JP5417568B2

JP5417568B2 - 面照明光源装置及びその面照明光源装置を複数配置した面照明装置

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Publication number: JP5417568B2
Application number: JP2009135602A
Authority: JP
Inventors: 榮一佐藤; 弘泰佐藤; 研佐藤
Original assignee: Opto Design Inc
Current assignee: Opto Design Inc
Priority date: 2009-06-04
Filing date: 2009-06-04
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2029-06-04
Also published as: JP2010282852A

Description

本発明は、面照明光源装置及びその面照明光源装置を複数配置した面照明装置に関し、さらに詳しくは、光源として指向性の強い点光源を用い、均一な照明光を得ることのできる面照明装置に関する。

近年、照明装置として白熱電球や蛍光灯に代わり、発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）やレーザーダイオード（以下、ＬＤという）のような指向性の強い点光源が用いられるようになってきている。特に、ＬＥＤは、白熱電球や蛍光灯と比較して、使用電力が低く、また寿命も長いという利点を有している。

しかし、ＬＥＤ及びＬＤは指向性が強いために、直接光源を見てしまうと危険であり、照明として使うにはこれらからの光を効率よく拡散させる技術が必要である。したがって、これら点光源を照明として使用するために、様々な工夫がなされている。

点光源を用いた照明としては、エッジライト型のものと、バックライト型のものと、に分けられる。エッジライト型の照明は一般的に導光板を用いており、かなりの薄型化が可能であるが、表示面全体に導光板を設ける必要があるために、重量が重くなり、また、製造コストも高くなってしまう。さらに、大型化しようとすると、導光板も大きくする必要があるので、大型化が難しい。

バックライト型の照明として、下記に挙げているような先行技術文献がある。下記特許文献１には、底部と斜面部にリフレクターを設け、光制御手段である着脱可能なホルダ部をつけた点光源を、底部の中央に配置した面発光装置についての技術が開示されている。この面発光装置を複数配置した例を図１０に示す。

また、下記特許文献２には、底部に光源を配置し、底部と側面部と反射面に反射部材を用いた面照明光源装置と、この面照明光源装置を複数並べて配置した面照明装置の発明が開示されている。この下記特許文献２に開示されている面照明装置の配置例を図１１に示す。

図１０、図１１から分かるように、従来技術の面照明装置では照明面に隙間無く面発光装置や面照明光源装置を並べることにより、照明面において均一かつ明るい照明光を得ることを可能としている。

特開２００４− ６３１７号公報特開２００８− ２７８８６号公報

しかしながら、上記の特許文献１及び２に開示されている発明では、面照明光源装置を隙間無く配置しているため、照明面が大きい場合には、配置する面照明光源装置の数が膨大になり、コストが高くなってしまうという問題点があった。

このようなコスト削減には様々な方法が考えられる。例えば、ＬＥＤや反射板の質を下げる、拡散板を用いない、照明面を小さくする、などである。

しかし、ＬＥＤの質を下げてしまうと、故障率が高くなったり、均一な発光が得られなくなったりするため、照明装置としての寿命が短くなるとともに照明光の明るさのバラツキが大きくなってしまう。また、反射板の質を下げてしまうと、充分に反射されずに均一な照明光が得られ難く、照明光が暗くなってしまうなどの不都合が生じてしまう。

拡散板を用いない場合も、反射板の質を下げた場合と同様に、均一な照明光が得られづらくなってしまう。さらに、照明面を小さくすればコスト削減につながるが、目的の範囲を照らすことができなくなり、この場合、照明としての役目を果たしていないこととなる。

発明者等は、上記問題を解消すべく種々検討を重ねた結果、複数個の面照明光源装置を配置する場合、隣接して配置するのではなく、所定の距離を隔てて配置し、さらに、拡散板を従来のものよりも面照明光源装置から離して配置することによって、上記問題を解消し得ることに知見して本発明を完成するに至ったものである。

すなわち、本発明は、輝度の低下を最低限に抑えつつ、大画面で均一な照明光を得ることのできる面照明装置を安価で提供することを目的とするものである。

前記課題を解決するために、本願の請求項１の面照明装置にかかる発明は、点光源と、前記点光源が固定された内面側が反射性を有する底板部及び前記底板部の周囲に立設された内外面側が反射性を有する所定高さの側板部を備え、前記底板部と対向する側が開口された箱型のハウジングと、前記ハウジングの開口を覆い、前記点光源からの光を反射及び導通させる光導通反射部材とを備えた面照明光源装置と、開口を有し、前記面照明光源装置を複数個収容した内面側が反射性を有する収容ケースと、
前記収容ケースの開口を被覆する光拡散部材と、を備えた面照明装置であって、前記複数個の面照明光源装置のうち、隣接する前記面照明光源装置はそれぞれ互いに所定の距離（Ｌ１）を隔てて配置され、
前記光拡散部材は、前記複数個の面照明光源装置のそれぞれの前記光導通反射部材から所定の間隔（ｈ２）を隔てて配置されており、前記側板部には、一部の光を透過させる前記光導通反射部材とは独立した開口が形成されていることを特徴とする。

また、本願の請求項２にかかる発明は、請求項１にかかる面照明装置において、所定の距離（Ｌ１）は、前記面照明光源装置の最大対向側板部間距離（Ｗ）の２分の１以下であることを特徴とする。

また、本願の請求項３にかかる発明は、請求項１にかかる面照明装置において、前記所定の間隔（Ｌ２）は、前記所定の距離（Ｌ１）の２分の１以上であることを特徴とする。

また、本願の請求項５にかかる発明は、請求項１にかかる面照明装置において、記光導通反射部材は、前記点光源から離れるに従って透過率が高くかつ反射率が低くなっていくことを特徴とする。

また、本願の請求項６にかかる発明は、請求項１にかかる面照明装置において、前記ハウジング及び前記光導通反射部材は、超微細発泡光反射部材で形成されていることを特徴とする。

また、本願の請求項７にかかる発明は、請求項１にかかる面照明装置において、前記ハウジングは、平面視で方形状、三角形状、円形状、ハニカム状のいずれかであることを特徴とする。

また、本願の請求項８にかかる発明は、請求項１〜７の何れかにかかる面照明装置において、前記収容ケースは、前記ハウジングと相似形状であることを特徴とする。

請求項１にかかる発明によれば、収容ケース内に面照明光源装置を隣接して配置しないようにしたため、輝度の低下を最低限に抑えつつ、大画面で均一な照明光を得ることができる。

また、請求項２、３にかかる発明によれば、均一な照明光を得ることができる面照明光源装置ごとの距離、光導通反射部材と拡散部材との間隔を適宜に定めることができる。

また、請求項４にかかる発明によれば、拡散部材を近づけても光のムラが少なくなり、より均一な照明光を得ることができる。

また、請求項５にかかる発明によれば、ＬＥＤ又はＬＤのような指向性の強い点光源を用いても、中央部に明るいスポットを残すことなく、また反対にこの真上部分を暗くさせることもなく、均一な照明光を得ることができる。

請求項６にかかる発明によれば、底板部、側板部、及び光導通反射部材は同じ材料のものを使用することができる。同じ材料のものを使用すると、ハウジングを単一材料で形成させることができるので、それらの作製が容易になる。

請求項７、８にかかる発明によれば、均一な照明光を得ることができる様々な形状の面照明装置を提供することができる。

実施例１にかかる面照明装置で用いた面照明光源装置の外観斜視図である。図２（ａ）は図１の面照明光源装置に用いられている光導通反射部材の正面図、図２（ｂ）は、同じく光導通反射部材の側面図である。図３（ａ）は実施例１にかかる面照明装置の上面図、図３（ｂ）は図３（ａ）をｂ−ｂ線で切った断面図である。実施例１にかかる面照明装置の外観斜視図である。実施例２の面照明光源装置に用いられている光導通反射部材の正面図である。図６（ａ）は光導通反射部材の光源からの距離と照度との関係を示したグラフ、図６（ｂ）は周辺部の照度が中央部の照度と比較して高くなるように加工がなされている光導通反射部材光源からの距離と照度との関係を示したグラフである。実施例３にかかる面照明装置で用いた面照明光源装置の外観斜視図である。実施例３にかかる面照明装置の外観斜視図である。各種変形例の面照明装置で用いることができる面照明光源装置の外観斜視図である。第１の先行技術の面発光装置の配置例である。第１の先行技術の面照明装置の配置例である。

以下、本発明の具体例を各種実施例および図面を用いて詳細に説明する。但し、以下に示す各種実施例は、本発明の技術思想を具体化するための面照明光源装置及びその面照明光源装置を複数配置した面照明装置を例示するものであって、本発明をこの面照明装置に特定することを意図するものではなく、特許請求の範囲に含まれるその他の実施形態の面照明装置にも等しく適応し得るものである。

図１を参照して本発明の実施例にかかる面照明装置に用いる面照明光源装置を説明する。実施例１にかかる面照明装置で用いた面照明光源装置の外観斜視図である。この面照明光源装置１は、内面が反射部材で形成されている底板部２と、底板部２の周囲に立設された内面及び外面が反射部材で形成されている側板部３と、を備え、底板部２と対向する側が開口された箱型のハウジングと、底板部２に固定された点光源５と、ハウジングの開口を覆い、点光源５からの光を反射及び導通させる光導通反射部材４と、によって構成されている。
側板部３は底板部２から垂直に３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、の４枚がそれぞれ立設されている。面照明光源装置１の高さはｈ_１、側板部３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、の長さはそれぞれ等しく、Ｌａである。

底板部２、側板部３、及び光導通反射部材４は、高光反射率を有し、低光透過率及び低光吸収率の材料、例えば超微細発泡光導通反射部材で形成されている。なお、この超微細発泡光導通反射部材には、反射率９８％、光透過率１％、光吸収率１％のものがある。その他の材料として、チタンホワイトの微粒子をエマルジョン化したもの、ポリテトラフロロエチレンの微粒子をエマルジョン化したものを塗布或いはスクリーン印刷により設けたものを使用することができる。

また、底板部２、側板部３、及び光導通反射部材４に用いる部材として、チタンホワイト又はポリテトラフロロエチレンの微粒子を含む塗布膜も適している。

面照明光源装置１に用いられている点光源５は、ＬＥＤ又は複数のＬＥＤからなるＬＥＤ群（以下、これらを総称して「ＬＥＤ」と呼ぶ）、若しくはＬＤを用いる。ＬＥＤやＬＤは指向性が高く、光導通反射部材４の透過率を調整することにより、上面で均一な照明光を得ることができるようになる。

ここで光導通反射部材４について図２を用いて詳細に説明する。なお、図２（ａ）は図１の面照明光源装置に用いられている光導通反射部材の正面図、図２（ｂ）は、同じく光導通反射部材の側面図である。

光導通反射部材４は、図２に示すように、所定の肉厚を有し一辺の長さＬａがそれぞれ同一長の正方形の板状体で形成されている。すなわち、対向する辺４ａ、４ｂと４ｃ、４ｄとがそれぞれ同じ長さになっている。その肉厚はｔとなっている。

中央反射部６Ａは、ハウジングの開口に光導通反射部材４が取付けられたときに、ＬＥＤの真上部分にあって、発光部の垂直直上部分と対向する箇所に、小面積の中心反射エリア６ａと、この中心反射エリア６ａを中心にして該中心から所定距離離れた範囲内のエリア、すなわち中心周辺反射エリア６ｂとで形成されている。ＬＥＤは、その配光特性から、中心反射領域６ａに最も強い光が照射され、続いて中心周辺反射エリア６ｂに次に強い光が照射される。そこで、中心反射エリア６ａは、光透過率が低く且つ光反射率が高くなるように設計される。

この設計は、光導通反射部材材の選択、この材料の加工（例、ハーフ溝の形成、板厚の調整）などとなる。中心周辺反射エリア６ｂは、中心反射エリア６ａに次いで光反射率を高くする一方で、一部の光を透過させる設計とする。光の透過は、小孔或いはスリット、細溝などである。中央反射部６ａに小孔を設ける場合、孔の半径が大きすぎるとＬＥＤから直接出た光が出てしまうため、後述する開口６０のピッチに比べて、そのピッチを小さく、例えば半分のピッチにする。また、中心周辺反射エリア６ｂの小孔は、図２（ａ）に示すように、格子状に等間隔に配列し、しかも、中心反射エリア６ａが略円形になるように、境界隅部に小孔を１つ増やし、一方、外方反射部６ｂの開口をこの小孔にする。以上の構成により、中央反射部６ａに明るいスポットを残さない照明光を得ることができる。

外方反射部６Ｂは、中央反射部６ａの中心周辺反射エリア６ｂから各辺４ａ〜４ｄに向かって所定の規則性をもって配設された複数個の開口６０で構成されている。この開口６０は、外方反射部６Ｂを貫通する透孔の開口となっている。すなわち、この開口は反射面及び放射面の開口となっている。これらの開口６０は、図２図示の状態において、辺４ａに平行な平行線と、この辺４ａと垂直な辺４ｂに平行な垂直線とをそれぞれ所定の長さＬｂ、Ｌｃそれぞれ複数本配列して、各垂直線と各平行線とが交差する箇所に形成されている。この長さＬｂ、Ｌｃは同じになっている。

したがって、複数個の開口６０は、等間隔で直交格子状の規則性を持って配列されることになる。この直交格子状の配列では縦横のピッチが等しいために、縦方向に出ていく光と、横方向に出ていく光と、が同量となる。規則性配列には、この他に六方格子の各正三角形の頂点に配列する六方充填、いわゆる俵積み状の配列もある。俵積み状の配列にした場合、直交格子状に比べ多数の開口を設けることができるので、各開口の半径を小さくすることができ、開口と開口との間の部分、いわゆる桟の部分が多く取れ、光導通反射部材４の強度を上げることができる。また、各開口の半径を直交格子状配列と同程度に大きくすることによって、面全体の照度を上げることが可能である。

次に、上記面照明光源装置を用いた面照明装置について、図３、図４を用いて説明する。図３（ａ）は実施例１にかかる面照明装置の上面図、図３（ｂ）は図３（ａ）をｂ−ｂ線で切った断面図である。また、図４は本発明の実施例１にかかる面照明装置の外観斜視図である。

図３に示すように、各面照明光源装置は収容ケース７内に、所定の距離Ｌ_１、Ｌ_３を空けて配置される。この距離Ｌ_１、Ｌ_３の幅は等しく、面照明光源装置の最大対向側板部間距離Ｗの２分の１以下としている。これ以上離すと均一な照明光を得ることが困難となる。また、面照明光源装置と収容ケース側面７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄとの間にも距離Ｌ_２、Ｌ_４が空けられている。この距離Ｌ_２、Ｌ_４の幅は等しく、その長さは距離Ｌ_１、Ｌ_３の半分である。収容ケースの側面７ａ〜７ｄには光源が無く、側面側から照らされないためである。

面照明光源装置の外方反射部６Ｂから出た光は、面照明光源装置の外方部上方と、面照明光源装置の配置されていない面の上面Ｓとを照らし、面照明光源装置の中央反射部６Ａの光は面照明装置の中央部上方を照らす。外方反射部６Ｂの光が上面Ｓを照らすので、上面Ｓの照度があがり、また、面照明光源装置の外方部上方の照度が下がり、面照明装置全体として照度が均一となる。さらに、拡散板８を設けることによって、全体の照度をより均一にしている。拡散板８は光導通反射部材４から所定の間隔ｈ_２あけている。

拡散板８と光導通反射部材４との間隔ｈ_２は、各面照明光源装置の所定の距離であるＬ_１、Ｌ_３の半分以上とるとよい。間隔ｈ_２を長くとれば照度の均一化は図りやすくなるが、照度は下がってしまう。逆に、間隔ｈ_２を所定の距離Ｌ_１、Ｌ_３の半分以下とすると、光のムラが目立ってしまう。

上記実施例１では、光導通反射部材４として、均一な照明光を得ることができるものを使用したが、外方反射部６Ｂに設ける開口をそれよりも大きくして、面照明光源装置単体としては均一な照明光を得られない光導通反射部材４'を使用してもよい。

本実施例２の面照明装置で使用した面照明光源装置（図示省略）における光導通反射部材４'の正面図を図５に示す。この光導通反射部材４'は実施例１における光導通反射部材４と構成はほぼ一緒であり、同一の部分は説明を省略する。

外方反射部６Ｂ'に設ける開口はそれぞれ実施例１における面照明装置で使用した面照明光源装置１における光導通反射部材４よりも大きく形成されている。本実施例２にかかる面照明光源装置１'に用いる光導通反射部材４'は、周辺部の照度が中央部の照度と比較して高くなるように加工がなされている。図６（ａ）は光導通反射部材の光源からの距離と照度との関係を示したグラフ、図６（ｂ）は周辺部の照度が中央部の照度と比較して高くなるように加工がなされている光導通反射部材光源からの距離と照度との関係を示したグラフである。図６（ａ）、６（ｂ）の比較から分かるように、本実施例２の面照明光源装置１'は、光源から離れるほど照度が高くなるように開口の大きさを定めている。

面照明光源装置全体で均一な照明光を得ることができる光導通反射部材４を用いると、面照明光源装置１が置かれていない場所の上面には照明光が届きにくいため、面照明光源装置１を並べて配置した面照明装置全体として、拡散板８を近くに配置した場合、若干光ムラのある照明となってしまう。このため本実施例２ででは、外方部の照度が中央部の照度と比較して高くなるよう加工されている光導通反射部材４'を用いたている。

すなわち、光導通反射部材に設ける開口の大きさを場所ごとに変えることにより、面照明光源装置単体としては不均一な照明光であっても、面照明装置全体として均一な照明光を得ることができる。

上記実施例では光導通反射部材４を加工して均一な照明光を得る面照明装置の説明を行ったが、光導通反射部材４の開口の大きさを変えずに、側面部３ａ〜３ｄに開口を設けてもよい。

本実施例における面照明光源装置１０の外観斜視図を図６に、本実施例における面照明光源装置１０を並べて配置した面照明装置の外観斜視図を図７に示す。
図６に示すように、面照明光源装置１０の側壁部３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄにはそれぞれ開口Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３が設けられている。また、図７に示すように収容ケースの側壁部７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄは垂直ではなく鉛直方向から略４５度傾いて、斜めに立設されている。また、側壁部７０ａ〜７０ｄは高光反射率を有し、低光透過率及び低光吸収率の材料、例えば超微細発泡光導通反射部材で形成されている。なお、この超微細発泡光導通反射部材には、反射率９８％、光透過率１％、光吸収率１％のものがある。その他の材料として、チタンホワイトの微粒子をエマルジョン化したもの、ポリテトラフロロエチレンの微粒子をエマルジョン化したものを使用してもよい。なお、これらの材料をハウジングに塗布或いはスクリーン印刷により設けてもよい。。

開口Ｈ１〜Ｈ３から一部の光が透過し、側壁部７０ａ〜７０ｄで反射されることにより、面照明光源装置の配置されていない面の上面Ｓが照らされ、より均一な照明光を得ることができる。

また、上記実施例ではハウジングの形状を平面視で方形状としていたが、方形状に限る必要は無く、図９に示したように、平面視で三角形状、ハニカム形状、円形状など、様々な形とすることができる。図９に面照明光源装置の形状の他の例の上面図を示す。この場合の各面照明光源装置間の所定の距離Ｌ_１、Ｌ_３も、上記実施例と同様に面照明光源装置の最大対向側板部間距離Ｗの半分以下である。また、拡散板と面照明光源装置との間隔ｈ_２も同様で、所定の距離Ｌ_１、Ｌ_３の半分以上である。

１面照明光源装置
２底板部
３ａ〜３ｄ側板部
４光導通反射部材
５点光源
７収容ケース側壁部
８拡散部材

Claims

点光源と、
前記点光源が固定された内面側が反射性を有する底板部及び前記底板部の周囲に立設された内外面側が反射性を有する所定高さの側板部を備え、前記底板部と対向する側が開口された箱型のハウジングと、前記ハウジングの開口を覆い、前記点光源からの光を反射及び導通させる光導通反射部材とを備えた面照明光源装置と、
開口を有し、前記面照明光源装置を複数個収容した内面側が反射性を有する収容ケースと、
前記収容ケースの開口を被覆する光拡散部材と、
を備えた面照明装置であって、
前記複数個の面照明光源装置のうち、隣接する前記面照明光源装置はそれぞれ互いに所定の距離（Ｌ１）を隔てて配置され、
前記光拡散部材は、前記複数個の面照明光源装置のそれぞれの前記光導通反射部材から所定の間隔（ｈ２）を隔てて配置されており、
前記側板部には、一部の光を透過させる前記光導通反射部材とは独立した開口が形成されていることを特徴とする面照明装置。
所定の距離（Ｌ１）は、前記面照明光源装置の最大対向側板部間距離（Ｗ）の２分の１以下であることを特徴とする請求項１に記載の面照明装置。
前記所定の間隔（ｈ２）は、前記所定の距離（Ｌ１）の２分の１以上であることを特徴とする請求項２に記載の面照明装置。
前記光導通反射部材は、前記点光源から離れるに従って透過率が高くかつ反射率が低くなっていくことを特徴とする請求項１に記載の面照明装置。
前記ハウジング及び前記光導通反射部材は、超微細発泡光反射部材で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の面照明装置。
前記ハウジングは、平面視で方形状、三角形状、円形状、ハニカム状のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の面照明装置。
前記収容ケースは、前記ハウジングと相似形状であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の面照明装置。