JP2016066635A

JP2016066635A - 発光モジュール、ランプ装置及び照明装置

Info

Publication number: JP2016066635A
Application number: JP2014192899A
Authority: JP
Inventors: 淳一木宮; Junichi Kimiya
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2014-09-22
Filing date: 2014-09-22
Publication date: 2016-04-28

Abstract

【課題】色ムラのない照明光を出射可能でかつ製造時間の短い発光モジュール、ランプ装置及び照明装置を提供する。
【解決手段】ランプ装置１の発光モジュール１２は、基板５１と、基板５１上に実装された複数の発光素子６１と、複数の発光素子６１を囲むように、基板５１上に突設された土手部６２と、土手部６２内に第１の発光領域５３ａとなる凹部領域と第２の発光領域５３ｂとなる凹部領域を形成するように、基板５１上にクランク状に突設された隔壁部６３と、第１の発光領域５３ａ上に塗布された第１の蛍光体樹脂８１と、第２の発光領域５３ｂ上に塗布された第２の蛍光体樹脂８２と、を有する。
【選択図】図６

Description

本発明の実施形態は、発光モジュール、ランプ装置及び照明装置に関する。

LED（Light Emitting Diode）等の省電力の発光素子を利用した照明装置が広く普及してきている。そのような発光素子を利用した照明装置は、単一色用の蛍光体が発光素子に塗布され、単一の色温度の照明光を出射する。
さらに、近年は、２色用の蛍光体が塗布され、異なる２つの色温度の照明光を出射するLEDモジュールを有する照明装置も実用化されている。

しかし、互いに異なる蛍光体が塗布された２つの蛍光体領域は、互いに独立した領域であるため、照明光に色ムラが生じる場合がある。
発光面を多数の領域に分割し、同色用の蛍光体塗布領域が一部に集まらないように、複数の領域に２種類の蛍光体を塗布することも考えられるが、各蛍光体を領域毎に塗布するために、ディスペンサーを何回も駆動させなければならず、発光モジュールの製造時間が長くなってしまうという問題がある。さらに、各領域に対して、個別に蛍光体を塗布するため、領域間で蛍光体の厚さが異なり、同色領域間で照明光の色温度が微妙に異なってしまうという問題もある。

特開２００８−２１８４８５号公報

そこで、本実施形態は、色ムラのない照明光を出射可能でかつ製造時間の短い発光モジュール、ランプ装置及び照明装置を提供することを目的とする。

実施形態の発光モジュールは、基板と、前記基板上に実装された複数の発光素子と、前記複数の発光素子を囲むように、前記基板上に突設された土手部と、前記土手部内に第１の凹部領域と第２の凹部領域を形成するように、前記基板上に非直線状に突設された隔壁部と、前記第１の凹部領域上に塗布された第１の蛍光体と、前記第２の凹部領域上に塗布された第２の蛍光体と、を有する。

実施形態によれば、色ムラのない照明光を出射可能でかつ製造時間の短い発光モジュール、ランプ装置及び照明装置を提供することができる。

実施形態に関わる、斜め下側から見たランプ装置１の斜視図である。実施形態に関わるランプ装置１の側面図である。実施形態に関わる、斜め上側から見たランプ装置１の斜視図である。実施形態に関わるランプ装置１の分解組立図である。実施形態に関わるランプ装置１が搭載される照明装置１００の断面図である。実施形態に関わる発光モジュール１２の平面図である。実施形態に関わる発光モジュール１２の斜視図である。実施形態に関わる発光モジュール１２の側面図である。図９は、図６におけるＩＸ−ＩＸ線に沿った断面図である。隔壁部の変形例を示す、発光部５２Aの平面図である。

本実施形態の発光モジュールは、基板と、前記基板上に実装された複数の発光素子と、前記複数の発光素子を囲むように、前記基板上に突設された土手部と、前記土手部内に第１の凹部領域と第２の凹部領域を形成するように、前記基板上に非直線状に突設された隔壁部と、前記第１の凹部領域上に塗布された第１の蛍光体層と、前記第２の凹部領域上に塗布された第２の蛍光体層と、を有する。

以下、図面を参照して実施形態を説明する。
（構成）
はじめに、ランプ装置の構成について説明する。

図１は、実施形態に関わる、斜め下側から見たランプ装置１の斜視図である。図２は、実施形態に関わるランプ装置１の側面図である。図３は、実施形態に関わる、斜め上側から見たランプ装置１の斜視図である。図４は、実施形態に関わるランプ装置１の分解組立図である。

ランプ装置１は、照明装置内に配設される。以下、ランプ装置１の照明光の照射方向である前側を下側とし、照明光の照射方向の反対方向である後側を上側として、ランプ装置１の構成を説明する。

ランプ装置１は、筐体１１と、筐体１１内に収容された発光モジュール１２（図４、図６）とを有している。後述するように、ランプ装置１は、２色の蛍光体を有し、それぞれに配置された複数の発光素子の光出射量を変化させることにより、照明光の色を可変とすることができる装置である。

筐体１１は、例えば合成樹脂などの絶縁材料で円筒形に形成されたケース２１と、ケース２１の下側を覆うカバー２２と、ケース２１の上側に取り付けられた放熱部２３を備えている。

ケース２１の上面中央部に筒状の壁部２１ａが突出しており、放熱部２３は、壁部２１ａを貫通するように取り付けられている。壁部２１ａと放熱部２３により、筐体１１の上面中から突出する突出部１１ａが構成されている。

図４に示すように、ケース２１下側の内側と、壁部２１ａ下側の内側には、それぞれ、カバー２２を係止するための複数の爪部２１ｂと複数の爪部２１ｃが形成されている。
ケース２１の周辺部には、ケース２１の上面から突出する電極２４が取り付けられる複数の取付孔２１ｄが形成されている。

カバー２２には、透光板３１と弾性体３２と支持体３３が組み込まれ、一体化されたカバーユニットとして構成されている。
カバー２２は、中央部に開口部２２ａが開口された環状のカバー本体２２ｂを備えている。

カバー本体２２ｂの上面周辺部には、ケース２１の内側に嵌まり込む外側壁部２２ｃが突設されていると共に、外側壁部２２ｃの一部にケース２１の爪部２１ｂに係止される爪部２２ｄが設けられている。

カバー本体２２ｂの開口部２２ａの内側周縁部には、透光板３１の下面周縁部を保持する内向フランジ部２２ｅが形成されている。内向フランジ部２２ｅの外径側には、上側に突設された内側壁部２２ｆが設けられている。

内側壁部２２ｆには、ケース２１の爪部２１ｃに係止される複数の係止孔２２ｇが設けられていると共に、支持体３３を係止する複数の係止孔２２ｈが設けられている。
透光板３１は、透光性を有する、例えばガラスあるいは樹脂材料で、円板状に形成されている。なお、透光板３１は、光を拡散させる曇りガラスのようなものでもよい。

弾性体３２は、例えばシリコーンゴムなどの、弾性を有すると共に、耐熱性を有する材料で円筒状に形成されている。
円筒状の弾性体３２は、上端から下端へ向けて拡開するように形成されている。弾性体３２の上端は発光モジュール１２に当接し、弾性体３２の下端は透光板３１に当接し、弾性体３２は、発光モジュール１２と透光板３１との間に挟み込まれて弾性変形し、その反発力により透光板３１に対して発光モジュール１２を放熱部２３に押圧している。

弾性体３２の下端周辺部には、透光板３１と支持体３３との間に挟み込まれて保持される外向フランジ部３２ａが形成されている。
支持体３３は、筒状に形成されており、透光板３１の周囲を嵌め込む枠部３３ａ、及び枠部３３ａの上側に形成された内向フランジ部である押え部３３ｂを有している。枠部３３ａは、カバー２２の内側壁部２２ｆの内側に嵌合可能であり、外周面には、内側壁部２２ｆの各係止孔２２ｈに係止される複数の爪部３３ｃが突設されている。

支持体３３に弾性体３２の外向フランジ部３２ａを介して透光板３１を嵌合し、支持体３３を内側壁部２２ｆの内側に嵌合させると共に、各爪部３３ｃを各係止孔２２ｈに係止することにより、透光板３１、弾性体３２及び支持体３３がカバー２２に取り付けられる。この状態では、支持体３３の押え部３３ｂとカバー２２の内向フランジ部２２ｅとの間で、透光板３１及び弾性体３２の外向フランジ部３２ａが、挟み込まれている。

放熱部２３は、例えばアルミダイカストなどの金属材料で形成されている。放熱部２３の下側が筐体１１内に突出し、放熱部２３の平面状の下面に、発光モジュール１２が、熱伝導シート３４を介して熱的に接続された状態で取り付けられている。放熱部２３の上側周辺部には、壁部２１ａの上側に配置されると共に、壁部２１ａよりも径方向に突出する縁部２３ａが形成されている。

縁部２３ａには、複数の溝２３ｂが形成されている。さらに、縁部２３ａには、複数のキー２３ｃが径方向に突設している。また、放熱部２３の上面には、熱伝導シート３５が取り付けられている。
各電極２４は、導電性を有する金属性で、ピン状に形成されている。各電極２４は、ケース２１の取り付け孔２１ｄに挿通されて取り付けされ、突出部１１ａの周囲であるケース２１の上面周辺部から上方に突出している。

図５は、ランプ装置１が搭載される照明装置１００の断面図である。照明装置１００は、例えばダウンライトである。照明装置１００は、ランプ装置１及び器具１０１を備えている。
さらに、照明装置１００は、器具１０１に配置された電源回路１０２及びソケット１０３を備えている。なお、電源回路１０２は、器具１０１に配置せず、別置きでもよい。

器具１０１は、器具本体としての放熱体１０４と、この放熱体１０４の下側に取り付けられた反射体１０５と、ソケット１０３を有している。さらに、器具１０１の周囲には、天井取り付け用の複数の取付ばね（図示せず）が取り付けられている。

放熱体１０４は、例えばアルミダイキャストなどの金属材料によって形成されている。放熱体１０４には、円板状の基部１０４ａと、この基部１０４ａの上面から突出する複数の放熱フィン１０４ｂが形成されている。基部１０４ａの下面には、平面状の接続面が形成されている。放熱体１０４には、側方へ突出するブラケット１０６が取り付けられ、このブラケット１０６に電源回路１０２が取り付けられている。

反射体１０５は、下方に向けて拡開する円筒状に形成されている。
ソケット１０３は、ソケット本体１０３ａと、ソケット本体１０３ａに配置された複数の端子１０３ｂを備えている。ソケット本体１０３ａは、絶縁性を有する合成樹脂製で環状に形成されている。

ソケット本体１０３ａの中央部には、ランプ装置１の口金としての突出部１１ａが挿通する円形の挿通孔が形成されている。すなわち、ランプ装置１の筐体１１の上側の突出部１１ａが、ソケット１０３に対して着脱可能に装着される口金として構成されている。筐体１１は、ソケット１０３に対して着脱可能でかつソケット１０３に対して一定の向きで組み合わされるように構成されている。

電源回路１０２は、商用交流電源を整流平滑して、直流電源に変換する変換回路、その直流電源をスイッチング素子のスイッチングにより所定の直流出力として、負荷であるランプ装置１の複数の発光素子６１に供給するＤＣ／ＤＣコンバータ、及びスイッチング素子の発振を制御する制御ICなどを備えている。

次に発光モジュール１２の構成について説明する。
図６は、発光モジュール１２の平面図である。図７は、発光モジュール１２の斜視図である。図８は、発光モジュール１２の側面図である。図９は、図６におけるＩＸ−ＩＸ線に沿った断面図である。

発光モジュール１２は、長方形の基板５１と、基板５１上の設けられた発光部５２を備えている。発光部５２は、基板５１上に実装された複数の発光素子６１を有している。ここでは、発光素子６１は、LED素子である。基板５１の周辺部の四隅がケース２１に形成された４つの位置決め部２１ｅに嵌め込まれ、基板５１の面に平行な方向の位置が位置決めされ、発光モジュール１２は保持される。

発光モジュール１２は、４つの電源入力部７１を有している。４つの電源入力部７１は、基板５１と弾性体３２との接触位置よりも外側に配置されている。一対の電源入力部７１間に、発光部５２の第１の発光領域５３ａに配置される複数の発光素子６１が電気的に接続され、他の一対の電源入力部７１間に、発光部５２の第２の発光領域５３ｂに配置される複数の発光素子６１用が電気的に接続される。なお、図８は、２つの電源入力部７１のみを示している。

各接続線７１ａが、対応する電源入力部７１と電極２４とを電気的に接続する。各接続線７１ａは、より線又は単線で構成される導電線を被覆材で被覆した被覆電線である。接続線７１ａと電源入力部７１との接続は例えばコネクタを用いて電気的、機械的に接続してもよいし、被覆材の一部を取り除いて導電線を露出させ、はんだ付け等で電気的な接続を行ってもよい。

発光モジュール１２は、基板５１上に複数の発光素子６１がCOB（Chip On Board）構造で実装されたモジュールである。すなわち、発光モジュール１２の基板５１上には、複数のLED素子が直接実装され、ワイヤーボンディングにより基板５１上の配線パターンと電気的に接続されている。

発光モジュール１２は、異なる蛍光体を含む樹脂が塗布された、異なる２つの色温度の照明光を出射するLEDモジュールである。発光部５２は、基板５１上に形成された円形の発光領域を有し、発光領域は、第１の色温度の照明光を出射する第１の発光領域５３ａと、第２の色温度の照明光を出射する第２の発光領域５３ｂとを有している。

図６と図７に示すように、複数の発光素子６１は、基板５１上の円形の発光部５２内にマトリックス状に配置されている。

リング状の土手部６２が、複数の発光素子６１を囲むように、基板５１上に突設するように形成されている。
さらに、リング状の土手部６２内を仕切る隔壁部６３が、基板５１上に上面側に突設するように形成されている。隔壁部６３は、土手部６２の一端から他端に向かって形成されている。隔壁部６３により仕切られた土手部６２内の２つの領域が、第１の発光領域５３ａと第２の発光領域５３ｂである。

すなわち、隔壁部６３は、土手部６２内を仕切るよう形成されている。そして、隔壁部６３は、土手部６２内に、第１の発光領域５３ａとなる第１の凹部領域と、第２の発光領域５３ｂとなる第２の凹部領域を形成するように、基板５１上に突設され、かつ図６に示すように、基板５１を正対視したときに、非直線状に形成されている。

土手部６２と隔壁部６３は、樹脂材を基板５１上に、基板５１の表面から所定の高さになるように、塗布することにより形成される。樹脂材は、例えば透光性を有するシリコン樹脂である。所定の高さと幅は、例えば１ｍｍ程度である。

言い換えれば、隔壁部６３は、土手部６２内を第１の発光領域５３ａと第２の発光領域５３ｂに仕切り、かつ第１の発光領域５３ａと第２の発光領域５３ｂのそれぞれに凹部が形成されるように、基板５１上に突設するように形成されている。

隔壁部６３は、マトリックス状の複数の発光素子６１の隣り合う発光素子列間に沿って、非直線状に、ここではクランク状に、形成されている。
具体的には、隔壁部６３は、土手部６２のある位置P1から他の位置P2に向かって形成される。図６と図７の例では、マトリックス状の複数の発光素子６１は、８列の発光素子群c1からc8を含んでいる。隔壁部６３の一端は、土手部６２の位置P1から内側へ延出し、隣り合う発光素子群間を、一筆書きでなぞるように、クランク状に形成される。そして、隔壁部６３の他端は、土手部６２の位置P2と接続される。すなわち、隔壁部６３は、基板５１を正対視したときにクランク状に形成されている。

図６に示すように、隔壁部６３は、土手部６２の中心点に対して点対称となるように、形成される。発光部５２内の複数の発光素子６１の半分は、第１の発光領域５３ａに配置され、残りの半分は、第２の発光領域５３ｂに配置される。すなわち、第１の発光領域５３ａ内に配置される発光素子６１の数と、第２の発光領域５３ｂ内に配置される発光素子６１の数は等しい。

図９に示すように、土手部６２の内側に形成された領域は、隔壁部６３により２分される。２分された一方の領域には、第１の蛍光体樹脂８１が塗布され第１の発光領域５３ａとなり、他方の領域には、第２の蛍光体樹脂８２が塗布され第２の発光領域５３ｂとなる。第１の蛍光体樹脂８１は、例えば電球色用の蛍光体層であり、第２の蛍光体樹脂８２は、例えば昼光色用の蛍光体層である。つまり、第１の発光領域５３aと第２の発光領域５３ｂとでは出射光の色温度が異なる。

図６及び図７に示すように、隔壁部６３はクランク状に形成されるので、第１の発光領域５３ａと第２の発光領域５３ｂは、共に、お互いに凸部が凹部に入り込む櫛歯状部分を有する。その結果、互いに色が異なる照明光を出射する第１の発光領域５３ａと第２の発光領域５３ｂが、基板５１上において、交互に配置される部分を有することになるので、照明光の色ムラが低減される。

また、図９に示すように、蛍光体が含有する液状の樹脂として構成された第１の蛍光体樹脂８１を、土手部６２の内壁と、基板５１の上面５１ａと、隔壁部６３の一方の壁面６３ａとに囲まれた凹部５４内に流し込むと、凹部５４内で拡がると共に、蛍光体樹脂８１の表面８１ａは、重力により平坦になる。同様に、第１の蛍光体樹脂８１に含有する蛍光体とは異なる蛍光体が含有する液状の樹脂として構成された第２の蛍光体樹脂８２を、土手部６２の内壁と、基板５１の上面５１ａと、隔壁部６３の他方の壁面６３ｂとに囲まれた凹部５５内に流し込むと、凹部５５内で拡がると共に、重力で、表面８２ａが平坦になる。
その結果、第１の発光領域５３ａの第１の蛍光体樹脂８１の厚さ、及び第２の発光領域５３ｂの第２の蛍光体樹脂８２の厚さは、それぞれ均一になる。このため、複数の発光素子６１に別々に蛍光体樹脂を形成する場合に比べ、光色のムラを低減させることができる。ここで、第１の蛍光体樹脂８１および第２の蛍光体樹脂８２の厚さは、上面５１aの傾きと平滑度に依存して異なる場所が存在し得るが、この厚さの差は凹部５５内に流し込む蛍光体樹脂の量とは関係ない。つまり、製造誤差による色ムラを低減させることができる。

また、少なくとも隔壁部６３を透光性の樹脂で構成することによって、第１の発光領域５３ａおよび第２の発光領域５３ｂから出射した光を互いに混光することでき、色ムラを少なくすることができる。つまり、第１の蛍光体樹脂８１に実装された発光素子６１から出射した光の一部は第１の蛍光体樹脂８１および隔壁部６３を透過し、隣接する第２の蛍光体樹脂８２に入射する。このとき、第１の蛍光体樹脂８１で変換された光も同様に隔壁部６３を透過し、隣接する第２の蛍光体樹脂８２に入射する。同様に第２の蛍光体樹脂８２に実装された発光素子６１から出射した光および第２の蛍光体樹脂８２で変換された光も隣接する第１の蛍光体樹脂８１に入射する。このように互いの発光領域の光が境界である隔壁部６３周辺で混光することになる。このため、第１の蛍光体樹脂８１および第２の蛍光体樹脂８２の上方で互いの光を混合させる場合に比べて色ムラを低減することができる。特に本実施形態のように異なる光色が出射する発光領域が交互に形成される場合には隣接する発光色が混合しやすくなるため、色ムラ低減の効果が大きくなる。
なお、透光性の隔壁部６３は透明または拡散性を有する半透明で構成されてもよい。

図１０は、隔壁部の変形例を示す、発光部５２Aの平面図である。土手部６２は、基板５１上に形成されており、土手部６２の内側に形成される隔壁部６３Aは、渦巻き状に形成されている。リング状の土手部６２内を仕切る隔壁部６３Aが、基板５１上に上面側に突設するように形成されている。

隔壁部６３Ａは、二重螺旋状に形成されており、その結果、第１の発光領域５３ａと第２の発光領域５３ｂも、二重螺旋状に形成される。第１の発光領域５３ａには、第１の蛍光体樹脂８１が塗布され、第２の発光領域５３ｂには、第２の蛍光体樹脂８２が塗布される。

図１０に示すような発光部５２Aによっても、上述した実施形態の発光部５２と同様の効果を生じる。
図１０に示す発光部５２を有する発光モジュール１２によっても、色ムラのない可変色の照明光を出射可能となる。
上述した実施形態によれば、色ムラのない照明光を出射可能でかつ製造時間の短い発光モジュール、ランプ装置及び照明装置を提供することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として例示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ランプ装置、１１筐体、１１ａ突出部、１２発光モジュール、２１ケース、２１ａ壁部、２１ｂ爪部、２１ｃ爪部、２１ｄ取付孔、２１ｄ孔、２１ｅ位置決め部、２２カバー、２２ａ開口部、２２ｂカバー本体、２２ｃ外側壁部、２２ｄ爪部、２２ｅ内向フランジ部、２２ｆ内側壁部、２２ｇ係止孔、２２ｈ係止孔、２３放熱部、２３ａ縁部、２３ｂ溝、２３ｃキー、２４電極、３１透光板、３２弾性体、３２ａ外向フランジ部、３３支持体、３３ａ枠部、３３ｂ押え部、３３ｃ爪部、３４熱伝導シート、３５熱伝導シート、５１基板、５２発光部、５２A 発光部、５３ａ発光領域、５３ｂ発光領域、５４凹部、５５凹部、６１発光素子、６２土手部、６３隔壁部、６３A 隔壁部、７１電源入力部、７１ａ接続線、８１蛍光体樹脂、８２蛍光体樹脂、１００照明装置、１０１器具、１０２電源回路、１０３ソケット、１０３ａソケット本体、１０３ｂ端子、１０４放熱体、１０４ａ基部、１０４ｂ放熱フィン、１０５反射体、１０６ブラケット。

Claims

基板と、
前記基板上に実装された複数の発光素子と、
前記複数の発光素子を囲むように、前記基板上に突設された土手部と、
前記土手部内に第１の凹部領域と第２の凹部領域を形成するように、前記基板上に非直線状に突設された隔壁部と、
前記第１の凹部領域上に塗布された第１の蛍光体層と、
前記第２の凹部領域上に塗布された第２の蛍光体層と、
を有する発光モジュール。
前記隔壁部は、前記土手部内を仕切るよう形成されている請求項１に記載の発光モジュール。
前記隔壁部は、前記基板を正対視したときにクランク状又は渦巻き状に形成されている請求項２に記載の発光モジュール。
第１の凹部領域および第２の凹部領域から互いに異なる色の光を発するように構成されたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の発光モジュール。
前記隔壁部は透光性を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の発光モジュール。
請求項１から５のいずれか１つに記載の発光モジュールを有するランプ装置。
請求項６に記載のランプ装置を搭載した照明装置。