JP2009302148A - 光源ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子の点灯時には、常に、各発光素子の出射光の輪郭が視覚的に認識できるようにし、視覚的デザイン性の向上を図ることができる光源ユニットを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、基板２と、この基板２に実装された複数の青色発光する発光素子７と、この発光素子７を封止し、発光素子７の発光により励起される黄色の蛍光体を含む樹脂層７ａと、前記発光素子２に電気的に接続され、発光素子２を調光制御する調光手段と、前記樹脂層７ａを覆うように配設され、発光素子７の点灯時、各発光素子２の出射光の輪郭が視覚的に認識できるように可視光域の直線透過率が設定され、かつ、発光素子２の点灯時、前記樹脂層７ａの蛍光体の色が視覚的に認識されないように拡散透過性が設定された拡散部材６とを備えた光源ユニット１である。
【選択図】図７

Description

本発明は、ＬＥＤ等の発光素子を用いた光源ユニットに関する。

近年、複数のＬＥＤ等の発光素子を基板に実装し、光源として用いる照明器具が開発されている。ＬＥＤ等の発光素子は、指向性が強く、点灯時、点光源としてその実装した複数の発光素子の光の輪郭が粒状に光って見え、いわゆる粒々感があり、視感的評価において満足できるものではなかった。したがって、この粒々感をなくすため、発光素子の前面側に拡散板を配設し、この拡散板により粒々感を消去する解決が試みられているが、消去し切れず、薄ぼんやりと点光源が表出する現象に至る場合もあり、このような場合には満足できる結果が得られていない。また、完全に粒々感を消去するためには、拡散透過性を高くすればよいが、高すぎると器具効率が低下してしまう虞があった。

従来、ＬＥＤ発光素子を備えた照明装置において、光を出射させる出射面側に複数のプリズム面を平面状に配列したシート部材を設け、ＬＥＤ発光素子からの光をシート部材で分散させて光量ムラ等の表示ムラをなくすことができるものが知られている（特許文献１参照）。
特開平１０−２７４９４７号公報

しかしながら、特許文献１に示されたものは、ＬＥＤ発光素子からの光を分散させて表示ムラをなくすものであり、拡散板を用いる場合と同様に、上記課題の解決には至らないものである。

本発明は、上記とは逆のアプローチで課題を解決しようとするもので、発光素子の点灯時には、常に、各発光素子の出射光の輪郭が視覚的に認識できるようにし、視覚的デザイン性の向上を図ることができる光源ユニットを提供することを目的とする。

請求項１に記載の光源ユニットは、基板と；この基板に実装された複数の青色発光する発光素子と；この発光素子を封止し、発光素子の発光により励起される黄色の蛍光体を含む樹脂層と；前記発光素子に電気的に接続され、発光素子を調光制御する調光手段と；前記樹脂層を覆うように配設され、発光素子の点灯時、各発光素子の出射光の輪郭が視覚的に認識できるように可視光域の直線透過率が設定され、かつ、発光素子の点灯時、前記樹脂層の蛍光体の色が視覚的に認識されないように拡散透過性が設定された拡散部材と；を具備したことを特徴とする。発光素子とは、ＬＥＤや有機ＥＬ等の固体発光素子である。発光素子は、チップ・オン・ボード方式や表面実装方式によって実装できるが、実装方式には特に限定されない。また、発光素子の実装個数には特段制限はない。

請求項２に記載の光源ユニットは、請求項１に記載の光源ユニットにおいて、前記拡散部材は、外周から中央部に向かうに従い、漸次厚さ寸法が大きくなるように構成されていることを特徴とする。漸次厚さ寸法が大きくなるとは、直線状、曲線状又は不連続、例えば、階段状に厚さ寸法が大きくなるような場合を許容する。

請求項１に記載の発明によれば、発光素子の点灯時には、常に、各発光素子の出射光の輪郭が視覚的に認識でき、また、発光素子を封止する樹脂層の色が表出することを抑制できるので、光出力の高低にかかわらず、使用者に与える印象が大きく変わらないため、デザイン性を高めることができる。また、器具効率も高めることができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、拡散部材の中央部から前方、例えば、直下へ照射する照度を上げることができるとともに、一部の光を分散させることができるのでグレアを抑制することができる。

以下、本発明の実施形態に係る光源ユニットについて図１乃至図７を参照して説明する。図１は、光源ユニットを示す斜視図、図２は、同平面図、図３拡散部材を取外して示す光源ユニットの斜視図、図４は、同平面図、図５（ａ）は、拡散部材を示す平面図、（ｂ）は、側面図、図６（ａ）は、光源ユニットを示す断面図、（ｂ）は、基板を示す断面図、図７は、光源ユニットの点灯時を示す平面図である。光源ユニット１は、外観上、縦・横約７０ｍｍ、高さ約２５ｍｍの略直方体形状をなし、光源となる発光素子が配設された基板２と、化粧カバー３と、放熱部材４と、反射体５及び拡散部材６及びとを備えている。

基板２には、発光素子として例えば、ＩｎＧａＮ系のＬＥＤチップ７・・・がチップ・オン・ボード方式で実装されている。すなわち、ＬＥＤチップ７・・・を基板２の表面上に、所定の間隔をおいてマトリクス状に配設し、その表面を樹脂で封止した構造をなしている。なお、ＬＥＤチップ７・・・の配設個数は、製品仕様、設計に応じ適宜決定すればよい。

図６に示すように、基板２は、ベース板２ａ、電気絶縁層２ｂ及び回路パターン層から構成されている。ベース板２ａは、金属、例えば、熱伝導性が良好で放熱性に優れたアルミニウム製の略正方形の平板からなる。ベース板２ａの一面には、エポキシ樹脂等からなる合成樹脂製の電気絶縁層２ｂが形成されている。電気絶縁層２ｂの上には、回路パターン層が形成されている。回路パターン層は、ＬＥＤチップ７・・・に電源からの電力を供給するために、銅箔等の導電性の材料で形成されている。基板２のベース板２ａは、金属又は絶縁材で構成でき、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。

ＬＥＤチップ７・・・は、青色光を発光する青色のＬＥＤチップである。ＬＥＤチップ７・・・を封止する封止用の透光性樹脂層７ａは、ＬＥＤチップ７・・・の発光を吸収して青色の補色となる黄色系の光を発生する蛍光体、例えば、ＹＡＧ：Ｃｅ系蛍光体を分散して含有しており、その表面は黄色系を呈している。したがって、基板２の表面は、外観上、黄色系に着色されたように視認される。そして、ＬＥＤチップ７・・・からの光は、透光性樹脂層７ａを通過して白色や電球色等の白色系の発光色となって外部へ放射されるようになっている。なお、透光性樹脂層７ａには、黄赤色や赤色の蛍光体を含有させるようにしてもよい。

また、基板２のＬＥＤチップ７・・・が実装されている表面側であって、基板２の周縁側には点灯回路が配設され、点灯回路部品８が実装されている。点灯回路部品８は、コンデンサ、抵抗素子やスイッチング素子等の部品であり、ＬＥＤチップ７・・・を点灯制御するものである。また、併せてＬＥＤチップ７・・・の発光を連続的又は段階的に調光制御する調光手段として調光制御回路（図示しない）が搭載されている。なお、この調光制御回路は、光源ユニット１を配設する後述のベースに設けるようにしてもよい。

化粧カバー３は、光源ユニット１の外観を構成するもので、アルミニウム製であり、概略直方体で、短筒状をなしている。化粧カバー３の外周面の全周には、放熱面積の増大のため、放熱フィン３ａが一体的に形成されている。この放熱フィン３ａは、横方向、つまり、水平方向に形成されており、したがって、当該方向に溝を形成している。また、化粧カバー３の外周面は、白色のメラミン樹脂系塗料によって焼付塗装されている。そして、化粧カバー３の内周面には、基板２の少なくとも表面側と面接触する、すなわち、基板２のベース板２ａの表面側であって、その周縁部と面接触する当接部３ｂが形成されている。さらに、化粧カバー３の開口端側には、内周方向に向かうフランジ３ｃが形成されている。なお、化粧カバー３の内周側には、格子状に構成されたルーバ９が取付けられている。ルーバ９は、ＬＥＤチップ７・・・から出射される光を効率よく所望の方向に制御し、かつ、まぶしさ感を防ぐものである。格子状のルーバ９の桝目に対応してＬＥＤチップ７・・・が位置するようになっており、ルーバ９がＬＥＤチップ７・・・の出射光の障害になることはない。

放熱部材４は、アルミニウム製であり、略正方形の平板状に形成されている。この放熱部材４は、基板２の裏面側、すなわち、基板２のベース板２ａの裏面側と面接触するように構成されている。なお、この面接触は、全面的な接触ではなく、部分的な接触であってもよい。

反射体５は、アルミニウム製であり、概略直方体で、筒状をなし、外周面の全周には、放熱面積の増大のため、放熱フィン５ａ・・・が前記化粧カバー３の放熱フィン３ａと連続するように水平方向に形成されており、当該方向に溝を形成している。一方、反射体５の内周面は、照射開口部５ｂ方向に拡開した傾斜状の反射面５ｃをなしており、所望の配光特性を得、グレアを防止するため、その傾斜角度が調整されている。また、反射体５の内外周面は、白色のメラミン樹脂系塗料によって焼付塗装されている。なお、前記化粧カバー３、放熱部材４及び反射体５の材料は、アルミニウムに限らず、熱伝導性の良好な金属材料又は樹脂材料等を用いることができる。

拡散部材６は、化粧カバー３の開口端側に基板２を覆うように配設されている。図５に示すように、四角錐形状をなし、外周から中央部に向かうに従い、漸次厚さ寸法が大きくなるように構成されている。また、下面にはルーバ９の上端部が嵌合する格子状の嵌合溝６ａが形成されている。この拡散部材６は、透明のアクリル樹脂製で表面にバインダーを介して拡散剤が塗布されており、乳白色を呈している。さらに、拡散剤の膜厚等により、可視光域（４５０ｎｍ〜８００ｎｍ）での全光線透過率の平均値は、７０〜９０％、直線透過率の平均値は、５〜１０％になるように調整されている。なお、拡散部材６には、透明プラスチック材料に無機又は有機材料からなる拡散剤を分散させたものや表面にドットパターンを形成したものを適用でき、特段その構成は限定されるものではない。また、拡散部材６の形状は、外周から中央部に向かうに従い、曲線状に漸次厚さ寸法が大きくなるように形成してもよく、さらに、階段状に漸次厚さ寸法が大きくなるように形成してもよい。

次に、図６参照して、基板２、化粧カバー３、放熱部材４、反射体５及び拡散部材６の組立て状態について説明する。放熱部材４の上面には、基板２のベース板２ａの裏面側が面接触して熱的に結合し配置されている。なお、この放熱部材４の上面とベース板２ａの裏面側との間に接着剤を介在させ結合するようにしてもよい。この場合、接着剤には、シリコーン樹脂系の接着剤に金属酸化物等を混合した熱伝導性が良好な材料を用いるのが好ましい。

化粧カバー３は、当接部３ｂが基板２のベース板２ａの表面側に面接触して熱的に結合し配置されるとともに、その階段状部３ｄがベース板２ａの側面部、放熱部材４の周縁部に接触するように配置されている。また、基板２の周縁側に実装されている点灯回路部品８は、フランジ３ｃによって覆われるようにカバーされている。そして、反射体５は、化粧カバー３の上面に面接触して配置され、これら放熱部材４、化粧カバー３及び反射体５は、これらに形成されたねじ貫通孔に放熱部材４の裏側からねじ込まれるねじによって共締めされ結合されている。この状態では、基板２は、放熱部材４と化粧カバー３との間に挟持されて固定されることとなる。また、化粧カバー３は、基板２を包囲するようにカバーしており、基板２の側周囲を外部から見え難くしているとともに、光源ユニット１としての外観デザインを向上する役目を果たしている。

次に、化粧カバー３の内周側には、ルーバ９が取付けられており、このルーバ９の上端部には、拡散部材６がその嵌合溝６ａが嵌合されて取付けられている。

以上のように構成された光源ユニット１の作用について説明する。まず、光源ユニット１への非通電時、すなわち、ＬＥＤチップ７・・・の消灯時には、乳白色の拡散部材６の介在により、ＬＥＤチップ７・・・は視認し難くなっており、また、基板２の表面の黄色系も視認し難くなっている。次に、リモコン等の操作により、光源ユニット１に通電が行われると、基板２に電力が供給され点灯回路が動作してＬＥＤチップ７・・・が発光する。ＬＥＤチップ７・・・から出射された光の多くはルーバ９を通過し、拡散部材６を透過して反射体５の照射開口部５ｂから直接前方に拡散して照射される。また、一部の光は拡散部材６のプリズム効果により屈折して分散し、反射板５の反射面５ｃに反射されて前方に照射される（図６参照）。したがって、前方へ照射する照度を上げることができる一方、分散した光は反射面５ｃによって反射されるので、拡散部材６の表面と反射面５ｃとの輝度比を減少でき、拡散部材６から照射される光によるグレアを抑制することができる。ここで、拡散部材６の表面、すなわち、ＬＥＤチップ７・・・による出射光と、反射面５ｃ、すなわち、その出射光の周囲との輝度比は、１０：１程度になっている。好適には、１０：１以下であり、この輝度比に調整すればまぶしさ感を軽減できる。

ここで、図７に示すように、ＬＥＤチップ７・・・の点灯時には、各ＬＥＤチップ７・・・の出射光の輪郭が拡散部材６を通して視覚的にある程度はっきりと認識できるようになっている。これは、上述した拡散部材６の直線透過率の調整によるものであり、拡散効果を維持しつつ、視覚的デザイン性を向上するものである。例えば、調光手段により、低照度、高照度に調光度を切換えても同様な現象を得られるものである。したがって、高照度の状態では、ＬＥＤチップ７・・・の出射光の輪郭が認識できるが、低照度の状態では、輪郭が認識できないというような現象を招くものではない。よって、ＬＥＤチップ７・・・の点灯時には、常に、ＬＥＤチップ７・・・の出射光の輪郭が視覚的に認識でき、低照度と高照度の状態において、異なった視感をもたらし、奇異な感じを受けることがない。

続いて、ＬＥＤチップ７・・・の点灯時には、基板２表面の透光性樹脂層７ａの黄色系が表出することを抑制できる。基板２の表面は、元来、黄色系の蛍光体により黄色を呈しているので、点灯時にはその色が拡散部材６を通して表出されそうであり、また、予測される。しかしながら、この黄色は消去されたような状態になる。そのメカニズムを詳らかにすることはできないが、第１に、蛍光体に吸収されないＬＥＤチップ７・・・からの青色光がそのまま透光性樹脂層７ａから出射し、この青色と基板２の表面の黄色とが拡散部材６の拡散透過性により混合されて白色光となって拡散部材６から照射され、基板２表面の黄色が消去されていると考えられる。第２に、基板２の側周囲、例えば、化粧カバー３の内周の色彩等が反映されて、同様に、拡散部材６の拡散透過性により混合され、基板２の表面の黄色が消去されているとも考えられる。また、これらの複合的な現象とも推測される。

一方、ＬＥＤチップ７・・・から発生する熱は、主として、基板２のベース板２ａの裏面の略全面から放熱部材４へ伝わる。さらに、当該熱は、ベース板２ａの表面側から化粧カバー３の当接部３ｂを経由して化粧カバー３へと伝導され放熱される。このように、基板２の表裏両面から面接触により熱伝導され、放熱されるので、放熱効果を向上でき、基板２の温度上昇を抑制することが可能となる。加えて、化粧カバー３は、ベース板２ａの側面部、放熱部材４の周縁部に接触しているので、この部分においても熱伝導がなされ、さらに、化粧カバー３から反射体５へ熱伝導がなされ放熱が促進される。また、化粧カバー３及び反射体５には、その外周面の表面積を大きくする放熱フィン３ａ、５ａ・・・が形成されているので、ここにおいても効率よく放熱される。このように各部材は、熱的に結合されており、前記熱伝導経路と放熱で基板２の温度上昇を抑制することができる。また、同時に点灯回路から発生する熱も放熱される。

以上のように本実施形態によれば、ＬＥＤチップ７・・・の点灯時には、常に、ＬＥＤチップ７・・・の出射光の輪郭が視覚的に認識でき、調光点灯時において、異なった視感をもたらし、奇異な感じを受けることがなく、視覚的デザイン性を向上できる。また、ＬＥＤチップ７・・・の点灯時には、基板２表面の透光性樹脂層７ａの黄色系が表出することを抑制でき、この点においても視覚的デザイン性を向上できる。さらに、拡散部材６は、外周から中央部に向かうに従い、漸次厚さ寸法が大きくなるように構成されているので、拡散部材６の中央部から前方へ照射する照度を上げることができる一方、分散した光は反射面５ｃによって反射されるので、拡散部材６の表面と反射面５ｃとの輝度比を減少でき、グレアを抑制することができる。

また、基板２の表裏両面から放熱されるので、これにより放熱機能を充足でき、光源ユニット１単体で高い放熱性を発揮でき、単体の光源ユニット１が熱による不具合を生じることを抑制できる。化粧カバー３は、基板２の側面部及び放熱部材４の周縁部に接触しているので、この部分においても放熱が促進される。さらに、化粧カバー３から反射体５へ熱伝導され、また、放熱フィン３ａ、５ａ・・・によって効率よく放熱できる。加えて、点灯回路部品７は、化粧カバー３のフランジ３ｃによってカバーされているので、デザイン性を向上できる。

なお、本実施形態では、ＬＥＤチップ７・・・がチップ・オン・ボード方式で実装されている場合について説明したが、実装方式には限定されず、表面実装方式によって実装するようにしてもよい。この場合は、複数のＬＥＤパッケージごとに封止用の透光性樹脂層が形成されているので、ＬＥＤパッケージごとにその表面が黄色系を呈して点在することとなる。したがって、上記に従えば、ＬＥＤパッケージの点灯時、この点在する黄色系が消去されたような状態となる。

次に、本発明の光源ユニットを照明装置に適用した実施形態について図８の斜視図を参照して説明する。照明装置は、天井面に取付けられて使用するいわゆる、ベース照明装置１０を示している。ベース照明装置１０は、ベース１１と、このベース１１に配設された複数の光源ユニット１・・・とを備えている。ベース１１は、アルミニウム製であり、一辺を約２５０ｍｍとする略正方形の平板状に形作られている。光源ユニット１は、ベース１１面に縦３個×横３個の合計９個が相互に所定の間隔（約１０ｍｍ）を空けてマトリクス状に配設されている。

なお、ベース１１の材料は、アルミニウムに限らず、熱伝導性の良好な金属材料又は樹脂材料等を用いることができる。また、光源ユニット１の配設方法、配設個数は適宜選択することができる。さらに、照明装置１０を構成するにあたって、ベース１１を用いることなく、天井面に直付けの形式で光源ユニット１・・・を配設してもよい。この場合は、複数の光源ユニット１・・・の集合体が照明装置１０を構成することとなる。

上記照明装置の構成によれば、各光源ユニット１の放熱が行われる一方、各光源ユニット１は、相互に所定の間隔を空けて配設されているため、この間隔が連通して放熱流通路１２が形成されるようになっている。具体的には、各光源ユニット１間の間隔が相互に連通状態となって放熱流通路１２を形成している。したがって、個々の光源ユニット１の放熱はもとより、この放熱流通路１２によっても、この流通路１２に沿った放熱気流の流れが促進され、一層放熱効果が高まる。また、放熱フィン３ａ、５ａ・・・がベース１１面に対し、水平方向に形成されているので、この構成によっても放熱気流の流れが助長される。

以上のように本実施形態によれば、光源ユニット１単体での効果に加え、複数の光源ユニット１をベース１１又は天井面等に任意に配設することができ、光源ユニット１として共通化が可能となる効果を有する。したがって、品種の異なる照明装置を設計する際の放熱設計の簡素化が期待できる。さらに、大きさの異なるベース１１を数種類用意して、これらベース１１に対応して光源ユニット１の配設個数を変えて、用途に応じた構成とし、多品種、多様化を図ることも可能であり、組合せの自由度が広がる。また、光源ユニット１の構成と、ベース１１への光源ユニット１の配設の仕方との双方の構成により、発光素子が配設された基板２の温度上昇を効果的に抑制できるものであり、これにより、多くの光源ユニット１をベース１１に配設することが可能になるので、高出力の照明装置を実現し易くなる。

本発明の実施形態に係る光源ユニットを示す斜視図である。 同平面図である。 同拡散部材を取外して示す光源ユニットの斜視図である。 同平面図である。 同拡散部材を示す平面図及び側面図である。 同光源ユニット及び基板を示す断面図である。 同光源ユニットの点灯時を示す平面図である。 本発明の光源ユニットを照明装置に適用した実施形態を示す斜視図である。

符号の説明

１・・・光源ユニット、２・・・基板、６・・・拡散部材、
７・・・発光素子（ＬＥＤチップ）、７ａ・・・樹脂層、１０・・・照明装置、

Claims (2)

1. 基板と；
   この基板に実装された複数の青色発光する発光素子と；
   この発光素子を封止し、発光素子の発光により励起される黄色の蛍光体を含む樹脂層と；
   前記発光素子に電気的に接続され、発光素子を調光制御する調光手段と；
   前記樹脂層を覆うように配設され、発光素子の点灯時、各発光素子の出射光の輪郭が視覚的に認識できるように可視光域の直線透過率が設定され、かつ、発光素子の点灯時、前記樹脂層の蛍光体の色が視覚的に認識されないように拡散透過性が設定された拡散部材と；
   を具備したことを特徴とする光源ユニット。
2. 前記拡散部材は、外周から中央部に向かうに従い、漸次厚さ寸法が大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光源ユニット。

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