JP2016074570A - ガラス板、および、それを用いたエッジライト型面状照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エッジライト型面状照明装置の導光板として使用した際に、有効光路長方向における光源からの光の伝達特性が良好なガラス板、および、該ガラス板を導光板として用いたエッジライト型面状照明装置の提供。【解決手段】少なくとも一辺の長さが２００ｍｍ以上、かつ、厚さが０．５ｍｍ以上のガラス板であり、波長５５０ｎｍの光の吸収係数が１ｍ-1以下であり、波長４００〜７０ｎｍの範囲の光の吸収係数の最大値αmaxと、最小値αminと、の比（αmax／αmin）が１０以下であるガラス板。５０〜３５０℃における平均膨張係数が１０５×１０−７／℃以下であり、ヤング率が５０ＧＰａ以上であるガラス板【選択図】なし

Description

本発明は、エッジライト型面状照明装置の導光板として、好適に使用されるガラス板に関する。
また、本発明は、導光板として、本発明のガラス板を用いたエッジライト型面状照明装置に関する。
エッジライト型面状発光装置には、液晶表示装置のバックライトとして使用されるものも含まれるが、本発明が対象とするエッジライト型面状照明装置は、これとは異なり、建造物の天井、床、壁等の屋内又は屋外で、専ら照明目的で使用されるものを指す。

エッジライト型面状照明装置の導光板としては、従来、樹脂材料製の導光板が広く用いられている（特許文献１参照）。しかしながら、樹脂材料製の導光板は、耐熱性が低く、熱膨張が大きいため、長期使用時には、高温高湿環境に晒されることにより、樹脂材料製の導光板の劣化や変形により、装置劣化や輝度不良の問題があった。
そのため、樹脂材料製の導光板に比べて耐熱性が高く、熱膨張が少ない材料として、ガラス板を導光板として使用することが検討されている（特許文献２参照）。

特開２０１４−６７５２５号公報 特開２００９−１９９８７５号公報

特許文献２に記載の面状発光装置で導光板として使用されるガラス板は、光透過率が９０％以上である、とされている。この光透過率は、樹脂材料製の導光板と遜色ないレベルである。
しかしながら、光透過率のみに着目して、エッジライト型面状照明装置の導光板として使用するガラス板を選定した場合、エッジライト型面状照明装置の輝度が低下する場合があることが明らかになった。この点について、鋭意検討した結果、以下の理由によることを本願発明者らは見出した。
ガラス板の光透過率は、その厚みに依存する。エッジライト型面状照明装置は、導光板として使用するガラス板の一端面に配置した光源からの光を、全反射により該ガラス板の内部に伝播させるとともに、該ガラスの一方の主面、または、両方の主面から出射させるものであるため、エッジライト型面状照明装置の導光板として使用するガラス板の有効光路長は、該ガラス板の厚み方向ではなく、該ガラス板の主面に対し平行方向となり、この有効光路長方向における、光源からの光の伝達特性が重要になる。
エッジライト型面状照明装置の導光板として使用されるガラス板は、主面についてはより大面積化が求められ、厚みについてはより薄板化が求められるため、エッジライト型面状照明装置の導光板として使用するガラス板の有効光路長と、ガラス板の厚みと、の差はますます大きくなる傾向がある。そのため、ガラス板の厚みに依存する光透過率のみに着目して、エッジライト型面状照明装置の導光板として使用するガラス板を選定した場合、
有効光路長方向における、光源からの光の伝達特性に不十分になり、該ガラス板を導光板として使用したエッジライト型面状照明装置の輝度が低下する場合がある。
本発明は、上述した従来技術における問題点を解決するため、エッジライト型面状照明装置の導光板として使用した際に、有効光路長方向における光源からの光の伝達特性が良好なガラス板、および、該ガラス板を導光板として用いたエッジライト型面状照明装置を提供することを目的とする。

上記した目的を達成するため、本発明は、少なくとも一辺の長さが２００ｍｍ以上、かつ、厚さが０．５ｍｍ以上のガラス板であり、
波長５５０ｎｍの光の吸収係数が１ｍ^-1以下であり、波長４００〜７００ｎｍの範囲の光の吸収係数の最大値α_max（ｍ^-1）と、最小値α_min（ｍ^-1）と、の比（α_max／α_min）が１０以下であることを特徴とするガラス板を提供する。

本発明のガラス板は、波長４００〜７００ｎｍの範囲の光の吸収係数の最大値α_maxが１ｍ^-1以下であることが好ましい。

本発明のガラス板は、５０〜３５０℃における平均熱膨張係数が１０５×１０^-7／℃以下であることが好ましい。

本発明のガラス板は、ヤング率が５０ＧＰａ以上であることが好ましい。

本発明のガラス板は、ＪＩＳ Ｋ５６００−５−４に定める鉛筆硬度が５Ｈ以上であることが好ましい。

本発明のガラス板は、熱伝導率が０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましい。

本発明のガラス板は、水平な定盤上に、ガラス板の一方の主表面が接するように載置して、ガラス板の浮き上がりである反り量を、隙間ゲージを用いて、２０℃で測定した際、反り量の平均値が０．６ｍｍ以下であることが好ましい。

また、本発明は、本発明のガラス板と、該ガラス板の一端面に配置される光源と、を有するエッジライト型面状照明装置。

本発明に記載のガラス板をエッジライト型面状照明装置の導光板として用いた場合、有効光路長方向における光源からの光の伝達特性が良好となる。これにより、エッジライト型面状照明装置の発光輝度の低下が抑制される。
また、樹脂材料製の導光板に比べて、耐熱性が高く、熱膨張が少ないため、長期使用時にも、装置劣化や輝度不良の問題がない。
また、樹脂材料製の導光板に比べて、表面硬度が高いため、エッジライト型面状照明装置の使用時に導光板にキズがつきにくい。

図１は、エッジライト型面状照明装置の一構成例を示した模式断面図である。

以下、本発明のガラス板について説明する。
本発明のガラス板は、少なくとも一辺の長さが２００ｍｍ以上、かつ、厚さが０．５ｍｍ以上のガラス板である。少なくとも一辺の長さが２００ｍｍ以上とは、ガラス板の平面形状が長方形の場合、その長辺の長さが２００ｍｍ以上であればよく、その短辺の長さは２００ｍｍ未満であってもよいことを意図する。この場合、ガラス基板の短辺側の端面にＬＥＤ等の光源を配置して、該光源からの光を、該ガラス板の長辺方向に伝播させる。本発明のガラス板は、上記短辺の長さも２００ｍｍ以上であってもよい。また、本発明のガラス板、その平面形状が正方形であってもよい。この場合、全ての辺の長さが２００ｍｍ以上である。
本発明のガラス板は、少なくとも一辺の長さを２００ｍｍ以上とすることにより、面状照明装置とした場合に適切な照度を得ることができる。少なくとも一辺の長さが２５０ｍｍ以上であることが好ましく、４００ｍｍ以上であることがより好ましい。
また、厚さが０．５ｍｍ以上である理由は、ガラス板の厚さが０．５ｍｍより小さいと、エッジライト型面状照明装置の導光板として用いた場合に、ガラス表面で反射する回数が増加することになり、反射による減衰が大きくなり、有効光路長方向における、光源からの光の伝達特性が低下する。好ましくは１ｍｍ以上であり、より好ましくは１．５ｍｍ以上である。一方、ガラス板の厚さが大きすぎると、１０ｍｍより大きいと、エッジライト型面状照明装置の導光板として使用する際、散乱部材に散乱される回数が減少するため、外に取り出される光量が減少する。そのため、内部透過率が低下する。このため、好ましくは５ｍｍ以下であり、より好ましくは２．５ｍｍ以下である。また、ガラス板の厚さの公差が±０．１ｍｍ以内であることが好ましい。

本発明のガラス板は、エッジライト方式の面状照明装置の導光板として使用する際に、有効光路長方向における光源からの光の伝達特性が良好であることが求められる。本発明のガラス板は、面状照明装置の光源の波長域の光の吸収係数が低くすることで、有効光路長方向における光源からの光の伝達特性が良好となる。
なお、面状照明装置の光源の波長域の光透過率ではなく、面状照明装置の光源の波長域の光の吸収係数を用いるのは、ガラス板の厚さや表面反射の影響を受けることがないためである。

面状照明装置の光源としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）、具体的には、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の三色のＬＥＤが使用される。そのため、これら三色の光の吸収係数が低いことが求められる。
本発明のガラス板は、波長５５０ｎｍの光の吸収係数が１ｍ^-1以下であり、波長４００〜７００ｎｍの範囲の光の吸収係数の最大値α_max（ｍ^-1）と、最小値α_min（ｍ^-1）と、の比（α_max／α_min）が１０以下であり、３以下がより好ましい。
ここで、波長４００〜７００ｎｍの範囲の光の吸収係数を判断指標とするのは、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の三色の光の波長を包含するからである。また、波長５５０ｎｍの光の吸収係数を判断指標とするのは、波長４００〜７００ｎｍの範囲の光のうち、波長５５０ｎｍの光の吸収係数が最も低くなるからである。波長５５０ｎｍの光の吸収係数、および、波長４００〜７００ｎｍの範囲の光の吸収係数の最大値α_max（ｍ^-1）と、最小値α_min（ｍ^-1）と、の比（α_max／α_min）が上記の条件を満たしていれば、エッジライト方式の面状照明装置の光源として使用される、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の三色の光の吸収が軽微である。また、α_max／α_minが上記の条件を満たしていれば、波長４００〜７００ｎｍの範囲において、波長による光の吸収の差が軽微である。
本発明のガラス板は、波長４００〜７００ｎｍの範囲の光の吸収係数の最大値α_maxが１ｍ^-1以下であることが好ましい。

本発明のガラス板は、エッジライト型面状照明装置の導光板として、使用する際に経験する温度域、具体的には、５０〜３５０℃における熱膨張係数が低いことが好ましい。当該温度域における熱膨張係数が低ければ、エッジライト型面状照明装置の使用時における熱膨張が少ないため、長期使用時にも、装置劣化や輝度不良の問題がない。
本発明のガラス板は、５０〜３５０℃における平均熱膨張係数が１０５×１０^-7／℃以下であることが好ましく、９５×１０^-7／℃以下であることがより好ましく、８５×１０^-7／℃以下であることがさらに好ましい。

本発明のガラス板は、ヤング率が高いことが、ガラス板が薄くなっても自重や外力によるたわみや変形を抑制できるため好ましい。
本発明のガラス板は、ヤング率が５０ＧＰａ以上であることが好ましく、６０ＧＰａ以上であることがより好ましく、７０ＧＰａ以上であることがさらに好ましい。

本発明のガラス板は、表面硬度が高いことが、エッジライト型面状照明装置の導光板としての使用時おける傷付き防止の観点から好ましい。
本発明のガラス板は、ＪＩＳ Ｋ５６００−５−４に定める鉛筆硬度が５Ｈ以上であることが好ましく、８Ｈ以上であることがより好ましく、９Ｈ以上であることがさらに好ましい。

本発明のガラス板は、熱伝導率が高いことが、エッジライト型面状照明装置の導光板として使用する際に、光源からの熱を放散させる効果が期待できるため好ましい。
本発明のガラス板は、熱伝導率が０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましく、０．７Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることがより好ましく、０．９Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることがさらに好ましい。

本発明のガラス板は、エッジライト型面状照明装置の導光板として使用されるため、反りが少ないことが好ましい。
本発明のガラス板は、水平な定盤上に、ガラス板の一方の主表面が接するように載置して、ガラス板の浮き上がりである反り量を、隙間ゲージを用いて、２０℃で測定した際、反り量の平均値が０．６ｍｍ以下であることが好ましく、０．４ｍｍ以下であることがより好ましく、０．２ｍｍ以下であることがさらに好ましい。

本発明のガラス板は化学強化処理を施すことができる。化学強化処理を施すことにより、ガラス板の割れ、欠けに対する耐久性が向上するので好ましい。

本発明のガラス板は、エッジライト型面状照明装置の導光板として使用されるため、反りが少ないことが好ましい。

次に、本発明のエッジライト型面状照明装置について説明する。
本発明のエッジライト型面状照明装置の一構成例を図１に示す。
図１に示すエッジライト型面状照明装置１０において、導光板２０の一端面（図中、下側の端面）にはＬＥＤ等の光源５０が配置されている。導光板２０は、該導光板２０の一端面に配置した光源５０からの光を、全反射により該導光板２０の内部に伝播させるとともに、一方の主面（図中、右側の主面。以下、光出射面という。）から面状に出射させる。
導光板２０の光出射面に対して反対側の主面（図中、左側の主面。以下、光反射面という。）と対向する位置には、該光反射面から出射する光を再び導光板２０に戻すための反射板３０が配置されている。導光板２０の光反射面上には、該導光板２０と、反射板３０と、の間に位置するように、光散乱部４０がドットパターン状に所定の間隔で形成されている。該光散乱部４０は、その内部で全反射する光を散乱させて光出射面から出射させるとともに、光源が点光源である場合の光出射面における輝度の不均一、また光源からの距離の違いによる光出射面における輝度の不均一等を抑制する。該光散乱部４０は全反射条件を崩す機能を有するものであり、白色材や、凸形状の透明材を用いることで上記の機能を発現できる。該光散乱部４０は、白色材や透明材を用いて、インクジェット法等の印刷法により形成できる。
上述したエッジライト型面状照明装置１０の各構成要素は、筐体６０内に配置されている。該筐体６０は、導光板２０の光出射面が外部に露出する構造である。
本発明のエッジライト型面状照明装置１０は、上述した本発明のガラス板が導光板２０として使用されている。
但し、本発明のエッジライト型面状照明装置は、上述した本発明のガラス板を導光板として使用するものであり、導光板をなすガラス板と、該ガラス板の一端面に配置される光源と、を有すればよく、図示した構成に限定されない。たとえば、図１に示すエッジライト型面状照明装置１０において、導光板２０の他方の端面（図中、上側の端面）にもＬＥＤ等の光源が配置されていてもよい。また、本発明のエッジライト型面状照明装置は、導光板の一端面（または両方の端面）に配置した光源からの光を、該導光板の内部に伝播させるとともに、該導光板の両方の主面から出射させるものであってもよい。この場合、導光板の両方の主面が光出射面である。そのため、光反射面は存在せず、該光反射面に対向する位置に配置される反射板、および、光反射面上に配置される光散乱部は有しない。また、本発明のエッジライト型面状照明装置の各構成要素を収容する筐体も、光出射面をなる導光板の両方の主面が露出する構造とする。

従来の導光板材料として用いられていたアクリル樹脂等の樹脂材料の場合は、コーナー部に穴をあける加工を施した構造体とすることが困難であったが、本発明のガラス板を導光板として使用したエッジライト型面状照明装置の場合、コーナー部に孔空け加工することにより、天井や壁面に直接固定できる。
また、光散乱部を裏面に印刷した他のガラス板と、本発明のガラス板と、を組み合わせた複層構造のエッジライト型面状照明装置としてもよい。さらには、本発明のガラス板を用いたエッジライト型面状照明装置と、スポットライトなどの点状光源と、を組み合わせた構造の照明装置としてもよい。
以上、エッジライト型面状照明装置として述べたが、ガラス板の端面を露出させた構造としたい場合は、ガラス板の端面近傍から光源からの光を入光させてもよい。その場合、ガラス板の主表面の一部に入光部としての突起部を設けてもよい。

（実施例１、比較例１、２）
２種類のガラス板（実施例１、比較例１）と、液晶ディスプレイの導光板として使用されているアクリル樹脂板（比較例２）について以下の評価を実施した。ガラス板およびアクリル樹脂板の寸法は、いずれも４８５ｍｍ×２８４ｍｍ×ｔ２ｍｍである。結果を下記表に示す。
（可視光線透過率）
５０ｍｍ長さにおける可視光線透過率（％）を紫外可視赤外分光光度計ＵＨ４１５０、株式会社日立ハイテクサイエンス製）を用いて測定した。
（光吸収係数）
光吸収係数は、媒質に入射する前の光の強度をＩ₀としたときの入射後の光の強度Ｉとの関係であり、ランベルト・ベールの法則から媒質の吸収係数αを用いて以下の式で示される。
Ｉ＝Ｉ₀・ｅｘｐ（−α×ｄ）
α＝１／ｄ×ｌｎ（Ｉ／Ｉ₀）
α：媒質の光吸収係数［ｍ^-1］
ｄ：媒質の厚さ［ｍ］
波長４００〜７００ｎｍの光吸収係数（ｃｍ^-1）を紫外可視赤外分光光度計ＵＨ４１５０、株式会社日立ハイテクサイエンス製）を用いて測定して、当該波長域における光吸収係数の最大値α_max、および、最小値α_minを特定した。ここで、波長５５０ｎｍにおける光吸収係数を当該波長域における光吸収係数の最小値α_minとした。
（熱膨張係数）
ＪＩＳ Ｒ３１０２（１９９５年度）にしたがって、示差熱膨張計（ＴＭＡ）を用いて、５０〜３５０℃の平均熱膨張係数（／℃）を求めた。
（ヤング率）
超音波パルス法（ＪＩＳ Ｒ１６０２）によりヤング率（ＧＰａ）を測定した。
（鉛筆硬度）
ＪＩＳ Ｋ ５４００による鉛筆硬度試験で鉛筆硬度を測定した。
（熱伝導率）
熱伝導率（Ｗ／ｍＫ）は、レーザーフラッシュ法により測定した。
（反り量）
水平な定盤上に、ガラス板の一方の主表面が接するように載置して、ガラス板の浮き上がりである反り量を、隙間ゲージを用いて、２０℃で測定し、ガラス板の四隅における反り量の平均値を求めた。
該隙間ゲージ法による隙間の測定は、次のようにして行われる。まず、測定対象である略多角形状の表面を有するガラスを、反りの存在しない平坦かつ水平な定盤上に載置する。次に、ガラスの略多角形状の頂点にあたる部分（以下、コーナー部という）と該定盤との隙間の距離を隙間ゲージにより測定する。ガラス隙間ゲージはＪＩＳ Ｂ７５２４の規格に適合したものであれば任意のものを利用可能であり、０．０１ｍｍを最小単位として隙間を測定する。
（輝度）
ガラス板若しくはアクリル樹脂板の一方の主表面に、拡散インキをドットパターン状に印刷して、一方の主表面に散乱部材を形成された導光板を作成した。暗室で光源を点灯させ、株式会社トプコン製の輝度計を用い、測定距離３ｍで平均輝度（ｃｄ／ｍ²）を測定した。
実施例１、比較例１のガラス板は、いずれも可視光線透過率が８０％以上であるが、波長５００ｎｍの光吸収係数が１ｍ^-1より高い比較例１のガラス板は、輝度評価の結果がアクリル樹脂板（比較例２）に比べて劣っていた。これに対し、波長５００ｎｍの光吸収係数が１ｍ^-1より低く、α_max／α_minが１０以下の実施例１のガラス板は、輝度評価の結果がアクリル樹脂板（比較例２）と同等であり、反り量も同等であった。
しかも、比較例２のアクリル樹脂板に比べて、エッジライト型面状照明装置の導光板として以下の優れた特性を有する。
・平均熱膨張係数が小さい。
・ヤング率が高い。
・鉛筆硬度が高い。
・熱伝導度が高い。

１０：エッジライト型面状照明装置
２０：導光板
３０：反射板
４０：光散乱部（ドットパターン）
５０：光源
６０：筐体

Claims (8)

1. 少なくとも一辺の長さが２００ｍｍ以上、かつ、厚さが０．５ｍｍ以上のガラス板であり、
   波長５５０ｎｍの光の吸収係数が１ｍ^-1以下であり、波長４００〜７００ｎｍの範囲の光の吸収係数の最大値α_max（ｍ^-1）と、最小値α_min（ｍ^-1）と、の比（α_max／α_min）が１０以下であることを特徴とするガラス板。
2. 波長４００〜７００ｎｍの範囲の光の吸収係数の最大値α_maxが１ｍ^-1以下である、請求項１に記載のガラス板。
3. ５０〜３５０℃における平均熱膨張係数が１０５×１０^-7／℃以下である、請求項１または２に記載のガラス板。
4. ヤング率が５０ＧＰａ以上である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のガラス板。
5. ＪＩＳ Ｋ５６００−５−４に定める鉛筆硬度が５Ｈ以上である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のガラス板。
6. 熱伝導率が０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上である、請求項１〜５のいずれか１項に記載のガラス板。
7. 水平な定盤上に、ガラス板の一方の主表面が接するように載置して、ガラス板の浮き上がりである反り量を、隙間ゲージを用いて、２０℃で測定した際、反り量の平均値が０．６ｍｍ以下である、請求項１〜６のいずれか１項に記載のガラス板。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載のガラス板と、該ガラス板の一端面に配置される光源と、を有するエッジライト型面状照明装置。