JP2009004307A - 導光板ユニット及び照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源に導光板の光入射面を近接対向させ、光の取出し効率を高めるとともに、導光板からの出射光について、輝度むらの改善を期待できる導光板ユニット及び照明装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、指向性の高い複数の光源９が直線状に配設された光源部５と、光源９に光入射面８を近接対向させた導光板４と、この導光板４の光入射面８の近傍であって、かつ光入射面８に連続し、光源部５の長手方向と直交する表面に対向して配置された反射面部７ｃと、この反射面部７ｃと導光板４との間に介在された透光性屈折層１１とを備えた導光板ユニットである。
【選択図】図６

Description

本発明は、導光板ユニット及びその導光板ユニットを用いた照明装置に関する。

液晶バックライト等の分野において、光源からの光を効率よく導光するため導光板が用いられている。そして、光源として青、緑、赤のＬＥＤを用いた場合に、色ムラを抑え、混光を促進するためのＬＥＤバックライト装置が知られている（特許文献１参照)。

この特許文献１に示されたものは、ＬＥＤからの出射光を導光板の入射面まで導く導光空間を有する筐体を備え、当該導光空間に工夫を凝らして色ムラを抑えようとするものである。
特開２００５−１３５８６０号公報

しかしながら、特許文献１に示されたものは、光源であるＬＥＤと導光板の入射面とは、所定寸法の間隔が空けられている。これは、あくまでも色ムラを抑えることに注目し、混 光、拡散の技術思想のみが示されているからに他ならない。

一方、この種、導光板を用いた装置においては、光の取出し効率を高めることが望まれている。

そこで、本発明は、上記事情に鑑み発明されたもので、光源に導光板の光入射面を近接対向させ、光の取出し効率を高めるとともに、導光板からの出射光について、輝度むらの改善を期待できる導光板ユニット及び照明装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の導光板ユニットは、指向性の高い複数の光源が直線状に配設された光源部と、光源に光入射面を近接対向させた導光板と、この導光板の光入射面の近傍であって、かつ光入射面に連続し、光源部の長手方向と直交する表面に対向して配置された反射面部と、この反射面部と導光板との間に介在された透光性屈折層とを具備したことを特徴とする。

本発明及び以下の発明において、特に指定しない限り用語の定義及び技術的意味は次による。

光源は、ＬＥＤ等の固体発光素子、サブミニチュアランプ等が適するが、これらに限定されるものではない。

「光源に光入射面を近接対向」とは、光源に導光板の光入射面が接触状態にあること、接触状態にはないが、接近していることを含む。また、その近接度合いは、光源と光入射面との間に所定間隔が存在する形式の導光板ユニット（例えば、特許文献１参照）と区別するところに意義を有する。

透光性屈折層は、導光板とは異なる媒質で構成された光の屈折層を意味し、空気層であってもよいし、透光性プラスチック材料等で構成した層であってもよい。また、屈折層の厚さは特に限定されるものではない。

請求項２に記載の導光板ユニットは、請求項１に記載の導光板ユニットにおいて、反射面部は、光源部の光源が配設された面とは異なる両側面をカバーし、導光板を支持する熱伝導性の光源部ケースに形成されていることを特徴とする。

請求項３に記載の導光板ユニットは、請求項１又は請求項２に記載の導光板ユニットにおいて、光源は、ＬＥＤであることを特徴とする。

ＬＥＤは、一般的には、砲弾型や表面実装型といわれる形式のものがあるが、本発明は、これらＬＥＤの形式に限定されるものではない。

請求項４に記載の導光板ユニットは、請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の導光板ユニットにおいて、光源部における複数の光源の配設長さ寸法は、導光板の光入射面の長さ寸法より小さいことを特徴とする。

請求項５に記載の照明装置は、請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載の導光板ユニットと、前記導光板ユニットが配設される器具本体とを備えていることを特徴とする。

本発明の照明装置は、ディスプレイ装置やいわゆる空間を照らす照明器具を含む概念である。

本発明は、光の取出し効率を高めるとともに、導光板からの出射光について、輝度むらの改善を期待できる導光板ユニット及び照明装置を提供することができる。

以下、本発明の導光板ユニット及び照明装置の第１の実施形態について図１乃至図９を参照して詳細に説明する。

まず、図１は照明装置である表札灯の一実施形態を示す斜視図である。この表札灯本体１は、ほぼ箱状の化粧枠２と詳細を後述する導光板ユニット３とから構成されている。

導光板ユニット３は、透明アクリル材からなる扁平矩形状の導光板４と、この導光板４に光を入射させる光源部５とから構成されている。導光板４は、留め具６により化粧枠２に取り付けられているとともに、光源部５は化粧枠２の下方に収納装着されている。

さらに、導光板４のほぼ中央背面４ａには、光を前方に反射させるために凹凸のカッティング加工が施されている。この加工は微細な加工を目的としたレーザー加工機で行われることが望ましい。

実際に表札として使用する場合には、この中央背面４ａのカッティング加工された部分に対応する前面４ｂに、室名や氏名が同様にカッティング加工された透明シート（図示しない）を貼着して使用する。

なお、上記は、導光板４の中央背面４ａ又は前面４ｂにドット印刷を施す方法によってもよい。

次に、導光板ユニット３について、図２乃至図８を参照して説明する。図２は、導光板ユニット３示す正面図、図３は、導光板４の一部を省略して示す斜視図、図４は、光源部５を示す斜視図、図５は、光源部ケース７を示す斜視図、図６及び図７は、導光板ユニット３の一部を切り欠いて示す側面図、図８は、光源部５と導光板４との配設関係を示す説明図である。

導光板ユニット３は、具体的には、導光板４、光源部５及び光源部ケース７とから構成されている。

導光板４は、縦３１０ｍｍ、横１５０ｍｍ、幅４ｍｍの透明アクリル材からなり、四隅に前記留め具６が貫通する貫通孔４ｃが形成されている。そして、この導光板４の図示上の下方一端面は、光源からの光が入射する光入射面８をなしている。光入射面８の長さは約１４５ｍｍである。

光源部５は、図４に示すように、上面を開口部となした箱状の合成樹脂製の本体５ａと、この本体５ａの開口部に配設された光源である複数個のＬＥＤ９・・・とから構成されている。因みに、本体５ａの寸法は、縦３０ｍｍ、横１２０ｍｍ、幅１４．５ｍｍである。

ＬＥＤ９は、いわゆる砲弾型の白色ＬＥＤであり、１０個のＬＥＤ９がそれぞれ所定間隔を空けて直線状に配設されている。また、これらＬＥＤ９は、透光性のシリコーン樹脂製の保護キャップ９ａで覆われている。

本体５ａには、ＬＥＤ９の駆動回路、配線基板等が内蔵されており、また、本体５ａからは電源コード１０が導出されている。さらに、本体５ａの前面と背面には、光源部ケース７と結合するための結合突起５ｂが形成されている。

次に、光源部ケース７について、主として図５を参照して説明する。光源部ケース７は、ステンレス板材を折曲成形して構成したもので、光源部５をカバーし、かつ収納する光源部カバー部７ａと、この光源部カバー部７ａに連なり導光板４の光入射面８近傍の前面及び背面を支持する一対の導光板支持部７ｂとからなっている。

なお、本実施形態では、光源部ケース７は、ステンレス板材を折曲して一体的に形成したが、複数の板材を組み合わせ、溶接等により連結し、所期の形状に構成するようにしてもよい。

ここで、導光板支持部７ｂ内面は、詳細を後述する反射面部７ｃを構成している。また、光源部ケース７は、熱伝導性を有し、光源部５と接触状態にあるため、光源部５の放熱を促進する作用がある。なお、光源部ケース７には、前述の光源部本体５ａに形成された結合突起５ｂが嵌着する結合孔７ｄが形成されている。

次に、導電板ユニット３及び表札灯の組立工程について説明する。
第１に、図５に示す光源部ケース７の上方、すなわち導光板支持部７ｂをそのステンレス板材の弾性力に抗して拡開し、その状態で図４に示す光源部５を上から挿入し、光源部カバー部７に収納する。その後、導光板支持部７ｂは弾性復帰するとともに、結合突起５ｂが結合孔７ｃに嵌着し、光源部５が光源部ケース７に収納固定される。

なお、上記では、光源部５を光源部ケース７の上方から挿入する場合について説明したが、光源部５を光源部ケース７の側方から挿入するようにしてもよい。このときも結合突起５ｂと結合孔７ｃとを嵌着させるため、光源部ケース７をその弾性力に抗して若干拡開させる必要がある。

第２に、光源部５と光源部ケース７とが組合わさった状態において、導光板４を光入射面８が光源であるＬＥＤ９に対向するように、光源部ケース７の導光板支持部７ｂ間に挿入する。すると、導光板支持部７ｂ間は、もともと導光板４の幅よりも狭く形成されており、導光板４は導光板支持部７ｂ間に挟まれ支持される。なお、この支持を補強するため別途導光板４と光源部ケース７との固定手段を設けてもよい。

一方、この導光板４の導光板支持部７ｂへの挿入にあたっては、導光板４の光入射面８は、光源部本体５ａの幅方向の上端縁５ｃに衝突し、挿入がストップされる。この状態は、図６に示されるように、導光板４の光入射面８がＬＥＤ９の保護キャップ９ａに僅かに接触する程度である。

本実施形態においては、導光板４の光入射面８がＬＥＤ９の保護キャップ９ａに接触する場合について説明したが、接触することなく、図７に示すように、接近した状態で両者の配置関係を設定してもよい。

以上の第１、第２の組立工程で導光板ユニット３が組み立てられる。この組み立て後の状態は、図２、図６及び図７に示すとおりである。

第３に、詳細は省略するが、導光板ユニット３を化粧枠２に装着し、表札灯が完成する。

次に、図８を参照して光源部５と導光板４との配設関係について説明する。図８は、光源部５におけるＬＥＤ９の配置を示す概略上面図及び導光板４の一部省略正面図である。なお、上述の説明と同一又は相当部分には、同一符号を付しその詳細な説明は省略する。

まず、複数の光源（ＬＥＤ９）の配設長さ寸法について説明する。保護キャップ９ａで覆われた複数の各ＬＥＤ９は、ほぼ等間隔Ｗで配置されており、両端のＬＥＤ９Ａから９Ｂまでの長さはＬとする。ここで隣接するＬＥＤ９同士の出射光の干渉効果を考慮し、両端のＬＥＤ９Ａ、９Ｂの所期の照射範囲を想定すると、Ｗ／２ずつプラスされ、その長さは、Ｌ＋Ｗ＝Ｌ１となり、このＬ１が複数のＬＥＤ９の配設長さ寸法であるということができる

一方、導光板４の光入射面８の長さ寸法は、Ｌ２であり、Ｌ２とＬ１との関係は、Ｌ２＞Ｌ１の関係にある。したがって、複数のＬＥＤ９の配設長さ寸法Ｌ１は、導光板４の光入射面８の長さ寸法Ｌ２より小さいということとなる。

なお、本実施形態においては、およそＷ＝６ｍｍ、Ｌ＝１１１ｍｍ、Ｌ１＝１１７ｍｍ、Ｌ２＝１４５ｍｍである。

次に、本実施形態の表札灯の作用を図９の参照を加えて説明する。まず、表札灯は、玄関等に設置される。ＬＥＤ９を点灯すると、ＬＥＤ９からの出射光は、導光板４の光入射面８から導光板４内に入り、基本的には導光板４内で全反射する。ここで、導光板４の中央背面４ａには、凹凸のカッティング加工が施されているため、導光板４内の光が凹凸のエッジに当たり、光を導光板４前面に出射することとなる。

また、室名や氏名がカッティング加工された透明シート（図示しない）が貼着されている場合には、導光板４内を通過した光が上記と同様に透明シートの凹凸のエッジに当たり、所定の室名や氏名を散乱光で輝かし、視覚的に表示することとなる。

ところで、本実施形態においては、複数のＬＥＤ９を用い、しかも、ＬＥＤ９は、光の取り出し効率を高めるため、導光板４の光入射面８に近接対向している。したがって、何ら手段を施さない場合は、ＬＥＤ９の出射光の指向性の強さも相俟って、各ＬＥＤ９からの出射光が直線状の複数の明るい筋となって導光板４に表れ、いわゆる輝度むらが発生する恐れがある。

そこで、本実施形態においては、導光板支持部７ｂ内面に反射面部７ｃを形成し、輝度むらの発生を改善している。これを図９を参照して説明する。

図９は、ＬＥＤ９からの光の一態様の進行方向を模式的に示した拡大図である。ここでは、導光板４の光入射面８に連続する両表面８ａ、８ｂと、この両表面８ａ、８ｂに対向する導光板支持部７ｂ内面の反射面部７ｃとの間に微小な隙間が存在することを認識下においている。この微小な隙間は、本実施形態では空気層であり、本発明では、他の物質で形成した透光性の層も含めて透光性屈折層１１と指称する。

ＬＥＤ９から出射された光が、導光板４を通過し、透光性屈折層１１で屈折する。この屈折した光が反射面部７ｃで反射され、再び導光板４内に屈折して入射される。

したがって、導光板４内を進行する光は、全反射による光ばかりではなく、反射面部７ｃによる反射光も交わることになり、結果的に光の拡散が生じることとなる。

よって、ＬＥＤ９が導光板４の光入射面８に近接対向していても、この光の拡散により輝度むらを改善できる。

以上を視覚的な検証のみならず、客観的な検証を試みたので、その検証結果を図１０を参照して説明する。

図１０は、ＬＥＤ９の点灯状態での導光板４の輝度分布を計測した画像データである。実際には、計測した輝度を赤→緑→青と変化するグラデーションで表現している。図上、右側に示すものは、基準スケール（Ｓ）であり、グラデーションと輝度との対応関係を示しており、赤（Ｒ）を測定時の最高輝度（約８３．５４ｃｄ／ｍ²）とし、下方に行くに従い青（Ｂ）の最低輝度（約１．３８ｃｄ／ｍ²）へと移行する状態を示している。

導光板４の中央背面４ａから光が出射するため、導光板４の中央前面４ｂを中心として計測している。画像データ上、導光板４の中央前面４ｂのほぼ中心部の一定領域が赤色（Ｒｄ）で、周辺に遠ざかるに従い徐々に緑色（Ｇｄ）へと変化する状態が示されている。すなわち、中心部の輝度約８３．５４ｃｄ／ｍ²から周辺部へ向かうに従い輝度が約４０ｃｄ／ｍ²へと移行している状態である。

これは、導光板４の中央前面４ｂを含めた全領域において、目立つ輝度むらが発生していないものであり、出射光の指向性の強いＬＥＤ９からの直線状の複数の明るい筋は表れず、客観的にも輝度むらを改善しているということができる。

続いて、図８において説明したように、複数のＬＥＤ９の配設長さ寸法Ｌ１は、導光板４の光入射面８の長さ寸法Ｌ２より小さい。これは、上述の反射面部７ｃによる光の拡散が期待できるからであり、ＬＥＤ９の配設長さ寸法Ｌ１が小さいにもかかわらず、導光板４を広い領域で使用することが可能となる。換言すれば、少ない数のＬＥＤ９で導光板４を広い領域で有効に活用できるということになる。

以上のように本実施形態によれば、光の取り出し効率を高めるとともに、輝度むらの改善を期待できる導光板ユニット及び照明装置を提供することができる。

また、熱伝導性の光源部ケースに反射面部を形成したので、構成が簡単となり、加えて光源部の放熱が良好で、光源部の温度上昇を抑制でき、耐久性を向上することができる。

さらに、反射面部による光の拡散により、光源の配設長さ寸法に対し、導光板を広い範囲で有効に活用できる利点がある。

なお、本実施形態では、反射面部を光源部ケースと一体的に形成した場合について説明したが、勿論、本発明においては、反射面部は、光源部ケースと別個に形成してもよい。

次に、本発明の第２の実施形態を第１１図を参照して説明する。図１１は、図９と同様にＬＥＤ９からの光の一態様の進行方向を模式的に示した拡大図である。なお、図９に示したものと同一又は相当部分には、同一符号を付し、説明を省略する。

図９の第１の実施形態と異なる点は、導光板支持部７ｂが内側に弧状に湾曲している点である。この場合、導光板４は、この湾曲部で支持され、また、この湾曲部は反射面部７ｃとなる。したがって、図に示すように、反射面部７ｃは湾曲しているため、反射面部７ｃからの反射光は多様な反射光となる。

よって、光の拡散効果が一層高まり、輝度むらの改善を向上できる。
次に、本発明の第３の実施形態を図１２を参照して説明する。図１２は、図９と同様にＬＥＤ９からの光の一態様の進行方向を模式的に示した拡大図であり、図９に示したものと同一又は相当部分には、同一符号を付し、説明を省略する。

図９に示すものと異なる点は、導光板４とＬＥＤ９との位置関係に対し、導光板支持部７ｂ、すなわち反射面部７ｃの位置を下方にずらした点である。

本実施形態によっても、第１の実施形態と同様な効果を奏することができる。
次に、本発明の第４の実施形態について図１３を参照して説明する。図１３は、導光板ユニットを示す正面図である。なお、上述の第１の実施形態と同一又は相当部分には、同一符号を付し、説明を省略する。

本実施形態のおいては、導光板４の両端面を光入射面とし、この光入射面に対応して、それぞれ光源部５、光源部ケース７を設けたものである。

本実施形態によれば、第１の実施形態において奏する効果に加え、照度が高い導光板ユニット及び照明装置を提供することができる。

なお、以上の各実施形態において、光源としてのＬＥＤは、白色発光のものを用いることに限定されず、例えば、青色、緑色、赤色の発光色のものを用いてもよい。

さらに、本発明は、表札灯に限らず、廊下、階段に設置される足元灯等の照明器具や看板灯等の各種ディスプレイ装置に適用可能である。

本発明の照明装置の第１の実施形態を示す斜視図である。 同導光板ユニットの第１の実施形態を示す正面図である。 同導光板の一部を省略して示す斜視図である。 同光源部を示す斜視図である。 同光源部ケースを示す斜視図である。 同導光板ユニットの一部を切り欠いて示す側面図である。 同導光板ユニットの一部を切り欠いて示す側面図である。 同光源部と導光板との配設関係を示す説明図である。 同光の進行方向を模式的に示す拡大図である。 同導光板の輝度分布を計測した画像データである。 同第２の実施形態の光の進行方向を模式的に示す拡大図である。 同第３の実施形態の光の進行方向を模式的に示す拡大図である。 同第４の実施形態を示す正面図である。

符号の説明

１ 表札灯本体
３ 導光板ユニット
４ 導光板
５ 光源部
７ｃ 反射面部
８ 光入射面
９ 光源
１１ 透光性屈折層

Claims (5)

1. 指向性の高い複数の光源が直線状に配設された光源部と；
   光源に光入射面を近接対向させた導光板と；
   この導光板の光入射面の近傍であって、かつ光入射面に連続し、光源部の長手方向と直交する表面に対向して配置された反射面部と；
   この反射面部と導光板との間に介在された透光性屈折層と；
   を具備したことを特徴とする導光板ユニット。
2. 反射面部は、光源部の光源が配設された面とは異なる両側面をカバーし、導光板を支持する熱伝導性の光源部ケースに形成されていることを特徴とする請求項１に記載の導光板ユニット。
3. 光源は、ＬＥＤであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の導光板ユニット。
4. 光源部における複数の光源の配設長さ寸法は、導光板の光入射面の長さ寸法より小さいことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載の導光板ユニット。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載の導光板ユニットと；
   前記導光板ユニットが配設される器具本体と；
   を備えていることを特徴とする照明装置。

Images