JP2007048638A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】商用電源を使用できる半導体発光素子を光源とする照明装置において、半導体発光素子の冷却効率を阻害することなく小型化を図ることを目的とする。
【解決手段】光源としてのＬＥＤ２２が固着されたＬＥＤモジュール２０と、ＬＥＤモジュール２０が固定された端部からＬＥＤ２２の照射方向に向かって拡径する反射鏡３２を備えた反射体３０と、ＬＥＤ２２を駆動制御するための回路基板６０と、一端に回路基板６０へ電源を供給する電源入力部５４が形成され、他端が開口し回路基板６０を収納するケース５０とを備え、反射体３０はＬＥＤ２２からＬＥＤモジュール２０を介して伝導される熱を放熱する放熱フィン３４を反射鏡３２の裏面側に備えており、放熱フィン３４の光源側端部とケース５０の開口端部が係合することで、反射体３０がケース５０に固定されていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、照明装置に関し、特に半導体発光素子を光源とする照明装置に関するものである。

近年、照明装置では、ＬＥＤ等の半導体発光素子を光源とするものが多数提供されている。この種の発光素子は白熱電球等に比較して発光光輝度が低いため印加電流をできるだけ大きくして発光輝度を高めることが望まれるが、印加電流を増大すると発光素子での発熱量が過大になり、いわゆる熱暴走により発光素子が破壊されたり、あるいは発光素子の寿命が短くなる問題がある。そのため、発光素子の冷却効果を高め、印加電流を増大した場合における発光素子の発熱を抑制し、熱暴走による破壊を防止する一方で発光素子の発光量を高めることが考えられている。

例えば、下記特許文献１の照明装置には、ＬＥＤが装着された配線基板を、放熱フィンが形成された支持体に取り付けることで、ＬＥＤの冷却効果を高める構成が示されていうる。しかしながら、この照明装置では、商用電源などを直流低電圧化するための電源回路やＬＥＤを制御するための制御回路などを備えた回路基板を別途設ける必要があるため、照明装置全体として大掛かりなものとなる問題がある。

一方、下記特許文献２の照明装置では、回路基板をケースに収納することで上記問題を解消することができるものの、ＬＥＤを固着した放熱板が、発熱源の一つである回路基板とともにケース内部に収納されているため、ＬＥＤから発生する熱が放熱板から放熱されにくいという問題がある。
特開２００４−２２１０４２号公報 特開２００１−３２５８１０号公報

本発明は、上記の点を考慮してなされたものであり、電源回路や制御回路などの回路基板を一体化した場合であっても、半導体発光素子の冷却効率を阻害することなく小型化が可能な照明装置を提供することを目的とする。

本発明に係る照明装置は、光源としての半導体発光素子と、半導体発光素子が固着されたＬＥＤモジュールと、ＬＥＤモジュールが固定された端部から半導体発光素子の照射方向に向かって拡径する反射鏡を備えた反射体と、半導体発光素子を駆動制御するための回路基板と、一端に回路基板へ電源を供給する電源入力部が形成され、他端が開口し回路基板を収納するケースとを備え、反射体は、半導体発光素子からＬＥＤモジュールを介して伝導される熱を放熱する放熱部を反射鏡の裏面側に備えており、放熱部の光源側端部とケースの開口端部が係合していることを特徴とする。

本発明によれば、半導体発光素子が発する熱を放熱する放熱部が、光源側端部においてケースの開口端部と係合しており、ケースに収納されることなく外部に露出しているため、電源回路や制御回路などの回路基板を収納した一体型の照明装置であっても、半導体発光素子を効果的に冷却することができる。また、放熱部が反射鏡の裏面側に設けられているため、照明装置が大型化することもない。

以下、本発明の一実施形態につき、図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る照明装置１０の分解斜視図、図２は照明装置１０の断面図、図３は照明装置１０に用いられるＬＥＤモジュール２０を示す図、図４は照明装置１０の電源回路７０と制御回路８０の構成を示す回路図である。

図１及び２に示すように、照明装置１０は、光源であるＬＥＤなどの半導体発光素子（以下、ＬＥＤという）２２が固着されたＬＥＤモジュール２０と、ＬＥＤ２２から放出される光を反射して所定方向へ集光するための反射体３０と、ＬＥＤ２２を駆動制御するための回路基板６０と、一端が開口し回路基板６０を収納したケース５０とからなり、ケース５０の他端に設けられた口金５４が、不図示の電球のソケットに螺合することで、例えば、ＡＣ１００Ｖの入力電源が照明装置１０に供給される。

ＬＥＤモジュール２０は、図３（ａ），（ｂ）に示すように、アルミニウムなどの熱伝導性に優れた金属からなる円板形状の基部２４と、基部２４の下面から延出するピン端子２６とを有し、基部２４の上面に環状に立設した突条２５を形成しており、突条２５の内側には、赤色、緑色、青色に発光するＬＥＤチップ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂの３つのチップからなるＬＥＤ２２を固着し、基部２４と各ＬＥＤチップ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂの下面電極とが電気的に接続されている。

ピン端子２６は、基部２４と一体に設けられ共通ピン端子２６Ｃと、絶縁材２７を介在して基部２４を貫通する３つのピン端子２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂとからなる。この３つのピン端子２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂは、各ＬＥＤチップ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂの各上面電極とボンディングワイヤ２８により電気的に接続されている。これにより、共通ピン端子２６Ｃは各ＬＥＤチップ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂ共通の電極として機能し、３つのピン端子２６Ｒ、２６Ｇ、２６Ｂは、各ＬＥＤチップ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂにおいて共通ピン端子２６Ｃと対をなす電極として機能する。

各ＬＥＤチップ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂは、図３（ｂ）に示すように、例えば乳白色の樹脂製の散乱体２９により被覆され、各ＬＥＤチップ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂの発する光が乱反射されることで混色された光を出力するようになっており、これにより、各ＬＥＤチップ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂの輝度を適宜調整することで種々の輝度及び色彩の光を出力することができる。

反射体３０は、アルミニウムなどの熱伝導性に優れた金属からなり、図１及び２に示すように、内面を漸次拡径に鏡面に形成した椀状の反射鏡３２と、反射鏡３２の裏面側に放射状に立設された放熱フィン３４とを備えている。より詳細には、反射鏡３２には、小径側の端部においてＬＥＤ２２を固着したＬＥＤモジュール２０が熱交換可能な状態でネジ３３などにより固定されており、大径側の端部において外方へ広がるフランジ部３６が設けられ、該フランジ部３６に保護ガラス３８が嵌め込まれている。つまり、反射鏡３２は、ＬＥＤモジュール２０が固定された光源側端部からＬＥＤ２２の照射方向に向かって拡径する形状をなしている。

放熱フィン３４は、反射鏡３２の裏面側に配設された光源側端部からフランジ部３６に到る照射方向に延びるリブ状のフィンであり、反射鏡３２の裏面側においてその周方向に一定の角度間隔で複数本形成されている。複数本の放熱フィン３４のうちのひとつは、その厚みを厚くして、フランジ部３６に設けた受光窓４２と連通する貫通孔４０が設けられており、この貫通孔４０に透明樹脂からなる導光体４４を嵌入することで、受光窓４２から入射する自然光などの外光やリモコンなどから発せられる外部光信号を、回路基板６０に配設された受光部６６へ伝導するようになっている。

また、各放熱フィン３４の光源側の端部には係止爪３５が設けられており、反射体３０の光源側端部をケース５０の開口端に嵌入することで、放熱フィン３４に設けられた係止爪３５が、ケース５０の開口端に設けられた係止爪５２を乗り越えて係合することで反射体３０をケース５０に固定する。その際、ケース５０の係止爪５２は、図２に示すように、後方へ拡径する傾斜面において放熱フィン３４の係止爪３５と係合している。そのため、反射体３０はケース５０側へ常に付勢されることとなり、反射体３０とケース５０とのガタつきを抑えることができ、組み付け精度を高くすることができる。なお、反射体３０がケース５０に固定された状態において、放熱フィン３４間の隙間から導電性のゴミなどがケース５０内部に侵入すると回路基板６０が短絡する可能性があり、これを防止するため、保護シート４８を反射体３０と回路基板６０との間に配置している。この保護シート４８の周縁はジグザグ状に切欠されており、ケース５０内部の空気流通の妨げとならないようになっている。

ケース５０は、ポリカーボネートなどの絶縁性樹脂からなり、一端が開口する筒状の部材である。ケース５０の開口端には、上述のとおり、放熱フィン３４の係止爪３５と係合する係止爪５２が設けられている。ケース５０のほぼ中央部における内周面には、周方向に延びる環状の突起５３が設けられており、ケース５０の内部に収納される円盤状の回路基板６０が突起５３に係止することで位置決めされる。より詳細には、回路基板６０は、電源基板６２と制御基板６４とからなり、制御基板６４がケース５０の開口端側に配されるように絶縁シート６５を介して両基板６２，６４を対向配置してケース５０の内部に収納されている。制御基板６４のほぼ中央部にはコネクタ６７が配設されており、反射体３０をケース５０に嵌合することで、ＬＥＤモジュール２０がコネクタ６７を押圧して回路基板６０が突起５３に係止して位置決めがなされるとともに、ＬＥＤモジュール２０のピン端子２６がコネクタ６７に差し込まれ、回路基板６０とＬＥＤモジュール２０に固着された各ＬＥＤチップ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂとが電気接続される。

また、ケース５０の他端部は、縮径して電源入力部としての口金５４が配設されており、段差部５７に通気口５８が複数形成されている。口金５４の電極部５４ａ、５４ｂには、それぞれ電源配線５６ａ、５６ｂが接続され、この電源配線５６ａ、５６ｂにより、ケース５０の内部に収納される回路基板６０の電源基板６２に電源を供給する。

電源基板６２は、電源配線５６ａ，５６ｂが接続され入力される交流電源を所定電圧（例えば、ＤＣ５Ｖ）の直流電源に変換する電源回路７０を有する。この電源回路７０は、図４に示すように、ＡＣ１００Ｖの商用電源７１から電源配線５６ａ，５６ｂを介して入力される交流電源を、ダイオードブリッジ７２によって全波整流し、平滑コンデンサ７３によって平滑化し、トランス７５の１次側を介して、スイッチング素子７６でチョッピングする。その際、スイッチング素子７６のｏｎ幅（ｏｎ−ｄｕｔｙ）を制御ＩＣ７７によって調整することで、トランス７５の２次側に所定電圧（例えば、５Ｖ）に降下された電力が伝達される。電源回路７０は、トランス７５の２次側に伝達された電力をダイオード７８で整流し、平滑コンデンサ７９で平滑化した後、制御基板６４に形成された制御回路８０へ所定電圧に降下された直流電源を出力する。なお、７４は、スイッチング素子７６のｏｎ−ｄｕｔｙをフィードバック制御するために２次側の電圧値を制御ＩＣ７７に入力するフォトカプラである。

制御基板６４は、ピン６８によって電源基板６２と所定間隔をおいて対向配置されるとともに電気的に接続されており、電源回路６２よりＤＣ５Ｖに降下された直流電源の入力を受けてＬＥＤ２２へ駆動電流を出力する制御回路８０を有する。この制御回路８０は、受光部６６と、制御ＩＣ８１と、３つのスイッチング素子８２Ｒ，８２Ｇ，８２Ｂと、コネクタ６７から少なくとも構成され、受光部６６により光電変換された外部信号に基づき制御ＩＣ８１が、３つのＬＥＤチップ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂに対応した３つのスイッチング素子８２Ｒ，８２Ｇ，８２Ｂのｏｎ−ｄｕｔｙをそれぞれ制御することで、各ＬＥＤチップ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂそれぞれに流れる単位時間当たりの平均電流を制御する。制御された各電流は、コネクタ６７に差し込まれたＬＥＤモジュール２０のピン端子２６を介して３つのＬＥＤチップ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂのそれぞれに駆動電流として供給される。これにより、各ＬＥＤチップ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂそれぞれの発光輝度を制御することが可能となり、照明装置１０から種々の輝度及び色彩の光を出力することができる。

以上のように照明装置１０では、反射体３０が、ＬＥＤ２２から放出される光を集光する反射鏡の機能と、ＬＥＤ２２などから発生する熱を放熱するフィンの機能とを兼ねていることに加え、反射体３０の放熱フィン３４がケース５０に収納されることなく外部に露出しているため、放熱フィン３４の放熱を妨げてＬＥＤの冷却効率を阻害することなく照明装置１０を小型化することができる。

また、放熱フィン３４を反射鏡３２の裏面側に放射状に立設して各放熱フィン３４の間にケース５０内部と連通する隙間を設けるとともに、ケース５０における段差部５７に通気口５８を複数形成することにより、ケース５０内部に空気を流通させることが可能となり、各ＬＥＤチップ２２Ｒ，２２Ｇ，２２Ｂや回路基板６０から発生する熱がケース５０内部に滞留することを防ぐことができる。

また、放熱フィン３４を貫通する貫通孔４０に導光体４４が嵌入されており、フランジ部３６に設けた受光窓４２から入射するリモコンなどの外部光信号をケース５０内部へ導光することができるため、受光部６６をケース５０内部に設けることが可能となり、よりコンパクトな構造設計が可能となる。

また、反射体３０をケース５０に嵌合させることにより、反射体３０に固定されたＬＥＤモジュール２０のピン端子２６が、ケース５０に収納された回路基板６０に配設されたコネクタ６７に差し込まれてＬＥＤ２２と回路基板６０とを接続することができ反射体３０の固定とＬＥＤ２２の配線とが同時に完了するため組立作業性が向上する。

さらに、照明装置１０は、商用電源を直流低電圧化する電源回路７０とＬＥＤ２２を制御する制御回路８０とを有する回路基板６０を内蔵するとともに、口金５４が設けられているため、一般の電球のソケットに取り付けることができ、白色電球や、電球型の蛍光ランプなどと自由に交換可能である。

また、回路基板６０を電源基板６２と制御基板６４の２つから構成して、両基板６２，６４を対向配置することにより、ケース内におけるレイアウト効率を高めることができ、照明装置１０のさらなる小型化を図ることができる。

なお、放熱フィンの形状は、放射状に限らず、例えば、反射鏡の裏面において周方向に延びる円環状であって、ＬＥＤ２２の照射方向に所定間隔をあけて複数配置されているものであってもよい。また、本実施形態では、口金５４より電源が入力されるようになっているが、本発明はこれに限定されず、例えば、ピンであってもよい。

本発明の一実施形態に係る照明装置の分解斜視図である。 本発明の一実施形態に係る照明装置の断面図である。 （ａ）は散乱体を省略したＬＥＤモジュールの平面図、（ｂ）はＬＥＤモジュールの断面図である。 本発明の一実施形態に係る照明装置の電源回路と制御回路を示す回路図である。

符号の説明

１０…照明装置
２０…ＬＥＤモジュール
２２…半導体発光素子（ＬＥＤ）
２４…基部
２６…ピン端子
３０…反射体
３２…反射鏡
３４…放熱フィン
３５，５２…係止爪
４０…貫通孔
４２…受光窓
４４…導光体
５０…ケース
５４…口金
６０…回路基板
６２…電源基板
６４…制御基板
６６…受光部
６７…コネクタ
７０…直流電源回路
８０…制御回路

Claims (7)

1. 光源としての半導体発光素子と、半導体発光素子が固着されたＬＥＤモジュールと、ＬＥＤモジュールが固定された端部から半導体発光素子の照射方向に向かって拡径する反射鏡を備えた反射体と、半導体発光素子を駆動制御するための回路基板と、一端に回路基板へ電源を供給する電源入力部が形成され、他端が開口し回路基板を収納するケースとを備え、
   反射体は、半導体発光素子からＬＥＤモジュールを介して伝導される熱を放熱する放熱部を反射鏡の裏面側に備えており、放熱部の光源側端部とケースの開口端部が係合していることを特徴とする照明装置。
2. 放熱部は、照射方向に延びる複数本の放熱フィンが放射状に立設されたものであることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 回路基板に設けられた受光部へ外光または外部光信号を導く導光体が、一の放熱フィンを貫通する貫通孔に嵌入されていることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
4. 反射体とケースの開口端部とは、それぞれの端部に設けられた係止爪により係合されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
5. 回路基板は、入力電源の電圧を所定電圧に降下する電源回路を有する電源基板と、電源回路から所定電圧に降下された入力電源の入力を受けて半導体発光素子へ駆動電流を出力する制御回路を有する制御基板とからなり、電源基板と制御基板とが、対向配置されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
6. ＬＥＤモジュールは、半導体発光素子が固着される基部と、該基部から下方へ延出する半導体発光素子と電気的に接続される端子とを有し、
   反射体とケースが係合する状態で、反射体に嵌合されたＬＥＤモジュールの端子が、ケースに収納された回路基板に配設されたコネクタに差し込まれ、半導体発光素子に駆動電流を入力することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
7. 電源入力部が口金であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。

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