JP2013218946A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】照明光としての特性を落とすことなく、最大照度となる方向を発光面の直下あるいは直上からずらして照明する。
【解決手段】光源４からの光を、最大照度となる領域が発光面直下Ｐ１より発光面前後の一方側にずれた第１の領域Ｐ２となるように反射、拡散させる導光板８と反射板９が設けられる。導光板８からの光は拡散板６により拡散されて、最大照度となる領域は発光面直下の領域と第１の領域間の第２の領域Ｐ３に移動する。このような構成では、作業者の手元が一番明るくなるような配光特性にしたり、あるいは目的とする領域を広範囲に照明することが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、照明装置、更に詳細には、光源からの光を面発光させて発光面下あるいは発光面上の領域を照明する照明装置に関する。

最近、消費電力低減を目的として、発光ダイオードを用いた照明装置が開発、実用化されている。点光源である発光ダイオードを照明装置の光源に用いる場合、発光ダイオードの出射光をそのまま用いると局所的にまぶしくなるため使い勝手が悪くなる。たとえば３個の直射発光ダイオード光を用いた照明用電気スタンドは、光ムラにより使用時に映り込む影が３重になるなどして作業の妨げになる。

これを改善するため、従来から導光部材、拡散部材を用いて点光源の光を均一な面発光に変換して照明する工夫がされてきた。また光を傾ける特性を持つプリズムシートを用いることで、たとえば発光面直下ではない位置に照度が最大になるように配光特性（分布）を制御することもできる。

下記の特許文献１では、液晶ディスプレイのバックライトについて導光板、プリズムシート、拡散板等を用いて輝度向上を図る技術が開示されている。また特許文献２では内部粗面化プリズムシートを有して集光機能と光拡散機能とを持たせる発光ダイオードを用いた照明装置が開示されている。

特開２００９−０５９４９８ 特開２０１１−１２４０２３

しかしながら、特許文献１に記載されたようなプリズムシートを用いて配光特性を制御する場合、光線の角度次第では収差が発生して色滲みが目立ったり、目的の方向以外への配光があったりなど、照明装置として適さない点もある。また部材が増えるため当然コストは上がり、最大照度は向上しても全光束は落ちてしまう、という問題がある。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、照明光としての特性を落とすことなく、最大照度となる方向を発光面の直下あるいは直上からずらして照明することが可能な照明装置を提供することを課題とする。

本発明は、
光源からの光を面発光させ発光面下又は発光面上の領域を照明する照明装置であって、
光源からの光を、最大照度となる領域が発光面直下又は直上の領域より発光面前後の一方側にずれた第１の領域となるように反射、拡散させる光学素子と、
前記光学素子からの光を、最大照度となる領域が発光面直下又は直上の領域と前記第１の領域間の第２の領域になるように、拡散させる拡散板と、を備え、
最大照度となる領域を、発光面直下又は直上の領域から第２の領域に移動させて発光面下又は発光面上の領域を照明することを特徴とする。

本発明によれば、プリズムシートなどを用いることなく、最大照度位置を発光面直下あるいは直上でない位置にすることができるので、作業者の手元が一番明るくなるような配光特性にしたり、あるいは目的とする領域を広い範囲に渡って照明することが可能となる。

照明装置の全体の外観を概略示す斜視図である。 照明装置を構成する導光板の構成と光源からの光が導光板から出射する経路を示した説明図である。 照明装置の発光時における配光特性を示す説明図である。 照明装置の発光時における照度分布を示す説明図である。 本発明の照明装置を採用した電気スタンドの配光状態を説明する説明図である。 本発明の照明装置を採用した照明器具の配光状態を説明する説明図である。

以下、図面に示す実施例に基づき本発明を詳細に説明する。

図１には、照明装置の全体が符号１と付して概略図示されている。照明装置１は、その発光面３が矩形状となっており、照明装置１は発光面３がほぼ水平となるように配置される。発光面３が延びる方向がＸ−Ｘ’で、それと直交する前後方向がＹ−Ｙ’で、またＸ−Ｘ’、Ｙ−Ｙ’と直交する上下方向（垂直方向）がＺ−Ｚ’で図示されている。照明装置１は、通常発光面３を水平にして、発光面下あるいは発光面上の領域、つまりＸＹ面（水平面）の領域を照明するように取り付けられ、あるいは配置される。

照明装置１は、光源に、例えば高輝度の指向性の強い可視光を発光する発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）４を用いており、複数のＬＥＤ４が、筐体２内にＸ−Ｘ’方向に沿った発光面側部に取り付けられる。後述するように、ＬＥＤ４は、電源コード５を介して給電されると発光し、その出射光により発光面３が形成され、発光面下あるいは発光面上の領域が照明される。

照明装置１は、図２に図示したように、筐体２内に、光透過性の高い材料、例えばアクリル樹脂から形成された平坦な導光板８を有し、その導光板８の発光面３とは逆側の上面８ａには、微小な円錐台形状のドット８ｂが多数面配列されている。導光板８の入射部８ｃには、基板７に取り付けられたＬＥＤ４が、発光方向（最大光度方向）がＹ−Ｙ’方向となるように配置されている。また、導光板８の上面８ａ側には反射特性を有する反射板９が積層され、導光板８の出射側の下面８ｄ、つまり発光面側にはアクリル樹脂などからなる拡散板６が積層されている。

導光板８の上面８ａに配列される微小ドット８ｂは、例えば導光板の厚さを１ｍｍとしてドット密度が平方あたり１５０００個の密度で射出成形により形成されている。微小ドット８ｂは、その密度が、導光板８の入射部８ｃからＹ−Ｙ’方向に離れるに従って徐々に増大し、発光面３の輝度が均一になるように面配列されている。微小ドット８ｂは、印刷処理により、あるいは粗し処理により形成するようにしてもよい。

なお、微小のドット８ｂの形状は、図２に示したように円錐台形状ではなく、凹部状の半球形状でもよい。この場合には、凹部の最も深い部分が図面で上に向くように微小ドットを配列する。

ＬＥＤ４から導光板８に入射する光は微小ドット８ｂにより拡散、反射、あるいは屈折され、また反射板９によって反射されて、下面８ｄから出射する。図２には、煩雑さを避けるために、微小ドット８ｂによる散乱ないし反射光線の一部のみが点線で図示されている。これらの光線経路は、定性的なもので必ずしも光学原理に沿ったものではない。

導光板８の下面８ｄから出射した光は、拡散板６の上面６ａに入射し、拡散されて拡散板６の下面６ｂから出射する。この拡散板６の下面６ｂが図１の発光面３となっている。

ここで、ＬＥＤ４からの光は、導光板８と反射板９からなる光学素子により反射、拡散され、導光板８から出射する。この導光板８から出射する光線を照明光として用いた場合には、ＬＥＤ４からの光が側方（Ｙ−Ｙ’方向）から導光板８に入射するので、導光板８から出射する光は、一点鎖線Ｌ１、Ｌ２で示したように垂直方向Ｚ−Ｚ’より発光面の前後方向（Ｙ−Ｙ’）の一方側、つまり前側（Ｙ側）でＬＥＤ４と反対側に傾斜した方向になって導光板８から出射する。従って、照明される水平面の領域の中で最大照度となる領域は、導光板８の拡散性により発光面直下の領域Ｐ１より発光面前後方向の前側（Ｙ側）にずれた領域Ｐ２に移動する。

照明装置を電気スタンドとして構成する場合には、発光面前後方向の前側が作業者側になるように構成されるので、照明光により得られる照度が最大となる領域Ｐ２は、作業者の手元側に移動する。

また、導光板８には、拡散板６が積層されているので、導光板８から拡散板６に入射した光は、光線Ｌ３、Ｌ４で示したように、光線Ｌ１、Ｌ２より左方に移動し、照度が最大となる領域Ｐ３は、作業者側と反対側にずれ、領域Ｐ１とＰ２間の領域Ｐ３に移動する。

領域Ｐ３の領域Ｐ２からの移動量は、拡散板の拡散度、つまり拡散板６のヘイズ値に関係する。本実施例では、拡散板６のヘイズ値は１０％以上８０％以下に設定される。ヘイズ値が小さいと、拡散性が弱く領域Ｐ２から領域Ｐ３への移動量が少なくなり、領域Ｐ３の領域Ｐ１からの隔たり（ずれ）は大きくなり、逆に拡散性が強いと領域Ｐ３の領域Ｐ１からの隔たりは小さくなる。このように、拡散板６のヘイズ値を変えることによって、最大照度領域の発光面直下からの作業者側への移動量を調節することができる。

上記実施例では、拡散板６のヘイズ値を変えて作業者側への移動量を調節したが、それに代え、あるいはそれとともに拡散板の全光線透過率を５０％以上１００％以下に設定しても同様な効果を得ることができる。

図３、図４には、発光面３を、Ｘ−Ｘ’方向に６００ｍｍ、Ｙ−Ｙ’方向に８０ｍｍの大きさを有する発光面として、弱い拡散度、例えばヘイズ値が１０％〜２０％の拡散板６を使用したときの発光面３によって得られる配光特性、照度分布が図示されている。照明装置１により得られる照明光（特にＹ−Ｙ’方向の成分）は、図３に示したように、４５度の方向に拡散し、また、図４に示したように、最大照度となる領域は、発光面直下の領域Ｐ１から発光面前後の一方側（Ｙ側）、つまり作業者からみて手元側に移動していることが理解される。

図５、図６は、照明装置１を採用する照明器具の例を示したもので、図５では、照明装置１は、照明用電気スタンドに採用されており、照明装置１は、発光面３を下向き水平にして、基台１２に固定された湾曲支柱１１に取付具１０を介して固定され、電気スタンドが構成されている。

図５において、最大照度となる領域は、発光面直下の領域Ｐ１から作業者の手元側、図で左側の領域Ｐ３に移動するので、作業者の手元が一番明るくなるような配光特性が得られるため、従来の電気スタンドのように基台に邪魔されることなくワークスペースを有効に活用することができる。机に取り付けるクランプタイプの電気スタンドは、基台の制約はないものの長いアームを介して作業スペースの上部に配置する必要があるが、本実施例の照明装置を採用すれば短いアームであっても作業スペースを十分照明することができる。また、２重矢印の実線で示したように、一点鎖線で示した従来の範囲よりも広範囲の領域を照明することができ、電気スタンドとして価値を高めることができる。

図６（ａ）、（ｂ）は、照明装置１を、発光面３を下向き水平にして取付具２１を介して部屋の壁面２０に取り付けるようにしたもので、図６（ａ）と（ｂ）では、取り付けの向きがＹ−Ｙ’方向で逆になっている。図６（ａ）では、最大照度となる領域Ｐ３は、壁面２０から遠ざかる方向に、また図６（ｂ）では、壁面２０に近づく方向にそれぞれ移動している。

図６（ｃ）は、照明装置１を、発光面３を下向き水平にして取付具３１を介して部屋の天井３０に取り付けるようにしたもので、最大照度となる領域は、発光面直下の領域Ｐ１から図で左方向の領域Ｐ３に移動している。

図６（ｄ）は、照明装置１を、発光面３を上向き水平にして取付具４１を介して部屋の床４０に取り付けるようにしたもので、最大照度となる領域は、発光面直上の領域Ｐ１から図で左方向の領域Ｐ３に移動している。

図６（ｅ）、（ｆ）は照明装置１を、発光面３を壁面と平行にして取付具５１を介して部屋の壁面２０（あるいは廊下の壁面等）に取り付けるようにしたもので、図６（ｅ）と（ｆ）では、取り付けの向きがＹ−Ｙ’方向で逆になっている。なお、この場合Ｙ−Ｙ’方向は先の例と異なり水平ではなく垂直方向を表すことになるが、本質的な相違はないことはいうまでもない。

図６（ａ）〜（ｆ）のいずれの照明器具も、電気スタンドの例と同様に、従来の範囲よりも広範囲の領域を照明することができ、照明器具としての価値を高めることができる。

このように、照明装置を部屋の壁、天井、あるいは床に直に付ける照明器具に採用する場合、例えば、最大照度が壁側になる向きに設置すると壁面の反射光による間接照明の照度を増すことができ、逆に最大照度が壁と反対側を向く方に設置すると従来の壁直付け用照明器具よりも広範囲を照らすことができる。また照明器具が傾いた状態でないので、建築デザイン上フラットな設計が可能となる。つまり壁面にフラットに埋め込むなどの設置が可能であり、たとえばホテルや病院などの廊下でのフットライトとしての用途において、図６（ｅ）は歩行者の目に入りやすい非常口案内板のバックライト等に、図６（ｆ）は歩行者の足元（床面）を広範囲に照らすのに、それぞれ適した使用方法を提供することができる。

なお、上記実施例では、発光面は長方形になっているが、正方形の発光面であってもよい。

１ 照明装置
３ 発光面
４ 発光ダイオード（ＬＥＤ)
５ 電源ケーブル
６ 拡散板
７ ＬＥＤ基板
８ 導光板
８ｂ 微小ドット
９ 反射板
２０ 壁面
３０ 天井
４０ 床

Claims (9)

1. 光源からの光を面発光させ発光面下又は発光面上の領域を照明する照明装置であって、
   光源からの光を、最大照度となる領域が発光面直下又は直上の領域より発光面前後の一方側にずれた第１の領域となるように反射、拡散させる光学素子と、
   前記光学素子からの光を、最大照度となる領域が発光面直下又は直上の領域と前記第１の領域間の第２の領域になるように、拡散させる拡散板と、を備え、
   最大照度となる領域を、発光面直下又は直上の領域から第２の領域に移動させて発光面下又は発光面上の領域を照明することを特徴とする照明装置。
2. 前記光学素子が、微小な円錐台形又は球状のドットを面配列した導光板と該導光板と積層された反射板とからなることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記拡散板のヘイズ値が１０％以上８０％以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の照明装置。
4. 前記拡散板の全光線透過率が５０％以上１００％以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の照明装置。
5. 円錐台形又は球状のドットが印刷処理により面配列されることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の照明装置。
6. 円錐台形又は球状のドットが粗し処理されて面配列されることを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の照明装置。
7. 前記照明装置が、発光面下の領域を照明する照明装置であって、部屋の壁面又は天井に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
8. 前記照明装置が、発光面下の領域を照明する照明装置であって、照明用電気スタンドとして構成されることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
9. 前記照明装置が、発光面上の領域を照明する照明装置であって、部屋の床に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。

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