JP2014154349A - 照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】照明器具において、輝度むら及びグレアの抑制を図る。
【解決手段】照明器具１は、ＬＥＤ２からの光を導入し、その光を導いて外部に出射する導光板３を備える。導光板３は、光を導入する導入部３１と、その導入された光を導光方向Ｄ１に伝播させつつ、外部に導出する導出部３２を有する。導入部３１は、ＬＥＤ２が対向配置される入射面３１ａと、入射面３１ａを覆うように形成され、入射面３１ａによる入射光を反射して導出部３２に向かわせる反射面３１ｂを有する。導出部３２は反射面３１ｂと連なる光出射面３２ａを有し、光出射面３２ａは反射面３１ｂと連なる領域に光拡散面３２ｂを有する。ＬＥＤ２から導光板３に入射した光のうち、反射面３１ｂで反射されることなく反射面３１ｂと連なる光出射面３２ａの領域に直接到達した光が、その領域に在る光拡散面３２ｂにより拡散されるので、導出部３２の輝度むら及びグレアを抑制することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、発光素子による出射光を導光板に導入し、その光を導いて外部に導出する照明器具に関する。

ＬＥＤは、低消費電力で、高輝度の発光が可能であり、しかも長寿命であることから、照明器具の光源として使用されている。ＬＥＤを光源とした照明器具の中には、薄型化及び照明光の高均斉度化を図るために導光板を用いたものがある。このような照明器具におけるＬＥＤの配置方法として、主としてエッジライト方式と平面実装方式とが用いられている。

図１０は、エッジライト方式の照明器具１０１の構成を示す。照明器具１０１において、ＬＥＤ１０２は、導光板１０３の側端面に対向するように配置されており、ＬＥＤ１０２の光Ｌ１は、導光板１０３の側端面から導入される。導光板１０３は、その導入した光Ｌ１を、導光板１０３の上面に載置された反射シート１０４により反射して導光方向Ｄ１に伝搬しつつ、導光板１０３の下面から外部に出射する。しかしながら、ＬＥＤ１０２の実装基板１０５が器具施工面と直交する向きに配置されているので、ＬＥＤ１０２の放熱促進のために実装基板１０５の面積を大きくしようとすると、器具の厚みが増してしまう。一方、実装基板１０５の面積を小さくしようとすると、ＬＥＤ１０２の放熱性能が低くなり、器具を密閉構造にし難くなり、埃又は虫等が侵入し易くなる。

図１１は、平面実装方式の照明器具２０１の構成を示す。照明器具２０１において、ＬＥＤ２０２は、導光板２０３の上面端部に在る入射面２０３ａに対向しており、ＬＥＤ２０２の光Ｌ１は、入射面２０３ａから導入される。導光板２０３は、導入した光を、入射面２０３ａを覆うように導光板２０３の下面端部に設けられた反射面２０３ｂにより、導光方向Ｄ１に反射する。導光板２０３は、その反射した光を、導光板２０３の上面に載置された反射シート２０４によりさらに反射し、導光方向Ｄ１に伝搬しつつ、導光板２０３の下面に在る光出射面２０３ｃから外部に出射する（例えば、特許文献１を参照）。この照明器具２０１においては、ＬＥＤ１０２の実装基板１０５が器具施工面と平行な向きに配置されているので、ＬＥＤ２０２の実装基板２０５の面積を大きくすることができ、器具の厚みが増すことなくＬＥＤ２０２の放熱性能を向上させることができる。

特開２００９−２５２３６２号公報

ところで、図１１に示したような照明器具２０１においては、ＬＥＤ２０２から導光板２０３に導入された光Ｌ１の一部は、反射面２０３ｂで反射されることなく、光出射面２０３ｃの端部から、そのまま外部に出射される。そのため、図１２及び図１３に示すように、その端部の輝度は、光出射面２０３ｃの他の部分よりも高くなり、輝度むらが生じる。また、光出射面２０３ｃの端部から出射された光によってグレアが生じ、図１１に示したように、器具正面から上記端部を見たユーザに不快な眩しさを感じさせる。

輝度むら及びグレアを抑制する方法としては、導光板の厚みを大きくするか、光出射面３２ａの端部をカバー等で覆うことが考えられるが、前者の方法では器具が大型化し、後者の方法では、器具効率が低下してしまう。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、器具の大型化及び器具効率を低下させることなく、輝度むら及びグレアを抑制することができる照明器具を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、発光素子と、前記発光素子からの光を導入し、その光を導いて外部に出射する導光板と、を備えた照明器具において、前記導光板は、前記発光素子からの光を導入する導入部と、前記導入部により導入された光を導光方向に伝播させつつ外部に導出する導出部と、を有し、前記導入部は、前記発光素子が対向配置されて該発光素子からの光が入射する入射面と、前記入射面を覆うように形成されて該入射面から入射した光を前記導出部に向けて反射する反射面と、を有し、前記導出部は、前記反射面と連なる光出射面を有し、前記光出射面は、前記反射面と連なる領域に光拡散面を有することを特徴とする。

前記発光素子の光軸から前記光拡散面の前記導光方向の端までの距離は、前記導光板の厚みに基づいて設定されていることが好ましい。

前記光拡散面は、微細な凹凸により構成されることが好ましい。

前記光拡散面は、フレネル面により構成されることが好ましい。

本発明によれば、発光素子から導光板に導入された光のうち、反射面によって反射されることなく反射面と連なる光出射面の領域に直接到達した光が、その領域の光拡散面により拡散されるので、光出射面を含む導出部の輝度むら及びグレアを抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る照明器具の下方視図。 図１のＡ−Ａ’線側断面図。 上記照明器具の導光板の変形例を示す下方視図。 上記照明器具の２次元的な輝度分布を示す図。 上記照明器具の１次元的な輝度分布を示す図。 上記実施形態に係る照明器具の光拡散面が形成される領域を説明するための側断面図。 上記照明器具における光拡散面の寸法について説明するための側断面図。 上記実施形態の変形例に係る照明器具の下方視図。 （ａ）は図８のＢ−Ｂ’線側断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ枠で囲まれた部分の拡大図。 従来の照明器具の側断面図。 上記とは別の従来の照明器具の側断面図。 上記照明器具の２次元的な輝度分布を示す図。 上記照明器具の１次元的な輝度分布を示す図。

本発明の一実施形態に係る照明器具について図面を参照して説明する。図１及び図２は、本実施形態の照明器具の構成を示す。この照明器具１は、例えば、部屋等の天井に取り付けられ室内空間を照明する全般照明用に好適であり、オフィス向けのＬＥＤベースライト又は住宅向けのＬＥＤシーリングライト等に用いられる。

照明器具１は、複数のＬＥＤ２（発光素子）と、ＬＥＤ２からの光を導入し、その光を導いて外部に出射する導光板３と、導光板３による導出光を反射する反射シート４と、上記各部品を支持するケース５と、を備える。導光板３は、ＬＥＤ２からの光を導入する導入部３１と、導入部３１により導入された光を導光方向Ｄ１に伝播させつつ外部に導出する導出部３２と、を有する。導出部３２は、その厚み方向下面（以下、下面という）から光を出射する。反射シート４は、導光板３の厚み方向上面（以下、上面という）に載置されている。ケース５は、ケース本体５１と、ケース本体５１に着脱自在に取り付けられる枠体５２とを有する。

ＬＥＤ２は、導光板３の上面の外周端部に沿って、その外周端部と対向するように環状に配置され、基板６に実装されている。各ＬＥＤ２は、表面実装型（ＳＭＤ型）のＬＥＤ、又はチップオンボード型（ＣＯＢ型）ＬＥＤ等により構成され、片側からのみ光を出射する。ＬＥＤ２は、図示された数に限定されない。

導光板３は、例えば、円板状であるが、その形状に限定されず、図３に示すように、四角板状であってもよい。導光板３は、アクリル又はポリカーボネード等の光透性樹脂又はガラス等により構成される。製造コスト及び器具効率等の観点から、アクリルが好適に用いられる。

導入部３１は、導光板３の外周端部に設けられ、導出部３２は、導入部３１よりも内側の中央部に設けられ、導入部３１と一体的に形成されている。導光方向Ｄ１は、導光板３の外周端部から径方向の中心に向かう方向である。この径方向は、導光板３の厚み方向と直交する方向である。

また、導入部３１は、ＬＥＤ２が対向配置されてＬＥＤ２からの光が入射する入射面３１ａと、入射面３１ａを覆うように形成された反射面３１ｂと、を有する。入射面３１ａは、導入部３１の上面に設けられ、反射面３１ｂは、導入部３１の下面に設けられている。反射面３１ｂは、導光板３の厚みが導光方向Ｄ１ほど増えるように傾斜し、かつ外側に凸状の曲面であり、入射面３１ａから入射した光を導出部３２に向けて反射する。

反射面３１ｂは、拡散性の高い白色インクが導入部３１の表面に塗装されたインク塗装面、又はアルミ若しくは銀等の金属が導入部３１の表面に蒸着され鏡面性の高い金属蒸着面等により構成される。金属蒸着面は、インク塗装面よりも反射率が高く、器具効率の向上を図ることができる。一方、インク塗装面は、塗装により容易に作製されるので、生産性を良くすることができる。

導出部３２は、導出部３２の下面に設けられ反射面３１ｂと連なる光出射面３２ａを有する。光出射面３２ａは、その一部に光拡散面３２ｂを有する。光拡散面３２ｂは、光出射面３２ａの中で反射面３１ｂと連なる領域に在り、光出射面３２ａの外周端部に沿って環状に設けられている。光拡散面３２ｂは、光拡散面３２ｂから外部に出ようとする光のうち、一部の光を透過、拡散させ、その他の光を反射、拡散させる。光拡散面３２ｂは、微細な凹凸により構成されたシボ面であり、上記凹凸の形状及び配置は、規則的であってもよいし、ランダムであってもよい。導光板３が例えば射出成形により作製される場合、上記シボ面は、その射出成形に用いられる金型の表面に、マスク及びエッチングにより微細な凹凸を設けることで形成される。上記シボ面の形成方法は、これに限定されない。

導出部３２の上面には、導入部３１により導入された光を反射、拡散させ、導光方向Ｄ１に伝搬させつつ、外部に出射させるための光拡散加工が施されている。この光拡散加工の一種として、導出部３２の上面には、微細なドット状の穴から成るプリズム３２ｃが複数形成されている。その穴は、例えば円錐形又は角錐形である。プリズム３２ｃは、導入部３１により導入された光がプリズム３２ｃに当たると、その光を反射して、導光方向Ｄ１で、かつ光出射面３２ａの方向に向かわせる。このようにして、光出射面３２ａからは光が均一に発せられる。

上記とは別の光拡散加工として、シルク印刷がある。このシルク印刷では、白色のインキが導出部３２の上面にドット状に配置されて印刷され、ドットパターンが形成される。このシルク印刷によれば、ドットパターンと導出部３２の上面との間に空気層が無く、それらが互いに密着する。従って、導入部３１により導入された光が導出部３２の上面に到達すると、ドットパターンにより反射、拡散される。上記とはさらに別の光拡散加工として、レーザ光により導出部３２の上面を切削してドット又は溝を形成するレーザ加工がある。上述した各種の光拡散加工において、プリズム、ドット又は溝の配置を適切に設計することにより、導出部３２の光出射面３２ａから均一に光を発することが可能になる。光拡散加工の種類は、用途に応じて適宜選択される。

導出部３２は、導入部３１により導入された光を、直接的に、又はプリズム３２ｃ若しくは反射シート４により反射させて導光方向Ｄ１に伝播させた後に、光出射面３２ａから外部に出射させる。

反射シート４は、白色で、拡散性能が高く、かつ反射率の高いシートであり、その厚みは、例えば、略２００〜４００μｍであり、器具効率の向上に寄与する。ケース本体５１は、天井等に設置される。枠体５２は、光出射面３２ａから発せられる光を透過するための開口５２ａを有し、かつ反射面３１ｂを覆うように形成されている。

次に、光拡散面３２ｂによる作用効果について、図２に加えて、図４及び図５を参照して説明する。図４は、導光板３を下方から見たときの２次元的な輝度分布を示し、図５は、導光板３の略中心を通る径方向の線上の１次元的な輝度分布を示す。

ＬＥＤ２からの光の一部は、導入部３１の入射面３１ａから導入部３１に入射し、その後、いずれかの面で反射、減衰することなく、導入部３１の反射面３１ｂを越えて、反射面３１ｂと連なる光出射面３２ａの領域に直接到達する。その直接到達した光の全てが、上記領域を透過するのではなく、上記領域に在る光拡散面により一部の光だけが透過し、しかもその透過時に拡散し、その他の光は反射、拡散される。従って、光拡散面３２ｂの輝度を、光出射面３２ａにおける光拡散面３２ｂ以外の領域の輝度、すなわち、反射に起因する減衰又は拡散等を経た光が出射される領域の輝度に近づけることができる。従って、光出射面３２ａを含む導出部３２の輝度むらを抑制することができ、また、光出射面３２ａを斜め下方から見たときのグレアを抑制することができる。しかも、導光板の厚みを増すことなく、輝度むら及びグレアを抑制することができるので、器具の大型化を招くこともない。また、ＬＥＤ２からの光が直接到達する領域をカバー等で覆う必要もないので、器具効率の低下を防ぐことができる。

ここで、光拡散面３２ｂが形成される領域の大きさは、輝度むら及びグレアの抑制と、器具効率の向上との間でバランスを保つことができるように、以下のように設定される。上述した通り、ＬＥＤ２からの光の一部は、入射面３１ａから導入部３１に入射して光拡散面３２ｂに直接到達し、光拡散面３２ｂにより導出部３２の内方に反射される。その反射した光は、導光板３の内部で反射を繰り返し、その一部が外部に取り出されることなくロスする。そのため、光拡散面３２ｂの領域を大きくし過ぎると、そのようなロス光が増えて、器具効率が低下する虞がある。一方、光拡散面３２ｂの領域を小さくし過ぎると、光拡散面３２ｂに直接到達する光のうち、光拡散面３２ｂを透過し拡散される光の範囲が狭くなり、輝度むら及びグレアを十分に抑制できなくなる虞がある。

光出射面３２ａに直接到達する光のうち、光拡散面３２ｂにより拡散されずに出射される光の出射角の下限値が６０〜７０°度程度であれば、ユーザは大抵の使用状況でグレアが気にならない。そこで、上記出射角の下限値を例えば６０°に設定し、それを実現する光拡散面３２ｂの寸法を逆算する。その寸法として、具体的には、ＬＥＤ２の光軸Ａ１から光拡散面３２ｂの導光方向Ｄ１の端までの距離ｄ_１を逆算する。

ここで、入射面３１ａにおける光の入射角、出射角をそれぞれθ_１、θ_２とする。これに伴い、光出射面３２ａにおける光の入射角、出射角はそれぞれθ_２、θ_１となる。また、光出射面３２ａからの出射角θ_１が６０°となる光をＬ２とする。

光軸Ａ１と入射面３１ａの光入射位置との間の導光方向Ｄ１の距離をｄ_２とし、その入射位置と光出射面３２ａの光出射位置との間の導光方向Ｄ１の距離をｄ_３とした場合、距離ｄ１は、下記数１の式により表わされる。

そして、導光板３の厚みをｈ_１とし、ＬＥＤ２と入射面３１ａとの隙間をｈ_２とすると、距離ｄ_２は下記数２の式により求められ、距離ｄ_３は下記数３の式により求められる。

また、導光板３の屈折率をｎとすると、光Ｌ２の光出射面３２ａへの入射角θ_２は、下記数４の式で表わされる。

上記数２〜数４の式を上記数１に代入すると、下記数５の式が導き出される。ただし、距離ｄ_２は距離ｄ_３よりも大幅に短いので、距離ｄ_２は無視するものとする。

この数５の式に、θ_１＝６０°を代入し、かつ導光板３がアクリル製であると想定してｎ＝１．４９を代入すると、ｄ_１≒０．８５×ｈ_１となる。この距離ｄ_１が、輝度むら及びグレアの抑制と器具効率の向上とのバランスを保つ上で適当な値であり、この値は、導光板３の厚みｈ_１から導き出すことができる。従って、ここでは、距離ｄ_１は、厚みｈ_１に基づいて設計及び設定される。

距離ｄ_１を算定するため厚みｈ_１に乗ずる係数を０．８５ではなく略１とし、距離ｄ_１を厚みｈ_１と略等しくしてもよい（ｄ_１≒ｈ_１）。その場合、隙間ｈ_２、距離ｄ_２を無視すると、θ_２≒４５°となり、θ_１＝６７．１°となる。上記と同じ条件で、導光板３をポリカーボネート製とし、ｎ＝１．５９としても、θ_１を７１．６°に抑えることができる。また、上記と同じ条件で、導光板３に、屈折率がアクリルよりも低く、例えば１．４０の材料が用いられた場合であっても、θ_１＝６３°となる。

このように光拡散面３２ｂが形成される領域を設定することで、照明器具１では、輝度むら及びグレアの抑制を図りつつ、器具効率を向上させることができ、両者のバランスを良好なものとすることできる。

次に、上記実施形態の変形例に係る照明器具について図面を参照して説明する。上記実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、上記実施形態と相違する点についてのみ説明する。

図８及び図９（ａ）（ｂ）は、第１の変形例に係る照明器具１の構成を示す。本変形例の照明器具１において、光拡散面３２ｂは、フレネル面により構成される。このフレネル面は、いわゆるフレネルレンズの表面と同形状の面である。また、導出部３２の上面には、光拡散加工として、上述したシルク印刷によるドットパターン３２ｄが印刷されている。光拡散加工は、これに限定されない。本変形例における光拡散面３２ｂが形成される領域の大きさは、上記実施形態と同様に設定される。

光拡散面３２ｂは、上記形状により、光出射面３２ａの中央を基準に同心状に拡がる環状領域毎に、有効面３２ｅと非有効面３２ｆとが交互に配置され連なるように形成されている。有効面３２ｅは、導出部３２の厚みが導光方向Ｄ１に増えるように傾斜した面であり、入射面３１ａから入射して直接到達するＬＥＤ２の光の入射角を大きく取ることができる。有効面３２ｅの傾斜は、上述した光の入射角を臨界角以上として、その光を全反射可能な傾斜であり、有効面３２ｅは、上述した光を全反射して導出部３２の内方に戻す点で有効である。一方、非有効面３２ｆは、導出部３２の厚みが導光方向Ｄ１とは反対方向に増えるように傾斜した面、又は導出部３２の厚さ方向と平行な面であり、上述した光の入射角が小さくなることから、その光を透過させ、外部に出射させる。

本変形例においては、ＬＥＤ２からの光の一部が、入射面３１ａから導入部３１に入射して光拡散面３２ｂに直接到達するとき、光拡散面３２ｂを構成する有効面３２ｅにより、その光を全反射して導出部３２の内方に戻すことができる。従って、器具効率を落とすことなく、輝度むら及びグレアを抑制することができる。

なお、本発明は、上記実施形態及び変形例の構成に限定されるものでなく、使用目的に応じ、様々な変形が可能であり、上記実施形態及び変形例の構成を適宜に組み合わせてもよい。例えば、上記変形例で示したフレネル面を構成する非有効面３２ｆにのみその表面にシボ加工等の拡散処理が施されてもよい。こうすれば、ＬＥＤ２からの直射光も拡散されるので、グレアをより効果的に抑制することができる。

１ 照明器具
２ ＬＥＤ（発光素子）
３ 導光板
３１ 導入部
３１ａ 入射面
３１ｂ 反射面
３２ 導出部
３２ａ 光出射面
３２ｂ 光拡散面
Ａ１ ＬＥＤの光軸
ｄ_１ 距離
Ｄ１ 導光方向
Ｌ１、Ｌ２ 光

Claims (4)

1. 発光素子と、前記発光素子からの光を導入し、その光を導いて外部に出射する導光板と、を備えた照明器具であって、
   前記導光板は、前記発光素子からの光を導入する導入部と、前記導入部により導入された光を導光方向に伝播させつつ外部に導出する導出部と、を有し、
   前記導入部は、前記発光素子が対向配置されて該発光素子からの光が入射する入射面と、前記入射面を覆うように形成されて該入射面から入射した光を前記導出部に向けて反射する反射面と、を有し、
   前記導出部は、前記反射面と連なる光出射面を有し、
   前記光出射面は、前記反射面と連なる領域に光拡散面を有することを特徴とする照明器具。
2. 前記発光素子の光軸から前記光拡散面の前記導光方向の端までの距離は、前記導光板の厚みに基づいて設定されていることを特徴とする請求項１に記載の照明器具。
3. 前記光拡散面は、微細な凹凸により構成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の照明器具。
4. 前記光拡散面は、フレネル面により構成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の照明器具。