JP7533739B2

JP7533739B2 - 発光装置

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Publication number: JP7533739B2
Application number: JP2023185837A
Authority: JP
Inventors: 孝次青; 浩史伊藤
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2020-10-28
Filing date: 2023-10-30
Publication date: 2024-08-14
Anticipated expiration: 2040-10-28
Also published as: JP2024003051A; JP2022071434A; JP2024003052A; JP7533738B2; JP7461599B2; JP2024012427A; JP2024003050A

Description

本発明は、発光装置に関する。

従来、光源である発光素子の実装領域が密閉された、水中での使用も可能な防水性を有する発光装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の発光装置は、基板上に実装された発光素子を囲むように設置された環状のシール部材と、発光素子及びシール部材の上方を覆うように設置された、発光素子から発せられる光を透過する防水シートと、防水シート上に設置され、発光素子の上方の領域において開口する環状のカバーと、を備え、防水シートをシール部材と前記カバーとで挟むことにより前記防水シートが固定されている。そのため、基板上の発光素子の実装領域は、シール部材に側方を囲まれ、防水シートに上方を覆われて、密閉されている。

また、特許文献１に記載の発光装置は、発光素子と前記シール部材との間に設置された環状の側壁を有する。この側壁は、発光素子から発せられた光を反射するリフレクターとして機能する。

特開２０２０－４３２３５号公報

しかしながら、特許文献１の発光装置は、防水性を有し、リフレクターにより光取出効率の向上が図られているものの、部品点数が多いため、組み立ての難度や工数が大きいという問題がある。

本発明の目的は、光源である発光素子の実装領域が密閉された発光装置であって、水中での使用も可能な優れた防水性を有しながら、部品点数が抑えられた発光装置を提供することにある。

本発明の一態様は、上記目的を達成するために、下記［１］～［３］の発光装置を提供する。

［１］配線を有する基板と、前記基板上に実装された発光素子と、前記基板の前記配線に接続されたケーブルと、前記基板上において前記発光素子の周囲を囲む環状部品と、前記環状部品の上に、前記発光素子の上方を覆うように設置された、前記発光素子から発せられる光を透過する防水シートと、前記防水シート上に設置された、前記発光素子の上方に開口部を有するカバーと、前記カバーと前記防水シートの間の前記開口部を囲む位置に配置される環状のシール部品と、を備え、前記環状部品の前記防水シートに接触する部分が前記防水シートに押し当てられて圧縮され、前記シール部品が前記カバーと前記防水シートに挟まれて圧縮され、前記カバーと前記防水シートとの界面及び前記環状部品と前記防水シートとの界面からの前記環状部品に囲まれた前記発光素子の実装領域への液体の浸入を防ぐ、発光装置。
［２］前記環状部品が、シリコーンゴム又はフッ素ゴムからなる、上記［１］に記載の発光装置。
［３］前記防水シートが、石英ガラスからなる平板状の防水シートである、上記［１］又は［２］に記載の発光装置。

本発明によれば、光源である発光素子の実装領域が密閉された発光装置であって、水中での使用も可能な優れた防水性を有しながら、部品点数が抑えられた発光装置を提供することができる。

図１（ａ）、（ｂ）は、実施の形態に係る発光装置の上方からと下方からの斜視図である。図２（ａ）、（ｂ）は、実施の形態に係る発光装置の上面図と側面図である。図３は、図２（ａ）の切断線Ａ－Ａに沿って切断された実施の形態に係る発光装置の垂直断面図である。図４（ａ）、（ｂ）は、発光装置の組み立て前のリフレクターの上方からと下方からの斜視図である。図５は、貫通孔の断面を含む、発光装置の垂直断面図である。図６は、実施の形態に係る発光装置の変形例の垂直断面図である。

〔実施の形態〕
（紫外光照射装置の構成）
図１（ａ）、（ｂ）は、実施の形態に係る発光装置１の上方（光取り出し側）からと下方からの斜視図である。図２（ａ）、（ｂ）は、発光装置１の上面図と側面図である。図３は、図２（ａ）の切断線Ａ－Ａに沿って切断された発光装置１の垂直断面図である。

発光装置１は、配線を有する基板１０と、基板１０上に実装された発光素子１１と、基板１０の配線に接続されたケーブル１５と、基板１０上において発光素子１１の周囲を囲む環状のリフレクター１２と、リフレクター１２の上に、発光素子１１の上方を覆うように設置された、発光素子１１から発せられる光を透過する防水シート１３と、防水シート１３上に設置された、発光素子１１の上方に開口部１４１を有するカバー１４とを備える。

発光装置１は、発光素子１１を光源とする発光装置であり、発光素子１１の実装領域が密閉された防水構造を有するため、水などの流体中での使用が可能である。

発光素子１１は、例えば、光源としての発光ダイオード（ＬＥＤ）又はレーザーダイオード（ＬＤ）と、配光を調節するためのレンズを備える。発光素子１１は、１個の光源を有してもよいし、複数の光源を有してもよい。また、発光装置１は、１個の発光素子１１を有してもよいし、複数の発光素子１１を有してもよい。

発光素子１１が紫外光を発する発光素子である場合は、例えば、発光装置１を紫外光の照射により照射対象の殺菌を実施する殺菌装置として用いることができる。この場合の発光素子１１の発する紫外光の波長は特に限定されないが、例えば、ＵＶ－Ａと呼ばれる波長域（４００～３１５ｎｍ）の紫外光、ＵＶ－Ｂと呼ばれる波長域（３１５～２８０ｎｍ）の紫外光、ＵＶ－Ｃと呼ばれる波長域（２８０ｎｍ未満）の紫外光であり、このうち最も殺菌効果の高いＵＶ－Ｃであることが好ましい。発光装置１は流体中での使用が可能であるため、例えば、流体の殺菌装置として用いることができる。

また、発光素子１１が可視光を発する発光素子である場合は、例えば、発光装置１を照明として用いることができる。

基板１０は、図示されない配線を有する基板であり、その配線に発光素子１１の電極が接続されている。基板１０は、発光素子１１から発せられる熱を効率的に排出するため、アルミナ基板やアルミ基板（絶縁性のレジストで覆われたアルミ板）などの熱伝導率の高い基板であることが好ましい。

また、発光素子１１から発せられる熱をより効率的に排出するため、図１～図３に示されるように、基板１０の裏側（発光素子１１の反対側）にヒートシンク１６が設けられることが好ましい。

リフレクター１２は、発光素子１１から発せられる光を反射し、発光装置１の光取出効率を向上させる。このため、図３に示されるように、リフレクター１２の内側（発光素子１１側）の側面１２５が上方を向くように傾斜していることが好ましい。これによって、発光素子１１から発せられて側面１２５に入射する光が上方へ反射される。なお、側面１２５の傾斜角度は、発光装置１の照射角度などに応じて適宜設定することができる。

また、リフレクター１２は、防水シート１３と接する上面１２１のカバー１４に上方を覆われた位置（カバー１４の一部が真上にある位置）に環状の第１の突起（リブ）１２２を有し、第１の突起１２２が防水シート１３に押し当てられて圧縮されることによって、リフレクター１２に囲まれた発光素子１１の実装領域へのリフレクター１２と防水シート１３の界面からの水などの液体の浸入を防ぐ。

環状の第１の突起１２２は、全体的に防水シート１３と接する。すなわち、第１の突起１２２と防水シート１３の接触部は環状に連続しており、リフレクター１２と防水シート１３の界面におけるあらゆる方向からの液体の浸入を防ぐことができる。

また、リフレクター１２は、基板１０と接する下面１２３のカバー１４に上方を覆われた位置に環状の第２の突起（リブ）１２４を有し、第２の突起１２４が基板１０に押し当てられて圧縮されることによって、リフレクター１２に囲まれた発光素子１１の実装領域へのリフレクター１２と基板１０の界面からの水などの液体の浸入を防ぐ。すなわち、第１の突起１２２と第２の突起１２４は、シール部材として機能する。

環状の第２の突起１２４は、全体的に基板１０と接する。すなわち、第２の突起１２４と基板１０の接触部は環状に連続しており、リフレクター１２と基板１０の界面におけるあらゆる方向からの液体の浸入を防ぐことができる。

図４（ａ）、（ｂ）は、発光装置１の組み立て前、すなわち第１の突起１２２と第２の突起１２４が圧縮されていない状態のリフレクター１２の上方からと下方からの斜視図である。

第１の突起１２２と第２の突起１２４を弾性変形させてシール部品として効果的に機能させるため、リフレクター１２は、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどの弾性材料からなることが好ましい。

また、リフレクター１２は、下方（基板１０側）に開口する凹部１２６を有し、凹部１２６の内部にケーブル１５の基板１０上に位置する部分が収容されていることが好ましい。これによって、発光素子１１から発せられる光のケーブル１５への照射を防ぐことができるため、発光素子１１から発せられる光が紫外光である場合の紫外光暴露によるケーブル１５の劣化を防ぐことができる。ケーブル１５の劣化を防ぐことにより、発光素子１１の動作不良を防ぐことができる。また、この場合、凹部１２６内への水などの液体の浸入を防ぐため、図３、図４に示されるように、凹部１２６の外側（下面１２３の外周側）に第２の突起１２４を設ける。また、凹部１２６には、シリコーン樹脂などの防水性能を有する材料が充填されていてもよい。この場合、凹部１２６に収容されたケーブル１５の防水性能がより高まる。

ケーブル１５は、発光素子１１を駆動させるための電源線を含み、外部電源からケーブル１５と基板１０の配線を介して発光素子１１へ電力が供給される。ケーブル１５は、典型的には、図２、図３に示されるようなケーブルハーネス（ワイヤーハーネス）であり、端部にハーネスコネクター１５１を有する。リフレクター１２が凹部１２６を有する場合は、基板１０の配線に接続されるハーネスコネクター１５１が、凹部１２６内に収容される。

また、防水シート１３は、上述のように発光素子１１から発せられる光を透過する。このため、防水シート１３の材料は、発光素子１１の発光波長に応じて選択される。例えば、発光素子１１がＵＶ－ＡやＵＶ－Ｂの波長域の紫外光を発する場合は、フッ素樹脂やシリコーン樹脂が防水シート１３の材料として用いられ、発光素子１１がＵＶ－Ｃの波長域の紫外光を発する場合は、フッ素樹脂が防水シート１３の材料として用いられる。

防水シート１３の形態は、フィルムでも板でもよい。例えば、平板状の防水シート１３を用いる場合、例えば、上述の材料に加えて、石英ガラスを材料に用いることにより、紫外光を透過することができる。

カバー１４は、上述のように、発光素子１１の上方に位置する開口部１４１を有する。発光素子１１から発せられた光は、防水シート１３を透過し、カバー１４の開口部１４１から取り出される。カバー１４は、例えば、ポリカーボネートからなる。

カバー１４は、リフレクター１２の上方及び側方を覆い、基板１０又は基板１０に固定された部材に対して固定される。それにより、基板１０とカバー１４に挟まれたリフレクター１２と防水シート１３に厚さ方向に圧縮する力が加わり、リフレクター１２の第１の突起１２２が防水シート１３に押し当てられて圧縮され、また、第２の突起１２４が基板１０に押し当てられて圧縮され、防水構造が形成される。

図１～図３に示される例では、カバー１４は基板１０に固定されたヒートシンク１６に固定される。カバー１４とヒートシンク１６の固定には、図１～図３に示されるように、スナップフィットなどの爪嵌合が用いられることが好ましい。カバー１４とヒートシンク１６の固定に爪嵌合とネジ止めを併用することにより、ネジ止めによる固定箇所を減らすことができる。ネジ止めによる固定箇所を減らすことにより、カバー１４の組み付けが容易になり、また、ネジ止め時や使用時においてネジ止め箇所に力が集中することによる部材間の隙間の形成、すなわち防水性の破れを防ぐことができる。

通常、カバー１４とヒートシンク１６をネジ止めのみで固定する場合、例えば、カバー１４の平面形状が四角形である場合は、防水性を確保するために４箇所以上でのネジ止めが必要となる。しかしながら、爪嵌合を用いる場合、図２（ａ）に示されるように、四角形の対向する２つの角においてネジ１７を用いてネジ止めをすることにより、十分な防水性を確保することができる。

カバー１４は、その外周部からヒートシンク１６側に向かって延びる平板状の弾性部１４２と、弾性部１４２の内側（カバー１４の中心側）に設けられたツメ１４３を有する。また、ヒートシンク１６は、基板１０に接触する、基板１０に平行な平板状の基体１６１と、基体１６１から垂直方向に延びるフィン１６２を有する。カバー１４のツメ１４３は、基体１６１の下側の縁１６５のフィン１６２が延びていない領域に嵌合される（掛けられる）。

カバー１４における弾性部１４２及びツメ１４３の位置や個数は特に限定されないが、例えば、カバー１４の平面形状が四角形である場合は、図１～３に示されるように、四角形の対向する２辺の中央から延びる弾性部１４２の各々の先端にツメ１４３が１つずつ設けられる。

カバー１４が弾性部１４２及びツメ１４３を有する場合は、カバー１４の材料としては、ポリカーボネートなどの、取り付けの際に弾性部１４２が弾性変形でき、かつ取り付け後に各部品を十分に固定できるだけの強度を有する材料が用いられる。

カバー１４を防水シート１３の上から被せ、下側（ヒートシンク１６側）へ押し込むと、弾性部１４２が弾性変形した状態で、ツメ１４３がヒートシンク１６の基体１６１の側面上を滑りながら基体１６１の下側の縁１６５へ向かって移動する。そして、ツメ１４３が縁１６５へ達すると、弾性部１４２の復元力によってツメ１４３が縁１６５に嵌合され、カバー１４とヒートシンク１６及びそれらに挟まれた基板１０、リフレクター１２、防水シート１３が固定される。

カバー１４は、防水シート１３側の面１４４の開口部１４１を囲む位置に、Ｏリング１９を設置するための環状の凹部１４５を有することが好ましい。凹部１４５内にＯリング１９を設置することにより、カバー１４とリフレクター１２との間でＯリング１９を圧縮させ、カバー１４と防水シート１３の界面からの水などの液体の浸入を効果的に防ぐことができる。なお、Ｏリング１９の硬さと第１の突起１２２（リフレクター１２）の硬さに差がある場合、軟らかい方のみが圧縮されて防水性が弱まることを避けるため、図３に示されるように、Ｏリング１９と第１の突起１２２が重ならないように位置をずらすことが好ましい。また、Ｏリング１９の代わりに他の環状のシール部品を用いてもよい。

また、カバー１４は、図１～３に示されるように、その上面１４６の開口部１４１を囲む位置に、Ｏリングなどのシール部品を設置するための環状の凹部１４７を有することが好ましい。凹部１４７内にシール部品を設置することにより、流体殺菌装置などの外部装置に上面１４６を接触させて発光装置１を組み付けたときに、凹部１４７内のシール部材を圧縮して、発光装置１と外部装置との界面からの水などの液体の漏れ出し又は浸入を防ぐことができる。

発光装置１は、例えば、ネジ止めにより外部装置に組み付けられる。図１～図３に示される例では、発光装置１は、重なったカバー１４の孔１４８とヒートシンク１６の孔１６６により形成されるネジ止め用の貫通孔を有する。

ケーブル１５は、基板１０とヒートシンク１６に設けられた貫通孔１８から発光装置１の外部に引き出される。このケーブル１５が引き出される貫通孔は、重なった基板１０の孔１０１とヒートシンク１６の孔１６３により形成される。

図５は、貫通孔１８の断面を含む、発光装置１の垂直断面図である。図５に示される断面は、図２（ａ）の切断線Ｂ－Ｂに沿って切断されたときの断面である。図５に示されるように、貫通孔１８内にケーブルブッシュ２１が固定され、ケーブルブッシュ２１を通してケーブル１５が外部に引き出されることが好ましい。ケーブルブッシュ２１を用いることにより、ケーブル１５を通した貫通孔１８をコーキングなどにより塞ぐことなく貫通孔１８における防水性を確保することができる。

また、図５に示される例では、ケーブルブッシュ２１は、その円筒形状の側面に、円周方向に連続する突起（リブ）２１１を有し、貫通孔１８を構成するヒートシンク１６の孔１６３が、突起２１１を嵌め込むための段差を有している。そのため、基板１０とヒートシンク１６で突起２１１を両側（図５の上下方向）から挟み込むように貫通孔１８内にケーブルブッシュ２１を嵌め込むことにより、ケーブルブッシュ２１が強く固定される。

また、ヒートシンク１６は、図１に示されるような、基体１６１の外周部と孔１６３とをつなげるスリット１６４を有することが好ましい。この場合、貫通孔１８を構成する基板１０の孔１０１にケーブル１５を通し、ケーブル１５の一端のハーネスコネクター１５１を基板１０に接続した後、ヒートシンク１６を基板１０に組み付ける際に、ケーブル１５をヒートシンク１６の外周部からスリット１６４を通して孔１６３まで移動させることにより、ケーブル１５の他端のハーネスコネクター１５２を貫通孔１８に通すことなく、ケーブル１５を貫通孔１８に納めることができる。これにより、孔１６３をハーネスコネクターが通る大きさにする必要がなく、その面積を抑えることができるため、孔１６３の形成によるヒートシンク１６の放熱性の低下を抑えることができる。

図６は、実施の形態に係る発光装置１の変形例である発光装置２の垂直断面図である。発光装置２は、防水シート１３とカバー１４の間に、発光素子１１の上方に開口部２０３を有するスペーサー２０が設置されている点において、発光装置１と異なる。

スペーサー２０は、防水シート１３とカバー１４に挟まれて設置される。スペーサー２０は、開口部２０３の縁に沿った突起部２０１を有する。

突起部２０１は、カバー１４の開口部１４１を通ってカバー１４の上面１４６よりも上側に突出している。このため、発光装置２を他の装置などに組み付ける際に、突起部２０１が圧縮されてシール部品として機能し、発光装置２と組み付け対象物との界面からの、水などの液体の漏れ出し又は浸入を防ぐことができる。すなわち、スペーサー２０を用いることにより、凹部１４７内に設置して用いられるシール部品を用いなくても、発光装置２と組み付け対象物との間の防水性を確保することができる。また、凹部１４７を設ける必要がないため、カバー１４の防水シート１３を覆う部分を薄くすることができる。スペーサー２０及び突起部２０１は、典型的には環状であり、環状である場合にはシール効果が特に大きくなる。

また、スペーサー２０は、防水シート１３側の面２０４の開口部２０３を囲む位置に、環状の突起（リブ）２０５を有することが好ましい。この場合、スペーサー２０とリフレクター１２との間で突起２０５を圧縮させ、スペーサー２０と防水シート１３の界面からの水などの液体の浸入を効果的に防ぐことができる。ここで、突起２０５と突起部２０１の平面方向（図６の紙面に垂直な面内の方向）の位置を重ねることにより、両者のシール機能をより向上させることができる。

突起部２０１と突起２０５を弾性変形させてシール部品として効果的に機能させるため、スペーサー２０は、リフレクター１２と同様に、シリコーンゴム、フッ素ゴムなどの弾性材料からなることが好ましい。

（実施の形態の効果）
上記の本発明の実施の形態に掛かる発光装置１、２によれば、リフレクター１２が第１の突起１２２と第２の突起１２４によるシール機能を有することにより、Ｏリングなどのシール部材などの使用数が抑えられている。このため、発光素子１１の実装領域が密閉された、水中での使用も可能な防水性に優れた構造を有しながら、構成部品点数が抑えられている。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。また、発明の主旨を逸脱しない範囲内において上記実施の形態の構成要素を任意に組み合わせることができる。

また、上記の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１、２発光装置
１０基板
１１発光素子
１２リフレクター
１２１上面
１２２第１の突起
１２３下面
１２４第２の突起
１２６凹部
１３防水シート
１４カバー
１４１開口部
１４２弾性部
１４３ツメ
１５ケーブル
１６ヒートシンク
１８貫通孔
２１ケーブルブッシュ
２０スペーサー
２０１突起部

Claims

配線を有する基板と、
前記基板上に実装された発光素子と、
前記基板の前記配線に接続されたケーブルと、
前記基板上において前記発光素子の周囲を囲むように設けられ、前記発光素子から発せられた光の状態を変化させる環状の光学部品と、
前記環状の光学部品の上に、前記発光素子の上方を覆うように設置された、前記発光素子から発せられる光を透過する防水シートと、
前記防水シート上に設置された、前記発光素子の上方に開口部を有するカバーと、
前記カバーと前記防水シートの間の前記開口部を囲む位置に配置される環状のシール部品と、
を備え、
前記環状の光学部品の前記防水シートに接触する部分が前記防水シートに押し当てられて圧縮され、前記シール部品が前記カバーと前記防水シートに挟まれて圧縮され、前記カバーと前記防水シートとの界面及び前記環状の光学部品と前記防水シートとの界面からの前記環状の光学部品に囲まれた前記発光素子の実装領域への液体の浸入を防ぐ、
発光装置。
前記環状の光学部品が、シリコーンゴム又はフッ素ゴムからなる、
請求項１に記載の発光装置。
前記防水シートが、石英ガラスからなる平板状の防水シートである、
請求項１又は２に記載の発光装置。
配線を有する基板と、
前記基板上に実装された発光素子と、
前記基板の前記配線に接続された前記発光素子へ通電するケーブルと、
前記基板上において前記発光素子の周囲を囲むように設けられ、前記発光素子から発せられた光の状態を変化させる環状の光学部品と、
前記環状の光学部品の上に、前記発光素子の上方を覆うように設置された、前記発光素子から発せられる光を透過する防水シートと、
前記防水シート上に設置された、前記発光素子の上方に開口部を有するカバーと、
前記カバーと前記防水シートの間の前記開口部を囲む位置に配置される環状のシール部品と、
を備え、
前記環状の光学部品の前記防水シートに接触する部分がシール部として前記防水シートに押し当てられて圧縮され、前記シール部品が前記カバーと前記防水シートに挟まれて圧縮され、前記カバーと前記防水シートとの界面及び前記環状の光学部品と前記防水シートとの界面からの前記環状の光学部品に囲まれた前記発光素子の実装領域への液体の浸入を防ぎ、
前記ケーブルが、前記基板の面方向における前記発光素子の実装位置に対してずれた位置から前記シール部及び前記シール部品によって密閉された空間に引き込まれた、
発光装置。