JP2014089450A - 光拡散板、その製造方法、およびそれを含むｌｅｄ照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】光損失が少ない、光拡散板、その製造方法、およびそれを含むＬＥＤ照明器具を提供する。
【解決手段】入射された光を拡散および散乱させて透過させる光拡散板であって、入射された光を拡散および散乱させる結晶が形成された結晶化ガラスからなることを特徴とする光拡散板。
【選択図】図１

Description

本発明は、光拡散板、その製造方法、およびそれを含むＬＥＤ照明器具に関し、より詳細には、入射された光を拡散および散乱して透過させる光拡散板、その製造方法、およびそれを含むＬＥＤ照明器具に関する。

一般的に、室内または屋外の照明灯は、白熱電球や蛍光灯が多く使用されているが、こうした白熱電球や蛍光灯は、寿命が短く、消費電力が高いという短所がある。また、最近では、ハロゲンサイクルを利用したヨウ素電球、高効率ハライドランプ、陽光ランプ等が開発されている。結晶発光体であるＥＬランプは、面光源であって次世代光源として脚光を受けてはいるが、効率や光源装置等の問題により未だ実用化段階までには到達できていない。

そこで、ＬＥＤを利用した照明器具が開発されて、広く普及している。ＬＥＤは、構造が簡単なため大量生産が可能であり、振動に強く、長い寿命を有するという利点がある。また、臨界以上の電圧を加えた瞬間に光を生成するため、速い応答速度を有する。

しかし、このようなＬＥＤを使用した照明器具の場合、多数のＬＥＤからなるため、消費電力が増加し、多くの熱が発生するという問題が発生する。また、ＬＥＤ照明器具は、ＬＥＤ光源から入射された光を散乱および拡散させるための拡散板を含むが、これにより輝度が低下し、大面積の照明器具であるほど、輝度の均一度が低下する問題が発生する。さらに、このようなＬＥＤ照明器具は、構造的限界により厚みを薄くすることが困難であるという短所を有する。

ＬＥＤ照明器具に使用される拡散板を、以下、より具体的に説明する。
一般的に、拡散板は、ポリスチレン（ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ，ＰＳ）またはポリカーボネート（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ，ＰＣ）を押出成形して作製する。このとき、拡散板内部には、互いに異なる屈折率を有する気泡または拡散剤が分布する。こうした拡散板内部の気泡または拡散剤は、拡散板に入射された光を屈折および反射させる。特に、拡散板内部に気泡または拡散剤が十分にある場合、拡散板に入射された光は、拡散板内部で十分な回数の屈折および反射を経て散乱することになる。これにより、拡散板に入射した光が拡散板外部に放出されるときは、光の強さが均一になり、発散角が大きくなる。しかし、このような拡散板に入射した光が拡散剤内部の気泡または拡散剤に屈折および反射される過程において、入射した光の一部は、拡散剤の気泡または拡散剤に吸収される。これにより、光が拡散板を透過する過程において、光の損失が発生することになる。

また、ガラス基板上に屈折率の異なる粉末をペースト（ｐａｓｔｅ）状に塗布して製造された拡散板に関する発明が開示されているが（特許文献１）、前記発明の場合、ペースト内の有機物が十分に分解されず、拡散の問題が発生することがあり、また、バインダーバーンアウト（ｂｉｎｄｅｒ ｂｕｒｎ‐ｏｕｔ）時に有害物質が発生する問題を有する。

特開２０１２‐３２４４１号公報

本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するために案出されたものであって、本発明の目的は、高い輝度と輝度の均一性を有する光拡散板、その製造方法、およびそれを含むＬＥＤ照明器具を提供することである。

このために、本発明は、入射された光を拡散および散乱させて透過させる光拡散板であって、入射された光を拡散および散乱させる結晶が形成された結晶化ガラスからなることを特徴とする光拡散板を提供する。
ここで、前記結晶化ガラスに形成された結晶のサイズ（粒径）は、０．０１〜０．１μｍであることが好ましい。
また、前記光拡散板の表面粗さ（ＲＭＳ）は、１μｍ以下であることが好ましい。
そして、可視光線（３８０〜７８０ｎｍ）に対する前記光拡散板の透過率は、５０％以上であることが好ましい。
また、本発明は、入射された光を拡散および散乱させて透過させる光拡散板の製造方法であって、透過率が８５％以上であり、熱処理により結晶化されるガラスを準備するステップ；および、前記ガラスを９００〜１０００℃の温度で加熱し、熱処理して結晶化するステップを含む光拡散板の製造方法を提供する。
また、本発明は、光を案内する導光板；前記導光板の側面に配置されて前記導光板に光を発散するＬＥＤ光源部；および、前記導光板から光が出射される一面上に配置されて光を拡散および散乱させる光拡散板を含んでなり、前記光拡散板は、導光板から入射された光を拡散および散乱させる結晶が形成された結晶化ガラスからなることを特徴とするＬＥＤ照明器具を提供する。
また、前記導光板は、光を両面に出射し、前記光拡散板は、前記導光板の両面に配置されてよい。
そして、前記結晶化ガラスに形成された結晶のサイズは、０．０１〜０．１μｍであることが好ましい。
また、前記光拡散板の表面粗さは、１μｍ以内であることが好ましい。

本発明によれば、光拡散板が結晶ガラスからなることにより、光拡散板を介して放出される光の輝度および輝度の均一性を向上させることができ、高い透過率を有する。
また、本発明に係るＬＥＤ照明器具は、厚みを薄くすることができ、片面または両面発光することができる。

本発明の一実施例に係る光拡散板の製造方法の概略的なフロー図である。 導光板、一般ガラス、結晶化ガラスの、結晶化前および後における視野角による輝度を示したグラフである。 結晶化ガラスの加熱温度による輝度を比較した写真である。 本発明の一実施例に係るＬＥＤ照明器具の概念的な断面図である。

以下では、添付された図面を参照しつつ、本発明の実施例に係る光拡散板、その製造方法、およびそれを含むＬＥＤ照明器具について詳細に説明する。
なお、本発明を説明するにあたり、関連した公知の技能あるいは構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不必要に不明確にし得ると判断される場合、その詳細な説明は省略する。

光源等から入射された光を拡散および散乱させて透過させる本発明に係る光拡散板は、入射された光を拡散および散乱させる結晶が形成された結晶化ガラスからなる。結晶化ガラス（ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚｅｄ ｇｌａｓｓ）とは、ガラスを再加熱してガラス組成分子の配列を多結晶化したガラスをいう。このような結晶により、光拡散板へ入射された光は、拡散および散乱するようになり、これにより、光拡散板から放出される光は、大きな発散角および均一な強さで放出されることになる。

本発明に係る光拡散板は、結晶質ガラスからなるため、光拡散板を介して放出される光の輝度および輝度の均一性を向上させることができる。また、本発明に係る光拡散板は、ガラスからなるため、高い透過率を有する。好ましくは、本発明の光拡散板は、可視光線（３８０〜７８０ｎｍ）に対する５０％以上の透過率を有してよい。

結晶化ガラスに形成された結晶のサイズは、０．０１〜０．１μｍであることが好ましい。結晶のサイズは、０．１μｍを超える場合、光源から入射された光の透過が十分になされず、０．０１μｍ未満である場合、光源から入射された光の散乱が十分に起きないからである。結晶のサイズは、例えばＸ線回折によって測定することができる。

また、本発明に係る光拡散板の表面粗さ（ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）は、二乗平均平方根粗さ（ｒｍｓ）が１μｍ以下であることが好ましい。本発明に係る光拡散板がＬＥＤ照明器具などに使用される場合、導光板に付着されるようになるが、このとき、光拡散板と導光板との間に空気層が介在しないことが好ましいためである。

図１は、本発明の一実施例に係る光拡散板の製造方法の概略的なフロー図である。
図１を参照すると、本発明の一実施例に係る光拡散板の製造方法は、３８０〜７８０ｎｍにおける透過率が８５％以上であり、熱処理により結晶化されるガラスを準備するステップ（Ｓ１００）、および、ガラスを９００〜１０００℃の温度を加熱し、熱処理して結晶化するステップ（Ｓ２００）を含んでよい。

光源等から入射された光を拡散および散乱させて透過させる光拡散板の製造のために、まず、８５％以上の透過率を有しかつ熱処理により結晶化されるガラスを準備する。熱処理によって結晶化がなされると、ガラスの透過率が低下するようになるので、熱処理前のガラスの透過率は高いほどよいであろう。
その後、ガラスを９００〜１０００℃の温度を加熱し、熱処理してガラスを結晶化する。

表１は、導光板、一般ガラス、結晶化ガラスの、結晶化前および後における視野角による輝度を示した表であり、図２は、これを示したグラフである。

表１および図２に示すように、導光板と一般ガラスの場合、結晶化ガラスに比べて輝度が非常に低いことが分かる。また、結晶化ガラスの場合も、加熱による熱処理がなされていない場合と８５０℃以下の温度に加熱された結晶化ガラスの場合、その輝度は、本発明による結晶化ガラスに比べて低いことが分かる。

図３は、結晶化ガラスの加熱温度による輝度を比較した写真である。
図３に示されたところのように、６００℃の温度で熱処理した場合、光をほぼ放出せず、１１００℃の温度で熱処理した場合、放出される光の輝度が相当に低いことが分かる。図３において、黒色の土台部分は、導光板を示す。

図４は、本発明の一実施例に係るＬＥＤ照明器具の概念的な断面図である。
図４を参照すると、本発明の一実施例に係るＬＥＤ照明器具は、導光板１００、ＬＥＤの光源部２００、および光拡散板３００を含んでいてよい。

導光板１００は、側面に配置されたＬＥＤ光源部２００から発散されて導光板１００に入射される光を光拡散板３００に案内する。
導光板１００は、外部の空気層よりも低い屈折率を有し、かつ光学的に透明なアクリレートモノマー（ａｃｒｙｌａｔｅ ｍｏｎｏｍｅｒ）の重合体であるポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ：Ｐｏｌｙ‐ＭｅｔｈｙｌＭｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）等の高分子物質からなることが好ましい。導光板１００が外部の空気層よりも低い屈折率を有することにより、ＬＥＤの光源部２００から導光板の側面に入射された光の一部は、導光板の外部には放出されずに、全反射によって導光板の内部を水平方向に進みながら分散されている。

すなわち、本発明の一実施例に係るＬＥＤ照明器具は、前面発光型でなく側面発光型であるため、導光板の面積全体にわたってＬＥＤ光源が配列される従来のＬＥＤ照明と比較して、単位面積あたりに所要されるＬＥＤ光源の個数を減らすことができる。したがって、ＬＥＤ光源の駆動に必要な電力の消耗および熱発生を最小化することができ、製造費用を低減させることができ、厚みを薄くすることができる。

導光板１００において、光が出射される一面の反対面、すなわち、光拡散板３００が配置されている面の反対面には、ＬＥＤ光源部２００から入射された光を出射面へ反射する反射パターンが形成されてよい。すなわち、ＬＥＤ光源部２００から入射された光を出射面および一側面へのみ放出されるようにすることにより、光が出射面の反対面へ放出されて喪失することを防止することができる。

ＬＥＤ光源部２００は、導光板１００の側面に配置されて導光板１００へ光を放射する光源として、複数のＬＥＤがアレイ形態に配列されていることが好ましい。

光拡散板３００は、導光板１００において光が出射される少なくとも一面上に配置されて、入射された光を拡散および散乱させて放出し、結晶が形成された結晶化ガラスからなる。なお、図４において光拡散板３００は導光板１００の上面にのみ配置されているが、導光板１００の下面及びＬＥＤ光源部２００とは反対の側面上に配置してもよいことは言うまでもない。

光拡散板３００は、導光板１００から入射された光を拡散および散乱させて放出することにより、光が大きな発散角を有し、均一な強さで放出されるようにする。光拡散板３００が結晶質ガラスからなるため、ＬＥＤ照明器具を介して放出される光の輝度および輝度の均一性を向上させることができる。

上述したように、結晶化ガラスに形成された結晶のサイズは、０．０１〜０．１μｍであることが好ましい。また、導光板１００の一面上に配置された光拡散板３００と導光板１００の間に空気層が介在することを防止するために、光拡散板３００の表面粗さ（ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）は１μｍ以下であること好ましい。

また、本発明に係るＬＥＤ照明器具において、導光板１００は、光を両面に出射し、光拡散板３００は、光が出射される導光板１００の両面に配置されてよい。
これにより、本発明に係るＬＥＤ照明器具は、両面発光してよい。このとき、導光板１００は、ＬＥＤ光源部から入射された光を一面へのみ出射する必要がないため、反射パターンのない導光板が使用されてよい。

以上のように、本発明は限定された実施例と図面によって説明されたが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、本発明の属する分野における通常の知識を有する者であれば、これらの記載から多様な修正および変形が可能である。
それゆえ、本発明の範囲は、説明された実施例に極限されて定められてはならず、後述する特許請求の範囲だけでなく、特許請求の範囲と均等なものにより定められなければならない。

１００：導光板
２００：ＬＥＤ光源部
３００：光拡散板

Claims (9)

1. 入射された光を拡散および散乱させて透過させる光拡散板であって、
   入射された光を拡散および散乱させる結晶が形成された結晶化ガラスからなることを特徴とする光拡散板。
2. 前記結晶化ガラスに形成された結晶のサイズは０．０１〜０．１μｍであることを特徴とする、請求項１に記載の光拡散板。
3. 前記光拡散板の表面粗さ（ＲＭＳ）は、１μｍ以下であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の光拡散板。
4. 可視光線に対する前記光拡散板の３８０〜７８０ｎｍにおける透過率は、５０％以上であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光拡散板。
5. 入射された光を拡散および散乱させて透過させる光拡散板の製造方法であって、
   ３８０〜７８０ｎｍにおける透過率が８５％以上であり、熱処理により結晶化されるガラスを準備するステップ；
   前記ガラスを９００〜１０００℃の温度で加熱し、熱処理して結晶化するステップを含む光拡散板の製造方法。
6. 光を案内する導光板；
   前記導光板の側面に配置されて前記導光板へ光を発散するＬＥＤ光源部；および
   前記導光板において光が出射される一面上に配置されて光を拡散および散乱させる光拡散板を含んでなり、
   前記光拡散板は、導光板から入射された光を拡散および散乱させる結晶が形成された結晶化ガラスからなることを特徴とするＬＥＤ照明器具。
7. 前記導光板は、光を両面に出射し、
   前記光拡散板は、前記導光板の両面に配置されることを特徴とする、請求項６に記載のＬＥＤ照明器具。
8. 前記結晶化ガラスに形成された結晶のサイズは、０．０１〜０．１μｍであることを特徴とする、請求項６又は７に記載のＬＥＤ照明器具。
9. 前記光拡散板の表面粗さは、１μｍ以内であることを特徴とする、請求項６〜８のいずれか１項に記載のＬＥＤ照明器具。