JPS6362842B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光源光を所望の方向に向けて投光する
ように帯状（直線状のもののほかに曲線状のもの
も含む）若しくは同心円状に連続的に形成された
微細な傾設反射面又は該連続的に形成された微細
な傾設反射面と同機能を有する非球面状反射面で
形成した反射系面と、該反射系面からの反射光を
所望の方向に光の向きをそろえる傾設プリズム面
又は同機能を有するレンズ面を連続的に設けた光
の方向系面とを具備する面光源装置に関し、従来
机上理論のみとして提案されている面光源装置の
欠点を解決して、その実施化を図るためを目的と
なされたもので、既存の光源を利用して、薄い
（偏平な）面光源を得ることを目的とする。更に
詳しい目的は以下に述べていく。

従来において、面光源といえばEL（エレクトロ
ルミネツセンス）等の素子開発を必要とする物質
が知られている。このELは、例えば、上より順
にシート状ナイロンやビニル等よりなる透明基材
と、該透明基材に蒸着法やスパツタリング法等の
適当な方法を用いて密着した網目状透明電極と、
ビニルやマイラ等のように絶縁破壊を防ぐための
薄い皮膜の絶縁剤と、螢光体と、アルミ箔等のよ
うな不透明金属薄板と、ナイロンのような支持基
材とを密着して構成してなる。ここにおいて、上
記螢光体は、電界で加速されるような電子が伝導
バウンドに存在することが必要であるため、常温
で伝導バウンドに若干の電子が存在するか、ある
いは容易に伝導バウンドにあがることのできる電
子を持つた半導体が必要である。従つて、前記螢
光体としては硫化亜鉛（ZnS）、硫化カドミウム
（CdS）またはセレン化亜鉛（ZnZe）等を用いて
発光色として縁色乃至青色となるようにしてい
る。このように前記面発光源（体）であるELは、
その発光色が現時点においては制限されており、
また網目状透明電極、更には螢光体を用いるの
で、その発光は暗いものとなる欠点を有する。そ
してまた、ELにあつては交流源を用いて発光さ
せるものが主になつており、直流電源をもつて発
光させる特性の良いものは、その開発が遅れてい
るのが現状であり、ELは将来素子として期待感
の目で見られているが有効実用化に供されていな
い現状である。その他に、面発光源を得るための
方式としては、導光プリズムを用いて行なう方式
がある。しかしながら、この方式によるも厚みの
薄い面発光源装置は得られないばかりか、上記
ELの持つ光量の点の問題や上記しなかつた価格
の点での問題を有するので不適当である。

一般に、面光源は、照明工学方面だけでも夢と
されている。これへの実現は、単に照明に限ら
ず、インテリヤ、デザイン、広告、光学機器
等々、広い分野で所望されているものであるが、
この望みにこたえるような面光源装置は出現して
いないのが現状である。

現在、面光源というと、上記面発光体である
ELや、導光プリズムを用いる以外の方法として
採用されているのは、螢光燈を複数本ならべて、
その前に、拡散板を二重にもして光源（螢光灯）
からの光量をひどくおとす形式の分厚いものしか
見当らない。この種の装置は、広告面、写真スラ
イドパネルや家庭用螢光ボツクス照でも見ること
ができ、光量的にも、省エネルギー的にも、スペ
ース（体積）的にも、またコスト的にも無駄が多
く、使用用途も著しく制限されるものとなつてい
る。尚、このことは、上記ELや導光プリズムを
用いる場合においても同様である。

上記した理由の点を解決しようとして先に特開
昭53−74443号に示される発明が提案されている。
しかし、この発明も単に机上でのものであつて、
発明実施化に供せられないしろものである。この
発明を第１図及び第２図を参照して説明すると、
この発明は、光を通す材料でなり、表面２は平ら
であり、裏面には表面２に対してほぼ臨界角の半
分の角度をなす多数の反射面３が光Ｌの入射方向
に対向し配列形成され、表面２にそつて入射する
光Ｌをほぼ直交方向に反射させるようにした面光
を得る反射板１である。符号４は反射処理面、５
は光源、６は拡散板となつている。この面光を得
る反射板１の場合、光Ｌを矢印Ｘ方向から照射す
ると、光Ｌは表面２上で全反射してしまうばかり
か、光Ｌは散光する。また表面２に沿つて光Ｌを
反射面３に入光させた場合でも、光Ｌは表面２に
おいてほとんど反射されてしまい反射面３に到来
する光Ｌの光量は少ないものとなり、反射面３に
到来する光Ｌを表面２方向に直角に反射させたと
ころで、明るい面光源を得ることは出来ず、実際
的な発明実施化に寄与しないものとなる。

本発明は上記従来の種々の事案を考慮してなさ
れたもので、明るい面光源を得ると共に一様均一
な該面光源とし、実際の製品実施化に寄与できる
ようにしたものである。

以下、第３図以下を参照しつつ本発明の原理構
成を説明していくこととする。

まず本発明の理解の容易化を可能とするため
に、本発明の特徴点を予め述べておく。

特徴点の第１としては、薄い均一面光源を得る
ことができることにある。即ち、空間に無駄がな
いという特徴である。尚、既存の光源（螢光灯、
白熱球等）を使用する場合には、部分的に薄くな
い部分を有することもあるが、この点については
使用法で十分吸収できる。第２の特徴点として
は、光源のまぶしさ、ギラギラのないソフト照明
が得られる点にある。即ち、光源が点または線で
集中していないので、同光量でも“どぎつさ”が
ない。第３の特徴点としては光量に無駄がない点
にある。即ち、従来のように光量分布を均一に見
せる為に、拡散度をひどく大きくするような無駄
がないので、経済的である。その他の特徴点とし
ては、以下の説明で明らかとなるであろう。

さて次に本発明の技術的必要条件の説明につい
て述べていくこととすると、第１図及び第２図の
面光源装置の場合には、光源５からの入射光でな
いと、反射面３に当る（到来する）光Ｌはほんの
一部である。そこで必要第１条件としては、光源
５の光束をなるべく多く（出来れば全て）集光し
てのぞむ方向、即ち面光源に向けるようにするこ
とである。必要第２条件としては、光量分布が光
源面全体に一様分布することである。必要第３条
件としては、光源面に一様分布された光の方向が
所望する方向に向いていることである。この必要
第３条件の場合、面光源でも拡散板を置いて指向
性を無くす場合には、楕円拡散特性を考慮して、
拡散板に垂直（直交的）に光を照らすことである
（必要第3′条件という）。上記の必要第１条件は、
光の無駄を無くすことであるが、この集光と光の
分布とは無関係であり得ない。つまり、この段階
で光量分布（最終面における）が一様な均一分布
となるように設計する必要がある。即ち、光量が
一様分布となるように光源の全面の光を集光し、
これを平行光または同機能を有する光束光に直す
ことにより、反射面のどこにおいても均一のまた
は目的とする性質の（光束）光量分布が得られ、
また反射面における光量の一様分布等と合わせ
て、必要第２及び第３条件が満足される。次に必
要第２条件の場合を説明する。尚、先に示した従
来の面光を得る反射板等の従来面光源を見ると、
この必要第２条件の考慮がなされていない。即
ち、必要第３及び3′条件の光の方向にのみの考慮
しかされていない。従つて、必要第２条件を考慮
していない場合には、光源５の近くが明るくな
り、光源５から遠いところは暗くなるので、拡散
板を何枚もその前面においたとしても、この傾向
を変えることが出来ない。必要第３条件は光を目
的方向に向けることであり、必要第3′条件は一般
的には、必要第３条件の光を垂直に（平行なら
ば）平行光線に直す等楕円拡散性等を考慮したも
のである。上記必要第１〜3′条件を光源５を点光
源としてとらえて原理的に図示すると第３図のよ
うになる。記号Ａで示す面は光源５からの光源光
Ｌを反射する面で、上記したように光源５の光束
をなるべく多く（出来れば全て）集光して、光の
無駄を無くし面光源にこの光分布が最終面におい
て一様分布されるように、設計された帯状（直線
状のもののほかに曲線状のものも含む）若しくは
同心状に連続的に形成された微細な傾設反射面７
を多数設けた反射系面である。即ち、該反射系面
Ａは後記するＢ面への等分布入射光束を作る（入
射角は第３図々示のようにまちまちとする）反射
面である。反射系面Ａは合成樹脂やガラス等の透
明薄板の一方の（裏）面に形成されている。例え
ば上記合成樹脂やガラス等の透明薄板の裏面にア
ルミ蒸着又はメツキ法にて反射処理して形成した
反射面とする。尚、裏面でなくて他方の（表）面
であつても良いことは当然である。この反射系面
Ａは上記必要第１条件を満すものであることは当
然である。尚、反射系面Ａを上記透明薄板の一方
の（裏）面に形成した場合、他方の（表）面にも
反射系面Ａと同様な形状に形成しても良い。この
場合、当該傾設面は透明であつても、ハーフミラ
ー状のものであつても良い。記号Ｂで示す面は、
反射系面Ａからの反射光を受光する面で、上記反
射系面Ａからの反射光を所望の方向に光の向きを
そろえるためのもので微細なプリズム面を多数有
する光の方向系面で、この面は透明であつても、
くもりガラスのようなものに形成されたものであ
つても良い。この光の方向系面Ｂは後記するＣ面
へ、反射系面Ａからの光Ｌを受けた上記光の方向
系面Ｂの光Ｌの入射方向をそろえる微細な傾設プ
リズム面または同機能を有するレンズ面を連続的
に設けて形成する。この光の方向系面Ｂが反射系
面Ａと一体的なものである場合には、前記透明薄
板（これは上記の場合においては透明薄板の裏面
に反射処理をした場合で、この反射処理した面を
一方の面とする）の他方の（表）面に形成すると
良い。光の方向系面Ｂが反射系面Ａと一体的でな
い場合には、前記透明薄板の一方の面、即ち、反
射系面Ａからの反射光を受光する面に光の方向系
面Ｂが形成されることは言うまでもない。この光
の方向系面Ｂは反射系面Ａで反射光を垂直になお
せないことを考慮して設けられたものである。記
号Ｃで表わされる面は光Ｌの拡散（板）面で前記
光の方向系面Ｂを経た光Ｌを最終的に受ける面
で、光の方向系面Ｂの他（前）面に配設される。
従つて、反射系面Ａと光の方向系面Ｂとが一体的
でない場合で、光の方向系面Ｂと一体的なもので
ある場合には、該光の方向系面Ｂの反対側の面に
設けている。尚、光の拡散面Ｃは光の方向系面Ｂ
と同様な形状に形成しておいても良い。

本発明の面光源装置は、上記した原理から構成
されるものであるが、本発明を更に実施化容易に
するために次のように工夫すると最適なものが得
られる。

第３図のものにあつては、必要第１条件である
光の反射系面Ａの傾設反射面７の反射面角、光の
方向系面Ｂのプリズム角、光のコンデンサ系作用
面Ａと光の方向系面Ｂとの間隔、光源５の位置は
全て微妙な組合せであり、あまり自由度がない。
従つて光源５，５′が両端部に有する場合にはケ
ラレが生ずる場合がある。そこで、上記条件１〜
3′を満足しつつ、自由度の大きい面光源装置とし
た他の実施例を示す。この場合を第４図を参照し
て説明する。第４図に図示するように光の反射系
面Ａの傾設反射面７′の反射面角を光源５と５′に
対称に形成することである。このようにすると、
光の反射系面Ａの反射面角７′、光の方向系面Ｂ
のプリズム角は共に均一となり、反射系面Ａと光
の方向系面Ｂとの間隔は全く自由であり、光源
５，５′の上下方向の位置の移動は、拡散面Ｃへ
の入射角の少々のズレでしかなく、自由度は大き
いものとなる。また反射系面Ａでのケラレは全く
なく、光源５，５′の対称性は完成されることに
なる。本発明において大切な部分は、集光と光の
等分布光線を作る役目の光源集光部分である反射
系面Ａである。この場合、例えば、光源５，５′
として螢光灯使用の場合、限られた規格品の螢光
灯に対して、反射ミラー部、レンズ部が用意され
れば都合よく、等分布光線を作るコンデンサレン
ズも同じく、フレネルレンズとし、これを上記反
射系面Ａとすることは本発明の量産化にも必然的
に好ましいものとなることは明らかである。また
上記において、反射系面Ａの反射面角を光源５，
５′に対称なものとし、また拡散面Ｃに反射系面
Ａで受けた光を垂直に向け得るように形成すれば
光の方向系面Ｂは簡単な構成のものとなり、この
意味でも第３図のものを第４図のようなものにす
ることは一層の簡略化が図れることになる。ここ
で気の付く事は、反射系面Ａは、薄く且つ幅の狭
い光の平行光線と広く且つ太い光の平行光線との
変換系と言えることである。光源５又は５′から
の光Ｌを平行光線にし、これを収束光にすれば、
反射系面Ａは実質的には凹（シリンドリカル）面
反射鏡となる。また反射系面Ａをシリンドリカル
反射面としてでなく、円形の一部として考えれ
ば、凹面反射鏡の一部と実質的に同じとなる（第
５図）が、実際の凹面反射鏡とフレネル実質的凹
面反射鏡との違いは、薄い平行光（又は収束光）
を反射系面Ａに限りなく近づけられる点にある。
そして反射系面Ａに近づく程、光源５，５′（第
５図においては光源５のみを描く）の光束の断面
比ｅ／ｄ（但し、ｄは光束幅、ｅは反射系面Ａで
の反射光束幅）は大きくし得る特徴を有する（第
６図参照）。この特徴は、本質的に面光源装置を
薄型化し得るということである。尚、１０はハー
フミラーで、反射系面Ａの暗くなる部分（記号
Ｈ）をなくすためのものである。尚、上記の記号
ｄとｅとの光の進行と、この逆の場合の進行が成
立し得る点で、本発明の面光源装置の応用面が展
開されることになる。

例えば、第７図を参照して、大きなビル等の建
物８とそれに隣接する小さな建物９において、該
小さな建物９への採光であり、採光の面照明であ
る。この第７図に示すものの場合には、先の記号
ｄとｅの可逆的組み合せを示す例で、太陽熱利用
の場合と異なるので、太陽を追尾する必要はな
く、一般の窓と同じく固定されていて自然であ
る。これを第７図を参照して説明すると、小さな
建物９に接近して大きな建物８が隣接して設けら
れた場合には、小さな建物９には、太陽の照射光
が入射してこないので部屋（建物９）の中は暗く
なつてしまう。そこで小さな建物９の屋根に大き
な建物８があるも、太陽光を集光し、平行光束と
する光の反射系面Ａを設け、小さな家９の窓に光
を照射することができるように傾設された光の方
向系面Ｂを反射系面Ａからの光束を受け得るよう
に窓の近傍に配設し、方向系面Ｂからの光を拡散
する拡散面Ｃを窓に設けることで、部屋の中を均
一な明るさで照明することができる。ここで面Ａ
→Ｂ→Ｃへの光の移行状態は単に第７図ｂに示す
ようにしても良いが、第７図ｃに示すように作用
面Ａで凹面効果を出し、点Ｓで収束しても良い
し、また収束点間にグラスフアイバーやライトガ
イド等の光導管等で第７図ｄに示すように光路の
自由度を持たせるようにしても良い。

更に本発明の面光源装置の利用例を取り上げて
みることとする。

まず、写真等を入れた額縁式パネルへの適用が
考えられる。これらのものにあつては、薄く、均
一な面光源装置であることが望まれるからであ
る。光源としては既存の螢光灯で足りる。次に製
図版、学習机等の照明への適用が考えられる。こ
の場合、ギラギラがないソフト光源とすることが
できるので、眼の疲れが出ず、複数の螢光灯は光
量的に不必要で、一本の螢光灯で面光源を得るこ
とができるので好都合である。次に自動車の前照
灯、フオグランプ及び尾灯関係への適用が考えら
れる。即ち、これらから発せられる光は第８図ａ
のような従来のものを、第８図ｂで示すように細
長いまつすぐなものとし得る。このようにして得
ることで、例えば10メートル離れた位置の光量は
全く同じでも対向車から見た前照灯面、フオグラ
ンプ面は全くまぶしさのないものとし得る。尚、
前照灯の場合はラジエター部分を避けなければな
らないが、フオグランプ（及び尾灯）は、対向車
がまぶしくない上にデザイン的にかなり自由に細
工できるので好都合である。その他としては、室
内の面照明への適用である。天井の四隅に螢光灯
を並べて下方に面光とするか、天井全体を面光と
するようにすることである。現在の螢光灯を２〜
３本入れた家庭用照明ボツクスを薄く、また螢光
灯をまばらにし得るものとなる。

本発明は上記説明から明らかなように、従来求
められた面光源装置を実用面に実際に応用できる
もので、光量的にも、省エネルギー的にも、スペ
ース的にも、またコスト的にも無駄がなく、使用
用途も多方面に応用できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は従来公知の面光源装置の説
明図、第３図は第１番目の本発明の原理説明図、
第４図は第２番目の本発明の原理説明図、第５図
は光の反射系面を凹面反射鏡とした場合の説明
図、第６図は本発明の参考原理の説明図、第７図
ａ〜ｄ及び第８図ａ，ｂは本発明の適用例の説明
図である。 Ａ…光のコンデンサ系作用面、Ｂ…光の方向系
面、Ｃ…拡散面、Ｌ…光、１…反射板、３…反射
面、４…反射処理面、５，５′…光源、６…拡散
板、７，７′…傾設反射面、１０…ハーフミラー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光源光を所望の方向に向けて投光するように
   帯状若しくは同心状に形成された微細な傾設反射
   面又は非球面状反射面を連続的に設けて形成した
   反射系面と、該反射系面からの反射光を所望の方
   向に光の向きをそろえる微細な傾設プリズム面ま
   たは同機能を有するレンズ面を連続的に設けた光
   の方向系面とからなることを特徴とする面光源装
   置。 ２ 前記反射系面は合成樹脂やガラス等の透明薄
   板の少なくともいずれか一方の面に設けたことを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の面光源装
   置。 ３ 前記光の方向系面は前記透明薄板の少なくと
   もいずれか一方の面に設けたことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項又は第２項記載の面光源装
   置。 ４ 前記反射系面と光の方向系面とが一体する前
   記透明薄板で形成したものであるときには該透明
   薄板の一方の面に前記反射系面を他方の面に光の
   方向系面を設けたことを特徴とする特許請求の範
   囲第３項記載の面光源装置。 ５ 前記光の方向系面の前面には拡散板が配設さ
   れたものであることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項乃至第４項いずれかに記載の面光源装置。 ６ 前記拡散板の拡散面と前記光の方向系面とを
   一体的なもので形成した場合には、前記拡散板の
   一方の面に光の方向系面を他方の面に拡散面を設
   けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至
   第５項いずれかに記載の面光源装置。 ７ 前記拡散面は光の方向系面と同様な形状に形
   成したことを特徴とする特許請求の第６項記載の
   面光源装置。 ８ 上記反射系面は多数方向からの光源光を所望
   の方向に向けて集光できるように上記光源に対称
   な傾設反射面を多数設けて形成してなることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項乃至第７項いずれ
   かに記載の面光源装置。