(57)【要約】【課題】ＬＥＤ照明器具において発光効率の向上が必要であり、ＬＥＤ照明用カバー等の光拡散部材の光透過率についても更なる向上が必要である。【解決手段】ＬＥＤ照明用カバー等の光拡散部材において、光透過層と光拡散層の層構造とし、光透過層の屈折率を光拡散層の屈折率と同等またはそれ以上とし、さらに光拡散層における光拡散材の体積濃度を５％以上７４％未満とすることで光の拡散性と透過率の両立を実現化し、ＬＥＤ照明装置の発光効率の向上を実現した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明樹脂及び光拡散材で構成する光拡散層を有し、
前記光拡散層全体における光拡散材の体積濃度が、５％以上７４％未満であることを特徴とするＬＥＤ照明用光拡散部材。
【請求項２】
請求項１に記載のＬＥＤ照明用光拡散部材において、
さらに透明樹脂で構成する光透過層を有し、
前記光拡散層と前記光透過層とが積層構造を形成するＬＥＤ照明用光拡散部材。
【請求項３】
請求項２に記載のＬＥＤ照明用光拡散部材において、
前記光透過層の透明樹脂の屈折率（ｎ１）と、前記光拡散層における透明樹脂の屈折率（ｎ２）がｎ１≧ｎ２の関係にあることを特徴とするＬＥＤ照明用光拡散部材。
【請求項４】
請求項３に記載のＬＥＤ照明用光拡散部材において、
前記光拡散層における透明樹脂の屈折率（ｎ２）と、前記光拡散層を形成する光拡散材の屈折率（ｎ３）がｎ３＞ｎ２の関係にあることを特徴とするＬＥＤ照明用光拡散部材。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載のＬＥＤ照明用光拡散部材において、
前記光拡散層の厚さ（ｄ１）が光拡散材のメジアン径（ｄ５０）に対して、2.0×ｄ５０≦ｄ１≦３．０×ｄ5０  という条件を満たすことを特徴とするＬＥＤ照明用光拡散部材。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載のＬＥＤ照明用光拡散部材において、
前記光拡散層を構成する透明樹脂が熱硬化性樹脂であることを特徴とするＬＥＤ照明用光拡散部材。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれかに記載のＬＥＤ照明用光拡散部材において、
前記光拡散層を構成する透明樹脂がシリコーン系樹脂であることを特徴とするＬＥＤ照明用光拡散部材。
【請求項８】
請求項１に記載のＬＥＤ照明用光拡散部材と、
基板と、
前記基板上に設けられたＬＥＤモジュールと、を備えたことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
【請求項９】
請求項２に記載のＬＥＤ照明用光拡散部材と、
基板と、
前記基板上に設けられたＬＥＤモジュールと、を備え、
前記ＬＥＤモジュールと近い側に前記ＬＥＤ照明用光拡散部材の光透過層を設け、前記ＬＥＤモジュールと遠い側に前記ＬＥＤ照明用光拡散部材の光拡散層を設けたことを特徴とするＬＥＤ照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明用光拡散部材に関し、特に、蛍光体励起用発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode)と蛍光体を備えて構成された白色ＬＥＤモジュールを用いた照明用装置に適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
照明光源として蛍光灯が広く用いられているが、有害物質である水銀を用いていることや寿命が短いなどの短所がある。このため近年では、有害物質を用いていない、長寿命、発光効率が高いなどの特徴から白色ＬＥＤ(Light Emitting Diode)を用いた照明光源が使用されるようになってきている。白色ＬＥＤを用いた照明においてはこのほかにも次のような利点がある。
【０００３】
（１）直流駆動が可能であるため従来の交流駆動の蛍光灯で発生するちらつきが無く目に優しい。（２）ＬＥＤを用いた照明においては従来の蛍光灯に比べて紫外線の発生量が少なく、人体への影響が少なく、材料劣化を抑えることができる。（３）従来の蛍光灯でも用いられているガラスを使用しないため、万が一天井から落下しても危険が少ない。
【０００４】
このような特徴から、発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源に用いて構成された発光素子は、家庭照明や業務用の照明光源として注目され、近年盛んに研究と開発とが進められている。
【０００５】
これら照明光源は、数ｍｍ□程度の大きさの白色ＬＥＤモジュールを複数個並べて構成される。それぞれのモジュールは点光源であり、かつ各モジュールからの光は高輝度であるため、ＬＥＤモジュールを並べただけの構成では、まぶしさやぎらつきが避けられない。そのため通常の照明器具では器具表面側に光を拡散させるセードやグローブと呼ばれる光拡散材を含有する照明カバー等の光拡散部材を配置することで、発光面内での発光強度の均一化を実現してまぶしさの低減をはかっている。しかし、この光拡散材を含有する照明カバーにおいては、光の散乱性を向上させることで発光強度の均一性を図ることができる反面、光の透過率は減少してしまう。このように光拡散性と光透過率とはトレードオフの関係にあるため、光の拡散性と光透過率の両立をはかることが重要課題である。
【０００６】
従来より照明カバー等の光拡散部材としては、ポリカーボート等の透明樹脂に光拡散材である高分子微粒子を数ｗｔ％の濃度で混合したものが提案されているが（特許文献１）（特許文献２）、更なる性能向上が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−５７９２５公報
【特許文献２】特開２０１３−１３３３４９公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明においては、高発光効率ＬＥＤ照明器具実現のため、新規の照明用光拡散部材構造により、光拡散部材の光拡散性と光透過率の両立を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、光拡散材の分散性を制御し、また光透過層と光拡散層からなる光拡散部材構造を採用することで、光の拡散による損失を抑制し光拡散性と光透過率の両立を実現した。
【発明の効果】
【００１０】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００１１】
本発明における照明用光拡散部材は、透明樹脂の中に光拡散材が分散した光拡散層を有しており、光拡散層における光拡散材の体積濃度（充填率）を５％以上７４％未満とすることで光拡散性と光透過性の両立を実現した。さらに光透過層と光拡散層の二層構造を用い、光透過層がＬＥＤモジュール側を向くように配置し、光透過層の屈折率（ｎ１）と光拡散層を構成する透明樹脂の屈折率（ｎ２）は、ｎ１≧ｎ２とすることでＬＥＤ光の損失を低減化している。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施の形態であるＬＥＤ照明用光拡散部材の説明図である。
【図２】照明用光拡散部材の構造を示す模式的な図面である。
【図３】半値角を説明する図面である。
【図４】透過率と半値角の関係を示す図面である。
【図５】一般的な照明用光拡散部材の一例を示す模式的な図面である。
【図６】本発明における照明用光拡散部材の一例を示す模式的な図面である。
【図７】本発明における光拡散層構造の一例を示す模式的な図面である。
【図８】本発明における照明用光拡散部材構造の一例を示す模式的な図面である。
【図９】本発明における透過率と半値角の関係を示す図面である。
【図１０】本発明における透過率と半値角の関係を示す図面である。
【図１１】本発明における透過率と半値角の関係を示す図面である。
【図１２】本発明における光拡散材の充填率と透過率の関係を示す図面である。
【図１３】本発明における光拡散材のｄ１/ｄ５０と透過率の関係を示す図面である。
【図１４】本発明のおける照明用光拡散部材を用いた照明装置の一例を示す模式的な図面である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
本実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１５】
図２に光拡散部材１の一般的構造を示した。光拡散部材１は、光拡散材３が透明樹脂２に分散した構造を有する。入射光（強度Ｉ1）は光拡散部材1を通過する際に光拡散材３により拡散されながら光拡散部材１の外部に放出される（出射光：強度Ｉ2）。入射光が白色ＬＥＤモジュールのような点光源発光であっても、光拡散材３の光散乱効果により、光拡散部材１の外部に放出される光は、光拡散部材１の水平面内方向での光強度が均一化されるためまぶしさの低減をはかることできる。この際、光の散乱損失があり、Ｉ2／Ｉ1を透過率として定義する。
【００１６】
なお、本発明で定義する光拡散部材１とは、ＬＥＤモジュールからの光を拡散させるための部材であり、セードや光拡散カバーとも呼ばれるものを指す。
【００１７】
次に、図３を用いて、光の拡散程度の指標として用いる半値角について説明する。光拡散部材１に垂直な方向から光を入射させる。光拡散部材１からみて光が入射された方向と反対側で、光拡散部材に対し垂直方向からの角度をθとし、出射光の強度を測定する。角度θでの光強度をＩθ、θ＝０°の時の光強度をＩ0とした際に、Ｉθ＝０．５Ｉ0となる角度を半値角（θ0.5）と定義し光の拡散性の指標とする。
【００１８】
図４に一般的な光拡散部材における透過率と半値角との関係を示した。透過率と半値角とはトレードオフの関係にあることが分かる。すなわち、半値角を大きくすることで光の均一性は向上するが、透過率は低下するため照明装置としての明るさが低下することになる。本発明では、透過率と半値角の両立を実現した。
【００１９】
本発明の特徴のひとつは、光拡散層における光拡散材の体積濃度（充填率）が５％以上７４％未満とすることである。従来の光拡散部材での充填率は５％未満であり、この場合には図５に示したように、光散乱材濃度が希薄であるため一定の光拡散特性を上げるために光拡散層の厚さを厚くする必要がある。そのため光の透過距離が長いことによる損失が増大する。これに対して本発明の充填率により光拡散層の厚みを低減化可能であり(図６）、入射光の拡散距離が減少するために損失を低減できる。充填率７４％以上ではいわゆる最密充填となり、光拡散材の一部が光拡散層の表面に露出し、光拡散層の表面の平たん性が損なわれるために、光拡散層から外部への光取出しが阻害され、性能は低下する。
【００２０】
本発明の特徴のひとつは、光拡散層の厚さ（ｄ１）が光拡散材のメジアン径（ｄ５０）に対して、２．０×ｄ５０≦ｄ１≦３．０×ｄ５０の関係を満たしていることである。この構成により、光拡散材の透過率が向上する。
【００２１】
本発明の他の特徴は、光拡散部材を光透過層と光拡散層とで構成することである。本発明の光拡散部材の作製方法について説明する。
【００２２】
図７は、光拡散部材１を光拡散層４だけで構成する例である。光拡散層４は、透明樹脂２に光拡散材３を混合して作製した。
【００２３】
透明樹脂２としては、アクリル樹脂、スチロール樹脂、アクリロニトリル−スチレン系樹脂、ポリカーボネート樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリスチレン樹脂のほかシリコーン樹脂等を用いることができる。光拡散材３としては、シリカ、炭酸カルシウム、硫酸バリウム等の無機微粒子をはじめ、アクリル樹脂、ポリスチレン樹脂等の微粒子を用いることが可能である。シリコーン樹脂を用いた場合には、熱や温度に対して信頼度が高いメリットがある。
【００２４】
透明樹脂２として熱可塑性材料を用いる場合には、スクリュー式押し出し機等を用いて、透明樹脂２と光拡散材３を２５０〜３５０℃程度で加熱しながら混合し、押し出しすることで光拡散層４を成型することが可能である。厚さとしては２００μｍ以下が好適である。
【００２５】
図８は、光拡散部材１を光拡散層４と光透過層５で構成する例である。この光拡散部材１は、光拡散層４と光透過層５を加熱して貼りあわせることにより作製可能である。作製に関しては共押出し機等を用いることも可能である。
【００２６】
透明樹脂６としては、アクリル樹脂、スチロール樹脂、アクリロニトリル−スチレン系樹脂、ポリカーボネート樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリスチレン樹脂を用いることができ、透明樹脂２と同様の方法で光透過層５を作製することができる。厚さとしては５００μｍ以上が好適である。
【００２７】
透明樹脂２として熱硬化性樹脂を用いる場合には、透明樹脂２と光拡散材３の混合物を作成後、光透過層４の表面にスクリーン印刷等の方法で成膜、加熱硬化することで図６に示した光拡散部材を作製可能である。この際、光拡散層の厚さは１０〜１００μｍが好適であり、光透過層の厚さは５００μｍ以上が好適である。
【００２８】
熱硬化性樹脂を用いる場合、一般的には熱硬化温度が１５０℃程度であり、前述の熱可塑性樹脂を用いる場合（熱硬化温度：２６０℃程度）よりもプロセス温度が低く、光拡散材３の熱的ダメージによる変形を抑えることができる。そのため真球状の光拡散材３を用いた場合には、光拡散層４の成膜後も真球状形態を保つことが可能であり、光散乱性の劣化を抑制することが可能である。
【００２９】
光透過層５を形成する透明樹脂６(屈折率ｎ１）、光拡散層４を形成する透明樹脂２(屈折率ｎ２）と、光拡散層４を形成する光拡散材３(屈折率ｎ３）においては、
ｎ１≧ｎ２、ｎ３＞ｎ２とすることで光の透過損失低減化可能である。
【００３０】
本発明の照明用光拡散部材１は光拡散層のみで用いることも可能であり、さらには光拡散層/光透過層構造の光放出側表面に汚染防止のための透明層をさらに構成することも可能である。
【００３１】
これら光拡散部材１は、必要に応じて射出成型、圧空成型等の方法により所望の形に成型可能である。
【００３２】
次に、本実施の形態に対応する実施例について説明する。
【実施例】
【００３３】
(比較例１)  
図７に示した光拡散部材１の構造を以下の方法により作製した。
【００３４】
透明樹脂２としてポリメチルメタクリレート樹脂（屈折率  １．４９）を、光拡散材３としてポリスチレン系微粒子（屈折率  １．５９）を用いた。光拡散層４における光拡散材３の体積濃度(充填率）を１vol％になるように調合し、透明樹脂２と光拡散材３をスクリュー式押し出し機を用いて加熱混合、成型することで厚さ５００〜１０００μｍのシートを作製した。市販のヘーズメータ、ゴニオフォトメータを用いて透過率および半値角を測定し、以下に示す実施例のレファレンスとした。
（実施例１）
実施例１は比較例１と同じ図７の光拡散部材１の構造を以下の方法により作製した。実施例１と異なるのは、光拡散材３の体積濃度である。
【００３５】
透明樹脂２としてポリメチルメタクリレート樹脂（屈折率  １．４９）を、光拡散材３としてポリスチレン系微粒子（屈折率  １．５９）を用いた。光拡散層４における光拡散材３の体積濃度(充填率）を５-７３vol％になるように調合し、透明樹脂２と光拡散材３をスクリュー式押し出し機を用いて加熱混合、成型することで厚さ２００〜３００μｍのシートを作製し、透過率−半値角特性を測定した。
【００３６】
結果を図９に示す。比較例１に対して、同一半値角において約３％の透過率向上が実現できた。
(実施例２）
実施例２は光拡散部材１を光拡散層／光透過層積層構造とした例である。
【００３７】
共押し出し機を用いることにより図８の光拡散層／光透過層積層構造を作製した。光透過層５の透明樹脂６は、厚さ５００μｍのポリカーボネート樹脂(屈折率  １．５９）であり、光拡散層４は、実施例1の光拡散層４と同様の構造とした。本構造の透過率−半値角特性を測定した。
【００３８】
結果を図９に示す。比較例１に対して、同一半値角において約５％の透過率向上が実現できた。さらに実施例１に対しても透過率向上が実現できた。光の進行方向順に、光透過層の屈折率≧光拡散層の屈折率＞空気層の屈折率となっていることにより光の透過損失が低下した効果によると考えられる。
(実施例３）
実施例３も光拡散部材１を光拡散層／光透過層積層構造とした例である。実施例２と異なるのは透明樹脂２、透明樹脂６の種類である。
【００３９】
光透過層５の透明樹脂６として、厚さ５００μｍのポリメチルメタクリレート樹脂(屈折率  １．４９）を用いた。透明樹脂２としてシリコーン樹脂(屈折率  １．４１）を、光拡散材３としてポリスチレン樹脂(屈折率  １．５９）を用いて光拡散層４を作製した。光拡散層４における光拡散材３の体積濃度(充填率）を５％以上７３％とした。厚さ１０〜１００μｍのシートを作製し、透過率−半値角特性を測定した。
【００４０】
結果を図１０に示す。比較例１に対して、同一半値角において透過率向上が実現できた。
(実施例４）
実施例４も光拡散部材１を光拡散層／光透過層積層構造とした例である。実施例２とは透明樹脂２、光拡散材３、透明樹脂６の全てが異なる。実施例３と異なるのは光拡散材３の種類である。
【００４１】
光透過層５の透明樹脂６として、厚さ５００μｍのポリメチルメタクリレート樹脂(屈折率  １．４９）を用いた。透明樹脂２としてシリコーン樹脂(屈折率  １．４１）を、光拡散材３としてポリメチルメタクリレート樹脂微粒子(屈折率  １．４９）を用いて光拡散層を作製した。光拡散層における光拡散材の体積濃度(充填率）を５％以上７４％以下とした。厚さ１０〜１００μｍのシートを作製し、透過率−半値角特性を測定した。
【００４２】
結果を図１１に示す。比較例１に対して、同一半値角において約５％の透過率向上が実現できた。
【００４３】
図１２は、光拡散層４における光拡散材３の体積濃度(充填率）に対して透過率をプロットしたものであり、比較例１での充填率（１vol％）に対して、本実施例の充填率（５％以上７４％未満）で透過率向上が実現できた。７４％以上では、いわゆる最密充填濃度以上になってしまい、一部の光拡散材３（光拡散粒子）が光拡散層４から露出し、光拡散層４の表面が凸凹となるために透過率が減少すると考えられる。
【００４４】
また図１３は、用いた光拡散材３のメジアン径d50に対して光拡散層の厚さｄ１の比率（ｄ１/ｄ5０）の一例を示したものであり、２．０≦ｄ１/ｄ５０≦３．０のときに、透過率が特に向上するため、上記範囲が好適である。このメジアン径（ｄ50）はレーザ回折式粒度分布計で計測することが可能である
ここから、比較例１、実施例１−４の光拡散部材１を用いたシーリングライトの構成及び特徴について説明する。
(比較例２)
比較例１に示した光拡散部材１のシートを用い、圧空成型によりドーム型のセードを作製した。本セード９をシーリングライト下部基板７上に設置して図１４のシーリングライトを作製した。ＬＥＤモジュール８を点灯した際の全光束を測定し、シーリングライトの全光速標準値とした。
(実施例５）
実施例1に示した光拡散部材１のシートを用い、圧空成型によりドーム型のセードを作製した。本セード９をシーリングライト下部基板７上に設置して図１４のシーリングライトを作製した。白色ＬＥＤモジュール８を点灯した際の全光束を測定し。本シーリングライトの全光束は、比較例2における標準値に比べて約３％向上した。
(実施例６）
実施例２に示した光拡散層／光透過層積層構造の光拡散部材１からなるシートを用い、圧空成型によりドーム型のセードを作製した。本セード９をシーリングライト下部基板７上に設置して図１４のシーリングライトを作製した。透明樹脂層６からなる光透過層５を白色ＬＥＤモジュール８と近い側に配置し、光拡散層４を白色ＬＥＤモジュール８と遠い側に配置し、ＬＥＤモジュール８を点灯した際の全光束を測定した。本シーリングライトの全光束は、比較例2における標準値に比べて約５％向上した。
(実施例７）
実施例３に示した光拡散層／光透過層積層構造の光拡散部材１からなるシートを用い、圧空成型によりドーム型のセードを作製した。本セード９をシーリングライト下部基板７上に設置して図１４のシーリングライトを作製した。透明樹脂層６からなる光透過層５を白色ＬＥＤモジュール８と近い側に配置し、光拡散層４を白色ＬＥＤモジュール８と遠い側に配置し、ＬＥＤモジュール８を点灯した際の全光束を測定した。本シーリングライトの全光束は、比較例2における標準値に比べて約３％向上した。
(実施例８）
実施例４に示した光拡散層／光透過層積層構造の光拡散部材１からなるシートを用い、圧空成型によりドーム型のセードを作製した。本セード９をシーリングライト下部基板７上に設置して図１４のシーリングライトを作製した。透明樹脂層６からなる光透過層５を白色ＬＥＤモジュール８と近い側に配置し、光拡散層４を白色ＬＥＤモジュール８と遠い側に配置し、ＬＥＤモジュール８を点灯した際の全光束を測定した。本シーリングライトの全光束は、比較例2における標準値に比べて約５％向上した。
【００４５】
以上の実施例において、汚染防止のために必要に応じて光拡散層の表面にさらに透明層を配置することも可能である。
【００４６】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態および実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００４７】
本発明のＬＥＤ照明用光拡散部材は、シーリングライトを始め、直管型照明、ベースライト、電球型照明など各種照明用として広く適用することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１  光拡散部材
２  透明樹脂
３  光拡散材
４  光拡散層
５  光透過層
６  透明樹脂
７  シーリングライト下部基板
８  ＬＥＤモジュール
９  セード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2015148730.tif 000012
【図１１】
2015148730.tif 000013
【図１２】
2015148730.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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