JP5535668B2

JP5535668B2 - 照明装置

Info

Publication number: JP5535668B2
Application number: JP2010015339A
Authority: JP
Inventors: 浩之山本; 周作金; 克行沖村
Original assignee: NEC Lighting Ltd
Current assignee: Hotalux Ltd
Priority date: 2010-01-27
Filing date: 2010-01-27
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2030-01-27
Also published as: JP2011154872A

Description

本発明は、有機ＥＬ素子を光源とする照明装置に関するものである。

有機ＥＬ（Organic Electro-Luminescence）素子(以下「有機ＥＬ素子」)は、電圧印加から発光までの時間が非常に短く応答性に優れ、またその応答性が温度によってほとんど変化しないという特徴を有する。さらに、視野角が１８０度に近いという特徴を有する。これらの特徴から、近年、有機ＥＬ素子は表示装置のバックライト用光源や空間照明用光源として注目されている。

図８に一般的な有機ＥＬ素子の構造を模式的に示す。図示されている有機ＥＬ素子１は、透光性基板２と、透光性基板２の一面に形成された発光部３とを有する。発光部３は、透光性基板２の一面に形成された透明電極４と、透明電極４の上に積層された有機化合物からなる発光層５と、発光層の上に形成された対向電極６とから構成されている。換言すれば、透明電極４と対向電極６との間に発光層５が挟持されている。

上記構造を有する有機ＥＬ素子１では、透明電極４および対向電極６に電圧が印加されると、発光層５の内部で発光が生じる。発生した光の一部は、透明電極４を透過して透光性基板２に入射し、該基板２の表面から大気中に出射される。また、発生した光の他の一部は、対向電極６によって反射された後に透明電極４を透過して透光性基板２に入射し、該基板２の表面から大気中に出射される。いずれにしても、発光層５の内部で生じた光は、透光性基板２の表面から大気中に出射される。以下の説明では、有機ＥＬ素子の表面のうち、大気中に光が出射される面を「出射面」と呼んで他の面と区別する。よって、図８に示す有機ＥＬ素子１では、透光性基板２の、発光部３が形成されている面と反対側の面が出射面となる。また、透光性基板の表面に、対向電極、発光層および透明電極がこの順で積層されて発光部が構成されている場合には、透明電極の表面が出射面となる。

ここで、有機ＥＬ素子の出射面と大気との屈折率差が大きいため、発光層で発生した光の大部分は出射面と大気との界面で全反射され、有機ＥＬ素子の内部に閉じ込められる。例えば、図８に示す有機ＥＬ素子１では、発光層５で発生した光の大部分が出射面である透光性基板２の表面と大気との界面で全反射され素子内部に閉じ込められる。図８に示す有機ＥＬ素子を含む一般的な有機ＥＬ素子では、発光層で発生した光のうち、大気中に出射される光の割合（以下「取出し効率」）が２０％〜３０％程度であると言われている。

そこで、上記取出し効率の向上を意図した様々な技術が提案されている。例えば、特許文献１には、上記出射面に相当するガラス基板の一面に輝度向上フィルムを配置することが記載されている。さらに、ガラス基板と対向する輝度向上フィルムの入射面はガラス基板に密着し、入射面と反対側の面には複数の凸部が設けられていることが記載されている。

また、特許文献２には、上記輝度向上フィルムに設けられている凸部の形状を円錐台形や多角錐台形とすることが記載されている。

上記特許文献１および特許文献２によれば、輝度向上フィルムの入射面に対してほぼ垂直な向きで該フィルムに入射した光は、凸部の上面からほとんど屈折せずに出射し、輝度向上フィルムの入射面に対して傾いて該フィルムに入射した光は、凸部の稜面において入射面の法線方向に近づくように屈折して出射するので、正面輝度が向上するとともに、隣接する凸部の間で光が散乱反射するので光の利用効率（取出し効率）が向上する、とのことである。

特開２００４−１８４７９２号公報特開２００４−２３３９５７号公報

上記のように、有機ＥＬ素子を光源として用いるに際し、出射面からの光の取出し効率の向上が専ら注目されていた。これは有機ＥＬ素子がいわゆる面発光素子であることからすれば至極当然のことであった。また、有機ＥＬ素子を液晶表示装置などのバックライト用光源として用いる場合、出射面から出射された光が液晶パネルに入射するように、有機ＥＬ素子を液晶パネルの背後に配置するとともに、出射面を液晶パネルの光入射面に対向させて配置するのが一般的である。かかるレイアウトにおいて液晶表示装置の輝度を向上させるためには、出射面からの光の取出し効率（利用効率）を向上させれば必要十分であった。

しかし、有機ＥＬ素子を空間照明用の光源として用いる場合には、該素子の出射面からの光の取出し効率を向上させるだけでは不十分である。例えば、有機ＥＬ素子を部屋の天井に配置する場合を考える。この場合、有機ＥＬ素子は、その出射面が床面と対向する向きで天井面に取り付けられる。すると、有機ＥＬ素子の出射面からは、主に床面に向けて光が出射される。このため、天井面や壁面の照明が不十分になり、特に、壁面上部の照明が不十分になり、部屋全体が均一に照明され難い。

本発明の目的は、有機ＥＬ素子の出射面から出射された光を上記出射面と対向する第１の面および第１の面とは別の第２の面の少なくとも二つの面から出射させる照明装置を提供することである。

本発明の照明装置は、有機ＥＬ素子と、板状の導光体であって、該導光体の一方の板面に設けられ、前記有機ＥＬ素子から発せられた光が入射する入射面と、該入射面から入射した光が出射される出射面とを有し、該出射面が、前記入射面と対向する第１の出射面および該第１の出射面と交差する第２の出射面を含む、導光体とを有し、前記導光体の前記第１の出射面および前記第２の出射面の双方が曲面であることを特徴とする。

本発明によれば、有機ＥＬ素子の出射面から出射された光を上記出射面と対向する第１の面および第１の面とは別の第２の面の少なくとも二つの面から出射させる照明装置を実現することができる。

本発明の照明装置の実施形態の一例を示す背面面側斜視図である。本発明の照明装置の実施形態の一例を示す正面側斜視図である。図１、図２に示す導光体の平面図である。図１、図２に示す導光体の平面図である。図１、図２に示す照明装置を複数連結した例を示す平面図である。保持手段および連結手段の一例を示す斜視図である。図５に示すように連結された複数の照明装置を天井に吊り下げた例を示す側面図である。一般的な有機ＥＬ素子の構造を示す模式的断面図である。

以下、本発明の照明装置の実施形態の一例について説明する。図１および図２は、本実施形態に係る照明装置１０の全体構造を示す斜視図である。本実施形態に係る照明装置１０は、光源としての有機ＥＬ素子１と、有機ＥＬ素子１から発せられた光を拡散させる導光体２０とを有する。導光体２０は透光性材料（本実施形態では透明アクリル樹脂）によって形成されている。

本実施形態に係る照明装置１０の光源である有機ＥＬ素子１は、図８に示す有機ＥＬ素子１と同一の構造を有する。そこで、図８で用いた符号と同一の符号を用いて説明は省略する。

図１は、照明装置１０の背面側斜視図であり、図２は、照明装置１０の正面側斜視図である。また、図３、図４は、導光体２０の各面の平面図である。図１および図４に示すように、導光体２０の背面には、長手方向に隣接し、それぞれに有機ＥＬ素子１を収容可能な二つの収容部２１が設けられている。各収容部２１は、有機ＥＬ素子１の透光性基板２とほぼ相似な形状を有する凹部であり、有機ＥＬ素子１は各収容部２１の内側に嵌め込まれている。すなわち、導光体２０は、有機ＥＬ素子１から発せられた光を拡散させる役割とともに、有機ＥＬ素子１を収容する筺体としての役割も有する。

導光体２０の各収容部２１は、該収容部２１内に収容された有機ＥＬ素子１の透光性基板２の各端面と、収容部２１の各内側面とがほぼ隙間なく対向する大きさを有する。また、有機ＥＬ素子１は、その出射面が収容部２１の底面２１ａ（図４）と対向する向きで収容部２１内に収容されている。なお、有機ＥＬ素子１の出射面については既述の通りである。

よって、有機ＥＬ素子１の出射面から出射された光は、収容部２１の底面２１ａから導光体２０の内部に入射する。導光体２０の内部に入射した光の一部は、導光体２０を透過して外部に出射される。より詳細には、導光体２０の内部を透過し、導光体２０の表面２０ａと大気との界面に臨界角未満の角度で入射した光はそのまま大気中に出射される。一方、導光体２０の表面２０ａと大気との界面に臨界角以上の角度で入射した光は、界面で全反射されて導光体２０に再入射する。導光体２０に再入射した光は、導光体２０内で全反射を繰り返しながら導光体２０の側面（端面）２０ｂに向けて進行し、該側面２０ｂから大気中に出射される。

もっとも、導光体２０に再入射した光の一部は、導光体２０の側面２０ｂに向けて進行する過程で導光体２０の表面２０ａから大気中に出射される。すなわち、後に説明するように、導光体２０の表面２０ａは曲面（本実施形態では自由曲面）なので、臨界角は導光体２０の表面全域において一様ではない。よって、導光体２０の内部で全反射を繰り返しながら導光体２０の側面２０ｂに向けて進行する光の一部が臨界角未満の角度で界面に再入射することもある。

いずれにしても、有機ＥＬ素子１から発せられた光は、導光体２０の表面２０ａ（第１の出射面）および該表面２０ａと交差する側面（第２の出射面）２０ｂから大気中に出射される。なお、導光体は、４つの側面２０ｂを備えており、その各側面２０ｂから光が出射される。

ここで、導光体２０の厚みが薄いほど、導光体２０に再入射した光が該導光体２０の側面２０ｂに到達するまでに繰り返す全反射の回数が増えるので、反射による減衰量が増加する。よって、導光体２０をなるべく肉厚にして上記全反射の回数を減らすことが光の利用効率を向上させる観点からは望ましい。一方、導光体２０の厚みが増すと導光体２０の重量が増加する。従って、導光体２０の厚みは、光の減衰量と導光体２０の重量の双方の観点を考慮して決定する必要がある。この場合、導光体２０の厚みを一定としたまま必要な肉厚を確保しようとすると、導光体２０の重量が増加してしまう。一方、導光体２０の厚みを一定としたまま導光体２０の軽量化（肉薄化）を図ろうとすると、光の減衰量が増加してしまう（十分な厚みを確保できない）。

そこで本発明では、第１の出射面である導光体２０の表面２０ａと、第２の出射面である導光体２０の側面２０ｂとを曲面によって構成した。すなわち、導光体全体として必要な厚みを確保しつつ、可及的に導光体２０の軽量化を実現すべく、導光体２０の一部を削いだ。

ここで、導光体２０の表面２０ａは曲面であるため、導光体２０の厚みは均一ではない。具体的には、導光体２０には、厚みが最大である最厚部と、厚みが最小である最薄部とが存在し、最厚部と最薄部との間は滑らかな曲面によって結ばれている。最厚部とは、光入射面である収容部２１の底面２１ａと第１の出射面である導光体２０の表面２０ａとの間の、収容部底面の法線方向に沿った距離が最大となる部分である。また、最薄部とは上記距離が最小となる部分である。

本件発明者は、上記観点に基づいて様々な試行錯誤を行った結果、導光体２０の長辺の長さをａ（mm）、最厚部の厚みをｂ（mm）としたとき、0.5≦ａ／4ｂ≦１０の関係が満たされていることが望ましいとの知見を得た。

そこで、導光体の長辺の長さを292mm、最厚部の厚みを25mm、最薄部の厚みを16mmとした本発明に係る照明装置の試作品１と、導光体の長辺の長さを292mm、厚みを25mm（均一）とした比較品１とについて比較試験を行った。その結果、試作品１は、比較品に比べて1.75倍の光取出し効率があるとの試験結果が得られた。

また、導光体の長辺の長さを292mm、最厚部の厚みを17mm、最薄部の厚みを8mmとした本発明に係る照明装置の試作品２と、導光体の長辺の長さを292mm、厚みを17mm（均一）とした比較品２とについて比較試験を行った。その結果、試作品２は、比較品２に比べて1.65倍の光取出し効率があるとの試験結果が得られた。

さらに、上記比較試験やシミュレーションを含む様々な試行錯誤の結果、最厚部の厚みが同一であっても、最厚部と最薄部との厚みの差が大きい方が（導光体表面の曲率が小さい方が）、光取出し効率が高いとの知見も得られた。

再び図１を参照する。導光体２０の隣接する２つの収容部２１の間には隔壁２２が設けられている。さらに、隔壁２２の中央部２３はその両端よりも高く***して固定部を構成している。具体的には、隔壁２２の中央部２３には、隔壁２２をその厚み方向に貫通する２つの孔２４が形成されており、この孔２４を利用して保持手段を固定可能となっている。保持手段及びその固定方法については後に詳述する。

本実施形態に係る照明装置１０は複数連結して使用することもできる。図５および図６に、９個の照明装置１０を互いに連結した例を示す。これらの図に示す例では、３個の照明装置１０が縦に並べられて第１の照明装置列４１を形成し、第１の照明装置列４１の両隣に２個の照明装置１０が縦に並べられてそれぞれ第２の照明装置列４２を形成している。さらに、それぞれの第２の照明装置列４２の外側に照明装置１０が１個ずつ配置されている。

また、図５に示すように配置された９個の照明装置１０のそれぞれの固定部２３には保持手段としての取付ユニット５０が固定されている。さらに、各照明装置１０に固定された取付ユニット同士は連結手段によって互いに連結されている。換言すれば、９個の照明装置１０は連結手段によって互いに連結されて一体化されている。

図６に示すように、取付ユニット５０は円柱状のブロックである。取付ユニット５０の底面には、導光体２０の固定部２３を受け入れる凹部５１が形成されている。また、取付ユニット５１には、凹部５１を横切って該ユニット５０を径方向に貫通する通孔５２が形成されている。さらに、取付ユニット５１の上面には十字形の溝５３が形成されている。

上記構造を有する取付ユニット５０は次のようにして照明装置１０に固定される。すなわち、取付ユニット５０の底面に形成されている凹部５１に導光体２０の固定部２３を嵌め込み、取付ユニット５０の通孔５２と固定部２３の孔２４とを位置合わせして連通させる。その後、連通した通孔５２および孔２４に不図示のボルトを挿入し、通孔５２および孔２４を貫通したボルトの先端に不図示のナットを嵌める。

次に、上記連結手段について説明する。本実施形態では、連結手段として、スチールパイプ６０を用いた。具体的には、図５に示すように配置された９個の照明装置１０の間にスチールパイプ３０を掛け渡し、掛け渡されたスチールパイプ６０を所定の照明装置１０に固定されている取付ユニット５０に固定することによって、各照明装置１０を互いに連結してある。より具体的には、所定の形状に組み合わされたスチールパイプ３０を取付ユニット５０の上面に形成されている溝５３に嵌め込んだ後に、取付ユニット５０の上面に蓋５４を被せ、その蓋５４を上面に螺子で固定してある。換言すれば、取付ユニット５０の上面と蓋５４との間にスチールパイプ３０を挟持してある。

ここで、図５に示すように、取付ユニット５０には、相対的に高さが高い第１の取付ユニット５０ａと、相対的に高さが低い第２の取付ユニット５０ｂがある。これら高さが異なる取付ユニット５０ａ、５０ｂを使い分けることによって、隣接する照明装置の高さを微妙に異ならせて意匠性を高めている（図７）。

もっとも、連結手段はスチールパイプに限られず、アルミパイプその他の金属製パイプでもよく、樹脂製パイプでもよい。さらには、金属製や樹脂製のロッドなどでもよい。また、上述の取り付け構造に照らせば、各照明装置１０を個別に取り外し可能であることは自明である。すなわち、互いに連結されている複数の照明装置１０のいずれかに不具合が発生した場合などには、当該照明装置１０のみを交換することができる。

さらに、図７に示すように、各照明装置１０に固定されている取付ユニット５０に、一端が天井６１に固定されたワイヤー６２の他端を固定することによって照明装置１０を天井から吊り下げることができる。この場合、ワイヤー６２の長さを調節可能として照明装置１０の吊り下げ位置を変更できるようにすることが望ましい。また、照明装置１０の点灯・消灯・調光などの各操作をリモコンによって遠隔操作可能とすることが望ましい。この場合、複数の照明装置１０のそれぞれを独立して遠隔操作可能とすることも、一括して遠隔操作可能とすることもできる。

１有機ＥＬ素子
１０照明装置
２０導光体
２０ａ表面（第１の出射面）
２０ｂ側面（第２の出射面）
２１収容部
２３中央部（固定部）
５０取付ユニット
６２ワイヤー

Claims

有機ＥＬ素子と、
板状の導光体であって、該導光体の一方の板面に設けられ、前記有機ＥＬ素子から発せられた光が入射する入射面と、該入射面から入射した光が出射される出射面とを有し、該出射面が、前記入射面と対向する第１の出射面および該第１の出射面と交差する第２の出射面を含む、導光体とを有し、
前記導光体の前記第１の出射面および前記第２の出射面の双方が曲面であることを特徴とする照明装置。
前記導光体の前記一方の板面に前記有機ＥＬ素子を収容する収容部が形成され、該収容部に収容された前記有機ＥＬ素子が対向する該収容部の底面が前記入射面であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
前記導光体の前記一方の板面に複数の前記収容部が設けられ、各収容部のそれぞれに前記有機ＥＬ素子が収容されていることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
隣接する前記収容部の間に、当該照明装置を保持する保持手段を固定可能な固定部が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
前記導光体の長辺の長さをａ[mm]、前記入射面の法線方向における前記入射面と前記第１の出射面との間の最大距離をｂ[mm]としたとき、0.5≦ａ／4ｂ≦１０の関係を満たすことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の照明装置。
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の照明装置が複数連結されていることを特徴とする照明装置。