JP2024048153A - 光学装置、光学部材および導光部材 - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザーが容易にサイズを変更することができる光学装置に好適に用いられる光学部材を提供する。【解決手段】光学部材１００は、複数の導光ブロック１０Ａが導光方向に沿って配列された導光ブロック列であって、各導光ブロックは、受光面と、受光面と反対側の出射面と、受光面と出射面との間の少なくとも３つの側面とを有し、受光面に形成された光拡散構造を有する第１導光ブロック、または、出射面に形成された光拡散構造を有する第２導光ブロックを含む、導光ブロック列と、第１導光ブロックの側面の上に配置された光取り出し層、または、第２導光ブロックの出射面側に配置された導光ブロックが有する側面の上に配置された光取り出し層とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、光学装置、光学部材および導光部材に関する。

近年、光源としてＬＥＤ素子を用いた多様な光学装置が開発されている。その中に、光源と複数の導光層とを有する光学装置がある。

例えば、特許文献１には、複数の導光層を有するバックライトユニットが開示されている。また、特許文献２には、複数の導光層を有する標示装置が開示されている。

特開２０１１ー２３３５３号公報 特開平９－２１２１１６号公報

特許文献１、２に記載されているような従来の光学装置は、予め決められたサイズの光学装置であり、ユーザーがサイズを変更することは想定されていない。

本発明は、例えば、ユーザーが容易にサイズを変更することができるなど、全く新しい利用形態を提供することが可能な光学装置、そのような光学装置に用いられる光学部材および導光部材を提供することを目的とする。

本発明の実施形態によると、以下の項目に記載の解決手段が提供される。
［項目１］
複数の導光ブロックが導光方向に沿って配列された少なくとも１つの導光ブロック列であって、前記複数の導光ブロックのそれぞれは、受光面と、前記受光面と反対側の出射面と、前記受光面と前記出射面との間の少なくとも３つの側面とを有し、前記受光面に形成された光拡散構造を有する第１導光ブロック、または、前記出射面に形成された光拡散構造を有する第２導光ブロックを含む、少なくとも１つの導光ブロック列と、
前記第１導光ブロックが有する前記少なくとも３つの側面の少なくとも１つの側面の上に配置された光取り出し層、または、前記第２導光ブロックの前記出射面側に配置された導光ブロックが有する前記少なくとも３つの側面の少なくとも１つの側面の上に配置された光取り出し層と
を有する、光学部材。
［項目２］
前記光拡散構造は、前記受光面または前記出射面に形成された凹凸構造である、項目１に記載の光学部材。
［項目３］
前記凹凸構造は、前記受光面または前記出射面を粗面化することによって形成された微細な凹凸構造である、項目２に記載の光学部材。
［項目４］
前記微細な凹凸構造の平均粗さＲａは１．６μｍ以上１００μｍ以下である、項目３に記載の光学部材。
［項目５］
前記少なくとも１つの導光ブロック列が有する前記複数の導光ブロックは、前記少なくとも３つの側面の上に光取り出し層を有しない、導光ブロックを含む、項目１から４のいずれかに記載の光学部材。
［項目６］
前記光取り出し層は、内部全反射によって光を取り出す複数の内部空間を有する、項目１から５のいずれかに記載の導光ブロック。
［項目７］
前記導光ブロックの形状は、略直方体である、項目１から６のいずれかに記載の導光ブロック。
［項目８］
前記少なくとも１つの導光ブロック列は、平行に配列された複数の導光ブロック列を含む、項目１から７のいずれかに記載の光学部材。
［項目９］
前記少なくとも１つの導光ブロック列は、前記光拡散構造上に配置された接着剤層をさらに有する、請求項１から８のいずれか１項に記載の光学部材。
［項目１０］
項目１から９のいずれかに記載の光学部材と、
前記複数の導光ブロック列に向けて光を出射するように配置された光源と
を有する、光学装置。
［項目１１］
受光面と、前記受光面と反対側の出射面と、前記受光面と前記出射面との間の少なくとも３つの側面とを有する導光ブロックと、
前記少なくとも３つの側面の少なくとも１つの側面の上に配置された光取り出し層と、
前記受光面および前記出射面の少なくとも一方の上に配置された、光拡散性を有する粘着剤層と
を有する、導光部材。

本発明の実施形態によると、ユーザーが容易にサイズを変更することができる、全く新しい利用形態を提供することが可能な光学装置、そのような光学装置に好適に用いられる導光部材および光学部材が提供される。

本発明の実施形態による光学部材１００Ａの模式的な斜視図である。 光学部材１００Ａが有する導光部材１０Ｍ１の模式的な斜視図である。 光学部材１００Ａが有する導光ブロック１０Ａの受光面ＲＳを含む部分の模式的な部分断面である。 導光部材１０Ｍ１の光取り出し層２０を含む部分の模式的な部分断面図である。 本発明の他の実施形態による光学部材１００Ｂの模式的な斜視図である。 本発明のさらに他の実施形態による光学部材１００Ｃの模式的な斜視図である。 本発明のさらに他の実施形態による光学部材１００Ｄの模式的な斜視図である。 本発明の実施形態による光学装置１０００の模式的な斜視図である。 本発明の実施形態による光学部材の製造に用いられる光取り出しフィルム２００の模式的な断面図である。 光取り出しフィルム２００の模式的な平面図である。 内部空間２４の模式的な断面図である。 内部空間２４の模式的な平面図である。 本発明の実施形態による導光部材１０Ｍ２の模式的な斜視図である。 試作した光学部材の光学像である。 試作した他の光学部材の光学像である。 試作したさらに他の光学部材の光学像である。 試作したさらに他の光学部材の光学像である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態による光学装置、光学部材および導光部材を説明する。本発明の実施形態による光学装置、光学部材および導光部材は、以下で例示するものに限定されない。

本発明の実施形態による光学部材は、複数の導光ブロックが導光方向に沿って配列された少なくとも１つの導光ブロック列であって、複数の導光ブロックのそれぞれは、受光面と、受光面と反対側の出射面と、受光面と前記出射面との間の少なくとも３つの側面とを有し、受光面に形成された光拡散構造を有する第１導光ブロック（図１の導光ブロック１０Ａ参照）、または、出射面に形成された光拡散構造を有する第２導光ブロック（図６の導光ブロック１０Ｂ参照）を含む、少なくとも１つの導光ブロック列と、第１導光ブロックが有する少なくとも３つの側面の少なくとも１つの側面の上に配置された光取り出し層、または、第２導光ブロックの出射面側に配置された導光ブロックが有する少なくとも３つの側面の少なくとも１つの側面の上に配置された光取り出し層とを有する。導光ブロック列に向けて光を出射するように光源を配置することよって本発明の実施形態による光学装置が得られる。もちろん、導光ブロックは、出射面および受光面の両方に形成された光拡散構造を有してもよい。

例えば、導光ブロック列を構成する複数の導光ブロックの数を変更すること、および／または、導光ブロック列の数を変更することによって、光学装置のサイズを容易に変更することができる。光学装置は、例えば、照明装置または表示装置として利用され得る。導光ブロック列の配列を変更することよって、種々の形状の照明装置を得ることができる。また、例えば、平行に配列された複数の導光ブロック列を有する表示装置は、１つの導光ブロックを１つのドットとして、ドット表示を行うことができる。また、種々の大きさまたは形状を有する導光ブロックを組み合わせることもできる。

図１～図４を参照して、本発明の実施形態による光学部材１００Ａの構造および動作を説明する。以下では、略直方体の導光ブロックを有する例を説明するが、導光ブロックは例えば、三角柱、あるいは五角柱以上の多角柱であってもよい。また、導光ブロックの形状は、例えば角柱のエッジが面取りされる等されてもよい。

まず、図１および図２を参照する。図１に本発明の実施形態による光学部材１００Ａの模式的な斜視図を示し、図２に、光取り出し層２０を有する導光ブロック１０Ａの模式的な斜視図を示す。光取り出し層２０を有する導光ブロック１０Ａを導光部材１０Ｍ１ということがある。

図１に示すように、ここで例示する光学部材１００Ａは、３つの導光ブロック１０Ａが導光方向（ｚ方向）に沿って配列された１つの導光ブロック列１０Ｒ１を有している。図１中に白抜き矢印で示すように、導光ブロック列１０Ｒ１に向けて下から出射された光は、導光ブロック１０Ａの光拡散構造によって拡散され、導光ブロック列１０Ｒ１内をｚ方向に伝搬する。導光ブロック列１０Ｒ１内を伝搬する光の内、光取り出し層２０に入射した光の一部は、黒矢印で示すように外部に出射される。光学部材１００Ａは、光取り出し層を有しない１つの導光ブロック１０Ａと、導光ブロック１０Ａの１つの側面にのみ光取り出し層２０を有する２つの導光部材１０Ｍ１を有している。もちろん、光取り出し層２０を配置する導光ブロック１０Ａは任意に変更され得るし、光取り出し層２０の数も任意に変更され得る。

図２に示すように、導光ブロック１０Ａは、受光面ＲＳと、受光面ＲＳと反対側の出射面ＯＳと、受光面ＲＳと出射面ＯＳとの間の４つの側面ＳＳａ、ＳＳｂ、ＳＳｃ、ＳＳｄとを有している。ここでは、図面の下方から受光面ＲＳに向けて（ｚ方向に）光が出射されるので、受光面ＲＳが下側、出射面ＯＳが上側に配置されている。

導光ブロック１０Ａの受光面ＲＳには、光拡散構造ＤＳが形成されている。光拡散構造ＤＳは、光を拡散（収束の反対）させる構造を広く含み、例えば、拡散レンズアレイ、拡散プリズムアレイ、および散乱構造（粗面）を含む。光拡散構造ＤＳは、このような、受光面ＲＳに形成された凹凸構造であることが好ましい。凹凸構造は、ブロックの平坦な面を加工をすることによって形成してもよいし、別途凹凸構造を有するフィルムをブロックの平坦な面に貼り付けてもよい。このとき、フィルム、接着剤およびブロックの間に光学的な界面が形成されないように、フィルム、接着剤およびブロックの屈折率は一致させることが好ましく、屈折率差は０．１以下であることが好ましい。なお、光拡散構造ＤＳを構成する凹凸構造は小さい（例えば、高さの差、ピッチ（規則性を有しない場合は隣接間距離の平均値）は、約１μｍ以上約２００μｍ以下）ので、光拡散構造ＤＳを含む導光ブロック１０Ａは、略直方体（ここで略立方体）であると言える。また、光拡散構造ＤＳは、凹凸構造に限られず、樹脂マトリクス中に、樹脂マトリクスと屈折率が異なる微粒子を分散させた光拡散層であってもよい（図１０参照）。樹脂マトリクス（および必要に応じて用いられる接着剤）の屈折率は、ブロックの屈折率と一致することが好ましく、屈折率差は０．１以下であることが好ましい。

なお、図６を参照して後述する導光ブロック１０Ｂは、出射面ＯＳに光拡散構造ＤＳを有している。導光ブロック１０Ｂは、導光ブロック１０Ａを上下反対（導光方向に対して逆）にすれば得られるが、例えば、拡散レンズアレイ、拡散プリズムアレイの構造は、受光面ＲＳに形成される場合と、出射面ＯＳに形成される場合で異なり得る。また、散乱構造（粗面）は、受光面ＲＳに形成される場合と、出射面ＯＳに形成される場合とで同じであってよい。

導光ブロック１０Ａが有する４つの側面ＳＳａ、ＳＳｂ、ＳＳｃ、ＳＳｄの内の側面ＳＳｂ上にのみ光取り出し層２０が配置されている。光取り出し層２０は、２以上の面に配置されてもよい。光取り出し層２０は、公知の光取り出し構造を有する層であってよいが、図４を参照して後述するように、内部全反射によって光を取り出す複数の内部空間を有する光取り出し層を用いることが好ましい。

図１に示した導光ブロック列１０Ｒ１は、ｚ方向に３つの導光ブロック１０Ａが配列されている。例えば、ｚ方向が鉛直方向の逆方向の場合、上の２つの導光ブロック１０Ａはその下の導光ブロック１０Ａの出射面ＯＳ上に受光面ＲＳが対向するように積まれている。すなわち、上の導光ブロック１０Ａは、重力によって、下の導光ブロック１０Ａの出射面ＯＳ上に配置されている。受光面ＲＳの光拡散構造ＤＳが凹凸構造の場合、上の導光ブロック１０Ａの受光面ＲＳを下の導光ブロック１０Ａの出射面ＯＳ（平坦面：光散乱が生じない程度の平坦性を有する）上に接触させても、出射面ＯＳの平坦面と受光面ＲＳの光拡散構造ＤＳの凹凸構造との間に空気が介在することになる。空気が介在することにより、拡散レンズアレイおよび拡散プリズムアレイは、屈折作用によって、光を拡散させる。なお、出射面ＯＳと受光面ＲＳとは必ずしも接触させる必要はないが、出射面ＯＳと受光面ＲＳとの間から光が導光ブロック列１０Ｒ１の外に漏れないように、なるべく近接させることが好ましい。出射面ＯＳおよび／または受光面ＲＳの光拡散構造ＤＳ上に表面の凹凸を埋めない接着剤層（粘着剤層を含む。）を設けて、互いに隣接する２つの導光ブロック１０Ａを貼り合わせてもよい。粘着剤層を用いると、利用者が容易に２つの導光ブロック１０Ａを剥がす（分離する）ことができる。また、導光ブロック列１０Ｒ１は、別途設けた支持体を用いて固定してもよい。接着剤層および／または支持体を用いて導光ブロック列１０Ｒ１を固定すれば、導光ブロック列１０Ｒ１は鉛直方向に交差する方向、例えば、水平方向に配置することもできる。

粘着剤層としては、例えば（メタ）アクリル系、ポリエステル系で、２５℃における貯蔵弾性率Ｇ’が１．２×１０^５Ｐａ以上である粘着剤層を用いることが好ましい。２５℃における貯蔵弾性率Ｇ’に特に上限はないが、例えば１．０×１０^７である。２５℃における貯蔵弾性率Ｇ’が１．２×１０^５Ｐａ未満であると、光拡散構造の表面の凹凸が埋まりやすくなり、光取り出し層から取り出せる光量が減少する。

図３に導光ブロック１０Ａの受光面ＲＳを含む部分の模式的な部分断面を示す。受光面ＲＳが有する光拡散構造ＤＳは、凹凸構造であり、受光面ＲＳを粗面化することによって形成された微細な凹凸構造であり、光を散乱させる。このような微細な凹凸構造の平均粗さＲａは、例えば、１．６μｍ以上１００μｍ以下である。

導光ブロック１０Ａは、可視光（波長が３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の光）の透過率が高い無色透明な材料で形成されている。例えば、導光ブロック１０Ａを構成する材料の可視光透過率は７０％以上であることが好ましく、ヘイズ値は５％以下であることが好ましい。可視光透過率およびヘイズ値は、例えば、ヘイズメータ（村上色彩技術研究所製：商品名ＨＭ－１５０）を用いて測定することができる。

このような無色透明な材料としては、アクリル樹脂（例えばＰＭＭＡ）、ポリカーボネートに代表される光学用プラスチックおよび光学ガラスを挙げることができる。光学プラスチックの表面の粗面化は、例えばサンドペーパーを用いて行うことができる。また、光学ガラスの表面の粗面化は、例えば砥石を用いて行うことができる。粗面の微細な凹凸の程度（表面粗さ）は、例えば、レーザー顕微鏡（ＫＥＹＥＮＣＥ製 ＶＫ－Ｘ１０００）によって測定される平均粗さＲａで評価することができる。平均粗さＲａは、例えば、１．６μｍ以上１００μｍ以下であり、１．７μｍ以上８０μｍ以下であることがさらに好ましい。平均粗さＲａが１．６μｍ未満であると、拡散（散乱）光が少なくなり、光取り出し層２０によって取り出せる光の量が減少する。一方、平均粗さＲａが１００μｍを超えても、拡散（散乱）光は増えず、粗面化に要する時間が不必要に長くなる。

図４に、導光部材１０Ｍ１の光取り出し層２０を含む部分の模式的な部分断面図を示す。光取り出し層２０は、内部全反射（ＴＩＲ）によって光を取り出す複数の内部空間２４を透明部材２２中に有している。内部空間（エアキャビティ）を有する光取り出し構造は、例えば、国際公開第２０１９／１８２０９１号、国際公開第２０１９／１４６６２８号、国際公開第２０１１／１２４７６５号および国際公開第２０１９／０８７１１８号に記載されている。これら４件の国際公開公報の開示内容のすべてを参照により本明細書に援用する。光取り出し層２０の具体例は、図９等を参照して後述する。

図５に、本発明の他の実施形態による光学部材１００Ｂの模式的な斜視図を示す。光学部材１００Ｂは、図１に示した光学部材１００Ａと同様に、３つの導光ブロック１０Ａが導光方向（ｚ方向）に沿って配列された１つの導光ブロック列１０Ｒ１を有している。光学部材１００Ｂは、中央の導光ブロック１０Ａの、光取り出し層２０が配置されている側面が、光学部材１００Ａと異なっている。このように、光取り出し層２０が配置されている側面の位置を変えるだけで、異なる照明を提供することが可能になる。もちろん、光取り出し層２０を配置する導光ブロック１０Ａは任意に変更され得るし、光取り出し層２０の数も任意に変更され得る。

図６に、本発明のさらに他の実施形態による光学部材１００Ｃの模式的な斜視図を示す。光学部材１００Ｃは、３つの導光ブロック１０Ｂ、１０B、１０Cが導光方向（ｚ方向）に沿って配列された１つの導光ブロック列１０Ｒ２を有している。導光ブロック１０Ｂは、出射面ＯＳに光拡散構造ＤＳを有している点で、図１に示した導光ブロック１０Ａと異なっている。一番上の導光ブロック１０Ｃは、受光面ＲＳにも出射面ＯＳにも光拡散構造を有していない。光学部材１００Ｂは、光取り出し層を有しない１つの導光ブロック１０Ｂと、導光ブロック１０Ｂの１つの側面にのみ光取り出し層２０を有する１つの導光部材１０Ｍ２と、導光ブロック１０Ｃの１つの側面にのみ光取り出し層２０を有する１つの導光部材１０Ｍ３とを有している。もちろん、光取り出し層２０を配置する導光ブロック１０Ｂは任意に変更され得るし、光取り出し層２０の数も任意に変更され得る。

図７に、本発明のさらに他の実施形態による光学部材１００Ｄの模式的な斜視図を示す。光学部材１００Ｄは、３つの導光ブロック１０Ｃ、１０Ａ、１０Ａが導光方向（ｚ方向）に沿って配列された１つの導光ブロック列１０Ｒ３を有している。一番下の導光ブロック１０Ｃは、受光面ＲＳにも出射面ＯＳにも光拡散構造を有していない。このように、光拡散構造を有しない導光ブロック１０Ｃを組み合わせたブロック列を用いることもできる。受光面ＲＳおよび出射面ＯＳの両方に光拡散構造ＤＳを有する導光ブロックを用いることもできる。

次に、図８に、本発明の実施形態による光学装置１０００の模式的な斜視図を示す。光学装置１０００が有する光学部材１００Ｅは、平行に配列された６つの導光ブロック列１１０Ｒ１、１１０Ｒ２、１１０Ｒ３、１１０Ｒ４、１１０Ｒ５、１１０Ｒ６を有している。隣接する導光ブロック列の間には間隙（空気層）が設けられている。各ブロック列は、６つの導光ブロック１０Ａを有している。したがって、光学部材１００Ｅは、６×６＝３６個の導光ブロック１０Ａを有している。３６個の導光ブロック１０Ａの内、１６個の導光ブロック１０Ａの同じ方向を向いている側面に光取り出し層２０が配置されている。１６個の光取り出し層２０は、Ｎの字を構成するように配置されている。

光学装置１０００は、６つの導光ブロック列１１０Ｒ１、１１０Ｒ２、１１０Ｒ３、１１０Ｒ４、１１０Ｒ５、１１０Ｒ６に向けて光を出射するように配置された光源３０を有している。ここでは、各導光ブロック列に１つの光源３０を有する例を示しいてるが、６つの導光ブロック列１１０Ｒ１、１１０Ｒ２、１１０Ｒ３、１１０Ｒ４、１１０Ｒ５、１１０Ｒ６に１つの光源から光を出射するようにしてもよい。各導光ブロック列に１つの光源３０を配置すると、例えば、各導光ブロック列で異なる色を表示することができる。

光学装置１０００は、光源３０を点灯することによって、Ｎの字を表示することができる。すなわち、平行に配列された複数の導光ブロック列を有する光学部材を用い、光取り出し層２０を配置した導光ブロックの配置を変更することによって、種々の文字、絵などをドット表示することができる光学装置を得ることができる。

次に、図９、図１０、図１１Ａ、図１１Ｂを参照して、光取り出し層２０Ａの好ましい例を説明する。

図９は、本発明の実施形態による光学部材の製造に用いられる光取り出しフィルム２００の模式的な断面図である。光取り出しフィルム２００は、表面に凹部２４（内部空間と同じ参照符号で示す。）を有する賦形フィルム２２と、接着剤層２６、基材層４２と、粘着剤層２８と、剥離シート４４とを有している。

賦形フィルム２２の表面の凹部２４を覆うように接着剤層２６を設けることよって、内部空間２４を有する光取り出し層２０Ａが得られる。接着剤層２６は、基材層４２に支持された状態で、賦形フィルム２２に接着させる。剥離シート４４を剥離し、露出された粘着剤層２８を導光ブロックの側面に接着させる。

光取り出し層２０Ａから出射される光の配向分布は、例えば、内部空間２４の断面形状、平面形状、大きさ、配置密度、分布を調整することによって制御することができる。図１１Ａを参照して後述するように、前方傾斜面ＩＳａの傾斜角θａは、例えば、１０°以上７０°以下である。また、後方傾斜面ＩＳｂの傾斜角θｂは、例えば、５０°以上１００°以下である。内部空間２４の断面形状は、ここで例示したように、三角形であるが、これに限られず、それぞれ独立に台形等であってもよい。

内部空間２４は、光取り出し層２０Ａの主面の法線方向から見たときに、光取り出し層２０Ａの面積に占める複数の内部空間２４の面積の割合（占有面積率）は、１％以上８０％以下が好ましく、上限値は、５０％以下がより好ましく、４５％以下がさらに好ましく、高い透過率および／または低いヘイズ値を得るためには、３０％以下が好ましく、１０％以下がさらに好ましく、５％以下がさらに好ましい。例えば、内部空間の占有面積率が５０％のとき、ヘイズ値３０％を得ることができる。内部空間２４の占有面積率は、例えば、均一である。

図１０を参照して、内部空間２４の平面形状および配置の例を説明する。図１０は、光取り出しフィルム２００の模式的な平面図を示す。また、図１１Ａ、図１１Ｂを参照して、内部空間２４の形状を説明する。図１１Ａは、内部空間２４の模式的な断面図であり、図１１Ｂは、内部空間２４の模式的な平面図である。

図１０に示したように、複数の内部空間２４は、例えば、導光ブロックの導光方向（ｚ方向）および導光方向に直交する方向（ｘ方向）に離散的に配置されている。内部空間２４の大きさ（長さＬ、幅Ｗ：図１１Ａ、図１１Ｂ参照）は、例えば、長さＬは１０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましく、幅Ｗは１μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。また、光取り出し効率の観点から、高さＨ（図１１Ａ参照）は、１μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。

ここでは、複数の内部空間２４が、導光方向（ｚ方向）および導光方向に直交する方向（ｘ方向）に離散的に配置されている例を示したが、これに限られない。

複数の内部空間２４は、例えば、導光方向および導光方向に交差する方向に離散的に配置される。離散的な配置は、少なくとも１つの方向において周期性（規則性）を有してもよいし、規則性を有しなくてもよい。ただし、量産性の観点からは、複数の内部空間２４が一様に配置されることが好ましい。例えば、図１０に示した例では、実質的に同一の形状で同一の方向に凸な曲面を有する複数の内部空間２４が、光取り出し層２０Ａの導光方向（ｚ方向）および導光方向に直交する方向（ｘ方向）に離散的に、周期的に全領域に配置されている。このとき、ピッチＰｘは、例えば、１０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましく、ピッチＰｚは、例えば、１０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。図１０に示した例では、ｚ方向およびｘ方向のそれぞれに２分の１ピッチずれて配置された内部空間をさらに有している。

図１０に示したように、光取り出し層２０Ａの主面に対する法線方向から見たとき、前方傾斜面ＩＳａは光源ＬＳ側に凸な曲面を形成している。離散的な内部空間２４に代えて、例えば、ｘ方向に延びる溝（例えば三角柱）のような内部空間であってもよい。

図１１Ａに示すように、内部空間２４の断面形状は、例えば、三角形である。光源ＬＳ側の前方傾斜面ＩＳａの傾斜角θａは、例えば、１０°以上７０°以下である。傾斜角θａが１０°よりも小さいと配光の制御性が低下し、光取り出し効率も低下することがある。一方、傾斜角θａが７０°を超えると、例えば製造が困難になることがある。また、後方傾斜面ＩＳｂの傾斜角θｂは、例えば、５０°以上１００°以下である。傾斜角θｂが５０°より小さいと、意図しない方向に迷光が発生することがある。一方、傾斜角θｂが１００°を超えると、例えば製造が困難になることがある。図１１Ｂに示すように、内部空間２４の長さＬは１０μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましく、幅Ｗは１μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。長さＬは、例えば、幅Ｗの２倍以上である。高さＨ（図１１Ａ参照）は、１μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。

本発明の実施形態による照明装置の各構成要素の好ましい例を説明する。

内部空間を形成するための賦形フィルムは、例えば、以下のようにして製造され得る。特表２０１３－５２４２８８号公報に記載の方法にしたがって凹凸賦形フィルムを製造した。具体的には、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）フィルムの表面をラッカー（三洋化成工業社製ファインキュアー ＲＭ－６４）でコーティングし、当該ラッカーを含むフィルム表面上に光学パターンをエンボス加工し、その後ラッカーを硬化させることによって目的の凹凸賦形フィルムを製造した。凹凸賦形フィルムの総厚さは１３０μｍである。

基材層の厚さは、例えば１μｍ以上１０００μｍ以下であり、１０μｍ以上１００μｍ以下が好ましく、２０μｍ以上８０μｍ以下がさらに好ましい。基材層の屈折率は、それぞれ独立に、１．４０以上１．７０以下が好ましく、１．４３以上１．６５以下がさらに好ましい。

接着剤層の厚さは、それぞれ独立に、例えば０．１μｍ以上１００μｍ以下であり、０．３μｍ以上１００μｍ以下が好ましく、０．５μｍ以上５０μｍ以下がさらに好ましい。接着剤層の屈折率は、それぞれ独立に、好ましくは１．４２以上１．６０以下であり、より好ましくは１．４７以上１．５８以下である。また、接着剤層の屈折率は、それが接する導光層、賦形フィルムまたは基材層の屈折率と近いことが好ましく、屈折率の差の絶対値が０．２以下であることが好ましい。

賦形フィルムの表面の凹部に接し、内部空間を構成する接着剤層は、賦形フィルムの表面の凹部を埋めることなく接着できることが好ましい。このような接着剤層の形成に好適な接着剤としては、本出願人による国際公開第２０２１／１６７０９０号、国際公開第２０２１／１６７０９１号または国際出願ＰＣＴ／ＪＰ２０２２／００４５５４に記載の接着剤を好適に用いることができる。これらの出願の開示内容のすべてを本明細書に援用する。特に、国際出願ＰＣＴ／ＪＰ２０２２／００４５５４に記載のポリエステル系接着剤が好ましい。

さらに、光学部材の例えば前面に、低屈折率層、ハードコート層、反射防止層、防汚層などを設けてもよい。これらは、公知の材料を用いて形成され得る。

低屈折率層の屈折率ｎは、例えば１．３０以下であることが好ましく、１．２０以下であることがより好ましく、１．１５以下がさらに好ましい。低屈折率層は固体であることが好ましく、屈折率は、例えば１．０５以上であることが好ましい。導光ブロックの屈折率と低屈折率層の屈折率層との差は、好ましくは０．２０以上であり、より好ましくは０．２３以上であり、さらに好ましくは０．２５以上である。屈折率が１．３０以下の低屈折率層は、例えば多孔質材料を用いて形成され得る。低屈折率層の厚さは、例えば、０．３μｍ以上５μｍ以下である。

低屈折率層が内部に空隙を有する多孔質材料である場合、その空隙率は、好ましくは３５体積％以上であり、より好ましくは３８体積％以上であり、特に好ましくは４０体積％以上である。このような範囲であれば、屈折率が特に低い低屈折率層を形成することがで
きる。低屈折率層の空隙率の上限は、例えば、９０体積％以下であり、好ましくは７５体積％以下である。このような範囲であれば、強度に優れる低屈折率層を形成することができる。空隙率は、エリプソメーターで測定した屈折率の値から、Ｌｏｒｅｎｔｚ‐Ｌｏｒｅｎｚ’ｓ ｆｏｒｍｕｌａ（ローレンツ－ローレンツの式）より算出された値である。

空隙を有する低屈折率層は、シリカ粒子、微細孔を有するシリカ粒子、シリカ中空ナノ粒子等の略球状粒子、セルロースナノファイバー、アルミナナノファイバー、シリカナノファイバー等の繊維状粒子、ベントナイトから構成されるナノクレイ等の平板状粒子等を含む。1つの実施形態において、空隙を有する低屈折率層は、粒子（例えば微細孔粒子）同士が直接的に化学的に結合して構成される多孔体である。また、空隙を有する低屈折率層を構成する粒子同士は、その少なくとも一部が、少量（例えば、粒子の質量以下）のバインダ一成分を介して結合していてもよい。低屈折率層の空隙率および屈折率は、当該低屈折率層を構成する粒子の粒径、粒径分布等により調整することができる。

空隙を有する低屈折率層を得る方法としては、例えば、特開２０１０－１８９２１２号公報、特開２００８－０４０１７１号公報、特開２００６－０１１１７５号公報、国際公開第２００４／１１３９６６号、およびそれらの参考文献に記載された方法が挙げられる。特開２０１０－１８９２１２号公報、特開２００８－０４０１７１号公報、特開２００６－０１１１７５号公報、国際公開第２００４／１１３９６６号の開示内容のすべてを参照により本明細書に援用する。

空隙を有する低屈折率層として、シリカ多孔体を好適に用いることができる。シリカ多孔体は、例えば、以下の方法で製造される。ケイ素化合物；加水分解性シラン類および／またはシルセスキオキサン、ならびにその部分加水分解物および脱水縮合物の少なくともいずれか１つを加水分解および重縮合させる方法、多孔質粒子および／または中空微粒子を用いる方法、ならびにスプリングバック現象を利用してエアロゲル層を生成する方法、ゾルゲル法により得られたゲル状ケイ素化合物を粉砕し、得られた粉砕体である微細孔粒子同士を触媒等で化学的に結合させた粉砕ゲルを用いる方法、等が挙げられる。ただし、低屈折率層は、シリカ多孔体に限定されず、製造方法も例示した製造方法に限定されず、どのような製造方法により製造しても良い。ただし、多孔質層は、シリカ多孔体に限定されず、製造方法も例示した製造方法に限定されず、どのような製造方法により製造しても良い。なお、シルセスキオキサンは、（ＲＳｉＯ_１．５、Ｒは炭化水素基）を基本構成単位とするケイ素化合物であり、ＳｉＯ_２を基本構成単位とするシリカとは厳密には異なるが、シロキサン結合で架橋されたネットワーク構造を有する点でシリカと共通しているので、ここではシルセスキオキサンを基本構成単位として含む多孔体もシリカ多孔体またはシリカ系多孔体という。

シリカ多孔体は、互いに結合したゲル状ケイ素化合物の微細孔粒子から構成され得る。ゲル状ケイ素化合物の微細孔粒子としては、ゲル状ケイ素化合物の粉砕体が挙げられる。シリカ多孔体は、例えば、ゲル状ケイ素化合物の粉砕体を含む塗工液を、基材に塗工して形成され得る。ゲル状ケイ素化合物の粉砕体は、例えば、触媒の作用、光照射、加熱等により化学的に結合（例えば、シロキサン結合）し得る。

図１２に、本発明の実施形態による導光部材１０Ｍ２の模式的な斜視図を示す。

導光部材１０Ｍ２は、受光面ＲＳと、受光面ＲＳと反対側の出射面ＯＳと、受光面ＲＳと出射面ＯＳとの間の４つの側面とを有する導光ブロック１０Ｃを有している。導光ブロック１０Ｃは、光拡散構造を有していない。導光部材１０Ｍ２は、１つの側面の上に配置された光取り出し層２０を有している。導光部材１０Ｍ２は、光拡散構造の代わりに、受光面ＲＳ上に配置された、光拡散性を有する粘着剤層１８を有している。粘着剤層１８は、粘着剤マトリクス中に、粘着剤マトリクスと屈折率が異なる微粒子を分散させた光拡散性を有する粘着剤層１８である。粘着剤層１８は、出射面ＯＳに設けてもよい。この導光部材１０Ｍ２を用いても、上記の実施形態と同様の光学部材を得ることができる。

図１３Ａ～図１３Ｄに試作した光学部材の光学像を示す。

図１３Aに示す光学部材は、２つの導光ブロックを積み重ねることによって得た。図１３Aは、光学部材に下側からＬＥＤ（エーシック製 Ａｌ－１０３０）で光を照射した状態の光学像である。

下側の導光ブロック（ＢＬａという。）は、略直方体形状を有し、横幅１００ｍｍ×奥行２０ｍｍ×高さ４０ｍｍのアクリル板を用いて形成した。アクリル板の上面（出射面）を粗面化することによって微細な凹凸構造を形成した。微細な凹凸構造の平均粗さＲａは２．０μｍであった。４つの側面には光取り出し層を設けていない。したがって図１３Aにおいて下側の導光ブロックは暗い。

上側の２つ目の導光ブロック（ＢＬｂという。）は、下側の導光ブロックと同様に形成した導光ブロックを用いた。上面（出射面）に微細な凹凸構造の平均粗さＲａは２．０μｍであった。４つの側面のうち１つ（図中の正面）に光取り出し層を設けた。光取り出し層を特徴づけるパラメータ（図１０、図１１Ａ、図１１Ｂ参照）を以下に示す。
厚さ：１００μｍ
凹部：Ｌ＝８０μｍ、Ｗ＝２０μｍ、Ｈ＝１０μｍ
第１傾斜面：曲面（４次曲線）、傾斜角θａ＝３０°
第２傾斜面：平面（直線）、傾斜角θｂ＝７０°
ピッチＰｘ＝２００μｍ、ピッチＰｚ＝１００μｍ、占有面積率５％

また、光取り出し層の表面には、低屈折率層を形成し、低屈折率層の上にハードコート層を形成した。低屈折率層は、上述のシリカ多孔体を用いて形成し、屈折率は１．２０で、厚さは約０．９μｍであった。ハードコート層（表面硬度：２Ｈ～３Ｈ）は、最表面の中空シリカ層とその下の有機系導電性ハードコート層を用いて形成した。中空シリカ層の厚さは約８０～１００ｎｍで、有機系導電性ハードコート層の厚さは約１０μｍであった。

図１３Bに示す光学部材は、図１３Aに示した光学部材の上に、上記導光ブロックＢＬｂと同じ構成の導光ブロック（３つ目の導光ブロック）を積み重ねることによって得た。図１３Cに示す光学部材は、図１３Ｂに示した光学部材の上に、さらに導光ブロックＢＬｂと同じ構成の導光ブロック（４つ目の導光ブロック）を積み重ねることによって得た。図１３Dに示す光学部材は、下から１つ目、３つ目、および５つ目の導光ブロックを上記導光ブロックＢＬaと同じ構成の導光ブロックとし、2つ目、４つ目および６つ目の導光ブロックを上記導光ブロックＢＬｂと同じ構成の導光ブロックとした。

このように、光取り出し層を設けた導光ブロックから効率よく光を取り出せることが分かる。種々の導光ブロックを組み合わせた導光ブロック列を用いて、多様な照明や表示を行うことができる。また、導光ブロックの数、導光ブロックの種類、導光ブロック列の配置、およびこれらの組み合わせを利用者が容易に変更できる。

本発明の実施形態による光学装置、導光ブロックおよび光学部材は、ユーザーが容易にサイズを変更することができる、全く新しい利用形態を提供することができる。

１０Ａ 導光ブロック
１０Ｒ１ 導光ブロック列
２０ 光取り出し層
１００Ａ 光学部材

Claims (11)

1. 複数の導光ブロックが導光方向に沿って配列された少なくとも１つの導光ブロック列であって、前記複数の導光ブロックのそれぞれは、受光面と、前記受光面と反対側の出射面と、前記受光面と前記出射面との間の少なくとも３つの側面とを有し、前記受光面に形成された光拡散構造を有する第１導光ブロック、または、前記出射面に形成された光拡散構造を有する第２導光ブロックを含む、少なくとも１つの導光ブロック列と、
   前記第１導光ブロックが有する前記少なくとも３つの側面の少なくとも１つの側面の上に配置された光取り出し層、または、前記第２導光ブロックの前記出射面側に配置された導光ブロックが有する前記少なくとも３つの側面の少なくとも１つの側面の上に配置された光取り出し層と
   を有する、光学部材。
2. 前記光拡散構造は、前記受光面または前記出射面に形成された凹凸構造である、請求項１に記載の光学部材。
3. 前記凹凸構造は、前記受光面または前記出射面を粗面化することによって形成された微細な凹凸構造である、請求項２に記載の光学部材。
4. 前記微細な凹凸構造の平均粗さＲａは１．６μｍ以上１００μｍ以下である、請求項３に記載の光学部材。
5. 前記少なくとも１つの導光ブロック列が有する前記複数の導光ブロックは、前記少なくとも３つの側面の上に光取り出し層を有しない、導光ブロックを含む、請求項１に記載の光学部材。
6. 前記光取り出し層は、内部全反射によって光を取り出す複数の内部空間を有する、請求項１に記載の光学部材。
7. 前記導光ブロックの形状は、略直方体である、請求項１に記載の光学部材。
8. 前記少なくとも１つの導光ブロック列は、平行に配列された複数の導光ブロック列を含む、請求項１から７のいずれか１項に記載の光学部材。
9. 前記少なくとも１つの導光ブロック列は、前記光拡散構造上に配置された接着剤層をさらに有する、請求項１から８のいずれか１項に記載の光学部材。
10. 請求項１に記載の光学部材と、
    前記複数の導光ブロック列に向けて光を出射するように配置された光源と
    を有する、光学装置。
11. 受光面と、前記受光面と反対側の出射面と、前記受光面と前記出射面との間の少なくとも３つの側面とを有する導光ブロックと、
    前記少なくとも３つの側面の少なくとも１つの側面の上に配置された光取り出し層と、
    前記受光面および前記出射面の少なくとも一方の上に配置された、光拡散性を有する粘着剤層と
    を有する、導光部材。
    

Images