LED照明機器で求められる透明樹脂部品の特性 - LED照明/有機EL照明分野の動向

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LED照明機器で求められる透明樹脂部品の特性

LED照明機器には、LEDチップの光が直接見える屋外照明や高所照明に適したタイプと、LEDチップの粒が見えない半透明カバーに入った住空間、事務所、店舗照明に適したタイプがある。人がしばしば照明器具を直接見てしまう室内で使うには、点光源の眩しさや光のチラツキが低減できて、目にも安全な半透明な光拡散カバーが付いたものが一般的である。この半透明なカバー付きの照明器具で高い発光効率を得るには、カバーで光を遮ることが無く、単純に光の方向を散乱できるだけのタイプが望ましい。樹脂にはポリカーボネイトが一般的に用いられ、その中に光各散材料をブレンドする。光各散材料も従来は無機系拡散剤が用いられていたが、30%程度も光を遮る欠点があるので、透過光の損失を20%までに減少できる新しい材料が用いられつつある。

LED電球ではこのカバーからもLEDチップからの熱を逃がす工夫もされており、熱伝導率の高い半透明のポリカーボネイトを使う場合と、ガラスを使う場合がある。LEDの実装基板から、熱が上手く伝わる接続も重要である。また、樹脂が難燃性であることやホコリが付着しにくいことも必要である。LED電球の表面温度は、室温が高い場合やダウンライトで使用した場合などで、60度以上の高温になる可能性があることも考慮しておく必要がある。難燃化のためのハロゲン系難燃剤は優れた難燃性を示すが、燃焼時に発生するハロゲンを含むガスの発生等の懸念もあり、ハロゲン系難燃剤の使用に関する自主規制が行われている。このために、りん系難燃剤やシリコーン樹脂を用いた難燃化が検討されている。

直管LEDでもポリカーボネイトが照明カバーとして用いられる。直管LEDを採用する一般照明では、天井面にも拡散した光が届いて、部屋の明るさ感が得られることも望まれる。また強度を確保しながら、薄くて、軽量、難燃性、安価であることも必要である。カバーの押出成形用や射出成形用による薄肉成形時の反り(耐ドローダウン性)やヒケが無いことも、材料の品質として大事である。

また、LEDレンズ用の高機能高分子(COP)、アクリル、ポリカーボネイト、シリコーンも高所照明、屋外照明機器、車載用照明機器のために重要な材料である。レンズ材料の選択は、光透過率や、温度や紫外線などの使用環境を考慮して選択する。光透過率は紫色の光の領域である短い波長の透過率がガラスに比較して悪い。また、表面が鏡面で仕上げられた射出成形金型の低コスト化や成形収縮補正ための工程短縮も重要である。

青色LEDチップ上に蛍光材料を分散して、LEDチップに直接に接するエンキャップ材料(封入樹脂)は、最も高温になる部分であり、シリコーンやエポキシ材料が用いられ、封止性能、接着性、透明な光学性能、屈折率、流動性、耐熱性、耐UV性などが求められる。エポキシはシリコーンに比較して、接着性能や硬さ、熱膨張などの面で優れているが、耐熱性、耐UVで劣っている。エポキシをエンキャップ材料で使用する場合は150℃では透過率が時間とともに減少するために、LEDチップの温度上昇を抑える必要がある。このために、さらに性能の優れた他の材料も検討されている。

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