JPWO2004097294A1 - 発光面体構造体 - Google Patents

Abstract

紫外線または近紫外線を放射するＬＥＤ（発光ダイオード）光源とその前面側に配置され面体とを有し、面体は、蛍光体および蓄光体のうちの１種以上とともに光透過性の無機質粒子を分散含有する光透過性の樹脂成形体であることを特徴とする発光面体構造とする。

Description

この出願の発明は、発光面体溝造体に関するものである。さらに詳しくは、この出願の発明は、紫外線を発する光源による内照式の発光面体構造体であって、外部から光源の存在が視認されず、効率的な面発光が可能とされ、さらには、光源の照射停止時にも発光が可能である、薄型の新しい発光面体構造体に関するものである。

従来より、紫外線を発する蛍光ライト（ブラックライト）による紫外線の照射で、樹脂やガラス等の透明体に含有させた発光体、あるいは蓄光体で面発光させるようにした発光面体構造が知られており、各種の標識や看板、案内プレート等として応用されている。
これらの従来のブラックライト照射による発光面体構造は、ほとんどのものが、外照式、つまり、蛍光体あるいは蓄光体に紫外線を照射するブラックライトの配置側に発光させる方式を採用している。しかし、この外照式の構造の場合には、光源としてのブラックライトの存在が視認されることになり、また、このブラックライトの配置上の制約があるため、発光面体の応用は極めて限られたものとなっていた。
このような事情から、近年では、光源が発光照明する側とは逆の位置に、つまり、発光面体の後方に配置するようにした内照式のものが検討され、これまでにも種々のものが提案されている。たとえば、透明性合成樹脂に蛍光染料を含有させ、ＵＶランプ（ブラックライト）により紫外線を照射するようにした内照式の視線誘導標（文献１）等が提案されている。
ただ、この内照式の場合には、たとえば図４に示したように、通常、外径が１６ｍｍ以上の蛍光管（１）（ブラックライト）を用いることから、反射板（２）を設けた場合でも、発光面体（３）を均一に面発光させるためには距離が必要であって、最低でも総厚み（Ｌ）として１００ｍｍ以上が必要とされていた。このため、どうしても厚みのある発光面体構造となってしまう。しかもまた、内照式の場合には、発光面体が母材として透明性であるため、発光面体の背後にブラックライトが存在することが外部から視認されてしまい、意匠性は良好ではなかった。このような理由から、ブラックライトを用いる内照式発光面体構造については、その応用には構造上の大きな制約があった。
そこで、より薄型、小型の構造とするために、光源として、発光ダイオードを用いることも提案されている。たとえば、蛍光体をシリコーン樹脂中に分散させた発光面体と発光ダイオードとにより発光装置を構成すること（文献２）や、ＧａＮ系半導体レーザを光源として、樹脂やガラスに蛍光体を分散させた発光面体を紫外線により発光させるようにした内照式の構造（文献３）が提案されている。
確かに、このような発光ダイオードを用いる場合には、ブラックライトに比べてはるかに小型の光源であることから、薄型の面発光体の構成が可能とされる。しかしながら、一方で、発光ダイオードは発光の指向性が大きいため、少数の光源では、面発光というよりは、どうしても発光体面積の小さい点発光性が強いものとなり、より大きな面積の発光面体を実現することが必ずしも容易ではないという問題がある。しかも、これまでに提案されている発光ダイオード光源を用い発光面体構造では、樹脂やガラスという透明性の母材からなる発光面体を用いることから、光源の発光ダイオードの存在が外部より透視されてしまうという問題が依然として解決されないでいた。
そこで、この出願の発明は、上記の問題点を解消し、紫外線を発する光源による内照式の発光面体構造体であって、より大きな面積の発光面体での効率的な発光が可能であり、しかも光源の存在が外部からの透視により視認されることもない、より薄型の、新しい発光面体構造体を提供することを課題としている。
文献
１：特開２００１−２６９１４号公報
２：特開２０００−２０８８１８号公報
３：特開２０００−１７４３４６号公報

この出願の発明は、上記の課題を解決するものとして、第１には、紫外線または近紫外線を放射するＬＥＤ（発光ダイオード）光源とその前面側に配置された面体を有し、面体は、蛍光体および蓄光体のうちの１種以上とともに光透過性の無機質粒子を分散含有する光透過性の樹脂成形体であることを特徴とする発光面体構造体を提供する。
第２には、光透過性の樹脂成形体からなる面体には、３０ｗｔ％以下の範囲で蛍光体および蓄光体のうちの１種以上が含有されていることを特徴とする発光面体構造体を、第３には、光透過性の樹脂成形体からなる面体には、１０ｗｔ％以上の光透過性の無機質粒子が含有されていることを特徴とする発光面体構造体を、第４には、面体の樹脂成形体には着色顔料が含有されていることを特徴とする発光面体構造体を、第５には、面体の樹脂成形体に含有される光透過性の無機質粒子は、その大きさが１８０μｍ〜９．５ｍｍの細粒成分と１８０μｍアンダーの微粒成分とにより構成されていることを特徴とする発光面体構造体を、第６には、細粒成分の重量（Ｗ１）と微粒成分の重量（Ｗ２）との比が、Ｗ１／Ｗ２＝１／５〜８／１の範囲であることを特徴とする発光面体構造体を提供する。
また、この出願の発明は、第７には、ＬＥＤ光源の背後および側部の少くともいずれかに反射板部を有していることを特徴とする上記いずれかの発光面体構造体を、第８には、ＬＥＤ光源が面体に一体埋設されていることを特徴とする発光面体構造体を、第９には、ＬＥＤ光源が埋設された光透過性の樹脂成形体が、光透過性の樹脂成形体の面体の背面に当接配置されていることを特徴とする発光面体構造体を、第１０には、面体表面からの前後厚みが５０ｍｍ以下であることを特徴とする発光面体構造体を、第１１には、ＬＥＤ光源が光拡散型紫外線ＬＥＤであることを特徴とする発光面体構造体を提供する。
以上のとおりのこの出願の発明においては、紫外線または近紫外線を放射するＬＥＤ（発光ダイオード）を光源とし、しかも、発光面体は、光透過性の樹脂と蛍光体および蓄光体のうちの１種以上とともに、光透過性の無機質粒子を分散含有させた成形体とすることから、この光透過性の無機質粒子の光拡散（散乱）作用によって、少ない数の上記ＬＥＤの配置によってもより大きな面積の面発光を効率的に可能とする。そして、この出願の発明においての顕著な効果として、光源ＬＥＤの存在は外部からは透視によっては視認できないという顕著な効果が実現される。
さらには、蓄光体を含有させる場合には、ＬＥＤによる紫外線照射を停止した場合であっても面発光が可能とされる。

図１は、この出願の発明の発光面体構造体についての実施形態を例示した側断面図である。
図２は、ＬＥＤ光源の千鳥配置について例示した側面図（ａ）と平面配置図（ｂ）である。
図３は、この出願の発明の発光面体構造体について他の実施形態を例示した側断面図である。
図４は、従来のブラックライトを使用した内照式の発光面体構造を例示した側断面図である。
なお、図中の符号は次のものを示す。
１ 蛍光管（ブラックライト）
２ 反射面
３ 発光面体
１１ ＬＥＤ
１２ 反射板
１３ 発光面体
１４ 樹脂成形体

この出願の発明は上記のとおりの特徴をもつものであるが、以下にその実施の形態について説明する。
まず、この出願の発明において特徴的な発光面体の構成について説明すると、この発光面体の成形体に含有させる蛍光体については、無機化合物もしくは有機化合物であってよく、無機化合物としては、アルミニウム、カルシウム、バリウム、マグネシウム、亜鉛、カドミウム、ストロンチウム等の金属の酸化物や硫化物等に重金属やユーロピウム等の希土類酸化物等を活性化剤として添加したものが例示される。また、有機化合物としては、いわゆる蛍光染料が用いられる。たとえば、フルオレセイン、ローダミン、エオシン、ピラミジン、ナフタルイミド、ペリレン等が例示される。
これらの蛍光体は、１種以上のものが混合して用いられてもよい。
また、蓄光体としては、上記と同様の金属の酸化物、たとえばアルミン酸ストロンチウム等に、重金属やユーロピウム等の希土類酸化物等を活性化剤として添加したもの等が用いられる。
蛍光体、そして蓄光体として無機化合物を用いる場合には、その粒子径は、一般的には１８０μｍ（ＪＩＳ規格、以下同様である）アンダー、さらには１５０μｍアンダーのものとすることが好ましい。
蛍光体と蓄光体は、発光面体の目的、用途に対応して各々、その１種以上のものを混合して配合してもよい。
また、発光面体を構成するマトリックス材としての光透過性の樹脂としては、たとえば一般的には、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等のメタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、スチレン樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂等の各種のものから、発光面体の目的、用途に応じて、耐光性、耐水性、耐熱性、強度、耐摩耗性、成形性、透光性等の特性を考慮して選択されてよい。
そして、発光面体に含有される光透過性の無機質粒子については、石英系天然石の粉砕品やガラス粉、水酸化アルミニウム等の各種のものであってよい。これらは特有の色調を有していてもよい。
これらの光透過性の無機質粒子は、好ましくは、その粒径が１８０μｍ〜９．５ｍｍの細粒成分と１８０μｍアンダーの微粒成分とによって構成されることが例示される。このような粒径の異なる群を設定することは、発光面体の強度を向上させ、かつ、光拡散（散乱）の効果をより大きなものとすることに有効である。
１８０μｍアンダーの微粒成分については、蛍光体や蓄光体を無機化合物粒子とする場合には、これら粒子を一部または全部に用いるようにすることもできる。
細粒成分（Ｗ１）と微粒成分（Ｗ２）との比率については、重量比としてはＷ１／Ｗ２＝１／５〜８／１とするのが好適である。
この出願の発明における発光面体は、以上のような基本、組成として、重量比は、
蛍光体、蓄光体（Ａ）
光透過性無機質粒子（Ｗ＝Ｗ１＋Ｗ２）（Ｂ）
樹脂（Ｃ）
の組成において、一般的に好ましくは、
Ａ：３０ｗｔ％以下
Ｂ：１０ｗｔ％以上
Ｃ：７〜６０ｗｔ％
とすることが考慮される。より好適には、蛍光体と蓄光体の少くとも１種（Ａ）については、０．１〜３０ｗｔ％、光透過性無機質粒子（Ｂ）については１０〜９２．９ｗｔ％の範囲が考慮される。なお、樹脂（Ｃ）の割合を小さくする場合には、天然石調の人造石材としての特徴が強くなる。
そして、この出願の発明の発光面体については、上記の光透過性無機質粒子以外に、部分的配合成分として、かんらん石、長石、輝石、雲母等の鉱物や、花崗岩、変成岩等の天然石、陶磁器、ガラス、金属等からの適宜な無機質粒子が用いられてもよい。
微粒成分についても同様である。天然又は人造の各種の微粒成分が挙げられる。たとえば炭酸カルシウム、水、酸化アルミニウム等は得やすい配合成分である。
また、この微粒成分に加えて、色調の調整のための二酸化マンガン、二酸化チタン、珪酸ジルコニウム、酸化鉄等の各種の無機顔料成分や、難燃性付与のための三酸化アンチモン、ホウ素化合物、臭素化合物等の成分を添加配合してもよい。
色調の調整のためには、樹脂成分に、アゾ系、フタロシアニン系等の有機顔料や染料を配合してもよい。
この出願の発明の発光面体は、面発光体として機能させ、これを応用する限りにおいて、平板状、円筒状、あるいは曲面状、波状等の各種の形態を有していてもよい。このための成形は、各種態様で可能であって、板状体、円筒体等の各種の形状に、注型成形、圧縮成形等により実施される。
たとえば圧縮成形においては、水平型枠としての下受型に、蛍光体また蓄光体、無機質粒子および樹脂成分を予め成形完了後の組成において必要な量だけ配合して混練した材料（配合材料）を投入し、上型を合わせ、これを３０〜１０００Ｎ／ｃｍ^２の面圧で押圧して圧縮成形を行うものである。そしてこの成形においては、圧縮時に、概略９０〜１４０℃の温度に５〜２０分間程度加熱する。
また、この加熱しながらの圧縮成形においては、圧力とともに型枠に振動を加え、型枠内の上記混合材料の流動性を良くすることもできる。
このような圧縮成形による方法は、平板成形品のように比較的単純な形状の成形法として量産効果を発揮し、また、材料のロスがほとんどないため経済性にも優れたものである。
そして、この発明においては、成形後の成形体表面に加工を施し、無機質粒子のうちの前記の細粒成分が表面部に露出するようにしてもよい。
このための方法としては、まず、樹脂成分の選択的除去法が採用される。すなわち、たとえば、成形型から脱型した後に、成形品の表面に高圧水を噴出させて地肌面加工を施すことが有効である。
この加工は、厚みや、ノズルとの距離、加工形態等の種々の条件によって異なるので限定的ではないが、通常は、２〜２０ｃｍの厚みの場合、２〜１０ｃｍ程度のノズルの高さからは、５００〜８０００Ｎ／ｃｍ^２程度の水圧とすることができる。この圧力は、自然石を対象とする場合に比べて、より低い水圧条件となる。
つまり、樹脂分の存在によって、より容易に、高品位での加工が可能となるためである。
高圧水の噴出のためのノズルやそのシステムについては特に制限はない。各種のものが採用される。
この地肌面加工によって、ウォータージェットによる平坦化、あるい粗面化が実現され、深みのある質感を持った人造石が製造される。
樹脂成分の存在によって、表面が白濁することもなく、また、薬品を用いるエッチング方法に比べて、廃液の処理も容易となる。
もちろん、必要に応じて、表面部を有機溶剤によって処理し、樹脂成分を軟化もしくは溶融させて部分除去することもできる。
この場合の有機溶媒としては、使用する樹脂成分に対応して選択すればよく、たとえば、塩化エチレン、塩化メチレン、クロロホルム等のハロゲン化炭化水素、無水酢酸、酢酸エチル、酢酸ブチル等のカルボン酸やそのエステル化合物、あるいはアセトン、テトラヒドロフラン、ＤＭＦ、ＤＭＳＯ等が例示される。
成形体はこれらの有機溶媒に浸漬するか、あるいはこれら有機溶媒をスプレーもしくは流下させ、軟化もしくは溶融した樹脂成分を表面部から取除くことで表面凹凸を形成することができる。
あるいはまた、ワイヤーブラシ、切削手段等によって硬度の低い樹脂成分を表面部よりかき取るようにして凹凸を形成してもよい。
以上の各種手段によって粗面化し、地肌面加工を施した後に、前記した通り、表面を研磨することにより、表面の細粒成分の被覆層を部分的に破り、この被覆層と細粒成分の粒子とが断面として製品の表面部に露出させる。これによって、独特の深みと艶のある表面質感が実現される。これは光の独特の反射現象に帰因するものである。
表面研磨のための手段には特に限定はなく、研石、研磨布、研磨ベルトなどの工具を用いて、あるいは、バフ研磨剤、ラビングコンパウンド等の研磨剤を用いて実施することができる。
研磨材としては、研磨作用を主とするダイヤモンド、炭化ホウ素、コランダム、アルミナ、ジルコニアや、琢磨作用を主とするトリポリ、ドロマイト、アルミナ、酸化クロム、酸化セリウム等が適宜に使用される。
もちろん、このような研磨を施した後に、表面部をさらに粗面化し、凹凸を形成してもよい。
また、この出願の発明の発光面体においては、上記のとおりの面体の複数のものを積層してもよいし、さらには、透光性の樹脂板、ガラス板等と積層してもよい。また、上記のとおりの発光面体については、その厚みは一般的には４０ｍｍ以下が好適であるが、実際的には３０ｍｍ以下、さらには、１〜１０ｍｍ程度のものが好ましい。過度に厚みのあるものは紫外線の透過による発光が弱くなり、コストの上昇等の点から好ましくない。
紫外線または近紫外線を放射するＬＥＤ（発光ダイオード）については各種のものが考慮されてよいが、たとえばＧａＮ半導体レーザや紫外線拡散型のＬＥＤ等が好適なものとして例示される。
そして、この出願の発明の発光面体構造体では、ＬＥＤ光源の背後および側部の少くともいずれかに反射板部を有していることを好ましい実施形態の一つとして例示される。この構造においては、たとえば図１に例示したように、光源としての前記のＬＥＤ（発光ダイオード）（１１）と発光面体（１３）を基本的に具備し、実際的には反射板（１２）を有するものとすることができる。反射板（１２）を備えている場合、あるいは備えていない場合のいずれにおいても、構造全体としての発光面体（１３）表面からの前後厚み（Ｌ）は従来に比べてはるかに薄くすることができ、たとえば、５０ｍｍ以下とする。
発光面体（１３）の面積に対して、前記のＬＥＤ（１１）をどの程度の数を配置するかは、発光面体（１３）の組成とその厚み、ＬＥＤ（１１）の種類と発光・拡散特性、そして発光面体（１３）との間の距離（１）を主に考慮して決めることができる。たとえば、ＬＥＤ（１１）の配置個数については、たとえば図２に例示したように、千鳥配列において、光拡散型ＬＥＤの場合、拡散角度（α）を１００°とした場合には、一般的には、ｌ＝３０ｍｍと仮定すると、ｍ＝６０ｍｍであれば均一な発光が得られる。ｌ＜２５ｍｍでは発光ムラが生じ、ｍ＜５０ｍｍでも同様に発光ムラが生じやすくなる。
また、この出願の発明においては、その実施形態の一つとして図３のような構造も例示される。この構造においては、光透過性の無機質粒子を分散含有する光透過性の樹脂成形体である発光面体（１３）の背面側に、ＬＥＤ（１１）光源が埋設された光透過性の樹脂成形体（１４）を当接配置している。この構造では光透過性の樹脂成形体（１４）によって、ＬＥＤ（１１）の配設とその位置を安定に保つことができる。もちろん、この構造においても、図１の例のように、さらに反射板（１２）を設けてもよい。
ＬＥＤ（１１）を埋設する光透過性の樹脂成形体（１４）については、発光面体（１３）を構成する前記のとおりの光透過性の樹脂と同じもの、あるいはこれと類似のもの等の各種のものであってよい。
そこで以下に実施例を示し、さらに詳しくこの出願の発明について説明する。もちろん、以下の例によって発明が限定されることはない。

表１の組成による２種の蛍光発光面体（厚み３．０ｍｍ）を調製し、ＬＥＤ光源としての拡散型紫外線ＬＥＤ（日亜化学（株）、ＮＳＨＵ：５５０：φ５ｍｍ、光出力７００μＷ、拡散角度１００°）を用い、図２のように千鳥配置した。この配置においては、ｍ＝６０ｍｍ、ｌ＝３０ｍｍとした。反射板を使用し、総厚Ｌ＝５０ｍｍとした。発光面体の前面側からは、ＬＥＤ光源の存在は全く視認されなかった。
また、蛍光赤発光面体および蛍光青発光面体のいずれにおいても均一に発光し、視認性が良好であった。
この時の輝度は、赤：７ｃｄ／ｍ^２、青：７ｃｄ／ｍ^２であった。

表２の組成による蓄光発光面体（厚み４．０ｍｍ）を調製し、実施例１と同様の光源を用いて図２のように千鳥配置した。この配置においては、ｍ＝５０ｍｍ、ｌ＝２５ｍｍとした。反射板は不使用とした。総厚Ｌ＝４５ｍｍとした。
実施例１と同様に前面側からはＬＥＤ光源の存在は視認されなかった。
６０分間照射後消灯し、３ｍｃｄ／ｍ^２になるまでの時間を測定した。この時間は８．５時間であった。

図３に例示した構造体とした。実施例１における表１の組成の発光面体（１３）の厚みを３ｍｍとし、その背面に、厚み３０ｍｍのＬＥＤ（１１）光源を埋設した光透過性の樹脂成形体（１４）を当接配置した。
ＬＥＤ（１１）光源としては、拡散型紫外線ＬＥＤ（日亜化学（株）、ＮＳＨＵ：５５０、φ５ｍｍ、光出力７００μＷ、拡散角度１００°）を用い、これを、透明性アクリル樹脂により成形した樹脂成形体（１４）に対し、図３のような奥行き配置で、かつ、図２に示した平面配置においてｍ＝３０ｍｍとなるように埋設した。
ＬＥＤ（１１）光源の点灯時に、発光面体（１３）の前面側からはＬＥＤ（１１）光源の存在は視認されなかった。螢光赤発光面体および螢光青発光面体のいずれにおいても均一に発光し、発光時の輝度は、赤１５．５ｃｄ／ｍ^２、青１５．５ｃｄ／ｍ^２であった。

以上詳しく説明したとおり、この出願の発明によって、紫外線を発する光源による内照式の発光面体構造であって、より大きな面積の発光面体での効率的な発光が可能であり、しかも光源の存在が外部からの透視により視認されることもない、より薄型の、新しい発光面体構造体を提供することができる。
この出願の発明によって、たとえば道路の横断歩道ライン、センターライン、ガードレール、飛行場の滑走路ライン、道路標識や非常用標識（簡易式を含む）、車止め、デリネータ、避難誘導サイン、看板、各種ライン、家具の装飾、工事用点灯チューブ、イルミネーション、カウンタートップ、トラックの車幅灯等に使用する表示材等の資材、設備等として有用な、薄型で均一かつ高い蓄光、蛍光発光性能を有する、新しい薄型内照式発光体が実現される。

Claims (11)

1. 紫外線または近紫外線を放射するＬＥＤ（発光ダイオード）光源とその前面側に配置された面体を有し、面体は、蛍光体および蓄光体のうちの１種以上とともに光透過性の無機質粒子を分散含有する光透過性の樹脂成形体であることを特徴とする発光面体構造体。
2. 光透過性の樹脂成形体からなる面体には、３０ｗｔ％以下の範囲で蛍光体および蓄光体のうちの１種以上が含有されていることを特徴とする請求項１の発光面体構造体。
3. 光透過性の樹脂成形体からなる面体には、１０ｗｔ％以上の光透過性の無機質粒子が含有されていることを特徴とする請求項１または２の発光面体構造体。
4. 面体の樹脂成形体には着色顔料が含有されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかの発光面体構造体。
5. 面体の樹脂成形体に含有される光透過性の無機質粒子は、その大きさが１８０μｍ〜９．５ｍｍの細粒成分と１８０μｍアンダーの微粒成分とにより構成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかの発光面体構造体。
6. 細粒成分の重量（Ｗ１）と微粒成分の重量（Ｗ２）との比が、Ｗ１／Ｗ２＝１／５〜８／１の範囲であることを特徴とする請求項５の発光面体構造体。
7. ＬＥＤ光源の背後および側部の少くともいずれかに反射板部を有していることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかの発光面体構造体。
8. ＬＥＤ光源が面体に一体埋設されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかの発光面体構造。
9. ＬＥＤ光源が埋設された光透過性の樹脂成形体が、光透過性の樹脂成形体の面体の背面に当接配置されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかの発光面体構造体。
10. 面体表面からの前後厚みが５０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかの発光面体構造体。
11. ＬＥＤ光源が光拡散型紫外線ＬＥＤであることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかの発光面体構造体。

Images