JP2019153414A - 照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】単一の照明カバーにより、光拡散性と光透過性を適宜変更して多種の用途で採用することが可能であると共に、分割したセードの機械的駆動や電球などの発光源（以下、ランプと称する）の電源のオンオフを要さず、多彩で動的な表示動作の照明による装飾効果を奏することが可能な照明器具を提案する。【解決手段】発光源と、前記発光源の少なくとも一部を囲む照明カバーと、を有し、前記照明カバー壁面には、透明電極が形成された透明基材間に調光層が挟持される調光フィルムが配置されていることを特徴とする。調光層は、印加電圧に応じて透光性を２段階以上に切替可能な光学素子から選択される。照明器具には、調光層を駆動制御し、発光源から照射される光を変調する制御手段を有しており、調光層は、領域分割されている構造としても良い。【選択図】図２

Description

本発明は、照明光の変調が可能な照明器具に関する。

照明器具には、室内を明るくする用途の他に、室内のインテリアとしての装飾機能が要求されることもあり、意匠的に工夫された照明器具が種々提案されている。

一般的な照明カバーでは光拡散性と光透過性はトレードオフの関係にあり、用途に応じて照明カバーを選択する必要がある。そのため、異なる用途で使う場合には、取り替えるための複数種類の照明カバーが必要となる。

異なる用途にも対応しうる構造として、セード（傘状のカバー）を複数枚の花弁状に分割して、蕾状態（消灯），開花状態（点灯）に合わせて各花弁状片を可動にした構造が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。ただ、こういう可動構造は、天井に取り付けるには構造が複雑であったりし現実的ではない。また、可動構造を採用しない場合には、照明カバー自体に装飾絵柄を施すことによる装飾効果の確保以外の報告例は確認されていない。

特開平１−１４６２０４号公報 特開平８−７７８１７号公報

本発明は、単一の照明カバーにより、分割したセードの機械的駆動や電球などの発光源（以下、ランプと称する）の電源のオンオフを要さず、多彩な照明動作による装飾効果を奏することが可能な照明器具を提案することを目的とする。

本発明による照明器具は、
発光源と、
前記発光源の少なくとも一部を囲む照明カバーと、を有し、
前記照明カバー壁面には、透明電極が形成された透明基材間に調光層が挟持される調光フィルムが配置されていることを特徴とする。

照明器具には、調光層を駆動制御し、発光源から照射される光を変調する制御手段を有しており、調光層は、領域分割されている構造であっても良い。

本発明により、単一の照明カバーにより、光拡散性と光透過性を適宜変更して多種の用途で採用することが可能であると共に、多彩で動的な表示動作の照明による装飾効果を奏することが可能な照明器具が提供される。

本発明の一例に係る照明器具（ライト）の外観を示すモノクロ写真。 図１の照明器具（ライト）の主要部の概略を示す断面図。 照明器具（ライト）の一使用例（調光フィルムによる変調例）を示すモノクロ写真。 本発明の他例に係る照明器具（ライト）を示す説明図。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の一例に係る照明器具（ライト）１０の外観を示すモノクロ写真である。

図１の発光器具では、ランプとして発光ダイオード（図示せず）が使用される。

省エネルギー化に対する要求に応えるべく照明分野においても、白熱電球等に比べて高いエネルギー効率が実現可能なＬＥＤを光源に用いた照明装置の普及が近年著しい。

ＬＥＤ照明に使用されている発光ダイオード（ＬＥＤチップ）は、エネルギーの集積度が高いことや、従来の照明（白熱電球等）と比較すると輝度が高いことが知られている。そのため、発光ダイオードをそのまま室内用照明器具として使用することは、裸眼では眩しく感じられるため不適当とされている。また、ＬＥＤ照明では、複数の光源が存在するために多重の影が発生することも懸念されている。

こうした点に鑑みて、ＬＥＤ照明の眩しさを軽減すると共に、多重の影を抑制するために、光源を覆う様に照明カバー（光拡散カバー）を配置し、照明カバー全体が均一な輝度で発光している様に見せかけることが行なわれている。

一般的なＬＥＤ照明器具は、発光する半導体デバイスである「ＬＥＤチップ」を表面実装型や砲弾型の形状とした「パッケージ」，基板に実装した「モジュール」，パッケージやモジュールを電球形や直管形の「ランプ」に組み込んだ光源から構成される。本発明の実施形態の照明器具は、パッケージ，モジュール，ランプの何れの部位にも適用可能である。

照明カバー１１として、光を拡散させ眩しさを軽減すべく、照明カバー自体を乳白色としたものが主流となっている。

ＬＥＤ室内照明では、電球色，昼白色，昼光色の３種が一般的であり、ＬＥＤチップの封止樹脂によっても発光色相は制御されるが、照明カバーによって最終的にユーザーに感じられる光線として変調されるため、照明カバーの材料，添加する光拡散剤，処方について、各種検討が行なわれている。

照明カバー用の合成樹脂として、透明性，耐衝撃性，耐熱性が優れることからポリカーボネート樹脂が多用されており、照明光源が透けて見える不都合（光源透過防止性）を付与するために、ポリカーボネート樹脂に炭酸カルシウム，硫酸バリウム，酸化ケイ素，酸化チタン等の光拡散剤を添加混合する手法が採用されている。また、炭酸カルシウムとポリオルガノ水素シロキサンを併用して配合する手法や、ポリカーボネート樹脂と屈折率の異なるアクリル系の微粒子（有機系）を添加する手法も採用されている。さらに、それぞれの手法における成形時の分子量低下や黄変を抑制する改良手法（配合比，粒径，材料選定，成形条件）などの各種検討に基づき、仕様（光学その他の特性）が異なる多種多様な照明カバーが供給されている。

図２は、図１の照明器具（ライト）１０の主要部の概略を示す断面図である。

基板１５上に搭載された複数個のランプ（発光源）１３が中空の筐体に収納され、発光の出射面側に照明カバー１１が配置される。

図２の例では、筐体内のランプは「横×縦＝ｍ（自然数）×４」個のマトリクス状に収納されて、上下方向（同図で垂直方向）には４個のランプが並んでいる。

本発明における主要な特徴部は、照明カバー１１に、透光性を２段階以上に切替可能な調光フィルム２０を適用してなる点にあり、調光フィルムの駆動に応じて、照明カバー１１を通してユーザーが感覚する光線の輝度，ヘイズ，色相の少なくとも何れかが切り替わる照明光の照射が実現される。

照明カバー１１は、透明基材の一方の面（ランプ側が好ましい）に調光フィルム２０をラミネートした構造である。

ランプが収納された筐体の外部には調光フィルム２０を駆動する電圧制御ユニット１４と照明器具（ライト）１０の電源１２が図示される。電圧制御ユニット１４，電源１２は筐体下部の台座あるいは筐体の背面に収納されて、調光フィルム２０，ランプ（発光源）１３に所定信号を送り、それらを駆動する。

＜調光フィルム＞
透光性を２段階以上に切替可能な調光フィルム２０を構成する光学素子（調光層）の種類としては、液晶素子，エレクトロクロミック材料，懸濁粒子（ＳＰＤ：Suspended Particle Device）等が適宜選択されうる。

液晶素子では、液晶材料や駆動方法（配向手段）の種類（モード）に応じて、奏される視覚効果が多様となる。

液晶素子としては、ＴＮ（Twisted Nematic）モードが広く実用化されている。ＴＮモードは、液晶の旋光特性を利用して、光のスイッチングを行なうものであり、クロスニコル配置またはパラレルニコル配置した偏光板と併用して液晶素子を用いる必要がある。また、液晶分子の配向特性の異なるＶＡモード，ＩＰＳモードも普及しつつあり、何れもスイッチングに伴う透過と遮光（明暗）が切り替わる。偏光板を用いずに光の利用効率の高い液晶素子として、液晶の透過状態（透明状態ともいう）と散乱状態との間でスイッチングを行なう液晶素子があり、液晶分子がポリマー中に分散配置された高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ：Polymer Dispersed Liquid Crystal）や、三次元の網目状に形成された樹脂からなるポリマーネットワークの内部に形成された空隙内に配置された液晶分子を有するポリマーネットワーク型液晶（ＰＮＬＣ：Polymer Network Liquid Crystal）を用いたものが知られている。ＰＤＬＣ，ＰＮＬＣは何れもスイッチングに伴う透過と散乱（低ヘイズと高ヘイズ）が切り替わる。また、ＰＤＬＣ，ＰＮＬＣを調光層として用いる際、その使用態様により、ノーマルモードとリバースモードの二種が知られている。ノーマルモードとは、電圧印加により透過状態となり、電界除去により散乱状態となるモードを言う。また、リバースモードとは、電圧非印加により透過状態となり、電圧印加により散乱状態となるモードを言う。

エレクトロクロミック材料では、電圧の印加に応答して暗化し、電圧が除去されると（あるいは、逆の極性の電圧印加に応じて）明るい状態に戻りうる。

懸濁粒子のデバイス（ＳＰＤ）は、電圧の印加に応答して配向を変化させる粒子を含み、電圧の不在下では、粒子はランダムに配向され、入射光を散乱するか（従って、不透明に見える）、又はごくわずかな光を透過する「暗」の状態を呈し、電圧が印加されると、粒子は電界により整列され、光を透過し、「明」状態を呈する。

調光層を構成する光学素子としては上記の通り各種モードの液晶素子，エレクトロクロミック材料，懸濁粒子（ＳＰＤ）が選択されうるが、以降の説明においては、偏光板が不要で簡便な構成のＰＮＬＣを調光層とする場合について代表して説明する。

ＰＮＬＣからなる調光層の製造にあたっては、液晶と光重合性化合物（モノマー）との混合物を一対の透明電極基板の間に挟み、一定の条件下で紫外線を照射し、光重合によって光重合性化合物が高分子に変化すると共に、光重合および架橋結合により、微細なドメイン（高分子の空隙）を無数に有するポリマーネットワークが液晶中に形成する。

調光層を具備するシート（フィルム）では、リジッドな一対の透明電極基板を用いた枚葉式の製造プロセスまたはフレキシブルな一対の透明電極基板（フィルム）を用いたロール・トゥ・ロール（roll to roll）方式での製造プロセスが採用される。本発明においては、照明カバーが平坦面のみならず曲率を有する３次元形状である場合の変形例も多く想定されるため、調光フィルム２０はフレキシブルな材料で製造されることが好適である。

図２では、照明カバー１１に形成した調光フィルム２０は、筐体内のランプの配列数に応じて上下方向に２１，２２，２３，２４の４領域に分割されている。

各分割領域２１〜２４はそれぞれ横長の短冊状であり、電圧制御ユニット１４の駆動に応じてそれぞれ独立して透光性の変調が可能である。

調光フィルム２０を構成するＰＮＬＣの分割領域２１〜２４が全て「高ヘイズ」であると、照明カバー１１の全面が光拡散状態となり、図１に示す様に、照明カバー全体が均一な輝度で発光している様に見える。（既存の照明カバーと同様な機能，外観）
ＰＮＬＣへの電圧印加状態を切り替え、ＰＮＬＣの分割領域２１，２３が「低ヘイズ」、分割領域２２，２４が「高ヘイズ」となる様に調光フィルム２０を駆動した場合、分割領域２１，２３は透明状態に近くなり、図３に示す様に、２１，２３部分ではランプが透けて見える状態となり、照明カバー全面での均一な発光状態は解消される。分割領域２２，２４も「低ヘイズ」にＰＮＬＣを駆動すると、全面で調光フィルム２０（照明カバー１１）は透明になり、ランプが透けて見え、光線透過率が高い（眩しい）状態での照明となる。

図３は照明器具の使用例（調光フィルムによる変調例）である。図１と同様に、ＰＮＬＣの分割領域２１〜２４を一様なヘイズとし、使用状況に応じたヘイズ制御により、照明カバー１１の乳白色の度合を多様に変化させた場合と同様な照明光の変調も可能となる。

＜調光フィルムの光学特性＞
ＰＮＬＣを調光層とした照明カバーについて、ＰＮＬＣへの印加電圧を段階的に切り替えた場合の、ヘイズ（透過〜散乱）の計測結果を表１に示す。ここで、本計測は、Ｃ光源（色温度６７７４Ｋ）を用いている。

表１において、「積分光」は、光源から照射した全光量のうち、照明カバーで減衰されずに透過した光量（比率）のデータであり、「平行光」は、照明カバーを透過し、且つ照明カバー主面（中央）に対する法線から±２．５°以内に収まる光量（積分球内壁面での±２．５°以内の領域での受光量）の光源から照射した全光量に対する比率データである。

「積分光」に対して「平行光」が高いと直進透過率が高い（低ヘイズ）であり、「平行
光」成分が少ないと拡散透過率が高い（高ヘイズ）である。

項目で「高ヘイズ」「低ヘイズ」は照明カバーを介して得られた測定データであり、「透明（調光）」「散乱（調光）」は照明カバーを介さずに得られた（つまり、調光フィルム単体による）測定データである。

本発明は、以上説明した実施形態に限らず、主旨を逸脱しない範囲で以下に例示する様な変形例での応用も可能である。
（１）調光層としてＰＮＬＣ以外の液晶素子，エレクトロクロミック材料，懸濁粒子（ＳＰＤ）を採用する。
（２）調光フィルムが、２枚のフレキシブル透明電極基板（フィルム）に調光層が挟持された構造でなく、一方の透明電極基板は、照明カバー（本体）を構成するリジッド透明電極基板である。
（３）電球形のＬＥＤ光源でなく、平板状のパッケージやモジュールを照明カバー内に収納した構成の照明器具とする。
（４）ＬＥＤランプの照明光源でなく、白熱電球，キセノンフラッシュランプ，蛍光灯などの光源をカバー対象とする。蛍光灯の場合、ＬＥＤ同様に丸型（リング状），直管型の電球があり、図４に示す様に、点線で示すランプ（発光源）１３を中空形状のカバー内に収納し、図４（ａ）の直方体カバー１１では側面（４面）または下面も含めた５面に調光フィルム２０を配置した構成や、図４（ｂ）の半円筒状カバー１１では半円筒状の凹部内壁面に調光フィルム２０を配置した構成の照明器具１０に係る変形例である。
（５）調光フィルムに採用する光学素子の選定に応じて、照明表現のバリエーションが一層多様となる。例えば、実施形態において説明したＰＮＬＣとして色素を含有する液晶材料を採用する場合、「透明−白濁（散乱）」のみならず、「透明−着色散乱」の切り替えも可能であり、ランプの色相変化も含めた表示が可能となる。また、照明カバー基材として透光性着色プラスチックを用いる場合、照明カバー基材の色相との相乗効果も含めた表示が可能となる。

１０ 照明器具（ライト）
１１ 照明カバー
１２ 電源
１３ ランプ（発光源）
１４ 電圧制御ユニット
１５ 基板
２０ 調光フィルム

Claims (3)

1. 発光源と、
   前記発光源の少なくとも一部を囲む照明カバーと、を有し、
   前記照明カバー壁面には、透明電極が形成された透明基材間に調光層が挟持される調光フィルムが配置されていることを特徴とする照明器具。
2. 前記調光層を駆動制御し、発光源から照射される光を変調する制御手段を有することを特徴とする請求項１に記載の照明器具。
3. 前記調光層は、領域分割されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の照明器具。