JP2012529737A - 照明装置 - Google Patents

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。

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。

照明装置の実施例の模式的な上面図を示す。 照明装置の実施例の模式的な上面図を示す。 照明装置の実施例の模式的な上面図を示す。 照明装置の実施例の模式的な上面図を示す。 複数の光反射器の実施例の模式的な図を示す。 複数の光反射器の実施例の模式的な図を示す。 複数の光反射器の実施例の模式的な図を示す。 複数の光反射器の実施例の模式的な上面図を示す。 複数の光反射器の実施例の模式的な上面図を示す。 複数の光反射器の実施例の模式的な上面図を示す。 複数の光反射器の実施例の模式的な上面図を示す。 複数の光反射器の実施例の模式的な上面図を示す。

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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。
11. 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。
12. 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。
13. 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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