JP2014165082A - 照明装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】発光効率を向上させることができる照明装置を提供することである。
【解決手段】実施形態に係る照明装置は、一端側に平坦面を有する本体部と;前記本体部の前記平坦面に熱的に接合するように設けられた、ピーク波長が430nm以上500nm以下の光を出射する発光素子を備える発光モジュールと;前記本体部の一端側に設けられ、前記発光素子から出射された光を反射する反射部と;一端側が前記本体部の一端方向に突出するように設けられ、他端側は前記本体部に接続された伝熱部と;前記発光モジュールを覆うように、かつ前記本体部および前記伝熱部と熱的に接合するように、前記発光素子から離間して設けられた波長変換部と;を具備している。
【選択図】図1

Description

後述する実施形態は、概ね、照明装置に関する。
近年、白熱電球(フィラメント電球)に代わって、光源に発光ダイオード(LED;Light Emitting Diode)を用いた照明装置が実用化されている。
発光ダイオードを用いた照明装置は、寿命が長く、また、消費電力も少なくすることができるので、既存の白熱電球と置き換えられることが期待されている。
このような発光ダイオードを用いた照明装置においては、発光効率のさらなる向上が望まれている。
特開2009−170114号公報 特表2012−509571号公報
本発明が解決しようとする課題は、発光効率を向上させることができる照明装置を提供することである。
実施形態に係る照明装置は、本体部と;前記本体部の一方の端部に設けられ、ピーク波長が430nm以上500nm以下の光を照射する発光素子と;前記本体部の一方の端部に設けられ、前記発光素子から照射された光を反射する反射部と;前記本体部の一方の端部に、前記発光素子から離隔させて設けられ、前記発光素子から照射された光により蛍光を発する第1の波長変換部と;第1の板状体と、前記第1の板状体と交わる第2の板状体と、を一体に形成した板状ユニットを有し、前記第1の波長変換部側の端面が前記第1の波長変換部から露出し、前記第1の波長変換部と、前記本体部の前記端部の側の放熱面と、を熱的に接合する第1の伝熱部と;を具備している。
本発明の実施形態によれば、発光効率を向上させることができる照明装置を提供することができる。
本実施の形態に係る照明装置を例示するための模式斜視図である。 反射部7の寸法と、本体部2の端部2aの寸法の関係を例示するための模式図である。 波長変換部の形状と配光角との関係を例示するための模式図であり、(a)は波長変換部15の形状が半球状の場合、(b)は波長変換部25の形状が全球状に近い場合である。 (a)〜(d)は、伝熱部9の段差に設けられた段差部9fを例示するための模式部分拡大図である。 反射層の反射率を例示するためのグラフ図である。 伝熱部91を構成する板状体を例示するための模式斜視図であり、(a)は2つの板状体19a、19bを一体に形成した板状ユニット191、(b)は板状体19cを例示するための模式斜視図である。 接続用の溝部と突起部とによる接続を例示するための模式平面図である。 伝熱部9に設けられた開口部9gを例示するための模式図であり、(a)は伝熱部9に設けられた開口部9gを例示するための模式図、(b)は開口部9gを設ける効果を例示するための模式グラフ図である。 他の実施形態に係る開口部を例示するための模式部分断面図である。 板状体の厚み寸法に関して例示をするための模式グラフ図である。 伝熱部と基板との接続部分を例示するための模式図であり、(a)および(c)は熱抵抗の低減を考慮していない場合、(b)および(d)は熱抵抗の低減を図った場合である。 伝熱部9の表面に設けられた突起部を例示するための模式図であり、(a)は伝熱部9の表面に1つの突起部が設けられた場合、(b)は伝熱部9の表面に複数の突起部が設けられた場合である。 平面視における伝熱部9と発光素子3bとの配置について例示をするための模式図であり、(a)は平面視における伝熱部9と発光素子3bとの配置を例示するための模式図、(b)は平面視における伝熱部9と発光素子3bとの位置関係を例示するための模式図である。 伝熱部9により画された領域毎に分割された波長変換部5aを例示するための模式斜視図である。 遮蔽部49を例示するための模式斜視図であり、(a)は遮蔽部49を例示するための模式斜視図、(b)は伝熱部9の頂部を例示するための模式斜視図である。 伝熱部9が設けられていない照明装置における放熱の様子を例示するための模式図であり、(a)は照明装置の温度分布を例示するための模式図、(b)は本体部2の端部2a近傍における温度分布を例示するための模式図である。 伝熱部9が設けられている照明装置における放熱の様子を例示するための模式図であり、(a)は波長変換部5の内面と伝熱部の端面とが接触している場合、(b)は伝熱部9の端面が波長変換部5から露出している場合である。 他の実施形態に係る反射部27を例示するための模式斜視図である。 他の実施形態に係る照明装置1bを例示するための模式断面図である。 他の実施形態に係る照明装置1cを例示するための模式断面図である。 レンズ14の作用、効果について例示するための模式図である。
実施形態に係る発明は、一端側に平坦面を有する本体部と;前記本体部の前記平坦面に熱的に接合するように設けられた、ピーク波長が430nm以上500nm以下の光を出射する発光素子を備える発光モジュールと;前記本体部の一端側に設けられ、前記発光素子から出射された光を反射する反射部と;一端側が前記本体部の一端方向に突出するように設けられ、他端側は前記本体部に接続された伝熱部と;前記発光モジュールを覆うように、かつ前記本体部および前記伝熱部と熱的に接合するように、前記発光素子から離間して設けられた波長変換部と;を具備した照明装置である。
この照明装置によれば、放熱性を向上させることができるとともに、発光素子を出射したピーク波長が430nm以上500nm以下の光が本体部で吸収されることを抑制しつつ反射することができるので、発光効率を向上させることができる。
また、前記平坦面は一端側の面が前記照射装置の中心軸に対して直交するように設けられ、前記反射部は少なくとも一つの開口を有する板状体であり、前記開口から前記発光素子を前記本体部の一端側に露出させるようにして、前記平坦面に設けられている照明装置である。
この照明装置によれば、発光素子の光を効率よく出射および反射させることができるので、簡単な構造で発光効率を向上させることができる。
また、前記反射部は、外端部に傾斜面を備えており、前記傾斜面の一端側が前記照射装置の中心軸に近接する方向に傾斜している照明装置である。
この照明装置によれば、ピーク波長が430nm以上500nm以下の光が本体部で吸収されることを抑制して反射するとともに、光を波長変換部の他端側に供給することができるため、発光効率を向上させつつ、配光を広げることができる。
また、前記照明装置の中心軸の位置から前記本体部の一端側における外端部までの寸法をR、前記本体部の前記平坦面から前記照明装置の頂点までの寸法をL、前記照明装置の中心軸の位置から前記反射部の外端部までの寸法をr、前記反射部から前記照明装置の頂点までの寸法をlとした場合に、以下の式を満足する照明装置である。
r>R・l/L
この照明装置によれば、発光素子を出射した光が本体部で吸収されることを抑制して反射することができるため、発光効率を向上させることができる。
また、前記照明装置の中心軸の位置から前記本体部の一端側における外端部までの寸法をR、前記本体部の前記平坦面から前記照明装置の頂点までの寸法をL、前記照明装置の中心軸の位置から前記反射部の外端部までの寸法をr、前記反射部から前記照明装置の頂点までの寸法をlとした場合に、以下の式を満足する照明装置である。
r≦R・l/L
この照明装置によれば、発光素子を出射した光を波長変換部の他端側に供給することができるため、配光を広げることができる。
また、前記波長変換部は、前記反射部から前記照明装置の頂点までの間に、前記照明装置の中心軸の位置から波長変換部の内面までの寸法が寸法Rよりも大きい最大径部を有するとともに、前記反射部の外端側に位置する部分の前記照明装置の中心軸の位置からその内面までの寸法が寸法Rよりは大きく、最大径部よりは小さい部分を有する照明装置である。
この照明装置によれば、発光効率を向上させつつ、配光を広げることができる。
前記波長変換部は、前記伝熱部の少なくとも一部が外気と接触するように、前記伝熱部の外端側の面に接続されている照明装置である。
この照明装置によれば、波長変換部から伝わった熱を放熱することで、本体部側に伝わることを抑制できるため、発光効率を向上させることができる。
また、前記伝熱部は、他端側は前記本体部の外端部に接続され、一端側が前記照明装置の頂点に向かって突出するように設けられた第1の板状体と、他端側は前記第1の板状体とは異なる位置の前記本体部の外端部に接続され、一端側が前記照明装置の頂点に向かって前記本体部の一端側に突出し、頂上付近で前記第1の板状体と接続される第2の板状体と、を備え、前記波長変換部は、第1の波長変換部と第2の波長変換部を備え、前記第1の波長変換部は、前記伝熱部によって画される第1の領域に設けられ、前記第2の波長変換部は、前記伝熱部によって画される第2の領域に設けられている照明装置である。
この照明装置によれば、波長変換部を複数に分割して構成することで、放熱性を高めながら、伝熱部への取付けを容易にすることができる。
また、前記本体部の一端側には、前記照明装置の一端側に突出する突出部が形成されており、前記平坦面は前記突出部の一端側に設けられるようにした照明装置とすることもできる。
この照明装置によれば、突出部に波長変換部の他端側をひっかけて固定することができるため、固定強度を増すことができる。
また、前記反射部および前記伝熱部の表面は、略全域が白色である照明装置とすることもできる。
この照明装置によれば、発光素子から見たときに、波長変換部以外はほぼ白色の反射面のみとなるため、発光素子で生じたピーク波長が430nm以上500nm以下の光が吸収されることを抑制して、本体部および反射部で効率よく反射させることができる。そのため、発光効率を向上させることができる。
また、前記伝熱部には透光性のグローブを設け、前記グローブと前記光源の間に、前記発光素子とは距離を置いて前記光源を覆うように、かつ一部が前記伝熱部と熱的に接合、特には前記伝熱部によって固定されるように波長変換部を設けた照明装置とすることもできる。
この照明装置によれば、波長変換部を小型化でき、蛍光体の使用量を低減できるとともに、グローブには従来のものを使うことができるため、コスト削減が可能となる。
また、前記光源と前記波長変換部の間に、前記光源を覆うように、中心軸1aに対して垂直な方向(側面方向)および側面方向よりも他端側の方向(背面方向)に光を導光可能なレンズを設けた照明装置とすることもできる。この照明装置によれば、広配光化することができる。
さらに、前記発光素子を前記照明装置の中心軸から離間して環状に複数配置した照明装置とすることもできる。この照明装置によれば、配光を広げることができる。その際、前記反射部の中心に、一端側に突出する凸部(例えば円錐状、円錐台状、多角形状、多角台形状の凸部)を形成した照明装置とすることもできる。この照明装置によれば、配光を広げることができる。
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図1は、本実施の形態に係る照明装置を例示するための模式斜視図である。
図1に示すように、照明装置1には、本体部2、発光モジュール4、波長変換部5、口金部6、反射部7、基板8、および伝熱部9が設けられている。なお、本実施形態では、便宜上、本体部2に対して波長変換部5が位置する方向を一端側、口金が位置する方向を他端と称するとともに、照明装置1の中心軸1aに対して垂直かつ外側に向かう方向を外端側と称して説明する。
本体部2は、一端側に平坦面21を備えている。平坦面21は、一端側の面が照明装置1の中心軸1aに対して直交するように設けることができる。また、本体部2の一端側に、照明装置1の一端側に突出する突出部22を形成することができる。
また本体部2は、例えば、口金部6側から波長変換部5側に向かうにつれて軸方向に垂直な方向における断面積が漸増する様な形状とすることができる。本体部2の側面に、放熱フィンを設けることもできる。ただし、これに限定されるわけではなく、例えば、光源3や波長変換部5などの大きさ、口金部6の大きさなどに応じて適宜変更することができる。この場合、白熱電球のネック部分の形状に近似させるものとすれば既存の白熱電球との置き換えを容易とすることができる。
本体部2は、例えば、熱伝導率の高い材料から形成することができる。本体部2は、例えば、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、これらの合金などの金属から形成することができる。ただし、これらに限定されるわけではなく窒化アルミニウム(AlN)、アルミナ(Al)などの無機材料、高熱伝導性樹脂などの有機材料などから形成することもできる。
発光モジュール4は、基板8および基板8の一端側の面に実装された光源3を備えており、基板8の他端側の面が本体部2の平坦面21に接続されている。本体部2に突出部22が形成されている場合は、発光モジュール4は突出部22の一端側の平坦面21に接続される。
光源3には、発光素子3bが設けられている。光源3に設けられる発光素子3bの数は特に限定されるわけではなく、照明装置1の用途や発光素子3bの大きさなどに応じて1個以上の発光素子3bが設けられていればよい。
発光素子3bは、例えば、青色の光を発する発光ダイオード(青色発光ダイオード)とすることができる。青色の光は、ピーク波長が430nm以上500nm以下の光である。
光源3に複数の発光素子3bを設ける場合には、マトリックス状、千鳥状、放射状などのように規則的な配設形態とすることもできるし、任意の配設形態とすることもできる。
光源3に複数の発光素子3bを設ける場合には、青色の光を発する発光ダイオードの他に、他の色の光を発する発光ダイオードを混在させてもよい。例えば、青色の光を発する発光ダイオードの他に、赤色の光を発する発光ダイオード(赤色発光ダイオード)を混在させてもよい。その様にすれば、演色性を向上させることができる。光源3は、青色の光を発する発光素子3bを基板8に複数実装し、それら複数の発光素子を透明の樹脂等で封止した、いわゆるCOB(Chip On Board)方式の光源とすることもできる。
波長変換部5は、光源3を覆うようにして、本体部2の端部2a側に設けられている。すなわち、波長変換部5は、本体部2の端部2aに、発光素子3bから離隔させて設けられている。波長変換部5は、光の照射方向に突出する曲面を有したものとすることができる。
波長変換部5は、グローブとしても機能する。波長変換部5は、反射部7から照明装置1の頂点までの間、特にその中間付近に、照明装置1の中心軸1aの位置から波長変換部5の内面までの寸法が、寸法Rよりも大きい最大径部を有するとともに、反射部7の外端側に位置する部分の照明装置1の中心軸1aの位置からその内面までの寸法が寸法Rよりは大きく、最大径部よりは小さい部分を有する形状とするのが好ましい。なお、寸法Rは、照明装置1の中心軸1aの位置から本体部2の一端側における外端部までの寸法である(図2を参照)。
波長変換部5は、伝熱部9により画される領域毎に分割して設けられ、伝熱部9の端面9eが波長変換部5から露出、つまり外気と接触するようになっている。
このようにすれば、放熱性の高い照明装置1を容易に組み立てることができる。
波長変換部5は、透光性を有し、発光素子3bから照射された光が照明装置1の外部に出射することができるようになっている。波長変換部5は、透光性の材料から形成することができる。波長変換部5は、例えば、ポリカーボネートなどの樹脂材料から形成することができる。波長変換部5は、光拡散性に優れた材料から形成することもできる。
また、波長変換部5は、発光素子3bから照射された光の一部を吸収して、所定の波長を有する蛍光を発する。波長変換部5は、例えば、内部に蛍光体を含んでいたり(透光性の材料に蛍光体を練り込ませていたり)、内面に蛍光体を塗布したりしたものとすることができる。
例えば、蛍光体は、発光素子3bから照射された青色の光の一部を吸収して、黄色の蛍光を発するものとすることができる。蛍光体としては、例えば、YAG(Yttrium Aluminum Garnet)系の蛍光体を例示することができる。この場合、蛍光体に吸収されなかった青色の光と、蛍光体から発せられた黄色の光とが混色されて白色の光となる。
なお、蛍光体は、YAG系の蛍光体に限定されるわけではない。蛍光体は、照明装置1の用途などに応じて適宜変更することができる。例えば、蛍光体の種類を選択することで、色温度が2800K以上、3000K以下(電球色)の光が照明装置1から照射されるようにすることもできる。
この場合、波長変換部5を交換するだけで、照明装置1から照射される光の色や光の色味を変更することができる。
ここで、発光素子3bから照射された光の一部が蛍光体に吸収された際には、吸収された光のエネルギーの一部が熱となる。そのため、一般的な青色の光を発する発光素子と、黄色の蛍光を発する蛍光体を組み合わせて樹脂でパッケージングした白色LEDのように、蛍光体を含む波長変換部を発光素子3bに密着させて設けると、発光素子3bで生じる熱のみならず、蛍光体で生じる熱も加算されて、発光素子3bの温度が高くなるおそれがある。その結果、発光素子3bに投入する電力を増加させることができなくなり、発光効率の向上が図れなくなる。
本実施の形態においては、波長変換部5は、本体部2の端部2aに、発光素子3bから離隔させて設けられている。また、発熱源となる波長変換部5の外面が、放熱面となっており、さらに伝熱部9によって波長変換部5の熱を本体部2に伝えることが可能な構造になっている。そのため、波長変換部5において生じた熱が発光素子3bに伝わりにくくなるとともに、熱を効率よく放出することができるので、発光素子3bに投入する電力を増加させることができる。その結果、発光効率の向上を図ることができる。
口金部6は、本体部2の波長変換部5が設けられる側とは反対側の端部2bに設けられている。口金部6は、白熱電球が装着されるソケットに取付可能な形状を有するものとすることができる。口金部6は、例えば、JIS規格に定められているE26形やE17形などと同様の形状を有するものとすることができる。ただし、口金部6は、例示をした形状に限定されるわけではなく適宜変更することができる。例えば、口金部6は、蛍光ランプに使用されるピン形の端子を有するものとすることもできるし、引掛シーリングに使用されるL字形の端子を有するものとすることもできる。
図1に例示をした口金部6は、ねじ山を有する筒状のシェル部6aと、シェル部6aの本体部2側とは反対の側の端部に設けられたアイレット部6bとを有している。シェル部6a、およびアイレット部6bには、図示しない制御部が電気的に接続されている。
本体部2の内部には、図示しない制御部が設けられている。制御部は、発光素子3bに電力を供給する点灯回路を有することができる。また、制御部は、発光素子3bの調光を行うための調光回路をも有することができる。
反射部7は、円環状の板状体とすることができる。
反射部7は、本体部2の端部2aに設けられ、発光素子3bから照射された光を直接的ないし間接的に反射する。本実施の形態においては、反射部7は、中央に開口71、外端付近にネジ穴72および伝熱部9の一部、特に後述する取付部19a1、19b1、19c1が収容される収容穴73、および開口71付近の他端側に凹み(図示なし)を備えている。そして、ネジ穴72に反射部7の一端側からネジを挿入し、本体部2の一端側のネジ穴(図示なし)にネジをねじ込むことで、反射部7が本体部2に固定される。この際、反射部7の凹みによって基板8が平坦面21に固定される。つまり、発光モジュール4は本体部2と反射部7によって狭持されている。また、反射部7は、外端部に傾斜面74を備えている。傾斜面74の一端側は照射装置1の中心軸1aに近接する方向に傾斜している。反射部7は傾斜面74が一端側を向くように平坦面21の上方に配置されている。傾斜面74と中央軸1aに沿う軸とで画される傾斜部分の角度αは、中心軸1aに沿う軸と照明装置1の頂点と本体部2の一端側における外端部とで画される角度βと同等か、それよりも大きいことが好ましい。(図2を参照)
円環状の反射部7は、光源3を囲むように設けられている。すなわち、反射部7の中央に形成された開口71に、光源3を配置して、発光素子3bを反射部7から露出させるようにしている。その際、遮光による影響を低減するために、発光素子3bの一端側の面は、反射部7の一端側の面から、照明装置1の頂点の方向に突出しているのが好ましい。
反射部7は、反射率(特にピーク波長が430nm以上500nm以下の光に対しての反射率)の高い材料から形成されている。反射率の高い材料としては、例えば、白色の樹脂材料を例示することができる。また、反射率の高い材料としては、光源3において発生した熱に対する耐性が高いものとすることが好ましい。そのため、反射率の高い材料としては、例えば、白色のポリカーボネート樹脂などとすることが好ましい。
図2は、反射部7の寸法と、本体部2の端部2aの寸法の関係を例示するための模式図である。
図2においては、照明装置1の中心軸1aの位置から端部2aの周端までの寸法をR、端部2aから照明装置1の頂点までの寸法をLとしている。また、照明装置1の中心軸1aの位置から反射部7の周端までの寸法をr、反射部7の上面(反射面)から照明装置1の頂点までの寸法lとしている。
本発明者らの得た知見によれば、本体部2と反射部7の相対的な寸法によって、所望の特性を持つ照明装置を実現可能であることが判明した。
例えば、照明装置1の中心軸1aの位置から本体部2の一端側における外端部までの寸法をR、本体部2の平坦面21から照明装置1の頂点までの寸法をL、照明装置1の中心軸1aの位置から反射部7の外端部までの寸法をr、反射部7から照明装置1の頂点までの寸法をlとした場合に、以下の式を満足することで、特に本体部2で吸収される青色の光を極力少なくして、高効率な照明装置を実現することが可能となる。
r>R・l/L
この場合、特に寸法rは寸法R以上で、かつ波長変換部5の内面とわずかに隙間が生じる程度の寸法であるのが好ましい。
他方、以下の式を満足することで、波長変換部5の他端側に光を導いて、広配光な照明装置を実現することが可能となる。
r≦R・l/L
すなわち、所望される特性に応じて、反射部7等の寸法を上記のように調整するのが好ましい。また、どちらの場合も、反射部7が端縁に傾斜面74を有することが好ましい。傾斜面74を有していれば、本体部2に対して青色の光を効果的に遮光することができるとともに、波長変換部5の他端側に青色の光を導くことができるためである。反射部7が傾斜面74を有する場合は、寸法rは照明装置1の中心軸1aの位置から反射部2の他端側における外端部までの寸法、寸法lは反射部2の他端側から照明装置1の頂点までの寸法とする。
基板8は、本体部2の端部2aに設けられている。
基板8は、例えば、熱伝導率の高い材料から形成することができる。基板8は、例えば、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、鉄(Fe)これらの合金などの金属から形成され、表面に絶縁層を介して図示しない配線パターンが形成されたものとすることができる。なお、基板8の材料は例示をしたものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。例えば、基板8は、樹脂を用いた基材の表面に配線パターンが形成されたものとすることができる。基板8には、酸化アルミニウム(Al)、窒化アルミニウム(AlN)などのセラミックス材料、高熱伝導性樹脂などの有機材料からなる基材を用いることができる。熱伝導率の高い材料から形成された基板8とすれば、光源3において発生した熱を基板8、および本体部2を介して外部に放出することが容易となる。また、後述するように、光源3において発生した熱を基板8、伝熱部9、および波長変換部5を介して外部に放出することが容易となる。なお、基板8、伝熱部9、および波長変換部5を介して熱を放出することに関する詳細は後述する。
ここで、光源3において発生した熱は基板8、および本体部2を介して外部に放出される。
しかしながら、照明装置1のさらなる高光束化を図るために発光素子3bに投入する電力を増加させる場合などにおいては、本体部2側からの放熱だけでは充分な冷却効果が得られなくなるおそれがある。
また、発光素子3bを用いるものとすれば、白熱電球と比べて配光角が狭くなるという問題がある。この場合、波長変換部5の形状を全球状に近づければ配光角を拡げることができる。しかしながら、後述するように、波長変換部5の形状を全球状に近づければ本体部2の大きさが小さくなるので、本体部2側からの放熱だけでは充分な冷却効果が得られなくなるおそれがある。
図3は、波長変換部の形状と配光角との関係を例示するための模式図である。
なお、図3(a)は波長変換部15の形状が半球状の場合、図3(b)は波長変換部25の形状が全球状に近い場合である。
また、図中の矢印は光の進行方向の一例を表している。この場合、煩雑となるのを避けるために、配光角の説明に必要なものを代表して記載している。
ここで、既存の白熱電球との置き換えを考慮すると、照明装置1の外形寸法が白熱電球となるべく同じ様になることが好ましい。そのため、図3(a)、図3(b)においては、波長変換部15、25の直径寸法をD、照明装置の高さ寸法をHとし、これらが白熱電球の該当部の寸法とほぼ同じとなるようにしている。
図3(b)に示すように、波長変換部25の形状を全球状に近づければ、図3(a)に示す半球状の波長変換部15の場合よりもさらに後方にまで光を照射することができる。そのため、配光角を拡げることができる。
しかしながら、波長変換部25の形状を全球状に近づければ、波長変換部25の高さ寸法H1bが波長変換部15の高さ寸法H1aよりも大きくなる。一方、照明装置の高さ寸法Hが一定となっているため、本体部22の高さ寸法H2bが本体部12の高さ寸法H2aよりも小さくなる。すなわち、配光角を拡げるために波長変換部5の形状を全球状に近づければ本体部2の大きさが小さくなり、本体部2側からの放熱が行い難くなるおそれがある。
この様に、高光束化や、配光角の拡大などのような照明装置の基本性能を向上させるようにすると、本体部2側からの放熱だけでは充分な冷却効果が得られなくなるおそれがある。
本実施の形態においては、伝熱部9と、波長変換部5を設けているので以下の効果を享受することができる。
発光素子3bで生じた熱は、従来同様に、基板8を介して本体部2に伝わって、主に本体部2の側面で放熱される。波長変換部5で生じた熱は、外気で直接放熱される。また、波長変換部5で生じた熱は伝熱部9に伝わって伝熱部9から放熱される。または、波長変換部5で生じた熱は、伝熱部9を介して、あるいは他端側から直接的に本体部2に伝わって、主に本体部2の側面で放熱される。つまり、発光素子3bと波長変換部5を熱的に分離することができる。そのため、波長変換部5による熱がない分、発光素子3bの温度を低下させることができる。また、発光素子3bの熱がない分、波長変換部5の温度を低下させることができる。したがって、発光素子3bの長寿命化を図ることができる、または、発光素子3bに投入できる電力を増加させることができるので発光量を増やすことができる。波長変換部5の温度を低下させることができるので、波長変換効率を向上させることができる。
また、伝熱部9の端部9b、9cの少なくとも一部と、これらの放熱面と、の間に熱伝導率の高い材料を含む接合部80を設けることができる。
例えば、本体部2の端部2aと端部9bとを半田などにより接合することで、接合部80を設けるようにすることができる。また、例えば、基板8と端部9cとを半田などにより接合することで、接合部80を設けるようにすることができる。
また、波長変換部5と周縁部9aとの間に熱伝導率の高い材料を含む接合部80を設けることができる。
波長変換部5と周縁部9aとを、例えば、熱伝導率の高いセラミックスフィラーや金属フィラーなどが添加された高伝熱性接着剤などにより接合することで、接合部80を設けることができる。
伝熱部9の周縁部や端部と相手側とを熱的に接合させるために、単に接触させるようにするだけでも良い。しかしながら、伝熱部9の周縁部や端部と相手側とを熱伝導率の高い材料を含む接合部80を介して接合させるようにすれば、熱抵抗を低下させることができるので、後述する冷却効果を向上させることができる。
また、伝熱部9の端部と相手側とを接合する際に隙間が生じる場合がある。隙間が生じると熱抵抗が大きくなるので、隙間が生じた場合にも接合部80を介して接合させるようにすれば、熱抵抗を低下させることができる。
伝熱部9は、熱伝導率の高い材料から形成することができる。伝熱部9は、例えば、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、これらの合金などの金属から形成することができる。ただし、これらに限定されるわけではなく窒化アルミニウム(AlN)などの無機材料、高熱伝導性樹脂などの有機材料などから形成することもできる。
また、伝熱部9の波長変換部5側の端部には段差を設けることができる。
伝熱部9と波長変換部5との間には、製造誤差などによる隙間が生じる場合がある。伝熱部9と波長変換部5との間に隙間が生じると、発光素子3bから照射された光が隙間から漏れたり、外部にある塵灰が隙間から波長変換部5の内側に侵入したりするおそれがある。
そのため、伝熱部9の波長変換部5側の端部に段差を設けるようにしている。
図4は、伝熱部9の段差に設けられた段差部9fを例示するための模式部分拡大図である。
例えば、図4(a)に示すように、段差部9fは、伝熱部9の厚み方向(板状体の厚み方向)に窪む凹状の形態を有するものとすることができる。凹状の形態を有する段差部9fとすれば、凹状の部分において、伝熱部9と波長変換部5とを重ね合わせることができる。
そのため、発光素子3bから照射された光が隙間から漏れたり、外部にある塵灰が隙間から波長変換部5の内側に侵入したりすることを抑制することができる。さらに、波長変換部5の組み付けを容易とすることもできる。この場合、伝熱部9の端面9eと、波長変換部5の外周面5bとが面一となるようにすることが好ましい。
また、例えば、図4(b)、(c)に示すように、段差部9f2は、伝熱部9の厚み方向(板状体の厚み方向)に突出する凸状の形態を有するものとすることができる。凸状の形態を有する段差部9f2とすれば、凸状の部分において、伝熱部9と波長変換部5とを重ね合わせることができる。
そのため、発光素子3bから照射された光が隙間から漏れたり、外部にある塵灰が隙間から波長変換部5の内側に侵入したりすることを抑制することができる。
この場合、図4(c)に示すように、伝熱部9の端面9eと、波長変換部5の外周面5bとが面一となるようにすることが好ましい。
また、例えば、図4(d)に示すように、凹状の形態と、凸状の形態を有する段差部9f3とすることもできる。
すなわち、伝熱部9は、波長変換部5側の端部に、伝熱部9の厚み方向(板状体の厚み方向)に突出する凸状、および、伝熱部9の厚み方向(板状体の厚み方向)に窪む凹状の少なくともいずれかの形態を有する段差部を有したものとすることができる。
ここで、波長変換部5の内側に単に伝熱部9を設けるようにすれば、発光素子3bから照射された光が伝熱部9により吸収されるなどして波長変換部5に生じる明部と暗部との差が大きくなり、照明装置1における輝度ムラが大きくなるおそれがある。
そのため、伝熱部9は、発光素子3bから照射された光を反射することができるようになっている。
この場合、例えば、伝熱部9は、波長変換部5よりも高い反射率を有したものとすることができる。
伝熱部9は、例えば、反射層60を表面に有したものとすることができる。
反射層60は、例えば、白色塗料を塗布することで形成された層とすることができる。 この場合、白色塗装に用いられる塗料は、光源3において発生する熱に対する耐性と、発光素子3bから照射された光に対する耐性とを有したものとすることが好ましい。その様な塗料としては、例えば、酸化チタン(TiO)、酸化亜鉛(ZnO)、硫酸バリウム(BaSO)、酸化マグネシウム(MgO)等の白色顔料を少なくとも1種以上含む、ポリエステル樹脂系の白色塗料、アクリル樹脂系の白色塗料、エポキシ樹脂系の白色塗料、シリコーン樹脂系の白色塗料、ウレタン樹脂系の白色塗料、あるいは、これらから選択される2種以上の白色塗料を組み合せたものとすることができる。
この場合、ポリエステル系の白色塗料、シリコーン樹脂系の白色塗料とすることがより好ましい。
ただし、反射層60は、これらに限定されるわけではなく、例えば、反射率の高い銀やアルミニウムなどの金属を、めっき法、蒸着法、スパッタリング法などによりコーティングしたり、基材とクラッド化することで形成された層とすることもできる。
また、伝熱部9自体を反射率の高い材料から形成するようにしてもよい。
図5は、反射層の反射率を例示するためのグラフ図である。
なお、図5中の100はアルミニウム(JIS規格に定められているA1050)からなる圧延板で形成された反射層の場合、101はポリエステル樹脂系の白色塗料を塗布することで形成された反射層の場合である。
反射層60を設けたり、伝熱部9自体を反射率の高い材料から形成したりする場合には、発光素子3bから照射されたピーク波長が430nm〜500nmの光に対する反射率が90%以上となるようにすることが好ましい。この場合、反射率が95%以上となるようにすることがより好ましい。
そのため、反射層60は、ポリエステル樹脂系の白色塗料を塗布することで形成されたものとすることがより好ましい。
伝熱部9が発光素子3bから照射された光を反射することができるものとすれば、波長変換部5に生じる明部と暗部との差を小さくすることができるので、照明装置1における輝度ムラを小さくすることができる。また、照明装置1における配光角を拡げることもできる。
伝熱部9は、照明装置1の中心軸1aにおいて板状体19a(第1の板状体の一例に相当する)、板状体19b(第2の板状体の一例に相当する)、および板状体19cが交差した形態を有している。
伝熱部9は、照明装置1の中心軸1aに対して回転対称となるように板状体19a、19b、19cを配置したものとすることができる。なお、照明装置1の中心軸1aに対してほぼ回転対称となる位置に複数の光源3を設けるようにすれば、照明装置1の中心軸1aが照明装置1の光軸にもなる。
この場合、3つの板状体19a、19b、19cを1つずつ組み付けるようにすれば、適正な位置決めを行うことが困難となる場合がある。そのため、組立工数が増加したり、組み立て精度が悪化したりするおそれがある。
そこで、図1に例示をしたものにおいては、2つの板状体を一体に形成した板状ユニットを用いることで、組み付け時に適正な位置決めを容易に行うことができるようにしている。
図6は、伝熱部9を構成する板状体を例示するための模式斜視図である。なお、図6(a)は2つの板状体19a、19bを一体に形成した板状ユニット191、図6(b)は板状体19cを例示するための模式斜視図である。すなわち、板状ユニット191と板状体19cからなる伝熱部9の場合である。
図6(a)に示すように、板状体19aと、板状体19aと交差する板状体19bと、を一体に形成した板状ユニット191とすれば、板状体19aと板状体19bとの位置決めが構成部品の段階で行われることになる。そして、板状ユニット191を先に組み付け、これを基準として板状体19cを組み付けるようにすれば、板状体19a、19b、19cの適正な位置決めを容易に行うことができる。
この場合、3つの板状体19a、19b、19cを一体に形成すれば、板状体19a、19b、19cにそれぞれ設けられた取付部19a1、19b1、19c1の取り付け面19a11、19b11、19c11が同一平面上にあるようにすることが難しくなる。すなわち、伝熱部9を組み付ける際にガタツキが生じたり、伝熱部9が傾いて組み付けられたりするおそれがある。
図7は、接続用の溝部と突起部とによる接続を例示するための模式平面図である。
なお、図7中の矢印X、Y、Zは互いに直交する三方向を表しており、例えば、X、Yは本体部2の端部2aに平行な方向、Zは本体部2の端部2aに垂直な方向である。
図7に示すように、板状ユニット191を先に組み付け、溝部19dに突起部19eを嵌め合わせるようにしてZ方向から板状体19cを組み付ける。溝部19dに突起部19eを嵌め合わせることで、Z方向とY方向とにおける板状体19cの適正な位置決めを容易に行うことができる。また、Z方向から板状体19cを組み付けるので、板状体19cと、本体部2の端部2aの側の放熱面との間に隙間が生じることを抑制することができる。そのため、伝熱部91と、本体部2の端部2aの側の放熱面との間の熱抵抗が大きくなることを抑制することができる。
以上は、3つの板状体により伝熱部9が構成される場合であるが、2つの板状体、あるいは4つ以上の板状体により伝熱部9が構成される場合も同様とすることができる。例えば、4つの板状体により伝熱部9が構成される場合には、2つの板状体を一体に形成した板状ユニット191を先に組み付け、これに板状体を1つずつ組み付けるようにすればよい。また、一の板状ユニット191を組み付け、これに他の板状ユニット191を組み付けるようにしてもよい。
また、板状ユニット191に突起部19e'が設けられ、板状体19cに溝部19d'が設けられていてもよい。
図1に示すように、伝熱部9には開口部9gが設けられている。
図1において例示をしたように、光源3が本体部2の端部2aに設けられている場合には、発光素子3bから照射された光を遮る位置に伝熱部9が設けられることになる。
そのため、発光素子3bから照射された光が伝熱部9に遮られることで、光の取り出し効率が低下するおそれがある。
本実施の形態においては、伝熱部9に開口部9gを設けることで、発光素子3bから照射された光が遮られることを抑制するようにしている。
すなわち、伝熱部9を構成する板状体は、それぞれの厚み方向を貫通する開口部9gをそれぞれ備えている。
図8は、伝熱部9に設けられた開口部9gを例示するための模式図である。
なお、図8(a)は伝熱部9に設けられた開口部9gを例示するための模式図、図8(b)は開口部9gを設ける効果を例示するための模式グラフ図である。
図8(a)に示すように、伝熱部9には高さ寸法H3の開口部9gが設けられている。 前述したように、開口部9gを設けるようにすれば、発光素子3bから照射された光が遮られることを抑制することができる。
例えば、図8(b)に示すように、開口部9gの高さ寸法H3を大きくすれば光の取り出し効率を向上させることができる。なお、図8(b)においては開口部9gの高さ寸法H3を変化させる場合を例示したが、開口部9gの幅寸法Wを変化させる場合も同様である。すなわち、開口部9gの幅寸法Wを大きくしても光の取り出し効率を向上させることができる。
しかしながら、余り大きな開口部9gを設けるようにすれば、伝熱部9による伝熱量、ひいては放熱量が少なくなるので、発光素子3bに投入可能な電力が減少して発光素子3bから照射される光の量が減少するおそれがある。
例えば、図8(b)に示すように、開口部9gの高さ寸法H3を大きくすれば伝熱部9による放熱量が少なくなるので限界電力(発光素子3bに投入可能な電力)が小さくなる。そして、限界電力が小さくなれば、発光素子3bから照射される光の量が減少することになる。
そのため、発光素子3bの特性と、開口部9gを設けることによる光の取り出し効率の向上と、開口部9gを設けることによる放熱性の低下と、を考慮して、開口部9gの大きさを適宜決定するようにすることができる。
また、図8(a)においては、伝熱部9の本体部2側の周縁に開口する開口部9gを例示したが、開口部9gの形状や設ける位置は適宜変更することができる。
ただし、光源3により近い位置に開口部9gを設けるようにすれば、光の取り出し効率を向上させることができる。そのため、図8(a)に例示をしたように、伝熱部9の本体部2側の周縁に開口する開口部9gとすることが好ましい。
図9は、他の実施形態に係る開口部を例示するための模式部分断面図である。
図9に示すように、伝熱部29に設けられた開口部29gは、伝熱部29の本体部2側の端部と、波長変換部5側の端部とに開口している。伝熱部29は中央側において基板8と接触して波長変換部5側(上側)に伸び、波長変換部5の近くで波長変換部5の形状に沿って伸びている。伝熱部29の照明装置の軸を含む断面の形状は、「傘状」となっている。
ここで、発光素子3bから照射された光の一部が波長変換部5の内側を伝播、反射されるようすを図9の断面に投影して一点鎖線(光L1、L2)で示す。
この場合、伝熱部29の波長変換部5側の周縁に開口する開口部29gとすれば、図9に示すように、発光素子3bから出射され、波長変換部5の内面において反射した光L1、レンズ40の端面で反射した光L2が照明装置の背面方向に照射されるようになる。そのため、光の取り出し効率を向上させることができるとともに、配光角を拡げることができる。
伝熱部29は、図9における左半分の板状体と右半分の板状体とが一体で形成される。この2つの板状体は、例えば、図9の点線部分で示す位置で繋がっている。
あるいは、伝熱部29は、図9における左半分の板状体と右半分の板状体とが別体で構成され、図9の点線部分で接続されていてもよい。
伝熱部29には、さらに別体の板状体(図示せず)を付加することもできる。付加する板状体は図9に示す点線部分で他の板状体と交わり、あるいは接続して、伝熱部29の一部を構成する。
また、発光素子3bを円形に配置することができるようになる。波長変換部5の近傍に発光素子3bを設けることもできる。
また、図9に示すように、円環状のレンズ40などの光学要素を設けることが容易となる。
この場合、開口部29gが、伝熱部29の波長変換部5側の周縁に開口する位置には特に限定はない。
ただし、図9に示すように、開口部29gが、本体部2により近い位置に開口するようにすれば、光の取り出し効率をより向上させることができるとともに、配光角をより拡げることができる。
以上に例示をしたように、開口部は、伝熱部の本体部側の周縁、および伝熱部の波長変換部5側の周縁の少なくともいずれかに開口しているようにすることができる。
なお、図1に例示をしたものの場合には、本体部2の端部2aの中央部分に複数の発光素子3bを集合させて設けるようにしている。これに対して、図9に例示をしたものの場合には、本体部2の端部2aの周縁近傍に複数の発光素子3bを分散させて設けるようにしている。この場合、照明装置1の中心軸1aの位置から各発光素子3bまでの距離が等しくなるように、複数の発光素子3bを円周上に配置することができる。
また、反射部17には、厚み方向を貫通する複数の孔17aが設けられている。孔17aに発光素子3bを入れることで、発光素子3bの上面(照射面)が反射部17の上面から突出するようになっている。
本体部2の端部2aの周縁近傍に発光素子3bを設けるようにすれば、配光角を拡げることができる。
図10は、板状体の厚み寸法に関して例示をするための模式グラフ図である。
図10に示すように、板状体の厚み寸法を厚くすれば光の取り出し効率は低下する。一方、板状体の厚み寸法を厚くすれば伝熱部9による放熱量が多くなるので限界電力は大きくなる。そして、限界電力が大きくなれば、発光素子3bから照射される光の量を増加させることができるようになる。
また、前述したように、既存の白熱電球との置き換えを考慮すると照明装置1の外形寸法が白熱電球となるべく同じ様になることが好ましい。そのため、光源3と伝熱部9とを配置する領域の広さが制限されることになるので、板状体の厚み寸法を余り厚くすると発光素子3bの数が少なくなるおそれがある。また、板状体の厚み寸法を余り厚くすると光の取り出し効率が低下するおそれがある。
また、板状体の厚み寸法を余り薄くすると、伝熱部9の製造が困難となるおそれがある。
そのため、板状体の厚み寸法は、伝熱部9による放熱量、光源3と伝熱部9とを配置する領域の広さ、伝熱部9の製造性が考慮されたものとすることが好ましい。
本発明者らの得た知見によれば、板状体の厚み寸法を0.5mm以上、5mm以下とすれば、伝熱部9による放熱量、光源3と伝熱部9とを配置する領域の広さ、伝熱部9の製造性のすべてを考慮したものとすることができる。また、板状体の厚み寸法を0.5mm以上、5mm以下とすれば、光の取り出し効率が90%以上となるようにすることができる。
ここで、伝熱部9における伝熱量、ひいては放熱量を増大させるためには、伝熱部9と本体部2側に設けられる要素との接続部分における熱抵抗を低くすればよい。
図11は、伝熱部と基板との接続部分を例示するための模式図である。なお、図11(a)、(c)は熱抵抗の低減を考慮していない場合、図11(b)、(d)は熱抵抗の低減を図った場合である。
図11(a)に示すように、基板18には、アルミニウムや銅などから形成された基部18aと、基部18aの上に設けられた絶縁部18bと、絶縁部18bの上に設けられたソルダーレジスト部18cと、絶縁部18bの上に設けられた配線部18dと、が設けられている。すなわち、基板18は、いわゆる金属ベース基板である。
ソルダーレジスト部18cは、印刷法や写真法などを用いて、樹脂などからなるソルダーレジストを塗布することで形成することができる。
しかしながら、ソルダーレジスト部18cは樹脂などからなるソルダーレジストを用いて形成されるので、伝熱部9と基板18との接続部分における熱抵抗が高くなる。
これに対して、図11(b)に示すように、基板8には、基部18aと、基部18aの上に設けられた絶縁部18bと、絶縁部18bの上に設けられたソルダーレジスト部18c1と、絶縁部18bの上に設けられた配線部18dと、が設けられている。
この場合、伝熱部9と基板8との接続部分にはソルダーレジスト部18c1が設けられておらず伝熱部9と絶縁部18bとが接続されている。そのため、ソルダーレジスト部18c1の分だけ熱抵抗を低減させることができる。
なお、ソルダーレジスト部18c1の形成においては、伝熱部9が接続される領域にソルダーレジスト部18c1を形成しないようにすることもできるし、伝熱部9が接続される領域におけるソルダーレジストを剥離することでソルダーレジスト部18c1を形成することもできる。
図11(c)に示すように、基板28には、ソルダーレジスト部28a、ソルダーレジスト部28aの上に設けられた配線部28b、配線部28bの上に設けられた絶縁部28c、絶縁部28cの上に設けられたソルダーレジスト部28d、および、絶縁部28cの上に設けられた配線部28eが設けられている。すなわち、基板28は、いわゆる樹脂基板である。
ソルダーレジスト部28dは、印刷法や写真法などを用いて、樹脂などからなるソルダーレジストを塗布することで形成することができる。
しかしながら、ソルダーレジスト部28dは樹脂などからなるソルダーレジストを用いて形成されるので、伝熱部9と基板28との接続部分における熱抵抗が高くなる。
これに対して、図11(d)に示すように、基板8aには、ソルダーレジスト部28a、ソルダーレジスト部28aの上に設けられた配線部28b、配線部28bの上に設けられた絶縁部28c、絶縁部28cの上に設けられたソルダーレジスト部28d1、および、絶縁部28cの上に設けられた配線部28eが設けられている。
この場合、伝熱部9と基板8aとの接続部分にはソルダーレジスト部28d1が設けられておらず伝熱部9と絶縁部28cとが接続されている。そのため、ソルダーレジスト部28d1の分だけ熱抵抗を低減させることができる。
なお、ソルダーレジスト部28d1の形成においては、伝熱部9が接続される領域にソルダーレジスト部28d1を形成しないようにすることもできるし、伝熱部9が接続される領域におけるソルダーレジストを剥離することでソルダーレジスト部28d1を形成することもできる。
すなわち、伝熱部9の端部9cと、基板8と、の間にはソルダーレジストから形成されたソルダーレジスト部が設けられていないようにすることができる。
以上は、伝熱部9の端部9cと、基板8との間に熱抵抗の高い部材を設けないようにする場合であるが、熱抵抗の低減はこれに限定されるわけではない。
例えば、図1に示すように、取付部19a1、19b1、19c1を設けることで接触面積を大きくしたり、取付部19a1、19b1、19c1と本体部2側とをネジ止めするなどして密着させたり、取付部19a1、19b1、19c1と本体部2側との間に熱抵抗の低い金属などを設けたりして熱抵抗の低減を図るようにすることもできる。
次に、伝熱部9の表面に拡散部を設ける場合について例示をする。
拡散部は、伝熱部に入射する光を拡散させるために設けられる。
拡散部は、例えば、伝熱部の表面に設けられた突起部、および伝熱部の表面に設けられた拡散剤を含む拡散層70(図1を参照)の少なくともいずれかとすることができる。
図12は、伝熱部9の表面に設けられた突起部を例示するための模式図である。
なお、図12(a)は伝熱部9の表面に1つの突起部が設けられた場合、図12(b)は伝熱部9の表面に複数の突起部が設けられた場合である。
伝熱部9の表面に突起部を設けるようにすれば、伝熱部9に入射する光を拡散させることができる。伝熱部9に入射する光を拡散させることができれば、配光角を拡げることができるようになる。
この場合、図12(a)に示すように伝熱部9の表面に突起部50を1つ設けるようにすることもできるし、図12(b)に示すように伝熱部9の表面に突起部50aを複数設けるようにすることもできる。
伝熱部9の表面に突起部50aを複数設ける場合には、規則的な配設形態とすることもできるし、任意の配設形態とすることもできる。
また、伝熱部9の表面に突起部50aを複数設ける場合には、干渉縞が生じないようにするために、突起部50aのピッチ寸法P1、P2が、発光素子3bから照射される光の波長の10倍以上となるようにすることが好ましい。
なお、突起部の形状は例示をしたものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
以上は、伝熱部9の表面に突起部を設けることで伝熱部9に入射する光を拡散させる場合であるが、伝熱部9の表面に拡散層70を設けることで伝熱部9に入射する光を拡散させることもできる。
拡散層70は、例えば、光を拡散させる拡散剤を含む樹脂層などとすることができる。拡散剤としては、酸化シリコンや酸化チタンなどの金属酸化物からなる微粒子や、微粒子ポリマーなどを例示することができる。
伝熱部9の表面に拡散層70を設けるようにすれば、伝熱部9に入射する光を拡散させることができる。伝熱部9に入射する光を拡散させることができれば、配光角を拡げることができるようになる。
なお、図12では、伝熱部9の一方の面のみを表しているが、突起部や拡散層は伝熱部9の他方の面にも設けるようにすることができる。
次に、照明装置1の上方から見た場合における伝熱部9と発光素子3bとの配置、すなわち、平面視における伝熱部9と発光素子3bとの配置について例示をする。
図13は、平面視における伝熱部9と発光素子3bとの配置について例示をするための模式図である。
なお、図13(a)は平面視における伝熱部9と発光素子3bとの配置を例示するための模式図、図13(b)は平面視における伝熱部9と発光素子3bとの位置関係を例示するための模式図である。
図13(a)に示すように、伝熱部9を設けるようにすれば、平面視において伝熱部9により画される領域39が形成されることになる。
複数の発光素子3bが設けられる場合において、配光ムラや輝度ムラを抑制するためには、各領域39に設けられる発光素子3bの数が同じとなるようにすることが好ましい。この場合、平面視において伝熱部9と発光素子3bとが重ならないようにすることが好ましい。
ただし、本発明者らの得た知見によれば、平面視において伝熱部9と一部分が重なる発光素子3bがあっても、伝熱部9と発光素子3bの中心3a1とが重ならないようにすれば、配光ムラや輝度ムラを抑制することができる。
この場合、平面視において伝熱部9により画される各領域39に中心3a1の位置がある発光素子3bの数が、各領域39毎に同じとなるようにすればよい。
例えば、図13(b)においては、発光素子3bは領域39aに設けられた発光素子となる。
また、伝熱部9は、照明装置1の光軸や照明装置1の中心軸1aに対して回転対称となる形態を有していることが好ましいが、平面視において伝熱部9により画される各領域39に中心3a1の位置がある発光素子3bの数が、各領域39毎に同じとなるようにすれば、伝熱部が回転対称となる形態を有していなくてもよい。
また、発光素子3bが設けられる位置は、特に限定されるわけではない。例えば、発光素子3bが本体部2の端部2aの中央側に設けられたり、発光素子3bが本体部2の端部2aの周縁側に設けられたり、発光素子3bが本体部2の端部2aの全域に設けられたりすることもできる。
次に、波長変換部5についてさらに例示をする。
図1に示すように、波長変換部5は、伝熱部9の端面9eが波長変換部5から露出している部分において分割されている。
図14は、伝熱部9により画された領域毎(第1または第2の領域の一例に相当する)に分割された波長変換部5aを例示するための模式斜視図である。
図14に示すように、分割された波長変換部5a(第1または第2の波長変換部の一例に相当する)の本体部2側の端面には突起部5cが設けられている。突起部5cは、本体部2の端部2aの周縁に設けられた凹部2a1(図1を参照)に対応する位置に設けられている。また、分割された波長変換部5aの突起部5cが設けられた側と対向する側には突起部5dが設けられている。突起部5dは、伝熱部9の頂部(板状体19a、19b、19cの接続部分の近傍)に設けられた凹部9k(図1を参照)に対応する位置に設けられている。分割された波長変換部5aを組み付ける際には、突起部5cを本体部2の端部2aの周縁に設けられた凹部2a1に嵌め合わせ、突起部5dを伝熱部9の頂部に設けられた凹部9kに嵌め合わせるようにする。この様にすれば、分割された波長変換部5aを組み付ける際の位置決めや固定を容易に行うことができる。なお、分割された波長変換部5aを組み付ける際には、接着剤などを用いた固定を行うこともできる。
次に、伝熱部9の頂部における遮蔽について例示をする。
前述したように、伝熱部9は、複数の板状体を交差させるように接続することで形成されている。そのため、接続部が設けられる伝熱部9の頂部には、隙間が生じる場合がある。この様な隙間が生じると、発光素子3bから照射された光が隙間から漏れたり、外部にある塵灰が隙間から波長変換部5の内側に侵入したりするおそれがある。
そのため、伝熱部9の頂部に遮蔽部49を設けるようにしている。
図15は、遮蔽部49を例示するための模式斜視図である。
なお、図15(a)は遮蔽部49を例示するための模式斜視図、図15(b)は伝熱部9の頂部を例示するための模式斜視図である。
図15(a)に示すように、遮蔽部49には遮蔽体49aと、接続部49bが設けられている。
遮蔽体49aは、伝熱部9の頂部における所定の領域を覆う。遮蔽体49aは、板状を呈し、伝熱部9の頂部における形状に対応する外形形状を有している。また、遮蔽体49aを伝熱部9に組み付けた際に、遮蔽体49aの外面49a1と、波長変換部5の外周面5aとが滑らかにつながるような厚み方向の形状を有している。
接続部49bは、遮蔽体49aから突出するようにして設けられている。接続部49bの端部には、顎部49b1が設けられている。顎部49b1は、伝熱部9に設けられた孔9hに対応する位置に設けられている。また、接続部49bは、樹脂などの弾性材料から形成され屈曲可能となっている。
遮蔽部49を伝熱部9に組み付ける際には、伝熱部9の頂部に設けられた孔9jに接続部49bを差し込むようにして嵌め合わせ、顎部49b1を孔9hに嵌め合わせることで遮蔽部49を伝熱部9に固定するようになっている。
接続部が設けられる伝熱部9の頂部に遮蔽部49を設けるようにすれば、波長変換部5がずれるのを防止することができたり、波長変換部5を押さえつけたりすることができる。そのため、発光素子3bから照射された光が隙間から漏れたり、外部にある塵灰が隙間から波長変換部5の内側に侵入したりすることを抑制することができる。
次に、伝熱部9の作用、効果に関して例示する。
図16は、伝熱部9が設けられていない照明装置における放熱の様子を例示するための模式図である。
なお、図16(a)は照明装置の温度分布を例示するための模式図、図16(b)は本体部2の端部2a近傍における温度分布を例示するための模式図である。
図17は、伝熱部9が設けられている照明装置における放熱の様子を例示するための模式図である。
なお、図17(a)は波長変換部5の内面と伝熱部の端面とが接触している場合(伝熱部の端面が波長変換部5から露出していない場合)、図17(b)は伝熱部9の端面が波長変換部5から露出している場合である。
また、図16、図17は、シミュレーションにより照明装置の温度分布を求めたものであり、光源3の出力を5W(ワット)程度、環境温度を25℃程度とした場合である。
また、温度分布をモノトーン色の濃淡で表し、温度が高い程濃く、温度が低いほど淡くなるように表示した。
伝熱部9が設けられていない場合には、図16(a)に示すように、波長変換部5の表面温度は低くなるが、本体部2の温度が高くなる。
この場合、図16(b)に示すように、本体部2の端部2a近傍における温度が高くなる。
すなわち、伝熱部9が設けられていない場合には、光源3において発生した熱は本体部2側から放出され、波長変換部5側からの熱の放出が少ないことがわかる。また、図16(b)に示すように、本体部2側からの放熱だけでは充分な冷却効果が得られていないこともわかる。
これに対して、伝熱部9が設けられている場合には、光源3において発生した熱を伝熱部9により波長変換部5側に伝達することができる。そのため、図17(a)、(b)に示すように、波長変換部5側からの放熱により本体部2の温度を低下させることができる。
またさらに、伝熱部9の端面が波長変換部5から露出しているようにすれば、図17(b)に示すように、本体部2の温度をさらに低下させることができる。
本体部2の温度が低下するということは、発光素子3bの温度上昇を抑制することができることを意味する。
本実施の形態によれば、伝熱部9を介して波長変換部5側からも熱を放出することができるので、照明装置1の放熱性の向上、ひいては発光効率の向上を図ることができる。また、照明装置1の長寿命化を図ることができる。また、高光束化、配光角の拡大などのような照明装置1の基本性能を向上させることが可能となる。
図18は、他の実施形態に係る反射部27を例示するための模式斜視図である。
図18に示すように、複数の発光素子3bは、本体部2の端部2aの周縁近傍に分散して設けられている。また、照明装置1の中心軸1aの位置から各発光素子3bまでの距離が等しくなるように、複数の発光素子3bを円周上に配置することができる。すなわち、複数の発光素子3bは、照明装置1の中心軸1aの位置を中心とする円の円周上に配置されている。この場合、図18に示すように、複数の発光素子3bを複数の同心円上に配置することができる。なお、図18においては、複数の発光素子3bを2つの同心円上に配置する場合を例示したが、同心円の数は1つであってもよいし、3つ以上であってもよい。
例えば、中心軸1aを中心とする直径28mmの円周上に複数の発光素子3b(例えば16個の発光素子3b)を等間隔で配置するのが好適である。
また、反射部27は、板状体とすることができる。
反射部27は、基板8の上に設けられている。
反射部27には、厚み方向を貫通する複数の孔27aが設けられている。孔27aに発光素子3bを入れることで、発光素子3bの上面(照射面)が反射部27の上面から突出するようになっている。
本体部2の端部2aの周縁近傍に発光素子3bを設けるようにすれば、配光角を拡げることができる。また、反射部27の中心部に、一端側に突出する凸部(例えば円錐状、円錐台状、多角形状、多角台形状の凸部)を形成すれば、さらに配光角を広げることができる。
図19は、他の実施形態に係る照明装置1bを例示するための模式断面図である。
図19に示すように、照明装置1bには、本体部2、発光素子3b、波長変換部35、反射部27、基板8、伝熱部90aまたは伝熱部91a、およびグローブ45が設けられている。また、図示は省略したが、口金部6なども設けられている。
伝熱部90aは、前述した伝熱部90と同様とすることができる。
伝熱部91aは、前述した伝熱部91と同様とすることができる。
グローブ45は、波長変換部35を覆うようにして、本体部2の端部2a側に設けられている。
グローブ45は、波長変換部5と同じ形態を有しているが、蛍光体を有していない。
グローブ45は、透光性を有し、発光素子3bから照射された光が照明装置1bの外部に出射することができるようになっている。グローブ45は、透光性の材料から形成することができる。また、グローブ45は、光拡散性の材料から形成することもできる。グローブ45は、例えば、ポリカーボネートなどの樹脂材料から形成することができる。 グローブ45は、伝熱部9の端面9eがグローブ45から露出している部分において分割されていてもよいし、開口部9gに収まる大きさであれば半球状のものであってもよい。
このようにすれば、放熱性の高い照明装置1bを容易に組み立てることができる。
波長変換部35は、複数の発光素子3bを覆うようにして、本体部2の端部2a側に設けられている。すなわち、波長変換部35は、本体部2の端部2aに、発光素子3bから離隔させて設けられている。波長変換部35は、光の照射方向に突出する曲面を有したものとすることができる。また、他端側には、外端方向に突出する脚が形成されており、脚は反射部7の一端側と伝熱部9の他端側によって狭持されている。
波長変換部35の材料や蛍光体は、波長変換部5において例示をしたものと同様とすることができる。
すなわち、図1において例示をした波長変換部5は、グローブとしても機能するものであった。これに対して、波長変換部35は、発光素子3bから照射された光の一部を吸収して、所定の波長を有する蛍光を発するものであり、グローブ45とは別に設けられている。
また、波長変換部35は、伝熱部90aまたは伝熱部91aと接触している。前述したように、波長変換部35は発熱源となる。そのため、波長変換部35を、伝熱部90aまたは伝熱部91aに接触させることで、波長変換部35において生じた熱を放熱させるようにしている。
そのため、波長変換部35において生じた熱を効率よく放出することができるので、発光素子3bに投入する電力を増加させることができる。その結果、発光効率の向上を図ることができる。
図20は、他の実施形態に係る照明装置1cを例示するための模式断面図である。
図20に示すように、照明装置1cには、本体部2、発光素子3b、波長変換部5、反射部27、基板8、伝熱部9、およびレンズ14が設けられている。また、図示は省略したが、口金部6なども設けられている。
レンズ14は、レンズ本体43と取付脚44を有する。
レンズ本体43は、複数の発光素子3bから照射された光を制御する。レンズ本体43は、取付脚44により反射部27に取り付けられている。
レンズ14は、屈折率が1.45〜1.6のポリカーボネートなどの透明樹脂を用いて一体成形により形成することができる。
レンズ本体43は、半球殻状または回転楕円状の第1のレンズ部46と、半球殻状または回転楕円状の第2のレンズ部48を有する。
第1のレンズ部46は、発光素子3b側に開口する第1の凹部46aを有する。
第2のレンズ部48は、発光素子3bとは反対の側に開口する第2の凹部48aを有する。
レンズ本体43は、第1の凹部46aと、第2の凹部48aとを向かい合わせて一体化したものとなっている。
取付脚44は、第1のレンズ部46の発光素子3b側の端部に設けられている。取付脚44は、レンズ14の中心軸に対して回転対象となるように設けることができる。取付脚44は、第1のレンズ部46の外方に向けて突出している。取付脚44は、反射部7と伝熱部9とで狭持されている。
なお、レンズ本体43は、ガラス材料から形成することもできる。この場合、レンズ本体43と取付脚44を別々に形成し、レンズ本体43と取付脚44とを接合するようにしてもよい。
次に、レンズ14の作用、効果について例示する。
図21は、レンズ14の作用、効果について例示するための模式図である。
図21に示すように、発光素子3bから照射された光は、第1の凹部46a内の空間を透過して第1のレンズ部46に入射する。第1のレンズ部46に入射した光の一部は、第2の凹部48aの内面において屈折して、レンズ14の外部に出射する。また、第1のレンズ部46に入射した光の一部は、第2のレンズ部48の外面において屈折して、レンズ14の外部に出射する。また、第1のレンズ部46に入射した光の一部は、第1のレンズ部46の外面において屈折して、レンズ14の外部に出射する。また、第1のレンズ部46に入射した光の一部は、第2の凹部48aの内面において全反射して、レンズ14の外部に出射する。
図21は、複数の発光素子3bが設けられた領域の中心部分に設けられた発光素子3bから照射された光の進路を例示するものである。
第2の凹部48aの内面、第2のレンズ部48の外面、および第1のレンズ部46の外面に入射した光のうち入射角の小さい光は、入射角と屈折角の差が小さくなり、主に、レンズ14の正面方向または側面方向に向けて出射する。
これに対して、第2の凹部48aの内面に入射した光のうち入射角の大きい光は、入射角と屈折角の差が大きくなり、主に、レンズ14の側面方向または背面方向に向けて出射する。
この様に、レンズ14を設けるようにすれば、複数の発光素子3bが設けられた領域の中心部分に設けられた発光素子3bから照射された光の配光角を拡げることができる。
図21は、複数の発光素子3bが設けられた領域の周縁部分に設けられた発光素子3bから照射された光の進路を例示するものでもある。
図21に示すように、第2の凹部48aの内面、第2のレンズ部48の外面、および第1のレンズ部46の外面に入射した光のうち入射角の小さい光は、入射角と屈折角の差が小さくなり、主に、レンズ14の正面方向または側面方向に向けて出射する。
これに対して、第2の凹部48aの内面に入射した光のうち入射角の大きい光は、入射角と屈折角の差が大きくなり、主に、レンズ14の側面方向または背面方向に向けて出射する。
この様に、レンズ14を設けるようにすれば、複数の発光素子3bが設けられた領域の周縁部分に設けられた発光素子3bから照射された光の配光角を拡げることができる。
レンズ14の側面方向および背面方向に出射した光は、さらに波長変換部5により屈折するので、照明装置の側面方向および背面方向に向けて出射されやすくなる。したがって、レンズ14および波長変換部5により、発光素子3bから照射された光を照明装置の正面方向から背面方向に亘って広角に配光することができる。
また、波長変換部5の本体部2側の外形寸法が、本体部2の平坦面21の外形寸法よりも長くなっていれば、波長変換部5を透過した光が照明装置の背面方向により出射されやすくなる。そのため、配光角をさらに拡げることができる。
なお、レンズ14の形状は、図21に例示をしたものに限定されるものではなく、光源3で発生した光を照明装置1の側面方向および背面方向に屈折可能な形状を有するものであればよい。
以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
1 照明装置、1b 照明装置、1c 照明装置、2 本体部、3 光源、3b 発光素子、5 波長変換部、5a 分割された波長変換部、5b 外周面、6 口金部、7 反射部、9 伝熱部、14 レンズ、35 波長変換部、45 グローブ

Claims (8)

  1. 一端側に平坦面を有する本体部と;
    前記本体部の前記平坦面に熱的に接合するように設けられた、ピーク波長が430nm以上500nm以下の光を出射する発光素子を備える発光モジュールと;
    前記本体部の一端側に設けられ、前記発光素子から出射された光を反射する反射部と;
    一端側が前記本体部の一端方向に突出するように設けられ、他端側は前記本体部に接続された伝熱部と;
    前記発光モジュールを覆うように、かつ前記本体部および前記伝熱部と熱的に接合するように、前記発光素子から離間して設けられた波長変換部と;
    を具備していることを特徴とする照明装置。
  2. 前記平坦面は、一端側の面が前記照射装置の中心軸に対して直交するように設けられ、 前記反射部は、少なくとも一つの開口を有する板状体であり、前記開口から前記発光素子を前記本体部の一端側に露出させるようにして、前記平坦面に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の照明装置。
  3. 前記反射部は、外端部に傾斜面を備えており、前記傾斜面が一端側を向くように前記平坦面に配置されていることを特徴とする請求項2に記載の照明装置。
  4. 前記照明装置の中心軸の位置から前記本体部の一端側における外端部までの寸法をR、前記本体部の前記平坦面から前記照明装置の頂点までの寸法をL、前記照明装置の中心軸の位置から前記反射部の外端部までの寸法をr、前記反射部から前記照明装置の頂点までの寸法をlとした場合に、以下の式を満足することを特徴とする請求項2または請求項3に記載の照明装置。
    r>R・l/L
  5. 前記照明装置の中心軸の位置から前記本体部の一端側における外端部までの寸法をR、前記本体部の前記平坦面から前記照明装置の頂点までの寸法をL、前記照明装置の中心軸の位置から前記反射部の外端部までの寸法をr、前記反射部から前記照明装置の頂点までの寸法をlとした場合に、以下の式を満足することを特徴とする請求項2または請求項3に記載の照明装置。
    r≦R・l/L
  6. 前記波長変換部は、前記反射部から前記照明装置の頂点までの間に、前記照明装置の中心軸の位置から内面までの寸法が寸法Rよりも大きい最大径部を有するとともに、前記反射部の外端側に位置する部分の前記照明装置の中心軸の位置からその内面までの寸法が寸法Rより大きく、最大径部より小さい部分を有することを特徴とする請求項4または請求項5に記載の照明装置。
  7. 前記波長変換部は、前記伝熱部の少なくとも一部が外気と接触するように、前記伝熱部の外端側の面に接続されていることを特徴とする請求項1〜請求項6の何れかに記載の照明装置。
  8. 前記伝熱部は、他端側は前記本体部の外端部に接続され、一端側が前記照明装置の頂点に向かって突出するように設けられた第1の板状体と;他端側は前記第1の板状体とは異なる位置の前記本体部の外端部に接続され、一端側が前記照明装置の頂点に向かって前記本体部の一端側に突出し、頂上付近で前記第1の板状体と接続される第2の板状体と;
    を備え、
    前記波長変換部は、第1の波長変換部と第2の波長変換部を備えており、前記第1の波長変換部は、前記伝熱部によって画される第1の領域に設けられ、前記第2の波長変換部は、前記伝熱部によって画される第2の領域に設けられていることを特徴とする請求項1〜請求項7の何れかに記載の照明装置。
JP2013036467A 2013-02-26 2013-02-26 照明装置 Pending JP2014165082A (ja)

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