JP6340599B2 - 導光部材及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、導光部材、更に詳しくは、エッジライト方式の照明ユニットに使用される長尺の導光部材及びその製造方法に関する。

従来、特許文献１に示されるようなライン照明装置が知られている。このライン照明装置は、エッジライト方式の照明ユニットであり、これに使用される導光部材は、長手方向の一端が光源からの光の入射面とされた長尺の透明バーで構成され、周面の一部である前面が出射面、後面が拡散面とされている。この場合、入射面から入射された光は、長手方向に沿って進む間に、後面の拡散面で拡散され、この拡散された光が前面の出射面から取り出される。また特許文献２に示される導光部材も知られている。

特開２００６−１４８９５６号公報 特開２０１２−８９４４２号公報

上記のようなエッジライト方式となる長尺の導光部材では、出射面が長手方向に長くなるにつれて、出射面からより均質な光を出射させることが要求され、拡散面での拡散効果の向上が求められる。

しかしながら、上記特許文献１に示された導光部材では、拡散面が光散乱パターンとして白色塗料のスクリーン印刷で設けられており、入射面から遠くなるにつれて光散乱パターンの面積を大きくし、光源から離れても出射面からの光量が減少しないようにして、出射面から光が長手方向で均一に出射されるようにしているものの、拡散面での拡散効果は白色塗料だけに起因して十分に得られない。

また、特許文献２に示されるように、拡散面を複数の溝で形成したものも知られてはいるが、この場合も、溝の間隔や長さを変化させて長手方向での拡散効果を調整することはできるが、溝だけで拡散効果を高めるには限界がある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、その目的は、複数の溝で形成される拡散面での光の拡散効果を向上させて、出射面からより均質な光を出射させることができる導光部材を提供することである。

本発明の導光部材は、上記の課題を解決するために成されたものであり、この導光部材は長尺な透明バーを備え、透明バーの長手方向の一端が外部の光源からの光が入射される入射面である。透明バーの長手方向に直交する横断面の輪郭が、前側の出射面と、この出射面に対向する後側の拡散面と、出射面と拡散面との間の両側各々で延出される一対の反射面と、で規定される。入射面から入射された光は、透明バーの反射面及び出射面を含む内周面で内部反射を繰り返しながらその内部を長手方向に進み、その間に拡散面に到達した光が拡散光となって出射面から取り出される。本発明の特徴とするところは、拡散面が透明バーの長手方向に並ぶ複数の溝によって形成される粗い凹凸構造と、溝の表面に形成される細かい凹凸構造とを有することである。この粗い凹凸構造と細かい凹凸構造とが存在することで、透明バーの内部を長手方向に沿って進む光は、拡散面での拡散光の指向性を確保しながら、拡散光の広がりを大きくし、その結果、出射面側に向かう光が増大し、出射面を通して外部へ光が出射される効率が高められる。

本発明の好ましい形態では、細かい凹凸構造は、溝の表面に多数散在するキャビティによって形成されている。この溝の表面に多数散在するキャビティによって、拡散面での拡散光の広がりをより大きくすることができ、出射面側に向かう光を増大させ、結果として出射面からの光の出向効率を更に高めている。

更に、本発明の好ましい形態では、複数の溝が、透明バーの長手方向と交差する方向に長さを有し、相互に間隔をあけて平行に設けられている。これにより、透明バーの内部を長手方向に沿って進む光は、この複数の溝において反射する機会が増大され、長手方向の全長に亘って一様な拡散効果を与えることができる。

また、本発明の好ましい形態では、溝は、その断面形状がＶ字状で、その溝表面が、透明バーの横断面に対して傾斜する傾斜面である。これにより、透明バーの内部を長手方向に沿って進む光は、出射面側へ効率よく反射される、その結果、出射面を通して外部へ光が出射される効率が高められる。

また、本発明の製造方法は、溝の表面に多数のキャビティを散在させることで、細かい凹凸構造を実現する。このために、本発明の製造方法では、レーザー照射を利用し、レーザー照射に伴う熱によって溝の表面にキャビティとなる多数の気泡を発生させる。このように、レーザー照射により溝を形成すると同時にこの溝の表面にキャビティを作り出すことが可能であり、粗い凹凸構造と細かい凹凸構造とを同時に形成することができる。

本発明の導光部材においては、入射面からの光の入射量を確保しながら、拡散面での拡散効果を高めて、拡散光を効率良く出射面から取り出すことができる。

本発明の導光部材の製造方法においては、入射面からの光の入射量を確保しながら、拡散面での拡散効果を高めて、拡散光を効率良く出射面から取り出すことができる導光部材を、レーザー照射によって簡単に製造することができる。

本発明の第１の実施形態である導光部材の斜視図 同上の導光部材の両端にＬＥＤを配置したときの平面図 同上の導光部材をカバーに収納した斜視図 同上の導光部材を使用する照明ユニットの光源モジュールを示す斜視図 同上の導光部材における溝の断面図 同上の導光部材における溝の拡大平面図 図６のＡ―Ａ線断面図 同上の導光部材における溝の変形例を示す断面図 本発明の一実施形態である導光部材の溝を形成する様子を示した説明図 同上の導光部材の断面図 同上の導光部材における出光する光の経路を説明する図 本発明の第２の実施形態である導光部材の平面図 本発明の第３の実施形態である導光部材の平面図 本実施形態の照明ユニットを浴室に配置した状態を示す説明図

本発明の導光部材は、ＬＥＤ等の光源と組み合わされて、例えば、室内の天井や壁、或いは、種々の家具等に埋め込まれるエッジライト方式の照明ユニットに使用される。

以下、本発明の第１の実施形態に係る導光部材を、図面に基づいて説明する。図３に示すように、本実施形態の導光部材は、光源となるＬＥＤ３０を保持するカバー４０に組み付けられて照明ユニット１を形成する。

図１、図２に示すように、導光部材は、ＬＥＤ３０からの光を透過させる合成樹脂でできた長尺体であり、互いに直交する長手方向軸Ｌ、幅方向軸Ｗ、前後方向軸Ｄを有し、以下、透明バー１０と記載する。透明バー１０は、長手方向に直交する横断面形状が長手方向の全長に亘って一様であり、この横断面形状は前後方向軸Ｄを基準にして左右対称である。

透明バー１０の長手方向の一端は、ＬＥＤ３０からの光が入射される入射面１２となっている。横断面の輪郭は、前後方向の前方に位置する出射面１４と、この出射面１４に対向する後方の拡散面１６と、一対の反射面１８と、で規定される。拡散面１６は、長手方向軸Ｌに沿って規則的に並ぶ複数の溝６０によって形成される。それぞれの溝６０は、幅方向軸Ｗに沿った方向に形成されている。拡散面１６は、基本的に、透明バー１０内を進む光を出射面１４側に向けて拡散させ、この結果、出射面１４から光が取り出される。入射面１２から入射した光は、反射面１８や出射面１４を含む透明バー１０の内周面で内部反射を繰り返して透明バー１０の長手方向に沿って進みながら拡散面１６に到達する。拡散面１６に到達した光は、ここで出射面１４側に向けて拡散されることにより、出射面１４からこの拡散光が取り出される。

一対の反射面１８は、横断面において、それぞれ拡散面１６の両端と出射面１４の両端とを結合する。反射面１８は全体として滑らかに湾曲した曲面であり、入射面１２から入射する光を反射させて透明バー１０の長手方向に沿って進めながら拡散面１６側に向けて反射させ、その結果生じる拡散光が出射面１４から透明バー１０の前方に出射される。

図３に示すように、カバー４０は横断面形状が前方に開口したＵ字型の長尺体であり、透明バー１０がその出射面１４を露出させる形でカバー４０の両脚片４２の間に収められて保持される。カバー４０の長手方向両端には、図４に示すように、それぞれＬＥＤ３０を保持する光源モジュール５０が取り付けられて、透明バー１０はＬＥＤ３０やカバー４０と一体化されて照明ユニット１を構成する。この照明ユニット１においては、透明バー１０の長手方向両端の入射面１２からＬＥＤ３０からの光が入射され、透明バー１０の反射面１８及び出射面１４を含む内周面で反射を繰り返しながら長手方向に進む光が拡散面１６で拡散して、出射面１４から前方へ光が導き出される。

図１、図２、図５に示すように、拡散面１６は、透明バー１０の長手方向に並ぶ複数の溝６０によって形成されている。この溝６０は透明バー１０の長手方向軸Ｌと交差する方向に長さを有するように走り、相互に間隔をあけて平行に設けられている。各溝６０は断面形状が略Ｖ字状で、その溝表面が透明バー１０の横断面に対して傾斜する傾斜面６２として形成されている。

また、図９に示すように、透明バー１０への溝６０の形成は、レーザー加工機を使用する。レーザー加工機は、透明バー１０を押出成形する生産ラインに設けられる。図示は省略するが、生産ラインは押出成形機を備える。透明バー１０は、押出成形機によって図９中のＡ方向に押し出され、レーザー切断機等によって所定の長さに切断することで形成される。レーザー加工機によるレーザーの照射は、例えば押出成形後で且つ切断前において押出方向に移動する透明バー１０に対して行われる。つまり、溝６０を形成する工程は、透明バー１０を押出成形する工程とインラインで行われる。

レーザー加工機は、レーザー発生源７０から発生させるレーザー光を透明バー１０の一面に照射するように構成されており、透明バー１０をその長手方向に沿って移動させることに同期させて、レーザー光をスキャンすることで、複数の溝６０を作り出す。レーザー発生源７０からのレーザー光は、ビームエキスパンダー７１、２つのミラー７２０、ｆθレンズ７３を経て、透明バー１０に照射され、ガルバノスキャナー７２でミラー７２０の角度を制御することで、所定の方向に沿って溝６０を形成する。レーザー照射は、所望する溝６０の形状、方向、間隔に合わせた制御パターンに基づいて実行される。なお、レーザー加工機から照射するレーザーは、例えば炭酸ガスレーザーである。

このように、レーザー加工機から照射するレーザーは、ガルバノスキャナー７２のミラー７２０を駆動することにより走査を制御される。この走査は予め設定された加工パターンに基づいて行われることで、溝６０は、所望の大きさ、方向、間隔が得られ、溝６０に関するこれ等条件で、拡散光の指向性を決定する。

図６、図７に示すように、各溝６０の傾斜面６２には、レーザーアブレーションに伴う熱の影響で発生する気泡が閉じ込められた多数のキャビティ６４が存在し、このキャビティ６４によって傾斜面６２の表面に細かい凹凸構造６５が形成され、この細かい凹凸構造６５によって拡散面１６での拡散光の広がりを大きくしている。特に、複数の溝６０自体により形成される粗い凹凸構造で拡散光の指向性を確保しながら、細かい凹凸構造６５が存在することで、拡散光の広がりを大きくして拡散面１６での拡散性能が向上される。また、レーザー照射で溝６０を形成することで、キャビティ６４を溝６０と同時に出現させることが可能となり、粗い凹凸構造と細かい凹凸構造６５とを備えた拡散面１６を容易に作り出すことができる。

図６、図７に示すように、キャビティ６４のうち大径のキャビティ６４は傾斜面６２の上端部側で下端部側よりも多く偏在し、傾斜面６２の下端部側よりも上端部側で細かい凹凸構造６５の凹凸度合が大きくなっている。

図１、図２に示すように、複数の溝６０は透明バー１０の長手方向に沿って互いに平行に並び、各溝６０は透明バー１０の長手方向軸Ｌに対して直交する方向に延出している。溝６０の長さは、透明バー１０の長手方向中央から両端の入射面１２に行くに従って短くされ、両端の入射面１２から入射されるＬＥＤ３０からの光を透明バー１０の全長にわたって拡散面１６に行き渡らせる。なお、図５に示すように、溝６０は、溝表面が平坦な傾斜面６２となったＶ字形断面の他、溝表面が凸曲した傾斜面６２となったＶ字形断面を有することができる。

本実施形態では、図１０、図１１に示すように、出射面１４は内方に凹んだ凹曲面に仕上げられている。また、出射面１４の幅をＷ１、拡散面１６の幅をＷ２とすると、出射面１４の幅Ｗ１は拡散面１６の幅Ｗ２よりも大きい。拡散面１６の両端に隣接する各反射面１８の一部は、外方に向けて湾曲した肩部２０となっている。肩部２０は、図１１中の破線Ｘで示すように、拡散面１６で拡散される光を効率良く出射面１４側に反射させると共に、透明バー１０内で内部反射を繰り返しながら長手方向に進む光を拡散面１６側に集めるように機能する。出射面１４と拡散面１６との距離、すなわち、透明バー１０の前後寸法は、出射面１４の幅Ｗ１よりも大きく、この幅Ｗ１の２倍以上である。透明バー１０は、前後方向軸Ｄに沿って、出射面１４を含む前半部と、拡散面１６を含む後半部と、を有し、前半部に含まれる各反射面１８にバンプ２４が形成される。

また、透明バー１０の横断面において、後半部における一対の反射面１８間の距離、すなわち、幅寸法は、肩部２０から前方へ行くに従って次第に増加しており、拡散面１６からの拡散光を出射面１４側に向けて反射させる機会を多くしている。

バンプ２４は、透明バー１０の横断面において、外方に突出する三角形状の突条であり、透明バー１０の長手方向に沿って全長にわたる。このバンプ２４は、透明バー１０をカバー４０に保持させるために利用される。すなわち、図３に示すように、カバー４０の両脚片４２に設けた凹所４４に各バンプ２４が収められることで、透明バー１０はカバー４０に保持される。カバー４０も長尺体で、横断面形状が前方に開口したＵ字型である。この透明バー１０は、カバー４０に保持された状態において、透明バー１０の出射面１４を除く部分がカバー４０で覆われる。

図１０、図１１に示すように、バンプ２４は、カバー４０との結合に用いられるだけでなく、出射面１４からの出射効率を高めるようにも機能する。このバンプ２４は、その断面が三角形状とされ、三角形の斜辺となる一表面が透明バー１０の幅方向軸Ｗに対して傾斜している。

バンプ２４は、透明バー１０内で内部反射を繰り返しながら長手方向に進む光を拡散面１６に向けて反射させる機会を増大させて、拡散面１６で拡散される光量を増大させ、その結果、出射面１４から出射される拡散光を多く確保して、出射効率を高める。この機会を与えるために、バンプ２４の一表面は傾斜している。この傾斜した一表面での反射により、拡散面１６へ向かう光の量を増大させる。

ここで、バンプ２４は、透明バー１０内を長手方向に沿って進む光が横断面内に閉じ込められて長手方向の端面から抜けてしまう光のトラップを崩し、バンプ２４が無ければ閉じ込められてしまう光を拡散面１６側に向かわすように機能する。このため、透明バー１０の前端部側で長手方向に進む光が拡散面１６側に向かう機会は増大し、結果として、拡散光を増やし、出射効率を高めることができる。更に、出射面１４は凹曲面とされ、この凹曲面での反射もまた、上述した光のトラップを崩す要因となるので、バンプ２４による効果と相俟って、拡散光の出射効率を高めている。

また、本実施形態では、入射面１２からの光量を多くするために、二つのＬＥＤ３０を前後方向軸Ｄに沿って並べて入射面１２に対向させ、一つを後半部、他の一つを前半部に対応させて配置している。しかしながら、本発明の使用形態はこれのみに限定されず、入射面の前後方向の一部または全体に光を入射させる光源が使用されてもよい。

ところで、本実施形態におけるＬＥＤ３０は、透明バー１０の長手方向の両端の外側に配置される光源モジュール５０に保持されるもので、各光源モジュール５０はカバー４０の長手方向の両端に取り付けられている。

ところで、本実施形態におけるＬＥＤ３０は、図２および図４に示すように、透明バー１０の長手方向の両端の外側に配置される光源モジュール５０に保持されるもので、各光源モジュール５０はカバー４０の長手方向の両端に取り付けられている。図３、図４に示すように、光源モジュール５０は、カバー４０の端部に取り付けられる。光源モジュール５０は前後に長い凹部５４を有し、この凹部５４に二つのＬＥＤ３０が前後方向に並んで収められて透明バー１０の入射面１２と所定の間隔をあけて対向される状態で保持される。このようにして、本実施形態の導光部材は、ＬＥＤ３０と組み合わされて照明ユニット１に使用される。

図１２は、本発明の第２の実施形態に係る導光部材を示す。この導光部材における透明バー１０Ａは、拡散面１６を構成する溝６０の構成が第１の実施形態と異なり、その他の構成は第１の実施形態と同じである。これ等複数の溝６０は、透明バー１０の長手方向軸Ｌに対して傾斜し、各溝６０の長さが透明バー１０の長さ方向の中央から両端の入射面１２に行くに従って短くされている。

図１３は、本発明の第３の実施形態に係る導光部材を示す。この導光部材における透明バー１０は、拡散面１６を構成する溝６０の構成が第１の実施形態と異なり、その他の構成は第１の実施形態と同じである。これ等複数の溝６０は、透明バー１０の長手方向軸Ｌに対して傾斜する形で、拡散面１６の全幅に渡る長さに形成されている。

なお、上記の実施形態では、レーザー照射によって発生する気泡で溝６０の表面に細かい凹凸構造６５を形成する例を示したが、本発明は必ずしもこの形態に限定されるものでなく、例えば、サンドブラストのような機械的手法やエッチングのような化学的手法で溝に表面処理を施して細かい凹凸構造を形成してもよい。また、上記の実施形態では、透明バー１０の長手方向の両端にＬＥＤ３０を配置した形態を示したが、本発明は必ずしもこの形態に限定されず、透明バーの長手方向の一端のみにＬＥＤを配置してもよい。

ところで、照明ユニット１は、例えば、図１４に示すように、浴室５の天井５０に設けられる。透明バー１０は、出射面１４を浴室５内下方に向けて配置されている。これにより、照明ユニット１を利用して浴室５内を照明することができる。

１０ 透明バー
１２ 入射面
１４ 出射面
１６ 拡散面
１８ 反射面
３０ ＬＥＤ（光源）
６０ 溝
６２ 傾斜面
６４ キャビティ
６５ 細かい凹凸構造

Claims (4)

1. 長尺な透明バーで構成され、
   前記透明バーの長手方向の一端が、外部の光源からの光が入射される入射面とされ、
   前記透明バーの長手方向に直交する横断面の輪郭が、前側の出射面と、この出射面に対向する後側の拡散面と、前記出射面と前記拡散面との間の両側各々で延出される一対の反射面と、で規定され、
   前記入射面から入射された光は、前記透明バーの前記反射面及び前記出射面を含む内周面で内部反射を繰り返しながらその内部を長手方向に進み、その間に前記拡散面に到達した光が拡散光となって前記出射面から取り出される導光部材であって、
   前記出射面の幅が前記拡散面の幅よりも大きくて、この出射面と拡散面との距離は前記出射面の幅よりも２倍以上大きく、この拡散面が、前記透明バーの長手方向に並ぶ複数の溝によって形成される粗い凹凸構造と、前記溝の表面に形成される細かい凹凸構造と、を有し、前記細かい凹凸形状は、前記溝の表面に多数散在するキャビティによって形成され、前記溝表面は前記透明バーの横断面に対して傾斜する傾斜面として形成され、前記キャビティのうち大径のキャビティは前記傾斜面の上端部側で下端部側よりも多く偏在していることを特徴とする導光部材。
2. 前記複数の溝は、前記透明バーの長手方向と交差する方向に長さを有し、相互に間隔をあけて平行に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の導光部材。
3. 前記溝は、その断面形状がＶ字状で、その溝表面が傾斜面であることを特徴とすることを特徴とする請求項１また２のいずれか一項記載の導光部材。
4. 請求項１記載の導光部材の製造方法であって、
   レーザーを照射して、前記透明バーに前記溝を形成すると共に、各溝の表面に多数の気泡を発生させて前記キャビティを作り出すことを特徴とする導光部材の製造方法。

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