JP2016071979A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光のロスが少なく、的確な指向性を有し、容易に作製することが可能な照明装置を提供する。【解決手段】 照明装置１は、エッジライト型の光源２と、光源２の射出方向に側面としての入射面３ａが配置される平板状の導光部材３と、導光部材３の裏面に配置される反射部材４と、導光部材３の表面としての射出面３ｄに配置される制御部材５と、を備え、導光部材３は、入射面３ａの反対側に再帰反射面３ｂが形成されることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、指向性を有して照明する照明装置に関するものである。

従来、光源ユニットから導光板の一端面に入射した光を底面から射出させる照明装置が提案されている（特許文献１）。

特開２００２−１６２９１２号公報

しかしながら、特許文献１に開示された照明装置は、導光体から射出された光は、拡散光であって、指向性を有するものではない。また、導光板の他端面に到達した光を、側面に平行な面から見たときの到達光の光路に沿って一端面に戻す反射部材を備えており、導光板と反射部材との界面で光のロスが生じてしまう。さらに導光板とは別部材の反射部材を取り付けが困難な部分に用いているので、装置の作製に時間がかかってしまう。

本発明は、光のロスが少なく、的確な指向性を有し、容易に作製することが可能な照明装置を提供する。

上記目的を達成する本発明にかかる照明装置は、
エッジライト型の光源と、
前記光源の射出方向に側面としての入射面が配置される平板状の導光部材と、
前記導光部材の裏面に配置される反射部材と、
前記導光部材の表面としての射出面に配置される制御部材と、
を備え、
前記導光部材は、前記入射面の反対側に再帰反射面が形成される
ことを特徴とする。

また、本発明にかかる照明装置では、
前記制御部材を透過した光は、一方向に指向される配光である
ことを特徴とする。

また、本発明にかかる照明装置では、
前記制御部材を透過した光は、広範囲に広がる配光である
ことを特徴とする。

また、本発明にかかる照明装置では、
前記制御部材は、基材と、前記基材に一体に形成されるプリズムと、を有し、
前記プリズムの頂角を前記導光部材に向ける
ことを特徴とする。

また、本発明にかかる照明装置では、
前記導光部材は、散乱粒子を含有している散乱導光板である
ことを特徴とする。

本発明によれば、光のロスが少なく、的確な指向性を有し、容易に作製することが可能な照明装置を提供することが可能となる。

本実施形態の照明装置の一例を示す。 本実施形態の照明装置の一例の再帰反射面の一部を示す。 本実施形態の照明装置の一例の再帰反射面の１つの単位再帰反射面の拡大図を示す。 本実施形態の照明装置の他の例の再帰反射面の一部を示す。 本実施形態の照明装置の一例の制御部材を示す。 本実施形態の照明装置の制御部材における１つのプリズムの断面形状の一例を示す。 本実施形態の照明装置の光源を点灯した場合の照明光の状態を示す。 本実施形態の照明装置の制御部材における１つのプリズムの断面形状の他の例を示す。 本実施形態の照明装置の光源を点灯した場合の照明光の状態を示す。

以下、図面を参照にして本発明にかかる照明装置１について説明する。

図１は、本実施形態の照明装置１の一例を示す。

本実施形態の照明装置１は、光源２と、光源２の射出方向に配置される導光部材３と、光源２と導光部材３を含む面に対して一方に導光部材３に対向して配置される反射部材４と、光源２と導光部材３を含む面に対して他方に導光部材３に対向して配置される制御部材５と、を備える。

光源２は、少なくとも１つの指向性を有する光ファイバーアレイ、ＬＥＤアレイ等が好ましい。光源２から射出される光は、導光部材３に向けて射出される。本実施形態では、導光部材３の側面にあたる入射面３ａに対向するように配置される。

導光部材３は、光源２からの光が入射する側面のうちの１つの入射面３ａと、入射面３ａの反対側に形成される再帰反射面３ｂと、反射部材４に対向する裏面としての反射面３ｃと、制御部材５に対向する反射面３ｃの反対側の表面としての射出面３ｄと、を有する。

導光部材３の入射面３ａ側には光源２が配置され、導光部材３の反射面３ｃ側には反射部材４が配置され、導光部材３の射出面３ｄ側には制御部材５が配置される。導光部材３は、厚みが一定の平板状に形成されることが好ましい。導光部材３の反射面３ｃ及び射出面３ｄの形状は、正方形や長方形等の方形の他に、角が欠けている形状、角が丸みを帯びた形状、又は円形であってもよい。

図２は、本実施形態の照明装置１の一例の再帰反射面３ｂの一部を示す。図３は、本実施形態の照明装置１の一例の再帰反射面３ｂの１つの単位再帰反射面３ｂ₁の拡大図を示す。

図２に示した一例の再帰反射面３ｂは、図３に示した四角錐形状の１つの単位再帰反射面３ｂ₁が複数整列することで形成される。この再帰反射面３ｂに入射した光は、入射角と同じ角度の射出角で反射する。

このように、導光部材３の入射面３ａの反対側に形成された再帰反射面３ｂを再帰反射構造とすることによって、光のロスを低減し、光の利用効率を向上させることが可能となる。また、他の反射部材を用いることがないので、容易に作製することが可能となる。

図４は、本実施形態の照明装置１の他の例の再帰反射面３ｂの一部を示す。

図４に示した他の例の再帰反射面３ｂは、三角角錐形状の１つの単位再帰反射面３ｂ₁が複数整列することで形成される。この再帰反射面３ｂに入射した光は、入射角と同じ角度の射出角で反射する。

導光部材３の厚みは、例えば、０．１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内であることが好ましく、０．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲内であることが特に好ましい。

導光部材３の厚みが上記範囲より厚い場合、照明装置１の薄型化、軽量化が困難となる可能性を有する。また一方、上記範囲より薄い場合、光源２の大きさ等に応じて、導光部材３内に入射する光が減少する、すなわち射出面３ｄからの射出光量が減じてしまうため、輝度が低下する可能性を有する。

導光部材３に用いられる材料は、例えば、紫外線硬化性樹脂や電子線硬化性樹脂等の電離放射線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等の樹脂材料を使用することができる。具体的には、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエステル樹脂等が好ましい。これらの樹脂材料は、１種単独で用いても良く、２種以上を組み合わせて用いてもよい。なお、上記樹脂材料とは、上述した光学要素部で用いられた樹脂材料と同様に、モノマーやオリゴマーの他、ポリマーを含む概念であり、上述した光学要素部と同一の材料を用いてもよい。

また、導光部材３は、散乱粒子を含有している散乱導光板であることが好ましい。導光部材３を進行する光は、上記散乱粒子に衝突し、屈折または反射されることから光の進行方向を変化させることが可能となり、射出面３ｄから光を均一に射出することが可能となるからである。

散乱粒子の形状としては、一般的に導光部材３に用いられる散乱粒子であれば特に限定するものではないが、例えば、真球などの略球形、楕円球形、不定形等が挙げられる。中でも、略球形が好ましい。分散安定性に優れるからである。

散乱粒子の平均粒径としては、本体部内に入射した光の進行方向を変化させることができるものであれば特に限定されるものではないが、０．１μｍ〜１０μｍの範囲内であることが好ましく、１μｍ〜５μｍの範囲内であることが特に好ましい。なお、上記平均粒径は、溶液中の散乱粒子を動的光散乱法で測定し、粒径分布を累積分布で表したときの５０％粒子径（ｄ５０ メジアン径）を意味する。上記平均粒径は、日機装株式会社製のＭｉｃｒｏｔｒａｃ粒度分析計を用いて測定することができる。

散乱粒子としては、本体部内を進行する光に対して屈折によって光の進行方向を変化させる作用を及ぼしうるものであれば、特に限定されるものではなく、屈折率、分散性等を考慮して適宜選択される。散乱粒子としては、無機系粒子、有機系粒子のいずれも用いることができる。具体的には、無機系粒子としては、シリカ（二酸化珪素）、アルミナ（酸化アルミニウム）、ジルコニア（二酸化ジルコニウム）等の粒子が挙げられる。また、有機系粒子としては、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、シリコーン樹脂等の粒子が挙げられる。これらの粒子は、１種単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

導光部材３に用いられる散乱粒子の含有量としては、散乱性や分散性等に応じて適宜調整されるものであり、例えば、本体部内の全質量に対して０．００１質量％〜１質量％の範囲内であることが好ましい。

散乱粒子の含有量が上記範囲より高い場合、多くの光が散乱されてしまうので、出射光量の導光方向に沿った分布が不均一となり、中央部分の法線方向輝度が低下する恐れがある。一方、上記範囲より低い場合、入光面に対向する面からの漏れ光が多くなりことから、光利用効率が低下し、中央部分の法線方向輝度が低下する可能性がある。

本実施形態の導光部材３においては、上記散乱粒子の平均粒径、密度、屈折率等を調節することにより、出光面からの出射光量を導光方向に沿って均一化させることができる。

導光部材３の可視光領域３８０ｎｍ〜７８０ｎｍにおける平均透過率としては、５０％以上であることが好ましく、中でも７０％以上がより好ましい。特に、８５％以上がより好ましい。なお、上記平均透過率は、紫外線分光光度計（ＵＶ−３１００ＰＣ、島津製作所株式会社製）を用い、室温、大気中で測定した値である。

本実施形態の導光部材３の作製方法としては、例えば、押出成型法、射出成型法等が挙げられる。上記作製方法としては、製造する導光部材３の大きさ、厚み等に応じて適宜選択して用いることができ、例えば、大きさが１ｍ以上となる導光部材３や、厚さが１ｍｍ以下となる導光部材３を作製する際には、押出成形法を特に好適に用いることができる。

具体的に、上述した押出成形法は、上述したベース樹脂となる熱可塑性樹脂中に散乱粒子を分散させて、散乱粒子を含む熱可塑性樹脂を押出成型することによって、本体部を作製することができる。

反射部材４は、光を高効率で反射させる反射面４ａを有し、鏡面のように正反射性の高い反射部材であることが特に好ましい。反射部材４は、導光部材３の裏面３ｃに密着させて配置しても、離間して配置してもよい。また、本実施形態では、反射面４ａを表面反射としたが、背面反射でもよい。

図５は、本実施形態の照明装置１の一例の制御部材５を示す。

制御部材５は、導光部材３の表面３ｄ側に対向して配置される。制御部材５は、基材５ａと、プリズム５ｂと、を有する。プリズム５ｂの断面形状としては、三角形形状又は略三角形形状であることが好ましい。

なお、上記略三角形形状とは、少なくとも２つの底角が等しい大きさを有するものであり、厳密な意味での三角形形状のみに限定されるものではなく、製造技術における限界や成型時の誤差等を含む略三角形形状、さらには、三角形形状と概ね同一の光学的機能を期待することが可能な略三角形形状等を包含する。一例として、種々の目的から頂角に面取り加工を施された略三角形形状、頂角部分が変形した略三角形形状についても、本発明中における略三角形形状に包含されるものとする。ここで、上記底角とは、断面形状の多角形形状の底辺と、底辺と接する他の一辺との間になす角を指すものである。また、上記「底角が等しい大きさを有する」とは両底角の大きさの差が、±５°以下の範囲内となることを指すものである。

このような頂角部分が変形した略三角形形状としては、例えば頂角部分が円弧状であるもの、頂角部分が変形して五角形形状となるもの等を挙げることができる。このような頂角部分を有する略三角形形状である場合、断面形状の頂角が尖っていることに起因する導光板の傷つきを緩和する効果、および再帰反射性を一部損なうことにより、光の取り出し効率を良好とする効果が発揮されるものである。なお、具体的には、上記頂角部分が円弧状である場合、ピッチに対して３０％以下の直径の円弧を有することが好ましく、また、上記頂角部分が変形して五角形形状となる場合、頂角が１００°〜１４０°の範囲内であることが好ましい。

プリズム５ｂの突出高さとしては、１μｍ〜２５０μｍの範囲内であることが好ましく、特に５μｍ〜５０μｍの範囲内であることがより好ましい。また、プリズム５ｂの配列方向に沿った、プリズム５ｂの底面の幅としては、１０μｍ〜２００μｍの範囲内であることが好ましく、特に３０μｍ〜１００μｍの範囲内であることがより好ましい。

プリズム５ｂの突出高さおよび底面の幅が上記範囲より大きい場合、視認される可能性が高くなり、拡散性表面板を併用するなど構造が複雑化し、結果的にコストアップにつながる可能性がある。また、上記範囲より小さい場合、所望のレンズ形状が得られず、期待する効果を発揮することができない可能性を有する。

また、プリズム５ｂの配列方向としては、プリズム５ｂの配列方向と導光方向とが交差するように複数のプリズム５ｂが隙間なく配列されていれば特に限定されるものではないが、通常はプリズム５ｂの配列方向と導光方向とが直交するように複数のプリズム５ｂが配列される。すなわち、プリズム５ｂの稜線が導光方向と直交するように複数のプリズム５ｂが配列される。

制御部材５の材料としては、複数のプリズム５ｂを形成することができる材料であれば特に限定されるものではなく、プリズム５ｂに用いられる一般的な材料を用いることができる。具体的には、紫外線硬化性樹脂や電子線硬化性樹脂等の電離放射線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等の樹脂材料を使用することができる。なお、上記樹脂材料とは、モノマーやオリゴマーの他、ポリマーを含む概念である。

なかでも、制御部材５に用いられる樹脂材料としては、電離線硬化性樹脂が好適に用いられる。すなわち、制御部材５は、電離放射線硬化性樹脂の硬化物を含有することが好ましい。電離放射線硬化性樹脂を用いることで、微細な凹凸形状を有する制御部材５を作製することができる。したがって、制御部材５に充分に優れた光学特性を付与することができるとともに、光学的作用を維持しながら、プリズム５ｂの突出高さを低くし、導光部材３、さらには照明装置全体を薄型化することができる。

上記電離放射線硬化性樹脂としては、例えば、紫外線硬化性樹脂、電子線硬化性樹脂を用いることができる。紫外線硬化性樹脂としては、例えば、アクリレート系、メタクリレート系、エポキシ系等の単量体（モノマー）、プレポリマー、または、これらの混合系等を挙げられる。

制御部材４，５の作製方法としては、複数のプリズム５ｂを形成できる方法であれば特に限定されるものではなく、例えば、押出成型法、射出成型法、熱転写加工法、プレス成型法等が挙げられる。

図６は、本実施形態の照明装置１の制御部材５における１つのプリズム５ｂの断面形状の一例を示す。

第１制御部材５は、シート状の第１基材５ａと、第１基材５ａの一方の面に光源２と平行に延び、並列に形成される複数のプリズム５ｂと、を有する。１つのプリズム５ｂは、頂角α１を導光部材３に向け、第１底角β１と第２底角β２側が第１基材５ａ側に形成されるような断面三角形の三角柱形状に形成される。なお、基材５ａとプリズム５ｂは一体に形成される。

本実施形態のプリズム５ｂは、例えば以下のような仕様とする。
頂角α１：６６°
第１底角β１：４７°
第２底角β２：６７°
底辺Ｌ１：５０μｍ
高さＨ１：３６．８μｍ
屈折率：１．５５

図７は、本実施形態の照明装置１の光源２を点灯した場合の照明光の状態を示す。

本実施形態の照明装置１の光源２を点灯すると、光は、光源２から射出し、導光部材３の側面としての入射面３ａから入射する。導光部材３に入射した光は、一部の光（Ａ）は導光部材３から射出し、一部の光（Ｂ）が反射部材４で反射しながら導光部材３内を進み、その後導光部材３の表面としての射出面３ｄから射出し、一部の光（Ｃ）が反射部材４で反射しながら導光部材３内を進み、再帰反射面３ｂで反射し、その後導光部材３の表面としての射出面３ｄから射出する。導光部材３の表面３ｄから射出した光は、制御部材５に入射し、プリズム５ｂ及び基材５ａで屈折した後、制御部材５から射出する。

このように、本実施形態の照明装置１は、導光部材３の入射面３ａの反対側に形成された再帰反射面３ｂを再帰反射構造とすることによって、光のロスを低減し、光の利用効率を向上させることが可能となる。また、他の反射部材を用いることがないので、容易に作製することが可能となる。さらに、制御部材５を備えることによって、光を所望の方向に射出させ、照明光を効率的且つ的確に配光させることが可能となる。

図７に示した例の照明装置１は、例えば、制御部材５を透過した照明光を一方向に集中する配光とする。具体的には、図６に示したプリズム５ｂの形状を有する制御部材５を内蔵する照明装置１の場合、制御部材５の基材５ａの法線方向を０°とすると、＋３０°又は−３０°にピークを有する配光となる。

図８は、本実施形態の照明装置１の制御部材５における１つのプリズム５ｂの断面形状の他の例を示す。

制御部材５は、シート状の基材５ａと、基材５ａの一方の面に光源２と平行に延び、並列に形成される複数のプリズム５ｂと、を有する。１つのプリズム５ｂは、頂角α２を導光部材３に向け、底角β２側が基材５ａ側に形成されるような断面二等辺三角形の三角柱形状に形成される。なお、基材５ａとプリズム５ｂは一体に形成される。

本実施形態のプリズム５ｂは、例えば以下のような仕様とする。
頂角α２：４５°
底角β２：６７．５°
底辺Ｌ２：５０μｍ
高さＨ２：６０．４μｍ
屈折率：１．５５

図９は、本実施形態の照明装置１の光源２を点灯した場合の照明光の状態を示す。

本実施形態の照明装置１の光源２を点灯すると、光は、光源２から射出し、導光部材３の側面としての入射面３ａから入射する。導光部材３に入射した光は、一部の光（Ａ）が導光部材３から射出し、一部の光（Ｂ）が反射部材４で反射しながら導光部材３内を進み、その後導光部材３の表面としての射出面３ｄから射出し、一部の光（Ｃ）が反射部材４で反射しながら導光部材３内を進み、再帰反射面３ｂで反射し、その後導光部材３の表面としての射出面３ｄから射出する。導光部材３の射出面３ｄから射出した光は、制御部材４に入射し、プリズム５ｂ及び基材５ａで屈折した後、制御部材５から射出する。

このように、本実施形態の照明装置１は、導光部材３の入射面３ａの反対側に形成された再帰反射面３ｂを再帰反射構造とすることによって、光のロスを低減し、光の利用効率を向上させることが可能となる。また、他の反射部材を用いることがないので、容易に作製することが可能となる。さらに、制御部材５を備えることによって、光を所望の方向に射出させ、照明光を効率的且つ的確に配光させることが可能となる。

図９に示した例の照明装置１は、例えば、制御部材５を透過した照明光が制御部材を射出した後、広角で大きく広がる配光とする。具体的には、図８に示したプリズム５ｂの形状である制御部材５を有する照明装置１の場合、制御部材５の基材５ａの法線方向を０°とすると、±４０°にピークを有する配光となる。

以上、本実施形態の照明装置１は、エッジライト型の光源２と、光源２の射出方向に側面としての入射面３ａが配置される平板状の導光部材３と、導光部材３の裏面３ｃに配置される反射部材４と、導光部材３の表面としての射出面３ｄに配置される制御部材５と、を備え、導光部材３は、入射面３ａの反対側に再帰反射面３ｂが形成されるので、光のロスが少なく、的確な指向性を有し、容易に作製することが可能となる。

また、本実施形態の照明装置１では、制御部材５を透過した光は、一方向に指向される配光であるので、光を所望の方向に射出させることが可能となる。

また、本実施形態の照明装置１では、制御部材５を透過した光は、広範囲に広がる配光であるので、光を所望の方向に大きく広げて射出させることが可能となる。

また、本実施形態の照明装置１では、制御部材５は、基材５ａと、基材５ａに一体に形成されるプリズム５ｂと、を有し、プリズム５ｂの頂角を導光部材３に向けるので、簡単な構造で光を所望の方向に射出させ、照明光を効率的且つ的確に配光させることが可能となる。

また、本実施形態の照明装置１では、導光部材３は、散乱粒子を含有している散乱導光板であるので、導光部材３を進行する光が、上記散乱粒子に衝突し、屈折または反射されることから光の進行方向を変化させることが可能となり、射出面３ｂ、３ｃから光を均一に射出することが可能となる。

以上、照明装置１をいくつかの実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の組み合わせ又は変形が可能である。例えば、本実施形態では、執務空間等における照明についての例を示したが、看板等の表示装置や液晶のバックライト等にも適用可能である。

１…照明装置
２…光源
３…導光部材
３ａ…入射面（側面）
３ｂ…再帰反射面
３ｃ…反射面（裏面）
３ｄ…射出面（表面）
４…反射部材
４ａ…反射面
５…制御部材
５ａ…基材
５ｂ…プリズム

Claims (5)

1. エッジライト型の光源と、
   前記光源の射出方向に側面としての入射面が配置される平板状の導光部材と、
   前記導光部材の裏面に配置される反射部材と、
   前記導光部材の表面としての射出面に配置される制御部材と、
   を備え、
   前記導光部材は、前記入射面の反対側に再帰反射面が形成される
   ことを特徴とする照明装置。
2. 前記制御部材を透過した光は、一方向に指向される配光である
   ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記制御部材を透過した光は、広範囲に広がる配光である
   ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
4. 前記制御部材は、基材と、前記基材に一体に形成されるプリズムと、を有し、
   前記プリズムの頂角を前記導光部材に向ける
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の照明装置。
5. 前記導光部材は、散乱粒子を含有している散乱導光板である
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の照明装置。

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