JP2012032441A - 照明用光拡散板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高透過率でかつ高いヘイズ値を有する照明用光拡散板を提供する。
【解決手段】ガラス基板上に、誘電率の差が１以上１０以下である誘電率が異なる２種類のガラス粉末を混合したペーストを塗布後、５４０℃〜５９０℃の焼成温度で焼成する。これより、誘電率の差が１以上１０以下である誘電率が異なる２種類のガラス成分を含み、一方のガラス成分がマトリックスを形成し、他方のガラス成分が前記マトリックス中に分散して形成された光拡散層がガラス基板上に形成される。
【選択図】なし

Description

本発明は、高透過率でかつ高い光散乱率（ヘイズ値）を有する照明用光拡散板及びその製造方法に関する。

従来の照明用の蛍光灯は、ガラス管保護のため樹脂製の保護カバーが使われている。しかし、新幹線や通勤電車等の車両では、火災時に樹脂が燃え、液化して滴下する危険性があるため、車両に関する法律上、樹脂の使用は制限されている。

また、近年、照明用として、省エネ、長寿命の観点より蛍光灯からＬＥＤへの置き換えが急速に進みつつある。ＬＥＤは、点光源であり、指向性が高いため、光拡散板を用いて光を拡散させ、防眩効果を持たせている。ＣＭなどで見られるＬＥＤ電球もその一例である。

従来、光拡散板は、アクリルなどで作られていることが一般的であった。

一方、有機物を全く含まない拡散板としては、オパールガラスや、ガラスをサンドブラストなどにより表面を粗くするものなどがある。しかし、前者は透過率が低く、後者はガラスに傷をつけるため強度低下が懸念される。

これに対して、放熱の関係でガラス板等に拡散層を塗布して光拡散板を作製する技術が確立されている。

例えば、特許文献１には、透明ガラス板の少なくとも片面に低融点ガラス粉と、耐熱性無機質フィラーとを含むペーストを塗布し、加熱処理して散光性皮膜を形成した防眩ガラスが開示されている。

特開平１０−８１５４５号公報

しかしながら、上記防眩ガラスでは、無機材質フィラーを添加しているため透過率が低下してしまい、かつヘイズ値も十分とは言えなかった。

そこで、本発明は、高透過率でかつ高いヘイズ値を有する照明用光拡散板を提供することを目的とする。

上記課題を解決すべく、本発明の照明用光拡散板は、誘電率が異なる２種類のガラス成分を含み、一方のガラス成分がマトリックスを形成し、他方のガラス成分が前記マトリックス中に分散して形成されている光拡散層をガラス基板上に設けたことを特徴とする。

また、本発明の照明用光拡散板は、誘電率が異なる２種類のガラス成分を含み、一方のガラス成分が粒状に分散され、かつその周囲を覆うように他方のガラス成分が形成されている光拡散層をガラス基板上に設けたことを特徴とする。

更に本発明の照明用光拡散板の製造方法は、ガラス基板上に、誘電率が異なる２種類のガラス粉末を混合したペーストを塗布後、所定の焼成温度で焼成することにより光拡散層を形成することを特徴とする。

本発明によれば、高透過率でかつ高いヘイズ値を有する照明用光拡散板を提供することができる。

サンプルａ、及びその原料としてのガラス粉末１、ガラス粉末５についての全光線透過率の焼成温度依存性を示すグラフ。 サンプルａ、及びその原料としてのガラス粉末１、ガラス粉末５についてのヘイズ値の焼成温度依存性を示すグラフ。 ガラス基板にサンプルａを塗布して５５０℃で焼成した場合の断面を示すＳＥＭ写真。 サンプルａ〜サンプルｄについての全光線透過率の焼成温度依存性を示すグラフ。 サンプルａ〜サンプルｄについてのヘイズ値の焼成温度依存性を示すグラフ。 サンプルｅ−１、ｅ−２、ｅ−３、及びその原料としてのガラス粉末１、ガラス粉末５についての全光線透過率の焼成温度依存性を示すグラフ。 サンプルｅ−１、ｅ−２、ｅ−３、及びその原料としてのガラス粉末１、ガラス粉末５についてのヘイズ値の焼成温度依存性を示すグラフ。 サンプルｆ−１、ｆ−２、ｆ−３、及びその原料としてのガラス粉末１、ガラス粉末６についての全光線透過率の焼成温度依存性を示すグラフ。 サンプルｆ−１、ｆ−２、ｆ−３、及びその原料としてのガラス粉末１、ガラス粉末６についてのヘイズ値の焼成温度依存性を示すグラフ。 ガラス基板にサンプルｆ−２を塗布して５７０℃で焼成した場合の断面を示すＳＥＭ写真。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、屈折率（屈折率の２乗が誘電率と比例するため、誘電率をパラメーターとしても良い）の異なる２種類以上のガラス粉末を混ぜて板ガラス（平面タイプ）もしくは管ガラス（適宜半割などに形状加工したものを含む）（蛍光灯タイプ）表面に焼き付けることにより、無機材質フィラーを使用することなく膜内で光を散乱させ、高透過率でかつ高いヘイズを有する拡散層付きの有機物を含まない拡散板を作ることに成功し、更にその微細組織を観察することにより知見を得て本発明を完成させた。

即ち、本発明の好適な実施形態の照明用光拡散板は、誘電率が異なる２種類のガラス成分を含み、一方のガラス成分が粒状に分散され、かつその周囲を覆うように他方のガラス成分が形成されている光拡散層をガラス基板上に設けたものであり、更に以下の特徴を備えている。

先ず、２種類のガラス成分の誘電率の差は１以上１０以下であり、好ましくは２以上８以下である。誘電率の差を１以上としたのは、１未満では後述する実施例１の結果からも明らかなように、ヘイズ値が５０％を切ってしまい、光散乱効果が不十分になってしまうためである。また、１０以下としたのは、１０を超えると、粒子間の屈折率の差が大きくなりすぎ、界面で光が全反射を起こし、透過率が低下する恐れがあるからである。

次に、２種類のガラス成分のうち、高誘電率のガラス成分の割合は２５％以上５０％以下、好ましくは３０％以上４０％以下である。２５％以上５０％以下としたのは、２５％未満では高誘電率のガラス成分を添加した効果が十分に発揮されず、５０％を超えると、後述する実施例２、３の結果からも明らかなように、ヘイズ値等の光学特性が不安定になるためである。

更に、２種類のガラス成分の平均粒径は、１μｍ以上であることが好ましい。１μｍ以上としたのは、１μｍ未満であるとガラスの比表面積が大きくなりすぎ、ペーストを焼成して基板に焼き付けるときに脱バインダが不十分になる恐れがある。また、ガラス成分の平均粒径は膜厚の１／４以下であることが好ましい。平均粒径が膜厚の１／４を超えるとガラス層での異種ガラスの混合が不十分となり、ヘイズが低下する恐れがあるからである。

本実施形態の照明用光拡散板は、ソーダライムガラス基板上に、誘電率が異なる２種類のガラス粉末を混合したペーストを塗布後、５４０℃〜５９０℃の焼成温度、好ましくは５５０℃〜５８０℃の焼成温度で焼成して光拡散層を形成することにより製造することができる。

５４０℃〜５９０℃の焼成温度としたのは、５４０℃未満では焼成が不十分となって光拡散層の強度が上がらず、５９０℃を超えるとガラス粉末の軟化点を超えてしまい、ガラス成分の流動により異なるガラス成分同士の界面が少なくなってヘイズ値が減少してしまう可能性があるからである。

また、２種類のガラス粉末の軟化点は、５３０℃以上６００℃以下であることが好ましい。上記範囲としたのは、５３０℃未満では、焼成温度との関係でガラス粉末の軟化点を超えてしまい、ガラス成分の流動により異なるガラス成分同士の界面が少なくなってヘイズ値が減少してしまう可能性があり、６００℃を超えると、ガラス基板自体が変形してしまう可能性があるからである。

以下、実施例により、本発明を更に詳しく説明する。

（各ガラス粉末の作製と特性評価）
表１に示す組成のガラス粉末１〜ガラス粉末６を用意し、転移点（Ｔｇ）、軟化点（Ｔｓ）、誘電率（ε）、屈折率、線膨張係数（α）及び平均粒径を測定した。

転移点（Ｔｇ）及び軟化点（Ｔｓ）については、ガラス粉末を約５０ｍｇを白金セルに詰め、昇温速度１０℃／ｍｉｎにて８００℃までの範囲で示差熱分析計(例えば、リガク社製ＴＧ８１１０)を用いて測定し、第一変曲点を転移点（Ｔｇ）、第四変曲点を軟化点（Ｔｓ）とした。

また、誘電率（ε）については、ガラス粉末を再溶融し板状に成形後、加工して直径４５ｍｍ×厚さ３ｍｍの測定試料とした。測定試料の両面にアルミニウム電極を蒸着により作製し、ＬＣＲメータ(例えばＨＰ社製のＬＦ ＩＭＰＥＡＤＡＮＣＥ ＡＮＡＬＹＺＥＲ ４１９２Ａ)を用いて周波数１ＭＨｚでの比誘電率を測定した。

更に、線膨張係数（α）については、ガラス粉末を加圧成形後、Ｔｓより３０℃高い温度で１０分間焼成して得た焼成体を直径５ｍｍ、長さ２ｃｍの円柱状に加工し、熱膨張計(例えばリガク社製ＴＭＡ８３１０)で５０〜３５０℃における平均線膨張係数を測定した。

また、平均粒径については、レーザー回折式粒子径分布測定装置ＨＥＲＯＳ＆ＲＯＤＯＳ（独ＳＹＭＰＡＴＥＣ社製）を用いて平均粒径Ｄ５０を以下の条件で測定した。

ガラス粉末重量：約０．１〜０．２ｇ（試料濃度目安２〜１５％）、レンズ焦点距離：２０ｍｍ、分散方式：自動乾式分散ユニットＲＯＤＯＳ／Ｍ、分散圧：１．５ｂａｒ
更に、屈折率については、参考文献としての「ア・ア・アッペン著 ガラスの化学（１９７４）」中に記載されているモル屈折の値から計算を行い求めている。

これらの結果について、表２に示す。

次に、これらの誘電率の異なるガラス粉末を組み合わせて、ガラスサンプルを作製した。

［誘電率の違いが光拡散板の特性に及ぼす影響］
（サンプルの作製）
誘電率の異なるガラス粉末の組み合わせとして、表３に示すように、サンプルａ（ガラス粉末１：ガラス粉末５＝１：１、誘電率差３．３）、サンプルｂ（ガラス粉末２：ガラス粉末５＝１：１、誘電率差２．２）、サンプルｃ（ガラス粉末３：ガラス粉末５＝１：１、誘電率差１．１）、サンプルｄ（ガラス粉末４：ガラス粉末５＝１：１、誘電率差０．６）の４種類を用意した。

（光拡散板の作製と特性評価）
各サンプルを、ターピネオール、ブチルカルビトールアセテート等の溶剤、各種樹脂等を適宜組み合わせた有機ビヒクルに混入してペーストを作製し、これをスピンコート、ブレードコート、スクリーン印刷等の適宜塗布手段でソーダライムガラス基板上に約５０μｍの膜厚に塗布した。

ペースト塗布後、これを乾燥し、さらに加熱炉で５４０〜５９０℃の温度で３０分間保持した後、冷却して光拡散板とした。

得られた光拡散板について、スガ試験機社製 ヘーズメーター ＨＺ−１により全光線透過率および光散乱率（ヘイズ値）を求めた。

まず、サンプルａ、及びその原料としてのガラス粉末１、ガラス粉末５について、全光線透過率の焼成温度依存性を図１に、ヘイズ値の焼成温度依存性を図２に示す。

これより、サンプルａでは、ガラス粉末１及びガラス粉末５と比較して全光線透過率はあまり変化しないが、ヘイズ値は５４０〜５９０℃間の全範囲にわたって極めて高い値になることが判明した。

図３に、ガラス基板にサンプルａを塗布して５５０℃で焼成した場合の断面のＳＥＭ写真を示す。

図３より、サンプルａの焼成膜は、コントラストが異なる２つの部分が存在しており、明色部分がガラス粉末５由来の部分（ガラス５部分）で、暗色部がガラス粉末１由来の部分（ガラス１部分）であると推定される。

これより、焼成時に軟化点の低いガラス粉末５が流動してマトリックスを形成し、そのマトリックス中に軟化点の高いガラス粉末１由来の部分が分散した組織となることにより、より具体的には、軟化点の低いガラス粉末５由来の部分が流動して、粒状に分散している軟化点の高いガラス粉末１由来の部分の周囲を覆う組織となることにより、ガラス１部分及びガラス５部分の界面での光の散乱度合いが大きくなってヘイズ値が向上したものと推察される。

次に、サンプルａ〜サンプルｄについて、全光線透過率の焼成温度依存性を図４に、ヘイズ値の焼成温度依存性を図５に示す。

これより、５５０℃〜５８０℃の間のいずれの焼成温度においても、サンプルａからサンプルｄへ行くに従って、即ち、組み合わせた２種類のガラス粉末の誘電率の差が小さくなるに従って、ヘイズ値は減少していることが判った。また、ＳＥＭによる組織観察においても、組み合わせた２種類のガラス粉末の誘電率の差が小さくなるに従って、ガラス同士の粒界が見えにくくなっていた。

以上のことより、組み合わせるガラス粉末の誘電率の差は大きい方が良く、その差が１以上、好ましくは２以上とする。その差を１以上としたのは、図５からも明らかなように、その差が１未満では、ヘイズ値が５０％を切ってしまい、光散乱効果が不十分になってしまうためである。

次に、誘電率の異なるガラス粉末の混合比率が光拡散板の特性に及ぼす影響について検討した。

［混合比率が光拡散板の特性に及ぼす影響］
（サンプルの作製）
誘電率の異なるガラス粉末の組み合わせとして、表４に示すように、ガラス粉末１及びガラス粉末５を用いてサンプルｅ（誘電率差３．３）とした。

更に、サンプルｅについて、表５に示すようにガラス粉末１及びガラス粉末５の混合比率を３種類に変化させたサンプルｅ−１、ｅ−２、ｅ−３を用意した。

（光拡散板の作製と特性評価）
サンプルｅ−１、ｅ−２、ｅ−３を、実施例１と同様に、ターピネオール、ブチルカルビトールアセテート等の溶剤、各種樹脂等を適宜組み合わせた有機ビヒクルに混入してペーストを作製し、これをスピンコート、ブレードコート、スクリーン印刷等の適宜塗布手段でソーダライムガラス基板上に約５０μｍの膜厚に塗布した。

ペースト塗布後、これを乾燥し、さらに加熱炉で５５０〜６００℃の温度で３０分間保持した後、冷却して光拡散板とした。

得られた光拡散板について、スガ試験機社製 ヘーズメーター ＨＺ−１により全光線透過率および光散乱率（ヘイズ値）を求めた。

サンプルｅ−１、ｅ−２、ｅ−３、及びその原料としてのガラス粉末１、ガラス粉末５について、全光線透過率の焼成温度依存性を図６に、ヘイズ値の焼成温度依存性を図７に示す。

これより、透過率についてはサンプルの違いによる明確な傾向は認められないが、ヘイズ値については、サンプルｅ−１では、焼成温度を上げるに従って急激に低下することが判明した。これは、ガラス１がガラス５に焼成中に溶け込んでしまったためと考えられる。

一方、ガラス粉末１が５０％以上の組み合わせであるｅ−２、ｅ−３では、高温焼成でもヘイズは高く保たれている。

以上のことより、高誘電率のガラスであるガラス粉末５の割合が５０％以下の方がヘイズ値等の光学特性が安定し、焼成条件のマージンも広いと考えられる。

［混合比率が光拡散板の特性に及ぼす影響］
（サンプルの作製）
誘電率の異なるガラス粉末の組み合わせとして、表４に示すように、ガラス粉末１及びガラス粉末６を用いてサンプルｆ（誘電率差３．２）とした。

更に、サンプルｆについて、表６に示すようにガラス粉末１及びガラス粉末６の混合比率を３種類に変化させたサンプルｆ−１、ｆ−２、ｆ−３を用意した。

（光拡散板の作製と特性評価）
サンプルｆ−１、ｆ−２、ｆ−３を、実施例１と同様に、ターピネオール、ブチルカルビトールアセテート等の溶剤、各種樹脂等を適宜組み合わせた有機ビヒクルに混入してペーストを作製し、これをスピンコート、ブレードコート、スクリーン印刷等の適宜塗布手段でソーダライムガラス基板上に約５０μｍの膜厚に塗布した。

ペースト塗布後、これを乾燥し、さらに加熱炉で５５０〜６００℃の温度で３０分間保持した後、冷却して光拡散板とした。

得られた光拡散板について、スガ試験機社製 ヘーズメーター ＨＺ−１により全光線透過率および光散乱率（ヘイズ値）を求めた。

サンプルｆ−１、ｆ−２、ｆ−３、及びその原料としてのガラス粉末１、ガラス粉末６について、全光線透過率の焼成温度依存性を図８に、ヘイズ値の焼成温度依存性を図９に示す。

これより、透過率についてはサンプルの違いによる明確な傾向は認められないが、ヘイズ値については、サンプルｆ−１では、焼成温度を上げるに従って急激に低下することが判明した。これは、ガラス１がガラス６に焼成中に溶け込んでしまったためと考えられる。

一方、ガラス粉末１が５０％以上の組み合わせであるｆ−２、ｆ−３では、高温焼成でもヘイズは高く保たれている。

また、ガラス粉末１の比率が５０％以上であるｆ−２、ｆ−３では、５５０℃の焼成の場合、焼成不足により透過率が低下する懸念があるため、この場合は５６０℃以上での焼成が好ましい。

以上のことより、高誘電率のガラスであるガラス粉末６の割合が５０％以下の方がヘイズ値等の光学特性が安定し、焼成条件のマージンも広いと考えられる。

図１０に、ガラス基板にサンプルｆ−２を塗布して５７０℃で焼成した場合の断面のＳＥＭ写真を示す。

図１０より、サンプルｆ−２の焼成膜は、コントラストが異なる２つの部分が存在しており、明色部分がガラス粉末６由来の部分（ガラス６部分）で、暗色部がガラス粉末１由来の部分（ガラス１部分）であると推定される。

これより、焼成時に転移点の低いガラス粉末６が流動してマトリックスを形成し、そのマトリックス中に転移点の高いガラス粉末１由来の部分が分散した組織となることにより、ガラス１部分及びガラス６部分の界面での光の散乱度合いが大きくなってヘイズ値が向上したものと推察される。

Claims (9)

1. 誘電率が異なる２種類のガラス成分を含み、一方のガラス成分がマトリックスを形成し、他方のガラス成分が前記マトリックス中に分散して形成されている光拡散層をガラス基板上に設けたことを特徴とする照明用光拡散板。
2. 誘電率が異なる２種類のガラス成分を含み、一方のガラス成分が粒状に分散され、かつその周囲を覆うように他方のガラス成分が形成されている光拡散層をガラス基板上に設けたことを特徴とする照明用光拡散板。
3. 前記２種類のガラス成分の誘電率の差が１以上１０以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の照明用光拡散板。
4. 前記２種類のガラス成分のうち、高誘電率のガラス成分の割合が２５％以上５０％以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の照明用光拡散板。
5. 前記２種類のガラス成分の平均粒径は、１μｍ以上、焼成膜厚の１／４以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の照明用光拡散板。
6. ヘイズ値が５０％以上であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の照明用光拡散板。
7. ガラス基板上に、誘電率が異なる２種類のガラス粉末を混合したペーストを塗布後、所定の焼成温度で焼成することにより光拡散層を形成することを特徴とする照明用光拡散板の製造方法。
8. 前記焼成温度は５４０℃〜５９０℃であることを特徴とする請求項７記載の照明用光拡散板の製造方法。
9. 前記２種類のガラス粉末の軟化点は、５３０℃以上６００℃以下であることを特徴とする請求項７又は８記載の照明用光拡散板の製造方法。