特開 2023-23546 ＬＥＤ基板、ウイルス不活性化装置、ウイルス不活性化方法及びプログラム

(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】P2023023546

(43)【公開日】2023-02-16

(54)【発明の名称】ＬＥＤ基板、ウイルス不活性化装置、ウイルス不活性化方法及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   A61L 9/20 20060101AFI20230209BHJP

   H01L 33/00 20100101ALI20230209BHJP

【ＦＩ】

A61L9/20

H01L33/00 L

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021129154

(22)【出願日】2021-08-05

(71)【出願人】

【識別番号】521347491

【氏名又は名称】ユニオン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100180921

【弁理士】

【氏名又は名称】峰 雅紀

(72)【発明者】

【氏名】野上 大樹

【テーマコード（参考）】

4C180

5F142

【Ｆターム（参考）】

4C180AA07

4C180DD03

4C180HH19

4C180LL04

5F142AA42

5F142EA02

5F142EA08

5F142EA31

5F142GA31

(57)【要約】

【課題】 紫外線を照射する手段として紫外線ＬＥＤを用いる場合、素子寿命やＬＥＤ基板の寿命を少しでも長くするために放熱対策が重要である。その一方、アルミニウム等の熱伝導性の良い材料を用いた放熱板は、コストが高くついてしまうため、代替案が望まれていた。そこで、本発明は、放熱板を用いずに十分な放熱対策が可能なＬＥＤ基板等を提供することを目的とする。
【解決手段】 ＬＥＤ素子と前記ＬＥＤ素子を保持する基板とを備えるＬＥＤ基板であって、前記基板は、樹脂製であり、当該基板の厚さ方向に貫通する孔を有する、ＬＥＤ基板である。本発明によれば、一般的な樹脂製のＬＥＤ基板であっても、金属製の放熱板を外付けすることなく十分な放熱対策が可能となる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＬＥＤ素子と前記ＬＥＤ素子を保持する基板とを備えるＬＥＤ基板であって、
前記基板は、
樹脂製であり、
当該基板の厚さ方向に貫通する孔を有する、ＬＥＤ基板。

【請求項2】

前記ＬＥＤ素子として、第１ＬＥＤ素子及び第２ＬＥＤ素子を備え、
前記基板の内部に平板状の導体である平板導体をさらに備え、
前記第１ＬＥＤ素子及び前記第２ＬＥＤ素子は、前記平板導体を通じて導通している、請求項１記載のＬＥＤ基板。

【請求項3】

前記第１ＬＥＤ素子及び前記第２ＬＥＤ素子は、
深紫外線を含む光を発光するものであり、
素子の間の距離が40mmよりも短くなるように配置されている、請求項２記載のＬＥＤ基板。

【請求項4】

前記第１ＬＥＤ素子は、前記第２ＬＥＤ素子と最も近接している、請求項３記載のＬＥＤ基板。

【請求項5】

前記平板導体として、第１平板導体と第２平板導体とを備え、
前記第１平板導体及び前記第２平板導体は、
前記基板の厚み方向に積層するように前記基板の内部に配置されており、
前記孔の内壁を介して導通する、請求項２から４のいずれかに記載のＬＥＤ基板。

【請求項6】

外付けされる放熱板を備えないことを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載のＬＥＤ基板。

【請求項7】

ＬＥＤ素子と前記ＬＥＤ素子を保持する基板とを有するＬＥＤ基板を備えるウイルス不活性化装置であって、
前記基板は、
樹脂製であり、
当該基板の厚さ方向に貫通する孔を有し、
前記ＬＥＤ素子は、深紫外線を含む光を発光するものであり、
前記ＬＥＤ素子の発光を制御する発光制御部をさらに備え、
前記発光制御部は、前記ＬＥＤ素子の発光を、
ウイルス不活性化を達成し、かつ、
前記ＬＥＤ素子の発熱による前記ＬＥＤ基板の温度が前記ＬＥＤ基板の耐久温度以下の温度となるように制御する、ウイルス不活性化装置。

【請求項8】

周囲の気体を吸い込む吸入口と、
前記気体を排出する排出口とをさらに備え、
前記ＬＥＤ基板として、第１ＬＥＤ基板と、第２ＬＥＤ基板とを備えるものであり、
前記第１ＬＥＤ基板と前記第２ＬＥＤ基板は、
前記吸入口と前記排出口の間の前記気体の通路を挟むように配置され、
かつ、
各前記ＬＥＤ基板が有する前記ＬＥＤ素子が向かい合うように配置され、
前記発光制御部は、前記通路を通る前記気体に含まれるウイルスを不活性化するように前記ＬＥＤ素子の発光を制御する、請求項７記載のウイルス不活性化装置。

【請求項9】

前記発光制御部は、前記通路を通る前記気体に含まれるウイルスを不活性化しつつ、前記ＬＥＤ素子の発熱が最低限となるように前記ＬＥＤ素子の発光を制御する、請求項８記載のウイルス不活性化装置。

【請求項10】

前記発光制御部は、パルス幅変調により前記ＬＥＤ素子の発光を制御する、請求項７から９のいずれかに記載のウイルス不活性化装置。

【請求項11】

ＬＥＤ素子と前記ＬＥＤ素子を保持する基板とを有するＬＥＤ基板を備えるウイルス不活性化装置を用いたウイルス不活性化方法であって、
前記基板は、
樹脂製であり、
当該基板の厚さ方向に貫通する孔を有し、
前記ＬＥＤ素子は、深紫外線を含む光を発光するものであり、
前記ウイルス不活性化装置は、前記ＬＥＤ素子の発光を制御する発光制御部をさらに備え、
前記発光制御部が、前記ＬＥＤ素子の発光を、
ウイルス不活性化を達成し、かつ、
前記ＬＥＤ素子の発熱による前記ＬＥＤ基板の温度が前記ＬＥＤ基板の耐久温度以下の温度となるように制御する発光制御ステップを含む、ウイルス不活性化方法。

【請求項12】

コンピュータを、請求項１１に記載の発光制御部として機能させるプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＬＥＤ基板、ウイルス不活性化装置、ウイルス不活性化方法及びプログラムに関し、特に、ＬＥＤ素子と、ＬＥＤ素子を保持する基板とを備えるＬＥＤ基板等に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、紫外線を照射することにより空気中のウイルスを不活性化する装置が知られている（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－０９０８７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、紫外線を照射する手段として紫外線ＬＥＤを用いる場合、素子寿命やＬＥＤ基板の寿命を少しでも長くするために放熱対策が重要である。

【0005】

その一方、アルミニウム等の熱伝導性の良い材料を用いた放熱板は、コストが高くついてしまうため、代替案が望まれていた。

【0006】

そこで、本発明は、放熱板を用いずに十分な放熱対策が可能なＬＥＤ基板等を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の第１の観点は、ＬＥＤ素子と前記ＬＥＤ素子を保持する基板とを備えるＬＥＤ基板であって、前記基板は、樹脂製であり、当該基板の厚さ方向に貫通する孔を有する、ＬＥＤ基板である。

【0008】

本発明の第２の観点は、第１の観点のＬＥＤ基板であって、前記ＬＥＤ素子として、第１ＬＥＤ素子及び第２ＬＥＤ素子を備え、前記基板の内部に平板状の導体である平板導体をさらに備え、前記第１ＬＥＤ素子及び前記第２ＬＥＤ素子は、前記平板導体を通じて導通している。

【0009】

本発明の第３の観点は、第２の観点のＬＥＤ基板であって、前記第１ＬＥＤ素子及び前記第２ＬＥＤ素子は、深紫外線を含む光を発光するものであり、素子の間の距離が40mmよりも短くなるように配置されている。

【0010】

本発明の第４の観点は、第３の観点のＬＥＤ基板であって、前記第１ＬＥＤ素子は、前記第２ＬＥＤ素子と最も近接している。

【0011】

本発明の第５の観点は、第２から第４のいずれかの観点のＬＥＤ基板であって、前記平板導体として、第１平板導体と第２平板導体とを備え、前記第１平板導体及び前記第２平板導体は、前記基板の厚み方向に積層するように前記基板の内部に配置されており、前記孔の内壁を介して導通する。

【0012】

本発明の第６の観点は、第１から第５のいずれかの観点のＬＥＤ基板であって、外付けされる放熱板を備えないことを特徴とする。

【0013】

本発明の第７の観点は、ＬＥＤ素子と前記ＬＥＤ素子を保持する基板とを有するＬＥＤ基板を備えるウイルス不活性化装置であって、前記基板は、樹脂製であり、当該基板の厚さ方向に貫通する孔を有し、前記ＬＥＤ素子は、深紫外線を含む光を発光するものであり、前記ＬＥＤ素子の発光を制御する発光制御部をさらに備え、前記発光制御部は、前記ＬＥＤ素子の発光を、ウイルス不活性化を達成し、かつ、前記ＬＥＤ素子の発熱による前記ＬＥＤ基板の温度が前記ＬＥＤ基板の耐久温度以下の温度となるように制御する、ウイルス不活性化装置である。

【0014】

本発明の第８の観点は、第７の観点のウイルス不活性化装置であって、周囲の気体を吸い込む吸入口と、前記気体を排出する排出口とをさらに備え、前記ＬＥＤ基板として、第１ＬＥＤ基板と、第２ＬＥＤ基板とを備えるものであり、前記第１ＬＥＤ基板と前記第２ＬＥＤ基板は、前記吸入口と前記排出口の間の前記気体の通路を挟むように配置され、かつ、各前記ＬＥＤ基板が有する前記ＬＥＤ素子が向かい合うように配置され、前記発光制御部は、前記通路を通る前記気体に含まれるウイルスを不活性化するように前記ＬＥＤ素子の発光を制御する。

【0015】

本発明の第９の観点は、第８の観点のウイルス不活性化装置であって、前記発光制御部は、前記通路を通る前記気体に含まれるウイルスを不活性化しつつ、前記ＬＥＤ素子の発熱が最低限となるように前記ＬＥＤ素子の発光を制御する。

【0016】

本発明の第１０の観点は、第７から第９のいずれかの観点のウイルス不活性化装置であって、前記発光制御部は、パルス幅変調により前記ＬＥＤ素子の発光を制御する。

【0017】

本発明の第１１の観点は、ＬＥＤ素子と前記ＬＥＤ素子を保持する基板とを有するＬＥＤ基板を備えるウイルス不活性化装置を用いたウイルス不活性化方法であって、前記基板は、樹脂製であり、当該基板の厚さ方向に貫通する孔を有し、前記ＬＥＤ素子は、深紫外線を含む光を発光するものであり、前記ウイルス不活性化装置は、前記ＬＥＤ素子の発光を制御する発光制御部をさらに備え、前記発光制御部が、前記ＬＥＤ素子の発光を、ウイルス不活性化を達成し、かつ、前記ＬＥＤ素子の発熱による前記ＬＥＤ基板の温度が前記ＬＥＤ基板の耐久温度以下の温度となるように制御する発光制御ステップを含む、ウイルス不活性化方法である。

【0018】

本発明の第１２の観点は、コンピュータを、第１１の観点の発光制御部として機能させるプログラムである。

【発明の効果】

【0019】

本発明の各観点によれば、一般的な樹脂製のＬＥＤ基板であっても、金属製の放熱板を外付けすることなく十分な放熱対策が可能となる。

【0020】

また、本発明の第２の観点によれば、線状の導線を用いて回路を形成するよりも、放熱を促進することが容易となる。そのため線状の導線を用いる回路と比較して、発熱による回路損傷を回避することが可能となる。

【0021】

さらに、本発明の第３の観点によれば、深紫外線ＬＥＤの殺菌効果が漏れなく発揮されるように配置することが容易となる。

【0022】

さらに、本発明の第４の観点によれば、深紫外線ＬＥＤを無駄なく漏れなく配置することが可能となる。

【0023】

また、本発明の第５の観点によれば、ＬＥＤ基板が設置された側に近い平板導体からの放熱に加え、基板の反対側の面に近い平板導体からの放熱も可能となる。そのため、基板の厚みによらず、平板導体の厚みを抑えつつ基板の両面から効率的に放熱することが可能となる。このため、コストを抑制しつつ放熱を促進することが容易となる。

【0024】

また、本発明の第６の観点によれば、放熱性を担保しつつコストを削減することがさらに容易となる。

【0025】

また、本発明の第７の観点によれば、放熱板を用いずに十分な放熱対策がされたＬＥＤ基板をウイルス不活性化装置において適切に適用可能となる。そのため、コストを抑えつつ寿命の長いウイルス不活性化装置等を提供することが可能となる。

【0026】

さらに、本発明の第８の観点によれば、吸い込んだ気体に含まれるウイルスを確実に不活性化するウイルス不活性化装置を提供することが可能となる。しかも、ＬＥＤ基板が気体の通路に面しているため、ＬＥＤ基板の放熱効果を高めることが可能となる。

【0027】

さらに、本発明の第９の観点によれば、ウイルス不活性化と発熱抑制を両立して装置寿命の長いウイルス不活性化装置を提供することが可能となる。

【0028】

さらに、本発明の第１０の観点によれば、ＬＥＤ素子の発光を正確に制御することが容易となる。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】本実施例に係るウイルス不活性化装置１の概要を示すブロック図である。

【図2】本実施例に係るＬＥＤ基板の構成の概要を示す図である。

【図3】本実施例に係るＬＥＤ基板の回路図である。

【図4】ウイルス不活性化装置１におけるＬＥＤ基板の設置例を示す模式図である。

【図5】ＬＥＤ素子の発光の到達距離の一例を示す図である。

【図6】ＬＥＤ素子の発光制御の一例を示す図である。

【図7】本願実施例に係るＬＥＤ基板の以前に試作されたＬＥＤ基板１０１の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、本発明の実施例は、以下に記載する内容に限定されるものではない。

【0031】

図７は、本願実施例に係るＬＥＤ基板の前に試作された非公知のＬＥＤ基板１０３の一例を示す図である。ＬＥＤ基板１０３は、４つの紫外線を発光するＬＥＤ素子１３１、１３３、１３５、１３７を備え、これらが直列に接続されている。

【0032】

図７において、矢印で示すＬＥＤ素子の間の配線の幅が狭いことが一因となり、発熱してＬＥＤ素子やＬＥＤ基板が損傷し、デバイスの寿命が短くなる課題があった。

【実施例0033】

図１は、本実施例に係るウイルス不活性化装置１（本願請求項に記載の「ウイルス不活性化装置」の一例）の概要を示すブロック図である。図１を参照して、ウイルス不活性化装置１は、第１ＬＥＤ基板３と、第２ＬＥＤ基板５と、吸入口７と、通路９と、排出口１１と、発光制御部１３とを備える。第１ＬＥＤ基板は、第１ＬＥＤ素子３１（本願請求項に記載の「第１ＬＥＤ素子」の一例）と、第２ＬＥＤ素子３３（本願請求項に記載の「第２ＬＥＤ素子」の一例）と、第３ＬＥＤ素子３５と、第４ＬＥＤ素子３７と、第１平板導体３９（本願請求項に記載の「第１平板導体」の一例）と、第２平板導体４１（本願請求項に記載の「第２平板導体」の一例）と、スルーホール４３（本願請求項に記載の「孔」の一例）と、樹脂製の基板４５（本願請求項に記載の「基板」の一例）とを有する。第１ＬＥＤ基板３及び第２ＬＥＤ基板５は、それぞれ本願請求項に記載の「ＬＥＤ基板」の一例である。第１ＬＥＤ素子３１、第２ＬＥＤ素子３３、第３ＬＥＤ素子３５、及び、第４ＬＥＤ素子３７は、それぞれ本願請求項に記載の「ＬＥＤ素子」の一例である。また、第１平板導体３９及び第２平板導体４１は、それぞれ本願請求項に記載の「平板導体」の一例である。以下、同様の機能を有する部材をまとめて「ＬＥＤ素子」等のように記載して符号を省略することがある。

【0034】

ウイルス不活性化装置１は、吸い込んだ空気に含まれるウイルスを深紫外線照射により不活性化する。第１ＬＥＤ基板３及び第２ＬＥＤ基板５は、ウイルス不活性化装置１が吸い込んだ空気に深紫外線を照射する。吸入口７は、周囲の空気を吸入する。通路９は、吸入口７から入った空気が排出口１１まで通る流路である。排出口１１は、空気をウイルス不活性化装置１の外部に排出する。発光制御部１３は、第１ＬＥＤ基板１３及び第２ＬＥＤ基板１５が有するＬＥＤ素子の発光を制御する。

【0035】

第１ＬＥＤ素子３１、第２ＬＥＤ素子３３、第３ＬＥＤ素子３５、及び、第４ＬＥＤ素子３７は、深紫外光を発光する。第１平板導体３９及び第２平板導体４１は、平板状の導体であり、第１ＬＥＤ基板３の内部に埋設されている。なお、第１平板導体３９の方がＬＥＤ素子が設置された側の第１ＬＥＤ基板３の表面に近くに埋設されている。また、第２平板導体４１の方が逆の表面に近いところに埋設されている。第１ＬＥＤ基板３は、複数の孔４３を有する。これにより、ＬＥＤ素子の発熱による温度上昇が効果的に抑制されている。

【0036】

ここで、「紫外線」とは、400nm以下の波長域の光を指す。また、「深紫外線」とは、280nm以下の波長域の光を指す。

【0037】

図２は、本実施例に係るＬＥＤ基板の構成の概要を示す図である。図２(a)は、ＬＥＤ基板をＬＥＤ素子が設置された面から見た図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）中のＬＥＤ素子を含む領域４７の拡大図である。図２（ｃ）は、図２（ｂ）中のＡ－Ａ切断線に沿った断面図である。

【0038】

図２を参照して、第１ＬＥＤ素子３１及び第２ＬＥＤ素子３３は、第１平板導体をスルーホール４３が基板４５を厚さ方向に貫通するように設けられている。また、ＬＥＤ基板３は、ＬＥＤ素子として、第１ＬＥＤ素子、第２ＬＥＤ素子、第３ＬＥＤ素子、第４ＬＥＤ素子を備える。ＬＥＤ基板３は、内部に平板状の導体である平板導体を備えており、ＬＥＤ素子は、平板導体を通じて導通している。また、平板導体は、ＬＥＤ基板の両面付近に複数内包されている。具体的には、ＬＥＤ素子が設置されている第１面４９の表面付近に第１平板導体３９が埋設されている。また、逆の表面である第２面５１の表面付近に第２平板導体４１が埋設されている。そのため、第１平板導体３９及び第２平板導体４１は、基板４５の厚み方向に積層するように基板４５の内部に配置されている。また、複数の平板導体は、導体であるスルーホール４３の内壁により導通されている。このため、基板４５の厚みによらず、ＬＥＤ基板３の両面から放熱することが促進される。

【0039】

図２（ａ）中に矢印で示すように、少なくともＬＥＤ素子の間が平板導体を用いる分、図７における細い配線の構成よりも通電による発熱が抑制され、また、放熱が促進される。結果としてＬＥＤ基板の温度上昇を抑制することが可能となる。

【0040】

また、ＬＥＤ基板３は、外付けされる金属製の放熱板を備えない。放熱板を外付けで備えなくとも十分に放熱できるためである。このため、ＬＥＤ基板のコストを削減することが可能となる。なお、必ずしも放熱板の使用を妨げないが、スルーホールを用いた放熱を妨げないように放熱板を設置することが望ましい。

【0041】

図３は、本実施例に係るＬＥＤ基板の回路図である。図３に示すＬＥＤ基板３は、直列に接続されたＬＥＤ素子Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３及びＤ４に加えて、これらのＬＥＤ素子の発光強度を可視化するための可視光ＬＥＤ素子Ｄ５も備える。可視光ＬＥＤ素子Ｄ５は、ＬＥＤ素子Ｄ４と並列に接続されているため、ＬＥＤ素子Ｄ４と同じ電圧が印加される。そのため、可視光ＬＥＤ素子Ｄ５は、ＬＥＤ素子Ｄ４の発光強度に比例した発光強度で可視光を発光する。

【0042】

図４は、ウイルス不活性化装置１におけるＬＥＤ基板の設置例を示す模式図である。ウイルス不活性化装置に吸入口７から吸入された空気の通路９を挟むように向かい合った第１ＬＥＤ基板３と第２ＬＥＤ基板５が設置されている。第１ＬＥＤ基板３と第２ＬＥＤ基板５は、それぞれＬＥＤ素子が向かい合うように設置されており、２つのＬＥＤ基板に挟まれた照射空間６１に紫外線が照射されてウイルスが不活性化される。浄化された空気は、通路９を通って排出口１１から外部に排出される。

【0043】

２つのＬＥＤ基板の間隔が狭ければ、ＬＥＤ素子の発光強度が小さくても十分な不活性化が期待できる。ただし、単位時間当たりに処理できる空間が小さくなる。他方、２つのＬＥＤ基板の間隔を遠ざけると、単位時間当たりに処理できる空間が広がるが、ＬＥＤ素子の発光強度を大きくする必要がある。ＬＥＤ素子の発光強度を大きくすると、発熱量が増大し、素子寿命を短くしてしまうおそれがある。

【0044】

図５は、ＬＥＤ素子の発光の到達距離の一例を示す図である。図５より、ＬＥＤ素子から20mmの距離において発光強度0.46mW/cm2となり発光強度の変曲点となっている。このことからＬＥＤ素子を中心に20mmの範囲においてウイルスの不活性化が可能であることが分かる。このため、本実施例では、ＬＥＤ素子の発光強度の変曲点となる距離の２倍である40mm間隔でＬＥＤ素子を基板上に配置することにより、ウイルスを不活性化する範囲が行き届かないことも重複することもないようにすることが可能となる。

【0045】

図６は、ＬＥＤ素子の発光制御の一例を示す図である。図６に示すように、発光制御部は、パルス幅制御（PWM）方式によりＬＥＤ素子の発光を制御している。Duty比を変化させることでＬＥＤ素子の電流値や発光強度を制御した。ＰＷＭ制御を行うことにより、紫外光による基板の劣化を抑制して動作寿命を延ばすことが可能となる。

【0046】

Duty比を3.5%、25%、50%、75%、95.5%と変化させたときの電流値、ＬＥＤ素子の温度、基板の温度を表１に示す。なお、ＬＥＤ素子及び基板の温度は、赤外線放射温度計を用いて計測した。計測時の室内の温度は、24.5℃であった。

【0047】

【表1】

【0048】

表1に示すように、Duty比95.5%において、電流値が144.2mAを示した。これは、今回用いたLED素子の最大電流150mAに近い値である。また、このときのＬＥＤ素子の温度は、50.7℃であり、基板の温度は37.1℃であった。今回用いたＬＥＤ素子の動作温度である－40～65℃に収まっていることが分かる。したがって、最大強度の発光においても外付けの放熱板を有さない本実施例のＬＥＤ基板は、十分に放熱されていることが分かる。

【0049】

以上に示すように、本願発明により、外付けの放熱板を用いなくともウイルスを不活性化するＬＥＤ基板及びウイルス不活性化装置等を提供することが可能である。これにより、ＬＥＤ基板及びウイルス不活性化装置の寿命を延ばすと共にコストを削減することが可能となる。

【符号の説明】

【0050】

１； ウイルス不活性化装置、３；第１ＬＥＤ基板、５；第２ＬＥＤ基板、７；吸入口、９；通路、１１；排出口、１３；発光制御部、３１；第１ＬＥＤ素子、３３；第２ＬＥＤ素子、３５；第３ＬＥＤ素子、３７；第４ＬＥＤ素子、３９；第１平板導体、４１；第２平板導体、４３；スルーホール、４５；基板、４９；第１面、５１；第２面、６１；照射空間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】