JP2007134190A - 照明装置及びその取付方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発光ダイオードで発生した熱を適切に処理することのできる照明装置を提供する。
【解決手段】照明装置１００を、発光ダイオード１１０と、発光ダイオード１１０を収容するためのケース１２０と、ケース１２０の上面に設けられた開口部を覆って発光ダイオード１１０から出射した光を拡散しながら透過させる拡散板１３０とを備えたものとして、ケース１２０と拡散板１３０との間に設けた隙間１４０を通じて空気が対流できるようにした。
【選択図】図４

Description

本発明は、光源に発光ダイオードを用いた照明装置に関する。また、その照明装置を取り付ける照明装置の取付方法に関する。

従来より、家庭用照明装置として蛍光ランプが用いられている。蛍光ランプは、白熱電球に比べ効率がよく、また長寿命であるなどの特性を有しているために、幅広く利用されている。

しかしながら、蛍光ランプには微量ではあるが水銀が使用されている。水銀は、妊娠中に摂取した場合には胎児に悪影響が出ることが報告されており、また、一般の人が摂取した場合には、神経障害が発生することも報告されている。それゆえ、近年の環境への意識向上により、ヨーロッパにおいてＲｏＨＳ（Ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｃｅｒｔａｉｎ Ｈａｚａｒｄｏｕｓ Ｓｕｂｓｔａｎｃｅ ｉｎ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）指令が発行される見込みであり、その使用が制限されつつある。

また、蛍光ランプは、白熱電球より寿命が長いものの、６０００時間程度とその値は十分なものではなく、しばしばその交換が必要である。それにもかかわらず、今後蛍光ランプの寿命が大幅に改善される可能性は低い。現在、蛍光ランプのさらなる高効率化がすすめられてはいるが、劇的に改善される可能性は低い。すなわち、蛍光ランプの性能改善は限界にきているといえる。

このような実状に鑑みてか、蛍光ランプと比較して格段に寿命が長い発光ダイオードを光源として用いた照明装置も提案されている（例えば、特許文献１〜４）。しかし、これらの照明装置はいずれも、発光ダイオードがケースや拡散板などで密封された構造となっていた。このため、発光ダイオードで発生した熱がケースの中に篭ってしまい、ケースの内部温度が上昇しやすい構造となっていた。したがって、いわゆるパワーＬＥＤ（１個当たりの消費電力が０．６Ｗ以上の発光ダイオード）をこれらの照明装置の光源として用いるのには難があった。

それというのも、発光ダイオードの発光効率は現状では２０〜３０％程度であり、残りの７０〜８０％程度の投入電力は熱として放出されている。この熱は、発光ダイオードの発光効率を低下させるだけでなく、寿命特性を劣化させる原因にもなりうる。近年開発されたパワーＬＥＤは、光量が多いために、各種の照明装置の光源として活用され始めているが、その反面、発熱量も多く、従来の発光ダイオード以上に熱の処理に注意を払う必要があった。

特開２００４−３６２８８７号公報 実開平０５−０５５５６７号公報 実開平０５−０５５５６８号公報 実用新案登録第３０７３２４６号公報

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、発光ダイオードで発生した熱を適切に処理することのできる照明装置を提供することを目的としている。また、この照明装置の特徴を活かすことのできる照明装置の取付方法を提供することも本発明の目的である。

上記課題は、発光ダイオードと、該発光ダイオードを収容するためのケースと、該ケースの上面に設けられた開口部を覆って前記発光ダイオードから出射した光を拡散しながら透過させる拡散板とを備えた照明装置であって、前記ケースと前記拡散板との間に隙間が設けられ、該隙間を通じて空気が対流できるようにしたことを特徴とする照明装置を提供することによって解決される。これにより、発光ダイオードで発生した熱がケースの内部に篭るのを防止することが可能になる。

このとき、前記隙間を狭く設定しすぎると、ケースの内部と外部とで空気の対流が活発に行われなくなるおそれがある。このため、前記隙間の幅は、通常、２ｍｍ以上に設定される。前記隙間の幅は、５ｍｍ以上であると好ましく、８ｍｍ以上であるとより好ましい。一方、前記隙間を広く設定しすぎると、ケースの内部に埃などが入り込みやすくなるおそれがある。このため、前記隙間の幅は、通常、５０ｍｍ以下に設定される。前記隙間の幅は、３０ｍｍ以下であると好ましく、２０ｍｍ以下であるとより好ましい。

また、前記拡散板の固定方法は、特に限定されないが、前記拡散板を前記ケースにボルト留めすると好ましい。これにより、拡散板をケースから容易に取り外すことができるようになる。したがって、ケースの内部に埃などが入り込んだ場合であっても、ケースの内部を容易に掃除することができるようになる。

さらに、前記発光ダイオードの１個当たりの消費電力が０．６Ｗ以上であることも好ましい。これにより、照明装置の出射光を明るくするだけでなく、発光ダイオードの使用個数を削減することも可能になる。本発明の照明装置は、発光ダイオードで発生した熱を逃しやすい構造となっているために、このように消費電力が大きく発熱量が多い発光ダイオードであっても光源として好適に用いることができるものとなっている。

前記発光ダイオードが、０℃における熱伝導率が２００Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１以上の金属で形成された基板に実装されることも好ましい。これにより、発光ダイオードで発生した熱をさらに効率的に逃すことが可能になる。

また、前記ケースが、０℃における熱伝導率が２００Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１以上の金属で形成されることも好ましい。これによっても、発光ダイオードで発生した熱をさらに効率的に逃すことが可能になる。

さらに、前記基板と前記ケースとが、０℃における熱伝導率が２００Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１以上の金属で形成された低熱抵抗部材で接続されることも好ましい。これによっても、発光ダイオードで発生した熱をさらに効率的に逃すことが可能になる。

０℃における熱伝導率が２００Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１以上の金属としては、アルミニウム（２３６Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１）や、銅（４０３Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１）などが例示される。

また、上記課題は、上記の照明装置を壁、天井又は床に埋め込んで取り付ける照明装置の取付方法であって、前記隙間を壁、天井又は床の表側に覗かせることを特徴とする照明装置の取付方法を提供することによっても解決される。

以上のように、本発明によって、発光ダイオードで発生した熱を適切に処理することのできる照明装置を提供することが可能になる。また、この照明装置の特徴を活かすことのできる照明装置の取付方法を提供することも可能になる。

本発明の照明装置を、図面を用いてより具体的に説明する。以下においては、第一実施例の照明装置と、第二実施例の照明装置との２通りについて説明するが、本発明の照明装置はこれに限定されない。

１．０ 第一実施例の照明装置
まず、第一実施例の照明装置について説明する。図１は、第一実施例の照明装置の正面図である。図２は、第一実施例の照明装置の底面図である。図３は、第一実施例の照明装置から拡散板を取り外した状態を示した正面図である。図４は、第一実施例の照明装置を図１におけるＹ−Ｙ面で切断した断面図である。

本実施例の照明装置１００は、図１〜図４に示すように、発光ダイオード１１０と、ケース１２０と、拡散板１３０とを備えたものとなっており、ケース１２０と拡散板１３０との間に隙間１４０が設けられ、隙間１４０を通じて空気が対流できるものとなっている。

１．１ 発光ダイオード
本実施例の照明装置１００において、発光ダイオード１１０には、１個当たりの消費電力が０．６Ｗ以上のいわゆるパワーＬＥＤを採用している。このため、照明装置１００を明るいものとするだけでなく、発光ダイオード１１０の使用個数を削減することも可能なものとなっている。したがって、照明装置１００の製造コストの削減や環境負荷の低減を実現することもできる。本実施例の照明装置１００は、図３に示すように、計１２個の発光ダイオード１１０を２行６列に配している。

発光ダイオード１１０の光源色は、特に限定されないが、ＪＩＳＺ９１１２「蛍光ランプの光源色及び演色性による区分」の「４．２色度範囲」に規定された昼光色、昼白色、白色、温白色又は電球色を選択すると好ましい。これにより、蛍光ランプを用いた従来の照明装置から本発明の照明装置１００へと置き換えた際の違和感をなくすことができる。

また、光源色の異なる発光ダイオード１１０を混在させることも好ましい。これにより、照明装置１００の照明光をカラーにすることが可能になる。本実施例の照明装置１００においては、光源色が赤色系のものと、光源色が緑色系のものと、光源色が青色系のものとの３種を混在させており、照明光をフルカラーで変化させることも可能なものとなっている。発光ダイオード１１０の光源色の種類は、４種以上であっても構わない。

ここで、赤色系の光とは、国際照明委員会（ＣＩＥ）が規定するＸＹＺ表色系色度図において、色度座標Ｘが０．４０以上で色度座標Ｙが０．４０以下の範囲にある光のことをいう。また、緑色系の光とは、同ＸＹＺ表色系色度図において、色度座標Ｘが０．４０以下で色度座標Ｙが０．４５以上の範囲にある光のことをいう。さらに、青色系の光とは、同ＸＹＺ表色系色度図において、色度座標Ｘが０．３５以下で色度座標Ｙが０．４０以下の範囲にある光のことをいう。

本実施例の照明装置１００において、発光ダイオード１１０は、図４に示すように、基板１５０に実装されている。基板１５０は、熱伝導性に優れた銅で形成されており、板状の低熱抵抗部材１６０に接合されている。低熱抵抗部材１６０は、アルミニウムで形成されており、ケース１２０の内周部に接合されている。このため、発光ダイオード１１０で発生した熱は、発光ダイオード１１０の付近に留まることなく、基板１５０から低熱抵抗部材１６０へと速やかに拡散し、ケース１２０に伝わるようになっている。したがって、発光ダイオード１１０で発生した熱を、ケース１２０の外表面からケース１２０の外部へと効率的に放出することができるようになっている。

発光ダイオード１１０の寿命は、５００００時間以上であり、蛍光ランプの寿命（６０００時間程度）に比べ、非常に長くなっている。このため、照明装置１００は、交換にかかる労力やコストを大幅に削減できるものとなっている。

１．２ ケース
ケース１２０は、発光ダイオード１１０などを収容するためのものとなっている。本実施例の照明装置１００において、ケース１２０は、アルミニウムで形成されたものとなっており、熱伝導性だけでなく放熱性にも優れたものとなっている。このため、発光ダイオード１１０から伝わってきた熱を、ケース１２０の外表面からケース１２０の外部へと効率的に放出することができるようになっている。アルミニウムは、溶液処理などの特殊な加工を施さなくても、元々の表面積が広く、空気との接触面積を広く確保できることで知られている。

また、本実施例の照明装置１００において、ケース１２０の内部には、図４に示すように、内部電源１７０とコントローラ１８０も収容されている。内部電源１７０は、コンセント１７１から入力された外部電力（商用電力）を、発光ダイオード１１０の使用に適合する電流電圧に変換するためのものとなっている。これにより、専用の電源を別途設けなくても照明装置１００を取り付けることが可能になる。

コントローラ１８０は、発光ダイオード１１０に供給する電流を制御するためのものとなっている。コントローラ１８０は、外部操作によって動作するものであってもよいが、本実施例の照明装置１００においては、それに内蔵された記憶装置に記憶されているプログラムに従って動作し、光源色が赤色系の発光ダイオード１１０と、光源色が緑色系の発光ダイオード１１０と、光源色が青色系の発光ダイオード１１０とに供給する電流をそれぞれ独立して制御するものとなっている。このため、各発光ダイオード１１０から出射される光の強度が時間的に変化し、照明装置１００の照明光の色が時間的に変化するようになっている。この照明装置１００は、シャンデリアなど、装飾性の高い照明装置としても好適に用いることができる。

１．３ 拡散板
拡散板１３０は、図４に示すように、ケース１２０の上面に設けられた開口部を覆っており、発光ダイオード１１０から出射した光を拡散しながら透過させるものとなっている。拡散板１３０は、通常、透明又は半透明の樹脂又はガラスにより形成される。この拡散板１３０には、発光ダイオード１１０から出射された光を照明光として適切な光照度分布とすることができるような加工が施されている。また、拡散板１３０は、ケース１２０の内部を保護する機能をも有している。拡散板１３０には、デザイン性を加味した加工を施してもよい。

本実施例の照明装置１００において、拡散板１３０は、図４に示すように、ボルト１９０を用いてケース１２０の開口端にボルト留めされている。拡散板１３０は、ケース１２０の開口端から所定距離を隔てた位置に支持されており、拡散板１３０とケース１２０との間に隙間１４０が設けられている。隙間１４０は、ケース１２０の開口端における全周部に亘って設けられており、隙間１４０を通じて空気が効率的に対流できるようになっている。本実施例の照明装置１００において、隙間１４０の幅は１０ｍｍに設定されている。

図５は、第一実施例の照明装置１００を壁２００に埋め込んで取り付けた状態を図１におけるＸ−Ｘ面で切断した状態を示した断面図である。照明装置１００は、図５に示すように、隙間１４０が壁２００の表側に覗くように取り付けられている。発光ダイオード１１０で暖められた空気は、矢印ａで示すように、上側の隙間１４０からケース１２０の外部に逃げるようになっており、下側の隙間１４０からは、矢印ｂで示すように、新しい空気がケース１２０の内部に導入されるようになっている。このため、発光ダイオード１１０で発生した熱がケース１２０の内部に篭らないようになっている。

２．０ 第二実施例の照明装置
続いて、第二実施例の照明装置について説明する。図６は、第二実施例の照明装置の正面図である。図７は、第二実施例の照明装置の底面図である。図８は、第二実施例の照明装置から拡散板を取り外した状態を示した正面図である。以下においては、第一実施例の照明装置１００と略同様な部分についての説明は割愛する。

本実施例の照明装置１００において、拡散板１３０は、図７に示すように、ケース１２０に接触するように固定されている。しかし、ケース１２０は、図７と図８に示すように、対向する１対の側面が開放された形状（底面と１対の側面のみを有する形状）となっており、その開放された部分においては、ケース１２０と拡散板１３０との間に隙間１４０が設けられた状態となっている。このため、隙間１４０を通じて空気が効率的に対流できるようになっている。

図９は、第二実施例の照明装置を壁に埋め込んで取り付けた状態を図６におけるＸ−Ｘ面で切断した状態を示した断面図である。照明装置１００は、図９に示すように、隙間１４０が壁２００の表側に覗くように取り付けられている。本実施例の照明装置１００において、隙間１４０は、壁２００の表側に５ｍｍだけ覗いている。このとき、開放された１対の側面が上下を向くように取り付けると好ましい。これにより、発光ダイオード１１０で暖められた空気を、矢印ａで示すように、上側の隙間１４０からケース１２０の外部に逃がし、矢印ｂで示すように、下側の隙間１４０から新しい空気をケース１２０の内部に導入することができるようになり、空気を対流させやすくすることができる。

３．０ 照明装置の用途
本発明の照明装置は、各種の照明装置として用いることができる。なかでも、壁や天井や床に埋め込んで取り付ける埋め込み型の照明装置として好適である。埋め込み型の照明装置は、光源の交換などのメンテナンスが煩わしいのが通常であるが、本発明の照明装置は、寿命の長い発光ダイオードを光源として用いているために、光源を交換する頻度が少なくてすむためである。特に、壁に埋め込んで取り付けると、空気の対流方向を鉛直方向とすることもでき、発光ダイオードで暖められた空気をより効率的に逃がすことができるために好ましい。本発明の照明装置は、光源に蛍光ランプを用いていた従来の照明装置の代替品として用いることもできる。

４．０ その他
本発明の照明装置は、上記構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、自由に変形することができる。例えば、ケースの形状を、丸形など、四角形以外とすることも可能である。発光ダイオードの配置も自由に設定することができる。発光ダイオードの発光効率は、現状でも６０ｌｍ／Ｗ程度であり、蛍光ランプの発光効率（８０ｌｍ／Ｗ）に迫ってきている。発光ダイオードの発光効率は、数年後には１００ｌｍ／Ｗを超え、蛍光ランプのそれを上回ると予想されている。このため、将来的には、蛍光ランプよりも明るい照明装置の実現も大いに期待できる。

第一実施例の照明装置の正面図である。 第一実施例の照明装置の底面図である。 第一実施例の照明装置から拡散板を取り外した状態を示した正面図である。 第一実施例の照明装置を図１におけるＹ−Ｙ面で切断した断面図である。 第一実施例の照明装置を壁に埋め込んで取り付けた状態を図１におけるＸ−Ｘ面で切断した状態を示した断面図である。 第二実施例の照明装置の正面図である。 第二実施例の照明装置の底面図である。 第二実施例の照明装置から拡散板を取り外した状態を示した正面図である。 第二実施例の照明装置を壁に埋め込んで取り付けた状態を図６におけるＸ−Ｘ面で切断した状態を示した断面図である。

符号の説明

１００ 照明装置
１１０ 発光ダイオード
１２０ ケース
１３０ 拡散板
１４０ 隙間
１５０ 基板
１６０ 低熱抵抗部材
１７０ 内部電源
１７１ コンセント
１８０ コントローラ
１９０ ボルト
２００ 壁

Claims (8)

1. 発光ダイオードと、該発光ダイオードを収容するためのケースと、該ケースの上面に設けられた開口部を覆って前記発光ダイオードから出射した光を拡散させながら透過させる拡散板とを備えた照明装置であって、前記ケースと前記拡散板との間に隙間が設けられ、該隙間を通じて空気が対流できるようにしたことを特徴とする照明装置。
2. 前記隙間の幅が２〜５０ｍｍに設定された請求項１記載の照明装置。
3. 前記拡散板を前記ケースにボルト留めした請求項１又は２記載の照明装置。
4. 前記発光ダイオードの１個当たりの消費電力が０．６Ｗ以上である請求項１〜３いずれか記載の照明装置。
5. 前記発光ダイオードが、０℃における熱伝導率が２００Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１以上の金属で形成された基板に実装された請求項１〜４いずれか記載の照明装置。
6. 前記ケースが、０℃における熱伝導率が２００Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１以上の金属で形成された請求項１〜５いずれか記載の照明装置。
7. 前記基板と前記ケースとが、０℃における熱伝導率が２００Ｗ・ｍ^−１・Ｋ^−１以上の金属で形成された低熱抵抗部材で接続された請求項５又は６記載の照明装置。
8. 請求項１〜７いずれか記載の照明装置を壁、天井又は床に埋め込んで取り付ける照明装置の取付方法であって、前記隙間を壁、天井又は床の表側に覗かせることを特徴とする照明装置の取付方法。

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