JP2012242771A - 光拡散レンズシート、および、その製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光の照射範囲を任意に設定することができ、無駄を抑えて光を効率的に拡散することが可能な光拡散レンズシート、および、その製造方法を提供する。
【解決手段】光拡散レンズシート１は、透光性を有するシート材３からなり、該シート材の第１の面４に、断面が凸で長尺な第１のレンズ６の条を複数本並べて形成し、この第１の面とは反対側の第２の面５に、断面が凸で長尺な第２のレンズ７の条を複数本並べて形成し、第１の面のレンズの条の延在方向と第２の面のレンズの条の延在方向とを交差する方向に設定し、第１の面に形成したレンズの条の並設間隔と第２の面に形成したレンズの条の並設間隔とを異ならせた。
【選択図】図１

Description

本発明は、光拡散レンズシート、および、その製造方法に関するものであり、特に、ＬＥＤや半導体レーザー等の光源から出射された光を効果的に拡散することが可能な光拡散レンズシート、および、その製造方法に関するものである。

近年、省電力化や長寿命化の観点から照明の光源として発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）が用いられることがある。ところが、ＬＥＤから発せられる光は、白熱電球や蛍光灯などの光源から発せられる光と比較して直進性が高く、尚かつ輝度も高いため、当該光を人が直視した場合、眩しいだけでなく目に障害を招く虞があり、また、より広範囲を照らす用途（例えば、屋内の照明等）には、そのままでは適さないという課題があった。この点に関し、例えば、特許文献１には、光源からの光を拡散するレンチキュラーレンズシートやプリズムシートが開示されている。

特開２００５−２９２２９９号公報

上記特許文献１に開示されているレンチキュラーレンズシートは、シート基板における光が入射される側の面に、複数のシリンドリカルレンズが配列されている。この構成では、入射された光を、特定の方向、すなわち、レンズの並設方向にしか拡散することができない。この点に関し、当該特許文献１には、シート基材における光が入射される側の面に、複数の半球状のレンズがマトリックス状に配列された構成や、第１のシリンドリカルレンズアレイと第２のシリンドリカルレンズアレイとがそれらのシリンドリカルレンズの長さ方向を互いに交差させるように同一平面上に配置された構成も開示されている。これらの構成によれば、互いに交差する複数の方向に光を拡散することができる。しかしながら、これらの構成では、例えば、用途に応じて、一方の方向における光の拡散の度合い（照射範囲）と、他方の方向における光の拡散の度合いを変えることができない。このため、場合によっては、光を不必要な範囲まで拡散する等、無駄が生じる可能性がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、光の照射範囲を任意に設定することができ、無駄を抑えて光を効率的に拡散することが可能な光拡散レンズシート、および、その製造方法を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１に記載のものは、透光性を有するシート材からなり、該シート材の第１の面に、断面が凸で長尺なレンズの条を複数本並べて形成し、
前記第１の面とは反対側の前記シート材の第２の面に、断面が凸で長尺なレンズの条を複数本並べて形成し、
前記第１の面のレンズの条の延在方向と前記第２の面のレンズの条の延在方向とを交差する方向に設定し、
前記第１の面に形成したレンズの条の並設間隔と第２の面に形成したレンズの条の並設間隔とを異ならせたことを特徴とする光拡散レンズシートである。

請求項２に記載のものは、前記第１の面または前記第２の面の少なくとも何れか一方におけるレンズの条の並設間隔を、当該レンズの条の並設方向において異ならせたことを特徴とする請求項１に記載の光拡散レンズシートである。

請求項３に記載のものは、レンズの条の並設間隔を、光源に近いほど密にする一方、光源に遠いほど疎にしたことを特徴とする請求項２に記載の光拡散レンズシートである。

請求項４に記載のものは、前記第１の面に形成したレンズの条の延在方向と、前記第２の面に形成したレンズの条の延在方向とを直角に交差させたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずか一項に記載の光拡散レンズシートである。

請求項５に記載のものは、前記レンズがシリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光拡散レンズシートである。

請求項６に記載のものは、前記シート材の樹脂に着色剤を含有させたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の光拡散レンズシートである。

請求項７に記載のものは、前記シート材の樹脂にフィラーを含有させたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の光拡散レンズシートである。

請求項８に記載のものは、断面が凸で長尺なレンズの複数条に対応するパターンが形成された第１の金型と、断面が凸で長尺なレンズの複数条に対応するパターンが、前記第１の金型のレンズとは並設間隔を異ならせて形成された第２の金型と、を用いて、透光性を有するシート材の第１の面およびこの第１面とは反対側の第２の面に対し、前記第１の金型のレンズの条の延在方向と前記第２の金型のレンズの条の延在方向とを互いに交差する方向に設定した状態で押圧して前記レンズの条のパターンをそれぞれ形成したことを特徴とする光拡散レンズシートの製造方法である。

本発明によれば、以下のような優れた効果を奏する。
請求項１に記載の発明によれば、第１の面に形成したレンズの条の並設間隔と第２の面に形成したレンズの条の並設間隔とを異ならせることで、両面のレンズによって拡散される光のアスペクト比、すなわち、照射範囲を任意に設定することができる。これにより、無駄な拡散を防止して、光をより有効的に利用することが可能となる。

光拡散レンズシートの構成を示す図である。 金型の構成を説明する断面図である。 光拡散レンズシートにおける光の拡散について説明する模式図である。 レンズの形成密度を変えたときの光拡散レンズシートにおける光の拡散範囲を示した表である。 第２実施形態における光拡散レンズシートの構成を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下に述べる実施の形態では、本発明の好適な具体例として種々の限定がされているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。

図１は、本発明に係る光拡散レンズシート１の構成を示す図であり、（ａ）は部分的な斜視図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。
光拡散レンズシート１は、ＬＥＤや半導体レーザー等の、出射光の直進性が比較的高い光源２から照射された光の拡散に好適な光学シートである。この光拡散レンズシート１は、透光性を有するシート材３の両面に、断面が凸で長尺なレンズをそれぞれ複数並設して構成されている。より具体的には、シート材３の一方の面である第１の面４には、第１のレンズ６の条をその長尺方向に直交する方向に複数並設している。また、シート材３の他方の面である第２の面５には、第２のレンズ７の条を、その長尺方向に直交する方向であって第１のレンズ６の並設方向と交差する方向に複数並設してある。本実施形態においては、第１のレンズ６の条の延在方向と第２のレンズ７の条の延在方向とが互いに直交している。

この光拡散レンズシート１は、図２（ａ）に示す第１の金型８と、図２（ｂ）に示す第２の金型１０と、を用いて加熱加圧成型や射出成型などにより作製される。第１の金型８は、第１のレンズ６の形状の相補形状である断面凹形状の溝を複数本並設して成る第１のパターン９を有する金型である。同様に、第２の金型１０は、第２のレンズ７の形状の相補形状である断面凹形状の溝を複数本並設して成る第２のパターン１１を有する金型である。そして、シート材３の第１の面４に対し、第１の金型８を用いて第１のパターン９を転写すると共に、シート材３の第２の面５に対し、第２の金型１０を用いて、第１のパターン１１の条に直交する状態で第２のパターン１１を転写することで光拡散レンズシート１が作製される。

本実施形態におけるシート材３、および、各レンズ６，７の材料としては、透光性を有する材料、例えば、アクリル、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＳ（ポリスチロール）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ガラス等を採用することができる。また、本実施形態では、レンズ６，７を、断面が略半円状のシリンドリカルレンズで構成してある。したがって、光拡散レンズシート１は、両面にシリンドリカルレンズアレイがそれぞれ形成されたレンチキュラーレンズとして機能する。この光拡散レンズシート１に入射した光は、第１の面４と第２の面５のそれぞれのレンズ６，７で屈折して、各レンズ６，７の延在方向に直交する方向、すなわち、レンズ並設方向に拡散される。

本発明に係る光拡散レンズシート１は、第１のレンズ６の並設ピッチＰ１と第２のレンズ７の並設ピッチＰ２とを異ならせている点に特徴を有している。本実施形態においては、第１のレンズ６の並設ピッチＰ１と比較して第２のレンズ７の並設ピッチＰ２を小さくしている。換言すると、第１の面４における第１のレンズ６の形成密度（ＬＰＩ（Line Per Inch）。以下、ＬＰＩ（Ａ）と表記する。）と比較して、第２の面５における第２のレンズ７の形成密度ＬＰＩ（以下、ＬＰＩ（Ｂ）と表記する。）が高くなっている。このようにすることで、光拡散レンズシート１から出射される光のアスペクト比、すなわち、照射範囲を調整することができる。なお、各レンズ６，７の寸法に関し、並設ピッチを変更した場合、レンズの厚み（シート材３の面に垂直な方向の寸法）については変わることなく、レンズの幅（レンズ並設方向の寸法）のみが変わるものとする。

図３は、光拡散レンズシート１における光の拡散について説明する図であり、（ａ）は入射側の模式図、（ｂ）は出射側の模式図である。なお、この例では、入射側を第１の面４、出射側を第２の面５としているが、逆にした場合にも原理は同じである。

まず、図３（ａ）を参照して入射側について説明する。入射側のレンズ、すなわち、この例では、第１のレンズ６の形成密度ＬＰＩ（Ａ）が相対的に低い（並設ピッチＰ１が相対的に大きい）場合における屈折後の光路をＲ１とし、形成密度ＬＰＩ（Ａ）が相対的に高い（並設ピッチＰ１が相対的に小さい）場合における屈折後の光路をＲ２としている。形成密度ＬＰＩ（Ａ）が相対的に低い場合、第１のレンズ６の球面の曲率半径は相対的に大きくなる。このため、この場合の焦点距離Ｆ１は比較的長くなり、当該焦点距離Ｆ１から先の光の照射範囲は比較的狭くなる。これに対し、形成密度ＬＰＩ（Ａ）が相対的に高い場合、第１のレンズ６の球面の曲率半径は相対的に小さくなる。この場合の焦点距離Ｆ２は比較的短くなり、当該焦点距離Ｆ２から先の光の照射範囲は比較的広くなる。図３（ｂ）の出射側についても同様であり、第２のレンズ７の形成密度ＬＰＩ（Ｂ）が相対的に低い場合、第２のレンズ７の球面の曲率半径は相対的に大きくなるので、当該第２のレンズ７から出射される光の照射範囲は比較的狭くなる。これに対し、形成密度ＬＰＩ（Ｂ）が相対的に高い場合、第２のレンズ７の球面の曲率半径は相対的に小さくなるので、当該第２のレンズ７出射される光の照射範囲は比較的広くなる。

図４は、入射側の第１のレンズ６の形成密度ＬＰＩ（Ａ）を一定として、出射側の第２のレンズ７の形成密度ＬＰＩ（Ｂ）を変えたときの光拡散レンズシート１における光の拡散範囲を示した表である。この例では、第１のレンズ６の形成密度ＬＰＩ（Ａ）を１０に固定してある。また、同図において縦方向が、第２のレンズ７の条の長尺方向であり、第１のレンズ６の並設方向である。また、同図において左右方向が、第１のレンズ６の長尺方向であり、第２のレンズ７の条の並設方向となっている。さらに、同図において、光の広がり方を分かりやすくするため、便宜上、光の拡散形状（照射形状）を長方形で示しているが、必ずしも長方形になるものではない。

そして、図４において「なし」とは、第２の面５に第２のレンズ７が形成されておらず、当該第２の面５が平坦な状態を意味する。この場合、光源２から光拡散レンズシート１の第１の面４に入射した光は、第１のレンズ６によって、当該第１のレンズ６の並設方向に拡散されるので、同図に示すように縦長に引き伸ばされる。また、第２のレンズ７の形成密度ＬＰＩ（Ｂ）を、第１のレンズ６の形成密度ＬＰＩ（Ａ）と同じ１０に設定した場合、第１のレンズ６によって縦長に引き伸ばされた光が、第２のレンズ７によって当該第２のレンズ７の並設方向に拡散されて横に引き伸ばされる。この場合、第１のレンズ６と第２のレンズ７による光の拡散の度合いが同程度であるため、光拡散レンズシート１の第２の面５から出射される光のアスペクト比が概ね１：１となり、照射範囲が略正方形状となる。そして、形成密度ＬＰＩ（Ａ）に対して形成密度ＬＰＩ（Ｂ）が大きくなるにつれて、次第に横長な長方形状となる。

このように、本発明に係る光拡散レンズシート１によれば、形成密度ＬＰＩ（Ａ）および形成密度ＬＰＩ（Ｂ）を異ならせることで、光拡散レンズシート１から出射される光のアスペクト比、すなわち、照射範囲を任意に設定することができる。これにより、無駄な拡散を防止して、光をより有効的に利用することが可能となる。なお、例えば、ＬＥＤ照明に対して使用する場合、第１のレンズ６の形成密度ＬＰＩ（Ａ）に対して、第２のレンズ７の形成密度ＬＰＩ（Ｂ）を１０倍以内とすることが望ましい。形成密度ＬＰＩの比が１０倍を超えると、ＬＰＩが大きい側のレンズでの光の拡散が大きくなりすぎて、光の拡散範囲が図４における「なし」に近い状態となってしまう虞がある。このため、第２のレンズ７による拡散の意味を成さなくなる可能性がある。また、第１のレンズ６の形成密度ＬＰＩ（Ａ）に関し、３０以上８０以内に設定することでより広範囲に光を拡散できるので、例えばＥ１７口金サイズの比較的小型のＬＥＤ照明に適する。一方、例えばＥ２６口金サイズの一般的なＬＥＤ照明に適用する場合、形成密度ＬＰＩ（Ａ）を５以上３０以内に設定することが望ましい。さらに、例えば、昼白色や電球色などのように、光色の調整や眩しさの抑制等を目的として、シート材３、および、各レンズ６，７の材料に、例えば、着色剤や金属箔等のフィラーを混入させても良い。

また、本発明に係る光拡散レンズシート１は、シート材３の両面にレンズを形成する構成であるので、例えば、複数のレンチキュラーシートを重ね合わせる構成と比較して、製造が容易で、尚かつコストの削減が可能となる。また、第１のレンズ６と第２のレンズ７との間における光源２からの距離差を低減することができる。これにより、光源２から遠い側の面のレンズにおける光拡散効果の低下を抑制することができるので、形成密度ＬＰＩの変更による出射光のアスペクト比の設定がより容易となる。

さらに、本発明に係る光拡散レンズシート１は、シート材３の両面にそれぞれシリンドリカルレンズ等の一般的な断面凸形状のレンズを形成する構成であるため、レンズを成型する型を共通化することが可能となる。すなわち、第１のレンズ６の相補形状である断面凹形状の溝を複数本並設した第１のパターン９を有する第１の金型８と、第２のレンズ７の相補形状である断面凹形状の溝を複数本並設した第２のパターン１１を有する第２の金型１０と、の組み合わせを変えることで、延在方向と形成ピッチの異なるレンズを光拡散レンズシート１の両面に形成することができる。これにより、同一面に異なる形成ピッチのレンズを形成する構成と比較して、より少ない金型で様々なアスペクト比の光拡散レンズシート１を製造することが可能となる。

ところで、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて種々の変形が可能である。

例えば、第１のレンズ６および第２のレンズ７に関し、上記実施形態では、断面が半円状のシリンドリカルレンズで構成した例を示したが、これには限られない。要は、断面が凸で、光を拡散できるレンズの形状であれば、例えば、断面三角形状のプリズム型の長尺レンズを採用することも可能である。また、シート材３の厚みは用途等に応じて適宜設定することができる。

図５は、本発明の第２の実施形態の構成について説明する図であり、（ａ）は、第１実施形態の図１（ｂ）に対応する断面図、（ｂ）は第１実施形態の図１（ｃ）に対応する断面図である。本実施形態では、第１の面４または第２の面５の少なくとも何れか一方におけるレンズの条の並設間隔を、当該レンズの条の並設方向において異ならせており、この例では、第１のレンズ６および第２のレンズ７の並設間隔（形成密度ＬＰＩ）を、光源に近いほど（この例では中央に近いほど）密にする一方、光源に遠いほど（この例ではレンズ並設方向の端部に向かうほど）疎にした点に特徴を有している。その他の構成については、第１の実施形態と同様であるため、その説明は省略する。この構成によれば、光源に近い程、当該光源からの光がより広い範囲に拡散される一方、光源から遠いほど、当該光源からの光は拡散が抑えられる。これにより、光源に近い側と光源から遠い側における光量の差を低減することが可能となり、より均一な光を得ることができる。

１…光拡散レンズシート，２…光源，３…シート材，４…第１の面４…第２の面５…第１のレンズ，７…第２のレンズ，８…第１の金型，９…第１のパターン，１０…第２の金型，１１…第２のパターン

Claims (8)

1. 透光性を有するシート材からなり、該シート材の第１の面に、断面が凸で長尺なレンズの条を複数本並べて形成し、
   前記第１の面とは反対側の前記シート材の第２の面に、断面が凸で長尺なレンズの条を複数本並べて形成し、
   前記第１の面のレンズの条の延在方向と前記第２の面のレンズの条の延在方向とを交差する方向に設定し、
   前記第１の面に形成したレンズの条の並設間隔と第２の面に形成したレンズの条の並設間隔とを異ならせたことを特徴とする光拡散レンズシート。
2. 前記第１の面または前記第２の面の少なくとも何れか一方におけるレンズの条の並設間隔を、当該レンズの条の並設方向において異ならせたことを特徴とする請求項１に記載の光拡散レンズシート。
3. 前記レンズの条の並設間隔を、光源に近いほど密にする一方、光源に遠いほど疎にしたことを特徴とする請求項２に記載の光拡散レンズシート。
4. 前記第１の面に形成したレンズの条の延在方向と、前記第２の面に形成したレンズの条の延在方向とを直角に交差させたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずか一項に記載の光拡散レンズシート。
5. 前記レンズがシリンドリカルレンズであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光拡散レンズシート。
6. 前記シート材の樹脂に着色剤を含有させたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の光拡散レンズシート。
7. 前記シート材の樹脂にフィラーを含有させたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の光拡散レンズシート。
8. 断面が凸で長尺なレンズの複数条に対応するパターンが形成された第１の金型と、断面が凸で長尺なレンズの複数条に対応するパターンが、前記第１の金型のレンズとは並設間隔を異ならせて形成された第２の金型と、を用いて、透光性を有するシート材の第１の面およびこの第１面とは反対側の第２の面に対し、前記第１の金型のレンズの条の延在方向と前記第２の金型のレンズの条の延在方向とを互いに交差する方向に設定した状態で押圧して前記レンズの条のパターンをそれぞれ形成したことを特徴とする光拡散レンズシートの製造方法。

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