JP2014116104A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】輝度むらが少ない照明装置を提供することを目的とする。
【解決手段】
少なくとも１つの発光素子と、発光素子の出射光が裏側から入射し導光することにより表側を面発光させる導光板とを備える照明装置であって、導光板には、裏側方向に押し出され、導光板の表側に窪みを形成している押出部分があり、窪みと対向する裏側の一部分は、発光素子から出射された光が入射する入射面になっており、窪みの内の少なくとも一部分に、光拡散部材が配置されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等の発光素子を光源として備える照明装置に関し、特に、導光板を用いた面発光する照明装置において輝度むらを低減させる技術に関する。

導光板を用いた面発光する照明装置の一例として、図１３に示すようなエッジライト方式の照明装置８００がある。照明装置８００では、導光板８４０の外周に、複数の発光素子８３２が、それぞれの主出射方向を導光板８４０に向けた状態で環状に配置されている。発光素子８３２から出射された光は、導光板８４０の外周面である入射面８４４から導光板８４０内に入射して、導光板８４０の表側の面である光出射面８４５から均一に出射される。導光板８４０の外周縁には、発光素子８３２を覆い隠すようにして枠材８７０が取り付けられており、枠材８７０によって発光素子８３２の保護や照明装置８００の意匠性の向上が図られている（特許文献１）。

しかしながら、導光板８４０の外周縁に枠材８７０が取り付けられていると、枠材８７０によって導光板８４０の外周縁から出射される光が遮られるため、照明装置８００の表側を全面発光させることは困難である。
導光板を用いた面発光する照明装置の別の例として、図１４に示すような直下型方式の照明装置９００がある。照明装置９００では、複数の発光素子９３２がそれぞれの発光素子９３２の主出射方向を導光板９４０に向けた状態で環状に配列されている。導光板９４０の発光素子９３２に対向する位置が発光素子９３２に向けて押し出された押出部分９４１となっている。当該押出部分９４１の押し出し方向側（以下、この方向を裏側といい、裏側の反対側を表側という。）には、入射面９４４が形成されている。発光素子９３２から出射した光は、入射面９４４から押出部分９４１内に入射して、押出部分９４１の表側の面９４５で反射され、導光板９４０における内側部９４２および外側部９４３内に導かれる。そして、内側部９４２および外側部９４３の表側の面９４２ａ，９４３ａから出射される。

照明装置９００のように、発光素子９３２が導光板９４０の裏側に配置されていると、導光板９４０の外周縁に枠材を取り付ける必要がなく、枠材によって導光板９４０の外周縁から出射される光が遮られないため、照明装置９００の表側を全面発光させることが可能である。

特開２０１２−８４３１６号公報 特開２０１２−１０４４７６号公報

ところで照明装置９００では、押出部分９４１の表側の面９４５に入射した光のうち、入射角が小さいために押出部分９４１の表側の面９４５で反射されず、押出部分９４１を通過する光が存在する。特に、押出部分９４１の表側の面９４５のうち、発光素子９３２に向かって略Ｖ字型に落ち込んだ部分の最下端部分はＲ形状となっており、この部分に光が入射した場合、入射角が略０度となる。このため、略Ｖ字型に落ち込んだ部分の最下端部分では、入射光が反射されず、押出部分９４１を通過してしまう。押出部分９４１を通過する光が多い場合、押出部分９４１は他の導光板部分よりも明るくなってしまい、照明装置に輝度むらが生じる。

本発明は、上記の事情に鑑みなされたものであり、輝度むらが少ない照明装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一態様である照明装置は、少なくとも１つの発光素子と、当該発光素子の出射光が裏側から入射し導光することにより表側を面発光させる導光板とを備える照明装置であって、前記導光板には、裏側方向に押し出され、前記導光板の表側に窪みを形成している押出部分があり、前記窪みと対向する裏側の一部分は、前記発光素子から出射された光が入射する入射面になっており、前記窪みの内の少なくとも一部分に、光拡散部材が配置されていることを特徴とする。

本発明の一態様にかかる照明装置によれば、押出部分の表側に形成された窪み内に光拡散部材が配置されている。これにより、押出部分の表側の面で反射されずに押出部分を通過した光は、光拡散部材により放射状に拡散される。光量が多い押出部分からの出射光が拡散されるので、導光板のうち押出部分に輝度が偏ることが防止され、輝度むらを抑制することができる。

実施の形態１にかかる照明装置を示す斜視図である。 実施の形態１にかかる照明装置の天井板への取り着けの態様を説明する図である。 実施の形態１にかかる照明装置を示す分解斜視図である。 実施の形態１にかかる照明装置の断面図である。 図４に示す２点鎖線で囲んだ部分の拡大断面図である。 実施の形態１にかかる照明装置において、光拡散部材が配置されていない場合の光の経路を説明するための模式図である。 実施の形態１にかかる照明装置において、光拡散部材が配置されている場合の光の経路を説明するための模式図である。 実施の形態２にかかる照明装置を示す分解斜視図である。 実施の形態２にかかる照明装置の断面図である。 図９に示す２点鎖線で囲んだ部分の拡大断面図である。 実施の形態２にかかる照明装置において、光拡散部材が配置されていない場合の光の経路を説明するための模式図である。 実施の形態２にかかる照明装置において、光拡散部材が配置されている場合の光の経路を説明するための模式図である。 従来のエッジライト方式の照明装置を示す平面図である。 従来の直下型方式の照明装置を示す断面図である。

以下、本発明の一態様にかかる照明装置について、図面を参照しながら説明する。なお、各図面における部材の縮尺は一例であり、以下の実施の形態に示す発明の趣旨を損なわない範囲で任意に変更可能である。
≪実施の形態１≫
［照明装置の構成］
図１は、実施の形態１にかかる照明装置の斜視図である。本図に示すように照明装置１は、略円盤状の外観形状を有する。図２は、実施の形態１にかかる照明装置の天井板への取り着けの態様を説明する図である。本図に示すように、
照明装置１は、天井に取り着けられダウンライトとして使用される。

この例では、天井板２に設けた埋込穴２ａに、筐体１０の一部を埋め込むようにして取り付けられている。また、筐体１０の裏面には、照明装置１内の発光素子等から発生した熱を装置外部へ放熱するための放熱部材３が設けられている。照明装置１は、その放熱部材３の側面に取り付けられた板ばね状の掛止部材４によって、天井板２に掛止されている。

天井板２の天井裏面２ｂには、照明装置１を点灯させるための回路ユニット５が配置されており、照明装置１は、電源線３３を介して回路ユニット５と電気的に接続されている。回路ユニット５は、外部の商用交流電源（不図示）と電気的に接続されており、商用交流電源から入力される電流が照明装置１に供給される。
図３は、照明装置１の分解斜視図である。本図に示すように、照明装置１は、筐体１０、カバー２０、発光モジュール３０、導光板４０、および光拡散部材５０を備える。これらが照明装置１の基本構成となる。

（筐体）
筐体１０は、例えば、アルミダイキャスト製であって、本体部１２と、当該本体部１２の天井面側の中央部に設けられた冠状部１１とを有する。冠状部１１は、円形状の天板部分１３と、天板部分１３の外周縁から表側方向へ延設された円筒状の側壁部分１４とを有する。また、本体部１２は、円環状の面板１６と、当該面板１６の外周縁から表側方向へ延設された円環状のリブ１７とを有する。

（カバー）
カバー２０は、導光板４０を覆うドーム状の本体部２１と、当該本体部２１の周縁部から裏側方向へ延設された側壁部２２とを有し、当該側壁部２２が筐体１０のリブ１７に固定されている。
カバー２０の材料としては、例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ガラス等の透光性材料等が好適である。

（発光モジュール）
発光モジュール３０は、円環状の基板３１と、当該基板３１の一方の主面である素子搭載面３１ａに搭載された複数の発光素子３２とを有する。各発光素子３２は、それぞれの主出射方向を導光板４０に向けた状態で、基板３１の素子搭載面３１ａに円環状に配列されている。

基板３１は、例えば、セラミック基板や熱伝導樹脂等からなる絶縁層とアルミ板等からなる金属層との２層構造を有する。基板３１には配線パターン（不図示）が形成されており、各発光素子３２は前記配線パターンおよびコネクタ３４を介して電源線３３と電気的に接続されている。
発光素子３２は、例えば、ＬＥＤであって、基板３１の素子搭載面３１ａにＣＯＢ（Ｃｈｉｐ ｏｎ Ｂｏａｒｄ）技術を用いてフェイスアップ実装されている。

（導光板）
導光板４０は円板状であって、その一部分が裏側方向に押し出され、円環状の押出部分４１を形成している。押出部分４１の環内側には、円板状である環内側部分４２が形成され、押出部分４１の環外側には、円環状である環外側部４３が形成されている。導光板４０の材料としては、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、ガラス等の導光性の良い材料が好適する。

図４は、実施の形態１にかかる照明装置の断面図である。また、図５は、図４に示す２点鎖線で囲んだ部分の拡大断面図である。これらの断面図では、導光板４０の表側の面の中心を通り、かつ導光板４０の表側の面と直交する仮想面で切断した断面を描いている。図４および図５において、符号Ｗ４１で示す範囲が押出部分４１であり、符号Ｗ４２で示す範囲が環内側部分４２であり、符号Ｗ４３で示す範囲が環外側部分５３である。

図４および図５に示すように、押出部分４１は、発光素子３２に向かって裏側方向に押し出されており、押出部分４１の表側の面４５に窪み４６を形成している。窪み４６と対向する押出部分４１の裏側の面４４の一部分は、発光素子３２から出射された光が入射する入射面４４ａになっている。発光素子３２から出射された光は入射面４４ａから入射し、押出部分４１内に導かれる。

押出部分４１の表側の面４５の断面形状は、中央が裏側に突出するよう折り返された略Ｖ字状をしている。図５において、符号Ｗ４５ａで示す部分が略Ｖ字状の最下端部４５ａであり、符号Ｗ４５ｂで示す部分が最下端部４５ａよりも内側の面４５ｂであり、符号Ｗ４５ｃで示す部分が最下端部４５ａよりも外側の面４５ｃである。
導光板４０は主に金型を用いて製作されるが、その製作工程上、最下端部４５ａの内面および外面の断面形状は完全なＶ字状にならず、裏側方向に膨らんだＲ形状となっている。最下端部４５ａは、入射面４４ａの直上に位置している。また、最下端部４５ａの左右両側の面４５ｂ，４５ｃは、環内側部４２および環外側部４３に向けて効率良く光を反射させるために、それぞれ表側に膨らんだ略円弧形となっている。

押出部分４１の表側の面４５が上述の断面形状を有するため、押出部分４１の表側の面４５により形成される窪み４６の断面形状は、略Ｖ字状をしていると共に、略Ｖ字状の最下端部はＲ形状をしている。
押出部分４１の表側の面４５には、略半球状の凹部４１ｃが設けられている。光散乱処理が施されているため、入射面４４ａから入射した光は全反射されるのではなく、その一部が凹部４１ｃで散乱されて、押出部分４１の外部へと出射される。

押出部分４１の表側の面４５で反射された光は、環内側部４２および環外側部４３内に導かれる。環内側部４２の裏側の面４２ｂ、および環外側部４３の裏側の面４３ｂには、凹部４２ｃ，４３ｃが設けられている。したがって、環内側部４２および環外側部４３内に導かれた光は、凹部４２ｃ，４３ｃに入射て散乱光となり、導光板４０の外部へと出射される。

（光拡散部材）
光拡散部材５０は、例えば、架橋ポリスチレン、架橋ポリアクリル酸エステル等の光拡散剤を樹脂に添加してその表面で屈折を可能とした部材により構成され、最下端部４５ａから出射された光を拡散する役割を有する。
図３、図４および図５に示すように、光拡散部材５０は円環状であって、押出部分４１の表側に形成された円環状の窪み４６内の最下端部４５ａの全周を覆うように配置されている。光拡散部材５０の断面形状は、窪み４６の形状に合うように、頂点部分がＲ形状の略三角形である。

［光拡散部材を配置したことによる効果について］
仮に、照明装置１に光拡散部材５０が配置されていない場合、発光素子３２の直上に位置する最下端部４５ａに入射した光は、図６に示すＬ１のように、導光板４０から出射される。断面形状がＲ形状の最下端部４５ａに、発光素子３２から出射された光が直接入射した場合、その入射角は略０度となるため、反射せずに最下端部４５ａを通過してしまう。このため、発光素子３２の直上に位置する最下端部４５ａは、他の導光板４０の表側の面よりも明るくなってしまい、輝度むらが生じる。

一方、光拡散部材５０を窪み４６内に配置した照明装置１の場合、発光素子３２の直上に位置する最下端部４５ａに入射した光は、図７に示すＬ５のように光拡散部材５０により拡散され、拡散光として放射状に出射される。これにより、導光板４０のうち発光素子３２の直上に位置する最下端部４５ａに輝度が偏ることが防止され、輝度むらを抑制することができる。

また、発光素子３２の直上以外に位置する最下端部４５ａにおいても、輝度むらの問題は生じる。発光素子３２の直上以外に位置する最下端部４５ａに、発光素子３２から出射された光が直接入射した場合、入射角が小さくなるためである。このため、発光素子３２から出射された光の一部は、最下端部４５ａで反射せず、最下端部４５ａを通過してしまう。

光拡散部材５０は、最下端部４５ａの全周を覆うように配置されているので、発光素子３２の直上に位置する最下端部４５ａだけでなく、発光素子３２の直上以外に位置する最下端部４５ａからの出射光を拡散することができる。従って、導光板４０のうち最下端部４５ａに輝度が偏ることが防止され、輝度むらを抑制することができる。
なお、Ｌ２は、押出部分４１の表側の面４５ｃで反射され、環外側部４３内に導かれ、凹部４３ｃに入射して散乱光となり、環外側部４３の表側の面４３ａから出射された光である。Ｌ３は、押出部分４１の表側の面４５ｃで反射され、環外側部４３内に導かれた光である。Ｌ４は、押出部分４１の表側の面４５ｂに設けられた凹部４１ｃに入射して散乱光となり、押出部分４１の表側の面４５ｂから出射された光である。これらのＬ２〜Ｌ４の光は、光拡散部材５０の影響を受けず、導光板４０から出射される。

≪実施の形態２≫
本実施形態にかかる照明装置は、実施の形態１にかかる照明装置とは、反射部材を備える点、および光拡散部材の形状や配置位置が異なる。以下では、実施の形態１にかかる照明装置１と異なる構成を説明し、共通する構成については実施の形態１と同じ符号を使って説明を省略する。

図８は、実施の形態２にかかる照明装置の分解斜視図である。本図に示すように、照明装置１００は、筐体１０、カバー２０、発光モジュール３０、導光板４０、光拡散部材１５０、および反射部材１６０を備える。光拡散部材１５０および反射部材１６０が実施の形態１にかかる照明装置とは異なる構成である。
反射部材１６０は、円形状の内側反射部材１６１と、内側反射部材１６１の外周を囲むように配置される円環状の外側反射部材１６２とで構成されている。内側反射部材１６１および外側反射部材１６２は、高反射ポリカーボネート樹脂等の反射率の高い材料からなり、発光素子３２から出射された光を反射して導光板４０に入射させる役割を有する。

図９は、実施の形態２にかかる照明装置の断面図である。図９に示すように、内側反射部材１６１と外側反射部材１６２とは、導光板４０の裏側において、内側反射部材１６１の外周面１６１ｂと外側反射部材１６２の内周面１６２ｂとが間隔を空けて互いに対向した状態で配置されている。内側反射部材１６１の外周面１６１ｂと外側反射部材１６２の内周面１６２ｂとは、光反射面となっており、発光素子３２から出射された光を反射して導光板４０に入射させる。

内側反射部材４１の表側の面４１ａは、導光板５０の環内側部５２の裏側の面と面接触しており、環内側部５２から裏側に漏れる光を反射させて環内側部５２に戻す役割を果たす。
外側反射部材４２の表側の面４２ａは、導光板５０の環外側部５３の裏側の面と面接触しており、環外側部５３から裏側に漏れる光を反射させて環内側部５３に戻す役割を果たす。

図１０は、図９に示す２点鎖線で囲んだ部分の拡大断面図である。本図に示すように、光反射部材１５０は、押出部分４１の表側に形成された窪み４６の全体を充填するように配置されている。すなわち、光拡散部材１５０は、最下端部５５ａに加えて、最下端部５５ａの両側の面５５ｂ，５５ｃを覆っている。
［光拡散部材を配置したことによる効果について］
仮に、照明装置１００に光拡散部材１５０が配置されていない場合、発光素子３２から出射された光は、図１１に示すＬ６〜Ｌ８のように、導光板４０から出射される。

Ｌ６は、発光素子３２から出射された光が、内側反射部材１６１の外周面１６１ｂおよび基板３１の素子搭載面３１ａで反射され、押出部分４１の表側の面４５ｃを通過した光である。Ｌ７，Ｌ８は、発光素子３２から出射された光が、外側反射部材１６２の内周面１６２ｂおよび基板３１の素子搭載面３１ａで反射され、押出部分４１の表側の面４５ｂを通過した光である。

発光素子３２から出射された光が反射部材１６０や素子搭載面３１ａで反射された場合、押出部分４１の表側の面４５ｂ，４５ｃには、様々な角度から光が入射する。そのため、Ｌ６〜Ｌ８といった、入射角が小さく押出部分４１の表側の面４５ｂ，４５ｃを通過する光が発生する。
Ｌ１といった最下端部４５ａに入射した光に加えて、Ｌ６〜Ｌ８といった反射部材１６０および素子搭載面３１ａで反射され入射した光が必要以上に出射される。このため、最下端部４５ａだけでなく、押出部分４１の表側の面４５ｂ，４５ｃも、他の導光板４０の表側の面よりも明るくなってしまう。

一方、光拡散部材１５０を窪み４６内に配置した照明装置１００の場合、押出部分４１の表側の面４５ｂ，４５ｃから出射した光は、図１２に示すＬ７のように、光拡散部材１５０によって拡散され、散乱光として放射状に出射される。これにより、導光板４０のうち押出部分４１の表側の面４５に輝度が偏ることが防止され、輝度むらを抑制することができる。

≪変形例≫
なお、上記の実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は上記の実施の形態に限定されないことはもちろんである。以下のような場合も本発明に含まれる。
（ａ）上記の実施の形態において、導光板が円形状である場合を示したが、本発明は必ずしもこの場合に限定されない。導光板は、例えば、四角形状、六角形状、八角形状等のような多角形の板状であってもよい。また、環状部、環内側部、環外側部の各形状も、導光板の形状に応じて任意である。

（ｂ）上記の実施の形態において、導光板の押出部分が円環状である場合を示したが、本発明は必ずしもこの場合に限定されない。押出部分は、発光素子から出射された光を導光板に導入するために導光板の裏側に設置された発光素子に向けて押し出された部分であり、その形状は発光素子の配置に応じて任意である。
（ｃ）上記の実施の形態において、光拡散部材を、発光素子の円環状の素子列に沿って、押出部分の表側に形成された円環状の窪みの全周を覆うように配置する場合を示したが、本発明は必ずしもこの場合に限定されない。押出部分の表側の面の窪み内に光拡散部材を配置するものであればよく、光拡散部材の形状は導光板の押出部分の形状に応じて任意である。例えば、発光素子の直上に位置する部分のみに光拡散部材を配置する構成としてもよい。

（ｄ）上記の実施の形態において、複数個の発光素子パッケージを環状に配列する場合を示したが、本発明は必ずしもこの場合に限定されない。発光素子パッケージは少なくとも１つ以上であればよい。
（ｅ）上記の実施の形態において、光拡散部材が、架橋ポリスチレン等の光拡散剤を樹脂に加えたもので構成される場合を説明したが、本発明は必ずしもこの場合に限定されない。光拡散粒剤を導光板の表側に形成された窪み内に塗布するとしてもよい。なお、光拡散剤とは、光を拡散させたり、反射光を抑えて自然な光を作り出す効果がある球状微粒子を含むものをいう。また、種類の異なる２種類以上の光拡散剤を混合して用いてもよい。

（ｆ）上記の実施の形態において、筐体を覆うカバーは透光性の材料から構成される場合を説明したが、本発明は必ずしもこの場合に限定されない。筐体を覆うカバーは、光拡散機能を持つものであってもよい。具体的には、カバーの本体部および側壁部に光散乱処理を施してもよい。導光板から出射された光は、本体部および側壁部を透過する際に散乱光となる。このような光拡散機能により、さらに輝度むらが軽減され、良好な面発光が実現される。

（ｇ）上記の実施の形態において、環内側部の裏側の面および環外側部の裏側の面に、凹部を設ける場合を示したが、本発明は必ずしもこの場合に限定されない。環内側部および環外側部に施される光散乱処理は上記に限定されず任意である。例えば、光散乱処理として凹部ではなく凸部が設けられていてもよいし、凹部と凸部の両方が設けられていてもよい。また、光散乱処理が裏側の面ではなく表側の面に施されていてもよいし、裏側の面と表側の面の両方に施されていてもよい。但し、環内側部の表側の面および環外側部の表側の面の全体から、均一に光が出射するような態様であることが好ましい。

（ｈ）上記の実施の形態において、凹部の形状が略半球状である場合を示したが、本発明は必ずしもこの場合に限定されない。凹部の形状および大きさ等は任意であり、光散乱効果が得られるものであればよく、形状としては例えば略円錐状や略円錐台状等であってもよい。
（ｉ）上記の実施の形態において、発光素子がＬＥＤである場合を示したが、本発明は必ずしもこの場合に限定されない。発光素子は、例えば、ＬＤ（レーザダイオード）や、ＥＬ素子（エレクトリックルミネッセンス素子）であってもよい。また、本発明に係る発光素子は、ＳＭＤ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔ Ｄｅｖｉｃｅ）型のものが基板に搭載されていてもよい。

（ｊ）上記の実施の形態では、照明装置がダウンライトである場合を説明したが、本発明は必ずしもこの場合に限定されない。デスクスタンド型やシーリング型の照明装置とすることもできる。

１、１００ 照明装置
１０ 筐体
２０ カバー
３０ 発光モジュール
３１ 基板
３２ 発光素子
４０ 導光板
４１ 押出部分
４２ 環内側部
４３ 環外側部
４４ａ 入射面
４５ａ 最下端部
４６ 窪み
５０、１５０ 光拡散部材
１６０ 反射部材

Claims (7)

1. 少なくとも１つの発光素子と、当該発光素子の出射光が裏側から入射し導光することにより表側を面発光させる導光板とを備える照明装置であって、
   前記導光板には、裏側方向に押し出され、前記導光板の表側に窪みを形成している押出部分があり、
   前記窪みと対向する裏側の一部分は、前記発光素子から出射された光が入射する入射面になっており、
   前記窪みの内の少なくとも一部分に、光拡散部材が配置されている
   ことを特徴とする照明装置。
2. 前記導光板の厚み方向の断面において、前記窪みは、略Ｖ字状をしていると共に、略Ｖ字状の最下端部はＲ形状をしている
   ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記略Ｖ字状の最下端部は、前記入射面の直上に位置している
   ことを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
4. 前記光拡散部材は、前記窪みの全体を充填するように配置されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
5. 前記発光素子は、環状に複数個配置され、
   前記押出部分は、前記複数の発光素子からなる環に沿って環状に形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
6. 前記発光素子から出射された光を反射して前記押出部分に入射させる反射面を有する反射部材をさらに備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
7. 前記導光板の表側全面を覆うように取り付けられ、前記導光板から出射された光を拡散する拡散カバーをさらに備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。

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