JP2015106596A - Light extraction device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、新規な光取出装置に関する。具体的には、発光波長が200〜350nmのLED(発光波長のピークが200〜350nmの範囲に存在するLED(Light Emitting Diode:発光ダイオード))から放射された光を取出す、新規な光取出装置に関する。 The present invention relates to a novel light extraction device. Specifically, a novel light extraction device that extracts light emitted from an LED having an emission wavelength of 200 to 350 nm (an LED (Light Emitting Diode) having an emission wavelength peak in the range of 200 to 350 nm) About.
LEDは点光源であるため、LEDにより広い面積を照射しようとすると、光のムラを生じ易いといった欠点があった。そのため、LEDから発せられる光を面光源とするための様々な検討が行われている。例えば、透明な導光板(透光性部材)の光が放射される以外の面上に凹凸を形成したり、反射層を設けることにより、点光源を面光源に変換して光を取出すことが行われている。 Since the LED is a point light source, there is a drawback in that unevenness of light tends to occur when a large area is irradiated by the LED. For this reason, various studies have been made to use light emitted from LEDs as a surface light source. For example, a point light source can be converted into a surface light source and light can be extracted by forming irregularities on a surface other than light emitted from a transparent light guide plate (translucent member) or providing a reflective layer. Has been done.
通常、これらのLEDとして、実用化されている発光波長が400nm以上の可視光領域のものが仕様されている。この可視光領域のLEDから面光源の光を取出す場合、導光板(透過性部材)はアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の透明樹脂が使用されており、また、反射層としても、不透明白色の合成樹脂シートを接着剤等で該導光板上に積層して使用されている(例えば、特許文献1参照)。 Usually, as these LEDs, those in the visible light region having a practical emission wavelength of 400 nm or more are specified. When taking out the light of the surface light source from the LED in the visible light region, a transparent resin such as an acrylic resin or a polycarbonate resin is used for the light guide plate (transparent member), and an opaque white synthetic resin is also used as the reflective layer. A sheet is used by being laminated on the light guide plate with an adhesive or the like (for example, see Patent Document 1).
一方、近年、環境問題の関係から水銀ランプ代替、即ち、紫外領域、特に深紫外領域に発光波長のピークを有する光を発光する紫外LED(深紫外LED)の開発が進んでいる。例えば、サファイア基板や炭化ケイ素基板などの異種材料基板、又はIII族窒化物の同種基板上に、III族窒化物半導体結晶層を積層した積層体からなる紫外LEDの検討が多数行われている(非特許文献1〜3参照)。
On the other hand, in recent years, development of an ultraviolet LED (deep ultraviolet LED) that emits light having an emission wavelength peak in the ultraviolet region, particularly in the deep ultraviolet region, has been progressing due to environmental problems. For example, many studies have been made on ultraviolet LEDs made of a laminate in which a group III nitride semiconductor crystal layer is laminated on a heterogeneous material substrate such as a sapphire substrate or a silicon carbide substrate, or a group III nitride homogenous substrate ( Non-patent
このような紫外LEDにおいても、点光源であるため、紫外LEDの用途を広めるためには、可視光領域のLEDと同じく、面光源による光取出装置が必要となる。 Since such an ultraviolet LED is also a point light source, a light extraction device using a surface light source is required in the same way as an LED in the visible light region in order to broaden the application of the ultraviolet LED.
しかしながら、従来の可視光領域で使用されていた光取出装置を使用すると、十分な光取出性能、及び耐久性のよいものが得られなかった。つまり、有機系物質の合成樹脂においては、紫外光により分解・劣化してしまうため、従来の可視光領域で使用されていた光取出装置をそのまま使用することができなかった。そのため、紫外LED用の光取出装置の開発が望まれていた。特に、発光波長が短波長、例えば、200〜300nmになると、発光効率が極端に低下してしまうため、この領域においても、効率よく光を取出すことができる装置の開発が望まれていた。 However, when the light extraction device used in the conventional visible light region is used, a product having sufficient light extraction performance and durability cannot be obtained. In other words, since organic synthetic resins are decomposed and deteriorated by ultraviolet light, the conventional light extraction device used in the visible light region cannot be used as it is. Therefore, development of a light extraction device for ultraviolet LEDs has been desired. In particular, when the light emission wavelength is a short wavelength, for example, 200 to 300 nm, the light emission efficiency is extremely lowered. Therefore, it has been desired to develop an apparatus that can efficiently extract light in this region.
したがって、本発明の目的は、紫外領域、即ち、発光波長が200〜350nmであるLEDから放射される点光源の光を効率よく面光源として取出すことのできる、光取出装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a light extraction device that can efficiently extract the light of a point light source emitted from an LED having an ultraviolet region, that is, an emission wavelength of 200 to 350 nm, as a surface light source. .
本発明者等は、上記課題を解決するため、鋭意検討を行った。そして、紫外LEDの点光源を面光源として取り出せる装置の構造、材質等を検討した結果、アルミニウムよりなる反射層、無機材質からなる紫外光を透過する透光性部材とを組み合わせることにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。 In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted intensive studies. And as a result of examining the structure, material, etc. of the device that can take out the point light source of the ultraviolet LED as a surface light source, by combining a reflective layer made of aluminum and a translucent member that transmits ultraviolet light made of an inorganic material, As a result, the present invention has been completed.
即ち、本発明は、
LED、および
前記LEDから放射される光が入射する入射口が設けられた第一の面と、入射した光が放射される第二の面と、第一、第二の面以外の面とを有する透光性部材を備えた光取出装置において、
前記LEDの発光波長が、200〜350nmであり、
前記透光性部材が、前記LEDの光を透過する無機材質からなり、かつ、第一の面の入射口以外の全面上、および第一、二の面以外の全面上に、アルミニウムからなる反射層を有することを特徴とする光取出装置である。
That is, the present invention
LED, and a first surface provided with an entrance through which light emitted from the LED is incident, a second surface from which incident light is emitted, and a surface other than the first and second surfaces In the light extraction device provided with the translucent member having,
The emission wavelength of the LED is 200 to 350 nm,
The translucent member is made of an inorganic material that transmits the light of the LED, and is made of aluminum on the entire surface other than the entrance of the first surface and on the entire surface other than the first and second surfaces. A light extraction device having a layer.
中でも、前記透光性部材は、無機材質が石英であり、アルミニウムからなる反射層が活性金属からなる密着層を介して形成されていることが好ましい。 Among these, the translucent member is preferably formed of an inorganic material made of quartz and a reflective layer made of aluminum through an adhesion layer made of an active metal.
また、本発明の装置は、前記透光性部材が、第一の面と第二の面とが互いに対向する面となり、かつ、入射口が対面する位置の第二の面上に、アルミニウムからなる第一反射部材を有することが好ましい。このような対応にすることにより、均質な紫外光を取出すことができる。さらに、本発明の装置は、前記透光性部材の第二の面上に、さらに、アルミニウムからなる第二反射部材を少なくとも1つ以上有し、第一反射部材、および第二反射部材がそれぞれ間隔を開けて配置されていることが好ましい。 Further, in the apparatus of the present invention, the translucent member is made of aluminum on a second surface at a position where the first surface and the second surface face each other and the entrance is opposed. It is preferable to have a first reflecting member. By adopting such a correspondence, uniform ultraviolet light can be extracted. Furthermore, the apparatus of the present invention further includes at least one second reflecting member made of aluminum on the second surface of the translucent member, and the first reflecting member and the second reflecting member are respectively provided. It is preferable that they are arranged at intervals.
本発明の光取出装置によれば、紫外光により劣化しない無機材料を使用した透光性部材(導光板)、および紫外光の反射率が高いアルミニウムからなる反射層を使用しているため、紫外光を効率よく、しかも長時間に渡って、面光源とすることができる。特に、前記透光性部材が、第一の面と第二の面とが互いに対向する主面であり、かつ、入射口が対面する位置の第二の面上に、アルミニウムからなる第一反射部材を有する形態とすることにより、より透光性部材(導光板)内での紫外光吸収を抑制し、均一に光を取出すことができる。その結果、高い発光強度を有するLEDの作製が難しい、発光波長が200〜300nmのLED向けの面光源装置として、特に好適に使用できる。 According to the light extraction device of the present invention, since a translucent member (light guide plate) using an inorganic material that is not deteriorated by ultraviolet light and a reflective layer made of aluminum having a high reflectance of ultraviolet light are used, ultraviolet light is used. Light can be used as a surface light source efficiently and for a long time. In particular, the translucent member is a first reflection made of aluminum on the second surface at a position where the first surface and the second surface are opposed to each other and the entrance is facing. By adopting a form having a member, ultraviolet light absorption in the light-transmitting member (light guide plate) can be further suppressed, and light can be extracted uniformly. As a result, it can be particularly suitably used as a surface light source device for an LED having an emission wavelength of 200 to 300 nm, which is difficult to produce an LED having high emission intensity.
本発明は、発光波長が200〜350nmの紫外LEDから発せられた光(点光源)を面光源に変換するものである。以下、各構成部材について説明する。 The present invention converts light (point light source) emitted from an ultraviolet LED having an emission wavelength of 200 to 350 nm into a surface light source. Hereinafter, each component will be described.
(LED)
発光波長が200〜350nmであるLEDは、公知の方法で製造することができ、例えば、背景技術で説明した非特許文献1〜3に記載の方法で製造することができる。
本発明の光取出装置について、図を用いて詳細に説明する。
(LED)
An LED having an emission wavelength of 200 to 350 nm can be manufactured by a known method, for example, by the method described in
The light extraction device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第一の実施態様)
図1、2に本発明の一態様例(第一の実施態様)に係る光取出装置の図を示した。この図には、一つの紫外LEDを有する態様を示したが、紫外LEDは複数配置されてもよい。本発明の光取出装置は、紫外LED1、透光性部材2、反射層3を備えてなる。この第一の実施態様は、透光性部材2における第二の面23と第一の面とが垂直に交わる態様である。そのため、この第一の実施態様は、紫外LED1から発生られる光(第一の面21の入射口22から入射される光)に対して、略平行方向に第二の面23が存在し、第一、第二の面以外の面24上に存在する反射層3等によって光が反射され、該第二の面23から光が取出される態様となっている。この場合、光を取出す第二の面が、最も面積が広い主面となることが好ましい。
(First embodiment)
1 and 2 show a diagram of a light extraction device according to an example of the present invention (first embodiment). Although this figure shows an embodiment having one ultraviolet LED, a plurality of ultraviolet LEDs may be arranged. The light extraction device of the present invention includes an
紫外LED1から放射した紫外光は、透光性部材2の第一の面21における入射口22から入射される。この透光性部材2は、紫外光が面光源として放射される第二の面23、および第一、第二の面以外の面24とを有する。この透光性部材2において、第一の面の入射口以外の全面上、および第一、二の面以外の全面上(第一、第二の面以外の面24の全面上)に、アルミニウムからなる反射層3が配置される。このような配置とするとこにより、第二の面21から効率よく光を取出すことができる。
The ultraviolet light radiated from the
(透光性部材)
透光性部材2は、紫外光を透過する無機材質から形成されなければならない。無機材質を使うことにより、紫外LEDに対しても、耐久性が向上できる。具体的な材質を例示すれば、石英、窒化アルミニウム、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、サファイア等が挙げられる。中でも、成型性、費用を考慮すると、石英であることが好ましい。透光性部材の厚みは、特に制限されるものではなく、使用する用途に応じて適宜決定すればよい。
(Translucent member)
The
第一の実施態様の場合、第二の面23上には、下記に詳述する第二の実施態様における反射部材を設けてもよいが、効率よく光を取出すためには、該反射部材は設けない方がよい。また、効率よく光を取出すためには、第二の面23上には微細な凹凸を設けることが好ましい。また、この第二の面23に対向するその他の面上には、光を拡散させるための凸部を設けることもできる。
In the case of the first embodiment, the reflecting member in the second embodiment described in detail below may be provided on the
(反射層)
反射層3は、光を効率よく取出すため、第一の面の入射口以外の全面上、および第一、二の面以外の全面上に配置される。そして、この反射層3は、アルミニウムからなる。アルミニウムからなることにより、紫外光を効率よく取出すことができる。例えば、可視光領域の光取出し装置の反射層によく使用される銀などは、250nmの波長の反射率は30%程度であるのに対して、アルミニウムは90%である。このことから、紫外光の場合、アルミニウムからなる反射層3とすることが必要であることが分かる。
(Reflective layer)
The
反射層3は、透光性部材2の必要となる面上に配置される。透光性部材2の各面上に配置する方法は、特に制限されるものではなく、透光性部材2と密着するように配置することが好ましい。そのため、透光性部材2の必要な面上に、アルミニウムを蒸着させてそれを反射層3とすることが最も好ましい。また、透光性部材2上に、活性金属、例えば、Ti、Cr、V等からなる密着層を蒸着した後、その上にアルミニウムを蒸着することもできる(図1、2には、この密着層は示していない。)。活性金属からなる密着層を予め蒸着することにより、透光性部材とアルミニウムとの密着性を高めることができる。ただし、密着層を予め蒸着する場合には、密着層は、なるべく薄くする方が好ましい。つまり、密着層は、紫外光を吸収するため、例えば、0.1nm以上5nm以下の薄膜とすることが好ましい。また、アルミニウムからなる反射層3の厚みは、特に制限されるものではないが、100nm以上であることが好ましく、100μm以上1μm以下とすることがより好ましい。
The
以上のような態様とすることにより、紫外光を効率よく取出すことができる。 By setting it as the above aspects, ultraviolet light can be taken out efficiently.
次に、透光性部材2における第一の面21と第二の面22とが対向して配置される場合の第二の実施態様について説明する。
Next, a second embodiment in the case where the
(第二の実施態様)
図3、4に第二の実施態様例を示した。この図3、4には、一つの紫外LEDを有する態様を示したが、紫外LEDは複数配置することもできる。また、円筒状の例を示したが、特に制限されるものではなく、多角形の筒状形態であってもよい。この第二の実施態様例は、第一の面21’と第二の面23’とが互いに対向する面となり、かつ、入射口22が対面する位置の第二の面23’上に、アルミニウムからなる第一反射部材31を少なくとも有することを特徴とする。第一の面21’と第二の面23’が対向する点、および第二の面23’上に第一反射部材31を有する点以外は、前記第一の実施態様と同様の構成、材質等を採用することができる。具体的には、透光性部材2の材質、第一の面21’の入射口22’以外の全面上、および第一、二の面以外の全面上(その他の面24’)に形成されるアルミニウムからなる反射層3の厚み、構成、配置、厚み等は第一の実施態様と同様のものが採用できる。また、密着層を用いる場合も、第一の実施態様と同様にすることが好ましい(図3、4には密着層は図示していない。)。この場合も、第二の面23’が主面となる。
(Second embodiment)
3 and 4 show a second embodiment. 3 and 4 show an embodiment having one ultraviolet LED, a plurality of ultraviolet LEDs may be arranged. Moreover, although the cylindrical example was shown, it does not restrict | limit in particular, A polygonal cylindrical form may be sufficient. In this second embodiment example, the first surface 21 'and the second surface 23' are opposed to each other, and the aluminum is formed on the second surface 23 'at the position where the
第二の実施態様においては、第一の面21’と第二の面23’が対向する点、および第二の面23’上に第一反射部材31を有する点に特徴を有する。即ち、第一の面21’と第二の面23’が対向することにより、光を取出す面(第二の面23’)と光が入射する側の面(第一の面21’)とが対向することとなる。この場合、第一反射部材31、第一の面21’上の反射層3、好ましくは第二の面23’上の第二反射部材32等を設けることによって、紫外LED1から放射される光は、透光性部材2内へ反射、散乱される。その結果、第二の面23’からより均一な状態で紫外光を取り出すことが可能となる。本実施態様では、紫外光に対する透過性が高い透光性部材、および反射率の高いアルミニウム(反射層、第一、二反射部材)を使用して、上述のように各部材を配置することによって、200〜300nmの発光波長の紫外LEDを使用した場合にも、発光強度の低下を抑制することができる。そのため、このような短波長の紫外LEDの光取出装置に好適に使用できる。
The second embodiment is characterized in that the
そして、第一の面21’から紫外光を反射させるためには、入射口22’が対面する位置の第二の面23’上に、アルミニウムからなる第一反射部材31を少なくとも設ける必要がある。この第一反射部材31の大きさ(面積)は、特に制限されるものではなく、紫外LEDから発生される光の状態、第一の面21’と第二の面23’との距離等に応じて適宜決定すればよいが、入射口23’の開口面積以上であることが好ましい。具体的には、開口面積の1〜2倍程度であればよい。また、当然のことであるが、第一反射部材31が第二の面23’全面を覆うと、光を取出すことができないため、第一反射部材31の面積は、第二の面23’よりも小さくする必要がある。
In order to reflect the ultraviolet light from the
また、第二の実施態様において、より光を均一に取出すためには、透光性部材2の第二の面23’上に、さらに、アルミニウムからなる第二反射部材32を少なくとも1つ以上有し、第一反射部材31、および第二反射部材32がそれぞれ間隔を開けて配置されていることが好ましい。この第二反射部材32は、複数存在することもでき、この場合も当然のことながら、第一反射部材31、およびそれぞれの第二反射部材32が間隔をあけて配置されていなければならない。第二反射部材32の形状は、特に制限されるものではないが、図4に示すように、それぞれが間隔を有するのであれば、円状に形成することもできる。また円状に限定されるものではなく、多角形状の連続したものであってもよい。さらには、第二反射部材32を点在するように配置することもできる。
In the second embodiment, in order to extract light more uniformly, at least one second reflecting member 32 made of aluminum is further provided on the
第二反射部材32を配置する場合、第二反射部材32の全面積、および第一反射部材31の面積との合計面積は、第二の面23’の面積より小さくなければならないが、第二の面23’の面積の5〜50%程度とすることが好ましく、さらに5〜30%程度とすることが好ましい。
When arranging the second reflecting member 32, the total area of the total area of the second reflecting member 32 and the area of the first reflecting
第一反射部材31、第二反射部材32は、反射層3と同じく、アルミニウムから形成される。アルミニウムでなければならない理由は、第一の実施態様の反射層3と同じ理由である。また、第一反射部材31、および第二反射部材32は、活性金属からなる密着部材4を介して、第二の面23’上に形成することもできる。この密着部材4の厚み等は、第一の実施態様の反射層3の密着層で説明した理由と同じく、薄膜であることが好ましく、具体的な厚みも同様である(つまり、密着部材4の厚みは、0.1〜5nmであることが好ましい。)。また、第一反射部材31、および第二反射部材32の厚みも、同じ理由のため、前記反射層3と同じ厚みであることが好ましい(つまり、第一反射部材31、第二反射部材32の厚みは100nm以上であることが好ましく、100μm以上1μm以下とすることがより好ましい。
The first reflecting
また、第二の実施態様において、紫外光をより効率よく取出すためには、第二の面23’上の第一反射部材31、第二反射部材32が配置されていない表面は、図示はしていないが微細な凹凸形状とすることもできる。
Further, in the second embodiment, in order to extract ultraviolet light more efficiently, the surface on which the first reflecting
以上のような態様とすることにより、紫外光をより均一に取出すことができる。そのため、本発明の光取出装置は、従来の水銀ランプが使用されていうような、水洗浄装置等に使用することができる。また、冷蔵庫、洗濯機、掃除機、エアコン等の一般家電にも使用することができる。 By setting it as the above aspects, ultraviolet light can be taken out more uniformly. Therefore, the light extraction device of the present invention can be used in a water cleaning device or the like in which a conventional mercury lamp is used. It can also be used in general household appliances such as refrigerators, washing machines, vacuum cleaners, and air conditioners.
1 紫外LED
2 透光性部材
21、21’ 第一の面
22 入射口
23、23’ 第二の面
24、24’ 第一、第二の面以外の面
3 反射層
31 第一反射部材
32 第二反射部材
4 密着部材
1 UV LED
2
Claims (5)
前記LEDから放射される光が入射する入射口が設けられた第一の面と、入射した光が放射される第二の面と、第一、第二の面以外の面とを有する透光性部材を備えた光取出装置において、
前記LEDの発光波長が、200〜350nmであり、
前記透光性部材が、前記LEDの光を透過する無機材質からなり、かつ、第一の面の入射口以外の全面上、および第一、二の面以外の全面上に、アルミニウムからなる反射層を有することを特徴とする光取出装置。 LED, and a first surface provided with an entrance through which light emitted from the LED is incident, a second surface from which incident light is emitted, and a surface other than the first and second surfaces In the light extraction device provided with the translucent member having,
The emission wavelength of the LED is 200 to 350 nm,
The translucent member is made of an inorganic material that transmits the light of the LED, and is made of aluminum on the entire surface other than the entrance of the first surface and on the entire surface other than the first and second surfaces. A light extraction device comprising a layer.
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