JP2015184457A - 光学制御部材およびこれを備える窓、ブラインド、電気機器、照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】清掃がし易く、製造コストが低く、光取り出し効率も高い配光制御性に優れた光学制御部材および窓、ブラインド、電気機器、照明装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、光学制御部材は、対向する第１表面２０ａおよび第２表面２０ｂを有し、光透過性を有する基材２０と、基材の第１面に設けられた第１光制御層３０と、基材の第２面に設けられ第１光制御層と対向する第２光制御層４０と、を備えている。第１および第２光制御層は、互いに対応関係にあるパターンで形成された複数の第１領域３０ａ、４０ａおよび複数の第２領域３０ｂ、４０ｂを有し、第１領域は、第２領域に比べて光透過性が高い特性を有している。第２領域の表面は、凹凸を有する凹凸面で構成され、光拡散性を有する。【選択図】図５

Description

この発明の実施形態は、光学制御部材、およびこれを備える窓、ブラインド、電気機器、照明装置に関する。

照明器具として、例えば、天井に設置される照明器具は、一般に、天井に対して垂直方向に配列した複数の反射板を有し、天井から斜めに出て眩しく感じる不要な光を、これらの反射板でカットする技術が用いられている。

しかしながら、このような反射板を用いた照明器具では、複雑な形状の反射板を清掃するのに手間が掛かるとともに、製造コストも高くなり、さらには反射板による光の吸収により、光取出し効率が低下していた。

また、窓では日射の抑制や透視性の調整で、同様の複数の反射板を回転調整させるブラインドなどにより日射や透視性の調整を行っているが、清掃の手間がかかるなどの問題があった。

このような問題を解決する手段として、透明基材の表裏面にストライプ状の遮光あるいは光拡散性を持たせた膜パターンを形成し、この表裏面の膜パターンの干渉具合により入射する光の角度に応じた照明配光や日射や透視性の調整手段があった。

特開昭６１−１００７０１号公報 特開２００５−３２１７６６号公報

透明基材の表裏面に膜パターンを形成する技術によれば、清掃容易さを図ることができるが、一方で膜パターン形成には印刷プロセスあるいはフォトリソグラフィプロセスといった手間がかかり、製造コスト面で問題があった。また、印刷プロセスでは解像度や表裏面の位置ずれの問題があった。

この発明は以上の点を鑑みてなされたものであり、その課題は、清掃がし易く、製造コストが低く、光取り出し効率も高い配光制御性に優れた光学制御部材およびこれを備えた窓、ブラインド、電気機器、照明装置を提供することにある。

実施形態によれば、光学制御部材は、対向する第１表面および第２表面を有し、光透過性を有する基材と、前記基材の第１面に設けられた第１光制御層と、前記基材の第２面に設けられ前記第１光制御層と対向する第２光制御層と、を備えている。前記第１および第２光制御層は、互いに対応関係にあるパターンで形成された複数の第１領域および複数の第２領域を有し、前記第１領域は、前記第２領域に比べて光透過性が高い特性を有し、前記第２領域の表面は、凹凸を有する凹凸面で構成され、光拡散性を有する。

図１は、第１の実施形態に係る照明装置を示す断面図。 図２は、前記照明装置の光学制御部材の平面図。 図３は、図２の線Ａ−Ａに沿った前記照明装置の断面図。 図４は、前記光学制御部材の第２領域を拡大して示す断面図。 図５は、前記光学制御部材の配光制御作用を説明するための前記照明装置の断面図。 図６は、変形例に係る照明装置の断面図。 図７は、第２の実施形態に係る照明装置を示す断面図。 図８は、第２の実施形態の照明装置における光学制御部材の配光制御作用を説明するための前記照明装置の断面図。 図９は、第３の実施形態に係る照明装置の平面図。 図１０は、第４の実施形態に係る光学制御部材を有するオーブンレンジを示す斜視図。 図１１は、第５の実施形態に係る光学制御部材を有する洗濯機を示す斜視図。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る光学制御部材および照明装置について詳細に説明する。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更であって容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る光学制御部材を備えた照明装置を示す縦断面図、図２は、照明装置の平面図、図３は、照明装置の横断面図である。
図１ないし図３に示すように、照明装置１０は、筐体１１と、光源１２と、光源に対向して設けられた矩形板状の光学制御部材１４と、を備えている。筐体１１は、例えば、矩形箱状に形成され、一方の主面全体が開口している。光源１２は、例えば、細長い棒状に形成され、筐体１１の底面上に設置されている。光源１２は、長手方向の両端部がソケット１８に支持され、筐体１１の長手方向のほぼ全長に亘って延在している。光源１２としては、複数のＬＥＤを直線的に並べた光源、あるいは蛍光灯等を用いることができる。筐体１１には、光源１２を駆動する図示しない駆動回路が設けられている。

光学制御部材１４は、光透過性を有するシート状あるいは板状の基材２０を備えている。基材２０は、空気よりも屈折率の高い部材、例えば、１．５前後の屈折率を有するポリカーボネートやアクリル等の透明樹脂により、厚さ１〜２ｍｍの矩形平板状に形成されている。すなわち、基材２０は、平坦な矩形状の第１表面２０ａおよび第２表面２０ｂを有し、これら第１および第２表面は、互いに平行に対向している。

光学制御部材１４は、筐体１１の開口部に設置され、筐体１１の開口を覆っているとともに、光源１２および筐体の底面とほぼ平行に対向している。光学制御部材１４の下面側（第２表面２０ｂ）が光源１２に対向し、上面側（第１表面２０ａ）が照明装置１０の外側となる。光学制御部材１４は、光源１２側から光が入光し、上面側（外側）へ向けて光を出射する。

光学制御部材１４は、第１表面２０ａの全面に設けられた第１光制御層３０と、第２表面２０ｂの全面に設けられ第１光制御層と対向した第２光制御層４０と、を有している。
第１光制御層３０は、複数の帯状あるいはストライプ状の第１領域３０ａと複数の帯状あるいはストライプ状の第２領域３０ｂとを有し、第１領域３０ａおよび第２領域３０ｂは、交互に並んで並設されている。第１領域３０ａおよび第２領域３０ｂは、基材２０の長手方向と直交する方向、つまり、基材２０の幅方向にそれぞれ延び、また、基材２０の長手方向に交互に並んでいる。第１領域３０ａおよび第２領域３０ｂは、第１表面２０ａの一端縁（ここでは、一方の長辺）から他端縁（ここでは、他方の長辺）まで直線的に延在している。すなわち、第１領域３０ａおよび第２領域３０ｂは、第１表面２０ａの全域に渡り均質で繰り返し性を持って設けられている。
本実施形態において、第１領域３０ａおよび第２領域３０ｂは、ほぼ等しい幅に形成されている。各第１領域３０ａは第２領域３０ｂよりも光透過性が高い特性を有している。各第２領域３０ｂは、主に光を拡散する拡散層として形成されている。
図４は、第２領域３０ｂの表面近傍を拡大した断面図を示す。第２領域３０ｂは、表面全体に微小な凹凸（シボ）が形成されている。従って、第２領域３０ｂは、光を拡散する作用を有する。一方、基材２０の第１表面２０ａにおいて、第２領域３０ｂ以外の領域、つまり、第１領域３０ａについては、特別な加工を施していないため、平滑な界面が形成されている。そのため、第１領域３０ａに入射してきた光は拡散作用を受けることはない。すなわち、第１領域３０ａは、光を透過する透過領域を形成している。

このように、第１光制御層３０には、入射してきた光を拡散して出射する第２領域（光拡散領域）３０ｂと、光を拡散せずに透過する第１領域（光透過領域）３０ａと、がストライプ状に交互に形成されることとなる。

図１および図２に示すように、基材２０の第２表面２０ｂに形成された第２光制御層４０は、第１光制御層３０と同様に形成されている。すなわち、第２光制御層４０は、複数の帯状あるいはストライプ状の第１領域４０ａと複数の帯状あるいはストライプ状の第２領域４０ｂとを有し、第１領域４０ａおよび第２領域４０ｂは、交互に並んで並設されている。各第２領域４０ｂは、表面全体に微小な凹凸（シボ）が形成され、光拡散領域を形成している。また、各第１領域４０ａは、第２表面２０ｂにより形成され、光を透過する光透過領域を構成している。第１領域４０ａおよび第２領域４０ｂは、第２表面２０ｂの全域に渡り均質で繰り返し性を持って設けられている。
第２光制御層４０は、第１光制御層３０と平行に対向して、かつ、第１および第２領域４０ａ、４０ｂは、第１光制御層３０の第１および第２領域３０ａ、３０ｂと同じ位相で形成されている。

図５は、光源１２から斜め方向に出射した光線を模式的に示す図である。光源１２から出射した光は、光学制御部材１４の第２表面２０ｂに形成された第１領域４０ａあるいは第２領域４０ｂのどちらかに入射する。第２領域４０ｂに入射した光は、第２領域に形成された凹凸面により散乱された後、光学制御部材１４に入光し、光学制御部材１４の第１表面２０ａ上の第１光制御層３０から外側に出光する。

一方、光源１２から第２光制御層４０の第１領域４０ａに入射した光は、光学制御部材１４に屈折して入光する。そのため、図４に示した点線の経路ではなく、実線で示した経路を通ることになり、第１表面２０ａに形成された第１光制御層３０の第１領域３０ａではなく、その手前の第２領域（光拡散領域）３０ｂに入光する。従って、光は第２領域３０ｂに形成された凹凸面により散乱され、外側に出光する。

このように、光学制御部材１４の第２表面（下面）２０ｂに形成された第２光制御層４０の第１領域４０ａおよび第２領域４０ｂのどちらに入光した場合でも、結果的には第１あるいは第２光制御層３０、４０の第２領域（光拡散領域）４０ｂあるいは３０ｂを通過するため、光は拡散された状態で出射される。従って、照明装置１０を斜めから観察した場合には、光源１２の像がぼけて見えるため、眩しさを大きく低減することができる。

すなわち、第１の実施形態に係る照明装置１０によれば、従来用いられていた反射板ではなく、１枚の平板により配光を制御しているため、構造が簡素となる。これにより、第１の実施形態によれば、製造コストが安く、簡単に清掃ができ、さらに、反射板による光の吸収もないため光取り出し効率の高い照明装置を提供することができる。

また、光学制御部材１４は、第１領域と第２領域の凸凹度合を変えているだけであり、膜パターン形成を必要とする印刷やフォトリソグラフィといった手のかかる製造プロセスを必要とせず、通常用いられている射出成形や押出成形により製造可能である。いずれの方法でも、エッチングなどにより金型に細かい凹凸を形成し、これを樹脂部材に転写することにより、光拡散領域（第２領域３０ｂ、４０ｂ）を形成することが可能である。従って、特別な材料が必要なく、さらに光学制御部材１４を１工程で成形できるため、安価に提供できる。また、平滑な表面を持つ透明樹脂あるいはガラスの平板の表面に、レーザーや切削刃により、あるいは、サンドブラストにより、微細な凹凸を施し、光拡散領域を形成することも可能である。このように、光学制御部材１４は、種々の方法により形成することが可能であり、製造方法に依存するわけではない。

光制御層３０、４０における、第１領域（光透過領域）と第２領域（光拡散領域）との比率は、第１領域３０ａ、４０ａに比べて第２領域３０ｂ、４０ｂの割合が大きい場合には、光学制御部材１４によって遮光できる角度の範囲が大きくなり、逆の場合には、光学制御部材１４によって遮光できる角度の範囲を小さくすることができる。すなわち、本実施形態の光学制御部材１４においては、第１領域３０ａ、４０ａと第２領域３０ｂ、４０ｂとの比率により、遮光できる角度の範囲（量）を制御することができる。求められる特性に応じて、この比率をきめればよい。

第１の実施形態において、光制御層の第１領域（光透過領域）３０ａ、４０ａは、凹凸を形成しない平滑な面としている。この場合、光源１２から光学制御部材１４の下面に垂直方向に出射した光線のうち、光学制御部材１４の下面（第２表面２０ｂ）の第１領域（光透過領域）４０ａに入光した光については、ほとんど屈折せずにそのまま上面（第１表面２０ａ）の第１領域（光透過領域）３０ａより出光するため、正面方向から照明装置１０を眺めた場合に、眩しく感じる場合がある。従って、例えば、第１領域３０ａの表面に、ごく僅かな凹凸を形成することで、光源１２の像をぼかすことが可能となる。

なお、第１の実施例においては、光学制御部材１４を平板状の構造としたが、これに限定されることなく、例えば、図６に示すように、光学制御部材１４を円弧状に湾曲した板状としてもよい。第１領域（光透過領域）と第２領域（光拡散領域）を有する光制御層を、光学制御部材１４の両面に対応付けて形成することにより、その作用が発揮されるためである。従って、光学制御部材１４の形状に何ら制約を受けるものではない。

次に、他の実施形態に係る照明装置について説明する。後述する他の実施形態において、前述した第１の実施形態と同一の部分には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。

（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態に係る光学制御部材を有する照明装置を示す断面図、図８は、光学制御部材および入射光の経路を示す断面図である。第２の実施形態によれば、照明装置１０の基本的な構成は、第１の実施形態と同じであり、光学制御部材１４の一部が相違している。
すなわち、第２の実施形態によれば、光学制御部材１４は、光透過性を有する矩形平板状の基材２０を備え、基材２０の第１表面２０ａおよび第２表面２０ｂに第１光制御層３０および第２光制御層４０が形成されている。第１光制御層３０および第２光制御層４０の各々は、帯状の第１領域（光透過領域）３０ａ、４０ａおよび帯状の第２領域（光拡散領域）を有している。第１の実施形態と異なり、光学制御部材１４の第１光制御層３０および第２光制御層４０は、逆位相で形成されている。すなわち、第２光制御層４０は、第１光制御層３０と平行に対向して、かつ、第１および第２領域４０ａ、４０ｂは、第１光制御層３０の第１および第２領域３０ａ、３０ｂに対して、光学制御部材１４の長手方向に逆位相で並んでいる。第２光制御層４０の第１領域４０ａは、第１光制御層３０の第２領域３０ｂと対向し、第２光制御層４０の第２領域４０ｂは、第１光制御層３０の第１領域３０ａと対向している。

図８に示すように、第２の実施形態によれば、光源１２から光学制御部材１４に垂直方向に出射した光は、第１光制御層３０あるいは第２光制御層４０の第２領域３０ｂあるいは４０ｂにより拡散されて出射する。光源１２から光学制御部材１４に斜めに入射する光は、第１および第２光制御層３０、４０の第１領域３０ａ、４０ａを通り、拡散されずに光学制御部材１４から出射する。このため、照明装置１０を正面方向から観察した場合、光源１２の像がぼけて見えるため、眩しさを大きく低減できる。

すなわち、光学制御部材１４の両面に形成される光制御層３０、４０のパターンの位相により、光源像をぼかす方向を制御することができる。例えば、第１光制御層３０と第２光制御層４０を半位相ずらした場合には、約４５度程度の斜め方向から照明装置１０を観察した場合に光源像がぼけずにはっきりと見え、それ以外の方向から照明装置１０を観察した場合には、光源像がぼけ眩しさを大きく低減することができる。
また、第２の実施形態においても、製造コストが安く、簡単に清掃ができ、さらに、反射板による光の吸収もないため光取り出し効率の高い照明装置を提供することができる。

（第３の実施形態）
図９は、第３の実施形態に係る光学制御部材を有する照明装置を示す平面図である。第３の実施形態において、照明装置１０の基本的な構成は第１の実施形態と同じであり、光学制御部材１４の光制御層のパターンが一部が相違している。

すなわち、第３の実施形態によれば、板状の光学制御部材１４の両面（第１表面および第２表面）に形成された第１および第２光制御層３０（４０）が形成されている。第１および第２光制御層３０（４０）は、複数の第１領域（光透過領域）３０ａおよび複数の第２領域（光拡散領域）３０ｂが同位相に形成されている。各光制御層において、第１領域３０ａおよび第２領域３０ｂは、第１の実施形態とパターン（模様）が異なり、市松模様に形成されている。すなわち、第１領域３０ａおよび第２領域３０ｂは、それぞれ矩形状に形成され、光学制御部材１４の長手方向（第１方向）および幅方向（第１方向と直交する第２方向）に交互に並んで設けられている。

各第２領域３０ｂの表面は、凹凸面により形成されている。なお、第２領域（光拡散領域）３０ｂと第１領域（光透過領域）３０ａとの比率については、第１の実施形態とほぼ同じ比率になるよう調整されている。

このように構成された第３の実施形態に係る照明装置においても、第１の実施形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。上述したように、光制御層の第１領域（光透過領域）と第２領域（光拡散領域）との比率と、表裏の光制御層の位相と、で照明装置の配光を制御しているため、第１領域（光透過領域）と第２領域（光拡散領域）の配置位置（模様）に依存することなく、同様の作用効果が得られる。従って、第１領域（光透過領域）と第２領域（光拡散領域）の形状、配置位置（模様）については、例えば、絵柄のような不規則な模様でも良く、自由に選択可能である。

また、上述した実施形態では、光学制御部材を照明器具への適用例を説明したが、本発明の展開分野は照明器具に留まるものではなく、上述した光学制御部材を建材や家の窓材、あるいはブラインド等に用いることが可能である。

特に、射出成型プロセスを用いた場合、基材の曲面形状や厚みの不均一設計が容易であるとともに、金型精度までパターン精度を高めることができ、本発明の実施プロセスとして有効である。電気機器、例えば、洗濯機や掃除機等の家電機器の窓／透視部品は一般的に射出成型部品が用いられているが、これらの透明部材に上述した光学制御部材を適用することにより、あらかじめ金型にほどこしたシボパターンで上述の第２領域を形成することができる。これにより、正面だけ中を透視でき斜めはスリガラス状にしか見えない洗濯機窓や冷蔵庫用透明扉、上だけからゴミを透視することができるサイクロン掃除機集じん部などを実現することができる。

（第４の実施形態）
図１０は、第４の実施形態に係る光学制御部材を有するオーブンレンジを示している。オーブンレンジは、ほぼ矩形箱状の筐体５０と、筐体の開口部に開閉自在に設けられた扉５２と、筐体の前面に設けられた操作パネル５３と、を備えている。扉５２は、窓５４を有し、この窓５４に窓材として光学制御部材１０が配置されている。光学制御部材１０は、上述した第１ないし第３の実施形態で示した光学制御部材と同様に構成され、例えば、矩形板状の基材２０と、基材の表面に形成され、それぞれ鉛直方向に延びる複数の第１領域３０ａおよび複数の第２領域３０ｂとを有している。なお、耐熱性を考慮して、光学制御部材１０の基材は、ガラス板を用い、このガラス板の表面にサンドブラスト加工により、凹凸面を有する第２領域３０ｂを形成している。

上記のように構成されたオーブンレンジによれば、窓５４に配置された光学制御部材１０を正面から見たときだけ、筐体５０の中を透視でき、斜めから見たときはスリガラス状にしか見えず、筐体内を見にくくすることができる。

（第５の実施形態）
図１１は、第５の実施形態に係る光学制御部材を有する洗濯機を示している。この洗濯機は、ほぼ矩形箱状の筐体６０と、筐体６０内に設けられた図示しないドラムと、筐体６０の前面に形成された投入口を開閉自在に設けられた扉６２と、筐体６０の上面部に設けられた操作パネル６３と、を備えている。扉６２は、窓６４を有し、この窓６４に窓材として光学制御部材１０が配置されている。光学制御部材１０は、上述した第１ないし第３の実施形態で示した光学制御部材と同様に構成され、例えば、矩形板状の基材２０と、基材の表面に形成され、それぞれ鉛直方向に延びる複数の第１領域３０ａおよび複数の第２領域３０ｂとを有している。なお、基材２０は、前方に凸となる球面形状に形成されている。

上記のように構成されたオーブンレンジによれば、窓５４に配置された光学制御部材１０を正面から見たときだけ、筐体５０の中を透視でき、斜めから見たときはスリガラス状にしか見えず、筐体内を見にくくすることができる。

本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１０…照明装置、１１…筐体、１２…光源、１４…光学制御部材、２０…基材、
２０ａ…第１面、２０ｂ…第２面、３０…第１光制御層、４０…第２光制御層、
３０ａ、４０ａ…第１領域（透過領域）、３０ｂ、４０ｂ…第２領域（光拡散領域）

Claims (13)

1. 対向する第１表面および第２表面を有し、光透過性を有する基材と、
   前記基材の第１面に設けられた第１光制御層と、
   前記基材の第２面に設けられ前記第１光制御層と対向する第２光制御層と、を備え、
   前記第１および第２光制御層は、互いに対応関係にあるパターンで形成された複数の第１領域および複数の第２領域を有し、前記第１領域は、前記第２領域に比べて光透過性が高い特性を有し、前記第２領域の表面は、凹凸を有する凹凸面で構成され、光拡散性を有する光学制御部材。
2. 前記各第２領域は、前記基材の第１表面あるいは第２表面に凹凸を加工した凹凸面により形成されている請求項１に記載の光学制御部材。
3. 前記第１領域および第２領域は、それぞれ帯状に形成され、互いに平行に交互に並設されている請求項１又は２に記載の光学制御部材。
4. 前記第１領域および第２領域は、それぞれ帯状に形成され、互いに平行に交互に並設されている請求項１又は２に記載の光学制御部材。
5. 前記第１光制御層の第１領域および第２領域は、第２光制御層と平行に対向し、かつ、第２光制御層の第１領域および第２領域と同じ位相で形成されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光学制御部材。
6. 前記第１光制御層の第１領域および第２領域は、第２光制御層と平行に対向し、かつ、第２光制御層の第１領域および第２領域と逆位相で形成されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光学制御部材。
7. 前記基材は射出成型で形成され、前記凸凹面は射出成型金型の転写で形成されている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の光学制御部材。
8. 前記基材は押出成型で形成され、前記凸凹面が押出成型金型の転写で形成されている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の光学制御部材。
9. 前記凸凹面はサンドブラストあるいはレーザー加工により形成されている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の光学制御部材。
10. 光源と、
    前記光源に対向して配置された請求項１ないし６のいずれか１項に記載の光学制御部材と、を備える照明装置。
11. 前記請求項１ないし６のいずれか１項に記載の光学制御部材を備える窓。
12. 前記請求項１ないし６のいずれか１項に記載の光学制御部材を備えるブラインド。
13. 前記請求項１ないし６のいずれか１項に記載の光学制御部材を備える電気機器。

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