JP2013164911A - 導光部材 - Google Patents

Abstract

【課題】出光面から出射される光の量の減少を抑制できる導光部材を提供する。
【解決手段】棒状の導光部材である。長手方向ｄ_１の一端面を光源３から発せられた光が入射する入光面４とする。長手方向ｄ_１に沿う一面に入光面４から入射した光を反射する反射面５が設けられる。反射面５に対向する面を反射面５で反射させた光を出射する出光面６とする。長手方向ｄ_１と直交する断面の形状が、λ＜φｉ_ｊ≦π／２（式１）、０≦ψ_ｉｊ＜λ（式２）、０≦ξ_ｊｋ＜λ（式３）を満足するように設定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、端面から入射させた光を側面から出射させる導光部材に関する。

特許文献１には、光源と、導光部材を備えた照明ユニットが開示されている。前記導光部材は棒状で断面矩形状に形成されている。前記導光部材は、長手方向の一端面を光源に対向して配置される入光面とし、上面を入光面から入射した光を帯状光として出射する出光面としている。また、導光部材の底面には、光全反射用の導光パターンが設けられている。

特開２０１０−１２９４７６号公報

ところで、特許文献１に示すような導光部材は、導光パターンで反射した光が側面から漏出する恐れがある。また、導光部材内の光が出光面で反射し、出光面以外の面から漏出することも懸念される。そして、このように導光部材内の光が出光面以外の面から漏出すると、出光面から出射される光の量が減少してしまう。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、出光面から出射される光の量の減少を抑制できる導光部材を提供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の導光部材は、棒状の導光部材であって、長手方向の一端面を光源から発せられた光が入射する入光面とし、前記長手方向に沿う一面に前記入光面から入射した光を反射する反射面が設けられ、前記反射面に対向する面を前記反射面で反射させた光を出射する出光面とし、前記長手方向と直交する断面の形状が、以下の式１〜３の全てを満足するように設定されることを特徴とする。
λ＜φ_ｉｊ≦π／２・・・（式１）
０≦ψ_ｉｊ＜λ・・・（式２）
０≦ξ_ｊｋ＜λ・・・（式３）
ここで、前記反射面と前記出光面の対向方向及び前記長手方向の両者に直交する方向を幅方向と規定し、前記幅方向の両側の面を側面とし、前記長手方向と直交する断面において、前記反射面の幅をＡ、前記出光面の幅をＢ、前記反射面から前記側面における前記出光面側の端までの前記対向方向における長さをＣ、前記側面の各点における前記対向方向に対する傾斜角をθ_ｉ、前記反射面の前記幅方向の中心を座標原点にした場合における、前記側面の各点の前記幅方向における位置座標をｘ_ｉ（但し、０＜ｘ_ｉ≦Ｂ／２）、前記対向方向における位置座標をｙ_ｉ（但し、０＜ｙ_ｉ≦Ｃ）、前記反射面の前記幅方向の中心を座標原点にした場合における、前記反射面の各点の前記幅方向における位置座標をｐ_ｊ（但し、−Ａ／２≦ｐ_ｊ≦Ａ／２）前記点ｐ_ｊで反射した光の前記側面の点（ｘ_ｉ、ｙ_ｉ）に対する入射角をφ_ｉｊ、前記点ｐ_ｊで反射した後、前記側面の点（ｘ_ｉ、ｙ_ｉ）で反射し、この後、前記出光面に至る光の前記出光面に対する入射角をψ_ｉｊ、前記反射面の前記幅方向の中心を座標原点にした場合における、前記出光面において前記点ｐ_ｊで反射した光が直接至る点の前記幅方向における位置座標をｑ_ｋ（但し、−Ｂ／２≦ｑ_ｋ≦Ｂ／２）、前記点ｐ_ｊで反射した後、前記出光面に直接至る光の前記出光面に対する入射角をξ_ｊｋとし、導光部材の全反射角をλ、導光部材の屈折率（材質）をｎ、λ＝ｓｉｎ^−１（１／ｎ）（※空気中）、θ_ｉ＝−ｔａｎ^−１{ｙ_ｉ／（ｘ_ｉ＋ｐ_ｊ）}＋φ_ｉｊ、ψ_ｉｊ＝π／２−φ_ｉｊ−θ_ｉ、θ_ｉ＝１／２［π／２−ψ_ｉｊ−ｔａｎ^−１{ｙ_ｉ／（ｘ_ｉ＋ｐ_ｊ）}］、ξ_ｊｋ＝ｔａｎ^−１{（ｑ_ｋ−ｐ_ｊ）／Ｃ}、とする。

また、θ_ｉ＋φ_ｉｊ＜π／２の領域では、下記の式４を満足し、φ_ｉｊ＋θ_ｉ＞π／２の領域では、下記の式５を満足することが好ましい。
Ｃ＜ｙ_ｉ＋（Ｂ／２＋ｘ_ｉ）ｔａｎ（θ_ｉ＋φ_ｉｊ）・・・（式４）
Ｃ＜ｙ_ｉ＋（Ｂ／２−ｘ_ｉ）ｔａｎ［（π−（θ_ｉ＋φ_ｉｊ）］・・・（式５）

本発明にあっては、出光面から出射される光の量の減少を抑制できる。

第一実施形態の導光部材を模式的に表した断面図である。 同上の導光部材を具備する照明装置の説明図である。 同上の実施例の導光部材の断面における光学解析結果を示す図である。 （ａ）はφ_ｉｊ＜λとなる比較例の導光部材の断面における光学解析結果を示す図であり、（ｂ）はλ＜ψ_ｉｊとなる比較例の導光部材の断面における光学解析結果を示す図である。 同上の実施例の導光部材の断面における光学解析結果を示す図であり、（ａ）は側面を多項式曲線にしたもの、（ｂ）は側面をベジエ曲線にしたものである。 導光部材の断面において光が側面で二回反射する様子を示す説明図である。 式４及び式５を満足しない導光部材の出光面側から見たフォトリアルの外観解析結果を示す図である。 第二実施形態の実施例の導光部材であり、（ａ）は断面における光学解析結果を示す図であり、（ｂ）は出光面側からのフォトリアルの外観解析結果を示す図である。 断面における光学解析結果を示す図であり、（ａ）は第二実施形態の他の実施例の導光部材であり、（ｂ）は第三実施形態のフランジ部及び凹レンズ形状の出光面を有する導光部材であり、（ｃ）は第三実施形態の嵌合爪部及び凸レンズ形状の出光面を有する導光部材である。

以下、本発明を添付図面に基づいて説明する。

（第一実施形態）
本実施形態では、図２に示すエッジライト方式の照明装置２に導光部材１を組み込んだ例につき説明する。照明装置２は、導光部材１に加えて、導光部材１に向けて光を発する光源３を具備している。

導光部材１は棒状に形成されている。導光部材１の長手方向ｄ_１の両側の端面は、入光面４になっている。光源３は、各入光面４に対向する位置に夫々設けられる。各光源３は、導光部材１の長手方向ｄ_１と略平行に光を発し、対応する入光面４に光を送る。各光源３には、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）が用いられる。各光源３から発せられた光は、対応する入光面４から透光性を有する導光部材１に入射するようになっている。なお、導光部材１は長手方向の一端面だけを入光面４とするものであってもよい。

導光部材１は、長手方向ｄ_１に亘って断面が一様に形成されている。図１に導光部材１の長手方向ｄ_１に直交する断面の形状を示す。導光部材１の長手方向ｄ_１に対して直交する一方向を幅方向ｄ_３と規定すると、導光部材１は、図１に示されるように幅方向ｄ_３の中心を通る中心線を中心にして対称に形成されている。

導光部材１の長手方向ｄ_１に沿う面のうちの一面には、反射面５が設けられている。反射面５は、前記一面に印刷、メッキ、コーティング、凹凸加工等を施すことで設けられる。また、反射面５は、導光部材１を透光性樹脂と遮光性樹脂の二色成形により形成して、前記一面となる部分を遮光性樹脂で構成する等して設けられるものであってもよい。反射面５は導光部材１の長手方向ｄ_１に亘って一様に設けられている。反射面５は、入光面４から導光部材１に入射した光を、反射面５に対向する面側に拡散して反射する機能を有している。

導光部材１の長手方向ｄ_１に沿う面のうち、前記反射面５に対向する面は、反射面５で反射した光を出射する出光面６になっている。本実施形態の出光面６は、反射面５と平行なフラットな面になっている。反射面５と出光面６の対向方向ｄ_２は、長手方向ｄ_１及び幅方向ｄ_３の両者に対して直交している。

照明装置２の各光源３を発光させると、各光源３から発せられた光は、対応する入光面４から導光部材１に入射する。これら光は、導光部材１内を反射等しながら他方の入光面４側に向かって進行し、この過程において反射面５で反射・拡散し、出光面６側又は側面７側に送られる。そして、これら反射面５から出光面６に直接至る光、あるいは、反射面５から側面７で反射した後、出光面６に至る光は、出光面６から出射し、これによって導光部材１は発光する。

本実施形態の導光部材１は、出光面６から出射される光の量が減少することを抑制するため、長手方向ｄ_１と直交する断面の形状が以下の式１〜３の全てを満足するように設定されている。
λ＜φ_ｉｊ≦π／２・・・（式１）
０≦ψ_ｉｊ＜λ・・・（式２）
０≦ξ_ｊｋ＜λ・・・（式３）
ここで、図１に示す断面において、反射面５の幅をＡ、出光面６の幅をＢ、反射面５から側面７における出光面６側の端までの対向方向ｄ_２における長さをＣ、側面７の各点における対向方向ｄ_２に対する傾斜角をθ_ｉとする。また、反射面５の幅方向ｄ_３の中心を座標原点Ｏにした場合において、側面７の各点の幅方向ｄ_３における位置座標をｘ_ｉ（但し、０＜ｘ_ｉ≦Ｂ／２）、対向方向ｄ_２における位置座標をｙ_ｉ（但し、０＜ｙ_ｉ≦Ｃ）とする。また、同じく反射面５の幅方向の中心を座標原点Ｏにした場合における、反射面５の各点の幅方向ｄ_３における位置座標をｐ_ｊ（但し、−Ａ／２≦ｐ_ｊ≦Ａ／２）とする。また、点ｐ_ｊで反射した光の側面７の点（ｘ_ｉ、ｙ_ｉ）に対する入射角をφ_ｉｊとする。また、点ｐ_ｊで反射した後、側面７の点（ｘ_ｉ、ｙ_ｉ）で反射し、この後、出光面６に至る光の出光面６に対する入射角をψ_ｉｊとする。また、反射面５の幅方向ｄ_３の中心を座標原点Ｏにした場合における、出光面６において点ｐ_ｊで反射した光が直接至る点の幅方向ｄ_３における位置座標をｑ_ｋ（但し、−Ｂ／２≦ｑ_ｋ≦Ｂ／２）とする。また、点ｐ_ｊで反射した後、出光面６に直接至る光の出光面６に対する入射角をξ_ｊｋとする。また、導光部材１の全反射角をλとする。また、導光部材１の屈折率をｎとする。また、λ＝ｓｉｎ^−１（１／ｎ）、θ_ｉ＝−ｔａｎ^−１{ｙ_ｉ／（ｘ_ｉ＋ｐ_ｊ）}＋φ_ｉｊ、ψ_ｉｊ＝π／２−φ_ｉｊ−θ_ｉ、θ_ｉ＝１／２［π／２−ψ_ｉｊ−ｔａｎ^−１{ｙ_ｉ／（ｘ_ｉ＋ｐ_ｊ）}］、ξ_ｊｋ＝ｔａｎ^−１{（ｑ_ｋ−ｐ_ｊ）／Ｃ}とする。

前記式１を満足することで、反射面５の各点で反射して各側面７に至った光は、当該側面７において全反射する。これにより反射面５の各点で反射した光が各側面７から漏れ出すことを抑制できる。また、前記式２を満足することで、反射面５の各点で反射した後、側面７の各点で反射し、この後、出光面６に至った光は、出光面６において反射せず、略全部が出光面６から出射するようになる。また、前記式３を満足することで、反射面５の各点で反射した後、出光面６に直接至る光は、出光面６において反射せず、略全部が出光面６から出射するようになる。従って、導光部材１内の光が出光面６以外の面から漏出することを抑制することができ、出光面６から十分な量の光を出射することができる。

図３に前記式１〜３を満足する導光部材１の断面における光学解析結果を示す。また、比較例として、図４（ａ）に、φ_ｉｊ＜λとなる導光部材１０の断面における光学解析結果を示す。また、他の比較例として、図４（ｂ）に、λ＜ψ_ｉｊとなる導光部材１１の断面における光学解析結果を示す。これらの図の比較からも、本実施形態の導光部材１が光量の減少を抑えられることが理解できる。

図５に式１〜３を満足する導光部材１の実施例を示す。図５（ａ）は、導光部材１の各側面７が以下の式６で特定される多項式曲線となるように設定されている。
ｙ_（ｘ）＝０．７３５ｘ^６−６．１４４ｘ^５＋２０．６９ｘ^４−３５．７４ｘ^３＋３３．９１ｘ^２−１４．９９ｘ＋２．３７３・・・式６
ここで、０．５≦ｘ≦２．５、導光部材１（材質）の屈折率ｎ＝１．４９（空気屈折率＝１）である。

また、図５（ｂ）は、導光部材１の各側面７が以下の式７及び式８で特定されるベジエ曲線となるように設定されている。
ｘ_（ｔ）＝−０．４３７ｔ^３＋７．６９ｔ^２＋２．６８ｔ
ｙ_（ｔ）＝−１．４５ｔ^３＋１．２ｔ^２＋２．２５ｔ＋０．５
ここで、０≦ｔ≦１、導光部材１の屈折率ｎ＝１．４９（空気屈折率＝１）である。
すなわち、図５（ｂ）に示す実施例では、各側面７を変数ｔの値毎に得られるｘｙ座標点を連続的にプロットした曲線としている。

（第二実施形態）
次に第二実施形態について説明する。なお、以下の説明では、第一実施形態と同一の構成については同一の番号を付与し、重複する説明は省略する。

発光時の導光部材１にあっては、出光面６側から導光部材１を視た場合に、導光部材１が出光面６の略全体に亘って発光しているように見えることが好ましい。しかし、図６に示すように、導光部材１において、反射面５で反射した光が側面７で反射し、この後、再度側面７に至って反射し、次に出光面６から出射されると、図７に示すように出光面６の一部が暗く見える恐れがある。なお、図７では、出光面６側から視認された場合に、発光して見える部分にクロスハッチングが付されている。図７のように出光面６の一部が暗く見えるのは、反射面５で反射した光が側面７で複数回反射した場合、側面７において光が最後に反射した点が発光したように見え、側面７において最後以前に反射した点が発光したように見えないためと考えられる。

そこで、本実施形態における導光部材１は、長手方向ｄ_１と直交する断面の形状が、θ_ｉ＋φ_ｉｊ＜π／２の領域では、下記の式４を満足し、φ_ｉｊ＋θ_ｉ＞π／２の領域では、下記の式５を満足するように設定されている。
Ｃ＜ｙ_ｉ＋（Ｂ／２＋ｘ_ｉ）ｔａｎ（θ_ｉ＋φ_ｉｊ）・・・（式４）
Ｃ＜ｙ_ｉ＋（Ｂ／２−ｘ_ｉ）ｔａｎ［（π−（θ_ｉ＋φ_ｉｊ）］・・・（式５）
前記式４及び式５を満足することで、反射面５で反射した光が側面７で複数回反射することを抑制することができる。従って、出光面６側から導光部材１を視た場合には、導光部材１が出光面６の略全体に亘って均一に発光しているように見えるようになる。

図８（ａ）、図９（ａ）に、式１〜５を満足する導光部材１の実施例を示す。これらの図からも、反射面５で反射した光が側面７で複数回反射することが抑制されていることが理解できる。また、図８（ｂ）に、図８（ａ）に示す導光部材１を出光面６側から視たときのフォトリアルの外観解析結果を示す。同図から、導光部材１が略全体に亘って発光しているように見えることが理解できる。

（第三実施形態）
次に第三実施形態について説明する。なお、以下の説明では、第二実施形態と同一の構成については同一の番号を付与し、重複する説明は省略する。

本実施形態では、図９（ｂ）、（ｃ）に示されるように、導光部材１に機能形状が付加されている。なお、本実施形態における導光部材１も式１〜５を満足する。

図９（ｂ）に示す導光部材１は、出光面６側の端部の両側に外側方に突出するフランジ部８が一体に形成されている。また、出光面６は幅方向ｄ_３の中央部が凹んだ凹レンズ形状に形成されている。

図９（ｃ）に示す導光部材１は、出光面６側の端部の両側に、外側方に突出した後、反射面５側に屈曲した嵌合爪部９が形成されている。また、出光面６は幅方向ｄ_３の中央部が突出した凸レンズ形状に形成されている。

図９（ｂ）、（ｃ）に示す導光部材１は、フランジ部８又は嵌合爪部９を導光部材１と別の部材に取り付ける取付部として利用することができる。また、出光面６を凹レンズ形状又は凸レンズ形状に形成することで、配光制御を行うことができる。

なお、本発明は、前記各実施形態のものに限定されるものではなく、必要に応じて、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で任意に且つ適宜に変更・選択して採用できるものである。

Ａ 反射面幅
Ｂ 出光面幅
Ｃ 高さ
θ_ｉ 側面各点傾斜角
ｘ_ｉ 側面各点のｘ座標
ｙ_ｉ 側面各点のｙ座標
ｐ_ｊ 反射面座標
φ_iｊ 反射面ｐ_ｊからの光線が側面（ｘ_ｉ、ｙ_ｉ）へ入射する角度
ψ_iｊ 反射面ｐ_ｊからの光線が側面（ｘ_ｉ、ｙ_ｉ）で反射し、出光面へ入射する角度
ξ_ｊｋ 反射面ｐ_ｊからの光線が直接出光面点ｑ_ｋへ入射する角度
λ 導光部材全反射角
ｎ 導光部材材質屈折率
１ 導光部材
３ 光源
４ 入光面
５ 反射面
６ 出光面
７ 側面

Claims (2)

1. 棒状の導光部材であって、
   長手方向の一端面を光源から発せられた光が入射する入光面とし、前記長手方向に沿う一面に前記入光面から入射した光を反射する反射面が設けられ、前記反射面に対向する面を前記反射面で反射させた光を出射する出光面とし、
   前記長手方向と直交する断面の形状が、以下の式１〜３の全てを満足するように設定されることを特徴とする導光部材。
   λ＜φ_ｉｊ≦π／２・・・（式１）
   ０≦ψ_ｉｊ＜λ・・・（式２）
   ０≦ξ_ｊｋ＜λ・・・（式３）
   ここで、前記反射面と前記出光面の対向方向及び前記長手方向の両者に直交する方向を幅方向と規定し、前記幅方向の両側の面を側面とし、
   前記長手方向と直交する断面において、
   前記反射面の幅をＡ、
   前記出光面の幅をＢ、
   前記反射面から前記側面における前記出光面側の端までの前記対向方向における長さをＣ、
   前記側面の各点における前記対向方向に対する傾斜角をθ_ｉ、
   前記反射面の前記幅方向の中心を座標原点にした場合における、前記側面の各点の前記幅方向における位置座標をｘ_ｉ（但し、０＜ｘ_ｉ≦Ｂ／２）、前記対向方向における位置座標をｙ_ｉ（但し、０＜ｙ_ｉ≦Ｃ）、
   前記反射面の前記幅方向の中心を座標原点にした場合における、前記反射面の各点の前記幅方向における位置座標をｐ_ｊ（但し、−Ａ／２≦ｐ_ｊ≦Ａ／２）、
   前記点ｐ_ｊで反射した光の前記側面の点（ｘ_ｉ、ｙ_ｉ）に対する入射角をφ_ｉｊ、
   前記点ｐ_ｊで反射した後、前記側面の点（ｘ_ｉ、ｙ_ｉ）で反射し、この後、前記出光面に至る光の前記出光面に対する入射角をψ_ｉｊ、
   前記反射面の前記幅方向の中心を座標原点にした場合における、前記出光面において前記点ｐ_ｊで反射した光が直接至る点の前記幅方向における位置座標をｑ_ｋ（但し、−Ｂ／２≦ｑ_ｋ≦Ｂ／２）、
   前記点ｐ_ｊで反射した後、前記出光面に直接至る光の前記出光面に対する入射角をξ_ｊｋとし、
   導光部材の全反射角をλ、
   導光部材の屈折率（材質）をｎ、
   λ＝ｓｉｎ^−１（１／ｎ） （※空気中）、
   θ_ｉ＝−ｔａｎ^−１{ｙ_ｉ／（ｘ_ｉ＋ｐ_ｊ）}＋φ_ｉｊ、
   ψ_ｉｊ＝π／２−φ_ｉｊ−θ_ｉ、
   θ_ｉ＝１／２［π／２−ψ_ｉｊ−ｔａｎ^−１{ｙ_ｉ／（ｘ_ｉ＋ｐ_ｊ）}］、
   ξ_ｊｋ＝ｔａｎ^−１{（ｑ_ｋ−ｐ_ｊ）／Ｃ}、
   とする。
2. θ_ｉ＋φ_ｉｊ＜π／２の領域では、下記の式４を満足し、
   φ_ｉｊ＋θ_ｉ＞π／２の領域では、下記の式５を満足することを特徴とする請求項１に記載の導光部材。
   Ｃ＜ｙ_ｉ＋（Ｂ／２＋ｘ_ｉ）ｔａｎ（θ_ｉ＋φ_ｉｊ）・・・（式４）
   Ｃ＜ｙ_ｉ＋（Ｂ／２−ｘ_ｉ）ｔａｎ［（π−（θ_ｉ＋φ_ｉｊ）］・・・（式５）

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