JP2013008652A - Ｌｅｄ照明器具及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】低コスト及びＬＥＤ光源の照明効果の向上したＬＥＤ照明器具及びその製造方法を提供する。
【解決手段】ＬＥＤ照明器具１００は、ＬＥＤモジュール１１０と、ランプハウジング１２０と、蛍光体粉末層１３０とを含む。ＬＥＤモジュール１１０は、波長３００ｎｍ〜７００ｎｍの光線を生成することに用いられる。ランプハウジング１２０は、ＬＥＤモジュール１１０をカバーすることに用いられる。蛍光体粉末層１３０は、ランプハウジング１２０のＬＥＤモジュール１１０に向く裏面に塗布され、少なくとも２種の蛍光体粉末を所定割合によって均一に混合することで形成され、波長３００ｎｍ〜７００ｎｍの光線を変換して波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの照明光線を生成することに用いられる。これにより、コストの低い光源によって、異なる照明光色を生成できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＥＤ照明器具に関し、特に厚さが変化できる蛍光体粉末層を有するＬＥＤ照明器具及びその製造方法に関する。
発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ；ＬＥＤと略称する）は、半導体素子の一種である。発光ダイオードは、電子と正孔との相互結合によって、エネルギーを光で放出する。即ち、電気エネルギーを直接光エネルギーに変換する原理によって、半導体の正極および負極の二つの端子に電圧を印加し、電流を通し、電子と正孔とを互いに結合させる場合に、残ったエネルギーを光で放出する。また、使用される材料によって、エネルギー準位が光子エネルギーに波長の異なる光線を生成す。順電圧を印加する場合に、発光ダイオードは、単色かつ不連続的な光を発生でき、これはエレクトロルミネッセンス効果の一種である。発光ダイオードは、採用される半導体材料の化学組成成分を変えることにより、近紫外線、可視光線又は赤外線の光を発生することができる。簡単に言えば、ＬＥＤは、高効率、長寿命、高耐久性など、従来の光源とは比較できないほど多い長所を備える２１世紀のエコ光源である。
特開２００６−２８６６１５号公報
現在、各種のＬＥＤ製品は市販されているが、低コスト及びＬＥＤ光源の照明効果の向上に対して改良を行う必要があり、上記効果を強化することも本発明の目的である。
本発明の一態様は、ＬＥＤ照明器具である。ＬＥＤ照明器具は、ＬＥＤモジュールと、ランプハウジングと、蛍光体粉末層とを含む。ＬＥＤモジュールは、波長３００ｎｍ〜７００ｎｍの光線を生成することに用いられる。ランプハウジングは、ＬＥＤモジュールをカバーすることに用いられる。蛍光体粉末層は、ランプハウジングのＬＥＤモジュールに向く裏面に塗布され、少なくとも２種の蛍光体粉末を所定割合によって均一に混合することで形成され、波長３００ｎｍ〜７００ｎｍの光線を変換して波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの照明光線を生成することに用いられる。
一態様において、蛍光体粉末層の厚さは、１０μｍ〜１００μｍとすることができ、且つ、蛍光体粉末層の厚さは、ＬＥＤモジュールとの夾角によって、連続的に変わる。そのうち、夾角が９０度である場合に、蛍光体粉末層の厚さは、最も厚くなることが好ましい。蛍光体粉末が２種類である場合の所定割合は、０．５：９９．５とすることができる。ＬＥＤモジュールは、異なる波長帯を励起する複数のＬＥＤを含んでもよい。ランプハウジングの最大直径は、ＬＥＤモジュールの最大幅より大きくてもよい。ランプハウジングは、密閉空間を形成してもよい。
又、本発明のもう一つの態様は、ＬＥＤ照明器具の製造方法である。製造方法は、準備工程と、混合工程と、噴出工程と、加熱乾燥工程と、組立工程と、を含む。準備工程において、少なくとも２種の蛍光体粉末、水、および、溶剤を準備する。混合工程において、ＬＥＤモジュールに対応する所定割合の少なくとも２種の蛍光体粉末、水、および、溶剤を混合し、撹拌して、塗布液を形成する。噴出工程において、ノズルによって、ランプハウジングに塗布液を噴出して、蛍光体粉末層を形成する。加熱乾燥工程において、ランプハウジングを加熱して、蛍光体粉末を乾燥させる。組立工程において、ランプハウジングがＬＥＤモジュールをカバーするように、ＬＥＤモジュールをランプハウジングの内部に置く。
上記実施形態において、蛍光体粉末層の厚さは、１０μｍ〜１００μｍとすることができ、且つ、蛍光体粉末層の厚さは、ＬＥＤモジュールとの夾角によって、連続的に変わる。そのうち、夾角が９０度である場合に、蛍光体粉末層の厚さは、最も厚くなることが好ましい。
本発明で開示されるＬＥＤ照明器具の蛍光体粉末層は、ランプハウジングのＬＥＤモジュールに向く裏面に塗布され、少なくとも２種の蛍光体粉末を所定割合によって均一に混合することで形成され、波長３００ｎｍ〜７００ｎｍの光源を変換して波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの照明光線を生成することに用いられる。蛍光体粉末は、繰り返して噴出する技術によって、ランプハウジングの一部の区域に塗布される。これによって、ＬＥＤ照明器具のＬＥＤモジュールは、コストの低い光源によって、異なる照明光色を生成できるようになっただけでなく、蛍光体粉末層の厚さの変化で、照明角度の表現を更に強化できる。なお、ランプハウジングおよびＬＥＤモジュールのサイズを調整することによっても、発光角度を増加させることができ、ＬＥＤ照明器具に市場において更に優位性を持たせた。
本発明の第１実施形態によるＬＥＤ照明器具を示す模式図である。 本発明の実施形態によるＬＥＤ照明器具の製造方法の工程を示すフロー図である。 ＬＥＤの発光強度を示す模式図である。 本発明の実施形態による蛍光体粉末層の厚さの変化を示す模式図である。 本発明の第２実施形態によるＬＥＤ照明器具を示す模式図である。 本発明の第３実施形態によるＬＥＤ照明器具を示す模式図である。 本発明の第４実施形態によるＬＥＤ照明器具を示す模式図である。 本発明の第５実施形態によるＬＥＤ照明器具を示す模式図である。
以下、本発明の実施形態によるＬＥＤ照明器具およびＬＥＤ照明器具の製造方法を図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態によるＬＥＤ照明器具１００の模式図である。図１を参照して、本実施形態では、波長３００ｎｍ〜７００ｎｍの光線を生成するＬＥＤモジュール１１０と、ＬＥＤモジュール１１０をカバーするランプハウジング１２０と、蛍光体粉末層１３０とを含むＬＥＤ照明器具１００を開示する。蛍光体粉末層１３０は、ランプハウジング１２０のＬＥＤモジュール１１０に向く裏面に塗布され、且つ、少なくとも２種の蛍光体粉末を所定割合によって均一に混合することで形成され、波長３００ｎｍ〜７００ｎｍの光線を波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの照明光線に変換することに用いられる。
ランプハウジング１２０は、ＬＥＤモジュール１１０をカバーすることに用いられ、真空化またはガスを充填することによって、ＬＥＤモジュール１１０と密閉状態としてもよいし、非密閉状態であってもよい。ランプハウジング１２０の主な材質は、シリコンまたはプラスチックであり、例えば、ナトリウム、カリウム、硼素などのようなほかの元素をドーピングしてもよい。また、ランプハウジング１２０は、例えば、円形、楕円形、四角形、ピラミッド形、皿状、盆状、火炎状、台形、不規則形状などのような任意の厚さ、寸法及び形状であってよい。
ＬＥＤモジュール１１０は、それぞれが異なる波長帯の光線を励起する複数のＬＥＤ１１２〜１１４を含む。ＬＥＤ熱崩壊による影響を軽減させるために、電子回路板１１１に放熱装置を加えてもよい。放熱装置は、例えば、従来の技術によって、放熱フィン又は放熱機構で実現できる。図１に省略された下半部分は、ボール電球のランプソケットである口金に接続され、現行の標準規格Ｅ２７、Ｅ２６、Ｅ１７などを採用できるため、図１に示されていない。
蛍光体粉末層１３０は、少なくとも２種以上の異なる蛍光体粉末を所定割合によって混合することで形成することができる。蛍光体粉末の所定割合が、ＬＥＤモジュール１１０におけるＬＥＤ１１２〜１１４の組成に対応する。詳しく言えば、蛍光体粉末の種類と割合とを調整することによって、照明光線の色度や色温度を変えることができる。図１によれば、ＬＥＤ１１２〜１１４が駆動された後に各種の波長の光線を励起して、その後、光線が、ランプハウジング１２０において、ランプハウジング１２０のＬＥＤモジュール１１０に向く裏面に塗布された蛍光体粉末層１３０を透過することにより、混合されて白色光を発生し、照明できるようになったことを理解できる。
図２を参照すれば、本発明の実施形態によるＬＥＤ照明器具１００の製造方法を更にはっきり理解できる。図２の工程フロー図に示すように、製造方法は、準備工程２０１と、混合工程２０２と、噴出工程２０３と、加熱乾燥工程２０４と、組立工程２０５とを含む。そのうち、準備工程２０１、混合工程２０２、噴出工程２０３、加熱乾燥工程２０４は、蛍光体粉末をランプハウジング１２０に塗布して蛍光体粉末層１３０を形成するための過程である塗布工程２１０と一括して称する。
さらに言えば、準備工程２０１は、少なくとも２種以上の蛍光体粉末、水、溶剤、即ち、各種の必要な材料を準備する工程である。
混合工程２０２において、ＬＥＤモジュール１１０に対応する所定割合の少なくとも２種の蛍光体粉末、水、溶剤を混合し、均一に撹拌して、塗布液を形成する。
噴出工程２０３において、ノズルによって、ランプハウジング１２０の一部の区域に塗布液を繰り返して噴出して、蛍光体粉末層１３０を形成するが、一部の区域がＬＥＤモジュール１１０に向く部分であり、蛍光体粉末層１３０の厚さを１０μｍ〜１００μｍとすることが好ましい。
加熱乾燥工程２０４において、ランプハウジング１２０を加熱して、蛍光体粉末層１３０を乾燥させて定着させる。
組立工程２０５において、ランプハウジング１２０によってＬＥＤモジュール１１０をカバーするように、ＬＥＤモジュール１１０をランプハウジング１２０の内部に置く。この製造方法において、少なくとも２種の蛍光体粉末の所定割合は、ＬＥＤモジュール１１０におけるＬＥＤ１１２〜１１４の組成に対応し、０．５：９９．５であってよい。より精確に言えば、粉末混合割合は、珪酸塩（ｓｉｌｉｃａｔｅ）：ＣＡＳＮ蛍光体＝４．５：１であってよく、その割合によって、色温度を暖かい白色区域に調整できる。又は、蛍光体粉末は、蛍光体粉末Ａおよび蛍光体粉末Ｂからなる場合、異なる状況および製品要求に対応して、Ａ：Ｂ＝１％：９９％、Ａ：Ｂ＝５０％：５０％、Ａ：Ｂ＝９９％：１％などの各種の割合によって混合して形成することができる。
図３によれば、ＬＥＤの発光強度には、方向性があり、つまり、ＬＥＤ正方向において、光強度が最も大きくて、側面になるほど、光強度が小さくなり、簡単に言えば、ＬＥＤ正方向の光強度が最も大きくて、それから次第に低下することを理解できる。そのため、蛍光体粉末層１３０の厚さは、均一であってもよいし、不均一であってもよいが、本実施形態に開示するように、蛍光体粉末層１３０の厚さがＬＥＤモジュール１１０との夾角θによって連続的に変わってもよい。
図４は、本の実施形態による蛍光体粉末層１３０の厚さの変化を示す模式図である。図４において、ランプハウジング１２０をＡ、Ｂ、Ｃという３つの区域に分けた。区域Ａの中心点と図１に示すように水平に置かれたＬＥＤモジュール１１０との間の夾角θAは、概ね９０度である。区域Ｂの中心点と図１に示すように水平に置かれたＬＥＤモジュール１１０との間の夾角θBは、概ね４５度である。区域Ｃの中心点と図１に示すように水平に置かれたＬＥＤモジュール１１０との間の夾角θCは、概ね３０度である。そのため、区域Ａの厚さは最大であり、区域Ｂの厚さは区域Ａの６０〜１００％であり、区域Ｃの厚さは、区域Ａの３０〜１００％である。各区域における厚さは、塗布液の配合、粘度比重、回転速度、風量、温度などを調整することによって、比率が異なる蛍光体粉末層１３０の厚さを実現できる。
(第２実施形態)
図５は、本発明の第２実施形態によるＬＥＤ照明器具を示す模式図である。第２実施形態において、ランプハウジング１２０は、半円球型であり、最大直径Ｐを有し、ＬＥＤモジュール１１０の電子回路板１１１は、対応する円形であり、最大直径Ｑを有する。図５中のＨは、ＰからＱまでの距離である。最大発光角度に達するために、図５では、Ｐ＝６２．５ｍｍ、Ｑ＝５６ｍｍ、Ｈ＝１５ｍｍのため、７００ｌｍの光束とすることができる。
（第３実施形態）
図６は、本発明の第３実施形態によるＬＥＤ照明器具を示す模式図である。本実施形態において、ランプハウジング１２０は、半円球型であり、最大直径Ｐを有し、ＬＥＤモジュール１１０の電子回路板１１１は、対応する円形であり、最大直径Ｑを有する。図６中のＨは、ＰからＱまでの距離である。Ｐ＝Ｑ＝６２．５ｍｍ、Ｈ＝０ｍｍのため、５２０ｌｍの光束とすることができる。
（第４実施形態）
図７は、本発明の第４実施形態によるＬＥＤ照明器具を示す模式図である。ランプハウジング１２０は、半円球型であり、最大直径Ｐを有し、ＬＥＤモジュール１１０の電子回路板１１１は、対応する円形であり、最大直径Ｑを有する。図７中のＨは、ＰからＱまでの距離である。本実施形態では、Ｐ＞Ｑ、且つ、Ｈ＝０ｍｍとする。本実施形態では、ＬＥＤモジュール１１０から射出した光線が照射できない区域に対して、蛍光体粉末の塗布を行わないため、透過および反射によって、白色光を射出し、発光角度を更に増加させることができる。
（第５実施形態）
図８は、本発明の第５実施形態によるＬＥＤ照明器具を示す模式図である。球型のランプハウジング１２０を採用すれば、ＬＥＤモジュール１１０に向く部分だけに蛍光体粉末を塗布して、反射作用によって、発光角度を更に大きくすることができる。
上記の本発明の実施形態によって理解できるように、上記複数の実施形態で開示されたＬＥＤ照明器具の蛍光体粉末層１３０は、繰り返して噴出する技術によって、ランプハウジング１２０のＬＥＤモジュール１１０に向く裏面に塗布され、少なくとも２種の蛍光体粉末を所定割合によって均一に混合することで形成され、波長３００ｎｍ〜７００ｎｍの光源を変換して波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの照明光線を生成することに用いられる。簡単に言えば、ＬＥＤに対応する所定割合によって蛍光体粉末層１３０を構成する２種の蛍光体粉末を調合することで、ランプハウジング１２０又はライトチューブを透過する光の色を変えることができ、光線が処理された後に照明に適用することができる。
本発明は、上記のように開示されたが、それは本発明を限定するものではなく、当業者なら誰でも、本発明の趣旨と範囲から逸脱しない範囲内で、多種の変更や修飾を加えることができるため、本発明の技術的範囲は、請求の範囲の記載に準ずる。
１００・・・ＬＥＤ照明器具
１１０・・・ＬＥＤモジュール
１１１・・・電子回路板
１１２〜１１４・・・ＬＥＤ
１２０・・・ランプハウジング
１３０・・・蛍光体粉末層
２０１・・・準備工程
２０２・・・混合工程
２０３・・・噴出工程
２０４・・・加熱乾燥工程
２０５・・・組立工程
２１０・・・塗布工程
Ａ〜Ｃ・・・ランプハウジングの区域
Ｐ・・・ランプハウジングの最大直径
Ｑ・・・電子回路板の最大直径
Ｈ・・・ＰとＱの距離
θA〜θC・・・夾角

Claims (12)

  1. 波長３００ｎｍ〜７００ｎｍの光線を生成するために据え付けられたＬＥＤモジュールと、
    前記ＬＥＤモジュールをカバーするランプハウジングと、
    前記ランプハウジングの前記ＬＥＤモジュールに向く裏面に塗布され、少なくとも２種の蛍光体粉末を所定割合によって均一に混合することで形成され、波長３００ｎｍ〜７００ｎｍの前記光線を変換して波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの照明光線を生成することに用いられる蛍光体粉末層と、
    を備えることを特徴とするＬＥＤ照明器具。
  2. 前記蛍光体粉末層の厚さは、１０μｍ〜１００μｍであることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明器具。
  3. 前記蛍光体粉末層の厚さは、前記ＬＥＤモジュールとの夾角によって、連続的に変わることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明器具。
  4. 前記夾角が９０度である場合、前記蛍光体粉末層の厚さが最も厚いことを特徴とする請求項３に記載のＬＥＤ照明器具。
  5. 前記蛍光体粉末が２種類である場合の前記所定割合は、０．５：９９．５であることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明器具。
  6. 前記ＬＥＤモジュールは、互いに異なる波長帯を励起する複数のＬＥＤを含むことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明器具。
  7. 前記ランプハウジングの最大直径は、前記ＬＥＤモジュールの幅より大きいことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明器具。
  8. 前記ランプハウジングは、密閉空間を形成することを特徴とする請求項７に記載のＬＥＤ照明器具。
  9. 前記少なくとも２種の蛍光体粉末、水、および、溶剤を準備する準備工程と、
    前記ＬＥＤモジュールに対応する所定割合の前記少なくとも２種の蛍光体粉末、前記水、および、前記溶剤を混合し、撹拌して、塗布液を形成する混合工程と、
    ノズルによって、前記ランプハウジングに前記塗布液を噴出して、前記蛍光体粉末層を形成する噴出工程と、
    前記ランプハウジングを加熱して、前記蛍光体粉末層を乾燥させる加熱乾燥工程と、
    前記ランプハウジングが前記ＬＥＤモジュールをカバーするように、前記ＬＥＤモジュールを前記ランプハウジングの内部に置く組立工程と、
    を含むことを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ照明器具の製造方法。
  10. 前記蛍光体粉末層の厚さは、１０μｍ〜１００μｍであることを特徴とする請求項９に記載のＬＥＤ照明器具の製造方法。
  11. 前記蛍光体粉末層の厚さは、前記ＬＥＤモジュールとの夾角によって、連続的に変わることを特徴とする請求項９に記載のＬＥＤ照明器具の製造方法。
  12. 前記夾角が９０度である場合、前記蛍光体粉末層の厚さが最も厚いことを特徴とする請求項１１に記載のＬＥＤ照明器具の製造方法。
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