JP2014146509A

JP2014146509A - Ｌｅｄランプ

Info

Publication number: JP2014146509A
Application number: JP2013014502A
Authority: JP
Inventors: Atsuji Nakagawa; 敦二中川; Tomohiko Inoue; 智彦井上
Original assignee: Phoenix Electric Co Ltd
Current assignee: Phoenix Electric Co Ltd
Priority date: 2013-01-29
Filing date: 2013-01-29
Publication date: 2014-08-14

Abstract

【課題】複数のＬＥＤから発生する熱を効率的に放熱することができ、かつ、一般的な回転曲面で規定された光反射面を有する凹面鏡を用いても配光の問題が少ないＬＥＤランプを提供する。
【解決手段】ＬＥＤランプ１０を、光反射面２６および出光開口２７を有する凹面鏡１２と、凹面鏡１２の内側に収容されたＬＥＤユニット１４とで構成する。さらに、ＬＥＤユニット１４を、複数のＬＥＤ２８と、複数のＬＥＤ２８が互いに背中合わせで取り付けられた複数のＬＥＤ取付面３１を有しており、一端部３０ａが凹面鏡１２の内側底部に取り付けられることによって複数のＬＥＤ２８を凹面鏡１２の内側における所定の位置で保持するＬＥＤ保持部材３０とで構成し、複数のＬＥＤ取付面３１を、ＬＥＤ保持部材３０の一端部３０ａから他端部３０ｂに向けて互いの間隔が狭まるように形成することにより上記課題を解決できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハロゲン照明に代表される白熱電球の代替として使用されるＬＥＤランプに関する。

従来の電球に比べて、消費電力が低く、かつ、長寿命といった長所を有する発光ダイオード（以下、「ＬＥＤ」という。）は、需要者のエコロジー意識の高まりとともに、省エネ対策のひとつとしてその使用範囲が急速に広まっており、白熱電球の代替としてＬＥＤを使用することは一般的になりつつある。

このような流れを受けて、例えば、白熱電球の一種であるハロゲン電球に対しても、代替としてＬＥＤを使用したいという要望が高まってきている。従来は自動車のヘッドライトにも採用されていたことからもわかるように、ハロゲン電球から放射される全光束は一般的な白熱電球に比べて非常に多い。このため、ハロゲン電球を備えるハロゲン照明の代替となり得るようなＬＥＤランプを構成するためには、複数のＬＥＤを用いることによってＬＥＤランプから放射される全光束を増加させる必要がある。

そこで、２つのＬＥＤの背面（光が放射される面とは反対の面）同士を互いに向かい合わせにして、凹面鏡の内側空間に配置したＬＥＤランプが開発されている（例えば、特許文献１の図２および図４）。

特開２００７−１０１７３２号公報

しかしながら、このような従来のＬＥＤランプには大きく２つの問題があった。１つ目の問題は、複数のＬＥＤを同時に点灯させることによって発光中のＬＥＤから生じる熱量が多くなることから、効率的な放熱が求められるという問題である。２つ目は、凹面鏡の光反射面を回転放物面や回転楕円面といった「焦点」を有する一般的な回転曲面で規定する場合、すべてのＬＥＤの位置を当該焦点に応じて配置することができなくなり、ハロゲン電球を当該焦点に一致させた従来のハロゲン照明の配光と大きく異なった配光になるおそれがあるという問題である。

特許文献１に記載された技術は、上記２つ目の問題に着目したものである。すなわち、凹面鏡の光反射面を複数の分割回転曲面で規定し、各分割回転曲面の焦点がそれぞれ対応するＬＥＤの位置に一致するように各分割回転曲面を形成することにより、ＬＥＤの位置が焦点に応じた位置からずれてしまう問題を回避している。

ところが、特許文献１に記載されているような光反射面を有する凹面鏡を実際に加工形成することは非常に難しく、仮に加工形成できたとしても、コストが割高になってしまうという別の問題を誘引するおそれがあった。また、上記１つ目の問題を解決することができていなかった。

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みて開発されたものである。それゆえに本発明の主たる課題は、複数のＬＥＤから発生する熱を効率的に放熱することができ、かつ、一般的な回転曲面で規定された光反射面を有する凹面鏡を用いても配光の問題が少ないＬＥＤランプを提供することにある。

請求項１に記載した発明は、
内側表面に形成された光反射面および出光開口を有する凹面鏡と、
前記凹面鏡の内側に収容されたＬＥＤユニットとを備えるＬＥＤランプであって、
前記ＬＥＤユニットは、
複数のＬＥＤと、
前記複数のＬＥＤが互いに背中合わせで取り付けられた複数のＬＥＤ取付面を有しており、一端部が前記凹面鏡の内側底部に取り付けられることによって前記複数のＬＥＤを前記凹面鏡の内側における所定の位置で保持するＬＥＤ保持部材とを有しており、
前記複数のＬＥＤ取付面は、前記ＬＥＤ保持部材の前記一端部から他端部に向けて互いの間隔が狭まるように形成されているＬＥＤランプである。

このように、凹面鏡の内側底部に取り付けられたＬＥＤ保持部材の一端部から他端部に向けて互いの間隔が狭まるように複数のＬＥＤ取付面を形成することにより、ＬＥＤ保持部材の断面形状における幅（厚さ）が他端部から一端部にかけて厚く形成されることになる。ＬＥＤ保持部材の一端部は、凹面鏡の内側底部に取り付けられているので、各ＬＥＤの発光中に生じた熱は厚く形成された当該一端部を経由して凹面鏡に伝達され易くなることから、放熱がより効率的に実施される。

ところで、図６に示すように（（ａ）は面発光型ＬＥＤを示し、（ｂ）は砲弾型ＬＥＤを示す）、一般に、ＬＥＤから放射される光は所定の放射角θを有しており、この放射角θは、現実の発光位置Ｒではなく、当該発光位置Ｒよりも背面側に位置する仮想発光点Ｖをあたかも基点とするような角度である。すなわち、ＬＥＤから放射される光は、あたかも当該仮想発光点Ｖを光源として放射された光であるかのように見える。

ＬＥＤ取付面を上述のように形成することにより、各ＬＥＤ取付面に取り付けられた各ＬＥＤの仮想発光点が互いに同一の位置、あるいは、互いにより近い位置に寄せ集められる（図３の（ａ）［従来のもの］、および（ｂ）［本発明を適用したもの］に示した両ＬＥＤの仮想発光点Ｖ１、Ｖ２の間の距離は、ＬＥＤ保持部材の一端部側の厚さを同じにした場合、従来のもの（Ｄ１）よりも本発明を適用したもの（Ｄ２）の方が短い（Ｄ１＞Ｄ２））。これにより、複数のＬＥＤからの光があたかも１つの仮想発光点から放射されているような状態に近づくので、光反射面が「一般的な回転曲面」で規定されている場合であっても、互いにより近い位置に寄せられた各仮想発光点Ｖ１、Ｖ２の中心に当該回転曲面の焦点Ｆが位置するように各ＬＥＤを位置決めすることにより、従来のハロゲン電球を焦点に一致させた場合の配光により近い配光を得ることができる。

なお、本明細書の全体を通して、「複数のＬＥＤを互いに背中合わせで取り付ける」とは、互いの背面を正対させる態様だけに限定されるものではなく、背面側に伸ばした各ＬＥＤの光軸線が互いに交差するような位置関係をも包含する。

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載のＬＥＤランプに関し、
前記ＬＥＤは、面発光型であることを特徴とする。

図６（ａ）に示す面発光型ＬＥＤの放射角θは、例えば、図６（ｂ）に示す砲弾型ＬＥＤの放射角θと比較して大きい（つまり、広放射角）傾向にあることから、面発光型ＬＥＤの仮想発光点Ｖは、砲弾型ＬＥＤの仮想発光点Ｖに比べて、現実の発光位置Ｒにより近い位置に形成されることになる（つまり、Ｄ３＜Ｄ４）。

このため、図３（ａ）に示すような従来のＬＥＤランプの場合、面発光型ＬＥＤが採用されたときは、砲弾型ＬＥＤが採用されたときに比べてそれぞれの仮想発光点Ｖ１、Ｖ２がより遠く離間した状態となり、ハロゲン照明からの配光との違いがより大きくなる傾向にあった。この点、本発明では、図３（ｂ）に示すように仮想発光点Ｖ１、Ｖ２をより近くに寄せることができることから、面発光型ＬＥＤを用いた場合の方が、砲弾型ＬＥＤを用いた場合に比べて、より大きな「配光の改善効果」を得ることができる。

請求項３に記載した発明は、請求項１または２に記載のＬＥＤランプに関し、
前記複数のＬＥＤはそれぞれ仮想発光点を有しており、前記各仮想発光点の位置は互いに一致していることを特徴とする。

各ＬＥＤの仮想発光点Ｖを互いに一致させることにより、各ＬＥＤから放射される光をあたかも１つの点光源から放射された光であるかのような状態にすることができるので、さらにハロゲンランプに近い配光を得ることができる。また、光反射面を規定する回転曲面の焦点Ｆに仮想発光点Ｖを一致させることにより、より精度の高い平行光（回転曲面が回転放物面である場合）や収束光（回転曲面が回転楕円面である場合）を得ることができるようになる。

本発明によれば、複数のＬＥＤから発生する熱を効率的に放熱することができ、かつ、一般的な回転曲面で規定された光反射面を有する凹面鏡を用いても問題の少ないＬＥＤランプを提供することができた。

本発明が適用されたＬＥＤランプの例を示す断面図である。図１に示すＬＥＤランプの分解断面図である。本発明を適用することにより（ｂ）、従来のもの（ａ）に比べてＬＥＤの仮想発光点が互いに近づくことを説明する拡大断面図である。他の実施例にかかるＬＥＤ取付部材の拡大断面図である。ＬＥＤの数を変化させた場合におけるＬＥＤ取付部材の形状例を示す図である。面発光型ＬＥＤ（ａ）および砲弾型ＬＥＤ（ｂ）の放射角を説明する図である。

以下、本発明が適用されたＬＥＤランプの実施例について、図面を用いて説明する。なお、説明では、各符号に関し、各部位を上位概念で示す場合にはアルファベットの枝番をつけずアラビア数字のみで示し、各部位を区別する必要がある場合（すなわち下位概念で示す場合）にはアルファベット大文字の枝番をアラビア数字に付して区別する。

本実施例にかかるＬＥＤランプ１０は、図１および図２に示すように、大略、凹面鏡１２と、ＬＥＤユニット１４と、前面カバー１６と、放熱部材１８と、ソケット２０と、口金２２と、給電回路２４とで構成されている。

凹面鏡１２は、その内側表面に光反射面２６が形成された椀状の部材であり、ＬＥＤユニット１４から放射された光を外部へ放出する出光開口２７を有している。また、本実施例の凹面鏡１２の底部には、ＬＥＤユニット１４のネジ部３４（後述）を挿通させるＬＥＤユニット挿通孔２９が形成されている。

光反射面２６の形状は特に限定されるものではないが、内側に焦点Ｆを有する回転楕円面や回転放物面（パラボラ）にするのが好適である。また、凹面鏡１２の材質も特に限定されるものではないが、ＬＥＤユニット１４からの熱を効率的に放熱する観点から、熱伝導率の高い材質（例えば、アルミニウム）を用いるのが好適である。

さらに言えば、図１および図２に示す凹面鏡１２は、その外形状も光反射面２６と同様に湾曲したものになっているが、凹面鏡１２の外形状は特に限定されるものではなく、例えば、凹所を有する直方体（ブロック）を使用し、その凹所を光反射面２６としてもよい。また、ファセットを用いて光反射面２６を多面形成してもよい。

ＬＥＤユニット１４は、大略、複数（本実施例では２つ）のＬＥＤ２８と、ＬＥＤ保持部材３０とで構成されている。

複数のＬＥＤ２８は、給電回路２４からの電力を受けて光を放射する半導体である。本実施例では、ＣＯＢ(=Chip On Board)タイプの面発光型ＬＥＤが使用されており、凹面鏡１２の内側に収容されているとともに、互いの背面を向け合うようにしてＬＥＤ保持部材３０のＬＥＤ取付面３１に取り付けられている。もちろん、ＬＥＤ保持部材３０の表面に回路パターンを形成してＬＥＤ素子を実装してもよいし、例えば、砲弾型ＬＥＤといった他の種類のＬＥＤを使用してもよい。ただし、より大きな「配光の改善効果」を得ることができる点で、ＣＯＢタイプの面発光型ＬＥＤを用いるのが好適である（この理由については後述する）。

本実施例におけるＬＥＤ保持部材３０（２つのＬＥＤ２８を使用）は、２つのＬＥＤ２８が互いに背中合わせで取り付けられる複数のＬＥＤ取付面３１を有する矩形の板状材であるＬＥＤ取付部材３３と、必要に応じて使用されるマウント部材３２とで構成されている。

また、ＬＥＤ保持部材３０は、その一端部３０ａ（図２参照。本実施例では、マウント部材３２の端部）が凹面鏡１２の内側底部に取り付けられることによって２つのＬＥＤ２８を凹面鏡１２の内側における所定の位置で保持するようになっている。このとき、光反射面２６を規定する回転面の焦点Ｆが複数のＬＥＤ２８同士（より正確にいえば、各ＬＥＤ２８の仮想発光点Ｖ同士）の間に位置するようにＬＥＤ保持部材３０の寸法やＬＥＤ保持部材３０に対するＬＥＤ２８の取り付け位置を設定するのが好適である。

さらに、２つのＬＥＤ取付面３１は、ＬＥＤ保持部材３０（具体的にはＬＥＤ取付部材３３）の一端部３０ａから他端部３０ｂに向けて互いの間隔が狭まるように傾斜して形成されている（図３（ｂ）参照）。

また、当該ＬＥＤ保持部材３０を熱伝導率の良い材料（例えばアルミニウム）で構成することにより、ＬＥＤ２８で生じた熱を効率よく放熱できる点で好適である。

なお、ＬＥＤ保持部材３０（ＬＥＤ取付部材３３）の形状は、上述のように２つのＬＥＤ取付面３１が互いの間隔が狭まるように傾斜して形成されていれば、どのようなものであってもよく、例えば、図４に示すように、ＬＥＤ取付面３１以外の一端部３０ａ側表面が互いに平行であってもよいし（ａ）、一端部３０ａ側の厚さをより大きくするために、ＬＥＤ取付面３１と一端部３０ａ側との間に段４８を設けてもよい（ｂ）。

また、１つのＬＥＤランプ１０に使用されるＬＥＤ２８の数に関しては、本実施例のように２つのＬＥＤ２８に限定されるものではなく、ハロゲン照明の代替として用いることができる程度の光束を放射するため、必要に応じて適切な数が選択される。例えば、図５に示すように、２つのＬＥＤ２８を使用する場合（ａ）、３つのＬＥＤ２８を使用する場合（ｂ）、あるいは４つのＬＥＤ２８を使用する場合（ｃ）、それぞれＬＥＤ２８の数に対応した数のＬＥＤ取付面３１が形成されたＬＥＤ保持部材３０が使用するのが好適である。

マウント部材３２は、ＬＥＤ取付部材３３の一端部３３ａ（他端部３０ｂとは反対側の端部）に、必要に応じて取り付けられる部材であり、ＬＥＤ取付部材３３が取り付けられた側とは反対側に延びるネジ部３４を有している。このマウント部材３２も熱伝導率の良い材料で構成するのが好適である。なお、ＬＥＤ保持部材３０とマウンド部材３２とを本実施例のように一体的ではなく、互いに別個に形成してもよい。また、マウント部材３２を省略して、ＬＥＤ取付部材３３を直接、凹面鏡１２の内側底部に取り付けてもよい（このとき、ＬＥＤ取付部材３３＝ＬＥＤ保持部材３０となる）。この場合、ＬＥＤ取付部材３３から凹面鏡１２への熱伝導が良好となるように考慮した取付方法を採用するのが好適である。

前面カバー１６は、必要に応じて凹面鏡１２の出光開口２７に配設される部材であり、本実施例では、出光開口２７の全体を覆うようになっているが、出光開口２７の一部を占めるだけの前面カバー１６であってもよい。前面カバー１６は、ＬＥＤ２８からの光を拡散させつつ透過させる半透明なものであってもよいし、透明なものであってもよい。このような前面カバー１６の具体例としては、表面に摺り加工を施したり、内部に拡散材を配合したり、表面に光拡散フィルムを貼り付けたり、あるいは透明なガラスや樹脂が考えられる。

放熱部材１８は、一方側に凹面鏡１２の底部を受け入れる凹面鏡用凹所３６が形成され、当該凹面鏡用凹所３６が形成されているのとは反対の他方側にソケット２０の先端部が嵌め込まれるソケット用凹所３８が形成されているとともに、周縁部に複数のフィン４０が形成された略椀状の部材であり、熱伝導率の良い材料で構成されている。また、凹面鏡用凹所３６の底部には、ＬＥＤユニット１４のネジ部３４がねじ込まれるネジ穴４２が形成されている。

ソケット２０は、その先端部が放熱部材１８のソケット用凹所３８に嵌め込まれる略円筒状の部材であり、その内部空間４４に給電回路２４を収容するようになっている。なお、本実施例において、ソケット２０は、ネジ４６によって放熱部材１８に固定されている。

口金２２は、ソケット２０の先端部とは反対側の端に取り付けられた部材であり、Ｅ１７やＥ１１といった所定の形式／形状にて形成されており、既存の照明器具にねじ込まれる。

給電回路２４は、口金２２に供給された一般電力をＬＥＤ２８に適した電圧／電流に変換した上で同ＬＥＤ２８に供給するための回路であり、口金２２およびＬＥＤ２８との間は、図示しないリード線等によってそれぞれ電気的に接続されている。

本実施例にかかるＬＥＤランプ１０の組み立て方法を簡単に説明すると、ＬＥＤユニット１４のネジ部３４を、凹面鏡１２のＬＥＤユニット挿通孔２９に挿通した上で、放熱部材１８における凹面鏡用凹所３６の底部に形成されたネジ穴４２にねじ込んでＬＥＤユニット１４と凹面鏡１２とを放熱部材１８に固定する。然る後、口金２２を取り付けておいたソケット２０の内部空間４４に給電回路２４を収容した状態で口金２２およびＬＥＤ２８を給電回路２４に電気的に接続しておき、当該ソケット２０の先端部を放熱部材１８のソケット用凹所３８に嵌め込んで固定する。また、凹面鏡１２の出光開口２７に前面カバー１６を取り付ける。

このようにして組み立てたＬＥＤランプ１０の口金２２を既存の照明器具に取り付けると、口金２２から給電回路２４を経由してＬＥＤ２８に給電されて、ＬＥＤ２８が発光する。ＬＥＤ２８から放射された光の大部分は、凹面鏡１２の光反射面２６で反射した後、前面カバー１６を透過し、透過の際に拡散された上でＬＥＤランプ１０から出光する。

本実施例のＬＥＤランプ１０によれば、凹面鏡１２の内側底部に取り付けられたＬＥＤ保持部材３０の一端部３０ａから他端部３０ｂに向けて互いの間隔が狭まるように複数のＬＥＤ取付面３１が形成されているので、ＬＥＤ保持部材３０の断面形状における幅（厚さ）が他端部３０ｂから一端部３０ａにかけて厚く形成されることになる。ＬＥＤ保持部材３０の一端部３０ａは、凹面鏡１２の内側底部に取り付けられているので、各ＬＥＤ２８の発光中に生じた熱は、厚く形成された当該一端部３０ａを経由して凹面鏡１２に伝達され易くなることから、放熱がより効率的に実施される。

ＬＥＤ取付面３１を上述のように形成することにより、各ＬＥＤ取付面３１に取り付けられた各ＬＥＤ２８の仮想発光点Ｖ１、Ｖ２が互いに同一の位置、あるいは、互いにより近い位置に寄せ集められる（図３の（ａ）［従来のもの］、および（ｂ）［本発明を適用したもの］に示した両ＬＥＤ２８の仮想発光点Ｖ１、Ｖ２の間の距離は、ＬＥＤ保持部材の一端部側の厚さを同じにした場合、従来のもの（Ｄ１）よりも本実施例のもの（Ｄ２）の方が短い（Ｄ１＞Ｄ２））。これにより、複数のＬＥＤ２８からの光があたかも１つの仮想発光点から放射されているような状態に近づくので、光反射面が「一般的な回転曲面」で規定されている場合であっても、互いにより近い位置に寄せられた各仮想発光点Ｖ１、Ｖ２の中心に当該回転曲面の焦点Ｆが位置するように各ＬＥＤ２８を位置決めすることにより、従来のハロゲン電球を焦点に一致させた場合の配光により近い配光を得ることができる。

これにより、複数のＬＥＤ２８から発生する熱を効率的に放熱することができ、かつ、一般的な回転曲面で規定された光反射面２６を有する凹面鏡１２を用いても問題の少ないＬＥＤランプ１０を構成することができる。

また、図６（ａ）に示す面発光型ＬＥＤの放射角θは、例えば、図６（ｂ）に示す砲弾型ＬＥＤの放射角θと比較して大きい（つまり、広放射角）傾向にあることから、面発光型ＬＥＤの仮想発光点Ｖは、砲弾型ＬＥＤの仮想発光点Ｖに比べて、現実の発光位置Ｒにより近い位置に形成されることになる（つまり、Ｄ３＜Ｄ４）。

このため、図３（ａ）に示すような従来のＬＥＤランプの場合、面発光型ＬＥＤが採用されたときは、砲弾型ＬＥＤが採用されたときに比べてそれぞれの仮想発光点Ｖ１、Ｖ２がより遠く離間した状態となり、ハロゲン照明からの配光との違いがより大きくなる傾向にある。この点、本発明では、図３（ｂ）に示すように仮想発光点Ｖ１、Ｖ２をより近くに寄せることができることから、面発光型ＬＥＤを用いた場合の方が、砲弾型ＬＥＤを用いた場合に比べて、より大きな「配光の改善効果」を得ることができる。

さらに、各ＬＥＤ２８の仮想発光点Ｖ１、Ｖ２を互いに一致させるようにすれば、各ＬＥＤ２８から放射される光をあたかも１つの点光源から放射された光であるかのような状態にすることができるので、さらにハロゲンランプに近い配光を得ることができる。また、光反射面２６を規定する回転曲面の焦点Ｆに仮想発光点Ｖ１、Ｖ２を一致させることにより、より精度の高い平行光（回転曲面が回転放物面である場合）や収束光（回転曲面が回転楕円面である場合）を得ることができるようになる。

１０…ＬＥＤランプ、１２…凹面鏡、１４…ＬＥＤユニット、１６…前面カバー、１８…放熱部材、２０…ソケット、２２…口金、２４…給電回路、２６…光反射面、２７…出光開口、２８…ＬＥＤ、２９…ＬＥＤユニット挿通孔、３０…ＬＥＤ保持部材、３１…ＬＥＤ取付面、３２…マウント部材、３３…ＬＥＤ取付部材、３４…ネジ部、３６…凹面鏡用凹所、３８…ソケット用凹所、４０…フィン、４２…ネジ穴、４４…内部空間、４６…ネジ、４８…段、Ｆ…焦点

Claims

内側表面に形成された光反射面および出光開口を有する凹面鏡と、
前記凹面鏡の内側に収容されたＬＥＤユニットとを備えるＬＥＤランプであって、
前記ＬＥＤユニットは、
複数のＬＥＤと、
前記複数のＬＥＤが互いに背中合わせで取り付けられた複数のＬＥＤ取付面を有しており、一端部が前記凹面鏡の内側底部に取り付けられることによって前記複数のＬＥＤを前記凹面鏡の内側における所定の位置で保持するＬＥＤ保持部材とを有しており、
前記複数のＬＥＤ取付面は、前記ＬＥＤ保持部材の前記一端部から他端部に向けて互いの間隔が狭まるように形成されているＬＥＤランプ。
前記ＬＥＤは面発光型であることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤランプ。
前記複数のＬＥＤはそれぞれ仮想発光点を有しており、前記各仮想発光点の位置は互いに一致していることを特徴とする請求項１または２に記載のＬＥＤランプ。