JP7065442B2

JP7065442B2 - 導光パネル

Info

Publication number: JP7065442B2
Application number: JP2018063989A
Authority: JP
Inventors: 理棚橋; 広行関井; 純平松崎
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2018-03-29
Filing date: 2018-03-29
Publication date: 2022-05-12
Anticipated expiration: 2038-03-29
Also published as: JP2019175739A

Description

本発明は、光源から照射された光をプリズムで反射して反射光を外部に照射する導光パネルに関する。

薄型でデザイン性等を重視した面照明器具等の照明装置が普及しており、照明装置は、ＬＥＤ光源と導光パネルを備えている。

導光パネルには、独立した単独プリズムが複数形成されており、単独プリズムの形状として、幾何学形状のプリズム、回転体形状プリズム等が提案されている。

また、照明装置は、光源から導光パネルの内部に照射された光が単独プリズムで反射されることにより、導光パネルの底面（発光面）から反射光が照明光として外部に照射される。

特開２０１７－１３４９５５号公報

一般に、単独プリズムの有効斜面には光源から光が照射され、反射光を導光パネルの外部にシャープに配光させるには、単独プリズムの有効斜面は単一角度を有する鏡面であることが望ましい。

しかし、単独プリズムの有効斜面が鏡面であると、有効斜面で反射した反射光が単一方向の照明光として強調されるため、照明光にムラが生じ、縞模様のように見えてしまう。

このため、有効斜面の角度が互いに異なる２種類の単独プリズムを設ける発明が提案されているが、それぞれの単独プリズムの角度差が大きいと、導光パネルの光り方が不連続になり、光のムラが解消できない。

また、特許文献１に示すように、単独プリズムの斜面に複数の段差を設けて光源から照射された光の反射角を制御する導光板が提案されているが、このような複雑な傾斜を微細加工することは容易ではない。

本発明は、導光パネルにおいて、配光制御性（光分散性）を向上させ、照明光の光りムラを低減した導光パネルに関する。

本発明に係る導光パネルは、透光性を有し、単位プリズムが複数集合してクラスタが複数形成された導光パネルであって、単位プリズムは、導光パネルの上面の開口から導光パネル内部に向かって斜面が収束する凹部として形成され、クラスタは、斜面の角度が互いに異なる３種類以上の単位プリズムが集合してなり、３種類以上の単位プリズムから選択された２種類の単位プリズムの組み合わせについて、組み合わせにおける斜面の角度差が、いずれも５°以上３０°以下であることを特徴とする。

本発明に係る導光パネルは、上記のように構成することで、照明光の配光制御性（光分散性）が向上され、導光パネルの光量傾斜が連続的になるため、光りムラが軽減される、という効果を奏する。

本発明の前提となる導光パネルを備えた照明装置を説明した斜視図である。本発明の前提となる導光パネルに形成されたプリズムの構造を説明する斜視図である。本発明の第１実施形態に係る導光パネルに形成されたクラスタの構造を説明する斜視図である。本発明の第１実施形態に係る導光パネルに形成されたクラスタの構造を説明する斜視図である。本発明の第２実施形態に係る導光パネルに形成された単位プリズムの構造を説明する斜視図である。本発明の第２実施形態に係る導光パネルに形成されたクラスタの構造を説明する斜視図である。本発明の第２実施形態に係る導光パネルに形成されたクラスタの構造を説明する斜視図である。本発明の第３実施形態に係る導光パネルに形成されたクラスタの構成を説明する平面模式図である。本発明の第３実施形態に係る導光パネルに形成されたクラスタの構成を説明する平面模式図である。本発明の第４実施形態に係る導光パネルに形成されたプリズム及びクラスタの構成を説明する模式図である。本発明の第４実施形態に係る導光パネルに形成されたプリズム及びクラスタの構成を説明する模式図である。

（照明装置の概要）
最初に、導光パネルを備えた照明装置の概要について説明する。

図１は、本発明の前提となる導光パネルを備えた照明装置を説明した斜視図である。

図１において、導光パネル１０は、透光性を有する樹脂等で形成された直方体の薄型パネルである。導光パネル１０には、反射体（プリズム）１６が複数形成されている。プリズム１６は導光パネル１０の上面１２を熱加工して凹部を穿設することにより形成され、凹部の上面部分は開口部１４となっている。

プリズム１６は、それぞれ独立して形成されていてもよく、仮想円１８に示すように、複数のプリズム１６（単位プリズム）が仮想円１８内に集合してクラスタ２０を形成してもよい。なお、以下、クラスタ２０を構成するプリズム１６を説明する場合に、「単位プリズム１６」と称する場合があるが、プリズム１６と単位プリズム１６の構造に相違はない。

プリズム１６及びクラスタ２０の詳細については後述する。

光源（ＬＥＤ）２２が、導光パネル１０の側面２４に対向した位置に側面２４に沿って複数設けられており、光源２２の並び方向は、導光パネル１０の側面２４と平行である。

光源２２から射出された光は、矢印Ａのように導光パネル１０の側面２４から導光パネル１０の内部に入射し、クラスタ２０を構成する複数の単位プリズム１６の斜面２６で反射して、導光パネル１０の底面２８から外部に射出される。

（プリズムの概要）
次に、プリズムの構造について、図を用いて説明する。図２は、本発明の前提となる導光パネルに形成されたプリズムの構造を説明する斜視図である。

図２は、導光パネル１０に形成されたプリズム１６を表した斜視図であり、プリズム１６の構造を説明した図である。図２において、プリズム１６は、導光パネル１０の上面１２からレーザやホットスタンプ等の熱加工により凹部を穿設したものであり、導光パネル１０の上面１２に形成された開口部１４から導光パネル１０の内部の頂点３０に向かって斜面２６が収束して形成されている。斜面２６は、開口部１４の端部から頂点３０に向かう直線であってもよく、曲線であってもよい。

プリズム１６は、開口部１４の端部から頂点３０に向かう直線が収束して斜面２６が形成されている場合、円錐形状となる。開口部１４は略円形であってよく、真円であっても楕円であってもよい。

（第１実施形態）
次に、上記した照明装置の概要、プリズム１６の概要を踏まえ、以下に本発明の第１実施形態に係る導光パネル１０を説明する。

まず、導光パネル１０に形成されるクラスタ２０の構造について、図を用いて説明する。図３は、本発明の第１実施形態に係る導光パネルに形成されたクラスタの構造を説明する斜視図であり、クラスタ２０を構成する３種類の単位プリズム１６を説明する図である。

本明細書では、一例として、導光パネル１０の上面１２に対して斜面２６がなす角度θと、開口部１４の中心３２から頂点３０に下した垂線の長さｈと、が互いに異なる３種類の単位プリズム１６が、仮想円１８内に集合してクラスタ２０が構成されている（図１）。単位プリズム１６の種類数は３種類以上であり、導光パネル１０に求められる配光制御性（光分散性）に応じて、その種類数は適宜選択し得る。

図３において、単位プリズム１６ａは、導光パネル１０の上面１２に対して斜面２６がなす角度がθ１であり、開口部１４の中心３２から頂点３０に下した垂線の長さがｈ１である。

単位プリズム１６ｂは、導光パネル１０の上面１２に対して斜面２６がなす角度がθ２であり、開口部１４の中心３２から頂点３０に下した垂線の長さがｈ２である。

単位プリズム１６ｃは、導光パネル１０の上面１２に対して斜面２６がなす角度がθ３であり、開口部１４の中心３２から頂点３０に下した垂線の長さがｈ３である。

ここで、θ１＞θ２＞θ３であり、ｈ１＞ｈ２＞ｈ３である。但し、図３の例では、θ１＞θ２＞θ３の関係のとき、ｈ１＞ｈ２＞ｈ３としたが、第１実施形態においては、３種類の単位プリズム１６の垂線の長さｈの大小関係は、斜面２６の角度θの大小関係に依拠せず、任意に選択することもできる。

また、３種類の単位プリズム１６ａ、単位プリズム１６ｂ、及び単位プリズム１６ｃから選択された２種類の単位プリズム１６の組み合わせについて、その組み合わせにおける単位プリズム１６の斜面２６の角度差が、いずれも５°以上３０°以下である。

すなわち、単位プリズム１６ａと単位プリズム１６ｂの組み合わせにおいて、５°≦θ１－θ２≦３０°であり、単位プリズム１６ｂと単位プリズム１６ｃの組み合わせにおいて、５°≦θ２－θ３≦３０°であり、単位プリズム１６ａと単位プリズム１６ｃの組み合わせにおいて、５°≦θ１－θ３≦３０°である。

図４は、本発明の第１実施形態に係る導光パネルに形成されたクラスタの構造を説明する斜視図であり、図３で説明した３種類の３種類の単位プリズム１６で構成されたクラスタ２０を説明する図である。

図４において、クラスタ２０は仮想円１８内に集合した複数の単位プリズム１６から構成されており、このように構成されたクラスタ２０が導光パネル１０の上面１２に多数形成されている。

単位プリズム１６ｂ、又は単位プリズム１６ｃは、それぞれ単位プリズム１６ａを中心とした同心円上に形成されてもよい。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る導光パネル１０について、図を用いて説明する。

図５は、本発明の第２実施形態に係る導光パネルに形成された単位プリズムの構造を説明する斜視図である。

ここで、単位プリズム１６の斜面２６において、光源２２から導光パネル１０の内部に射出された光が照射される斜面２６を「有効斜面２６」と称する。

図５において、単位プリズム１６ａの有効斜面２６の角度θ１を６０°、単位プリズム１６ｂの有効斜面２６の角度θ２を５２°、単位プリズム１６ｃの有効斜面２６の角度θ３を４５°とする。すると、光源２２から単位プリズム１６ａに照射された光Ａは、矢印Ａ１のように、入射方向に鋭角に反射する。また、光源２２から単位プリズム１６ｂに照射された光Ａは、矢印Ａ２のように、入射方向に直角に反射する。また、光源２２から単位プリズム１６ｃに照射された光Ａは、矢印Ａ３のように、入射方向に鈍角に反射する。

従って、クラスタ２０において、導光パネル１０において、クラスタ２０に求められる特定の配光方向がある場合、有効斜面２６の角度θがそれぞれ異なる複数の単位プリズム１６の個数の組み合わせを調節することにより、配光方向を調節制御することができる。

但し、図５の例では、有効斜面２６の角度θが大きくなるに従って、単位プリズム１６の深さも深くなっているが、第２実施形態においては、３種類の単位プリズム１６の深さは、有効斜面２６の角度θの大小関係に依拠せず、任意に選択し得る。

図６及び図７は、本発明の第２実施形態に係る導光パネルに形成されたクラスタの構造を説明する斜視図である。

第２実施形態では、クラスタ２０を構成する複数種類の単位プリズム１６のうち、クラスタ２０に求められる主たる配光方向に相当する有効斜面２６の角度θを有する単位プリズム１６の数が最も多くなるよう構成されている。

図６の例では、単位プリズム１６ａがクラスタ２０の中心に１個形成され、単位プリズム１６ｂが単位プリズム１６ａの外周に、単位プリズム１６ａを取り囲むように４個形成されている。また、単位プリズム１６ｃが単位プリズム１６ｂの更に外周に、単位プリズム１６ａ、単位プリズム１６ｂを取り囲むように８個形成されている。

このように、有効斜面２６の角度θ３が最も小さい４５°の単位プリズム１６ｃの個数が最も多いので、図５で説明したように、光源２２からクラスタ２０に照射された光Ａのうち、有効斜面２６の角度θ３が最も小さい４５°の単位プリズム１６ｃで反射された反射光Ｂが最も強くなる。

従って、クラスタ２０は、あたかも傾斜角が４５°の有効斜面２６に最も多くの光Ａが当たって反射屈折する、３種類の傾斜角の有効斜面２６からなる１個のプリズム１６のように機能するので、導光パネル１０に求められる広い配光方向に対応することができる。

図７の例では、単位プリズム１６ａがクラスタ２０の中心に１個形成され、単位プリズム１６ｂが８個形成されている。また、単位プリズム１６ｃが４個形成されている。

このように、有効斜面２６の角度θ２が２番目に大きい５２°の単位プリズム１６ｂの個数が最も多いので、図５で説明したように、光源２２からクラスタ２０に照射された光Ａのうち、有効斜面２６の角度θ２が５２°の単位プリズム１６ｂで反射された反射光Ｃが最も強くなる。

従って、クラスタ２０はあたかも傾斜角が５２°の有効斜面２６に最も多くの光Ａが当たって反射屈折する、３種類の傾斜角の有効斜面２６からなる１個のプリズム１６のように機能するので、導光パネル１０に求められる真下方向に最も強い配光方向に対応することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る導光パネル１０について、図を用いて説明する。

これまでに説明したように、導光パネル１０には、導光パネル１０ごとに求められる配光方向がある。そして、光源２２から照射された光Ａを求められる配光方向に反射させるには、導光パネル１０のそれぞれのクラスタ２０において、その配光方向に対応する角度θの有効斜面２６を有する単位プリズム１６の個数を、その他の角度θの有効斜面２６を有する単位プリズム１６の個数よりも多くする必要がある。

更に、第３実施形態では、導光パネル１０から出射された照明光の面方向の照度変化を極力少なく自然にするため、導光パネル１０のクラスタ２０において、その導光パネル１０に求められる主たる配光方向に対応する角度θの有効斜面２６を有する単位プリズム１６の個数を最も多くし、その他の角度θの有効斜面２６を有する単位プリズム１６の個数は、主たる配光方向に対応する角度θとの差が大きくなるに従って少なくなっていくように構成する。

更に、主たる配光方向に対応する角度θの有効斜面２６を有する単位プリズム１６の開口部１４（図３）から頂点３０までの深さｈを最も深くし、その他の角度θの有効斜面２６を有する単位プリズム１６の深さｈは、主たる配光方向に対応する角度θとの差が大きくなるに従って少なくなっていくように構成することもできる。

図８及び図９は、本発明の第３実施形態に係る導光パネルに形成されたクラスタの構成を説明する平面模式図である。

図８及び図９は、導光パネル１０に形成された１つのクラスタ２０を上面側から見たものであり、仮想円１８の内部に単位プリズム１６が配列されている。

各単位プリズム１６に表された角度θは、各単位プリズム１６の有効斜面２６の角度（図３）であり、それぞれ６０°の有効斜面２６を有する単位プリズム１６ａ、５２°の有効斜面２６を有する単位プリズム１６ｂ、４５°の有効斜面２６を有する単位プリズム１６ｃ、及び３０°の有効斜面２６を有する単位プリズム１６ｄが配列されている。

図８では、導光パネル１０に求められる配光方向は、導光パネル１０から真下に向かう方向であり、当該配光方向に対応する有効斜面２６の角度は５２°である。

従って、クラスタ２０を構成する単位プリズム１６の中で、有効斜面２６の角度５２°の単位プリズム１６ｂの個数が１４個と最も多く、有効斜面２６の角度６０°の単位プリズム１６ａの個数が１個、有効斜面２６の角度４５°の単位プリズム１６ｃの個数が８個、及び有効斜面２６の角度３０°の単位プリズム１６ｄの個数が６個と、有効斜面２６の角度５２°との差が大きくなるに従って、単位プリズム１６の個数が少なくなる。

図９では、導光パネル１０に求められる配光方向は、図８の場合よりも広角に拡がる方向であり、当該配光方向に対応する有効斜面２６の角度は４５°である。

従って、クラスタ２０を構成する単位プリズム１６の中で、有効斜面２６の角度４５°の単位プリズム１６ｃの個数が１６個と最も多く、有効斜面２６の角度５２°の単位プリズム１６ｃの個数が９個、有効斜面２６の角度６０°の単位プリズム１６ａの個数が１個、及び有効斜面２６の角度３０°の単位プリズム１６ｄの個数が６個と、有効斜面２６の角度４５°との差が大きくなるに従って、単位プリズム１６の個数が少なくなる。

このように構成することにより、本発明に係る導光パネル１０は、光源２２からクラスタ２０を見たとき、あたかも仮想の４種類の角度６０°、５２°、４５°、及び３０°の有効斜面２６をもち、更に、その導光パネル１０に求められる配光方向に対応する角度を有する有効斜面２６が最も反射面積が大きい１つのプリズムが形成されているように見える。このため、照明光の配光制御性（光分散性）が向上され、導光パネルの光量傾斜が連続的になるため、光りムラが軽減される、という効果を奏する。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に係る導光パネル１０について、図を用いて説明する。

図１０は、本発明の第４実施形態に係る導光パネルに形成されたプリズム及びクラスタの構成を説明する模式図である。

第４実施形態に係る導光パネル１０は、導光パネル１０を構成するクラスタ２０の単位プリズム１６について、有効斜面２６が上面１２となす角度θが最も大きく、かつ開口部１４から有効斜面２６が収束する頂点３０までの深さｈが最も深い単位プリズム１６を中心プリズムとする。

さらに、中心プリズムを中心として放射方向に並べられた他の種類の単位プリズム１６は、放射方向内側の単位プリズム１６よりも放射方向外側の単位プリズム１６の方が、角度θが小さく、かつ深さｈが浅くなるように配列されている。

図１０（ａ）は、導光パネル１０に形成される単位プリズム１６であり、それぞれ図３で説明したものと同様であり、単位プリズム１６ａ、単位プリズム１６ｂ、及び単位プリズム１６ｃにおいて、θ１＞θ２＞θ３であり、ｈ１＞ｈ２＞ｈ３である。

図１０（ｂ）は、導光パネル１０の上面１２の仮想円１８の範囲に単位プリズム１６が集合して形成されたクラスタ２０の模式図である。

図１０（ｂ）において、クラスタ２０の中央には、有効斜面２６の角度（θ１）が最も大きく、上面１２から頂点３０までの深さ（ｈ１）が最も深い単位プリズム１６ａが中心単位プリズム１６ｏとして１個形成されている。

中心単位プリズム１６ｏの外周には、中心単位プリズム１６ｏに隣接し、中心単位プリズム１６ｏを取り囲むように、中心単位プリズム１６ｏの次に有効斜面２６の角度（θ２）が大きく、上面１２から頂点３０までの深さ（ｈ２）が深い単位プリズム１６ｂが複数形成されている。

更に、単位プリズム１６ｂの外周には、単位プリズム１６ｂに隣接し、単位プリズム１６ｂを取り囲むように、単位プリズム１６ｂの次に有効斜面２６の角度（θ３）が大きく、上面１２から頂点３０までの深さ（ｈ３）が深い単位プリズム１６ｂが複数形成されている。

図１１は、本発明の第４実施形態に係る導光パネルに形成されたプリズム及びクラスタの構成を説明する模式図である。図１１は、図１０（ｂ）のＸ－Ｘ線で切断し、光源２２側（図７）からクラスタ２０を見た模式図である。

図１１では、クラスタ２０の中央に、最も大きい斜面角度（θ１）を有し、最も深い深さｈ１を有する単位プリズム１６ａを中心単位プリズム１６ｏとして形成され、その外周に、中心単位プリズム１６ｏの次に大きい斜面角度（θ２）と、深さｈ２を有する単位プリズム１６ｂが形成され、更にその外周に、単位プリズム１６ｂの次に大きい斜面角度（θ３）と、深さｈ３を有する単位プリズム１６ｃが形成されている。

このようにクラスタ２０を構成することにより、光源２２からクラスタ２０を見たとき、点線で示すように、あたかも仮想の３種類の角度を有する有効斜面２６ａ、２６ｂ、２６ｃをもつ１つのプリズム１６ｘが形成されているように見える。

これにより、光源２２から導光パネル１０の内部に照射された光Ａ（図１）は、様々な方向に散乱反射するため、導光パネル１０から照射される照明光を人間が見たときに、照明光に指向性が現れにくくなり、均一に発光しているように見えるため、視認性が改善される。

以上の通り、第１の発明は、透光性を有し、単位プリズム１６が複数集合してクラスタ２０が複数形成された導光パネル１０であって、単位プリズム１６は、導光パネル１０の上面１２の開口部１４から導光パネル１０の内部に向かって斜面２６が収束する凹部として形成され、クラスタ２０は、斜面２６の角度が互いに異なる３種類以上の単位プリズム１６が集合してなり、３種類以上の単位プリズム１６から選択された２種類の単位プリズム１６の組み合わせについて、当該組み合わせにおける斜面２６の角度差が、いずれも５°以上３０°以下である、ことを特徴とする導光パネル１０である。

また、第２の発明は、第１の発明において、クラスタ２０は、さらに、クラスタ２０を構成する複数種類の単位プリズム１６のうち、クラスタ２０の主たる配光方向に相当する角度を有する単位プリズム１６の数が最も多い、ことを特徴とする導光パネル１０である。

また、第３の発明は、第１の発明において、クラスタ２０は、さらに、最多の単位プリズム１６以外の種類の単位プリズム１６の数が、最多の単位プリズム１６の斜面２６の角度との差が大きくなるに従って少なくなっていく、ことを特徴とする導光パネル１０である。

また、第４の発明は、第１の発明又は第３の発明において、クラスタ２０は、斜面２６が上面１２となす角度が最も大きく、かつ開口部１４から斜面２６が収束した部分（頂点３０）までの深さが最も深い単位プリズム１６を中心プリズムとし、さらに、中心プリズムを中心として放射方向に並べられた他の種類の単位プリズム１６は、放射方向内側の単位プリズム１６よりも放射方向外側の単位プリズム１６の方が、角度が小さく、かつ深さが浅い、ことを特徴とする導光パネル１０である。

１０導光パネル、１２上面、１４開口部、１６反射体（プリズム、単位プリズム）、１８仮想円、２０クラスタ、２２光源（ＬＥＤ）、２４側面、２６斜面（有効斜面）、２８底面、３０頂点、３２中心。

Claims

透光性を有し、単位プリズムが複数集合してクラスタが複数形成された導光パネルであって、
前記単位プリズムは、
前記導光パネルの上面の開口から前記導光パネル内部に向かって斜面が収束する凹部として形成され、
前記クラスタは、
前記斜面の角度が互いに異なる３種類以上の前記単位プリズムが集合してなり、
前記３種類以上の前記単位プリズムから選択された２種類の前記単位プリズムの組み合わせについて、前記組み合わせにおける前記斜面の角度差が、いずれも５°以上３０°以下であり、
前記クラスタは、さらに、
前記クラスタを構成する複数種類の前記単位プリズムのうち、前記クラスタの主たる配光方向に相当する角度を有する単位プリズムの数が最も多い、
ことを特徴とする導光パネル。
前記クラスタは、さらに、
前記最多の単位プリズム以外の種類の前記単位プリズムの数が、前記最多の単位プリズムの斜面の角度との差が大きくなるに従って少なくなっていく、
ことを特徴とする請求項１に記載された導光パネル。
前記クラスタは、
前記斜面が前記上面となす角度が最も大きく、かつ前記開口から前記斜面が収束した部分までの深さが最も深い前記単位プリズムを中心プリズムとし、
さらに、前記中心プリズムを中心として放射方向に並べられた他の種類の前記単位プリズムは、前記放射方向内側の前記単位プリズムよりも前記放射方向外側の単位プリズムの方が、前記角度が小さく、かつ前記深さが浅い、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載された導光パネル。