JP2014501444A

JP2014501444A - Ｌｅｄ（発光ダイオード）光源モジュール

Info

Publication number: JP2014501444A
Application number: JP2013543834A
Authority: JP
Inventors: ピエール−イヴラーリー，
Original assignee: ソルベイアセトウゲーエムベーハー
Priority date: 2010-12-20
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2014-01-20
Also published as: FR2969311A1; WO2012084899A1; EP2656117A1; CN103492911A; FR2969311B1; US20130341665A1; KR20140048078A

Abstract

本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）光源モジュールのためのポリマー光学レンズ、特に、この光学レンズを含むＬＥＤ光源モジュール、およびこのモジュールを含むＬＥＤランプに関する。本発明はより詳しくは、セルロースおよびその誘導体、スターチおよびその誘導体、アルギネートおよびそれらの誘導体、グアーおよびそれらの誘導体、キチンおよびその誘導体ならびにペクチンおよびその誘導体から選択されるポリマーを含むＬＥＤ（発光ダイオード）光源モジュールのための光学レンズに関する。

Description

本発明は、ＬＥＤ（発光ダイオード）光源モジュールのためのレンズなどのポリマー光学素子、特に、この光学素子を含むＬＥＤ光源モジュール、およびこのモジュールを含むＬＥＤランプに関する。

発光ダイオード（一般にＬＥＤと表記される）照明装置は公知である。長い有効寿命を有するこのようなダイオードは低い電力消費量を有し、過度の熱を生じない。

明るさの観点から著しく効率的且つ強力であり、白熱ランプまたはハロゲンランプに取って代わることができる白色ＬＥＤは、特にごく最近見出された。

ＬＥＤランプは一般に、１つまたは複数のＬＥＤ（発光ダイオード）チップと、レンズなどの１つまたは複数の光学素子を含む光学系とを含む。ガラスまたはポリマー材料から製造されたこれらの光学素子は一般に透明である。光学系は、特に、ＬＥＤチップによって生み出された光の透過を最適にすることができる。

新規な高性能材料が常に求められている。

この目的のために、本発明は、第１の主題として、ＬＥＤ（発光ダイオード）光源モジュールのためのレンズなどの光学素子を提案し、当該光学素子は、以下のポリマー：セルロースおよびその誘導体、スターチおよびその誘導体、アルギネートおよびそれらの誘導体、グアーおよびそれらの誘導体、キチンおよびその誘導体ならびにペクチンおよびその誘導体から選択される少なくとも１つのポリマーを含む。

第２の主題として、本発明は、上に記載されたような少なくとも１つの光学素子を有する光学系を含むＬＥＤ（発光ダイオード）光源モジュールを提案する。

最後に、第３の主題として、本発明は、このモジュールを含むＬＥＤ（発光ダイオード）ランプを提案する。

本発明はまず、ＬＥＤ（発光ダイオード）光源モジュールのためのポリマー光学素子に関する。

光学素子のポリマーは例えば、以下のポリマー：セルロース、セルロースアセテート、セルロースプロピオネート、セルロースブチラート、セルローストリアセテート、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、スターチ、ヒドロキシプロピルスターチ、スターチアセテート、スターチプロピオネート、スターチブチラートまたはスターチの混合エステル、アラビアゴム、寒天、アルギン酸、アルギン酸ナトリウム、アルギン酸カリウム、アルギン酸カルシウム、トラガカントゴム、ガーゴムおよびカルボゴムの１つであってもよい。

特に、ポリマーはセルロースの誘導体、例えばセルロースアセテート、セルロースプロピオネート、セルロースブチラート、セルローストリアセテート、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、メチルセルロースおよびヒドロキシメチルセルロースであってもよい。

本発明の１つの特定の実施形態によって、セルロース誘導体は、高級木材パルプから得られたセルロース、または綿リンターから得られたセルロースから得られる。「高級木材パルプ」という表現は、α−セルロースを少なくとも９５重量％含む木材パルプを意味すると理解される。α−セルロースの量は、ＩＳＯ６９２標準によって定量される。綿リンターから得られたセルロースに関して、それは好ましくはアセテートグレードである。

より詳しくは、ポリマーはセルロースエステルであってもよい。それらは一般に有機、特に脂肪族エステルである。

有利には、セルロースエステルは、エステル基として２〜４個の炭素原子を有するアシル基を有する。これらは、セルロースの混合エステルであってもよい。本発明の文脈で適したセルロースエステルの例として、セルロースアセテート、セルロースプロピオネート、セルロースブチラート、セルロースアセテートプロピオネート、セルロースアセテートブチレート、セルロースアセテートフタレートおよびセルロースアセテートプロピオネートブチラートを挙げることができる。ブチラートを形成するブチリル基は直鎖または分枝状であってもよい。

有利には、セルロースの置換度は２〜３、好ましくは２．３〜２．９である。セルロースの置換度はＡＳＴＭＤ８７１−７２標準によって測定される。

本発明のポリマーの固有粘度は有利には０．３〜０．４、好ましくは０．３２〜０．３５である。固有粘度はＡＳＴＭＤ８７１−７２標準によって測定される。

光学素子のポリマーはいくつかのポリマーのブレンドであってもよい。

好ましくは、ポリマーはセルロースアセテートである。

光学素子は有利には、ポリマーを少なくとも５０重量％、好ましくは少なくとも５５重量％含む。

本発明の１つの特定の実施形態によって、光学素子は可塑剤を含む。可塑剤の例として、トリアセチン、ジエチルフタレート、ジメチルフタレート、ブチルフタリルブチルグリコレート、ジエチルシトレート、ジメトキシエチルフタレート、エチルフタリルエチルグリコレート、メチルフタリルエチルグリコレート、ｎ−エチル−ｏ／ｐ−トルエンスルホンアミド、トリフェニルホスフェート、トリクレジルホスフェート、ジブトキシエチルフタレート、ジアミルフタレート、トリブチルシトレート、トリブチルアセチルシトレート、トリプロピルアセチルシトレート、トリプロピオニン、トリブチリン、ｏ／ｐ−トルエンスルホンアミド、ペンタエリトリトールテトラアセテート、ジブチルタルトレート、ジエチレングリコールジアセテート、ジエチレングリコールジプロピオネート、ジブチルアジペート、ジオクチルアジペート、ジブチルアゼレート、トリクロロエチルホスフェート、トリブチルホスフェート、ジ−ｎ−ブチルセバケート、ジブチルフタレート、ジオクチルフタレート、ブチルベンジルフタレート、２−エチルヘキシルアジペートおよびジ−２−エチルヘキシルフタレートを挙げることができる。可塑剤の量は有利には光学素子の重量に対して１０％〜４５重量％、好ましくは２０％〜４０重量％である。

本発明の１つの特定の実施形態によって、光学素子は、（熱分解および／または熱酸化分解に対して保護する）熱安定剤、例えば酸化防止剤を含む。熱安定剤の例として、グリシジルエーテル、弱酸の金属塩、置換フェノール等を挙げることができる。特に、ヒドロキノンモノグリシジルまたはジグリシジルエーテル、シュウ酸カリウム、ナフテン酸ストロンチウム、レソルシノールジグリシジルエーテル、ギ酸マグネシウムまたはギ酸アルミニウム、マグネシア等を挙げることができる。

酸化防止剤の例として、ヒンダードフェノール酸化防止剤を挙げることができる。このような酸化防止剤は、例えば、特許出願国際公開第２００４／０００９２１号パンフレットおよび国際公開第０２／０５３６３３号パンフレットに記載されている。Ｉｒｇａｎｏｘ１０７６（登録商標）（オクタデシル３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシヒドロシンナマート）およびＩｒｇａｎｏｘ１０１０（登録商標）（テトラキス（メチレン（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシヒドロシンナマート）メタン））がこのような酸化防止剤の例である。

また、酸化防止剤の例として、アルキル基および／またはアリール基によって置換されたホスフィットなどのリン含有安定剤、例えばＩｒｇａｆｏｓ１６８（登録商標）（トリス−（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル）ホスフィット）を挙げることができる。

本発明の１つの特定の実施形態によって、光学素子は光安定剤を含む。

光安定剤の例として、少なくとも１つのヒンダードアミン単位を有する安定剤（ヒンダードアミン光安定剤Ｈ．Ａ．Ｌ．Ｓ．）を挙げることができる。このような添加剤は、例えば、特許出願国際公開第２００４／０００９２１号パンフレットおよび国際公開第２００５／０４０２６２号パンフレットに記載されている。

また、光安定剤の例として、紫外線吸収剤を挙げることができる。このような紫外線吸収剤は特に特許出願国際公開第２００４／０００９２１号パンフレットに記載されている。紫外線吸収剤の例として、オキサニリド、Ｕｖｉｎｕｌ４００（登録商標）（２，４−ジヒドロキシベンゾフェノン）などのベンゾフェノン、Ｔｉｎｕｖｉｎ３６０（登録商標）（二量体２−ヒドロキシフェニルベンゾトリアゾール）または２，２’−メチレンビス［６−（２Ｈ−ベンゾトリアゾル−２−イル）−４−（１，１，３，３−テトラメチルブチル）フェノール］などのベンゾトリアゾール、Ｔｉｎｕｖｉｎ１５７７ＦＦ（登録商標）（２，４−ジフェニル−６−（２−ヒドロキシ−４−ヘキシルオキシフェニル）−ｓ−トリアジン）およびＴｉｎｕｖｉｎ２３４（登録商標）（２−（２Ｈ−ベンゾトリアゾル−２−イル）−４，６−ビス（１−エチル−１−フェニルエチル）フェノール）などの２−ヒドロキシフェニルトリアジンを挙げることができる。

また、光学素子は充填剤、染料、顔料、帯電防止剤、界面活性剤、潤滑剤、分散剤、難燃剤、成形助剤および耐衝撃性改良剤から選択される１つまたは複数の添加剤を含んでもよい。これらは限定的ではない。

光学素子は、光学素子の構成化合物を造形することによって得られた物体／物品である。それは例えば、射出成形品または成形品からなる群から選択される物品であってもよい。有利には、光学素子は０．４〜４０ｍｍ、好ましくは１〜３０ｍｍ、より好ましくはさらに２〜２５ｍｍの厚さを有する。

光学素子は有利にはレンズである。それはＦｒｅｓｎｅｌレンズであってもよい。それは凸形または凹形であってもよい。

好ましくは、本発明の光学素子は光学的に透明であり、すなわち、それはＡＳＴＭＤ１００３標準によって少なくとも８８％の光の透過率を有する。

光学素子は、光学素子、特にレンズを作製するための任意の公知の方法によって作製されてもよい。

最初に、例えば、光学素子を形成するポリマーまたはポリマーを含む組成物を棒状体の形態で押出し、次に粒体を形成するためにその棒状体を切断することにより、光学素子の構成化合物からなる粒体を作製することが可能である。可塑剤、安定剤等の添加剤を押出装置の異なった位置において、例えば二軸スクリュー押出機の異なった位置において導入してもよい。次に、粒体を成形、射出成形、押出、流し込成形等の装置などの変形および造形装置に導入してもよい。これらの方法は当業者に公知である。

また、本発明は、上に記載されたような少なくとも１つの光学素子を有する光学系を含むＬＥＤ（発光ダイオード）光源モジュールに関する。

このＬＥＤ（発光ダイオード）光源モジュールは、
− エポキシ樹脂などの封入剤材料に封入された少なくとも１つのＬＥＤ（発光ダイオード）チップと、
− 上に記載されたような少なくとも１つの光学素子を含む少なくとも光学系と、
− ２つの電極（アノードおよびカソード）と
を含む。

ＬＥＤ（発光ダイオード）光源モジュールの構造は当業者に公知である。

本発明のＬＥＤ光源モジュールのＬＥＤ（発光ダイオード）チップは、可視光、紫外線または赤外線において放射する任意のチップであってもよい。

ＬＥＤ（発光ダイオード）チップの構造は半導体材料の層を含む。例えば、ＬＥＤチップは、ＧａＡｓ、ＧａＡｌＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＧａＰ等の元素の周期表のＩＩＩおよびＩＶ族からの半導体材料の層、またはＺｎＳｅ、ＺｎＳＳｅ、ＣｄＴｅ等の元素の周期表のＩＩ〜ＶＩ族からの半導体材料の層、またはＳｉＣなどの元素の周期表のＩＶおよびＶ族からの半導体材料の層を含んでもよい。また、ＬＥＤチップは他の層を含んでもよい。

本発明のＬＥＤ（発光ダイオード）光源モジュールは複数のＬＥＤチップを含んでもよい。

ＬＥＤ（発光ダイオード）光源モジュールの光学系の構造は当業者に公知である。それは複雑且つ多様であってもよい。

光学系は、特に、モジュールのＬＥＤチップによって生み出された光の透過を最適にすることができる。

光学系は少なくとも１つの光学素子を含む。それはいくつかの光学素子の組み合わせを含んでもよい。

光学系は様々な形状および様々な配置を有してもよい。これらの形状およびこれらの配置は当業者に公知である。

本発明の１つの特定の実施形態によって、光学素子は、ＬＥＤチップを覆うレンズである。それは例えばビード、ドーム状等の形状であってもよい。

本発明のモジュールの１つの特定の実施形態によって、光学素子はコリメータ、コレクタまたは発散器（ｄｉｖｅｒｇｅｒ）である。コリメータは、光束を集める光学素子である。

最後に、本発明は、少なくとも本発明のＬＥＤ光源モジュールを含むＬＥＤ（発光ダイオード）ランプに関する。

本発明の別の特定の実施形態によって、ランプはまた、ＬＥＤ光源モジュールを覆うバルブまたはラップアラウンド散光器を含む。このバルブまたはこのラップアラウンド散光器は一般に、ＬＥＤ光源モジュールを保護する役割を有する。

バルブは様々な形状であってもよい。それは例えば丸い形、曲線状、円筒形等であってもよい。

本発明のこの特定の実施形態によって、バルブまたはラップアラウンド散光器が好ましくは、以下のポリマー：セルロースおよびその誘導体、スターチおよびその誘導体、アルギネートおよびそれらの誘導体、グアーおよびそれらの誘導体、キチンおよびその誘導体ならびにペクチンおよびその誘導体から選択される少なくとも１つのポリマーを含む。光学素子のポリマーに関して上に記載された全てが、ここでバルブまたはラップアラウンド散光器について該当する。

本発明の光学素子は、ＬＥＤ光源モジュールにおいてのその用途のために非常に良い性質を有する。具体的には、それは透明であり（高い光の透過率を有する）、ガラスより軽く、特に弾性率の観点から良い機械的性質を有する。それは様々なサイズおよび形状において得られ、大量生産に適している。本発明の光学素子の別の利点は、それがバイオ系材料から製造されることである。

本発明の他の詳細または利点は、以下に示される実施例を考慮に入れてより明らかになるであろう。

実施例１
ＬＥＤ光源モジュールの光学素子のための可塑化セルロースアセテートの円板をこの実施例において作製した。

ＡＳＴＭＤ８７１−７２標準によって２．４５の置換度および０．３４２の固有粘度を有するセルロースアセテートが、押出によってＥａｓｔｍａｎ社によって販売されているトリアセチン３０重量％によって可塑化された。

この材料を以下の条件下で調製した。直径Ｄ＝３２ｍｍおよび長さ：直径の比Ｌ／Ｄ＝４４を有するＣｌｅｘｔｒａｌ社によって販売されたＥｖｏｌｕｍ３２（登録商標）同時回転二軸スクリュー押出機を使用した。セルロースアセテート粉末を供給ホッパーによって導入し、液体可塑剤（トリアセチン）を特定の供給路によってスクリューの始動時に導入した。適用された加工条件は以下の通りである。
− スクリューの回転速度：１００ｒｐｍ、
− 処理量：１０ｋｇ／ｈ、
− 供給ホッパーからダイまでの温度分布：８０℃〜１６０℃

押出機を出た時、可塑化セルロースアセテートの棒状体を粒体化した。

次に、このように作製された粒体をＡｒｂｕｒｇ３５０−９０（登録商標）プレス（３５トンの閉型力）を用いて射出成形によって造形した。直径８５ｍｍおよび厚さ３ｍｍの可塑化セルロースアセテートの円板を以下の条件下で得た。
− 供給ホッパーからの一軸スクリュー押出機の温度分布：１６０℃〜１７２℃〜１７２℃〜１７９℃、
− 型の温度：７０℃
− 射出サイクルの長さ：３７．８秒。

次に、ＡＳＴＭＤ１００３標準によって透過率を測定するためにＫｏｎｉｃａＭｉｎｏｌｔａＣＭ−５（登録商標）分光光度計を使用した。この厚さ３ｍｍの試料について７００ｎｍにおいて９４．３％の透過率が得られた。

実施例２
この実施例において、Ｅａｓｔｍａｎ社によって販売されたセルロースアセテートブチレートＣＡＢ３８１−２（登録商標）が、Ａｌｄｒｉｃｈ社によって販売されたトリアセチン１０重量％によって可塑化された。以下の添加剤を調合物に添加した。
− 酸化防止剤
Ｉｒａｇｎｏｘ１０１０（登録商標）（テトラキス（メチレン−（３，５−ジ−（ｔｅｒｔ）−ブチル−４−ヒドロシンナマート））メタン）（Ｃｉｂａ社によって販売）０．５重量％、
Ｉｒｇａｆｏｓ１６８（登録商標）（トリス（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル）ホスフィット）（Ｃｉｂａ社によって販売）０．５重量％、
− 紫外線吸収剤
Ｔｉｎｕｖｉｎ２３４（登録商標）（２−（２Ｈ−ベンゾトリアゾル−２−イル）−４，６−ビス（１−エチル−１−フェニルエチル）フェノール）（Ｃｉｂａ社によって販売）０．３重量％。

Claims

以下のポリマー：セルロースおよびその誘導体、スターチおよびその誘導体、アルギネートおよびそれらの誘導体、グアーおよびそれらの誘導体、キチンおよびその誘導体ならびにペクチンおよびその誘導体から選択される少なくとも１つのポリマーを含むことを特徴とする、ＬＥＤ（発光ダイオード）光源モジュールのための光学素子。
前記ポリマーがエステルであることを特徴とする、請求項１に記載のＬＥＤ（発光ダイオード）光源モジュールのための光学素子。
前記ポリマーがセルロースエステルであることを特徴とする、請求項１または２に記載のＬＥＤ（発光ダイオード）光源モジュールのための光学素子。
前記ポリマーがセルロースアセテートであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のＬＥＤ（発光ダイオード）光源モジュールのための光学素子。
ポリマーを少なくとも５０％含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のＬＥＤ（発光ダイオード）光源モジュールのための光学素子。
可塑剤を含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のＬＥＤ（発光ダイオード）光源モジュールのための光学素子。
熱安定剤を含むことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のＬＥＤ（発光ダイオード）光源モジュールのための光学素子。
光安定剤を含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のＬＥＤ（発光ダイオード）光源モジュールのための光学素子。
レンズであることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のＬＥＤ（発光ダイオード）光源モジュールのための光学素子。
エポキシ樹脂などの封入剤材料に封入された少なくとも１つのＬＥＤ（発光ダイオード）チップと、
請求項１〜９のいずれか一項に記載の少なくとも１つの光学素子を含む光学系と、
２つの電極（アノードおよびカソード）と
を含む、ＬＥＤ（発光ダイオード）光源モジュール。
前記光学素子が、ＬＥＤチップを覆うレンズであることを特徴とする、請求項１０に記載のＬＥＤ（発光ダイオード）光源モジュール。
前記光学素子がコリメータ、コレクタまたは発散器であることを特徴とする、請求項１０または１１に記載のＬＥＤ（発光ダイオード）光源モジュール。
いくつかのＬＥＤチップを含むことを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載のＬＥＤ（発光ダイオード）光源モジュール。
少なくとも、請求項１０〜１３のいずれか一項に記載のＬＥＤ光源モジュールを含むことを特徴とする、ＬＥＤ（発光ダイオード）ランプ。
前記ＬＥＤ光源モジュールを覆うラップアラウンド散光器またはバルブも含むことを特徴とする、請求項１４に記載のＬＥＤ（発光ダイオード）ランプ。
前記バルブまたは前記ラップアラウンド散光器が、以下のポリマー：セルロースおよびその誘導体、スターチおよびその誘導体、アルギネートおよびそれらの誘導体、グアーおよびそれらの誘導体、キチンおよびその誘導体ならびにペクチンおよびその誘導体から選択される少なくとも１つのポリマーを含むことを特徴とする、請求項１５に記載のＬＥＤ（発光ダイオード）ランプ。