(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明フィルムの両面に、高屈折率微粒子を有機樹脂中に混入させて屈折率を上げた塗布層であって前記透明フィルムより屈折率が高い層が形成されてなり、導光シート外に導光される光を出すことなく導光することを特徴とする導光シート。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導光シートに関し、特に、導光光量の多い導光シートに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、太陽光を室内に取り込むシステムとしては、
Ａ．キャットウォークのような通りに光反射板を設置してその光反射板により太陽光を反射させて取り込むもの（例えば、特開平１０−２６９８１１号、特開平５−６０９６４号、特開平１１−２５７２６号）、
Ｂ．天窓より直接太陽光を取り込むもの（例えば、特開平１１−２１８７２０号）、
Ｃ．光ファイバーを使用するもの（例えば、特開平７−５７５２５号、特開平７−３３５００４号）、等、
が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のＡ、Ｂでは任意の場所に太陽光を導いて照明に用いるのは困難であり、Ｃでは多数の光ファイバーを必要とし、手軽に安価に設置することは困難であった。
【０００４】
そこで、導光体としてシート状のプラスチックフィルムを用いて太陽光を所定の位置に導光することが考えられる。
【０００５】
しかしながら、プラスチックフィルムとしては屈折率が１．６を越えるような高屈折率のものは実用的には存在せず、そのため導光光量を多くすることが困難である。なお、導光光量は導光体のＮＡに依存し、導光体のＮＡは導光部の屈折率が高ければ高い程大きくなる。
【０００６】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、太陽光等を多く取り込んで任意の場所へ導くことができる導光シートを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の導光シートは、透明フィルムの両面に、高屈折率微粒子を有機樹脂中に混入させて屈折率を上げた塗布層であって前記透明フィルムより屈折率が高い層が形成されてなり、導光シート外に導光される光を出すことなく導光することを特徴とするものである。
【０００８】
本発明においては、透明フィルムの両面に、高屈折率微粒子を有機樹脂中に混入させて屈折率を上げた塗布層であってその透明フィルムより屈折率が高い層が形成されてなり、導光光の全反射は高屈折率の塗布層と空気の界面で行われるので、開口数の大きな光も全反射されるため、透明フィルムだけの場合よりも多い光量の光が導光されることになり、太陽光等の導光光量をより多くすることができる。また、本発明のこのような導光シートは、微粒子を有機樹脂中に混入させて透明フィルムの表面に塗布するだけの簡単な方法により作成できる点も大きなメリットである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の基本は、導光シートとして、任意の屈折率の透明フィルムの両面に、高屈折率微粒子を有機樹脂中に混入させて屈折率を上げた塗布層を設けたものを用いることにより、その導光シートが導光できる導光光量を多くするようにすることである。ここで、有機樹脂中に混入する高屈折率微粒子としては、屈折率がプラスチックのそれより高いＺｎＯ（屈折率１．９０）、ＴｉＯ2 （屈折率２．３〜２．７）、ＣｅＯ2 （屈折率１．９５）、Ｓｂ2 Ｏ5 （屈折率１．７１）、ＳｎＯ2 、ＩＴＯ（屈折率１．９５）、Ｙ2 Ｏ3 （屈折率１．８７）、Ｌａ2 Ｏ3 （屈折率１．９５）、ＺｒＯ2 （屈折率２．０５）、Ａｌ2 Ｏ3 （屈折率１．６３）等の金属酸化物、金属窒素化物、金属炭化物等があり、その微粒子の粒子径は導光光の散乱を避けるためにその導光光の波長と同等以下のものを用いる。
【００１０】
図１に、本発明の１実施例の導光シート１の平面図（ａ）と断面図（ｂ）を示す。この導光シート１は透明有機樹脂製で比較的低屈折率の中心シート１０と、その両側の面に塗布され、高屈折率微粒子１２を透明有機樹脂中に混入させて屈折率を上げた比較的高屈折率の表面層１１とからなるものであり、その一端に入射された太陽光等の光は、高屈折率の表面層１１と空気の界面で全反射されながら導光シート１中を多重反射しながら他端へ導光される。この際、全反射は高屈折率の表面層１１と空気の界面で行われるので、開口数の大きな光も全反射されるので、中心シート１０だけの場合よりも多い光量の光がこの導光シート１中を導光されることになる。
【００１１】
具体例としては、例えば、中心シート１０に屈折率ｎがｎ≒１．５で厚さ２００μｍのＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムを用い、表面層１１として、粒径０．１μｍのＴｉＯ2 を２０ｗ％のＰＶＡ（ポリビニルアルコール）中に分散して厚さ５０μｍに塗布硬化させ屈折率ｎがｎ≒１．６５の層からなるものを導光シート１として用いることができる。
【００１２】
なお、導光シート１の導光部の両側面に何ら反射部材を設けない場合、その両側面から導光光が一部漏れて逃げてしまう恐れがあるので、この両側面に反射性の塗料層、低屈折率の塗料層あるいは金属反射層１４を塗布等により形成することが望ましい。
【００１３】
ここで、中心シート１０の厚さとしては、１０〜２００００μｍの範囲に選ぶことが好ましい。この範囲の厚さより薄すぎると、その強度が低下しすぎ、また、光の導光効率が低下してしまう。厚すぎると、設置時にフレキシブルに曲げることが困難となる。また、材料費も高価となる。この厚さの範囲は、１００〜１００００μｍの範囲がさらに好ましく、１５０〜２０００μｍの範囲が最も好ましい。
【００１４】
また、表面層１１の厚さとしては１〜２００μｍの範囲が好ましい。この範囲の厚さより薄すぎると、微粒子１２を混入した表面層１１を塗布によって形成し難くなる。厚すぎると、層形成が困難になるばりでなく、導光シート１を曲げたときに表面層１１が割れる等の破壊の問題が起きやすくなる。この厚さの範囲は、５〜１００μｍの範囲がさらに好ましい。
【００１５】
さらに、表面層１１中に混入させる高屈折率微粒子１２の粒径としは、導光する光の波長にも依存するが、１〜１０００ｎｍの範囲に選ぶことが好ましく、５〜５００ｎｍの範囲がさらに好ましく、１０〜３００ｎｍの範囲が最も好ましい。
【００１６】
なお、図１の形態では、導光シート１の高屈折率の表面層１１の表面側では空気との界面で全反射が起こり表面層１１間の内部を導光光が導かれるものであるが、この界面に異物等が付着したり接触するとその全反射条件が崩れ外部に光が漏れる恐れがあるので、図２に断面図を示すように、表面層１１の表面側にもクラッドの作用をする低屈折率透明層１３を設けるようにしてもよい。
【００１７】
図３は、上記のような導光シート１を用いて太陽光を屋内の照明に利用する場合のその構成の１例を示す側面図であり、導光シート１は長尺に構成され、その長手方向の両端部２と３の所定長さ部分の同じ側面は、表面平均粗さＲａのサンドブラスト処理面（凹凸面、粗面）５に加工されており、他方の面は平滑面となっている。また、その両端部２と３の間の部分４は両面共平滑面となっている。ここで、両端部２と３のサンドブラスト処理面（凹凸面、粗面）５は表面層１１にのみ設けてもよいが、表面層１１の凹凸面に沿うように中心シート１０の表面も凹凸面になっており、中心シート１０の凹凸面上に表面層１１が形成されている形態でもよい。なお、表面層１１あるいは中心シート１０の凹凸面は、熱転写、成形（射出成形、押出成形等）において熱可塑性樹脂に型を接触させて作成したり、微細ビーズをバインダーに添加して表面に塗布したり、レジストにて形成する等、種々の方法を採用して作成することが可能である。
【００１８】
図３において、導光シート１はこのような構成であり、一端部２は光導入部、中間部４は導光部、他端部３は光出射部として機能するもので、光導入部２の片面の凹凸面５に入射した光はそこで導光シート１内に散乱され、大部分の散乱光は導光シート１の両面に空気の屈折率と表面層１１の屈折率の差で決まる臨界角以上の角度で入射して全反射され、導光シート１内で多重反射されて導光される光に変換され、その導光光は導光部４を経て他端の光出射部３へと導かれ、その片面の凹凸面５に入射した光はそこで大部分導光シート１外に散乱されて出射し、照明光等として利用可能になる。
【００１９】
なお、光導入部２の端面、光出射部３の端面に入射した光は外部に出てしまい、有効に利用されない。そこで、少なくともこれら端面には、Ａｇ，Ａｌ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｃｕ等の光反射金属、白色塗料等の光反射層６を施して、それら端面に入射した導光光を反対側に反射させて有効に利用できるようにすることが望ましい。
【００２０】
ここで、光導入部２及び光出射部３の片面に形成される凹凸面２の表面平均粗さＲａとしては、０．１〜１０００μｍの範囲に選ぶことが効率的に光を導入するのに好ましく、さらには１〜１００μｍの範囲に選ぶことがより好ましく、その範囲が２〜５０μｍの範囲に選ぶことが最も好ましい。
【００２１】
本発明のこのような導光シート１は、図４に模式的に示すように、家屋Ｈの屋根上にその光導入部２の凹凸面５が天空を向くように設置し、その光導入部２に続く導光部４を任意に曲げて家屋Ｈの屋内に光出射部３の凹凸面５が下方を向くように光出射部３を設置することにより、太陽Ｓからの太陽光を光導入部２の凹凸面５により導光シート１内に導入し、その太陽光を導光部４を経て光出射部３に導き、その光出射部３の凹凸面５から導光シート１外に出射させて屋内の照明に利用できる。
【００２２】
以上、本発明の導光シートを実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。また、その導光シートとしても、太陽光の屋内への導入に限らず他の用途にも使用できる。例えば、液晶表示装置において、バックライトの補助として外光を液晶表示装置の照明光として導くのに本発明の導光シートを利用することができる。
【００２３】
以上の本発明の導光シートは、例えば次のように構成することができる。
【００２４】
〔１〕  透明フィルムの両面に、高屈折率微粒子を有機樹脂中に混入させて屈折率を上げた塗布層であって前記透明フィルムより屈折率が高い層が形成されてなることを特徴とする導光シート。
【００２５】
〔２〕  前記高屈折率微粒子の粒径が１０００ｎｍ以下、１ｎｍ以上であり、その屈折率が１．６以上であることを特徴とする請求項１記載の導光シート。
【００２６】
〔３〕  前記塗布層の表面にその屈折率より低いクラッド層が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の導光シート。
【００２７】
〔４〕  前記導光シートには光導入手段及び光出射手段が設けられ、該光導入手段から前記導光シートに導入された光は前記光出射手段に導かれ、前記光出射手段より光が出射されることを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の導光シート。
【００２８】
〔５〕  太陽光の導光に用いられることを特徴とする請求項１から４の何れか１項記載の導光シート。
【００２９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の導光シートにおいては、透明フィルムの両面に、高屈折率微粒子を有機樹脂中に混入させて屈折率を上げた塗布層であってその透明フィルムより屈折率が高い層が形成されてなり、導光光の全反射は高屈折率の塗布層と空気の界面で行われるので、開口数の大きな光も全反射されるため、透明フィルムだけの場合よりも多い光量の光が導光されることになり、太陽光等の導光光量をより多くすることができる。また、本発明のこのような導光シートは、微粒子を有機樹脂中に混入させて透明フィルムの表面に塗布するだけの簡単な方法により作成できる点も大きなメリットである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の１実施例の導光シートの平面図と断面図である。
【図２】  本発明の導光シートの変形例を示す断面図である。
【図３】  本発明の導光シートを用いて太陽光を屋内の照明に利用する場合のその構成の１例を示す側面図である。
【図４】  本発明の導光シートを用いて太陽光を屋内に導光して照明に用いる例を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１…導光シート
２…光導入部
３…光出射部
４…導光部
５…サンドブラスト処理面（凹凸面、粗面）
６…光反射層
１０…中心シート
１１…表面層
１２…高屈折率微粒子
１３…低屈折率透明層
１４…反射層
Ｈ…家屋
Ｓ…太陽
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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