JP4499017B2 - 導光体を備えた照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、面状または帯状の光源をなす導光体を備えた照明装置に関する。

近年、照明用光源として、その発光効率の高さから、発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」と略記することもある。）や冷陰極管などが頻繁に使用されつつある。しかしながら、ＬＥＤは点状光源であり、指向性を持つため、単独ではスポット照明としての使用に制限されていた。蛍光灯に代表される冷陰極管は、一般的照明用途では広く普及しているが、一様な面状光源とするには多数本並べて拡散板をその前方に配置させる手法が取られており、スペース効率の面で課題があった。
そこで、液晶用のバックライトに代表される導光板やライトパイプなどの導光体の技術を利用してＬＥＤなどの点状光源を線状光源にしたり、冷陰極管などの線状光源を面状光源にしたりする導光体方式の照明装置が使用されている。
そして、照明には、一般の静的な照明用途だけでなく、ネオンサインに代表される動的な表現を行う照明用途がある。このような動的な照明用途として、自動車の表示盤などに使用され、見映えがよく視認性に優れた照明装置が、例えば特許文献１に開示されている。
特開２００３−８３７７６号公報

しかしながら、通常は、上述のような動的な表現を例えばＬＥＤで実現しようとすると、ＬＥＤを多数配置し、各々のＬＥＤに発光させるタイミングをずらして時間差をつけることがなされている。これにより照明装置は、ＬＥＤを線状に配列させることで一次元的な表現がなされ、またＬＥＤを面状に配列させることで二次元的な動的な表現（いわゆる映像表現）がなされる。ところが、このような時間差をもたせる方法では、多数のＬＥＤを密に配置することが必要となり、なおかつ個々のＬＥＤを駆動する個別の電源が必要となる。例えばインテリアのサイン、自動車の表示盤、看板などのディスプレイなどのように比較的単純でパターン化された動きが表現できれば十分な用途に対して、このような時間差をもたせる方法を適用しようとしても、全体としては多くのコストがかかり効果に見合わないといった欠点があった。
これに対し、コストを抑えるために少数のＬＥＤで動作させようとすると、なめらかな動きを表現することができず、また静止状態で一様な輝度分布を得ようとしても輝度にムラ（以下、「輝度ムラ」という）が出やすくなるという問題があった。そして、この輝度ムラを抑えるために、ＬＥＤまたは電球などの光源を均一化して光源と拡散板等の光学素子とを配置する方法があるが、光源と光学素子との間に一定の空間が必要となり、結果的に照明装置が大型化する原因となっていた。
また、特許文献１は、同心円状に隣接配置した発光体（導光体）を順次点灯または順次消灯させるものであるが、輝度ムラをなくすためには発光体を密接配置し、且つその前面に拡散板を配置する必要があることから、コストがかかるという欠点の解決になっていなかった。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであって、動的な表現を行なう照明用途において、低コストとなる構成で、しかも輝度のムラを小さくするようにした導光体を備えた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、本発明に係る導光体を備えた照明装置は、夫々の底面部に光反射散乱処理が施され、夫々の側端面に光源が接続された面状光源をなす複数の導光板を備え、前記複数の導光板を、それらの導光板の夫々の発光領域の少なくとも一部に重なりを有するように厚さ方向に積層させ、接続された光源より前記複数の導光板の夫々に与えられる入射光強度を時間によって変化させるように構成し、前記複数の導光板の夫々が、単独で発光したときに異なる発光パターンとなる輝度分布を有し、前記複数の導光板の全てを夫々ある一定の入射光強度で発光させたときの合成発光領域全体の輝度が一様になることを特徴としている。

また、本発明に係る導光体を備えた照明装置は、夫々の底面および側面の少なくとも一方に光反射散乱処理が施され、夫々の長手方向の端面に光源が接続された帯状光源をなす複数の棒状導光体を備え、前記複数の棒状導光体を、それらの導光体の夫々の発光領域の少なくとも一部に重なりを有するように幅方向に並べて配置させ、接続された光源より前記複数の棒状導光体の夫々に与えられる入射光強度を時間によって変化させるように構成し、前記複数の棒状導光体の夫々が、単独で発光したときに異なる発光パターンとなる輝度分布を有し、前記複数の棒状導光体の全てを夫々ある一定の入射光強度で発光させたときの合成発光領域全体の輝度が一様になることを特徴としている。

また、本発明に係る導光体を備えた照明装置は、前記複数の導光板の夫々について発光および消光の少なくとも一方の時間に時間差を設けるように構成したことが好ましい。

また、本発明に係る導光体を備えた照明装置は、前記複数の導光板の夫々に接続される光源は可変色の発光ダイオードであることが好ましい。

また、本発明に係る導光体を備えた照明装置は、前記複数の棒状導光体の夫々について発光および消光の少なくとも一方の時間に時間差を設けるように構成したことが好ましい。

また、本発明に係る導光体を備えた照明装置は、前記複数の棒状導光体の夫々に接続される光源は可変色の発光ダイオードであることが好ましい。

また、本発明に係る導光体を備えた照明装置は、前記光反射散乱処理が、白色印刷、溝形成、ドット形成又は粗面化処理のいずれか或いはこれらの組み合わせであることが好ましい。

本発明に係る導光体を備えた照明装置によれば、発光領域同士の少なくとも一部が重なるように積層または配置させた複数の導光体に、光源から夫々の導光体に与えられる入射光強度を時間によって変化させることで、比較的少数の光源で一次元的または二次元的な動的変化が生じる視覚効果を与えることができる。
また、従来のように多数の光源を密に配置させる必要がないことからコストの低減を図ることができる。さらに、導光体を用いた照明装置であるため、少数の光源であっても輝度が一様となり輝度のムラを少なくすることができる。

以下、本発明による導光体を備えた照明装置の第一の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
なお、図１は本発明の第一の実施の形態による導光体を備えた照明装置を示す図、図２は導光体の発光パターンを示す平面図、図３は時間に対する導光体の輝度変化を示すグラフである。

図１および図２に示すように、本第一の実施の形態による照明装置１は、端部に発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」と略記することもある。）や冷陰極管等の光源が接続され、底面部に光反射散乱処理が施された面状の光源をなす複数の導光体１０（第１〜第３面状導光体１１，１２，１３）が厚さ方向に積層されて備えられている。なお、本第一の実施の形態では、必要に応じて第１〜第３面状導光体１１，１２，１３を「導光体１０」と総称する。
ここで、「面状」とは、導光する方向（導光方向）とは関係なく二次元的な輝度分布を有し、二次元的な動作、表現を行なわせるものである。

導光体１０に施す反射拡散処理の方法として、白色印刷、溝加工、ドット加工、又は粗面化処理（サンドブラスト、エッチング、シボ加工等）が挙げられる。そして、コストや加工性などを勘案してこれらのいずれか１つ或いは組み合わせて適宜選択すればよい。
なお、本第一の実施の形態では第１面状導光体１１が最も上に配置されているが、この順番は任意であり、導光体１０を積層する場合に、上部にある導光体１０が下部にある導光体１０からの発光を遮り難いように配置させることが好ましい。ちなみに、溝加工やドット加工は少ない面積で反射拡散効果が大きいため好適である。

導光体１０に接続される光源は、用途や導光体の形状に合わせて適宜選択すればよいが、上述のように省スペース、省電力の観点から、ＬＥＤや冷陰極管が好適に使用される。とくに各々の導光体にＲＧＢ（Ｒｅｄ−Ｇｒｅｅｎ−Ｂｌｕｅ）等の可変色のＬＥＤを使用することで、任意の色で動的表現や一様な輝度分布を得ることが可能となり、表現の多様性が増して好ましい。

導光体１０は、光源より光を入射させ、その発光面から所定の輝度を有して発光されてなる領域（発光領域）を形成させている。この発光領域の輝度は、第１〜第３面状導光体１１，１２，１３毎に異なっている。したがって、各導光体１０が単独で発光したときに夫々が異なる発光パターンとなる輝度分布を形成する。その発光パターンの模様は、年輪のように円形縞模様状をなしている。
具体的には、図２に示すように、第１面状導光体１１は、その平面視外周側が最も明るく（図２に示す白色、輝度は大きい）発光し、内側に向かうにしたがって徐々に暗く（図２に示す黒色、輝度は小さい）なり、その中心で最も暗くなるように構成されている。第２面状導光体１２は、中間部で最も明るく外周側と中心で最も暗く発光し、第３面状導光体１３は、中心が最も明るく外周側が最も暗く発光する構成となっている。
この照明装置１では、積層された第１〜第３面状導光体１１，１２，１３を各々ある一定の強度で点灯させたときの発光領域（以下、「合成発光領域」とする）の輝度は、一様となるように構成されている。

また、図３は、各導光体１０の発光領域の最も明るくなる位置（導光体１１では円形部外周の外側部分、導光体１２では中間部、導光体１３では中心部）における輝度の時間変化の一例を示す。ここで、図３に示すグラフＲ，Ｓ，Ｔは、夫々が導光体１１，１２，１３に対応したものである。このような輝度変化となるように各々の第１〜第３面状導光体１１，１２，１３に入射される光源からの入射光強度を時間によって変化（以下、「時間変化」とする）させると、各々の導光体１０における輝度分布にも時間的な変化が生じる。ここでは図３に示すように、第１面状導光体１１を初めに発光させ、時間をずらして第２面状導光体１２、そして第３面状導光体１３を順次発光させるように時間差が与えられている。

このように導光体１０に時間変化を与えることで、照明装置１は、外周側から中心に向かって明るくなるように動的な表現となる。これにより、観察者は、外周側から中心の円に向かって光が押し寄せるような印象が与えられる。
また、導光体１０の夫々の発光順序を変更し、例えば第３面状導光体１３を最初に発光させ、次いで第２面状導光体１２、第１面状導光体１１の順で発光させると、上述した動的な表現は、中心で発生した光が外周側に向かって流れ出すような印象を観察者に与えることができる。
このような照明装置１において、動的な表現を滑らかにするためには、図３に示す輝度変化の曲線を、矩形状や台形状のような急峻急激な時間変化でなく、滑らかな変化とすることが好ましい。

なお、積層させる面状光源の導光体１０の個数は任意であり、少なくとも２個の導光体１０があれば、動的な表現を実現させることができるが、数量が多いほどより詳細で滑らかな動作表現が可能となり好ましい。但し、導光体１０が多過ぎるとコストが増大することになるので、コストと品質を勘案する必要があることは言うまでもない。

上述したように第一の実施の形態による導光体を備えた照明装置では、発光領域同士の少なくとも一部が重なるように積層させた複数の導光体１０に、光源から夫々の導光体１０に与えられる入射光強度を時間によって変化させることで、比較的少数の光源で一次元的または二次元的な動的変化が生じる視覚効果を与えることができる。
また、従来のように多数の光源を密に配置させる必要がないことからコストの低減を図ることができる。さらに、導光体１０を用いた照明装置１であるため、少数の光源であっても輝度が一様となり輝度のムラを少なくすることができる。

次に、本実施の形態の第二の実施の形態について、図４に基づいて説明するが、上述の第一実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、実施の形態と異なる構成について説明する。
図４は本発明の第二の実施の形態による導光体を備えた照明装置を示す断面図である。
図４に示すように、第二の実施の形態による照明装置１は、帯状の光源をなす導光体２０（第１〜第３帯状導光体２１，２２，２３）が使用されている。これらの導光体２０の一方の端部には、図示しないＬＥＤが接続されている。
ここで、「帯状」とは、導光方向に輝度分布を持ち、一次元的な動作、表現を行なわせるもので、導光方向と直角の方向には基本的に一様な輝度分布を有している。主に、長さに比べて幅の狭い線状、或いは棒状の形状を対象とするが、幅の広い場合であってもよい。

図４に示す３本の第１〜第３帯状導光体２１，２２，２３は、幅方向に接近して並べて配置され、その発光側に所定間隔をもって拡散板２４が設置されている。したがって、観察者は、各導光体２０から発光された発光領域を拡散板２４を介して間接的に見ることができる。このとき、観察者は、複数の発光領域が重なったように見える。
第二の実施の形態による照明装置１においても、第一の実施の形態と同様に導光体２０に時間変化および時間差をつけることで、観察者にとって動的な表現を認識することができる。
これらの導光体２０は、必ずしも積層する必要はなく、近距離で集合させるようにして配置させることにより、第一の実施の形態同様の効果を得ることがでる。
なお、帯状光源では、例えば角柱状の場合、側面に反射散乱処理を施しても、底面に施した場合と同様の効果を得ることができる。

以上、本発明による導光体を備えた照明装置の第一及び第二の実施の形態について説明したが、本発明は上記の第一及び第二の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本第一及び第二の実施の形態では各々の導光体が各々ある一定の強度で点灯したときに合成発光領域の輝度が一様となっているが、照明装置１に動的な表現を行なわせる場合においては、必ずしも一様でなく明暗部が形成されていてもかまわない。
また、本第一及び第二の実施の形態では導光体１０，２０の入射光強度を時間によって大きくなるように変化させ、明るくなる動的表現（この場合を「暗→明」とする）をなしているが、例えば「明→暗」、或いは「明→暗→明」と繰り返しによって動的表現を実施させるようにしてもよい。
さらに、導光体１０，２０は常に輝度を変化させるわけではなく、場合によっては静的で一様な輝度を求められることも多い。したがって、全ての導光体が点灯した場合に、面状光源の導光体１０の場合はほぼ全面にわたって、帯状光源の導光体２０の場合は長手方向の全長にわたって、一様な輝度で発光することが好ましい。

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

以下、図５乃至図７を参照して、実施例を説明する。
図５は実施例による照明装置を示す側面図、図６は導光体における輝度分布曲線を示すグラフ、図７（ａ）乃至（ｄ）は時間変化および時間差による輝度分布曲線を示す工程図である。
図５に示すように、まず、照明装置１の導光体には、縦横５ｍｍ、長さ３００ｍｍのアクリル板からなる３本の第１〜第３帯状透明部材３１，３２，３３（これらを総称して「帯状透明部材３０」とする）を使用する。これら各帯状透明部材３０の一側面３１ａ，３２ａ，３３ａ（図５に示す底面）にスクリーン印刷で、異なるグラデーションをかけた模様に白色ドットパターンを印刷した。
そして、各帯状透明部材３０の各発光面を上側にして積層させ、各々の長手方向の端面に、白色ＳＭＤタイプ発光ダイオードＬＥＤ（豊田合成株式会社製、Ｅ１Ｓ１３−６Ｗ０Ｃ６−０３）を接続させている。以下、この発光ダイオードをＬＥＤ３１ｂ，３２ｂ，３３ｂとする。

図５に示すように、各々のＬＥＤ３１ｂ、３２ｂ、３３ｂに所定電流を通電して点灯させると、発光する帯状透明部材３１，３２，３３は、夫々発光領域Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３で異なる輝度分布（概略を示した図中矢印Ａ，Ｂ，Ｃ）をなしている。
具体的には、第１帯状透明部材３１は、発光領域Ｄ１においてＬＥＤ側３１ｂから長さ方向略中間に向かうに従って輝度が小さくなる。また、第２帯状透明部材３２は、発光領域Ｄ２において長さ方向略中間で最も輝度が大きく、その両側に向かうに従って輝度が小さくなる。第３帯状透明部材３３は、発光領域Ｄ３において長さ方向略中間から他端側に向かうに従って輝度が大きくなる。
図６は、各帯状透明部材３０の長手方向において、ＬＥＤが接続される側の一端面を距離ゼロとしたときに、この一端面から所定の距離（ｍｍ）だけ離れた位置における輝度（ｃｄ／ｍ^２）の分布を示したものである。図中の線Ａ，Ｂ，Ｃは、夫々、点灯した第１〜３帯状透明部材３１，３２，３３に対応した輝度分布曲線であり、線Ｄは各々の帯状透明部材３０が全て点灯したときの合成発光領域の輝度分布を示している。各帯状透明部材３０の輝度の大きさは、最も明るいところで０．１〜０．１２ｃｄ／ｍ^２の範囲となる。そして、各帯状透明部材３１，３２，３３の輝度分布曲線は、おおよそ正弦波関数で近似される。

そして、ＬＥＤの電源として図示しないプログラマブル電源（横河電機製、７６５１）を個々のＬＥＤ３１ｂ，３２ｂ，３３ｂに接続し、入射光強度が変化するように時間変化をもたせて電流を流し、上述したように各帯状透明部材３１，３２，３３の発光する時間に時間差を設けた。
ここで、例えば、一つの帯状透明部材３０の発光開始からある一定の入射光強度で点灯するまでの時間（図３に示すグラフＲ，Ｓ，Ｔの傾斜部分）を２秒に、各帯状透明部材３０における発光開始の時間差を０．５秒に設定できる。この場合、最初の帯状透明部材３０の発光開始から三番目の帯状透明部材３０の発光終了までの時間は３秒となる。

次に、このときの照明装置１における輝度分布の変化、つまり動的表現について説明する。
図７（ａ）に示す二点鎖線Ａが第１帯状透明部材３１における点灯時の輝度、同じくＢ線が第２帯状透明部材３２の輝度を示し、線Ｄが線Ａと線Ｂとを合成してなる輝度を示している。
先ず、図７（ａ）に示すように、第１帯状透明部材３１が発光を開始し、入射光強度の時間変化により輝度が上昇（矢印Ｅ）して線Ａに近づく。線Ａ１は輝度が大きくなる過程を示している。次いで、図７（ｂ）に示すように、第１帯状透明部材３１の発光領域輝度は線Ａに達したとき、或いは線Ａに達する前であってもよいが、第２帯状透明部材３２が時間差をもって発光を開始する。そうすると、図７（ｃ）に示すように、第１帯状透明部材３１の発光領域と第２帯状透明部材３２の発光領域とが合成されて二点鎖線Ｄに近づき、第２帯状透明部材３２の点灯時に図７（ｄ）に示す線Ｄとなる。
このように、照明装置１は輝度変化することで視覚的に動的表現をなし、光がＬＥＤ側から他端側に流れるように観測され、全ての帯状透明部材３０が点灯した時には発光部の輝度が帯状透明部材３０の長手方向に一様となることを確認した。

以上、本発明による第一及び第二の実施の形態、実施例における照明装置の使用用途としては、例えば、自動車のドア、車内表示盤、天井等の加飾用の照明、室内インテリアや看板等のディスプレイ用途、さらに、パソコン、テレビ、計器に組み込んでの指示、注意喚起などの用途、一次元動的表示による指示、誘導用途などである。
また、導光体の個数や発光パターンを変えることで、より複雑な動的表現を行なうことが可能となり、多種多様な用途に適用することができる。

本発明の第一の実施の形態による導光体を備えた照明装置を示す図である。 導光体の発光パターンを示す平面図である。 時間に対する導光体の輝度変化を示すグラフである。 本発明の第二の実施の形態による導光体を備えた照明装置を示す断面図である。 実施例による照明装置を示す側面図である。 導光体における輝度分布曲線を示すグラフである。 （ａ）乃至（ｄ）は時間変化および時間差による輝度分布曲線を示す工程図である。

符号の説明

１…照明装置、１０，２０…導光体、１１，１２，１３…第１〜第３面状導光体、２１，２２，２３…第１〜第３帯状導光体、３０…帯状透明部材、３１，３２，３３…第１〜第３帯状透明部材

Claims (7)

1. 夫々の底面部に光反射散乱処理が施され、夫々の側端面に光源が接続された面状光源をなす複数の導光板を備え、
   前記複数の導光板を、それらの導光板の夫々の発光領域の少なくとも一部に重なりを有するように厚さ方向に積層させ、接続された光源より前記複数の導光板の夫々に与えられる入射光強度を時間によって変化させるように構成し、
   前記複数の導光板の夫々が、単独で発光したときに異なる発光パターンとなる輝度分布を有し、
   前記複数の導光板の全てを夫々ある一定の入射光強度で発光させたときの合成発光領域全体の輝度が一様になることを特徴とする導光体を備えた照明装置。
2. 前記複数の導光板の夫々について発光および消光の少なくとも一方の時間に時間差を設けるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の導光体を備えた照明装置。
3. 前記複数の導光板の夫々に接続される光源は可変色の発光ダイオードであることを特徴とする請求項１又は２に記載の導光体を備えた照明装置。
4. 夫々の底面および側面の少なくとも一方に光反射散乱処理が施され、夫々の長手方向の端面に光源が接続された帯状光源をなす複数の棒状導光体を備え、
   前記複数の棒状導光体を、それらの導光体の夫々の発光領域の少なくとも一部に重なりを有するように幅方向に並べて配置させ、接続された光源より前記複数の棒状導光体の夫々に与えられる入射光強度を時間によって変化させるように構成し、
   前記複数の棒状導光体の夫々が、単独で発光したときに異なる発光パターンとなる輝度分布を有し、
   前記複数の棒状導光体の全てを夫々ある一定の入射光強度で発光させたときの合成発光領域全体の輝度が一様になることを特徴とする導光体を備えた照明装置。
5. 前記複数の棒状導光体の夫々について発光および消光の少なくとも一方の時間に時間差を設けるように構成したことを特徴とする請求項４に記載の導光体を備えた照明装置。
6. 前記複数の棒状導光体の夫々に接続される光源は可変色の発光ダイオードであることを特徴とする請求項４又は５に記載の導光体を備えた照明装置。
7. 前記光反射散乱処理が、白色印刷、溝形成、ドット形成又は粗面化処理のいずれか或いはこれらの組み合わせであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の導光体を備えた照明装置。

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