JP2012501002A - 反射板及びそれを備える平面型ライト、平面型照明器具 - Google Patents

反射板及びそれを備える平面型ライト、平面型照明器具 Download PDF

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Abstract

プリズムを備える指向性反射板及びそれを有する平面状ライト並びに平面状照明器具を提供する。反射板は、プリズム面11と平滑平面12とを備える。プリズム面11にプリズム体111が設けてあり、これらのプリズム体111は、鋸歯状に連続して分布されており、中心平面に対して対称となる、又は非対称となるように配置されている。各プリズム体111の断面三角形は、形状が同じで、面積が等しく、断面三角形の頂点から平滑表面12までの距離が順次逓増し、太陽光を全て反射させるようにする。
【選択図】図2a

Description

本発明はマイクロプリズム式の反射板に関し、特に等断面の三角プリズムを備える反射板及びそれを有する各種の平面型ライト、平面型照明器具に関する。
従来の技術では、反射シート又は反射板は主に光線の反射、屈折に使われたが、その後に、反射シート又は反射板にプリズムとして機能するストリップ状の微柱プリズムを設けることで、太陽光の反射及び屈折をより良く調節することができた。さらに、その両側にライト本体を設けて発光板を製造することにより、照明機能を兼ねることができた。特許文献1において、本出願人はマイクロプリズム型の太陽光反射板及びその調節控制装置を提案しており、そのうち、反射板の一方の表面に平行なストリップ状の直角二等辺三角微柱プリズム体が複数設けてあり、その頂角が90度であり、底角が夫々45度であり、その両側の端面に夫々盲穴が設けてあり、盲穴にLEDダイオードを含むライト本体が取り付けてある。このような反射板は、ガラス天井、窓、又は天窓を設けた部屋に応用されている。冬場には太陽光を充分に入射させる一方で、夏場には太陽光の全部又は一部を反射させることで、太陽光を遮蔽するとともに室内の明るさを確保することができる。また、両側に取り付けられたライト本体は暗い天気又は夜に補充照明を提供することができる。このような構造の反射板では、ライト本体の働きにより、反射板全体を発光面として形成することができるが、設計構造の制限により、照明光の照度が比較的に低かった。
出願人は、前記特許文献1からヒントを受けて、反射板と発光ダイオードLEDとを組み合わせた構造を照明分野に如何に応用するかを検討し、LEDにより反射板のスポット光源を面光源に変更すること、即ちLEDの作用を装飾から本格的な照明に転換することに工夫している。このため、出願人は特許文献2、特許文献3で二種の反射板を提示している。一種は平板の反射板であり、一方の表面において平行なストリップ状の微柱プリズム体が複数設けてあり、各微柱プリズム体の横断面が不等辺直角三角形で、対称中心の平面に隣接した左右二つの直角不等辺三角形の断面積が最も大きく、断面積が左右両端へ逐次に逓減するように構成してある。他種は円形板で、中心軸線を対称中心とし、断面が直角三角形であるマイクロプリズムを備える円形反射板であり、その径方向においてリング状微柱プリズムが複数形成してあり、その断面及び断面積の構造が平板の反射板と同じであるように構成してある。前記二種の反射板は、相対している両端及び円周面に盲穴が設置してライト本体を取り付けた後、円形反射板の場合、ライト本体を設けた後、これらのライト本体の出射中心の軸線は反射板の平面と平行になるか、反射板の平面の各リング状プリズム体の夾角の頂点を通すように構成してある。そうすると、ライト本体によって出射された光線が各微柱プリズム体の内部から出射され、良好な照明効果を実現することができる。
更なる研究により、前記構造の平板反射板及び円形反射板には、指向性照明について、プリズムを通して平面から反射、出射した光線の不均一性(照明効果に影響する)及び反射板を有するライトの小型化の問題点があり、つまり、非対称の片側微柱プリズムの設計・配置に関することである。これは前記の特許文献1〜3において意識しなかった問題点である。
中国特許第200510029375.1号明細書 PCT/CN2007/002052 PCT/CN2008/000031
本発明は、反射板にプリズムを通じて一つの平面で反射、出射した光線に充分な均一性(同等を含む)を持たせる対称型の等断面の三角プリズムを備える指向性反射板を提供することを目的とする。
本発明は、LED放熱機能の複雑化による照明器具の複雑化、及びLEDの温度上昇によるルーメン値の低下を避けるために、室内照明において、高出力LEDではなく、低出力、小電流のLEDチップを使用し、チップに出射された全ての光束の出射、伝導、反射を精確に位置決めして、最適な効果を実現することをもう一つの目的とする。
本発明は、反射板の微柱プリズムを片方向に設け、作製された平面型照明器具は非対称片方向微柱プリズムを備える平面型ライトを有することをもう一つの目的とする。
本発明は前記プリズム反射板で作製された平面型ライトと、片方向微柱プリズムを有する平面型ライトとを、照明器具の製造に適用することをもう一つの目的とする。
前記の目的を実現する技術手段は下記の通りである。本発明の反射板は、プリズム面といわれる一方の表面に、対称中心平面から左右両側に夫々平行なストリップ状微柱プリズム体が複数設けてあり、各ストリップ状微柱プリズム体の横断面が三角形である等断面の三角マイクロプリズムを備える反射板であって、前記三角形夫々は鋸歯状に連続して分布されており、形状が同じで、断面積が等しく、断面三角形の頂点から反射板の平滑平面といわれる他方の表面までの距離は、対称中心平面に隣接する左右二つの微柱プリズム体の方が最も短く、左右両側へ向けて順次逓増し、各微柱プリズム体の断面三角形の頂点の連結線は二本の傾斜した直線となり、反射板の断面中心軸線と一つの点で交差し、反射板の平滑表面と夾角αを形成し、αが45度未満であり、各断面三角形は長手方向におけるピッチが等しいことを特徴とする。
本発明の反射板は、前記夾角αは10度未満であることを特徴とする。
本発明の平面型ライトは前記反射板で作製された平面型ライトであって、反射板と、枠と、反射バックシートと、複数のライト本体とを備え、前記枠は左右二本の放熱ストリップと上下二枚の枠体部とが繋がって構成された矩形の枠であり、そのうち、前記放熱ストリップ夫々は、長手方向に内側面の下部で突出した突出部と、内側面の上部で突出した、水平溝を設けたボス部とが設けてあり、前記反射板は、前記枠に取り付けられており、その両側が突出部に載せられ、下部のフランジの先端が左右二本の放熱ストリップの内側面に相対して当接されており、フランジが位置する側面と二本の放熱ストリップの内側面との間に隙間が形成してあり、中心平面と平行になるとともに、対称的な凹状のライト溝が構成してあり、前記枠体部の断面は「[」形をなし、前記反射バックシートはプラスチック、紙又は金属材料で作製されており、縁部が放熱ストリップのボス部の水平溝に差し込まれて反射板に架設されており、前記ライト本体は発光ダイオードLED、電球、電極管又は予め作製された複数の発光ダイオードライトユニットであり、夫々にライト溝内に取り付けられており、前記発光ダイオードの出射平面がプリズム面における各断面三角形の頂点の連結線と交差し、90−αの夾角を形成するように構成してあることを特徴とする。
本発明の平面型ライトは、前記鋸歯状に分布されている断面三角形は、その頂点から平滑平面までの距離が順次逓減する方向における各三角形の右側又は左側の辺が臨界辺と呼ばれ、該臨界辺の延長線がプリズム面に相対する平滑平面と交差し、法線と夾角を形成し、該夾角の範囲が40度から90度の間であることを特徴とする。
本発明の平面型ライトは、前記ライト本体は、予め作製された、複数の発光ダイオード表面実装部品と配線基板とを有する長尺状のライトユニットであり、且つ、前記ライトユニットは前記ライト溝内に直接に配置、挟まれ又は嵌入しており、ライト溝内の発光ダイオードの出射平面がライト溝の内壁に密着され、反射板の各断面三角形の頂点の連結線が位置する面と交差して、90度−αの夾角を形成するように構成してあることを特徴とする。
本発明の平面型ライトは、前記三角プリズム体の発光ダイオードの照射方向に向いた各断面三角形の辺又は光に面する辺は受光臨界辺とされ、三角プリズム体の受光臨界面であり、前記受光臨界辺の延長線がプリズム面に相対する平滑平面と交差して、法線と夾角を形成し、前記夾角範囲は40度から90度であることを特徴とする。
本発明の平面型ライトは、前記発光ダイオードにより出射された光線は、主軸が反射板の平滑平面と平行な光束であり、前記反射板中心平面の片側に三角プリズム体がn個ある場合、各発光ダイオードLEDの発光平面の面積が面積Aであり、該発光平面の面積Aがプリズム体の数量と同じくn等分され、提供されるトータルの光子エネルギーがEとすれば、各等分面積にE/A/nの十分な光子エネルギーが分配され、発光ダイオードにより出射された光線が、中心平面の片側における何れかの断面三角形の受光臨界辺又は三角プリズム体の受光臨界面に均一に照射されることを特徴とする。
本発明の平面型ライトは、前記発光ダイオード及びLED表面実装部品は、夫々低出力のダイオードであり、一つのLED表面実装部品には複数のチップが設置可能であることを特徴とする。
本発明の平面型ライトは、前記放熱ストリップは、配線基板の後方において、ボス部よりも後に長手方向に沿って配線基板の導電部品との接触を避けるための内溝が設けてあることを特徴とする。
本発明の平面型ライトは、前記放熱ストリップはボス部よりも後に水平な放熱リブが設けてあることを特徴とする。
本発明の平面型照明器具は、前記平面型ライトで作製されており、底枠と発光ダイオードの定電流源とを備え、底枠は金属材料で作製された矩形枠であり、左右両側の枠材には、複数の金属ストリップが跨っており、左右両側の枠材夫々は、下表面に長手方向に沿って間隔を隔てて、相対的な内側における下へ突出した矩形の短い突起ストリップ部が2本、外側における下へ突出した矩形の長い突起ストリップ部が2本設けてあり、前記枠の左右両側における二つの放熱ストリップは表面に長手方向に沿って長い突起ストリップ部と組み合わせる長溝が設けてあり、前記底枠は枠に取り付けられ、前記長い突起ストリップ部は枠の長溝に差込まれ、短い突起ストリップ部の端部が枠のボス部の上面に当接され、短い突起ストリップ部及び長い突起ストリップ部の間における枠材間隔部の下面と、該下面に相対した枠の表面との間に長い矩形空間が形成してあり、前記発光ダイオードの定電流源は接続部品により底枠の金属ストリップに取り付けられており、その出力側がリード線により配線端子に接続されることを特徴とする。
本発明の平面型照明器具は、前記短い突起ストリップ部と長い突起ストリップ部との間における間隔部には、長手方向に複数のボルト取り付け穴が設けてあり、前記底枠と枠の放熱ストリップとは、放熱ストリップの長溝に差し込んだ底枠の長い突起ストリップ部と、前記長溝の外壁部に長手方向に沿って設けたれた複数の対応する円錐形穴及びネジ穴と、エジェクタピンとにより相対に固定されることを特徴とする。
本発明の等断面の三角マイクロプリズムを備える非対称型反射板は、プリズム面といわれる一方の表面に、一側から他側へ平行なストリップ状微柱プリズム体が複数設けてあり、各微柱プリズム体の横断面が三角形である等断面の三角マイクロプリズムを備える反射板であって、前記三角形夫々は鋸歯状に連続して分布されており、形状が同じで、断面積が等しく、断面三角形の頂点から反射板の平滑平面といわれる他方の表面までの距離は、左側から右側へ、又は右側から左側へ順次逓減又は逓増し、各微柱プリズム体の断面三角形の頂点の連結線は一本の直線となり、反射板の平滑平面の断面が位置する線と交差して夾角αを形成し、αが45度未満であり、且つ各断面三角形は長手方向におけるピッチが等しいことを特徴とする。
本発明の反射板は、前記夾角αは10度未満であることを特徴とする。
本発明の平面型ライトは、前記非対称型反射板で作製されており、反射板と、放熱ストリップと、複数のライト本体とを備え、前記反射板における各微柱プリズム体の内、三角形頂点から平滑平面までの距離が最も遠い微柱プリズム体の外側の縁部に設けたフランジは、プリズム面側にプリズム体と平行な長溝が設けてあり、前記放熱ストリップは金属伝熱材料で作製されており、その断面が矩形又は多角形等の形状とされ、長溝の上部に取り付けられ、長溝から露出した側の表面が平行な放熱リブを設けた散熱側であり、その下面と該下面に相対する長溝の壁とが隙間を形成して凹状のライト溝が構成してあり、前記ライト本体は発光ダイオードLED、電球、電極管又は予め作製された複数の発光ダイオードライトユニットであり、夫々に凹状のライト溝に取り付けられていることを特徴とする。
本発明の平面型ライトは、配線端子を一つ備え、前記反射板のライト溝の外側における縁部の端面に一つの差込口が設けてあり、前記配線端子は差込口に取り付けられており、リード線を介して長尺ライトユニットの導線に電気的に接続されるように構成してあることを特徴とする。
本発明の平面型照明器具は、非対称型の平面状ライトで製作されており、反射板で作製された平面型ライトと底枠とを備え、前記底枠は平面型ライト保持枠と保持部品とを備え、平面型ライト保持枠は前面に平面型ライトを取り付ける囲い壁が設けてあり、裏側の内面に取り付け穴が複数設けてあり、前記保持部品は複数の磁石ブロックであり、取り付け穴内に夫々に取り付けられており、前記平面型ライト保持枠は接続部品により屋内外の任意板壁に取り付けられる筐体であり、磁石ブロックに対応した反射板に磁石に吸引される金属材料ブロックが設けてあることを特徴とする。
本発明の平面型照明器具は、前記反射バックシートの一方の面は滑らかな反射バック面であり、他方の面には放熱リブが複数設けてあることを特徴とする。
以上のように、本発明に係る等断面の三角マイクロプリズムを備える反射板は、プリズム面にプリズムとして機能する微柱プリズムが設けてあり、これらの微柱プリズムは鋸歯状で連続して分布されており、中心平面に対して対称となるか、左から右までの片方向(非対称)で設置しており、各断面三角形の頂点から平滑平面までの距離は順次逓増し、直射太陽光を全て反射させる同時に乱反射した太陽光が室内に入ることに影響せず、太陽光を遮蔽する同時に室内の明るさを確保することができる。また、反射板の断面三角形の形状は、選択することにより、太陽光に対して大きな光学偏向を実現できるプリズムを使用し、太陽光の全部又は一部を反射板の両側へ反射させ、反射板の両側に取り付けられた太陽電池で太陽光を吸収し、太陽エネルギーを貯蔵することができる。また、本発明では、反射板のライト溝にLED発光ダイオードを取り付けることで平面型ライトを作製する。反射板は透明なプラスチックで作製され、発光ダイオードは表面実装部品タイプであり、その表面がライト溝の壁に密着しているため、光がガラスファイバーで伝導するように、出射光線は単一媒体で伝導する。従って、LED光線の伝送中における光エネルギー損失は極めて少ない。光が全て内反射される条件における伝送効率は90〜99%に達することができる。本発明に係る平面型ライトは従来のスポットライトと異なり、使用現場で出射ライトの主軸位置を調節せずに、必要な、一定の投射角度を持った光線を実現することができる。
また、平面型ライトで平面型照明器具を作製することができる。平面型照明器具は、薄肉型なので、保持部品と底枠とで壁体内に嵌め込み、壁体と同一の平面に位置することができる。当該平面型照明器具により出射された指向性の光線は、水平方向と所望の一定の角度を形成することができる。また、平面型照明器具の指向性照明の光線は上、下、左、右を問わずに、所望の場所に確実に照射することができる。また、当該薄型定方向照明の平面型照明器具は、例えばキッチンルームのコンロを設置した壁、食器棚の内壁、トイレの鏡の上方、階段、階段室、公共廊下、壁面広告照明、工場の製造ライン等に幅広く適用することができる。一方、当該平面型照明器具の平面型ライトは電力消費量が小さく、出力は通常の電球の十分の一で普通の電球と同じ照度を実現することができ、且つ放熱量が小さく、寿命が長い。人々の生活、仕事、学習空間の拡大と利便性を提供し、高効率、省エネ、使用安全の目的に達成することができ、更に構造が簡約で、使用が簡単等のメリットを有する。
等断面の三角プリズムを備える反射板の横断面の断面図であり、反射板の中心平面の両側における三角プリズム対が鋸歯状で対称的に分布していることを表すものである; 図1の等断面直角三角プリズムを備える反射板で作製された平面型ライトの横断面の断面図である; 図2aにおけるIの部分拡大図である; 図2aの上面図である; 第1例の平面型ライトの正面図である; 図3aのA-Aに沿った断面図であり、当該平面型ライトのプリズム面のプリズム体の設計構造の一例及び発光ダイオードの照射による光路解析を表すものである; 第2例の平面型ライトの正面図である; 図4aのA-Aに沿った断面図であり、当該平面型ライトのプリズム面のプリズム体の設計構造の他の例及び発光ダイオードの照射による光路解析を表すものである; 第3例の平面型ライトの正面図である; 図5aのA-Aに沿った断面図であり、当該平面型ライトのプリズム面のプリズム体の設計構造の他の例及び発光ダイオードの照射による光路解析を表すものである; プリズムが構造上で図3〜図5と異なる反射板とライト本体とで作製した平面型ライトの部分断面図であり、発光ダイオードLEDの点灯及び照射による反射と屈折の光路解析を表すものである; 図3bの平面型ライトの中心軸線の片側における各三角プリズム体が長手方向におけるピッチ並びに隣接した三角形の頂点の連結線と水平線とが形成した夾角を示す図である; 図6のA拡大図であり、プリズム体の受光臨界面が直角三角形の斜辺で、プリズムの法線と45度で交差することを表すものである; 図4bの平面型ライトの中心軸線の片側における各三角プリズム体が長手方向におけるピッチ並びに隣接した三角形の頂点の連結線と水平線とが形成した夾角の関係図である; 図9のB拡大図であり、プリズム体の受光臨界面が直角三角形の直角辺で、プリズムの法線と45度で交差することを表すものである; 図5bの平面型ライトの中心軸線の片側における各三角プリズム体が長手方向における間隔並びに隣接した三角形の頂点の連結線と水平線とが形成した夾角を示す図である; 図11のC拡大図であり、プリズム体の受光臨界面が三角形の一つの辺で、プリズム法線と45度で交差することを表すものである; 図2の平面型ライトで作製された平面型照明器具の断面図である; 等断面の三角プリズムを備える反射板の断面図であり、反射板の一側から他側まで一方向鋸歯状に分布されることを表すものである; 図14の反射板で作製された平面型ライトが発光ダイオードLEDの点灯及び照射による反射及び屈折の光路解析を表すものである; 図15の平面型ライトで作製された平面型照明器具の断面図である; 本発明に係る10Wの平面型ライトと30Wの蛍光灯との0〜1.5メートルの距離範囲における照度の対比グラフである; 本発明である10Wの平面型ライトと30Wの蛍光灯との1.5〜3メートルの距離範囲における照度の対比グラフである; 本発明に係る二種類の異なる形状の等断面の三角プリズムを備える10Wの平面型ライトの0〜1.5メートル範囲における照度の対比グラフである; 本発明に係る二種類の異なる形状の等断面の三角プリズムを備える10Wの平面型ライトの1.5〜3メートル範囲における照度の対比グラフである。
第一実施例
図1に示される本発明の第一実施例において、本発明の等断面の三角マイクロプリズム反射板は、反射板1のプリズム面11といわれる一方の表面には、対称中心平面OO′からの左右両側に平行なストリップ状微柱プリズム体111が複数設けてあり、各微柱プリズム体111の横断面は、直角三角形と非直角三角形とを含む三角形である。前記複数の三角形は鋸歯状に連続して分布されており、且つ断面同士が同じで等しく、対称中心平面に隣接した左右二つの三角形の頂点から反射板の平滑表面12と言われる他方の面までの垂直距離が最も短く、三角形の頂点から反射板の他方の表面までの垂直距離が左右両側へ順次逓増し(中心平面又は中心軸線の両側は対称なので、当該垂直距離は左側の半分を例とする)、各三角形の頂点の水平方向における距離が等しく、夫々δである。このように、三角プリズム体全体の幅はδ×2nであり、そのうち、nは対称中心平面の片側における三角プリズム体の数である。また、本発明では、反射板において、平坦な平滑表面12及び鋸歯状の三角形のプリズム面11という既に設定された二つの面を有するほかに、平滑表面12に近い三角形の頂点を繋ぎ、平滑表面11から離れた隣接した三角形の頂点を繋ぐことにより、中心平面の左側の半分を例として、二本の直線又はそれが位置した二つの平面が得られる。前記二本の直線(二つの平面)は傾斜なものであるが、相互に平行となっている。当該二本の直線は反射板の断面の中心軸線OO′とA、H点で交差しており、AN、HMとされ、夫々に反射板の平滑表面12と夾角αを形成し、αは10度未満である。
一方、本発明の反射板1は透明なプラスチックで作製されているため、光線の伝導特徴が通常の光学ガラスに近い。図1では、反射板1のプリズム面11に頂角が90度である各等断面の不等辺直角三角形のストリップ状微柱プリズム体111が設けてある。各微柱プリズム111による光線の反射は依然としてプリズム反射により行われる。太陽光(SL)はプリズムの法面Fと平行に反射板1に直射し、各光線の入射光aは反射板1の平滑表面12の上部を透過して微柱プリズム体111の二つの相互に垂直な面に入射され、入射光aに平行な方向bに反射され、即ち、微柱プリズム体111の斜面法面の太陽光が入射、出射されるプリズムの斜面と平行になり、各直角辺で反射され、光線を180度偏向させることで、平行な入射光線を反射する目的を実現する。
各微柱プリズム体の横断面が不等辺直角三角形である場合、微柱プリズム体111の斜面法面の太陽光が入射、出射されるプリズムの斜面と平行に各直角面で反射され、光線を180度偏向することで、同様に平行な入射光線を反射する目的を実現することができる。
また、設計の需要により、本出願では、臨界辺の概念を導入している。即ち、鋸歯状に分布されている三角形の頂点から平滑平面までの距離が順次逓減する方向において、各三角形の右側の辺及び左側の辺の一つが臨界辺と称され、当該臨界辺の延長線がプリズム面に相対する平滑平面と交差して法線と夾角を形成しており、この夾角の範囲が40度〜90度である。
以下、前記各種の等断面の三角形プリズムを備える本発明に係る反射板及びライト本体で作製された平面型ライトにより、発光ダイオードの照射で生じられる太陽光の光線と異なる反射及び屈折について説明する
図2に示される本発明に係る平面型ライトは、反射板1と、複数のライト本体2と、枠3と、反射バックシート5とを備える。平面型ライトにおいて、反射板1は中心平面両側に最も遠い二つの等断面直角三角プリズム体又は当該プリズム体の外側に外へ延伸した相対縁部を設けており、前記の相対縁部と相対に平行な側面下部に夫々長尺状のフランジ13、13’が設けてある。
枠3は、左右の二本の放熱ストリップ31と上下の二つの枠体部32とを備え、これらが繋がって矩形のフレームを構成している。二本の放熱ストリップ31はアルミニウム合金、銅合金等の金属伝熱材料で作製されており、長さが反射板1よりやや短い。二つの枠体部32は有機ガラス、ポリカーボネイト又はポリメタクリル酸メチル等の透明なプラスチックで作製されており、断面が“[”形をなし、内壁にスロットが設けてあり、突出した二つのヘッド部が接続部材を介して放熱ストリップ31の両端に繋がれている。放熱ストリップ31は、ライト溝側に設けられるため、夫々が長手方向に、内側面の下部で突出した突出部33と、内側面の上部で突出した、水平溝を設けたボス部34とが設けてある。反射板1は、枠に取り付けられている場合に、両側が突出部33に載せられ、下部のフランジ13、13’の先端が左右二つの放熱ストリップ31の内側面に相対して当接され、フランジ13、13’を設けた側面と二つの放熱ストリップ31の内側面との間に隙間が形成してある。これにより、中心平面と平行になるとともに、互いに対称的な凹状のライト溝14、14’が構成されている。
ライト本体2は発光ダイオードLED、電球、電極管又は予め作製された複数の発光ダイオードライトユニットであり、夫々ライト溝内に取り付けられている。前記発光ダイオードは出射平面がプリズム面における各断面三角形の頂点の連結線と交差して、90−αの夾角を形成するように構成してある。良い実施例として、ライト本体2は予め作製された、複数の発光ダイオード表面実装部品21と配線基板22とを有する長尺状のライトユニットであり、且つ当該ライトユニットは前記の放熱ストリップ31により形成されたライト溝14、14’に直接に配置する、挟む又ははめ込むことで、ライト溝内の発光ダイオード出射平面をライト溝の内壁と密着させるとともに、反射板の各断面三角形の頂点の連結線が位置する面と90−αの夾角で交差させる。これにより、発光ダイオード表面実装部品21の光線を反射板の両端から夫々に中心平面を境とした任意側の等断面直角三角プリズム体に照射させる。前記発光ダイオードとLED表面実装部品とは低出力のもので、一つのLED表面実装部品には複数のチップを設置することができる。
反射バックシート5はシート材であり、縁部を放熱ストリップ31のボス部34に形成した水平溝及び枠体部32のスロットに差し込むことで反射板1の上に架設されている。突出反射バックシート5はプラスチック、紙又はアルミニウム合金、銅合金等の金属材料で作製されたものである。
また、平面型ライトは二つの配線端子29をさらに備える。反射板1のライト溝外側の縁部の端面には、夫々一つの差込み口が設けてあり、前記配線端子29は夫々差込み口に挿し込まれ、リード線を介して長尺状のライトユニット又はライト本体2のリード線に電気的に接続されている。一般的には、配線端子の突出部が反射板とともに枠体部32の内部に設けられたスロットに配置され、枠体部32の二つのヘッド部と二本の放熱ストリップ31の端面とがボルトを介して接合されている。
好ましい実施例では、放熱ストリップ31と配線基板22の導電部品との接触を避けるために、放熱ストリップ31は配線基板22の後方及びボス部34よりも後に長手方向に延びる内溝38が設けてある。ライト本体2又は長尺状のライトユニットの密封を確保するために、放熱ストリップ31の突出部33における反射板1と接する箇所にシーリング溝35が設けてあり、シーリング溝35にシーリングストリップを入れることでシーリングが行われる。放熱を確保するために、放熱ストリップ31は突出部33よりも後に水平の放熱リブ36が設けてある。反射バックシートの装着の利便性を確保するために、放熱ストリップ31の上面におけるボス部の水平溝に対応する箇所に均一に分布された幾つかのネジ穴37が設けてあり、ネジを介して反射バックシート5が固定される。
中心平面の片側のライト溝14’内に取り付けられた前記LED発光ダイオード表面実装部品(発光ダイオードと総称する)21が出射した光線は、主軸が反射板の平滑平面12に平行な光束であり、前記反射板1の中心平面の当該片側における等断面の三角プリズム体がn個ある場合、各LED発光ダイオード表面実装部品21の面積が面積Aであり、該面積Aはプリズム体111の数と同じにn等分される。提供された全体の光子エネルギーをEとすれば、各等分面積にはE/A/nの充分な光子エネルギーが分配され、プリズム面11の各プリズム体111に均一な光線を照射することを確保することができる。本発明に使われたLED発光ダイオード表面実装部品は低出力ダイオードであり、一つのLED発光ダイオード表面実装部品には、複数のチップを設置することができる。このようなマルチチップのLED発光ダイオード表面実装部品はマトリックス状で一列に配列され、平面型ライト両側のライト溝14、14’に取り付けられる。
ここで、数式で等断面の三角プリズムの光学構造特徴を表す。二本の直線(二つの平面)AN、HMと平滑表面とが形成した夾角αは、A、M点で平滑表面の平行線変換を行うことにより(夾角αを)得ることができる。前記二本の平行直線(二つの平行平面)はAKとMEであり、図2に示される通りである。平行線AKの場合、中心軸の片側のプリズム体の1番目の断面三角形FCAは直角不等辺三角形で、F点(隣接した三角形の頂点)から平行線に向けて作った垂線はFBであり、当該垂線FBは当該直角三角形の直角辺の一つであり、h1で示し、2〜n番目の隣接した三角形の頂点から前記と同じ方式で平行直線AKに向けて垂線を作って、一連の直角辺h2、h3……hn-1、hnが得られる。従って、h1、h2、h3……hn-1、hnは対称中心平面からの片側の1〜n番目の三角形の前記頂点の垂直距離を表す。BAは一つの断面三角形の平行直線AKにおける一部であり、もう一つの直角辺でもあり、且つ、断面三角形の長手方向における間隔δに等しい。従って、計算式tgα=FB/AB (即ちtgα=α/(n×δ))から、中心平面の片側の1番目の直角三角形に隣接した三角形の頂点から平行直線AKまでの垂直距離h1を求めることができ、FB=h1,BA=δなので、h1=δ×tgα。同様に、2〜n番目の直角三角形に隣接した三角形の頂点から平行直線AKまでの垂直距離h2、h3……hn-1、hnを求めることができる。中心平面の片側のn番目の三角形において、tgα=hn/(n×δ)、hnがn番目の隣接した断面三角形の頂点から平行線AKまでの垂直線であり、Hが発光ダイオード表面実装部品の高さ又は直径である場合、発光ダイオード表面実装部品を設計する時に、その高さ方向において出射した光線の主軸通路とする隣接した三角形の頂点の垂直距離を通って各三角形の受光臨界面に照射して充分な光子エネルギーを提供することを確保するために、通常hn=Hを満たすものとする。
図3a、図4a、図5aに示される平面型ライトは、二つの配線端子29がさらに設けてあり、反射板1はライト溝の内側の縁部における端面に夫々一つの差込口が設けてあり、前記配線端子29は夫々差込口に差込み、リード線を介して長尺状のライトユニット2の導線に電気的に接続されており、これにより配線端子29で外部の給電電源を接続することができる。実際に、図3〜図5は各種の平面型ライトの中心対称形式の等断面の三角形設計について説明するためのものである。まず、図3a及び図3bに示す第1例の平面型ライトでは、等断面の三角形が45度三角形であり、その中心平面又は中心軸線OO’の左右両側に位置する二列の三角形は夫々外側に向けた垂直の直角辺(LED光線はそこからプリズムに入射される辺又は面)15と内側に向けた斜辺を有している。これらの斜辺は発光ダイオードの照射方向(LED光軸)に向いたものか、光に面するものであるため、臨界辺(臨界面)又は受光臨界辺(受光臨界面)16と定義される。当該等断面の三角プリズムを備える反射板において、各直角三角プリズム体の法線が受光臨界辺の延長線と45度で交差している。
図4aと図4bに示される第2例の平面型ライトでは、等断面の三角形は直角不等辺三角形であり、その中心平面又は中心軸線OO’の左右両側に位置する二列の直角三角形は夫々内側及び外側に向いた二本の直角辺17、18を有している。そのうち、外側に向いた、つまりLED光線がそこからプリズムに入射される辺又は面は入射直角辺17と定義され、内側に向いた直角辺は発光ダイオードの照射方向(LED光軸)に向いているため、臨界辺又は受光臨界辺18と定義される。当該等断面の直角不等辺三角プリズムを備える反射板において、各直角三角プリズム体の法線Fが受光臨界辺18の延長線と45度で交差している。
図5aと図5bに示される第3例の平面型ライトでは、等断面の三角形は非直角三角形であり、中心平面又は中心軸線OO’の左右両側に位置する二列の三角形は夫々内側及び外側に向いた二本の長さが異なる三角形辺19、24を有している。これらの外側に向いた短辺は発光ダイオードの照射方向に向いているため、臨界辺又は受光臨界辺24と定義される。当該等断面の三角プリズムを備える反射板において、各三角プリズム体の法線Fが受光臨界辺24の延長線と45度で交差している。
図3〜図5に基づいて、前記平面状ライトがどのように指向性照明を実現したかが分かる。当該等断面の三角プリズムを備える反射板において、各三角プリズム体の法線が受光臨界辺の延長線と45度で交差しており、発光ダイオード表面実装部品の照射により、等断面の三角プリズム体を有する平面型ライトにより生じるのは、当該平面状ライトの平滑表面12の法線Fと平行な光線Cである。
図6には、前記図3から図5に示される平面型ライトと異なる平面型ライトの構造図を示している。平面型ライトの各三角プリズム体の受光臨界面25の延長線を作って平面型ライトの平滑平面12と交差する場合、受光臨界面25の延長線と法線Fとがなす夾角は60度である。発光ダイオード表面実装部品21により出射された平行光線(矢印で表示)が何れかのプリズム体の臨界点Jに照射され、それから全反射され、プリズム平滑平面12の臨界点Kに照射され、この光線と法線とが30度の夾角をなし、平滑平面から外の空間に透過される。透過された光線は平滑平面の法線と48度の夾角をなす。他の光線は前記光線の光路長、光路と同様に、LED発光ダイオードからプリズム端面を経由して等断面の三角プリズムに照射され、光学プリズム面で全反射され、屈折されてプリズムから透過され、集合されて指向性照明が形成される。ここで生じられたのは従来のスポットライトと同様な光線であり、図3〜図5における法線に平行な光線とは異なる。
本発明に係る平面型ライトは、出射された光線がスポットライトの光線と同様であるが、従来のスポットライトと異なり、使用する場合に照明器具の主軸の位置を調節することなく、必要に応じて一定の投射角で光線を生じることができる。これは等断面の三角プリズムを備える平面型ライトの特有の機能及び設計根拠である。
前記様々な等断面の三角プリズムを備える反射板で作製された平面型ライトは、平滑表面から一定の角度で出射する光線を形成し、集合して指向性照明を実現することができる。つまり、発光ダイオードLEDを取り付けた等断面の三角プリズムを備える反射板から出射した光線がプリズム平面の法線と一定の夾角を形成し、これらの出射光線の集合により指向性照明が形成される。図3〜図6の何れか一つの等断面の三角プリズムを備える平面型ライトは、平滑平面の法線と指向性夾角を形成する光線を生じることができる。つまり、発光ダイオード表面実装部品21又はマルチチップのLED表面実装部品は夫々スポット光源の方式でn個の等断面の三角プリズム体に光を出射することができる。受光臨界辺及び平滑平面による反射及び屈折により、夫々ストリップ状の出射光が形成される。複数の発光ダイオード表面実装部品のストリップ状の出射光は配列及び集合により、平面全体に密に散布されて高い照度の面照射光が形成される。これは本発明に係る平面状ライトが通常の白熱灯に取って代わる主な原理である。
図7から図12に示される三つの等断面の三角プリズムを備える平面型ライトの共通点は受光臨界面又は臨界辺の延長線16、18、24が全て平滑平面12の法線と45度の夾角をなし、且つ平滑表面の法線と平行な出射光線を生じることである。一方、図6に示される三つの等断面の三角プリズムを備える平面型ライトは受光臨界面25と平滑平面12の法線とが60度の夾角をなし、平滑平面の法線の延長線と45度よりも大きい夾角をなす出射光線が形成されるため、これらの平面型ライトには、関連も、区別もあるということを表す。
これらの関連を分析するために、これらの図面の中で、図8、図10及び図12は夫々に図7、図9及び図11に対応した部分拡大図である。次に、三つの等断面の三角プリズムを備える平面型ライトにおけるプリズム体の変化について説明する。
分析によると、図中で使用した等断面の三角プリズムの受光臨界面の延長線とプリズムの平滑平面の法線との夾角は45度である。これは三つの等断面の三角プリズムを備える平面型ライトの共通の特性である。図3、図4及び図5に示すように、これらの平面型ライトにより生じられた光線は平滑平面の法線に平行となっている。
図8はプリズム体の部分拡大図であり、図に示される三角プリズムでは、一方の垂直面又は辺OM(15)は、LED光線がここからプリズムに入射される直角辺であり、各直角三角形が長手方向におけるピッチは夫々δ1である。図10に示される直角三角プリズムでは、LED光線が直角面又は辺OM’(17)からプリズムに入射され、該直角三角形が長手方向におけるピッチは夫々δ2である。図12に示される三角プリズムでは、LED光線が直角面又は辺OM’’からプリズムに入射され、各直角三角形が長手方向におけるピッチは夫々δ3である。ここで注意すべきなのは、これらのプリズム体の中で、直角三角形にしても非直角三角形にしても、等断面の三角プリズムの同じ面積を確保した状況で、同じ幅の反射板において、図7に示される反射板の各三角形の長手方向における距離δ1は最も短くて小さいものであり、図11に示される反射板の各三角形の長手方向における距離δ3は最も長くて大きいものであり、図9に示される反射板の各直角三角形の長手方向における距離δ2はδ1とδ3との間にある。前述のように、図7に示される反射板に設けられる三角プリズム体の数が多いが、図11に示される反射板に設けられる三角プリズム体の数は少ない。同様に、同じ幅の反射板において、三角プリズム体が多ければ多いほど、出射する光が多く、光線が強くなる。逆に三角プリズム体が少なければ少ないほど、出射する光が少なく、光線が弱くなる。
更に図7、図9、図11に示されるように、LED表面実装部品21がライト溝14、14′内で精確に位置決めされている。LED発光ダイオード表面実装部品の光軸が平面型ライトの平面と平行になっている。LED表面実装部品により出射された平行光線は順次並べた三角プリズムの臨界点部に照射され、全反射されて、プリズムの平滑平面から透過され、平面の法線と平行な指向性照明が形成される。
図13には、本発明の第1実施例に基づいて、前記平面型ライトで作製された平面型照明器具が示されている。平面型照明器具は、平面型ライトの反射板1、複数のライト本体2、枠3と反射バックシート5のほか、底枠4と定電流源7とを備えている。そのうち、底枠4は金属材料で作製された矩形のフレームであり、その左右両側の枠材41に幾つかの金属ストリップ42が跨っており、左右両側の枠材41は対称であり、その下面には、長手方向に沿って、間隔を隔てて、相対的に内側における下へ突出した矩形の短い突起ストリップ部411が2〜4本、外側における下へ突出した矩形の長い突起ストリップ部412が2本設けてある。相応的に、前記枠3の左右両側に位置する二つの放熱ストリップ31は、散熱側に近い上表面に、長手方向に沿って長い突起ストリップ部と組み合わせる2〜4つの長溝39が設けてある。このように、前記底枠4が枠の放熱ストリップ31に装着される場合に、長い突起ストリップ部412が枠の放熱ストリップ31における長溝39に挿し込まれ、短い突起ストリップ部411の前端部が枠のボス部34の上面に当接される。短い突起ストリップ部411及び長い突起ストリップ部412の間に位置する枠材の間隔部413の下面と、間隔部413の下面に相対した枠の表面との間に長い矩形空間415が形成してある。そうすると、底枠4は、短い突起ストリップ部411と長い突起ストリップ部412との間における間隔部413の長手方向において、幾つかのボルト取り付け穴414が設けてあり、ボルトで任意の屋内外の板壁に仮置かれ、取り付けられる。矩形空間415では、ボルトヘッドを埋め込むことができる。一方、放熱ストリップの長溝39に差し込んだ底枠の長い突起ストリップ部と、当該長溝の外壁部311に長手方向に沿って夫々に設けられた対応する幾つかの円錐形穴及びネジ穴と、エジェクタピン6とを利用して、底枠4と放熱ストリップ31とを固定することにより、平面型ライトと底枠4とが接続される。
発光ダイオードの定電流源7は接続部品を介して底枠4の金属ストリップ42に取り付けられており、その出力側がリード線を介して配線端子29に接続されており、入力側が電源プラグを介して電源に接続される。
また、平面型ライトが長時間点灯されても熱くならないように、前記反射板はライト溝の長手方向の相対縁部に伝熱性能が優れたアルミニウム合金を使用し、縁部に平行な放熱リブ36が設けてある。
第二実施例
図14及び図15に示される本発明の第二実施例では、等断面の三角マイクロプリズムを備える反射板10及びそれで作製された平面型ライトは、プリズム面におけるプリズム体が非対称の片方向配置とされる以外に、使用されるプリズムの断面三角形の形状、反射板を作製する材料、平面型ライトの構造特徴、ライト本体の種類及び平面型照明器具のメカニズムは、第一実施例とほぼ同じなので、同じ部分について第一実施例の内容を参照し、ここで省略する。注意すべきなのは、図14の主な特徴は、当該実施例の反射板は、プリズム面101と言われる一方の表面に、一側から他側に平行なストリップ状微柱プリズム体が複数設けてある。左から右へ、又は右から左への各三角形の頂点から反射板の平滑平面102と言われる他方の表面までの距離、又はこれらの頂点から反射板の平滑表面に作った垂直線は、逓減又は逓増する。各微柱プリズム体の頂点の連結線は一本の直線CSであり、第一実施例の対称構造の二本の直線ではないため、当該一本の直線CSは反射板の平滑平面と交差する斜線であり、夾角αを形成している。各微柱プリズム体の横断面は直角三角形と非直角三角形を含んだ三角形であり、当該三角形は鋸歯状となり、三角形同士は形状が同じ、断面積が等しく、夾角αの大きさ、各直角三角形の長手方向におけるピッチ等は第一実施例と同じである。
図15に示されるように、本実施例では、前記反射板及びライト本体を利用して作製された平面型ライトは、反射板、複数のライト本体20及び放熱ストリップ50を有する。反射板10での第一実施例との主な相違は、第二実施例において、前記反射板10の左右両側の最外側の二つ又は一つの直角プリズム体の外側には、外へ延びる相対縁部103、104が残っているということである。前記二つの縁部の内、縁部104、つまり前記反射板における各微柱プリズム体の内、三角形頂点から平滑平面までの距離が最も遠い微柱プリズム体の外側の縁部は、側面に長尺状のフランジが設けてあり、当該フランジはプリズム面側にプリズム体と平行な、直角折曲となる長溝が設けてある。つまり、長溝の形は放熱ストリップの形状によって変化される。放熱ストリップ50は金属伝熱材料で作製されており、その断面が矩形又は多角形等の形状とされる。本実施例では、多角形断面を備える放熱ストリップ50を例として、長溝の上部に直角折曲部と相補的に取り付けられ、長溝から露出した側の表面が平行な放熱リブ527を設けた散熱側であり、その下面と相対する長溝の壁とが隙間を形成して凹状のライト溝105が構成してある。前記ライト本体は発光ダイオードLED、電球、電極管又は予め作製された複数の発光ダイオードライトユニットであり、夫々に凹状のライト溝に取り付けられている。
前記ライト本体は発光ダイオードLED、電球、電極管を使用することができる。特に、予め作製した複数の発光ダイオード表面実装部品201と配線基板202とを有するライトユニット200を使用することが好ましい。ライトユニット200は、直接に凹状のライト溝105内に配置又は嵌め込まれ、ライト溝内の発光ダイオードの出射平面を、反射板の平面に近づく各直角三角形の頂点の連結線と90−αの夾角を形成させる。注意すべきなのは、放熱ストリップ50はライトユニットの配線基板の導電部品に対向した面に放熱ストリップと配線基板における導電部品との接触を防止するための長い溝501を設けていることである。
前記平面型ライトの指向性照明を実現する方式は第一実施例と同じく、反射板の等断面の三角形設計において、各三角プリズム体の法線と受光臨界辺の延長線とが65度で交差するように構成する。そうすると、当該平面型ライトは発光ダイオード表面実装部品の照射により、当該プリズムを備える平面型ライトの平滑平面の法線と73度の夾角を形成する光線が生じられる。
図14に非対称の平面型ライトの構造設計図が示される。該非対称の平面型ライトは、図3〜5に示すプリズムの出射光線と法線とが平行になるもの及び図6に示すプリズムの出射光線と法線とが48度の夾角を形成するものに異なる。当該平面型ライトでは、各三角プリズム体の受光臨界面125の延長線を作って平面型ライトの平滑平面102と交差する場合、受光臨界面125の延長線と法線Fとの夾角が65度になる。発光ダイオード表面実装部品201により出射された平行光線ABがプリズム体Iの臨界点Bに照射されてから、全反射されてプリズムの平滑平面102の臨界点Cに照射され、当該光線と法線とが40度の夾角を形成する。更に平滑平面から透過され、外部空間へ照射され、透過された光線が平滑平面の法線と73度の夾角を形成する。他の光線は光線A1の光路長又は光路と同じく、LED発光ダイオードにより出射され、プリズム端面から等断面の三角プリズムに入射され、I、II、III……等の光学プリズム面で全反射され、屈折されてプリズムから透過され、集合されて指向性照明が形成される。ここで生じられたのは従来のスポットライトと同様な照明であるが、出射した光線の角度(受光臨界面125の延長線と法線との夾角が変化する)は図6の出射光線の角度と異なる。
本発明に係る前記平面型ライトで作製した平面型照明器具では、その構成が以下で詳しく説明する図15に示される第二実施例と同じく、等断面直角三角形平面型ライトと底枠30とを有し、第二実施例との相違は主に、平面型ライトにおける反射板10のプリズム体が片方向に配置され、そのライト溝が二本設けてあり、平面型ライト取り付けの利便性を図るために底枠30の囲い壁に装飾を多少施したという点のみにある。他の面では、全て第二実施例の平面型照明器具と同様に作製することができる。
要するに、第一実施例にしても、第二実施例にしても、発光ダイオードはプリズム板における平滑平面と垂直なライト溝の平面に密着されている。LED表面実装部品とプリズム面との間に微小な隙間があるが、この場合のLED表面実装部品の発光面は既にプリズムと一体化されたと理解することができる。LED光束はここでプリズムに入射され、光線の内伝播により、設計されたプリズムの受光臨界部で全反射され、更にプリズム平面から出射され、これにより、LED発光ダイオードがスポット光源からライン光源に、更に面光源に転換する光学の幾何的転換が完成される。この転換過程はLED光束により同一の媒質で完成される。
図16に示されるのは、本発明に基づいて平面型ライトで作製された平面型照明器具であり、等断面の直角三角形プリズムを備える平面型ライト(反射板10と、ライトユニット20と、放熱ストリップ50とを含む)及び底枠30を有する。ここで、第一実施例及び第二実施例における平面型ライトの相違は角形又は矩形の外形仕様にあり、変化したのは適用される底枠30の大きさに過ぎず、プリズム体の対称及び非対称の構造には関わらない。従って、ここで、平面型照明器具は第二実施例を例として説明する。平面型照明器具において、前記底枠30は平面型ライト保持枠301と保持部品302とを有する。平面型ライト保持枠301は、前面に平面型ライトを係合して取り付けるための囲い壁303が設けてあり、裏側の内面に保持部品302を取り付ける取り付け穴304が複数設けてある。前記保持部品302は幾つかの磁石ブロックであり、夫々に取り付け穴304内に取り付けられており、前記平面型ライト保持枠301は接続部品により屋内外の任意の板壁に取り付けられる筐体であり、反射板1の一端又は両端には、金属材料ブロック60が設けてある。該金属材料ブロック60は、磁石に吸引される金属材料からなり、平面型ライト保持枠301における磁石ブロックに対応して設けられている。また、平面型照明器具は薄型放熱保護バックシート40をさらに有する。光を反射させることにより、プリズム面で乱反射又は漏洩した僅かな光を補償する。保護バックシート40は平面型ライトと平面型ライト保持枠301の下面との間に挟まれており、プラスチック片、紙、アルミ箔又はその他の金属材料から選ばれたアルミニウム合金又は銅合金のような伝熱金属で作製される。保護バックシート40は、一方の面が反射面であり、他方の面に放熱リブ401が複数設けてある。低電圧の直流コンバータにより発光ダイオードが点灯され、出射された光線が前述のように前記プリズム体を経由して平滑平面で照明光が形成される。
本発明に係る平面型照明器具は製品の構造が簡略で、指向性照明器具全体の厚さが20mmであり、平面型ライトは磁石脱着方式で底枠に固定されるため、装着が便利で、平面型ライト及び底枠材料はリサイクルも可能である。
図17及び図18に示されるのは、異なる距離範囲における本発明に係る10W平面型ライトと30W蛍光灯との照度対比グラフである。そのうち、黒い点と黒実線の連結線とで示したのは10W平面型ライトの一定の距離範囲における照度であり、黒い×と黒点線の連結線とで示したのは30Wの蛍光灯の一定の距離範囲における照度であり、且つ、10Wの平面型ライトの等断面の三角プリズム体の頂角は45度(図3に示される形式)である。両者に対するテスト結果によると、0.5メートルから1.5メートルの距離において、10Wの平面型ライトの照度は1320Luxから140Luxに下がり、30Wの蛍光灯の同じ距離における照度は855Luxから71Luxに下がり、1.5メートルから3メートルの距離において、10Wの平面型ライトの照度は140Luxから40Luxに下がり、30Wの蛍光灯の照度は71Luxから19Luxに下がる。このように、本発明のLEDを取り付けた等断面の三角プリズムを備える指向性平面型ライトは優れた照度を提供することができ、特に平面型ライトから3メートル離れた場所の照度も40Luxに達しているため、新しい照明器具として照明分野に適用され、白熱灯に取って代わることができる。また、節電、明るい、散熱量が少ない、構造が合理的で、使用が便利等のメリットを持っている。
図19及び図20に示されるのは本発明に係る二種類の形状が異なる等断面の三角プリズムを備える10Wの平面型ライトの0〜1.5メートル及び1.5メートル〜3メートルの距離範囲における照度対比グラフである。そのうち、黒い点と黒実線の連結線とで示したのは等断面の三角プリズム体の頂角が45度である反射板で作製された10Wの平面型ライト(図3に示される形式)の一定の距離範囲における照度であり、黒いブロックと黒い点線の連結線とで示したのは等断面の三角プリズム体の頂角が90度である反射板で作製された10Wの平面型ライト(図4に示される形式)の一定の距離範囲における照度である。
同じ出力で、LEDを取り付けた等断面の三角プリズムを有する、プリズム体の頂角が45度である場合とプリズム体の頂角が90度である場合との照度を対比すると、以下のことが明らかになる。図17及び図18のグラフによると、頂角が45度である平面型ライトは頂角が90度である平面型ライトより照度が高く、特に1.5メートルから3メートル範囲における照度グラフから分かるように、10Wの等断面の三角プリズムを有する平面型ライトについて、頂角が45度である場合は頂角が90度である場合より照度がほぼ2倍である。これは、10Wの等断面の三角形プリズムを有する平面型ライトは、頂角が45度である場合における臨界面の数が、頂角が90度である場合よりちょうど2倍だからである。つまり、本発明の平面型ライトに係る光学設計構想における理念は正しいことが証明されている。

Claims (33)

  1. プリズム面といわれる一方の表面に、対称中心平面から左右両側に夫々平行なストリップ状微柱プリズム体が複数設けてあり、各ストリップ状微柱プリズム体の横断面が三角形である等断面の三角マイクロプリズムを備える反射板であって、
    前記三角形夫々は鋸歯状に連続して分布されており、形状が同じで、断面積が等しく、断面三角形の頂点から反射板の平滑平面といわれる他方の表面までの距離は、対称中心平面に隣接する左右二つの微柱プリズム体の方が最も短く、左右両側へ向けて順次逓増し、各微柱プリズム体の断面三角形の頂点の連結線は二本の傾斜した直線となり、反射板の断面中心軸線と一つの点で交差して、反射板の平滑表面と夾角αを形成し、αが45度未満であり、各断面三角形は長手方向におけるピッチが等しいことを特徴とする等断面の三角マイクロプリズムを備える反射板。
  2. 前記鋸歯状に分布されている断面三角形は、その頂点から平滑平面までの距離が順次逓減する方向における各三角形の右側又は左側の辺が臨界辺と呼ばれ、該臨界辺の延長線がプリズム面に相対する平滑平面と交差して、法線と夾角を形成し、該夾角の範囲が40度から90度の間であることを特徴とする請求項1に記載された反射板。
  3. 前記夾角αは10度未満であることを特徴とする請求項1に記載された反射板。
  4. 対称中心平面に最も遠い両側の微柱プリズム体の外側には縁部を有し、前記縁部と平行な側面下部には長尺状のフランジが設けてあることを特徴とする請求項1に記載された反射板。
  5. 前記反射板はポリカーボネイト又はポリメタクリル酸メチルの透明なプラスチックで作製されていることを特徴とする請求項1に記載された反射板。
  6. 前記三角形は直角三角形又は非直角三角形であることを特徴とする請求項1に記載された反射板。
  7. 請求項1に記載された反射板で作製された平面型ライトであって、
    反射板と、枠と、反射バックシートと、複数のライト本体とを備え、前記枠は左右二本の放熱ストリップと上下二枚の枠体部とが繋がって構成された矩形の枠であり、そのうち、前記放熱ストリップ夫々は、長手方向に内側面の下部で突出した突出部と、内側面の上部で突出した、水平溝を設けたボス部とが設けてあり、前記反射板は、前記枠に取り付けられており、その両側が突出部に載せられ、下部のフランジの先端が左右二本の放熱ストリップの内側面に相対して当接されており、フランジが位置する側面と二本の放熱ストリップの内側面との間に隙間が形成してあり、中心平面と平行になるとともに、対称的な凹状のライト溝が構成してあり、前記枠体部の断面は「[」形をなし、前記反射バックシートはプラスチック、紙又は金属材料で作製されており、縁部が放熱ストリップのボス部の水平溝に差し込まれて反射板に架設されており、前記ライト本体は発光ダイオードLED、電球、電極管又は予め作製された複数の発光ダイオードライトユニットであり、夫々にライト溝内に取り付けられており、前記発光ダイオードの出射平面がプリズム面における各断面三角形の頂点の連結線と交差し、90−αの夾角を形成するように構成してあることを特徴とする平面型ライト。
  8. 前記ライト本体は、予め作製された、複数の発光ダイオード表面実装部品と配線基板とを有する長尺状のライトユニットであり、且つ、前記ライトユニットは前記ライト溝内に直接に配置、挟まれ又は嵌入しており、ライト溝内の発光ダイオードの出射平面がライト溝の内壁に密着され、反射板の各断面三角形の頂点の連結線が位置する面と交差して、90度−αの夾角を形成するように構成してあることを特徴とする請求項7に記載された平面型ライト。
  9. 前記三角プリズム体の発光ダイオードの照射方向に向いた各断面三角形の辺又は光に面する辺は受光臨界辺とされ、三角プリズム体の受光臨界面であり、前記受光臨界辺の延長線がプリズム面に相対する平滑平面と交差して、法線と夾角を形成し、前記夾角範囲は40度から90度であることを特徴とする請求項7に記載された平面型ライト。
  10. 前記発光ダイオードにより出射された光線は、主軸が反射板の平滑平面と平行な光束であり、前記反射板の中心平面の片側に三角プリズム体がn個ある場合、各発光ダイオードLEDの発光平面の面積が面積Aであり、該発光平面の面積Aがプリズム体の数量と同じくn等分され、提供されるトータルの光子エネルギーがEとすれば、各等分面積にE/A/nの十分な光子エネルギーが分配され、発光ダイオードにより出射された光線が、中心平面の片側における何れかの断面三角形の受光臨界辺又は三角プリズム体の受光臨界面に均一に照射されることを特徴とする請求項7に記載された平面型ライト。
  11. 前記発光ダイオード及びLED表面実装部品は、夫々低出力のダイオードであり、一つのLED表面実装部品には複数のチップが設置可能であることを特徴とする請求項7又は8に記載された平面型ライト。
  12. 配線端子を二つ備え、前記反射板がライト溝の外側における縁部の端面に夫々一つの差込口が設けてあり、前記配線端子は夫々差込口に取り付けられており、リード線を介して長尺状ライトユニットの導線に電気的に接続されるように構成してあることを特徴とする請求項7に記載された平面型ライト。
  13. 前記放熱ストリップは、配線基板の後方において、ボス部よりも後に長手方向に沿って配線基板の導電部品との接触を避けるための内溝が設けてあることを特徴とする請求項7に記載された平面型ライト。
  14. 前記放熱ストリップのボス部と反射板とが接している部分にはシーリング溝が設けてあり、シーリング溝にシーリングストリップを配置することにより封着されることを特徴とする請求項7に記載された平面型ライト。
  15. 前記放熱ストリップはボス部よりも後に水平な放熱リブが設けてあることを特徴とする請求項7に記載された平面型ライト。
  16. 前記放熱ストリップ、反射バックシートは全てアルミニウム合金材料で作製されており、前記枠体部はポリカーボネイト又はポリメタクリル酸メチル製の透明なプラスチックで作製されていることを特徴とする請求項7又は13に記載された平面型ライト。
  17. 請求項7に記載された平面型ライトで作製された平面型照明器具であって、
    底枠と発光ダイオードの定電流源とを備え、底枠は金属材料で作製された矩形枠であり、左右両側の枠材には、複数の金属ストリップが跨っており、左右両側の枠材夫々は、下表面に長手方向に沿って間隔を隔てて、相対的な内側における下へ突出した矩形の短い突起ストリップ部が2本、外側における下へ突出した矩形の長い突起ストリップ部が2本設けてあり、前記枠の左右両側における二つの放熱ストリップは表面に長手方向に沿って長い突起ストリップ部と組み合わせる長溝が設けてあり、前記底枠は枠に取り付けられ、その前記長い突起ストリップ部は枠の長溝に差込まれ、短い突起ストリップ部の端部が枠のボス部の上面に当接され、短い突起ストリップ部及び長い突起ストリップ部の間における枠材間隔部の下面と、該下面に相対した枠の表面との間に長い矩形空間が形成してあり、前記発光ダイオードの定電流源は接続部品により底枠の金属ストリップに取り付けられており、その出力側がリード線により配線端子に接続されることを特徴とする平面型照明器具。
  18. 前記短い突起ストリップ部と長い突起ストリップ部との間における間隔部には、長手方向に複数のボルト取り付け穴が設けてあり、前記底枠と枠の放熱ストリップとは、放熱ストリップの長溝に差し込んだ底枠の長い突起ストリップ部と、前記長溝の外壁部に長手方向に沿って設けたれた複数の対応する円錐形穴及びネジ穴と、エジェクタピンとにより相対に固定されることを特徴とする請求項17に記載された平面型照明器具。
  19. プリズム面といわれる一方の表面に、一側から他側へ平行なストリップ状微柱プリズム体が複数設けてあり、各微柱プリズム体の横断面が三角形である等断面の三角マイクロプリズムを備える反射板であって、
    前記三角形夫々は鋸歯状に連続して分布されており、形状が同じで、断面積が等しく、断面三角形の頂点から反射板の平滑平面といわれる他方の表面までの距離は、左側から右側へ、又は右側から左側へ順次逓減又は逓増し、各微柱プリズム体の断面三角形の頂点の連結線は一本の直線となり、反射板の平滑平面の断面が位置する線と交差して夾角αを形成し、αが45度未満であり、且つ各断面三角形は長手方向におけるピッチが等しいことを特徴とする等断面の三角マイクロプリズムを備える反射板。
  20. 前記夾角αは10度未満であることを特徴とする請求項19に記載された反射板。
  21. 前記反射板はポリカーボネイト又はポリメタクリル酸メチルの透明なプラスチックで作製されていることを特徴とする請求項19に記載された反射板。
  22. 前記三角形は直角三角形又は非直角三角形であることを特徴とする請求項19に記載された反射板。
  23. 前記反射板は、各微柱プリズム体と平行な両端に縁部が設けてあり、前記縁部の側面下部に長尺状のフランジが設けてあることを特徴とする請求項19に記載された反射板。
  24. 請求項19に記載された反射板で作製された平面型ライトであって、
    反射板と、放熱ストリップと、複数のライト本体とを備え、前記反射板における各微柱プリズム体の内、三角形頂点から平滑平面までの距離が最も遠い微柱プリズム体の外側の縁部に設けたフランジは、プリズム面側にプリズム体と平行な長溝が設けてあり、前記放熱ストリップは金属伝熱材料で作製されており、その断面が矩形又は多角形等の形状とされ、長溝の上部に取り付けられ、長溝から露出した側の表面が平行な放熱リブを設けた散熱側であり、その下面と該下面に相対する長溝の壁とが隙間を形成して凹状のライト溝が構成してあり、前記ライト本体は発光ダイオードLED、電球、電極管又は予め作製された複数の発光ダイオードライトユニットであり、夫々に凹状のライト溝に取り付けられていることを特徴とする平面型ライト。
  25. 前記ライト本体は予め作製された複数の発光ダイオード表面実装部品と配線基板とを有する長尺状のライトユニットであり、該発光ダイオード表面実装部品は、直接に、又は注入塑造により前記ライト溝内に配置されており、ライト溝内の発光ダイオードの出射平面が反射板のプリズム面における各断面三角形の頂点の連結線が位置する面と90−αの夾角を形成するように構成してあることを特徴とする請求項24に記載された平面型ライト。
  26. 前記三角プリズム体の発光ダイオードの照射方向に向いた各断面三角形の辺は受光臨界辺とされ、三角プリズム体の受光臨界面であり、該受光臨界辺は前記三角形の一辺と平滑平面の法線とが45度以上で交差する臨界辺であることを特徴とする請求項24に記載された平面型ライト。
  27. 前記発光ダイオードLEDにより出射された光線は、主軸が反射板の平滑平面に平行な光束であり、前記反射板に三角プリズム体がn個ある場合、各発光ダイオードLEDの発光平面の面積が面積Aであり、該発光平面の面積Aがプリズム体の数量と同じくn等分され、提供されるトータルの光子エネルギーがEとすれば、各等分面積にE/A/nの十分な光子エネルギーが分配され、発光ダイオードにより出射された光線が、何れかの断面三角形の受光臨界辺又は三角プリズム体の受光臨界面に均一に照射されることを特徴とする請求項24に記載された平面型ライト。
  28. 前記発光ダイオードLED及びLED表面実装部品は、夫々低出力のダイオードであり、一つのLED表面実装部品には複数のチップが設置可能であることを特徴とする請求項24に記載された平面型ライト。
  29. 配線端子を一つ備え、前記反射板のライト溝の外側における縁部の端面に一つの差込口が設けてあり、前記配線端子は差込口に取り付けられており、リード線を介して長尺ライトユニットの導線に電気的に接続されるように構成してあることを特徴とする請求項24に記載された平面型ライト。
  30. 前記反射板はライト溝の長手方向における縁部の外壁に平行な放熱リブが複数設けてあることを特徴とする請求項24に記載された平面型ライト。
  31. 請求項24に記載された平面型ライトで作製された平面型照明器具であって、
    反射板で作製された平面型ライトと底枠とを備え、前記底枠は平面型ライト保持枠と保持部品とを備え、平面型ライト保持枠は前面に平面型ライトを取り付ける囲い壁が設けてあり、裏側の内面に取り付け穴が複数設けてあり、前記保持部品は複数の磁石ブロックであり、取り付け穴内に夫々に取り付けられており、前記平面型ライト保持枠は接続部品により屋内外の任意板壁に取り付けられる筐体であり、磁石ブロックに対応した反射板に磁石に吸引される金属材料ブロックが設けてあることを特徴とする平面型照明器具。
  32. 反射バックシートを備え、前記反射バックシートは、寸法が反射板とほぼ等しく、プラスチック、紙又は金属材料で作製されており、平面型ライトと平面型ライト保持枠の底面との間に挟まれているように構成してあることを特徴とする請求項31に記載された平面型照明器具。
  33. 前記反射バックシートの一方の面は滑らかな反射面であり、他方の面には放熱リブが複数設けてあることを特徴とする請求項31に記載された平面型照明器具。
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