ライト及びライトの製造方法

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【発明の名称】	ライト及びライトの製造方法
【発明者】	【氏名】今井紘一
【要約】	【課題】消費電力が低く、照度の高いライトおよび当該ライトの製造方法の提供を課題とした。【解決手段】ライト１はガラス製のケース部材２の内面側に鏡面部３が配置され、前記ケース部材２の内部に複数の発光ダイオード４により構成される発光部５と駆動用回路６を内蔵し、前記ケース部材２の端部に電極部が一部が前記ケース部材２から一部が露出するように取り付けられている。ライト１において複数の発光ダイオード４が白色の基板８上に配置され、さらにその内の１つが前記鏡面部３の光軸上に配置されているため、前記ライト１は前記発光ダイオード４が放射する光が所定の方向に集中して反射され照度が高い。

【特許請求の範囲】
【請求項１】少なくとも一部が透光性を有するケース部材と、前記ケース部材の内面側に配置された鏡面部と、前記ケース部材の内部に配置された複数の発光ダイオードと、前記ケース部材から露出し、内部の発光ダイオードに電力を供給する電極部を有することを特徴とするライト。
【請求項２】発光ダイオードはケース部材内部で鏡面部の光軸上およびその周囲に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のライト。
【請求項３】発光ダイオードはケース部材内部に配置された基板上に取り付けられ、当該基板は白色であることを特徴とする請求項１又は２に記載のライト。
【請求項４】コンデンサと抵抗とダイオードにより構成され、前記発光ダイオードに接続される発光ダイオード駆動用回路が、ケース部材内に内蔵されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のライト。
【請求項５】ケース部材は、密閉されたガラス容器であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のライト。
【請求項６】請求項１乃至５のいずれかに記載のライトを製造する方法において、ガラス容器を成形する工程と、ガラス容器内に複数の発光ダイオードを封入する工程を有し、前記ガラス容器内に複数の発光ダイオードを封入する工程を行う際に前記ガラス容器内を水分を含有しないガスで置換することを特徴とするライトの製造方法。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は発光ダイオードを内蔵するライトおよび当該ライトの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】白熱電球や蛍光灯などに代表される従来のライトは、ガラス製の容器内にフィラメントや種々のガスを封止したものであり、前記ガラス製の容器から露出した電極に電力を供給することで発光するものである。
【０００３】白熱電球は、不活性ガスを封入したガラス製の略球形の容器の中にタングステン線等を材質とするフィラメントを配置し、前記容器に前記フィラメントと接続された電極を取り付けたものである。白熱電球は、電極に外部より電力を供給することによりフィラメントが発光するものである。
【０００４】また、白熱電球と同様に広くライトとして用いられている蛍光灯は、低圧水銀灯のガラス管の内壁に蛍光物質を塗布した構造である。蛍光灯は前記ガラス管内に配置されるフィラメントにより水銀アーク放電を行い、それによって発生する紫外線が前記蛍光物質に衝突することで発光するものである。
【０００５】さらに、電力を供給することで発光するものとして、発光ダイオードが公知である。当該発光ダイオードとは２種の半導体を接合した半導体素子であり、接合部に電流が流れると発光するダイオードであり、半永久的な寿命を有するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記した白熱電球や蛍光灯は、電極間に電力を供給することにより発光するが、発光時に発熱を伴う。すなわち、白熱電球や蛍光灯の発光においては、前記発熱量に相当する電力が消費されるため、その分ライトの点灯駆動時に過剰な電力を消費してしまい、非常灯やポータブル発光装置など供給可能な電力量に制限がある場合に長時間の点灯駆動ができないという問題がある。
【０００７】一方、前記発光ダイオードは発光時の発熱量が少なく、白熱電球や蛍光灯に比べ格段に消費電力が少なく、点灯駆動時に放出する光は輝度は高いが、ライトの発光体として用いるには照度が低いという問題がある。また、発光ダイオードは極性を有し、交流電流を印加すると最悪の場合、当該発光ダイオードが破壊されるため、交流電源による点灯駆動には向かないという問題がある。
【０００８】そこで本発明においては、前記した諸問題に鑑み、消費電力が低く、照度の高いライトおよび当該ライトの製造方法の提供を課題とした。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明は、少なくとも一部が透光性を有するケース部材と、前記ケース部材の内面側に配置された鏡面部と、前記ケース部材の内部に配置された複数の発光ダイオードと、前記ケース部材から露出し、内部の発光ダイオードに電力を供給する電極部を有することを特徴とするライトである。
【００１０】本発明のライトはケース部材の内部に複数の発光ダイオードを内蔵するものであるため、前記ライトは発光量が多い。また、前記ライトのケース部材の内部には鏡面部が設けられており、前記発光ダイオードにより放出された光は前記鏡面部において反射するため、前記ライトは照射角度が広い。
【００１１】ここで、前記発光ダイオードは２つの端子を有する半導体素子であり、当該端子間に電流を流すことで様々な発光色を呈するものである。なお、本発明のライトに用いられる前記発光ダイオードは、いかなる発光色を呈するものであっても良い。また、前記発光ダイオードは、発光に要する消費電力が極めて低く、低電圧で発光し、半永久的な寿命を有するものである。よって、発光ダイオードを内蔵する本発明のライトは、低電圧で発光駆動でき、消費電力が極めて低く、半永久的な寿命を有する。
【００１２】また、前記発光ダイオードを収納するケース部材は、少なくとも一部が透光性を有するものであれば、ガラスや樹脂等、いかなる材質で構成されても良いが、内部に収納される発光ダイオードにより放射される光の減衰を防止すべく極力薄く透光性の高い材質で構成されることが望ましい。また、前記ケース部材は球形や直方体等、内部に前記発光ダイオードを収納する空間を有するものであればいかなる形状であっても良い。電極部は一部が前記ケース部材から露出し、前記ケース部材の内部に収容された発光ダイオードに電力を供給するものであり、いかなる形状であってもよい。
【００１３】さらに前記ケース部材の内面側に設けられる鏡面部は前記ケース部材の内面をスパッタリングなどにより鏡面状に表面処理したものであり、光を反射するものであればいかなる手法で表面処理したものであっても良い。また、鏡面部は前記ケース部材の内部に、鏡や金属製の部材にスパッタリングやメッキ加工を施したものなど別途の部材を配置したものであっても良い。なお、スパッタリングとは真空中にＡｒガスなどの不活性ガスを導入しながら基板（本発明においてはケース部材）と前記基板上に成膜される物質であるターゲット間に直流高電圧を印加し、イオン化した不活性ガスをターゲットに衝突させターゲット物質を弾き飛ばし、基板上に成膜させる方法である。
【００１４】請求項２に記載の発明は、発光ダイオードはケース部材内部で鏡面部の光軸上およびその周囲に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のライトである。
【００１５】本発明のライトは、鏡面部の光軸上、すなわち鏡面部により構成される光学系の中心を連ねる直線上の位置に発光ダイオードが配置されているため、発光ダイオードが放出する光が前記鏡面部により所定の方向に集中して反射される。また、発光ダイオードが前記光軸の周囲の位置にも配置されるため、本発明のライトは十分な照度を有するライトである。ここで、照度とは光が照射される面の単位面積が受ける光束の量を示すものである。すなわち、照度が高いほど光が照射される面が明るい。
【００１６】請求項３に記載の発明は、発光ダイオードはケース部材内部に配置された基板上に取り付けられ、当該基板は白色であることを特徴とする請求項１又は２に記載のライトである。
【００１７】本発明のライトにおいては、発光ダイオードがケース部材内部に配置される基板上に配置されており、当該発光ダイオードが放出する光は、当該基板により反射される。また、当該基板は白色であるため、当該基板に入射される光の大部分が所定の方向に集中して反射される。よって本発明のライトは発光ダイオードが放出する直接光に、前記基板からの反射光が加わることにより、十分な照度で発光する。
【００１８】請求項４に記載の発明は、コンデンサと抵抗とダイオードにより構成され、前記発光ダイオードに接続される発光ダイオード駆動用回路が、ケース部材内に内蔵されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のライトである。
【００１９】本発明のライトは、ケース部材の内部に抵抗およびコンデンサにより構成される発光ダイオード駆動用回路が内蔵されている。前記発光ダイオード駆動用回路は前記ライトが直流電源用のライトであるか交流電源用のライトであるかにより異なる構成であることが望まれる。すなわち直流電源用のライトに内蔵される前記発光ダイオード駆動用回路は、前記発光ダイオードに印加する電力の電流制限を行うものであることが望ましい。一方直流電源用のライトに内蔵される前記発光ダイオード駆動用回路は、前記発光ダイオードに印加する電力の電流の制限および整流を行うものであることが望ましい。
【００２０】請求項５に記載の発明は、ケース部材は、密閉されたガラス容器であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のライトである。
【００２１】本発明のライトにおいてはケース部材が密閉されており、当該ライト内の発光ダイオードなどが外部の環境から保護される。そのため、本発明のライトは、湿度が高い場所等の過酷な環境下においても使用できる。また、本発明のライトのケース部材はガラス製であるため、当該ケース部材内に配置される発光ダイオードが放射する光はほとんど減衰しない。
【００２２】請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載のライトを製造する方法において、ガラス容器を成形する工程と、ガラス容器内に複数の発光ダイオードを封入する工程を有し、前記ガラス容器内に複数の発光ダイオードを封入する工程を行う際に前記ガラス容器内を水分を含有しないガスで置換することを特徴とするライトの製造方法である。
【００２３】本発明のライトの製造方法は、ガラスを加工しガラス容器を形成する工程と、当該ガラス容器内に複数の発光ダイオードを封入する工程を有する。ここで本発明のライトの製造方法においては前記ガラス容器内を水分を含有しないガスで置換する。そのため、当該製造方法により製造されたライトの内部には水分が残留せず、当該ライトはいかなる環境下において用いても前記ガラス容器内が水分によって曇らない。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下において本発明の実施形態について説明する。図１（ａ）は本発明の第１実施形態のライト１の模式図であり、図１（ｂ）は同（ａ）のＡ－Ａ断面図である。ライト１はガラス製で中空のケース部材２の内部に鏡面部３と、発光ダイオード４を９つ接続した発光部５と、当該発光部５に接続された駆動用回路６が配置されており、前記ケース部材２の端部に電極部７が一部露出するように取り付けられている。ケース部材２は球形部２ａと円筒部２ｂにより構成され、電極部７は円筒部２ｂの端部に取り付けられている。なお、本実施形態においてケース部材２はガラス製であるが、これに限らず中空で少なくとも一部が透光性を有するものであれば、樹脂等いかなる材質で構成されたものであっても良い。
【００２５】また、鏡面部３は発光部５により放出される光を反射できるように、前記ケース部材２の内部にスパッタリング処理を施し鏡面状の膜を成膜したものである。なお、鏡面部３はスパッタリング処理に限らず、湿式のメッキ処理等により成膜したもの等、発光部５により放出される光を反射できるものであればいかなる表面処理を施されたものであっても良い。また、鏡面部３は金属製で両端が開口した略椀形の部材に湿式のメッキ加工を施したものや鏡など、光を反射できるものを別途前記ケース部材２の球形部２ａの内部に配置したものであっても良い。
【００２６】発光部５は発光ダイオード４が９つ接続されたものであり、当該発光部５には電極部７に供給される直流電源に電流制限を加えた電流が通電され、これによって、各発光ダイオード４が点灯駆動される。なお、前記発光ダイオード４はいかなる発光色を呈するものであっても良く、前記発光部５は発光ダイオード４をいくつ接続したものであってもよい。また、前記発光部５を構成する発光ダイオード４はすべて同じ発光色であることが望ましいが、異なる発光色の発光ダイオード４を組み合わせても良い。
【００２７】本発明のライト１においては、ケース部材２に内蔵される９つの発光ダイオード４のうちの１つである発光ダイオード４ａが当該ケース部材２内に配置された白色の基板８と前記鏡面部３の光軸との交点の位置に配置される。また、残り８つの発光ダイオード４が前記基板８上の前記発光ダイオード４ａを中心とする円周上の位置に等間隔に配置される。なお、基板８はいかなる色相を有するものであっても良いが、白色であることが望ましい。また、基板８はいかなる材質で構成されても良い。さらに発光ダイオード４はケース部材２の内部であればどこに取り付けられてもよいが、前記鏡面部３に包囲される位置に配置されることが望ましい。また、本実施形態においては前記発光ダイオード４ａ以外の発光ダイオード４は前記ケース部材２の内部であればいかなる場所に配置されてもよいが、本実施形態のように前記発光ダイオード４ａを中心とする円周上に配置されることが好ましい。
【００２８】前記ケース部材２の内部に配置され、発光部５が接続される駆動用回路６は、直流電源用の回路であり、図３に示すようにコンデンサと抵抗とダイオードにより構成される回路である。前記駆動用回路６は、発光ダイオード４を３つ順方向を揃えて直列接続したものを、さらに３組並列接続して構成される発光部５に、電極部７に供給される直流電源に電流制限を加えた電流を通電するものである。すなわち、前記駆動用回路６は電極部７のプラス側の端子から電流制限用の抵抗Ｒ１を介して発光部５のアノード側に接続され、発光部５のカソード側から電流制限用の抵抗Ｒ２を介して電極部７のマイナス側の端子に至る回路である。また、前記駆動用回路６には、発光部５の発光ダイオード４に逆電圧が印加されることを防ぐために、発光部５に対して逆並列に保護ダイオードＤ１が接続されている。この保護ダイオードＤ１により、直流電源の接続極性の間違いによって発光部５に逆電圧が加わることを防止している。また、ライト１内部に誘起される静電気や、電源を介して伝送されるサージ電圧などを吸収して、発光部５を逆電圧による破壊から保護している。
【００２９】前記ケース部材２の端部から一部が露出するように取り付けられた電極部７は、側面にネジ加工を施したエジソン２６型の口金である。すなわち電極部７は略円筒形であり、側面をネジ加工したネジ部７ａと、先端側に設けられた突起である給電部７ｂを有するものである。さらに電極部７は前記ケース部材２に熱を加えることで接合され、これによりケース部材２は密閉される。なお、電極部７は前記した形状に限らず、図２に示すように金属製で略円筒形の形状で、先端側に電極７ｃを有し、側面に係合突起状の電極７ｄ，７ｅを設けた形状等、いかなる形状を有するものであっても良い。
【００３０】本実施形態のライト１は、複数の発光ダイオード４により構成される発光部５を、ケース部材２内に有するため発光量が多い。また、ケース部材２の内部には鏡面部３が設けられており、前記発光ダイオード４により放出された光は前記鏡面部３において反射するため、ライト１は照射角度が広い。また、ライト１においては前記発光ダイオード４の内の１つである発光ダイオード４ａが、前記鏡面部３の光軸上に取り付けられており、さらに発光ダイオード４はいずれも白色の基板８上に取り付けられている。そのため、発光ダイオード４により放射される光が所定の方向に集中して反射され、ライト１は非常に照度が高い。
【００３１】また、ライト１は光源が発光ダイオード４であるため、発光に要する消費電力が極めて低く、低電圧で発光し、半永久的な寿命を有する。また、発光ダイオード４により構成される発光部５に接続される駆動用回路６は前記発光ダイオード４に流れる電流を制限し、発光ダイオード４に逆電圧が加わることを阻止する効果を有する。
【００３２】さらに、ライト１のケース部材２は密閉され、ケース部材２の内部に配置されたライト１の各構成部材を保護する構造であるため、ライト１は湿度の高い場所等の過酷な環境下においても問題なく使用できる。
【００３３】よってライト１は懐中電灯などに代表される屋外用のポータブル発光装置や非常時に点灯する非常灯など、消費電力が低く、照度の高いライトが必要とされる物の光源として好適に使用できる。
【００３４】続いて、本発明の第２実施形態のライト１０について説明する。なお、本実施形態のライト１０は前記第１実施形態のライト１とほぼ同様の構造を有するため、共通する部分については同一の符号を付し、説明を省略する。本実施形態のライト１０はライト１とは異なり、交流電源用（本実施形態においては交流１００Ｖ）のライトである。
【００３５】ライト１０は前記第１実施形態のライト１とダイオード駆動用回路が異なる。本実施形態のライト１０に内蔵される駆動用回路１１は交流用であり、図４に示すように抵抗とコンデンサとダイオードにより構成される回路である。本実施形態のライト１０において発光部５は、９本の発光ダイオード４を順方向を揃えて直列接続して構成される。そして、電極部７に供給される交流電源を電流制限を加えつつ整流し、生成された脈流電流を発光部５に通電することにより、各発光ダイオード４の点灯駆動を行っている。則ち、前記駆動用回路１１においては、電極部７から電流制限用の抵抗Ｒ３，Ｒ４を介して整流用のブリッジダイオードＢＤ１に交流電源が印加される。そして、ブリッジダイオードＢＤ１で整流された脈流が発光部５のアノードとカソードとの間に加えられて発光ダイオード４が点灯駆動される。尚、ライト１に内蔵される駆動用回路６と同様に、駆動用回路１１においても発光部５に逆並列に保護ダイオードＤ１が設けられている。
【００３６】本実施形態のライト１０はケース部材２の内部に交流電源用の駆動用回路１１が内蔵され、発光部５に接続された構造である。そのため、家庭用電源などの交流電源に接続することで発光ダイオード４、すなわちライト１０を点灯駆動できる。
【００３７】また、ライト１０はケース部材２の内部に複数の発光ダイオード４を有するため発光量が多い。さらにライト１０はケース部材２の内部に鏡面部３が設けられているため照射角度が広い。また、ライト１０に内蔵される前記発光ダイオード４の内の１つである発光ダイオード４ａが、前記鏡面部３の光軸上に配置されており、さらに発光ダイオード４はいずれも白色の基板８上に取り付けられているため、発光ダイオード４により放射される光が所定の方向に集中して反射され、ライト１０は非常に照度が高い。
【００３８】本実施形態のライト１０は光源として発光ダイオード４を採用しているため、消費電力が極めて低く、半永久的な寿命を有する。さらに、ライト１０のケース部材２は密閉されているため、ケース部材２の内部に配置されたライト１０の各構成部材が外部雰囲気から保護されるため、ライト１０は過酷な環境下で用いることができる。
【００３９】よってライト１０は屋外据付型の照明などの発光装置や非常時に点灯する非常灯など、消費電力が低く、照度の高いライトが必要とされる場所に好適に使用できる。
【００４０】続いて、前記第１実施形態および第２実施形態のライト１，１０の製造方法を説明する。まずガラスを火炎などにより融点近傍の温度まで加熱し、柔軟にした後、所定の形状に前記ガラスを成形し、ケース部材２を作成する。また、ケース部材２は、スパッタリング処理により内面に鏡面状の膜を成膜し、鏡面部３を形成する。一方、駆動用回路６あるいは１１と、発光ダイオード４により構成される発光部５を電極部７に取り付ける。
【００４１】続いて前記において所定の形状に成形されたケース部材２の内部に水分を含有しない窒素ガスを導入し置換する。なお、ここでケース２内部に導入するガスは窒素ガスに限らず水分を含有しないガスであればいかなるガスであっても良い。また、ケース２内部の空気を真空ポンプ等で吸引し、真空雰囲気にしても良い。ケース部材２の内部を窒素雰囲気にした後、前記ケース部材２の内部に発光ダイオード４および駆動用回路６あるいは１１を収容し、ケース部材２の端部を加熱し電極部７と接合することでライト１，１０の製造が完了する。
【００４２】前記したライト１，１０の製造方法においては、ケース部材２の内部に水分を含有しないガスで置換する。そのため、ライト１，１０の内部には水分が残留しておらず、いかなる環境下においても当該ケース部材２は水分により曇ることはない。また、前記した製造方法により製造されたライト１，１０はケース部材２が密閉される。そのため前記ライト１，１０は内部の発光ダイオード４がケース部材２により保護される。よって、前記した製造方法により製造されたライト１，１０は過酷な環境下においても使用できる。
【００４３】
【発明の効果】本発明のライトは、ケース部材の内部に複数の発光ダイオードを内蔵しており発光量が多い。また、前記ライトは、前記ケース部材の内部設けられた鏡面部により前記発光ダイオードにより放出された光が反射されるため照射角度が広い。また、本発明のライトにおいては、前記ケース部材に内蔵される複数の発光ダイオードの内の１つが、前記鏡面部の光軸上に配置されているため、発光ダイオードにより放射される光が所定の方向に集中して反射される。そのため、本発明のライトは非常に照度が高い。
【００４４】また、本発明のライトは光源として発光ダイオードを採用しているため、当該ライトの発光に要する消費電力が極めて低く、半永久的な寿命を有する。さらに本発明のライトのケース部材は密閉されているため、当該ケース部材の内部に配置された前記ライトの各構成部材を保護でき、前記ライトを過酷な環境下においても使用できる。
【００４５】本発明のライトの製造方法においては、ケース部材の内部を水分を含有しないガスで置換し、密閉する。そのため、前記ライトはいかなる環境下において用いてもケース部材が水分で曇らない。

【出願人】	【識別番号】５０１２５９３６３【氏名又は名称】今井紘一
【出願日】	平成１３年６月２８日（２００１．６．２８）
【代理人】	【識別番号】１００１００４８０【弁理士】【氏名又は名称】藤田隆
【公開番号】	特開２００３－１６８０５（Ｐ２００３－１６８０５Ａ）
【公開日】	平成１５年１月１７日（２００３．１．１７）
【出願番号】	特願２００１－１９６３５８（Ｐ２００１－１９６３５８）