JP2020087897A - 昼光色ｌｅｄ光源用照明カバー - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤ光源に含まれるブルーライトは白色、昼白色光源に比べて約４０％以上高い分光放射照度が発生して網膜傷害リスクが大きいため、照明カバーの出射光の特性を改良する。【解決手段】照明カバーを光拡散グレードポリカーボネート樹脂に限定し、波長４００ｎｍ〜５００ｎｍを吸収して波長４５０ｎｍ〜５５０ｎｍで発光するペリレン系蛍光性染料を重量比で１０ｐｐｍ含有する直管型ＬＥＤ照明カバーにより、青色光ピークの分光放射照度値（Ｗ／ｍ２／ｎｍ）をブランク（光拡散グレードポリカーボネート樹脂）比較で４０％以上低減することが可能である。【選択図】図３

Description

本発明はＬＥＤ照明に使用されるポリカーボネート樹脂製の照明カバーに関する。
とりわけ、青色発光ダイオード光源と蛍光部に黄色蛍光体を有する昼光色ＬＥＤ光源に関する。
光源を均一拡散させるカバーは光拡散グレードポリカーボネート樹脂を異形溶融押出成形して、製造された照明カバーの分野に関する。
技術分野としては光源の分光放射照度（Ｗ／ｍ２／ｎｍ）を照明カバーの光学特性によって制御することに関する。

ＬＥＤ照明は低消費電力と長寿命の性能から多様な照明空間で使用され、低消費電力化と長寿命が完全に定着している。更に、多様な空間のなかで、快適な生活環境、安全で効率的な業務作業環境を求める照明の役割が大きくなっている。
とりわけ、直管型ＬＥＤ照明は事務所、学校、病院など公共の空間を照らす白色ＬＥＤ光源としての利用が拡大している。
白色ＬＥＤ光源はその相関色温度の範囲で白色（４２００Ｋ）、昼白色（５０００Ｋ）、昼光色（６５００Ｋ）の３種類に分類される。

白色ＬＥＤ光源の構成は青色ＬＥＤ光と黄色の蛍光体の組み合わせが圧倒的に多く、ブルーライトと定義される波長３８０ｎｍ〜４９５ｎｍの中心の４５０ｎｍ近辺にピーク波長を有する。
ブルーライトトが生体に及ぼす影響は医学的な面から検証が進められており、網膜に障害を与え易いことが一般的に知られる様になり、眼鏡用レンズ、ルーペ等はブルーライトカットが標準仕様として販売されている。
白色ＬＥＤ照明の中では昼光色ＬＥＤ光源がブルーライトの分光放射照度が３種類の白色ＬＥＤ光源のなかで最も高く、網膜障害リスクが高いと考えられる。

一方、昼白色から昼光色の間の相関色温度（５０００Ｋ〜６５００Ｋ）は正午の晴天の太陽光の相関色温度に近く、学習塾、学校の教室の照明に多く使用され、また塗装、デザインなど色目および色の再現性の管理が重要である事業所の照明に使われている。

従来技術

ＬＥＤ照明は大きく電球型と直管型（蛍光管型）、シーリングライト（平板）に分けられる。
いずれの方式であってもプラスチックの拡散カバーが用いられているが、耐熱性、光学性能、安全耐久性、価格の点でポリカーボネート樹脂が最も多く使用されている。

本発明は光拡散グレードポリカーボネート樹脂にペリレン系蛍光性染料を重量比で１０ｐｐｍ含有する照明カバーによって昼光色ＬＥＤ光源から出射するブルーライトをブランクカバー比較４０％以上を低減できるものである。
低減率（カット率）はブルーライトピーク波長４５０ｎｍの分光放射照度（Ｗ／ｍ２／ｎｍ）の値をブランクカバーとの差から算出する。
低減率％（カット率）＝〔（ブランクカバー値）−（ブルーライト低減カバー値）〕／（ブランクカバー値）ｘ１００
極微量の蛍光性染料の添加量で高いブルーライトの低減効果を得るものである。

出射光のブルーライトト低減技術として様々な対応技術が提案されている。
ＬＥＤ光源の設計を変更する方法としては、例えば、青色光の代わりに紫外線と蛍光体の組み合わせた白色光源が実用化されてきたが、寿命、生産コストの面で課題があり、未だ普及には時間がかかっている。

ポリカーボネート樹脂カバーの出射光の波長をコントロールする技術は先行特許文献１に記載されている。
ピーク波長が４４０ｎｍ〜４６０ｎｍの白色ＬＥＤ光源を覆う様に配置したカバーから出射される光の波長５５０ｎｍの分光放射照度を１とした時の波長４５０ｎｍの分光放射照度が１．６〜１５の範囲内にあるもので、優れた精肉色彩協調および野菜色彩の強調を有するＬＥＤ照明装置が実現できると記載されている。実際はかなりブルーライトの強い光であるが、ブルーライトトの言及はない。
有彩色色素を含有するＬＥＤ照明カバーの外観が良好な色付きが目立たない照明カバーを提供すると記載されている。
カバーは有色染料を５ＰＰＭ含有する樹脂層と空気層、拡散層の三層の多層カバー構造となっていること、さらに使用される白色ＬＥＤ光源については市販の４０Ｗ型ＬＥＤ照明装置と記載されているが、相関色温度については記載が無く、解決する課題が本発明と異なっている。

ブルーライト低減（カット）が可能な組成物・フイルムに関する先行特許文献２は液晶デイスプレイ用のパネルに使われるもので、ＰＥＴフイルムに硬化膜をコーテイングによって積層し、分光光度計を用い３８５ｎｍ〜４９５ｎｍの領域波長の光を照射して、平均透過率を測定する。
ブルーライトカット率の測定方法は白色ＬＥＤ光源を使用するのでは無ない。
ブルーライトの平均カット率は（積層体の透過率）− （ＰＥＴフイルム単独透過率）から算出している。 硬化膜は蛍光染料が含まれる紫外線硬化型樹脂となっているが蛍光染料をポリカーボネート樹脂ペレットに均一に分散させる本発明とは構成、カット率の測定方法が異なる。

先行特許文献３は先行特許文献２と同様の構成で、ブルーライトカット機能を有し、耐擦傷に優れる紫外線硬化膜に関するもので、明細書にＬＥＤ照明カバー用途の記載がある。
［００７１］
分光光度計を用い８００〜３００ｎｍの領域の光照射し、３８５ｎｍ〜４９５ｎｍの領域に於ける平均透過率を測定する。 ブルーライト平均カット率は１００−（３８５ｎｍ〜４９５ｎｍ領域の平均透過率）にて算出している。
ＰＥＴフイルムに硬化膜をコーテイングによって積層し、ブルーライトカット機能と耐久性が高い硬化膜を積層することを目的としている。
特許文献２と同じく、ブルーライトカット率の測定方法が本発明と異なり、平均ブルーライトカット率は２８％が最高値となっている

本先行特許文献４は基材に選択反射層（コレステリック液晶）を積層してブルーライトの波長範囲である４５０ｎｍ〜５００ｎｍの透過率を５０％以下にできるブルーライトカットフイルムである。
基材がポリカーボネートフイルムの記載があるが、蛍光性染料を練りこんだ本発明の照明カバーとは技術手段と構成が異なる。

白色ＬＥＤ光源はその相関色温度の範囲で白色（４２００Ｋ）、昼白色（５０００Ｋ）、昼光色（６５００Ｋ）の３光源あるが、青色発光ダイオード光源と蛍光部に黄色蛍光体を有するＬＥＤ光源については、全てピーク波長は４５０ｎｍ近辺となっている。
昼光色（６５００Ｋ）ＬＥＤ光源のピーク波長の分光放射照度は昼白色（５０００Ｋ）に比べて約４０％高くなり、かなりの眩しい光源である。
本発明によって昼光色（６５００Ｋ）についてピーク波長の分光放射照度を４０％低減（カット）することが可能となった。

昼光色光源のＬＥＤ照明は正午の晴天の太陽光に近い照明として、学校等の教室の照明に多く使用され、また塗装、デザインなど色の再現性の管理が重要な場所の照明に使われる。
本用途の照明ニーズはさらに拡大すると見られる。
本発明は昼光色に限定して、ブルーライトカットを可能とする照明カバーに関する発明である。

従来技術の範囲では、本発明で述べている昼光色ＬＥＤ光源のブルーライトのピーク波長の分光放射照度、相関色温度、照度、平均演色評価数など照明器具としての基本光学特性を記載した光拡散グレードポリカーボネート樹脂カバーに関する先行文献は見当たらなかった。

先行特許文献

特開 ２０１８−５６１０９号公報 再公表 ＷＯ２０１４−１７８１４８号公報 再公表 ＷＯ２０１６−０４３２６３号公報 再公表 ＷＯ２０１８−０２１４８５号公報

本発明は相関色温度が６５００Ｋである昼光色発光ダイオード素子（ＬＥＤ素子）を有する照明装置であって、当該照明カバーにブルーライト低減の機能を付与する発明に関する。
しかしながら、プラスチックカバーにブルーライト低減加工を施すと、明るさ（照度）が低下するという技術課題がある。
本発明は明るさ（照度）を犠牲にする事なく、高演色性を維持して４５０ｎｍ近辺のブルーライトピーク波長の分光放射照度をブランクカバー比較４０％以上低減（カット）することが可能になった。

本発明は上記課解決するために鋭意題を検討した結果、照明カバーを拡散グレードポリカーボネート樹脂に限定して、波長４００ｎｍ〜５００ｎｍを吸収して波長４５０ｎｍ〜５５０ｎｍで発光するペリレン系蛍光性染料を添加することが有効であることが分かった。

本発明は４５０ｎｍ近辺にブルーライトピークを有する昼光色ＬＥＤ光源について、光源点灯時のブルーライトピーク波長の分光放射照度値（Ｗ／ｍ２／ｎｍ）がブランク比較４０％以上低減（カット）することが可能であることが分かった。

蛍光染料の添加量は極微量として、ポリカーボネート樹脂重量比で１０ｐｐｍで充分なブルーライト低減機能が発揮される。平均演色評価数Ｒａが９０以上あり、かつ照度は約１０％増加した。
添加量は１０ｐｐｍは重量ベースでポリカーボネート樹脂ペレット１０Ｋｇに蛍光性染料を０．１ｇと極めて僅少であり、蛍光染料の分散ムラが発生せず、ブルーライトカット機能が発揮される。
好ましい添加率の範囲は１０ｐｐｍ近辺であれば良い。

ポリカーボネート樹脂は光拡散剤、紫外線吸収剤が練り込まれたタイプが好ましく、溶融押出し成型が可能であるグレードが好ましい。
さらに色目が白色で拡散光透過率が６０％以上、長期耐熱性（ＵＬ−７４６Ｂ）ＲＩＴ（ＲＴＩ＝Ｒｅｌａｔｉｖｅ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｉｎｄｅｘ）が１２５℃以上であるものが好ましい。

ペリレン系蛍光性染料を光拡散グレードポリカーボネート樹脂ペレット表面に均一に分散付着させ、容器等の内壁に粉末が付着しない様にするかは混錬方法に工夫を要する。
本発明は混錬前のペレットの乾燥条件（温度、時間）さらに蛍光剤との混錬後の温度の適正範囲を見出した。

ポリカーボネート樹脂ペレット（白色）をポリエチレン袋に入れて、１２０℃ｘ６時間乾燥後、ペリレン系蛍光性染料（粉末）を加えて袋ごとタンブラー型均一混錬装置に移して毎分４〜５回ｘ３０分間回転混錬を実施する。
終了時に６０℃〜８０℃、好ましくは６５℃〜７５℃の温度状態であれば蛍光性染料はペレットに均一に付着する。
ペレット表面は白色から淡緑色になる。

混錬終了後、速やかに温度２４０℃〜２５０℃で異形押出しすると、乾燥後は全体積が淡緑色になる。
本蛍光染料は３００℃を超える耐熱性を有する。

本発明は照明カバーを拡散グレードポリカーボネート樹脂に限定して、波長４００ｎｍ〜５００ｎｍを吸収して波長４５０ｎｍ〜５５０ｎｍで発光するペリレン系蛍光性染料が有効であることが分かった。
比較例２に示す様に蛍光染料の添加量を５０ｐｐｍに増加すると低減率はさらに向上するが、色目は淡黄色となり、演色性が添加量１０ｐｐｍに比較して劣る結果となった。

本発明の対象は昼光色直管型ＬＥＤ照明用カバーとしているが、平板状の昼光色ベースライト用ＬＥＤ照明カバーにつても効果的であり、さらにＬＥＤ照明モジュールの配置は直下型方式、或いはエッジライト方式の何れにも有効である。

本発明の光色直管型ＬＥＤ照明用カバーは単純な構造で優れた白色ＬＥＤ出射光のブルーライトを大幅に低減が可能であり、さらに明るさ（照度）を向上することができる。

以下、実施例を挙げて、本発明を更に具体的に説明する。本発明はこれにより何ら限定を受けるものではない。
図１に示す様に、光拡散性ポリカーボネート樹脂を溶融異形押出法にて外径２６ｍｍφ寸法の金型で肉厚１ｍｍの筒型カバーを押出し、冷却工程を経て、カッターにて所定の長さに切断する異形押出しラインを使用した。
機種名： ＩＫＧ製 ＰＭＳ５０−２８ 口径５０ｍｍφ押出機

本発明の蛍光性染料のポリカーボネート樹脂内への分散は異形押し出し工程で混錬する方法で可能である。
蛍光性染料の色目はブルーライト（青色）の補色が好ましく、黄色を選択した。
同蛍光染料の橙色の色目も実験したが、ブルーライト低減（カット）性および演色性が著しく低下した。

ポリカーボネート樹脂カバーへのＬＥＤモジュール３の挿入はアルミニウム架台２（＃６０６３純アル分：９９．３５％）をスライド爪４に挿入して、架台平面部にＬＥＤモジュールテープを糊で固定した。ＬＥＤモジュールテープは基板幅９ｍｍ、ＳＭＤ型３５２８ ＬＥＤ１２０チップ／メートル １２ボルト，消費電力９．６ワット市販品を色温度６５００Ｋ（昼光色）を使用した。

外部環境の光を無視できる暗室で、昼光色ＬＥＤ光源（６５００Ｋ）を点灯して、直管カバーから垂直距離１メートルの位置で光学性能の測定を各々実施した。

表１に昼光色ＬＥＤ光源（６５００Ｋ）点灯時の分光放射照度の測定値と光学性能を記載した。
比較として蛍光染料を添加しないブランクカバーの場合（比較例１）、蛍光染料添加量増加した場合（比較例２）、カバーを使わないで裸で測定器が直接受光した場合（比較例３）を記載した

光拡散性ポリカーボネート樹脂（帝人（株）製 ＭＬ−６１０５ＺＨＰ ＭＶＲ＝２．５ｃｍ^３／１０ｍｉｎ、白色ペレット）１０Ｋｇを１２０℃ｘ６時間乾燥し、ペリレン系蛍光性染料（ＢＡＳＦ社モノゲンＦ Ｙｅｌｌｏｗ８３）粉末０．１ｇを図２に示す特殊タンブラー混錬装置にてペレットの表面に散布した。ペリレン系蛍光性染料の添加量はポリカーボネート樹脂重量比で１０ｐｐｍとした。
混錬直後の着色ペレットの温度は約７０℃であり、表面の色目は淡緑色であった。

次いで速やかに、当該ペレットを外径２６ｍｍφ寸法の金型で溶融温度２４０℃〜２５０℃条件下で肉厚１ｍｍの筒型カバーを異形押出し、冷却後、長さを１２００ｍｍ長に切断した。
製品カバーの色目は淡緑色のままであった。

表１に示す通り、色温度６５００Ｋ（昼光色）ＬＥＤ光源モジュールを本カバーに挿入して点灯、青色のピーク波長の分光放射照度を測定した結果は０．００９８Ｗ／ｍ２／ｎｍであった。
ブランクカバー分光放射照度比較の低減率（カット率）は４１％となり、図３に示す通り、波長４５０ｎｍ近辺のブルーライト低減効果は十分認められた。
照度はブランクカバー対比約１０％増加し、点灯時の相関色温度は５４５０Ｋであった。

比較例１

蛍光染料を添加しないブランクカバーを同一異形押出しを実施した。
製品カバーの色目は白色であった。
色温度６５００Ｋ（昼光色）ＬＥＤ光源モジュールを本カバーに挿入して点灯、青色のピーク波長の分光放射照度を測定した結果は０．０１５７Ｗ／ｍ２／ｎｍであった。
点灯時の相関色温度は６５００Ｋであった。

比較例２

蛍光染料の添加量を５０ｐｐｍとした以外は実施例１と同一条件とした。
ブルーライト低減率（カット率）は４８％と増加したが、相関色温度が５３００Ｋまで下がり、色目は
淡黄色となり、平均演色評価数Ｒａ：８７で高演色９０以上には届かなかった。

比較例３

実施例１にてカバーを使用せず色温度６５００Ｋ（昼光色）ＬＥＤ光源モジュールを直接青色のピーク波長の分光放射照度を測定した結果は０．０２４６Ｗ／ｍ２／ｎｍであった。
点灯時の相関色温度は６５００Ｋであった。

本文及び実施例に記載の光学特性の測定方法について記載する
（１）照度、演色評価数、相関色温度、ピーク波長、分光放射照度値
コニカミノルタ社 演色照度計 ＣＬ−Ａ５００で測定した。

直管型ＬＥＤ照明において多様化する光学特性ニーズに対応できるプラスチックカバーに関する。

ポリカーボネート樹脂からなる照明カバーを通して出射光が発せられる昼光色ＬＥＤ光源を有する照明装置であって、青色光（ブルーライト）ピーク波長の分光放射照度値（Ｗ／ｍ２／ｎｍ）をブランク（光拡散グレードポリカーボネート樹脂）比較で４０％以上低減（カット）する技術分野。

ＬＥＤ照明モジュールを配置した断面図 ペレットと蛍光粉末を均一混練する装置概略図 昼光色ＬＥＤ光源６５００Ｋ点灯時の直管カバーの分光放射照度グラフ

１．ポリカーボネート樹脂カバー
２．アルミニウム架台
３．ＬＥＤモジュール
４．スライド爪部

Claims (2)

1. ４５０ｎｍ近辺にピークを有する相関色温度が６５００Ｋ（昼光色）である白色ＬＥＤ光源であって、青色発光ダイオード光源と蛍光部に黄色蛍光体を有する前記昼光色ＬＥＤ光源に対して、光拡散ポリカーボネート樹脂に波長４００ｎｍ〜５００ｎｍを吸収して波長４５０ｎｍ〜５５０ｎｍで発光するペリレン系蛍光性染料を重量比で１０ｐｐｍ含有することで、光源点灯時の青色光（ブルーライト）ピーク波長の分光放射照度値（Ｗ／ｍ２／ｎｍ）がブランクカバー（光拡散グレードポリカーボネート樹脂単体）比較４０％以上低減することが可能な昼光色光源用直管型ＬＥＤ照明カバー。
2. 光拡散グレードポリカーボネート樹脂ペレットを１２０℃ｘ６時間乾燥後、ポリエチレン袋に入れ、ペリレン系蛍光性染料（粉末）を重量比で１０ｐｐｍをタンブラー型均一混錬装置にて毎分４〜５回転して３０分の間混錬を実施して、ペレット表面に当該粉末を均一に付着後、異形溶融押出を実施する請求項１記載の昼光色光源用直管型ＬＥＤ照明カバーの製造方法。