JP2014007157A

JP2014007157A - 発光ダイオード光源装置

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Publication number: JP2014007157A
Application number: JP2013129232A
Authority: JP
Inventors: Zong-Huan Cai; 蔡宗桓
Original assignee: Macroblock Inc
Current assignee: Macroblock Inc
Priority date: 2012-06-22
Filing date: 2013-06-20
Publication date: 2014-01-16
Also published as: EP2677231A1; TWI506228B; TW201400759A

Abstract

【課題】放熱と完全照明とのバランスをとることができるＬＥＤ光源装置を提供すること。
【解決手段】発光ダイオード（ＬＥＤ）光源装置は、パワーモジュールを備える光源ホルダと、ＬＥＤモジュールと、シールドとを有する。光源ホルダ上に設けられたＬＥＤモジュールはパワーモジュールと電気的に接続されている。光源ホルダ上に設けられたシールドは、ＬＥＤモジュールを覆っている。シールドの材料は固体である。シールドは、上部と、側部と、収容空間と、互いに対向する内側粗面および外側面とを備える。シールドを構成する組成物は、光拡散粉体を含有する。側部は、光源ホルダに接続されている。上部の厚さは、側部の厚さよりも大きい。シールドの厚さは、側部から上部に向かって実質的かつ徐々に増大している。ＬＥＤモジュールは、収容空間に位置し、内側粗面は、収容空間に臨んでいる。
【選択図】図２

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）光源装置、特に、完全照明に適したＬＥＤ光源装置に関する。

ＬＥＤは、光を放出することができる半導体ユニットである。電流がＬＥＤを通過する際に、ＬＥＤ内において電子と正孔とが互いに結合し、電子発光理論に基づいて単色光を放出する。近年、ＬＥＤ技術の急速な発展により、ＬＥＤは、一般的な室内照明に広く使用されている。例えば、ＬＥＤモジュールが電球内に設けられ、ＬＥＤモジュールを点灯すると、ＬＥＤモジュールは、室内照明するための光を放出する。従来の白熱電球と比較して、ＬＥＤ電球は、低電力消費、長寿命、小型であり、応答性が速い。したがって、ＬＥＤ電球は、照明装置の未来の主流として、従来の白熱電球に取って代わった。

一般的に、ＬＥＤのパワーが大きくなるほど、より多くの熱を発生する。また、熱がＬＥＤから効率的に取り除かれないと、ＬＥＤの温度は急速に上昇して、ＬＥＤの寿命と照射効率とに深刻な影響を与える。したがって、従来、より大きなパワーを有するＬＥＤ電球は、放熱構造を備える。放熱構造は、ＬＥＤと熱的に接触することにより、ＬＥＤによって発生した熱を適切に取り除くことができる。

さらに、白熱電球の従来のタングステンフィラメントと比較して、ＬＥＤの照明源の面積は小さい。すなわち、ＬＥＤの光分布は、より狭い範囲に集中する。したがって、従来、ＬＥＤを照明に使用する際には、光を拡散させるために、ＬＥＤモジュール上に、レンズや拡散シールドを設け、これにより、光の照射角を増大させている。しかしながら、複数のレンズや拡散シールドを設けると、ＬＥＤによって放出された光が、複数の媒体（複数のレンズや拡散シールド）を透過する必要があり、照射エネルギーが低下して、光エネルギーが大幅に損失する。さらに、従来、ＬＥＤ電球の照射角を増大するために、拡散シールドの容積を大きくして、拡散シールドの形状が球形の３／４の形状から全球状となるようにしている。しかしながら、上記の方法では、ＬＥＤ電球の全長は固定されているので、拡散シールドの容積を大きくすると、一方で、放熱構造の容積を小さくする必要がある。したがって、放熱構造の容積を小さくすると、ＬＥＤ電球の放熱効率も低下する。また、照射角を増大させるべく拡散シールドの容積を大きくすると、ＬＥＤ電球の輝度（明度）が低下し、寿命が短くなるおそれもある。

要約すれば、従来のＬＥＤ電球では、放熱と広い照射角とのバランスをとることができないという問題がある。そこで、本来の放熱効率に影響を及ぼすことなく、広い照射角を有するＬＥＤ電球に対するニーズが存在する。

上記の問題に鑑み、本発明は、放熱と完全照明とのバランスをとることができないという問題を解決するために、発光ダイオード（ＬＥＤ）光源装置を提供することにある。

本発明の１つの実施形態は、光源ホルダと、ＬＥＤモジュールと、シールドとを有するＬＥＤ光源装置を提供する。光源ホルダは、パワーモジュールを備える。光源ホルダ上に設けられたＬＥＤモジュールは、パワーモジュールと電気的に接続され、光を放出するようになっている。光源ホルダ上に設けられたシールドは、ＬＥＤモジュールを覆っている。シールドの材料は固体である。シールドは、上部と、側部と、収容空間（ａｃｃｏｍｍｏｄａｔｉｎｇｓｐａｃｅ）と、互いに対向する内側粗面および外側面とを備える。シールドを構成する組成物は、光拡散粉体を含有する。側部は、光源ホルダに接続されている。上部の厚さは、側部の厚さよりも大きい。シールドの厚さは、側部から上部に向かって実質的（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）かつ徐々（ｇｒａｄｕａｌｌｙ）に増大している。ＬＥＤモジュールは、収容空間内に位置し、内側粗面は、収容空間に臨んでいる。

本発明の１つの実施形態は、光源ホルダと、ＬＥＤモジュールと、シールドとを有するＬＥＤ光源装置を提供する。光源ホルダは、パワーモジュールを備える。光源ホルダ上に設けられたＬＥＤモジュールは、パワーモジュールと電気的に接続されている。ＬＥＤモジュールは、光を放出するようになっている。光源ホルダ上に設けられたシールドは、ＬＥＤモジュールを覆っている。材料が固体のシールドは、上部と、側部と、収容空間と、互いに対向する内側面および外側粗面とを備える。シールドを構成する組成物は、光拡散粉体を含有する。側部は、光源ホルダに接続されている。上部の厚さは、側部の厚さよりも大きい。シールドの厚さは、側部から上部に向かって実質的かつ徐々に増大している。ＬＥＤモジュールは、収容空間内に位置し、内側面は、ＬＥＤモジュールに臨んでいる。

本発明の１つの実施形態は、光源ホルダと、ＬＥＤモジュールと、シールドとを有するＬＥＤ光源装置を提供する。光源ホルダは、パワーモジュールを備える。光源ホルダ上に設けられたＬＥＤモジュールは、パワーモジュールと電気的に接続され、光を放出するようになっている。光源ホルダ上に設けられたシールドは、ＬＥＤモジュールを覆っている。材料が固体のシールドは、上部と、側部と、収容空間と、互いに対向する内側粗面および外側粗面とを備える。シールドを構成する組成物は、光拡散粉体を含有する。側部は、光源ホルダに接続されている。上部の厚さは、側部の厚さよりも大きい。シールドの厚さは、側部から上部に向かって実質的かつ徐々に増大している。ＬＥＤモジュールは、収容空間内に位置し、内側粗面は、ＬＥＤモジュールに臨んでいる。

要約すれば、シールドの厚さは、側部から上部に向かって増大している。従来と比較して、本発明の実施形態に係るＬＥＤ光源装置では、シールドの厚さは、上部の厚さが側部の厚さより大きくなるように設定されている。さらに、シールドの材料（シールドを構成する組成物）は、光拡散粉体を含有する。シールドは、内側粗面または外側粗面を備える。１つの実施形態では、シールドは、同時に内側粗面および外側粗面を備える。非平滑面である内側粗面および外側粗面は、光を拡散させるのに有益である。ＬＥＤモジュールがシールドを介して光を放出する際に、シールドは、光を拡散させることにより、光の照射角を増大させる。

したがって、放熱と広い照射角とのバランスをとることができる。さらに、光源ホルダの容積を減少させることなく、シールドの形状を半球状と球形の３／４の形状との間の形状にすることができ、ＬＥＤ光源装置は、完全照明の効果を達成する（すなわち、光は、ＬＥＤ光源装置の全方位にわたって照明する）。

本発明は、例示のためだけに、本明細書中に記載された詳細な説明から十分に理解されるが、詳細な説明の記載に制限されるものではない。

本発明の第１実施形態に係るＬＥＤ光源装置の概略斜視図である。本発明の第１実施形態に係るＬＥＤ光源装置の概略分解図である。本発明の第１実施形態に係るシールドの概略断面図である。本発明の第２実施形態に係るシールドの概略断面図である。本発明の第２実施形態に係るシールドの概略斜視図である。本発明の第３実施形態に係るシールドの概略斜視図である。本発明の第４実施形態に係るシールドの概略断面図である。本発明の第４実施形態に係るシールドの概略斜視図である。本発明の第５実施形態に係るシールドの概略斜視図である。本発明の第６実施形態に係るシールドの概略断面図である。本発明の第７実施形態に係るシールドの概略断面図である。

以下の実施形態では、説明を目的として、多数の詳細な内容が、開示された実施形態の完全な理解を提供するために記載される。しかしながら、１つ以上の実施形態が詳細な内容を伴わずに実施し得ることは明らかになるであろう。その他、周知な構造および装置は、図面を簡素化するために模式的に示される。

本発明の１つの実施形態は、照明用の光を放出するようになっているＬＥＤ光源装置を提供する。

以下、図１および図２を参照する。図１は、本発明の第１実施形態に係るＬＥＤ光源装置の概略斜視図である。図２は、本発明の第１実施形態に係るＬＥＤ光源装置の概略分解図である。本実施形態では、ＬＥＤ光源装置１００は、光源ホルダ２００と、回路基板３００と、複数のＬＥＤモジュール３１０と、シールド４００とを有する。回路基板３００は、光源ホルダ２００上に設けられている。ＬＥＤモジュール３１０は、回路基板３００上に設けられ、ＬＥＤモジュール３１０と回路基板３００とは、互いに電気的に接続されている。光源ホルダ２００上に設けられたシールド４００は、ＬＥＤモジュール３１０を覆っている。本実施形態では、ＬＥＤモジュール３１０の数は４つであるが、これに限定されない。他の実施形態では、ＬＥＤモジュール３１０の数は、実際の要求に応じて調整され、ＬＥＤモジュール３１０の数は、１以上の正の整数である。

本実施形態および他の実施形態では、光源ホルダ２００は、パワーモジュール２１０とコネクタ２２０とを備える。コネクタ２２０は、外部電源（図示せず）から電気エネルギー（電気）を受け取るようになっている。パワーモジュール２１０は、コネクタ２２０からの電気エネルギーを、ＬＥＤモジュール３１０によって使用可能な種類の電気エネルギーに変換する。さらに、パワーモジュール２１０は、電気エネルギーをＬＥＤモジュール３１０に送信する。

本実施形態および他の実施形態では、回路基板３００は、パワーモジュール２１０に電気的に接続されている。回路基板３００は、パワーモジュール２１０からの電気エネルギーを受け取り、電気エネルギーをＬＥＤモジュール３１０に送信するようになっており、これにより、ＬＥＤモジュール３１０は、シールド４００に向かって光を放出する。

以下、図２および図３を参照して、シールド４００の構造について説明する。図３は、本発明の第１実施形態に係るシールドの概略断面図である。シールド４００の材料は固体であり、シールド４００の形状は、半球状と球形の３／４の形状との間の形状である。シールド４００は、上部４１０と、側部４２０と、内側粗面４３０と、外側面４４０と、収容空間４７０とを備える。側部４２０は、光源ホルダ２００に接続されている。上部４１０の厚さは、側部４２０の厚さよりも大きい。すなわち、シールド４００の厚さは、側部４２０から上部４１０に向かって実質的かつ徐々に増大している。内側粗面４３０と外側面４４０とは互いに対向している。内側粗面４３０は、光の照射角を増大させるように、収容空間４７０から放出された光を拡散させるようになっている。本実施形態では、内側粗面４３０は、非平滑面である。光が内側粗面４３０を透過する際に、光は、内側粗面４３０によって異なる方向に屈折させられ、光の照射角を増大させる。さらに、他の実施形態では、内側粗面４３０は、光を屈折させる微小構造を備える面であってもよく、内側粗面４３０の粗さを調整するようにしてもよい。これにより、光の拡散が増大する。

収容空間４７０は、ＬＥＤモジュール３１０を収容するようになっている。さらに、シールド４００を構成する組成物は、光拡散粉体を含有する。ＬＥＤモジュール３１０によって放出された光がシールド４００を透過する際に、光拡散粉体を含有するシールド４００は、光を効果的に拡散させるのに有益であり、これにより、光の照射角を増大させる。

本実施形態および他の実施形態では、シールド４００は、上部４１０に位置する中心軸４１２を備える。シールド４００の厚さは、中心軸４１２から側部４２０に向かって、全周方向において実質的かつ徐々に減少している。

本発明では、「シールド４００の厚さが、中心軸４１２から側部４２０に向かって実質的かつ徐々に減少している。」とは、肉眼で見た場合に、シールド４００の厚さが、側部４２０から上部４１０に向かって徐々に増大していることを意味する。上部４１０の厚さは、側部４２０の厚さよりも大きい。そして、ＬＥＤモジュール３１０によって放出された光は、内側粗面４３０を介してシールド４００の収容空間４７０から外部に向かって照射され、これにより、光は、内側粗面４３０によって拡散する。ところで、シールド４００の上部４１０の曲率の変化量は、側部４２０の曲率の変化量よりも大きく、そのため、光の屈折角も上部４１０においてより大きい。したがって、光は、側部４２０に向かって拡散する。上部４１０と比較して、側部４２０の厚さはより薄い。そして、シールド４００の側部４２０の曲率の変化量がより小さいので、ＬＥＤモジュール３１０によって放出された光がシールド４００の内部から外部に向かって照射される際に、側部４２０は、光の輝度（明度）を増大させることができる。したがって、シールド４００の厚さを調整することにより、シールド４００は、ＬＥＤモジュール３１０の照射角を増大させて、ＬＥＤ光源装置１００の完全照明（全方位にわたる照明）を達成することができる。

以下、シールドの他の構造のタイプについて説明する。しかしながら、内側粗面４３０の上記構造は、本発明を限定するものではない。本発明の内側粗面４３０は、他の実施形態において異なる形状および構造を有してもよいが、本発明の同様の効果を達成する。以下、図４Ａおよび図４Ｂを参照する。図４Ａは、本発明の第２実施形態に係るシールドの概略断面図であり、図４Ｂは、本発明の第２実施形態に係るシールドの概略斜視図である。本実施形態の構造は、上記実施形態と同様であるので、同一の符号は、同様の構造を示す。第１実施形態と比較して、本実施形態では、シールド４０２の内側粗面４３０は、さらに、複数の互いに隣接する環状溝（ｃｉｒｃｕｌａｒｇｒｏｏｖｅ）４３８を備える。光が環状溝４３８を透過する際に、光は、環状溝４３８によって異なる方向に屈折させられる。すなわち、環状溝４３８は、シールド４０２の外部に向かって光を拡散させる。したがって、本実施形態では、シールド４０２は、光の照射角も増大させる。

以下、本発明の第３実施形態に係るシールドの概略斜視図である図５を参照する。本実施形態の構造は、上記実施形態と同様であるので、同一の符号は、同様の構造を示す。シールド４０３の内側粗面４３０は、複数の凹曲面（ｃｏｎｃａｖｅｓｕｒｆａｃｅ）４３４を備え、凹曲面４３４は、シールド４０３の収容空間４７０から凹没して形成されている。かかる構造により、光が収容空間４７０から放出され、凹曲面４３４を通過する際に、光は、凹曲面４３４の構造によっても拡散する。

以下、図６Ａおよび図６Ｂを参照する。図６Ａは、本発明の第４実施形態に係るシールドの概略断面図であり、図６Ｂは、本発明の第４実施形態に係るシールドの概略斜視図である。本実施形態の構造は、上記実施形態と同様であるので、同一の符号は、同様の構造を示す。本実施形態では、シールド４０４の内側粗面４３０は、複数の環状リブ（ｃｉｒｃｕｌａｒｒｉｂ）４３６を備える。環状リブ４３６は互いに隣接し、収容空間４７０に向かって突出している。したがって、光が収容空間４７０から環状リブ４３６に向かって放出される際に、光は、それに基づいて屈折させられる。すなわち、環状リブ４３６は、光の光路を調整することにより、光の照射角を増大させる。他の実施形態では、環状リブ４３６は、微小構造のアレイであり、微小構造のアレイも光を拡散させる。

以下、本発明の第５実施形態に係るシールドの概略斜視図である図７を参照する。本実施形態の構造は、上記実施形態と同様であるので、同一の符号は、同様の構造を示す。本実施形態では、シールド４０５の内側粗面４３０は、複数の凸曲面（ｒｏｕｎｄｓｕｒｆａｃｅ）４３２を備え、凸曲面４３２は、収容空間４７０に向かって突出している。本実施形態では、凸曲面４３２は、双曲面（ｈｙｐｅｒｂｏｌｏｉｄＳｕｒｆａｃｅ）、半球状面または長円状面（卵形状面）であるが、凸曲面４３２の形状および数は、本発明を限定するものではない。

上記の５つの実施形態では、シールドは、それぞれ、異なる形状の内側粗面を備えることにより、光を拡散させる。以下、外側面が粗面であるいくつかの実施形態について説明する。本発明の第６実施形態に係るシールドの概略断面図である図８を参照する。本実施形態の構造は、上記実施形態と同様であるので、同一の符号は、同様の構造を示す。第１実施形態と比較して、第１実施形態と本実施形態との主な差異は、本実施形態のシールド４０６が、互いに対向する内側面４５０および外側粗面４６０を備える点にある。内側面４５０は、収容空間４７０に臨んでいる。外側粗面４６０は、収容空間４７０から放出された光を拡散させるようになっている。本実施形態では、外側粗面４６０は、非平滑面である。光が外側粗面４６０を透過する際に、光は、外側粗面４６０によって異なる方向に屈折させられ、光の照射角を増大させる。他の実施形態では、外側粗面４６０は、光を拡散させることができる微小構造を備える面であってもよく、外側粗面４６０の粗さが光の拡散を増大させるべく調整されてもよい。例えば、外側粗面４６０の微小構造は、凸曲面（すなわち、隆起部）、凹曲面（すなわち、切欠き）、環状リブまたは環状溝（図示せず）である。微小構造の光拡散によって、シールド４０６も光拡散の効果を達成する。

以下、本発明の第７実施形態に係るシールドの概略断面図である図９を参照する。本実施形態の構造は、第１および第６実施形態と同様であるので、同一の符号は、同様の構造を示す。第１実施形態と比較して、第１実施形態と本実施形態との主な差異は、本実施形態のシールド４０７が互いに対向する内側粗面４３０および外側粗面４６０を備える点にある。内側粗面４３０は、収容空間４７０に臨んでいる。外側粗面４６０は、光を拡散させ、完全照明をより確実にするのに有益な非平滑面である。他の実施形態では、内側粗面４３０および外側粗面４６０は、それぞれ、複数の微小構造を備える面である。例えば、微小構造は、凸曲面、凹曲面、環状リブまたは環状溝（図示せず）である。微小構造の光拡散によって、シールド４０７も光拡散の効果を達成する。

明確に理解するために、本発明の全ての図では、シールド４００、４０２〜４０７、内側粗面４３０、凸曲面４３２、凹曲面４３４、環状リブ４３６、環状溝４３８および外側粗面４６０のサイズおよび厚さは、実際の比率にしたがって描かれていない。

要約すると、ＬＥＤ光源装置は、光の照射角を増大させるために、厚さの異なるシールドを有する。したがって、従来と比較して、本発明の実施形態に係るＬＥＤ光源装置では、シールドの厚さは、上部の厚さが側部の厚さよりも大きくなるように調整されている。さらに、シールドの材料は、光拡散粉体を含有する。シールドは、内側粗面または外側粗面を備える。１つの実施形態では、シールドは、同時に内側粗面および外側粗面を備える。非平滑面である内側粗面および外側粗面は、光を拡散させるのに有益である。ＬＥＤモジュールがシールドを介して光を放出する際に、シールドは、光を拡散させることにより、光の照射角を増大させる。したがって、放熱と広い照射角とのバランスをとることができる。さらに、光源ホルダの容積を減少させることなく、シールドの形状を半球状と球形の３／４の形状との間の形状とすることで、ＬＥＤ光源装置は、完全照明の効果を達成する（すなわち、光は、ＬＥＤ光源装置の全方位にわたって照明する）。

Claims

パワーモジュールを備える光源ホルダと、
前記光源ホルダ上に設けられ、前記パワーモジュールと電気的に接続され、光を照射するようになっている発光ダイオード（ＬＥＤ）モジュールと、
前記光源ホルダ上に設けられ、前記ＬＥＤモジュールを覆うシールドとを有し、
前記シールドの材料が固体であり、
前記シールドは、上部と、側部と、収容空間と、互いに対向する内側面および外側面とを備え、
前記シールドを構成する組成物は、光拡散粉体を含有し、
前記側部は、前記光源ホルダに接続され、
前記上部の厚さは、前記側部の厚さよりも大きく、
前記シールドの厚さは、前記側部から前記上部に向かって実質的かつ徐々に増大し、
前記ＬＥＤモジュールは、前記収容空間内に位置し、
前記内側面は、前記収容空間に臨んでおり、
前記内側面および前記外側面のうちの少なくとも一方が粗面で構成されていることを特徴とするＬＥＤ光源装置。
前記シールドの形状は、半球状と球形の３／４の形状との間の形状である請求項１に記載のＬＥＤ光源装置。
前記シールドは、前記上部に位置する中心軸を備え、前記シールドの厚さは、前記中心軸から前記側部に向かって実質的かつ徐々に減少している請求項１または２に記載のＬＥＤ光源装置。
前記内側面は、前記粗面で構成される内側粗面である請求項１ないし３のいずれかに記載のＬＥＤ光源装置。
前記内側粗面は、複数の凸曲面を備え、前記複数の凸曲面は、前記収容空間に臨んでいる請求項４に記載のＬＥＤ光源装置。
前記内側粗面は、複数の凹曲面を備える請求項４に記載のＬＥＤ光源装置。
前記内側粗面は、複数の互いに隣接する環状リブを備える請求項４に記載のＬＥＤ光源装置。
前記内側粗面は、複数の互いに隣接する環状溝を備える請求項４に記載のＬＥＤ光源装置。
前記外側面は、前記粗面で構成される外側粗面である請求項１ないし８のいずれかに記載のＬＥＤ光源装置。
前記外側粗面は、複数の凸曲面を備える請求項９に記載のＬＥＤ光源装置。