(57)【要約】 【課題】  発光波長が２００〜３５０ｎｍのＬＥＤから発生られる紫外光を効率よく面光源として取出すことができる、光取出装置を提供することにある。【解決手段】  ＬＥＤ、及び前記ＬＥＤから放射される光が入射する入射口が設けられた第一の面と、入射した光が放射される第二の面と、第一、第二の面以外の面とを有する、該光を透過する無機材質からなる透光性部材とを備えた光取出装置において、前記ＬＥＤの発光波長が２００〜３５０ｎｍであり、かつ前記透光性部材が、第一の面の入射口以外の全面上、および第一、二の面以外の全面上に、アルミニウムからなる反射層を有する光取出装置である。【選択図】図１
2015106596.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤ、および
前記ＬＥＤから放射される光が入射する入射口が設けられた第一の面と、入射した光が放射される第二の面と、第一、第二の面以外の面とを有する透光性部材を備えた光取出装置において、
前記ＬＥＤの発光波長が、２００〜３５０ｎｍであり、
前記透光性部材が、前記ＬＥＤの光を透過する無機材質からなり、かつ、第一の面の入射口以外の全面上、および第一、二の面以外の全面上に、アルミニウムからなる反射層を有することを特徴とする光取出装置。
【請求項２】
前記透光性部材において、無機材質が石英であり、アルミニウムからなる反射層が活性金属からなる密着層を介して形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の光取出装置。
【請求項３】
前記透光性部材が、第一の面と第二の面とが互いに対向する面となり、かつ、入射口が対面する位置の第二の面上に、アルミニウムからなる第一反射部材を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光取出装置。
【請求項４】
前記透光性部材の第二の面上に、さらに、アルミニウムからなる第二反射部材を少なくとも１つ以上有し、第一反射部材、および第二反射部材がそれぞれ間隔を開けて配置されてなることを特徴とする請求項３に記載の光取出装置。
【請求項５】
第一反射部材、および第二反射部材が活性金属からなる密着部材を介して形成されてなることを特徴とする請求項４に記載の光取出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新規な光取出装置に関する。具体的には、発光波長が２００〜３５０ｎｍのＬＥＤ（発光波長のピークが２００〜３５０ｎｍの範囲に存在するＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード））から放射された光を取出す、新規な光取出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤは点光源であるため、ＬＥＤにより広い面積を照射しようとすると、光のムラを生じ易いといった欠点があった。そのため、ＬＥＤから発せられる光を面光源とするための様々な検討が行われている。例えば、透明な導光板（透光性部材）の光が放射される以外の面上に凹凸を形成したり、反射層を設けることにより、点光源を面光源に変換して光を取出すことが行われている。
【０００３】
通常、これらのＬＥＤとして、実用化されている発光波長が４００ｎｍ以上の可視光領域のものが仕様されている。この可視光領域のＬＥＤから面光源の光を取出す場合、導光板（透過性部材）はアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の透明樹脂が使用されており、また、反射層としても、不透明白色の合成樹脂シートを接着剤等で該導光板上に積層して使用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
一方、近年、環境問題の関係から水銀ランプ代替、即ち、紫外領域、特に深紫外領域に発光波長のピークを有する光を発光する紫外ＬＥＤ（深紫外ＬＥＤ）の開発が進んでいる。例えば、サファイア基板や炭化ケイ素基板などの異種材料基板、又はIII族窒化物の同種基板上に、III族窒化物半導体結晶層を積層した積層体からなる紫外ＬＥＤの検討が多数行われている（非特許文献１〜３参照）。
【０００５】
このような紫外ＬＥＤにおいても、点光源であるため、紫外ＬＥＤの用途を広めるためには、可視光領域のＬＥＤと同じく、面光源による光取出装置が必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−４５２１４号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ３（２０１０）０４１００１
【非特許文献２】Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ  ３（２０１０）０７２１０３
【非特許文献３】Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ  ５（２０１２）１２２１０１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の可視光領域で使用されていた光取出装置を使用すると、十分な光取出性能、及び耐久性のよいものが得られなかった。つまり、有機系物質の合成樹脂においては、紫外光により分解・劣化してしまうため、従来の可視光領域で使用されていた光取出装置をそのまま使用することができなかった。そのため、紫外ＬＥＤ用の光取出装置の開発が望まれていた。特に、発光波長が短波長、例えば、２００〜３００ｎｍになると、発光効率が極端に低下してしまうため、この領域においても、効率よく光を取出すことができる装置の開発が望まれていた。
【０００９】
したがって、本発明の目的は、紫外領域、即ち、発光波長が２００〜３５０ｎｍであるＬＥＤから放射される点光源の光を効率よく面光源として取出すことのできる、光取出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者等は、上記課題を解決するため、鋭意検討を行った。そして、紫外ＬＥＤの点光源を面光源として取り出せる装置の構造、材質等を検討した結果、アルミニウムよりなる反射層、無機材質からなる紫外光を透過する透光性部材とを組み合わせることにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
即ち、本発明は、
ＬＥＤ、および
前記ＬＥＤから放射される光が入射する入射口が設けられた第一の面と、入射した光が放射される第二の面と、第一、第二の面以外の面とを有する透光性部材を備えた光取出装置において、
前記ＬＥＤの発光波長が、２００〜３５０ｎｍであり、
前記透光性部材が、前記ＬＥＤの光を透過する無機材質からなり、かつ、第一の面の入射口以外の全面上、および第一、二の面以外の全面上に、アルミニウムからなる反射層を有することを特徴とする光取出装置である。
【００１２】
中でも、前記透光性部材は、無機材質が石英であり、アルミニウムからなる反射層が活性金属からなる密着層を介して形成されていることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の装置は、前記透光性部材が、第一の面と第二の面とが互いに対向する面となり、かつ、入射口が対面する位置の第二の面上に、アルミニウムからなる第一反射部材を有することが好ましい。このような対応にすることにより、均質な紫外光を取出すことができる。さらに、本発明の装置は、前記透光性部材の第二の面上に、さらに、アルミニウムからなる第二反射部材を少なくとも１つ以上有し、第一反射部材、および第二反射部材がそれぞれ間隔を開けて配置されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の光取出装置によれば、紫外光により劣化しない無機材料を使用した透光性部材（導光板）、および紫外光の反射率が高いアルミニウムからなる反射層を使用しているため、紫外光を効率よく、しかも長時間に渡って、面光源とすることができる。特に、前記透光性部材が、第一の面と第二の面とが互いに対向する主面であり、かつ、入射口が対面する位置の第二の面上に、アルミニウムからなる第一反射部材を有する形態とすることにより、より透光性部材（導光板）内での紫外光吸収を抑制し、均一に光を取出すことができる。その結果、高い発光強度を有するＬＥＤの作製が難しい、発光波長が２００〜３００ｎｍのＬＥＤ向けの面光源装置として、特に好適に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一態様例（第一の実施態様）に係る光取出装置の平面図である。
【図２】図１の（ｉ）−（ｉ）線における断面図である。
【図３】本発明の一態様例（第二の実施態様）に係る光取出装置の光取出面（第二の面）から見た正面図である。
【図４】図３の（ii）−（ii）線における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、発光波長が２００〜３５０ｎｍの紫外ＬＥＤから発せられた光（点光源）を面光源に変換するものである。以下、各構成部材について説明する。
【００１７】
（ＬＥＤ）
発光波長が２００〜３５０ｎｍであるＬＥＤは、公知の方法で製造することができ、例えば、背景技術で説明した非特許文献１〜３に記載の方法で製造することができる。
本発明の光取出装置について、図を用いて詳細に説明する。
【００１８】
（第一の実施態様）
図１、２に本発明の一態様例（第一の実施態様）に係る光取出装置の図を示した。この図には、一つの紫外ＬＥＤを有する態様を示したが、紫外ＬＥＤは複数配置されてもよい。本発明の光取出装置は、紫外ＬＥＤ１、透光性部材２、反射層３を備えてなる。この第一の実施態様は、透光性部材２における第二の面２３と第一の面とが垂直に交わる態様である。そのため、この第一の実施態様は、紫外ＬＥＤ１から発生られる光（第一の面２１の入射口２２から入射される光）に対して、略平行方向に第二の面２３が存在し、第一、第二の面以外の面２４上に存在する反射層３等によって光が反射され、該第二の面２３から光が取出される態様となっている。この場合、光を取出す第二の面が、最も面積が広い主面となることが好ましい。
【００１９】
紫外ＬＥＤ１から放射した紫外光は、透光性部材２の第一の面２１における入射口２２から入射される。この透光性部材２は、紫外光が面光源として放射される第二の面２３、および第一、第二の面以外の面２４とを有する。この透光性部材２において、第一の面の入射口以外の全面上、および第一、二の面以外の全面上（第一、第二の面以外の面２４の全面上）に、アルミニウムからなる反射層３が配置される。このような配置とするとこにより、第二の面２１から効率よく光を取出すことができる。
【００２０】
（透光性部材）
透光性部材２は、紫外光を透過する無機材質から形成されなければならない。無機材質を使うことにより、紫外ＬＥＤに対しても、耐久性が向上できる。具体的な材質を例示すれば、石英、窒化アルミニウム、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、サファイア等が挙げられる。中でも、成型性、費用を考慮すると、石英であることが好ましい。透光性部材の厚みは、特に制限されるものではなく、使用する用途に応じて適宜決定すればよい。
【００２１】
第一の実施態様の場合、第二の面２３上には、下記に詳述する第二の実施態様における反射部材を設けてもよいが、効率よく光を取出すためには、該反射部材は設けない方がよい。また、効率よく光を取出すためには、第二の面２３上には微細な凹凸を設けることが好ましい。また、この第二の面２３に対向するその他の面上には、光を拡散させるための凸部を設けることもできる。
【００２２】
（反射層）
反射層３は、光を効率よく取出すため、第一の面の入射口以外の全面上、および第一、二の面以外の全面上に配置される。そして、この反射層３は、アルミニウムからなる。アルミニウムからなることにより、紫外光を効率よく取出すことができる。例えば、可視光領域の光取出し装置の反射層によく使用される銀などは、２５０ｎｍの波長の反射率は３０％程度であるのに対して、アルミニウムは９０％である。このことから、紫外光の場合、アルミニウムからなる反射層３とすることが必要であることが分かる。
【００２３】
反射層３は、透光性部材２の必要となる面上に配置される。透光性部材２の各面上に配置する方法は、特に制限されるものではなく、透光性部材２と密着するように配置することが好ましい。そのため、透光性部材２の必要な面上に、アルミニウムを蒸着させてそれを反射層３とすることが最も好ましい。また、透光性部材２上に、活性金属、例えば、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｖ等からなる密着層を蒸着した後、その上にアルミニウムを蒸着することもできる（図１、２には、この密着層は示していない。）。活性金属からなる密着層を予め蒸着することにより、透光性部材とアルミニウムとの密着性を高めることができる。ただし、密着層を予め蒸着する場合には、密着層は、なるべく薄くする方が好ましい。つまり、密着層は、紫外光を吸収するため、例えば、０．１ｎｍ以上５ｎｍ以下の薄膜とすることが好ましい。また、アルミニウムからなる反射層３の厚みは、特に制限されるものではないが、１００ｎｍ以上であることが好ましく、１００μｍ以上１μｍ以下とすることがより好ましい。
【００２４】
以上のような態様とすることにより、紫外光を効率よく取出すことができる。
【００２５】
次に、透光性部材２における第一の面２１と第二の面２２とが対向して配置される場合の第二の実施態様について説明する。
【００２６】
（第二の実施態様）
図３、４に第二の実施態様例を示した。この図３、４には、一つの紫外ＬＥＤを有する態様を示したが、紫外ＬＥＤは複数配置することもできる。また、円筒状の例を示したが、特に制限されるものではなく、多角形の筒状形態であってもよい。この第二の実施態様例は、第一の面２１’と第二の面２３’とが互いに対向する面となり、かつ、入射口２２が対面する位置の第二の面２３’上に、アルミニウムからなる第一反射部材３１を少なくとも有することを特徴とする。第一の面２１’と第二の面２３’が対向する点、および第二の面２３’上に第一反射部材３１を有する点以外は、前記第一の実施態様と同様の構成、材質等を採用することができる。具体的には、透光性部材２の材質、第一の面２１’の入射口２２’以外の全面上、および第一、二の面以外の全面上（その他の面２４’）に形成されるアルミニウムからなる反射層３の厚み、構成、配置、厚み等は第一の実施態様と同様のものが採用できる。また、密着層を用いる場合も、第一の実施態様と同様にすることが好ましい（図３、４には密着層は図示していない。）。この場合も、第二の面２３’が主面となる。
【００２７】
第二の実施態様においては、第一の面２１’と第二の面２３’が対向する点、および第二の面２３’上に第一反射部材３１を有する点に特徴を有する。即ち、第一の面２１’と第二の面２３’が対向することにより、光を取出す面（第二の面２３’）と光が入射する側の面（第一の面２１’）とが対向することとなる。この場合、第一反射部材３１、第一の面２１’上の反射層３、好ましくは第二の面２３’上の第二反射部材３２等を設けることによって、紫外ＬＥＤ１から放射される光は、透光性部材２内へ反射、散乱される。その結果、第二の面２３’からより均一な状態で紫外光を取り出すことが可能となる。本実施態様では、紫外光に対する透過性が高い透光性部材、および反射率の高いアルミニウム（反射層、第一、二反射部材）を使用して、上述のように各部材を配置することによって、２００〜３００ｎｍの発光波長の紫外ＬＥＤを使用した場合にも、発光強度の低下を抑制することができる。そのため、このような短波長の紫外ＬＥＤの光取出装置に好適に使用できる。
【００２８】
そして、第一の面２１’から紫外光を反射させるためには、入射口２２’が対面する位置の第二の面２３’上に、アルミニウムからなる第一反射部材３１を少なくとも設ける必要がある。この第一反射部材３１の大きさ（面積）は、特に制限されるものではなく、紫外ＬＥＤから発生される光の状態、第一の面２１’と第二の面２３’との距離等に応じて適宜決定すればよいが、入射口２３’の開口面積以上であることが好ましい。具体的には、開口面積の１〜２倍程度であればよい。また、当然のことであるが、第一反射部材３１が第二の面２３’全面を覆うと、光を取出すことができないため、第一反射部材３１の面積は、第二の面２３’よりも小さくする必要がある。
【００２９】
また、第二の実施態様において、より光を均一に取出すためには、透光性部材２の第二の面２３’上に、さらに、アルミニウムからなる第二反射部材３２を少なくとも１つ以上有し、第一反射部材３１、および第二反射部材３２がそれぞれ間隔を開けて配置されていることが好ましい。この第二反射部材３２は、複数存在することもでき、この場合も当然のことながら、第一反射部材３１、およびそれぞれの第二反射部材３２が間隔をあけて配置されていなければならない。第二反射部材３２の形状は、特に制限されるものではないが、図４に示すように、それぞれが間隔を有するのであれば、円状に形成することもできる。また円状に限定されるものではなく、多角形状の連続したものであってもよい。さらには、第二反射部材３２を点在するように配置することもできる。
【００３０】
第二反射部材３２を配置する場合、第二反射部材３２の全面積、および第一反射部材３１の面積との合計面積は、第二の面２３’の面積より小さくなければならないが、第二の面２３’の面積の５〜５０％程度とすることが好ましく、さらに５〜３０％程度とすることが好ましい。
【００３１】
第一反射部材３１、第二反射部材３２は、反射層３と同じく、アルミニウムから形成される。アルミニウムでなければならない理由は、第一の実施態様の反射層３と同じ理由である。また、第一反射部材３１、および第二反射部材３２は、活性金属からなる密着部材４を介して、第二の面２３’上に形成することもできる。この密着部材４の厚み等は、第一の実施態様の反射層３の密着層で説明した理由と同じく、薄膜であることが好ましく、具体的な厚みも同様である（つまり、密着部材４の厚みは、０．１〜５ｎｍであることが好ましい。）。また、第一反射部材３１、および第二反射部材３２の厚みも、同じ理由のため、前記反射層３と同じ厚みであることが好ましい（つまり、第一反射部材３１、第二反射部材３２の厚みは１００ｎｍ以上であることが好ましく、１００μｍ以上１μｍ以下とすることがより好ましい。
【００３２】
また、第二の実施態様において、紫外光をより効率よく取出すためには、第二の面２３’上の第一反射部材３１、第二反射部材３２が配置されていない表面は、図示はしていないが微細な凹凸形状とすることもできる。
【００３３】
以上のような態様とすることにより、紫外光をより均一に取出すことができる。そのため、本発明の光取出装置は、従来の水銀ランプが使用されていうような、水洗浄装置等に使用することができる。また、冷蔵庫、洗濯機、掃除機、エアコン等の一般家電にも使用することができる。
【符号の説明】
【００３４】
１                紫外ＬＥＤ
２                透光性部材
２１、２１’      第一の面
２２              入射口
２３、２３’      第二の面
２４、２４’      第一、第二の面以外の面
３                反射層
３１              第一反射部材
３２              第二反射部材
４                密着部材
【図１】
2015106596.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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