JP4600761B2 - 照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤ等の複数の固体発光素子を用いた照明装置に関する。

一般に、劇場やテレビスタジオ等の照明用に使用されるスポットライトの光源には、ハロゲン電球や放電ランプが多用されているが、近年、発光ダイオード等の固体発光素子の高光度化に伴い、スポットライトの光源としてこれらの素子を使用することが注目されている。

この種の固体発光素子は、実質的な発光領域の大きさに対して相対的に高出力の光量が得られ、また発光領域が小さいために配光の制御が容易で、樹脂レンズ等と組み合わせることによって光の指向性が決め易い利点がある。そのため、所望の領域のみ光照射させるものには好適で、無駄な光漏れがない分、実効的な光変換効率が高まることが期待されることが、一つの理由となっている。

発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いたＬＥＤ式スポットライトでは、この利点を生かして指向性のある多数のＬＥＤを光源として配置し、各ＬＥＤの照射ビームを一点に集光させて仮想の単一点光源ユニットを構成し、この光源ユニットとレンズとの位置関係を可変にして被照射面の照度及び照度分布を変化させるようにしたものが開発されている。

そして、本件出願人らは、光源として各々光量が制御できる異なる発光色の複数の発光ダイオードを配置し、それら発光ダイオードの放射光を混光させることにより、照射光の色調を変化させ得るＬＥＤ式スポットライトを開発した（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−１５８６９９

このような、従来技術は、ＬＥＤを複数用いるために、放熱性を充分考慮しなくてはならない。すなわち、ＬＥＤは、高温になると光学特性が変化してしまうので、所望の照度を得るためには、できるだけＬＥＤの放熱を促す必要がある。

これに対し、本件出願人は、複数のＬＥＤを曲面上に配置しつつ、この各ＬＥＤを放熱効果を有する別々の部材に区分して設けながら単一の放熱器に配設するという構成を開示している。これにより、放熱効果の向上効果が得られるというものである。

一方、上記従来構成であると、ＬＥＤを別々の部材に設けて曲面上に配置しているため、ＬＥＤ配列部自体が大形化してしまうという課題がある。すなわち、各ＬＥＤが設けられた放熱部材を基板に配設するための実装スペースが必要となるので、ＬＥＤ配列部が大形化する場合があり、所望な照度を得るために照明装置が大形化してしまう場合がある。

また、上記従来構成は、各ＬＥＤを各々独立した放熱部材に配置しているので、各放熱部材毎に熱伝導率のばらつきが生じると点灯時における各ＬＥＤの温度にもばらつきが生じるので、所望の照度に設定しづらくなるという虞もある。

本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、固体発光素子を高密度に配設することが可能であって、配光のムラを抑制することができる照明装置を提供することを目的とする。

請求項１の照明装置は、 器具本体と；平面状に配設された複数の固体発光素子が同一基板上に実装され、器具本体内に収納されている素子配列部と；素子配列部の基板と直接的に設けられ素子配列部の後方に設けられている第１放熱手段と；第１放熱手段から突設して設けられている伝熱手段と：伝熱手段を介して第１放熱手段と連結され、素子配列部より前方であって器具本体の上部側に外部に露出して設けられている第２放熱手段と；を具備していることを特徴とする。

本発明及び以下の各発明において、特に言及しない限り、各構成は以下による。

固体発光素子とは、典型的には、発光ダイオード素子、半導体レーザー又はカーボン・

ナノチューブを利用した固体発光デバイスなどが該当するが、発光原理や素子の形態等に

依らず必要に応じて異種のものを利用することができる。

素子配列部は、例えば絶縁材料で板状に形成された基板上に、複数個の固体発光素子からの光ビームが所定位置に向くように、前記複数個のＬＥＤを平面的に並んで配置して構成されるものである。

素子配列部に用いられる基板は、熱伝導性の高い部材で構成されていればよく、材料及び形状などは特に限定しない。例えば、一部が変形可能なものや、一部が金属製のものも含むものである。

第１放熱手段が素子配列部の基板と直接的に設けられるとは、例えば、固体発光素子からの発熱が素子配列部の基板を介して直接第１放熱手段に伝導されるような構成である。すなわち、固体発光素子が配設された基板が第１放熱手段に密着して接続されている構成等であればよい。

伝熱手段は、熱伝導性の高い部材で構成されていればよく、材料及び形状などは特に限定しない。

第２放熱手段は、器具本体内に設けられてもよいし、器具本体外に設けられてもよい。なお、第２放熱手段を器具本体外であって、外部に露出するように設けると、より放熱効率が向上するので、好適である。

第２放熱手段は、第１放熱手段とともに、固体発光素子から生じる熱を放熱するものである。すなわち、素子配列部には、複数の固体発光素子が設けられているが、第１放熱手段のみを設ける構成であれば、当該複数の固体発光素子の発熱量が大きい場合には、第1放熱手段を大形化しなくてはならず、素子配列部を小形化できたとしても器具本体としては、小形化に寄与しない。これに対し、第２放熱手段を設けることにより、器具本体の大形化を抑制することができることになる。

請求項２記載の照明装置は、平面状に配設された複数の固体発光素子が同一基板上に実装された素子配列部と；素子配列部を収納するとともに、素子配列部の各個体発光素子からの放射光が照射されて擬似光源部となるアパーチャを有したアパーチャ部およびアパーチャを通過した光を集光して外部に出射するレンズを有する器具本体と；素子配列部の基板と直接的に設けられ素子配列部の後方に設けられている第１放熱手段と； 第１放熱手段から突設して設けられている伝熱手段と：伝熱手段を介して第１放熱手段と連結され、素子配列部より前方であって素子配列部の最外郭の固体発光素子とアパーチャ部との間の領域の器具本体内に上下に設けられている第２放熱手段と；を具備していることを特徴とする。

アパーチャ部は所定位置にアパーチャを有し、素子配列部の複数個の固体発光素子は、このアパーチャ部のアパーチャに向けて取り付けられているので、複数個の固体発光素子からのほとんどの光はアパーチャ部のアパーチャに向けて光ビームを照射する。従って、アパーチャ部のアパーチャが疑似光源部となり、この疑似光源部から、例えばスポットライトのレンズに向けて射出することになる。

レンズは、アパーチャ部のアパーチャから離間して設けられ、アパーチャ部のアパーチャから出射される出射光を集光するものであり、球面レンズや平坦状レンズを含む。また、１個または２個以上のレンズを利用した２群構成のレンズを有する場合も含む。

素子配列部の最外郭とは、アパーチャに対して最も遠い箇所に配置されている固体発光素子のことである。したがって、素子配列部の形状は、特に限定されないが、素子配列部の外形寸法がアパーチャ部のアパーチャよりも大きいことが条件となる。

そして、素子配列部の最外郭の固体発光素子とアパーチャ部との間の領域とは、最外郭の固体発光素子がアパーチャ部のアパーチャに向けて光ビームを照射する光線軸と、最外郭の固体発光素子及びアパーチャ部とによって囲まれた領域である。なお、当該領域と素子配設部及びアパーチャ部のアパーチャとを区画する区画手段を用いるとともに、当該区画手段が熱を遮蔽する遮蔽手段も兼ねていることが好適である。これにより、第２放熱手段からの放熱が素子配列部の各固体発光素子に熱的な影響を及ぼすことを防止するので、第２放熱手段を当該領域に配設しても固体発光素子の効率低下が生じることがない。

請求項１記載の発明によれば、複数の固体発光素子の密度配置が可能となるので、素子配列部を小形化することができ、素子配列部を収納する器具本体の小形化が可能となる。また、複数の固体発光素子が共通の放熱手段に配設されているので、放熱作用のばらつきによる各固体発光素子の効率の相違を抑制することができ、安定した照度を確保することができる。

請求項２記載の発明によれば、光学的に用いられない器具本体内の領域を使用して第２放熱手段を配設したので、第２放熱手段を配設するための特別な領域を器具本体に設けることがない。したがって、第２放熱手段を器具本体内に配設する場合であっても、器具本体が大形化することを防止することができる。

以下、本発明の第１実施形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の第1実施形態に係わるスポットライト１の概略構成図である。

素子配列部であるＬＥＤ配列部１２には固体発光素子としてＬＥＤ１３が複数個取り付けられており、特定の光色を放射する主ビーム用の白色ＬＥＤに加え、白色とは光色の異なる補色用ＬＥＤが取り付けられている。ここで、ＬＥＤ１３は、砲弾型のものや、光出力が相対的に大きい高出力型パワーＬＥＤを使用することができ、また、補色用ＬＥＤとしては、例えば赤色系、緑色系、青色系などの有色を発するＬＥＤを単独又は適宜組み合わせ等して用いることができる。

ＬＥＤ配列部１２の複数個のＬＥＤ１３は、板状に形成された基板１２ａ上に平面的に並んで配置されているとともに、アパーチャ１６が位置する領域で出射光が混光されるようにアパーチャ１６の中心に向けてビームを射出するように配列されている。

また基板１２ａの裏側には、主として熱伝導率の高いアルミニウムからなる放熱板（図示しない）が一体となるように配設されている。そして、前記放熱板には、直接第１放熱手段３０が配置されている。

第１放熱手段３０は、主として全体が熱伝導率の高いアルミニウムから形成されており、基板１２ａに直接設けられる基部３１と放熱部３２とから形成されている。この基部３１は、基板１２ａの放熱板と接触するように固着されているものであり、放熱部３２は、複数の放熱フィン３３が形成されているものである。

また、第１放熱手段３０の基部３１と放熱部３２との間には、主としてアルミニウムからなる伝熱手段である伝熱部３４が延出されている。この伝熱部３４は、第１放熱手段３０と熱的にも連続して配設されているものであるので、ＬＥＤ１３の熱が放熱板及び基部３１を介して伝熱されるものである。なお、伝熱部３４は、複数設けることができる。

第２放熱手段４０は、第１放熱手段３０と同様の構造で形成されているものであって、基部４１と放熱部４２とからなるものである。そして、第二放熱手段４０は、第１放熱手段３０から延出されている伝熱部３４の一方の端部が配設されている。すなわち、伝熱部３４を介して第１放熱手段３０と連結されている状態である。

また第二放熱手段４０は、スポットライト本体１９の上部側に配設されている。すなわち、第二放熱手段４０は、外気に直接露出した状態で配設されているものである。

アパーチャ部１５は、ＬＥＤ配列部１２に取り付けられた複数個のＬＥＤ１３の放射光のうち、アパーチャ１６の領域外にある乱光を遮断し、アパーチャ１６を介して、例えばスポットライト１の集光レンズ１７に向けてＬＥＤ１３の放射光を通過させる。

このように、ＬＥＤ配列部１２に取り付けられた複数個のＬＥＤ１３の光ビームが集光する所定位置にアパーチャ１６が位置するようにアパーチャ部１５は設けられているため、このアパーチャ１６が疑似光源とみなせるようになる。

集光レンズ１７は、アパーチャ部１５から離間して後述するスポットライト本体１９に配設され、ＬＥＤ配列部１２及びアパーチャ１６からから出射される出射光を集光する。集光レンズ１７は球面レンズや平坦状レンズで構成することができる。本実施形態では１個のフレネルレンズを用いた場合を示している。

また、アパーチャ部１５のアパーチャ１６と集光レンズ１７との間には、透光部として拡散板１８が設けられており、樹脂等の材質で形成されたもので、アパーチャ１６からの出射光を所望の配光となるように形成されているものである。

スポットライト本体１９は例えば金属製の箱体で形成され、内部にＬＥＤ配列部１２、アパーチャ部１５及び集光レンズ１７等が収納される。

また、集光レンズ１７とアパーチャ１６との距離を相対的に可変とするように既知の移動機構２０が設けられている。この移動機構２０は、光源フォーカスハンドル２０ａを含み、この移動機構２０により、ＬＥＤ配列部１２と集光レンズ１７との離間距離を相対的に変動させることにより、被照射面での光照射面積が変化し、また光量が変化するように構成されている。

また、集光レンズ１７側のスポットライト本体１９にはバンドア２１が設けられており、このバンドア２１の開閉角を調節することにより、スポットライト１からの光の照射範囲を所望により遮光し調節する。

ＬＥＤ１３に適合する点灯電力を供給する点灯装置（図示せず）は、スポットライト本体１９の下部に位置する点灯装置収納部１９ａ内に収納されている。この点灯装置は、供給される商用電源をＬＥＤに適合した低ワットの直流に変換し、また外部から出力されたＤＭＸ信号などの調光信号に応じて、主ビームの白色ＬＥＤ及び補色用ＬＥＤに対する点灯電力を各々独立に調整できるように構成されている。

以上のようなスポットライト１によれば、第２放熱手段４０は、第１放熱手段３０とともに、ＬＥＤ１３から生じる熱を放熱することができるものである。すなわち、ＬＥＤ配列部１２には、複数のＬＥＤ１３が設けられているが、第1放熱手段３０のみを設ける構成であれば、当該複数のＬＥＤ１３の発熱量が大きい場合には、第1放熱手段３０を大形化しなくてはならないので、スポットライト本体１９を大形化する虞がある。これに対し、伝熱部３４を介して第１放熱手段３０と熱的にも連続している第２放熱手段４０を設けることにより、スポットライト本体１９の大形化を抑制することができる。また、第２放熱手段４０は、スポットライト本体１９の外部に配設されるので、放熱効果を高めることができる。

さらにまた、第２放熱手段４０を上記のように設けたことにより、複数のＬＥＤ１３は、基板１２ａに平面的であって、かつ、密度配置が可能となっているものである。すなわち、ＬＥＤ配列部１２の小形化を考慮すると、複数のＬＥＤ１３を平面的に配置するとともに、密接して配置（以下、「密度配置」という。）することが好適である。しかしながら、単にＬＥＤ１３を密度配置してしまうと、個々のＬＥＤ１３から生ずる熱によって、ＬＥＤ１３及びＬＥＤ配列部１２の高温化やＬＥＤ配列部１２を収納する収納部内の高温化を促進してしまうために、ＬＥＤ１３の発光効率が低下してしまうものである。これに対し、本実施形態によれば、第１放熱手段３０とは別の領域に第２放熱手段４０を設けたことにより、第１放熱手段３０のみでは放熱しきれない熱量を第２放熱手段４０を用いてい放熱することを実現しているので、効率的にＬＥＤ１３の温度上昇を抑制することができるものとなっている。したがって、ＬＥＤ配列部１２自体の小形化が可能となり、スポットライト本体１９の大形化を抑制している。

さらにまた、複数のＬＥＤ１３からの発熱を共通の放熱手段である第１放熱手段３０及び第２放熱手段４０に直接伝熱して放熱するように形成しているので、ＬＥＤ個々に各々放熱手段を設ける構成に比較すると、放熱手段のばらつきがないために、ＬＥＤ１３からの照射光が略設計値通りに調整することができるので、複数のＬＥＤ１３を用いたものであっても、使用者が扱いやすいりスポットライト１とすることができる。

次に第２実施形態について、図２を参照して説明する。図２は本発明の実施の形態に係わるスポットライト１の概略構成図である。なお、第1実施形態と重複する構成については、その番号を付し、説明は省略する。

第1実施形態との大きな違いは、複数の第２放熱手段４０をスポットライト本体１９内に設けた点である。すなわち、第２放熱手段４０、４０（第１実施形態よりは、若干小形に形成）は、ＬＥＤ配列部１２の最外郭のＬＥＤ１３Ａとアパーチャ部１５との間であって、ＬＥＤ配列部１２とアパーチャ１６とで形成されている擬似光源部と区画する遮蔽板５０によって区切られている収納部５１に収納されている。

すなわち、第２放熱手段４０、４０は、本来であればデットスペースとなる領域５３、５３を用いて放熱手段を配設する収納部５１としたことに特徴を有するものである。それは、本実施形態のような擬似光源の構成であると、ＬＥＤ配列部１２の最外郭のＬＥＤ１３Ａがアパーチャ部１５のアパーチャ１６に向けて光ビームを照射する光線軸の外側領域５３、５３は、擬似光源の機能に殆ど作用しないものである。ゆえに、当該領域５３、５３を遮蔽板５０で区画するとともに、収納部５１、５１とすることにより、２つの第２放熱手段４０、４０を配設可能としたものである。

そして、遮蔽板５０は、熱を遮蔽する効果が高いものである。これにより、第２放熱部４０からの放熱がアパーチャ１６及びＬＥＤ配列部１２側に伝わることを防いでいる。また、スポットライト本体１９は、金属製材料から形成されており、熱伝導率が比較的高い部材で形成している。したがって、第２放熱部４０からの放熱は、スポットライト本体１９を介して外部に放熱されるようになっている。

本実施形態によれば、第１実施形態の作用に加えて、第２放熱手段４０、４０を配設するための新たな領域をスポットライト本体１９に設けなくてもよく、第２放熱手段４０、４０をスポットライト本体１９内の収納部５１、５１に収納配置しているので、複数の放熱手段を配設してもスポットライト１が大形化することがない。

また、２つの第２放熱手段４０、４０を各々異なる領域５１，５１に収納しているので、互いの熱影響を受けず、効率の良い放熱効果を得ることができる。

第１実施形態のスポットライトを示す概略構成図 第２実施形態のスポットライトを示す概略構成図明図

符号の説明

１・・・スポットライト、１２・・・素子配列部であるＬＥＤ配列部、１５・・・アパーチャ部、１７・・・レンズ、１９・・・器具本体であるスポットライト本体、３０・・・第1放熱手段、３４・・・伝熱手段、４０・・・第２放熱手段

Claims (2)

1. 器具本体と； 平面状に配設された複数の固体発光素子が同一基板上に実装され、器具本体内に収納されている素子配列部と； 素子配列部の基板と直接的に設けられ素子配列部の後方に設けられている第１放熱手段と； 第１放熱手段から突設して設けられている伝熱手段と： 伝熱手段を介して第１放熱手段と連結され、素子配列部より前方であって器具本体の上部側に外部に露出して設けられている第２放熱手段と；を備えていることを特徴とする照明装置。
2. 平面状に配設された複数の固体発光素子が同一基板上に実装された素子配列部と； 素子配列部を収納するとともに、素子配列部の各個体発光素子からの放射光が照射されて擬似光源部となるアパーチャを有したアパーチャ部およびアパーチャを通過した光を集光して外部に出射するレンズを有する器具本体と； 素子配列部の基板と直接的に設けられ素子配列部の後方に設けられている第１放熱手段と； 第１放熱手段から突設して設けられている伝熱手段と： 伝熱手段を介して第１放熱手段と連結され、素子配列部より前方であって素子配列部の最外郭の固体発光素子とアパーチャ部との間の領域の器具本体内に上下に設けられている第２放熱手段と；を備えていることを特徴とする照明装置。

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