JP2010218714A - 螺旋状ｌｅｄ発光体およびそれを用いたｌｅｄ照明器具 - Google Patents

Abstract

【課題】光源にＬＥＤを用いても指向性の改良と、光量の濃淡、およびＬＥＤの放熱の向上とコスト低減とを共に図ることができる発光ダイオード照明器具を提供する。
【解決手段】ＬＥＤ発光素子アレイ３を直管型パイプ状保持具の螺旋状に巻き付けた直管型の螺旋状ＬＥＤ発光体を用いた直管型のＬＥＤ照明器具と、ＬＥＤ発光素子アレイ３を円環型パイプ状保持具の螺旋状に巻き付けた円環型の螺旋状ＬＥＤ発光体を用いた円環型のＬＥＤ照明器具、およびＬＥＤ発光素子アレイ３をＵ字型パイプ状保持具の螺旋状に巻き付けたＵ字型の螺旋状ＬＥＤ発光体を用いたＵ字型のＬＥＤ電球により構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、帯状のフレキシブル基板にＬＥＤを搭載した発光体およびそれを用いたＬＥＤ照明器具に関し、特に固定および放熱のための金属管に帯状のフレキシブル基板にＬＥＤを搭載した発光体、およびその発光体を螺旋状に巻き付けた発光ユニットを従来使用されている蛍光ランプ、電灯の発光源として使用する帯状ＬＥＤ発光体およびそれを用いたＬＥＤ照明器具に関するものである。

従来、一般に家庭用照明器具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、幅広く使用されている。ＬＥＤを用いた照明器具は従来の白熱電球や蛍光ランプに比べ、省エネ、長寿命でさらに、水銀や鉛を使用しない環境性能など新たな次世代の蛍光灯・照明光源として、世界的に注目を浴びている。

最近、ＬＥＤを用いた蛍光灯を従来の蛍光灯取り付け器具で使用できるＬＥＤ蛍光灯の開発が活発化している。ＬＥＤ蛍光灯は明るさや光の色が従来の蛍光灯とほぼ同等であり、寿命が4万時間と長く消費電力も少ないため、３年以上使えば従来の蛍光灯より総コストが安くなる。制御回路を工夫することで取り付け時の器具工事を不要にするＬＥＤ蛍光灯も発表されている。通常の蛍光灯に比べ消費電力も4割以上削減できるため、2009年度の改正省エネルギー法施行で省エネ照明の需要が拡大すると考えられ、主にオフィスや事業所向け等の需要が期待されている。

特に、工場、オフィス等の産業利用施設においては、蛍光ランプが取り付けられている天井は、非常に高く、蛍光ランプの交換にかかるコスト、また作業危険性は高くなる。このような状況を鑑みてか、光源にＬＥＤを用いた照明器具も提案されている。

特許文献１には、従来の蛍光ランプに置き換え可能な、ＬＥＤを光源とした照明器具が提案されている。この照明器具は、図８に示すように、平板状の実装用基板１１にＬＥＤ１２が実装されており、実装用基板１１におけるＬＥＤが実装されない側の面を覆う保護用金属板１３を備えている。実装用基板１１と保護用金属板１３は、互いに接触するように配置しており、熱的に結合させている。保護用金属板１３は断面略コの字形状に、保護用透光板１５は平板状に形成し、駆動ユニット１４を内蔵し、両者を一体的に組み合わせた際に断面が略四角形状となり、外部端子１６を備えている。

特許文献２には、フレキシブル基板を用いた複数のＬＥＤランプを配置したＬＥＤ棒状照明器具が提案されている。この照明器具は、図９に示すように、帯状のフレキシブル基板２１と、フレキシブル基板２１に配設された導線と、フレキシブル基板の一面に設置されて前記導線に接続された複数のＬＥＤランプ２２と、フレキシブル基板及びＬＥＤランプの外側を覆うゲル状棒体２３とを備え、補強部が硬質保護片より成るＬＥＤ棒状照明器具となっている。

また、特許文献１には、ＬＥＤを光源とした照明器具の指向性を従来の蛍光灯により近づけるための照明器具が提案されている。この照明器具は、特許文献１の構成に、ＬＥＤから出射された光を拡散するための凹凸が保護用透光板の表面又は裏面に形成されるおり、光を拡散するための拡散シートが保護用透光板の表面又は裏面に配され、ＬＥＤ特有の強い指向性を拡散させる照明器具となっている。

しかし、ＬＥＤを一般照明用の光源として用いる場合、指向性のない光（広い範囲を照らす）を得ようとすると、発光効率では蛍光ランプが未だにベストであり、特許文献１．特許文献２においては、それらの改善がなされているが、やはり不十分であり、特許文献１は、その対策をとっているが、光を拡散するための凹凸が保護用透光板を追加して対策しており、コスト等に問題点がある。

また、高輝度ＬＥＤを光源にしているため、特許文献１によると、実装用基板におけるＬＥＤが実装されない側の面を覆う保護用金属板を備えており、実装用基板と保護用金属板は、互いに接触するような配置の、熱的に結合させている照明器具が提案されている。しかし、保護用金属板としての効果はあるが、実装用基板と保護用金属板が熱的に結合している内容の提案であり、実装用基板に金属を用いているため、コストアップ要因となっている。
特開2008-027770 特開2008-108728

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、従来の蛍光ランプに置き
換え可能な照明器具に関して、現在提案されているＬＥＤを光源とした照明器具は、光源が平板状となっており、ＬＥＤ光源が強い指向性を持っているため、反射板は用を成さずそれを使うメリットが生かされていない。ＬＥＤ光源の強い指向性を、従来使用されている蛍光ランプの無指向性により近づけて、既存の反射板を利用できる構造にするという課題がある。

同様にＬＥＤを用いた光源が平板状となっており、その照明範囲における光量の濃淡の差が大きく、特に室内では従来使用されている蛍光ランプの置き換えには課題がある。

さらに、高輝度ＬＥＤを用いるため、放熱する必要があるが、従来の蛍光ランプに置き換え可能な構造を用いるため、省スペースで、効率のよい構造をとることが課題である。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、光源にＬＥＤを用いても指向性の改良による光量の濃淡差の改善、およびＬＥＤの放熱の向上とコスト低減とを共に図ることができる発光ダイオード照明器具を提供することを目的とする。

請求項１記載の螺旋状ＬＥＤ発光体は、帯状のベースフィルムに配線パターンが形成されたフレキシブル配線基板を用い、配線パターン部分に少なくとも１列に複数のＬＥＤ発光素子を実装したＬＥＤ発光素子アレイを、金属製のパイプ状保持具に螺旋状に巻き付け固定した螺旋状ＬＥＤ発光体を用いることが特徴である。

本発明により、ＬＥＤを用いた発光体の欠点である強い指向性を持つことに対して、金属製のパイプ状保持具に螺旋状に巻き付け固定した螺旋状ＬＥＤ発光体を用いることにより、パイプ状の長さ方向に対して３６０°全方向に光が放射される。全方向に光が放射されるので、螺旋状ＬＥＤ発光体が従来の蛍光ランプとほぼ同等の性能となり、蛍光ランプに設置されている反射板が利用できる。

請求項２記載の螺旋状ＬＥＤ発光体は、前記フレキシブル基板の配線は、ＬＥＤ発光素子が直列または直並列に接続する接続パターンを形成している螺旋状ＬＥＤ発光体を用いることが特徴である。

本発明により、ＬＥＤ発光素子を直列、並列、直並列に接続可能なフレキシブル基板を用いることにより、螺旋状ＬＥＤ発光体が要求される所定の発光光量と、消費電流を制御できる。

請求項３記載の螺旋状ＬＥＤ発光体は、前記金属性のパイプ状保持具が、アルミニウムである螺旋状ＬＥＤ発光体を用いることが特徴である。

本発明により、螺旋状ＬＥＤ発光体に使用されるＬＥＤは、高輝度ＬＥＤを用いるため、発熱を伴う。そのため、金属性のパイプ状保持具が放熱の役割をする。放熱効果、比重、コストで、アルミニウムが最適である。

請求項４記載の螺旋状ＬＥＤ発光体は、前記フレキシブル基板の配線パターンを有しない裏面に、前記金属製のパイプ状保持具に固定可能で、ＬＥＤの発熱に対して固定を維持する固定部材を具備している螺旋状ＬＥＤ発光体を用いることが特徴である。

本発明により、配線パターン部分に少なくとも１列に複数のＬＥＤ発光素子を実装されたフレキシブル基板を金属製のパイプ状保持具に螺旋状に巻き付け、固定するため、および、フレキシブル基板に実装されているＬＥＤの発熱を金属製のパイプ状保持具に熱結合させるため、固定部材を具備している。

請求項５記載のＬＥＤ照明機器は、前記螺旋状ＬＥＤ発光体を直管状とし、外部端子とカバーを取り付けた直管蛍光ランプの代替品として用いることができる形状であるＬＥＤ照明器具を用いることが特徴である。

本発明は、特に、工場、オフィス等の産業利用施設においては、蛍光灯が取り付けられている天井は、非常に高く、蛍光ランプの交換にかかるコスト、また作業危険性は高くなる。螺旋状ＬＥＤ発光体が直管蛍光ランプの代替品として用いることができる形状を有しており、既に設置されている直管蛍光ランプの代替品が螺旋状ＬＥＤ発光体で代替が可能であれば、ＬＥＤを用いた照明器具の普及に寄与する。

請求項６記載のＬＥＤ照明機器は、前記螺旋状ＬＥＤ発光体を円管型とし、外部端子とカバーを取り付けた円管型蛍光ランプの代替品として用いることができる形状であるＬＥＤ照明器具を用いることが特徴である。

本発明は、特に家庭用の円管型の蛍光ランプの代替として、前記螺旋状ＬＥＤ発光体を円管状にしたＬＥＤ照明器具であり、家庭用の円管型の蛍光ランプと輝度が同等のものが得られ、光量の濃淡の差がほとんどなく、省電力で、長寿命化が計れる。

請求項７記載のＬＥＤ照明器具は、前記螺旋状ＬＥＤ発光体をＵ字状とし、外部端子とカバーを取り付けた電球の代替品として用いることができる形状であるＬＥＤ照明器具を用いることが特徴である。

本発明は、特に家庭用の電球の代替として、前記螺旋状ＬＥＤ発光体をＵ字状としたＬＥＤ電球であり、内部にＬＥＤの駆動ユニットを配置したものであり、家庭用のフィラメント式電球と輝度が同等であり、光量の濃淡の差がほとんどなく、省電力で、長寿命化が計れる。

請求項８記載のＬＥＤ照明器具は、前記螺旋状ＬＥＤ発光体を用い、前記螺旋状ＬＥＤ発光体の前記金属性のパイプ状保持具の内部に前記螺旋状ＬＥＤ発光体を駆動する駆動装置を配置したＬＥＤ照明器具を用いることを特徴としている。

本発明は、直管蛍光ランプの代替品として用いることができる形状を有している螺旋状ＬＥＤ発光体を用いて、金属性のパイプ状保持具の内部に前記螺旋状ＬＥＤ発光体を駆動する駆動装置を配置することにより、螺旋状ＬＥＤ発光体の発光有効面積を減少させることなく、既に設置されている直管蛍光ランプの代替できるＬＥＤ照明器具が可能となる。

以上述べたように、本発明の螺旋状ＬＥＤ発光体は、光源にＬＥＤを用いても指向性がパイプ状の長さ方向に対して３６０°全方向に光が放射され、光量の濃淡差の改善、およびＬＥＤの放熱の向上とLED素子使用数の低減が可能になることによる大幅なコスト低減とを共に図ることができ、螺旋状ＬＥＤ発光体を用いたＬＥＤ照明器具は、従来の全ての
形状の蛍光ランプの代替品として用いることが可能なＬＥＤ照明器具が提供できる。

以下、本発明に係る螺旋状ＬＥＤ発光体およびそれを用いたＬＥＤ照明器具の実施形態について説明する。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図５ａに基づいて具体的に説明する。
図１は、本発明の帯状のフレキシブル基板１にチップＬＥＤ２を実装したＬＥＤ発光素子アレイ３の斜視図である。帯状のベースフィルム１上に直列または直並列に接続する接続パターンが形成され、チップＬＥＤ２を実装する。一般的には、直列接続が用いられており、直列接続アレイを複数並列接続する場合もある。チップＬＥＤ２は、フレキシブル基板１上に表面実装する。チップＬＥＤ２を表面実装したフレキシブル基板１の裏面に、図２に示す金属性のパイプ状保持具４に固定するための固定部材を形成する。固定部材は、チップＬＥＤ２の発熱に対応が可能であれば、特に限定しない。

図２は、本発明の螺旋状ＬＥＤ発光体の斜視図である。金属性のパイプ状保持具４にＬＥＤ発光素子アレイ３を螺旋状に巻き付け、固定部材にて固定し、螺旋状ＬＥＤ発光体を作成する。帯状のフレキシブル基板１の幅と、螺旋状の間隔は、ＬＥＤ照明機器の輝度等により決定される。パイプ状保持具４は、ＬＥＤ発光素子アレイ３の保持具の役割と、チップＬＥＤ２の発熱の放熱機能を受け持つ。パイプ状保持具４の材質は、放熱効果が高く、比重が低く、安価であるため、アルミニウムを用いた。ＬＥＤ発光素子アレイ３を駆動ユニット５に接続して、ＬＥＤ２を駆動する。

図３ａは、螺旋状ＬＥＤ発光体を用いた直管型のＬＥＤ照明器具であり、図３ｂは、図３ａのＸ―Ｙの断面図である。図２の螺旋状ＬＥＤ発光体のパイプ状保持具４の内部に駆動ユニット５を収納し、駆動ユニット５を収納した螺旋状ＬＥＤ発光体を、保護カバー６と外部端子７を含む固定具にてＬＥＤ照明器具を形成する。

駆動ユニット５は、５０／６０Ｈｚ、ＡＣ８５Ｖ〜ＡＣ２６４Ｖを供給電源とする定電流駆動回路を用いた。駆動ユニット５をパイプ状保持具４の内部に収納することにより、直管型の螺旋状ＬＥＤ発光体の発光面積を拡大し、現在使用されている蛍光ランプに発光状態が類似することを目的としている。このことにより、現在使用されている蛍光ランプを、一部改良することにより、蛍光ランプを螺旋状ＬＥＤ発光体およびそれを用いたＬＥＤ照明器具に置き換えることが可能となる。

図４ａは、従来の平板状のＬＥＤを用いた発光ランプの光の指向性を示している。平板状のＬＥＤを用いた発光ランプを直管型の蛍光ランプの代替として用いた場合、直下およびその周辺のみが明るくなり、水平方向における輝度はほとんどない。図４ｂは、反射板８を用いた従来の平板状のＬＥＤを用いた発光ランプである。蛍光ランプの反射板（反射傘）８は利用されていない。

図５ａは、螺旋状ＬＥＤ発光体を用いた直管型のＬＥＤ照明器具の断面の光の指向性を示している。螺旋状ＬＥＤ発光体を用いているため、３６０°全方向に指向性をもつ照明となっている。図５ｂは、図５ａの螺旋状ＬＥＤ発光体を用いた直管型のＬＥＤ照明器具に反射板（反射傘）８による指向性を示している。光源が３６０°全方位に光の指向性を持つため、反射板８に対しても光を放射するため、反射板８が有効に利用できる。

本実施例は、実施例１において、金属性のパイプ状保持具４に図１のＬＥＤ発光素子アレイ３を螺旋状に巻き付け、固定部材にて固定し、螺旋状ＬＥＤ発光体を用いた直管型のＬＥＤ照明器具について説明してきたが、金属性のパイプ状保持具を円環状とし、ＬＥＤ発光素子アレイ３を螺旋状に巻き付け、固定部材にて固定した円環型のＬＥＤ照明器具について、具体的に説明する。

図６は、本発明の円環型螺旋状ＬＥＤ発光体である。円環状に形成した金属製のパイプ状保持具４に、ＬＥＤ発光素子アレイ３を螺旋状に巻き付け、固定部材にて固定し、円環型螺旋状ＬＥＤ発光体を作成する。帯状のフレキシブル基板１の幅と、螺旋状の間隔は、ＬＥＤ照明機器の輝度等により決定される。パイプ状保持具４は、図２のＬＥＤ発光素子アレイ３の保持具の役割と同様であり、チップＬＥＤの発熱の放熱機能を受け持つ。円環型パイプ状保持具４の材質は、放熱効果が高く、比重が低く、安価であるため、アルミニウムを用いた。

円環型螺旋状ＬＥＤ発光体の光の指向性も、図５ａに示すように、螺旋状ＬＥＤ発光体を用いているため、３６０°全方向に指向性をもつ照明となる。従って、図５ａの螺旋状ＬＥＤ発光体を用いたことにより、円環型のＬＥＤ照明器具に反射板（反射傘）を用いても光源が３６０°全方位に光の指向性を持つため、反射傘に対しても光を放射するため、反射傘が有効に利用できる。

また、円環型螺旋状ＬＥＤ発光体を用いて、螺旋状ＬＥＤ発光体を用いた直管型のＬＥＤ照明器具を円環型にした形状であり、円環型の螺旋状ＬＥＤ発光体のパイプ状保持具４の内部に直管型と同様に駆動ユニットを収納し、駆動ユニットを収納した円環型の螺旋状ＬＥＤ発光体を、保護カバーと外部端子を含む固定具にて円環型のＬＥＤ照明器具を形成する。

駆動ユニットは実施例１と同様に、５０／６０ＨｚＡＣ８５Ｖ〜ＡＣ２６４Ｖを供給電源とする定電流駆動回路を用いた。駆動ユニットを円環型のパイプ状保持具４の内部に収納することにより、円環型の螺旋状ＬＥＤ発光体の発光面積を拡大し、現在使用されている円環型の蛍光ランプに発光状態が類似することを目的としている。このことにより、現在使用されている蛍光ランプを、一部改良することにより、円環型の蛍光ランプを螺旋状ＬＥＤ発光体およびそれを用いた円環型のＬＥＤ照明器具に置き換えることが可能となる。

本実施例は、従来のフィラメント式の電球および、電球型蛍光ランプをＬＥＤ発光体で置き換えることを目的としたものであり、パイプ状保持具をＵ字型に形成し、図１のＬＥＤ発光素子アレイ３を螺旋状に巻き付け、固定部材にて固定した螺旋状ＬＥＤ発光体を用いたＬＥＤ電球について、具体的に説明する。

図７ａは、本発明によるＵ字型の螺旋状ＬＥＤ発光体の斜視図である。Ｕ字型のパイプ状保持具４に、ＬＥＤ発光素子アレイ３を螺旋状に巻き付け、固定部材にて固定し、螺旋状ＬＥＤ発光体を形成する。帯状のフレキシブル基板の幅と、螺旋状の間隔は、ＬＥＤ照明機器の輝度等により決定される。パイプ状保持具４は、ＬＥＤ発光素子アレイ３の保持具の役割と、チップＬＥＤ２の発熱の放熱機能を受け持つ。パイプ状保持具４の材質は、放熱効果が高く、比重が低く、安価であるため、アルミニウムを用いた。ＬＥＤ発光素子アレイ３を駆動ユニット５に接続して、ＬＥＤを駆動する。

図７ｂは、Ｕ字型の螺旋状ＬＥＤ発光体を用いたＬＥＤ電球の斜視図である。実施例１の直管型のＬＥＤ照明器具、実施例２の円環型のＬＥＤ照明器具と同様に、螺旋状ＬＥＤ発光体を用いているため、Ｕ字型の螺旋状ＬＥＤ発光体の断面における光の指向性は３６０°全方向に光の指向性を持つため、従来の白熱電球と光量と光の指向性が同等の性能を持ち、駆動ユニット５を内部に設置することにより、従来のフィラメント式電球および、電球型蛍光ランプとそのまま置き換えることができる。

従って、本発明によると、ＬＥＤ発光素子アレイ３を直管型パイプ状保持具の螺旋状に巻き付けた直管型の螺旋状ＬＥＤ発光体を用いた直管型のＬＥＤ照明器具と、ＬＥＤ発光素子アレイ３を円環型パイプ状保持具の螺旋状に巻き付けた円環型の螺旋状ＬＥＤ発光体を用いた円環型のＬＥＤ照明器具、およびＬＥＤ発光素子アレイ３をＵ字型パイプ状保持具の螺旋状に巻き付けたＵ字型の螺旋状ＬＥＤ発光体を用いたＵ字型のＬＥＤ電球が、従来使用されている直管型蛍光ランプ、円環型蛍光ランプ、白熱電球および電球型蛍光ランプとの置き換えが可能となり、ＬＥＤ発光素子を用いても、従来品と光の指向性がほぼ同等となり、かつ省電力、長寿命のＬＥＤ照明器具の提供が可能になる。

本発明によるＬＥＤ発光素子アレイ３の斜視図である。 本発明による直管型の螺旋状ＬＥＤ発光体の斜視図である。 本発明による直管型の螺旋状ＬＥＤ発光体を用いた直管型のＬＥＤ照明器具の斜視図である。 本発明による直管型の螺旋状ＬＥＤ発光体を用いた直管型のＬＥＤ照明器具のＸ−Ｙ断面図である。 従来の平板型ＬＥＤの光の指向性の配光散布図である。 従来の平板型ＬＥＤの反射板を用いた光の指向性の配光散布図である。 本発明による直管型の螺旋状ＬＥＤ発光体の光の指向性の配光散布図である。 本発明による直管型の螺旋状ＬＥＤ発光体の反射板を用いた光の指向性の配光散布図である。 本発明による円環型の螺旋状ＬＥＤ発光体の斜視図である。 本発明によるＵ字型の螺旋状ＬＥＤ発光体の斜視図である。 本発明によるＵ字型の螺旋状ＬＥＤ発光体を用いたＬＥＤ電球の斜視図である。 従来の平板型ＬＥＤ照明器具の断面図である。 従来のフレキシブル基板を用いた平板型ＬＥＤ照明器具の斜視図である。

１ 帯状のフレキシブル基板
２ チップＬＥＤ
３ ＬＥＤ発光素子アレイ
４ パイプ状保持具
５ 駆動ユニット
６ 保護カバー
７ 外部端子
８ 反射板（反射傘）
１１ 実装用基板
１２ ＬＥＤ
１３ 保護用金属板
１４ 駆動ユニット
１５ 保護用透光板
１６ 外部端子
２１ フレキシブル基板
２２ ＬＥＤランプ
２３ ゲル状棒体

Claims (8)

1. 帯状のベースフィルムに配線パターンが形成されたフレキシブル配線基板を用い、配線パターン部分に少なくとも１列に複数のＬＥＤ発光素子を実装したＬＥＤ発光素子アレイを、金属製のパイプ状保持具に螺旋状に巻き付け固定した特徴とする螺旋状ＬＥＤ発光体
2. 前記フレキシブル基板の配線は、ＬＥＤ発光素子が直列または直並列に接続する接続パターンを形成していることを特徴とする請求項１記載の螺旋状ＬＥＤ発光体
3. 前記金属性のパイプ状保持具が、アルミニウムである請求項１記載の螺旋状ＬＥＤ発光体
4. 前記フレキシブル基板の配線パターンを有しない裏面に、前記金属製のパイプ状保持具に固定可能で、ＬＥＤの発熱に対して固定を維持する固定部材を具備していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載の螺旋状ＬＥＤ発光体
5. 前記螺旋状ＬＥＤ発光体を直管状とし、外部端子とカバーを取り付けた直管型蛍光ランプの代替品として用いることができる形状を有していることを特徴とする請求項１〜４記載のＬＥＤ照明器具
6. 前記螺旋状ＬＥＤ発光体を円管状とし、外部端子とカバーを取り付けた円管型蛍光ランプの代替品として用いることができる形状を有していることを特徴とする請求項１〜４記載のＬＥＤ照明器具
7. 前記螺旋状ＬＥＤ発光体に外部端子とカバーを取り付けた電球の代替品として用いることができる形状を有していることを特徴とする請求項１〜４記載のＬＥＤ照明器具
   
8. 前記螺旋状ＬＥＤ発光体を用い、前記螺旋状ＬＥＤ発光体の前記金属性のパイプ状保持具の内部に前記螺旋状ＬＥＤ発光体を駆動する駆動装置を配置したことを特徴とする請求項５〜６記載のＬＥＤ照明器具

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