JP2020177848A - 照明部材及び照明システム - Google Patents
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Abstract
【課題】透過率の低下を抑制しつつグラデーション光を放射することができる照明部材等を提供する。【解決手段】照明部材10は、透光性を有する樹脂材料によって構成された板状の樹脂体11と、樹脂体11に含まれる複数のナノ粒子12とを備え、樹脂体11は、光が入射する光入射面である端面11aと、光入射面から入射した光が出射する光出射面とを有する。【選択図】図3
Description
本発明は、照明部材及び照明システムに関する。
従来より、空間演出を行うことができる照明システムが知られている。近年、この種の照明システムとして、色の変化が付いた光を放射することで空間演出を行う空間演出システムが検討されている。中でも、色が連続的に変化するグラデーション光を放射することができる照明システムが着目されている。
例えば、特許文献1には、点灯時に色の変化が付いた発光面を得ることができる導光板を用いた照明装置が開示されている。特許文献1に開示された導光板は、可視光の一部を吸収する光吸収剤が分散された透光性樹脂からなる塗膜が透明基板の表面に形成された構成になっている。この構成により、導光板の端面から光を入射させることで、導光板に直接グラデーション等の模様を付与しなくても色の変化が付いた光を導光板から放射させることができる。
しかしながら、特許文献1に開示された導光板は、導光板から照射される光の色を可視光の一部を吸収することによって変化させているので透過率が低下するという課題がある。
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、透過率の低下を抑制しつつグラデーション光を放射することができる照明部材及び照明システムを提供することを目的とする。
本発明に係る照明部材の一態様は、透光性を有する樹脂材料によって構成された板状の樹脂体と、前記樹脂体に含まれる複数のナノ粒子とを備え、前記樹脂体は、光が入射する光入射面である端面と、前記光入射面から入射した光が出射する光出射面とを有する。
本発明に係る照明システムの一態様は、照明部材と、前記照明部材に光を供給する光供給源とを備え、前記照明部材は、透光性を有する樹脂材料からなる板状の樹脂体と、前記樹脂体に含まれる複数のナノ粒子とを備え、前記樹脂体は、前記光供給源からの光が一次光として入射する光入射面である端面と、前記光入射面から入射した光が出射する光出射面とを有する。
透過率の低下を抑制しつつグラデーション光を放射することができる照明部材及び照明システムを実現できる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態等は、一例であって本発明を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
なお、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化される場合がある。
(実施の形態1)
まず、実施の形態1に係る照明システム1について、図1及び図2を用いて説明する。図1は、実施の形態1に係る照明システム1の構成を示す図である。図2は、同照明システム1の断面図である。
まず、実施の形態1に係る照明システム1について、図1及び図2を用いて説明する。図1は、実施の形態1に係る照明システム1の構成を示す図である。図2は、同照明システム1の断面図である。
図1及び図2に示すように、照明システム1は、照明部材10と、光源ユニット20とを備えており、色が連続的に変化するグラデーション光を放射することができるように構成されている。つまり、照明システム1は、照明光としてカラーグラデーションを持つ光を放つことができる。照明システム1は、例えば、照明部材10と光源ユニット20とが筐体等の本体に配置された照明装置として実現することができるが、これに限らない。
照明部材10は、板状の樹脂体11と、樹脂体11に含まれる複数のナノ粒子12とを備える。具体的には、照明部材10は、樹脂体11の中に複数のナノ粒子12が含まれる複合体である。
樹脂体11は、透光性を有する樹脂材料によって構成されている。一例として、樹脂体11は、可視光に対して透明なポリマー材料によって構成されている。また、樹脂体11を構成する樹脂材料は、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂のいずれであってもよいが、熱可塑性樹脂である方がよい。樹脂体11を構成する樹脂材料として熱可塑性樹脂を用いることで、成形性及び加工性に優れた照明部材10を実現することができる。このような樹脂体11を構成する樹脂材料としては、例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、シリコーン樹脂又はエポキシ樹脂等を用いることができる。本実施の形態において、樹脂体11を構成する樹脂材料は、透明なアクリル樹脂である。
樹脂体11は、板状の板体である。本実施の形態において、樹脂体11は、平面視形状が矩形の平板である。なお、樹脂体11の平面視形状は、矩形に限るものではなく、矩形以外の多角形であってもよいし、円形等であってもよい。また、樹脂体11は、平板に限るものではなく、湾曲面を有する湾曲板であってもよい。
樹脂体11は、光が入射する光入射面と、光入射面から入射した光が出射する光出射面とを有する。具体的には、樹脂体11は、板状であるので、側面である端面11aと、板面となる主面11bとを有しており、樹脂体11の端面11aが光入射面になっている。本実施の形態において、樹脂体11は、矩形の板状であるので、矩形の4辺に対応する4つの端面11aと、互いに背向する2つの主面11bとを有しており、4つの端面11aの一つが光入射面となる。具体的には、4つの端面11aのうち光源ユニット20に対向する端面11aが光入射面となる。この場合、4つの端面11aのうちの残りの3つの端面11aと2つの主面11bとが光出射面となりうる。なお、3つの端面11aと2つの主面11bとのうち、光出射面は、主に2つの主面11bの一方又は両方となる。また、樹脂体11の光入射面及び光出射面は、照明部材10の光入射面及び光出射面である。
以上のように構成される照明部材10では、樹脂体11に複数のナノ粒子12が含まれているので、図3及び図4に示すように、端面11aから光が入射したときに、ナノ粒子12のレイリー散乱現象によって樹脂体11の主面11bからグラデーション光が放射される。つまり、樹脂体11の端面11aから光を入射させることで、光出射面となる樹脂体11の主面11bにカラーグラデーションが付与された照明部材10を得ることができる。このように、ナノ粒子12のレイリー散乱現象を用いて入射光とは異なる色調の出射光を放射させることで、樹脂体11を着色することなく自然なカラーグラデーションを持つ光を放つことができる照明部材10を実現できる。
また、本実施の形態に係る照明部材10は、可視光の一部を吸収する光吸収剤を用いた特許文献1に開示された導光板とは異なり、可視光の一部を吸収する光吸収剤を用いることなく、色の変化が付いた光を放射することができる。したがって、透過率の低下を抑制しつつグラデーション光を放射することができる照明部材10を実現できる。
また、本実施の形態において、複数のナノ粒子12は、樹脂体11に分散している。具体的には、複数のナノ粒子12は、樹脂体11の全体にわたって均一に分散している。これにより、高い透過率で照明部材10からグラデーション光を放射させることができる。
また、本実施の形態において、複数のナノ粒子12は、照明部材10の光入射面(樹脂体11の端面11a)から入射した光を散乱させる散乱粒子である。散乱粒子であるナノ粒子12としては、例えば、金属酸化物によって構成された金属酸化物粒子を用いることができる。この場合、金属酸化物粒子であるナノ粒子12は、光を透光する透光性粒子であってもよいし、光を反射する反射粒子であってもよい。これにより、透過率をほぼ低下させることなくグラデーション光を放射することができる照明部材10を実現できる。
ナノ粒子12として透光性粒子を用いる場合、ナノ粒子12は、樹脂体11を構成する樹脂材料の屈折率と異なる屈折率を有する透光性粒子であるとよい。透光性粒子であるナノ粒子12としては、例えば、SiO2からなるSiO2ナノ粒子等の無機粒子を用いてもよいし、ポリスチレン粒子又はアクリル粒子等のポリマー粒子を用いてもよい。また、ナノ粒子12として反射粒子を用いる場合、ナノ粒子12としては、酸化チタン(TiO2)からなる酸化チタン粒子(チタニア粒子)等の白色粒子を用いることができる。なお、金属酸化物粒子を構成する金属酸化物としては、SiO2及びTiO2に限るものではなく、ZnO、ZrO2、Fe2O3、Al2O3、Sb2SnO5、Bi2O3又はCeO2等であってもよい。
このように構成される照明部材10は、光入射面となる樹脂体11の端面11aから光が入射することでグラデーション光を放射することができる照明演出部材として用いることができる。
照明部材10の光入射面である樹脂体11の端面11aには、光源ユニット20から出射した光が入射する。光源ユニット20は、発光ダイオード(LED;Light Emitting Diode)によって構成されたLEDモジュール21と、LEDモジュール21を収納する筐体22とを有する。
LEDモジュール21は、照明部材10に光を供給する光供給源の一例であり、人工光を放射する。本実施の形態において、LEDモジュール21は、照明部材10に白色光を供給する。つまり、LEDモジュール21からは白色光が放射される。LEDモジュール21から放射した白色光は、照明部材10の光入射面である樹脂体11の端面11aに入射する。つまり、LEDモジュール21と照明部材10とはエッジライト構造になっている。具体的には、LEDモジュール21は、樹脂体11の端面11aに対向して配置されている。
LEDモジュール21は、基板21aと、基板21aに実装された1個又は複数の発光素子21bとを有する。本実施の形態では、複数の発光素子21bが基板21aに実装されている。
基板21aは、長尺状の基板であり、例えば配線がパターン形成された配線基板である。基板21aとしては、樹脂基板、セラミック基板又は絶縁被膜された金属基板等を用いることができる。
発光素子21bは、LEDによって構成されたLED光源である。具体的には、発光素子21bは、白色光を放射する白色LED光源である。発光素子21bは、例えば、個々にパッケージ化された表面実装(SMD:Surface Mount Device)型のLED素子であり、樹脂製等の容器(パッケージ)と、容器内に配置されたLEDチップ(ベアチップ)と、LEDチップを封止する封止部材とを備える。具体的には、発光素子21bは、白色光を放出するSMD型の白色LED素子である。この場合、LEDチップとしては、通電されると青色光を発する青色LEDチップを用いて、容器に充填される封止部材としては、黄色蛍光体が含有されたシリコーン樹脂(蛍光体含有樹脂)を用いることができる。
本実施の形態では、複数の発光素子21bが基板21aの長手方向に沿ってほぼ等間隔で実装されている。また、各発光素子21bは、主発光面が、樹脂体11の端面11a(光入射面)に対向するように基板21aに配置される。
なお、発光素子21bそのものがLEDチップ(ベアチップ)であるLED素子であってもよい。この場合、LEDモジュール21は、LEDチップ(発光素子21b)が基板21aに直接実装されたCOB(Chip On Board)構造となる。例えば、基板21aとして平板状の実装基板を用いて1個又は複数個のLEDチップ(発光素子21b)を当該実装基板に実装することによって、LEDモジュール21としてCOB構造のLEDモジュールを構成することができる。また、白色光を放射するCOB構造のLEDモジュールを用いる場合、例えば、LEDチップ(発光素子21b)として青色LEDチップを用いて、この青色LEDチップを、黄色蛍光体が含有されたシリコーン樹脂からなる封止部材で封止すればよい。
なお、LEDモジュール21は、図示しない、電源ユニットから供給される電力によって光を照射する。電源ユニットは、例えば、複数の回路部品が実装された回路基板からなる電源(電源回路)と電源を収納する筐体とを有する。電源は、電源ユニットが受電した電力を所定の電力に変換して、LEDモジュール21(発光素子21b)に電力を供給する。これにより、LEDモジュール21(発光素子21b)が発光する。
以上説明したように、本実施の形態に係る照明システム1は、板状の樹脂体11及び樹脂体11に含まれる複数のナノ粒子12を有する照明部材10と、照明部材10に光を供給する光供給源となる光源ユニット20とを備えている。そして、樹脂体11は、光源ユニット20からの光が一次光として入射する光入射面である樹脂体11の端面11aと、樹脂体11の光入射面(端面11a)から入射した光が出射する光出射面とを有する。
この構成により、LEDモジュール21のみでカラーグラデーションを持つ光を放射させることができるので、空間演出に優れた照明演出システムを実現することができる。また、上記のように、ナノ粒子のレイリー散乱現象を用いているので、自然なカラーグラデーションを有する照明光によって空間演出を行うことができ、従来の照明部材及び従来の照明システムでは得ることができなかった心地よい照明空間を提供することができる。
また、本実施の形態における照明システム1において、光供給源である光源ユニット20は、人工光を放射する。具体的には、LEDを用いて人工光を放射させている。これにより、光源ユニット20から放射する光を容易に調光及び調色することができる。つまり、照明部材10に入射させる光の調光及び調色を行うことができる。したがって、光源ユニット20から放射する光を調光又は調色することによって、異なる色調のカラーグラデーションを持つ光を照明部材10の光出射面から出射させることができるので、高い空間演出効果を得ることができる。
(実施の形態2)
次に、実施の形態2に係る照明システム1Aについて、図5を用いて説明する。図5は、実施の形態2に係る照明システム1Aの構成を示す図である。
次に、実施の形態2に係る照明システム1Aについて、図5を用いて説明する。図5は、実施の形態2に係る照明システム1Aの構成を示す図である。
本実施の形態に係る照明システム1Aは、上記実施の形態1に係る照明システム1と同様に、照明部材10Aと、光源ユニット20とを備える。
本実施の形態における照明システム1Aが上記実施の形態1における照明システム1と異なる点は、照明部材10Aの構成である。具体的には、本実施の形態における照明部材10Aは、上記実施の形態1における照明部材10と同様に、板状の樹脂体11内に複数のナノ粒子12が含まれる構造となっているが、本実施の形態では、複数のナノ粒子12は、複数のコロイド結晶13として樹脂体11に含まれている。複数のコロイド結晶13の各々は、粒径が揃った複数のナノ粒子12(コロイド粒子)が周期的に規則正しく配列制御された構成になっている。
複数のコロイド結晶13を含む樹脂体11は、次のようにして作製することができる。まず、コロイド結晶プレートを作製し、コロイド結晶プレートを粉砕することで粉末状のコロイド結晶13を作製する。そして、この粉砕することで得られた粉末状のコロイド結晶13を、樹脂体11を構成する樹脂材料に練り込んで成形することで、複数のコロイド結晶13が含有された樹脂体11を作製することができる。
以上のように構成される照明部材10Aでは、複数のナノ粒子12がコロイド結晶13として樹脂体11に含まれている。これにより、コロイド結晶13によるブラッグ反射によって特定波長を反射させて出射光の色調を変化させることができるので、樹脂体11の主面11bからグラデーション光を放射させることができる。したがって、樹脂体11を着色することなく自然なカラーグラデーションを持つ光を放つことができる照明部材10Aを実現できる。また、照明部材10Aは、光吸収剤を用いることなく色の変化が付いた光を放射する。したがって、透過率の低下を抑制しつつグラデーション光を放射することができる照明部材10Aを実現できる。
また、本実施の形態に係る照明システム1Aによれば、上記実施の形態1に係る照明システム1と同様に、LEDモジュール21のみでカラーグラデーションを持つ光を放射させることができるので、空間演出に優れた照明演出システムを実現することができるとともに、自然なカラーグラデーションを有する照明光によって空間演出を行うことができる。また、光源ユニット20から放射する光を調光又は調色することで、異なる色調のカラーグラデーションを持つ光を照明部材10Aの光出射面から出射させることができるので、高い空間演出効果を得ることができる。
特に、本実施の形態における照明部材10Aは、上記のように、複数のナノ粒子12がコロイド結晶13として樹脂体11に含まれている。
配列制御されたナノ粒子12により構成されるコロイド結晶13は、光の透過率が高く、上記実施の形態1と比べて、入射光の反射ロス及び散乱ロスを低減することができる。したがって、本実施の形態における照明部材10Aは、端面11a(光入射面)から光が入射したときに、光出射面における高い透過率を維持しながらカラーグラデーションを持つ光を放つことができる。例えば、本実施の形態における照明部材10Aでは、照明部材10Aに入射した光のエネルギーと照明部材10Aから出射する光のエネルギーとがほとんど変化しないように構成することができる。つまり、透過率を低下させることなくグラデーション光を放射することができる照明部材10Aを実現することができる。しかも、コロイド結晶13を用いることで、光入射面から入射した光とは異なる色調の光を容易に生成することができる。
また、本実施の形態における照明部材10A及び照明システム1Aでは、複数のナノ粒子12が複数のコロイド結晶13として樹脂体11に含まれているので、各コロイド結晶13内におけるナノ粒子12の粒子間距離及び粒子サイズを変えることで、所望の特定波長を反射させることができる。したがって、LEDモジュール21による調色を行わなくても、光出射面から出射する光の色を容易に変化させることができる。
さらに、本実施の形態における照明部材10A及び照明システム1Aによれば、コロイド結晶13を複合化することによって任意のカラーを持つ出射光を選択することができるとともに自然なカラーグラデーションを持つ照明光を得ることができる。これにより、より心地よい照明空間を提供することが可能となる。
また、本実施の形態における照明部材10Aにおいて、複数のコロイド結晶13は、単結晶体及び多結晶体のいずれであってもよい。この場合、複数のコロイド結晶13は、単結晶体のみによって構成されていてもよいし、多結晶体のみによって構成されていてもよいし、単結晶体と多結晶体の両方が含まれていてもよい。
多結晶体のコロイド結晶13は、宝石のオパールのような遊色効果を発現させることができるものの、可視光の全波長域で反射特性を有するので、カラーグラデーションを持つ光が得にくくなる。一方、単結晶体のコロイド結晶13は、特定の波長を反射する反射特性を有するので、カラーグラデーションを持つ光を容易に得ることができる。
したがって、複数のコロイド結晶13の少なくとも一つは、単結晶体であるとよい。さらに、複数のコロイド結晶13は、単結晶体の含有比率が多結晶体の含有比率よりも多い方がよく、より好ましくは、複数のコロイド結晶13の全てが単結晶体であるとよい。
(実施の形態3)
次に、実施の形態3に係る照明システム1Bについて、図6を用いて説明する。図6は、実施の形態3に係る照明システム1Bの構成を示す図である。
次に、実施の形態3に係る照明システム1Bについて、図6を用いて説明する。図6は、実施の形態3に係る照明システム1Bの構成を示す図である。
上記実施の形態1に係る照明システム1おける照明部材10では、ナノ粒子12が樹脂体11内に均一に分散されていたが、本実施の形態に係る照明システム1Bおける照明部材10Bでは、複数のナノ粒子12は、濃度分布を有するように樹脂体11内に分散している。
この場合、複数のナノ粒子12の濃度分布は、光入射面となる端面11aから離れるほど複数のナノ粒子12の濃度が高くなっていてもよいし、光入射面となる端面11aに近づくほど複数のナノ粒子12の濃度が高くなっていてもよいが、図6に示すように、光入射面となる端面11aから離れるほど複数のナノ粒子12の濃度が高くなっている方がよい。具体的には、光入射面となる光源ユニット20側の端面11aから当該端面11aとは反対側の端面11aに向かって複数のナノ粒子12の濃度が漸次高くなっているとよい。
光入射面となる端面11aから遠ざかるほどナノ粒子12の濃度を高くすることで、光の散乱が多く生じることになる。これにより、光入射面となる端面11aから遠ざかる方向に向かって、より大きなグラデーションの光を照射させることができる。
(変形例)
以上、本発明に係る照明部材10、10A、10B及び照明システム1、1A、1B等について、実施の形態1〜3に基づいて説明したが、本発明は、上記実施の形態1〜3に限定されるものではない。
以上、本発明に係る照明部材10、10A、10B及び照明システム1、1A、1B等について、実施の形態1〜3に基づいて説明したが、本発明は、上記実施の形態1〜3に限定されるものではない。
例えば、上記実施の形態1〜3では、LEDモジュール21の発光素子21b(発光部)はLEDによって構成されていたが、これに限らない。例えば、LEDモジュール21の発光素子21bは、半導体レーザやスーパールミネッセントダイオード等の半導体発光素子、又は、有機EL(Electro Luminescence)や無機EL等のEL素子等のLED以外の固体発光素子を用いてもよい。また、LEDモジュール21として、蛍光ランプや高輝度ランプ等の既存のランプを用いてもよい。
また、上記実施の形態1〜3では、照明部材に光を供給する光供給源として人工光を放射するLEDモジュール21を用いたが、これに限らない。例えば、照明部材に光を供給する光供給源は、自然光を放射するものであってもよい。具体的には、照明部材に入射する一次光が太陽光等の自然光を取り込んだ光であってもよい。自然光は、幅広い波長域で複数の波長の光を含んでおりかつ平行光である。したがって、自然光を照明部材に入射させることで、より自然なカラーグラデーションを照明部材の光出射面に付与することができる。
また、上記実施の形態1〜3において、光源ユニット20は、1つであったが、これに限らない。例えば、光源ユニット20は、2つ以上の複数であってもよい。
また、上記実施の形態1〜3において、樹脂体11に含まれる複数のナノ粒子12の少なくとも一つが蛍光体であってもよい。ナノオーダサイズの蛍光体は、光を吸収して異なる波長の光に変換することができる。したがって、複数のナノ粒子12の少なくとも一つを蛍光体にすることによって、より複雑なカラーグラデーションを持つ光を放つことができる照明部材を実現することができる。したがって、より複雑な空間演出を容易に行うことができる。
その他、上記実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で上記実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
1、1A、1B 照明システム
10、10A、10B 照明部材
11 樹脂体
11a 端面
12 ナノ粒子
13 コロイド結晶
21 LEDモジュール(光供給源)
10、10A、10B 照明部材
11 樹脂体
11a 端面
12 ナノ粒子
13 コロイド結晶
21 LEDモジュール(光供給源)
Claims (14)
- 透光性を有する樹脂材料によって構成された板状の樹脂体と、
前記樹脂体に含まれる複数のナノ粒子とを備え、
前記樹脂体は、光が入射する光入射面である端面と、前記光入射面から入射した光が出射する光出射面とを有する、
照明部材。 - 前記複数のナノ粒子は、前記樹脂体に分散している、
請求項1に記載の照明部材。 - 前記複数のナノ粒子は、濃度分布を有するように分散している、
請求項2に記載の照明部材。 - 前記光入射面となる端面から離れるほど前記複数のナノ粒子の濃度が高くなっている、
請求項3に記載の照明部材。 - 前記複数のナノ粒子は、複数のコロイド結晶として前記樹脂体に含まれる、
請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の照明部材。 - 前記複数のコロイド結晶の少なくとも一つは、単結晶体である、
請求項5に記載の照明部材。 - 前記複数のナノ粒子の少なくとも一つは、蛍光体である、
請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の照明部材。 - 前記樹脂材料は、熱可塑性樹脂である、
請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の照明部材。 - 前記ナノ粒子は、前記光入射面から入射した光を散乱させる散乱粒子である、
請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載の照明部材。 - 前記散乱粒子は、前記樹脂材料の屈折率と異なる屈折率を有する透光性粒子である、
請求項9に記載の照明部材。 - 前記散乱粒子は、反射粒子である、
請求項9に記載の照明部材。 - 照明部材と、
前記照明部材に光を供給する光供給源とを備え、
前記照明部材は、
透光性を有する樹脂材料からなる板状の樹脂体と、
前記樹脂体に含まれる複数のナノ粒子とを備え、
前記樹脂体は、前記光供給源からの光が一次光として入射する光入射面である端面と、前記光入射面から入射した光が出射する光出射面とを有する、
照明システム。 - 前記光供給源は、人工光を放射する、
請求項12に記載の照明システム。 - 前記光供給源は、自然光を放射する、
請求項12に記載の照明システム。
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