JP2014212125A - 発光装置及び照明器具 - Google Patents
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Abstract
【課題】発光素子の温度上昇を抑制できる発光装置及び照明器具を提供する。
【解決手段】本発明は、基板21と、この基板21に実装された複数のLED等の発光素子22と、前記基板21の表面上に形成されるとともに、前記LED等の発光素子22におけるアノード側の電極Aeが接続される領域Saに対し、カソード側の電極Ceが接続される領域Scが広く形成された配線パターン層21aとを備える発光装置2である。
【選択図】図12
【解決手段】本発明は、基板21と、この基板21に実装された複数のLED等の発光素子22と、前記基板21の表面上に形成されるとともに、前記LED等の発光素子22におけるアノード側の電極Aeが接続される領域Saに対し、カソード側の電極Ceが接続される領域Scが広く形成された配線パターン層21aとを備える発光装置2である。
【選択図】図12
Description
本発明の実施形態は、LED等の発光素子を用いた発光装置及び照明器具に関する。
近時、LEDの高出力化、高効率化及び普及化に伴い、光源としてLEDを用いた屋内又は屋外で使用される長寿命化が期待できる照明器具が開発されている。このような照明器具は、LEDを基板に複数実装して所定の光量を得るようにしたものである。
一方、LED等の発光素子は、発光時、その温度が上昇するに従い、光の出力が低下し、耐用年数も短くなる。このため、LEDやEL素子等の固体発光素子を光源とする照明器具にとって、耐用年数を延したり発光効率等の特性を改善したりするために、発光素子の温度が上昇するのを抑制することが必要である。
従来、LEDを光源とする照明器具において、LEDを支持する隣り合う金属板を、互いに離間した状態で配置したものがある。
しかしながら、上記従来の照明器具においては、格別に金属板を設けて配置するものであり、コストアップを招くとともに、製造工程が複雑化する可能性がある。
本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、この種、発光素子は、発光時、主としてカソード側の電極の温度が高くなることに着目し、発光素子の温度上昇を抑制できる発光装置及び照明器具を提供することを目的とする。
本発明の実施形態による照明器具は、器具取付面に配設された配線器具に対向する取付部を有する本体と;前記本体の前記取付部の周囲に位置して、実装面が前面側に向けられるとともに、裏面側が本体に接触して配設された基板と;前記基板に実装された複数の発光素子と;前記取付部と前記基板との間に配設され、前記発光素子を点灯制御する点灯装置と;前記基板と、前記取付部との間の領域であって、前記本体の背面の位置に取り付けられ、前記本体を前記器具取付面側に取付ける際に前記器具取付面との間で弾性力を発揮させる取付部材と;を備えている。
本発明の実施形態によれば、発光素子の温度上昇を抑制できる発光装置及び照明器具を提供することが可能となる。
以下、本発明の実施形態について図1乃至図14を参照して説明する。各図においてリード線等による配線接続関係は省略して示している場合がある。なお、同一部分には同一符号を付し、重複した説明は省略する。
本実施形態の照明器具は、器具取付面に設置された配線器具としての引掛けシーリングボディに取付けられて使用される一般住宅用のものであり、基板に実装された複数の発光素子を有する発光装置から放射される光によって室内の照明を行うものである。
図1乃至図4において、照明器具は、器具本体1と、発光装置2と、拡散部材3と、点灯装置4と、点灯装置カバー5と、取付部6と、カバー部材7とを備えている。また、器具取付面としての天井面Cに設置された引掛けシーリングボディCbに電気的かつ機械的に接続されるアダプタAを備えている。このような照明器具は、丸形の円形状の外観に形成され、前面側を光の照射面とし、背面側を天井面Cへの取付面としている。
図2乃至図5に示すように、本体1は、冷間圧延鋼板等の金属材料の平板から円形状に形成されたシャーシであり、略中央部に、後述する取付部6を配設するための円形状の開口11が形成されている。また、発光装置2が取付けられる内面側の平坦部12の外周側には、背面側に向かう段差部13が形成されて樋状の凹部14が形成されている。そして、前記段差部13には、カバー部材7が着脱可能に取付けられるカバー受部材が配置されている。カバー受部材は、より詳しくは、カバー受金具75であり、段差部13によって形成される凹部14に配置されるようになっている。さらに、本体1の背面側の4箇所には、照明器具取付用ばね部材15が設けられている。ばね部材15は、ステンレス鋼等の金属製からなり、略長方形状の板ばねを折曲して形成されている。
発光装置2は、図2乃至図6に示すように、基板21と、この基板21に実装された複数の発光素子22とを備えている(図2においては発光素子22の図示を省略している)。基板21は、所定の幅寸法を有した円弧状の4枚の基板21が繋ぎ合わされるように配設されて全体として略サークル状に形成されている。つまり、全体として略サークル状に形成された基板21は、4枚の分割された基板21から構成されている。
このように分割された基板21を用いることにより、基板21の分割部で熱的収縮を吸収して基板21の変形を抑制することができる。なお、複数に分割された基板21を用いることが好ましいが、略サークル状に一体的に形成された一枚の基板を用いるようにしてもよい。
基板21は、絶縁材であるガラスエポキシ樹脂の平板からなり、表面側には銅箔によって配線パターンが形成されている。また、配線パターンの上、つまり、基板21の表面には反射層として作用する白色のレジスト層が施されている。なお、基板21の材料は、絶縁材とする場合には、セラミックス材料又は合成樹脂材料を適用できる。さらに、金属製とする場合は、アルミニウム等の熱伝導性が良好で放熱性に優れたべース板の一面に絶縁層が積層された金属製のべース基板を適用できる。
発光素子22は、LEDであり、表面実装型のLEDパッケージである。このLEDパッケージが複数個サークル状の基板21の周方向に沿って、つまり、取付部6を中心とする略円周上に複数列、本実施形態では、内周側及び外周側の2列に亘って実装されている。また、LEDパケージには、発光色が昼白色Nのものと電球色Lのものとが用いられており、これらが交互又は混在して並べられていて、各列の隣接する発光素子22は所定の間隔を空けて配設されている。
なお、特定の基板21a(図3及び図6中、右側)には、常夜灯用の発光素子22aが実装されている。この発光素子22aには、サークル状に実装された主光源における電球色のものと同じ仕様のLEDパッケージが用いられている。これにより部材の共通化が図られている。
なお、発光素子22は、必ずしも複数列に実装する必要はない。例えば、周方向に沿って1列に実装するようにしてもよい。所望する出力に応じて発光素子22の列数や個数を適宜設定することができる。
LEDパッケージは、概略的にはセラミックスや合成樹脂で形成された本体に配設されたLEDチップと、このLEDチップを封止するエポキシ系樹脂やシリコーン樹脂等のモールド用の透光性樹脂とから構成されている。LEDチップは、青色光を発光する青色のLEDチップである。透光性樹脂には、昼白色や電球色の光を出射できるようにするために蛍光体が混入されている。また、本体には、LEDチップと接続されたアノード側の電極とカソード側の電極とが設けられている。
次に、図7乃至図13を参照して発光装置2の構成を詳細に説明する。図7乃至図10は、分割された基板21の1枚を示しており、図11及び図12は、部分的に拡大した状態を示している。
まず、図7において、基板21は、絶縁性を有する表面上に配線パターン層21aが積層され、さらに、その上に反射層21bが積層されて形成されている。そして、基板21には、2列に亘って発光素子22である表面実装型のLEDパッケージが複数個実装されている。LEDパッケージは、外形的には、略直方体形状をなしていて、一方の短辺側にアノード側の電極Aeが設けられており、他方の短辺側にカソード側の電極Ceが設けられている。なお、説明上、カソード側の電極Ce側の短辺を太線で示している。
図8は、基板21における配線パターン層21aを示している。配線パターン層21aは、銅箔のパターンがエッチングによって形成されていて、基板21の表面上を略全面に亘って覆うように形成されている。
配線パターン層21aは、発光素子22の実装個数に対応して複数のブロックに線状の絶縁領域iによって区画されていて、発光素子22のアノード側の電極Ae及びカソード側の電極Ceがブロック間の比較的狭い線状の絶縁領域iを跨って接続されるようになっている。
配線パターン層21aは、発光素子22に電力を供給する電気的導通路であるとともに、発光素子22から発生する熱を拡散するヒートスプレッダとしての機能を有している。
図9は、基板21において、配線パターン層21aの上に反射層21bが形成された状態を示している。反射層21bは、各発光素子22が実装され電極Ae、Ceが接続される部分やコネクタが接続される部分を除いて略全面に亘って形成されている。つまり、各発光素子22が実装され電極Ae、Ceが接続される部分やコネクタが接続される部分は、配線パターン層21aが表面上に露出する状態となっている。
反射層21bは、具体的には、白色のフォトソルダータイプのレジストインキ材料を用いて形成したものであり、光の反射率が良好な白色のレジスト層である。このレジスト層は、膜厚寸法が約40μmに形成されている。
図10は、配線パターン層21aの上に反射層21bが形成された状態、すなわち、発光素子22のアノード側の電極Ae及びカソード側の電極Ceが接続される部分に対応して配線パターン層21aが表面上に露出された状態において、発光素子22との位置関係を示すため、説明上、発光素子22を一部(2個)のみ実装した場合を示している。
続いて、図11は、配線パターン層21aの一部を拡大して示し、図12は、その配線パターン層21aに発光素子22(点線で示している)が実装された場合の位置関係を示している。
図12に示すように、線状の絶縁領域iによって区画された複数のブロック間において、比較的狭い線状の絶縁領域iを跨って発光素子22のアノード側の電極Ae及びカソード側の電極Ceが配線パターン層21aに半田付けされて接続されている。
より詳しくは、発光素子22のアノード側の電極Aeが接続される配線パターン層21a側の領域Saよりカソード側の電極Ceが接続される配線パターン層21a側の領域Scの方の面積が広くなるように形成されている。つまり、Sa<Scの関係になるように形成されている。
この種、発光素子22は、発光時、主としてカソード側に熱が発生し、カソード側の電極Ceの温度が高くなる。このため、カソード側の電極Ceが接続される配線パターン層21a側の領域Scを広くすることにより、発生した熱を広い面積で効果的に拡散し、放熱させて発光素子22の温度上昇を抑制することが可能となる。
なお、発光素子22のアノード側の電極Aeが接続される配線パターン層21a側の領域Saと、カソード側の電極Ceが接続される配線パターン層21a側の領域Scとは、領域Scが広くなるように形成できれば、その形状等は格別限定されるものではない。
図13は、1枚の基板21における各発光素子22の結線状態を示している。具体的には、6個の発光素子22が直列に接続された直列回路が4個並列に接続された2つのラインから構成されている。したがって、合計48個の発光素子22が接続されている。また、これらの直列回路は、発光色が昼白色の発光素子群と電球色の発光素子群とに分けられて接続されている。つまり、一つの直列回路に昼白色と電球色の発光素子22が混在することはない。さらに、2つのラインの端部は、コネクタCnに接続されていて、隣接する基板21のコネクタ又は電源側のコネクタに接続できるようになっている。
拡散部材3は、レンズ部材であり、図5に代表して示すように、例えば、ポリカーボネートやアクリル樹脂等の絶縁性を有する透明合成樹脂からなり、前記発光素子22の配置に沿って略サークル状に一体的に形成されていて、発光素子22を含めて基板21の全面を覆うように配設されている。
また、レンズ部材は、略サークル状の内周側部分と外周側部分とに発光素子22に対向して円周方向に2条の山形であって、断面形状が一定の突条部31が連続して形成されている。この突条部31の内側には、U字状の溝32が円周方向に沿って連続して形成されている。したがって、U字状の溝32は、複数の発光素子22と対向して配置されるようになっており、複数の発光素子22は、U字状の溝32内に収められて覆われている状態となっている。
さらに、これら突条部31からは幅方向に延出する平坦部33が形成されており、これにより基板21の全面が覆われるようになっている。
このように構成されたレンズ部材によれば、複数の発光素子22から出射された光は、突条部31によって、主として円周上の内周方向及び外周方向に拡散されて放射される。すなわち、発光素子22から出射された光は、発光素子22が配置されたところのサークル状の中心を原点とする半径方向へ主として拡散して放射されるようになる。
したがって、レンズ部材によって複数の発光素子22から出射される光による照射光の均斉度を向上することが可能となる。さらに、各発光素子22の輝度による粒々感を抑制することができる。
また、拡散部材3には、平坦部33が形成されて基板21の全面を覆うようになっているので、充電部が拡散部材3によって覆われ保護される。
なお、拡散部材3は、略サークル状に一体的に形成されていなくてもよい。例えば、分割された基板21に対応して、これらの基板21ごとに分割して形成するようにしてもよい。この場合には、一つの基板21に実装された複数の発光素子22ごとに連続して拡散部材3によって覆われるようになる。
また、拡散部材3は、レンズ部材に限らず、拡散シート等を適用するようにしてもよい。
上記のように構成された発光装置2は、図4及び図5に代表して示すように、基板21が取付部6の周囲に位置して、発光素子22の実装面が前面側、すなわち、下方の照射方向に向けられて配設されている。また、基板21の裏面側が本体1の内面側の平坦部12に密着するように面接触して取付けられている。具体的には、基板21の前面側から拡散部材3が重ね合わされ、この拡散部材3を例えば、ねじS等の固定手段によって本体1に取付けることにより、基板21は、本体1と拡散部材3との間に挟み込まれて押圧固定されるようになっている。つまり、1本のねじSによって基板21と拡散部材3とが共締めされている。
したがって、基板21は、本体1と熱的に結合され、基板21からの熱が裏面側から本体1に伝導され放熱されるようになっている。なお、基板21と本体1との面接触は、基板21の全面が本体1に接触する場合に限らない。部分的な面接触であってもよい。
加えて、拡散部材3における平坦部33は、基板21の実装面側に密着するように面接触しているので、基板21の実装面側から熱が拡散部材3に伝わり、拡散部材3を経由して放熱することが可能となる。つまり、基板21の前面側からも放熱できるようになっている。
点灯装置4は、図2乃至図4に示すように、回路基板41と、この回路基板41に実装された制御用IC、トランス、コンデンサ等の回路部品42とを備えている。回路基板41は、取付部6の周囲を囲むように略円弧状に形成されていて、アダプタA側が電気的に接続されて、アダプタAを介して商用交流電源に接続されている。したがって、点灯装置4は、この交流電源を受けて直流出力を生成し、リード線を介してその直流出力を発光素子22に供給し、発光素子22を点灯制御するようになっている。
このような点灯装置4は、取付部6と発光装置2、すなわち、基板21との間に配設されている。
点灯装置カバー5は、図2及び図4に示すように、冷間圧延鋼板等の金属材料によって略短円筒状に形成され、点灯装置4を覆うように本体1に取付けられている。側壁51は、背面側に向かって拡開するように傾斜状をなしており、前面壁52には、取付部6と対応するように開口部53が形成されている。したがって、発光素子22から出射される一部の光は、側壁51によって前面側に反射され有効に利用されるようになる。また、この開口部53に周縁には背面側へ凹となる円弧状のガイド凹部54が形成されている。
取付部6は、略円筒状に形成されたアダプタガイドであり、このアダプタガイドの中央部には、アダプタAが挿通し、係合する係合口61が設けられている。このアダプタガイドは、本体1の中央部に形成された開口11に対応して配設されている。アダプタガイドの外周部には、この外周部から突出するように基台が形成されていて、この基台には赤外線リモコン信号受信部や照度センサ等の電気的補助部品62が配設されている。
なお、取付部6は、必ずしもアダプタガイド等と指称される部材である必要はない。例えば、本体1等に形成される開口であってもよく、要は、配線器具としての引掛けシーリングボディCbに対向し、アダプタAが係合される部材や部分を意味している。
カバー部材7は、アクリル樹脂等の透光性を有し、乳白色を呈する拡散性を備えた材料から略円形状に形成されており、中央部には不透光性の円形状の化粧カバー71が取付けられている。また、この化粧カバー71には、前記電気的補助部品62と対向するように略三角形状の透光性を有する受光窓72が形成されている。さらに、カバー部材7の内面側の中央寄りには、内面方向に突出する突出ピン73が形成されている。
そして、カバー部材7は、発光装置2を含めた本体1の前面側を覆うように本体1の外周縁部に着脱可能に取付けられるようになっている。具体的には、カバー部材7を回動することによって、カバー部材7に設けられたカバー取付金具74を本体1の外周部の段差部13における凹部14に配設されたカバー受金具75に係合することにより取付けられる。また、カバー部材7を取外す場合には、カバー部材7を取付時とは反対方向に回動して、カバー取付金具74とカバー受金具75との係合を解くことにより、取外すことができる。
このようにカバー部材7が本体1に取付けられた状態においては、主として図5に示すように、カバー部材7の内面側は、点灯装置カバー5の前面壁52に面接触するようになる。したがって、点灯装置4等から発生する熱を点灯装置カバー5へ伝導し、さらにカバー部材7へ伝導させて放熱を促進することが可能となる。
ここで、カバー部材7は、回動させて本体1に取付けられるが、受光窓72の位置を電気的補助部品62と対向するように位置合わせをする必要がある。このため、本実施形態においては、詳細な説明は省略するが、カバー部材7側に形成された突出ピン73と点灯装置カバー5に形成されたガイド凹部54とによって位置規制手段が構成されている。この位置規制手段によって受光窓72が電気的補助部品62と対向して位置されるようになり、例えば、赤外線リモコン信号受信部が赤外線リモコン送信器からの制御信号を受信できるようになる。
アダプタAは、天井面Cに設置された引掛けシーリングボディCbに、上面側に設けられた引掛刃によって電気的かつ機械的に接続されるもので略円筒状をなし、周壁の両側には一対の係止部A1が、内蔵されたスプリングによって常時外周側へ突出するように設けられている。この係止部A1は下面側に設けられたレバーを操作することにより没入するようになっている。また、このアダプタAからは、前記点灯装置4へ接続する電源コードが導出されていて、点灯装置4とコネクタを介して接続されるようになっている(図3参照)。
次に、照明器具の天井面Cへの取付状態について図14を参照して説明する。まず、予め天井面Cに設置されている引掛けシーリングボディCbにアダプタAを電気的かつ機械的に接続する。この状態から取付部6としてのアダプタガイドの係合口61をアダプタAに合わせながら、アダプタAの係止部A1がアダプタガイドの係合口61に確実に係合するまで器具本体1を照明器具取付用ばね部材15の弾性力に抗して下方から手で押し上げて取付け操作を行う。
次いで、カバー部材7を本体1に取付ける。これは、カバー部材7を回動することによって、カバー部材7に設けられたカバー取付金具74を本体1のカバー受金具75に係合することにより取付けられる。
また、照明器具を取外す場合には、カバー部材7を取外し、アダプタAに設けられているレバーを操作してアダプタAの係止部A1の係合を解くことにより取外すことができる。
照明器具の天井面Cへの取付状態において、点灯装置4に電力が供給されると、基板21の配線パターン層21aを通じて各発光素子22のアノード側の電極Ae及びカソード側の電極Ceに通電され、各発光素子22が点灯する。発光素子22から出射された光は、複数の発光素子22を連続して覆う拡散部材3によって半径方向へ拡散されるとともに、前面側へ放射される。前面側へ放射された光は、カバー部材7によって拡散され透過して外方へ照射される。したがって、照射光の均斉度の向上を図ることができるとともに、各発光素子22の輝度による粒々感を抑制することが可能となる。
また、半径方向の内周側へ向かう一部の光は、点灯装置カバー5における傾斜状の側壁51によって前面側に反射され有効に利用されるようになる。
一方、発光素子22から発生する熱は、カソード側の電極Ceが接続される配線パターン層21a側の広い面積で形成された領域Scによって拡散され放熱される。
また、基板21の裏面側が本体1と熱的に結合しているため、本体1に効果的に伝導され、本体1の広い面積で放熱されるようになる。また、基板21の外周側近傍には、基板21の外周に沿って段差部13が位置しているため、この段差部13によって放熱面積を増大させることができ、本体1外周部での放熱効果を高めることが可能となる。
点灯装置4は、取付部6と基板21との間に配設されているため、点灯装置4は、基板21から熱的影響を受けるのを軽減される。これは、基板21の熱は、本体1の外周方向に向かって伝導し、放熱される傾向にあることに起因するものである。
さらに、カバー部材7は、点灯装置カバー5に面接触するようになっているので、点灯装置4から発生する熱を点灯装置カバー5へ伝導し、さらにカバー部材7へ伝導させて放熱をさせることができる。
加えて、拡散部材3における平坦部33は、基板21の実装面側に面接触しているので、基板21の実装面側から拡散部材3を経由して前面側からも放熱することが可能となる。また、この場合、拡散部材3は、基板21の全面を覆うようになっているので充電部が保護されるようになる。
以上のように本実施形態によれば、配線パターン層を有効に利用して、発光素子の温度上昇を抑制できる発光装置及び照明器具を提供することが可能となる。
なお、本発明は、上記各実施形態の構成に限定されることなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、例えば、発光素子は、LEDや有機EL等の固体発光素子が適用でき、この場合、発光素子の個数は特段限定されるものではない。また、照明器具としては、屋内又は屋外で使用される各種照明器具やディスプレイ装置等に適用可能である。
1・・・器具本体、2・・・発光装置、3・・・拡散部材(レンズ部材)、
4・・・点灯装置、5・・・点灯装置カバー、6・・・取付部(アダプタガイド)、
7・・・カバー部材、21・・・基板、21a・・・配線パターン層、
22・・・発光素子(LED)、Ae・・・アノード側の電極、
Sa・・・アノード側の電極が接続される領域、Ce・・・カソード側の電極、
Sc・・・カソード側の電極が接続される領域、A・・・アダプタ、
C・・・器具取付面(天井面)、Cb・・・配線器具(引掛けシーリングボディ)
4・・・点灯装置、5・・・点灯装置カバー、6・・・取付部(アダプタガイド)、
7・・・カバー部材、21・・・基板、21a・・・配線パターン層、
22・・・発光素子(LED)、Ae・・・アノード側の電極、
Sa・・・アノード側の電極が接続される領域、Ce・・・カソード側の電極、
Sc・・・カソード側の電極が接続される領域、A・・・アダプタ、
C・・・器具取付面(天井面)、Cb・・・配線器具(引掛けシーリングボディ)
Claims (1)
- 器具取付面に配設された配線器具に対向する取付部を有する本体と;
前記本体の前記取付部の周囲に位置して、実装面が前面側に向けられるとともに、裏面側が本体に接触して配設された基板と;
前記基板に実装された複数の発光素子と;
前記取付部と前記基板との間に配設され、前記発光素子を点灯制御する点灯装置と;
前記基板と、前記取付部との間の領域であって、前記本体の背面の位置に取り付けられ、前記本体を前記器具取付面側に取付ける際に前記器具取付面との間で弾性力を発揮させる取付部材と;
を具備している照明器具。
Priority Applications (1)
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JP2014138240A JP2014212125A (ja) | 2014-07-04 | 2014-07-04 | 発光装置及び照明器具 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2017021993A (ja) * | 2015-07-10 | 2017-01-26 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 照明器具 |
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-
2014
- 2014-07-04 JP JP2014138240A patent/JP2014212125A/ja active Pending
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