JP5172448B2

JP5172448B2 - 照明装置

Info

Publication number: JP5172448B2
Application number: JP2008113273A
Authority: JP
Inventors: 重次住山
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-04-24
Filing date: 2008-04-24
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2028-04-24
Also published as: JP2009266503A

Description

本発明は、照明装置に関し、特に、昼間は太陽光で太陽電池による発電を行い、その起電力で、面発光モジュールを点灯する面発光型の照明装置に関する。

従来、壁面の照明方法としては、投光器を用いたライトアップが主流であったが、給電設備を要することなく、取り付けが容易な照明装置として、近年、面発光型の自発光式照明装置が注目されている。この面発光型の自発光式照明装置は、太陽光を用いて太陽電池による発電を行い、その起電力で、面発光モジュールを点灯するもので、電源配線が不要であり、地面や塀の壁面など、屋外での使用に適していることから、自然エネルギーに基づく省エネルギー化性能の高い照明装置として、注目されている。

このような自発光式照明装置においては、昼間太陽光があるときには、面発光モジュールは点灯せず、太陽電池発電を行い、暗時には面発光モジュールを点灯するという制御が必要であり、照度センサを用いて照度検出を行い、その検出結果に応じて、太陽電池と面発光モジュールとの通電切り替えを行うという方法をとっている。

例えば、透光性基板上のエレクトロルミネッセンス素子形成領域以外のところに発電素子を設けた複合発光装置が提案されている（特許文献１）。この装置では発電素子が設けられている部分にセンサが設けられており、このセンサからの信号に基づいてエレクトロルミネッセンス素子の点灯あるいは消灯を制御している。

また、パネル状光源と液晶シャッターとを積層して、液晶シャッターの駆動により選択的に配光した表示パネルも提案されている（特許文献２）。

さらにまた、枠部に着脱自在に装着可能な照明用の面発光パネルや照明装置も提案されている（特許文献３）。

特開２００５−２０３２３９号公報特開平０９−２６５８５６号公報特開２００７−５２２７号公報

このように、従来、発光素子と太陽電池などの電力発生装置とを備えた複合素子は種々提案されてはいるものの、特許文献２の表示パネルでは、液晶シャッターの駆動により、光のオンオフを選択的に行なうものであるのに過ぎず、液晶シャッターは発光素子の前面に設けられ、発光素子からの光のスイッチングを行なうものである。

また特許文献１では、透光性基板上のエレクトロルミネッセンス素子形成領域以外の領域に太陽電池を設け、この太陽電池の設けられている部分に照度センサを設け、省エネルギー化性能を追求しようとして照度センサの検知結果により、必要なときだけ点灯するように制御するものである。

しかしながら、エレクトロルミネッセント素子の点灯時に、背面の発電素子への光を遮断することはできず、実質的に両面発光となることから、照射効率が十分に得られないという問題もある。
一方、街灯などに用いる場合には、消灯時には透明にし、光を遮断しないように積層体全体として透明であるのが望ましい。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、照射効率が高く、外観性に優れた照明装置を提供することを目的とする。

そこで本発明の照明装置は、透光性の面発光モジュールと、前記面発光モジュールの背面に、配設された切り替え板と、前記面発光モジュールの背面に、前記切り替え板を介して配置される太陽電池と、で構成され、前記切り替え板は、遮光状態と、透光状態とを切り替え可能に構成され、前記太陽電池は透明であることを特徴とする。
この構成により、切り替え板が遮光状態と、透光状態とを切り替え可能に構成されていることから、例えば面発光モジュールの発光時には切り替え板を遮光状態にすることで、一方向に光を導くことができ、照射効率の低下を防ぐことができる。
この構成により、消灯時の外観を維持した状態で電力を生成することが可能となる。

また本発明は、上記照明装置において、前記切り替え板は、液晶シャッターパネルであるものを含む。
この構成により、電圧の印加によって透明状態と非透明状態を容易に切り替えることが可能となる。

また本発明は、上記照明装置において、前記切り替え板は、着脱自在に配設された反射板であるものを含む。
この構成により、切替え板を機械的に着脱することで透明状態と非透明状態を容易に切り替えることが可能となる。なおこの切り替え板は、太陽電池を積層する場合には太陽電池と面発光モジュールとの間に配設し、発光面に平行に挿入、取り外し可能なように形成してもよいし、太陽電池の背面すなわち、面発光モジュール、太陽電池、切り替え板の順に配置してもよく、この場合は発光面に平行に移動可能にしてもよいし、開閉自在にヒンジ結合させるようにしてもよい。

また本発明は、上記照明装置において、さらに照度センサを具備し、前記照度センサの出力に応じて、前記面発光モジュールの点灯を制御する点灯制御部とを具備したものを含む。
この構成により、自動的に点灯制御を行なうことができる。

また本発明は、上記照明装置において、前記照度センサは前記面発光モジュールの発光部を側方から囲む縁部に並置されており、前記太陽電池の背面側に配設され、前記太陽電池による起電力を蓄積する蓄電池を具備し、前記点灯制御部は、前記蓄電池から電圧供給を行うことで前記面発光モジュールの点灯を制御するようにしたものを含む。
この構成により、日中は透明な太陽電池で蓄電池への充電を行いつつ、遮光なしに光を透過することで、太陽光の一部が太陽電池によって電力生成に寄与し、残りの太陽光はパネルを通過する。従って蓄電状態においても面発光モジュールは透明にみえるため、照明装置（パネル自身）が目立ちにくい。また夜間は面発光モジュールが蓄電池からの電力で発光するが、液晶シャッタが蓄電池からの電力で鏡面となるため、面発光モジュールからの光は一方側にのみ効率よく導出される。

また本発明は、上記照明装置において、前記面発光モジュールは、透光性基板上に、透光性の第１電極と、発光機能を有する層と、透光性の第２電極とが順次積層されたエレクトロルミネッセンス素子を備えたものを含む。
この構成により、薄型で構造の簡単な面発光モジュールを提供することが可能となる。

また、本発明は、上記式照明装置において、前記太陽電池と液晶シャッタの一方の電極、液晶シャッターの他方の電極と前記エレクトロルミネッセンス素子の一方の電極とは、一体的に形成されてもよい。この構成により、より薄型化をはかることができる。

以上説明したように、本発明の照明装置によれば、外観が良好で、照射効率のよい照明装置を提供することができる。また、大面積のパネルを構成する場合にも、消灯時には透光性となるようにすることで、照明装置自体による遮光をなくし、消灯時に圧迫感を生じることのない照明装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１の照明装置１は、道路などに配設された支柱２に取り付けられており、図１に外観図、図２はこの照明装置の断面説明図、図３および図４に動作説明のための装置断面図、図５は概要斜視図、図６は照度センサ部の要部拡大図、図７はこの照明装置の要部拡大断面図を示す。この照明装置は、透光性の面発光モジュール１００と、前記面発光モジュール１００の背面に、液晶シャッタパネルからなる切り替え板３００を介して太陽電池２００が装着され、太陽光のあるときは太陽電池として発電しながら、太陽光を透過し、太陽光のないときは切り替え板３００を遮光状態にして、面発光モジュール１００の前方にのみ光を導出するように構成したものである。

図２乃至４は、図５のＡ−Ａ断面図に相当する。図２に示すように、透光性の有機エレクトロルミネッセンス素子からなる面発光モジュール１００と、前記面発光モジュール１００の背面に液晶シャッタ（切り換え板３００）を介して配置された太陽電池２００と、前記面発光モジュール１００の発光部１０１を側方から囲む縁部１０２に並置された照度センサ５００と、前記太陽電池２００の背面側に配設され、前記太陽電池２００による起電力を蓄積する蓄電池４００と、前記照度センサ５００の出力に応じて、前記蓄電池４００から電圧供給を行うことで前記面発光モジュールの点灯を制御する点灯制御部を構成する制御部６００とを具備し、これが容器（図示せず）、外カバー（図示せず）とで封止され、屋外に配置されるように構成したことを特徴とする。図６は照度センサおよびその取り付け部の要部拡大図である。

ここで、面発光モジュールの発光部１０１を構成する有機エレクトロルミネッセンス素子は、発光材料を選択することにより、透光性にするのが容易であり、図７に概略断面図を示すように、透光性のガラス基板１０５上にスパッタリング法により形成された膜厚１００から２００ｎｍ程度のＩＴＯパターンからなる第１の電極１０６上に、α―ＮＰＤなどの芳香族ジアミン化合物からなるホール輸送層、Ａｌｑ3からなる発光層、クマリンからなる電子輸送層とで構成される発光機能層１０７と、第２の電極１０８として膜厚１００から２００ｎｍ程度のＩＴＯパターンからなる第２電極が順次積層形成されて、透光性の有機エレクトロルミネッセンス素子として構成される。そしてこのガラス基板を、周縁を覆うようにアルミキャストで構成された縁部１０２が配設されている。
この縁部１０２には外側部に切り欠き部１０３が形成され、この切り欠き部１０３にＣｄＳ焦電素子からなる照度センサ５００が配設され、外部の照度を検出するようになっている。なおこの切り欠き部１０３の表面にはアルミキャストが露呈しており、反射面を構成している。

また太陽電池２００は、透光性の有機エレクトロルミネッセンス素子の発光部１０１の投影面積内に収まる大きさで、面発光モジュール１００の発光部１０１と所定の間隔を隔てて配置される。この太陽電池は、支持基板２０１上に形成されたアルミニウムなどの金属製の第４電極２０２と、光電変換層としての多結晶シリコン層２０３と、膜厚１００から２００ｎｍ程度のＩＴＯを主成分とする透光性の第３電極２０４と、反射防止膜２０５との積層体で構成されており、面発光モジュール１００の発光部１０１に相対向する側にＩＴＯからなる透光性の第３電極が配される。太陽電池は光源の必要電力量に対して大きさを要求されるが、有機エレクトロルミネッセンス素子は省電力性であるため、有機エレクトロルミネッセンス素子の有効領域すなわち発光領域と同程度の受光面積で十分であり、積層構造体として構成することで、小型化が可能となる。また、必要に応じて受光面側である第３電極の表面を覆う反射防止膜を調整することで、所望のカラーを構成することができる、いわゆるカラー太陽電池であり，表面は光沢を有する面となっている。

すなわち、カラー太陽電池は、従来の太陽電池が濃紺色または紫色であるのに対して、太陽電池の反射防止膜の膜厚や屈折率を変えることにより見かけ上の呈色を自在に変化させ（薄膜の光の干渉効果を利用）、各種色調を呈する。このようにカラー太陽電池の反射防止膜の組成や膜質、膜厚を調整することで、有機エレクトロルミネッセンス素子からの光を反射して前面に導く比率と、太陽電池における発電に寄与するように光を取り込む比率とを調整することも可能である。

また液晶シャッタパネル３００は、２つの電極３０１，３０２の間に液晶層３０３が配置され、電極３０１，３０２間に印加される電圧によって液晶シャッタの開閉がなされるように構成されている。

また、照度センサー５００は、ＣｄＳ焦電素子で構成され、外光を検出するように構成されたもので、図６に要部拡大図を示すように、面発光モジュール１００の縁部１０２に設けられた切り欠き部１０３に取り付けられている。

さらに、蓄電池４００は、太陽電池２００の起電力を蓄え、必要に応じて面発光モジュール１００に給電するために設けられており、有機エレクトロルミネッセンス素子は省電力性をもつため小型化が可能となり、携帯電話用のような、小型の電子機器などにも適用することができる。

また、制御部６００は、蓄電池４００を電源とし、照度センサ５００の出力に基づいて、面発光モジュール１００の有機エレクトロルミネッセンス素子への給電を制御し、点滅を制御するように構成されたシステムＬＳＩが搭載されてなり、照度センサ５００、蓄電池４００、液晶シャッタパネル３００、面発光モジュール１００、太陽電池２００に接続され、各部の駆動を制御するものである。ここでは、日中は、有機エレクトロルミネッセンス素子は消灯、太陽電池２００による起電力を蓄電池４００に導き充電するようにし、夜間は、有機エレクトロルミネッセンス素子を点灯させるように制御する。なお、照度センサ５００の検出値に応じて有機エレクトロルミネッセンス素子および液晶シャッタパネル３００のオンオフを制御するだけでなく、有機エレクトロルミネッセンス素子および液晶シャッタパネル３００への印加電圧を制御し、明るさに応じて輝度を制御するようにしてもよい。また有機エレクトロルミネッセンス素子への給電部にタイマー機能を付加することで、真夜中は調光して省エネルギー化を実現することもできる。また、有機エレクトロルミネッセンス素子の発光時には、わずかに太陽電池に光が漏れるが、この光によってもわずかながらも起電力が発生し、発電を行うことができる。

また、蓄電池４００及び制御部６００は、縁部１０２に収納されるが、入りきらない場合には支柱内に収納するようにしてもよい。

なおここでは図示しないが、この照明装置の外側を外カバーで被覆しておくことが望ましく、この構成により外カバーは、これら内蔵物を外的衝撃より保護し、透光性を有するものでガラス製あるいはポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂などの高強度の樹脂で構成される。この外カバーの表面には、光触媒膜をコーティングすることにより、汚れ防止することもできるし、ムシベールコーティングと指称する虫除け用コーティングを併用すれば、虫が寄り付き見苦しくなるのを防止することが可能である。また、この外カバーには、外壁面などに取付けできるように、取付け穴を設けてもよい。

次にこの照明装置の動作について説明する。
日中は、照度センサ５００によって検出される照度に応じて制御部６００を介して液晶シャッタパネルが駆動される。このとき制御部は液晶シャッタパネル３００の２つの電極に電圧は印加せず、液晶層３０３は透光性状態とする。図３に示すように、透明な太陽電池２００によって太陽光Ｌ０で発電を行い、この太陽電池の起電力によって蓄電池４００を充電する。そしてこの太陽光L0の一部が太陽電池２００および液晶シャッタパネル３００を透過し、面発光モジュールを透過して、道路を歩く人にふりそそぐ。Ｌ１は透過光である。

夜間は、照度センサ５００によって検出される照度に応じて制御部６００を介して液晶シャッタパネル３００の２つの電極に電圧が印加され、液晶層３０３は遮光状態となる。そして図４に示すように、面発光モジュールは制御部６００によって電極間に電圧が印加され、発光層が発光する。このとき、液晶シャッタパネル３００の液晶層３０３は遮光状態であるため、有機エレクトロルミネッセント素子である面発光モジュールの光は液晶シャッタパネルで遮光され、前面側にのみ取り出され、有機エレクトロルミネッセント素子からの光が道路を歩く人にふりそそぐ。Ｌ２は液晶パネルで反射した反射光、Ｌ３は照射方向への直射光である。

この構成により、小型かつ薄型であり、発光効率が良好で誤点灯の少ない自発光型照明装置を提供することができる。

なお、面発光モジュールは、面発光モジュールを透光性の第１および第２の電極で発光機能を有する層を挟んだ有機エレクトロルミネッセンス素子で構成しているため、背面の太陽電池への光量の減衰を抑制し、高効率の発電を実現することができる。

また、面発光モジュールの縁部に設けられた切り欠き部に照度センサを配しているため、太陽電池表面で反射した光も、発光素子である有機エレクトロルミネッセント素子自体の光も遮断することができ、外乱なしに、外光のみを効率よく検出することができる。

また、縁部がアルミキャストの枠状体で構成されているため、切り欠き部は遮光表面を構成しており、面発光モジュールからの光を確実に遮光することができる。
なおこの縁部はアルミニウムに限定されることなく樹脂などを用いてもよい。仮に遮光性材料で構成されていない場合は。切り欠き部に遮光膜あるいは反射性膜を形成するようにしてもよい。

また、本発明の自発光式照明装置は、容器と外カバーとを封止樹脂（図示せず）で気密封止して構成した気密ケースを用いて形成しているため、地面への埋設あるいは屋外での使用に際しても耐久性の高い照明装置を提供する。

前記実施の形態１では、面発光モジュールと太陽電池は容器内で支持されるように装着してもよいし、面発光モジュール１００と液晶シャッタパネル３００と太陽電池２００とを透光性の接着性樹脂で接合してもよい。

（実施の形態２）
前記実施の形態１では、支柱２に照明装置１をとりつけた街路灯構造としたが、図８に示すように、明かりとり用の天窓に、トップライトとして構成してもよい。この場合は、図９に断面説明図を示すように、反射板８００を面発光モジュール１００と太陽電池２００との間に着脱自在に挿通してなり、照度センサによる検出照度に応じて着脱し、前記実施の形態１と同様に、遮光状態と透光性状態を作り出すことができるように構成されている。

他部については前記実施の形態１と同様に形成されるため、ここでは説明を省略する。例えば太陽電池２００、面発光モジュール１００はいずれも前記実施の形態１において図７を参照して説明したデバイス構造と同様に形成されている。

また動作についても、前記実施の形態１と同様である。
なお、照度センサにより切り替え自発光式照明装置を構成してもよいが、窓の開閉と同様にリモコン操作で反射板８００の着脱が可能となるように構成してもよい。制御部や照度センサなどは別途天井あるいは壁などに取り付けるようにしてもよい。

（実施の形態３）
また、前記実施の形態２では、切り替え板としての反射板は、面発光モジュール１００と太陽電池２００との間に着脱自在に挿通したが、太陽電池の背面側に反射面を形成してもよい。すなわち図１０に示すように、太陽電池２００の背面側にアルミニウム板などの切り替え板９００を配設してもよい。この場合はヒンジにより矢印Ａ方向に開閉動作可能にし透光性・非透光性が切り替え可能なように構成することも可能である。

なお、前記実施の形態１および２では、太陽電池とエレクトロルミネッセンス素子は、接着剤を介してあるいは直接接合したが、支持基板上に第４電極、多結晶シリコン層、透光性の第３電極、反射防止膜を積層して太陽電池を形成した後、この上層に液晶、そしてその上層に透光性の第２電極、発光機能層、透光性の第１電極を順次塗布形成することで、同一基板上に太陽電池、液晶シャッタパネル及びエレクトロルミネッセンス素子を順次積層して積層構造体を形成してもよい。

すなわち、太陽電池とエレクトロルミネッセンス素子を、積層構造をなすように、一体的に形成するもので、この構成により、より薄型化をはかることができる。

また、前記実施の形態では、面発光モジュールとして有機エレクトロルミネッセンス素子を用いたが無機エレクトロルミネッセンス素子を用いるようにしてもよい。

本発明の実施の形態１に係る照明装置を示す外観図本発明の実施の形態１に係る照明装置を示す図（ａ）は上面図（ｂ）は断面図本発明の実施の形態１に係る照明装置の１状態を示す断面図本発明の実施の形態１に係る照明装置の１状態を示す断面図本発明の実施の形態１に係る照明装置の斜視図本発明の実施の形態１に係る照明装置の照度センサおよびその取り付け部を示す図本発明の実施の形態１に係る照明装置の要部概略断面図本発明の実施の形態２に係る照明装置を示す外観図本発明の実施の形態２に係る照明装置の要部概略断面図本発明の実施の形態３に係る照明装置の要部概略断面図

符号の説明

１００面発光モジュール
２００太陽電池
３００液晶シャッタパネル
４００蓄電池
５００照度センサ
６００制御部
８００反射板
９００反射板

Claims

透光性の面発光モジュールと、
前記面発光モジュールの背面に配設された切り替え板と、
前記面発光モジュールの背面に、前記切り替え板を介して配置される太陽電池と、で構成され、
前記切り替え板は、遮光状態と、透光状態とを切り替え可能に構成され、
前記太陽電池は透明である照明装置。
請求項１に記載の照明装置であって、
前記切り替え板は、液晶シャッターパネルである照明装置。
請求項１又は２に記載の照明装置であって、
さらに照度センサを具備し、
前記照度センサの出力に応じて、前記面発光モジュールの点灯を制御する点灯制御部とを具備した照明装置。
請求項３に記載の照明装置であって、
前記照度センサは前記面発光モジュールの発光部を側方から囲む縁部に並置されており、
前記太陽電池の背面側に配設され、前記太陽電池による起電力を蓄積する蓄電池を具備し、
前記点灯制御部は、前記蓄電池から電圧供給を行うことで前記面発光モジュールの点灯を制御するようにした照明装置。
請求項１に記載の照明装置であって、
前記面発光モジュールは、透光性基板上に、透光性の第１電極と、発光機能を有する層と、透光性の第２電極とが順次積層されたエレクトロルミネッセンス素子を備えた照明装置。