(57)【要約】【課題】表示用半導体発光素子を用いても十分に紫外光を光ファイバに結合させることができる光モジュールを提供する。安価で実用性が高い光触媒装置を提供する。【解決手段】本発明の光モジュール２０は、一端から光触媒担持光ファイバ１３が挿入され、他端から紫外光を発する表示用半導体発光素子（砲弾型紫外ＬＥＤ２５）が挿入されるガイド孔２２が形成されたものであって、ガイド孔２２の内面には、その面から突出した段差２８が形成されており、この段差２８で光触媒担持光ファイバ１３および表示用半導体発光素子（砲弾型紫外ＬＥＤ２５）の挿入位置を位置決めする。また、本発明の光触媒装置は、上述した光モジュール２０を介して、光触媒担持光ファイバ１３と表示用半導体発光素子（砲弾型紫外ＬＥＤ２５）とが結合されたものである。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端から光触媒担持光ファイバが挿入され、他端から紫外光を発する表示用半導体発光素子が挿入されるガイド孔が形成された光モジュールであって、
ガイド孔の内面には、その面から突出した段差が形成されており、この段差で光触媒担持光ファイバおよび表示用半導体発光素子の挿入位置を位置決めすることを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
ガイド孔に挿入される光触媒担持光ファイバの先端にフェルールが取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光モジュールを介して、光触媒担持光ファイバと表示用半導体発光素子とが結合されたものであることを特徴とする光触媒装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示用発光ダイオードなどの表示用半導体発光素子と光触媒を担持した光ファイバとを結合する光モジュールおよび光触媒装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
酸化チタンなどの光触媒は、基本的には４００ｎｍ以下の波長の光（紫外光）が光源から照射されて活性化され、有機物や微生物（以下、これらを被分解物という）の分解に利用されている（例えば、特許文献１参照）。
図５は、光触媒を備えた光触媒装置を模式的に示す図である。この光触媒装置３０は、紙などの担持体上に膜状に成形された光触媒３１と、紫外光を発する光源３２とを有するものである。ここで、光源３２としては、例えば、自然光、ブラックライト、キセノンランプ、半導体発光素子などが使用される。
この光触媒装置３０では、光源３２から発せられた紫外光によって光触媒３１を活性化して光触媒３１に吸着した被分解物を分解する。ところが、このように、光触媒３１が膜状になっている光触媒装置３０では、光源３２から発せられた紫外光の大部分は光触媒３１を透過してしまっており、その一部しか光触媒３１の活性化に寄与していなかった。したがって、紫外光の利用効率が低かった。
また、被分解物が不透明で、しかもその濃度が高い場合には、光源からの紫外光が遮られて光触媒を十分に活性化できなかった。そこで、被分解物による遮光の影響を小さくするために、光源と光触媒との間隔を短くすることが考えられるが、その場合には、被分解物を含むガスの流動を妨害することがあった。
【０００３】
これらの問題を解決するために、外周面に光触媒を担持した光ファイバ（以下、光触媒担持光ファイバという）が提案されている。図６に、光触媒担持光ファイバを備えた光触媒装置の一例を模式的に示す。この光触媒装置４０では、光触媒を担持した複数本の光ファイバ４１，４１・・・からなるファイババンドル４２の一端が紫外光ランプ４３（光源）側に向くように配置されている。また、反射鏡４４が、紫外光ランプ４３から発せられた紫外光が略同一方向に進行するように設けられている。このような光触媒装置４０では、紫外光ランプ４３から発せられた紫外光を各光ファイバ４１に結合させ、光ファイバ４１内の紫外光が表面側に漏光することで光触媒が活性化して、表面に吸着した被分解物を分解する。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１０４７５３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、光触媒担持光ファイバを備えた光触媒装置では、光ファイバ中の紫外光は有効に利用できるものの、紫外光ランプから発した紫外光の一部しか光ファイバに結合されず、結合効率が低かった。そのため、最終的には、図５に示す光触媒装置と同程度の触媒活性しか得られず、実用性が低かった。
紫外光の結合効率を向上させるためには、光源として通信用半導体発光素子を用いることが考えられる。通信用半導体発光素子は光ファイバに光を結合しやすいような構造を有しているため、９０％以上の結合効率で紫外光を光ファイバに結合させることができる。しかしながら、通信用半導体発光素子は、通信用に適するような特殊な構造を有している上に、生産量が少ないため、高価なものであった。しかも、通信用半導体発光素子と光ファイバとの接続では、高精度な位置決めが要求されるため、組み立てのコストアップも避けられなかった。その結果、通信用半導体発光素子を用いた場合には、表示用半導体発光素子を用いた場合の約１００倍のコストを必要とした。
【０００６】
また、表示用半導体素子を用いた場合には安価にできるものの、図７に示すように、表示用半導体素子５１は出射光の広がり角度が大きく、そのスポットサイズが大きいために、高い結合効率で紫外光を光ファイバ５２に結合することが難しかった。したがって、表示用半導体素子を用いた場合には、光触媒５３を十分に活性化できなかった。
本発明は、前記事情を鑑みてなされたものであり、表示用半導体発光素子を用いても十分に紫外光を光ファイバに結合させることができる光モジュールを提供することを目的とする。さらには、安価で実用性が高い光触媒装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の光モジュールは、一端から光触媒担持光ファイバが挿入され、他端から紫外光を発する表示用半導体発光素子が挿入されるガイド孔が形成された光モジュールであって、
ガイド孔の内面には、その面から突出した段差が形成されており、この段差で光触媒担持光ファイバおよび表示用半導体発光素子の挿入位置を位置決めすることを特徴とする。
本発明の光モジュールにおいては、ガイド孔に挿入される光触媒担持光ファイバの先端にフェルールが取り付けられていることが好ましい。
本発明の光触媒装置は、上述した光モジュールを介して、光触媒担持光ファイバと表示用半導体発光素子とが結合されたものであることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態例）
本発明に係る光モジュールの第１の実施形態例について図１、図２を参照して説明する。
図１は、第１の実施形態例の光モジュールを、その中心軸に沿って切断したときの断面図である。この光モジュール１０は、樹脂製の有底円筒であって、その２つの端面に開口部１１ａ，１１ｂを有するガイド孔１２が形成されたものである。さらに、ガイド孔１２は、光触媒担持光ファイバ１３が挿入される第１のガイド部１４ａと、紫外光を発する表面実装型紫外ＬＥＤ１５（表示用半導体発光素子）が挿入される第２のガイド部１４ｂとを有している。また、ガイド孔１２は、光触媒担持光ファイバあるいは表示用半導体発光素子の挿入方向をガイドできるように、その内径は、光触媒担持光ファイバあるいは表示用半導体発光素子の外径より僅かに大きくなっている。すなわち、この実施形態例では、第１のガイド部１４ａの内径は、光触媒担持光ファイバ１３の外径より僅かに大きくなっており、第２のガイド部１４ｂの内径は、半導体からなる発光体１６を実装した基板１７の外径より僅かに大きくなっている。
【０００９】
また、ガイド孔１２の内面には、その面から突出した段差１８が形成されている。この段差１８は、図２に示すように、ガイド孔１２の内面に沿って環状に形成されており、この段差１８が形成された部分の内径は、光触媒担持光ファイバの外径より小さくなっている。なお、図２は、光モジュール１０を開口部１１ａ側から見たときの図である。
このような段差１８がガイド孔１２の内面に形成されているので、ガイド孔１２に光触媒担持光ファイバ１３を開口部１１ａから挿入し、表面実装型紫外ＬＥＤ１５を開口部１１ｂから挿入していくと、光触媒担持光ファイバ１３端面の周縁と表面実装型紫外ＬＥＤ１５の基板１７の周縁とが段差１８に突き当たり、それ以上の挿入を規制できる。このように挿入を規制した結果、光触媒担持光ファイバ１３および表面実装型紫外ＬＥＤ１５の挿入位置を位置決めできる。
【００１０】
段差１８においては、そのガイド孔形成方向の長さＬが１ｍｍ以下（ただし、０ｍｍを除く）であることが好ましい。段差１８のガイド孔形成方向の長さＬが上記範囲であれば、光触媒担持光ファイバ１３の端面と表面実装型紫外ＬＥＤの間隔をその長さＬにできるため、より高い結合効率で表面実装型紫外ＬＥＤ１５の紫外光を結合できる。
【００１１】
この光モジュール１０においては、光触媒担持光ファイバ１３と表面実装型紫外ＬＥＤ１５との間は、透明樹脂で封止されている。ここで、透明樹脂としては、ＰＭＭＡ樹脂、ポリカーボネート樹脂、非晶シクロオレフィンポリマー、あるいは、これらをフッ素変性したものなどが挙げられる。
【００１２】
光モジュール１０をなす樹脂としては、例えば、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリアミド系樹脂、フッ素樹脂などの熱可塑性樹脂や、シリコーン樹脂、ポリウレタン系樹脂などの熱硬化性樹脂、紫外光硬化型樹脂などの各種の樹脂などが挙げられる。
【００１３】
光触媒担持光ファイバを構成する光ファイバとしては、通常、マルチモードファイバが使用される。マルチモードファイバとしては、例えば、クラッド径／コア径が１２５μｍ／１２３μｍのものが挙げられる。マルチモードファイバは開口が大きいので、光を効率的に結合できる上に、漏光させやすい。
また、光ファイバとしては、クラッドが２層で、その屈折率差が１．５％以上のものであってもよい。
光ファイバの材質としては特に制限はないが、石英ガラスが好ましく、フッ素添加石英ガラスがより好ましい。石英ガラスは金属イオン含有量が極めて少ないため、金属イオンが光触媒に拡散して触媒活性を低下させることを防止できる上に、紫外光の導波損失が小さい。さらに、石英ガラスにフッ素が添加されていれば、紫外光の導波損失がより小さくなる。
【００１４】
また、光触媒担持光ファイバを構成する光触媒としては、例えば、ＴｉＯ２ 、ＴｉＯ３ 、ＺｎＯ、ＷＯ３ 、ＳｎＯ２ 、Ｆｅ２Ｏ３、ＳｒＴｉＯ３  、ＣｄＳ、ＣｄＳｅなどが挙げられる。
【００１５】
以上説明した第１の実施形態例では、段差１８によって光触媒担持光ファイバ１３および表面実装型紫外ＬＥＤ１５の挿入位置を位置決めできるので、光触媒担持光ファイバ１３と表面実装型紫外ＬＥＤ１５との間隔が短くなるように配置できる。このように、光触媒担持光ファイバ１３と表面実装型紫外ＬＥＤ１５との間隔を短くすることで、光の広がり角度が大きい表面実装型紫外ＬＥＤ１５を用いても、紫外光を光ファイバに高い結合効率で結合させることができる。したがって、表示用半導体発光素子である表面実装型紫外ＬＥＤ１５を用いても、光触媒を十分に活性化させることができる。
【００１６】
（第２の実施形態例）
次に、本発明に係る光モジュールの第２の実施形態例について図３を参照して説明する。
図３は、第２の実施形態例の光モジュールを、その中心軸に沿って切断したときの断面図である。この光モジュール２０は、樹脂製の有底円筒であって、その２つの端面に開口部２１ａ，２１ｂを有するガイド孔２２が形成されたものである。さらに、ガイド孔２２は、先端に円筒状のフェルール２３が取り付けられた光触媒担持光ファイバ１３が挿入される第１のガイド部２４ａと、紫外光を発する砲弾型紫外ＬＥＤ２５（表示用半導体発光素子）が挿入される第２のガイド部２４ｂとを有している。ここで、第１のガイド部２４ａの内径は、フェルール２３の外径より僅かに大きくなっており、第２のガイド部２４ｂの内径は、砲弾型紫外ＬＥＤ２５の最大径より僅かに大きくなっている。
なお、砲弾型紫外ＬＥＤ２５とは、先端に向かって縮径する砲弾型の樹脂レンズ２６内に発光体２７が設置されたものである。
【００１７】
また、第２の実施形態例においても、ガイド孔２２の内面には、その面に沿って環状に突出した段差２８が形成されている。この段差２８が形成された部分の内径は、フェルール２３の外径より小さくなっている。
このような段差２８がガイド孔２２の内面に形成されているので、ガイド孔２２に光触媒担持光ファイバ１３を開口部２１ａから挿入し、砲弾型紫外ＬＥＤ２５を開口部２１ｂから挿入していくと、フェルール２３端面の周縁と砲弾型紫外ＬＥＤ２５の樹脂レンズ２６表面の一部とが段差２８に突き当たり、それ以上の挿入を規制できる。このように挿入を規制した結果、光触媒担持光ファイバ１３および砲弾型紫外ＬＥＤ２５の挿入位置を位置決めできる。
【００１８】
この第２の実施形態例においても、第１の実施形態例と同様に、より高い結合効率で紫外ＬＥＤの紫外光を結合できることから、段差２８のガイド孔形成方向の長さＬが１ｍｍ以下（ただし、０ｍｍを除く）であることが好ましい。
【００１９】
フェルール２３としては、光触媒担持光ファイバ１３に取り付けることができると共に第１のガイド部２４ａに挿入できれば特に制限はないが、光ファイバを光コネクタに接続する際に使用されるものが好ましい。光ファイバを光コネクタに接続する際に使用されるフェルールは大量生産品であり、安価である上に、サブミクロンレベルの精度を有している。
また、フェルール２３の材質としては特に制限はなく、樹脂、金属、ガラス、セラミックスのいずれであってもよい。
【００２０】
以上説明した第２の実施形態例では、段差２８によってフェルール２３および砲弾型紫外ＬＥＤ２５の挿入位置を位置決めできるので、フェルール２３が取り付けられた光触媒担持光ファイバ１３と砲弾型紫外ＬＥＤ２５との間隔が短くなるように配置することができる。したがって、砲弾型紫外ＬＥＤ２５を用いても、紫外光を光ファイバに高い結合効率で結合させることができ、光触媒を十分に活性化させることができる。
また、この実施形態例のように、光触媒担持光ファイバ１３にフェルール２３を取り付けた状態でガイド孔２２に挿入することで、小型であるために寸法にばらつきが生じやすい樹脂製の光モジュール２０であっても、光触媒担持光ファイバ１３を高精度に光モジュール２０に取り付けられる。
【００２１】
なお、本発明は、上述した実施形態例に限定されない。例えば、上述した実施形態例では、段差はガイド孔の内面に沿った環状のものであったが、光触媒担持光ファイバあるいは半導体発光素子の挿入位置を位置決めできれば特に制限されない。例えば、図４に示すような、互いに対向するような段差２９，２９であってもよい。
また、光モジュールの材質としては、樹脂以外のもの、例えば、金属などであってもよい。
また、表示用半導体発光素子としては、ＬＥＤアレイを用いることもできる。ＬＥＤアレイを用いれば、複数の光ファイバに紫外光を結合させる場合に低価格にできると共に、コンパクトにできる。
【００２２】
本発明の光触媒装置は、上述したような光モジュールによって、光触媒担持光ファイバと表示用半導体発光素子とが結合されたものである。このような光触媒装置は、表示用半導体発光素子を用いているにもかかわらず、高い結合効率で紫外光を光ファイバに結合できるので、光触媒を十分に活性化でき、実用性が高い。しかも、この光触媒装置は、表示用半導体発光素子を用いているので安価である。
【００２３】
【発明の効果】
本発明の光モジュールによれば、光触媒担持光ファイバと表示用半導体発光素子との間隔が短くなるように配置することができるので、表示用半導体発光素子から発する紫外光を光触媒担持光ファイバに高い結合効率で結合させることができる。
本発明の光触媒装置は、表示用半導体発光素子を用いても、光触媒の活性が十分に高く、実用性が高い。また、表示用半導体発光素子を用いているので安価である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施形態例の光モジュールを示す断面図である。
【図２】第１の実施形態例における段差を示す図である。
【図３】本発明に係る第２の実施形態例の光モジュールを示す断面図である。
【図４】他の実施形態例における段差を示す図である。
【図５】従来の光触媒装置の一例を模式的に示す図である。
【図６】従来の光触媒装置の他の例を模式的に示す図である。
【図７】表示用半導体発光素子からの光が光ファイバに結合しない場合の態様を説明する図である。
【符号の説明】
１０，２０・・・光モジュール、１２，２２・・・ガイド孔、１３・・・光触媒担持光ファイバ、１５・・・表面実装型紫外ＬＥＤ（表示用半導体発光素子）、１８，２８，２９・・・段差、２５・・・砲弾型紫外ＬＥＤ（表示用半導体発光素子）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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