング状導光体６１内に光偏向手段６３が形成されることから、これが障害となって導光作用が影響を受け、結果として発光輝度が不均一となる。特に、光の切れ目が観察されるという不具合がある。

特開２００４―１４１２２号公報 特開２００３−２９７１０７号公報 特開２００３−２９７１０８号公報

本発明は以上の背景の下、均一な輝度のリング状の光を生成することができる発光体を提供することを目的とする。また、輝度の均一性に加えて高輝度の光を発光できる発光体を提供することを他の目的とする。さらには、輝線（他の部分に比較して極度に輝度の高い領域）のないリング状の光を生成できる発光体を提供することを目的とする。

本発明は、以上の目的の少なくとも一つを達成するために以下の構成からなる。即ち、
延在方向に沿って連続した発光面を有するリング状導光体と、及び
光源の光を前記リング状導光体に導入するための導光路であって、前記リング状導光体の上面又は下面の一部に連続して接続されるとともに、その中心軸が前記一部に対して鋭角をなして交差する導光路と、
を備えるリング状発光体である。

以上の構成では、光源の光を導入するための導光路が、リング状導光体の外周ではなく、リング状導光体の上面又は下面の一部に連続して接続されている。従って、導光路によってリング状導光体の外周面が遮断されることがない。即ち、外周面の連続性が確保される。これによって、リング状導光体全体に亘って、外周面による同等の反射作用が得られ、リング状導光体内での光の乱れを防止できる。特に、外周面の曲率が変化することに起因した光の集中（輝線の発生）を防止できる。一方、導光路をその中心軸がリング状導光体に対して鋭角をなして交差するように構成したことから、導光路を介して導入された光はリング状導光体の上面又は下面によって効率的に反射される。これによって、高い光の閉じ込め率が得られる。従って、意図しない領域（即ち発光面以外の領域）からの光の漏出を効果的に防止でき、もって良好な導光作用が得られ、また高い光利用率が達成される。以上の各作用が奏される結果、輝度の均一性が高く且つ高輝度のリング状の光を生成できる。

以下、本発明の各要素について詳細に説明する。
（リング状導光体）
本発明ではリング状導光体が使用される。本明細書において「リング状」とは、円（真円）、楕円及びこれらの形状の一部を変形したものを含む。但し、外周形状が真円であるリング状導光体を用いることが好ましい。かかる構成では、外周の曲率が一定となる。従って、外周部分による反射作用がリング状導光体の全体に亘って等しくなり、反射光の一部が集光して明部ないし輝線が生ずることを防止できる。また、効率的な全反射が行われて良好な導光作用が得られる。

リング状導光体には、延在方向に沿って連続した発光面が形成される。例えば、リング状導光体の下面において、内周に沿って一部の領域に反射加工を施せば、当該領域によって光が反射してその上方に位置するリング状導光体の上面部分より光が取り出される。このようにリング状導光体の上面の一部を発光面とすることができる。

リング状導光体の断面形状は特に限定されない。断面形状の例として、円、楕円、矩形、三角形、その他の多角形、コの字型などを挙げることができる。

リング状導光体の発光面上にハーフミラー層を形成することができる。このようにすれば、ハーフミラー作用によって、昼間など外部照度が高い場合において発光面部分が金属色で観察されることになり、特有の意匠性及び高級感を得ることができる。また、昼間と夜間においてその意匠が異なることによる意外性をも醸し出すことができる。
ハーフミラー層は、例えば所定膜厚の金属層（Ａｌ、Ａｇ、Ａｕなど）により形成することができる。また、このような金属層と光透過性の樹脂などからなる保護層とを順次積層することにより形成することもできる。このようなハーフミラー層の形成方法の一例を示せば、まず発光面の表面にＡｌを蒸着することにより、Ａｌ薄膜からなる金属層を形成する。金属層はハーフミラー効果が得られるような厚さとする。例えば、金属層を光の透過率が約１５〜２０％となるような厚さとすることができる。続いて、エポキシ樹脂等の透明な樹脂を印刷、塗布等により金属層に重ねて形成し保護層とする。勿論、ハーフミラー層の構成、及び形成方法はこれに限られず公知のものをそれぞれ採用できる。また、保護層の表面や、あるいは金属層と保護層との間などにインク層を設けることもできる。インク層は、例えば黄色等の色のインクを印刷、塗布等することにより形成することができる。

リング状導光体の発光面上に蛍光体を含む層を形成することができる。このようにすれば、ＬＥＤ光源の光の一部を蛍光体で波長変換し、発光面から放射される光の色を変換することができる。このような蛍光体を含む層は、蛍光体を含むインクや塗料の印刷、塗布などにより、又は蛍光体を含むシートの貼着などによって形成することができる。尚、ハーフミラー層を構成する保護層やインク層に蛍光体を含有させることもできる。
リング状導光体内に蛍光体を含有させることもできる。このような構成ではリング状導光体内で蛍光が生ずることとなる。発光態様を考慮して、有機系又は無機系の蛍光体を採用することができる。有機系の蛍光体を用いればクリアー感のある発光態様が得られる。他方、無機系の蛍光体を用いれば艶消し感のある発光態様が得られる。

リング状導光体は例えば、光透過性材料を所望の形状となるように、型成形等によって作製することができる。光透過性材料としてはポリカーボネート、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等の合成樹脂、ガラス等の無機材料を用いることができる。リング状導光体を二種類以上の材料で構成してもよい。例えば、管状クラッドと、管状クラッドの形成材料よりも高屈折率の材料で形成されるコアとを備える二層構造としてもよい。

（導光路）
本発明では、リング状導光体の上面又は下面の一部（以下、「導光路接続部」ともいう）に連続して接続される導光路が用いられる。リング状導光体において発光面が形成される側と反対側に導光路が接続されることが好ましい。具体的には、リング状導光体の上面に発光面が形成される場合であれば、リング状導光体の下面に対して導光路を接続することが好ましい。このような構成では、発光面と反対側に導光路が配置される。換言すれば、発光面よりも後方に導光路（及び光源）が配置される。従って、本発明の発光体を使用する場合において、意匠上好ましくないと考えられる、導光路を収納するための部分（突出部）を発光面の前方に設ける必要がなくなる。

できるだけロスの無い状態で光源の光をリング状導光体に導光できるように導光路をリング状導光体に接続することが好ましい。例えば、以下で詳述するように、導光路をリング状導光体と一体的に構成することによって高い光導入率を達成できる。
尚、高い光導入率が担保できるのであれば、接着剤等によって導光路をリング状導光体に接続することにしてもよい。また、溶着や融着などの手段によって導光路をリング状導光体に接続することもできる。

導光路は、その中心軸が導光路接続部に対して鋭角をなして交差するように、リング状導光体に接続される。これによって、導入光がリング状導光体の上面又は下面によって全反射されやすくなり、良好な導光作用が得られる。ここでの「鋭角」は、例えば約65°以下、好ましくは約45°以下、さらに好ましくは約30°以下、さらにさらに好ましくは約20°以下である。具体的には例えば、約5°〜約65°の範囲、〜約10°〜約45°の範囲、約10°〜約30°の範囲、約15°〜約20°の範囲内で「鋭角」を設定することができる。尚、材質によって全反射角が異なることから、ここでの角度の設定においてはリング状導光体の材質（及び導光路の材質）を考慮することができる。

上記の特徴に加えて、リング状導光体の発光面側から平面視したときに、導光路の中心軸が、導光路接続部におけるリング状導光体の中心軸に平行又は重なるように導光路がリング状導光体に接続されていることが好ましい。かかる構成によれば、導光路接続部におけるリング状導光体の中心軸方向、即ちリング状導光体の延在方向へと光が効率的に進行するように、導光路を介した光の導入が行われる。これによって、良好な導光作用が得られ、輝度の均一化が一層促進される。

尚、導光路が長さ方向に一直線状ではない場合（例えば、途中において湾曲、屈曲等している場合）には、本明細書における「中心軸」は、導光路接続部に接続される端部領域における中心軸を意味する。

導光路には光源の光が導入される。例えば、リング状導光体に接続される側と反対側の端部に光導入面が形成される。かかる構成では当該光導入面に対向するように、後述の光源が設置される。光源の数に応じて光導入面を複数設けても良い。

一方、導光路内に光源を内蔵してもよい。即ち、導光路と光源とを一体的に構成してもよい。例えば、導光路を導光樹脂によって形成することとし、ＬＥＤをインモールド成形することによってかかる構成を実現できる。
導光路への光の導入は光源から直接、又は反射面などを介して間接的に行われる。但し、簡易な構成となること、及び反射面などによる光のロスのおそれがないこと等の理由から、前者の方式によることが好ましい。

導光路はその中を後述の光源の光が良好に導光することができる限り、その構成（特に材質）は特に問わない。好ましくは、導光路を導光体で構成する。さらに好ましくは、リング状導光体の構成材料と光屈折率が同一の材料で導光路を構成する。このようにすれば、導光路とリング状導光体との接続部において光の反射或いは屈折が生ずることを防止できる。また、リング状導光体の構成材料と同一の材料で導光路を構成する場合には、これらの部材を射出成形などの手段で、一体的に構成されたものとして作製することができる。従って、導光路とリング状導光体とが完全に連続することになり、極めて高い光の導入効率が得られる。また、製造工程面及び製造コスト面において有利となる。
導光路の形状は例えば、円柱状、三角柱状、四角柱状、又はその他の多角形柱状とする。断面形状及び／又は断面面積が一定でない導光路を採用することもできる。

その構成材料の性質等に起因して導光路の外周を介した光の漏出が予想される場合、導光路の外周に反射層を形成する等して光の漏出を防止することが好ましい。
反射層は、導光路の外周上に光反射性のインク（例えば、白色系のインク）を印刷、蒸着、又はスパッタリング等することにより形成することができる。また、白色系のテープを貼着することにより形成することもできる。光反射性のインク、白色系のテープは後述の光源の光に対する反射率が高いものを用いることが好ましい。導光路を構成する導光体表面の一部をエッチング、サンドブラスト、放電加工等の処理により粗面化して反射面を形成することもできる。さらには、その表面が高反射率の部材（例えば白色樹脂、表面にＡｇやＡｌなどによるメッキ処理を施した樹脂など）を、導光路の外周に密着した状態で配置することによっても反射面を形成することができる。

一個又は複数個の導光路が備えられる。複数個の導光路を備える場合、各導光路とリング状導光体との接続部が等間隔に配置されていることが好ましい。かかる構成では、一定間隔でリング状導光体に光が導入されることになり、リング状導光体内での光の密度が均一化され、ひいては発光輝度の均一化が図られるからである。

（光源）
光源は特に限定されるものではなく、ＬＥＤ、バルブ等を用いることができる。中でもＬＥＤを用いることが好ましい。ＬＥＤは小型であるため装置の小型化を図れるからである。また、発熱量が小さく、周囲の部材（導光路や加飾対象など）への熱の影響を少なくすることができるといった利点も有する。さらには、駆動電力が小さく、また長寿命であるといった利点も有する。ＬＥＤの種類は特に限定されず、砲弾型、チップ型等、種々のタイプのＬＥＤを採用できる。小型化の観点から言えばチップ型ＬＥＤを採用することが好ましい。
光源の色は任意に選択できる。複数の光源を用い、これらを制御することにより発光色を変化させることも可能である。例えば、赤、緑、青の各色の発光素子を一つの基板上にマウントしたＬＥＤを用い、各発光素子の発光態様を制御すれば、所望の色を発光させることができる。これにより、所望の発光色を発光する発光体を構成することが可能となる。

光源の光を効率的に導光路に導入するため、光源を導光路の光導入面に近接又は密着させて配置することが好ましい。或いは、光源を導光路内に配置することが好ましい。一つの導光路に対して複数個の光源を用いてもよい。複数個の光源を用いることにより、発光輝度の向上が図られる。

本発明の実施例のリング状発光体を図１〜図４に示す。図１はリング状発光体１の斜視図、図２は同平面図、図３は同側面図、図４はリング状発光体の発光部（リング状導光体）の垂直方向の断面図である。この実施例のリング状発光体１は例えば、その外周に沿った光によってスピーカーグリルを加飾することに使用される。以下、各図面を参照しながらリング状発光体の構成及び発光態様を説明する。

リング状発光体１は、大別して発光部１０と光源２０とから構成される。発光部１０はリング状導光体１１と、リング状導光体１１の下面の一部に連続する導光路１８を備える。リング状導光体１１は、その外周及び内周がともに平面視で真円となるドーナツ形状である。また、リング状導光体１１の上面１３及び下面１２はともに平面である（図３及び４）。リング状導光体１１の内周側は、凹円筒面１４と約４５°の傾斜面１５で構成される（図４）。この傾斜面１５の表面にはしぼ加工が施されている。これによって傾斜面１５に光反射性及び光拡散性が付与されている。一方、リング状導光体１１の外周側は凸円筒面１６からなる。

導光路１８は円柱状であって、その一端においてリング状導光体１１の下面１２に接続されている。この実施例では導光路１８はリング状導光体１１と一体的（即ち、継ぎ目のない状態で）に構成されている。
図２に示されるように、導光路１８の中心軸Ａは、発光部１０を上面側から平面視したときに、導光路１８とリング状導光体１１との接続部（導光路接続部１９）におけるリング状導光体の中心軸に重なる。その一方で導光路１８の中心軸Ａは、図３に示されるように、リング状導光体１１の下面１２に対して約３０°の角度（α）で交差する。
本実施例では発光部１０（リング状導光体１１及び導光路１８）はアクリル樹脂製である。このような発光部１０は、その形状に対応する型を用いた型成形（例えば射出成形）によって作製することができる。

導光路１８の開放端１８ａに対向する位置に光源２０が備えられる。この例では、砲弾型（レンズ型）、青色発光のＬＥＤを使用している。

次に、リング状発光装置１の発光態様を説明する。まず、ＬＥＤ２０から放出された光が導光路１８の開放端１８ａに入射する。これによって導光路１８内へと取り込まれた光は導光路１８内を導光し、リング状導光体１１へと向かう。そして、導光路１８とリング状導光体１１との接続部（導光路接続部１９）を通ってリング状導光体１１内へと進行する。このようにしてリング状導光体１１内に取り込まれた光はリング状導光体１１内を導光し、その一部はリング状導光体１１の内周側の傾斜面１４（反射面）で反射されることによって上方へと向かう光となり、最終的にリング状導光体１１の上面１３の一部より外部放射される。その結果、リング状導光体１１の上面１３において内周側の一定領域（発光領域１７）が発光し、リング状の光が得られる。

ここで、リング状導光体１１の下面１２に対して斜めに接続された導光路１８を介してリング状導光体１１へと光が導入されることから、リング状導光体１１内に導入された光の多くはリング状導光体１１の上面１３に向かうことになる。ところで、上記のように導光路１８が鋭角（約３０°）でリング状導光体１１の下面１２に交差していることから、リング状導光体１１の上面１３に対する上記導入光の入射角が比較的小さくなる。これによって、多くの光が上面１３によって全反射されることになる。即ち、上面１３からの光のロスが少ない。一方、導光路１８の中心軸Ａと、導光路接続部１９におけるリング状導光体１１の中心軸との関係が上記の通りであることによって、リング状導光体１１に取り込まれた光を効率的にリング状導光体１１の延在方向へと進行させることができる。これによって良好な導光作用が奏され、リング状導光体１１内の光密度がその延在方向に均一化される。また、リング状導光体１１の延在方向へと進行する光が多くなる。従って、導光路接続部１９の近傍に位置する、リング状導光体１１の外周面又は内周面に直接向かう光、即ち外周面又は内周面に対して比較的大きな角度をもって入射するがために全反射されずに漏洩するおそれの高い光、が少なくなる。このように、以上の構成によれば、リング状導光体１１の外周面又は内周面からの光の漏洩が少なくなり、光の利用率が高まる。その結果、発光輝度が向上する。

一方、導光路１８をリング状導光体１１の下面１２に接続し、リング状導光体１１の下面より光を導入することにしたことから、リング状導光体１１の外周面が曲率一定の連続した面となる。これによって、当該外周面の反射作用に関連した光の乱れや部分的な集光の発生を防止できる。その結果、輝度が均一化され、顕著な輝線なども観察されないリング状の発光が得られる。

本実施例では、一つのリング状導光体に対して一つの導光路を使用したが、例えば図５に示すように複数の導光路を使用することもできる。即ち、図５ａの発光部３０では一つのリング状導光体３１に対して二つの導光路３２が使用される。これらの導光路３２は、リング状導光体３１の仮想中心点Ｘを対称の中心として点対称な位置でリング状導光体３１の下面にそれぞれ接続されている。一方、図５ｂの例（発光部３５）では一つのリング状導光体３１に対して三つの導光路３６が使用される。これらの導光路３６は、各接続部が等間隔で配置されるように、リング状導光体３１の下面にそれぞれ接続されている。以上のように複数の導光路を使用した場合には複数箇所からリング状導光体に光が導入されることから、リング状導光体内の光密度が一層均一化される。これによって、最終的に得られるリング状の光の輝度が一層均一化されたものとなる。また、リング状導光体に導入される光の量も増大することから、高輝度化も図られる。従って、図５に示したような構成は、例えばリング状導光体が比較的大型である場合のように、一箇所から光を導入しただけでは十分に良好な導光作用が得られず、また輝度の不足も予想される場合において特に有効となる。

一方、本実施例では円柱状の導光路を使用したが、導光路の形状は特に限定されるものではない。一例として、四角柱状の導光路を使用した構成を図６に示す。この例では、断面が長方形の導光路４１が、その長辺がリング状導光体４０の下面と平行となるように接続されている。ここで、導光路を介した光の導入効果は、導光路とリング状導光体との接触面積（図６では斜線で示す部分４２の面積）に依存する。ここで、図６のように接続した四角柱状の導光路と、円柱状の導光路とを比較した場合、同一の接触面積を得ようとすれば、前者の方が後者よりも上下方向に薄くてよいことになる。このことは、発光体全体を上下方向により薄く、即ちコンパクトに構成できることを意味する。

さらに、リング状導光体の平面視形状及び断面形状についても様々な形態をとり得る。その一例を図７及び図８に示す。図７はリング状導光体の平面視形状の一例である。このように楕円形状を採用することもできる。一方、図８はリング状導光体の断面形状の一例である。このように、円（図８ａ）、楕円（図８ｂ）、台形（図８ｃ）など、様々な断面形状（４７〜４９）を採用することができる。

本発明によれば、輝度が均一化されたリング状の発光が得られる。このような加飾性に優れた光は様々な対象物の意匠性を高めるために用いることができる。具体的には例えば、スピーカーグリル若しくは時計等、又は車両（自動車、電車等）若しくは航空機等のスピードメータ若しくはタコメータ等の加飾に本発明を適用することができる。

この発明は、上記発明の実施の形態及び実施例の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
本明細書の中で明示した論文、公開特許公報、及び特許公報などの内容は、その全ての内容を援用によって引用することとする。

図１は本発明の実施例であるリング状発光体１を示す斜視図である。 図２はリング状発光体１の平面図である。 図３はリング状発光体の側面図である。 図４はリング状発光体１を構成するリング状導光体の断面図である。 図５ａ及びｂは本発明に使用される発光部の一例を示す図である。 図６は本発明に使用される導光路及びその接続態様の一例を示す図である。 図７は本発明に使用されるリング状導光体の形状の一例を示す図である。 図８ａ、ｂ及びｃは本発明に使用されるリング状導光体の断面形状の一例を示す図である。 図９ａ及びｂは従来のリング状発光体の例を示す図である。 図１０ａ及びｂは従来のリング状発光体の他の例を示す図である。

符号の説明

１ リング状発光体
１０、３０、３５ 発光部
１１、３１、４０、４５ リング状導光体
１２ リング状導光体の下面
１５ 反射面
１７ 発光領域
１８、３２、３６、４１ 導光路
１９ 導光路接続部
２０ ＬＥＤ
４７〜４８ リング状導光体の断面形状の例
５０、５３、６０、６５ 従来例のリング状発光体

Claims (7)

1. 延在方向に沿って連続した発光面を有するリング状導光体と、及び
   光源の光を前記リング状導光体に導入するための導光路であって、前記リング状導光体の上面又は下面の一部に連続して接続されるとともに、その中心軸が前記一部に対して鋭角をなして交差する導光路と、
   を備えるリング状発光体。
2. 前記リング状導光体の外周形状が真円である、請求項１に記載のリング状発光体。
3. 前記発光面側から平面視したときに、前記導光路の前記中心軸と、前記一部におけるリング状導光体の中心軸とが平行であるか又は重なる、請求項１又は２に記載のリング状発光体。
4. 前記導光路が、前記リング状導光体と同一材料の導光体からなる、請求項１〜３のいずれかに記載のリング状発光体。
5. 前記リング状導光体と前記導光路とが一体成形されている、請求項１〜４のいずれかに記載のリング状発光体。
6. 複数個の前記導光路が備えられ、各導光路と前記リング状導光体との接続部が等間隔に配置されている、請求項１〜５のいずれかに記載のリング状発光体。
7. 前記光源がＬＥＤからなる、請求項１〜６のいずれかに記載のリング状発光体。

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