JP2008112611A - プリズムシート、照明装置及び発光標識システム - Google Patents

Abstract

【課題】両面にプリズム列が形成されたプリズムシートにおいて、出射光の均斉度のばらつき防止するプリズムシートを提供する。
【解決手段】両面に断面形状が略三角形状であるプリズム列４１２，４１３が形成されたプリズムシート４１０において、前記各プリズム列４１２，４１３が、プリズムシート本体の各中央領域に形成されていて、前記プリズムシート４１０本体の使用時に、当該プリズムシート４１０本体に対して近接配置される他部材と前記プリズム列４１２，４１３との接触を防止する防止部４１４，４１６が、前記各中央領域の周辺領域に形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、プリズムシート、照明装置及び発光標識システムに関し、特に、発光ダイオード（以下、ＬＥＤと称する。）又は発光面が線状の光源（以下、ライン光源と称する。）を用いたプリズムシート、照明装置及び発光標識システムに関する。

特許文献１には、両面に断面形状が略三角形状のプリズム列が多数並列に形成されたプリズムシートが開示されている。このプリズムシートは、一方の面に形成されたプリズム列の頂角が５０°〜７５°で、他方の面に形成されたプリズム列の頂角が１１０°〜１５０°である、とされている。

特開２０００−５６１０６号公報

しかし、特許文献１に開示されているプリズムシートは、導光体の光出射面に配置すると、出射面との接触によりプリズム列の頂点部分が押下される。これでは、当該押下によってプリズム列にひずみが生じる、或いは、上記頂点部分を通る出射光の出射角が設計された角度と異なるといった問題が生じる場合がある。

したがって、特許文献１に開示されているプリズムは、たとえプリズム列を構成する各プリズムの角度、高さなどを、所望の集光がなされるように設計したとしても、予定通りの集光を実現できず、均斉度がばらつくという問題がある。

また、通常、プリズムシートは、ポリプロピレンなどを原材料とする粘着シートで表面が覆われた状態で出荷される。これは、製品組み込みまでにプリズムシートの表面に汚れ等が付着することを回避するためである。

しかし、製品組み込み時に、プリズムシートから粘着シートを剥離する際に、プリズムが破損したり、プリズムシートに剥離時の応力によってひずみが生じたりする場合がある。係る場合にも、均斉度がばらつくという問題がある。

そこで、本発明は、両面にプリズム列が形成されたプリズムシートからの出射光の均斉度のばらつき防止することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、
両面に断面形状が略三角形状であるプリズム列が形成されたプリズムシートにおいて、
前記各プリズム列が、プリズムシート本体の各中央領域に形成されていて、
前記プリズムシート本体の使用時に、当該プリズムシート本体に対して近接配置される他部材と前記プリズム列との接触を防止する防止部が、前記各中央領域の周辺領域に形成されている。

このようなプリズムシートは、プリズム列の頂点部分が押下されないので、プリズムシートからの出射光の均斉度がばらつかない。したがって、当該プリズムシートを備えた照明装置、或いは、発光標識システムは、優れた均斉度を得ることができる。

なお、前記防止部は、製造の容易性、照明装置の組み立ての容易性から、前記プリズム列を構成するプリズムの丈以上の丈のスペーサとするとよい。

また、一方の面に形成されたプリズム列と他方の面に形成されたプリズム列との各稜線方向を略９０度とすると、プリズムシートからの出射光の均斉度が高まるので好ましい。

発明の実施の形態

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１のプリズムシート４１０を備えた照明装置の模式的な分解斜視図である。図１には、リジッド又はフレキシブルな基板４００と、基板４００に搭載されたＬＥＤチップ４０１と、ＬＥＤチップ４０１からの出射光を第一端面４０３ａから入射して上面４０３ｂから出射する導光体４０３と、導光体４０３の下面４０３ｃ及び第二端面４０３ｄに設けられている反射シート４０４と、ＬＥＤチップ４０１の配列位置に対応する開口部４０５が形成されていて第一端面４０３ａとＬＥＤ４０１との双方に接する態様で位置する反射体４０２、導光体４０３の上面４０３ｂから出射された光の角度を上面４０３ｂに対して略直交に向けるプリズムシート４１０とを示している。

なお、図面理解の容易のために反射シート４０４は、図面左側の側面（第一端面４０３ａの対抗面）にのみ図示しているが、実際には、図面手前側及び奥側の各側面にも設けられている。また、実際には、導光体４０３の上面４０３ｂの上には、プリズムシート４１０のほかにも、偏光子フィルム、位相差フィルム、光学補償フィルムなどを含む種々フィルムが配置される。

導光体４０３の第一端面４０３ａには、ＬＥＤチップ４０１の配列位置に対応して、上下方向に延びる溝又はプリズムのように、ＬＥＤチップ４０１からの出射光を導光体４０３の面方向に拡散させる拡散部４０３ｅが形成されている。拡散部４０３ｅを形成すると、ＬＥＤチップ４０１間の光が到達しにくい領域にも、光を導くことが可能となる。

導光体４０３の上面４０３ｂには、所要の出射光とするための凹凸が形成される（図示せず）。この凹凸を形成するために、凹凸のパターンを刻んだ金型を用いた射出成形方式、ＮＣ工作機などを用いた機械加工方式、レーザーで凹凸を彫るレーザー加工方式など、いずれかの方式で形成すればよい。

導光板４０３の上面４０３ｂは、図１に示す態様に代えて、実際に光を出射する平面領域と、その平面領域の端から第一端面４０３ａに向けて隆起していく曲面領域とを有する形状としてもよい。この場合には、曲面領域の厚みを例えば０．２５ｍｍ〜０．３５ｍｍ程度とした場合には、平面領域の厚みを例えば０．７ｍｍ〜０．９ｍｍ程度とし、曲面領域の隆起部分を上面４０３ｅに対して４０度〜４５度程度の角度とするとよい。また、上面４０３ｂを上記形状とした場合には、種々フィルムは、曲面領域上には配置せず、平面領域上に配置し、曲面領域上から平面領域の端部に亘って、遮光フィルムを配置するとよい。

プリズムシート４１０は、透明基材の一方の面の中央領域に断面三角形状の複数のプリズム列４１２が形成されていて、他方の面の中央領域にプリズム列４１３が形成されている。プリズム列４１２，４１３は、稜線方向が相互に略９０度となるように設計されている。この結果、光の方向制御と分布制御を２方向間で行うことができるため、輝度と視野範囲のバランス性を向上させることができる。

なお、プリズム列４１２，４１３の稜線方向を相互に９０度とした場合には、プリズムシート４１０からの光の均斉度にばらつきが生じるため、これを回避する必要がある点に留意する。一例として、プリズム列４１２の頂角は５０度〜７５度の範囲、プリズム列４１３の頂角は１１０度〜１５０度の範囲とするとよい。

また、プリズムシート４１０は、プリズム列４１２，４１３が形成された中央領域の周辺領域に、プリズムシート４１０のプリズム列４１２と導光体４０３との接触を防止するスペーサ４１４と、プリズムシート４１０のプリズム列４１３と図示しない輝度向上フィルム等との接触を防止するスペーサ４１６とが形成されている。

プリズムシート４１０は、可視光透過率が高く、屈折率の比較的高い材料を用いて製造する。例えば、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、塩化ビニル系樹脂、活性エネルギー線硬化型樹脂等を用いるとよい。好適には、成型上メリットがあるポリカーボネート系樹脂を用いるとよい。プリズムシート４１０は、拡散機能を付与するために、樹脂微粒子や無機微粒子等の拡散材を混入する、又は、プリズム面を粗面化処理するとよい。

本実施形態では、プリズムシート４１０は、押出成形、射出成形、圧縮成形又は真空成形などによって製造している。具体的には、射出成形の場合には、以下のように製造する。すなわち、まず、一組の金型を用意する。そして、プリズムシート４１０の中央領域に対応する領域にプリズム列用の成形がなされ、周辺領域に対応する領域に防止部用の成形がなされた、第一の金型を用意する。同様に、プリズムシート４１０の中央領域に対応する領域にプリズム列用の成形がなされ、周辺領域に対応する領域に防止部用の成形がなされた、第二の金型を用意する。

つぎに、第一の金型に対してポリカーボネート系樹脂液を注入し、そこに２００μｍ〜３５０μｍ程度の厚さのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを重ね合わせる。その後、冷却工程を経てポリカーボネート系樹脂液を硬化させる。こうして、プリズム４１２が形成されたプリズムシート原型を製造する。

つぎに、第二の金型に対してポリカーボネート系樹脂液を注入し、そこにプリズムシート原型を、プリズム列４１２の裏面と重ねる。この際、プリズム列４１２の稜線が、中央領域に対応する領域にプリズム列用の成形の稜線に対して、略９０度となるようにする。その後、冷却工程を経てポリカーボネート系樹脂液を重合硬化させる。こうして、プリズム列４１３も形成されたプリズムシート４１０を製造する。

もっとも、ポリカーボネート系紫外線硬化型樹脂液に代えて、アクリル系紫外線硬化型樹脂液、ポリメタクリルイミド系紫外線硬化型樹脂液、ポリオレフィン系紫外線硬化型樹脂液などを用いてもよい。

図２は、図１に示すＬＥＤチップ４０１等が搭載された基板４００の模式的な分解斜視図である。基板４００の大きさは、たとえば、幅が３〜５ｍｍ、長さが２０〜３０ｃｍ、厚さが２〜３ｍｍ程度としてある。もっとも、基板４００の大きさは、照明装置の用途に応じて適宜決定されるものであり、このサイズに限定されるものではない。

基板４００は、たとえば３つの略正方形の開口部１８が形成されている。各開口部１８内には、略直方体のＬＥＤチップ４０１が配置される。開口部１８は、その大きさがＬＥＤチップ４０１よりもやや大きく、かつ、その対向辺間の距離がＬＥＤチップ４０１の端子４，６間の距離よりも短い。なお、それぞれの角部には、アールが設けられている。

本実施形態では、開口部１８内に、ＬＥＤチップ４０１の一部を収容して、基板４００の表面にＬＥＤチップ４０１を接続した場合に比して、照明装置自体の厚みを相対的に抑えている。

また、基板４００の表面には、ＬＥＤチップ４０１に電流を供給するための、たとえば６つの抵抗１４が搭載されている。基板４００の裏面には、プリント配線が施されていている。本実施形態では、抵抗１４の搭載位置に対応して、その端子を通すスルーホールが形成されている。スルーホールに通された抵抗１４の端子は、基板４００の裏面のプリント配線に半田付けなどによって電気的及び物理的に接続される。なお、抵抗１４を、基板４００の裏面に搭載してもよい。

基板４００のプリント配線には、ＬＥＤチップ４０１の端子４，６も、半田付けなどにより電気的及び物理的に接続される。

ＬＥＤチップ４０１の発光面２ａ周辺の領域２ｂには、後述するように、鏡面加工等を施してある。また、ＬＥＤチップ４０１の発光面２ａに対する裏面には、ＬＥＤチップ４０１を駆動したとき生じる熱を放出する放熱部が設けられる。放熱部は、誘電体などを介して、銅製、アルミニウム製などのヒートシンクに接続される。

なお、照明装置のケース自体もアルミニウム製などとし、かつ、ヒートシンクを当該ケースに接触させれば、ケースもヒートシンクとして機能するため、放熱効率が更に向上するので好ましい。更には、ケースの側面及び／又は裏面の形状は、表面積を稼ぐことによって放熱効果を高めるために、凹凸などを形成するとよい。

ＬＥＤチップ４０１等が搭載された基板４００は、照明装置に対して着脱可能な構造としている。具体的には、照明装置の筺体の端面の一方からスライドさせることで着脱可能としている。これにより、ＬＥＤチップ４０１等の寿命、故障時に、容易に基板４００の交換ができる。

図３は、図１に示す照明装置の側面方向から見た断面図である。図３に示すように、ＬＥＤチップ４０１は、反射体４０２に形成されている開口部４０５内に収容される。また、反射体４０２は、ＬＥＤチップ４０１と導光体４０３との双方に接する態様で設けられている。反射体４０２とＬＥＤチップ４０１との間、反射体４０２と導光体４０３との間には、必要に応じて、接着剤等を塗布してもよい。

この状態で、ＬＥＤチップ４０１から光を出射すると、その光は、第一端面４０３ａを通じて導光体４０３に入射する。もっとも、その光の中には、第一端面４０３ａで反射されて導光体４０３に入射されないものもあるが、このような光は、開口部４０５の側壁で反射され、導光体４０３に入射される。

なお、ＬＥＤチップ４０１の発光面２ａの周辺領域２ｂを鏡面加工する、或いは、周辺領域２ｂに反射シートを設けるなどすると、開口部４０５と相まって、導光体４０３への光の入射を促進するため好ましい。

導光体４０３へ入射された光は、やがて、導光体４０３の上面４０３ｂから導光体４０３外へ出射されものの、それまでの過程では、下面４０３ｃ及び第二端面４０３ｄに設けられた反射シート４０４で反射しながら導光体４０３内を進むものがある。また、その光の中には、第一端面４０３ａに到達し、反射体４０２によって反射され、導光体４０３内にとどまるものがある。

図３に例示するように、導光体４０３の上面４０３ｂ、下面４０３ｃ、第二端面４０３ｄ、及び反射体４０２で反射された光は、上面４０３ｂから導光体４０３外へ出射される。導光体４０３からの光は、プリズムシート４１０のプリズム列４１２に入射し、プリズムシート４１０内を経て、プリズム列４１３から出射する。プリズム列４１３からの出射光４０６は、上面４０３ｂに対する略法線方向となる。

このように、本実施形態のプリズムシート４１０は、スペーサ４１４を設けているため、プリズム列４１２と導光体４０３とが接触しない。また、スペーサ４１４により、プリズムシート４１０の中央部と導光体４０３との間には空気層が形成される。もっとも、プリズムシート４１０と導光体４０３との間に拡散シートを挟むことも可能であり、この場合には、スペーサ４１６によって、プリズム列４１３と拡散シートとの接触を防止できる。

また、プリズムシート４１０は、スペーサ４１６を設けているため、プリズム列４１３と図示しない輝度向上フィルム等とが接触しない。したがって、プリズムシート４１０から出射される光は、所望の向きとなる。

なお、プリズムシート４１０等の構成は、図３に示す態様に限定されず、例えば、以下説明するものとしてもよい。

図４は、図３の変形例を示す図である。図４には、スペーサ４１４又は導光体４０３の一方にボスを設け、他方にボス受けを設けるという、ボス機構４１８，４２０を有する照明装置を示している。

ここで、特許文献１に記載されているプリズムシートを採用した照明装置の場合には、プリズムシートと導光体との間の接続がなされていない。このため、プリズムシートと導光体との間に、面方向のズレが生じる場合があった。実際には、プリズムシートが、最大で、照明装置のケース内側壁間の幅分ズレが生じていた。この結果、プリズムシートと導光体との間の摩擦によって、プリズム列の頂点部分が磨耗することがあった。このため、照明装置の均斉度のばらつくに拍車がかかっていた。また、プリズムシートと導光体との面方向のズレは、出射光のモアレ、輝度ムラの原因ともなるので、ズレ防止という対策を講じることが好ましい。

本実施形態の照明装置は、ボス機構４１８，４２０を有しているので、プリズムシート４１４と導光体４０３との間の接続が担保される。このため、プリズムシート４１４と導光体４０３との間に、面方向のズレが生じない。したがって、プリズムシート４１４のプリズム列が磨耗することもない。また、出射光のモアレ、輝度ムラも生じない。

図５は、図３の別の変形例を示す図である。図５には、スペーサ４１４の下端に段差部４２２，４２４が設けられている照明装置を示している。

この場合にも、図４に示した場合と同様に、プリズムシート４１４と導光体４０３との間の接続が担保される。したがって、プリズムシート４１４のプリズム列が磨耗することもなく、出射光のモアレ、輝度ムラも生じない。

なお、プリズムシート４１４と導光体４０３との間の接続が担保できるのであれば、これらの接続手法は、図４、図５に示すものに限定されない。例えば、透明性、屈折率等の光学系で要求される条件を満たす接着剤、粘着剤等を用いて、プリズムシート４１４と導光体４０３との間の接続を行ってもよい。

図６は、図１の変形例を示す図である。図６には、既述の基板４００のほかに、長い半筒状の反射体４０７を示している。反射体４０７は、ＬＥＤチップ４０１からの出射光の一部を導光体４０３に向けて反射させるとともに、導光体４０３の第一端面４０３ａからの出射光を導光体４０３に再入射させる反射面４０７ａを有している。なお、プリズムシートは、図１等に示したものと同様のものを用いればよい。

反射面４０７ａは、ＬＥＤチップ４０１から発せられた光を、導光体４０３の第一端面４０３ａに対して略均一に拡散させる。反射面４０７ａの長手方向に直交する断面は、懸垂曲線成分、２次曲線成分、楕円曲線成分あるいは放物線成分を形成するようにしてある。反射面４０７ａは、適度に梨地にしたりして、反射集中帯を広げる等、照度の均一性をさらに向上させてもよい。

図７は、図１の別の変形例を示す図である。図７に示すように、ＬＥＤチップ４０１の発光面２ａの周辺領域２ｂのみならず、基板４００自体の表面も鏡面加工等を施す、或いは、アルミナ基板のように光反射性に優れる素材を用いた基板４００を用いてもよい。もっとも、ＬＥＤチップ４０１に代えて、ライン光源を用いてもよい。なお、プリズムシートは、図１等に示したものと同様のものを用いればよい。

（実施形態２）
図８は、本発明の実施形態２の発光標識システムの模式的な構成図である。図８には、商用電源に接続するための電源プラグ５と、電源プラグ５に接続されていてＡＣ電流をＤＣ電流に変換するＡＣ−ＤＣコンバータ１０と、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０で変換されたＤＣ電流の一部に対応する電荷がチャージされるバッテリ電源２０と、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０と基板とを接続する接続線１５と、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０で変換されたＤＣ電流によって発光するＬＥＤチップが配列されている基板４００が内蔵されている照明装置５０と、照明装置５０からの照射光を均一に拡散するための導光体４０３と、バッテリ電源２０及び照明装置５０及び導光体４０３が収容されるケース６０とを備えている。照明装置５０は、実施形態１で説明したもののとしている。なお、発光標識システム内部の部品のレイアウトは、図９に示すものに限定されず、例えば、バッテリ電源２０を導光板４０３の図面手前側に配置、つまり、バッテリ電源２０と照明装置５０とをＬ字型に配置してもよい。

この発光標識装置は、典型的には、ビルなどの大型建物内の非常口案内板などに用いることができる。もちろん、宿泊施設、病院、老人ホーム、あるいは一般家庭等でも用いることができる。具体的には、導光体４０３の前面に対して、非常口案内などが印字されている、透光プラスチック板などが取り付けられ、導光体４０３からの照射光によって当該案内などが表示される。この場合、ＬＥＤ発光標識装置は、ビルの廊下の壁、天井又は床などに設置される。

非常口案内は、災害時等にその必要性が増すので、災害により停電が発生しても、ＬＥＤ発光標識装置は、数分以上の発光を維持できるようにすべきである。したがって、照明装置５０に対して商用電源が供給できなくなった場合には、バッテリ電源２０を照明装置５０への電源として用いることで、照明装置５０の表示を維持するようにしている。

ここで、バッテリ電源２０に比して、一般的に、照明装置５０及び導光体４０３はサイズが小さい。このため、バッテリ電源２０のサイズに合わせてケース６０のサイズを規定すると、ケース６０内には導光体４０３の裏面等に、デッドスペースが生じることになる。ちなみに、ケース６０の厚みは、例えば、２０ｍｍ以下とすることが好ましく、１５ｍｍ以下とするとさらに好ましい。

しかし、バッテリ電源２０を照明装置５０に対して相対的に遠方に配置すると、接続線１５が長くなる。接続線１５が長くなると、その分の電圧ドロップが生じて、ＬＥＤ素子への印加電圧が小さくなる。これでは、ＬＥＤ素子から十分な発光量が得られず、案内表示機能が低下する場合がある。これを防止するため、ＬＥＤ発光標識装置の設置位置が十分に確保できる場合には、図７に示すＬＥＤ発光標識装置を用いることが好ましい。

図９は、図８に示す発光標識システムの変形例を示す図である。図９には、図８に示した部分に加えて、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０とバッテリ電源２０との間に設けられていて照明装置５０へ所定の定電流を供給する定電流供給手段４０と、照明装置５０へ所望電流値の電流を供給するために定電流供給手段４０の電流値を制御する制御手段３０とを示している。

発光標識システムの設置スペースが十分に確保できない場合、あるいは照明装置５０の体積を小さくできる長所を生かしたい場合には、図９に示すような、電源と照明装置５０とを分離して設けることが可能な発光標識システムを用いるとよい。

本発明の実施形態１のプリズムシート４１０を備えた照明装置の模式的な分解斜視図である。 図１に示すＬＥＤチップ４０１等が搭載された基板４００の模式的な斜視図である。 図１に示す照明装置の側面方向から見た断面図である。 図３の変形例を示す図である。 図３の変形例を示す図である。 図１の変形例を示す図である。 図１の別の変形例を示す図である。 本発明の実施形態２の発光標識システムの模式的な構成図である。 図８に示す発光標識システムの変形例を示す図である。

符号の説明

電源プラグ５、ＡＣ−ＤＣコンバータ１０、接続線１５、バッテリ電源２０、照明装置５０、ケース６０、基板４００、ＬＥＤチップ４０１、反射体４０２、導光体４０３、反射シート４０４

Claims (5)

1. 両面に断面形状が略三角形状であるプリズム列が形成されたプリズムシートにおいて、
   前記各プリズム列が、プリズムシート本体の各中央領域に形成されていて、
   前記プリズムシート本体の使用時に、当該プリズムシート本体に対して近接配置される他部材と前記プリズム列との接触を防止する防止部が、前記各中央領域の周辺領域に形成されているプリズムシート。
2. 前記防止部は、前記プリズム列を構成するプリズムの丈以上の丈のスペーサである請求項１記載のプリズムシート。
3. 一方の面に形成されたプリズム列と他方の面に形成されたプリズム列との各稜線方向が、略９０度である請求項１記載のプリズムシート。
4. 請求項１記載のプリズムシートと、
   前記プリズムシートが光出射面に配置される導光体と、
   前記導光体の光入射面に光を入射する光源とを備える、照明装置。
5. 請求項４記載の照明装置と、
   商用電源に接続されていてＡＣ電流をＤＣ電流に変換するコンバータと、
   前記商用電源との電気的接続がなされているときに充電されており当該電気的接続が断たれたときに前記発光ダイオードに向けて放電するバッテリ電源とを備える発光標識システム。

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