JP2015002032A - 透光防水カバーレンズ - Google Patents

Abstract

【課題】 基板に実装した発光素子を覆うためのレンズであって、基板にレンズを装着するともに防水機能を発現し、しかもレンズ装着が封止・接着剤を使用せずに迅速・簡便におこなえる、透光防水カバーレンズを得ること。【解決手段】 基板に押圧されることにより液密となる突条を、レンズ下面に突出させ、カバーレンズホルダで基板に固定する。カバーレンズホルダは基板と係合することにより突条部の弾性変形反発力が生じる寸法とする。突条部の弾性力により、液密性が担保され、カバーレンズホルダによる固定もより強固になる。【選択図】 図１

Description

本発明は、ＬＥＤ等の発光素子を用いた発光素子ランプ等を防水するカバーレンズ、同レンズを素子に固定するホルダ部、およびこれらを用いたＬＥＤ等の発光素子ランプに関する。
より詳しくは、たとえば屋外において使用する発光広告のバックライトとしての使用、屋外における照明灯としての使用、湿度の高い場所における使用等に好適な、防水性能が良好で、しかも組み立て、交換が簡便であり、個々の発光素子ランプ等の配光特性にばらつきがなく長期に亘って維持でき、電気回路に対する障害の発生がしにくい発光素子ランプを実現するための、透光防水カバーレンズ、ホルダ部およびこれらを用いた発光素子ランプに関する。

ＬＥＤに代表される基板に実装された発光素子と、その発光素子からの光を所望の配光状態とするレンズ等のカバーとを有するランプが知られている。これらランプは、例えば屋外に設置する表示装置等のバックライトとして使用される場合、バックライトとしての配向パターンを有することが求められるとともに、屋外設置であることによる、水滴の浸入、または結露等が生じないものが求められる。

従来技術における、レンズ付き発光素子ランプとしては、例えば特許文献１に開示されるようなレンズ付き発光素子ランプがよく知られているが、このレンズは、発光素子が実装された基板に、接着剤によって固定されている。したがって、レンズを固着する工程中では、流動する接着剤を接着箇所に供給する必要があり、接着剤は流体であることから接着工程における取り扱いに困難さがあり、接着剤の量のばらつきや接着工程での力の印加程度や固化する前の外力により配光特性がばらつく要因を有していた。また、流動状態から固化するまでに時間を要するので、このようなレンズ取付けは、防水性は確保できても、工程が煩雑で時間がかかるものであった。また、基板に電子回路を有する場合には、基板の電気回路に接着剤が付着する等の不都合があった。

また、例えば特許文献２には「看板や店舗入り口に設ける発光具」（段落番号０００１）が記載されており、この発光具は、封入樹脂を用いてはいないが、レンズと発光素子が実装された基板とレンズとの間の防水は格別考慮されていないので防水効果がなかった。

特許文献３に記載された、「屋外用ＬＥＤ表示素子」（段落番号０００１）は、レンズ内側の防水効果を得るために樹脂を充填することに代えて、レンズのゴムなどによる「パッキン５」で、防水をおこない「ウレタン樹脂の充填が不要となったことで、材料費の低減が可能となると共に、ウレタン樹脂の充填工程、充填したウレタン樹脂が硬化する迄の滞留時間などがなくなり、工程の簡素化が可能となってＬＥＤ表示素子１のコストダウンも可能」（段落番号００１７）であるものが開示されているが、防水のためのパッキンは、「表示基板１０とフランジ２３との間にパッキン５を挟み込む状態として本体部２を表示基板１０の背面側からフード４に係着させ」（段落番号００１４）てから「本体部２との係合を行うためのネジ穴４ｂ」（段落番号００１３）にねじ込んだねじによりパッキンを締め付けて防水をおこなうものであって、構造が複雑であり、ＬＥＤランプを防水効果のある使用状態とするためには著しく手間がかかるものであった。

特開平０８−３２０６５６号公報 特開平０９−２５８６７５号公報 特開２０００−１１２３８８号公報

本発明は、ＬＥＤ等の発光素子が実装されている回路基板等の基板に装着することにより、集光機能や光配分調整機能を初期の設計通りに精度よく発揮するとともに、発光素子の位置する空間の防水効果も有するレンズであって、接着剤や封止剤を使用せずに簡便に装着できる透明防水カバーレンズ、該透明防水カバーレンズを基板に装着する部分であるカバーレンズホルダ、およびこれらを有する発光素子ランプを提供するものである。

従来の、防水機能を有し、且つ、集光や光拡散、光配分等の光学素子機能を有するレンズは、上記のとおり、接着剤または封止剤によって防水効果を発揮させるしかなく、そのために、接着剤の量のばらつきや接着工程での力の印加程度や固化する前の外力による配光特性のばらつき、また、流動状態から固化するまで時間が必要で、工程が煩雑で時間がかかるものであった。また、固化前の接着剤または封止剤が、レンズを装着しようとする基板の上にある回路や電極に付着することによる悪影響があり、したがって、そのような悪影響の生じない防水機能と光学素子機能を併せ持つ透明防水カバーレンズを提供する、という簡便にして精度が高く、安定した性能が求められている技術課題があることを、本発明者は見出し、検討を重ねた結果、本発明に到達したものである。

本発明は、上記の課題を解決する、以下の装置に関する。
［１］ 基板上に実装した発光素子を覆う透光防水カバーレンズであって、カバーレンズ下面には、カバーレンズ本体と一体となっていてカバーレンズから突出する突条部を有し、該突条部は、発光素子をその中に収容する空間を囲繞する閉曲線状に形成されており、実装基板に押圧された際に、押圧力による変形によって発光素子を収容する空間を液密とすることができる弾力性を有する材料からなり、カバーレンズ本体は発光素子からの光を透過させることができる材質からなる、前記透光防水カバーレンズ。
［２］ カバーレンズ本体が、集光レンズ、光拡散レンズ、配光調節のためのレンズまたはプリズムの機能を含む、光学要素としての機能を有する、［１］に記載の透光防水カバーレンズ。
［３］ カバーレンズ本体の発光素子を収納する空間に面した側に、少なくとも染料、着色粒子または蛍光体粒子を含む色相調節層を有する、［１］または［２］に記載の、透光防水カバーレンズ。
［４］ 一部または全体に、塵埃吸着防止のための表面処理、または、結露または水滴・曇り付着防止のための親水化表面処理がほどこされている、［１］〜［３］のいずれか一項に記載の、透光防水カバーレンズ。
［５］ カバーレンズ本体の材質が、シリコーン、アクリル、エポキシ、ポリカーボネート、フッ素、シクロオレフィン共重合体、ガラスのうちのいずれかまたはこれらの組み合わせであるガラス、樹脂またはゴムであり、突条部の材質が、スチレン・ブタジエン共重合体、ニトリル、クロロプレン、イソブチレン・イソプレン共重合体、エチレン・プロピレン共重合体、シリコーン、フッ素、ウレタン、アクリルのうちのいずれかまたはこれらの組み合わせであるゴムまたはゲルを含む、［１］〜［４］のいずれか一項に記載の、透光防水カバーレンズ。
［６］ カバーレンズ本体と突条部とが同じ材質により一体成形されたものである、［１］〜［５］のいずれか一項に記載の、透光防水カバーレンズ。

［７］ ［１］〜［６］のいずれか一項に記載の透光防水カバーレンズと、発光素子を実装した基板にカバーレンズ本体を固定するカバーレンズホルダであって基板と係合する基板係合部を有するカバーレンズホルダとを含み、カバーレンズホルダは係合時に突条部を変形させる押圧力が発生するように構成されるものである、前記透光防水カバーレンズ本体とカバーレンズホルダとのキット。
［８］ カバーレンズ本体とカバーレンズホルダとが一体的に接合されている、［７］に記載のキット。
［９］ カバーレンズホルダはカバーレンズ本体と別体であり、カバーレンズ本体と係合するレンズ係合部と、発光素子を実装した基板と係合する基板係合部とを有する、［７］に記載のキット。
［１０］ 発光素子を実装した基板と、［７］〜［１０］のキットとを含む、発光素子ランプ

本発明のカバーレンズは、弾力性を有する突条が、発光素子が位置する空間を囲繞する閉曲線状に、レンズ作用をなす部分のみからなる、またはレンズ作用をなす部分およびその外側のフランジ状の部分からなるカバーレンズ本体の底面から突出しているので、発光素子が実装された基板に突条部を押し付けるだけで、発光素子が位置する空間を液密とすることが可能である。発光素子が位置する空間は、カバーレンズ本体の底面に凹部を設けて、発光素子を収納するようにしてもよく、カバーレンズ本体の底面を平面や凸状、その他プリズム形状としても、押圧されたときの突条部の高さが空間高さを形成し、発光素子が収納できる空間であればよく、また、基板に凹部を設けて高さを確保し、その凹部に発光素子を実装するようにした発光素子収納空間であってもよい。いずれの場合も、この空間を囲繞する、閉じた突条部が存在し、その弾力性により、押し付けられた基板表面と突条部との間で液密の接触が発生することにより、発光素子全体、好ましくは、発光素子の電極や回路との接点あるいは発光素子周囲の基板上に露出している回路に対しても防水効果を得るものである。

カバーレンズを発光素子が実装された基板に固定し押圧する作用をなすのは、カバーレンズと基板とを結合させるためのカバーレンズホルダである。カバーレンズホルダは、基板に開口した孔に係合部を簡便な操作で係合させるものが好ましく、爪の弾性変形復元力によるスナップ係合が好適である。また、レンズ本体の光軸を回転軸にしてカバーレンズホルダを回転させて基板に係合させる機構であってもよい。カバーレンズホルダはレンズ本体と一体的に形成されたものでも、レンズ本体とは別体であって、レンズおよび基板に嵌着するものであってもよく、レンズ本体と接着して一体化させてもよい。レンズとは別体のカバーレンズホルダの場合、ホルダのレンズを押圧する押圧面部分は、レンズ本体に設けたフランジを押圧し、基板と係合する部分は基板に設けた孔に係合するもの、等がある。レンズ押圧面部分は、レンズ周辺部に沿って、レンズ底面の突条部に対応する位置を押圧する、リング状等の閉じた形状のものであってもよい。
さらに、カバーレンズホルダのレンズ係合部をカバーレンズ本体に形成した係合構造に嵌着し固定されるように、カバーレンズホルダのレンズ係合部とカバーレンズ本体係合部とを構成してもよい。

カバーレンズホルダが基板と係合する孔は、発光素子が実装される基板面の、突条部が接する位置よりも外側に位置するため、基板の孔が液密性に影響を与えることはない。

カバーレンズホルダがレンズに押圧力を発生させるために、カバーレンズホルダとレンズ本体とが一体となった状態におけるカバーレンズホルダの係合爪の基板面との当接部と変形していない状態の突条部の頂点との間の基板厚み方向距離は、カバーレンズホルダが基板と係合した状態で弾力性を有する突条部が押圧変形して、基板との間で液蜜状態を生じさせるに足るだけの接触圧を発生するために、基板の厚さよりも小さくされている。また、場合によっては、突条部は、装着前の頂点位置が、爪の位置よりも下に来る高さでもよい。
カバーレンズホルダは、基板との係合を、カバーレンズホルダの弾性によるスナップ動作で係合する、すなわち、カバーレンズホルダの爪を有する足が孔挿入時に弾性変形し、爪エッジが孔から出た際に弾性力で係合位置に自然にもどることにより、ワンタッチ係合するように構成してもよい。
カバーレンズホルダは、スナップ係合以外に、変形した突条の反発力によって位置固定がなされるような寸法を持つ、変形の少ない剛性を有する部材であってもよい。例えば、レンズ光軸を回転軸として、爪をレンズ回転方向に出し、基板の孔にカバーレンズホルダの爪を差し込んで爪の出ている方向にカバーレンズホルダを回転し基板に係合させてもよい。

カバーレンズホルダがレンズと一体成形される場合は、レンズと異なる、または同じ材質の樹脂の射出成形や金型成形によって、形成する。カバーレンズホルダは、レンズと別体でも一体でも、基板との係合時において、弾性突条部が押圧変形して液密に接触するに足る寸法を有するように構成されるのが好ましい。

本発明は、発光素子を実装した基板に、接着剤や封止剤を使用することなくレンズを装着することができ、しかも防水効果がある、透光防水カバーレンズであって、カバーレンズホルダによって非常に簡便にカバーレンズを基板に装着でき、かつカバーレンズホルダの係合作用によって適切な押圧力が発生するので、弾力性のある突条と基板との間の押圧接触による液密性が発揮される。
レンズ装着時の接着剤が不要であるため、装着もワンタッチで行えるとともに、装着後ただちに液密性が発揮でき、レンズと光源との間の寸法にばらつきがなく一様に安定して固定でき、固定強度もただちに得られる。また、接着剤を用いないため、接着剤を固化するまでに発生する位置ずれや個々に用いられる接着剤の多少による配光特性のばらつきがなくなり、発光素子の電極露出部や発光素子を実装している基板の接点や周辺の回路に付着して電気的性能を低下させる恐れがない。また、接着剤が通常有する揮発性成分等の悪影響もない。

さらに、本発明のカバーレンズホルダは、構造が単純であって、取り付けもスナップ動作のみあるいは差込み・回転のみで一瞬にして取り付け可能であり、液密作用をなす弾力性を有する突条部はレンズと一体となっているので、例えばＯ−リングやパッキングを用いて締め付け固定する形式の防水カバーのような工程の複雑さがない。

さらにまた、接着剤を使用しないため、たとえば透光防水カバーだけを取り換える場合に、カバーレンズホルダを外すだけで、簡便に取り外すことが可能であって、発光素子や基板には何らの影響も与えないので、配光や透過光波長の異なる透光防水カバーに付け替えることも簡単にできる。

図１は、本発明の基本構成を示す発光素子ランプ断面図であり、チップオンボードの発光素子、発光素子実装基板、カバーレンズホルダおよび透光防水カバーレンズを示している。 図２−ａは、本発明のカバーレンズホルダであって、レンズ本体と別体となっているものの一例を示す図である。 図２−ｂは、本発明のカバーレンズホルダであって、レンズ本体と別体となっているものの別の一例を示す図である。 図３−ａは、レンズ本体とカバーレンズホルダとが一体化されたキットの断面図であり、カバーレンズホルダの一部が円筒状に形成され、突条部は、レンズ本体と一体化された筒状カバー内壁に実質的にレンズ本体の底面と同じものとみなされる庇が水平に設けられ、その庇の下面に設けられ、カバーレンズホルダは差込み・回転して基板に固定される透光防水カバーレンズキットを示している。 図３−ｂは、図３−ａのものの、カバーレンズホルダのみを見取り図で示したものである。

図４−ａは、本発明の、カバーレンズ本体およびカバーレンズホルダが一体化されたキット断面図の他の一例であって、レンズ本体とカバーレンズホルダとが嵌着して一体化した透光防水カバーレンズキットとなっているものを示している。 図４−ｂは、図４−ａの例の、レンズ本体とカバーレンズホルダとの係合部(嵌着部)を示したものである。 図４−ｃは、図４−ａの例におけるレンズ本体に嵌着するカバーレンズホルダを示す図である。 図５は、本発明の、別の一例の、レンズ本体底面を、下側からみた見取り図である。 図６−ａは、レンズ本体と一体となった突条部の全体に弾力性を持たせることに代えて、先端部分のみに突条部の根元部分と別の弾力性を持たせたレンズを用いた発光素子ランプの一例を示す断面図である。 図６−ｂは、本発明のさらに他の一例である、レンズ本体と一体となった突条部の全体に弾力性を持たせることに代えて、突条部の先端部分のみに突条部の根元部分と別の弾力性を持たせたレンズ及びそのレンズ本体の下面に色相調節層を設けた発光素子ランプの断面図である。

図１は、本発明の透光防水カバーレンズを用いた発光素子ランプの一例の基本構造を示す断面図であり、１はレンズ本体、２は弾力性を有する突条部、３はＬＥＤ等の発光素子、４は発光素子を実装する基板、５はカバーレンズホルダ、６は発光素子が位置する、外界と液密に遮断された空間である。７は発光素子に接続するための基板表面に露出している回路、８は回路を絶縁状態にカバーし、光反射機能を有する白色反射膜である。カバーレンズホルダ５には、基板に開口した孔９と係合する爪１０が備わっており、また、カバーレンズホルダはスナップ動作で孔９に挿入した際にワンタッチで係合するような材料で構成されている。

図２−ａは、カバーレンズホルダ５の一例であり、カバーレンズホルダはレンズ本体１と別体として用意され、基板への透光防水カバーレンズ装着時において、レンズ本体とカバーレンズホルダとは、カバーレンズホルダのリング状押圧部がレンズのフランジを押圧し、基板には基板との係合部がスナップ係合して、装着中は弾力性突条部の弾性力、さらにフランジ部の弾性力が加わることもあるが、これら圧力によってカバーレンズホルダとレンズとが密着し、突条部は基板面と密着する。図２−ａのカバーレンズホルダは、爪がレンズの中心方向を向いているので、レンズ半径方向の外側に一度逃げてスナップ係合する。図２−ｂのカバーレンズホルダは、レンズ本体と別体のカバーレンズホルダの他の一例であり、爪がレンズの円周側に設けられているので、円周方向に逃げてからスナップ係合する。カバーレンズホルダの爪の上部にある突起部分は、透光防水カバーレンズを基板に装着する際、過剰にカバーレンズホルダーを押し込んで発光素子を損傷しないよう、ストッパーの役目をする突起であり、本願発明のいずれの形式のカバーレンズホルダにも設けることができる。

カバーレンズホルダはレンズ本体と接合して一体となっている構成でもよい。レンズと同一材料で一体成形されるか、または、別材料を用いて段階的に成形され、最終的に一体となるよう接合されるので、一つの部品として扱うことができる。
また、カバーレンズホルダとレンズ本体が接合して一体となっている構成は、上述した、レンズ本体とカバーレンズホルダとが別体のもののカバーレンズホルダを、レンズ本体と同一材料または別材質の材料を用いて、レンズに段階的成形によって接合し、カバーレンズホルダとレンズ本体とを一体化すること、または、カバーレンズホルダを事前に形成しておき、そのカバーレンズホルダに段階的成形によりレンズ本体を成形より接合することにより実現してもよい。

図３−ａは、上記の様にレンズ本体とカバーレンズホルダが一体化されたものの一例である。この場合は、突条部をレンズ本体の底面に一体に設けずに、レンズ本体の底面に設けられる場合と同様の密閉効果がえられるような、レンズ本体底面に突条を設けた場合と実質的に同じ平面位置に相当する、レンズ本体より下方の位置に設けてもよい。同図では、カバーレンズホルダの一部が筒状に形成され、レンズ本体と接合していることにより液密性は保たれており、筒状カバー内壁に内壁と直角に、内壁を一周するようにして一定の幅で庇が設けられ、突条部はレンズ本体の底面の直下の位置の庇の下面に設けられている。この透光防水カバーレンズのカバーレンズホルダを図３−ｂに示す。このカバーレンズホルダの基板係合部は、基板の孔に差込まれ、回転して基板に固定される形式のものを図示したが、上述のような、スナップ係合式の係合部でも、他の係合手段でもよい。
突条部の位置をレンズ本体の底面よりも下側に設けることにより、配光設計によっては発光素子とレンズ本体との間隔を大きくすることができるとともに、筒状部が発光素子の光を反射してレンズ側へ導くことができる。そのために、筒状部内壁に反射層を設けてもよい。

図４−ａは、本発明の透光防水カバーレンズおよびカバーレンズホルダが一体となったキットであって、レンズ本体とカバーレンズホルダが別体として成形され、レンズ本体とカバーレンズホルダとが嵌着することにより一体化した透光防水カバーレンズとなっているものの一例を示す。図４−ｂはレンズ本体側の嵌着部を示し、図４−ｃはレンズ本体に嵌着するカバーレンズホルダを示している。図４−ａの突条部はフレネルレンズと同一のシリコーンゴムなどの弾力性のある材質を用いて金型成形により一体に成形されている。
図４−ａ〜ｃにおいては、フレネルレンズを使用した例が図示されているが、通常の凸レンズのほか、いかなる形式の光学要素でも、同様に使用可能である。
図１に示す本願発明の一例は、レンズ本体底面に凹部を設けて、発光素子を収納する空間を構成している一例の断面図であるが、このように凹部を設けると、ＬＥＤを基板の回路にリフローはんだ付けを行った場合などの、発光素子の高さが比較的高い場合に好適である。レンズ本体には凹部が設けてあるので、突出高さが大きい発光素子であっても、十分収納が可能である。この構造にすれば、弾力性突条部の高さを、必要以上に大きくする必要がなくなる。空間高さを得るためには、発光素子実装基板の方を、発光素子実装部分において凹部とすることにより、高さを確保しても良い。
発光素子の高さが低ければ、レンズ本体底面は平面であってよく、チップオンボードの発光素子のように位置する空間の高さが小さいものに用いることができる。

図５は、突条部を設けたカバーレンズ本体を裏面から見た図である。突条部は、閉曲線状に形成することにより、液密性を担保するが、レンズ径に比較して突条部の囲繞する面積が小さい場合、載置の際や使用中の安定性を得るために、閉曲線部分の他に、外側または内側に張り出した突条を更に有していても良く、図５に示すものはその一例である。

図６−ａ、６−ｂは、突条部全体を弾力性の高い材質で構成することに代えて、突条先端部のみを弾力性材料で構成するようにした透光性カバーレンズを用いた発光素子ランプの断面図である。突条部の根元部分を剛度のある材質で構成することにより、発光素子とレンズ本体との距離を比較的大きくとることができる。また、この場合、レンズ材質を硬質の樹脂とした場合、それと同一の材料で根元部分を一体成形し、突条部の先端部のみ、ゴムまたはゲルなどで構成すると形状を安定させることができる。十分な高さのある囲繞部分とすることにより、レンズ本体の下面に蛍光体を含有する波長変換シートを設けることも容易にできる。

本発明のカバーレンズ本体の材質は、樹脂、ガラス、ゴム等のうち、透光性を有する材料であればとくに限定されない。 本発明において、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、透明ポリイミド、シクロオレフィン共重合体樹脂（ＣＯＣ樹脂（単一重合のシクロオレフィンポリマーも含む））、ポリエチレンテレフタレート、アクリル樹脂、ポリカーボネート、エポキシ樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂（シリコーンレジン）、ＡＢＳ樹脂、ＰＢＴ樹脂、ＢＰＴ樹脂、ＰＰＳ樹脂が例示される。これらのうち、透光性、耐熱性の観点からフッ素樹脂、シリコーン樹脂、またはＣＯＣ樹脂が好ましく、耐熱性、透光性、加工性の点からシリコーン樹脂は更に好ましい。とくに、低硬度材料がシリコーンゴムまたはシリコーンゲルの場合はその組み合わせにおいて加工性が極めて良好である。シリコーン樹脂の中でも、紫外線透過率が高く、黄変等の経時変化が少ないジメチルシリコーンが好ましく、強度に優れるフェニルシリコーン、フッ素シリコーンがこれに次ぐ。

シリコーン樹脂を用いた場合、特に、液状の付加反応硬化型のシリコーン樹脂組成物が好ましい。液状の付加反応硬化型のシリコーン樹脂は、表面も内部も均一に硬化させることができるので好適である。
上記付加反応型のシリコーン樹脂としては、熱硬化により透明なシリコーン樹脂を形成するものであれば特に制限されないが、例えば、オルガノポリシロキサンをベースポリマーとし、オルガノハイドロジェンポリシロキサンおよび白金系触媒等の重金属系触媒を含むものが挙げられる。

上記オルガノポリシロキサンとしては、下記平均単位式
ＲａＳｉＯ（４−ａ）／２
（式中、Ｒは非置換又は置換一価炭化水素基で、好ましくは炭素数１〜１０、特に１〜８のものである。ａは０．８〜２、特に１〜１．８の正数である。）
で示されるものが挙げられる。ここで、Ｒとしてはメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等のアルキル基、ビニル基、ブテニル基等のアルケニル基、フェニル基、トリル基等のアリール基、ベンジル基等のアラルキル基や、これらの炭素原子に結合した水素原子の一部または全部がハロゲン原子で置換されたクロロメチル基、クロロプロピル基、３，３，３−トリフルオロプロピル基、シアノ基置換炭化水素基などが挙げられ、Ｒは同一であっても異なっていてもよいが、Ｒとしてフェニル基を含むもの、特に、全Ｒのうち５〜８０モル％がフェニル基であるものが、光学レンズ体の耐熱性及び透明性の点から好ましい。

また、Ｒとしてビニル基等のアルケニル基を含むもの、特に全Ｒのうち１〜２０モル％がアルケニル基であるものが好ましく、中でもアルケニル基を１分子中に２個以上有するものが好ましく用いられる。このようなオルガノポリシロキサンとしては、例えば、末端にビニル基等のアルケニル基を有するジメチルポリシロキサンやジメチルシロキサン・メチルフェニルシロキサン共重合体等の末端アルケニル基含有ジオルガノポリシロキサンが挙げられる。

一方、オルガノハイドロジェンポリシロキサンとしては、３官能以上（即ち、１分子中にケイ素原子に結合する水素原子（Ｓｉ−Ｈ基）を３個以上有するもの）が好ましく、例えば、メチルハイドロジェンポリシロキサン、メチルフェニルハイドロジェンポリシロキサン等が挙げられ、特に、常温で液状のものが好ましい。また、触媒としては、白金、白金化合物、ジブチル錫ジアセテートやジブチル錫ジラウリレート等の有機金属化合物、又はオクテン酸錫のような金属脂肪酸塩などが挙げられる。これらオルガノハイドロジェンポリシロキサンや触媒の種類や量は、架橋度や硬化速度を考慮して適宜決定すればよい。また、上記成分以外に、得られるシリコーン樹脂の強度や透明度を損なわない程度に充填剤、耐熱材、可塑剤等を添加してもよい。上記シリコーン樹脂組成物としては、特開２００４−１８６１６８号公報または特開２００４−２２１３０８号公報に開示されているシリコーンレジン素材も使用できる。また、信越化学工業株式会社製ＫＪＲ６３２（商品名）、ＳＣＲ−１００４（商品名）、ＳＣＲ−１０１１（商品名）、Ｘ３２−２５３５／ＫＥＲ−２６６７Ｂ（商品名）等の市販品も用いることができる。

本発明の発光素子ランプを、屋外設置照明広告の筐体内光源として使用する場合、レンズ正面よりもむしろ周囲に広角に配光される広角配光レンズを用いて、ピッチ３００ｍｍ程度で配置するのが一般的である。屋外使用であるため広告筐体内にも雨水やダスト等が浸入するため、防水性能や塵埃の付着防止は重要である。水滴付着や温度変化による結露や曇り、使用環境に由来する塵埃の付着等に対処するため、カバーレンズホルダを含めた透光防水カバーレンズ全体、または発光素子の光が透過するレンズ部など一部の表面に、親水加工を施すこと、または、防塵加工をほどこすことが有効である。
親水化表面処理としては、プラズマ処理、グロープラズマ処理、コロナ処理、酸処理、表面を親水化処理した無機粒子のコートや、界面活性剤の表面コート、親水性ポリマーコート、表面微細加工及びこれらの組み合わせ等がある。こうすることにより結露した水滴のレンズ効果や曇りの遮光をなくし、設計通りの光学特性を得ることができる。
また、塵埃の吸着を防ぐ表面処理としては、レンズに用いられる材質の硬度がゴム弾性を持つ場合は更に高い硬度の材質で表面を被覆してタツク性をなくしたり、被覆摩擦係数や誘電率の小さなポリパラキシリレン類によるパリレン（登録商標）コートや、フッ素含有樹脂の被膜によるフッ素コート等により塵埃や煤の付着による輝度の低下の防止が可能である。また、帯電による塵埃の吸着を防ぐために活性剤コート、導電性物質のコート、親水化処理などによる帯電防止処理も有効である。

突条部の寸法は、カバーレンズホルダにより発生する押圧力によって液密性が発生する限りどのようであってもよいが、例えば突条の幅が０．２〜５．０ｍｍ、好ましくは０．３〜３．０ｍｍ、高さが０．１ｍｍ〜５．０ｍｍ、好ましくは０．１５ｍｍ〜１．５ｍｍ程度のものが上記の屋外設置広告用照明光源ランプとしては好適である。カバーレンズホルダーによりレンズを装着した際に、弾力性を有する突条部の高さが、押圧力のない状態の５〜７０％、好ましくは１０〜３０％潰れた状態でレンズが固定されるのが好適である。
また、突条部の先端部分の断面形状は、円形、楕円形、角形、台形、断面に対して直角方向に囲繞する形状に沿って平行に凹凸を有する等のいずれでもよい。また、発光素子の発熱を外部に放出するために、放熱ひだをつけてもよいし、基板との密着面積を大きくしてもよい。
レンズ裏面から見た突条部の形状は、発光素子好ましくは素子周辺の露出している回路を囲繞していれば特に限定する必要はなく、円形、楕円形、多角形、不定形であってもよい。設置の安定化を得る形状としてもよい。また、一つの発光素子だけでなく、複数の発光素子を一つの突条部で液密に囲繞してもよい。

突条部は、レンズと同一の材質の場合もありうるが、別材料で形成し、レンズ本体の成形後、あるいは成形とともにカバーレンズ本体に接合して一体化してもよい。
また、突条部の材質は、弾性を有し、防水機能を有する材料であれば、用途に応じて選択して使用し得るが、ゲル、ゴム類が好ましく、天然ゴム、合成天然ゴム、合成ゴムとして、スチレン・ブタジエン共重合体、ブタジエン・アクリルニトリル共重合体、クロロプレン、クロロスルホン化ポリエチレン、イソブチレン・イソプレン共重合体、エチレン・プロピレン共重合体、ブチル、シリコーン、フッ素、ウレタン、アクリル、ニトリル等を挙げることができる。その中でも、耐候性、耐オゾン性、耐熱性、弾力性持続などを考慮すると、スチレン・ブタジエン共重合体、クロロスルホン化ポリエチレン、イソブチレン・イソプレン共重合体、エチレン・プロピレン共重合体、エチレン・ブタジエン共重合体、シリコーン、フッ素、ウレタン、クロロプレン、ニトリルからなるゴムまたはゲルが好ましく、特にシリコーン、フッ素、アクリル、ウレタン、クロロプレン、ニトリルのゴムまたはゲルが好ましい。接合すべきレンズの材料がシリコーンの樹脂またはゴムの場合は、シリコーンのゴムまたはゲルが架橋によって結合させやすいので好ましい。シリコーンゴムまたはゲル材料については前記したカバーレンズ本体に用いるシリコーン材料の中からゴムやゲルに応用して用いることが好ましい。シリコーンゴムまたはゲル素材は、撥水性があって水滴がつきにくいと同時に、発光素子の熱による空気の体積膨張の際に発生した圧力を逃がすことができる。また、突条部全体を同じ材質にする必要はなく、例えば突条部のレンズ側の根元部はレンズと同質の固い樹脂で成形し、その先端部分にゴムやゲル材質を設け弾性機能を持たせることにより、突条部全体の形状を安定させることができる。また、べたつきの多いゲル素材を根元部に接着又は塗工後硬化して設け、その上にべたつきの少ないゴム素材を先端部分若しくはゲルを包むように設けることにより、ゲルのべたつきを低減するとともに、柔らかい弾性を有する突条部とすることが出来る。その逆に、根元部にゴム素材を用いて先端部分をゲルにすることにより、ゲルの粘着性により基板に安定して密着させることができる。
ゲル素材であれば自身の粘着性により、レンズ本体にも基板にも粘着状態で密着することが可能であり、カバーレンズホルダを用いなくても使用できる場合もある。また、ゲルの場合は、発光素子の熱により空気が体積膨張しても内圧に応じて変形することができ応力を緩和することが可能で、長期使用における他の機構へのダメージを緩和することができる。

同一材料でレンズ本体と突条部とを一体成形する場合は、突条部に必要な弾力性を持たせるとともに、レンズ本体が、使用環境下で大きく変形しないようある程度の固さが必要であることから、両方の硬度を満足させる必要がある。例えば、用いる材質をシリコーンまたはアクリルとした場合、ゴム弾性のある硬度に調節し得る。硬度はショアＡ１０〜Ａ９５の範囲であり、好ましくは、ショアＡ３０〜Ａ９０、更に好ましくはショアＡ５０〜Ａ９０である。レンズ本体が樹脂より柔らかい場合は、タック性を除去する目的で前記した塵埃吸着を防ぐ表面処理が有効である。

カバーレンズホルダの係合部の数は２個以上いくつでも良いが、３〜６個設けることが好適である。カバーレンズホルダの、レンズとの接合部は押圧する部分を設け、ドーナツ状に閉じた形状をしていてもよく、また、半円形の押圧部を有するカバーレンズホルダ２個でレンズを固定するもの、筒状とするものでもよい。また、図−４ｂ、図４−ｃに示すように係合部の数だけの別体のカバーレンズホルダをレンズ本体に嵌着機構をつくって嵌着して透明防水レンズとしてもよい。レンズが比較的大きい場合は、別体のカバーレンズホルダとすることで材料が節約できる。
また、透光防水カバーレンズの内側には、発光素子からの光の波長変換をおこなう蛍光体や光の色味を変える染料や顔料等の着色材、またはこれらの混合物を含有する色相調節層を設けてもよい。特に発光素子がＬＥＤの場合、蛍光体を含有する波長変換層とすることが好ましい。

本発明においては、レンズ本体、突条部およびカバーレンズホルダの、それぞれの相互間を接合し一体化する方法として、接着剤による方法、コロナ接合やプラズマ接合、マイクロウェーブ融着接合、シリコーンにあってはシランカップリング剤との架橋による接合、接着剤による架橋接合、二色成形（ダブルモールド）、順次成形して一体化する接合、およびこれらの組み合わせ等が可能である。また、レンズ本体に突条部を設ける方法として、突条部にシリコーンなどの液状のゴムやゲルを用いる場合、ディスペンサーで、レンズ本体にゴムやゲルを塗工し硬化する方法も可能である。ディスペンサーを用いることにより異なる材料を積層させ突条部を成形することが可能である。
別体のレンズ本体と突条部とを接合する際、接合位置がずれてばらつかないよう、レンズ本体と突条部とが、所定位置で接合するよう嵌着機構などを設けて位置決めして接合するようにしてもよい。
突条部が液密に押圧される回路基板表面部分は、回路上を１０〜１００μｍの厚さの白色反射レジスト層で被覆されているので、発光素子周辺の露出している電気回路は、防水される。また、白色反射レジスト層は囲繞された内側にもあると、発光素子の基板側への光をレンズ側に効率よく反射させることができる。突条部が透明材質であれば、囲繞された外側でも光をレンズ側に反射させることができる。
突条部は、本発明に必要な弾力性を損なわない限り、酸化チタン、酸化亜鉛、炭酸カルシウム、酸化アルミニウム、シリカ等の白色無機粒子反射材または散乱材、カーボンブラックなどの迷光遮断材、あるいは発光素子の発熱を放出する酸化金属などの熱伝導粒子を含有させることができる。

発光素子が設けられた基板は、図１または６−ａ、６−ｂでも示すように、配線等のための回路露出部、ＬＥＤなどの発光素子電極の接点等の、湿気を嫌う表面が露出していることも多いので、本発明の防水機能は、極めて有効である。また、同じ理由で、発光素子が設けられた基板にレンズを装着する工程において、液体の接着剤を使用する必要がないことは、装着工程において、これら露出面への接着剤の付着を避けられるという点において、極めて有用である。
本発明に用いられる基板は、ガラスエポキシ基板、アルミ基板、セラミック基板など、突条部が押圧されたときの反発力に安定して耐えうるものであれば、特に限定されることなく用いることができる。

カバーレンズのレンズ部分の直径は、８〜３０ｍｍ程度が好ましいが、防水効果が奏される限り、寸法に制限はない。また、複数の発光素子を一つのレンズを用いて一度に防水カバーをかけるようにすることもでき、ワンタッチで複数の発光素子を好ましくはその周囲の露出している回路を含めて防水できるため、作業効率が良い。
カバーレンズホルダの材質は、金属でも樹脂でも、また他のいかなる材質でもよいが、スナップ係合または、突条部の弾性変形による弾性力を利用して係合固定がなされるに足る剛性を有する必要がある。例えばポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂 シリコーン樹脂、その他各種のエンジニアリングプラスチックを用いることができる。また、突条部に含有できる粒子も同様に含有することができる。

本発明に用いる発光素子は、基板に装着でき、突条部、レンズ及び基板により囲まれた液密空間に収容できるものであれば、限定されることなく用いることができ、白熱豆電球でもグロー放電電球でも砲弾型ＬＥＤ、チップ型ＬＥＤ、基板に素子を置き回路と接合させその上を封止したチップオンボードのＬＥＤでもよい。屋外用途の照明として電気の消費効率、長寿命の点からＬＥＤが好ましい。
ＬＥＤの発光素子の光源の波長が紫外線、青色、緑などの単色光線、または他の光にこれら単色光が混じる場合は、シリコーンゴムに蛍光体を充填した波長変換シート（層）をレンズの下面に設けることにより、所望の波長の可視光に変換することができる。

本発明の発光素子ランプは更にその上を、好ましくは発光素子ランプの裏面を含めてカバー体で密閉してもよい。このカバー体には、適切な位置にフック、ボルト止め穴、接着層等の固定手段を設けてもよい。
本発明の発光素子ランプは、一つの独立した回路基板に一つの透明防水カバーレンズが対応しているタイプのものや、広い回路基板上に複数の透明防水カバーレンズが対応していることを想定しているタイプのものがある。
後者の発光素子ランプは、例えば、３０個〜２００個程のＬＥＤを１００〜３００ｍｍ間隔でアルミ製回路基板に装着し、その上を本発明の透光防水カバーレンズをカバーレンズホルダとともに液密に装着して板状の発光素子ランプとすることができる。
この板状の発光素子ランプを深さ５０〜３００ｍｍの箱の中に１〜数枚敷き詰める。箱の底はカバーレンズホルダの係合部が底に当たらないよう基板を支持する桟と雨水を遮断する底とが二重底になっている。基板の表面はシリコーン樹脂に酸化チタンを混合した白色反射レジスト層が厚さ３０μｍで設けられている。こうして屋外用の看板のバックライトとなる。
なお、一例として、バックライトの上には、光を均質にする拡散板があり、更に上には、写真や文字などの広告表示層があり、最上部は透明板でシールされ、屋外広告用の看板として用いられる。

〔製造例〕
（１）レンズを以下のようにして作製した。
モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン合同会社製のシリコーンゴム（品番：ＩＳＶ４６３２）を１２０℃で金型成形し、直径２０ｍｍの凸レンズその周りに幅２ｍｍのフランジを設けシリコーンゴムレンズ成形した。レンズ本体の下面には内径１２ｍｍ、高さ２ミリ、断面厚さ１．５ｍｍの突条部を同時に成形した。ゴム硬度はＡ６４である。
（２）カバーレンズホルダを以下のように作成した。
三菱エンジニアリングプラスチック（株）製のポリカーボネート（品番：ユーピロン ＥＨＲ３１００）を用いて、上記のレンズのフランジ部分にリングが当たるよう図２aの形状の樹脂カバーレンズホルダを射出成形で作製した。

（３）一方、心材がアルミ板で、その上に絶縁層が設けられ、さらにその上に銅箔が設けられた日東シンコー（株）製の回路基板（品番：ＳＬ−ＡＣ)に回路を設け、チップタイプのＬＥＤを設けた。
ＬＥＤの電極が回路にリフローされ接合されている以外の回路の上には、(株)朝日ラバー製シリコーン白色レジストインク(品番：ＳＷＲ−ＰＫ−０１)が３０μｍの厚さに塗布され白色反射層が設けられ、カバーレンズホルダの係合部に当たるところには爪より大きく孔が設けられている。
(４)レンズ本体とカバーレンズホルダとは、予め、コロナ放電処理された後、シリコーン接着剤を用いてレンズのフランジ部の上面にカバーレンズホルダのリング部の下面を押し当てるようにして接着固定し、一体化したキットにした。
(5)キットのカバーレンズホルダの係合部の爪を基板の孔に入れ、キット全体を押し込むことにより、一度開いていた爪が再び内側に寄って係合した。突条部の高さは３０％圧縮した形で液密に白色反射層に密圧着された。
(６)この発光素子ランプのレンズ周囲に水滴をつけたり、霧吹きで水をかけても囲繞されている発光素子周辺の空間には全く影響がなかった。

１ レンズ本体
２ 突条部
３ 発光素子
４ 基板
５ カバーレンズホルダ
６ 発光素子収納空間
７ 回路
８ 反射膜
９ 基板の孔
１０ 係合爪
１１ 突条先端部
１２ 突条根元部分
１３ 張り出した突条部
１４ 色調調節層

Claims (10)

1. 基板上に実装した発光素子を覆う透光防水カバーレンズであって、カバーレンズ下面には、カバーレンズ本体と一体となっていてカバーレンズから突出する突条部を有し、該突条部は、発光素子をその中に収容する空間を囲繞する閉曲線状に形成されており、実装基板に押圧された際に、押圧力による変形によって発光素子を収容する空間を液密とすることができる弾力性を有する材料からなり、カバーレンズ本体は発光素子からの光を透過させることができる材質からなる、前記透光防水カバーレンズ。
2. カバーレンズ本体が、集光レンズ、光拡散レンズ、配光調節のためのレンズまたはプリズムの機能を含む、光学要素としての機能を有する、請求項１に記載の透光防水カバーレンズ。
3. カバーレンズ本体の発光素子を収納する空間に面した側に、少なくとも染料、着色粒子または蛍光体粒子を含む色相調節層を有する、請求項１または２に記載の、透光防水カバーレンズ。
4. 一部または全体に、塵埃吸着防止のための表面処理、または、結露または水滴・曇り付着防止のための親水化表面処理がほどこされている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の、透光防水カバーレンズ。
5. カバーレンズ本体の材質が、シリコーン、アクリル、エポキシ、ポリカーボネート、フッ素、シクロオレフィン共重合体、ガラスのうちのいずれかまたはこれらの組み合わせであるガラス、樹脂またはゴムであり、突条部の材質が、スチレン・ブタジエン共重合体、ニトリル、クロロプレン、イソブチレン・イソプレン共重合体、エチレン・プロピレン共重合体、シリコーン、フッ素、ウレタン、アクリルのうちのいずれかまたはこれらの組み合わせであるゴムまたはゲルを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の、透光防水カバーレンズ。
6. カバーレンズ本体と突条部とが同じ材質により一体成形されたものである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の、透光防水カバーレンズ。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の透光防水カバーレンズと、発光素子を実装した基板にカバーレンズ本体を固定するカバーレンズホルダであって基板と係合する基板係合部を有するカバーレンズホルダとを含み、カバーレンズホルダは係合時に突条部を変形させる押圧力が発生するように構成されるものである、前記透光防水カバーレンズ本体とカバーレンズホルダとのキット。
8. カバーレンズ本体とカバーレンズホルダとが一体的に接合されている、請求項７に記載のキット。
9. カバーレンズホルダはカバーレンズ本体と別体であり、カバーレンズ本体と係合するレンズ係合部と、発光素子を実装した基板と係合する基板係合部とを有する、請求項７に記載のキット。
10. 発光素子を実装した基板と、請求項７〜１０のキットとを含む、発光素子ランプ。