JP2009283263A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】透光性の充填材による透過率の低下を軽減し、発光素子から出射される光の出射効率を向上できる発光装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、照射開口部５を有するケース１と、このケース１に収納され、発光素子２が実装された基板３と、この基板３の発光素子２実装面を発光素子とともに覆うように充填され、発光素子２に対向する表面に凹部１１が形成された透光性の充填材１０とを具備する発光装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤ等の発光素子を用いた発光装置の改良に関する。

ＬＥＤ等の発光素子を用いた発光装置において、特に屋外で使用する場合には、防水や防塵の対策を講ずる必要がある。このため、ＬＥＤを用いた照明器具に関して、ＬＥＤを配列実装したプリント基板を筐体内に収納固定し、その筐体内に透明樹脂を充填し、ＬＥＤ及び電子部品等を樹脂モールドして照明器具を構成したものが提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２及び特許文献３参照）。
特開２００７−３２９３９４号公報 特開２００３−３０３５０４号公報 特開２００６−１９６６８４号公報

しかしながら、特許文献１、特許文献２及び特許文献３に示されたものは、ＬＥＤから出射される光が透明樹脂層の透過率が影響するので、その材質や厚さ寸法によっては出射効率が低下する問題があった。加えて、この種、照明器具の製造、施工等において、作業者の手指等が透明樹脂層の表面に触れ、透明樹脂層の表面に汚れが付着したりして、さらに透過率の低下をもたらす問題が生じていた。

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、透光性の充填材による透過率の低下を軽減し、発光素子から出射される光の出射効率を向上できる発光装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発光装置は、照射開口部を有するケースと；このケースに収納され、発光素子が実装された基板と；この基板の発光素子実装面を発光素子とともに覆うように充填され、発光素子に対向する表面に凹部が形成された透光性の充填材と；を具備したことを特徴とする。

発光素子とは、ＬＥＤや有機ＥＬ等の固体発光素子である。発光素子の基板への実装は、チップ・オン・ボード方式や表面実装方式によって実装されたものが好ましいが、本発明の性質上、実装方式は特に限定されない。また、発光素子の実装個数には特段制限はない。充填材としては、透明のシリコーン系樹脂を用いるのが好ましいが、ウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂等、適宜選択できる。充填材に形成する凹部は、大きさ、形状等、特段限定されるものではない。発光装置は、ディスプレイ装置やいわゆる空間を照らす屋内外の照明器具等を含む概念である。

請求項２に記載の発光装置は、請求項１に記載の発光装置において、充填材は、ケースの内側面に被着されていて、前記基板の発光素子実装面と一体的に充填されていることを特徴とする

請求項１に記載の発明によれば、充填材を被覆することによって基板に絶縁、防水、防塵等の所望の効果を付与することができる。また、充填材の発光素子に対向する表面に形成された凹部に汚れが付着しにくいので、透過率の低下が軽減され、凹部の厚さ寸法が小さくなるので充填材の透過率の影響も少なくなり、発光素子からの光の出射効率が向上し、発光装置の光学的性能を低下させるのを防止することができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の効果に加え、充填材は、ケースの内側面に被着され、発光素子実装面と一体的に充填されているので、製造が容易となる効果を奏する。

以下、本発明の実施形態に係る発光装置ついて図１乃至図３を参照して説明する。図１は、発光装置を示す斜視図、図２は、平面図、図３は、図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図において、発光装置は、本体ケース１と、発光素子としてＬＥＤ２が配設された基板３と、充填材１０とを備えている。

本体ケース１は、白色のＰＢＴ樹脂から形成されており、概略直方体形状をなしている。そして、本体ケース１には、椀状の内空間部４（図３参照）が形成されており、この内空間部４は、一側を照射開口部５とし、他側を基板取付部６としている。照射開口部５側は、平面視、すなわち、平面から見た場合、略正四角形であり角部５ａをＲ形状とし、内面が略垂直状の短筒状部５ｂをなしている。この短筒状部５ｂから基板取付部６に向かう部分は、テーパ状に形成された反射面７をなしており、この反射面７の角部７ａは、前記短筒状部５ｂのＲ形状から連続したＲ形状の連続面に形成されている。したがって、角部７ａは中心点を同じくするＲ形状の連続面として構成されており、反射面７は、照射開口部５に向けて拡開するテーパ状となっている。一方、基板取付部６は、有底短筒状であり、底壁から２本の取付ピン６ａが立設されている。なお、本実施形態においては、短筒状部５ｂの内面も反射面としての機能を有している。

基板３は、ガラスエポキシ材料から構成され、略正四角形の平板からなる。また、角部３ａは、前記反射面７の角部７ａのＲ形状と中心点を同じくするＲ形状に形成されている。基板３の材料を絶縁材料とする場合には、放熱特性が比較的良好で、耐久性に優れた合成樹脂材料又はセラミック材料を適用できる。また、金属材料とする場合は、アルミニウム等の熱伝導性が良好で放熱性に優れた材料を適用するのが好ましい。そして、基板３表面は、反射率の高い白色レジストが印刷されており、白色光を出射するＬＥＤ２のパッケージが表面実装方式で実装されている。すなわち、ＬＥＤ２を基板３の角部３ａに４個配設している。

また、基板３の各辺の略中央部には、基板３の表裏に亘る方形の切欠き３ｂ₁、３ｂ₂、３ｂ₃、３ｂ₄が形成されている。この切欠き３ｂ₁、３ｂ₂、３ｂ₃、３ｂ₄は、後述する充填材注入口としての機能を担うものである。さらに、基板３の裏面には、点灯回路８が配設されている。点灯回路８は、ＬＥＤ２を点灯制御するものであり、整流素子や保護素子としてのヒュ−ズ、バリスタ等の部品を実装して構成されている。これら部品は、基板３の熱が効率的に均等に放熱できるように、その配置が考慮されている。例えば、ＬＥＤ２は基板３の表面側の角部３ａに配設されているので、熱を発生する部品を基板３裏面の中央部に配置する等である。また、点灯回路８からは、リード線８ａが導出されており、基板３と電気的に接続されている

基板３には、２つの取付孔が形成されており、この取付孔に取付ピン６ａがその弾性力を伴って圧入されることにより、基板３は基板取付部６に取付けられるようになっている。したがって、基板３の取付けに際しては、基板３は本体ケース１に対して、垂直方向の移動によって取付けられる。なお、前記切欠き３ｂ₁、３ｂ₂、３ｂ₃、３ｂ₄と本体ケース１の基板取付部６との間で基板３表裏に貫通した充填材注入口を形成している。

次に、充填材１０について説明する。充填材１０は、透明のシリコーン樹脂製であり、弾性、絶縁性及び熱伝導性を有している。この充填材１０は、基板３のＬＥＤ２実装面を覆うように本体ケース１の内空間部４に充填されている。そして、充填材１０の表面には、基板３に配設されたＬＥＤ２と対向する部分に平面が四角形状で、直方体形状をなす凹部１１が形成されている。したがって、基板３のＬＥＤ２実装面から凹部１１の底面１１ａまでの厚さ寸法は、基板３のＬＥＤ２実装面から充填材１０の表面までの厚さ寸法より小さくなっている（図３参照）。つまり、凹部１１が形成された部分は、充填材１０の肉厚が薄くなっている。さらに、具体的には、ＬＥＤ２の上面から凹部１１の底面１１ａまでの厚さ寸法Ｌ１は、ＬＥＤ２の上面から充填材１０の表面までの厚さ寸法Ｌの２／３以下、すなわち、Ｌ１≦Ｌ×２／３の寸法関係になるように形成されている。なお、この寸法は、基板３に実装する部品等の関係によりＬ１≦Ｌ×１／２に設定する等、適宜選択できる。また、凹部１１の平面の四角形状の外周の大きさは、ＬＥＤ２のパッケージの大きさよりも大きく形成されている。

充填材１０の充填方法は、まず、液状の充填材１０を基板３の切欠き３ｂ₁、３ｂ₂、３ｂ₃、３ｂ₄の内、例えば、切欠き３ｂ₁から注入する。注入された充填材１０は、基板３の下側に流れ込み、下側が充填される。このとき、他の切欠き３ｂ₂、３ｂ₃、３ｂ₄は、充填材１０の基板３下側の流れの進行に伴って、基板３下側の空気を排出する役目を果たしている。したがって、この基板３下側の空気の排出により、充填材１０は基板３下側へ気泡等が含まれることなく、隙間なく確実に充填される。さらに注入を続けると、充填材１０は基板３の上側を覆うように流れる。そして、充填材１０の注入量は、基板３及びＬＥＤ２が覆われ、テーパ状の反射面７の上端レベルとする。充填材１０の注入後は、凹部１１を形成するため、凹部形成型をセットする。以後、高温雰囲気内で充填材１０を硬化、安定させる。なお、上記では、切欠き３ｂ₁を充填材注入口として用い、他の切欠き３ｂ₂、３ｂ₃、３ｂ₄を空気排出口として用いたが、いずれを充填材注入口として用いてもよい。

以上のように構成された発光装置の作用について説明する。点灯回路８に通電すると、点灯回路８が動作して基板３に電力が供給され、ＬＥＤ２が発光する。ＬＥＤ２から出射された光の多くは充填材１０を通過して前方に照射され、一部の光はテーパ状の反射面７に反射され、また、一部の光は基板３表面の白色レジストに反射されて充填材１０を通過して前方に照射される。さらには、短筒状部５ｂの内面に反射されて前方に照射される光もある。

ここで、主としてＬＥＤ２の上面から出射される光は、凹部１１を通過して前方に照射される。凹部１１が形成された部分は、ＬＥＤ２の出射光が充填材１０の透光率の影響を受けやすいが、充填材１０の肉厚が薄くなっているので、充填材１０が介在することにより、その透光率に起因して、ＬＥＤ２から出射する光量を減少させ、出射効率が低下することを軽減できる。また、凹部１１の平面形状の大きさは、ＬＥＤ２のパッケージの大きさよりも大きいので、ＬＥＤ２からの出射光を充填材１０の肉厚が薄い広い範囲をもって透過させることができ、この点においても出射効率の向上を図ることができる。

一方、発光装置の製造や据付等の施工において、充填材１０の表面に作業者の手指等が触れ、表面が汚れ、また、傷が付いたりして、これが充填材１０の光の透過率に影響し、光学的性能を低下させる問題がある。しかしながら、充填材１０の表面には、凹部１１が形成されているので、作業者の手指等が触れ難くなっており、すなわち、ＬＥＤ２の上面からの光が通過する凹部１１の底面１１ａには、手指等が届き難くなっており、凹部１１の底面１１ａが汚れるのを防ぐことができ、光学的性能を低下させるという問題を解消できる。

なお、本実施形態において、基板３の表面側には、ＬＥＤ２のパッケージの他、点灯回路８の部品を実装するようにしてもよい。また、本体ケース１の照射開口部５に乳白色の透光性カバーや化粧カバーを設けて発光装置を構成してもよく、この場合、光の拡散性を発揮できる。さらに、充填材１０に形成する凹部１１は、所望の効果を奏することができれば、大きさ、形状等、特段限定されるものではない。

以上のように本実施形態によれば、充填材１０により電気絶縁、防水、防塵効果を得ることができ、さらに、充填材１０は、熱伝導性を有しているので放熱効果を得ることができる。また、透光性の充填材１０による透過率の低下を軽減し、従来に比し、ＬＥＤ２から出射される光の出射効率を向上できるとともに、凹部１１には作業者の手指等が触れ難く、凹部１１が汚れたり、傷が付いたりするのを防ぐことができ、光学的性能を低下させるのを防止することができる。加えて、凹部１１の平面形状は、ＬＥＤ２のパッケージよりも大きいので、ＬＥＤ２からの出射効率の向上を図ることができる。また、ＬＥＤ２から側方に出射された光はテーパ状の反射面７に反射されるので、出射光を効率的に前方へ配光制御することが可能となる。

次に、上記実施形態における充填材１０の凹部１１の多様な実施例について、図４乃至図６を参照して説明する。

（実施例１）図４は、凹部を示す平面図であり、図４（ａ）は、ＬＥＤ２に対向して凹部１１−ａを正方形状に形成したものである。（ｂ）は、凹部１１−ｂを円形状に形成したものである。（ｃ）は、凹部１１−ｃを六角形状に形成したものである。このように凹部の平面形状は円形や多角形等に形成可能であり、適宜選択できる。

（実施例２）図５は、凹部を示す側面図であり、図５（ａ）は、凹部１１−ａを方形状に形成したものである。この場合、例えば、図４（ａ）の平面形状との組合せにより凹部１１−ａは、直方体形状に構成され、図４（ｂ）との組合せにより円柱形状に構成される。図５（ｂ）は、凹部１１−ｂを逆台形状に形成したものである。充填材１０の表面に向かって拡開するテーパ状になっているので、凹部１１−ｂを形成する際の型抜きが容易であり、また、ＬＥＤ２からの光が凹部１１−ｂの底面１１ａ−ｂを通過して外部へ出射される範囲を広くとることができる。図５（ｃ）は、凹部１１-ｃの底面１１ａ-ｃを凸状に形成したものである。これによりレンズ効果を得ることができる。 図５（ｄ）は、凹部１１-ｄを円弧状に形成したものである。このように凹部の側面形状は種々の形状に形成可能であり、適宜選択できる。

（実施例３）図６は、基板と凹部の形状の関係を示す平面図である。図６（ａ）は、円形状の基板３-ａであって、充填材１０には円形状の凹部１１-ａを形成したものであり、図６（ｂ）は、正方形状の基板３−ｂであって、充填材１０には正方形状の凹部１１−ｂを形成したものである。このように基板３と凹部１１との形状を同様な形状にすることにより、外観上違和感なく、調和した意匠を構成することができる。

次に、上記実施形態における基板３の材料を金属製のアルミニウムとした場合について、図７乃至図９を参照して説明する。特に、基板３を金属製とする場合には電気的絶縁性を確保することが課題となり、少なくともＪＩＳ規格に定める絶縁距離の要求を満たすのが望ましい。必要がある。絶縁距離を確保するには、沿面距離と空間距離が定義されるが、ここでは、電気的絶縁性を確保するための沿面距離を中心に説明する。

図７乃至図９は、これを模式的に説明するための基板３の要部拡大断面図である。図７は、従来例であり、図７左図に示されるように、基板３は、アルミニウムのベース板３-1、その上に形成された電気絶縁層３-2及び回路パターン層３-3から構成されている。また、基板３には、複数個のＬＥＤ２のパッケージが回路パターン層３-3と接続されて配設されている。そして、基板３からは、回路パターン層３-3に半田等によって接続されたリード線１２が導出されている。この基板３を、放熱のためアルミニウム又は銅等の放熱性の良好な取付板１３に取付けるが、絶縁距離を確保するため、基板３と取付板１３との間に絶縁物、例えば、絶縁性シート１４を配置することが行われている。リード線１２は、基板３の貫通孔３ｈ、絶縁性シート１４の貫通孔１４ｈ、取付板１３の貫通孔１３ｈを通過して電源側へ導出されている。ここで、絶縁性シート１４の貫通孔１４ｈは、基板３の貫通孔３ｈ及び取付板１３の貫通孔１３ｈより小径に形成されており、つまり、貫通孔３ｈ及び貫通孔１３ｈ内に絶縁性シート１４が突出して配置されており、この突出部Ａにより所定の沿面距離が確保されるようになっている。

ところが、図７右図に示されるように、リード線１２の配線作業等によりリード線１２が引っ張られて偏る場合がある。すると、リード線１２が絶縁性シート１４の突出部Ａを押し潰したり、押し込んだりして、変形させ、突出部Ａを部分的に後退Ｂさせてしまう場合がある。そうすると、所定の沿面距離が保てない状態となり、絶縁不良を招く恐れがある。

図８は、上記課題を解決するための構成を示し、図７と同一又は相当部分には同一符号を付し、重複した説明は省略する。図８左図において、基板３の貫通孔３ｈ及び取付板１３の貫通孔１３ｈの絶縁性シート１４側を双方面取りして、テーパ状の環状溝１５が形成されている。したがって、図８右図に示すように、例え、リード線１２が絶縁性シート１４の突出部Ａを後退Ｂさせたとしても、環状溝１５の存在により、それ以上に後退させてしまうことはなく、所定の沿面距離Ｃ（図示破線）を確保することが可能となる。なお、他方側のリード線１２の導出部も同様な構成となっている。また、取付板１３は、本体ケース等で兼用してもよい。

以上のような構成により、電気絶縁性を確保でき、絶縁不良等の危険性を低減できる。また、詳細な説明は省略するが、所定の空間距離についても確保することが可能である。

図９は、動作電流が大きく、大きな高度が得られるパワーＬＥＤ２のリード線１２の導出部に上記構成を適用した場合を示している。なお、図８と同一又は相当部分には同一符号を付し、重複した説明は省略する。パワーＬＥＤ２は、基板３上にねじ止めして取付けられている。そして、パワーＬＥＤ２のアノード側及びカソード側の電極に直接リード線１２が接続され導出されている。具体的には、基板３と取付板１３の板厚は５ｍｍであり、絶縁シート１４の厚さは１ｍｍである。また、環状溝１５の深さ寸法（図示水平方向の寸法）は２ｍｍであり、基板３の貫通孔３ｈ及び取付板１３の貫通孔１３ｈはφ８、絶縁性シート１４の貫通孔１４ｈはφ４である。したがって、仮に、環状溝１５がない場合、通常は、沿面距離は５ｍｍであるが、絶縁性シート１４が変形して後退してしまったときには、１ｍｍ程度となり、無きに等しい状態となる。本構成では、環状溝１５の存在により、通常は、沿面距離は、９ｍｍとなり、例え、絶縁性シート１４が変形して後退してしまったときにも、５ｍｍの沿面距離を確保することができる。

以上の構成により、電気絶縁性を確保でき、絶縁不良等の危険性を低減できる。また、所定の空間距離についても確保することが可能である。なお、上記電気的絶縁性を確保するための構成は、絶縁性を一層十分に確保するために、絶縁材料で形成された基板に適用することを妨げるものではない。

上述の実施形態において、発光装置を複数並べて組み合わせ、それらの集合体として発光装置を構成することができる。さらに、本発明の発光装置は、ディスプレイ装置や屋内外で使用される照明器具等に適用可能である。

本発明の発光装置の実施形態を示す斜視図である。 同平面図である。 図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 充填材の凹部１１の実施例を示す平面図である。 同じく側面図である。 基板と凹部の形状の関係を示す平面図である。 基板を金属製とした場合の課題を説明するための要部拡大断面図である。 同じく要部拡大断面図である。 同じく要部拡大断面図である。

符号の説明

１・・・本体ケース、２・・・発光素子（ＬＥＤ）、３・・・基板、
１０・・・充填材、１１・・・凹部

Claims (2)

1. 照射開口部を有するケースと；
   このケースに収納され、発光素子が実装された基板と；
   この基板の発光素子実装面を発光素子とともに覆うように充填され、発光素子に対向する表面に凹部が形成された透光性の充填材と；
   を具備したことを特徴とする発光装置。
2. 充填材は、ケースの内側面に被着されていて、前記基板の発光素子実装面と一体的に充填されていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。

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