JP3176073U - 高彩度の光変調板及びそれにより製造された照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高彩度の光変調板に関し、表面印刷された透明板と透明板の印刷面に設けられた印刷保護層とを含み、その組合せからなる高彩度の光変調板を提供する。
【解決手段】印刷のパターンがデジタルプリント技術により形成され、その彩度領域値が４０％よりも大きく、全体の光透過率が１５％から９５％までの範囲内にある。前記透明板の表面は、少なくとも一面に微小構造を有し、射出光の方向と強度を制御する。高彩度の光変調板と発光ダイオード光源とが組み合わせられ、高効率且つ装飾効果を有する照明装置が得られる。
【選択図】図２

Description

本考案は、特に、高彩度のデジタルプリントの透明板を利用し、透明板の表面の光学微小構造を組合せることにより、高均一度の光拡散を達成するとともに、高輝度の効果を備える高彩度の光変調板、及びこの高彩度の光変調板と発光ダイオード光源との組合せからなる高効率且つ装飾効果を有する照明装置に関する。

従来の照明技術には発光効率が低く、消費電力が大きく、使用寿命が短いというデメリットがあった。近年、技術者の努力により、新しい光源の技術、つまり発光ダイオード（Light emitting diode、 LED）の照明技術が開発され、成熟し、その生産及び販売が開始している。

米国特許公開公報２００８−０２３１７８０Ａ１号明細書

ＬＥＤ光源は輝度が高いが、方向性が高いので、局部的にホットスポット（hot spot）を生じさせないように、光拡散板により輝度の分布を均一にさせる必要がある。これにより、全体の空間を十分に照らして、人が照明装置を直視しても目に不快感を覚えない。従来の拡散板は、主に、樹脂に異なる屈折率の粒子を添加することにより、光拡散の目的を達成する。高輝度及び良好な拡散効果を達成するために、表面微小構造を有する拡散板も次第に普及してきた。導光と拡散とを結合させた全体的な設計は、将来の主流となる。

点状のＬＥＤ光源を拡散させて面光源とする要求以外に、照明装置には芸術及び美観の要求もあるが、色彩芸術と光学調光を両立させた一体的な考案は、如何なる先行文献又は公開発表された製品にも開示又は示唆されていない。本考案は高彩度のデジタル印刷技術を組み合わせて、完璧な芸術的パターンを呈し、更に印刷インク中の色料の粒子を光拡散粒子とすることで、高彩度及び拡散機能の双方を有する光変調板が得られ、更に導光と微小構造の設計を組み合わせて、本考案により芸術的印刷パターンを有する高輝度の光変調板が得られる。この技術は、先行技術を組み合わせても容易に完成できるものではない。

一般的なＬＥＤは点状光源であり、処理をしなければ、光源間に明るい領域と暗い領域とが存在し、これにより照明対象物は明暗が不均一になる。従って、更に拡散膜を加えることにより、点状むらを解消するとともに、光源の光線をより均一且つ全面的に分布させることができ、局部的に暗すぎたり明るすぎたりする状況を解消する。現在の方法は、粒子をポリマー膜に添加して、光がこの膜に進入したとき異なる屈折率の材料を通過することにより、屈折、拡散、反射が発生して光拡散の機能が得られる。又、膜の表面を粗化する方法により、光拡散の目的を達成することができる。しかし、製造工程に時間がかかり、且つコストも高いため、現在では依然、粒子を添加する従来の方法が主流である。

拡散板の主な機能は、光線を光学複合材料を通過させて拡散させることにより、光度が均一に分布する面光源を得るとともに、輝度を増強することにある。ＬＥＤ照明業界は、全力でシェアを確保するために、眩しさを解消して家庭環境を更に心地よくするため、全ての製品に拡散板を使用している。現在のＬＥＤライトが臨界照度に到達する場合、拡散板においてのみ照度を改良する余地があり、近年、照明用拡散板の光透過率は注目を浴びている。照度の測定は、２．５メートル以外に行われるため、つまり、一つの３０ワットのライトが拡散板の透過率の臨界点で−１％以上の場合、光源は１００分の１．５％により補わなければならない。例えば、透過率−３％の拡散板には更に４．５ワットの光源により補わなければならない。この時、光源が増加する費用は高等効率の拡散板を追加した分より多くの費用が必要になる。

従来の拡散板は曇り度が高く、光透過率が低い半透明材料であり、拡散効果が良くないばかりか、更に輝度が大幅に低下し、ＬＥＤの省エネルギー及び環境に優しいというメリットが失われる。本考案は、主に、高彩度のデジタル印刷技術を利用して、透明板に高彩度の色彩パターンを持たせ、高彩度の色料粒子が光拡散の効果を備え、拡散板の機能を有する。透明板表面の光学微小構造を組合せ、高均一性を達成し、輝度を増強する効果が得られる。デジタル印刷を利用した高彩度光変調板は、光拡散の効果及び芸術的装飾の機能を兼備する。

表面構造の設計部分において、プリズム形状の表面により、光変調板を透過する光線に対し更に照明方向を調整して、光源を十分に利用し、均一に拡散させた光源の射出輝度を増加させることができる。又、半球面の構造を組合せて、拡散と増光の二重効果により、更に高い光の均一性が得られ、且つ同等の輝度を維持できる。

透明板への印刷について、スクリーンプリントを採用することができるが、その彩度は優れているものの、解析度が低いため、精密なパターンの印刷に対して効果が優れない。別の印刷技術はインクジェットプリントであり、特にデジタルプリントは、高速に生産できるメリットを有し、少量で多様な印刷に対して、非常に優れた生産の柔軟性を備える。インクジェットプリントはデジタルのデータ画像を利用し、印刷版を必要とせずに直接出力できる。よって、出力前には、内容にどのような修正も加えることもでき、通常印刷に係る工程を省略でき、それに係る時間と消耗品の節約できる。この他、インクジェットプリントは、非接触的な印刷方法なので、平坦でない凹凸を有する材料へ応用可能である。しかし、インクジェットプリントは通常、直接又は酸性染料の水性インクを使用し、この種のインクは難燃性耐火性及び低汚染などのメリットを有するが、乾燥性に優れない欠点があり、このため、印刷する材料の材質を特に考慮する必要がある。インクと印刷する材料を正確に組み合わせる必要があり、印刷する材料の表面の特性を調整することによってはじめて、付着性が優れ且つ高鮮明度を有する印刷効果が得られる。

図１に示すように、透明板（１）を印刷用基材として使用し、選択した透明板、例えばガラスとインクとの付着力が弱い場合、高精度デジタルインクジェットプリントを行う前に、予めガラス上に表面改質層（２）を追加する必要があるが、インクの付着力が強い基材の場合は、表面処理層を追加する必要がない。印刷の後のプリント層（３）において、表面にインク保護層（４）を塗布して、インクが損傷を受ける又は水性インクが吸水してにじむ等の問題により印刷効果の耐久性に影響を与えるのを防止しなければならない。

優れた色彩芸術パターンを得るとともに、十分な光拡散の効果を得るためには、パターンの彩度領域値を40％よりも大きくする必要がある。印刷する彩度が優れないとき、強いサイドライト又はバックライトの下では、十分なパターンコントラストを呈せず、効果が弱い。彩度が８０％以上、且つ印刷面積が８０％以上の場合、全体の光透過度は２０％以下であり、即ち照明装置の有効性は非常に大きな制限を受ける。よって、パターンの彩度領域値を４０％以上、全体の光透過率を２０％〜９５％の範囲に制御することにより、最適な芸術照明の効果が得られる。特に、増光微小構造を結合させた照明の組合せにより、高彩度とハイコントラストのパターンが得られるとともに、高い全体への光透過率を備える。

パターンの彩度領域値の制御は、異なる色料を選択することにより得られるほかに、印刷パターンの厚みを増すことによっても、彩度領域値を向上させる効果が得られる。全体の光透過率は、光変調板を有する照明装置と光変調板がない照明装置の照度(Illuminance)との比である。照度は照度計(Illuminance meter)により直接測定できる。

図２に示すように、更に射出した光の輝度と方向を調整するために、非印刷面にプリズム構造（５）を有する追加層を加えるか、又は、プリズム構造（５）を有する透明板、例えば、台湾穎台科技株式有限公司（Entire Technology）のＥＭＬシリーズの微小構造板を基材として選択し、その別の面に印刷を行うことができる。

プリズム構造（５）のもっとも主要な機能は、高彩度の光変調板を透過した後の均一な光線を反射及び屈折により光線の進行角度を制御して、光線を必要な範囲に集中させることである。光源は大部分が熱エネルギーに変換されて照明温度の上昇を招き、照明装置本体の劣化が加速する。よって、プリズム構造（５）は絶対に必要である。現在、常用のプリズム構造膜の製造方法は紫外線を反応性光源として、精密なマイクロ複製技術により樹脂を硬化させ、最後に微小プリズム構造を形成する。更に、このプリズム構造により光線の進行角度を制御して、増光効果が得られる。光が拡散膜に進入して均一な光線を射出し、プリズム膜に進入した光線がルートと角度により異なる表現を有する。

図３に示すように、更に、射出光の輝度と均一性を調整するために、非印刷面に半球型のプリズム構造（６）を有する追加層を加えるか、又は半球型のプリズム構造（６）を有する透明板を基材として直接選択して、別の面に印刷を行うことができる。

本考案の高彩度の光変調板は、印刷パターンと印刷保護層が前記透明板の表面の微小構造（６）面、又は非微小構造面にあってもよい。例えば、図３に示すように、表面改質層（２）、印刷層（３）とインク保護層（４）はいずれも非微小構造面にある。しかし、パターンを透明板表面の微小構造（６）面に印刷してもよく、これが呈する光学及び芸術的効果は異なるものであり、ユーザーの目的及び美観により決まる。図４に示すように、表面改質層（２）、印刷層（３）とインク保護層（４）はいずれも、微小構造（６）面にある。

本考案の光変調板は、実際に応用する際に、通常、導光板を結合させて使用し、発光ダイオード又は有機発光ダイオード光源を組み合わせて各種照明装置を構成する。導光板についても、全反射の原理により光源の光線を導光板の遠端へ伝え、更に、導光板の底面に印刷されたパターン拡散点を利用して、反射光が各角度へ拡散する。異なる密度やサイズの拡散点パターンの設計により、光線の全反射を障害して光線を導光板の正面へガイドし、屈折率が大きいほど、その導光能力が高まる。ランプが後端照光方式で光線を導光板へ伝え、一部の光線は導光板の正面より透過し、残りの拡散できない光線は更に底部の反射板により再度導光板へ導入される。導光板の主要な原料は、ポリメタクリル酸メチル樹脂 (PMMA)、シクロオレフィン系樹脂（Cycloolefin polymer、ＣＯＰ）ポリカーボネート (Polycarbonate)であり、ＰＭＭＡを主とする。

本考案の高彩度の光変調板は、高透明度のプラスチック板又はガラスを用いるので、導光板を印刷する透明基板として直接使用してもよい。印刷基材は導光の機能を同時に兼ね備える。図５に示すように、ＬＥＤ光源（７）を結合させ、サイドライトが透明板（１）の厚み方向により、全体の高彩度の光変調板に導入され、更に非印刷面より光を射出できる。余計な導入板の厚みを省くことにより、薄型、高輝度且つ芸術的な照明装置が得られる。この設計により、必要に応じて、全体の光変調板の後方（即ち保護層（４）の後方）に反射板を加えて、全体の照明装置の輝度とパターンのコントラストを増加することができる。

図６及び図７に示すように、本考案の高彩度の光変調板は、導光板（８）を加えて、ＬＥＤ光源（７）を導光板（８）の両側に位置させ、即ち芸術的な雰囲気を備えたサイドライト型（Edge type）ＬＥＤ照明装置を構成できる。透明板（１）と微小構造（５）は、ガラスの表面にプリズム構造を有するプラスチック膜（増光膜とも称す。Light Enhancement Film）を貼付する構成、又は微小構造を備える導光板を採用することができる。つまり、前記微小構造は透明板又は導光板と一体形成又は微小構造膜シートを貼付した方法により構成できる。図５の設計と比較して導光板が多くなるが、この設計の変更性は大きく、光学効果が容易に微調整できる。図６と図７の差異は、印刷面が平滑面又は微小構造面である。この設計における導光板（８）は通常の導光板、増光膜を加えた導光板、又は微小構造を有する導光板を選択できる。必要に応じて、導光板の後方に反射板を加えて、全体の照明装置の輝度とパターンのコントラストを向上できる。
ＬＥＤ光源（７）を光源ベース板（９）に配置し、上記の高彩度の光変調板を結合させて、例えば、図８に示すように、芸術的雰囲気を有する直下式(Direct type)ＬＥＤ又は平面光源の有機発光ダイオード(Organic Light Emitting Diode)の照明装置を形成できる。ＯＬＥＤ光源は、日本ルミオテック株式会社の発光板を選択する。光源ベース板（９）は金属化した透明膜であってもよく、ＬＥＤ又はＯＬＥＤ光源が金属面を電極として利用し、直接その上に配線して通電できる。常用の金属化した透明膜は、ポリエチレンテレフタラート（ Polyethylene terephthalate、ＰＥＴ）を基材とし、酸化インジウムスズ（Indium Tin Oxide, ITO）に蒸着して得られる。
上述のＩＴＯ導電膜は、又透明板（１）として直接置換でき、デジタルプリントの基板として、非ＩＴＯ面に印刷して、このように柔軟な薄型の照明装置が得られる。

図４から図８における方面構造はいずれもプリズム構造を例として挙げているが、実際に応用するうえで、プリズム構造に制限されず、半球型のレンズ構造、ピラミッド型及び長柱型であってもよく、必要な光学効果によって決めることができる。

高彩度の光変調板の断面図である。 プリズム構造を含む高彩度の光変調板の断面図である。 半球型のレンズ構造を含む高彩度の光変調板の断面図である。 プリズム構造を含む高彩度の別の光変調板の断面図である。 高彩度の光変調板を含むサイドライト型ＬＥＤ照明装置の断面図である。 導光板を含む高彩度の光変調板のサイドライト型ＬＥＤ照明装置の断面図である。 導光板を含む高彩度の別な光変調板のサイドライト型ＬＥＤ照明装置の断面図である。 高彩度の光変調板を含む直下式のＬＥＤ照明装置の断面図である。

本考案の目的を達成するために採用する技術手段及び有効性を理解するために、以下において図面と実施例を合わせて説明する。本考案で提供される高彩度の光変調板に基づき、具体的実施方法、構造、工程、特徴及びその有効性を以下のように詳細に説明する。図面は参考及び説明のために用いるのであり、本考案を制限するものではない。

図６に示すように、長さ１２０ｃｍ、幅８０ｃｍのアルカリガラス透明板（１）に表面改質層（２）を塗布し、この表面改質層（２）はインクの吸着性と吸着速度を向上させる。その後、セイコーエプソン株式会社の業務用デジタルインクジェットプリンターにより、精密パターンを印刷して印刷層（３）とする。パターン精度は毎１インチ８００ドットよりも高い。そして、例えばアクリル樹脂又はエポキシ樹脂等の透明樹脂からなるコーティング層をパターン上に更に加え、このコーティング層を保護層（４）とする。このようにして、本考案の高彩度の光変調板が得られ、前記印刷されたパターン領域は総面積の５０％を占め、その彩度領域値は５５％である。
パターンが印刷されていないガラスの他方の面に、プリズム構造（５）を有するアメリカ３Ｍ社のプリズム膜(Vikuiti film)を貼付し、輝度が高い高彩度の光変調板を形成する。台湾穎台科技株式有限公司（Entire Technology）のＥＧＰシリーズの微小構造導光板（８）を組合せ、更に導光板の両側（幅方向）にそれぞれ台湾Opto Tech Corporation (OPTOTECH)社の３６ワットのＬＥＤ光源（７）を２０個配置して、芸術的な薄型ＬＥＤ照明装置を形成する。
上記方法により製造された照明装置は、均一な高彩度のランプシェードのパターンを呈し、高輝度且つ均一な射出光効果により、全体の光透過率は２５％である。

図５に示すように、台湾穎台科技株式有限公司（Entire Technology）のＥＭＬシリーズのプリズム構造（５）板を透明板（１）として、プリズム構造（５）面に表面改質層（２）を追加し、カラー芸術パターンをデジタル印刷して印刷層（３）を形成し、実施例１の製造方法により保護層（４）を追加し、高彩度の光変調板を製造できる。導光板を追加せずに、本考案の高彩度の光変調板の両側にそれぞれ台湾Opto Tech Corporation (OPTOTECH)社の３６ワットのＬＥＤ光源（７）を２０個直接配置して、芸術的な超薄型ＬＥＤ照明装置を形成する。
上記の方法により製造された照明装置は、均一な高彩度のランプシェードのパターンを呈し、高輝度且つ均一な射出光効果により、全体の光透過率が８７％に達する。

実施例１と実施例２のいずれも良好な光均一効果が得られる。しかし、実施例２は全体のカラーコントラスト、光均一性及び全体の光透過率のいずれにおいても実施例１よりも優れている。
以上で述べたことは、本考案の実施例に過ぎず、本考案をいかなる形式に制限するものではない。本考案は以上のように実施例に開示されるが、本考案を制限するものではない。当業者であれば、本考案の範囲内であれば、上記で開示した方法及び技術内容を利用して、変更又は装飾を加えて同等の効果が得られる。しかし、いずれも本考案の技術内容内であり、本考案の技術に基づき、実施例に如何なる簡単な修正、同等の変更及び修飾を加えても、本考案の技術的範囲に含まれる。

１ 透明板
２ 表面改質層
３ 印刷層
４ 保護層
５ プリズム構造
６ 半球型のレンズ構造
７ LED光源
８ 導光板
９ 光源ベース板

Claims (10)

1. 表面印刷を有する透明板及び前記透明板の印刷面に設けられた印刷保護層を含む高彩度の光変調板において、
   前記印刷のパターンがデジタルプリント技術により形成され、その彩度領域値が４０％よりも大きく、全体の光透過率が２０％から９５％までの範囲内にあり、前記透明板の表面は、少なくとも一面に微小構造を有し、射出光の方向と強度を制御することを特徴とする高彩度の光変調板。
2. 前記透明板は、プラスチック板、ガラス又は金属化透明膜から選択されることを特徴とする請求項１記載の高彩度の光変調板。
3. 前記透明板と印刷パターンの間に表面改質層を追加して、界面の接着強度を向上させることを特徴とする請求項１記載の高彩度の光変調板。
4. 前記透明板表面の微小構造面に、前記印刷パターンと前記印刷保護層とが設けられることを特徴とする請求項１記載の高彩度の光変調板。
5. 前記透明板表面の非微小構造面に、前記印刷パターンと前記印刷保護層とが設けられることを特徴とする請求項１記載の高彩度の光変調板。
6. 前記透明板表面の微小構造は、プリズム構造、半球型のレンズ構造及び両者の組合せから選択でき、前記微小構造は前記透明板と一体に形成されるか、又は微小構造膜シートを貼付して形成されることを特徴とする請求項１記載の高彩度の光変調板。
7. 請求項１記載の高彩度の光変調板と発光ダイオード光源とを含む照明装置であって、前記光変調板が光源を均一に分布させるとともに、印刷パターンの外観要求を満たすことを特徴とする照明装置。
8. 前記発光ダイオード光源が有機発光ダイオード光源であることを特徴とする請求項７記載の照明装置。
9. 前記発光ダイオード光源は、導光板により、光を光変調板へ導入し、必要に応じて、前記導光板の表面に微小構造を形成し、前記導光板後方に反射板を加えることを特徴とする請求項７記載の照明装置。
10. 前記発光ダイオード光源が、直下式平面又は点状発光ダイオード光源と光源ベース板との組合せからなることを特徴とする請求項７記載の照明装置。