JP5271378B2 - 発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、発光装置に関するものであって、特に、光拡散素子に関するものである。

発光装置の技術発展と改良により、現在の照明器具は、公知のものよりも高い輝度を有する。発光ダイオード (LED) を例とすると、寿命が長く、低電力消耗、高輝度の長所があり、各種照明設備に幅広く用いられている。

高輝度の照明器具は、効果的に、周辺環境の輝度を増加させるが、輝度が集中するので、ユーザーの目が直視できない、又は、刺激等の不快感が生じ、視力に影響することもある。この他、発光装置は放射状に発光し、均一に分布しない。

LEDの輝度集中の問題を改善するため、光拡散素子が光源外側に設置される。光拡散素子は、主に、二方法により製造される。最初の方法は、無機粒子 (例えば、酸化ケイ素、酸化チタン等)を高透明度 (ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン等)のポリマーに加えるものである。複合材料の光学特性は、無機粒子のサイズや量等の要素により決定される。残念ながら、無機粒子を均一に有機ポリマー中に分散させることが難しく、よって、無機粒子の表面は改質されなければならない。第二方法は、高透明度のポリマーの表面上に、波状、又は、レンズ形の微細構造を形成するものである。しかし、これらの二方法は、大量生産のプロセスが複雑で、コストが高いことが欠点である。

よって、 新規の材料組成により、公知の光拡散素子の問題を解決する必要がある。

特開２００９−９３１４４号公報

本発明は、LED 光源、及び、少なくとも一部のLED光源を被覆する光拡散素子を含む発光装置を提供し、上述の問題を解決することを目的とする。

本発明の一具体例は、LED 光源、及び、少なくとも一部のLED光源を被覆する光拡散素子を含む発光装置を提供し、光拡散素子は、第一ポリマー、第二ポリマー、又は、第一ポリマーと第二ポリマーの混合物を有する。第一ポリマーは、第二ポリマーよりも大きい結晶粒径を有し、第一ポリマーは、ポリプロピレン、又は、エチレンプロピレンコポリマーを含み、第二ポリマーは、ポリエチレン、ポリプロピレン、又は、エチレンプロピレンコポリマーを含む。

公知のプロセスが複雑で、コストが高いとうい欠点を改善することができる。

本発明は、LED 光源、及び、光拡散素子を含む発光装置を提供する。LED 光源は、単一LEDから構成される点光源、又は、アレイに配列された複数のLEDから構成される面光源である。光拡散素子は、少なくとも一部のLED光源を被覆し、光拡散素子は、板状、管状、水滴状、球状、又は、その他の適切な形状である。光拡散素子の形状は、一部のLED光源を被覆して、LED 光源からの光がユーザーの目に発射される前に、光拡散素子を通過することができればよい。一具体例中、光拡散素子は、直接、LED源に接触して、パッケージ構造の一部となる。別の具体例中、光拡散素子は、LED 光源に直接接触しない。光拡散素子と LED 光源の間は、空間か別の素子により隔てられる。

光拡散素子は、第一ポリマー、第二ポリマー、又は、第一ポリマーと第二ポリマーの混合物を含み、第一ポリマーは、第二ポリマーより大きい結晶粒径 を有する。この他、光拡散素子の特性は、自身の結晶状態、例えば、第一と第二ポリマーの結晶度と結晶速度に基づく。第一ポリマーの結晶度が第二ポリマーに接近する時、第一ポリマーと第二ポリマーの結晶粒径差異は、第一、及び、 第二ポリマーの混合物に、優れた光拡散性を有させる。一具体例中、第一ポリマーは、ポリプロピレン、及び／又は、エチレンプロピレンコポリマーを含み、第二ポリマーは、ポリエチレン、ポリプロピレン、及び／又は、エチレンプロピレンコポリマーを含む。注意すべきことは、第一ポリマー、及び/又は、第二ポリマーがエチレンプロピレンコポリマーである場合、エチレンプロピレンコポリマーにおけるプロピレン単量体100重量部に対するエチレン単量体の重量比は、20重量部以下であることが好ましい。エチレン単量体の比率が高過ぎる場合、製品の光透過率に影響を与え、耐熱性と機械的強度を低下させ、材料特性を悪化させる。

一具体例中、第一ポリマーは、室温下の結晶度が40%〜 70%、結晶粒径が1μm 〜 120μm、且つ、重量平均分子量が10,000 〜 1,000,000、及び、溶解指数が0.1g/10min〜 200g/10minである (測定基準はASTM D1238 か ISO1133)。第一ポリマーの結晶度が低すぎると、光線の拡散率に影響し、LED 点光源が、均一な面光源に拡散できない。第一ポリマーの結晶度が大き過ぎると、光線の透過率に影響し、光源の輝度を低下させる。第一ポリマーの結晶粒径が大き過ぎると、光線の拡散率に影響し、LED 点光源が均一な面光源に拡散できない。第一ポリマーの結晶粒径が小さ過ぎると、光線の透過率に影響し、光源の輝度が損耗する。一具体例中、第一ポリマーは、単独で、光拡散素子の組成物となる。

一具体例中、第二ポリマーは、室温下の結晶度が40% 〜 70%、結晶粒径が0.05μm 〜 10μm、重量平均分子量が10,000 〜 1,000,000、溶解指数が0.1g/10min 〜 200g/10minである (測定基準はASTM D1238 か ISO1133)。第二ポリマーの結晶度が低すぎると、光線の光拡散率に影響し、LED 点光源が均一な面光源に拡散されない。第二ポリマーの結晶度が高過ぎると、光線の透過率に影響し、光源の輝度が損耗する。第二ポリマーの結晶粒径が大き過ぎると、光線の拡散率に影響し、LED 点光源が均一な面光源に拡散できない。第二ポリマーの結晶粒径が小さすぎると、光線の透過率に影響し、光源の輝度が損耗する。一具体例中、第二ポリマーは、単独で、光拡散素子の組成物となる。

第一ポリマーと第二ポリマーは、単独で、光拡散素子の組成物となるが、それらの混合物も優れた光拡散効果を有する。これらの二個のポリマーは、結晶度の差は大きくないが、結晶粒径は大きく異なる。第一と第二ポリマーの結晶粒径の差異は、混合物に優れた光拡散特性を提供する。一般に、大結晶粒径を有する第一ポリマーは、小結晶粒径の第二ポリマーよりも高い透過率を有するが、小結晶粒径の第二ポリマーは、大結晶粒径の第一ポリマーよりも高い拡散率を有する。常識に基づくと、第一と第二ポリマーの混合物の透過率は、第一ポリマーの透過率と第二ポリマーの透過率の間の値であり、第一と第二ポリマーの混合物の光拡散率も、第一ポリマーの光拡散率と第二ポリマーの光拡散率の間の値である。しかし、実験から分かるように、本具体例の混合物の透過率は、第一ポリマーの透過率と第二ポリマーの透過率の間の値であるが、混合物の光拡散率は、第一ポリマー及び第二ポリマーのいずれの光拡散率よりも大きい。この性質は、小結晶の第二ポリマーが大結晶の第一ポリマー間の空間に充填されるからである。この他、第一ポリマーと第二ポリマーは似た材料組成を有するので、光透過率を低下させることなく、均一に混合される。

一具体例中、第一と第二ポリマーが混合されて、光拡散素子の組成となる。混合物中、第一ポリマーと第二ポリマーは重量比が50:50 〜 95:5である。第二ポリマーの比率が高過ぎると、混合物の透過率を減少させ、低すぎると、効果的に、混合物の光拡散効果を改善することができない。

第一ポリマーと第二ポリマーが異なる結晶度を有する場合、結晶度差がある混合物は低透過率を有する。一方、同じ結晶度の第一ポリマーと第二ポリマーが混合される場合、混合物の光拡散効果は、第一と第二ポリマー間の結晶粒径差 により達成される。

第一と第二ポリマーは同じ物理的性質の熱可塑性材料なので、光拡散素子は、射出、押し出し成形、鋳造、又は、ブロウ（blow）により成形される。成形プロセスは、余分なペレット化プロセスがなく、よって、関連コストが減少する。第一と第二ポリマー中の結晶は粒径が異なり、第一と第二ポリマーの混合物は光を拡散させるので、追加の光拡散剤、又は、光拡散粒子が不要である。

例1-7 と 比較例1-2で、ポリプロピレン (LCY Chemical Co.；李長栄化学工業股▲ふん▼有限公司の6331) が第一ポリマーとして採用され、エチレンプロピレンコポリマー (LCY Chemical Co.の031) が第二ポリマーとして採用される。第一ポリマーは、結晶度が48% で、結晶粒径が1μm 〜 120μmである。第二ポリマーは、結晶度が45% で、結晶粒径が0.05μm 〜 10μmである。例 8 と 比較例3-4中、ポリプロピレン (Formosa Plastics Co.；フォルモーサプラスチックスの1120)が第一ポリマーとして採用され、ポリプロピレン (Formosa Plastics Co.の1124) が第二ポリマーとして採用される。第一ポリマーは、結晶度が50% 、結晶粒径が 5μm 〜 120μmである。第二ポリマーは、結晶度が49% 、結晶粒径が0.1μm 〜 1μmである。第一と第二ポリマーは、異なる比率で混合され、射出成形で、光拡散ボードを形成する。光拡散ボードは、半径 30mmと厚さ1.2mmの半球形状を有する。異なる例の光拡散ボード中のポリマー組成比率は、表1 と 2で示される。

光拡散ボードの透過率と光拡散率は、JIS K 7136基準により測定され、表1と表2で示される。

表1中の比較例 1、比較例 2、及び、例1-7の比較から分かるように、混合物（例1-7）の透過率は、第一ポリマーの透過率と第二ポリマーの透過率の間の値であるが、混合物（例1-7）の光拡散率は、第一ポリマー及び第二ポリマーのいずれの光拡散率よりも大きい。同様に、表2中の比較例 3、比較例 4、及び、例 8の比較から分かるように、混合物（例8）の透過率は、第一ポリマーの透過率と第二ポリマーの透過率の間の値であるが、混合物（例8）の光拡散率は、第一ポリマー及び第二ポリマーのいずれの光拡散率よりも大きい。

更に、市販の光拡散ボードが選択されて、光拡散ボードと比較される(例 6)。市販の光拡散ボードは、A40 (OSRAM 、半径が30mm、厚さが1.2mmの半球形状) と KL005 (Carry Beam Co. Ltd.,；立明光電、半径が30mm、厚さが1.2mm半球形状)である。市販の光拡散ボードと例6中の光拡散ボードの透過率と光拡散率はJIS K 7136 基準により測定され、表 3で示される。

表 3で示されるように、 適当な比率のポリマーは、市販の製品よりも、高透過率と光拡散率である。

本発明では好ましい実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の精神と領域を脱しない範囲内で各種の変動や潤色を加えることができ、従って本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。

Claims (9)

1. 発光装置であって、
   LED 光源、及び、
   少なくとも一部の前記LED光源を被覆する光拡散素子、を含み、
   前記光拡散素子は、第一ポリマー、第二ポリマー、又は、第一ポリマーと第二ポリマーの混合物を有し、
   前記第一ポリマーは、前記第二ポリマーよりも大きい結晶粒径を有し、
   前記第一ポリマーは、ポリプロピレン、又は、エチレンプロピレンコポリマーを含み、
   前記第二ポリマーは、ポリエチレン、ポリプロピレン、又は、エチレンプロピレンコポリマーを含み
   前記第一ポリマー、及び/又は、前記第二ポリマーはエチレンプロピレンコポリマーであり、
   前記エチレンプロピレンコポリマーにおけるプロピレン単量体100重量部に対するエチレン単量体の重量比は、20重量部以下である
   ことを特徴とする発光装置。
2. 前記第一ポリマーは結晶粒径が1μm 〜 120μmであることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記第二ポリマーは結晶粒径が0.05μm 〜 10μmであることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。
4. 前記第一ポリマー、及び/又は、前記第二ポリマーは、室温下の結晶度が40%〜 70%であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の発光装置。
5. 前記第一ポリマー、及び/又は、前記第二ポリマーは、重量平均分子量が10,000 〜 1,000,000であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の発光装置。
6. 前記混合物の透過率は、前記第一ポリマーの透過率と前記第二ポリマーの透過率の間の値であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の発光装置。
7. 前記混合物の光拡散率は、前記第一ポリマー及び前記第二ポリマーのいずれの光拡散率よりも高いことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の発光装置。
8. 前記混合物の前記第一ポリマーと前記第二ポリマーは、重量比が50:50 〜 95:5であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の発光装置。
9. 前記第一ポリマー、及び/又は、前記第二ポリマーは、溶解指数が0.1g/10min〜 200g/10minであることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の発光装置。