JP2009283214A - Led照明装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】赤色発光ダイオードの放熱を発光色の異なる発光部よりも向上させて発光効率の低下を抑制できるLED照明装置を提供する。
【解決手段】LED照明装置1は、赤色発光ダイオード29を有する赤色発光部22を含む発光色の異なる複数の発光部19〜22および発光部19〜22を配設している基板18を有してなり、赤色発光部22が発光色の異なる発光部19,20,21の外側となるように基板18に配置されているLEDモジュール3と、LEDモジュール設置部10,11およびLEDモジュール設置部10,11の内側に発熱部2aを有し、赤色発光部22が発熱部2aに対して最も離間した位置となるようにLEDモジュール3をLEDモジュール設置部10,11に配設している金属製の装置本体2と、発光部19〜22に電力を供給する点灯装置4を具備している。
【選択図】図3
【解決手段】LED照明装置1は、赤色発光ダイオード29を有する赤色発光部22を含む発光色の異なる複数の発光部19〜22および発光部19〜22を配設している基板18を有してなり、赤色発光部22が発光色の異なる発光部19,20,21の外側となるように基板18に配置されているLEDモジュール3と、LEDモジュール設置部10,11およびLEDモジュール設置部10,11の内側に発熱部2aを有し、赤色発光部22が発熱部2aに対して最も離間した位置となるようにLEDモジュール3をLEDモジュール設置部10,11に配設している金属製の装置本体2と、発光部19〜22に電力を供給する点灯装置4を具備している。
【選択図】図3
Description
本発明は、異なる複数種の発光色の光を混色して照明光を得るLED照明装置に関する。
従来、発光色の異なる複数種の発光ダイオードからの光を混光して所望の照明光を得ている。そして、基板に発光色の異なる赤、青、緑の3種類を少なくとも含む複数種の発光ダイオード素子(LEDチップ)を実装するLED照明装置が提案されている(例えば特許文献1参照。)。この従来技術のLED照明装置は、矩形板状のMID(立体回路成形品)基板の片面に多数の凹部が縦横に配設され、その凹部の底面に例えば3個のLEDチップが実装されている。
ところで、発光ダイオードは、その点灯により熱を発生する。この熱が速やかに放出されずにLEDチップの温度が高くなると、LEDチップの発光効率は低下する。特に、赤色光を発光する発光ダイオードは、温度上昇に対して発光効率の低下が大きいことが知られている(例えば特許文献2参照。)。このため、温度変化に応じて発光ダイオードに供給する電流を調整して当該特性変動を補償することを行っているものもある。
特開平11−163412号公報(第4頁、第1−2図)
特開2007−201473号公報(第4頁、第2図)
しかしながら、LED照明装置は、発光色の異なるLEDチップを実装した基板を多数配設して構成されるので、基板ごとにサーミスタ等の温度検出手段を設けると高価になり実用的でないという問題がある。
本発明は、赤色発光ダイオードの放熱を発光色の異なる発光部よりも向上させて発光効率の低下を抑制できるLED照明装置を提供することを目的とする。
請求項1に記載のLED照明装置の発明は、赤色光を発光する発光ダイオードを有する赤色発光部を含む発光色の異なる複数の発光部およびこの発光部を配設している基板を有してなり、前記赤色発光部が発光色の異なる発光部の外側となるように基板に配置されているLEDモジュールと;環状に複数個のLEDモジュールが配設されるLEDモジュール設置部およびこのLEDモジュール設置部の内側に発熱部を有し、前記赤色発光部が前記発熱部に対して最も離間した位置となるようにLEDモジュールをLEDモジュール設置部に配設している金属製の装置本体と;発光部に電力を供給する点灯装置と;を具備していることを特徴とする。
本発明および以下の発明において、特に言及しない限り、各構成は以下による。
「赤色発光部が発光色の異なる発光部の外側となるように基板に配置されている」とは、赤色発光ダイオードが他の発光色の異なる発光部に包囲されていないことを意味する。
また、「赤色発光部が発熱部に対して最も離間した位置となるように」とは、赤色発光部が他の発光部よりも装置本体の発熱部から最も離間して外方に露出していることを意味する。
「発熱部」とは、熱が発生している装置本体の部位をいい、例えば他のLEDモジュールや点灯装置が配設されている部位である。
装置本体は、アルミニウム(Al)またはその合金を好適に用いることができるが、これに代えて鉄系材料を用いて形成してもよい。
本発明によれば、LEDモジュールは、赤色光を発光する赤色発光ダイオードが他の発光色の異なる発光部の外側となるように基板に配置されて形成され、赤色発光部が装置本体の発熱部に対して最も離間した位置となるようにLEDモジュールをLEDモジュール設置部に配設しているので、赤色発光ダイオードは、他の発光色の異なる発光部よりも発熱部からの熱影響を受けにくく、かつ装置本体の外側に放熱しやすくなる。これにより、赤色発光ダイオードの温度上昇が抑制されて、赤色発光ダイオードの発光効率の低下が抑制される。
請求項2に記載のLED照明装置の発明は、請求項1に記載のLED照明装置の発明において、装置本体は、前記発熱部の外側に、かつLEDモジュールの赤色発光部の内側となるように環状に放熱凸部が形成されていることを特徴とする。
本発明によれば、装置本体の発熱部からLEDモジュール側に伝熱される熱が放熱凸部から外気側に放出されるので、赤色発光ダイオードの温度上昇がより抑制され、赤色発光ダイオードの発光効率の低下がより抑制される。
請求項1の発明によれば、赤色発光部の赤色発光ダイオードは、他の発光色の異なる発光部よりも発熱部からの熱影響を受けにくく、かつ装置本体の外側に放熱しやすいことにより、他の発光色の異なる発光部よりも温度上昇が抑制されて発光効率の低下が抑制されるので、LEDモジュールから放射される発光色の異なる光が混じり合った照明光の色度値のずれを抑制することができる。
請求項2の発明によれば、装置本体の発光部からの熱が放熱凸部からも外気側に放出されて、赤色発光部の赤色発光ダイオードの温度上昇がより抑制されるので、赤色発光ダイオードの発光効率の低下をより抑制することができて、LEDモジュールから放射される照明光の色度値のずれをより防止することができる。
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。まず、本発明の第1実施形態を説明する。
図1ないし図5は、本発明の第1の実施形態を示し、図1はLED照明装置であり、(a)は概略側面図、(b)は概略上面図、図2はLED照明装置であり、(a)は概略下面図、(b)は制光体を取り外した状態の概略下面図、図3はLED照明装置の概略側断面図、図4はLEDモジュールの概略正面図、図5はLEDモジュールの配置を示す説明図である。
図1および図2において、LED照明装置1は、装置本体2、LEDモジュール3および点灯装置4を有して構成されている。
LED照明装置1は、図1(a)に示すように、天井5に吊り下げられて設置される吊り下げ型の照明装置である。装置本体2は、天井5に固定されたペンダントベース6に吊下げ部材例えばチェーン7により吊り下げられている。ペンダントベース6は、点灯装置4を内蔵している。点灯装置4は、電源コード8により装置本体2に配設されたLEDモジュール3に接続され、図示しないリモートコントローラからの無線送信による指令または図示しない壁スイッチに設けられた操作部の手動操作による指令によりLEDモジュール3の点消灯および調光の制御を行うものである。
装置本体2は、例えばアルミニウム(Al)の一体成形品であり、図3に示すように、上側の中央部に膨出部9を有する略円盤状に形成されている。そして、装置本体2は、下側の中央部に正面視略円状であって膨出部9に達する深い1つの大きな凹部10が形成され、上側の周回部に正面視略円状の複数の凹部11がそれぞれ形成されている。この凹部10および凹部11は、装置本体2のLEDモジュール設置部を形成している。
そして、凹部10には、その底面10aに装置本体2の下側に光を照射する複数個のLEDモジュール3(下方照明用LEDモジュール3a)が環状に配設されているとともに、LEDモジュール3aを覆う透光性の制光体12を取り付けている。また、凹部11には、その底面11aに装置本体2の上側に光を照射するLEDモジュール3(上方照明用LEDモジュール3b)がそれぞれ配設されているとともに、LEDモジュール3bを覆う透光性のカバー13を取り付けている。各LEDモジュール3と点灯装置4は、電源コード8を介して電気的に接続されている。
LEDモジュール3aは、図2(b)に示すように、凹部10の中心部に1個、その周りに周方向であって等間隔に7個、さらにその外側に周方向であって等間隔に8個がそれぞれ配設されている。すなわち、前記7個のLEDモジュール3aは、図2(b)中に一点鎖線で示した小径円S1に沿って環状に配設され、前記8個のLEDモジュール3aは、一点鎖線で示した大径円S2に沿って環状に配設されている。
そして、凹部10の中心部は、装置本体2の発熱部2aであり、複数個のLEDモジュール3aのうち、凹部10の中心部に配設された1個および前記小径円S1に沿って配設された7個は、発熱体を形成している。
制光体12は、凹部10に嵌合して配置されている。制光体12は、LEDモジュール3aのまぶしさを緩和するために、拡散透光性の材料例えば乳白色の合成樹脂で形成され、図2(a)および図3に示すように、例えば中央部に孔15を有している。
LEDモジュール3bは、図1(b)に示すように、装置本体2の上面の周回部に周方向であって等間隔に例えば8個配設されている。すなわち、装置本体2の上面に環状に配設されている。
カバー13は、透明な樹脂板等からなっている。カバー13は、LEDモジュール3bと同数用意され、図1(b)および図3に示すように、LEDモジュール3bを個別に上方から覆って装置本体2に取付けられている。
図3において、膨出部9には、その上面の大部分を占める円状の浅い凹部14が形成され、この凹部14に底面から上向きに突出する多数の放熱凸部16が形成されている。放熱凸部16は、柱状例えば角柱状であり、図1(b)に示すように、凹部14の全域を埋め尽くすように縦横に整列して設けられている。縦横に隣接した放熱凸部16の相互間にはそれぞれ空隙が形成されている。空隙は、天井5と膨出部9の間に開放していて、そこに空気が流通できるようになっている。そして、放熱凸部16は、図3に示すように、その高さがいずれも同じであるとともに、その高さ位置を膨出部9の上面と同じ高さにしている。これは、放熱凸部16の加工において、これらの高さに差を付ける工夫を要さないので、加工が容易となるものである。
また、装置本体2のLEDモジュール3bの間には、図1(b)に示すように、環状に、すなわちLEDモジュール3bの配設方向である膨出部9の中心部を中心とする円周上に沿って、凸条からなる複数の放熱凸部17が形成されている。
LEDモジュール3は、図4に示すように、基板18および発光色の異なる複数の第1〜第4の発光部19,20,21,22を有して構成されている。
基板18は、セラミックや合成樹脂などの電気絶縁物からなり、その外形が正面視正八角形に形成され、その中央部に例えば縦横各30mmの大きさに形成された四角形の凹部23を有している。この凹部23の底面には、銅箔や銀箔などの金属箔からなる図示しない熱拡散層が設けられている。そして、凹部23は、合成樹脂や金属板からなる仕切り24により複数の領域に区画され、それぞれの領域が第1〜第4の発光部19,20,21,22に形成されている。
第1の発光部19は、四角な凹部23を、その平行な二辺に沿って平行に三等分した中央部の長方形の領域に設けられ、黄色光を発光するように形成されている。すなわち、当該領域に複数個例えば8個の青色発光ダイオード25(以下、青色LED25と略称する。)が設けられているとともに、これら青色LED25を封止して透光性の第1の封止部材26が設けられていて、この第1の封止部材26に図示しない蛍光体が混ぜられている。
各青色LED25は、435〜475nmの間にピーク波長を有するチップ状のLEDが用いられている。これらチップ状の青色LED25は、サファイア等の透光性でかつ電気絶縁性の素子基板の一面に青色発光をする半導体発光層を設けてなり、その素子基板の前記一面と平行な他面を図示しないダイボンド材により前記熱拡散層に接着することによって、所定の配置で基板18に実装されている。複数個の青色LED25は、隣接した青色LED25が図示しないボンディングワイヤ等の電気的接続要素を介して接続されることにより、電気的に直列接続されている。
第1の封止部材26は、透明シリコーン樹脂などからなり、図示しない蛍光体が好ましくは均一に分散して混ぜられている。この蛍光体は、青色LED25が発する青色の光により励起されて、青色光と異なる波長の光である黄色の光を放射する黄色蛍光体が用いられている。黄色蛍光体は、550〜600nmの間にピーク波長を有する。この黄色蛍光体が混ぜられた第1の封止部材26で青色LED25が封止された領域は、第1の発光部19であり、以下、黄色発光領域Yとも称する。
第2の発光部20は、黄色発光領域Yを除く四角な凹部23を、黄色発光領域Yの長手方向に沿って平行に三等分した黄色発光領域Yの長手方向中央部の両側の領域(図4において上下両側)に設けられ、緑色光を発光するように形成されている。すなわち、当該一対の領域に青色LED25が複数個例えば4個ずつ設けられているとともに、これら青色LED25を封止して透光性の第2の封止部材27が設けられていて、この第2の封止部材27に図示しない蛍光体が混ぜられている。各青色LED25は、各領域ごとに電気的に直列接続されている。
第2の封止部材27は、透明シリコーン樹脂などからなり、図示しない蛍光体が好ましくは均一に分散して混ぜられている。この蛍光体には、青色LED25が発する青色の光により励起されて、青色光と異なる波長の光である緑色の光を放射する緑色蛍光体が用いられている。緑色蛍光体は、495〜535nmの間にピーク波長を有する。この緑色蛍光体が混ぜられた第2の封止部材27で青色LED25が封止された領域は、第2の発光部20であり、以下、緑色発光領域Gとも称する。緑色発光領域Gの面積は、黄色発光領域Yの略2/3となっている。
第3の発光部21は、第1の発光部19の長手方向の一端側であって第2の発光部20を挟む領域にそれぞれ設けられている。そして、第3の発光部21は、複数の青色LED25と、第3の封止部材28とを有してなり、青色光を発光するように形成されている。青色LED25は、領域ごとに電気的に直列接続されている。第3の封止部材28は、透明シリコーン樹脂などからなり、これには蛍光体は混ぜられていない。第3の封止部材28で青色LED25が封止された領域は、以下、青色発光領域Bとも称する。
第4の発光部22は、赤色発光部であり、第1の発光部19の長手方向の他端側であって第2の発光部20を挟む領域にそれぞれ設けられている。すなわち、第4の発光部22は、第1〜第4の発光部19,20,21,22の外側となるように基板18に配置されている。そして、第4の発光部22は、複数の赤色発光ダイオード29(以下、赤色LED29と略称する。)と、第4の封止部材30とを有してなり、赤色光を発光するように形成されている。
赤色LED29は、ピーク波長が610nm以上である発光をするチップ状の赤色LEDが用いられている。赤色LED29は、サファイア等の透光性でかつ電気絶縁性の素子基板の一面に赤色発光をする半導体発光層を設けてなり、その素子基板の前記一面と平行な他面を図示しないダイボンド材により前記熱拡散層に接着することによって、所定の配置で基板18に実装されている。一対の領域のそれぞれに配置された赤色LED29は、電気的に直列接続されている。
第4の封止部材30は、透明シリコーン樹脂などからなり、これには蛍光体は混ぜられていない。第4の封止部材30で赤色LED29が封止された領域は、以下、赤色発光領域Rとも称する。
このように構成されたLEDモジュール3は、例えば、その黄色発光領域Yから発する黄色光の発光効率が72(lm/W)、緑色発光領域Gから発する緑色光の発光効率が70(lm/W)、青色発光領域Bから発する青色光の発光効率は12(lm/W)、赤色発光領域Rから発する赤色光の発光効率は25(lm/W)である。
そして、LEDモジュール3は、電気コネクタ31,31を具備している。電気コネクタ31,31は、黄色発光領域Yをその長手方向両側から挟むように基板18に搭載されている。隣接したLEDモジュール3は、図5に示すように、それらの電気コネクタ31,31間にわたって配線される絶縁被覆電線32を介して電気的に接続される。
また、基板18には、図4に示すように、その凹部23の周りに複数の固定孔33が設けられている。LEDモジュール3は、固定孔33を通るねじ等の固定部品(図示しない)によって装置本体2に固定される。
そして、LEDモジュール3(3a)は、装置本体2の下側の凹部10において、図5に示すように、第4の発光部(赤色発光部)22が外側となるように配設されている。第4の発光部22は、他の第1〜第3の発光部19,20,21よりも、発熱部2aから最も離間した位置となっている。
また、LEDモジュール3(3b)は、装置本体2の上側の凹部11においても、第4の発光部(赤色発光部)22が膨出部9の中心部に対して外側となるように配設されている。膨出部9の大部分には、放熱凸部16が形成されており、この放熱凸部16は、主として装置本体2の下側の凹部10に配設されているLEDモジュール3aからの熱を放出する。したがって、膨出部9は、装置本体2の発熱部2aとなっており、LEDモジュール3bの第4の発光部(赤色発光部)22は、他の第1〜第3の発光部19,20,21よりも、発熱部2aから最も離間した位置となっている。
点灯装置4は、第1〜第4の発光部19,20,21,22に電力を供給して黄色発光領域Y、緑色発光領域Gおよび青色発光領域Bに配置された各青色LED25および赤色発光領域Rに配置された赤色LED29を発光(点灯)させるように構成されている。また、各青色LED25および赤色LED29に対する電力の入力を制御して、第1〜第4の発光部19,20,21,22の発光強度を調整するように構成されている。この調整により、所望する照明環境が得られる。
次に、本発明の第1の実施形態の作用について述べる。
点灯装置4により、LEDモジュール3を点灯させると、LEDモジュール3の黄色発光領域Yからは550〜600nmの間にピーク波長を有する黄色光が発光され、緑色発光領域Gからは495〜535nmの間にピーク波長を有する緑色光が発光され、青色発光領域Bからは435〜475nmの間にピーク波長を有する青色光が発光され、赤色発光領域Rからは610nm以上のピーク波長を有した赤色光が発光される。この発光色の異なる四色の光が混じって白色光が形成される。そして、LEDモジュール3aからの白色光で装置本体2の下方の床面が照明され、LEDモジュール3bからの白色光で装置本体2の上方の天井面が照明される。
そして、LEDモジュール3aは、装置本体2の中心部を中心とする小径円S1および大径円S2の円周上に等間隔で配設されているので、床面側を広く均一に照明することができる。また、LEDモジュール3bは、装置本体2の上側の周回部に等間隔で環状に配設されているので、天井面をドーナツ状に均一に照明することができる。
そして、LEDモジュール3が点灯すると、LEDモジュール3からの熱により、装置本体2の温度が上昇する。そして、装置本体2の下側の凹部10において、凹部10の中心および小径円S1に沿って配設されたLEDモジュール3aからの熱は、放熱しにくく、凹部10の中心部が装置本体2の発熱部2aとなっている。
そして、大径円S2に沿って配設されたLEDモジュール3aは、第4の発光部(赤色発光部)22が他の発光色が異なる第1〜第3の発光部19,20,21の外側となるように装置本体2に配設されているので、第4の発光部(赤色発光部)22は、発熱部2aに対して最も離間している。これにより、第4の発光部22の温度上昇が他の第1〜第3の発光部19,20,21よりも抑制される。すなわち、赤色LED29の温度上昇が第1〜第3の発光部19,20,21の青色LED25よりも抑制される。この結果、赤色LED29の発光効率の低下を抑制することができて、LEDモジュール3aから放射される照明光の色度値がずれることを抑制することができるとともに、照明光の演色性の低下を抑制することができる。
また、小径円S1に沿って配設されたLEDモジュール3aにおいても、第4の発光部(赤色発光部)22が他の第1〜第3の発光部19,20,21の外側となるように配設されているので、赤色LED29の温度上昇が第1〜第3の発光部19,20,21の青色LED25よりも抑制される。これにより、赤色LED29の発光効率の低下を幾分抑制することができる。
また、装置本体2の上側の凹部11に配設されたLEDモジュール3bは、装置本体2の周回部に環状に配設されているとともに、第4の発光部(赤色発光部)22が他の発光色が異なる第1〜第3の発光部19,20,21の外側となるように配設されているので、第4の発光部(赤色発光部)22は、発熱部2a(放熱凸部16)に対して最も離間した位置となっている。これにより、第4の発光部22の温度上昇が他の第1〜第3の発光部19,20,21よりも抑制されて、赤色LED29の温度上昇が第1〜第3の発光部19,20,21の青色LED25よりも抑制される。この結果、赤色LED29の発光効率の低下を抑制することができて、LEDモジュール3bから放射される照明光の色度値がずれることを抑制することができ、照明光の演色性の低下を抑制することができる。
そして、装置本体2の上側には、LEDモジュール3bの配設方向に沿って環状に凸条の放熱凸部17が複数形成されているので、膨出部9(発熱部2a)からLEDモジュール3b側に伝熱される熱およびLEDモジュール3bで発生した熱は、放熱凸部17からも外気側に放出される。赤色発光部(第4の発光部)22は、他の第1〜第3の発光部19,20,21よりも温度上昇しにくくなる。これにより、LEDモジュール3bの赤色LED29の温度上昇がより抑制される。この結果、赤色LED29の発光効率の低下をより抑制することができて、天井面側を照明する照明光の色度値がずれることを抑制することができ、平均演色評価数(Ra)の低下を抑制することができる。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。
図6は、本発明の第2の実施形態を示すLEDモジュール3の配置図である。なお、図2および図5と同一部分には、同一符号を付して説明は省略する。
LED照明装置34は、図2(b)に示すLED照明装置1において、装置本体2の発熱部2aにおけるLEDモジュール3の配設方向を変更して形成されている。すなわち、発熱部2aの中心のLEDモジュール3およびその周りに配設されている2個のLEDモジュール3を、第4の発熱部(赤色発熱部)22が発熱部2aに対して外側となるように、かつ隣接するLEDモジュール3,3間の配線距離が短くなるように配設したものである。これにより、LEDモジュール3,3間の配線を容易にすることができるとともに、第4の発光部22(赤色LED29)の温度上昇を他の第1〜第3の発光部19,20,21の青色LED22の温度上昇よりも抑制することができて、赤色LED29の発光効率の低下を抑制することができる。
1,34…LED照明装置
2…装置本体
2a…発熱部
3…LEDモジュール
4…点灯装置
10,11…LEDモジュール設置部としての凹部
22…赤色発光部としての第4の発光部
2…装置本体
2a…発熱部
3…LEDモジュール
4…点灯装置
10,11…LEDモジュール設置部としての凹部
22…赤色発光部としての第4の発光部
Claims (2)
- 赤色光を発光する発光ダイオードを有する赤色発光部を含む発光色の異なる複数の発光部およびこの発光部を配設している基板を有してなり、前記赤色発光部が発光色の異なる発光部の外側となるように基板に配置されているLEDモジュールと;
環状に複数個のLEDモジュールが配設されるLEDモジュール設置部およびこのLEDモジュール設置部の内側に発熱部を有し、前記赤色発光部が前記発熱部に対して最も離間した位置となるようにLEDモジュールをLEDモジュール設置部に配設している金属製の装置本体と;
発光部に電力を供給する点灯装置と;
を具備していることを特徴とするLED照明装置。 - 装置本体は、前記発熱部の外側に、かつLEDモジュールの赤色発光部の内側となるように環状に放熱凸部が形成されていることを特徴とする請求項1記載のLED照明装置。
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