JP2006512596A - 拡散基材 - Google Patents

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Abstract

本発明は、ガラス基材（２１）と、該ガラス基材上に堆積された拡散コーティング（２２）とを含む拡散基材（２０）であって、該ガラス基材（２０）が、３８０〜７８０ｎｍの波長範囲に関して少なくとも９１％の光透過率を有することを特徴とする、拡散基材（２０）に関する。

Description

本発明は、光源を均一にするための拡散基材に関する。
本発明は、より詳しくはバックライティングシステムによって発せられた光を均一にするのに用いられる拡散基材に関して記載される。
光源又はバックライトから成るバックライティングシステムは、例えば、ＬＣＤスクリーンとも呼ばれる液晶スクリーンのためのバックライティング源として用いられる。このようにバックライティングシステムによって発せられた光は十分均一ではなく、非常に強いコントラストを示すことになる。それゆえ、バックライティングシステムに関連した拡散手段によって光を均一にすることが必要とされる。
液晶スクリーンの中でも、光源をエンクロージャ内部に置き、拡散手段を光源の前に置いた「ダイレクトライト」と呼ばれる構造を組み込んだスクリーンと、光源をエンクロージャの側面上に置き、光が導波路によって拡散手段の前面に伝えられる「エッジライト」と呼ばれる構造を組み込んだスクリーンとを区別することができる。本発明は、より詳しくはダイレクトライト構造を有するＬＣＤスクリーンに関する。
本発明はまた、例えば、天井、床又は壁に用いられる建築用フラットランプからの光を均一にすることが要求される場合に使用することもできる。それらは、広告パネル用ランプ又はディスプレイウィンドウの棚若しくは底部を構成できる他のランプなど、都市用途のためのフラットランプであることもできる。
均一性の見地から１つの満足のいく解決法は、無機充填剤で大部分が充填されたポリカーボネート又はアクリルポリマーなどのプラスチックシートであって、例えば、２ｍｍの厚さを有するシートでバックライティングシステムの前面を覆うことにある。しかしながら、この材料は感熱性であるため、プラスチックはひどく劣化し、一般には、生成される熱によってプラスチック拡散手段の構造的な変形が生じる。このことは、例えば、ＬＣＤスクリーン上の投影画像の輝度が不均一になることで示される。
それゆえ、拡散手段として、フランス特許出願公開明細書第２８０９４９６号に記載されているような拡散層を使用することが好ましい場合がある。バインダー中の凝集粒子から構成されるこの拡散層は、例えば、ガラス製の基材上に堆積される。
しかしながら、本発明者らは、このような拡散手段を使用すると、ガラス基材との境界面で、バックライティングシステムによって発生した光の反射が多数生じることを示した。さらには、バックライティングシステムは、透過できなかったガラス基材により反射された光を反射するためのリフレクターを有するが、しかしながら、リフレクターによってガラス基材のほうへ送り返された光は、部分的にのみ透過され、一部は再び反射されて、リフレクターにより再度送り返される。以下同様である。したがって、全ての光は、バックライティングシステムを作動するとすぐに透過されるわけではなく、拡散基材を通過する前に幾らか損失しながら何度か前後に移動する。本発明者らは、この現象を「再循環」現象と呼ぶことにした。
これまで決して排除されなかったこの再循環現象を実証し、本発明者らは、基材から出た照明の適切な輝度を得るためには、拡散基材を通した光伝達の特性を研究することが重要であることを確認した。
さらに、本発明者らは、非常に厚いガラス基材は過剰な吸収を生じさせ、その結果として、不十分な輝度となり、例えば、ＬＣＤスクリーン上の画像の輝度を低下させることになる場合があることを示した。
それゆえ、本発明の目的は、拡散層で被覆されたガラス基材を含む拡散基材であって、このような基材によって作り出される照明の輝度を最適にすることができる拡散基材を提供することである。
本発明によれば、ガラス基材と、該ガラス基材上に堆積された拡散層とを含む拡散基材によって作り出される照明の輝度を最適にするために、該拡散基材は、該ガラス基材が、１．５２±０．０４の屈折率（index）を有するガラスに関し、３８０〜７８０ｎｍの波長範囲に関して少なくとも９１％、好ましくは少なくとも９１．５０％の光透過率を有することを特徴とする。
本発明者らは、基材の光透過率特性に依存する輝度が、線吸収係数及びガラス基材の厚さなどのパラメータにも依存し、線吸収係数が基材のガラス組成に依存していることを実証できた。
したがって、１つの特徴によれば、ガラス基材は、
Figure 2006512596
 のような全鉄含有量を有し、［Ｆｅ2Ｏ3］tはｐｐｍで表され、組成物中の全鉄分に一致し、ｅはガラスの厚さ（ｍｍ）であり、レドックスはレドックス＝［ＦｅＯ］／［Ｆｅ2Ｏ3］tで規定され、０〜０．９である。
別の特徴によれば、鉄含有量は、光透過率が少なくとも９１．５０％である場合には、さらに制限されなければならない。その時、この含有量は、
Figure 2006512596
 のようになり、［Ｆｅ2Ｏ3］tはｐｐｍで表され、組成物中の全鉄分に一致し、ｅはガラスの厚さ（ｍｍ）であり、レドックスはレドックス＝［ＦｅＯ］／［Ｆｅ2Ｏ3］tで規定され、０〜０．９である。
さらに、第１の実施態様によれば、ガラス基材は、最大４．０ｍｍの厚さｅに関して９１．５０％の最低光透過率を有し、全鉄含有量が２００ｐｐｍ、レドックスが０．０５未満である。
第２の実施態様によれば、ガラス基材は、最大４．０ｍｍの厚さｅに関して９１％の最低光透過率を有し、全鉄含有量が１６０ｐｐｍ、レドックスが０．３１である。同じ鉄含有量及びレドックスに関して、９１．５０％の最低光透過率特性を確実にするためには、厚さｅは最大１．５ｍｍとなるであろう。
同様に、第３の実施態様によれば、ガラス基材は、最大１．２ｍｍの厚さｅに関して９１％の最低光透過率を有し、全鉄含有量が８００ｐｐｍ、レドックスが０．３３である。
さらに別の実施態様によれば、ガラス基材は、最大１．２ｍｍの厚さｅに関して９１％の最低光透過率を有し、全鉄含有量が１０５０ｐｐｍ、レドックスが０．２３である。
１つの特徴によれば、本発明のガラス基材のガラス組成は、少なくとも以下の成分を含む。
Figure 2006512596
別の特徴によれば、本発明の基材の拡散層は、バインダー中の凝集粒子から構成され、該粒子が０．３〜２μｍの平均直径を有し、該バインダーが１０〜４０ｖｏｌ％の割合であり、該粒子が０．５〜５μｍのサイズの凝集体を形成する。粒子は、半透明粒子、好ましくは酸化物、窒化物及び炭化物のような無機粒子である。粒子は、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化セリウム、又はこれら酸化物のうち少なくとも２つの混合物から選択されるのが好ましい。さらに詳しくは、フランス特許出願公開明細書第２８０９４９６号を参照することができる。
最後に、本発明によれば、この拡散基材は、ＬＣＤスクリーン又はフラットランプに設けることができるバックライティングシステムにおいて特に用いられるであろう。
本発明の他の利点及び特徴は、添付図面とともに以下の説明において明らかになるであろう。
わかりやすくするため、様々な部材は一定の縮尺では描かれていない。
図１は、例えば、サイズが１７インチのＬＣＤスクリーンで用いられることを意図した、バックライティングシステム１を示している。システム１は、発光体又は光源１１を含むエンクロージャ１０と、エンクロージャ１０に取り付けられるガラス拡散基材２０とを含む。
約１０ｍｍの厚さを有するエンクロージャ１０は、光源１１が設けられている下方部分１２と、その反対側に、開放され、そこから光源１１によって発せられた光が伝播する上方部分１３とを有する。下方部分１２は底部１４を有し、それに接してリフレクター１５があり、このリフレクター１５は、一方で、下方部分１２のほうへ向いている光源１１によって発せられた光の一部を反射し、もう一方で、拡散基材を透過せずに、ガラス基材によって反射され及び拡散層によって後方散乱された光の一部を反射するためのものである。示される矢印は、光源１１によって発せられ及びエンクロージャ内で再循環される光の経路を図式的に示している。
光源１１は、例えば、ＣＣＦＬ「冷陰極蛍光ランプ」、ＨＣＦＬ「熱陰極蛍光ランプ」、若しくはＤＢＤＦＬ「誘電体バリア放電ランプ」と通常用ばれる放電ランプ又は放電管であるか、又はＬＥＤ「発光ダイオード」タイプの他のランプである。
拡散基材２０は、上方部分１３に取り付けられ、クリップなどの機械的な固定手段（図示せず）によりエンクロージャ及び基材と協力してしっかりと保持されるか、又は基材表面の周囲に設けられた溝などの相互のかみ合い手段（図示せず）によりエンクロージャの周囲リブと協力して所定の位置に保持される。
拡散基材２０は、ガラス基材２１と、エンクロージャの上方部分１３に対面した又は反対側のガラス基材の一方の面上に置かれた、厚さ１〜２０μｍの拡散層２２とを含む。層の組成及びそのガラス基材上への堆積については、フランス特許出願公開明細書第２８０９４９６号を参照することができる。
この層を支持するための基材２１は、可視波長範囲において透明又は半透明であるガラスから作製される。この基材は、本発明によれば、その低光吸収によって特徴づけられ、３８０〜７８０ｎｍの波長範囲に関して少なくとも９１％の光透過率ＴLを有する。光透過率は、ＥＮ４１０規格に従って発光体Ｄ65のもとで計算される。
ガラス基材２１の実例を表の形で以下に与える。表では、各実例について、ガラス組成（その含有量はｗｔ％で表されている）、全鉄含有量、第一鉄の含有量、レドックス、及び発光体Ｄ65下での光透過率ＴLが示される。
光透過率ＴLは、ガラス基材の所与の厚さｅについて計算される。例１ａ、１ｂ、２及び３は、少なくとも９１％の光透過率特性を満足するガラス基材であるのに対し、例４はそれを満足しない。これらの例は、以下の名称で販売されている商業的に入手可能なガラスから作製された基材である。
例１ａ：Ｓｃｈｏｔｔ製のＢ２７０、ｅ＝０．９ｍｍ；
例１ｂ：Ｓｃｈｏｔｔ製のＢ２７０、ｅ＝２．０ｍｍ（例１ａと１ｂは厚さのみ異なり、ガラス組成は同一である）；
例２：Ｐｉｌｋｉｎｇｔｏｎ製のＯＰＴＩＷＨＩＴＥ、ｅ＝１．８ｍｍ；
例３：サン・ゴバン・グラス製のＣＳ７７、ｅ＝１．１ｍｍ；及び
例４：サン・ゴバン・グラス製のＰＬＡＮＩＬＵＸ、ｅ＝２．１ｍｍ
Figure 2006512596
これらの組成物は不純物を有することに留意すべきである。その性質及び割合は、それらの幾つかについて以下にまとめられる。
Ｃｒ2Ｏ3＜１０ｐｐｍ；
ＭｎＯ＜３００ｐｐｍ；
Ｖ2Ｏ5＜３０ｐｐｍ；
ＴｉＯ2＜１０００ｐｐｍ
光透過率ＴLは、ベール・ランバートの法則による公知の方法において規定される透過率τに基づき、ＥＮ４１０規格に従って３８０〜７８０ｎｍの波長範囲に関して計算される。
Figure 2006512596
 式中、
Ｒは反射率；
αは線吸収係数（αとＲは発せられる光の波長に依存している）；及び
ｅは基材の厚さである。
それゆえ、光透過率ＴLは、基材２１の線吸収係数αと厚さｅに依存している。
結果として、本発明者らは、基材のガラス組成とその厚さが基材の光透過率に影響することを実証した。より詳しくは、組成物の全鉄含有量（Ｆｅ2Ｏ3として表される）とレドックスは、線吸収係数に関して主要な役割を果たす。本発明において、レドックスは、全鉄含有量（Ｆｅ2Ｏ3として表される）に対する還元した形態の鉄含有量（ＦｅＯとして表される）の比、即ち、ＦｅＯ／Ｆｅ2Ｏ3比として規定される。
したがって、基材の厚さは、用いられるガラスの組成に従って選択することができる。
本発明者らは、要求される光透過率特性をもたらすパラメータ、即ち、ガラス厚さ、ガラス組成物の全鉄含有量及びレドックス間の関係を確認した。この制約関係は、以下の数式で表すことができ、組成物中の全鉄含有量は、光透過率ＴLが９１％以上の場合には、
Figure 2006512596
 のようになり、［Ｆｅ2Ｏ3］tはｐｐｍで表され、組成物中の全鉄分に一致し、ｅはガラスの厚さ（ｍｍ）であり、レドックスは［ＦｅＯ］／［Ｆｅ2Ｏ3］tであり、０〜０．９である。
変形態様として、この制約関係は、所与のガラス組成に関し、厚さについて配列することができ、それは、光透過率ＴLが９１％以上の場合には、
Figure 2006512596
 のようになる。
光透過率ＴLが本発明に従った好ましい最小値である９１．５％の場合には、組成物中の全鉄含有量は、９１％のより低い透過率限界の場合に上で表されたよりもさらに低くなければならず、それは、
Figure 2006512596
 のようになり、即ち、その厚さは、
Figure 2006512596
 のようにならなければならない。
Ｆｅ2Ｏ3／レドックスの組の値と基材の厚さとを関連づける上に与えた不等式は、特徴的なガラス厚さに関する曲線の形態で表すことができる。
このように、図２は、それぞれ様々な所与の厚さに関し、９１％の光透過率ＴLについてのレドックスの関数として全鉄含有量Ｆｅ2Ｏ3を与える曲線を示している。規定された厚さの基材であって、そのガラス組成物の鉄及びレドックスの値が同じ選択厚さに関する参照曲線上又はその下にある基材は、少なくとも９１％でなければならないという光透過率特性を満足させるのに適している。
この図では、それぞれ点ＥＸ１の場合は例１ａ及び１ｂに対応し、他の点、ＥＸ２、ＥＸ３及びＥＸ４の場合は例２、３及び４に対応するガラス組成のＦｅ2Ｏ3／レドックスの組の点ＥＸ１、ＥＸ２、ＥＸ３及びＥＸ４がプロットされている。
点ＥＸ１が２．１ｍｍの曲線より十分下でかつ４ｍｍの曲線よりさらに下にあることに注目すべきである。その結果として、例１ａ及び１ｂのガラス基材は、それぞれ０．９ｍｍと２．０ｍｍの厚さに関して好適であり、ガラス組成は、９１％の最低光透過率を有するために、より大きな厚さ、少なくとも最大４ｍｍに関して好適でさえあることができる。しかしながら、現在の傾向は厚さに関してＬＣＤスクリーンのサイズを低減する方向にあるので、バックライティングシステムを構築する場合に、部材の厚さを厚くすることには関心がない。それゆえ、４ｍｍを超える厚さは想定されない。
例２の基材の厚さ１．８ｍｍに対応する曲線より十分下にある点ＥＸ２にも同じことが言える。例２のガラス組成は、９１％の最低光透過率を有するために４ｍｍ以下の厚さを有する基材に関して適している。
点ＥＸ３が例３の厚さに対応する１．１ｍｍの曲線より下にあることにも注目すべきである。しかしながら、１．２ｍｍ（この点より下の曲線）を超える厚さの場合、例３のガラス組成は、９１％の最低透過率を達成するにはもはや適していない。
対照的に、点ＥＸ４は、例４に対応する２．１ｍｍ厚さの曲線よりも十分上にあり、それゆえ好適ではない。しかしながら、少なくとも１．２ｍｍ（この点より上の曲線）未満の厚さになるように、このタイプのガラスの厚さを低減することにより、このガラス組成が９１％の光透過率特性を得るのに適していることはそこから推察することができる。
図３は、それぞれ複数の所与の厚さに関し、９１．５０％の最低光透過率ＴLについてのレドックスの関数として全鉄含有量Ｆｅ2Ｏ3を与える曲線を示している。
これは、本発明の好ましい最小値を構成する９１．５０％の光透過率に関しては、その点ＥＸ１が２．１ｍｍ厚さに対応する曲線より十分下にある例１ａ及び１ｂのみが適している。他の例は、少なくとも９１．５０％の光透過率を達成するのに適していない。というのも、点ＥＸ２、ＥＸ３及びＥＸ４は、例２、３及び４の各厚さに対応する曲線よりも上にあるからである。点ＥＸ２は、１．８ｍｍ厚さに対応する曲線よりも実質的に上にあり、例２のガラス組成の場合には、９１．５０％の最低光透過率特性を達成するために、より薄い基材、例えば、（この点よりも上にある最初の曲線に対応する）１．５ｍｍ厚さの基材を製造することが適切であることに言及することができる。
それゆえ、ガラス基材２１は、バックライティングシステム１を構成するために、エンクロージャ１０と関連した拡散基材２０を構成するよう拡散層２２のための支持体として用いられる。次に、エンクロージャから発生しかつ拡散基材を通過する照明の輝度を公知の方法で測定することが可能である。下表は、例１ａ、１ｂ並びに２〜４について、光透過率と関連した輝度をまとめている。与えられる輝度の値は、拡散基材の表面に垂直でかつ６０％の拡散透過率（即ち、光の４０％が拡散基材によって後方散乱され、後方散乱された光がエンクロージャ内で再循環される）を有する拡散基材（ガラス基材と拡散層）について行われた測定値に対応している。
Figure 2006512596
さらに、このガラス基材は、フランス特許出願第０２／０８２８９号明細書で記載されているように、拡散層２２を構成することもできる電磁絶縁コーティング、又は低放射率機能、静電気防止機能、曇り防止機能、防汚機能、若しくは輝度増加機能を備えたコーティングなどの機能多層を堆積するための支持体として利用できるという利点も有する。この輝度増加機能は、実際、拡散基材がＬＣＤスクリーンに適用される場合に望ましい場合がある。
散乱関数を強化することにより輝度をさらに高めるという機能を有するコーティングは、例えば、ＳＫＣによって名称ＣＨ２７で販売されている光学膜の形態で知られている。
下表は、ガラス基材２１に関する光透過率に加え、拡散基材２０上にＣＨ２７コーティングがある場合とない場合で得られる照明輝度を示し、これら２つの輝度の比が％で表される。与えられる輝度の値は、拡散基材の表面に垂直でかつ６０％の拡散透過率を有する拡散基材（ガラス基材と拡散層）について行われた測定値に対応している。
Figure 2006512596
当然ながら、輝度はＣＨ２７によって増加し、即ち、これが輝度増加機能であり、しかしながら、輝度の増加は、光透過率がより高い場合に非常により高いことに注目すべきである。これらの結果は、バックライティングシステムの輝度を最適化するために、吸収性が最小のガラスから作製された基材２１を用いることの考え得る利点を示している。この点に関して、例１ａ又は１ｂの基材が好ましい。
バックライティングシステムを示す。 ９１％の光透過率に関し、複数のガラス厚さについてのレドックスの関数として、全鉄分Ｆｅ2Ｏ3含有量を与える曲線を示す。 ９１．５％の光透過率に関し、複数のガラス厚さについてのレドックスの関数として、全鉄分Ｆｅ2Ｏ3含有量を与える曲線を示す。

Claims (15)

  1. ガラス基材（２１）と、該ガラス基材上に堆積された拡散層（２２）とを含む拡散基材（２０）であって、該ガラス基材（２０）が、３８０〜７８０ｎｍの波長範囲に関して少なくとも９１％の光透過率を有することを特徴とする、拡散基材。
  2. 前記ガラス基材（２０）が、３８０〜７８０ｎｍの波長範囲に関して少なくとも９１．５０％の光透過率を有することを特徴とする、請求項１に記載の拡散基材。
  3. 前記ガラス基材（２０）が、
    Figure 2006512596
     のような全鉄含有量を有し、［Ｆｅ2Ｏ3］tがｐｐｍで表され、組成物中の全鉄分に一致し、ｅがガラスの厚さ（ｍｍ）であり、レドックスがレドックス＝［ＦｅＯ］／［Ｆｅ2Ｏ3］tで規定され、０〜０．９であることを特徴とする、請求項１に記載の拡散基材。
  4. 前記ガラス基材（２０）が、
    Figure 2006512596
     のような全鉄含有量を有し、［Ｆｅ2Ｏ3］tがｐｐｍで表され、組成物中の全鉄分に一致し、ｅがガラスの厚さ（ｍｍ）であり、レドックスがレドックス＝［ＦｅＯ］／［Ｆｅ2Ｏ3］tで規定され、０〜０．９であることを特徴とする、請求項２に記載の拡散基材。
  5. 前記拡散層（２２）が、バインダー中の凝集粒子から構成され、該粒子が０．３〜２μｍの平均直径を有し、該バインダーが１０〜４０ｖｏｌ％の割合であり、該粒子が０．５〜５μｍのサイズの凝集体を形成することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の拡散基材。
  6. 前記粒子が、半透明粒子、好ましくは酸化物、窒化物及び炭化物のような無機粒子であることを特徴とする、請求項５に記載の拡散基材。
  7. 前記ガラス基材（２０）が、少なくとも以下の成分に基づいたガラス組成を有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の拡散基材。
    Figure 2006512596
  8. 前記ガラス基材（２０）が、最大４．０ｍｍの厚さｅに関して９１．５０％の最低光透過率を有し、全鉄含有量が２００ｐｐｍ、レドックスが０．０５未満であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の拡散基材。
  9. 前記ガラス基材（２０）が、最大４．０ｍｍの厚さｅに関して９１％の最低光透過率を有し、全鉄含有量が１６０ｐｐｍ、レドックスが０．３１であることを特徴とする、請求項１に記載の拡散基材。
  10. 前記ガラス基材（２０）が、最大１．５ｍｍの厚さｅに関して９１．５０％の最低光透過率を有し、全鉄含有量が１６０ｐｐｍ、レドックスが０．３１であることを特徴とする、請求項２に記載の拡散基材。
  11. 前記ガラス基材（２０）が、最大１．２ｍｍの厚さｅに関して９１％の最低光透過率を有し、全鉄含有量が８００ｐｐｍ、レドックスが０．３３であることを特徴とする、請求項１に記載の拡散基材。
  12. 前記ガラス基材（２０）が、最大１．２ｍｍの厚さｅに関して９１％の最低光透過率を有し、全鉄含有量が１０５０ｐｐｍ、レドックスが０．２３であることを特徴とする、請求項１に記載の拡散基材。
  13. バックライティングシステムを製造するための、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の拡散基材の使用。
  14. 前記バックライティングシステムがＬＣＤスクリーンに設けられた、請求項１３に記載の使用。
  15. 前記バックライティングシステムがフラットランプに設けられた、請求項１３に記載の使用。
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