JP2011108808A - 発光モジュール、発光ユニット及び照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】防水や防塵対策の向上を図ることができるとともに、発光素子の温度上昇を効果的に抑制できる発光モジュール、発光ユニット及びこの発光モジュール、発光ユニットを用いた照明装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、基板１２と、この基板１２に実装された発光素子１３と、この発光素子１３に接続され、発光素子１３に給電するとともに前記基板１２から導出されたリード部材１４とを備えた光源部１０と、この光源部１０の全周を密着して被覆し、背面側を取付部とする透光性の被覆部材１１とを備える発光モジュール１である。
【選択図】図４

Description

本発明は、ＬＥＤ等の発光素子を用いた発光モジュール、発光ユニット及び照明装置に関する。

従来、照明装置として、例えば、看板用照明装置においては、表示パネルに表示された文字、図形や絵等の看板情報をその背面から照らし映し出すようにしている。この看板用照明装置の光源には、蛍光管やネオン管が用いられているが、これら蛍光管やネオン管は、比較的寿命が短く、交換やメンテナンスに手間がかかり、経済的に有利ではない（例えば、特許文献１参照）。

そのため、光源として長寿命化を図ることができるＬＥＤを用いる看板用照明装置が提案されている（特許文献２参照）。この看板用照明装置は、ＬＥＤと、ＬＥＤの発光面側に配置された光学レンズと、ＬＥＤが実装される基板とをモールド樹脂で一体化したものであり、光学レンズは、その一部が取付パネルに形成された開口を通じて外部に露出されて取付パネルに取付けられるようになっている。

特開平９−１７９５１０号公報 特開２００９−３６９５３号公報

しかしながら、この種、屋外用の照明装置にあっては、特に、雨水や塵埃の侵入を防止するための対策が必要となる。また、ＬＥＤ等の発光素子は、その温度が上昇するに従い、光出力の低下とともに寿命にも影響を与える。このため、ＬＥＤやＥＬ素子等の固体発光素子を光源とする照明装置では、寿命、効率の諸特性を改善するために発光素子の温度上昇を抑制する必要がある。
上記特許文献２に示された照明装置では、防水や防塵対策が十分とはいえず、また、発光素子の温度上昇を抑制する効果も十分といえるものではない。

本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、防水や防塵対策の向上を図ることができるとともに、発光素子の温度上昇を効果的に抑制できる発光モジュール、発光ユニット及びこの発光モジュール、発光ユニットを用いた照明装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発光モジュールは、基板と、この基板に実装された発光素子と、この発光素子に接続され、発光素子に給電するとともに前記基板から導出されたリード部材とを備えた光源部と；この光源部の全周を密着して被覆し、背面側を取付部とする透光性の被覆部材と；を具備することを特徴とする。

本発明及び以下の発明において、特に指定しない限り用語の技術的意味及び解釈は次による。基板には、ガラスコンポジット基板、ガラスエポキシ基板やアルミニウム等の材料で形成された金属基板を適用することができる。発光素子とは、ＬＥＤ等の固体発光素子である。

リード部材とは、発光素子に給電する給電導体を意味している。配線に自由度がある可撓性を有するリード線等の部材を適用するのが好ましい。被覆部材は、透光性を有し、光源部の全周を密着して被覆するものであり、例えば、高い粘性、柔軟性及び所定の流動性を備える透明シリコーン樹脂が適用できる。但し、光源部の全周を密着して被覆できれば、格別被覆部材の材料は限定されるものではない。また、被覆部材は、背面側を取付部とするものであり、この背面側から例えば、本体やケース等の被取付部材に熱を伝導して放熱することが可能となる。

請求項２に記載の発光モジュールの光の放射面側には、発光モジュールを被取付部材へ取付けるための部材を兼用した透光性のカバー部材が設けられていることを特徴とする。
被取付部材とは、発光モジュールが取付けられる部材であり、例えば、本体、ケース、シャーシ、ベース、放熱部材等と指称されるものが含まれる。

請求項３に記載の照明装置は、装置本体と；装置本体に配設された請求項１又は請求項２に記載の発光モジュール又は発光ユニットと；前記発光モジュール又は発光ユニットに電力を供給する電源装置と；を具備することを特徴とする。

照明装置としては、屋外で使用される看板用照明装置、交通標識、ディスプレイ装置等に適用するのが好ましいが、例えば、防湿や防水対策が必要なショーケース等にも適用できる。さらには、屋内で使用される各種照明器具への適用を妨げるものではない。

請求項１に記載の発明によれば、防水性、防塵性を有し、発光素子の温度上昇を効果的に抑制できる発光モジュールを提供することができる。
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、構成の簡素化が可能な発光ユニットを提供することができる。
請求項３に記載の発明によれば、上記各請求項の発明の効果を奏する照明装置を提供することができる。

本発明の実施形態に係る発光ユニットを示す斜視図である。 同平面図である。 図２のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。 本発明の実施形態に係る発光モジュールを示す斜視図である。 同平面図である。 カバー部材を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図である。 カバー部材を裏側から見て示す斜視図である。 カバー部材と発光モジュールとの組み合わせ工程を示す側面図である。 同じく、カバー部材と発光モジュールとの組み合わせ工程における別の形態を示す側面図である。 発光モジュールの被覆部材の別の形態を示す図３に相当する断面図である。 本発明の実施形態に係る照明装置を示す結線図である。 同断面図である。

以下、本発明の実施形態に係る発光モジュール、発光ユニット及び照明装置ついて図１乃至図１２を参照して説明する。図１乃至図１０は、発光モジュール１及び発光ユニット２を示しており、図１１及び図１２は、この発光ユニット２を用いた照明装置３を示している。なお、各図において同一部分には同一符号を付し重複した説明は省略する。
図１乃至図３に示すように、発光ユニット２は、発光モジュール１と、この発光モジュール１の外側を覆う箱状のカバー部材２０とを備えている。

図３乃至図５に代表して示すように、発光モジュール１は、光源部１０と、この光源部１０を被覆するシリコーン樹脂からなる被覆部材１１とから構成されている。光源部１０は、基板１２と、この基板１２に実装された発光素子１３と、リード部材１４とを備えている。

基板１２は、略四角形状に形成されている。基板１２は、絶縁材であり、ガラスコンポジット基板（ＣＥＭ−３）である。この基板１２の表面側には、銅箔からなる配線パターンが形成されており、また、背面側には、銅箔からなる放熱層が形成されている。さらに、これら配線パターン及び放熱層上には白色のレジスト層が形成されている。また、前記配線パターンは、放熱を促進するために基板１２の表面上に適宜の面積を確保して形成されている。

なお、基板１２には、ガラスエポキシ基板（ＦＲ−４）等の他の合成樹脂材料又はセラミックス材料で形成された基板を適用できる。さらに、アルミニウム等の材料で形成された金属基板を適用することもできる。

基板１２に実装された発光素子１３は、表面実装型のＬＥＤパッケージである。概略的にはセラミックスで形成されたパッケージ本体１３ａと、この本体１３ａに実装されたＬＥＤチップ１３ｂと、このＬＥＤチップ１３ｂを封止するエポキシ系樹脂やシリコーン樹脂等のモールド用の透光性樹脂とから構成されている。この本体１３ａからはＬＥＤチップに接続されたアノード及びカソードの一対のリード端子１３ｃが水平方向に突出しており、このリード端子１３ｃが基板１２上の配線パターンに半田付けされている。ＬＥＤパッケージには、ＬＥＤチップが６個実装されており、各ＬＥＤチップがパッケージの電極間に直列に接続されている。なお、ＬＥＤパッケージに実装されるＬＥＤチップは並列に接続されていてもよく、また、その数やパッケージ本体１３ａの材料等は格別限定されるものではない。勿論、１個実装されているタイプのものも適用可能である。

ＬＥＤチップは、青色光を発光する青色のＬＥＤチップである。モールド用の透光性樹脂は、ＬＥＤチップの発光を吸収して黄色系の光を発生する蛍光体を含有しており、ＬＥＤチップからの光は、結果的に白色系の発光色となって外部へ放射されるようになっている。

リード部材１４は、リード線である。このリード線は、基板１２上の配線パターンに形成された正極側端子部及び負極側端子部、戻り配線の端子部に半田付けされて接続されている。正極側端子部及び負極側端子部、戻り配線の端子部は、発光素子１３を挟んで一対両側に形成されており、リード線は、これら正極側端子部及び負極側端子部、戻り配線の端子部に接続されて基板１２の両側から導出されている。このリード線によって発光素子１３に給電されるようになっている。なお、基板１２には、発光素子１３の他、抵抗素子等の回路部品が実装されるようになっている。

このように基板１２、発光素子１３及びリード部材１４を備えて構成された光源部１０は、その全周が被覆部材１１によって密着して被覆されている。被覆部材１１は、ほぼ直方体形状に形成され、両側にリード部材１４が導出する突出部１４ａが形成されている。被覆部材１１は、透明シリコーン樹脂製であり、透光性を有し、かつ弾性を有している。具体的には、この被覆部材１１は、注型によって成形されており、高い粘性、柔軟性及び所定の流動性を備えるシリコーン樹脂を型に流し込み、真空中で脱泡して、硬化させて製作される。したがって、光源部１０は、被覆部材１１によって空気層を介在させることなく密着して被覆されるようになる。この状態では、リード部材１４のみが被覆部材１１から外方に導出される形態となる。
なお、被覆部材１１の形成方法は、光源部１０の全周が被覆できれば、注型に限定されるものではない。

以上のように構成された発光モジュール１にカバー部材２０が組合わされて発光ユニット２が構成される。カバー部材２０は、主として図６及び図７に示すように、一面側に開口部２０ａを有して箱状に形成されており、ポリカーボネートからなる透光性を有し拡散性を備える乳白色の部材である。カバー部材２０の開口部２０ａ側の対向側壁には、前記被覆部材１１の突出部１４ａが嵌合するコ字状の切欠き部２０ｂが形成されている。さらに、切欠き部２０ｂが形成された側壁の開口部２０ａ側には、外側に延出する取付舌片２０ｃが対角線上に形成されており、図６（ａ）に示すように、カバー部材２０は１８０度回転対称の形態をなしている。また、取付舌片２０ｃには、取付ねじが貫通するねじ穴が形成されている。

図１乃至図３に示すように、このようなカバー部材２０の切欠き部２０ｂに被覆部材１１の突出部１４ａが弾性的に嵌合されて、カバー部材２０と発光モジュール１とは一体的に組み合わせられる。このカバー部材２０と発光モジュール１との組み合わせ工程について図８を参照して説明する。

カバー部材２０の切欠き部２０ｂの幅寸法Ｗ1は、発光モジュール１の被覆部材１１における突出部１４ａの幅寸法Ｗ2よりも若干小さく形成されている。すなわち、Ｗ1＜Ｗ2の寸法関係に設定されている。したがって、切欠き部２０ｂに突出部１４ａを嵌合するに際し、突出部１４ａは、切欠き部２０ｂの両側壁に押圧されて図示矢印方向に弾性変形して、切欠き部２０ｂの両側壁に挟持される形態となる。このため、リード部材１４と被覆部材１１との密着性が高まり、結果的に光源部１０と外部との高い遮蔽効果を確保することが可能となる。

発光ユニット２は、取付舌片２０ｃに形成されたねじ穴を貫通して被取付部材としての照明装置のケースにねじ込まれる取付ねじ２１によって取付けられる。この場合、図３に示すように、発光モジュール１の背面側、つまり、被覆部材１１の背面側は、照明装置のケースに接触又は近接して配設されるようになり、被覆部材１１から照明装置のケースへ熱が伝導されるようになっている。換言すれば、被覆部材１１の背面側は、被取付部材への取付部、すなわち、取付面として機能するようになっている。

カバー部材２０は、発光モジュール１を覆って保護するとともに、発光モジュール１から放射される光を拡散する機能を有し、また、発光モジュール１を被取付部材へ取付けるための取付部材としての機能を併せ持っている。

次に、カバー部材２０及び被覆部材１１の別の実施形態について図９及び図１０を参照して説明する。図９は、図８に相当する側面図であり、図１０は、図３に相当する断面図である。
（実施例１）

図９に示すように、カバー部材２０の切欠き部２０ｂの幅寸法Ｗ1は、上述の実施形態と同様に発光モジュール１の被覆部材１１における突出部１４ａの幅寸法Ｗ2よりも若干小さく形成されている。加えて、切欠き部２０ｂの高さ寸法ｈ1は、発光モジュール１の被覆部材１１における突出部１４ａの高さ寸法ｈ2よりも若干小さく形成されている。

したがって、Ｗ1＜Ｗ2、ｈ1＜ｈ2の寸法関係に設定されており、切欠き部２０ｂに突出部１４ａを嵌合するに際し、突出部１４ａは、切欠き部２０ｂの両側壁に押圧されて図示矢印方向に弾性変形して、切欠き部２０ｂの両側壁に挟持される。同時に、カバー部材２０を照明装置のケースに取付けるに際し、突出部１４ａは、切欠き部２０ｂの上壁に押圧されて図示矢印方向に弾性変形する状態となる。

このため、リード部材１４と被覆部材１１とは、両側及び上側の双方から押圧力を受け、これらリード部材１４と被覆部材１１との密着性が高まり、光源部１０と外部との一層高い遮蔽効果を確保することが可能となる。
（実施例２）

図１０に示すように、発光モジュール１の被覆部材１１における発光素子１３と対向する部分をドーム状に突出して凸部１１ａを形成したものである。したがって、この凸部１１ａによってレンズ効果をもたらすことができ、発光素子１３から出射される光を効率的に放射することが可能となる。
次に、図１１及び図１２を参照して上述の発光ユニット２を用いた照明装置として看板用照明装置３について説明する。

図１１は、照明装置３の結線図を示しており、照明装置３内には、複数の発光ユニット２、具体的には、３２個の発光ユニット２がマトリクス状に並べられて配設されている。これら発光ユニット２は、８個を１列としてリード部材１４によって直列に接続されており、これらの４列が相互に並列に接続されて、端子台３１を介して電源回路を内蔵した電源装置３２に接続されている。電源装置３２は、商用電源に接続されており、発光ユニット２に電力を供給し、発光素子１３を点灯制御する機能を有している。

なお、調光装置を接続し、調光可能としてもよく、また、フォトセンサ等のセンサを設けて、周囲の明るさによって自動的に発光素子１３を点灯／消灯、明るさの制御を行うようにしてもよい。

図１２に示すように、照明装置３は、例えば、壁面Ｗに取付けられており、装置本体３０は、アルミニウム等の金属製のケース３３、表示パネル３４、ケース３３内に取付けられた複数の発光ユニット２を備えている。ケース３３は箱状に形成され、前面側が開口しており、この開口に表示パネル３４が設けられている。表示パネル３４には、文字や図形等の看板情報が表示されている。発光ユニット２は、ケース３３の背面側に取付ねじ２１によって取付けられてマトリクス状に配設されている。

このように構成された看板用照明装置３の作用を説明する。複数の発光ユニット２に電源装置３２により通電されると、各発光素子１３が一斉に発光されて、白色の光を出射する。この光は、主として透光性の被覆部材１１を透過し、カバー部材２０によって拡散されて、表示パネル３４を背面側から照射する。また、発光素子１３から出射される一部の光は、基板１２の表面側に形成された白色のレジスト層に反射されて、同様に、被覆部材１１を透過し、カバー部材２０で拡散されて、表示パネル３４を背面側から照射する。これにより、表示パネル３４の看板情報を映し出すことができる。

この場合、光源部１０は、その全周が被覆部材１１によって密着して被覆されているので、雨水や塵埃の侵入を防止することができ、また、耐候性も得られるので、発光素子１３の劣化や故障を回避することが可能となる。

一方、発光素子１３の発光中においては、発光素子１３から熱が発生するが、この熱は、基板１２の表面側の銅箔からなる配線パターン及び背面側の銅箔からなる放熱層に伝導される。また、この伝導とともに、被覆部材１１は、発光素子１３、基板１２の表面側、背面側及び側面側をも含めて光源部１０の全周を密着して被覆しているので、熱抵抗を小さくすることができ、前記熱は、被覆部材１１に効果的に伝導され、被覆部材１１の表面から放熱される。

加えて、被覆部材１１の背面側は、取付面をなし、照明装置３のケース３３に接触又は近接して配設されるので、被覆部材１１の背面側からケース３３に熱を伝えることができ、このケース３３から放熱することが可能となる。

以上のように本実施形態によれば、防水性、防塵性を有し、発光素子１３の温度上昇を効果的に抑制できる発光モジュール１、発光ユニット２及び照明装置３を提供することができる。また、カバー部材２０は、発光モジュール１を被取付部材へ取付けるための部材を兼用しているので構成の簡素化が可能となる。

なお、本発明は、上記各実施形態の構成に限定されることなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、被覆部材１１にアルミナやシリカ等の拡散剤を混入し拡散効果を高めるようにしてもよい。また、発光素子は、表面実装型のものに限らず、チップ・オン・ボード方式で実装するものを適用してもよい。

照明装置としては、主として屋外で使用される看板用照明装置、交通標識、ディスプレイ装置等に好適であるが、例えば、防湿や防水対策が必要なショーケース等にも適用できる。さらには、屋内で使用される各種照明器具への適用を妨げるものではない。

１・・・発光モジュール、２・・・発光ユニット、３・・・照明装置、
１０・・・光源部、１１・・・被覆部材、１２・・・基板、
１３・・・発光素子（ＬＥＤ）、１４・・・リード部材、２０・・・カバー部材、
３０・・・装置本体、３２・・・電源装置、３３・・・被取付部材（ケース）

Claims (3)

1. 基板と、この基板に実装された発光素子と、この発光素子に接続され、発光素子に給電するとともに前記基板から導出されたリード部材とを備えた光源部と；
   この光源部の全周を密着して被覆し、背面側を取付部とする透光性の被覆部材と；
   を具備することを特徴とする発光モジュール。
2. 請求項１に記載の発光モジュールの光の放射面側には、発光モジュールを被取付部材へ取付けるための部材を兼用した透光性のカバー部材が設けられていることを特徴とする発光ユニット。
3. 装置本体と；
   装置本体に配設された請求項１又は請求項２に記載の発光モジュール又は発光ユニットと；
   前記発光モジュール又は発光ユニットに電力を供給する電源装置と；
   を具備することを特徴とする照明装置。

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