TW201348636A - 照明裝置 - Google Patents

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Seiji Kinoshita
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Kuraray Co
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    • F21S8/00—Lighting devices intended for fixed installation
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    • G—PHYSICS
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/0035—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
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    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
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    • G02B6/0055—Reflecting element, sheet or layer

Abstract

本發明之目的在於提供一種能夠讓照度分佈具有異向性的側光式的照明裝置。在導光板2的側面側設置有發光單元3a、3b的側光式的照明裝置1；其中，以X軸與正交於X軸的Y軸所構成的X-Y平面之法線為Z軸，光源單元3a、3b係平行於X軸配置，導光板2係平行於X-Y平面配置，導光板2的射入端面2a、2b係平行於X-Z平面；導光板2係具有：以預定間距形成於底面2c且平行於X軸方向的複數個凹條圖案6、及以預定間距形成於射出面2d且平行於Y軸方向的複數個射出控制圖案5；凹條圖案6係形成為剖面為V字形且頂角為100°；射出控制圖案5係形成為剖面形狀為直角三角形。

Description

照明裝置
本發明係有關從配置於導光板的至少一方側面側的LED(Light Emitting Diode；發光二極體)等一次光源將光射入至導光板內，並從該導光板的一方主面(射出面)將光射出的側光(edge light)式的照明裝置。具體而言係有關適合做為裝設在辦公室和住宅等的天花板等處使用的照明器具的側光式的照明裝置。
就液晶電視和個人電腦等所具備的液晶顯示裝置的背光(backlight)而言，有採用側光式的背光。側光式的背光乃係從配置於導光板的至少一方側面側的一次光源(LED等)將光射入至導光板內，令光從該導光板的一方主面(射出面)的整面射出，藉此而能夠射出面狀的光。
也因此，此種側光式的背光便漸漸被拿來應用為裝設在辦公室和住宅等的天花板等處使用的照明裝置(參照例如下述之專利文獻1)。
此外，由於近年來LED的發光效率提升、價格下滑，以LED做為光源的照明裝置能夠藉由薄型化而達到輕量化，也能夠藉由LED特長之一的調光功能來配 合生活型態提供照明效果，因此以LED做為光源的側光式的照明裝置便普及了開來(參照例如下述之專利文獻2)。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1 日本國特開平10-160938號公報
專利文獻2 日本國特開2010-33861號公報
將如專利文獻1、2的側光式的照明裝置裝設在辦公室和住宅的天花板等處做為照明器具使用時，該照明裝置係例如從正方形的導光板的主面(射出面)射出面狀的光，而能夠照亮照明裝置的正下方及其周邊。
但在上述專利文獻1、2這樣子的側光式的照明裝置中，從導光板的主面(射出面)射出的面狀的光係等向性地擴散照射，因此就算想要根據照明用途讓照度分佈具有異向性時還是辦不到。例如，當將如上述專利文獻1、2的側光式的照明裝置設置在天花板時，便無法射出僅在壁面側具有照度分佈的光以獲得如間接照明般氣氛的光。
有鑒於此，本發明的目的在於提供一種能夠讓照度分佈具有異向性的側光式的照明裝置。
為了達到上述目的，本發明申請專利範圍第1項的照明裝置，係在導光板的至少一方側面側設置一次光源，且前述導光板係具有射出面、與該射出面相對向的底面、及讓從至少設置在一側面的前述一次光源射出的光射入的射入端面之側光式的照明裝置，該照明裝置的特徵為：以X軸與正交於X軸的Y軸所構成的X-Y平面之法線為Z軸，前述一次光源係平行於X軸配置，前述導光板係平行於前述X-Y平面配置，前述導光板的射入端面係平行於X-Z平面；前述導光板係具有：以預定間距(pitch)形成於前述底面且平行於X軸方向的複數個凹條圖案(pattern)、及以預定間距形成於前述射出面且平行於Y軸方向的複數個射出控制圖案；形成在前述導光板底面的前述凹條圖案係形成為剖面為V字形且頂角的範圍為90°至130°；前述射出控制圖案係形成為剖面形狀為直角三角形。
在本發明申請專利範圍第2項的導光板中，形成前述射出控制圖案的直角三角形剖面形狀的底邊與斜邊之夾角的範圍係設定為15°至35°。
在本發明申請專利範圍第3項的導光板中，前述凹條圖案係隨著離前述射入端面愈遠，配置得愈密集。
在本發明申請專利範圍第4項的導光板中，在前述照明裝置的底面側係具有將光予以反射的反射片。
依據本發明，能夠使傳播於導光板內部的光在導光板底面的凹條圖案的斜面反射至射出面側，再藉由射出面的射出控制圖案，挑選以特定角度射入的光讓其在射出控制圖案的斜面全反射，並挑選以特定角度射入的其他光讓其穿透射出控制圖案的斜面，因此能夠從導光板的射出面的射出控制圖案射出光度分佈具有異向性的光。
1‧‧‧照明裝置
2‧‧‧導光板
2a、2b‧‧‧射入端面
2c‧‧‧底面
2d‧‧‧射出面
3a、3b‧‧‧發光單元
4‧‧‧反射片
5‧‧‧射出控制圖案
6‧‧‧凹條
7‧‧‧LED
10‧‧‧天花板
11‧‧‧壁面
A‧‧‧直角三角形的邊
B‧‧‧直角三角形的邊
M‧‧‧照度評價區域的X方向尺寸
N‧‧‧照度評價區域的Y方向尺寸
A‧‧‧照度量測面
A1、A2‧‧‧照度評價區域
C‧‧‧光線
C’‧‧‧反射光
L‧‧‧光束
L1、L2‧‧‧光
θ‧‧‧傾斜角
第1圖係顯示本發明實施形態的側光式的照明裝置之概略立體圖。
第2圖係顯示本發明實施形態的側光式的照明裝置之概略俯視圖。
第3圖係顯示第2圖的A-A線剖面圖。
第4圖係顯示形成在本發明實施形態的照明裝置的導光板底面的剖面為V字形的凹條之圖。
第5圖係顯示光射入形成在本發明實施形態的照明裝置的導光板底面的剖面為V字形的凹條的斜面並朝射出面側反射的樣子之圖。
第6圖係顯示在本發明實施形態的照明裝置底面的凹條的斜面反射的光於該凹條正上方的X-Z平面的射出光光度分佈之圖。
第7圖係顯示形成在本發明實施形態的照明裝置的導光板射出面的剖面形狀為直角三角形的射出控制圖案之圖。
第8圖係用來說明形成在導光板底面的凹條的斜面所反射的光中，穿過射出控制圖案的光及在射出控制圖案內全反射的光之圖。
第9A圖係顯示將本發明實施形態的側光式的照明裝置設置於天花板時的狀態之圖。
第9B圖係顯示將本發明實施形態的側光式的照明裝置設置於壁面時的狀態之圖。
第10圖係用來說明實施例1的照度異向性的評價值之圖。
第1圖係顯示本發明實施形態的側光式的照明裝置之概略立體圖，第2圖係顯示該照明裝置之概略俯視圖，第3圖係顯示第2圖的A-A線剖面圖。在本實施形態的側光式的照明裝置1中，係以X軸與正交於X軸的Y軸所構成的X-Y平面之法線為Z軸，以Z軸方向為光的射出方向。
如第1圖至第3圖所示，本實施形態的側光式的照明裝置1係具有：矩形的導光板2，係由透明樹脂(例如丙烯酸(acrylate)樹脂)等所形成的透明結構體；發光單元3a、3b，係分別配置在該導光板2的左右方向(Y軸方向)兩面(以下稱為「射入端面」)2a、2b側；反射片4，係設置在導光板2的背面(以下稱為「底面」)2c側；及射出控制圖案5，係形成在導光板2的前面(以下稱為「射出面」)2d。另外，在射出面2d的前面側亦可設置做為光學片的擴散片和保護罩。
將該照明裝置1設置在辦公室和住宅等的天花板時，反射片4側係位於天花板面，因射出控制圖案5而具有照度異向性的光束係從導光板2的射出面2d側朝向斜下方射出。
於導光板2的底面2c係有朝X軸方向延伸的凹條6以預定間距形成複數個。此外，於導光板2的射出面2d係有朝Y軸方向延伸且剖面形狀為直角三角形的射出控制圖案5以預定間距形成複數個(導光板2的細節於後詳述)。
做為一次光源的發光單元3a、3b係分別在導光板2的Y軸方向的兩側沿著X軸方向配置，且在各發光單元3a、3b內係沿導光板2的X軸方向以預定間隔排列成一直線的方式配置有複數個做為光源的LED(發光二極體)7。LED 7的配置間隔係例如數mm(毫米)至20mm程度。
從各發光單元3a、3b的各LED(光源)7發射出的光係從導光板2兩側的射入端面2a、2b往導光板2內的左右方向(Y軸方向)射出。
反射片4係具有使從導光板2兩側的射入端面2a、2b射入的光之中從導光板2的底面2c往外射出的光再度射入導光板2之功能。該反射片4係反射率95%以上者為佳，光利用效率高。反射片4的材質可舉出鋁、銀、不鏽鋼等的金屬箔和白色塗裝、發泡PET(polyethylene terephthalate；聚對苯二甲酸乙二酯)樹脂等。
(導光板2的底面2c的構成)
如第1圖所示，於導光板2的底面2c係形成有以預定間距形成的凹條6。該凹條6係形成為剖面形狀為V字形，並朝X軸方向延伸。如第4圖所示，剖面形狀為V字形的凹條6的頂角的角度範圍為90°至130°，而為了讓從導光板2的射出面2d射出的光能擁有較好的異向性，設定為95°至125°較佳(在第4圖中，凹條6的頂角為100°)。凹條6的高度(深度)係設定在0.001mm至0.1mm程度的範圍內。此外，該凹條6的圖案係隨著離射入端面2a、2b愈遠，形成得愈密集。
此外，形成在導光板2底面2c的凹條6並不需要是從導光板2的一端連至另一端的凹條，可為凹條6高度的數倍至數千倍程度者。
此外，從導光板2的射出面2d側射出的光的主要部分乃係由形成在導光板2底面2c的剖面為V字形的凹條6的斜面反射後從射出面2d射出的光。
此外，當如本實施形態將形成在導光板2底面2c的剖面為V字形的凹條6的頂角設定為100°時，於導光板2的射出面2d與底面2c一邊在平行於X-Y平面之面全反射一邊傳播的光之中係有光線如第5圖所示的光線C，射入設置在導光板2底面2c的V字形的凹條6的斜面。另外，在第5圖中，光線C相對於凹條6的斜面之仰角為10°，與Y軸的夾角為23°。
此外，前述光線C係在V字形的凹條6的斜面，朝於平行入射端面(X-Z平面)之面上與Z軸形成22°夾角之方向全反射，形成反射光C’反射至射出面2d側。
第6圖顯示的是將形成在導光板2底面2c的剖面為V字形的凹條6的頂角設定為100°時，在凹條6的斜面反射的光於該凹條6正上方的X-Z平面的射出光光度分佈。
如第6圖所示，係以X-Z平面上Z軸之方向(射出面2d的正面方向)為射出角度0°，而光度係在射出角度為15°至30°及-15°至-30°程度範圍內特別高。因此，在本實施形態中，係藉由形成在導光板2射出面2d的射出控制圖案5，控制光以例如該-15°至-30°程度範圍內的角度射出，以使照度分佈具有異向性。
(射出控制圖案5的構成)
如第7圖所示，形成在導光板2射出面2d的剖面形狀為直角三角形的射出控制圖案5係例如形成為邊a之長度為40μm(微米)、邊b之長度為17μm、傾斜角θ為23°。
此外，如第8圖所示，形成在導光板2底面2c的剖面為V字形的凹條6的斜面所反射的光之中，例如以相對於射出面2d的法線方向A成20°之角度(對應於第6圖的射出角度20°)射入射出控制圖案5的光L1係穿過形成在導光板2射出面2d的射出控制圖案5而射出。
另一方面，形成在導光板2底面2c的剖面為V字狀的凹條7的斜面所反射的光之中，以相對於射出面2d的法線方向A成-20°之角度(對應於第6圖的射出角度-20°)射入射出控制圖案5的光L2係在形成在導光板2射出面2d的射出控制圖案5內全反射而返回導光板2內。
如上述，能夠令以相對於射出面2d的法線方向A成20°之角度射入射出控制圖案5的光L1穿過形成在導光板2射出面2d的射出控制圖案5而射出、令以相對於射出面2d的法線方向A成-20°之角度射入射出控制圖案5的光L2在射出控制圖案5內全反射而不會從射出控制圖案5射出。藉此，便能夠從導光板2的射出面2d的射出控制圖案5，朝自導光板2的射入端面2a、2b射入的光其往導光板內部傳播之方向(Y軸方向)的正交方向(X軸方向的任一邊)射出具有照度異向性的光。
另外，在第7圖、第8圖中，剖面形狀為直角三角形的射出控制圖案5的傾斜角θ係設定為23°，但該傾斜角θ的範圍在15°至35°程度的範圍內同樣能夠從導光板2的射出面2d的射出控制圖案5射出具有照度異向性的光。
此外，在第1圖的照明裝置1中，導光板2的射入端面乃係2a、2b兩個相對向的面，但亦可為其中一方的入射端面。
藉此，如第9A圖所示，將前述照明裝置1設置在辦公室和住宅等的天花板10時，光束L從導光板 2的射出面2d的射出控制圖案5朝向斜下方射出，能夠以照度分佈具有異向性的光來照明特定範圍。此外，如第9B圖所示，將該照明裝置1垂直(照明裝置1的Y軸方向不變)設置在壁面11時，光束L從導光板2的射出面2d的射出控制圖案5朝向斜前方側射出，能夠以照度分佈具有異向性的光來照明特定範圍。此外，若將照明裝置1水平(照明裝置1的Y軸方向不變)設置在壁面11，使光束從導光板2的射出面2d的射出控制圖案5朝向斜上方射出，便能夠令射出的光束反射至天花板而以類似間接照明光的光來照明室內。
此外，將前述照明裝置1做為冰箱的內部LED照明而設置時，能夠以照度分佈具有異向性的光來照明冰箱內部。將前述照明裝置1做為冰箱的內部LED照明時，例如將照明裝置1垂直設置在冰箱內部的側面，藉此便能夠充分照亮冰箱內部的裡面側(與正面的冰箱門相對向的壁面側)。
接著，為了評價本發明的側光式的照明裝置產生的照度異向性等，製作了以下所示實施例1至3的照明裝置。
〔實施例〕 (實施例1)
按照WO2006/013969號公報的實施例所記載的方法，製作出射出面側的壓模(stamper)1，該壓模1形成有高度為0.017mm、底邊長0.040mm、底邊與斜面之夾角 為23°之剖面為直角三角形的凹條圖案，且在該凹條圖案與凹條圖案之間具有0.001mm的平坦部。
另一方面，底面側的壓模(以下稱為壓模2)係以預定間隔排列有高度為0.007mm、頂角為100°(傾斜角R=40°)的V字形圖案，同樣形成鎳電鑄層，將該原盤剝離下來而製作。
將上述壓模1及壓模2做為轉印模具組裝至射出成型機的模具固定側模穴(cavity)與模具可動側模穴，以射出成型法獲得導光板。所獲得的導光板的外寸的橫×縱×高為600×80×4(mm)。
該導光板的射出面的直角三角形之凸條係以高度為0.017mm、底邊長0.040mm、底邊與斜面之夾角為23°配置，而底面的V字形之凹條高度為0.007mm、相當於平均底角的凹條的射入端面側的平行於X軸之斜面相對於底面的平均斜度R為40°，且令V字形的凹條的間距大小變化，係從射入端面側的0.483mm逐漸平緩地減少至導光板中央部的0.137mm。
使用三肯(Sanken)電氣股份有限公司製的型號SEPWA2001的多晶片LED模組(外寸：13.7mm、發光長11.4mm)做為發光單元。
為了形成一次光源，等間隔(13.9mm)配置5個發光單元，以與該導光板底面的凹條圖案平行的端面為射入端面，以令該射入端面平行於X軸的方式配置，沿該相對向的兩射入端面配置一次光源。該發光單元係配置於相對向的兩射入端面，故共使用了2×5=10個。
此外，在導光板的底面配設反射片4(東麗(toray)股份有限公司製：型號E6SL)，並將上述構件收納至金屬框。此外，上方設置聚苯乙烯(polystyrene)製的支撐框，令其與背面的金屬框結合。將如此形成的照明裝置的各發光單元接上變流器(inverter)，再連接至100V插座而點亮發光單元。
在本發明品的照明裝置的從射出面中心往法線方向離500mm之位置，設有一與照明裝置的射出面平行的假想平面，以此假想平面為照度量測面，針對25mm×25mm網格的網格點，放置照度計(Konica Minolta股份有限公司製：T-10M)量測照度。
為了評價照度異向性，如第10圖所示，從導光板2的正下方位置將該照度量測面A分割成兩個區域，令各區域的X方向尺寸為300mm、Y軸方向尺寸為與導光板2的長邊相同尺寸的600mm，將區域內的照度量測值加總，令照度評價區域A1的照度總和值為EI、照度評價區域A2的照度總和值為EII，求出照度異向性的評價值EI/EII。
另外，係以讓照度評價區域A1位於異向出光方向上的方式設置導光板。量測結果，EI/EII為1.27，具有照度異向性。
(實施例2)
將實施例1的底面側的V字形圖案的高度0.007mm維持不變，改變頂角，以預定間隔排列，製作導光板。
將如表1所得的導光板組裝至與實施例1相同的照明裝置，利用數值計算求出照度異向性的評價結果並加以彙整。數值計數係訂定符合實施例1實測結果的條件進行。
V字形圖案的頂角為90°、95°、120°、130°、140°時，照度異向性的評價值EI/EII為1.1以上，顯現出異向性。但頂角為140°時，照度分佈不均，不適合做為照明裝置。
另一方面，V字形圖案的頂角為80°時，異向性的評價值EI/EII約等於1，未顯現照度異向性。
(實施例3)
變更實施例1的射出面側的直角三角形剖面的底邊與斜邊之夾角，製作出各種壓模，再搭配底面側的壓模2製作導光板。
將如表2所得的導光板組裝至與實施例1相同的照明裝置，利用數值計算求出異向性的評價結果並加以彙整。
射出面側的直角三角形剖面的底邊與斜邊之夾角分別為15°、33°時，照度異向性的評價值EI/EII為1.1以上，顯現出異向性。但直角三角形剖面的底邊與斜邊之夾角為10°時，異向性的評價值EI/EII約接近1，雖然有異向性但並不明顯。
此外，射出面側的直角三角形剖面的底邊與斜邊之夾角為40°時，照度異向性的評價值EI/EII為1.23，但觀察其照度分佈後，在別的位置也附帶出現照度分佈，使分佈劣化，將會有損做為照明裝置的品質。
(相關專利申請案的相互參考)
本專利申請案根據2012年4月5日向日本國特許廳提出的特願2012-86837號專利申請案主張優先權，並將其所有揭示內容經參照編入本說明書中。
1‧‧‧照明裝置
2‧‧‧導光板
2a、2b‧‧‧射入端面
2c‧‧‧底面
2d‧‧‧射出面
3a、3b‧‧‧發光單元
4‧‧‧反射片
5‧‧‧射出控制圖案
6‧‧‧凹條
7‧‧‧LED

Claims (4)

  1. 一種照明裝置，係在導光板的至少一方側面側設置一次光源，且前述導光板係具有射出面、與該射出面相對向的底面、及讓從至少設置在一側面的前述一次光源射出的光射入的射入端面之側光式的照明裝置，該照明裝置的特徵為：以X軸與正交於X軸的Y軸所構成的X-Y平面之法線為Z軸，前述一次光源係平行於X軸配置，前述導光板係平行於前述X-Y平面配置，前述導光板的射入端面係平行於X-Z平面；前述導光板係具有：以預定間距形成於前述底面且平行於X軸方向的複數個凹條圖案、及以預定間距形成於前述射出面且平行於Y軸方向複數個射出控制圖案；形成在前述導光板底面的前述凹條圖案係形成為剖面為V字形且頂角為90°至130°；前述射出控制圖案係形成為剖面形狀為直角三角形。
  2. 如申請專利範圍第1項之照明裝置，其中形成前述射出控制圖案的直角三角形剖面形狀的底邊與斜邊之夾角的範圍係設定為15°至35°。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項之照明裝置，其中前述凹條圖案係隨著離前述射入端面愈遠，配置得愈密集。
  4. 如申請專利範圍第1項之照明裝置，其中在前述照明裝置的底面側係具有將光予以反射的反射片。
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