JP2015195170A - Spot lighting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、LED(Light Emitting Diode)等の半導体発光装置を備えるスポット照明装置に関する。 The present invention relates to a spot illumination device including a semiconductor light emitting device such as an LED (Light Emitting Diode).
従来から一般照明器具として、フィラメントを備えるハロゲン電球や当該ハロゲン電球を利用したスポット照明装置が普及していた。しかしながら、近年における省電力、小型化、及び長寿命化のニーズにともない、LED等の発光素子を光源として利用するLED電球若しくはLEDランプ、又はLEDを用いたスポット照明装置の開発及び製造が行われ、当該LED電球の普及が進んできている。例えば、特許文献1には、反射鏡付きハロゲン電球を代替するスポット用光源が開示されている。 Conventionally, halogen lamps equipped with filaments and spot lighting devices using the halogen lamps have been widely used as general lighting fixtures. However, with the recent needs for power saving, downsizing, and long life, LED bulbs or LED lamps that use light emitting elements such as LEDs as light sources have been developed and manufactured. The LED bulb has been widely used. For example, Patent Document 1 discloses a spot light source that replaces a halogen bulb with a reflector.
特許文献1に開示されているスポット用光源は、底部及び側面部を有する椀状の放熱器と、当該放熱器内の底部に設けられた発光素子と、当該発光素子の出射光を制御する光制御部材と、当該発光素子を点灯する回路を内蔵するベースと、当該回路に給電する口金と、を備えている。そして、当該特許文献1のスポット用光源においては、放熱器の側面部が光透過性を有していることから、放熱器の側面部へ導かれた光がスポット用光源の側方へ漏れ出すため、漏れ光を積極的に利用する形態が実現されている。 The spot light source disclosed in Patent Document 1 includes a bowl-shaped radiator having a bottom part and a side part, a light-emitting element provided at the bottom part in the radiator, and light for controlling light emitted from the light-emitting element. A control member, a base containing a circuit for lighting the light emitting element, and a base for supplying power to the circuit are provided. And in the spot light source of the said patent document 1, since the side part of a radiator has light transmittance, the light guide | induced to the side part of a radiator leaks to the side of the spot light source. For this reason, a form in which leakage light is actively used is realized.
しかしながら、特許文献1に開示されているような構造を有するスポット照明装置においては、半導体発光装置から発生する熱を十分に放熱することができず、投入電力を大きくして半導体発光装置の輝度及び光量等を増加させると、半導体発光装置の特性が劣化して所望の光を良好に放射することに支障が生じるおそれがあった。また、半導体発光装置から発生する熱が半導体発光装置用の回路基板に伝導され、場合によっては、当該回路基板の故障及びこれに伴うスポット照明装置自体の寿命の低下という問題が生じる危惧があった。 However, in the spot lighting device having the structure disclosed in Patent Document 1, the heat generated from the semiconductor light emitting device cannot be sufficiently dissipated, and the input power is increased to increase the brightness and the brightness of the semiconductor light emitting device. When the amount of light or the like is increased, the characteristics of the semiconductor light emitting device are deteriorated, and there is a concern that it may hinder the desired light emission. In addition, heat generated from the semiconductor light emitting device is conducted to the circuit board for the semiconductor light emitting device, and in some cases, there is a concern that the circuit board may be broken and the life of the spot lighting device itself may be reduced. .
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、優れた放熱性を備えるとともに、長寿命を実現することができる、小型で大光束のスポット照明装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a small-sized and high-beam spot illumination device that has excellent heat dissipation and can achieve a long life. There is to do.
上記の目的を達成するべく、本発明の第1の態様は、半導体発光装置と、前記半導体発光装置を搭載する放熱板と、前記半導体発光装置の搭載面側に位置する第1開口部、及び前記第1開口部に対向して連通し且つ前記第1開口部よりも大なる開口径を有する第2開口部を含み、前記半導体発光装置から放射された光の少なくとも一部を透過する熱伝導材料からなる放熱体と、前記半導体発光装置を点灯する回路基板を内蔵し、前記放熱板の半導体発光装置搭載面と反対側の面に配設されたドライバ筐体と、前記ドライバ筐体に接続され前記回路基板に給電する口金と、を備え、前記第1開口部側における前記放熱体の端部が前記放熱板の半導体発光装置搭載面側において前記放熱板に直接的に接続され、前記半導体発光装置から発生する熱を前記放熱板を通じて前記放熱体に伝導して前記放熱体から放熱する放熱経路が形成されているスポット照明装置である。 In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention includes a semiconductor light emitting device, a heat sink on which the semiconductor light emitting device is mounted, a first opening located on the mounting surface side of the semiconductor light emitting device, and Heat conduction that includes a second opening that communicates with the first opening and has a larger opening diameter than the first opening and that transmits at least a portion of the light emitted from the semiconductor light emitting device. A heat sink made of a material and a circuit board for lighting the semiconductor light emitting device are incorporated, and a driver housing disposed on a surface of the heat sink opposite to the semiconductor light emitting device mounting surface, and connected to the driver housing A base for supplying power to the circuit board, and an end of the radiator on the first opening side is directly connected to the radiator plate on a semiconductor light emitting device mounting surface side of the radiator plate, Heat generated from the light emitting device Wherein a heat radiation spot lighting device heat dissipation path for dissipating is formed from the heat radiating body and conducted to the radiator through the plate.
このような放熱経路が形成されることにより、半導体発光装置において発生した熱は、放熱板を経由して放熱体に伝導され、スポット照明装置の外部に良好に放熱されることになり、半導体発光装置及びスポット照明装置自体の故障を抑制して、スポット照明装置自体の長寿命を実現することができる。 By forming such a heat dissipation path, the heat generated in the semiconductor light emitting device is conducted to the heat radiator via the heat dissipation plate and is well radiated to the outside of the spot lighting device. Failure of the apparatus and the spot illumination device itself can be suppressed, and a long life of the spot illumination device itself can be realized.
本発明の第2の態様は、上記第1の態様において、前記放熱体が円筒状の放熱円筒体であることである。これにより、スポット照明装置の外観の審美性を向上させ、設置環境に適合したデザイン性のより優れたスポット照明装置を提供することができる。 The second aspect of the present invention is that, in the first aspect, the heat radiator is a cylindrical heat radiation cylinder. Thereby, the aesthetics of the external appearance of a spot lighting apparatus can be improved, and the spot lighting apparatus more excellent in the design property adapted to the installation environment can be provided.
本発明の第3の態様は、上記第1又は第2の態様において、前記放熱板の熱伝導率が、前記放熱体の熱伝導率よりも高いことである。これにより、放熱板の材料の選択性が高まり、スポット照明装置のコスト低減を容易に図ることができる。 According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the thermal conductivity of the radiator plate is higher than the thermal conductivity of the radiator. Thereby, the selectivity of the material of a heat sink increases and it can aim at the cost reduction of a spot illuminating device easily.
本発明の第4の態様は、上記第1乃至第3の態様のいずれかにおいて、前記放熱板が、熱伝導率が100W/(m・K)以上の金属又は金属合金からなることである。このような放熱板の構成により、半導体発光装置において発生した熱は、放熱体において良好に伝導され、放熱体からスポット照明装置の外部に良好に放熱されることになる。このような放熱効果により、半導体発光装置及びスポット照明装置自体の故障を抑制して、スポット照明装置自体の長寿命を実現することができる。また、このような放熱板の部材の選定により、放熱板を介した放熱体とドライバ筐体との接続部分における応力の緩和を容易に図ることが可能になる。 According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the heat radiating plate is made of a metal or a metal alloy having a thermal conductivity of 100 W / (m · K) or more. With such a structure of the heat sink, heat generated in the semiconductor light emitting device is conducted well in the heat radiating body and is radiated from the heat radiating body to the outside of the spot lighting device. Due to such a heat dissipation effect, failure of the semiconductor light emitting device and the spot lighting device itself can be suppressed, and a long life of the spot lighting device itself can be realized. Further, by selecting such a member of the heat sink, it is possible to easily relieve stress at the connection portion between the heat radiator and the driver housing via the heat sink.
本発明の第5の態様は、上記第1乃至第4の態様のいずれかにおいて、前記放熱板の熱膨張係数が、前記放熱体の熱膨張係数よりも高く、前記ドライバ筐体の熱膨張係数よりも低いことである。このように各部材の熱膨張係数を調整することにより、放熱板を介した放熱体とドライバ筐体との接続部分における応力の緩和を図ることでき、スポット照明装置自体の故障を抑制して、長寿命を実現することができる。 According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects, the thermal expansion coefficient of the radiator plate is higher than the thermal expansion coefficient of the radiator, and the thermal expansion coefficient of the driver housing. Is lower than that. In this way, by adjusting the thermal expansion coefficient of each member, it is possible to relieve stress at the connection portion between the radiator and the driver housing via the radiator plate, and suppress the failure of the spot lighting device itself, Long life can be realized.
本発明の第6の態様は、上記第1乃至第5の態様のいずれかにおいて、前記放熱体が、ガラス、樹脂、及びセラミックの群から選ばれる少なくとも1つの材料からなることである。このような放熱体の構成により、半導体発光装置において発生した熱は、放熱体内において良好に伝導され、スポット照明装置の外部に良好に放熱されることになる。このような放熱効果により、半導体発光装置及びスポット照明装置自体の故障を抑制して、スポット照明装置自体の長寿命を実現することができる。また、このような放熱体の部材の選定により、放熱板を介した放熱体とドライバ筐体との接続部分における応力の緩和を容易に図ることが可能になる。 According to a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects, the radiator is made of at least one material selected from the group consisting of glass, resin, and ceramic. With such a configuration of the heat radiating body, the heat generated in the semiconductor light emitting device is favorably conducted in the heat radiating body and is radiated well to the outside of the spot lighting device. Due to such a heat dissipation effect, failure of the semiconductor light emitting device and the spot lighting device itself can be suppressed, and a long life of the spot lighting device itself can be realized. Further, by selecting such a heat radiating member, it is possible to easily relieve stress at the connecting portion between the heat radiating body and the driver housing via the heat radiating plate.
本発明の第7の態様は、上記第1乃至第6の態様のいずれかにおいて、前記ドライバ筐体が、樹脂からなることである。このようなドライバ筐体の部材の選定により、放熱板を介した放熱体とドライバ筐体との接続部分における応力の緩和を容易に図ることが可能になる。 According to a seventh aspect of the present invention, in any one of the first to sixth aspects, the driver housing is made of resin. By selecting such a member of the driver casing, it is possible to easily relieve stress at the connection portion between the radiator and the driver casing via the radiator plate.
本発明の第8の態様は、上記第1乃至第7の態様のいずれかにおいて、前記放熱体がガラスからなり、前記放熱板がアルミニウムからなり、前記ドライバ筐体がポリカーボネート樹脂からなり、前記放熱板が、前記放熱板を介した前記放熱体と前記ドライバ筐体との接続部分における応力緩和をなすことである。このように放熱体、放熱板、及びドライバ筐体の各部材の選定を行い、放熱板を介した放熱体とドライバ筐体との接続部分における応力緩和を図ることができれば、スポット照明装置自体の故障を抑制して、より長寿命化が図られたスポット照明装置の提供を実現することができる。 According to an eighth aspect of the present invention, in any one of the first to seventh aspects, the radiator is made of glass, the radiator plate is made of aluminum, the driver casing is made of polycarbonate resin, The plate is to relieve stress at a connection portion between the heat radiating body and the driver housing via the heat radiating plate. In this way, if each member of the radiator, the radiator plate, and the driver housing is selected and stress relaxation at the connection portion between the radiator and the driver housing via the radiator plate can be achieved, the spot illumination device itself It is possible to provide a spot illuminating device that suppresses a failure and has a longer lifetime.
本発明の第9の態様は、上記第1乃至8の態様のいずれかにおいて、前記放熱経路が前記ドライバ筐体及び前記口金の配設方向とは反対側に向かって延在していることである。このような放熱経路Aが形成されることにより、半導体発光装置から発生する熱は、半導体発光装置の搭載面側及び放熱体の配設側とは反対側に設けられた回路基板に向かって伝導されることがなくなり、回路基板が当該熱の影響を受けることがなくなる。従って、回路基板の故障が発生しにくくなり、回路基板及びスポット照明装置自体の寿命をより長くすることができる。 According to a ninth aspect of the present invention, in any one of the first to eighth aspects, the heat dissipation path extends toward a side opposite to an arrangement direction of the driver housing and the base. is there. By forming such a heat dissipation path A, the heat generated from the semiconductor light emitting device is conducted toward the circuit board provided on the mounting surface side of the semiconductor light emitting device and the side opposite to the side where the heat dissipating member is provided. The circuit board is not affected by the heat. Therefore, the failure of the circuit board is less likely to occur, and the lifetime of the circuit board and the spot lighting device itself can be extended.
本発明の第10の態様は、上記第1乃至9の態様のいずれかにおいて、前記放熱体が前記半導体発光装置から放射された光の少なくとも一部を反射する反射部材を含んでいることである。このような放熱体の構成により、半導体発光装置から放射された光を集光させて出射し、且つ反射部材において反射しなかった光をスポット照明装置の側方に放射することができる。これにより、本態様のスポット照明装置が、良好なLED型のダイクロハロゲン電球として機能することになる。 According to a tenth aspect of the present invention, in any one of the first to ninth aspects, the radiator includes a reflecting member that reflects at least a part of the light emitted from the semiconductor light emitting device. . With such a configuration of the radiator, the light emitted from the semiconductor light emitting device can be collected and emitted, and the light that has not been reflected by the reflecting member can be emitted to the side of the spot illumination device. Thereby, the spot illumination device of this aspect functions as a good LED type dichroic halogen bulb.
本発明の第11の態様は、上記第10の態様において、前記反射部材が金属薄膜又は誘電体多層膜であることである。これにより、スポット照明装置から集光されて出射する光と、側方から放射する光とのバランスを容易に調整することができ、より良好な光学特性を有するLED型のダイクロハロゲン電球を実現することができる。 An eleventh aspect of the present invention is that, in the tenth aspect, the reflecting member is a metal thin film or a dielectric multilayer film. Thereby, the balance of the light condensed and emitted from the spot illumination device and the light emitted from the side can be easily adjusted, and an LED type dichroic halogen bulb having better optical characteristics is realized. be able to.
本発明の第12の態様は、上記第1乃至9の態様のいずれかにおいて、前記半導体発光装置から放出される光を集光するレンズを前記放熱体の内部に更に備えることである。このようなレンズを設けることにより、半導体発光装置から放射された光を集光させて出射し、且つレンズにおいて集光されなかった光をスポット照明装置の側方に放射することができる。これにより、本態様のスポット照明装置が、良好なLED型のダイクロハロゲン電球として機能することになる。 According to a twelfth aspect of the present invention, in any one of the first to ninth aspects, a lens for condensing light emitted from the semiconductor light emitting device is further provided inside the heat radiator. By providing such a lens, the light emitted from the semiconductor light emitting device can be collected and emitted, and the light not collected by the lens can be emitted to the side of the spot illumination device. Thereby, the spot illumination device of this aspect functions as a good LED type dichroic halogen bulb.
本発明の第13の態様は、上記第12の態様において、前記レンズが入射した光を側面で反射する反射型レンズであることである。これにより、スポット照明装置から集光されて出射する光と、側方から放射する光とのバランスを容易に調整することができ、より良好な光学特性を有するLED型のダイクロハロゲン電球を実現することができる。 A thirteenth aspect of the present invention is the reflection lens according to the twelfth aspect, wherein the light incident on the lens is reflected by a side surface. Thereby, the balance of the light condensed and emitted from the spot illumination device and the light emitted from the side can be easily adjusted, and an LED type dichroic halogen bulb having better optical characteristics is realized. be able to.
本発明の第14の態様は、上記第1乃至第13の態様のいずれかにおいて、前記放熱板と前記ドライバ筐体との間に断熱部材が挟まれていることである。このような断熱部材により、回路基板が熱の影響を受けることがなくなり、回路基板の故障が防止されて、回路基板及びスポット照明装置自体の寿命をより長くすることができる。 A fourteenth aspect of the present invention is that, in any one of the first to thirteenth aspects, a heat insulating member is sandwiched between the heat radiating plate and the driver housing. With such a heat insulating member, the circuit board is not affected by heat, the failure of the circuit board is prevented, and the life of the circuit board and the spot lighting device itself can be extended.
本発明の第15の態様は、上記第1乃至第14の態様のいずれかにおいて、前記半導体発光装置が前記放熱板の片面の中心領域付近に搭載され、前記放熱体が前記放熱板の周辺領域に接続されていることである。このような構成により、半導体発光装置から放射される光を良好に集光して、スポット照明装置の外部に出射することができる。 According to a fifteenth aspect of the present invention, in any one of the first to fourteenth aspects, the semiconductor light emitting device is mounted in the vicinity of a central region on one side of the radiator plate, and the radiator is a peripheral region of the radiator plate. Is connected to. With such a configuration, the light emitted from the semiconductor light emitting device can be collected well and emitted to the outside of the spot illumination device.
本発明の第16の態様は、上記第1乃至第15の態様のいずれかにおいて、前記放熱板が前記放熱板における前記放熱体の接続部位と比較して前記放熱板における前記半導体発光装置の搭載部位を前記第2開口部に近づける段差を有することである。このような放熱板の形状により、半導体発光装置の搭載の自由度及び回路基板の設置の自由度が向上され、更には半導体発光装置から出射する光が放熱体を介して外部へ放射されやすくなる。従って、本態様に係るスポット照明装置が、より放熱性の優れた良好なLED型のダイクロハロゲン電球として機能することになる。 According to a sixteenth aspect of the present invention, in any one of the first to fifteenth aspects, the heat-radiating plate is mounted on the semiconductor light-emitting device on the heat-radiating plate as compared with a connection portion of the heat-radiating body on the heat-radiating plate. It has a level | step difference which makes a site | part approach the said 2nd opening part. Such a shape of the heat sink improves the degree of freedom of mounting the semiconductor light emitting device and the degree of freedom of installation of the circuit board, and further facilitates light emitted from the semiconductor light emitting device to be radiated to the outside through the heat sink. . Therefore, the spot lighting device according to this aspect functions as a good LED-type dichroic halogen bulb with more excellent heat dissipation.
以上のことから、本発明によれば、優れた放熱性を備えるとともに、長寿命を実現することができる、小型で大光束のスポット照明装置を提供することができる。また、放熱性が優れているためドライバ筐体の小型化が可能であり、装置全体が軽量化されたスポット照明装置を提供することができる。さらに、本発明に係るスポット照明装置を用いることにより、従来のフィラメント型のダイクロハロゲン電球(反射鏡付きハロゲン電球)から半導体発光装置を備えるダイクロハロゲン電球に代替することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a small spotlight illumination device with a large luminous flux that has excellent heat dissipation and can achieve a long life. In addition, since the heat dissipation is excellent, it is possible to reduce the size of the driver housing, and it is possible to provide a spot lighting device in which the entire device is reduced in weight. Furthermore, by using the spot illumination device according to the present invention, it is possible to replace a conventional filament type dichroic halogen bulb (halogen bulb with a reflector) with a dichroic halogen bulb equipped with a semiconductor light emitting device.
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について、実施例及び各変形例に基づき詳細に説明する。なお、本発明は以下に説明する内容に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において任意に変更して実施することが可能である。また、実施例及び各変形例の説明に用いる図面は、いずれも本発明によるスポット照明装置及びその構造部材等を模式的に示すものであって、理解を深めるべく部分的な強調、拡大、縮小、又は省略などを行っており、スポット照明装置及びその構造部材等の縮尺や形状等を正確に表すものとはなっていない場合がある。更に、実施例及び各変形例で用いる様々な数値及び数量は、いずれも一例を示すものであり、必要に応じて適宜変更することが可能である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings based on examples and modifications. In addition, this invention is not limited to the content demonstrated below, In the range which does not change the summary, it can change arbitrarily and can implement. In addition, the drawings used for explaining the embodiments and the respective modifications schematically show the spot illumination device and the structural members thereof according to the present invention, and are partially emphasized, enlarged, and reduced for better understanding. In some cases, the spot lighting device and the structural members thereof are not accurately represented in scale, shape, or the like. Furthermore, various numerical values and quantities used in the examples and the modifications are only examples, and can be appropriately changed as necessary.
≪実施例≫
以下において、図1乃至図8を参照しつつ、本発明の本実施例に係るスポット照明装置及びその構成部材を説明する。図1は、本実施例に係るスポット照明装置の全体を一部縦断面で示す一部切欠正面図である。図2は、本実施例に係るスポット照明装置を構成する発光モジュールの正面図である。図3は、本実施例に係るスポット照明装置を構成する発光モジュールの上面図である。図4は、図3の線IV-IVに沿った発光モジュールの断面図であり、図5は図4に示された断面図の要部拡大図である。図6は本実施例に係るスポット照明装置を構成するレンズの側面図であり、図7は本実施例に係るスポット照明装置を構成するレンズの上面図であり、図8は図7の線VIII-VIIIに沿ったレンズの断面図である。
<Example>
Hereinafter, the spot illumination device and its constituent members according to this embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a partially cutaway front view showing a part of the entire spot lighting device according to the present embodiment in a longitudinal section. FIG. 2 is a front view of the light emitting module constituting the spot illumination device according to the present embodiment. FIG. 3 is a top view of the light emitting module constituting the spot lighting device according to the present embodiment. 4 is a cross-sectional view of the light emitting module taken along line IV-IV in FIG. 3, and FIG. 5 is an enlarged view of a main part of the cross-sectional view shown in FIG. 6 is a side view of a lens constituting the spot illumination device according to the present embodiment, FIG. 7 is a top view of the lens constituting the spot illumination device according to the present embodiment, and FIG. 8 is a line VIII in FIG. It is sectional drawing of the lens along -VIII.
<スポット照明装置の構成>
図1に示すように、スポット照明装置1は、ドライバ筐体2、光源として機能する発光モジュール(半導体発光装置)3、大きさの異なる2つの開口部(第1開口部4a及び第2開口部4b)を有するとともに発光モジュール3の側方を囲むように配設された放熱体の一態様である放熱円筒体4、放熱円筒体4の空洞4c内に配設されたレンズ5、ドライバ筐体2と発光モジュール3及び放熱円筒体4との間に配設された放熱板6、ドライバ筐体2と放熱板6との間に配設された断熱部材7、並びにドライバ筐体2に接続された口金8から構成されている。本実施例に係るスポット照明装置1においては、外部から供給される電力が口金8を介して発光モジュール3に給電され、発光モジュール3が駆動することによって放射される光が放熱円筒体4又はレンズ5を透過して外部に出射される。すなわち、本実施例に係るスポット照明装置1は、一般的なダイクロハロゲン電球(反射鏡付きハロゲン電球)と同様の外形及び機能を備えている。
<Configuration of spot lighting device>
As shown in FIG. 1, a spot lighting device 1 includes a
(ドライバ筐体)
スポット照明装置1のドライバ筐体2は、放熱板6の近傍部分が略円錐台状に形成され、口金8の近傍部分が略四角柱状に形成され、その内部には種々の部品を内蔵するための空洞2aが形成されている。ここで種々の部品としては、図1に示すように、発光モジュール3を点灯するためのドライバ回路を含む回路基板9がある。また、ドライバ筐体2は、外力によって破損等が生じることがない、比較的に強固な材料から形成されている。更に、ドライバ筐体2の材料としては、熱伝導性の比較的低い材料を用いることが好ましい。これは、発光モジュール3において生じる熱を、放熱板6を通じてドライバ筐体2側に伝導されることを抑制し、かつ、ドライバ筐体2内のドライバ回路の発熱を外部に放射するためである。ドライバ筐体2の材料として、例えば、樹脂、セラミック、金属等の材料を用いることができるが、特に熱放熱性、熱伝導性、耐久性等の観点から、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリエチレン、ポリプロピレン、ABS樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ナイロン等の樹脂が好ましい。
(Driver housing)
The
ドライバ筐体2の熱伝導率は、例えば30W/(m・K)以下であってもよく、好ましくは、5.0W/(m・K)以下である。例えば、ドライバ筐体2の材料の一例であるポリカーボネートの熱伝導率は、約0.19W/(m・K)である。
The thermal conductivity of the
ドライバ筐体2の熱膨張係数は、例えば10×10-6/℃〜300×10-6/℃の範囲内であってもよく、好ましくは、50×10-6/℃〜150×10-6/℃の範囲内である。そして、ドライバ筐体2の熱膨張係数は、放熱板6の熱膨張係数にできる限り近づけることが特に好ましい。このような熱膨張係数の調整により、ドライバ筐体2と放熱板6との熱膨張係数の差をより小さくすることができ、ドライバ筐体2と放熱板6との接続部分における歪みを小さくして応力緩和を図ることができる。すなわち、ドライバ筐体2と放熱板6との接続部分における物理的な故障を抑制することができる。例えば、ドライバ筐体2の材料の一例であるポリカーボネートの熱膨張係数は、約70〜80×10-6/℃である。
The thermal expansion coefficient of the
(発光モジュール)
図1に示すように、発光モジュール3は、放熱板6の片面の中心領域に搭載されている。また、発光モジュール3は、モジュール本体3aと、モジュール本体3a内に格納された波長変換部材3bを有している。モジュール本体3aは、外部から加えられる衝撃等から波長変換部材3bを保護するために設けられており、モジュール本体3aの材質は比較的硬い金属等の材料(例えば、鉄、アルミニウム、銅、セラミック)が用いられる。また、モジュール本体3aには、発光モジュール3を放熱板6に搭載するために用いられるネジ11が螺合するためのネジ穴12が設けられており、モジュール本体3aが放熱板6にネジ11を介して固定されることになる。更に、モジュール本体3aには、光が出射するための円形の開口が設けられており、例えば当該開口から内部で白色化を完了した光を取り出すことが可能である。一方、別の場合には、当該開口にガラス板等が設置され、当該ガラス面のモジュール内部側に蛍光体を塗布し、この部分で白色化を行って光を取り出すようにすることもできる。なお、当該開口は、円形に限られることなく、長方形等の多角形又はその他の形であってもよい。すなわち、当該開口の形状は、要求される発光モジュール3の光出射面の形状に合わせて、適宜変更することができる。
(Light emitting module)
As shown in FIG. 1, the
図2乃至図4から分かるように、モジュール本体3aは、外形が四角状であって配線基板として機能する平板部21と、平板部21のチップ実装面21a上に位置し、形状が円筒状の側壁部22と、から構成されている。また、図2及び図3から分かるように、平板部21のチップ実装面21a上であって側壁部22の内側には、12個の半導体発光素子であるLEDチップ23が規則的に配列されている。具体的には、平板部21の中央部に4個のLEDチップ23が等間隔で配置され、当該4個のLEDチップ23の四方を囲むように8個のLEDチップ23が配置されている。そして、中央部に配置された4個のLEDチップ23のそれぞれは、平板部21の中心から等しい距離だけ離間した位置に配置され、同様に、四方を囲むように配置された8個のLEDチップ23のそれぞれは、平板部21の中心から等しい距離だけ離間した位置に配置されている。すなわち、当該4個のLEDチップ23及び当該8個のLEDチップのそれぞれが同心円状に配置され、12個のLEDチップ23全体として、略円形のLEDチップ実装領域を形成している。なお、図2乃至図4には示していないが、平板部21には、これらのLEDチップ23のそれぞれに電力を供給するための配線パターンが形成されている。
As can be seen from FIGS. 2 to 4, the module
本実施例において、LEDチップ23には、450nmのピーク波長を有した青色光を発するLEDチップを用いる。具体的には、このようなLEDチップとして、例えばInGaN半導体が発光層に用いられるGaN系LEDチップがある。なお、LEDチップ23の種類や発光波長特性はこれに限定されるものではなく、本発明の要旨から逸脱しない限りにおいて、様々なLEDチップなどの半導体発光素子を用いることができる。本実施例においてLEDチップ23が発する光のピーク波長は、360nm〜480nmの波長範囲内にあることが好ましく、440nm〜470nmの波長範囲内にあることがより好ましい。
In this embodiment, the
なお、モジュール本体3aの材質は、上述したものに限定されるものではなく、例えば、電気絶縁性に優れた材料として、樹脂、ガラスエポキシ、樹脂中にフィラーを含有した複合樹脂などから選択された材料を用いてもよい。或いは、平板部21のチップ実装面21aにおける光の反射性を良好にして波長変換部材3bの発光効率を向上させる上では、アルミナ粉末、シリカ粉末、酸化マグネシウム、酸化チタンなどの白色顔料を含むシリコーン樹脂を用いることが好ましい。より優れた放熱性を得るため、モジュール本体3aをアルミニウム等の金属から構成してもよく、当該アルミニウム等の金属の上に樹脂等の層間絶縁膜を形成し、平板部21の配線パターンなどを金属製の本体から電気的に絶縁してもよい。
In addition, the material of the module
図5に示すように、LEDチップ23の平板部21側に向く面には、p電極26とn電極27とが設けられている。LEDチップ23においては、平板部21のチップ実装面21aに形成されている配線パターン28にp電極26が接合されると共に、同じくチップ実装面21aに形成された配線パターン29にn電極27が接合されている。これらp電極26及びn電極27の配線パターン28及び配線パターン29への接続は、図示しない金属バンプを介し、または、ハンダ付けによって行っている。図示されていない他のLEDチップ23も、それぞれのLEDチップ23に対応して平板部21のチップ実装面21aに形成された配線パターン28及び配線パターン29に、p電極26及びn電極27が同様にして接合されている。
As shown in FIG. 5, a p-
なお、LEDチップ23の平板部21への実装方法は、これに限定されるものではなく、LEDチップ23の種類や構造などに応じて適切な方法を選択可能である。例えば、LEDチップ23を平板部21の所定位置に接着固定した後、各LEDチップ23の2つの電極をワイヤボンディングで対応する配線パターンに接続してもよいし、一方の電極を上述のように対応する配線パターンに接合すると共に、他方の電極をワイヤボンディングで対応する配線パターンに接続するようにしてもよい。
The method of mounting the
図2乃至図4から分かるように、側壁部22によって囲まれた内部領域には、LEDチップ23から出射した青色光を波長変換する波長変換部材3bが設けられている。本実施例に係る発光モジュール3においては、LEDチップ23から放射された青色光と、当該青色光が波長変換部材3bによって波長変換されて出射される光とを合成し、当該合成光をモジュール本体3aの開口から出射している。なお、波長変換部材3bは、モジュールの格納ケースの開口にガラス板等が設置され、当該ガラス面のモジュール内部側に塗布され、この部分で白色化を行って光を取り出すようにすることもできる。
As can be seen from FIGS. 2 to 4, a
また、図5に示すように、波長変換部材3bは、LEDチップ23から入射する青色光の少なくとも一部を吸収し、当該青色光とは異なる波長の出射光を放出する蛍光体24と、蛍光体24を保持する母材25とから構成されている。本実施例に係る波長変換部材3bにおいては、青色光を放射するLEDチップ23を半導体発光素子として使用しているため、当該青色光の一部を黄色光に波長変換して白色光を合成可能である。従って、本実施例における蛍光体24は、青色光を吸収して励起し、基底状態に戻る際に青色光とは異なる波長の光を発する黄色蛍光体が用いられる。
Further, as shown in FIG. 5, the
具体的な黄色蛍光体の発光ピーク波長は、通常は530nm以上、好ましくは540nm以上、より好ましくは550nm以上で、通常は620nm以下、好ましくは600nm以下、より好ましくは580nm以下の波長範囲にあるものが好適である。中でも、黄色蛍光体として例えば、Y3Al5O12:Ce[YAG蛍光体]、(Y,Gd)3Al5O12:Ce、(Sr,Ca,Ba,Mg)2SiO4:Eu、(Ca,Sr)Si2N2O2:Eu、α−サイアロン、La3Si6N11:Ce(但し、その一部がCaやOで置換されていてもよい)が好ましい。 The emission peak wavelength of a specific yellow phosphor is usually 530 nm or more, preferably 540 nm or more, more preferably 550 nm or more, and usually 620 nm or less, preferably 600 nm or less, more preferably 580 nm or less. Is preferred. Among them, as the yellow phosphor, for example, Y 3 Al 5 O 12 : Ce [YAG phosphor], (Y, Gd) 3 Al 5 O 12 : Ce, (Sr, Ca, Ba, Mg) 2 SiO 4 : Eu, (Ca, Sr) Si 2 N 2 O 2 : Eu, α-sialon, La 3 Si 6 N 11 : Ce (however, a part thereof may be substituted with Ca or O) is preferable.
母材25には、樹脂又はガラス等の透光性を備える材料を用いることができ、本実施例においては、樹脂を使用した。本実施例において、波長変換部材3bは、樹脂である母材25に蛍光体24を練り込むことにより形成されている。
For the
具体的な樹脂としては、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル系樹脂(例えば、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂)、アクリル系樹脂(例えば、ポリメタクリル酸メチル樹脂)、ポリウレタン樹脂、エポキシ樹脂、及びシリコーン系樹脂を用いることが好ましい。また、樹脂は、LEDチップから放出される光(例えば、紫外光、近紫外光、又は青色光等)、または、波長変換部材から放出される可視光を吸収しないことが好ましい。更には、LEDチップ23から発せられる青色光に対して十分な透明性と耐久性とを有していることが好ましい。
Specific resins include polycarbonate resin, polyester resin (for example, polyethylene terephthalate resin, polybutylene terephthalate resin), acrylic resin (for example, polymethyl methacrylate resin), polyurethane resin, epoxy resin, and silicone resin. It is preferable to use it. The resin preferably does not absorb light emitted from the LED chip (for example, ultraviolet light, near ultraviolet light, or blue light) or visible light emitted from the wavelength conversion member. Furthermore, it is preferable to have sufficient transparency and durability against blue light emitted from the
これらの樹脂は、1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。また、これらの樹脂の共重合体であってもよく、2種類以上を積層して使用してもよい。 These resins may be used alone or in combination of two or more. Moreover, the copolymer of these resin may be sufficient and it may use it, laminating | stacking 2 or more types.
なお、樹脂としては、ポリカーボネート樹脂が、透明性、耐熱性、機械的特性、難燃性に優れる点で、最も好ましく使用できる。 As the resin, polycarbonate resin is most preferably used because it is excellent in transparency, heat resistance, mechanical properties, and flame retardancy.
また、発光モジュール3から出射される光も白色光に限られることなく、青色光、赤色光、黄色光等の有色光を出射するようにしてもよい。
Further, the light emitted from the
(放熱板)
図1に示すように、放熱板6は、ドライバ筐体2と発光モジュール3との間に配設され、発光モジュール3を搭載するモジュール用実装基板として機能している。より具体的には、放熱板6にはネジ穴6aが形成されており、発光モジュール3のネジ穴12と連通させ、ネジ11を用いて発光モジュール3が放熱板6の発光モジュール搭載面6bの中心領域に強固に搭載されることになる。そして、放熱板6は、その外縁部分がドライバ筐体2の一端(口金8が配設されている端部とは反対側に位置する端部)の外縁部分に強固に接続されている。なお、ドライバ筐体2と放熱板6との接続は、一般的な接着剤を用いてもよいし、或いはネジ等の接合部材を用いてもよい。
(Heatsink)
As shown in FIG. 1, the
また、放熱板6は、熱伝導性の比較的に高く且つ硬質な材料から構成されていることが好ましく、例えば、アルミニウム、鉄、若しくは銅等の金属、又はアルミナ系セラミックから構成されている。熱伝導性、加工の容易性、及びコストの面から、アルミニウムが特に好ましい。このような構成から、放熱板6は、発光モジュール3において発生する熱を良好に伝導することができ、発光モジュール3の温度上昇を良好に抑制することができる。すなわち、放熱板6は、ヒートシンクとして機能していることになる。
Moreover, it is preferable that the
放熱板6の熱伝導率は、例えば20W/(m・K)以上であってもよく、好ましくは、150W/(m・K)以上である。例えば、放熱板6の材料の一例であるアルミニウムの熱伝導率は、約250W/(m・K)である。
The heat conductivity of the
放熱板6の熱膨張係数は、例えば2.0×10-6/℃〜100×10-6/℃の範囲内であってもよく、好ましくは、10×10-6/℃〜50×10-6/℃の範囲内である。そして、放熱板6の熱膨張係数は、ドライバ筐体2の熱膨張係数を越えず且つ放熱円筒体4の熱膨張係数よりも小さくならない範囲で、ドライバ筐体2及び放熱円筒体4の熱膨張係数にできる限り近づけることが特に好ましい。すなわち、放熱板6の熱膨張係数は、放熱円筒体4の熱膨張係数よりも高く、ドライバ筐体2の熱膨張係数よりも低くなる。このように、発光モジュール3を囲む部材(本実施例の放熱円筒体4及び放熱板6)を一体的に形成することなく、且つ熱膨張係数を上記のような調整を行うことにより、上述したようなドライバ筐体2と放熱板6との接続部分、及び放熱円筒体4と放熱板6との接続部分(すなわち、放熱板6を介した放熱円筒体4とドライバ筐体2との接続部分)における歪みを小さくして応力緩和を図り、各接続部分における物理的な故障を抑制することができる。換言すると、本実施例に係るスポット照明装置1は、光源を囲む部材が一体的に形成されている照明装置と比較して、歪みの発生が抑制され、長寿命化が図られていることになる。例えば、放熱板6の材料の一例であるアルミニウムの熱膨張係数は、約23×10-6/℃である。
The thermal expansion coefficient of the
また、本実施例においては、発光モジュール3を囲む部材である放熱円筒体4と放熱板6とを一体的に形成しないため、放熱円筒体4と放熱板6とを別々の異なる材料を選択することができる。これにより、本実施例においては、放熱性及び光透過性等のスポット照明装置1の特性に関し、最適の構造物を実現することができる。
Further, in this embodiment, since the
そして、図1に示すように、放熱板6の中央部(発光モジュール3を搭載する部分)には凸部6cが形成されている。これにより、発光モジュール搭載面6bが放熱円筒体4と放熱板6との界面よりもレンズ5側に偏移している。換言すれば、放熱板6は、放熱板6における放熱円筒体4の接続部位と比較して、放熱板6における発光モジュール3の搭載部位を放熱円筒体4の第2開口部4bに近づける段差を有している。このような放熱板6の形状により、発光モジュール3の搭載の自由度及び回路基板9の設置の自由度が向上され、更には発光モジュール3から出射する光が放熱円筒体4を介して外部へ放射されやすくなる。従って、本実施例に係るスポット照明装置1が、より放熱性の優れた良好なLED型のダイクロハロゲン電球として機能することになる。
And as shown in FIG. 1, the
(放熱円筒体)
図1に示すように、放熱円筒体4は、第1開口部4a及び第1開口部4aよりも大なる開口径を有する第2開口部4bを含むとともに、その内部に発光モジュール3及びレンズ5を配設することができる空洞4cが形成されている。すなわち、第1開口部4aと第2開口部4bとは、空洞4Cによって連通している。放熱円筒体4は、開口径の小なる第1開口部4aが発光モジュール3の搭載側に位置するとともに、発光モジュール3の側方を囲むように配設されている。そして、放熱円筒体4の第1開口部4a側の端部は、放熱板6の発光モジュール搭載面6b側の周辺領域(外縁部分)に直接的に接続されている。ここで、直接的に接続とは、放熱円筒体4と放熱板6とが他の部材を介在することなく接触して接続されていることに限定されず、放熱円筒体4と放熱板6との間の熱伝導にほとんど影響しない接着剤を介在して放熱円筒体4と放熱板6とが実質的に接触していることを含むものと定義する。
(Heat dissipation cylinder)
As shown in FIG. 1, the heat radiating
放熱円筒体4は、光の一部を直接的に反射する場合、又は光を反射する反射部材を有する場合に、その形状は、発光モジュール3から放射される光を集光し、スポット照明装置1からスポット光を照射することができる形状であることが必要となる。本実施例においは、スポット光を照射するために、放熱円筒体4の側面が放物状に形成されている。すなわち、放熱円筒体4の外形は、椀の底部を除去したような形状となっている。また、放熱円筒体4の外形はこれに限定されることなく、例えば、内部に空洞ができた円錐台状(すなわち、中空円錐状)であってもよい。換言すれば、放熱円筒体4の側面は、湾曲することなく、平坦に形成されてもよい。
When the heat radiating
放熱円筒体4は、その内側面に一定の波長のみ光を反射する部材(いわゆる、波長選択的な反射部材)を形成していてもよい。例えば、放熱円筒体4は、波長が短い光を反射する部材から構成され、波長の長い赤色光の一部を透過してもよい。このような場合、スポット照明装置1は、側方から赤色光を放射し、赤みを帯びた色彩を呈することができる。
The heat radiating
一定の波長のみ光を反射する部材としては、放熱円筒体4の内側面に反射部材を形成してもよい。例えば、蒸着、又はスパッタ等の公知の成膜技術を利用して、反射部材として機能する金属薄膜又は誘電体多層膜が成膜されている。誘電体多層膜としては、例えば、セラミック又はタンタルを用いることができる。これにより、放熱円筒体4に到達した光の少なくとも一部は、放熱円筒体4の反射部材によって反射され、放熱円筒体4の第2開口部4b側に導かれることになる。
As a member that reflects light only at a certain wavelength, a reflecting member may be formed on the inner surface of the
また、放熱円筒体4は、発光モジュール3から放射された光の少なくとも一部を透過する材料から構成されている。なお、本実施例においては、レンズ5を用いて発光モジュール3から出射した光を集光するため、放熱円筒体4の材料、入射する全ての光を透過する光透過率を備えていてもよい。そして、放熱円筒体4は、熱伝導性の比較的に高く且つ硬質な材料から構成されていることが好ましい。例えば、放熱円筒体4には、ガラス、樹脂、及びセラミックの群から選ばれる少なくとも1つ材料を用いることができる。このような材料から放熱円筒体4が構成されることによって、発光モジュール3から出射した光が放熱円筒体4を透過してスポット照明装置1の側方にも放射されるため、本実施例に係るスポット照明装置1が良好なLED型のダイクロハロゲン電球として機能することになる。
The
放熱円筒体4の熱伝導率は、例えば0.5W/(m・K)以上であってもよく、好ましくは、10W/(m・K)以上である。例えば、放熱円筒体4の材料の一例であるガラスの熱伝導率は、約1.05W/(m・K)である。
The thermal conductivity of the radiating
放熱円筒体4の熱膨張係数は、例えば0.5×10-6/℃〜10×10-6/℃の範囲内であってもよく、好ましくは、1.0×10-6/℃〜10×10-6/℃の範囲内である。そして、放熱円筒体4の熱膨張係数は、放熱板6の熱膨張係数にできる限り近づけることが特に好ましい。このような熱膨張係数の調整により、上述したような放熱円筒体4と放熱板6との接続部分における歪みを小さくして応力緩和を図ることができ、放熱円筒体4と放熱板6との接続部分における物理的な故障を抑制することができる。例えば、放熱円筒体4の材料の一例であるガラスの熱膨張係数は、約9×10-6/℃である。
The thermal expansion coefficient of the heat radiating
上述したような放熱円筒体4の形状、接続位置、及び材料によって、発光モジュール3において発生した熱は、放熱板6を経由して放熱円筒体4に伝導されることになる。更に、放熱円筒体4に伝導された熱は、第1開口部4a側から第2開口部4b側に向かって伝導されつつ外部に放熱されることになる。すなわち、放熱円筒体4及び放熱板6によって、発光モジュール3から発生する熱を放熱板6を通じて放熱円筒体4に伝導して放熱円筒体4から放熱する放熱経路A(図1においては破線矢印Aによって示す)が形成されていることになる。そして、この放熱経路Aは、ドライバ筐体2及び口金8の配設方向とは反対側に向かって延在している。このような放熱経路Aが形成されることにより、発光モジュール3から発生する熱をスポット照明装置1の外部に良好に放熱することができる。そして、発光モジュール3から発生する熱は、発光モジュール3の搭載面側及び放熱円筒体4の配設側とは反対側に設けられた回路基板9に向かって伝導されることがなくなり、回路基板9が当該熱の影響を受けることがなくなる。すなわち、回路基板9の故障が発生しにくくなり、回路基板9及びスポット照明装置1自体の寿命を長くすることができる。
Depending on the shape, connection position, and material of the
なお、本実施例においては、放熱経路Aを構成する放熱体として円筒状の放熱円筒体4を用いているが、筒の外形(すなわち、筒の延在方向に対して直交する方向における断面形状)は円形に限定されることなく、角状又は楕円状であってもよい。すなわち、放熱円筒体4に代えて、角状又は楕円状等の放熱筒状体を用いてもよい。放熱筒状体は、断面形状が円形である放熱円筒体を含む概念であり、その断面形状は、円形、楕円形、卵形、三角形、四角形、5以上の多角形などのいずれかである場合を含む。また、放熱筒状体の断面形状は、上記形状の他、複数の曲線の組合せで形成されるものや、1以上の曲線と1以上の直線との組合せにより形成されるものも含む。このような場合には、ドライバ筐体2、レンズ5、放熱板6、及び断熱部材7等の各種の構成部材の形状を、放熱筒状体4の形状に合わせる必要がある。
In the present embodiment, the cylindrical heat radiating
(レンズ)
図1、及び図6乃至図8から分かるように、レンズ5は、放熱円筒体4の第2開口部2bを閉塞する蓋として機能する蓋部5a、及び発光モジュール3から入射する光を集光する集光部5bから構成されている。蓋部5aは円盤状に形成されており、その外縁部分が放熱円筒体4の内側面に固着されている。また、集光部5bは略円錐台状に形成されており、その一端には凹部5cが形成されている。更に、レンズ5は、発光モジュール3から出射した光を凹部5cからレンズ5の内部に導入させるため、発光モジュール3に対して凹部5cが対向するように配設される。なお、レンズ5の固着方法は接着剤に限定されることなく、例えば、レンズ5の蓋部5aの直径を放熱円筒体4の第2開口部4bの開口径よりも若干大きく設定し、レンズ5を接着剤を使用することなく嵌合させてもよい。このようにすることで、レンズの着脱を容易に行うことができる。
(lens)
As can be seen from FIG. 1 and FIGS. 6 to 8, the
本実施例におけるレンズ5は、入射した光を集光部5bの内側面5dにおいて反射して集光する反射型レンズである。なお、このような集光部5bの構造から、本実施例に係る蓋部5aは単に光を透過する構造となっているが、蓋部5aに光を集光する構造を更に形成してもよい。このようなレンズ5の構造により、放熱円筒体4の第2開口部2bから出射する光は集光されることになり、本実施例に係るスポット照明装置1を用いて被照射物をスポット的に照射することができる。そして、レンズ5の集光部5bの内側面5dにおいて反射されなかった光(内側面5dを透過した光)は、放熱円筒体4に到達し、放熱円筒体4を透過してスポット照明装置1の側方に放射されることになる。
The
(断熱部材)
断熱部材7は、放熱板6の発光モジュール搭載面6bとは反対側に設けられている。すなわち、断熱部材7は、放熱板6とドライバ筐体2との間に配設されている。断熱部材7は、繊維系材料、及び発泡系材料のいずれであってもよい。ここで、断熱部材7は、ドライバ筐体2の空洞2a近傍において、放熱板6ができるかぎり露出しないように設けられることが好ましい。このようにすることで、放熱板6の発光モジュール搭載面6bとは反対側の面からドライバ筐体2の空洞2a内に熱が放熱されることを防止し、回路基板9の温度上昇を抑制することができる。従って、回路基板9の故障が発生しにくくなり、回路基板9及びスポット照明装置1自体の寿命を長くすることができる。
(Insulation member)
The
なお、発光モジュール3から発生した大半の熱を放熱経路Aに沿って伝導させ、放熱円筒体4から良好に放熱することで回路基板9の温度上昇を十分に抑制することができれば、断熱部材7を設けなくてもよく、或いは断熱部材7の設置領域を小さくしてもよい。
If most of the heat generated from the
(口金)
図1に示すように、口金8は、スポット照明装置1の電力供給源に設けられた給電ソケット(ピン孔)に嵌挿することができるように、ピン状に形成されている。また、口金8は、ドライバ筐体2に内蔵された回路基板9と配線(図示せず)を介して電気的に接続されている。従って、口金8を電力供給源の給電ソケットに嵌挿すると、電力供給源から口金8及び当該配線を経由して回路基板9に所望の電力が供給されることになる。
(Base)
As shown in FIG. 1, the
なお、口金8は、図1に示すようなピンタイプに限定されることなく、電力供給源の給電ソケットの形状に合わせて適宜変更することができる。例えば、給電ソケットが日本における一般的な螺合型のソケットである場合、口金8の形状は、ドライバ筐体2の略四角柱状の部分と同等の寸法であって、その表面がねじ切られた形状であってもよい。このような場合には、口金8が当該給電ソケットに螺合することによって着脱自在となっている。
The
<スポット照明装置の動作>
次に、本実施例に係るスポット照明装置1の動作について説明する。
<Operation of spot lighting device>
Next, the operation of the spot lighting device 1 according to the present embodiment will be described.
先ず、屋内又は屋外に設けられている照明システムの給電ソケット(図示せず)に口金8を嵌挿し、スポット照明装置1を当該照明システムに取り付ける。このような状態において、照明システムの給電スイッチをオン状態に移行させ、スポット照明装置1に電力を供給する。当該電力は口金8及び回路基板9等を介して発光モジュール3に供給され、発光モジュール3のLEDチップ23が発光して、発光モジュール3から所望の光が放射される。
First, the
発光モジュール3から放射した光は、レンズ5の凹部5cからレンズ5内に向かって入射する。この際、レンズ5の凹部5cが発光モジュール3の光出射面を取り囲むように配置されているため、発光モジュール3から放射される光は全てレンズ5内に入射することになる。
Light emitted from the
レンズ5内に入射した光の大部分は、レンズ5の集光部5bの内側面5dにおいて反射することで集光され、蓋部5aを透過してスポット光としてスポット照明装置1から出射することになる。一方、レンズ5内に入射した光のうち、レンズ5の集光部5bの内側面5dにおいて反射することなく透過した光は、放熱円筒体4を透過してスポット照明装置1の側方に放射される。このような光の放射により、本実施例に係るスポット照明装置1は、LED型のダイクロハロゲン電球として機能することになる。
Most of the light incident on the
そして、発光モジュール3の駆動に伴って発生した熱は、放熱板6及び放熱円筒体4によって形成される放熱経路Aに沿って伝導し、ドライバ筐体2の回路基板9に影響を与えることなく、放熱円筒体4から放熱されることになる。これにより、スポット照明装置1の放熱性が向上され、発光モジュール3及び回路基板9の故障を防止し、スポット照明装置1自体の寿命を長くすることができる。
The heat generated by driving the
<本実施例と比較例との比較>
本実施例における放熱経路Aを持つ照明装置(放熱円筒体と放熱板による放熱経路が形成されている)と、そのような放熱経路Aを持たない照明装置(例えば光透過性の椀状放熱器を備えた装置、以下「比較例」と称する)とを、以下の条件にて放熱状態をシミュレーションにより比較する。
<Comparison between Example and Comparative Example>
Illumination device having a heat dissipation path A in this embodiment (a heat dissipation path is formed by a heat dissipation cylinder and a heat dissipation plate) and an illumination device not having such a heat dissipation path A (for example, a light-transmitting bowl-shaped radiator) (Hereinafter referred to as “comparative example”) is compared with a simulation of the heat dissipation state under the following conditions.
第1条件として、照明装置の形状により放熱状態が変化する為、本実施例と比較例において、照明装置の形状を図1に示すスポット照明装置1と同一とする。第2条件として、消費電力3.8Wのうち、電源回路による発熱電力0.7W、発光素子による発熱電力0.62W、発光に消費される電力を2.48Wとする。第3条件として、本実施例においては、光透過性を持つ放熱円筒体4で使用する材料の熱伝導率を1.2W/m・Kとし、放熱板6で使用する材料の熱伝導率を92W/m・Kとする。比較例においては、実施例の放熱円筒体4と放熱板6に相当する部位が同一の材料により一体成形された光透過性を持つ椀状放熱体であり、椀状放熱体で使用する材料の熱伝導率を1.2W/m・Kとする。第4条件として、電源回路を収納する筐体部の熱伝導率を0.19W/m・Kとする。第5条件として、全ての部材の放射率を0.95とする。
As a first condition, since the heat dissipation state changes depending on the shape of the lighting device, the shape of the lighting device is the same as that of the spot lighting device 1 shown in FIG. As the second condition, out of the power consumption 3.8 W, the heat generation power 0.7 W by the power supply circuit, the heat generation power 0.62 W by the light emitting element, and the power consumed for light emission 2.48 W. As a third condition, in this embodiment, the thermal conductivity of the material used in the heat radiating
上記の条件において、発光素子の接地面の温度を比較すると、本実施例は80.8℃であり、比較例は90.5℃であった。また、本実施例における照明装置では、放熱経路Aを介して放熱がなされ、放熱板及び回路基板における温度も約80℃であったが、比較例における照明装置では、放熱板及び回路基板における温度も約90℃であった。すなわち、本実施例における照明装置は、比較例における照明装置と比較して、発光素子の周辺領域の温度が約10℃低くなっていた。一般的に、発光素子や電子部品の寿命は、温度10℃の低下で2倍になるため、比較例のスポット照明の寿命を例えば20000時間と想定すると、本実施例のスポット照明の寿命は40000時間に伸びる。 When the temperature of the ground plane of the light emitting element was compared under the above conditions, this example was 80.8 ° C. and the comparative example was 90.5 ° C. Moreover, in the illuminating device in the present embodiment, heat is radiated through the heat dissipation path A, and the temperature in the heat radiating plate and the circuit board is also about 80 ° C. However, in the lighting device in the comparative example, the temperature in the heat radiating plate and the circuit board is Was about 90 ° C. That is, the temperature of the peripheral region of the light emitting element was lower by about 10 ° C. in the lighting device in this example than in the lighting device in the comparative example. In general, since the lifetime of the light emitting element and the electronic component is doubled when the temperature is lowered by 10 ° C., assuming that the lifetime of the spot illumination of the comparative example is 20000 hours, the lifetime of the spot illumination of this embodiment is 40000. Increase in time.
以上のことから、本実施例におけるスポット照明装置1においては、放熱円筒体4及び放熱板6によって放熱経路Aが形成されているため、発光モジュール3から発生する熱を放熱板6を通じて放熱円筒体4に伝導して放熱円筒体4から確実に放熱していることが確認できた。そして、本実施例のような放熱経路Aを形成しない比較例と比較すると、スポット照明装置1はその温度を10℃〜20℃低減することが期待できる。そして、当該比較例の寿命が10000時間程度であることに対し、本実施例におけるスポット照明装置1は、このような放熱特性によって約25000時間という長寿命を実現し、市場における要求を十分に満たすことができている。このことは、スポット照明装置1自体の温度が10℃上昇すると、一般的に寿命が半減するということから考えて、本実施例におけるスポット照明装置1が当該比較例と比較して、2倍以上の寿命を備えていることを示している。
From the above, in the spot lighting device 1 according to the present embodiment, since the heat radiation path A is formed by the
≪変形例1≫
上述した実施例においては、複数のLEDチップ23を備えるチップ・オン・ボード(COB:Chip On Board)タイプの発光モジュール3を半導体発光装置として放熱板6に固定していたが、半導体発光装置は上述したようなCOBに限定されることはない。例えば、LEDチップを波長変換部材内に埋設したようなパッケージタイプのLEDパッケージ装置を半導体発光装置として用いてもよい。以下において、図9及び図10を参照しつつ、このようなLEDパッケージ装置を用いたスポット照明装置1’を変形例1として説明する。図9は、変形例1に係るスポット照明装置1’の全体を一部縦断面で示す一部切欠正面図である。図10は、変形例1に係るスポット照明装置を構成するLEDパッケージ装置の断面図である。なお、上述した実施例と同様の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
<< Modification 1 >>
In the embodiment described above, the chip-on-board (COB) type
<スポット照明装置の構成>
本変形例に係るスポット照明装置1’の構成と、上述した実施例に係るスポット照明装置1の構成との相違点は、発光モジュール3に代えて第1LEDパッケージ装置41(以下、第1LED41とも称する)、及び第2LEDパッケージ装置42(以下、第2LED42とも称する)を放熱板6に固定している点のみである。従って、本変形例に係るスポット照明装置1’においては、第1LED41及び第2LED42から放射する光をレンズ5又は放熱円筒体4から放射することになる。
<Configuration of spot lighting device>
The difference between the configuration of the spot illumination device 1 ′ according to this modification and the configuration of the spot illumination device 1 according to the above-described embodiment is the first LED package device 41 (hereinafter also referred to as the first LED 41) instead of the
(LEDパッケージ装置)
次に、図10を参照しつつ本発明の変形例に係る第1LED41の構成を説明する。本変形例において、第1LED41は、白色光を放射する光源である。図10に示すように、本変形例に係る第1LED41は、パッケージ43、パッケージ43内に実装された半導体発光素子であるLEDチップ44、及びLEDチップ44から放射される光の少なくとも一部を波長変換する機能を有する波長変換部材45から構成されている。
(LED package device)
Next, the configuration of the
従って、本変形例に係る第1LED41においては、LEDチップ44から放射される光と、波長変換部材45の機能によって波長変換された互いに波長の異なる光との合成光である白色光、又は波長変換部材45の機能によって波長変換された互いに波長の異なる光のみの合成光である白色光が、波長変換部材45のから外部に向かって出射することになる。以下において、第1LED41を構成する各部材を詳細に説明する。
Therefore, in the
〔パッケージ〕
パッケージ43は、電気絶縁性に優れて良好な放熱性を有し、かつ、反射率の高い(好ましくは反射率が80%以上の)アルミナ系セラミックから構成されている。また、パッケージ43には、LEDチップ44を収納するための開口部43aが形成されており、当該開口部43aの底面にLEDチップ44が実装されている。更に、パッケージ43の実装面(すなわち、開口部43aの底面には、LEDチップ44を実装し且つLEDチップ44に対して電流を供給するための配線パターン(図示せず)が形成されている。
〔package〕
The
なお、パッケージ43の材質はアルミナ系セラミックに限定されるものではなく、例えば、電気絶縁性に優れた材料として、樹脂、ガラスエポキシ樹脂、樹脂中にフィラーを含有した複合樹脂などから選択された材料を用いてパッケージ43の本体を形成してもよい。或いは、パッケージ43のチップ実装面における光の反射性を良くして第1LED41の発光効率を向上させる上では、アルミナ粉末、シリカ粉末、酸化マグネシウム、酸化チタンなどの白色顔料を含むシリコーン樹脂を用いることが好ましい。一方、より優れた放熱性及び反射性を得るため、パッケージ43の本体を絶縁体で被覆したアルミニウム等の金属製としてもよい。このような場合には、パッケージ43の配線パターンなどを金属製の本体から電気的に絶縁する必要がある。
The material of the
〔LEDチップ〕
本変形例においては、1個のLEDチップ44が第1LED41の発光源である半導体光源として機能している。本変形例においてLEDチップ44には、430nm〜480nmの範囲内にピーク波長を有した青色光を発する青色発光ダイオード、又は360nm〜430nmの範囲内にピーク波長を有した紫外〜紫色光を発する紫色発光ダイオードを用いることができる。青色発光ダイオードの場合において、ピーク波長は430nm〜480nmの波長範囲内にあることが好ましく、特に450nmであることが好ましい。紫色発光ダイオードの場合においては、ピーク波長は360nm〜430nmの波長範囲内にあることが好ましく、特に400〜415nmであることが好ましい。
[LED chip]
In the present modification, one
なお、LEDチップ44の数量は1個に限定されることなく、同一のピーク波長を有する光を出射する複数のLEDチップ44を半導体発光源として用いてもよい。また、LEDチップ44の種類や発光波長特性はこれに限定されるものではなく、本発明の要旨から逸脱しない限りにおいて、様々なLEDチップなどの半導体発光素子を用いることができる。
The number of
LEDチップ44は、パッケージ43の開口部43aの底面(すなわち、チップ実装面)に対向する面側に、電極(図示せず)を有している。そして、上述したパッケージ43上の配線パターンには、当該電極が電気的に接続されている。当該電極と配線パターンとの電気的な接続は、例えば金属バンプを介し、ハンダ付けによって行われている。なお、LEDチップ44のパッケージ43への実装方法は、これに限定されるものではなく、LEDチップ44の種類や構造などに応じて適切な方法を選択可能である。例えば、LEDチップ44をパッケージ43の所定位置に接着固定した後、LEDチップ44の電極を対応する配線パターンにワイヤボンディングによって接続してもよい。
The
〔波長変換部材〕
波長変換部材45は、LEDチップ44から入射する入射光の少なくとも一部を吸収し、当該入射光とは異なる波長の出射光を放出する複数の蛍光体と、複数の蛍光体を保持する母材とから構成されている。すなわち、波長変換部材45は、複数の蛍光体を含有する部材である。
(Wavelength conversion member)
The
本変形例の第1LED41において、青色光を放射する青色発光ダイオードをLEDチップ44として使用した場合、第1LED41から白色光を得るためには、当該青色光の少なくとも一部を緑色光及び赤色光に波長変換し、当該緑色光及び赤色光のいずれにも波長変換されなかった(すなわち、波長変換部材45を透過する)青色光を当該緑色光及び赤色光と混合して白色光を合成する必要がある。このような場合、本変形例における蛍光体には、青色光を吸収して励起し、基底状態に戻る際に青色光とは異なる波長を有する緑色光を放射することができる緑色蛍光体、及び青色光を吸収して励起し、基底状態に戻る際に青色光とは異なる波長を有する赤色光を放射することができる赤色蛍光体が用いられる。
In the
一方、紫外〜紫色光を放射する紫色発光ダイオードをLEDチップ44として使用した場合、第1LED41から白色光を得るためには、当該紫外〜紫色光の少なくとも一部を青色光、緑色光及び赤色光に波長変換し、当該青色光、緑色光及び赤色光の混合により白色光を合成する必要がある。このような場合、本変形例における蛍光体には、紫外〜紫色光を吸収して励起し、基底状態に戻る際に紫外〜紫色光とは異なる波長を有する青色光を放射することができる青色蛍光体、紫外〜紫色光を吸収して励起し、基底状態に戻る際に紫外〜紫色光とは異なる波長を有する緑色光を放射することができる緑色蛍光体、及び紫外〜紫色光を吸収して励起し、基底状態に戻る際に紫外〜紫色光とは異なる波長を有する赤色光を放射することができる赤色蛍光体が用いられる。
On the other hand, when a violet light emitting diode that emits ultraviolet to violet light is used as the
以下において、各蛍光体の具体例を示す。 Below, the specific example of each fluorescent substance is shown.
本変形例に係る第1LED41における緑色蛍光体は、発光ピーク波長が、通常は510nm以上、好ましくは530nm以上、より好ましくは535nm以上で、通常は570nm未満、好ましくは550nm以下、さらに好ましくは545nm以下の波長範囲にあるものが好適である。具体的な緑色蛍光体として、例えば、(Y,Lu)3Al,Ga)5O12:Ce、CaSc2O4:Ce、Ca3(Sc,Mg)2Si3O12:Ce、(Sr,Ba)2SiO4:Eu(BSS)、(Si,Al)6(O,N)8:Eu(β−サイアロン)、(Ba,Sr)3Si6O12N2:Eu(BSON)、SrGa2S4:Eu、BaMgAl10O17:Eu,Mn、(Ba,Sr,Ca,Mg)Si2O2N2:Euが用いられることが好ましい。中でも、BSS、β−サイアロン、BSON、SrGa2S4:Eu、BaMgAl10O17:Eu,Mnが用いられることがより好ましく、BSS、β−サイアロン、BSONが用いられることがさらに好ましく、β−サイアロン、BSONが用いられることが特に好ましく、β−サイアロンが用いられることが最も好ましい。本変形例では、緑色蛍光体としてβ−サイアロンが用いられている。
The green phosphor in the
本変形例に係る第1LED41における赤色蛍光体は、発光ピーク波長が、通常は570nm以上、好ましくは580nm以上、より好ましくは600nm以上、さらに好ましくは630nm以上、特に好ましくは645nm以上で、通常は780nm以下、好ましくは700nm以下、より好ましくは680nm以下の波長範囲にあるものが好適である。具体的な赤色蛍光体として、例えば、CaAlSi(N,O)3:Eu、(Ca,Sr,Ba)2Si5(N,O)8:Eu、(Ca,Sr,Ba)Si(N,O)2:Eu、(Ca,Sr,Ba)AlSi(N,O)3:Eu、(Sr,Ba)3SiO5:Eu、(Ca,Sr)S:Eu、SrAlSi4N7:Euが好ましく、(Ca,Sr,Ba)2Si5(N,O)8:Eu、(Sr,Ca)AlSi(N,O)3:Eu、SrAlSi4N7:Euが好ましい。中でも、(Sr,Ca)AlSi(N,O)3:Eu、SrAlSi4N7:Euがより好ましく、(Sr,Ca)AlSi(N,O)3:Euがさらに好ましい。本変形例では、赤色蛍光体としてCaAlSi(N,O)3:Eu(以下、CASNとも称する)が用いられている。
The red phosphor in the
赤色蛍光体として、例えば、CaAlSi(N,O)3:Eu、(Ca,Sr,Ba)2Si5(N,O)8:Eu、(Ca,Sr,Ba)Si(N,O)2:Eu、(Ca,Sr,Ba)AlSi(N,O)3:Eu、(Sr,Ba)3SiO5:Eu、(Ca,Sr)S:Eu、SrAlSi4N7:Eu、Eu(ジベンゾイルメタン)3・1,10−フェナントロリン錯体などのβ−ジケトン系Eu錯体、カルボン酸系Eu錯体が好ましく、(Ca,Sr,Ba)2Si5(N,O)8:Eu、(Sr,Ca)AlSi(N,O)3:Eu、SrAlSi4N7:Euが用いられることが好ましい。中でも、(Sr,Ca)AlSi(N,O)3:Eu、SrAlSi4N7:Euがより好ましく、(Sr,Ca)AlSi(N,O)3:Euがさらに好ましい。 As the red phosphor, for example, CaAlSi (N, O) 3 : Eu, (Ca, Sr, Ba) 2 Si 5 (N, O) 8 : Eu, (Ca, Sr, Ba) Si (N, O) 2 : Eu, (Ca, Sr, Ba) AlSi (N, O) 3 : Eu, (Sr, Ba) 3 SiO 5 : Eu, (Ca, Sr) S: Eu, SrAlSi 4 N 7 : Eu, Eu (di) Β-diketone Eu complexes and carboxylic acid Eu complexes such as (benzoylmethane) 3 · 1,10-phenanthroline complex are preferred, and (Ca, Sr, Ba) 2 Si 5 (N, O) 8 : Eu, (Sr, Ca) AlSi (N, O) 3 : Eu and SrAlSi 4 N 7 : Eu are preferably used. Among these, (Sr, Ca) AlSi (N, O) 3 : Eu and SrAlSi 4 N 7 : Eu are more preferable, and (Sr, Ca) AlSi (N, O) 3 : Eu is more preferable.
本変形例に係る第1LED41における青色蛍光体の発光ピーク波長は、通常は420nm以上、好ましくは430nm以上、より好ましくは440nm以上で、通常は500nm未満、好ましくは490nm以下、より好ましくは480nm以下、更に好ましくは470nm以下、特に好ましくは460nm以下の波長範囲にあるものが好適である。具体的な青色蛍光体として、(Ca,Sr,Ba)MgAl10O17:Eu、(Sr,Ca,Ba,Mg)10(PO4)6(Cl,F)2:Eu、(Ba,Ca,Mg,Sr)2SiO4:Eu、(Ba,Ca,Sr)3MgSi2O8:Euが好ましく、(Ba,Sr)MgAl10O17:Eu、(Ca,Sr,Ba)10(PO4)6(Cl,F)2:Eu、Ba3MgSi2O8:Euがより好ましく、Sr10(PO4)6C12:Eu、BaMgAl10O17:Euがさらに好ましく、(Sr,Ba,Ca)5(PO4)3Cl:Eu(より具体的には、Sr5(PO4)3Cl:Eu(以下、SCAとも称する。)や、(Sr1-xBax)5(PO4)3Cl:Eu(x>0、好ましくは0.4>x>0.12)(以下、SBCAとも称する。))が特に好ましい。本変形例では、青色蛍光体としてSBCAが用いられている。
The emission peak wavelength of the blue phosphor in the
本変形例の波長変換部材45に用いられる母材は、上述した実施例に係る波長変換部材3bの母材25と同様の材料を用いることができる。ここでは、当該母材の説明は省略するものとする。
The base material used for the
本変形例に係る第1LED41は、上述した蛍光体の混合比率を変えることにより、出射する白色光の色温度が約1900Kに調整されている。
In the
本変形例に係る第2LED42は、上述した第1LED41とほぼ同一の構造であるが、第1LED41における蛍光体の混合比率とは異なる混合比率によって複数の蛍光体が混合され、出射する白色光の色温度が約2700Kに調整されている。
<スポット照明装置の電気回路構成>
次に、本変形例に係るスポット照明装置1’の電気回路構成及びスポット照明装置1’の発光制御を説明する。図11は、本変形例に係るスポット照明装置1’の電気回路構成の概略を示す電気回路図である。また、図12及び図13は、図11の回路構成における各トランジスタの作動状態、及び各LEDの駆動電流の電流値の一例を示すタイムチャートである。
The
<Electric circuit configuration of spot lighting device>
Next, the electric circuit configuration of the spot illumination device 1 ′ and the light emission control of the spot illumination device 1 ′ according to this modification will be described. FIG. 11 is an electric circuit diagram showing an outline of the electric circuit configuration of the spot illumination device 1 ′ according to the present modification. 12 and 13 are time charts showing an example of the operating state of each transistor and the current value of the drive current of each LED in the circuit configuration of FIG.
図11から分かるように、スポット照明装置1’の発光モジュール3には、1個の第1LED41、2個の第2LED42に加え、電流制限用の抵抗R1及び抵抗R2、並びにLEDを駆動用の駆動電流を供給するためのトランジスタQ1及びトランジスタQ2が設けられている。ここで、抵抗R1は対応する第1LED41に流れる電流を適正な大きさに調整するために設けられ、抵抗R2は対応する2個の第2LED42に流れる電流を適正な大きさに調整するために設けられている。
As can be seen from FIG. 11, in the
具体的には、第1LED41は抵抗R1に対して直列に接続されており、第1LED41のアノードが抵抗R1を介して電源51aの正極に接続されている。また、第1LED41のカソードは、トランジスタQ1のコレクタに接続され、トランジスタQ1のエミッタが電源51aの負極に接続されている。一方、2個の第2LED42は極性を同じくして互いに並列に接続されており、第1LED41と同様に、アノードが抵抗R2を介して電源51bの正極に接続されると共に、カソードがトランジスタQ2を介して電源51bの負極に接続されている。
Specifically, the
ここで、電源51aは、スポット照明装置1’の外部から口金8を介して供給される交流電圧を直流電圧に変換する変換回路からなる直流電源であり、スポット照明装置1’の回路基板9に設けられている。同様に、電源51bは、スポット照明装置1’の外部から口金8を介して供給される交流電圧を直流電圧に変換する変換回路からなる直流電源であり、スポット照明装置1’の回路基板9に設けられている。また、図11には図示しないもの、電源51a、51bはスポット照明装置1’の外部電源に接続されている。
Here, the
また、トランジスタQ1、Q2は、いずれもそれぞれのベース信号に応じてオン・オフ状態を切り換え可能であり、電流制御部52からそれぞれのベースに対して個別にベース信号が送出されるようになっている。より具体的な接続関係としては、トランジスタQ1のベースには、電流制御部52を構成する定電流制御回路52aが接続され、トランジスタQ2のベースには、電流制御部52を構成するデューティ比制御回路52bが接続されている。
In addition, the transistors Q1 and Q2 can both be switched on / off according to the respective base signals, and the base signals are individually sent from the
更に、スポット照明装置1’は、スポット照明装置1’から出射する光の輝度等の発光特性の調整を外部から行うための操作部53に接続している。具体的に、操作部53は、電流制御部52に接続され、スポット照明装置1’から出射する光の輝度等の発光特性を設定するための操作に応じ、設定された輝度に対応した駆動信号を電流制御部52に伝達する。そして、電流制御部52は、当該駆動信号に応じて、トランジスタQ1及びトランジスタQ2の動作を制御し、第1LED41に供給される駆動電流と、第2LED42に供給される駆動電流とを制御する。
Further, the spot illumination device 1 ′ is connected to an
次に、電流制御部52における具体的な制御について説明する。上述したように、電流制御部52は、定電流制御回路52a及びデューティ比制御回路52bを備えており、定電流制御回路52aがトランジスタQ1にベース信号を供給し、デューティ比制御回路52bがトランジスタQ2にベース信号を供給する。
Next, specific control in the
すなわち、第1LED41は定電流制御回路52aによって制御され、より具体的には、トランジスタQ1がON駆動することにより、第1LED41には一定値の駆動電流が常に供給されることになり、第1LED41に流れる実際の駆動電流(すなわち、第2LED42に供給される電力量)は一定となる。
That is, the
一方、第2LED42はデューティ比制御回路52bによって制御され、より具体的には、トランジスタQ2に供給されるベース信号の大きさは変化しないものの、ベース信号の供給時間と非供給時間の比率が制御されている。すなわち、トランジスタQ2を所定の周期で断続的にオンオフ駆動させることにより、第2LED42に供給される駆動電流の供給時間及び非供給時間の比率が制御され、第2LED42に流れる実際の駆動電流(すなわち、第2LED42に供給される電力量)がデューティ比制御回路52bによって制御されることになる。換言すれば、第2LED42に供給される駆動電流は、デューティ比制御回路52bによって上述した駆動信号に応じて可変電流で制御されることになる。
On the other hand, the
なお、電流制御部52は、操作部53から供給される電気信号に対応した制御内容を記憶する記憶部(例えば、メモリ)を有していてもよい。このような場合、電流制御部52は、操作部53から供給される電気信号に対応する制御内容を当該記憶部から読み出し、読み出した制御内容に応じてトランジスタQ1及びトランジスタQ2の動作を制御することになる。
Note that the
次に、図12及び図13を参照しつつ、定電流制御回路52a及びデューティ比制御回路52bによる駆動電流の制御を具体的に説明する。
Next, the drive current control by the constant
先ず、比較的に暗く且つ赤味をおびている合成白色光をスポット照明装置1’から出射する場合を、図12に示す。図12に示す状態において、トランジスタQ1がオン状態になると第1LED41に電流値A0の駆動電流が流れ、第1LED41から1900Kの白色光が出射する。一方、トランジスタQ2は、周期t0(例えば20ms)の間において、オン期間t1のみ(例えば3ms)オン状態となり、当該オン期間t1の間に第1LED41に電流値A0の駆動電流が流れ、第2LED42から2700Kの白色光が出射する。
First, FIG. 12 shows a case where synthetic white light that is relatively dark and reddish is emitted from the spot illumination device 1 ′. In the state shown in FIG. 12, when the transistor Q1 is turned on, a driving current having a current value A0 flows through the
このように、トランジスタQ2のオン期間t1を周期t0に対して比較短くすると、トランジスタQ2がオン状態の際に、第2LED42に瞬間的(すなわち、t1の期間)に流れる駆動電流の電流値はA0で同一であるものの、実際にスポット照明装置1’を使用している状態(すなわち、t0の周期が複数回繰り返されている状態)において、第2LED42に実際に供給される駆動電流の電流値はA0よりも半分以下になる。従って、図12に示されている状態においては、第2LED42から出射する1900Kの光が第1LED41から出射する2700Kの光よりも明るくなり、スポット照明装置1’から出射する合成白色光の色温度は1900Kに近づき、全体として均一に赤みがかった色の合成白色光が出射することになる。
As described above, when the ON period t1 of the transistor Q2 is shorter than the period t0, the current value of the drive current that flows instantaneously (that is, the period of t1) through the
上述した状態からスポット照明装置1’の出射光を明るくする(すなわち、調光する)ために、例えば図13に示すように、トランジスタQ2のオン期間をオン期間t1よりも長いオン期間t2(例えば、18ms)とし、トランジスタQ2の駆動時間を長くする。 In order to brighten the light emitted from the spot illumination device 1 ′ from the above-described state (that is, dimming), for example, as shown in FIG. 13, the on period of the transistor Q2 is longer than the on period t1 (for example, the on period t2). 18 ms), and the driving time of the transistor Q2 is lengthened.
このように、トランジスタQ2のオン期間を周期t0に近づけると、実際にスポット照明装置1’を使用している状態(すなわち、t0の周期が複数回繰り返されている状態)において、第2LED42に実際に供給される駆動電流の電流値は、図12の状態と比して、第2LED42に瞬間的(すなわち、t2の期間)に流れる駆動電流の電流値(A0)に近づくことになる。従って、図13に示されている状態においては、第2LED42から出射する1900Kの光と第1LED41から出射する2700Kの光の明るさはほぼ同一になり、スポット照明装置1’から出射する合成白色光の色温度は2700Kにより近づき、より昼白色に近い色の光を出射することになる。
Thus, when the ON period of the transistor Q2 is brought close to the cycle t0, the
このように、定電流制御回路52aによって第1LED41に流れる実際の駆動電流を一定にしつつ、デューティ比制御回路52bによって第2LED42に供給される駆動電流の供給時間及び非供給時間を調整することにより、1900Kの光を一定の強度で出射しつつ2700Kの光の強度を自在に調整することが可能となり、スポット照明装置1’から出射する合成白色光の強度の変化に応じて色温度を変化させることが可能になる。すなわち、スポット照明装置1’から出射する合成白色光の強度が小さい(すなわち、合成白色光が比較的暗い)場合には、合成白色光の色温度を1900Kに近づけることができ、スポット照明装置1’から出射する合成白色光の強度が大きき(すなわち、合成白色光が比較的明るい)場合には、合成白色光の色温度を2700Kに近づけることができる。
In this way, by adjusting the supply time and non-supply time of the drive current supplied to the
上述した変形例において、トランジスタQ2をオン状態にし、第2LED42に駆動電流を供給するタイミングとしては、トランジスタQ1に供給する駆動電流が所定値(例えば、200mA)以上になった場合としてもよい。このように調整することで、駆動電流の値が小さい状態においては、第1LED41のみから光を出射させて、1900Kの白色光を放射することができ、駆動電流の値が大きい状態になると、第2LED42からも2700Kの白色光を放射させ、合成白色光の強度(すなわち、駆動電流の値)に応じて合成白色光の色温度を調整することができる。
In the above-described modification, the timing at which the transistor Q2 is turned on and the drive current is supplied to the
なお、第1LED41は定電流制御回路52aによって制御され、第2LED42はデューティ比制御回路52bによって制御される構造を有していたが、第1LED41もデューティ比制御回路によって制御される構造を有し、第1LED41に供給される駆動電流が停止されたときに、第1LED41に供給される駆動電流が前記駆動信号に応じて可変電流で制御されるようにしてもよい。これにより、スポット照明装置1’が消灯するまでの挙動を一段とフィラメント型のダイクロハロゲン電球に近づけることができる。なお、第1LED41に供給される駆動電流が停止されるとは、周期的に駆動電流が0になる期間ではなく、駆動電流の供給が完全に停止することをいう。
The
また、第1LED41は定電流制御回路52aによって制御され、第2LED42はデューティ比制御回路52bによって制御される構造を有していたが、第2LED42に供給される駆動電流が停止されたときに、第1LED41に供給される駆動電流が停止されるようにしてもよい。これにより、第1LED41に供給される駆動電流が停止されたときに、スポット照明装置1’を消灯することができ、スポット照明装置1’の挙動を一段とフィラメント型のダイクロハロゲン電球に近づけることができる。
The
なお、第1LED41及び第2LED42から放射する白色光の色温度は、上述した数値に限定されることなく、スポット照明装置1’の使用環境及び使用用途等に応じて、適宜変更することができる。また、上述した変形例においては、1個の第1LED41、及び2個の第2LED42を放熱板6に固定していたが、第1LED41及び第2LED42をマトリックス状に配列して放熱板6に固定してもよい。更に、複数のLEDパッケージ装置を放熱板6に固定する場合、全てのLEDパッケージ装置の色温度が異なる必要はなく、当該複数のLEDパッケージ装置から選ばれる少なくとも1組が、互いに異なる色温度の光を放射してもよい。
In addition, the color temperature of the white light radiated | emitted from 1st LED41 and 2nd LED42 is not limited to the numerical value mentioned above, It can change suitably according to the use environment, use application, etc. of spot illuminating device 1 '. In the above-described modification, one
そして、第1LED41及び第2LED42の少なくとも一方から放射される光について、波長、黒体放射軌跡からの距離、分光分布、及び規格化分光分布等のパラメータを調整することにより、第1LED41及び第2LED42の少なくとも一方から自然な色の白色光であって、緑色、黄色、及び赤色における彩度が優れた白色光を放射させてもよい。このように調整された半導体発光装置を用いることにより、照射対象である被照射物の色が異なる場合であっても、種々の色の被照射物に対しても最適な白色光を照射することができ、被照射物をより鮮やか且つ鮮明に照らし出すことができる。
For the light emitted from at least one of the
なお、上述した実施例に係るスポット照明装置1’においては、バイポーラトランジスタであるトランジスタQ1、Q2がスイッチング素子として用いられていたが、MOS電界効果型トランジスタ(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)をバイポーラトランジスタに代えて用いてもよい。 In the spot illumination device 1 ′ according to the above-described embodiment, the transistors Q1 and Q2 that are bipolar transistors are used as switching elements. However, a MOS field effect transistor (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) is used. May be used in place of the bipolar transistor.
本変形例においても、第1LED41及び第2LED42において生じた熱は、放熱板6及び放熱円筒体4によって形成される放熱経路Aに沿って伝導し、ドライバ筐体2の回路基板9に影響を与えることなく、放熱円筒体4から放熱されることになる。これにより、スポット照明装置1’の放熱性が向上され、発光モジュール3及び回路基板9の故障を防止し、スポット照明装置1’自体の寿命を長くすることができる。
Also in this modified example, the heat generated in the
≪変形例2≫
上述した実施例及び変形例1においては、半導体発光装置である発光モジュール3、第1LED41、又は第2LED42が放熱板6に直接搭載されていたため、放熱円筒体4の第2開口部4b付近において、半導体発光装置から光が出射されていた。そして、このような構造においては、スポット照明装置1、1’の光の焦点位置と点光源である半導体発光装置の位置との関係上、レンズ5が必要になっていた。しかしながら、放熱円筒体4の中央部において、半導体発光装置から光が出射されるように調整し、レンズを放熱円筒体4内に設けない構造を採用してもよい。以下において、図14を参照しつつ、このようなレンズが不要となるスポット照明装置1"を変形例2として説明する。図14は、変形例2に係るスポット照明装置1"の全体を一部縦断面で示す一部切欠正面図である。なお、上述した実施例及び変形例1と同一の構成については、同一符号を付し、その説明を省略する。
<<
In the above-described embodiment and modification example 1, the
<スポット照明装置の構成>
本変形例に係るスポット照明装置1"の構成と、上述した変形例1’に係るスポット照明装置1の構成との相違点は、複数の第1LED41、複数の第2LED42及び支持部材61から半導体発光装置であるLED光源62を構成している点、レンズ5に代えて放熱円筒体の第2開口部2bを閉塞する蓋体63を配設している点、その内側面に反射部材が形成された放熱円筒体4"を配設している点である。なお、その他の構造及び部材については同一である。
<Configuration of spot lighting device>
The difference between the configuration of the spot illumination device 1 ″ according to the present modification and the configuration of the spot illumination device 1 according to the above-described modification 1 ′ is that the plurality of
より具体的に、本変形例に係るLED光源62は、放熱板6に固定された円柱状の支持部材61と、支持部材61の側面に固着された複数(例えば4個)の第1LED41及び複数(例えば4個)の第2LED42から構成されている。支持部材61は、熱伝導性の比較的に高い部材から構成されることが好ましく、例えば、ガラス、樹脂、及びセラミックの群から選ばれる少なくととも1つ材料から構成されている。第1LED41及び第2LED42は、放熱円筒体4"の空洞4"cの中央部に位置するように、半田等の接合部材を用いて支持部材61に支持されている。これにより、放熱円筒体4"の中央部において、第1LED41及び第2LED42(すなわち、LED光源62)から光が出射されることになる。ここで、支持部材61の表面又は内部には配線パターン(図示せず)が形成されており、第1LED41及び第2LED42は当該配線パターンを介して回路基板9に電気的に接続されている。
More specifically, the
また、放熱円筒体4"の内側面には、LED光源62から放射した光の一部を反射する反射部材が形成されている。例えば、蒸着、又はスパッタ等の公知の成膜技術を利用して、反射部材として機能する金属薄膜又は誘電体多層膜が成膜されている。誘電体多層膜としては、例えば、セラミック又はタンタルを用いることができる。これにより、放熱円筒体4"に到達した光の少なくとも一部は、放熱円筒体4"の反射部材によって反射され、蓋体63に導かれることになる。すなわち、本変形例においては、上述した実施例及び変形例1におけるレンズ5を利用することなく、放熱円筒体4"の内側面に形成された反射部材を利用して集光している。なお、当該金属薄膜又は誘電体多層膜によって反射しなかった光は、放熱円筒体4"からスポット照明装置1"の側方に向けて放射されることになる。
Further, a reflection member that reflects a part of the light emitted from the LED
蓋体63は、高い光透過性を有するガラス、又は樹脂等の部材から構成されている。これにより、蓋体63に到達した光は、蓋体63によって反射されることなく、スポット照明装置1"の外部に出射されることになる。
The
このようなLED光源62、放熱円筒体4"、 及び蓋体63の構造により、スポット照明装置1"の光の焦点を点光源として機能するLED光源62の位置と合わせ、LED光源62から放射した光を蓋体63に向かって良好に集光させつつスポット照明装置1"の外部に出射することができる。すなわち、集光用のレンズを用いることなく、スポット照明装置1"からスポット光を照射することができ、スポット照明装置1"をLED型のダイクロハロゲン電球として機能させることができる。また、支持部材61が熱伝導性の比較的に高い部材から構成されているため、第1LED41及び第2LED42において発生する熱は、支持部材61を介して放熱板6に伝導し、更には放熱経路Aを介して放熱円筒体4"に伝導し、放熱円筒体4"からスポット照明装置1"の外部に放熱されることになる。すなわち、スポット照明装置1"の放熱性が向上され、LED光源62及び回路基板9の故障を防止し、スポット照明装置1"自体の寿命を長くすることができる。
Due to the structure of the
1、1’、1" スポット照明装置
2 ドライバ筐体
2a 空洞
3 発光モジュール(半導体発光装置)
3a モジュール本体
3b 波長変換部材
4、 4" 放熱円筒体(放熱体)
4a 第1開口部
4b 第2開口部
4c、4"c 空洞
5 レンズ
5a 蓋部
5b 集光部
5c 凹部
5d 内側面
6 放熱板
6a ネジ穴
6b 発光モジュール搭載面
6c 凸部
7 断熱部材
8 口金
9 回路基板
11 ネジ
12 ネジ穴
21 平板部
22 側壁部
23 LEDチップ
24 蛍光体
25 母材
26 p電極
27 n電極
28、29 配線パターン
41 第1LEDパッケージ装置(第1LED)
42 第2LEDパッケージ装置(第2LED)
43 パッケージ
44 LEDチップ
45 波長変換部材
51a、51b 電源
52 電流制御部
52a 定電流制御回路
52b デューティ比制御回路
53 操作部
61 支持部材
62 LED光源
63 蓋体
R1、R2 抵抗
Q1、Q2 トランジスタ
1, 1 ', 1 "
4a
42 Second LED package device (second LED)
43
Claims (16)
前記半導体発光装置を搭載する放熱板と、
前記半導体発光装置の搭載面側に位置する第1開口部、及び前記第1開口部に対向して連通し且つ前記第1開口部よりも大なる開口径を有する第2開口部を含み、前記半導体発光装置から放射された光の少なくとも一部を透過する熱伝導材料からなる放熱体と、
前記半導体発光装置を点灯する回路基板を内蔵し、前記放熱板の半導体発光装置搭載面と反対側の面に配設されたドライバ筐体と、
前記ドライバ筐体に接続され前記回路基板に給電する口金と、を備え、
前記第1開口部側における前記放熱体の端部が前記放熱板の半導体発光装置搭載面側において前記放熱板に直接的に接続され、前記半導体発光装置から発生する熱を前記放熱板を通じて前記放熱体に伝導して前記放熱体から放熱する放熱経路が形成されているスポット照明装置。 A semiconductor light emitting device;
A heat sink mounting the semiconductor light emitting device;
A first opening located on the mounting surface side of the semiconductor light emitting device, and a second opening that communicates with and faces the first opening and has a larger opening diameter than the first opening, A radiator made of a heat conductive material that transmits at least part of the light emitted from the semiconductor light emitting device;
A circuit board for lighting the semiconductor light emitting device is built in, and a driver housing disposed on the surface opposite to the semiconductor light emitting device mounting surface of the heat sink,
A base connected to the driver housing and supplying power to the circuit board,
An end of the radiator on the first opening side is directly connected to the heat sink on the semiconductor light emitting device mounting surface side of the heat sink, and heat generated from the semiconductor light emitting device is radiated through the heat sink. A spot illuminating device in which a heat radiation path for conducting heat to a body and radiating heat from the heat radiator is formed.
前記放熱板は、アルミニウムからなり、
前記ドライバ筐体は、ポリカーボネート樹脂からなり、
前記放熱板は、前記放熱板を介した前記放熱体と前記ドライバ筐体との接続部分における応力緩和をなす請求項1乃至7のいずれか1項に記載のスポット照明装置。 The radiator is made of glass,
The heat sink is made of aluminum,
The driver housing is made of polycarbonate resin,
The spot illuminating device according to claim 1, wherein the heat radiating plate relieves stress at a connection portion between the heat radiating body and the driver housing via the heat radiating plate.
前記放熱体は、前記放熱板の周辺領域に接続されている請求項1乃至14のいずれか1項に記載のスポット照明装置。 The semiconductor light emitting device is mounted near the central region of one side of the heat sink,
The spot illuminating device according to any one of claims 1 to 14, wherein the radiator is connected to a peripheral region of the radiator plate.
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