JP6028177B1 - 光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤ素子の輝度低下が抑制された光源装置の提供。【解決手段】本発明の光源装置１は、ＬＥＤ素子が実装される基板部と、ＬＥＤ素子の周りを囲みつつＬＥＤ素子の光出射方向に開口した形をなし、内側にＬＥＤ素子が収容される周壁部と、ＬＥＤ素子が封入されるように周壁部の内側に充填される封入樹脂と、周壁部で囲まれた部分の封入樹脂の表面からなり、ＬＥＤ素子から出射された光を封入樹脂の外部に出射させる光出射面とを有するＬＥＤパッケージ２２と、ＬＥＤパッケージを収容し、窒素ガスが充填される収容室３と、光出射面を覆うようにＬＥＤパッケージ２２の表面に形成されるフッ素系コーティング膜２１とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、光源装置に関する。

可燃性ガス（可燃性液体の蒸気を含む）、可燃性粉塵等の可燃性物質が空気と混合されると、爆発性雰囲気が形成される。そのような爆発性雰囲気下において、電気・電子機器（以下、単に「機器」と称する）を使用すると、機器の高温部分から発せられる熱や機器で生じる電気火花等が着火源となって、爆発性雰囲気（可燃性物質）が燃焼する虞がある。そのため、爆発性雰囲気下で機器を使用しても、爆発性雰囲気（可燃性物質）が燃焼しないように機器の防爆化が行われている。

機器の防爆構造の一例としては、例えば、内圧防爆構造が挙げられる（例えば、特許文献１）。この種の防爆構造は、着火源となる機器の主要部を所定の容器（防爆容器）内に収容し、その容器内に窒素ガス等の不燃性ガス（保護ガス）を供給して内圧を保ちつつ、容器内を不燃性ガスで満たすことで、着火源を容器外部の雰囲気（爆発性雰囲気）と隔離するものである。なお、容器内に供給される不燃性ガスとしては、化学的安定性に優れ、取り扱いが容易等の観点より、窒素ガスが多く用いられている。

特開２００２−１０８５６３号公報

内圧防爆型の装置等のように、窒素ガス雰囲気下で使用される装置において、光源としてＬＥＤ（light‐emitting diode）パッケージを備えている場合、ＬＥＤパッケージに含まれるＬＥＤ素子の輝度が、点灯時間の経過と共に、徐々に低下することが問題となっていた。

本発明の目的は、ＬＥＤ素子の輝度低下が抑制された光源装置を提供することである。

本発明者らは、光源としてＬＥＤパッケージを使用した光源装置において、装置内を窒素ガスで満たした状態でＬＥＤパッケージを連続的に点灯させると、時間の経過に伴ってＬＥＤパッケージ内のＬＥＤ素子の発光面に、不活性ガスとして知られている窒素ガスに由来する窒素成分が付着し、その窒素成分によってＬＥＤ素子の発光面が黒化することが、ＬＥＤ素子の輝度を低下させていることをつきとめた。

そして、本発明者らは、前記目的を達成すべく鋭意検討を行った結果、ＬＥＤパッケージの光出射面に、所定のフッ素系コーティング膜を形成することで、ＬＥＤ素子の発光面の黒化が抑制されることを見出し、本願発明の完成に至った。

前記課題を解決するための手段は、以下の通りである。即ち、
＜１＞ ＬＥＤ素子と、前記ＬＥＤ素子が実装される基板部と、前記ＬＥＤ素子の周りを囲みつつ前記ＬＥＤ素子の光出射方向に開口した形をなし、内側に前記ＬＥＤ素子が収容される周壁部と、前記ＬＥＤ素子が封入されるように前記周壁部の内側に充填される封入樹脂と、前記周壁部で囲まれた部分の前記封入樹脂の表面からなり、前記ＬＥＤ素子から出射された光を前記封入樹脂の外部に出射させる光出射面とを有するＬＥＤパッケージと、前記ＬＥＤパッケージを収容し、窒素ガスが充填される収容室と、前記光出射面を覆うように前記ＬＥＤパッケージの表面に形成されるフッ素系コーティング膜とを有する光源装置である。

＜２＞ 前記フッ素系コーティング膜が、下記一般式（１）で表されるメタクリル酸エステルを４９質量％以上７４質量％以下と、下記一般式（２）で表される（メタ）アクリル酸エステルを１６質量％以上３１質量％以下と、下記一般式（３）で表されるフッ素含有モノマーを１質量％以上３３質量％以下の割合で含むモノマー成分を、ランダム重合させて得られる数平均分子量が２００００〜１０００００のフッ素系共重合体を、総炭素数が４〜８にハイドロフルオロカーボン及び総炭素数が４〜８のハイドロフルオロエーテルから選ばれる１種以上の溶剤に溶解してなるコーティング剤からなる前記＜１＞に記載の光源装置である。

（式中、Ｒ_１は炭素数１〜３の直鎖状または分岐状アルキル基である。）

（式中、Ｒ_２は水素またはメチル基、Ｒ_３は、炭素数４〜８の直鎖状または分岐状アルキル基である。）

（式中、Ｒ_４は、水素またはメチル基であり、ｎは、４〜６の整数を示す。）

＜３＞ 前記フッ素系コーティング膜の厚みが、１μｍ以上である前記＜１＞又は＜２＞に記載の光源装置である。

＜４＞ 前記ＬＥＤパッケージが、前記封入樹脂中に分散され、前記ＬＥＤ素子から出射された光を吸収して、前記光とは異なる波長の光を放出する蛍光体を有する前記＜１＞〜＜３＞の何れか１つに記載の光源装置である。

＜５＞ 前記ＬＥＤ素子が、窒化ガリウム系半導体を含む前記＜１＞〜＜４＞の何れか１つに記載の光源装置である。

＜６＞ 前記収容室内に窒素ガスを供給する供給部を備える前記＜１＞〜＜５＞の何れか１つに記載の光源装置である。

＜７＞ 前記収容室の壁面に設けられ、前記ＬＥＤパッケージからの光を前記収容室側から外部に透過させる透過部を備える前記＜１＞〜＜６＞の何れか１つに記載の光源装置である。

＜８＞ 前記透過部が、前記ＬＥＤパッケージからの光を利用する表示スクリーンからなる前記＜１＞〜＜７＞の何れか１つに記載の光源装置である。

本発明によれば、ＬＥＤ素子の輝度低下が抑制された光源装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る光源装置の模式的な説明図 光源ユニットの模式的な断面図 ＬＥＤパッケージの平面図 光源装置の構成を模式的に表した断面図 光源装置の輝度低下試験の内容を模式的に表した説明図 液晶パネルの輝度測定方法を模式的に表した説明図 実施例１、比較例１及び比較例２の各光源装置の輝度測定結果を示すグラフ 試験開始前のＬＥＤパッケージ（塗膜なし）の状態を光出射面側から撮影した拡大写真を示す図 試験開始から４０８時間後のＬＥＤパッケージ（塗膜なし）の状態を光出射面側から撮影した拡大写真を示す図 ＬＥＤ素子の表面が黒化したＬＥＤパッケージの断面を撮影した拡大写真を示す図 ＬＥＤ素子に形成された黒色層のＴＯＦ−ＳＩＭＳによる解析結果を示す図

以下、本発明の実施形態に係る光源装置を、図１〜図３を参照しつつ説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る光源装置１の模式的な説明図である。光源装置１は、不燃性ガス（保護ガス）として窒素ガスを利用する内圧防爆型の装置であり、主として、光源ユニット２と、内側に光源ユニット２を収容し、窒素ガスが充填される収容室３を有する筐体４と、収容室３内に窒素ガスを供給する供給部５とを備えている。なお、光源装置１は、光源ユニット２以外にその他の機器類（例えば、リレー装置、配線、回路基板）を備えており、そのような機器類が光源ユニット２と共に筐体４の収容室３に収容されている。

光源ユニット２は、フッ素系コーティング膜２１が形成されたＬＥＤパッケージ２２（以下、「膜付きＬＥＤパッケージ２３」と称する場合がある）と、膜付きＬＥＤパッケージ２３が表面実装されるＬＥＤ基板２４とを備える。

図２は、光源ユニット２の模式的な断面図である。ＬＥＤパッケージ２２は、白色光を出射する頂面発光型であり、主として、ＬＥＤ素子２５と、ＬＥＤ素子２５が実装される基板部２６と、ＬＥＤ素子２５の周りを囲みつつＬＥＤ素子２５の光出射方向（光軸方向）Ｌに開口した形をなし、内側にＬＥＤ素子２５が収容される周壁部２７と、ＬＥＤ素子２５が封入されるように周壁部２７の内側に充填される封入樹脂２８と、周壁部２７で囲まれた部分の封入樹脂２８の表面からなり、ＬＥＤ素子２５から出射された光を封入樹脂２８の外部に出射させる光出射面２９とを有する。

ＬＥＤ素子２５は、窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体を含むものからなり、青色光又は緑色光を生成する。ＬＥＤ素子２５としては、例えば、サファイア等の透明な絶縁基板と、この絶縁基板上に順次積層されるｎ型窒化ガリウム層、活性層及びｐ型窒化ガリウム層を備えている。そして、更にその積層物上に、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等からなる透明導電膜や、ＳｉＯ_２等からなる保護膜が適宜、形成されている。

ＬＥＤ素子２５の外観形状は、概ね直方体状をなしており、基板部２６と対向する面の反対側の面が、発光面２５ａとなっている。図２において、発光面２５ａは、上側を向くように配されている。また、図２には、ＬＥＤ素子２５の発光面２５ａから出射された光の光軸方向Ｌが示されている。本実施形態の場合、ＬＥＤ素子２５の光軸方向Ｌは、ＬＥＤ基板２４の表面（実装面）２４ａに対して垂直な方向に延びている。

周壁部２７は、ＬＥＤ素子２５を取り囲むような筒状をなし、ＬＥＤ素子２５の周りを取り囲むように基板部２６の表面上に立設されている。周壁部２７は、例えば、白色樹脂のモールド品からなり、特に、ＬＥＤ素子２５を取り囲む内周面２７ａが光反射面（リフレクタ）となっている。なお、周壁部２７の内径は、基板部２６側から開口端部２７ｂ側に進むにつれて徐々に大きくなるように設定されており、内周面２７ａ全体が、所謂、逆テーパー状となっている。

封入樹脂２８は、例えば、シリコーン樹脂からなり、周壁部２７の内側に充填されている。ＬＥＤ素子２５は、周壁部２７内において封入樹脂２８で覆われて、封入樹脂２８内に封じ込められている。本実施形態の場合、封入樹脂２８中には、蛍光体（不図示）が分散されている。蛍光体は、ＬＥＤ素子２５から出射された光を吸収して、その光とは異なる波長の光を放出するものからなる。具体的には、ＬＥＤ素子２５から出射された光（青色光）を吸収して、緑色光を放出する緑色蛍光体、ＬＥＤ素子２５から出射された光（青色光）を吸収して、赤色光を放出する赤色蛍光体等からなる。

図３は、ＬＥＤパッケージ２２の平面図である。図２及び図３に示されるように、周壁部２７の開口端部２７ｂで囲まれた部分の封入樹脂２８の表面が、ＬＥＤ素子２５から出射された光を封入樹脂２８の外部に出射させる光出射面２９となっている。本実施形態の場合、光出射面２９は、図３に示されるように、長方形の１組の辺が、１組の円弧に置き換えられたような形をなしている。光出射面２９の外周縁は、周壁部２７の開口端部２７ｂの内周縁に接している。図２及び図３において、光出射面２９の外周縁と、開口端部２７ｂの内周縁との境界部分が、符号Ｘで示されている。

フッ素系コーティング膜２１は、光出射面２９を覆うようにＬＥＤパッケージ２２の表面に形成されている。本実施形態の場合、フッ素系コーティング膜２１は、図２に示されるように、光出射面２９が形成されているＬＥＤパッケージ２２の頂面（つまり、光出射面２９と周壁部２７の開口端部２７ｂの表面）のみならず、ＬＥＤパッケージ２２の４つの側面にも形成されている。

フッ素系コーティング膜２１は、ＬＥＤパッケージ２２のＬＥＤ素子２５の発光面２５ａに、窒素ガスに由来する窒素成分の膜が形成されるのを抑制するものである。フッ素系コーティング膜２１は、光出射面２９の全面を覆うと共に、開口端部２７ｂの表面を覆うことで、光出射面２９の外周縁と開口端部２７ｂの内周縁との境界部分Ｘに存在する極微細な隙間（例えば、ガスが通過可能な程度の隙間）を塞ぐように形成されることが好ましい。フッ素系コーティング膜２１が、このような個所に形成されることで、ＬＥＤパッケージ２２におけるＬＥＤ素子２５の輝度低下をより確実に抑制できる。

ＬＥＤパッケージ２２の表面（光出射面２９等）に形成されるフッ素系コーティング膜２１の厚みは、本発明の目的を損なわない限り特に制限はないが、例えば、その下限値としては、１μｍ以上が好ましく、２μｍ以上がより好ましい。また、フッ素系コーティング膜２１の厚みの上限値としては、４５μｍ以下が好ましく、４０μｍ以下がより好ましい。フッ素系コーティング膜２１の厚みが、このような範囲であると、窒素ガスを原因とするＬＥＤパッケージ２２のＬＥＤ素子２５の黒色化を抑制しつつ、ＬＥＤパッケージ２２の輝度低下（窒素ガスを原因とする輝度低下、及びフッ素系コーティング膜２１の膜厚を原因とする輝度低下）を抑制できる。

光出射面２９等のＬＥＤパッケージ２２の表面に、フッ素系コーティング膜２１を形成する方法としては、本発明の目的を損なわない限り特に制限はなく、適宜、公知の方法から選択される。フッ素系コーティング膜２１を形成する方法としては、例えば、フッ素系コーティング膜２１を形成するための液状のフッ素系コーティング剤を、ＬＥＤパッケージ２２の表面に塗布し、その塗布物を乾燥させて、フッ素系コーティング膜２１を形成する方法が挙げられる。

なお、フッ素系コーティング剤の塗布方法としては、特に制限されず、ディスペンサー法、浸漬法、刷毛塗り法、スプレー法、ロールコート法、印刷等の公知の手法が採用可能である。

また、本実施形態のように、ＬＥＤパッケージ２２の頂面のみならず、側面にもフッ素系コーティング膜２１を形成することで、フッ素系コーティング膜２１の周縁から、上記境界部分Ｘまでの距離が、ＬＥＤパッケージ２２の頂面のみに形成した場合と比べて長くなる。その結果、ＬＥＤパッケージ２２内に窒素ガスが侵入することが、より確実に抑制される。なお、フッ素系コーティング膜２１の詳細な組成は、後述する。

ＬＥＤ基板２４は、長手状の支持基板上に、絶縁層、銅箔等からなる配線パターン、保護層等が形成されたものからなる。ＬＥＤ基板２４上の配線パターンは、ＬＥＤパッケージ２２の電極（不図示）に電気的に接続され、外部より供給された電力をＬＥＤパッケージ２２に供給する。光源ユニット２のＬＥＤパッケージ２２は、図示されないコントローラにより点灯制御される。

筐体（防爆容器）４は、プラスチック製、金属製等の板材が箱状に組み立てられたものからなり、その内壁面によって囲まれた部分が、光源ユニット２が収容される収容室３となっている。収容室３の壁面等に対して、光源ユニット２は、図示されない固定手段を利用して、固定されている。また、光源ユニット２以外のその他の機器類（不図示）についても、同様に、収容室３内に固定された状態で配置されている。

筐体４の壁４１には、窒素ガスを筐体４の外部に設置された供給部５から、筐体４内の収容室３に供給するための供給口４２と、収容室３内の窒素ガス等の気体を収容室３の外部（筐体４の外部）に排出するための排気口４３とがそれぞれ設けられている。なお、筐体４内（収容室３内）は、供給口４２及び排気口４３を共に塞ぐと、外気と遮断された密閉空間となる。

供給部５は、窒素ボンベ、窒素ボンベと供給口４２との間を繋ぐ配管（ホース）等からなる。窒素ボンベに備えられている開閉弁を調節すると、窒素ボンベ内に充填されている液状の窒素が減圧されて気化し、その気化した窒素が窒素ボンベから噴出し、更に配管を通って供給口４２より収容室３内に供給される。

排気口４３は、大気開放されており、収容室３内の窒素ガス等の気体が収容室３（筐体４）の外部に排出される。なお、排気口４３には、排出ガスの流量（圧力）を制御する調節弁（不図示）が設けられており、その調節弁を調節することによって、収容室３内の圧力が大気圧よりも高くなるように制御される。

次いで、フッ素系コーティング膜２１について、詳細に説明する。フッ素系コーティング膜２１は、ＬＥＤ素子２５の発光面２５ａに、窒素ガスに由来する窒素成分の膜が形成されるのを抑制できるものであればよい。このようなフッ素系コーティング膜２１としては、例えば、下記一般式（１）で表されるメタクリル酸エステルを４９質量％以上７４質量％以下と、下記一般式（２）で表される（メタ）アクリル酸エステルを１６質量％以上３１質量％以下と、下記一般式（３）で表されるフッ素含有モノマーを１質量％以上３３質量％以下の割合で含むモノマー成分を、ランダム重合させて得られる数平均分子量が２００００〜１０００００のフッ素系ランダム共重合体を、総炭素数が４〜８にハイドロフルオロカーボン及び総炭素数が４〜８のハイドロフルオロエーテルから選ばれる１種以上の溶剤に溶解してなるフッ素系コーティング剤からなるものが好ましい。

（式中、Ｒ_１は炭素数１〜３の直鎖状または分岐状アルキル基である。）

（式中、Ｒ_２は水素またはメチル基、Ｒ_３は、炭素数４〜８の直鎖状または分岐状アルキル基である。）

（式中、Ｒ_４は、水素またはメチル基であり、ｎは、４〜６の整数を示す。）

ここで、フッ素系コーティング剤に含まれるフッ素系共重合体について説明する。フッ素系共重合体は、一般式（１）で表されるメタクリル酸エステルと、一般式（２）で表される（メタ）アクリル酸エステルと、一般式（３）で表されるフッ素含有モノマーを含むモノマー成分を、ランダム重合させて得られる。

一般式（１）中のＲ_１は、炭素数１〜３の直鎖状又は分岐状アルキル基であり、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基が挙げられる。一般式（１）で表されるメタクリル酸エステル（メタクリレート）としては、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、プロピルメタクリレート等が挙げられ、これらの化合物は一種又は二種以上を組み合わせて用いてもよい。一般式（１）で表されるメタクリル酸エステルとしては、メチルメタクリレート及びｎ−プロピルメタクリレートから選ばれる一種以上が好ましい。

一般式（２）中のＲ_２は、水素またはメチル基である。一般式（２）中のＲ_３は、炭素数４〜８の直鎖状又は分岐状アルキル基であり、具体的には、ｎ−ブチル基、ｉｓｏブチル基、ｔｅｒｔブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、へプチル基、２−エチルヘキシル基等のオクチル基が挙げられる。一般式（２）で表される（メタ）アクリル酸エステル（メタクリレート、アクリレート）としては、ｎ−，ｔｅｒｔ−，ｉｓｏ−の各ブチル（メタ）アクリレート、ペンチル（メタ）アクリレート、ヘキシル（メタ）アクリレート、へプチル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレートが挙げられ、これらの化合物は一種又は二種以上を組み合わせて用いてもよい。一般式（２）で表される（メタ）アクリル酸エステルとしては、２−エチルヘキシルアクリレート及びｎ−ブチルアクリレートから選ばれる一種以上であるのが、好ましい。本明細書において、（メタ）アクリレートとはメタクリレートとアクリレートとを含む。

一般式（３）中のＲ_４は、水素又はメチル基であり、ｎは４〜６である。一般式（３）で表されるフッ素含有モノマーとしては、パーフルオロヘキシルエチル（メタ）アクリレート、パーフルオロブチルエチル（メタ）アクリレート等が挙げられる。これらのフッ素含有モノマーは一種または二種以上を組み合わせてもよい。

フッ素系共重合体は以下の方法により作製される。一般式（１）で表されるメタクリル酸エステルと、一般式（２）で表される（メタ）アクリル酸エステルと、一般式（３）で表されるフッ素含有モノマーとを含むモノマー成分と、重合溶媒と、２，２’−アゾビスイソブチロニトリル等の重合開始剤を加えて公知の重合法により重合を行うことによりフッ素系共重合体が得られる。

なお、本発明の目的を損なわない限り、上記一般式（１）〜（３）で表されるモノマーに加えて他のモノマーを共重合させることも可能である。例えば、機能性を付与するためにカルボキシル基、ヒドロキシル基、グリシジル基、アミド基、アルコキシシリル基等の極性官能基を有する官能基含有モノマーを共重合することが可能である。具体的には、例えばアルコキシシリル基を含むγ―メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン等のシランカップリング剤、カルボキシル基を含むメタクリル酸、アクリル酸、グリシジル基を含むグリシジル（メタ）アクリレート、ヒドロキシル基を含むヒドロキシエチル（メタ）アクリレート等を例示することができる。官能基含有モノマーは１種だけでもよく、２種以上を共重合させても良い。

重合法としては例えば溶液重合法、乳化重合法、塊状重合法等を用いることができる。例えば、溶液重合法の場合には、各モノマー成分を所望のモノマー組成にて溶媒に溶解し、窒素雰囲気下、ラジカル重合開始剤を添加して加熱撹拌することによりフッ素系共重合体を得ることができる。

重合の際に用いられる溶媒としては、モノマー成分を溶解又は懸濁し得るものであればいかなる溶媒でも用いることが可能であり、例えば、水、又はトルエン、キシレン、ヘプタン、シクロヘキサン、テトラヒドロフラン等の有機溶媒があり、それらは単独または２種以上を組み合わせて使用することができる。

重合開始剤としては、ラジカル重合を開始する能力を有するものであれば特に制限はなく、例えば、過酸化ベンゾイル等の過酸化物、アゾビスイソブチロニトリル、２，２’−アゾビス（イソ酪酸）ジメチル等のアゾ系化合物の他、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム等の過硫酸系重合開始剤が挙げられる。

重合時間は特に制限されないが、通常２〜２４時間である。比較的高分子量の共重合体を得たい場合には、１日程度反応させることが望ましい。反応時間が短すぎると未反応のモノマーが残存し、分子量も比較的小さくなることがある。フッ素系共重合体の数平均分子量（Ｍｎ）は、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）換算で、２００００〜１０００００程度であることが好ましい。フッ素系共重合体のガラス転移温度は０〜５０℃程度が好ましい。

モノマー成分には、モノマー成分の全質量に対して、一般式（１）で表されるメタクリル酸エステルが４９質量％以上７４質量％以下と、一般式（２）で表される（メタ）アクリル酸エステルが１６質量％以上３１質量％以下と、一般式（３）で表されるフッ素含有モノマーが１質量％以上３３質量％以下の割合で含まれる。

フッ素系共重合体は、総炭素数が４〜８のハイドロフルオロカーボン及び総炭素数が４〜８のハイドロフルオロエーテルから選ばれる一種以上の溶剤に溶解されて、フッ素系コーティング剤とされる。

総炭素数が４〜８のハイドロフルオロカーボンの具体例としては、下記化合物があげられる。

総炭素数が４〜８のハイドロフルオロエーテルとしては、下記化合物があげられる。

これらのうち、−２０℃でも凝固しないという点で、式（７）で表される化合物（２，２，２−トリフルオロエチル１，１，２，２−テトラフルオロエチルエーテル）が好ましい。式（７）で表される化合物を溶剤の全質量に対して１０質量％以上含む溶剤が特に好ましい。

なお、フッ素系コーティング剤には、本発明の目的を損なわない限り、酸化防止剤、紫外線安定剤、フィラー等の各種添加剤が添加されてもよい。

また、フッ素系コーティング膜の形成時においては、フッ素系コーティング剤をＬＥＤパッケージの光出射面等に塗布した後、その塗膜を常温で乾燥するのみでもよいし、ＬＥＤパッケージが破損しない程度に加熱処理を施してもよい。

以上のような、光源装置１は、ＬＥＤパッケージ２２の光出射面２９を覆うように、フッ素系コーティング膜２１が形成されているため、ＬＥＤ素子２５の発光面２５ａに、窒素ガスに由来する窒素成分が生成して発光面２５ａが黒化することが抑制され、ひいては発光面２５ａから出射される光の輝度低下が抑制される。

なお、本実施形態の光源装置１において、筐体４の壁４１の一部又は全部が、光透過性を有する透過部（例えば、ガラス板、アクリル板等の透明なプラスチック板、液晶パネル等の光を利用する表示スクリーン）によって構成されてもよい。その場合、光源ユニット２の膜付きＬＥＤパッケージ２３から出射された光が、収容室３内から透過部を透過して外部（筐体４の外部）に出射されることになる。

以下、実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。なお、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。

〔実施例１〕
（フッ素系コーティング膜の作製）
メチルメタクリレート６８ｇ、ｎ−ブチルアクリレート３．５ｇ、２−エチルヘキシルアクリレート２４ｇ、パーフルオロブチルエチルアクリレート４ｇ、メタクリル酸０．５ｇ、１，１，２，３，３，４−ヘプタフルオロシクロペンタン（「ゼオローラＨ」、日本ゼオン株式会社製）１５０ｇ及び重合開始剤として２，２’−アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）０．１ｇを、内容積５００ｍｌのガラス製フラスコに入れた。撹拌羽根、蓋、冷却管及び温度計をフラスコにセットした後、回転数１００ｒｐｍで撹拌した。次いで、フラスコ内を窒素で３０分置換した後、熱湯を加え、ヒーターを８０℃にセットして重合を開始した。重合を開始してから２時間後に、０．１ｇのジメチル２，２’−アゾビス（イソブチレート）をゼオローラＨ１ｇに溶解し重合液に加え、更に３時間重合を継続した。重合終了後、４０℃まで冷却した後、「ゼオローラＨ」を６５０ｇと「ＡＥ−３０００」（上記式（７）の化合物、旭硝子株式会社製）を１１００ｇ加えて撹拌し、フッ素系コーティング剤を得た。

なお、上記フッ素系コーティング剤を１ｇのアルミカップに取り、１５０℃で１時間加熱して溶剤を取り除いて得られた重合体（ランダム重合体）をＧＰＣ（ゲルパーミエーションクロマトグラフィー）で測定したところ、ＰＭＭＡ換算で、数平均分子量（Ｍｎ）が４５０００、重量平均分子量（Ｍｗ）が１２３０００であった。

（膜付きＬＥＤパッケージの作製）
液晶パネル（画面サイズ：１２インチ、表示スクリーンの一例）６Ａを備えた光源装置１Ａを用意した。図４は、光源装置１Ａの構成を模式的に表した断面図である。この光源装置１Ａは、液晶パネル６Ａに光を供給するエッジライト式のバックライト装置７Ａを筐体（防爆容器）４Ａ内の収容室３Ａに備えており、そのようなバックライト装置７Ａに、上記フッ素系コーティング剤からなるフッ素系コーティング膜２１Ａが形成されたＬＥＤパッケージ２２Ａ（つまり、膜付きＬＥＤパッケージ２３Ａ）が複数個利用されている。

ＬＥＤパッケージ２２Ａとしては、白色光を出射する「ＮＳシリーズ」（日亜化学工業株式会社製）を利用した。このＬＥＤパッケージ２２Ａは、窒化ガリウムを含む青色ＬＥＤ素子を内蔵し、封入樹脂中に所定の蛍光体（青色光を緑色光に波長変換する緑色蛍光体、青色光を赤色光に波長変換する赤色蛍光体）が添加されている。

複数個のＬＥＤパッケージ２２Ａは、長手状のＬＥＤ基板２４Ａ上に等間隔で一列に並んだ形で実装されており、ＬＥＤパッケージ２２Ａ同士が互いに電気的に直列接続されている。ＬＥＤパッケージ２２Ａを実装したＬＥＤ基板２４Ａ（つまり、光源ユニット２Ａ）は、バックライト装置７Ａの箱型のシャーシ７４Ａ内に収容される形で固定されている。なお、シャーシ７４Ａ内には、バックライト装置７Ａを構成する反射シート７３Ａ、導光板７２Ａ、及び光学シート類７１Ａが積層する形で収容されている。ＬＥＤパッケージ２２Ａ（膜付きＬＥＤパッケージ２３Ａ）は、光出射面が導光板７２Ａの端面と対向するように、シャーシ７４内に固定されている。

液晶パネル６Ａは、筐体４Ａの壁４１の一部が刳り抜かれている部分に、嵌め込まれる形で取り付けられている。液晶パネル６Ａは、光透過性を有する透過部の一例であり、光を利用して、文字、記号、画像等の各種情報を表示する表示スクリーンの一例でもある。

膜付きＬＥＤパッケージ２３Ａは、筐体４Ａ内からバックライト装置７Ａを取り出し、そして、そのバックライト装置７Ａから更に、光源ユニット２Ａを取り出して、ＬＥＤ基板２４Ａ上のＬＥＤパッケージ２２Ａの光出射面を覆うように、フッ素系コーティング膜２１が形成されたものである。フッ素系コーティング膜２１Ａは、ＬＥＤ基板２４Ａ上に実装されている全てのＬＥＤパッケージ２２Ａの表面に形成した。

なお、各ＬＥＤパッケージ２２Ａについて、露出したすべての表面を覆うようにフッ素系コーティング膜２１を形成した。各ＬＥＤパッケージ２２Ａに形成されたフッ素系コーティング膜２１の厚みは、１０μｍであった。

フッ素系コーティング膜２１Ａを形成する際、ディスペンサーを利用して、上述したフッ素系コーティング剤を、フッ素系コーティング膜２１Ａの表面（光出射面等）に塗布した。フッ素系コーティング剤を塗布した後、その塗布物を室温（２３℃）で乾燥させて、ＬＥＤパッケージ２２Ａの表面にフッ素系コーティング膜２１を形成した。

（光源装置１Ａの輝度低下試験）
上記光源装置１Ａ内（収容室３Ａ）を窒素ガスで満たした状態で、各ＬＥＤパッケージ２２Ａを最高輝度で点灯させ、そのような状態の液晶パネル６Ａの画面中央の輝度を、所定時間毎に測定し、光源装置１Ａの経時的な輝度低下を調べた。なお、輝度低下試験は、室温（２３℃）で行った。図５は、光源装置１Ａの輝度低下試験の内容を模式的に表した説明図である。

図５に示されるように、光源装置１Ａの収容室３内には、窒素ボンベを備えた供給部５Ａにより、窒素ガスを供給した。光源装置１Ａと収容室３Ａ内の窒素ボンベとは、ゴムホースで接続されており、窒素ボンベから噴出された窒素ガスが、ゴムホースを通って光源装置１Ａ内に供給される。光源装置１Ａには、図示されない供給口が設けられており、その供給口にゴムホースの一端が取り付けられている。そして、ゴムホースの他端は、窒素ボンベに備えられている開閉弁に取り付けられている。

収容室３内に供給された窒素ガスは、図示されない排出口から排出し、圧力を調節しつつ大気開放した。なお、収容室３内から排出されるガスの圧力を、圧力調整弁７０Ａを利用して調節し、収容室３内の圧力を３００ｈＰａ（大気圧＋３００ｈＰａ）に設定した。光源装置１Ａの排出口と圧力調整弁７０Ａとは、ゴムホースで接続されており、収容室３内から排出された窒素ガス等は、ゴムホースを通って圧力調整弁７０Ａに供給される。

図６は、液晶パネル６Ａの輝度測定方法を模式的に表した説明図である。液晶パネル６Ａの画面中央における輝度は、図６に示されるように、輝度計（「ＢＭ−９ＡＣ（表示部）」、「ＢＭ−９Ａ２０Ｄ（受光部）」、株式会社トプコンテクノハウス製）８Ａの計測部８１Ａに筒状のアダプタ９Ａを取り付けた状態で、アダプタ９Ａの先端９１Ａを画面中央に対して垂直に押し当てて測定した。

〔比較例１，２〕
フッ素系コーティング膜２１Ａに代えて、以下に示されるシリコーン膜を形成したこと以外は、光源装置１Ａと同じ構成の比較例１の光源装置１Ｘと、フッ素系コーティング膜２１Ａを形成していないこと以外は、光源装置１Ａと同じ構成の比較例２の光源装置１Ｙとをそれぞれ用意し、実施例１の光源装置１Ａと共に、実施例１の光源装置１Ａと同じ条件で、輝度低下試験を行った。なお、光源装置１Ａ、光源装置１Ｘ及び光源装置１Ｙには、同一の供給部５Ａ（窒素ボンベ）からそれぞれ個別に用意されたゴムホースを介して窒素ガスを供給した。また、光源装置１Ｘ及び光源装置１Ｙ内の各圧力は、光源装置１と同様、圧力調整弁７０Ａを利用して光源装置１Ｘ及び光源装置１Ｙからの各排ガスの圧力を調節し、３００ｈＰａ（大気圧＋３００ｈＰａ）に設定した。

（比較例１のシリコーン膜）
市販のシリコーンワニス（「ＦＣ−１１１」、ファインケミカルジャパン株式会社製）を、光源装置１ＡのＬＥＤパッケージの表面（実施例１と同様の個所）に塗布し、その塗布物を乾燥させて、厚み１０μｍのシリコーン膜を形成した。

光源装置１Ａ、光源装置１Ｘ及び光源装置１Ｙの各輝度測定結果は、図７に示されるグラフに示した。図７に示されるグラフの横軸は、時間（ｈ）を表し、縦軸は輝度（ｃｄ／ｍ^２）を表す。図７に示されるように、フッ素系コーティング膜２１Ａが形成されたＬＥＤパッケージ２２Ａを備えた実施例１の光源装置１Ａでは、試験開始時（０時間後）から４０８時間の間、ほとんど輝度低下が見られなかった。なお、実施例１の光源装置１Ａにおける試験開始時（０時間後）の輝度は３４０ｃｄ／ｍ^２であり、２４時間後の輝度は３４２ｃｄ／ｍ^２であり、９６時間後の輝度は３５２ｃｄ／ｍ^２であり、１２０時間後の輝度は３５２ｃｄ／ｍ^２であり、１９２時間後の輝度は３４８ｃｄ／ｍ^２であり、２６４時間後の輝度は３４７ｃｄ／ｍ^２であり、３３６時間後の輝度は３４３ｃｄ／ｍ^２であり、４０８時間後の輝度は、３４０ｃｄ／ｍ^２であった。

これに対し、シリコーン膜が形成されたＬＥＤパッケージを備えた比較例１の光源装置１Ｘでは、試験開始から１９２時間経過した辺りから徐々に輝度が低下し始め、４０８時間後には、約３２％の輝度低下が見られた。比較例１の光源装置１Ｘにおける試験開始時（０時間後）の輝度は３５４ｃｄ／ｍ^２であり、２４時間後の輝度は３５５ｃｄ／ｍ^２であり、９６時間後の輝度は３５０ｃｄ／ｍ^２であり、１２０時間後の輝度３５０ｃｄ／ｍ^２であり、１９２時間後の輝度は３３４ｃｄ／ｍ^２であり、２６４時間後の輝度は３０１ｃｄ／ｍ^２であり、３３６時間後の輝度は２７６ｃｄ／ｍ^２であり、４０８時間後の輝度は２４０ｃｄ／ｍ^２であった。

また、塗膜が形成されていないＬＥＤパッケージを備えた比較例２の光源装置１Ｙでは、試験開始から、既に９６時間後には約１７％の輝度低下が見られた。比較例２の光源装置１Ｙでは、その後も時間の経過と共に輝度低下が続き、４０８時間後には約６７％の輝度低下という結果となった。なお、比較例２の光源装置１Ｙにおける試験開始時（０時間後）の輝度は３５５ｃｄ／ｍ^２であり、２４時間後の輝度は３５６ｃｄ／ｍ^２であり、９６時間後の輝度は２９５ｃｄ／ｍ^２であり、１２０時間後の輝度は２７８ｃｄ／ｍ^２であり、１９２時間後の輝度は２１５ｃｄ／ｍ^２であり、２６４時間後の輝度は１６２ｃｄ／ｍ^２であり、３３６時間後の輝度は１３９ｃｄ／ｍ^２であり、４０８時間後の輝度は１１７ｃｄ／ｍ^２であった。

〔ＬＥＤ素子の黒化の確認〕
比較例２の光源装置１Ｙについて、上記輝度低下試験後（試験開始から４０８時間後）に、光源装置１Ｙから光源ユニットを取り出し、ＬＥＤパッケージのＬＥＤ素子の状態を確認した。図８は、試験開始前のＬＥＤパッケージ（塗膜なし）２２Ｙの状態を光出射面側から撮影した拡大写真を示す図であり、図９は、試験開始から４０８時間後のＬＥＤパッケージ（塗膜なし）２２Ｙの状態を光出射面側から撮影した拡大写真を示す図である。図８に示されるように、試験開始前のＬＥＤパッケージ２２Ｙにおいて、ＬＥＤ素子２５Ｙの表面（発光面）は黒化していない。これに対し、試験開始から４０８時間後のＬＥＤパッケージ２２Ｙにおいて、ＬＥＤ素子２５Ｙの表面（発光面）は黒く変色していること（黒化）が確かめられた。

また、輝度低下試験後（試験開始から４０８時間後）の黒化した上記ＬＥＤパッケージ２２Ｙを、イオンミリングによりクロスカットし、ＬＥＤパッケージ２２Ｙの断面を光学顕微鏡で観察した。図１０は、ＬＥＤ素子２５Ｙの表面が黒化したＬＥＤパッケージ２２Ｙの断面を撮影した拡大写真を示す図である。図１０に示されるように、ＬＥＤ素子２５Ｙの上側の表面（発光面）上に、黒色層Ｎが形成されていることが確認された。また、黒色層Ｎは、ＬＥＤ素子２５Ｙの上面（発光面）のみに形成されることが確かめられた。

〔ＬＥＤ素子の黒色層の分析〕
図１０に示されるＬＥＤパッケージ２２ＹのＬＥＤ素子２５Ｙに形成された黒色層Ｎについて、ＴＯＦ−ＳＩＭＳ（飛行時間型二次イオン質量分析法）を用いて分析（マッピング分析）した。分析結果（陽イオン質量イメージ）は、図１１に示した。なお、図１１に示される分析結果画像は、図１０中に示される破線で囲まれた領域Ｒに対応する。また、図１１に示される分析結果画像は、図１０中の領域Ｒが９０°右回転した状態に対応する。そのため、図１１の右側は図１０の上側に対応し、図１１の上側は図１０の左側に対応する。

図１１に示されるように、ＬＥＤ素子２５Ｙの表面の黒色層Ｎが、窒素原子及び炭素原子を含む物質（Ｃ_３Ｈ_６Ｎ）から構成されていることが確かめられた。これは、窒素雰囲気下で、ＬＥＤパッケージ２２Ｙが点灯（通電）されると、雰囲気中の窒素ガスがＬＥＤパッケージ２２Ｙの封入樹脂（例えば、多孔質シリコーン）２８Ｙ自体を通過して、又は封入樹脂２８Ｙと周壁部２７Ｙとの間にある極小さな隙間等を通過してＬＥＤ素子２５Ｙの表面（発光面）に到達し、そこで窒素ガスが化学的な作用を受けて、黒色の物質に変化したものと推測される。このような窒素ガスに由来する黒色の窒素成分が、ＬＥＤ素子２５Ｙの表面（発光面）に付着することで、黒色層Ｎが形成されるものと推測される。

なお、黒色層Ｎが形成されたＬＥＤパッケージ２２Ｙを、窒素雰囲気下ではなく、大気中で通電させると（例えば、１５分程度）、黒色層Ｎは消失し、ＬＥＤパッケージ２２Ｙ（ＬＥＤ素子２５Ｙ）の輝度は、黒色層Ｎが形成される前の状態にまで回復する。つまり、黒色層Ｎは、ＬＥＤ素子２５Ｙの表面に、可逆反応的に形成されていると言える。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

（１）上記光源装置１，１Ａは、窒素ボンベ等を備えた供給部５，５Ａを用いて、筐体４の外部から窒素ガスを筐体４内の収容室３に供給する構成（所謂、フロー型の内圧防爆構造）であったが、本発明はこれに限られず、例えば、光源装置の筐体内（収容室）に、窒素ガスを密閉する構成（所謂、密閉型の防爆構造）であってもよい。

（２）本発明の光源装置では、ＬＥＤパッケージの封入樹脂中に蛍光体が添加される構成であってもよいし、蛍光体が添加されない構成であってもよい。

（３）ＬＥＤパッケージとしては、頂面発光型であってもよいし、側面発光型であってもよい。

（４）光源装置は、ＬＥＤパッケージを１つ備える構成であってもよいし、２個以上備える構成であってもよい。

（５）光源装置が、ＬＥＤパッケージを複数個備える場合、すべてのＬＥＤパッケージにフッ素系コーティング膜が形成されることが好ましいが、場合によっては、複数個のＬＥＤパッケージのうち、特定のＬＥＤパッケージのみにフッ素系コーティング膜を形成する構成であってもよい。

１，１Ａ…光源装置、２，２Ａ…光源ユニット、２１，２１Ａ…フッ素系コーティング膜、２２，２２Ａ…ＬＥＤパッケージ、２３，２３Ａ…膜付きＬＥＤパッケージ、２４，２４Ａ…ＬＥＤ基板、２５，２５Ａ…ＬＥＤ素子、２５ａ…発光面、２６…基板部、２７…周壁部、２８…封入樹脂、２９…光出射面、３，３Ａ…収容室、４，４Ａ…筐体、４１，４１Ａ…壁、４２…供給口、４３…排出口、５…供給部、６Ａ…液晶パネル、７Ａ…バックライト装置

Claims (8)

1. ＬＥＤ素子と、前記ＬＥＤ素子が実装される基板部と、前記ＬＥＤ素子の周りを囲みつつ前記ＬＥＤ素子の光出射方向に開口した形をなし、内側に前記ＬＥＤ素子が収容される周壁部と、前記ＬＥＤ素子が封入されるように前記周壁部の内側に充填される封入樹脂と、前記周壁部で囲まれた部分の前記封入樹脂の表面からなり、前記ＬＥＤ素子から出射された光を前記封入樹脂の外部に出射させる光出射面とを有するＬＥＤパッケージと、
   前記ＬＥＤパッケージを収容し、窒素ガスが充填される収容室と、
   前記光出射面を覆うように前記ＬＥＤパッケージの表面に形成されるフッ素系コーティング膜とを有する光源装置。
2. 前記フッ素系コーティング膜が、下記一般式（１）で表されるメタクリル酸エステルを４９質量％以上７４質量％以下と、下記一般式（２）で表される（メタ）アクリル酸エステルを１６質量％以上３１質量％以下と、下記一般式（３）で表されるフッ素含有モノマーを１質量％以上３３質量％以下の割合で含むモノマー成分を、ランダム重合させて得られる数平均分子量が２００００〜１０００００のフッ素系共重合体を、総炭素数が４〜８にハイドロフルオロカーボン及び総炭素数が４〜８のハイドロフルオロエーテルから選ばれる１種以上の溶剤に溶解してなるコーティング剤からなる請求項１に記載の光源装置。
   

   

   （式中、Ｒ_１は炭素数１〜３の直鎖状または分岐状アルキル基である。）
   

   

   （式中、Ｒ_２は水素またはメチル基、Ｒ_３は、炭素数４〜８の直鎖状または分岐状アルキル基である。）
   

   

   （式中、Ｒ_４は、水素またはメチル基であり、ｎは、４〜６の整数を示す。）
3. 前記フッ素系コーティング膜の厚みが、１μｍ以上である請求項１又は請求項２に記載の光源装置。
4. 前記ＬＥＤパッケージが、前記封入樹脂中に分散され、前記ＬＥＤ素子から出射された光を吸収して、前記光とは異なる波長の光を放出する蛍光体を有する請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の光源装置。
5. 前記ＬＥＤ素子が、窒化ガリウム系半導体を含む請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の光源装置。
6. 前記収容室内に窒素ガスを供給する供給部を備える請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の光源装置。
7. 前記収容室の壁面に設けられ、前記ＬＥＤパッケージからの光を前記収容室側から外部に透過させる透過部を備える請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の光源装置。
8. 前記透過部が、前記ＬＥＤパッケージからの光を利用する表示スクリーンからなる請求項１〜請求項７の何れか一項に記載の光源装置。

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