JP2013050520A - 発光装置、照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い防塵・防水性を有する発光装置を低コストで提供する。
【解決手段】本発明に係る発光装置２は、開口を有するケース２０と、発光ダイオード３１及び発光ダイオード３１の駆動回路が実装され、ケース２０に収容される回路基板３０と、発光ダイオード３１の発光部３１１だけがケース２０の開口に露出した状態となるように、ケース２０に充填された充填材４０と、回路基板３０から充填材４０を貫通してケース２０の開口から外側へ延びる電線３とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、発光ダイオードを用いた発光装置、該発光装置を備える照明装置に関する。

白色光を発する発光ダイオードの開発に伴い、発光ダイオードを用いた発光装置は、長寿命で低消費電力であることから様々な分野で普及しつつある。その用途の一例として、屋外の広告パネルや案内パネル等のバックライトが挙げられる。このような用途に用いられる発光装置は、屋外に設置されるため、高い防塵性及び防水性が要求される。例えばＩＥＣ規格５２９に基づいて規定された保護等級ＩＰ（International Protection）のＩＰ−６７を充足することが要求される場合も少なくない。より具体的にはＩＰ−６７では、粉塵が内部に侵入しないこと、規定の圧力、時間で水中に浸漬しても有害な影響をうけないことなどが要求される。

このような発光装置としては、例えば多数の発光ダイオードを実装した回路基板をケースに収容し、そのケースに合成樹脂材を充填した防塵・防水構造の発光装置が公知である（例えば特許文献１を参照）。また同種の発光装置としては、例えば発光ダイオードを実装した回路基板の部品実装面を底部が開口した箱形状の光束制御部材で覆い、その光束制御部材と回路基板との隙間をシーリング材でシールした防塵・防水構造の発光装置が公知である（例えば特許文献２を参照）。

特開２００４−３１００９０号公報 特開２０１０−２８７３１２号公報

しかしながら特許文献１に開示された従来技術は、多数の発光ダイオードが必要であり、大型で部品点数も多いため、コスト面で課題がある。また特許文献２に開示された従来技術は、単に隙間をシーリングする構造であるため、例えばＩＰ−６７を充足するような高い防塵・防水性を実現できない虞がある。

このような状況に鑑み本発明はなされたものであり、その目的は、高い防塵・防水性を有する発光装置を低コストで提供することにある。

＜本発明の第１の態様＞
本発明の第１の態様は、開口を有する筐体と、発光ダイオード及び前記発光ダイオードの駆動回路が実装され、前記筐体に収容される回路基板と、前記発光ダイオードの発光部だけが前記筐体の開口に露出した状態となるように、前記筐体に充填された充填材と、前記回路基板から前記充填材を貫通して前記筐体の開口から外側へ延びる電線と、を備える発光装置である。

発光ダイオード及び発光ダイオードの駆動回路が実装された回路基板は、筐体に収容される。そして筐体には、発光ダイオードの発光部だけが筐体の開口に露出した状態となるように充填材が充填される。それによって回路基板、回路基板に実装された発光ダイオード及びその駆動回路は、発光ダイオードから発する光が充填材で遮られない状態で、全体が充填材で覆われた状態となり、高い防塵・防水性で保護される。

これにより本発明の第１の態様によれば、高い防塵・防水性を有する発光装置を低コストで提供することができるという作用効果が得られる。

＜本発明の第２の態様＞
本発明の第２の態様は、前述した本発明の第１の態様において、前記回路基板の前記発光ダイオードが実装された面の裏面と前記筐体の内底面とが一定間隔をもって対向する状態で前記回路基板を支持する回路基板支持部をさらに備え、前記回路基板の前記発光ダイオードが実装された面の裏面と前記筐体の内底面との間に前記充填材が充填されている、ことを特徴とする発光装置である。

発光ダイオードから発生する熱の一部は、回路基板を介して放熱される。そして回路基板の放熱性は、回路基板が外部に露出している方が有利である。特に回路基板の発光ダイオードが実装された面の裏面（以下、単に「回路基板の裏面」という。）を外部に露出させ、その回路基板の裏面を大きな金属板等に面接触させた状態で発光装置を支持すれば、極めて良好な放熱性が得られる。しかしながら回路基板の裏面を外部に露出させる構成の発光装置は、高い防塵・防水性を実現することは極めて困難である。

本発明に係る発光装置は、前述したように、発光ダイオード等が実装された回路基板が筐体に収容され、その筐体に充填材が充填された構成であるため、高い防塵・防水性を実現できる一方で、放熱性の面では不利である。このような構成の発光装置において回路基板の放熱性を高める上では、例えば筐体の内底面に回路基板の裏面を隙間無く面接触させることができれば、回路基板から筐体を介して発光ダイオードの熱を外部へ効率良く放熱することができる。

しかし例えば回路基板が僅かに反っていたり筐体の内底面に小さな凹凸が存在していたりする等の理由で、実際上、筐体の内底面に回路基板の裏面を隙間無く面接触させることは困難であり、両者の間には僅かな隙間が生じてしまう場合が多い。そして筐体の内底面と回路基板の裏面との間の僅かな隙間は、回路基板から筐体への熱伝達を著しく低下させるため、回路基板の放熱性が低下する要因となる。

本発明の第２の態様においては、回路基板の裏面と筐体の内底面とが一定間隔をもって対向する状態で回路基板が支持される。そして回路基板の裏面と筐体の内底面との間に充填材が充填されている。つまり回路基板の裏面と筐体の内底面とを離間させた状態で、あえて両者の間に一定の間隔を形成することによって、筐体に充填材を充填する際に、回路基板の裏面と筐体の内底面との間に充填材を確実に入り込ませることができる。

そして回路基板の裏面と筐体の内底面との間に充填材が隙間無く充填されることによって、回路基板は、充填材を介して裏面全体が筐体と一体になる。それによって発光ダイオードから発生する熱の一部は、回路基板から充填材を介して筐体へ伝達されて効率良く放熱されることになる。つまり本発明の第２の態様によれば、高い防塵・防水性を実現しつつ、発光ダイオードから発生する熱を効率良く放熱することができる。

＜本発明の第３の態様＞
本発明の第３の態様は、前述した本発明の第１の態様又は第２の態様において、前記筐体の開口に設けられ、透光性を有する材料で形成された蓋体と、前記筐体に一体に形成された第１ガイド部及び前記蓋体に一体に形成された第２ガイド部で構成され、前記電線を把持する把持部と、をさらに備える、ことを特徴とする発光装置である。

筐体の開口に設けられる蓋体は、透光性を有する材料で形成されているので、発光ダイオードが発する光を外部へ放射することができる。また回路基板から充填材を貫通して筐体の開口から外側へ延びる電線は、把持部によって把持される。それによって例えば、充填材からの出口部分や筐体の開口端の部分で電線に断線が生ずる虞を低減することができる。

そして把持部は、筐体に一体に形成された第１ガイド部及び蓋体に一体に形成された第２ガイド部で構成されている。それによって部品点数を削減することができるので、別個に把持部を設けるよりも製造コストを削減することができる。また把持部で把持された状態の電線は、蓋体を筐体に取り付けた状態において常に一定の位置及び姿勢で把持されることになるので、その把持される位置及び姿勢が変動することに起因して断線等が生ずる虞が低減される。

＜本発明の第４の態様＞
本発明の第４の態様は、前述した本発明の第３の態様において、前記蓋体は、前記発光ダイオードが発する光を均一に拡散させる光拡散レンズ部を含む、ことを特徴とする発光装置である。

このような特徴によれば、発光ダイオードの発光部が発する光は、光拡散レンズ部によって広範囲に均一に拡散するので、より少ない数の発光ダイオードで広範囲を照明することができる。それによって照明性能を低下させることなく発光ダイオードの数を削減することができるので、製造コストを削減することができる。

また光拡散レンズ部は、透光性を有する材料で形成された蓋体に含まれる。つまり光拡散レンズ部は、蓋体に一体に形成されている。それによって部品点数を削減することができるので、別個に光拡散レンズ部を設けるよりも製造コストを削減することができる。さらに光拡散レンズ部が蓋体に一体に形成されていることによって、発光ダイオードの発光部と光拡散レンズ部との位置関係は、蓋体を筐体に取り付けた状態において常に一定となる。それによって発光ダイオードの発光部と光拡散レンズ部との位置関係がずれることに起因して光拡散性が低下する虞を低減することができる。

＜本発明の第５の態様＞
本発明の第５の態様は、前述した本発明の第１〜第４のいずれかにおいて、前記駆動回路は定電流回路を含む、ことを特徴とする発光装置である。

前述したように、屋外の広告パネルや案内パネル等のバックライトに用いられる発光装置は、屋外に設置されるため、高い防塵性及び防水性が要求される。このことは発光装置のみならず、その発光装置の電源として、その発光装置とともに屋外に設置される電源装置についても同じことが言える。そして汎用品として流通している電源装置のうち、高い防塵性及び防水性を備えた電源装置は、ほとんどが定電圧電源であり、定電流電源が皆無であるという実情がある。

しかしながら発光ダイオードは、一般に定電流で駆動する必要がある。そのため例えば高い防塵性及び防水性を備えた定電流電源装置を特注品として製造するとなると、電源装置のコストが大幅に増加してしまう虞が生ずる。また特注品の電源装置は、汎用品と比較して、入手が困難であることや実績がないため信頼性の面で不安ある等の課題がある。

本発明の第５の態様によれば、発光ダイオードの駆動回路として定電流回路を内蔵しているので、定電圧電源で駆動することができる。つまり発光装置と同様に高い防塵性及び防水性が要求される電源装置として、入手が容易で信頼性の高い汎用の定電圧電源を用いることができる。それによって発光ダイオードを用いた発光装置をバックライトとして設けた屋外の広告パネルや案内パネル等を低コストで実現することが可能になる。

＜本発明の第６の態様＞
本発明の第６の態様は、前述した本発明の第５の態様において、前記定電流回路は定電流ダイオードを含む、ことを特徴とする発光装置である。
このような特徴によれば、より低コストで定電流回路を構成することができる。

＜本発明の第７の態様＞
本発明の第７の態様は、前述した本発明の第５の態様又は第６の態様の発光装置と、前記電線を通じて前記発光装置へ直流電力を供給する定電圧電源と、を備える照明装置である。
本発明の第７の態様によれば、照明装置において、前述した本発明の第５の態様又は第６の態様による作用効果が得られる。

本発明によれば、高い防塵・防水性を有する発光装置を低コストで提供することができるという作用効果が得られる。

照明装置の概略構成図。 発光装置の平面図。 発光装置の正面図。 発光装置の側面図。 発光装置の要部断面図。 発光装置のカバーの斜視図。 発光装置のカバーの側面図。 発光装置のケースの平面図。 発光装置の回路基板の回路図。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

＜照明装置＞
本発明に係る照明装置１００の構成について、図１を参照しながら説明する。
図１は、照明装置１００の概略構成図である。
照明装置１００は、例えば屋外の広告パネルや案内パネル等のバックライトであり、直流定電圧電源１と複数の発光装置２とを備える。「定電圧電源」としての公知の直流定電圧電源１は、交流電力又は直流電力を受電し、定電圧の直流電力を出力する。直流定電圧電源１は、高い防塵性及び防水性を有するものが好ましく、特にＩＰ−６７を充足する防塵性及び防水性を有するものが好ましい。発光装置２は、白色光を発する発光ダイオード（図示せず）を備える。発光装置２の構成については後述する。照明装置１００は、電線３によって複数の発光装置２が直流定電圧電源１に接続されており、直流定電圧電源１から供給される定電圧の直流電力で複数の発光装置２が発光する。

＜発光装置＞
本発明に係る発光装置２の構成について、図２〜図９を参照しながら説明する。
図２は発光装置２の平面図であり、図３はその正面図、図４はその側面図である。図５は、図２のＡ−Ａ断面を図示した発光装置２の要部断面図である。図６はカバー１０の斜視図であり、図７はその側面図である。図８はケース２０の平面図である。図９は回路基板３０の回路図である。

発光装置２は、カバー１０、ケース２０、回路基板３０、充填材４０及び電線３を備える。

「蓋体」としてのカバー１０は、ケース２０の開口に設けられ、透光性を有する材料で形成された部材である。カバー１０は、カバー本体１１、光拡散レンズ部１２、２つの第２ガイド部１３、４つの掛止孔１４を含む。

光拡散レンズ部１２は、カバー本体１１の上面に形成されており、発光ダイオード３１が発する白色光を均一に拡散させる。より具体的には光拡散レンズ部１２は、発光ダイオード３１が発する白色光が入射する凹面形状の入射面部１２１と、入射面部１２１に入射した白色光が出射する凸面形状の出射面部１２２とを含む。この入射面部１２１及び出射面部１２２の形状は、発光ダイオード３１が発する白色光が均一に拡散するように、発光ダイオード３１の特性等に応じて適宜設定すればよい。発光ダイオード３１の発光部３１１が発する白色光は、光拡散レンズ部１２によって広範囲に均一に拡散するので、より少ない数の発光ダイオード３１で広範囲を照明することができる。それによって照明性能を低下させることなく発光ダイオード３１の数を削減することができるので、製造コストを削減することができる。また光拡散レンズ部１２は、発光ダイオード３１の発光部３１１の大きさと出射面部１２２の大きさとの比率が一般的な比率の約２倍となる大きさに設定されている。それによって光拡散レンズ部１２の出射面部１２２から出射する白色光に色むらが生ずる虞を低減することができる。
尚、光拡散レンズ部１２の構成は、発光ダイオード３１が発する光を均一に拡散することができれば、どのような構成でもよく、特に上記構成に限定されない。

また光拡散レンズ部１２は、カバー１０に一体に形成されている。それによって部品点数を削減することができるので、別個に光拡散レンズ部１２を設けるよりも製造コストを削減することができる。さらに光拡散レンズ部１２がカバー１０に一体に形成されていることによって、発光ダイオード３１の発光部３１１と光拡散レンズ部１２との位置関係は、カバー１０をケース２０に取り付けた状態において常に一定となる。それによって発光ダイオード３１の発光部３１１と光拡散レンズ部１２との位置関係がずれることに起因して光拡散性が低下する虞を低減することができる。

第２ガイド部１３は、カバー本体１１の両側部に一体に形成されており、後述するケース２０の第１ガイド部２３と共に、電線３を把持する把持部４を構成する。第２ガイド部１３には、後述するケース２０の第１ガイド部２３が嵌合する凹部１３１が形成されており、その凹部１３１には、電線３の外周面に沿う凹面断面形状の２つの溝１３２が電線３の延出方向に沿って形成されている。掛止孔１４は、カバー本体１１の両側面部に一体に形成されている。掛止孔１４は、カバー本体１１の両側面部に２つずつ形成されており、後述するケース２０の掛止爪部２４と各々掛合している。

「筐体」としてのケース２０は、例えばＡＢＳ樹脂等で形成された部材であり、開口を有するケース本体２１、２つの取付片部２２、２つの第１ガイド部２３、４つの掛止爪部２４、２つの凸部２５を含む。

ケース本体２１は、上面が開口する箱形状を有している。取付片部２２は、ネジ止め等によって所望の取付位置に発光装置２を固定するために設けられており、ケース本体２１の外側の前部及び後部に一体に形成されている。取付片部２２の略中央には円形孔２２１が形成されている。第１ガイド部２３は、ケース本体２１の外側の両側部に一体に形成されており、前述したカバー１０の第２ガイド部１３と共に、電線３を把持する把持部４を構成する。第１ガイド部２３には、第２ガイド部１３の溝１３２に対応する部分に、電線３の外周面に沿う凹面断面形状の２つの溝２３１が電線３の延出方向に沿って形成されている。掛止爪部２４は、ケース本体２１の外側の両側面部に一体に形成されている。掛止爪部２４は、ケース本体２１の両側面部に２つずつ形成されており、前述したカバー１０の掛止孔１４と各々係合している。「回路基板支持部」としての凸部２５は、ケース本体２１の内底面２１１に一体に形成されている。凸部２５は、その頂部で回路基板３０を支持し、回路基板３０の裏面（発光ダイオード３１が実装された面の裏面）とケース本体２１の内底面２１１とが一定間隔をもって対向する状態で回路基板３０を位置決めする。

回路基板３０は、いわゆるプリント配線基板であり、発光ダイオード３１で発生する熱を効率良く放熱する観点から、例えばアルミ基板等の熱伝導性に優れる基板を用いるのが好ましい。回路基板３０は、発光ダイオード３１及び発光ダイオード３１の駆動回路を含む（図９）。より具体的には回路基板３０は、ＶＩＮ＋端子、ＶＩＮ−端子、ＶＯＵＴ＋端子、ＶＯＵＴ−端子を含み、ダイオードＤ１、３つの定電流ダイオードＤ２〜Ｄ４、白色光を発する発光ダイオード（ＬＥＤ）３１が実装されている。ＶＩＮ＋端子、ＶＩＮ−端子、ＶＯＵＴ＋端子、ＶＯＵＴ−端子には、ケース２０の開口から充填材４０を貫通して、それぞれ電線３が半田付け等によって接続される。

ＶＩＮ＋端子はＶＯＵＴ＋端子に接続され、ＶＩＮ−端子はＶＯＵＴ−端子に接続されている。ダイオードＤ１のアノードはＶＩＮ＋端子に接続されている。「定電流回路」としての３つの定電流ダイオードＤ２〜Ｄ４は、アノード同士、カソード同士が接続されて並列に接続されており、アノードがダイオードＤ１のカソードに接続されている。３つの定電流ダイオードＤ２〜Ｄ４のカソードは、発光ダイオード３１のアノードに接続されている。発光ダイオード３１のカソードは、ＶＩＮ−端子に接続されている。

このように発光ダイオード３１の駆動回路として定電流回路（定電流ダイオードＤ２〜Ｄ４）を発光装置２に内蔵することによって、発光装置２を直流定電圧電源１で駆動することができる。つまり発光装置２と同様に高い防塵性及び防水性が要求される電源装置として、入手が容易で信頼性の高い汎用の直流定電圧電源１を用いることができる。また回路基板３０の定電流回路は、特に定電流ダイオードＤ２〜Ｄ４に限定されるものではなく、どのようか回路構成でもよいが、定電流ダイオードＤ２〜Ｄ４を用いることによって、より低コストで構成することができる。

充填材４０は、例えばエポキシ樹脂等であり、発光ダイオード３１の発光部３１１だけがケース２０の開口に露出した状態となるように、ケース２０に充填されている。充填材４０の色は、光の反射率が高い白色が好ましい。それによって発光ダイオード３１から発せられる光の一部を充填材４０の表面からカバー１０の光拡散レンズ部１２へ反射することができるので、発光装置２の発光効率を向上させることができる。

このような構成の発光装置２は、例えば以下のようにして製造できる。
まず回路基板３０のＶＩＮ＋端子、ＶＩＮ−端子、ＶＯＵＴ＋端子、ＶＯＵＴ−端子に電線３を接続する。次にその回路基板３０をケース２０に収容する。このときケース本体２１の内底面２１１に形成された凸部２５の頂部に回路基板３０が支持された状態とする。次に発光ダイオード３１の発光部３１１だけがケース２０の開口に露出した状態となるように、ケース２０に充填材４０を充填する。この充填材４０の充填は、回路基板３０の裏面とケース本体２１の内底面２１１との間も含めて、ケース本体２１の内側に隙間無く充填するのが好ましい。そして４本の電線３がケース２０の第１ガイド部２３とカバー１０の第２ガイド部１３とで構成される把持部４で把持されるように、ケース２０にカバー１０を取り付ける。ケース２０に対するカバー１０の取り付けは、ケース２０の４つの掛止爪部２４にカバー１０の４つの掛止孔１４を掛合させることによって簡単に行うことができる。

以上説明した本発明に係る発光装置２は、発光ダイオード３１の発光部３１１だけがケース２０の開口に露出した状態となるように充填材４０が充填されている。それによって回路基板３０、回路基板３０に実装された発光ダイオード３１及びその駆動回路（ダイオードＤ１、定電流ダイオードＤ２〜Ｄ４）は、全体が充填材４０で覆われた状態となり、高い防塵・防水性で保護される。したがって本発明によれば、高い防塵・防水性を有する発光装置２を低コストで提供することができる。

また本発明に係る発光装置２は、回路基板３０の裏面とケース本体２１の内底面２１１との間に充填材４０が充填されている。つまり回路基板３０の裏面とケース本体２１の内底面２１１とを離間させた状態で、あえて両者の間に一定の間隔を形成することによって、ケース２０に充填材を充填する際に、回路基板３０の裏面とケース本体２１の内底面２１１との間に充填材４０を確実に入り込ませることができる。そして回路基板３０の裏面とケース本体２１の内底面２１１との間に充填材４０が隙間無く充填されることによって、回路基板３０は、充填材４０を介して裏面全体がケース２０と一体になる。それによって発光ダイオード３１から発生する熱の一部は、回路基板３０から充填材４０を介してケース２０へ伝達されて効率良く放熱されることになる。つまり発光ダイオード３１から発生する熱を効率良く放熱することができる。

また本発明に係る発光装置２は、回路基板３０から充填材４０を貫通してケース２０の開口から外側へ延びる電線３が把持部４（第１ガイド部２３及び第２ガイド部１３）によって把持される。それによって例えば、充填材４０からの出口部分やケース２０の開口端の部分で電線３に断線が生ずる虞を低減することができる。そして把持部４は、ケース２０に一体に形成された第１ガイド部２３及びカバー１０に一体に形成された第２ガイド部１３で構成されている。それによって部品点数を削減することができるので、別個に把持部４を設けるよりも製造コストを削減することができる。また上記構成の把持部４で把持された状態の電線３は、カバー１０をケース２０に取り付けた状態において常に一定の位置及び姿勢で把持されることになるので、把持される位置及び姿勢が変動することに起因して断線等が生ずる虞が低減される。

尚、本発明は、上記説明した実施例に特に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変形が可能であること言うまでもない。

１ 直流定電圧電源
２ 発光装置
３ 電線
４ 把持部
１０ カバー
２０ ケース
３０ 回路基板
３１ 発光ダイオード
４０ 充填材
１００ 照明装置
Ｄ２〜Ｄ４ 定電流ダイオード

Claims (7)

1. 開口を有する筐体と、
   発光ダイオード及び前記発光ダイオードの駆動回路が実装され、前記筐体に収容される回路基板と、
   前記発光ダイオードの発光部だけが前記筐体の開口に露出した状態となるように、前記筐体に充填された充填材と、
   前記回路基板から前記充填材を貫通して前記筐体の開口から外側へ延びる電線と、を備える発光装置。
2. 請求項１に記載の発光装置において、前記回路基板の前記発光ダイオードが実装された面の裏面と前記筐体の内底面とが一定間隔をもって対向する状態で前記回路基板を支持する回路基板支持部をさらに備え、
   前記回路基板の前記発光ダイオードが実装された面の裏面と前記筐体の内底面との間に前記充填材が充填されている、ことを特徴とする発光装置。
3. 請求項１又は２に記載の発光装置において、前記筐体の開口に設けられ、透光性を有する材料で形成された蓋体と、
   前記筐体に一体に形成された第１ガイド部及び前記蓋体に一体に形成された第２ガイド部で構成され、前記電線を把持する把持部と、をさらに備える、ことを特徴とする発光装置。
4. 請求項３に記載の発光装置において、前記蓋体は、前記発光ダイオードが発する光を均一に拡散させる光拡散レンズ部を含む、ことを特徴とする発光装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の発光装置において、前記駆動回路は定電流回路を含む、ことを特徴とする発光装置。
6. 請求項５に記載の発光装置において、前記定電流回路は定電流ダイオードを含む、ことを特徴とする発光装置。
7. 請求項５又は６に記載の発光装置と、
   前記電線を通じて前記発光装置へ直流電力を供給する定電圧電源と、を備える照明装置。

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