JP2010251213A - 発光モジュールおよび照明装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】発光素子の陰影を目立ち難くすることが可能な発光モジュールおよび照明装置を提供する。
【解決手段】基体11と;基体に配設される発光素子12と;発光素子に対向して配設され発光素子の光を屈折し集光させて透過するレンズ体15と;レンズ体に対向して配設されレンズ体を透過した光を拡散する拡散体16と;を具備する発光モジュール10を構成する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、発光ダイオード等を光源とした発光モジュールおよび照明装置に関する。
近年、発光ダイオードは、その発光効率の向上により、オフィスや一般照明用などの比較的大きな照明装置の光源として採用され商品化されてきている。例えば、特許文献1には、発光ダイオードのように指向性のある光源を用いた照明装置において、光源を基板の面において光が均一に発光されるように配置し、さらに光源と拡散板との距離を光が均一に拡散できるように保持し均一に面発光させるようにした照明装置が示されている。
特開2009−16095号公報
しかしながら、発光ダイオードから放射される光は、その輝度が比較的高く、近年、発光ダイオードがますます高輝度・高出力化されていることからも、発光素子の粒状の陰影は消し難くなっている。例えば、上記特許文献1においては、発光ダイオードを基板の面において光が均一に発光されるように配置し、さらに光源と拡散板との距離を光が均一に拡散できるように保持して均一に面発光させるようにしているが、発光ダイオードを均一に配置しなければならない設計上の制限、さらに、光源と拡散板は所定の距離をもって保持しなければならない設計上の制限が生じ、各種・多様な照明装置を構成することができなくなる。
また、拡散性の高い、例えば、濃い乳白色の拡散板を用いる方法もあるが、拡散性の高い材料は一般に光の透過率が低いために器具効率が低下し、さらに、拡散性の高い拡散板を用いても発光素子の粒状の陰影は消し難く、眩しさを感じることから落ち着いた照明空間を得ることが難しい問題がある。さらに、眩しさを遮るために遮光角を確保する方法もあるが、遮光壁により発光モジュール若しくは照明装置自体の厚さが増し、施工性および美観を損ねる一因にもなっていた。このため、比較的大きな照明装置に使用される発光モジュールにおいては、発光ダイオードの粒状の陰影を目立ち難くくし、器具効率が高く、かつ各種・多様な照明装置にも対応することが可能な発光モジュールを如何にして実現するかが重要な課題になっている。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、発光素子の陰影を目立ち難くすることが可能な発光モジュールおよび照明装置を提供しようとするものである。
請求項1に記載の発光モジュールの発明は、基体と;基体に配設される発光素子と;発光素子に対向して配設され発光素子の光を屈折し集光させて透過するレンズ体と;レンズ体に対向して配設されレンズ体を透過した光を拡散する拡散体と;を具備していることを特徴とする。本発明によれば、発光素子に対向して配設され発光素子の光を屈折し集光させて透過するレンズ体と、レンズ体に対向して配設されレンズ体を透過した光を拡散する拡散体により、発光素子の陰影を目立ち難くすることができる。
本発明において、発光モジュールは、天井等から全般照明を行うオフィス等、施設・業務用などの比較的大きな照明装置に適用されることが好適であるが、住宅用など一般照明用の小形の照明装置に適用されてもよい。
基体は、発光素子としての発光ダイオードチップ等を配設するための部材で、アルミニウムや銅などの熱伝導性の良好な金属、若しくは、ガラスエポキシ材、紙フェノール材、ガラスコンポジット等、非金属性の部材で構成されることが許容される。また、コスト的に有利であれば、セラミックスで構成されたものであってもよい。また、基体は、複数の発光素子を所定の間隔を有して配設するために必要な面モジュールを構成する正方形や長方形に形成することが好ましいが、六角形などの多角形状、さらには円形や楕円形状等をなすものであっても、線モジュールを構成する長尺なライン状をなしていてもよく、目的とする配光特性を得るための全ての形状が許容される。また、基体には配線パターンが形成され、この配線パターン上に発光素子である発光ダイオードチップ等が実装して配設されることが好ましいが、基板の構成および実装等をするための手段は特定のものに限定されない。
発光素子は、発光ダイオード、有機ELや半導体レーザなど、半導体を発光源とした発光素子が好適であるが、ここでは、基体に配設して発光部を構成できるものであれば、小形のハロゲンランプ等の白熱電球や冷陰極形の小型の蛍光ランプ等であってもよい。
レンズ体は、発光素子に対向して配設され発光素子の光を屈折し集光させ粒状の発光素子を拡大して大きく見せて投影することにより、発光素子の陰影を目立ち難くするもので、アクリル樹脂等の透光性合成樹脂やガラスなどで構成され、フレネルレンズを構成することがモジュールの小形化・薄形化を達成するために好適であるが、ここでは、配光制御に使用される外側または内側に凸形状をなす凸レンズ、若しくは、カップレンズ等の高効率レンズであってもよい。
拡散体は、レンズ体に対向して配設されレンズ体を透過し集光された光を拡散するもので、例えば、アクリル樹脂やポリカーボネート樹脂に光拡散剤を添加した乳白色の樹脂が好ましいが、樹脂に限らずガラスに光拡散剤を添加して構成したものであってもよい。
発光モジュールは、上述した基体、発光素子、レンズ体、拡散体で構成されるが、例えば、照明装置の光源として使用される場合、モジュール形態にあらかじめ製造されたモジュール部品として構成したものであっても、または、照明装置に、上述した個々の構成部品を個々に組み立てることによって器具本体内に構成される発光ユニットからなる発光モジュールであってもよい。
請求項2に記載の発明は、請求項1記載の発光モジュールにおいて、前記発光素子は発光ダイオードで構成し、レンズ体はフレネルレンズで構成したことを特徴とする。本発明によれば、発光素子の陰影を目立ち難くすることができると共に、モジュールの小形化・薄形化を達成することができる。
本発明において、発光ダイオードは、例えば、1個のチップで構成されたものでも、複数個のチップで構成されたものであってもよい。また、発光ダイオードのチップは黄色蛍光体との間で白色光を発光させるために、青色発光ダイオードチップで構成されることが好ましいが、例えば、赤色発光ダイオードチップ、緑色発光ダイオードチップ、青色発光ダイオードチップ等の3個の発光ダイオードチップで白色を発光するチップ群を構成するものであってもよい。さらには、例えば、赤色発光ダイオードチップ、緑色発光ダイオードチップ等で、他の色を発光させるようにしてもよい。
これら発光ダイオードチップは、基体にマトリックス状に一部または全体が配置されていることが好ましいが、千鳥状または放射状など、規則的に一定の順序をもって一部または全体が配置されたものもであってもよい。チップが配置された全体の形状は、全体として略正方形をなすことが好ましいが、長方形をなす形状であっても、さらには多角形、円形、楕円形など、光源となる発光ダイオードチップを効率よく配置でき、かつ目的とする配光を得るための全ての形状が許容される。
フレネルレンズは、アクリル樹脂等の透光性合成樹脂やガラスの表面に細かい輪帯状の溝を形成して、発光素子の光を屈折し集光させるように構成されることが好ましいが、その具体的な構成は特定の形状に限定されず、粒状の発光素子を拡大して大きく見せて投影することにより発光素子の陰影を目立ち難くすることが可能な全ての手段が許容される。
請求項3に記載の照明装置の発明は、請求項1または2記載の発光モジュールと;発光モジュールを配設した器具本体と;発光モジュールを点灯する点灯装置と;を具備していることを特徴とする。本発明によれば、請求項1または2記載の発光モジュールを用いることにより、照明装置における発光素子の陰影を目立ち難くすることができる。
本発明において、照明装置は、発光モジュールを、複数個を組み合わせて住宅用など一般照明用の小形の照明装置を構成しても、長尺なオフィス等、施設・業務用の比較的長い大きな照明装置を構成するようにしてもよい。また、発光モジュール1個を用いて構成するようにしてもよい。
器具本体は、熱伝導性の良好な鋼板、ステンレス、アルミニウム等の金属で構成するのが好ましいが、例えば、PBT(ポリブチレンテレフタレート)などの耐熱性、耐光性で、電気絶縁性を有する合成樹脂で構成されたものであってもよい。
点灯装置は、例えば、交流電圧100Vを直流電圧24Vに変換して発光ダイオードチップに供給する点灯回路で構成され、器具本体内に内蔵させて設けても、器具本体と別置きで構成してもよい。また、調光機能を有していてもよい。
請求項1記載の発明によれば、発光素子に対向して配設され発光素子の光を屈折し集光させて透過するレンズ体と、レンズ体に対向して配設されレンズ体を透過した光を拡散する拡散体により、発光素子の陰影を目立ち難くすることが可能な発光モジュールを提供することができる。
請求項2記載の発明によれば、発光素子は発光ダイオードで構成し、レンズ体はフレネルレンズで構成したことにより、発光素子の陰影を目立ち難くすることができると共に、小形化・薄形化を達成することが可能な発光モジュールを提供することができる。
請求項3記載の発明によれば、請求項1または2記載の発光モジュールを用いることにより、発光素子の陰影を目立ち難くすることが可能な照明装置を提供することができる。
本発明の実施形態に係る発光モジュールの要部を示し、(a)は図2のA−A線に沿う断面図、(b)は図1(a)のA部分を拡大して示した断面図。 同じく発光モジュールを示し、レンズ体および拡散体の一部を切り欠いて示した正面図。 同じく発光モジュールを用いた照明装置を示し、(a)天井に設置した状態を示す側面図、(b)は(a)の正面図。 同じく発光モジュールの変形例を示し、(a)は第1の変形例のレンズ体および拡散体の一部を切り欠いて示した正面図、(b)は第2の変形例の要部を示す図1(a)相当図。
以下、本発明に係る発光モジュールおよびこの発光モジュールを用いた照明装置の実施形態について、図面に従い説明する。
本実施例は、オフィス等施設用の照明装置に用いられ発光ダイオードを光源とした発光モジュールを構成するものである。まず、発光モジュールの構成について説明する。図1〜図2に示すように、本実施例の発光モジュール10は、基体11、基体に配設される本発明の発光素子を構成する発光ダイオードチップ12(以下「LEDチップ」と称す)、LEDチップを囲み開口部を有する枠体13、枠体13の内部に充填される封止部材14、発光素子に対向して配設されるレンズ体15、レンズ体に対向して配設される拡散体16、これら構成部品を収容し支持するケース部材17で構成する。
基体11は、LEDチップ12を配設するための部材で、エポキシ材等でフレキシブルなシートからなる略正方形の平板で構成する。基板の表面には銅箔からなる配線パターン(図示せず)を形成し、この配線パターン上にLEDチップ12が配設される。
LEDチップ12は、光源となるもので、同一性能を有する複数個のチップが用意され、この各LEDチップは、本実施例では高輝度、高出力の青色LEDチップで構成する。
上記に構成された基体11およびLEDチップ12は、基体11の配線パターン上に複数のLEDチップ12をマトリックス状に実装して構成する。マトリックス状に規則的に配置された各LEDチップ12は、配線パターンにより直列に接続される。
枠体13は、耐熱性および電気絶縁性を有する合成樹脂、本実施例では、白色の薄いPBT(ポリブチレンテレフタレート)により、横断面が矩形状をなす「すり鉢状」の凹部13aを形成し、その底部の開口13bの中心に、上記に配列された各LEDチップ12が位置しLEDチップを囲むようにして配設される。枠体13はLEDチップ12からの光を外方へ放射するための矩形状の開口部13cが形成される。枠体13は上記のように、薄いPBTにより多数の開口部13cが一体に形成され、内部を空洞13dとした薄い格子状の略正方形の部材として構成される。また、枠体13の矩形状をなす「すり鉢状」の凹部13aの内面にアルミニウム等を蒸着して鏡面加工を施した反射面13eが形成される。
枠体の凹部13aは、各LEDチップ12の反射体を構成するもので、光源であるLEDチップ12から放射される光を反射面13eで反射させ、LEDチップ12を中心とした回転対称となる配光を得るように構成される。上記に構成された枠体13は、凹部13aの中心に各LEDチップ12が配置されるように位置決めされて、枠体13の底部が基体11の表面にシリコーン樹脂やエポキシ樹脂からなる耐熱性および電気絶縁性を有する接着剤で固定される。
封止部材14は、枠体13の内部、すなわち、LEDチップ12を収容した「すり鉢状」の凹部13aの内部に充填され、透明なシリコーン樹脂をベース材料とし、このベース材料に蛍光体kを構成する黄色蛍光材料が混合・分散された層として形成される。また、封止部材14は上述した青色LEDチップ12から放射される青色光を透過させると共に、青色光によって蛍光体を励起して黄色光に変換するものである。さらに、封止部材14は、LEDチップ12および充電部の配線パター等を含めて埋め込むように枠体13の開口13bが面する基体11の表面全体にわたり塗布または充填する。これにより、封止部材14で覆われた枠体13の内部、すなわち、LEDチップ12を収容した内部は気密になった状態に構成され、LEDチップ12および電極ワイヤやリードフレーム等の充電部が電気的に絶縁されると共に汚れや塵埃・湿気などから保護される。
レンズ体15は、枠体13の開口部13cに対し、LEDチップ12との間に間隔を有して配設されるもので、複数個の開口部13cに共通して配設される大きさを有し、透明なアクリル樹脂で略正方形をなす薄い光透過性パネルとして構成される。レンズ体は、本実施例では、その裏面、すなわち、個々のLEDチップ12に対向する側の面に細かい輪帯状の溝15aを複数形成したフレネルレンズを一体に成型して構成し、個々のLEDチップ12から放射された光を拡散体16に向かって集光させるように構成される。これによって、発光部を大きく見せることができる。複数の輪帯状の溝15aは、個々のLEDチップ12の光軸x−xを中心とした同心の円として形成される。
拡散体16は、ポリカーボネート樹脂に光拡散剤、例えば、酸化チタン(TiO2)やシリカ(SiO2)などの光拡散微粒子を混合・分散して乳白色の薄い拡散パネルとして構成され、レンズ体15に対向し所定の間隔aを有して配設されることにより、レンズ体を透過した光をさらに拡散するものである。
拡散体16は、全光線透過率が90%以上、好ましくは95%以上で、光拡散率が35%以上、好ましくは45%以上の拡散体として構成する。全光線透過率が90%未満であると透過率が低下し器具効率が低下し易くなる。また光拡散率が35%未満であると発光素子の陰影が消し難くなる。なお、光拡散率は、入射光に対し、透過光にどの程度拡散光が含まれるかを示す割合であり、例えば、並行光が入射した場合に、全透過光のうち入射光の方向以外の方向に進む光の割合である。
ケース部材17は、熱伝導性の良好な金属、本実施例ではアルミニウムで薄い箱体をなすように構成され、その内部底面にLEDチップ12やレンズ体15などを組み込んだ基体11の底面を密着させ、シリコーン樹脂やエポキシ樹脂等の熱伝導性を有する接着剤で固定し収容する。さらに、ケース部材17の開口部を閉塞するようにして拡散体16を嵌め込みシリコーン樹脂やエポキシ樹脂等の接着剤で固定する。この状態で拡散体16は、枠体13に組み込まれたレンズ体15と所定の間隔aを有して配設される。
これにより、LEDチップ12を実装した基体11とアルミニウムからなるケース部材17が熱的に連結され、LEDチップから発生する熱がケース部材を介して外部に放熱される。
上記により、平板状の略正方形をなす基体11、LEDチップ12、レンズ体15および拡散体16が組み合わされ、ケース部材17に収容され支持された平板状の発光モジュール10が構成される(図2)。このように、レンズ体15によって一旦集光させることで光源自体を大きく見せることができる。しかしながら、集光するために眩しさを感じやすくなるが、本発明の構成では、集光した光を拡散体16によって輝度を低下させることができる。
上記に構成した発光モジュール10は、単独、若しくは、複数個を組み合わせて使用することにより、各種の形態や各種の光出力を持つ照明装置が構成される。本実施例においては、上記構成の発光モジュール10を複数個組み込んだオフィス等施設用の照明装置を構成した。次にその構成を説明する。
本実施例の照明装置20は、図3(a)(b)に示すように、上記に構成された複数個、本実施例では片側12個、両側で合計24個の発光モジュール10、この24個の発光モジュールを配設した器具本体21、発光モジュールを点灯する点灯装置22で構成する。器具本体21は、施設用の照明装置を構成するために比較的長く大きな形態をなす本体ケースからなる。本体ケースは、断面形状が逆富士形(略V字形)をなす光源支持部21aが形成された長尺な枠状の部材からなり、塗装鋼板等を折り曲げ加工して構成する。
24個の発光モジュール10は、長尺な鋼板からなり逆富士形に形成された左右両面からなる光源支持板21a上に、アルミニウムや銅などの熱伝導性の良好な金属からなる基板21bを介して、左右の光源支持部21aに片側に12個ずつの各発光モジュール10をそれぞれ長手方向に直線状に並べて配置する。この際、発光モジュール10は、そのケース部材17を、光源支持部21aに基板21bを介して密着して熱的にも連結された状態で支持する。これにより、逆富士形で長尺な光源部が左右両面に形成されたオフィス等施設用の照明装置20が構成される。
なお、各発光モジュール10のケース部材17は、電気絶縁性を有しかつ熱伝導性の良好なシリコーン樹脂やエポキシ樹脂等からなる接着剤またはシートを介して基板21bに密着させネジ等の固定手段により支持され、基板21bおよび光源支持部21aに固定される。24個の発光モジュール10は直列になるように配線接続される。
上記に構成された器具本体21は、その裏面側に照明装置20を天井等の被設置部に設置するための支持部(図示せず)が形成され、支持部の内部には点灯装置22が内蔵される。点灯装置は交流電圧100Vを直流電圧24Vに変換してLEDチップ12に供給する点灯回路(図示せず)で構成され、点灯回路の出力線が本体ケース内に導出され、直列に配線接続された各発光モジュール10の入力端子に接続されて逆富士形の照明装置20が構成される。
上記に構成された照明装置20は、被設置部である天井等に単体、若しくは複数個を送り用ケーブルにより接続させて設置される。設置された照明装置を点灯すると、各発光モジュール10に配設された各LEDチップ12全てが発光し白色の光が放射され、逆富士形に形成された光源部、すなわち、斜め下方に向かって配置された発光モジュール10から所望の配光特性に沿った、例えば、オフィス内に設置され並べられた机等に沿った横長の配光をもった照明が行われる。
この際、各青色LEDチップ12から放射された光は、枠体13の底部の開口13bから前面の開口部13cに向かって放射され封止部材14に入射すると共に、一部が反射面13eで反射しながら封止部材14に入射する。これにより青色光が封止部材14の蛍光体kを励起して黄色光に変換され、青色光と黄色光とが混光して前面の開口部13cから白色光として放射される。この放射された白色の光は、図1(b)に実線矢印で示すように、フレネルレンズからなるレンズ体15で屈折され一旦集光される。これにより、粒状をなすLEDチップ12が拡大され大きく見せて投影され、LEDチップの陰影が目立ち難くなる。さらに、レンズ体15を透過し一旦集光された光は拡散体16により拡散され、LEDチップの陰影が一層目立ち難くなる。これにより、眩しさが感じ難くなり落ち着いた照明空間を形成することができる。
このとき、LEDチップ12から発生する熱は、基体11からアルミニウムからなるケース部材17に伝達され、さらにアルミニウムからなる基板21bを介し鋼板からなる器具本体21に伝達されて効果的に外部に放熱される。
以上、本実施例によれば、LEDチップ12から放射された光は、フレネルレンズからなるレンズ体15で屈折されて集光され、粒状をなすLEDチップ12が拡大され大きく見せて投影されてLEDチップの陰影が目立ち難くなる。さらに、レンズ体15を透過し集光された光は拡散体16により拡散され、LEDチップの陰影が一層目立ち難くなって眩しさを感じ難くなり、従来のように格別な遮光壁を設けることなく適切な遮光も確保できることから落ち着いた照明空間を提供することができる。
特に、レンズ体を略平面状に形成することが可能なフレネルレンズで構成したことにより、上記のように発光素子の陰影を目立ち難くしつつ、発光モジュールの小形化・薄形化を達成することができ、各種・多様な照明装置に適用することができると共に、コスト的にも有利な発光モジュールを提供することができる。同時に従来のように格別な遮光壁を設けることなく適切な遮光ができることと相まって薄く小形に構成することができることから施工性もよく美観を損ねることのない発光モジュールおよび照明装置を提供することができる。
また、本実施例の発光モジュールによれば、発光素子の陰影を目立ち難くすることができるので、従来にように、発光ダイオードを均一に配置しなければならない設計上の制限、さらに、光源と拡散板は所定の距離をもって保持しなければならない等の設計上の制限がなくなり設計の自由度が増し、各種・多様な照明装置に一層適用することが可能な発光モジュールを提供できる。また、格別に拡散性の高い拡散体を用いることなく発光素子の陰影を目立ち難くすることができるので、効率が低下することなく、所定の明るさを保った器具効率の高い発光モジュールおよび照明装置を提供することができる。
以上、本実施例において、図4(a)に示すように、フレネルレンズからなるレンズ体15の複数の輪帯状の溝15aは、円形でなく、枠体13の正方形をなす開口部13cと同形状の、複数の正方形の輪帯状の溝15a´で構成してもよい。この場合もLEDチップ12の光軸x−xを中心として同心状に複数の溝を形成する。これによれば、光放出部となる正方形の開口部全体が正方形のフレネルレンズで構成されることから全ての光を屈折し集光させることができる。
また、図4(b)に示すように、レンズ体15は、枠体13の開口部13cの個々に対応して設けるように構成してもよい。すなわち、レンズ体15は各枠体の個々の開口部13cに対し配設される大きさの小さなレンズ体15´で構成し、隣接するレンズ体との間に、枠体の突出部13fを挟持してシリコーン樹脂やエポキシ樹脂等の接着剤で固着し突出部13fをレンズ体15´に密接させるように構成する。本構成によれば基体11がフレキシブル材からなることと相まって、各レンズ体15´の境目が折れ目となり基体11とレンズ体15´にフレキシブル性をもたせることも可能となる。また蛍光体kを含有する封止部材14は、図4(b)に示すように、LEDチップ12の周囲をドーム状に囲むように設けてもよい。この封止部材14はLEDチップ12およびその充電部のみを覆うように、ドーム状に充填または塗布される。この構成によれば、高価なシリコーン樹脂や蛍光体等の使用量を低減させることができ、コスト的に一層有利な発光モジュールを構成することができる。
なお、変形例を示す図4には、図1〜図3と同一部分に同一の符号を付し詳細な説明は省略した。以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明は上述の実施例に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の設計変更を行うことができる。
10 発光モジュール
11 基体
12 発光素子
15 レンズ体
16 拡散体
20 照明装置
21 器具本体
22 点灯装置

Claims (3)

  1. 基体と;
    基体に配設される発光素子と;
    発光素子に対向して配設され発光素子の光を屈折し集光させて透過するレンズ体と;
    レンズ体に対向して配設されレンズ体を透過した光を拡散する拡散体と;
    を具備していることを特徴とする発光モジュール。
  2. 前記発光素子は発光ダイオードで構成し、レンズ体はフレネルレンズで構成したことを特徴とする請求項1記載の発光モジュール。
  3. 請求項1または2記載の発光モジュールと;
    発光モジュールを配設した器具本体と;
    発光モジュールを点灯する点灯装置と;
    を具備していることを特徴とする照明装置。
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