JP5292368B2 - 発光色変換シートおよびそれを用いた発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数個の発光ダイオードパッケージ（以下、単に「ＬＥＤ」と記すことがある）を配設した基板を覆い、複数個のＬＥＤから発せられる発光波長を変化して発光色を変化させる被覆部を有するシート部材である発光色変換シートに関し、より詳細には複数個のＬＥＤを備えた基板に装着するだけで複数個のＬＥＤからの発光色を変化させることができる発光色変換シートおよびそれを用いた発光装置に関するものである。

周知のようにＬＥＤチップはＰＮ接合を持つ結晶体で、順電圧を印加すると、Ｎ領域から電子、Ｐ領域から正孔がそれぞれＰＮ接合に移動して、電子と正孔が再結合する際に光を発する。このように自由な電子が結合する際に放出されたエネルギーが光となって放射されるため、ＬＥＤチップには限られた色調のものしか存在しない。つまり、赤色ＬＥＤチップを有するＬＥＤは赤色、緑色ＬＥＤチップを有するＬＥＤは緑色、青色ＬＥＤチップを有するＬＥＤは青色の発光のみであった。

しかしながら、最近においては多目的の用途に応じて、色変化させ得るＬＥＤが強く求められている。このような要望を充足させる色変化の方法としてこれまでから種々の方法が提案されている。例えば１つのＬＥＤの中に赤色ＬＥＤチップ、緑色ＬＥＤチップ、青色ＬＥＤチップを有機的に組み合わせてセットし、それぞれのチップの組み合わせを変えて発光させる方法が提案されている。しかしこのようなＬＥＤでは、赤色ＬＥＤチップ、緑色ＬＥＤチップ、青色ＬＥＤチップの異なるアノード端子とカソード端子合わせて４つの端子が必要であるため構造的に複雑な設計となり、加えて１つのＬＥＤ中に３つの異なる赤色ＬＥＤチップ、緑色ＬＥＤチップ、青色ＬＥＤチップのような異なる色を発光するチップがセットされるため、その内のいずれか１つのチップでも破損すると色調のバランスが崩れ、目的とする発光色が得られなくなる問題がある。

また別の方法として、蛍光物質を含有させた被覆材または塗料を、ＬＥＤに装着または塗布することによって所望の色に変化させる方法が提案されている。また最近においては、青色発光ダイオードのチップ上にＹＡＧ（アルミン酸イットリウム）系蛍光体の層を設けた白色ＬＥＤランプが開発され、この白色ＬＥＤランプ上に着色剤を含有させた被覆材を装着して、所望の発光色を得る方法も提案されている。これらの方法は、比較的大きい従来のＬＥＤに対しては有効な方法であるが、最近急速に使用が拡大している小型のＬＥＤに対しては前記被覆材や塗料を装着または塗布することは困難であるため生産性が低下する。

一方、特許文献１には、目的とする効果は相違するものの、ＬＥＤを備えたプリント基板に蛍光物質を含有するパネル部材を装着する技術が提案されている。この提案されている技術によれば、小型のＬＥＤに対しても蛍光物質を含有する部材を容易に被覆させることができ、発光色を所望の色に変化させることもできる。しかしこの構造では、パネル部材全体に蛍光物質を含有さているため、高価な蛍光物質が大量に必要となりコスト高となる。

実開平２−６２７４８号公報

本発明はこのような従来の問題に鑑みなされたものであり、複数個の発光ダイオードパッケージを配設した基板のＬＥＤを１枚のシートで覆って装着することにより容易に色変換ができ、かつ少ない蛍光物質量、着色剤量で色調ムラのない発光色を得ることができる発光色変換シートおよびこれを用いた発光装置を提供することをその目的とする。

本発明に係る発光色変換シートは、複数個の発光ダイオードパッケージを配設した基板の、該複数個の発光ダイオードパッケージを１枚で覆うように装着される発光色変換シートであって、発光色変換シートは、各発光ダイオードパッケージのそれぞれと対向する部分に貫通孔を有するシート基材と、貫通孔のそれぞれに充填されて前記シート基材と密着一体化された、蛍光物質を含有する透光性部材と、を備えることを特徴とする。
また、シート基材は樹脂基材からなり、透光性部材は蛍光物質を含有するシリコーン系エラストマーからなることが好ましい。また透光性部材がアルミン酸イットリウム系蛍光体、ペリレン系蛍光体からなる群から選ばれる少なくとも１種の蛍光物質を含有することが好ましい。
また、発光色変換シートは、基板に固定するための係合部を有することが好ましい。

また、本発明に係る発光装置は、前記基板を被覆し、前記各発光ダイオードパッケージのそれぞれと前記透光性部材とが対向配置するように配設された上述した何れかの発光色変換シートとを備えた発光装置である。なお、発光ダイオードパッケージとしては、例えば、ランプ型発光ダイオードパッケージ，チップタイプ発光ダイオードパッケージ，セグメントタイプ発光ダイオードパッケージ等が挙げられる。以下、本発明について詳述する。

本発明の発光色変換シートによれば、複数個の発光ダイオードパッケージを配設した基板のＬＥＤを１枚のシートで覆って装着することにより容易に色変換ができ、かつ少ない蛍光物質量、着色剤量で色調ムラのない発光色を得ることができる。

（ａ）は本発明の実施例の発光装置の平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるイ−イ’での断面図である。 本発明の発光装置の一実施形態を示す断面図である。 本発明に係る発光装置の一実施形態を示す断面図である。 本発明に係る発光装置の一実施形態を示す断面図である。 本発明に係る発光装置の一実施形態を示す断面図である。

本発明者等は、基板上に配設された複数個のＬＥＤに対しても容易に装着することができ、かつ少ない蛍光物質量で色調ムラのない発光色を得ることができる被覆部材について鋭意検討を重ねた結果、ＬＥＤ自体を蛍光体等を含有する部材で被覆するのではなくＬＥＤが装着された基板を覆うように被覆部材をシート状とし、且つ該シートを基板に装着した時にＬＥＤの対向部分にのみ、蛍光物質を含有する透光性被覆部を設けることにより上記効果を奏することを見出し本発明をなすに至った。すなわち本発明では、ＬＥＤが装着された基板を覆うように被覆部材をシート状としたので装着が容易となり、さらにシート装着時にＬＥＤの対向部分にのみ、蛍光物質を含有する透光性被覆部を設けるので、蛍光物質の使用量を従来に比べ減らすことができる。

（透光性被覆部材（透光性部材））
前記透光性被覆部材は、蛍光物質及び必要に応じて着色剤を含有させた透光性部材を別途作製し、これをシート基材の該当部分に溶着または接着する、あるいは所定形状に加工した透光性被覆部材を金型に配置しておいてシート部材を成形加工する際にシート基材と加硫接着することにより形成することができる。

前記透光性被覆部材は、例えばシート形状にする場合には蛍光物質と結着樹脂とを溶融混練し、インフレーション法、Ｔ形ダイス法、溶液流延法、カレンダー法などにより成形すればよい。またプラスチックフィルム等からなる基材シート上に蛍光物質および／または着色剤をコーティングしてシート形状としてもよい。かかるコーティング法としては、蛍光物質および／または着色剤を有機溶剤に溶解したものを塗布し熱風で乾燥することによりコーティングする方法や、合成樹脂エマルジョンを塗布し、乾燥して基材シート上にポリマー皮膜を形成する方法等を使用することができる。

前記蛍光物質としては、特に限定はなく蛍光体、蛍光顔料、蛍光染料など公知の蛍光物質を使用することができる。例えば有機蛍光体としては、アリルスルホアミド・メラミンホルムアルデヒド共縮合染色物やペリレン系蛍光体等を挙げることができ、無機蛍光体としては、アルミン酸塩、リン酸塩、ケイ酸塩等を挙げることができる。この中でも長期間使用可能な点から、ペリレン系蛍光体、アルミン酸イットリウムが特に好ましい。蛍光体に添加する付活剤としては、例えばセリウム、ユウロピウム、マンガン、ガドリニウム、サマリウム、テルビウム、スズ、クロム等の元素を挙げることができる。この中でもセリウムが好ましい。付活剤の添加量は、蛍光体に対して０．１〜１０ｍｏｌ％の範囲が好ましい。蛍光体と付活剤との組み合わせとしては、アルミン酸イットリウムとセリウムとの
組み合わせが好ましい。

前記被覆部材中の蛍光物質の含有量としては、結着樹脂１００重量部当たり有機蛍光体の場合は０．０００１〜１０重量部、無機蛍光体の場合は０．５〜７０重量部の範囲が好ましい。

透光性被覆部を通って発せられる発光色を任意の色に調整するために、着色剤を蛍光物質と共に含有させてもよい。またＬＥＤ発光色が白色の場合には、着色剤のみの使用でも透光性被覆部から発せられる光を所望の発光色とすることができる。本発明で使用できる着色剤としては、例えば、黄色顔料として、黄鉛、亜鉛黄、カドミウムイエロー、黄色酸化鉄、ミネラルファストイエロー、ニッケルチタンイエロー、ネーブルスイエロー、ナフトールイエローＳ、ハンザイエローＧ、ハンザイエロー１０Ｇ、ベンジジンイエローＧ、ベンジジンイエローＧＲ、キノリンイエローレーキ、パーマンネントイエローＮＣＧ、タートラジンレーキ；橙色顔料として、赤口黄鉛、モリブテンオレンジ、パーマネントオレンジＧＴＲ、ピラゾロンオレンジ、バルカンオレンジ、インダスレンブリリアントオレンジＲＫ、ベンジジンオレンジＧ、インダスレンブリリアントオレンジＧＫ；赤色顔料として、縮合アゾ顔料、ベンガラ、カドミウムレッド、鉛丹、硫化水銀カドミウム、パーマネントレッド４Ｒ、リソールレッド、ピラゾロンレッド、ウオッチングレッドカルシウム塩、レーキレッドＤ、ブリリアントカーミン６Ｂ、エオシンレーキ、ローダミンレーキＢ、アリザリンレーキ、ブリリアントカーミン３Ｂ；紫色顔料として、マンガン紫、ファストバイオレットＢ、メチルバイオレットレーキ；青色顔料として、紺青、コバルトブルー、アルカリブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、フタロシアニンブルー、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー部分塩素化物、ファーストスカイブルー、インダスレンブルーＢＣ；緑色顔料として、クロムグリーン、酸化クロム、ピグメントグリーンＢ、マラカイトグリーンレーキ、ファナルイエローグリーンＧ；白色顔料として、亜鉛華、酸化チタン、アンチモン白、硫化亜鉛；白色顔料として、バライト粉、炭酸バリウム、クレー、シリカ、ホワイトカーボン、タルク、アルミナホワイト等を使用できる。

上記着色剤は、結着樹脂１００重量部当り０．００１〜０．１重量部、特に０．０１〜０．０５重量部の範囲で使用するのがよい。

前記結着樹脂としては、特に限定はなく例えばアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、シリコーン系エラストマー、ポリスチレン系熱可塑性エラストマー、ポリオレフイン系熱可塑性エラストマー、ポリウレタン系熱可塑性エラストマーなどの樹脂を使用することができ、この中でもシリコーン系エラストマー等が好適に使用される。

（シート基材）
一方、本発明のシート基材となる樹脂としては、前記の透光性被覆材に用いる結着樹脂として例示したものがここでも同様に用いることができる。これら樹脂を射出成形や押出成形によって所定のシート形状に成形加工する。なお発光色変換シートの形状は、装着する基板の形状やＬＥＤの配設位置などを考慮し基板の全面または一部を覆うように適宜決定すればよい。

基板に配設されるＬＥＤは公知のいずれのＬＥＤであってもよく、例えばＧａ：ＺｎＯ赤色ＬＥＤ、ＧａＰ：Ｎ緑色ＬＥＤ、ＧａＡｓＰ系赤色ＬＥＤ、ＧａＡｓＰ系橙色・黄色ＬＥＤ、ＧａＡｌＡｓ系ＬＥＤ、ＩｎＧａＡｌＰ系橙・黄色ＬＥＤ、ＧａＮ系青色ＬＥＤ、ＳｉＣ青色ＬＥＤ、II−VI族青色ＬＥＤ、青色ＬＥＤのチップ上に蛍光体層を設けた白色ＬＥＤ等が挙げられる。なお透光性被覆部によって発光色を変化させるには、エネルギーの高い青色ＬＥＤおよび白色ＬＥＤが好ましく、これに続く緑色のＬＥＤあるいはその他のエネルギーの高いＬＥＤが好ましい。またＬＥＤの形態はいずれの形態であってもよく、例えばＬＥＤランプやチップタイプＬＥＤ、セグメントタイプＬＥＤ等が好適に使用できる。もちろん１辺が１ｍｍ以下の小型ＬＥＤであってもよい。

実施例
以下本発明の発光色変換シート（シート部材）について詳述する。本発明の発光色変換シートの一実施形態を図１に示す。発光色変換シート１は、蛍光物質１３と着色剤１４とを含有する透光性被覆部材１２およびシート基材１１を有し、透光性被覆部材１２は、基板２に装着されているＬＥＤ３に対向する部分にのみ設けられている。透光性被覆部材１２を部分的に設けるには、例えばＬＥＤ形状に合わせて、蛍光物質および着色剤を含有させたシート状などの透光性被覆部材を別途作製し、これをシート基材１１の該当部分に溶着や接着する、あるいは所定形状の透光性被覆部材を金型に配置しておいてシート基材１１を成形加工する際にシート基材１１と加硫接着すればよい。シート基材１１の厚さは特に限定はないが、ＬＥＤ３と透光性被覆部１２との距離が不均一であると発光色に色調ムラが生じるので、透光性被覆部１２の内側面がＬＥＤ３の上面に接するようにシート基材１１の高さを調整するのが望ましい。図１で示される実施形態の場合、シート基材１１の厚さをＬＥＤ３の高さとして、別途作成した透光性被覆部材からＬＥＤ形状に合わせて透光性被覆部１２を切り出し、シート基材１１に接着して透光性被覆部を形成したものである。

本発明の発光色変換シートの他の実施形態を図２に示す。この発光色変換シートには、固定足４が備えられていて、他方基板２側にはこれと対向する位置に孔５が設けられていて、固定足４と孔５とが嵌合することによって発光色変換シート１は基板２に正確に位置決めされて装着できる。もちろん発光色変換シートと基板の係合手段は嵌合以外のこれまで公知の手段を用いることができる。

本発明の発光色変換シートのさらに他の実施形態を図３に示す。この発光色変換シート１には、透光性被覆部１２の他にキースイッチ部６を有する。キースイッチ部６は、シート基材１１上に突出形成されたスイッチ７とその内面頂部に形成された導通部８を有し、スイッチ７を押圧するとスイッチ７が全体として下方へ弾性変形して、キースイッチ部の基板側対向位置に配設された分割電極９、９’に導通部８が接触しスイッチが入った状態となる。このようにパネル部材やラバーキーボードとして従来から用いられている部材に透光性被覆部を形成することにより、部材を増やすことなく本発明の効果を得ることができる。

さらにキースイッチ部を備えた他の実施形態を図４および図５に示す。図４の実施態様では、内面頂部に導通部８を有し分割電極９，９’を覆うように形成されたドーム状の弾性部１５とＬＥＤ３とが基板２に備えられ、スイッチ７を押圧するとスイッチ７がその下側に位置する弾性部１５を下方へ弾性変形させて、弾性部１５の内面頂部の導通部８が基板側対向位置に配設された分割電極９、９’に接触しスイッチが入った状態となる。

また図５の実施態様では、基板２と発光色変換シート１とスイッチ部材１７と保護カバー１８がこの順で積層された構造のキーボードである。基板２にはドーム状の弾性部１６とＬＥＤ３が備えられている点では図４の実施態様と同じであるが、この弾性部１６は金属等の導電性部材で形成されており、分割電極９，９’に弾性部１６が接触することによりスイッチが入った状態となるので導通部は設けられていない。発光色変換シート１には、基板２に装着されたＬＥＤ３に対向する位置に透光性被覆部１２がシート基材１１と段差なく設けられている。スイッチ部材１７には、弾性部１６の上方位置に突出形成されたスイッチ７が設けられており、スイッチ部材１７を覆う保護カバー１８はスイッチ７の部分だけ切り抜かれているので、スイッチ７は外側に突出するようになる。このようなキーボードにおいて、スイッチ７が押圧されるとスイッチ７が発光色変換シート１を介してその下側に位置する弾性部１５を下方へ弾性変形させて、弾性部１５の一部が基板側対向位置に配設された分割電極９、９’に接触しスイッチが入った状態となる。またＬＥＤ３から発せられた光は、上方の透光性部１２を通り、このとき蛍光物質や着色剤で所望の色に変換されて、スイッチ部材１７へと進行し、図上破線で示すような発光色変換シート１と保護カバー１８とで反射を繰り返しスイッチ部材１７内を図上左右方向に進行し、保護カバー１８が切り抜かれている部分すなわちスイッチ７の部分から外界へ放散する。これにより、スイッチ部分がより明るく点灯するようになる。

１ 発光色変換シート（シート部材）
２ 基板
３ ＬＥＤ
４ 固定足
５ 孔
６ キースイッチ部
７ スイッチ
８ 導通部
９、９’ 分割電極
１１ シート基材
１２ 透光性被覆部材
１３ 蛍光物質
１４ 着色剤
１５、１６ 弾性部
１７ スイッチ部材
１８ 保護カバー

Claims (6)

1. 複数個の発光ダイオードパッケージを配設した基板に、該複数個の発光ダイオードパッケージを１枚で覆うように装着される発光色変換シートであって、
   前記発光色変換シートは、前記各発光ダイオードパッケージのそれぞれと対向する部分に貫通孔を有するシート基材と、
   前記貫通孔のそれぞれに充填されて前記シート基材と密着一体化された、蛍光物質を含有する透光性部材と、を備えることを特徴とする発光色変換シート。
2. 前記シート基材は樹脂基材からなり、前記透光性部材は前記蛍光物質を含有するシリコーン系エラストマーからなる請求項１に記載の発光色変換シート。
3. 前記蛍光物質がアルミン酸イットリウム系蛍光体、ペリレン系蛍光体からなる群から選ばれる少なくとも１種の蛍光物質を含有する請求項１または２に記載の発光色変換シート。
4. 前記発光色変換シートは、前記基板に固定するための係合部を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光色変換シート。
5. 複数個の発光ダイオードパッケージが配設された基板と、
   前記基板を被覆し、前記各発光ダイオードパッケージのそれぞれと前記透光性部材とが対向配置するように配設された請求項１〜４の何れか１項に記載の発光色変換シートとを備えた発光装置。
6. 前記発光ダイオードパッケージがランプ型発光ダイオードパッケージ，チップタイプ発光ダイオードパッケージ，及びセグメントタイプ発光ダイオードパッケージから選ばれる請求項５に記載の発光装置。
   

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