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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
【公報種別】再公表特許(A1)
(11)【国際公開番号】WO/0
(43)【国際公開日】2013年10月10日
【発行日】2015年12月17日
(54)【発明の名称】照明装置
(51)【国際特許分類】
   F21S 2/00 20060101AFI20151120BHJP
   F21S 8/04 20060101ALI20151120BHJP
   G02B 6/00 20060101ALI20151120BHJP
   F21Y 101/02 20060101ALN20151120BHJP
【FI】
   F21S2/00 433
   F21S8/04 100
   F21S2/00 435
   G02B6/00 331
   F21Y101:02
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
【全頁数】15
【出願番号】特願2014-509202(P2014-509202)
(21)【国際出願番号】PCT/0/0
(22)【国際出願日】2013年4月4日
(31)【優先権主張番号】特願2012-86837(P2012-86837)
(32)【優先日】2012年4月5日
(33)【優先権主張国】JP
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,KE,KG,KM,KN,KP,KR,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ,UA,UG,US,UZ,VC
(71)【出願人】
【識別番号】000001085
【氏名又は名称】株式会社クラレ
(74)【代理人】
【識別番号】100082670
【弁理士】
【氏名又は名称】西脇 民雄
(74)【代理人】
【識別番号】100180068
【弁理士】
【氏名又は名称】西脇 怜史
(72)【発明者】
【氏名】木下 誠二
【テーマコード(参考)】
2H038
3K243
3K244
【Fターム(参考)】
2H038AA55
2H038BA06
3K243MA01
3K244AA05
3K244BA08
3K244BA09
3K244BA11
3K244BA14
3K244BA16
3K244BA31
3K244BA48
3K244CA03
3K244DA01
3K244EA02
3K244EA12
3K244EA13
3K244EC02
3K244EC07
3K244EC13
3K244EC28
3K244ED02
3K244ED08
3K244ED12
3K244ED13
3K244ED25
3K244ED28
3K244GA02
3K244GA08
(57)【要約】
照度分布に異方性を持たせることができるエッジライト方式の照明装置(1)を提供する。
導光板(2)の側面側に発光ユニット(3a、3b)が設置されたエッジライト方式の照明装置(1)であって、X軸と、X軸に直交するY軸で構成されるX−Y平面の法線をZ軸として、発光ユニット(3a、3b)はX軸に平行に配置しており、導光板(2)はX−Y平面に平行に配置しており、導光板(2)の入射端面(2a,2b)はX−Z平面に平行であり、導光板(2)は、底面(2c)に所定ピッチで形成されたX軸方向に平行な複数の凹条パターン(6)と、出射面(2d)に所定ピッチで形成されたY軸方向に平行な複数の出射制御パターン(5)を有しており、凹条パターン(6)は、断面がV字形状で頂角が100°に形成され、出射制御パターン(5)は、断面形状が直角三角形に形成されている。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
導光板の少なくとも一方の側面側に一次光源が設置され、前記導光板は、出射面、該出射面に対向する底面、及び少なくとも一側面に設けられた前記一次光源から出射された光を入射させる入射端面を有するエッジライト方式の照明装置であって、
X軸と、X軸に直交するY軸で構成されるX−Y平面の法線をZ軸として、前記一次光源はX軸に平行に配置しており、前記導光板は前記X−Y平面に平行に配置しており、前記導光板の入射端面はX−Z平面に平行であり、
前記導光板は、前記底面に所定ピッチで形成されたX軸方向に平行な複数の凹条パターンと、前記出射面に所定ピッチで形成されたY軸方向に平行な複数の出射制御パターンを有しており、
前記導光板の底面に形成された前記凹条パターンは、断面がV字形状で頂角が90°〜130°に形成され、
前記出射制御パターンは、断面形状が直角三角形に形成されていることを特徴とする照明装置。
【請求項2】
前記出射制御パターンを形成する断面形状が直角三角形の底辺と斜辺とがなす角度が、15°〜35°の範囲に設定されていることを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
【請求項3】
前記凹条パターンは、前記入射端面から離れるに従い密に配置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の照明装置。
【請求項4】
前記導光板の底面側には光を反射する反射シートを有していることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、導光板の少なくとも一方の側面側に配置したLED等の一次光源から光を導光板内に入射して、該導光板の一方の主面(出射面)から光を出射するエッジライト方式の照明装置に関し、特にオフィスや住宅等の天井などに取り付けて使用する照明器具として好適なエッジライト方式の照明装置に関する。
【背景技術】
【0002】
液晶テレビやパソコン等における液晶表示装置のバックライトとして、エッジライト方式が用いられている。エッジライト方式のバックライトは、導光板の少なくとも一方の側面側に配置した一次光源(LED等)から光を導光板内に入射し、該導光板の一方の主面(出射面)全体から光を出射させることで、面状の光として出射することができる。
【0003】
このため、このエッジライト方式のバックライトをオフィスや住宅等の天井などに取り付けて使用する照明器具に適用するようになってきた(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
さらに、近年はLEDの発光効率の向上と、価格の低下によって、LEDを光源とする照明器具においては、薄型化による照明装置の軽量化が可能となり、LEDの特長である調光機能による生活様式にあわせた演出ができるため、LEDを光源とするエッジライト方式の照明装置が普及してきている。(例えば、特許文献2参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開平10−160938号公報
【特許文献2】特開2010−33861号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献1、2のようなエッジライト方式の照明装置をオフィスや住宅等の天井などに取り付けて照明器具として使用する場合、この照明装置では、例えば正方形状の導光板の主面(出射面)から面状の光として出射し、照明装置の直下及びその周辺を照らすことができる。
【0007】
ところで、前記特許文献1、2のようなエッジライト方式の照明装置では、導光板の主面(出射面)から出射した面状の光が等方的に広がって照らすため、照明用途によっては照度分布に異方性を持たせたい場合があっても対応することができない。例えば、前記特許文献1、2のようなエッジライト方式の照明装置を天井に設置した場合、壁面側のみに照度分布を有するような光を出射して、間接照明のような雰囲気の光を得ることはできない。
【0008】
そこで、本発明は、照度分布に異方性を持たせることができるエッジライト方式の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】
【0009】
前記目的を達成するために請求項1に記載の発明は、導光板の少なくとも一方の側面側に一次光源が設置され、前記導光板は、出射面、該出射面に対向する底面、及び少なくとも一側面に設けられた前記一次光源から出射された光を入射させる入射端面を有するエッジライト方式の照明装置であって、X軸と、X軸に直交するY軸で構成されるX−Y平面の法線をZ軸として、前記一次光源はX軸に平行に配置しており、前記導光板は前記X−Y平面に平行に配置しており、前記導光板の入射端面はX−Z平面に平行であり、前記導光板は、前記底面に所定ピッチで形成されたX軸方向に平行な複数の凹条パターンと、前記出射面に所定ピッチで形成されたY軸方向に平行な複数の出射制御パターンを有しており、前記導光板の底面に形成された前記凹条パターンは、断面がV字形状で頂角が90°〜130°の範囲に形成され、前記出射制御パターンは、断面形状が直角三角形に形成されていることを特徴としている。
【0010】
請求項2に記載の発明は、前記出射制御パターンを形成する断面形状が直角三角形の底辺と斜辺とがなす角度が、15°〜35°の範囲に設定されていることを特徴としている。
【0011】
請求項3に記載の発明は、前記凹条パターンは前記入射端面から離れるに従い密に配置されていることを特徴としている。
【0012】
請求項4に記載の発明は、前記導光板の底面側には光を反射する反射シートを有していることを特徴としている。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、導光板の底面の凹条パターンの斜面で、導光板内部を伝播する光を出射面側に反射させて、出射面の出射制御パターンによって、特定の角度で入射する光を選択して出射制御パターンの斜面で全反射させ、特定の角度で入射する他の光を選択して出射制御パターンの斜面からを透過させることができるので、導光板の出射面の出射制御パターンから光度分布に異方性を持たせた光を出射することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
図1】本発明の実施形態に係るエッジライト方式の照明装置を示す概略斜視図。
図2】本発明の実施形態に係るエッジライト方式の照明装置を示す概略平面図。
図3図2のA−A線断面図。
図4】本発明の実施形態における照明装置の導光板の底面に形成した断面がV字状の凹条を示す図。
図5】本発明の実施形態における照明装置の導光板の底面に形成した断面がV字状の凹条の斜面に光が入射して出射面側に反射する様子を示した図。
図6】本発明の実施形態における照明装置の底面の凹条の斜面で反射した光の、この凹条の直上でのX−Z平面における出射光の光度分布を示す図。
図7】本発明の実施形態における照明装置の導光板の出射面に形成した断面形状が直角三角形の出射制御パターンを示した図。
図8】導光板の底面に形成した凹条の斜面で反射した光において、出射制御パターンを透過する光と、出射制御パターン内で全反射する光を説明するための図。
図9A】本発明の実施形態に係るエッジライト方式の照明装置を天井に設置した状態を示す図。
図9B】本発明の実施形態に係るエッジライト方式の照明装置を壁面に設置した状態を示す図。
図10】実施例1における照度異方性の評価値を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【0015】
図1は、本発明の実施形態に係るエッジライト方式の照明装置を示す概略斜視図、図2は、この照明装置を示す概略平面図、図3は、図2のA−A線断面図である。本実施形態に係るエッジライト方式の照明装置1では、X軸と、X軸に直交するY軸で構成されるX−Y平面の法線をZ軸とし、Z軸方向が光の出射方向としている。
【0016】
図1図3に示すように、本実施形態に係るエッジライト方式の照明装置1は、透明樹脂(例えば、アクリル樹脂)などから形成された透明構造体である矩形状の導光板2、この導光板2の左右方向(Y軸方向)の両面(以下、「入射端面」という)2a,2b側にそれぞれ配置された各発光ユニット3a、3b、導光板2の背面(以下、「底面」という)2c側に設置された反射シート4、導光板2の前面(以下、「出射面」という)2dに形成した出射制御パターン5を有している。なお、出射面2dの前面側に光学シートとしての拡散シートや保護カバーを設けてもよい。
【0017】
この照明装置1をオフィスや住宅等の天井に設置した場合には、反射シート4側が天井面に位置し、導光板2の出射面2d側から後述する出射制御パターン5によって照度異方性を有する光束が斜め下方に向けて出射される。
【0018】
導光板2の底面2cには、X軸方向に延びる凹条6が所定のピッチで複数形成されている。また、導光板2の出射面2dには、Y軸方向に延びる断面形状が直角三角形の出射制御パターン5が所定のピッチで複数形成されている(導光板2の詳細については後述する)。
【0019】
一次光源としての発光ユニット3a、3bは、導光板2のY軸方向の両側にX軸方向に沿ってそれぞれ配置されており、各発光ユニット3a、3b内には、導光板2のX軸方向に沿って直線状に所定間隔で光源としてのLED(発光ダイオード)7が複数配置されている。LED7の配置間隔は、例えば数mm〜20mm程度である。
【0020】
各発光ユニット3a、3bの各LED(光源)7から発せられた光は、導光板2の両側の入射端面2a,2bから導光板2内の左右方向(Y軸方向)へ出射される。
【0021】
反射シート4は、導光板2の両側の入射端面2a,2bから入射された光のうちの導光板2の底面2cから外へ出射した光を、再度導光板2へ入射させる機能を有している。この反射シート4は、反射率95%以上のものが光の利用効率が高く望ましい。反射シート4の材質は、アルミ、銀、ステンレスなどの金属箔や、白色塗装、発泡PET(ポリエチレンテレフタレート)樹脂などが挙げられる。
【0022】
(導光板2の底面2cの構成)
図1に示したように、導光板2の底面2cには、所定のピッチで形成された凹条6が形成されている。この凹条6は断面形状がV字状に形成されており、X軸方向に延びている。図4に示すように、断面形状がV字状の凹条6の頂角は90°〜130°の範囲、好ましくは導光板2の出射面2dから出射される光の異方性が強い点で95°〜125°に設定されている(図4では、凹条6の頂角が100°)。凹条6の高さ(深さ)は、0.001〜0.1mm程度の範囲内で設定されている。また、この凹条6のパターンは、入射端面2a,2bからから離れるに従い密に形成されている。
【0023】
また、導光板2の底面2cに形成した凹条6は、導光板2の端から端まで連ねた凹条である必要はなく、凹条6の高さの数倍から数千倍程度のものであってもよい。
【0024】
ところで、導光板2の出射面2d側から出射される光の主たるものは、導光板2の底面2cに形成した断面がV字状の凹条6の斜面により反射されて、出射面2dより出射する光である。
【0025】
そして、本実施形態のように、導光板2の底面2cに形成した断面がV字状の凹条6の頂角を100°に設定した場合、導光板2の出射面2dと底面2cにおいて、X−Y平面に平行な面で全反射しながら伝播している光のうちには、図5に示す光線Cのように、導光板2の底面2cに設けられたV字状の凹条6の斜面に入射する場合がある。なお、図5では、光線Cの凹条6の斜面に対する仰角は10°であり、Y軸となす角度が23°である。
【0026】
そして、前記光線Cは、V字状の凹条6の斜面にて、入射端面(X−Z平面)と平行な面上においてZ軸となす角度が22°の方向に反射光C’として全反射され、出射面2d側に反射する。
【0027】
図6は、導光板2の底面2cに形成した断面がV字状の凹条6の頂角を100°に設定した場合に、凹条6の斜面で反射した光の、この凹条6の直上でのX−Z平面における出射光の光度分布である。
【0028】
図6に示すように、X−Z平面に対してZ軸方向(出射面2dの正面方向)を出射角度0°として、出射角度が15°〜30°程度の範囲、及び−15°〜−30°程度の範囲で特に光度が高い。そこで、本実施形態では、導光板2の出射面2dに形成した出射制御パターン5によって、例えばこの−15°〜−30°程度の範囲での光の出射を制御することで照度分布に異方性を持たせるようにした。
【0029】
(出射制御パターン5の構成)
図7に示すように、導光板2の出射面2dに形成した断面形状が直角三角形の出射制御パターン5は、例えば、辺aの長さが40μm、辺bの長さが17μm、傾斜角θが23°に形成されている。
【0030】
そして、図8に示すように、導光板2の底面2cに形成した断面がV字状の凹条6の斜面で反射した光において、例えば、出射面2dの法線方向Aに対して20°の角度(図6の出射角度20°に対応している)で出射抑制パターン5に入射した光L1は、導光板2の出射面2dに形成した出射制御パターン5を透過して出射する。
【0031】
一方、導光板2の底面2cに形成した断面がV字状の凹条7の斜面で反射した光において、出射面2dの法線方向Aに対して−20°の角度(図6の出射角度−20°に対応している)で出射制御パターン5に入射した光L2は、導光板2の出射面2dに形成した出射抑制パターン5内で全反射し、導光板2内に戻る。
【0032】
このように、出射面2dの法線方向Aに対して20°の角度で出射抑制パターン5に入射した光L1は、導光板2の出射面2dに形成した出射制御パターン5を透過して出射させて、出射面2dの法線方向Aに対して−20°の角度で出射制御パターン5に入射した光L2を、出射制御パターン5内で全反射させ、出射制御パターン5から出射させないようにすることができる。これにより、導光板2の入射端面2a、2bから入射した光が、導光板内部へと伝播していく方向(Y軸方向)に対して直交する方向(X軸方向のどちらか一方)へ、導光板2の出射面2dの出射制御パターン5から照度異方性を有する光を出射することができる。
【0033】
なお、図7図8では、断面形状が直角三角形の出射制御パターン5の傾斜角θが23°に設定されていたが、この傾斜角θの範囲が15°〜35°程度の範囲でも同様に、導光板2の出射面2dの出射制御パターン5から照度異方性を有する光を出射することができる。
【0034】
また、図1の照明装置1では、導光板2の入射端面は2a、2bの対向する2面となっているが、どちらか一方の入射端面であってもよい。
【0035】
よって、図9Aに示すように、前記照明装置1をオフィスや住宅等の天井10に設置した場合には、導光板2の出射面2dの出射制御パターン5から斜め下方に向けて光束Lが出射され、照度分布に異方性を有している光で特定範囲を照明することができる。また、図9Bに示すように、この照明装置1を壁面11に上下方向(照明装置1のY軸が一致)に設置した場合には、導光板2の出射面2dの出射制御パターン5から斜め前方側に向けて光束Lが出射され、照度分布に異方性を有している光で特定範囲を照明することができる。更に、照明装置1を壁面11に水平方向(照明装置1のY軸が一致)に設置して、導光板2の出射面2dの出射制御パターン5から斜め上方に向けて光束を出射させると、出射された光束を天井に反射させて室内を間接照明光のような光で照明することができる。
【0036】
また、前記照明装置1を冷蔵庫の庫内LED照明として設置した場合には、照度分布に異方性を有している光で庫内を照明することができる。前記照明装置1を冷蔵庫の庫内LED照明とした場合には、例えば、庫内の側面に照明装置1を上下方向に設置することで、庫内の奥面側(正面の開閉ドアと対向する壁面側)を良好に照らすことができる。
【0037】
次に、本発明のエッジライト方式の照明装置による照度異方性等を評価するために、以下に示す実施例1〜3の照明装置を作製した。
【実施例】
【0038】
(実施例1)
WO2006/013969号公報の実施例に記載の方法に準じて、高さ0.017mm、底辺0.040mm、底辺と斜面とのなす角度が23°の断面が直角三角形状の凹条パターンを形成し、当該凹条パターンと凹条パターンの間には0.001mmの平坦部をもつ出射面側のスタンパ1を作製した。
【0039】
一方、底面側のスタンパ(以下、スタンパ2)は、高さ0.007mmで頂角が100°(傾斜角R=40°)のV字状パターンを所定の間隔で配列させ、同様にニッケル電鋳層を形成し、この原盤を剥離して作製した。
【0040】
これらのスタンパ1及びスタンパ2を転写型として射出成形機の金型固定側キャビティと金型可動側キャビティに組み込み、射出成形法にて導光板を得た。得られた導光板の外寸は横×縦×高さが600×80×4(mm)であった。
【0041】
当該導光板は、出射面が直角三角形状の凸条が高さ0.017mm、底辺0.040mm、斜面と底辺とのなす角が23°で配置されており、底面にはV字状の凹条が高さ0.007mm、平均底角にあたる凹条の入射端面側のX軸に平行な斜面の底面に対する平均斜度Rは40°であり、V字状の凹条のピッチは入射端面側0.483mmから導光板の中央部0.137mmまで漸次緩やかに減少するように変化させた。
【0042】
発光ユニットとしてサンケン電気株式会社製の型番SEPWA2001のマルチチップLEDモジュール(外寸:13.7mm、発光長:11.4mm)を用いた。
【0043】
一次光源を形成するために5個の発光ユニットを等間隔(13.9mm)で配置させて、当該導光板の底面の凹条パターンと平行する端面を入射端面とし、この入射端面をX軸に平行に配置させ、この対向する2つの入射端面に沿って一次光源を配置させた。この発光ユニットは対向する2つの入射端面に配置されるため、計2×5=10個用いた。
【0044】
そして、導光板の底面には反射シート4(東レ株式会社製:型番E6SL)を配設し、これらの部材を金属フレームに収納させた。そして、この上からポリスチレン製の支持枠にて背面の金属フレームを結合させた。このようにして形成した照明装置において、各発光ユニットに対してインバーターをつないで100Vコンセントに接続して点灯させた。
【0045】
本発明品である照明装置の出射面中心から法線方向へ500mm離れた位置に、照明装置の出射面と平行な仮想平面を設け、これを照度測定面として、25mm×25mmの格子点上について、照度計(コニカミノルタセンシング株式会社製T-10M)を置いて、照度を測定した。
【0046】
照度異方性を評価するために、図10に示すように当該照度測定面Aを導光板2の直下位置から2つの領域に分割して、各領域はX軸方向サイズを300mm、Y軸方向サイズを導光板2の長辺と同寸の600mmとして、領域内の照度測定値を総和して、照度評価領域A1における照度総和値をEI、照度評価領域A2における照度総和値をEIIとして、照度異方性の評価値EI/EIIを求めた。
【0047】
なお、異方出光させた方向に照度評価領域A1がくるように照明装置をセットした。この結果、EI/EIIは1.27であり、照度異方性を有していた。
【0048】
(実施例2)
実施例1の底面側のV字状パターンにおいて、高さ0.007mmのまま、頂角を変更して、所定の間隔で配列させ、導光板を作製する。
【0049】
表1に得られた導光板を実施例1と同じ照明装置に組み込んだとして、照度異方性の評価を行った結果を数値計算により求め、まとめた。数値計算は、実施例1の実測結果に合うように条件を定めて行った。
【0050】
【表1】
【0051】
V字状パターンの頂角が、90°、95°、120°、130°、140°において、照度異方性の評価値EI/EIIは1.1以上あり、異方性が出ていた。しかし、140°では照度分布に偏りが発生して、照明装置としては不適格であった。
【0052】
一方、V字状パターンの頂角が80°では、異方性の評価値EI/EIIが約1に等しく、照度異方は出ていなかった。
【0053】
(実施例3)
実施例1において、出射面側の断面が直角三角形の底辺と斜辺とのなす角を変更させたスタンパを各種作製して、底面側のスタンパ2と組み合わせて、導光板を作製する。
【0054】
表2に得られた導光板を実施例1と同じ照明装置に組み込んだとして、異方性の評価を行った結果を数値計算により求め、まとめた。
【0055】
【表2】
【0056】
出射面側の断面が直角三角形の底辺と斜辺とのなす角がそれぞれ15°、33°の場合において、照度異方性の評価値EI/EIIは1.1以上あり、異方性が出ていた。しかし、出射面側の断面が直角三角形の底辺と斜辺とのなす角が10°では異方性の評価値EI/EIIが約1に近く、異方性は発現していたが大きくはなかった。
【0057】
また、出射面側の断面が直角三角形の底辺と斜辺とのなす角が40°では、照度異方性の評価値EI/EIIは1.23であったが、照度分布をみたところ、副次的に照度分布が別の場所に発生して、分布を悪化させて、照明装置としての品位を損ねることが予期される。
【関連出願の相互参照】
【0058】
本願は、2012年4月5日に日本国特許庁に出願された特願2012−86837号に基づく優先権を主張し、その全ての開示は完全に本明細書で参照により組み込まれる。
【符号の説明】
【0059】
1 照明装置
2 導光板
2c 底面
2d 出射面
3a、3b 発光ユニット
4 反射シート
5 出射制御パターン
6 凹条
7 LED
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9A
図9B
図10
【国際調査報告】