JP2011076833A

JP2011076833A - Ｌｅｄ照明装置

Info

Publication number: JP2011076833A
Application number: JP2009226267A
Authority: JP
Inventors: Miki Takase; 幹高瀬
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2009-09-30
Publication date: 2011-04-14

Abstract

【課題】安全性及び難燃性を確保しつつ、配光範囲の広いＬＥＤ照明装置を提供する。
【解決手段】
ＬＥＤチップからの発光を拡散させる光学カバーを内側の第１の光学カバー１５と外側の第２の光学カバー１６の２重構造、或いは２重以上の多重構造とする。内側の光学カバー１５と外側の光学カバー１６に異なる特性を持たせ、内側の光学カバー１５と外側の光学カバー１６の少なくとも何れか一方に、夫々、光拡散性、耐衝撃性、難燃性に優れる材料が用いられることにより、照明器具全体として安全性及び難燃性に優れ、配光範囲の広いＬＥＤ照明装置を実現する。
【選択図】図１

Description

本発明は、照明装置に関し、特に、ＬＥＤ光源を備え、光の照射する範囲を調整することのできるＬＥＤ照明装置に関する。

近年の環境への意識の高まりの中、従来用いられてきた白熱電球のような消費電力の高い照明用光源は敬遠される動きになっており、白熱電球の置換えとしてＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）が用いられる事例が多くなっている。ＬＥＤは発光効率に優れ、蛍光灯のように水銀を使用していないことから環境にやさしい光源として注目されている。

特開２００８−１０３１１２号公報

ＬＥＤは点光源であり、指向性が高い光源であり、前方に強い光を発するといった特長を持っている。このため、電球のように全周に光を分散させるために、光学カバーの材料として光拡散性の高いものを使用し、高さ方向に大きくすることで対応している場合が多い。

また、ＬＥＤの場合、放熱のため筐体のサイズを大きくとる必要が有り、光学カバーに対しては全周に光を回すのに必要なだけの大きさが取れないことが多い。

更に、安全性や難燃性を考慮した場合、ガラスでは割れやすく、ポリカーボネートのような樹脂では難燃性を確保できない場合が多い。ポリカーボネート樹脂に難燃処理を施すと、光透過率が低下し、また、コストが増大する。更に、ポリカーボネート樹脂は光拡散性に優れるものの、使用環境によっては紫外線により劣化し、透過率が低下する。

配光を制御し、全方位に照明を可能とする手段として、全方位に照明光が出射されるように複数のＬＥＤを立体的に配置する方法が特許文献１に開示されている。しかしながら、特許文献１に記載の照明装置では、相当数のＬＥＤを使用するためＬＥＤを実装する基板サイズが大きくなり、製造コストが増大する。更に、放熱を、ＬＥＤを実装した基板のみで行う必要があり、更に基板サイズを大きくしなければならなくなる。

本発明は上記従来技術に係る問題点を鑑みてなされたものであり、安全性及び難燃性を確保しつつ、配光が制御されたＬＥＤ照明装置を提供することを目的とする。

本発明に係るＬＥＤ照明装置は、ＬＥＤチップがパッケージに実装されたＬＥＤ光源と、前記ＬＥＤ光源を主面上において支持する基台と、前記基台の前記主面側に設置される、前記ＬＥＤ光源を覆う透光性の第１の光学カバーと、前記基台の前記主面側に設置される、前記第１の光学カバーの外側を覆う透光性の第２の光学カバーと、を備えることを第１の特徴とする。

更に、本発明に係るＬＥＤ照明装置は、上記第１の特徴に加えて、前記第１の光学カバーと前記第２の光学カバーの材質或いは形状が異なることを第２の特徴とする。

更に、本発明に係るＬＥＤ照明装置は、上記第１又は第２の何れかの特徴に加えて、前記第１の光学カバーと前記第２の光学カバーのうち少なくとも何れか一方が、曇度（ＨＡＺＥ）が９９％以上の光拡散性の高い材料で構成されていることを第３の特徴とする。

また、本発明に係るＬＥＤ照明装置は、上記第１乃至第３の何れかの特徴に加えて、前記第１の光学カバーと前記第２の光学カバーのうち少なくとも何れか一方に、ＵＬ９４規格でＶ−０以上の難燃性を有するプラスチック材料、又は、ガラス材料が用いられることを第４の特徴とする。

また、本発明に係るＬＥＤ照明装置は、上記第１乃至第４の何れかの特徴に加えて、前記第１の光学カバーとしてポリカーボネート材料を、前記第２の光学カバーとしてガラス材料が用いられることを第５の特徴とする。

更に、本発明に係るＬＥＤ照明装置は、上記第１乃至第５の何れかの特徴に加えて、前記第２の光学カバーと前記基台との接合面が、前記第１の光学カバーと前記基台との接合面に対して、前記主面の前記ＬＥＤ光源が支持される面と垂直な方向であって、前記主面上に前記ＬＥＤ光源が支持される側と反対方向に遠ざかる位置にあることを第６の特徴とする。

また、本発明に係るＬＥＤ照明装置は、電球型のＬＥＤ照明装置であって、上記第１乃至第６の何れかの特徴に加えて、前記基台の前記主面と反対側に、電球ソケットに螺合し、交流電力を供給する口金を備え、前記基台の内部に、前記交流電力を直流電力に変換し、前記ＬＥＤチップに電力を供給するための電源回路を備えることを第７の特徴とする。

本発明に依れば、ＬＥＤ光源に２以上の光学カバーを設け、光学カバーを２重構造或いは多重構造とすることにより、上記従来技術に係る課題が解決され、これにより難燃性と安全性が確保され、かつ配光が制御されたＬＥＤ照明装置が提供される。

具体的には、例えば、上述の通り、ガラス製の光学カバーのみでは難燃性に優れるが割れやすく、安全性に問題があった。一方、ポリカーボネート製の光学カバーのみでは光拡散性に優れ、耐衝撃性に優れているが、難燃性に問題があった。本発明では光学カバーを２重構造とし、内側と外側の光学カバーの少なくとも何れか一方を難燃性に優れる材料で構成し、更に、内側と外側の光学カバーの少なくとも何れか一方を安全性に優れる材料で構成し、当該内側と外側の光学カバーの夫々に異なる特性（材質または形状）を持たせることにより、難燃性及び安全性の両方に優れたＬＥＤ照明装置を実現できる。

また、光学カバーを２重構造或いは多重構造とすることにより、光学カバー全体での光拡散性を高めることができるので、配光制御性に優れ、全方位に照明を行うことが可能なＬＥＤ照明装置を実現できる。

ここで、光拡散性を示す指標として曇度（ＨＡＺＥ）を、難燃性を示す指標として米国ＵＬ社（Underwriters Laboratories Inc.）により制定、認可され、事実上の業界標準となっているＵＬ９４規格を用いる。尚、ＵＬ９４規格とは、プラスチックの難燃性を示す指標であり、１２．７ｍｍ×１２７ｍｍの試験片を垂直（９４Ｖ−２、９４Ｖ−１、９４Ｖ−０及び９４−５Ｖ）或いは水平（９４ＨＢ）に保持した状態で、試験片の一方端に決められた長さ（９４Ｖ−０では２０ｍｍ）の青色炎をガスバーナーで決められた時間（９４Ｖ−０では１０秒）、２度接炎した結果で難燃性を判定する。特に、９４Ｖ−０では、１度目の燃焼時間が平均５秒以内であって且つ最大でも１０秒以下であり、１度目の炎が消火後１０秒後に行われる２度目の接炎において、グロー消火時間が３０秒以内であることが要求される。更に、３０ｃｍ下方のガーゼには着火しないことが要求される。

本発明では、内側と外側の光学カバーの少なくとも何れかが、曇度（ＨＡＺＥ）が９９％以上の材料、即ち、入射光の９９％以上が拡散される性質を持つ材料で構成されていることが望ましい。これにより、配光制御性に優れ、全方位に照明を行うことが可能なＬＥＤ照明装置を実現できる。

特に、内側の光学カバー（第１の光学カバー）を曇度（ＨＡＺＥ）が９９％以上の、光拡散性に優れた材料で構成することにより、外側カバーの高さを抑えることで、小型のＬＥＤ照明装置を実現できる。

また、本発明では、内側と外側の光学カバーの少なくとも何れかに、ＵＬ９４規格で９４Ｖ−０以上の難燃性を有するプラスチック材料、或いはガラス材料を用いることが望ましい。これにより、器具全体として難燃性に優れるＬＥＤ照明装置を実現できる。

なかでも、内側の光学カバー（第１の光学カバー）として光拡散性に優れるポリカーボネート材料もしくはアクリル材料を、外側の光学カバー（第２の光学カバー）として難燃性のガラス材料を用いることで、配光制御性、難燃性、及び安全性に優れるＬＥＤ照明装置を実現できる。

更に、外側の光学カバーの材料として、ＵＶ（紫外線）カット機能を有するガラスを用いることで、内側のポリカーボネート製光学カバーの紫外線による透過率の低下を抑えることができる。また、比較的成形が容易で、高級感のあるガラス材料を外側の光学カバーの材料として用いることで、利用者の目に触れる外側の光学カバーの形状を、内側の光学カバーの形状とは異なる、デザイン性の高い形状とすることができる。

更に、本発明の第６の特徴のＬＥＤ照明装置に依れば、外側の光学カバーの基台との接合面が、内側の光学カバーと基台との接合面に対し、ＬＥＤ光源が支持される面と垂直な方向であって、主面上にＬＥＤ光源が支持される側と反対方向に遠ざかるように基台の形状を設計し、内側及び外側の光学カバーを夫々、基台上に配置することにより、内側の光学カバーで拡散された光が基台により遮られることなく外側の光学カバーを介して配光される構造とすることで、配光範囲を広げることができる。

従って、本発明に依れば、光学カバーを２重構造或いは多重構造とすることにより、難燃性と安全性が確保され、かつ配光が制御されたＬＥＤ照明装置が実現可能になる。特に、本発明の第７の特徴のＬＥＤ照明装置は、電球ソケットに螺合する口金を更に設けることで、既存の白熱電球を置き換えることのできるＬＥＤ電球として利用可能となる。この結果、難燃性と安全性が確保され、かつ配光が制御された、小型のＬＥＤ電球を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るＬＥＤ照明装置（ＬＥＤ電球）の構成例を示す。本発明の第２実施形態に係るＬＥＤ照明装置（ＬＥＤ電球）の構成例を示す。本発明の第３実施形態に係るＬＥＤ照明装置（ＬＥＤ電球）の構成例を示す。

〈第１実施形態〉
本発明の一実施形態に係るＬＥＤ照明装置１０（以降、適宜「本発明装置１０」と称す）の構成例を図１に示す。尚、図１に示されるＬＥＤ照明装置１０は、既存の電球ソケットに螺合する口金１１を有し、取付け及び取外しが可能に構成されたＬＥＤ電球であるが、本発明は必ずしもこの構成に限られるものではない。また、以降に示される図面では適宜、要部を強調して示すこととし、各図中に示される各構成要素の寸法比と実際の寸法比とは必ずしも一致しない。

基台１２の上面中央部に、ＬＥＤチップをパッケージに実装したＬＥＤ光源１４が、当該基台の主面１３上に支持され、設置されている。基台１２は、ＬＥＤ光源１４の発光により生じた熱を外部に放熱する役割を有している。また、基台１２は、図示しないが、口金１１から供給される交流電源を直流電源に変換し、ＬＥＤチップに電力を供給するための電源回路をその内部に備えている。内側の光学カバー（第１の光学カバー）１５、外側の光学カバー（第２の光学カバー）１６が、基台１２の主面側に設置されている。内側の光学カバー１５には、光拡散性に優れるポリカーボネートが用いられている。光を全方位に拡散させるためには、内側の光学カバー１５の直径はより小さい方が望ましく、極力光学カバー１５の直径を小さくすることで高さ方向も小さくすることができる。一方、外側の光学カバー１６には、ガラスが用いられている。

ガラスは、難燃性であり、熱伝導率が高い。一方、ポリカーボネートは、熱伝導率が低く、ガラスと比較すると難燃ではないが耐衝撃性に優れる材料である。

光学カバーを、ポリカーボネート製の内側の光学カバー１５と、ガラス製の外側の光学カバー１６との２重構造とすることで、本発明装置１０は、全方位に照明が可能であり、かつ、照明器具全体として割れにくく、燃えにくく、丈夫な構成が実現されている。更に、熱伝導率の高いガラス製の外側の光学カバー１６も放熱に寄与するため、ポリカーボネートだけを用いた構成と比較して、放熱が容易になっている。

更に、外側の光学カバー１６として、紫外線カット機能を有するガラスを用いると、内側の光学カバー１５におけるポリカーボネートの紫外線による劣化を抑え、透過率の低下を抑えることができる。また、外側の光学カバー１６の材料であるガラスは比較的成形が容易であり、高級感のある材料であるため、利用者の目に触れる外側の光学カバーをデザイン性の高い形状とすることができる。

〈第２実施形態〉
本発明の一実施形態に係るＬＥＤ照明装置２０（以降、適宜「本発明装置２０」と称す）の構成例を図２に示す。上述の第１実施形態と同様、図２に示されるＬＥＤ照明装置２０は、既存の電球ソケットに螺合する口金１１を有し、取付け及び取外しが可能に構成されたＬＥＤ電球である。第１実施形態との相違点は、基台１２の形状が、中央のＬＥＤ光源１４の支持部から外側の光学カバー１６に向けて傾斜した、末広がりの形状となっており、外側の光学カバー１６の基台との接合面と内側の光学カバー１５の基台との接合面との位置関係について、外側の光学カバー１６の基台１２との接合面が、内側の光学カバー１５と基台１２との接合面に対し、ＬＥＤ光源１４の支持面と垂直な方向（即ち、電球の軸方向）であって、主面上にＬＥＤ光源が支持される側と反対方向に遠ざかるように構成されている点である。

これにより、内側の光学カバー１５で拡散された光が基台１２により遮られることがないので、配光範囲を広げることができる。

ここで、外側の光学カバー１６は、内側の光学カバー１５と接触しない程度の高さとする。これにより光学カバー１６の高さを極力抑えつつ、配光範囲を広げることができる。更に、光学カバー１６の高さを抑えた分、基台１２のサイズを大きくすることができるので、放熱が容易になっている。

〈第３実施形態〉
本発明の一実施形態に係るＬＥＤ照明装置３０（以降、適宜「本発明装置３０」と称す）の構成例を図３に示す。図３に示されるＬＥＤ照明装置２０は、上述の第２実施形態に係る本発明装置２０において、外側の光学カバー１６の高さを高くし、且つ、外側の光学カバー１６を、内側の光学カバー１５と同じ光拡散性に優れる材料を用いて構成した例である。

本発明装置３０では、内側の光学カバー１５で拡散させた光を、外側の光学カバー１６で再度拡散させることにより、本発明装置２０より更に配光範囲を広げることができる。

上述の実施形態は本発明の好適な実施形態の一例である。本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形実施が可能である。

例えば、ＬＥＤ光源１４が支持される基台の主面１３の形状については、上述の第１実施形態において、平面状である構成を図１に示し、上述の第２及び第３実施形態において、光の照射方向に対して突出した形状である構成を図２及び図３に示したが、主面１３が照射方向に対して凹状の構成も可能である。但しその場合、当該凹状の主面上に反射板を設け、基台１２によって遮られた光を光学カバー側へ反射させるとよい。光学カバーを内側の光学カバーと外側の光学カバーの２重構造にすることにより、上述の第１〜第３実施形態と同様、難燃性と安全性が確保され、かつ全方位に照明が可能なＬＥＤ照明装置を実現できる。

本発明は、ＬＥＤ光源を照明に用いるＬＥＤ照明装置に利用可能であり、特に、電球ソケットに螺合する口金を備えるＬＥＤ電球に利用することができる。

１０：本発明の第１実施形態に係るＬＥＤ照明装置（ＬＥＤ電球）
１１：口金
１２：基台
１３：主面（ＬＥＤ光源の支持面）
１４：ＬＥＤ光源
１５：内側の光学カバー（第１の光学カバー）
１６：外側の光学カバー（第２の光学カバー）
２０：本発明の第２実施形態に係るＬＥＤ照明装置（ＬＥＤ電球）
３０：本発明の第３実施形態に係るＬＥＤ照明装置（ＬＥＤ電球）

Claims

ＬＥＤチップがパッケージに実装されたＬＥＤ光源と、
前記ＬＥＤ光源を主面上において支持する基台と、
前記基台の前記主面側に設置される、前記ＬＥＤ光源を覆う透光性の第１の光学カバーと、
前記基台の前記主面側に設置される、前記第１の光学カバーの外側を覆う透光性の第２の光学カバーと、を備えることを特徴とするＬＥＤ照明装置。
前記第１の光学カバーと前記第２の光学カバーの材質或いは形状が異なることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明装置。
前記第１の光学カバーと前記第２の光学カバーのうち少なくとも何れか一方が、曇度（ＨＡＺＥ）が９９％以上の光拡散性の高い材料で構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のＬＥＤ照明装置。
前記第１の光学カバーと前記第２の光学カバーのうち少なくとも何れか一方に、ＵＬ９４規格で９４Ｖ−０以上の難燃性を有するプラスチック材料、又は、ガラス材料が用いられることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のＬＥＤ照明装置。
前記第１の光学カバーとしてポリカーボネート材料を、前記第２の光学カバーとしてガラス材料が用いられることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載のＬＥＤ照明装置。
前記第２の光学カバーと前記基台との接合面が、前記第１の光学カバーと前記基台との接合面に対して、前記主面の前記ＬＥＤ光源が支持される面と垂直な方向であって、前記主面上に前記ＬＥＤ光源が支持される側と反対方向に遠ざかる位置にあることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載のＬＥＤ照明装置。
前記基台の前記主面と反対側に、電球ソケットに螺合し、交流電力を供給する口金を備え、
前記基台の内部に、前記交流電力を直流電力に変換し、前記ＬＥＤチップに電力を供給するための電源回路を備えることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の電球型のＬＥＤ照明装置。