JP2006237433A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】実装および設置時の歪や、経年変化等による基板の撓み等での部品の落脱や接点の離間などによる装置の破損の防止。
【解決手段】底部に外向きのつば部を設け、内部から外部つば部周辺への貫通部を設けた筒状体からなる発光ダイオードソケットと、このソケットに挿入され、端子を電流制限手段と弾性手段に接続し、端子の一方が貫通部を通して設けられたつば部の上面に延設され、他方が弾性手段を介してソケット底部より突出されるように取り付けた発光ダイオードからなる発光ダイオードランプと、下面に導電部を有し、光源配置部にソケットを通す孔を穿った上基板部と、上面に導電部を有する下基板部からなり。発光ダイオードランプのソ筒状部を上基板部の孔に挿入した上で、つば部およびソケット底面を二枚の基板の導電部で挟み込むことで電気的に接続を行い、通電・点灯することを特徴とする発光装置。
【選択図】図３

Description

本発明は発光ダイオードを用いた、特に面状の光をつくることのできる発光装置に関する。

従来、文字や図形等に光らせ演出する機器として、ネオン管に代表される放電管を所望形状に湾曲変形した
ネオンサインや、所望形状の透光性の板を通して電球や蛍光灯等の光を、透光性の板の形状に発散させる内照式照明装置等が用いられている。
また、これらに代わる光源として、電気ー光の変換効率が高く、寿命が長いとされる発光ダイオードを用いた照明装置も使われてきている。
特願２００２ー３１９７０５

放電管を用いた照明装置では、高圧ガスを封入し、さらに高電圧を与える必要があるため危険性が高く、電力消費が大きかった。さらに管を湾曲変形させる必要があるため、小型化の際に問題があった。内照式照明装置においては、電球や蛍光灯を用いるため、これらの問題点である、寿命の短さ、それ自体の大きさによる装置の大型化等の問題点があった。これに対して発光ダイオードを用いた照明装置では、発光ダイオード自体の電気ー光変換効率が比較的に高く、長寿命であり、素子が小型であるために装置を小型かつ薄型にすることが可能となった。しかしながら、一般に用いられている発光ダイオードは強い指向特性を有しており、放電管や白熱球では、ほぼ全方向に発光している状態に対して、光の放射する範囲が非常に狭くなっている。よって、面状光源等に用いる際には、光源の密度を上昇させる等の等の対策が必要であった。

この問題を解消する為に特許文献１の特願２００２−３１９７０５で提案されたような照明構造では、光のムラを解消するために、光の乱反射を積極的に用い光量の均一化を行っているが、それゆえに高輝度を要する用途では光量が足りないといった点と、一般的に用いられている砲弾型の発光ダイオードでは十分な効果を得ることができないといった問題点があった。

また、サインパネル等の照明装置にて発光ダイオードを用いる際には、発光装置の発光させる形状の決定後、光源の配置設計および各素子の配置設計を行った上で基板を作製し、その後、各素子を実装する方式をとられている。以降この作製方式を「基板実装方式」と呼称するが、この基板実装方式では、時間のかかる作業を順次行っていかなければならず、発注から作業完了までの時間が非常に長くなるといった問題があり、基板が大型化する場合も多いため、実装および設置時の歪みや、経年変化等による基板の撓み等で部品の落脱や接点の離間等が発生し、装置の破損につながるといった問題があった。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものである。

本発明による発光装置は、端子の一端を抵抗等電流制限手段に接続し、他端をばね等の弾性手段に接続した発光ダイオードと、外向きつば部を下部に設け、そのつば部周辺に内側から外側を貫く貫通部とを備えた
発光ダイオードを挿入するソケットと、片面を導電部とし、光源を配置する箇所に筒状体を挿通する貫通孔を設けた板と、同様に片面を導電部とした板の２枚とを備えた基板部とを有してなる。また、発光ダイオードはソケットに挿入され、電流制限手段に接続された端部は貫通部を通してソケット下部のつば部の上面に延設され、他端は弾性手段を接続した上で、ソケット下部より突出されている。さらに、発光ダイオードとソケットによる発光ダイオードランプを、貫通孔を設けた側の板を上板、他方を下板として、ソケットのつば部を導電面を設けた側の面同士で挟み込むようにして固定する。これにより、つば部上面に延設した端子は上板の導電面と接続され、他方端子は弾性手段により下板の導電面と弾性的に接続されることにより電気的に接続、回路を構成することを主たる特徴とする。

発光ダイオードを用いたことにより、電力消費が低減され、光源の寿命が長くなり、かつ光源の配置を密にすることができ、基板設計が容易となり、装置の破損も予防できるといった優れた効果を持つ照明装置を短時間で得ることができる。

以下、図を用いて本発明をその好適な構成とともに説明する。

図１は本発明の発光装置の回路構成を示す図である。
１０１は発光ダイオード、１０２は抵抗、１０３は電源を示している。

発光ダイオードを用いる際の駆動方式として直列接続と並列接続が考えられるが、直列に接続する場合には、電流値は一定となり、各発光ダイオードの輝度を一定にすることができるが、高電圧が必要となる点、ひとつの素子が切断された時にはその素子と直列に接続された素子が全て電気的に切断されてしまい、全ての発光ダイオードが不点を起こし視覚効果の減少を招く点、といった問題点がある。並列に接続を行えば、低電圧での駆動が可能である。さらに、ひとつの素子が切断されても、他の素子は電気的に接続されたままで光源は消えることがなく、大幅な視覚効果の減少を防ぐことができる。よって、照明用途においては特に並列駆動を用いることが望ましいが、並列に接続する際の問題点として、発光ダイオードの製造時の順方向電圧降下のバラツキが、各並列に接続した発光ダイオードに流れが電流値に大きく影響してしまうといった点がある。

そこで、並列駆動時の輝度のバラツキ、すなわち電流値のバラツキを解消するための方法として、抵抗等を発光ダイオードに対して直列に電流制限手段を接続する方法が知られており、本発明においても各発光ダイオード１０１に対して直列に電流制限手段１０２を接続している。例えば、実施例１，２で示すように、電流制限手段１０２を抵抗とする場合には、この抵抗をバラスト抵抗と呼び、発光ダイオード１０１にかかる電流値が多い場合にはバラスト抵抗での順方向電圧降下が大きくなり、発光ダイオード１０１にかかる電流値を小さくするといったように、発光ダイオード１０１の順方向電圧降下のバラツキによる電流値のバラツキを負帰還により吸収し、各発光ダイオード１０１の電流値を一定に保っている。これにより各発光ダイオード１０１の順方向電圧降下のバラツキを吸収し、輝度を一定とすることができる。なお、電流制限手段１０２は、他の電流値を制限し一定とするような素子、例えば定電流ダイオード等を用いることも可能である。

図２は、本発明の発光装置による発光ダイオードランプの断面図である。
２０１は筒状体、２０２は外向きフランジ部、２０３は貫通部、２０４は内向きフランジ部、３０１は発光ダイオード、３０２は電流制限手段、３０３は弾性手段、３０４，３０５は端子部、３０６は充填剤封入部を示す。

発光ダイオードランプ２００は、発光ダイオード３０１を挿入する筒状体２０１と、筒状体２０１底部に設けられた外向きフランジ部２０２と、フランジ部２０２付近に設けられた内側から外側へ通す貫通部２０３である切り欠きとから構成されており、本実施例では発光ダイオード３０１を保持する手段として、一般的な発光ダイオードの底部に設けられている外向きフランジ部３０６とかみ合うよう、筒状体２０１上部に内向きのフランジ部２０４を設けているが、他の保持する構成をとってもよい。ソケット内側において、発光ダイオード３０１の端子の一端は、電流制限手段３０２に接続されており、発光ダイオード３０１と直列になるように構成されている。さらにこの端部はソケットに設けられた貫通部２０３を通して、底部の外向きフランジ部２０２上面に延設され、もう一方の端部は、弾性手段であるばね体３０３に接続されており、ソケット底部より突出するようにされている。これにより、本発明の発光ダイオードとソケットによる発光ダイオードランプの端子は、一端がソケット底部の外向きフランジ部上面の端子３０４、もう一端はソケット底面に弾性を持ち、突出する端子３０５となるような構成をとっている。

また、ソケット内部の電流制限手段３０２では電流値を低くする際に熱エネルギーとして放出する関係で大きく発熱し、素子の破壊を招く恐れがあるため、周辺に熱伝導性の高く、かつ電気絶縁性を有する充填剤を注入した部分３０６を設けている。これによって、接点および素子が熱的・電気的にも保護することができ、接点の保持も図っている。充填剤はシリコン、エポキシなど、前述の条件を満たすものであればなんでもよい。

図３は、本発明の発光装置の発光ダイオードランプ２００の取り付け状態を示す断面図である。４０１は上基板部、４０２は上基板部における導電部、４０５は発光ダイオードランプ２００の筒状体２０１を挿入される孔部、４０３は下基板部、４０４は下基板部における導電部を示す。

基板部を構成する上下基板部は片面に導電部を有し、上側基板部4０１にはソケットの筒状体を挿入することができる孔4０５が穿たれており、ソケットの筒状体201をこの孔4０５に挿入して、フランジ部2０２を上下双方の基板の導電面４０２、４０４で挟み込むように固定されている。これにより、フランジ部２０２上面に延設された一方の端子３０４は上側基板部の導電部４０２に電気的に接続され、他方弾性手段３０３に接続され、ソケット底部より突出されている端子３０５は下側基板部４０３の導電部４０４と電気的に接続されることになる。また、端子３０５は弾性手段３０３に接続されていることにより、上下基板部が撓み等で距離が変動したとしても、自律的に基板部との接点を保持するようになっている。上側基板部４０１の導電面４０２と下側基板部４０３の導電面４０４に通電することにより、発光ダイオードランプ２００を点灯することができる。

図４は、本発明による照明装置を示す図である。

二枚の基板によって構成された基板部は所望形状に切断されており、上側基板部光源を配置する部分に前記ソケットの筒状部を挿入できる孔を設けている。この孔に前記発光ダイオードランプの筒上部を挿入し、ソケットのつば部を基板部にて挟持し、各孔部に対して前記取り付け状態を得る。

これまで示したように、本発明では、前述の発光ダイオードランプの作製と、基板部の作製とは独立しており、別途に行うことができる。これにより、従来の基板実装方式では基板部の作製終了後に各素子の実装作業を行う必要があった為、前工程の作業が完了していないと次工程へ移行することができず大幅に時間がかかるという問題を解消している。

基板部は、上述にて示されているように、本発明ではソケット内部で電流制限手段を接続しているため、別途基板に電流制限手段を接続する必要がなく、さらに基板部全面において並列となるようにされているため、基板の設計は孔を明ける事ことのみである。よって、基板実装方式と比べて、各素子の組が並列となるような各素子および伝送線路の設計が大幅に簡略化される。

また、実際の光源の配置の決定には、最適な発光を得るように、ラジオシティ法やレイトレーシング法等のシミュレーションを用いて決定する手法等が知られている。前述のように発光ダイオードを使った発光装置では、その指向角の狭さから、要求される光源配置密度が高くなりがちである。しかしながら従来の基板実装方式では回路設計の際に、素子の実装および伝送線路の領域の確保を行わねばならないため、光源の配置密度の制限が大きいが、本発明による発光装置では、上板の剛性が許容し、つば部の干渉が無い範囲であれば限界まで密度を上昇させることができ、最適な発光を得られる。

発光ダイオードが損傷した際には、並列駆動を用いているため、全ての発光ダイオードが消灯することは無く、多数の発光ダイオードが損傷して輝度が大幅に低下した場合等で素子を交換する場合には、挟持された基板部を取り外し、ランプ交換し、基板部にて再度挟持を行うのみでよく、再度の組立作業が非常に容易であり、大幅な時間短縮を図ることができる。また、基板部が損傷した際にも、構造が簡易である為再度の作製が非常に容易である。

図５はそれぞれ本実施例における発光ダイオード支持体を示す断面図である。５０１は発光ダイオード、５０２は電流制限手段、５０３は発光ダイオードを収納する筒状体、５０４、５０５は端子部を示す。

発光ダイオード支持体５００は、発光ダイオード５０１を挿入され、内部にて発光ダイオード５０１の端子の一端に電流制限手段５０２が接続された筒状体５０３からなり、両端子５０４、５０５は電球支持体５００の外面に延設されるようになっている。

図６は本実施例におけるソケットを示す断面図である。
６０１は電流支持体を収納する筒状体、６０２じゃ外向きつば部、６０３は貫通部、６０４、６０６は端子部、６０５はばね体を示す。

ソケット６００は図に示されるように筒状体部５０１につば部６０２と端子を内部から外部に延設するための貫通部６０３を設けられている。さらに前記発光ダイオード支持体５００を着脱自在に取り付けられるようになっており、前記発光ダイオード支持体５００の端子部と接触される端子部の一端は貫通部を通して、つば部６０３上面に延設され端子６０４をなし、他端はソケット底部より弾性手段であるバネ体６０５を介して突出され端子６０６をなす。この取り付けた状態の断面図を図７に示す。

以降、図８に示されるように、実施例１と同様基板部に設けられた導電部４０２、４０４によりつば部を挟み込むようにして接続し、回路を形成する。

この発光装置を用いれば、実施例１で示した発光装置の利点を得た上で、破損等で不点灯を生じた発光ダイオードの交換は発光ダイオード支持体をソケットより取り外して交換するのみでよくなり、容易に行うことが可能となる。

なお、充填剤あるいはソケットを伝わる熱を効率良く放射するため、例えば下基板部全体をアルミ等で構成、ヒートシンクとすることにより熱的影響の低減を図り安全性の向上を図ることもできる。また、本実施例ではソケットとして円筒形状のものを用いたが、角筒状等、発光ダイオードを挿入することができる筒状体であれば本発明のソケットとして用いることができる。透光性板を通して内照式照明装置のように間接光として用いることもできる。本実施例では電源部を基板部外に設置して給電する構造を取っていたが、ソケットと同様に基板部内で給電用の端子を挟みこむように設置すれば、発光装置内部に電源部を設置することもできる。発光ダイオード以外の発光素子、例えば電球を電流制限手段を接続しないような形で用いることも可能ではあるが、灯数が多くなる用途では電流値が大きくなってしまい、実用的では無い。

省電力かつ長寿命である発光ダイオードを用いての照明を安全かつ適切な駆動方式で、容易に作成することができる。

本発明の回路構成を示す図 本発明の実施例１に示す照明装置のランプ部を示す断面図 本発明の実施例１に示す照明装置のランプ部取り付け状態を示す断面図 本発明による照明装置を示す概略図 本発明の実施例２に示す照明装置の発光ダイオード支持体を示す断面図 本発明の実施例２に示す照明装置のソケットを示す断面図 本発明の実施例２に示す照明装置の発光ダイオードランプを示す断面図 本発明の実施例２に示す照明装置のランプ部取り付け状態を示す断面図

符号の説明

１０１ 発光ダイオード、１０２ 電流制限手段、１０２ 電源
２０１ 筒状体、２０２ 外向きつば部、２０３ 貫通部、２０４ 内向きつば部
３０１ 発光ダイオード、３０２ 電流制限手段、３０３ 弾性手段、３０４・３０５ 端子
４０１ 上基板部、４０２・４０４ 導電部、４０３ 下基板部
５００ 発光ダイオード支持体、５０１ 発光ダイオード、５０２ 電流制限手段、５０３ 筒状体、５０４・５０５ 端子
６００ 実施例２におけるソケット体、６０１ 筒状体、６０２ 外向きつば部、６０３ 貫通部、６０４・６０６ 端子、６０５ バネ体

Claims (1)

1. 筒状体と、筒状体底部に設けられた外向きのつば部と、前記つば部周辺に設けられた内部から外部への貫通部とを有するソケットと、前記ソケットに挿入される発光ダイオードと、前記発光ダイオードの一方の端子に接続され、電流制限手段を介して前記ソケット内部より前記貫通部を通して前記つば部上面に延設され、前記発光ダイオードの他方の端子に接続され、弾性手段を介してソケット底面より突出される端子部と下面に導電部を有し、光源を配設する位置に前記ソケットの筒状体を挿入する孔を設置した上板と、上面に導電部を有する下板からなる基板部と、を有することを特徴とする発光装置。