TWI609153B - Lighting device - Google Patents

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TWI609153B
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Description

照明裝置
本發明係關於一種從配置於導光板一側的側面側之LED等的一次光源將光射入導光板內,再從該導光板一側的主面(射出面)射出光之邊緣發光(edge light)式照明裝置,尤其關於一種適合作為安裝於辦公室或住宅等的天花板面或壁面等所使用之照明器具或展示用照明器具之邊緣發光式照明裝置。
在液晶電視或個人電腦等之液晶顯示裝置係以邊緣發光式之背光為主流。邊緣發光式之背光係從配置於導光板之至少一側的側面側之一次光源(LED等)將光射入導光板內,再從該導光板一側的主面(射出面)整體射出光,藉此,可作為面狀的光射出。
因此,此邊緣發光式之背光係因為薄且易輕量化,所以近年來亦逐漸應用在安裝於辦公室或住宅等之天花板面等所使用的照明器具(例如,參照專利文獻1)。
尤其,LED係因為發光效率提升、價格低廉及藉LED之調光功能可配合生活形式的效果,所以將LED作為光源之照明器具急速普及(例如,參照專利文獻2)。
可是,在液晶顯示裝置所使用之面光源裝置 中,重視發光面的亮度均勻性,但是在照明裝置中,因為重視被照射面之照度均勻性,所以在照明裝置無法沿用在面光源所使用之技術,在照明裝置中,需要進行與面光源裝置相異的設計。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開平03-81907號公報
[專利文獻2]日本特開2013-30279號公報
在將如專利文獻1、2之邊緣發光式照明裝置安裝於辦公室或住宅等之天花板等作為照明器具使用的情況下,在此照明裝置,例如從正方形之導光板的主面(射出面)作為面狀的光射出,而可均勻照射照明裝置之正下方及其周邊。
可是,在如專利文獻1、2之邊緣發光式照明裝置中,因為從導光板的主面(射出面)所射出之面狀的光各向同性地擴大並照射,所以根據照明用途而有想令光度分布具有各向異性的情況下則無法對應。例如於百貨公司中,鞋子或手提包等商品多段陳列在高度方向。在將這些商品照明成如從周圍浮起時,從斜方向照射商品較佳,因此,使用複數個聚光燈等,但是因為需要確保架與架間的距離夠寬,所以陳列件數受到限制。
又,為了能使辦公室或住宅等之空間的亮度 看起來很明亮,而費心使用照明裝置讓壁面變得明亮。該照明裝置亦使用聚光燈,並安裝成從天花板突出、或埋入天花板面,但是具有不美觀、或安裝費用增高等的缺點。
因此,本發明之目的在於提供一種薄且輕量之邊緣發光式照明裝置,從該照明裝置所射出之光在光度分布具有各向異性,且可射出高光度的光。
為了達成該目的,在請求項1所記載之照明裝置係將一次光源設置於導光板一側的側面側之邊緣發光式照明裝置,該導光板具有射出面、與該射出面對向之底面,及設置於一側面之入射端面,該入射端面係使由該一次光源所射出之光射入,該照明裝置之特徵為:將由X軸、及與X軸正交之Y軸所構成之X-Y平面的法線作為Z軸,該一次光源係配置成與X軸平行,該導光板係配置成與該X-Y平面平行,該導光板之入射端面係與X-Z平面平行;該導光板係具有以既定間距形成於該底面之與X軸方向平行的複數個凹條模型、與以既定間距形成於該射出面之與Y軸方向平行的複數個凸條模型;該凹條模型設定成從該入射端面射入該導光板內的光被該底面之該凹條模型的斜面反射,且從該射出面所射出之射出光的光度在相對於Z軸方向之角度是25°~65°的範圍會成為最大。
在請求項2所記載之照明裝置,其特徵為:形 成於該導光板之底面的該凹條模型係被設定成截面為V字形且頂角為120°~165°。
在請求項3所記載之照明裝置係一次光源設置於導光板一側的側面側之邊緣發光式照明裝置,該導光板具有射出面、與該射出面對向之底面,及設置於一側面之入射端面,該入射端面係使由該一次光源所射出之光射入,該照明裝置之特徵為:將由X軸、及與X軸正交之Y軸所構成之X-Y平面的法線作為Z軸,該一次光源係配置成與X軸平行,該導光板係配置成與該X-Y平面平行,該導光板之入射端面係與X-Z平面平行;該導光板係具有以既定間距形成於該底面之與X軸方向平行的複數個凹條模型、與以既定間距形成於該射出面之與Y軸方向平行的複數個凸條模型;該凹條模型設定成從該入射端面射入該導光板內的光被該底面之該凹條模型的斜面反射,且從該射出面所射出之射出光的光度在相對於Z軸方向之角度是25°~65°的範圍會成為最大;形成於該導光板之射出面的該凸條模型係截面為雙凸透鏡形狀或梯形或者拋物線狀。
在請求項4所記載之照明裝置係一次光源設置於導光板一側的側面側之邊緣發光式照明裝置,該導光板具有射出面、與該射出面對向之底面,及設置於一側面之入射端面,該入射端面係使由該一次光源所射出之光射入,該照明裝置之特徵為:將由X軸、及與X軸正交之Y軸所構成之X-Y平面的法線作為Z軸,該一次光源係配置成與X軸平行,該導光板係配置成與該X-Y平面平 行,該導光板之入射端面係與X-Z平面平行;該導光板係具有以既定間距形成於該底面之與X軸方向平行的複數個凹條模型、與以既定間距形成於該射出面之與Y軸方向平行的複數個凸條模型;該凹條模型設定成從該入射端面射入該導光板內的光被該底面之該凹條模型的斜面反射,且從該射出面所射出之射出光的光度在相對於Z軸方向之角度是25°~65°的範圍會成為最大,而且該凹條模型係截面為V字形,且該頂角被設定成120°~165°;形成於該導光板之射出面的該凸條模型係截面為雙凸透鏡形狀或梯形或者拋物線狀。
在請求項5所記載之照明裝置,其特徵為:在該導光板之底面側具有反射光的反射片,在該導光板之射出面側具有均勻擴散光的擴散片。
在請求項6所記載之照明裝置,其特徵為:在該導光板之底面側,具有反射光的反射片。
若依據本發明之照明裝置,因為凹條模型設定成從入射端面射入導光板內的光被底面之凹條模型的斜面反射,且從射出面所射出之射出光的光度在相對於Z軸方向之角度是25°~65°的範圍會成為最大,所以可射出在光度分布具有各向異性且高光度的光。
因此,例如在百貨公司等在高度方向多段陳列鞋子或手提包等複數個商品的情況下,不是如以往般使用複數個聚光燈,而藉從一台該照明裝置所射出之光,從斜上方照射這些商品,可使得如從周圍浮起般。
又,即使在辦公室或住宅等在照明使用聚光燈的情況下,亦可使用替代聚光燈之可射出在光度分布具有各向異性且高光度的光之本發明的照明裝置,所以可與一般之照明器具一樣地易於安裝於天花板面等。
1‧‧‧照明裝置
2‧‧‧導光板
2a‧‧‧入射端面
2b‧‧‧底面
2c‧‧‧射出面
3‧‧‧發光單元
4‧‧‧反射片
5‧‧‧擴散片
6‧‧‧凹條(凹條模型)
7‧‧‧凸條(凸條模型)
8‧‧‧LED(一次光源)
第1圖係表示本發明之實施形態之邊緣發光式照明裝置之分解立體圖。
第2圖係第1圖之A-A線剖面圖。
第3圖係表示本實施形態之照明裝置的導光板之短邊側的示意側視圖。
第4圖係表示在本實施形態之照明裝置中使形成於導光板的底面之V字形凹條的頂角變化時從導光板之射出面所射出之光的光度分布之測量結果圖。
第5A圖係表示本實施形態之照明裝置的導光板底面側的圖。
第5B圖係表示第5A圖之B-B線剖面圖。
第6A圖係表示本實施形態之照明裝置之側面側的圖。
第6B圖係表示從導光板之射出面所射出之光的光度分布之測量結果圖。
第7圖係表示在本實施形態之變形例從導光板之射出面所射出之光的光度分布之測量結果圖。
第8A圖係表示在本實施形態之第1變形例形成於導光板底面之凹條的形狀圖。
第8B圖係表示在本實施形態之第2變形例形成於導光板底面之凹條的形狀圖。
第9圖係表示在本實施形態之第2變形例從導光板之射出面所射出之光的光度分布之測量結果圖。
[實施發明之形態]
第1圖係表示本發明之實施形態之邊緣發光式照明裝置之分解立體圖,第2圖係第1圖之A-A線剖面圖。在本實施形態之邊緣發光式照明裝置1中,將由X軸、及與X軸正交之Y軸所構成之X-Y平面的法線作為Z軸,Z軸方向作為光之射出方向。
如第1圖、第2圖所示,本實施形態之邊緣發光式照明裝置(以下僅稱為「照明裝置」)1係在主構成元件上包括由透明樹脂(例如丙烯酸樹脂)等所形成為透明構造體之長方形的導光板2、配置於該導光板2之左右方向(Y軸方向)的一側面(以下稱為「入射端面」)2a側的發光單元3、設置於導光板2之背面(以下稱為「底面」)2b側的反射片4、及配置於導光板2之前面(以下稱為「射出面」)2c側的擴散片5。
如第1圖所示,此照明裝置1之導光板2係長邊是X軸方向,沿著一側之長邊(X軸方向)配置發光單元3。此外,在將此照明裝置1配置於辦公室或住宅等之天花板面的情況中,反射片4側位於天花板面,從射出面2c側(擴散片5側)朝向斜下方射出後述之具有照度各向異性的光。
往X軸方向(長邊方向)所延伸之凹條6,乃以既定間距形成複數條在導光板2之底面2b。又,往Y軸方向(短邊方向)所延伸之凸條7的模型(關於導光板2之細節將後述),亦以既定間距形成複數條在Y軸方向(短邊方向),於導光板2之射出面2c。
作為一次光源之發光單元3係沿著X軸方向配置於導光板2的入射端面2a,在發光單元3內,沿著導光板2之X軸方向以既定間隔直線狀地配置複數個作為光源的LED(發光二極體)8。LED8之配置間隔係例如約數mm~20mm。
從發光單元3之各LED(光源)8所發出的光係從導光板2之入射端面2a朝向導光板2內的Y軸方向射入。
反射片4具有使從導光板2之入射端面2a側所射入的光中從導光板2之底面2b向外所射出的光再向導光板2射入的功能。此反射片4係反射率95%以上者,光的利用效率高而較佳。反射片4之材質係可列舉鋁、銀、不鏽鋼等之金屬箔、或白色塗裝、發泡PET(聚對苯二甲酸乙二酯)樹脂等。
設置於為導光板2之前面側(正面側)的射出面2c側的擴散片5係使從導光板2之射出面2c所射出的光適度地均勻化,具有抑制明暗不均而提升外觀的功能。
在辦公室或住宅之天花板面所使用的照明裝置係由於可直接以目視照明裝置之發光面,所以其外觀品質受到重視,因而使用1片至複數片擴散片5。此擴散片5可由具有擴散性之樹脂所製作的板狀物(例如PMMA 、PC等),亦可為將這些板進行熱成形並加工成三維形狀的保護蓋狀。
此外,對導光板2的射出面2c側之擴散片5的設置係不是必需,因應於照明裝置1之設置場所或用途等亦可省略擴散片5。
(導光板2的構成)
如第1圖所示,在導光板2之底面2b,形成有以既定間距所形成的凹條6。此凹條6係截面形狀為V字形(V槽狀),並往X軸方向延伸。如第3圖所示,在本實施形態,截面形狀為V字形之凹條6的頂角(θ)係被設定於120°~165°之範圍。又,凹條6的高度(深度)係被設定於約0.001~0.1mm之範圍內,更佳為被設定於0.003~0.02mm之範圍內。
在第1圖所示的照明裝置1中,在從導光板2之入射端面2a側所射入的光中,從導光板2的射出面2c所射出之光其主要者係藉形成於導光板2的底面2b之截面形狀為V字形之凹條6的斜面進行全反射,並對射出面2c之法線方向以既定射出角度(在本實施形態,如後述所示,將導光板2之射出面2c的正面方向(Z軸方向)作為射出角度0°時,射出角度為約+25°~+65°)射出的光。
又,在導光板2的射出面2c,以既定間距形成在本實施形態截面形狀為雙凸透鏡形狀的凸條7,並往Y軸方向延伸。此射出面2c之凸條7具有使相對射出面2c之法線方向以既定射出角度(在本實施形態,如後述所示,將導光板2之射出面2c的正面方向(Z軸方向)作為射出 角度0°時,射出角度為約+25°~+65°)射出的光透過並射出,再從底面2b之凹條6側以其他的射出角度射入凸條7的光在此凸條7內被全反射後,回到導光板2的功能。
依此方式,藉形成於導光板2的射出面2c之截面形狀為雙凸透鏡形狀的凸條7,可提升從射出面2c所射出之光的光度。
此外,形成於導光板2之射出面2c的凸條7係在本實施形態截面形狀為雙凸透鏡形狀,但是除此以外,亦可是截面形狀為梯形或拋物線狀。或者是根據下述之式(1)所規定的曲線亦可。
此外,此式(1)係不限定C~M之各參數的一般式,C~M中之至少一個不是0。尤其式(1)中之K係-1較佳。
第4圖係在第1圖所示的照明裝置1中,將形成於導光板2的射出面2c為雙凸透鏡形狀之凸條7的寬高比設定成20%,使於導光板2的底面2b形成V字形之凹條6的頂角(θ)變化(在110°~170°之間變化)時,從導光板2之射出面2c所射出的光之光度分布的測量結果。
此寬高比係描繪雙凸透鏡的垂直截面之圓的半徑設為R,形成雙凸透鏡之圓弧的頂點至弦的距離設為r,則以r/2R(%)所定義。此外,在此測量,照明裝置1之反射片4位於天花板面側,射出面2c側之擴散片5係被拆下。
在第4圖所示之光度分布的測量結果,如第5A圖、第5B圖所示,將導光板2之射出面2c的正面方向(Z軸方向)作為射出角度0°時,在Z-Y平面,Y軸方向之與發光單元3相反側係+90°,Y軸方向之發光單元3側係-90°。此外,第5B圖係第5A圖之B-B線剖面圖。在第5B圖,箭號A方向係在本實施形態之來自射出面2c之光的射出方向(與發光單元3相反側之斜下方側方向)。
在第4圖,a係凹條6之頂角(θ)為110°、b係凹條6之頂角(θ)為120°、c係凹條6之頂角(θ)為130°、d係凹條6之頂角(θ)為140°、e係凹條6之頂角(θ)為150°、f係凹條6之頂角(θ)為160°、g係凹條6之頂角(θ)為170°時的光度分布,並以凹條6之頂角(θ)為110°時的最大光度值予以規格化。
從第4圖所示之測量結果得知,在形成於導光板2的底面2b之V字形凹條6的頂角(θ)為110°的情況(第4圖之a),對Z軸方向之射出角度為約+20°,因為從射出面2c所射出之光為最大光度,所以射出光之各向異性係小。
又,在V字形凹條6的頂角(θ)為170°的情況(第4圖之g),在對Z軸方向之射出角度為約+65°~+70°,為最大光度,射出光之各向異性非常地高,但是從射出面2c所射出之光的最大光度比係約0.73,為低。又,在射出面2c之入射端面2a側亦射出一部分的光,而光度變高。依此方式,因為光度分布相對Z軸方向在兩方向具有各向異性,所以各方向的光度變低。
相對地,在V字形凹條6的頂角(θ)為120°~160°的情況(第4圖之b~f),在對Z軸方向的最大光度之射出角度為約+30°~+55°,從射出面2c所射出之光的最大光度比,為約0.92~0.97。
依此方式,藉由將形成於導光板2的底面2b之V字形凹條6的頂角(θ)設定於120°~160°,可使在光度分布具有各向異性且高光度的光從射出面2c(凸條7)射出。
而,在第6A圖所示,將擴散片5配置於導光板2的射出面2c側之本實施形態的照明裝置1(參照第1圖),測量了從導光板2的射出面2c在箭號A方向(與發光單元3相反側之斜下方側方向)所射出之光的光度分布時,得到如第6B圖所示的測量結果。
此外,在此光度分布之測量,將形成於導光板2的底面2b之V字形凹條6的頂角(θ)設為130°,並將形成於導光板2的射出面2c之雙凸透鏡形狀之凸條7的寬高比設定成20%。
在第6B圖所示之光度分布的測量結果,如第6A圖所示,將導光板2之射出面2c的正面方向(Z軸方向)作為射出角度0°時,在Z-Y平面,Y軸方向之與發光單元3相反側係+90°,Y軸方向之發光單元3側係-90°。
從第6B圖所示之測量結果得知,由將擴散片5配置於導光板2的射出面2c,使從射出面2c所射出之光擴散,可使具有各向異性之光度分布的範圍予以圓滑化。
(本實施形態之第1變形例)
第7圖係配置於導光板2之射出面2c的凸條7採用根據第1表定義在上述之數學式1所記載之各參數的曲面圖案,而形成於導光板2之底面2b的凹條6是由具有複數個相異之傾斜角的斜面所構成之多段V槽的情況之光度分布的測量結果。
第7圖所示之光度分布的測量結果係與第4圖相同,在第1圖所示的照明裝置1,將形成於導光板2的射出面2c之雙凸透鏡形狀之凸條7的寬高比設定成20%,並以形成於導光板2的底面2b之V字形凹條6之頂角(θ)為110°時的最大光度值予以規格化。
形成於底面2b之凹條6係如第8A圖所示,由凹條6之各斜面與底面2b所成的夾角Ri及段差Hi(i係多段V槽的段編號)為如第2表所示之6種的斜面所構成之多段V槽。此外,此第1變形例之凹條6係由複數個單一傾斜角之斜面所構成,但是亦可是以圓滑之曲線連接各頂點的曲面圖案。
在本光度分布的測量結果,在導光板2之射出面2c上無任何載置的情況下,對Z軸方向之射出角度為約+40°乃為最大光度,射出光之各向異性非常地高。
在如本光度分布形態所示各向異性高的情況,將採用本光度分布形態之導光板2裝入照明裝置,並設置於百貨公司等之商品展示架之架底的情況下,藉由最大光度之射出角度約+40°,可重點式地照明放置於相對導光板2之射出面2c的正面方向斜下方側之商品附近的特定範圍。因此,可將該商品照明成從周圍浮起般。
(本實施形態之第2變形例)
第9圖係配置於導光板2之射出面2c的凸條7採用根據第1表定義在上述之數學式1所記載之各參數的曲面圖案,而形成於導光板2之底面2b的凹條6則如第8B圖所示凹條6之各節點(Ai、Bi)圓滑地通過以第3表所定義的點之大致V字形之曲面圖案的情況之光度分布的測量結果。第9圖所示之光度分布的測量結果亦根據與第4圖及第7圖相同的方法規格化。
在第9圖所示之光度分布的測量結果中,在導光板2之射出面2c上無任何載置的情況,在對Z軸方向之射出角度為約+25°時為最大光度。
將採用本光度分布形態之導光板2裝入照明裝置,作為壁面照明,設置於辦公室或住宅等之天花板的情況下,藉由最大光度之射出角度是約+25°,可照亮壁面全部(從天花板與壁面之邊界至壁面與地面的邊界)。
依此方式,因為藉配置於導光板2之射出面2c的凸條7與形成於底面2b之凹條6的組合,可變更從導光板2之射出面2c(或擴散片5)所射出之光的各向異性,所以配合照明裝置之使用目的,選擇導光板2並裝入即可。
進而,該照明裝置1係邊緣發光式,而且藉將發光單元3僅設置於導光板2一側的側面(入射端面2a)的構成,可使照明裝置整體薄型化與輕量化。
[相關專利申請之相互參照]
本發明係主張根據於2013年5月10日向日本專利署所申請之特願2013-100025號的優先權,其全部之揭示係完全參照的方式併入本專利說明書。
1‧‧‧照明裝置
2‧‧‧導光板
2a‧‧‧入射端面
2b‧‧‧底面
2c‧‧‧射出面
3‧‧‧發光單元
4‧‧‧反射片
5‧‧‧擴散片
6‧‧‧凹條(凹條模型)
7‧‧‧凸條(凸條模型)
8‧‧‧LED(一次光源)

Claims (6)

  1. 一種照明裝置,係將一次光源設置於導光板一側的側面側之邊緣發光式照明裝置,該導光板具有射出面、與該射出面對向之底面,及設置於一側面之入射端面,其入射端面係使該一次光源所射出的光射入,該照明裝置之特徵為:將由X軸、與X軸正交之Y軸所構成之X-Y平面的法線作為Z軸,該一次光源係配置成與X軸平行,該導光板係配置成與該X-Y平面平行,該導光板之入射端面係與X-Z平面平行;該導光板係具有以既定間距形成於該底面之與X軸方向平行的複數個凹條模型、與以既定間距形成於該射出面之與Y軸方向平行的複數個凸條模型;該凹條模型設定成從該入射端面射入該導光板內的光被該底面之該凹條模型的斜面反射,且從該射出面所射出之射出光的光度在相對於Z軸方向之角度是25°~65°的範圍會成為最大。
  2. 如請求項1之照明裝置,其中形成於該導光板之底面的該凹條模型係被設定成截面為V字形且頂角為120°~165°。
  3. 一種照明裝置,係將一次光源設置於導光板一側的側面側之邊緣發光式照明裝置,該導光板具有射出面、與該射出面對向之底面,及設置於一側面之入射端面,該入射端面係使由該一次光源所射出之光射入,該照明裝置之特徵為: 將由X軸、與X軸正交之Y軸所構成之X-Y平面的法線作為Z軸,該一次光源係配置成與X軸平行,該導光板係配置成與該X-Y平面平行,該導光板之入射端面係與X-Z平面平行;該導光板係具有以既定間距形成於該底面之與X軸方向平行的複數個凹條模型、與以既定間距形成於該射出面之與Y軸方向平行的複數個凸條模型;該凹條模型設定成從該入射端面射入該導光板內的光被該底面之該凹條模型的斜面反射,且從該射出面所射出之射出光的光度在相對於Z軸方向之角度是25°~65°的範圍會成為最大;形成於該導光板之射出面的該凸條模型係截面為雙凸透鏡形狀或梯形或者拋物線狀。
  4. 一種照明裝置,係一次光源設置於導光板一側的側面側之邊緣發光式照明裝置,該導光板具有射出面、與該射出面對向之底面,及設置於一側面之入射端面,該入射端面係使由該一次光源所射出之光射入,該照明裝置之特徵為:將由X軸、與X軸正交之Y軸所構成之X-Y平面的法線作為Z軸,該一次光源係配置成與X軸平行,該導光板係配置成與該X-Y平面平行,該導光板之入射端面係與X-Z平面平行;該導光板係具有以既定間距形成於該底面之與X軸方向平行的複數個凹條模型、與以既定間距形成於該射出面之與Y軸方向平行的複數個凸條模型; 該凹條模型設定成從該入射端面射入該導光板內的光被該底面之該凹條模型的斜面反射,且從該射出面所射出之射出光的光度在相對於Z軸方向之角度是25°~65°的範圍會成為最大,而且該凹條模型係截面為V字形,該頂角被設定在120°~165°;形成於該導光板之射出面的該凸條模型係截面為雙凸透鏡形狀或梯形或者拋物線狀。
  5. 如請求項1至4中任一項之照明裝置,其中在該導光板之底面側具有反射光的反射片,在該導光板之射出面側具有將光均勻擴散的擴散片。
  6. 如請求項1至4中任一項之照明裝置,其中在該導光板之底面側,具有反射光的反射片。
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