(57)【要約】【課題】容易に製造することができ、かつ、均一に発光させることが可能な光分散ロッドおよびその製造方法を提供する。【解決手段】光が伝播するコア１１と、コアの外周面を囲繞するクラッド１３と、を備えた光拡散ロッド１０であって、コアおよびクラッドは、熱可塑性樹脂でそれぞれ形成されており、クラッドを構成する熱可塑性樹脂の屈折率は、コアを構成する熱可塑性樹脂の屈折率より小さく、コアの延在方向に直交する断面において、コアの比率が延在方向に沿って異なるようにコアが形成されている。【選択図】図１
2012103617.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光が伝播するコアと、
該コアの外周面を囲繞するクラッドと、を備えた光拡散ロッドであって、
前記コアおよび前記クラッドは、熱可塑性樹脂でそれぞれ形成されており、
前記クラッドを構成する熱可塑性樹脂の屈折率は、前記コアを構成する熱可塑性樹脂の屈折率より小さく、
前記コアの延在方向に直交する断面において、前記コアの比率が前記延在方向に沿って異なるように前記コアが形成されていることを特徴とする光拡散ロッド。
【請求項２】
前記コアは、該コアの延在方向中央部に向かって前記コアの比率が漸減するように形成されていることを特徴とする光拡散ロッド。
【請求項３】
前記コアは、該コアの延在方向一端側から他端側に向かって前記コアの比率が漸減するように形成されていることを特徴とする光拡散ロッド。
【請求項４】
前記コアの延在方向に沿って反射層が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光拡散ロッド。
【請求項５】
前記クラッドに光散乱粒子が分散配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光拡散ロッド。
【請求項６】
コアを構成する熱可塑性樹脂に一定圧力をかけながら押出しするとともに、クラッドを構成する熱可塑性樹脂を体積制御しながら押出しする共押出し工程を備えた光拡散ロッドの製造方法であって、
前記共押出し工程において、前記クラッドの押出量を変化させながら、一定速度で引き取ることを特徴とする光拡散ロッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光拡散ロッドおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、住宅やオフィスではＣＯ２排出量削減や省エネルギー化などを考慮して、照明や液晶ディスプレイのバックライトの光源にＬＥＤを採用したものが多く用いられている。このような背景の下、ＬＥＤなどの指向性の高い光源による光を略均一に拡散させる技術が求められている。また、光を略均一に拡散させる技術の一つとして、光拡散ロッド（光伝送チューブ）を利用した技術が提案されている。光拡散ロッドは、略柱状の一端側から光を入射させ、該ロッドの外周面から光を放射して線状に発光させるものであるが、線状に発光させようとすると、光量にムラが生じやすい。
【０００３】
そこで、例えば特許文献１は、耐久性が良好で均一に発光させることが容易であり、光のロスが少なく、製造コストも安いバックライトを提供するために、コアの延在方向（長手方向）に帯状の反射層が形成された光伝送チューブを備えたバックライトが開示されている。また、この特許文献１では、光量のムラを防止するために、光伝送チューブに光散乱用の微粒子を分散させ、光源ユニットに対峙する部分の微粒子配合量を多くする技術が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、側周面から指向性を持って高輝度に発光し、汚れなどが付着しても優れた発光特性を維持し、かつ量産性に優れた安価な光伝送チューブであって、側面輝度を任意に調節可能な光伝送チューブを提供するために、管状クラッドとコアとの間にその長さ方向に沿って、長さ方向に幅が変化する帯状の反射層が形成された光伝送チューブが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２９７６０２号公報
【特許文献２】特開２０００−３９５１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の光伝送チューブのように、該光伝送チューブ内に光散乱用の微粒子を分散させる際に微粒子の配合量を安定的に変化させることは、特に押出成形などの連続成形手法においては困難である。また、特許文献１にはコアに達するように切傷状の切り込みを形成する方法も開示されているが、光伝送チューブ自体の強度に影響が出るという問題がある。
さらに、特許文献２の光伝送チューブでは、反射層の幅を変化させると、反射光の生じる面積が部位によって異なるという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであり、容易に製造することができ、かつ、均一に発光させることが可能な光分散ロッドおよびその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、光が伝播するコアと、該コアの外周面を囲繞するクラッドと、を備えた光拡散ロッドであって、前記コアおよび前記クラッドは、熱可塑性樹脂でそれぞれ形成されており、前記クラッドを構成する熱可塑性樹脂の屈折率は、前記コアを構成する熱可塑性樹脂の屈折率より小さく、前記コアの延在方向に直交する断面において、前記コアの比率が前記延在方向に沿って異なるように前記コアが形成されていることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２に記載した発明は、前記コアは、該コアの延在方向中央部に向かって前記コアの比率が漸減するように形成されていることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項３に記載した発明は、前記コアは、該コアの延在方向一端側から他端側に向かって前記コアの比率が漸減するように形成されていることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項４に記載した発明は、前記コアの延在方向に沿って反射層が形成されていることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項５に記載した発明は、前記クラッドに光散乱粒子が分散配置されていることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項６に記載した発明は、コアを構成する熱可塑性樹脂に一定圧力をかけながら押出しするとともに、クラッドを構成する熱可塑性樹脂を体積制御しながら押出しする共押出し工程を備えた光拡散ロッドの製造方法であって、前記共押出し工程において、前記クラッドの押出量を変化させながら、一定速度で引き取ることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載した発明によれば、光拡散ロッドの端面におけるコア径に対して該コア径が小さくなっている部分においては、コアとクラッドとの界面に対して光の入射角が臨界角を越えやすくなり、光は全反射せずに外方へ出射する光の割合を多くすることができる。したがって、光拡散ロッドにおける必要な場所の光量を容易に向上させることができ、コアの延在方向（長手方向）に沿って均一に発光させることができる光拡散ロッドを得ることができる。
【００１５】
請求項２に記載した発明によれば、光拡散ロッドの両端面から光を入射したとき、入射面近傍における散乱光に対し、光拡散ロッドの長手方向中央部において光量を低下させることのない光拡散ロッドを得ることができる。つまり、コアの延在方向（長手方向）に沿って均一に発光させることができる光拡散ロッドを得ることができる。
【００１６】
請求項３に記載した発明によれば、光拡散ロッド（コア）の一端側から光を入射したとき、入射面近傍における散乱光に対し、光拡散ロッドの他端側における光量を低下させることのない光拡散ロッドを得ることができる。つまり、コアの延在方向（長手方向）に沿って均一に発光させることができる光拡散ロッドを得ることができる。
【００１７】
請求項４に記載した発明によれば、光拡散ロッドに反射層を形成したため、該反射層で光を反射させることができ、コアからクラッド側へ適量の光を透過させることができる。したがって、コアの延在方向（長手方向）に沿って光のムラが生じることなく均一に発光する光拡散ロッドを得ることができる。
【００１８】
請求項５に記載した発明によれば、コアからクラッドへ入射してきた光は、クラッド内で光散乱粒子により散乱され、角度の拡がりをもって光拡散ロッド外に向けて放射されるため、出射光からは内部におけるコア径の変化が分からない。したがって、光拡散ロッドに対して近距離であっても光拡散ロッドの外周面より略均一な出射光を得ることができる。
【００１９】
請求項６に記載した発明によれば、コアとなる熱可塑性樹脂は一定圧力をかけながら押出すが、クラッドの押出圧の変化に同期して金型内での合流地点までの圧力差が変化する。ここで、クラッドの押出量が増加した場合、クラッドの押出圧を受けて、合流地点における圧力が増加する。すると、コアを構成する熱可塑性樹脂は押出ノズルから合流地点までの圧力差が小さくなり、押出量が減少する。したがって、この方法を採用することにより光拡散ロッド全体の押出速度を略一定として、コア径のみを容易に変化させることができ、所望の光拡散ロッドを容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態における光拡散ロッドの内部を透視した斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図４】本発明の実施形態における光拡散ロッド内の光の進行方向を説明する図である。
【図５】本発明の実施形態における光拡散ロッドの一実施例を示す断面図（図２に相応）である。
【図６】本発明の実施形態における光拡散ロッドの別の態様を示す正面図（図２に相応）である。
【図７】本発明の実施形態における光拡散ロッドのさらに別の態様を示す斜視図（図１に相応）である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本実施形態の光拡散ロッドの構成を示す斜視図であり、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図であり、図３は図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。図１〜図３に示すように、光拡散ロッド１０は、外形が円柱状に形成されており、コア１１と、該コア１１の外周面１１ａを覆うように形成された管状のクラッド１３と、を有している。また、本実施形態では、コア１１とクラッド１３との間に、コア１１の延在方向（長手方向）に沿って反射層１５が形成されている。
【００２２】
コア１１は、光拡散ロッド１０の長手方向の全長に亘って形成されており、該コア１１内を光が伝播する。コア１１を構成する材料の具体例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルアルコール、フッ素樹脂、メチルメタクリレート・スチレン共重合体などが挙げられる。なお、上記コア１１を構成する材料のうち、光の透過率や屈折率などを考慮すると、ポリスチレン、メチルメタクリレート・スチレン共重合体がより好ましい。また、コア１１は断面円形の外周面１１ａの一部が切り欠かれており、該切り欠かれた箇所に反射層１７が形成されている。つまり、コア１１と反射層１７とで断面円形になっており、クラッド１３の中空部１９に充填されている。
【００２３】
クラッド１３は、該クラッド１３の内周面１３ａとコア１１の外周面１１ａおよび反射層１５の外周面１５ａとが当接するように管状に形成されている。クラッド１３を構成する材料の具体例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルアルコール、フッ素樹脂、メチルメタクリレート・スチレン共重合体などが挙げられる。なお、上記クラッド１３を構成する材料のうち、光の透過率や屈折率などを考慮すると、ポリメチルメタクリレートがより好ましい。
【００２４】
ここで、クラッド１３には光散乱粒子２１が混在している。光散乱粒子２１の具体例としては、シリコン樹脂粒子やガラスなどが挙げられ、成形性や屈折率などの面から、ポリメチルシルセスオキサン粒子が好適である。
【００２５】
反射層１５は、クラッド１３の内周面１３ａの一部を覆うように形成されている。反射層１５を構成する材料としては、白色の樹脂やアルミニウムなど、特に限定されないが、押出成形性を考慮して白色の樹脂であることが好ましい。また、反射層１５は、クラッド１３と同様にコア１１に対して屈折率が小さい材料で構成されることが好ましい。例えば、クラッド１３を構成する材料として、ポリメチルメタクリレートを用いる場合には、該ポリメチルメタクリレートに対して酸化チタンのような白色顔料を混ぜたものを採用すればよい。
【００２６】
そして、本実施形態では、光拡散ロッド１０の長手方向（コア１１の延在方向）に直交する断面において、その断面積に対するコア１１の面積比率が長手方向に沿って異なるようにコア１１が形成されている。具体的には、図２に示すように、光拡散ロッド１０の長手方向両端部近傍では全体の面積（断面積）に対するコア１１の面積比率が大きく、一方、図３に示すように、光拡散ロッド１０の長手方向中央部近傍では全体の面積（断面積）に対するコア１１の面積比率が両端部より小さくなっている。つまり、本実施形態の光拡散ロッド１０は、該光拡散ロッド１０の長手方向中央部に向かってコア１１の比率が漸減するように、コア１１およびクラッド１３がそれぞれの割合で形成されている。
【００２７】
次に、このように構成された光拡散ロッド１０の作用について説明する。
図４に示すように、光拡散ロッド１０の長手方向の一端側からコア１１に光Ｆを入射すると、光Ｆはコア１１とクラッド１３との界面で全反射を繰り返し、光拡散ロッド１０の長手方向（軸方向）に光が伝播する。そして、臨界角を越えた光Ｆはクラッド１３へ入射する。クラッド１３へ入射した光は、光散乱粒子２１によって角度の拡がりをもって光拡散ロッド１０の外方へ向けて放射される。
【００２８】
本実施形態では、光拡散ロッド１０の長手方向に直交する断面において、コア１１の比率が長手方向に沿って異なるようにコア１１およびクラッド１３が形成されている。具体的には、コア１１は、該コア１１の延在方向中央部に向かってコア１１の比率が漸減するように形成されている。このように光拡散ロッド１０の長手方向端面におけるコア径に対して該コア径が小さくなっている部分においては、コア１１とクラッド１３との界面に対して光Ｆの入射角が臨界角を越えやすく、全反射せずに外方へ出射する光Ｆの割合を多くすることができる。したがって、必要な場所の光量を容易に向上させることにより光拡散ロッド１０の光量ムラを無くすことができる。
【００２９】
続いて、上述した光拡散ロッド１０の製造方法について説明する。
光拡散ロッド１０を製造する際は、コア１１を構成する熱可塑性樹脂に一定圧力をかけながら押出しするとともに、クラッド１３を構成する熱可塑性樹脂を体積制御しながら押出しする共押出し工程を備えている。
さらに具体的には、共押出し工程において、クラッド１３の押出量を変化させながら、一定速度で引き取ることにより所望の光拡散ロッド１０を製造することができる。
このようにして光拡散ロッド１０を製造することにより、コア１１を構成する材料は一定圧力をかけて押し出すが、クラッド１３を構成する材料の押出圧の変化に同期して金型内での合流地点までの圧力差が変化する。クラッド１３の押出量が増加した場合、クラッド１３の押出圧を受け、合流地点における圧力が増加する。このとき、コア１１を構成する材料は、押出ノズルから合流地点までの圧力差が小さくなり、押出量が減少する。
この方法を採用することにより、全体の押出速度を略一定にして、コア径だけを容易に変化させることができる。
なお、コア１１の押出手段は熱可塑性樹脂に一定圧力をかけるものであれば特に限定されないが、シリンダ内にて溶融させた樹脂に対し、窒素などの気体を介して圧力をかけ、ノズルから押出す方法の場合、摺動部で発生するコンタミネーションなどの懸念も少なく好ましい。クラッド１３の押出手段としてはスクリューを備えた押出機を用いるとよい。さらには、より押出量の制御がしやすいギアポンプを備えたものが好ましい。
【００３０】
つまり、本実施形態によれば、光拡散ロッド１０の端面におけるコア径に対して該コア径が小さくなっている部分においては、コア１１とクラッド１３との界面に対して光Ｆの入射角が臨界角を越えやすくなり、光Ｆは全反射せずに外方へ出射する光の割合を多くすることができる。したがって、光拡散ロッド１０における必要な場所の光量を容易に向上させることができ、コア１１の延在方向（長手方向）に沿って均一に発光させることができる光拡散ロッド１０を得ることができる。
【００３１】
また、コア１１を長手方向中央部に向かって比率が漸減するように形成したため、光拡散ロッド１０の両側端面から光Ｆを入射したとき、入射面近傍における散乱光に対し、光拡散ロッド１０の長手方向中央部において光量を低下させることのない光拡散ロッド１０を得ることができる。
【００３２】
また、光拡散ロッド１０に反射層１５を形成したため、該反射層１５で光Ｆを反射させることができ、コア１１からクラッド１３側へ適量の光を透過させることができる。したがって、コア１１の延在方向（長手方向）に沿って光のムラが生じることなく均一に発光する光拡散ロッド１０を得ることができる。
【００３３】
さらに、コア１１からクラッド１３へ入射してきた光は、クラッド１３内で光散乱粒子２１により散乱され、角度の拡がりをもって光拡散ロッド１０外に向けて放射されるため、出射光からは内部におけるコア径の変化が分からない。したがって、光拡散ロッド１０に対して近距離であっても光拡散ロッド１０の外周面より略均一な出射光を得ることができる。なお、光散乱粒子２１をクラッド１３内に分散配置させる際に、光散乱粒子２１の配合量を安定的に変化させる必要も無いため、光拡散ロッド１０を押出成形機などによって容易に製造することができる。
【００３４】
さらにまた、本実施形態の光拡散ロッド１０は円柱状に形成されているため、照明用など露出する箇所に使用する場合であっても見栄え上、好ましい。
【００３５】
そして、本実施形態における光拡散ロッド１０の製造方法は、コア１１となる熱可塑性樹脂は一定圧力をかけながら押出すが、クラッド１３の押出圧の変化に同期して金型内での合流地点までの圧力差が変化する。ここで、クラッド１３の押出量が増加した場合、クラッド１３の押出圧を受けて、合流地点における圧力が増加する。すると、コア１１を構成する熱可塑性樹脂は押出ノズルから合流地点までの圧力差が小さくなり、押出量が減少する。したがって、この方法を採用することにより光拡散ロッド１０全体の押出速度を略一定として、コア径のみを容易に変化させることができ、所望の光拡散ロッド１０を容易に製造することができる。
【実施例】
【００３６】
次に、図５に示す実施例によって本発明を具体的に説明する。
光拡散ロッド１０のコア１１の材料としては、メチルメタクリレート・スチレン共重合体（屈折率１．５３）、商品名：エスチレンＭＳ  ＭＳ−６００（新日鐵化学株式会社製）を用いている。
【００３７】
また、クラッド１３の材料としては、ポリメチルメタクリレート（屈折率１．４９）、商品名：アクリペット  ＶＨ００１（三菱レイヨン株式会社製）を用い、光散乱粒子２１の材料としては、ポリメチルシルセスオキサン粒子（屈折率１．４４）、商品名：トスパール１２０  モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製）を用いている。本実施形態では、クラッド１３を９９．８重量％、光散乱粒子２１を０．２重量％の割合で混合されている。
【００３８】
さらに、反射層１７の材料としては、ポリメチルメタクリレート（屈折率１．４９）、商品名：アクリペット  ＶＨ００１（三菱レイヨン株式会社製）および酸化チタン、商品名：タイペーク  ＣＲ−５０−２（石原産業株式会社製）を用い、本実施形態では、ポリメチルメタクリレートを９５重量％、酸化チタンを５重量％の割合で混合されている。
【００３９】
そして、予めクラッド１３を構成する材料および光散乱粒子２１を構成する材料を上記の割合で混合して、押出成形機に投入してペレットを作成する。このペレットは、直径２０ｍｍのコニカル成形機にて押し出したストランドをペレタイズ機にかけて作成する。
【００４０】
同様に、反射層１５を構成するポリメチルメタクリレートおよび酸化チタンを上記の割合で混合して、押出成形機に投入してペレットを作成する。このペレットは、直径２０ｍｍのコニカル成形機にて押し出したストランドをペレタイズ機にかけて作成する。
【００４１】
続いて、コア１１は、メチルメタクリレート・スチレン共重合体を直径４０ｍｍのシリンダ内にて、２４０℃で２０分間加熱しておく。
【００４２】
その後、シリンダ内を減圧して十分に脱気した後、窒素ガスを充填してレギュレーターにより一定圧力をかけて共押出金型を通して押出した。同時に、クラッド１３を構成する材料は、ギアポンプを備えた１２ｍｍのシングル押出機にて２４０℃で溶融させ、共押出金型にて合流させた。
また、反射層１５も同様に２ｍｍのシングル押出機にて２４０℃で溶融させ、共押出金型にて合流させることにより光拡散ロッド１０を得た。
【００４３】
このとき、図５に示すように、光拡散ロッド１０の直径（外径）は４ｍｍ、長さは１ｍとした。さらに詳細には、コア１１は長手方向端部において直径３．８ｍｍとし、長手方向中央部（端部から５００ｍｍの位置）において直径３ｍｍとなるように、ギアポンプの回転数を制御した。また、反射層１５の幅は長手方向端部で２ｍｍとなるようにスクリューを一定スピードで回転させ、押出した。
【００４４】
このようにして製造した光拡散ロッド１０の両端から白色ＬＥＤにより光を入射し、コア径（３．４ｍｍ）が長手方向において変化しない光拡散ロッド（従来品）と比較したところ、従来品においては両端部付近の光量が多く、中心部で光量が少なくなる光のムラが生じたが、本実施例の光拡散ロッド１０では均一な出射光が確認された。
【００４５】
尚、本発明は上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な構造や構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
【００４６】
例えば、本実施形態では、反射層１５を形成した場合の説明をしたが、反射層１７は無くてもよい。
また、本実施形態では、反射層１５をコア１１とクラッド１３との間に形成した場合の説明をしたが、図６に示すように、クラッド１３の外周面１３ｂに形成してもよい。なお、反射層１５は、コア１１を伝播する光を効率よく反射させて取り出すために、コア１１とクラッド１３との層間にあることが好ましい。
さらに、本実施形態では、光散乱粒子２１がクラッド１３内のみに分散配置された場合の説明をしたが、光散乱粒子２１はコア１１内に分散配置させてもよい。
そして、本実施形態では、コア１１を長手方向中央部に向かって比率が漸減するように形成した場合の説明をしたが、図７に示すように、コア１１を一端側から他端側に向かって比率が漸減するように形成してもよく、この場合は光拡散ロッドの一端側から光を入射するように構成すれば、上述の実施形態と略同一の作用効果が得られる。
【符号の説明】
【００４７】
１０…光拡散ロッド  １１…コア  １１ａ…コアの外周面  １３…クラッド  １５…反射層  ２１…光散乱粒子  
【図１】
2012103617.tif 000003
【図２】
2012103617.tif 000004
【図３】
2012103617.tif 000005
【図４】
2012103617.tif 000006
【図５】
2012103617.tif 000007
【図６】
2012103617.tif 000008
【図７】
2012103617.tif 000009