(57)【要約】光導波板と、UV光源と、UV光を前記光導波板に結合する手段とを有する発光本体であって、前記光導波板には、1または2以上の蛍光体を有する被覆層が設置され、前記蛍光体は、直接あるいは合成樹脂材料の球状粒子に埋設された状態で設置される発光本体について示した。これらの蛍光体は、波長が300乃至400nmのUV光を波長が420乃至480mの可視光に変換する。被覆層は、厚さが10から5000nmの範囲にあり、光反射量は＜20％である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波板と、UV光源と、UV光を前記光導波板に結合する手段とを有する発光本体であって、前記光導波板には、1または2以上の蛍光体を有する被覆層が設置され、前記蛍光体は、直接あるいは合成樹脂材料の球状粒子に埋設された状態で設置され、波長が300乃至400nmのUV光を波長が420乃至480mの可視光に変換し、前記合成樹脂材料の粒子は、粒径が10から500nmの範囲にあり、前記被覆層は、光反射量が＜20％であることを特徴とする発光本体。
【請求項２】
前記被覆層は、合成樹脂材料の球状粒子に埋設された、1または2以上の無機蛍光体を有することを特徴とする請求項1に記載の発光本体。
【請求項３】
前記被覆層は、合成樹脂材料の球状粒子に埋設された、1または2以上の有機蛍光体を有することを特徴とする請求項1に記載の発光本体。
【請求項４】
前記合成樹脂材料の球状粒子に埋設された前記蛍光体は、UV光を着色光または白色光に変換することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一つに記載の発光本体。
【請求項５】
前記光導波板に設置された前記被覆層は、20乃至5000nmの厚さの層を形成することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一つに記載の発光本体。
【請求項６】
一次光源として、蛍光灯が用いられることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一つに記載の発光本体。
【請求項７】
x、yおよびzを0から1の間の値とし、x+y+zを1としたとき、一次光源として、AlxGayInzNのLEDの配列が用いられることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一つに記載の発光本体。
【請求項８】
前記合成樹脂材料の球状粒子を有する前記被覆層は、2または3以上の光導波板の間に設けられた薄膜に設置されることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一つに記載の発光本体。
【請求項９】
自動車の天井内面の照射に用いられることを特徴とする、請求項1乃至8のいずれか一つに記載の発光本体の利用。
【請求項１０】
窓の照射に用いられることを特徴とする、請求項1乃至8のいずれか一つに記載の発光本体の利用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノ粒子状の無機および／または有機蛍光体の層を用いて、光導波板からの光を結合する発光本体に関する。
【背景技術】
【０００２】
散乱光を結合させて光を放射する技術は、広く用いられている。ミクロン領域の寸法の光散乱粒子は、光の効果的な分散のため長期にわたって使用されており、光導体シートを不透明な外観にする。この場合、製作される光源は、半透明であるが透明ではない。
【０００３】
透明な光源には、多くの用途において利点がある。これは、ナノ粒子を用いて光導波板からの光を結合することによって可能となる。このため、光導波板の端部からの光は、全内部反射によってシート内で分散され、さらに光導波板上にコーティングされた適当な特性を有する粒子層で散乱されることによって、光導波板からの光が結合される。粒子寸法、屈折率および層の厚さが適正に選択された場合、光に対する透明性が得られる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明では、平坦光源の設計に、透明性、光源からの放射の色および自然発色を含む、新たな自由度を提供することを課題とする。
【０００５】
平坦光源、特に光導波板として用いられ、光散乱層で被覆される透明シートの場合、無数の適用用途がある。例えば、バックライト式LCDの多くの光源が、この方法で提供される。そのような全ての用途に向けて、散乱層は、最大限の結合および光源の均一性が提供されるように最適化される。
【０００６】
光を散乱する粒子の粒径は、ミー理論によって定められる。一般に散乱は、散乱パラメータSによって規定され、このSは、被覆層内の粒子の粒径および充填密度と比例関係にある。散乱パラメータは、一定波長では粒子径の関数であり、粒子径の減少とともに増大し、最大値を経て、粒子径がゼロに近づいた場合、最終的にゼロに戻る。従来の光源では、高散乱パワーを有する粒子のコーティングが使用され、粒子径がミー理論の最大値に近い粒子や、厚い層が用いられる。
【０００７】
光の最大70％が結合されると、光源は不透明になる。粒子寸法が散乱光の最適値未満になった場合、層は、徐々に透明となる。これとともに光の結合が抑制される。しかしながら、光導波内での光の吸収は小さくなり、光子を結合させることの可能な各種方法によって、結合は十分に高く維持される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、光導波板1と、UV光源2と、UV光を光導波板に結合する手段とを有する発光本体に関し、このシートには、1または2以上の蛍光体を有する被覆層3が設置され、この蛍光体は、直接あるいは合成樹脂材料の球状粒子に埋設された状態で設置され、波長が300乃至400nmのUV光を波長が420乃至480mの可視光に変換し、前記合成樹脂材料の粒子は、粒径が10から500nmの範囲にあり、前記被覆層は、光反射量が＜20％である。
【０００９】
一方、被覆層内のこれらの蛍光体は、光導波からの光を結合し、UV光を長波長側の可視光に変換する。1または2以上の無機あるいは有機蛍光体は、合成樹脂材料の球状粒子に埋設されても良い。
【００１０】
光散乱粒子の蛍光特性は、白色光を放射する平坦で透明な光源の製作に利用することができる。
【００１１】
通常、光導波板に設置された被覆層は、20から5000nmの厚さである。光を光導波板に結合させる一次光源として、蛍光灯が用いられる。ただし一次光源としては、AlxGayInzNのLEDを用いることもできる。ここでx、yおよびzは、0から1の間の値であって、x+y+zは1である。
【００１２】
本発明の白色光を放射する発光本体を製作する場合、表1に示す有機蛍光体を高分子前駆体中に溶解させて使用する。白色光を得るには、表1の2または3以上の安定な蛍光体を混合し、高分子前駆体中に溶解させる。高分子前駆体は、例えばBASFの独国出願公開第198  41  842号および199  08  013号に示されているように、粒径が5から500nmの間の球状ナノビードが得られるように重合される。この例における好適高分子前駆体は、ポリメチルメタクリレートである。この材料は、粒子径が300nm以下では透明であるからである。別の好適高分子は、ポリエチレン、ポリビニルクロライド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリスチレンまたはポリカーボネートである。次にこのようにして得られたナノビードは、層の厚さが20から5000nmとなるように光導波板に設置される。本発明による発光本体に適した蛍光体を、表1に示す。
【００１３】
【表１】
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粒子径がナノ領域の無機蛍光体の使用は、本発明による発光本体の製作に極めて適している。この場合これらの粒子径は、1から300nmの範囲にあることが好ましい。次にナノ粒子が被覆層として光導波板に設置されるが、この例の場合、層の厚さは、20から5000nmの間にあることが好ましい。好適な無機蛍光体顔料は、酸化物、硫化物または窒化物および結晶格子を有する半導体材料であって、高屈折率の顔料、例えばMgWO4、CaWO4、Y2O3（n≒1.9）、CaS、SrS（n≒2.1）またはZnS（n≒2.4）が特に好ましい。これらの顔料は、Eu2+、Ce3+、Eu3+、Tb3+、Pr3+、Mn2+、Ag+、Pb2+、Cu2+またはBi3+で活性化され、あるいはそれ自体で光学的に、導電性状態と原子価状態の間を遷移することができる。後者の場合、粒子径の減少は、放射特性の変化につながる。特に、粒子径が減少すると、放射エネルギーが上昇し、赤から黄色を経て緑、青へと放射の色シフトが生じる。この種類の無機蛍光体は、コロイド化学種の合成によって製作することが好ましい。特に好適な無機蛍光体は、表2に示されている。
【００１４】
【表２】
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*印が付された色点は、活性体／共活性体の濃度比に依存する。**印が付された放射波長および色点は、対応するカチオンの比に依存する。
【００１５】
量子ドットと呼ばれる、バンド間にギャップを有する好適蛍光体の概要は、表3に示されている。これらは、自己発光粒子であり、固有の粘度を有する。
【００１６】
【表３】
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白色光を放射する光源は、青および黄橙色の蛍光体または青、緑および赤の蛍光体のいずれかを有する蛍光体混合物を用いることによって、得ることができる。最も好ましい例は：
1.    Sr4Al14O25：EuおよびZnS：Mn、
2.    BaMgAl10O17：Mn，EuおよびZnS：Mn、
3.    ZnS：Ag、ZnS：CuおよびYVO4：Eu、
4.    BaMgAl10O17：EuおよびY3Al5O12：Ce、
5.    BaMgAl10O17：Euおよび(Y1-x-yGdxLuy)3(Al1-yGay)5O12：Ce、
6.    BaMgAl10O17：Eu、CePO4：TbおよびY(V1-x-yPx)O4：Eu、
7.    BaMgAl10O17：Eu、CePO4：TbおよびY2O2S：Eu、
8.    (Ba1-xSrx)5(PO4)3(F，Cl)：EuおよびY3Al5O12：Ce、
9.    (Ba1-xSrx)5(PO4)3(F，Cl)：Euおよび(Y1-x-yGdxLuy)3(Al1-yGay)5O12：Ceである。
【００１７】
通常、光導波に結合される一次光は、300から400nmの間の波長を有する。これは、AlxGayInzNのLEDの配列またはUV蛍光体を有する蛍光灯によって発生させることができる。この場合の好適蛍光体は、LaPO4：Ce（320nm）、(Y，Gd)PO4：Ce（345nm）、BaSi2O5：Pb（350nm）またはSrB4O7：Eu（370nm）である。
【００１８】
請求項に記載の発光本体は、重要な特徴を有する：
−放射光の色は、光導波板のコーティングによって決定され、蛍光体または蛍光体の混合物を変更することで容易に変化させることができる；
−白色光に比べて、UV光は、小さな粒子によってより強く散乱されるため、透明度の高い平坦な光源を容易に得ることができる；
−平坦な光シートは、無色、あるいは光を結合する層が可視領域で吸収を示す蛍光体を有する場合には、蛍光体に対応する色を示す。
【００１９】
これらの発光本体は、各種用途に使用される。一つの可能な例としては、発光本体を自動車の天井内面の照明に用いることが考えられ、別の例としては、窓の照明に使用することが想定される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明のこれらのおよび他の態様は、以降に示す実施例を参照することによって明らかとなろう。
【実施例】
【００２１】
ポリメチルメタクリレートのシートは、片側がBaMgAl10O17：Eu、CePO4：TbおよびYVO4：Euのナノ粒子混合物を有するサスペンションでコーティングされる。これらの3種類の蛍光体の濃度は、UV光によって励起された際に、白色スペクトルが得られるように調整される。
【００２２】
ポリメチルメタクリレートのシートは、サンドイッチ構造となるように、図4に示す状態で積層される。Al0.57Ga0.5In0.05NのLEDの配列は、光導波の端部に配置され、一次光源として使用される。発光スペクトルを図1に示す。4000Kの色温度でのこの光源の演色は、ほぼ90である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】Al0.57Ga0.5In0.05NのLED配列から照射された光が、BaMgAl10O17：Eu、CePO4：TbおよびYVO4：Euの混合物を有する層によって結合される、平坦透明光源の放射スペクトルを示す図である。
【図２】一次光源としてLEDを有する透明光源の概略構成図である。
【図３】一次光源として蛍光ランプを有する透明光源の構成図である。
【図４】光を結合する層が2つの光導波板の間に設置された、透明光源の概略構成図である。
【符号の説明】
【００２４】
1    光導波板
2    UV光源
3    被覆層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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