JPH06507996A - 高い均一性、方向性およびアスペクト比を有する発光体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 高い均一性、方向性およびアスペクト比を有する発光体（技術分野） 本発明は比較的大きな構造体内において単一光源から放出し、大きな光放出面を 通して所定の方向に分散放出せしめ、光放出面全体に亘り観察者が均一と認めら れ得る発光体に関する。

（背景技術） 高いアスペクト比の光分布構造体は、構造体の光放出面が構造体の特性的な断面 幅に比べ大にされる。このような構造体では通常単一光源が局在される。

この種の構成としては、米国特許第４．２６０．２２０号、ホワイトヘラ１−に よる米国特許第４．７８７．７０８’号あるいはエイゼンバルグ等による米国特 許第４．１０５．２９３号に開示されるようなプリズム光案内材を用いた光案内 システムが挙げられる。このような従来の光案内装置は広い反射性内壁面を有し ている。

従って、光案内装置の一端に入射した光線は案内装置の他端に進むときに案内装 置の内壁により反射される。且つこの種の従来の光案内装置では好適に光を“漏 洩させる”単位長さ当たりの案内装置から放出される光量が案内装置の長さ全体 に沿って許容可能に均一にされるように設計されている。

更にこの種の従来の光案内装置は一般の光分布目的で使用する場合は極めて有用 であるが、大きな光放出面から狭隘な、制限された角度範囲内で光を放出し光放 出面の全体に亘り極めて均一に光分布を維持させることが望ましい場合には良好 ではなかった１、このような特性を必要とする場合の例としては、実質的に水平 方向の最大の強度の光を放出することが望ましい線形航空標識、所望の範囲の視 野角内にのみ光を放出することが好ましいある種のバックライト方式の液晶表示 装置、所望方向にのみ最大強度の光を放出することが好ましいある種の自動車信 号灯が挙がられる。いずれの場合にも所望方向に放出された光を効果的に制限し 且つ光放出面全体に亘り極めて均一に光分布を維持する必要が生じる。本発明に よれば、これらの条件が満足され得るので、高い、方向性、均一性およびアスペ クト比を有した発光体を容易に製造可能になる。

（発明の開示） 本発明の好ましい実施例によれば、１あるいは複数の選択された方向に一部平行 にされた光を放出する発光体が提供される。この発光体は発光の一部が平行にさ れる光源と、長手方向に反射される反射性内面と、光放出面とを包有しており、 充放出面自体は光が一部が長手方向に反射されるが一部長手方向に透光される反 射性・透光性内面と屈折機能を持つプリズム外面とを有している。

内面の長手方向の透光度は内面上の位置の選択された関数として変化され、放出 された光の分布が制御され得る。透光度の変化は内面により透光される単位面積 当たりの光量を内面に相応する外面上の位置の関数としての所定分布値にするこ とにより行われ得る。分布値は実質的に一定であることが望ましい。

光放出面が湾曲されている場合、放出された光の角度分布は放出光の位置に応じ て異なることになる。このとき透光度が変化して放出される光の方向の関数とし て全発光強度が所定量変化する。この場合も透光度の変化に応じて、分布値が実 質的に一定になるかあるいは他の有効な分布を与えるようになる。例えば放出さ れた光の全発光強度が１　／　Ｃ（１８２θで変化するような分布が行われ、天 井で間接照明する場合、平面的に均一照明が得られる。他の例としては放出光の 全発光強度が選択された範囲θ内で実質的に均一にされる反面、この範囲以外で は実質的に零になるような分布が行われ、これは航空標識の有効照明を選択され た角度範囲に限定する場合に有用になる。

多くの場合光放出面のプリズム外面で内面上の特定位置に入射する光が特定位置 で外部に対し実質的に垂直な方向に向けられるような構成がとれる。

（図面の簡単な説明） 図ＩＡ、図ＩＢおよび図ＩＣは夫々単一の光源からの光を比較的大きな構造体内 に分布させ光を大きな光放出面を通して所定の方向に放出する従来の構成の説明 図、図２Ａは本発明による好適な実施例により構成される発光体の部分斜視図、 図２Ｂは図２Ａの線Ｂ−Ｂに沿って切断した断面図、図３は図２Ａおよび図２Ｂ の発光体の光放出面の外側発光層を部分拡大し光放出面に対し実質的に垂直な方 向に光を放出している状態を示す断面図、図４Ａは発光体に近い平面を均一に照 射すべく構成された発光体の断面を併示すると共にその発光強度と角度との関係 を示すグラフ、図４Ｂは図４Ａの発光体の断面を併示すると共に面イルミナンス と位置との関係を示すグラフである。

（発明を実施するための最良の形態） 先ず本発明を容易に理解され得るよう従来技術を説明するに、単一光源からの光 を分布し大きな光放出面から所定の方向に放出可能な高いアスペクト比の発光体 を作成する各種の構成が提案されているが、例えば図ＩＡにネルソンによる米国 特許第４．７５５．９２１号およびポポビツチ等による米国特許第４、３３７． ７５９号に構成が開示されている。ここで光源１２から所望の方向１０へ出る光 はフレスネルレンズ１４を通り実質的に同一方向１６へ放出される。この構成を とる場合、フレスネルレンズ１４はプリズム面内に屈折率と全内面反射とを独特 に組合わせて構成されており、フレスネルレンズ１４の有効ｆ数が極めて低くさ れ得、このため高いアスペクト比の発光体を容易に製造できる。しかしながら放 出される光は方向性は極めて高くできるが、フレスネルレンズ１４の全光放出面 に亘り均一に放出されない。特に放出光の強度は光放出面の光源１２近傍の個所 では極めて高（、光源１２から離間した個所では極めて低くなっていた。

米国特許第４．９８４．１４４号およびコブ・ジュニア等による米国特許第４． ９８９．１２５号に開示されるような別の従来の構成が図ＩＢに示しである。こ の場合光源２０から所望の方向に放出される光は反射器２２により実質的に平行 にされ、プリズムスクリーン２４に対し斜めの角度αをもって当たる。このブリ ズｌ、スクリーン２４は屈折率と全内面反射とを適宜に組合わせて構成されてお り、プリズムスクリーン２４を介し斜めに入射した光が制御されて実質的に同一 方向２６に放出される。この構成では特に反射器２２から反射された光が極めて 良好に平行にされるような場合は、プリズムスクリーン２４から全体に亘り極め て均一に放出可能になる。しかしながら実際上多くの場合、反射器２２によって は光が充分に平行にはされ得す、従ってプリズムスクリーン２４全体に亘り実質 的に均一に光を放出することができなかった。

エイホによる米国特許第４．８７４．２２８号およびエイホ等による米国特許第 ４．７９９．１３７号に開示されるような別の従来の構成が図ＩＣに示される。

光源３０から所望の方向に放出された光はプリズム反射器３４に当てられる。プ リズム反射器３４に入射した光は、入射方向に対し９０度の反射角度をもって反 射される。従って反射された光は実質的に入射光がプリズム反射器３４に当たる 角度βに無関係に制限範囲内の同一方向３６へ放出される。プリズム反射器３４ に良好な形状のものを選択することにより、単位長さ当たりより多くの光がプリ ズム反射器３４の光源３０に近傍の個所より光源３０から、より離間した個所で 入射され得、従って光源３０からの距離が増加するに応じ明るさが減少する欠点 を解決でき、プリズム反射器３４の光放出面の全体に亘り実質的に均一な光分布 を実現できよう。しかしながらこの構成の有用性も光を平行にする反射器３２の 性能に左右されることになる。実際上多（の場合、反射器３２によって光が充分 に平行にされ得ず、プリズム反射器３４の光放出面の全体に亘り実質的に均一な 光分布を得られなかった。

図２Ａおよび図２Ｂには本発明による好適な実施例の発光体４０が示される。こ の発光体４０は中空構造体４２を有しており、中空構造体４２の長さはその最小 断面寸法より相当に長手に設けられる。反射器４４により光源４６から放出され た光の一部が平行にされ、中空構造体４２の最長の寸法方向に対しほぼ平行な方 向に向けられる。この光は中空構造体４２から光放出面４８を経て放出される。

中空構造体４２の内面５０の光放出面４８から離間した実質的に全ての個所が以 下に説明するように、長手方向に反射する材料でライニング処理されてる。

光放出面４８は均質な外側発光層５２を有する。外側発光層５２は（ｉ）外側発 光層５２のプリズム内面５４に入射される、（２）中空構造体４２の最長の寸法 の方向に対しほぼ平行な光を充分に透過し、外側発光層５２を経て放出される光 の大半が設定された方向５６に移行するように構成されている。この場合図３に 示されるように、中空構造体４２の最長の寸法方向に対しほぼ平行にプリズム内 面５４に入射された光線５８が屈折され全内面で反射され、外側発光層５２から 設定方向５６へ放出される。外側発光層５２の材料として好適な一例は、米国特 許第４．９８４．１４４号に開示されるプリズムフィルムが挙げられる。このフ ィルムは放出光がこの材料でなる光放出面に対し実質的に垂直な方向に向かうこ とが制限されるように作成され得る。

光放出面４８にも内側光層６０が具備されており、内側光層６０は光の一部を長 手方向に反射する反射器でなり、一部が長手方向に透明な光透過体である。本明 細書で使用される用語「長手方向に反射する反射器」とは入射され光線と反射さ れる光線の単位方向ベクトルのＺ方向成分が実質的に同一である材料を指し、Ｚ 方向とは材料面と平行で、中空構造体４２の最長方向である１、同様に用語「長 手方向に透明な光透過体」とは入射光線と透過された光線の単位方向ベクトルの Ｚ方向成分が実質的に同一である材料を意味している。長平方向に透明でもあり 、且つ長平方向に反射する反射材料の一例としては、カナダのプリチツシュ・コ ロンビアのバーナビにあるチーアイアール・ンステ１１ズ社から入手可能なｒ　 ｖＡＲＡｔ、ＵＭＥＪ　（登録商標）のようなエツチング処理された金属フィル ムパターンを」一部に形成した透明基板が挙げられる。

内側光層６０は長手方向には均一な光透過性を示さない。即ち内側光層６０を介 する一部長手方向の光透過は内側光層６０の外面に亘り均一ではなく、透過され た光の強度が内側光層６０の外面の位置の関数として、所定の方法で変化せしめ られる。

多（の場合、内側光層６０の外面上のすべての位置で均一な光放出が得られるこ とが望ましい。一般に、このような均一な光放出を得るためには、内側光層６０ の透光率が内側光層６０上の光＃ｉ４６近傍の位置（入射光の明るさが最大）で は減少され、光源４６から離間した位置（入射光が暗い）では増加される。

内側光層６０の反射は長手方向において反射されるため、内側光層６０から反射 される光が平行になる。また内側光層６０を経して光は長平方向に透過され得る ため、内側光層６０を経て透過される光も平行になれる。従って外側発光層５２ は上述した如く適宜に設定された方向５６に透過される光を放出可能である。。

光放出面４８は必ずしも平坦でなくともよい。光放出面が湾曲して形成されてい る場合、位置の関数として光放出の方向を制御することにより、角度の関数とし て中空構造体４２の全発光強度の方向制御も容易になされ得る。図４Ａは発光体 ６２近傍の平面６６を均一に照射すべ（構成された湾曲発光面６４を有した発光 体６２に対する上述した制御能力を示している。これは天井を間接照明する場合 である。図４Ａは極座標グラフが併示されているが、この場合湾曲発光面６４が ら放出される光の発光強度が湾曲発光面６４から放出される光の角度αに対して 示される。図４Ｂには平面６６上の照度と平面６６上の位置との関係を示すグラ フが併示されいる。

図４Ａに示すように、湾曲発光面６４の内面と外面とは、放出された光の強度が 小さな入射角では低く、光の強度が大きな入射角では増加するように好適に構成 される。この結果照射された照射強度が発光体６２と平面６６上の位置との距離 に関係なく平面６６上のすべての位置で実質的に均一であることが図４Ｂから理 解されよう。湾曲した発光面６４の内面および外面は放出光の全発光強度が大き な角度の範囲に亘り１／ｃｏｓ２θで変化するように構成されるとき、このよう な均一な照射が得られる。

エイホによる米国特許第４，７９９．１３７号に開示されるような反射性フィル ムがコブ・ジュニア等による米国特許第４．９８４゜１４４号に開示されるよう な照射構造体に使用されてはいるが、反射性フィルム材料が大きな光放出面積を 得る場合にょうに構造体の断面積の大きな部分を占めると、構造体はその内面が 小さくなるから充分な長手方向の反射率を得ることができず、良好に光を放出で きない。従って本発明の構成以外の構造体では、光放出を良好に制御できず、比 較的高い強度の光が光放出面上の光源近傍の個所で放出され、光源から離間した 個所では比較的低い強度の光が放出されることになる。

概して多くの場合、光を分布させ得る、即ち幅が長くアスペクト比の高い構造体 から光を均一に放出することがめられる。本発明による高いアスペクト比の発光 体は、均一な光放出に関して所望の特性を得ることができることに加え、方向性 の高い光放出が可能な特性を有している。また光放出方向は用途に応じて好適に 変更可能である。上述の如く、高い方向性を持つことにより線形航空標識、ある 種のバックライト式液晶表示装遣、ある種の自動車の信号灯に採用するとき好ま しい特徴になる。また本発明によれば、容易に接近可能な単一の光源（或いは少 数の光源）を円滑に使用できる。

本発明は添付の請求の範囲に記載の思想あるいは範囲から離れることなく、多様 の設計変更が可能であることは以上の説明から当業者には明らかであろう。

補正前の写しく翻訳文）提出書 （特許法第１８４条の８） 平成５年１２月１７日

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. １．長手方向に反射する反射性内面（５０）と光放出面（４８）とを備え、光放 出面（４８）が一部長手方向に反射し一部長手方向に透光する反射性・透光性内 部（６０）と屈光させるプリズム内部（５２）とを有してなる、１あるいは複数 の設定方向に光が一部平行にされる光を放出する発光体（４０）。
2. ２．内部（６０）の一部長手方向の透光性が内部（６０）上の位置の設定された 関数に応じて変化するよう設けられてなる請求の範囲１の発光体。
3. ３．内部（６０）の外面上の位置の関数として内部（６０）を介し伝達される単 位面積当たりの光量が所定の分布値を有すべく透光性が変化するよう設けられて なる請求の範囲２の発光体。
4. ４．分布値が実質的に一定である請求の範囲３の発光体。
5. ５．光放出面が湾曲されてなる請求の範囲２の発光体。
6. ６．放出された光の全発光強度が光放出分布の関数としての分布値を有するベく 透光性が変化するよう設けられてなる請求の範囲５の発光体。
7. ７．分布値が実質的に一定である請求の範囲５の発光体。
8. ８．分布値が設定された方向の範囲内で実質的に一定であり、設定された方向の 範囲外では実質的に零にされるように設けられてなる請求の範囲６の発光体。
9. ９．放出された光の発光強度が設定された範囲θに亘り、関数１／ＣＯＳ２θに 応じて変化すべく透光性が変化するよう設けられ、且つθは所定の放出方向に対 する測定角度である請求の範囲６の発光体。
10. １０．外部（５２）上の所定の位置で入射される光が所定位置で外部（５２）に 対し実質的に垂直な方向に向けられるように設けられてなる請求の範囲１〜９の いずれか一の発光体。
11. １１．外部（５２）が入射され平行にされる光を実質的に損失なく透光してなる 請求の範囲１〜９のいずれか一の発光体。
12. １２．外部（５２）が米国特許第４，９８４，１４４号に開示される種類のプリ ズムフイルムでなる請求の範囲１〜９のいずれか一の発光体。
13. １３．内部（６０）が内部上の位置の設定された関数として変化する金属パター ンを装着した透明な基板である請求の範囲１〜９のいずれか一の発光体。