JP2015084044A - 光拡散部材および採光システム - Google Patents

Abstract

【課題】入射された光を広い範囲に拡散させることが可能な光拡散部材および採光システムを提供する。【解決手段】光拡散部材３は、反射基材３１と、反射基材の上に配置される電子線硬化樹脂層または熱硬化樹脂層からなる硬化物層３２とを備え、硬化物層の反射基材と反対側の面は粗面化されている。硬化物層は、複数の樹脂ビーズ３４を含有しており、硬化物層の反射基材と反対側の面は、当該面方向に配置される複数の樹脂ビーズによる凹凸を有する。【選択図】図６

Description

本発明は、光拡散部材および採光システムに関する。

屋内の照明の照明強度を弱めて二酸化炭素の排出量の削減と消費電力の低減を図る一環として、窓に入射された外光を屋内の天井方向に反射させて採光効率を向上させる光制御シートが提案されている。例えば、特許文献１には、透過部と遮光部を交互に並べた構造の光制御シートを例えば窓ガラスに貼り付けて、太陽光の入射角度の違いにより、夏季は屋内への太陽光の取り込みを減少させ、冬季は太陽光の取り込みを増加させるようにしている。

特開２０１０−２５９４０６号公報

光制御シートにて屋内に採り込んだ光は、天井面や壁面に入射される。天井面や壁面には、壁紙が設けられていることが多い。しかしながら、従来の壁紙は、全光線反射率が９０％以下と低く、壁紙に入射された光を屋内に効率よく拡散反射させることができない。このため、せっかく光制御シートで外光を屋内に採り込んでも、従来は採り込んだ光を採光用に有効活用することができなかった。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、その目的は、入射された光を広い範囲に拡散させることが可能な光拡散部材および採光システムを提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様では、
反射基材と、
前記反射基材の上に配置される電子線硬化樹脂層または熱硬化樹脂層からなる硬化物層と、を備え、
前記硬化物層の前記反射基材と反対側の面は粗面化されている光拡散部材が提供される。

また、前記硬化物層の前記反射基材と反対側の面は、エンボス加工されていてもよい。

また、前記硬化物層は、複数の樹脂ビーズを含有していてもよく、前記硬化物層の前記反射基材と反対側の面は、当該面方向に配置される前記複数の樹脂ビーズによる凹凸を有していてもよい。

また、本発明の他の一態様では、入射光を所定の方向に反射させる第１の光制御部材と、
前記第１の光制御部材で反射された光を拡散させる第２の光制御部材と、を備え、
前記第２の光制御部材は、
反射基材と、
前記反射基材の上に配置される電子線硬化樹脂層または熱硬化樹脂層からなる硬化物層と、を備え、
前記硬化物層の前記反射基材と反対側の面は粗面化されている採光システムが提供される。

前記第１の光制御部材に入射される入射光は、外光であってもよく、前記第２の光制御部材は、屋内の天井面または壁面に配置されてもよい。

また、前記第２の光制御部材は、前記第１の光制御部材で反射された光を拡散させるとともに、当該第２の光制御部材に入射された照明光を拡散させてもよい。

本発明によれば、入射された光を広い範囲に拡散させることができる。

一実施形態に係る光拡散部材を備えた採光システムの概略構成を示す図。 窓や採光具４に積層される光制御部材２の断面図。 ブラインド５のスラット２１の斜視図。 スラット２１の主断面図。 電子線硬化樹脂層または熱硬化樹脂層３２の上面に凹凸が形成された光拡散部材３の断面図。 樹脂ビーズによる凹凸が形成された光拡散部材３の断面図。 実験１の実験結果を示す図。 実験２の実験結果を示す図

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る光拡散部材を備えた採光システム１の概略構成を示す図である。図１の採光システム１は、光制御部材（第１の光制御部材）２と光拡散部材（第２の光制御部材２）３とを備えている。

光制御部材２は、例えば窓や採光具４に積層して用いられるか、あるいは図１に示すように窓や採光具４とは別個に設けられるブラインド５に組み込まれる。

図２は窓や採光具４に積層される光制御部材２の断面図である。図２に示す光制御部材２は、基材層６の上に配置される光制御層７と、光制御層７の上に配置される接着層８と、基材層６の下に配置されるハードコート層９とを備えている。この光制御部材２は、接着層８を介して窓または採光具４に積層することが可能である。なお、光制御部材２は、一対の窓の間に支持されて積層されてもよく、このような場合には接着層８や基材層６は設けなくてもよい。また、光制御部材２は、窓または採光具４の内部に一体的に形成されてもよい。

図２の光制御層７は、その一方の面７ａに沿って離隔して配置された複数の溝１０が形成されたベース部１１と、ベース部１１の複数の溝１０の内部に形成されてかつベース部１１とは異なる光学特性を示す複数のルーバー部１２とを備えている。ルーバー部１２の屈折率をベース部１１の屈折率よりも低くすることで、窓や採光具４から入射された太陽光をベース部１１とルーバー部１２との界面で全反射させ、屋内の天井や壁面方向に導く光偏向機能を付与することができる。また、ルーバー部１２の紫外光、可視光、赤外光などの吸収率や反射率をベース部１１よりも高くすることで、太陽光の入射角に応じた光遮蔽機能を付与することもできる。さらに、ルーバー部１２の発光率をベース部１１よりも高くすることで、指向性発光機能を付与することができる。

本実施形態では、光制御部材２で反射された外光を光拡散部材３に入射させるようにしている。したがって、望ましくは、光拡散部材３の配置場所に合わせて、光制御部材２の反射方向を調整するのが望ましい。光制御部材２の反射方向の調整は、例えばルーバー部１２の材料や形状を調整することで可能となる。

なお、光制御層７は、ベース部１１とルーバー部１２の代わりに、入射光を所定方向に反射させるプリズム部を一方の面７ａに沿って複数配置した構造でもよい。

図３はブラインド５を構成する一枚のスラット２１の斜視図、図４はスラット２１の主断面図である。スラット２１は、基材層２２と、基材層２２上に支持される光制御層２３と、光制御層２３の上に配置される機能層（保護層）２４とを備えている。基材層２２、光制御層２３および機能層２４は、スラット２１の長手方向に沿って延びている。

基材層２２は、透明または半透明の樹脂製フィルムで形成され得る。光制御層２３は、スラット２１の短手方向に沿って離隔して配置された複数の溝２５が形成されたベース部２６と、これら溝２５の内部に形成されベース部２６とは異なる光学特性を示す複数のルーバー部２７とを備えている。ベース部２６と複数のルーバー部２７のそれぞれは、スラット２１の長手方向に延びている。

図４に示すように、ルーバー部２７は、例えば異なる２つの傾斜面を有し、これら傾斜面に入射された光を屋内のそれぞれ異なる方向に反射させることができる。なお、ルーバー部２７に異なる２つの傾斜面を設けることは必ずしも必須ではなく、一つの傾斜面のみを設けて、屋内の所定の方向に光を反射させるようにしてもよい。

図２に示すルーバー部２７とベース部２６と同様に、図４のルーバー部２７とベース部２６も、それぞれの材料を相違させることで、ルーバー部２７に入射された光の反射特性を種々変更することができる。

本実施形態に係る光拡散部材３は、例えば、屋内の天井や天井に連なる壁面に配置される。天井面や壁面の全面に光拡散部材３を配置する必要はないが、屋内をできるだけ明るく照明したければ、光拡散部材３の接地面積を大きくするのが望ましい。

光拡散部材３は、光制御部材２で反射された外光を拡散させるだけでなく、光拡散部材３に入射される照明光も拡散させることができる。すなわち、光拡散部材３は、昼間は主に外光を拡散させ、夜間は照明光を拡散させる。これにより、昼間は採光効率を向上で、夜間は照明効率を向上できる。したがって、屋内照明の使用時間を短縮できるとともに、屋内照明の照明強度を弱めることができ、消費電力の低減と二酸化炭素の排出量の削減が図れる。

光拡散部材３は、図５に詳細な断面図を示すように、反射基材３１と、反射基材３１の上に配置される電子線硬化樹脂層または熱硬化樹脂層３２とを有する。電子線硬化樹脂層または熱硬化樹脂層３２の反射基材３１と反対側の面は粗面化されている。

反射基材３１は、反射性能に優れた材料で形成するのが望ましく、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂を成膜後に二軸方向に延伸させて分子を配向させて結晶化させた白色の二軸延伸ボイド構造のＰＥＴフィルムが用いられる。二軸方向に延伸させることで、強度と耐熱性を向上させることができる。

電子線硬化樹脂層３２は、電子線硬化性樹脂に電子線を照射することにより形成される硬化物である。電子線硬化性樹脂は、例えば、重合性モノマー、重合性オリゴマー、またはプレポリマー等を適宜用いて形成される。重合性モノマーとしては、例えば多官能性アクリレートが用いられる。重合性オリゴマーとしては、例えばエポキシアクリレート系、ウレタンアクリレート系、ポリエステルアクリレート系、ポリエーテルアクリレート系等が用いられる。

熱硬化樹脂層３２は、熱硬化性樹脂に熱を与えて形成される硬化物である。熱硬化性樹脂は、例えば、ウレタン樹脂やエポキシ樹脂などである。

本実施形態の電子線硬化性樹脂または熱硬化性樹脂は、耐久性、耐候性、および耐擦性に優れていることを特徴とする。耐久性、耐候性、および耐擦性をより向上させるために、電子線硬化性樹脂または熱硬化性樹脂に、各種の添加剤を含有させてもよい。例えば、耐候性をより向上させるために、紫外線吸収剤や光安定剤を添加してもよい。また、熱硬化性樹脂は、電子線硬化性樹脂に比べて一般に耐擦性に劣るため、熱硬化性樹脂を用いる場合は、熱硬化性樹脂に耐擦性向上のための添加物を含有させてもよい。

また、反射基材３１の上に電子線硬化性樹脂または熱硬化性樹脂を塗布する際に、反射基材３１と電子線硬化性樹脂または熱硬化性樹脂との間に不図示のプライマー層を配置してもよい。プライマー層は、反射基材３１と電子線硬化性樹脂または熱硬化性樹脂との接着力を高めるためのものであるが、耐候性をより向上させるために、プライマー層に光安定剤等を含有させてもよい。

本実施形態の電子線硬化性樹脂または熱硬化性樹脂は、反射基材３１上に塗布された後に電子線を照射、または熱を付与することで、硬化して電子線硬化樹脂層または熱硬化樹脂層３２になる。電子線硬化樹脂層と熱硬化樹脂３２は、硬化後でも、ある程度の軟性を備えているため、その上面に、凹凸の形成された金型等を接触させて加圧することで、図５に示すように、電子線硬化樹脂層または熱硬化樹脂層３２の上面に凹凸３３を形成することができる。凹凸の形成手法は、公知のエンボス加工を適用可能である。

このように、電子線硬化樹脂層または熱硬化樹脂層３２の上面を粗面化することで、電子線硬化樹脂層または熱硬化樹脂層３２の光拡散性能を向上させることができる。光拡散性能を向上させるには、電子線硬化樹脂層または熱硬化樹脂層３２の上面が種々の方向にランダムに傾斜していることが望ましい。よって、予め金型の表面に種々の傾斜角度を持つ細かい凹凸を多数形成して、その凹凸を電子線硬化樹脂層または熱硬化樹脂層３２に転写すればよい。

光拡散部材３に入射された光のうち一部は、電子線硬化樹脂層または熱硬化樹脂層３２の上面で拡散される。その他の光は電子線硬化樹脂層または熱硬化樹脂層３２を貫通して反射基材３１にまで達するが、反射基材３１は反射性能に優れた材料で形成されているため、反射基材３１の表面で反射して電子線硬化樹脂層または熱硬化樹脂層３２を再度通過して、その上面で拡散される。

このように、光拡散部材３は、反射基材３１の上に、上面が粗面化された電子線硬化樹脂層または熱硬化樹脂層３２を形成することで、入射された光を広範囲に拡散すなわち散乱させることができる。

上述した図５では、電子線硬化樹脂層または熱硬化樹脂層３２の上面をエンボス加工により粗面化する例を示したが、粗面化する手法はエンボス加工に限定されるものではない。

例えば、図６に示すように、電子線硬化性樹脂または熱硬化性樹脂中に樹脂ビーズ３４を含有させたものを反射基材３１の上面に塗布した後に、電子線を照射または熱を付与して硬化させて、電子線硬化樹脂層または熱硬化樹脂層３２を形成することが考えられる。

樹脂ビーズ３４としては、例えばウレタンビーズ、ナイロンビーズ、アクリルビーズ、シリコンビーズ、スチレンビーズ、ポリエステルビーズ、メラミンビーズなどを用いることができる。上述したように、本実施形態の電子線硬化性樹脂または熱硬化性樹脂は、耐久性、耐候性および耐擦性に優れている必要があるため、その内部に充填される樹脂ビーズ３４も、耐久性、耐候性および耐擦性に優れている材料が望ましい。

樹脂ビーズ３４の直径が、反射基材３１上に塗布される電子線硬化性樹脂または熱硬化性樹脂の厚みよりも大きければ、硬化後の電子線硬化樹脂層または熱硬化樹脂層３２の上面は樹脂ビーズ３４の頭部が突き出して凹凸状になる。電子線硬化性樹脂または熱硬化性樹脂中に多数の樹脂ビーズ３４が含有されていれば、凹凸の形成される場所がランダム化されて、電子線硬化樹脂層または熱硬化樹脂層３２の上面は粗面化される。

電子線硬化性樹脂または熱硬化性樹脂に入射された光は、樹脂ビーズ３４の頭部で反射されて拡散すなわち散乱されるため、樹脂ビーズ３４は反射率の高い材料で形成されているのが望ましい。

このように、本実施形態では、光制御部材２で反射された外光を拡散させる光拡散部材３を設けるため、採光効率を向上できる。光拡散部材３は、反射基材３１の上に配置される電子線硬化樹脂層または熱硬化樹脂層３２を有し、電子線硬化樹脂層または熱硬化樹脂層３２の上面は粗面化されているため、入射光を広範囲に拡散すなわち散乱させることができる。したがって、光拡散部材３は、光制御部材２で反射された外光を拡散させるだけでなく、電子線硬化樹脂層または熱硬化樹脂層３２に入射された照明光も拡散させることができ、採光効率だけでなく照明効率も向上できる。

本発明者は、図５に示した光拡散部材３（実施例１）と、図６に示した光拡散部材３（実施例２）とを作製して、光学特性、耐候性試験および耐擦性試験を行う実験（実験１）を行った。この実験１では、上面が平坦な反射基材３１のみからなる光拡散部材３（比較例１）と、上面をエンボス加工した反射基材３１のみからなる光拡散部材３（比較例２）と、反射基材３１に樹脂ビーズ３４を含有させた光拡散部材３（比較例３）と、反射基材３１に電子線硬化樹脂層３２を配置してその上面を平坦化した光拡散部材３（比較例４）との対比を行った。

実施例１，２における光拡散部材３は、反射基材３１の上に、電子線硬化樹脂層３２を配置したものである。実施例１，２と比較例１〜４で使用した反射基材３１の材料はいずれも同じであり、二軸延伸ボイド構造のＰＥＴである。ただし、比較例２のＰＥＴの上面はエンボス加工されており、比較例３のＰＥＴには樹脂ビーズ３４が含有されている。比較例４と実施例１、２との違いは、電子線硬化樹脂層３２の上面を平坦化するか粗面化するかである。

図７は実験１の実験結果を示す図である。紫外-可視分光光度計（ＳＨＩＭＡＺＵ ＵＶ−３１００ＰＣ）にて反射スペクトルを測定した、実施例１，２と比較例１〜４の可視光領域３８０−７８０ｎｍにおける全光線反射率の平均値はいずれも９５％以上であった。また、高光沢グロスチェッカー（ＨＯＲＩＢＡ ＩＧ−４１０）で測定した、２０度の入射光に対する反射率を示す光沢度は比較例１，４が４０以上で、他はいずれも４以下であった。このことから、比較例２，３と実施例１，２は、拡散性能に優れていることがわかった。

スーパーＵＶテスター（岩崎電気 ＳＵＶ−Ｗ２３１）で６０ｍＷ／ｃｍ^２の紫外線を照射した耐候性試験については、比較例１〜３のいずれもが同試験前後での反射スペクトルから算出したΔＹＩの変化が５以上であった。これに対して、実施例１，２のいずれも同試験後でもは５未満で変色は視認されなかった。

スチールウールを３００ｇ／ｃｍ^２の荷重で５０回往復させた耐擦性試験については、比較例1〜３のいずれも、同試験後に目視にて傷が確認された。例えば、比較例３では、樹脂ビーズ３４に剥がれが確認された。一方、実施例１，２のいずれにも傷は確認されなかった。

図７に示す実験１の結果により、全光線反射率が高くて、光沢度が低くて、耐候性試験による変色がなく、耐候性試験による反射率の低下がなく、かつ耐擦性試験による傷もないという条件をすべて具備するのは、実施例１，２の場合のみであることがわかる。

次に、本発明者は、図５に示した光拡散部材３を屋内の天井面に設置した場合と、通常の白色壁紙を天井面に設置した場合とで、外光を採光フィルムを用いて天井に跳ね上げた際の床面と壁面の照度を測定するとともに、反射光の色温度再現性を測定する実験（以下、実験２）を行った。実験２に使用した光拡散部材３は、白色の二軸延伸ボイド構造の反射基材３１の上に電子線硬化樹脂層を配置したものである。

図８は実験２の測定結果を示す図である。図示のように、全光線反射率については、光拡散部材３は９５％より高かったのに対して、白色壁紙は９０％未満であった。天井に連なる壁面の照度については、天井面に光拡散部材３を設置した場合の方が、天井面に白色壁紙を設置した場合よりも２３％高くなった。天井面からの反射光の色温度再現性は、輝度計（コニカミノルタ ＣＬ−２００Ａ）で測定した色温度の逆数を１００万倍したミレッド値の差として求めたが、天井面に光拡散部材３を設置した場合は２未満で、天井面に白色壁紙を設置した場合は６より大きかった。なお、ミレッド値は、５以上で人間が色の違いを判別できることが知られている。

図８の測定結果より、図５に示した光拡散部材３を天井面に設置することで、白色壁紙を天井面に設置した場合と比べて、床面と壁面をより明るく照明できることがわかる。また、図５に示した光拡散部材３は、反射光の色温度の再現性に優れるため、屋内全体を均一な雰囲気に維持できる。

本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。

１ 採光システム、２ 光制御部材、３ 光拡散部材、４ 窓または採光具、５ ブラインド、６ 基材層、７ 光制御層、８ 接着層、９ ハードコート層、１０ 溝、１１ ベース部、１２ ルーバー部、２１ スラット、２２ 基材層、２３ 光制御層、２４ 機能層、２５ ベース部、２６ ルーバー部、３１ 反射基材、３２ 電子線硬化樹脂層または熱硬化樹脂層、３３ 凹凸、３４ 樹脂ビーズ

Claims (6)

1. 反射基材と、
   前記反射基材の上に配置される電子線硬化樹脂層または熱硬化樹脂層からなる硬化物層と、を備え、
   前記硬化物層の前記反射基材と反対側の面は粗面化されている光拡散部材。
2. 前記硬化物層の前記反射基材と反対側の面は、エンボス加工されている請求項１に記載の光拡散部材。
3. 前記硬化物層は、複数の樹脂ビーズを含有しており、
   前記硬化物層の前記反射基材と反対側の面は、当該面方向に配置される前記複数の樹脂ビーズによる凹凸を有する請求項１に記載の光拡散部材。
4. 入射光を所定の方向に反射させる第１の光制御部材と、
   前記第１の光制御部材で反射された光を拡散させる第２の光制御部材と、を備え、
   前記第２の光制御部材は、
   反射基材と、
   前記反射基材の上に配置される電子線硬化樹脂層または熱硬化樹脂層からなる硬化物層と、を備え、
   前記硬化物層の前記反射基材と反対側の面は粗面化されている採光システム。
5. 前記第１の光制御部材に入射される入射光は、外光であり、
   前記第２の光制御部材は、屋内の天井面または壁面に配置される請求項４に記載の採光システム。
6. 前記第２の光制御部材は、前記第１の光制御部材で反射された光を拡散させるとともに、当該第２の光制御部材に入射された照明光を拡散させる請求項４または５に記載の採光システム。

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