特許 6012972 照明装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6012972

(24)【登録日】2016年9月30日

(45)【発行日】2016年10月25日

(54)【発明の名称】照明装置

(51)【国際特許分類】

   F21V 8/00 20060101AFI20161011BHJP

   F21S 2/00 20160101ALI20161011BHJP

   F21Y 115/10 20160101ALN20161011BHJP

【ＦＩ】

   F21V8/00 310

   F21V8/00 330

   F21S2/00 330

   F21Y115:10

【請求項の数】5

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2012-22447(P2012-22447)

(22)【出願日】2012年2月3日

(65)【公開番号】特開2013-161645(P2013-161645A)

(43)【公開日】2013年8月19日

【審査請求日】2014年12月25日

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000227364

【氏名又は名称】日東光学株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】591061046

【氏名又は名称】小池 康博

(74)【代理人】

【識別番号】110000121

【氏名又は名称】アイアット国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】望月 恵一

(72)【発明者】

【氏名】大角 和正

【審査官】 丹治 和幸

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−２４９３１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２１６５３０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２１Ｓ ２／００

Ｆ２１Ｖ ８／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板上に設置された光源と、前記基板に対し前記光源と同じ側の面上に前記光源を挟んで配置された、前記光源からの光を導入し通過させる導光体とを有する照明装置において、
前記導光体の前記光源と反対側を斜面形状とし、前記導光体を通過してくる光の一部を透過させるとともに、その光の多くを反射させる透過率調整部材を前記斜面形状に沿って配置し、
前記透過率調整部材は、その一部に孔が開けられることで高透過率部が形成され、前記孔以外の部分により低透過率部が形成される、
ことを特徴とする照明装置。

【請求項2】

請求項１記載の照明装置において、前記導光体は、透明樹脂材料に光散乱粒子を分散させて成形され、体積散乱を発生する光散乱導光体であることを特徴とする照明装置。

【請求項3】

請求項１または２記載の照明装置において、前記導光体は、透明樹脂材料で成形され、出射面が粗面加工などにより表面散乱を発生する表面散乱導光体であることを特徴とする照明装置。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか１項に記載の照明装置において、前記導光体は、柱状、ライン状、サークル状のいずれかであることを特徴とする照明装置。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか１項に記載の照明装置において、前記光源は、共通の中心を有する複数の円周上にそれぞれ間隔を置いて複数個配置され、前記導光体はその各円周に沿った環状に形成された導光部を有するとともに、前記各導光部の斜面は内側から外側に向かって上り傾斜とされ、その斜面に前記透過率調整部材が配置され、かつ、内側に配置された前記導光部の高さよりも外側に配置された導光部の高さが大きくされ、環状の前記導光部の間に上方に開口する溝または貫通孔が形成され、前記透過率調整部材の高透過率部となっていることを特徴とする照明装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、照明装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ＬＥＤ（Light Emitting Diode）の発光効率が向上したことに伴い、光源としてＬＥＤを用いる電球形ランプ、点灯ユニット、照明器具などの照明装置が普及し始めている。しかし、ＬＥＤは指向性が強いので、ＬＥＤを光源として使用した場合、均一に光を照射することが困難である。特に、天井面や壁面などに設置して使用するＬＥＤ照明の場合は、下方または前方を照らすことはできるが、天井や壁などの取付面を照らすことはできないので、照明用としては十分とは言えない場合が多い。例えば、間接照明とするため、取付面を照らすには、照明装置に反射板などを外付けする必要があり、複雑化し、また、高価なものとなっている。

【0003】

また近年では、ＬＥＤ照明の高輝度化、ハイパワー化などの要望により、ＬＥＤを多数並べた照明器具が提案されている。例えば、特許文献１には、複数の基板に複数のＬＥＤを搭載し、その基板を法線の異なる複数の面に配置することにより、広い範囲を照らすことを可能としたＬＥＤランプが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０−１３５３０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、ＬＥＤを多数並べた照明器具の場合には、ＬＥＤとＬＥＤとの間の明暗の差が目立たないようにするために、ＬＥＤから離した位置にグローブなどの拡散カバーを設ける必要がある。そのため、照明器具が大型になってしまう。また、ＬＥＤから拡散カバーまでの距離がある程度必要となるため、照明器具の薄型化が困難となる。

【0006】

そこで、本発明は、広配光（広い範囲の配光）が可能で、しかも、薄型化が可能な照明装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、上記目的を達成するために、基板上に設置された光源と、基板に対し光源と同じ側の面上に光源を挟んで配置された、光源からの光を導入し通過させる導光体とを有する照明装置において、導光体の光源と反対側を斜面形状とし、導光体を通過してくる光の一部を透過させるとともに、その光の多くを反射させる透過率調整部材を斜面形状に沿って配置し、透過率調整部材は、その一部に孔が開けられることで高透過率部が形成され、孔以外の部分により低透過率部が形成されることを特徴とする。

【0011】

導光体は、透明樹脂材料に光散乱粒子を分散させて成形され、体積散乱を発生する光散乱導光体であることが好ましい。光散乱導光体による体積散乱により、様々な角度を持った光線を出射させることができ、均一でムラの無い照明とすることが可能となる。

【0012】

導光体は、透明樹脂材料で成形され、出射面が粗面加工などにより表面散乱を発生する表面散乱導光体であることが好ましい。出射面の粗面化などによる表面散乱により、様々な角度を持った光線を出射させることができ、均一でムラの無い照明とすることが可能となる。

【0013】

導光体は、柱状、ライン状、サークル状のいずれかであることを特徴とする。

【0014】

基板上の光源は、共通の中心を有する複数の円周上にそれぞれ間隔を置いて複数個配置され、導光体はその各円周に沿った環状に形成された導光部を有するとともに、各導光部の斜面は内側から外側に向かって上り傾斜とされ、その斜面に透過率調整部材が配置され、かつ、内側に配置された導光部の高さよりも外側に配置された導光部の高さが大きくされ、環状の導光部の間に上方に開口する溝または貫通孔が形成され、透過率調整部材の高透過率部となっているようにすることもできる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、光源の正面に加え、光源の横方向を照らすことができる。したがって、広配光が可能な照明装置を提供することができる。しかも、多くの光を反射させて横方向や背後方向に向かわせる構造としているため、薄型化した照明装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の第１実施形態に係る照明装置の斜視図である。

【図2】図１の照明装置から拡散カバーを除去した状態の縦断面図である。

【図3】図１の照明装置において、光源となるＬＥＤから導光体に入射する光の進行方向（光路）を示す図であって、(ａ)は導光体にほぼ垂直上方向に入射する光の進行方向を示す図、（ｂ）は導光体に右斜め方向に入射する光の進行方向を示す図、（ｃ)は導光体に左斜め方向に入射する光の進行方向を示す図である。

【図4】図１の照明装置において、導光体が透明材である場合の光の分布を示す図で、（ａ）は照度分布図、（ｂ）は配光分布図ある。

【図5】導光体が体積散乱を発生する光散乱導光体である場合、その中に含まれる光散乱粒子であるシリコーン粒子の散乱原理を示す図であり、単一真球粒子による散乱光強度の角度分布（Α、Θ）を示すグラフである。

【図6】本発明の第２実施形態に係る照明装置の導光体が体積散乱を発生する光散乱導光体である場合の一例の光の分布を示す図で、（ａ）は照度分布図、（ｂ）は配光分布図ある。

【図7】本発明の第２実施形態に係る照明装置の導光体が体積散乱を発生する光散乱導光体である場合の他の例の光の分布を示す図で、（ａ）は照度分布図、（ｂ）は配光分布図ある。

【図8】本発明の第３実施形態に係る照明装置の導光体が表面散乱を発生する光散乱導光体である場合の光の分布を示す図で、（ａ）は照度分布図、（ｂ）は配光分布図ある。

【図9】第１から第３実施形態の変形例である第４実施形態の照明装置を示す斜視図である。

【図10】本発明の第５実施形態に係る照明装置を示す斜視図である。

【図11】本発明の第６実施形態に係る照明装置の拡散カバーを除去した状態の斜視図である。

【図12】図１１に示す照明装置の縦断面図である。

【図13】図１２を簡略化した端面図である。

【図14】図１１，１２に示す照明装置において、ＬＥＤから導光体に入射する光の進行方向を右側部分について示す図であって、(ａ)は導光体にほぼ垂直上方向に入射する光の進行方向を示す図、（ｂ）は導光体に右斜め方向に入射する光の進行方向を示す図、（ｃ)は導光体に左斜め方向に入射する光の進行方向を示す図である。

【図15】第６実施形態の導光体が透明材である場合の光の分布を示す図で、（ａ）は照度分布図、（ｂ）は配光分布図ある。

【図16】第６実施形態の導光体が体積散乱を発生する光散乱導光体である場合の一例の光の分布を示す図で、（ａ）は照度分布図、（ｂ）は配光分布図ある。

【図17】第６実施形態の導光体が体積散乱を発生する光散乱導光体である場合の他の例の光の分布を示す図で、（ａ）は照度分布図、（ｂ）は配光分布図ある。

【図18】第６実施形態の導光体が表面散乱を発生する表面散乱導光体である場合の照度分布を示す図である。

【図19】本発明の第７実施形態に係る照明装置において、ＬＥＤから導光体に入射する光の進行方向を示す図であって、(ａ)は導光体にほぼ垂直上方向に入射する光の進行方向を示す図、（ｂ）は導光体に右斜め方向に入射する光の進行方向を示す図、（ｃ)は導光体に左斜め方向に入射する光の進行方向を示す図である。

【図20】本発明の第８実施形態に係る照明装置を示す斜視図である。

【図21】図２０に示す照明装置の縦断面図である。

【図22】本発明の第９実施形態に係る照明装置を示す斜視図で、重なり部分を透視的に、かつ黒く示した図である。

【図23】本発明の第１０実施形態に係る照明装置を示す斜視図で、重なり部分を透視的に、かつ黒く示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

続いて、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

【0018】

[第１実施形態]
第１実施形態に係る照明装置Ａ１は、図１，２に示すように、基板１上に設置された光源となるＬＥＤ２と、ＬＥＤ２と同じ側の面に設けられた導光体３と、導光体３の光源２と反対側の面に設けられた透過率調整部材４とから構成されている。照明装置Ａ１は、樹脂製の有色、例えば、白色の拡散カバー（グローブ）Ｃによって周囲を囲まれている。図２では、この拡散カバーＣと基板１が省略されている。

【0019】

光源は、白熱電球、蛍光灯、ＥＬ(Electro luminescence)、ＬＥＤのいずれでもよいが、特にＬＥＤは指向性を有するため、広配光の照明装置を得ることが困難であった。そこで、以下には、特にＬＥＤを光源として用いる場合の広配光化を図るのに好適な実施の形態について説明する。

【0020】

図１，２には、図面の簡明化のためＬＥＤ２が１個のみ示されているが、ＬＥＤ２は、照明装置に求められる照度に応じて複数個が基板１上に所定の均等な間隔もって円形状、直線状、またはその他の形状に配置されるようにしてもよい。ＬＥＤ２は、基板１内などに設けられた図示されていない電気回路に接続されていて、その電気回路に電源が供給されると、ＬＥＤ２が図２において上方向(＝ｙ方向)に発光するようになっている。

【0021】

第１実施形態における導光体３は、透明樹脂で角柱状に作られており、ＬＥＤ２と反対側の上面３１が斜面形状に形成されている。そして、その斜面状の上面３１に透過率調整
部材４が設けてある。この斜面は、内側から外側に上り傾斜になっており、具体的には、基板１の面に対して４５度の傾斜角αとなっている。傾斜角αは４５度が好ましいが、求められる照度分布や配光分布によって適宜変更してもよい。

【0022】

透過率調整部材４は、透過率の高い部分と透過率の低い部分を有する。透過率の高い部分は、その部分に孔を開けるなどによって透過率１００パーセントの透過部４１としても良く、透過率の低い部分は、反射率が略１００パーセントの反射部４２としても良い。

【0023】

第１実施形態では、透過率調整部材４自体を白色の高反射のポリカーボネート材により形成し、導光体３の上面３１に溶着することで反射部４２とし、また導光体３の上面３１のある箇所において、白色の高反射のポリカーボネート材を溶着せずに、導光体３の上面を剥き出しの状態とすることで透過部４１としている。この透過部４１は、円形とされているが、他の形状としてもよい。

【0024】

上記構成により、ＬＥＤ２が発光すると、導光体３はそのＬＥＤ２の光を透過させて透過率調整部材４に導くとともに、透過率調整部材４の反射部４２で反射した光を導光体３の高さが高い方の側面３２から出射させる。

【0025】

ＬＥＤ２から導光体３に入射し、導光体３を透過して上面３１または側面３２から出射する光線を図３に模式的に示す。また、第１実施形態における照度分布図を図４に示す。なお、図３の各図ではＬＥＤ２の右方向がｚ方向となり、上方向がｙ方向となり、紙面に垂直な方向がｘ方向となっている。この関係は図２でも同様となっている。

【0026】

図３（ａ）はＬＥＤ２から出射された光線のうち、垂直に近い角度で導光体３に入射する光線Ｌｉ１の進行方向を表わしている。導光体３に入射した光線Ｌｉ１は、透過率調整部材４の反射部４２で反射し横方向に広がった光線となって、導光体３の側面３２から出射され、導光体３の外側横方向（＝図２，３のｚ方向)を照らす光線Ｌｏ１となっている。また、透過部４１に到達した光線も、入射角度の関係で導光体３の上面３１により全反射し、横方向に広がった光線となって、導光体３の側面３２から出射される。光線Ｌｏ１の多くは、ＬＥＤ２の発光面を基準面Ｂとし、その基準面Ｂによって空間領域をＬＥＤ２の光が出射する側の領域となる表側領域Ｂ１とその反対側の裏側領域Ｂ２とに分けたとき、表側領域Ｂ１へ出射する。しかし、光線Ｌｏ１の一部が表側領域Ｂ１とは反対側となる裏側領域Ｂ２に入り込んでいる。

【0027】

図３（ｂ）はＬＥＤ２から出射された光線のうち、高さが高い方の側面３２側に斜めに広がった角度で導光体３に入射する光線Ｌｉ２が側面３２で全反射する状態を表わしている。導光体３の側面３２で全反射した光線は、反射部４２で側面３２側に下向きに反射し広がった光線となって、導光体３の側面３２から出射され、導光体３の下方向（照明装置Ａ１の取付面方向で裏側領域Ｂ２に向かう方向）を照らす光線Ｌｏ２となっている。また、透過部４１に到達した光線は、入射角度によってはそのまま透過部４１から出射され、導光体３の上方向を照らす光線Ｌｏ２’となるが、その透過量は少なく、大部分は透過部４１で反射され、導光体３の外側下方向を照らす光線Ｌｏ２となる。

【0028】

図３（ｃ）はＬＥＤ２から出射された光線のうち、高さが低い方の側面３３側に斜めに広がった角度で導光体３に入射する光線Ｌｉ３が側面３３で全反射する状態を表わしている。導光体３の側面３３で全反射した光線のうち一部の光線は、反射部４２に到達し、反射部４２で反射し上方向に広がった表側領域Ｂ１を照らす光線となって導光体３の高さが高い方の側面３２から光線Ｌｏ３1として出射される。また、側面３３で全反射した光線のうち一部の光線は、側面３２に到達して再度全反射し、反射部４２に到達し、そこで再反射し、下方向に広がった光線となって出射されて、導光体３の外側下方向（裏側領域Ｂ２）を照らす光線Ｌｏ３２となる。また、透過部４１に到達した光線は、導光体３の上部の斜面３１により全反射し、これも上方向に広がり、導光体３の側面３２から出射される光線Ｌｏ３1となる。

【0029】

現実的には、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）の光線Ｌｉ１,Ｌｉ２,Ｌｉ３は同時に発生する。これにより、図４に示したような照度分布を得ることが可能であり、広配光な照明とすることができる。図４は、導光体３がＰＥＴ（poly ethylene terephthalete）、ＰＰ（polypropylene）、ＰＣ（poly carbonate）、ＰＭＭＡ（polymethyil methacrylate）のような透明材である場合の照度分布図であって、図４（ａ）の略中央の図は導光体３の上面から観察したもの、すなわち、拡散カバーＣの上面に相当する位置での照度分布図であり、側面３２側が図の下側に横方向に配置され、側面３３側が図の上側に横方向に配置された状態での照射パターン図である。縦横の単位は「ｍｍ」である。図４（ａ）の右側のグラフは、縦中央線（図３のｚ方向）に沿って測定した照度分布グラフであり、図４（ａ）の下側のグラフは、横中央線（図３のｘ方向）に沿って測定した照度分布グラフである。両線の交点は、ＬＥＤ２の中心となる。これらの照度分布図および照度分布グラフから導光体３の上面３１の中央よりも上面３１の側面３２に近い側に照度の高い部分があり、上面３１の側面３３に近い側に照度のやや高い部分があることが分かる。

【0030】

また、図４(ｂ)は、ＬＥＤ２のｙ方向を起点として、図２において、時計方向に１８０度(−１８０度)に渡る各方向および反時計方向に１８０度（＋１８０度) に渡る各方向から見た照度分布を表したグラフである。すなわち、図４(ｂ)の最下方は、「０度」であり、図２のＬＥＤ２の垂直上方から見たときの照度を示しており、非常に暗い。最も明るい方向はマイナス１１０度で、図２の矢視Ｃ１方向、次に明るいのがマイナス１４５度で図２の矢視Ｃ２方向、３番目に明るいのはマイナス８０度で、図２の矢視Ｃ３方向となっている。このように、裏側領域Ｂ２に向かう光線（矢視Ｃ１方向、矢視Ｃ２方向）が多くなっている。

【0031】

ＬＥＤ２からの強い指向性の光は、導光体３の種々な角度の内面反射により指向性がかなり緩和されるが、図４(ａ）に示されるように、照度の高い部分と低い部分が現れる。これに対し、基板１に導光体３を包囲する拡散カバーＣを装着することにより、等方性をかなり有する照明光、すなわち、明暗差の少ないかなり均一な照明光を得ることができる。

【0032】

なお、拡散カバーＣを設置しない場合にも、広配光化されている。これは、図４（ｂ）に示されている。図４（ｂ）では、上述したように、側方や背後方向（＝−８０度〜−１４５度)への光が多くなっているからである。また、図４(ａ）に示すように、上面から見た場合にもかなりの明るさとなっている。

【0033】

[第２実施形態]
第２実施形態は、第1実施形態の導光体３を、透明樹脂に散乱微粒子として球状かつ透光性の光散乱微粒子が多数含有された光散乱導光体としたものである。光散乱導光体に用いられる透明樹脂としては、例えば、ＰＥＴ、ＰＰ、ＰＣ、ＰＭＭＡのような光学的に透明な樹脂があげられる。光散乱微粒子としては、粒子径１〜１０μｍのシリコーン、シリカなどを用いることができる。

【0034】

光散乱導光体については、特開２０１１−１４１9６４号公報の段落００２５〜００４２および特開2０１１−２４９１４１号公報の段落００１７〜００３４に記載されている。

【0035】

以下、導光体３に含有されているシリコーン粒子について説明する。このシリコーン粒子は、体積的に一様な散乱能が与えられた導光体であり、散乱微粒子としての球形粒子を多数含んでいる。導光体３の内部に光が入射すると、その光は散乱微粒子によって散乱することになる。

【0036】

ここで、シリコーン粒子の理論的な基礎を与えるＭｉｅ散乱理論について説明する。Ｍｉｅ散乱理論は、一様な屈折率を有する媒体（マトリックス）中に該媒体と異なる屈折率を有する球形粒子（散乱微粒子）が存在するケースについてマックスウェルの電磁方程式の解を求めたものである。光散乱粒子に相当する散乱微粒子によって散乱した散乱光の角度に依存した強度分布Ｉ（Α、Θ）は下記（１）式で表される。Αは、散乱微粒子の光学的大きさを示すサイズパラメータであり、マトリックス中での光の波長λで規格化された球形粒子（散乱微粒子）の半径ｒに相当する量である。角度Θは散乱角で、入射光の進行方向と同一方向をΘ＝１８０°にとる。

【0037】

また、（１）式中のｉ１、ｉ２は（４）式で表される。そして、（２）〜（４）式中の下添字ν付のａおよびｂは（５）式で表される。上添字１および下添字νを付したＰ（ｃｏｓΘ）は、Ｌｅｇｅｎｄｒｅの多項式、下添字ν付のａ、ｂは１次、２次のＲｅｃａｔｔｉ−Ｂｅｓｓｅｌ関数Ψ＊、ζ＊（ただし、「＊」は下添字νを意味する。）とその導関数とからなる。ｍはマトリックスを基準にした散乱微粒子の相対屈折率で、ｍ＝ｎｓｃａｔｔｅｒ／ｎｍａｔｒｉｘである。

【0038】

【数1】

【0039】

図５は、上記（１）〜（５）式に基づいて、単一真球粒子による強度分布Ｉ（Α、Θ）を示すグラフである。この図５では、原点Ｇの位置に散乱微粒子としての真球粒子があり、下方から入射光が入射した場合の散乱光強度の角度分布Ｉ（Α、Θ）を示している。そして、原点Ｇから各曲線Ｓ１〜Ｓ３までの距離が、それぞれの散乱角方向の散乱光強度である。曲線Ｓ１はΑが１．７であるときの散乱光強度、曲線Ｓ２はΑが１１．５であるときの散乱光強度、曲線Ｓ３はΑが６９．２であるときの散乱光強度を示している。なお、図５においては、散乱光強度を対数目盛で示している。このため、図５では僅かな強度差として見える部分が、実際には非常に大きな差となる。

【0040】

図５に示すように、サイズパラメータΑが大きくなればなるほど（ある波長λで考えた場合は真球粒子の粒径が大きくなればなるほど）、上方（照射方向の前方）に対して指向性が高く光が散乱されていることがわかる。また、実際のところ、散乱光強度の角度分布Ｉ（Α、Θ）は、入射光波長λを固定すれば、散乱子の半径ｒと、媒体および散乱微粒子の相対屈折率ｍとをパラメータとして制御することができる。なお、導光体３は、前方散乱が大きいものである。

【0041】

このような、単一真球粒子がＮ個含まれる光散乱導光体に光を入射させると、光は真球粒子により散乱される。散乱光は光散乱導光体中を進み、他の真球粒子により再度散乱される。ある程度以上の体積濃度で粒子を添加した場合には、このような散乱が逐次的に複数回行われた後、光が光散乱導光体から出射する。このような散乱光がさらに散乱されるような現象を多重散乱現象と呼ぶ。このような多重散乱においては、透明ポリマーでの光線追跡法による解析は容易ではない。しかし、モンテカルロ法により光の挙動を追跡し、その特性を解析することはできる。それによると、入射光が無偏光の場合、散乱角の累積分布関数Ｆ（Θ）は下記の（６）式で表される。

【0042】

【数2】

【0043】

ここで（６）式中のＩ（Θ）は、（１）式で表されるサイズパラメータΑの真球粒子の散乱強度である。強度Ｉｏの光が光散乱導光体に入射し、距離ｙを透過した後、光の強度が散乱によりＩに減衰したとすると、これらの関係は下記の（７）式で表される。

【0044】

【数3】

【0045】

この（７）式中のτは濁度と呼ばれ、媒体の散乱係数に相当するものであり、下記の（８）式のように粒子数Ｎに比例する。なお、（８）式中、σｓは散乱断面積である。

【0046】

【数4】

【0047】

（７）式から長さＬの光散乱導光体を散乱せずに透過する確率Ｐｔ（Ｌ）は下記の（９）式で表される。

【0048】

【数5】

【0049】

反対に光路長Ｌまでに散乱される確率Ｐｓ（Ｌ）は下記の（１０）式で表される。

【数6】

【0050】

これらの式からわかるように、濁度τを変えることにより、光散乱導光体内での多重散乱の度合いを制御することができる。

【0051】

以上の関係式により、散乱微粒子のサイズパラメータΑと濁度τとの少なくとも１つをパラメータとして、光散乱導光体内での多重散乱を制御可能であり、出射面における出射光強度と散乱角も適正に設定可能である。

【0052】

ここで、導光体３に含有されている光散乱粒子は、平均粒径が２．４μｍの透光性のシリコーン粒子である。また、光散乱粒子による散乱係数に相当する散乱パラメータである濁度τは、τ＝０．４９（λ＝５５０ｎｍ）である。

【0053】

第２実施形態における照度分布を、図６、図７に示す。図６（ａ）（ｂ）および図７（ａ）（ｂ）は、図４（ａ）（ｂ）と同様に、導光体３の上面３１に置かれる拡散カバーＣの位置での照度分布（各図の（ａ））と、各図の（ａ）の上下垂直線で切った球面に沿った各方向から測定した結果（各図の（ｂ））を示す。図６は光散乱微粒子の粒径が２．０μｍ、濃度０．０１ｗｔ％の場合、図７は光散乱微粒子の粒径が２．０μｍ、濃度０．１ｗｔ％の場合のものである。

【0054】

第１実施形態の照度分布図である図４と、第２施形態の照度分布図である図６、図７を比較すると、第２実施形態の照度分布図の方が、なだらかな線になっており、中心付近とその周辺との照度差も小さくなっていることが分かる。よって、光散乱導光体を用いることによって、広配光でより照度が均一な照明装置とすることができる。なお、図６と図７を比較すると、各(ａ)の図では大きな違いはないが、各（ｂ）の図を見ると、散乱材を多く入れた図７が図６に比べ、左右（図２参照）の側面方向に、より均等に光が放射されていることを示している。

【0055】

第２実施形態では、導光体３を光散乱導光体とすることで体積散乱を発生させているが、導光体３が透明樹脂のみであっても、導光体の出射面である側面３２を粗面加工して表面散乱を発生させても良い。この第３実施形態の照明装置の照度分布図を図８に示す。

【0056】

図１,２の照明装置Ａ１は、導光体３の形状が柱状である場合の例であるが、第１から第３実施形態の変形例として、第４実施形態の照明装置Ａ４を図９に示す。この第４実施形態の照明装置Ａ４は、図２の基板１および導光体３の断面形状を紙面に直交する方向に延長し、その基板上に複数個のＬＥＤ２を配置することにより、図９に示すように、ライン状の照明装置Ａ４としたものである。このようなライン状の照明装置Ａ４は、例えばショーケース内の左右の上部角隅に取付けて、展示商品を左右上側から下向きに照射するという、従来の照明装置ではできなかった照明モードを実現することができる。

【0057】

次に、第５実施形態の照明装置Ａ５を図１０に示す。照明装置Ａ５は、図２の基板１および導光体３の断面形状が垂直な中心線回りに３６０度連続するサークル状の照明装置としたものである。この場合、サークル状の照明装置Ａ５は、基板５に円周上に実装された複数個のＬＥＤ６と、基板５のＬＥＤ６と同一側にＬＥＤ６を挟んで設けられた円筒状の導光体７と、導光体７の斜面上部に設けられた透過率調整部材８によって構成されている。導光体７は、透明樹脂で環状に作られており、導光体７の上部には外側から内側に傾斜する斜面７１がリング状に設けてあり、その斜面に透過率調整部材８が設けてある。その透過率調整部材８の中央にはリング状の透過部８１が設けられ、その上下に反射部８２が設けられている。また、基板５上のＬＥＤ６は円周上に好ましくは等間隔をもって配置されている。

【0058】

上記第５実施形態の照明装置Ａ５の導光体７にも、上記第２実施形態の光散乱導光体を用いてもよい。この場合の粒径は１〜１０μｍで、濃度は０．０１〜０．２ｗｔ％が好ましい。

【0059】

[第６実施形態]
第６実施形態である照明装置Ａ６は、図１１〜図１３に示すように、図１０のサークル状の照明装置Ａ５の基板５と同様の基板５の内外二つの同心円の円周上にＬＥＤ６を好ましくは等間隔をもって配置してある。例えば、内側に６つのＬＥＤ６を、外側に１０個のＬＥＤ６を配置する。基板５のＬＥＤ６が配置される側と同一側に、ＬＥＤ６を挟んで設けられた導光体７は環状に形成されていて、内外二重のＬＥＤ６（ここで、内周のＬＥＤをＬＥＤ６ａ、外周のＬＥＤをＬＥＤ６ｂとする。）にそれぞれ対応する二つの環状の導光部７ａ，７ｂを有する。導光体７の図１２の上部側の斜面には透過率調整部材８が設けてある。この透過率調整部材８の一部は透過部となる溝７cとなっている。この透過部は、内外二重のＬＥＤ６ａ，６ｂの間隔より狭い幅を有し、かつ、円周方向に連続して上方に開口する溝7ｃとなっている。溝７ｃの底面は水平面となっている。第６実施形態の透過率調整部材８は、第１から第４の実施形態における透過率調整部材４に相当し、溝７ｃが第１から第４の実施形態における透過部４１に相当する。

【0060】

導光体７の導光部７ａ，７ｂは、ＬＥＤ６ａ，６ｂからの光を透過させて透過率調整部材８に導くとともに、透過率調整部材８で反射した光を側面から出射させる。第６実施形態では、内側に配置した導光部の高さ（ａＨ）よりも外側に配置した導光部の高さ（ｂＨ）が大きく（ａＨ＜ｂＨ）されている。この第６実施形態における光線の進行方向を図１４に示す。なお、図１４は、第１実施形態の図３に対応するものであり、図１４では、各図の右側部分の光線の進行方向のみを示し、左側部分の光線を省略している。

【0061】

図１３、図１４に示すように、内側の導光部７ａの高さよりも外側の導光部７ｂの高さを大きくすると、内側の導光部７ａの側面から外側の導光部７ｂの方向に出射する光は、外側の導光部７ｂに入射し透過して、その外側の導光部７ｂの側面から横方向（水平方向、斜め上方向または斜め下方向）に出射することができるので、横方向の照射率の大きい照明装置を得ることができる。これに対し、内側の導光部７ａの高さよりも外側の導光部７ｂの高さを小さくする場合は、内側の導光部７ａの側面から外側の導光部７ｂの方向に出射する光の一部が外側の導光部７ｂの透過率調整部材８によって上方向に反射される。その結果、横方向を照らすことに寄与する割合が少ない。

【0062】

第６実施形態である照明装置Ａ６の導光体７が透明材である場合の照度分布、第６実施形態の導光体７が体積散乱を発生する光散乱導光体である場合の一例の照度分布、第６実施形態の導光体７が体積散乱を発生する光散乱導光体である場合の他の例の照度分布、第６実施形態の導光体７が表面散乱を発生する表面散乱導光体である場合の照度分布を、それぞれ図１５，１６，１７，１８に示す。なお、図１５〜図１８の各図は、図１３の原点ｍ（照明装置Ａ６のｘｚ方向の中心）を中心とするものであり、各図の(ａ)の左上の図は、四角形のカバー（図示省略）の上方での照度分布で、垂直線は原点ｍを通るｚ方向線で、水平線は原点ｍを通るｘ方向線となっている。各図の(ａ)の下側のグラフは水平線に沿って測定した照度グラフであり、右側のグラフは垂直線に沿って測定した照度グラフである。また、各図の(ｂ)のグラフは、ｙ−ｚ面に沿った各方向から見た照度の強さを表すグラフである。すなわち、図１５，１６，１７，１８は、図４等と同じ考えで表された図である。

【0063】

これらの図からわかるように、照度について言えば、導光体７の中心はそれほど大きくなく、ＬＥＤ６ｂの真上から少し外周側にずれた位置で最も大きくなっている。しかも、当然のことではあるが、原点ｍを中心とした点対称となっている。また、各図の(ｂ)に示されているように、ｙ−ｚ面の各図から見た強度は＋８０度と−８０度の付近が最も光が強く、横方向の照度が高いものとなっている。また、表側領域Ｂ１のみならず、裏側領域Ｂ２にも多くの光が向かっている。この第６実施形態である照明装置Ａ６に拡散カバーを装着することにより、拡散カバーの上面、側面および裏面から照度がより均一な光を出すことができる。

【0064】

図１９は、第６実施形態の他の変形例である第７実施形態に係る照明装置Ａ７を示している。図１９では、照明装置Ａ７の場合のＬＥＤ６ａ、６ｂから導光体に入射する光の進行方向を示す。(ａ)は導光体にほぼ垂直上方向に入射する光の進行方向を示す図、（ｂ）は導光体に右斜め方向に入射する光の進行方向を示す図、（ｃ)は導光体に左斜め方向に入射する光の進行方向を示す図である。なお、図１９は、第６実施形態の図１４に対応するものであり、図１９では、各図の右側部分の光線の進行方向のみを示し、左側部分の光線を省略している。この変形例は、導光体９を、外周側の導光部９ａと内周側の導光部９ｂの高さの差を小さくすることで、透過率調整部材１０で反射し横方向に出射された光線が、透過率調整部材１０で再度反射し、上方向の光線となり出射されるようにしたものである。これによって、上方向への光線量を多くすることができる。このように、導光部９ａと導光部９ｂの高さの差を変えることで、照明方向を横方向や上方向など目的にあった方向および照度とすることができる。

【0065】

図２０,図２1は、第６実施形態の照明装置Ａ６の変形例を示す図で、第８実施形態に係る照明装置Ａ８を示している。照明装置Ａ８と照明装置Ａ６の相違点は、次の３点である。第１は、照明装置Ａ８には導光部７ａ，７ｂをつなぐ複数のつなぎ部７ｄが設けられている点である。第２は、照明装置Ａ８には導光体7の中心に底部７ｅが設けられている点である。第３は、照明装置Ａ６ではＬＥＤ６ａ，６ｂが基板５の凹部内に取り付けられ、発光面が基板５の面と同一となっているのに対し、照明装置Ａ８では基板5の表面にＬＥＤ６ａ，６ｂが取り付けられ、発光面となる基準面Ｂが基板５の面よりわずかに導光体7に近付いている点である。この照明装置Ａ８も横方向か背後方向への光の出射が多くなり、広配光化と薄型化が可能となる。

【0066】

次に、本発明の第９実施形態に係る照明装置Ａ９を図２２に示す。この照明装置Ａ９は、２重になっている照明装置Ａ６を３重にしたもので、導光体７の上面は溝７ｃがないとすると、一定角度、好ましくは４５度の傾斜角度を持った１つの連続した斜面となっている。その斜面中に２つのリング状の溝７ｃ１,７ｃ２が設けられている。ＬＥＤは、最外周に等間隔で複数のＳ１個、中間の周に等間隔で複数のＳ２個、最内周に等間隔でＳ３個がそれぞれ配置してある。このときＬＥＤの数は「Ｓ１＞Ｓ２＞Ｓ３」とするのが好ましいが、「Ｓ２＞（Ｓ１＝Ｓ３）」など他の関係となるようにしてもよい。また、照明装置Ａ９の変形として、照明装置Ａ８のようにつなぎ部７ｄを設けたり、底部７ｅを設けたりしてもよい。

【0067】

次に、本発明の第１０実施形態に係る照明装置Ａ１０を図２３に示す。この照明装置Ａ１０は、照明装置Ａ１と略同一な照明装置Ａ１１,Ａ１２を円形状に間隔を開けて、それぞれ複数配置したものである。照明装置Ａ１１,Ａ１２は共にその内周面、外周面が円弧状に形成され、原点ｍを中心とした円の一部（＝円弧)となるような形状にされている。外周側に配置される照明装置Ａ１１は、内周側に配置される照明装置Ａ１２に比べ、その高さと幅がより大きくなっている。外周側に配置される照明装置Ａ１１は、それぞれ、１個のＬＥＤに１個配置され、その隣接するものとの間隔は不均一とされているが、等間隔としてもよい。同様に、内周側に配置されるの照明装置Ａ１２も、それぞれ、１個のＬＥＤに１個配置され、その間隔は不均一とされているが、等間隔としてもよい。また、複数のＬＥＤに対し、１個の照明装置Ａ１１や１個の照明装置Ａ１２を配置したり、１個と複数のものを混在させたりしてもよい。また、照明装置Ａ１０は、内側と外側の２重配置とされているが、３重配置にしたり、１重のみとしたりしてもよい。

【0068】

［他の実施の形態］
以上、本発明の各実施形態に係る照明装置について説明したが、本発明は、上述の構成に限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲で種々の変形実施が可能である。例えば、透過率調整部材４、８は、一部分が透過部、他の部分が反射部として構成される例を説明したが、それらの透過部と反射部の違いは、光透過率の違いであり、導光体の上面から出射させたい光量により光透過率を適宜設定すれば良い。すなわち、透過部４１や溝７ｃを設けず、上面３１などの斜面全体に一定の透過率の透過率調整部材を配置したり、部分的に透過率が異なるように配置したりしてもよい。また、反射部であっても、薄い場合は光を全て反射せずに一部を透過させる場合がある。また、透過部であっても、導光体の斜面に対する光の入射角度により光が反射される場合がある。

【0069】

すなわち、透過率調整部材は、部分的に透過部と反射部に区分したり、区分することなく、全面側に出射する光の透過率を調整することにより、導光体の斜面（上面）から出射する光量を適宜抑制し、側面からの光量や背部に出射する光量を適宜増加することができる。これにより、照明装置の取付面を任意の照度で照らすことができる。したがって、従来の照明装置を用いて間接照明をする場合は、反射板などを外付けする必要があったが、本発明による各照明装置は、そのような反射板の付加を不要とすることが可能である。

【0070】

また、照明装置Ａ６、Ａ７,Ａ８,Ａ９では、溝７ｃを設けているが、溝７ｃではなく、導光部７ａ，７ｂの間を貫通孔とし、両者を完全に切り離してもよい。同様に、導光部７ａ，７ｂの間や、３重の場合には、その２つの間を貫通孔としてもよい。また、各照明装置では光源の発光面の反対側となる裏側領域Ｂ２に向かう出射光が存在するようにしたが、裏側領域Ｂ２に向かう光を無くし、正面方向や斜め正面方向や横方向などに向かう出射光のみとなるように、すなわち、表側領域Ｂ１に向かう光のみとなるようにしてもよい。また、各照明装置では、導光体を使用しているが、導光体を使用せず、光源の光を直接、透過率調整部材に照射するようにしてもよい。

【0071】

また、各照明装置は、その全体をグローブなどの拡散カバーＣで被覆して用いられる。導光体の側面から出射される光線は明暗差が少ないので、拡散カバーＣを導光体に接近して装着することができるので、照明装置を小型化することができる。しかし、拡散カバーを用いないようにしたり、他のカバーを用いるようにしてもよい。また、光源は、ＬＥＤが好ましいが、白熱電球、蛍光灯、ＥＬ(Electro luminescence)、など他の光源としてもよい。

【符号の説明】

【0072】

１ 基板
２ ＬＥＤ（光源）
３ 導光体
３１ 導光体の上面
３２，３３ 導光体の側面
４ 透過率調整部材
４１ 透過部
４２ 反射部
５ 基板
６，６ａ，６ｂ 光源（ＬＥＤ）
７ 導光体
７ａ，７ｂ 導光部
７ｃ 溝（透過部）
８ 透過率調整部材
Ａ１〜Ａ１０ 照明装置
Ｂ１ 表側領域
Ｂ２ 裏側領域
Ｃ 拡散カバー

【図1】

【図2】

【図5】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図20】

【図21】

【図3】

【図4】

【図6】

【図7】

【図8】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図22】

【図23】