光源装置
【課題】 発光の均一性が良好で、角または隅に配置するのに好適な導光板を用いた光源装置を提供することにある。
【解決手段】 光源装置は、光源であるLED1と、LED1を保持するための保持部材2と、LED1からの光を端面25より導入し側面26および27から出射させるための三角形状の断面を有する導光板3とを備える。導光板3は、反射シート8を介して筐体4に配置される。筐体4は、導光板3と保持部材2を位置固定する。導光板3の光を出射する側面とは異なる側面28には、端面25から離れるに従って粗から密に配置された乱反射機構を具備する。
【解決手段】 光源装置は、光源であるLED1と、LED1を保持するための保持部材2と、LED1からの光を端面25より導入し側面26および27から出射させるための三角形状の断面を有する導光板3とを備える。導光板3は、反射シート8を介して筐体4に配置される。筐体4は、導光板3と保持部材2を位置固定する。導光板3の光を出射する側面とは異なる側面28には、端面25から離れるに従って粗から密に配置された乱反射機構を具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光源からの光を端面より導入し側面から出射させるための導光板を備えた光源装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
光源装置としては従来から蛍光ランプ等を用いたものが多用されているが、このところ蛍光ランプ等の既存のランプを発光ダイオード(以下、LEDと記す)に置き換える提案が種々の分野でなされている。LEDは蛍光ランプと異なり水銀を使用しておらず、しかも小型で低電力駆動が可能であり、近年ではその発光効率の向上が目覚しい。従来のLEDデバイスの形状は砲弾型が主流であったが徐々に面実装タイプが増え、LEDデバイスが小型化することで、その利用が幅広く期待されている。LEDは、これまでインジケータなどの表示に用いられることが多かったが、その効率向上に伴い照明用途としても展開され、徐々に普及し始めている。
【0003】
従来、例えば、蛍光ランプが使用されていたものに小型のLEDを使用し、線状あるいは面状の光源を実現するためには、多数のLEDを等間隔に配置する方法が一般的である。しかしながら、この方法では光源が粒状に発光しているのが視認され、滑らかな線状あるいは面状の光源にはならない。そこでLED光源の前面に拡散効果をもつシートあるいは板を配置し、LEDの直進光を拡散することで滑らかな線状あるいは面状光源とすることが可能であるが、この場合は拡散シートあるいは板の透過率が60%程度であることから、光の利用効率が極端におちてしまう。
【0004】
また、LEDを並べることで線状あるいは面状の光源を実現させた場合、LEDの数量を削減することが困難である。密に並べればそれだけ光源が近接するため、線状あるいは面状とした際の発光の均一さが良好となるが、それだけ多くのLEDを使用する必要が生じる。一方、LEDの数量を減らすためにはLED同士の間隔を粗にして配列する必要が生じ、この場合は発光面での均一さが損なわれてしまう。
【0005】
これに対して、導光技術を用いた線状光源が、例えばファクシミリ等の画像入力装置用の光源として提案されている。例えば、特許文献1のものは、ランプの光を凹面反射鏡で反射させ、その光を透明材料からなる円柱状のロッド端面から導入し、ロッド内で散乱させてロッド長手方向の表面において線状の光を得るものである。また、特許文献2のものは、円柱状の導光部の一端に複数の発光ダイオード素子を配置し、導光部の表面に軸方向に沿って直線状に拡散反射部を有し、前記導光部の周囲に円筒状の反射部材を備え、この反射部材の軸方向に沿った直線状の間隙から線状の光を得るものである。
【特許文献1】特開平1−237534号公報
【特許文献2】特開平9−9006号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上述のように、LEDを用いて線状光源を形成する場合、LEDを複数個使用し列状に配置することで実現する方法があるが、この方法では複数の光源を使用しているため、明るさの均一性が低い線状光源となり、LEDを配置する間隔次第で、粒状に光る点光源の集合体として視認されてしまう問題がある。また同時に、LEDの発光色にバラツキがあると、隣接するLEDの色度の差により、明るさだけでなく色味の均一性も低くなるという問題がある。
【0007】
一方、上記従来の技術には、導光技術を使用することで均一性の高い線状光源を実現する方法がファクシミリ等の画像入力装置用の光源において提案されているが、円柱状の導光板技術のみの記載となっている。
例えば、家具、キッチン、壁面、棚などが持つ角あるいは隅に対して、人がぶつかるのを防止するサイン灯あるいは奥を照らす補助光源として、前記のような線状光源を利用することが挙げられる。しかしながら特許文献1および2ともに導光体としては、円柱状のロッドが記載されている。円柱状のロッドによって形成される線状光源を前述のような家具、キッチンなどの角に内蔵しようとした場合、光源が円弧をなすため、出っ張るあるいは隙間が生じてしまう課題が生じる。出っ張る場合は、人がぶつかるのを防止する効果に相反することとなる。一方、隙間が生じる場合は、隙間を埋めれば発光の効率が低下する課題が生じ、隙間を開けたままではゴミや埃などが埋まってしまうという課題が生じると共に、やはり発光効率が低下するという課題も生じてしまう。このため従来技術では、線状光源を生活空間に取り入れるための障害が多い。
【0008】
従って本発明の目的は、発光の均一性が良好で、角または隅に配置するのに好適な導光板を用いた光源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記目的は、光源と、前記光源からの光を端面より導入し1つまたは2つの側面から出射させるための三角形状の断面を有する導光板とを備え、前記導光板は、前記側面の長さが前記端面の幅よりも長く、前記光を出射する側面とは異なる側面に前記端面から離れるに従って乱反射性を上げる乱反射機構を具備する光源装置により達成される。
【0010】
ここで、前記導光板は、前記三角形状の断面における少なくとも1組の二辺間の角が直線または曲線により面取りされた形状を有することができる。また、前記導光板は、前記光を出射する2つの側面に対応する前記三角形状の断面における二辺、または前記光を出射する側面とは異なる2つの側面に対応する前記三角形状の断面における二辺を円弧状に代えた形状を有することができる。前記光源は、1つまたは複数の発光ダイオードを用いて構成することができる。前記光源は、1W以上の入力電力をもつ白色発光ダイオードを用いて構成することができる。前記光源は複数の発光ダイオードを用いて構成され、前記複数の発光ダイオードが複数の異なる発光波長の発光ダイオードとすることができる。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、発光の均一性が良好で、角または隅に配置するのに好適な導光板を用いた光源装置を得ることができる。導光板を三角柱形状にすることで、家具、キッチン、壁面、棚などが持つ角や隅に光源装置を配置する事が可能となる。従来は配置出来なかった位置に発光物を置くことで、角であれば人がぶつかることを防止するサイン効果あるいは装飾性の向上を図ることが出来る。一方、隅に配置した場合であれば、従来照らしにくい棚奥などを照射する補助光源としての利用が可能となる。さらに導光板の三角形状の角を直線や曲線によって面取りする構成あるいは導光板の三角形状の二辺を円弧状に代えた形状とすることで、導光板の角のエッジによって生じることが予測される事故や怪我などを回避することができる。
【0012】
光源として、1つまたは複数のLEDを用いることで小型軽量かつ省エネルギーの光源装置とすることができる。1W以上の入力電力をもつ白色LEDを用いることで明るい照明を得ることができる。複数の異なる発光波長のLEDを用いることで演出効果あるいは装飾性等を向上させることができる。またLEDを点滅あるいは色調変化させることで、視認性を高めることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
図1は、本発明に係る光源装置の一実施例を示す図である。図2は、図1の光源装置の分解図である。
本実施例は、図示のように、光源であるLED1と、LED1を保持するための保持部材2と、LED1からの光を端面25より導入し側面26および27から出射させるための三角形状の断面を有する導光板3とを備える。導光板3は、反射シート8を介して筐体4に配置される。筐体4は、導光板3と保持部材2を位置固定する。LED1は基板9に実装され、基板9を介して保持部材2に保持される。導光板3の光を出射する側面とは異なる側面28には、端面25から離れるに従って粗から密に配置された乱反射機構(図示しない)を具備する。この乱反射機構については後述する。また、LED1に接続された配線5の他端はLEDを駆動する駆動回路6に接続され、駆動回路6は電源7に接続される。
【0014】
光源装置の作動時には、電源7より駆動回路6に給電され、駆動回路6により配線5および基板9を介してLED1に電圧が印加され、LED1は発光する。このとき、LED1の発光量を安定させるためには、駆動回路6は定電流制御あるいは定電圧制御で動作することが望ましい。LED1の発光により放射された光は導光板3の端面25より導入され導光板3内を伝搬する。導光板3内を伝搬する光は、導光板の面28の各部に配置された乱反射機構(図示しない)により乱反射され、導光板3の側面26および27から出射する。この原理については後述する。
【0015】
本例の導光板3は、図示のように断面が三角形の三角柱であるが、これ以外の断面を有することもできる。これについては後述する。導光板3の側面26、27の長さLは、端面25の幅Wよりも長く構成される。また、端面25のサイズは、LED1の発光部27のサイズよりも大きく構成される。このように、導光板の幅を狭くし長さを長尺とし、端面のサイズを光源発光部のサイズよりも大きく構成することで、輝度の高い照明に適した光を得ることができる。
【0016】
ここで、サイズとは、導光板の端面25における厚みと幅の両方の寸法をいい、またLED1(光源)の発光部40における厚みと幅の両方の寸法をいう。図2に示すように、導光板の端面25の幅をW、厚みをTとし、図16に示すようにLED1の発光部30の幅をw、厚みをtとした場合に、端面25のサイズがLED1の発光部40のサイズよりも大きく構成されるとは、W>w、かつT>tであることをいう。
【0017】
図16(a)〜(c)は、LED1の発光部40のサイズについて説明するための図である。LED1は、LED素子91とそれを封止する樹脂部を備える。LED素子91からの光はこの樹脂部を通して発光するので、ここではこの樹脂部を発光部とする。図16(a)はLEDが1つの場合の発光部40のサイズ(幅w、厚みt)を示す。図16(b)はLEDが横に2つ配置された場合の発光部40のサイズを示す。この場合、左側の発光部の左端から右側の発光部の右端の間の幅を発光部40の幅wとする。図16(c)はLEDが縦横2つずつ合計4つ配置された場合をそれぞれ示す。この場合、上側の発光部の上端から下側の発光部の下端の間の厚みを発光部40の厚みtとする。LED1の数が増加した場合もこの要領で幅と厚みが決められる。
【0018】
上述のとおり、導光板3の側面28には、端面25から離れるに従って粗から密に配置された乱反射機構を具備する。この乱反射機構について以下詳述するが、その前に導光板3内での光の伝搬の原理をまず説明する。
【0019】
図3は、LEDから導入された光が導光板内を伝搬する様子を示す図である。図示のように、LED1で発光した光は、導光板3の端面より入光される。導光板3に入光された光は、導光板3と空気の間の屈折率差により、導光板と空気の界面にて全反射が生じる。全反射が生じるためには、導光板3と空気の間の屈折率差で生じる臨界角以上の角度にて、界面に光が当たる必要があるが、LED1から導光板3に入光する時点の屈折率差により、入光角度は一定角以内になっているため、前述の導光板3から空気との界面に光が当たるときには臨界角以上の角度が保持されている。また、この関係を維持するため、導光板の表面は凹凸のない平滑面であることが望ましい。
【0020】
導光板3より、外部すなわち空気に対して光を射出するためには、前述の全反射を崩して光の反射の角度を意図的に変えてやる必要がある。このために導光板3の側面28に乱反射機構が設けられる。乱反射機構は、例えば端面25から離れるに従って粗から密に配置された光を乱反射する平面的パターンあるいは凹凸部で構成することができる。このように乱反射機構を構成することにより、導光板3の端面25から離れるに従って乱反射性を上げることができる。
【0021】
図4は、導光板に乱反射機構として平面的パターンを形成した場合の例を示す図である。本例では、平面的パターンは白色シルク印刷10で構成されているが、これに限定されず、他の印刷または塗布でもよい。導光板3とシルク印刷10の間には空気層が介在しないため、導光板3内の光がシルク印刷10に当たった場合、導光板3と空気間の屈折率差は存在しない。またシルク印刷10自体光透過性が少なく、反射率の高いものを使用するのが通例である。したがって、導光板3内からの光がシルク印刷10に当たった場合は、シルク印刷が白色であることから、散乱反射が生じる。よってシルク印刷10が施された面28と対向する側面26および27の方向に反射された光は、側面26または27において臨界角以下で入射するため、全反射が生じず側面26および27より光が射出されることとなる。シルク印刷10は、背面全面に印刷するものでなく、ドットや線などによって印刷する部分としない部分を存在させる必要がある。印刷がされた部分に当たった光は、前述のように散乱して側面26および27より射出され、印刷されていない部分に当たった光は全反射が維持され、光源より遠方方向に光が導光されることとなる。入光部(端面25)近傍での印刷面積は少なめにし、徐々に遠方になるにつれ、印刷面積の割合を多めにすることで、すなわち、平面的パターンの面積を端面25から離れるに従って粗から密に配置することで、導光距離に対して均一性の高い発光を得ることが可能となる。
【0022】
図5は、導光板に乱反射機構として凹凸部を形成した場合の例を示す図である。本例では、凹凸部は、V溝11で構成されているが、これに限定されず、例えばシボ加工等でもよい。図5におけるV溝11は導光板3を削るあるいは凹ませることによって形成した溝である。導光板3内からの光が溝に当たることで、反射角度が変わり側面26および27より射出する。図4のシルク印刷と同様に、溝の密度や深さを入光部(端面25)からの距離によって変化させ、すなわち、溝を端面25から離れるに従って粗から密に配置することで、均一性の高い光を得ることができる。
【0023】
図4および図5に示すように、シルク印刷や溝を導光板背面に設けることで、出光面からの発光を得ることができるが、一方で導光板側面部からの発光も生じてしまうと同時に、背面方向へ抜ける光が生じてしまう。そこで、図2に示す反射シート8によって出光面と入光面以外の面を反射性の高い部材により覆うことで、側面や背面に抜けてしまう光の漏れをなくすことが可能となる。ただし、反射シート8と導光板3の間には空気層を存在させる必要があるため、接着等での固定は望ましくない。そこで、筐体4などによる別部材によって導光板3および反射シート8の位置関係を保持するための機構を設けることが望ましい。同時に導光板3とLED1の位置関係も保持する必要があるため、LED1を実装した基板9を筐体4に取り付けるための保持部材2によって固定することで、導光板3および反射シート8およびLED1の位置関係を保持する構成が実現できる。
【0024】
またLED1の発熱を放熱することが重要である。この点については、保持部材2および筐体4にはアルミニウム等の熱伝導性の良い金属部材を用いることで、筐体4の全体に放熱機構を担わせることが可能となる。
LED1に白色LEDデバイスを使用すれば、図1の実施例は白色の光源装置として成立する。近年製品化または発表されている大電力供給が可能な1W以上の入力電力をもつ白色発光LEDを使用すれば、より明るい光源装置を実現することができる。
一方、赤・青・緑のLED素子を一つのパッケージにしたLEDデバイスをLED1として使用すれば、前記赤・青・緑の各々のLEDに流す電流を制御することで、可変色を実現する光源装置を提供することが可能となる。
【0025】
図6は、図1記載の本発明の利用例を示す図である。前述の光源装置をタンス30に組み込んだ状態となる。光源装置を内蔵する形でタンス30に取り付けており、発光面となる側面26および27が、タンス30の表面に露出している。発光面26および27が光ることにより、暗い部屋の中などでタンス30の角を視認することができ、ぶつかる事故を抑止することが可能となる。
【0026】
図7は、本発明に係る光源装置の他の実施例を示す図である。図8は、図7の光源装置の分解図である。
本実施例は、図示のように、光源であるLED1と、LED1を保持するための保持部材2と、LED1からの光を端面25より導入し側面31から出射させるための導光板3とを備える。導光板3は、反射シート8を介して筐体4に配置される。筐体4は、導光板3と保持部材2を位置固定する。LED1は基板9に実装され、基板9を介して保持部材2に保持される。導光板3の光を出射する側面とは異なる側面32および33の少なくとも一方には、端面25から離れるに従って粗から密に配置された乱反射機構(図示しない)を具備する。この乱反射機構については前述の通りである。また、LED1に接続された配線5の他端はLEDを駆動する駆動回路6に接続され、駆動回路6は電源7に接続される。動作方法については、前述の図1の方法と同一となる。
【0027】
図9は、図7記載の本発明の利用例を示す図である。前述の光源装置を収納庫34の奥隅に配置した状態となる。発光面となる側面31からの光により、棚35および36に置いてあるモノが照らされ、暗い棚奥が明るくなり利便性を向上させることができる。
【0028】
図10および図11は、上述した導光板において三角形状の断面における二辺間の角を直線によって面取りした形状を示す。図12および図13は、上述した導光板において三角形状の断面における二辺間の角を円弧等の曲線によって面取りした形状を示す。ここで、図10および図12の導光板は図1,2のものに対応し、図11および図13の導光板は図7,8のものに対応する。このような面取りを行うことにより、角が取れ丸くなるため、人を傷つける事故を抑止することが可能となる。本例では全ての角を面取りしているが、光源装置の設置状況に応じて少なくとも1組の二辺間の角が直線または曲線により面取りされた形状を有するようにすることができる。
【0029】
図14は、図1,2の導光板において光を出射する2つの側面(図2の符号26,27)に対応する三角形状の断面における二辺を円弧状に代えた形状を有する。また図15は、図7,8の導光板において光を出射する側面とは異なる2つの側面(図8の符号32,33)に対応する三角形状の断面における二辺を円弧状に代えた形状を有する。ここで円弧状とは、円弧および円弧に類した丸みを帯びた形状を含むものである。図14の導光板は図1,2のものに対応し、図15の導光板は図7,8のものに対応する。本例では、円弧を用いて例えば半円状の断面形状とすることで、上述した図10〜図13と同様の効果を得ることが可能となる。
【0030】
図17には本発明の光源装置に用いる導光板3の形状の他の例を示す。本例では、端面25の形状と、端面25と対向する端面41の形状とが異なる。このような形状をもてば、長手方向に配光特性を異なった形態の光源装置を提供することが可能となる。
【0031】
以上のように、従来の線状光源で生じる、線状に配列された多数の光源が粒状に見えてしまうという問題や、色の不均一性については、導光技術を用いることで解決することができる。
また、導光板を三角柱に構成することで、配置性を高め、角や隅などのスペースが狭いエリアに光源を配置することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【0032】
本発明は、光源からの光を端面より導入し側面から出射させるための導光板を備えた光源装置に関するものであり、産業上の利用可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【0033】
【図1】本発明に係る光源装置の一実施例を示す図である。
【図2】図1の光源装置の分解図である。
【図3】LEDから導入された光が導光板内を伝搬する様子を示す図である。
【図4】導光板に乱反射機構として平面的パターンを形成した場合の例を示す図である。
【図5】導光板に乱反射機構として凹凸部を形成した場合の例を示す図である。
【図6】本発明に係る図1記載の光源装置の利用例を示す図である。
【図7】本発明に係る光源装置の他の実施例を示す図である。
【図8】図7の光源装置の分解図である。
【図9】本発明に係る図7記載の光源装置の利用例を示す図である。
【図10】本発明に係る光源装置に用いる導光板の断面図の一例である。
【図11】本発明に係る光源装置に用いる導光板の断面図の一例である。
【図12】本発明に係る光源装置に用いる導光板の断面図の一例である。
【図13】本発明に係る光源装置に用いる導光板の断面図の一例である。
【図14】本発明に係る光源装置に用いる導光板の断面図の一例である。
【図15】本発明に係る光源装置に用いる導光板の断面図の一例である。
【図16】(a)〜(c)は、LED1の発光部27のサイズについて説明するための図である。
【図17】本発明に係る光源装置に用いる導光板の他の例を示す図である。
【符号の説明】
【0034】
1…光源、2…保持部材、3…導光板、4…筐体、5…配線、6…駆動回路、7…電源、8…反射シート、9…基板、10…シルク印刷、11…V溝、25…導光板の端面、26、27、28…導光板の側面
【技術分野】
【0001】
本発明は、光源からの光を端面より導入し側面から出射させるための導光板を備えた光源装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
光源装置としては従来から蛍光ランプ等を用いたものが多用されているが、このところ蛍光ランプ等の既存のランプを発光ダイオード(以下、LEDと記す)に置き換える提案が種々の分野でなされている。LEDは蛍光ランプと異なり水銀を使用しておらず、しかも小型で低電力駆動が可能であり、近年ではその発光効率の向上が目覚しい。従来のLEDデバイスの形状は砲弾型が主流であったが徐々に面実装タイプが増え、LEDデバイスが小型化することで、その利用が幅広く期待されている。LEDは、これまでインジケータなどの表示に用いられることが多かったが、その効率向上に伴い照明用途としても展開され、徐々に普及し始めている。
【0003】
従来、例えば、蛍光ランプが使用されていたものに小型のLEDを使用し、線状あるいは面状の光源を実現するためには、多数のLEDを等間隔に配置する方法が一般的である。しかしながら、この方法では光源が粒状に発光しているのが視認され、滑らかな線状あるいは面状の光源にはならない。そこでLED光源の前面に拡散効果をもつシートあるいは板を配置し、LEDの直進光を拡散することで滑らかな線状あるいは面状光源とすることが可能であるが、この場合は拡散シートあるいは板の透過率が60%程度であることから、光の利用効率が極端におちてしまう。
【0004】
また、LEDを並べることで線状あるいは面状の光源を実現させた場合、LEDの数量を削減することが困難である。密に並べればそれだけ光源が近接するため、線状あるいは面状とした際の発光の均一さが良好となるが、それだけ多くのLEDを使用する必要が生じる。一方、LEDの数量を減らすためにはLED同士の間隔を粗にして配列する必要が生じ、この場合は発光面での均一さが損なわれてしまう。
【0005】
これに対して、導光技術を用いた線状光源が、例えばファクシミリ等の画像入力装置用の光源として提案されている。例えば、特許文献1のものは、ランプの光を凹面反射鏡で反射させ、その光を透明材料からなる円柱状のロッド端面から導入し、ロッド内で散乱させてロッド長手方向の表面において線状の光を得るものである。また、特許文献2のものは、円柱状の導光部の一端に複数の発光ダイオード素子を配置し、導光部の表面に軸方向に沿って直線状に拡散反射部を有し、前記導光部の周囲に円筒状の反射部材を備え、この反射部材の軸方向に沿った直線状の間隙から線状の光を得るものである。
【特許文献1】特開平1−237534号公報
【特許文献2】特開平9−9006号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上述のように、LEDを用いて線状光源を形成する場合、LEDを複数個使用し列状に配置することで実現する方法があるが、この方法では複数の光源を使用しているため、明るさの均一性が低い線状光源となり、LEDを配置する間隔次第で、粒状に光る点光源の集合体として視認されてしまう問題がある。また同時に、LEDの発光色にバラツキがあると、隣接するLEDの色度の差により、明るさだけでなく色味の均一性も低くなるという問題がある。
【0007】
一方、上記従来の技術には、導光技術を使用することで均一性の高い線状光源を実現する方法がファクシミリ等の画像入力装置用の光源において提案されているが、円柱状の導光板技術のみの記載となっている。
例えば、家具、キッチン、壁面、棚などが持つ角あるいは隅に対して、人がぶつかるのを防止するサイン灯あるいは奥を照らす補助光源として、前記のような線状光源を利用することが挙げられる。しかしながら特許文献1および2ともに導光体としては、円柱状のロッドが記載されている。円柱状のロッドによって形成される線状光源を前述のような家具、キッチンなどの角に内蔵しようとした場合、光源が円弧をなすため、出っ張るあるいは隙間が生じてしまう課題が生じる。出っ張る場合は、人がぶつかるのを防止する効果に相反することとなる。一方、隙間が生じる場合は、隙間を埋めれば発光の効率が低下する課題が生じ、隙間を開けたままではゴミや埃などが埋まってしまうという課題が生じると共に、やはり発光効率が低下するという課題も生じてしまう。このため従来技術では、線状光源を生活空間に取り入れるための障害が多い。
【0008】
従って本発明の目的は、発光の均一性が良好で、角または隅に配置するのに好適な導光板を用いた光源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記目的は、光源と、前記光源からの光を端面より導入し1つまたは2つの側面から出射させるための三角形状の断面を有する導光板とを備え、前記導光板は、前記側面の長さが前記端面の幅よりも長く、前記光を出射する側面とは異なる側面に前記端面から離れるに従って乱反射性を上げる乱反射機構を具備する光源装置により達成される。
【0010】
ここで、前記導光板は、前記三角形状の断面における少なくとも1組の二辺間の角が直線または曲線により面取りされた形状を有することができる。また、前記導光板は、前記光を出射する2つの側面に対応する前記三角形状の断面における二辺、または前記光を出射する側面とは異なる2つの側面に対応する前記三角形状の断面における二辺を円弧状に代えた形状を有することができる。前記光源は、1つまたは複数の発光ダイオードを用いて構成することができる。前記光源は、1W以上の入力電力をもつ白色発光ダイオードを用いて構成することができる。前記光源は複数の発光ダイオードを用いて構成され、前記複数の発光ダイオードが複数の異なる発光波長の発光ダイオードとすることができる。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、発光の均一性が良好で、角または隅に配置するのに好適な導光板を用いた光源装置を得ることができる。導光板を三角柱形状にすることで、家具、キッチン、壁面、棚などが持つ角や隅に光源装置を配置する事が可能となる。従来は配置出来なかった位置に発光物を置くことで、角であれば人がぶつかることを防止するサイン効果あるいは装飾性の向上を図ることが出来る。一方、隅に配置した場合であれば、従来照らしにくい棚奥などを照射する補助光源としての利用が可能となる。さらに導光板の三角形状の角を直線や曲線によって面取りする構成あるいは導光板の三角形状の二辺を円弧状に代えた形状とすることで、導光板の角のエッジによって生じることが予測される事故や怪我などを回避することができる。
【0012】
光源として、1つまたは複数のLEDを用いることで小型軽量かつ省エネルギーの光源装置とすることができる。1W以上の入力電力をもつ白色LEDを用いることで明るい照明を得ることができる。複数の異なる発光波長のLEDを用いることで演出効果あるいは装飾性等を向上させることができる。またLEDを点滅あるいは色調変化させることで、視認性を高めることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
図1は、本発明に係る光源装置の一実施例を示す図である。図2は、図1の光源装置の分解図である。
本実施例は、図示のように、光源であるLED1と、LED1を保持するための保持部材2と、LED1からの光を端面25より導入し側面26および27から出射させるための三角形状の断面を有する導光板3とを備える。導光板3は、反射シート8を介して筐体4に配置される。筐体4は、導光板3と保持部材2を位置固定する。LED1は基板9に実装され、基板9を介して保持部材2に保持される。導光板3の光を出射する側面とは異なる側面28には、端面25から離れるに従って粗から密に配置された乱反射機構(図示しない)を具備する。この乱反射機構については後述する。また、LED1に接続された配線5の他端はLEDを駆動する駆動回路6に接続され、駆動回路6は電源7に接続される。
【0014】
光源装置の作動時には、電源7より駆動回路6に給電され、駆動回路6により配線5および基板9を介してLED1に電圧が印加され、LED1は発光する。このとき、LED1の発光量を安定させるためには、駆動回路6は定電流制御あるいは定電圧制御で動作することが望ましい。LED1の発光により放射された光は導光板3の端面25より導入され導光板3内を伝搬する。導光板3内を伝搬する光は、導光板の面28の各部に配置された乱反射機構(図示しない)により乱反射され、導光板3の側面26および27から出射する。この原理については後述する。
【0015】
本例の導光板3は、図示のように断面が三角形の三角柱であるが、これ以外の断面を有することもできる。これについては後述する。導光板3の側面26、27の長さLは、端面25の幅Wよりも長く構成される。また、端面25のサイズは、LED1の発光部27のサイズよりも大きく構成される。このように、導光板の幅を狭くし長さを長尺とし、端面のサイズを光源発光部のサイズよりも大きく構成することで、輝度の高い照明に適した光を得ることができる。
【0016】
ここで、サイズとは、導光板の端面25における厚みと幅の両方の寸法をいい、またLED1(光源)の発光部40における厚みと幅の両方の寸法をいう。図2に示すように、導光板の端面25の幅をW、厚みをTとし、図16に示すようにLED1の発光部30の幅をw、厚みをtとした場合に、端面25のサイズがLED1の発光部40のサイズよりも大きく構成されるとは、W>w、かつT>tであることをいう。
【0017】
図16(a)〜(c)は、LED1の発光部40のサイズについて説明するための図である。LED1は、LED素子91とそれを封止する樹脂部を備える。LED素子91からの光はこの樹脂部を通して発光するので、ここではこの樹脂部を発光部とする。図16(a)はLEDが1つの場合の発光部40のサイズ(幅w、厚みt)を示す。図16(b)はLEDが横に2つ配置された場合の発光部40のサイズを示す。この場合、左側の発光部の左端から右側の発光部の右端の間の幅を発光部40の幅wとする。図16(c)はLEDが縦横2つずつ合計4つ配置された場合をそれぞれ示す。この場合、上側の発光部の上端から下側の発光部の下端の間の厚みを発光部40の厚みtとする。LED1の数が増加した場合もこの要領で幅と厚みが決められる。
【0018】
上述のとおり、導光板3の側面28には、端面25から離れるに従って粗から密に配置された乱反射機構を具備する。この乱反射機構について以下詳述するが、その前に導光板3内での光の伝搬の原理をまず説明する。
【0019】
図3は、LEDから導入された光が導光板内を伝搬する様子を示す図である。図示のように、LED1で発光した光は、導光板3の端面より入光される。導光板3に入光された光は、導光板3と空気の間の屈折率差により、導光板と空気の界面にて全反射が生じる。全反射が生じるためには、導光板3と空気の間の屈折率差で生じる臨界角以上の角度にて、界面に光が当たる必要があるが、LED1から導光板3に入光する時点の屈折率差により、入光角度は一定角以内になっているため、前述の導光板3から空気との界面に光が当たるときには臨界角以上の角度が保持されている。また、この関係を維持するため、導光板の表面は凹凸のない平滑面であることが望ましい。
【0020】
導光板3より、外部すなわち空気に対して光を射出するためには、前述の全反射を崩して光の反射の角度を意図的に変えてやる必要がある。このために導光板3の側面28に乱反射機構が設けられる。乱反射機構は、例えば端面25から離れるに従って粗から密に配置された光を乱反射する平面的パターンあるいは凹凸部で構成することができる。このように乱反射機構を構成することにより、導光板3の端面25から離れるに従って乱反射性を上げることができる。
【0021】
図4は、導光板に乱反射機構として平面的パターンを形成した場合の例を示す図である。本例では、平面的パターンは白色シルク印刷10で構成されているが、これに限定されず、他の印刷または塗布でもよい。導光板3とシルク印刷10の間には空気層が介在しないため、導光板3内の光がシルク印刷10に当たった場合、導光板3と空気間の屈折率差は存在しない。またシルク印刷10自体光透過性が少なく、反射率の高いものを使用するのが通例である。したがって、導光板3内からの光がシルク印刷10に当たった場合は、シルク印刷が白色であることから、散乱反射が生じる。よってシルク印刷10が施された面28と対向する側面26および27の方向に反射された光は、側面26または27において臨界角以下で入射するため、全反射が生じず側面26および27より光が射出されることとなる。シルク印刷10は、背面全面に印刷するものでなく、ドットや線などによって印刷する部分としない部分を存在させる必要がある。印刷がされた部分に当たった光は、前述のように散乱して側面26および27より射出され、印刷されていない部分に当たった光は全反射が維持され、光源より遠方方向に光が導光されることとなる。入光部(端面25)近傍での印刷面積は少なめにし、徐々に遠方になるにつれ、印刷面積の割合を多めにすることで、すなわち、平面的パターンの面積を端面25から離れるに従って粗から密に配置することで、導光距離に対して均一性の高い発光を得ることが可能となる。
【0022】
図5は、導光板に乱反射機構として凹凸部を形成した場合の例を示す図である。本例では、凹凸部は、V溝11で構成されているが、これに限定されず、例えばシボ加工等でもよい。図5におけるV溝11は導光板3を削るあるいは凹ませることによって形成した溝である。導光板3内からの光が溝に当たることで、反射角度が変わり側面26および27より射出する。図4のシルク印刷と同様に、溝の密度や深さを入光部(端面25)からの距離によって変化させ、すなわち、溝を端面25から離れるに従って粗から密に配置することで、均一性の高い光を得ることができる。
【0023】
図4および図5に示すように、シルク印刷や溝を導光板背面に設けることで、出光面からの発光を得ることができるが、一方で導光板側面部からの発光も生じてしまうと同時に、背面方向へ抜ける光が生じてしまう。そこで、図2に示す反射シート8によって出光面と入光面以外の面を反射性の高い部材により覆うことで、側面や背面に抜けてしまう光の漏れをなくすことが可能となる。ただし、反射シート8と導光板3の間には空気層を存在させる必要があるため、接着等での固定は望ましくない。そこで、筐体4などによる別部材によって導光板3および反射シート8の位置関係を保持するための機構を設けることが望ましい。同時に導光板3とLED1の位置関係も保持する必要があるため、LED1を実装した基板9を筐体4に取り付けるための保持部材2によって固定することで、導光板3および反射シート8およびLED1の位置関係を保持する構成が実現できる。
【0024】
またLED1の発熱を放熱することが重要である。この点については、保持部材2および筐体4にはアルミニウム等の熱伝導性の良い金属部材を用いることで、筐体4の全体に放熱機構を担わせることが可能となる。
LED1に白色LEDデバイスを使用すれば、図1の実施例は白色の光源装置として成立する。近年製品化または発表されている大電力供給が可能な1W以上の入力電力をもつ白色発光LEDを使用すれば、より明るい光源装置を実現することができる。
一方、赤・青・緑のLED素子を一つのパッケージにしたLEDデバイスをLED1として使用すれば、前記赤・青・緑の各々のLEDに流す電流を制御することで、可変色を実現する光源装置を提供することが可能となる。
【0025】
図6は、図1記載の本発明の利用例を示す図である。前述の光源装置をタンス30に組み込んだ状態となる。光源装置を内蔵する形でタンス30に取り付けており、発光面となる側面26および27が、タンス30の表面に露出している。発光面26および27が光ることにより、暗い部屋の中などでタンス30の角を視認することができ、ぶつかる事故を抑止することが可能となる。
【0026】
図7は、本発明に係る光源装置の他の実施例を示す図である。図8は、図7の光源装置の分解図である。
本実施例は、図示のように、光源であるLED1と、LED1を保持するための保持部材2と、LED1からの光を端面25より導入し側面31から出射させるための導光板3とを備える。導光板3は、反射シート8を介して筐体4に配置される。筐体4は、導光板3と保持部材2を位置固定する。LED1は基板9に実装され、基板9を介して保持部材2に保持される。導光板3の光を出射する側面とは異なる側面32および33の少なくとも一方には、端面25から離れるに従って粗から密に配置された乱反射機構(図示しない)を具備する。この乱反射機構については前述の通りである。また、LED1に接続された配線5の他端はLEDを駆動する駆動回路6に接続され、駆動回路6は電源7に接続される。動作方法については、前述の図1の方法と同一となる。
【0027】
図9は、図7記載の本発明の利用例を示す図である。前述の光源装置を収納庫34の奥隅に配置した状態となる。発光面となる側面31からの光により、棚35および36に置いてあるモノが照らされ、暗い棚奥が明るくなり利便性を向上させることができる。
【0028】
図10および図11は、上述した導光板において三角形状の断面における二辺間の角を直線によって面取りした形状を示す。図12および図13は、上述した導光板において三角形状の断面における二辺間の角を円弧等の曲線によって面取りした形状を示す。ここで、図10および図12の導光板は図1,2のものに対応し、図11および図13の導光板は図7,8のものに対応する。このような面取りを行うことにより、角が取れ丸くなるため、人を傷つける事故を抑止することが可能となる。本例では全ての角を面取りしているが、光源装置の設置状況に応じて少なくとも1組の二辺間の角が直線または曲線により面取りされた形状を有するようにすることができる。
【0029】
図14は、図1,2の導光板において光を出射する2つの側面(図2の符号26,27)に対応する三角形状の断面における二辺を円弧状に代えた形状を有する。また図15は、図7,8の導光板において光を出射する側面とは異なる2つの側面(図8の符号32,33)に対応する三角形状の断面における二辺を円弧状に代えた形状を有する。ここで円弧状とは、円弧および円弧に類した丸みを帯びた形状を含むものである。図14の導光板は図1,2のものに対応し、図15の導光板は図7,8のものに対応する。本例では、円弧を用いて例えば半円状の断面形状とすることで、上述した図10〜図13と同様の効果を得ることが可能となる。
【0030】
図17には本発明の光源装置に用いる導光板3の形状の他の例を示す。本例では、端面25の形状と、端面25と対向する端面41の形状とが異なる。このような形状をもてば、長手方向に配光特性を異なった形態の光源装置を提供することが可能となる。
【0031】
以上のように、従来の線状光源で生じる、線状に配列された多数の光源が粒状に見えてしまうという問題や、色の不均一性については、導光技術を用いることで解決することができる。
また、導光板を三角柱に構成することで、配置性を高め、角や隅などのスペースが狭いエリアに光源を配置することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【0032】
本発明は、光源からの光を端面より導入し側面から出射させるための導光板を備えた光源装置に関するものであり、産業上の利用可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【0033】
【図1】本発明に係る光源装置の一実施例を示す図である。
【図2】図1の光源装置の分解図である。
【図3】LEDから導入された光が導光板内を伝搬する様子を示す図である。
【図4】導光板に乱反射機構として平面的パターンを形成した場合の例を示す図である。
【図5】導光板に乱反射機構として凹凸部を形成した場合の例を示す図である。
【図6】本発明に係る図1記載の光源装置の利用例を示す図である。
【図7】本発明に係る光源装置の他の実施例を示す図である。
【図8】図7の光源装置の分解図である。
【図9】本発明に係る図7記載の光源装置の利用例を示す図である。
【図10】本発明に係る光源装置に用いる導光板の断面図の一例である。
【図11】本発明に係る光源装置に用いる導光板の断面図の一例である。
【図12】本発明に係る光源装置に用いる導光板の断面図の一例である。
【図13】本発明に係る光源装置に用いる導光板の断面図の一例である。
【図14】本発明に係る光源装置に用いる導光板の断面図の一例である。
【図15】本発明に係る光源装置に用いる導光板の断面図の一例である。
【図16】(a)〜(c)は、LED1の発光部27のサイズについて説明するための図である。
【図17】本発明に係る光源装置に用いる導光板の他の例を示す図である。
【符号の説明】
【0034】
1…光源、2…保持部材、3…導光板、4…筐体、5…配線、6…駆動回路、7…電源、8…反射シート、9…基板、10…シルク印刷、11…V溝、25…導光板の端面、26、27、28…導光板の側面
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光源と、前記光源からの光を端面より導入し1つまたは2つの側面から出射させるための三角形状の断面を有する導光板とを備え、前記導光板は、前記側面の長さが前記端面の幅よりも長く、前記光を出射する側面とは異なる側面に前記端面から離れるに従って乱反射性を上げる乱反射機構を具備することを特徴とする光源装置。
【請求項2】
前記導光板は、前記三角形状の断面における少なくとも1組の二辺間の角が直線または曲線により面取りされた形状を有することを特徴とする請求項1記載の光源装置。
【請求項3】
前記導光板は、前記光を出射する2つの側面に対応する前記三角形状の断面における二辺、または前記光を出射する側面とは異なる2つの側面に対応する前記三角形状の断面における二辺を円弧状に代えた形状を有することを特徴とする請求項1記載の光源装置。
【請求項4】
前記光源が、1つまたは複数の発光ダイオードを用いて構成されたことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の光源装置。
【請求項5】
前記光源が、1W以上の入力電力をもつ白色発光ダイオードを用いて構成されたことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の光源装置。
【請求項6】
前記光源が複数の発光ダイオードを用いて構成され、前記複数の発光ダイオードが複数の異なる発光波長の発光ダイオードであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の光源装置。
【請求項1】
光源と、前記光源からの光を端面より導入し1つまたは2つの側面から出射させるための三角形状の断面を有する導光板とを備え、前記導光板は、前記側面の長さが前記端面の幅よりも長く、前記光を出射する側面とは異なる側面に前記端面から離れるに従って乱反射性を上げる乱反射機構を具備することを特徴とする光源装置。
【請求項2】
前記導光板は、前記三角形状の断面における少なくとも1組の二辺間の角が直線または曲線により面取りされた形状を有することを特徴とする請求項1記載の光源装置。
【請求項3】
前記導光板は、前記光を出射する2つの側面に対応する前記三角形状の断面における二辺、または前記光を出射する側面とは異なる2つの側面に対応する前記三角形状の断面における二辺を円弧状に代えた形状を有することを特徴とする請求項1記載の光源装置。
【請求項4】
前記光源が、1つまたは複数の発光ダイオードを用いて構成されたことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の光源装置。
【請求項5】
前記光源が、1W以上の入力電力をもつ白色発光ダイオードを用いて構成されたことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の光源装置。
【請求項6】
前記光源が複数の発光ダイオードを用いて構成され、前記複数の発光ダイオードが複数の異なる発光波長の発光ダイオードであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の光源装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【公開番号】特開2009−187875(P2009−187875A)
【公開日】平成21年8月20日(2009.8.20)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−28903(P2008−28903)
【出願日】平成20年2月8日(2008.2.8)
【出願人】(000005474)日立ライティング株式会社 (130)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成21年8月20日(2009.8.20)
【国際特許分類】
【出願日】平成20年2月8日(2008.2.8)
【出願人】(000005474)日立ライティング株式会社 (130)
【Fターム(参考)】
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