JP2012529737A - 照明装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、照明装置に関する。該照明装置は、導光板と、第1の面を通して該導光板へと光を発するように構成された光源と、を有し、該導光板は、該導光板における入射光を略プリセット面に平行な方向に放射させるよう方向付けるよう構成された集光器を有する。該プリセット面は、該導光板の上面及び底面のいずれか一方と垂直であり、且つ、全反射の臨界角よりもかなり大きな角度で、該導光板の該第1の面及び第2の面と交差するか又は該第1の面及び側面の一方と交差する。このようにして、該導光板における望ましくない光の損失が低減され、該導光板に沿った光強度又は輝度の分布が改善され、即ち略均一な光強度の分布が実現され得る。
Description
本発明は、照明装置、特に照明部品を有する空間分割器に関する。
LCD(液晶ディスプレイ)、超薄型ライトボックス及び携帯型装置のバックライト等のような多くの製品において、導光板が広く利用されている。種々の用途において、導光板は、様々な種類の照明要件を満たすために、光源と協働する。
米国特許出願公開US2001/0019479は、照明システムを開示している。該照明システムは、直線状の光源と、導光部材であって該光源が該導光部材の側面の近くに配置された導光部材と、を有し、該導光部材の上面及び底面が全体的に互いに平行であり、異なる素材又は空気からなるスリットが該導光部材の上面において一定の間隔で配置される。それ故、導光部材内の光伝播の殆どが、導光部材に形成されたスリットにおいて全反射され、それにより該導光部材から出射され、反射板を照明する。反射光は、再度導光部材に入射し、その結果の全反射された光は、スリットではない場所において観測者側に導かれ、観測者の視界はスリット部分においては妨げられない。
導光板は、窓のブラインドの一部、スクリーン、部屋の仕切り及びワークテーブルの仕切り等として用いられることができ、照明及び/又は装飾を提供し、このとき光源は1つの面から導光板へと光を発する。幾つかの用途においては、導光板はかなりの長さを持つ。例えば、導光板が窓のブラインド又はカーテンとして利用される場合には、導光板の長さは2メートル又は更に長くなり得る。
導光板の物質による吸収及び導光板の幾つかの面、特に側面からの光漏れのため、光源から遠い導光板の領域における光強度は、光源に近い領域におけるよりも小さくなる。導光板における不均一な光強度分布は、導光板が長い場合にはより重大となる。米国特許出願公開US2001/0019479に開示されたスリットは、導光板の物質による吸収及び導光板の側面における光漏れを低減することに寄与しない。
本発明の発明者により見出された上述の問題に鑑みれば、特に光源に近い領域及び光源から遠い領域において、導光板における著しく又は幾分か均一な光分布を提供することが有利となり得る。また、物質の吸収及び光漏れにより引き起こされる望ましくない光の損失を減少させることにより照明効率を改善することが望ましくなり得る。
以上の問題の1つ以上に適切に対処するため、本発明の実施例による、
導光板と、
前記導光板の第1の面を通して、前記導光板へと光を発するように構成された光源と、
を有する照明装置であって、
前記導光板は、前記導光板における入射光を略プリセット面に平行な方向に放射させるように方向付けるよう構成された集光器を有し、前記プリセット面は、前記導光板の上面及び底面のいずれか一方と垂直であり、且つ、全反射の臨界角よりもかなり大きな角度で、前記導光板の前記第1の面及び第2の面と交差するか又は前記導光板の前記第1の面及び側面の一方と交差する、照明装置が提供される。
導光板と、
前記導光板の第1の面を通して、前記導光板へと光を発するように構成された光源と、
を有する照明装置であって、
前記導光板は、前記導光板における入射光を略プリセット面に平行な方向に放射させるように方向付けるよう構成された集光器を有し、前記プリセット面は、前記導光板の上面及び底面のいずれか一方と垂直であり、且つ、全反射の臨界角よりもかなり大きな角度で、前記導光板の前記第1の面及び第2の面と交差するか又は前記導光板の前記第1の面及び側面の一方と交差する、照明装置が提供される。
本発明の基本的な着想は、内蔵型の集光器を用いることにより、導光板内に光の放射方向を制限することである。予め設定された面が導光板の上面及び底面のいずれか一方に垂直であり且つ導光板の第1の面及び側面のうちの一方と交差する場合、入射光は、第1の面から第2の面へと直線状に放射され、このとき導光板の物質により吸収される入射光は少なくなる。予め設定された面が導光板の上面及び底面のいずれか一方に垂直であり且つ導光板の第1の面及び第2の面と、全反射の臨界角よりもかなり大きな角度で交差する場合、入射光の殆どが当該一方の側面において全反射され、特に側面において、導光板から漏れる入射光が少なくなる。このようにして、導光板の側面における望ましくない光の損失が減少させられ、それ故、光源から比較的遠い導光板における場所にも、より多くの入射光が放射される。導光板における光強度又は輝度の分布は改善され、即ち光強度のかなり均一な分布が実現され得る。
本発明のこれらの及び他の態様は、以下に説明される実施例を参照しながら説明され明らかとなるであろう。
本発明の以上の及びその他の目的及び特徴は、添付図面と共に考察される以下の詳細な説明から明らかとなるであろう。
図面を通して、同様の部分を示すために同一の参照番号が用いられる。
本発明は照明装置を提供する。該照明装置の形状は3次元であるが、簡単さのため、図1乃至5のうちの殆どの図面は、該照明創始の実施例の2次元の図である。
図1(a)乃至図1(c)は、該照明装置の実施例の模式的な上面図を示す。
図1(a)に示されるように、照明装置100は、導光板102を有する。導光板102は光伝導性の板であり、石英、ガラス、アクリル樹脂又はポリカーボネートのような透明な樹脂等のような材料からできたものであっても良い。導光板102の形状は、図1(a)乃至図1(c)に示されるように、立方体、台形、三角形であっても良いが、他の規則的な及び不規則な形状もとり得る。導光板102は、薄くても良いし厚くても良い。
照明装置100は更に、導光板102の第1の面105を通して導光板102へと光を発するように構成された、光源101を有する。光源101は、蛍光灯、発光ダイオード、白熱灯又は有機発光材料の形をとっても良い。
導光板102は、プリセット面106に略平行な方向に放射するように導光板102に入射光を導き、ここでプリセット面106は、導光板102の上面(図示されていない)及び底面(図示されていない)のいずれかに垂直であり、全反射の臨界角よりもかなり大きな角度で、導光板102の第1の面105及び第2の面108と交差するか又は、導光板102の第1の面105及び側面109、110の一方と交差する。
入射光は、光源101により導光板102に発せられた光の一部又は全部である。集光器103が導光板102に備えられ、該集光器は、例えば導光板中のスリット、設定レンズ、又は導光板中の他の種類の光学素子としてのように、多くの方法で実装され得る。
導光板102の上面及び/又は底面は、照明及び/又は装飾のために、入射光が導光板102から放射するようにされた面である。第1の面105は、該面を通して光が導光板102へと出射される面であり、第2の面108は、第1の面に対して遠端面である。本発明の実施例においては、側面109、110における光漏れの低減が達成される。
プリセット面106は、導光板102における入射光伝播方向の要件に基づく、任意に定義された面である。プリセット面106は、多くの方法で定義され得る。例えば、プリセット面106は、光源の法線方向に平行な面であっても良いし、光が入射される導光板の近端面と該近端面と反対側の遠端面とを接続する面であっても良いし、又は光が入射される導光板の近端面に垂直な面であっても良い。
図1を参照すると、一実施例において、導光板102の2つの側面109、110は対称であり、プリセット面106は側面109、110に平行な面である。
図1(b)を参照すると、別の実施例において、導光板102の2つの側面109、110は非対称であり、プリセット面106は第1の面105と第2の面108とを接続する。
図1(c)を参照すると、更なる実施例において、導光板102は四角形ではなく三角形であり、プリセット面106は第1の面105及び側面109の両方と交差する面である。
図1(d)を参照すると、更なる別の実施例において、導光板102の2つの側面109、110は対称であり、プリセット面106は、全反射の臨界角よりもかなり大きな角度で、第1の面105及び側面109に交差する面である。
プリセット面106が導光板102の上面及び底面のいずれか一方に垂直であり、且つ導光板102の第1の面105及び第2の面108に交差する場合には、入射光は、第1の面105から第2の面108への直線状に放射され得る。なぜなら、導光板102における入射光が、プリセット面106に略平行に放射されるように集光器103により方向付けされるからである。それ故、集光器103のない自由な光伝播と比べると、導光板102における入射光の伝播経路は短縮され、導光板102の物質による光吸収が減少させられ、該導光板の側面109、110における光漏れが低減される。図1(a)における照明装置100は、集光器103により方向付けされた入射光が集光されて、最短経路に従って導光板102の第1の面105から第2の面108への直線状に放射され、それにより物質吸収及び光漏れを著しく減少させる例として示されたものである。図1(b)における照明装置100を別の例としてとると、入射光は、導光板102の側面109、110に近い領域において第1の面105から第2の面108へと放射され、それにより照明及び装飾の目的のため、導光板102における光分布を調節する。
プリセット面106が導光板102の上面及び底面のいずれか一方に垂直であり、且つ全反射の臨界角よりもかなり大きな角度で第1の面105及び側面109、110の一方と交差する場合には、入射光は集光器103によって、導光板102における内部全反射に従って放射されるように方向付けられ得る。図1(d)における照明装置100を一例としてとると、入射光は、導光板102の側面109、110における内部全反射に従って導光板102の第1の面105から導光板102の第2の面108へ放射され得る。このようにして、側面109、110において光漏れが少なくなり又はなくなり、それにより更に多くの光が導光板102の第1の面105から導光板102の第2の面108へ放射されるようになる。
更なる利点は、光源101の設定を調節することにより実現され得る。
光源101をプリセット面106に配置することにより、集光器103により方向付けされた入射光がプリセット面106に対して対称となり、光が導光板102においてより均一に分布するようになる。
図1(a)に示されるように、導光板102における光源101の形状に合致し且つ光源101に結合された窪み104を設定し、光源101を窪み104に配置することにより、より少ない光が窪み104の表面から反射され、より多くの光が導光板102に入射する。このようにして、照明効率が改善される。該窪みの形状は、異なる形状の光源に対しては異なるものとなる。例えば、光源が比較的大きな球状である場合には、該窪みは比較的大きな球状の形状となり、光源の形状が比較的平坦で小さい場合には、該窪みの形状も比較的浅く小さなものとなる。
集光器103の一実施例においては、集光器103は複数の光反射器を有する。
該複数の光反射器は、多くの態様で実装され得る。例えば、各光反射器がスリットを有しても良い。該スリットは、多くの方法で容易に実装されることができ、例えば、該スリットはレーザにより導光板中に切り込まれても良い。該スリットは、部分的に又は完全に、空気及び/又は導光板の屈折率よりも低い屈折率を持つ物質で満たされる。このようにして、光の入射角が十分に大きい場合には、光は該スリットにより全反射され得る。充填物質の屈折率と導光板の屈折率との差が十分に大きい場合には、該スリットは、部分的に又は完全に、反射性被膜により被覆されても良い。該反射性被膜材料は、アルミニウム、銀等であっても良い。
おおまかに言うと、エバネセント(evanescent)波結合は、スリットの幅が光の波長の10倍よりも大きい場合には問題とならない。このことは、入射角が全反射の要件を満たせば、光がスリットにより全反射され得ることを意味する。加えて、スリットが導光板の端部と交差する場合、該スリットの幅が非常に大きければ、導光板においてスリットから外部へと脱出する光が存在することとなる。それ故、スリットの幅αは、0.01mm≦α≦1mmを満たすことが望ましい。
各光反射器は、放物線の一部、直線、楕円の一部、双曲線の一部又は円の一部等の形状であっても良い。
光反射器が直線の形状である場合には、該直線形状の光反射器により反射された光の向きは、導光板の一方の側に対する光反射器の傾斜角を設定することにより制御され得る。
光反射器が放物線の一部の形状である場合には、光源が放物線形状の光反射器の焦点に配置されても良く、それにより該光反射器により反射される光が略平行となる。放物線形状の光反射器の焦点が光源と重ならない場合には、入射光を集光することも可能である。
異なる形状の光反射器が互いと協働して、これら光反射器により反射された光の放射方向を制御しても良い。
図2乃至5を参照すると、複数の反射器200の幾つかの実施例が、以下のとおり示されている。
図2(a)乃至図2(c)は、複数の光反射器200の実施例の模式的な図を示す。
図2(a)を参照すると、複数の光反射器200の一実施例において、複数の反射器200は、全て異なる傾斜角を持つ複数の直線形状の光反射器201を有する。特定の傾斜角を持つ各直線形状の光反射器201は、該直線形状の光反射器201により反射された入射光を、プリセット面106に略平行に延びるように方向付けし得る。
短い直線形状の光反射器201は、該直線形状の光反射器201の数を増やし、これら直線形状の光反射器201を導光板102の幅に沿って配置することにより、好適に動作し得る。長い直線形状の光反射器201により占有された領域と比べて、短い直線形状の光反射器201により占有された領域は比較的小さい。光反射器200を、光源101に近い比較的狭い領域に配置することが有利である。ユーザの視界から集光器103を有する領域を隠蔽することは容易であり、例えば窓のブラインドのような最終的な製品の美観を改善することにも役立つ。
図2(a)は、x軸211及びy軸212の面に垂直な方向から見た、直線形状の光反射器201の2次元図である。該直線形状の光反射器201の3次元図を示すため、図2(b)は、図2(a)における直線ABに垂直な方向から見た、図2(a)における左上隅における直線形状の光反射器201の断面図を示す。z軸213に沿ってとられた図2(a)における左上隅における直線形状の光反射器201の3つの3次元ビューが、図2(b)に示されている。これらは、第1のビュー202、第2のビュー203、及び第3のビュー204である。図2(a)における左上隅における直線形状の光反射器201の長さは、これら3つの3次元ビューにおいて異なることが分かる。図2(a)における左上隅における直線形状の光反射器201の長さは、z軸213に沿ってとられた3つの3次元ビュー、即ち図2(c)に示された3つのビュー205、206及び207において同じであっても良い。
光反射器200の他の形状について、他の図面において図示されていない光反射器200の3次元ビューは、3次元方向において同一であっても良いし又は異なって見えても良い。光反射器200の奥行きは、導光板102の奥行きと同じであっても良いし、又は導光板102の奥行きより短くても良い。
図3は、複数の光反射器200の別の実施例の模式的な上面図を示す。
図3を参照すると、複数の光反射器200の別の実施例において、複数の光反射器200は複数の光反射器対を有し、各対が、プリセット面106に対して対称的に配置された2つの光反射器200を有する。該複数の光反射器対は、全て直線形状のような同一の形状を持っても良いし、又は異なる形状を持ち、例えば図3に示されるように、2つの光反射器の対の各光反射器301が、放物線の一部の形状であり、光反射器対の各光反射器201が直線の形状であっても良い。
曲線形状の光反射器200の対においては、対の2つの光反射器200が対称である限りにおいては、2つの光反射器200は同一の曲線の一部の形状であっても良いし、又は異なる曲線の一部の形状であっても良い。例えば、光反射器対が放物線の一部の形状である場合には、該光反射器対における2つの光反射器200は、同一の放物線の同一の部分の形状であっても良いし、又は2つの異なる放物線の2つの異なる部分の形状であっても良い。
該光反射器対は、異なる配置であっても良い。例えば、光反射器200は、入射光が入射する導光板102の第1の面105と交差する。図3において、直線形状の光反射器201は、第1の面105と交差する。このようにして、全ての入射光が集光器103により反射されることができ、そのため望ましくない光漏れが少なくなる。光反射器200の全て又は一部が第1の面105と交差することも可能である。
図4(a)及び図4(b)は、複数の光反射器200の実施例の模式的な上面図を示す。
複数の光反射器200の更なる実施例において、複数の光反射器200は、複数の放物線形状の光反射器301と、複数の直線形状の光反射器201とを有し、各放物線形状の光反射器301は、プリセット面106に垂直な放物線軸面と、光源101と重なる焦点とを持ち、各直線形状の光反射器201は、該複数の放物線形状の光反射器301から反射された光を、プリセット面106に平行な方向に反射させるように構成される。
焦点と光源101とが重なることを確実にすることにより、複数の放物線形状の光反射器301は、入射光を導光板102において略平行に伝播させる。このとき、複数の直線形状の光反射器201は、放物線形状の光反射器301により反射させられた光の放射方向を変えるように構成される。このようにして、入射光の放射方向を変更するための光反射器200の領域は小さくなり得る。光反射器200を光源101に近い比較的狭い領域に配置することが有利である。ユーザの視界から集光器103を有する領域を隠蔽することは容易であり、例えば窓のブラインドのような最終的な製品の美観を改善することにも役立つ。
複数の放物線形状の光反射器301と複数の直線形状の光反射器201とを結合するための構成が、多くの態様で実装され得る。
図4(a)における光反射器200を一例としてとると、1つの直線形状の光反射器201が、5個の放物線形状の光反射器301と結合されるように構成される。このようにして、反射器200の配置は実装が容易となる。なぜなら、5個の放物線形状の光反射器301を結合するために1つの直線形状の光反射器201しか必要とされないからである。
図4(b)における光反射器200を別の例としてとると、各直線形状の光反射器201が、複数の放物線形状の光反射器301のなかの対応する1つの放物線形状の光反射器301と結合するように構成され、それにより、プリセット面106に平行な方向に当該放物線形状の光反射器301から反射された光を反射させる。例えば、5個の直線形状の光反射器201が、5個の放物線形状の光反射器301と結合するように構成される。プリセット面106の近くにおいて放物線形状の光反射器301に結合する直線形状の光反射器201が存在するため、図4(a)に示された実施例との比較は、図4(b)に示されたプリセット面106に近い領域において、更に多くの反射光が存在することを示す。従って、入射光は、集光器103の中央から境界にかけて、より均一に分布する。
図5(a)及び図5(b)は、複数の光反射器の実施例の模式的な上面図を示す。
図5(a)及び図5(b)を参照すると、複数の光反射器200の更なる実施例において、複数の光反射器200は、放物線形状の光反射器301の2つの対と、直線形状の光反射器201の1つの対とを有する。放物線形状の光反射器301の対の各放物線形状の光反射器301は、プリセット面106に平行な放物線軸面と、光源101に重なる焦点とを持ち、放物線形状の光反射器301の別の対の各放物線形状の光反射器301は、プリセット面106に垂直な放物線軸面と、光源101に重なる焦点とを持つ。直線形状の光反射器201の対は、放物線軸面がプリセット面106に垂直な放物線形状の光反射器301の対に対応して結合するように構成される。放物線形状の光反射器301に放射される光の入射角が非常に小さい場合には、放物線形状の光反射器301は透明であり、即ち放物線形状の光反射器301によって光は反射されない。
図5(a)及び図5(b)に示されるように、プリセット面106に略平行な方向に放射させるように入射光を効果的に方向付けするためには、6個の光反射器200しか必要とされない。それ故、光反射器200の実装が非常に簡単且つ容易である。加えて、入射光の放射方向を変更するための光反射器200の領域は小さくなり得る。光反射器200を光源101に近い比較的狭い領域に配置することが有利である。ユーザの視界から集光器103を有する領域を隠蔽することは容易であり、例えば窓のブラインドのような最終的な製品の美観を改善することにも役立つ。
上述の実施例は本発明を限定するものではなく説明するものであって、当業者は添付する請求項の範囲から逸脱することなく多くの代替実施例を設計することが可能であろうことは留意されるべきである。請求項において、括弧に挟まれたいずれの参照記号も、請求の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。「有する(comprising)」なる語は、請求項又は実施例に列記されたもの以外の要素又はステップの存在を除外するものではない。要素に先行する「1つの(a又はan)」なる語は、複数の斯かる要素の存在を除外するものではない。幾つかのユニットを列挙する装置請求項において、これらユニットの幾つかは同一のハードウェア又はソフトウェアにより実施化されても良い。「第1の(first)」、「第2の(second)」及び「第3の(third)」等の語の使用は、いずれの順序を示すものでもない。これらの語は、名称として解釈されるべきである。
Claims (13)
- 導光板と、
前記導光板の第1の面を通して、前記導光板へと光を発するように構成された光源と、
を有する照明装置であって、
前記導光板は、前記導光板における入射光を略プリセット面に平行な方向に放射させるように方向付けるよう構成された集光器を有し、前記プリセット面は、前記導光板の上面及び底面のいずれか一方と垂直であり、且つ、全反射の臨界角よりもかなり大きな角度で、前記導光板の前記第1の面及び第2の面と交差するか又は前記導光板の前記第1の面及び側面の一方と交差する、照明装置。 - 前記集光器は複数の光反射器を有する、請求項1に記載の照明装置。
- 各前記光反射器はスリットを有する、請求項2に記載の照明装置。
- 前記スリットは、部分的に又は完全に、空気及び/又は前記導光板の屈折率よりも低い屈折率を持つ物質で満たされる、請求項3に記載の照明装置。
- 前記スリットの幅αは、0.01mm≦α≦1mmを満たす、請求項3に記載の照明装置。
- 各前記光反射器は、放物線の一部、直線、楕円の一部、双曲線の一部、又は円の一部の形状を持つ、請求項2に記載の照明装置。
- 前記複数の光反射器は複数の光反射器対を有し、各前記光反射器対は、前記プリセット面に対して対称に配置された2つの光反射器を有する、請求項2に記載の照明装置。
- 前記複数の光反射器のうちの1つの光反射器は、前記導光板の前記第1の面と交差する、請求項2に記載の照明装置。
- 前記複数の光反射器は、互いに異なる傾斜角を持つ複数の直線形状の光反射器対を有する、請求項2に記載の照明装置。
- 前記複数の光反射器は、複数の放物線形状の光反射器と、複数の直線形状の光反射器とを有し、各前記複数の放物線形状の光反射器は、前記プリセット面に垂直な放物線軸面と、前記光源に重なる焦点とを持ち、各前記直線形状の光反射器は、前記プリセット面に平行な方向に、前記複数の放物線形状の光反射器から反射された光を反射させるように構成された、請求項2に記載の照明装置。
- 各前記直線形状の光反射器は更に、前記複数の放物線形状の光反射器のうちの対応する1つの放物線形状の光反射器と結合して、前記プリセット面に平行な方向に、前記1つの放物線形状の光反射器から反射された光を反射させるように構成された、請求項10に記載の照明装置。
- 前記複数の光反射器は更に、放物線形状の光反射器の対を有し、各放物線形状の光反射器は、前記集光器の前記プリセット面に平行な放物線軸面と、前記光源に重なる焦点とを持つ、請求項10に記載の照明装置。
- 前記光源は、前記導光板の窪みに配置され、前記窪みの形状は、前記光源の形状に合致し前記光源に結合された、請求項1に記載の照明装置。
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