JP2009218192A - 発光モジュール及び照明装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】適用範囲が広く、発光素子から放射される光の配光が良好な発光モジュール及びこの発光モジュールを用いた照明装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、表面側２ａを部品実装面とし、裏面側２ｂを平坦な放熱面とする基板２と、基板２の部品実装面の中央部に突出して配設されるとともに、少なくとも上面及び側面から光を放射する発光素子３と、基板２に設けられた配線パターンによって発光素子３と電気的に接続されるとともに、基板２の部品実装面であって、前記発光素子３よりも基板の周縁側に配設された点灯回路部品４と、基板２の部品実装面であって、前記発光素子３よりも基板２の周縁側に配設され、点灯回路部品４に電気的に接続された電源接続用のコネクタ５とを備える発光モジュール１である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤ等の発光素子を配設した発光モジュール及びこの発光モジュールを用いた照明装置に関する。
従来、給電端子部を有してＬＥＤチップを搭載したＬＥＤモジュールと、このＬＥＤモジュールを着脱自在に保持する保持部材を設けた器具本体を備える照明器具が提案されている（特許文献１参照）。
特開２００３−６８１２９号公報
しかしながら、特許文献１に示されたものは、明確には示されてはいないが、ＬＥＤモジュール面に少なくともＬＥＤチップと回路部品とを混在して配置したものである。したがって、ここにはＬＥＤチップから放射される光の配光を良好にするというような技術的思想の開示はない。また、ＬＥＤモジュールの裏面を放熱面として積極的に利用するものでもない。さらに、給電端子部と保持部材の構成からして、このＬＥＤモジュールは、特定の装着・接続構造を有するものであり、専用のアダプタを必要としているので、汎用性を有するものではない。
本発明は、上記状況に鑑みなされたもので、適用範囲が広く、発光素子から放射される光の配光が良好な発光モジュール及びこの発光モジュールを用いた照明装置を提供することを目的とする。
請求項１記載の発光モジュールは、表面側を部品実装面とし、裏面側を平坦な放熱面とする基板と；基板の部品実装面の中央部に突出して配設されるとともに、少なくとも上面及び側面から光を放射する発光素子と；基板に設けられた配線パターンによって発光素子と電気的に接続されるとともに、基板の部品実装面であって、前記発光素子よりも基板の周縁側に配設された点灯回路部品と；基板の部品実装面であって、前記発光素子よりも基板の周縁側に配設され、点灯回路部品に電気的に接続された電源接続用のコネクタと；を具備することを特徴とする。発光素子とは、ＬＥＤや有機ＥＬ等であり、この発光素子の配設個数には特段制限はない。
請求項２記載の発光モジュールは、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、基板の部品実装面の中央部の中心点を除き、回転対称となるように等間隔で複数個配設されていることを特徴とする。
請求項３記載の発光モジュールは、商用交流電源を直流に変換する変換回路と；この変換回路の両端に接続され、基板に配設されるとともに複数のＬＥＤチップが直列に接続されたＬＥＤパッケージと、このＬＥＤパッケージに直列に接続された限流手段とを有する直列回路と；を具備し、前記ＬＥＤパッケージの両端に印加される電圧は、変換回路の出力電圧の６０％〜９９％になるように前記ＬＥＤパッケージの数を設定したことを特徴とする。
請求項４記載の照明装置は、装置本体と；この装置本体に組込まれた請求項１乃至請求項３のいずれか一記載の発光モジュールと；を具備したことを特徴とする。照明装置は、口金を有する光源や屋内、屋外用の照明器具等を含む概念である。
請求項１記載の発明によれば、適用範囲の広い発光モジュールを提供できるとともに、発光素子から放射される光の配光を良好に、かつ最適化することが可能である。また、放熱効果を促進することができ、さらに、基板の配線パターンを短く、簡素化できる効果を奏する。
請求項２記載の発明によれば、発光素子を複数個配設したので、基板の中心点付近から集中的に基板裏面側へ放熱することができ、水平方向に略均等な配光特性を得ることが可能となる。
請求項３記載の発明によれば、発光モジュールを商用電源に接続するだけでＬＥＤパッケージを点灯でき、しかも損失が少なくエネルギー効率的に良好な発光モジュールを提供できる。
請求項４記載の発明によれば、請求項１乃至請求項３のいずれか一記載の発光モジュールを備えているので、これら発光モジュールの効果を奏する照明装置を提供することができる。
以下、本発明の発光モジュールの第１の実施形態について図１乃至図５を参照して説明する。図１は、発光モジュールを示す平面図、図２は、発光素子を拡大して示す一部側面、図３乃至図５は、発光モジュールの回路図である。図１において、発光モジュール１は、円板状の基板２と、この基板２上に実装された発光素子３・・・、点灯回路部品４及び電源接続用のコネクタ５とから構成されている。
基板２は、アルミニウム製で円板状に形成され、板厚約１．５ｍｍ、直径約７０ｍｍである。基板２は、表面側２ａを部品実装面とし、裏面側２ｂを平坦状をなす放熱面として構成している。部品実装面には、その中央部に集中して８個の発光素子３・・・が各々所定の間隔を空けて実装されている。なお、基板２を金属製とする場合は、アルミニウムや銅等の熱伝導性が良好で放熱性に優れた材料を適用するのが好ましい。絶縁材とする場合には、放熱特性が比較的良好で、耐久性に優れた熱伝導フィラー入りのセラミック材料又は合成樹脂材料を適用できる。合成樹脂材料を用いる場合には、例えば、ガラスエポキシ樹脂等で形成できる。基板２の形状は、円形状に限らない。四角形、多角形状であってもよい。
発光素子３・・・は、表面実装型のＬＥＤパッケージであり、概略的にはセラミックスで形成された本体３ａと、この本体に実装されたＬＥＤチップと、このＬＥＤチップを封止するエポキシ系樹脂やシリコーン樹脂等のモールド用の透光性樹脂３ｂとから構成されている（図２参照）。この本体３ａからはＬＥＤチップに接続された図示しない一対のリード端子が水平方向に突出している。ＬＥＤパッケージには、ＬＥＤチップが４個実装されており、各ＬＥＤチップがパッケージの電極間に直列に接続されている。したがって、４個のＬＥＤチップを有するＬＥＤパッケージが８個配設されているので、ＬＥＤチップとしては、３２個配設されていることになる。なお、勿論、ＬＥＤパッケージにＬＥＤチップが１個実装されているタイプのものも適用可能である。
ＬＥＤチップは、青色光を発光する青色のＬＥＤチップである。モールド用の透光性樹脂３ｂは、ＬＥＤチップの発光を吸収して黄色系の光を発生する蛍光体を含有しており、本体３ａの上面から平板状をなすように所定の厚さをもってモールドされている。よって、ＬＥＤチップからの光は、結果的にＬＥＤパッケージの透光性樹脂３ｂの上面及び側面から白色や電球色等の白色系の発光色となって広範な配光特性で外部へ放射されるようになっている。因みに、ＬＥＤパッケージの外形寸法は、縦３．５ｍｍ、横３．５ｍｍ、高さ１．５ｍｍ程度であり、略直方体形状をなしている。
基板２の表面には絶縁層が形成されており、この絶縁層上に図示しない配線パターン及び面実装部品のリード端子が接続される接続ランドが形成されている。基板２の中心点を除く中央部には、発光素子３・・・が中心点を回転軸として回転対称（本実施形態では４５°対称）となるように所定の間隔（３ｍｍ〜１５ｍｍ、好ましくは５ｍｍ〜１０ｍｍ）をおいて配置されている。また、基板２の外周縁側には点灯回路部品４が実装配設されている。なお、発光素子３、３の間には点灯回路部品４が実装されることはない。点灯回路部品４は、ＬＥＤチップを点灯制御するものであり、ヒューズF、コンデンサC、整流器REC、定電圧ダイオードZD、抵抗素子R1、R2及びトランジスタQを備えている。また、同様に発光素子３・・・の周囲に位置して、電源接続用のコネクタ５が配設されている。このコネクタ５は、その接続口５ａが基板２の外周縁に向き、かつ外周縁近傍に位置するように配設されている。商用電源の電源線との接続をし易くするためである。なお、これら点灯回路部品４及びコネクタ５は、発光素子３・・・よりも基板２の周縁側に位置しており、基板２の配線パターンを短くするため、分散せずに、ある程度集約（図示上、基板２の外周約１／３の領域）して配設されている。なお、基板３の実装面には、反射率の高い白色レジストが印刷されており、また、装置等への取付用のねじ貫通孔６が３箇所に形成されている。
発光素子３・・・は、基板２の実装面から高さ方向に突出しており、図２で示すように透光性樹脂３ｂの突出部分から図示矢印で示すように光を放射状に出射するようになっている。したがって、実装面に対して、垂直方向に出射される光ＬVばかりでなく、ＬＥＤパッケージの透光性樹脂３ｂの側面から出射される光ＬHも利用できるようになっている。
次に、発光モジュール１の回路構成について図３乃至図５を参照して説明する。
（実施例１）図３の回路図において、商用電源ACの両端にヒューズFを介して、コンデンサCが接続されている。このコンデンサCの両端には全波整流器RECが接続され、全波整流器RECの出力端には、抵抗素子R1、定電圧ダイオードZDの直列回路と、複数個の発光素子としてＬＥＤチップLC、ＮＰＮトランジスタQ、抵抗素子R2の直列回路とが並列に接続されている。また、抵抗素子R1と定電圧ダイオードZDとの接続点には、トランジスタQのベースが接続されている。なお、上述のように、ＬＥＤパッケージは、４個のＬＥＤチップLCが直列に接続されているので、ＬＥＤパッケージごとにトランジスタQ、抵抗素子R2の直列回路を構成し、互いに並列に接続するようにしてもよい。
上記のような回路により定電流回路を構成しており、商用電源ACから供給された電流が直流に変換され、この直流電流がＬＥＤチップLC、トランジスタQ、抵抗素子R2の直列回路に一定電流IFとして流れる。具体的には、定電圧ダイオードZDによりトランジスタQのベース電圧ＶBを一定にしておきトランジスタQのコレクタに流れ込む電流ICを一定にし、結果的にＬＥＤチップLCに流れる電流IFを一定にする。
（実施例２）次に、前記４個のＬＥＤチップが直列に接続されて実装されているＬＥＤパッケージを用いた回路構成について図４を参照して具体的に説明する。商用交流電源ACの両端にヒューズFを介して、コンデンサC1が接続されている。このコンデンサC1は商用交流電源AC等からの雑音を防止するものである。コンデンサC1の両端には全波整流器RECが接続され、全波整流器RECの出力端には、チョークコイルよりなるインダクタL1を介して平滑用コンデンサC2が接続されている。インダクタL1は、入力電流を安定化する機能をなし、前記全波整流器REC及び平滑用コンデンサC2とで整流平滑回路を構成している。そして、平滑用コンデンサC2の出力端には、抵抗素子R1と定電圧ダイオードZD1とを接続した直列回路が接続されている。さらに、平滑用コンデンサC2の出力端には、複数個の直列に接続されたＬＥＤパッケージLP、具体的には、８個の直列に接続されたＬＥＤパッケージLP1〜LP8、ＮＰＮトランジスタQ1及び限流手段としての抵抗素子R2の直列回路とが接続されている。また、抵抗素子R1と定電圧ダイオードZD1との接続点には、トランジスタQ1のベースが接続されている。
ＬＥＤチップを所定の特性で点灯し、最大定格電流を超えないためには、ＬＥＤチップに流れる電流、すなわち、順電流IFを一定にする必要がある。このため、定電圧ダイオードZD1で決まる電圧によりトランジスタQ1のベース電圧ＶBを一定にしておき、順電流IF＝（ベース電圧ＶB−ベース・エミッタ間の電圧ＶBE）／抵抗素子R2として一定の順電流IFを得るように設計する。このように設計された上記回路は定電流回路を構成しており、まず、商用交流電源ACから供給された電流が全波整流器RECにより直流に変換され、この直流電流がインダクタL1と平滑用コンデンサC2とにより平滑され、平滑用コンデンサC2の両端に所定の直流出力電圧が得られる。この出力電圧に基づき、ＬＥＤパッケージLP1〜LP 8、ＮＰＮトランジスタQ1及び抵抗素子R2の直列回路に一定の順電流IFが流れるようになっている。なお、商用交流電源ACから直流出力電圧を発生させる全波整流器REC、インダクタL1、平滑用コンデンサC2は、交流−直流変換回路を構成している。
ところで、エネルギー効率的にみると、平滑用コンデンサC2の直流出力電圧のうち、ＬＥＤパッケージLP1〜LP8の両端に印加される電圧の割合が高いほど効率がよいといえる。したがって、直流出力電圧の６０％以上の電圧がＬＥＤパッケージLP1〜LP8の両端に印加されるのが望ましい。これを本実施例において説明すると、まず、商用交流電源ACの電圧は、１００Ｖであるから、これを整流平滑して得られる平滑用コンデンサC2の両端の直流出力電圧は、約１４１Ｖとなる。一方、ＬＥＤパッケージLPには４個のＬＥＤチップLCが直列に接続されており、本実施例で適用されるＬＥＤチップLC１個あたりの順電圧ＶFは、約３．５Ｖであるから、ＬＥＤパッケージLP１個あたりの順電圧ＶFは、約１４Ｖとなる。そして、ＬＥＤパッケージLPは、８個直列に接続されているので、順電圧ＶFの合計、すなわち、ＬＥＤパッケージLP1〜LP8の両端に印加される電圧は、約１１２Ｖとなる。したがって、本実施例の場合は、直流出力電圧の約８０％がＬＥＤパッケージLP1〜LP8の両端に印加されるということになる。なお、直流出力電圧の１００％以上をＬＥＤパッケージLPの両端に印加するのは、電圧変動の影響が大きく、また、昇圧手段等を要することになるので、大形化し、さらには、コスト増を招くこととなるので好ましくない。
以上にしたがえば、直流出力電圧の６０％〜９９％の電圧がＬＥＤパッケージLP1〜LP8の両端に印加されるようにするのが好適であり、このためには、ＬＥＤパッケージLPの直列接続する数を設定すればよく、具体的には、ＬＥＤパッケージLPを６個〜９個の範囲で設定し適用すればよい。なお、本実施例にとって所期の目的を達成するために、平滑回路は必須のものではない。
以上のように本実施例によれば、発光モジュール１を商用交流電源ACに接続するだけでＬＥＤパッケージLP1〜LP8を点灯でき、しかも損失が少なくエネルギー効率的に良好な発光モジュール１を提供できる。
（実施例３）次に、実施例３について図５を参照して説明する。実施例２と同一又は相当部分には、同一符号を付しその詳細な説明を省略する。本実施例では、実施例２の構成に抵抗素子R3と定電圧ダイオードZD2とを接続した直列回路、複数個の直列に接続されたＬＥＤパッケージLP、ＮＰＮトランジスタQ1及び抵抗素子R4の直列回路とを並列に追加接続したものである。この追加接続の数は設計仕様によって適宜選択し得るものである。 本実施例によれば、実施例２の効果に加え、ＬＥＤパッケージLPの数を増やすことができ、光出力の増大を図ることが可能となる。
なお、上記実施例では、ＬＥＤパッケージLPは、４個のＬＥＤチップLCが直列に接続されて実装されているものについて説明したが、この数については特段限定されるものではなく、ＬＥＤパッケージLPの中に、ＬＥＤチップLCを５個あるいは１０個実装したものを適用することも可能である。
以上のように本実施形態によれば、基板２の部品実装面の中央部に発光素子３・・・を配設し、その周囲に点灯回路部品４及び電源接続用のコネクタ５を配設したので、発光素子３・・・、すなわち、ＬＥＤパッケージの側面から出射される光ＬHを有効に利用することができ、配光を良好に、かつ最適化することができる。つまり、発光素子３・・・と点灯回路部品４及び電源接続用のコネクタ５とが混在して配置された場合には、特に、ＬＥＤパッケージの側面から出射される光ＬHは、点灯回路部品４等に遮られ、出射光の光取出し率の低下が高まり、出射光を有効に利用することができず、照明効率が低下し、配光の最適化にも支障をきたすこととなる。本実施形態では、点灯回路部品４等による出射光の光取出し率の低下が軽減されるので、側面から出射される光ＬHを有効に活用でき、例えば、反射体を利用して、出射光ＬHを被照射面方向に照射することが可能となる。加えて、発光素子３・・・と点灯回路部品４及び電源接続用のコネクタ５とをそれぞれ集約したので、基板２の配線パターンを短く、簡素化できる。また、基板２中心点には熱源である発光素子３・・を配置せず、裏面側は平坦な放熱面としたので、放熱面を他の放熱体に接触させて基板２の中央部から裏面側に効率よく伝熱することができ放熱効果を促進する構成を容易に達成することができる。さらに、電源接続用のコネクタ５を含めてモジュール化したので、基板モジュール１を装置本体等に組込んで、あとはコネクタ５に商用電源を接続するだけで照明装置として構成でき、単一の共通部品として取扱うことが可能で、適用範囲の広い発光モジュール１を提供できる。また、コネクタ５は、その接続口５ａが基板２の外周縁近傍に位置するように配設されているので、商用電源の電源線との接続がし易く、さらに、基板２の実装面には白色レジストが印刷されているので、反射効率が良好である。さらにまた、回路構成において、直流出力電圧の６０％〜９９％の電圧がＬＥＤパッケージLPの両端に印加されるように構成することにより、発光モジュール１を商用交流電源ACに接続するだけでＬＥＤパッケージLPを点灯でき、しかも損失が少なくエネルギー効率的に良好な発光モジュール１を提供できる。
次に、本発明の照明装置の実施形態について、図６を参照して説明する。図６は、照明装置の概略の構成図である。この照明装置１０は、例えば、ダウンライトであり、器具本体１１を有し、器具本体１１内には、放熱フィンを有する金属製の放熱体１２、この放熱体１２に取付けられた発光モジュール１及び反射体１３が収納されている。発光モジュール１は、基板２の裏面側２ｂの放熱面がシリコーンラバーシートを介して放熱体１２に密着するようにねじ止めによって取付けられている。勿論、この取付けは、ねじ止めによらず、接着等の手段によってもよい。反射体１３は緩やかな曲面をなす椀状に形成されており、上下端縁を開口し、上端縁を取付開口部１３ａとし、下端縁を照射開口部１３ｂとしている。
ここで、反射体１３の取付開口部１３ａは、発光モジュール１との位置的関係、すなわち、基板２の部品実装面との位置的関係では、基板２の中央部に配設された発光素子３・・・と、その周囲に配設された点灯回路部品４及び電源接続用のコネクタ５との間を分けるように介在している。つまり、発光素子３・・・と点灯回路部品４等は、反射体１３により仕切られているので、発光素子３・・・から出射された光は、点灯回路部品４等が障害となることなく、反射体１３に反射されて、下方に照射される。また、反射体１３の表面側からは点灯回路部品４が見えないので、照明装置１０の外観性も向上する。
本実施形態によれば、上述の発光モジュール１の奏する効果に加え、発光素子３・・・からの出射光を一層効率的に配光することが可能な照明装置１０を提供することができる。
なお、照明装置は、上記実施形態に限らず、発光モジュール１を口金を有する光源に組込んで構成してもよく、また、屋内、屋外用の照明器具に組込んで構成してもよい。
次に、第１の実施形態の発光モジュールの変形例について図７を参照して説明する。図７は、発光モジュールを示す平面図である。なお、第１の実施形態と同一又は相当部分には同一符号を付し、重複した説明は省略する。
基板２の部品実装面には、その中央部に集中して点灯回路部品４が実装されている。点灯回路部品４は、ヒューズF、コンデンサC、整流器REC、定電圧ダイオードZD、抵抗素子R1、R2及びトランジスタQである。一方、発光素子３・・・は、点灯回路部品４の周囲に所定間隔を空けて実装されている。なお、電源接続用のコネクタ５は、その接続口５ａが基板２の外周縁近傍に位置するように配設されている。電源接続用のコネクタ５は、電源線との接続を考慮すると、基板２の外周縁近傍が望ましいが、基板２の中央部に点灯回路部品４とともに配設してもよい。
本実施形態によれば、第１の実施形態の発光素子３・・・と点灯回路部品４との配置関係が逆であり、発光素子３・・の実装間隔が第１の実施形態よりも大きいので、基板２全体を利用して基板２の裏側へ放熱を行うことができる。
本発明の発光モジュールの第１の実施形態を示す平面図である。 同発光素子を拡大して示す一部側面図である。 同発光モジュールの回路図である。 同発光モジュールの回路図である。 同発光モジュールの回路図である。 本発明の照明装置の実施形態を示す概略の構成図である。 第１の実施形態の発光モジュールの変形例を示す平面図である。
符号の説明
１・・・発光モジュール、２・・・基板、２ａ・・・基板表面側、２ｂ・・・基板裏面側、３・・・発光素子（ＬＥＤチップLC、ＬＥＤパッケージLP）、４・・・点灯回路部品、５・・・電源接続用のコネクタ、１０・・・照明装置

Claims (4)

  1. 表面側を部品実装面とし、裏面側を平坦な放熱面とする基板と；基板の部品実装面の中央部に突出して配設されるとともに、少なくとも上面及び側面から光を放射する発光素子と；基板に設けられた配線パターンによって発光素子と電気的に接続されるとともに、基板の部品実装面であって、前記発光素子よりも基板の周縁側に配設された点灯回路部品と；基板の部品実装面であって、前記発光素子よりも基板の周縁側に配設され、点灯回路部品に電気的に接続された電源接続用のコネクタと；を具備することを特徴とする発光モジュール。
  2. 前記発光素子は、基板の部品実装面の中央部の中心点を除き、回転対称となるように等間隔で複数個配設されていることを特徴とする請求項１記載の発光モジュール。
  3. 商用交流電源を直流に変換する変換回路と；この変換回路の両端に接続され、基板に配設されるとともに複数のＬＥＤチップが直列に接続されたＬＥＤパッケージと、このＬＥＤパッケージに直列に接続された限流手段とを有する直列回路と；を具備し、前記ＬＥＤパッケージの両端に印加される電圧は、変換回路の出力電圧の６０％〜９９％になるように前記ＬＥＤパッケージの数を設定したことを特徴とする発光モジュール。
  4. 装置本体と；この装置本体に組込まれた請求項１乃至請求項３いずれか一記載の発光モジュールと；を具備したことを特徴とする照明装置。
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