JP5899095B2

JP5899095B2 - 発光装置

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Publication number: JP5899095B2
Application number: JP2012209536A
Authority: JP
Inventors: れん鈴木; 菅野　泰弘; 泰弘菅野; 上片野　充; 充上片野
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2012-09-24
Filing date: 2012-09-24
Publication date: 2016-04-06
Anticipated expiration: 2032-09-24
Also published as: JP2014063695A

Description

本発明は、遊技機などに用いられる発光装置に関する。

近年、アミューズメント分野の遊技機などに用いられる発光装置としては、ＬＥＤなどの光源と、光源からの光が入射される導光発光部材とを備えたものがある（例えば特許文献１を参照）。
図４は、発光装置の一例を示すもので、ここに示す発光装置４０は、ＬＥＤなどの光源１と、光源１からの光が入射される導光発光部材４２とを備えている。導光発光部材４２は、光源１から離れた位置に設置される。図５に示すように、導光発光部材４２には、光を散乱させる光散乱部４２ａを形成することができる。光散乱部は、印刷などにより導光発光部材４２の表面に形成されていてもよい。
光源１からの光Ｌ４１は、内面４２ｃ側から導光発光部材４２に導入され、外面４２ｂから出射する（光Ｌ４２）。

特開２０１０−２５１２１３号公報

しかしながら、発光装置４０では、導光発光部材４２が光源１から離れて設置されるため、光源１から導光発光部材４２への光の導入効率が不十分となることがあった。
また、図６に示すように、基板や他の部品などとの関係から、導光発光部材４２を光源１の中央位置Ｃ１からずらせて設置せざるを得ない場合があり、この場合には、出射光Ｌ４２の出射方向が偏りやすいという問題もあった。
また、光散乱部４２ａ（図５参照）を形成すると、消灯時における透明感が失われ、デザイン性が損なわれることがある。また、輝度の均一性が低くなる場合があった。

本発明は、上記事項に鑑みてなされたものであって、光の利用効率が高く、かつ均一な発光特性を有し、しかもデザイン性に優れた発光装置を提供することを目的とする。

上記課題に対し、本発明の以下の手段により解決を図る。
本発明は、光源と、前記光源からの光が入射される導光発光部材とを備え、前記導光発光部材は、前記光源からの光を主方向に導く導入部と、前記導入部の前記主方向の先端部から、前記主方向に対し交差する方向に延出する第１導光部と、前記先端部から、前記第１導光部とは異なる方向に延出する第２導光部とを有し、前記導入部は、前記導入部内の光の少なくとも一部を反射させて前記第１導光部に向ける第１反射部を有し、前記第１導光部には、前記第１導光部内の光を反射させて前記第２導光部に向ける階段状反射部が形成され、前記第２導光部は、少なくとも前記階段状反射部の前記主方向側の位置に達するように延在する発光部を有し、前記発光部の前記主方向側の面の少なくとも一部には、凹部および／または凸部からなる光拡散部が形成され、前記光拡散部は、前記発光部内の光を拡散させつつ出射可能である発光装置を提供する。
前記第１反射部は、前記導入部において前記第１導光部側とは反対の側面に形成され、前記導入部の前記第１導光部側の側面に、前記第１反射部からの反射光を前記第１導光部に向けて出射させる出光部が形成されていることが好ましい。
前記階段状反射部は、反射光を前記第１導光部から一旦外部に出射させて前記第２導光部に入射させることが好ましい。
前記発光部は、外方に凸状となる円弧板状に形成されていることが好ましい。
本発明の発光装置は、補助光源と、前記補助光源からの光が入射される補助導光発光部材とをさらに備え、前記補助導光発光部材は、前記補助光源からの光を前記主方向に導く補助導入部と、前記補助導入部の前記主方向の先端部から延出する補助導光部を有し、前記補助導光部の前記主方向側の面の少なくとも一部には、凹部および／または凸部からなる光拡散部が形成されていることが好ましい。
前記光拡散部を構成する凹部および／または凸部の外面は断面湾曲形状を有し、その曲率半径は０．２５〜０．３ｍｍであることが好ましい。
前記光拡散部は、表面粗さＲａが０．１〜１０μｍであることが好ましい。

本発明によれば、導入部に第１反射部が形成されており、第１導光部に階段状反射部が形成されているため、第１反射部および階段状反射部の形状等の設定により、出射光の方向および光量を調整できる。
このため、光源と発光部との位置関係に制限がある場合でも、光源からの光を広範囲に偏りなく出射させ、均一な発光特性が得られる。
また、導入部によって、光源からの光を損失なく発光部等に導くことができるため、光の利用効率を高めることができる。
さらに、発光部に、凹部および／または凸部からなる光拡散部を設けたことによって、その透明感を損なわずに、光を広い範囲に拡散させて出射させることができる。よって、デザイン性の点で優れた発光特性が得られる。

本発明の第１実施形態に係る発光装置を示す模式図である。図１の発光装置を示す拡大図である。本発明の第２実施形態に係る発光装置を示す模式図である。従来の発光装置の一例を示す模式図である。従来の発光装置の他の例を示す模式図である。従来の発光装置の他の例を示す模式図である。

以下、本発明の発光装置を、図面を参照して説明する。
図１および図２は、本発明の発光装置の第１実施形態を示すもので、ここに示す発光装置１０は、光源１と、光源１からの光が入射される導光発光部材２とを備えている。
なお、以下、図１においてＸＹＺ直交座標系を設定し、これを参照しつつ位置関係について説明する場合がある。導入部３の延在方向である上下方向をＸ方向とし、これと直交する方向（導入部３の厚さ方向）をＹ方向とする。Ｘ方向およびＹ方向に直交する奥行き方向をＺ方向とする。符号Ｐ１はＸＹ平面である。
図１において、導入部３の延出方向である上方を「＋Ｘ」方向とし、下方を「−Ｘ」方向とする。左方を「＋Ｙ」方向とし、右方を「−Ｙ」方向とする。紙面手前方向を「＋Ｚ」方向とし、奥行き方向を「−Ｚ」方向とする。

光源１は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、導光発光部材２の下端面２ａ（導入部３の下端面）に対面して設置され、下端面２ａから導光発光部材２内に光を入射させることができる。
なお、光源１としては、ＬＥＤが好ましいが、ＬＤ（レーザーダイオード）、冷陰極管、蛍光灯などを用いることもできる。

導光発光部材２は、光源１からの光を主方向（＋Ｘ方向）に導く導入部３と、導入部３の先端部３ａから、＋Ｙ方向に延出する第１導光部４と、先端部３ａから第１導光部４とは異なる方向に延出する第２導光部５とを備えている。
導光発光部材２には、充分な光透過性を有する材料、例えばアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、シリコーン樹脂、シクロポリオレフィン樹脂等の合成樹脂；ガラス等を用いることができる。

図１に示すように、導入部３は、上方（＋Ｘ方向）に向けて延出する板状に形成されている。導入部３は、ＸＺ平面に沿う板状としてよい。

導入部３の−Ｙ側の側面３ｂ（図１の右側面）には、導入部３内の光の少なくとも一部を反射させて第１導光部４に向ける第１反射部２１が形成されている。
導入部３の＋Ｙ側の側面３ｃ（図１の左側面）には、導入部３内の光の少なくとも一部を反射させて第２導光部５に向ける第２反射部２２を形成することができる。

図１および図２に示すように、第１反射部２１は、側面３ｂに、Ｚ方向に延在して形成された溝状の切欠き凹部２３（図２参照）の一部である。
図２に示すように、切欠き凹部２３は、上部傾斜面２３ａと下部傾斜面２３ｂとにより構成される断面略Ｖ字形の凹部である。
上部傾斜面２３ａは、下方（−Ｘ方向）に行くほど深くなるよう傾斜した平面である。下部傾斜面２３ｂは、下方に行くほど浅くなるよう傾斜した平面であって、上述の第１反射部２１である。図２では、下部傾斜面２３ｂは、切欠き凹部２３の最深部２３ｃから右斜め下方向に形成されている。

第２反射部２２は、側面３ｃに、Ｚ方向に延在して形成された溝状の切欠き凹部２４の一部である。
切欠き凹部２４は、ＹＺ平面に沿う面２４ａ（第１導光部４の下面）と、下部傾斜面２４ｂとにより構成される断面略Ｖ字形の凹部である。
下部傾斜面２４ｂは、下方（−Ｘ方向）に行くほど浅くなるよう傾斜した平面であって、上述の第２反射部２２である。図２では、下部傾斜面２４ｂは、切欠き凹部２４の最深部２４ｃから左斜め下方向に形成されている。

第２反射部２２は、第１反射部２１からの反射光Ｌ２を第１導光部４に向けて出射させる出光部としても機能する。
なお、切欠き凹部２３、２４の形状は２つの平面からなる断面Ｖ字形に限らず、３以上の平面からなる形状であってもよいし、一部が曲面であってもよい。

第１導光部４は、導入部３の先端部３ａから左方（＋Ｙ方向）に向けて延出する板状に形成されている。第１導光部４は、ＹＺ平面に沿う板状としてよい。
なお、第１導光部４の延出方向は、主方向（＋Ｘ方向）に対して交差する方向であればよく、例えば主方向に対し、０°を越え、９０°未満の角度で傾斜する方向であってもよい。

図２に示すように、第１導光部４の先端部４ａを含む部分の下面側には、第１導光部４内の光を反射させて第２導光部５（発光部８）に向ける階段状反射部６が形成されている。
階段状反射部６は、１または複数の段部２５からなる。図示例では２つの段部２５（２５Ａ、２５Ｂ）が並んで形成されている。段部２５の数は３以上の任意の数であってもよい。

第１段部２５Ａは、先端部４ａからＹＺ平面に沿って−Ｙ方向に形成された上面２５Ａ１と、上面２５Ａ１の−Ｙ側の縁部からＸＺ平面に沿って−Ｘ方向に形成された垂直面２５Ａ２とにより構成される断面略Ｌ字形の凹部である。
第２段部２５Ｂは、第１段部２５Ａの垂直面２５Ａ２の下縁を起点としてＹＺ平面に沿って−Ｙ方向に形成された上面２５Ｂ１と、上面２５Ｂ１の−Ｙ側の縁部からＸＺ平面に沿って−Ｘ方向に形成された垂直面２５Ｂ２とにより構成される断面略Ｌ字形の凹部である。
なお、階段状反射部６は、第１導光部４の先端部４ａよりも基端部寄りの位置に形成してもよい。面２５Ａ１、２５Ａ２、２５Ｂ１、２５Ｂ２の角度は、図示例に限らず、第２導光部５の所望の箇所に反射光を向けることができるように適宜設定される。

第２導光部５は、導入部３の先端部３ａから概略右斜め上方に延出する板状の基部延出部７と、基部延出部７の先端部７ａから概略左斜め上方に延出する板状の発光部８とを有する。
基部延出部７および発光部８は、Ｚ方向に延在する（図１参照）。

発光部８は、外方に凸状となる円弧板状に形成されていることが好ましい。これによって、光の出射方向の範囲を広げることができる。
発光部８は、少なくとも階段状反射部６の上方位置に達するように延在している。図示例では、発光部８は、先端部８ａが階段状反射部６の上方位置に達している。このため、階段状反射部６からの光を多く取り込むことができる。

発光部８の外面８ｂ（発光面、主方向側の面）の少なくとも一部には、凹部および／または凸部からなる光拡散部９が形成されている。
光拡散部９は、発光部８内の光を拡散させつつ出射させるものであって、図示例では、発光部８の外面８ｂに形成された複数の凸部１１からなる。
凸部１１の外面１１ａは、（ＸＹ平面において）断面湾曲形状であることが好ましく、具体的には、断面円弧状、断面半円状、断面楕円弧状などとすることができる。凸部１１は、Ｚ方向に延在する形状としてよい（図１参照）。凸部１１は、ＹＺ平面またはＸＺ平面の断面も湾曲形状となる形状、例えば球面、楕円球面などとしてもよい。

凸部１１の外面１１ａの断面の曲率半径は、０．２５〜０．３ｍｍが好ましい。曲率半径をこの範囲とすることによって、光を広い範囲に拡散させることができる。

図示例では、複数の凸部１１が、発光部８の外面８ｂのほぼ全面にわたって、発光部８の延出方向に隙間なく並んで形成されている。
光拡散部９は、凸部１１からなるため、発光部８内の光の一部を拡散させつつ外部に出射させることができる。凸部１１の数は、１または複数とすることができる。

光拡散部９は、発光部８内の光を拡散させつつ出射させることができれば、他の構造であってもよい。
光拡散部９の構造としては、例えば、外面８ｂに形成された１または複数の凹部を採用してもよい。具体的には、図１および図２の凸部１１に代えて、Ｚ方向に延在する凹部によって光拡散部９を形成することができる。
凹部の内面は、断面湾曲形状であることが好ましく、具体的には、断面円弧状、断面半円状、断面楕円弧状などとすることができる。
凹部についても、内面の断面の曲率半径は、０．２５〜０．３ｍｍが好ましい。
また、光拡散部９は、凸部と凹部とを両方有していてもよい。すなわち、光拡散部９は、１または複数の凸部と、１または複数の凹部とから構成されていてもよい。

光拡散部９は、微細な凹部および／または凸部を有する粗面化部であってもよく、その表面粗さＲａ（例えばＪＩＳＢ０６０１：２００１に規定されている算術平均粗さ）は０．１〜１０μｍとすることができる。
表面粗さＲａをこの範囲とすることによって、光を広い範囲に拡散させることができる。
粗面化部を形成するための加工方法としては、精密放電加工を採用できる。

次に、発光装置１０の作用について説明する。
図１に示すように、光源１から出射し、下端面２ａから導入部３に導入された光Ｌ１は、側面３ｂ、３ｃで内面反射しつつ上方に伝搬する。
図２に示すように、光Ｌ１の一部は、第１反射部２１で反射し、この反射光Ｌ２の一部は第２反射部２２（出光部）から外部に出射して第１導光部４に導入される。

第１導光部４内の光Ｌ２の一部は、階段状反射部６（例えば段部２５の垂直面２５Ａ２、２５Ｂ２）で反射し、この反射光Ｌ３は第１導光部４の上面側から一旦外部に出射し、第２導光部５に向かって右斜め上方に進み、下面８ｃ側から発光部８に入射する。この光Ｌ４の一部は、光拡散部９から外部に出射する（出射光Ｌ５）。
第１反射部２１で反射して第２反射部２２（出光部）を通過して第１導光部４に導入された光Ｌ２の一部（光Ｌ６）は、階段状反射部６を通らず、左斜め上方に向けて第１導光部４から出射する。

導入部３内の光の一部（光Ｌ７）は、第２反射部２２で反射し、この反射光Ｌ８の一部は第２導光部５に導入され、基部延出部７で反射し、発光部８内を先端部８ａ方向に向けて伝搬する（光Ｌ９）。光Ｌ９の一部は、発光部８から左斜め上方に向けて出射する。
また、第１反射部２１からの反射光Ｌ２の一部は、第２反射部２２で反射し、この反射光Ｌ１０は第２導光部５に導入され、そのまま右斜め上方に向けて出射する。

導入部３内の光Ｌ１が第１反射部２１で反射した反射光Ｌ２の一部（光Ｌ１１）は、導入部３から出射して直接発光部８を通過して外部に出射する。
また、光Ｌ１の一部（光Ｌ１２）は、導入部３から出射して直接発光部８を通過して外部に出射する。

出射光の方向および光量は、第１反射部２１および階段状反射部６における反射光量および方向により変化するため、第１反射部２１および階段状反射部６の形状等（例えば第１反射部２１の傾斜角度および位置、階段状反射部６の段部２５の数、その位置など）を適宜設定することによって、出射光の方向および光量を最適化できる。例えば、図１および図２において、出射光量をＸＺ平面について面対称となるよう調整できる。

発光装置１０では、導入部３に第１反射部２１が形成され、第１導光部４に階段状反射部６が形成されているため、導入部３内の光Ｌ１を第１反射部２１で反射させて第１導光部４に導入し、さらに階段状反射部６で反射させて、発光部８に内面側から高効率で導入し、発光部８の外面側に出射させることができる。
また、第１反射部２１からの反射光を、階段状反射部６を経由させずに出射させることもできる。
このように、第１反射部２１および階段状反射部６の形状等の設定により、出射光の方向および光量を調整できる。このため、光源１と発光部８との位置関係に制限がある場合でも、光源１からの光を広範囲に偏りなく出射させ、均一な発光特性が得られる。
また、導入部３によって、光源１からの光を損失なく発光部８等に導くことができるため、光の利用効率を高めることができる。
さらに、発光部８に、凹部および／または凸部からなる光拡散部９を設けたことによって、印刷などで形成した光散乱部を設けた場合とは異なり、その透明感を損なわずに、光を広い範囲に拡散させて出射させることができる。よって、デザイン性の点で優れた発光特性が得られる。

次に、図３に基づいて、本発明の発光装置の第２実施形態を説明する。
以下の説明において、図１および図２に示す第１実施形態の発光装置１０との共通部分については、同じ符号を付して説明を省略する。
ここに示す発光装置３０は、光源１と、光源１からの光が入射される導光発光部材２に加えて、補助光源３１と、補助光源３１からの光が入射される補助導光発光部材３２とを備えている。

補助光源３１は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、導光発光部材３２の下端面３２ａ（補助導入部３３の下端面）に対面して設置されている。

導光発光部材３２は、補助光源３１からの光を主方向（＋Ｘ方向）に導く補助導入部３３と、補助導入部３３の先端部３３ａから延出する補助導光部３４とを備えている。
補助導光部３４は、発光部３８であって、上方に行くに従って導光発光部材２に近づく方向に傾斜して形成されている。補助導光部３４は、外方に凸状となる円弧板状に形成されていることが好ましい。これによって、光の出射方向の範囲を広げることができる。
発光部３８は、少なくとも導光発光部材２の発光部８の先端部８ａの上方位置に達するように延在している。
外面３８ｂの少なくとも一部には、凹部および／または凸部からなる光拡散部９が形成されている。
光拡散部９は、発光部３８内の光を拡散させつつ出射させるものであって、図示例では、複数の凸部１１からなる。

次に、発光装置３０の使用方法について説明する。
図３に示すように、導光発光部材３２では、補助光源３１から出射し、下端面３２ａから補助導入部３３に導入された光Ｌ２１は、補助導光部３４に導入される。
補助導光部３４に導入された光の一部（光Ｌ２２）は、発光部３８内を先端部３８ａ方向に向けて伝搬し、一部は、外面３８ｂの光拡散部９から外部に出射する（光Ｌ２３）。図３では、光Ｌ２３は左斜め上方に出射する光である。
導光発光部材２の第１反射部２１で反射し、第２反射部２２、第１導光部４を経た光Ｌ６の一部は、補助導光部３４に入射し、光Ｌ２３として光拡散部９から外部に出射する。
外面３８ｂから出射せずに発光部３８内を伝搬して先端部３８ａに達した光の一部は、光Ｌ２４として先端部３８ａから出射する。

発光装置３０では、導光発光部材３２によって、導光発光部材２では不足しやすい出射方向の光（例えば図３における右斜め上方）を補い、より均一な発光特性が得られる。

１・・・光源、２・・・導光発光部材、３・・・導入部、４・・・第１導光部、５・・・第２導光部、６・・・階段状反射部、８・・・発光部、９・・・光拡散部、１０、３０・・・発光装置、２１・・・第１反射部、８ｂ・・・発光部の外面（主方向側の面）、９・・・光拡散部、２２・・・第２反射部（出光部）、３１・・・補助光源、３２・・・導光発光部材、３３・・・補助導入部、３４・・・補助導光部。

Claims

光源と、前記光源からの光が入射される導光発光部材とを備え、
前記導光発光部材は、前記光源からの光を主方向に導く導入部と、
前記導入部の前記主方向の先端部から、前記主方向に対し交差する方向に延出する第１導光部と、
前記先端部から、前記第１導光部とは異なる方向に延出する第２導光部とを有し、
前記導入部は、前記導入部内の光の少なくとも一部を反射させて前記第１導光部に向ける第１反射部を有し、
前記第１導光部には、前記第１導光部内の光を反射させて前記第２導光部に向ける階段状反射部が形成され、
前記第２導光部は、少なくとも前記階段状反射部の前記主方向側の位置に達するように延在する発光部を有し、
前記発光部の前記主方向側の面の少なくとも一部には、凹部および／または凸部からなる光拡散部が形成され、
前記光拡散部は、前記発光部内の光を拡散させつつ出射可能であることを特徴とする発光装置。
請求項１に記載の発光装置において、
前記第１反射部は、前記導入部において前記第１導光部側とは反対の側面に形成され、
前記導入部の前記第１導光部側の側面に、前記第１反射部からの反射光を前記第１導光部に向けて出射させる出光部が形成されていることを特徴とする発光装置。
請求項１または２に記載の発光装置において、
前記階段状反射部は、反射光を前記第１導光部から一旦外部に出射させて前記第２導光部に入射させることを特徴とする発光装置。
請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の発光装置において、
前記発光部は、外方に凸状となる円弧板状に形成されていることを特徴とする発光装置。
請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の発光装置において、
補助光源と、前記補助光源からの光が入射される補助導光発光部材とをさらに備え、
前記補助導光発光部材は、前記補助光源からの光を前記主方向に導く補助導入部と、前記補助導入部の前記主方向の先端部から延出する補助導光部を有し、
前記補助導光部の前記主方向側の面の少なくとも一部には、凹部および／または凸部からなる光拡散部が形成されていることを特徴とする発光装置。
請求項１に記載の発光装置において、
前記光拡散部を構成する凹部および／または凸部の外面は断面湾曲形状を有し、その曲率半径は０．２５〜０．３ｍｍであることを特徴とする発光装置。
請求項１に記載の発光装置において、
前記光拡散部は、表面粗さＲａが０．１〜１０μｍであることを特徴とする発光装置。