JP5603199B2

JP5603199B2 - 導光部材及びこれを備えた発光装置

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Publication number: JP5603199B2
Application number: JP2010237549A
Authority: JP
Inventors: 達司大野; 秀樹小泉
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2010-10-22
Filing date: 2010-10-22
Publication date: 2014-10-08
Anticipated expiration: 2030-10-22
Also published as: CN103168195B; CN103168195A; WO2012053263A1; JP2012089442A

Description

本発明は、光源からの光を導光し、出射する導光部材及びこれを備えた発光装置に関する。

従来より、光源から出射された光を一端面に入射させ、導光するとともに、導光パターンが形成された反射面によって反射させ、この反射面の反対側に形成された出射面から出射させる導光板を備えた照明装置が知られている。
例えば、下記特許文献１では、側端面から内部に導入された光源の光を前面から照射する導光材を備えたエッジライト式照明装置が提案されている。

特開２００９−２０５８８１号公報

しかしながら、上記のような従来の照明装置では、一端面に配置される光源からの光の一部が導光方向に沿わずに拡散してしまうという問題があった。また、その拡散した光が導光板に入射するため、出射面から出射される光も拡散光が多くなる傾向があるという問題があった。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、拡散光を低減し得る導光部材及びこれを備えた発光装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係る導光部材は、光源側に配置される一端面部、該一端面部に交差するように設けられた反射面部及びこの反射面部の反対側で前記一端面部に交差するように設けられた出射面部を有した導光板部と、前記一端面部から前記光源側に向けて突出するように前記導光板部に一体的に形成され、かつ、前記光源を受け入れる凹部を有するとともに前記光源からの光を集光するレンズ部と、を備えており、前記導光板部の前記一端面部にそれぞれが交差するように形成された両側面部に連なるように形成された前記レンズ部の両側部は、前記凹部の周縁部に向けて先細り状の凸湾曲面形状とされた凸湾曲面部と、該凸湾曲面部の基端側の両側縁から、前記導光板部の両側面部に向けて先細り状に傾斜する傾斜面部と、を備えていることを特徴とする。

本発明においては、前記導光板部の前記両側面部を、前記反射面部から前記出射面部に向けて拡開するように傾斜状に形成してもよい。

また、上記目的を達成するために、本発明に係る発光装置は、本発明に係る導光部材と、この導光部材の前記レンズ部の凹部に収容されるように配置される光源とを備えていることを特徴とする。

本発明に係る導光部材及びこれを備えた発光装置は、上述のような構成としたことで、拡散光を低減させることができる。

（ａ）、（ｂ）は、いずれも本発明の一実施形態に係る導光部材を備えた発光装置の一例を模式的に示し、（ａ）は、図２におけるＸ部に対応させた一部破断概略拡大横断面図、（ｂ）は、図２におけるＸ部に対応させた一部破断概略拡大縦断面図である。同発光装置の一部省略概略斜視図である。（ａ）は、図２におけるＸ部に対応させた一部破断概略拡大分解斜視図、（ｂ）は、（ａ）に対応させた他方向から見た一部破断概略拡大分解斜視図、（ｃ）は、図２におけるＸ部に対応させた一部破断概略拡大斜視図、（ｄ）は、（ｃ）に対応させた他方向から見た一部破断概略拡大斜視図である。（ａ）は、同発光装置が備える導光部材の一変形例を模式的に示し、図１（ａ）に対応させた図、（ｂ）は、同導光部材の他の変形例を模式的に示し、図２におけるＹ−Ｙ線矢視に対応させた概略拡大縦断面図である。

以下に本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
なお、一部の図では、他図に付している詳細な符号の一部を省略している。
また、以下の実施形態では、図１（ｂ）に示す状態を基準として上下及び左右方向を説明する。

図１〜図４は、本実施形態に係る導光部材及びこれを備えた発光装置の一例について説明するための概念的な説明図である。
本実施形態に係る発光装置３は、図１及び図２に示すように、光源としてのＬＥＤ（発光ダイオード）２６を有した光源ユニット２と、この光源ユニット２から出射された光を導光するとともに出射（照射）する導光部材１とを備えている。

導光部材１は、図２に示すように、左右方向に長尺に形成された導光板部１０と、この導光板部１０の長手方向一端面部１１からＬＥＤ２６側に向けて突出するように形成されたレンズ部１５とを備えている。この導光部材１は、アクリル樹脂やポリカーボネート樹脂等の透光性乃至は透明の樹脂系材料や透明ガラス等の屈折率の高い材料から一体的に形成されている。また、この導光部材１は、幅方向（上下及び左右のいずれにも直交する方向）中心を対称軸として幅方向に対称に形成されている。

導光板部１０は、ＬＥＤ２６（光源ユニット２）側に配置される一端面部１１と、この一端面部１１に交差するようにそれぞれ設けられた反射面部１２、出射面部１３及び両側面部１４，１４とを備えており、縦断面形状が略矩形状で細長の板状体とされている。
図例では、反射面部１２を当該導光板部１０の上面側に設け、出射面部１３を反射面部１２の反対側、つまり当該導光板部１０の下面側に設けた例を示している。
この導光板部１０は、ＬＥＤ２６から出射され、一端面部１１側から入射された光を長手方向に沿って導光しながら、反射面部１２によって反射させ、その反射させた光を出射面部１３から出射する、いわゆるエッジライト方式の構造とされている。図例では、一端面部１１側から入射された光が下面側の出射面部１３から長手方向に略均一に出射されるように、一端面部１１側から他端側に向かうに従い下方側に傾斜するように反射面部１２を形成している。

なお、反射面部１２に、長手方向に沿って間隔を空けて幅方向（当該導光板部１０の厚さ方向（両側面部１４，１４方向））に沿う複数のプリズム状の導光溝（導光パターン）を設けるようにしてもよい。この場合、一端面部１１側から入射された光が上面側の反射面部１２によって反射し、下面側の出射面部１３から長手方向に沿って略均一に出射されるように、他端側に向かうに従い導光溝を設ける間隔（ピッチ）を小さくするようにしてもよい。
また、この導光板部１０の両側面部１４，１４の下端部には、当該導光板部１０の幅方向外側に向けて突出するように形成されるとともに、当該導光板部１０の長手方向の略全長に亘ってリブ状の係合部１４ａ，１４ａが設けられている（図３も参照）。これら係合部１４ａ，１４ａを、発光装置３の図示しないケーシングの両内側壁に設けられた凹溝等に係合させることで、当該導光部材１をケーシングに組み付けるようにしてもよい。

レンズ部１５は、上記構造とされた導光板部１０の一端面部１１に一体的に形成されており、ＬＥＤ２６を受け入れる凹部１６を有し、ＬＥＤ２６から出射された光を集光する。
このレンズ部１５は、本実施形態では、光源ユニット２の後記する基板（プリント基板）２５に上下方向に複数（図例では４つ）設けられたＬＥＤ２６の配設態様に対応させて、縦断面形状が上下に長い略長円形状（略角丸長方形状）とされている（図３（ａ）、（ｂ）も参照）。図例では、このレンズ部１５の基端部は、上端が反射面部１２と略連続面となるように、また、下端が一端面部１１の上下方向途中部位に位置するように一端面部１１に付設されるようにして一体的に設けられている（図１（ｂ）及び図３（ｂ）参照）。
凹部１６は、当該レンズ部１５の突出方向先端部に設けられ、光源ユニット２側に向けて開口している。この凹部１６の形状も基板２５に配設された複数のＬＥＤ２６の受け入れが可能なように、開口方向に沿って見た状態で、上下に長い略長円形状（略角丸長方形状）とされている。

また、本実施形態では、図１に示すように、レンズ部１５の突出方向先端側の外周側部が、突出方向基端側から凹部１６の開口周縁部に向けて先細り状に形成されるとともに凸湾曲面形状とされた凸湾曲面部１７とされている。換言すれば、この凸湾曲面部１７は、凹部１６の開口周縁部から当該レンズ部１５の基端側に向けて拡開状に形成されるとともに凸湾曲面形状とされている。
この凸湾曲面部１７は、本実施形態では、凹部１６廻りの全周に亘って設けられている。図例では、この凸湾曲面部１７は、当該凸湾曲面部１７の基端側（反開口周縁部側）の周縁が凹部１６の底面（一端面部１１側の面）よりも一端面部１１側に位置するように形成されている。これにより、凹部１６に収容されたＬＥＤ２６から出射された光を当該凸湾曲面部１７においてより効果的に反射させ、集光させることができる。なお、この凸湾曲面部１７の曲率半径等は、ＬＥＤ２６から出射され、凹部１６の内周側面から入射した光を効率的に導光方向（当該導光部材１の長手方向）に向けて反射可能なように当該導光部材１の屈折率等に応じて設定するようにしてもよい。

また、本実施形態では、レンズ部１５は、この凸湾曲面部１７の基端側の上記周縁から、導光板部１０の一端面部１１に向けて先細り状（テーパ状）に傾斜する傾斜面部１８を有している。換言すれば、この傾斜面部１８は、導光板部１０の一端面部１１から凸湾曲面部１７の周縁に向けて拡開状（テーパ状）に傾斜する形状とされている。
この傾斜面部１８は、上記のように凹部１６廻りの全周に亘って設けられた凸湾曲面部１７と同様、当該レンズ部１５の外周側面の全周に亘って形成されている。
この傾斜面部１８の幅方向両側部と、導光板部１０の両側面部１４，１４とは、本実施形態では、図１（ａ）に示すように、連続面となるように形成されている。つまり、この傾斜面部１８の幅方向両側部は、凸湾曲面部１７の基端側の両側縁から導光板部１０の両側面部１４，１４に向けて先細り状に傾斜するように設けられている。この傾斜面部１８の傾斜角度は、ＬＥＤ２６から出射された光を導光板部１０に向けて効率的に導光可能なように設定するようにしてもよい。

また、本実施形態では、このレンズ部１５に、光源ユニット２の後記する基板ケース２０に係合する一対の係止突起１９，１９を設けている。これら一対の係止突起１９，１９は、図例では、当該レンズ部１５の凸湾曲面部１７の両側部に付設されるように設けられており、光源ユニット２側に向けて突出するように形成されている。
これら一対の係止突起１９，１９の突出方向先端には、図１及び図３（ａ）、（ｂ）、（ｄ）に示すように、基板ケース２０に設けられた貫通孔２２ａ，２２ａの孔縁に係止する係止爪１９ａ，１９ａがそれぞれに設けられている。
また、これら一対の係止突起１９，１９の突出方向基端部には、図１（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、突部１９ｂ，１９ｂがそれぞれに設けられている。これら突部１９ｂ，１９ｂは、当該導光部材１と光源ユニット２とが組み付けられた状態で、当該導光部材１と後記する基板２５に形成されたパターン（回路）２８との接触を防止するように形成されている。

光源ユニット２は、導光部材１の一端面部１１側に向けて開口し、導光部材１のレンズ部１５を受け入れる凹所２１を有した基板ケース２０と、この基板ケース２０の凹所２１内に配設される基板２５とを備えている。
基板ケース２０は、図１及び図３に示すように、凹所２１の底面を構成する底部２２と、幅方向に対向するように形成された側壁部２３，２３と、これら側壁部２３，２３の下端を接続するように形成された下側部２４とを有している。これらによって、凹所２１を区画している。
この基板ケース２０の底部２２には、導光部材１に設けられた一対の係止突起１９，１９が挿入されて係合する貫通孔２２ａ，２２ａが設けられている。
なお、基板ケース２０は、基板２５に実装される各種電子部品等からの伝熱性を向上させ、放熱性を向上させる観点等からアルミニウム等の金属系材料から形成されたものとしてもよい。

基板２５は、基板ケース２０の凹所２１に対応させて略矩形状の薄平板状とされており、この基板２５の表面側（導光部材１側）には、光源となる発光素子としての複数のＬＥＤ２６やコネクター２７などの電子部品が実装されている。なお、ＬＥＤ２６としては、図例のような発光素子（ＬＥＤ素子）を樹脂等で封止した砲弾型のものに限られず、チップ形状等、他の形状とされたものとしてもよく、表面実装型のものを採用するようにしてもよい。また、複数のＬＥＤ２６のそれぞれを、異なる色の光を出射するものとしてもよい。また、基板２５は、基板ケース２０と同様、放熱性を向上させる観点等からアルミニウム等の金属系材料から形成されたものとしてもよく、絶縁層等を積層した多層構造としてもよい。

また、本実施形態では、基板２５の裏面側（底部２２側）に、伝熱（放熱）シート２９を貼着している。この伝熱シート２９としては、熱伝導性の良いシリコーンゲル等のゲルシートやシリコーンシート、その他の樹脂シートを採用するようにしてもよい。本実施形態では、少なくとも厚さ方向（図例の左右方向）に圧縮変形（弾性変形）し得る樹脂シートを採用している。このような伝熱シート２９を基板２５の裏面側に貼着することで、当該伝熱シート２９が基板２５の裏面と基板ケース２０の底部２２との間のスペーサーとして機能し、基板２５と基板ケース２０とを当該伝熱シート２９を介して熱伝導的に密着させることができる。従って、基板２５に実装された電子部品等の熱を効率的に基板ケース２０側に伝熱させ、放熱させることができる。

なお、この基板２５の基板ケース２０への組み付けは、ねじ等の固定止具を用いて固定するようにしてもよい。または、基板ケース２０の両側壁部２３，２３に基板２５の幅方向端部を受け入れるリブや凹溝等を設けておき、基板ケース２０の凹所２１の上方側の開口から、スライド挿入させて組み付けるようにしてもよい。その他、種々の取付構造の採用が可能である。

上記構造とされた導光部材１と、光源ユニット２とは、図３に示すように、以下のようにして組み付けるようにしてもよい。
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、導光部材１の一端部に設けられたレンズ部１５を基板ケース２０の凹所２１に対向配置させる。そして、この導光部材１のレンズ部１５の一対の係止突起１９，１９を、基板ケース２０の一対の貫通孔２２ａ，２２ａに挿入する。
これら一対の係止突起１９，１９の弾性変形を伴いながら一対の貫通孔２２ａ，２２ａに挿入し、これらの先端の係止爪１９ａ，１９ａを各貫通孔２２ａ，２２ａの孔縁に係止させる。これにより、当該導光部材１と光源ユニット２とを組み付けることができる（図３（ｃ）、（ｄ）参照）。
この状態では、図１に示すように、導光部材１のレンズ部１５の凹部１６に、光源ユニット２の複数のＬＥＤ２６が収容されるように配置される。また、これら複数のＬＥＤ２６は、凹部１６の幅方向中心線に沿って上下に配置される（図１参照）。

また、上記のように組み付けた状態では、これら一対の係止突起１９，１９の各基端部に形成された突部１９ｂ，１９ｂが基板２５の幅方向の各縁部に当接し、レンズ部１５と基板２５に設けられたパターン２８との接触を防止することができる（図１（ａ）参照）。
このように、光源ユニット２に係合する一対の係止突起１９，１９を導光部材１に設けることで、これら一対の係止突起１９，１９が、導光部材１のレンズ部１５と、光源ユニット２のＬＥＤ２６との位置決め部材として機能する。この結果、導光部材１のレンズ部１５の位置決めのために他の部材や止具等を用いる必要がなく、効率的に小型化を図ることができ、また、組み付け時における作業性を向上させることができる。
なお、基板ケース２０の両側壁部２３，２３の内側面に、上記のように挿入される一対の係止突起１９，１９をガイドするガイドリブ等を設けるようにしてもよい。

上記構成とされた本実施形態に係る導光部材１及びこれを備えた発光装置３によれば、導光板部１０の出射面部１３からの拡散光を低減させることができる。
つまり、導光板部１０の一端面部１１に、レンズ部１５を形成しているので、このレンズ部１５によってＬＥＤ２６から出射された拡散光を集光させ、導光板部１０に向けて導光することができる。従って、導光板部１０の出射面部１３からの拡散光を低減させることができ、出射面部１３から出射される光を平行光に近づけることができる。この結果、出射面部１３に沿うように集光レンズや偏光レンズを有した表面カバー等を設けた場合に、出射面部１３から出射された光を該表面カバーにおいて効率的に集光させたり、偏光させたりすることも可能となる。
また、レンズ部１５にＬＥＤ２６を受け入れる凹部１６を設けているので、ＬＥＤ２６から出射されて拡散する光を効率的に当該レンズ部１５の凹部１６の底面や内周側面に入光させることができ、当該レンズ部１５において効率的な集光が可能となる。

さらに、本実施形態では、レンズ部１５の凹部１６廻りの外周側部に凸湾曲面部１７を設けている。従って、凹部１６内に受け入れたＬＥＤ２６から出射された拡散光を、当該凸湾曲面部１７において効果的に反射させて集光でき、より効率的に導光方向へ導光させることができる。

さらにまた、本実施形態では、凸湾曲面部１７の基端側の周縁から導光板部１０の両側面部１４，１４に向けて先細り状に傾斜する傾斜面部１８をレンズ部１５に設けている。従って、レンズ部１５の凸湾曲面部１７によって反射させて導光板部１０に向けて導光可能でありながらも、導光板部１０の両側方向に沿う幅寸法を小さくすることができる。この結果、材料コストを低減させることができるとともに、導光部材１の小型化（薄型化）を図ることができる。

次に、本実施形態に係る発光装置３が備える導光部材の変形例について図３を参照して説明する。
なお、上記した例との相違点について主に説明し、同様の構成については、同一符号を付し、その説明を省略または簡略に説明する。

図３（ａ）は、第１変形例に係る導光部材１Ａを備えた発光装置３を示している。
本変形例に係る導光部材１Ａは、上記した例の傾斜面部１８に代えて、導光板部１０Ａの一端面部１１とレンズ部１５Ａの凸湾曲面部１７とを略角丸長方形状の接続部１８Ａを介して連設した構成とされている。
この接続部１８Ａは、凸湾曲面部１７の基端側の周縁から導光板部１０Ａの一端面部１１に至るまで外周径が同一とされており、その幅方向両側部が導光板部１０Ａの両側面部１４Ａ，１４Ａと同一平面状に形成されている。つまり、本例では、導光板部１０Ａの幅寸法とレンズ部１５Ａの接続部１８Ａの幅寸法とを略同寸法としている。
これによれば、当該導光部材１Ａを簡易に製造できる。

なお、このような接続部１８Ａや上記した例の傾斜面部１８をレンズ部１５Ａ（１５）に設けずに、凸湾曲面部１７の基端側の周縁を導光板部１０（１０Ａ）の一端面部１１に連設する態様としてもよい。
または、凸湾曲面部１７の基端側の周縁から導光板部１０（１０Ａ）の一端面部１１に向けて拡開状（テーパ状）に傾斜する傾斜面部を設ける態様としてもよい。これによれば、より効果的に拡散光を集光させることができる。
上記何れの態様においても、レンズ部の両側部が導光板部の両側面部と連続面となるようにしてもよい。

図３（ｂ）は、第２変形例に係る導光部材１Ｂを示している。
本変形例に係る導光部材１Ｂは、導光板部１０Ｂの構成が上記した例とは異なる。
この導光板部１０Ｂは、両側面部１４Ｂ，１４Ｂを、反射面部１２から出射面部１３に向けて拡開するように傾斜状（テーパ状）に形成している。
このように両側面部１４Ｂ，１４Ｂを拡開状の傾斜面とすることで、反射面部１２において反射して拡散して出射面部１３に向かう拡散光を、出射面部１３に向けて集光させることができる。従って、本変形例に係る導光部材１Ｂによれば、出射面部１３から出射される拡散光をより低減させることができ、出射面部１３から出射される光を、より効果的に平行光に近づけることができる。

なお、両側面部１４Ｂ，１４Ｂの傾斜角度（反射面部１２とのなす角度）は、反射面部１２で反射して幅方向に拡散する光を出射面部１３に向けて反射させ、導光可能なように、当該導光部材１Ｂの屈折率や導光板部１０Ｂの上下寸法や幅寸法等に応じて設定するようにしてもよい。
また、本変形例に係る導光部材１Ｂに設けられるレンズ部としては、上記した各例のレンズ部１５，１５Ａの適用が可能である。この場合、レンズ部の両側部を導光板部１０Ｂの両側面部１４Ｂ，１４Ｂの形状に対応させた形状、すなわち、下向き拡開形状とし、これらが連続面となるようにしてもよく、または、これらの間の一部に段差が形成されるものとしてもよい。

また、本実施形態に係る発光装置３に、導光部材１（１Ａ，１Ｂ）を外装するケーシングを設けたり、出射面部１３に沿わせて透光性乃至は透明の表面カバー等を設けたりしてもよい。本実施形態に係る導光部材１（１Ａ，１Ｂ）によれば、出射面部１３からの拡散光を低減させ、平行光に近づけることができるので、表面カバーによって光学操作（集光、偏光など）を容易に行うことができる。従って、例えば、異なる配光特性を有した表面カバーを取替え可能に取り付ける構成とすることで、種々の配光を実現することも容易に可能となる。

なお、上記した各例では、凸湾曲面部１７を当該レンズ部１５（１５Ａ）の凹部１６廻りの全周に亘って設けた例を示しているが、当該レンズ部１５（１５Ａ）の幅方向両側部のみを凸湾曲面部としてもよい。これによってもＬＥＤ２６から出射されて幅方向に拡散する光を凸湾曲面部において効率的に反射させ、導光方向に向けて導光することができる。
また、レンズ部１５（１５Ａ）の凹部１６廻りの外周側部を凸湾曲面形状とする態様に代えて、レンズ部１５（１５Ａ）の凹部１６廻りの少なくとも両側部を、導光板部１０（１０Ａ，１０Ｂ）の両側面部に向けて拡開する傾斜面としてもよい。

さらに、上記した例では、導光板部１０（１０Ａ，１０Ｂ）の長手方向の一端面部１１にレンズ部１５（１５Ａ）を設けた例を示しているが、長手方向の他端面部にもレンズ部１５（１５Ａ）を設け、この他端側にも光源ユニット２を取り付けるようにしてもよい。この場合は、反射面部１２を傾斜状に形成せずに、出射面部１３と略平行となるように形成してもよい。
さらにまた、上記した例では、光源として複数のＬＥＤ２６を上下に設けた例を示しているが、幅方向に複数のＬＥＤ２６を光源として設けたものとしてもよく、単一のＬＥＤ２６を光源として設けたものとしてもよい。この場合は、適宜、レンズ部を含む導光部材の形状を変形するようにすればよい。
また、上記において説明した上下や左右等の方向は便宜的に示したもので、上記した例の各導光部材１（１Ａ，１Ｂ）及びこれを備えた発光装置３の配設態様によっては、これらの方向は限定されるものではない。

１，１Ａ，１Ｂ導光部材
３発光装置
１０，１０Ａ，１０Ｂ導光板部
１１一端面部
１２反射面部
１３出射面部
１４，１４Ａ，１４Ｂ側面部
１５，１５Ａレンズ部
１６凹部
１７凸湾曲面部（側部）
１８傾斜面部
２６ＬＥＤ（光源）

Claims

光源側に配置される一端面部、該一端面部に交差するように設けられた反射面部及びこの反射面部の反対側で前記一端面部に交差するように設けられた出射面部を有した導光板部と、
前記一端面部から前記光源側に向けて突出するように前記導光板部に一体的に形成され、かつ、前記光源を受け入れる凹部を有するとともに前記光源からの光を集光するレンズ部と、
を備えており、
前記導光板部の前記一端面部にそれぞれが交差するように形成された両側面部に連なるように形成された前記レンズ部の両側部は、前記凹部の周縁部に向けて先細り状の凸湾曲面形状とされた凸湾曲面部と、該凸湾曲面部の基端側の両側縁から、前記導光板部の両側面部に向けて先細り状に傾斜する傾斜面部と、を備えていることを特徴とする導光部材。
請求項１において、
前記導光板部の前記両側面部は、前記反射面部から前記出射面部に向けて拡開するように傾斜状に形成されていることを特徴とする導光部材。
請求項１または２に記載の導光部材と、この導光部材の前記レンズ部の凹部に収容されるように配置される光源とを備えていることを特徴とする発光装置。