JP2013038016A

JP2013038016A - 窓形照明装置

Info

Publication number: JP2013038016A
Application number: JP2011175219A
Authority: JP
Inventors: Yuichiro Yamamoto; 雄一郎山本; Masataka Shirato; 昌孝白土
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2011-08-10
Filing date: 2011-08-10
Publication date: 2013-02-21

Abstract

【課題】調光板の面内での輝度分布を一様に近づけることが可能な窓形照明装置を提供する。
【解決手段】実施形態の窓形照明装置は、入射面と出射面を有し、前記入射面から入射する光を屈折して前記出射面から出射する面状の調光部材と、前記調光部材と並行して設けられ、前記調光部材に略垂直な第１側面と、前記第１側面に対向する第２側面とを有する格子部材と、前記格子部材の前記第１側面に設けられる光源と、前記第２側面に設けられ、前記光源からの光を前記調光部材の前記入射面に向けて反射する反射部とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、窓形照明装置に関する。

外部からの自然光を室内に取り入れる窓としての機能と、LED等の光源による照明としての機能を兼ね備える窓形の照明装置が提案されている。このような照明装置は、照明のための光源と、この光源からの光を屈折させることで光の透過性を調整する調光板を備えており、窓としての機能と照明としての機能とを切り替えることができる。

照明装置を照明として機能させる際には、調光板が光源からの光を屈折し、調光板の面内で拡散させる。これにより調光板の面全体が光ることでこの光が照明光として室内に照射される。

しかしながら、複数の光源を調光板の面に対して並行して配置する場合には、照明装置を照明として機能させる際に、光源からの光が充分に拡散されずに室内に照射されることで、調光板の面内の光源付近における輝度が強くなってしまう。このため、調光板の面内において部分的に輝度が強く眩しい領域ができてしまい照明装置としては好ましくない。

特開２００８−１９２５０７号公報

調光板の面内での輝度分布を一様に近づけることが可能な窓形照明装置を提供する。

実施形態の窓形照明装置は、入射面と出射面を有し、前記入射面から入射する光を屈折して前記出射面から出射する面状の調光部材と、前記調光部材と並行して設けられ、前記調光部材に略垂直な第１側面と、前記第１側面に対向する第２側面とを有する格子部材と、前記格子部材の前記第１側面に設けられる光源と、前記第２側面に設けられ、前記光源からの光を前記調光部材の前記入射面に向けて反射する反射部とを備える。

第一の実施形態に係る窓形照明装置の構成図。第一の実施形態に係る窓形照明装置の機能を説明する図。第一の実施形態に係る窓形照明装置の窓格子の構成図。第一の実施形態に係る窓形照明装置の窓格子の機能を説明する図。第一の実施形態の変形例に係る窓形照明装置の窓格子の構成図。第二の実施形態に係る窓形照明装置の窓格子の構成図。

以下、発明を実施するための実施形態について説明する。

（第一の実施形態）
図１は、第一の実施形態の窓形照明装置１００の構成を示す図である。

窓形照明装置１００は、例えば一般家庭やオフィス等の建築物に窓として設置されている。そして、例えば日中には自然光を直接採光する窓として機能し、日中であっても天候等により充分な自然光を採光できない場合や、夜間には必要に応じてＬＥＤ等の光源３１による照明として機能する。

なお、図１においては、窓形照明装置１００の手前側が建築物の室内、奥側が室外である。また、この窓形照明装置１００は、常時固定して設置されるものであってもよいし、例えば窓レールに沿って移動可能に設置されるものであってもよい。

図１の窓形照明装置１００は、窓枠１０と、窓枠１０に取り付けられる調光板２０と、窓枠１０に室外からそれぞれ平行に取り付けられる複数の窓格子３０と、窓形照明装置１００の機能を切り替える制御部４０と、ユーザーが窓形照明装置１００の機能の選択操作を行う操作部５０を備える。

窓枠１０は、窓形照明装置１００の外周を形成している。例えば開口している矩形の枠である。この枠窓１０は、固定して設置する際には、一部が建築物の壁面と一体の構成であってもよい。

調光板２０は、窓枠１０の開口を埋めるように内側に取り付けられる平板状の部材である。この調光板２０は、例えば電圧等の印加を制御することで、図２（a）に示す透明の状態（通常モード）と、図２（b）に示す不透明の状態（拡散モード）とに切り替えることができる。

この調光板２０は、内部に液晶分子を有しており、例えば電圧印加により内部の液晶分子の配向や配置をコントロールして、入射する光の屈折率を変化させることで、光の透過性を調整し、通常モードと拡散モードとの切り替えを行うことができる。

なお、通常モードは、窓形照明装置１００を窓として機能させる際に使用し、拡散モードは、窓形照明装置１００を照明として機能させる際に使用する。

照明として機能させる際には、上記の拡散モードに切り替えることで、調光板２０の室外側の面（入射面）から入射した光を内部で拡散し、この光を室内側の面（出射面）から出射することで、室内を照らすことができる。

窓格子３０は、窓枠１０に調光板２０の平面に対して水平な状態で取り付けられる。具体的には、図１に示すように、窓格子３０は、調光板２０の面内に渡って、それぞれ離間して平行に複数設けられている。また、詳細は後述するが、この窓格子３０には、ＬＥＤ等の光源３１と、光源３１からの光を調光板２０に向けて反射する反射部３２が設けられている。

制御部４０は、調光板２０及び窓格子３０の光源３１と、例えば導電性のリード３４を介して電気的に接続されている。そして、このリード３４を介して、制御部４０は調光板２０及び光源３１に対して電圧を印加する。

これにより、調光板２０のモードの切り替えと、窓格子３０に設けられている光源３１の発光を制御する。

以下、図３を参照して、窓格子３０の構成について詳細に説明する。図３は、窓格子３０の構成を示す図である。なお、図３（a）は窓格子６０の斜視図、図３（b）は窓格子６０の上面図である。

窓格子３０は、格子本体３３と、この格子本体３３に設けられる複数のＬＥＤ等の光源３１と、この光源３１からの光を反射する反射部３２とを備えている。

格子本体３３は、図３に示すような柱状の部材である。具体的には、光源３１が設けられる側面Aと、反射部３２が設けられる側面Bとが対向している。そして、側面Aと側面Bとは裏面Cにより接続されている。

なお、この側面A、側面B及び裏面Cとは一体に形成されている。また、この格子本体３３の材質としては、光源３１からの熱を放熱するために、放熱性の優れる材質（アルミ合金や合成樹脂をベースとした放熱材等）であることが好ましい。本実施形態においては、アルミ合金を用いる。

光源３１は、格子本体３３の側面Aに、この格子本体３３の長手方向に沿って複数配置されるLED等の微細な点光源である。また、この複数の光源３１は、制御部４０と共有する１本のリード３４を介して接続されている。

反射部３２は、格子本体３３の光源３１が設けられる側面Aに対向して設けられる凸状の部材である。反射部３２は、格子本体３０の側面Bと一体に形成されている。したがって、材質としては、格子本体３３と同様のアルミ合金であるために、この反射部３２は照射される光を反射する。

また、本実施形態においては、反射部３２は凸状の形状を有するため、調光板２０での拡散に先立って、照射される光を上記のように反射するとともに拡散する（以下、拡散反射）。

なお、反射部３２としては、格子本体３０と異なる部材として組み合わせて形成されるものであってもよい。この場合には、例えば上記と同様にアルミ合金等の光を反射する材質を用いることが可能であるし、光を反射しない材質を用いる場合には、反射部３２の表面を、光を反射する材質でコーティングすることも可能である。

次に、図４を参照して、調光板２０と窓格子３０との配置関係について説明する。なお、図４(a)は本実施形態を、図４(b)は裏面Cと調光板２０の表面との距離を図４(a)の場合と同様にL3とし、この裏面Cに光源３１を設ける場合の比較例をそれぞれ示している。

窓格子３０は、調光板２０の面内に平行に設けられることは前述した通りである。さらに、本実施形態では、側面Aと調光板３０の平面とを略垂直な配置関係とする。

具体的には図４(a)に示すように、窓格子３０の側面A及び側面Bと、調光板３０の平面とが略垂直な位置関係となり、窓格子３０の裏面Cと調光板２０の平面とが略水平な位置関係となる。

これにより、光源３１からの光が直接調光板３０の平面に対して照射するのを防ぐことができ、反射部３２により拡散反射される光が調光板３０の平面に対して照射されることになる。したがって、調光板３０の平面の光源３１付近における輝度の向上を防ぐことで、平面の輝度分布を一様に近づけることができる。また、同様の理由から、光源３１付近における輝度を低下させることでき、防眩性を向上させることができる。

また、図４(a)に示すように、窓格子３０は調光板２０から、光源３１と調光板２０の表面とを距離L1だけ離間して配置する。このとき、光源３１の中心から反射部３２までの最短距離（直線距離）をL2とすると、L1+L2≧ L3を満たすように形成する。

これにより、比較例のように裏面Cに配置される光源３１直接光が届く場合に比べて、本実施形態では、光源３１及び調光板２０の表面間の経路長（OA+AB）が長く、光源３１からの光がより広範囲に広がるために、上記に増して調光板３０の平面の光源３１付近における輝度の向上を防ぐことで、平面の輝度分布を一様に近づけることができる。

また、光源３１及び調光板２０の表面間の距離が長いほど、光源３１からの光はより広範囲に広がるが、上記のように経路長を調光板２０の表面と平行な方向（OA）にかせぐことで、その分L3を短くすることが可能となるために、窓形照明装置１００を薄型化することができる。

また、上記のような窓格子３０の構成にすることで、調光板３０が通常モードの際に、光源３１が室内にいるユーザーの視界に直接入り込まないために、窓形照明装置１００の外観性（意匠性）を向上させることができる。

さらに、光源３１は格子本体３３の側面A、B及び裏面Cにより屋内側以外の周囲を囲われているため、屋外へは光が照射されることなく、調光板２０の両面発光を低減することができる。

（実施例）
以下、具体的な実施例について説明する。

本実施例では、光源３１として、小型LED（サイズ：3.0mm×1.4mm、光束：50ルーメン）を用いる。また、裏面Cのサイズが長手方向の長さ400mm、幅20mmのアルミ合金（熱伝達率5[W/(K・m²)]）を材質とする格子本体３２を用いる。

１つの窓格子３０には、長手方向に沿ってこのLEDが直列に９個配置されている。また、窓枠１０には、上記の窓格子３０が平行に５本設けられている。したがって、この場合、窓形照明装置全体としては、計４５個のLEDを備えることになり、合計2250ルーメンの光が放出される。これは、窓形照明装置を照明装置として用いるには充分な値である。

また、上記LEDの１個あたりの駆動電圧は6.5Vであり、直列配置の９個のLEDを照明させるためには、合計58.5Vの電圧が必要となる。これは、一般的な電源により充分にまかなえる値である。

また、格子本体３２に用いる材質としては、LEDが発する熱を充分に放熱することが可能な材質を採用することが好ましい。

ここでは、概算のためにLEDへの投入パワーを0.5Wとし、このうちの半分（0.25W）が発熱に用いられるものとする。また、この際のジャンクション温度の許容値を120℃、環境温度を25℃とする。

このとき、簡単化のためにLEDからの熱は格子本体３２の裏面Cから放熱されるものとすると、LED１個あたりの放熱面積は、裏面Cの面積（400mm×20mm＝8000mm²）からLEDの個数（９個）を除すことで、約8.8×10^-4[m²]と算出される。

また、このときの熱抵抗は、1/(8.8×10^-4×5)＝227と算出されるので、LEDのジャンクション温度は、25+(0.25×227)＝82℃となり、上記のジャンクション温度の許容値120℃以下に抑えられることがわかる。

このように、格子本体３２の材質としては、LEDに対する投入パワー等から算出されるLEDのジャンクション温度が許容値等以下となるように、適切な熱伝達率（または、熱伝導率）を有する材質を選択することができる。

以下、窓形照明装置１００の制御部４０の動作について説明する。

制御部４０は、調光板２０及び光源３１に対する電圧の印加を制御する。具体的には、下表に示すように調光板２０のモードと、光源３１の発光の有無の組み合わせにより、窓形照明装置１００のモード（窓モード、照明モード、保護モード）を変更する。なお、ここでのＯＮ/ＯＦＦとは、制御部４０が調光板２０及び光源３１に対して電圧を印加する場合/しない場合をそれぞれ示している。

ここで、表１を参照して、窓形照明装置１００の各モードについて説明する。

「窓モード」は、前述のように窓形照明装置１００を通常の窓として機能させるモードである。このとき、制御部４０は、上表に示すように調光板２０に対して電圧を印加することで、調光板２０を通常モードに切り替える。また、同時に光源３１に対しては電圧を印加せずに、透明の窓形照明装置１００が実現される。

この窓モードは、例えば日中等に使用され、この窓形照明装置１００を通して、太陽光等の自然光を室内に取り入れることが可能になる。

「照明モード」は、前述のように窓形照明装置１００を照明として機能させるモードである。このとき、制御部４０は、上表に示すように調光板２０に対して電圧を印加せずに、調光板２０を拡散モードに切り替える。また、光源３１に対しては電圧を印加することで、光源３１を発光させる。これにより、光源３１からの光を調光板２０の面内で拡散することにより、調光板２０の面全体が発光する照明装置として機能する。

この照明モードは、例えば夜間等に使用され、この窓形照明装置１００の面全体の発光により、室内が照らされる。

「保護モード」では、制御部４０は、上表に示すように調光板２０及び光源３１の両者に対して電圧を印加しない。これにより、調光板２０は拡散モードに切り替えられ、光源３１は発光しない。

この保護モードは、例えば就寝時等に使用され、プライベートの保護に用いることができる。また、その他の使用シーンとしては、例えば日中に使用する場合には西日除けとしての効果も期待できる。

上記の窓形照明装置１００のモードの変更は、例えばユーザーが操作部５０などにより選択することで行う。すなわち、ユーザーが操作部５０によりモードを選択すると、制御部４０が、表１に示すように各モードに対応するパターンで電圧印加をコントロールすることで、窓形照明装置１００のモードを切り替える。

（変形例）
図５は、第一の実施形態の変形例に係る窓形照明装置１００に用いる窓格子６０の構成を示す図である。なお、図５（a）は窓格子６０の斜視図、図５（b）は窓格子６０の上面図である。

図５の窓格子６０では、格子本体６３の側面Bに設けられる反射部６２が、一体の複数の凸状の部材を有する点で第一の実施形態の反射部３２とは異なる。この反射部６２の材質としては、第一の実施形態と同様に光を拡散反射させる必要性から、アルミ合金を用いている。

なお、反射部６２として、光を反射しない材質を用いる場合には、反射部６２の表面を、光を反射する材質でコーティングすることも可能である。

上記の反射部６２を用いることで、凸状の部材が１つの場合に比べて、光源６１からの光をより広範囲に渡って拡散することができる。さらに、反射部６２が複数の凸状の部材を有することで、１つの凸状の部材を有する反射部３２や、単に平面の反射部（図示せず）を用いる場合と比較して、表面積を増やすことができ、光源６１からの熱の放熱効果を向上させることが可能となる。

また、格子本体６３の側面Aには、光源６１及びリード６４を一体に有する光源ユニット６５が設けられる。この光源ユニット６５を用いることで、側面Aに光源６１を個々に設ける場合に比べて、製造が容易になる。

さらに、格子本体６３の裏面Cには、例えば複数のフィン等を有する放熱部６６が設けられている。この放熱部６６は、光源６１が発する熱を外部へ放熱する。したがって、これにより窓形照明装置１００の放熱特性を向上させることができる。

（第二の実施形態）
図６は、第二の実施形態の窓形照明装置２００に用いる窓格子７０の構成を示す図である。なお、図６（a）は窓格子７０の斜視図、図６（b）は窓格子７０の上面図である。

本実施形態の窓形照明装置２００では、光源７１の直上に光を拡散する拡散部７２を設ける点が異なる。

拡散部７２は、光を拡散するレンズであり、例えば図６に示すような凸レンズを用いることができる。この拡散部７２は、格子本体７３の側面Aに設けられる光源７１の直上を覆って設けられる。これにより、光源７１からの光は拡散部７２により拡散される。

また、格子本体７３の側面Bには、拡散部７２により拡散される光を、窓形照明装置２００の調光板２０側（室内側）へ反射する反射部７７が設けられる。この反射部７７は、格子本体７３の側面Bに対して所定の角度（例えば４５°）を有する平面である。

上記の窓格子７０を用いることで、調光板２０の平面の光源７１付近における輝度の向上を防ぐことで、平面の輝度分布を一様に近づけることができる。また、同様の理由から、輝度を低下させることでき、防眩性を向上させることができる。

なお、ここでの光源としては、LEDを用いることを例に説明をしたが、例えば蛍光灯等のLED以外の発光源を用いることもできる。

また、窓格子の配置として、格子本体の側面A及びBが常に一方向に整列するような配置を例として説明したが、窓格子の側面A及びBを交互に逆転する配置や、例えば調光板の、窓格子の設置方向の中心を境にして、側面A及びBを逆転する配置とすることも可能である。

以上説明した少なくとも１つの実施形態の窓形照明装置によれば、調光板の面内での輝度分布を一様に近づけることができる。

これら実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、様々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同時に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０・・・窓枠
２０・・・調光板
３０、６０、７０・・・窓格子
３１、６１、７１・・・光源
３２、６２、７７・・・反射部
３３、６３、７３・・・格子本体
３４、６４、７４・・・リード
４０・・・制御部
５０・・・操作部
６５・・・光源ユニット
６６・・・放熱部
７２・・・拡散部
１００、２００・・・窓形照明装置

Claims

入射面と出射面を有し、前記入射面から入射する光を屈折して前記出射面から出射する面状の調光部材と、
前記調光部材と並行して設けられ、前記調光部材に略垂直な第１側面と、前記第１側面に対向する第２側面とを有する格子部材と、
前記格子部材の前記第１側面に設けられる光源と、
前記第２側面に設けられ、前記光源からの光を前記調光部材の前記入射面に向けて反射する反射部と、
を備える窓形照明装置。
前記反射部は凸状であり、前記光源からの光を拡散するとともに反射する請求項１に記載の窓形照明装置。
前記光源を覆い、前記光源からの光を拡散する拡散部をさらに備える請求項１に記載の窓形照明装置。
複数の前記格子部材を備え、
前記調光部材は、前記反射部により反射される光を屈折し、当該屈折により前記調光部材の内部で前記光を拡散し、前記出射面を発光させる請求項１乃至３いずれか１項に記載の窓形照明装置。
前記調光部材は屈折率が可変であり、
前記調光部材の屈折率と、前記光源の発光とをそれぞれ制御する制御部をさらに備える請求項１乃至４いずれか１項に記載の窓形照明装置。