JP2015164112A - 照明用光源及び照明装置 - Google Patents

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康一 中村
Koichi Nakamura
康一 中村
高橋 健治
Kenji Takahashi
健治 高橋
真樹 木部
Maki Kibe
真樹 木部
隆之 岩崎
Takayuki Iwasaki
隆之 岩崎
彰人 若宮
Akihito Wakamiya
彰人 若宮
信一 北岡
Shinichi Kitaoka
信一 北岡
裕司 八木
Yuji Yagi
裕司 八木
浩規 北川
Hironori Kitagawa
浩規 北川
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Shinichiro Hataoka
真一郎 畑岡
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Masahito Matsumoto
雅人 松本
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Abstract

【課題】発光素子毎の光束のばらつきが低減させる。
【解決手段】直管LEDランプ1は、長尺状の筐体20と、筐体20内に配置された長尺状の基板11と、筐体20の長手方向の端部に設けられ、外部から電力を受電する給電用口金30とを備え、基板11に設けられたLED素子12であって、給電用口金30が受電した電力が供給されることにより発光する全てのLED素子12は、直列接続されている。
【選択図】図1

Description

本発明は、照明用光源及び照明装置に関し、例えば、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)などの発光素子を有する照明用光源及び照明装置に関する。
LEDは、高効率及び長寿命であることから、従来から知られる蛍光ランプ又は白熱電球などの各種ランプに対する代替光源として期待されている。中でも、LEDを用いたランプ(LEDランプ)の製品開発が盛んに進められている。
この種のLEDランプとして、例えば、直管形蛍光ランプに代替する直管形のLEDランプ(直管LEDランプ)が知られている(特許文献1参照)。
このような直管LEDランプは、長尺状の外郭筐体の両端部に設けられた口金と、LEDモジュールと、LEDモジュールを点灯させるための点灯回路とを備える。LEDモジュールは、例えば、基板と、基板上に実装された複数のLED素子とを備える。
特開2009−043447号公報
しかしながら、上記従来の直管LEDランプでは、光束がばらつくという課題がある。例えば、LED素子が電流発光素子であるので、LED素子に流れる電流が異なった場合、LED素子が発する光の光束が異なってしまう。
そこで、本発明は、発光素子毎の光束のばらつきが少ない照明用光源及び照明装置を提供する。
上記課題を解決するため、本発明の一態様に係る照明用光源は、長尺状の筐体と、前記筐体内に配置された長尺状の基板と、前記筐体の長手方向の端部に設けられ、外部から電力を受電する口金とを備え、前記基板に設けられた発光素子であって、前記口金が受電した電力が供給されることにより発光する全ての発光素子は、直列接続されている。
また、本発明の一態様に係る照明用光源は、前記基板を含む複数の基板を有し、前記複数の基板に設けられた発光素子であって、前記口金が受電した電力が供給されることにより発光する全ての発光素子は、直列接続されていてもよい。
また、本発明の一態様に係る照明用光源では、前記全ての発光素子は、前記基板の長手方向に沿って一列に配置されていてもよい。
また、本発明の一態様に係る照明装置は、上記照明用光源を備える照明装置である。
本発明によれば、発光素子毎の光束のばらつきを低減することができる。
本発明の実施の形態1に係る直管LEDランプの一例を示す概観斜視図である。 本発明の実施の形態1に係るLEDモジュールの一例を示す平面図である。 本発明の実施の形態1に係る直列接続された複数のLED素子の電気回路図である。 比較例に係る並列接続された複数のLED素子の電気回路図である。 本発明の実施の形態1の変形例に係る直管LEDランプの一例を示す概観斜視図である。 本発明の実施の形態1の変形例に係るLEDモジュール群の一例を示す平面図である。 本発明の実施の形態2に係る照明装置の一例を示す概観斜視図である。
以下では、本発明の実施の形態に係る照明用光源及び照明装置について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、同じ構成部材については同じ符号を付している。
以下の実施の形態では、照明用光源の一態様である直管LEDランプ、及び、当該直管LEDランプを備える照明装置について例示する。
(実施の形態1)
まず、本発明の実施の形態1に係る直管LEDランプについて説明する。なお、本実施の形態に係る直管LEDランプは、従来の直管形蛍光ランプに代替する照明用光源の一例である。
[直管LEDランプの全体構成]
まず、本実施の形態に係る直管LEDランプの構成の一例について、図1を用いて説明する。図1は、本発明の実施の形態1に係る直管LEDランプの一例を示す概観斜視図である。
図1に示すように、直管LEDランプ1は、LEDモジュール10と、長尺状の筐体20と、筐体20の長手方向(管軸方向)の端部のそれぞれに固定された給電用口金30及び非給電用口金40とを備える。直管LEDランプ1は、例えば、40形の直管LEDランプであり、ランプ全長が約1200mmである。
なお、図1において、X軸方向は、LEDモジュール10の短手方向である。Y軸方向は、LEDモジュール10の長手方向、すなわち、筐体20の管軸方向である。Z軸方向は、LEDモジュール10の主面に垂直な方向である。
以下、直管LEDランプ1の各構成部材について詳述する。
[LEDモジュール]
まず、本実施の形態に係るLEDモジュール10について、図1を参照しながら図2を用いて説明する。図2は、本発明の実施の形態1に係るLEDモジュールの一例を示す平面図である。
図1に示すように、LEDモジュール10は、直管LEDランプ1の光源であり、筐体20内に配置される。例えば、LEDモジュール10は、筐体20から端部がはみ出るように配置されている。
本実施の形態に係るLEDモジュール10は、表面実装(SMD:Surface Mount Device)型の発光モジュールである。図2に示すように、LEDモジュール10は、基板11と、基板11に実装された複数のLED素子12と、複数のLED素子12を電気的に接続するために所定形状にパターン形成された金属配線13とを備える。
なお、図示しないが、LEDモジュール10は、複数のLED素子12を点灯するための点灯回路を備える。点灯回路は、金属配線13を介してLED素子12と電気的に接続されている。
基板11は、筐体20内に配置された長尺状の基板である。基板11は、例えば、矩形の基板である。基板11は、長手方向(図1のY軸方向)が直管状の筐体20の長手方向と平行になり、かつ、短手方向(図1のX軸方向)が筐体20の短手方向と平行になるように、筐体20内に配置される。
基板11は、互いに対向する第1主面(表面)及び第2主面(裏面)を有する。図1及び図2に示すように、基板11の第1主面には、長手方向に並んで配置された複数のLED素子12と、複数のLED素子12に電力を供給するための金属配線13とが設けられている。
基板11は、例えば、長さ1150〜1200mm(長手方向)、幅5〜25mm(短手方向)、厚さ0.3〜2.0mmである。なお、基板11は、筐体20より長手方向において長い。
具体的には、基板11は、LED素子12を実装するための実装基板である。基板11は、例えば、樹脂をベースとする樹脂基板、金属をベースとするメタルベース基板、セラミックからなるセラミック基板、又は、ガラスからなるガラス基板などである。
樹脂基板は、例えば、ガラス繊維とエポキシ樹脂とからなるガラスエポキシ基板(CEM−3、FR−4など)、紙フェノール若しくは紙エポキシからなる基板(FR−1など)、又は、ポリイミドなどからなる可撓性を有するフレキシブル基板などである。メタルベース基板は、例えば、表面に絶縁膜が形成されたアルミニウム合金基板、鉄合金基板又は銅合金基板などである。本実施の形態では、基板11として、CEM−3の両面基板を用いている。
基板11の長手方向の一方の端部は、給電用口金30に覆われている。また、基板11の長手方向の他方の端部は、非給電用口金40に覆われている。例えば、基板11は、筐体20から端部がはみ出るように配置されており、少なくともはみ出た部分は、給電用口金30及び非給電用口金40に覆われている。
基板11は、例えば、複数の位置で接着剤によって筐体20の内面に固定されている。接着剤は、筐体20の内面と基板11の第2主面(裏面)との間に断続的に塗布されている。接着剤は、例えば、シリコーン樹脂又はセメントである。なお、基板11と筐体20とを接着固定する接着剤は、筐体20の長手方向に沿って連続的に塗布されていてもよい。
基板11と筐体20とを接着する接着剤としては、放熱性の観点からは、熱伝導率が1.0W/m・K以上の材料を用いることが好ましい。また、軽量化の観点からは、接着剤としては、比重が2以下の材料を用いることが好ましい。
なお、基板11と筐体20とを固定する部材としては、基板11の第2主面と筐体20の内面とに密着可能な厚み及び形状を有する両面テープを用いてもよい。すなわち、基板11と筐体20とを固定できる部材であれば、いかなるものでもよい。
LED素子12は、給電用口金30が受電した電力が供給されることにより発光する発光素子の一例であり、基板11上に実装される。本実施の形態では、複数のLED素子12は、基板11の長手方向に沿ってライン状に一列に配置されるように実装されている。複数のLED素子12のそれぞれは、図1に示すように、互いに離間して配置されている。
基板11に設けられたLED素子であって、給電用口金30が受電した電力が供給されることにより発光する全てのLED素子12は、金属配線13によって電気的に直列接続されている。すなわち、基板11には、並列接続されたLED素子は設けられていない。言い換えると、基板11に設けられた任意の発光可能なLED素子12は、残りの全てのLED素子12と電気的に直列接続されている。
なお、発光を目的としないLED素子、すなわち、電力が供給された場合でも発光しないダミー素子が、基板11に設けられていてもよい。ダミー素子は、例えば、給電用口金30の給電ピン32とは電気的に接続されておらず、給電用口金30が受電した電力は供給されずに、発光しないLED素子である。つまり、基板11に設けられた複数のLED素子のうち、給電用口金30が受電した電力が供給されることによる発光するLED素子の全てが電気的に直列接続されればよい。
LED素子12は、LEDチップと蛍光体とがパッケージ化された、いわゆるSMD型の発光素子である。LED素子12は、パッケージと、パッケージに配置されたLEDチップと、LEDチップを封止する封止部材とを備える。LED素子12は、例えば、白色光を発する白色LED素子である。
パッケージは、白色樹脂などによって成形された容器であり、逆円錐台形状の凹部(キャビティ)を備える。凹部の内側面は傾斜しており、LEDチップからの光を上方に反射させるように構成されている。
LEDチップは、パッケージの凹部の底面に実装されている。LEDチップは、単色の可視光を発するベアチップであり、ダイアタッチ材(ダイボンド材)によって、パッケージの凹部の底面にダイボンディング実装されている。LEDチップは、例えば、通電されると青色光を発する青色LEDチップである。
封止部材は、光波長変換体である蛍光体を含む蛍光体含有樹脂であり、LEDチップから発せられた光を所定の波長に変換(色変換)する。また、封止部材は、LEDチップを封止することで、LEDチップを保護する。封止部材は、パッケージの凹部に充填されており、当該凹部の開口面まで封入されている。
封止部材は、LEDチップが発する光の色(波長)と、光源として求められる光の色(波長)とに基づいて選択された材料を含む。例えば、LEDチップが青色LEDチップである場合に白色光を得るために、封止部材として、YAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)系の黄色蛍光体粒子をシリコーン樹脂に分散させた蛍光体含有樹脂を用いることができる。これにより、黄色蛍光体粒子が青色LEDチップの青色光によって励起されて黄色光を放出するので、封止部材からは、励起された黄色光と青色LEDチップの青色光との合成光として白色光が放出される。なお、封止部材に、シリカ(SiO)などの光拡散材を含有させてもよい。
このように構成されるLED素子12は、正極及び負極の2つの電極端子を有しており、これらの電極端子と基板11に形成された金属配線13とが電気的に接続されている。
金属配線13は、複数のLED素子12のそれぞれに対して所定の電力を供給するための金属配線である。金属配線13は、予め定められた形状でパターン形成されている。本実施の形態では、直管LEDランプ1は、給電用口金30のみの片側から筐体20内の全てのLED素子12に給電する片側給電方式を採用している。このため、図2に示すように、金属配線13の両端には、金属電極14及び15が設けられている。なお、金属電極14及び15の一方が高電位側の電極であり、他方が低電位側の電極である。
例えば、金属電極14及び15は、2本のリード線(一対のリード線)によって給電用口金30の一対の給電ピン32に接続される。具体的には、一対のリード線のうち一方のリード線は、金属電極14と一対の給電ピン32の一方とに接続される。また、一対のリード線のうち他方のリード線は、金属電極15と一対の給電ピン32の他方とに接続される。例えば、リード線の端部は、金属電極14及び15に半田付けされる。なお、リード線の端部は、コネクタ接続されてもよい。
金属配線13は、基板11の一方の端部から他方の端部まで往復するように設けられている。具体的には、金属配線13は、図2に示すように、第1直線部131と、第2直線部132とを備える。
第1直線部131は、基板11の一方の端部(給電側)から他方の端部(非給電側)まで配線された部分である。第1直線部131の一方の端部には、金属電極14が設けられ、他方の端部は、第2直線部132に接続されている。図2に示すように、第1直線部131には、LED素子12は設けられていない。
第2直線部132は、基板11の非給電側の端部から給電側の端部まで配線された部分である。第2直線部132の一方の端部は、第1直線部131に接続されており、他方の端部には、金属電極15が設けられている。図2に示すように、第2直線部132には、全てのLED素子12が設けられている。つまり、全てのLED素子12は、第2直線部132によって電気的に直列接続されている。
金属配線13並びに金属電極14及び15は、例えば、銅(Cu)などの高伝導率を有する金属から構成される。あるいは、金属配線13並びに金属電極14及び15は、ニッケル、アルミニウム若しくは金、又は、これらのうち2以上の金属からなる積層膜若しくは合金でもよい。
点灯回路(図示せず)は、LEDモジュール10に実装されたLED素子12を点灯するためのLED点灯回路である。点灯回路は、1つ又は複数の回路素子(回路部品)から構成される。
点灯回路は、例えば、リード線を介して入力される直流電圧を、LED素子12を発光させるための所定の極性に調整して出力する。点灯回路から出力される直流電力は、例えば、基板11に形成された金属配線を介してLEDモジュール10のLED素子12に供給される。
回路素子(図示せず)は、LEDモジュール10の基板11を利用して、基板11に直接実装されている。回路素子は、例えば、整流回路、検知抵抗又はヒューズ素子などである。その他必要に応じて、抵抗、コンデンサ、コイル、ダイオード又はトランジスタなどを用いてもよい。
また、基板11とは別の基板(回路基板)に点灯回路を設けてもよい。この場合、回路基板と基板11とをリード線などで電気的に接続すればよい。
また、LEDモジュール10の光取り出し効率を向上させるために、基板11の表面に白色塗料(白レジスト)を塗装してもよい。白レジストは、高光反射性を有するので、LEDモジュール10の光取り出し効率を向上させることができる。また、白レジストを形成することによって、基板11の絶縁性(耐圧)を向上させることができ、かつ、金属配線の酸化を抑制することができる。
なお、リード線は、例えば、細い銅線などを撚り合わせたものであり、表面がポリ塩化ビニル又はシリコーンゴムなどの絶縁性部材で覆われている。具体的には、リード線の両端は、導電性の金属線などが露出しており、両端を除く部分は、絶縁性部材に覆われている。リード線は、金属の露出部分(両端部分)と、被覆部分(両端を除く部分)とを含んでいる。
[筐体]
筐体20は、内部に基板11が配置された長尺状の筐体である。具体的には、筐体20は、LEDモジュール10の一部を覆う透光性を有する長尺状の透光性カバーである。
例えば、図1に示すように、筐体20は、両端部に開口を有する長尺状の筒体である。具体的には、筐体20は、直管状の外管であり、透明樹脂材料又はガラスから構成される。筐体20は、短手方向の断面(XZ断面)が円形の円筒である。なお、筐体20の長手方向の一方の端部は、給電用口金30に覆われている。また、筐体20の長手方向の他方の端部は、非給電用口金40に覆われている。
例えば、筐体20は、可視光に対して透明なシリカガラス製のガラスバルブ(クリアバルブ)である。この場合、筐体20内に配置されたLEDモジュール10は、筐体20の外側から視認することができる。
具体的には、筐体20は、シリカが70〜72%のソーダ石灰ガラスを主成分として含み、熱伝導率が約1.0W/m・Kのガラス管(ガラスバルブ)である。あるいは、筐体20は、アクリル(PMMA)又はポリカーボネート(PC)などの樹脂材料を含むプラスチック管でもよい。
なお、LEDモジュール10からの光を拡散させるために、筐体20は光拡散機能を有してもよい。例えば、筐体20の内面又は外面に光拡散シート又は光拡散膜を形成すればよい。具体的には、シリカ若しくは炭酸カルシウムなどの光拡散材(微粒子)を含有する樹脂、又は、白色顔料を筐体20の内面又は外面に付着させることで、乳白色の光拡散膜を形成することができる。
また、筐体20の内部若しくは外部に設けられたレンズ構造物、又は、筐体20の内面若しくは外面に形成された凹部若しくは凸部によって光拡散機能を実現してもよい。例えば、筐体20の内面又は外面にドットパターンを印刷し、又は、筐体20の一部を加工することで、光拡散機能を実現することができる。あるいは、光拡散材が分散された樹脂材料などを用いて筐体20そのものを成形することで、光拡散機能を実現することもできる。
このように、筐体20に光拡散機能を持たせることによって、LEDモジュール10から放射された光を、筐体20を当該光が通過する際に拡散させることができる。例えば、本実施の形態のように、SMD型のLED素子12が離間して配置されていると、光のつぶつぶ感(輝度ばらつき)が発生する恐れがある。これに対して、筐体20に光拡散機能を持たせることで、光のつぶつぶ感を抑制することができる。
[給電用口金]
給電用口金30は、LEDモジュール10に電力を供給するための給電用口金である。言い換えると、給電用口金30は、複数のLED素子12を発光させるための電力を受電する。
給電用口金30は、筐体20又は基板11の長手方向(Y軸方向)の一方の端部に設けられる。給電用口金30は、LED素子12を点灯させるための電力をランプ外部から受ける。
給電用口金30は、筐体20の長手方向の一方の端部に蓋をするようにキャップ状に構成されている。つまり、給電用口金30は、有底筒形状であり、筐体20の長手方向の一方の端部を覆うように設けられる。例えば、給電用口金30は、接着剤によって筐体20の一方の端部に接着固定される。本実施の形態では、給電用口金30は、一方に開口を有し、他方に底部を有する円筒である。
なお、給電用口金30と筐体20との接着に用いられる接着剤は、例えば、シリコーン樹脂である。例えば、給電用口金30と筐体20との接着に用いられる接着剤は、基板11と筐体20との接続に用いられる接着剤と同じ材料から構成される。このとき、筐体20からはみ出た基板11の一方の端部と給電用口金30とを接着剤によって固定してもよい。
図1に示すように、給電用口金30は、口金本体31と、給電ピン32とを備える。
口金本体31は、筐体20の長手方向の一方の端部に設けられる。例えば、口金本体31は、筒状の口金本体であり、給電用口金30の外郭をなす。口金本体31は、給電ピン32を保持する。
具体的には、口金本体31は、開口及び底部を有する筒状の口金本体である。本実施の形態に係る口金本体31は、有底円筒形状であり、円形の開口と円板状の底部とを有する。
口金本体31は、例えば、ポリブチレンテレフタレート(PBT)などの樹脂材料から構成される。ここで、給電用口金30は、例えば、給電ピン32と樹脂材料とを用いたインサート成形によって作製される。なお、樹脂成形体である口金本体31に給電ピン32を圧入することで、給電用口金30を作製することもできる。
給電ピン32は、口金ピンの一例であり、口金本体31に設けられる。給電ピン32は、具体的には、LEDモジュール10を発光させるための電力を照明器具などの外部機器から受ける一対の導電ピンである。
例えば、給電ピン32は、真鍮などの金属材料から構成される。給電ピン32を照明器具の受金に装着することで、給電ピン32は、照明器具に内蔵された電源装置から直流電力を受けることができる。
具体的には、給電ピン32は、口金本体31の底部を貫通するように設けられている。給電ピン32は、口金本体31の底部の外面から外方に向かって突出し、かつ、口金本体31の底部の内面から開口に向かって突出している。給電ピン32のうち、口金本体31の底部の内面から開口に向かって突出している部分は、基板11の金属電極にリード線によって接続される。
なお、本実施の形態に係る給電用口金30は、「JIS C 7709−1」に準拠した直管LEDランプにおけるGX16t−5口金(L形ピン口金)であるので、給電ピン32は、L字形である。
[非給電用口金]
非給電用口金40は、直管LEDランプ1を照明器具に取り付ける機能を有する非給電側の口金である。非給電用口金40は、図1に示すように、筐体20又は基板11の長手方向(Y軸方向)の他方の端部に設けられる。つまり、非給電用口金40は、給電用口金30が設けられた筐体20の長手方向の端部(一方の端部)の反対側の端部に設けられる。なお、非給電用口金40は、照明器具を介してLEDモジュール10の所定領域を接地(アース)してもよい。
非給電用口金40は、筐体20の長手方向の他方の端部に蓋をするようにキャップ状に構成されている。つまり、非給電用口金40は、有底筒形状であり、筐体20の長手方向の他方の端部を覆うように設けられる。例えば、非給電用口金40は、接着剤によって筐体20の他方の端部に接着固定される。本実施の形態では、非給電用口金40は、一方に開口を有し、他方に底部を有する円筒である。
なお、非給電用口金40と筐体20との接着に用いられる接着剤は、例えば、シリコーン樹脂である。例えば、非給電用口金40と筐体20との接着に用いられる接着剤は、基板11と筐体20との接続に用いられる接着剤と同じ材料から構成される。このとき、筐体20からはみ出た基板11の他方の端部と非給電用口金40とを接着剤によって固定してもよい。
図1に示すように、非給電用口金40は、口金本体41と、非給電ピン42とを備える。
口金本体41は、筐体20の長手方向の他方の端部に設けられる。例えば、口金本体41は、筒状の口金本体であり、非給電用口金40の外郭をなす。口金本体41は、非給電ピン42を保持する。
具体的には、口金本体41は、開口及び底部を有する筒状の口金本体である。本実施の形態に係る口金本体41は、有底円筒形状であり、円形の開口と円板状の底部とを有する。
口金本体41は、例えば、ポリブチレンテレフタレート(PBT)などの樹脂材料から構成される。ここで、非給電用口金40は、例えば、非給電ピン42と樹脂材料とを用いたインサート成形によって作製される。なお、樹脂成形体である口金本体41に非給電ピン42を圧入することで、非給電用口金40を作製することもできる。
非給電ピン42は、口金ピンの一例であり、直管LEDランプ1を照明器具に取り付けるための取り付けピンである。例えば、非給電ピン42は、真鍮などの金属材料から構成された断面T字状の導電ピンである。
非給電ピン42は、口金本体41の底部から外方に向かって突出するように設けられている。非給電ピン42は、口金本体41の内面側には露出しておらず、口金本体41に埋め込まれている。なお、非給電ピン42は、口金本体41の底部を貫通するように設けられていてもよい。具体的には、非給電ピン42は、口金本体41の底部の外面から外方に向かって突出し、かつ、口金本体41の底部の内面から開口に向かって突出していてもよい。
[直列接続と並列接続との対比]
続いて、複数のLED素子が直列接続されている場合と、並列接続されている場合とを比較して、直列接続されたことによる効果について、図3及び図4を用いて説明する。図3は、本発明の実施の形態1に係る直列接続された複数のLED素子の電気回路図である。図4は、比較例に係る並列接続された複数のLED素子の電気回路図である。
本実施の形態では、図2に示すように、基板11に設けられた全てのLED素子12が、金属配線13によって電気的に直列接続されている。ここで、基板11には4N個(Nは自然数)のLED素子12が設けられている場合を想定する。この場合、本実施の形態に係る4N個のLED素子12の電気回路図は、図3に示す電気回路図になる。
図3に示すように、全てのLED素子12が電気的に直列接続されているので、全てのLED素子12には、同じ電流値の電流Iが流れる。4N個のLED素子12の全てに同じ電流値の電流が流れるので、4N個のLED素子12の全ては、略同じ光束の光を発する。
これに対して、複数のLED素子12が電気的に並列接続されている場合を想定する。一例として、図4に示すように、4N個のLED素子12を、直列接続されたN個のLED素子12からなる4つのLED素子群120a〜120dに分け、4つのLED素子群120a〜120dが並列に接続されている場合を想定する。
4N個のLED素子12の特性ばらつきがない場合、例えば、4N個のLED素子12の順方向電圧が全て同じ場合、4つのLED素子群120a〜120dには、同じ電流が流れる。すなわち、各LED素子群120a〜120dに流れる電流I1〜I4は、I1=I2=I3=I4を満たす。このため、4N個のLED素子12の全てに同じ電流値の電流が流れるので、4N個のLED素子12の全ては、略同じ光束の光を発する。
しかしながら、4N個のLED素子12の中に順方向電圧が異なるLED素子121が1つ以上含まれている場合、LED素子121を含むLED素子群の光束が他のLED素子群の光束と異なってしまう。例えば、図4に示す4N個のLED素子12のうち、LED素子群120dの1つのLED素子121の順方向電圧が異なる場合、電流I4は、電流I1〜I3と異なる値となる。
したがって、電流I4が流れるLED素子群120dが発する光の光束は、他の電流I1〜I3が流れる3つのLED素子群120a〜120cが発する光の光束とは異なってしまう。このように、LED素子群の間で光束のばらつきが発生してしまう。図4に示す例では、4N個のLED素子12のうちN個のLED素子12の光束が異なってしまうので、光束のばらつきが非常に目立ってしまう。
これに対して、4N個のLED素子12の中に順方向電圧が異なるLED素子121が1つ以上含まれていた場合であっても、図3に示すように、4N個のLED素子12の全てが直列接続されているので、4N個のLED素子12には、同一の値の電流Iが流れる。したがって、LED素子間での光束のばらつきは抑制される。
また、直列接続された4N個のLED素子と、並列接続された4N個のLED素子とに、同じ電流供給能力を有する電流源を接続した場合について考察する。例えば、電流源は、最大値Imax(例えば、350mA)の電流を供給できる場合を想定する。
このとき、直列接続された4N個のLED素子12には、Imaxの電流が流れる。したがって、4N個のLED素子12は、Imaxに応じた光束の光を発する。
これに対して、並列接続された4N個のLED素子12には、Imax/4の電流が流れる。すなわち、電流源から出力されたImaxの電流は、4つのLED素子群120a〜120dに均等に分配されるので、各LED素子12には、Imax/4の電流が流れる。したがって、4N個のLED素子12は、Imax/4に応じた光束の光を発する。つまり、直列接続した場合に比べて、光束が小さくなる。
このように、同じ電流供給能力を有する電流源を接続した場合に、直列接続された複数のLED素子は、並列接続された複数のLED素子よりも大きな光束の光を発することができる。
[効果など]
以上のように、本実施の形態に係る直管LEDランプ1は、長尺状の筐体20と、筐体20内に配置された長尺状の基板11と、筐体20の長手方向の端部に設けられ、外部から電力を受電する給電用口金30とを備え、基板11に設けられたLED素子であって、給電用口金30が受電した電力が供給されることにより発光する全てのLED素子12は、直列接続されている。
これにより、基板11に設けられた全てのLED素子12が直列接続されているので、全てのLED素子12に同じ電流が流れる。したがって、全てのLED素子12は略同じ光束の光を発するので、LED素子12毎で光束のばらつきは抑制される。
また、例えば、LED素子12が並列接続されている場合は、並列数に応じて電流が分配されてしまうので、全てのLED素子12に最大電流を供給することができない。これに対して、本実施の形態に係る直管LEDランプ1では、全てのLED素子12が直列接続されているので、電流源の最大電流を各LED素子12に供給することができる。
また、本実施の形態に係る直管LEDランプ1では、全てのLED素子12は、基板11の長手方向に沿って一列に配置されている。
これにより、全てのLED素子12が一列に配置されているので、直列接続するための金属配線も直線状にパターン形成することができる。したがって、基板の幅を小さくすることができ、軽量化及び低コスト化を実現することができる。
なお、図2に示す例では、全てのLED素子12が基板11の長手方向に一列に配置されているが、これに限らない。全てのLED素子12は、電気的に直列接続されていればよく、複数列に配置されていてもよい。
例えば、図2において、第1直線部131のみに全てのLED素子12を設けてもよい。あるいは、第1直線部131及び第2直線部132の双方に全てのLED素子12を設けてもよい。あるいは、全てのLED素子12は、ランダムに基板11上に配置されてもよい。金属配線13を任意の形状にパターン形成することで、ランダムに設けられたLED素子12を電気的に直列接続することができる。
また、基板11の給電側の端部に金属電極14を設け、非給電側の端部に金属電極15を設けてもよい。言い換えると、金属配線13は、基板11の一方の端部から他方の端部まで直線状に設けられてもよい。これにより、金属配線13は、給電側の端部から非給電側の端部まで一方向に配線されていればよい。例えば、金属配線13は第2直線部132のみを備えればよいので、基板11の幅をより小さくすることができる。
なお、このとき、例えば、基板11より長いリード線によって金属電極15と給電ピン32とを接続する。リード線は、基板11の裏面を通過させることによって、発光時にLED素子12の光を遮ることを防止することができる。
あるいは、基板11の給電側の端部に金属電極14を設け、非給電側の端部に金属電極15を設けた場合に、金属電極15と非給電ピン42とをリード線によって接続してもよい。つまり、給電ピン32から非給電ピン42に(又は、その逆に)電流を流してもよい。
このように、LED素子12の配置、金属配線13の形状、並びに、金属電極14及び15の配置は、いかなるものでもよい。
(実施の形態1の変形例)
続いて、実施の形態1の変形例に係る直管LEDランプ1aについて、図5及び図6を用いて説明する。図5は、本発明の実施の形態1の変形例に係る直管LEDランプの一例を示す概観斜視図である。図6は、本発明の実施の形態1の変形例に係るLEDモジュール群の一例を示す平面図である。
実施の形態1の変形例に係る直管LEDランプ1aは、複数のLEDモジュールを備える。ここでは、一例として、直管LEDランプ1aが3つのLEDモジュール10a〜10cを含むLEDモジュール群を備える場合について説明する。
図5及び図6に示すように、各LEDモジュール10a〜10cは、筐体20内に、筐体20の長手方向と各LEDモジュール10a〜10cの長手方向とが一致するように配置されている。具体的には、各LEDモジュール10a〜10cは、筐体20内に長手方向に一列に配置されている。
LEDモジュール10aは、給電側のLEDモジュールであり、最も給電用口金30に近い位置に配置されている。LEDモジュール10aの長手方向の一方の端部(給電側の端部)は、リード線などによって給電ピン32に接続される。
LEDモジュール10aは、基板11aと、基板11aに実装された複数のLED素子12aと、複数のLED素子12aを電気的に接続するために所定形状にパターン形成された金属配線13aとを備える。基板11a及びLED素子12aは、実施の形態1に係る基板11及びLED素子12と同様である。
金属配線13aは、複数のLED素子12aに電力を供給するための金属配線である。金属配線13aは、第1直線部131aと、第2直線部132aとを備える。
第1直線部131aは、基板11aの一方の端部(給電側)から他方の端部(非給電側)まで配線された部分である。第1直線部131aの一方の端部には、金属電極14aが設けられ、他方の端部には、金属電極16aが設けられている。図6に示すように、第1直線部131aには、LED素子12aは設けられていない。
第2直線部132aは、基板11aの非給電側の端部から給電側の端部まで配線された部分である。第2直線部132aの一方の端部には、金属電極17aが設けられ、他方の端部には、金属電極15aが設けられている。図6に示すように、第2直線部132aには、全てのLED素子12aが設けられている。つまり、基板11aに設けられた全てのLED素子12aは、第2直線部132aによって電気的に直列接続されている。
金属電極14a及び15aは、2本のリード線(一対のリード線)によって給電用口金30の一対の給電ピン32に接続される。金属電極16a及び17aはそれぞれ、リード線50によって、LEDモジュール10bの金属電極14b及び15bに接続される。例えば、リード線50は、各金属電極に半田付けされる。
なお、金属配線13a及び金属電極14a〜17aは、例えば、実施の形態1に係る金属配線13並びに金属電極14及び15と同じ材料で構成される。
また、リード線50は、例えば、細い銅線などを撚り合わせたものであり、表面がポリ塩化ビニル又はシリコーンゴムなどの絶縁性部材で覆われている。具体的には、リード線50の両端は、導電性の金属線などが露出しており、両端を除く部分は、絶縁性部材に覆われている。リード線50は、金属の露出部分(両端部分)と、被覆部分(両端を除く部分)とを含んでいる。
LEDモジュール10bは、LEDモジュール10aとLEDモジュール10cとの間に配置されている。LEDモジュール10bの長手方向の一方の端部(給電側の端部)は、例えば、リード線50によって、LEDモジュール10aの長手方向の他方の端部(非給電側の端部)と電気的に接続されている。
LEDモジュール10bは、基板11bと、基板11bに実装された複数のLED素子12bと、複数のLED素子12bを電気的に接続するために所定形状にパターン形成された金属配線13bとを備える。基板11b、LED素子12b及び金属配線13bは、基板11a、LED素子12a及び金属配線13aと同様である。
金属配線13bは、金属配線13aと同様に、第1直線部131bと、第2直線部132bとを備える。また、第1直線部131bの両端には、第1直線部131aと同様に、金属電極14bと金属電極16bとが設けられている。第2直線部132bの両端には、第2直線部132aと同様に、金属電極15bと金属電極17bとが設けられている。
図6に示すように、第1直線部131bには、LED素子12bは設けられていない。一方で、第2直線部132bには、全てのLED素子12bが設けられている。つまり、基板11bに設けられた全てのLED素子12bは、第2直線部132bによって電気的に直列接続されている。
金属電極14b及び15bはそれぞれ、リード線50によって、LEDモジュール10aの金属電極16a及び17aに接続される。金属電極16b及び17bはそれぞれ、リード線50によって、LEDモジュール10cの金属電極14c及び15cに接続される。例えば、リード線50は、各金属電極に半田付けされる。
LEDモジュール10cは、非給電側のLEDモジュールであり、最も非給電用口金40に近い位置に配置されている。LEDモジュール10cの長手方向の一方の端部(非給電側の端部)は、例えば、リード線50によって、LEDモジュール10bの長手方向の他方の端部(非給電側の端部)と電気的に接続されている。
LEDモジュール10cは、基板11cと、基板11cに実装された複数のLED素子12cと、複数のLED素子12cを電気的に接続するために所定形状にパターン形成された金属配線13cとを備える。基板11c及びLED素子12cは、基板11a及びLED素子12aと同様である。
金属配線13cは、金属配線13aと同様に、第1直線部131cと、第2直線部132cとを備える。
第1直線部131cは、基板11cの一方の端部(給電側)から他方の端部(非給電側)まで配線された部分である。第1直線部131cの一方の端部には、金属電極14cが設けられ、他方の端部は、第2直線部132cに接続されている。図6に示すように、第1直線部131cには、LED素子12cは設けられていない。
第2直線部132cは、基板11cの非給電側の端部から給電側の端部まで配線された部分である。第2直線部132cの一方の端部は、第1直線部131cに接続されており、他方の端部には、金属電極15cが設けられている。図6に示すように、第2直線部132cには、全てのLED素子12cが設けられている。つまり、基板11cに設けられた全てのLED素子12cは、第2直線部132cによって電気的に直列接続されている。
なお、金属配線13c及び金属電極14c及び15cは、例えば、実施の形態1に係る金属配線13並びに金属電極14及び15と同じ材料で構成される。
図6に示すように、基板11a〜11cのそれぞれに設けられた複数のLED素子12a〜12cは、金属配線13a〜13cのそれぞれによって直列接続されている。さらに、複数のLED素子12a〜12cの全ては、金属配線13a〜13c及びリード線50によって、電気的に直列接続されている。このように、筐体20内に設けられた全てのLED素子12a〜12cが、電気的に直列接続されている。
すなわち、基板11a〜11cのいずれにも並列接続されたLED素子は設けられていない。言い換えると、基板11a〜11cに設けられた任意の1つのLED素子12a〜12cは、残りの全てのLED素子12a〜12cと電気的に直列接続されている。
以上のように、本変形例に係る直管LEDランプ1aは、複数の基板11a〜11cを有し、複数の基板11a〜11cに設けられたLED素子であって、給電用口金30が受電した電力が供給されることにより発光する全てのLED素子12a〜12cは、直列接続されている。
これにより、複数の基板11a〜11cに設けられた全てのLED素子12a〜12cが直列接続されているので、全てのLED素子12a〜12cに同じ電流が流れる。したがって、全てのLED素子12a〜12cは略同じ光束の光を発するので、LED素子12a〜12c毎で光束のばらつきは抑制される。
また、例えば、LED素子12a〜12cが並列接続されている場合は、並列数に応じて電流が分配されてしまうので、全てのLED素子12a〜12cに最大電流を供給することができない。これに対して、本実施の形態に係る直管LEDランプ1aでは、全てのLED素子12a〜12cが直列接続されているので、電流源の最大電流を各LED素子12a〜12cに供給することができる。
なお、実施の形態1と同様に、LED素子12a〜12cの配置、金属配線13a〜13cの形状、及び、各金属電極の配置は、いかなるものでもよい。
また、筐体20内に3つのLEDモジュール10a〜10cを設けたが、LEDモジュールの数は、これに限らない。
また、LEDモジュール間の接続に用いるリード線50を各金属電極に半田付けする例について示したが、リード線50はコネクタ接続されてもよい。具体的には、リード線50の端部に接続端子を設け、各金属電極の代わりに基板11a〜11cに設けられた接続端子に、リード線50をコネクタ接続してもよい。具体的には、接続端子は、樹脂型の口金と、直流電力を受電するための導電部(ピン)とを有するコネクタである。
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2に係る照明装置は、上述の照明用光源を備える照明装置である。例えば、実施の形態2に係る照明装置は、実施の形態1に係る直管LEDランプ1を備える。
図7は、本発明の実施の形態2に係る照明装置2の一例を示す概観斜視図である。図7に示すように、実施の形態2に係る照明装置2は、ベースライトであり、直管LEDランプ1と、照明器具200とを備える。
直管LEDランプ1は、実施の形態1に係る直管LEDランプ1であり、照明装置2の照明用光源として用いられる。なお、本実施の形態に係る照明装置2は、一例として2本の直管LEDランプ1を備える。
照明器具200は、直管LEDランプ1と電気的に接続され、かつ、直管LEDランプ1を保持する一対の受金210と、受金210が取り付けられる器具本体220とを備える。
器具本体220は、例えば、アルミ鋼板をプレス加工などすることによって成形することができる。また、その表面は、直管LEDランプ1から発せられた光を所定方向(例えば、下方)に反射させる反射面の機能を有する。
照明器具200は、例えば、天井などに固定具を介して装着される。なお、照明器具200には、直管LEDランプ1の点灯を制御するための回路などが内蔵されていてもよい、また、直管LEDランプ1を覆うようにカバー部材が設けられていてもよい。
以上のように、本実施の形態に係る照明装置2は、他の実施の形態と同様に、基板11に設けられた全てのLED素子12が直列接続されているので、全てのLED素子12に同じ電流が流れる。したがって、本実施の形態に係る照明装置2によれば、全てのLED素子12は略同じ光束の光を発するので、LED素子12毎で光束のばらつきは抑制される。
(その他)
以上、本発明に係る照明用光源及び照明装置について、上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。
例えば、上記の実施の形態において、LEDモジュールが、パッケージ化されたLED素子を用いたSMD型のLEDモジュールである場合について説明したが、これに限らない。LEDモジュールは、基板上に複数のLEDチップが直接実装され、複数のLEDチップを蛍光体含有樹脂によって一括封止した構成であるCOB(Chip On Board)型のLEDモジュールでもよい。
また、筐体は、例えば、LEDモジュールを覆う長尺状の透光性カバーと、基台とによって構成されてもよい。この場合、LEDモジュールは、例えば、基台に戴置される。つまり、筐体は、一体の筐体でなくてもよく、透光性カバーと基台とからなる筐体などの、複数に分割可能な筐体であってもよい。
また、上記実施の形態では、筐体及び口金が円筒である例について説明したが、これに限られない。例えば、筐体及び口金は、底部及び開口が矩形の角筒でもよい。
また、上記実施の形態では、口金本体は、外径及び内径が略均一の円筒である例について示したが、これに限られない。例えば、口金本体の外径及び内径の少なくとも一方は、不均一でもよい。
また、口金本体は、底部を有していなくてもよい。つまり、口金本体は、両端に開口を有する筒体でもよい。
また、筐体の端部が口金を覆ってもよい。つまり、口金の外径が筐体の端部の内径より小さくてもよい。
また、例えば、上記の実施の形態では、給電用口金のみの片側から筐体内の全LEDに給電を行う片側給電方式を採用したが、両側の口金の両方とも給電ピンとするG13口金及びL形口金などの両側給電方式を採用してもよい。この場合、一方側の給電ピンも他方側の給電ピンも1ピンとするような構成でもよい。あるいは、一方側の給電ピンも他方側の給電ピンも一対の給電ピンとして両側から受電するような構成でもよい。また、一対の給電ピン又は非給電ピンは、棒状金属に限らず、平板金属などによって構成されてもよい。
さらに、上記給電方式の態様から、本発明に係る直管LEDランプでは、例えば、以下のバリエーションが挙げられる。すなわち、一方側がL形口金及び他方側が非給電ピンを持つ口金で構成された片側給電方式、両側がL形口金で構成された両側給電方式、両側がL形口金で構成された片側給電方式、G13口金で構成された両側給電方式、並びに、G13口金で構成された片側給電方式などである。
また、上記実施の形態に係る直管LEDランプは、外部電源から直流電力を受電する方式であるが、電源回路(AC−DCコンバータ回路)を内蔵することにより、外部電源から交流電力を受電する方式であってもよい。
また、上記の実施の形態において、LEDモジュールは、青色LEDチップと黄色蛍光体とによって白色光を放出するように構成したが、これに限られない。例えば、赤色蛍光体及び緑色蛍光体を含有する蛍光体含有樹脂を用いて、これと青色LEDチップと組み合わせることによりに白色光を放出するように構成してもよい。また、青色以外の色を発光するLEDチップを用いてもよく、例えば、青色LEDチップが放出する青色光よりも短波長である紫外光を放出する紫外LEDチップを用いて、主に紫外光により励起されて青色光、赤色光及び緑色光を放出する青色蛍光体粒子、緑色蛍光体粒子及び赤色蛍光体粒子によって白色光を放出するように構成してもよい。
また、上記の実施の形態において、発光素子としてLEDを例示したが、半導体レーザなどの半導体発光素子、有機EL(Electro Luminescence)又は無機ELなどの発光素子を用いてもよい。
その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
1、1a 直管LEDランプ(照明用光源)
2 照明装置
10、10a、10b、10c LEDモジュール
11、11a、11b、11c 基板
12、12a、12b、12c、121 LED素子(発光素子)
13、13a、13b、13c 金属配線
14、14a、14b、14c、15、15a、15b、15c、16a、16b、17a、17b 金属電極
20 筐体
30 給電用口金
40 非給電用口金
31、41 口金本体
32 給電ピン
42 非給電ピン
50 リード線
120a、120b、120c、120d LED素子群
131、131a、131b、131c 第1直線部
132、132a、132b、132c 第2直線部
200 照明器具
210 受金
220 器具本体

Claims (4)

  1. 長尺状の筐体と、
    前記筐体内に配置された長尺状の基板と、
    前記筐体の長手方向の端部に設けられ、外部から電力を受電する口金とを備え、
    前記基板に設けられた発光素子であって、前記口金が受電した電力が供給されることにより発光する全ての発光素子は、直列接続されている
    照明用光源。
  2. 前記照明用光源は、前記基板を含む複数の基板を有し、
    前記複数の基板に設けられた発光素子であって、前記口金が受電した電力が供給されることにより発光する全ての発光素子は、直列接続されている
    請求項1に記載の照明用光源。
  3. 前記全ての発光素子は、前記基板の長手方向に沿って一列に配置されている
    請求項1又は2に記載の照明用光源。
  4. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の照明用光源を備える照明装置。
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