| 【発明の名称】 |
面状発光照明装置およびそれを用いた卓上照明装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】渡部 陽次郎
【氏名】石川 龍一
【氏名】下新原 義弘
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| 【要約】 |
【課題】均一で十分な明るさの面状発光照明装置を提供する。
【解決手段】光源と、該光源に対向する少なくとも１つの光入射面およびこれと略直交する光出射面を有する導光体と、該導光体の光出射面上に配置されたプリズムシートとからなり、前記プリズムシートが内面側となるように前記光入射面と略垂直方向に曲率半径５０〜１０００ｍｍで湾曲している面状発光照明装置。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 光源と、該光源に対向する少なくとも１つの光入射面およびこれと略直交する光出射面を有する導光体と、該導光体の光出射面上に配置されたプリズムシートとからなり、前記プリズムシートが内面側となるように前記光入射面と略垂直方向に曲率半径５０〜１０００ｍｍで湾曲していることを特徴とする面状発光照明装置。
【請求項２】 請求項１記載の面状発光照明装置を用いたことを特徴とする卓上照明装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、卓上照明装置として特に適した面状に発光する照明装置に関するものであり、さらに詳しくは、薄型で、高い輝度を有するとともに、均一な照度分布が得られる面状発光照明装置および卓上照明装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】面状発光装置は、携帯用ノートパソコンや、カラー液晶パネルを用いた携帯用液晶テレビあるいはビデオ一体型液晶テレビ等の液晶表示装置、看板、案内標識等の表示装置の背面照明装置、商品等の展示物を照明する照明装置等として種々の分野で広く使用されてきている。
【０００３】このような照明装置としては、板状の導光体の側端面に対向するように光源を配置して、導光体の表面全体を発光させるエッジライト方式の面状発光照明が、厚さの薄いコンパクトな照明装置を構成できることから、特に液晶表示装置の背面照明装置として多用されてきている。しかし、商品等の展示物を照明する展示照明装置や机やテープル等の卓上照明装置としては、蛍光灯等の光源をそのまま或いはカバーを設けて使用する方式の照明装置が広く一般的に使用されている。
【０００４】一方、展示照明装置や卓上照明装置としては、被照射物や被照射範囲を十分な明るさで均一に照明することが必要であるが、エッジライト方式の面状発光装置では、これらの課題が未だ十分に解決されておらず、広く実用化されるには至っていない。すなわち、通常の面状発光照明を用いた場合、図４に示したように被照射範囲内で均一な明るさが得られるように照明することができないとともに、十分な明るさを得ることもできなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】そこで、図５に示したように面状発光照明を湾曲させて被照射範囲内での均一な明るさを得ることが試みられていた。例えば、実開昭５６−９５０１０号公報には、立体的曲面をもつ透明受光体の背面にフィルム状のハーフミラーを貼り付け、透明受光体の一端面に光源を設けた光学立体照明器具が提案されている。また、特開平２−２０４７０６号公報では、表面に分布をもった乱反射部を印刷により形成したアクリル透明樹脂板を湾曲させ、その端面に光源を備えた面光源装置が提案されている。
【０００６】しかし、実開昭５６−９５０１０号公報や特開平２−２０４７０６号公報記載の照明装置では、面状発光照明を湾曲させたり、さらに表面に特定の分布をもたせた乱反射部を形成することにより、被照射範囲内での比較的均一な明るさを得ることはできるものの、面状発光照明を湾曲させたことにより出射光の指向性が低下し明るさがさらに低下するという問題点を有していた。
【０００７】そこで、本発明は、均一な明るさを得るために面状発光照明を湾曲させた場合にも、十分な明るさを確保できる面状発光照明および卓上照明装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、導光体の出射面にプリズムシートを配置するとともに、面状発光照明装置の湾曲度合いを特定の範囲とすることによって、均一で十分な明るさをを確保することができることを見出し、本発明に至ったものである。
【０００９】すなわち、本発明の面状発光照明装置は、光源と、該光源に対向する少なくとも１つの光入射面およびこれと略直交する光出射面を有する導光体と、該導光体の光出射面上に配置されたプリズムシートとからなり、前記プリズムシートが内面側となるように前記光入射面と略垂直方向に曲率半径５０〜１０００ｍｍで湾曲していることを特徴とするものである。また、本発明の卓上照明装置は、上記のような構成からなる面状発光照明装置を用いたことを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明による面状発光照明装置の一実施形態を示す模式的斜視図であり、光源２Ａと、この光源２Aに対向する１つの光入射面と、光入射面と略直交する光出射面を有する導光体１Ａと、導光体１Ａの光出射面に配置されたプリズムシート１Ｂとから構成されている。光源２Ａは、導光体の他方端面にも設置して、導光体の両端面から光が入射するような構成としてもよい。
【００１１】導光体1Ａの光入射面に対向して配置される光源２Ａは、例えば、蛍光ランプや冷陰極管等の線状光源、複数のＬＥＤを一直線状に配列したもの、複数の光ファイバーをライン状に束ねたもの等を用いることができる。光源２Ａには、光源２Ａから導光体１Ａへ有効に光を導入するために、光源２Ａおよび導光体１Ａの光入射面を覆うように、内側に反射層を有する光源リフレクタ２Ｂが設置されている。光源リフレクタ２Ｂとしては、例えば表面に金属蒸着反射層を有するプラスチックフィルム等を用いることができる。また、導光体１Ａの光出射面の裏面には、裏面で反射せずに屈折出射した光を反射させ、再び裏面から導光体１Ａ内に屈折入射させるために反射シート１Ｃが配置されている。反射シート１Ｃとしては、例えば表面に金属蒸着反射層を有するプラスチックシート等を用いることができる。このような反射シートに代えて、導光体１Ａの裏面に金属蒸着などにより反射層を形成することもできる。
【００１２】本発明の面状発光照明装置は、図１に示したように、プリズムシート１Ｂが内面側となるように導光体の光入射面（光源２Ａ）と垂直な方向で湾曲している。本発明において、この面状発光照明装置の湾曲は、その曲率半径が５０〜１０００ｍｍの範囲となるように湾曲させることが必要である。これは、この曲率半径が１０００ｍｍを超えると被照射領域の明るさの均一性が低下するためであり、曲率半径が５０ｍｍ未満であると湾曲部での出射光量の増大により、出射面内での出射光量の差異が大きくなり被照射領域の明るさの均一性が低下するためである。本発明においては、例えば、卓上照明装置のような比較的狭い範囲を照射する場合には、その被照射範囲内での明るさがより均一であることが必要であり、曲率半径を１００〜７００ｍｍの範囲とすることが好ましく、さらに好ましくは１５０〜５００ｍｍの範囲である。
【００１３】導光体１Ａは、全体として矩形状をなしており、４つの側端面を有している。このうち、少なくとも一つの側端面が光入射面とされている。光入射面は光源２Ａと近接して対向配置されており、光源２Ａから発せられた光は光入射面から導光体１Ａ内へと入射する。
【００１４】導光体１Ａの２つの主面は、互いに対向しており、一方は光出射面とされており、他方はその裏面とされる。光源２Ａから光入射面を通して導光体１Ａ中に入射した光は、臨界角を超える分布の光が導光体１Ａの光出射面およびその裏面で全反射を繰り返して導光体１Ａ中を伝搬する。導光体１Ａには指向性光出射機構が形成されており、これにより導光体１Ａ中を伝搬する光は光出射面あるいはその裏面から外部に出射する。光出射面の裏面から出射した出射光は、裏面に形成された反射シート１Ｃによって反射され導光体１Ａ中へと再入射する。本発明においては、導光体１Ａの光出射面から出射される出射光は、高い輝度を得るという観点から指向性の高い光であることが好ましい。すなわち、出射光の光度の最大ピークの方向が、導光体１Ａの光出射面の法線に対して５０°〜８０°であり、その半値幅が１０°〜３５°であるような高い指向性を有する出射光であることが好ましい。これは、最大ピークの方向を５０°以上とし半値幅を３５°以下とすることによって輝度を十分に高めることができ、最大ピークを８０°以下とし半値幅を１０°以上とすることによってプリズムシートによって出射光分布を十分に広げることができるためである。
【００１５】このような指向性の高い出射光を出射させる導光体１Ａの指向性光出射機構としては、導光体１Ａの光出射面およびその裏面の少なくとも一方の表面に微細な凹凸を形成したり、白色拡散性塗料等を塗布または印刷したり、導光体１Ａ中に光拡散材を分散させたりする方法が挙げられる。中でも、微細な凹凸の形成および光拡散材の分散が、高い指向性が得られる点から好ましい。この微細な凹凸としては、例えば、均一な粗面化やレンズ単位を形成したものが挙げられ、輝度の向上と導光体１Ａの光出射面内における輝度の均斉度とのバランスから、これらの平均傾斜角が２°〜１０°程度のものが特に好ましい。この平均傾斜角（θａ）は、ＩＳＯ４２８７／１−１９８４に従って、触針式表面粗さ計を用いて粗面形状を測定し、測定方向の座標をｘとして、得られた傾斜関数ｆ（ｘ）から次の（１）式および（２）式を用いて求めることができる。ここで、Ｌは測定長さである。この平均傾斜角（θａ）は、２°以上とすることによって導光体からの出射光の出射率が大きくなり輝度を高くでき、８°以下とすることによって導光体からの出射光の出射率が小さく光出射面内での輝度の均斉度を高くすることができる。
【００１６】
【数１】
【数２】
このような微細な凹凸は、略等方性のものであっても方向性をもっているものでもよい。略等方性の微細な凹凸を形成する加工方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、フッ酸等を用いた化学エッチングによって粗面を形成した金型、ガラスビーズ等の微粒子を吹き付けて粗面化した金型等を用いて、加熱プレス等によって粗面を転写する方法、印刷法等によって透明な凹凸物質を塗布あるいは付着する方法、導光体１Ａをブラスト法やエッチング法等によって直接加工する方法等が挙げられる。
【００１７】方向性を有する微細な凹凸としては、プリズム列やレンチキュラーレンズ列等の多数の微細な凹凸条溝あるいは突起が挙げられ、そのピッチが１μｍ〜２ｍｍ程度のものが好ましい。多数の微細な凹凸条溝あるいは突起としては、光入射面に対して略垂直に延びる三角形状の複数のプリズム列を並列形成することが好ましい。このようなプリズム列を形成することによって、観察角度範囲に応じて適度な出射光分布の広がりを付与することができるともに、光出射面内での出射光の輝度の均斉度を向上させることができる。
【００１８】導光体１Ａに形成されるプリズム列としては、その頂角が１２０〜１５０°であるものが好ましい。これは、プリズム列の頂角を１２０°以上とすることによって面光源素子としての輝度を向上させることができ、１５０°以下とすることによって観察角度範囲に応じて適度な出射光分布の広がりを付与することができるためである。プリズム列の頂角は、より好ましくは１２０°〜１４５°の範囲であり、さらに好ましくは１２５°〜１４０°の範囲である。
【００１９】導光体１Ａ中に分散させる光拡散材としては、樹脂ビーズ等の有機微粒子やガラスビーズ等の無機微粒子が挙げられ、導光体１Ａを構成する材料の屈折率と異なる屈折率を有する粒径２〜１００μｍ程度、好ましくは４〜５０μｍ程度の微小な透光性粒子を使用することができる。このような光拡散材は、導光体１Ａの全体に均一に分散させてもよいし、一定の濃度分布を持って分散させてもよいし、光出射面あるいはその裏面近傍に層状に偏在させてもよい。
【００２０】導光体１Ａは、図１に示したように一定の厚さをもつものでもよいし、光入射面の位置から該光入射面と対向する側端面の位置の方へと徐々に厚さが減少する所謂くさび形、両端部から中央の方へと徐々に減少する形状のものでもよい。
【００２１】本発明の面状発光照明装置を構成するプリズムシート１Ｂは、導光体１Ａの光出射面上に配置されている。プリズムシート１Ｂの２つの主面は、互いに対向しており、それぞれ全体として導光体１Ａの光出射面と平行に位置する。主面のうちの少なくとも一方の主面は、光源２Ａと平行な方向あるいは１５°以下の角度を有する方向に延びる多数のプリズム列を並行に配列したプリズム列配列面から構成されている。このプリズム列は、その断面の形状が略三角形状となり、プリズム列のピッチは２０〜５００μｍとすることが好ましく、さらに好ましくは２０〜１００μｍの範囲である。プリズム列の頂角は５０〜１５０゜の範囲内とすることが好ましい。
【００２２】プリズムシート１Ｂの配置は、使用する導光体１Ａの出射光特性に応じて適宜選択することができる。例えば、導光体１Ａの出射面上に種々の拡散シートを載置して導光体１Ａからの出射光の指向性を変化させることもでき、この場合には一般的にレンズシート１Ｂのプリズム列配列面を導光体１Ａと反対の方向に向けて載置する。また、導光体１Ａの光出射面あるいは裏面にレンズ面や梨地面等を形成することによって高い指向性を示す出射光を直接レンズシートで法線方向へと変角させる場合には、通常、図１に示したようにプリズムシート１Ｂのプリズム列配列面を導光体１Ａ側に向けて載置する。本発明においては、光の利用効率が高く、出射光の輝度の高い後者のようなプリズムシート１Ｂのプリズム列配列面を導光体１Ａ側に向けて載置される構成とすることが特に好ましい。
【００２３】プリズムシート１Ｂのプリズム列配列面を導光体１Ａ側に向けて載置した場合には、導光体１Ａの光出射面の法線方向に対して斜めにプリズムシート２Ａに入射した光は、プリズム列の稜面で全反射作用によって内面反射され、光出射面の法線方向に変角される。このように、入射光はプリズム列の全反射作用によって進行方向を変向されるので、光の利用効率が高く、導光体１Ａからの出射光の強度分布にほぼ対応した面光源素子の出射光強度分布が得られる。従って、導光体１Ａによって適正化された分布の光を効率よく目的の方向へ変向できる。この場合、プリズム列のプリズム頂角は５０〜８０°であるのが好ましく、この角度範囲内であれば目的の方向に効率よく全反射で変向することができる。プリズム頂角は、好ましくは５５°〜７５°の範囲であり、さらに好ましくは６０°〜７０°の範囲である。なお、プリズム列配列面を導光体１Ａの反対側に向けて載置する場合には、頂角は８０〜１００゜の範囲とすることが好ましく、より好ましくは８５〜９５゜の範囲である。
【００２４】導光体１Ａおよびプリズムシート１Ｂは、光透過率の高い合成樹脂から構成することができる。このような合成樹脂としては、メタクリル樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、塩化ビニル系樹脂が例示できる。特に、メタクリル樹脂が、光透過率の高さ、耐熱性、力学的特性、成形加工性に優れており、最適である。このようなメタクリル樹脂としては、メタクリル酸メチルを主成分とする樹脂であり、メタクリル酸メチルが８０重量％以上であるものが好ましい。
【００２５】導光体１Ａおよびプリズムシート１Ｂのプリズム列やレンチキュラーレンズ列等のレンズ列を配列した表面構造や粗面からなる表面構造を形成するに際しては、透明合成樹脂板を所望の表面構造を有する型部材を用いて熱プレスすることで形成してもよいし、押出成形や射出成形等によって導光体１Ａやプリズムシート１Ｂを製造する際に、同時に形状付与してもよい。また、熱あるいは光硬化性樹脂等を用いて、導光体１Ａやプリズムシート１Ｂを製造する際に、同時に形成してもよい。この場合、導光体１Ａやプリズムシート１Ｂの内部と粗面構造またはレンチキュラーレンズ列やプリズム列などのレンズ列配列構造を有する表面部とで、屈折率を異ならせたものを製造することもできる。さらに、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリメタクリルイミド系樹脂等からなる透明フィルムあるいはシート等の透明基材上に、活性エネルギー線硬化型樹脂からなる粗面構造またはレンチキュラーレンズ列やプリズム列などのレンズ列配列構造を表面に形成してもよいし、このようなシートを接着、融着等の方法によって別個の透明基材上に接合一体化させてもよい。活性エネルギー線硬化型樹脂としては、多官能（メタ）アクリル化合物、ビニル化合物、（メタ）アクリル酸エステル類、アリル化合物、（メタ）アクリル酸の金属塩等を使用することができる。
【００２６】本発明の面状発光照明装置を湾曲させる方法としては、特に限定されるものではなく、通常の種々の方法が使用され、例えば、導光体１Ａ、プリズムシート１Ｂおよび反射シート１Ｃを設置固定するフレームを所望の湾曲形状に形成しておき、このフレームに各部材を設置して湾曲させる方法、導光体１Ａを加熱して湾曲させる方法、導光体１Ａの成形と同時に湾曲させる方法等が挙げられる。本発明においては、プリズムシート１Ｂおよび反射シート１Ｃは、比較的薄くフレキシブルであるため、導光体１Ａを所望の形状に湾曲させ、導光体１Ａの形状に合わせて配置固定することで、全体として湾曲した面状発光照明装置が得られる。
【００２７】
【実施例】以下、実施例により本発明を説明する。なお、以下の実施例において、平均傾斜角（θａ）の測定は、ＩＳＯ４２８７／１−１９８７に従って求めた。触針として０１０−２５２８（１μｍＲ、５５°円錐、ダイヤモンド）を用いた触針式表面粗さ計（東京精器（株）製サーフコム５７０Ａ）にて、粗面の表面粗さを駆動速度０．０３ｍｍ／秒で測定した。この測定により得られたチャートより、その平均線を差し引いて傾斜を補正し、前記式（１）式および（２）式によって計算して求めた。
【００２８】実施例１一方の面が鏡面で、他方の表面が粒径１２５〜１４９μｍのガラスビーズ（不二製作所社製ＦＧＢ−１２０）を用いて１０ｃｍの距離から、吹付け圧力４Ｋｇ／ｃｍ２でブラスト処理を行って粗面とした金型を用いて、アクリル樹脂（三菱レイヨン（株）製アクリペットＶＨ５＃０００）を射出成形することによって、一方の主面が鏡面で他方の主面が平均傾斜角２．９°の粗面の５５６ｍｍ×４２０ｍｍ、厚さ６ｍｍの導光板を作製した。この導光板を、粗面が内面側となるように熱成形により図１に示したように、縦方向の中央より先端部寄りの部分を曲率半径２００ｍｍとなるように湾曲させた。
【００２９】導光体の長さ４２０ｍｍの辺（短辺）に対応する一方の側端面に対向するようにして、側端面に沿って直径１６ｍｍ、長さ５３０ｍｍの直管型蛍光ランプを配置した。そして、その他の側端面に光反射フィルムを貼付し、粗面の反対面（裏面）に対向して反射シートを配置し、光源リフレクタ（反射フィルム）を配置した。さらに、導光体の粗面上に、ポリエステルフィルムにアクリル系紫外線硬化性樹脂を用いて頂角６３°でピッチ５０μｍのプリズム列配列を一方の主面に形成したプリズムシートを、プリズム列が導光体の光入射面と平行となるようにし、且つ、プリズム列配列面が導光体の粗面（光出射面）に対向するように配置し、図１に示した面状発光照明装置を得た。
【００３０】得られた面状発光照明装置を卓上照明装置として使用した場合の机上の被照射領域での照度分布を測定し、その結果を表１に示した。なお、表１で距離（ｍｍ）は卓上照明装置に最も近い被照射領域を基準線（０ｍｍ）とした時の基準線からの距離を表し、位置（ｍｍ）は基準線の中心軸からの左右方向の距離を表す。
【００３１】
【表１】
比較例１導光体の湾曲部の曲率半径を１２００ｍｍとした以外は実施例１と同様にして面状発光照明装置を得た。得られた面状発光照明装置を卓上照明装置として使用した場合の机上の被照射領域での照度分布を測定し、その結果を表１に示した。
【００３２】
【表２】
実施例２〜８、比較例１面状発光照明装置の形態を図２に示したような断面Ｕ字状とした以外は実施例１と同様にして、湾曲部の曲率半径が３０ｍｍ（比較例２）、５０ｍｍ（実施例２）、１００ｍｍ（実施例３）、１５０ｍｍ（実施例４）、２００ｍｍ（実施例５）、２５０ｍｍ（実施例６）、３００ｍｍ（実施例７）、５００ｍｍ（実施例８）の８種類の面状発光照明装置を得た。得られた面状発光照明装置を用いて、光入射面から１００ｍｍの位置（Ａ）と他方の端面から１００ｍｍの位置（Ｂ）の照度を測定し、Ａ点の照度を１００％とした場合のＢ点の照度率（％）を求め、その結果を図３に示した。
【００３３】この結果から明らかなように、湾曲部の曲率半径が５０ｍｍ未満であるとＢ点の照度率が極端に低くなり、出射面内での出射光の明るさの差が大きくなることがわかる。
【００３４】
【発明の効果】本発明によれば、導光体の出射面にプリズムシートを配置するとともに、面状発光照明装置の湾曲度合いを特定の範囲とすることによって、面状発光照明装置を湾曲させた場合にも、十分な明るさを確保でき、均一で十分な明るさの面状発光照明を提供できるものである。また、本発明においては、比較的狭い範囲を均一に十分な明るさで照射する卓上照明装置として特に適した面状発光照明を提供できるものである。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６０３５
【氏名又は名称】三菱レイヨン株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年１２月１５日（１９９９．１２．１５） |
| 【代理人】 |
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１７６３１５（Ｐ２００１−１７６３１５Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年６月２９日（２００１．６．２９） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３５６１７４ |
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