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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2015-222724(P2015-222724A)
(43)【公開日】2015年12月10日
(54)【発明の名称】光拡散カバー及び拡散光源
(51)【国際特許分類】
   F21V 3/04 20060101AFI20151113BHJP
   F21V 3/02 20060101ALI20151113BHJP
   F21V 3/00 20150101ALI20151113BHJP
   F21V 19/00 20060101ALI20151113BHJP
   F21S 2/00 20060101ALI20151113BHJP
   F21V 29/503 20150101ALI20151113BHJP
   F21V 29/70 20150101ALI20151113BHJP
   H01L 33/58 20100101ALI20151113BHJP
   G02B 5/02 20060101ALI20151113BHJP
   F21Y 101/02 20060101ALN20151113BHJP
【FI】
   F21V3/04 310
   F21V3/04 131
   F21V3/02 400
   F21V3/00 100
   F21V19/00 170
   F21V19/00 450
   F21S2/00 231
   F21V29/503
   F21V29/70
   H01L33/00 430
   G02B5/02 B
   F21Y101:02
【審査請求】有
【請求項の数】11
【出願形態】OL
【全頁数】21
(21)【出願番号】特願2015-137425(P2015-137425)
(22)【出願日】2015年7月9日
(62)【分割の表示】特願2012-23267(P2012-23267)の分割
【原出願日】2012年2月6日
(71)【出願人】
【識別番号】390014546
【氏名又は名称】三菱電機照明株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100099461
【弁理士】
【氏名又は名称】溝井 章司
(72)【発明者】
【氏名】細川 靖仁
(72)【発明者】
【氏名】梅田 三郎
(72)【発明者】
【氏名】戸塚 祥富
(72)【発明者】
【氏名】石塚 昌広
(57)【要約】
【課題】直管形のLEDランプの光拡散カバー40の光束低下を軽減しつつ、光拡散効果の得られる光拡散膜80を提供する。
【解決手段】ガラス管56の内側の表面に0.1μm〜2.0μmの空洞を備えた5μm〜20μmの厚さの光拡散膜80を形成する。光拡散膜80は、光拡散剤を樹脂溶液に分散させた懸濁液が乾燥した筒状の膜である。光拡散膜80は、樹脂81と平均粒径が0.05μm〜20μmである金属酸化物Yの粒子を用い、光拡散膜80中の金属酸化物Yの含有率が10%から70%である。この光拡散膜80をガラス管56内の保護膜70の内側に5〜20μmの厚さで形成する。
【選択図】図4
【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも外側の表面が曲面であるガラスと、
前記ガラスの外側と内側との少なくとも一方の表面に形成された光拡散膜と、
を備え、
前記光拡散膜は、光拡散剤と樹脂を含む膜であることを特徴とする光拡散カバー。
【請求項2】
筒状のガラス管と、
前記ガラス管の少なくとも一方の表面に形成された光拡散膜と、
を備え、
前記光拡散膜は、光拡散剤と樹脂を含む筒状の膜であることを特徴とする光拡散カバー。
【請求項3】
前記一方の表面は、前記ガラス管の内側の表面であることを特徴とする請求項2に記載の光拡散カバー。
【請求項4】
前記光拡散膜は、樹脂溶液に前記光拡散剤が分散した懸濁液が乾燥した膜であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の光拡散カバー。
【請求項5】
前記光拡散膜は、前記懸濁液が加熱で硬化した膜であることを特徴とする請求項4に記載の光拡散カバー。
【請求項6】
前記光拡散膜は、5〜20μmの膜厚であることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の光拡散カバー。
【請求項7】
前記光拡散剤の前記光拡散膜に対する体積比が10%以上70%以下であることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の光拡散カバー。
【請求項8】
前記光拡散膜は、樹脂を含み、
前記光拡散膜に対する体積比において、前記光拡散剤の含有率が40%±10%であり、前記樹脂の含有率が60%±10であることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の光拡散カバー。
【請求項9】
前記光拡散剤の粒径が0.05μm〜20μmであることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の光拡散カバー。
【請求項10】
前記請求項1から9のいずれか1項に記載の光拡散カバーと、
光源を搭載した発光部と、
前記発光部と前記光拡散膜とを接着した接着剤と、
を備えたことを特徴とする拡散光源。
【請求項11】
前記接着剤は、シリコーン系の接着剤であることを特徴とする請求項10に記載の拡散光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、例えば、直管形LEDランプに用いられる光拡散カバーに関する。また、発光ダイオード(LED)を用いた直管形LEDランプなどの拡散光源に関する。
【背景技術】
【0002】
直管形LEDランプの光拡散カバーにおいて、ランプ管の内部に光拡散膜を設けて光を拡散している。
また、LED本体とランプ管を接合するため、接着剤塗布部分には光拡散膜を形成しない部分(アパーチャー)を作成し、光拡散膜による接着力低下を避けている。
【0003】
また、樹脂などの有機材料の膜は、厚さによる光の吸収への影響が、金属酸化物などの無機材料だけで形成された膜に比べ大きい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2006−049280号公報
【特許文献2】特開2009−259529号公報
【特許文献3】特開2001−283776号公報
【特許文献4】特表2009−522618号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ランプ管の内部に光拡散膜を設けると、光拡散膜により光束が減少する。
ランプ管に光拡散膜を形成しない部分(アパーチャー)を作成する場合、アパーチャーを作成する作業が必要になる。
【0006】
そこで、光の拡散性を保ちつつ光の透過性を増加させる光拡散膜を有する光拡散カバーを提供したい。
【課題を解決するための手段】
【0007】
この発明に係る光拡散カバーは、
少なくとも外側の表面が曲面であるガラスと、
前記ガラスの外側と内側との少なくとも一方の表面に形成された光拡散膜と、
を備え、
前記光拡散膜は、光拡散剤と樹脂を含む膜であることを特徴とする。
【発明の効果】
【0008】
この発明では、光拡散膜の光の拡散性を保ちつつ光の透過性とを増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1】実施の形態1の拡散光源50を示す図。
図2】実施の形態1の拡散光源50のAA断面図。
図3】実施の形態1の光拡散カバー40のガラス管56の一部切り欠き図。
図4】実施の形態1の図3のA部の拡大図。
図5】実施の形態1の図4のB部の空洞の拡大図。
図6】実施の形態1の比較例1のデータ図。
図7】実施の形態1の実施例1,2,3のデータ図。
図8】実施の形態1の実施例4,5,6のデータ図。
図9】実施の形態1の実施例7,8,9のデータ図。
図10】実施の形態1の実施例10,11,12と好適値とのデータ図。
図11】実施の形態2のアパーチャー91のない光拡散カバー40のガラス管56の一部切り欠き図。
図12】アパーチャー91のある比較例の図。
図13】実施の形態2の比較例1のデータ図。
図14】実施の形態2の実施例1,2,3,4と好適値とのデータ図。
図15】実施の形態2の実施例5,6のデータ図。
【発明を実施するための形態】
【0010】
実施の形態1.
図1は、実施の形態1の拡散光源50を示す図である。拡散光源50は、例えば、発光ダイオードランプである。
拡散光源50は、筒状のガラス管56を有している。ガラス管56は、透明な又は透光性のある直管形ガラス管である。
【0011】
発光部60は、発光ダイオードLED51(LED51)と基板52とヒートシンク54を有している。
発光部60は、ガラス管56に収納されて発光方向に光を発光する。発光部60は、ガラス管56の長手方向に渡って延在している。
【0012】
LED51は、光源の一例であり、LED(発光ダイオード)単体又はLEDモジュールからなる。LED51は、LEDチップともいう。
基板52は、複数のLED51を均等に配置配列している。
【0013】
ヒートシンク54は、アルミニウム製などの金属製であり、基板52を取り付ける台座となりかつ放熱部材となる。
【0014】
ガラス管56の両端に一対の口金55がある。
各口金55は、一対の給電端子58を備えている。給電端子58の本数や形は、図に限らず他の本数でも他の形状でもよい。
【0015】
1対の口金55は、ガラス管56の両端を覆うとともに、発光部60のヒートシンク54の両端とガラス管56の両端に固定されている。
【0016】
拡散光源50は、長期使用の観点で、使用中に安全を損なうランプ内へのホコリの侵入ができない構造を備えている。すなわち、ガラス管56と口金55とは接着されており、発光部60は、密封されている。
【0017】
拡散光源50は、ガラス製外郭を有し外形が従来通りの市販されている直管形蛍光ランプと同じ形状である。また、拡散光源50は、機能を損なわずには恒久的に分解できない直管形LEDランプシステムである。
【0018】
図2は、図1の拡散光源50のAA端面図である。
ガラス管56の内周面全体に、保護膜70が形成されている。保護膜70は、保護層と呼ばれることもある。
さらに、保護膜70の内周面全体に、光拡散膜80が形成されている。光拡散膜80は、光拡散層と呼ばれることもある。
ヒートシンク54の下面(裏面)の一部分に接着剤90が塗布されて、光拡散膜80に接着されている。
長手方向と直交する平面によるヒートシンク54の断面形状は、D字状形状あるいは半月形状をしている。ヒートシンク54は、平板部62と弧状部63とからなる一体成型された一つの部品である。ヒートシンク54の断面中央には、中空部64がある。中空部64の円弧部分の下方に弧状部63があり、中空部64の上方の弦部分に平板部62がある。
【0019】
図3は、ガラス管56の一部を切り欠いた斜視図である。
光拡散カバー40は、ガラス管56と保護膜70と光拡散膜80とからなる。
ガラス管56には、保護膜70と光拡散膜80とが、ガラス管56の長手方向全部に渡り、かつ、ガラス管56の内周全周に渡り、積膜されている。
ガラス管56の内面には、ガラス内面傷57が存在する。このガラス内面傷57は、ガラス管56の外観に筋や線をとなって視覚的に現れ、膜肌の美観を損なう原因となる。
【0020】
図4は、図3のA部の拡大図であり、ガラス管56と保護膜70と光拡散膜80との模式図である。
図5は、図4のB部の拡大図である。
【0021】
保護膜70は、金属酸化物Xから構成されている。
金属酸化物Xは、例えば、平均粒子径が0.05〜0.5μmの微粒子シリカである。
保護膜70の厚さは、例えば、0.5〜5μmである。
【0022】
保護膜70は、例えば、水または水とポリエチレンオキサイドとの混合液などの液に微粒シリカ等の金属酸化物Xを分散させて懸濁液を作製し、懸濁液をガラス管56内に流し込んでガラス管56内面に懸濁液を塗布し、温風エアーで懸濁液を乾燥させて形成される。
【0023】
光拡散膜80は、金属酸化物Yと樹脂81とを有している。樹脂81は、例えば、水溶性熱硬化形樹脂が望ましい。
光拡散膜80における金属酸化物Yの含有率が、例えば、体積比で10%以上70%以下である。あるいは、光拡散膜80における樹脂81の含有率が、体積比で90%以上30%以下である。
光拡散膜80が金属酸化物Yと樹脂81とのみからなる場合、光拡散膜80は、体積比で、金属酸化物Yの含有率が10%以上70%以下であり、かつ、樹脂81の含有率が90%以上30%以下である。
金属酸化物Yは、例えば、平均粒子径が0.05〜20μmのシリカである。
光拡散膜80の厚さは、例えば、5〜20μmである。
【0024】
光拡散膜80は、樹脂溶液にシリカ等の金属酸化物Yを分散させて懸濁液を作製し、懸濁液をガラス管56内の保護膜70の表面に流し込んで懸濁液を塗布し、温風エアーで懸濁液を乾燥させ、加熱により硬化させて形成される。
【0025】
光拡散膜80の中に拡散材としての金属酸化物Yの含有率が多くなると、膜が脆くなり、はがれやすくなり、また、拡散が強くなりすぎて光が弱くなる。光拡散膜80の中に樹脂81が多くなると、拡散効果が少なくなり、樹脂81の酸化変色により、膜の長期間の耐光性、耐候性が低くなる。最適なところが存在するはずである。
【0026】
光拡散膜80は、径が2.0μm以下の空洞82を有している。
空洞82は、樹脂81内の気泡が残ってできた空間である。空洞82には、樹脂81と金属酸化物Yとが存在しない。
金属酸化物Yを分散させた懸濁液は気泡交じりであるが、懸濁液を放置すれば、懸濁液から気泡が消滅する。通常は気泡のない懸濁液を塗布する。しかし、この実施の形態では、気泡交じりの懸濁液を意図的に塗布することにより、乾燥後に空洞ができるようにしている。
【0027】
保護膜70は、以下の機能を有する。
1.ガラス内面傷57への金属酸化物Xの充填
保護膜70は、ガラス管56の内周にあるガラス内面傷57に入り込み、ガラス内面傷57を外部なら見えないようにする。このためガラス管56の美的外観が向上する。
樹脂81をガラス内面に塗布する場合、ガラス表面の細かい傷(ガラス内面傷57)に樹脂81が入ることができず、光屈折率が変わる、もしくは、ガラス表面の細かい傷により、液の流れが不規則となることにより塗りムラとなる問題があった。また、金属酸化物Yの粒子は粒子径が大きいのでガラス内面傷57に入ることができにくいが、金属酸化物Xの粒子径は小さいのでガラス内面傷57に入りやすい。
金属酸化物Xがガラス内面傷57に充填されることにより、外観からガラス内面傷57による膜肌の荒れをなくすことができる。
2.光の拡散
保護膜70の金属酸化物Xにより、光を拡散する。
【0028】
光拡散膜80は、以下の機能を有する。
1.光拡散膜80の樹脂81は、光拡散膜80の強度を保つために用いられる。
2.光拡散膜80の樹脂81は、ガラス管内部に金属酸化物Yの粒子を膜として形成するために用いられる。
3.光拡散膜80の金属酸化物Yは、光を拡散分散させるための光拡散剤として用いられる。
4.光拡散膜80の空洞82は、光の透過率(光束比)を向上させるために用いられる。
【0029】
図5に示すように、光拡散膜80に入射した光は、少しずつ吸収されながら樹脂81内を通過し、金属酸化物Yの表面で多方向に反射する。こうして光は光拡散膜80内で拡散される。
空洞82に入射した光は、空洞82内の空間を直進し、直進先にある金属酸化物Yの表面で反射する。空洞82が多いほど、かつ、空洞82の体積が大きいほど、樹脂81による光の吸収量が減少し、光の透過率が向上する。
【0030】
光拡散膜80から保護膜70に入射した光は、保護膜70の厚さが薄いため、保護膜70の金属酸化物Xによってある程度拡散され、ガラス管56に至り、ガラス管56から出射される。
【0031】
本実施の形態の光拡散カバー40は、光拡散膜80に入射する光束を100%とすると、ガラス管56から出射される光束は96%(あるいは、96%以上)となる。
保護膜70がなく、かつ、空洞82がない従来の一般的な光拡散膜の場合、光拡散膜80に入射する光束を100%とすると、ガラス管56から出射される光束は85%であるから、本実施の形態の光拡散カバー40は、光束比を11%以上向上させている。
【0032】
以下、金属酸化物Xがシリカ、金属酸化物Yがシリカである場合について、図6以降に示す具体的データを用いて説明する。図6以降において、表中の太枠内が望ましい値である。
【0033】
各図の列の意味は以下のとおりである。
まず、光拡散カバー40の仕様となる項目は以下のとおりである。
「光拡散膜80体積比」:光拡散膜80の金属酸化物Yと樹脂81との体積比。
「A」:金属酸化物Yをシリカとした場合。
「B」:樹脂81を水溶性熱硬化形樹脂とした場合。
「保護膜70厚さ」:保護膜70の厚さ。
「Xシリカ粒径(保護膜70)」:保護膜70の金属酸化物Xがシリカの場合のシリカ平均粒径
「Yシリカ粒径(光拡散膜80)」:光拡散膜80の金属酸化物Yがシリカの場合のシリカ平均粒径
「光拡散膜80厚さ」:光拡散膜80の厚さ
「空洞82が占める体積比」:光拡散膜80の体積に対して空洞82が占める体積の比
【0034】
上記仕様に対する結果の項目は以下のとおりである。
「光束比」:光の透過率。96%以上、望ましくは、97%以上を目安にする。
「拡散性」:光の拡散の度合い。
「膜強度」:JIS規定のひっかき試験による光拡散膜80の接着強度。
「膜肌」:外観の美しさ。ガラス外観の目視による傷、斑点のチェック結果。
【0035】
評価結果の記号の意味は以下のとおりである。
二重丸:優良。
一重丸:良好。
三角:普通。
バツ:不良。
なお、以下の記載で、「A〜B」は、A以上B以下を意味する。
以下、「良好」と「優良」の状態を、良好状態と呼ぶ。
【0036】
図6は、比較例1のデータ図である。
比較例1は、光拡散膜80の体積比が金属酸化物Yの含有率が5%であり樹脂81の含有率が95%で、保護膜70がなく、かつ、空洞82がない。
比較例1では、拡散性と膜肌に難点が見られた。
【0037】
図7図8は、実施例1〜6のデータ図である。
実施例1〜6では、比較例1に対して保護膜70を形成し、保護膜70の厚さを変化させ、かつ、光拡散膜80の厚さを変化させた。
実施例1〜6に示すように、保護膜70の厚さが0.1〜10μmの場合、かつ、光拡散膜80の厚さが5〜40μmの場合、比較例1と比べて、膜肌が改善された。
また、光拡散膜80の厚さが厚くなるほど、光束比が低下するが、拡散性が改善された。
【0038】
図9は、実施例7〜9のデータ図である。
実施例7では、実施例5の光拡散膜80の厚さが20μmの場合(拡散性と膜肌と膜強度が良好状態の場合)に、金属酸化物Xの粒径を変化させた。
実施例7に示すように、金属酸化物Xの粒径が0.05〜0.5μmの場合、拡散性と膜肌と膜強度が良好状態のまま、光束比が98%以上に向上した。
【0039】
実施例8では、実施例7の金属酸化物Xの粒径が0.5μmの場合(拡散性と膜肌と膜強度が良好状態の場合)に、光拡散膜80の金属酸化物Yと樹脂81との体積比を変化させた。
実施例8に示すように、体積比で、金属酸化物Yの含有率が10%〜70%であり、樹脂81の含有率が90%〜30%の場合、金属酸化物Yの含有量が高いほど拡散性は向上したが、光束比がやや低下した。
【0040】
実施例9では、実施例8の金属酸化物Yの含有率が10%であり樹脂81の含有率が90%の場合に、金属酸化物Yの粒径を変化させた。
実施例9に示すように、金属酸化物Yの粒径が0.05〜20μmの場合、光束比がやや落ちるが良好状態を満足する。
金属酸化物Yの粒径が、30μmになると光束比が大きく低下する。
【0041】
図10は、実施例10、実施例11、実施例12と、好適値とのデータ図である。
実施例10では、実施例9の金属酸化物Yの粒径を20μmにし、空洞82を形成して、空洞82の光拡散膜80に占める体積比を変化させた。空洞82の大きさは2μm以下とした。
実施例10は、実施例9と比較して、空洞82の存在により光束比が向上した。
空洞82の光拡散膜80に占める体積比が増えるほど、光束比が向上する。空洞82の光拡散膜80に占める体積比が50%以上の場合は、拡散性が優良から良好に低下するとともに膜強度が弱くなるので、空洞82の光拡散膜80に占める体積比は50%未満がよく、30%以下がよい。
【0042】
実施例11では、実施例10の光拡散膜80の厚さを5μmにし、
1.保護膜70と空洞82とがない場合と、
2.保護膜70があり空洞82がない場合と、
3.保護膜70があり空洞82が30%ある場合との結果である。
保護膜70がない場合、光束比は98.5%に向上する。
空洞82がある場合は、空洞82がない場合(空洞82が0%の場合)に比べて、光束比が向上する。しかし、空洞82がない場合(空洞82が0%の場合)でも、光拡散膜80が薄くなったため光束比が98.5%ある。
保護膜70があり空洞82が30%ある場合、光拡散膜80の厚さを5μmにしても、拡散性と膜肌と膜強度とが低下せず良好状態であり、光拡散膜80が薄くなったため、光束比が99.0%に向上した。すなわち、光拡散膜80が、5μmの薄い膜になっても、拡散効果が維持でき、光束比が改善された。
【0043】
実施例1〜11の結果からは、以下のようなことがわかる。
1.実施例1〜6によれば、光拡散膜80が厚くなれば、拡散性は向上するが、光束比が落ちる。
実施例1〜6によれば、光束比を96.5%以上にするには、光拡散膜80の厚さは、0.05〜20μmがよい。
2.実施例9によれば、光拡散膜80の金属酸化物Yの粒径が大きくなれば、光束比が落ちる。
光束比を97.0%以上にするには、金属酸化物Yの粒径は、5〜20μmがよい。
3.実施例1〜4によれば、保護膜70の厚さが0.1〜3.0μmの範囲では、光束比が変化しない。保護膜70の厚さが5.0μmでも、光束比は0.1〜3.0μmの場合とさほど変わらない。
4.実施例7によれば、保護膜70の金属酸化物Xの粒径が大きくなれば、光束比が落ちる。保護膜70の金属酸化物Xの粒径が0.05〜0.5μmの範囲では、光束比が98%以上であり、かつ良好状態になる。
保護膜70の金属酸化物Xの粒径が小さくなれば、拡散性が落ちる。保護膜70の金属酸化物Xの粒径が0.01では、厚い膜ができなくない、拡散性が落ちた。
5.実施例8によれば、金属酸化物Yの含有量が増えれば、拡散性は向上するが、光束比が落ちる。金属酸化物Yの含有量が10%〜70%であれば、拡散性は優良である。
6.実施例10によれば、空洞82の体積比が増えるほど光束比が向上する。空洞82の体積比が50%未満であれば、光束比と拡散性と膜肌と膜強度が良好状態である。
【0044】
実施例12は、実施例1〜11の結果及びその他の試験から求めた「最適値」の組み合わせである。「最適値」として、以下の値の組み合わせがよい。あるいは、以下の値の±10%(望ましくは±5%、さらに望ましくは±2%)の範囲がよい。
「光拡散膜80体積比」:金属酸化物Yの含有率が40%、樹脂81の含有率が60%
「保護膜70厚さ」:1.0μm
「Xシリカ粒径(保護膜70)」:0.1μm
「Yシリカ粒径(光拡散膜80)」:1.0μm
「光拡散膜80厚さ」:10.0μm
「空洞82が占める体積比」:0%又は30%
空洞82がない場合、光束比が98.5%になり、拡散性が優良になり、膜強度と膜肌が良好になる。空洞82が30%ある場合、光束比が99.0%になり、なおよい。
【0045】
実施例1〜11の結果及びその他の試験からは、図10の最下行の「好適値」のとおり、以下の値の組み合わせがよい。
「光拡散膜80体積比」:金属酸化物Yの含有率が10%〜70%、樹脂81の含有率が90%〜30%
「保護膜70厚さ」:0.5〜5μm
「Xシリカ粒径(保護膜70)」:0.05〜0.5μm
「Yシリカ粒径(光拡散膜80)」:0.05〜20μm
「光拡散膜80厚さ」:5〜20μm
「空洞82が占める体積比」:0%以上50%未満
【0046】
以下、拡散性が優良になり、光束比が98%以上になり、膜強度と膜肌が良好になる仕様を実施例8〜11に沿って説明する。
【0047】
実施例8の結果からは、以下の値の組み合わせがよい。
「光拡散膜80体積比」:金属酸化物Yの含有率が10%〜70%であり、樹脂81の含有率が90%〜30%
「保護膜70厚さ」:5.0μm
「Xシリカ粒径(保護膜70)」:0.5μm
「Yシリカ粒径(光拡散膜80)」:0.05μm
「光拡散膜80厚さ」:20μm
「空洞」:無。
【0048】
実施例9の結果からは、以下の値の組み合わせがよい。
「光拡散膜80体積比」:金属酸化物Yの含有率が10%であり、樹脂81の含有率が90%
「保護膜70厚さ」:5.0μm
「Xシリカ粒径(保護膜70)」:0.5μm
「Yシリカ粒径(光拡散膜80)」:0.05〜1μm
「光拡散膜厚」:20μm
「空洞」:無。
【0049】
実施例10の結果からは、以下の値の組み合わせがよい。
「光拡散膜80体積比」:金属酸化物Yの含有率が10%であり、樹脂81の含有率が90%
「保護膜70厚さ」:5.0μm
「Xシリカ粒径(保護膜70)」:0.5μm
「Yシリカ粒径(光拡散膜80)」:20μm
「光拡散膜80厚さ」:20μm
「空洞82が占める体積比」:30%以上50%未満
【0050】
実施例11の結果からは、以下の値の組み合わせがよい。
「光拡散膜80体積比」:金属酸化物Yの含有率が10%であり、樹脂81の含有率が90%
「保護膜70厚さ」:5.0μm
「Xシリカ粒径(保護膜70)」:0.5μm
「Yシリカ粒径(光拡散膜80)」:20μm
「光拡散膜80厚さ」:5μm
「空洞82が占める体積比」:0%〜30%
【0051】
実施例8〜11の結果から、拡散性を優良にするために、以下の値の組み合わせがよいと考えられる。
「光拡散膜80体積比」:金属酸化物Yの含有率が10%〜70%、樹脂81の含有率が90%〜30%
「保護膜70厚さ」:5μm
「Xシリカ粒径(保護膜70)」:0.5μm
「Yシリカ粒径(光拡散膜80)」:0.05〜20μm
「光拡散膜80厚さ」:5〜20μm
「空洞82が占める体積比」:0%〜30%
【0052】
また、実施例9〜11の結果から、拡散性を優良にし、光束比を98%以上にするために、以下の値の組み合わせがよいと考えられる。
「光拡散膜80体積比」:金属酸化物Yの含有率が10%、樹脂81の含有率が90%
「保護膜70厚さ」:5μm
「Xシリカ粒径(保護膜70)」:0.5μm
「Yシリカ粒径(光拡散膜80)」:0.05〜1μm
「光拡散膜80厚さ」:5〜20μm
「空洞82が占める体積比」:0%以上30%
【0053】
実施例8、9の結果から、拡散性を優良にするために、以下の値の組み合わせがよいと考えられる。
「光拡散膜80体積比」:金属酸化物Yの含有率が10%〜70%、樹脂81の含有率が90%〜30%
「保護膜70厚さ」:5μm
「Xシリカ粒径(保護膜70)」:0.5μm
「Yシリカ粒径(光拡散膜80)」:0.05〜20μm
「光拡散膜80厚さ」:20μm
「空洞82が占める体積比」:0%
【0054】
以上のように、この実施の形態の光拡散カバー40は、直管形LEDランプの光拡散カバーに用いるのが好適である。
この実施の形態の光拡散カバー40は、素材をガラス管56とし、ガラス管56の内側表面に金属酸化物Xからなる0.05〜5μmの保護膜70を形成した後に、膜内に0.1μm〜2.0μmの空洞を備えた5μm〜20μmの厚さの光拡散膜80を内側に形成させる。
このため、光拡散膜による光束低下を軽減しつつ、20μmより厚い拡散膜と同等以上の光拡散効果の得られる光拡散膜を提供する。
【0055】
この実施の形態の光拡散カバー40の光拡散膜80は、樹脂81と平均粒径が0.05μm〜20μmである金属酸化物Yの粒子を用いており、光拡散膜80中の金属酸化物Yの含有率が10%から70%である。この光拡散膜80をガラス管56内の保護膜70の内側に5〜20μmの厚さで形成する。
また、光拡散膜80の膜内に、径が2.0μm以下(0.1μm〜2.0μm)の空洞を備えている。
また、ガラス管56と光拡散膜80の間に、平均粒径が0.05μm〜0.5μmである金属酸化物Xの粒子からなる保護膜70を形成する。
金属酸化物Xと金属酸化物Yは、シリカが好適であるが、チタニア、シリカ、アルミナ、酸化亜鉛のうち、少なくとも1つを含む。また、樹脂81は、水溶性熱硬化樹脂が好適である。
【0056】
この実施の形態の光拡散カバー40の光拡散膜80によれば、厚さを薄くでき、光の拡散性はそのままでLEDのデバイスが見えにくくなる。加えて光拡散膜80が薄いので光の吸収が少なく、直進または拡散されてランプの外にでる光の割合は膜が厚い場合より多い。
【0057】
以上のように、この実施の形態のLEDランプの光拡散カバー40は、ガラスバルブ内面に樹脂81と平均粒径が0.05μm〜20μmである金属酸化物Yからなる光拡散膜80を備え、前記光拡散膜80内で金属酸化物Yが10%から70%未満の体積比で存在し、前記光拡散膜80の厚さは5〜20μmであることを特徴とする。
【0058】
光拡散膜80を用いる場合、層が薄いと光拡散効果が低下し、LEDのデバイスが見えるため、厚くしなければならなかった。しかし、厚くすると自己吸収により光束が低下するとともに、結着に樹脂81を用いた場合は経年劣化により樹脂が着色し、層が厚ければ厚いほど着色が大きいという問題があった。
【0059】
そのため、この実施の形態の光拡散カバー40のように、金属酸化物の粒径、膜厚、含有率を最適化し用いることで、薄くても光拡散効果が大きい層を形成することが可能となり、樹脂81で発生する経年劣化による着色を抑制することができるとともに、光束の低下を抑制することができる。
【0060】
この実施の形態の光拡散カバー40は、前記光拡散膜光拡散膜80とガラス管56の間には金属酸化物Xの保護層保護膜70が形成され、前記保護層保護膜70は平均粒子径が50〜500nmである金属酸化物Xからなり、前記保護層保護膜70の厚さは0.5〜5.0μmであることを特徴とする。
【0061】
樹脂81をガラス内面に塗布する場合、ガラス表面の細かい傷(ガラス内面傷57)に樹脂81が入ることができず、光屈折率が変わる、もしくは、ガラス表面の細かい傷により、液の流れが不規則となることにより塗りムラとなる問題があった。そのため、金属酸化物Xの微粒子によるガラス表面の細かい傷を埋めるように保護膜70を形成することによりガラスに存在する小さな傷を起因とする塗りムラを防ぐことができる。さらに保護膜70は樹脂81を用いないことから長時間経過後においても着色が少なく、保護膜70で光を拡散させる分、光拡散膜80を薄くすることができる。
【0062】
また、この実施の形態の光拡散カバー40は、前記光拡散膜内に対し、2μm以下の空洞82が50%未満の体積比で存在することを特徴とする。
空洞化をすることで、層内の樹脂比率が減少し、着色、光束低下を抑制することができる。
【0063】
実施の形態2.
以下、実施の形態1と異なる点を説明する。
図11に示すように、この実施の形態2の光拡散カバー40は、保護膜70がない。ガラス管56の内面に形成されている光拡散膜80は全周にある。
一方、図12は、比較例であるが、ガラス管56の内面に形成されている光拡散膜80は、全周にない。アパーチャー91には、光拡散膜80が存在していない。比較例では、接着剤90は、光拡散膜80のアパーチャー91に塗布され、ガラス管56の内面とヒートシンク54の外周面とを接着する。
【0064】
この実施の形態2の光拡散カバー40は、接着剤90をシリコーン、金属酸化物Yを結晶性シリカとする。
このため、光拡散膜80の上から接着剤90を塗っても接着力が落ちることがなくなり、アパーチャー91を作成することなく、光拡散膜80を塗布することができる。
これにより、接着剤90の塗布部分が目立たなくなり、接着剤塗布の幅に気を使わなくてよい分、生産性が向上する。
また、金属酸化物Yを結晶性シリカとすることで、LED本体(ヒートシンク54)からガラス管56への熱伝導率を向上させることができる。
【0065】
以下、図13以降に示す具体的データを用いて説明する。図13以降において、表中の太枠内が望ましい値である。
【0066】
各図の列の意味は以下のとおりである。
まず、仕様となる項目は以下のとおりである。
「光拡散膜80体積比」:光拡散膜80の金属酸化物Yと樹脂81との体積比。
「A1」:金属酸化物Yを結晶性シリカとした場合。
「A2」:金属酸化物Yをアルミナとした場合。
「A3」:金属酸化物Yをチタニアとした場合。
「B」:樹脂81を水溶性熱硬化樹脂とした場合。
「Y 粒径(光拡散膜80)」:光拡散膜80の金属酸化物Yの平均粒径。
「光拡散膜80厚さ」:光拡散膜80の厚さ。
「アパーチャー91」:アパーチャー91の有無。
【0067】
上記仕様に対する結果の項目は以下のとおりである。
「光束比」:光の透過率。96%以上、望ましくは、97%以上を目安とする。
「拡散性」:光の拡散度合い。
「膜強度」:JIS規定のひっかき試験による光拡散膜80の接着強度。
「ガラス強度」:ガラスの衝撃に対する耐性。
「接着強度」:加速試験による40000時間点灯後のシリコン接着剤との接着強度
【0068】
評価結果の記号の意味は以下のとおりである。
二重丸:優良。
一重丸:良好。
三角:普通。
バツ:不良。
なお、以下の記載で、「A〜B」は、A以上B以下を意味する。
「良好」と「優良」の状態を、良好状態とする。
【0069】
図13図14では、金属酸化物Yを結晶性シリカにしている。
図13は、比較例1のデータ図である。アパーチャー91は有りである。
比較例1は、光拡散膜80の体積比が金属酸化物Yの含有率が5%であり樹脂81の含有率が95%で、光拡散膜80の厚さを変化させた。
比較例1では、光束比と拡散性に難点が見られる。
【0070】
図14は、実施例1〜4と好適値とのデータ図である。
実施例1では、比較例1の、光拡散膜80の厚さが20μmの場合に、光拡散膜80の金属酸化物Yと樹脂81との体積比を変化させた。アパーチャー91は有りである。
実施例1に示すように、体積比で、金属酸化物Yの含有率が10%〜80%であり、樹脂81の含有率が90%〜20%の場合、金属酸化物Yの含有率が高いほど拡散性は向上したが、光束比にやや難点がある。
ガラス強度は良好である。
【0071】
実施例2では、実施例1の金属酸化物Yの含有率が20%であり樹脂81の含有率が80%の場合に、金属酸化物Yの粒径を変化させた。アパーチャー91は有りである。
実施例2に示すように、金属酸化物Yの粒径が0.05〜20μmの場合、光束比が96.5%以上でかつ良好状態を満足する。
光拡散膜80の金属酸化物Yの粒径が、大きくなると光束比が低下する。光拡散膜80の金属酸化物Yの粒径が30μmでは光束比が大きく低下する。
ガラス強度は良好である。
【0072】
実施例3では、実施例2の金属酸化物Yの粒径を15μmに対して、アパーチャー91をなくした。
実施例3は、実施例2と比較して、光拡散膜80と接着剤90との接着強度は良好のままで接着強度は低下していない。
また、アパーチャー91が無いと、ガラス強度が優良になる。アパーチャー91が無いと、光拡散膜80が全周に形成され、この円筒状に形成された光拡散膜80がガラス管56の内面を補強することになり、ガラス強度が上がるものと考えられる。
【0073】
図15は、実施例5と実施例6のデータ図である。
実施例5では、金属酸化物Yをアルミナにしている。
実施例6では、金属酸化物Yをチタニアにしている。
実施例5と実施例6の場合、実施例3と同様に、アパーチャー91が無いのでガラス強度が上がる。しかし、光拡散膜80と接着剤90との接着強度は、不良になってしまう。
【0074】
図14の実施例4は、実施例1〜3,5,6の結果及びその他の試験から求めた「最適値」の組み合わせである。「最適値」として、以下の値の組み合わせがよい。あるいは、以下の値の±10%(望ましくは±5%、さらに望ましくは±2%)の範囲がよい。
「光拡散膜80体積比」:金属酸化物Yの含有率が40%、樹脂81の含有率が60%
「Y粒径(光拡散膜80)」:1.0μm
「光拡散膜80厚さ」:10.0μm
「アパーチャー91」:無
このとき、光束比が98%になり、拡散性とガラス強度が優良になり、膜強度と接着強度が良好になる。
【0075】
実施例1〜6の結果及びその他の試験からは、図14の最下行の「好適値」のとおり、以下の値の組み合わせがよい。
「光拡散膜80体積比」:金属酸化物Yの含有率が10%〜80%、樹脂81の含有率が90%〜20%
「Y粒径(光拡散膜80)」:0.05〜20μm
「光拡散膜80厚さ」:5〜20μm
「アパーチャー91」:無
なお、「Y粒径(光拡散膜80)」を5μm以上としたのは、拡散性を確保するためである。また、実施の形態1の下限値と同じにしたからである。「Y粒径(光拡散膜80)」が20μmである場合に、接着強度が良好状態になるのであれば、「Y粒径(光拡散膜80)」が20μm以下の薄い状態になれば、接着強度が良好状態になるはずである。
【0076】
実施例3の結果からは、以下の値の組み合わせがよい。
「光拡散膜80体積比」:結晶性シリカの含有率が20%であり、樹脂81の含有率が80%
「Y粒径(光拡散膜80)」:15μm
「光拡散膜80厚さ」:20μm
「アパーチャー91」:無
【0077】
以上のように、この実施の形態の光拡散カバー40は、ガラス管56と、ガラス管56の内側全周に設けられ金属酸化物Yと樹脂81とを有し光を拡散する光拡散膜80とを備えている。
そして、この実施の形態の拡散光源50は、ガラス管56とLED本体(ヒートシンク54)との接合に、シリコーン系の接着剤90を用いる。
【0078】
金属酸化物Yは、シリカ、特に、結晶性シリカを用い、光拡散膜80を形成する。
接着剤90はシリコーン系の接着剤で、金属酸化物Yは結晶性シリカなので、光拡散膜80の上から接着剤90を塗っても光拡散膜80と接着剤90との接着力が落ちない。また、金属酸化物Yを結晶性シリカにすれば、接着剤90とガラス管56との間の熱伝導性が向上する。
【0079】
なお、光拡散膜80の仕様を、実施の形態1の光拡散膜80の好適な仕様と同じにしてもよい。
また、実施の形態1と同様に、ガラス管56と光拡散膜80との間に、ガラス管56の内側全周に設けられた保護膜70であって、金属酸化物Xからなる保護膜70を備えていてもかまわない。その際、金属酸化物Xはシリカがよい。
【0080】
実施の形態3.
以下、実施の形態1、2と異なる点を説明する。
光拡散膜80を形成する樹脂として、水溶性熱硬化樹脂を用いる。さらに、水溶性熱硬化樹脂に亜硫酸ソーダなどの還元剤を加える。例えば、還元剤は、チオ硫酸ナトリウムが望ましい。
【0081】
この実施の形態の光拡散カバー40は、素材をガラスとし、光拡散剤として金属酸化物Yの粒子を用い、樹脂81として水溶性熱硬化樹脂を用い、水溶性熱硬化樹脂で金属酸化物Yをガラス管内部に膜として形成する。
実施の形態1又は2の光拡散カバー40の樹脂81に、水溶性熱硬化樹脂に亜硫酸ソーダなどの還元剤を加えることにより、長時間経過後の樹脂81の酸化を防ぎ、劣化による光束低下を軽減しつつ、長時間経過後でも明るく光拡散効果の得られる光拡散カバー40を提供できる。
【0082】
実施の形態4.
以上の各実施の形態及び各実施例において、光拡散カバーの素材に筒状のガラス管を用いたが、本発明の適用形状は管状とは限らない。例えば、平面又は曲面のガラス板の少なくとも片側一方に拡散膜を形成すれば、平面上の又は曲面状の拡散光源に応用することも可能である。
また、光源はLEDでなくてもよく、光を発するものであればよい。
【0083】
なお、上記各実施の形態で示した各値は、各値の±10%(望ましくは±5%、さらに望ましくは±2%)の範囲で変化しても、各値と同じ効果あるいは類似の効果を奏する。
また、保護膜70と光拡散膜80には、上記以外の物質が例えば10%程度又は5%程度以内の範囲で混入していてもかまわない。
【0084】
以上の実施の形態の光拡散カバーは、ガラスと、
前記ガラスの片方の面に、樹脂と平均粒径が0.05μm〜20μmである金属酸化物Yとからなる光拡散膜と
を備え、
前記光拡散膜に対し金属酸化物Yが10%から70%未満の体積比で存在し、
前記光拡散膜の厚さは5〜20μmであることを特徴とする。
【0085】
前記光拡散膜の体積比において、金属酸化物Yの含有率が40%±10%、樹脂の含有率が60%±10%、
前記金属酸化物Yの粒子径が1.0μm±10%、
前記光拡散膜の膜厚が10.0μm±10%
であることを特徴とする。
【0086】
前記光拡散膜と前記ガラスの間に、金属酸化物Xの保護膜が形成され、
前記保護膜は、平均粒子径が50〜500nmである金属酸化物Xからなり、
前記保護膜の厚さは0.5〜5.0μmであることを特徴とする。
【0087】
前記金属酸化物Xの粒子径が0.1μm±10%、
前記保護膜の膜厚が1.0μm±10%
であることを特徴とする。
【0088】
前記光拡散膜は、2μm以下の空洞が50%未満の体積比で存在することを特徴とする。
【0089】
前記光拡散膜は、空洞が30%±10%の体積比で存在することを特徴とする。
【0090】
前記金属酸化物は、チタニア、シリカ、アルミナ、酸化亜鉛のうち、少なくとも1つを含むことを特徴とする。
【0091】
前記樹脂は、水溶性熱硬化樹脂であることを特徴とする。
【0092】
前記ガラスは、ガラス管であり、
前記光拡散膜は、ガラス管の内側全周に設けられたことを特徴とする。
【0093】
前記樹脂は、還元剤を含むことを特徴とする。
【0094】
前記拡散光源は、
前記光拡散カバーと、
発光ダイオード(LED)を搭載した発光部とを備え、
光拡散膜と発光部とを接着剤で接着したことを特徴とする。
【0095】
前記金属酸化物Yは、結晶性シリカであり、接着剤は、シリコーン系接着剤であることを特徴とする。
【0096】
前記拡散光源は、光拡散膜の光の拡散性を保ちつつ光の透過性とを増加させることができる。
また、光拡散膜による接着力の低下が改善でき、アパーチャーを作成する作業が不要になる。
さらに、光拡散膜がガラスとよく密着することにより、ガラスの物理的強度を向上させることができる。
【符号の説明】
【0097】
40 光拡散カバー、50 拡散光源、51 LED、52 基板、54 ヒートシンク、55 口金、56 ガラス管、57 ガラス内面傷、58 給電端子、60 発光部、62 平板部、63 弧状部、64 中空部、70 保護膜、80 光拡散膜、81 樹脂、82 空洞、90 接着剤、91 アパーチャー、X 金属酸化物、Y 金属酸化物。
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13
図14
図15