JP2012104445A - Ledランプ構造体 - Google Patents

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Shin Karasawa
Oujitsu Niimura
Kaneetsu Takahashi
伸 唐沢
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真理 唐沢
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Abstract

【課題】LEDランプの発光部と床などの照射面との間にある程度距離があっても十分な明るさが得られるようにしたり、また部屋全体を明るく照らしたりすることが可能なLEDランプ構造体を提供する。
【解決手段】複数のLED素子を配置する基板と、前記LED素子の発光部に密着して備えられる透明レンズとを有するLEDランプ構造体を提供する。特に、このようなLEDランプ構造体であって、従来の直管蛍光灯具のソケットに取り付け可能な電極を有し、前記基板は両端電極間に配置されたLEDランプ構造体を提供する。
【選択図】図1

Description

本発明は、LEDランプ構造体に関する。

近年、従来の白熱電球や蛍光灯に代わる照明としてLED(Light Emitting Diode)ランプが普及しつつある。LEDランプは、白熱電球や蛍光灯に比べて省エネ性に優れ、長寿命であり、白色系に限られず様々な色を発光させることができるという長所がある。

また、従来の照明からLED照明に変えたときに部屋の雰囲気が変わらないようにするとか、取換え工事を簡易に行えるようにするといった目的のため、既設の白熱電球や蛍光灯と同様の形状を有し、既設の灯具をそのまま利用して簡単にLEDランプに取り換えることができるようにしたものも知られている。例えば特許文献1には、一端に口金が設けられ他端の開口部に向けてラッパ状に拡がるラッパ状部材と、このラッパ状部材の開口部に取付けられ内面に蛍光体の層を有する透光性カバーと、前記ラッパ状部材と前記透光性カバーにより形成された略球体の内部に設けられた基板と、この基板の前記透光性カバーに対向する外面に実装されたLED素子とを備える電球型LEDランプが開示されている(特許文献1参照)。また、特許文献2には、蛍光管のワット数に応じた規定の長さに設定され、蛍光管を取外してそのまま既設の蛍光灯器具に簡単に取り付けることができる蛍光灯型LED照明装置が開示されている(特許文献2参照)。

特開2001‐243807号公報 特開2001‐351402号公報

一方、LEDランプは指向性を有するため、一般に直下の床面など特定の方向をある程度明るく照らすことはできるが、発光部と床面などの照射面との間にある程度距離がある場合には十分な明るさが得られないといった問題がある。このような場合でも十分な明るさを得るためにより多数のLED素子を備えることも考えられるが、この場合にはせっかくのLEDランプの省エネ性という長所を阻害してしまうという問題が生じる。また、かかるLEDランプの指向性に起因して部屋全体を十分に明るく照らすことができないといった問題もある。

そこで、本発明の解決すべき課題は、LEDランプの発光部と床などの照射面との間にある程度距離があっても十分な明るさが得られるようにしたり、また部屋全体を明るく照らしたりすることが可能なLEDランプ構造体を提供することにある。

以上の課題を解決するため、第一の発明は、複数のLED素子を配置する基板と、前記LED素子の発光部に密着して備えられる透明レンズとを有するLEDランプ構造体を提供する。

また、第二の発明は、第一の発明を基礎として、従来の直管蛍光灯具のソケットに取り付け可能な電極を有し、前記基板は両端電極間に配置されたLEDランプ構造体を提供する。

また、第三の発明は、第一又は第二の発明を基礎として、前記透明レンズは複眼レンズであるLEDランプ構造体を提供する。

また、第四の発明は、第一から第三のいずれか一の発明を基礎として、前記透明レンズは、透明ゲル状材料からなるLEDランプ構造体を提供する。

また、第五の発明は、第四の発明を基礎として、前記透明ゲル状材料からなる透明レンズの表面は透明プラスティック材料から構成されているLEDランプ構造体を提供する。

本発明により、LEDランプの発光部と床などの照射面との間にある程度距離があっても十分な明るさが得られるようにしたり、また部屋全体を明るく照らしたりすることが可能なLEDランプ構造体を提供することが可能となる。

実施例1のLEDランプ構造体の構成の一例を示す図 実施例1のLEDランプ構造体におけるLED素子の配置の一例を示す平面図 実施例2のLEDランプ構造体の構成の一例を示す図 実施例2のLEDランプ構造体における透明レンズの配置の一例を示す図 実施例2のLEDランプ構造体における透明レンズの配置の一例を示す図 実施例2のLEDランプ構造体における透明レンズの配置の一例を示す図 複眼レンズである透明レンズの一例を示す図 複眼レンズである透明レンズの一例を示す図 非特許文献1に掲載されているL型口金(端子)を備えるLEDランプ構造体の形状の一例を示す図

0100 LEDランプ構造体
0110 LED素子
0111 発光部
0120 基板
0130 透明レンズ

以下に、本発明の実施例を説明する。実施例と請求項の相互の関係は以下のとおりである。実施例1は主に請求項1、4、5などに関し、実施例2は主に請求項2などに関し、実施例3は主に請求項3などに関する。なお、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施しうる。

<概要>

本実施例のLEDランプ構造体は、複数のLED素子を配置する基板と、前記LED素子の発光部に密着して備えられる透明レンズとを有するLEDランプ構造体であり、LED素子の発光部に透明レンズを被せることで発光部からの光が明るく輝くようにした点に特徴を有する。

<構成>

(全般)

図1は、本実施例のLEDランプ構造体の構成の一例を示す図である。本図に示すLEDランプ構造体0100は、複数のLED素子0110(煩雑を避けるため符号は一部についてのみ示す。他図においても同様である。)を配置する基板0120と、LED素子の発光部0111(同じく符号は一部についてのみ示す。他図においても同様である。)に密着して備えられる透明レンズ0130を有する。なお、本図においては発光部からの光の照射方向が上になるように描かれている(従って、かかるLEDランプ構造体を天井に下向けに設ける場合は上方向が床面方向となる)ところ、本明細書においては、以下特に断りのない限りすべて上方向を照射方向として説明する。

図1に示したLEDランプ構造体は、複数のLED素子が直列に配置された例であるが、LED素子の配置のしかたはこれに限られず様々な配置が可能である。

図2は、本実施例のLEDランプ構造体におけるLED素子の配置の一例を示す平面図である。(a)は、複数のLED素子を直列に配置したものであり、かかる配置を有するLEDランプ構造体としては、図1と同様の形状のものや、後述する従来型の直管型蛍光灯に代替可能な直管蛍光灯型のLEDランプ構造体が考えられる。本図ではLED素子はほぼ一直線に配置されているが、ジグザグに配置されていてもよい。また、本図ではLED素子は一列のみ配置されているが、複数列配置されていてもよい。(b)は、複数のLED素子を環形の基板上に配置したものであり、かかる配置を有するLEDランプ構造体としては、例えば従来型の環形蛍光灯と同様の形状のLEDランプ構造体が考えられる。ほぼ同心円周上に配置されていなくてもよい点、二重以上の円周上に配置されていてもよい点は(a)の場合と同様である。(c)は、複数のLED素子を略円形の基板上に配置したものであり、かかる配置を有するLEDランプ構造体としては、例えば電球型のLEDランプ構造体が考えられる。

なお、本図の例では、LED素子の光照射方向はすべて同じ方向であるが、LED素子の照射方向は互いに異なっていてもよい。例えば、(a)に示したような直列型のLEDランプ構造体においてLED素子の列を三列とし、両端の二列はそれぞれ外側に向かって斜め上方向を照射する向きに配置されるようにしたものなどであってもよい。

(基板)

「基板」はその上に複数のLED素子が配置するためのセラミックス製などの板状部材である。LED素子の個数は複数であればいくつであってもよい。図1、図2の例では説明の簡単のために5〜8個程度の例で示したが、実際にはより多くのLED素子が配置されたものが想定される。

(透明レンズ:全般)

「透明レンズ」は、光学的に光の向きを所望の方向に向けることを目的とした透明の部材である。例えば凸レンズの場合であれば、発光部からの光を集束させて、透明レンズ通過後における単位面積当たり照射光束量(照度)を、透明レンズを備えない場合に比べて増加させることが可能となる。凹レンズの場合であれば、発光部からの光を発散させてより広い範囲に光が行き渡るようにすることが可能となる。従って、天井に下向けに設けられたLEDランプの光で床面などを明るく照らす場合のように特定の方向における照度を増すことを目的とする場合は、透明レンズは凸レンズであることが望ましい。一方、部屋全体を明るく照らすことを目的とする場合は凹レンズとすることが望ましい。あるいは用途によっては凸レンズと凹レンズとを部分的に融合したような複合型のレンズであってもよい。

また、透明レンズの形状や厚みを変化させることで透明レンズの焦点距離を調節することなどが可能となり、光の集束や拡散の程度を変化させることができる。即ち、透明レンズの形状や厚みは達成しようとする光の集束や拡散の程度に応じて適切に設計される事項である。

「透明」には、無色透明、有色透明のどちらも含まれる。有色とは、例えば赤、青、緑、黄緑、黄色、だいだいなどである。また色も複合していてもよい。例えばレンズの半分は赤色、もう半分は緑色などである。さらにレンズの材料中の全部又は一部に蛍光材料や蓄光性材料を混ぜてもよい。これにより多様な色を実現できたり、通電終了後でも光を放ち続けたりするなどが可能となる。

透明レンズの材質としては、比較的硬いガラスや、ポリメチルメタクリレート、ジアリルカーボネイト、ポリカーボネイトなどの硬質の透明樹脂などが挙げられる。このほか、柔軟性がある透明ゲル状材料を利用したレンズであってもよい。透明ゲル状材料を利用したレンズについては改めて後述する。また硬質材料と軟質材料とが部分的に複合した部品を用いてもよい。

透明レンズを複数のLED素子上に配置する際には、図1、図2に示した例のように複数のLED素子の全部を一個のレンズでまとめて覆うようにしてもよいし、一部の複数個のLED素子を一個のレンズで覆うようにしてもよい。あるいは、個々のLED素子を別々の透明レンズが覆う形でLED素子と同数の透明レンズが備えられるようにしてもよい。

(透明レンズ:透明ゲル状材料を利用したレンズ)

透明レンズは透明ゲル状材料を利用したレンズであってもよい。透明ゲル状材料としては、シリコン樹脂や、シリコン樹脂を基本としてこれに副次的な材料を混ぜたものが挙げられる。またアクリルゲルなどであってもよい。

さらに、透明ゲル状材料からなる透明レンズの表面は透明プラスティック材料から構成されていてもよい。特に、透明ゲル材料からなる透明レンズが外部にむき出しになっている場合には、レンズ表面が柔らかく粘着性があるため、傷がついたりほこりが付着したりするおそれがあることから、これを防止するためにこのように構成されることが望ましい。具体的には、例えばレンズ表面をシリコン系塗料によってコーティングすることが考えられる。

(透明レンズ:発光部に密着させるための構成)

本実施例の透明レンズはLED素子の発光部に密着して備えられる点に特徴がある。透明レンズを発光部に密着させる目的は、LED素子の発光部から発せられる光が他の物質(空気)を介することなくレンズに入射するようにすることで、光の伝達効率の低下を防ぐことにある。ここで「密着」とは、透明レンズを発光部に対して隙間が生じないように付着させることをいう。ただし、隙間が生じないとは言っても、透明レンズと発光部の間に不可避的に空間が生じることまで排除するものではなく、上記の密着の目的の達成を阻害しない範囲であれば、不可避的な若干の空間が生じるものも本実施例にいう「密着」に含まれる。なお、「LED素子の発光部」は、LED素子において陽極と陰極に電圧を印加することで発光する部分をいう。

透明レンズをLED素子の発光部に密着させるための構成としては、以下のような方法によるものが考えられる。透明レンズが比較的硬いガラスや硬質のプラスティックの場合は、例えば、予めLED素子の形状にぴったり合うように成形された透明レンズを被せるようにすればよい。あるいは、概ねLED素子の形状に合わせて成形された透明レンズを被せるとともに、透明レンズとLED素子の中間にゲル状の材料を用いた平板状の部材(以下「ゲル中間材」という。)を挟み込んでぴったり圧着させることで、LED基板の発光部と透明レンズとの間に生じる隙間をなくすようにしてもよい。この場合にゲル中間材のLED素子との当接部分は平面的なものであってもよいがLEDチップの高差分程度凹となっていてもよい。このようにすることでさらにLEDチップの発光部分とゲル中間材との密着度を向上させることができるとともに、透明レンズとの当接面にまでLEDチップの凹凸が反映することがなく、ゲル中間材の透明レンズ側の表面を平面にできるというメリットがある。

なお、かかるゲル中間材を挟み込むことの副次的な目的として、LED素子や基板などで発生する熱を所望の方向に排熱するコントロールを可能にするということも挙げられる。さらに、ゲル中間材の厚みを調節することで、発光部から発せされた光が透明レンズを通過後に集束する位置を変更して、実質的に透明レンズの焦点距離を調節することなども可能となる。

透明レンズが柔軟性を有する透明ゲル状材料の場合は、例えば、発光部に透明もしくは半透明の硬質プラスティック製のキャップ(カバー)を伏せるようにして被せ、その中に透明ゲル状材料を隙間なく充填することでレンズを形成するようにすればよい。あるいは、レンズの形に形成した透明ゲル状材料の表面に透明な硬質プラスティック製の膜をコーティングするようにしてもよい。

なお、透明レンズは複眼レンズであってもよい。かかる例については、別の実施例にて後述する。

(電極を有する例)

本実施例のLEDランプ構造体は、電源からの電力を灯具のソケットから受けてLED素子に給電するための電極を備えていてもよい。この電極は、従来の直管蛍光灯と互換性を持たせるために従来の直管蛍光灯具のソケットに取り付け可能なものであってもよいし、かかる互換性を有しないものであってもよい。前者については次実施例にて詳述する。後者の従来の直管蛍光灯と互換性を有しないものの例としては、社団法人日本電球工業会が2010年10月に制定した規格である「L型口金付き直管形LEDランプシステム(JEL801)」に基づく口金が挙げられる(非特許文献1「家電Watch 2010年10月19日付記事『日本電球工業会、直管形LEDランプの規格を制定』(URL:http://kaden.watch.impress.co.jp/docs/news/20101019_401018.html)参照」。

図9は、非特許文献1に掲載されているL型口金(端子)を備えるLEDランプ構造体の形状の一例を示す。本例のLEDランプ構造体0900が備える端子は給電側の端子とアース側の端子で異なる形状を有している。(a)に示す給電側の端子09041は略L字形の一対の板状部材からなる。(b)は、(a)の概ね破線円0902の位置を矢印B方向に見た図であり、本図に現れるアース側の端子0942は、一本の棒状部材の先端に略楕円柱状の部材を取り付けた形状を有する。

(その他)

透明レンズは、全体がガラス管などのカバーの内部に収納されていてもよいし、外部にむき出しになっていてもよい。前者の典型は、次実施例で述べるような、LEDランプ構造体が従来の直管蛍光灯と同一の形状を有し、管体の中にLED素子を配置した基板および透明レンズが収納されたものである。この場合において透明レンズが透明ゲル状材料のときは、基板上の管体内の約半分を占める空間に透明ゲル状材料が充填されたものが典型である。なお、従来の直管蛍光灯と同一の形状を有するLEDランプ構造体については次実施例で詳述する。

<効果>

本実施例の発明により、LEDランプの発光部と床などの照射面との間にある程度距離があっても十分な明るさが得られるようにしたり、また部屋全体を明るく照らしたりすることが可能なLEDランプ構造体を提供することが可能となる。

<概要>

本実施例のLEDランプ構造体は、基本的に実施例1のLEDランプ構造体と共通するが、従来の直管蛍光灯具のソケットに取り付け可能な電極を有し、前記基板が両端電極間に配置されたことを特徴とする。これは、実施例1のLEDランプ構造体の特徴である照射面との間にある程度距離があっても十分な明るさが得られるとか、部屋全体を明るく照らすことができるといった点を生かしつつ、さらに従来の直管型蛍光灯との互換性を持たせることで、取換え工事を簡易に行えるようにし、また構成を工夫することにより従来の直管蛍光灯からLED照明に変えたときの違和感をなくすことを目的とするものである。

<構成>

図3は、本実施例のLEDランプ構造体の構成の一例を示す図である。本実施例のLEDランプ構造体の構成は基本的に実施例1のLEDランプ構造体の構成と共通する。従って、本図に示すLEDランプ構造体0300も、複数のLED素子0310を配置する基板0320と、LED素子の発光部0311に密着して備えられる透明レンズ0330を有する。さらに、本図に示すLEDランプ構造体は、両端に従来の直管蛍光灯具のソケット(図示されない)に取り付け可能な電極0340を有し、前記基板が両端電極間に配置される。以下、電極の構成、および本実施例のLEDランプ構造体における透明レンズの配置例について説明する。その余の構成は実施例1と同様であるので説明を省略する。

(電極)

本実施例のLEDランプ構造体が有する「電極」は、電源からの電力を従来の直管蛍光灯具のソケットから受けてLED素子に給電するためのものであり、このため従来の直管蛍光灯具のソケットに取り付け可能に構成されている。即ち、本実施例の電極は従来の直管蛍光灯の口金に備えられるピンに相当するものであり、これと同一の形状、寸法を有する。「従来の直管蛍光灯」とは、JISC7617−2「直管蛍光ランプ−第2部:性能規定」の2.3.1「データシートのリスト」に規定された直管蛍光ランプを指す。また、当該規格において、当該ランプの口金はJISC7709−1「電球類の口金・受金及びそれらのゲージ並びに互換性・安全性 第1部 口金」に規定された規格に適合すべき旨が定められている。例えば、管径16mmの直管蛍光灯にはG−5口金(ピン間隔約5mm)が、管径25mm、28mm、32.5mm、38mmの直管蛍光灯にはG−13口金(ピン間隔約13mm)が用いられるところ、本実施例のLEDランプ構造体の電極はこれらの口金に備えられるピンと同一の形状・寸法を有する。

また、本実施例のLEDランプ構造体の電極が従来の直管蛍光灯具のソケットに取り付け可能であることから、必然的に本実施例のLEDランプ構造体の寸法も従来の直管蛍光灯具に取り付け可能な寸法に規制される。一例を挙げれば、G−13口金に対応するソケットに取り付け可能ないわゆる40W形直管蛍光灯(管径32.5mm)の管長は1,198mmであり、いわゆる110W形直管蛍光灯(管径38mm)の管長は2,367mmであるので、本実施例のLEDランプ構造体の寸法もこれらの寸法と同じ寸法となる。

(本実施例のLEDランプ構造体における透明レンズの配置例)

本実施例のLEDランプ構造体においては、基板が両端電極間に配置される。そこで、当該基板上に配置される複数のLED素子は、当該両端電極間に直列的に配置される。このため、仮にこれら複数のLED素子の発光部に密着して備えられる透明レンズを一個の透明レンズとする場合には、当該レンズは例えば蒲鉾形状をした細長いレンズとなる。

図4は、本実施例のLEDランプ構造体における透明レンズの配置の一例を示す図であり、図3のA−A線垂直断面図である。即ち、本例の配置は、図3に示したものと同一であり、斜線で示した部分が透明レンズ0430である。本図の例のLEDランプ構造体は、従来の直管蛍光灯の管体(蛍光管本体)の上側の略半分に相当する部分(天井に下向きに取り付けた場合は床面側の略半分に相当する部分)がないため、見た目の印象が従来の直管蛍光灯とは相当異なったものとなり得る。

一方、本実施例のLEDランプ構造体は、従来の直管蛍光灯と同じ形状・寸法の管体を有するものであってもよい。このように構成することで、従来の照明からLED照明に変えたときに部屋の雰囲気が変わらないようにすることができる。

図5は、本実施例のLEDランプ構造体における透明レンズの配置の別の一例を図4と同様の垂直断面図で示したものである。本例のLEDランプ構造体0500は直管蛍光灯と同じ形状・寸法の管体0501を有し、管体内に基板0520、複数のLED素子0510(発光部0511を有する)および透明レンズ0530が備えられている。この場合、LED素子の発光部から発せられた光が管体内で減衰することがないようにするため、本図の例のように管体0501内の基板より上側の空間に透明レンズ(好適には透明ゲル状材料からなるレンズ)が隙間なく充填されていることが望ましい。

図6も、本実施例のLEDランプ構造体における透明レンズの配置のさらに別の一例を図4と同様の垂直断面図で示したものである。本図の例は、図4と同様従来の直管蛍光灯の管体の上側の略半分に相当する部分を欠くものであるが、図4の例と異なり、透明レンズが当該管体とほぼ同一の形状を有するものである。この場合の透明レンズには硬質のガラスやプラスティックを用いればよい。さらに、従来の直管蛍光灯との違和感をなくすためにレンズ表面を半透明の素材でコーティングしてもよい。あるいは、透明レンズに透明ゲル状材料からなるレンズを用いるとともに、レンズ表面を透明または半透明の素材でコーティングしてもよい。

<効果>

本実施例の発明により、実施例1のLEDランプ構造体の特徴を生かしつつ、さらに従来の直管型蛍光灯との互換性を持たせることで、取換え工事を簡易に行えるようにすることができる。また構成を工夫することにより従来の直管蛍光灯からLED照明に変えたときの違和感をなくすことが可能となる。

<概要>

本実施例のLEDランプ構造体は、基本的に実施例1または2のLEDランプ構造体と共通するが、透明レンズが複眼レンズであることを特徴とする。これは、レンズ素子の数を増やすことで光の集束・拡散をより多様な態様で実現することを可能にすることを目的とする。また、複眼レンズを用いることでレンズの厚みや体積を減らして材料費の節減や軽量化を図ることも可能となる。

<構成>

本実施例のLEDランプ構造体の構成は基本的に実施例1または2のLEDランプ構造体の構成と共通する。即ち、本例のLEDランプ構造体も、複数のLED素子を配置する基板と、LED素子の発光部に密着して備えられる透明レンズを有する。ただし、本実施例の透明レンズは複眼レンズである。以下、複眼レンズの構成について説明する。その余の構成は実施例1または2と同様であるので説明を省略する。

(複眼レンズ)

本実施例における「複眼レンズ」には、複数のレンズ素子を有するレンズが広く含まれる。

図7は、複眼レンズである透明レンズの一例を示す図である。本図に示す複眼レンズはいわゆるフライアイレンズの例であって、本例では同一の半球形を有する複数のレンズ素子を縦横に配列したものである。なお、レンズ素子の形状はこの例のほかに略四角柱、略六角柱などの多角柱形状などであってもよく、また、透明レンズがフレネルレンズであってもよい。また、すべてのレンズ素子の形状が同一である必要はなく、異なる形状が混在したものであってもよい。

図8は、複眼レンズである透明レンズの別の一例を示す図である。本図に示す複眼レンズは蒲鉾型のレンズを複数列並べたものである。本実施例における複眼レンズは上述のように複数のレンズ素子を有するレンズが広く含まれるから、このようなものも含まれる。

本実施例のLEDランプ構造体によれば、このようにレンズ素子の数を増やすことで光の集束・拡散をより多様な態様で実現することができる。このため、例えば実施例2のLEDランプ構造体(従来の直管蛍光灯具のソケットに取り付け可能な電極を有するもの)に本実施例の複眼レンズを適用した場合には、透明レンズに半透明のコーティングをしないままであっても個々のLED素子の形状が明確には見えづらくなることから、従来の直管蛍光灯からLED照明に変えたときの違和感を減らすことが可能となる。また、特に複眼レンズをフレネルレンズにした場合をはじめとして、レンズの厚みや体積を減らして材料費の節減や軽量化を図ることも可能となる。

<効果>

本実施例の発明により、レンズ素子の数を増やすことで光の集束・拡散をより多様な態様で実現することを可能にすることが可能となる。また、複眼レンズを用いることでレンズの厚みや体積を減らして材料費の節減や軽量化を図ることも可能となる。

Claims (5)

  1. 複数のLED素子を配置する基板と、
    前記LED素子の発光部に密着して備えられる透明レンズと、
    を有するLEDランプ構造体。
  2. 従来の直管蛍光灯具のソケットに取り付け可能な電極を有し、
    前記基板は両端電極間に配置された請求項1に記載のLEDランプ構造体。
  3. 前記透明レンズは複眼レンズである請求項1又は2に記載のLEDランプ構造体。
  4. 前記透明レンズは、透明ゲル状材料からなる請求項1から3のいずれか一に記載のLEDランプ構造体。
  5. 前記透明ゲル状材料からなる透明レンズの表面は透明プラスティック材料から構成されている請求項4に記載のLEDランプ構造体。
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