JP4540256B2 - 光源用透光性被覆部材およびその被覆部材を備えた光源 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タングステンランプや発光ダイオード（以下、ＬＥＤという）等の光源の色調や発光波長を変換するために、光源の発光側に配置されるフィルターやキャップ等の透光性の被覆部材、及び被覆部材を備えた光源に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、色調の異なる光を得る場合は、光源の光にフィルターをかけて行うか赤色ＬＥＤチップ、緑色ＬＥＤチップ、青色ＬＥＤチップを組み合わせる。また、最近は、３８０ｎｍ発光の紫外ＬＥＤを用いて、赤色、緑色、青色発光の蛍光体を用いて様々な色調の光を得ることが提案されている。光源の前面にフィルターを置く形のものは、光吸収材、光蛍光材などをガラスや、高分子の媒体などに分散したもの、基板に塗布したりしたものを配置する。構成としては、最も単純なもので、低コストで作製できる。無機系蛍光体や顔料を用いたもので、これを樹脂、ゴムに分散させたものが一部実用化されている。
【０００３】
しかし、用いる樹脂、ゴムにより顔料、蛍光体の安定性が異なる。有機系の顔料、蛍光体の分子、粒子は特に、樹脂やゴム内で動きやすく、温度や湿度などの環境変化により、容易に表面に析出してしまう場合がある。特に、ゴムを用いた場合、また分散するものとして、分子状に分散されている染料などは、特に、動きやすく、表面に析出しやすい。分散に用いられる樹脂やゴムとしては、透光性や分散のしやすさ、耐光性などの特性より、シロキサンゴム、アクリル樹脂あるいはこれらを主体とした混合物が用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べてきたように、波長変換や色調変化を目的として、光源の発光側の位置に光吸収体や蛍光体が樹脂中に分散された方法では、特に有機蛍光体や顔料、染料を用いた場合、有機蛍光体や顔料、染料などの分子や粒子が分散膜中や基板中に移動したりして特性が劣化してしまう。特に染料は、高分子材料中に分散した場合、表面に析出しやすい。分散した染料を樹脂やゴム中に固定化のために、顔料や染料と高分子に互いに反応するような反応基を設けて、反応させる方法も提案されているが、顔料や染料の光特性が変化してしまったりして、再現性よく作製するのがむずかしい。一般に、有機系顔料、染料、特に染料は、寿命、安定性などが悪いとされており、樹脂、ゴム中に分散されているものが、時間が経過するに応じて表面に析出してしまう現象が出る。
【０００５】
本発明は、上記した従来の技術が有する問題点に鑑みてなされたもので、蛍光体、顔料、染料などの表面析出現象が非常に少なく、長期に亘って安定した色調、波長変換が維持される信頼性のある光源用透光性被覆材を提供することを目的とする。また、他の目的は長期に亘って安定した色調、波長変換が維持できる被覆材を備えた光源を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成する為に、本発明の光源用透光性被覆部材は、光源の発光側を被い透光性を有する被覆部材であって、前記光源の表面に密着可能なゴム材料からなり、内部に蛍光体，顔料又は染料が分散された被覆材と、前記被覆材の表面に形成され前記被覆材と前記光源の表面との間に介在して、前記蛍光体，顔料又は染料の析出を抑制する表面薄膜とを備えることを特徴とする。上記被覆部材の形態としては、フィルターの場合はシート状、発光ダイオードの表面に被せるキャップ形態等、何れでもよい。薄膜を作製する条件としては、被覆材を構成するゴムの変形が膜質に悪影響しない条件、あるいは顔料や蛍光体粉末の性質が変化しない条件で製膜をする。例えば、熱に関しては、常温での製膜で付着性が良好なものであることが望ましい。一般的な蒸着法により、金属を蒸着した場合は、ゴムとの付着性が弱く、蒸着膜がゴムの変形等により簡単に剥離してしまう。そのために、薄膜材料と薄膜を作製する方法は、高分子材料、ゴム材料等に応じて選択しなければならない。
【０００７】
本発明で使用する薄膜形成材料としては、金属酸化物、金属窒化物、芳香族系有機化合物が好適である（請求項２、３）。その薄膜の製法としては、蒸着法、スパッター法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法等が使用可能である。金属酸化物、金属窒化物、有機芳香族化合物の薄膜は、ゴムとの付着強度が強く、多少のゴムの変形があっても、薄膜が破壊することが少なく、薬液に対する溶出現象も少ないなど耐環境性が高い。薄膜の製法としては、薄膜がゴムの表面の凹凸の大小に関わらず、狭い空間に、膜が形成されやすいのは、蒸着法よりは、スパッター法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法である。薄膜材料として、望ましい金属酸化物としては、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｓｎの酸化物である（請求項５）。金属窒化物としては、Ａｌ、Ｔｉ、Ｓｉの窒化物である（請求項６）。金属フッ化物としては、Ｃａ、Ｍｇの化合物が挙げられる（請求項７）。芳香環、複素環を有する有機化合物としては、フタロシアニン系、ポリフィリン系化合物、ポリパラキシリレン系化合物などである。
【０００８】
薄膜の効果的な膜厚は、物質によるが、０．０１μｍから１．０μｍ程度である（請求項８）。膜厚、製膜条件によっては、薄膜がひび割れしたり、剥離現象が生じてしまう。従って、使用する高分子材料、ゴムにより薄膜材料、薄膜製法、特に表面処理法での薄膜材料は一般的にシラン化合物の表面上では、良好な成膜性を有する。従って、予め、シラン化合物などで表面処理等を行っておくことは、目的上、効果的である。
【０００９】
又、顔料や蛍光体粉末の表面に予め薄膜を設けた後、これを被覆材の材料に分散して被覆材を形成してもよい（請求項９）。分散する顔料、蛍光体の粉末の表面に予め表面処理として薄膜を設けると高分子材料やゴム中での分散状態の安定がよくなる。特に、顔料や蛍光体と分散するゴムとのぬれ性などが悪い時に、効果的である。また、表面特に凹凸が激しい場合、いいかえれば、比表面積が大きい場合に、顔料や蛍光体の表面への析出現象の低減に効果的である。
【００１０】
本発明で被覆材に使用するゴムはシリコーン系ゴムなどを用いることができる。又、本発明の被覆材が使用対象とする光源としては、通常のタングステンランプ、ＬＥＤランプなどが挙げられる。顔料や蛍光体を含有した被覆材が、キャップ状の時は、ＬＥＤに組み合わせればよい。シート状の時は、そのシート物を光源の表面に設置すればよい。
【００１１】
本発明の光源用透光性被覆部材は、光源の発光側の位置に設ける、波長変換、色調変換を目的とした、蛍光体、顔料、染料を混入したゴムからなる被覆材（シートあるいはキャップ）の表面に、スパッター法、蒸着法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法のいずれかの方法で、有機又は無機の薄膜を設けたものであり、それにより、外部環境からの水分などの影響を抑え、被覆材表面へ蛍光体、顔料、染料等が析出するのを抑制し、色調の種類の増大、色ずれの少ない信頼性の高い照明装置の提供が可能となる。
【００１２】
そして、前記薄膜として金属酸化物、金属窒化物、金属フッ化物（請求項２）、或いは芳香族系有機化合物、複素環有機化合物（請求項３）、ポリマー構造の主鎖に芳香族を含む高分子化合物であり、ポリパラキシリレン（請求項４）とした場合は、ゴムとの付着強度が強く、多少のゴムの変形により、薄膜が破壊することが少なく、薬液に対する溶出現象も少なく、耐環境性に優れた信頼性の向上した照明装置の提供が可能となる。
【００１３】
又、前記薄膜の膜厚を、０．０１μｍ〜１．０μｍの範囲（請求項８）とすることで、薄膜がひび割れしたり、剥離するのを防止できる。更に、光源の発光側の位置に設けられ被覆材に混入する顔料あるいは蛍光体粉末の表面に、予めスパッター法、蒸着法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法のいずれかの方法で、有機又は無機の薄膜を設けた後、これを被覆材を構成するゴム材に分散をさせた場合（請求項９）は、請求項１と同様、信頼性などの特性の向上が図られた照明装置の提供が可能となる。また、表面に薄膜を設けた被覆材を発光側に配置した光源（請求項１０）は、長期に亘って安定した色調変換を維持することが出来る。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。図１は、光源がリードタイプの発光ダイオード（ＬＥＤ）である光源を示し、図中、１はリードタイプの発光ダイオードからなる光源、２は前記光源１の表面に被着したキャップ形態の被覆材、３は前記被覆材２の外側表面及び内側表面に被着形成した薄膜である。光源１の発光ダイオードは今日周知のもので、赤色ＬＥＤチップ、緑色ＬＥＤチップ、青色ＬＥＤチップ、或いは３８０ｎｍ発光の紫外ＬＥＤチップ等が用いられる。
【００１５】
被覆材２は、耐熱性、透明性に優れたシリコーンゴムを素材とし、これに色調変化や波長変換を目的として蛍光体、顔料、染料を混合し、前記した光源１に被せることが出来るキャップ形状に形成されている。素材のシリコーンゴムに添加する蛍光体は、Ｙ（イットリウム）がＧｄ（ガドリニウム）で置換されたイットリウム・アルミニウム酸化物で、一般式（Ｙ、Ｇｄ）₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅで表される蛍光体を使用する。又、素材のシリコーンゴムに添加する蛍光体、顔料、染料の量は適宜決定する。
【００１６】
上記被覆材２の外側表面及び内側表面に被着形成する薄膜３は、金属酸化物、金属窒化物、金属フッ化物、芳香族系有機化合物、複素環有機化合物、或いはポリマー構造の主鎖に芳香族を含む高分子化合物であり、ポリパラキシリレンから作製されるもので、前記した被覆材２に応じて適宜選択される。金属酸化物としては、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｉｎ、Sｎの酸化物から選択し、金属窒化物としては、Ａｌ、Ｔｉ、Ｓｉの窒化物から選択し、金属フッ化物としてはＣａ、Ｍｇ化合物から選択使用する。芳香環、複素環を有する有機化合物としては、フタロシアニン系、ポリフィリン系化合物、ポリパラキシリレン系化合物を使用する。
【００１７】
上記薄膜形成材料は被覆材２の材料に応じて選択し、その選択した材料による薄膜形成は、その材料と被覆材との組み合わせによって蒸着法、スパッター法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法から最適な方法を選択して製膜する。又、薄膜３の膜厚は薄膜形成材料によるが、０．０１μｍから１．０μｍ程度が効果的である。
【００１８】
図２は、請求項９に対応する実施の形態を示し、被覆材２のシリコーンゴム中に添加混合する顔料、蛍光体の粉末４の表面を、前記した薄膜３の製法と同様の方法、即ち、蒸着法、スパッター法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ法から最適な方法を選択して薄膜５でコーティングし、表面を薄膜５でコーティングした顔料、蛍光体の粉末４を被覆材の材料中に混合して、被覆材６をキャップ形状に形成したものである。尚、図１に示した部材と同じ部材は同一の符号を付し、説明を省略する。
【００１９】
【実施例】
以下に、本発明の実施例を示す。
（実施例１）被覆材はシリコ−ンゴムを用い、これに添加する染料として林原生物化学研究所製のスチリル色素、シアニン色素、メロシアニン色素、顔料としてはバイエル社製アゾ顔料、ペリレン顔料を用いた。又、有機蛍光体としては、林原生物化学研究所製クマリン系色素を用いた。染料や前記の有機顔料は、被覆材に対して０．５重量％を均一に添加して成形し、この被覆材について信頼性試験を行った。信頼性試験の内容は、８０℃で恒温放置し、被覆材表面の変化を測定する。表面に薄膜をコーティング処理しない場合の被覆材は、８０℃で恒温放置をすると、染料、顔料は１日以内で被覆材の表面に析出してしまい、被覆材内部には、染料、顔料が存在しなくなってしまう。一方、上記構造の被覆材の外側表面及び内側表面に薄膜として、ＡｌＮ膜、ＳｉＯ₂膜はスパッター法で、ポリパラキシリレンをＣＶＤ法で厚み１．０μｍを形成し、これを同様に８０℃下に恒温放置試験を行った。表面に薄膜を形成したものは、１ヶ月放置しても、染料、顔料は表面に析出せず、何の変化も見られなかった。
【００２０】
（実施例２）
又、バイエル社製のペリレン顔料を前記と同様にシリコーンゴムに１重量％を分散したものに、薄膜としてＭｇＦ₂、ＣａＦ₂を膜厚０．５μｍで蒸着形成した。これを８０℃下に恒温放置したところ、前記実施例１の薄膜を形成したものと同様、初期からの特別な劣化現象は観察されなかった。
【００２１】
（実施例３）
前記の染料を同様に、シリコーンゴムに０．２重量％を分散して被覆材を形成し、その被覆材の表面に薄膜としてＳｉＯ₂膜を２．０μｍほどの厚みで形成した。これを同様に８０℃で、恒温放置試験を行った。この場合、被覆材がシリコーンゴム以外の樹脂の場合、薄膜のＳｉＯ₂膜にクラックが生じやすく、一週間内で染料が表面に析出し、飛散してしまう現象が見られた。しかし、被覆材がシリコーンゴムの場合は、クラック現象は見られるが、試験結果としては、大きな変化もなく良好であった。
【００２２】
（実施例４）
前記の赤系のペリレン顔料を、同様にシリコーンゴムに０．２重量％分散して被覆材を形成し、その被覆材の表面に薄膜としてポリスルホン、ポリエーテルスルホンを、それぞれ膜厚１．０μｍに蒸着法で作製した。これを、同様に、８０℃で、恒温放置試験を行った。その結果、顔料の表面析出現象は見られなかった。
【００２３】
（実施例５）
前記した実施例１〜４に記載した被覆材を、タングステンランプ、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の光源の前面に設置して、連続点灯の信頼性実験を行ったところ、被覆材の表面に薄膜を形成していないものは、８０℃放置試験の場合と同様に、一週間以内で劣化してしまい、着色光あるいは発光色の色が褪せて、なくなってしまった。他方、被覆材の表面に薄膜を形成したものは、一ヶ月間たっても何の劣化現象も見られず、安定した着色、発光が維持された。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の光源用透光性被覆部材は、被覆材中に分散された顔料、染料、蛍光体が被覆材の表面に析出する現象を抑制でき、それにより長期に亘って安定した色調、波長変換を維持でき、安定した着色、発光が可能な信頼性のある照明装置（光源）を提供できる。又、被覆材の表面に形成する薄膜の膜厚を、０．０１μｍ〜１．０μｍとした場合は、上記薄膜のひび割れ、剥離現象を防止することができる。更に、被覆材に分散する顔料、蛍光体の表面に予め表面処理として薄膜を形成することで、被覆材を構成するゴム材中での分散状態が安定し、被覆材表面への析出現象の低減に効果的に作用し、安定した着色、発光が可能な信頼性のある光源を提供できる。従って、有機顔料、染料が実用可能となると共に、用いられる有機材料の多様性により、光源の波長変換や色調変化を幅広く、様々に効率よく実現できる。因って、光源（照明装置）としても特徴のあるものを提供することが可能となる。

Claims (10)

1. 光源の発光側を被い透光性を有する被覆部材であって、
   前記光源の表面に密着可能なゴム材料からなり、内部に蛍光体，顔料又は染料が分散された被覆材と、
   前記被覆材の表面に形成され前記被覆材と前記光源の表面との間に介在して、前記蛍光体，顔料又は染料の析出を抑制する表面薄膜とを備えることを特徴とする光源用透光性被覆部材。
2. 前記表面薄膜が、金属酸化物、金属窒化物、あるいは金属フッ化物の何れかであることを特徴とする請求項１に記載の光源用透光性被覆部材。
3. 前記表面薄膜が、芳香族系有機化合物、或いは複素環有機化合物から作製されることを特徴とする請求項１に記載の光源用透光性被覆部材。
4. 前記表面薄膜が、ポリマー構造の主鎖に芳香族を含む高分子化合物であり、ポリパラキシリレンから作製されることを特徴とする請求項１に記載の光源用透光性被覆部材。
5. 前記金属酸化物が、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｉｎ、Sｎの酸化物から選ばれることを特徴とする請求項２に記載の光源用透光性被覆部材。
6. 前記金属窒化物が、Ａｌ、Ｔｉ、Ｓｉの窒化物から選ばれることを特徴とする請求項２に記載の光源用透光性被覆部材。
7. 前記金属フッ化物が、Ｃａ、Ｍｇのフッ化物から選ばれることを特徴とする請求項２に記載の光源用透光性被覆部材。
8. 前記表面薄膜の膜厚が０．０１μｍ〜１．０μｍの範囲である請求項１乃至７の何れか１項に記載の光源用透光性被覆部材。
9. 光源の発光側を被い透光性を有する被覆部材であって、
   前記光源の表面に密着可能なゴム材料からなり、内部に蛍光体，顔料又は染料が分散された被覆材と、
   前記蛍光体，顔料又は染料の表面に形成され前記蛍光体，顔料又は染料の析出を抑制する表面薄膜とを備えることを特徴とする光源用透光性被覆部材。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載された光源用透光性被覆部材が被覆された光源。

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