JP2011014515A - 照度並びに配光性に優れる照明具 - Google Patents

Abstract

【課題】 発光源にＬＥＤを用いて高い照度と広範囲の配光による優れた照明効果を保持する照明具の提供。
【解決手段】 配電機器と着脱自在で、その内部に電源回路が配備された口金と、該口金と一体的な球管内の口金側に熱放散基板上に表面実装用ＬＥＤで発光部が形成され、この発光部の前面に保持具を介して導光プリズム体が形成された構成。
【選択図】図１

Description

本発明は照明具に係るもので、更に詳しくは発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源として用いるとともに、高い照度と配光性に優れる照明具に関するものである。

照明具の開発は、産業上はもとより生活上においても多大な貢献を果たしてきたものであるが、かかる照明具の開発は１９世紀末の白熱電球を原初とするもので、その後たび重なる改良が施されて、今日のタングステン電球に至っている。
他方２０世紀においては産業の飛躍的発展がなされたことに伴い発光効率に優れ高照度、大光量の照明具が強く要請され、これがため従来の白熱電球の如くタングステンの発熱に伴う発光効率の悪い技術構成から、気体中における放電発光即ち電気ルミネセンス方式による放電灯への技術転換がなされた。
即ちこの放電灯の一例たるナトリウムランプや水銀ランプ等は遠距離広面積に亘って高い照明効果が発揮され、夜間の道路交通を初め屋外作業やスポーツ等にも多大な貢献をなし、更には蛍光灯の普及により照度はもとより演色性も十分に発揮されて生活照明の大半が蛍光灯へと代替されている。

即ちこの理由は白熱電球に比べて蛍光灯は発光効率において３倍以上で、且光色も昼光色蛍光灯で略６，５００°Ｋ、白色光蛍光灯で略５，５００°Ｋ、温白色光蛍光灯では略３，０００°Ｋ乃至３，５００°Ｋと多様な色光に対処できるばかりか、且蛍光灯は発光面積が広いため輝度は低く、内面つや消し白熱電球に対しても輝度は略１／３０と他の光源に比べてまぶしく無く、更には拡散光でもあるから光が柔らかく感じられる。加えて蛍光灯はその実用使用時間も略５，０００乃至７，０００時間とされており、白熱電球の略１，０００時間に対する経済性も大きな理由とされている。

而して前世紀における産業の飛躍的発展の背景には、莫大なエネルギーの消費を初め膨大量の煤煙、有害ガス或いは汚濁水の排出ばかりか、可塑剤や安定剤或いは着色剤と共に有機溶剤を含む合成樹脂素材製品の多量消費と廃棄、或いは農薬、殺虫剤、殺菌剤等の無制限散布等による環境破壊は極限にまで至っている。
これがためには、照明具においても環境保全に対処しえる省エネルギー性や廃棄安全性は緊急的課題であり、且長期使用性、経済性に加えて実用使用に際しての高い照度と配光性や演色性を保持すること、及び高齢化社会を背景として使用安全性にも優れるものが強く求められている。

かかる状況に対処しえる発光源として、従来の白熱電球や蛍光灯等電球構造の光源に対し、発光の仕組や特徴或いは用途等の異なる発光ダイオードが開発され且照明用光源として日夜技術改革がなされつつあるもので、かかる発光ダイオード所謂ＬＥＤは第一に小型軽量で、第二に極めて低い動作電圧で動作しえ、更に第三として発光体の単位面積当りの明るさが大きいこと即ち高輝度であること、第四として可視光変換率が高く白熱電球の略２倍の発光エネルギーを発生しえることや、ＲＧＢのカラー発光も直接可能で演色性にも優れ、而も極めて長寿命であることが、照明光源に期待される根拠とされている。

このようにＬＥＤは一方において環境対応に適合する要件を具備しているものの、具体的ＬＥＤ発光源を照明具として利用する場合の構造形態としては、砲弾型や平面型、ナノピット面発光型等を用い、このＬＥＤ発光源を丸型モジュールやラインアレー若しくはエリアアレー等に多数配位させて照明具として用いている。
更に近年に至っては蛍光灯と同様な管状形成により、或いは口金を用いた電球形状に形成し、実用使用における利便性を追求したものまで上市されるに至っている。

然るにＬＥＤ発光源を用いて従来からの白熱電球や蛍光灯の照明具に代替させるためには、一部の発光特性の優劣でなく照明具としての本質的照明特性を考察せねばならない。
そこで照明具として用いられる代表的発光源としての発光ダイオード（青色ＬＥＤ＋蛍光体）と白熱電球（一般照明用電球）、及び一般用蛍光ランプ（スタータ型）の発光特性を対比してみると表１の如くとなる。

このように発光ダイオード（ＬＥＤ）は、その光束効率が白熱電球に比べて略３倍以上に、蛍光ランプに比べては依然として６０％程度しか無く、現状の発光ダイオード（ＬＥＤ）による照明具では光束効率のうえからは到底満足しえるものではない。
加えて発光ダイオード（ＬＥＤ）は発光部の構造上の制約から、発光面の反対側には光が配光されぬばかりか発光部からの発光には特有の指向性を保持するもので、構造の主体をなす砲弾型における発光放射角度としては略２０度程度、更にチップ型における発光放射角度としてもせいぜい１２０度程度であるから、極めて限定された範囲への照射しかなされず、而も全光束量も僅かであるから極めて限定され且直近の照明効果しか期待できない。

発明者等は、かかる現状発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた照明具の問題点に鑑み鋭意研究を重ねた結果、配電機器と着脱自在に接続でき且その内部に所望の電源回路が配備されてなる口金と一体的に形成され二次放射を図る球管内の口金側に、表面実装用ＬＥＤをマウントし透明エポキシ樹脂で封止させた発光部と、この発光部による高発光に伴う発熱を逸散せしむる逸散間隔を形成のうえ、一旦発光を拡散させずに球管の中央まで導光プリズム体で誘導のうえ、その先端を先鋭化させて広範囲に一次放射させたうえ更に球管面で二次放射させることにより、高照度で且広範囲に配光しえることを究明し本発明に至った。

本発明は発光源にＬＥＤを用いるとともに、高い照度と広範囲の配光により優れた照明効果を保持する照明具を提供することにある。

上述の課題を解決するために本発明が用いた技術的手段は、配電機器と着脱自在に接続可能で且その内部に所望の電源回路が配備されてなる口金と、該口金と一体的に接合固定される球形、楕円球形若しくは異径球形で、且ガラス若しくは透光性素材で形成されて二次放射を図る球管内の口金側には、熱伝導性素材からなる熱放散基板上に、表面実装用ＬＥＤを所要密度でマウントし且透明エポキシ樹脂で封止させてなる発光部が形成されたうえ適宜に固定されてなり、更に該発光部の前面には発光部で発生する発熱を逸散させる逸散空隙が設けられた透光性素材からなる保持具により、発光部と等しい断面積と球管の中央部位に至る長さのガラス若しくはアクリル樹脂からなる円柱状で、その先端が２５乃至３３度の傾斜角を以って先鋭化された導光プリズム体が熱放散基板に固定された構成からなる照度並びに配光性に優れる照明具に存するものである。

更には配電機器と着脱自在に接続でき且その内部に所望の電源回路が配備され且その適宜位置に係止縁が形成された螺合口金と、該螺合口金が挿通され挟着保持される挿通口が頂部に形成され、且全体が碗形状でガラス若しくは合成樹脂素材からなり而もその内面には金属蒸着若しくは鏡面加工を施して二次放射をなす反射層が形成された反射フードと、該反射フードを挟んで挟着保持できるよう該螺合口金と螺着可能な熱放散基板には螺着部が形成され、且表面実装用ＬＥＤを所要密度でマウントし透明エポキシ樹脂で封止させてなる発光部が形成され而も該発光部で発生する発熱を逸散させる逸散空隙が設けられた透光性素材からなる保持具により、発光部と等しい断面積と反射フードの中央部位に至る長さのガラス若しくはアクリル樹脂からなる円柱状で、その先端が２５乃至３３度の傾斜角を以って先鋭化させ広範囲に一次放射させる導光プリズム体が熱放散基板に固定され、而も螺合口金と熱放散基板とにより反射フードが挟着保持される構成からなる、照度並びに配光性に優れる照明具の構成に存する。

本発明は上述の如き構成からなるため以下の如き特有の作用効果を発揮する。即ち本発明は外部入力をその内部に所望の電源回路が配備されてなる口金を介して配電機器と接続するのみでなしえるものであるから、既存の電球用ソケットをそのまま利用できるとともに、該口金内部には所望の電源回路が内蔵されてなるため、全く電圧電流調整を要することなく実用使用が可能である。
そして口金と一体的に接合固定される球形、楕円球形若しくは異径球形で、且ガラス若しくは透光性素材からなる球管と該球管内の口金側には、熱伝導性素材からなる熱放散基板上に、表面実装用ＬＥＤを所要密度でマウントし且透明エポキシ樹脂で封止させた発光部が形成され、この発光部に定格電流の付加はもとより限界電流を付加させることにより極めて高輝度の発光がなしえ、且かかる高輝度発光に伴う発光温度の上昇に際しても、発光部背面の熱伝導性素材からなる熱放散基板と、且発光部全面に配設される導光プリズム体との間に介在される保持具に設けられた発生熱の逸散空隙より積極的に拡散放散されて発光部が保護される。

そして発光部より発光された発光光線は極めて発光放射角度が狭く、従ってこの発光光線を透光性素材からなり且円柱状の導光プリズム体で拡散させることなく球管の中央部位まで導光させつつ、その先端が２５乃至３３度の傾斜角を以って先鋭化されてなるため、該先鋭化部分で光束が極度に緻密化されて著しく高い輝度を以って多方向に略均等に一次放射がなされるとともに、この一次放射された発光光線は球管の略中央部位か放射されるため球管内面で更に二次放射が全体方向に略同一の照度と配光を以って放射されることとなる。

更に配電機器と着脱自在に接続できその内部に所望の電源回路が配備され且その適宜位置に係止縁が形成された螺合口金と、該螺合口金が挿通され挟着保持される挿通口が頂部に形成され、且全体が碗形状で而もその内面には二次放射をなす反射層が形成された反射フードと、螺合口金先端と螺着可能な螺着部を有する熱放散基板上に表面実装用ＬＥＤを所要密度でマウントし透明エポキシ樹脂で封止させた発光部が形成され、而も該発光部で発生する発熱を逸散させる逸散空隙が設けられた透光性素材からなる保持具により発光部と等しい断面積と反射フードの中央部位までの長さのガラス若しくはアクリル樹脂からなる円柱状で、その先端を２５乃至３３度の傾斜角を以って先鋭化させた導光プリズム体が配位されるため、発光部からの光束が急激に緻密化されて著しく高輝度化されたうえ、多方向に一次放射され、この一次放射光線が反射フード内面の反射層により下方向に強度に且多方向に二次放射されるため高い照度と広い配光による照明がなされる。加えて係止縁の形成された螺合口金と螺着部を有し且発光部を有する熱放散基板とにより多様な反射フードでも自在に挟着保持させて使用できる。

外部配電機器と簡便に接続可能で、且所要発光光度の表面実装用ＬＥＤを発光させたうえ、その発光を拡散させずに二次放射しえる球管若しくはその内面に反射層が形成された反射フードの略中央部位まで導光プリズム体で導光のうえ、その先端の先鋭化部分で光束を著しく緻密化させて高輝度に且多方向に一次放射させ、この一次放射光線を更に球管若しくは反射フードで強力且多方向に二次放射させ高い照度と広範囲の配光をなす。

以下に本発明実施例を図とともに詳細に説明すれば、図１は異径球管所謂白熱電球球管を用いた本発明の説明図であって、口金１は既存の白熱電球等に用いられてなる配電機器と簡便に接続可能で且外部電力を供給する部分であって、一般的な素材としては導電性と加工性に優れる素材として真鍮即ち黄銅が用いられ、且一般的使用の場合にはその直径で２６．４ｍｍ高さ２８ｍｍのものが用いられる。
そしてかかる口金１と一体的に接合固定される異型球管２は耐熱性や耐久性に加えて透光性や光反射加工に適合するようガラス若しくは透光性素材が用いられるもので、必要に応じて拡散二次放射を図るうえからは擦り硝子やシリカ塗着を施すことも望まれる。
かかる異径球管２は、当然に使用目的や所望される照度によってもその形状は多様な物が選択されるが、全光束で略２８０Ｌｍ程度の場合では、最大直径で略５６ｍｍ高さ６０ｍｍ程度のものが一般的で、当然に使用目的においては適宜に球形や楕円球形のものも選択される。

そしてかかる口金１の内部には、配電機器と着脱自在に接続されることにより、入力電力としてＡＣ１００Ｖが入力される。
他方本発明においては表面実装ＬＥＤ５Ａを所要密度で熱伝導性素材からなる熱放散基板４上にマウントし且透明エポキシ樹脂で封止させて発光部５を形成するとともに該発光部５を所要の全光束を以って発光させるものであって、表面実装ＬＥＤ５Ａは使用目的に合せて所要密度にマウントし透明エポキシ樹脂で封止させるものであるから、具体的表面実装ＬＥＤ５Ａの使用量により付加電圧や付加電流も決定されるもので、かかる付加電圧や付加電流が供給されるよう電源回路３が口金１内に配備されている。

この電源回路３も具体的使用目的に合せて適宜に選択しえるものであるが、使用可能な電源回路３の具体的なものとしては、図２のＡに示すデューティ制御回路を用いてＡＣより直接高速整流させて使用する方法や、図２のＢに示すスイッチング電源が小型、軽量、安価で且効率的に優れていること、更には図２のＣに示す１次２次絶縁型スイッチング電源等が挙げられる。
当然の事ながら口金１からの入力は道電線１Ａを介して電源回路３に連結され、且電線回路３からの出力は発光部５の表面実装ＬＥＤ５Ａと連結されている。

加えて本発明においては表面実装ＬＥＤ５Ａへの順電流は可能な限り限界電流値に近い順電流を付加させることが高輝度の発光による高照度への実現となるが、順電流の付加に伴い発光に伴う発熱量も増大し、放置し置くと表面実装ＬＥＤ５Ａの特性を損なう危険が生ずる。
これがため該表面実装ＬＥＤ５Ａは熱放散基板４上に形成されるもので、少なくとも発光に伴う発光熱はその裏面からは該熱放散基板４より積極的に放散されることとなる。そして該熱放散基板４の素材としては、熱伝導率の大きなものが望まれることからアルミニウム板材、銀板材、若しくは銅板材等が挙げられるもので、具体的な一般的面積としては１５×１５ｍｍ厚さ１．５乃至２．０ｍｍが一般的照明具には望ましい。

かくして熱放散基板４に表面実装ＬＥＤ５Ａが所要密度にマウントされ透明エポキシ樹脂で封止されてなる発光部５からの発光を異径球管２内に発光放射させ且その一次放射光線や二次放射光線が遮断されることの無いよう、極力口金１側に形成されるとともに、熱放散基板４の周縁は口金１の縁部と適宜手段により接合固定させることが望まれる。

発光部５で発生する発熱を逸散させる逸散空隙６Ａが形成された透光性素材からなる保持具６を介して、導光プリズム体７が熱放散基板４と取付けられている。
即ちこの導光プリズム体７は、図３に示す如く発光部５からの発光光束を拡散させることなく異径球管２の中央部位まで導光させるため、透明なガラス素材やアクリル樹脂素材が用いられるとともに、発光部５の発光面積と等しい断面積と円柱形で且異径球管２の中央部位に至る長さで、その先端部において導光する光束を急激に緻密集束化させて、高輝度で広範囲に一次放射を図るため、その先端部の傾斜角θが２５乃至３３度、より好ましくは２８乃至３０度を以って先鋭化された形状に形成されている。

かかる場合において、導光プリズム体７の傾斜角θが２５乃至３３度に限定されるのは、発光部５を形成するＬＥＤの構造による発光指向特性に大きく関係するものであって、本発明の如く表面実装用ＬＥＤ５Ａが用いられる場合における一次放射を水平及び垂直方向に広範囲に分散放射させるうえからは、数多に亘る実用試験結果から究明されたものである。そしてかかる導光プリズム体７での一次放射された発光は、更に球管２の二次放射により広範囲に放射されるため、高照度と広範囲に亘る配光がなしえる照明具が提供できることとなる。

次に反射フード８を用いた本発明実施例を図に基づき詳細に説明すれば、図４は反射フードによる本発明の説明図であって、反射フード８は略半球形や半楕円球形若しくは半異型球形の所謂碗形状で、その頂部には螺合口金９及び螺着熱放散基板１０を挿通させて相互を螺合螺着させることにより反射フード８を挟着保持させる挿通口８Ａが形成されており、更に該反射フード８の内面には、その中央部位で一次放射される発光光線を広範囲に二次放射させるために金属蒸着若しくは鏡面加工を施してなる反射層８Ｂが形成されている。更に反射フード８は軽量で強靭性を保持するうえから、ポリエステルやポリカーボネート或いはアクリル樹脂等の合成樹脂素材が望まれる。
無論かかる反射フード８を用いる本発明においても、螺合口金９からは外部電力としてＡＣ１００Ｖが供給されるものであるから、発光部５を形成する表面実装用ＬＥＤ５Ａを有効に動作させるための電源回路３が螺合口金９内に配備され、而も該螺合口金９の適宜位置には反射フード８を係止挟着させる係止縁９Ａが形成されている。

そして螺合口金９及び螺着熱放散基板１０の相互を螺合螺着させるための螺着部１０Ａを有する熱放散基板１０の一側面には表面実装用ＬＥＤ５Ａを所要密度にマウントし透明エポキシ樹脂で封止させてなる発光部５が形成されてなるものであって、該発光部５で発生する発熱を逸散させる逸散空隙６Ａが形成された透光性素材からなる保持具６を介して、発光部５からの発光光束を拡散させぬよう発光部５の面積と等しい断面積で反射フード８の中央部位まで導光させる長さで、且その先端には傾斜角が２５乃至３３度で先鋭化された導光プリズム体７が、螺着熱放散基板１０に適宜手段で取付けられている。

加えて該導光プリズム体７も前記する如く、発光部５からの発光光束を拡散させることなく反射フード８の中央部位まで導光させるために透明なガラス素材やアクリル樹脂素材を用い、発光部５の面積と等しい断面積を有するとともに、導光する光束をその先端部分において緻密に集束させて高輝度に且広範囲に一次放射を図るために円柱状で且ガラスやアクリル樹脂素材等の透光性素材が用いられ、而もその先端部が傾斜角θが２５乃至３３度を以って先鋭化された形状を有し、かかる形状により発光部５からの発光光束が拡散されることなく反射フード８の中央部位まで導光されたうえ、光束の急激な緻密化による高輝度で広範囲に一次放射させたうえ、更に反射フード８の反射層８Ｂにより広範囲に再放射させて、高照度で広範囲の配光のなしえる照明具が実現される。

使用目的で要求される照度に合せて発光部の発光光束を形成させることにより、即時に実用使用が可能である。

異径球管を用いた本発明の説明図である。 電源回路の例示図である。 導光プリズム体の説明図である。 反射フードを用いた本発明の説明図である。

１ 口金
１Ａ 導電線
２ 異径球管
３ 電源回路
４ 熱放散基板
５ 発光部
５Ａ 表面実装用ＬＥＤ
６ 保持具
６Ａ 逸散空隙
７ 導光プリズム体
８ 反射フード
８Ａ 挿通口
８Ｂ 反射層
９ 螺合口金
１０ 螺着熱放散基板

Claims (6)

1. 配電機器と着脱自在に接続可能で、その内部に所望の電源回路が配備された口金と、該口金と一体的に接合固定されるガラス若しくは透光性素材からなる球形、楕円球形若しくは異径球形からなる球管と、該球管内の口金側には熱放散基板上に表面実装用ＬＥＤにより発光部が形成されてなり、且この発光部の前面には発光部での発熱を逸散させる逸散空隙が設けられた保持具により且発光部と等しい断面積と球管の中央部位に至る長さのガラス若しくはアクリル樹脂からなる円柱状で、その先端が２５乃至３３度の傾斜角を以って先鋭化された導光プリズム体が熱放散基板に固定された構成からなる、照度並びに配光性に優れる照明具。
2. 熱放散基板がアルミニウム板、銅板若しくは銀板からなる、請求項１記載の照度並び配光性に優れる照明具。
3. 球管の内面にシリカ塗着若しくは擦り加工による乱反射処理が施されてなる、請求項１記載の照度並びに配光性に優れる照明具。
4. 口金と球管とが螺合されて一体的に接合固定される、請求項１記載の照度並びに配光性に優れる照明具。
5. 配電機器と着脱自在に接続可能で、その内部に所望の電源回路が配備され且その適宜位置に係止縁が形成された螺合口金と、該螺合口金が挿通され挟着保持される挿通口が頂部に形成され、且全体が碗形状でその内面には金属蒸着若しくは鏡面加工を施した反射層が形成された反射フードと、該反射フードを挟んで螺着し挟着保持できるよう上面に螺着部を有する熱放散基板上には表面実装用ＬＥＤにより発光部が形成され、且この発光部の前面には発光部での発熱を逸散させる逸散空隙が設けられた保持具により発光部と等しい断面積と反射フードの中央部位に至る長さのガラス若しくはアクリル樹脂からなる円柱状で、その先端が２５乃至３３度の傾斜角を以って先鋭化された導光プリズム体が熱放散基板に固定され、而も螺合口金と熱放散基板とにより反射フードが挟着保持される構成からなる照度並び配光性に優れる照明具。
6. 反射フードが、ポリエステル、ポリカーボネート若しくはアクリル樹脂素材で形成されてなる、請求項５記載の照度並びに配光性に優れる照明具。

Images