WO2021117119A1 - 照明装置および拡散体 - Google Patents

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WO2021117119A1
WO2021117119A1 PCT/JP2019/048197 JP2019048197W WO2021117119A1 WO 2021117119 A1 WO2021117119 A1 WO 2021117119A1 JP 2019048197 W JP2019048197 W JP 2019048197W WO 2021117119 A1 WO2021117119 A1 WO 2021117119A1
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WO
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light
layer
refractive index
scattering layer
scattering
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PCT/JP2019/048197
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English (en)
French (fr)
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泰之 新田
覚 岡垣
佑輔 藤井
はるか 山▲崎▼
寺井　護
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三菱電機株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S2/00—Systems of lighting devices, not provided for in main groups F21S4/00 - F21S10/00 or F21S19/00, e.g. of modular construction
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/1336—Illuminating devices

Definitions

  • the present invention relates to a lighting device and a diffuser that emit light scattered by a scattering layer.
  • a lighting device that imitates natural light such as the blue sky scatters the light output from the light source with a scattering layer, and allows the observer to observe the scattered light.
  • the scattering layer is arranged at the bottom of the illuminating device, and the light source is arranged at the upper part of the illuminating device.
  • a filler that generates Rayleigh scattered light is dispersed in the base material of the scattering layer, and the Rayleigh scattered light scattered by the filler is emitted from the lower surface of the scattering layer.
  • the Rayleigh scattered light emitted in the scattering layer is not limited to the lower surface which is the target light emitting surface. , It is also emitted to the upper surface, and the amount of Rayleigh scattered light is greatly lost.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a lighting device that outputs natural light that does not impair the color feeling while efficiently using Rayleigh scattered light.
  • the lighting device of the present invention has a plate shape having a light source, an upper surface, a lower surface, and a side surface, and the light emitted by the light source is incident from the side surface and incident. It includes a scattering layer that emits scattered light generated by Rayleigh scattering of the generated light from the lower surface, and a reflection layer that is arranged at a position facing the upper surface and reflects the scattered light. Further, the lighting device of the present invention includes a low refractive index layer which is arranged between the scattering layer and the reflective layer and has a second refractive index lower than the first refractive index of the scattering layer, and is a reflective layer. Of these, the arithmetic average roughness of the surface of the surface facing the upper surface is 0.03 ⁇ m or more.
  • the lighting device according to the present invention has the effect of being able to output natural light that does not impair the color sense while efficiently using Rayleigh scattered light.
  • Sectional drawing which shows the structure of the lighting apparatus which concerns on embodiment
  • Sectional drawing which shows the structure of the layer between the reflection layer and the scattering layer of the lighting apparatus which concerns on embodiment. The figure for demonstrating the chromaticity of the lighting apparatus which concerns on embodiment
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the lighting device according to the embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of the lighting device according to the embodiment.
  • the lighting device 100 includes a diffuser 10, a light source 4, and a partition plate 8.
  • the lighting device 100 is an edge-incident type lighting device in which a light source 4 is arranged so as to face the side surface of the plate-shaped diffuser 10.
  • the light source 4 includes a substrate 41 and one or more light emitting elements arranged on the substrate 41.
  • An example of a light emitting element is an LED (light emitting diode: Light Emitting Diode) element 42.
  • the light source 4 has a plurality of LED elements 42 arranged in an array. The light source 4 outputs the light from the LED element 42 to the diffuser 10.
  • the diffuser 10 has, for example, a plate shape having a rectangular upper surface and a lower surface and four side surfaces.
  • the first side surface and the second side surface face each other, and the third side surface and the fourth side surface face each other.
  • the upper surface and the lower surface of the diffuser 10 may have a shape other than a rectangle such as a circle.
  • the diffuser 10 includes a reflective layer 1, a low refractive index layer 2, and a scattering layer 3.
  • the reflective layer 1, the low refractive index layer 2, and the scattering layer 3 are formed by using, for example, a plate-shaped member.
  • the upper surface of the reflective layer 1, the upper surface of the low refractive index layer 2, and the upper surface of the scattering layer 3 all have the same shape and the same size.
  • the upper surface of the scattering layer 3 and the low refractive index layer 2 are adjacent to each other, and the upper surface of the low refractive index layer 2 and the lower surface 12 of the reflective layer 1 are adjacent to each other.
  • the low refractive index layer 2 is provided on the lower surface 12 side (light emitting surface 32 side) of the reflective layer 1
  • the scattering layer 3 is provided on the lower surface side of the low refractive index layer 2.
  • the upper surface of the reflective layer 1, the upper surface of the low refractive index layer 2, and the upper surface of the scattering layer 3 are parallel to the XY plane, and the reflective layer 1, the low refractive index layer 2, and the scattering layer 3
  • the case where the stacking direction is the Z direction is shown.
  • the first side surface and the second side surface are extended in the X direction
  • the third side surface and the fourth side surface are extended in the Y direction. That is, the reflective layer 1, the low refractive index layer 2, and the scattering layer 3 each have two side surfaces extending in the X direction and two side surfaces extending in the Y direction.
  • the side on which the reflection layer 1 is arranged is referred to as the upper side of the lighting device 100, and the side on which the scattering layer 3 is arranged is referred to as the lower side of the lighting device 100. is there.
  • the scattering layer 3 is a layer that scatters the light incident from the light source 4.
  • the low refractive index layer 2 is a layer having a refractive index lower than that of the scattering layer 3.
  • the reflective layer 1 is a layer that reflects the scattered light 7 generated in the scattering layer 3 toward the scattering layer 3.
  • the scattering layer 3 has a light emitting surface 32 which is a lower surface, a back surface 33 which is an upper surface, and a side surface connecting the light emitting surface 32 and the back surface 33.
  • the light emitting surface 32 is a surface that emits light.
  • the back surface 33 is a surface (upper surface) opposite to the light emitting surface 32.
  • the back surface 33 and the light emitting surface 32 are parallel to each other.
  • the plate shape of the scattering layer 3 may be a shape other than a flat plate.
  • the plate shape of the scattering layer 3 may be, for example, a curved shape.
  • the plate shape of the scattering layer 3 may be a shape in which either one of the light emitting surface 32 and the back surface 33, or both of them are curved. This curved shape may be a convexly curved shape or a concavely curved shape.
  • One or more side surfaces of the scattering layer 3 are light incident surfaces 31. That is, when the scattering layer 3 has four side surfaces, at least one of the four side surfaces is the light incident surface 31. In the following description, a case where one side surface of the side surface of the scattering layer 3 is the light incident surface 31 will be described.
  • the light incident surface 31 is formed at the end of the scattering layer 3 in the X direction, and the light output from the light source 4 is incident. That is, the incident light 5 generated by the light source 4 is incident on the scattering layer 3 from the light incident surface 31 of the scattering layer 3. The incident light 5 guides the inside of the scattering layer 3.
  • the scattering layer 3 has a base material 34 and a filler 6.
  • the filler 6 is a particle having a size on the order of nanometers [nm], and causes Rayleigh scattering of incident light 5.
  • the filler 6 is, for example, spherical, but may have other shapes.
  • the filler 6 may be a true sphere or an ellipsoid.
  • the particle size of the filler 6 is preferably in the range of 1 nm or more and 300 nm or less. When the particle size of the filler 6 is 1 nm or less, the incident light 5 is hardly scattered and Rayleigh scattering is hardly generated. When the particle size of the filler 6 is 300 nm or more, Mie scattering occurs instead of Rayleigh scattering, so that the color feeling of Rayleigh scattering is impaired.
  • the particle size of the filler 6 is in the range of 60 nm or more and 150 nm or less.
  • the filler 6 dispersed in the base material 34 contains a plurality of types of fillers 6, the particle size of some of the fillers 6 does not have to be within the above range.
  • the base material 34 may contain micro-order light scattering particles that are particles other than the filler 6.
  • the filler 6 is, for example, an inorganic oxide.
  • This inorganic oxide is ZnO (zinc oxide: Zinc Oxide), TiO 2 (titanium dioxide (IV): Titanium Dioxide), ZrO 2 (zirconium dioxide), SiO 2 (silicon dioxide: Silicon Dioxide), Sb 2 One or more of O 5 (Diantimony Pentoxide), Al 2 O 3 (Dialuminium Trioxide) and the like.
  • the filler 6 scatters the incident light 5 to generate the scattered light 7. In other words, the filler 6 scatters the guided light to generate the scattered light 7.
  • the filler 6 may be, for example, an organic polymer.
  • the organic polymer is at least one of acrylic, styrene, urethane, polyester, polyethylene, melamine and the like.
  • the scattering layer 3 is formed by adding the filler 6 to the base material 34.
  • the base material 34 is formed of a material that transmits light.
  • the scattering layer 3 is formed by using, for example, a base material 34 containing a plurality of types of fillers 6.
  • the transmittance (that is, straight-line transmittance) of the incident light 5 at a light guide distance of 5 mm in the base material 34 is preferably 90% or more at the design wavelength. Further, the transmittance is more preferably 95% or more. Further, the transmittance is more preferably 99% or more.
  • the design wavelength refers to a predetermined wavelength among the wavelengths of the incident light 5 output from the light source 4.
  • the design wavelength is not limited to one wavelength, and may be a plurality of wavelengths. In this case, it is desirable that the above-mentioned straight transmittance value is satisfied at all of the design wavelengths.
  • the design wavelength may be, for example, a wavelength in the range of 450 nm to 650 nm. When the light source 4 is a white light source, the design wavelength is, for example, 450 nm, 550 nm, and 650 nm.
  • the base material 34 is a solid.
  • the base material 34 is formed of, for example, a resin plate using a thermoplastic polymer, a thermosetting resin, a photopolymerizable resin, or the like.
  • the resin plate is one or more of acrylic polymer, olefin polymer, vinyl polymer, cellulose polymer, amide polymer, fluorine polymer, urethane polymer, silicone polymer, imide polymer and the like.
  • a material or a plurality of materials can be used.
  • the base material 34 may be a liquid, a liquid crystal, a gel, a sol, or a gas.
  • the scattering layer 3 may be an organic hybrid resin or an inorganic hybrid resin.
  • the organic hybrid resin and the inorganic hybrid resin are, for example, a hybrid resin of a resin and an inorganic oxide.
  • the filler 6 is an inorganic oxide produced by sol-gel curing based on the base material 34.
  • the scattering layer 3 may be formed by coating, for example, one or both of the first surface and the second surface of the solid transparent base material with a thin film containing the filler 6. That is, the filler 6 may not be arranged on the entire base material 34, and the filler 6 may be arranged on the upper surface or the lower surface of the base material 34. In this case, the thin film is the scattering layer 3. Further, a hard coat layer having a hardness of 1H or more may be arranged on at least one surface of the lower surface, the upper surface, and the side surface of the scattering layer 3.
  • the light emitting surface 32, the back surface 33, and at least one of the side surfaces, which are the front surfaces of the diffuser 10, are transparent such as a scratch resistant coat, a weather resistant coat, an antireflection coat, an antifouling coat, and a heat shield coat. Functional coating or hard coating may be applied.
  • the incident light 5 guided in the scattering layer 3 is reflected by the light emitting surface 32 and the back surface 33 and guided.
  • the incident light 5 is guided by, for example, total reflection.
  • the light emitting surface 32 emits the scattered light 7 scattered by the filler 6. It is desirable that the light emitting surface 32 has high smoothness. This is because when the light emitting surface 32 has fine scratches or fine irregularities, the light guided through the diffuser 10 slightly leaks from the light emitting surface 32.
  • the light emitting surface 32 is a surface facing the observer side. In this case, the scattered light 7 emitted from the back surface 33 becomes a loss.
  • a reflection layer 1 that reflects light is arranged on the back surface 33 side of the scattering layer 3.
  • the reflective layer 1 is, for example, a white reflector.
  • the reflective layer 1 may be a colored reflector such as blue.
  • the incident light 5 emitted from the light source 4 is reflected inside the scattering layer 3 and travels in the light guide direction. Since the filler 6 is uniformly dispersed in the scattering layer 3, the scattered light 7 is generated when the incident light 5 hits the filler 6.
  • the scattered light 7 includes Rayleigh scattered light.
  • the light guide distance is light incident from the light incident surface 31 of the scattering layer 3. It is the distance to the facing surface 31.
  • the light guide direction of the incident light is the thickness direction of the scattering layer, that is, when the lighting device is a direct type type
  • the light guide distance is the length corresponding to the thickness of the scattering layer. The light guide distance is shorter than that of the device 100.
  • the frequency with which the incident light 5 comes into contact with the filler 6 increases, and the scattered light 7 is efficiently generated. Therefore, in the present embodiment, if the diffusers 10 have the same size, the filler concentration required to generate the same scattered light 7 can be reduced.
  • the filler concentration in the scattering layer is high, the distance between the particles becomes short, so that the particles tend to agglomerate. Then, when the size of the agglomerates of the particles becomes equal to the wavelength of the light, Mie scattering in the scattered light increases. In that case, the color feeling of Rayleigh scattered light is impaired, and the desired color cannot be expressed. Further, when the thickness of the scattering layer is increased to increase the light guide distance, the entire lighting device becomes large.
  • the filler concentration is appropriate so that scattered light 7, which is Rayleigh scattered light emitted efficiently, can be emitted to the lower surface of the scattering layer 3 while suppressing Mie scattering in the scattering layer 3.
  • the incident light 5 is incident from the side surface of the diffuser 10. As a result, the observer observes the Rayleigh scattered light efficiently generated by suppressing Mie scattering from the light emitting surface 32.
  • the scattered light 7 is also emitted on the upper surface of the scattering layer 3 and the like.
  • the scattered light 7 emitted from the upper surface (back surface 33) is first incident on the low refractive index layer 2, but when the incident angle of the scattered light 7 is an angle equal to or less than a certain level, the low refractive index is low. It is reflected by the layer 2 and returned to the lower surface of the scattering layer 3.
  • the scattered light 7 emitted from the upper surface of the scattering layer 3 passes through the low refractive index layer 2 when incident on a higher angle than a certain constant angle, is reflected by the reflecting layer 1, and is reflected on the lower surface of the scattering layer 3. Will be returned.
  • the incident angle of the scattered light 7 reflected by the low refractive index layer 2 is determined by the difference in refractive index between the scattered layer 3 and the low refractive index layer 2.
  • the role of the low refractive index layer 2 is to prevent the incident light 5 totally reflected in the scattering layer 3 from being reflected or scattered by the reflecting layer 1. If there is no low refractive index layer 2 and the reflective layer 1 is in direct contact with the upper surface of the scattering layer 3, the incident light 5 that is totally reflected in the scattering layer 3 is reflected by the reflective layer 1 directly above. Then, the reflected light is emitted from the light emitting surface 32. Since the reflected light of the incident light 5 has a higher emission intensity than the Rayleigh scattered light generated in the scattering layer 3, when the reflected light of the incident light 5 is emitted from the light emitting surface 32, the color feeling of the Rayleigh scattered light is impaired. Is done. In the present embodiment, since the low refractive index layer 2 is provided between the scattering layer 3 and the reflecting layer 1, the incident light 5 is totally reflected in the scattering layer 3 and cannot reach the reflecting layer 1.
  • a light-shielding partition plate 8 is installed below or around the light source 4 of the present embodiment so that the observer cannot directly see the light source 4. That is, the partition plate 8 separates the outside and the inside of the lighting device 100.
  • the partition plate 8 is arranged on the outer peripheral portion of the lower surface on the lower surface side of the scattering layer 3, for example.
  • the partition plate 8 is arranged on the side of the lower surface of the scattering layer 3 where the light source 4 is arranged.
  • the partition plate 8 may be arranged on both the side where the light source 4 is arranged and the side where the light source 4 is not arranged.
  • the partition plate 8 may be arranged on one circumference of the outer peripheral region of the lower surface of the scattering layer 3. That is, when the lower surface of the scattering layer 3 is rectangular, the partition plate 8 may be arranged on four sides of the lower surface of the scattering layer 3.
  • the shape of the lower surface of the partition plate 8 is an annular shape along the outer peripheral region of the lower surface of the scattering layer 3.
  • the lighting device 100 is installed on the ceiling, for example.
  • the lighting device 100 is installed on the ceiling so that the light emitting surface 32 faces the ground side. The observer observes the light emitted from the light emitting surface 32 by looking toward the ceiling.
  • the lighting device 100 may be installed on a wall or the like.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the configuration of the reflective layer included in the lighting device according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure between the reflection layer and the scattering layer of the lighting device according to the embodiment.
  • the lower surface 12 of the reflective layer 1 is shown on the upper side.
  • the lower surface 12 of the reflective layer 1 has a fine roughness. Specifically, a plurality of convex portions 11 are provided on the lower surface 12 of the reflective layer 1. As a result, when the reflective layer 1 is installed directly above the scattering layer 3, the reflective layer 1 and the scattering layer 3 do not completely adhere to each other due to the convex portion 11 which is a minute unevenness of the reflective layer 1, and the convex portion It is possible to provide the ultra-thin low refractive index layer 2 in the region corresponding to the height of 11. As a result, space saving can be realized, so that the lighting device 100 can be miniaturized.
  • At least three convex portions 11 may be provided on the lower surface 12 of the reflective layer 1.
  • the scattering layer 3 can support the reflecting layer 1 with at least three convex portions 11, so that a gap can be provided between the reflecting layer 1 and the scattering layer 3.
  • the convex portions 11 at the four corners of the lower surface 12 of the reflective layer 1, the low refractive index layer 2 can be provided in the gap between the reflective layer 1 and the scattering layer 3.
  • the upper surface and the side surface of the reflective layer 1 may have fine roughness. That is, the convex portion 11 may be provided on the upper surface and the side surface of the reflective layer 1.
  • the surface roughness Ra which is the arithmetic average roughness of the reflective layer 1, is preferably 0.03 ⁇ m or more.
  • the surface roughness Ra is smaller than 0.03 ⁇ m, the reflective layer 1 and the scattering layer 3 are in close contact with each other, and the low refractive index layer 2 is one in the plane in the region between the reflective layer 1 and the scattering layer 3. It disappears in a part or the whole surface.
  • the surface roughness Ra is preferably 0.2 ⁇ m or more.
  • the refractive index n 2 of the low refractive index layer 2 is lower than the refractive index n 3 of the scattering layer 3.
  • the refractive index n 3 of the scattering layer 3 is the first refractive index
  • the refractive index n 2 of the low refractive index layer 2 is the second refractive index. It is desirable that the difference in refractive index between the low refractive index layer 2 and the scattering layer 3 is (n 3- n 2) ⁇ 0.05.
  • the refractive index difference is smaller than 0.05, the incident light 5 totally reflected in the scattering layer 3 is not totally reflected depending on the angle of incidence on the low refractive index layer 2, but is transmitted to the low refractive index layer 2 and reflected. It is reflected by layer 1. Then, the reflected light of the incident light 5 reaches the observer, and the color feeling of the scattered light 7 including the Rayleigh scattered light is impaired.
  • the critical angle of the incident angle totally reflected in the scattering layer 3 is 75 °. At this time, if the incident angle emitted from the light source 4 is within 25 °, total reflection occurs. When the incident angle of the light source 4 is larger than 25 °, the incident angle can be changed by narrowing the incident angle with a narrowing angle lens or the like.
  • the difference in refractive index is ( n 3- n 2 ) ⁇ 0.3 rather than the case where (n 3- n 2) ⁇ 0.05. If (n 3- n 2 ) ⁇ 0.3, total reflection occurs at the incident angle of a general light source such as an LED.
  • the thickness t of the low refractive index layer 2 is 0 ⁇ t ⁇ 1 mm.
  • the thickness of the low refractive index layer 2 is 0 mm, that is, when the scattering layer 3 and the reflecting layer 1 are in perfect contact with each other, the incident light 5 is reflected by the reflecting layer 1, and the scattered light 7 including the Rayleigh scattered light 7
  • the low refractive index layer 2 must be thicker than 0 mm because it impairs the color feeling of the light. Therefore, the low refractive index layer 2 of the present embodiment is thicker than 0 mm.
  • the thickness of the low refractive index layer 2 is 1 mm or more, the inside of the illuminating device 100 can be seen when the observer looks at the illuminating device 100 from the outside of the illuminating device 100 at an angle close to the side, and the illuminating device 100 Looks bad. Therefore, it is desirable that the low refractive index layer 2 of the present embodiment is thinner than 1 mm.
  • the light source 4 is an LED
  • the incident light 5 from the light source 4 is directly applied to the reflecting layer 1
  • the reflected light by the reflecting layer 1 of the incident light 5 reaches the observer, and the Rayleigh scattered light.
  • the color feeling of is impaired. Therefore, in the lighting device 100, when the light source 4 is an LED, the incident light 5 from the light source 4 is not directly irradiated to the reflection layer 1.
  • the thickness of the low refractive index layer 2 may be determined based on the surface roughness Ra or unevenness of the reflective layer 1, or is low when the material of the low refractive index layer 2 is adhesive or adhesive. It may be adjusted by utilizing the property of the material of the refractive index layer 2. Further, the thickness of the low refractive index layer 2 may be adjusted by using a spacer or the like.
  • the low refractive index layer 2 is a low refractive index resin such as a fluoropolymer, a silicone polymer, an acrylic polymer, polypropylene, or a urethane polymer. Further, the low refractive index layer 2 may be a solid such as gala or a liquid such as water, methyl alcohol, ethanol, acetone or acetic acid. Further, the low refractive index layer 2 may be a gas such as air, helium, nitrogen or oxygen, or may be an aerosol, gel or the like.
  • the light source 4 emits light having a correlated color temperature of T ci.
  • the correlated color temperature T ci is, for example, 6500K (Kelvin).
  • the correlated color temperature T ci may be 5000K.
  • the "correlated color temperature” means the color temperature of blackbody radiation that appears to be the closest color to the color of the illuminant.
  • the light source 4 may be, for example, a light source that emits white light as light having a correlated color temperature T ci.
  • Each of the plurality of LED elements 42 included in the light source 4 is configured to emit light having the same correlated color temperature T ci.
  • the light source 4 may include a plurality of types of LED elements 42 that emit light having a correlated color temperature T ci different from each other.
  • the light emitted by the plurality of LED elements 42 may include three colors of light, red light, green light, and blue light.
  • the LED element 42 of the light source 4 includes an LED element 42 that emits red light, an LED element 42 that emits green light, and an LED element 42 that emits blue light.
  • the light emitted by the plurality of LED elements 42 may include light of three colors of white light, green light, and blue light.
  • the LED element 42 of the light source 4 includes an LED element 42 that emits white light, an LED element 42 that emits green light, and an LED element 42 that emits blue light.
  • the light emitted by the plurality of LED elements 42 may include four colors of light: white light, green light, blue light, and orange light.
  • the LED element 42 of the light source 4 includes an LED element 42 that emits white light, an LED element 42 that emits green light, an LED element 42 that emits blue light, and an LED element 42 that emits orange light. ..
  • Each of the plurality of LED elements 42 may be independently on-controlled and off-controlled. Further, each of the plurality of LED elements 42 may independently perform light emission amount control, or may independently perform light emission color control. That is, each of the plurality of LED elements 42 may independently perform at least one of on-off control, light emission amount control, and light emission color control. With these controls, the illuminator 100 can represent not only the blue sky but also the evening or post-sunset sky.
  • the light source 4 can emit white light by executing independent on control and off control for each of the LED elements 42, light emission amount control, and light emission color control.
  • the color of the light output from the light source 4 may be a color other than white.
  • the control circuit that controls the light source 4 can adjust the spectrum of white light or emit light other than white by independently controlling each of the plurality of LED elements 42. ..
  • the combination of emission colors of the LED element 42 included in the light source 4 is not limited to the above-mentioned combination.
  • the light source 4 can include an LED element 42 that emits light of one or more of white light, green light, and orange light.
  • the light source 4 can include an LED element 42 that emits light of one or more of white light, green light, orange light, and blue light.
  • the light source 4 can include an LED element 42 that emits white light having a low color temperature and an LED element 42 that emits white light having a high color temperature.
  • the difference in color temperature between the white light having a high color temperature and the white light having a low color temperature is, for example, 2500 K or more.
  • the difference in color temperature between the white light having a high color temperature and the white light having a low color temperature may be 4000 K or more.
  • the difference in color temperature between the white light having a high color temperature and the white light having a low color temperature may be 8500K.
  • the correlated color temperature T cwh of white light having a high color temperature is, for example, 6500 K or more.
  • An example of the correlated color temperature T cwh of white light having a high color temperature is 11000K.
  • the correlated color temperature T cwl of white light having a low color temperature is, for example, 2000 K or more.
  • An example of the correlated color temperature T cwl of white light with a low color temperature is 4000K.
  • the color temperature of the incident light 5 incident on the light incident surface 31 or the light emitted by each LED element 42 is larger than the black body locus on the chromaticity diagram (for example, CIE (International Lighting Commission) 1931 chromaticity diagram). When it is out of the range and it is difficult to express by the correlated color temperature, the color temperature of light is not limited to the above value.
  • the light source 4 has a light emitting surface that emits light.
  • the light emitting surface of the light source 4 may be arranged at a position facing the light incident surface 31, or may be arranged at a position facing the light emitting surface 32.
  • the scattered light 7 may be emitted from the light emitting surface 32 or from the side surface facing the light incident surface 31.
  • the light source 4 may be arranged on a plurality of side surfaces of the scattering layer 3. In this case, each light source 4 is arranged at a position facing each light incident surface 31.
  • the chromaticity of the scattered light 7 emitted by the diffuser 10 of the present embodiment will be described.
  • the chromaticity measured by manufacturing and measuring the first diffuser 10 of the present embodiment, the second diffuser 10 of the present embodiment, and the diffuser of the comparative example will be described. It is assumed that the diffuser of the comparative example includes the scattering layer 3 and the low refractive index layer 2 similar to the diffuser 10 of the present embodiment.
  • the first diffuser 10 of the present embodiment, the second diffuser 10 of the present embodiment, and the diffuser of the comparative example may be referred to as three diffusers.
  • the low refractive index layer 2 is an air layer.
  • the thickness of these low refractive index layers 2 depends on the surface roughness Ra of each reflective layer 1, and all of them are 1 mm or less.
  • the difference in refractive index between the scattering layer 3 and the low refractive index layer 2 is (n 3- n 2 ) ⁇ 0.3.
  • a white LED having a correlated color temperature of 6500 K was arranged as a light source 4 so that light could enter from the side surface of the scattering layer 3.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the chromaticity of the lighting device according to the embodiment.
  • FIG. 5 shows the correspondence between the surface roughness Ra of the three diffusers and the chromaticity coordinates.
  • the chromaticity was measured at a location 100 mm away from the light source 4 in a plane parallel to the XY plane.
  • FIG. 5 shows the measurement results of the chromaticity for the three diffusers.
  • the adhesion between the scattering layer 3 and the reflecting layer 1 is confirmed, and the reflected light of the incident light 5 emitted from the adhered portion causes the white LED of the light source 4 to adhere. It became a close color.
  • the lighting device 100 includes the scattering layer 3, the low refractive index layer 2, and the reflecting layer 1, and the lower surface of the reflecting layer 1 facing the back surface 33 of the scattering layer 3. Since the surface roughness Ra of 12 is 0.03 ⁇ m or more, the diffuser 10 can output natural light that does not impair the color feeling while efficiently using Rayleigh scattered light.
  • the light source 4 is arranged on the side surface portion of the diffuser 10, the thickness of the lighting device 100 can be suppressed. Further, in the embodiment, since the partition plate 8 is arranged on the light emitting surface 32 side of the scattering layer 3, the scattered light 7 is not observed by the observer from other than the light emitting surface 32.
  • the configuration shown in the above-described embodiment shows an example of the content of the present invention, can be combined with another known technique, and is one of the configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.

Abstract

照明装置（１００）が、光源（４）と、上面と下面と側面とを有する板形状であるとともに、光源（４）が照射した入射光（５）が側面から入射され、入射光（５）をレイリー散乱させることで発生させた散乱光（７）を下面から出射する散乱層（３）と、散乱層（３）の上面に対向する位置に配置されて散乱光（７）を反射する反射層（１）と、散乱層（３）と反射層（１）との間に配置されて、散乱層（３）が有する第１の屈折率よりも低い第２の屈折率を有する低屈折率層（２）と、を備え、反射層（１）のうち散乱層（３）の上面に対向する面の表面の算術平均粗さが０．０３μｍ以上である。

Description

照明装置および拡散体
　本発明は、散乱層で散乱させた光を出射する照明装置および拡散体に関する。
　青空といった自然光を摸擬する照明装置は、光源から出力された光を散乱層で散乱させ、散乱させた光を観測者に観測させている。
　特許文献１に記載の照明装置では、散乱層が照明装置の底部に配置され、光源が照明装置の上部に配置されている。この照明装置では、例えばレイリー散乱光を発生させるフィラーが、散乱層の母材中に分散されており、フィラーで散乱されたレイリー散乱光を散乱層の下面から出射している。
特開２０１５－２０７５５４号公報
　しかしながら、レイリー散乱光は、全方位に対して光を放出するので、上記特許文献１の照明装置では、散乱層中で発せられたレイリー散乱光が、目的の光出射面である下面だけでなく、上面にも発せられてしまい、レイリー散乱光の光量を大幅にロスしてしまう。効率良くレイリー散乱光を利用するためには、拡散層の上面に反射層を設置し、光源から出力された光を散乱層の側面から入射させることが考えられるが、散乱層と反射層とが密着してしまうと、散乱層中に入射した光の直達光、または散乱層中で全反射している白色光が、反射層で拡散されてしまう。この場合、散乱層の下面から出射される光の発光色が白みを帯びてしまい、レイリー散乱光独特の色感を損なってしまう。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、レイリー散乱光を効率良く利用しつつ、色感を損なわない自然光を出力する照明装置を得ることを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の照明装置は、光源と、上面と下面と側面とを有する板形状であるとともに、光源が照射した光が側面から入射され、入射された光をレイリー散乱させることで発生させた散乱光を下面から出射する散乱層と、上面に対向する位置に配置されて散乱光を反射する反射層と、を備える。また、本発明の照明装置は、散乱層と反射層との間に配置されて、散乱層が有する第１の屈折率よりも低い第２の屈折率を有する低屈折率層を備え、反射層のうち上面に対向する面の表面の算術平均粗さが０．０３μｍ以上である。
　本発明にかかる照明装置は、レイリー散乱光を効率良く利用しつつ、色感を損なわない自然光を出力することができるという効果を奏する。
実施の形態にかかる照明装置の構成を示す断面図 実施の形態にかかる照明装置の構成を示す斜視図 実施の形態にかかる照明装置が備える反射層の構成を示す斜視図 実施の形態にかかる照明装置の反射層と散乱層との層間の構成を示す断面図 実施の形態にかかる照明装置の色度を説明するための図
　以下に、本発明の実施の形態にかかる照明装置および拡散体を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態．
　図１は、実施の形態にかかる照明装置の構成を示す断面図である。図２は、実施の形態にかかる照明装置の構成を示す斜視図である。照明装置１００は、拡散体１０、光源４、および仕切板８を備えている。照明装置１００は、板状の拡散体１０の側面に対向するよう光源４が配置されたエッジ入射方式の照明装置である。
　光源４は、基板４１と、基板４１上に配置された１つ以上の発光素子を備えている。発光素子の例は、ＬＥＤ（発光ダイオード：Light　Emitting　Diode）素子４２である。図２の例では、光源４は、アレイ状に配列された複数のＬＥＤ素子４２を有している。光源４は、ＬＥＤ素子４２からの光を拡散体１０に出力する。
　拡散体１０は、例えば、矩形の上面および下面と、４つの側面とを有した板形状である。この場合、拡散体１０が有する４つの側面のうち第１の側面と第２の側面とが対向し、第３の側面と第４の側面とが対向する。なお、拡散体１０の上面および下面は、円形などの矩形以外の形状であってもよい。
　拡散体１０は、反射層１と、低屈折率層２と、散乱層３とを備えている。反射層１、低屈折率層２、および散乱層３は、例えば板状の部材を用いて構成されている。反射層１の上面、低屈折率層２の上面、および散乱層３の上面は、いずれも同じ形状で同じ大きさである。
　拡散体１０では、散乱層３の上面と低屈折率層２とが隣接し、低屈折率層２の上面と反射層１の下面１２とが隣接している。換言すると、拡散体１０では、反射層１の下面１２側（光出射面３２側）に低屈折率層２が設けられており、低屈折率層２の下面側に散乱層３が設けられている。
　図１および図２では、反射層１の上面、低屈折率層２の上面、および散乱層３の上面がＸＹ平面に平行であり、反射層１、低屈折率層２、および散乱層３の積層方向がＺ方向である場合を示している。拡散体１０が有する４つの側面のうち第１の側面および第２の側面がＸ方向に延設され、第３の側面および第４の側面がＹ方向に延設されている。すなわち、反射層１、低屈折率層２、および散乱層３は、それぞれＸ方向に延びる２つの側面と、Ｙ方向に延びる２つの側面とを有している。なお、以下の説明では、拡散体１０のうち、反射層１の配置されている側を照明装置１００の上側といい、散乱層３の配置されている側を照明装置１００の下側という場合がある。
　散乱層３は、光源４から入射された光を散乱させる層である。低屈折率層２は、屈折率が散乱層３の屈折率よりも低い層である。反射層１は、散乱層３で発生した散乱光７を散乱層３側に反射する層である。
　散乱層３は、下面である光出射面３２と、上面である背面３３と、光出射面３２と背面３３とを繋ぐ側面とを有している。光出射面３２は、光を出射する面である。背面３３は、光出射面３２とは反対側の面（上面）である。背面３３と光出射面３２とは平行である。
　なお、散乱層３の板形状は、平板以外の形状であってもよい。散乱層３の板形状は、例えば、湾曲した形状であってもよい。散乱層３の板形状は、光出射面３２および背面３３のいずれか一方、またはこれらの両方が湾曲した形状であってもよい。この湾曲した形状は、凸に湾曲した形状であってもよいし、凹に湾曲した形状であってもよい。
　散乱層３が有する側面のうちの１つ以上の側面が光入射面３１である。すなわち、散乱層３が４つの側面を有している場合、４つの側面のうちの少なくとも１面が光入射面３１である。以下の説明では、散乱層３が有する側面のうちの１つの側面が光入射面３１である場合について説明する。
　光入射面３１は、散乱層３のＸ方向の端部に形成され、光源４から出力された光が入射される。すなわち、光源４で発生した入射光５は、散乱層３の光入射面３１から散乱層３内に入射する。入射光５は、散乱層３内を導光する。
　散乱層３は、基材３４とフィラー６とを有する。フィラー６は、ナノメートル［ｎｍ］オーダーの大きさを持つ粒子であり、入射光５をレイリー散乱させる。フィラー６は、例えば球形であるが、他の形状であってもよい。フィラー６は、真球または楕円体であってもよい。フィラー６の粒子径は、１ｎｍ以上３００ｎｍ以下の範囲内であることが望ましい。フィラー６の粒子径が１ｎｍ以下である場合、入射光５がほとんど散乱することがなく、レイリー散乱がほとんど生じない。フィラー６の粒子径が３００ｎｍ以上である場合、レイリー散乱ではなくミー散乱が生じてしまうので、レイリー散乱の色感が損なわれる。
　また、フィラー６の粒子径は、６０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の範囲内であることがより望ましい。ただし、基材３４内に分散されるフィラー６が、複数種類のフィラー６を含む場合などには、一部のフィラー６の粒子径は、上記範囲内でなくてもよい。例えば、基材３４内に、フィラー６以外の粒子であるマイクロオーダーの光散乱粒子が含まれていてもよい。
　フィラー６は、例えば、無機酸化物である。この無機酸化物は、ＺｎＯ（酸化亜鉛：Zinc　Oxide）、ＴｉＯ2（二酸化チタン(IV)：Titanium　Dioxide）、ＺｒＯ2（二酸化ジルコニウム：Zirconium　Dioxide）、ＳｉＯ2（二酸化ケイ素：Silicon　Dioxide）、Ｓｂ2Ｏ5（五酸化二アンチモン：Diantimony　Pentoxide）、Ａｌ2Ｏ3（三酸化二アルミニウム：Dialuminium　Trioxide）などのいずれか１つ以上である。フィラー６は、入射光５を散乱させて散乱光７を生成する。言い換えれば、フィラー６は、導光される光を散乱させて散乱光７を生成する。
　フィラー６は、例えば、有機系ポリマーでもよい。この有機系ポリマーは、アクリル系、スチレン系、ウレタン系、ポリエステル系、ポリエチレン系、メラミン系などのいずれか１つ以上である。
　基材３４中では、フィラー６が分散されている。散乱層３は、フィラー６が基材３４に添加されることによって形成される。基材３４は、光を透過する材料から形成される。散乱層３は、例えば、複数種類のフィラー６を含んだ基材３４を用いて形成される。
　基材３４中の導光距離５ｍｍにおける入射光５の透過率（すなわち、直進透過率）は、設計波長において９０％以上であることが好ましい。また、この透過率は、９５％以上であることがより好ましい。また、この透過率は、９９％以上であることが一層好ましい。ここで、設計波長は、光源４から出力される入射光５の波長のうち予め定められた波長をいう。設計波長は、１つの波長に限定されず、複数の波長であってもよい。この場合、上記の直進透過率の値は、設計波長の全てにおいて満たされることが望ましい。設計波長は、例えば、４５０ｎｍから６５０ｎｍまでの範囲内の波長であればよい。光源４が白色光源である場合は、設計波長は、例えば、４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、および６５０ｎｍのいずれかである。
　基材３４は、固体である。基材３４は、例えば、熱可塑性ポリマー、熱硬化性樹脂、または光重合性樹脂などを用いた樹脂板から形成されている。また、樹脂板としては、アクリル系ポリマー、オレフィン系ポリマー、ビニル系ポリマー、セルロース系ポリマー、アミド系ポリマー、フッ素系ポリマー、ウレタン系ポリマー、シリコーン系ポリマー、イミド系ポリマーなどのうちの１つ以上の材料または複数の材料を用いることができる。なお、基材３４は、液体、液晶、ゲル、ゾルまたは気体であってもよい。
　散乱層３は、有機ハイブリッド樹脂または無機ハイブリッド樹脂であってもよい。有機ハイブリッド樹脂および無機ハイブリッド樹脂は、例えば、樹脂と無機酸化物とのハイブリッド樹脂である。この場合、フィラー６は、基材３４をベースとしてゾル‐ゲル硬化によって生成された無機酸化物である。
　また、散乱層３は、例えば、固体の透明基材の第１表面および第２表面のいずれか一方または両方に、フィラー６を含む薄膜をコーティングして形成されてもよい。すなわち、基材３４の全体にフィラー６が配置されていなくてもよく、基材３４の上面または下面にフィラー６が配置されていてもよい。この場合、薄膜が散乱層３である。また、散乱層３の下面、上面、および側面の少なくとも１面には、硬度１Ｈ以上のハードコート層が配置されてもよい。
　拡散体１０の前面である光出射面３２、背面３３、および側面の少なくともいずれかの面に、耐擦傷性コート、対候性コート、反射防止コート、防汚コート、遮熱コートなど、透過性の機能性コーティングまたはハードコーティングが施されてもよい。
　散乱層３内を導光される入射光５は、光出射面３２と背面３３とで反射されて導光される。入射光５は、例えば、全反射によって導光される。
　光出射面３２は、フィラー６で散乱された散乱光７を出射する。光出射面３２は、高い平滑性を有することが望ましい。これは、光出射面３２に微細な傷または微細な凹凸が生じた場合には、拡散体１０内を導光される光が、光出射面３２より僅かに漏れ出るからである。
　光出射面３２は、観測者側に向けられる面である。この場合、背面３３から出射する散乱光７は、損失となる。照明装置１００では、背面３３から出射する散乱光７を利用するために、散乱層３の背面３３側に光を反射する反射層１が配置されている。反射層１は、例えば、白色反射体である。反射層１は、青色などの有色反射体でもよい。
　照明装置１００では、光源４より発せられた入射光５が、散乱層３内部で反射して導光方向に向かって進む。散乱層３中にはフィラー６が均一に分散されているので、入射光５がフィラー６に当たると散乱光７が発生する。散乱光７にはレイリー散乱光が含まれる。
　本実施の形態では、照明装置１００が、拡散体１０の側面から入射光５を入射する構成（エッジ入射方式）であるので、導光距離は、散乱層３の光入射面３１から、光入射面３１の対面までの距離となる。入射光の導光方向が、散乱層の厚み方向である場合、すなわち、照明装置が直下型方式である場合、導光距離は散乱層の厚み分の長さとなるので、本実施の形態の照明装置１００と比較して導光距離が短くなる。
　照明装置１００のように導光距離が長くなることで、入射光５がフィラー６と接触する頻度が上がり、散乱光７が効率良く発生する。そのため、本実施の形態では、拡散体１０が同じサイズであれば、同等の散乱光７を発生させるのに必要なフィラー濃度を低くすることができる。
　散乱層中のフィラー濃度が高いと、粒子間の距離が近くなるので、粒子の凝集が生じやすくなる。そして、粒子の凝集体のサイズが光の波長と同等になると、散乱光中のミー散乱が多くなってしまう。そうなるとレイリー散乱光の色感が阻害され、目的の色が表現できなくなる。また、散乱層の厚みを増やして導光距離を長くする場合には、照明装置全体が大型となってしまう。本実施の形態の照明装置１００は、散乱層３内のミー散乱を抑制しつつ、効率良く発せられたレイリー散乱光である散乱光７を散乱層３の下面に出射できるよう、フィラー濃度が適切に調整されており、拡散体１０の側面から入射光５を入射させる。これにより、観測者は、ミー散乱が抑制され効率良く発生したレイリー散乱光を、光出射面３２から観測することとなる。
　ところで、レイリー散乱光は全方位に発せられるので、散乱光７は散乱層３の上面などにも発せられる。この上面（背面３３）に発せられた散乱光７は、まず低屈折率層２に入射されることになるが、この散乱光７の入射角度がある一定以下の角度である場合は低屈折率層２で反射し、散乱層３の下面に返される。一方、散乱層３の上面に発せられた散乱光７は、ある一定角よりも高角に入射されると低屈折率層２を透過し、反射層１で反射されて、散乱層３の下面に返されることとなる。低屈折率層２で反射される散乱光７の入射角度は散乱層３と低屈折率層２との屈折率差によって決まる。
　低屈折率層２の役割は、散乱層３中で全反射している入射光５を反射層１で反射または散乱させないことである。仮に低屈折率層２がなく、散乱層３の上面に反射層１が直接密着する構成であった場合、散乱層３中で全反射している入射光５が直上の反射層１で反射してしまい、その反射光が光出射面３２から出射される。入射光５の反射光は散乱層３中で発生したレイリー散乱光よりも発光強度が高いので、入射光５の反射光が光出射面３２から出射されると、レイリー散乱光の色感が損なわれる。本実施の形態では、散乱層３と反射層１との間に低屈折率層２が設けられているので、入射光５は散乱層３中で全反射し、反射層１まで到達できない。
　また、本実施の形態の光源４の下部または周囲には、遮光性の仕切板８が設置されており、観測者が光源４を直接視認できないようになっている。すなわち、仕切板８は、照明装置１００の外部と内部とを隔てている。仕切板８は、例えば、散乱層３の下面側で下面の外周部に配置されている。
　散乱層３の下面が矩形である場合、仕切板８は、散乱層３の下面のうちの光源４の配置される辺に配置される。なお、仕切板８は、光源４が配置されている辺と、光源４が配置されていない辺と、の両方に配置されてもよい。例えば、仕切板８は、散乱層３の下面のうちの外周領域の１周分に配置されてもよい。すなわち、散乱層３の下面が矩形である場合、仕切板８は、散乱層３の下面のうちの４つの辺に配置されてもよい。この場合、仕切板８の下面形状は、散乱層３の下面のうちの外周領域に沿った環状である。
　照明装置１００は、例えば天井に設置される。この場合、光出射面３２が地面側を向くよう、照明装置１００が天井に設置される。観測者は、天井方向を見ることによって、光出射面３２から出射される光を観測することとなる。なお、照明装置１００は、壁などに設置されてもよい。
　図３は、実施の形態にかかる照明装置が備える反射層の構成を示す斜視図である。図４は、実施の形態にかかる照明装置の反射層と散乱層との層間の構成を示す断面図である。図３では、反射層１の下面１２を上側にして図示している。
　反射層１の下面１２は、細かな粗さを有している。具体的には、反射層１の下面１２に複数の凸部１１が設けられている。これにより、散乱層３の直上に反射層１が設置された場合に、反射層１の微小凹凸である凸部１１によって反射層１と散乱層３とが完全に密着することはなく、凸部１１の高さ分の領域に極薄の低屈折率層２を設けることが可能となる。これにより省スペース化を実現できるので、照明装置１００を小型化することができる。
　反射層１の下面１２には、少なくとも３つの凸部１１があればよい。これにより、散乱層３は、少なくとも３つの凸部１１で反射層１を支えることができるので、反射層１と散乱層３との間に隙間を設けることができる。例えば、反射層１の下面１２の四隅に凸部１１が配置されることによって、反射層１と散乱層３との間の隙間に低屈折率層２を設けることができる。なお、反射層１は、上面および側面が細かな粗さを有していてもよい。すなわち、反射層１の上面および側面にも凸部１１が設けられてもよい。
　反射層１の算術平均粗さである表面粗さＲａは、０．０３μｍ以上が望ましい。０．０３μｍよりも小さな表面粗さＲａになると反射層１と散乱層３とが密着してしまい、反射層１と散乱層３との間の領域において、低屈折率層２が面内の一部もしくは全面内において消失する。また、反射層１と散乱層３との間の密着度を、さらに低くするためには、表面粗さＲａは０．２μｍ以上が望ましい。
　低屈折率層２の屈折率ｎ2は、散乱層３の屈折率ｎ3よりも低い。散乱層３の屈折率ｎ3が第１の屈折率であり、低屈折率層２の屈折率ｎ2が第２の屈折率である。低屈折率層２と散乱層３との間の屈折率差は、（ｎ3－ｎ2)≧０．０５であることが望ましい。屈折率差が０．０５より小さくなると、散乱層３中で全反射する入射光５が、低屈折率層２への入射角度によっては全反射せず、低屈折率層２へ透過し、反射層１で反射されてしまう。そうすると、入射光５の反射光が観測者に届くこととなり、レイリー散乱光を含む散乱光７の色感が損なわれてしまう。
　屈折率差が（ｎ3－ｎ2)≧０．０５である場合、散乱層３内で全反射する入射角度の臨界角は７５°となる。このとき光源４から発せられる入射角度が２５°以内であれば全反射が起こる。光源４の入射角度が２５°よりも大きくなる場合、挟角レンズなどによって入射角度を絞れば入射角度を変更することが可能である。
　なお、屈折率差は（ｎ3－ｎ2)≧０．０５である場合よりも、（ｎ3－ｎ2)≧０．３である方が望ましい。（ｎ3－ｎ2)≧０．３であればＬＥＤなどの一般的な光源の入射角度で全反射が起こる。
　低屈折率層２の厚みｔは、０＜ｔ≦１ｍｍであることが望ましい。低屈折率層２の厚みが０ｍｍ、つまり散乱層３と反射層１とが完全に密着している状態では、入射光５が反射層１によって反射してしまい、レイリー散乱光を含む散乱光７の色感を損なうので、低屈折率層２は０ｍｍより厚くならなければならない。したがって、本実施の形態の低屈折率層２は０ｍｍよりも厚い。また、低屈折率層２の厚みが１ｍｍ以上になると、観測者が真横に近い角度で照明装置１００の外部から照明装置１００を見た際に照明装置１００の内部が見えてしまい、照明装置１００の見栄えが悪くなる。したがって、本実施の形態の低屈折率層２は、１ｍｍよりも薄い方が望ましい。
　また、光源４がＬＥＤである場合、光源４からの入射光５が、直接反射層１に照射されると、入射光５の反射層１による反射光が観測者に届くこととなり、レイリー散乱光の色感が損なわれる。このため、照明装置１００では、光源４がＬＥＤである場合には、光源４からの入射光５が、直接反射層１に照射されないようにされている。
　低屈折率層２の厚さは、反射層１が持つ表面粗さＲａまたは凹凸に基づいて決定されてもよいし、低屈折率層２の材質に粘着性または接着性がある場合には低屈折率層２の材料の性質を利用して調整されてもよい。また、低屈折率層２の厚さは、スペーサーなどを用いて調整されてもよい。
　低屈折率層２は、例えばフッ素系ポリマー、シリコーンポリマー、アクリルポリマー、ポリプロピレン、ウレタンポリマーなどの低屈折率樹脂である。また、低屈折率層２は、ガラなどの固体であってもよいし、水、メチルアルコール、エタノール、アセトン、酢酸などの液体であってもよい。また、低屈折率層２は、空気、ヘリウム、窒素、酸素などの気体であってもよいし、エアロゾル、ゲルなどであってもよい。
　光源４は、相関色温度Ｔciの光を発する。相関色温度Ｔciは、例えば、６５００Ｋ（ケルビン）である。相関色温度Ｔciは、５０００Ｋであってもよい。「相関色温度」とは、発光体の色と最も近い色に見える黒体放射の色温度を意味する。光源４は、例えば、相関色温度Ｔciの光として白色光を出射する光源であってもよい。
　光源４が備える複数のＬＥＤ素子４２の各々は、同じ相関色温度Ｔciの光を発するように構成されている。なお、光源４には、互いに異なる相関色温度Ｔciの光を発する複数種類のＬＥＤ素子４２が含まれていてもよい。例えば、複数のＬＥＤ素子４２が発する光は、赤色光、緑色光、および青色光の３色の光を含んでもよい。この場合、光源４のＬＥＤ素子４２には、赤色光を発するＬＥＤ素子４２と、緑色光を発するＬＥＤ素子４２と、青色光を発するＬＥＤ素子４２とが含まれている。
　また、複数のＬＥＤ素子４２が発する光は、白色光、緑色光、および青色光の３色の光を含んでもよい。この場合、光源４のＬＥＤ素子４２には、白色光を発するＬＥＤ素子４２と、緑色光を発するＬＥＤ素子４２と、青色光を発するＬＥＤ素子４２とが含まれる。
　また、複数のＬＥＤ素子４２が発する光は、白色光、緑色光、青色光、および橙色光の４色の光を含んでもよい。この場合、光源４のＬＥＤ素子４２には、白色光を発するＬＥＤ素子４２と、緑色光を発するＬＥＤ素子４２と、青色光を発するＬＥＤ素子４２と、橙色光を発するＬＥＤ素子４２とが含まれる。
　複数のＬＥＤ素子４２の各々は、独立してオン制御およびオフ制御が行われてもよい。また、複数のＬＥＤ素子４２の各々は、独立して発光量制御が行われてもよいし、独立して発光色制御が行われてもよい。すなわち、複数のＬＥＤ素子４２の各々は、独立して、オン-オフ制御、発光量制御、および発光色制御の少なくとも１つが行われてもよい。これらの制御によって、照明装置１００は、青空だけでなく、夕方または日没後の空を表現することも可能である。
　また、光源４は、ＬＥＤ素子４２の各々への独立したオン制御およびオフ制御と、発光量制御と、発光色制御とを実行することで、白色の光を発することができる。なお、光源４から出力される光の色は、白色以外の色であってもよい。例えば、光源４を制御する制御回路が、複数のＬＥＤ素子４２の各々を独立して制御することによって、白色光のスペクトルを調整すること、または、白色以外の光を出射させることが可能となる。
　光源４に含まれているＬＥＤ素子４２の発光色の組み合わせは、上述した組み合わせに限定されない。例えば、光源４は、白色光、緑色光、および橙色光のうちの１つ以上の色の光を発するＬＥＤ素子４２を含むことができる。或いは、光源４は、白色光、緑色光、橙色光および青色光のうちの１つ以上の色の光を発するＬＥＤ素子４２を含むことができる。
　また、光源４は、低い色温度の白色光を発するＬＥＤ素子４２と、高い色温度の白色光を発するＬＥＤ素子４２とを含むことができる。ここで、高い色温度の白色光と低い色温度の白色光との色温度の差は、例えば、２５００Ｋ以上である。高い色温度の白色光と低い色温度の白色光との色温度の差は、４０００Ｋ以上であってもよい。また、高い色温度の白色光と低い色温度の白色光との色温度の差は、８５００Ｋであってもよい。
　高い色温度の白色光の相関色温度Ｔcwhは、例えば、６５００Ｋ以上である。高い色温度の白色光の相関色温度Ｔcwhの例は、１１０００Ｋである。低い色温度の白色光の相関色温度Ｔcwlは、例えば、２０００Ｋ以上である。低い色温度の白色光の相関色温度Ｔcwlの例は、４０００Ｋである。ただし、光入射面３１に入射する入射光５または各ＬＥＤ素子４２が発する光の色温度が、色度図（例えば、ＣＩＥ（国際照明委員会）１９３１色度図）上で黒体軌跡より大きく外れており、相関色温度による表現が難しい場合には、光の色温度は、上記値に限定されない。
　光源４は、光を出射する光出射面を備えている。光源４の光出射面は、光入射面３１に対向する位置に配置されてもよいし、光出射面３２に対向する位置に配置されてもよい。光源４が図１に示す位置に配置される場合、散乱光７は、光出射面３２から出射されてもよいし、光入射面３１に対向する側面から出射されてもよい。また、光源４は、散乱層３の複数の側面に配置されてもよい。この場合、各光源４は、各光入射面３１に対向する位置に配置される。
　つぎに、本実施の形態の拡散体１０が発する散乱光７の色度について説明する。ここでは、本実施の形態の第１の拡散体１０と、本実施の形態の第２の拡散体１０と、比較例の拡散体とをそれぞれ製造して測定した色度について説明する。比較例の拡散体は、本実施の形態の拡散体１０と同様の、散乱層３および低屈折率層２を備えているものとする。なお、以下の説明では、本実施の形態の第１の拡散体１０と、本実施の形態の第２の拡散体１０と、比較例の拡散体とを、３つの拡散体という場合がある。
　第１の拡散体１０は、透明樹脂中にナノフィラーを添加した樹脂板が散乱層３であり、散乱層３の背面３３側に反射層１として、表面粗さＲａ＝０．０３μｍの白板が設置されている。
　第２の拡散体１０は、透明樹脂中にナノフィラーを添加した樹脂板が散乱層３であり、散乱層３の背面３３側に反射層１として、表面粗さＲａ＝０．２μｍの白板が設置されている。
　比較例の拡散体は、透明樹脂中にナノフィラーを添加した樹脂板が散乱層３であり、散乱層３の背面３３側に反射層１として、表面粗さＲａ＝０．０２μｍの白板が設置されている。
　３つの拡散体は、いずれも低屈折率層２が空気層である。これらの低屈折率層２の厚みは、それぞれの反射層１の表面粗さＲａに依存し、いずれも１ｍｍ以下であった。また、３つの拡散体では、いずれも散乱層３と低屈折率層２との屈折率差は（ｎ3－ｎ2)≧０．３となる。３つの拡散体に対しては、散乱層３の側面から光が入るよう、光源４として相関色温度６５００Ｋの白色ＬＥＤを配置した。
　表面粗さＲａを変化させた３つの拡散体に対して、光出射面３２から発せられるＣＩＥ１９３１色度を測定した。図５は、実施の形態にかかる照明装置の色度を説明するための図である。図５では、３つの拡散体の表面粗さＲａと、色度座標との対応関係を示している。
　３つの拡散体に対しては、光源４からＸＹ平面に平行な面内で１００ｍｍ離れた箇所の色度を測定した。図５では、３つの拡散体に対する色度の測定結果を示している。表面粗さＲａが０．０３μｍである第１の拡散体１０では、色度は（ｘ，ｙ）＝（０．２６１，０．２８９）となり、青みのある発光色が確認された。
　また、表面粗さＲａが０．２μｍである第２の拡散体１０では、色度は（ｘ，ｙ）＝（０．２５４，０．２７６）となり、第１の拡散体１０よりも青みが強い色度となった。
　表面粗さＲａが０．０２μｍである比較例の拡散体では、散乱層３と反射層１との密着が確認され、密着部分から発せられる入射光５の反射光によって、光源４の白色ＬＥＤに近い色味となった。比較例の拡散体での色度は（ｘ，ｙ）＝（０．３１２，０．３２８）となった。
　このように実施の形態では、照明装置１００が、散乱層３と、低屈折率層２と、反射層１とを備えており、反射層１のうち、散乱層３の背面３３に対向する下面１２の表面粗さＲａが０．０３μｍ以上であるので、拡散体１０は、レイリー散乱光を効率良く利用しつつ、色感を損なわない自然光を出力することができる。
　また、実施の形態では、拡散体１０の側面部に光源４が配置されているので、照明装置１００の厚みを抑制することができる。また、実施の形態では、散乱層３の光出射面３２側に仕切板８が配置されているので、光出射面３２以外からは、散乱光７が観測者に観測されない。
　以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
　１　反射層、２　低屈折率層、３　散乱層、４　光源、５　入射光、６　フィラー、７　散乱光、８　仕切板、１０　拡散体、１１　凸部、１２　下面、３１　光入射面、３２　光出射面、３３　背面、３４　基材、４１　基板、４２　ＬＥＤ素子、１００　照明装置。

Claims (6)

  1. 　光源と、
    　上面と下面と側面とを有する板形状であるとともに、前記光源が照射した光が前記側面から入射され、入射された光をレイリー散乱させることで発生させた散乱光を前記下面から出射する散乱層と、
    　前記上面に対向する位置に配置されて前記散乱光を反射する反射層と、
    　前記散乱層と前記反射層との間に配置されて、前記散乱層が有する第１の屈折率よりも低い第２の屈折率を有する低屈折率層と、
    　を備え、
    　前記反射層のうち前記上面に対向する面の表面の算術平均粗さが０．０３μｍ以上である、
    　ことを特徴とする照明装置。
  2. 　前記下面の外周部に配置された遮光性の仕切板をさらに備える、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
  3. 　前記第１の屈折率と、前記第２の屈折率との差が０．０５以上である、
    　ことを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
  4. 　前記低屈折率層の厚みは０よりも大きく１ｍｍ以下である、
    　ことを特徴とする請求項１から３の何れか１つに記載の照明装置。
  5. 　前記散乱層では、透明樹脂に粒子径が３００ｎｍ以下のフィラーが分散配置されている、
    　ことを特徴とする請求項１から４の何れか１つに記載の照明装置。
  6. 　上面と下面と側面とを有する板形状であるとともに、光源が照射した光が前記側面から入射され、入射された光をレイリー散乱させることで発生させた散乱光を前記下面から出射する散乱層と、
    　前記上面に対向する位置に配置されて前記散乱光を反射する反射層と、
    　前記散乱層と前記反射層との間に配置されて、前記散乱層が有する第１の屈折率よりも低い第２の屈折率を有する低屈折率層と、
    　を備え、
    　前記反射層のうち前記上面に対向する面の表面の算術平均粗さが０．０３μｍ以上である、
    　ことを特徴とする拡散体。
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