JP6229261B2

JP6229261B2 - 発光素子ユニット

Info

Publication number: JP6229261B2
Application number: JP2012256167A
Authority: JP
Inventors: 加奈江松本; 内田　浩二; 浩二内田
Original assignee: Iwasaki Denki KK
Current assignee: Iwasaki Denki KK
Priority date: 2012-11-22
Filing date: 2012-11-22
Publication date: 2017-11-15
Anticipated expiration: 2032-11-22
Also published as: JP2014103355A

Description

本発明は、発光素子を光源に採用した発光素子モジュール及び発光素子ユニットに係り、特に、発光素子により蛍光体を光らせて混合色光を得る発光素子モジュール及び発光素子ユニットに関する。

従来、発光素子を光源とした各種の発光素子ユニットが知られている（例えば、特許文献１参照）。また近年では、混合色光、例えば白色光を出力する白色ＬＥＤが知られている。この種の白色ＬＥＤには、青色発光素子の出射面に黄色蛍光体を配置することで、青色発光素子の発光色と黄色蛍光体の蛍光色との混色によって白色光を得るものが良く用いられている。

特開２００７−２３４５５８号公報

しかしながら、例えば蛍光体を平面視で矩形状に形成した場合等には、青色発光素子の光軸から逸れて出射する光は、光軸に沿って出射する光に比べ、蛍光体を通過する経路が長くなるため、青色発光素子の青色成分より、蛍光体の黄色成分の方が多くなる。このため、蛍光体の出射面の外縁部から放射された光は黄色に偏ることとなり、係る照射光が照射された照射面では黄色味を帯びた箇所が生じることで色むらの発生を招いていた。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、蛍光色に偏った光の照射を抑制することができる発光素子モジュール及び発光素子ユニット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、発光素子が発光する青色光、及び、前記発光素子を封止する封止樹脂の蛍光体の黄色の蛍光色の混合により白色光を得る発光素子光源を基板に複数配置した発光素子モジュールを備えた発光素子ユニットにおいて、前記蛍光体は、平面視で略矩形状に形成されて前記発光素子光源の長手方向に長く、複数の前記発光素子光源の長手方向を略矩形状の前記基板の長手方向に沿わせ、複数の前記発光素子光源の長手方向の間隔は、隣接する２つの前記発光素子光源が発光する白色光が前記発光素子ユニットから１〜１．５ｍ離れた照射面で重なり合う距離であり、前記基板の長手方向に亘って断面同一形状となるように凸状に形成されたレンズ面を有し、複数の前記発光素子光源の光を連続して制御するレンズ部を設け、前記レンズ部は、前記発光素子モジュールの短手方向の出射光を集光させ、且つ、長手方向の出射光を重合させ、前記レンズ部は、前記基板と所定距離だけ離して保持され、平坦面と、前記平坦面と接続される前記レンズ面とを有し、前記レンズ面は、内面に設けられた凸状の内レンズ面と、外面に設けられた凸状の外レンズ面とを備えた両凸レンズであり、前記内レンズ面の幅は、前記発光素子光源の出射面の外縁部から放射された光を通すように前記出射面の幅よりも大きく形成されるとともに、前記外レンズ面の幅よりも小さく形成されていることを特徴とする。

上記構成において、前記発光素子モジュールの正面側、背面側及び対向する２つの側方を取り囲む筒状の本体を備え、前記本体の内部に内蔵される前記基板をクランプによって所定の位置に支持してもよい。

上記構成において、前記発光素子モジュールの正面側に位置する前記本体に前記レンズ部を一体に形成してもよい。

上記構成において、前記本体の両端部にパッキンを介してエンドキャップを装着し、前記エンドキャップは前記本体に螺合部材により固定されるとともに、少なくとも一方のエンドキャップは電線引き込み用の貫通孔を有してもよい。

本発明によれば、発光素子光源の長手方向を略矩形状の基板の長手方向に沿わせたため、蛍光色に偏った光が隣接する発光素子の混合色光に混ざり合うので、全体的に色むらを抑制できる。

本発明の実施形態に係る発光素子ユニットを示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。図１の部分ＩＩＩを拡大して示す図である。クランプを示す図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は正面図である。発光素子モジュールを拡大して示す図である。発光素子モジュールの一部を拡大して示す模式図であり、（Ａ）は発光素子モジュール３０の長手方向から示す図、（Ｂ）は発光素子モジュールの短手方向から示す図である。発光素子モジュールの照射範囲を示す概念図であり、（Ａ）は発光素子モジュールの長手方向から示す図、（Ｂ）は（Ａ）の発光素子光源を拡大して示す図、（Ｃ）は発光素子モジュールの正面から示す図である。発光素子モジュールの照射範囲を示す概念図であり、（Ａ）は発光素子モジュールの短手方向から示す図、（Ｂ）は（Ａ）の発光素子光源を拡大して示す図、（Ｃ）は発光素子モジュールの正面から示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は実施形態に係る発光素子ユニットを示す図であり、図１（Ａ）は正面図、図１（Ｂ）は側面図である。図２は図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図であり、図３は図１の部分ＩＩＩを拡大して示す図である。図４は、クランプを示す図であり、図４（Ａ）は斜視図、図４（Ｂ）は平面図、図４（Ｃ）は正面図である。
これらの図に示すように、発光素子ユニット１は、橋の欄干に設けられて１〜１．５ｍ程度離れた歩道（照射面）を照射する直管型のユニットであり、本体２０と、基板３１上に複数の発光素子光源３２を設けて形成した少なくとも１つ（本実施形態では、４つ）の発光素子モジュール３０とを備えて構成されている。

本体２０は、図２に示すように、発光素子モジュール３０の正面側、背面側及び側方をそれぞれ取り囲む前壁２０Ａ、後壁２０Ｂ及び２つの側壁２０Ｃを備える筒状に形成されており、本体２０の両端部には、図３に示すように、パッキン４１を介してエンドキャップ４２が嵌め込まれ、これらパッキン４１及びエンドキャップ４２は固定手段４３（例えば、タッピンねじ等の螺合部材）で本体２０に固定されている。これにより、本体２０内の防塵及び防水が図られている。本体２０の一端側のパッキン４１及びエンドキャップ４２には、電線引き込み用の貫通孔４１Ａ，４２Ａが形成されている。

本体２０の前壁２０Ａには、発光素子光源３２の光を集光するレンズ部２１が設けられている。このレンズ部２１は、前壁２０Ａの内面に設けられた凸状の内レンズ面２１Ａと、前壁２０Ａの外面に設けられた凸状の外レンズ面２１Ｂとを備えた両凸レンズであり、本体２０の長手方向に亘って設けられている。このように、レンズ部２１を本体２０の長手方向に亘って設けることで、レンズ部２１を比較的簡単な形状にすることができ、レンズ部２１を容易に形成できる。本実施形態では、レンズ部２１を含む本体２０を、例えば、樹脂を押出成形することによって一体に形成している。

内レンズ面２１Ａの幅Ｗ１は、発光素子光源３２の出射面３２Ａの幅Ｗ２よりも大きく形成されるとともに、外レンズ面２１Ｂの幅Ｗ３よりも小さく形成されている。レンズ面２１Ａ，２１Ｂと前壁２０Ａの平坦面２０Ａ１とは、照射面と非照射面の境をはっきりとさせるため、比較的半径が小さい円（本実施形態では、半径７ｍｍ）とした接続部２１Ａ１，２１Ｂ１によって接続されている。

各基板３１は、それぞれ少なくとも１つ（本実施形態では、４つ）のクランプ５０によって、レンズ部２１と所定距離だけ離して本体２０内に保持されている。クランプ５０は、図４に示すように、本体２０の後壁２０Ｂ及び２つの側壁２０Ｃに対向する後壁５０Ａ及び２つの側壁５０Ｂ，５０Ｃを有して、断面コ字状に形成されている。側壁５０Ｂ，５０Ｃは後壁２０Ｂに比べて厚く形成され、側壁５０Ｂ，５０Ｃの内面には基板３１を嵌合する溝部５１が形成され、溝部５１の開口部５１Ａから側壁５０Ｂ，５０Ｃの下端にかけて、開口部５１Ａから斜めに広がるテーパ部５３となっている。そのため、クランプ５０の対向する溝部５１の間隔を容易に広げることが可能となり、基板３１をクランプ５０に容易に装着可能となる。また、溝部５１の開口部５１Ａから側壁５０Ｂ，５０Ｃの上端にかけては、発光素子３３の光のけられを防止するため、開口部５１Ａから斜めに広がるテーパ部５２となっているため、発光素子光源３２間にクランプ５０が配置されていても、基板３１の長手方向において照射分布の途切れの無い配光となる。

図５は、発光素子モジュール３０を拡大して示す図である。図６は、発光素子モジュール３０の一部を拡大して示す模式図であり、図６（Ａ）は発光素子モジュール３０の長手方向から示す図、図６（Ｂ）は発光素子モジュール３０の短手方向から示す図である。図７は発光素子モジュール３０の照射範囲を示す概念図であり、図７（Ａ）は発光素子モジュール３０の長手方向から示す図、図７（Ｂ）は図７（Ａ）の発光素子光源３２を拡大して示す図、図７（Ｃ）は発光素子モジュール３０の正面から示す図である。図８は発光素子モジュール３０の照射範囲を示す概念図であり、図８（Ａ）は発光素子モジュール３０の短手方向から示す図、図８（Ｂ）は図８（Ａ）の発光素子光源３２を拡大して示す図、図８（Ｃ）は発光素子モジュール３０の正面から示す図である。

各発光素子光源３２は、図５に示すように、発光素子３３と、蛍光体３４とを備えて構成されている。発光素子３３には、例えば青色光を発光する青色発光素子が用いられる。また、各発光素子３３は、発光素子基板３５上に配置されるとともに、発光素子基板３５上に設けた凹状のカップ３６に周囲を囲われており、青色光を受けて例えば黄色の蛍光光を発する蛍光体３４が散布された封止樹脂３７によってカップ３６に封止されている。これにより、発光素子３３の青色の発光色と蛍光体３４の黄色の蛍光色の混色によって白色光が得られる。

ここで、発光素子３３の発光色と蛍光体３４の蛍光色のバランスが崩れ蛍光色成分が強くなると、混色によって得られる光が蛍光色に偏る。本実施形態では、発光素子光源３２を略矩形状に形成しているため、図６に示すように、光軸Ｃに沿って出射する光Ｋ１は、蛍光体３４を通過する経路が比較的短いので、発光素子３３の青色の発光色と蛍光体３４の黄色の蛍光色の混色によって白色光が得られる。一方、発光素子３３の光軸Ｃから出射角度θを有して出射する光Ｋ２は、光軸Ｃに沿って出射する光Ｋ２に比べ、蛍光体３４を通過する経路が長くなるので、発光素子３３の青色成分より蛍光体３４の黄色成分の方が多くなる。このため、一の発光素子光源３２としては、出射面３２Ａの中央部３２Ａ１から放射された光は白色光となり、出射面３２Ａの外縁部３２Ａ２から放射された光は黄色光となる。特に、レンズ部２１（図２）を設ける場合には、発光素子光源３２からの光がレンズ部２１を通して集光するため、外縁部３２Ａ２の黄色光も集光して、中央部３２Ａ１の白色光との差が顕著になる。

そこで、本実施形態では、図１、図６乃至図８に示すように、蛍光体３４を通過する経路が比較的短く、発光素子３３の青色成分より蛍光体３４の黄色成分の方が少なくなる、複数の発光素子光源３２の短手方向（方向Ｘ）を略矩形状の基板３１の短手方向とし、蛍光体３４を通過する経路が比較的長く、発光素子３３の青色成分より蛍光体３４の黄色成分の方が多くなる、複数の発光素子光源３２の長手方向（線Ｌ方向）を略矩形状の基板３１の長手方向に沿わせ、同一線Ｌ上に配列するとともに、発光素子光源３２間の間隔Ｐを、隣接する２つの発光素子光源３２が発光する白色光（破線矢印Ａ）が重なり合うような所定の距離としている。これにより、色むらの目立ち易い発光素子光源３２の長手方向（線Ｌ方向）に出射して隣の発光素子光源３２側に向かう黄色光（実線矢印Ｂ）は、隣の発光素子光源３２からの比較的光量の多い白色光と混ざり合うため、黄色成分が目立たなくなり、線Ｌ方向における色むらを低減できる。なお、図７及び図８において、符号Ｃは一の発光素子光源３２の照射範囲を示す。

以上説明したように、本実施形態によれば、複数の発光素子光源３２の長手方向を略矩形状の基板３１の長手方向に沿わせる構成とした。この構成により、蛍光色に偏った光が隣接する発光素子３３の混合色光に混ざり合うので、全体的に色むらを抑制できる。

また、本実施形態によれば、基板３１の長手方向に亘って、複数の発光素子光源３２の光を連続して制御するレンズ部２１を設け、このレンズ部２１を比較的簡単な形状に形成しても、上記構成により、色むらを低減できる。

また、本実施形態によれば、レンズ部２１は、発光素子モジュール３０の短手方向の出射光を集光させ、且つ、長手方向の出射光を重合させる構成としたため、レンズ部２１を設けても、発光素子モジュール３０の長手方向において蛍光色に偏った光が隣接する発光素子３３の混合色光に混ざり合うので、全体的に色むらを抑制できる。

但し、上記実施形態は本発明の一態様であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能であるのは勿論である。
例えば、上記実施形態では、発光素子３３に青色光を発光する青色発光素子を用い、蛍光体３４に青色光を受けて黄色の蛍光を発する蛍光体を用いたが、必要とする混合色を得るものであればこれに限定されない。

また、上記実施形態では、蛍光体３４を発光素子３３と平面視で略同一の形状に形成したが、蛍光体３４を発光素子３３より平面視で大きく形成してもよい。
また、上記実施形態では、複数の発光素子３３を直線状の線Ｌ上に配置したが、これに限定されるものではなく、発光素子３３を配置する線Ｌは、直線に限らず、例えば、曲線であってもよい。

また、上記実施形態では、基板３１を支持する本体２０とレンズ部２１とを一体に形成したが、本体２０とレンズ部２１とを別体に形成してもよい。
また、上記実施形態では、本体２０とクランプ５０とを別体に形成したが、本体２０とクランプ５０を一体に形成してもよい。

さらに、上記実施の形態では、発光素子ユニット１は、橋の欄干に設けられるユニットとして説明したが、発光素子ユニット１の用途はこれに限定されない。

１発光素子ユニット
２０本体
２１レンズ部
３０発光素子モジュール
３１基板
３２発光素子光源
３３発光素子
３４蛍光体
３７封止樹脂
４１パッキン
４２エンドキャップ
４２Ａ貫通孔
４３固定手段（螺合部材）
５０クランプ

Claims

発光素子が発光する青色光、及び、前記発光素子を封止する封止樹脂の蛍光体の黄色の蛍光色の混合により白色光を得る発光素子光源を基板に複数配置した発光素子モジュールを備えた発光素子ユニットにおいて、
前記蛍光体は、平面視で略矩形状に形成されて前記発光素子光源の長手方向に長く、
複数の前記発光素子光源の長手方向を略矩形状の前記基板の長手方向に沿わせ、複数の前記発光素子光源の長手方向の間隔は、隣接する２つの前記発光素子光源が発光する白色光が前記発光素子ユニットから１〜１．５ｍ離れた照射面で重なり合う距離であり、
前記基板の長手方向に亘って断面同一形状となるように凸状に形成されたレンズ面を有し、複数の前記発光素子光源の光を連続して制御するレンズ部を設け、
前記レンズ部は、前記発光素子モジュールの短手方向の出射光を集光させ、且つ、長手方向の出射光を重合させ、
前記レンズ部は、前記基板と所定距離だけ離して保持され、平坦面と、前記平坦面と接続される前記レンズ面とを有し、
前記レンズ面は、内面に設けられた凸状の内レンズ面と、外面に設けられた凸状の外レンズ面とを備えた両凸レンズであり、
前記内レンズ面の幅は、前記発光素子光源の出射面の外縁部から放射された光を通すように前記出射面の幅よりも大きく形成されるとともに、前記外レンズ面の幅よりも小さく形成されていることを特徴とする発光素子ユニット。
前記発光素子モジュールの正面側、背面側及び対向する２つの側方を取り囲む筒状の本体を備え、
前記本体の内部に内蔵される前記基板をクランプによって所定の位置に支持したことを特徴とする請求項１に記載の発光素子ユニット。
前記発光素子モジュールの正面側に位置する前記本体に前記レンズ部を一体に形成したことを特徴とする請求項２に記載の発光素子ユニット。
前記本体の両端部にパッキンを介してエンドキャップを装着し、
前記エンドキャップは前記本体に螺合部材により固定されるとともに、少なくとも一方のエンドキャップは電線引き込み用の貫通孔を有することを特徴とする請求項２又は３に記載の発光素子ユニット。