JP4983553B2 - 導光体 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤ等の光源からの光を反射しつつ発光部まで導いて発光させる導光体に関するものである。

従来、この種の導光体は、例えば自動車のスピードメータや電化製品の操作パネル等に使用されており、例えば特許文献１では、正面視細長い等脚台形状を有し、側断面形状が略Ｌ字形状を呈した導光体が平面視略扇形状になるよう隣接配置されたスピードメータが開示されている。

この導光体は、厚さ方向一方側を光反射面とすると共に、他方側を光出射面とし、光反射面の長さ方向に断面三角形状の凹部を多数形成して鋸歯状としている。さらに、導光体のコーナ部に、内側に反射面を有する放物面鏡が設けられており、該放物面鏡の反射面により、導光体に内装されたＬＥＤからの光を略平行に変換して、光反射面及び光出射面で形成された導光部に入射するようにしている。
特開平９−１５２３６０号公報

しかしながら、従来の導光体は、放物面鏡によってＬＥＤからの光を反射させているため、光出射面から略均等に発光させるには、延長部を長くする必要があり、延長部の長さを確保しようとすると、光源が出射面から離れて導光効率が悪くなるという問題がある。

そこで、本発明は、光源からの光を損失させることなく効率よく導光することができる導光体を提供することを課題とする。

本発明に係る導光体は、発光部と、該発光部に対して直角又は斜めに設けられる延長部と、発光部及び延長部の間に設けられる接続部とを有し、前記延長部の先端側に配置される光源からの光を発光部まで導く導光体であって、前記発光部は、発光面及び該発光面に対向して設けられる対向面を有し、前記延長部は、前記光源からの光を前記接続部へ向けて反射させつつ導く一対の延長部反射面を有し、前記接続部は、延長部を通過した光を発光部へ向けて反射させるべく前記発光面に対して傾斜して設けられる平坦な接続部反射面を有し、前記延長部が有する一対の延長部反射面のうち前記発光面及び接続部反射面と同じ側に並ぶ一方の延長部反射面は、該一方の延長部反射面の両端部位を含む平面よりも外側を通るように構成され、且つ、前記一方の延長部反射面は、該一方の延長部反射面上の任意の点での接面と前記発光面に平行な基準面とのなす角度が次の関係式を満たすように構成されることを特徴とする。

但し、
点Ａ１：接続部反射面の延長部側の端点
点Ａ２：接続部反射面の発光部側の端点
点Ｂ ：一方の延長部反射面上の任意の点
θ ：一方の延長部反射面の点Ｂでの接面と発光面に平行な基準面とのなす角度
θ_１ ：光源と点Ｂとを結ぶ線及び点Ｂと点Ａ１とを結ぶ線の両方に対して等しい角度をなして傾斜する線を含む傾斜面と発光面に平行な基準面とのなす角度
θ_２ ：光源と点Ｂとを結ぶ線及び点Ｂと点Ａ２とを結ぶ線の両方に対して等しい角度をなして傾斜する線を含む傾斜面と発光面に平行な基準面とのなす角度
また、光源の位置を原点として、発光面と平行にＸ軸をとった場合における点Ａ１の座標を（Ｘａ_１，Ｙａ_１）、点Ａ２の座標を（Ｘａ_２，Ｙａ_２）、点Ｂの座標を（Ｘｂ，Ｙｂ）とする。

光源からは様々な方向に（即ち、放射状に）光が放射されるのであるが、上記構成からなる導光体によれば、光源からの光を効率よく発光部に導くことができる。即ち、少なくとも光源からの直接光（反射を経ていない光）は、前記一方の延長部反射面のどの箇所で反射されたとしても、接続部反射面（具体的には、前記点Ａ１から点Ａ２までの間のどこかの位置）に当たることとなる。従って、光源から放射状に放射された光は前記一方の延長部反射面において反射することで、再度、接続部反射面に集約されることとなり、例えば一方の延長部反射面が平坦面である場合に比べてより多くの光を接続部反射面に当てることができる。従って、発光量を従来より多くすることができる。

また、上記導光体においては、前記一方の延長部反射面は、湾曲面として構成されることが好ましい。

かかる構成によれば、光源から放射状に放射された光を満遍なく接続部及び発光部に導くことができ、発光面の場所ごとの発光量の均一性を高めることができる。

また、上記導光体においては、前記接続部には、前記発光面に対して前記接続部反射面よりも小さな角度で傾斜する第２の接続部反射面がさらに設けられ、前記接続部反射面が前記延長部側に配置され、前記第２の接続部反射面が前記発光部側に配置される構成が好ましい。

かかる構成によれば、前記接続部反射面によって反射された反射光のうち、発光面に対して比較的急な角度を有する反射光が第２の接続部反射面に当たって反射されることにより、より多くの光を発光部に導くことができる。また、第２の接続部反射面が設けられることによって、複数回の反射を経て接続部に導かれた光なども発光部に効率よく導くことができるため、発光量をより一層多くすることができる。

以上のように、本発明に係る導光体によれば、光源からの光を損失させることなく効率よく導光することができる。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

本実施形態に係る導光体１は、図１に示すように、発光部２と、該発光部２に対して直角又は斜めに設けられる延長部３と、発光部２及び延長部３の間に設けられる接続部４とを有し、前記延長部３の先端側に配置される光源５からの光を発光部２まで導くものである。また、導光体１は、断面が略Ｌ字形状を呈しており、延長部３は、発光部２の基端部から接続部４を介してやや斜め下方に延出する。

また、前記発光部２は、発光面２ａ及び該発光面２ａに対向して設けられる対向面２ｂを有する。また、前記延長部３は、前記光源５からの光を前記接続部４へ向けて反射させつつ導く一対の延長部反射面３ａ，３ｂを有する。そして、前記接続部４は、延長部３を通過した光を発光部２へ向けて反射させるべく前記発光面２ａに対して傾斜して設けられる平坦な接続部反射面（第１の接続部反射面）４ａを有する。

そして、前記延長部３が有する一対の延長部反射面３ａ，３ｂのうち前記発光面２ａ及び接続部反射面４ａと同じ側に並ぶ一方の延長部反射面３ａは、該一方の延長部反射面３ａの両端部位３ｃ，３ｄを含む平面（図示しない）よりも外側を通るように構成される。

さらに、導光体１においては、前記一方の延長部反射面３ａは、該一方の延長部反射面３ａ上の任意の点Ｂでの接面Ｐ１と前記発光面２ａに平行な基準面Ｐ３とのなす角度θが次の関係式を満たすように構成される。

但し、
点Ａ１：接続部反射面４ａの延長部３側の端点
点Ａ２：接続部反射面４ａの発光部２側の端点
点Ｂ ：一方の延長部反射面３ａ上の任意の点
θ ：一方の延長部反射面３ａの点Ｂでの接面Ｐ１と発光面２ａに平行な基準面Ｐ３とのなす角度
θ_１ ：光源５と点Ｂとを結ぶ線Ｌ１及び点Ｂと点Ａ１とを結ぶ線Ｌ２の両方に対して等しい角度をなして傾斜する線Ｌ３を含む傾斜面Ｐ２と発光面２ａに平行な基準面Ｐ３とのなす角度
θ_２ ：光源５と点Ｂとを結ぶ線Ｌ１及び点Ｂと点Ａ２とを結ぶ線Ｌ４の両方に対して等しい角度をなして傾斜する線Ｌ５を含む傾斜面Ｐ４と発光面２ａに平行な基準面Ｐ３とのなす角度
また、光源５の位置を原点として、発光面２ａと平行にＸ軸をとった場合における点Ａ１の座標を（Ｘａ_１，Ｙａ_１）、点Ａ２の座標を（Ｘａ_２，Ｙａ_２）、点Ｂの座標を（Ｘｂ，Ｙｂ）とする。

具体的には、前記発光部２は、発光面２ａ及び対向面２ｂが互いに平行に設けられる。対向面２ｂは、発光部２に入射した光を発光面２ａに向けて反射させる面であり、この対向面２ｂには、複数の凹凸が設けられる。具体的には、対向面２ｂには、凹部分と凸部分との高さの差が発光部２の厚みや幅や長さに対して十分小さい微細な凹凸（拡散ドットなどとも呼ばれる）が形成されており、例えばシボ加工と呼ばれる方法によって形成されるものである。ただし、対向面２ｂに形成される凹凸としては、これに限定されるものではなく、いわゆるプリズムによって構成されるものであってもよい。

また、前記延長部３は、中央部分が両端部分よりも肉厚となるように膨らんだ形状を有する。前記延長部３における一方の延長部反射面３ａは、湾曲面として構成される。好ましくは、前記一方の延長部反射面３ａは、光源５からの直接光を前記接続部反射面４ａの中央部分に向けて反射させるように設定される。なお、他方の延長部反射面３ｂは、非平面として構成される。

そして、前記接続部４には、前記発光面２ａに対して前記接続部反射面（第１の接続部反射面）４ａよりも小さな角度で傾斜する第２の接続部反射面４ｂがさらに設けられる。また、前記接続部反射面４ａが前記延長部３側に配置されるとともに、前記第２の接続部反射面４ｂが前記発光部２側に配置される。

なお、図１及び図２に示すように、前記第１の接続部反射面４ａは、前記発光部２の発光面２ａに向けて光を反射させるように考慮された面であり、前記第２の接続部反射面４ｂは、前記発光部２の対向面２ｂに向けて光を反射させるように考慮された面である。

ところで、前記接続部４は、Ｌ字形状に交差する前記発光部２と延長部３との交差部分に位置し、該交差部分には、前記発光部２と延長部３とのなす角度が大きい方（即ち、外側）の角部と、前記発光部２と延長部３とのなす角度が小さい方（即ち、内側）の隅部とができる。前記接続部反射面４ａ，４ｂは、角部及び隅部のうちの角部に位置する。一方、前記隅部には、前記発光部２の対向面２ｂ及び前記他方の延長部反射面３ｂに対して傾斜し、且つ、前記接続部反射面４ａ，４ｂと対向するように設けられる接続部対向面４ｃが設けられる。即ち、接続部４は、前記接続部反射面４ａ，４ｂ及び接続部対向面４ｃを有し、前記接続部対向面４ｃは、前記発光部２の対向面２ｂ及び他方の延長部反射面３ｂを仮想的に延長させた際の交点よりも厚み方向外側を通るように構成される。かかる構成により、前記隅部は、前記一方の延長部反射面３ｂや接続部反射面４ａ，４ｂから発光部２へ向かう反射光を遮ることのない逃げ部として機能する。

なお、前記導光体１の素材としては、例えばアクリル樹脂が用いられ、その場合に、全反射が起こる臨界角は、約４２°〜４３°である。

また、光源５としては、例えばＬＥＤが用いられる。また、光源５は、実質的に一点から光を放射するいわゆる点光源であってもよく、線状に光を放射するいわゆる線光源であってもよい。前記光源５が点光源である場合には、導光体１の奥行方向に一つのみ配置されるものであってもよく、複数配置されるものであってもよい。前記光源５が線光源である場合には、該線光源の長手方向が導光体１の奥行方向に沿うように配置される。
（実施例）
次に、実施例について説明する。

実施例に係る導光体１は、前記第１の接続部反射面４ａが延長部３側の端点として点Ａ１（０．６１３，１６，４１６）を有し、発光部２側の端点として点Ａ２（−１．０２２，１８，３４０）を有するものであり、前記一方の延長部反射面３ａは、点Ｂ１（１．３７０，２，５６３）を通り、点Ｂ１における一方の延長部反射面３ａの接面Ｐ１と前記発光面２ａとのなす角度θは７９．５°となっている。一方、点Ｂ１におけるθの許容角度範囲の下限及び上限（即ち、θ_１及びθ_２）は、θ_１＝７７．５°及びθ_２＝８０．２°であり、この導光体１は、θ_１＜θ＜θ_２の関係式を満足する。

同様に、前記一方の延長部反射面３ａは、点Ｂ２（１．７６３，６，５７９）を通り、点Ｂ２における前記角度θは８８．２°となっている。一方、点Ｂ２におけるθの許容角度範囲の下限及び上限（即ち、θ_１及びθ_２）は、θ_１＝８５．８°及びθ_２＝８９．２°であり、この導光体１は、θ_１＜θ＜θ_２の関係式を満足する。

以上のように、本実施形態に係る導光体１によれば、光源５からの光を損失させることなく効率よく導光することができる。

具体的には、光源５からは様々な方向に（即ち、放射状に）光が放射されるのであるが、上記構成からなる導光体１によれば、光源５からの光を効率よく発光部２に導くことができる。即ち、少なくとも光源５からの直接光（反射を経ていない光）は、前記一方の延長部反射面３ａのどの箇所で反射されたとしても、接続部反射面４ａ（具体的には、前記点Ａ１から点Ａ２までの間のどこかの位置）に当たることとなる。従って、光源５から放射状に放射された光は前記一方の延長部反射面３ａにおいて反射することで、再度、接続部反射面４ａに集約されることとなり、例えば一方の延長部反射面３ａが平坦面である場合に比べてより多くの光を接続部反射面４ａに当てることができる。従って、発光量を従来より多くすることができる。

また、上記導光体１においては、前記一方の延長部反射面３ａは、湾曲面として構成される構成される。従って、光源５から放射状に放射された光を満遍なく接続部４及び発光部２に導くことができ、発光面２ａの場所ごとの発光量の均一性を高めることができる。

また、上記導光体１においては、前記接続部４には、異なる角度で傾斜する第１及び第２の接続部反射面４ａ，４ｂが設けられる。従って、前記第１の接続部反射面４ａによって反射された反射光のうち、発光面２ａに対して比較的急な角度を有する反射光が第２の接続部反射面４ｂに当たって反射されることにより、より多くの光を発光部２に導くことができる。また、第２の接続部反射面４ｂが設けられることによって、複数回の反射を経て接続部４に導かれた光なども発光部２に効率よく導くことができるため、発光量をより一層多くすることができる。

なお、本発明に係る導光体は、上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、前記発光部２は、発光面２ａ及び対向面２ｂが互いに平行に設けられるものであったが、これに限定されるものではなく、発光面２ａと対向面２ｂとが角度を有して設けられるものであってもよい。

また、前記一方の延長部反射面３ａは、湾曲面として構成されるものであったが、これに限定されるものではなく、前記発光面２ａに対する傾斜角度の異なる複数の平坦面によって構成される多角形面であってもよい。この場合、前記一方の延長部反射面上の任意の点での接面は、各平坦面と一致する。

また、上記実施形態においては、接続部４には二つの接続部反射面４ａ，４ｂが設けられるものであったが、これに限定されるものではなく、接続部反射面が一つのみ設けられるものであってもよく、接続部反射面が３つ以上設けられるものであってもよい。

また、接続部４に複数の接続部反射面が設けられる場合には、前記一方の延長部反射面を複数の領域に区分し、且つ、各領域と前記複数の接続部反射面のいずれかとを対応させて、各領域が対応する各接続部反射面に対して上述のような関係式を満たすように構成されるものであってもよい。

本発明に係る照明装置用導光体によれば、光源からの光を損失させることなく効率よく導光して発光させることができるため、車両用のスピードメータ、家電調理器具や撮像装置の操作パネルなどに広範囲に利用することができる。

本発明の一実施形態に係る導光体の側面図 同実施形態に係る導光体における接続部近傍の拡大図 同実施形態に係る導光体における一方の延長部反射面に要求される条件を説明する説明図

符号の説明

１ 導光体
２ 発光部
２ａ 発光面
２ｂ 対向面
３ 延長部
３ａ 一方の延長部反射面
３ｂ 他方の延長部反射面
３ｃ，３ｄ 両端部位
４ 接続部
４ａ （第１の）接続部反射面
４ｂ 第２の接続部反射面
４ｃ 接続部対向面
５ 光源
Ａ１ 接続部反射面の延長部側の端点
Ａ２ 接続部反射面の発光部側の端点
Ｂ 一方の延長部反射面上の任意の点
Ｌ１ 光源と点Ｂとを結ぶ線線
Ｌ２ 点Ｂと点Ａ１とを結ぶ線
Ｌ３ 線Ｌ１及び線Ｌ２に対して等角度で傾斜する線
Ｌ４ 点Ｂと点Ａ２とを結ぶ線
Ｌ５ 線Ｌ１及び線Ｌ４に対して等角度で傾斜する線
Ｐ１ 一方の延長部反射面の点Ｂでの接面
Ｐ２ 線Ｌ３を含む傾斜面
Ｐ３ 基準面
Ｐ４ 線Ｌ５を含む傾斜面
θ 接面Ｐ１と基準面Ｐ３とのなす角度
θ_１ 傾斜面Ｐ２と基準面Ｐ３とのなす角度
θ_２ 傾斜面Ｐ４と基準面Ｐ３とのなす角度

Claims (3)

1. 発光部と、該発光部に対して直角又は斜めに設けられる延長部と、発光部及び延長部の間に設けられる接続部とを有し、前記延長部の先端側に配置される光源からの光を発光部まで導く導光体であって、
   前記発光部は、発光面及び該発光面に対向して設けられる対向面を有し、
   前記延長部は、前記光源からの光を前記接続部へ向けて反射させつつ導く一対の延長部反射面を有し、
   前記接続部は、延長部を通過した光を発光部へ向けて反射させるべく前記発光面に対して傾斜して設けられる平坦な接続部反射面を有し、
   前記延長部が有する一対の延長部反射面のうち前記発光面及び接続部反射面と同じ側に並ぶ一方の延長部反射面は、該一方の延長部反射面の両端部位を含む平面よりも外側を通るように構成され、且つ、
   前記一方の延長部反射面は、該一方の延長部反射面上の任意の点での接面と前記発光面に平行な基準面とのなす角度が次の関係式を満たすように構成されることを特徴とする導光体。
   

   

   
   
   
   
   
   
   
   
   
   但し、
   点Ａ１：接続部反射面の延長部側の端点
   点Ａ２：接続部反射面の発光部側の端点
   点Ｂ ：一方の延長部反射面上の任意の点
   θ ：一方の延長部反射面の点Ｂでの接面と発光面に平行な基準面とのなす角度
   θ_１ ：光源と点Ｂとを結ぶ線及び点Ｂと点Ａ１とを結ぶ線の両方に対して等しい角度をなして傾斜する線を含む傾斜面と発光面に平行な基準面とのなす角度
   θ_２ ：光源と点Ｂとを結ぶ線及び点Ｂと点Ａ２とを結ぶ線の両方に対して等しい角度をなして傾斜する線を含む傾斜面と発光面に平行な基準面とのなす角度
   また、光源の位置を原点として、発光面と平行にＸ軸をとった場合における点Ａ１の座標を（Ｘａ_１，Ｙａ_１）、点Ａ２の座標を（Ｘａ_２，Ｙａ_２）、点Ｂの座標を（Ｘｂ，Ｙｂ）とする。
2. 前記一方の延長部反射面は、湾曲面として構成されることを特徴とする請求項１に記載の導光体。
3. 前記接続部には、前記発光面に対して前記接続部反射面よりも小さな角度で傾斜する第２の接続部反射面がさらに設けられ、
   前記接続部反射面が前記延長部側に配置され、前記第２の接続部反射面が前記発光部側に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の導光体。

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