JP5920008B2 - 照明装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、照明装置に関する。

ＬＥＤ（Light Emitting Diode）モジュールを搭載した照明装置（ＬＥＤランプ）では、ＬＥＤモジュールと反射体とが接触していない構造が一般的である。すなわち、ＬＥＤモジュールと反射板とのあいだには、隙間がある。この隙間があることにより、反射体の内壁に金属製の被膜がコーティングされている場合、ＬＥＤモジュールとの空間距離が確保されて、ＬＥＤモジュールと反射体との絶縁性が確保される。しかし、ＬＥＤモジュールと反射板とのあいだの隙間からＬＥＤモジュールから放出される光が逃げてしまい、照明装置の光取り出し効率が低下するという問題があった。

特開２０１２−０２２９９４号公報

本発明が解決しようとする課題は、光取り出し効果の高い照明装置を提供することである。

実施形態の照明装置は、基板と、前記基板上に実装され、発光素子を有する発光部と、底面に貫通孔が設けられ、前記貫通孔内に前記発光部が位置するように前記基板上に設けられ、絶縁部材で構成された外枠体と、前記外枠体内に収容された円筒状の反射体であって、第１開口端と前記第１開口端よりも面積の大きい第２開口端とを有し、前記第１開口端が前記底面の側にむけて前記底面上に設けられた反射体と、を備える。

前記貫通孔の内壁面と前記反射体の内壁面とのあいだには段差がなく、前記貫通孔の前記基板側の第３開口端の面積は、前記貫通孔の前記反射体側の第４開口端の面積よりも小さい。

本発明の実施形態によれば、光取り出し効果の高い照明装置が実現する。

第１実施形態に係る照明装置の斜視模式図であり、図１（ａ）は上側斜視模式図であり、図１（ｂ）は下側斜視模式図である。 第１実施形態に係る照明装置の模式図であり、図１（ａ）は照明装置全体の断面模式図であり、図１（ｂ）は照明装置の発光部付近を拡大させた照明装置の断面模式図である。 第１実施形態に係る照明装置の発光部近傍の斜視模式図である。 第１実施形態に係る照明装置の平面模式図である。 参考例に係る照明装置の断面模式図である。 第２実施形態に係る照明装置の発光部付近を表す斜視模式図である。 第２実施形態に係る照明装置の発光部付近の断面模式図であり、図７（ａ）は、第１実施例の断面模式図、図７（ｂ）は、第２実施例の断面模式図、図７（ｃ）は、第３実施例の断面模式図である。

以下、図面を参照しつつ、実施形態について説明する。以下の説明では、同一の部材には同一の符号を付し、一度説明した部材については適宜その説明を省略する。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る照明装置の斜視模式図であり、図１（ａ）は上側斜視模式図であり、図１（ｂ）は下側斜視模式図である。

図２は、第１実施形態に係る照明装置の模式図であり、図２（ａ）は照明装置全体の断面模式図であり、図２（ｂ）は照明装置の発光部付近を拡大させた照明装置の断面模式図である。
図３は、第１実施形態に係る照明装置の発光部近傍の斜視模式図である。

第１実施形態に係る照明装置１は、ＬＥＤライトエンジン型の照明装置である。照明装置１は、基板１０と、基板１０上に実装された発光部（光源）２０と、底面に貫通孔６０ｈが設けられ、貫通孔６０ｈ内に発光部２０が位置するように基板１０上に設けられ、絶縁部材で構成された外枠体（筐体）６０と、外枠体６０内に収容された円筒状の反射体７０と、を備える。反射体７０は、第１開口端７０１と第１開口端７０１よりも面積の大きい第２開口端７０２とを有する。反射体７０は、第１開口端７０１を外枠体６０の底面の側にむけて、この底面上に設けられている。反射体７０の内面は、少なくとも電気伝導性を有する。

貫通孔６０ｈの内壁面６０ｗと反射体７０の内壁面７０ｗとのあいだには、段差がない。ここで、「段差がない」とは、内壁面６０ｗと内壁面７０ｗとが接触する部分において、内壁面６０ｗと内壁面７０ｗとの高低差がない状態をいう。また、貫通孔６０ｈの内壁面６０ｗと反射体７０の内壁面７０ｗとは全周に渡って段差がない構成でもよく、一部接触しない部分があってもよい。例えば、基板１０上に実装されたコネクタ等の位置においては内壁面６０ｗと内壁面７０ｗとがコネクタを避けるように両者またはいずれか一方に切欠が設けられているような場合も許容される。貫通孔６０ｈの基板１０側の第３開口端６０１の面積は、貫通孔６０ｈの反射体７０側の第４開口端６０２の面積よりも小さい。すなわち、内壁面６０ｗは第３開口端６０１から第４開口端６０２に向かって拡開している。なお、上述した「開口端の面積」とは、基板１０に対して垂直な方向から開口端をみたときの開口面積とする。

以下に、照明装置の詳細について説明する。
発光部２０は、発光素子を有する。発光部２０は、例えば、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などの発光素子が複数に並設されたものである。本実施形態の照明装置は、発光素子としてＬＥＤを用いたものには、限定されない。発光素子として、ＬＥＤの他にも、例えば、ＥＬ（Electro-Luminescence）や有機発光ダイオード（Organic light-emitting diode：ＯＬＥＤ）などの発光素子を用いた照明装置も、本実施形態の範囲に包含される。なお、基板１０と、発光部２０と、を併せてＬＥＤモジュールと称する場合がある。

外枠体６０は、底面部６０ｂと側面部６０ｓｗとを有する。底面部６０ｂの中央には、一例として、平面形状が円状の貫通孔６０ｈが設けられている。貫通孔６０ｈ内に発光部２０が位置するように外枠体６０が基板１０上に設けられている。換言すれば、発光部２０の外周には、貫通孔６０ｈの内壁が立っている。外枠体６０の材料は、絶縁性の高い材料であることが望ましい。例えば、外枠体６０の材料としては、白色のＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）樹脂が望ましい。

反射体７０は、外枠体６０内に収容され、円筒状になっている。反射体７０は、第１開口端７０１と第１開口端７０１よりも内径の大きい第２開口端７０２とを有する。反射体７０は、第１開口端７０１を底面部６０ｂ側にむけて底面部６０ｂ上に設けられている。反射体７０の内壁面７０ｗには、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）等の金属膜が被覆されている。内壁面７０ｗは、曲面状である。

また、照明装置１は、金属製（例えば、アルミニウム（Ａｌ））の放熱体１５を備える。放熱体１５は、基板１０を支持している。発光部２０が発する熱は、放熱体１５に放出される。放熱体１５は、外枠体６０と、必要に応じて固定部材（図示しない）と、によって固定される。固定部材は、例えば、金属製のネジである。また、放熱体１５および発光部２０とは所定の距離を隔てて放熱体１５の上方には、回路基板３０が設けられている。回路基板３０は、下側から放熱体１５および外枠体６０によって支持され、上側から反射板７０によって支持されている。

また、照明装置１は、電子部品４０を備える。回路基板３０が放熱体１５と対向する回路基板３０の主面を第１主面３０ａとし、第１主面３０ａとは反対側の回路基板３０の主面を第２主面３０ｂとした場合、電子部品４０は、例えば、第２主面３０ｂに実装されている。回路基板３０の第１主面３０ａおよび第２主面３０ｂには、金属製（例えば、銅（Ｃｕ））の回路パターン３５が形成されている。電子部品４０は、例えば、コイル、トランス、ダイオード、トランジスタ、抵抗、コンデンサなどである。

外枠体６０は、発光部２０、回路基板３０、および電子部品４０を収容する。外枠体６０の底面部６０ｂは、放熱体１５と回路基板３０とのあいだに介設され、底面部６０ｂが放熱体１５と接している。すなわち、放熱体１５の一部分が外枠体６０の外側に接触している。

また、照明装置１においては、外枠体６０によって、基板１０が放熱体１５に固定される。基板１０は、外枠体６０に面接触で押さえられている。このため、基板１０に形成されたレジスト（不図示）が傷付き難くなる。さらに、レジストに損傷を与えないために、外枠体６０の材料として、反射体７０の材料よりも柔らかいものを選択してもよい。

このほか、照明装置１は、透光シールド部材８０と、放熱体１５の外周に配置された電極ピン１１と、を備える。反射体７０が設けられたことにより、電子部品４０は、回路基板３０と外枠体６０と反射体７０とによって囲まれた空間９５に配置される。透光シールド部材８０は、反射体７０と発光部２０とを覆うように設けられている。透光シールド部材８０は、発光部２０から放射される光を透過するとともに、発光部２０を保護する。電極ピン１１は、電子部品４０に電力を供給するための電極、あるいは調光用信号を供給するための電極、あるいは接地用の電極などとして機能する。電極ピン１１と放熱体１５とを併せて、口金１２と呼称する場合がある。

基板１０に対して垂直な方向から照明装置１をみた場合、発光部２０の外形は矩形状であり、放熱体１５の外形および回路基板３０の外形は、およそ円形状である。発光部２０の外径は、放熱体１５の外径および回路基板３０の外径よりも小さい。放熱体１５の外径は、回路基板３０の外径よりも小さい。

なお、図２においては、透光シールド部材８０側を上、放熱体１５側を下にした状態が例示されているが、透光シールド部材８０側を下、放熱体１５側を上としてもよい。

図４は、第１実施形態に係る照明装置の平面模式図である。
図４には、反射体７０と外枠体６０と発光部２０とを基板１０に対して垂直な方向からみた場合の平面が表されている。

基板１０の主面に対して垂直な方向から照明装置１をみた場合、貫通孔６０ｈの中心６０ｃと、第１開口端７０１の中心７０ｃと、は一致している。貫通孔６０ｈの基板１０側の第３開口端６０１の内径は、貫通孔６０ｈの反射体７０側の第４開口端６０２の内径よりも小さい。貫通孔６０ｈの第４開口端６０２の内径と、反射体７０の第１開口端７０１の内径と、は略等しい。貫通孔６０ｈの第４開口端６０２の面積と、反射体７０の第１開口端７０１の面積と、は略等しい。なお、第１〜第４開口端の平面形状を円形状としたが、多角形であってもよい。

また、図３に表されるように、基板１０と外枠体６０とは隙間なく接触している。外枠体６０の底面部６０ｂと反射体７０とは隙間なく接触している。ここで、「隙間なく接触」とは、基板１０と外枠体６０とが（あるいは、底面部６０ｂと反射体７０とが）空間を隔てず、互いに接触していることをいう。貫通孔６０ｈの内壁面６０ｗと反射体７０の内壁面７０ｗとのあいだには、段差はない。

発光部２０から放出された光は、透光シールド部材８０、反射体７０の内壁面７０ｗ、あるいは貫通孔６０ｈの内壁面６０ｗに到達する。透光シールド部材８０に直接到達した光は、透光シールド部材８０から照明装置１外に放出される。また、貫通孔６０ｈの内壁面６０ｗもしくは反射体７０の内壁面７０ｗに到達した光は、内壁面６０ｗもしくは内壁面７０ｗによって反射されてやがて透光シールド部材８０に到達する。この後、光は透光シールド部材８０から照明装置１外に放出される。

また、照明装置１においては、基板１０側から反射体７０側に向かう方向において、貫通孔６０ｈの第３開口端６０１から貫通孔６０ｈの第４開口端６０２までの距離Ｌは、１ｍｍ以上２ｍｍ以下であることが望ましい。距離Ｌが１ｍｍより小さくなると、底面部６０ｂの機械的強度が保たれなくなる可能性がある。また、距離Ｌが１ｍｍより小さくなると、反射体７０の内壁面７０ｗに被覆された金属膜が基板１０に近づき反射体７０と基板１０とのあいだの絶縁性が保たれなくなる可能性がある。また、距離Ｌが２ｍｍより大きくなると、反射体７０が発光部２０から離れ、光取り出し効率が落ちる可能性がある。これにより、距離Ｌは、１ｍｍ以上２ｍｍ以下であることが望ましい。

（参考例）
図５は、参考例に係る照明装置の発光部付近を拡大させた照明装置の断面模式図である。図５には、照明装置の発光部付近を拡大させた様子が表されている。

参考例に係る照明装置１００では、上述した貫通孔６０ｈの内壁面６０ｗが発光部２０の外周に設けられていない。すなわち、基板１０と反射体７０とのあいだには隙間９６がある。照明装置１００では、この隙間９６があることにより、反射体７０の内壁の金属膜と基板１０との空間距離が確保されて、基板１０と反射体７０との絶縁性が確保される。

しかし、この隙間９６から発光部２０から放出される光が漏れてしまい、照明装置の光取り出し効率が低下してしまう。

これに対し、本実施形態の照明装置１によれば、ＬＥＤモジュールの基板１０の外周が絶縁性の外枠体６０によって押さえ付けられ、さらに外枠体６０の上側に反射体７０が接触している。これにより、ＬＥＤモジュールの基板１０と反射体７０との絶縁が確保される。さらに、発光部２０から放出された光を効率よく透光シールド部材８０の側に放出させることができる。その結果、照明装置１の光取り出し効率はより高くなる。

また、基板１０と外枠体６０とが隙間なく接触し、外枠体６０と反射体７０とが隙間なく接触している。これにより、発光部２０から放出された光を効率よく透光シールド部材８０の側に放出させることができる。

また、貫通孔６０ｈの第３開口端６０１から貫通孔６０ｈの第４開口端６０２までの距離Ｌを１ｍｍ以上２ｍｍ以下とすることにより、ＬＥＤモジュールの基板１０と反射体７０との空間距離が確実に確保され、且つ、外枠体６０による光吸収による光取り出し効率低下を最小限に抑えている。なお、外枠体６０の材料としてＰＢＴ樹脂を用いた場合において、照明装置１では、照明装置１００に比べて、５％の光量の増加がみられた。

また、外枠体６０の材料として上述した透明樹脂を用いた照明装置２では、５％以上の光量の増加がみられた。

（第２実施形態）
図６は、第２実施形態に係る照明装置の発光部付近を表す斜視模式図である。

図７は、第２実施形態に係る照明装置の発光部付近の断面模式図であり、図７（ａ）は、第１実施例の断面模式図、図７（ｂ）は、第２実施例の断面模式図、図７（ｃ）は、第３実施例の断面模式図である。

図６および図７には、第２実施形態の照明装置２の発光部２０付近が表されている。図６および図７にあらわされる構造以外の照明装置２の構造は、照明装置１と同じである。

図６に表されるように、発光部２０は、基板１０上に設けられている。発光部２０は、光放出部２１と、光放出部２１の外周を取り囲む壁状で透光性の樹脂部２５と、を有する。さらに、光放出部２１は、図７に表されるように、ＬＥＤ素子２２（発光素子）と、ＬＥＤ素子２２を被覆する蛍光体含有樹脂２３と、を含んでいる。

仮に、樹脂部２５の材料がＬＥＤ素子２２から放出される光に対して非光透過性材料で構成されているとする。この場合、ＬＥＤ素子２２から放出された光が樹脂部２５に当たると、その後、光は蛍光体含有樹脂２３の側に樹脂部２５によって反射されてしまう。従って、発光部２０の光取り出し効率は、いわゆる頭打ちになる。

これに対して、図７に表されるごとく、樹脂部２５の材料がＬＥＤ素子２２から放出される光に対して光透過性材料で構成されている場合は、以下に説明する利点がある。なお、光透過性材料とは、例えば、ポリカーボネート樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂、ポリエチレン樹脂等があげられる。

例えば、図７（ａ）では、ＬＥＤ素子２２と樹脂部２５とのあいだの距離ＡよりもＬＥＤ素子２２と蛍光体含有樹脂２３の上面２３ｕとの距離Ｂのほうが長い場合が表されている。この場合、ＬＥＤ素子２２から放出された光αは樹脂部２５を通過するので、光を発光部２０から効率よく取り出すことができる。

ただし、図７（ａ）の例では、上述したように、距離Ａ＜距離Ｂとしている。このため、距離Ａは比較的短くなって、ＬＥＤ素子２２から樹脂部２５に向かう光αが蛍光体含有樹脂２３内を通過するパスは短くなる。これにより、光αにおいては、光βの色変換量を最適化すると、その色変換量が不足する可能性がある。また、距離Ｂは比較的長くなる。このため、ＬＥＤ素子２２から蛍光体含有樹脂２３の上面２３ｕに向かう光βが蛍光体含有樹脂２３内を通過するパスは長くなる。これにより、光αの色変換量を最適化すると、光βにおいては過剰に色変換される可能性がある。

これに対し図７（ｂ）では、ＬＥＤ素子２２と樹脂部２５とのあいだの距離Ａと、ＬＥＤ素子２２と蛍光体含有樹脂２３の上面２３ｕとの距離Ｂとは略等しくしている。このような状態であれば、光α、βの蛍光体含有樹脂２３内を通過するパスが略等しくなり、光αの色変換量が不足することもなく、光βが過剰に色変換される可能性もなくなる。

また、図７（ｃ）では、蛍光体含有樹脂２３の屈折率ｎ１は、樹脂部２５の屈折率ｎ２よりも高く設計されている。これにより、ｎ１と空気の屈折率ｎとの差は、ｎ２と空気の屈折率ｎとの差より大きくなり、樹脂部２５内での光の全反射が起きにくくなる。これにより、発光部２０からさらに効率よく光りを取り出すことができる。

以上、具体例を参照しつつ実施形態について説明した。しかし、実施形態はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、実施形態の特徴を備えている限り、実施形態の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。

また、前述した各実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて複合させることができ、これらを組み合わせたものも実施形態の特徴を含む限り実施形態の範囲に包含される。その他、実施形態の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例および修正例に想到し得るものであり、それら変更例および修正例についても実施形態の範囲に属するものと了解される。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１、２、１００ 照明装置
１０ 基板
１１ 電極ピン
１２ 口金
１５ 放熱体
２０ 発光部
２１ 光放出部
２２ ＬＥＤ素子
２３ 蛍光体含有樹脂
２３ｕ 上面
２５ 樹脂部
３０ 回路基板
３０ａ 第１主面
３０ｂ 第２主面
３５ 回路パターン
４０ 電子部品
６０ 外枠体
６０ｂ 底面部
６０ｃ、７０ｃ 中心
６０ｈ 貫通孔
６０ｓｗ 側面部
６０ｗ、７０ｗ 内壁面
７０ 反射体
８０ 透光シールド部材
９５ 空間
９６ 隙間
６０１ 第３開口端
６０２ 第４開口端
７０１ 第１開口端
７０２ 第２開口端

Claims (7)

1. 基板と、
   前記基板上に実装され、発光素子を有する発光部と、
   底面に貫通孔が設けられ、前記貫通孔内に前記発光部が位置するように前記基板上に設けられ、絶縁部材で構成された外枠体と、
   前記外枠体内に収容された円筒状の反射体であって、第１開口端と前記第１開口端よりも面積の大きい第２開口端とを有し、前記第１開口端が前記底面の側にむけて前記底面上に設けられた反射体と、
   を備え、
   前記貫通孔の内壁面と前記反射体の内壁面とのあいだには、段差がなく、
   前記貫通孔の前記基板側の第３開口端の面積は、前記貫通孔の前記反射体側の第４開口端の面積よりも小さい照明装置。
2. 前記基板と前記外枠体とは、隙間なく接触している請求項１記載の照明装置。
3. 前記底面と前記反射体とは、隙間なく接触している請求項１または２に記載の照明装置。
4. 前記基板側から前記反射体側に向かう方向における前記貫通孔の前記第３開口端から前記貫通孔の前記第４開口端までの距離は、１ｍｍ以上２ｍｍ以下である請求項１〜３のいずれか１つに記載の照明装置。
5. 前記発光部は、光を放出する光放出部と、前記光放出部を取り囲む透光性を有する樹脂部と、を具備する請求項１〜４のいずれか１つに記載の照明装置。
6. 前記光放出部は、前記発光素子と、前記発光素子を被覆する蛍光体含有樹脂と、を含み、
   前記発光素子と前記樹脂部とのあいだの距離と、前記発光素子と前記蛍光体含有樹脂の上面との距離とは略等しい請求項５記載の照明装置。
7. 前記蛍光体含有樹脂の屈折率は、前記樹脂部の屈折率よりも高い請求項６記載の照明装置。

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