JP4876452B2

JP4876452B2 - 照明装置

Info

Publication number: JP4876452B2
Application number: JP2005187257A
Authority: JP
Inventors: 稔前原
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2005-06-27
Filing date: 2005-06-27
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2025-06-27
Also published as: JP2007005257A

Description

本発明は、固体発光素子を用いた照明装置に関するものである。

近年、照明装置において、キャリア注入型の固体発光素子である有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、有機ＥＬ素子）を用いることが提案されている。

有機ＥＬ素子は、有機薄膜を電極で挟んだ構造をしており、電極から注入されたキャリアが有機薄膜内で再結合し、この再結合のエネルギーによって励起された有機分子が基底状態に戻るときに放出する光を利用するものである。有機薄膜を挟む電極の少なくとも一方には、光を取り出すために透明な材料が用いられる。有機ＥＬ素子の特徴としては、構造が簡単なため非常に軽く薄くすることができる点や、数Ｖ〜数十Ｖ程度の直流低電圧で駆動されるため駆動回路が簡単である点が挙げられる。

ここで、一般に有機物は絶縁体であるが、有機ＥＬ素子においては有機薄膜を非常に薄く（例えば、０．１μｍ〜０．２μｍ）することにより、電流の注入を可能としている。このように、有機薄膜が非常に薄いことから、電極に異物が付着したり、電極の表面に凹凸が生じたりすると、電極間で短絡が発生する可能性があった。特に、複数個の有機ＥＬ素子を電源に対して並列に接続して用いた場合、１個の有機ＥＬ素子で短絡が発生すると、電源電圧が低下することにより他の全ての有機ＥＬ素子までも消灯してしまう。

そこで、図１６に示すように、基板２上に形成された陽極電極３１との間に有機薄膜３２を挟む陰極電極３３と、複数個の陰極電極３３を連結する帯状導体４３とを、過電流で溶断する程度に細く形成された溶断部４３ａを介して接続することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この構成によれば、陽極電極３１と陰極電極３３とが短絡した場合には、短絡が発生した陰極電極３３と帯状導体４３との間の溶断部４３ａが過電流で溶断することにより、短絡が発生した陰極電極３３のみが切り離されるから、全体が消灯することは避けられる。
特開２００４−２８８６３２号公報

しかし、溶断部４３ａが溶断すると、短絡が発生した部位は消灯することになり、その後再び全体を発光させるように修理することが困難であったため、保守性が低かった。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、保守性を向上した照明装置を提供することにある。

請求項１の発明は、少なくとも２個の電極を有し電極間に通電されることにより発光する固体発光素子と、それぞれ固体発光素子の電極に電気的に接続され直流電源に電気的に接続される少なくとも２個の端子と、固体発光素子並びに各端子を保持する基板と、を有する発光ユニットを複数個備え、これらの発光ユニットはそれぞれ交換可能に直流電源に対し互いに並列に接続されており、交換可能な発光ユニット毎に設けられて、固体発光素子への給電路に挿入され過電流により固体発光素子への給電を遮断する遮断手段を備え、遮断手段として、固体発光素子に直列に接続されたスイッチング素子を含み固体発光素子に短絡が発生して過電流が流れたときに該スイッチング素子がオフされるように構成された保護回路を備えることを特徴とする。

この発明によれば、電極間に短絡が発生した場合には、発光ユニットと遮断手段とを交換すれば、短絡が発生する前の状態を復元することができるから、１個の基板に全ての固体発光素子を設ける場合に比べて保守性が向上する。また、遮断手段としてヒューズを用いる場合と違い、短絡が発生した後でも遮断手段を再利用することができるから、維持コストの低減が可能となる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、遮断手段は、発光ユニットにおいて固体発光素子の少なくとも一方の電極と端子との間に挿入されていることを特徴とする。

この発明によれば、遮断手段を発光ユニットに設けたことにより、電極間に短絡が発生した場合には発光ユニットのみを交換すればよいから、遮断手段を発光ユニットとは別途に設ける場合に比べて更に保守性が向上する。

本発明は、少なくとも２個の電極を有し電極間に通電されることにより発光する固体発光素子と、それぞれ固体発光素子の電極に電気的に接続され直流電源に電気的に接続される少なくとも２個の端子と、固体発光素子並びに各端子を保持する基板とをそれぞれ有し直流電源に対し互いに並列に接続される複数個の発光ユニットと、発光ユニット毎に設けられてそれぞれ固体発光素子への給電路に挿入され過電流により固体発光素子への給電を遮断する複数個の遮断手段とを備えるので、電極間に短絡が発生した場合には、発光ユニットと遮断手段とを交換すれば、点灯する発光ユニットの総数を復元することができるから、１個の基板に全ての固体発光素子を設ける場合に比べて保守性が向上する。また、遮断手段としてヒューズを用いる場合と違い、短絡が発生した後でも遮断手段を再利用することができるから、維持コストの低減が可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施形態１）
本実施形態は、図２に示すように、複数個の発光ユニット１を、直流電源Ｅに対して並列に接続したものである。

直流電源Ｅは、例えば図３に示すように、商用電源ＡＣの交流出力を全波整流するダイオードブリッジＤＢと、ダイオードブリッジの出力端間に接続された例えばＦＥＴからなるスイッチング素子ＱとインダクタＬとコンデンサＣとの直列回路と、インダクタＬとコンデンサＣとの直列回路の両端間に接続されたダイオードＤと、コンデンサＣの両端電圧すなわち直流電源Ｅの出力電圧をスイッチング素子Ｑをオンオフ制御することにより制御する駆動／制御回路Ｅ１とを備えるいわゆるバック・コンバータからなる。

発光ユニット１は、図１に示すように、例えばガラスのような透光性を有する絶縁材料からなる基板２と、基板２上に設けられた有機ＥＬ素子３とを有する。有機ＥＬ素子３は、例えばインジウム・すず酸化物（Indium Tin Oxide：ITO）のような透光性を有する導電材料からなり基板２上に設けられた陽極電極３１と、陽極電極３１上に設けられ厚さ方向に通電されることにより発光する有機薄膜３２と、例えば金属製の導電パターンからなり有機薄膜４をその厚さ方向において陽極電極３１との間に挟む陰極電極３３とを有する。陽極電極３１は、電線ＬＥを介して直流電源Ｅに電気的に接続される端子でもある。また、基板２には、陰極電極３３に連続した導電パターンとして形成され電線ＬＥを介して直流電源Ｅに接続される端子４３も設けられている。基板２と有機薄膜３２とはそれぞれ例えば互いに辺を平行とする矩形状に形成されている。

さらに、端子４３と陰極電極３３との間には、電極３１，３３間が短絡したときに過電流により溶断する程度に細く形成された遮断手段としての溶断部４３ａを設けている。溶断部４３ａの溶断電流は、例えば定格電流の２倍〜３倍程度とすれば、短絡発生時に確実に溶断する。

上記構成によれば、短絡発生時には短絡が発生した発光ユニット１のみが消灯するから容易に故障箇所を発見することができる。また、短絡が発生した有機ＥＬ素子３への電源の供給が停止されるから、短絡発生時の直流電源Ｅや直流電源Ｅに接続された他の回路部品への電気的ストレスを低減することができる。さらに、短絡が発生した発光ユニット１を交換すれば、短絡発生前の状態に容易に復元することができるから、従来例のように全ての有機ＥＬ素子３を１個の基板２上に設ける場合に比べて保守性が向上する。また、従来例に比べ、１個の基板２に形成される導電パターンの形状が単純となることにより、抜き取り検査におけるサンプル１個当たりの製造コストが低減されるから、溶断部４３ａのテストに必要なコストが低減される。

（実施形態２）
本実施形態の基本構成は実施形態１と共通であるので、共通する部分については同じ符号を付して図示及び説明を省略する。

本実施形態では、図４及び図５に示すように、実施形態１の端子４３や溶断部４３ａを設ける代わりに陰極電極３３を電線ＬＥを介して直流電源Ｅに接続し、陽極電極３１を直流電源Ｅに直接接続する代わりに、例えば金属薄膜からなり電線ＬＥを介して直流電源Ｅに電気的に接続される端子４１を設け、過電流により溶断する金属製の細線からなる遮断手段としてのヒューズＦを介して端子４１と陽極電極３１とを接続している。ヒューズＦの溶断電流は、例えば定格電流の２倍〜３倍程度とすれば、短絡発生時に確実に溶断する。以下、上下方向は図４を基準として説明する。

なお、ヒューズＦは、図４や図５に示すような露出型に限られず、図６（ａ）に示すようなピン挿入実装型のヒューズＦや、図６（ｂ）や図７に示すような表面実装型のヒューズＦを用いてもよい。いずれの場合にも、光を遮らないように、端子４１及びヒューズＦを設ける位置は基板２の端部としている。ここで、図４や図６（ａ）（ｂ）では、分かりやすくするために陽極電極３１，有機薄膜３２，陰極電極３３及び端子４１の厚さを実際よりも大きく描いているが、実際にはこれらは基板２に比して非常に薄い。

さらに、図８（ａ）（ｂ）に示すように、基板２において発光する部位を露出させる貫通穴（図示せず）を有する枠形状のプリント配線板５を基板２の下側に取り付け、それぞれ電線ＣＷを介して電極３１、３３に電気的に接続されるとともに電線ＬＥを介して直流電源Ｅに電気的に接続される端子としての導電パターン５１をプリント配線板５の上面に設け、過電流により溶断する溶断部５１ａを一方の導電パターン５１に設け又は導電パターン５１上にヒューズＦを実装してもよい。基板２をプリント配線板５に結合させるには、例えば、プリント配線板５に結合し基板２の４隅付近をプリント配線板５との間に挟む４個の固定具（図示せず）を用いる。この構成を採用すれば、基板２の下側からヒューズＦや電線ＣＷ，ＬＥなどを見えなくして見栄えを向上することができる。また、プリント配線板５には透光性が不要であるために基板２よりも機械的強度を確保しやすいから、複数個の発光ユニット１を保持する装置本体（図示せず）に発光ユニット１を取り付ける際にはプリント配線板５を装置本体に結合させるようにすれば、基板２を装置本体に結合させる場合に比べて装置本体への発光ユニット１の取り付けが容易となる。

さらに、遮断手段として、図９に示すように、有機ＥＬ素子３への給電路に挿入されたスイッチング素子Ｑ１を含み過電流によりスイッチング素子Ｑ１がオフされるように構成された保護回路を設けてもよい。図９の回路について具体的に説明すると、有機ＥＬ素子３に直列に接続されたトランジスタからなる第１のスイッチング素子Ｑ１と抵抗Ｒ５との直列回路と、有機ＥＬ素子３と第１のスイッチング素子Ｑ１と抵抗Ｒ５との直列回路に並列に接続された抵抗Ｒ１，Ｒ２とトランジスタからなる第２のスイッチング素子Ｑ２との直列回路と、抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続点と第１のスイッチング素子Ｑ１のベースとの間に接続された抵抗Ｒ４と、有機ＥＬ素子３と第１のスイッチング素子Ｑ１との接続点と第２のスイッチング素子Ｑ２のベースとの間に接続された抵抗Ｒ３とからなる。すなわち、通常は第２のスイッチング素子Ｑ２がオフされて第１のスイッチング素子Ｑ１がオンされることにより有機ＥＬ素子３への給電がなされるが、有機ＥＬ素子３に短絡が発生して過電流が流れたときには第２のスイッチング素子Ｑ２がオンされて第１のスイッチング素子Ｑ１がオフされることにより有機ＥＬ素子３への給電が停止されるものである。保護回路を構成する素子である抵抗Ｒ１〜Ｒ５とスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２とは、基板２に実装してもよいし、それぞれ上述したプリント配線板５の上面に実装してもよい。上記構成によれば、保護回路はヒューズＦと違って動作後も再利用可能であるから、遮断手段としてヒューズＦを用いる場合に比べて維持コストが低減される。特に、保護回路をプリント配線板５に実装した場合、短絡発生時には基板２の部分のみを交換すればよく、プリント配線板５の部分はそのまま再利用することができる。

（実施形態３）
本実施形態の基本構成は実施形態２と共通であるので、共通する構成については同じ符号を付して図示及び説明を省略する。

本実施形態は、基板２を通して電線ＣＷやヒューズＦが見えないように覆う図１０に示すような枠体６を基板２の下側に取りつけたものである。さらに、それぞれ電線ＣＷを介して電極３３又は端子４１に電気的に接続された突出端子７を、枠体６の水平方向（図１０における上下方向）の両側に突出させている。なお、端子４１を設けて端子４１と陽極電極３１とを表面実装型のヒューズＦを介して接続する代わりに、図１１に示すようにヒューズＦが一体化された電線ＣＷを介して陽極電極３１と突出端子７とを接続してもよいさらに、ヒューズＦに代えて、実施形態１や実施形態２で示した他の各種の遮断手段を設けてもよい。

突出端子７は、例えば図１２に示すように、絶縁被覆を有さず直流電源Ｅに接続された電線ＮＬに接触導通することにより、電線ＮＬを介して直流電源Ｅに電気的に接続される。

この構成を採用すれば、電線ＣＷやヒューズＦを隠して見栄えを向上することができる。

（実施形態４）
本実施形態の基本構成は実施形態３と共通であるので、共通する部分については同じ符号を付して図示及び説明を省略する。

本実施形態は、図１３に示すように、ヒューズＦを発光ユニット１とは別に設けている。

詳しく説明すると、図１４及び図１５に示すように、発光ユニット１の光を通過させる開口８１ａが下面に設けられ複数個の発光ユニット１を収納するダクト８１と、それぞれダクト８１内に保持され直流電源Ｅに電気的に接続される２個の導電バー８２と、それぞれヒューズＦを介して一方の導電バー８２に電気的に接続された複数個（図では４個）の電極８３とを有する装置本体８を備える。発光ユニット１は、一方の突出端子７が１個の電極８３に接触導通してヒューズＦを介して一方の導電バー８２に電気的に接続され、他方の突出端子７が他方の導電バー８２に接触導通することにより、直流電源Ｅに電気的に接続される。つまり、発光ユニット１は、図１５に矢印で示すように電極８３と導電バー８２との間に配置される。導電バー８２及び電極８３は、それぞれ例えばダクト８１内で水平方向に対向する内面に設けられた溝８１ｂ，８１ｃに嵌合することによってダクト８１に保持され、発光ユニット１は、例えば各突出端子７が溝８１ｂ，８１ｃの下面に載置されることによってダクト８１に支持される。

ところで、実施形態１〜４では固体発光素子として有機ＥＬ素子３を例に挙げて説明したが、固体発光素子は有機ＥＬ素子３に限られず、電極間に短絡が発生する可能性のある固体発光素子であれば有機ＥＬ素子３以外であっても本発明は有効である。

実施形態１における発光ユニット１を示す平面図である。同上の構成を示す概略構成図である。直流電源の一例を示す回路図である。実施形態２を示す断面図である。同上を示す斜視図である。（ａ）（ｂ）はそれぞれ同上の別の例の要部を示す断面図であり、（ａ）（ｂ）は互いに異なる例を示す。図６（ｂ）に示した別の例を示す斜視図である。同上の更に別の例を示す平面図であり、（ａ）は遮断手段としてヒューズを用いた例を示し、（ｂ）は遮断手段として導電パターンの溶断部を用いた例を示す。同上の別の例における遮断手段としての保護回路を示す回路図である。実施形態３を示す下面図である。同上の別の例を示す平面図である。同上を示す斜視図である。実施形態４を示す概略構成図である。同上の装置本体を示す一部破断した斜視図である。同上の装置本体の内部構造を示す説明図である。従来例を示す平面図である。

符号の説明

１発光ユニット
２基板
３有機ＥＬ素子
７突出端子
３１陽極電極
３２有機薄膜
３３陰極電極
４１，４３端子
４３ａ，５１ａ溶断部
Ｆヒューズ

Claims

少なくとも２個の電極を有し電極間に通電されることにより発光する固体発光素子と、それぞれ固体発光素子の電極に電気的に接続され直流電源に電気的に接続される少なくとも２個の端子と、固体発光素子並びに各端子を保持する基板と、を有する発光ユニットを複数個備え、これらの発光ユニットはそれぞれ交換可能に直流電源に対し互いに並列に接続されており、交換可能な発光ユニット毎に設けられて、固体発光素子への給電路に挿入され過電流により固体発光素子への給電を遮断する遮断手段を備え、遮断手段として、固体発光素子に直列に接続されたスイッチング素子を含み固体発光素子に短絡が発生して過電流が流れたときに該スイッチング素子がオフされるように構成された保護回路を備えることを特徴とする照明装置。
遮断手段は、発光ユニットにおいて固体発光素子の少なくとも一方の電極と端子との間に挿入されていることを特徴とする請求項１記載の照明装置。