JP2013055234A - 可変色発光装置及びそれを用いた照明器具 - Google Patents

可変色発光装置及びそれを用いた照明器具 Download PDF

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Abstract

【課題】光取り出し効率を低下させることなく出射光の色ムラを低減することのできる可変色発光装置及びそれを用いた照明器具を提供する。
【解決手段】白色発光部2W、赤色発光部2R、緑色発光部2Gを基板1に実装して成るLEDユニット2と、LEDユニット2を保持し且つ各発光部2W,2R,2Gを外部に臨ませる丸孔4Aを有するホルダ4と、ホルダ4の丸孔4Aを覆って各発光部2W,2R,2Gから出射する光を透過させるパネル6とを備え、ホルダ4には、丸孔4Aの周縁から基板1に向けて突出し且つ各発光部2W,2R,2Gから発せられる光を反射する側壁43が周方向に亘って設けられ、側壁43は、出射光の方向において各発光部2W,2R,2Gの発光面の頂部より前方に位置するように形成される。
【選択図】図1

Description

本発明は、出射光の色度が異なる複数の発光素子を用いて混色光の色度を可変とした可変色発光装置及びそれを用いた照明器具に関する。
従来から、発光ダイオードの光色が、例えば赤色、緑色、青色の順で繰り返すように発光ダイオードを配置することによって光色を混合させ、所定の光色(例えば、白色)が得られるように構成した照明器具が知られており、例えば特許文献1に開示されている。以下、この従来の照明器具について図面を用いて説明する。なお、以下の説明では、図6における上下を上下方向と定めるものとする。
この照明器具は、図6に示すように、取り付け板100に固定される本体ケース101と、基板102上に1列に繰り返し並べて実装された青色、赤色、緑色の発光ダイオード103B,103R,103Gと、その上面を覆う光透過性の蓋体104とを備える。そして、両端部の発光ダイオード103B,103Gの上方を覆うようにして、蓋体104には、各発光ダイオード103B,103Gからの出射光を減衰させるカバー105が取外し自在に装着されている。カバー105は、樹脂成型の基材にシリカやタルク等の光拡散材が混入されたものであり、カバー105を透過して内側から外側へ出射する光を減衰し、かつ拡散させる。
以下、各発光ダイオード103B,103R,103Gから出射される光LB,LR,LGが混合する態様について説明する。端部を除く各発光ダイオード103B,103R,103Gから出射される青色、赤色、緑色の光LB,LR,LGは、カバー105で覆われていない部分を透過して空間へ拡散し、均等に混合される。したがって、照明器具から離れた位置のユーザからは白色の光として見える。
これに対して、両端部の発光ダイオード103B,103Gから出射される光は、斜め上方をカバー105によって覆われるので、カバー105に進入した光は拡散され、光エネルギーが減衰される。したがって、両端部の発光ダイオード103B,103Gの固有の光色(青色、緑色)が目立つことがなく、ユーザに違和感を与えることがない。
特開2009−129689号公報
しかしながら、上記従来例では、両端部の発光ダイオード103B,103Gから発光する光がカバー105によって減衰させられるので、端部の発光ダイオード103B,103Gの光量が犠牲となる。このため、両端部の発光ダイオード103B,103Gの固有の光色が目立たなくなって色ムラは低減されるものの、光取り出し効率が低下するという問題があった。
本発明は、上記の点に鑑みて為されたもので、光取り出し効率を低下させることなく出射光の色ムラを低減することのできる可変色発光装置及びそれを用いた照明器具を提供することを目的とする。
本発明の可変色発光装置は、発光ダイオードを光源とする1乃至複数の発光部を1組として互いに異なる光色を有する複数組の前記発光部を基板に実装して成るLEDユニットと、前記LEDユニットを保持し且つ前記各発光部を外部に望ませる孔を有するホルダと、前記ホルダの前記孔を覆って前記各発光部からの出射光を透過させるパネルとを備え、前記ホルダには、前記孔の周縁から前記基板に向けて突出し且つ前記各発光部から発せられる光を反射する側壁が周方向に亘って設けられ、前記側壁は、前記出射光の方向において前記各発光部の発光面の頂部よりも前方に位置するように形成されることを特徴とする。
この可変色発光装置において、前記パネルは、その径寸法が前記側壁で囲まれる空間の径寸法よりも大きくなるように形成されることが好ましい。
この可変色発光装置において、前記パネルには、前記各発光部から出射する光を拡散させる拡散処理が施されることが好ましい。
本発明の照明器具は、上記何れかの可変色発光装置と、前記可変色発光装置を保持する器具本体とを備えることを特徴とする。
本発明は、光取り出し効率を低下させることなく出射光の色ムラを低減することができるという効果を奏する。
本発明に係る可変色発光装置の実施形態を示す図で、(a)は前面図で、(b),(c)は側面図で、(d)はA−A’線断面矢視図で、(e)はB−B’線断面矢視図である。 (a)は同上の可変色発光装置の分解斜視図で、(b)は同上の可変色発光装置の全体斜視図である。 同上の可変色発光装置におけるLEDユニットを示す図で、(a)は斜視図で、(b)は白色発光部の断面図で、(c)は赤色発光部の断面図で、(d)は緑色発光部の断面図である。 同上の可変色発光装置における配光を説明するための要部概略図である。 本発明に係る照明器具の実施形態を示す図で、(a)は斜視図で、(b)は断面図である。 従来の照明器具を示す断面図である。
以下、本発明に係る可変色発光装置の実施形態について図面を用いて説明する。なお、以下の説明では、図2(a)に示す矢印の向きにより上下左右方向、及び前後方向を定めるものとする。本実施形態は、図1(a)〜(e)に示すように、発光ダイオード(LED)を光源として互いに異なる光色を有する複数組の発光部を基板1に実装して成るLEDユニット2と、基板1が載置されるベース3とを備える。また、本実施形態は、ベース3に取着されて基板1を保持するホルダ4と、ホルダ4を覆うように取着されるカバー5と、光透過性のパネル6とを備える。
LEDユニット2は、白色光を出射する2個の白色発光部2W(例えば、日亜化学工業社製のNCSW119)と、赤色光を出射する4個の赤色発光部2Rと、緑色光を出射する2個の緑色発光部2Gとを基板1に実装して構成される。基板1は、汎用の発光モジュール用基板であり、例えば、酸化アルミニウム(AL)や窒化アルミニウム(AlN)等の電気絶縁性を有する金属酸化物(セラミックスを含む)、金属窒化物、又は金属、樹脂、ガラス繊維等の材料から成る。
白色発光部2Wは、図3(b)に示すように、LEDチップ20と、LEDチップ20を保持するサブマウント部材21と、サブマウント部材21を介してLEDチップ20が実装される実装基板22とを備える。LEDチップ20は、蛍光体を含有する被覆樹脂23によって被覆されている。また、実装基板22には、LEDチップ20及びサブマウント部材21を覆うように、ドーム形状の透光性カバー24が設けられる。この透光性カバー24と実装基板22との間には、封止材25が充填される。
LEDチップ20には、発光波長が460nm程度の青色光を放射するGaN系青色LEDチップを用いることが好ましく、矩形状に形成されたチップの一表面側にアノード電極及びカソード電極(図示せず)が形成される。なお、LEDチップ20の構造は特に限定されるものではなく、例えばアノード電極及びカソード電極がそれぞれ異なる面に形成されていてもよい。
被覆樹脂23には、例えばシリコーン樹脂等の透光性樹脂にYAG系黄色蛍光体が含有されたものが用いられる。被覆樹脂23に被覆されたLEDチップ20は、LEDチップ20からの青色光と、この青色光を黄色蛍光体で波長変換した黄色光とを混色させることにより、白色光を出射することができる。なお、黄色蛍光体を含む被覆樹脂23に代えて封止材25に黄色蛍光体を含有させてもよい。透光性カバー24及び封止材25は、シリコーン樹脂等の透光性樹脂から形成され、これらは同一材料又は同一の屈折率を有する材料から形成されるのが好ましい。
サブマウント部材21は、LEDチップ20のチップサイズよりも大きなサイズとなるように形成された矩形板状の部材であり、熱伝導率が高く、絶縁性を有する材料から構成される。また、サブマウント部材21は、LEDチップ20のアノード電極及びカソード電極とボンディングワイヤ(図示せず)等を介して電気的に接続される電極パターン(図示せず)が形成されている。サブマウント部材21の実装面は、光反射性又は拡散反射性を有するように構成されていてもよい。LEDチップ20とサブマウント部材21とは、例えば半田や銀ペースト等により接合される。
実装基板22は、サブマウント部材21よりも更に大きなサイズの矩形板状の部材であり、サブマウント部材21の電極パターンと接続される導電パターン(図示せず)を有するプリント配線板が用いられる。導電パターンは、サブマウント部材21の電極パターンとの接続部及び外部接続用電極部(図示せず)を除き、絶縁性を有する保護層(図示せず)に覆われている。また、実装基板22は、サブマウント部材21の周縁と接触し、この接触箇所から外周方向伝熱層(図示せず)が延設され、LEDチップ20からの熱をサブマウント部材21及び伝熱層を介して放熱できるように構成される。LEDチップ20及びサブマウント部材21が実装基板22上に実装された後、これらを覆うように実装基板22上に透光性カバー24がシリコーン樹脂又はエポキシ樹脂等の接着剤(図示せず)によって固定される。
赤色発光部2Rは、図2(c)に示すように、白色発光部2Wの透光性カバー24との間に僅かに隙間が設けられるように赤色被覆部材26Rをドーム形状に形成することで構成される。赤色被覆部材26Rは、シリコーン樹脂などの透光性樹脂(例えば、信越化学工業社製のKE106)に赤色蛍光体(例えば、CASN蛍光体(CaAlSiN:Eu等))を所定濃度(30wt%)含有させた材料から構成される。したがって、赤色発光部2Rは、白色光を赤色蛍光体で波長変換することで、赤色光を出射することができる。
緑色発光部2Gは、図2(d)に示すように、白色発光部2Wの透光性カバー24との間に僅かに隙間が設けられるように緑色被覆部材26Gをドーム形状に形成することで構成される。緑色被覆部材26Gは、シリコーン樹脂等の透光性樹脂に緑色蛍光体(例えば、CSO蛍光体(CaSc:Ce等))を所定濃度(30wt%)含有させた材料から構成される。したがって、緑色発光部2Gは、白色光を緑色蛍光体で波長変換することで、緑色光を出射することができる。
基板1上面の後端部の左側には、図3(a)に示すように、各発光部2W,2R,2Gのカソード電極と配線パターン(図示せず)を介して接続される陰極コネクタ10が設けられている。陰極コネクタ10の一端(左端)には、外部の点灯装置(図示せず)に接続される電源コネクタ12(例えば、日本圧着端子製造社製のELR−04NVF)からの4本のリード線12Aのうちの1本が接続される。また、陰極コネクタ10の他端(右端)からは、同じ発光色の発光部同士を同一系統として3系統の配線パターンが分岐しており、各配線パターンには、2個の白色発光部2W、4個の赤色発光部2R、2個の緑色発光部2Gがそれぞれ直列に接続される。
基板1前面の上端部の右側には、図3(a)に示すように、各発光部2W,2R,2Gのアノード電極と配線パターンを介して接続される陽極コネクタ11が設けられている。陽極コネクタ11の一端(右端)には、電源コネクタ12からの4本のリード線12Aのうちの3本が接続される。また、陽極コネクタ11の他端(左端)には、各発光部2W,2R,2Gに接続される3系統の配線パターンが接続される。すなわち、LEDユニット2は、白色発光部2Wの直列回路と、赤色発光部2Rの直列回路と、緑色発光部2Gの直列回路とを並列に接続して構成される。したがって、本実施形態では、白色発光部2W、赤色発光部2R、緑色発光部2Gを各々点灯駆動させることで、各発光部2W,2R,2Gからの光を混色させて出射光の光色を可変し、様々な光色を発光させることができる。
ベース3は、図2(a)に示すように、例えばアルミダイキャスト製の円盤形状の部材で構成され、その前面には、2つの第1の取付孔30A、3つの第2の取付孔30B、4つ(図示では3つ)の第3の取付孔30Cがベース3の内周縁に沿って貫設されている。
第1の取付孔30Aは、後述する照明器具の器具本体7に本実施形態を取り付けるために用いられる。具体的には、前方から各取付孔30Aに取付ねじ(図示せず)を挿入し、器具本体7に設けられた雌ねじ部(図示せず)に締め付けることで、本実施形態を器具本体7に取り付けることができる。なお、ベース3前面における各取付孔30Aが設けられた箇所には、取付ねじの頭部が前方に突出しないように、後方に窪んだ平面視半円形状の窪み部31がそれぞれ設けられている。
第2の取付孔30Bは、後述するカバー5にベース3を取り付けるために用いられる。具体的には、後方から各取付孔30Bに取付ねじ(図示せず)を挿入し、カバー5に設けられた雌ねじ部53(図1(d)参照)に締め付けることで、ベース3とカバー5とを結合することができる。なお、ベース3後面における各取付孔30Bが設けられた箇所には、取付ねじの頭部が後方に突出しないように、前方に窪んだ平面視半円形状の窪み部32がそれぞれ設けられている。
第3の取付孔30Cは、後述するホルダ4にベース3を取り付けるために用いられる。具体的には、後方から各取付孔30Cに取付ねじ(図示せず)を挿入し、ホルダ4に設けられた雌ねじ部(図示せず)に締め付けることで、ベース3とホルダ4とを結合することができる。なお、ベース3後面における各取付孔30Cが設けられた箇所には、取付ねじの頭部が後方に突出しないように、前方に窪んだ平面視円形状の窪み部(図示せず)が設けられている。
ベース3の下部には、電源コネクタ12のリード線12Aを逃がすために、上方に窪んだ凹部33が設けられている(図2(b)参照)。また、ベース3前面における凹部33の近傍には、断面半円形状の凸部33Aが前方に突出する形で設けられている。当該凸部33Aを、ホルダ4下部の後面に設けられた断面半円形状の凹部44(図1(d)参照)に嵌合することで、ベース3とホルダ4との位置決めを行うことができる。
ベース3の前面には、矩形状の中央部を残して、その周辺部に僅かに後方に窪んだ窪み部34が形成されている。この窪み部34には、図2(a)に示すように、絶縁性を有する材料から成る第1の絶縁シート35(例えば、ルミラーシート)が載置される。更に、この第1の絶縁シート35の前面には、絶縁性を有し且つ第1の絶縁シートよりも熱伝導性の高い材料から成る矩形板状の第2の絶縁シート36(例えば、富士高分子社製のサーコンGR−HF2L)が載置される。したがって、LEDユニット2を各絶縁シート35,36を介してベース3前面に載置することで、LEDユニット2とベース3との間での電気的絶縁を図るとともに、LEDユニット2において生じる熱を放熱することができる。
ホルダ4は、例えばPBT(ポリブチレンテレフタレート)樹脂から成り、図2(a)に示すように、中央部に平面視円形状の丸孔4Aが設けられた白色の円盤形状に形成されている。この丸孔4Aの内周縁には、基板1に向かって(後方に向かって)突出する側壁43が周方向に亘って一体に形成されている。そして、LEDユニット2をベース3前面に載置し、ベース3とホルダ4とを結合することで、基板1がベース3とホルダ4との間で挟持され、LEDユニット2が保持される。このとき、LEDユニット2の各発光部2W,2R,2Gは、ホルダ4の側壁43に囲まれる空間に位置するようになっている。また、側壁43の内周面には、LEDユニット2の各発光部2W,2R,2Gから発せられる光を反射するように反射面が形成されている。
ホルダ4の左右両側部には、それぞれ第1の取付孔30Aに挿入される取付ねじを避けるための平面視半円形状の切り欠き40が設けられている。また、各切り欠き40の近傍には、それぞれ第2の取付孔30Bに挿入される取付ねじを避けるための平面視半円形状の切り欠き41が設けられている。ホルダ4前面における丸孔4Aを挟んだ上下両側には、それぞれ後述するパネル6の係止爪60が挿入される平面視矩形状の係止孔42が貫設されている。
カバー5は、ホルダ4と同様に例えばPBT樹脂から成り、図2(a)に示すように、中央部に平面視円形状の丸孔5Aが設けられた白色の円盤形状に形成されている。なお、カバー5の内側は、カバー5をホルダ4に被せる際にホルダ4が収納できるように中空構造となっている(図1(d)参照)。カバー5後面の下部には、ベース3の凹部33に嵌合する突片50が一体に形成されている。この突片50を凹部33に嵌合することで、ベース3とカバー5との位置決めを行うことができる。また、カバー5の左右両側部には、それぞれ第1の取付孔30Aに挿入される取付ねじを避けるための平面視半円形状の切り欠き51が設けられている。なお、カバー5の外面には、シボ加工が施されている。
丸孔5Aの内周縁には、内向きに突出する円環形状の載置片52が周方向に亘って一体に形成されており、当該載置片52の前面に後述するパネル6が載置される。また、載置片52の上下両側には、前方から挿入される後述のパネル6の係止爪60を逃がすために、それぞれ平面視矩形状の切り欠き52Aが設けられている。
パネル6は、例えばPC(ポリカーボネート)樹脂から半乳色の円盤状に形成され、カバー5の丸孔5Aを覆うようにしてカバー5に取り付けられる。パネル6の外面には、シボ加工が施されている。これにより、各発光部2W,2R,2Gから発せられる光がパネル6を介して外部に出射する際に、パネル6外面で拡散して出射される。パネル6の上下両側には、それぞれ後方に突出する係止爪60が一体に形成されている。したがって、パネル6をカバー5の載置片52に載置し、ホルダ4の各係止孔42に各係止爪60を挿入して係止することで、カバー5を介してパネル6とホルダ4とを結合することができる。
ここで、本実施形態では、図4に示すように、各発光部2W,2R,2Gのうち赤色発光部2Rが最も外側に位置している。この最も外側に位置する赤色発光部2Rから発せられる光は、同図の実線で示すように、その大部分はレンズ6を介して外部に出射されるが、中には側壁43に向かって出射されるものがある。この側壁43に向かう出射光は、他の発光部2W,2Gから発せられる光と混色せず、固有の光色(この場合、赤色)が目立って色ムラの原因となる虞がある。
仮に、側壁43を従来例のカバー105のように出射光を減衰させる構成とした場合、側壁43に向かう出射光が側壁43を透過して減衰するため、当該光の固有の光色が目立って色ムラとなるのを防止することはできる。しかしながら、この場合には、赤色発光部2Rから発せられる光の一部がレンズ6を介して外部に出射されないので、光取り出し効率が低下してしまう。
そこで、本実施形態では、側壁43の内周面を反射面とし、図4に示すように、出射光の方向において各発光部2W,2R,2Gの発光面の頂部よりも前方に位置するように側壁43を形成している。これにより、赤色発光部2Rから発せられて側壁43に向かう光が側壁43で反射し、レンズ6を介して外部に出射される(図4参照)。したがって、赤色発光部2Rから側壁43に向かう出射光も他の発光部2W,2Gから発せられる光と混色するため、固有の光色が目立って色ムラとなるのを防止することができる。更に、赤色発光部2Rから発せられる光が全てパネル6を介して外部に出射されるので、従来例のように光取り出し効率が低下するのを防ぐこともできる。特に、本実施形態では、照射範囲の中心部が白っぽくなるのを防止することができるとともに、照射範囲の外周に赤い輪郭ができるのを防止することができる。
上述のように、本実施形態では、各発光部2W,2R,2Gのうち外側に位置する各赤色発光部2Rから出射される光を側壁43で反射させ、パネル6に集光させている。これにより、光取り出し効率を低下させることなく出射光の色ムラを低減することができる。なお、本実施形態では、各赤色発光部2Rを各発光部2W,2R,2Gのうち最も外側に配置しているが、他の発光部2W,2Gを最も外側に配置してもよい。
なお、本実施形態では、図4に示すように、パネル6は、その径寸法が側壁43で囲まれる空間の径寸法よりも大きくなるように形成されている。これにより、パネル6を介して外部に出射される光の出射角を大きくすることができ、照射範囲を広げることができる。また、本実施形態では、図4に示すように、後方から前方に向かうにつれて外向きに傾斜する傾斜部43Aを側壁43の前端部に設けている。これにより、側壁43で反射せずにパネル6を介して外部に出射される光の出射角を大きくすることができるので、より照射範囲を広げることができる。また、本実施形態では、既に述べたように、パネル6の外面にはシボ加工を施しており、各発光部2W,2R,2Gから発せられる光を拡散して外部に出射できるようにしている。これにより、照射範囲における色ムラを低減することができる。
以下、本発明に係る照明器具の実施形態について図面を用いて説明する。なお、以下の説明では、図5(b)における上方向を後方向、下方向を前方向と定めるものとする。本実施形態は、図5(a),(b)に示すように、上記実施形態の可変色発光装置A1と、可変色発光装置A1を保持する円柱形状の器具本体7とを備えた所謂ダウンライトである。
器具本体7の前端部には、前面が開口した円筒形状の枠体70が一体に形成されており、器具本体7の外周面には、複数の放熱フィン71が周方向に亘って一体に形成されている。器具本体7の内部には、図示しないが可変色発光装置A1を取り付けるための雌ねじ部が設けられている。したがって、可変色発光装置A1の第1の取付孔30A(図1(a)参照)に前方から取付ねじを挿入し、器具本体7の雌ねじ部に締め付けることで、可変色発光装置A1が図5(a),(b)に示す形で器具本体7に取り付けられる。
枠体70の内周面は、後方から前方に向かうにつれて開口の径寸法が大きくなるように傾斜しており、当該傾斜面が各発光部2W,2R,2Gから発せられる光を反射する反射部70Aとなっている。枠体70の開口周縁には、外向きに突出する外鍔部70Bが周方向に亘って一体に形成されている。また、枠体70の外周面には、天井(図示せず)に器具本体7を固定するために用いられる複数(本実施形態では3つ)の取付ばね8が周方向に沿って等間隔に設けられている。
以下、本実施形態を天井に取り付ける方法について簡単に説明する。先ず、各取付ばね8を器具本体7の側面に押し付けた状態で、天井に設けられた取付孔(図示せず)に器具本体7を挿入する。そして、枠体70の外鍔部70Bが取付孔の周縁に当接するまで器具本体7を取付孔に押し込むと、各取付ばね8が器具本体7の側面から離れる向きに開く。すると、各取付ばね8が取付孔の周縁に弾性的に接触し、各取付ばね8と枠体70の外鍔部70Bとの間で天井を挟持することにより、本実施形態が天井に取り付けられる。
上述のように、本実施形態では、可変色発光装置A1を用いることで、光取り出し効率を低下させることなく装置の端部の色ムラを低減することができる。
1 基板
2 LEDユニット
2W 白色発光部
2R 赤色発光部
2G 緑色発光部
4 ホルダ
4A 丸孔
43 側壁
6 パネル

Claims (4)

  1. 発光ダイオードを光源とする1乃至複数の発光部を1組として互いに異なる光色を有する複数組の前記発光部を基板に実装して成るLEDユニットと、前記LEDユニットを保持し且つ前記各発光部を外部に望ませる孔を有するホルダと、前記ホルダの前記孔を覆って前記各発光部からの出射光を透過させるパネルとを備え、前記ホルダには、前記孔の周縁から前記基板に向けて突出し且つ前記各発光部から発せられる光を反射する側壁が周方向に亘って設けられ、前記側壁は、前記出射光の方向において前記各発光部の発光面の頂部よりも前方に位置するように形成されることを特徴とする可変色発光装置。
  2. 前記パネルは、その径寸法が前記側壁で囲まれる空間の径寸法よりも大きくなるように形成されることを特徴とする請求項1記載の可変色発光装置。
  3. 前記パネルには、前記各発光部から出射する光を拡散させる拡散処理が施されることを特徴とする請求項1又は2記載の可変色発光装置。
  4. 請求項1乃至3の何れか1項に記載の可変色発光装置と、前記可変色発光装置を保持する器具本体とを備えることを特徴とする照明器具。
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