JPWO2013099565A1 - 蓄光性材料組成物、led光源用エンベロープ部材及び残光性照明装置 - Google Patents
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Abstract
Description
しかし、最近ではより高出力、高輝度のLEDが上市されて電飾用途に応用されている。あるいは、ひとつの装飾物の電飾に対して実に多量のLEDが利用されており、かえって消費電力量が増大する傾向が強いのである。そのためLED電飾に対しては、使用時の電力使用量削減の課題がある。
日中はソーラーパネルからの起電力を畜電しておき、夜間にその低電圧直流電池からの電力により電飾を点灯させ、その電圧が基準値以下となった場合に、商用電力からの低電圧直流電源に切換え、電圧出力を供給するというものである。しかし、それは個人が楽しむ程度の比較的小型の電飾に、太陽電池を利用するものであって、電飾用LED電球自体を節電するという課題への解決方法にはならないのである。
LED光の十分な照射により蓄光体の塗布部分については、暗がりで容易に視覚的に認知できるため、常時LED点灯する必要がなくなるので、ある程度の節電が実現できるのである。しかし、この場合でもソーラー蓄電池の大容量化が至難であるため、適用製品は非常時の避難誘導灯などの小型発光表示装置などに限定されるという問題がある。
LEDの青色光と被覆材からの黄色蛍光色との混色で、補色関係を成立させて白色光を放射するものである。このような疑似的な白色LEDは、たとえば砲弾型LEDの構造において、LEDチップのごく近傍に黄色蛍光体を配置しなくても同様の白色スペクトルが得られるというものである。
LED内部に黄色発光蛍光体を配置する光源と比較して、透光性被覆材としての黄色蛍光体のレンズカバー、つまりシリコーン製のゴムキャップで被覆する場合において、むしろ様々な白色光に変換できるので、発光デバイスとしての色の安定度が高まり、調色技術、色調管理において優位に立つものである。しかし、このような蛍光体を含有する透光性被覆材は、LED光源を節電する課題とは関係が弱いのである。
請求項1〜4のいずれか1つの項に記載の蓄光性材料組成物を含むことを特徴とする。
この砲弾型LEDレンズの外表面を被覆するレンズキャップとして機能する、ことを特徴とする。
交流の商用電源を整流化、低電圧変換し、一定の時間間隔でLEDに給電するために出力側の接続(ON)・遮断(OFF)を繰り返す、か又は上記電源と現在使用中の電源アダプタ(定電圧の電流発生器)の入力側に一定の時間間隔で接続(ON)・遮断(OFF)を繰り返す、インターバルタイマー機能を有する電源コントローラと、
を備えることを特徴とする。
上述のように、本発明の蓄光性材料組成物は、ストロンチウムアルミナ酸化物系の蓄光性材料と、有機分散媒を含む。
ここで、ストロンチウムアルミナ酸化物系の蓄光性材料としては、市販されている従来公知のものを用いることができるが、具体的には、賦活剤としてユウロピウム(Eu)とジスプロシウム(Dy)を含有するSrAl2O4や、EuとDyを含有するSr4Al14O25を挙げることができる。これらの蓄光性材料は、1種単独で又は組み合わせて用いることができる。
平均粒径が10μmを超えると、44μm以上の粗大粒子の質量割合が3%となり、シリコーンエラストマーに分散させた成形体において、使用時に応力集中により破断することがある。平均粒径が5μmを超えると、10μm以上の粒子の質量割合が1%以上となり、インキ分散媒(ビヒクル)に混合して例えば10μmの厚みに印刷した表面はマット状となり、光沢と平滑性が保てないことがある。
市販品で購入できる最も微細なグレードは平均粒径が約3μmであるが、その粉体をアルコール溶液中に懸濁させ、ある程度の粗粒を沈降させてから、液体に浮遊する部分を濾過し、乾燥させて平均粒径1.3μmの超微細の蓄光性材料を抽出できる。これをインキ分散媒(ビヒクル)に混合して5μmの厚みに印刷した場合、所望の光沢と平滑性が得られ、蓄光特性も変化することなく良好な性能が得られる。
一般的には、超微細の蓄光性材料を使用する場合、歩留が低下したり、粉砕工程に時間が掛かったりして高価な材料となってしまう。
樹脂系の分散媒としてはシリコーンエラストマー、シリコーンゲル、シリコーンゴム、シリコーンレジン、さらにポリウレタン系熱可塑性エラストマーなどが代表例であり、ビヒクルとしては、スクリーン印刷等に使用する溶剤乾燥型のビヒクルや紫外線硬化型のインキに使用するメジウム(例えばポリウレタンアクリレート系の光重合性オリゴマー、モノマー、光重合開始剤からなる)などを好適に用いることができる。シリコーンエラストマーは、後述するレンズキャップを作製する場合に特に好適であり、ビヒクルはアクリルやポリカーボネート等の樹脂板に印刷する場合に好適である。
この他、使用目的に応じて、エポキシ系やスチロール樹脂系などの接着剤(酢酸ブチル・アセトン等の有機溶媒を含む)、さらに各種オイルやグリースなどを使用することができる。
合計量が3質量%未満では十分な残光特性を発揮できないことがある。
ここでの残光特性とは、標準となる砲弾型LEDにキャップを装着し、60秒間点灯し、消灯120秒後に光源の鉛直方向での残光輝度を光度測定し、0.2mcd以下になることを意味する。これは自社基準として0.2mcd以上の光度を規格に定めているためである。
また、合計量が30質量%を超えると、厚み0.35mmとなる平板試料の光線透過率(500nm波長)が20%以下となる。これはキャップを使用した場合、LED点灯時の光量が大幅な損失を起こすことがあることを意味する。さらに、レンズキャップを白色LEDに装着した場合、キャップは蓄光性材料に特徴的な黄緑色の色調を帯びるため、LEDの発光色は白色の色度座標範囲から大きく逸脱してしまうことがある。
一方、SrAl2O4とSr4Al14O25については、いずれか一方を単独使用できるが、混合使用により残光色の発光波長が広がることで、色の優しさやまろやかさを演出できるのである。
なお、ストロンチウムアルミナ酸化物系蓄光性材料を30質量%とすると、その容積比10.9%であり、本来のシリコーンエラストマーの機械物性を維持できるものである。
ここで、機能性添加剤としては、光拡散剤、蛍光剤、着色剤、分散助剤、溶剤、粘度調整剤、pH調整剤、撥水剤など、及びこれらの任意の組み合わせを挙げることができる。
着色剤としては、白色顔料として、石英、亜鉛華、酸化チタン、タルク、アルミナホワイト、炭酸バリウム、青色顔料として、フタロシアニンブルー、無金属フタロシアニンブルー、コバルトブルー、緑色顔料として、酸化クロム、ピグメントグリーンB、黄色顔料として、ニッケルチタンイエロー、ハンザイエロー10G、キノリンイエローレーキなどがある。
分散助剤としては、顔料と同一又は類似の骨格を有する改質剤が有効であり、特に顔料のスルホン酸誘導体、スルホンアミド誘導体、アルキルアミノ誘導体、アルキル誘導体等が有効であり、溶剤としては、高沸点有機溶剤であるグリセリン、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ソルビトール等がある。
また、粘度調整剤としては、増粘剤としての水溶性高分子のカルボキシメチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース等があり、pH調整剤・安定剤としては、炭酸カリウム/ナトリウム、過炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム/カリウム、テトラヒドロパラオキサジン等がある。
この他、フッ素系及びシリコーン系の撥水剤や、熱安定剤、難燃剤、帯電防止剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、防腐・防黴剤、防錆剤、脱泡・消泡剤などの無機・有機系薬剤を適宜添加することができる。
さらに、有機分散媒に、光学的機能を有するフィラー、具体的には再帰反射性を有する球形状微粒子のガラスビーズ、反射材として昨日する微粒金属粉末(アルミニウム)等を混合させることができる。
本発明のエンベロープ部材は、上述した蓄光性材料組成物を用いて作製されたものであり、原則として当該蓄光性材料組成物を含む。但し、この蓄光性材料組成物で印刷インキなどを作製した場合には、いわゆる溶剤は揮発して存在しなくなることがある。
ここで、LED光源を直接に被覆するとは、典型的には、LED光源のレンズ表面の全部又は一部を被覆することを意味している。
一方、LED光源を間接的に覆うとは、典型的には、フードやシート形状に成型したエンベロープ部材をLED光源から離隔し、当該LED光源から放射される光の全部又は一部を遮るように配置することを意味する。
これらのレンズキャップやシートにおいて、蓄光性材料組成物はその全体にほぼ均一に含まれていてもよいが、一部に濃厚に含まれていてもよく、更には、それらの表面に印刷されていてもよい。
よって、LED光源のOFF時において、省エネルギーを実現するものである。
本発明のLED光源用残光性照明装置は、上述した蓄光性材料組成物を含むLED光源用エンベロープ部材と、所定の電源コントローラを備えるものである。
そして、この電源コントローラは、交流の商用電源を整流化、低電圧変換し、一定の時間間隔でLEDに給電するために出力側の接続(ON)・遮断(OFF)を繰り返す、インターバルタイマー機能を有する。また、この電源コントローラが、現在使用中の電源アダプタ(低電圧の電流発生器)の入力側に一定の時間間隔で接続(ON)・遮断(OFF)を繰り返す、インターバルタイマー機能を有していてもよい。
まず、本発明のLED光源用エンベロープ部材の一例である残光性レンズキャップを備えた第1の実施形態たる電飾用LED光源(照明装置)について詳細に説明する。
図1は、このLED光源11の概略の断面図である。図1(a)はLED光源11の全体構造図であり、図1(b)はLEDチップが載置された砲弾型LEDの内部構造拡大図である。
一般に、この種の砲弾型LED光源11がクリスマスなどの電飾用LEDとして用いられる。砲弾型LEDでは直径3mmや5mmのものが多く、以下の3つの実施形態ではいずれも日亜化学工業製のΦ5mmのLEDを採用した。
なお、図1は第1実施形態で用いた青色LED光源を図示しているが、カップ部2にYAG等の黄色発光蛍光体を含む封止樹脂で充填された構造が白色LEDとなり、第2及び第3の実施形態で採用されている。
蓄光性材料として2種類のストロンチウムアルミナ酸化物の微粒粉末を使用する。つまり、SrAl2O4:Eu,Dy(発光色は黄緑色、中心波長=520nm)を3.0質量%、Sr4Al14O25:Eu,Dy(発光色は青色、中心波長=490nm)を6.0質量%となるように秤量し、残部となる市販の2液LED用シリコーンエラストマーに配合し、均質な調合物となるよう混合する。次いで、得られた樹脂材料液を真空脱泡機に設置し、十分なガス抜きを行う。
また、蓄光特性の観点からは、SrAl2O4:Eu,DyとSr4Al14O25:Eu,Dyをそれぞれ別箇に使用してもよい。つまり、蓄光色が黄緑色と青色となる2種類のレンズキャップを作製することも可能である。
10μm以下に制限する理由は、平均粒径が10μmを超えると、44μm以上の粗大粒子の質量割合が3%となり、その最大粒子径は100μmにまで及ぶからである。
平均粒径が大きくなるとLED点灯時の散乱光の割合が増大し、LED素子からの光取出し効率が極端に低下するため、粗大粒子の混入割合を制限することが肝要となる。粗大粒子の混入は、LED光の指向特性が高角側に広がることを意味し、LED下端部のリードフレーム側への散乱光の比率が高まることにつながるので、可能な限り制限することが重要である。
このことを実現するには、高温で焼成された蓄光性材料をボールミル等で粉砕する後工程で、325番手(目開き44um)のSUS製スクリーンで篩分すればよい。
さらに同じ調合物を使って、200mm四方の平板金型を用い、同様のコンプレッション成形法で、厚み0.35mmのシリコーンシートを成形した。さらにそこから抜き加工によりΦ11.0mmの円板を取り出す。この円板状シートは、第2の実施形態に適用するためのものである。
蓄光性材料の含有量を増やせば、LEDへの電力供給を停止した後の残光性、すなわち蛍光の輝度として蓄光強度が増大するが、その一方で、ストロンチウムアルミナ酸化物の薄黄緑色を呈するのである。この場合、LEDの点灯色が、本来の発光色である青色や白色の色度座標範囲から大きく逸脱してしまうことがある。
従来の電飾の色に馴染んでいる観客にとっては、その色度変化がはなはだ奇異に感じるのである。反対に、蓄光性材料の含有量を減らせば、LEDが消灯した後の残光輝度が低下し、所望の機能が満足できないことがある。
本発明では、使用するLEDの仕様・規格(発光スペクトル、光度、色度座標、指向特性など)とレンズキャップ肉厚に対して、予め実験等により最適な濃度が検討される。
第1の実施形態においては、9質量%が最適含有量となる。なお、蓄光性材料の容積比は約2.7%と少ないため、ゴムの機械物性についてはほとんど影響せず、使用上特に問題は起こらない。
これにより、LED点灯時にレンズキャップから放散される光が所望の色調に変換され、かつ指向特性の調整が可能となる。つまり、このことは、レンズキャップでLED発色の色変換を実現するという技術が、そのまま適用できることを意味する。
このレンズキャップをLEDに装着すると、白色LED光源となる。本発明においても、その黄色発光蛍光体を含有するレンズキャップの製造方法において、約10質量%程度の蓄光性材料を含有させれば、残光性を有する白色LED用のレンズキャップを作製できることは明らかである。
ゴムキャップ中の蓄光性材料は、LEDが放射する光エネルギーを吸収して電子状態が励起されるが、その励起光の波長域は300〜400nmの範囲にとどまる。つまり、本発明を適用した残光性を有するLED光源が効果的となるのは、青色LEDや白色LEDの場合である。
蓄光性材料は、LEDの近紫外光や青色光を利用するので、逆の見地からは、400nmより長波長域の、例えば、赤色、緑色、黄色などの色調を呈するLEDに本発明のレンズキャップを装着しても、残光輝度はあまり高くならないのである。
近い将来、CaMgSi2O7:Eu,Dyなどのケイ酸塩系の蓄光酸化物が開発され、高輝度での長波長側発光が実現できれば、そのような蓄光性材料の応用性は一層高まると期待される。
次に、本発明のLED光源用エンベロープ部材の他の例である残光性シートを備えた第2の実施形態たる表示機用LED光源(照明装置)について詳細に説明する。
図2に示すLED表示機21を製作する。まず、金属アルミニウム板材(長さ365、幅100、厚10mm)に対して英文字の会社名をドット表示するため多数の穴あけ加工を施す。Φ6mmの全貫通穴の表示側の開口部がΦ10mmとなるよう45°の面取り加工をし、さらに表面から深さ0.4mm分についてΦ11.2mmの座繰り加工を行った。
さらにそのアルミ板にブラックアルマイト処理を施した。全面が黒色の艶消し光沢となるように表示機の筐体22を2個作製した。
そして、日亜化学工業製のNSPW500GS−K1の砲弾型白色LEDを図示しないPP製のプラスチック部品に嵌め込んで、全穴部に装着した。これにより、LEDレンズの先端部は、表示機表面から約3mm下方にインサートされた位置関係となる。
このPMMAシートは乳半板と呼ばれ、片面ノングレアの拡散板のグレードである。全光線透過率が58%、光線反射率が41%、光拡散係数が0.80であり、ディスプレイとしてのギラつき、外光反射、映り込みを低減し、防眩性と光拡散性を持つセルキャスト板である。
蓄光性材料を含有するΦ11の円板ゴムシートを全穴部に装着する方法と、蓄光性材料を印刷したPMMA板を表示機筐体表面に張合せる方法ともに、十分な残光特性を示している。両者の蓄光特性に大きな差異は認められず、輝度測定では、LEDを60秒間点灯し、消灯後60秒後と120秒後の輝度は、前者の場合、0.48cd/m2と0.30cd/m2であり、後者の場合、0.41cd/m2と、0.26cd/m2であり、ともに十分な残光特性を示していた。表示機の十分な蓄光機能を訴求できるばかりか、観客はその装飾性を認めるとともに重厚感のある印象を受けるのである。
例えば、穴あけ加工を縦列m個、横列n個で等間隔に施して、その全数にLEDを固定し、英文字の会社名の部位についてのみ残光性のゴムシートを装着し、他の部位には蓄光性材料を含有しないゴムシートを装着してもよい。
また、不透明又は透明なPMMAシートに蓄光性材料を含む英文字の会社名をシルク印刷し、その残光性シートを表示機の筐体表面に固定してもよい。
これにより、LED点灯時に照明機器としての最大照度を示し、消灯時に蓄光性を有する会社名が表示されることになる。透明なPMMAシートの場合、最も照度が高くなり、均質な輝度を有する本来の機能を少しも損なうことなく、残光性を付与する表示機が実現できるのである。
次に、本発明のLED光源用エンベロープ部材の更に他の例である蓄光性反射板を備えた第3の実施形態たる広告照明機について詳細に説明する。
図3に示すように、残光性を有するLED光源としての広告照明機31を製作する。A2版横(縦420mm、横594mm)の印刷物を掲示するアルミニウム板材(5mm厚で、全表面は梨地処理)を用意し、その板材の表示側に、蓄光性反射板32を貼り合せることになる。
その粘着剤付きのE6SRをアルミニウム板材に貼り付け、その後、第2の実施形態で説明したPMMA基材に対する蓄光性材料のシルク印刷を同様に行った。蓄光性材料をビヒクル(希釈溶剤を含む透明インキ))に分散してシルク印刷したのである。印刷物の重量変化から、印刷層の厚みは約10μmである。
その印刷物はある程度の光透過性が必要なので、薄手のフォトプリント用光沢紙、さらにはサイン・ディスプレイ用のインクジェットプリンタ用ロール紙のバックライトフィルム表打ち(例:厚み155umのTPETフィルム、マット仕上げ)が好適となる。
白色LEDは、その指向特性の最適化が重要であり、ここでは日亜化学工業製のNSPW510DSを採用した。反射板の全面が、できるだけ均一な照明を受け、輝度が一様になるようにユニットへのLED取付け位置と角度を最適設計している。
十分な残光特性を示し、広告表示機は蓄光機能を訴求するばかりか、観客は単なる掲示板と見るのでなく、格調高いディスプレイの装飾性を感じるものである。絵柄のないデザインメディア33の中央部で、残光輝度の測定をした。その結果、LEDを60秒間点灯し、消灯後60秒後の輝度は0.32cd/m2、120秒後の輝度は0.24cd/m2となり、良好な残光特性を示している。
この種の照明機においては、屋内・屋外の一般照明器具や非常灯、避難誘導灯、その他の看板、標識などにも幅広く適用できる。この他、蛍光灯を消灯するなどの節電対策が採られる自動販売機の照明、さらに各種交通機関の路線図、案内表示、時刻表などに適用できることは明らかである。
具体的に、次の応用事例がある。田舎のバス停には照明が無いことがあり、ご高齢の乗客はその時刻表が読めないことがある。本実施形態のLED広告照明機を適用すれば、太陽電池又は乾電池からの微弱電力を用い、一定時間間隔で又は人感センサの信号を受けてLEDを点灯させるだけで、その照明を受けた蓄光表示ができるので、夜間などでも時刻表が読めるようになる。
LED光源の駆動制御を示す概略のタイムチャートの図4は、第1実施形態の電飾用LED光源の電源コントローラに適用したものであり、図5は、第2実施形態の表示機用LED光源、及び第3実施形態の広告照明機用LED光源の電源コントローラに適用した点灯制御手段のタイムチャートである。両方とも動作方式として、ワンショット型の制御方法を採用している。
DC12Vの電源アダプタ1台で、白色と青色のLED200個を点滅駆動させ、それを5組作製している。5台の新規電源コントローラを使用し、各電源アダプタに電力を供給して全電飾を点滅駆動させた。
今回、新規に製作した電源コントローラは、一次側がプラグにより商用電源の100V入力を受け、デジタルタイマー機能によりON時間:T1とOFF時間:T2秒をデジスイッチ(0.0秒から99.9秒)等で設定できるようにしている。OFF時間の設定により、出力側の電源アダプタでは、LEDへの電力供給が同時に停止するので、その時間帯のLED光源は、レンズキャップの蓄光機能により、LED光源がほのかに残光を有するような電飾が可能となる。
なお、5組の電飾は、電源コントローラのT1、T2の設定時間を少しずつ変化させるので、観客はいろいろな残光のバリエーションを楽しめるのである。
そのパターンを一度設定して運転すると、一次側の商用電源がOFFになっても記憶されており、電源回復後に同パターンでリスタートが掛かるのである。
1.コンビネーション:3〜8の点滅パターンの繰り返し
2.STEADY ON:全LEDが常時点灯
3.IN WAVES:波(ウェーブ)のように変速しながらの点滅
4.DOUBLE CHASING:回路ごとに変速しながらの点滅
5.CHASING/FLASH:回路ごとのフラッシュ点滅
6.CHASING/WAVING:回路ごとにゆっくりした調光点滅
7.SLWO GLO:1回路調光点灯・2回路調光点灯・全滅を変速しながらの繰り返し
8.SLOW FADE:全LEDがゆっくりした調光点滅
さらに、点灯制御手段として、人感センサの信号がONの場合、その時間範囲においてはT1からT2時間に移行するのをストップし、人感センサの信号がOFFに変わってから15秒後にT2時間に移行するように設定した。つまり、電飾の周囲に鑑賞する人がいる限り、電飾はON状態を維持されることを意味する。
ここで、多種多様なイルミネーションを実現するために、残光性レンズキャップの使用上の自由度について説明する。
上記の実施形態では、省エネ性能を優先するために、LED光源200個の全数にレンズキャップを装着したが、LED光源に対してある割合に制限することも可能である。例えば、赤色、黄色、ゴールド、緑色などのLEDを混載する電飾に対して、白色と青色のLEDの一部に残光性レンズキャップを装着してもよく、LEDの輝度を最大限に生かしつつ照明の装飾性を高めることができるのである。
インターバルタイマー機能を有するDC12Vの電源コントローラを新規に製作する。この場合、一組のON時間:T1とOFF時間:T2秒だけでなく、さらに2組のタイマーを設置しているのである。それらはON時間:T3とOFF時間:T4秒と、ON時間:T5とOFF時間:T6秒である。
加えて周囲光の明るさを感知する照度センサと焦電型赤外線人感センサを組み合わせ、LEDに対する電源供給の接続(ON)と遮断(OFF)を繰り返すインターバルタイマー機能を回路設計に組み込んで、残光性を有するLED光源を運転稼働させることができる。
図4(b)のLED点灯制御手段のタイムチャート示すように、LEDの通電パラメータを以下のように設定した。
I1=Imax×100%、△I12=1秒、T1=5.0秒、T2=10.0秒のインターバル駆動
夜2・・・照度センサON+人感センサOFFの場合
I2=Imax×67%、△I34=1秒、T3=5.0秒、T4=25.0秒のインターバル駆動
昼・・・照度センサOFFの場合
I3=Imax、△I56=1秒、T5=5.0秒、T6=99.9秒のインターバル駆動
なお、Ti=99.9秒、Ti+1=0.0秒に設定する場合に常時ON状態になり、反対にTi=0.0秒、Ti+1=999.9秒に設定する場合に常時OFF状態になることを意味する。
なお、そのインターバルタイマー機能は、電源コントローラの電気回路の仕様に負荷するようにした方がよい。
そのLEDの点灯・消灯を制御する電源コントローラの電気回路に、一定の時間間隔でDC12/24Vなどの低電圧直流電源となるLEDへの電源供給を、接続(ON)と遮断(OFF)を繰り返すインターバルタイマー機能として付与することで、OFF時間の間、LED光源のレンズキャップ部分が残光性を有する、つまり、その蓄光特性により十分な輝度を保持できるため、OFF時間の占める割合において消費電力削減の効果がある。
例えば、SMDの場合、LEDチップに対して黄色蛍光体を含有するシリコーン樹脂で封止するが、本実施形態の蓄光性材料組成物をそのポッティング材料中に所定量添加したり、LEDチップ上に載置されるシリコーンエラストマー製の蛍光体シート上に、接着又は固定するシリコーンレンズの樹脂材料中に添加することができるのである。
この場合、本実施形態の蓄光性材料組成物を含有するシート材料の成形加工方法に限定するのでなく、市販シート材料に蓄光性材料を含むインキを印刷しても同様の効果が得られる。
本発明の蓄光性材料組成物を電飾用LED光源について適用した例を示す。
電飾用のLEDは砲弾型で、日亜化学工業製の青色LED:NSPB510AS(順電流IF=20mA、順電圧VF=3.2V)を採用した。その標準の光度は4.7cdが規格値であり、レンズ形状は外形がΦ5、高さ7.3mmでエポキシ樹脂製である。
蓄光性材料として2種類のストロンチウムアルミナ酸化物(SrAl2O4:Eu,Dyを3.0質量%と、Sr4Al14O25:Eu,Dyを6.0質量%)の微粒粉末を合計で9質量%使用した。この混合物を東レ・ダウコーニング製のLED用シリコーンエラストマーの樹脂中に均質に混合し、本例の蓄光性材料組成物を得た。
得られた蓄光性材料組成物を用い、ゴム製レンズキャップを作製してLEDのレンズ外表面を被覆した。このレンズキャップは上記の第1実施形態に使用した。
蓄光性材料を表示機用LED光源について適用した例を示す。
表示機用のLEDは砲弾型で、日亜化学工業製の白色LED:NSPW500GS−K1(順電流IF=20mA、順電圧VF=3.1V)を採用した。その標準の光度は33cdが規格値であり、レンズ形状は外形がΦ5、高さ8.0mmでエポキシ樹脂製(一部蛍光体入り)である。
蓄光性材料として2種類のストロンチウムアルミナ酸化物(SrAl2O4:Eu,Dyを3.0質量%と、Sr4Al14O25:Eu,Dyを6.0質量%)の微粒粉末を合計で9質量%使用した。この混合物を東レ・ダウコーニング製のLED用シリコーンエラストマーの樹脂中に均質に混合し、本例の蓄光性材料組成物を得た。
一方、シリコーンエラストマー樹脂に代わり、1mm厚のPMMA(メタクリル)透明性樹脂シートを準備し、その表面に蓄光性材料をメジウムに分散して約12umの厚みでシルク印刷した。その蓄光板を表示機の表面に貼り合せた。なお、メジウムに分散する蓄光性材料は、2種類のストロンチウムアルミナ酸化物(SrAl2O4:Eu,Dyを16.0質量%と、Sr4Al14O25:Eu,Dyを34.0質量%)の微粒粉末をほぼ50質量%含有している。
上記の第2実施形態で説明したように、蓄光性材料を含有するシリコーンシート、蓄光性材料をビヒクルに分散して印刷したPMMA透明性樹脂板は、LED点灯時においては、透過材、拡散材として機能するが、消灯後は自発光して表示機の蓄光光源となる。
蓄光性材料を広告照明用LED光源について適用した例を示す。
実施例1及び2と同様の操作を繰り返し、本例の蓄光性材料組成物を得た。得られた蓄光性材料組成物を第3実施形態に適用した。
広告照明用のLEDは砲弾型で、日亜化学工業製の白色LED:NSPW510DS(順電流IF=20mA、順電圧VF=3.2V)を採用した。その標準の光度は6.1cdが規格値であり、レンズ形状は外形がΦ5、高さ7.3mmでエポキシ樹脂製(一部蛍光体入り)である。
光反射シートとして東レ製のルミラー(粘着剤付きの)E6SRを選択し、アルミニウム板材の表示側に貼り合せ、上記蓄光性材料組成物をビヒクル(希釈剤を含む透明インキ)に分散し、乳半板のPMMA基材に約10μmの厚さにシルク印刷し、その印刷面を表示側にして、光反射シートに重ねて取り付ける。その蓄光性反射板の前面に、インクジェットプリンタで印刷されたバックライトフィルムをデザインメディアとして設置した。
蓄光性材料を含有する蓄光反射板は、LED点灯時においては、反射材として機能するが、消灯後は自発光してバックライトフィルムの蓄光光源となる。
電力は有限のエネルギーであり、これから先の時代においても、極力、使用時の電力削減が強く求められる。蓄光材料は、自然エネルギー(太陽光)を最大限に利用する「潜在的な照明手段」になるであろうし、従来のLEDと組み合わせる照明のエネルギーを有効に活用する手段になりえる。先人が、『蛍雪』として重んじた“照明”を、改めて考え直す時代に直面している。
2 カップ部
3 Agペースト
4 Au線
5 カソードリードフレーム
6 アノードリードフレーム
7 黒色コード被覆部
11 LED光源
12 レンズ
13 蓄光性レンズキャップ
21 LED表示機
22 表示機の筐体
23 LED装着用貫通穴
24 蓄光シート
25 配線
31 広告照明機
32 蓄光性反射板
33 デザインメディア
34 LED照明ユニット
35 配線
上記蓄光性材料の平均粒径が1〜10μmであることを特徴とする。
上記の蓄光性材料組成物を含むことを特徴とする。
この砲弾型LEDレンズの外表面を被覆するレンズキャップとして機能する、ことを特徴とする。
平均粒径が10μmを超えると、44μm以上の粗大粒子の質量割合が3%となり、シリコーンエラストマーに分散させた成形体において、使用時に応力集中により破断することがある。平均粒径が5μmを超えると、10μm以上の粒子の質量割合が1%以上となり、インキ分散媒(ビヒクル)に混合して例えば10μmの厚みに印刷した表面はマット状となり、光沢と平滑性が保てないことがある。
市販品で購入できる最も微細なグレードは平均粒径が約3μmであるが、その粉体をアルコール溶液中に懸濁させ、ある程度の粗粒を沈降させてから、液体に浮遊する部分を濾過し、乾燥させて平均粒径1.3μmの超微細の蓄光性材料を抽出できる。これをインキ分散媒(ビヒクル)に混合して5μmの厚みに印刷した場合、所望の光沢と平滑性が得られ、蓄光特性も変化することなく良好な性能が得られる。
一般的には、超微細の蓄光性材料を使用する場合、歩留が低下したり、粉砕工程に時間が掛かったりして高価な材料となってしまう。
Claims (8)
- ストロンチウムアルミナ酸化物系の蓄光性材料と、有機分散媒を含むことを特徴とする蓄光性材料組成物。
- 更に、光拡散材、蛍光材、着色材、撥水剤、柔軟性調整剤、粘度調整剤及び分散助剤から成る群より選ばれた少なくとも1種の機能性添加剤を含むことを特徴とする請求項1に記載の蓄光性材料組成物。
- 上記ストロンチウムアルミナ酸化物系の蓄光性材料が、賦活剤としてユウロピウム(Eu)とジスプロシウム(Dy)を含有するSrAl2O4及び/又はEuとDyを含有するSr4Al14O25であることを特徴とする請求項1又は2に記載の蓄光性材料組成物。
- 上記有機溶媒がシリコーンエラストマーであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つの項に記載の蓄光性材料組成物。
- LED光源を直接又は間接的に被覆ないしは覆うLED光源用のエンベロープ部材であって、
請求項1〜4のいずれか1つの項に記載の蓄光性材料組成物を含むことを特徴とするLED光源用エンベロープ部材。 - 上記蓄光性材料組成物の有機分散媒がシリコーンエラストマーであり、且つ上記LED光源が砲弾型LEDレンズを有し、
この砲弾型LEDレンズの外表面を被覆するレンズキャップとして機能する、ことを特徴とする請求項5に記載のLED光源用エンベロープ部材。 - シート形状を有し、上記蓄光性材料組成物を、含むか又はその表面の少なくとも一部に被覆して成ることを特徴とする請求項5に記載のLED光源用エンベロープ部材。
- 請求項5〜7のいずれか1つの項に記載のLED光源用エンベロープ部材と、
交流の商用電源を整流化、低電圧変換し、一定の時間間隔でLEDに給電するために出力側の接続(ON)・遮断(OFF)を繰り返す、か又は上記電源と現在使用中の電源アダプタ(定電圧の電流発生器)の入力側に一定の時間間隔で接続(ON)・遮断(OFF)を繰り返す、インターバルタイマー機能を有する電源コントローラと、を備えることを特徴とするLED光源用残光性照明装置。
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