JP5192071B2 - 面発光照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の発光半導体素子を備える面発光照明装置に関する。

特許文献１では発光半導体素子からなる点状光源が複数配列された面発光照明装置が開示されている。図１０の平面図及び図１１の断面図に示すように、この面発光照明装置５４９は一枚の基板５４１ｂ上に複数のＬＥＤ５４１ａ（Light Emitting Diode)が平面上に配列され、筐体５４５に収納して面発光照明装置の大型化や輝度の向上が図られている。

特開２０１０−４４９２２号公報 特開２００９−９４０８７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の照明装置によると複数のＬＥＤ５４１ａのうち一つが断線や寿命などの理由により故障した場合、不良部分を取り替えるためには半田付けされたＬＥＤ５４１ａを基板５４１ｂから取り外して再度新しいＬＥＤ５４１ａを基板５４１ｂに半田付けする必要があった。このため、ＬＥＤ５４１ａの交換作業が複雑となり、特に小型のＬＥＤ５４１ａを半田付けするのはサイズ上困難であった。また、場合によっては基板５４１ｂごと交換して全てのＬＥＤ５４１ａを対象にリフロー工程を行う必要があった。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、発光半導体素子の取替え作業が容易な面発光照明装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明は、発光半導体素子と前記発光半導体素子を実装する実装基板と前記発光半導体素子に導通する入力端子を有する発光ユニットと、前記発光ユニットを複数収納し外部電源からの電力を前記発光ユニットに供給する出力端子を複数有する筐体を備え、前記入力端子と前記出力端子とを接続する接続手段により前記発光ユニットと前記筐体とが着脱自在に固定されることを特徴とする。

この構成によると、外部電源からの電力が接続手段を介して出力端子から入力端子を通り発光ユニットに供給される。また、複数の発光ユニットが接続手段を介して筐体に各々固定される。

また、本発明の面発光照明装置は、上記構成において、前記接続手段が嵌合する凸部と凹部により構成されることを特徴とする。

この構成によると、凸部と凹部を介して入力端子と出力端子が電気的に接続されるとともに凸部と凹部の嵌合により発光ユニットと筐体とが着脱自在に物理的に接続される。

また、本発明の面発光照明装置は、上記構成において、前記接続手段が導電性を有するマグネットを備えることを特徴とする。

この構成によると、導電性を有するマグネットを介して入力端子と出力端子が電気的に接続されるとともにマグネットの磁力により発光ユニットと筐体とが着脱自在に物理的に固定される。

また、本発明の面発光照明装置は、上記構成において、前記接続手段が弾性部材を備え、前記筐体は前記発光ユニットを囲む側壁を有し、前記実装基板の側面に設けられた前記入力端子と前記側壁に設けられた前記出力端子とが前記弾性部材の弾性力を利用して接続されることを特徴とする。

この構成によると、発光ユニットを囲む側壁と発光ユニットの側面の間で働く弾性部材の弾性力により発光ユニットが筐体内に保持される。

また、本発明の面発光照明装置は、上記構成において、前記発光半導体素子が前記実装基板上に複数配列することを特徴とする。

また、本発明の面発光照明装置は、上記構成において、前記発光半導体素子に制御信号を送る駆動回路が前記発光ユニットに設けられることを特徴とする。

また、本発明の面発光照明装置は、上記構成において、前記発光半導体素子からの光を拡散させる拡散部材を備えることを特徴とする。

また、本発明の面発光照明装置は、上記構成において、前記発光半導体素子からの光を集光させる集光部材を備えることを特徴とする。

本発明によると、筐体内に発光ユニットを収納したとき接続手段を介して入力端子と出力端子が電気的に接続され、外部電源から発光ユニットに電力を供給することができる。また、筐体内に複数の発光ユニットを収納し、各発光ユニットは接続手段を介して筐体に着脱自在に固定されるため、不良の発光半導体素子が実装された発光ユニットのみを筐体から取り外して発光半導体素子の取替え作業を効率よく実施することができる。

は、本発明の実施形態に係る面発光照明装置の分解概略斜視図である。 は、図１に示す面発光照明装置の分解概略断面図である。 は、本発明の実施形態に係る発光ユニットの概略断面図である。 は、本発明の実施形態に係る発光ユニットの一部を拡大して示す概略平面図である。 は、本発明の実施形態の変形例に係る面発光照明装置の一部を示す分解概略断面図である。 は、本発明の実施形態の変形例に係る面発光照明装置の概略断面図である。 は、図６の面発光照明装置の一部を拡大して示す概略断面図である。 は、本発明の実施形態の変形例に係る面発光照明装置の一部を示す分解概略断面図である。 は、本発明の実施形態に係る発光ユニットの概略平面図である。 は、従来の面発光照明装置の概略平面図である。 は、図１０に示す面発光照明装置の概略断面図である。

以下本発明をその実施形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明の実施形態に係る面発光照明装置の分解概略斜視図であり、図２は、図１に示す面発光照明装置の分解概略断面図である。なお、便宜上、部材符号等を省略する場合もあるが、かかる場合、他の図面を参照するものとする。

面発光照明装置４９は複数の発光ユニット４１と光拡散カバー４３とこれらを収容する筐体４５とを備える。発光ユニット４１は接続手段６１を介して筐体４５内に複数配列しており、接続手段６１はプラグ６１ａとコンセント６１ｂとで構成され、接続手段６１を介して発光ユニット４１と筐体４５とが電気的に導通するとともに着脱自在に筐体４５に固定される。これにより、筐体４５から不良な発光ユニット４１のみを着脱することができ、取り外した発光ユニット４１からＬＥＤ（Light Emitting Diode）４１ａを効率的に取替えることができる。なお、接続手段６１についての詳細は後述する。

発光ユニット４１は、ＬＥＤ４１ａとそれらを実装する実装基板４１ｂとプラグ６１ａを備える。ＬＥＤ４１ａは光を発する発光半導体素子（光源）であり、ＬＥＤ４１ａは実装基板４１ｂの基板面に形成される電極に実装される。また、実装基板４１ｂ上には光量確保のため複数のＬＥＤ４１ａが敷き詰められ、発光ユニット４１単体で面状光を照射する。

筐体４５の外側には供給電力調整機能を有する制御用ドライバー（駆動回路）７１が設けられる。実装基板４１ｂは実装基板４１ｂの裏面（ＬＥＤ４１ａの搭載面と反対の面）に設けられたプラグ６１ａと筐体４５に設けられたコンセント６１ｂを介してプラグ制御用ドライバー７１と電気的に繋がる。これにより、制御用ドライバー７１からの制御信号がＬＥＤ４１ａに到達し、ＬＥＤ４１ａは制御信号によって発光制御される。また、筐体４５内にはコンセント６１ｂが所定間隔で複数配列しており、各発光ユニット４１のプラグ６１ａをコンセント６１ｂに接続することにより、複数の発光ユニット４１の集合体により面発光照明装置４９全体で大判の面状光を照射することができる。ただし、図面では便宜上、一部のＬＥＤ４１ａ及び発光ユニット４１のみが示されているにすぎない。

なお、筐体４５内で隣接する発光ユニット４１を隙間無く密着して配置することにより、面発光照明装置４９の発光面５０全域から更にムラのない面状光を照射することができる。また、筐体４５内において、複数配列したコンセント６１ｂの一部に発光ユニット４１を取り付けない領域を設けることにより面発光照明装置４９全体の電力消費量を減らして省エネ対策を行うことができる。

なお、各発光ユニット４１を一括して駆動する制御用ドライバー７１を筐体４５の外側に設けてもよいし、各発光ユニット４１を駆動する制御用ドライバー７１を発光ユニット４１ごとに設けてもよい。この場合、図３に示すように実装基板４１ｂの裏面に制御用ドライバー７１を設けることができる。

光拡散カバー（拡散部材）４３は、複数の発光ユニット４１の集合体により構成される発光面に重なる板状の光学部材であり、各発光ユニット４１から発せられる光を受けその光を拡散させる。これにより、光拡散カバー４３は複数の発光ユニット４１の面状光を拡散させて面発光照明装置４９の発光面全域からムラのない面状光を出射することができる。

接続手段６１はプラグ６１ａとコンセント６１ｂで構成され、コンセント６１ｂはプラグ６１ａと嵌合する挿入孔６１ｃを有し、プラグ６１ａが挿入孔６１ｃに嵌合する。挿入孔６１ｃ内部に出力端子（図示しない）を有し、出力端子は制御用ドライバー７１と導通する。これにより、プラグ６１ａが入力端子として機能し、プラグ６１ａを挿入孔６１ｃに嵌合したときプラグ６１ａと出力端子が接続され、制御用ドライバー７１からの駆動信号が出力端子からプラグ６１ａを通り発光ユニット４１上のＬＥＤ４１ａに送られる。

また、プラグ６１ａを挿入孔６１ｃに挿入したときプラグ６１ａが挿入孔６１ｃ内で保持される。これにより、発光ユニット４１と筐体４５とが物理的に着脱自在に固定される。以上より、発光ユニット４１の取替え作業をプラグ６１ａとコンセント６１ｂの着脱のみで行うことができ、発光ユニット４１上の不点灯となったＬＥＤ４１ａの取替え作業を効率的に行うことができる。

次に発光ユニット４１について詳細に説明する。図４は発光ユニット４１の一部を拡大して示す概略平面図である。この図に示すように、ＬＥＤ４１ａは、アノード（プラス極）３１・カソード（マイナス極）３２を有する。そして、このアノード３１・カソード３２は、実装基板４１ｂ上に形成されるアノード配線３１ａ及びカソード配線３２ａと電気的に接続され、アノード配線３１ａ及びカソード配線３２ａは実装基板４１ｂの裏面に設けられたプラグ６１ａとそれぞれ繋がる。また、各挿入孔６１ｃ内に設けられた出力端子は筐体４５内のアノード配線及びカソード配線と繋がっている。

これにより、プラグ６１ａを挿入孔６１ｃに挿入したとき、コンセント６１ｂ側のアノード配線とプラグ６１ａ側のアノード配線３１ａとが導通するとともに、コンセント６１ｂ側のカソード配線とプラグ６１ａ側のカソード配線３２ａとが導通する。そして、制御用ドライバー７１からの駆動信号は出力端子からプラグ６１ａを通り発光ユニット４１上のＬＥＤ４１ａに送られる。

［その他の実施の形態］
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。

例えば、図５に示すように、筐体４５と発光ユニット４１とを接続する接続手段にコネクタ端子を用いてもよい。コネクタ端子は複数の凸状の入力端子２６１ａと、複数の挿入孔２６１ｃを備え、入力端子２６１ａを挿入孔２６１ｃに挿入することにより入力端子２６１ａと挿入孔２６１ｃに設けられた出力端子(図示しない)が接続される。コネクタ端子を用いることにより制御用ドライバー７１から複数の駆動信号をＬＥＤ４１ａに送ることができる。

また、図６に示すように、筐体４５と発光ユニット４１とを接続する接続手段に弾性部材を用いてもよい。具体的には入力端子３６１ａに弾性力を有するバネ端子を用い、入力端子３６１ａを実装基板４１ｂの対向する側面に設ける。また、筐体４５内部には筐体４５の底面４５ａから起立し発光ユニット４１を囲む側壁４５ｂを設けるとともに側壁４５ｂの入力端子３６１ａと対向する位置に出力端子３６１ｂを設ける。筐体４５内に発光ユニット４１を収納したとき入力端子３６１ａが側壁４５ｂに設けられた出力端子３６１ｂを押圧して発光ユニット４１が筐体４５内に保持される。これにより、入力端子３６１ａの弾性力を利用して発光ユニット４１と筐体４５とが着脱自在に固定される。

このとき、筐体４５の底面４５ａから起立する側壁４５ｂを格子状に設け、筐体４５内部を複数の空間に仕切ることにより、仕切られた空間毎に発光ユニット４１を収納することができる。

なお、図７は図６の面発光照明装置の一部を拡大して示す概略断面図であり、入力端子３６１ａは導電性を有する金属片で構成され、金属片の一端は実装基板４１ｂの側面まで延びたアノード配線（図示しない）又はカソード配線（図示しない）に連結する。また、金属片の他端は実装基板４１ｂの側面から離れる方向に延出しており、実装基板４１ｂの側面から離れる方向にバネ圧が発生する。なお、バネ端子は入力端子３６１ａに設ける場合に限定されず出力端子３６１ｂに設けてもよい。この場合、出力端子３６１ｂが発光ユニット４１の対向する側面を押圧して発光ユニット４１を挟持しながら保持する。また、バネ端子をさらに複数個所設けることにより発光ユニット４１を筐体４５内で安定的に保持することができる。

また、図８に示すように、筐体４５と発光ユニット４１とを接続する接続手段に導電性を有するマグネットを用いてもよい。図９は発光ユニット４１の裏面側を示す概略平面図であり、導電性を有するマグネットで形成される帯状の入力端子４６１ａは実装基板４１ｂの裏面に２箇所設けられる。一方の入力端子４６１ａはＬＥＤ４１ａと繋がるアノード配線３１ａと電気的に接続され、もう一方の入力端子４６１ａはＬＥＤ４１ａと繋がるカソード配線３２ａと電気的に接続される。また、筐体４５内側には入力端子４６１ａに吸着可能で導電性を有する出力端子４６１ｂが２箇所設けられる。

入力端子４６１ａが出力端子４６１ｂに吸着したとき発光ユニット４１がマグネットの磁力を利用して筐体４５内に固定される。また、出力端子４６１ｂは筐体４５側のアノード配線又はカソード配線とそれぞれ電気的に繋がっており、入力端子４６１ａが出力端子４６１ｂに吸着したとき、出力端子４６１ｂ側のアノード配線と入力端子４６１ａ側のアノード配線とが導通するとともに、出力端子４６１ｂ側のカソード配線と入力端子４６１ａ側のカソード配線とが導通する。

また、以上では、実装基板４１ｂの形状は、同じ形状（単一種類である正方形）を有していたが、これに限定されるものではない。例えば、正方形の形状の実装基板４１ｂと長方形の形状の実装基板４１ｂとを組み合わせて（複数種類の形状の実装基板４１ｂが複数個集まることで）、筐体４５内に発光ユニット４１の集合体を形成してもよい。また、円状又は三角形状等その他の形状を有する実装基板４１を集めて発光ユニット４１の集合体を形成してもよい。

また、以上では、実装基板４１ｂ上に複数のＬＥＤ４１ａが実装されていたが、これに限定されるものではない。例えば、１個の実装基板４１ｂに１個のＬＥＤ４１ａを実装する発光ユニット４１を筐体４５内に複数配列してもよい。この場合、不良となったＬＥＤ４１ａを発光ユニット４１ごと交換することができるためＬＥＤ４１ａの交換作業が容易になる。また、筐体４５内に設ける接続手段の配置により、面発光照明装置４９におけるＬＥＤ４１ａの密集度合い（分布密度）を適宜変更することができる。このため、ＬＥＤ４１ａを密集させて配置することにより面発光照明装置４９の発光面５０全域において他の部分に比べて明るい領域を設けることができる。また、各ＬＥＤ４１ａの光出射面にレンズ等の集光部材を設けＬＥＤ４１ａ一個あたりの輝度を上げることもできる。

また、ＬＥＤ４１ａの発光色も特に限定されない。例えば、実装基板４１ｂに実装するＬＥＤ４１ａを全て単色とし、赤色発光ユニット４１、青色発光ユニット４１、緑色発光ユニット４１を作成することができる。このとき、筐体４５内でこれら発光ユニット４１ａを混在させて配列し、混色により白色光を照射する面発光照明装置４９を作成することができる。また、実装基板４１ｂに赤色ＬＥＤ４１ａ、青色ＬＥＤ４１ａ、緑色ＬＥＤ４１ａを混在して実装し、混色により白色光を照射する白色発光ユニット４１を生成することもできる。この場合、白色発光ユニット４１を筐体４５内に配列し、白色光を照射する面発光照明装置４９を作成することができる。また、その他の色の光（単色光または混合色光）を照射する発光ユニット４１を組み合わせてもよい。

本発明の面発光照明装置は筐体内に複数の発光ユニットを設け、発光ユニットと筐体を接続手段を介して着脱自在に固定することで、発光ユニットに用いる半導体発光素子の交換を容易に行うことができ、発光ユニットの取替えにより筺体自身の使用の続行が可能となる。筺体に合うサイズの発光ユニットを作製すれば、発光ユニットを面発光照明装置の交換ユニットとして個別販売することが可能となる。

３１ アノード（プラス極）
３１ａ アノード配線
３２ カソード（マイナス極）
３２ａ カソード配線
４１ 発光ユニット
４１ａ ＬＥＤ
４１ｂ 実装基板
４３ 光拡散カバー
４５ 筐体
４５ａ 底面
４５ｂ 側壁
４９ 面発光照明装置
５０ 発光面
６１ 接続手段
６１ａ プラグ
６１ｂ コンセント
６１ｃ 挿入孔
７１ 制御用ドライバー

Claims (5)

1. 発光半導体素子と前記発光半導体素子を実装する実装基板と前記発光半導体素子に導通する入力端子を有する発光ユニットと、前記発光ユニットを複数収納し外部電源からの電力を前記発光ユニットに供給する出力端子を複数有する筐体を備え、前記入力端子と前記出力端子とを接続する接続手段により前記発光ユニットと前記筐体とが着脱自在に固定され、前記接続手段が弾性部材を備え、前記筐体は前記発光ユニットを囲む側壁を有し、
   前記実装基板の側面に設けられた前記入力端子と前記側壁に設けられた前記出力端子とが前記接続手段の弾性力を利用して接続されることを特徴とする面発光照明装置。
2. 前記発光半導体素子が前記実装基板上に複数配列することを特徴とする請求項１に記載の面発光照明装置。
3. 前記発光半導体素子に制御信号を送る駆動回路が前記発光ユニットに設けられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の面発光照明装置。
4. 前記発光半導体素子からの光を拡散させる拡散部材を備えることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の面発光照明装置。
5. 前記発光半導体素子からの光を集光させる集光部材を備えることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の面発光照明装置。

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