JP2014182908A - 半導体発光素子を備える照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体発光素子を支持するベース部材から離間した光拡散部材を用いることなく、半導体発光素子で発生した光を十分に拡散させることが可能な半導体発光素子を備える照明器具を提供する。
【解決手段】ベース部材１４と、ベース部材の表面に形成した、共に電源と電気的に導通可能で互いに離間する第一導電部材２０及び第二導電部材２１と、ベース部材の表面に取り付けた、第一導電部材及び第二導電部材と電気的に導通可能な半導体発光素子３１と、ベース部材の表面に取り付けた、半導体発光素子を覆いかつ半導体発光素子が発した照明光が拡散しながら透過する透光部材３５、３９と、透光部材の表面に形成した、照明光の一部を拡散させながら透過させる拡散膜４３と、を備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、半導体発光素子（ＬＥＤ）を備える照明器具に関する。

半導体発光素子（ＬＥＤ）を利用した照明器具の従来例としては、例えば特許文献１に開示されたものがある。
この照明器具は、絶縁性材料からなるベース部材と、ベース部材に固定したコンタクトと、ベース部材に固定したＬＥＤユニットと、を具備している。ＬＥＤユニットは、コンタクトと導通する基板と、該基板に実装したＬＥＤ（半導体発光素子）と、を一体的に備えており、ＬＥＤはベース部材に形成した露出窓を介して外側に露出している。コンタクトはケーブルを介して電源と接続しているので、電源が発生した電力をケーブル及びコンタクトを介してＬＥＤに供給するとＬＥＤが発光する。

ＬＥＤで発生した光はＬＥＤ近傍の輝度が集中的に高くなるので、上記のような照明器具においては、ベース部材に拡散レンズを取り付けて、ＬＥＤで発生した光を拡散レンズによって拡散させることが従来より行われている。
しかし従来の拡散レンズだけではＬＥＤで発生した光を十分に拡散させるのが難しく、輝度ムラや色ムラが生じ易い。そのため拡散レンズの直前に、拡散レンズ（及びベース部材）から離間した平板状の拡散板（ＬＳＤ）を配置することが従来より行われている（特許文献２）。拡散板を利用すれば各ＬＥＤから出射される光を十分に拡散できる（光の拡散状態をより均一化できる）ので、ＬＥＤの数を減らしても十分な明るさを得ることが可能である。

特開２０１２−１６４６１３号公報 特開２００８−２４１９８７号公報

近年、照明器具を実装する電子機器（例えば液晶ディスプレイ）に対して薄型化が強く求められている。一方でディスプレイ等には輝度ムラを低減したいという市場要求がある。
しかしながら輝度ムラを低減させるために拡散板を拡散レンズ（及びベース部材）から離間した状態で配置すると、ベース部材、ＬＥＤユニット、拡散レンズ、及び拡散板を構成要素として具備する照明器具全体の厚みが大きくなってしまうので、この要求に応えられなくなってしまう。
また、拡散板を設けたり、ＬＥＤの数を増やして輝度ムラを低減させようとすると、照明器具の部品点数が多くなり、製造コストが上昇してしまう。

本発明の目的は、半導体発光素子を支持するベース部材から離間した光拡散部材を用いることなく、半導体発光素子で発生した光を十分に拡散させることが可能な半導体発光素子を備える照明器具を提供することにある。

本発明の半導体発光素子を備える照明器具は、ベース部材と、該ベース部材の表面に形成した、共に電源と電気的に導通可能で互いに離間する第一導電部材及び第二導電部材と、上記ベース部材の表面に取り付けた、上記第一導電部材及び上記第二導電部材と電気的に導通可能な半導体発光素子と、上記ベース部材の表面に取り付けた、上記半導体発光素子を覆いかつ上記半導体発光素子が発した照明光が拡散しながら透過する透光部材と、該透光部材の表面に形成した、上記照明光の一部を拡散させながら透過させる拡散膜と、を備えることを特徴としている。

上記透光部材が、上記ベース部材の表面及び上記半導体発光素子との間に空間を形成する透光性カバー部材であってもよい。

上記ベース部材の表面に形成した凹部の底面に上記半導体発光素子を固定し、上記凹部の底面に透光性の封止材を設けてもよい。

本発明の照明器具は、半導体発光素子を固定したベース部材に対して、半導体発光素子が発した照明光が拡散しながら透過可能な透光部材を取り付け、さらに透光部材の表面に拡散膜を形成している。
そのため半導体発光素子で発生した照明光は、透光部材によって拡散された後に、拡散膜によってさらに拡散されることになる。そのため、ベース部材から離間した光拡散部材を設けることなく、照明光を十分に拡散させることが可能である。
そのため照明器具に設ける半導体発光素子を少なくすることが可能である。
さらに光拡散部材を設ける必要がないので、照明器具の部品点数を少なくし、製造コストを低くすることが可能である。
また、ベース部材から離間した光拡散部材を設ける必要がないので、照明器具全体の厚みを小さくすることが可能になる。

本発明の一実施形態の照明器具の透光性カバー部材及びワイヤーボンディングを省略して示す上方から見た斜視図である。 切断加工前の導通板の平面図である。 照明器具の透光性カバー部材を省略して示す平面図である。 図１のIV−IV矢線に沿う断面図である。 シャシーとシャシーに固定した照明器具の斜視図である。 透光性カバー部材の中央部の断面図である。 シャシーに対して照明器具を固定しかつ照明器具にコネクタ付ケーブルのコネクタを接続したときの平面図である。 透光性カバー及びシャシーの図示を省略した図７の照明器具の模式的な平面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の一実施形態について説明する。なお、以下の説明中の前後、左右、及び上下の方向は、図中の矢印の方向を基準としている。
本実施形態の照明器具１０は、ヒートシンク１１と、ヒートシンク１１の上部に一体成形した樹脂部１４（ベース部材）を具備している。
ヒートシンク１１はアルミニウム等の金属からなる一体成形品であり、その熱伝導率は樹脂部１４より高い。ヒートシンク１１の上部には低寸円柱形状の上端凸部１２が突設してあり、上端凸部１２の上面は平面により構成してある。
平面視略方形の樹脂部１４は絶縁性及び耐熱性が高い樹脂材料（例えば液晶ポリマー等）からなるものである。樹脂部１４の上面には平面視円形の円形凹部１５が形成してあり、円形凹部１５の底面には平面視円形かつ上端凸部１２と同径の円形貫通孔１６が形成してある。図４に示すようにヒートシンク１１の上端凸部１２が樹脂部１４の円形貫通孔１６に嵌合している（円形凹部１５の内面と上端凸部１２の上面が特許請求の範囲の「凹部」に相当）。樹脂部１４の対角線上に位置する二つの角部には接続用凹部１７が凹設してある。さらに樹脂部１４の上面には４つの係合孔１８が形成してある。

照明器具１０は、樹脂部１４の内部及び樹脂部１４の表面と一体化した金属部材を具備している。この金属部材は、例えば黄銅、ベリリウム銅、コルソン系銅合金等の導電性と熱伝導性と剛性に優れる金属製の平板をスタンピング成形したものである。
この金属部材は、第一導電部材２０と第二導電部材２１を二つずつ備えている。第一導電部材２０は、円弧状のワイヤー接続部２０Ａと、ワイヤー接続部２０Ａと連続するケーブル接続部２０Ｂを備えている。一方、第二導電部材２１は、円弧状（ワイヤー接続部２０Ａと同じ形状）のワイヤー接続部２１Ａと、ワイヤー接続部２１Ａと連続するケーブル接続部２１Ｂを備えている。図示するようにワイヤー接続部２０Ａ、２１Ａは樹脂部１４の表面（円形凹部１５の底面）において露出しており、ケーブル接続部２０Ｂ、２１Ｂは接続用凹部１７の表面において露出している。
この第一導電部材２０と第二導電部材２１は照明器具１０の製造前の段階においては一つの導通板１９の一部をそれぞれ構成している。導通板１９は図２に示す形状であり、その全体形状は、前後方向に延びる長尺平板状（図１は導通板１９の一部のみを図示している）である。導通板１９の左右両側部は前後方向に延びるキャリア部２２Ａ、２２Ｂにより構成してあり、キャリア部２２Ａとキャリア部２２Ｂの複数箇所どうしを前後方向に等間隔で設けたキャリア接続部２３が接続している。さらに２つの第一導電部材２０は共に２本の第一切断ブリッジ２４によってキャリア部２２Ａ、２２Ｂ及びキャリア接続部２３とそれぞれ一体化しており、２つの第二導電部材２１は共に１本の第二切断ブリッジ２５によってキャリア接続部２３と一体化している。さらに隣接する第一導電部材２０と第二導電部材２１は１本の第三切断ブリッジ２６によって互いに接続している。
樹脂部１４は二回の成形行程を経てヒートシンク１１と一体化するものである。樹脂部１４の一段階目の成形行程が完了したときに導通板１９と樹脂部１４（の一段階目の完成体）は一体化する。樹脂部１４の一回目の成形行程が完了した後に、図示を省略した切断装置によって導通板１９の第一切断ブリッジ２４、第二切断ブリッジ２５、及び第三切断ブリッジ２６を切断すると、樹脂部１４（の一段階目の完成体）と一体化した第一導電部材２０と第二導電部材２１が互いに分離状態となる。

上端凸部１２の上面、円形凹部１５の底面（上端凸部１２の外周側に位置する環状の部位）、及び円形凹部１５の内周面（テーパ形状の環状壁）にはパッド印刷機（図示略）によって反射膜２８が厚さ３０μｍの薄膜として一体的に（連続的に）印刷してある。反射膜２８は主成分であるポリウレタン樹脂に酸化チタン（ＴｉＯ₂）等を着色剤として混合したものであり、全体として絶縁性を有している。反射膜２８は着色剤を含有しているので白色であり、アルミニウムからなるヒートシンク１１とは色（色相）が異なり、その（光の）可視光反射率はヒートシンク１１及び樹脂部１４より高い（具体的には可視光反射率が９０％以上であり、好ましくは９５％以上のものを利用する）。また上端凸部１２の上面に形成した反射膜２８は上端凸部１２の上面の一部を避けた態様で形成してある。即ち、図示するように多数（計３６個）の平面視矩形領域を避ける態様で上端凸部１２の上面に形成してある。各平面視矩形領域はそれぞれＬＥＤ固定部２９を構成しており、反射膜２８の上面とＬＥＤ固定部２９の間には反射膜２８の肉厚分の段差が生じている。

各ＬＥＤ支持部２９には略直方体形状のＬＥＤ３１（半導体発光素子）が固定してある。図示するように各ＬＥＤ３１の平面形状はＬＥＤ固定部２９と略同一（ＬＥＤ固定部２９より僅かに小寸）である。ＬＥＤ固定部２９に対してＬＥＤ３１を固定する際は、まず各ＬＥＤ固定部２９（上端凸部１２の上面）に接着剤（図示略）を塗布し、次いで図示を省略したＬＥＤ搬送装置が各ＬＥＤ固定部２９にＬＥＤ３１を載置する。上記したように反射膜２８の上面とＬＥＤ固定部２９の間には反射膜２８の肉厚分の段差が生じているので（ＬＥＤ固定部２９が、反射膜２８によって囲まれた凹部になっているので）、各ＬＥＤ固定部２９に対してＬＥＤ３１を簡単かつ確実に取り付ける（嵌合）ことができる。さらに反射膜２８の上面とＬＥＤ固定部２９の間には反射膜２８の肉厚分の段差が生じているので、ＬＥＤ固定部２９（上端凸部１２の上面）に塗布した接着剤がＬＥＤ固定部２９の周囲（反射膜２８側）に流れるのを抑制できる。また上記ＬＥＤ搬送装置は色相差を識別するセンサーを有しており、上記ＬＥＤ搬送装置は反射膜２８とＬＥＤ固定部２９の間の色相差（境界線）を認識しながらＬＥＤ固定部２９に対してＬＥＤ３１を載置する。そのため、ＬＥＤ固定部２９に対してＬＥＤ３１を確実に載置することが可能である。
隣り合うＬＥＤ３１の上面に露出させて形成した端子（図示略）どうしはワイヤーボンディング３３（図３に示した太線）によって接続してあり、かつ、ワイヤー接続部２０Ａと対向する位置に位置するＬＥＤ３１の端子とワイヤー接続部２０Ａをワイヤーボンディング３３によって接続すると共にワイヤー接続部２１Ａと対向する位置に位置するＬＥＤ３１の端子とワイヤー接続部２１Ａをワイヤーボンディング３３によって接続してある。さらに前側のワイヤー接続部２０Ａと後側のワイヤー接続部２１Ａはワイヤーボンディング３３により接続してあり、かつ、後側のワイヤー接続部２０Ａと前側のワイヤー接続部２１Ａもワイヤーボンディング３３により接続してある。
さらに樹脂部１４の円形凹部１５内には透光性及び絶縁性を有する熱硬化性樹脂材料や紫外線硬化性樹脂材料等からなる封止剤３５（透光部材）が設けてあり、封止剤３５はワイヤー接続部２０Ａ、ワイヤー接続部２１Ａ、反射膜２８、ＬＥＤ３１、及びワイヤーボンディング３３を覆っている。図４に示すように封止剤３５の表面は曲面（球面や非球面）により構成してあるので、封止剤３５はレンズ機能（光の拡散機能）を発揮する。

照明器具１０は、樹脂部１４に対して着脱可能な透光性カバー部材３９（透光部材）を具備している。透光性カバー部材３９は透光性材料からなりかつ下面が開口した中空部材であり、略半球状の拡散レンズ４０（図６参照）と、拡散レンズ４０の下部から側方に突出する４つの突部４１と、突部４１の下面にそれぞれ突設した４つの接続用突起４２と、を一体的に具備している。さらに拡散レンズ４０の表面（上面）にはパッド印刷（或いはスクリーン印刷やインクジェット印刷によっても可）によって拡散膜４３がコーティングしてある。拡散膜４３は透光性のポリウレタン樹脂を主成分とし、かつこのポリウレタン樹脂に酸化チタン（ＴｉＯ₂）等を混合させたものであり、その厚みは数μｍ〜数十μｍである。
透光性カバー部材３９は、４つの接続用突起４２を対応する係合孔１８に対して嵌合することにより、樹脂部１４に対して着脱可能に装着してある。
照明器具１０のヒートシンク１１の下面は、金属板からなるシャシー３７の上面に固定してある。

照明器具１０に対して着脱可能なコネクタ付ケーブル４５は、２本のケーブル４６と、コネクタ４９とを一体化したものである。可撓性を有するケーブル４６は、多数の金属線を束ねたものである電線４７と、電線４７の表面を被覆する絶縁材料からなる被覆チューブ４８と、を具備しており、各ケーブル４６の両端は被覆チューブ４８を除去することにより電線４７を露出させてある。コネクタ４９は、絶縁材料からなるインシュレータ５０と、第一コンタクト及び第二コンタクト（図示略）とを有している。第一コンタクト及び第二コンタクトは共に導電性材料（金属など）からなるものであり、インシュレータ５０の内部空間に固定状態で挿入してある。第一コンタクト及び第二コンタクトの一端には２本の電線４７の一方の端部がそれぞれ圧着してある（接続している）。
図７に示すように照明器具１０の一方の接続用凹部１７にはコネクタ付ケーブル４５のコネクタ４９が着脱可能に接続してある。コネクタ４９を接続用凹部１７に接続すると、第一コンタクトと第二コンタクトがケーブル接続部２０Ｂとケーブル接続部２１Ｂに対してそれぞれ接触する。当該コネクタ付ケーブル４５の２本のケーブル４６は電源の陽極と陰極にそれぞれ接続している。
図示を省略した電源スイッチをＯＦＦからＯＮに切り換えると、電源で発生した電流がケーブル４６を介して、第一導電部材２０、第二導電部材２１、ＬＥＤ３１、及びワイヤーボンディング３３によって構成された並列回路に流れるので各ＬＥＤ３１（図８では照明器具１０の中心部より左側に位置する全てのＬＥＤをまとめてＬＥＤ３１Ａと表示してあり、該中心部より右側に位置する全てのＬＥＤ３１をまとめてＬＥＤ３１Ｂと表示している）が発光する。なお、上記電源スイッチをＯＮからＯＦＦに切り換えれば、電流のＬＥＤ３１への供給が遮断されるので各ＬＥＤ３１は消灯する。

各ＬＥＤ３１が出射した照明光の一部は封止材３５を透過しながら封止材３５によって拡散され、残りの照明光は反射膜２８によって反射されながら封止材３５側に向かう。封止材３５を透過した照明光は拡散レンズ４０側に向かう。拡散レンズ４０に向かった照明光の一部は拡散レンズ４０によって拡散されながら拡散レンズ４０の外側に向かい、残りの照明光は拡散レンズ４０によって内側に反射される（さらに封止材３５や反射膜２８によって反射された後に再度拡散レンズ４０側に向かう）。拡散レンズ４０の外側に拡散されながら進んだ照明光の一部は拡散膜４３によって拡散されながら拡散膜４３の外側に向かう。一方、拡散レンズ４０の外側に拡散されながら進んだ残りの照明光は、拡散膜４３（及び拡散レンズ４０）によって内側に反射される（さらに反射膜２８、封止材３５、拡散レンズ４０によって反射された後に再度拡散膜４３側に向かう）。
このように各ＬＥＤ３１から出射された照明光は、封止材３５、拡散レンズ４０、及び拡散膜４３によって十分に拡散（及び反射）されることにより極めて均一な配光状態（輝度ムラや色ムラが少なくなる）になる。従って、樹脂部１４（及びヒートシンク１１）から（上方に）離間した位置に光拡散部材（例えば拡散板（ＬＳＤ））を設けることなく、照明光を十分に拡散させることが可能である。
そのため照明器具１０に設けるＬＥＤ３１の数を少なくすることが可能である。
また、樹脂部１４（及びヒートシンク１１）から離間した光拡散部材を設ける必要がないので、照明器具１０全体の厚み（上下寸法）を小さくすることが可能になる。
さらに樹脂部１４（及びヒートシンク１１）から離間した光拡散部材を設ける必要がないので、照明器具１０の部品点数を少なくし、製造コストを低くすることが可能である。

さらに各ＬＥＤ３１で発生した熱は、反射膜２８を介してヒートシンク１１に伝わってヒートシンク１１の下半部（樹脂部１４によって被覆されずに露出している部分）から放熱されると共に、ヒートシンク１１からシャシー３７に伝わった後にシャシー３７から放熱されるので、ＬＥＤ３１の熱を外部に効率よく放熱できる。そのため高温化によるＬＥＤ３１の発光効率の低下を防ぐことが可能である。また、ＬＥＤ３１として発熱量の多い大型のＬＥＤ素子を利用できるので、光量を多くすることも可能である。

以上、本発明を上記各実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形を施しながら実施可能である。
例えば、拡散レンズ４０の表面を祖面（細かい凹凸がある面）とした上で、拡散レンズ４０の表面に拡散膜４３を形成してもよい。このようにすれば、拡散レンズ４０の表面に対する拡散膜４３の形成状態（密着状態）がより安定する。さらに拡散レンズ４０の表面の細かい凹凸及びこれに対応する拡散膜４３内面の細かい凹凸が照明光を拡散及び反射する機能を発揮するので、照明光の配光状態をより均一にすることが可能になる。
また拡散レンズ４０の裏面（下面）を祖面（細かい凹凸がある面）としてもよい。この場合も、照明光の配光状態をより均一にすることが可能になる。

また封止材３５の表面（上面）に拡散膜４３を形成してもよい。このように構成した封止材３５は、表面に拡散膜４３が形成された拡散レンズ４０（透光性カバー部材３９）と同じ技術的効果を発揮可能である。
なお、このように封止材３５の表面（上面）に拡散膜４３を形成する場合は、透光性カバー部材３９の表面に拡散膜４３を形成してもよいし、形成しなくてもよい。さらに封止材３５の表面（上面）に拡散膜４３を形成する場合は、透光性カバー部材３９を省略してもよい。
また拡散レンズ４０（透光性カバー部材３９）の表面に拡散膜４３を形成する場合は、封止材３５を省略してもよい。

また隣接するワイヤー接続部２０Ａとワイヤー接続部２１Ａの間のワイヤーボンディング３３による接続態様を上記の態様から変更することにより、第一導電部材２０、第二導電部材２１、ＬＥＤ３１、及びワイヤーボンディング３３によって構成される電気回路を上記並列回路とは別態様にしてもよい。さらに、両端にコネクタ４９を有するコネクタ付ケーブル４５によって複数の照明器具１０同士を接続してもよい。
さらにヒートシンク１１とシャシー３７の間に伝熱性のシートや伝熱性の接着剤を介在させてもよい。

１０ 照明器具
１１ ヒートシンク
１２ 上端凸部（凹部）
１４ 樹脂部（ベース部材）
１５ 円形凹部（凹部）
１６ 円形貫通孔
１７ 接続用凹部
１８ 係合孔
１９ 導通板
２０ 第一導電部材
２０Ａ ワイヤー接続部
２０Ｂ ケーブル接続部
２１ 第二導電部材
２１Ａ ワイヤー接続部
２１Ｂ ケーブル接続部
２２Ａ ２２Ｂ キャリア部
２３ キャリア接続部
２４ 第一切断ブリッジ
２５ 第二切断ブリッジ
２６ 第三切断ブリッジ
２８ 反射膜
２９ ＬＥＤ固定部
３１ ＬＥＤ（半導体発光素子）
３３ ワイヤーボンディング
３５ 封止材（透光部材）
３７ シャシー
３９ 透光性カバー部材（透光部材）
４０ 拡散レンズ
４１ 突部
４２ 接続用突部
４３ 拡散膜
４５ コネクタ付ケーブル
４６ ケーブル
４７ 電線
４８ 被覆チューブ
４９ コネクタ
５０ インシュレータ

Claims (3)

1. ベース部材と、
   該ベース部材の表面に形成した、共に電源と電気的に導通可能で互いに離間する第一導電部材及び第二導電部材と、
   上記ベース部材の表面に取り付けた、上記第一導電部材及び上記第二導電部材と電気的に導通可能な半導体発光素子と、
   上記ベース部材の表面に取り付けた、上記半導体発光素子を覆いかつ上記半導体発光素子が発した照明光が拡散しながら透過する透光部材と、
   該透光部材の表面に形成した、上記照明光の一部を拡散させながら透過させる拡散膜と、
   を備えることを特徴とする半導体発光素子を備える照明器具。
2. 請求項１記載の半導体発光素子を備える照明器具において、
   上記透光部材が、上記ベース部材の表面及び上記半導体発光素子との間に空間を形成する透光性カバー部材である半導体発光素子を備える照明器具。
3. 請求項１または２記載の半導体発光素子を備える照明器具において、
   上記ベース部材の表面に形成した凹部の底面に上記半導体発光素子を固定し、
   上記凹部の底面に透光性の封止材を設けた照明器具。

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