JP2009199875A - 面状発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】均一性の高い面発光が得られると共に、耐熱性が高く、難燃性に優れた面状発光装置を提供する。
【解決手段】金属製の支持ケース１１内の後部には光を透過する高透過性の透明ガラス板１６が配設され、この透明ガラス板１６の端面から光を導入するように発光ダイオード（ＬＥＤ）１７が配置され、ＬＥＤ１７からの光で透明ガラス板１６が面発光するようになっている。支持ケース１１内の前部には、透明ガラス板１６との間に空間部２１を隔てて後面に光拡散フィルム１９が貼着された強化ガラス板２０が配設される。透明ガラス板１６及び強化ガラス板２０は、金属成分を有しないガラスにより形成されている。透明ガラス板１６及び強化ガラス板２０の光透過率は、好ましくは９２％以上である。透明ガラス板１６の後面には反射層１５が設けられ、透明ガラス板１６の面発光の輝度を向上させるように構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば電車内の天井照明装置、建築物の天井照明装置、床照明装置等として使用される面状発光装置に関するものである。

従来、電車内の天井照明装置、建築物の天井照明装置等をはじめ各種用途における光源としては蛍光灯が使用されていたが、係る蛍光灯は消費電力が大きいため省エネルギーの観点から、発光ダイオード（ＬＥＤ）等に置き換えられつつある。例えば、液晶表示装置用のバックライト等の照明装置として、その光源にＬＥＤを用いたものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。すなわち、係る照明装置は、透明ガラス板の表面に輝度差緩和機能を設けた第１面状部材と、光をさらに拡散又は品位調整して発光面を形成する第２面状部材とを備えるものである。具体的には、ケーシングの底面に点状光源としてＬＥＤが多数配置され、その前面に遮光用（輝度抑制用）のドットパターン層を有する第１面状部材が設けられている。
特開２００６−１２０４９９号公報（第２頁、第３頁及び第５頁）

ところが、前記特許文献１に記載されている照明装置では、光源としてのＬＥＤが第１面状部材に対向する位置（背面位置）に多数設けられている。そのため、第１面状部材に輝度差緩和機能が設けられているものの、照明装置から発光される光にはＬＥＤが設けられている位置における輝度の高い部分と、ＬＥＤが設けられていない位置における輝度の低い部分との存在が避けられない。従って、そのような照明装置では、均一な面発光が得られないという問題があった。

また、第１面状部材及び第２面状部材が一般的な透明ガラスで形成されていることから、アクリル樹脂板等に比べれば耐熱性があるものの、その耐熱性の程度は不十分なものであった。特に、車両用や建築用に用いられる照明装置の場合には、十分な耐熱性や難燃性が要求されることから、通常の透明ガラスでは耐熱性や難燃性が不足するという問題があった。

本発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的とするところは、均一性の高い面発光が得られると共に、耐熱性が高く、難燃性に優れた面状発光装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１に係る面状発光装置は、金属製の支持ケース内の後部に光を透過する透明ガラス板を配設し、この透明ガラス板の端面から光を導入するように発光ダイオードを配置して該透明ガラス板を面発光させると共に、支持ケース内の前部に透明ガラス板との間に空間部を隔てて後面に光拡散フィルムが貼着された強化ガラス板を配設することを特徴とする。

請求項２に係る面状発光装置は、請求項１に係る発明において、前記透明ガラス板及び強化ガラス板は、金属成分を有しないガラスにより形成されていることを特徴とする。
請求項３に係る面状発光装置は、請求項１又は請求項２に係る発明において、前記透明ガラス板及び強化ガラス板の光透過率は９０％以上であることを特徴とする。

請求項４に係る面状発光装置は、請求項１から請求項３のいずれか一項に係る発明において、前記透明ガラス板の後面には反射層が設けられていることを特徴とする。
請求項５に係る面状発光装置は、請求項１から請求項４のいずれか１項に係る発明において、前記光拡散フィルムは、表面に凹凸を有する樹脂フィルムであることを特徴とする。

本発明によれば、次のような効果を発揮することができる。
請求項１に係る発明の面状発光装置では、発光ダイオードが透明ガラス板の端面から光を導入するように配置されている。このため、発光ダイオードから発光される光は透明ガラス板の端面から透明ガラス板の全体に透過される。従って、透明ガラス板をその直交方向から見た場合に、全体に均一な明るさに発光される。

また、支持ケース内の前部に透明ガラス板との間に空間部を隔てて後面に光拡散フィルムが貼着された強化ガラス板が配置されている。この強化ガラス板は通常のガラス板に対して強化処理が施されたものであり、その性質により熱や衝撃に対して十分な耐性を示す。

よって、面状発光装置は、均一性の高い面発光が得られると共に、耐熱性が高く、難燃性に優れている。そして、発光ダイオードから発光された光は透明ガラス板中を透過し、光拡散フィルムで拡散されて強化ガラス板を透過し、前方へ照射される。

請求項２に係る面状発光装置では、透明ガラス板及び強化ガラス板が金属成分を有しないガラスにより形成されている。このため、請求項１に係る発明の効果に加えて、金属成分による光の着色が抑えられ、白色光を得ることができる。

請求項３に係る面状発光装置では、透明ガラス板及び強化ガラス板の光透過率は９０％以上である。このため、請求項１又は請求項２に係る発明の効果に加えて、十分な輝度の透過光を得ることができる。

請求項４に係る面状発光装置では、透明ガラス板の後面には反射層が設けられている。従って、請求項１から請求項３のいずれかに係る発明の効果に加え、反射層による反射光によって透過光の輝度を高めることができる。

請求項５に係る面状発光装置では、光拡散フィルムが表面に凹凸を有する樹脂フィルムである。このため、請求項１から請求項４のいずれかに係る発明の効果に加えて、光拡散フィルムの凹凸により透過光の拡散を図ることができると共に、透過光の均一化を図ることができる。

以下、本発明の最良と思われる実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１及び図２に示すように、アルミニウム等の金属製の支持ケース１１は、横長四角板状をなす底壁１２の周囲から四角枠体１３が前方（図１の右方）へ立設され、その四角枠体１３の前端部から内方へ係合片１４が延出されて構成されている。係る支持ケース１１内の底部（後部）には、後面に反射層１５が設けられた透明ガラス板１６が収容されている。該透明ガラス板１６は、導光板として機能し、面発光するようになっている。

前記反射層１５は、光を反射しやすい白色の反射シートにより形成されている。この反射層１５は、前記反射シートのほか、支持ケース１１の底壁１２内面に銀、アルミニウム等の粉末を塗装することにより形成され、或いは透明ガラス板１６の後面に銀、アルミニウム等の粉末を塗装することにより形成される。このような反射層１５を設けることにより、反射層１５での反射光によって透明ガラス板１６から発せられる面発光に基づく光の輝度を高めることができる。

前記透明ガラス板１６の上端面及び下端面と支持ケース１１の四角枠体１３内面との間には、光源としての発光ダイオード（ＬＥＤ）１７が一定間隔をおいて多数配置されている。そして、ＬＥＤ１７からの光は透明ガラス板１６の上端面及び下端面から透明ガラス板１６内へ導入され、その前面又は後面に平行方向に透過され、透明ガラス板１６全体が均一に面発光できるように構成されている。本実施形態では、ＬＥＤ１７として白色ＬＥＤが用いられている。

支持ケース１１内の透明ガラス板１６の前面周囲には、四角環状をなすアルミニウム製のスペーサ１８が配設されている。該スペーサ１８の前面には、後面に光拡散フィルム１９が貼着された強化ガラス板２０が配設されている。従って、透明ガラス板１６と強化ガラス板２０の光拡散フィルム１９との間には、スペーサ１８によって形成される空間部２１が設けられ、この空間部２１の幅を変更することにより、透明ガラス板１６から強化ガラス板２０への透過光の強度を調節することができる。この強化ガラス板２０の周囲が支持ケース１１の係合片１４に係合し、強化ガラス板２０が支持ケース１１内から外れないようになっている。

これらの支持ケース１１、透明ガラス板１６、反射層１５、強化ガラス板２０及び光拡散フィルム１９などによって本実施形態の面状発光装置１０が構成されている。そして、この面状発光装置１０では、多数のＬＥＤ１７から発光された光が透明ガラス板１６中を通って透明ガラス板１６が面発光し、透明ガラス板１６から面発光された光が光拡散フィルム１９で拡散されて強化ガラス板２０を透過するように構成されている。

前記透明ガラス板１６の厚さは厚い方が十分な面発光が得られる反面、重くなることから、３〜８ｍｍであることが好ましい。透明ガラス板１６の厚さが３ｍｍよりも薄い場合には、透明ガラス板１６で十分な面発光が得られなくなる。その一方、８ｍｍよりも厚い場合には、面状発光装置１０の重量が嵩み、取扱性が悪くなる。強化ガラス板２０の厚さは、その強度、耐熱性などの効果が得られるならば薄い方がよいが、１〜３ｍｍであることが好ましい。強化ガラス板２０の厚さが１ｍｍよりも薄い場合、強化ガラス板２０が強度等の物性を十分に発揮することができなくなる。一方、３ｍｍよりも厚い場合、面状発光装置１０が重くなる傾向を示し、好ましくない。

また、前記空間部２１の幅は、１〜３ｍｍであることが好ましい。空間部２１の幅が１ｍｍよりも狭い場合には、空間部２１がほとんどなくなり、透明ガラス板１６からの透過光の調節を十分に行うことができなくなる。その一方、３ｍｍよりも広い場合には、透明ガラス板１６から強化ガラス板２０に到る透過光が弱くなり、強化ガラス板２０から発光される光の輝度が低下する傾向を示して好ましくない。

前記透明ガラス板１６及び強化ガラス板２０は、いわゆるフロート法により製造されたガラス板である。ここで、フロート法とは、フロートバスにスズなどの溶融金属が満たされ、その上にガラス素地を連続的に流し込むことにより、上下ともに平滑な板状のガラスが取り出され、それが徐々に冷却されて、平面精度の高い透明なガラス板を得る方法である。このフロート法により得られる透明なガラス板の組成は、一般的には二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）６７〜７６質量％、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）５質量％以下、二酸化鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）１質量％以下、酸化カルシウム（ＣａＯ）４〜１４質量％、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）５質量％以下、酸化ナトリウム（Ｎａ_２Ｏ）と酸化カリウム（Ｋ_２Ｏ）の合計量９〜１９質量％である。

本実施形態では、金属成分による光の着色を抑え、白色光を得るために、透明ガラス板１６及び強化ガラス板２０は、金属成分を有しないガラスにより形成されることが望ましい。例えば、ガラス板に二酸化鉄（鉄イオン）が含まれていると、特にガラス板を斜め方向から見た場合に青緑色に着色して見える。従って、ガラス板は鉄イオンを有していないことが好ましい。すなわち、透明ガラス板１６及び強化ガラス板２０の組成は、二酸化ケイ素６７〜７６質量％、アルミナ５質量％以下、酸化カルシウム４〜１４質量％、酸化マグネシウム５質量％以下、酸化ナトリウムと酸化カリウムの合計量９〜１９質量％であることが好ましい。

また、強化ガラス板２０は、前記フロート法により得られたガラスに強化処理を施して得られるガラス板であり、通常のガラス板に比べて３〜５倍の強度を有している。この強化処理法としては、風冷強化法（熱的方法）とイオン強化法（化学的方法）とがある。風冷強化法は、ガラス板を約７００℃まで加熱した後、ガラス板の表面に空気を均一に吹き付けて急激に冷却し、ガラス板の表面に圧縮応力層を形成する方法である。一方、イオン強化法は、ガラス板をカリウムイオンを含有する水溶液に浸漬し、ガラス板表面のナトリウムイオンをそれより大きいカリウムイオンに置換して、ガラス板の表面に圧縮応力層を形成する方法である。

ここで、本実施形態の強化ガラス板２０は、強化ガラス又はいわゆる熱処理強化ガラスの板材を意味する。熱処理強化ガラスは、吹き付ける空気量を制御するなど強化処理条件をマイルドにして得られる厚さ１〜３ｍｍの薄いガラスである。

これらの透明ガラス板１６及び強化ガラス板２０の光透過率（可視光線透過率）は９０％以上に設定されることが好ましく、９２％以上の高透過性に設定されることがより好ましい。この場合、ＬＥＤ１７から発光された光は、透明ガラス板１６及び強化ガラス板２０を良好に透過することができ、十分な輝度の透過光を得ることができる。

前記光拡散フィルム１９は、透明ガラス板１６から発せられる光を拡散させるためのもので、通常表面に凹凸を有する樹脂フィルムが用いられる。この光拡散フィルム１９の凹凸によって透過光の拡散を有効に行うと共に、透過光の均一化を図ることができる。樹脂フィルムとしては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム等が好適に用いられる。光拡散フィルム１９の厚さは、１０〜１００μｍであることが好ましい。光拡散フィルム１９の厚さが１０μｍより薄い場合には、表面に凹凸を有する樹脂フィルムの製造が難しくなると共に、取扱性が低下する。一方、１００μｍより厚い場合には、光の透過性が低下する傾向を示して好ましくない。

また、光拡散フィルム１９表面の凹凸は、ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４に準拠する算術平均粗さ（Ｒａ）として０．１〜１．５μｍであることが好ましい。このＲａが０．１μｍ未満の場合には、光拡散フィルム１９表面の凹凸が細かくなり過ぎて光の拡散効果が弱くなり、光が十分に拡散されない傾向を示す。一方、１．５μｍを超える場合には、光の拡散にむらが生じる傾向を示し、光の拡散が不均一になって好ましくない。

次に、本実施形態における面状発光装置について、その作用を説明する。
図１及び図２に示すように、透明ガラス板１６の上端面及び下端面に多数配置されたＬＥＤ１７から白色光が発光されると、その光は透明ガラス板１６の上端面及び下端面から透明ガラス板１６内に導入され、透明ガラス板１６の前面又は後面に平行に対向する端面に向かって進行する。これらの光は一定間隔に配置された多数のＬＥＤ１７から上下両方向に対向して照射されるため、透明ガラス板１６の全体に均一に導入される。このため、これらの光により透明ガラス板１６は全体に白色に面発光する。このとき、透明ガラス板１６の後面には反射層１５が設けられていることから、透明ガラス板１６内に導入された光が反射層１５で反射され、その輝度を増す。

透明ガラス板１６から発光された光は、空間部２１を介して強化ガラス板２０後面の光拡散フィルム１９に到る。この場合、空間部２１がスペーサ１８によって所定幅に形成されているため、透明ガラス板１６から発光された光が均一化されると同時に、輝度が弱められ、軟らかい光となる。光拡散フィルム１９に到った光は光拡散フィルム１９の凹凸により拡散される。そして、その拡散光が強化ガラス板２０に入射される。この強化ガラス板２０に入射された光は、さらに均一化されて透過され、面状発光装置１０として白色光が発光される。この場合、強化ガラス板２０は通常のガラス板に比べて強化処理により強化されていることから、その性質に基づいて熱や衝撃に対して十分な耐性を発現することができる。

以上の実施形態によって発揮される効果を以下にまとめて記載する。
〇 この実施形態の面状発光装置１０では、ＬＥＤ１７が透明ガラス板１６の上下両端面から光を導入するように配置されている。このため、ＬＥＤ１７から発光される光は透明ガラス板１６の両端面から透明ガラス板１６の全体に透過される。従って、透明ガラス板１６をその直交方向の前面から見た場合に、全体に均一な明るさに発光される。

また、支持ケース１１内の前部に透明ガラス板１６との間に空間部２１を隔てて強化ガラス板２０が配置されている。この強化ガラス板２０は通常のガラス板に対して強化処理が施されて得られたものであり、その性質に基づいて十分な耐熱性、難燃性及び耐衝撃性を示す。

よって、面状発光装置１０は、均一性の高い面発光が得られると共に、耐熱性が高く、難燃性に優れている。加えて、透明ガラス板１６が強化ガラス板２０で保護されていることから、透明ガラス板１６が強化処理されていなくともその機能を果たすことができる。勿論、光源はＬＥＤ１７であるため、従来の蛍光灯に比べて消費電力が少なく、メンテナンスの頻度が少なく、長寿命であると共に、小型化が可能で様々な大きさや形状に対応することができる。

〇 前記透明ガラス板１６及び強化ガラス板２０が金属成分を有しないガラスによって形成されていることにより、金属成分による光の着色が抑えられ、白色光を得ることができる。

〇 透明ガラス板１６及び強化ガラス板２０の光透過率は９０％以上、好ましくは９２％以上であることにより、十分な輝度の透過光を得ることができる。
〇 透明ガラス板１６の後面には反射層１５が設けられていることにより、反射層１５による反射光によって透明ガラス板１６の面発光による光の輝度を高めることができる。

〇 光拡散フィルム１９が表面に凹凸を有する樹脂フィルムであることにより、光拡散フィルム１９の凹凸により透過光の拡散を図ることができると共に、透過光の均一化を図ることができる。

〇 透明ガラス板１６として、強化処理を施した強化ガラスを使用することも可能である。
なお、前記各実施形態を次のように変更して具体化することも可能である。

・ 前記強化ガラス板２０として、２枚の強化ガラス板２０の間にポリビニルブチラールなどの透明フィルムを挟み込んだ合わせガラス板や２枚の強化ガラス板２０の間に空気層を設けた複層ガラス板を用いることもできる。

・ 前記ＬＥＤ１７として、赤色ＬＥＤ、青色ＬＥＤ及び緑色ＬＥＤを順に配置し、白色の発光色を得るように構成することもできる。
・ 前記光源としてのＬＥＤ１７を透明ガラス板１６の全周囲に配置したり、透明ガラス板１６の左端面及び右端面に配置したり等することも可能である。

・ 支持ケース１１、透明ガラス板１６、強化ガラス板２０等を凸面状、凹面状などの曲面に形成し、面状発光装置１０を曲面状に構成することもできる。
次に、前記実施形態より把握できる技術的思想について以下に記載する。

〇 前記透明ガラス板及び強化ガラス板は、二酸化ケイ素６７〜７６質量％、アルミナ５質量％以下、酸化カルシウム４〜１４質量％、酸化マグネシウム５質量％以下、酸化ナトリウムと酸化カリウムの合計量９〜１９質量％であるガラスにより形成されていることを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の面状発光装置。このように構成した場合、請求項２から請求項５のいずれかに係る発明の効果に加えて、透過光の着色を防止することができる。

〇 前記発光ダイオードは、透明ガラス板の対向する両端面に配置されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の面状発光装置。このように構成した場合、請求項１から請求項５のいずれかに係る発明の効果に加えて、透明ガラス板の面発光を効果的に行うことができる。

〇 前記樹脂フィルム表面の凹凸は、ＪＩＳ Ｂ０６０１−１９９４に準拠して得られる算術平均粗さ（Ｒａ）が０．１〜１．５μｍのものであることを特徴とする請求項５に記載の面状発光装置。このように構成した場合、請求項５に係る発明の効果に加えて、透明ガラス板からの透過光を十分かつ均一に拡散させることができる。

実施形態における面状発光装置を示す断面図。 面状発光装置を示す正面図。

符号の説明

１０…面状発光装置、１１…支持ケース、１５…反射層、１６…透明ガラス板、１７…発光ダイオード（ＬＥＤ）、１９…光拡散フィルム、２０…強化ガラス板、２１…空間部。

Claims (5)

1. 金属製の支持ケース内の後部に光を透過する透明ガラス板を配設し、この透明ガラス板の端面から光を導入するように発光ダイオードを配置して該透明ガラス板を面発光させると共に、支持ケース内の前部に透明ガラス板との間に空間部を隔てて後面に光拡散フィルムが貼着された強化ガラス板を配設することを特徴とする面状発光装置。
2. 前記透明ガラス板及び強化ガラス板は、金属成分を有しないガラスにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載の面状発光装置。
3. 前記透明ガラス板及び強化ガラス板の光透過率は９０％以上であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の面状発光装置。
4. 前記透明ガラス板の後面には反射層が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の面状発光装置。
5. 前記光拡散フィルムは、表面に凹凸を有する樹脂フィルムであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の面状発光装置。

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