JP2014006967A - 照明装置及びこれに用いるレンズシートの作製方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光源12とレンズシート14とを有しており、レンズシート14の主面の夫々には、複数のプリズム16及び18と、隣接する光散乱素子の影響を受けて形状が歪んだ光散乱素子を含む、半球状の複数の光散乱素子22とが形成されている。複数の光散乱素子22は、光源12の光軸Cを中心として同心円状に配列されているため、レンズシート14を成形するための金型母材に、光散乱素子22に対応する凹部を環状の凹部の列毎に加工していくことにより、複数の光散乱素子22の形状の歪みを周方向に揃えることができる。このため、高密度に配置された複数の光散乱素子22により、それらの形状の歪みの影響を略受けることなく、光源12からの出射光を散乱することができ、照明装置10の照明光の輝度を損なうことなく、色むらを低減することが可能となる。
【選択図】図1
Description
図4には、照明装置の光源として用いることが可能な、いわゆる擬似白色光源100が示されている。この擬似白色光源100は、発光素子102を構成する複数の発光素子チップ102aとしての青色発光LEDが底部に近接配置されたランプハウス104と、ランプハウス104の凹部を封止する透明樹脂106とを含み、透明樹脂106に、蛍光体108としてガーネット(YAG)等の黄色蛍光体を分散させたものである。そして、夫々の青色発光LED102aから出射される青色光は、ランプハウス104の透明樹脂106内を拡散し、この際に黄色蛍光体108によって、黄色系の蛍光へと波長変換された状態で、便宜上、二点鎖線で示されるような出射光L(L1、L2)として、ランプハウス104の外部へと出射されるものである。なお、図4の符号103で示される部分は、電極端子である。
又、擬似白色光源100からの出射光Lは、擬似白色光源100の光軸C上の前方に配置される、例えば複数のプリズムを有するレンズシートを介することで、必要な方向へと偏向され、照明装置として機能するものとなる。
更に、上記の如く近接配置された複数の青色発光LED102を有する擬似白色光源100を、光源として用いた照明装置からの発光は、その照射面に「チップ見え」と呼ばれる色むらが発生する場合がある。これは照射面において、夫々の青色発光LED102aからの出射光のうち、青みが強く輝度も高い光が連なることが原因となり、視認される現象である。
これらの光散乱素子は、レンズシートを射出成形するための金型母材の表面に圧子を押圧することで、比較的容易に加工ができる(例えば、特許文献3参照)。例えば、半球状の光散乱素子をレンズシートに形成する場合には、図5に示すように、レンズシートを射出成形するための金型母材120の表面に、先端が半球状の圧子を押圧することによって、金型母材120の塑性変形を利用して半球状の凹部122を形成する。そして、この凹部122が所定範囲に複数形成された金型母材120を用いて、樹脂を射出成形することにより、凹部122に対応する半球状の凸部(光散乱素子)が所定範囲に複数形成されたレンズシートを成形することができる。
ところが、この方法で加工した場合であっても、隣接する凹部122同士は影響を及ぼし合うため、上述したような形状の歪みが生じ、図5に示す2本の対角線XX’及びYY’によって区画される4つの領域毎の形状異方性(4回回転対称性)が現れる。すなわち、中心に位置する凹部122xを除き、2本の対角線XX’及びYY’上の凹部122は、後から加工される3つの凹部122の影響を大きく受けて形状が歪むのに対し、2本の対角線XX’及びYY’上以外の凹部122は、後から加工される2つの凹部122の影響を大きく受けて形状が歪む。更に、2本の対角線XX’及びYY’上以外の凹部122は、4つの領域毎に、後から加工される2つの凹部122の影響を受ける位置(方向)が異なっている。このため、この金型母材120から成形されるレンズシートにおいても、光散乱素子による光の散乱効果に4つの領域毎の異方性が生じてしまい、それが照明光の境界線や明暗差として視認されてしまう虞がある。
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、更に他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。
ここで、光拡散部を構成する複数の光散乱素子に、形状が歪んだ光散乱素子が含まれている理由について言及する。本項に記載の照明装置のレンズシートは、射出成形法により成形されるものであり、成形の際に用いる金型母材の表面には、レンズシートの複数の光散乱素子に対応する複数の半球状の凹部が、圧子の押圧により加工されている。これらの凹部を加工する際に、レンズシートに形成する光散乱素子の面積密度に合わせて、金型母材へ凹部を加工すると、面積密度が大きい領域では、隣接する後から加工された凹部が形成される際の、金型母材の塑性変形の影響を受けて、加工済みの凹部の形状が歪められる。このため、このような凹部が加工された金型母材を用いて成形されるレンズシートにも、形状が歪んだ光散乱素子が形成されることになる。
更に、レンズシートに形成されている、複数のプリズムと複数の光散乱素子との双方が、光源の光軸を中心として同心円状に配置されていることで、回転対称性に優れた配光分布を実現するものとなる。
本項に記載の照明装置は、複数の光散乱素子により構成される光拡散部が、環状の領域を含むものであり、例えば、光源の光軸を中心として同心円状に配列されている複数の光散乱素子が、光源の光軸周辺には形成されておらず、その周りの環状の領域に形成されているものである。或いは、複数の光散乱素子が、光源の光軸周辺の円状の領域に形成されており、更に、その円状の領域の外周部から間隔をあけて配置された、環状の領域にも形成されていてよい。すなわち、光源の光軸を中心として同心円状に配列される、複数の光散乱素子の環状の列を、必要な場所に必要な列数で配置するものとなるため、光源からの出射光を効率よく散乱させるものとなる。
本項に記載の照明装置は、同心円状に配列された複数の光散乱素子の環状の列が、光源の光軸からの距離に応じて、列内の複数の光散乱素子の配置間隔が異なるものである。すなわち、複数の光散乱素子の環状の列毎に、光源の光軸からの距離に応じた適切な密度で、複数の光散乱素子を配置するものとなるため、光源からの出射光を効率よく散乱させるものとなる。
本項に記載の照明装置は、同心円状に配置される複数のプリズムと、光拡散部を構成する複数の光散乱素子とが、レンズシートの異なる面に形成されるものである。これにより、例えば、レンズシートが、複数のプリズムが形成されている面を光源と対向するように配置される場合には、光源からの出射光は、レンズシートの光源との対向面において、複数のプリズムの各々が有する形状に応じた偏向作用により、その光路が偏向される。更に、光路偏向された光はレンズシート内を進み、レンズシートの光源とは反対側の面において、光拡散部を構成する複数の光散乱素子により様々な角度に散乱され、その指向性が低減されて、レンズシートから出射される。このため、レンズシートを介して出射される光源からの出射光の混色が促されることとなり、照明装置の照明光の輝度を損なうことなく、色むらを低減するものとなる。
本項に記載の照明装置は、複数のプリズムと光拡散部とが、レンズシートの同じ面に形成されるものである。例えば、レンズシートの光源の光軸周辺の領域には、光拡散部を構成する複数の光散乱素子が、光源の光軸を中心とする同心円状に配列され、レンズシートの外周側の領域には、複数のプリズムが、光源の光軸を中心とする同心円状に配置されるものとしてもよい。すなわち、光源の光軸からの距離に応じた必要とされる領域に、複数の光散乱素子、或いは、複数のプリズムを配置するものである。これにより、光源からの出射光は、複数のプリズムが形成されている領域では、各プリズムにより光路が偏向され、光拡散部が形成されている領域では、光散乱素子により様々な方向に散乱されることとなるため、効率よく色むらが低減されるものとなる。
本項に記載の照明装置は、同心円状に配置される複数のプリズムが、レンズシートの両方の面に形成され、光拡散部を構成する複数の光散乱素子が、レンズシートの一方の面に形成されるものである。これにより、例えば、レンズシートが、光拡散部が設けられている面を光源とは反対側に向けて配置される場合には、光源からの出射光は、レンズシートの光源との対向面において、複数のプリズムの各々が有する形状に応じた偏向作用により、その光路が偏向される。更に、光路偏向された光はレンズシート内を進み、レンズシートの光源とは反対側の面において、光拡散部が設けられている領域を通過する光は、光散乱素子により様々な角度に散乱され、複数のプリズムが形成されている領域を通過する光は、各プリズムの形状に応じた偏向作用により光路が偏向されて、レンズシートから出射される。このため、光源からの出射光の混色が促されることとなり、照明装置の照明光の輝度を損なうことなく、色むらを低減するものとなる。
本項に記載の照明装置は、光源が、発光素子と、この発光素子が発光する光を受光し、波長変換して蛍光を発光する蛍光体とを有する、擬似的な白色光源であるものである。そして、この白色光源からの出射光が、上述の如く、光拡散部の複数の光散乱素子により散乱されることで、擬似的な白色光源に不可避の色むらを低減することとなる。
本項に記載の照明装置は、白色光源が有する発光素子が、近接配置された複数の発光素子チップにより構成されるものである。このような白色光源においては、所謂「チップ見え」と呼ばれる色むらが発生することが懸念されるが、本項に記載の照明装置は、白色光源からの出射光を、上述の如く、光拡散部の複数の光散乱素子により散乱させるため、このような色むらをも低減するものとなる。
本項に記載のレンズシートの作製方法は、複数の凹部の環状の列毎に、圧子を押圧して凹部を加工する際に、凹部の環状の列の各々において、最初に圧子を押圧する位置をランダムに設定するものである。これにより、凹部の環状の列の各々において最初に加工された凹部は、他の環状の列の最初に加工された凹部と、同心円状の配列の径方向に連続しない位置に加工される。これに伴い、凹部の環状の列の各々において最初に加工された凹部と隣接する、最後に加工された凹部も、他の環状の列の最後に加工された凹部と、径方向に連続しない位置に加工される。従って、このように凹部が加工された金型母材を用いて成形されるレンズシートにおいても、光拡散部内の光散乱素子の大部分を占める他の光散乱素子とは形状が異なる、最初に加工された凹部により形成される光散乱素子と、最後に加工された凹部により形成される光散乱素子との夫々が、径方向に連続しない態様で配置される。このため、このレンズシートを照明装置に利用した場合において、光拡散部の大部分を占める光散乱素子とは形状が異なる光散乱素子が、同心円状の配列の径方向に連続して配置されることに起因する、照明光の均一性の低下を回避するものとなる。
本項に記載のレンズシートの作製方法は、金型母材の表面に、同心円状に配列される複数の凹部の環状の列毎に、圧子を押圧して凹部を加工する際に、最も中心側に位置する凹部の環状の列から、外周方向に向かって、順次凹部の環状の列を加工していくものである。これにより、加工済みの凹部の形状が、径方向に隣接する後から加工された凹部の影響により歪められる程に、径方向に凹部の面積密度が大きい場合であっても、凹部の歪みが径方向の外周側に揃うものとなり、更に、複数の凹部を効率よく加工するものともなる。
図1に示されるように、本発明の第1の実施の形態に係る照明装置10は、光源12とレンズシート14とを含むものであり、レンズシート14は、光源12の光軸Cを中心として同心円状に配置される複数のプリズム16及び18を有するものである。光源12は、図4に示される従来と同様の擬似白色光源100の構成を有しており、各部の構成については図4と同一の符号を付している。なお、図1の例では、光源12として、3個の発光素子チップ(青色発光LED)102aで構成された発光素子102を有する擬似白色光源が例示されているが、本実施の形態に係る照明装置10の光源12では、発光素子チップ102aの個数は3個〜数十個で設定され、その配置のピッチは略0.25mmに設定されている。
更に、光源12及びレンズシート14の外縁部を一体に覆う椀状又は有底円筒状の反射鏡(図示省略)を備えることで、照明装置10が構成されている。
図2(b)の例では、中心の凹部32xは、最初に加工される凹部であるため、後から加工される周囲6つの凹部32の影響を受け、形状が歪んでいる。
更に、レンズシート14に形成されている、複数のプリズム16及び18と、複数の光散乱素子22との双方が、光源12の光軸Cを中心として同心円状に配置されていることで、回転対称性に優れた配光分布を実現することができる。
更に、白色光源12が有する発光素子102は、近接配置された複数の発光素子チップ102aにより構成されるものである。このような白色光源12においては、所謂「チップ見え」と呼ばれる色むらが発生することが懸念されるが、本発明の第1の実施の形態に係る照明装置10は、白色光源12からの出射光を、上述の如く、光拡散部24の複数の光散乱素子22により散乱させるため、このような色むらをも低減することができる。
そして、上述の如く金型母材30’を用いて成形される、本発明の第2の実施の形態に係る照明装置10’のレンズシート14’は、環状の光散乱素子22の列(26)の各々に含まれる、第1の凹部32aに対応する第1の光拡散素子22aと、第2の凹部32bに対応する第2の光拡散素子22bとの夫々が、図3(a)に示すように、同心円状の配列の径方向に対して連続しない位置に形成されている。
Claims (8)
- 光源と、該光源の光軸上に配置され、前記光源の光軸を中心として同心円状に配置される複数のプリズムが形成されたレンズシートとを備える照明装置であって、
前記レンズシートには、半球状の複数の光散乱素子から構成される光拡散部が設けられ、
該光拡散部は、隣接する少なくとも1方向の光散乱素子の影響を受けて形状が歪んだ光散乱素子を含み、
前記複数の光散乱素子は、前記光源の光軸を中心として同心円状に配列されることを特徴とする照明装置。 - 前記光拡散部は、同心円状に配列された前記複数の光散乱素子の環状の列毎に、いずれも形状の異なる、一つの第1の光散乱素子と、一つの第2の光散乱素子と、複数の第3の光散乱素子とを含み、
前記第1の光散乱素子の各々は、前記同心円状の配列の径方向に対して連続しない態様で配置されていることを特徴とする請求項1記載の照明装置。 - 前記複数の光散乱素子は、同心円状に配列された環状の列毎に複数の光散乱素子群を形成し、
該複数の光散乱素子群の各々は、各光散乱素子群内で隣接する2方向の光散乱素子の影響を受けて形状が歪んだ前記第1の光散乱素子と、該第1の光散乱素子と隣接する前記第2の光散乱素子と、各光散乱素子群内で隣接する1方向の光散乱素子の影響を受けて形状が歪んだ前記第3の光散乱素子とを含み、
前記第1の光散乱素子の各々は、前記光拡散部内でランダムに配置されることを特徴とする請求項2記載の照明装置。 - 前記光源は、発光素子と該発光素子が発光した光を受けて蛍光を発光する蛍光体とを有する白色光源であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項記載の照明装置。
- 前記発光素子は、近接配置された複数の発光素子チップにより構成されることを特徴とする請求項4記載の照明装置。
- 同心円状の複数のプリズムが形成され、かつ、同心円状に配列された半球状の複数の光散乱素子から構成される光拡散部が形成されたレンズシートの作製方法であって、
前記レンズシートを成形するための金型母材の表面に、圧子の押圧により前記複数の光散乱素子に対応する複数の凹部を形成し、この際、同心円状に配列される前記複数の光散乱素子の環状の列に対応する、前記複数の凹部の環状の列毎に、前記圧子を押圧することを特徴とするレンズシートの作製方法。 - 前記複数の凹部により形成する環状の列の各々において、最初に前記圧子を押圧する位置をランダムに設定することを特徴とする請求項6記載のレンズシートの作製方法。
- 同心円状に配列される前記複数の凹部の環状の列を、中心から外周に向かって順次形成することを特徴とする請求項6又は7記載のレンズシートの作製方法。
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