JP5372176B2 - Ｌｅｄ面発光カバーならびに照明装置および表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤ面発光カバーならびにこのＬＥＤ面発光カバーを用いた照明装置および表示装置に関する。

発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）などの指向性の強い光源を用いた照明装置が実用化されつつある。しかし、ＬＥＤは指向性が強いため、１個のＬＥＤ光源を用いて広い範囲の面で均一な輝度分布を得ることは困難である。
従来、液晶表示パネルの直下に配置される直下型面光源装置として、導光板の後面に光源挿入部を凹設し、当該光源挿入部に光源を納入し、光源の前方に光反射面を設け、光源から前方へ出射された光を光反射面で反射させることにより光源挿入部の側壁面へ向かわせるようにした面光源装置が知られている（特許文献１）。
また、ＬＥＤを光源とする車両用灯具として、光を灯具前方に出射させる主リフレクターと、この主リフレクターに開口部を臨ませてＬＥＤの光を主リフレクター内に投光する投光手段と、主リフレクター内の空間部に配置され投光手段による投光を主リフレクター方向へ反射させる副リフレクターとを備えている車両用灯具が知られている（特許文献２）。

特開平１０−８２９１６号公報 特開２０００−２７０００９号公報

しかしながら、従来のＬＥＤ照明装置は、ＬＥＤの指向性が強いため均一な輝度を有する面発光照明装置とするために多数個のＬＥＤを配置する必要があった。また、特許文献１では導光板を用いているため、導光板を通過する分、照明効率が低下するおそれがある。特許文献２では、ＬＥＤ光を灯具前方に出射させるために、ＬＥＤ上にインナレンズを用いたり、副リフレクターをそのレンズの略焦点位置に配置したりする必要があり、簡易な方法で均一な輝度を有する面発光照明装置を得ることができないという問題がある。

本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、指向性の強いＬＥＤ光源を用いた場合であっても、また少ない個数のＬＥＤ光源であっても、簡易な方法で面発光照明装置を得ることができるＬＥＤ面発光カバーならびに照明装置および表示装置の提供を目的とする。

本発明は、ＬＥＤ光源を覆うことにより、該ＬＥＤ光源を面光源へと変換するためのＬＥＤ面発光カバーである。
このＬＥＤ面発光カバーは、樹脂成形体からなり、面光源前方へ光を反射させる主リフレクターと、この主リフレクター方向にＬＥＤ光源からの光を反射させる反射面を有する副リフレクターとを備えており、主リフレクターがＬＥＤ光源を配置できる開口部を有し、かつ副リフレクターで反射される反射光を面光源前方に出射させる曲面形状で形成されており、副リフレクターが主リフレクターに形成されている開口部上方に配置され、副リフレクターの反射面が上記開口部面に対して傾斜を有して配置されていることを特徴とする。

本発明のＬＥＤ面発光カバーを構成する樹脂成形体は、金型を用いた一体成形品であることを特徴とする。
また、面光源面に対する副リフレクター投影面積が主リフレクターの開口部の面積以下であることを特徴とする。
また、副リフレクターは、主リフレクターと連結するための支持柱を有し、この支持柱は柱径断面が少なくとも一対の平行線を有する多角形であり、その平行線に対する中線がＬＥＤ光源から放射状に放出される光の光軸方向に沿うように配置されており、主リフレクターと副リフレクターとを連結する支持柱の主リフレクター側基部の柱径断面が副リフレクター側の柱径断面よりも大きいことを特徴とする。特に、この支持柱の柱径断面が四角形であり、四角形を構成する一対の平行線の最大長さに対して平行線以外の辺の長さが２／３未満であることを特徴とする。

本発明のＬＥＤ面発光カバーを構成する副リフレクターは、ＬＥＤ光源の上方に放射される光軸上の光源側に頂点を持つ多面体または逆円錐面からなる反射面を有することを特徴とする。特に多面体であり、この多面体は以下の（１）、（２）、もしくは（３）、または、これらと（４）との組み合わせの形状であることを特徴とする。
（１）ＬＥＤ光源の上方に放射される光軸上の光源側に頂点を持つ四面体からなる反射面を有し、光源側にある頂点での光軸方向断面がＶ字型の形状である。
（２）ＬＥＤ光源の上方に放射される光軸上に頂点を持つ四面体からなる反射面を有し、上記頂点での光軸方向１つの断面がＶ字型の形状であり、この断面と交差する方向の断面が逆Ｖ字型の形状である。
（３）副リフレクターは反射面の側面および裏面の少なくとも１つの面が所定の曲率を有する面である。
（４）副リフレクターの反射面に光の反射率を向上させる処理が施してある。光の反射率を向上させる処理としては、金属膜等の反射コーティング、メッキ、塗装等が挙げられる。

本発明のＬＥＤ照明装置は、ＬＥＤ光源と、この光源がＬＥＤ面発光カバーの開口部に位置するように、上記本発明のＬＥＤ面発光カバーを配置してなることを特徴とする。
また、ハウジング内にＬＥＤ光源と、ＬＥＤ面発光カバーとを配置し、ハウジング前面に機能性フィルムを設けてなることを特徴とする。特に機能性フィルムが光拡散フィルム、またはこの光拡散フィルムと、輝度上昇フィルムおよび／または光反射軽減フィルムとを積層した積層フィルムであることを特徴とする。

本発明の表示装置は、上記ＬＥＤ照明装置を１つの表示セグメントとすることを特徴とする。

本発明の樹脂成形体からなるＬＥＤ面発光カバーは、面光源前方へ光を反射させる主リフレクターと、この主リフレクター方向にＬＥＤ光源からの光を反射させる反射面を有する副リフレクターとを備え、主リフレクターに設けられている開口部上方に配置されている副リフレクター反射面が開口部面に対して傾斜を有して配置されているので、ＬＥＤ光源から出射される光が効果的に主リフレクター方向に副リフレクターを介して反射できる。その結果、主リフレクターから反射される光は点光源ではなく面光源となる。すなわち、指向性の強いＬＥＤ光源を本発明のＬＥＤ面発光カバーにより覆うことで、点光源であるＬＥＤ光源が面光源に変換される。

また、ＬＥＤ面発光カバーが金型を用いた一体成形品であるので、さらに、面光源面に対する副リフレクター投影面積を開口部の面積以下とすることにより、成形金型からの型抜きが容易となり、樹脂成形体であるＬＥＤ面発光カバーの成形性が向上する。
また、副リフレクターと主リフレクターとを連結する支持柱の柱径断面が少なくとも一対の平行線を有する多角形であり、その平行線に対する中線がＬＥＤ光源から放射状に放出される光の光軸方向に沿うように配置されているので、光線に対して影響を受けにくくすることができ、ＬＥＤ光源からの光を効率的に照明に利用できる。
また、支持柱の主リフレクター側基部の柱径断面は四角形であり、この四角形を構成する一対の平行線の最大長さに対して平行線以外の辺の長さが２／３未満であるので、さらに、支持柱の主リフレクター側基部の柱径断面が副リフレクター側の柱径断面よりも大きいので、成形金型への樹脂注入が容易となり、成形品の強度も十分確保できる。そのため、光学特性を満足することに加えて成形歪の少なく、品質の安定したＬＥＤ面発光カバーが得られる。

ＬＥＤ面発光カバーを構成する副リフレクターが（１）ＬＥＤ光源の上方に放射される光軸上の光源側に頂点を持つ四面体からなる反射面を有し、光源側にある頂点での断面がＶ字型の形状であるか、（２）ＬＥＤ光源の上方に放射される光軸上に頂点を持つ四面体からなる反射面を有し、上記頂点での１つの断面がＶ字型の形状であり、この断面と交差する方向の断面が逆Ｖ字型の形状であるか、または、（３）副リフレクターの反射面の側面および／または裏面が所定の曲率を有する面であるので、点光源であるＬＥＤ光源からの光を効率的に主リフレクターの反射面に反射できる。
また、副リフレクターの反射面に金属膜等の反射コーティング、メッキ、塗装等の反射率を向上させる処理が施してあるので、主リフレクターの反射面への反射がより効率的になる。

本発明のＬＥＤ照明装置は、ＬＥＤ光源と、この光源がＬＥＤ面発光カバーの開口部に位置するように、上記本発明のＬＥＤ面発光カバーを配置するので、簡易な方法で点光源であるＬＥＤ光源が面光源に変換される。そのため、少ないＬＥＤ光源で輝度むらのない面光源照明が得られる。
機能性フィルムを併用することにより、より輝度むらのない面光源照明が得られる。
本発明の表示装置は、１つのＬＥＤ光源が面光源に変換されるので、少ないＬＥＤ光源で表示装置を製造できる。

ＬＥＤ面発光カバーの全体を示す斜視図である。 照明装置を示す分解斜視図である。 金型割り構造を示す図である。 副リフレクターを面光源面方向からみた平面図である。 支持柱の立設方向断面図である。 樹脂充填時の金型内樹脂圧力の時間歴変化を表した図である。 四角錐形状の反射面を有する副リフレクターの構造図である。 副リフレクターを用いた場合の光線図である。 他の形状の反射面を有する副リフレクターの構造図である。 図９の副リフレクターを用いた場合の光線図である。 四角錐形状の反射面の裏面に所定の曲率を設けた副リフレクターの構造図である。 ＬＥＤ照明装置の発光面輝度分布を測定した結果を示す図である。 実施例１の発光面輝度分布を示す図である。 比較例１の発光面輝度分布を示す図である。 グラデショーン印刷を施した光拡散フィルムの斜視図である。 照明装置の意匠面拡大断面図である。 ７つの表示セグメントからなる表示装置の平面図である。

図１は、本発明の一実施形態に係るＬＥＤ面発光カバーの全体を示す斜視図である。 ＬＥＤ面発光カバー１は、長方形の発光面を有するＬＥＤ照明装置を得るための面発光カバーである。
面発光カバー１は、長方形の発光面に対して長手方向に２個の副リフレクター３を一列に配置した例であり、面光源前方へ光を反射させる主リフレクター２と、この主リフレクター２方向にＬＥＤ光源４からの光を反射させる反射面を有する副リフレクター３とから構成されている。また、面発光カバーの周囲に長方形の発光面を形成するためのハウジング５を設けることができる。ハウジング５は発光面の形状に応じて、発光面が円形、角形、任意形状など種々の形状を採用できる。また、ＬＥＤ光源４は基板６上に設けられており、この基板６の形状はＬＥＤの数および配置により任意の形状を採用できる。
また、主リフレクター２および副リフレクター３を保護し、さらに均一な面輝度を得るために、ハウジング５前面に、光透過性あるいは半光透過性の機能性フィルム８を設けることができる。

ＬＥＤ光源４をＬＥＤ面発光カバー１にて覆う状態を示す分解斜視図を図２に示す。
図２において、ＬＥＤ光源４は基板６に実装されている。なお、ＬＥＤ光源４としては表面実装型ＬＥＤ光源の他に砲弾型ＬＥＤ光源を用いることができる。本発明においては、光を広い範囲に拡散させる構造であるので、表面実装型ＬＥＤ光源を好ましく使用できる。
ＬＥＤ光源は、例えば、赤色、緑色および青色等の単色系ＬＥＤ、白色系ＬＥＤ、あるいは赤色系ＬＥＤ、緑色系ＬＥＤおよび青色系ＬＥＤを備えたＲＧＢ型のＬＥＤを使用できる。
図２に示すように、基板６に実装されているＬＥＤ光源４上に、ＬＥＤ面発光カバー１を載置するのみで、ＬＥＤ光源４を面光源に変換できる。
なお、ＬＥＤ面発光カバー１は、一体成形された主リフレクター２および副リフレクター３のみでも使用できる。
また、主リフレクター２、副リフレクター３およびハウジング５を一体成形して、ＬＥＤ面発光カバー１とすることができる。さらに、光透過性あるいは半光透過性の機能性フィルム８をハウジング５の上面に設けてＬＥＤ面発光カバー１とすることができる。

主リフレクター２および副リフレクター３は金型を用いた樹脂成形により一体成形品として製造できる。主リフレクター２および副リフレクター３を一体で成形するための金型割り構造を図３に示す。
金型７は固定側型板７ａおよび可動側型板７ｂを衝合することでキャビティ７ｃが形成され、図示を省略したゲートより樹脂７ｄがキャビティ７ｃ内に注入される。
本発明において、面光源面に対する副リフレクター投影面積は主リフレクターの開口部２ａの面積以下とする。例えば、図３における金型割り構造において、副リフレクター投影面積を反映する距離７ｅが主リフレクターの開口部２ａの面積を反映する距離７ｆ以下とする。
上記の金型割り構造を採用することにより、固定側型板７ａおよび可動側型板７ｂを衝合したとき、衝合面（ＰＬ）７ｇにおいて、金型同士のスライド構造がなくなり、金型の製造が容易になる。そのため、金型の生産コストを削減でき、また樹脂成形時の生産安定性が向上する。

副リフレクター３は、主リフレクター２と連結するための支持柱３ａを有している。図１において、１つの副リフレクター３は４個の支持柱３ａにて支持されている。なお、支持柱３ａの本数は制限されないが、光学特性および成形品の強度を十分に得るためには２本または４本が好ましい。
図４は、副リフレクター３を面光源面方向、すなわちＬＥＤ面発光カバー１を図１上方からみた平面図であり、説明のためＬＥＤ光源４は実線で表している。図４（ａ）は支持柱３ａの配置が副リフレクター３の辺方向であり、図４（ｂ）は支持柱３ａの配置が副リフレクター３の頂点方向であり、いずれも支持柱３ａの配置の状態とＬＥＤ光源４から放射状に放出される光の光軸方向を模式的に示している。
支持柱３ａは柱径断面が長方形であり、該長方形の両短辺の中点を結ぶ線３ｂがＬＥＤ光源４から放射状に放出される光の光軸４ａ方向に沿うように配置されている。
なお、柱径断面が長方形とは図４（ｂ）に示す形状を含むものとする。特に支持柱３ａの配置を副リフレクター３の頂点方向に配置する場合、金型形状を簡素化することができ、樹脂成形加工コストを削減できる。
なお、図４において柱径断面を長方形としたが、少なくとも一対の平行線を有する多角形で平行線の中線が光軸に沿うものであればよい。例えば、断面形状が五角形、台形、平行四辺形を例示できる。

支持柱３ａは、ＬＥＤ光源４から放射状に放出される光の妨げになる可能性があるので、その柱径断面形状は可能な限り小さく形成するのが好ましい。しかし、樹脂の成形性、得られる樹脂体の機械的強度などの点から考えると主リフレクター２と同等の肉厚さにすることが好ましい。
そこで、光学特性、成形性の両方を満足させるために、支持柱３ａは、その柱径断面を長方形にし、その長方形の両短辺の中点を結ぶ線３ｂが光の光軸方向４ａに沿う方向となるように配置する。
光軸方向４ａに沿う方向が線３ｂとなるように配置すること、および柱径断面を長方形にすることで、支持柱３ａの肉厚を増やすことによる成形性向上の効果と、光の損失を最小限に抑える効果とがある。また、支持柱３ａの柱径断面を長方形にし肉厚を増やすことで、副リフレクター３支持の補強にも繋げることができる。

図５は支持柱３ａの立設方向断面図であり、図５（ａ）はＬＥＤ光源４上にＬＥＤ面発光カバー１を載置した時の状態を示す図であり、図５（ｂ）は金型における支持柱３ａを形成するキャビティ内への樹脂注入過程を示す図である。
副リフレクター３は、支持柱３ａにより主リフレクター２と一体成形されている。また、副リフレクター３が基板６上に実装されているＬＥＤ光源４上に配置できるように、開口部２ａを主リフレクター２側に設ける。ＬＥＤ面発光カバーは開口部２ａ内にＬＥＤ光源４が位置するように基板６上に載置するのみで、ＬＥＤ光源４が主リフレクター２を光放射面とする面光源となる。
支持柱３ａの主リフレクター側基部３ｃの柱径断面が副リフレクター３側の柱径断面３ｄよりも大きくする。支持柱３ａのＬＥＤ光源４と対向する面に傾斜を持たせることで実現できる。

図５（ａ）に示す断面構造とすることにより、成形時の金型離型性の向上の効果、および支持柱の体積を減らすことによる光の妨げる要素を減らし光学性能を向上できる効果がある。
また、図５（ｂ）に示すように、支持柱の主リフレクター側基部は肉の厚い側になるので、成形時の充填過程において、主リフレクター２から支持柱３ａに樹脂が矢符Ｒで示すように支持柱３ａから副リフレクター３へ流入しやすく、充填不足の不良など一体成形時のトラブルを回避できる。

図６は、成形時における樹脂充填時の金型内樹脂圧力の時間歴変化を表す。図６（ａ）は主リフレクター２および副リフレクター３の部分拡大斜視図であり、図６（ｂ）〜図６（ｄ）は、図６（ａ）におけるＭ点およびＮ点での金型内樹脂圧力の時間変化を表す。図６（ｂ）は断面が長方形の場合を例として、［長辺／短辺］＝［１／１］の場合を、図６（ｃ）は［長辺／短辺］＝［１．５／１］の場合を、図６（ｄ）は［長辺／短辺］＝［２／１］の場合をそれぞれ表す。
支持柱３ａ断面の短辺長さは光の損失を最小限に抑え、かつ成形可能である肉厚（０．４ｍｍ）に設定し、主リフレクター２側基部の柱径断面の長辺長さを短辺の１倍、１．５倍、２倍にしたときの支持柱２箇所（ＭおよびＮ）にかかる樹脂圧力を比較した。
図６（ｂ）に示すように、断面が長方形の場合、長辺および短辺が等しいとき、支持柱中央部（Ｎ）にかかる圧力はおよそ１０ＭＰａである。次に、図６（ｃ）に示すように、長辺を短辺の１．５倍にしたときの圧力は同じく支持柱中央部（Ｎ）で３５ＭＰａである。次に、図６（ｄ）に示すように、長辺を短辺の２倍にしたときの圧力は３５ＭＰａとなり長辺を短辺の１．５倍にしたときと同等であることがわかる。また、長辺と短辺が等しいときと比べて３．５倍の圧力がかかっていることがわかる。樹脂圧力が大きくかかることで、副リフレクター３まで樹脂が到達し、ヒケ、ショート、ショットなどの成形不良を防ぐことができる。また、図６（ｃ）および図６（ｄ）に示すように、長辺を短辺の１．５倍にすることで２倍にしたときの差はほとんどなくなる。副リフレクターの支持強度を考慮すると［長辺／短辺］＝［１．５／１］以上、すなわち一対の平行線の最大長さに対して平行線以外の辺の長さが２／３未満であることがよい。副リフレクターの支持強度を考慮すると、［長辺／短辺］＝［１．５／１］〜［２／１］であることが好ましい。

開口部２ａの大きさは、ＬＥＤ光源４の外形寸法および半田寸法を考慮して定められる。ただし、ハウジング５を設ける場合、開口部２ａの寸法はハウジング５の壁面間寸法以下が好ましい。
また、副リフレクター３の反射面３ｆはＬＥＤ光源４の表面に接することのない高さ０．１ｍｍ以上、かつハウジング５の開口部高さ以下が好ましい。

本発明に使用できる樹脂は、射出成形など一体成形法で成形できる樹脂であれば使用できる。例えば、アクリル、ポリカーボネート、シクロオレフィン、ポリアリレート、ポリスチレンなどの合成樹脂材料に、成形後に合成樹脂板として高反射性を付与する充填剤を配合した材料が挙げられる。
好ましい樹脂材料としては、ポリカーボネート樹脂に酸化チタン粉末などの白色充填剤を配合し、難燃化剤、オルガノポリシロキサン類、フッ素系樹脂類等を配合し、光透過性を減らして光反射性を向上させた樹脂材料が挙げられる。

ＬＥＤ光源４から出射された光は、副リフレクター３の反射面で反射される。この反射面は主リフレクター２に形成されている開口部２ａ面に対して傾斜を有して、開口部２ａ上方に配置されている。反射面に傾斜を持たせることにより、ＬＥＤ光源４からの光を主リフレクター２方向に反射させることができる。
反射面としては、ＬＥＤ光源の上方に放射される光軸上の光源側に頂点を持つ多面体または逆円錐面とすることができる。これらの中で、反射面としては、反射光を制御しやすい多面体が好ましく、特に四面体が好ましい。

副リフレクター３の反射面構造について、図７〜図１１により説明する。
図７は、ＬＥＤ光源４の上方に放射される光軸上の光源側に頂点を持つ四面体からなる反射面３ｆを有し、光源側にある頂点での光軸方向断面がＶ字型の形状の反射面を有する、すなわちＬＥＤ光源４の光軸上に頂点Ａをもつ四角錐形状の反射面３ｆを有する副リフレクター３の構造である。図７において、副リフレクター３に一体に成形されている支持柱３ａは省略してある。図８（ａ）および（ｂ）は、ＬＥＤ光源４より出射した光の光線図を示す。
図７において、開口部２ａ中心にＬＥＤ光源４が配置されており、またＬＥＤ光源４を固定する基板６が覗いている。基板６は光の反射率が低く、光を吸収してしまうので開口部２ａに入った光は損失となってしまう。
開口部２ａ中心に配置しているＬＥＤ光源４の光軸上に頂点Ａをもつ四角錐形状の反射面３ｆを有する副リフレクター３を形成し、ＬＥＤ光源４の指向性に合わせた最適な角度αを設定する。この角度αを調整することで、図８（ａ）に示すように、副リフレクター３の反射面で反射した光を開口部４以外の反射率の高い主リフレクター２に反射させることができる。
好ましい角度αは１度以上、１８０度未満、好ましくは１２０度〜１４０度であり、角度γは１度以上、１８０度未満、好ましくは１２０度〜１４０度である。
これによって、図８（ｂ）に示すように、指向性の高いＬＥＤ光源４の光を四方に広げ、かつ主リフレクター２の形状として、上記四方に広げられた光を発光面に向かわせるような形状に設定することで光の利用効率を上げ、ＬＥＤの使用個数を削減した面発光を得ることができる。

図９は、ＬＥＤ光源４の上方に放射される光軸上に頂点Ｂを持つ四面体からなる反射面３ｆを有し、頂点Ｂでの１つの光軸方向断面がＶ字型の形状であり、この断面と交差する方向の断面が逆Ｖ字型の形状である。長方形の面光源の場合、交差する方向は逆Ｖ字型を形成する面が長手方向を向くように直交することが好ましい。図９において、副リフレクター３に一体に成形されている支持柱３ａは省略してある。図１０（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、ＬＥＤ光源４より出射した光の光線図を示す。
図９において、開口部２ａ中心にＬＥＤ光源４が配置されており、またＬＥＤ光源４を固定する基板６が覗いている。基板６は光の反射率が低く、光を吸収してしまうので開口部２ａに入った光は損失となってしまう。
開口部２ａ中心に配置しているＬＥＤ光源４の光軸上に頂点Ｂをもつ四面体で副リフレクター３を形成し、ＬＥＤ光源４の指向性に合わせた最適な角度βおよびγを設定する。これらの角度βおよびγを調整することで、図１０（ａ）および（ｂ）に示すように、副リフレクター３で反射した光を開口外の反射率の高い主リフレクター２に反射させることができる。
角度βは１８０度をこえ、３４０度未満、好ましくは２００度〜２４０度であり、角度γは１度以上、１８０度未満、好ましくは１２０度〜１４０度である。これらの角度にすることにより、開口部２ａ方向への光線逆進を抑えることができる。
これによって、図９（ｃ）に示すように、指向性の高いＬＥＤ光源４の光を四方に広げ、かつ主リフレクター２の形状を発光面に向かわせるような形状に設定することで光の利用効率を上げ、ＬＥＤ光源４の使用個数を削減した面発光を得ることができる。

図７および図９に示す副リフレクター３の反射面構造の作用効果について以下説明する。
図７に示す副リフレクター３では、光線図（図８（ｂ））からもわかるように、四角錐形状により開口部２ａに向かう光をなくし、四方に光を広げ主リフレクター２に向かわせている。このため、この図７に示す副リフレクター３の場合、縦横比率の等しい面発光を得るのに有効である。

図９に示す副リフレクター３の形状は、長方形の面光源の場合、ＬＥＤ光源４の配列されている方向からみた長手側面３ｆ’はＶ型の形状であり、図７に示す副リフレクター３の形状と同様であるが、頂点Ｂに近づくにつれＬＥＤ光源４から離れる方向の傾斜３ｇを持っており、これは図７に示す副リフレクター３の傾斜３ｇとは逆の傾斜である。
また、ＬＥＤ光源４の配列されている方向からみた短手側面３ｆは逆Ｖ型の形状であり、これは図７に示す副リフレクター３の側面３ｆとは逆の形状である。
図９に示す副リフレクター３では、光線図（図１０（ｃ））からもわかるように、開口部２ａに向かう光をなくすことは図７に示す副リフレクター３と同様であるが、大きな特徴は、ＬＥＤ光源４の配列方向（長手方向）への光の反射量が増えることである。これによって、ＬＥＤ光源４の配列方向（長手方向）へ反射した光を主リフレクター２の形状を最適に設定することで長尺の面発光を必要とする場合に有効となる。

なお、図７または図９に示す副リフレクター３において、四面体の稜線および頂点にＲ形状をつけてもよい。Ｒ形状とすることにより、金型製作および樹脂成形体の金型離型性が容易になる。
また、副リフレクター３の四面体の各反射面は平面ではなく、所定の曲率を持たせることができる。曲率を持たせることで、主リフレクター２に向かう光の範囲を広げたり、狭めたり微調整が可能になり、面発光の均一性が向上する。

副リフレクター３は、各反射面３ｆの側面３ｆ’および反射面３ｆの裏面３ｈを所定の曲率を有する面とすることができる。特に反射面３ｆの裏面３ｈを所定の曲率を有する面とすることができる。
図１１は反射面３ｆの裏面３ｈに所定の曲率を設けた例を示す図である。
主リフレクター２および副リフレクター３での光の反射によって、それぞれの反射面より散乱光が発生する。散乱光には、副リフレクター３の裏面３ｈと平行な光も存在する。そこで、副リフレクター３の裏面３ｈに曲率を付加することで、それらの光を発光面側に反射させることができる。これにより、光の利用効率が向上する。

また、副リフレクター３の反射面３ｆに金属膜等の反射コーティング、メッキ、塗装等の反射率を向上させる処理を施すことができる。
副リフレクター３に反射率を向上させる処理を施すことにより、副リフレクター３で反射する光の正反射性が向上する。正反射性が向上することで副リフレクター３での散乱反射成分が減る。副リフレクター３で散乱反射すると、基板６側へ向かう光もいくらかは発生してしまうので、散乱反射成分が減少させることで、光の損失を防ぐことができる。また、光の制御が容易になり面発光の均一性を向上させる効果がある。

主リフレクター２の反射面は上記副リフレクター３より反射される光を面光源前方に出射できる形状であればよい。副リフレクター３より離れるにしたがって、急傾斜を有する形状が好ましい。また、長方形の面光源の場合、短手方向から見て反射面が凹面となる形状が好ましい。
主リフレクターの反射面構造としては、例えば、下記式で構成される拡張多項式面（自由曲面）を用いて成形できる。

上式は、ｘ軸（発光面の短手方向）、ｙ軸（発光面の長手方向）で特定される座標軸の高さＺを表す式である。ここで、ｃ、ｒ、ｋは定数を表し、Ａ、Ｅ、Ｎは多項係数の数や係数等を表す。好ましい値として、短手方向(Ｘ方向）は（Ｘ²×Ｙ⁰〜Ｘ⁴×Ｙ⁰）、長手方向（Ｙ方向）は（Ｘ⁰×Ｙ²〜Ｘ⁰×Ｙ⁶）の値を用いた多項式面である。

本発明の照明装置は、上記ＬＥＤ面発光カバーを、ＬＥＤ光源が開口部に位置するように、ＬＥＤ光源上に載置するのみで照明装置が得られる。
また、上記照明装置を収納するハウジングを設けることができる。ハウジングを設ける場合、図２に示すように、ハウジング５前面に光透過性あるいは半光透過性の機能性フィルム８を設けることができる。機能性フィルム８は、本発明のＬＥＤ面発光カバーを用いた照明装置の前面となる意匠面の光学的諸特性を向上させる。

光学的諸特性を向上させる機能性フィルム８の例としては、光拡散フィルム、輝度上昇フィルム、光反射軽減フィルム等が挙げられる。
光拡散フィルムは、本発明のＬＥＤ面発光カバーを用いた照明装置の面発光の均一性をより向上させる。
光拡散フィルムの例としては、株式会社キモト製、商品名ライトアップ、日清紡社製拡散フィルム、恵和株式会社製、商品名オルパス、株式会社ツジデン製拡散フィルム等が挙げられる。
また、光拡散フィルムにおいて、光を拡散する樹脂コーティング、印刷などを用いて、基材となるフィルムにグラデショーン印刷し、フィルムの透過率を制御することで更なる輝度ムラを改善できる。グラデショーン印刷を施した光拡散フィルムの一例を図１５に示す。図１５はグラデショーン印刷を施した光拡散フィルム８ａの斜視図である。
光拡散フィルム８ａは、光拡散フィルムを使用しない場合における照明装置の意匠面での輝度が高い部分８ｃから、輝度が低い部分８ｄへ徐々に輝度を調整するように、拡散フィルムと同系色のインクにてグラデーション印刷が施されている。照明装置の意匠面での輝度が低い部分８ｄは副リフレクター３の上方に位置する箇所であり、グラデーション印刷はこの部分８ｄでの透過率を向上させるように印刷される。この光拡散フィルムを用いることで、照明装置の意匠面における輝度分布がより均一となる。なお、グラデショーン印刷に用いるインク色については、拡散フィルムと同系色の透過形および非透過形で構成してもよい。

光拡散フィルム８ａを用いることで輝度分布は均一になるが、照明装置の意匠面全体の輝度が低下する場合がある。
光拡散フィルム８ａの上部に輝度上昇フィルムを積層することで、光拡散フィルム８ａで低下した輝度を向上できる。
輝度上昇フィルムは、光透過性に優れたフィルムの表面に精密なプリズムパターンを形成したフィルムであり、上記意匠面の輝度を向上できる。
輝度上昇フィルムの例としては、３Ｍ社製、商品名ＢＥＦシリーズ、同ＢＥＦＲＰシリーズ、同ＤＢＥＦシリーズが挙げられる。

光拡散フィルム８ａに光反射軽減フィルムを積層しても意匠面の輝度を向上できる。光反射軽減フィルムは、光透過性および可とう性に優れたフィルムであり、光の反射を軽減することにより、結果として意匠面の輝度を向上する。
光反射軽減フィルムの例としては、イノアック社製、商品名ビセラが挙げられる。
なお、本発明において、光拡散フィルム８ａに積層できるフィルムとしては、輝度上昇フィルム、光反射軽減フィルム、または輝度上昇フィルムと光反射軽減フィルムとの積層フィルムを使用できる。

機能性フィルム８を本発明の照明装置に取り付けた状態を図１６に示す。図１６は照明装置の意匠面拡大断面図である。
ハウジング５の前面に機能性フィルム８が接着層９を介して固定されている（図１６（ａ））。接着層９としては、両面接着テープ、接着剤等が挙げられる。
また、ハウジング５の前面に機能性フィルム８を固定する場合に、接着層９を介することなく、超音波溶着等を用いて固定できる（図１６（ｂ））。
機能性フィルム８は、光拡散フィルム８ａと、この光拡散フィルム８ａの表面に輝度上昇フィルム８ｂとを積層することができる（図１６（ｃ））。なお、これら積層フィルム表面に光反射軽減フィルムをさらに積層することができる。

本発明のＬＥＤ照明装置は、少ないＬＥＤ光源で輝度むらのない面光源照明が得られる。また、このＬＥＤ照明装置を１つの表示セグメントとして表示装置を構成できる。表示装置の一例を図１７に示す。図１７は７つの表示セグメントからなる表示装置の平面図である。
表示装置１０は、表示面１１に７つの表示セグメント１ａ〜１ｇが８の字型に配置され、それぞれの表示セグメントを点灯することにより、数字等が表示できる。例えば、表示セグメント１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆを点灯することで、数字の０を表現できる。表示セグメントの１つを上記ＬＥＤ照明装置とすることで、輝度を確保しつつ、かつ、面一に光る表示装置とできる。
本発明の表示装置は、例えばエレベーターの表示器のように発光部の上部にさらに、意匠性、強度を確保するために表示板を設けるような製品において輝度を確保しつつ、かつ、面一に光る表示装置として利用できる。

実施例１
面発光する開口部の大きさが４×２６ｍｍ、高さが７ｍｍのハウジング内に主リフレクターおよび副リフレクターが配置されているＬＥＤ面発光カバーを高反射性樹脂材料で一体成形した。
ＬＥＤ光源は１６０度の指向性を有する表面実装型ＬＥＤ光源を９ｍｍ間隔で２個用いた。また、副リフレクターは図９に示す反射形状を用いた。
副リフレクターの反射面からＬＥＤ光源までの距離は０．２〜０．７ｍｍに設定した。また、ＬＥＤ光源が略均等間隔に配置されたＹ方向（開口部の長手方向）断面においての副リフレクターの傾斜角度βは１２０〜１４０度、直交するＸ断面における角度γは２００〜２４０度の副リフレクターとした。
主リフレクターの反射面は、Ｘ方向およびＹ方向共に端部に行くにつれて角度のつく曲率を自由曲面で形成した。また、底部開口部２ａの広さはＬＥＤ光源の縦横の寸法から０．１〜０．４ｍｍ広くなるように設定した。

表面実装型ＬＥＤ光源上に上記ＬＥＤ面発光カバーを載置して、ＬＥＤ照明装置を得た。このＬＥＤ照明装置の発光面輝度分布を測定した結果を図１２および図１３に示す。なお、図１２に示すデータは、副リフレクターの反射面からＬＥＤ光源までの距離を０．５ｍｍに、副リフレクターの傾斜角度βを１３０度に、同角度γを２２０度に設定したときの値である。
図１２および図１３に示すように、発光面全体に均一な輝度が得られる面発光を示す照明装置が得られた。

比較例１
主リフレクターおよび副リフレクターが配置されていない、面発光する開口部の大きさが４×２６ｍｍ、高さが７ｍｍのハウジングを単に実施例１で用いたＬＥＤ光源上に配置する以外は、実施例１と同様にして照明装置を得た。得られたＬＥＤ照明装置の発光面輝度分布を測定した結果を図１２および図１４に示す。
図１２および図１４に示すように、発光面全体に均一な輝度は得られなかった。

実施例２
実施例１で得られたＬＥＤ照明装置のハウジング前面に拡散フィルム（キモト社製、型番Ｄ２０７、光の透過率５９％）を両面テープを用いて貼り付けた。
得られた照明装置は、発光面全体に均一な輝度が得られる面発光を示した。

実施例３
実施例２で用いた拡散フィルムに対して、光拡散フィルムを使用しない場合における輝度の高い部分は、輝度の低い部分の透過率に合うように透過率を下げるための半透過のインクをグラデーション印刷した。このグラデーション印刷した拡散フィルムを実施例１で得られたＬＥＤ照明装置のハウジング前面に超音波溶着法により貼り付けた。
得られた照明装置は、発光面全体に均一な輝度が得られる面発光を示した。
また、光拡散フィルムを使用しない場合における輝度の高い部分は、輝度の低い部分に合うように透過率を下げるために、非透過のインクを点灯時にムラのないようにグラデーション的にドット抜きで印刷した拡散フィルムを用いた場合も、同様に発光面全体に均一な輝度が得られる面発光を示した。

実施例４
実施例２で用いた拡散フィルムの上面に輝度上昇フィルム（３Ｍ社製、ＢＥＦll９０／２４）を積層して、この積層フィルムを用いて実施例２と同様の照明装置を得た。得られた照明装置は、発光面全体に均一な輝度が得られる面発光を示した。

本発明のＬＥＤ面発光カバーは、簡易な方法で点光源であるＬＥＤ光源を面光源に変換できるので、ＬＥＤ照明装置の利用拡大を図ることができる。

１ 面発光カバー
２ 主リフレクター
３ 副リフレクター
４ ＬＥＤ光源
５ ハウジング
６ 基板
７ 金型
８ 機能性フィルム
９ 接着層
１０ 表示装置
１１ 表示面

Claims (15)

1. ＬＥＤ光源を覆うことにより、該ＬＥＤ光源を面光源へと変換するためのＬＥＤ面発光カバーであって、
   前記ＬＥＤ面発光カバーは、金型を用いた一体成形品である樹脂成形体からなり、前記面光源前方へ光を反射させる主リフレクターと、この主リフレクター方向に前記ＬＥＤ光源からの光を反射させる反射面を有する副リフレクターとを備え、
   前記主リフレクターは、前記ＬＥＤ光源を配置できる開口部を有し、前記副リフレクターで反射される反射光を前記面光源前方に出射させる曲面形状で形成され、
   前記副リフレクターは、前記開口部上方に配置され、前記反射面が前記開口部面に対して傾斜を有して配置され、前記主リフレクターと連結するための支持柱を有し、この支持柱は柱径断面が少なくとも一対の平行線を有する多角形であり、その平行線に対する中線が前記ＬＥＤ光源から放射状に放出される光の光軸方向に沿うように配置されており、前記支持柱の主リフレクター側基部の柱径断面が前記副リフレクター側の柱径断面よりも大きいことを特徴とするＬＥＤ面発光カバー。
2. 前記面光源面に対する該副リフレクター投影面積が前記開口部の面積以下であることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ面発光カバー。
3. 前記支持柱の主リフレクター側基部の柱径断面は、四角形であり、この四角形を構成する一対の平行線の最大長さに対して平行線以外の辺の長さが２／３未満であることを特徴とする請求項１記載のＬＥＤ面発光カバー。
4. 前記副リフレクターは、前記ＬＥＤ光源の上方に放射される光軸上の光源側に頂点を持つ多面体または逆円錐面からなる反射面を有することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載のＬＥＤ面発光カバー。
5. 前記多面体が四面体であり、前記頂点での前記光軸方向断面がＶ字型の形状であることを特徴とする請求項４記載のＬＥＤ面発光カバー。
6. 前記多面体が四面体であり、前記頂点での前記光軸方向１つの断面がＶ字型の形状であり、この断面と交差する方向の断面が逆Ｖ字型の形状であることを特徴とする請求項４記載のＬＥＤ面発光カバー。
7. 前記副リフレクターは、前記反射面の側面および裏面の少なくとも１つの面が所定の曲率を有する面であることを特徴とする請求項４記載のＬＥＤ面発光カバー。
8. 前記裏面が所定の曲率を有する面であることを特徴とする請求項７記載のＬＥＤ面発光カバー。
9. 前記副リフレクターの前記反射面に光の反射率を向上させる処理を施したことを特徴とする請求項４ないし請求項８のいずれか１項記載のＬＥＤ面発光カバー。
10. ＬＥＤ光源と、この光源がＬＥＤ面発光カバーの開口部に位置するように、ＬＥＤ面発光カバーとを配置してなるＬＥＤ照明装置であって、前記ＬＥＤ面発光カバーが請求項１ないし請求項９のいずれか１項記載のＬＥＤ面発光カバーであることを特徴とするＬＥＤ照明装置。
11. ハウジング内に、ＬＥＤ光源と、この光源がＬＥＤ面発光カバーの開口部に位置するように、ＬＥＤ面発光カバーとを配置し、前記ハウジング前面に機能性フィルムを設けてなるＬＥＤ照明装置であって、前記ＬＥＤ面発光カバーが請求項１ないし請求項９のいずれか１項記載のＬＥＤ面発光カバーであることを特徴とするＬＥＤ照明装置。
12. 前記機能性フィルムが光拡散フィルムであることを特徴とする請求項１１記載のＬＥＤ照明装置。
13. 前記光拡散フィルムは、光の透過率を制御できるフィルム面を有する光拡散フィルムであることを特徴とする請求項１２記載のＬＥＤ照明装置。
14. 前記機能性フィルムは、光拡散フィルムと、輝度上昇フィルムおよび光反射軽減フィルムから選ばれる少なくとも１つのフィルムとを積層した積層フィルムであることを特徴とする請求項１１記載のＬＥＤ照明装置。
15. ＬＥＤ照明装置を１つの表示セグメントとする表示装置であって、
    前記表示セグメントが請求項１０ないし請求項１４のいずれか１項記載のＬＥＤ照明装置であることを特徴とする表示装置。

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