JP4561954B2

JP4561954B2 - 発光装置

Info

Publication number: JP4561954B2
Application number: JP2003290676A
Authority: JP
Inventors: 桂輔小野; 恵一清水
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2003-08-08
Filing date: 2003-08-08
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2023-08-08
Also published as: JP2005064145A

Description

本発明は、発光素子を光源とする発光装置に関する。

従来、発光素子として例えば固体発光素子である発光ダイオードを光源とする照明装置などの発光装置では、基板の実装面に複数の発光ダイオードを実装し、この基板の実装面から所定の距離をあけた前方位置にレンズ体を配置している。

レンズ体には、各発光ダイオードの前方位置に各発光ダイオードから前方へ向かう光を入射して光の出射方向つまり配光を制御するレンズがそれぞれ設けられている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００２−３０４９０４号公報（第５−６頁、図１、図５）

しかしながら、各発光ダイオードの前方位置にそれぞれ配置された各レンズによって各発光ダイオードから前方へ向かう光のみを入射して配光を制御するため、発光ダイオードから前方以外の斜め横方向などへ向かう光はレンズに入射せず、発光ダイオードから発光した光の利用効率が低く、発光装置としての明るさに影響を与えている。

発光装置としての明るさを確保するためには、発光ダイオードに流す電流を増加することが考えられるが、電力消費が増加し、発熱量が増加して発光ダイオードの寿命が短くなる。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、発光素子から発光した光の利用効率を高め、明るさを向上できる発光装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発光装置は、発光素子と；発光素子の両端がはんだ接続されて実装される実装面を有する基板と；基板の実装面に接触する接触部、この接触部の内側で発光素子を収容する収容空間部、この収容空間部に臨み発光素子から発光した光が入射する入射面、入射面から入射した光を表面側へ向けて反射させる反射面、入射面から入射した直接光および反射面で反射した反射光を表面側へ出射させる出射面、および基板にはんだ接続される発光素子の両端方向に対応した方向でかつ発光素子から発光した光が向かう発光範囲外に接触部の内側の収納空間部と接触部の外側とを連通して設けられた切欠部を有する制光体と；を具備しているものである。

そして、この構成では、発光素子から発光した光がこの発光素子を収容する制光体の収容空間部に臨む入射面に入射し、入射面から入射した光が反射面で反射し、これら入射面から入射した直接光および反射面で反射した反射光が制光体の出射面から出射するため、発光素子から発光した光の利用効率が高くなり、明るさが向上する。さらに、制光体の接触部には、発光素子から発光した光が向かう発光範囲外に、接触部の内側の収納空間部と接触部の外側とを連通する切欠部を設けたため、発光素子の発熱による収納空間部内の熱気が切欠部を通じて排気され、発光素子の温度上昇が抑制される。さらに、制光体の切欠部を、基板にはんだ接続される発光素子の両端方向に対応して設けたため、切欠部内に発光素子のはんだ部分を位置させることが可能で、制光体が小形になる。

請求項２記載の発光装置は、請求項１記載の発光装置において、基板に接触する基部、制光体に係合しこの制光体を介して基板を基部に接触させる係合部を有する放熱ケースを備えたものである。

そして、この構成では、放熱ケースの係合部を制光体に係合させることで、制光体を介して基板が放熱ケースの基部に密着し、基板の熱が放熱ケースに効率よく伝達され、放熱性が向上する。

請求項３記載の発光装置は、請求項１記載の発光装置において、基板と制光体とに互いに連結する連結手段を設けたものである。

そして、この構成では、基板と制光体とに設けた連結手段によって、基板と制光体とを互いに連結できるため、別の部品を用いることなく、基板の発光素子と制光体との位置決め精度が容易に確保され、所望の配光が得られる。

請求項１記載の発光装置によれば、発光素子から発光した光がこの発光素子を収容する制光体の収容空間部に臨む入射面に入射し、入射面から入射した光が反射面で反射し、これら入射面から入射した直接光および反射面で反射した反射光が制光体の出射面から出射するため、発光素子から発光した光の利用効率を高め、明るさを向上できる。さらに、制光体の接触部には、発光素子から発光した光が向かう発光範囲外に、接触部の内側の収納空間部と接触部の外側とを連通する切欠部を設けたため、発光素子の発熱による収納空間部内の熱気を切欠部を通じて排気でき、発光素子の温度上昇を抑制できる。さらに、制光体の切欠部を、基板にはんだ接続される発光素子の両端方向に対応して設けたため、切欠部内に発光素子のはんだ部分を位置させることができ、制光体を小形にできる。

請求項２記載の発光装置によれば、請求項１記載の発光装置の効果に加えて、放熱ケースの係合部を制光体に係合させることで、制光体を介して基板を放熱ケースの基部に密着させることができ、基板の熱を放熱ケースに効率よく伝達でき、放熱性を向上できる。

請求項３記載の発光装置によれば、請求項１記載の発光装置の効果に加えて、基板と制光体とに設けた連結手段によって、基板と制光体とを互いに連結できるため、別の部品を用いることなく、基板の発光素子と制光体との位置決め精度を容易に確保でき、所望の配光を得ることができる。

以下、本発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。

図１ないし図５に第１の実施の形態を示し、図１は発光装置の説明図、図２は発光装置の断面図、図３は発光装置の平面図、図４は発光装置の断面図、図５は発光装置の発光素子と切欠部との位置関係を示す説明図である。

図１ないし図４において、11は発光装置で、この発光装置11は、発光素子として固体発光素子である複数の発光ダイオード12を１列状に間隔をあけて配列した発光モジュールとして構成されている。

発光装置11は、例えばプラスチックなどの絶縁性を有する長方形板状の基板13を有し、この基板13の一面が実装面14であり、この実装面14には発光ダイオード12が接続される配線回路が形成されている。

発光ダイオード12は、チップ状で、長手方向の両端にアノードおよびカソードの電極15をそれぞれ有するとともにこれら両端の電極15間の中央に光を発光する発光部16を有し、両端の電極15の端面がはんだ17によって基板13の配線回路に電気的および機械的に接続されている。発光部16から垂直に光を出射する方向を光軸Ｘとし、この光軸Ｘを中心とする所定角度範囲が発光部16から発光した光が向かう発光範囲αとしている。基板13に実装される発光ダイオード12は、アノードとカソードの両端の電極15を結ぶ長手方向が隣り合う発光ダイオード12同士で９０°ずつ異なり、配光特性が均一化するように配列されている。発光ダイオードの発光色は、照明用として白色が用いられるが、他の単色の色や、複数色を用いてもよい。

また、基板13の実装面14側には、発光ダイオード12から発光した光を制光して配光を制御する制光体21が配設されている。この制光体（レンズ）21は、導光性を有する透明な樹脂製またはガラス製で一体に形成され、各発光ダイオード12の配列に対応して複数の制光部（レンズ部）22が１列状に形成されている。

各制光部22には、基板13の実装面14に接触する正方形枠状の接触部23が形成され、この接触部23の内側に発光ダイオード12を収容する直方体状の収容空間部24が形成され、この収容空間部24に臨む内面に発光ダイオード12から発光した光が入射する入射面25が形成され、四角形枠状の接触部23の周囲の各辺から表面側へ向けて拡開し入射面から入射した光を表面側へ全反射させる４面の反射面26が形成され、表面側には入射面25から入射した直接光および反射面26で反射した反射光を表面側へ出射させる正方形の出射面27が形成されている。入射面25は、発光ダイオード12から発光した光が向かう発光範囲αの全域にわたって設けられている。

各制光部22は出射面27側が連なって１列状に一体に形成され、その列方向と交差する両側にフランジ部28が形成されている。

接触部23を構成する四方の壁面のうち、発光ダイオード12の両端の電極15の方向に対応する２方向の壁面で、発光ダイオード12から発光した光が向かう発光範囲α外の領域に、接触部23の内側の収納空間部24と接触部23の外側とを連通する切欠部29が形成されている。図５に示すように、切欠部29の基板13からの高さは、発光ダイオード12から発光した光が向かう発光範囲α外の領域で、発光ダイオード12の基板13からの高さよりも高くし、切欠部29の開口量を大きくし、通気性つまり放熱性を向上させている。

また、基板13と制光体21とを位置決め固定するとともに基板13の熱を放熱させる放熱ケース31を備えている。この放熱ケース31は、基板13より放熱性を有する例えばアルミニウムなどの金属製や樹脂製などで一体形成され、基板13の実装面14と反対の他方の面の全域に接触する長方形板状の基部32、この基部32の長手方向と交差する両側から突出して制光体21の両側に沿って係合しこの制光体21を介して基板13を基部32に押し付けて密着させる係合部33を有し、断面略コ字形で基板13および制光体21の長手方向の寸法と略同一に形成されている。両側の係合部33は、基板13の両側および制光体21の両側のフランジ部28を挟み込むことで基板13の実装面14に平行な方向に基板13と制光体21とを位置決め保持し、さらに、両側の係合部33の先端に制光体21の両側のフランジ部28の表面側つまり出射面27の有効領域の両外側に係合する爪部34が形成されている。

そして、発光ダイオード12の点灯時には、発光部16から発光した光を発光範囲α内へ出射し、この発光範囲α内へ出射した全ての光が制光体21の入射面25に到達し、制光体21内に入射する。制光体21内に入射した光は、直接光として出射面27から光軸Ｘ方向へ直接出射し、または反射面26で反射して反射光として出射面27から光軸Ｘ方向へ出射する。

このように、発光ダイオード12から発光範囲αの全域へ向かう全ての光が制光体21の入射面25に入射し、すなわち発光ダイオード12から発光した光がこの発光ダイオード12を収容する制光体21の収容空間部24に臨む入射面25に入射し、入射した光が制光体21の出射面27から出射するため、発光ダイオード12から発光した光の利用効率を高め、明るさを向上できる。そのため、従来に比べて、所望の明るさが低電力消費で実現でき、発光ダイオード12の発熱量を低減でき、長寿命化できる。

また、制光体21の接触部23には、発光ダイオード12から発光した光が向かう発光範囲α外に、接触部23の内側の収納空間部24と接触部23の外側とを連通する切欠部29を設けたため、発光ダイオード12の発熱による収納空間部24内の熱気を切欠部29を通じて外部に排気でき、発光ダイオード12の温度上昇を抑制できる。そのため、発光ダイオード12の温度上昇を抑制できることにより、上述した発光ダイオード12の発熱量を低減できることとの相乗効果により、発光ダイオード12をより長寿命化できる。

また、制光体の切欠部29を、基板12にはんだ17で接続される発光ダイオード12の両端方向に対応して設けたため、切欠部29内に発光ダイオード12のはんだ17の部分を位置させることができ、発光ダイオード12のはんだ17による基板13への実装が可能で、制光体21を小形にできる。

また、放熱ケース31によって基板13と制光体21とを位置決め保持するため、別のねじなどの締結部品を使用することがなく、部品点数を削減し、組立性を向上でき、小形に構成できる。さらに、放熱ケース31の係合部33を制光体21に係合し、この制光体21を介して基板13を放熱ケース31の基部32に密着させることができ、発光ダイオード12から基板13に伝わった熱を放熱ケース31に効率よく伝達でき、放熱性を向上でき、発光ダイオード12を長寿命化できる。しかも、放熱ケース31の係合部33が制光体21の長手方向に沿って設けられているため、制光体21を長手方向に均一に押えることができ、基板13と放熱ケース31の基部32との密着性を高めることができる。

次に、図６ないし図８に第２の実施の形態を示す。図６は発光装置の断面図、図７は発光装置の平面図、図８は発光装置の端面図である。

放熱ケース31に代えて、基板13と制光体21とに互いに連結する連結手段41が設けられている。この連結手段41は、基板13の長手方向の両端に設けられた溝部42と、制光体21の長手方向の両端から突設され基板13の溝部42に係合して基板13に連結する連結片43を有し、連結片43には基板13の実装面14と反対の面に係合する爪部44が形成されている。

そして、制光体21の両端の連結片43を基板13の両端の溝部42に嵌合し、両端の連結片43の爪部44を基板13に係合させることにより、基板13と制光体21とを互いに位置決めして連結できる。そのため、別の部品を用いることなく、基板13と制光体21とに設けた連結手段41によって、基板13と制光体21とを互いに連結でき、基板13の発光ダイオード12と制光体21との位置決め精度を容易に確保でき、所望の配光を得ることができる。

次に、図９および図１０に第３の実施の形態を示す。図９は発光装置の断面図、図１０は発光装置の平面図である。

連結手段41としては、基板13の長手方向の両端側に孔部47を設け、制光体21の長手方向の両端側に位置する制光部22の接触部23に突起部48を一体に設ける。孔部47と突起部48との嵌め合い公差は、突起部48を孔部47に打ち込むなどして圧入固定できる寸法とする。

そして、制光体21の両端の突起部48を基板13の両端の孔部47に圧入して固定することにより、基板13と制光体21とを互いに位置決めして連結できる。そのため、別の部品を用いることなく、基板13と制光体21とに設けた連結手段41によって、基板13と制光体21とを互いに連結でき、基板13の発光ダイオード12と制光体21との位置決め精度を容易に確保でき、所望の配光を得ることができる。しかも、基板13および制光体21の形状を簡単にできる。

次に、図１１に第４の実施の形態を示す。図１１は発光装置の断面図である。

連結手段41としては、第３の実施の形態の突起部48に代えて、制光体21の長手方向の両端側に位置する制光部22の接触部23に孔部51を設け、この孔部51にピン52を埋め込み固定する。

そして、制光体21の両端のピン52を基板13の両端の孔部47に圧入して固定することにより、基板13と制光体21とを互いに位置決めして連結できる。そのため、基板13と制光体21とに設けた連結手段41によって、基板13と制光体21とを互いに連結でき、基板13の発光ダイオード12と制光体21との位置決め精度を容易に確保でき、所望の配光を得ることができる。しかも、基板13および制光体21の形状を簡単にできる。

次に、図１２に第５の実施の形態を示す。図１２は発光装置の断面図である。

連結手段41としては、第４の実施の形態のピン52に代えて、基端側に径大部54を有するピン55を用いる。

そして、ピン55の先端を基板13の実装面14と反対の面側から孔部47に挿入して貫通させ、基板13の実装面14から突出するピン55の先端を制光体21の孔部51に圧入して固定することにより、ピン55の径大部54が基板13に当接し、基板13と制光体21とを互いに位置決めして確実に連結できる。そのため、別の部品を用いることなく、基板13と制光体21とに設けた連結手段41によって、基板13と制光体21とを互いに連結でき、基板13の発光ダイオード12と制光体21との位置決め精度を容易に確保でき、所望の配光を得ることができる。しかも、基板13および制光体21の形状を簡単にできる。

本発明の第１の実施の形態を示す発光装置の説明図である。同上発光装置の断面図である。同上発光装置の平面図である。同上発光装置の断面図である。同上発光装置の発光素子と切欠部との位置関係を示す説明図である。本発明の第２の実施の形態を示す発光装置の断面図である。同上発光装置の平面図である。同上発光装置の端面図である。本発明の第３の実施の形態を示す発光装置の断面図である。同上発光装置の平面図である。本発明の第４の実施の形態を示す発光装置の断面図である。本発明の第５の実施の形態を示す発光装置の断面図である。

11 発光装置
12 発光素子としての発光ダイオード
13 基板
14 実装面
21 制光体
23 接触部
24 収容空間部
25 入射面
26 反射面
27 出射面
29 切欠部
31 放熱ケース
32 基部
33 係合部
41 連結手段

Claims

発光素子と；
発光素子の両端がはんだ接続されて実装される実装面を有する基板と；
基板の実装面に接触する接触部、この接触部の内側で発光素子を収容する収容空間部、この収容空間部に臨み発光素子から発光した光が入射する入射面、入射面から入射した光を表面側へ向けて反射させる反射面、入射面から入射した直接光および反射面で反射した反射光を表面側へ出射させる出射面、および基板にはんだ接続される発光素子の両端方向に対応した方向でかつ発光素子から発光した光が向かう発光範囲外に接触部の内側の収納空間部と接触部の外側とを連通して設けられた切欠部を有する制光体と；
を具備していることを特徴とする発光装置。
基板に接触する基部、制光体に係合しこの制光体を介して基板を基部に接触させる係合部を有する放熱ケースを備えたことを特徴とする請求項１記載の発光装置。
基板と制光体とに互いに連結する連結手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の発光装置。