ＬＥＤランプ
【課題】低照度である室内の可視光の下でも有害物質を効果的に分解する機能を有するＬＥＤランプを提供する。
【解決手段】基板７と、この基板７上に実装されたＬＥＤチップ８とを備えるＬＥＤモジュール２と、このＬＥＤモジュール２が設置された基体部３ａと、上記ＬＥＤモジュール２を、空間をおいて覆うように上記基体部３ａに取り付けられたグローブ４ａと、このグローブ４ａの内面に前記ＬＥＤチップ８から離間させて設けられ、上記ＬＥＤチップ８から出射された紫外乃至紫色光を吸収して白色光を発光する蛍光膜９と、上記グローブ４ａの外面に形成された可視光応答型光触媒層１２と、上記基体部３ａ内に設けられ上記ＬＥＤチップ８を点灯させる点灯回路１１と、を具備することを特徴とするＬＥＤランプ１ａである。
【解決手段】基板７と、この基板７上に実装されたＬＥＤチップ８とを備えるＬＥＤモジュール２と、このＬＥＤモジュール２が設置された基体部３ａと、上記ＬＥＤモジュール２を、空間をおいて覆うように上記基体部３ａに取り付けられたグローブ４ａと、このグローブ４ａの内面に前記ＬＥＤチップ８から離間させて設けられ、上記ＬＥＤチップ８から出射された紫外乃至紫色光を吸収して白色光を発光する蛍光膜９と、上記グローブ４ａの外面に形成された可視光応答型光触媒層１２と、上記基体部３ａ内に設けられ上記ＬＥＤチップ８を点灯させる点灯回路１１と、を具備することを特徴とするＬＥＤランプ１ａである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態はＬＥＤランプに係り、特にグローブ外表面に可視光応答型の光触媒層を有し、室内の可視光や低照度環境においても有害物質を分解する機能を有するＬＥＤランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた発光装置は、液晶表示装置のバックライト、信号装置、各種スイッチ類、車載用ランプ、一般照明等の照明装置に幅広く利用されている。特に、ＬＥＤと蛍光体とを組合せた白色発光型のＬＥＤランプは、白熱電球の代替品として注目されており、その開発が急速に進められている。このＬＥＤランプとしては、例えばランプ口金が設けられた基体部にグローブを取り付けると共に、グローブ内にＬＥＤチップを配置し、さらに基体部内にＬＥＤチップの点灯回路を設けた一体型のランプ構造を有するものが知られている。
【０００３】
この種のＬＥＤランプとしては、ＬＥＤチップの表面に直接蛍光体層を塗布し、一定の発光スペクトルを持つランプが公知であり、また現在未公開であるが特願２０１０−１９２５３３号明細書に記載されたＬＥＤ電球のように、蛍光体層をＬＥＤチップから離れた部位に設けたランプなどがある。
【０００４】
上記特願２０１０−１９２５３３号明細書に記載されたＬＥＤ電球は、図４に示すように、基板７と、この基板７上に実装された紫外乃至紫色発光のＬＥＤチップ８とを備えるＬＥＤモジュール２と、このＬＥＤモジュール２が設置された基体部３と、上記ＬＥＤモジュール２を覆うように上記基体部３に取り付けられたグローブ４と、このグローブ４の内面に上記ＬＥＤチップ８から離間させて設けられ、上記ＬＥＤチップ８から出射された紫外乃至紫色光を吸収して白色光を発光する蛍光膜（蛍光体層）９と、上記基体部３内に設けられ、上記ＬＥＤチップ８を点灯させる点灯回路（図示せず）と、この点灯回路と電気的に接続された口金６とを具備して構成されている。いずれも省電力が可能であり、フィラメント型の白熱電球と比較して長寿命であるという特徴を有する。
【０００５】
さらに上記ＬＥＤランプと各種の光触媒とを組み合わせることにより、ＬＥＤランプからの出射光によって光触媒を活性化せしめ、ランプ自体に付着した有機物、ランプ周囲の雰囲気中に含有される臭気成分等を分解したり、雑菌を壊死せしめ抗菌・抗ウィルス効果を発揮させたりするように構成したＬＥＤランプが各種提案されている。
【０００６】
具体的には、特開２００２−１１００９７号公報には、内面に蛍光体層が形成され、放電媒体が封入されたバルブと；このバルブの外周面に形成された酸化チタン（ＴｉＯ２）粒子を主体にした光触媒膜とを具備した蛍光ランプが開示されている。
【０００７】
また、特開平１１−３３９５２１号公報には、発光部の少なくも１部を包囲するカバー部材の内側表面に酸化チタン（ＴｉＯ２）から成る光触媒塗膜を形成した照明装置が開示されている。この構成により、光触媒反応を促進させるための発光部の使用が可能になるので、脱臭効率を向上させることができ、さらに蛍光作用によって照明機能も向上させることができると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−１１００９７号公報
【特許文献２】特開平１１−３３９５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記のようにＬＥＤ発光素子と蛍光体と光触媒とを組み合わせたＬＥＤランプや照明装置で使用されている光触媒は、いずれも酸化チタン（ＴｉＯ２）系材料を用いた紫外線で反応するタイプのものが主流であり、これらの酸化チタン系材料は屋外の太陽光の下ではある程度の触媒活性が得られていたが、低照度である室内の可視光に対する触媒性能が極端に低く、紫外光を含まない蛍光灯やランプから発生する紫外線が極端に少ないＬＥＤ照明の光の下では光触媒が実際的にはほとんど機能しない問題点があった。したがって充分なガス分解性が発揮されず、高い抗菌性・抗ウィルス性が発揮できない致命的な欠点があった。
【００１０】
本発明は上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、特にランプのグローブやバルブ表面に三酸化タングステン（ＷＯ３）を主成分とする可視光応答型光触媒を塗布することにより、低照度である室内の可視光の下でも有害物質を効果的に分解する機能を有するＬＥＤランプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明の実施形態に係るＬＥＤランプは、基板と、この基板上に実装されたＬＥＤチップとを備えるＬＥＤモジュールと、このＬＥＤモジュールが設置された基体部と、上記ＬＥＤモジュールを、空間をおいて覆うように上記基体部に取り付けられたグローブと、このグローブの内面に前記ＬＥＤチップから離間させて設けられ、上記ＬＥＤチップから出射された紫外乃至紫色光を吸収して白色光を発光する蛍光膜（蛍光体層）と、上記グローブの外表面に形成された可視光応答型光触媒層と、上記基体部内に設けられ上記ＬＥＤチップを点灯させる点灯回路と、を具備することを特徴とする。
【００１２】
なお、上記可視光応答型光触媒の効果を得る照明装置としては、ＬＥＤランプに限らず、蛍光体ランプなどにも適用できる。また上記可視光応答型光触媒をランプ表面ではなく、ランプ本体に付設する火屋（ほや）や電球笠などの灯具に塗布した構成でも良い。
【００１３】
上記のように構成したＬＥＤランプによれば、照度が低い室内の可視光に対しても触媒性能が高い可視光応答型光触媒層を形成しているために、ランプから発生する紫外線が極端に少ないＬＥＤ照明の光の下でも光触媒活性が充分に発揮され、充分なガス分解性、高い抗菌性・抗ウィルス性が発揮できる。
【００１４】
また、上記ＬＥＤランプにおいて、前記可視光応答型光触媒層が、平均粒径が５００ｎｍ以下である三酸化タングステン（ＷＯ３）微粒子を主成分とすることが好ましい。可視光応答型光触媒層を構成する三酸化タングステン（ＷＯ３）粒子の平均粒径は、小さいほど触媒面積が多くなり、分解反応を起す触媒面積が大きくなり、より効果的に分解反応等が進行する。つまり、平均粒径が５００ｎｍを超えるように粗大になると、触媒微粒子の表面で反応が起こる確率が減少して、充分な触媒効果が得られない。本発明では、三酸化タングステン（ＷＯ３）微粒子の平均粒径は、より好ましくは２００μｍ以下であり、さらに好ましくは１００μｍ以下である。
【００１５】
さらに、上記ＬＥＤランプにおいて、前記ＬＥＤモジュールが波長３５０〜４２０ｎｍの紫外乃至紫色発光を出射する一方、この紫外乃至紫色発光を受けて、グローブ内面に塗布された蛍光体層が可視光を出射することが好ましい。このようなＬＥＤランプでは、ＬＥＤモジュールから出射された波長３５０〜４２０ｎｍの紫外乃至紫色発光を高い変換効率で可視光に変換できる蛍光体が実現しているので、より高い発光強度が得られる。
【００１６】
また、上記ＬＥＤランプにおいて、前記グローブの最大径Ａが、基体部の最大径Ｂよりも大きいことが好ましい。この場合には、ランプ本体の背面方向にも光が出射されることになり、より広い配向性が得られ、広配光を実現するＬＥＤランプが得られる。
【発明の効果】
【００１７】
上記構成に係るＬＥＤランプによれば、照度が低い室内の可視光に対しても触媒性能が高い可視光応答型光触媒層を形成しているために、ランプから発生する紫外線が極端に少ないＬＥＤ照明の光の下でも光触媒活性が充分に発揮され、充分なガス分解性、高い抗菌性・抗ウィルス性が発揮できる。特にＬＥＤランプに付着した有機物のごみ、タバコの「やに」、台所の油煙等も分解可能であり、長期間に渡ってＬＥＤランプを清潔に維持できる効果が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施形態によるＬＥＤランプについてグローブ部を破断して示す部分断面図。
【図２】第２の実施形態によるＬＥＤランプについてグローブ部を破断して示す部分断面図。
【図３】第１実施形態のＬＥＤランプと、ＴｉＯ２光触媒層を形成したＬＥＤランプと、光触媒層を形成しない従来のＬＥＤランプとにおけるアセトアルデヒドの分解率の経時変化を比較して示すグラフ。
【図４】従来のＬＥＤランプの構成例を示す部分断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の第１実施形態に係るＬＥＤランプ１ａは、図１に示すように、基板７と、この基板７上に実装されたＬＥＤチップ８とを備えるＬＥＤモジュール２と、このＬＥＤモジュール２が設置された基体部３ａと、上記ＬＥＤモジュール２を、空間をおいて覆うように上記基体部３ａに取り付けられたグローブ４ａと、このグローブ４ａの内面に前記ＬＥＤチップ８から離間させて設けられ、上記ＬＥＤチップ８から出射された紫外乃至紫色光を吸収して白色光を発光する蛍光膜９と、上記グローブ４ａの外面に形成された可視光応答型光触媒層１２と、上記基体部３ａ内に設けられ上記ＬＥＤチップ８を点灯させる点灯回路１１と、を設けて構成されている。
【００２０】
また、図１に示す態様において、上記点灯回路１１と電気的に接続された口金６が具備されており、またＬＥＤチップ８の上面は透明樹脂層１０で封止されている。一方、基体部３ａと口金６とは、絶縁部材５を介して接合されている。
【００２１】
上記ＬＥＤモジュール２は、基板７上に実装された紫外乃至紫色発光のＬＥＤチップ８を備えている。基板７上には複数のＬＥＤチップ８が面実装されている。紫外乃至紫色発光のＬＥＤチップ８としては、ＩｎＧａＮ系、ＧａＮ系、ＡｌＧａＮ系等の発光ダイオード等が用いられる。基板７の表面（さらに必要に応じて内部）には、配線網が設けられており、ＬＥＤチップ８の電極は基板７の配線網と電気的に接続されている。ＬＥＤモジュール２の側面もしくは底面には、配線が引き出されており、この配線が基体部３内に設けられた点灯回路１１と電気的に接続されている。ＬＥＤチップ８は、点灯回路１１を介して印加される直流電圧により点灯する。
【００２２】
グローブ４ａの内面には、ＬＥＤチップ８から出射された紫外乃至紫色光を吸収して白色光を発光する蛍光膜（蛍光体層）９が設けられている。従来の蛍光体粒子をＬＥＤチップの封止樹脂中に分散させたＬＥＤモジュールとは異なり、蛍光膜９はＬＥＤチップ８から離間するようにグローブ４ａの内面に設けられている。口金６からＬＥＤランプ１ａに印加された電気エネルギーは、ＬＥＤチップ８で紫外乃至紫色光に変換され、さらに蛍光膜９でより長波長の光に変換されて白色光として放出される。ＬＥＤランプ１ａから放出される白色光は、従来の青色ＬＥＤと黄色蛍光体とを組合せたＬＥＤ電球とは異なり、蛍光膜９の発光のみにより構成される。
【００２３】
ＬＥＤランプ１ａはグローブ４ａの内面全体に設けられた蛍光膜９が発光するため、従来の蛍光体粒子を封止樹脂中に分散させたＬＥＤモジュールとは異なり、蛍光膜９全体を面発光させることができ、蛍光膜９から全方位に白色光が広がる。また、従来の青色ＬＥＤと黄色蛍光体とを組合せたＬＥＤランプとは異なり、蛍光膜９からの発光のみで白色光を得ているため、局所的な輝度ムラ等を抑制することができる。これらによって、ぎらつきが無く、均一で柔らかい白色光が得られる。すなわち、ＬＥＤランプ１ａのグレアを従来の青色ＬＥＤと黄色蛍光体とを組合せたＬＥＤ電球と比べて大幅に低減することが可能となる。
【００２４】
グローブ４ａの形状は特に限定されるものではなく、図１に示すような半球ドーム型形状や図２に示すようなナス型形状を適用することができる。なお、図２に示すＬＥＤランプ１ｂは、グローブ４ｂの形状が異なる点以外は、図１に示すＬＥＤランプ１ａと同様な構成を備えている。グローブ４ａの形成材料は透光性を有するものであれば特に限定されず、例えばガラス製のグローブやポリカーボネートなどの樹脂製のグローブ等が使用される。グローブ４ａは、例えば白熱電球と同等の大きさを有している。
【００２５】
ＬＥＤランプ１ａの発光色は、ＬＥＤチップ８の発光波長と蛍光膜９を構成する蛍光体との組合せにより決定される。紫外乃至紫色光のＬＥＤチップ８と組合せて白色光を得るにあたって、蛍光膜９は青色蛍光体、緑色乃至黄色蛍光体、及び赤色蛍光体を含む混合蛍光体（ＢＧＲ又はＢＹＲ蛍光体）で構成することが好ましい。混合蛍光体は、さらに青緑色（ＢＧ）蛍光体及び深赤色（ＤＲ）蛍光体から選ばれる少なくとも１種の蛍光体を含んでいてもよい。混合蛍光体を構成する各蛍光体は特に限定されるものではないが、ＬＥＤチップ８からの紫外乃至紫色光との組合せ、また得られる白色光の色温度や演色性（平均演色評価数Ｒａ等）の観点から以下に示す蛍光体を使用することが好ましい。
【００２６】
すなわち、青色蛍光体としては、発光のピーク波長が４３０〜４６０ｎｍの範囲の蛍光体が用いられ、例えば式（１）で表される組成を有するユーロピウム（Ｅｕ）付活アルカリ土類クロロ燐酸塩蛍光体を使用することが好ましい。
【００２７】
一般式：（Ｓｒ１−ｘ−ｙ−ｚＢａｘＣａｙＥｕｚ）５（ＰＯ４）３・Ｃｌ …（１）
（式中、ｘ、ｙ、及びｚは０≦ｘ＜０．５、０≦ｙ＜０．１、０．００５≦ｚ＜０．１を満足する数である）
また、緑色乃至黄色蛍光体としては、発光のピーク波長が４９０〜５８０ｎｍの範囲の蛍光体が用いられ、例えば式（２）で表される組成を有するユーロピウム（Ｅｕ）及びマンガン（Ｍｎ）付活アルカリ土類アルミン酸塩蛍光体、式（３）で表される組成を有するユーロピウム（Ｅｕ）及びマンガン（Ｍｎ）付活アルカリ土類珪酸塩蛍光体、式（４）で表される組成を有するユーロピウム（Ｅｕ）付活サイアロン蛍光体、及び式（５）で表わされる組成を有するユーロピウム（Ｅｕ）付活サイアロン蛍光体から選ばれる少なくとも１種を使用することが好ましい。
【００２８】
一般式：（Ｂａ１−ｘ−ｙ−ｚＳｒｘＣａｙＥｕｚ）（Ｍｇ１−ｕＭｎｕ）Ａｌ１０Ｏ１７ …（２）
（式中、ｘ、ｙ、ｚ、及びｕは０≦ｘ＜０．２、０≦ｙ＜０．１、０．００５＜ｚ＜０．５、０．１＜ｕ＜０．５を満足する数である）
一般式：（Ｓｒ１−ｘ−ｙ−ｚ−ｕＢａｘＭｇｙＥｕｚＭｎｕ）２ＳｉＯ４ …（３）
（式中、ｘ、ｙ、ｚ、及びｕは０．１≦ｘ≦０．３５、０．０２５≦ｙ≦０．１０５、０．０２５≦ｚ≦０．２５、０．０００５≦ｕ≦０．０２を満足する数である）
一般式：（Ｓｉ，Ａｌ）６（Ｏ，Ｎ）８：Ｅｕｘ …（４）
（式中、ｘは０＜ｘ＜０．３を満足する数である）
一般式：（Ｓｒ１−ｘＥｕｘ）αＳｉβＡｌγＯδＮω …（５）
（式中、ｘ、α、β、γ、δ、及びωは０＜ｘ＜１、０＜α≦３、１２≦β≦１４、２≦γ≦３．５、１≦δ≦３、２０≦ω≦２２を満足する数である）
一方、赤色蛍光体としては、発光のピーク波長が５８０〜６３０ｎｍの範囲の蛍光体が用いられ、例えば式（６）で表される組成を有するユーロピウム（Ｅｕ）付活酸硫化ランタン蛍光体、式（７）で表される組成を有するユーロピウム（Ｅｕ）付活カズン蛍光体、及び式（８）で表される組成を有するユーロピウム（Ｅｕ）付活サイアロン蛍光体から選ばれる少なくとも１種を使用することが好ましい。
【００２９】
一般式：（Ｌａ１−ｘ−ｙＥｕｘＭｙ）２Ｏ２Ｓ …（６）
（式中、ＭはＳｍ、Ｇａ、Ｓｂ、及びＳｎから選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ｘ及びｙは０．０８≦ｘ＜０．１６、０．０００００１≦ｙ＜０．００３を満足する数である）
一般式：（Ｃａ１−ｘ−ｙＳｒｘＥｕｙ）ＳｉＡｌＮ３ …（７）
（式中、ｘ及びｙは０≦ｘ＜０．４、０＜ｘ＜０．５を満足する数である）
一般式：（Ｓｒ１−ｘＥｕｘ）αＳｉβＡｌγＯδＮω …（８）
（式中、ｘ、α、β、γ、δ、及びωは０＜ｘ＜１、０＜α≦３、５≦β≦９、１≦γ≦５、０．５≦δ≦２、５≦ω≦１５を満足する数である）
さらに青緑色蛍光体としては、発光のピーク波長が４６０〜４９０ｎｍの範囲の蛍光体が用いられ、例えば式（９）で表される組成を有するユーロピウム（Ｅｕ）及びマンガン（Ｍｎ）付活アルカリ土類珪酸塩蛍光体を使用することが好ましい。
【００３０】
一般式：（Ｂａ１−ｘ−ｙ−ｚ−ｕＳｒｘＭｇｙＥｕｚＭｎｕ）２ＳｉＯ４ …（９）
（式中、ｘ、ｙ、ｚ、及びｕは０．１≦ｘ≦０．３５、０．０２５≦ｙ≦０．１０５、０．０２５≦ｚ≦０．２５、０．０００５≦ｕ≦０．０２を満足する数である）
また深赤色（ＤＲ）蛍光体としては、発光のピーク波長が６３０〜７８０ｎｍの範囲の蛍光体が用いられ、例えば式（１０）で表される組成を有するマンガン（Ｍｎ）付活マグネシウムフロロジャーマネート蛍光体を使用することが好ましい。
【００３１】
一般式：αＭｇＯ・βＭｇＦ２・（Ｇｅ１−ｘＭｎｘ）Ｏ２ …（１０）
（式中、α、β、及びｘは３．０≦α≦４．０、０．４≦β≦０．６、０．００１≦ｘ≦０．５を満足する数である）
混合蛍光体を構成する各蛍光体の比率は、ＬＥＤランプ１ａの発光色等に応じて適宜に設定されるものであるが、例えば混合蛍光体は質量割合で、１０〜６０％の範囲の青色蛍光体、０〜１０％の範囲の青緑色蛍光体、１〜３０％の範囲の緑色乃至黄色蛍光体、３０〜９０％の範囲の赤色蛍光体、及び０〜３５％の範囲の深赤色蛍光体を含むことが好ましい。このような混合蛍光体によれば、相関色温度が６５００Ｋ〜２５００Ｋというような広範囲の白色光を同一蛍光種で得ることができる。従来の青色ＬＥＤと黄色蛍光体との組合せの場合、２色の組合せのみでは２８００Ｋの電球色を、偏差を含めて調整することは困難であり、青色励起で発光する赤色蛍光体を追加することが必要となる。
【００３２】
蛍光膜９は、例えば混合蛍光体の粉末をバインダ樹脂等と混合し、この混合物（例えばスラリー）をグローブ４ａの内面に塗布した後に加熱・硬化させることによって形成される。混合蛍光体粉末は平均粒子径（粒度分布の中位値（Ｄ５０））が３〜５０μｍの範囲であることが好ましい。このような平均粒子径を有する混合蛍光体（蛍光体粒子）を使用することによって、ＬＥＤチップ８から出射される紫外乃至紫色光の吸収効率を高めることができ、ＬＥＤランプ１ａの輝度を向上させることが可能となる。
【００３３】
ＬＥＤランプ１ａの励起源として紫外乃至紫色発光のＬＥＤチップ８を使用した場合には、従来の青色ＬＥＤと黄色蛍光体とを組合せたＬＥＤ電球とは異なり、上述したように蛍光膜９を種々の蛍光体で構成することができる。すなわち、蛍光膜９の構成する蛍光体種の選択幅が広がるため、ＬＥＤランプ１ａから放出される白色光の演色性等を高めることができる。具体的には、相関色温度が６５００Ｋ以下で、黒体軌跡からの偏差が−０．０１以上０．０１以下の範囲であると共に、平均演色評価数（Ｒａ）が８５以上の白色光を得ることができる。このような白色光を得ることによって、白熱電球の代替品としてのＬＥＤランプ１ａの実用性等を向上させることが可能となる。
【００３４】
ＬＥＤチップ８は紫外乃至紫色発光タイプ（発光ピーク波長が３５０〜４３０ｎｍ）のＬＥＤであればよいが、特に発光ピーク波長が４００〜４２０ｎｍの範囲、または３７０〜４１０ｎｍの範囲であると共に、発光スペクトルの半値幅が１０〜２０ｎｍのＬＥＤチップ８を使用することが好ましい。このようなＬＥＤチップ８と上述した混合蛍光体（ＢＧＲ又はＢＹＲ蛍光体、さらに必要に応じて青緑蛍光体や深赤色（ＤＲ）蛍光体を加えた混合蛍光体）で構成した蛍光膜９とを組合せて使用した場合、相関色温度（発光色）についてはＬＥＤチップ８の出力のばらつきに拘わらず安定した白色光を得ることができ、ＬＥＤランプ１ａの歩留りを高めることが可能となる。従来の青色ＬＥＤと黄色蛍光体との組合せは、ＬＥＤチップの出力のばらつきが直接相関色温度（発光色）に影響するため、ＬＥＤランプの歩留りが低下しやすい。
【００３５】
また、基板７上に面実装された複数のＬＥＤチップ８は、透明樹脂層１０で覆われていることが好ましい。すなわち、ＬＥＤモジュール２は、基板７上に面実装された複数のＬＥＤチップ８と、複数のＬＥＤチップ８を覆うように基板７上に設けられた透明樹脂層１０とを備えることが好ましい。透明樹脂層１０には、例えばシリコーン樹脂やエポキシ樹脂等が用いられ、特に耐紫外線性に優れるシリコーン樹脂を使用することが好ましい。このように、複数のＬＥＤチップ８を透明樹脂層１０で覆うことによって、各ＬＥＤチップ８から出射された光が互いに伝播し、グレアの一因となる局所的な光の強弱が緩和されると共に、光の取出し効率を高めることができる。
【００３６】
ところで、蛍光膜９の励起源として紫外乃至紫色発光のＬＥＤチップ８を用いた場合、グローブ４ａからの紫外線の漏出を抑制することが重要となる。グローブ４ａから漏出した紫外線は、ＬＥＤランプ１ａの近傍やＬＥＤランプ１ａが配置された室内空間等に存在する印刷物、食品、薬品、人体等に悪影響を及ぼすおそれがある。このような点から、実施形態のＬＥＤ電球１はグローブ４ａから漏出する紫外線量（紫外線のエネルギー量）を０．１ｍＷ／ｎｍ／ｌｍ以下とすることが好ましい。このような紫外線の漏れ量であれば、蛍光灯等の従来の照明器具と同等レベルもしくはそれ以下であり、印刷物の色劣化、食品や薬品の変質、人体等への悪影響を極力抑えることができ、ＬＥＤランプ１ａの実用性を高めることが可能となる。
【００３７】
グローブ４ａから漏出する紫外線量を低減するためには、蛍光膜９の膜厚を厚くすることが有効である。ここで、実施形態のＬＥＤランプ１ａは蛍光膜９からの発光のみで白色光を得ているため、蛍光膜９の膜厚を厚くすることができ、その場合にもＬＥＤランプ１ａから放出される白色光の色度等に影響を及ぼすことがない。ただし、蛍光膜９の膜厚を厚くしすぎると、ＬＥＤランプの明るさが低下する。そこで、実施形態のＬＥＤランプ１ａでは膜厚が８０〜８００μｍの蛍光膜９を適用している。膜厚が８０〜８００μｍの蛍光膜９を適用することによって、グローブ４から漏出する紫外線量を０．１ｍＷ／ｎｍ／ｌｍ以下まで低減しつつ、ＬＥＤランプ１ａの明るさの低下を抑制することができる。
【００３８】
また、本実施形態ではグローブ４ａ外表面に可視光応答型光触媒層１２を形成している。この可視光応答型光触媒層１２は、単斜晶系の結晶構造を有し平均粒径が１００ｎｍである三酸化タングステン微粒子を主成分とした光触媒塗料から成る被膜である。
【００３９】
可視光応答型光触媒層１２の膜厚は、０．５〜３μｍの範囲が好適である。この膜厚が０．５μｍ未満の場合には、充分な触媒作用が得られない一方、膜厚が３μｍを超えるように過大にするとグローブ４ａからの白色光の出射が阻害される。したがって、可視光応答型光触媒層１２の膜厚は、０．５〜３μｍの範囲に規定されるが、１〜２μｍの範囲がさらに好ましい。
【００４０】
上記可視光応答型光触媒層１２は、三酸化タングステン微粒子と、アルミナ微粒子、シリカ微粒子またはジルコニア微粒子等の、紫外線または可視光の透過性が良好なバインダ（結着剤）とから構成されている。このバインダは三酸化タングステン微粒子に対して１０〜４０質量％の範囲で添加される。なお、バインダとしてアクリル変性シリコンまたはシリコーン系樹脂を用いると、温度２０〜２００℃で硬化する光触媒層１２を形成できる。
【００４１】
上記可視光応答型光触媒層１２を形成したＬＥＤランプ１ａを点灯すると、光触媒層１２に接触した臭気成分等が出射光（可視光）によって分解される反応が開始され経時的に臭気成分濃度が減少する。
【００４２】
すなわち、上記第１実施形態に係るＬＥＤランプによれば、グローブ４ａの外表面に、室内の可視光に対する触媒性能が高い可視光応答型光触媒層を形成しているために、ランプから発生する紫外線が極端に少ないＬＥＤ照明の光の下でも光触媒活性が充分に発揮され、充分なガス分解性、高い抗菌性・抗ウィルス性が発揮できる。特にＬＥＤランプに付着した有機物のごみ、タバコのヤニ、台所の油煙等も分解可能であり、長期間に渡ってＬＥＤランプを清潔に維持でき、付着物による全光束の低下を効果的に防止できる。
【００４３】
［実施例および比較例１，２］
比較例１として図４に示すようなグローブ４外表面に光触媒層を形成せず、前記紫外紫色発光をするＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップ８と；前記一般式（１）で示される青色蛍光体と、一般式（２）で示される緑乃至黄色蛍光体と、一般式（６）で示される赤色蛍光体との混合物である３波長蛍光体から成る蛍光膜９と；を組み合わせた消費電量８．６ＷのＬＥＤランプ（全光束６１２（ｌｍ））を比較例１として用意した。
【００４４】
一方、図４に示すＬＥＤランプのグローブ４の外表面に、平均粒径１００ｎｍの酸化チタン（ＴｉＯ２）微粒子から成る従来の光触媒層を厚さ２μｍで形成したＬＥＤランプを比較例２として用意した。この光触媒層は、上記酸化チタン微粒子とバインダ成分を溶媒で分散混合して調製した塗料をスプレーで塗布し、温度１００℃で乾燥したものである。
【００４５】
さらに、図４に示すＬＥＤランプのグローブ４の外表面に、三酸化タングステンから成る可視光応答型光触媒（商品名：「ルネキャット」、東芝マテリアル（株）製）から成る光触媒層を厚さ２μｍで形成したＬＥＤランプを実施例として用意した。この光触媒層は、上記三酸化タングステン微粒子とバインダ成分とを溶媒で分散混合して調整した塗料をスプレーで塗布し、温度１００℃で乾燥したものである。
【００４６】
一方、容量５リットルの密閉容器にアセトアルデヒドを１５ｐｐｍ封入した試験容器を用意した。そして試験容器の天井部に、各実施例および比較例１，２に係るＬＥＤランプのドーム部分のみを挿入し、ランプを点灯して容器内を照射して、５０分毎にアセトアルデヒドの残存量をガスモニターで測定して残存率の経時変化を観察した。観察結果を図３に示す。
【００４７】
図３に示す結果から明らかなように、グローブ４ａの外表面に、三酸化タングステンから成る可視光応答型光触媒から成る光触媒層を形成した実施例のＬＥＤランプにおいては、点灯と同時に急速にアセトアルデヒドの分解反応が進行し、顕著なガス分解性能を有することが確認できた。
【００４８】
一方、光触媒層を形成していない比較例１のＬＥＤランプにおいては、触媒による分解反応がないために、残存率の低下は僅かであった。また、グローブ４ａの外表面に、従来の酸化チタン（ＴｉＯ２）微粒子から成る光触媒層を形成した比較例２に係るＬＥＤランプにおいては、紫外線による触媒の活性化が少ないために、良好なガス分解性能は期待できないことが判明した。
【００４９】
実施例１に係るＬＥＤランプにおいて、三酸化タングステン粒子の平均粒径および光触媒層の厚さを変えて分解性能を比較したところ、平均粒径が５００ｎｍを超えると触媒の表面積が減少して分解反応に寄与する部位が減少するためにガス分解性能が低下した。一方、光触媒層の厚さを０．５μｍ未満とした場合は、触媒の活性化が不十分であり、厚さを３μｍ超とした場合には、ランプからの出射光が光触媒層に遮られて全光束が低下することが実験により確認されている。
【００５０】
次に本発明の第２実施形態について図２を参照して説明する。
【００５１】
図２に示す第２実施形態に係るＬＥＤランプ１ｂは、グローブ４ｂの最大径Ａが、基体部３ｂの最大径Ｂよりも大きい点以外の構成は、第１実施形態に係るＬＥＤランプ１ａと同一である。したがって同一構成要素には同一符号を付してその説明は省略する。
【００５２】
本実施形態２のように、グローブ４ｂの最大径Ａを、基体部３ｂの最大径Ｂよりも大きくすることにより、蛍光体層９から出射される光の方向がランプ本体の背面方向まで拡大されることになるために、ランプ本体の背面方向にも光が出射されることになり、より広い配向性が得られ、広配光を要する照明空間に最適なＬＥＤランプが得られる。
【００５３】
以上の詳細な説明では、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施し得るものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明の実施形態に係るＬＥＤランプによれば、照度が低い室内の可視光に対しても触媒性能が高い可視光応答型光触媒層を形成しているために、ランプから発生する紫外線が極端に少ないＬＥＤ照明の光の下でも光触媒活性が充分に発揮され、充分なガス分解性、高い抗菌性・抗ウィルス性が発揮できる。特にＬＥＤランプに付着した有機物のごみ、タバコの「やに」、台所の油煙等も分解可能であり、長期間に渡ってＬＥＤランプを清潔に維持できる効果が発揮される。
【符号の説明】
【００５５】
１，１ａ，１ｂ…ＬＥＤランプ、２…ＬＥＤモジュール、３，３ａ…基体部、４，４ａ，４ｂ…グローブ、５…絶縁部材、６…口金、７…基板、８…ＬＥＤチップ（発光素子）、９…蛍光膜（蛍光体層）、１０…透明樹脂層、１１…点灯回路、１２…可視光応答型光触媒層。
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態はＬＥＤランプに係り、特にグローブ外表面に可視光応答型の光触媒層を有し、室内の可視光や低照度環境においても有害物質を分解する機能を有するＬＥＤランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた発光装置は、液晶表示装置のバックライト、信号装置、各種スイッチ類、車載用ランプ、一般照明等の照明装置に幅広く利用されている。特に、ＬＥＤと蛍光体とを組合せた白色発光型のＬＥＤランプは、白熱電球の代替品として注目されており、その開発が急速に進められている。このＬＥＤランプとしては、例えばランプ口金が設けられた基体部にグローブを取り付けると共に、グローブ内にＬＥＤチップを配置し、さらに基体部内にＬＥＤチップの点灯回路を設けた一体型のランプ構造を有するものが知られている。
【０００３】
この種のＬＥＤランプとしては、ＬＥＤチップの表面に直接蛍光体層を塗布し、一定の発光スペクトルを持つランプが公知であり、また現在未公開であるが特願２０１０−１９２５３３号明細書に記載されたＬＥＤ電球のように、蛍光体層をＬＥＤチップから離れた部位に設けたランプなどがある。
【０００４】
上記特願２０１０−１９２５３３号明細書に記載されたＬＥＤ電球は、図４に示すように、基板７と、この基板７上に実装された紫外乃至紫色発光のＬＥＤチップ８とを備えるＬＥＤモジュール２と、このＬＥＤモジュール２が設置された基体部３と、上記ＬＥＤモジュール２を覆うように上記基体部３に取り付けられたグローブ４と、このグローブ４の内面に上記ＬＥＤチップ８から離間させて設けられ、上記ＬＥＤチップ８から出射された紫外乃至紫色光を吸収して白色光を発光する蛍光膜（蛍光体層）９と、上記基体部３内に設けられ、上記ＬＥＤチップ８を点灯させる点灯回路（図示せず）と、この点灯回路と電気的に接続された口金６とを具備して構成されている。いずれも省電力が可能であり、フィラメント型の白熱電球と比較して長寿命であるという特徴を有する。
【０００５】
さらに上記ＬＥＤランプと各種の光触媒とを組み合わせることにより、ＬＥＤランプからの出射光によって光触媒を活性化せしめ、ランプ自体に付着した有機物、ランプ周囲の雰囲気中に含有される臭気成分等を分解したり、雑菌を壊死せしめ抗菌・抗ウィルス効果を発揮させたりするように構成したＬＥＤランプが各種提案されている。
【０００６】
具体的には、特開２００２−１１００９７号公報には、内面に蛍光体層が形成され、放電媒体が封入されたバルブと；このバルブの外周面に形成された酸化チタン（ＴｉＯ２）粒子を主体にした光触媒膜とを具備した蛍光ランプが開示されている。
【０００７】
また、特開平１１−３３９５２１号公報には、発光部の少なくも１部を包囲するカバー部材の内側表面に酸化チタン（ＴｉＯ２）から成る光触媒塗膜を形成した照明装置が開示されている。この構成により、光触媒反応を促進させるための発光部の使用が可能になるので、脱臭効率を向上させることができ、さらに蛍光作用によって照明機能も向上させることができると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−１１００９７号公報
【特許文献２】特開平１１−３３９５２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記のようにＬＥＤ発光素子と蛍光体と光触媒とを組み合わせたＬＥＤランプや照明装置で使用されている光触媒は、いずれも酸化チタン（ＴｉＯ２）系材料を用いた紫外線で反応するタイプのものが主流であり、これらの酸化チタン系材料は屋外の太陽光の下ではある程度の触媒活性が得られていたが、低照度である室内の可視光に対する触媒性能が極端に低く、紫外光を含まない蛍光灯やランプから発生する紫外線が極端に少ないＬＥＤ照明の光の下では光触媒が実際的にはほとんど機能しない問題点があった。したがって充分なガス分解性が発揮されず、高い抗菌性・抗ウィルス性が発揮できない致命的な欠点があった。
【００１０】
本発明は上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、特にランプのグローブやバルブ表面に三酸化タングステン（ＷＯ３）を主成分とする可視光応答型光触媒を塗布することにより、低照度である室内の可視光の下でも有害物質を効果的に分解する機能を有するＬＥＤランプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明の実施形態に係るＬＥＤランプは、基板と、この基板上に実装されたＬＥＤチップとを備えるＬＥＤモジュールと、このＬＥＤモジュールが設置された基体部と、上記ＬＥＤモジュールを、空間をおいて覆うように上記基体部に取り付けられたグローブと、このグローブの内面に前記ＬＥＤチップから離間させて設けられ、上記ＬＥＤチップから出射された紫外乃至紫色光を吸収して白色光を発光する蛍光膜（蛍光体層）と、上記グローブの外表面に形成された可視光応答型光触媒層と、上記基体部内に設けられ上記ＬＥＤチップを点灯させる点灯回路と、を具備することを特徴とする。
【００１２】
なお、上記可視光応答型光触媒の効果を得る照明装置としては、ＬＥＤランプに限らず、蛍光体ランプなどにも適用できる。また上記可視光応答型光触媒をランプ表面ではなく、ランプ本体に付設する火屋（ほや）や電球笠などの灯具に塗布した構成でも良い。
【００１３】
上記のように構成したＬＥＤランプによれば、照度が低い室内の可視光に対しても触媒性能が高い可視光応答型光触媒層を形成しているために、ランプから発生する紫外線が極端に少ないＬＥＤ照明の光の下でも光触媒活性が充分に発揮され、充分なガス分解性、高い抗菌性・抗ウィルス性が発揮できる。
【００１４】
また、上記ＬＥＤランプにおいて、前記可視光応答型光触媒層が、平均粒径が５００ｎｍ以下である三酸化タングステン（ＷＯ３）微粒子を主成分とすることが好ましい。可視光応答型光触媒層を構成する三酸化タングステン（ＷＯ３）粒子の平均粒径は、小さいほど触媒面積が多くなり、分解反応を起す触媒面積が大きくなり、より効果的に分解反応等が進行する。つまり、平均粒径が５００ｎｍを超えるように粗大になると、触媒微粒子の表面で反応が起こる確率が減少して、充分な触媒効果が得られない。本発明では、三酸化タングステン（ＷＯ３）微粒子の平均粒径は、より好ましくは２００μｍ以下であり、さらに好ましくは１００μｍ以下である。
【００１５】
さらに、上記ＬＥＤランプにおいて、前記ＬＥＤモジュールが波長３５０〜４２０ｎｍの紫外乃至紫色発光を出射する一方、この紫外乃至紫色発光を受けて、グローブ内面に塗布された蛍光体層が可視光を出射することが好ましい。このようなＬＥＤランプでは、ＬＥＤモジュールから出射された波長３５０〜４２０ｎｍの紫外乃至紫色発光を高い変換効率で可視光に変換できる蛍光体が実現しているので、より高い発光強度が得られる。
【００１６】
また、上記ＬＥＤランプにおいて、前記グローブの最大径Ａが、基体部の最大径Ｂよりも大きいことが好ましい。この場合には、ランプ本体の背面方向にも光が出射されることになり、より広い配向性が得られ、広配光を実現するＬＥＤランプが得られる。
【発明の効果】
【００１７】
上記構成に係るＬＥＤランプによれば、照度が低い室内の可視光に対しても触媒性能が高い可視光応答型光触媒層を形成しているために、ランプから発生する紫外線が極端に少ないＬＥＤ照明の光の下でも光触媒活性が充分に発揮され、充分なガス分解性、高い抗菌性・抗ウィルス性が発揮できる。特にＬＥＤランプに付着した有機物のごみ、タバコの「やに」、台所の油煙等も分解可能であり、長期間に渡ってＬＥＤランプを清潔に維持できる効果が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施形態によるＬＥＤランプについてグローブ部を破断して示す部分断面図。
【図２】第２の実施形態によるＬＥＤランプについてグローブ部を破断して示す部分断面図。
【図３】第１実施形態のＬＥＤランプと、ＴｉＯ２光触媒層を形成したＬＥＤランプと、光触媒層を形成しない従来のＬＥＤランプとにおけるアセトアルデヒドの分解率の経時変化を比較して示すグラフ。
【図４】従来のＬＥＤランプの構成例を示す部分断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の第１実施形態に係るＬＥＤランプ１ａは、図１に示すように、基板７と、この基板７上に実装されたＬＥＤチップ８とを備えるＬＥＤモジュール２と、このＬＥＤモジュール２が設置された基体部３ａと、上記ＬＥＤモジュール２を、空間をおいて覆うように上記基体部３ａに取り付けられたグローブ４ａと、このグローブ４ａの内面に前記ＬＥＤチップ８から離間させて設けられ、上記ＬＥＤチップ８から出射された紫外乃至紫色光を吸収して白色光を発光する蛍光膜９と、上記グローブ４ａの外面に形成された可視光応答型光触媒層１２と、上記基体部３ａ内に設けられ上記ＬＥＤチップ８を点灯させる点灯回路１１と、を設けて構成されている。
【００２０】
また、図１に示す態様において、上記点灯回路１１と電気的に接続された口金６が具備されており、またＬＥＤチップ８の上面は透明樹脂層１０で封止されている。一方、基体部３ａと口金６とは、絶縁部材５を介して接合されている。
【００２１】
上記ＬＥＤモジュール２は、基板７上に実装された紫外乃至紫色発光のＬＥＤチップ８を備えている。基板７上には複数のＬＥＤチップ８が面実装されている。紫外乃至紫色発光のＬＥＤチップ８としては、ＩｎＧａＮ系、ＧａＮ系、ＡｌＧａＮ系等の発光ダイオード等が用いられる。基板７の表面（さらに必要に応じて内部）には、配線網が設けられており、ＬＥＤチップ８の電極は基板７の配線網と電気的に接続されている。ＬＥＤモジュール２の側面もしくは底面には、配線が引き出されており、この配線が基体部３内に設けられた点灯回路１１と電気的に接続されている。ＬＥＤチップ８は、点灯回路１１を介して印加される直流電圧により点灯する。
【００２２】
グローブ４ａの内面には、ＬＥＤチップ８から出射された紫外乃至紫色光を吸収して白色光を発光する蛍光膜（蛍光体層）９が設けられている。従来の蛍光体粒子をＬＥＤチップの封止樹脂中に分散させたＬＥＤモジュールとは異なり、蛍光膜９はＬＥＤチップ８から離間するようにグローブ４ａの内面に設けられている。口金６からＬＥＤランプ１ａに印加された電気エネルギーは、ＬＥＤチップ８で紫外乃至紫色光に変換され、さらに蛍光膜９でより長波長の光に変換されて白色光として放出される。ＬＥＤランプ１ａから放出される白色光は、従来の青色ＬＥＤと黄色蛍光体とを組合せたＬＥＤ電球とは異なり、蛍光膜９の発光のみにより構成される。
【００２３】
ＬＥＤランプ１ａはグローブ４ａの内面全体に設けられた蛍光膜９が発光するため、従来の蛍光体粒子を封止樹脂中に分散させたＬＥＤモジュールとは異なり、蛍光膜９全体を面発光させることができ、蛍光膜９から全方位に白色光が広がる。また、従来の青色ＬＥＤと黄色蛍光体とを組合せたＬＥＤランプとは異なり、蛍光膜９からの発光のみで白色光を得ているため、局所的な輝度ムラ等を抑制することができる。これらによって、ぎらつきが無く、均一で柔らかい白色光が得られる。すなわち、ＬＥＤランプ１ａのグレアを従来の青色ＬＥＤと黄色蛍光体とを組合せたＬＥＤ電球と比べて大幅に低減することが可能となる。
【００２４】
グローブ４ａの形状は特に限定されるものではなく、図１に示すような半球ドーム型形状や図２に示すようなナス型形状を適用することができる。なお、図２に示すＬＥＤランプ１ｂは、グローブ４ｂの形状が異なる点以外は、図１に示すＬＥＤランプ１ａと同様な構成を備えている。グローブ４ａの形成材料は透光性を有するものであれば特に限定されず、例えばガラス製のグローブやポリカーボネートなどの樹脂製のグローブ等が使用される。グローブ４ａは、例えば白熱電球と同等の大きさを有している。
【００２５】
ＬＥＤランプ１ａの発光色は、ＬＥＤチップ８の発光波長と蛍光膜９を構成する蛍光体との組合せにより決定される。紫外乃至紫色光のＬＥＤチップ８と組合せて白色光を得るにあたって、蛍光膜９は青色蛍光体、緑色乃至黄色蛍光体、及び赤色蛍光体を含む混合蛍光体（ＢＧＲ又はＢＹＲ蛍光体）で構成することが好ましい。混合蛍光体は、さらに青緑色（ＢＧ）蛍光体及び深赤色（ＤＲ）蛍光体から選ばれる少なくとも１種の蛍光体を含んでいてもよい。混合蛍光体を構成する各蛍光体は特に限定されるものではないが、ＬＥＤチップ８からの紫外乃至紫色光との組合せ、また得られる白色光の色温度や演色性（平均演色評価数Ｒａ等）の観点から以下に示す蛍光体を使用することが好ましい。
【００２６】
すなわち、青色蛍光体としては、発光のピーク波長が４３０〜４６０ｎｍの範囲の蛍光体が用いられ、例えば式（１）で表される組成を有するユーロピウム（Ｅｕ）付活アルカリ土類クロロ燐酸塩蛍光体を使用することが好ましい。
【００２７】
一般式：（Ｓｒ１−ｘ−ｙ−ｚＢａｘＣａｙＥｕｚ）５（ＰＯ４）３・Ｃｌ …（１）
（式中、ｘ、ｙ、及びｚは０≦ｘ＜０．５、０≦ｙ＜０．１、０．００５≦ｚ＜０．１を満足する数である）
また、緑色乃至黄色蛍光体としては、発光のピーク波長が４９０〜５８０ｎｍの範囲の蛍光体が用いられ、例えば式（２）で表される組成を有するユーロピウム（Ｅｕ）及びマンガン（Ｍｎ）付活アルカリ土類アルミン酸塩蛍光体、式（３）で表される組成を有するユーロピウム（Ｅｕ）及びマンガン（Ｍｎ）付活アルカリ土類珪酸塩蛍光体、式（４）で表される組成を有するユーロピウム（Ｅｕ）付活サイアロン蛍光体、及び式（５）で表わされる組成を有するユーロピウム（Ｅｕ）付活サイアロン蛍光体から選ばれる少なくとも１種を使用することが好ましい。
【００２８】
一般式：（Ｂａ１−ｘ−ｙ−ｚＳｒｘＣａｙＥｕｚ）（Ｍｇ１−ｕＭｎｕ）Ａｌ１０Ｏ１７ …（２）
（式中、ｘ、ｙ、ｚ、及びｕは０≦ｘ＜０．２、０≦ｙ＜０．１、０．００５＜ｚ＜０．５、０．１＜ｕ＜０．５を満足する数である）
一般式：（Ｓｒ１−ｘ−ｙ−ｚ−ｕＢａｘＭｇｙＥｕｚＭｎｕ）２ＳｉＯ４ …（３）
（式中、ｘ、ｙ、ｚ、及びｕは０．１≦ｘ≦０．３５、０．０２５≦ｙ≦０．１０５、０．０２５≦ｚ≦０．２５、０．０００５≦ｕ≦０．０２を満足する数である）
一般式：（Ｓｉ，Ａｌ）６（Ｏ，Ｎ）８：Ｅｕｘ …（４）
（式中、ｘは０＜ｘ＜０．３を満足する数である）
一般式：（Ｓｒ１−ｘＥｕｘ）αＳｉβＡｌγＯδＮω …（５）
（式中、ｘ、α、β、γ、δ、及びωは０＜ｘ＜１、０＜α≦３、１２≦β≦１４、２≦γ≦３．５、１≦δ≦３、２０≦ω≦２２を満足する数である）
一方、赤色蛍光体としては、発光のピーク波長が５８０〜６３０ｎｍの範囲の蛍光体が用いられ、例えば式（６）で表される組成を有するユーロピウム（Ｅｕ）付活酸硫化ランタン蛍光体、式（７）で表される組成を有するユーロピウム（Ｅｕ）付活カズン蛍光体、及び式（８）で表される組成を有するユーロピウム（Ｅｕ）付活サイアロン蛍光体から選ばれる少なくとも１種を使用することが好ましい。
【００２９】
一般式：（Ｌａ１−ｘ−ｙＥｕｘＭｙ）２Ｏ２Ｓ …（６）
（式中、ＭはＳｍ、Ｇａ、Ｓｂ、及びＳｎから選ばれる少なくとも１種の元素を示し、ｘ及びｙは０．０８≦ｘ＜０．１６、０．０００００１≦ｙ＜０．００３を満足する数である）
一般式：（Ｃａ１−ｘ−ｙＳｒｘＥｕｙ）ＳｉＡｌＮ３ …（７）
（式中、ｘ及びｙは０≦ｘ＜０．４、０＜ｘ＜０．５を満足する数である）
一般式：（Ｓｒ１−ｘＥｕｘ）αＳｉβＡｌγＯδＮω …（８）
（式中、ｘ、α、β、γ、δ、及びωは０＜ｘ＜１、０＜α≦３、５≦β≦９、１≦γ≦５、０．５≦δ≦２、５≦ω≦１５を満足する数である）
さらに青緑色蛍光体としては、発光のピーク波長が４６０〜４９０ｎｍの範囲の蛍光体が用いられ、例えば式（９）で表される組成を有するユーロピウム（Ｅｕ）及びマンガン（Ｍｎ）付活アルカリ土類珪酸塩蛍光体を使用することが好ましい。
【００３０】
一般式：（Ｂａ１−ｘ−ｙ−ｚ−ｕＳｒｘＭｇｙＥｕｚＭｎｕ）２ＳｉＯ４ …（９）
（式中、ｘ、ｙ、ｚ、及びｕは０．１≦ｘ≦０．３５、０．０２５≦ｙ≦０．１０５、０．０２５≦ｚ≦０．２５、０．０００５≦ｕ≦０．０２を満足する数である）
また深赤色（ＤＲ）蛍光体としては、発光のピーク波長が６３０〜７８０ｎｍの範囲の蛍光体が用いられ、例えば式（１０）で表される組成を有するマンガン（Ｍｎ）付活マグネシウムフロロジャーマネート蛍光体を使用することが好ましい。
【００３１】
一般式：αＭｇＯ・βＭｇＦ２・（Ｇｅ１−ｘＭｎｘ）Ｏ２ …（１０）
（式中、α、β、及びｘは３．０≦α≦４．０、０．４≦β≦０．６、０．００１≦ｘ≦０．５を満足する数である）
混合蛍光体を構成する各蛍光体の比率は、ＬＥＤランプ１ａの発光色等に応じて適宜に設定されるものであるが、例えば混合蛍光体は質量割合で、１０〜６０％の範囲の青色蛍光体、０〜１０％の範囲の青緑色蛍光体、１〜３０％の範囲の緑色乃至黄色蛍光体、３０〜９０％の範囲の赤色蛍光体、及び０〜３５％の範囲の深赤色蛍光体を含むことが好ましい。このような混合蛍光体によれば、相関色温度が６５００Ｋ〜２５００Ｋというような広範囲の白色光を同一蛍光種で得ることができる。従来の青色ＬＥＤと黄色蛍光体との組合せの場合、２色の組合せのみでは２８００Ｋの電球色を、偏差を含めて調整することは困難であり、青色励起で発光する赤色蛍光体を追加することが必要となる。
【００３２】
蛍光膜９は、例えば混合蛍光体の粉末をバインダ樹脂等と混合し、この混合物（例えばスラリー）をグローブ４ａの内面に塗布した後に加熱・硬化させることによって形成される。混合蛍光体粉末は平均粒子径（粒度分布の中位値（Ｄ５０））が３〜５０μｍの範囲であることが好ましい。このような平均粒子径を有する混合蛍光体（蛍光体粒子）を使用することによって、ＬＥＤチップ８から出射される紫外乃至紫色光の吸収効率を高めることができ、ＬＥＤランプ１ａの輝度を向上させることが可能となる。
【００３３】
ＬＥＤランプ１ａの励起源として紫外乃至紫色発光のＬＥＤチップ８を使用した場合には、従来の青色ＬＥＤと黄色蛍光体とを組合せたＬＥＤ電球とは異なり、上述したように蛍光膜９を種々の蛍光体で構成することができる。すなわち、蛍光膜９の構成する蛍光体種の選択幅が広がるため、ＬＥＤランプ１ａから放出される白色光の演色性等を高めることができる。具体的には、相関色温度が６５００Ｋ以下で、黒体軌跡からの偏差が−０．０１以上０．０１以下の範囲であると共に、平均演色評価数（Ｒａ）が８５以上の白色光を得ることができる。このような白色光を得ることによって、白熱電球の代替品としてのＬＥＤランプ１ａの実用性等を向上させることが可能となる。
【００３４】
ＬＥＤチップ８は紫外乃至紫色発光タイプ（発光ピーク波長が３５０〜４３０ｎｍ）のＬＥＤであればよいが、特に発光ピーク波長が４００〜４２０ｎｍの範囲、または３７０〜４１０ｎｍの範囲であると共に、発光スペクトルの半値幅が１０〜２０ｎｍのＬＥＤチップ８を使用することが好ましい。このようなＬＥＤチップ８と上述した混合蛍光体（ＢＧＲ又はＢＹＲ蛍光体、さらに必要に応じて青緑蛍光体や深赤色（ＤＲ）蛍光体を加えた混合蛍光体）で構成した蛍光膜９とを組合せて使用した場合、相関色温度（発光色）についてはＬＥＤチップ８の出力のばらつきに拘わらず安定した白色光を得ることができ、ＬＥＤランプ１ａの歩留りを高めることが可能となる。従来の青色ＬＥＤと黄色蛍光体との組合せは、ＬＥＤチップの出力のばらつきが直接相関色温度（発光色）に影響するため、ＬＥＤランプの歩留りが低下しやすい。
【００３５】
また、基板７上に面実装された複数のＬＥＤチップ８は、透明樹脂層１０で覆われていることが好ましい。すなわち、ＬＥＤモジュール２は、基板７上に面実装された複数のＬＥＤチップ８と、複数のＬＥＤチップ８を覆うように基板７上に設けられた透明樹脂層１０とを備えることが好ましい。透明樹脂層１０には、例えばシリコーン樹脂やエポキシ樹脂等が用いられ、特に耐紫外線性に優れるシリコーン樹脂を使用することが好ましい。このように、複数のＬＥＤチップ８を透明樹脂層１０で覆うことによって、各ＬＥＤチップ８から出射された光が互いに伝播し、グレアの一因となる局所的な光の強弱が緩和されると共に、光の取出し効率を高めることができる。
【００３６】
ところで、蛍光膜９の励起源として紫外乃至紫色発光のＬＥＤチップ８を用いた場合、グローブ４ａからの紫外線の漏出を抑制することが重要となる。グローブ４ａから漏出した紫外線は、ＬＥＤランプ１ａの近傍やＬＥＤランプ１ａが配置された室内空間等に存在する印刷物、食品、薬品、人体等に悪影響を及ぼすおそれがある。このような点から、実施形態のＬＥＤ電球１はグローブ４ａから漏出する紫外線量（紫外線のエネルギー量）を０．１ｍＷ／ｎｍ／ｌｍ以下とすることが好ましい。このような紫外線の漏れ量であれば、蛍光灯等の従来の照明器具と同等レベルもしくはそれ以下であり、印刷物の色劣化、食品や薬品の変質、人体等への悪影響を極力抑えることができ、ＬＥＤランプ１ａの実用性を高めることが可能となる。
【００３７】
グローブ４ａから漏出する紫外線量を低減するためには、蛍光膜９の膜厚を厚くすることが有効である。ここで、実施形態のＬＥＤランプ１ａは蛍光膜９からの発光のみで白色光を得ているため、蛍光膜９の膜厚を厚くすることができ、その場合にもＬＥＤランプ１ａから放出される白色光の色度等に影響を及ぼすことがない。ただし、蛍光膜９の膜厚を厚くしすぎると、ＬＥＤランプの明るさが低下する。そこで、実施形態のＬＥＤランプ１ａでは膜厚が８０〜８００μｍの蛍光膜９を適用している。膜厚が８０〜８００μｍの蛍光膜９を適用することによって、グローブ４から漏出する紫外線量を０．１ｍＷ／ｎｍ／ｌｍ以下まで低減しつつ、ＬＥＤランプ１ａの明るさの低下を抑制することができる。
【００３８】
また、本実施形態ではグローブ４ａ外表面に可視光応答型光触媒層１２を形成している。この可視光応答型光触媒層１２は、単斜晶系の結晶構造を有し平均粒径が１００ｎｍである三酸化タングステン微粒子を主成分とした光触媒塗料から成る被膜である。
【００３９】
可視光応答型光触媒層１２の膜厚は、０．５〜３μｍの範囲が好適である。この膜厚が０．５μｍ未満の場合には、充分な触媒作用が得られない一方、膜厚が３μｍを超えるように過大にするとグローブ４ａからの白色光の出射が阻害される。したがって、可視光応答型光触媒層１２の膜厚は、０．５〜３μｍの範囲に規定されるが、１〜２μｍの範囲がさらに好ましい。
【００４０】
上記可視光応答型光触媒層１２は、三酸化タングステン微粒子と、アルミナ微粒子、シリカ微粒子またはジルコニア微粒子等の、紫外線または可視光の透過性が良好なバインダ（結着剤）とから構成されている。このバインダは三酸化タングステン微粒子に対して１０〜４０質量％の範囲で添加される。なお、バインダとしてアクリル変性シリコンまたはシリコーン系樹脂を用いると、温度２０〜２００℃で硬化する光触媒層１２を形成できる。
【００４１】
上記可視光応答型光触媒層１２を形成したＬＥＤランプ１ａを点灯すると、光触媒層１２に接触した臭気成分等が出射光（可視光）によって分解される反応が開始され経時的に臭気成分濃度が減少する。
【００４２】
すなわち、上記第１実施形態に係るＬＥＤランプによれば、グローブ４ａの外表面に、室内の可視光に対する触媒性能が高い可視光応答型光触媒層を形成しているために、ランプから発生する紫外線が極端に少ないＬＥＤ照明の光の下でも光触媒活性が充分に発揮され、充分なガス分解性、高い抗菌性・抗ウィルス性が発揮できる。特にＬＥＤランプに付着した有機物のごみ、タバコのヤニ、台所の油煙等も分解可能であり、長期間に渡ってＬＥＤランプを清潔に維持でき、付着物による全光束の低下を効果的に防止できる。
【００４３】
［実施例および比較例１，２］
比較例１として図４に示すようなグローブ４外表面に光触媒層を形成せず、前記紫外紫色発光をするＩｎＧａＮ系ＬＥＤチップ８と；前記一般式（１）で示される青色蛍光体と、一般式（２）で示される緑乃至黄色蛍光体と、一般式（６）で示される赤色蛍光体との混合物である３波長蛍光体から成る蛍光膜９と；を組み合わせた消費電量８．６ＷのＬＥＤランプ（全光束６１２（ｌｍ））を比較例１として用意した。
【００４４】
一方、図４に示すＬＥＤランプのグローブ４の外表面に、平均粒径１００ｎｍの酸化チタン（ＴｉＯ２）微粒子から成る従来の光触媒層を厚さ２μｍで形成したＬＥＤランプを比較例２として用意した。この光触媒層は、上記酸化チタン微粒子とバインダ成分を溶媒で分散混合して調製した塗料をスプレーで塗布し、温度１００℃で乾燥したものである。
【００４５】
さらに、図４に示すＬＥＤランプのグローブ４の外表面に、三酸化タングステンから成る可視光応答型光触媒（商品名：「ルネキャット」、東芝マテリアル（株）製）から成る光触媒層を厚さ２μｍで形成したＬＥＤランプを実施例として用意した。この光触媒層は、上記三酸化タングステン微粒子とバインダ成分とを溶媒で分散混合して調整した塗料をスプレーで塗布し、温度１００℃で乾燥したものである。
【００４６】
一方、容量５リットルの密閉容器にアセトアルデヒドを１５ｐｐｍ封入した試験容器を用意した。そして試験容器の天井部に、各実施例および比較例１，２に係るＬＥＤランプのドーム部分のみを挿入し、ランプを点灯して容器内を照射して、５０分毎にアセトアルデヒドの残存量をガスモニターで測定して残存率の経時変化を観察した。観察結果を図３に示す。
【００４７】
図３に示す結果から明らかなように、グローブ４ａの外表面に、三酸化タングステンから成る可視光応答型光触媒から成る光触媒層を形成した実施例のＬＥＤランプにおいては、点灯と同時に急速にアセトアルデヒドの分解反応が進行し、顕著なガス分解性能を有することが確認できた。
【００４８】
一方、光触媒層を形成していない比較例１のＬＥＤランプにおいては、触媒による分解反応がないために、残存率の低下は僅かであった。また、グローブ４ａの外表面に、従来の酸化チタン（ＴｉＯ２）微粒子から成る光触媒層を形成した比較例２に係るＬＥＤランプにおいては、紫外線による触媒の活性化が少ないために、良好なガス分解性能は期待できないことが判明した。
【００４９】
実施例１に係るＬＥＤランプにおいて、三酸化タングステン粒子の平均粒径および光触媒層の厚さを変えて分解性能を比較したところ、平均粒径が５００ｎｍを超えると触媒の表面積が減少して分解反応に寄与する部位が減少するためにガス分解性能が低下した。一方、光触媒層の厚さを０．５μｍ未満とした場合は、触媒の活性化が不十分であり、厚さを３μｍ超とした場合には、ランプからの出射光が光触媒層に遮られて全光束が低下することが実験により確認されている。
【００５０】
次に本発明の第２実施形態について図２を参照して説明する。
【００５１】
図２に示す第２実施形態に係るＬＥＤランプ１ｂは、グローブ４ｂの最大径Ａが、基体部３ｂの最大径Ｂよりも大きい点以外の構成は、第１実施形態に係るＬＥＤランプ１ａと同一である。したがって同一構成要素には同一符号を付してその説明は省略する。
【００５２】
本実施形態２のように、グローブ４ｂの最大径Ａを、基体部３ｂの最大径Ｂよりも大きくすることにより、蛍光体層９から出射される光の方向がランプ本体の背面方向まで拡大されることになるために、ランプ本体の背面方向にも光が出射されることになり、より広い配向性が得られ、広配光を要する照明空間に最適なＬＥＤランプが得られる。
【００５３】
以上の詳細な説明では、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施し得るものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明の実施形態に係るＬＥＤランプによれば、照度が低い室内の可視光に対しても触媒性能が高い可視光応答型光触媒層を形成しているために、ランプから発生する紫外線が極端に少ないＬＥＤ照明の光の下でも光触媒活性が充分に発揮され、充分なガス分解性、高い抗菌性・抗ウィルス性が発揮できる。特にＬＥＤランプに付着した有機物のごみ、タバコの「やに」、台所の油煙等も分解可能であり、長期間に渡ってＬＥＤランプを清潔に維持できる効果が発揮される。
【符号の説明】
【００５５】
１，１ａ，１ｂ…ＬＥＤランプ、２…ＬＥＤモジュール、３，３ａ…基体部、４，４ａ，４ｂ…グローブ、５…絶縁部材、６…口金、７…基板、８…ＬＥＤチップ（発光素子）、９…蛍光膜（蛍光体層）、１０…透明樹脂層、１１…点灯回路、１２…可視光応答型光触媒層。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、この基板上に実装されたＬＥＤチップとを備えるＬＥＤモジュールと、このＬＥＤモジュールが設置された基体部と、上記ＬＥＤモジュールを、空間をおいて覆うように上記基体部に取り付けられたグローブと、このグローブの内面に前記ＬＥＤチップから離間させて設けられ、上記ＬＥＤチップから出射された紫外乃至紫色光を吸収して白色光を発光する蛍光膜と、上記グローブの外面に形成された可視光応答型光触媒層と、上記基体部内に設けられ上記ＬＥＤチップを点灯させる点灯回路と、を具備することを特徴とするＬＥＤランプ。
【請求項２】
請求項１記載のＬＥＤランプにおいて、前記可視光応答型光触媒層が、平均粒径が５００ｎｍ以下である三酸化タングステン（ＷＯ３）微粒子を主成分とすることを特徴とするＬＥＤランプ。
【請求項３】
請求項１記載のＬＥＤランプにおいて、前記ＬＥＤモジュールが波長４００〜４２０ｎｍの紫外乃至紫色発光を出射する一方、この紫外乃至紫色発光を受けて、グローブ内面に塗布された蛍光体層が可視光を出射することを特徴とするＬＥＤランプ。
【請求項４】
請求項１記載のＬＥＤランプにおいて、前記グローブの最大径Ａが、基体部の最大径Ｂよりも大きいことを特徴とするＬＥＤランプ。
【請求項１】
基板と、この基板上に実装されたＬＥＤチップとを備えるＬＥＤモジュールと、このＬＥＤモジュールが設置された基体部と、上記ＬＥＤモジュールを、空間をおいて覆うように上記基体部に取り付けられたグローブと、このグローブの内面に前記ＬＥＤチップから離間させて設けられ、上記ＬＥＤチップから出射された紫外乃至紫色光を吸収して白色光を発光する蛍光膜と、上記グローブの外面に形成された可視光応答型光触媒層と、上記基体部内に設けられ上記ＬＥＤチップを点灯させる点灯回路と、を具備することを特徴とするＬＥＤランプ。
【請求項２】
請求項１記載のＬＥＤランプにおいて、前記可視光応答型光触媒層が、平均粒径が５００ｎｍ以下である三酸化タングステン（ＷＯ３）微粒子を主成分とすることを特徴とするＬＥＤランプ。
【請求項３】
請求項１記載のＬＥＤランプにおいて、前記ＬＥＤモジュールが波長４００〜４２０ｎｍの紫外乃至紫色発光を出射する一方、この紫外乃至紫色発光を受けて、グローブ内面に塗布された蛍光体層が可視光を出射することを特徴とするＬＥＤランプ。
【請求項４】
請求項１記載のＬＥＤランプにおいて、前記グローブの最大径Ａが、基体部の最大径Ｂよりも大きいことを特徴とするＬＥＤランプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−６４４７１（Ｐ２０１２−６４４７１Ａ）
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０８４３１（Ｐ２０１０−２０８４３１）
【出願日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（３０３０５８３２８）東芝マテリアル株式会社 (252)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１６日（２０１０．９．１６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（３０３０５８３２８）東芝マテリアル株式会社 (252)
【Ｆターム（参考）】
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