JP2008124008A5 - - Google Patents
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Description
本発明は、LEDユニット、LEDユニットの製造方法、及びLEDユニットを用いた天井用照明器具に関し、詳しくは環状または略C状を成すLEDユニットに画期的な実用性及び経済性をもたらすものである。
LEDユニットは通常、1個または複数個のLEDチップ(素子)を備えている。そして大抵の場合、絶縁基板の全面に貼り付けられた銅箔をエッチングすることにより、所定の回路パターンを形成したプリント基板が用意され、その回路パターンの所定位置にLEDチップが支持されている。しかし、一般的に銅箔の厚さは35μm程度であり、高輝度のLEDチップを、殊に多数搭載する用途には全く適さず、特別な放熱手段を付加してもLEDチップの高温度化は避けられないため、その発光輝度が大幅に低下する上、短寿命になる。従って、一般的な居室の主照明のように、およそ5000〜10000ルーメンもの総光束が必要な用途には到底適合しがたい。また、銅箔をエッチングすると、除去された銅が無駄になり、いわゆる材料ロスが大きく発生する。そして、環状のLEDユニットを製造しようとすれば、絶縁基板の中央部を大きく打ち抜く必要があり、これまた、材料ロスが大きく発生する。ところで、いわゆるプリント基板を用いていない環状のLEDユニットとして、特許文献1に開示されたものがある。しかしながら、そのLEDユニットにおいて用いられる電極パターンにあっても、当該公報の図3に示されるように、やはり中央部が相当な大径に打ち抜かれた環状を成している。
実公平7−23969号公報
従って、特許文献1に開示された環状のLEDユニットにおいても、その電極パターンの材料ロスは極めて大きく、非経済的である。また、そのLEDユニットは極めて小型のものであり、一般居室の天井用照明器具での使用を念頭に置いたものではない。ところで一般的に、一般居室の天井用照明器具のLEDユニットとしては、多数のLEDチップを大きな面積の基板に散在させて、大きな面光源化を図ろうとしているのが現状と思われる。しかしながら、天井用照明器具では、照明器具を天井に取り付ける機構が必須である。そして大抵の場合、日本の住宅の一般居室の天井には必ずと言っていいほど、引掛ローゼットがあらかじめ設置されている。従って、引掛ローゼットの存在を前提とした天井取り付け機構を備えた照明器具に適応したLEDユニットを開発することが肝要であるとの認識が必要である。本発明はこのような解決すべき課題を鑑み、実用性かつ経済性に優れたLEDユニット、LEDユニットの製造方法、及びLEDユニットを用いた天井用照明器具を提供することを目的とするものである。
次に、上記目的を達成する代表的な発明を要約する。
第一発明は、LEDチップが支持された金属板を含むLEDエレメントを複数個備え、これらのLEDエレメントは、隣り合う金属板が互いに離間した状態で全体として略環状または略C状に配置され、各LEDエレメントは所定の直列順序で電気的接続されているが、少なくとも一箇所において、その電気的接続のループが途切れており、この途切れた箇所は一対の外部端子に電気的接続され、かつ、各LEDエレメントは環状または略C状を成す電気絶縁性の透光性部材に固着され、その中央部には窓孔が形成されているLEDユニットである。
第二発明は、全体として略環状または略C状を成すように、複数の金属板を互いに離間して配置する第1工程と、前記各金属板の表面側にLEDチップを支持してLEDエレメントを構成する第2工程と、各LEDエレメントに、少なくとも一箇所において電気的接続のループが途切れるように所定の直列順序で電気的接続する第3工程と、前記金属板の裏面側が突出されるように前記金属板の表面側に電気絶縁性の透光性部材を成形付着する第4工程と、前記金属板の裏面側に電気絶縁性の透光性部材またはベース部材を成形付着する第5工程とを備えたLEDユニットの製造方法である。
第三発明は、略中央部に天井への取り付け機構が設けられた本体を備え、本体の下面に前記取り付け機構を避けるように第一発明のLEDユニットを設けた天井用照明器具である。
なお、これらの発明及びその他の発明については、「発明を実施するための最良の形態」の項にて詳述する。
第一発明は、LEDチップが支持された金属板を含むLEDエレメントを複数個備え、これらのLEDエレメントは、隣り合う金属板が互いに離間した状態で全体として略環状または略C状に配置され、各LEDエレメントは所定の直列順序で電気的接続されているが、少なくとも一箇所において、その電気的接続のループが途切れており、この途切れた箇所は一対の外部端子に電気的接続され、かつ、各LEDエレメントは環状または略C状を成す電気絶縁性の透光性部材に固着され、その中央部には窓孔が形成されているLEDユニットである。
第二発明は、全体として略環状または略C状を成すように、複数の金属板を互いに離間して配置する第1工程と、前記各金属板の表面側にLEDチップを支持してLEDエレメントを構成する第2工程と、各LEDエレメントに、少なくとも一箇所において電気的接続のループが途切れるように所定の直列順序で電気的接続する第3工程と、前記金属板の裏面側が突出されるように前記金属板の表面側に電気絶縁性の透光性部材を成形付着する第4工程と、前記金属板の裏面側に電気絶縁性の透光性部材またはベース部材を成形付着する第5工程とを備えたLEDユニットの製造方法である。
第三発明は、略中央部に天井への取り付け機構が設けられた本体を備え、本体の下面に前記取り付け機構を避けるように第一発明のLEDユニットを設けた天井用照明器具である。
なお、これらの発明及びその他の発明については、「発明を実施するための最良の形態」の項にて詳述する。
第一発明のLEDユニットによれば、金属板そのものが環状を成すことを必要としないため、その中央部が打ち抜かれて無駄になっていた大きな材料ロスが発生せず、材料ロスを画期的に少なくできるという効果を奏する。すなわち、第一発明によれば、金属板を略矩形状または径方向に所定幅をもつ略円弧状(最大でも略半円周にわたる略円弧状)などにすることができ、金属フープ材などの大面積の金属元板から材料ロスを極めて低減して切断形成でき、実用性かつ経済性に優れたものとなる。また、金属板の厚さは適宜選択可能となり、LEDチップの発熱を考慮したものを採用できる。さらにまた、金属板の厚さを厚くすることにより、LEDユニット単体での取り扱い時に、そのLEDユニットが撓んだとしても金属板のない箇所に対応した透光性部材が撓みやすく、金属板及びその近傍の透光性部材は撓みにくいため、LEDチップの破損を招きにくい。さらにまた、本LEDユニットの中央部には窓孔が形成されているため、天井用照明器具に用いると、その天井への取り付け機構と干渉しないようにできるため、照明器具の取り付け・取り外しが容易に行える上、放熱効果が優れているため、一般居室の天井用照明器具として必要な光束を得ることができる。
第二発明のLEDユニットの製造方法によれば、第一発明のLEDユニットを容易に製造することができるという効果を奏する。
第三発明の天井用照明器具によれば、第一発明のLEDユニットの中央部に窓孔が形成されているので、天井への取り付け機構と干渉しないようにできるため、照明器具の取り付け・取り外しが容易に行える効果を奏する。
第二発明のLEDユニットの製造方法によれば、第一発明のLEDユニットを容易に製造することができるという効果を奏する。
第三発明の天井用照明器具によれば、第一発明のLEDユニットの中央部に窓孔が形成されているので、天井への取り付け機構と干渉しないようにできるため、照明器具の取り付け・取り外しが容易に行える効果を奏する。
次に、本発明の実施形態を説明するが、それはあくまで本発明に基づいて採択された例示的な実施形態であり、本発明をその実施形態に特有な事項に基づいて限定解釈してはならず、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲の請求項に示した事項さらにはその事項と実質的に等価である事項に基づいて定めなければならない。
まず、図1と図2に示す天井用照明器具について説明する。この照明器具は、天井C側に設けられ本体を構成する金属製の第一本体1と、第一本体1の下面にビス2などの取付手段で取り付けられ本体を構成する金属製の第二本体3と、好ましくは第二本体3の下面に接してビス2などの取付手段で取り付けられたLEDユニット4と、第二本体3の上方空間に収められ例えば第一本体1の下面に設けられた、LEDユニット4のための点灯制御回路部5と、第一本体1の外周部付近において取り付けられLEDユニット4が覆われる透光性材料(例えば合成樹脂)などによるグローブ6とを備えている。
第一本体1、第二本体3の材質としては例えば、鉄、アルミなどを用いる。第一本体1、第二本体3の少なくとも下面側は例えば白色の塗装膜・樹脂コーティング膜・セラミック膜などの薄膜が形成されて光反射性を有し、光反射率を例えば90%以上としている。LEDユニット4の発熱は第一本体1及び第二本体3に放熱されてLEDユニット4の温度上昇を抑えている。第一本体1の下面周部には図示されないグローブ支持具などを設けており、これに対してグローブ6が着脱可能に支持される。第二本体3の略中央には孔7が形成される。第一本体1は第二本体3よりも大径を成し、その略中央には孔8が形成されるとともに孔8の近辺は外周側部分よりも低く形成された段差状を成している。また、第二本体3には点灯制御回路部5から突設されたリモコン信号受信部9が貫通されている。なお、リモコン信号受信部9が第二本体3の上面側に配置され、第二本体3にはリモコン信号受信部9に対応する孔を形成してもよいし、さらに、その孔にリモコン信号が通過可能な樹脂板などを装着しておいてもよい。
第一本体1及び第二本体3を含む本体は、その略中央部に天井Cへの取り付け機構が設けられ、LEDユニット4は、その本体の下面に前記取り付け機構を避けるように設けられているものである。次に、その取り付け機構について述べる。天井Cには引掛ローゼット10が固定されており、引掛ローゼット10に対して本照明器具が取り付けられている。引掛ローゼット10はその下端に鍔状の係止部11があるタイプを例示している。第一本体1の中央付近の前記段差状部下面には例えば環状を成す被取付具12が固定され、その略逆L状の被係止部13がその背面側のバネ14により中心孔方向に付勢されて、被係止部13の先端下面が係止部11の上面に係止されることにより、本照明器具が天井Cにいわゆる直付け状態で取り付けられている。
本照明器具を取り付けるには、引掛ローゼット10に対して孔8を位置合わせしてからグローブ6のない状態の本照明器具を押し上げるとよい。そうすると、下面を斜面とした係止部11に対して先端上面を斜面とした被係止部13がバネ14の付勢方向に逆らって後退してから、図1のように被係止部13は係止部11の上面に係止されるようになる。そして、点灯制御回路部5に給電する引掛プラグ15を引掛ローゼット10下面の一対の給電用円弧孔(図示せず)に差し込んで所定角度回転して受電する。受電された交流電源はコード16を介して点灯制御回路部5に給電される。また、本照明器具を取り外すには、引掛プラグ15を引掛ローゼット10から前記とは反対方向に回転して取り外してから、被取付具12下面の孔17から突出するように被係止部13から下方に向けて形成した操作部18を指で外向きに後退させるとよい。
なお、以上例示した照明器具の天井取り付け機構はごく一例に過ぎず、天井に固定した一般的な角形や丸形の引掛ローゼットの下面に着脱可能なアダプタを介して照明器具を取り付けたり、天井に固定した金具に照明器具を取り付けたり、天井に対して照明器具をねじにより取り付けたりするなど、種々の取り付け機構を採用できるものである。
次に、LEDユニット4について図3〜図7を参照して説明する。LEDユニット4は、LEDチップ21が支持された金属板22を含むLEDエレメント23を複数個備えている。これらのLEDエレメント23は、隣り合う金属板22、22が互いに離間した状態で全体として略環状または略C状に配置され、各LEDエレメント23は、例えば金またはアルミなどの金属線24を用いて、所定の直列順序で電気的接続されているが、少なくとも一箇所において、その電気的接続のループが途切れている。そして、この途切れた箇所は一対の外部端子25、26に電気的接続され、かつ、各LEDエレメント23は環状を成すエポキシ樹脂その他合成樹脂などの電気絶縁性の透光性部材27に固着され、その中央部には窓孔28が形成されている。なお、図5において矢印Xの延長線上で透光性部材27が途切れており、透光性部材27が略C状を成していても光学的性能に別段影響はないが、LEDユニット4を単体で取り扱うときにねじれを発生しやすくなり、強度面ではあまり好ましいとは言えない。なお、各金属板22は、図示されない金属フープ材などの所定の大面積の金属元板を切断することにより形成され、各金属板22が略矩形状であれば、実質的に材料ロスなく切断形成でき、実用性かつ経済性に極めて優れたものとなる。また、金属板22を径方向に所定幅をもつ略円弧状(最大でも略半円周にわたる略円弧状)に切断形成することもでき、この場合でも、略円弧状の金属板22を切断形成する際に、金属板22同士がオーバーラップしない限り、ぎりぎりまで近づけて金属元板から切断形成できるため、従来に比して材料ロスを大幅に低減でき、実用性かつ経済性に優れたものとなる。
前記LEDユニット4は、LEDチップ21が金属板22に図示されない導電性のSiC基板(層)を介して導電可能状態で支持されている例である。従って、金属線24はLEDチップ21の表面層から隣り合う金属板22に電気的接続される接続形態を繰り返すことによって所定の直列順序の電気的接続が実現されている。なお、各金属板22にはそれぞれ一つのLEDチップ21を搭載した実施形態を図示しているが、各金属板22に、殊に順電流・順電圧特性が所定の範囲内でマッチした複数のLEDチップ21を搭載しておき、各LEDチップ21から隣り合う金属板22に金属線24を各々電気接続すれば、各LEDチップ21は並列接続されながら全体として直列接続されたものとなり、このような場合でも本発明の範囲に当然含まれる。また、一つの外部端子25はLEDチップ21を支持した金属板22が兼ねているが、他の外部端子26はLEDチップ21を支持していない端子専用の金属板22aが用いられている。なお、図4、5に示されるように、透光性部材27の例えば外周部には外向きに開口する切り欠き29のある取付部30が一体的に設けられており、切り欠き29に図2に示したようにビス2を通して第二本体3に螺入することにより、LEDユニット4が第二本体3に取り付けられている。なお、LEDチップ21が支持される各金属板22はすべて平面視で同一形状を成し、端子専用の金属板22aも端子を折り曲げ形成する前の段階では平面視で同一形状を成していると、すべての金属板22、22aを同一歯型形状の切断手段を用いて、切断形成できる利点がある。また、LEDチップ21が支持された金属板22に外部端子25を形成せずに、その金属板22の近傍に外部端子専用の金属板を別途設けてもよい。さらにまた、そもそも外部端子25、26を折り曲げ形成せずに、金属板22、22aに電気接続した絶縁被覆電線をLEDユニット4から引き出してもよい。この場合、引き出された絶縁被覆電線が外部端子に相当するのは当然であり、後述する接続器41そのものは不要であるが、その絶縁被覆電線の先端部にコネクタを接続しておくと、点灯制御回路部5との接続に好都合となる。
次に、LEDユニット4の製造方法について図8と図9を参照して説明する。図8(A)、(B)、(C)は前工程を示し、金型としては、環状溝を成し、その内底面に所定形状の凹部31が離間した状態で複数形成された第一金型32と、第一金型32の開口を閉塞可能とした環状の第二金型33とを備えている。そして、図8(A)のように、前記凹部31の所定のものにそれぞれ金属板22(図外の金属板22aも含む)を配置する第一工程と、前記各金属板22の所定のものにそれぞれLEDチップ21を支持してLEDエレメント23を構成する第二工程と、各LEDエレメント23に、少なくとも一箇所において電気的接続のループが途切れるように所定の直列順序で金属線24により電気的接続する第三工程とを備える。次に図8(B)、(C)のように、第二金型33により第一金型32の開口を閉塞した状態で第一金型32と第二金型33間の空間に電気絶縁性の透光性部材(例えばエポキシ樹脂)27を充填成形する第四工程を備えている。充填成形としては例えば射出成形を用い、例えば第一金型32の内周壁に数箇所のゲート(図示せず)を設けてそれらのゲートから熱溶融状態の透光性部材27を第一金型32の内部に射出成形するとよい。次に、第二金型33を取り外すことにより第二金型33と第一金型32を分離して、電気的接続された各LEDエレメント23及び透光性部材27を含むLEDユニット4の半製品4aを取り出す第五工程を備える。
なお、第一金型32は、内周側と外周側に分離可能な内型32a及び外型32bとして構成し、外型32bを図8(C)の矢印方向に変位させた状態にするとLEDユニット4の半製品4aを取り出しやすい。さらに詳述すると、図9(A)に示すように、外型32bは周方向の少なくとも二箇所において分離された複数の外型要素32b1、32b2を有しており、LEDユニット4の半製品4aを第一金型32から取り出す工程において、二つの外向き矢印方向に複数の外型要素32b1、32b2を外側に変位させた状態にするとLEDユニット4の半製品4aを取り出しやすい。なお、外型要素32b1と32b2はその隣接する所定の箇所においてヒンジ機構32cで結合されているとよい。そして、凹部31と、外部端子25、26を位置決めする孔25a、26aは、内型32aと外型要素32b1または32b2にまたがって形成されている。
次に、後工程を図8(D)、(E)を参照して説明する。この工程では、金型として、環状溝を成す第三金型34と、第三金型34の開口を閉塞可能とした第四金型35とを備えている。まず、前記半製品4aを図8(D)のように第三金型34の内部に上下逆の状態で収めてから第四金型35により第三金型34の開口を閉塞した状態で、前記半製品4aと第四金型35間の空間に電気絶縁性の透光性部材(例えばエポキシ樹脂)を充填成形して図8(E)のようにする第六工程を備えている。充填成形としては例えば射出成形を用い、例えば第三金型34の内周壁の前記空間に対応する高さ位置に数箇所のゲート(図示せず)を設けてそれらのゲートから熱溶融状態の透光性部材を第三金型34の内部に射出成形するとよい。そして、第七工程において、第四金型35を第三金型34から分離してLEDユニット4を取り出す。なお、第四金型35には外部端子25、26が通る孔(図示せず)が形成される。
ここでも、図9(B)にも示すように、第三金型34は、内周側と外周側に分離可能な内型34a及び外型34bを構成するとともに、外型34bは周方向の少なくとも二箇所において分離可能とされた複数の外型要素34b1、34b2を有している。そして、LEDユニット4を第三金型34から取り出す工程において、やはり前記と同様なヒンジ機構32Cを利用して、図9(B)の二つの外向き矢印方向に複数の外型要素34b1、34b2を外側に変位させた状態(図8(E)の矢印方向)にするとよい。この構造に関しては前記第一金型32の構造と同等であるが、外型要素34b1、34b2の周壁上面側に凹部30aを形成して、凹部30aに充填成形された透光性部材27によりLEDユニット4の外周部に取付部30を外向きに形成する場合、ヒンジ機構32cがあることにより、取付部30の形成方向と外型要素34b1、34b2の開き方向がほぼ一致するため、取付部30に無理な力が加わらなくて、その破損を招くおそれが少ない。
なお、以上示したLEDユニット4の製造方法を簡明に述べると、全体として略環状または略C状を成すように、複数の金属板22を互いに離間して配置する第1工程と、前記各金属板22の表面側にLEDチップ21を支持してLEDエレメント23を構成する第2工程と、各LEDエレメント23に、少なくとも一箇所において電気的接続のループが途切れるように所定の直列順序で電気的接続する第3工程と、前記金属板22の裏面側が突出されるように前記金属板22の表面側に電気絶縁性の透光性部材27を成形付着する第4工程と、前記金属板22の裏面側に電気絶縁性の透光性部材27(または後述するベース部材51)を成形付着する第5工程とを備えたものであることに他ならない。
なお、以上示したLEDユニット4の製造方法を簡明に述べると、全体として略環状または略C状を成すように、複数の金属板22を互いに離間して配置する第1工程と、前記各金属板22の表面側にLEDチップ21を支持してLEDエレメント23を構成する第2工程と、各LEDエレメント23に、少なくとも一箇所において電気的接続のループが途切れるように所定の直列順序で電気的接続する第3工程と、前記金属板22の裏面側が突出されるように前記金属板22の表面側に電気絶縁性の透光性部材27を成形付着する第4工程と、前記金属板22の裏面側に電気絶縁性の透光性部材27(または後述するベース部材51)を成形付着する第5工程とを備えたものであることに他ならない。
なお、前述した前工程の第一工程において、前記凹部31の所定のものにそれぞれ、LEDチップ21を予め支持した金属板22を含むLEDエレメント23における金属板22を配置するようにしてもよい。この場合は、第二工程として、各LEDエレメント23に、少なくとも一箇所において電気的接続のループが途切れるように所定の直列順序で電気的接続する。次に第三工程として、第二金型33により第一金型32の開口を閉塞した状態で第一金型32と第二金型33間の空間に電気絶縁性の透光性部材を充填成形する。次いで第四工程として、第二金型33と第一金型32を分離して、電気的接続されたLEDエレメント23及び透光性部材27を含むLEDユニット4の半製品4aを取り出す。
そして、前述した後工程では、前記半製品4aを第三金型34の内部に上下逆の状態で収めてから第四金型35により第三金型34の開口を閉塞した状態で、前記半製品4aと第四金型間35の空間に電気絶縁性の透光性部材を充填成形する第五工程と、第四金型35を第三金型34から分離してLEDユニット4を取り出す第六工程を経て、LEDユニット4が製造される。
なお、以上示したLEDユニット4の製造方法を簡明に述べると、全体として略環状または略C状を成すように、LEDチップ21を予め表面側に支持した金属板22を含む複数のLEDエレメント23を互いに離間して配置する第1工程と、各LEDエレメント23に、少なくとも一箇所において電気的接続のループが途切れるように所定の直列順序で電気的接続する第2工程と、前記金属板22の裏面側が突出されるように前記金属板22の表面側に電気絶縁性の透光性部材27を成形付着する第3工程と、前記金属板22の裏面側に電気絶縁性の透光性部材27(または後述するベース部材51)を成形付着する第4工程とを備えたものであることに他ならない。
なお、以上示したLEDユニット4の製造方法を簡明に述べると、全体として略環状または略C状を成すように、LEDチップ21を予め表面側に支持した金属板22を含む複数のLEDエレメント23を互いに離間して配置する第1工程と、各LEDエレメント23に、少なくとも一箇所において電気的接続のループが途切れるように所定の直列順序で電気的接続する第2工程と、前記金属板22の裏面側が突出されるように前記金属板22の表面側に電気絶縁性の透光性部材27を成形付着する第3工程と、前記金属板22の裏面側に電気絶縁性の透光性部材27(または後述するベース部材51)を成形付着する第4工程とを備えたものであることに他ならない。
次に、LEDユニット4の外部端子25、26及び外部端子25、26と電気的接続される接続器41について図10と図11を参照して説明する。外部端子25、26は金属板22、22aの一部を略直角に折り曲げて形成され、LEDユニット4の裏面に露出している。LEDユニット4の外部端子25、26と電気的接続される接続器41は、本体の一部を構成する第二本体3に設けた上方側(図10の姿勢では下方側)への凹所3aに設けている。LEDユニット4を第二本体3に取り付けるときには、その外部端子25、26を接続器41に差し込む。接続器41のケース42は電気絶縁性の合成樹脂を含み、その端子保持孔43、43に外部端子25、26と電気的接続可能な断面略コ字状の端子44、44がそれぞれ収められる。端子44、44には予めリード線45、45がスポット溶接などの適宜手段で電気的に接続されている。そして、ケース42の表面側、図10では上面側に外部端子25、26を通す孔が形成された電気絶縁性の合成樹脂で形成された蓋46がケース42に超音波溶着などの適宜手段で固定されている。なお、端子44、44の先端側は外部端子25、26を受け入れやすく、かつ、弾性的に安定に接触挟持できるよう、特に図10(B)でよく理解されるように外部端子25、26の側面に向かって凸となる湾曲状に形成されている。なお、ケース42の裏面側の外周部には係止爪47が外向きに形成され、その係止爪47はケース42の弾性材質を利用して、前記凹所3aの底面に形成された孔3a1に押し込まれることで、孔3a1の外縁に係止されている。また、蓋46を含むケース42が例えば、ポリプロピレン樹脂などの比較的耐熱温度の低い合成樹脂で形成されている場合は、図1のような実使用状態を考慮すれば、LEDユニット4の裏面と接続器41の表面(蓋46)とは非接触が好ましく、また、蓋46を含むケース42がLEDユニット4におけるLEDチップ21の直上を避けた位置に設けられていると、蓋46及びケース42の熱変形を防止しやすい。また、リード線45、45は図1の点灯制御回路部5に接続されている。
次に、図12は本発明の他の実施形態を示し、透光性部材27の先端側を凸の湾曲状としており、透光性部材27の使用量を節約できる。図13は本発明のさらに他の実施形態を示し、金属板22においてLEDチップ21が支持されていない裏面側に接するベース部材51を含み、このベース部材51は透光性部材27よりも高熱伝導性を有するものである。ベース部材51としては例えば、高熱伝導性であるポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS樹脂)またはセラミック材料などを用いる。これによりLEDチップ21の発熱が金属板22とベース部材51を介して第二本体3に熱伝導しやすくなり、LEDチップ21の輝度を向上できる。なお、白色のセラミック材料を用いると光反射性がよいため、透光性部材27から外部に放射される光束を向上できる。また、ベース部材51は、図8(D)の段階でLEDユニット4の半製品4aと第四金型35の間の空間に充填成形すればよい。また、ベース部材51の外周部に外向きに開口する切り欠き29のある取付部30を一体的に設けてもよい。
図14は本発明のさらに他の実施形態を示し、金属板22の裏面が透光性部材27に覆われずに外部に露出している。この場合、第二本体3との間に熱伝導性のよい絶縁シート52を介在させるとよい。なお、第二本体3の表面が良好に絶縁被膜処理されておれば、絶縁シート52を特段必要としない。図15は本発明のさらに他の実施形態を示し、透光性部材27の内部にLEDエレメント23に接しない金属補強線53が略環状または略C状を成して封入され、LEDユニット4の剛性を向上し、LEDチップ21の破損防止に寄与している。なお、金属補強線53は図示されない長く巻かれた金属線を単に切断して形成すればすむため、材料ロスは別段発生しない。また、金属補強線53は前記ベース部材51の内部に封入されていてもよい。
以上の実施形態のLEDユニット4では、LEDチップ21は青色光、紫色光、または紫外光などを発光し、透光性部材27には前記青色光、紫色光、または紫外光などを可視光に変換するYAG蛍光体などの蛍光体、あるいは光の三原色に変換する蛍光体などが含まれるものなどが利用できる。しかし、図16に示す本発明のさらに他の実施形態では、LEDチップ21は青色光、紫色光、または紫外光を発光し、LEDチップ21の近傍にのみ、前記青色光、紫色光、または紫外光を可視光に変換する蛍光体61、あるいは光の三原色に変換する蛍光体61などが設けられる。すなわち、金属板22のLEDチップ21支持部付近を皿状にしてその内部に蛍光体61を設けている。これにより、使用する蛍光体61の量を減少できて、安価に製造できる。なお、後述する図17〜24のLEDユニット4では、透光性部材27に蛍光体が含まれるが、図15以前のLEDユニット4も含めて、LEDチップ21の近傍にのみ、蛍光体が含まれるように変更してももちろんよい。
図17は本発明のさらに他の実施形態を示し、LEDチップ21の構成が異なっているものである。このLEDユニット4では、LEDチップ21が電気絶縁状態で支持された金属板22を含むLEDエレメント23を複数個備えている。これらのLEDエレメント23は、隣り合う金属板22、22が互いに離間した状態で全体として略環状または略C状に配置され、各LEDチップ21は所定の直列順序で電気的接続されているが、少なくとも一箇所において、その電気的接続のループが途切れている。そして、この途切れた箇所は前述した一対の外部端子25、26に電気的接続され、かつ、各LEDエレメント23は環状または略C状を成す電気絶縁性の透光性部材27に固着され、その中央部には前記窓孔28が形成されている。この実施形態の場合、LEDチップ21と金属板22の間に図示されない電気絶縁性のサファイア基板(層)が介在されるため、金属線24は表面側が段差状である各LEDチップ21間を電気接続しており、金属板22には接続されていない。なお、このようなサファイアベースのLEDチップ21自体は公知のため、さらなる説明は特に要しないものである。
図18は本発明のさらに他の実施形態を示し、図17において図13の実施形態を適用して、金属板22においてLEDチップ21が支持されていない裏面側に接するベース部材51を含み、このベース部材51は透光性部材27よりも高熱伝導性を有するようにしたものである。図19は本発明のさらに他の実施形態を示し、図17において図14の実施形態を適用して、金属板22の裏面が透光性部材27に覆われずに外部に露出している。この場合、LEDチップ21と金属板22の間に電気絶縁性であるサファイア基板(層)が介在されるため、図19の場合は、前記第二本体3との間にあえて絶縁シートを介在させる必要はない場合がある。すなわち、この場合、第二本体3の表面に通常形成されるような塗装被膜または樹脂被膜などでも特段問題はない場合がある。
図20は本発明のさらに他の実施形態を示し、各LEDエレメント23は、所定の直列順序で電気的接続されているが、二箇所において、その電気的接続のループが途切れているものである。そして、この途切れた箇所は各々、一対の外部端子25、26に電気的接続されている。
図21〜図23は本発明のさらに他の実施形態を示し、それらのLEDユニット4においては、各LEDエレメント23は二重の略環状または略C状に配置され、一つのLEDユニット4によりさらに高光束を得ることができる。
図24は本発明のさらに他の実施形態を示し、このLEDユニット4では、LEDチップ21を支持した金属板22の内周寄り部分に斜め下方向に折り曲げられた折り曲げ部22bが形成され、LEDチップ21の内側面からの発光を前記折り曲げ部22bにより下方に向けて反射可能としている。この構成によれば、第二本体3の下面に取り付けた状態で、LEDチップ21の内側から放射される光を下面方向に反射させて下面配光を向上できるとともに、LEDチップ21の外側面から放射される光はそのまま横向きに放射されるため、図示されない天井を含む横方向の光が得られ、下面配光と天井配光を両立しやすい。なお、前述のように透光性部材27またはLEDチップ21の近傍のみに蛍光体が混在するため、図24の点線矢印ような直線光のみにはならず、図示の点線Bのように適度な配光曲線を呈し、LEDユニット4が環状または略C状であることを鑑みると、LEDユニット4による配光は下面方向から横方向までおおよそ均等となり、天井用照明器具に好適となる。このようなLEDユニット4は、図1の場合では外側のLEDユニット4に用いるとよいが、内側のLEDユニット4に用いても差し支えない。なお、内側のLEDユニット4には、図16の実施形態で示したように、金属板22においてLEDチップ21が支持された付近を皿状に形成して、主として下面方向の配光を得てもよい。また、前記折り曲げ部22bを図21〜図23における外側のLEDエレメント23の金属板22に適用してもよいし、さらに、内側のLEDエレメント23の金属板22に適用してもよい。また、内側のLEDエレメント23の金属板22においては、図16の実施形態で示したように、金属板22においてLEDチップ21が支持された付近を皿状に形成して、主として下面方向の配光を得てもよい。
次に図25は、以上述べた各実施形態に適用できる点灯制御回路部5を含む回路ブロックの一例を示す。例えば前記引掛プラグ15で受電された交流電源61は整流器62で整流された後、昇圧または降圧型のチョッパー回路などの電源回路63を介してLEDユニット4に対して直流電圧を供給している。LEDユニット4には低抵抗64が直列接続され、LEDユニット4に流れる電流に応じて低抵抗64に発生する電圧をA/Dコンバータ65によりデジタル信号に変換し、そのデジタル信号がマイコン66に入力される。マイコン66には、図外のリモコン送信器で送信されたリモコン信号を受信するリモコン信号受信部9の出力信号も入力される。そして、リモコン信号受信部9の出力信号と前記デジタル信号が、マイコン66にストアされたプログラムによって比較され、比較により生成された出力信号は電源回路63に与えられて、LEDユニット4に所望の電流が流れるように制御される。電源回路63としてチョッパー回路を用いる場合は、よく知られたように、チョークコイル・半導体スイッチング素子・ダイオード・平滑コンデンサ及びPWMスイッチング制御回路部などを設けた通常のものでよい。また、電源回路63の出力電圧を図示しない直列接続された抵抗で分圧して、その分圧電圧を別のA/Dコンバータに入力してデジタル信号化し、このデジタル信号もマイコン66に入力することにより電圧検出制御を行い、低抵抗64による電流検出制御と併用して、LEDユニット4を定電力制御してもよい。
LEDユニット4の輝度(光束)を変更するには例えば、リモコン送信器が何種類かの輝度に対応するコード信号を送信可能として、その輝度を変化させるか、または、操作される毎にリモコン送信器が同一コード信号を送信することにより、輝度をサイクリックに調節可能にすればよい。そうすると、LEDユニット4の輝度を、許容最大値から、夜間に常夜灯として機能すればよい最小値付近、さらにはもちろん消灯するゼロ値まで、実質連続的または段階的に設定できる。そうすると、リモコン送信器によって容易にLEDユニット4の明〜暗の遠隔制御を行え、一般居室用として好ましい。
なお、図1のように複数のLEDユニット4を用いる場合は、各LEDユニット4の順電圧が異なるときには、それらを直列接続すると、一つの電源回路63のみですむため、経済性がよい。各LEDユニット4の順電圧が実質的に同一のときには、並列接続してもよいし、各LEDユニット4の順電圧が多少ばらつく場合には、低抵抗64のような抵抗を各LEDユニット4に直列接続したものを、並列接続してばらつきによる弊害を抑えるとよい。
なお、本明細書および特許請求の範囲においてLED(発光ダイオード)とはOLED(有機発光ダイオード)を含むのは当然である。また、LEDとは、半導体発光素子さらには発光素子を意味するものと定義する。また、ベース部材51は、熱伝導性・電気絶縁性に優れた単結晶もしくは非結晶のダイヤモンド層を含むものであってもよい。
また、図8において、透光性部材27の成形は、金型32、33(34、35)を開いた状態で溶融した樹脂を金型32(34)内に注ぎ込み、金型33(35)を閉じて固化させる成形手法でもよいし、熱溶融可能な環状の樹脂体を金型32(34)内に入れ、金型33(35)を閉じてから加熱して金型32、33(34、35)内の所定範囲に行き渡らせる成形手法でもよい。図13、図18のベース部材51の成形に関しても、これらと同様な成形手法を採用できる。これらの成形手法は特許請求の範囲の請求項13、14、15、16に含まれるものと定義する。
なお、本明細書および特許請求の範囲においてLED(発光ダイオード)とはOLED(有機発光ダイオード)を含むのは当然である。また、LEDとは、半導体発光素子さらには発光素子を意味するものと定義する。また、ベース部材51は、熱伝導性・電気絶縁性に優れた単結晶もしくは非結晶のダイヤモンド層を含むものであってもよい。
また、図8において、透光性部材27の成形は、金型32、33(34、35)を開いた状態で溶融した樹脂を金型32(34)内に注ぎ込み、金型33(35)を閉じて固化させる成形手法でもよいし、熱溶融可能な環状の樹脂体を金型32(34)内に入れ、金型33(35)を閉じてから加熱して金型32、33(34、35)内の所定範囲に行き渡らせる成形手法でもよい。図13、図18のベース部材51の成形に関しても、これらと同様な成形手法を採用できる。これらの成形手法は特許請求の範囲の請求項13、14、15、16に含まれるものと定義する。
C 天井
1 第一本体(本体)
3 第二本体(本体)
3a 凹所
4 LEDユニット
4a LEDユニットの半製品
21 LEDチップ
22 金属板
22a 金属板
22b 折り曲げ部
23 LEDエレメント
24 金属線
25 外部端子
26 外部端子
27 透光性部材
28 窓孔
29 切り欠き
30 取付部
30a 凹部
31 凹部
32 第一金型
32a 内型
32b 外型
32b1 外型要素
32b2 外型要素
32c ヒンジ機構
33 第二金型
34 第三金型
34a 内型
34b 外型
34b1 外型要素
34b2 外型要素
35 第四金型
41 接続器
42 ケース
51 ベース部材
53 金属補強線
1 第一本体(本体)
3 第二本体(本体)
3a 凹所
4 LEDユニット
4a LEDユニットの半製品
21 LEDチップ
22 金属板
22a 金属板
22b 折り曲げ部
23 LEDエレメント
24 金属線
25 外部端子
26 外部端子
27 透光性部材
28 窓孔
29 切り欠き
30 取付部
30a 凹部
31 凹部
32 第一金型
32a 内型
32b 外型
32b1 外型要素
32b2 外型要素
32c ヒンジ機構
33 第二金型
34 第三金型
34a 内型
34b 外型
34b1 外型要素
34b2 外型要素
35 第四金型
41 接続器
42 ケース
51 ベース部材
53 金属補強線
Claims (24)
- LEDチップが支持された金属板を含むLEDエレメントを複数個備え、これらのLEDエレメントは、隣り合う金属板が互いに離間した状態で全体として略環状または略C状に配置され、各LEDエレメントは所定の直列順序で電気的接続されているが、少なくとも一箇所において、その電気的接続のループが途切れており、この途切れた箇所は一対の外部端子に電気的接続され、かつ、各LEDエレメントは環状または略C状を成す電気絶縁性の透光性部材に固着され、その中央部には窓孔が形成されているLEDユニット。
- LEDチップが導電可能状態で支持された金属板を含むLEDエレメントを複数個備え、これらのLEDエレメントは、隣り合う金属板が互いに離間した状態で全体として略環状または略C状に配置され、各LEDチップは所定の直列順序で隣り合う金属板と電気的接続されているが、少なくとも一箇所において、その電気的接続のループが途切れており、この途切れた箇所は一対の外部端子に電気的接続され、かつ、各LEDエレメントは環状または略C状を成す電気絶縁性の透光性部材に固着され、その中央部には窓孔が形成されているLEDユニット。
- LEDチップが電気絶縁状態で支持された金属板を含むLEDエレメントを複数個備え、これらのLEDエレメントは、隣り合う金属板が互いに離間した状態で全体として略環状または略C状に配置され、各LEDチップは所定の直列順序で電気的接続されているが、少なくとも一箇所において、その電気的接続のループが途切れており、この途切れた箇所は一対の外部端子に電気的接続され、かつ、各LEDエレメントは環状または略C状を成す電気絶縁性の透光性部材に固着され、その中央部には窓孔が形成されているLEDユニット。
- 請求項1〜3のいずれかにおいて、各金属板は、所定の金属元板を切断することにより形成されているLEDユニット。
- 請求項1〜4のいずれかにおいて、金属板においてLEDチップが支持されていない裏面側に接する電気絶縁性のベース部材を含み、このベース部材は前記透光性部材よりも高熱伝導性を有するLEDユニット。
- 請求項1〜5のいずれかにおいて、透光性部材またはベース部材の外周部には外向きに開口する切り欠きのある取付部が一体的に設けられたLEDユニット。
- 請求項1〜4のいずれかにおいて、金属板の裏面が外部に露出しているLEDユニット。
- 請求項1〜7のいずれかにおいて、透光性部材またはベース部材の内部にLEDエレメントに接しない金属補強線が環状または略C状を成して封入されているLEDユニット。
- 請求項1〜8のいずれかにおいて、外部端子はLEDチップを支持していない金属板が含まれるLEDユニット。
- 請求項1〜9のいずれかにおいて、外部端子は金属板の一部を折り曲げて形成され、LEDユニットの裏面に露出しているLEDユニット。
- 請求項1〜10のいずれかにおいて、各LEDエレメントは二重の略環状または略C状に配置されたLEDユニット。
- 請求項1〜11のいずれかにおいて、LEDチップを支持した金属板の内周寄り部分に斜め下方向に折り曲げられた折り曲げ部が形成され、LEDチップの内側面からの発光を前記折り曲げ部により下方に向けて反射可能としたLEDユニット。
- 全体として略環状または略C状を成すように、複数の金属板を互いに離間して配置する第1工程と、前記各金属板の表面側にLEDチップを支持してLEDエレメントを構成する第2工程と、各LEDエレメントに、少なくとも一箇所において電気的接続のループが途切れるように所定の直列順序で電気的接続する第3工程と、前記金属板の裏面側が突出されるように前記金属板の表面側に電気絶縁性の透光性部材を成形付着する第4工程と、前記金属板の裏面側に電気絶縁性の透光性部材またはベース部材を成形付着する第5工程とを備えたLEDユニットの製造方法。
- 環状溝を成し、その内底面に所定形状の凹部が離間した状態で複数形成された第一金型と、第一金型の開口を閉塞可能とした第二金型とを備え、
前記凹部の所定のものにそれぞれ金属板を配置する第一工程と、前記各金属板の所定のものにそれぞれLEDチップを支持してLEDエレメントを構成する第二工程と、各LEDエレメントに、少なくとも一箇所において電気的接続のループが途切れるように所定の直列順序で電気的接続する第三工程と、第二金型により第一金型の開口を閉塞した状態で第一金型と第二金型間の空間に電気絶縁性の透光性部材を充填成形する第四工程と、第二金型と第一金型を分離して、電気的接続された各LEDエレメント及び透光性部材を含むLEDユニットの半製品を取り出す第五工程と、
環状溝を成す第三金型と、第三金型の開口を閉塞可能とした第四金型とを備え、
前記半製品を第三金型の内部に上下逆の状態で収めてから第四金型により第三金型の開口を閉塞した状態で、前記半製品と第四金型間の空間に電気絶縁性の透光性部材またはベース部材を充填成形する第六工程と、第四金型を第三金型から分離してLEDユニットを取り出す第七工程とを備えたLEDユニットの製造方法。 - 全体として略環状または略C状を成すように、LEDチップを予め表面側に支持した金属板を含む複数のLEDエレメントを互いに離間して配置する第1工程と、各LEDエレメントに、少なくとも一箇所において電気的接続のループが途切れるように所定の直列順序で電気的接続する第2工程と、前記金属板の裏面側が突出されるように前記金属板の表面側に電気絶縁性の透光性部材を成形付着する第3工程と、前記金属板の裏面側に電気絶縁性の透光性部材またはベース部材を成形付着する第4工程とを備えたLEDユニットの製造方法。
- 環状溝を成し、その内底面に所定形状の凹部が離間した状態で複数形成された第一金型と、第一金型の開口を閉塞可能とした第二金型とを備え、
前記凹部の所定のものにそれぞれ、LEDチップを予め支持した金属板を含むLEDエレメントにおける金属板を配置する第一工程と、各LEDエレメントに、少なくとも一箇所において電気的接続のループが途切れるように所定の直列順序で電気的接続する第二工程と、第二金型により第一金型の開口を閉塞した状態で第一金型と第二金型間の空間に電気絶縁性の透光性部材を充填成形する第三工程と、第二金型と第一金型を分離して、電気的接続されたLEDエレメント及び透光性部材を含むLEDユニットの半製品を取り出す第四工程と、
環状溝を成す第三金型と、第三金型の開口を閉塞可能とした第四金型とを備え、
前記半製品を第三金型の内部に上下逆の状態で収めてから第四金型により第三金型の開口を閉塞した状態で、前記半製品と第四金型間の空間に電気絶縁性の透光性部材またはベース部材を充填成形する第五工程と、第四金型を第三金型から分離してLEDユニットを取り出す第六工程とを備えたLEDユニットの製造方法。 - 請求項14または16において、第一金型または/および第三金型は、内周側と外周側に分離可能な内型及び外型を構成するとともに、外型は周方向の少なくとも二箇所において分離可能とされた複数の外型要素を有しており、LEDユニットの半製品または/およびLEDユニットを第一金型または/および第三金型から取り出す工程において、複数の外型要素を外側に変位させた状態にするLEDユニットの製造方法。
- 請求項17において、複数の外型要素は隣接する所定の箇所においてヒンジ機構で結合されているLEDユニットの製造方法。
- 請求項17において、第三金型の複数の外型要素は隣接する所定の箇所においてヒンジ機構で結合され、外型要素の周壁上面側に凹部を形成して、凹部に充填成形された透光性部材またはベース部材によりLEDユニットの外周部に外向きの取付部を形成するLEDユニットの製造方法。
- 略中央部に天井への取り付け機構が設けられた本体を備え、本体の下面に前記取り付け機構を避けるように請求項1〜12のいずれかに記載のLEDユニットを設けた天井用照明器具。
- 請求項20において、本体は金属製であり、LEDユニットはその本体の下面に接して設けられた天井用照明器具。
- 請求項20または21において、本体に設けた上方側への凹所にLEDユニットの外部端子と電気的接続される接続器を設けた天井用照明器具。
- 請求項22において、接続器のケースは合成樹脂を含み、LEDユニットの裏面と接続器の表面とは非接触である天井用照明器具。
- 請求項22または23において、接続器のケースは合成樹脂を含み、ケースはLEDユニットにおけるLEDチップの直上を避けた位置に設けられた天井用照明器具。
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