[go: up one dir, main page]

JP6002071B2 - 照明装置及び導光部材 - Google Patents

照明装置及び導光部材 Download PDF

Info

Publication number
JP6002071B2
JP6002071B2 JP2013064622A JP2013064622A JP6002071B2 JP 6002071 B2 JP6002071 B2 JP 6002071B2 JP 2013064622 A JP2013064622 A JP 2013064622A JP 2013064622 A JP2013064622 A JP 2013064622A JP 6002071 B2 JP6002071 B2 JP 6002071B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
axis
light guide
light
back surface
exit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2013064622A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2014191920A (ja
Inventor
大野　博司
博司 大野
雄一郎 山本
雄一郎 山本
光章 加藤
光章 加藤
高松　伴直
伴直 高松
白土　昌孝
昌孝 白土
弘道 林原
弘道 林原
英男 田村
英男 田村
山本　正彦
正彦 山本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2013064622A priority Critical patent/JP6002071B2/ja
Priority to EP14159133.9A priority patent/EP2784380B1/en
Priority to US14/206,062 priority patent/US10180529B2/en
Publication of JP2014191920A publication Critical patent/JP2014191920A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6002071B2 publication Critical patent/JP6002071B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/005—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided by one optical element, or plurality thereof, placed on the light output side of the light guide
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0013—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide
    • G02B6/0015—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
    • G02B6/002—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it by shaping at least a portion of the light guide, e.g. with collimating, focussing or diverging surfaces
    • G02B6/0021—Means for improving the coupling-in of light from the light source into the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it by shaping at least a portion of the light guide, e.g. with collimating, focussing or diverging surfaces for housing at least a part of the light source, e.g. by forming holes or recesses
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/0035—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
    • G02B6/0045—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it by shaping at least a portion of the light guide
    • G02B6/0046—Tapered light guide, e.g. wedge-shaped light guide
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F21K9/20—Light sources comprising attachment means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V2200/00—Use of light guides, e.g. fibre optic devices, in lighting devices or systems
    • F21V2200/20—Use of light guides, e.g. fibre optic devices, in lighting devices or systems of light guides of a generally planar shape
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/0035—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
    • G02B6/0036—2-D arrangement of prisms, protrusions, indentations or roughened surfaces
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/0035—Means for improving the coupling-out of light from the light guide provided on the surface of the light guide or in the bulk of it
    • G02B6/004—Scattering dots or dot-like elements, e.g. microbeads, scattering particles, nanoparticles
    • G02B6/0043—Scattering dots or dot-like elements, e.g. microbeads, scattering particles, nanoparticles provided on the surface of the light guide
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/0058—Means for improving the coupling-out of light from the light guide varying in density, size, shape or depth along the light guide
    • G02B6/0061—Means for improving the coupling-out of light from the light guide varying in density, size, shape or depth along the light guide to provide homogeneous light output intensity
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0081—Mechanical or electrical aspects of the light guide and light source in the lighting device peculiar to the adaptation to planar light guides, e.g. concerning packaging
    • G02B6/0085—Means for removing heat created by the light source from the package

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)
  • Planar Illumination Modules (AREA)
  • Arrangement Of Elements, Cooling, Sealing, Or The Like Of Lighting Devices (AREA)

Description

本発明の実施形態は、照明装置及び導光部材に関する。
ペンダントライト等のように人の目線に近いところに設置される照明装置では、消灯時
の見え方が重要となる。例えば、部屋の閉塞感を与えないために、消灯時には透明に見え
る照明装置が望まれている。このような照明装置としては、LED光源からの光を導光し、
散乱パターンにより光を拡散して射出面から外部に射出する透明な導光板を用いるものが
ある。この際、散乱パターンにより拡散されずにLED光源から遠方の端部まで導光される
光の成分が多くなってしまう。
このため、導光体の端部に到達する光を反射シート等の部材により射出面に向けて反射
させる照明装置がある。しかしながら、照明装置の透明感を損なわずに導光板の端部に到
達する光を効率よく射出面から射出させることができなかった。
特開２０１１−２２２４２０号公報
透明感を損なわずに、導光板の端部に到達する光を効率よく射出面から射出させること
が可能な照明装置、及びこの照明装置に用いられる導光部材を提供する。
実施形態に係る照明装置は、光を射出する射出面、及び射出面に対向する背面を有する
導光部を備えている。導光部は、射出面及び背面を通る軸から第１距離離れた背面上の第
１位置よりも遠い背面の領域に曲面を有し、かつ軸から第１位置に向かう方向と同一方向
に軸から第２距離離れた射出面上の第２位置よりも遠い射出面の領域に粗面を有するもの
であって、軸と背面の交点を原点とし、軸の背面から射出面に向かう方向を正としたとき
に、曲面の法線は軸の正側で軸と交わり、第２位置における射出面の背面から射出面を向
く方向の法線ベクトルと、曲面から第２位置に向かうベクトルとの成す角が臨界角以上で
ある。
実施形態に係る導光部材は、射出面及び背面を通る軸から第１距離離れた背面上の第１
位置よりも遠い背面の領域に曲面を有し、かつ軸から第１位置に向かう方向と同一方向に
軸から第２距離離れた射出面上の第２位置よりも遠い射出面の領域に粗面を有するもので
あって、軸と背面の交点を原点とし、軸の背面から射出面に向かう方向を正としたときに
、曲面の法線は軸の正側で軸と交わり、第２位置における射出面の背面から射出面を向く
方向の法線ベクトルと、曲面から第２位置に向かうベクトルとの成す角が臨界角以上であ
る。
第一の実施形態に係る照明装置の斜視図。 第一の実施形態に係る照明装置の断面図。 第一の実施形態に係る導光部の部分図。 第一の実施形態に係る数値計算結果の一例。 第一の実施形態に係る導光部の背面を示す図。 第一の実施形態に係る数値計算結果の一例。 第一の実施形態に係る数値計算結果の一例。 第二の実施形態に係る照明装置を示す図。 第三の実施形態に係る照明装置を示す図。
以下、図面を参照して、発明を実施するための実施形態について説明する。
（第一の実施形態）
図１及び図２は第一の実施形態に係る照明装置１００を示す図である。照明装置１００
は、例えば屋内の照明として用いられ、天井にぶら下げて設けられている。図１は照明装
置１００の斜視図である。ここで、重力方向（天井から床面に向かう方向）をｚ軸及び回
転対称軸１１０の正方向とする。このとき、ｚ軸に垂直な面をｘｙ平面とする。なお、図
１においては後述の支持部８０は省略されている。
図１に示す照明装置１００は、LED等の発光する光源３０をｘｙ平面内に複数備えてい
る。各光源３０は、回転対称軸１１０付近において異なる方向に光を照射するように設け
られている。各光源３０は、電気配線６０により電源７０に接続されており、この電源７
０から給電されることで、可視光を放射状に射出する。また、照明装置１００は、可視光
に対して透明で、ｘｙ平面に沿った薄い円板状の導光部１０を備えている。導光部１０は
、回転対称軸１１０を中心として中央に空孔２０を有している。
接合部４０は、導光部１０の空孔２０を通る円柱状の部材である。接合部４０は、各光
源３０を空孔２０の側面２０aに対向させるように載置しており、各光源３０の発光に伴
って生じる熱を受け取り、放熱部５０に伝える。
放熱部５０は、接合部４０と接続される熱伝導性の高い部材で、接合部４０から受け取
った熱を表面から照明装置１００の外部に放出する。放熱部５０は、天井に接続されるこ
とで照明装置１００を天井にぶら下げている。また、放熱部５０は内部に電源７０を備え
ている。
図２は照明装置１００の断面図であり、図１における回転対称軸１１０を通る面で照明
装置１００を切断した図である。
図２に示す照明装置１００は、導光部１０をｚ軸方向に挟み込むように設けられる一対
の支持部８０を備えている。支持部８０は、各々接合部４０に接続されており、導光部１
０を挟み込むことにより導光部１０を接合部４０に固定している。
導光部１０は、空孔２０の側面２０aから入射した光を動径方向（図２ではｘ軸方向）
に導光するとともに、射出面１０aから外部（ｚ軸正の方向）に射出する。このとき、射
出面１０aの全面が発光するので、照明装置１００ではこの光を照明光として用いること
ができる。導光部１０は、光源３０から動径方向に最も離れた端部１０fに、導光により
端部１０fまで達した光を射出面１０aから射出させる拡散透過部１５を有している。
導光部１０は、例えばアクリル（屈折率ｎ＝1.49）を材料とする、可視光に対して透明
な部材である。また、導光部１０の厚みdは例えば5 mmとする。半径rLGは例えば300 mmと
する。導光部１０は、回転対称軸１１０を中心に円柱状の空孔２０を有している。空孔２
０の半径rSは例えば11 mmとする。なお、導光部１０の材料はアクリルに限らず、可視光
に対して透明であればよく、ガラスでもよい。ガラスの場合、光源３０からの熱がガラス
を伝わって、ガラスの表面から放熱されるため、熱的に有利である。また形状は円板状に
限らず、多角形など、回転対称のものであればよい。ここで、回転対称とは、導光部１０
を、回転対称軸１１０に対して回転させたときに、回転角度が３６０°未満の範囲で元の
形状に戻る形状である。このように、導光部１０が回転対称の形状を有することで、光源
３０からの光は導光部１０を回転対称軸１１０を中心に対称に導光される。これにより、
射出面１０a内での輝度分布が一様に近づけることができる。
接合部４０は、例えばアルミを材料とする。接合部４０は、回転対称軸１１０に対して
回転対称であり、例えば直径21mmの円柱である。この円柱の側面に光源３０を複数載置す
る。各光源３０の発光面は、例えば0.3 mm×0.6 mmであるとする。この光源３０を、発光
面の外向き法線方向が円柱側面の外向き法線方向に平行となるように、円環状に100個、
等間隔で配置する。ここで、光源３０の配置は、円環状に限らず、多角形状であってもよ
い。多角形状にした場合、円環状のときと比べ、光源３０の基板に生じる応力を低減する
ことができる。接合部３０の中心には空洞を設け、この中に光源３０と電源７０を接続す
る電気配線６０を通す。
接合部４０は、一部にねじ切り加工を有している。すなわち、支持部８０を接合部４０
のねじ切りに対応するナットとすることで、接合部４０のねじ切り及び２つのナットによ
り導光部１０をｚ軸方向に挟み込むことができる。
放熱部５０は、例えばアルミを材料とする。ただし、材料はこれに限らず、導光部１０
と比べて熱伝導率の高い材料（例えば、銅、透明セラミック、ガラス等）を用いることが
できる。放熱部５０は、例えば長さ400mmの円柱であり、表面に板状の放熱フィン（図示
せず）が設けられている。このとき、放熱フィンを合わせた最外殻の直径は40 mmとする
。簡易計算によると，この放熱部５０により、光源３０の温度上昇を100℃以下に抑える
ことができる。放熱部５０の中心には空洞を設け、この中に電源７０を含む電源回路（図
示せず）を有している。
以下、導光部１０について詳細に説明する。図３は導光部１０の部分図である。なお、
以下では回転対称軸１１０と導光部１０の背面１０bとの交点を回転対称軸１１０の原点O
とする。ここで、回転対称軸１１０が背面１０ｂの空孔２０を通る場合、背面１０ｂと空
孔２０の交線上の点からの距離が最小となるような、回転対称軸１１０上の点を原点Oと
する。
導光部１０は、回転対称軸１１０からｘ軸方向の距離rE（第１位置A）以上の領域にお
いて、射出面１０aに対向する背面１０bに曲面１０cを有している。また、回転対称軸１
１０から第１位置Aに向かう方向であって、回転対称軸１１０からｘ軸方向の距離rE（第
２位置B）以上の領域において、射出面１０aに粗面１０dを有している。また、射出面１
０aに背面１０bと接続する端面１０eを有している。本実施形態においては、回転対称軸
１１０からｘ軸方向の距離rE以上の領域を導光部１０の端部１０fとし、曲面１０c、粗面
１０d、端面１０eをまとめて拡散透過部１５とする。
ここで、回転対称軸１１０からのｘ軸方向の距離がrEとなる位置での、導光部１０の厚
みをdLGとする。このとき、導光部１０の背面１０bの回転対称軸１１０からのｘ軸方向の
距離がrE（第１位置A）以上、rM=rE+ dLG・tanθc（第３位置C）以内となる領域において
、背面１０bは回転対称軸１１０と直交する方向に平行となる。なお、θcは導光部１０の
臨界角（本実施形態では42°）であり、導光部１０の屈折率nを用いて次式で表わされる
。
Figure 0006002071
ここで、回転対称軸１１０を含む平面で導光部１０の断面をとる。このとき、回転対称
軸１１０からのｘ軸方向の距離がrM以上となる領域において背面１０b上の任意の点Pをと
ると、曲面１０cは、点Pにおける内向き（導光部１０の内部への方向）法線方向に沿った
延長線と回転対称軸１１０とが回転対称軸１１０の正側で交わる面である。さらに、点B
における射出面１０aの外向き法線（導光部１０の外部への方向、すなわち背面１０bから
射出面１０aに向かう方向）ベクトルと、点Pと第２位置Bを結ぶベクトルPBとの成す角は
、臨界角θc以上である。本実施形態においては、点Bにおける射出面１０aの外向き法線
（導光部１０の外部への方向）と、点Aにおける背面１０bの内向き法線ベクトルとは一致
する。
ここで、具体的には曲面１０cは次式を満たす形状とすることができる。すなわち、曲
面１０cは、例えば点Bを原点としたときに、回転対称軸１１０と直交し、光源３０から遠
ざかる方向をR’方向とし、回転対称軸１１０の負の方向をzとすると、θを媒介変数とし
て、
Figure 0006002071
を満たす有限区間とすることができる。
粗面１０dは、例えば、1umから100umまでの大きさの粒子を射出面１０aに吹き付けるサ
ンドブラスト処理によって形成される。または、散乱粒子を塗装することによっても形成
される。
端面１０eは、内向法線方向に沿った延長線と回転対称軸１１０とが回転対称軸１１０
の負側で交わる面である。端面１０eは、粗面１０dと同様にサンドブラスト処理や散乱粒
子を塗布してもよい。
図３において、光線L1は導光部１０の射出面１０aの点Bにおいて、臨界角で全反射され
る。このとき、点Bおける射出面１０aの内向き法線ベクトル（導光部１０の内部へ向く方
向）と全反射直後の光線L1の方向の成す角はθcである。さらに、光線L1は、回転対称軸
１１０からの距離がrM以上の領域において曲面１０cによって全反射される。全反射直後
の光線L1は、その方向と回転対称軸１１０の正の方向との成す角が臨界角以下になる。そ
のため、光線L1がさらに導光部１０の射出面１０a（法線方向が回転対称軸１１０と平行
）に当たり全反射されずに外部に透過する。
また、光線L2は射出面１０aの点ＢよりもＬＥＤ近傍側の点において、臨界角よりも大
きい角度で全反射され、光線L1と同じ点において背面１０bに当たる。このとき、光線L2
は、光線L1よりも大きな角度（臨界角よりも大きい）で背面１０bに当たるため全反射さ
れる。
以上より、回転対称軸１１０から距離rＥ以上の領域において背面１０b側に向かう光は
、すべて全反射されて射出面１０aに向かうことになる。
一方、背面１０bの回転対称軸１１０からの距離rＥ以上の領域において全反射された光
の一部は端面１０e、あるいは粗面１０dに当たり拡散透過される。
以上より、回点対称軸１１０の正方向側に向かう光の成分のほうが負の方向側に向かう
成分よりも多くなる。実際、散乱パターンが無い場合での配光分布を、光線追跡シミュレ
ーションにより計算すると図４のようになる。この図は、光度の相対値（最大を100とす
る）を配光角に対してプロットしている。散乱パターンが無い場合、ＬＥＤから発光され
た光は、ほぼ透過拡散部１５で射出される。この図より射出面１０aから射出される光が
多くなることがわかる。すなわち、導光部１０の端部１０fに到達する光を効率よく射出
面１０aから射出させていることがわかる。また、このとき、導光は全反射のみで行い、
例えば光を反射させるために金属等の他部材を設けていないので、照明装置１００の透明
感を損なうことがない。
また、導光部１０は、導光する光を散乱させる散乱ドット９０を背面１０bに有してい
る。散乱ドット９０は、例えば白色印刷である。図５は導光部１０の背面１０bを示す図
である。導光部１０は、背面１０bの半径rS（=11mm）以上、rE（=300mm）以内の領域に散
乱ドット９０を有している。
散乱ドット９０の分布（散乱パターン）は、動径方向のピッチ９１、及び方位角方向の
ピッチ９２の２つの独立なパラメータを用いて記述できる。すなわち、回転対称軸１１０
から等距離離れた散乱ドット９０の集合を同列とし、中心から離れるに従って列番号iが
増えるとする。そして、i-1列目とi列目の動径座標の差をLiとし、これを動径方向のピッ
チ９１をとする。このとき、i列目の散乱ドット９０の動径座標rは、次式で与えられる。
Figure 0006002071
ただし、L0は0とする。ここで、動径方向のピッチLiを一定のLとすると、（式５）は次
式となる。
Figure 0006002071
また、同列における隣り合う散乱ドット９０の方位角方向の距離を方位角方向のピッチ
９２とし、これをP2とする。P2は、Cを定数として次式で表わされる。
Figure 0006002071
ここで、散乱ドット９０の直径をDとする。このとき、散乱ドット９０が互いに重なら
ないためには、P2を散乱ドット９０の直径Dよりも大きくする必要がある。したがって、P
2が最小となるr=rEにおいてP2がD以上とすると、次式を同時に満たす必要がある。
Figure 0006002071
また、P2(rS)の最大は2πrSであるので次式をさらに満たす必要がある。
Figure 0006002071
なお、方位角方向のピッチ９２は、同列内において必ずしも均等にできるとは限らない
。すなわち、同列内での散乱ドット９０の最近接距離が（式７）で規定されるピッチ以下
になる隣り合う散乱ドット９０の組み合わせが一組存在してもよい。
以上説明した散乱ドット９０の分布は、回転対称軸１１０に近いほど疎で、遠くなるほ
ど密になっている。これにより、導光部１０の射出面１０aの全面にわたって一様な光束
発散度を実現することができる。
光源３０からの光は導光部１０の中心からほぼ放射状に導光（伝搬）する。導光部１０
において、回転対称軸１１０からの距離がr[mm]となる円筒型の断面をとる。この断面は
、法線方向が動径方向と一致する。断面の厚さはd[mm]とする。この断面内に、単位面積
あたりに入射する光の照度[lm/mm2]をF(r)とする。すると、この断面を通過する全光束I[
lm]は、次式となる。
Figure 0006002071
散乱ドット９０により、導光部１０の外部に射出された光の成分だけ全放射束Iは減衰
する。このとき、減衰係数をk[1/mm]とすると次式が成り立つ。
Figure 0006002071
ここで、放射束Iが減衰した分は、ほぼ射出面１０aから射出されると考えられる。導光
部１０の射出面１０aからの光束発散度が、射出面１０aの全面にわたって一定になるため
には、光束発散度をL0[lm/mm2]とすると、次式を満たす必要がある。
Figure 0006002071
以上の（式１１）乃至（式１３）を用いて減衰係数kを求めると次式となる。
Figure 0006002071
ここで、被覆率ρを単位面積あたりの散乱ドット９０の占有面積と定義すると、減衰係
数kは被覆率ρに比例すると考えられる。このため、被覆率ρは、（式１４）より次式と
なる。
Figure 0006002071
このとき、被覆率ρは、rに対して単調増加関数になる。また、ρは正の実数でなけれ
ばならない。したがって、（式１５）より次式となる。
Figure 0006002071
また、rは1より小さいため、（式１５）及び（式１７）より、次式を同時に満たす必要
がある。
Figure 0006002071
なお、（式１５）をテーラー展解すると、次式としても表わされる。
Figure 0006002071
ここで、散乱ドット９０の直径D及び動径方向のピッチ９１を一定とし、（式１５）に
おいて、次式を与えることにより（式７）が得られる。
Figure 0006002071
実際に、散乱パターンを導光部１０の背面１０bに一様に打ったとき、導光部１０の射
出面１０aの直下の照度分布は図６のようになる。この図は、光線追跡シミュレーション
により計算した。この図において、左上に照度分布の色等高線を示している。横軸はx軸[
mm]、縦軸はy軸[mm]であり、それぞれの軸は回転対称軸１１０と直交するとする。ここで
、照度分布の、最大値の最小値に対する比（以下、最大／最小）は約37である。
一方、本方式に従えば図７のようになる（ここで、散乱ドット数の径と個数、および動
径方向のピッチは図６の場合と同じとした）。この図において、左上に照度分布の色等高
線を示している。横軸はx軸[mm]、縦軸はy軸[mm]であり、それぞれ回転対称軸１１０と直
交する。このとき、照度分布の最大／最小が約3になる。これは先ほどの場合と比べると
、約1／12.3倍となっており、ＪＩＳ規格(JIS-Z9110)によれば十分な均斉度と言える。
なお、放熱部５０は円柱としているが、さらに放熱特性を高めるために、円柱の一部に
円盤を設けてもよい。これにより、放熱面積を大きくすることができ、全体の温度を下げ
ることができる。または、放熱部５０の内部にヒートパイプを挿入し、熱伝導性を高めて
もよい。
また、導光部１０に空孔２０をさらに設けてもよい。これにより、複数の空孔２０を通
じて自然対流が生じ、放熱がさらに加速される。
また、散乱ドット９０は、白色印刷に限らず、表面を粗すことにより作成される粗面、
あるいは多数の凹部を導光１０の背面に設けてもよい。
また、導光部１０の射出面１０aに、さらに透過型の散乱パターンを備えることにより
、射出面１０aから射出される全光束を増やすこともできる。例えば、透過型の散乱パタ
ーンとして、背面と同じ散乱パターンにすればよい。ただし、散乱ドットは白色ではなく
、たとえば透明なビーズを塗布することができる。これにより、射出面aの散乱ドットに
当たった光は、拡散透過される。
また、図４を見ると散乱パターンが無い場合でも、射出面１０aから十分な光量が射出
されることがわかる。そのため、rS = rEとしてもよい。
また、散乱パターンの被覆率がρ(rE)＝１を満たすとき、ρ(rE)＜１の場合と比べて散
乱パターンはより密になる。そのため、射出面１０aからより多くの光が射出される。
本実施形態の照明装置１００によれば、透明感を損なわずに、導光部１０の端部１０f
に到達する光を効率よく射出面１０aから射出させることが可能となる。
（第二の実施形態）
図８は第二の実施形態に係る照明装置２００を示す図である。なお、以下では先に述べ
た照明装置１００とは異なる点を中心に説明する。照明装置２００は、接合部４０と放熱
部５０が一体となった放熱部５５を備えている。
導光部１０は、回転対称軸１１０からの距離がrE以内の領域において、放熱部５０の端
部５０aを覆うように回り込ませて、導光部１０の射出面１０a及び背面１０bに曲面部１
７が設けられている。
光源３０は、導光部１０の回転対称軸１１０に近い方の端面１０gに、発光面が対向す
るように配置されている。ここで、回転対称軸１１０を含む平面で導光部１０の断面をと
る。このとき、端面１０gと導光部１０の背面１０bが交差する点をVとする。導光部１０
の曲面部１７は、回転対称軸１１０からの距離がrS以上かつrEまでとなる有限領域におい
て、射出面１０a上の任意の点をWとし、点Wにおける射出面１０aの内向き（導光部１０の
内部への方向）法線と、ベクトルWV（点Wと点Vを結ぶベクトル）との成す角が臨界角θc
以上となるような形状とする。
放熱部５５は、円環状であり、導光部１０に沿う形状となっている。材料は、たとえば
ガラスである。ただし、これに限るものではなく、透明なセラミックでもよい。または、
白色塗装したアルミなどの金属でもよい。光源３０は、放熱部５５の上面（ｚ軸負の側）
５５aに光源３０を載置している。
本実施形態の照明装置２００によれば、光源３０から発光された光は、導光部１０の曲
面部１７の射出面１０aでほぼ全反射され、導光部１０の中を伝搬する。また、曲面部１
７で全反射されなかった光の成分は、導光部１０の射出面１０aから外部へ射出される。
これにより、天上側も照らすことができる。このとき、光源３０から放熱部５５に伝わっ
た熱は、直接外部へ放出される。あるいは、導光部１０を伝わり、導光部１０から外部に
放出される。
（第三の実施形態）
図９は第三の実施形態に係る照明装置３００を示す図である。なお、以下では先に述べ
た照明装置１００とは異なる点を中心に説明する。
導光部１０は、回転対称軸１１０からの距離がrE以内の領域において、導光部１０の射
出面１０a及び背面１０bに曲面部１７が設けられている。
光源３０は、導光部１０の回転対称軸１１０に近い方の端面１０gに、発光面が対向す
るように配置されている。ここで、回転対称軸１１０を含む平面で導光部１０の断面をと
る。このとき、端面１０gと導光部１０の背面１０bが交差する点をVとする。導光部１０
の曲面部１７は、回転対称軸１１０からの距離がrS以上かつrEまでとなる有限領域におい
て、射出面１０a上の任意の点をWとし、点Wにおける射出面１０aの内向き（導光部１０の
内部への方向）法線と、ベクトルWV（点Wと点Vを結ぶベクトル）との成す角が臨界角θC
以上となるような形状とする。
接合部４０は、２種類の光源３０a及び３０bを載置している。光源３０a及び３０bは、
それぞれ異なる波長スペクトルを有しており、回転対称軸１１０から動径方向の距離dl隔
てられている。
本実施形態の照明装置３００によれば、光源３０a及び光源３０bからの異なる色の光が
、導光部１０の曲面部１７において混色され、ほぼ均一な色の光となって射出面１０aか
ら射出される。また、光源３０a及び３０bの点灯のON／OFF及び強度を個々に制御する制
御部７５が光源３０a及び光源３０bの光の強度を調整することで射出面１０aから射出さ
れる光を調光することができる。
なお、図９の照明装置３００において、導光部１０の曲面部１７に貫通孔を設けてもよ
い。これにより、光は散乱され、さらに混色される。また、この貫通孔により、空気が通
るため、放熱部５０の熱が冷却される効果もある。
以上説明した少なくとも１つの実施形態に係る照明装置、または導光部材によれば、透
明感を損なわずに、導光板（導光部）の端部に到達する光を効率よく射出面から射出させ
ることが可能となる。
これら実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図し
ていない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明
の要旨を逸脱しない範囲で、様々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実
施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同時に、特許請求の範囲に記載され
た発明とその均等の範囲に含まれるものである。
１０・・・導光部
１５・・・拡散透過部
１７・・・曲面部
２０・・・空孔
３０・・・光源
４０・・・接合部
５０、５５・・・放熱部
６０・・・電気配線
７０・・・電源
７５・・・制御部
８０・・・支持部
９０・・・散乱ドット
１００、２００、３００・・・照明装置

Claims (11)

  1. 光を射出する射出面、及び前記射出面に対向する背面を有する導光部、
    を備え、
    前記導光部は、前記射出面及び前記背面を通る軸から第１距離離れた前記背面上の第１
    位置よりも遠い前記背面の領域に曲面を有し、かつ前記軸から前記第１位置に向かう方向
    と同一方向に前記軸から第２距離離れた前記射出面上の第２位置よりも遠い前記射出面の
    領域に粗面を有するものであって、前記軸と前記背面の交点を原点とし、前記軸の前記背
    面から前記射出面に向かう方向を正としたときに、前記曲面の法線は前記軸の正側で前記
    軸と交わり、前記第２位置における前記射出面の前記背面から前記射出面を向く方向の法
    線ベクトルと、前記曲面から前記第２位置に向かうベクトルとの成す角が臨界角以上であ
    る、照明装置。
  2. 前記導光部は、前記第２位置よりも遠い前記射出面の領域に、前記背面と接続する端面
    を有し、前記端面の法線と前記背面の法線は前記軸の負側で交わる、請求項１に記載の照
    明装置。
  3. 前記導光部は、前記軸を中心として回転対称の形状である、請求項１に記載の照明装置
    。
  4. 前記導光部は、前記軸を中心とする空孔を有し、
    前記空孔に配置され、前記空孔の側面に向けて光を発する光源を備える、請求項１乃至
    ３のいずれか１項に記載の照明装置。
  5. 前記導光部は、前記第１位置よりも前記軸に近い前記背面の領域に、入射した光を散乱
    する複数の散乱部を有する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の照明装置。
  6. 前記軸からの距離ｒにおける前記散乱部の被覆率ρ(r)は次式を満たす請求項５に記載
    の照明装置。
    Figure 0006002071
  7. 前記軸からの距離ｒにおける前記散乱部の被覆率ρ(r)は次式を満たす請求項６に記載
    の照明装置。
    Figure 0006002071
  8. 前記散乱部は、直径Dの円形状であって、前記散乱部の動径方向のピッチP1 を一定とし
    たときに、前記軸からの距離ｒにおける前記散乱部の方位角方向のピッチP2 (r)は次式を
    満たす請求項７に記載の照明装置。
    Figure 0006002071
  9. 放熱部を備え、
    前記放熱部と接続し、前記光源を載置し、かつ前記空孔に設けられた接合部であって、
    前記接合部は一部にねじ切り加工部を有し、前記ねじ切り加工部に対応する複数のナット
    により前記導光部を挟み込むように固定する、請求項４に記載の照明装置。
  10. 前記導光部は、前記第１位置よりも前記軸に近い前記背面の領域及び前記第２位置より
    も前記軸に近い前記射出面の領域において曲面部を有し、かつ前記第１位置よりも前記軸
    に近い前記背面の領域及び前記第２位置よりも前記軸に近い前記射出面の領域において前
    記背面と前記射出面を接続する入射面を有し、
    異なる波長スペクトルを有する複数の光源を備え、前記光源は前記入射面に向けて光を
    発する、請求項１に記載の照明装置。
  11. 光を射出する射出面、及び前記射出面に対向する背面を有する導光部材であって、
    前記射出面及び前記背面を通る軸から第１距離離れた前記背面上の第１位置よりも遠い
    前記背面の領域に曲面を有し、かつ前記軸から前記第１位置に向かう方向と同一方向に前
    記軸から第２距離離れた前記射出面上の第２位置よりも遠い前記射出面の領域に粗面を有
    するものであって、前記軸と前記背面の交点を原点とし、前記軸の前記背面から前記射出
    面に向かう方向を正としたときに、前記曲面の法線は前記軸の正側で前記軸と交わり、前
    記第２位置における前記射出面の前記背面から前記射出面を向く方向の法線ベクトルと、
    前記曲面から前記第２位置に向かうベクトルとの成す角が臨界角以上である、導光部材。
JP2013064622A 2013-03-26 2013-03-26 照明装置及び導光部材 Active JP6002071B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013064622A JP6002071B2 (ja) 2013-03-26 2013-03-26 照明装置及び導光部材
EP14159133.9A EP2784380B1 (en) 2013-03-26 2014-03-12 Illumination device and light-guiding member
US14/206,062 US10180529B2 (en) 2013-03-26 2014-03-12 Illumination device and light-guiding member

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013064622A JP6002071B2 (ja) 2013-03-26 2013-03-26 照明装置及び導光部材

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014191920A JP2014191920A (ja) 2014-10-06
JP6002071B2 true JP6002071B2 (ja) 2016-10-05

Family

ID=50478156

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013064622A Active JP6002071B2 (ja) 2013-03-26 2013-03-26 照明装置及び導光部材

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10180529B2 (ja)
EP (1) EP2784380B1 (ja)
JP (1) JP6002071B2 (ja)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9091417B2 (en) 2013-03-15 2015-07-28 Cree, Inc. Lighting apparatus with reflector and outer lens
US10422944B2 (en) 2013-01-30 2019-09-24 Ideal Industries Lighting Llc Multi-stage optical waveguide for a luminaire
US10234616B2 (en) 2013-01-30 2019-03-19 Cree, Inc. Simplified low profile module with light guide for pendant, surface mount, wall mount and stand alone luminaires
US9869432B2 (en) 2013-01-30 2018-01-16 Cree, Inc. Luminaires using waveguide bodies and optical elements
EP2951499B1 (en) * 2013-01-30 2021-05-26 Ideal Industries Lighting Llc Optical waveguide bodies
CN104613374B (zh) * 2014-12-22 2017-03-15 广州创维平面显示科技有限公司 一种背光模组及液晶显示装置
JP2020004530A (ja) * 2018-06-26 2020-01-09 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 照明器具
CN109489556B (zh) * 2019-01-05 2020-09-08 中国航空制造技术研究院 一种用于飞机装配的接触式曲面法向测量装置及方法
US11060708B2 (en) * 2019-04-25 2021-07-13 Xiamen Eco Lighting Co. Ltd. Lighting apparatus
WO2021050668A1 (en) 2019-09-10 2021-03-18 Hubbell Incorporated Canopy luminaire
US10775018B1 (en) 2019-09-17 2020-09-15 Abl Ip Holding Llc Direct/indirect luminaire systems and methods
US11204149B1 (en) * 2019-09-21 2021-12-21 Feng Zhao System including asymmetric total internal reflection lens
JP7653876B2 (ja) 2021-09-14 2025-03-31 株式会社東芝 光学検査方法、光学検査プログラム、処理装置、及び、光学検査装置

Family Cites Families (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2347665A (en) 1941-03-04 1944-05-02 Christensen Geneva Bandy Internal reflection lighting means
CA2068422A1 (en) * 1990-09-12 1992-03-13 Makoto Ohe Surface light source element
DE4237107C2 (de) 1992-11-03 1994-10-06 Wustlich Holding Gmbh Beleuchtungsvorrichtung zur Ausleuchtung von Hintergrundflächen
US5502623A (en) * 1995-06-05 1996-03-26 Brotz; Gregory R. Illuminated clipboard
EP1378771B1 (de) * 1996-12-04 2010-10-06 Siteco Beleuchtungstechnik GmbH Innenraumleuchte
US6161939A (en) * 1999-05-05 2000-12-19 Semperlux Ag Interior lighting fixture
ES2168071B1 (es) * 2000-07-12 2003-07-16 Barros Alejandro Rodriguez Retrovisor modular con señales multiples intercambiables para vehiculos de 2, 3, 4 o mas ruedas.
KR20010074133A (ko) * 2001-03-30 2001-08-04 고경진 백라이트용 도광판
US6802628B2 (en) * 2002-10-18 2004-10-12 Heng Huang Kuo Vertically downward type back-light module
JP4067387B2 (ja) * 2002-11-08 2008-03-26 アルプス電気株式会社 導光材および照明装置
US7534013B1 (en) * 2003-01-16 2009-05-19 Simon Jerome H Illuminating devices using small PT sources including LEDs
KR101080355B1 (ko) * 2004-10-18 2011-11-04 삼성전자주식회사 발광다이오드와 그 렌즈
US7942560B2 (en) * 2005-04-28 2011-05-17 Cooper Technologies Company Apparatus and method of using an LED light source to generate an efficient, narrow, high-aspect ratio light pattern
JPWO2007023891A1 (ja) * 2005-08-26 2009-02-26 シーシーエス株式会社 照明装置
TW200825529A (en) * 2006-12-06 2008-06-16 Chi Lin Technology Co Ltd Light mixer and backlight module having it
CN101451678A (zh) * 2007-12-06 2009-06-10 富士迈半导体精密工业（上海）有限公司 固态照明装置
US8136967B2 (en) * 2008-03-02 2012-03-20 Lumenetix, Inc. LED optical lens
EP2286288A1 (en) * 2008-05-30 2011-02-23 Koninklijke Philips Electronics N.V. Round illumination device
JP2010238483A (ja) * 2009-03-31 2010-10-21 Sharp Corp バックライト装置および表示装置
US8783898B2 (en) * 2009-05-01 2014-07-22 Abl Ip Holding Llc Light emitting devices and applications thereof
JP4975136B2 (ja) * 2010-04-13 2012-07-11 シャープ株式会社 照明装置
US20120140436A1 (en) * 2010-12-02 2012-06-07 Intematix Corporation Solid-state lamps with light guide and photoluminescence material
US8864360B2 (en) * 2011-05-06 2014-10-21 Rambus Delaware Llc Lighting assembly
KR20130011855A (ko) * 2011-07-22 2013-01-30 삼성디스플레이 주식회사 백라이트 유닛 및 이를 구비하는 표시 장치
US9081125B2 (en) * 2011-08-08 2015-07-14 Quarkstar Llc Illumination devices including multiple light emitting elements
KR101664507B1 (ko) * 2011-12-08 2016-10-10 엘지이노텍 주식회사 표시장치
TWI557477B (zh) * 2012-02-03 2016-11-11 中強光電股份有限公司 光源模組
WO2013131167A1 (en) * 2012-03-05 2013-09-12 Fluxwerx Illumination Inc. Light emitting panel assemblies and light guides therefor
JP2012146680A (ja) * 2012-04-05 2012-08-02 Sharp Corp 光源モジュール
KR101981717B1 (ko) * 2012-05-10 2019-05-24 엘지이노텍 주식회사 조명 장치
TW201405059A (zh) * 2012-07-25 2014-02-01 Wintek Corp 光源模組
WO2014021456A1 (ja) * 2012-08-02 2014-02-06 シャープ株式会社 照明装置
JP5968724B2 (ja) * 2012-08-24 2016-08-10 シャープ株式会社 照明モジュールおよびそれを備えた照明装置
US9618678B1 (en) * 2012-10-23 2017-04-11 Cooper Technologies Company Waveguide light fixtures
US10436969B2 (en) * 2013-01-30 2019-10-08 Ideal Industries Lighting Llc Optical waveguide and luminaire incorporating same
CN105121947B (zh) * 2013-02-01 2016-12-14 夸克星有限责任公司 包括多个发光元件的照明装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP2784380B1 (en) 2019-07-17
US10180529B2 (en) 2019-01-15
US20140293645A1 (en) 2014-10-02
JP2014191920A (ja) 2014-10-06
EP2784380A1 (en) 2014-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6002071B2 (ja) 照明装置及び導光部材
US10495807B2 (en) Light guide illumination device for direct-indirect illumination
US10473847B2 (en) Illumination device having a light guide with leaky side surfaces
US7942560B2 (en) Apparatus and method of using an LED light source to generate an efficient, narrow, high-aspect ratio light pattern
TWI391748B (zh) 照明系統
US10480721B2 (en) Light flux controlling member, light emitting device and illuminating device
JP6118317B2 (ja) 光導波路
JP2012160666A (ja) 光源モジュール及び照明装置
JP2014521191A (ja) 光導波路
JP6064197B2 (ja) 照明器具
US10190730B2 (en) Light flux controlling member, light emitting device and illuminating device
JPWO2016051530A1 (ja) 光学素子および照明装置
WO2017061370A1 (ja) 光束制御部材、発光装置、面光源装置および表示装置
KR20160138890A (ko) 조명 기구 및 광원 커버
JP2019067591A (ja) 面光源装置および表示装置
WO2016181789A1 (ja) 光束制御部材、発光装置および照明装置
JP2015050028A (ja) 照明装置
KR101629464B1 (ko) 램프캡을 포함하는 led램프
WO2017038758A1 (ja) 光束制御部材、発光装置、面光源装置および表示装置
JP2018101598A (ja) 面光源装置、表示装置および面光源装置の製造方法
JP2012204215A (ja) 照明装置、及びそれを備えた照明機器

Legal Events

Date Code Title Description
RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20150216

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20150218

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20151006

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160715

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160805

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160902

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6002071

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151