JP2007317438A - 面発光照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多数の光源を必要とせず、しかも高価なフルカラーＬＥＤを用いなくとも華麗なイルミネーション効果を発揮させることのできる面発光照明装置を提供する。
【解決手段】光透過性を有する単一の導光板１と、その導光板１の一面１Ｃに沿って配列される複数の点光源４と、その各点光源４を個別に発光制御する光源制御手段７とを有する。点光源４は、それぞれ発光色が異なる２つの発光素子４１，４２を一体として備える多色ＬＥＤから成り、導光板１には各点光源４に対応する位置を部分的に切り欠いた凹部８が形成される。導光板１の一面１Ｃよりその内部に入射された各点光源４の光は導光板１の他面１Ａから外部放射され、隣り合う点光源４，４の光は導光板１内で部分的に合成される。
【選択図】図４

Description

本発明は、屋内外の照明をはじめ、液晶表示装置のバックライト等として用いられる、多色ＬＥＤを用いた面発光照明装置に関し、特に２色ＬＥＤを光源とした場合にも華麗なイルミネーション効果が発揮されるようにした面発光照明装置に関する。

従来、ＬＥＤ（light emitting diode：発光ダイオード）を利用した照明装置として、アクリル板などから成る透明な導光板の端面にＬＥＤを臨ませ、そのＬＥＤからの放射光を導光板内に入射させて該導光板を発光させるようにしたものが一般によく知られる。

しかし、その多くは単色ＬＥＤを用いたものであるから、導光板の全体が単色ＬＥＤと同色で発光するに過ぎず、イルミネーション効果の乏しいものであった。

そこで、多色ＬＥＤを用い、これを複数列複数行のマトリクス状に配置した表示装置にして、一部の列の多色ＬＥＤ発光色を、その前後の列の多色ＬＥＤの発光色から変化させた状態で点灯させると共に、複数の多色ＬＥＤにおいて発光色を変化させた状態の多色ＬＥＤの列を順次切り替えて移動させるという提案がある（例えば、特許文献１）。

又、複数の導光体と、その各導光体に対応して配置される複数のＬＥＤ光源（ＲＧＢ光源）とを有し、各導光体がアルミなどの薄い金属から成る層を介して配列され、これにより隣接する導光体において光の干渉を防止しながら、各導光体がその各々に対応するＬＥＤ光源の発光色で発光するようにした照明装置が知られる（例えば、特許文献２）。

特開２００３−３３９９６６号公報（段落００９３、０１１０、図１７）

特開２００１−９３３０５号公報（段落００１２、図１）

しかしながら、特許文献１の表示装置は多色ＬＥＤを縦横にマトリクス状に配列せしめて構成されることから、係る表示装置を面発光させるには発光させる面積に比例して多数のＬＥＤを必要としてコスト高になるという欠点がある。

又、特許文献１では、一部の列の多色ＬＥＤがその前後の多色ＬＥＤとは異なる色で発光するよう制御されるが、表示装置全体でみると各多色ＬＥＤの配置部分が当該部分における多色ＬＥＤの発光色で発光するだけなので、イルミネーション効果を高めるには多色ＬＥＤにＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の発光素子を有する所謂フルカラーＬＥＤを用い、それらを様々な色で発光させなければならない。

一方、特許文献２の照明装置は、ＬＥＤ光源と透明材料から成る導光体とを有するが、ＬＥＤ光源は複数の導光体に対応して設けられるので、この照明装置も面発光用にして多くのＬＥＤを必要とし、しかも各導光体の間には金属の層が設けられるので、各導光体は対応するＬＥＤ光源と同色で発光するに過ぎず、このためＬＥＤ光源にフルカラーＬＥＤを用いて部位毎にその発光色を変化させないと高いイルミネーション効果が得られない。

又、多色ＬＥＤの色構成としては、［赤−黄緑−青］や、［橙−黄緑−青］など種々の組み合わせがあるが、上述したフルカラーＬＥＤは、赤、緑、青の発光素子を備えると共に、緑、青の２つの発光素子について、純粋な緑色、青色を得るためにＧａＮ（窒化ガリウム）系の半導体材料を用いる必要があるため、多色ＬＥＤの中でも特に高価である。

本発明は以上のような事情に鑑みて成されたものであり、その目的は多数の光源を必要とせず、しかも高価なフルカラーＬＥＤを用いなくとも華麗なイルミネーション効果を発揮させることのできる面発光照明装置を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するため、
光透過性を有する単一の導光板１と、その導光板１の一面１Ｃに沿って配列される複数の点光源４と、その各点光源４を個別に発光制御する光源制御手段７とを有し、前記導光板１の一面１Ｃよりその内部に入射された各点光源４の光が前記導光板１の他面１Ａから外部放射されると共に、少なくとも隣り合う点光源４，４の光が前記導光板１内で部分的に合成されるようにした面発光照明装置であって、
前記点光源４は、それぞれ発光色が異なる２つの発光素子４１，４２を一体として備える多色ＬＥＤから成り、
前記導光板１の一面１Ｃには各点光源４に対応する位置を部分的に切り欠いた凹部８が形成されることを特徴とする。

又、前記光源制御手段７は、
ユーザが選択可能な複数の照明パターンを制御データとして格納する記憶部１２と、
その記憶部１２からユーザにより選択された照明パターンに対応する制御データを読み出して当該制御データに基づき各点光源４の各発光素子４１，４２を個別に駆動する制御部１１，１７，１８と、
を有することを特徴とする。

更に、前記制御データは、各点光源４における各発光素子４１，４２の発光量を時間的に変化させるための輝度情報を含み、その輝度情報がユーザにより設定変更可能とされることを特徴とする。

本発明に係る面発光照明装置によれば、光源制御手段により個別に発光制御される２つの発光素子を一体として含む多色ＬＥＤを点光源とし、その点光源を単一導光板の一面に沿って配列させて、少なくとも隣り合う点光源の光が導光板内で部分的に合成されるようにしていることから、多色ＬＥＤとして、高価なフルカラーＬＥＤを用いることなく、また安価な２色ＬＥＤを用いた場合にイルミネーション効果の高い多彩な照明効果を演出することができ、しかも単一導光板の一面より入射した各点光源の光が当該導光板の他面より外部放射されることから、可及的少数の点光源で導光板を面発光させることができる。

又、光源制御手段は、ユーザが選択可能な複数の照明パターンを制御データとして格納する記憶部と、その記憶部からユーザにより選択された照明パターンに対応する制御データを読み出して当該制御データに基づき各点光源の各発光素子を個別に駆動する制御部とを有することから、その時々の気分に応じてユーザが希望する照明パターンで導光板を発光させることができる。

更に、制御データが各点光源における各発光素子の発光量を時間的に変化させるための輝度情報を含み、その輝度情報がユーザにより設定変更可能とされることから、ユーザ自らが好みの照明パターンを制作することができる。

以下、図面に基づき本発明を詳しく説明する。図１は本発明に係る面発光照明装置の構成例を示した概略断面図である。図１において、１は光透過性を有する導光板、２は導光板を保持する遮光性の枠体である。導光板１はアクリル樹脂などの透明材料から形成される矩形の板材で、その表面は外部に露出する発光面１Ａとされ、その発光面１Ａに対向する裏面１Ｂと枠体２との間には反射板３が設けられる。尚、反射板３を省略し、導光板１に対向する枠体２の底面を反射面としたり、枠体２を両面開口形にして導光板１の表裏両面が発光面として露出されるようにしたりしてもよい。

又、４は発光面１Ａに交差する導光板１の一面（一端面１Ｃ）からその内部に入射させるための光を発生する点光源、５は点光源４を実装した基板であり、その基板５には信号線６を介して点光源４を発光制御するための光源制御手段７が接続される。

尚、導光板１は発光面１Ａ全体が均一に発光するように、図１に示される如く点光源４側の端面１Ｃからこれに対向する端面１Ｄ側に向かって板厚が漸次小さく設定される。そして、係る面発光照明装置によれば、点光源４の放射光がこれに対向する端面１Ｃから導光板１内に入射し、その入射光が導光板１の他面（発光面１Ａ）から外部に放射されるようになっている。

図２で明らかなように、点光源４は複数個（図示例において４つ）が導光板１の長辺側の端面１Ｃに沿って所定の間隔で配列され、導光板１にはその各点光源４に対応する位置を部分的に切り欠いた凹部８が形成される。尚、本例において、凹部８が導光板１の板厚方向に貫通する半円状の形態とされるが、当該凹部８を導光板１の板厚方向に貫通しない球面状の形態とすることもできる。そして、係る凹部８によれば、各点光源４の光の全てをロスなく導光板１内に入射させることができ、しかも導光板１内に入射した光を放射状に広げて発光面１Ａを均一に発光させながら、隣り合う点光源４，４の光を導光板１内で良好に合成せしめることができる。

特に、本例において、多色ＬＥＤとしての各点光源４はフルカラーＬＥＤではなく、例として図３のように発光色（放射光の波長）が異なる２つの発光素子４１，４２を一体として備えた２色ＬＥＤとされる。

図３において、４３は一方の発光素子４１に接続するアノード端子、４４は他方の発光素子４２に接続するアノード端子、４５は発光素子４１，４２のカソード側に接続するコモン端子、４６はそれら端子４３〜４５を固定するステムで、発光素子４１，４２は透明樹脂から成るレンズ４７により被覆される。尚、点光源４として、図示例のようなステムタイプのほか、リードフレームタイプやチップタイプを利用することもできる。

ここに、２色ＬＥＤから成る各点光源４は、それぞれ２つの発光素子４１，４２の組み合わせが同一のものを含むものよりも、イルミネーション効果を高める上では発光素子４１，４２の組み合わせ（発光色の組み合わせ）が互いに異なる数種類のものを用いることが好ましい。因みに、発光素子４１，４２の組み合わせとして、青／赤、青／橙、青／緑、緑／赤、緑／橙、などが挙げられ、例えば緑／橙の組み合わせから成る２色ＬＥＤでは、発光素子４１，４２の一方のみの点灯により緑色と橙色の光を別々に発生することができ、双方の発光素子４１，４２を同時に点灯させれば黄色、又は黄緑色の光を発生することができる。

図４は、各点光源４の発光による照明パターン（各点光源における発光素子４１，４２の発光状態を意味するもので、これは導光板における発光面１Ａの発光状態と同義である）の一例を示す。尚、図４において、各点光源（便宜上、配列順に４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄの符号で表す）は２種類で、発光素子の組み合わせが左側から順に、青／赤、緑／橙、緑／橙、青／赤とされる。

ここに、各点光源４Ａ〜４Ｄを左側から順に、丸印を付した発光素子を発光させる、すなわち青色の発光素子のみ発光、緑色の発光素子のみ発光、緑色と橙色の発光素子を発光、および赤色の発光素子のみ発光せしめると、点光源４Ａに対応する導光板１の領域Ｇ１は青色、点光源４Ｂに対応する領域Ｇ２は緑色、点光源４Ｃに対応する領域Ｇ３は黄色、点光源４Ｄに対応する領域Ｇ４は赤色にそれぞれ発光し、点光源４Ａ，４Ｂの間の領域Ｇ５は青色光と緑色光との合成（合成部分の色表示を＜＞であらわす）により、＜青緑色（水色）＞、点光源４Ｂ，４Ｃの間の領域Ｇ６は緑色光と黄色光の合成により＜黄緑色＞、点光源４Ｃ，４Ｄの間の領域Ｇ７は黄色光と赤色光の合成により＜橙色＞にそれぞれ発光し、導光板１の発光面１Ａ全体に七色の縦縞模様が現れる（これを虹パターンと称する）。

尚、各領域Ｇ１〜Ｇ７は図４のようにそれらの境界が明確に色分けされる訳でなく、各点光源４Ａ〜４Ｄの配列方向に沿って色合いが徐々に変化する。

次に、図５および図６は他の照明パターンを示す。図５の照明パターンは、両端の点光源４Ａ，４Ｄにおいて青色の発光素子のみ発光せしめ、その両点光源４Ａ，４Ｄにより挟まれる点光源４Ｂ，４Ｃでは緑色の発光素子のみ発光せしめた例であり、これによれば点光源４Ａ，４Ｄに対応する導光板１の領域Ｇ１が青色に発光すると共に、点光源４Ｂ，４Ｃに対応する領域Ｇ２が緑色に発光し、点光源４Ａ，４Ｂおよび点光源４Ｃ，４Ｄの間における領域Ｇ３が青色光と緑色光の合成により＜青緑色（水色）＞に発光する（これを海面の波パターンと称する）。

又、図６の照明パターンは、両端の点光源４Ａ，４Ｄにおいて赤色の発光素子のみ発光せしめ、点光源４Ｂ，４Ｃでは２つの発光素子（緑／橙）を発光させた例であり、これによれば点光源４Ａ，４Ｄに対応する導光板１の領域Ｇ１が赤色に発光すると共に、点光源４Ｂ，４Ｃに対応する領域Ｇ２が黄色に発光し、点光源４Ａ，４Ｂおよび点光源４Ｃ，４Ｄの間における領域Ｇ３が赤色光と黄色光の合成により＜橙色＞に発光する（これを太陽のパターンと称する）。

このように、本発明に係る面発光照明装置によれば、各点光源４における発光素子を個別に発光制御することにより、導光板１の発光面を様々な色のパターンで発光させることができる。

図７は、各点光源における発光素子の発光制御を行う光源制御手段７の構成例を示すブロック図である。図６において、１０はマイコンであり、このマイコン１０はＣＰＵ１１をはじめ、これに接続するＥＥＰＲＯＭ１２、ＲＯＭ１３、ＲＡＭ１４、タイマ１５、受信部１６、Ｄ／Ａ変換器１７、及びＬＥＤドライバ１８などから構成される。このうち、ＥＥＰＲＯＭ１２は上記のような複数の照明パターンを制御データとして格納する記憶部を構成する。

又、図８に示すように、ＥＥＰＲＯＭ１２には照明パターン別に制御データを格納する記録領域Ｐ_１，Ｐ_２，・・Ｐ_ｎが設けられる。それら記憶領域Ｐ_１，Ｐ_２，・・Ｐ_ｎに格納される各照明パターンの制御データは、各点光源４における発光素子４１，４２の少なくとも一つの発光量を時間的に変化させるための輝度情報を含み、その輝度情報が各点光源４の発光素子４１，４２に対応付けして各記憶領域Ｐ_１，Ｐ_２，・・Ｐ_ｎのそれぞれに格納されるようになっている。

特に、各記憶領域Ｐ_１，Ｐ_２，・・Ｐ_ｎには、下表１（図５の海面の波パターンに対応）のように各点光源４における発光素子４１，４２のそれぞれについて複数（図示例において１２個）の輝度情報が電流値として与えられるテーブルが用意され、それら輝度情報（電流値）がユーザにより設定変更可能とされる。尚、表１において、「ＯＦＦ」は発光素子に電流が流されず、該当する発光素子の輝度、発光量がゼロであることを意味する。又、表１において、Ａ〜Ｄは図４などに示した点光源４Ａ〜４Ｄに対応し、更にＡ〜Ｄそれぞれの発光素子（丸印を付した上下２段書きした発光素子）が図３に示した点光源４Ａ〜４Ｄの発光素子４１及び発光素子４２に対応する。

本例において、輝度情報の設定変更は図示せぬリモコンの操作により行われるものであり、詳しくはリモコンに複数の押しボタンが設けられ、その押圧操作により輝度情報を設定変更するモードを指定すると、係る信号がＲＡＭ１４に格納されて輝度情報の設定変更が可能な状態となる。しかして、同リモコンを用いて輝度情報を変更するための発光素子（係る発光素子に対応する記憶領域）を指定し、これに続いて１２個の輝度情報（電流値）を数値データとして入力することにより、これがマイコンの受信部１６からＣＰＵ１１を介して指定したＥＥＰＲＯＭ１２の記憶領域に順次格納されるようになっている。但し、設定し得る輝度情報はＲＯＭ１３に格納されるプログラムによって制限される。尚、以上のような操作は輝度情報の設定変更の度に変化する導光板１の色調を確認しながら行うことができる。

そして、ＥＥＰＲＯＭ１２に制御データとして格納される複数の照明パターンの中からユーザによって所望の一つが選択されると、その照明パターンに対応する制御データがＣＰＵ１１によりＥＥＰＲＯＭ１２から読み出され、その制御データに基づいて各点光源４の発光素子４１，４２が個別に駆動されるようになっている。

尚、照明パターンの選択も図示せぬリモコンの操作により行われるものであり、詳しくはリモコンに照明パターンを選択するための押しボタンが設けられ、これを押圧操作したときに特定のリモコン信号が図７に示されるマイコンの受信部１６に送信され、これがＣＰＵ１１を介してＥＥＰＲＯＭ１２に送られることによりリモコン信号に対応する記憶領域にＦＬＧが設定されるようになっている。しかして、ＣＰＵ１１はＦＬＧが設定された記憶領域の制御データを読み出し（表１に示される１列目の輝度情報から１２列目までの輝度情報を一列について例えば２００ｍｓおきに読み出すことを繰り返す）、各点光源４の発光素子４１，４２のそれぞれに対応する複数の輝度情報を順次Ｄ／Ａ変換器１７に通してアナログ出力の電力信号（本例において最大５Ｖの電圧信号）に変換する。

図７のように、Ｄ／Ａ変換器１７にはＬＥＤドライバ１８が接続され、このＬＥＤドライバ１８にＤ／Ａ変換器１７から上記電力信号が入力される。

ＣＰＵ１１、Ｄ／Ａ変換器１７、およびＬＥＤドライバ１８は、ＥＥＰＲＯＭ１２に格納された制御データに基づいて各点光源４の発光素子４１，４２を駆動する制御部を構成するものであり、ＬＥＤドライバ１８では、Ｄ／Ａ変換器１７から入力された電力信号（本例において最大５Ｖの電圧信号）を最大８Ｖまでの電圧信号に変換して、これに対応する点光源４の発光素子４１，４２に入力する。

これにより、各点光源４の発光素子４１，４２に駆動信号の電圧に応じた駆動電流（記憶領域Ｐ_１，Ｐ_２，・・Ｐ_ｎに輝度情報として設定した電流値に同じ）が流れるようになる結果、各点光源４の発光素子４１，４２が所定の輝度で発光する。尚、輝度情報として電流値が「ＯＦＦ」設定された発光素子４１，４２に対応する駆動信号の電圧は０（無信号）とされる一方、同一の照明パターンで複数の異なる輝度情報が与えられた発光素子（例えば、表１の最上段に示される発光素子）では所定の時間（本例において２００ｍｓ）毎に駆動信号の電圧が変化されるために当該発光素子は短時間のうちに輝度が様々に変化するようになる。

ここに、表１に示される輝度情報に基づいて各点光源４を発光制御した場合には、図５に示した「海面の波パターン」において、海面が揺れ動くような演出を行うことができる。

又、図４に示した「虹のパターン」に対応する制御データのテーブルとして、下表２のような輝度情報をＥＥＰＲＯＭ１２に格納し、これに基づいて各点光源の各発光素子を個別に発光制御した場合には、虹が揺れ動くような演出（自然な揺らぎ効果の演出）を行うことができる。

更に、図６に示した「太陽のパターン」に対応する制御データのテーブルとして、下表３のような輝度情報をＥＥＰＲＯＭ１２に格納し、これに基づいて各点光源の各発光素子を個別に発光制御した場合には、太陽がギラギラ輝くような演出（情熱的なイメージの演出）を行うことができる。

以上、本発明について説明したが、複数の照明パターンを制御データとして格納する記憶部はＥＥＰＲＯＭ１２に限らず、その他の書き換え可能なメモリでも、書き換え不能なメモリでもよい。

特に、上記例では照明パターンの制御データとして、記憶部（ＥＥＰＲＯＭ１２）に輝度情報（電流値）が設定されるようにしたが、記憶部に点光源４の色情報を格納し、その色情報に基づいて各点光源が色情報に対応する色で発光するようにすることもできる。この場合、コード化するなどした色情報をインターネット上に公開するなどして、係る色情報（番号など）を設定し、フルカラーＬＥＤを用いることなく望みの色や色変化パターンで点光源４を発光させることができる。

又、上記例ではユーザにより選択された一つの照明パターンで各点光源４の発光素子４１，４２が発光制御されるようにしたが、図７に示されるタイマ１５の計時信号に基づきＲＯＭ１３に格納されるプログラムで複数の照明パターンを自動的に切り換えるようにすることもできる。

例えば、図９のように、午前の時間帯（６時〜１２時）において、（１）上記の虹パターン、（２）海面の波パターン、（３）高輝度な緑色系の単調な照明パターン、及び（４）人体に優しい光である青色系の単調な照明パターンの４パターンを所定の時間間隔で定時的に繰り返して実行し、午後の時間帯（１２時〜２１時）において、（１）海面の波パターン、（２）花パターン（花畑を思わせるような色の組み合わせ）、（３）暖かみのある黄色系の単調な照明パターン、及び（４）喜びの色とされるピンク系の単調な照明パターンの４パターンを所定の時間間隔で定時的に繰り返して実行し、深夜の時間帯（２１時〜６時）において、（１）太陽のパターン、（２）高輝度な紫色系の単調な照明パターン、（３）人体に優しい光である青色系の単調な照明パターン、及び（４）高輝度な青色系の単調な照明パターンの４パターンを所定の時間間隔で定時的に繰り返して実行する、ことができる。

本発明に係る面発光照明装置の概略断面図 同装置の正面概略図 一つの点光源を示す構造説明図 照明パターンの説明図 照明パターンの説明図 照明パターンの説明図 光源制御手段を示すブロック図 制御データを格納する記憶部の構成図 複数の照明パターンを自動的に切り換える例を示した説明図

符号の説明

１ 導光板
１Ａ 発光面
２ 枠体
４ 点光源
４１，４２ 発光素子
７ 光源制御手段
８ 凹部
１０ マイコン
１１ ＣＰＵ（中央処理装置）
１２ 記憶部（ＥＥＰＲＯＭ）
１７ Ｄ／Ａ変換器
１８ ＬＥＤドライバ

Claims (3)

1. 光透過性を有する単一の導光板と、その導光板の一面に沿って配列される複数の点光源と、その各点光源を個別に発光制御する光源制御手段とを有し、前記導光板の一面よりその内部に入射された各点光源の光が前記導光板の他面から外部放射されると共に、少なくとも隣り合う点光源の光が前記導光板内で部分的に合成されるようにした面発光照明装置であって、
   前記点光源は、それぞれ発光色が異なる２つの発光素子を一体として備える多色ＬＥＤから成り、
   前記導光板の一面には各点光源に対応する位置を部分的に切り欠いた凹部が形成されることを特徴とする面発光照明装置。
2. 前記光源制御手段は、
   ユーザが選択可能な複数の照明パターンを制御データとして格納する記憶部と、
   その記憶部からユーザにより選択された照明パターンに対応する制御データを読み出して当該制御データに基づき各点光源の各発光素子を個別に駆動する制御部と、
   を有することを特徴とする請求項１記載の面発光照明装置。
3. 前記制御データは、各点光源における各発光素子の発光量を時間的に変化させるための輝度情報を含み、その輝度情報がユーザにより設定変更可能とされることを特徴とする請求項２記載の面発光照明装置。
   

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