JPH06201919A - 平面型照明装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 寝室用読書灯や看板照明灯などに用いる平
面型照明装置において、その照明装置の片面から放出さ
れる光線で、その面に面した印刷物などの拡散反射性被
照面を一様に照明でき、その被照面から拡散反射した光
線が、その照明装置を一様に透過して、反対側よりその
被照面を視認できる、という機能を持たせること。 【構成】 アクリルやガラス等の高屈折率透光性材料
よりなる平板状導光体（１）と、その平板状導光体の端
面に沿って配置した蛍光ランプ等の棒状光源（２）と、
その棒状光源を覆い、導光体端面方向に開口したアルミ
フォイル等の筒状反射板（３）と、その導光体の、棒状
光源が配置されていない端面を覆う銀膜等の反射膜
（４）とより構成し、その平板状導光体（１）の片面に
は、導光体内部から上面に達した光線の一部、または全
部を、全反射させずに、導光体下面方向に散乱させると
ころの、多数、且つ同一形状の反射膜付き散乱面（５）
を、一様に分散配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、透明な平板状導光体を
主要素とし、その端面に付設された棒状光源からの大部
分の光線を導いて、導光体片面に放射するようにした平
面型照明装置に関するものである。このような照明装置
は、その片面に面して置かれた被照面を、反対側より明
瞭に視認できるので、周囲への光の漏れを嫌う寝室用読
書灯や、或は、なるべく薄い平板状の装置としたい看板
照明灯などに利用して便利である。

【０００２】

【従来の技術】ここで言う寝室用読書灯とは、暗室にお
いて文書などを視認するための照明装置を総称したもの
で、従来製品としては例えば、寝室用スタンドや飛行機
用スポットライトなどが相当する。これらの照明装置
は、なるべく小さい周囲への光拡散と、十分に明るい被
照面とを両立させるべく設計されているが、しかしなが
ら、照明装置と被照明物の間の距離が大きく、光拡散の
抑制は不完全と言わざるを得ない。

【０００３】このような問題点を解決するものとして、
図３のような平面型照明装置が提案されている。これ
は、楔状の透明板からなる導光体（８）、その厚い端面
に沿って付設された棒状光源（２）と筒状反射板
（３）、及びその他の端面を覆う反射膜（４）などより
構成されたもので、ここで、光源から放射された光線
は、数回の全反射を繰り返して導光体内部を進み、光線
の導光体上面または下面への入射角が、次第に低減し
て、遂に全反射角を下回ったところで、導光体上面方向
または下面方向に放出される。

【０００４】この照明装置を文書等の印刷物に載せるな
らば、導光体下面からの放射光で文書内容は照明され、
透明導光板の上方から、これを読むことができる。この
とき、照明装置と被照面は近接しているので、周囲への
光の漏れは極めて小さく、寝室用読書灯として適当のよ
うに思われる。しかしながら、この平面型照明装置には
欠点があり、その第一は、下方へ向かう光と上方へのそ
れが、本質的に等量である点である。このことにより、
コントラストの低下と、高々５０％以下というランプ光
利用効率低下の不都合を生ずる。第二は、一様な照度分
布を得にくい点であって、これもまた、楔型導光板の持
つ、本質的な欠点と言える。全反射して導光体内部を進
んできた光線は、ランプからある程度離れないと、導光
体上下面より放出されないからである。

【０００５】一方、看板の照明を目的とする看板灯とし
ては、半透光性アクリル板などに半透光性インクなどで
文字や絵を描いた透過型広告原稿を作成し、これを蛍光
灯にて背面より照明する方式（内照式）、または、拡散
反射原稿（通常の印刷物）をスポットライトにて看板前
方より照明する方式（外照式）が一般的である。前者
は、数ｍの看板用の看板灯でも、２０ｃｍ程度の厚さに
留めており、この点、市場要求に十分に応えているが、
しかし、高価な透過型原稿しか照明できない、製作容易
で安価な拡散反射性印刷物の照明はできないという、重
大な欠点を持っている。後者は、スポットライトが前方
に大きく張り出す形となって、看板灯としては厚すぎる
ものとなり、高所など設置場所の制限が大きいという欠
点がある。看板灯としては、通常印刷物の看板を前方よ
り照明できて、しかも前方より印刷物を透視できる機能
の、薄い平面型照明装置が、最も望ましい。

【０００６】ところで、最近、液晶ディスプレー用バッ
クライトという平面型照明装置が多く製造されている。
この装置は図４に示すように、上面に網点状散乱面
（９）を備えて成る平板状導光体（１）、その一つの端
面に沿って付設された棒状光源（２）及び筒状反射板
（３）、その他の端面を覆う反射膜（４）、導光体上面
を覆う反射板（１０）、そして導光体下面を覆う光拡散
板（１１）などより構成されたものである。導光体
（１）は、約１．５の高屈折率透明板であり、光源から
放射された光線は、導光体内部を全反射を繰り返して進
み、散乱面（９）にぶつかったところで導光体上面方向
に散乱し、反射板（１０）に反射されて拡散板（１１）
に向かうか、或は、導光体下面方向に散乱し、拡散板
（１１）に向かうというように動作する。導光体内部を
進む光線が散乱面にぶつかって全反射を中止するのは、
散乱面が、導光体よりも更に高屈折率の酸化チタニウム
粉末から作られているからである。網点状散乱面（９）
は、照度分布を一様とするために、棒状光源から遠ざか
るに従って、大きい面積のものが配置されている。

【０００７】この液晶ディスプレー用バックライトにお
いて、光拡散板（１１）を取り除き、導光体上面を覆う
反射板（１０）を、網点状散乱面（９）のみ覆う反射面
とするならば、本発明が対象とする寝室用読書灯や看板
照明灯などに用いることが、一応は、可能のように思わ
れる。しかしながら、この装置においては、前述のよう
に、網点状散乱面（９）の面積が一定せず、しかも、散
乱面が導光体上面を覆う面積割合は、平均して７０％に
も及ぶ。このため、下面に印刷物を置いて上方から見て
も、印刷物の文字や画像は、暗く、濃淡の激しい、はっ
きりしないもとなるであろう。散乱面の大きさや形状
に、何らかの工夫を施さなければ、このままでは、寝室
読書灯用、或は看板照明灯用の平面型照明装置として不
適である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、寝室用読書
灯や看板照明灯などに用いて便利な平面型照明装置を提
供することを目的とする。即ち、その照明装置の片面か
ら放出される光線で、その面に面した印刷物などの拡散
反射性被照面を一様に照明でき、その被照面から拡散反
射した光線が、その照明装置を一様に透過して、反対側
よりその被照面を視認できる、という機能を持つ平面型
照明装置の提供である。この平面型照明装置は、使用目
的に沿った、十分な明るさと照度分布一様性を持つ必要
があるのは勿論、被照面印刷物のコントラストを損じな
いような、十分に抑制された非照射側光線放出量である
必要もある。また、印刷物に合った大きさと、邪魔にな
らない薄さでなければならないことは、言うまでもな
い。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による平面型照明
装置の典型例を図１に示す。アクリルやガラス等の高屈
折率透光性材料よりなる平板状導光体（１）と、その平
板状導光体の端面に沿って配置した蛍光ランプ等の棒状
光源（２）と、その棒状光源を覆い、導光体端面方向に
開口したアルミフォイル等の筒状反射板（３）と、その
導光体の、棒状光源が配置されていない端面を覆う銀膜
等の反射膜（４）とより構成されており、その平板状導
光体（１）の片面には、導光体内部から上面に達した光
線の一部、または全部を、全反射させずに、導光体下面
方向に散乱させるところの、多数、且つ同一形状の反射
膜付き散乱面（５）が、一様に分散配置されている。
（以後、簡単のために、反射膜付き散乱面（５）の付設
された面を上面、そうでない面を下面ということとす
る。）

【００１０】反射膜付き散乱面（５）は、図５のよう
に、棒状光源と平行に、且つ等間隔に配置された、多
数、且つ同一の細線形状から成るものであっても良い
し、或はまた、図６のように、一様に分散配置された円
形、または角形の同一網点形状から成るものであっても
良い。いづれにしても、上面全面に一様に分散配置さ
れ、同一形状であることが、肝要である。寝室用読書灯
用や看板照明灯用の平面型照明装置としては、今一つ、
反射膜付き散乱面（５）の大きさが重要な設計因子で、
その大きさ（線状のときはその幅、円形のときはその直
径）は、寝室用読書灯用の場合、０．０５ｍｍを、看板
照明灯用の場合、０．５ｍｍを越えない方が良い。読書
や看板鑑賞に際し、散乱面を視認できないようにするた
めである。また、散乱面の導光板上面に占める面積割合
を相応に抑えて、開口率（１−散乱面合計面積／導光板
面積）を上げなければ、被照面からの拡散反射光の導光
板透過率を減じる結果となる。１０％程度に留めたいと
ころである。

【００１１】反射膜付き散乱面（５）の構成としては、
図６に例示するような、導光体と同程度の屈折率の、レ
ジン等の分散媒に分散された、導光体よりも高い屈折率
の酸化チタニウム等の透光性粉末からなる分散体（１
４）と、それのみを覆う、銀膜等の反射膜（１３）とよ
り形成することが一案であり、また、図５に例示するよ
うな、反射膜（１３）で覆われた凹面（１２）とするこ
ともできる。前者の場合、透光性粉末の混合割合調整に
より、散乱率（導光板内側より散乱面に、導光板の全反
射角で入射した光線に対して、その光線の内、全反射さ
れずに散乱光となるものの割合）を変えることができる
が、散乱面が光源から遠くなるほど、透光性粉末の混合
割合を増やすならば、即ち散乱率を上げるならば、照度
分布一様性の改善に役立つ。しかし、透光性粉末の混合
割合をかなり増やしたとしても、散乱率は、０．６程度
にしか上がらないことが多い。隣り合う透光性粉末の表
面同志が平行であると、光線が曲らないが、この平行な
部分を０にできないからである。０．６以上の散乱率が
望まれるときは、アルミニウムなどの不透明反射性金属
粉末を、更に混合すると良い。いずれの場合も、後述の
ように、利害得失がある。

【００１２】

【作用】図１の本発明による平面型照明装置は、次のよ
うに動作する。即ち、先ず、光源（２）からの放射光
は、直接に、或は、筒状反射板（３）で囲まれたチャン
バーの中で反射を繰り返した後に、導光板（１）の端面
（６）に入射する。このとき、導光板入射光束のランプ
放射光束に対する割合η１は、筒状反射板反射率、ラン
プ管径、導光板厚さなどによるが、概ね０．４の程度で
ある。次に、入射した光線は、光学原理に従って全て、
導光体の上面と下面で全反射を繰り返して右方向に進ん
で行き、反射膜付き散乱面（５）にぶつかりさえしなけ
れば、導光板右端面（７）に到達し、そこで反射され
て、今度は左方向に進んで、筒状反射板（３）からなる
ランプ収納チャンバーに戻る。そして、戻った光線は、
チャンバー内で反射を繰返し、再び導光板に入射し、前
記過程を繰り返す。このチャンバーに戻った光線が導光
板に再入射する割合、即ちチャンバー反射率 ｒｃは、
蛍光ランプとアルミ反射筒の組合せの場合、０．３の程
度である。このような減衰する繰返し過程において、た
またま反射膜付き散乱面（５）にぶつかった光線の全
部、または一部が（散乱率による）、全反射を中止し
て、導光体下面方向に散乱し、導光休下面に面して置か
れた被照面印刷物を照明する、というように動作するの
である。散乱面は反射体で覆われているので、散乱光が
上面方向に向かうことは無い。そして、散乱光は印刷物
で反射されて、拡散反射光となり、導光板を透過して上
方へ向かうので、上方より印刷物内容を目視できる。小
さい散乱面が一様に配置された透明導光板を通して目視
するので、濃淡なく、明瞭に目視できる。

【００１３】この平面型照明装置において、被照面の照
度及び照度分布は、導光板の大きさ及び厚さ、反射膜付
き散乱面の形状、大きさ、配置及び散乱率、そして、チ
ャンバー反射率などの因子の影響を受けるけれども、本
発明は、これらの因子を適切に調整するならば、散乱面
の形状、大きさ、配置を一定、一様とするという要請の
元でも、十分にリーズナブルな被照面照度及び照度分布
が得られるという、発見に基づくものである。液晶ディ
スプレー用バックライトのように、散乱面を光源から遠
ざかるに従って大きくしたりしなくても、十分な明るさ
と照度分布一様性が得られるということである。

【００１４】どのように調整するか、図に従って説明す
る。図７は、長辺１５０ｍｍ、短辺８５ｍｍ、厚さ２ｍ
ｍのアクリル導光板の短辺に沿って棒状光源を付設し、
散乱率０．７、幅０．０５ｍｍの細線形状の反射膜付き
散乱面を、導光板上面いっぱいに、光源と平行に１ｍｍ
間隔で設定した場合の、長辺方向直下照度分布のグラフ
であり、図中ＡＡ’がその計算結果である。（計算は光
線追跡により行なう。）図７において、ＢＢ’は、右側
端面反射膜を取り除いたときの、即ち右方向に進む光線
のみによる散乱面反射光についての照度分布であり、Ｃ
Ｃ’は、右側端面反射膜で反射された、左方向に進む光
線のみによる散乱面反射光についての照度分布であっ
て、従って、ＢＢ’とＣＣ’の和がＡＡ’という関係と
なる。そして、散乱面反射特性が導光板上面に渡って一
定であるから、ＢＢ’は指数関数的に下降する曲線とな
り、ＣＣ’はＢＢ’の延長線を右側端面で折り返した形
となる。

【００１５】図７より、なるべく均一な照度分布を得る
には、ＢＢ’の下降割合をなるべく小さくする、即ち導
光板内部を進む光線が散乱面にぶつかるチャンスをなる
べく少なくする必要があることがわかる。これは、散乱
面の面積縮小、配置間隔拡大、散乱率低減乃至調整とい
った手段で実現できるが、中でも散乱面の面積縮小は、
寝室読書灯や看板灯にとって、散乱面の視認性が低減さ
れる点で好都合である。

【００１６】しかしながら、あまりにＢＢ’下降割合を
小さくすると照度の低下を招く。散乱されずに、光源チ
ャンバーに戻ってくる光線が増加し、前述の通り、この
光線の１００％が、チャンバーで反射されて導光板に再
入射する訳ではなく、チャンバー反射の度に減衰するか
らである。諸設計因子を調整して、照度と照度分布のト
レードオフが必要となる由縁である。

【００１７】平均照度は、次式で表される器具効率η
（ランプ放射光束に対する導光板出射光束の割合）に比
例する。 η ＝ η１η２／（１−ｒｃ（１−η２）） ここで、η１は導光板入射光束のランプ放射光束に対す
る割合、ｒｃはチャンバー反射率で、各々、前述の通
り、η１＝０．４、ｒｃ＝０．３の程度である。η２
は、導光板入射光束に対する導光板出射光束の割合で、
図７の照度分布の場合、η２＝０．５４という光線追跡
の計算結果である。而して、これらの値を上式に代入
し、器具効率ηは、０．２５ということになる。これ
は、寝室読書灯用などの照明装置としては、十分にリー
ズナブルな値である。

【００１８】散乱面散乱率の照度及び照度分布に与える
影響は大きいけれども、特定の散乱率の反射膜付き散乱
面（５）を設定するとして、前述のような種々の形状、
構成の散乱面を選択できる。形状としては、網点よりも
細線を推奨するけれども、これは、同一の導光板開口率
即ち散乱面面積の設定で、細線の方が網点よりも視認し
にくいことを理由とする。もっとも、工作の容易さの点
では、網点が有利である。構成としての図５の凹面形状
は、印刷物に垂直に入射する分散光が多いという点で有
利である。高屈折率粉末を塗布する方式は、斜めに入射
する分散光が多く、凹凸のある印刷物の場合、画像に陰
影が生ずる恐れがある。しかし、この透光性粉末プリン
ト方式は、前述のように、散乱率の調整が可能であり、
散乱面の大きさを変えることなく、照度分布一様化を計
れる利点もある。価格、工作の容易性といった点では、
後者の方が有利であろう。

【００１９】

【実施例１】本発明による照明装置をナイトスタンド兼
用寝室読書灯に応用した例を図２に示す。前記光線追跡
計算（図７）のときと同じ仕様の導光板等と、ランプ光
束４０ｌｍの１．１Ｗ冷陰極蛍光灯（管径４ｍｍφ、発
光長８６ｍｍ）を組み合せた平面型照明装置（１５）
が、点灯回路や蓄電池を内蔵した台座（１６）に、固定
支柱（１７）を介して、着脱自在に取り付けてあり、こ
の状態ではナイトスタンドとして機能し、平面型照明装
置（１５）を取り外して書籍などに載せれば、寝室読書
灯として機能するように構成されている。この照明装置
の出射光束は４０ｌｍ×０．２５＝１０ｌｍであるか
ら、平均直下照度は１０ｌｍ／（０．１５ｍ×０．０８
５ｍ）＝７８０ｌｘとなり、印刷物の輝度は、（７８０
ｌｘ／π）×０．８×０．９５＝１９０ｎｔ（０．８：
印刷物拡散反射率、０．９５：導光板開口率）となる。
寝室読書灯としては、十分な明るさであり、また、図７
の照度分布と一様な開口率を勘案すれば、極めて平坦な
輝度分布が得られることも了解できる。更には、ランプ
電力が１．１Ｗと非常に小さいために、蓄電池を備える
ならば、どこへでも設置できて、一晩中点灯できるナイ
トスタンドとなるというメリットもこの実施例にはあ
る。

【００２０】

【実施例２】本発明による平面型照明装置は、看板灯と
しても有用である。看板灯として推奨される明るさ及び
照度（又は輝度）分布一様性（最大照度／最小照度）
は、内照式で７０〜１７００ｎｔ／１〜２、外照式で２
００〜１０００ｌｘ／１〜４であるけれども、（ＩＥＳ
ＬＩＧＨＴＩＮＧ ＨＡＮＤＢＯＯＫ，ｐ１７−５〜
１３）、例えば、縦横比 ９：１６の１００インチ大形
看板（２２００ｍｍ×１２５０ｍｍ）を照明する、本発
明による平面型照明装置の設計は、次のようになる。即
ち、長辺２３００ｍｍ、短辺１３００ｍｍ、厚さ１５ｍ
ｍのアクリル導光板の長辺に沿って、ランプ光束９２０
０ｌｍの１１０Ｗ蛍光灯（管径３８ｍｍφ、管長２３０
０ｍｍ）を付設し、銀膜を塗布したＶ溝からなる細線形
状散乱面（幅０．５ｍｍ、散乱率１）を、導光板上面い
っぱいに、光源と平行に８ｍｍ間隔で設定することとす
る。そうすると、照度分布は、図８のＤＤ’の如くで
（照度分布一様性＝２）、明るさは，η２＝０．７２、
器具効率η＝０．３１、平均直下照度＝１０４０ｌｘ，
平均輝度＝２５０ｎｔという計算結果である。上記設計
仕様において、散乱面を銀膜付きの酸化チタニウム粉末
プリント（アルミ粉末含有）に変更し、光源に近い側１
／３の上面を占める散乱面の散乱率を０．６、残りの散
乱面の散乱率を０．９とするならば、照度分布一様性が
図８−ＥＥ’のように１．４と改善されるが、明るさ
は、η２＝０．６７、器具効率η＝０．３、平均直下照
度＝１０００ｌｘ、平均輝度＝２４０ｎｔと若干減少す
る。更にもっと明るくしたい場合は、残る今一つの長辺
にも蛍光ランプを設置して、約２倍の輝度を得ることが
できる。また、縦横に細線形状散乱面を引き、４辺に蛍
光ランプを設置するならば、約３倍と成り、更にこれを
２枚重ねれば、約６倍の１５００ｎｔ程度と成る。最後
のケースは、商業用看板灯としては明る過ぎるくらい
で、むしろ交通標識灯などに適する。いづれにしても、
本実施例による平面型看板灯は、最大厚さが４０ｍｍ程
度と薄く、且つ通常の安価な拡散反射印刷物を使えるの
で、非常に便利である。

【００２１】

【発明の効果】本発明による平面型照明装置は、下面方
向にのみ光線を放出し、上面方向には殆ど放出しない。
そして、放出された光線による照度は相応に高く、また
照度分布一様性も優れている。しかも、照明装置自体、
全面に渡って均一な、高い光透過率を示す。このため、
この照明装置の下面に面して、拡散反射性の通常の印刷
物を置くならば、これを上方より目視して、明るく、輝
度むらの無い、且つ高いコントラストの画像乃至文字を
観測できる。本発明による平面型照明装置を寝室用読書
灯に適用した場合、周囲に光が漏れにくいという利点が
あり、また、看板灯に適用した場合、安価な通常印刷物
原稿を使える、装置を薄くできるなどの利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による平面型照明装置の典型例である。

【図２】本発明による平面型照明装置を利用したナイト
スタンドの構造図である。

【図３】寝室用読書灯の従来例である。

【図４】本発明が参考とした液晶ディスプレー用バック
ライトの構造図である。

【図５】散乱面形状及び構成の一例である。

【図６】散乱面形状及び構成の一例である。

【図７】本発明による平面型照明装置の照度分布図であ
る。

【図８】本発明による平面型照明装置の照度分布図であ
る。

【符号の説明】

１ 平板状導光体 ２ 棒状光源 ３ 筒状反射板 ４ 反射膜 ５ 反射膜付き散乱面 ６ 導光体の光線入射側端面 ７ 導光体の光線反射側端面 ８ 楔型導光体 ９ 散乱面 １０ 反射板 １１ 光拡散板 １２ Ｖ溝 １３ 反射膜 １４ 分散体 １５ 平面型照明装置 １６ 台座 １７ 固定支柱

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高屈折率透光性材料よりなる平板状導光体
   （１）と、その平板状導光体の端面に沿って配置した棒
   状光源（２）と、その棒状光源を覆い、導光体端面方向
   に開口した反射板（３）と、その導光体の、棒状光源が
   配置されていない端面を覆う反射膜（４）とを備えて成
   る平面型照明装置において、 導光体内部から導光体上面に達した光線の一部、または
   全部を、全反射させずに、導光体下面方向に散乱させる
   ところの、多数、且つ同一形状の反射膜付き散乱面
   （５）が、前記平板状導光体（１）の上面に一様に分散
   配置されていることを特徴とする平面型照明装置。
2. 【請求項２】反射膜付き散乱面（５）が、棒状光源
   （２）と平行に、且つ等間隔に配置された、多数、且つ
   同一の細綿形状から成ることを特徴とする、請求項１記
   載の平面型照明装置。
3. 【請求項３】反射膜付き散乱面（５）が、反射膜で覆わ
   れた凹面から形成されて成ることを特徴とする、請求項
   １記載の平面型照明装置。
4. 【請求項４】反射膜付き散乱面（５）が、導光体（１）
   と同程度の屈折率の分散媒の中に分散された、導光体よ
   りも高い屈折率の透光性粉末、または、その透光性粉末
   及び不透明反射性金属粉末の混合物からなる分散体と、
   その分散体のみを覆う反射膜とより形成されて成ること
   を特徴とする、請求項１記載の平面型照明装置。
5. 【請求項５】前記分散体からなる反射膜付き散乱面
   （５）において、前記分散体の中の前記透光性粉末、ま
   たは、前記金属粉末の混合割合を、棒状光源（２）から
   遠ざかるほど、大きくすることを特徴とする、請求項１
   記載の平面型照明装置。