(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の凹凸を反射面に備える反射板であって、凹凸における光源からの光を反射する面を、光源から該面を見る方向と配光制御方向とがなす角をβ、光源から該面を見る方向と上記面の法線とがなす角度をαとする時、α＝（０．４〜０．６）βとして、光源から遠ざかるに従って上記αを大きくしていることを特徴とする反射板。
【請求項２】
凹凸のピッチが２００μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の反射板。
【請求項３】
凹凸の高さはすべて同じであることを特徴とする請求項１または２記載の反射板。
【請求項４】
光を反射する面であり且つ凹凸を形成する面が曲面となっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の反射板。
【請求項５】
光源からの光を反射する面で且つ前記αの条件を満たす面と、光源からの光を反射する面で且つ前記αの条件から外れる面とを設けるとともに、これらの面の度数分布を、前記αの条件を満たす面の度数が最大となる山形度数分布としていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載の反射板。
【請求項６】
凹凸は溝として形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかの項に記載の反射板。
【請求項７】
凹凸の底部は曲面としていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかの項に記載の反射板。
【請求項８】
反射光が光源に再入射する領域での凹凸の面はα＝（０．４〜０．６）βの条件適用外としていることを特徴とする請求項１記載の反射板。
【請求項９】
凹凸表面は光透過性材料で表面が平坦になるように被覆されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかの項に記載の反射板。
【請求項１０】
光透過性配光板が光源との間に配されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかの項に記載の反射板。
【請求項１１】
光透過性材料からなるとともに表面側に配光制御面を、裏面側に多数の凹凸を裏面反射鏡型の反射面として備えていることを特徴とする反射板。
【請求項１２】
多数の凹凸を反射面に備える反射板であって、２００μｍ以下のピッチで凹凸を形成し、凹凸における光源からの光を反射する面を、光源から該面を見る方向と配光制御方向とがなす角をβ、光源から該面を見る方向と上記面の法線とがなす角度をαとする時、α＝（０．４〜０．６）βとしているとともに、反射光が光源に再入射する領域での凹凸の面はα＝（０．４〜０．６）βの条件適用外としていることを特徴とする反射板。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の反射板の製造方法であって、形状をパターニングしたマスクと、該マスクを通じて露光するエネルギービームとを用いて、エネルギービーム照射面に前記α＝（０．４〜０．６）βという条件を満たす凹凸を形成することを特徴とする反射板の製造方法。
【請求項１４】
エネルギービームを波長あるいは出力が異なる複数のエネルギービームを用いることを特徴とする請求項１３記載の反射板の製造方法。
【請求項１５】
多数の凹凸を反射面に備える反射板の製造方法であって、結晶方位に対する切り出し角度が異なる複数の基板に異方性エッチングで凹凸を形成して、これら角度の異なる複数の基板を並べて反射板とすることを特徴とする反射板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光源の背方に設置されて光源からの光を照射方向に向けて反射する反射板及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
反射光の配光を制御する反射板として、特開昭６２−９１９１８号公報に山形やピラミッド型の凹凸を一面に設けたものが示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記公報に示されたものでは、太陽光線のような平行光線には配光に関して効果があるが、照明装置のように光源が点光源や線光源である場合、これら光源から出た光については反射方向が大きくばらついてしまう。また、照明器具では反射板と光源との距離が短いために、器具全体で反射方向を制御することは困難である。
【０００４】
さらに一定方向のみの配光制御となるために、特定方向の輝度が増大してグレアが生じることがあるとともに、特定方向以外の方向では照度が低下する問題がある。
【０００５】
そして、上記一面に凹凸を有する反射板は、従来、溝切り加工、あるいは微細カッティング、あるいは異方性エッチングなどで形成されているが、このような方法による製造では、個々に形状が変化している凹凸を備えたものを形成することが困難である。
【０００６】
本発明はこのような点に鑑みなされたものであって、その目的とするところは照明器具用のものとして好ましい配光制御を確実に得ることができる反射板及びその製造方法を提供するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
しかして本発明は、多数の凹凸を反射面に備える反射板であって、凹凸における光源からの光を反射する面を、光源から該面を見る方向と配光制御方向とがなす角をβ、光源から該面を見る方向と上記面の法線とがなす角度をαとする時、α＝（０．４〜０．６）βとして、光源から遠ざかるに従って上記αを大きくしていることに特徴を有している。光源との相対位置に関係なく、所定の配光制御方向に光が反射されるようにしたものである。なお、α＝（０．４〜０．６）βの範囲でαの値をばらつかせるほか、たとえばα＝０．５βの値に固定してもよい。
【０００８】
上記凹凸のピッチは２００μｍ以下としておくことが好ましい。また、凹凸の高さはすべて同じとしておいたり、光を反射する面であり且つ凹凸を形成する面を曲面としたり、光源からの光を反射する面で且つ前記αの条件を満たす面と、光源からの光を反射する面で且つ前記αの条件から外れる面とを設けるとともに、これらの面の度数分布を、前記αの条件を満たす面の度数が最大となる山形度数分布としたりしてもよい。
【０００９】
凹凸は溝として形成するのが好ましいが、ピラミッド状の凹凸であってもよい。
【００１０】
凹凸の底部は曲面としておくのが好ましく、また、反射光が光源に再入射する領域での凹凸の面はα＝（０．４〜０．６）βの条件適用外としておくとよい。
【００１１】
凹凸表面は光透過性材料で表面が平坦になるように被覆されていてもよい。
【００１２】
光透過性配光板を光源との間に配したり、光透過性材料からなるとともに表面側に配光制御面を、裏面側に多数の凹凸を裏面反射鏡型の反射面として備えるものとしてもよい。
【００１３】
そして本発明に係る反射板の製造方法は、形状をパターニングしたマスクと、該マスクを通じて露光するエネルギービームとを用いて、エネルギービーム照射面に凹凸を形成することに特徴を有している。
【００１４】
この時、波長あるいは出力が異なる複数のエネルギービームを用いてもよい。
【００１５】
また、本発明に係る反射板の他の製造方法は、多数の凹凸を反射面に備える反射板の製造方法であって、結晶方位に対する切り出し角度が異なる複数の基板に異方性エッチングで凹凸を形成して、これら角度の異なる複数の基板を並べて反射板とすることに特徴を有している。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下本発明を実施の形態の一例に基づいて詳述すると、図１はリング状の蛍光灯を光源２としている照明器具を示しており、光源２の上方に本発明に係る平板型の反射板１が配してある。この反射板１は、光源２側である下面が微細な凹凸を有する反射面となっているのであるが、この凹凸は反射板１の全域において同じではなく、希望の配光制御方向Ｐに応じて、各部において次の条件に合わせた斜面を備えるものとしてある。
【００１７】
すなわち、凹凸における光源２からの光を反射する斜面を、光源２から該斜面を見る方向と配光制御方向Ｐとがなす角をβ、光源２から該斜面を見る方向と上記斜面の法線とがなす角度をαとする時、α＝（０．４〜０．６）βとしている。すなわち、光源２との相対位置に関係なく、ほぼ配光制御方向Ｐに光が反射されるようにしているものである。この場合、反射板１における光源２に近いところでは、緩やかな傾斜の斜面を有する凹凸となり、光源２から遠いところでは急傾斜の斜面を有する凹凸となる。
【００１８】
上記凹凸のピッチは、２００μｍ以下としておくことが好ましい。人間の目の分解能は図２に示すように視野角で４０〜５０″である。従って、一つの凹凸形状のピッチがこの視野角の範囲内であると、その形状は認識されずに平坦に見える。また、形状による輝度むらやグレアが認識されず、均一な反射面となる。そして、照明器具は使用環境によって人の目との距離が変わるが、室内で使用される照明器具では一般に５００〜２０００ｍｍであるから、上記視野角内に納めるとすると、１００μｍ以下のピッチとしておけば、凹凸形状が認識されないことになる。もっとも、照明器具においては、反射板の前に拡散板が配置されて反射光が拡散板によって拡散されるようにしていることが多く、この場合は認識されない凹凸形状の最小サイズは２倍程度緩和される。従って、２００μｍ以下のピッチの凹凸としておくことが、単に凹凸形状が認識されてしまうかどうかという点だけでなく、輝度むらやグレアの防止の点においても好ましい。
【００１９】
また、各凹凸はその傾斜面の角度が異なろうと、図３に示すように、ピッチを変えることによって高さは同一となるようにしておくのが好ましい。反射板１の厚みを一定とすることができるとともに薄型化を図りやすくなる。また、凹凸形状により影が少なくなるために輝度むらがなくなる上に、ごみ付着や傷に対して強いものを得ることができる。
【００２０】
ここにおいて、反射板１が光源２からの光を配光制御方向に向けてのみ反射すると、特定方向への光量が大きくなり、不均一な照明となるおそれがある上に、グレアが発生するおそれもある。この点に対処するために、上記凹凸の光を反射する傾斜面は、図４に示すように、曲面として形成しておいてもよい。特に図４(b)は連続的に変化する曲面形状の凹凸を平均ピッチ３０μｍで設けたものを示している。光の出射方向が均一となって輝度変化が少ない均一拡散反射が得られる上に、特定方向（配光制御方向）の光量が減少するものの、反射方向が特定方向を中心として連続的に変化するためにグレア発生を抑制することができる。
【００２１】
曲面とすることに代えて、凹凸の光を反射する斜面の法線方向の度数分布がピークのある形状度数が最大となる山形度数分布となるようにしてもよい。図５はこの場合の一例を示しており、Ａ方向に光を反射する角度αの斜面を３つ、Ｂ方向に光を反射する角度α＋の斜面を２つ、Ｃ方向に光を反射する角度α−の斜面を２つ設けている。この場合、特定方向（Ａ）に指向性を有するものの、拡散成分も存在する反射光を得ることができ、均一拡散反射を得ることができる。
【００２２】
図４では鱗片状に並ぶ凹凸を示したが、リング状の蛍光灯が光源２である場合には、反射光の制御方向も光源２の中心に点対称となることから、図６に示すように、凹凸もリング状の溝として形成することができる。図では溝が多数の同心円状のものとなっているが、１本乃至複数本の渦巻き状の溝であってもよい。いずれにしても、溝として凹凸を設ける場合は、切削バイトによる連続加工で凹凸を形成することができるために、製造工程を簡略化することができ、また、凹凸に付着するごみや埃などの汚れも比較的容易に除去することが可能である。
【００２３】
なお、光源２が直管蛍光灯の場合においても、蛍光灯と平行な方向に溝形状を施すことで、蛍光灯と直交する方向での反射光の制御が可能である。
【００２４】
反射板１の凹凸における谷部分の底部は、鋭角をなしていると多重反射によって反射光の強度が低下することから、上記底部は光源２に対してできるだけ垂直となるようにしておくのが好ましい。現実的には斜面と連続であることが望ましいために、底部は図７に示すように曲面としておく。この曲面は、凹凸の大きさにもよるが、ピッチ５０μｍ、深さ２５μｍの凹凸に対して、半径２〜１０μｍのものとするのが好ましい。このような曲面とすることで、多重反射による吸収ロスを低減することができる。
【００２５】
そして、光源２の背方に配置された反射板１から反射光を光源２が位置する前方側に反射する場合、どうしても反射光が光源２に再入射することになる領域が反射板１に生ずる。蛍光灯のような光源２では光源２に再入射した光は透過されないことから、光効率が低下することになる。このために、配光制御方向に向けて光を反射させたのでは反射光が光源２に再入射することになる領域においては、α＝０とならないようにしておくことで、光効率を高めることができる。
【００２６】
たとえば、光源２が直径２０ｍｍの蛍光灯で、光源２と反射板１との距離が１０ｍｍであり、配光制御方向Ｐが半Ｓ板平面全体の法線方向に対して角度γをなす場合、光源物体の反射板２への投射影範囲（ハ）の凹凸形状は、図８に示すように、光源物体を見込む角度より大きい範囲に反射するように設定する。つまり、光源物体中心の投射影Ｃ点では、sinθ＝１／２・cosγ を満たすθに対してα≧１／２・θとなるように形状を設定する。この場合、凹凸の反射面である斜面の法線ベクトルの角度は、β＝０の点で１／２・θ以上となる。
【００２７】
以上の各例では、反射板１をその表面が反射面であるものを示したが、図９(a)に示すように、アクリルやポリカーボネート等の光透過性材料で反射板１を形成して、反射面は反射板１の裏面側に形成してもよい。裏面側に凹凸を設けるとともに蒸着や塗装で反射膜を形成して裏面鏡とするのである。この場合、表面側は平滑面とすることができるために、ランプ交換時に傷をつけたり、ごみや埃等の汚れが付着して光線を吸収したり、反射光制御方向を変えたりしてしまうおそれを少なくすることができる。
【００２８】
反射板１の厚みは凹凸を形成することができるものであれば任意であるが、シート状のものとしてもよく、また、凹凸を設けた裏面側に反射膜を形成した後、樹脂等を含浸して図９(b)に示すように裏面も平滑にしてもよい。
【００２９】
反射面を裏面に形成する場合、光源２から光が反射板１に入射する時と、反射光が反射板１から出射する時に屈折と反射が発生する。反射光は透光性材料の場合、材料の屈折率に関与する数％である。屈折による出射光の角度変化は、反射光の制御方向を変化させることになるために、計算によりその分をシフトしておくことが好ましい。
【００３０】
反射板１における光源２の近い部分に入射する光よりも光源から遠い部分に入射する光は量が少なく、従って光源２からの距離のある領域では反射板１の凹凸形状を制御しても、照明器具全体としては均一な照度にならないことがある。この場合、図１０に示すように、光源２と反射板１との間に、光透過性配光板３を配して、光透過性配光板３によって光源２からの光が均一に反射板２に入射するように制御するとよい。もっとも、この場合には光透過性配光板３による屈折を経て反射板１に光が入射するために、反射板１の凹凸形状は光透過性配光板３に光源２があると仮定して設計する。
【００３１】
反射板１を裏面側に反射面を備えたものとする場合には、図１１に示すように、反射板１が光透過性配光板３を兼ねるものとすることができる。部材数を削減することができると同時に、界面での反射ロスが少なくなるために効率が向上する。この場合、反射板１の厚みが厚いほど、光の屈折による広がりが大きくなり、配光の自由度が増すが、器具の薄型化という点では不利となる。なお、５００μｍ厚のポリエステルシートで反射板１（光透過性配光板３）を形成したところ、良好な結果を得ることができた。
【００３２】
図１２は二重環のリング状蛍光灯を光源２として備えた照明器具に対する好ましい具体実施例の一例を示している。蛍光灯の内径が３１５ｍｍ、外径が４００ｍ、蛍光灯と反射板１との間隔が１０ｍｍである時、四角錐のピラミッド状の凹凸を反射板１の表面に設けるとともに、該凹凸は１つの四角錐のピッチが２００〜２０μｍのものとした。光源を含む断面形状から考えると、照明器具中央部（蛍光灯中心部）では配光制御方向を反射板平面全体に対して垂直方向とする場合に角度β＝８３°となることから、角度α＝３３°〜５０°とし、光源に近づくにつれて角度αを大きくしている。また、配光制御方向の反射光が蛍光灯に再入射する領域である蛍光灯の直上部分での凹凸は、斜面の角度を１０〜３０°とした。
【００３３】
上述のような微細で且つ斜面の角度が場所によって異なる凹凸を備える反射板１、殊に四角錐状の凹凸を備えた反射板１は、切削加工で得るとなると、データ入力時間及び加工時間が膨大になって実用的でない。また、凹凸が三次元的に複雑なために、機械加工では切削バイトがその形状に対応できない場合がある。しかし、図１３に示すように、エネルギービーム４とこのエネルギービーム４の強度分布を調整するマスク５とを用いることによって、上記反射板１を容易に得ることができる。
【００３４】
すなわち、マスク５を透過した後のエネルギービームの強度分布が凹凸形状となるようにマスク５を設定する。マスク５による強度分布調整は、マスク５に１μｍのクロム蒸着によるドットパターンで得ることができる。ある領域のマスク透過率を５０％に調整する場合は、その領域のドット面積が５０％になるように均一にドットを分布させる。もちろん、複数種のマスクを切り換えることで、斜面の角度が異なる各部の凹凸を形成する。露光は一括露光とする場合でも加工可能な領域に制限があるために、反射板材料１０を載せたＮＣテーブル４４と同期させて行うとよい。図中４１はエネルギービーム源であり、たとえばエキシマレーザーを用いることができる。また、図中４２はミラー、４３はレンズである。
【００３５】
エネルギービーム４とマスク５とを使用して凹凸を形成する場合、エネルギービーム４はその波長や出力によって材料に対する吸収が異なることから、この差を利用して凹凸を形成してもよい。同一のマスク５を用いるときにも図１４に示すように、複数種のエネルギービーム４を用いることで異なる凹凸を加工することができ、グレア防止や前記の度数分布の凹凸を形成することができる。また、複数のエネルギービームの干渉を利用して凹凸形状を形成してもよい。この場合、大面積の加工を短時間で行うことができる。
【００３６】
このほか、単結晶シリコンは面方位によってエッチング速度が異なるために、つまり結晶面＜１１１＞より結晶面＜１００＞のエッチング速度の方が大きいために、図１５に示すように、レジスト１６によってエッチング窓を設けることにより、任意の場所にピラミッド形状の凹凸を形成することができる。もっとも、このエッチングだけではすべての凹凸の形状が同一となってしまうことから、シリコン結晶の結晶方位に対する切り出し角度δ1，δ2，δ3が異なっている結晶基板１５に対して異方性エッチングを行って、これらを組み合わせることで、図１５(b)に示すように、場所によって斜面の角度が異なる凹凸を備えている反射板１を得ることができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、多数の凹凸を反射面に備える反射板であって、凹凸における光源からの光を反射する面を、光源から該面を見る方向と配光制御方向とがなす角をβ、光源から該面を見る方向と上記面の法線とがなす角度をαとする時、α＝（０．４〜０．６）βとして、光源から遠ざかるに従って上記αを大きくしているために、光源との相対位置に関係なく、所定の配光制御方向に光を反射させることができる。
【００３８】
この時、上記凹凸のピッチを２００μｍ以下としておくと、人の目に凹凸が認識されず、これに伴って輝度むらやグレアが認識されないものを得ることができる。
【００３９】
また、凹凸の高さはすべて同じとしておくことで、薄型化を図ることができるとともに、凹凸形状によるところの影を少なくすることができて輝度むらを無くすことができ、ごみや埃や傷に対して強いものを得ることができる。
【００４０】
光を反射する面であり且つ凹凸を形成する面を曲面としたり、光源からの光を反射する面で且つ前記αの条件を満たす面と、光源からの光を反射する面で且つ前記αの条件から外れる面とを設けるとともに、これらの面の度数分布を、前記αの条件を満たす面の度数が最大となる山形度数分布としたりすれば、均一拡散反射が得られる上に、グレア発生を抑制することができる。
【００４１】
凹凸は溝として形成するのが製造上の点や清掃の容易さの点で優れている。
【００４２】
凹凸の底部は曲面としておくと、多重反射による吸収ロスを低減することができる。
【００４３】
また、反射光が光源に再入射する領域での凹凸の面はα＝（０．４〜０．６）βの条件適用外としておくと、光源への再入射がなくなるために、光利用効率を高めることができる。
【００４４】
凹凸表面が光透過性材料で表面が平坦になるように被覆されていると、凹凸の保護及び汚れ防止の点で好ましい結果を得ることができる。
【００４５】
光透過性配光板を光源との間に配したり、光透過性材料からなるとともに表面側に配光制御面を、裏面側に多数の凹凸を裏面反射鏡型の反射面として備えるものとすると、広範囲に配光することができる。
【００４６】
そして本発明に係る反射板の製造方法は、形状をパターニングしたマスクと、該マスクを通じて露光するエネルギービームとを用いて、エネルギービーム照射面に凹凸を形成するために、複雑で且つ微細な凹凸を備えた反射板を容易に得ることができる。
【００４７】
この時、波長あるいは出力が異なる複数のエネルギービームを用いると、、複雑で且つ微細な凹凸を備えた反射板をさらに容易に得ることができる。
【００４８】
また多数の凹凸を反射面に備える反射板の製造方法であって、結晶方位に対する切り出し角度が異なる複数の基板に異方性エッチングで凹凸を形成して、これら角度の異なる複数の基板を並べて反射板としても、容易に反射板を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示すもので、(a)は照明器具の断面図、(b)(c)はＡ部断面図とＢ部断面図、(d)は角度についての説明図である。
【図２】視野角についての説明図である。
【図３】他例の拡大断面図である。
【図４】更に他例を示すもので、(a)は拡大断面図、(b)は顕微鏡写真である。
【図５】別の例を示すもので、(a)は拡大断面図、(b)は度数分布図である。
【図６】さらに別の例を示すもので、(a)は底面図、(b)は断面図である。
【図７】他例の拡大断面図である。
【図８】さらに他例の拡大断面図である。
【図９】  (a)(b)は夫々別の例の断面図である。
【図１０】さらに別の例を示すもので、(a)は断面図、(b)は斜視図である。
【図１１】他例の断面図である。
【図１２】具体例の断面図である。
【図１３】製造法の一例の示す概略図である。
【図１４】  (a)(b)は夫々同上の他例を示す概略図である。
【図１５】  (a)は異方性エッチングについての説明図、(b)は断面図である。
【符号の説明】
１  反射板
２  光源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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