JP2011134454A - 照明装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡素化した構成で、組立作業が容易であるとともに、基板の変形を抑制することができる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、装置本体2と、この装置本体2に配設されるとともに、発光素子10が実装され、この発光素子10が電気的に接続される配線パターン層43が形成された配線パターン層領域を有し、かつこの配線パターン層領域から所定の距離を空けて形成された電気的に非導通の熱伝導パターン層44を備えた基板4と、この基板4の前記熱伝導パターン層44に対応して重合するように配置され、かつ前記装置本体2に取付けられる熱伝導性を有する取着部材3とを備える照明装置1である。
【選択図】図12
【解決手段】本発明は、装置本体2と、この装置本体2に配設されるとともに、発光素子10が実装され、この発光素子10が電気的に接続される配線パターン層43が形成された配線パターン層領域を有し、かつこの配線パターン層領域から所定の距離を空けて形成された電気的に非導通の熱伝導パターン層44を備えた基板4と、この基板4の前記熱伝導パターン層44に対応して重合するように配置され、かつ前記装置本体2に取付けられる熱伝導性を有する取着部材3とを備える照明装置1である。
【選択図】図12
Description
本発明は、LED等の発光素子を用いた照明装置に関する。
LED等の発光素子は、その温度が上昇するに従い、光の出力が低下し、耐用年数も短くなる。このため、LEDやEL素子等の固体発光素子を光源とする照明装置にとって、耐用年数を延したり発光効率の特性を改善したりするために、発光素子の温度が上昇するのを抑制することが重要である。
LEDを光源に採用した照明器具は、特許文献1に開示されている。この照明器具は、放熱性を有する取付板に基板を取付けている。取付板は、周縁に点対称に設けられた取付部において、照明器具の本体に固定されている。基板に発生した熱は、照明器具の本体を介して伝達される。これによって基板の熱が放熱される。
しかしながら、特許文献1に示された構成では、発光素子の温度上昇を効果的に抑制するには十分といえるものではない。
本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、発光素子の温度上昇を効果的に抑制することができる照明装置を提供することを目的とする。
本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、発光素子の温度上昇を効果的に抑制することができる照明装置を提供することを目的とする。
請求項1に記載の照明装置は、装置本体と;この装置本体に配設されるとともに、発光素子が実装され、この発光素子が電気的に接続される配線パターン層が形成された配線パターン層領域を有し、かつこの配線パターン層領域から所定の距離を空けて形成された電気的に非導通の熱伝導パターン層を備えた基板と;この基板の前記熱伝導パターン層に対応して重合するように配置され、かつ前記装置本体に取付けられる熱伝導性を有する取着部材と;を具備することを特徴とする。
本発明及び以下の発明において、特に指定しない限り用語の技術的意味及び解釈は次による。発光素子とは、LEDや有機EL等の固体発光素子である。発光素子の実装は、チップ・オン・ボード方式や表面実装方式によって実装するのが好ましいが、本発明の性質上、実装方式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。
基板は、金属製とする場合は、アルミニウム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。絶縁材で形成する場合には、セラミック材料又は合成樹脂材料を適用できる。しかし、基板の材料は特段限定されるものではない。
配線パターン層及び熱伝導パターン層は、例えば、基板の絶縁層上に銅箔等のエッチングによって形成することができる。
配線パターン層及び熱伝導パターン層は、例えば、基板の絶縁層上に銅箔等のエッチングによって形成することができる。
熱伝導パターン層を配線パターン層領域から所定の距離を空けて形成するとは、充電部としての配線パターン層領域と熱伝導パターン層との絶縁距離を確保すること意味している。
取着部材が熱伝導パターン層に対応して重合するように配置されるとは、例えば、取着部材が熱伝導パターン層に対応する基板の表面に接触して熱的に結合されるような場合を意味する。
取着部材とは、照明装置を構成するために必要な構成部材を意味し、取着部材としては、例えば、発光素子から出射される光を配光制御する配光部材や反射体、また、化粧枠と称されるもの等が適用できる。
請求項2に記載の照明装置は、請求項1に記載の照明装置において、前記取着部材は、発光素子が実装された基板の周囲を囲むように配設され、発光素子から出射される光を配光制御する配光部材であることを特徴とする。
この構成によって、配光部材を利用して放熱させることができる。
この構成によって、配光部材を利用して放熱させることができる。
請求項1に記載の発明によれば、基板の熱を効果的に放熱することができ、発光素子の温度上昇を抑制することができる照明装置を提供できる。
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、取着部材として配光部材を利用して、基板から伝導される熱を放熱できる。
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、取着部材として配光部材を利用して、基板から伝導される熱を放熱できる。
以下、本発明の実施形態に係る照明装置について図1乃至図10を参照して説明する。図は、照明装置として天井Cに埋め込んで使用されるダウンライト1を示している。ダウンライト1は、図1に示すように、装置本体2と、この装置本体2に連結された電源ユニット20とを有する。
装置本体2は、熱伝導性を有してほぼ筒状に形成されている。この本体2は、本体2の内側に取付けられた取着部材である配光部材3と、同じく本体2の内側に取付けられ、光源である発光素子としてのLED10(図2参照)が複数個実装された基板4と、反射体5と、反射体5の前方に配設された透光性のカバー6とを備えている。また、本体2の外周側の3個所には、取付け用板ばね7が装着されている。なお、透光性のカバー6は、白色、半透明又は拡散性を有するものであってもよい。
本体2は、内周面が前面側、すなわち、下方に向かって広がる傾斜状に形成されている。本体2は、熱伝導性の良好な材料、例えば、アルミニウム合金製のダイカストで形成されている。本体2の外面は、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、熱伝導性を確保できれば、本体2は、他の材料で形成してもよい。また、本体2の外面には、鉛直方向に延びる複数の放熱フィン2aが形成されている。さらに、本体2は、基板4の裏面側が密着して配設される基板取付部として熱伝導部2bを有している。この熱伝導部2bの内面側は、平坦面に形成され円形状である。
配光部材3は、本体2の内周面に沿うように形成されている。つまり、本体2の内周面と同様に、前面側に向かって広がる傾斜状に形成されている。配光部材3は、熱伝導性を有する例えば、鉄板等の金属材料で形成されている。配光部材3の内周面は、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。配光部材3には、前面側に向かうに従い広がったほぼ円形の開口端部に、化粧枠として外周方向に延びる環状のフランジ3aが一体に形成されている。また、配光部材3には、ほぼ円形の上端開口端部に、内周方向に向かう環状のフランジ3bが一体に形成されている。この環状のフランジ3bが本体2の熱伝導部2bに固定される。
このように構成された配光部材3は、基板4の周囲を囲むように配設されている。配光部材3は、前面側に向かって広がる傾斜状の形態によって、複数のLED10から出射される光を配光制御する機能を有する。例えば、グレアを抑制する機能を有する。
基板4は、ほぼ円形の板状をなし、図2、図4及び図6に示すように、表面側には、光源となるLED10が表面実装方式で複数個実装されている。具体的には、中央部に4個、その周囲に8個、さらに最外周に14個の合計26個が実装されている。基板4は、本体2の熱伝導部2bと熱的に結合されるようになっている。
基板4には、各LED10の放熱性を高めるうえで、アルミニウム等の熱伝導性が良好で放熱性に優れた金属材料をベース板として適用するのが好ましい。このような基板4として、アルミニウム製のべース板の一面に絶縁層が積層された金属製のべース基板が用いられている。なお、ベース板の材料は、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エポキシ樹脂等の合成樹脂材料を適用できる。
基板4の表面側には、白色のポリカーボネートやASA樹脂等によって形成された反射体5が配設されている。反射体5は、LED10から放射される光をLED10ごとに個別に配光制御し、効率的に照射する機能をなしている。
図3及び図4に示すように、反射体5は、円板状をなし、各隔壁5sの稜線部によって複数の入射開口5iが形成されている。具体的には、LED10と対向して26個の入射開口5iが形成されている。反射体5の外周にはリング状に外周縁部5bが形成されている。中央部には4個の入射開口5i、その周囲には8個の入射開口5i、さらにその周囲の最外周には14個の入射開口5iが形成されている。また、入射開口5iを通過した光が出射する出射開口5oが形成されている。入射開口5iから出射開口5oにわたる各隔壁6sによって、ほぼ椀状の反射面5fが形成されている。この反射面5fは、入射開口5iから出射開口5o、すなわち、稜線部に向かって拡開しており、各入射開口5iごとにひとつの反射面5fを構成している。
次に、主として図1、図5乃至図10を参照して、基板4の基板取付部、すなわち、熱伝導部2bへの取付け、配光部材3の取付けについて、それらの詳細な構成とともに説明する。
図5に示すように、装置本体2における熱伝導部2bの円形状の内面側は、平坦面に形成されており、その外周側の複数個所、具体的には、3個所にピン状の位置決め用突起2cが立設されている。また、同様に、外周側3個所に配光部材3の取付け用のねじ穴2dが形成されている。さらに、中央部には、反射体5取付け用のねじ貫通孔2eが形成されている。なお、2fは、基板4から導出されるリード線が通過する貫通孔である。
このような熱伝導部2bに基板4が前面側から配置される。図6に示すように、基板4には、複数個のLED10が表面実装方式で実装されている。また、LED10の実装領域の外側には、各LED10と電気的に接続された受電コネクタ4aが配設されている。この受電コネクタ4aには、給電コネクタが接続され、LED10に電源ユニット20から電力が供給されるようになっている。
基板4の外周縁には、外周側に向かって開放するほぼU字状の複数の切欠き部が形成されている。これらの切欠き部は、前記熱伝導部2bの位置決め用突起2cと対応するガイド部としての切欠き部4b及び配光部材3取付け用のねじ穴2dと対応する切欠き部4cである。さらに、中央部には、反射体5取付け用のねじ貫通孔4dが形成されている。なお、4eは、貫通孔2fと対応し、給電コネクタに接続されたリード線が通過する切欠き部である。
このように構成された基板4の前面側から配光部材3が配置される。具体的には、配光部材3の環状のフランジ3bが基板4の周縁部に配置される。図7に示すように、環状のフランジ3bには、内周側に向かって開放するほぼU字状の複数の切欠き部が形成されている。これらの切欠き部は、基板4に形成された切欠き部と対向する位置関係にあり、位置決め用突起2cと対応するガイド部としての切欠き部3c及び配光部材3取付け用のねじ穴2dと対応する切欠き部3dである。なお、3eは、受電コネクタ4a、給電コネクタからなるコネクタやこれに接続されたリード線との衝突を回避する、すなわち、逃げるための切欠き部である。
さらに、これらの組立工程について図8乃至図10を参照して説明する。図8に示すように、まず、基板4を装置本体2の熱伝導部2bに配置する。この場合、基板4を前面側から背面側へ、切欠き部4bを位置決め用突起2cに対向させて、これをガイドとして配置する。これにより、切欠き部4cは、ねじ穴2dと自動的に対向し、切欠き部4eは、貫通孔2fと自動的に対向するようになる。
次いで、基板4に重合するように配光部材3を配置する。前記と同様に、この場合、配光部材3を前面側から背面側へ、切欠き部3cを位置決め用突起2cに対向させて、これをガイドとして配置する。これにより、切欠き部3dは、ねじ穴2dと自動的に対向し、切欠き部3eは、貫通孔2fと自動的に対向するようになる。勿論、切欠き部3dは、基板4の切欠き部4cと対向し、切欠き部3eは、基板4の切欠き部4eを含めてコネクタ等と対向し、コネクタ等と衝突することなく逃げるように配置される(図9参照)。
このように位置決め用突起2cは、基板4の位置決めと、配光部材3の位置決めとを共用しているものであり、これにより構成の簡素化が可能となる。
このように位置決め用突起2cは、基板4の位置決めと、配光部材3の位置決めとを共用しているものであり、これにより構成の簡素化が可能となる。
次に、図9に示すように、配光部材3は、固定手段である取付ねじ8によって熱伝導部2bに固定される。取付ねじ8は、軸部が配光部材3の切欠き部3d、基板4の切欠き部4cを通過して、ねじ穴2dにねじ込まれ、頭部が配光部材3の切欠き部3dに引っ掛かって係止される。したがって、配光部材3は、取付ねじ8によって複数個所が熱伝導部2bに固定される(図10参照)。
続いて、基板4と配光部材3との配置関係について図11乃至図13を参照して詳細に説明する。
続いて、基板4と配光部材3との配置関係について図11乃至図13を参照して詳細に説明する。
図13に示すように、基板4は、アルミニウム製のベース板41の一面に絶縁層42が積層された金属製のべース基板である。絶縁層42の上には、銅箔のパターンがエッチングによって設けられており、配線パターン層43及び熱伝導パターン層44が同時に形成されている。さらに、これら配線パターン層43及び熱伝導パターン層44の上には、適宜レジスト層45が形成されている。
図11は、基板4における配線パターン層43及び熱伝導パターン層44を示したものであり、絶縁層42上は、配線パターン層43及び熱伝導パターン層44によってほぼ前面が覆われている。
配線パターン層43の領域は、ほぼ中央部に円形状をなすように形成されており、LED10の実装個数に対応して複数のブロックに区画されている。配線パターン層43は、LED10から発生する熱を拡散するヒートスプレッダとしての機能も有している。したがって、配線パターン層43は、各LED10が発生した熱を放熱させた場合に、基板4上の温度分布がだいたい均一になるように各ブロックの面積が設定されている。なお、配線パターン層43の円形状の領域から外側に延出するように、コネクタが接続される配線パターン層43aが設けられている。
熱伝導パターン層44は、配線パターン層43の円形状の領域の外周に沿うように、かつコネクタが接続される配線パターン層43aを避けるように形成されている。また、絶縁距離を確保するため、配線パターン層43の領域とは、所定の距離を空けて形成されている。前記配線パターン層43は、LED10が接続され電気的に導通されるパターン層であるのに対し、この熱伝導パターン層44は、電気的には接続されない非導通のパターン層である。
図12は、基板4の配線パターン層43及び熱伝導パターン層44と、配光部材3の環状のフランジ3bとの配置関係を示したものである。フランジ3bの輪郭を破線で示している。また、配線パターン層43とLED10との位置関係を示すためLED10を破線で示している(1個のみ例示)。LED10は、図示のように、配線パターン層43のブロック間に跨って接続される。
上記構成により、配光部材3の環状のフランジ3bは、熱伝導パターン層44と対応するように配置される。具体的には、配光部材3を装置本体2に取付けると同時に、フランジ3bは、熱伝導パターン層44と対応するように基板4の表面側に接触する。
したがって、LED10から発生し、配線パターン層43、ベース板41等を経由して熱伝導パターン層44へ伝導された熱は、レジスト層45を介してフランジ3bへ伝わる。さらに、フランジ3bから放熱面積の大きな配光部材3へと伝わり前面側へ放熱される。なお、フランジ3bと、配線パターン層43やその他の電気的通電部分とは、6.5mm以上の絶縁距離が保たれるようになっている。
一方、図1に示すように、基板4の周縁部は、配光部材3の環状のフランジ3bと熱伝導部2bの内面側との間に配置されている。このため、配光部材3を熱伝導部2bに固定することにより、基板4は、環状のフランジ3bと熱伝導部2bの内面側との間に挟み込まれて固定される。この状態では、基板4に直接的に固定手段が作用することはない。基板4の周縁部が環状のフランジ3bに押圧されて、基板4の裏面側が熱伝導部2bに密着して固定される。また、配光部材3の外周面は、本体2の内周面に接触して配置される。
反射体5は、基板4の表面側に配設されている。反射体5の中央裏面側には、ねじ穴5aが形成されている。反射体5は、ねじ穴5aにねじ込まれる固定手段である取付けねじ9によって熱伝導部2bに固定される。取付けねじ9は、熱伝導部2b及び基板4のねじ貫通孔4dを通って、ねじ穴5aにねじ込まれる。取付けねじ9の締付け力は反射体5を熱伝導部2b側へ引っ張る方向に働く。したがって、反射体5の裏面側のリブ5bが基板4の表面側に当接し、基板4の表面側を押圧するようになる。
この場合、基板4は、反射体5の裏面側と熱伝導部2bの内面側との間に配置されている。このため、反射体5を熱伝導部2bに固定することにより、基板4は、反射体5の裏面側と熱伝導部2bの内面側との間に挟み込まれる。したがって、この場合も基板4に直接的に固定手段が作用することはない。この反射体5の熱伝導部2bへの固定は、上述の配光部材3による基板4の熱伝導部2bへの固定を補強する機能を有する。
図1に示すように、電源ユニット20は、電源回路21、電源端子台22及びアーム状の取付部材23を備えている。取付部材23は、前記装置本体2へ取付けられる固定部23aと、この固定部23aにヒンジ23cを介して連結された取付部23bとから構成されている。この取付部23bの下面側には、電源回路基板を含む電源回路21が取付けられている。電源回路基板には、制御用IC、トランス、コンデンサ等の電気部品が実装されている。電源回路基板は、LED10が実装された基板4に電気的に接続されている。電源回路基板の電源回路21によってLED10は点灯制御される。また、取付部23bの下面側後部には、商用電源に接続され電源回路21に給電する電源端子台22が取付けられている。取付部材23の固定部23aは、前記装置本体2の上部にねじ等の固定手段によって取付けられている。
ダウンライト1は、図1に破線で示す天井面Cの埋込み穴に電源ユニット20側から挿入される。そして、天井面Cの裏側に埋込まれた状態で、取付け用板ばね7の弾性力を伴って支持される。この場合、配光部材3の環状のフランジ3aは、天井面Cの埋込み穴より大径である。それゆえダウンライト1が天井面Cに設置された状態で埋込み穴の周縁に下方から引っ掛かるようになっている。なお、取付部材23の後端側には支持脚23dが設けられている。この支持脚23dは天井面Cの裏面に当接して取付部材23を支える。
以上のような構成において、電源ユニット20に通電されると、電源回路21が動作する。基板4に電力が供給されることによって、LED10が発光する。各LED10から出射された光の多くは、カバー6を透過して前方に照射される。一部の光は、各LED10に対応する反射体5の各反射面5fで一旦反射されることによって配光制御され、透光性のカバー6を透過して前方に照射される。さらに、この前方に照射された光は、配光部材3によって全体的に配光制御されて照射される。
LED10から発生する熱は、主として基板4の裏面側から本体2の熱伝導部2bへ伝わる。この熱は、本体2の端の方まで全体へ伝導されるとともに、伝導する過程で放熱フィン2aから放熱される。
配光部材3は、基板4の周縁部と熱的に結合されている。配光部材3は、熱伝導性を有する金属材料で形成されているので、基板4の周縁部から熱が良好に伝導される。また、配光部材3のフランジ3bは、基板4の熱伝導パターン層44と対応するようなっているため、基板4の熱を前面側から効果的に放熱することができる。
さらに、配光部材3は、下方に向かって広がる傾斜状に形成されているため、その放熱面積が大きく、放熱が効果的に行われる。加えて、反射体5の裏面側のリブ5bが基板4の表面側に当接されているので、基板4からの熱は、反射体5へも伝導され放熱される。さらに、配光部材3の外周面は、本体2の内周面に接触して配置されているので、配光部材3から本体2へ熱を伝導させて放熱させることができる。
以上のように本実施形態によれば、熱伝導性を有する配光部材3は、基板4の熱伝導パターン層44と対応するようなっているため、基板4の熱を前面側から効果的に放熱することができる。
基板4及び配光部材3の組立工程において、熱伝導部2bに設けられた位置決め用突起2cを用いているので、組立作業が容易となる。しかも、この位置決め用突起2cは、基板4及び配光部材3の双方の位置決め機能を共用しているので、構成が簡素化される。
配光部材3は、基板4の周縁部に対応する複数個所に配置される取付けねじ8によって、熱伝導部2bに固定される。それゆえ、基板4の裏面側は、熱伝導部2bに良好に密着して熱が伝導される。配光部材3は、熱伝導性を有し、基板4と熱的に結合し、放熱面積が大きいので放熱が効果的に行われる。
また、基板4の固定にあたっては、基板4は直接的に固定されない。基板4の固定は、配光部材3及び反射体5の固定によって、基板4を配光部材3及び反射体5と、熱伝導部2bとの間に挟み込んで行われる。したがって、両者により基板4の熱伝導部2bへの密着性は高まる。また、基板4は、使用中に熱による膨張、収縮を繰り返すが、応力を緩和でき、基板4が熱で反ったり変形したりすることによる半田部分のクラックを抑制することができる。
さらに、基板4を固定するための専用の固定手段、すなわち、専用の取付けねじ等が不要となり、部品点数を削減できる。また、組立工程も簡素化できる。加えて、配光部材3は、図8に代表して示すように、基板4の表面側から固定手段である取付けねじ8によって取付けることができるので、取付け作業が行いやすい。
本発明は、上記実施形態の構成に限定されることなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。上記実施形態においては、取着部材として配光部材を用いる場合について説明したが、取着部材としては、例えば、反射体を用いるようにしてもよい。反射体を用いる場合には、反射体の周縁部を、基板の熱伝導パターン層と対応するように基板表面に接触させて取付ければよい。
また、基板と取着部材とは、それぞれ別個に固定手段によって装置本体に取付けるようにしてもよい。
また、基板と取着部材とは、それぞれ別個に固定手段によって装置本体に取付けるようにしてもよい。
基板には、発光素子のみならず回路部品を実装することを妨げるものではない。例えば、点灯回路にノイズが重畳されることによる発光素子の誤点灯を防止するため、コンデンサ等を実装してもよい。加えて、基板の形状は、円形状や四角形等の多角形状に形成できる。
さらに、上記実施形態においては、装置本体と電源ユニットとをそれぞれ別に構成し、両者を連結する形態について説明したが、装置本体と電源ユニットとは、一体化するように構成してもよい。
1・・・照明装置(ダウンライト)、2・・・装置本体、
2b・・・基板取付部(熱伝導部)、2c・・・位置決め用突起、
3・・・取着部材(配光部材)、3c・・・取着部材のガイド部(切欠き部)、
4・・・基板、4b・・・基板のガイド部(切欠き部)、5・・・反射体、
8・・・固定手段(取付けねじ)、10・・・発光素子(LED)、
43・・・配線パターン層、44・・・熱伝導パターン層
2b・・・基板取付部(熱伝導部)、2c・・・位置決め用突起、
3・・・取着部材(配光部材)、3c・・・取着部材のガイド部(切欠き部)、
4・・・基板、4b・・・基板のガイド部(切欠き部)、5・・・反射体、
8・・・固定手段(取付けねじ)、10・・・発光素子(LED)、
43・・・配線パターン層、44・・・熱伝導パターン層
Claims (2)
- 装置本体と;
この装置本体に配設されるとともに、発光素子が実装され、この発光素子が電気的に接続される配線パターン層が形成された配線パターン層領域を有し、かつこの配線パターン層領域から所定の距離を空けて形成された電気的に非導通の熱伝導パターン層を備えた基板と;
この基板の前記熱伝導パターン層に対応して重合するように配置され、かつ前記装置本体に取付けられる熱伝導性を有する取着部材と;
を具備することを特徴とする照明装置。 - 前記取着部材は、発光素子が実装された基板の周囲を囲むように配設され、発光素子から出射される光を配光制御する配光部材であることを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
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