(57)【要約】【課題】小型化が可能であるとともに照射範囲が広く、省エネルギー性に優れた紫外線の面発光体を提供する。【解決手段】紫外線面発光体２２は、導光板３２と、反射体３３と、ＬＥＤユニット３１と、を備える。導光板３２は、紫外線を入射させる入射部５０と、この入射部５０から入射された紫外線を内部で伝播させて出射させる出射面５１と、を備える。反射体３３は、導光板３２の出射面５１以外から出射する紫外線を反射する。ＬＥＤユニット３１は、前記導光板３２の端部に配置される。そして、導光板３２は出射面５１の反対側の面に、複数個の円錐台形状の凹状反射部４１が点在するように配置される。【選択図】図７
2009181914.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線を入射させる入射部と、この入射部から入射された紫外線を内部で伝播させて出射させる出射面と、を備える導光板と、
前記導光板の前記出射面以外から出射する紫外線を反射するための反射体と、
前記導光板の端部に配置される紫外線発光ダイオードと、
を備えることを特徴とする紫外線の面発光体。
【請求項２】
請求項１に記載の紫外線の面発光体であって、
前記導光板において、前記出射面及び前記出射面の反対側の面の少なくとも何れか一方に、凸状又は凹状に形成された微細形状の反射部が複数個点在するように配置されることを特徴とする紫外線の面発光体。
【請求項３】
請求項２に記載の紫外線の面発光体であって、
前記反射部の形状は、円錐形状、円錐台形状、角錐形状、又は角錐台形状であることを特徴とする紫外線の面発光体。
【請求項４】
請求項１から３までの何れか一項に記載の紫外線の面発光体であって、
前記反射部は、前記入射部から離れるに従って密度が徐々に増大するように配置されていることを特徴とする紫外線の面発光体。
【請求項５】
請求項１から４までの何れか一項に記載の紫外線の面発光体であって、
前記反射体は、
前記導光板の前記出射面の反対側の面に対向して配置される背面反射体と、
前記導光板において前記紫外線発光ダイオードが配置される端面以外の端面に対向して配置される端面反射体と、
前記紫外線発光ダイオードが配置される端面に、紫外線の照射を妨げないように配置される照射部反射体と、
のうち少なくとも何れかを含むことを特徴とする紫外線の面発光体。
【請求項６】
請求項１から５までの何れか一項に記載の紫外線の面発光体であって、
前記反射体はアルミニウムを含む材料で構成されることを特徴とする紫外線の面発光体。
【請求項７】
請求項１から６までの何れか一項に記載の紫外線の面発光体を備えることを特徴とする光触媒装置。
【請求項８】
請求項７に記載の光触媒装置であって、
光触媒が酸化チタンを含むことを特徴とする光触媒装置。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の光触媒装置であって、
活性炭によって光触媒を担持することを特徴とする光触媒装置。
【請求項１０】
紫外線発光ダイオードから導光板の入射部に紫外線を照射する第１ステップと、
前記入射部から前記導光板の内部に入射した紫外線を、前記導光板に備えられる微細形状の凸状反射部又は凹状反射部で反射又は屈折させ、更に出射面から出射させる第２ステップと、
前記出射面から出射された紫外線が光触媒に照射されることによって有機物質を分解する第３ステップと、
を含むことを特徴とする空気清浄方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主要には、導光板を用いた紫外線の面発光体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、光触媒に紫外線を照射して空気中の有害物質を除去する空気清浄方法が知られている。この光触媒を用いた空気清浄方法は、光触媒に紫外線を照射するだけの簡易な構成で実現できることから、病院の手術室の床や壁を光触媒である酸化チタンでコーティングしたり、光触媒を担持させたフィルタに空気を循環させることによって果物や野菜の鮮度を保つ輸送分野に応用されたりする等、様々な分野で使用されている。
【０００３】
上述の空気清浄方法は光触媒に紫外線が照射されることにより、活性酸素種が有機物を分解する構成である。しかし、光触媒を励起させるためには一定の要件を満たした波長の紫外線を光触媒に照射しなければならない。その要件とは即ち、Ｅ＝ｈｖ（Ｅ：エネルギーｅＶ，ｈ：プランク定数，ｖ：光の振動数）の式を満たすことである。例えば光触媒によく用いられる酸化チタン光触媒においてはＥ＝３．２ｅＶであり、酸化チタン光触媒を活性化できる光の波長は、ｖ＝１／λ（λ：光の波長）の式によれば３８０ｎｍ以下ということになる。そのため、光触媒を用いる空気清浄方法では、所定の波長の紫外線を照射できる紫外線発光装置を用いることが多い。この紫外線発光装置として、ブラックライトや紫外線蛍光管等の放電管式紫外線発光体を採用したものや、紫外線発光ダイオード等に代表される半導体式紫外線発光体を採用したもの等が知られている。
【０００４】
光触媒を用いる空気清浄方法において紫外線発光ダイオードを用いたものは、例えば特許文献１に開示されている。この特許文献１は、光触媒を備えるハニカム型のフィルタを用いて脱臭を行う脱臭装置において、前記光触媒を励起させる紫外線の光源としての紫外線発光ダイオードを用いると共に、前記紫外線発光ダイオードからの前記紫外線が前記フィルタの片側から半分ぐらいまで照射されるように紫外線発光ダイオードの照射角度を設定すると共に、この片側に前記光触媒を配し、残りの側に酸化触媒を配する。
【特許文献１】特開２００６−０１７３５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
放電管式紫外線発光体は線光源であるため、板状に形成される光触媒に紫外線を照射するためには照射範囲を広くする必要がある。そのため、光源と光触媒の距離を離すことによって紫外線を拡散させて照射範囲を広くする方法や、放電管式紫外線発光体を複数並列して配置することによって照射範囲を広くする方法等が採られる。しかし前者の方法は、放電管式紫外線発光体から照射される紫外線の光量は概ね距離の２乗に比例して減衰するため、光触媒の位置によっては十分な紫外線の照射がされない部分が生じることになる。一方、後者の放電管式紫外線発光体を並列して配置する方法においても、並列する放電管式紫外線発光体の間に隙間が生じてしまうため、板状の光触媒との距離は必ずしも一定にならない。また、ブラックライト等の放電管式紫外線発光体は発熱性が高いため、光源と光触媒との距離が近過ぎる場合、光触媒を担持するフィルタ等が熱によって変形するおそれがある。
【０００６】
この点、紫外線発光ダイオードは低発熱を実現でき、耐用寿命もブラックライト等の放電管式紫外線発光体に比べて長く、紫外線発光体として扱いやすい。また、省エネルギーの観点からも紫外線発光ダイオードはブラックライト等に比べて優れている。しかし、紫外線発光ダイオードの光は指向性を有する点光源であるため、照射すべき範囲が広い場合には複数の紫外線発光ダイオードを並べて使用する必要がある。紫外線発光ダイオードを並べる方式としては、例えば平面上に縦横に集合配列させる方式が知られている。しかし、このような集合配列方式は、装置の小型化が難しいことに加え、紫外線を照射する面積が大きくなるに従って必要な紫外線発光ダイオードの数が著しく多くなってしまう。また、特許文献１においても、板状の光触媒の全面に対して紫外線を均一に照射するという観点から改善の余地があった。
【０００７】
本発明は以上の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、省スペース性及び省エネルギー性に優れた紫外線の面発光体を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び効果】
【０００８】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。
【０００９】
本発明の第１の観点によれば、以下のように構成される紫外線の面発光体が提供される。即ち、紫外線の面発光体は、導光板と、反射体と、紫外線発光ダイオードと、を備える。前記導光板は、紫外線を入射させる入射部と、この入射部から入射された紫外線を内部で伝播させて出射させる出射面と、を備える。前記反射体は、前記導光板の前記出射面以外から出射する紫外線を反射する。前記紫外線発光ダイオードは、前記導光板の端部に配置される。
【００１０】
これにより、紫外線発光ダイオードの指向性の強い紫外線を、導光板の内部で拡散させ、出射面を介して紫外線を広範囲に照射できる。従って、使用する発光ダイオードの数を少なくすることができ、製造コスト及び消費電力を削減できる。また、紫外線発光ダイオードが導光板の端部に配置されるので、装置を特に導光板の厚み方向に小型化できる。更に、紫外線発光ダイオードを光源として用いるので、長寿命化と低発熱性に貢献できるとともに、紫外線発光ダイオードは水銀フリーで製造できることから環境への負荷を抑えることができる。
【００１１】
前記の紫外線の面発光体においては、前記導光板において、前記出射面及び前記出射面の反対側の面の少なくとも何れか一方に、凸状又は凹状に形成された微細形状の反射部が複数個点在するように配置されることが好ましい。
【００１２】
これにより、導光板内で紫外線を凸状反射部又は凹状反射部に衝突させることで、反射又は屈折により出射面側へ良好に導くことができる。
【００１３】
前記の紫外線の面発光体においては、前記反射部の形状は、円錐形状、円錐台形状、角錐形状、又は角錐台形状であることが好ましい。
【００１４】
これにより、導光板に入射した紫外線が凸状反射部又は凹状反射部の傾いた側面に衝突し、反射又は屈折することによって出射面側へと前記紫外線が導かれることになる。従って出射面から十分な紫外線を照射することができる。
【００１５】
前記の紫外線の面発光体においては、前記反射部は、前記入射部から離れるに従って密度が徐々に増大するように配置されていることが好ましい。
【００１６】
これにより、入射部からの距離にかかわらず、出射面から紫外線を均一に照射することができる。
【００１７】
前記の紫外線の面発光体においては、前記反射体は、前記導光板の前記出射面の反対側の面に対向して配置される背面反射体と、前記導光板において前記紫外線発光ダイオードが配置される端面以外の端面に対向して配置される端面反射体と、前記紫外線発光ダイオードが配置される端面に、紫外線の照射を妨げないように配置される照射部反射体と、のうち少なくとも何れか１つを含むことが好ましい。
【００１８】
これにより、紫外線が導光板の出射面と反対側の面（背面）及び端面から漏れることを反射体によって効果的に防止することができる。従って、紫外線発光ダイオードの紫外線を出射面から無駄なく照射することができる。
【００１９】
前記の紫外線の面発光体においては、前記反射体はアルミニウムを含む材料で構成されることが好ましい。
【００２０】
これにより、導光板の出射面以外から漏れ出ようとする光を、紫外線の反射率が高いアルミニウムを含む反射体によって、導光板の内部へ効率的に反射させることができる。従って、紫外線発光ダイオードの紫外線を有効に利用でき、強い照射強度を実現できる。
【００２１】
本発明の第２の観点によれば、前記紫外線の面発光体を備える光触媒装置が提供される。
【００２２】
これにより、面発光体から光触媒に対して紫外線を均一に照射でき、触媒反応を効果的に進行させることができる。また、面発光体の軽量化及び小型化が実現されているので、光触媒装置の小型化を実現でき、スペースの小さい場所に配置することができる。これによって様々な状況で手軽に活用できる光触媒装置を実現できる。
【００２３】
前記の光触媒装置においては、光触媒が酸化チタンを含むことが好ましい。
【００２４】
これにより、酸化力の強い酸化チタンを光触媒として用いることで一層効果的に空気を清浄化させることができる。
【００２５】
前記の光触媒装置においては、活性炭によって光触媒を担持することが好ましい。
【００２６】
これにより、吸着性の高い活性炭に担持される光触媒に面発光体から紫外線を照射するので、例えば臭いの原因等となる有機物質に対して活性炭による優れた吸着力と光触媒による優れた分解能力を同時に発揮できる。
【００２７】
本発明の第３の観点によれば、以下のような光触媒の空気清浄方法が提供される。即ち、第１ステップでは、紫外線発光ダイオードから導光板の入射部に紫外線を照射する。第２ステップでは、前記入射部を介して前記導光板の内部に入射した前記紫外線を、前記導光板に備えられる微細形状の凸状反射部又は凹状反射部で反射又は屈折させ、更に出射面から出射させる。第３ステップでは、前記出射面から出射した紫外線が光触媒に照射されることによって有機物質を分解する。
【００２８】
これにより、低消費電力の紫外線発光ダイオードの紫外線を、導光板を用いて光触媒に均一に照射できる。従って、低コストで効果の高い空気清浄方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態に係る光触媒空気清浄装置の概略的な構成を示した正面図である。
【００３０】
図１に示す本実施形態の空気清浄装置１０は光触媒装置１１を備え、光触媒を用いた空気清浄方法によって空気を清浄化するように構成されている。この空気清浄装置１０は、光触媒装置１１と、吸引ファン１２と、電源ユニット１３と、ケーシング１４と、を備える。電源ユニット１３はケーシング１４の適宜の位置に配置されており、光触媒装置１１及び吸引ファン１２に電力を供給可能に構成されている。前記ケーシング１４には図略の吸気口及び排気口が形成されており、吸気口には前記吸引ファン１２が配置されている。
【００３１】
この空気清浄装置１０は、光触媒装置１１をケーシング１４内に４個備える。この構成で、空気が吸引ファン１２によって前記吸気口から吸引され、ケーシング１４内に導かれると、当該空気中の有害物質がそれぞれの光触媒装置１１によって分解され、これにより空気が清浄化される。清浄化後の空気は、前記排気口から排出される。
【００３２】
次に光触媒装置１１について説明する。この光触媒装置１１は、紫外線が照射されることによって励起される光触媒を担持した光触媒フィルタ２１と、この光触媒フィルタ２１に紫外線を照射するための光源としての紫外線面発光体２２と、を備える。
【００３３】
図２は光触媒フィルタ２１における活性炭及び光触媒の様子を示す顕微鏡写真である。この図２に示すように、前記光触媒フィルタ２１においては、光触媒としての酸化チタンが活性炭に担持された状態で存在している。この構成で、光触媒フィルタ２１は、空気中の有害物質を活性炭に吸着させるとともに、紫外線面発光体２２から照射される紫外線によって酸化チタンを励起させ、その触媒作用によって有害物質を酸化分解する。なお、光触媒は酸化チタンに限定されず、例えば酸化タングステン等に変更することもできる。
【００３４】
次に図３を参照して、光触媒装置１１の光源である紫外線面発光体２２について説明する。図３は紫外線面発光体２２の構成を示す斜視図である。図３に示すように、紫外線面発光体２２は、ＬＥＤユニット３１と、２枚の導光板３２と、導光板３２の下部に配置される反射体３３と、これらを保持するための筐体３４と、ＬＥＤユニット３１に電力を供給するための電源部３５と、を備える。
【００３５】
図３に示すように、筐体３４は上面が開放された箱状に形成されている。また、前記ＬＥＤユニット３１は細長い棒状に形成されるとともに、前記筐体３４の一側の内壁に取り付けられている。また、ＬＥＤユニット３１は、当該ＬＥＤユニット３１の長手方向に等間隔に並べて配置された１２個のＬＥＤ４０を有している。そして２枚の導光板３２は、それぞれが一側の端面を前記ＬＥＤユニット３１（ＬＥＤ４０）に対面させるようにして、筐体３４内に並列して配置される。導光板３２は１枚につき６個のＬＥＤ４０に対面している。
【００３６】
前記導光板３２のＬＥＤ４０と向かい合う端面は入射部５０とされるとともに、厚み方向一側の面は出射面５１とされている。この構成で、ＬＥＤ４０から照射され、前記入射部５０から導光板３２内へ進入した紫外線は、導光板３２内で拡散及び反射を繰り返した上で出射面５１から出て、対象物である前記光触媒フィルタ２１を照射する。
【００３７】
図４に本実施形態のＬＥＤユニット３１の波長と紫外線強度の関係を示す。図４に示すように、本実施形態のＬＥＤユニット３１では、酸化チタンを励起させるため、紫外線強度が最も高いピーク波長が３８０ｎｍ近傍になる紫外線を照射するＬＥＤ４０を用いている。なお、前記電源部３５からＬＥＤユニット３１に供給される電力は概略９００ｍＷである。
【００３８】
次に、図５を参照して導光板３２の素材について説明する。図５は、シクロオレフィンポリマーである商品名ゼオノア（登録商標）、環状オレフィンコポリマーである商品名ＴＯＰＡＳ（登録商標）、及びメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）について、波長の長さと透過度の関係を示したものである。
【００３９】
図５のグラフに示すように、一般に流通しているＰＭＭＡについては、製造時に添加される紫外線吸収材の影響で４００ｎｍ以下の波長で透過率が大きく落ち込んでいる。一方、環状オレフィンコポリマー、シクロオレフィンポリマーについては４００ｎｍ以下の波長でも透過率があまり変動しない。なお、ＰＭＭＡについては、紫外線吸収材を添加しない配合のものを用いたところ、波長４００ｎｍ以下での透過率の低下が相当に改善された。
【００４０】
従って、ＬＥＤ４０から照射される波長を考慮すれば、環状オレフィンコポリマー、シクロオレフィンポリマー、又は紫外線吸収材の添加なしのＰＭＭＡで導光板３２を形成することが好ましい。本実施形態においては、耐候性能等の観点から環状オレフィンコポリマーを用いる。
【００４１】
図３に示すように、２枚の導光板３２の下方には反射体３３が配置されている。この反射体３３の素材としては、紫外線の反射率が高いものを選択することが好ましい。本実施形態においては、３８０ｎｍ付近の反射特性が高いアルミニウムを適宜の樹脂に蒸着させたものを用いる。これにより、入射部５０から入射した紫外線が導光板３２の底部から漏れ出ようとした場合でも、反射体３３によって導光板３２内部に戻されることになる。
【００４２】
次に、図６、図７及び図８を参照して導光板３２について説明する。図６（ａ）は本実施形態の導光板３２を示した写真であり、図６（ｂ）には導光板３２の底部の拡大写真である。図７は導光板３２に照射される紫外線の照射方向を模式的に示した導光板３２の側面図である。図８は凹状反射部４１に紫外線が衝突して反射する様子を示す模式図である。
【００４３】
図７に示すように、導光板３２の底面には、円錐台形状に形成される複数の凹状反射部４１が配置されている。凹状反射部４１は円錐台形状に形成されており、この凹状反射部４１に紫外線が衝突することによって、当該紫外線を出射面５１へ導くように構成されている。図８に示すように、凹状反射部４１の側面に衝突した紫外線は、その衝突面の傾斜によって、上方向である出射面５１方向への成分を多く含んで反射されることになる。
【００４４】
導光板３２内において、紫外線は出射面５１である上面、底面、及び反射体によって反射を繰り返しながら進行し、この反射条件が崩れたときに導光板３２外へと出射する。本実施形態においては、上記凹状反射部４１によって反射条件を崩し、これによって紫外線の出射を促している。
【００４５】
図９を参照して円錐台形状の特性について説明する。図９は光線追跡シミュレーションを示したものであり、視野角２０°における角度分布を示したものである。図９（ａ）は円柱形状の凹状反射部を用いた場合の結果を示し、図９（ｂ）は円錐台形状の凹状反射部４１を用いた場合の結果を示すものである。図９に示すように、円柱形状の凹状反射部を使用した場合よりも円錐台形状の凹状反射部４１を使用した場合の方が、正面方向（０°）への出射率が高いことが判る。
【００４６】
また、凹状反射部４１は、頂角が６６°以上８０°以下となるように形成されることが好ましい。例えば、底面の直径が５５μｍ、高さが３０μｍ、頂角が７０°の円錐台形状となるように形成することが考えられる。
【００４７】
次に図１０を参照して凹状反射部４１の配置について説明する。図１０は本実施形態の導光板３２の底部における凹状反射部４１の配置を模式的に示した平面図である。図１０に示すように、凹状反射部４１は、紫外線の入射部５０側から離れるに従って密度が疎から密になるように配置されている。即ち、導光板３２において入射部５０近傍では配置密度が最も小さく、中央部分では配置密度がやや大きくなり、入射部５０から最も離れた位置では配置密度が最も大きくなるように構成されている。具体的には、例えば単位面積あたりの凹状反射部４１の個数が所定の関数に従って増大するように配置される。
【００４８】
このように凹状反射部４１の密度を入射部５０からの距離に応じて変化させることによって、出射面５１から照射される紫外線の照度を一層均一なものにすることができる。そしてこの凹状反射部４１は、例えば１００ｍｍ×５０ｍｍの範囲に約６０万個の割合で最適に配置される。なお、凹状反射部４１の配置方法としては、規則的な配置、ランダム配置等を適宜選択することができる。ただし、出射面５１から照射される輝度の均一性やモアレ防止の観点を考慮すると、凹状反射部４１はランダムに配置されることが好ましい。
【００４９】
また、ＬＥＤ４０は低発熱であるため、導光板３２を光触媒フィルタ２１に対して近接して配置することができる。これにより、紫外線が光触媒フィルタ２１に到達するまでに減衰してしまうことを防ぐとともに、板状に形成される光触媒フィルタ２１の全面を前記紫外線面発光体２２を用いて均一に照射できる。
【００５０】
本実施形態の紫外線面発光体２２の発光輝度を測定した結果を図１１に示す。図１１の表は、導光板３２の発光面を縦横にそれぞれ５分割することで区画された計２５の領域について、それぞれの輝度を分光放射輝度計で測定したものである。図１１に示すように、輝度の最大値は２．８１ｃｄ／ｍ2、最小値は１．８２ｃｄ／ｍ2であり、平均値は２．２１ｃｄ／ｍ2である。均斉度（最小値／最大値）を計算すると６５％となり、均斉度良く発光していることがわかる。また、紫外線積算光量計で測定した照度は平均０．３ｍＷ／ｃｍ2である。従って、バックライト等で用いられる拡散板等の構成がなくても、本実施形態の導光板３２であれば出射面５１から均一に紫外線を照射できる。これにより、製造コストを抑えることができるとともに、更なる小型化を達成することができる。
【００５１】
次に図１２を参照して、凹状反射部４１を備えた導光板３２の製造方法について説明する。図１２は、導光板３２の製造方法を順に示した工程図である。本実施形態において、導光板３２の製造はＵＶリソグラフィ法によって行う。具体的には、図１２（ａ）に示すように、シリコン等で形成される平坦な基板６０にポジ型のレジスト層６１を均一に塗布して固化させる。そして、ＵＶマスク６２を当該基板６０の上方に配置する。このＵＶマスク６２には、紫外線が透過可能な円形パターン６３が、ＵＶマスク６２の一側から他側に向かって疎から密になるように配置されている。
【００５２】
この構成で、図略の紫外線照射装置によってレジスト層６１を感光させる。このとき、前記円形パターン６３の縁部に照射される紫外線の一部が回折して、レジスト層６１に斜めに照射される。この回折現象によって、斜めに照射されたレジスト層６１の照射部分が半影感光されることになる。この状態で現像工程によって露光部分を取り除くと、テーパ形状（円錐台形状）の凹部を備えたレジスト層６１が形成される。
【００５３】
次に、図１２（ｂ）に示すように、このレジスト層にＮｉ電鋳を行い、図１２（ｃ）に示す成形金型６５を製造する。そして、この成形金型６５を図１２（ｄ）のように射出成形装置６６を使用して、導光板３２の原料を射出成形する。この結果、図１２（ｅ）に示す導光板３２が製造される。これにより、機械加工による実現が困難な微細な形状を備えた導光板３２を製造することができる。なお、成形金型６５の製造方法は適宜変更することができる。例えば、ネガ型のレジスト層を使用したり、Ｘ線リソグラフィ法等の他のリソグラフィ技術を用いたりすることが可能である。
【００５４】
次に、図１３を参照して本実施形態の空気清浄装置１０の分解特性について説明する。図１３は、２．４ｍ×２．６ｍ×６ｍの密閉空間に１６０ｐｐｍのアンモニアガスを注入した場合において、本実施形態の空気清浄装置１０の分解性能を測定し、結果をグラフとして示したものである。なお、この測定は、活性炭と光触媒を合わせた重量を１．７２ｇ（酸化チタン０．３８４ｇ）として行った。図１３に示すように、当初は１６０ｐｐｍであったアンモニアガスの濃度が、本実施形態の空気清浄装置１０の清浄化作用により、１５時間後には４０ｐｐｍまで減少している。以上に示すように、本実施形態の空気清浄装置１０を使用することにより、アンモニアガスの分解を効果的に行うことができる。
【００５５】
次に図１４を参照して、本実施形態の光触媒装置１１を単独で使った場合でのトルエンの分解実験について説明する。この実験では、３リットルのテドラーパックに１００ｐｐｍのトルエンを注入したものを２つ用意し、一方のテドラーパックに光触媒装置１１を配置し、他方は光触媒を配置しないブランクテスト用のテドラーパックとした。なお、光触媒を配置したテドラーパックには、３０分ごとにトルエン１００ｐｐｍを注入した。
【００５６】
図１４（ａ）は光触媒装置１１を配置したテドラーパックとブランクテスト用のテドラーパックとのトルエンの濃度を比較したものである。図１４（ｂ）は時間経過におけるトルエンの濃度変化及びトルエンの分解総量の経時変化を示したものである。
【００５７】
図１４（ａ）に示すように、ブランクテスト用のテドラーパックはトルエン濃度が１００ｐｐｍから変化しないのに対して、光触媒を配置したテドラーパックは、３０分後にはトルエン濃度が１．５ｐｐｍまで減少している。また、光触媒を配置したテドラーパックにおいては、トルエンを追加しても再びその３０分後には２．０ｐｐｍまで減少している。また、３０分毎に１００ｐｐｍのトルエンを追加する作業を１０回ほど繰り返しても、図１４（ｂ）に示すように、光触媒装置１１の分解能力は全く低下していない。
【００５８】
以上に示すように、本実施形態の紫外線面発光体２２は、導光板３２と、反射体３３と、ＬＥＤ４０と、を備える。導光板３２は、紫外線を入射させる入射部５０と、この入射部５０から入射された紫外線を内部で伝播させて出射させる出射面５１と、を備える。反射体３３は、導光板３２の出射面５１以外から出射する紫外線を反射する。ＬＥＤ４０は、前記導光板３２の端部に配置される。
【００５９】
この構成により、ＬＥＤ４０の指向性の強い紫外線を、導光板３２の内部で拡散させ、出射面５１を介して紫外線を広範囲に均斉度良く照射できる。従って、使用するＬＥＤ４０の数を少なくすることができ、製造コスト及び消費電力を削減できる。また、ＬＥＤ４０が導光板３２の端部に配置されるので、装置を特に導光板３２の厚み方向に小型化できる。更に、ＬＥＤ４０を光源として用いるので、長寿命化と低発熱を実現できるとともに、紫外線発光ダイオードは水銀フリーで製造できることから環境への負荷を抑えることができる。
【００６０】
また、本実施形態の紫外線面発光体２２を構成する前記導光板３２において、出射面５１の反対側の面には、複数個の凹状反射部４１が点在するように配置される。
【００６１】
この構成により、導光板３２内で凹状反射部４１に衝突する紫外線を、反射又は屈折によって出射面側へ良好に導くことができる。
【００６２】
また、本実施形態の紫外線面発光体２２において、凹状反射部４１の形状が円錐台形状となっている。
【００６３】
この構成により、導光板３２に入射した紫外線が凹状反射部４１の斜面に衝突することによって出射面５１へ良好に導かれる。従って、出射面５１から十分な紫外線を照射することができる。
【００６４】
また、本実施形態の紫外線面発光体２２において、凹状反射部４１は、入射部５０から離れるに従って密度が徐々に増大するように配置される。
【００６５】
この構成により、入射部５０からの距離にかかわらず、出射面５１から紫外線を均一に照射することができる。
【００６６】
また、本実施形態の紫外線面発光体２２は、反射体３３がアルミニウムを含む材料で構成される。
【００６７】
この構成により、導光板３２の出射面５１以外から漏れ出ようとする光を、紫外線の反射率が高いアルミニウムを含む反射体３３によって、導光板３２の内部へ効率的に反射させることができる。従って、ＬＥＤ４０の紫外線を有効に利用でき、強い照射強度を実現できる。
【００６８】
また、本実施形態の光触媒装置１１は前記紫外線面発光体２２を備える。
【００６９】
この構成により、紫外線面発光体２２から光触媒に対して紫外線を均一に照射でき、触媒反応を効果的に進行させることができる。また、紫外線面発光体２２の軽量化及び小型化が実現されているので、光触媒装置１１の小型化を実現でき、スペースの小さい場所に配置することができる。これによって様々な状況で手軽に活用できる光触媒装置１１を実現できる。
【００７０】
また、本実施形態の光触媒装置１１において、前記光触媒は酸化チタンを含む。
【００７１】
この構成により、酸化力の強い酸化チタンを光触媒として用いることで、一層効果的に空気を清浄化させることができる。
【００７２】
また、本実施形態の光触媒装置１１は、活性炭によって光触媒である酸化チタンを担持するように構成される。
【００７３】
この構成により、吸着性の高い活性炭に担持される光触媒に面発光体から紫外線を照射するので、例えば臭いの原因等となる有機物質に対して活性炭による優れた吸着力と光触媒による優れた分解能力を同時に発揮できる。
【００７４】
また、上述したように本実施形態の光触媒装置１１を用いた空気清浄方法は以下に示されるステップで行われる。即ち、第１ステップでは、ＬＥＤ４０から導光板３２の入射部５０に紫外線を照射する。第２ステップでは、入射部５０を介して導光板３２の内部に入射した紫外線を、導光板３２の出射面５１と反対側の面に備えられる円錐台形状の凹状反射部４１によって反射させ、更に出射面５１から出射させる。第３ステップでは、出射面５１から出射した紫外線が光触媒に照射されることによって有機物質を分解する。
【００７５】
この構成により、低消費電力のＬＥＤ４０の紫外線を、導光板３２を用いて光触媒に均一に照射できる。従って、低コストで効果の高い空気清浄方法を提供することができる。これによって、大気中にわずかに存在する有害な揮発性有機物（ＶＯＣガス；ベンゼン、トルエン、キシレン等）や生ゴミの腐敗臭やアンモニアの分解を効率よく行い、生鮮食品の鮮度維持に用いた場合でも効果が高い空気清浄装置を提供することができる。
【００７６】
次に紫外線面発光体の変形例について図１５を参照して説明する。図１５は紫外線面発光体２２の変形例を示す斜視図である。なお、変形例において上記実施形態と同一及び類似する構成には、図面に同一の符号を付して説明を省略する場合がある。
【００７７】
図１５に示すように、紫外線面発光体８０は、ＬＥＤユニット８１と、導光板８２と、筐体８３と、反射体と、を備える。変形例のＬＥＤユニット８１には４個のＬＥＤ４０が備えられている。このＬＥＤ４０は、上記実施形態と同様に入射部５０の端面に配置されている。
【００７８】
変形例の紫外線面発光体８０は、導光板８２の下方に配置される背面反射体８４と、入射部５０と反対側の端面を覆う端面反射体８５と、前記入射部５０に対して隣り合う端面をそれぞれ覆う端面反射体８６，８７と、を備えている。なお、これらの反射体は、背面反射体８４、端面反射体８５，８６，８７が一体的に形成される構成に限定されず、それぞれ別個の独立した部品として構成することもできる。
【００７９】
以上に示すように変形例の紫外線面発光体８０の反射体は、導光板８２の出射面５１と反対側の面に対向して配置される背面反射体８４と、導光板８２においてＬＥＤ４０が配置される端面以外の端面に対向して配置される端面反射体８５，８６，８７と、を含むように形成される。
【００８０】
この構成により、紫外線が導光板３２の出射面５１と反対側の面（背面）及び端面から漏れることを、背面反射体８４及び端面反射体８５，８６、８７によって効果的に防止することができる。従って、ＬＥＤユニット８１の紫外線を出射面５１から無駄なく照射することができる。なお、上記の構成において、端面反射体８５の一部を省略することができる。また、前記入射部５０に対面するとともに、ＬＥＤ４０の紫外線の照射を妨げない範囲で入射部５０に配置される照射部反射体を追加する構成等、その構成は適宜変更することができる。
【００８１】
また、上記実施形態では凹状反射部４１が導光板３２の底部（即ち、前記出射面５１と反対側の部分）に配置される構成であるが、この構成を以下のように変更することができる。図１６及び図１７を参照して導光板３２が有する反射部の変形例について説明する。図１６は導光板３２が上面凸状反射部９１を有する構成、導光板３２が上面凹状反射部９２を有する構成、導光板３２が凹状反射部４１を有するとともに上面に上面凹状反射部９２を有する構成をそれぞれ示した模式図である。図１７は上面凸状反射部９１、上面凹状反射部９２及び凹状反射部４１それぞれの高さと輝度の関係をシミュレーションした結果を示すグラフである。
【００８２】
図１６（ａ）に示すように、導光板３２は、その出射面５１に上面凸状反射部９１を備える構成とすることができる。この上面凸状反射部９１は樹脂が充填されており、出射面５１から外部へ向けて突出している。これによっても、入射した紫外線が上面凸状反射部９１に反射又は屈折して出射することによって、出射される紫外線の均一性を向上させることができる。また、図１７に示すように、上面凸状反射部９１はドット高さが１５μｍの時点までは輝度は向上しているが、２０μｍを超えると輝度が低下している。従って、上面凸状反射部９１のドット高さは、２０μｍより小さく、輝度が低下しない範囲ではできるだけ高いことが好ましい。
【００８３】
また、導光板３２は、図１６（ｂ）に示すように、上面凹状反射部９２を出射面５１側に配置する構成とすることもできる。これによっても、入射部５０から入射した紫外線が上面凹状反射部９２に衝突して反射又は屈折することによって出射面から出射する紫外線の均一性を高めることができる。
【００８４】
更に導光板３２は、図１６（ｃ）に示すように、底部に凹状反射部４１を配置するとともに出射面５１側に上面凹状反射部９２を備える構成とすることもできる。入射部５０から入射した紫外線は凹状反射部４１に反射又は屈折するとともに、上面凹状反射部９２で反射又は屈折することによって、紫外線が拡散される。これにより、底部の凹状反射部４１とともにより均一に紫外線を出射することができる。
【００８５】
以上に本発明の好適な実施形態を説明したが、上記の構成は更に以下のように変更することができる。
【００８６】
上記実施形態及び変形例においてＬＥＤユニットは一列に配置されているが、ＬＥＤユニットの構成は事情に応じて適宜変更できる。例えば照射線強度に応じてＬＥＤユニットを複数列配置したり、ＬＥＤの配置数を増大させたりする変更を行うことができる。このような構成においても、導光板を用いることで必要なＬＥＤの数を最小限に抑えつつ広範囲に紫外線を照射できる紫外線面発光体を提供することができる。
【００８７】
また、上記実施形態では凹状反射部４１の形状が円錐台形状に形成されているが、この構成を変更することもできる。例えば、凹状反射部又は凸状反射部の形状を円錐形状、角錐形状、角錐台形状等に変更することができる。また、上記した凸状反射部又は凹状反射部は、その底部が真円又は正多角形である構成に限定されない。
【００８８】
上記実施形態の空気清浄装置１０は、自動車や生鮮食品の輸送及び殺菌処理が必要とされる施設等様々な分野に転用できる。また、上記実施形態に示すようにＬＥＤの数を抑えるとともに紫外線面発光体２２の厚み方向を小さくできることから、スペースが小さい場所でも紫外線面発光体２２を配置できる。例えば、冷蔵庫等の内壁に埋め込んで使用する場合等に好適である。
【００８９】
また、本発明の紫外線の面発光体を虫の誘引装置として使用することもできる。虫は光源に集まる性質（走光性）を有しており、とりわけ紫外線を感知する能力が高い。従って、誘引装置として照射範囲の広い面発光体を用いることで効果的に虫を誘引できる。誘引した虫は粘着シート等適宜の方法で捕殺する。これにより、農薬を使えない場合でも虫を駆除することができ、例えば食品工場等の虫の混入といった被害を効果的に防止することができる。
【００９０】
また、光触媒を利用した分解脱臭機能を自動車に備える構成とすることができる。前述のように上記実施形態の光触媒装置１１はコンパクトに構成されていることから、スペースが限られるような場合でも設置は容易である。
【００９１】
また、紫外線を利用した植物の育成等にも本発明の紫外線面発光体を用いることができる。この場合、最小限のＬＥＤで広範囲にわたって植物に紫外線を照射できる。
【００９２】
なお、以上に説明した実施形態及びその変形例から、少なくとも以下の技術思想を把握することができる。
【００９３】
紫外線を入射させる入射部と、この入射部から入射された紫外線を内部で伝播させて出射させる出射面と、を備える導光板と、
前記導光板の前記出射面以外から出射する紫外線を反射するための反射体と、
前記導光板の端部に配置される放電管式紫外線発光体と、
を備えることを特徴とする紫外線の面発光体。
【００９４】
この構成により、線光源である放電管式紫外線発光体を簡易な構成で面発光体とすることができる。放電管式紫外線発光体の数を抑えた上でシンプルな構成であるので製造コストを抑えることができる。
【００９５】
上記の放電管式紫外線発光体を用いた紫外線の発光体において、
前記導光板は前記出射面、又は前記出射面の反対側の面、又は前記出射面と前記出射面の反対側の面との両面に、複数個の微細形状の凸状反射部又は凹状反射部が点在するように配置される。
【００９６】
また、上記の放電管式紫外線発光体を用いた紫外線の発光体において、
前記凸状反射部及び前記凹状反射部の形状は、円錐形状、又は円錐台形状、又は角錐形状、又は角錐台形状であるように構成される。
【００９７】
これにより、導光板に入射した紫外線が前記凸状反射部及び前記凹状反射部によって反射又は屈折することによって出射面側へと導かれるので出射面を介して広範囲に紫外線を照射することができる。従って、最小限の構成で十分な紫外線の照射ができる放電管式紫外線発光体を光源とした紫外線の面発光体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明の一実施形態に係る光触媒空気清浄装置の概略を示す正面図。
【図２】活性炭及び光触媒の様子を示す顕微鏡写真
【図３】本実施形態の紫外線面発光体を示す斜視図。
【図４】本実施形態のＬＥＤの波長特性を示すグラフ。
【図５】導光板の材料ごとの紫外線の分光特性を示すグラフ。
【図６】導光板の写真及び凸状反射部の様子を示す顕微鏡写真。
【図７】導光板に入射される紫外線の経路を示す模式図。
【図８】凸状反射部の形状を示す模式図。
【図９】凸状反射部の出射特性を示すグラフ。
【図１０】導光板の凸状反射部の配置を模式的に示す平面図。
【図１１】面発光体の輝度を区分毎に示す表。
【図１２】導光板の製造方法を示すフロー図。
【図１３】アンモニアの濃度変化を示すグラフ。
【図１４】トルエンの濃度変化を示すグラフ。
【図１５】変形例の紫外線面発光体を示す斜視図。
【図１６】変形例の導光板の様子を示す模式図。
【図１７】反射部の形状及び配置場所と輝度の関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００９９】
１０  空気清浄装置
１１  光触媒装置
２１  光触媒フィルタ
２２  紫外線面発光体
３１  ＬＥＤユニット（紫外線発光ダイオード）
３２  導光板
３３  反射体
４１  凹状反射部
９１  上面凸状反射部
９２  上面凹状反射部
【図１】
2009181914.tif 000003
【図３】
2009181914.tif 000004
【図４】
2009181914.tif 000005
【図５】
2009181914.tif 000006
【図７】
2009181914.tif 000007
【図８】
2009181914.tif 000008
【図９】
2009181914.tif 000009
【図１０】
2009181914.tif 000010
【図１１】
2009181914.tif 000011
【図１２】
2009181914.tif 000012
【図１３】
2009181914.tif 000013
【図１４】
2009181914.tif 000014
【図１５】
2009181914.tif 000015
【図１６】
2009181914.tif 000016
【図１７】
2009181914.tif 000017
【図２】
2009181914.tif 000018
【図６】
2009181914.tif 000019