JP2013182269A - 光拡散体および光源ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】光源の光の拡散方向を制御するための光源ユニットに用いられる光拡散体、および該光拡散体を搭載した光源ユニットに関し、点光源や線光源などの眩しさを低減しつつ、十分な照度の照明範囲を確保し、所望するデザインに追従可能であり、且つ所望する光の拡散パターンが得られるように設計することが可能な光拡散体を提供する。
【解決手段】複数の異方性光拡散部材が平面又は曲面上に配置されてなり、隣り合う異方性光拡散部材同士が主拡散方向の異なるように配置された光拡散体
【選択図】図１

Description

本発明は、透過光の拡散方向を制御する光拡散体、特に光源の光の拡散方向を制御するための光源ユニットに用いられる光拡散体、および該光拡散体を搭載した光源ユニットに関する。また、該光拡散体を生産するための形状転写用スタンパおよび金型に関する。

近年、省電力の意識の高まりからLEDを光源とした光源ユニットが注目されている。 LEDはそのままでは強力な点光源であることから、光源ユニットとして用いる場合には光拡散材を用いて配光制御や眩しさの軽減を図ることが一般的である。

光拡散材として最も普及しているものには、無機粒子や樹脂粒子を拡散子としてポリカーボネート樹脂などに練りこんだもの（特許文献1および2）があるが、光源の眩しさを十分に軽減できるまで樹脂中の拡散子の配合率を上げると光線透過率が下がり暗くなるという課題があった。また、拡散子を配合した光拡散材は一般的に等方的な光拡散しか実現できないため、所望の方向を明るくするといった配光の制御は困難であった。

配光を制御するために針状フィラーを配向させて光の拡散方向に異方性を持たせた異方性光拡散粘着層を貼り合わせた積層体が提案されている（特許文献３特開2004-212916）。配向させた針状フィラーを含む異方性光拡散材は、点光源を直線状に光拡散することが可能である。

しかしながら点光源を所望する方向を特に明るくする、或いは方向によって照度に強弱をつけるように拡散さることは、従来のような異方性光拡散材の使用では極めて困難であった。

特許文献1 特開 平3-143950
特許文献2 特開2011-34816
特許文献3 特開2004-212916

本発明は、光源の光の拡散方向を制御するための光源ユニットに用いられる光拡散体、および該光拡散体を搭載した光源ユニットに関し、点光源や線光源などの眩しさを低減しつつ、十分な照度の照明範囲を確保し、所望するデザインに追従可能であり、且つ所望する光の拡散パターンが得られるように設計することが可能な光拡散体を提供することを目的としている。

また、本発明は複数の個別光拡散エリアが互いに隣接して配列された光拡散材と、少なくとも光源から光拡散材に入射する光の角度か強度を変化させる機構を具有することにより、木漏れ日のように動的で周期性の小さい配光変化を与える光源ユニットに関わるものである。

上記の課題を解決するための手段として、本発明は以下の（１）〜（８）を含む。
（１）複数の異方性光拡散部材が平面又は曲面上に配置されてなり、隣り合う異方性光拡散部材同士が主拡散方向の異なるように配置された光拡散体。
（２）（１）に記載の光拡散体であって、表面に微細凹凸形状を有する異方性光拡散材を複数の異方性光拡散部材に分割した後、隣り合う異方性光拡散部材同士が主拡散方向の異なるように再配置された再配置構造体の表面形状を複製した表面形状を有する光拡散体。
（３）前記再配置構造体が、表面に微細凹凸形状を有し且つ等方向の拡散性を有する部材、又は表面に微細凹凸形状を有しない部材を介して、異方性光拡散部材同士を複数配置したものである（２）に記載の光拡散体。
（４）前記異方性光拡散部材が、直径５０mm以下の円内に収まる形状である（１）〜（３）いずれかに記載の光拡散体。
（５）点状又は線状光源と（１）〜（４）のいずれかに記載の光拡散体とを備えた光源ユニット。
（６）点状又は線状光源と平板状の導光板とを有し、前記光源が前記導光板の端部に設けられ、光源から出た光が前記導光板の端部から入射し、前記導光板の平面部から射出する光源ユニットであって、前記導光板の平面部の上に（１）〜（４）光拡散体を配置した光源ユニット。
（７）（１）〜（４）のいずれかに記載の光拡散体を複製する表面形状転写スタンパ。
（８）（１）〜（４）のいずれかに記載の光拡散体または請求項８に記載のスタンパを複製するための金型。

本発明により、点光源や線光源などの眩しさを低減しつつ、十分な照度の照明範囲を確保し、所望する光の拡散パターンが得られるように設計することが可能な光拡散体を提供することが可能となった。

本発明の実施形態の一例（光拡散体（Ａ））である。 本発明の実施形態の一例（光拡散体（Ｂ））である。

本発明の光拡散体は、複数の異方性光拡散部材が平面又は曲面上に配置されてなり、隣り合う異方性光拡散部材同士が主拡散方向の異なるように配置される。尚、本発明で言う部材とは同一の光学特性を示す部分の単位であって隣り合う部材と一体成形されたものであっても良い。また、隣り合う異方性光拡散部材同士は異方性光拡散を示さない部材を介して隣接していても良い。光拡散を示さない部材としては、等方向性拡散部材、透明部材、不透明部材等が挙げられる。

ここでいう異方性光拡散とは、散乱・光源配光特性測定装置、すなわち試料の散乱特性や、LED等の光源の配光特性を測定する装置で、受光光学ユニットが極座標に沿って移動し、散乱分布(BSDF)や放射角度分布を測定可能な装置で計測した半値幅拡散角度が、最高拡散方向で10°以上、最低拡散方向が5°以下の光拡散特性のことである。

また等方性光拡散とは、散乱・光源配光特性測定装置で計測した、最高拡散方向／最低拡散方向の半値幅拡散角度（ラジアン）比が0±10%以下の光拡散特性のことである。
ここでいう半値幅拡散角度とは、散乱・光源配光特性測定装置で測定した光拡散材透過光の各角度での輝度のうち、ピーク輝度の半分の輝度になる角度である。
主拡散方向とは、輝度が最大になる角度が示す方向である。

異方性光拡散部材としては、部材の内部構造により異方性光拡散特性を有するものとして、透明樹脂内部に配向した針状材料を含有した樹脂成形物、屈折率の異なる２種類の樹脂を混合した溶融軟化物を延伸した樹脂成形物等が挙げられる。一方、部材の表面凹凸構造により異方性光拡散特性を有するものとして、部材表面に溝状、皺状、長方形状、楕円状などの微細構造を、配向性を有するように多数配置した異方性光拡散部材が挙げられる。

本発明の光拡散体は、複数の異方性光拡散部材を隣り合う異方性光拡散部材同士が主拡散方向の異なるように平面又は曲面上に配置されて成る。該光拡散体の製造方法としては、異方性光拡散材を小片に分割して主拡散方向の異なるように接着材料を用いて結合し再配置してする方法がある。

本発明では、部材の表面凹凸構造により異方性光拡散特性を有する異方性光拡散部材を用いることが好ましい。この場合、表面凹凸構造により異方性光拡散特性が決定するので、スタンパや金型を用いて表面形状を複製することにより、本発明の光拡散体を高耐久性、軽量、低コストで作製することができる。複製の具体的な方法としては、例えば、特開２００９−１５８４７８号明細書の発明を実施するための最良の形態に記載された技術を用いることができる。

部材の表面凹凸構造により異方性光拡散特性を有する異方性光拡散部材の中でも。特開２００８−３０２５９１号または、特開２００８−３０４７０１号 に記載された凹凸パターン形成シートが異方性光拡散部材として好ましい。 前記凹凸パターン形成シートは、 凹凸パターンのピッチに適度のバラツキがある。そのため本発明の光拡散体を用いた照明器具は、木漏れ日のように動的で周期性の小さい配光変化を有し、自然光に近い印象を照明下にいる人に与えることができる。

前記異方性光拡散部材の形状は特に限定されず、多角形、円、楕円およびこれらの近似形および複合型等、いずれの形状でもよい。光拡散軸方向に多様性を持たせ、且つ隙間なく配置するためには、三角形乃至六角形が好ましい。また、配置したときに異方性光拡散部材の間に隙間が生じるときは、隙間を等方向の拡散性を有する部材、又は表面に微細凹凸形状を有しない部材で埋めてもよく、本願発明の効果を損なわない範囲で等方向の拡散性を有する部材、又は表面に微細凹凸形状を有しない部材を併用することも可能である。

前記異方性光拡散部材の大きさの上限は、適用する光源ユニットの仕様や目的によって最適範囲が決まるが、一般的には、直径５０mm以下の円内に略収まる形状であることが好ましく、直径３０mm以下の円内に略収まる形状であることがより好ましい。前記異方性光拡散部材の大きさの下限も同様であるが、一般的には、直径１ｍｍの円内に収まらない大きさである。

本発明の光源ユニットは点状又は線状光源と前記（１）〜（４）のいずれかに記載の光拡散体を備えた光源ユニットを含む。前記光源を発した光が前記（１）〜（４）のいずれかに記載の光拡散体を通過して射出ように配置された光源ユニットは、点光源や線光源などの眩しさを低減しつつ、十分な照度の照明範囲を確保し、所望する光の拡散パターンが得られる。

本発明の光源ユニットは点状又は線状光源と平板状の導光板を有し、前記光源が前記導光板の端部に設けられ、光源から出た光が前記導光板の端部から入射し、前記導光板の平面部から射出する光源ユニットであって、前記導光板が（１）〜（４）のいずれかに記載の光拡散体である光源ユニットを含む。本発明の光源ユニットは平板状の導光板を有し、前記光源が前記導光板の端部から光源の光を入射することにより、薄い形状の光源ユニットとすることが可能である。

本発明の光源ユニットに使用可能な導光板としては、導光板端部近傍に配置された光源から入射した光を導光板平面部から射出する従来公知の導光板が使用可能である。このような導光板の一例として、特開平６−３４７７８８号公報の従来技術および発明の詳細な説明に記載された導光板がある。

光源の発光手段は、特に限定されないが、光源の中でもＬＥＤは、発光部が小さく高輝度であるため、本発明の光拡散体による光拡散効果が発揮され易い。

（第１の実施形態）
特開２００８−３０２５９１号明細書、実施例６の光拡散体から対角線の長さ２５ｍｍの正六角形を切り出して異方性光拡散部材とし、該異方性光拡散部材を図１に示すように配置して接着材料で固定し、再配置構造体を作製した。図１の矢印は、各異方性光拡散部材の主拡散方向を示している。

次にこの再配置構造体を原盤として特開２００９−１５８４７８号明細書の発明を実施するための最良の形態に記載された技術を用いて金型を作製し、更に該金型から形状転写スタンパを作製した。該形状転写スタンパを用いて、再配置構造体の表面構造を複製した樹脂成形物を光拡散体（Ａ）として得た。

市販のＬＥＤモジュールの上に光拡散体（Ａ）ＬＥＤモジュールの発光部と光拡散体（Ａ）の最短距離が３０ｍｍとなるように配置して固定し光源モジュールを作成した。

（第２の実施形態）
特開２００８−３０２５９１号明細書、実施例６の光拡散体から直径３０ｍｍの円形の異方性光拡散部材を切り出し、図２に示した曲面上に配置した。各異方性光拡散部材の隙間は樹脂材料で埋めて固定し、再配置構造体を作製した。図２の矢印は、各異方性光拡散部材の主拡散方向を示している。
次にこの再配置構造体を原盤として金型を作製し、該金型に熱硬化性樹脂を流し込んだ後、硬化させ樹脂成形物から、再配置構造体の表面構造を複製し、球面の外側に凹凸構造を有する殻状の樹脂成形物を光拡散体（Ｂ）として得た。

光拡散体（Ｂ）の凹凸構造を有する面とは反対側中央付近に、ＬＥＤモジュール発光部と光拡散体（Ｂ）の最短距離が３０ｍｍとなるように市販のＬＥＤモジュールを配置して固定し、光源ユニットを作成した。

（第３の実施形態）
市販のＡ４サイズ導光板の端部付近に市販のＬＥＤモジュールをＬＥＤモジュールから導光板の端面に光が入射するように配置し、Ａ４サイズ導光板の平面部に光拡散体（Ａ）を、凹凸構造を有する面とは反対面が導光板と接するように配置し、固定した。

第１〜第３の実施形態に示したように本発明の光拡散体は、様々な光源ユニットのデザインに追従可能である。

Claims (8)

1. 複数の異方性光拡散部材が平面又は曲面上に配置されてなり、
   隣り合う異方性光拡散部材同士が主拡散方向の異なるように配置された光拡散体。
2. 請求項１に記載の光拡散体であって、表面に微細凹凸形状を有する異方性光拡散材を複数の異方性光拡散部材に分割した後、
   隣り合う異方性光拡散部材同士が主拡散方向の異なるように配置された再配置構造体の表面形状を複製した表面形状を有する光拡散体。
3. 前記再配置構造体が、表面に微細凹凸形状を有し且つ等方向拡散性を有する部材、又は表面に微細凹凸形状を有しない部材を介して、異方性光拡散部材同士を複数配置したものである請求項２に記載の光拡散体。
4. 前記異方性光拡散部材が、直径５０mm以下の円内に収まる形状である請求項１〜３いずれかに記載の光拡散体。
5. 点状又は線状光源と請求項１〜４のいずれかに記載の光拡散体とを備えた光源ユニット。
6. 点状又は線状光源と平板状の導光板とを有し、前記光源が前記導光板の端部に設けられ、光源から出た光が前記導光板の端部から入射し、前記導光板の平面部から射出する光源ユニットであって、前記導光板の平面部の上に請求項１〜４のいずれかに記載の光拡散体を配置した光源ユニット。
7. 請求項２〜４のいずれかに記載の光拡散体を複製する表面形状転写スタンパ。
8. 請求項２〜４のいずれかに記載の光拡散体または請求項８に記載のスタンパを複製するための金型。

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