JP2015053160A - 照明器具 - Google Patents
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Abstract
Description
この照明器具は、ベース部材と、ベース部材に固定したLED(半導体発光素子)と、ベース部材に固定した配光レンズ(光学素子)と、を備えている。
そこで特許文献1では、配光レンズの形状を工夫することにより、照明光を拡散させるようにしている。特許文献1の配光レンズは、LEDの発光面に対して直交する軸線を中心とする回転対称体であり、配光レンズのLED(及びベース部材)との対向面には、上記軸線を中心とする回転対称形状の凹部が形成してある。
また配光レンズはLEDを覆う状態でベース部材に固定してある。そして上記凹部とベース部材の間に形成された空間内にLEDを位置させている。
するとLEDで発生した照明光は、上記凹部の表面(配光レンズの内周面)から配光レンズの内部に入光する。さらに当該照明光は配光レンズ内部を透過し、配光レンズの外周面から配光レンズの外側に出射される。具体的には、照明光の一部は上記軸線方向及びその周辺方向に沿って配光レンズから出射され、照明光の残り(の一部)は上記軸線に対する直交方向及びその周辺方向に出射される。そのため照明光は配光レンズによって様々な方向に拡散される。
さらに特許文献1の配光レンズは、照明光を上記直交方向(及びその周辺方向)に出射するために、外周面や内周面(凹部の表面)の形状を複雑にしている。そのため配光レンズの製造コストが高くなり易い。
そのため、半導体発光素子から突出部側に向けて出射された照明光の一部は、傾斜反射面によって上記直線方向に対する直交方向へ効率よく反射される。従って、配光レンズの上記直交方向側の周辺部を明るくすることが可能である。
本実施形態はLEDモジュール10を照明器具66(図24〜図30参照)の光源として利用したものである。
LEDモジュール10(半導体発光素子モジュール)は、LED用ホルダ15(半導体発光素子用ホルダ)にLED62、ワイヤーボンディング64、及び封止剤(さらに場合によっては後述するワイヤーボンディング90)を取り付けて一体化したものである。まずはLED用ホルダ15の詳しい構造及び製造要領について説明する。
図示するように一次樹脂成形部30(ベース部材)は、第一導電部材20、第二導電部材21、第一切断ブリッジ22、第二切断ブリッジ23、及び第三切断ブリッジ24と一体化しかつ中央に円形の貫通孔が形成された平面視略方形の本体部31と、本体部31の2カ所から延びて前後のキャリア接続部19と一体化した2本の接続アーム43と、を具備している。本体部31は上記貫通孔の外形を構成する平面視円形(テーパ状)の環状内壁部32と、環状内壁部32の内周縁部の4カ所と連続しかつ隣接する第一導電部材20と第二導電部材21の端部間の空間を埋める4本の内側突部33と、を具備している。さらに本体部31の上面には各第三切断ブリッジ24を露出させる2つのブリッジ露出用孔35が形成してあり、本体部31の上下両面の4カ所には係合孔20C及び係合孔21Cを露出させるための係合孔露出用孔36が形成してある。さらに本体部31の2カ所には、ケーブル接続部20B及びケーブル接続部21Bの先端部の上面を露出させながらケーブル接続部20B及びケーブル接続部21Bと一体化したコネクタ接続用突部37と、各コネクタ接続用突部37の周囲に形成したコネクタ接続溝38と、各コネクタ接続溝38の両側面(右側面と左側面)にそれぞれ凹設した2つの係合凹部39とがそれぞれ形成してある。また一次樹脂成形部30の下面には導通板17より下方に突出する8つの下面側突部40A、40B、40C、40Dが突設してある。さらに一次樹脂成形部30は、下面側突部40A、40B、40C、40Dより下方の位置まで突出する断面略L字形の外周壁41を2つ備えており、各外周壁41の内面には係合爪42が一つずつ形成してある(図3及び図7に一つのみ図示)。
当該所定位置には複数(一次一体物と同数)のヒートシンク45(ベース部材)(伝熱部材)が配設してあり、一次一体物が当該所定位置まで搬送されると各一次一体物の直下にヒートシンク45がそれぞれ位置する(図6、図7)。
ヒートシンク45はアルミニウム等の金属からなる一体成形品であり、その熱伝導率は一次樹脂成形部30(及び後述する二次樹脂成形部54)より高い。ヒートシンク45の外形は本体部31と略同形である。ヒートシンク45の上半部は下半部に比べてやや平面形状が大きい被収納部46により構成してあり、被収納部46の外周縁部の下面の2箇所には係止凹部47が形成してある(図7及び図9に一つのみ図示)。ヒートシンク45の下面は平面からなる当接面48により構成してある。ヒートシンク45の上面の中央部には低寸円筒形状のLED支持部49が突設してある。LED支持部49の上面は水平な平面からなる取付面49aにより構成してある。さらにヒートシンク45の上面には2つの円形凹部50と2つの非円形凹部51が凹設してある。
各一次一体物(導通板17及び一次樹脂成形部30)が各ヒートシンク45の直上に位置すると、上記搬送装置が各ヒートシンク45を各一次一体物に向けて上昇させる(図8、図9参照)。その結果、各ヒートシンク45の被収納部46が対応する一次一体物の2つの外周壁41によって囲まれた空間に収納され、被収納部46の外周面の一部(2カ所)が2つの外周壁41の内周面と微小クリアランスを形成しながら対向し、かつ被収納部46の上面が下面側突部40A、40B、40C、40Dの下面と面接触する。このとき一次一体物(本体部31)の下面に形成された4つの突条(4つの係合孔露出用孔36の周囲に位置する下向きの突条)が2つの円形凹部50と2つの非円形凹部51に対してそれぞれ嵌合する。さらに2つの係合爪42が2つの係止凹部47に対して下方から係合するので、ヒートシンク45が本体部31に対して仮止めされる(本体部31とヒートシンク45が一体化する)。さらにLED支持部49が本体部31の中央の円形孔に遊嵌する。ワイヤー接続部20A及びワイヤー接続部21Aの内周面並びに各内側突部33に対してLED支持部49の外周面が内周側に離間しており、両者の間には環状空間Sが形成される(図8参照)。
すると当該一体物の上下に位置する一対の金型からなる二次成形型(図示略)が閉じて、該一体物を二次成形型内に収納する。このとき上記位置決め孔に対して二次成形型に設けた多数の支持用ピン(図示略)が嵌合することにより、当該一体物が二次成形型内で固定される。そして二次成形型内で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)を射出成形(インサート成形。二次成形)する。そして樹脂材料が硬化した後に二次成形型を上下に分離すると、一次一体物(導通板17及び一次樹脂成形部30)とヒートシンク45の一体物の表面に二次樹脂成形部54(ベース部材)が成形された一体物(二次一体物)が現れる(図10及び図11を参照)。図示するように二次樹脂成形部54は一次樹脂成形部30とヒートシンク45に跨って成形してあるので(係合爪42及び係止凹部47を被覆している)、二次樹脂成形部54が硬化することにより一次樹脂成形部30とヒートシンク45が完全に固定される。二次樹脂成形部54は、環状内壁部32の表面を覆う平面視円形のテーパ面からなりかつ各内側突部33の上面と連続する環状壁55を有している。また二次樹脂成形部54の一部を構成する環状部56が、ワイヤー接続部20A及びワイヤー接続部21Aの内周面並びに各内側突部33とLED支持部49の外周面との間に形成された環状空間Sを埋めており(図10参照)、環状部56の上面はLED支持部49の取付面49a及び各内側突部33の上面と同一平面上に位置している(LED支持部49の取付面49a及び各内側突部33の上面と連続している)。さらに二次樹脂成形部54は、一次樹脂成形部30の下面と被収納部46の上面との間に形成された隙間(一次樹脂成形部30の8つの下面側突部40A、40B、40C、40Dの間に形成された隙間)を埋めている。また二次樹脂成形部54の外周面の2カ所に形成(突設)した被覆突部57が、二次成形前においては露出していた第一切断ブリッジ22及び第二切断ブリッジ23の端部を被覆している。
当該所定位置にはパッド印刷機(図示略)が配設してあり、二次一体物が当該所定位置まで搬送されると各二次一体物がパッド印刷機内に位置する。そして、該パッド印刷機から4つの内側突部33の上面、LED支持部49の取付面49a、環状壁55の表面、及び環状部56の上面に対して連続的(一体的)に、反射膜58が厚さ30μmの薄膜として印刷される(図12及び図13参照)。反射膜58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58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45とは色(色相)が異なり、その(光の)可視光反射率は一次樹脂成形部30、ヒートシンク45、及び二次樹脂成形部54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LED支持部49に形成した反射膜58は取付面49a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取付面49aに形成してある。各平面視矩形領域はそれぞれLED固定部59(半導体発光素子固定部)を構成しており、反射膜58の上面とLED固定部59(取付面49a)の間には反射膜58の肉厚分の段差が生じている。
LED用ホルダ15の各LED支持部49に対して略直方体形状のLED62(半導体発光素子)を固定する。図示するように各LED62の平面形状はLED固定部59と略同一(LED固定部59より僅かに小寸)である。LED固定部59に対してLED62を固定する際は、まず各LED固定部59(取付面49a)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59にLED62を載置する(図15参照)。上記したように反射膜58の上面とLED固定部59の間には反射膜58の肉厚分の段差が生じているので(LED固定部59が、反射膜58によって囲まれた凹部になっているので)、各LED固定部59に対してLED62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58の上面とLED固定部59の間には反射膜58の肉厚分の段差が生じているので、LED固定部59(取付面49a)に塗布した接着剤がLED固定部59の周囲(反射膜58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58とLED固定部59(取付面49a)の間の色相差(境界線)を認識しながらLED固定部59に対してLED62を載置する。そのため、LED固定部59に対してLED62を確実に載置することが可能である。
次いで図15に示すように、各LED固定部59に固定した隣り合うLED62の上面に露出させて形成した端子どうしをワイヤーボンディング64(図15に示した太線)によって接続し、かつ、ワイヤー接続部20Aと対向する位置に位置するLED62の端子とワイヤー接続部20Aをワイヤーボンディング64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LED62の端子とワイヤー接続部21Aをワイヤーボンディング64によって接続する(さらに必要に応じて後述するワイヤーボンディング90を施す)。
最後に二次樹脂成形部54の上面(環状壁55の上縁部の内周側に形成された円形孔)に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(図示略)を被せる。すると、封止剤によりワイヤー接続部20A、ワイヤー接続部21A、内側突部33、反射膜58、LED62、及びワイヤーボンディング64(90)が覆われたLEDモジュール10が完成する。
照明器具66は金属板からなるシャシー68(放熱部材)を具備している。LEDモジュール10は、そのヒートシンク45の当接面48をシャシー68の上面に接触させた状態でシャシー68に対して固定してある。
さらに照明器具66は、LEDモジュール10に対して着脱可能な配光レンズ70(光学素子)及びコネクタ付ケーブル75を具備している。
第一配光レンズ71は、上下方向に延びる軸線AL(図16〜図19、図23参照)を中心とする円環状の回転対称体である本体部71aと、本体部71aの下面に突設した計4本の固定脚71c(被支持部)と、を具備している。本体部71aの中心部には断面円形の支持部71bが貫通孔として形成してある。
第二配光レンズ72は、その上部を構成する嵌合部73と、その下部を構成する突出部74と、を一体的に有している。嵌合部73は軸線AL(基準線)を中心とする円柱体であり、その外径は支持部71bの内径と略同一である。突出部74は第一配光レンズ71の軸線ALを中心とする円錐体である。即ち、突出部74の外周面である傾斜反射面74aは、軸線ALを中心としかつ上方から下方に近づくにつれて軸線ALに対する直交方向距離(径方向距離)を徐々に減じる円錐面である。さらに傾斜反射面74a全体には、傾斜反射面74a(第二配光レンズ72)よりも可視光反射率が高い円錐面コーティング74b(例えば蒸着やスパッタリングにより形成した銀等の薄膜コーティングや、ポリウレタン樹脂に酸化チタン(TiO2)等を混合したもの等)が施してある。
配光レンズ70は、第二配光レンズ72の嵌合部73を第一配光レンズ71の支持部71bに対して固定状態で嵌合(圧入)し、第一配光レンズ71及び第二配光レンズ72の上面を同一面上に位置させる(連続させる)ことにより構成してある。なお、嵌合部73と支持部71bの固定状態を保持する機械的なロック手段(図示略)を設けたり、接着により当該固定状態を保持してもよい。第一配光レンズ71及び第二配光レンズ72の上面には、第一配光レンズ71及び第二配光レンズ72の上面よりも光の拡散機能(上方に向かう照明光を拡散させる機能)が高い拡散コーティング71d、73aが施してある。
このようにして構成した配光レンズ70は、4つの固定脚71cを対応する係合孔20C及び係合孔21Cに対して嵌合(圧入)することにより、LEDモジュール10に対して固定状態で装着してある(但し、着脱可能)。配光レンズ70をLEDモジュール10に取り付けると、本体部71a及び第二配光レンズ72の下面(傾斜反射面74a)がLEDモジュール10と隙間を形成しながら軸線AL方向に対向する(図23参照)。また軸線ALがLED支持部49の取付面49a(及び各LED62の上面に形成された平面状の発光面)に対して直交する。
図26に示すようにコネクタ付ケーブル75は、LEDモジュール10のコネクタ接続用突部37及びコネクタ接続溝38(ケーブル接続部20B及びケーブル接続部21B)に対して着脱可能である。即ち、コネクタ80をコネクタ接続溝38に対して挿入し、左右の係止突条82をコネクタ接続溝38の左右両側部に嵌合する。すると左右の抜止突起83が左右の係合凹部39と係合するので、コネクタ80を意図的に引き抜かない限りコネクタ接続用突部37及びコネクタ接続溝38とコネクタ80の接続状態が保持される。そしてコネクタ80をコネクタ接続用突部37及びコネクタ接続溝38に接続すると、第一コンタクト85の第一接触片86と第二コンタクト87の第二接触片88が弾性変形しながらケーブル接続部20Bとケーブル接続部21Bに対してそれぞれ接触する。
図26〜図30は照明器具66を一つのLEDモジュール10により構成したものである。
図26及び図27に示したLEDモジュール10(LED用ホルダ15)の前側のワイヤー接続部20Aとワイヤー接続部21A及び後側のワイヤー接続部20Aとワイヤー接続部21Aはいずれもワイヤーボンディング90により接続してある。さらにLEDモジュール10の一方のコネクタ接続用突部37及びコネクタ接続溝38に対してコネクタ付ケーブル75のコネクタ80が接続してあり、当該コネクタ付ケーブル75の2本のケーブル77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77を介して、ワイヤー接続部20A、ワイヤー接続部21A、LED62、ワイヤーボンディング64、及びワイヤーボンディング90によって構成された並列回路に流れるので各LED62(図27ではLEDモジュール10の中心部より左側に位置する全てのLEDをまとめてLED62Aと表示してあり、該中心部より右側に位置する全てのLED62をまとめてLED62Bと表示している)が発光する。
一方、上記スイッチをONからOFFに切り換えれば、電流のLED62への供給が遮断されるので各LED62は消灯する。
なお図28に示す照明器具66は、LEDモジュール10(LED用ホルダ15)の右側のワイヤー接続部20Aとワイヤー接続部21Aの間をワイヤーボンディング90により接続する代わりに、もう一方のコネクタ接続用突部37及びコネクタ接続溝38に対して短絡用コネクタ92を接続することによっても構成可能である。この短絡用コネクタ92は、インシュレータ81に相当するインシュレータと、第一コンタクト85と第二コンタクト87に相当する二つのコンタクトとを具備しており、この二つのコンタクトはインシュレータの内部で互いに短絡している。
図30に示す照明器具66は、LED62のワイヤーボンディング64を介したワイヤー接続部20A及びワイヤー接続部21Aに対する接続態様が図29とは異なる(図28と同じ)点を除いて図29と同じ構成である。
図31に示す照明器具66は、図26及び図27に示した構成のLEDモジュール10を複数具備するものであり、隣接するLEDモジュール10どうしを、両端にコネクタ80を具備するコネクタ付ケーブル75’により接続している。
図32に示す照明器具66は、図28に示した構成の一つのLEDモジュール10(図32において最も後方に位置するLEDモジュール10)と、図28に示したLEDモジュール10からワイヤーボンディング90を削除した態様の複数のLEDモジュール10と、を具備するものであり、隣接するLEDモジュール10どうしをコネクタ付ケーブル75’により接続している。なお図32に示す態様で照明器具66を構成する場合は、一方の端部に位置するLEDモジュール10(LED用ホルダ15)の右側のワイヤー接続部20Aとワイヤー接続部21Aの間をワイヤーボンディング90により接続する代わりに、当該LEDモジュール10のコネクタ接続用突部37及びコネクタ接続溝38に対して短絡用コネクタ92を接続してもよい。
なお照明器具66を図31又は図32の態様で構成する場合は、各LEDモジュール10に対して上記シャシー68を一つずつ固定してもよいし、前後方向に長い一つのシャシー(放熱部材。図示略)に対して全てのLEDモジュール10を固定してもよい。
配光レンズ70に向かった照明光(反射膜58によって反射された光も含む)の一部は第一配光レンズ71(本体部71a)に向かい、本体部71aの内部を通り抜けて、本体部71aの上面(拡散コーティング71d)を通り抜けて本体部71a(拡散コーティング71d)の上方に拡散されながら出射される(図23の矢印参照)。さらに本体部71a内を通って拡散コーティング71dに到達した照明光の一部は、拡散コーティング71dの下面によって下方に拡散しながら反射される。
一方、配光レンズ70に向かった照明光(反射膜58によって反射された光も含む)の別の一部(本体部71aに向かった照明光の内周側に位置する部分)は第二配光レンズ72の突出部74(傾斜反射面74a)に向かう。この照明光の大部分は円錐面コーティング74bによって軸線ALに対する直交方向(左右方向)(及び当該直交方向の周辺方向)に効率よく反射され、本体部71aを透過して本体部71aの外周側(図23の左右両側)に出射される(図23の矢印参照)。また突出部74(傾斜反射面74a)に向かった残りの照明光の一部は傾斜反射面74aを通り抜けて第二配光レンズ72の内部に入り、嵌合部73の上面(拡散コーティング73a)を通り抜けて嵌合部73(拡散コーティング73a)の上方に拡散されながら出射される(突出部74(傾斜反射面74a)に向かった上記残りの照明光の残部は、拡散コーティング73aの下面によって下方に拡散しながら反射される)。
以上の照明器具66は、室内等を照らす照明装置として利用できるだけでなく、他の様々な用途(例えば液晶表示装置用のバックライト)に利用可能である。
またLEDモジュール10はLED62(配光レンズ70)の直近に位置する環状壁55(反射膜58の環状壁55に形成された部位)を備えているので、LED62で発生した照明光の指向性や放射角度の制御が可能である。また、LED用ホルダ15に対して反射膜58やLED固定部59を様々な態様で形成することが可能なので(取付面49a上のLED62の配置に自由度があるので)、光学設計の自由度が大きい(LED62の輝度むらを抑制したり、調光(明るさの調節)及び調色(暖色・寒色等の調整)が容易な)LEDモジュール10を得ることが可能である。
さらに第二配光レンズ72の突出部74に形成する傾斜反射面74aの形状が比較的単純なので、第二配光レンズ72(及び配光レンズ70)は照明光を軸線ALに対する直交方向(左右方向)(及び当該直交方向の周辺方向)に効率よく反射できるにも拘わらず、その製造コストは高くなり難い。
また第二配光レンズ72の重要な構成は傾斜反射面74aであり、その他の部位の厚みや形状は設計的自由度が高いので、第二配光レンズ72を低背(第二配光レンズ72の上下寸法を小さくすること)にすることが可能である。
さらに、照明機器等の要求仕様に対応した様々な第一配光レンズ71の形態(大きさ・形状等)に第二配光レンズ72の形態(大きさ・形状等)を対応させることが可能である。例えば、図33に示すように、第一配光レンズ71の上面及び第二配光レンズ72の上面を曲面(例えば球面の一部をなす曲面)により構成し、第二配光レンズ72全体を上記実施形態より低背にしてもよい。
第二配光レンズ72の突出部74(傾斜反射面74a)は完全な円錐形状である必要はない。例えば、図34(a)に示すように突出部74の先端(下端)を軸線ALに対して直交する平面で切断してもよい。また図34(a)に仮想線で示したように、突出部74の先端を半球状(又は略半球状)に構成してもよい。さらに図34(b)に仮想線で示したように、突出部74の外周面を完全な円錐面(傾斜反射面74a)よりも外周側に僅かに膨らんだ曲面からなる傾斜反射面74a’(軸線ALを中心とする回転対称面)により構成してもよい。また図34(c)に示すように突出部74の外周面を(軸線ALを中心とする)多角錐面(図34(c)の突出部74は四角錐であるが、四角錐以外の多角錐でもよい)からなる傾斜反射面74a’’により構成してもよい。これら各変形例の突出部74の外周面(傾斜反射面)は、特許請求の範囲の「錐体」に含まれるものである。
また図36に示すように、軸線ALに関して対称な一対の傾斜反射面73bを備える突出部74を第二配光レンズ72に設けても良い。
さらに突出部74の外周面を、円錐面の一部をなす曲面と傾斜反射面73bのような平面とを組み合わせて構成してもよい。
また配光レンズ70を図示形状とは別の形状にしてもよい。
さらに配光レンズ70全体を一部材により構成してもよい(配光レンズ70を一体成形品としてもよい)。
また支持部71bを貫通孔とせずに、上面が閉じた凹部により構成してもよい。
さらに配光レンズ70をLEDモジュール10とは別の部材に固定してもよい。例えば、66を液晶表示装置用のバックライトとして使用する場合に、液晶表示装置の筐体に配光レンズ70を固定してもよい。
ヒートシンク45を、アルミニウムとは別の材料(但し、一次樹脂成形部30及び二次樹脂成形部54より熱伝導率が高い材料)により構成してもよい。
さらにヒートシンク45の当接面48とシャシー68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。
また内側突部33又は(及び)環状部56に対する反射膜58の形成を省略してもよい。
さらに図37に示すように、反射膜58を形成した後に各LED固定部59(取付面49a)に対して反射膜58より薄肉の反射膜95(反射膜58と同じ組成のものでもよいし、可視光反射率が一次樹脂成形部30、ヒートシンク45、及び二次樹脂成形部54より高ければ反射膜58とは組成が異なるものでもよい)を形成し、その上で各LED固定部59(反射膜95の上面)にLED62を固定してもよい。
15 LED用ホルダ(半導体発光素子用ホルダ)
17 導通板
18A 18B キャリア部
18C 搬送用孔
19 キャリア接続部
20 第一導電部材
20A ワイヤー接続部
20B ケーブル接続部
20C 係合孔
21 第二導電部材
21A ワイヤー接続部
21B ケーブル接続部
21C 係合孔
22 第一切断ブリッジ
23 第二切断ブリッジ
24 第三切断ブリッジ
30 一次樹脂成形部(ベース部材)(樹脂成形部)
31 本体部
32 環状内部壁
33 内側突部
35 ブリッジ露出用孔
36 係合孔露出用孔
37 コネクタ接続用突部
38 コネクタ接続溝
39 係合凹部
40A 40B 40C 40D 下面側突部
41 外周壁
42 係合爪
43 接続アーム
45 ヒートシンク(ベース部材)(伝熱部材)
46 被収納部
47 係止凹部
48 当接面
49 LED支持部
49a 取付面
50 円形凹部
51 非円形凹部
54 二次樹脂成形部(ベース部材)(樹脂成形部)
55 環状壁
56 環状部
57 被覆突部
58 反射膜
59 LED固定部(半導体発光素子固定部)
62 62A 62B 62C 62D LED(半導体発光素子)
64 ワイヤーボンディング
66 照明器具
68 シャシー(放熱部材)
70 配光レンズ(光学素子)
71 第一配光レンズ(第一光学素子)
71a 本体部
71b 支持部
71c 固定脚(被支持部)
71d 拡散コーティング
72 第二配光レンズ(第二光学素子)
73 嵌合部
73a 拡散コーティング
73b 傾斜反射面
74 突出部
74a 74a’ 傾斜反射面
74b 円錐面コーティング
75 75’ コネクタ付ケーブル
77 ケーブル
78 電線
79 被覆チューブ
80 コネクタ
81 インシュレータ
82 係止突条
83 抜止突起
84 長溝
85 第一コンタクト
86 第一接触片
87 第二コンタクト
88 第二接触片
90 ワイヤーボンディング
92 短絡用コネクタ
AL 配光レンズの軸線(基準線)
S 環状隙間
本実施形態はLEDモジュール10を照明器具66(図26〜図30参照)の光源として利用したものである。
LEDモジュール10(半導体発光素子モジュール)は、LED用ホルダ15(半導体発光素子用ホルダ)にLED62、ワイヤーボンディング64、及び封止剤(さらに場合によっては後述するワイヤーボンディング90)を取り付けて一体化したものである。まずはLED用ホルダ15の詳しい構造及び製造要領について説明する。
照明器具66は金属板からなるシャシー68(放熱部材)を具備している。LEDモジュール10は、そのヒートシンク45の当接面48をシャシー68の上面に接触させた状態でシャシー68に対して固定してある。
さらに照明器具66は、LEDモジュール10に対して着脱可能な配光レンズ70(光学素子)及びコネクタ付ケーブル75を具備している。
第一配光レンズ71は、上下方向(LED62と配光レンズ70の対向方向)に延びる軸線AL(図16〜図19、図23参照)を中心とする円環状の回転対称体である本体部71aと、本体部71aの下面に突設した計4本の固定脚71c(被支持部)と、を具備している。本体部71aの中心部には断面円形の支持部71bが貫通孔として形成してある。
第二配光レンズ72は、その上部を構成する嵌合部73と、その下部を構成する突出部74と、を一体的に有している。嵌合部73は軸線AL(基準線)を中心とする円柱体であり、その外径は支持部71bの内径と略同一である。突出部74は第一配光レンズ71の軸線ALを中心とする円錐体である。即ち、突出部74の外周面である傾斜反射面74aは、軸線ALを中心としかつ上方から下方に近づくにつれて軸線ALに対する直交方向距離(径方向距離)を徐々に減じる円錐面である。さらに傾斜反射面74a全体には、傾斜反射面74a(第二配光レンズ72)よりも可視光反射率が高い円錐面コーティング74b(例えば蒸着やスパッタリングにより形成した銀等の薄膜コーティングや、ポリウレタン樹脂に酸化チタン(TiO2)等を混合したもの等)が施してある。
配光レンズ70は、第二配光レンズ72の嵌合部73を第一配光レンズ71の支持部71bに対して固定状態で嵌合(圧入)し、第一配光レンズ71及び第二配光レンズ72の上面を同一面上に位置させる(連続させる)ことにより構成してある。なお、嵌合部73と支持部71bの固定状態を保持する機械的なロック手段(図示略)を設けたり、接着により当該固定状態を保持してもよい。第一配光レンズ71及び第二配光レンズ72の上面には、第一配光レンズ71及び第二配光レンズ72の上面よりも光の拡散機能(上方に向かう照明光を拡散させる機能)が高い拡散コーティング71d、73aが施してある。
このようにして構成した配光レンズ70は、4つの固定脚71cを対応する係合孔20C及び係合孔21Cに対して嵌合(圧入)することにより、LEDモジュール10に対して固定状態で装着してある(但し、着脱可能)。配光レンズ70をLEDモジュール10に取り付けると、本体部71a及び第二配光レンズ72の下面(傾斜反射面74a)がLEDモジュール10と隙間を形成しながら軸線AL方向に対向する(図23参照)。また軸線ALがLED支持部49の取付面49a(及び各LED62の上面に形成された平面状の発光面)に対して直交する。
図30に示す照明器具66は、LED62のワイヤーボンディング64を介したワイヤー接続部20A及びワイヤー接続部21Aに対する接続態様が図29とは異なる(ワイヤーボンディング90がない点を除いて図28と同じ)点を除いて図29と同じ構成である。
さらに第二配光レンズ72の突出部74に形成する傾斜反射面74aの形状が比較的単純なので、第二配光レンズ72(及び配光レンズ70)は照明光を軸線ALに対する直交方向(左右方向)(及び当該直交方向の周辺方向)に効率よく反射できるにも拘わらず、その製造コストは高くなり難い。
また第二配光レンズ72の重要な構成は傾斜反射面74a(表面に円錐面コーティング74bを施してある)であり、その他の部位の厚みや形状は設計的自由度が高いので、第二配光レンズ72を低背(第二配光レンズ72の上下寸法を小さくすること)にすることが可能である。
さらに、照明機器等の要求仕様に対応した様々な第一配光レンズ71の形態(大きさ・形状等)に第二配光レンズ72の形態(大きさ・形状等)を対応させることが可能である。例えば、図33に示すように、第一配光レンズ71の上面及び第二配光レンズ72の上面を曲面(例えば球面の一部をなす曲面)により構成し、第二配光レンズ72全体を上記実施形態より低背にしてもよい。
第二配光レンズ72の突出部74(傾斜反射面74a)は完全な円錐形状である必要はない。例えば、側面図である図34(a)に示すように突出部74の先端(下端)を軸線ALに対して直交する平面で切断してもよい。また図34(a)に仮想線で示したように、突出部74の先端を半球状(又は略半球状)に構成してもよい。さらに側面図である図34(b)に仮想線で示したように、突出部74の外周面を完全な円錐面(傾斜反射面74a)よりも外周側に僅かに膨らんだ曲面からなる傾斜反射面74a’(軸線ALを中心とする回転対称面)により構成してもよい。また下方から見た斜視図である図34(c)に示すように突出部74の外周面を(軸線ALを中心とする)多角錐面(図34(c)の突出部74は四角錐であるが、四角錐以外の多角錐でもよい)からなる傾斜反射面74a’’により構成してもよい。これら各変形例の突出部74の外周面(傾斜反射面)は、特許請求の範囲の「錐体」に含まれるものである。
さらに配光レンズ70をLEDモジュール10とは別の部材に固定してもよい。例えば、照明器具66を液晶表示装置用のバックライトとして使用する場合に、液晶表示装置の筐体に配光レンズ70を固定してもよい。
Claims (5)
- ベース部材と、
該ベース部材に固定した半導体発光素子と、
該半導体発光素子と対向する光学素子と、
を備え、
上記光学素子が、
上記半導体発光素子側に突出する突出部と、
上記半導体発光素子と上記光学素子の対向方向に延びる直線的な基準線に対して傾斜し、かつ上記光学素子側から上記半導体発光素子側に近づくにつれて上記基準線からの直交方向距離が徐々に短くなる、上記突出部の外面に形成した傾斜反射面と、
を備えることを特徴とする照明器具。 - 請求項1記載の照明器具において、
上記突出部が、上記基準線を中心としかつ上記光学素子に近づくにつれて上記直交方向距離を徐々に減じる錐体であり、
該錐体の外面が、上記基準線の周囲に位置する環状の上記傾斜反射面を構成する照明器具。 - 請求項1または2記載の照明器具において、
上記光学素子が、
上記ベース部材に対して固定状態で支持される被支持部を備える照明器具。 - 請求項1から3のいずれか1項記載の照明器具において、
上記光学素子が、
上記突出部を有する第一光学素子と、
該第一光学素子が固定状態で嵌合する貫通孔又は凹部からなる支持部を有する第二光学素子と、
を備える照明器具。 - 請求項1から4のいずれか1項記載の照明器具において、
上記傾斜反射面に、該傾斜反射面よりも光の反射率が高いコーティングを施した照明器具。
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