JP2015222724A - 光拡散カバー及び拡散光源 - Google Patents

Abstract

【課題】直管形のＬＥＤランプの光拡散カバー４０の光束低下を軽減しつつ、光拡散効果の得られる光拡散膜８０を提供する。【解決手段】ガラス管５６の内側の表面に０．１μｍ〜２．０μｍの空洞を備えた５μｍ〜２０μｍの厚さの光拡散膜８０を形成する。光拡散膜８０は、光拡散剤を樹脂溶液に分散させた懸濁液が乾燥した筒状の膜である。光拡散膜８０は、樹脂８１と平均粒径が０．０５μｍ〜２０μｍである金属酸化物Ｙの粒子を用い、光拡散膜８０中の金属酸化物Ｙの含有率が１０％から７０％である。この光拡散膜８０をガラス管５６内の保護膜７０の内側に５〜２０μｍの厚さで形成する。【選択図】図４

Description

この発明は、例えば、直管形ＬＥＤランプに用いられる光拡散カバーに関する。また、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた直管形ＬＥＤランプなどの拡散光源に関する。

直管形ＬＥＤランプの光拡散カバーにおいて、ランプ管の内部に光拡散膜を設けて光を拡散している。
また、ＬＥＤ本体とランプ管を接合するため、接着剤塗布部分には光拡散膜を形成しない部分（アパーチャー）を作成し、光拡散膜による接着力低下を避けている。

また、樹脂などの有機材料の膜は、厚さによる光の吸収への影響が、金属酸化物などの無機材料だけで形成された膜に比べ大きい。

特開２００６−０４９２８０号公報 特開２００９−２５９５２９号公報 特開２００１−２８３７７６号公報 特表２００９−５２２６１８号公報

ランプ管の内部に光拡散膜を設けると、光拡散膜により光束が減少する。
ランプ管に光拡散膜を形成しない部分（アパーチャー）を作成する場合、アパーチャーを作成する作業が必要になる。

そこで、光の拡散性を保ちつつ光の透過性を増加させる光拡散膜を有する光拡散カバーを提供したい。

この発明に係る光拡散カバーは、
少なくとも外側の表面が曲面であるガラスと、
前記ガラスの外側と内側との少なくとも一方の表面に形成された光拡散膜と、
を備え、
前記光拡散膜は、光拡散剤と樹脂を含む膜であることを特徴とする。

この発明では、光拡散膜の光の拡散性を保ちつつ光の透過性とを増加させることができる。

実施の形態１の拡散光源５０を示す図。 実施の形態１の拡散光源５０のＡＡ断面図。 実施の形態１の光拡散カバー４０のガラス管５６の一部切り欠き図。 実施の形態１の図３のＡ部の拡大図。 実施の形態１の図４のＢ部の空洞の拡大図。 実施の形態１の比較例１のデータ図。 実施の形態１の実施例１，２，３のデータ図。 実施の形態１の実施例４，５，６のデータ図。 実施の形態１の実施例７，８，９のデータ図。 実施の形態１の実施例１０，１１，１２と好適値とのデータ図。 実施の形態２のアパーチャー９１のない光拡散カバー４０のガラス管５６の一部切り欠き図。 アパーチャー９１のある比較例の図。 実施の形態２の比較例１のデータ図。 実施の形態２の実施例１，２，３，４と好適値とのデータ図。 実施の形態２の実施例５，６のデータ図。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１の拡散光源５０を示す図である。拡散光源５０は、例えば、発光ダイオードランプである。
拡散光源５０は、筒状のガラス管５６を有している。ガラス管５６は、透明な又は透光性のある直管形ガラス管である。

発光部６０は、発光ダイオードＬＥＤ５１（ＬＥＤ５１）と基板５２とヒートシンク５４を有している。
発光部６０は、ガラス管５６に収納されて発光方向に光を発光する。発光部６０は、ガラス管５６の長手方向に渡って延在している。

ＬＥＤ５１は、光源の一例であり、ＬＥＤ（発光ダイオード）単体又はＬＥＤモジュールからなる。ＬＥＤ５１は、ＬＥＤチップともいう。
基板５２は、複数のＬＥＤ５１を均等に配置配列している。

ヒートシンク５４は、アルミニウム製などの金属製であり、基板５２を取り付ける台座となりかつ放熱部材となる。

ガラス管５６の両端に一対の口金５５がある。
各口金５５は、一対の給電端子５８を備えている。給電端子５８の本数や形は、図に限らず他の本数でも他の形状でもよい。

１対の口金５５は、ガラス管５６の両端を覆うとともに、発光部６０のヒートシンク５４の両端とガラス管５６の両端に固定されている。

拡散光源５０は、長期使用の観点で、使用中に安全を損なうランプ内へのホコリの侵入ができない構造を備えている。すなわち、ガラス管５６と口金５５とは接着されており、発光部６０は、密封されている。

拡散光源５０は、ガラス製外郭を有し外形が従来通りの市販されている直管形蛍光ランプと同じ形状である。また、拡散光源５０は、機能を損なわずには恒久的に分解できない直管形ＬＥＤランプシステムである。

図２は、図１の拡散光源５０のＡＡ端面図である。
ガラス管５６の内周面全体に、保護膜７０が形成されている。保護膜７０は、保護層と呼ばれることもある。
さらに、保護膜７０の内周面全体に、光拡散膜８０が形成されている。光拡散膜８０は、光拡散層と呼ばれることもある。
ヒートシンク５４の下面（裏面）の一部分に接着剤９０が塗布されて、光拡散膜８０に接着されている。
長手方向と直交する平面によるヒートシンク５４の断面形状は、Ｄ字状形状あるいは半月形状をしている。ヒートシンク５４は、平板部６２と弧状部６３とからなる一体成型された一つの部品である。ヒートシンク５４の断面中央には、中空部６４がある。中空部６４の円弧部分の下方に弧状部６３があり、中空部６４の上方の弦部分に平板部６２がある。

図３は、ガラス管５６の一部を切り欠いた斜視図である。
光拡散カバー４０は、ガラス管５６と保護膜７０と光拡散膜８０とからなる。
ガラス管５６には、保護膜７０と光拡散膜８０とが、ガラス管５６の長手方向全部に渡り、かつ、ガラス管５６の内周全周に渡り、積膜されている。
ガラス管５６の内面には、ガラス内面傷５７が存在する。このガラス内面傷５７は、ガラス管５６の外観に筋や線をとなって視覚的に現れ、膜肌の美観を損なう原因となる。

図４は、図３のＡ部の拡大図であり、ガラス管５６と保護膜７０と光拡散膜８０との模式図である。
図５は、図４のＢ部の拡大図である。

保護膜７０は、金属酸化物Ｘから構成されている。
金属酸化物Ｘは、例えば、平均粒子径が０．０５〜０．５μｍの微粒子シリカである。
保護膜７０の厚さは、例えば、０．５〜５μｍである。

保護膜７０は、例えば、水または水とポリエチレンオキサイドとの混合液などの液に微粒シリカ等の金属酸化物Ｘを分散させて懸濁液を作製し、懸濁液をガラス管５６内に流し込んでガラス管５６内面に懸濁液を塗布し、温風エアーで懸濁液を乾燥させて形成される。

光拡散膜８０は、金属酸化物Ｙと樹脂８１とを有している。樹脂８１は、例えば、水溶性熱硬化形樹脂が望ましい。
光拡散膜８０における金属酸化物Ｙの含有率が、例えば、体積比で１０％以上７０％以下である。あるいは、光拡散膜８０における樹脂８１の含有率が、体積比で９０％以上３０％以下である。
光拡散膜８０が金属酸化物Ｙと樹脂８１とのみからなる場合、光拡散膜８０は、体積比で、金属酸化物Ｙの含有率が１０％以上７０％以下であり、かつ、樹脂８１の含有率が９０％以上３０％以下である。
金属酸化物Ｙは、例えば、平均粒子径が０．０５〜２０μｍのシリカである。
光拡散膜８０の厚さは、例えば、５〜２０μｍである。

光拡散膜８０は、樹脂溶液にシリカ等の金属酸化物Ｙを分散させて懸濁液を作製し、懸濁液をガラス管５６内の保護膜７０の表面に流し込んで懸濁液を塗布し、温風エアーで懸濁液を乾燥させ、加熱により硬化させて形成される。

光拡散膜８０の中に拡散材としての金属酸化物Ｙの含有率が多くなると、膜が脆くなり、はがれやすくなり、また、拡散が強くなりすぎて光が弱くなる。光拡散膜８０の中に樹脂８１が多くなると、拡散効果が少なくなり、樹脂８１の酸化変色により、膜の長期間の耐光性、耐候性が低くなる。最適なところが存在するはずである。

光拡散膜８０は、径が２．０μｍ以下の空洞８２を有している。
空洞８２は、樹脂８１内の気泡が残ってできた空間である。空洞８２には、樹脂８１と金属酸化物Ｙとが存在しない。
金属酸化物Ｙを分散させた懸濁液は気泡交じりであるが、懸濁液を放置すれば、懸濁液から気泡が消滅する。通常は気泡のない懸濁液を塗布する。しかし、この実施の形態では、気泡交じりの懸濁液を意図的に塗布することにより、乾燥後に空洞ができるようにしている。

保護膜７０は、以下の機能を有する。
１．ガラス内面傷５７への金属酸化物Ｘの充填
保護膜７０は、ガラス管５６の内周にあるガラス内面傷５７に入り込み、ガラス内面傷５７を外部なら見えないようにする。このためガラス管５６の美的外観が向上する。
樹脂８１をガラス内面に塗布する場合、ガラス表面の細かい傷（ガラス内面傷５７）に樹脂８１が入ることができず、光屈折率が変わる、もしくは、ガラス表面の細かい傷により、液の流れが不規則となることにより塗りムラとなる問題があった。また、金属酸化物Ｙの粒子は粒子径が大きいのでガラス内面傷５７に入ることができにくいが、金属酸化物Ｘの粒子径は小さいのでガラス内面傷５７に入りやすい。
金属酸化物Ｘがガラス内面傷５７に充填されることにより、外観からガラス内面傷５７による膜肌の荒れをなくすことができる。
２．光の拡散
保護膜７０の金属酸化物Ｘにより、光を拡散する。

光拡散膜８０は、以下の機能を有する。
１．光拡散膜８０の樹脂８１は、光拡散膜８０の強度を保つために用いられる。
２．光拡散膜８０の樹脂８１は、ガラス管内部に金属酸化物Ｙの粒子を膜として形成するために用いられる。
３．光拡散膜８０の金属酸化物Ｙは、光を拡散分散させるための光拡散剤として用いられる。
４．光拡散膜８０の空洞８２は、光の透過率（光束比）を向上させるために用いられる。

図５に示すように、光拡散膜８０に入射した光は、少しずつ吸収されながら樹脂８１内を通過し、金属酸化物Ｙの表面で多方向に反射する。こうして光は光拡散膜８０内で拡散される。
空洞８２に入射した光は、空洞８２内の空間を直進し、直進先にある金属酸化物Ｙの表面で反射する。空洞８２が多いほど、かつ、空洞８２の体積が大きいほど、樹脂８１による光の吸収量が減少し、光の透過率が向上する。

光拡散膜８０から保護膜７０に入射した光は、保護膜７０の厚さが薄いため、保護膜７０の金属酸化物Ｘによってある程度拡散され、ガラス管５６に至り、ガラス管５６から出射される。

本実施の形態の光拡散カバー４０は、光拡散膜８０に入射する光束を１００％とすると、ガラス管５６から出射される光束は９６％（あるいは、９６％以上）となる。
保護膜７０がなく、かつ、空洞８２がない従来の一般的な光拡散膜の場合、光拡散膜８０に入射する光束を１００％とすると、ガラス管５６から出射される光束は８５％であるから、本実施の形態の光拡散カバー４０は、光束比を１１％以上向上させている。

以下、金属酸化物Ｘがシリカ、金属酸化物Ｙがシリカである場合について、図６以降に示す具体的データを用いて説明する。図６以降において、表中の太枠内が望ましい値である。

各図の列の意味は以下のとおりである。
まず、光拡散カバー４０の仕様となる項目は以下のとおりである。
「光拡散膜８０体積比」：光拡散膜８０の金属酸化物Ｙと樹脂８１との体積比。
「Ａ」：金属酸化物Ｙをシリカとした場合。
「Ｂ」：樹脂８１を水溶性熱硬化形樹脂とした場合。
「保護膜７０厚さ」：保護膜７０の厚さ。
「Ｘシリカ粒径（保護膜７０）」：保護膜７０の金属酸化物Ｘがシリカの場合のシリカ平均粒径
「Ｙシリカ粒径（光拡散膜８０）」：光拡散膜８０の金属酸化物Ｙがシリカの場合のシリカ平均粒径
「光拡散膜８０厚さ」：光拡散膜８０の厚さ
「空洞８２が占める体積比」：光拡散膜８０の体積に対して空洞８２が占める体積の比

上記仕様に対する結果の項目は以下のとおりである。
「光束比」：光の透過率。９６％以上、望ましくは、９７％以上を目安にする。
「拡散性」：光の拡散の度合い。
「膜強度」：ＪＩＳ規定のひっかき試験による光拡散膜８０の接着強度。
「膜肌」：外観の美しさ。ガラス外観の目視による傷、斑点のチェック結果。

評価結果の記号の意味は以下のとおりである。
二重丸：優良。
一重丸：良好。
三角：普通。
バツ：不良。
なお、以下の記載で、「Ａ〜Ｂ」は、Ａ以上Ｂ以下を意味する。
以下、「良好」と「優良」の状態を、良好状態と呼ぶ。

図６は、比較例１のデータ図である。
比較例１は、光拡散膜８０の体積比が金属酸化物Ｙの含有率が５％であり樹脂８１の含有率が９５％で、保護膜７０がなく、かつ、空洞８２がない。
比較例１では、拡散性と膜肌に難点が見られた。

図７、図８は、実施例１〜６のデータ図である。
実施例１〜６では、比較例１に対して保護膜７０を形成し、保護膜７０の厚さを変化させ、かつ、光拡散膜８０の厚さを変化させた。
実施例１〜６に示すように、保護膜７０の厚さが０．１〜１０μｍの場合、かつ、光拡散膜８０の厚さが５〜４０μｍの場合、比較例１と比べて、膜肌が改善された。
また、光拡散膜８０の厚さが厚くなるほど、光束比が低下するが、拡散性が改善された。

図９は、実施例７〜９のデータ図である。
実施例７では、実施例５の光拡散膜８０の厚さが２０μｍの場合（拡散性と膜肌と膜強度が良好状態の場合）に、金属酸化物Ｘの粒径を変化させた。
実施例７に示すように、金属酸化物Ｘの粒径が０．０５〜０．５μｍの場合、拡散性と膜肌と膜強度が良好状態のまま、光束比が９８％以上に向上した。

実施例８では、実施例７の金属酸化物Ｘの粒径が０．５μｍの場合（拡散性と膜肌と膜強度が良好状態の場合）に、光拡散膜８０の金属酸化物Ｙと樹脂８１との体積比を変化させた。
実施例８に示すように、体積比で、金属酸化物Ｙの含有率が１０％〜７０％であり、樹脂８１の含有率が９０％〜３０％の場合、金属酸化物Ｙの含有量が高いほど拡散性は向上したが、光束比がやや低下した。

実施例９では、実施例８の金属酸化物Ｙの含有率が１０％であり樹脂８１の含有率が９０％の場合に、金属酸化物Ｙの粒径を変化させた。
実施例９に示すように、金属酸化物Ｙの粒径が０．０５〜２０μｍの場合、光束比がやや落ちるが良好状態を満足する。
金属酸化物Ｙの粒径が、３０μｍになると光束比が大きく低下する。

図１０は、実施例１０、実施例１１、実施例１２と、好適値とのデータ図である。
実施例１０では、実施例９の金属酸化物Ｙの粒径を２０μｍにし、空洞８２を形成して、空洞８２の光拡散膜８０に占める体積比を変化させた。空洞８２の大きさは２μｍ以下とした。
実施例１０は、実施例９と比較して、空洞８２の存在により光束比が向上した。
空洞８２の光拡散膜８０に占める体積比が増えるほど、光束比が向上する。空洞８２の光拡散膜８０に占める体積比が５０％以上の場合は、拡散性が優良から良好に低下するとともに膜強度が弱くなるので、空洞８２の光拡散膜８０に占める体積比は５０％未満がよく、３０％以下がよい。

実施例１１では、実施例１０の光拡散膜８０の厚さを５μｍにし、
１．保護膜７０と空洞８２とがない場合と、
２．保護膜７０があり空洞８２がない場合と、
３．保護膜７０があり空洞８２が３０％ある場合との結果である。
保護膜７０がない場合、光束比は９８．５％に向上する。
空洞８２がある場合は、空洞８２がない場合（空洞８２が０％の場合）に比べて、光束比が向上する。しかし、空洞８２がない場合（空洞８２が０％の場合）でも、光拡散膜８０が薄くなったため光束比が９８．５％ある。
保護膜７０があり空洞８２が３０％ある場合、光拡散膜８０の厚さを５μｍにしても、拡散性と膜肌と膜強度とが低下せず良好状態であり、光拡散膜８０が薄くなったため、光束比が９９．０％に向上した。すなわち、光拡散膜８０が、５μｍの薄い膜になっても、拡散効果が維持でき、光束比が改善された。

実施例１〜１１の結果からは、以下のようなことがわかる。
１．実施例１〜６によれば、光拡散膜８０が厚くなれば、拡散性は向上するが、光束比が落ちる。
実施例１〜６によれば、光束比を９６．５％以上にするには、光拡散膜８０の厚さは、０．０５〜２０μｍがよい。
２．実施例９によれば、光拡散膜８０の金属酸化物Ｙの粒径が大きくなれば、光束比が落ちる。
光束比を９７．０％以上にするには、金属酸化物Ｙの粒径は、５〜２０μｍがよい。
３．実施例１〜４によれば、保護膜７０の厚さが０．１〜３．０μｍの範囲では、光束比が変化しない。保護膜７０の厚さが５．０μｍでも、光束比は０．１〜３．０μｍの場合とさほど変わらない。
４．実施例７によれば、保護膜７０の金属酸化物Ｘの粒径が大きくなれば、光束比が落ちる。保護膜７０の金属酸化物Ｘの粒径が０．０５〜０．５μｍの範囲では、光束比が９８％以上であり、かつ良好状態になる。
保護膜７０の金属酸化物Ｘの粒径が小さくなれば、拡散性が落ちる。保護膜７０の金属酸化物Ｘの粒径が０．０１では、厚い膜ができなくない、拡散性が落ちた。
５．実施例８によれば、金属酸化物Ｙの含有量が増えれば、拡散性は向上するが、光束比が落ちる。金属酸化物Ｙの含有量が１０％〜７０％であれば、拡散性は優良である。
６．実施例１０によれば、空洞８２の体積比が増えるほど光束比が向上する。空洞８２の体積比が５０％未満であれば、光束比と拡散性と膜肌と膜強度が良好状態である。

実施例１２は、実施例１〜１１の結果及びその他の試験から求めた「最適値」の組み合わせである。「最適値」として、以下の値の組み合わせがよい。あるいは、以下の値の±１０％（望ましくは±５％、さらに望ましくは±２％）の範囲がよい。
「光拡散膜８０体積比」：金属酸化物Ｙの含有率が４０％、樹脂８１の含有率が６０％
「保護膜７０厚さ」：１．０μｍ
「Ｘシリカ粒径（保護膜７０）」：０．１μｍ
「Ｙシリカ粒径（光拡散膜８０）」：１．０μｍ
「光拡散膜８０厚さ」：１０．０μｍ
「空洞８２が占める体積比」：０％又は３０％
空洞８２がない場合、光束比が９８．５％になり、拡散性が優良になり、膜強度と膜肌が良好になる。空洞８２が３０％ある場合、光束比が９９．０％になり、なおよい。

実施例１〜１１の結果及びその他の試験からは、図１０の最下行の「好適値」のとおり、以下の値の組み合わせがよい。
「光拡散膜８０体積比」：金属酸化物Ｙの含有率が１０％〜７０％、樹脂８１の含有率が９０％〜３０％
「保護膜７０厚さ」：０．５〜５μｍ
「Ｘシリカ粒径（保護膜７０）」：０．０５〜０．５μｍ
「Ｙシリカ粒径（光拡散膜８０）」：０．０５〜２０μｍ
「光拡散膜８０厚さ」：５〜２０μｍ
「空洞８２が占める体積比」：０％以上５０％未満

以下、拡散性が優良になり、光束比が９８％以上になり、膜強度と膜肌が良好になる仕様を実施例８〜１１に沿って説明する。

実施例８の結果からは、以下の値の組み合わせがよい。
「光拡散膜８０体積比」：金属酸化物Ｙの含有率が１０％〜７０％であり、樹脂８１の含有率が９０％〜３０％
「保護膜７０厚さ」：５．０μｍ
「Ｘシリカ粒径（保護膜７０）」：０．５μｍ
「Ｙシリカ粒径（光拡散膜８０）」：０．０５μｍ
「光拡散膜８０厚さ」：２０μｍ
「空洞」：無。

実施例９の結果からは、以下の値の組み合わせがよい。
「光拡散膜８０体積比」：金属酸化物Ｙの含有率が１０％であり、樹脂８１の含有率が９０％
「保護膜７０厚さ」：５．０μｍ
「Ｘシリカ粒径（保護膜７０）」：０．５μｍ
「Ｙシリカ粒径（光拡散膜８０）」：０．０５〜１μｍ
「光拡散膜厚」：２０μｍ
「空洞」：無。

実施例１０の結果からは、以下の値の組み合わせがよい。
「光拡散膜８０体積比」：金属酸化物Ｙの含有率が１０％であり、樹脂８１の含有率が９０％
「保護膜７０厚さ」：５．０μｍ
「Ｘシリカ粒径（保護膜７０）」：０．５μｍ
「Ｙシリカ粒径（光拡散膜８０）」：２０μｍ
「光拡散膜８０厚さ」：２０μｍ
「空洞８２が占める体積比」：３０％以上５０％未満

実施例１１の結果からは、以下の値の組み合わせがよい。
「光拡散膜８０体積比」：金属酸化物Ｙの含有率が１０％であり、樹脂８１の含有率が９０％
「保護膜７０厚さ」：５．０μｍ
「Ｘシリカ粒径（保護膜７０）」：０．５μｍ
「Ｙシリカ粒径（光拡散膜８０）」：２０μｍ
「光拡散膜８０厚さ」：５μｍ
「空洞８２が占める体積比」：０％〜３０％

実施例８〜１１の結果から、拡散性を優良にするために、以下の値の組み合わせがよいと考えられる。
「光拡散膜８０体積比」：金属酸化物Ｙの含有率が１０％〜７０％、樹脂８１の含有率が９０％〜３０％
「保護膜７０厚さ」：５μｍ
「Ｘシリカ粒径（保護膜７０）」：０．５μｍ
「Ｙシリカ粒径（光拡散膜８０）」：０．０５〜２０μｍ
「光拡散膜８０厚さ」：５〜２０μｍ
「空洞８２が占める体積比」：０％〜３０％

また、実施例９〜１１の結果から、拡散性を優良にし、光束比を９８％以上にするために、以下の値の組み合わせがよいと考えられる。
「光拡散膜８０体積比」：金属酸化物Ｙの含有率が１０％、樹脂８１の含有率が９０％
「保護膜７０厚さ」：５μｍ
「Ｘシリカ粒径（保護膜７０）」：０．５μｍ
「Ｙシリカ粒径（光拡散膜８０）」：０．０５〜１μｍ
「光拡散膜８０厚さ」：５〜２０μｍ
「空洞８２が占める体積比」：０％以上３０％

実施例８、９の結果から、拡散性を優良にするために、以下の値の組み合わせがよいと考えられる。
「光拡散膜８０体積比」：金属酸化物Ｙの含有率が１０％〜７０％、樹脂８１の含有率が９０％〜３０％
「保護膜７０厚さ」：５μｍ
「Ｘシリカ粒径（保護膜７０）」：０．５μｍ
「Ｙシリカ粒径（光拡散膜８０）」：０．０５〜２０μｍ
「光拡散膜８０厚さ」：２０μｍ
「空洞８２が占める体積比」：０％

以上のように、この実施の形態の光拡散カバー４０は、直管形ＬＥＤランプの光拡散カバーに用いるのが好適である。
この実施の形態の光拡散カバー４０は、素材をガラス管５６とし、ガラス管５６の内側表面に金属酸化物Ｘからなる０．０５〜５μｍの保護膜７０を形成した後に、膜内に０．１μｍ〜２．０μｍの空洞を備えた５μｍ〜２０μｍの厚さの光拡散膜８０を内側に形成させる。
このため、光拡散膜による光束低下を軽減しつつ、２０μｍより厚い拡散膜と同等以上の光拡散効果の得られる光拡散膜を提供する。

この実施の形態の光拡散カバー４０の光拡散膜８０は、樹脂８１と平均粒径が０．０５μｍ〜２０μｍである金属酸化物Ｙの粒子を用いており、光拡散膜８０中の金属酸化物Ｙの含有率が１０％から７０％である。この光拡散膜８０をガラス管５６内の保護膜７０の内側に５〜２０μｍの厚さで形成する。
また、光拡散膜８０の膜内に、径が２．０μｍ以下（０．１μｍ〜２．０μｍ）の空洞を備えている。
また、ガラス管５６と光拡散膜８０の間に、平均粒径が０．０５μｍ〜０．５μｍである金属酸化物Ｘの粒子からなる保護膜７０を形成する。
金属酸化物Ｘと金属酸化物Ｙは、シリカが好適であるが、チタニア、シリカ、アルミナ、酸化亜鉛のうち、少なくとも１つを含む。また、樹脂８１は、水溶性熱硬化樹脂が好適である。

この実施の形態の光拡散カバー４０の光拡散膜８０によれば、厚さを薄くでき、光の拡散性はそのままでＬＥＤのデバイスが見えにくくなる。加えて光拡散膜８０が薄いので光の吸収が少なく、直進または拡散されてランプの外にでる光の割合は膜が厚い場合より多い。

以上のように、この実施の形態のＬＥＤランプの光拡散カバー４０は、ガラスバルブ内面に樹脂８１と平均粒径が０．０５μｍ〜２０μｍである金属酸化物Ｙからなる光拡散膜８０を備え、前記光拡散膜８０内で金属酸化物Ｙが１０％から７０％未満の体積比で存在し、前記光拡散膜８０の厚さは５〜２０μｍであることを特徴とする。

光拡散膜８０を用いる場合、層が薄いと光拡散効果が低下し、ＬＥＤのデバイスが見えるため、厚くしなければならなかった。しかし、厚くすると自己吸収により光束が低下するとともに、結着に樹脂８１を用いた場合は経年劣化により樹脂が着色し、層が厚ければ厚いほど着色が大きいという問題があった。

そのため、この実施の形態の光拡散カバー４０のように、金属酸化物の粒径、膜厚、含有率を最適化し用いることで、薄くても光拡散効果が大きい層を形成することが可能となり、樹脂８１で発生する経年劣化による着色を抑制することができるとともに、光束の低下を抑制することができる。

この実施の形態の光拡散カバー４０は、前記光拡散膜光拡散膜８０とガラス管５６の間には金属酸化物Ｘの保護層保護膜７０が形成され、前記保護層保護膜７０は平均粒子径が５０〜５００ｎｍである金属酸化物Ｘからなり、前記保護層保護膜７０の厚さは０．５〜５．０μｍであることを特徴とする。

樹脂８１をガラス内面に塗布する場合、ガラス表面の細かい傷（ガラス内面傷５７）に樹脂８１が入ることができず、光屈折率が変わる、もしくは、ガラス表面の細かい傷により、液の流れが不規則となることにより塗りムラとなる問題があった。そのため、金属酸化物Ｘの微粒子によるガラス表面の細かい傷を埋めるように保護膜７０を形成することによりガラスに存在する小さな傷を起因とする塗りムラを防ぐことができる。さらに保護膜７０は樹脂８１を用いないことから長時間経過後においても着色が少なく、保護膜７０で光を拡散させる分、光拡散膜８０を薄くすることができる。

また、この実施の形態の光拡散カバー４０は、前記光拡散膜内に対し、２μｍ以下の空洞８２が５０％未満の体積比で存在することを特徴とする。
空洞化をすることで、層内の樹脂比率が減少し、着色、光束低下を抑制することができる。

実施の形態２．
以下、実施の形態１と異なる点を説明する。
図１１に示すように、この実施の形態２の光拡散カバー４０は、保護膜７０がない。ガラス管５６の内面に形成されている光拡散膜８０は全周にある。
一方、図１２は、比較例であるが、ガラス管５６の内面に形成されている光拡散膜８０は、全周にない。アパーチャー９１には、光拡散膜８０が存在していない。比較例では、接着剤９０は、光拡散膜８０のアパーチャー９１に塗布され、ガラス管５６の内面とヒートシンク５４の外周面とを接着する。

この実施の形態２の光拡散カバー４０は、接着剤９０をシリコーン、金属酸化物Ｙを結晶性シリカとする。
このため、光拡散膜８０の上から接着剤９０を塗っても接着力が落ちることがなくなり、アパーチャー９１を作成することなく、光拡散膜８０を塗布することができる。
これにより、接着剤９０の塗布部分が目立たなくなり、接着剤塗布の幅に気を使わなくてよい分、生産性が向上する。
また、金属酸化物Ｙを結晶性シリカとすることで、ＬＥＤ本体（ヒートシンク５４）からガラス管５６への熱伝導率を向上させることができる。

以下、図１３以降に示す具体的データを用いて説明する。図１３以降において、表中の太枠内が望ましい値である。

各図の列の意味は以下のとおりである。
まず、仕様となる項目は以下のとおりである。
「光拡散膜８０体積比」：光拡散膜８０の金属酸化物Ｙと樹脂８１との体積比。
「Ａ１」：金属酸化物Ｙを結晶性シリカとした場合。
「Ａ２」：金属酸化物Ｙをアルミナとした場合。
「Ａ３」：金属酸化物Ｙをチタニアとした場合。
「Ｂ」：樹脂８１を水溶性熱硬化樹脂とした場合。
「Ｙ 粒径（光拡散膜８０）」：光拡散膜８０の金属酸化物Ｙの平均粒径。
「光拡散膜８０厚さ」：光拡散膜８０の厚さ。
「アパーチャー９１」：アパーチャー９１の有無。

上記仕様に対する結果の項目は以下のとおりである。
「光束比」：光の透過率。９６％以上、望ましくは、９７％以上を目安とする。
「拡散性」：光の拡散度合い。
「膜強度」：ＪＩＳ規定のひっかき試験による光拡散膜８０の接着強度。
「ガラス強度」：ガラスの衝撃に対する耐性。
「接着強度」：加速試験による４００００時間点灯後のシリコン接着剤との接着強度

評価結果の記号の意味は以下のとおりである。
二重丸：優良。
一重丸：良好。
三角：普通。
バツ：不良。
なお、以下の記載で、「Ａ〜Ｂ」は、Ａ以上Ｂ以下を意味する。
「良好」と「優良」の状態を、良好状態とする。

図１３と図１４では、金属酸化物Ｙを結晶性シリカにしている。
図１３は、比較例１のデータ図である。アパーチャー９１は有りである。
比較例１は、光拡散膜８０の体積比が金属酸化物Ｙの含有率が５％であり樹脂８１の含有率が９５％で、光拡散膜８０の厚さを変化させた。
比較例１では、光束比と拡散性に難点が見られる。

図１４は、実施例１〜４と好適値とのデータ図である。
実施例１では、比較例１の、光拡散膜８０の厚さが２０μｍの場合に、光拡散膜８０の金属酸化物Ｙと樹脂８１との体積比を変化させた。アパーチャー９１は有りである。
実施例１に示すように、体積比で、金属酸化物Ｙの含有率が１０％〜８０％であり、樹脂８１の含有率が９０％〜２０％の場合、金属酸化物Ｙの含有率が高いほど拡散性は向上したが、光束比にやや難点がある。
ガラス強度は良好である。

実施例２では、実施例１の金属酸化物Ｙの含有率が２０％であり樹脂８１の含有率が８０％の場合に、金属酸化物Ｙの粒径を変化させた。アパーチャー９１は有りである。
実施例２に示すように、金属酸化物Ｙの粒径が０．０５〜２０μｍの場合、光束比が９６．５％以上でかつ良好状態を満足する。
光拡散膜８０の金属酸化物Ｙの粒径が、大きくなると光束比が低下する。光拡散膜８０の金属酸化物Ｙの粒径が３０μｍでは光束比が大きく低下する。
ガラス強度は良好である。

実施例３では、実施例２の金属酸化物Ｙの粒径を１５μｍに対して、アパーチャー９１をなくした。
実施例３は、実施例２と比較して、光拡散膜８０と接着剤９０との接着強度は良好のままで接着強度は低下していない。
また、アパーチャー９１が無いと、ガラス強度が優良になる。アパーチャー９１が無いと、光拡散膜８０が全周に形成され、この円筒状に形成された光拡散膜８０がガラス管５６の内面を補強することになり、ガラス強度が上がるものと考えられる。

図１５は、実施例５と実施例６のデータ図である。
実施例５では、金属酸化物Ｙをアルミナにしている。
実施例６では、金属酸化物Ｙをチタニアにしている。
実施例５と実施例６の場合、実施例３と同様に、アパーチャー９１が無いのでガラス強度が上がる。しかし、光拡散膜８０と接着剤９０との接着強度は、不良になってしまう。

図１４の実施例４は、実施例１〜３，５，６の結果及びその他の試験から求めた「最適値」の組み合わせである。「最適値」として、以下の値の組み合わせがよい。あるいは、以下の値の±１０％（望ましくは±５％、さらに望ましくは±２％）の範囲がよい。
「光拡散膜８０体積比」：金属酸化物Ｙの含有率が４０％、樹脂８１の含有率が６０％
「Ｙ粒径（光拡散膜８０）」：１．０μｍ
「光拡散膜８０厚さ」：１０．０μｍ
「アパーチャー９１」：無
このとき、光束比が９８％になり、拡散性とガラス強度が優良になり、膜強度と接着強度が良好になる。

実施例１〜６の結果及びその他の試験からは、図１４の最下行の「好適値」のとおり、以下の値の組み合わせがよい。
「光拡散膜８０体積比」：金属酸化物Ｙの含有率が１０％〜８０％、樹脂８１の含有率が９０％〜２０％
「Ｙ粒径（光拡散膜８０）」：０．０５〜２０μｍ
「光拡散膜８０厚さ」：５〜２０μｍ
「アパーチャー９１」：無
なお、「Ｙ粒径（光拡散膜８０）」を５μｍ以上としたのは、拡散性を確保するためである。また、実施の形態１の下限値と同じにしたからである。「Ｙ粒径（光拡散膜８０）」が２０μｍである場合に、接着強度が良好状態になるのであれば、「Ｙ粒径（光拡散膜８０）」が２０μｍ以下の薄い状態になれば、接着強度が良好状態になるはずである。

実施例３の結果からは、以下の値の組み合わせがよい。
「光拡散膜８０体積比」：結晶性シリカの含有率が２０％であり、樹脂８１の含有率が８０％
「Ｙ粒径（光拡散膜８０）」：１５μｍ
「光拡散膜８０厚さ」：２０μｍ
「アパーチャー９１」：無

以上のように、この実施の形態の光拡散カバー４０は、ガラス管５６と、ガラス管５６の内側全周に設けられ金属酸化物Ｙと樹脂８１とを有し光を拡散する光拡散膜８０とを備えている。
そして、この実施の形態の拡散光源５０は、ガラス管５６とＬＥＤ本体（ヒートシンク５４）との接合に、シリコーン系の接着剤９０を用いる。

金属酸化物Ｙは、シリカ、特に、結晶性シリカを用い、光拡散膜８０を形成する。
接着剤９０はシリコーン系の接着剤で、金属酸化物Ｙは結晶性シリカなので、光拡散膜８０の上から接着剤９０を塗っても光拡散膜８０と接着剤９０との接着力が落ちない。また、金属酸化物Ｙを結晶性シリカにすれば、接着剤９０とガラス管５６との間の熱伝導性が向上する。

なお、光拡散膜８０の仕様を、実施の形態１の光拡散膜８０の好適な仕様と同じにしてもよい。
また、実施の形態１と同様に、ガラス管５６と光拡散膜８０との間に、ガラス管５６の内側全周に設けられた保護膜７０であって、金属酸化物Ｘからなる保護膜７０を備えていてもかまわない。その際、金属酸化物Ｘはシリカがよい。

実施の形態３．
以下、実施の形態１、２と異なる点を説明する。
光拡散膜８０を形成する樹脂として、水溶性熱硬化樹脂を用いる。さらに、水溶性熱硬化樹脂に亜硫酸ソーダなどの還元剤を加える。例えば、還元剤は、チオ硫酸ナトリウムが望ましい。

この実施の形態の光拡散カバー４０は、素材をガラスとし、光拡散剤として金属酸化物Ｙの粒子を用い、樹脂８１として水溶性熱硬化樹脂を用い、水溶性熱硬化樹脂で金属酸化物Ｙをガラス管内部に膜として形成する。
実施の形態１又は２の光拡散カバー４０の樹脂８１に、水溶性熱硬化樹脂に亜硫酸ソーダなどの還元剤を加えることにより、長時間経過後の樹脂８１の酸化を防ぎ、劣化による光束低下を軽減しつつ、長時間経過後でも明るく光拡散効果の得られる光拡散カバー４０を提供できる。

実施の形態４．
以上の各実施の形態及び各実施例において、光拡散カバーの素材に筒状のガラス管を用いたが、本発明の適用形状は管状とは限らない。例えば、平面又は曲面のガラス板の少なくとも片側一方に拡散膜を形成すれば、平面上の又は曲面状の拡散光源に応用することも可能である。
また、光源はＬＥＤでなくてもよく、光を発するものであればよい。

なお、上記各実施の形態で示した各値は、各値の±１０％（望ましくは±５％、さらに望ましくは±２％）の範囲で変化しても、各値と同じ効果あるいは類似の効果を奏する。
また、保護膜７０と光拡散膜８０には、上記以外の物質が例えば１０％程度又は５％程度以内の範囲で混入していてもかまわない。

以上の実施の形態の光拡散カバーは、ガラスと、
前記ガラスの片方の面に、樹脂と平均粒径が０．０５μｍ〜２０μｍである金属酸化物Ｙとからなる光拡散膜と
を備え、
前記光拡散膜に対し金属酸化物Ｙが１０％から７０％未満の体積比で存在し、
前記光拡散膜の厚さは５〜２０μｍであることを特徴とする。

前記光拡散膜の体積比において、金属酸化物Ｙの含有率が４０％±１０％、樹脂の含有率が６０％±１０％、
前記金属酸化物Ｙの粒子径が１．０μｍ±１０％、
前記光拡散膜の膜厚が１０．０μｍ±１０％
であることを特徴とする。

前記光拡散膜と前記ガラスの間に、金属酸化物Ｘの保護膜が形成され、
前記保護膜は、平均粒子径が５０〜５００ｎｍである金属酸化物Ｘからなり、
前記保護膜の厚さは０．５〜５．０μｍであることを特徴とする。

前記金属酸化物Ｘの粒子径が０．１μｍ±１０％、
前記保護膜の膜厚が１．０μｍ±１０％
であることを特徴とする。

前記光拡散膜は、２μｍ以下の空洞が５０％未満の体積比で存在することを特徴とする。

前記光拡散膜は、空洞が３０％±１０％の体積比で存在することを特徴とする。

前記金属酸化物は、チタニア、シリカ、アルミナ、酸化亜鉛のうち、少なくとも１つを含むことを特徴とする。

前記樹脂は、水溶性熱硬化樹脂であることを特徴とする。

前記ガラスは、ガラス管であり、
前記光拡散膜は、ガラス管の内側全周に設けられたことを特徴とする。

前記樹脂は、還元剤を含むことを特徴とする。

前記拡散光源は、
前記光拡散カバーと、
発光ダイオード（ＬＥＤ）を搭載した発光部とを備え、
光拡散膜と発光部とを接着剤で接着したことを特徴とする。

前記金属酸化物Ｙは、結晶性シリカであり、接着剤は、シリコーン系接着剤であることを特徴とする。

前記拡散光源は、光拡散膜の光の拡散性を保ちつつ光の透過性とを増加させることができる。
また、光拡散膜による接着力の低下が改善でき、アパーチャーを作成する作業が不要になる。
さらに、光拡散膜がガラスとよく密着することにより、ガラスの物理的強度を向上させることができる。

４０ 光拡散カバー、５０ 拡散光源、５１ ＬＥＤ、５２ 基板、５４ ヒートシンク、５５ 口金、５６ ガラス管、５７ ガラス内面傷、５８ 給電端子、６０ 発光部、６２ 平板部、６３ 弧状部、６４ 中空部、７０ 保護膜、８０ 光拡散膜、８１ 樹脂、８２ 空洞、９０ 接着剤、９１ アパーチャー、Ｘ 金属酸化物、Ｙ 金属酸化物。

Claims (11)

1. 少なくとも外側の表面が曲面であるガラスと、
   前記ガラスの外側と内側との少なくとも一方の表面に形成された光拡散膜と、
   を備え、
   前記光拡散膜は、光拡散剤と樹脂を含む膜であることを特徴とする光拡散カバー。
2. 筒状のガラス管と、
   前記ガラス管の少なくとも一方の表面に形成された光拡散膜と、
   を備え、
   前記光拡散膜は、光拡散剤と樹脂を含む筒状の膜であることを特徴とする光拡散カバー。
3. 前記一方の表面は、前記ガラス管の内側の表面であることを特徴とする請求項２に記載の光拡散カバー。
4. 前記光拡散膜は、樹脂溶液に前記光拡散剤が分散した懸濁液が乾燥した膜であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光拡散カバー。
5. 前記光拡散膜は、前記懸濁液が加熱で硬化した膜であることを特徴とする請求項４に記載の光拡散カバー。
6. 前記光拡散膜は、５〜２０μｍの膜厚であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光拡散カバー。
7. 前記光拡散剤の前記光拡散膜に対する体積比が１０％以上７０％以下であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の光拡散カバー。
8. 前記光拡散膜は、樹脂を含み、
   前記光拡散膜に対する体積比において、前記光拡散剤の含有率が４０％±１０％であり、前記樹脂の含有率が６０％±１０であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の光拡散カバー。
9. 前記光拡散剤の粒径が０．０５μｍ〜２０μｍであることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の光拡散カバー。
10. 前記請求項１から９のいずれか１項に記載の光拡散カバーと、
    光源を搭載した発光部と、
    前記発光部と前記光拡散膜とを接着した接着剤と、
    を備えたことを特徴とする拡散光源。
11. 前記接着剤は、シリコーン系の接着剤であることを特徴とする請求項１０に記載の拡散光源。

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