JP2011077394A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光の出射方向の変化を抑制することのできる発光装置を提供する。
【解決手段】本発明の発光装置１０は、開口部１５を有するケース部材１１と、ケース部材１１内部に収容される基板２１と、基板２１に実装される発光素子２２ｃと、ケース部材１１内部において基板２１を保持する保持部材３０とを有し、発光素子２２ｃから出射される光を開口部１５から外部に放出するように構成されたものであり、基板２１の端部２７ａ，２７ｂのうち、一方の端部２７ａのみが保持部材３０と固定されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、発光ダイオード等の発光素子を用いた発光装置に関するものである。

近年、発光ダイオード(ＬＥＤ：Light Emitting Diode)等の発光素子を基板に実装し、この発光素子を光源として用いた発光装置が種々実用化され、照明器具等に利用されている。このような発光装置としては、例えば特許文献１に示すものが知られている。この発光装置は、開口部を有するケース部材と、ケース部材内部に収容される基板と、この基板に実装される発光ダイオードとを備え、発光ダイオードから出射される光を開口部から外部に放射するように構成されたものである。

特開２００９−１５８１４４号公報

上記のような発光装置では、発光ダイオードを実装した基板は、ケース部材内部において基板保持部材によって固定されている。ここで、基板と基板保持部材とが異なる部材で構成されている場合、両部材の線膨張率は異なる。このため、発光ダイオードの発熱に伴う基板保持部材の膨張に応じて、基板に対して保持部材からの応力が作用し、この応力により基板に撓みが生じる。基板が撓むと、基板に実装された発光ダイオードの光の出射方向が変化する。発光ダイオードから出射される光は指向性が強いため、このように光の出射方向が変化した場合には所望の配光が得られなくなるという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、発光素子の光の出射方向の変化を抑制することのできる発光装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る発光装置は、開口部を有するケース部材と、前記ケース部材内部に収容される基板と、前記基板に実装される発光素子と、前記ケース部材内部において前記基板を保持する保持部材とを有し、前記発光素子から出射される光を前記開口部から外部に放出するように構成された発光装置であって、前記基板の両端部は、一方の端部のみが前記保持部材と固定されていることを特徴とする。

本発明の好ましい態様としては、前記基板の他方の端部は、前記発光素子が実装される発光素子実装面及び／又はその反対側の面が前記保持部材と接触していることが望ましい。

本発明の好ましい態様としては、前記基板の長手方向に沿って複数の前記発光素子が線状に配列して実装され、線状に配列された前記発光素子を挟んで対向する基板の両端部は、一方の端部のみが前記保持部材と固定されていることが望ましい。

本発明に係る発光装置によれば、発光素子の光の出射方向の変化を抑制することができる。

図１は、本実施の形態の発光装置を適用した照明器具の平面図である。 図２は、図１に示した照明器具のＡ−Ａ線断面図である。 図３は、図１に示した照明器具の一部を破断して示した斜視図である。 図４は、図１に示した照明器具における発光ランプの断面図である。

以下、本発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明により本発明が限定されるものではない。また、以下の説明における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。以下では、本発明の発光装置を照明器具に適用した例について説明するが、本発明の適用対象は照明器具に限定されない。例えば、表示装置や、液晶パネルのバックライト等に対しても本発明の発光装置を適用することができる。

図１は、本実施の形態の発光装置を適用した照明器具の平面図であり、（ａ）は光出射面側から見た平面図、（ｂ）は天井等への取付面側から見た平面図である。また、図２は、図１に示した照明器具のＡ−Ａ線断面図であり、図３は、図１及び図２に示した照明器具の一部を破断させて内部構造を露出させた斜視図である。ここで、図３では、図１に示される反射部材連結板２３ａが省略されている。

図１〜図３に例示される照明器具１０は、長尺のケース部材１１の内部に複数の光源が直線状に配置された構成を有している。この照明器具１０は、光出射面と対向する面１２を図示しない天井や壁等に直接取り付けるか、あるいは、天井等から吊下げて使用するものであり、線状光源から出射される光によって室内等を照明するものである。以下では、説明の便宜上、照明器具１０において、面１２側を「上」、光出射面側を「下」として説明する。照明器具１０は、ケース部材１１と、ケース部材１１に取り付けられるカバー部材１３と、ケース部材１１の内部に収容される発光モジュール２０と、ケース部材１１の内部で発光モジュール２０を保持する保持部材３０とを備えている。

ケース部材１１は、金属等の熱の良導体から構成された略直方体形状の長尺の筐体であり、面１４には、図１及び図２に示すように、ケース部材１１の長手方向に延在する態様で開口部１５が形成されている。また、図２に示すように、ケース部材１１の側面１６ａ，１６ｂには、複数の通気孔１７が設けられている。かかる通気孔１７は、後述する発光素子２２ｃが発する熱を外部に向かって放散するものである。

カバー部材１３は、例えば樹脂やガラス等、透光性を有した材料から構成される板材であり、ケース部材１１の開口部１５に取り付けられる。なお、カバー部材１３の透光性とは、発光素子２２ｃから出射された光の少なくとも一部の波長が透過できることをいう。

発光モジュール２０は、基板２１と、基板２１の一方の面に実装される複数の発光ランプ２２と、各発光ランプ２２の周囲に配置される複数の反射部材２３とで構成してある。なお、反射部材２３は、発光ランプ２２が発する光をカバー部材１３に向かって反射するものである。

基板２１は、例えば矩形状を成し、その長手方向寸法がケース部材１１の開口部１５とほぼ同じ長さを有した長尺の板材である。基板２１としては、樹脂からなるプリント配線基板、あるいは、アルミ基板が用いられる。基板２１の一方の面には、複数の発光ランプ２２が等間隔に実装されている。また発光ランプ２２が実装される面２４（以下、これを「発光ランプ実装面２４」とよぶ）と反対側の面２５（以下、これを「裏面２５」とよぶ）には、コネクタ２６等の電子部品が実装されている。なお、裏面２５には、発光ランプ２２から基板２１に伝わる熱を下げるための放熱シート等の放熱手段が適宜設けられる。

基板２１の短手方向の両端部２７ａ，２７ｂのうち、一方の端部２７ａには、後述する保持部材３０を取り付けるためのネジ孔２８が複数箇所設けられている。ここで、基板２１の短手方向の両端部２７ａ，２７ｂとは、長方形状を成す基板２１の長辺を含む端部であり、具体的には、基板２１において、平面視して複数の発光ランプ２２からなる線状光源を挟んで対向する２つの側端面の近傍領域である。図２に示すように、基板２１は、一方の端部２７ａのみが後述する保持部材３０に対して固定されており、他方の端部２７ｂは、保持部材３０によって固定されない「自由端」として構成されている。ここで、「自由端」とは、基板２１がその面内方向に膨張するのを妨げない状態になっていることをいう。そして、「自由端」には、基板２１に垂直な方向に基板２１が変形するのを妨げる機構（規制部３３）を備えたものを包含するものとする。

複数の発光ランプ２２は、例えば白色の可視光を放射するものであり、基板２１の長手方向に沿って、かつ、基板の中心に等間隔に直線状に並列して配置されている。図４は、発光ランプ２２の断面図である。発光ランプ２２は、図４に示すように、基体２２ａと、基体２２ａ上に設けられたフレーム部材２２ｂと、基体２２ａ上に実装された発光素子２２ｃと、フレーム部材２２ｂの内側に設けられた封入部材２２ｄと、フレーム部材２２ｂの上端部に設けられた波長変換部材２２ｅとを有している。

基体２２ａ及びフレーム部材２２ｂはセラミックス等から構成されている。発光素子２２ｃは、例えば、発光ダイオード(ＬＥＤ：Light Emitting Diode)等の半導体素子であり、発光色が紫色、青色のＬＥＤ素子、もしくはＬＥＤチップ等が用いられる。発光素子２２ｃは、配線を通して電源に接続され、電源から供給される電力に応じて第１次光を放射する。封入部材２２ｄは、発光素子２２ｃの上端及び側面を囲むものであり、透光性材料を含んでいる。封入部材２２ｄの透光性とは、発光素子２２ｃから放射される光の少なくとも一部の波長が透過できることをいう。封入部材２２ｄの透光性材料は例えばシリコーン樹脂である。波長変換部材２２ｅは、透光性材料からなるマトリクス部材と、蛍光材料からなる複数の蛍光粒子を含んでいる。マトリクス部材の透光性とは、発光素子２２ｃから放射された光の少なくとも一部の波長と、複数の蛍光粒子から放射された光の少なくとも一部の波長が透過できることをいう。透光性材料は、例えばシリコーン樹脂である。複数の蛍光粒子は、発光素子２２ｃから放射された第１次光によって励起されて、波長が第１次光と異なる波長の第２次光を放射する。

反射部材２３は、発光ランプ２２から出射された光を反射させるものであり、例えば金属等の熱の良導体から構成されている。反射部材２３は、各発光ランプ２２を取り囲む態様で配置され、その基端部分が基板２１の発光ランプ実装面２４に取り付けられている。また、図２及び図３では図示が省略されているが、複数の反射部材２３は、それぞれの先端部分が図１に示すように反射部材連結板２３ａによって連結されており、この反射部材連結板２３ａによりケース部材１１の内部が外部から見えないように構成されている。

上記のように構成される発光モジュール２０は、発光ランプ２２から出射された光を反射部材２３の光反射面２３ｂで反射させる。反射した光は、ケース部材１１の開口部１５に取り付けられたカバー部材１３を透過し、室内等を照明する。

保持部材３０は、ケース部材１１の内部において基板２１を保持するものである。この保持部材３０は、アルミニウム等の金属などの熱の良導体から構成されており、基板２１を保持する機能に加えて、発光ランプ２２から発生する熱を基板２１から受け取りケース部材１１に放熱する機能を兼ね備えている。保持部材３０は、図３に示すように、その長手方向寸法が基板２１の長手方向寸法とほぼ同じ長さに形成され、基板２１の長手方向に沿う態様でケース部材１１内部に配置される。保持部材３０は、ケース部材取付部３１、基板固定部３２及び規制部３３とを有している。

ケース部材取付部３１は、ケース部材１１に取り付けられる部位であり、例えばその長手方向寸法が基板２１の長手方向寸法とほぼ同じ長さを有した長尺の平板状に形成されている。ケース部材取付部３１は、図２及び図３に示すように、ケース部材１１の面１２の内側に突出して設けられた保持部材取付部１８に密着した状態で、ネジ１９によって保持部材取付部１８に締結される。ネジ１９としては金属等の熱伝導性を有する材質のものを用いるのが好ましい。なお、ケース部材取付部３１の保持部材取付部１８への取り付けはネジ締め以外の手段であってもよい。たとえば、熱伝導性を有する接着剤を用いてケース部材取付部３１を保持部材取付部１８に固着させてもよい。

基板固定部３２は、ケース部材取付部３１の一端から下方に延在する部位であり、基板２１の一方の端部２７ａを固定するものである。基板固定部３２は、その長手方向寸法が基板２１の長手方向寸法とほぼ同じ長さを有しており、基板２１の裏面２５に接触する基板接触面３２ａを有している。基板接触面３２ａには、その長手方向に沿って所定の間隔ごとにネジ孔３６が形成されている。基板２１の一方の端部２７ａは、裏面２５に基板固定部３２の基板接触面３２ａを密着させた状態でネジ締めされることにより、基板固定部３２に対して固定される。ネジ３７としては金属等の熱伝導性を有する材質のものを用いるのが好ましい。なお、基板２１の一方の端部２７ａを基板固定部３２に対して固定する手段はネジ締め以外であってもよく、例えば熱伝導性を有する接着剤を用いて両者を固着させてもよい。

規制部３３は、ケース部材取付部３１の他端から下方に延在する部位であり、基板２１の他方の端部２７ｂに接触して配置されるものである。規制部３３は、その長手方向寸法が基板２１の長手方向寸法とほぼ同じ長さを有しており、基板２１の裏面２５に接触する基板接触面３３ａを有している。図２に示すように、基板２１の一方の端部２７ａが基板固定部３２によって固定されることにより、基板２１の他方の端部２７ｂは、規制部３３の基板接触面３３ａに押し付けられ、上方（基板２１に垂直な方向の上向き）への移動が規制された状態となっている。

なお、基板２１に垂直な方向への基板２１の移動を規制する態様としては、他の態様を適用することもできる。例えば、基板２１の発光ランプ実装面２４側に規制部３３を接触させる態様としてもよい。また、基板２１の裏面２５と発光ランプ実装面２４の両側に規制部３３を接触させ、規制部３３によって端部２７ｂを挟持する態様としてもよい。

上述したケース部材取付部３１、基板固定部３２及び規制部３３は、押出成形により一体に成形されるのが好ましいが、各部材を別個に製造して、これらをネジ等の締結手段や接着剤を用いて一体化させてもよい。

上記のように構成される照明器具１０では、発光ランプ２２から発生した熱は、基板２１を介して、保持部材３０の基板固定部３２及び規制部３３に伝わり、ケース部材取付部３１を介してケース部材１１に伝わることになる。そして、ケース部材１１に伝わった熱が、外部に向かって放熱される。

次に、照明器具１０の作用について説明する。照明器具１０は、基板２１の一端部２７ａのみが保持部材３０の基板固定部３２によって固定され、基板２１の他端部２７ｂは保持部材３０によって固定されていない「自由端」として構成されている。このため、発光素子２２ｃから発生した熱によって基板２１が膨張しても、それが妨げられることはない。従って、基板２１が撓むようなことはない。また、熱膨張時の基板２１の撓みが防止されるため、基板固定部３２に対する基板２１の傾きが抑制され、基板２１に実装された発光素子２２ｃの垂直方向の変化を効果的に抑制することができる。その結果、発光素子２２ｃの発する光の出射方向が傾くのを抑制することで、出射される光の傾きの変化を低減することができ、しいては光をカバー部材１３から所望する外部に向けて照射することができる。

さらに、基板２１の他端部２７ｂが、規制部３３によって基板垂直方向への移動が規制されていない場合、熱膨張や経時変化によって基板２１が上下方向に変形するおそれがあるが、本実施の形態では、基板２１の他端部２７ｂに規制部３３が接触した状態で配置され、規制部３３によって基板２１に垂直な方向への移動が規制されているため、それを防ぐことができる。

以上説明したように、本実施の形態の発光装置（照明器具１０）は、基板２１の端部２７ａ，２７ｂのうち、一方の端部２７ａのみが保持部材３０の基板固定部３２によって固定され、他方の端部２７ｂが固定されない自由端として構成されている。このため、発光素子２２ｃから発生した熱によって基板２１が膨張しても、それが妨げられることはない。その結果、熱膨張時の基板２１の撓みが防止されるため、基板２１に実装された発光素子２２ｃの光の出射方向の変化を抑制することができる。

また、本実施の形態の発光装置（照明器具１０）では、基板２１における他方の端部２７ｂの発光素子実装面２４及び／又は裏面２５が規制部３３に接触し、この規制部３３によって基板垂直方向への移動が規制されているため、熱膨張や経時変化によって基板２１が上下方向に変形するのを防ぐことができる。

また、本実施の形態の発光装置（照明器具１０）では、基板２１の長手方向に沿って複数の発光素子２２ｃが線状に配列して実装され、線状に配列された発光素子２２ｃを挟んで対向する基板２１の端部２７ａ，２７ｂのうち、一方の端部２７ａのみが保持部材３０の基板固定部３２に固定された構成としている。上記のように構成したことで、広い範囲を照明する照明器具に適用することが可能となる。

なお、上記実施の形態では、基板２１の自由端２７ｂに規制部３３を接触させた構成としたが、基板２１が変形するおそれがない場合には、必ずしも規制部３３を設ける必要はなく、一方の端部２７ａのみが保持部材３０によって固定された片持ち状態で、基板２１を保持させてもよい。

また、基板２１の熱は、基板２１の端部２７ａと基板固定部３２を締結するネジ３７にも伝達される。上記実施の形態のように複数の光源が線状に配置される照明器具では、基板２１は、その長手方向の中央付近の温度が最も高くなる。このため、基板２１の中央付近の温度を下げるために、ネジ３７の配置間隔を、基板２１の中央に行くほど密にしてもよい。

さらに、上記実施の形態では、発光モジュール２０を、長尺の基板上に複数の発光ランプが線状に実装された線状光源とした例について説明したが、発光モジュール２０は線状光源に限定されるものではなく、一つの基板上に一つの発光ランプが実装された点光源であってもよい。

以上のように、本発明に係る発光装置は、上述した照明器具の他、表示装置や液晶パネルのバックライト等に対しても適用することができる。

１０ 照明器具（発光装置）
１１ ケース部材
１２，１４ ケース部材の面
１３ カバー部材
１５ 開口部
１６ａ，１６ｂ ケース部材の側面
１７ 通気孔
１８ 保持部材取付部
１９ ネジ
２０ 発光モジュール
２１ 基板
２２ 発光ランプ
２３ 反射部材
２３ａ 反射部材連結板
２３ｂ 光反射面
２４ 発光ランプ実装面
２５ 裏面
２６ コネクタ
２７ａ 基板の一方の端部（固定端）
２７ｂ 基板の他方の端部（自由端）
２８ ネジ孔
３０ 保持部材
３１ ケース部材取付部
３２ 基板固定部
３２ａ 基板接触面
３３ 規制部
３３ａ 基板接触面
３６ ネジ孔
３７ ネジ

Claims (3)

1. 開口部を有するケース部材と、前記ケース部材内部に収容される基板と、前記基板に実装される発光素子と、前記ケース部材内部において前記基板を保持する保持部材とを有し、前記発光素子から出射される光を前記開口部から外部に放出するように構成された発光装置であって、
   前記基板の両端部は、一方の端部のみが前記保持部材と固定されていることを特徴とする発光装置。
2. 前記基板の他方の端部は、前記発光素子が実装される発光素子実装面及び／又はその反対側の面が前記保持部材と接触していることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
3. 前記基板の長手方向に沿って複数の前記発光素子が線状に配列して実装され、
   線状に配列された前記発光素子を挟んで対向する基板の両端部は、一方の端部のみが前記保持部材と固定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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