特許 6227346 導光板、面発光装置及び車両用灯具

(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】6227346

(24)【登録日】2017年10月20日

(45)【発行日】2017年11月8日

(54)【発明の名称】導光板、面発光装置及び車両用灯具

(51)【国際特許分類】

   F21S 2/00 20160101AFI20171030BHJP

   F21S 8/10 20060101ALI20171030BHJP

   F21W 101/14 20060101ALN20171030BHJP

   F21W 111/00 20060101ALN20171030BHJP

   F21Y 115/10 20160101ALN20171030BHJP

   F21Y 115/15 20160101ALN20171030BHJP

   F21Y 115/20 20160101ALN20171030BHJP

【ＦＩ】

   F21S2/00 435

   F21S8/10 371

   F21W101:14

   F21W111:00

   F21Y115:10

   F21Y115:15

   F21Y115:20

【請求項の数】4

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2013-197689(P2013-197689)

(22)【出願日】2013年9月25日

(65)【公開番号】特開2015-64997(P2015-64997A)

(43)【公開日】2015年4月9日

【審査請求日】2016年8月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002303

【氏名又は名称】スタンレー電気株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100090033

【弁理士】

【氏名又は名称】荒船 博司

(74)【代理人】

【識別番号】100093045

【弁理士】

【氏名又は名称】荒船 良男

(72)【発明者】

【氏名】曽根 尚也

【審査官】 河村 勝也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−２０４１６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０１６３８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１９０６８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２０４０３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００８／０８８１３４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０１１０１１１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２１Ｓ ２／００

Ｆ２１Ｓ ８／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

透明材料からなる板状の本体部と、
前記本体部の側端面に形成され、光が入射する入射面と、
前記入射面に対して交差し、前記本体部の互いに対向する二面のうち一方の面に形成された反射面と、
前記本体部の互いに対向する二面のうち他方の面に形成され、光が出射する出射面と、を備え、
前記本体部は、前記互いに対向する二面の間の厚さが、前記入射面からその反対側の側端に向かって漸減しており、
前記反射面は、前記入射面からその反対側の前記本体部の側端に向かう向きに直交する方向に分割されて、前記入射面からその反対側の前記本体部の側端に向かう方向に延びる帯状に形成されるとともに互いの法線が略同一の方向を向いた複数の小反射面からなり、
前記入射面からその反対側の前記本体部の側端に向かう向きに見て、前記小反射面の法線が前記出射面の法線に対して傾斜しており、
前記小反射面に形成された凹凸面を更に備え、
前記凹凸面が、前記入射面からその反対側の前記本体部の側端に向かう向きに交差する方向に前記小反射面に沿って延びた断面三角形状の複数のローレット溝が前記入射面からその反対側の前記本体部の側端に向かう向きに配列されたものである、
ことを特徴とする導光板。

【請求項2】

前記反射面と前記出射面が前記入射面の反対側の前記本体部の側端において鋭角を成すように傾斜する、
ことを特徴とする請求項１に記載の導光板。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の導光板と、
前記入射面に向けて光を発する光源部と、を備える、
ことを特徴とする面発光装置。

【請求項4】

請求項３に記載の面発光装置を備えることを特徴とする車両用灯具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、導光板、面発光装置及び車両用灯具に関し、特に導光板の出射面から出射する光の光軸がその出射面の法線に対して傾斜させることができる技術に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、楔形の導光体が開示されている。この導光体の入射面が出射面に対して直交し、反射面が出射面に対して傾斜した状態で出射面に対向し、その反射面が波形状に形成されている。入射面に入射した光が導光体の先端まで進行する際に、その光が反射面によって出射面に向けて反射され、臨界角未満の入射角で出射面に入射する光がその出射面から導光体の外部に出射する。出射面から出射した光の光軸（その出射面から出射した光の主たる出射方向）は出射面に対して垂直である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００６−１９０６８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

この導光体を各種の装置の照明灯等に利用する場合、その装置のデザインの都合上、導光体の出射面をその装置の表面に沿わせなければならないことがある。そのような場合において、導光体の出射面から出射した光の光軸が出射面に対して垂直であるから、その出射光はその装置の表面に対して垂直な方向に進行する。ところが、出射光の方向を出射面の法線方向以外にする必要があると、その導光体を使用することができない。

【0005】

そこで、本発明が解決しようとする課題は、導光板の出射面から出射する光の光軸をその出射面の法線に対して傾斜させることである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

以上の課題を解決するための本発明に係る導光体は、透明材料からなる板状の本体部と、前記本体部の側端面に形成され、光が入射する入射面と、前記入射面に対して交差し、前記本体部の互いに対向する二面のうち一方の面に形成された反射面と、前記本体部の互いに対向する二面のうち他方の面に形成され、光が出射する出射面と、を備え、前記本体部は、前記互いに対向する二面の間の厚さが、前記入射面からその反対側の側端に向かって漸減しており、前記反射面は、前記入射面からその反対側の前記本体部の側端に向かう向きに直交する方向に分割されて、前記入射面からその反対側の前記本体部の側端に向かう方向に延びる帯状に形成されるとともに互いの法線が略同一の方向を向いた複数の小反射面からなり、前記入射面からその反対側の前記本体部の側端に向かう向きに見て、前記小反射面の法線が前記出射面の法線に対して傾斜しており、前記小反射面に形成された凹凸面を更に備え、前記凹凸面が、前記入射面からその反対側の前記本体部の側端に向かう向きに交差する方向に前記小反射面に沿って延びた断面三角形状の複数のローレット溝が前記入射面からその反対側の前記本体部の側端に向かう向きに配列されたものである。

【0007】

好ましくは、前記反射面と前記出射面が前記入射面の反対側の前記本体部の側端において鋭角を成すように傾斜する。
本発明に係る面発光装置は、前記導光体と、前記入射面に向けて光を発する光源部と、を備える。
本発明に係る車両用灯具は、前記面発光装置を備える。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、小反射面の法線が出射面の法線に対して傾斜するため、出射面から出射した光の光軸が出射面に対して垂直ではなく、出射面から出射した光の光軸が出射面の法線に対して傾斜する。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施形態に係る車両用信号灯の斜視図である。

【図2】同実施形態に係る面発光装置の正面図である。

【図3】同実施形態に係る面発光装置の底面図である。

【図4】同実施形態に係る面発光装置の背面図である。

【図5】同実施形態に係る面発光装置の背面図である。

【図6】図２に示すVI−VIの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

【0011】

図１は車両用信号灯１の斜視図である。この車両用信号灯１はポジショニングランプ、ターンシグナルランプ、ハザードランプ、サイドマーカーランプ、テールランプ、ストップランプ、テール・ストップランプ、ハイマウントストップランプ、バックランプ、昼間走行灯（ＤＲＬ）その他の信号灯である。

【0012】

この車両用信号灯１は複数の面発光装置１０を備える。これら面発光装置１０が車両の外面に沿って配列され、これら面発光装置１０の出射面が車両の外面に沿って設けられている。

【0013】

図２は面発光装置１０の正面図である。図３は面発光装置１０の底面図である。図４は面発光装置１０の背面図である。図５は、面発光装置１０の後面の小さな凹凸を図示せずにその後面を平滑にして示した模式的な背面図である。

【0014】

面発光装置１０は、半導体発光素子２０、コリメート光学素子３０及び導光板４０を備える。ここで、半導体発光素子２０及びコリメート光学素子３０からなる組体が、導光板４０の入射面４１に向けて光を発する光源部である。

【0015】

半導体発光素子２０は、発光ダイオード、有機発光ダイオード（有機エレクトロルミネッセンス素子）、無機エレクトロルミネッセンス素子その他の半導体発光素子である。

【0016】

コリメート光学素子３０は、半導体発光素子２０によって発せられた光を取り込んで、その光を平行光にして、その平行光を導光板４０に向けて出射するものである。
コリメート光学素子３０は、透明な樹脂（例えば、ＰＭＭＡ、ＰＣ等）又は透明なガラスからなるとともに、平面状の前面３１と平面状の後面３２がほぼ平行な板状に形作られている。コリメート光学素子３０の上端面３３と下端面３４が平面であるとともに、互いに平行に設けられている。前面３１、後面３２、上端面３３及び下端面３４は全反射面となる。コリメート光学素子３０の一方の側端面３６は上端面３３及び下端面３４に対して交差し、好ましくは直交する。この側端面３６は出射面と全反射面を兼ねる。以下、この側端面３６を出射面３６という。

【0017】

コリメート光学素子３０の中央部に収容孔３７が形成され、その収容孔３７がコリメート光学素子３０の前面３１から後面３２に貫通する。収容孔３７の内周面のうち上端面３３と下端面３４側の面３７ａ，３７ｂが平面であるとともに、上端面３３及び下端面３４に対して平行である。収容孔３７の内周面のうちコリメート光学素子３０の側端面３５側には入射面３７ｃが形成されており、その入射面３７ｃが凹状の円柱面に形成されている。収容孔３７の内周面のうちコリメート光学素子３０の出射面３６側には全反射面３７ｄが形成されており、その全反射面３７ｄが収容孔３７の中心に向けて凸状の二等辺三角柱面状に形成されている。

【0018】

半導体発光素子２０が収容孔３７内に収容されている。この半導体発光素子２０は入射面３７ｃによって形作られる円柱面の中心に配置されているとともに、入射面３７ｃに向けられるように配置されている。半導体発光素子２０によって発せられた光は入射面３７ｃからコリメート光学素子３０の内部に取り込まれる。

【0019】

コリメート光学素子３０の一方の側端面３５には、コリメート面３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄが形成されている。コリメート面３５ａは側端面３５のうち収容孔３７の上下方向の範囲よりも上側に形成されており、コリメート面３５ｂは側端面３５のうち収容孔３７の上下方向の範囲よりも下側に形成されている。コリメート面３５ｃ，３５ｄは側端面３５のうち収容孔３７の上下方向の範囲内に形成されており、コリメート面３５ｃが半導体発光素子２０の光軸よりも上側であり、コリメート面３５ｄが半導体発光素子２０の光軸よりも下側である。

【0020】

コリメート面３５ａ，３５ｂは上下対称に設けられている。コリメート面３５ａ，３５ｂはコリメート光学素子３０の外部から見て凸状の放物面状に形成されており、その放物面の軸が半導体発光素子２０を通って左右に延び、その軸が上端面３３及び下端面３４に対して平行である。そのため、半導体発光素子２０によって発せられて入射面３７ｃによって取り込まれた光がコリメート面３５ａ，３５ｂによって他方の出射面３６に向けて反射され、その反射光が上端面３３及び下端面３４に対して平行な光軸を有した平行光となる。

【0021】

コリメート面３５ｃ，３５ｄは上下対称に設けられている。コリメート面３５ｃ，３５ｄはコリメート光学素子３０の外部から見て凸状の放物面状に形成されている。コリメート面３５ｃの放物面の軸が半導体発光素子２０を通って図２において右上に延びる。そのため、半導体発光素子２０によって発せられて入射面３７ｃによって取り込まれた光がコリメート面３５ｃによって上端面３３に向けて反射され、その反射光が平行光となる。また、コリメート面３５ｄの放物面の軸が半導体発光素子２０を通って図２において右下に延びる。半導体発光素子２０によって発せられて入射面３７ｃによって取り込まれた光がコリメート面３５ｄによって下端面３４に向けて反射され、その反射光が平行光となる。

【0022】

コリメート面３５ｃによって反射された平行光が上端面３３、出射面３６、全反射面３７ｄの順にこれらによって反射される。また、コリメート面３５ｄによって反射された平行光が下端面３４、出射面３６、全反射面３７ｄの順にこれらによって反射される。なお、出射面３６によって平行光が反射するのは、コリメート光学素子３０よりも低折率な層（例えば、空気層、粘着剤層、接着剤層等）がその出射面３６と導光板４０の入射面４１との間に存在するためである。

【0023】

コリメート面３５ａ，３５ｂによって反射された平行光及び全反射面３７ｄによって反射された平行光は出射面３６から出射する。ここで、コリメート面３５ａによって反射された平行光は出射面３６のうち収容孔３７の上下方向の範囲よりも上側の領域から出射し、コリメート面３５ｂによって反射された平行光は出射面３６のうち収容孔３７の上下方向の範囲よりも下側の領域から出射し、全反射面３７ｄによって反射された平行光は出射面３６のうち収容孔３７の上下方向の範囲に相当する領域から出射する。

【0024】

導光板４０について詳細に説明する。
導光板４０は、コリメート光学素子３０によって出射された平行光を取り込んで、取り込んだ光を前方に向けて出射することによって導光板４０の前方に所望の配光を形成するものである。導光板４０は、板状の本体部４０ａを備えるとともに、この本体部４０ａの表面に形成された入射面（側端面）４１、反射面（後面）４２、上端面４６、下端面４７及び出射面（前面）４８等を備える。

【0025】

本体部４０ａは、透明な樹脂（例えば、ＰＭＭＡ、ＰＣ等）又は透明なガラスからなる。
本体部４０ａの形状を大づかみに捉えた際の本体部４０ａの骨格的形状について説明する。本体部４０ａをその前又は後ろから見て、本体部４０ａが左右方向に長い帯板状に形作られ、本体部４０ａをその上又は下から見て、本体部４０ａが楔形（三角形）の断面形状を有した板状に形作られており、本体部４０ａの後面４２が前面４８に対して傾斜した状態で前面４８に対向する。具体的には、本体部４０ａの後面４２が前面４８に対して平行な状態から上下方向の軸の回りに回転するよう傾斜し、後面４２と前面４８との間の厚さが本体部４０ａの一方の入射面４１ら反対側の側端４９に向かって漸減し、その側端４９において後面４２と出射面４８が鋭角を成す。本体部４０ａの一方の側端面４１が光を取り込む入射面であり、本体部４０ａの前面４８が光を出射する出射面であるので、以下では、本体部４０ａの側端面４１を入射面４１といい、本体部４０ａの前面４８を出射面４８という。また、本体部４０ａの後面４２は本体部４０ａ内に取り込まれた光を反射させるものであるので、本体部４０ａの後面４２を反射面４２という。なお、本体部４０ａの骨格的形状が、出射面４８と反射面４２が平行な帯状平板であってもよい。

【0026】

本体部４０ａの形状を詳しく観察して把握される本体部４０ａの形状について説明する。
本体部４０ａの上端面４６と下端面４７が平面であるとともに、互いに平行に設けられている。上端面４６及び下端面４７は全反射面となる。
本体部４０ａの入射面４１が平面であり、この入射面４１が上端面４６、下端面４７及び出射面４８に対して直交する。
入射面４１がコリメート光学素子３０の側端面（出射面）３６から離れて対向し、入射面４１とコリメート光学素子３０の出射面３６との間にはコリメート光学素子３０よりも低折率な層（例えば、空気層、粘着剤層、接着剤層等）が形成されている。

【0027】

コリメート光学素子３０の出射面３６から出射した光が入射面４１から本体部４０ａの内部に取り込まれる。本体部４０ａの内部に取り込まれた光は入射面４１から反対側の側端４９へ進行し、その光の光軸は入射面４１から反対側の側端４９に向かって延びる。以下では、その光軸の延びる方向を横方向という。

【0028】

図４及び図５に示すように、本体部４０ａの反射面４２が上下に分割されている。つまり、その反射面４２が複数の帯状の小反射面（帯状領域）４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄに区分けされて、その反射面４２がこれら小反射面４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄからなる。これら小反射面４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄは、左右方向が上下方向よりも長く、横長に設けられている。

【0029】

図６は、図２に示すVI−VIに沿った断面を矢印方向に向かって見て示した断面図である。

【0030】

図６に示すように、横方向に向かって見て、つまり本体部４０ａの入射面４１から側端４９に向かう向き又はその逆向きに見て、小反射面４２ａの法線４３ａと出射面４８の法線４８ｎが平行ではなく、小反射面４２ａの法線４３ａが出射面４８の法線４８ｎに対して傾斜する。具体的には、横方向に向かって見て、小反射面４２ａの法線４３ａが出射面４８の法線４８ｎから横方向の軸の回りに回転するよう傾斜する。図６に示す例では、小反射面４２ａの法線４３ａが出射面４８の法線４８ｎから横方向の軸の回りに下へ回転するよう傾斜する。それに対して、小反射面４２ａの法線４３ａが出射面４８の法線４８ｎから横方向の軸の回りに上へ回転するよう傾斜してもよい。

【0031】

小反射面４２ａの法線４３ａと同様に小反射面４２ｂ，４２ｃ，４２ｄの法線４３ｂ，４３ｃ，４３ｄも出射面４８の法線４８ｎに対して傾斜する。

【0032】

小反射面４２ａには凹凸面（複数のレンズカット）４４ａが形成されている。上又は下から見た凹凸面４４ａの段面形状は鋸歯状波であり、上下方向に延びる断面三角形状の複数のローレット溝が小反射面４２ａに沿って横方向に配列されることによって凹凸面４４ａが形成される。

【0033】

小反射面４２ａと同様に小反射面４２ｂ，４２ｃ，４２ｄにも、凹凸面４４ｂ，４４ｃ，４４ｄがそれぞれ形成されている。

【0034】

図１に示すように、以上のように構成された複数の面発光装置１０を組み合わせてこれらを配列する場合、本体部４０ａの側端４９側の部位の裏側に隣りの面発光装置１０の半導体発光素子２０及びコリメート光学素子３０が配置され、その半導体発光素子２０及びコリメート光学素子３０が隠れる。また、図２及び図３に示すように、本体部４０ａのうち入射面４１側の部位４５が本体部４０ａの出射面４８よりも一段低い段状に設けられている。そして、図１に示すように、本体部４０ａの側端４９側の部位の裏側に隣りの面発光装置１０の本体部４０ａの入射面４１側の部位４５が配置され、隣り合う本体部４０ａ，４０ａの出射面４８，４８同士が面一になっている。

【0035】

入射面４１から本体部４０ａの内部に取り込まれた光が入射面４１から反対側の側端４９へ進行する。その光が小反射面４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄに入射すると、その光が小反射面４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄによって反射される。その反射光が出射面４８に入射し、出射面４８への入射角が臨界角以上となる光は出射面４８によって反射される。こうして、本体部４０ａの内部の光は、小反射面４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ及び出射面４８によって反射されながら、入射面４１から反対側の側端４９へ進行する。
一方、出射面４８への入射角が臨界角未満となる光は出射面４８によって反射されずに、出射面４８から前方へ出射する。

【0036】

本体部４０ａが楔形の断面形状を有した板状であり、本体部４０ａの反射面４２が出射面４８に対して傾斜するため、出射面４８における輝度分布が均一化し、出射面４８のうち入射面４１から遠い領域の輝度が低下することを防止することができる。

【0037】

横方向に向かって見て、小反射面４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄの法線４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄが出射面４８の法線４８ｎに対して傾斜するため、出射面４８から出射した光の光軸（出射面４８から出射した光の主たる出射方向、つまり出射面４８から出射した光線群の出射方向の平均）は出射面４８に対して垂直ではない。つまり、横方向に向かって見て、小反射面４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄの法線４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄと出射面４８の法線４８ｎとの成す角度を設計変更すれば、出射面４８から出射した光の光軸を調整することができる。例えば、小反射面４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄの法線４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄが出射面４８の法線４８ｎに対して下に傾斜すれば、出射面４８から出射した光の光軸が出射面４８の法線４８ｎに対して下に傾斜する。小反射面４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄの法線４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄが出射面４８の法線４８ｎに対して上に傾斜すれば、出射面４８から出射した光の光軸が出射面４８の法線４８ｎに対して上に傾斜する。

【0038】

よって、車両のデザインの都合上、出射面４８の向きが制限される場合でも、出射面４８から出射した光の光軸の向きを調整することができる。例えば、小反射面４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄの法線４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄと出射面４８の法線４８ｎとの成す角度を設計変更することによって、この面発光装置１０の用いた車両用信号灯１を法規に適合させることができる。

【0039】

一方、小反射面４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄに凹凸面４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄがそれぞれ形成されているので、所望の配光を得ることができる。つまり、出射面４８から出射した光が出射面４８に正対する仮想スクリーンに照射されることによってその仮想スクリーンに形成される光度分布は、凹凸面４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄの形状やローレット溝の大きさ等によって調整されたものとなる。

【0040】

上記実施形態では、面発光装置１０を車両用信号灯１に利用したが、車両用照明灯（例えば、室内灯、荷室灯）又は一般照明灯（例えば、スポットライト、読書灯、医療用照明灯）などに利用してもよい。

【0041】

光源部として、半導体発光素子２０及びコリメート光学素子３０からなる組体の例を挙げたが、他の光源部を用いてもよい。例えば、本体部４０ａの入射面４１に対向する位置においてその入射面４１に沿って設けられた蛍光管を光源部として用いてもよいし、本体部４０ａの入射面４１に対向する位置においてその入射面４１に沿って配列された複数の半導体発光素子（発光ダイオード、有機発光ダイオード、無機エレクトロルミネッセンス素子）を光源部として用いてもよい。

【符号の説明】

【0042】

１０ 面発光装置
２０ 半導体発光素子
３０ コリメート光学素子
４０ 導光体
４０ａ 本体部
４１ 入射面
４２ 反射面
４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ 小反射面
４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ 法線
４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ 凹凸面
４８ 出射面
４８ｎ 法線
４９ 側端

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】