JP2012204219A - 照明装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発光面の背面側に指向性を有する光を出射する光源を備えた照明装置において、発光面の略全域を均一に発光させる。
【解決手段】導光板１３における面内方向の領域のうち、第１領域における散乱の度合いが、当該第１領域よりも導光光量が少ない第２領域における散乱の度合いよりも小さくなるように、導光板１３内を面内方向に伝播する光の一部を散乱させて散乱光の一部を表面側から出射させるためのドットパターン（光散乱部）を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光源からの光を導光板によって面状に出射させる照明装置およびその製造方法に関するものである。

近年、例えば電球やシーリングライトなどの照明装置に備えられる光源として、従来の白熱球や蛍光灯などの光源よりも低消費電力・長寿命という特性を備えたＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）が多用されている。

例えば、特許文献１には、ＬＥＤ光源を発光面の略全域に配置したシーリングライトが開示されている。また、特許文献２には、表示面に重畳する領域の略全域にバックライトとしてのＬＥＤ光源を配置した液晶表示装置が開示されている。

特開２０１０−１４０７９７号公報（２０１０年６月２４日公開） 特開２００６−４９３２４号公報（２００６年２月１６日公開）

しかしながら、特許文献１，２の技術では、ＬＥＤ光源から出射される光は指向性が強いことから、ＬＥＤ光源が配置されている位置と配置されていない位置とで光量の差が顕著になり、発光面の全域を均一に発光させることができないという問題がある。

なお、特許文献２の技術では、発光ダイオードのすぐ上に配置される導光板に光反射溝を設け、この光反射溝によって発光ダイオードからの光を導光板内に戻すことにより、表示装置に供給される光の均一化が図られている。しかしながら、この構成では、光反射溝を発光ダイオードからの光が導光板内に全反射するように精度よく形成することが困難であるため、表示装置に供給される光を十分に均一化できない。また、特許文献２の技術では、導光板に光反射溝を精度よく設ける必要があるので、製造コストが高くなるという問題もある。

また、液晶表示装置の分野で用いられている、いわゆるサイドエッジ型のバックライトのように、ＬＥＤ光源を発光面の周縁部に配置し、ＬＥＤ光源からの光を発光面に平行に配置された導光板に入射させて面発光させることにより、発光面の全域における発光量の均一化を図ることが考えられる。しかしながら、この構成では、発光面の周縁部に光源を配置する必要があるので、照明装置の大型化を招いてしまうという問題がある。特に、導光板の熱膨張を考慮する必要がある場合には、導光板の熱膨張に起因する光源と導光板との接触を防止するために導光板と光源との間にクリアランスを設ける必要があるので、照明装置の更なる大型化、および光利用効率の低下を招いてしまう。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、発光面の背面側に指向性を有する光を出射する光源を備えた照明装置において、発光面の略全域を均一に発光させることにある。

本発明の照明装置は、上記の課題を解決するために、指向性を有する光を出射する光源を有する光源ユニットと、上記光源ユニットから入射する光を面内方向に伝播させる平板状の導光板とを備え、上記導光板の平板面のうちの一方の面である平板表面から出射される光を用いて照明を行う照明装置であって、上記導光板は、上記面内方向に伝播する光の一部を散乱させて散乱光の一部を上記平板表面から出射させるための光散乱部を複数備えており、上記各光散乱部は、上記導光板における面内方向の領域のうち、第１領域における散乱の度合いが、上記第１領域よりも導光光量が少ない第２領域における散乱の度合いよりも小さくなるように配置されていることを特徴としている。

上記の構成によれば、導光板は、面内方向に伝播する光の一部を散乱させて散乱光の一部を平板表面から出射させるための光散乱部を複数備えており、各光散乱部は、導光板における面内方向の領域のうち、第１領域における散乱の度合いが、上記第１領域よりも導光光量が少ない第２領域における散乱の度合いよりも小さくなるように配置する。これにより、導光板の面内方向における各領域から出射される光の光量の均一度を向上させることができる。

また、上記光源ユニットは、上記光源から出射された光を上記導光板に入射させるための光結合部材を備え、かつ上記導光板の平板面のうち上記平板表面とは反対側の面である平板裏面側に配置されており、上記光結合部材は、上記光源から出射された光を、当該光が上記導光板の平板裏面側から入射し、上記導光板における平板表面において全反射して上記導光板内を上記面内方向に伝播するように上記導光板に入射させ、上記各光散乱部は、上記導光板における面内方向の端部のうち当該導光板内を伝播する上記光を全反射する端部の近傍の領域である上記第１領域における散乱の度合いが、上記第１領域よりも上記全反射する端部からの距離が遠い領域である上記第２領域に上記第１領域と同じ光量の光を伝播させたときの散乱の度合いよりも小さくなるように配置されている構成としてもよい。

上記の構成によれば、光源ユニットから入射して導光板の端部に至るまでの光と、導光板の端部で全反射された光とが伝播する領域（あるいは上記端部で全反射された光の光量が多い領域）における散乱の度合いを、光源ユニットから出射されて導光板の端部に至るまでの光のみが伝播する領域（あるいは上記端部で全反射された光の光量が少ない領域）における散乱の度合いよりも小さくすることができる。したがって、導光板の面内方向における各領域から出射される光の光量の均一度を向上させることができる。

また、上記第１領域と上記第２領域とで、上記面内方向における単位面積あたりに上記各光散乱部が占める面積の比率である面積密度が異なる構成としてもよい。例えば、上記第１領域に配置される光散乱部のうちの少なくとも一部の大きさと、上記第２領域に配置される光散乱部のうちの少なくとも一部の大きさとが異なる構成としてもよい。また、上記第１領域に配置される各光散乱部の配置ピッチ（光散乱部同士の間隔）と、上記第２領域に配置される各光散乱部の配置ピッチとが異なる構成としてもよい。

上記の各構成によれば、第１領域と第２領域とで散乱の度合いを異ならせることができ、導光板の面内方向における各領域から出射される光の光量の均一度を向上させることができる。

また、上記光源ユニットは一方向に延伸する帯状の形状を有しており、上記光源は上記光源ユニットの延伸方向に沿って列状に配置された複数のＬＥＤからなり、上記光結合部材は上記各ＬＥＤから出射された光を上記光源ユニットの延伸方向に垂直な方向に反射させて上記導光板に入射させるようになっており、上記導光板における上記光源ユニットの延伸方向に垂直な方向に位置する端部のうちの少なくとも一部の形状が、上記光源ユニットの延伸方向に垂直な方向に伝播する光を全反射する形状であってもよい。

上記の構成によれば、光源ユニットから導光板に入射する光が光源ユニットの延伸方向に垂直な方向に伝播する。したがって、光の伝播方向を容易に特定できるので、導光板の端部のうち、当該導光板内を伝播した光が全反射する端部の範囲を容易に特定できる。これにより、上記光が全反射する端部を含む領域における散乱の度合いと、他の領域における散乱の度合いとを容易に設定できる。

また、上記各光散乱部は、上記光源ユニットの延伸方向に垂直な方向の各位置における散乱の度合いが、上記光結合部材からの光が入射する入射位置からの距離が遠いほど大きくなるように配置されている構成であってもよい。

導光板内を伝播する光の光量は、光拡散部による拡散等により、光源ユニットからの距離が離れるほど小さくなる。これに対して、上記構成によれば、光源ユニットからの距離が遠いほど散乱の度合いが大きくなるように設定されているので、導光板における平板表面から出射される光の光量の均一化を図ることができる。

また、上記光源ユニットは一方向に延伸する帯状の形状を有しており、上記光源は上記光源ユニットの延伸方向に沿って列状に配置された複数のＬＥＤからなる第１ＬＥＤ群と、第１ＬＥＤ群に対して平行に配置された複数のＬＥＤからなる第２ＬＥＤ群とを備え、上記光結合部材は、上記第１ＬＥＤ群に含まれるＬＥＤから出射された光を上記光源ユニットの延伸方向に垂直な第１方向に反射させて上記導光板に入射させるとともに、上記第２ＬＥＤ群に含まれるＬＥＤから出射された光を上記光源ユニットの延伸方向に垂直かつ上記第１方向とは反対方向である第２方向に反射させて上記導光板に入射させる構成としてもよい。

上記の構成によれば、導光板における光源ユニットに対して第１方向の領域および第２方向の領域に光源ユニットからの光を伝播させることができる。したがって、光源ユニットが導光板の背面（平板裏面）側に配置されている構成において、導光板の略全域に光を伝播させることができる。

また、上記第１ＬＥＤ群に備えられるＬＥＤが出射する光の色と、上記第２ＬＥＤ群に備えられるＬＥＤが出射する光の色とが異なる構成としてもよい。

上記の構成によれば、光源ユニットに対して第１方向に位置する領域と第２方向に位置する領域とで、異なる色の照明を行うことができる。

また、上記光源ユニットを複数備えている構成としてもよい。

上記の構成によれば、光源ユニットを複数備えることにより、照明装置による照明光の光量を増加させることができる。

また、上記平板表面の法線方向からみた時に上記導光板の外縁部がなす形状が、円形、楕円形、矩形、矩形の各角部を曲線状に面取りした形状、およびひし形のうちのいずれかであってもよい。

上記の構成によれば、上記各形状の照明装置において、導光板の面内方向における各領域から出射される光の光量の均一度を向上させることができる。

本発明の照明装置の製造方法は、指向性を有する光を出射する光源を有する光源ユニットと、上記光源ユニットから入射する光を面内方向に伝播させる平板状の導光板とを備え、上記導光板の平板面のうちの一方の面である平板表面から出射される光を用いて照明を行う照明装置の製造方法であって、上記導光板に、上記面内方向に伝播する光の一部を散乱させて散乱光の一部を上記平板表面から出射させるための複数の光散乱部を形成する光散乱部形成工程を含み、上記光散乱部形成工程では、上記導光板における面内方向の領域のうち、第１領域における散乱の度合いが、上記第１領域よりも導光光量が少ない第２領域における散乱の度合いよりも小さくなるように配置することを特徴としている。

上記の方法によれば、導光板の面内方向における各領域から出射される光の光量の均一度を向上させることができる。

以上のように、本発明の照明装置および照明装置の製造方法では、上記導光板における面内方向の領域のうち、第１領域における散乱の度合いが、上記第１領域よりも導光光量が少ない第２領域における散乱の度合いよりも小さくなるように配置する。

これにより、導光板の面内方向における各領域から出射される光の光量の均一度を向上させることができる。

本発明の一実施形態にかかる照明装置における光源ユニットを含む部分の構成を示す模式図である。 （ａ）は図１に示した照明装置の表面側の外観を示す斜視図であり、（ｂ）はその背面側の外観を示す斜視図である。 図１に示した光源ユニットの斜視図である。 （ａ）は図１に示した光源ユニットに備えられる光結合部材の断面図であり、（ｂ）は（ａ）の図中に示したＡ部の拡大図である。 （ａ）は図１に示した光源ユニットに備えられる光結合部材の変形例の断面図であり、（ｂ）は（ａ）の図中に示したＢ部の拡大図である。 （ａ）は図１に示した照明装置による照明の様子を示す説明図であり、（ｂ）は（ａ）の図中に示したＣ部の拡大図である。 （ａ）は図１の照明装置に備えられる導光板から出射される光の輝度分布を示す説明図であり、（ｂ）は（ａ）の図中に示した点Ａおよび点Ｂを通り光源ユニット３０の延伸方向に対して平行な位置における輝度分布を示すグラフである。 図１に示した照明装置に備えられる導光板の端部において導光板内を伝播する光の全反射が生じる領域を示す説明図である。 （ａ）〜（ｄ）は、図１に示した照明装置の変形例を示す説明図である。 図１に示した照明装置の変形例を示す説明図である。 図１に示した照明装置の変形例を示す説明図である。 （ａ）は図１に示した照明装置に備えられる導光板の面内方向の領域を示す説明図であり、（ｂ）は（ａ）に示した線分Ａ１上および線分Ａ２上に配置される各ドットパターンのサイズの一例を示す説明図である。

本発明の一実施形態について説明する。なお、本実施形態では、本発明をシーリングライト（天井に取り付けられる照明装置）に適用する場合について説明するが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではない。

（１−１．シーリングライト１の全体構成）
図２（ａ）は本実施形態にかかるシーリングライト（照明装置）１における表面側（発光面側）の外観を示す斜視図であり、図２（ｂ）はシーリングライト１の背面側の外観を示す斜視図である。

図２（ａ）に示すように、シーリングライト１は、略円盤状の形状からなり、この円盤形状の周囲を囲むように設けられたフレーム２０と、フレーム２０によって囲まれた領域に配置された拡散板１１とを備えている。また、図２（ｂ）に示すように、シーリングライト１の背面側には、円盤形状の直径方向に延伸するように配置された光源ユニット３０と、シーリングライト１の背面側における光源ユニット３０を除く部分を覆うように設けられたバックシャーシ１５と、バックシャーシ１５の一部に設けられたシーリングライト１を天井等に取り付けるための取付部材２１とが備えられている。

シーリングライト１のサイズは特に限定されるものではないが、本実施形態では、直径５５０ｍｍ、最薄部の厚さ１０ｍｍのものを用いた。

図１は、シーリングライト１における光源ユニット３０を含む部分の構成を示す断面模式図である。また、図３は、シーリングライト１に取り付ける前の光源ユニット３０を発光面側から見た斜視図である。

図１に示したように、シーリングライト１は、発光面側から順に、拡散板１１、プリズムシート１２、導光板１３、および光源ユニット３０が配置されている。また、導光板１３の背面側における光源ユニット３０が設けられていない部分には、反射板１４およびバックシャーシ１５が設けられている。

光源ユニット３０は、図１および図３に示すように、シーリングライト１の中心を通り直径方向に延伸する、断面が略コの字型の凹部を有する光源ホルダー３１と、上記凹部の底部に取り付けられた板状のヒートシンク３２と、ヒートシンク３２上に設けられたＬＥＤ基板３３ａ，３３ｂと、ＬＥＤ基板３３ａ，３３ｂ上に設けられたＬＥＤ群３４ａ，３４ｂと、ＬＥＤ群３４ａ，３４ｂと導光板１３との間に設けられた結合レンズ３５とを備えている。なお、ヒートシンク３２、ＬＥＤ基板３３ａ，３３ｂ、ＬＥＤ群３４ａ，３４ｂ、および結合レンズ３５は、上記凹部内に収容されている。また、光源ホルダー３１の延伸方向に垂直、かつ発光面に略平行な方向の両端部には、バックシャーシ１５が取り付けられている。

ＬＥＤ群３４ａおよびＬＥＤ群３４ｂは、それぞれ光源ユニット３０の延伸方向に平行な方向に並べて配置された複数のＬＥＤからなる。なお、本実施形態では光源としてＬＥＤを用いているが、必ずしもこれに限るものではなく、指向性を有する光を出射する光源であればよい。

ＬＥＤ基板３３ａ，３３ｂは、ＬＥＤ群３４ａ，３４ｂに備えられる各ＬＥＤに供給する電流量を制御することにより、各ＬＥＤの発光のＯＮ／ＯＦＦおよび発光量を制御するための制御回路や配線等（いずれも図示せず）を備えた基板であり、光源ユニット３０の延伸方向に平行な方向に延伸するように配置されている。

ヒートシンク３２は、ＬＥＤ群３４ａ，３４ｂに備えられる各ＬＥＤ、あるいは各ＬＥＤ基板３３ａ，３３ｂからの熱を吸収するためのものであり、光源ユニット３０における上記凹部の底面を覆うように光源ユニット３０の延伸方向に沿って配置されている。なお、ヒートシンク３２が吸収した熱をシーリングライト１の外部へ放散させるための機構（例えば放熱フィン、ファンなど）を備えていてもよい。

結合レンズ（光結合部材）３５は、ＬＥＤ群３４ａ，３４ｂに備えられる各ＬＥＤから出射される光を、導光板１３に対して所定角度範囲（導光板１３の背面側（基板裏面側）から入射して導光板１３の発光面側（基板表面側）に到達した光がこの発光面側で全反射する角度範囲）で導光板１３に入射するように導光板１３の内部へに導くためのものであり、光源ユニット３０の延伸方向に平行な方向に延伸するように配置されている。本実施形態では、ＬＥＤ群３４ａ，３４ｂに備えられる各ＬＥＤは、当該各ＬＥＤから出射される光の主軸方向（出射光の輝度分布が最大である方向）が、導光板１３がなす平面（発光面）に略直交する方向になるように設置されている。そして、結合レンズ３５が、各ＬＥＤから出射される光の進行方向を変化させ、導光板１３に対して上記所定角度範囲で入射させるようになっている。また、本実施形態では、各ＬＥＤと結合レンズ３５とのクリアランスを０．５ｍｍ以下の所定値に設定している。なお、導光板の面内方向の周縁部に光源を配置する構成では、導光板の熱膨張に起因する導光板と光源との接触を防止するために導光板と光源とのクリアランスを大きく確保する必要があった。これに対して、本実施形態では、光源ユニット３０を導光板１３の背面側に配置しており、導光板１３の発光面に対して直交する方向への熱膨張はわずかであることから、導光板１３と光源ユニット３０（結合レンズ３５）とのクリアランスを、光源を導光板の面内方向周縁部に配置する構成よりも小さく設定している。

なお、結合レンズ３５の材質は、当該結合レンズ３５の内部を光が伝播可能であり、光源から入射した光を導光板１３に対して上記所定角度範囲で入射させるように光の進行方向を変化させることができるものであれば特に限定されるものではないが、例えば導光板１３と同様の樹脂材料を用いることができる。また、結合レンズ３５は、導光板１３とは別に備えられるものであってもよく、導光板１３と一体的に備えられるものであってもよい。結合レンズ３５を導光板１３とは別に形成する場合、これら両部材の加工が容易になり、また導光板１３の薄型化を図れるという効果が得られる。本実施形態では、結合レンズ３５としてアクリル樹脂からなるものを用いた。

図４（ａ）は結合レンズ３５における延伸方向に垂直な断面の構成を示す説明図である。この図に示すように、結合レンズ３５における延伸方向に垂直な断面は、略楕円形状のリングの一部を直線状に切り欠いて得られる平坦部３５ａ，３５ｂと、上記の略楕円形状の外周部の一部を平坦部３５ａ，３５ｂと略平行な直線に沿って切り欠いて得られる平坦部３５ｃとを有する形状である。なお、平坦部３５ａ，３５ｂの間には上記リングの中空部分に相当する中空部が設けられている。すなわち、平坦部３５ａと平坦部３５ｂとは上記リングの内周面３５ｆによって接続されている。

すなわち、結合レンズ３５における延伸方向に垂直な断面は、同一面内において互いに平行な方向に延伸するように設けられた帯状の平坦部（光源側平坦部）３５ａ，３５ｂと、光源側平坦部３５ａ，３５ｂに平行な面内に設けられた帯状の平坦部（導光板側平坦部）３５ｃとを備えており、延伸方向に垂直な断面の外周側における平坦部３５ａと平坦部３５ｃとの間、および平坦部３５ａと平坦部３５ｃとの間は曲面（全反射面３５ｄ，３５ｅ）になっている。

図４（ｂ）は図４（ａ）に示したＡ部の拡大図である。図４（ａ）および図４（ｂ）に示したように、結合レンズ３５の平坦部３５ａ，３５ｂに近接する位置には、ＬＥＤ群３４ａ，３４ｂを構成するＬＥＤが配置されている。これら各ＬＥＤは、図４（ｂ）に示す全反射面３５ｄ，３５ｅの焦点位置Ｆよりも結合レンズ３５の外周面側（平坦部３５ａ，３５ｂにおける全反射面３５ｄ，３５ｅに近い側）に対向する位置に配置されている。

これにより、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、各ＬＥＤから出射された光は結合レンズ３５の全反射面３５ｄ，３５ｅで全反射（略全反射）し、その反射光が平坦部３５ｃを介して導光板１３に入射する。また、全反射面３５ｄ，３５ｅの形状は、各ＬＥＤからの入射光を、導光板１３に対して上記所定角度範囲で入射させることができるように設定されている。

なお、結合レンズ３５の延伸方向に垂直な断面における全反射面３５ｄ，３５ｅの形状は、必ずしも楕円の円弧形状に限るものではなく、ＬＥＤ群３４ａ，３４ｂに備えられる各ＬＥＤから入射された光を全反射面３５ｄ，３５ｅで全反射（略全反射）させて導光板１３に対して所定角度範囲で入射させることができる形状であればよい。例えば、全反射面３５ｄ，３５ｅは、結合レンズ３５の延伸方向に垂直な断面の形状が円の円弧形状、弓形、放物線状などの曲線形状をなす湾曲形状であってもよく、平坦部３５ａ，３５ｂ，３５ｃに対して傾斜した直線状であってもよい。

図５（ａ）は結合レンズ３５の変形例を示す説明図であり、結合レンズ３５の全反射面３５ｄ，３５ｅにおける当該結合レンズ３５の延伸方向に垂直な断面の形状を放物線形状にした場合の例を示している。

また、本実施形態では、結合レンズ３５における延伸方向に垂直な断面の形状が、平坦部３５ａと平坦部３５ｂとの間に中空部（内周面３５ｆ）を有する形状であるものとしたが、これに限らず、円柱形状の一部を切り欠いた形状としてもよい。すなわち、平坦部３５ａと平坦部３５ｂとの間に中空部を有さず、これら両平坦部が直線状に繋がっている形状としてもよい。

また、全反射面３５ｄ，３５ｅの周囲に、結合レンズ３５から外部に漏れる光を結合レンズ３５内に戻すための反射シート（図示せず）を設けてもよい。これにより、ＬＥＤから照射された光の一部が全反射面３５ｄ，３５ｅから結合レンズ３５の外部に漏洩する場合であっても、結合レンズ３５の外部に漏洩する光を結合レンズ３５に戻し、導光板１３に入射する光の光量を増加させて光利用効率をより高くすることができる。

導光板１３は、当該導光板１３の内部を光が伝播可能な導光性を有する材質からなる平板状の部材である。導光板１３の材質は、導光性を有するものであれば特に限定されるものではなく、例えば従来から公知の樹脂材料などを用いることができる。本実施形態では、導光板１３としてアクリル樹脂からなるものを用いた。

また、導光板１３における結合レンズ３５側の面（背面）または結合レンズ３５とは反対側の面（おもて面）の少なくとも一方には、導光板１３内を伝播する光を散乱させて当該導光板１３の発光面側から出射させるための多数のドットパターン（光散乱部）が設けられている。ドットパターンの形成方法は特に限定されるものではなく、従来から公知の方法で形成することができる。例えば、光拡散反射性を有する材料を導光板１３における一方または両方の面に印刷することによって形成してもよく、レーザー加工等により導光板１３の一部を加工することによって形成してもよい。また、本実施形態では光散乱部としてドットパターンを形成しているが、これに限らず、導光板１３内を伝播する光の一部を散乱させて導光板１３における発光面側から出射させることができるものであればよい。なお、本実施形態では、各ドットパターンの配置（サイズおよび配置ピッチ）を工夫することにより、シーリングライト１の発光面から出射される光の均一化を図っている。各ドットパターンの配置方法については後述する。

プリズムシート１２は、導光板１３から入射する光の出射方向および分布を制御するためのものである。また、拡散板１１は、導光板１３からプリズムシート１２を介して入射した光を拡散させて出射するものである。プリズムシート１２および拡散板１１の構成は特に限定されるものではなく、従来から公知のものを用いることができる。なお、プリズムシート１２および拡散板１１は必要に応じて設ければよく、これら両部材の一方または両方を省略してもよい。

図６（ａ）はシーリングライト１による照明の様子を示す説明図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）におけるＣ部の拡大図である。

図６（ｂ）に示すように、ＬＥＤ群３４ａ，３５ｂから出射された光は結合レンズ３５で全反射して導光板１３に入射し、導光板１３内を全反射しながら伝播する。また、導光板１３に備えられる各ドットパターンにおいて散乱した光の一部は導光板１３から拡散板１１側（発光面側）へ出射する。なお、ＬＥＤ群３４ａから出射された光と、ＬＥＤ群３４ｂから出射された光とは、導光板１３内を反対方向へ伝播する。これにより、図６（ａ）に示すように、導光板１３から出射された光がプリズムシート１２および拡散板１１を介してシーリングライト１の発光面側から面内方向に略均一な光量で出射される。

反射板１４は、導光板１３の背面側に対向する領域のうち、光源ユニット３０が設けられていない領域に備えられている。これにより、導光板１３から背面側に漏れる光を導光板１３に戻し、光利用効率を高めている。なお、反射板１４は、必ずしも導光板１３の背面における光源ユニット３０が設けられていない領域の全域を覆うものでなくてもよい。例えば、シーリングライト１の上方（例えば天井の一部）を照明したい場合や、シーリングライト１の側方を照明したい場合などには、導光板１３の背面のうち光源ユニット３０が設けられていない領域の一部（例えば円盤形状の周縁部）に反射板１４を備えない非反射領域を設け、導光板１３から出射される光の一部が上記非反射部から出射されるようにしてもよい。この場合、導光板１３における上記非反射領域に応じた位置に、当該非反射領域から光を出射させるためのドットパターン（光散乱部）を設けてもよい。また、バックシャーシ１５における非反射領域に対応する位置に開口部を設けもてもよく、バックシャーシ１５における非反射領域に対応する位置を透光性部材で形成してもよい。

（１−２．導光板１３におけるドットパターンの配置）
次に、導光板１３におけるドットパターンの配置方法について説明する。

図７（ａ）は、同一形状のドットパターンが均一に配置された導光板を用い、ＬＥＤ群３４ａ，３４ｂに備えられる各ＬＥＤに対して供給する電流量を一定とした場合の、シーリングライト１における発光面の輝度分布を示す説明図である。また、図７（ｂ）は図７（ａ）における点Ａを通り光源ユニット３０の延伸方向に対して平行な直線上の位置（図７（ｂ）の破線部参照）、および点Ｂを通り光源ユニット３０の延伸方向に対して平行な直線上の位置（図７（ｂ）の破線部参照）における輝度分布を示すグラフである。

図７（ｂ）に示すように、光源ユニット３０の延伸方向に平行な方向の輝度分布は、当該延伸方向の中心部近傍が最も暗くなり、中心部よりも両端部側の位置において輝度が最大になる。

このような輝度分布が生じる理由について、図８を参照しながら説明する。図８に示すように、光源ユニット３０から出射された光は、導光板１３の発光面側および背面側を全反射しながら当該光源ユニット３０の延伸方向に略垂直な方向に伝播する。そして、図８に示すように、光源ユニット３０から導光板１３に入射した光の導光板１３の面内方向についての進行方向Ｐと導光板１３の周縁部１３ａの接線Ｑの法線となす角度が臨界角度θ以上の領域では、導光板１３の周縁部１３ａに到達した光は当該周縁部１３ａで全反射して導光板１３内をさらに伝播する。一方、臨界角度θ未満の領域では、導光板１３の周縁部１３ａに到達した光は当該周縁部１３ａから導光板１３の外部に出射される。

なお、上記臨界角度θは、導光板１３の表面（空気との当接面）における当該導光板１３内を伝播する光の屈折率をｎとすると、ｓｉｎθ＝１／ｎで表される。本実施形態では、アクリル製の導光板１３を用いており、アクリルの上記屈折率ｎは約１．４９であるので、臨界角度θ＝ｓｉｎ^−１（１／ｎ）≒４２．２°である。

したがって、導光板１３の周縁部において全反射が多い領域（図８に示した光源ユニット３０の延伸方向の両端側に対応する領域Ｓ２）では、全反射が少ない領域（図８に示した光源ユニット３０の延伸方向の中央部に対応する領域Ｓ１）よりも導光板１３中を伝播する光の光量が多くなる。

また、導光板１３内を伝播する光の光量は、ドットパターンにおける散乱等により、光源ユニット３０からの距離が遠くなるほど少なくなる。

本実施形態では、これらの点を考慮し、シーリングライト１の発光面の全域において略均等な輝度（あるいは均等に近い輝度）が得られるように、以下に示すルール（１），（２）に基づいてドットパターンの配置を決定している。
（１）光源ユニット３０の延伸方向に垂直な方向については、光源ユニット３０から遠ざかるほどドットパターンの面積密度（単位面積あたりのドットパターンが占める面積の比率）が密になるように配置する。すなわち、光源ユニット３０の延伸方向に垂直な方向の各位置に同じ光量の光が供給されたと仮定した場合に、光源ユニット３０から遠い位置ほど光散乱量（導光板１３から発光面側に出射する光の光量）が多くなるようにドットパターンを配置する。
（２）光源ユニット３０の延伸方向に平行な方向については、導光板１３の面内方向かつ光源ユニット３０の延伸方向に垂直な方向の周縁部のうち当該方向に進む光源ユニット３０からの光が全反射する端部の近傍の領域におけるドットパターンの面積密度が、当該領域よりも上記全反射する端部からの距離が遠い領域における面積密度よりも疎になるように配置する。すなわち、光源ユニット３０の延伸方向に平行な方向の各位置に同じ光量の光が供給されたと仮定した場合に、全反射の生じない領域の方が全反射の生じる領域よりも光散乱量（導光板１３から発光面側に出射する光の光量）が多くなるように各ドットパターンを配置する。

なお、光源ユニット３０の延伸方向に平行な方向についてドットパターンの面積密度を変化させる際、上記の全反射が生じる領域と全反射が生じない領域とでドットパターンの面積密度が急激に変化しないように、光源ユニット３０の延伸方向に平行な方向の位置に応じてドットパターンの面積密度を連続的あるいは段階的に変化させるようにしてもよい。光源ユニット３０の延伸方向に垂直な方向についても同様に、光源ユニット３０の延伸方向に垂直な方向の位置に応じてドットパターンの面積密度を連続的あるいは段階的に変化させるようにしてもよい。

したがって、図８の例では、光源ユニット３０の延伸方向に垂直な任意の直線上におけるドットパターンの面積密度は、光源ユニット３０から遠い位置（導光板１３の外縁に近い位置）ほど密になるように配置される。また、光源ユニット３０の延伸方向に平行な任意の直線上におけるドットパターンの面積密度は、領域Ｓ２における面積密度の方が領域Ｓ１における面積密度よりも疎になるように配置される。

なお、本実施形態では、ドットパターンの配置ピッチを一定にし、ドットパターンの大きさを異ならせることによってドットパターンの面積密度を変化させている。ただし、これに限らず、例えば各ドットパターンの大きさを一定とし、ドットパターンの配置ピッチを異ならせることによってドットパターンの面積密度を変化させてもよい。また、ドットパターンの配置ピッチ、およびドットパターンの大きさの両方を異ならせることによってドットパターンの面積密度を変化させてもよい。

また、導光板１３内の各領域を伝播する光の光量をシミュレーションによって算出した結果、あるいは実験によって検出した結果に基づいて各ドットパターンのサイズや配置を決定してもよい。

図１２（ａ）は導光板１３の面内方向の領域を示す説明図であり、図１２（ｂ）は各ドットパターンの配置ピッチを一定とし、各ドットパターンのサイズを配置位置に応じて異ならせる場合の、図１２（ａ）に示した線分Ａ１上および線分Ａ２上に配置される各ドットパターンのサイズの一例を示している。なお、これら各図では、円盤形状からなる導光板１３の中心を通り光源ユニット３０の延伸方向に垂直な方向をｘ軸、上記中心を通り光源ユニット３０の延伸方向に平行な方向をｙ軸として規定している。また、線分Ａ１はｘ＝１０（ｍｍ）を通りｙ軸に平行なｙ≧０の範囲内の線分であり、線分Ａ２はｘ＝２００（ｍｍ）を通りｙ軸に平行なｙ≧０の範囲内の線分である。また、図１２（ｂ）の表中に示した数値は、各ドットパターンの半径（ｍｍ）を示している。なお、ここでは、上記ｘ軸およびｙ軸によって規定される第１象限におけるドットパターンの配置について説明するが、導光板１３における各ドットパターンの配置は、ｘ軸について線対称であり、かつｙ軸に対して線対称である。

図１２（ｂ）に示したように、この例では、線分Ａ１およびＡ２のうち、光源ユニット３０からの距離が近い線分Ａ１上に配置されるドットパターンの方が線分Ａ２上に配置されるドットパターンのサイズよりも小さく設定されている。また、同一線分上に配置されるドットパターンは、ｙの値が大きい領域の方がｙの値が小さい領域よりもドットパターンの平均サイズが相対的に小さくなるように設定されている。

以上のように、本実施形態にかかるシーリングライト１は、光線ユニット３０と、光源ユニット３０から入射する光を面内方向に伝播させる平板状の導光板１３とを備えている。また、導光板１３は、当該導光板１３内を面内方向に伝播する光の一部を散乱させて散乱光の一部を発光面側から出射させるためのドットパターン（光散乱部）を多数備えており、各ドットパターンは、導光板１３における面内方向の領域のうち、第１領域における散乱の度合いが、当該第１領域よりも導光光量（導光板１３における平板面法線方向の断面を通過する光の光量）が少ない第２領域における散乱の度合いよりも小さくなるように配置されている。

これにより、各ドットパターンによる導光板１３の面内方向の各領域における光の散乱度合いを、各領域を伝播する光の光量（導光光量）に応じて設定し、導光板１３の面内方向における各領域から出射される光の光量の均一度を向上させることができる。

また、本実施形態にかかるシーリングライト１は、ＬＥＤ群３４ａ，３４ｂから出射された光が導光板１３における背面側から入射し、導光板１３における発光面側で全反射して導光板１３内を面内方向に伝播するように、ＬＥＤ群３４ａ，３４ｂから出射される光を導光板１３に入射させる結合レンズ３５を備えている。また、各ドットパターンは、導光板１３における面内方向の端部のうち導光板１３内を伝播する光が全反射する端部の近傍の領域である第１領域における散乱の度合いが、当該第１領域よりも上記全反射する端部からの距離が遠い領域である第２領域に同じ光量の光を伝播させたときの散乱の度合いよりも小さくなるように配置されている。

これにより、結合レンズ３５から導光板１３に入射して導光板１３の端部に至るまでの光と、導光板１３の端部で全反射された光とが伝播する端部を含む領域（端部で全反射した光の光量が比較的多い領域）における散乱の度合いを、主に結合レンズ３５から導光板１３に入射した光のみが伝播する領域（端部で全反射した光の光量が比較的少ない領域）における散乱の度合いよりも小さくすることができる。したがって、各ドットパターンによる導光板１３の面内方向の各領域における光の散乱度合いを、各領域を伝播する光の光量に応じて設定し、導光板１３の面内方向における各領域から出射される光の光量の均一度を向上させることができる。

なお、本実施形態では、円盤状のシーリングライト１について説明したが、本発明の照明装置の形状はこれに限るものではない。例えば、図９（ａ）に示すように矩形形状の照明装置に適用してもよい。また、図９（ｂ）に示すように矩形形状の各角部を曲線状に面取りした形状の照明装置に適用してもよい。また、図９（ｃ）に示すように楕円形状の照明装置に適用してもよい。また、図９（ｄ）に示すようにひし形の照明装置に適用してもよい。

図９（ａ）に示す形状の場合、光源ユニット３０の延伸方向に垂直な方向については、導光板１３に設けられるドットパターンは、光源ユニット３０から遠ざかるほど面積密度が密になるように配置される。また、光源ユニット３０の延伸方向に水平な方向については、導光板１３に設けられるドットパターンは、位置によらず面積密度が略一定になるように配置される。ただし、光源ユニット３０から出射される光は主に光源ユニット３０の延伸方向に垂直な方向に進むが、当該方向に対して傾斜した方向に進む光の成分も存在する。このため、導光板１３における光源ユニット３０の延伸方向に平行な方向の周縁部において全反射する光を考慮し、光源ユニット３０の延伸方向に水平な方向の周縁部近傍の領域におけるドットパターンの面積密度を当該領域に対して光源ユニット３０の延伸方向に水平な方向に位置する他の領域よりも疎にしてもよい。

図９（ｂ）の例では、光源ユニット３０の延伸方向に垂直な任意の直線上におけるドットパターンの面積密度は、光源ユニット３０から遠い位置（導光板１３の外縁に近い位置）ほど密になるように配置される。また、光源ユニット３０の延伸方向に平行な任意の直線上におけるドットパターンの面積密度は、光源ユニット３０の延伸方向の周縁部が直線状である領域（矩形形状の辺に対応する領域）については位置によらず面積密度が略一定になるように配置される。一方、光源ユニット３０の延伸方向の周縁部が曲線状である領域（面取り部分に対応する領域）については、光源ユニット３０の延伸方向に水平な方向の両端部（光源ユニット３０の延伸方向に垂直な方向の周縁部において全反射が生じる領域）の面積密度が光源ユニット３０の延伸方向に水平な方向の中央部（光源ユニット３０の延伸方向に垂直な方向の周縁部において全反射が生じない領域）の面積密度よりも疎になるように設定される。

図９（ｃ）および図９（ｄ）の例では、光源ユニット３０の延伸方向に垂直な任意の直線上におけるドットパターンの面積密度は、光源ユニット３０から遠い位置（導光板１３の外縁に近い位置）ほど密になるように配置される。また、光源ユニット３０の延伸方向に水平な方向については、当該水平な方向の両端部（光源ユニット３０の延伸方向に垂直な方向の周縁部において全反射が生じる領域）の面積密度が光源ユニット３０の延伸方向に水平な方向の中央部（光源ユニット３０の延伸方向に垂直な方向の周縁部において全反射が生じない領域）の面積密度よりも疎になるように設定される。

また、本実施形態では、光源ユニット３０を１列だけ備えている構成について説明したが、これに限らず、２列以上の光源ユニット３０を備える構成としてもよい。これにより、発光面から出射される光の光量を増加させ、シーリングライト１の明るさを向上させることができる。

また、本実施形態では、光源ユニット３０が２列のＬＥＤ群３４ａ，３４ｂを備える構成について説明したが、これに限らず、例えば光源ユニット３０がＬＥＤ群を１列のみ備えている構成としてもよい。この場合、結合レンズ３５は、上記１列のＬＥＤ群から出射された光を、導光板１３に対して所定角度以上の傾斜角度（導光板１３内において全反射する角度）で入射させることができる構成であればよい。

また、本実施形態では、ＬＥＤ群３４ａに含まれるＬＥＤの出射光の色とＬＥＤ群３４ｂに含まれるＬＥＤの出射光の色とを同色としているが、これら両ＬＥＤ群に含まれるＬＥＤの出射光の色を異ならせてもよい。例えば、図１１に示すように、２列の帯状の光源ユニット３０を互いに平行に配置し、これら両光源ユニット３０に備えられるＬＥＤ群３４ａ，３４ｂのうち、他方の光源ユニット３０側へ光を出射するＬＥＤ群３４ａの出射光の色を電球色とし、他方の光源ユニット３０とは反対側へ光を出射するＬＥＤ群３４ａの出射光の色を昼白色としてもよい。これにより、シーリングライト１の発光面のうち光源ユニット３０の内側の領域（光源ユニット３０同士の間の領域）を電球色で発光させ、光源ユニット３０の外側の領域を昼白色で発光させることができる。また、ＬＥＤ群３４ａ，３４ｂの発光状態を制御することにより、（１）電球色のみを発光させる、（２）昼白色のみを発光させる、（３）電球色と昼白色の両方を発光させる、といった調光照明を行うことができる。

なお、本実施形態では、ＬＥＤ群３４ａ，３４ｂに備えられるＬＥＤとして、色温度２０００Ｋ〜６０００Ｋの光を出射するＬＥＤを用いている。すなわち、朝日や夕日の赤色光に相当する色温度約２０００Ｋ、および太陽光線に相当する色温度約５０００Ｋ〜６０００Ｋを含む範囲内の光を出射するＬＥＤを用いている。ただし、各ＬＥＤの発光色はこれに限るものではなく、照明装置の用途やデザイン等に応じて適宜選択すればよい。例えば、照明装置１を液晶表示装置のバックライトとして用いる場合などには、色温度１００００Ｋ〜２００００ＫのＬＥＤを用いてもよい。

また、本実施形態では、光源ユニット３０の形状を一方向に延伸する帯状の形状としたが、光源ユニット３０の形状はこれに限るものではない。例えば、図１０に示すように、リング状の光源ユニット３０を用いてもよい。この場合にも、光源ユニット３０から出射されて導光板１３の周縁部で全反射された光が供給される領域のドットパターンの面積密度を疎にするようにドットパターンを配置することにより、発光面から出射される光の光量の均一化を図ることができる。

また、導光板１３における面内方向の周縁部、あるいは当該周縁部に対向する位置に、当該周縁部から導光板１３の外部に出射された光を導光板１３内に戻すための反射シートを設置してもよい。これにより、導光板１３の周縁部から導光板１３の側方に出射される光を導光板１３に戻して発光面側から出射させ、発光面側の照明に用いることができ、光利用効率を高めることができる。

また、本実施形態では、光源ユニット３０のＬＥＤ群３４ａ，３４ｂにおける各ＬＥＤとして略同一の発光強度特性を有するＬＥＤを用い、これら各ＬＥＤの配置ピッチを一定とし、これら各ＬＥＤに供給する電流量を一定としているが、これに限るものではない。例えば、導向板１３における光源ユニット３０から出射した光が全反射する端部の近傍の領域に対する光の供給量が、当該領域よりも上記全反射する端部からの距離が遠い領域に対する光の供給量よりも少なくなるように、各ＬＥＤの発光強度特性、配置ピッチ、および各ＬＥＤに供給する電流量のうちの少なくとも１つを、ＬＥＤ毎あるいは複数のＬＥＤからなるグループ毎に異ならせてもよい。

また、本実施形態では、本発明をシーリングライトに適用する場合について説明したが、本発明の適用対象はこれに限るものではない。例えば、壁面や床面に備えられる照明装置、卓上や床上に載置されるスタンド型の照明装置、天井から吊り下げられる吊り下げ型の照明装置、机、棚、ベッド等に備えられる照明装置、液晶表示装置などの各種電気器具に備えられる照明装置など、多用な照明装置に適用できる。

本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、本実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、光源からの光を導光板によって面状に出射させる照明装置に適用できる。

１ シーリングライト（照明装置）
１１ 拡散板
１２ プリズムシート
１３ 導光板
１４ 反射板
１５ バックシャーシ
２０ フレーム
３０ 光源ユニット
３１ 光源ホルダー
３２ ヒートシンク
３３ａ，３３ｂ ＬＥＤ基板
３４ａ，３４ｂ ＬＥＤ群
３５ 結合レンズ（光結合部材）
３５ａ，３５ｂ 平坦部（光源側平坦部）
３５ｃ 平坦部（導光板側平坦部）
３５ｄ，３５ｅ 全反射面
Ｓ１ 領域（第２領域）
Ｓ２ 領域（第１領域）

Claims (12)

1. 指向性を有する光を出射する光源を有する光源ユニットと、上記光源ユニットから入射する光を面内方向に伝播させる平板状の導光板とを備え、上記導光板の平板面のうちの一方の面である平板表面から出射される光を用いて照明を行う照明装置であって、
   上記導光板は、上記面内方向に伝播する光の一部を散乱させて散乱光の一部を上記平板表面から出射させるための光散乱部を複数備えており、
   上記各光散乱部は、
   上記導光板における面内方向の領域のうち、第１領域における散乱の度合いが、上記第１領域よりも導光光量が少ない第２領域における散乱の度合いよりも小さくなるように配置されていることを特徴とする照明装置。
2. 上記光源ユニットは、上記光源から出射された光を上記導光板に入射させるための光結合部材を備え、かつ上記導光板の平板面のうち上記平板表面とは反対側の面である平板裏面側に配置されており、
   上記光結合部材は、上記光源から出射された光を、当該光が上記導光板の平板裏面側から入射し、上記導光板における平板表面において全反射して上記導光板内を上記面内方向に伝播するように上記導光板に入射させ、
   上記各光散乱部は、
   上記導光板における面内方向の端部のうち当該導光板内を伝播する上記光を全反射する端部の近傍の領域である上記第１領域における散乱の度合いが、上記第１領域よりも上記全反射する端部からの距離が遠い領域である上記第２領域に上記第１領域と同じ光量の光を伝播させたときの散乱の度合いよりも小さくなるように配置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。
3. 上記第１領域と上記第２領域とで、上記面内方向における単位面積あたりの上記各光散乱部が占める面積の比率である面積密度が異なることを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
4. 上記第１領域に配置される光散乱部のうちの少なくとも一部の大きさと、上記第２領域に配置される光散乱部のうちの少なくとも一部の大きさとが異なることを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
5. 上記第１領域に配置される各光散乱部の配置ピッチと、上記第２領域に配置される各光散乱部の配置ピッチとが異なることを特徴とする請求項３または４に記載の照明装置。
6. 上記光源ユニットは一方向に延伸する帯状の形状を有しており、
   上記光源は上記光源ユニットの延伸方向に沿って列状に配置された複数のＬＥＤからなり、
   上記光結合部材は上記各ＬＥＤから出射された光を上記光源ユニットの延伸方向に垂直な方向に反射させて上記導光板に入射させるようになっており、
   上記導光板における上記光源ユニットの延伸方向に垂直な方向に位置する端部のうちの少なくとも一部の形状が、上記光源ユニットの延伸方向に垂直な方向に伝播する光を全反射する形状であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の照明装置。
7. 上記各光散乱部は、上記光源ユニットの延伸方向に垂直な方向の各位置における散乱の度合いが、上記光結合部材からの光が入射する入射位置からの距離が遠いほど大きくなるように配置されていることを特徴とする請求項６に記載の照明装置。
8. 上記光源ユニットは一方向に延伸する帯状の形状を有しており、
   上記光源は上記光源ユニットの延伸方向に沿って列状に配置された複数のＬＥＤからなる第１ＬＥＤ群と、第１ＬＥＤ群に対して平行に配置された複数のＬＥＤからなる第２ＬＥＤ群とを備え、
   上記光結合部材は、上記第１ＬＥＤ群に含まれるＬＥＤから出射された光を上記光源ユニットの延伸方向に垂直な第１方向に反射させて上記導光板に入射させるとともに、上記第２ＬＥＤ群に含まれるＬＥＤから出射された光を上記光源ユニットの延伸方向に垂直かつ上記第１方向とは反対方向である第２方向に反射させて上記導光板に入射させることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の照明装置。
9. 上記第１ＬＥＤ群に備えられるＬＥＤが出射する光の色と、上記第２ＬＥＤ群に備えられるＬＥＤが出射する光の色とが異なることを特徴とする請求項８の記載の照明装置。
10. 上記光源ユニットを複数備えていることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の照明装置。
11. 上記平板表面の法線方向からみた時に上記導光板の外縁部がなす形状が、円形、楕円形、矩形、矩形の各角部を曲線状に面取りした形状、およびひし形のうちのいずれかであることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の照明装置。
12. 指向性を有する光を出射する光源を有する光源ユニットと、上記光源ユニットから入射する光を面内方向に伝播させる平板状の導光板とを備え、上記導光板の平板面のうちの一方の面である平板表面から出射される光を用いて照明を行う照明装置の製造方法であって、
    上記導光板に、上記面内方向に伝播する光の一部を散乱させて散乱光の一部を上記平板表面から出射させるための複数の光散乱部を形成する光散乱部形成工程を含み、
    上記光散乱部形成工程では、
    上記導光板における面内方向の領域のうち、第１領域における散乱の度合いが、上記第１領域よりも導光光量が少ない第２領域における散乱の度合いよりも小さくなるように上記各光散乱部を配置することを特徴とする照明装置の製造方法。
    

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