JP2008032759A

JP2008032759A - 線状照明装置用の導光体

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Publication number: JP2008032759A
Application number: JP2006202694A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Uekatano; 充上片野; Kouji Tsumanuma; 孝司妻沼
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2006-07-26
Filing date: 2006-07-26
Publication date: 2008-02-14
Anticipated expiration: 2026-07-26
Also published as: JP4463246B2; US20090201696A1

Abstract

【課題】曲げに対する破断強度の高い導光体を得る。また、光の利用効率低下を高める。
【解決手段】棒状の導光体１の長さ方向の端面に光源２を接続し、導光体１の一側面１ａに、入射した光を別の側面方向に反射散乱する面３ａを有するＶ字状の溝３を複数個、導光体長さ方向に間隔をあけて列状に配置してなる線状照明装置用の導光体１であって、前記溝３は前記一側面１ａの中央の帯状の領域に少なくとも１列にて配置され、溝３の配置された領域Ａの両側には溝３の存在しない領域Ｂが帯状に存在していることを特徴とする。Ｖ字状の溝３の底部３ｂは導光体１の内部のみに存在するため、導光体の幅方向の表面に達する場合と比べて、導光体に曲げ応力がかかっても破壊の起点になりにくく、曲げに対する破断強度が向上する。
【選択図】図２

Description

この発明は、主にＬＥＤを光源とする、棒状の導光体を利用した線状照明装置における導光体に関する。

近年ＬＥＤ（発光ダイオード）は高効率、長寿命の光源として、様々な用途で使われる機会が多くなっているが、ＬＥＤは指向性を持つ点状光源であり、単独ではスポット照明としての使用に制限される場合が多い。これを線状の光源として利用する場合には、多数個のＬＥＤを列状に配置すればよいが、それほど強い光量を要求されない用途であってもやはり多数のＬＥＤを必要とし、実装や配線のコストもかかるため、コストアップの要因となっていた。
一方でＬＥＤは年々高出力化が進んでいて、一個でも充分な光量を持つものもあり、これと導光体を組み合わせて線状照明装置（ないし線状光源）とする技術がある。
この種の線状照明装置に用いる導光体として、図１２に示すように、棒状をなし、その長さ方向の端面に光源２を接続し、一側面１ａ’に、入射した光を別の側面方向に反射散乱する面３ａ’を有するＶ字状の溝３’を複数個、導光体長さ方向に間隔をあけて列状に配置した導光体１’がある。
例えば、特許文献１〜３は、具体的構造は図１２のものとは異なるが、いずれも棒状の導光体の一端面から光を入射し、導光体の一側面に列状に形成した多数の溝の面にて反射散乱させて、別の側面から線状の照明光が出射されるようにした構造であり、基本構造としては図１２のものと同様である。

なお、端面に光源の接続された棒状導光体を線状の光源とするには、図１２〜図１４で説明した手法の他に、棒状導光体の側面に白色印刷を施す方法、エッチングまたはサンドブラストをかける方法、棒状導光体に光散乱微粒子を分散する方法等があるが、これらの方法で反射散乱された光は指向性が小さく広範囲に光が広がってしまうため、一定の方向を照射する用途では反射板を使用する等の工夫をする必要がある。このため、本発明では、図１２のような基本構造を持つ導光体を対象としている。
特許第２９００７９９特表２００１−５０９３０７特開２００２−３５２６０３

この種の従来の導光体１’における溝３’は一般に、図１３、図１４にも示すようにＶ字状の断面形状であり、かつ、導光体１の全幅に渡って横断する態様で形成されている。すなわち、このＶ字状の溝３’の溝底３ｂ’は直線状でありかつ導光体の幅方向の表面に達するため、曲げ等の応力が加わると溝底３ｂ’が応力の起点となり、破断しやすくなる。
また、このようにＶ字状でかつ導光体１’の全幅に渡って横断する溝３’では、各溝の間隔（ピッチ）を小さくして外観上発光が連続しているように見せようとする時、同時に溝深さを浅くする必要がある。
溝のピッチを小さくすると当然溝の総数は増えるため、（入射光量一定とすると）溝一個あたりの反射散乱光量を小さくする必要がある。一個の溝３’で反射される光量は基本的に溝の断面積（「溝幅Ｗ×溝深さＨ」）に比例するので、溝幅Ｗが一定であれば溝深さＨを浅くして反射散乱光量を小さくしなければならない。
しかし、非常に浅い溝で高い精度（精密度）を確保するのは容易でないため、極端な短ピッチ化（したがって、同時に溝を非常に浅くすること）を図ると、溝深さのバラツキにより反射光量（輝度）にムラが発生しやすくなり、このため溝の短ピッチ化には自ずと限界があった。

また、光源２から導光体１’内に入り溝３’の反射散乱面３ａ’に入射する光は、矢印Ｐ_１のようにおおよそ垂直方向に反射して対向する側面１ｂから出射するが、矢印Ｐ_２のように全反射臨界角を超える入射光は反射散乱面３ａを通過する。通過した光の一部は再び溝の別の面３ｃから導光体内に入射するが、一部の光は溝の側面や下面に向かう。溝３の下面に向かう光を矢印Ｐ_３、側面に向かう光をＰ_４で示す。溝３の下面に向かう光Ｐ_３、及び側面に向かう光Ｐ_４は外部に漏れ出てしまい、光の利用効率が低下する要因となる。

本発明は上記従来の欠点を解消するためになされたもので、曲げに対する破断強度を向上させることができ、また、溝ピッチを小さくして外観上発光が連続しているように見せようとする時に反射光量（輝度）のムラが発生しやすくなる問題を解消でき、しかも光の利用効率低下を極力防ぐことができる線状照明装置用の導光体を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明は、棒状の導光体の長さ方向の端面に光源を接続し、導光体の一側面に、入射した光を別の側面方向に反射散乱する面を有するＶ字状の溝を複数個、導光体長さ方向に間隔をあけて列状に配置してなる線状照明装置用の導光体であって、
前記溝は前記一側面中央の帯状の領域に少なくとも１列にて配置され、溝の配置された領域の両側には溝の存在しない領域が帯状に存在していることを特徴とする。

請求項２は、請求項１の線状照明装置用の導光体において、溝の存在しない帯状の領域が、溝の配置された領域の面に対して所定の角度傾いた傾斜面をなしていることを特徴とする。

請求項３は、請求項２の線状照明装置用の導光体における傾きの角度が３０度以上５０度以下であることを特徴とする。

請求項４は、請求項１の線状照明装置用の導光体において、溝の存在しない帯状の領域が、外側に凸の湾曲面をなしていることを特徴とする。

請求項５は、請求項１〜４の線状照明装置用の導光体において、溝の配置された領域の面が、溝の存在しない帯状の領域よりも窪んだ位置にあることを特徴とする。

請求項６は、請求項１〜５の線状照明装置用の導光体において、溝の配置された領域の面に、溝の反射散乱面と反対側の面を一部に含む態様の凸部を形成するとともに、この凸部の、導光体長さ方向と平行で溝の配置された領域の面に垂直な面で切断した断面形状を略三角形状または台形状としたことを特徴とする。

請求項７は、請求項１〜６の線状照明装置用の導光体において、溝が前記一側面中央の帯状の領域に複数列にて配置されていることを特徴とする。

本発明の導光体では、溝は導光体の一側面の中央部にのみ存在し、その両側には溝の存在しない領域が帯状に存在する。すなわち、Ｖ字状の溝の底部は導光体の内部のみに存在するため、導光体の幅方向の表面に達する場合と比べて、導光体に曲げ応力がかかっても破壊の起点になりにくくなり、曲げに対する破断強度が向上する、

本発明では、溝が導光体の全幅に渡って横断しないので、その溝幅Ｗが一定となるという制約はなく、溝幅Ｗを短くできる。したがって、外観上発光が連続しているように見せようとするために溝ピッチを小さくする時に、溝幅Ｗを小さく取ることで、溝深さＨをあまり浅くしなくても、溝一個あたりの反射散乱光量を小さくすることができる。
溝の加工精度（精密度）には当然バラツキがあり、溝深さのバラツキにより反射光量（輝度）にムラが発生しやすくなるが、ムラをなくすために溝の加工精度を高くするには限度がある。本発明では、上記のように溝深さＨを比較的大きい値に留めることができることで、溝深さが浅い導光体と比べて、溝深さのバラツキに伴う反射光量（輝度）のムラは比較的少なく済む。

溝の反射散乱面に全反射臨界角を超える角度で入射した光は、反射散乱面を通過するが、その一部の光で溝の側面に向かう光は、従来の溝のように全幅に渡って横断する溝と異なり、直ちに外部に漏れるのではなく一部は溝の端面で反射散乱し端面を透過しても導光体内に入るので、外部に漏れ出る光量は少ない。したがって、光の利用効率が向上する。

請求項２のように、溝の存在しない帯状の領域が、溝の配置された領域の面に対して所定の角度傾いた傾斜面をなしていると、前記のように反射散乱面を通過した光のうち溝の側面に向かう光は、溝の端面を通過しても前記傾斜面で導光体の内部に反射するので、光の漏出をさらに小さく抑制することができ、光の利用効率がさらに向上する。
この場合、傾斜面の角度θは、請求項３のように、３０度以上６０度以下程度、望ましくは４０度以上５０度以下とするのが光を出射方向に反射させるために適切である。

請求項４のように、溝の存在しない帯状の領域を外側に凸の湾曲面にしても、請求項２の傾斜面の場合と概ね同様の作用で、光の漏出を小さく抑制することができ、光の利用効率が向上する。

請求項５のように、溝の配置された領域の面を、溝の存在しない帯状の領域よりも窪ませると、Ｖ字状の溝からやや下向きの側面方向に漏れた光の一部も導光体内に再入射させて出射側に反射させることができるので、この点でも光の利用効率が向上する。

請求項６のように、溝の配置された領域の面に、溝の反射散乱面と反対側の面を一部に含む態様の凸部を形成するとともに、この凸部の、導光体長さ方向と平行で溝の配置された領域の面に垂直な面で切断した断面形状を略三角形状または台形状とすると、
もし凸部がなければＶ字状の溝から後方（光源と反対側）に漏れる光の一部も導光体に再入射させて出射面側に反射させることができるので、この点でも光の利用効率が向上する。

請求項７のように、溝を複数列にて配置すると、Ｖ字状の溝の底部が分散されるので、さらに破壊の起点になりにくくなり、曲げに対する破断強度がさらに向上する、

以下、本発明を実施した線状照明装置用の導光体について、図面を参照して説明する。

図１は本発明の一実施例の線状照明装置用の導光体１の斜視図、図２は図１の要部拡大図である。図３は図１の導光体を拡大して示すもので、（イ）は導光体の要部の平面図、（ロ）は（イ）のＡ−Ａ断面図、（ハ）は導光体の正面図（（ロ）のＢ矢視図）である。
この実施例の導光体１は、例えばアクリル樹脂からなり、四角形断面形状で棒状をなしている。この導光体１の長さ方向（図１、図２、図３（イ）、（ロ）で左右方向）の一方の端面に光源２を接続し、導光体１の一側面１ａに、入射した光を別の側面方向に反射散乱する面（反射散乱面）３ａを有するＶ字状の溝３を複数個、導光体長さ方向に間隔をあけて列状に配置して、線状照明装置１０が構成される。なお、溝３は平面図や正面図では内部にあるが、破線でなく実線で示している。
本発明において、前記溝３は前記一側面１ａの中央の帯状の領域に少なくとも１列にて配置され、溝の配置された領域Ａの両側には溝の存在しない領域Ｂが帯状に存在している。この実施例の導光体１では溝３の列が１列である。

上記の導光体１では、Ｖ字状の溝３は導光体１の一側面１ａの中央領域Ａにのみ存在し、その両側には溝の存在しない領域Ｂが帯状に存在する。すなわち、Ｖ字状の溝３の底部３ｂは導光体１の内部のみに存在するため、溝が導光体３の幅方向（図３（ハ）の左右方向）の表面に達する場合と比べて、導光体３に曲げ応力がかかっても破壊の起点になりにくくなり、曲げに対する破断強度が向上する、

前述した通り、従来のように導光体１’の全幅に渡って横断する溝３’では、各溝３’のピッチを小さくして外観上発光が連続しているように見せようとする時、溝の総数が当然増加するが、総光量は入射光量でほぼ決まっているので、必然的に一個あたりの溝で反射散乱する光量は小さくせざるを得なくなる。そのためには溝深さを浅くする必要があるが、非常に浅い溝で高い精度（精密度）を確保するのは容易でないため、溝深さのバラツキにより反射光量（輝度）にムラが発生しやすくなる。
一個の溝で反射される光量は溝の断面積（溝幅Ｗ×溝深さＨ）に基本的には比例するが、本発明では、溝３が導光体１の全幅に渡って横断しないので、その溝幅Ｗ（図示例では中央領域Ａと同幅）が一定となるという制約はなく、溝幅Ｗを短くすることでも溝からの反射光量を小さくすることが出来る。
したがって、外観上発光が連続しているように見せようとするために溝ピッチを小さくする時に、溝幅Ｗも小さく取ることで、溝深さＨをあまり浅くしなくても、溝一個あたりの反射散乱光量を小さくすることができ、したがって、溝深さＨを比較的大きい値に留める（深くする）ことができる。
溝深さＨが深い導光体では、溝深さが浅い導光体と比べて、溝深さのバラツキに伴う反射光量（輝度）のムラは比較的少なく済む。すなわち、溝の加工精度（寸法差のバラツキ）は深い溝でも浅い溝でも概ね同じとすると、溝深さを深くした導光体における各溝の深さ変動の割合（寸法差でなくパーセント）は、溝深さを浅くした導光体における各溝の深さ変動の割合より小さい。
ここでは溝深さＨの精度のみ議論し、溝幅Ｗの精度については議論していないが、本発明が対象とする棒状導光体では通常（溝深さＨ）＜（溝幅Ｗ）であり、溝幅Ｗの精度は問題とならない場合がほとんどである。

上記の線状照明装置１０の照明作用としては、光源２から出た光は、導光体１の長さ方向の端面から導光体１内に入り、導光体１の一側面１ａに列状に配置されたＶ字状の各溝３の光源２側の面（反射散乱面）３ａにて、矢印Ｐ_１のように概ね垂直方向に反射して、対向する側面（出射面）１ｂから出射し、線状の照明光となる。
光源２から導光体１内に入り溝３の反射散乱面３ａに入射する光は、上記の通り矢印Ｐ_１のようにおおよそ垂直方向に反射して対向する側面１ｂから出射するが、矢印Ｐ_２のように全反射臨界角を超える入射光は反射散乱面３ａを通過する。通過した光の一部は再びＶ字状の溝３の別の面３ｃから導光体１内に入射するが、一部の光は溝３の側面や下面に向かう。溝３の下面に向かう光を矢印Ｐ_３、側面に向かう光をＰ_４で示す。溝３の下面に向かう光Ｐ_３は、その方向が図示のようであると、外部に漏れてしまうが、側面に向かう光Ｐ_４は、従来の溝３’のように全幅に渡って横断する溝と異なり、直ちに外部に漏れるのではなく一部は溝３の端面３ｄで反射散乱し端面３ｄを透過しても導光体１内に入るので、外部に漏れ出る光量は少ない。したがって、光の利用効率は向上する。

図４に導光体１の形状についての他の実施例を示す。この導光体１では、溝３の存在しない帯状の領域Ｂが、溝３の配置された領域Ａの面に対して所定の角度傾いた傾斜面１ｄとなっている。
このように、溝３の存在しない帯状の領域Ｂが傾いた傾斜面１ｄであると、前記のように反射散乱面３ａを通過した光のうち溝３の側面に向かう光は、溝の端面３ｄを通過しても傾斜面１ｄで導光体１の内部に反射するので、光の漏出をさらに小さく抑制することができ、光の利用効率がさらに向上する。
傾斜面１ｄの角度θは、３０度以上６０度以下程度、望ましくは４０度以上５０度以下とするのが光を出射方向に反射させるために適切である。

図５に導光体１の形状についてのさらに他の実施例を示す。この導光体１では、溝３の存在しない帯状の領域Ｂを外側に凸の湾曲面１ｅとしている。
このように、溝３の存在しない帯状の領域Ｂを外側に凸の湾曲面１ｅとしても、前記傾斜面１ｄの場合と概ね同様の作用で、溝３の側面に向かう光（白抜き矢印で示す）が外部に漏れるのを小さく抑制することができ、光の利用効率が向上する。

図６に導光体１の形状についてのさらに他の実施例を示す。この導光体１では、溝３の配置された領域Ａの面を、溝３の存在しない帯状の領域Ｂよりも窪ませている。なお、図示例は、図４と同様に、溝３の存在しない領域Ｂを傾斜面１ｄとしている場合なので、この傾斜面１ｄの下端位置より窪ませている。
このように、溝３の配置された領域Ａの面を、溝の存在しない帯状の領域Ｂよりも窪ませると、Ｖ字状の溝３からやや下向きの側面方向に漏れた光の一部も導光体１内に再入射させて出射側に反射させることができるので、この点でも光の利用効率が向上する。

図７に導光体１の形状についてのさらに他の実施例を示す。この導光体１では、溝３の配置された領域Ａの面に、溝３の反射散乱面３ａと反対側の面３ｃを一部に含む態様の凸部４を形成するとともに、この凸部４の、導光体長さ方向と平行で溝の配置された領域Ａの面に垂直な面で切断した断面形状を略三角形状としている。
このような凸部４を設けると、もし凸部４がなければＶ字状の溝３から後方（光源２と反対側）に漏れる光（白抜き矢印）の一部も導光体１に再入射させて出射面１ｂ側に反射させることができるので、この点でも光の利用効率が向上する

図８に導光体１の形状についてのさらに他の実施例を示す。この導光体１では、前記の略三角形状断面の凸部４に代えて、台形状の凸部１４を形成したものである。
このような略台形状断面の凸部１４であっても、略三角形断面の凸部４の場合と同様に、溝３から後方に漏れる光（白抜き矢印）の一部も導光体１に再入射させて出射面１ｂ側に反射させることができるので、同じく光の利用効率が向上する

上述の実施例では、導光体１の一側面の中央の帯状の領域Ａに配置される溝３の列が1列であるが、図９に示すように、溝を２列に配置してもよい。また、図１０に示すように３列に配置していもよいし、さらに多数列に配置してもよい。
このように、溝３を複数列にて配置すると、Ｖ字状の溝３の底部３ｂが分散されるので、さらに破壊の起点になりにくくなり、曲げに対する破断強度がさらに向上する、

溝３を複数列に配置する場合に、図１１に示すように、一部の列（図示例では３列のうちの中央の１つの列）の各溝３を両側の溝３に対して導光体長さ方向に若干ずらして配置してもよい。ずれ量をａで示す。
このように一部の列について溝を長さ方向にずらすと、Ｖ字状の溝３の底部３ｂがさらに分散されるので、さらに破壊の起点になりにくくなり、曲げに対する破断強度がさらに向上する、

本発明の一実施例の線状照明装置用の導光体の斜視図である。図１の要部拡大図である。図１の導光体を示すもので、（イ）は導光体の要部平面図、（ロ）は（イ）のＡ−Ａ断面図、（ハ）は導光体の正面図（（ロ）のＢ矢視図）である。上記導光体における、溝の存在しない帯状の領域を、溝の配置された領域の面に対して所定の角度傾けた場合の実施例を示すもので、導光体の正面図である。上記導光体における、溝の存在しない帯状の領域を外側に凸の湾曲面にした場合の実施例を示すもので、導光体の正面図である。上記導光体における、溝の配置された領域の面を、溝の存在しない帯状の領域よりも窪ませた場合の実施例を示すもので、導光体の正面図である。上記導光体における、溝の配置された領域の面における溝の端縁近傍に凸部を形成した場合の実施例を示すもので、導光体の側面図である。上記導光体における、溝の配置された領域の面における溝の端縁近傍に凸部を形成した場合のさらに他の実施例を示すもので、導光体の側面図である。導光体の一側面に形成する溝を２列配置した実施例を示すもので、（イ）は導光体の平面図、（ロ）は同正面図である。導光体の一側面に形成する溝を３列配置した実施例を示すもので、（イ）は導光体の平面図、（ロ）は同正面図である。導光体の一側面に形成する溝を３列配置した場合にその１つの列の各溝を両側の溝に対して導光体長さ方向に若干ずらして実施例を示すもので、（イ）は導光体の平面図、（ロ）は同正面図である。従来の線状照明装置用の導光体の斜視図である。図１２の導光体の正面図である。図１２の導光体の要部の側面図である。

符号の説明

１導光体
１ａ（溝が配置される）一側面
１ｂ一側面に対向する側面（照明光の出射面）
１ｄ（溝が存在しない領域の）傾斜面
１ｅ（溝が存在しない領域の）湾曲面
２光源
３（Ｖ字状の）溝
３ａ溝の反射散乱面（入射した光を別の側面方向に反射散乱する面）
３ｂ溝底
３ｃ溝の反射散乱面と反対側の面
３ｄ溝の端面
４、１４（溝の反射散乱面と反対側の面を一部に含む態様の）凸部
Ｗ溝幅
Ｈ溝深さ
Ａ（導光体の一側面の）溝の配置された領域
Ｂ（導光体の一側面の）溝の存在しない領域

Claims

棒状の導光体の長さ方向の端面に光源を接続し、導光体の一側面に、入射した光を別の側面方向に反射散乱する面を有するＶ字状の溝を複数個、導光体長さ方向に間隔をあけて列状に配置してなる線状照明装置用の導光体であって、
前記溝は前記一側面中央の帯状の領域に少なくとも１列にて配置され、溝の配置された領域の両側には溝の存在しない領域が帯状に存在していることを特徴とする線状照明装置用の導光体。
溝の存在しない帯状の領域が、溝の配置された領域の面に対して所定の角度傾いた傾斜面をなしていることを特徴とする請求項１記載の線状照明装置用の導光体。
傾きの角度が３０度以上６０度以下であることを特徴とする請求項２記載の線状照明装置用の導光体。
溝の存在しない帯状の領域が、外側に凸の湾曲面をなしていることを特徴とする請求項１記載の線状照明装置用の導光体。
溝の配置された領域の面が、溝の存在しない帯状の領域よりも窪んだ位置にあることを特徴とする請求項１〜４記載の線状照明装置用の導光体。
溝の配置された領域の面に、溝の反射散乱面と反対側の面を一部に含む態様の凸部を形成するとともに、この凸部の、導光体長さ方向と平行で溝の配置された領域の面に垂直な面で切断した断面形状を略三角形状または台形状としたことを特徴とする請求項１〜５記載の線状照明装置用の導光体。
前記溝が前記一側面中央の帯状の領域に複数列にて配置されていることを特徴とする請求項１〜６記載の線状照明装置用の導光体。