JP2023130531A - 窓照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽光を利用して節電可能な窓照明装置を提供すること。【解決手段】本発明の窓照明装置は、光源と、導光部と、前記光源に電力を供給する電源と、を有し、前記導光部は、前記光源から射出された光を導光する導光板と、太陽光を受光して発電する光発電部と、を有し、前記導光板は、前記光源に対向し、前記光源から射出された光が入射する光入射端面と、前記光入射端面に交差する前記導光板の所定主面に含まれ、前記導光板内を導光された光が出射する光出射部と、を有し、前記光発電部は、前記導光板における前記所定主面に対向する対向主面側に設けられ、発電電力を前記電源に供給する。【選択図】図１

Description

本発明は、窓照明装置に関する。

夜間等の照明時には、光源から射出されて導光板に入射し、導光板内を導光された光を、導光板の片面のみから出射させる照明装置として機能し、昼間等の非照明時には、透明窓として機能する片面照明兼用窓が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、意匠パネル部と太陽電池パネル部とが相互に重ね合わされた自照式の意匠パネルが開示されている（例えば、特許文献２参照）。さらに、表示面を有する光学シートと太陽電池パネルと照明装置とを備える太陽電池複合型表示体が開示されている（例えば、特許文献３参照）。

ＷＯ２０１９／１０２９５９号公報 特開２０１８－４５１９１号公報 特開２０１７－４４７９４号公報

しかしながら、特許文献１は節電機能を開示していない。また特許文献２及び３は太陽電池パネルの窓照明への利用については開示も示唆もしていない。そのため、特許文献１乃至３の構成では、太陽光を利用して節電することができない。

本発明は、太陽光を利用して節電可能な窓照明装置を提供することを課題とする。

上述課題を解決するために、本発明の窓照明装置は、光源と、導光部と、前記光源に電力を供給する電源と、を有し、前記導光部は、前記光源から射出された光を導光する導光板と、太陽光を受光して発電する光発電部と、を有し、前記導光板は、前記光源に対向し、前記光源から射出された光が入射する光入射端面と、前記光入射端面に交差する前記導光板の所定主面に含まれ、前記導光板内を導光された光が出射する光出射部と、を有し、前記光発電部は、前記導光板における前記所定主面に対向する対向主面側に設けられ、発電電力を前記電源に供給する。

本発明によれば、太陽光を利用して節電できる。

第１実施形態に係る窓照明装置の全体構成例の図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａ断面図である。 光取出部の構成例の図であり、（ａ）は第１例、（ｂ）は第２例である。 光取出部の構成例の図であり、（ａ）は第３例、（ｂ）は第４例である。 光取出部の構成例の図であり、（ａ）は第５例、（ｂ）は第６例である。 光取出部の構成例の図であり、（ａ）は第７例、（ｂ）は第８例である。 光取出部の構成例の図であり、（ａ）は第９例、（ｂ）は第１０例である。 光取出部の構成例の図であり、（ａ）は第１１例、（ｂ）は第１２例である。 光取出部の構成例の図であり、（ａ）は第１３例、（ｂ）は第１４例である。 第２実施形態に係る低屈折率層の機能例の図であり、（ａ）は第２実施形態に係る導光板表面付近の図、（ｂ）は比較例に係る導光板表面付近の図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。なお、各図面において、同一の構成部には同一符号を付し、重複した説明を適宜省略する。また以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための窓照明装置を例示するものであって、本発明を以下に示す実施形態に限定するものではない。以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図したものである。また図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張している場合がある。

実施形態に係る窓照明装置は、光源と、導光部と、光源に駆動電力を供給する電源とを有し、導光部は、光源から射出された光を導光する導光板と、太陽光を受光して発電する光発電部とを有する。光源から射出された光は、光源に対向する光入射端面から導光板内に入射し、導光板内を導光された後、光入射端面に交差する導光板の所定主面に含まれる光出射部から出射する。

光発電部は、導光板における所定主面に対向する対向主面側の少なくとも一部に設けられ、太陽光を受光して発電した発電電力を電源に供給する。これにより太陽光を利用して節電可能にする。

ここで、導光板は平面部分又は湾曲部分を含む板状部材を意味する。主面は板状部材における厚み方向に交差する平面又は湾曲面を意味する。複数の平面又は湾曲面を組み合わせて１つの主面が構成されてもよい。端面は板状部材の端の側面であって、主面と交差する面を意味する。

なお以下では、便宜上、窓照明装置１００を正面側から見たときの横幅方向をＸ軸方向とし、奥行き方向をＹ軸方向とし、高さ方向をＺ軸方向とする。

［第１実施形態］
＜窓照明装置１００の全体構成例＞
図１は、第１実施形態に係る窓照明装置１００の全体構成の一例を説明する図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａ断面図である。図１に示すように、窓照明装置１００は、額縁１０と、光源１と、導光部３００と、駆動回路３と、スイッチ４と、バッテリ５とを有する。導光部３００は、導光板２と、太陽電池パネル６とを有する。

窓照明装置１００は、建物の窓２００に取り付け可能な平板状且つ矩形状の装置であり、夜間等の照明時には照明装置として機能し、昼間等の非照明時には透明窓として機能する窓兼用照明装置である。

窓照明装置１００は、夜間等の照明時には、光源１が射出した光を板状部材である導光板２内に入射させ、導光板２内を導光した後、導光板２の建物内部側の面から出射させて建物内部を照明する、一方、前記導光板２の建物外側の面からリークする照明機能を担わない少量の漏れ光は太陽電池パネル６に吸収され、電力として蓄積される。また昼間等の非照明時には、導光板２の建物外部側に設けられた太陽電池パネル６が太陽光を受光して発電する。発電された電力はバッテリ５に充電され、照明時における光源１の駆動電力等として利用される。なお、図１の例では、Ｙ軸負側が建物外部側に対応し、Ｙ軸正側が建物内部側に対応する。

額縁１０は、導光板２の外周縁部（すなわち、導光板２の四辺）に沿って、一定の幅及び一定の厚さを有して設けられている枠状の部材である。額縁１０の外形寸法は、窓２００が備える窓枠としてのサッシ２１０の内形寸法とほぼ同一である。これにより、窓照明装置１００は、サッシ２１０の内側に嵌め込むことにより、窓２００が備える窓ガラス２２０と重なった状態で、窓２００に対して容易に取り付け可能となっている。

光源１は、導光板２のＺ軸負側の端面に対向して配置され、額縁１０の１つの辺の内部に固定されている。光源１は、複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）がＸ軸方向にライン状に配列して構成されている。駆動回路３から駆動電圧を印加されることで、各ＬＥＤが光を射出する。光源１は、各ＬＥＤから射出された光で形成されるＸ軸方向に伸びるライン状の光をＺ軸正方向に射出できる。光源１が射出する光は、特に限定されるものではなく、白色光や、単色光、電球色、昼白色、昼光色等の各種を用途に応じて適宜選択可能である。光源の種類もＬＥＤに限定されるものではなく、蛍光ランプや冷陰極管等の線状光源、複数の光ファイバをライン状に束ねたもの等を使用できる。

駆動回路３は、光源１に直流又は交流の駆動電圧を印加する電気回路である。駆動回路３は、光源１とともに額縁１０の内部に設けられてもよいし、額縁１０とは別に設置されてもよい。

スイッチ４は、バッテリ５が駆動回路３に接続されている照明状態と、バッテリ５が太陽電池パネル６に接続されている充電状態とを切り替えるためのスイッチである。照明状態では、バッテリ５の蓄電電力が駆動回路３に供給され、光源１が駆動される。充電状態では、太陽電池パネル６の発電電力がバッテリ５に供給され、バッテリ５に充電される。

スイッチ４は、窓照明装置１００のユーザにより操作されることで、照明状態と充電状態を切り替えることができる。スイッチ４として、プッシュスイッチ、トグルスイッチ、スライドスイッチ等の如何なる種類のスイッチも使用可能である。なお、スイッチ４は、窓照明装置１００に一体化して設けられてもよいし、窓２００や窓２００が設けられた壁面等に取り付けられてもよい。なお、窓照明装置１００のユーザによる操作に代え、太陽電池パネル６の出力電圧の検出値等に応じて照明状態と充電状態が自動で切り替わるように構成してもよい。また切り替える状態は、照明状態と充電状態に限定されるものではなく、照明も充電も行わないオフ状態等の他の状態が追加されてもよい。

バッテリ５は、光源１の駆動電力を供給する電源の一例である。バッテリ５は、照明状態では駆動回路３へ直流又は交流電圧を供給し、充電状態では太陽電池パネル６による発電電力を充電することができる。バッテリ５としては、各種二次電池（例えば、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池等）を使用できる。バッテリ５は、額縁１０の内部に設けられてもよいし、額縁１０とは別に設けられてもよい。また駆動回路３、スイッチ４及びバッテリ５等を一体化した構成にしてもよい。

導光板２は、可視光に対して透過性を有する透明な平板状部材である。導光板２は、平面視において矩形状を有する。好ましくは、導光板２の可視光透過率は６０％以上、６５％以上、７０％以上、７５％以上、８０％以上、８５％以上又は９０％以上である。可視光透過率は、分光光度計を用いて測定波長３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下で測定したときの、各波長における透過率の平均値として特定される。

このような導光板２は、樹脂材料を成形加工して製造できる。樹脂材料としてはＰＭＭＡ（Polymethyl methacrylate）等が挙げられる。但し、樹脂材料によって、導光板２の屈折率、強度又は耐湿性等が異なるため、ＰＭＭＡに限定されず照明装置の使用条件、使用環境等に応じた材料を適宜選択することが好ましい。またガラス材料を含んで導光板２を構成することもできる。可視光に対して透過性があれば、着色した材料を用いてもよい。加工法についても樹脂成形に限定されず、曲げ加工や切削加工等を適用することもできる。

導光板２は、図１に示すように、光入射端面２１と、端面２２と、第１主面２３と、第２主面２４とを有する。光入射端面２１は、光源１に対向して光源１から射出された光が導光板２内に入射する導光板２の一端面である。端面２２は光入射端面２１に対向する他端面である。端面２２は額縁１０の内面（Ｚ軸負側の面）に対向して接触又は近接している。

第１主面２３は、導光板２における平面部分のＹ軸正側を指し、光入射端面に交差する導光板の所定主面の一例である。また第１主面２３は、導光板２内を導光された光が出射する光出射部２３１を含む。図１（ｂ）において、第１主面２３上にある太線部分が光出射部２３１に対応しており、第１主面２３内で光が出射される領域が光出射部２３１に該当する。

第２主面２４は、導光板２における平面部分のＹ軸負側を指し、導光板２における所定主面に対向する対向主面の一例である。また第２主面２４の少なくとも一部には、導光板２内を導光された光を光出射部２３１から出射させる光取出部２４１が設けられている。

図１（ａ）に示すように、光入射端面２１、光出射部２３１及び光取出部２４１のそれぞれは、Ｘ軸方向における導光板２全体に亘る部分であるが、これに限定されるものではなく、Ｘ軸方向における導光板２の一部であってもよい。

図１において、光源１からＺ軸正方向に射出された光は、光入射端面２１を通って導光板２内に入射し、第１主面２３及び第２主面２４で全反射を繰り返しながら導光板２内をＺ軸正方向に導光される。

導光板２内を導光される光のうちの一部は、光取出部２４１により反射、散乱又は回折されて光出射部２３１に導かれ、光出射部２３１を通って導光板２から出射する。光出射部２３１から出射した光２３２（二点鎖線の矢印）は、窓照明装置１００が取り付けられた窓２００の内側（建物内部）を照明する。

光出射部２３１は、第１主面２３の領域内で導光板２から出射される光が通過する領域に対応し、光取出部２４１の領域と光出射部２３１の領域は略等しくなる。図１の例では、光取出部２４１は、平面視において、第２主面２４の全面ではなく第２主面２４より僅かに小さいサイズで設けられているが、これに限定されるものではない。第２主面２４の少なくとも一部に光取出部２４１を設けることができる。また図１の例では、第２主面２４に光取出部２４１が設けられているが、第１主面２３に光取出部２４１を設けることもできる。なお、光取出部２４１の詳細については、図２乃至図８を参照して後述する。

光出射部２３１から出射する光は、導光板２内の広い領域で反射、散乱又は回折された光である。なお、Ｘ軸方向では、光出射部２３１から出射する光により、導光板２のＸ軸方向における長さ以上の広い範囲を照明できる。

一方、光入射端面２１から入射し、第１主面２３及び第２主面２４で全反射しながら導光板２内をＺ軸正方向に導光される光のうちの一部は、端面２２に到達し、端面２２から出射される。端面２２から出射された光は、額縁１０の内面でＺ軸負側に反射又は拡散されて再度、導光板２内に入射し、導光板２内を全反射しながらＺ軸負方向に導光される。

また、導光板２の第２主面２４側には太陽電池パネル６が設けられている。より具体的には、太陽電池パネル６は、導光板２の第２主面２４上に設けられた光取出部２４１のＹ軸負側に設けられている。

この太陽電池パネル６は、太陽光を受光して発電する光発電部の一例である。太陽電池パネル６は導光板２に固定して設けることができるが、固定方法に特に制限はなく、接着やネジ止め、嵌合等を適宜選択できる。また図１の例では、太陽電池パネル６は、平面視において光取出部２４１とほぼ同じサイズで設けられているが、これに限定されるものではない。第２主面２４の少なくとも一部に太陽電池パネル６を設けることができる。

太陽電池は受光した光のエネルギーを電力（電気エネルギー）に変換することで発電する電力機器である。太陽電池パネルは、１つ１つでは小さいサイズの複数の太陽電池を集約してフレーム又は構造体に収容し、パネル状にしたものである。太陽電池をパネル状にして複数直列に接続することで、１つ１つでは小さい太陽電池の起電力から得られる電圧を集約し、大きくすることができる。

太陽電池パネル６は、太陽光を受光して発電し、発電電力をバッテリ５に供給することができる。このように太陽光の光エネルギーを電力に変換し、光源１の駆動電力等に利用することで節電できるようになっている。

太陽電池パネル６の太陽電池には、シリコン系、化合物系、又は有機系の何れを用いることもできる。またペロブスカイト型や量子ドット型等を適用してもよい。太陽電池の基板には、ガラス基板やセラミック基板、シリコン等の半導体基板、又はポリエチレンテレフタラート (PET；polyethylene terephthalate)等の樹脂を含んで構成されるフレキシブル基板等を用いることができる。また太陽電池パネル６は、太陽光を建物の内部に取り込めるように透明な太陽電池パネルで構成されている。太陽電池パネル６の可視光透過率は、例えば６０％以上、６５％以上、７０％以上、７５％以上、８０％以上、８５％以上又は９０％以上である。可視光透過率は、分光光度計を用いて測定波長３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下で測定したときの、各波長における透過率の平均値として特定される。

太陽電池パネル６と光取出部２４１と導光板２を含む導光部３００の可視光透過率は、例えば６０％以上、６５％以上、７０％以上、７５％以上、８０％以上、８５％以上又は９０％以上である。可視光透過率は、分光光度計を用いて測定波長３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下で測定したときの、各波長における透過率の平均値として特定される。

＜光取出部２４１の構成例＞
次に、導光部３００が有する光取出部２４１の構成について、図２乃至図８を参照して説明する。図２乃至図８は、光取出部の詳細構成を例示する部分拡大図である。図２（ａ）は第１例、図２（ｂ）は第２例、図３（ａ）は第３例、図３（ｂ）は第４例をそれぞれ示している。また図４（ａ）は第５例、図４（ｂ）は第６例、図５（ａ）は第７例、図５（ｂ）は第８例、図６（ａ）は第９例、図６（ｂ）は第１０例をそれぞれ示している。また図７（ａ）は第１１例、図７（ｂ）は第１２例、図８（ａ）は第１３例、図８（ｂ）は第１４例をそれぞれ示している。

まず、図２（ａ）に示す光取出部２４１は、光キャビティ２４２を内部に含む光学機能層２４３を有する。光学機能層２４３は第２主面２４に設けられている。なお、光学機能層とは、光学的な機能を発揮する層をいう。また、光学機能層２４３上（Ｙ軸負側）には、太陽電池パネル６が設けられている。

光学機能層２４３は、樹脂等を材料として構成された薄層であり、導光板２の表面に積層して設けられている。例えば、光学機能層２４３を含む層状の部材をマイクロ波表面処理等の接着剤フリーのラミネーション法で貼り付けるか、又は接着剤（感圧接着剤を含む）により接着することで第２主面２４に設けることができる。

なお、積層方向における光学機能層２４３の前後にカバー層等の他の機能を有する層が含まれてもよい。

光学機能層２４３の材料、及び導光板２に光学機能層２４３を接着する接着剤の材料は、導光板２との界面における光の屈折や反射を抑えるために、導光板２と屈折率が近いものであることが好ましい。例えば導光板２と同じＰＭＭＡ等を含む材料を使用できる。

光キャビティ２４２は空隙部の一例であり、内部に空気が充填されている。但し、光キャビティ２４２内には、空気に代えて、光学機能層より屈折率の低い材料が充填されてもよい。光学機能層２４３内には第１主面２３の平面に沿って複数の光キャビティ２４２が規則的に又はランダムに設けられている。光キャビティ２４２の大きさは、光学機能層２４３の内部に設置可能な範囲で適宜選択可能である。光キャビティを内部に含む光学機能層については、特に限定されないが、例えば、国際公開第２０１１／１２４７６５号、国際公開第２０１１／１２７１８７号、国際公開第２０１９／０８７１１８号、国際公開第２０１９／１８２０９１号に開示された光学機能層を使用することができる。これらの内容は参照により本願明細書に組み込まれる。

光学機能層２４３は、例えば、パターンが形成されていない第１フィルム２４３１と、所望の微細パターンが形成された第２フィルム２４３２とを、ラミネーション法で貼り合わせるか、又は接着剤（感圧接着剤を含む）により接着することで作製される。

第２フィルム２４３２への微細パターンの形成には、レーザパターニング、ダイレクトレーザイメージング、レーザドリル、マスクによる又はマスクレスのレーザ又は電子ビーム照射が用いられる。また印刷、インクジェット印刷、スクリーン印刷等によって個別の特性を付与して、材料や屈折率値を変更してもよい。マイクロ／ナノディスペンス、ドージング、ダイレクト「書込み」、離散的レーザ焼結、マイクロ放電加工（マイクロＥＤＭ）、マイクロマシニング、マイクロ成形、インプリンティング、エンボス加工及びこれらに類するものを用いることもできる。

導光板２内を導光される光は、導光板２と光学機能層２４３との界面を通過又は該界面で屈折して光学機能層２４３内に入射する。そして、光学機能層２４３内を導光される光のうちの一部は、光学機能層２４３と光キャビティ２４２との界面で反射され、光出射部２３１に向けて導かれる。この反射光のうち、臨界角を超える角度で第１主面２３に入射する光が導光板２内から外部に出射する。第１主面２３内で光が出射する部分は、光出射部２３１に該当する。

光学機能層２４３と光キャビティ２４２との界面で反射されなかった光は、光学機能層２４３と外部の空気との界面で全反射を繰り返しながらＺ軸正方向に導光される。そのうちの一部の光が光キャビティ２４２と光学機能層２４３との界面で反射され、導光板２内から外部に出射する。光学機能層２４３に設けられた複数の光キャビティ２４２のそれぞれで上記の反射がなされる。

このようにして、光取出部２４１は、第１主面２３の平面に沿った光出射部２３１全体からＹ軸正方向側に光を出射させることができる。

次に、図２（ｂ）に示す光取出部２４１ａは、光散乱粒子２４４を内部に含む光学機能層２４５を有する。光学機能層２４５は、第２主面２４に設けられている。光学機能層２４５の材料や設置方法、上述した光学機能層２４３と同様である。また、光学機能層２４５上（Ｙ軸負側）には、太陽電池パネル６が設けられている。

光散乱粒子２４４は、光学機能層２４５を構成する材料に対して屈折率差を有し、平均粒径が０．３～５μｍ程度の粒子であり、導光板２内を導光される光を散乱させる光散乱体の一例である。複数の光散乱粒子２４４が光学機能層２４５を構成する材料に含有されている。光散乱粒子を内部に含む光学機能層については、特に限定されないが、例えば、特開２０１３－１９５８１１号公報に開示された光学機能層を使用することができる。これらの内容は参照により本願明細書に組み込まれる。ここで平均粒径は体積平均粒子径であり、例えば、超遠心式自動粒度分布測定装置を用いて測定することができる。

導光板２内を導光される光は、導光板２と光学機能層２４５との界面を通過又は界面で屈折して光学機能層２４５内に入射する。そして、光学機能層２４５内を導光される光のうちの一部は、光学機能層２４５と光散乱粒子２４４との界面で散乱され、光出射部２３１に向けて導かれる。この散乱光のうち、臨界角を超えない角度で第１主面２３に入射する光が導光板２内から外部に出射する。第１主面２３内で光が出射する部分は、光出射部２３１に該当する。

光学機能層２４５と光散乱粒子２４４との界面で散乱されなかった光は、光学機能層２４５と外部の空気との界面で全反射を繰り返しながらＺ軸正方向に導光される。そのうちの一部の光が光散乱粒子２４４と光学機能層２４５との界面で散乱され、導光板２内から外部に出射する。光学機能層２４５に設けられた複数の光散乱粒子２４４のそれぞれで上記の散乱がなされる。

このようにして、光取出部２４１ａは、第１主面２３の平面に沿った光出射部２３１全体からＹ軸正方向側に光を出射させることができる。

次に、図３（ａ）に示す光取出部２４１ｂは、光キャビティ２４２を内部に含む光学機能層２４３を有する。光学機能層２４３は、第１主面２３に設けられている。また、第２主面２４上（Ｙ軸負側）には、太陽電池パネル６が設けられている。光学機能層２４３の材質及び機能は、光取出部２４１における光学機能層２４３と同様である。第１主面２３内で光学機能層２４３が設けられた部分は、光出射部２３１に該当する。

また、図３（ｂ）に示す光取出部２４１ｃは、光散乱粒子２４４を内部に含む光学機能層２４５を有する。光学機能層２４５は、第１主面２３に設けられている。また、第２主面２４上（Ｙ軸負側）には、太陽電池パネル６が設けられている。光学機能層２４５の材質及び機能は、光取出部２４１ａにおける光学機能層２４５と同様である。第１主面２３内で光学機能層２４５が設けられた部分は、光出射部２３１に該当する。

次に、図４（ａ）に示す光取出部２４１ｄは、光キャビティ２４６を有する。光キャビティ２４６は導光板２ｃ内に設けられている。また、第２主面２４上（Ｙ軸負側）には、太陽電池パネル６が設けられている。

光キャビティ２４６は空隙部の一例であり、内部に空気が充填されている。但し、光キャビティ２４６内には、空気に代えて、導光板２ｃより屈折率の低い材料が充填されてもよい。導光板２ｃ内には第１主面２３の平面に沿って複数の光キャビティ２４６が規則的に又はランダムに設けられている。光キャビティ２４６の大きさは、導光板２内に設置可能な範囲で適宜選択可能である。

導光板２ｃは、パターンが形成されていない第１導光板２０１と、所望の微細パターンが形成された第２導光板２０２とを、接着剤フリーのマイクロ波表面処理等のラミネーション法で貼り合わせるか、或いは接着剤（感圧接着剤を含む）により接着することで作製される。界面反射を抑制するため、第１導光板２０１と第２導光板２０２の屈折率を略等しくし、また接着剤により接着する場合には、接着剤の屈折率を第１導光板２０１及び第２導光板２０２と略等しくすることが好ましい。

第２導光板２０２への微細パターンの形成には、上述した第２フィルム２４３２への微細パターンの形成と同様の方法を適用できる。また、光キャビティ２４６の機能は、図２（ａ）及び図３（ａ）で説明した光キャビティ２４２と同様である。

次に、図４（ｂ）に示す光取出部２４１ｅは、光散乱粒子２４７を有する。光散乱粒子２４７は導光板２ｄ内に設けられている。また、第２主面２４上（Ｙ軸負側）には、太陽電池パネル６が設けられている。光散乱粒子２４７は、導光板２ｄを構成する材料に対して屈折率差を有し、平均粒径が０．３～５μｍ程度の粒子であり、導光板２内を導光される光を散乱させる光散乱体の一例である。光散乱粒子２４７は、導光板２ｄを構成する材料に含有されている。光散乱粒子２４７の機能は、図２（ｂ）及び図３（ｂ）で説明した光散乱粒子２４４と同様である。

次に、図５（ａ）に示す光取出部２４１ｆは、プリズム部２４８を表面に含む光学機能層２４９を有する。光学機能層２４９は、第２主面２４に設けられている。プリズム部２４８は、光を偏向可能な微細な斜面を含む部分である。また、光学機能層２４９上（Ｙ軸負側）には、太陽電池パネル６が設けられている。

光学機能層２４９は、導光板２と光取出部２４１ｆとの界面における光の屈折や反射を抑えるために、導光板２と屈折率が近い材料で構成されることが好ましく、例えば導光板２と同じＰＭＭＡを含んで構成できる。光学機能層２４９の表面には複数のプリズム部２４８が規則的に又はランダムに設けられている。プリズム部２４８の大きさ及び隣接する間隔は、光学機能層２４９に形成可能な範囲で適宜選択可能である。

光学機能層２４９へのプリズム部２４８の形成には、上述した第２フィルム２４３２への微細パターンの形成と同様の方法を適用できる。

導光板２内を導光される光は、導光板２と光学機能層２４９との界面を通過又は該界面で屈折して光学機能層２４３の内部に入射する。そして、光学機能層２４９内を導光され、プリズム部２４８で反射されて、光出射部２３１に向けて導かれる。この反射光のうち、臨界角を超える角度で第１主面２３に入射する光が導光板２内から外部に出射する。第１主面２３内で光が出射する部分は、光出射部２３１に該当する。光学機能層２４９に設けられた複数のプリズム部２４８で上記の反射がなされる。

このようにして、光取出部２４１ｆは、第１主面２３の平面に沿った光出射部２３１全体からＹ軸正方向側に光を出射させることができる。なお、プリズム部２４８における斜面の角度は、建物の内部を照明するために好適な角度に定められていると好適である。

次に、図５（ｂ）に示す光取出部２４１ｇは、凹凸部２５０を表面に含む光学機能層２５１を有する。光学機能層２５１は、第２主面２４に設けられている。光学機能層２５１の材料は、上述した光学機能層２４９と同様である。凹凸部２５０は、１～５μ程度の幅と高さを有する凹部又は凸部が複数形成された部分である。凹凸部２５０は、光学機能層２５１の表面にランダムに形成され、光学機能層２５１内を導光される光を散乱させる。また、光学機能層２５１上（Ｙ軸負側）には、太陽電池パネル６が設けられている。

光学機能層２５１への凹凸部２５０の形成には、上述した第２フィルム２４３２への微細パターンの形成と同様の方法を適用できる。また凹凸部２５０はランダムな粗面であればよいため、ブラスト加工等を適用することもできる。

導光板２内を導光される光は、導光板２と光学機能層２５１との界面を通過又は界面で屈折して光学機能層２５１の内部に入射する。そして、光学機能層２５１内を導光される光のうちの一部は、光学機能層２５１と凹凸部２５０との界面で散乱され、光出射部２３１に向けて導かれる。この散乱光のうち、臨界角を超える角度で第１主面２３に入射する光が導光板２内から外部に出射する。第１主面２３内で光が出射する部分は、光出射部２３１に該当する。光学機能層２５１に設けられた複数の凹凸部２５０のそれぞれで上記の散乱がなされる。

このようにして、光取出部２４１ｇは、第１主面２３の平面に沿った光出射部２３１全体からＹ軸正方向側に光を出射させることができる。

次に、図６（ａ）に示す光取出部２４１ｈは、プリズム部２４８を表面に含む光学機能層２４９を有する。光学機能層２４９は、第１主面２３に設けられている。また、第２主面２４上（Ｙ軸負側）には、太陽電池パネル６が設けられている。光学機能層２４９の材質及び機能は、光取出部２４１ｆにおける光学機能層２４９と同様であるが、この場合は、プリズム部２４８におけるＹ軸に略平行な面２４８'等の斜面以外の面で反射する光が多くなる。なお、第１主面２３内で光学機能層２４９が設けられた部分は光出射部２３１に該当する。

また、図６（ｂ）に示す光取出部２４１ｉは、凹凸部２５０を表面に含む光学機能層２５１を有する。光学機能層２５１は、第１主面２３に設けられている。また、第２主面２４上（Ｙ軸負側）には、太陽電池パネル６が設けられている。光学機能層２５１の材質及び機能は、光取出部２４１ｇにおける光学機能層２５１と同様である。なお、第１主面２３内で、光学機能層２５１が設けられた部分は光出射部２３１に該当する。

次に、図７（ａ）に示す光取出部２４１ｊは、プリズム部２５２を有する。プリズム部２５２は、第２主面２４に形成されている。プリズム部２５２は、光を偏向可能な微細な斜面を含む部分である。第２主面２４の表面には複数のプリズム部２５２が規則的に又はランダムに設けられている。また、第２主面２４に設けられたプリズム部２５２上（Ｙ軸負側）には、太陽電池パネル６が設けられている。プリズム部２５２における斜面の大きさ及び隣接する間隔は、第２主面２４に形成可能な範囲で適宜選択可能である。プリズム部２５２により偏向された光は、光出射部２３１を通過して出射される。

第２主面２４へのプリズム部２５２の形成には、上述した光学機能層２４９へのプリズム部２４８の形成と同様の方法を適用できる。また、プリズム部２５２の機能は、図５（ａ）及び図６（ａ）で説明したプリズム部２４８と同様である。

また、図７（ｂ）に示す光取出部２４１ｋは、凹凸部２５３を有する。凹凸部２５３は、第２主面２４に形成されている。また、第２主面２４に形成された凹凸部２５３上（Ｙ軸負側）には、太陽電池パネル６が設けられている。凹凸部２５３は、１～５μ程度の幅と高さを有する凹部又は凸部が複数形成された部分である。凹凸部２５３は、第２主面２４にランダムに形成され、導光板２内を導光される光を散乱させる。凹凸部２５３により散乱された光は、光出射部２３１を通過して出射される。

第２主面２４への凹凸部２５３の形成には、上述した光学機能層２５１への凹凸部２５０の形成と同様の方法を適用できる。また、凹凸部２５３の機能は、図５（ｂ）及び図６（ｂ）で説明した凹凸部２５０と同様である。

次に、図８（ａ）に示す光取出部２４１ｍは、プリズム部２５２を有する。プリズム部２５２は、第１主面２３に形成されている。また、第２主面２４上（Ｙ軸負側）には、太陽電池パネル６が設けられている。プリズム部２５２は、光取出部２４１ｊにおけるプリズム部２５２と同様であるが、この場合は、プリズム部２５２におけるＹ軸に略平行な面２５２'等の斜面以外の面で反射する光が多くなる。なお、第１主面２３内で複数のプリズム部２５２が形成された部分が光出射部２３１に該当する。

また、図８（ｂ）に示す光取出部２４１ｎは、凹凸部２５３を有する。凹凸部２５３は、第１主面２３に形成されている。また、第２主面２４上（Ｙ軸負側）には、太陽電池パネル６が設けられている。凹凸部２５３は、光取出部２４１ｋにおける凹凸部２５３と同様である。なお、第１主面２３内で複数の凹凸部２５３が形成された部分が光出射部２３１に該当する。

＜窓照明装置１００の作用効果＞
以上説明したように、本実施形態に係る窓照明装置１００は、光源と、光源から射出された光を導光する導光板と、光源に駆動電力を供給する電源と、太陽光を受光して発電する光発電部とを有する。光源から射出された光は、光源に対向する光入射端面から導光板内に入射し、導光板内を導光された後、光入射端面に交差する導光板の所定主面に含まれる光出射部から出射する。

光発電部は、導光板における所定主面に対向する対向主面側の少なくとも一部に設けられ、太陽光を受光して発電した発電電力を電源に供給する。これにより太陽光を利用して節電することができる。

なお、本実施形態では光取出部の各種構成を説明したが、これらを組み合わせて照明装置を構成することもできる。また、光出射部から出射される光の広がり角度に異方性を持たせることもできる。例えば、図１におけるＸ軸方向には広がり角度が大きく、Ｚ軸方向には広がり角度が小さい光を光出射部から出射させること等が可能である。

また、本実施形態では、平面視において、矩形の窓に取り付け可能な矩形状の窓照明装置の構成を例示したが、これに限定されるものではない。取り付ける窓の形状に合わせた形状で窓照明装置を構成することもできる。例えば、平面視において、円形状や楕円形状、半円形状等の形状にできる。この場合には、窓に合わせた形状の導光板が使用される。また光源から導光板の光入射端面までの距離は一定であることが好ましいため、矩形以外の導光板を使用する場合には、導光板における光入射端面の形状に合わせて光源を配置することが好ましい。例えば、円形状の導光板を用いる場合には、導光板の光入射端面の形状に合わせて、光源としての複数のＬＥＤを円弧状に配置すると好適である。

また、本実施形態では、平板状の導光板を用いた窓照明装置の構成を例示したが、湾曲面を少なくとも一部に含む導光板を用いて窓照明装置を構成することもできる。

また、本実施形態では、建物における既設の窓に窓照明装置を後付けで取り付ける構成を例示したが、これに限定されるものではない。建物を建設する段階で窓照明装置を建物の窓部分に据え付けることもできる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態に係る窓照明装置１００ａについて説明する。なお、第１実施形態と説明が重複する部分については、適宜説明を省略する。この点は、以下に示す実施形態の説明においても同様とする。

本実施形態では、導光板における第１主面、又は第２主面の少なくとも一方における少なくとも一部に、導光板に対して屈折率が低い低屈折率層を設けることで、キズや汚れ、指紋等に起因する導光板内を導光される光の損失を防止し、光の利用効率を向上させる。なお、低屈折率層は、導光板における第１主面、又は第２主面の少なくとも一方における少なくとも一部に形成されることで設けられてもよいし、接着剤（感圧接着剤を含む）を介して導光板に結合されることで設けられてもよい。

図９は、窓照明装置１００ａにおける低屈折率層３４の機能の一例を説明する図であり、（ａ）は本実施形態に係る導光板の表面付近を示す図、（ｂ）は比較例に係る導光板の表面付近を示す図である。

図９（ａ）に示すように、窓照明装置１００ａは導光部３００ａを有する。導光部３００ａでは、導光板２の表面に光学機能層２４３、低屈折率層３４、カバー層３５がこの順で積層形成されている。またカバー層３５上（Ｙ軸負側）には、太陽電池パネル６が設けられている。なお、導光板２の表面と低屈折率層３４の間に他の機能を有する層が含まれていてもよい。

また、導光板２、光学機能層２４３、低屈折率層３４及びカバー層３５を有する導光部３００ａの可視光透過率は、好ましくは６０％以上、６５％以上、７０％以上、７５％以上、８０％以上、８５％以上又は９０％以上である。可視光透過率は、分光光度計を用いて測定波長３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下で測定したときの、各波長における透過率の平均値として特定される。

低屈折率層３４は、導光板２の屈折率に対して屈折率が低い層である。導光板２が主にＰＭＭＡを含んで構成される場合、導光板２の屈折率ｎ_１は、１．４９前後である。これと比較して低屈折率層３４の屈折率ｎ_２は、好ましくは１．３０以下であり、より好ましくは１．２０以下である。低屈折率層については、特に限定されないが、例えば、国際公開第２０１９／１４６６２８号公報に開示された空隙を有する低屈折率層を使用することができる。この内容は参照により本願明細書に組み込まれる。

導光板２を導光される光のうち、低屈折率層３４への入射角が臨界角よりも大きいときに（浅い角度で入射するときに）全反射条件が満たされ、導光板２と低屈折率層３４との界面で光は全反射される。ここで、臨界角θｃは以下の式で表される。
θｃ＝θｉ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ_２／ｎ_１）
なお、θｉは入射角（法線からの角度）である。

カバー層３５は、導光板２を保護するためのものであり、可視光に対する透過性が高いものが好ましい。ガラス、プラスチック等で形成され、紫外線吸収効果を有していてもよい。保護層としての観点からは強度が高い方がよいが、薄くフレキシブルな層にしてもよい。

ここで、図９（ｂ）に示す比較例に係る窓照明装置１００Ｘでは、導光部３００Ｘに含まれる導光板２の表面に光学機能層２４３、カバー層３５がこの順で積層形成されており、低屈折率層が設けられていない。この場合、カバー層３５の表面にキズや汚れ、指紋、汗、埃等の異物Ｃが付着していると、導光板２内を導光される光のうち、カバー層３５側に向かう光は、異物Ｃにより散乱し、導光板２から外部に漏れ出して光損失が生じる場合がある。

図９（ａ）に示すように、カバー層３５と導光板２の間に低屈折率層３４を設けることで、導光板２内を導光される光が異物Ｃに到達することを防ぐことができる。

このようにして、本実施形態では、導光板に含まれる主面に、導光板に対して屈折率が低い低屈折率層を設けることで、キズや汚れ、指紋等に起因する導光板内を導光される光の損失を防止し、光の利用効率を向上させることができる。

導光板の第１主面、又は第２主面の少なくとも一方における少なくとも一部に、低屈折率層を設けることで上記の効果を得ることができる。また第１主面、又は第２主面の少なくとも一方における光学機能層が設けられていない領域に低屈折率層を設けても、上記の効果を得ることができる。また図９では、光キャビティを含む光学機能層の上に低屈折率層を設ける構成を例示したが、光散乱粒子を含む光学機能層の上に低屈折率層を設けることもできる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳説したが、本発明は、上述した実施の形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。

１ 光源
２ 導光板
２１ 光入射端面
２２ 端面
２３ 第１主面（所定主面の一例）
２３１ 光出射部
２４ 第２主面（対向主面の一例）
２４１ 光取出部
２４２，２４６ 光キャビティ（空隙部の一例）
２４３，２４５，２４９，２５１ 光学機能層
２４３１ 第１フィルム
２４３２ 第２フィルム
２４４，２４７ 光散乱粒子
２４８，２５２ プリズム部
２５０，２５３ 凹凸部
３ 駆動回路
３４ 低屈折率層
３５ カバー層
４ スイッチ
５ バッテリ（電源の一例）
６ 太陽電池パネル（光発電部の一例）
１００ 窓照明装置
２００ 窓
２１０ サッシ
２２０ 窓ガラス
３００ 導光部
Ｘ Ｘ軸方向（横幅方向）
Ｙ Ｙ軸方向（奥行き方向）
Ｚ Ｚ軸方向（高さ方向）

Claims (8)

1. 光源と、
   導光部と、
   前記光源に電力を供給する電源と、を有し、
   前記導光部は、
   前記光源から射出された光を導光する導光板と、
   太陽光を受光して発電する光発電部と、と有し、
   前記導光板は、
   前記光源に対向し、前記光源から射出された光が入射する光入射端面と、
   前記光入射端面に交差する前記導光板の所定主面に含まれ、前記導光板内を導光された光が出射する光出射部と、を有し、
   前記光発電部は、前記導光板における前記所定主面に対向する対向主面側に設けられ、発電電力を前記電源に供給する
   窓照明装置。
2. 前記導光部は、可視光に対して透過性を有する
   請求項１に記載の窓照明装置。
3. 前記導光部は、前記導光板に対して屈折率が低い低屈折率層を有し、
   前記低屈折率層は、前記所定主面、又は前記対向主面の少なくとも一方における少なくとも一部に設けられている
   請求項１、又は２に記載の窓照明装置。
4. 前記導光部は、前記導光板内を導光された光を前記光出射部から出射させる光取出部を有する
   請求項１乃至３の何れか１項に記載の窓照明装置。
5. 前記光取出部は、前記導光板内に設けられた空隙部、又は光散乱粒子の少なくとも一方を有する
   請求項４に記載の窓照明装置。
6. 前記光取出部は、空隙部、又は光散乱体の少なくとも一方を内部に含む光学機能層を有し、
   前記光学機能層は、前記所定主面、又は前記対向主面の少なくとも一方に設けられている
   請求項４、又は５に記載の窓照明装置。
7. 前記光取出部は、プリズム部、又は凹凸部の少なくとも一方を表面に含む光学機能層を有し、
   前記光学機能層は、前記所定主面、又は前記対向主面の少なくとも一方に設けられている
   請求項４、又は５に記載の窓照明装置。
8. 前記光取出部は、前記所定主面、又は前記対向主面の少なくとも一方に設けられたプリズム部、又は凹凸部の少なくとも一方を有する
   請求項４、又は５に記載の窓照明装置。

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