(57)【要約】【課題】外囲器の外表面に配置した光触媒の表面積を飛躍的に拡大させることのできる光触媒付発光ダイオードの実現。【解決手段】ＬＥＤチップ搭載用の第１のリードフレーム１２に、その底面から上方に向かって孔径が徐々に拡大する略漏斗形状の凹部を設けると共に該凹部内面を反射面と成してリフレクタ１４を形成し、該リフレクタ１４の底面上に、光触媒活性化作用を有する波長の光を放射するＬＥＤチップ１６をダイボンドにより接続固定すると共に、上記ＬＥＤチップ１６を透光性の外囲器２４によって被覆・封止し、さらに、上記外囲器２４の外表面に、光触媒２６で被覆された多数の細長い第１の繊維状体２８を、接着剤３０を介して、上記外囲器２４の外表面に対して略垂直に立設状態で被着した光触媒付発光ダイオード１０。【選択図】        図１
2004296478.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光触媒活性化作用を有する波長の光を放射するＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップを封止する透光性の外囲器とを備え、上記外囲器の外表面に、表面を光触媒で被覆された多数の繊維状体を立設状態で配置したことを特徴とする光触媒付発光ダイオード。
【請求項２】
上記繊維状体が、樹脂繊維やガラス繊維等の繊維の表面に、光触媒を被覆して構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光触媒付発光ダイオード。
【請求項３】
上記繊維状体が、シリカガラスより成る繊維の表面に、シリカガラスの微細孔中にアナターゼ型の酸化チタンが浸透した状態で焼結したシンタリング層を形成し、さらに、上記シンタリング層の表面に、アナターゼ型の酸化チタンより成る光触媒を被覆して構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光触媒付発光ダイオード。
【請求項４】
上記繊維状体が、樹脂繊維やガラス繊維等の繊維の表面に、反射材を被覆し、さらに、上記反射材の表面に光触媒を被覆して構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光触媒付発光ダイオード。
【請求項５】
光触媒活性化作用を有する波長の光を放射するＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップを封止する透光性の外囲器とを備え、上記外囲器の外表面に、光触媒繊維で構成された多数の繊維状体を立設状態で配置したことを特徴とする光触媒付発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）を構成する外囲器の外表面に光触媒を配置して成る光触媒付発光ダイオードに係り、特に、外囲器の外表面に配置する光触媒の表面積を拡大させることのできる光触媒付発光ダイオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
酸化チタン（ＴｉＯ２）等の光触媒は、紫外線等の光の照射を受けると活性化して強力な酸化還元作用を生じ、窒素酸化物（ＮＯＸ）、硫黄酸化物（ＳＯＸ）等の有害化合物や汚濁物等を効果的に分解する作用を発揮するものであることから、特開平９−８３６１号や特開平１０−３１４３４号に開示されているように、この光触媒を、ＬＥＤの外囲器の外表面に配置して空気や水の浄化を行ったり、ＬＥＤに付着した汚れを分解除去する試みが従来から行われている。
【０００３】
図１１は、斯かる従来の光触媒付発光ダイオードの一例を示すものであり、該光触媒付発光ダイオード７０は、発光ダイオードチップ搭載用の第１のリードフレーム７２の先端部７２ａに、その底面から上方に向かって孔径が徐々に拡大する略漏斗形状の凹部を設けると共に該凹部内面を反射面と成してリフレクタ７４を形成し、該リフレクタ７４の底面に発光ダイオードチップ（以下、ＬＥＤチップと称する）７６をＡｇペースト等を介してダイボンドすることにより、上記第１のリードフレーム７２と、ＬＥＤチップ７６底面の一方の電極（図示せず）とを電気的に接続している。また、第２のリードフレーム７８の先端部７８ａと、上記ＬＥＤチップ７６上面の他方の電極（図示せず）とをボンディングワイヤ８０を介して電気的に接続して成る。
【０００４】
また、上記ＬＥＤチップ７６、第１のリードフレーム７２の先端部７２ａ及び端子部７２ｂの上端、第２のリードフレーム７８の先端部７８ａ及び端子部７８ｂの上端は、エポキシ樹脂等より成り、先端に凸レンズ部８２を有する透光性の外囲器８４によって被覆・封止されている。尚、第１のリードフレーム７２の端子部７２ｂ及び第２のリードフレーム７８の端子部７８ｂの下端は、上記外囲器８４の下端部を貫通して外囲器８４外部へと導出されている。
さらに、上記外囲器８４の外表面には、酸化チタン（ＴｉＯ２）等より成る光触媒８６が膜状に被着されている。
【０００５】
上記光触媒付発光ダイオード７０にあっては、第１のリードフレーム７２及び第２のリードフレーム７８を介してＬＥＤチップ７６に電圧が印加されると、ＬＥＤチップ７６が発光して紫外線等の光が放射され、この光が外囲器８４外表面の光触媒８６を活性化することにより、空気や水の浄化を行うことができるようになっている。
【特許文献１】
特開平９−８３６１号
【特許文献２】
特開平１０−３１４３４号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記光触媒による有害化合物や汚濁物等の分解は、これら有害化合物や汚濁物等が光触媒に接触することによって生じる作用である。従って、光触媒による空気や水の浄化能力を向上させるためには、光触媒の表面積をできるだけ拡大することが望ましい。
しかしながら、上記従来の光触媒付発光ダイオード７０にあっては、光触媒８６が外囲器８４の外表面に膜状に配置されていることから、光触媒８６の表面積を外囲器８４の外表面の表面積以上に拡大することはできなかった。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、外囲器の外表面に配置した光触媒の表面積を飛躍的に拡大させることのできる光触媒付発光ダイオードの実現にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明に係る光触媒付発光ダイオードは、光触媒活性化作用を有する波長の光を放射するＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップを封止する透光性の外囲器とを備え、上記外囲器の外表面に、表面を光触媒で被覆された多数の繊維状体を立設状態で配置したことを特徴とする。
【０００９】
本発明の光触媒付発光ダイオードにあっては、外囲器の外表面に、表面を光触媒で被覆された多数の繊維状体を立設状態で配置したことから、光触媒が配置される外囲器の外表面の表面積が、被着された多数の繊維状体の表面積分増大することとなり、この結果、外囲器の外表面に配置される光触媒の表面積を飛躍的に拡大することができる。
【００１０】
表面を光触媒で被覆された上記繊維状体は、樹脂繊維やガラス繊維等の繊維の表面に、光触媒を被覆して構成することができる。
【００１１】
また、表面を光触媒で被覆された上記繊維状体は、シリカガラスより成る繊維の表面に、シリカガラスの微細孔中にアナターゼ型の酸化チタンが浸透した状態で焼結したシンタリング層を形成し、さらに、上記シンタリング層の表面に、アナターゼ型の酸化チタンより成る光触媒を被覆して構成することができる。
この場合、シリカガラスの微細孔中に、アナターゼ型の酸化チタンが浸透した状態で焼結したシンタリング層を介して、光触媒と繊維とが結合されることとなるため、光触媒と繊維との結合が非常に強固となり、光触媒が容易に剥離を生じることがなく、耐久性に優れている。
【００１２】
さらに、表面を光触媒で被覆された上記繊維状体は、樹脂繊維やガラス繊維等の繊維の表面に、反射材を被覆し、さらに、上記反射材の表面に光触媒を被覆して構成することができる。
繊維の表面に被覆された光触媒が薄い場合には、光触媒に照射された光の一部が光触媒を透過して繊維に吸収されてしまうが、この繊維状体にあっては、繊維の表面に反射材を被覆しているので、光触媒を透過してきた光を反射させて光触媒の活性化に再び活用することができる。
【００１３】
また、本発明の他の光触媒付発光ダイオードは、光触媒活性化作用を有する波長の光を放射するＬＥＤチップと、該ＬＥＤチップを封止する透光性の外囲器とを備え、上記外囲器の外表面に、光触媒繊維で構成された多数の繊維状体を立設状態で配置したことを特徴とする。
【００１４】
本発明の他の光触媒付発光ダイオードにあっても、外囲器の外表面に、光触媒繊維で構成された多数の繊維状体を立設状態で配置したことから、光触媒が配置される外囲器の外表面の表面積が、被着された多数の繊維状体の表面積分増大することとなり、この結果、外囲器の外表面に配置される光触媒の表面積を飛躍的に拡大することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき、本発明に係る光触媒付発光ダイオードの実施形態を説明する。
図１は、本発明に係る光触媒付発光ダイオード１０を示すものであり、該光触媒付発光ダイオード１０は、発光ダイオードチップ搭載用の第１のリードフレーム１２の先端部１２ａに、その底面から上方に向かって孔径が徐々に拡大する略漏斗形状の凹部を設けると共に該凹部内面を反射面と成してリフレクタ１４を形成し、該リフレクタ１４の底面にＬＥＤチップ１６をＡｇペースト等を介してダイボンドすることにより、上記第１のリードフレーム１２と、ＬＥＤチップ１６底面の一方の電極（図示せず）とを電気的に接続している。また、第２のリードフレーム１８の先端部１８ａと、上記ＬＥＤチップ１６上面の他方の電極（図示せず）とをボンディングワイヤ２０を介して電気的に接続して成る。
上記ＬＥＤチップ１６は、窒化ガリウム系半導体結晶等で構成されており、光触媒活性化作用を有する波長の紫外線や可視光等の光を放射するものである。
尚、上記第１のリードフレーム１２、第２のリードフレーム１８は、銅、銅亜鉛合金、鉄ニッケル合金等により構成される。
【００１６】
また、上記ＬＥＤチップ１６、第１のリードフレーム１２の先端部１２ａ及び端子部１２ｂの上端、第２のリードフレーム１８の先端部１８ａ及び端子部１８ｂの上端は、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、アクリル樹脂等より成り、先端に凸レンズ部２２を有すると共に光触媒活性化作用を有する波長の紫外線や可視光等の光を透過させる透光性の外囲器２４によって被覆・封止されている。
さらに、第１のリードフレーム１２の端子部１２ｂ及び第２のリードフレーム１８の端子部１８ｂの下端は、上記外囲器２４の下端部を貫通して外囲器２４外部へと導出されている。
【００１７】
また、図１及び図２に示すように、上記外囲器２４の外表面には、酸化チタン（ＴｉＯ２）等より成る光触媒２６で被覆された多数の細長い第１の繊維状体２８が、接着剤３０を介して、上記外囲器２４の外表面に対して略垂直に立設状態で被着されている。
上記光触媒２６は、紫外線の照射を受けて活性化する光触媒だけでなく、可視光の照射を受けて活性化する可視光型光触媒を用いることもできる。
【００１８】
上記第１の繊維状体２８は、図３及び図４に示すように、ナイロン、ポリエステル、アクリル等の樹脂繊維やガラス繊維等の繊維３２の表面に光触媒２６をコーティングして構成され、その直径は５〜５０μｍ、長さは２００〜５０００μｍ程度である。また、隣接する第１の繊維状体２８同士の間隔は、例えば５〜１００μｍ程度と成されていて密集度は高い。
上記光触媒２６の厚さは、１〜３μｍ程度と成されている。上記繊維３２への光触媒２６の被覆方法は、従来から用いられている各種方法を使用でき、例えば、光触媒の分散液中に、樹脂繊維やガラス繊維等の繊維３２を浸漬した後、乾燥・焼成させることにより被覆可能である。
【００１９】
外囲器２４の外表面への上記第１の繊維状体２８の被着は、静電植毛法を用いて行うことができる。これは、第１の繊維状体２８を、静電気を利用して立毛させた状態で、接着剤３０の塗布された外囲器２４の外表面に植毛するものである。すなわち、静電気を利用して第１の繊維状体２８をマイナス又はプラスの電荷に帯電させると共に、外囲器２４の外表面を第１の繊維状体２８の電荷とは逆の電荷で帯電させることにより、静電引力を利用して、外囲器２４の外表面に第１の繊維状体２８を立毛させた状態で略垂直に植毛させるのである。
尚、上記接着剤３０は、光触媒活性化作用を有する波長の紫外線や可視光等の光を透過させる透光性材料より成り、例えば、アルカリシリケート結合物、エチルシリケート結合物、アルコキシラン結合物、有機官能基を部分的に導入したアルコキシラン結合物及び有機ポリマーを反応させたアルコキシラン結合物等の無機結合材やハイブリッド系無機結合材を好適に用いることができる。
【００２０】
上記光触媒付発光ダイオード１０にあっては、第１のリードフレーム１２及び第２のリードフレーム１８を介してＬＥＤチップ１６に電圧が印加されると、ＬＥＤチップ１６が発光して光触媒活性化作用を有する波長の光（紫外線や可視光）が放射され、この光が外囲器２４外表面の光触媒２６を活性化することにより、空気や水の浄化を行うことができる。
尚、上記の通り、接着剤３０は透光性を有していることから、当該接着剤３０によって光触媒活性化作用を有する波長の光が遮られることはない。
【００２１】
而して、上記光触媒付発光ダイオード１０にあっては、外囲器２４の外表面に、光触媒２６で被覆された多数の第１の繊維状体２８を、外囲器２４外表面に対して略垂直に立設状態で被着したことから、光触媒２６が配置される外囲器２４の外表面の表面積が、被着された多数の第１の繊維状体２８の表面積分増大することとなり、この結果、従来の光触媒付発光ダイオード７０の如く光触媒８６を外囲器８４の外表面に膜状に配置した場合に比較して、外囲器２４の外表面に配置される光触媒２６の表面積を飛躍的に拡大することができる。
例えば、被着する第１の繊維状体２８の数、直径、長さ、第１の繊維状体２８同士の間隔を適宜調整することにより、外囲器２４外表面の表面積の数千倍以上の表面積で光触媒２６を配置することが可能である。
また、各第１の繊維状体２８は、外囲器２４の外表面に対して「略垂直」に被着されていることから、第１の繊維状体２８同士が交差して絡み合うことがなく、その結果、光触媒活性化作用を有する波長の光の照射を受けた際に、光の当たらない影の部分を生じることが殆どない。従って、各第１の繊維状体２８の光触媒２６に光が十分に照射されることとなり、光触媒２６の活性化効率が非常に高くなっている。
【００２２】
尚、上記においては、発光ダイオードチップ搭載用の第１のリードフレーム１２の先端部１２ａにリフレクタ１４を形成し、該リフレクタ１４の底面にＬＥＤチップ１６を接続した場合を例に挙げて説明したが、上記リフレクタ１４を形成することなく、第１のリードフレーム１２の先端部１２ａの表面にＬＥＤチップ１６を接続しても良い。
【００２３】
上記光触媒付発光ダイオード１０において、第１の繊維状体２８の代わりに、図５及び図６に示す第２の繊維状体３４、図７及び図８に示す第３の繊維状体３６、図９及び図１０に示す第４の繊維状体３８を用いることもできる。
【００２４】
図５及び図６に示す第２の繊維状体３４は、シリカガラスより成る繊維３２の表面に、シリカガラスの微細孔中にアナターゼ型の酸化チタンが浸透した状態で焼結したシンタリング層４０が形成され、さらに、上記シンタリング層４０の表面に、アナターゼ型の酸化チタンより成る光触媒２６が被覆されることにより構成されている。
この第２の繊維状体３４は、シリカガラスより成る繊維３２の作成時において、シリカガラス繊維の材料であるシリカの焼結前に、該シリカを、光触媒２６の材料であるチタンの金属アルコキシド溶液中に含浸させた後、４００〜８００℃の温度で加熱・焼結させることにより得ることができる。
すなわち、焼結前のシリカは、表面に多数の微細孔を有しているため、シリカをチタンの金属アルコキシド溶液中に含浸させると、上記シリカの表面がチタンの金属アルコキシド溶液で被覆されると共に、シリカの微細孔中に、チタンの金属アルコキシド溶液が浸透することとなる。この状態で、４００〜８００℃の温度で加熱すると、シリカが焼結してシリカガラスより成る繊維３２が形成されると共に、シリカ表面のチタンの金属アルコキシド溶液が加水分解・重合反応してアナターゼ型の酸化チタンより成る光触媒２６が形成される。さらに、シリカ表面のの微細孔も焼結してシリカガラスが形成されると共に、シリカの微細孔中に浸透したチタンの金属アルコキシド溶液も加水分解・重合反応してアナターゼ型の酸化チタンが形成され、この結果、シリカガラスの微細孔中にアナターゼ型の酸化チタンが浸透した状態で焼結した上記シンタリング層４０が構成されることととなる。
この第２の繊維状体３４にあっては、シリカガラスの微細孔中に、アナターゼ型の酸化チタンが浸透した状態で焼結したシンタリング層４０を介して、光触媒２６と繊維３２とが結合されることとなるため、光触媒２６と繊維３２との結合が非常に強固となり、光触媒２６が容易に剥離を生じることがなく、耐久性に優れている。
【００２５】
図７及び図８に示す第３の繊維状体３６は、アナターゼ型の酸化チタン（ＴｉＯ２）より成る光触媒繊維４２で構成されている。
この光触媒繊維４２は、例えば、以下の方法により形成することができる。  先ず、チタンの金属アルコキシドと、該チタンの金属アルコキシドの加水分解のための水と、メタノール等の溶媒と、上記チタンの金属アルコキシドの加水分解・重合反応の調整剤とを調合し、溶液状態の光触媒材料を作製する。
次に、溶液状態の光触媒材料を、例えば２００℃程度の比較的低温で加熱等することにより、溶媒を蒸発させると共に、上記チタンの金属アルコキシドの加水分解・重合反応を一部進行させて、溶液状態の光触媒材料を粘性ゾル状と成す。次に、粘性ゾル状の光触媒材料を延伸した後、４００℃〜８００℃の温度で加熱・焼成して、チタンの金属アルコキシドの重合反応を完全に進行させることにより、ゲル状の細長い光触媒繊維を形成し、この光触媒繊維を、所定の長さに切断すれば、上記光触媒繊維４２を形成することができる。
【００２６】
図９及び図１０に示す第４の繊維状体３８は、樹脂繊維やガラス繊維等の繊維３２の表面に反射材４４が被覆され、さらに、上記反射材４４の表面に光触媒２６が被覆されることにより構成されている。
上記反射材４４は、アルミニウム等の光反射率の高い材料で構成され、蒸着等の方法により繊維３２の表面に被覆される。
而して、繊維３２の表面に被覆された光触媒２６が薄い場合には、光触媒２６に照射された光の一部が光触媒２６を透過して繊維３２に吸収されてしまうが、この第４の繊維状体３８にあっては、繊維３２の表面に反射材４４を被覆しているので、光触媒２６を透過してきた光を反射させて光触媒２６の活性化に再び活用することができる。
【００２７】
尚、図示は省略するが、光反射率の高い材料で構成した繊維３２や、光反射率の高い白色の繊維３２を用い、これら繊維３２の表面に光触媒２６を被覆した場合においても、上記第４の繊維状体３８と同等の効果を得ることができる。
【００２８】
光触媒としては、上記の酸化チタン以外に、ＺｎＯ、ＳｒＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３、Ｆｅ２Ｏ３等、光触媒作用を有する他の金属酸化物を用いることができるが、アナターゼ型の酸化チタンが、光触媒活性に優れており最も好適に使用できる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の光触媒付発光ダイオードにあっては、外囲器の外表面に、表面を光触媒で被覆された多数の繊維状体を立設状態で配置したことから、光触媒が配置される外囲器の外表面の表面積が、被着された多数の繊維状体の表面積分増大することとなり、この結果、外囲器の外表面に配置される光触媒の表面積を飛躍的に拡大することができる。
【００３０】
また、本発明の他の光触媒付発光ダイオードにあっても、外囲器の外表面に、光触媒繊維で構成された多数の繊維状体を立設状態で配置したことから、光触媒が配置される外囲器の外表面の表面積が、被着された多数の繊維状体の表面積分増大することとなり、この結果、外囲器の外表面に配置される光触媒の表面積を飛躍的に拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光触媒付発光ダイオードを示す概略断面図である。
【図２】本発明に係る光触媒付発光ダイオードの要部を拡大して示す概略断面図である。
【図３】第１の繊維状体の拡大縦断面図である。
【図４】第１の繊維状体の拡大横断面図である。
【図５】第２の繊維状体の拡大縦断面図である。
【図６】第２の繊維状体の拡大横断面図である。
【図７】第３の繊維状体の拡大縦断面図である。
【図８】第３の繊維状体の拡大横断面図である。
【図９】第４の繊維状体の拡大縦断面図である。
【図１０】第４の繊維状体の拡大横断面図である。
【図１１】従来の光触媒付発光ダイオードを示す概略断面図である。
【符号の説明】
１０  光触媒付発光ダイオード
１６  ＬＥＤチップ
２４  外囲器
２６  光触媒
２８  第１の繊維状体
３０  接着剤
３２  繊維
３４  第２の繊維状体
３６  第３の繊維状体
３８  第４の繊維状体
【図１】
2004296478.tif 000003
【図２】
2004296478.tif 000004
【図３】
2004296478.tif 000005
【図４】
2004296478.tif 000006
【図５】
2004296478.tif 000007
【図６】
2004296478.tif 000008
【図７】
2004296478.tif 000009
【図８】
2004296478.tif 000010
【図９】
2004296478.tif 000011
【図１０】
2004296478.tif 000012
【図１１】
2004296478.tif 000013