JP7486675B1 - Light scattering body and lighting device - Google Patents
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Abstract
光散乱体(10)は、透光性樹脂層(3)と、透光性樹脂層(3)の表面に形成されており、透光性樹脂(4)とこの透光性樹脂(4)の内部に凝集することなく分散されており入射した可視光をレイリー散乱させてレイリー散乱光を発生させる光散乱粒子(5)とを含む光散乱層(2a、2b)と、光散乱層(2a、2b)及び透光性樹脂層(3)の少なくとも一方の表面に形成されている導電伝熱層(1a、1b)とを備えている。The light-scattering body (10) comprises a light-transmitting resin layer (3), a light-scattering layer (2a, 2b) formed on the surface of the light-transmitting resin layer (3) and containing a light-transmitting resin (4) and light-scattering particles (5) that are dispersed inside the light-transmitting resin (4) without agglomerating and that Rayleigh-scatter incident visible light to generate Rayleigh scattered light, and an electrically conductive heat transfer layer (1a, 1b) formed on at least one surface of the light-scattering layer (2a, 2b) and the light-transmitting resin layer (3).
Description
本開示は、光散乱体及び照明装置に関する。 The present disclosure relates to a light scatterer and an illumination device.
透光性の基板と、この基板の一面側に重ねて配され、光の進行方向を変える複数の光散乱粒子を有する光散乱層とを備えた照明装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この文献に記載されている照明装置では、光散乱層の内部の光散乱粒子で発生したレイリー散乱光を光散乱層の下面から透光性の基板を介して外部へ出射している。A lighting device has been proposed that includes a light-transmitting substrate and a light-scattering layer that is arranged on one side of the substrate and has a plurality of light-scattering particles that change the direction of light (see, for example, Patent Document 1). In the lighting device described in this document, Rayleigh scattered light generated by the light-scattering particles inside the light-scattering layer is emitted from the bottom surface of the light-scattering layer to the outside via the light-transmitting substrate.
しかしながら、特許文献1の装置では、光源から出力された光が光散乱層の内部の光散乱粒子で散乱すると、光散乱粒子は光の一部を吸収して発熱する。光散乱層の下面には透光性の基板が接触して配置されており、光散乱層の内部で発生した熱は放熱されにくい。However, in the device of Patent Document 1, when the light output from the light source is scattered by the light scattering particles inside the light scattering layer, the light scattering particles absorb part of the light and generate heat. A translucent substrate is placed in contact with the underside of the light scattering layer, so the heat generated inside the light scattering layer is difficult to dissipate.
本開示は、光の散乱によって生じる熱を効率よく逃がすことを目的とする。 The present disclosure aims to efficiently dissipate heat generated by light scattering.
本開示の光散乱体は、側面と表面とを有する板状であって、前記側面から入射した可視光を前記表面に沿う導光方向に導光する透光性樹脂層と、前記表面に接する第1面と前記第1面の反対側の第2面とを有する板状であって、透光性樹脂と前記透光性樹脂の内部に凝集することなく分散されており前記表面から前記第1面を通して入射した前記可視光をレイリー散乱させてレイリー散乱光を発生させる光散乱粒子とを含む第1の光散乱層と、前記第1の光散乱層の前記第2面に接する第3面と前記第3面の反対側の第4面とを有する板状であって、可視光を透過する無機酸化物からなり、前記第2面から前記第3面を通して入射した前記レイリー散乱光を前記第4面から出射する第1の導電伝熱層と、前記第1の導電伝熱層の前記第4面の端部に接する導電伝熱治具と、を備えたことを特徴とする。 The light scattering body of the present disclosure is characterized in that it comprises: a plate-like light-transmitting resin layer having side surfaces and a surface, which guides visible light incident from the side surfaces in a light guide direction along the surface ; a first light-scattering layer having a first surface in contact with the surface and a second surface opposite to the first surface , which contains a light-transmitting resin and light-scattering particles that are dispersed within the light-transmitting resin without agglomerating and which Rayleigh scatter the visible light incident from the surface through the first surface to generate Rayleigh scattered light; a first conductive heat transfer layer having a third surface in contact with the second surface of the first light -scattering layer and a fourth surface opposite to the third surface, which is made of an inorganic oxide that transmits visible light, and which emits the Rayleigh scattered light incident from the second surface through the third surface from the fourth surface; and a conductive heat transfer jig in contact with an end of the fourth surface of the first conductive heat transfer layer.
本開示の光散乱体は、光の散乱によって生じる熱を効率よく逃がすことができる。The light scattering material disclosed herein can efficiently dissipate heat generated by light scattering.
以下に、実施の形態に係る光散乱体及び照明装置を、図面を参照しながら説明する。以下の実施の形態は、例にすぎず、実施の形態の構成を適宜組み合わせること及び実施の形態を適宜変更することが可能である。 Below, light scattering bodies and lighting devices according to embodiments are described with reference to the drawings. The following embodiments are merely examples, and it is possible to combine the configurations of the embodiments as appropriate and to modify the embodiments as appropriate.
《実施の形態》
図1は、実施の形態に係る光散乱体10及び照明装置20の構成を概略的に示す断面図である。図2は、実施の形態に係る光散乱体及び照明装置の構成を概略的に示す斜視図である。照明装置20は、光出射体としての光散乱体10と、光を発する光源6と、導電伝熱治具9a、9bと、反射層(又は反射板)11とを備えている。照明装置20は、板状の光散乱体10の側面に対向するように光源6が配置されたエッジ入射方式の照明装置である。
<Embodiment>
Fig. 1 is a cross-sectional view that shows a schematic configuration of a
光散乱体10は、例えば、矩形の表面(図1では上面及び下面)と、上面と下面とを繋ぐ4つの側面(「第1~第4の側面」ともいう。)とを有した板形状である。この場合、光散乱体10が有する4つの側面のうちの第1の側面と第2の側面とが対向し、第3の側面と第4の側面とが対向する。なお、光散乱体10の上面及び下面は、矩形以外の形状であってもよく、例えば、円形などであってもよい。
The
光散乱体10は、導電伝熱層1a、1b(第1の導電伝熱層、第2の導電電熱層)と、光散乱層2a、2b(第1の光散乱層、第2の光散乱層)と、透光性樹脂層3とを備えている。導電伝熱層1a、1b、光散乱層2a、2b、及び透光性樹脂層3の各々は、例えば、板状の部材で構成されている。導電伝熱層1a、1b、光散乱層2a、2b、及び透光性樹脂層3は、フィルム状の部材又は薄膜状の部材で構成されていてもよい。導電伝熱層1a、1bの表面(図1では上面及び下面)、光散乱層2a、2bの表面(図1では上面及び下面)、及び透光性樹脂層3の表面(図1では上面及び下面)は、いずれも同じ形状であり、同じ大きさである。The
図には、XYZ直交座標系の座標軸が示されている。図では、導電伝熱層1a、1b、光散乱層2a、2b、及び透光性樹脂層3がXY平面に平行であり、導電伝熱層1a、1b、光散乱層2a、2b、及び透光性樹脂層3の積層方向がZ方向である。光散乱体10が有する4つの側面のうち第1の側面及び第2の側面がX方向に延設され、第3の側面及び第4の側面がY方向に延設されている。すなわち、導電伝熱層1a、1b、光散乱層2a、2b、及び透光性樹脂層3は、それぞれX方向に延びる2つの側面と、Y方向に延びる2つの側面とを有している。The figure shows the coordinate axes of the XYZ Cartesian coordinate system. In the figure, the conductive
なお、導電伝熱層1a、1b、光散乱層2a、2b、及び透光性樹脂層3の板形状は、平板以外の形状であってもよい。導電伝熱層1a、1b、光散乱層2a、2b、及び透光性樹脂層3の板形状は、例えば、湾曲した形状であってもよい。導電伝熱層1a、1b、光散乱層2a、2b、及び透光性樹脂層3の板形状は、光出射面及び背面のいずれか一方、又はこれらの両方が湾曲した形状であってもよい。この湾曲した形状は、凸に湾曲した形状であってもよいし、凹に湾曲した形状であってもよい。The plate shapes of the conductive
光散乱体10が有する側面のうちの1つ以上の側面が光入射面101である。すなわち、光散乱体10が4つの側面を有している場合、4つの側面のうちの少なくとも1面が光入射面101である。以下の説明では、光散乱層2a、2bが有する側面のうちの1つの側面が光入射面101である場合について説明する。One or more of the side surfaces of the light scattering
光散乱体10は、反射層11側の面(図1では上面)である背面102と、観測者(すなわち、光散乱体10又は光散乱体10から出射された出射光を見る人であり「観察者」又は「ユーザ」とも呼ばれる。)が出射光を観測する面(図1では下面)である光出射面103と、背面102と光出射面103とを繋ぐ側面である光入射面101とを有している。光出射面103は、光を出射する面である。背面102は、光出射面103とは反対側の面(上面)である。背面102と光出射面103とは、平行である。
The
光源6は、基盤61と基盤上に配置された1つ以上の発光素子を備えている。発光素子の例は、LED(発光ダイオード:Light Emitting Diode)素子62である。図2の例では、光源6は、配列された複数のLED素子62を有している。複数のLED素子62は、公知の駆動制御回路(図示せず)によってオンオフ制御、又はオンオフ制御と発光強度の制御の両方が行われる。光源6は、LED素子62からの光を光散乱体10の光入光面101に向けて出力する。なお、複数のLED素子62の個数は、図示の個数に限定されない。また、図には、1列のLED素子62の配列が示されているが、光源6には、2列以上のLED素子62の配列が備えられてもよい。The
光入射面101は、光散乱層2a、2bのX方向の端部(又は、光散乱層2a、2b及び透光性樹脂層3の端部)に形成され、光源6から出力された光が入射される。すなわち、光源6で発生した入射光7は、光散乱層2a、2bの光入射面(つまり、光入射面101)から光散乱層2a、2b内に入射する。入射光7は、光散乱層2a、2b及び透光性樹脂層3内を進む。The
光散乱層2a、2bは、光源6から出力され光散乱層2a、2b内に入射した光である入射光7をレイリー散乱させる層である。光散乱層2a、2bは、透光性樹脂4と、複数の光散乱粒子5とを有する。光散乱粒子5は、ナノメートル[nm]オーダーの大きさを持つ粒子であり、入射光7をレイリー散乱させる。光散乱粒子5は、例えば、球形であるが、他の形状であってもよい。光散乱粒子5は、例えば、真球又は楕円体であってもよい。The
光散乱粒子5の粒子径は、1nm以上500nm以下の範囲内であることが好ましい。粒子径1nm以上が好ましい理由は、光散乱粒子5の粒子径が1nm未満である場合、入射光7がほとんど散乱することがなく、レイリー散乱がほとんど生じないからである。粒子径500nm以下が好ましい理由は、光散乱粒子5の粒子径が500nmを超える場合、レイリー散乱ではなくミー散乱が生じるので、レイリー散乱の色感が損なわれるからである。The particle diameter of the
また、光散乱粒子5の粒子径は、50nm以上400nm以下の範囲内であることがより好ましい。ただし、光散乱層2a、2b内に分散される光散乱粒子5が、複数種類の粒子を含む場合などには、一部の粒子の粒子径は、50nm以上400nm以下の範囲内でなくてもよい。例えば、光散乱層2a、2b内に、光散乱粒子5以外の粒子であるナノオーダーの粒子及びマイクロオーダーの粒子の一方又は両方が含まれていてもよい。
Moreover, it is more preferable that the particle diameter of the
照明装置20のように導光距離が長くなることで、入射光7が光散乱粒子5と接触する頻度が上がり、レイリー散乱光が効率良く発生する。そのため、本実施の形態に係る光散乱体10は、光散乱粒子の濃度が低い場合であっても、レイリー散乱光の強度を高めることができる。つまり、本実施の形態に係る光散乱体10は、同じサイズの従来の光散乱体に比べて、同等の強度のレイリー散乱光を発生させるのに必要な光散乱粒子の濃度を低くすることができる。
By increasing the light guide distance as in the
光散乱層2a、2b中の光散乱粒子5の濃度が高いと、粒子間の距離が近くなるので、粒子の凝集が生じやすくなる。そして、光散乱粒子5の凝集体のサイズが光の波長と同等又は同等以上になると、散乱光中のミー散乱の割合が大きくなる。そうなるとレイリー散乱光の色感が阻害され、目的の色が表現できなくなる。本実施の形態に係る照明装置20は、光散乱層2a、2b内で発生するミー散乱を抑制しつつ、効率良く発せられたレイリー散乱光を光散乱層2bの下面から出射できるようにするために、フィラー濃度が適切に調整されており且つ光散乱体10の側面から入射光7を入射させる構造を採用している。これにより、観測者は、ミー散乱が抑制され効率良く発生したレイリー散乱光を、光出射面103から観測することとなる。When the concentration of the
光散乱粒子5は、例えば、無機酸化物である。光散乱粒子5の無機酸化物は、例えば、ZnO(酸化亜鉛:Zinc Oxide)、TiO2(二酸化チタン(IV):Titanium Dioxide)、ZrO2(二酸化ジルコニウム:Zirconium Dioxide)、SiO2(二酸化ケイ素:Silicon Dioxide)、Sb2O5(五酸化二アンチモン:Diantimony Pentoxide)、Al2O3(三酸化二アルミニウム:Dialuminium Trioxide)、などのうちのいずれか1つ、又は2つ以上の組合せである。光散乱粒子5は、入射光7を散乱させてレイリー散乱光を生成する。言い換えれば、光散乱粒子5は、導光される光である入射光7を散乱させてレイリー散乱光を生成する。
The
光散乱粒子5は、例えば、有機系ポリマーであってもよい。光散乱粒子5の有機系ポリマーは、例えば、アクリル系、スチレン系、ウレタン系、ポリエステル系、ポリエチレン系、メラミン系、フェノール系、エポキシ系、ポリアミド系、などのうちのいずれか1つ、又は2つ以上の組合せである。The
光散乱体10の導光距離5mmにおける入射光7の透過率(すなわち、直進透過率)は、設計波長において、80%以上であることが好ましい。また、透過率は、85%以上であることがより好ましい。また、この透過率は、90%以上であることが一層好ましい。ここで、設計波長は、光源6から出力される入射光7の波長のうちの予め定められた波長をいう。設計波長は、1つの波長に限定されず、複数の波長であってもよい。この場合、上記の直進透過率の値は、設計波長の全てにおいて満たされることが望ましい。設計波長は、例えば、400nmから800nmまでの範囲内の波長であればよい。光源6が白色光源である場合は、設計波長は、例えば、450nm、550nm、及び650nmのいずれか1つ、又は2つ以上の組合せである。The transmittance (i.e., rectilinear transmittance) of the
透光性樹脂層3は、固体である。透光性樹脂層3は、例えば、熱可塑性ポリマー、熱硬化性樹脂、光重合性樹脂アクリル系ポリマー、オレフィン系ポリマー、ビニル系ポリマー、セルロース系ポリマー、アミド系ポリマー、フッ素系ポリマー、ウレタン系ポリマー、シリコーン系ポリマー、イミド系ポリマー、などのうちの1つの材料、又は2つ以上の材料から構成されることが好ましい。The light-transmitting
光散乱層2a、2bの母材の屈折率及び透光性樹脂層3の屈折率は、1以上1.7以下であることが好ましい。また、これらの屈折率は、1.3以上1.6以下であることがより好ましい。The refractive index of the base material of the light scattering layers 2a and 2b and the refractive index of the light-transmitting
透光性樹脂4中に光散乱粒子5を分散させるための分散装置としては、例えば、プロペラ羽根又はタービン羽根又はバトル羽根などの機構を先端に備えた一般の撹拌装置、或いは、丸鋸の刃を交互に上下へ折り曲げた歯付円板形インペラ機構を先端に備えた高速回転遠心放射型撹拌装置を挙げることができる。また、分散装置としては、例えば、超音波エネルギーを集中的に発生させて分散処理を行う超音波乳化分散装置、或いは、容器中にビーズを充填して回転させ、原料を摺りつぶして粉砕・分散を行うビーズミル装置、或いは、容器が自転と公転しながら原料のせん断力で分散を行う公転自転撹拌装置などを挙げることができる。ただし、使用可能な分散装置は、これらの装置に限定されるものではない。
Examples of dispersion devices for dispersing the
光散乱層2a、2bは、透光性樹脂層3の両面(「第1の表面」及び「第2の表面」とも呼ぶ)に、透光性樹脂4と光散乱粒子5とを含む材料でコーティングして形成された薄膜であってもよい。また、光散乱層2a、2bは、透光性樹脂層3の両面に貼り合わされている、透光性樹脂4と光散乱粒子5とを含むフィルムで構成されてもよい。さらに、光散乱層2a、2bは、透光性樹脂層3の両面に貼り合わされている、透光性樹脂4と光散乱粒子5とを含む薄板で構成されてもよい。The light scattering layers 2a and 2b may be thin films formed by coating both sides (also called the "first surface" and "second surface") of the light-transmitting
薄膜のコーティング形成方法としては、公知のウエットプロセスにより形成方法がある。具体的には、薄膜のコーティング形成方法としては、スピンコーティング法、ディッピング法、ドクターブレード法、吐出コート法、スプレーコート法などの塗布法と、インクジェット法、凸版印刷法、凹版印刷法、スクリーン印刷法、マイクログラビアコート法などの印刷法が使用可能である。Thin-film coatings can be formed by known wet processes. Specifically, thin-film coatings can be formed by coating methods such as spin coating, dipping, doctor blade, ejection coating, and spray coating, and by printing methods such as inkjet, letterpress printing, intaglio printing, screen printing, and microgravure coating.
光散乱層2a、2bは、透光性樹脂4と光散乱粒子5とを含み、光散乱粒子5は透光性樹脂4内で凝集しておらず、単一分散していること(すなわち、粒子ができるだけ単一粒子の状態で分散していること)が好ましい。言い換えれば、光散乱層2a、2bは、透光性樹脂4と、この透光性樹脂4の内部に凝集することなく分散されており入射した可視光をレイリー散乱させてレイリー散乱光を発生させる光散乱粒子5とを有している。凝集していない光散乱粒子5は、粒子が単独で存在している状態だけでなく、凝集とは言えない程度の少ない個数の粒子(例えば、10個未満の粒子)が互いに接触している状態を含んでもよい。光散乱層内の光散乱粒子5のうちの全ての光散乱粒子が凝集することなく分散していることが望ましいが、全ての光散乱粒子5のうちの10%以下の光散乱粒子が凝集していることは、許容される。凝集している光散乱粒子が10%以下であれば、レイリー散乱光の色感がほとんど阻害されず、目的の色が表現可能だからである。The light scattering layers 2a and 2b contain a light-transmitting resin 4 and
光散乱層2a、2b内を導光される入射光7は、光出射面103と背面102とで反射されて導光される。入射光7は、例えば、全反射によって導光される。The
光散乱層2a、2bは、光散乱粒子5で散乱された散乱光8としてレイリー散乱光を出射する。導電伝熱層1a、1b、光散乱層2a、2b、及び透光性樹脂層3の各々の表面(図1では、上面と下面)は、高い平滑性を有することが望ましい。例えば、導電伝熱層1a、1b、光散乱層2a、2b、及び透光性樹脂層3の各々の表面(図1では、上面と下面)の表面粗さRaは、1μm以下であることが好ましい。また、表面粗さRaは、0.5μm以下であることがより好ましい。さらに、上記表面粗さRaは、0.1μm以下であることが一層好ましい。これは、導電伝熱層1a、1b、光散乱層2a、2b、及び透光性樹脂層3の各々の表面に微細な傷又は微細な凹凸が生じた場合には、光散乱体10内を導光される光のうちの、光出射面103から漏れ出る光が僅かに増加するからである。The light scattering layers 2a and 2b emit Rayleigh scattered light as
光出射面103は、観測者側に向けられる面である。この場合、背面102から出射する散乱光8は、損失となる。照明装置20では、背面102から出射する散乱光8を利用するために、光散乱体10の背面102側に、光を反射する反射層11が配置されている。反射層11は、例えば、白色反射体である。反射層11は、青色又は黄色などの有色反射体などの、白色反射体以外の反射体であってもよい。The
照明装置20では、光源6より発せられた入射光7が、光散乱層2a、2bの内部の界面で反射して導光方向であるX方向に進む。光散乱層2a、2b中には、光散乱粒子5が分散されており(通常は、凝集しないように均一に分散されており)、入射光7が光散乱粒子5に当たると散乱光8が発生する。散乱光8には、レイリー散乱光が含まれる。In the
本実施の形態では、照明装置20が、光散乱体10の側面から入射光7を入射する構成(エッジ入射方式)であるので、導光距離は、光散乱層2a、2bの光入射面101から、光入射面101の対面までの距離となる。In this embodiment, the
照明装置20のように導光距離が長くなることで、入射光7が光散乱粒子5と接触する頻度が上がり、散乱光8が効率良く発生する。そのため、本実施の形態に係る光散乱体10は、同じサイズの従来の光散乱体に比べて、同等の散乱光8を発生させるのに必要なフィラー濃度を低くすることができる。
By increasing the light guide distance as in the
光散乱層2a、2b中の光散乱粒子5の濃度が高いと、粒子間の距離が近くなるので、粒子の凝集が生じやすくなる。そして、粒子の凝集体のサイズが光の波長と同等以上になると、散乱光8中のミー散乱が多くなる。そうなるとレイリー散乱光の色感が阻害され、目的の色が表現できなくなる。また、光散乱層2a、2bの厚みを増やして導光距離を長くする場合には、照明装置全体が大型となる。本実施の形態の照明装置20は、光散乱層2a、2b内のミー散乱を抑制しつつ、効率良く発せられたレイリー散乱光である散乱光8を光散乱体10の下面に出射できるよう、光散乱粒子5の濃度が適切に調整されており、光散乱体10の側面から入射光7を入射させる。これにより、観測者は、ミー散乱が抑制され効率良く発生したレイリー散乱光を、光出射面103から観測することとなる。When the concentration of the
また、本実施の形態に係る光散乱体10のX方向の端部には、導電伝熱治具9a、9b(第1の導電伝熱治具、第2の導電伝熱治具)が設置されており、導電伝熱治具9a、9bは、光散乱体10の上面と下面を挟む形で取り付けられている。さらに、導電伝熱治具9a、9bは、照明装置20の外部の接地部材、及び放熱部材のいずれかの一方又は両方に、接続されている。図2では、導電伝熱治具9a、9bのY方向の長さは、光散乱体10のY方向の長さと同じであるが、異なってもよい。また、導電伝熱治具9a、9bは、導電伝熱層1a、1bの一部に接触しているだけでもよい。
In addition, conductive
照明装置20は、例えば、建造物の天井に設置される。この場合、光出射面103が地面側を向くよう、照明装置20が天井に設置される。観測者は、天井方向を見ることによって、光出射面103から出射される光を観測することとなる。なお、照明装置20は、壁などのように、建造物の他の位置に設置されてもよい。The
導電伝熱層1a、1bは、例えば、可視光を透過する材料で構成されることが好ましい。導電伝熱層1a、1bは、金属又は無機系材料のいずれか一方又は両方を含む材料で構成されることが好ましい。また、導電伝熱層1a、1bは、有機系ポリマーを母材に、金属又は無機系材料のいずれか一方又は両方を含む複合素材で構成されてもよい。導電伝熱層1a、1bは、Au(金)、Ag(銀)、Cu(銅)、Pd(パラジウム)、Pb(鉛)、Pt(白金)のうちの1つ、又は2つ以上の組合せで形成することができる。導電伝熱層1a、1bを構成する無機系材料は、無機酸化物である。導電伝熱層1a、1bは、SnO2(二酸化スズ)、ITO(インジウムドープ二酸化スズ)、PTO(リンドープ酸化スズ)、ATO(アンチモンドープ酸化スズ)、Sb2O5(五酸化二アンチモン)、ZnO(酸化亜鉛)、In2O3(酸化インジウム)、などのうちの1つ、又は2つ以上の組合せである無機系材料で構成することができる。
The conductive heat transfer layers 1a and 1b are preferably made of a material that transmits visible light. The conductive heat transfer layers 1a and 1b are preferably made of a material that contains either or both of a metal or an inorganic material. The conductive heat transfer layers 1a and 1b may also be made of a composite material that contains either or both of a metal or an inorganic material with an organic polymer as a base material. The conductive heat transfer layers 1a and 1b can be formed of one or a combination of two or more of Au (gold), Ag (silver), Cu (copper), Pd (palladium), Pb (lead), and Pt (platinum). The inorganic material that constitutes the conductive heat transfer layers 1a and 1b is an inorganic oxide. The conductive and heat-
導電伝熱層1a、1bを、有機系ポリマーと、金属又は無機系材料のいずれか一方又は両方とを含む複合素材で構成する場合、金属又は無機系材料の割合は、20wt%以上90wt%以下であることが好ましい。また、金属又は無機系材料の割合は、40wt%以上80wt%以下であることがより好ましい。さらに、金属又は無機系材料の割合は、50wt%以上70wt%以下であることが一層好ましい。When the conductive heat transfer layers 1a and 1b are made of a composite material containing an organic polymer and either or both of a metal or an inorganic material, the proportion of the metal or inorganic material is preferably 20 wt% or more and 90 wt% or less. Furthermore, the proportion of the metal or inorganic material is more preferably 40 wt% or more and 80 wt% or less. Furthermore, the proportion of the metal or inorganic material is even more preferably 50 wt% or more and 70 wt% or less.
導電伝熱層1a、1bは、光散乱層2a、2bの各々の表面(図1では光散乱層2aの上面と、光散乱層2bの下面)にスパッタリング法により、薄膜として製膜されてもよい。また、導電伝熱層1a、1bは、真空蒸着法、CVD法(化学気相成長法:chemical vapor deposition)、スプレー熱分解法などのように、スパッタリング法以外の方法で成膜されてもよい。The conductive heat transfer layers 1a and 1b may be formed as thin films by sputtering on the surfaces of the light scattering layers 2a and 2b (the upper surface of the
導電伝熱層1a、1bは、可視光領域において光の透過率が80%以上である窒化アルミニウム、アルミナ、インジウム化合物などの金属薄膜を蒸着させ形成されてもよい。The conductive heat transfer layers 1a and 1b may be formed by vapor deposition of a thin metal film such as aluminum nitride, alumina, or an indium compound, which has a light transmittance of 80% or more in the visible light range.
導電伝熱層1a、1bが無機酸化物からなる場合、導電伝熱層1a、1bの各々の厚みは、0.1μm以上100μm以下であることが好ましい。導電伝熱層1a、1bが金属からなる場合、導電伝熱層1a、1bの各々の厚みは、1nm以上100nm以下であることが好ましい。When the conductive heat transfer layers 1a and 1b are made of an inorganic oxide, the thickness of each of the conductive heat transfer layers 1a and 1b is preferably 0.1 μm or more and 100 μm or less. When the conductive heat transfer layers 1a and 1b are made of a metal, the thickness of each of the conductive heat transfer layers 1a and 1b is preferably 1 nm or more and 100 nm or less.
導電伝熱層1a、1bの熱伝導率は、0.4W/m・K以上300W/m・K以下であることが好ましい。また、導電伝熱層1a、1bの熱伝導率は、10W/m・K以上200W/m・K以下であることがより好ましい。さらに、導電伝熱層1a、1bの熱伝導率は、50W/m・K以上100W/m・K以下であることが一層好ましい。これは、熱伝導率が100W/m・Kを超える物質は、可視光域の光の透過率が低くなり、光散乱層2a、2bで散乱した散乱光8であるレイリー散乱光が透過しにくくなるからである。The thermal conductivity of the conductive heat transfer layers 1a and 1b is preferably 0.4 W/m·K or more and 300 W/m·K or less. The thermal conductivity of the conductive heat transfer layers 1a and 1b is more preferably 10 W/m·K or more and 200 W/m·K or less. The thermal conductivity of the conductive heat transfer layers 1a and 1b is even more preferably 50 W/m·K or more and 100 W/m·K or less. This is because a material with a thermal conductivity of more than 100 W/m·K has a low transmittance of light in the visible light range, and the Rayleigh scattered light, which is the
導電伝熱層1a、1bを、有機系ポリマーと、金属又は無機系材料のいずれか一方又は両方とを含む複合素材で構成し、金属又は無機系材料の粒子を用いる場合、上記粒子径は、1nm以上500nm以下であることが好ましい。また、上記粒子径は、10nm以上100nm以下であることがより好ましい。When the conductive heat transfer layers 1a and 1b are made of a composite material containing an organic polymer and either or both of a metal or an inorganic material, and particles of a metal or an inorganic material are used, the particle diameter is preferably 1 nm or more and 500 nm or less. Furthermore, the particle diameter is more preferably 10 nm or more and 100 nm or less.
光散乱層2a、2bの透光性樹脂4は、例えば、熱可塑性ポリマー、熱硬化性樹脂又は光重合性樹脂アクリル系ポリマー、オレフィン系ポリマー、ビニル系ポリマー、セルロース系ポリマー、アミド系ポリマー、フッ素系ポリマー、ウレタン系ポリマー、シリコーン系ポリマー、イミド系ポリマーなどのうちの、1つの材料又は2つ以上の材料を用いることができる。The light-transmitting resin 4 of the light-scattering
光散乱層2a、2bの各々の厚みは、1μm以上100μm以下であることが好ましい。また、光散乱層2a、2bの各々の厚みは、5μm以上50μm以下であることがより好ましい。さらに、光散乱層2a、2bの各々の厚みは、10μm以上30μm以下であることがより好ましい。The thickness of each of the light scattering layers 2a and 2b is preferably 1 μm or more and 100 μm or less. Furthermore, the thickness of each of the light scattering layers 2a and 2b is more preferably 5 μm or more and 50 μm or less. Furthermore, the thickness of each of the light scattering layers 2a and 2b is more preferably 10 μm or more and 30 μm or less.
光散乱層2a、2b内の光散乱粒子5の割合は、1wt%以上50wt%以下であることが好ましい。また、光散乱層2a、2b内の光散乱粒子5の割合は、5wt%以上30wt%以下であることがより好ましい。さらに、光散乱層2a、2b内の光散乱粒子5の割合は、10wt%以上20wt%以下であることが一層好ましい。The proportion of the
光出射面103は、光散乱粒子5で散乱された散乱光8を出射する。光出射面103と背面102は、高い平滑性を有することが望ましい。これは、光出射面103と背面102に微細な傷又は微細な凹凸が生じた場合には、光散乱体10内を導光される光が、光出射面103より僅かに漏れ出るからである。具体的には、背面102と光出射面103の表面粗さRaが500nm以下であることが好ましい。また、背面102と光出射面103の表面粗さRaが200nm以下であることがより好ましい。さらに、背面102と光出射面103の表面粗さRaが100nm以下であることがより好ましい。The
《変形例1》
図3は、実施の形態の変形例1に係る光散乱体10a及び照明装置20aを概略的に示す断面図である。図3において、図1に示される構成と同一又は対応する構成には、図1に示される符号と同じ符号が付されている。変形例1に係る光散乱体10a及び照明装置20aは、光散乱層2aを備えていない点において、図1に示される光散乱体10及び照明装置20と異なる。つまり、変形例1に係る光散乱体10aは、図3に示されるように、透光性樹脂層3と、透光性樹脂層3の表面(図3では下面)に形成されている光散乱層2bと、光散乱層2bの表面(図3では下面)に形成されている導電伝熱層1bと、透光性樹脂層3の表面(図3では上面)に形成されている導電伝熱層1aとを有している。上記以外に関し、変形例1に係る光散乱体10a及び照明装置20aは、図1に示される光散乱体10及び照明装置20と同じである。
<<Variation 1>>
3 is a cross-sectional view showing a
《変形例2》
図4は、実施の形態の変形例2に係る光散乱体10b及び照明装置20bを概略的に示す断面図である。図4において、図1に示される構成と同一又は対応する構成には、図1に示される符号と同じ符号が付されている。変形例2に係る光散乱体10b及び照明装置20bは、光散乱層2aと導電伝熱層1aとを備えていない点において、図1に示される光散乱体10及び照明装置20と異なる。つまり、変形例2に係る光散乱体10bは、図4に示されるように、透光性樹脂層3と、透光性樹脂層3の表面(図4では下面)に形成されている光散乱層2bと、光散乱層2bの表面(図4では下面)に形成されている導電伝熱層1bとを有している。上記以外に関し、変形例2に係る光散乱体10b及び照明装置20bは、図1に示される光散乱体10及び照明装置20と同じである。
<<Variation 2>>
4 is a cross-sectional view showing a
《変形例3》
図5は、実施の形態の変形例3に係る光散乱体10c及び照明装置20cを概略的に示す断面図である。図5は、実施の形態の変形例3に係る光散乱体10c及び照明装置20cを概略的に示す断面図である。図5において、図1に示される構成と同一又は対応する構成には、図1に示される符号と同じ符号が付されている。変形例3に係る光散乱体10c及び照明装置20cは、光散乱層2bを備えていない点において、図1に示される光散乱体10及び照明装置20と異なる。つまり、変形例3に係る光散乱体10cは、図5に示されるように、透光性樹脂層3と、透光性樹脂層3の表面(図5では上面)に形成されている光散乱層2aと、光散乱層2aの表面(図5では下面)に形成されている導電伝熱層1aと、透光性樹脂層3の表面(図3では下面)に形成されている導電伝熱層1bとを有している。上記以外に関し、変形例3に係る光散乱体10c及び照明装置20cは、図1に示される光散乱体10及び照明装置20と同じである。
<<
5 is a cross-sectional view that shows a
《変形例4》
図6は、実施の形態の変形例4に係る光散乱体10d及び照明装置20dを概略的に示す断面図である。図6において、図1に示される構成と同一又は対応する構成には、図1に示される符号と同じ符号が付されている。変形例4に係る光散乱体10d及び照明装置20dは、光散乱層2bと導電伝熱層1aとを備えていない点において、図1に示される光散乱体10及び照明装置20と異なる。つまり、変形例4に係る光散乱体10dは、図6に示されるように、透光性樹脂層3と、透光性樹脂層3の表面(図6では上面)に形成されている光散乱層2aと、透光性樹脂層3の表面(図6では下面)に形成されている導電伝熱層1bとを有している。上記以外に関し、変形例4に係る光散乱体10d及び照明装置20dは、図1に示される光散乱体10及び照明装置20と同じである。
<<Variation 4>>
6 is a cross-sectional view showing a
《性能評価》
以下に、本実施の形態の実施例E1~E4と、比較例C1との性能評価実験について説明する。ただし、実施例E1~E4は、本実施の形態の具体例にすぎず、本開示の範囲を限定するものではない。
Performance evaluation
Below, performance evaluation experiments of Examples E1 to E4 of this embodiment and Comparative Example C1 will be described. However, Examples E1 to E4 are merely specific examples of this embodiment and do not limit the scope of the present disclosure.
〈実施例E1〉
性能評価用の光散乱体である実施例E1の光散乱体の製造は、以下の手順で行われる。実施例E1の光散乱体の構造は、図1のものに相当する。
先ず、アクリル板の両面(すなわち、表裏面)に、光散乱粒子5を塗膜固形分に対し30wt%の濃度で添加した熱硬化性樹脂を、合計膜厚が10μmになるように塗布し、加熱して硬化させることで、光散乱層2a、2bを形成する。
次に、紫外線(UV)硬化樹脂に塗膜固形分に対し50wt%になるように五酸化二アンチモンを添加して製造した塗布材料を、合計膜厚が10μmになるように光散乱層2a、2bの表面に塗布し、UV照射装置で塗布された材料を硬化することで、導電伝熱層1a、1bを形成する。
Example E1
The light scatterer of Example E1, which is a light scatterer for performance evaluation, is manufactured by the following procedure: The structure of the light scatterer of Example E1 corresponds to that shown in FIG.
First, a thermosetting resin to which light-scattering
Next, a coating material made by adding antimony pentoxide to an ultraviolet (UV) curing resin so that the content is 50 wt % of the coating solids is applied to the surfaces of the light scattering layers 2a and 2b to a total film thickness of 10 μm, and the applied material is cured with a UV irradiation device to form the conductive heat transfer layers 1a and 1b.
〈実施例E2〉
性能評価用の光散乱体である実施例E2の光散乱体の製造は、以下の手順で行われる。実施例E2の光散乱体の構造は、図3のものに相当する。
先ず、アクリル板の片面に、光散乱粒子5を塗膜固形分に対し30wt%の濃度で添加した熱硬化性樹脂を、膜厚が10μmになるように塗布し、加熱して硬化させることで、光散乱層2bを形成する。
次に、UV硬化樹脂に塗膜固形分に対し50wt%になるように五酸化二アンチモンを添加して製造した塗布材料を、膜厚が10μmになるように光散乱層2b上に塗布し、UV照射装置で塗布された材料を硬化させることで、導電伝熱層1bを形成する。
Example E2
The light scatterer of Example E2, which is a light scatterer for performance evaluation, is manufactured by the following procedure: The structure of the light scatterer of Example E2 corresponds to that shown in FIG.
First, a thermosetting resin containing
Next, a coating material made by adding diantimony pentoxide to a UV-curable resin so that the content is 50 wt % of the coating solids is applied onto the light-
〈実施例E3〉
性能評価用の光散乱体である実施例E3の光散乱体の製造は、以下の手順で行われる。実施例E3の光散乱体の構造は、図1のものに相当する。
先ず、アクリル板の両面(すなわち、表裏面)に、光散乱粒子5を塗膜固形分に対し30wt%の濃度で添加した熱硬化性樹脂を、合計膜厚が10μmになるように塗布し、加熱して硬化させることで、光散乱層2a、2bを形成する。
次に、UV硬化樹脂に塗膜固形分に対し50wt%になるように五酸化二アンチモンを添加して製造した塗布材料を、合計膜厚が10μmになるように光散乱層2b上に塗布し、UV照射装置で塗布された材料を硬化させることで、導電伝熱層1bを形成する。
Example E3
The light scatterer of Example E3, which is a light scatterer for performance evaluation, is manufactured by the following procedure: The structure of the light scatterer of Example E3 corresponds to that shown in FIG.
First, a thermosetting resin to which light-scattering
Next, a coating material made by adding diantimony pentoxide to a UV-curable resin so that the content is 50 wt % of the coating solid content is applied onto the light-
〈実施例E4〉
性能評価用の光散乱体である実施例E4の光散乱体の製造は、以下の手順で行われる。実施例E4の光散乱体の構造は、図1のものに相当する。
先ず、アクリル板の両面(すなわち、表裏面)に、光散乱粒子5を塗膜固形分に対し30wt%の濃度で添加した熱硬化性樹脂を、合計膜厚が10μmになるように塗布し、加熱して硬化させることで、光散乱層2a、2bを形成する。
次に、光散乱層2a、2bの両表面の各々に金を100nmの厚みで蒸着することで、導電伝熱層1a、1bを形成する。
Example E4
The light scatterer of Example E4, which is a light scatterer for performance evaluation, is manufactured by the following procedure: The structure of the light scatterer of Example E4 corresponds to that shown in FIG.
First, a thermosetting resin to which light-scattering
Next, gold is evaporated to a thickness of 100 nm onto each of the two surfaces of the light scattering layers 2a and 2b, thereby forming the electrically conductive and heat transfer layers 1a and 1b.
〈比較例C1〉
性能評価用の光散乱体である比較例C1の光散乱体の製造は、以下の手順で行われる。
アクリル板の片面に、光散乱粒子5を塗膜固形分に対し30wt%の濃度で添加した熱硬化性樹脂を、膜厚が10μmになるように塗布し、加熱して硬化させることで、光散乱層2bを形成する。
Comparative Example C1
The light scatterer of Comparative Example C1, which is a light scatterer for performance evaluation, is manufactured by the following procedure.
A thermosetting resin to which
〈評価〉
このように製造された光散乱体を用いて、図7に示す構造の評価装置を製作した。図7は、実施例E1、E2、E3、E4と比較例C1の光散乱体の評価に際して、光散乱体の2つの側面から入射光を入射している様子を示している。また、図8は、実施例E1、E2、E3、E4と比較例C1の光散乱体の評価の結果を表として示している。表において、「二重丸印」は非常に良好、「一重丸印」は良好、「×印」は不良を示している。
<evaluation>
Using the light scatterers manufactured in this manner, an evaluation device having the structure shown in Fig. 7 was manufactured. Fig. 7 shows how incident light is incident from two sides of the light scatterers when evaluating the light scatterers of Examples E1, E2, E3, E4, and Comparative Example C1. Fig. 8 shows the evaluation results of the light scatterers of Examples E1, E2, E3, E4, and Comparative Example C1 in a table. In the table, a "double circle" indicates very good, a "single circle" indicates good, and an "x" indicates poor.
図8の表から分かるように、本開示による導電伝熱層を含む光散乱体である実施例E1は、前面と背面の表面抵抗率[Ω/□]及び全光透過率[%]、放熱性のすべてで、優れている。なお、放熱性の欄において、「二重丸印」は非常に良好を示している。As can be seen from the table in Figure 8, Example E1, which is a light scatterer including a conductive heat transfer layer according to the present disclosure, is excellent in terms of the surface resistivity [Ω/□] of the front and back surfaces, the total light transmittance [%], and heat dissipation. In the heat dissipation column, a "double circle" indicates very good.
一方、光散乱層が片面に備え、導電伝熱層も片面に備えた実施例E2の場合、片側のみでの放熱になるが、放熱性は「一重丸印」すなわち良好である。On the other hand, in the case of Example E2, which has a light scattering layer on one side and a conductive heat transfer layer on the other side, heat dissipation occurs only on one side, but the heat dissipation performance is a "single circle", i.e., good.
また、光散乱層を両面に備え、片面に導電伝熱層を備えた実施例E3の場合は、実施例E2に比べて僅かに放熱は、「一重丸印」すなわち良好であるものの、実施例E1と比べると放熱性は不十分である。In addition, in the case of Example E3, which has light scattering layers on both sides and a conductive heat transfer layer on one side, the heat dissipation is slightly better than in Example E2, i.e., a "single circle mark," but the heat dissipation is insufficient compared to Example E1.
さらに、最表面に金を薄膜で蒸着した実施例E4の場合、放熱性は、「一重丸印」すなわち良好であるものの、表面抵抗率[Ω/□]は、オーバースペックであり、また、全光透過率[%]が若干低下した。Furthermore, in the case of Example E4, in which a thin film of gold was vapor-deposited on the outermost surface, the heat dissipation was marked with a "single circle," i.e., good, but the surface resistivity [Ω/□] was above the required specifications, and the total light transmittance [%] was slightly reduced.
比較例C1では、導電伝熱層がないため、放熱性が「×印」不良となっている。光散乱体の放熱性を向上させるためには、導電伝熱層が必須であると考えられる。In comparative example C1, the heat dissipation is poor, marked with an "X", because there is no conductive heat transfer layer. It is believed that a conductive heat transfer layer is essential to improve the heat dissipation of the light scatterer.
《実施の形態の効果》
以上に説明したように、本実施の形態に係る光散乱体10、10a~10dによれば、導電伝熱層1a、1b又は導電伝熱層1bの放熱作用によって、光の散乱によって生じる熱を効率よく逃がすことができる。このため、熱による劣化を軽減することができ、また、装置の小型化が可能になる。
Effects of the embodiment
As described above, according to the light-scattering
また、以上に説明したように、本実施の形態に係る光散乱体10、10a~10dによれば、導電伝熱層1a、1b又は導電伝熱層1bの導電性によって、帯電電荷が除去されるので、埃及び塵は引き寄せられにくくなる。このため、発光色が白みを帯びて、レイリー散乱に特有の色感の劣化を防ぐことができる。As described above, in the light-scattering
1a、1b 導電伝熱層(第1の導電伝熱層、第2の導電伝熱層)、 2a、2b 光散乱層(第1の光散乱層、第2の光散乱層)、 3 透光性樹脂層、 4 透光性樹脂、 5 光散乱粒子、 6 光源、 7 入射光、 8 散乱光、 9a、9b 導電伝熱治具、 10、10a、10b、10c、10d 光散乱体、 11 反射板、 20、20a、20b、20c、20d 照明装置、 101 光入射面(側面)、 102 背面、 103 光出射面(前面)、 61 基盤、 62 LED素子。 1a, 1b: conductive heat transfer layer (first conductive heat transfer layer, second conductive heat transfer layer), 2a, 2b: light scattering layer (first light scattering layer, second light scattering layer), 3: translucent resin layer, 4: translucent resin, 5: light scattering particles, 6: light source, 7: incident light, 8: scattered light, 9a, 9b: conductive heat transfer tool, 10, 10a, 10b, 10c, 10d: light scattering body, 11: reflector, 20, 20a, 20b, 20c, 20d: lighting device, 101: light incident surface (side surface), 102: rear surface, 103: light exit surface (front surface), 61: base, 62: LED element.
Claims (9)
前記表面に接する第1面と前記第1面の反対側の第2面とを有する板状であって、透光性樹脂と前記透光性樹脂の内部に凝集することなく分散されており前記表面から前記第1面を通して入射した前記可視光をレイリー散乱させてレイリー散乱光を発生させる光散乱粒子とを含む第1の光散乱層と、
前記第1の光散乱層の前記第2面に接する第3面と前記第3面の反対側の第4面とを有する板状であって、可視光を透過する無機酸化物からなり、前記第2面から前記第3面を通して入射した前記レイリー散乱光を前記第4面から出射する第1の導電伝熱層と、
前記第1の導電伝熱層の前記第4面の端部に接する導電伝熱治具と、
を備えたことを特徴とする光散乱体。 a light-transmitting resin layer having a plate shape with a side surface and a surface, the light-transmitting resin layer guiding visible light incident from the side surface in a light-guiding direction along the surface;
a first light scattering layer having a plate shape with a first surface in contact with the surface and a second surface opposite to the first surface, the first light scattering layer including a light-transmitting resin and light scattering particles dispersed without agglomeration within the light-transmitting resin, the light scattering particles scattering the visible light incident from the surface through the first surface to generate Rayleigh scattered light;
a first electrically conductive and heat transfer layer having a plate shape and including a third surface in contact with the second surface of the first light scattering layer and a fourth surface opposite to the third surface, the first electrically conductive and heat transfer layer being made of an inorganic oxide that transmits visible light, and emitting the Rayleigh scattered light incident from the second surface through the third surface from the fourth surface;
an electrically conductive and heat-transferring tool in contact with an end portion of the fourth surface of the first electrically conductive and heat-transfer layer;
A light scattering body comprising:
ことを特徴とする請求項1に記載の光散乱体。 2. The light-scattering body according to claim 1, further comprising a second light-scattering layer in contact with the surface opposite to the surface of the light-transmitting resin layer, the second light-scattering layer comprising a light-transmitting resin and light-scattering particles that generate Rayleigh scattered light.
ことを特徴とする請求項2に記載の光散乱体。 3. The light-scattering body according to claim 2, further comprising a second electrically conductive and heat-conductive layer in contact with a surface of the second light-scattering layer.
ことを特徴とする請求項1に記載の光散乱体。 2. The light-scattering body according to claim 1, wherein the inorganic oxide includes any one of SnO2 , ITO, PTO, ATO, Sb2O5 , ZnO, and In2O3 , or a combination of two or more thereof.
ことを特徴とする請求項1に記載の光散乱体。 2. The light-scattering body according to claim 1, wherein the first electrically conductive and heat-transfer layer has a thickness of 0.1 μm or more and 100 μm or less.
請求項1から5のいずれか1項に記載の光散乱体。 6. The light-scattering body according to claim 1, wherein the thermal conductivity of the first electrically conductive and heat-transfer layer is equal to or greater than 0.4 W/m·K and less than 400 W/m·K.
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の光散乱体。 6. The light-scattering body according to claim 1, wherein the first light-scattering layer has a thickness of 1 μm or more and 100 μm or less.
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の光散乱体。 6. The light-scattering body according to claim 1, wherein the light-scattering particles in the first light-scattering layer are present in an amount of 1 wt % or more and 50 wt % or less.
前記透光性樹脂層の側面及び前記第1の光散乱層の前記側面の少なくとも一方の側面から入射する前記可視光を出射する光源と、
前記透光性樹脂層又は前記第1の光散乱層の一方の側に設置された反射板と
を備えたことを特徴とする照明装置。 The light scattering body according to any one of claims 1 to 5,
a light source that emits the visible light incident from at least one of a side surface of the light-transmitting resin layer and the side surface of the first light scattering layer;
a reflector disposed on one side of the light-transmitting resin layer or the first light-scattering layer.
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