JP4816394B2

JP4816394B2 - スポットライト

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Publication number: JP4816394B2
Application number: JP2006275533A
Authority: JP
Inventors: 芳朗後藤
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2006-10-06
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2026-10-06
Also published as: JP2007194188A

Description

本発明は、ＬＥＤチップを用いた発光装置を複数備えたＬＥＤユニットを具備したスポットライトに関するものである。

従来から、ＬＥＤチップとＬＥＤチップから放射された光によって励起されてＬＥＤチップとは異なる発光色の光を放射する波長変換材料（例えば、蛍光顔料、蛍光染料など）とを組み合わせてＬＥＤチップの発光色とは異なる色合いの光を出す発光装置の研究開発が各所で行われている。この種の発光装置としては、例えば、青色光あるいは紫外光を放射するＬＥＤチップと蛍光体とを組み合わせて白色の光（白色光の発光スペクトル）を得る白色発光装置（一般的に白色ＬＥＤと呼ばれている）の商品化がなされている。

ここにおいて、白色ＬＥＤに限らず、ＬＥＤを用いた発光装置は、従来の白熱電球や蛍光灯などに比べて、小型化、軽量化、省電力化を図れるといった長所があり、現在、表示用光源、ディスプレイ用光源、小型電球（白熱電球、ハロゲン電球など）の代替の光源、携帯電話の液晶パネル用光源（液晶パネル用バックライト）などとして広く用いられている。

また、最近の白色発光装置の高出力化に伴い、白色発光装置を照明用途に展開する研究開発が盛んになってきているが、上述の白色発光装置を一般照明などのように比較的大きな光出力を必要とする用途に用いる場合、１つの白色発光装置では所望の光出力を得ることができないので、複数個の白色発光装置を１つの配線板上に搭載したＬＥＤユニットを構成し、ＬＥＤユニット全体で所望の光出力を確保するようにしているのが一般的である（例えば、特許文献１参照）。

ところで、複数個の発光装置を１つの配線板上に搭載したＬＥＤユニットでは、各発光装置を点灯させた状態における個々の発光装置の発熱量は比較的少ないものの、発光装置の数の増加に伴って発熱量が多くなるので、配線板に熱が蓄積されやすく、ＬＥＤユニット全体の温度が上昇しやすい傾向にある。

そこで、より小型のＬＥＤユニットを用いた小型のスポットライトを実現するための具体例として、灯具本体を、図１７に示すアルミダイカスト製のユニット保持部材４１０と、図１８に示すアルミダイカスト製のアーム結合部材４３０とで構成することが考えられる。ここにおいて、ユニット保持部材４１０は、円筒状に形成され軸方向の中間にＬＥＤユニットを実装する円板状のユニット保持部４１１が形成されるとともに、アーム結合部材４３０を連結するための十字状の連結部４１３がユニット保持部４１１から軸方向に沿って形成されている。一方、アーム結合部材は、図示しないアームが軸ねじを用いて結合されるアーム結合部４３１と、ユニット保持部材４１０の連結部４１３に設けられたねじ孔４１４に螺合する固定ねじ（図示せず）が挿通される固定孔４３３が形成された固定片４３２とを備えている。

また、上述の灯具本体は、アーム結合部材４３０に、アームから導出されたＬＥＤユニットへの給電用の電線を挿通する電線挿通孔４３４が形成され、ユニット保持部材４１０における連結部４１３およびユニット保持部４１１それぞれに、上記電線を挿通する電線挿通孔４１５，４１２が形成されている。
特開２００２−３０４９０４号公報

ところで、図１７に示したユニット保持部材４１０と図１８に示したアーム結合部材４３０とで構成される灯具本体と、複数個の発光装置が高密度に配置されたＬＥＤユニットとを用いたスポットライトでは、アルミダイカスト製のユニット保持部材４１０の肉厚が略均一で中空となっているので、ユニット保持部材４１０の熱容量が小さくてＬＥＤユニットの温度が上昇しやすく、各ＬＥＤチップのジャンクション温度が最大ジャンクション温度を超えないように各ＬＥＤチップへの入力電力を制限する必要があり、光出力の高出力化が難しかった。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、灯具本体の小型化を図りつつＬＥＤユニットで発生した熱を効率的に放熱させることができるスポットライトを提供することにある。

請求項１の発明は、上記目的を達成するために、ＬＥＤチップを備えたＬＥＤユニットと、該ＬＥＤユニットを保持する灯具本体と、施行面に固定される取付器体と、該取付器体に取り付けられ前記灯具本体に連結されるアームとを備えたスポットライトであって、
前記灯具本体は、前記ＬＥＤユニットを熱結合して実装されるユニット保持部と、該ユニット保持部の一端面側で、ＬＥＤユニットを囲みＬＥＤユニットから放射される光の配光エリアを制限する配光制御部と、
前記ユニット保持部よりも小径に形成され、一端部がユニット保持部の他端部に連続一体に連結された小径円筒部と、ユニット保持部から離間し、小径円筒部と同心的に配置される大径円筒部と、
小径円筒部の外周面から軸方向の全長に亘って径方向に突設され、ユニット保持部と大径円筒部とを連続一体に連結する複数の放熱フィン部とを備えたことを特徴とする。

請求項２の発明は、上記目的を達成するために、円柱状に形成され軸方向の一端面に発光装置が熱結合されて実装される放熱板と、放熱板の前記一端面に取り付けられて発光装置から放射される光を制御する配光部を有するカバーとを備えたＬＥＤユニットと、
有底円筒状に形成されて前記ＬＥＤユニットを収納するユニット保持部と、ユニット保持部よりも大きい外径の円筒状に形成されてユニット保持部の外周を囲み且つユニット保持部と同心的に配置された大径円筒部と、
ユニット保持部と大径円筒部とを所定の間隔を空けて連結する複数のブリッジ部と、該ブリッジ部を除いたユニット保持部と大径円筒部との間に形成された軸方向に貫通する通気孔とを備えてなる灯具本体と、
施工面に固定される取付器体と、該取付器体に取り付けられ前記灯具本体に連結されるアームとを備えたことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、ＬＥＤユニットには、ブリッジ部にねじ止めされるねじ止め部が設けられたことを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項３の発明において、カバーには、ねじ止め部近傍においてねじの径よりも大きい径を有する凹部が設けられたことを特徴とする。

請求項５の発明は、上記目的を達成するために、ＬＥＤチップを用いた発光装置を複数備えたＬＥＤユニットと、ＬＥＤユニットを保持する灯具本体とを備えたスポットライトであって、灯具本体が、円柱状に形成され軸方向の一端面にＬＥＤユニットの各発光装置が熱結合される形で実装される金属の充実体からなるユニット保持部材と、ユニット保持部材の前記一端面側にＬＥＤユニットを囲む形で取着されＬＥＤユニットから放射される光の配光エリアを制限する円筒状のカバー部材と、ユニット保持部材の軸方向の他端面側に取着されアームが結合される金属製のアーム結合部材とで構成されてなることを特徴とする。
請求項６の発明は、上記目的を達成するために、ＬＥＤチップを備えたＬＥＤユニットと、該ＬＥＤユニットを保持する灯具本体と、施行面に固定される取付器体と、該取付器体に取り付けられ前記灯具本体に連結されるアームとを備えたスポットライトであって、前記灯具本体は、当該ＬＥＤユニットを熱結合して実装される金属の充実体からなるユニット保持部材と、該ユニット保持部材の一端面側にＬＥＤユニットを囲む形で取着され、ＬＥＤユニットから放射される光の配光エリアを制限する金属のカバー部材と、ユニット保持部材の他端面側に取着され、前記アームに対して首振り可能に結合された金属のアーム結合部材とを備えてなり、該アーム結合部材は、ねじ部が形成され、ユニット保持部材の前記他端面側に形成されたねじ部を、当該アーム保持部材のねじ部にねじ込むことにより、ユニット保持部材とアーム結合部材とが結合される一方、前記カバー部材は、当該ユニット保持部材側の端部がねじ部となっており、ユニット保持部材の前記一端面側に形成されたねじ部をカバー部材のねじ部にねじ込むことにより、ユニット保持部材とカバー部材とが結合されることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、ユニット保持部の軸方向の他端面側に空気の流れる経路が形成されることとなり、灯具本体の小型化を図りつつＬＥＤユニットで発生した熱を効率的に放熱させることができ、結果として、各ＬＥＤチップのジャンクション温度の温度上昇を抑制することができ、入力電力を大きくできて光出力の高出力化を図れる。

請求項２の発明によれば、通気孔を介して空気の流れる経路が形成されることとなり、灯具本体の小型化を図りつつＬＥＤユニットで発生した熱を効率的に放熱させることができ、結果として、各ＬＥＤチップのジャンクション温度の温度上昇を抑制することができ、入力電力を大きくできて光出力の高出力化を図れる。

請求項３の発明によれば、ブリッジ部においてＬＥＤユニットを固定することができ、ブリッジ部を除いたユニット保持部と大径円筒部との間に空気の流れる経路が形成されることとなり、灯具本体の小型化を図りつつＬＥＤユニットで発生した熱を効率的に放熱させることができ、結果として、各ＬＥＤチップのジャンクション温度の温度上昇を抑制することができ、入力電力を大きくできて光出力の高出力化を図れる。

請求項４の発明によれば、カバーには、ねじ止め部近傍においてねじの径よりも大きい径を有する凹部が設けられているので、凹部が無い場合と比較して大径円筒部の外径を小さくすることができ、したがって灯具本体の小型化を図れる。

請求項５，６の発明によれば、ユニット保持部材が金属の充実体からなるので、アルミダイカスト製の中空のユニット保持部材にＬＥＤユニットを実装している場合に比べて、ユニット保持部材の熱容量を大きくでき、ＬＥＤユニットで発生した熱を効率的に放熱させることができるから、灯具本体の小型化を図りつつＬＥＤユニットで発生した熱を効率的に放熱させることができ、結果として、各ＬＥＤチップのジャンクション温度の温度上昇を抑制することができ、入力電力を大きくできて光出力の高出力化を図れる。

（実施形態１）
本実施形態のスポットライトは、図１に示すように、ＬＥＤチップ１０（図７参照）を用いた発光装置Ｂを複数備えたＬＥＤユニット１と、ＬＥＤユニット１を保持する灯具本体３と、造営材である天井材６に設けた取付孔７の周部下面からなる施工面６ａに当接する形で複数本（図示例では、２本）の取付ねじ８を用いて天井材６に固定されるフランジ部５ａと取付孔７に埋め込まれた形で配置される埋込部５ｂとが連続一体に形成された取付器体５と、取付器体５に上端部が取り付けられ下端部に灯具本体３が連結されるアーム４とを備えている。なお、図１に示した例では、天井材６を造営材としてあるが、造営材は、天井材６に限らず、例えば、壁材でもよい。

以下、ＬＥＤユニット１について図４〜図１２を参照しながら説明した後、灯具本体について図１〜図３を参照しながら説明する。

本実施形態におけるＬＥＤユニット１は、円形状のガラスエポキシ基板からなる絶縁性基板（第１の絶縁性基板）１００に一対の第１の給電用導体パターン１０１が形成された給電板Ａと、給電板Ａの周方向に沿って並設する複数個（本実施形態では、８個）の発光装置Ｂの接続関係を規定する配線用導体パターン２０１および上記接続関係を有する発光装置Ｂの群への給電路になる一対の第２の給電用導体パターン２０３が輪帯状のガラスエポキシ基板からなる絶縁性基板（第２の絶縁性基板）２００に形成された配線板Ｃとを備えている。ここにおいて、配線板Ｃは、給電板Ａと同一平面上で給電板Ａを囲み且つ給電板Ａとの間に隙間が形成される形で配置されている。

発光装置Ｂは、図６および図７に示すように、ＬＥＤチップ１０と、ＬＥＤチップ１０一表面側に実装された実装基板２０と、実装基板２０におけるＬＥＤチップ１０の実装面側でＬＥＤチップ１０を囲む枠体４０と、枠体４０の内側に透光性材料（透明樹脂材料）を充填して形成されてＬＥＤチップ１０および当該ＬＥＤチップ１０に接続されたボンディングワイヤ１４，１４を封止し且つ弾性を有する封止部５０と、封止部５０に重ねて配置されるレンズ６０と、ＬＥＤチップ１０から放射され封止部５０を透過した光によって励起されてＬＥＤチップ１０の発光色とは異なる色の光を放射する蛍光体を透明材料とともに成形した成形品であってレンズ６０の光出射面６０ｂ側にレンズ６０を覆い光出射面６０ｂおよび枠体４０との間に空気層８０が形成される形で配設されるドーム状の色変換部材７０とを備えている。

実装基板２０は、金属板２１と、金属板２１に積層されたガラスエポキシ基板からなる絶縁性基板（第３の絶縁性基板）２２とで構成されており、当該絶縁性基板２２における金属板２１側とは反対側の表面にＬＥＤチップ１０の図示しない両電極それぞれと電気的に接続される一対のリードパターン２３が設けられるとともに、金属板２１とＬＥＤチップ１０との間に介在させる後述のサブマウント部材３０を露出させる窓孔２４が絶縁性基板２２の厚み方向に貫設されており、ＬＥＤチップ１０で発生した熱が絶縁性基板２２を介さずに金属板２１に伝熱できるようになっている。ここにおいて、金属板２１の材料としてはＣｕを採用しているが、熱伝導率の比較的高い金属材料であればよく、Ｃｕに限らず、Ａｌなどを採用してもよい。なお、本実施形態では、金属板２１が熱伝導性材料からなりＬＥＤチップ１０が実装される伝熱板を構成している。また、金属板２１と絶縁性基板２２とは、絶縁性基板２２における金属板２１との対向面に形成された金属材料（ここでは、Ｃｕ）からなる接合用金属層２５を介して固着されている。また、各リードパターン２３は、Ｃｕ膜とＮｉ膜とＡｇ膜との積層膜により構成されており、枠体４０よりも内側に設けられている部位がインナーリード部２３ａを構成し、色変換部材７０よりも外側で円形状に形成された部位がアウターリード部２３ｂを構成している。

ＬＥＤチップ１０は、青色光を放射するＧａＮ系青色ＬＥＤチップであり、結晶成長用基板としてサファイア基板に比べて格子定数や結晶構造がＧａＮに近く且つ導電性を有するｎ形のＳｉＣ基板からなる導電性基板１１を用いており、導電性基板１１の主表面側にＧａＮ系化合物半導体材料により形成されて例えばダブルへテロ構造を有する積層構造部からなる発光部１２がエピタキシャル成長法（例えば、ＭＯＶＰＥ法など）により成長され、導電性基板１１の裏面に図示しないカソード側の電極であるカソード電極（ｎ電極）が形成され、発光部１２の表面（導電性基板１１の主表面側の最表面）に図示しないアノード側の電極であるアノード電極（ｐ電極）が形成されている。要するに、ＬＥＤチップ１０は、一表面側にアノード電極が形成されるとともに他表面側にカソード電極が形成されている。上記カソード電極および上記アノード電極は、Ｎｉ膜とＡｕ膜との積層膜により構成してあるが、上記カソード電極および上記アノード電極の材料は特に限定するものではなく、良好なオーミック特性が得られる材料であればよく、例えば、Ａｌなどを採用してもよい。なお、ＬＥＤチップ１０は、平面形状が正方形状に形成されている。

また、ＬＥＤチップ１０は、上述の金属板２１に、ＬＥＤチップ１０のチップサイズよりも大きく金属板２１よりも小さなサイズの矩形板状（ここでは、平面形状が正方形状の平板状）に形成されＬＥＤチップ１０と金属板２１との線膨張率の差に起因してＬＥＤチップ１０に働く応力を緩和するサブマウント部材３０を介して実装されている。サブマウント部材３０は、上記応力を緩和する機能だけでなく、ＬＥＤチップ１０で発生した熱を金属板２１においてＬＥＤチップ１０のチップサイズよりも広い範囲に伝熱させる熱伝導機能を有している。本実施形態では、サブマウント部材３０の材料として熱伝導率が比較的高く且つ絶縁性を有するＡｌＮを採用しており、ＬＥＤチップ１０は、上記カソード電極がサブマウント部材３０におけるＬＥＤチップ１０側の表面に設けられ上記カソード電極と接続される導体パターン３１（図１０参照）および金属細線（例えば、金細線、アルミニウム細線など）からなるボンディングワイヤ１４を介して一方（図８における右側）のリードパターン（カソード側リードパターン）２３と電気的に接続され、上記アノード電極がボンディングワイヤ１４を介して他方（図８における左側）のリードパターン（アノード側リードパターン）２３と電気的に接続されている。ここで、本実施形態における発光装置Ｂでは、図８に示すように、ＬＥＤチップ１０と電気的に接続された各ボンディングワイヤ１４，１４が、ＬＥＤチップ１０の１つの対角線に沿った方向に延出されており、ＬＥＤチップ１０の各側面から放射される光がボンディングワイヤ１４，１４により遮られにくくなり、ボンディングワイヤ１４，１４に起因した発光装置Ｂ全体の光取り出し効率の低下を抑制できる。

ＬＥＤチップ１０とサブマウント部材３０とは、例えば、ＳｎＰｂ、ＡｕＳｎ、ＳｎＡｇＣｕなどの半田や、銀ペーストなどを用いて接合すればよいが、ＡｕＳｎ、ＳｎＡｇＣｕなどの鉛フリー半田を用いて接合することが好ましい。また、サブマウント部材３０は、導体パターン３１の周囲に、ＬＥＤチップ１０の側面から放射された光を反射する反射膜（例えば、Ｎｉ膜とＡｇ膜との積層膜、Ａｌ膜など）３２が形成されている。つまり、サブマウント部材３０は、ＬＥＤチップ１０の接合部位となる導体パターン３１の周囲にＬＥＤチップ１０の側面から放射された光を反射する反射膜３２が設けられている。

サブマウント部材３０の材料はＡｌＮに限らず、線膨張率が導電性基板１１の材料である６Ｈ−ＳｉＣに比較的近く且つ熱伝導率が比較的高い材料であればよく、例えば、複合ＳｉＣ、Ｓｉなどを採用してもよい。

上述の封止部５０の透光性材料としては、シリコーン樹脂を用いているが、シリコーン樹脂に限らず、アクリル樹脂などを用いてもよい。

これに対して、枠体４０は、円筒状の形状であって、透明樹脂の成形品により構成されているが、当該成形品に用いる透明樹脂としては、シリコーン樹脂を採用している。要するに、本実施形態では、封止部５０の透光性材料の線膨張率と同等の線膨張率を有する透光性材料により枠体４０を形成してある。ここに、本実施形態では、枠体４０を実装基板２０に固着した後で枠体４０の内側に封止部５０の透光性材料を充填（ポッティング）して熱硬化させることで封止部５０を形成してある。なお、封止部５０の透光性材料としてシリコーン樹脂に代えてアクリル樹脂を用いている場合には、枠体４０をアクリル樹脂の成形品により構成することが望ましい。また、枠体４０は、絶縁性基板２２における金属板２１側とは反対側でＬＥＤチップ１０およびサブマウント部材３０を囲む形で配設されている。

レンズ６０は、封止部５０側の光入射面６０ａおよび光出射面６０ｂそれぞれが凸曲面状に形成された両凸レンズにより構成されている。ここにおいて、レンズ６０は、シリコーン樹脂の成形品により構成してあり、封止部５０と屈折率が同じ値となっているが、レンズ６０は、シリコーン樹脂の成形品に限らず、例えば、アクリル樹脂の成形品により構成してもよい。

また、レンズ６０は、光出射面６０ｂが、光入射面６０ａから入射した光を光出射面６０ｂと上述の空気層８０との境界で全反射させない凸曲面状に形成されている。ここで、レンズ６０は、当該レンズ６０の光軸がＬＥＤチップ１０の厚み方向に沿った発光部１２の中心線上に位置するように配置されている。なお、ＬＥＤチップ１０の側面から放射された光は封止部５０および空気層８０を伝搬して色変換部材７０まで到達し色変換部材７０の蛍光体を励起したり蛍光体には衝突せずに色変換部材７０を透過したりする。

色変換部材７０は、シリコーン樹脂のような透光性材料とＬＥＤチップ１０から放射され封止部５０を透過した青色光によって励起されてブロードな黄色系の光を放射する粒子状の黄色蛍光体とを混合した混合物の成形品により構成されている。したがって、本実施形態における発光装置Ｂは、ＬＥＤチップ１０から放射された青色光と黄色蛍光体から放射された光とが色変換部材７０の外面７０ｂを通して放射されることとなり、白色光を得ることができる。なお、色変換部材７０の材料として用いる透明材料は、シリコーン樹脂に限らず、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ガラスなどを採用してもよい。また、色変換部材７０の材料として用いる透明材料に混合する蛍光体も黄色蛍光体に限らず、例えば、赤色蛍光体と緑色蛍光体とを混合しても白色光を得ることができる。

ここで、色変換部材７０は、内面７０ａがレンズ６０の光出射面６０ｂに沿った形状に形成されている。したがって、レンズ６０の光出射面６０ｂの位置によらず法線方向における光出射面６０ｂと色変換部材７０の内面７０ａとの間の距離が略一定値となっている。

また、色変換部材７０は、位置によらず法線方向に沿った肉厚が一様となるように成形されており、開口部の周縁を実装基板２０における絶縁性基板２２の表面側に、例えば接着剤（例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂など）からなる接合部（図示せず）を介して固着されている。ここにおいて、本実施形態における発光装置Ｂでは、上述のようにサブマウント部材３０がＬＥＤチップ１０よりも平面サイズが大きな平板状に形成されるとともに、ＬＥＤチップ１０の接合部位となる導体パターン３１の周囲にＬＥＤチップ１０の側面から放射された光を反射する反射膜３２が設けられており、当該反射膜３２の表面が色変換部材７０における絶縁性基板２２側の端縁よりも金属板２１から離れて位置するように厚み寸法が設定されているので、ＬＥＤチップ１０の側面から放射された光が絶縁性基板２２に吸収されるのを防止することができて外部への光取り出し効率を向上することができ、しかも、ＬＥＤチップ１０の側面から放射された光が色変換部材７０と実装基板２０との接合部を通して出射されるのを防止することができ、色むらを低減できるとともに、外部への光取り出し効率を向上による光出力の向上を図れる。

また、ＬＥＤチップ１０は、平面視における各辺それぞれがサブマント部材３０の一対の対角線のいずれか一方の対角線に交差する形でサブマウント部材３０の中央部に配置されているので、ＬＥＤチップ１０の各側面それぞれからサブマウント部材３０側へ放射された光を反射膜３２により効率良く反射することができ、外部への光取り出し効率の向上による光出力の向上を図れる。なお、本実施形態では、ＬＥＤチップ１０とサブマント部材３０とを厚み方向に沿った中心軸が略一致し、且つ、ＬＥＤチップ１０の平面視における各辺それぞれがサブマウント部材３０の上記一方の対角線と略４５度の角度をなすように配置してある。

また、本実施形態における発光装置Ｂでは、枠体４０を備えていることにより、枠体４０により封止部５０のサイズを決めることができ、枠体４０が透明樹脂の成形品からなるので、枠体４０と封止部５０との線膨張率差を小さくすることができる。

また、本実施形態における発光装置Ｂでは、色変換部材７０がレンズ６０の光出射面６０ｂおよび枠体４０との間に空気層８０が形成される形で配設するようにしてあり、色変換部材７０をレンズ６０および枠体４０に密着させる必要がないので、色変換部材７０の寸法精度や位置決め精度に起因した歩留まりの低下を抑制できる。

また、本実施形態における発光装置Ｂでは、上述のように色変換部材７０とレンズ６０との間に空気層８０が形成されているので、色変換部材７０に外力が作用したときに色変換部材７０が変形してレンズ６０に当接する可能性が低くなって上記外力により色変換部材７０に発生した応力がレンズ６０および封止部５０を通してＬＥＤチップ１０や各ボンディングワイヤ１４，１４に伝達されるのを抑制でき、上記外力によるＬＥＤチップ１０の発光特性の変動や各ボンディングワイヤ１４，１４の断線が起こりにくくなるから、信頼性が向上するという利点がある。また、色変換部材７０とレンズ６０との間に上記空気層８０が形成されていることにより、外部雰囲気中の水分がＬＥＤチップ１０に到達しにくくなるという利点がある。

また、色変換部材７０とレンズ６０との間に上記空気層８０が形成されていることにより、ＬＥＤチップ１０から放射され封止部５０およびレンズ６０を通して色変換部材７０に入射し当該色変換部材７０中の黄色蛍光体の粒子により散乱された光のうちレンズ６０側へ散乱されてレンズ６０を透過する光の光量を低減できて発光装置Ｂ全体としての外部への光取り出し効率を向上できるという利点がある。

ところで、発光装置Ｂは、実装基板２０の外周形状が台形状であって、実装基板２０の上記一表面側において当該実装基板２０の広幅部側（図８における上部側）が配線板Ａに重なり狭幅部側（図８における下部側）が給電板Ｃに重なる形で配置されるとともに、配線板Ａおよび給電板Ｂに重ならない部位にＬＥＤチップ１０が実装されている。また、実装基板２０は、ＬＥＤチップ１０の各電極それぞれと電気的に接続された一対のリードパターン２３，２３であって配線板Ｃに重なる部位で配線用導体パターン２０１と電気的に接続される一対のリードパターン２３，２３と、給電板Ａに重なる部位で第１の給電用導体パターン１０１と電気的に接続可能であり配線板Ｃに重なる部位で第２の給電用導体パターン２０３と電気的に接続可能である連絡用導体パターン２６とが形成されている。

ここにおいて、給電板Ａは、一対の第１の給電用導体パターン１０１が実装基板２０側とは反対側の表面に形成されており、各給電用導体パターン１０１それぞれと給電用の電線とをろう材（例えば、半田など）を用いて電気的に接続するための２つの電線接続用スルーホール配線１１１と、各給電用導体パターン１０１それぞれと各１個の発光装置Ｂの連絡用導体パターン２６の一方の接続部２６ａとをろう材（例えば、半田など）を用いて電気的に接続するための２つの給電用スルーホール配線１１２とが形成されている。すなわち、給電板Ａは、２つの発光装置Ｂそれぞれの連絡用導体パターン２６の一方の接続部２６ａと重なる部位それぞれに給電用スルーホール配線１１２が形成されている。ここで、各スルーホール配線１１１，１１２は、絶縁性基板１００の厚み方向に貫通した円形状のスルーホールの内面と絶縁性基板１００の両面における当該スルーホールの周部とに跨って形成されている。したがって、本実施形態におけるＬＥＤユニット１では、給電板Ａと各発光装置Ｂの実装基板２０とを重ねた状態でスルーホールの内側に上記ろう材を充填している。なお、接続部２６ａは、平面形状を円形状としてある。

上述の給電板Ａは、２つの電線接続用スルーホール配線１１１が絶縁性基板１００の中央部に形成され、２つの給電用スルーホール配線１１２が絶縁性基板１００の周部において周方向に離間して形成されている。なお、本実施形態におけるＬＥＤユニット１では、給電用の２つの電線のうち高電位側の電線を図４における右側の第１の給電用導体パターン１０１と電気的に接続し、低電位側の電線を同図における左側の第１の給電用導体パターン１０１と電気的に接続して用いる。

また、配線板Ｃは、配線用導体パターン２０１および一対の第２の給電用導体パターン２０３が各発光装置Ｂの実装基板２０側とは反対側の表面に形成されており、各発光装置Ｂの各リードパターン２３のアウターリード部２３ｂそれぞれと重なる部位それぞれに接続用スルーホール配線２０２が形成されるとともに、各発光装置Ｂそれぞれの連絡用導体パターン２６の他方の接続部２６ｂと重なる部位それぞれに連絡用スルーホール配線２０４が形成されている。ここで、各スルーホール配線２０２，２０４は、絶縁性基板２００の厚み方向に貫通した円形状のスルーホールの内面と絶縁性基板２００の両面における当該スルーホールの周部とに跨って形成されている。したがって、本実施形態におけるＬＥＤユニット１では、配線板Ｃと各発光装置Ｂの実装基板２０とを重ねた状態でスルーホールの内側にろう材（例えば、半田）を充填して接続用スルーホール配線２０２とアウターリード部２３ｂとを電気的に接続するとともに連絡用スルーホール配線２０４と円形状の接続部２６ｂとを電気的に接続している。

上述のように構成されたＬＥＤユニット１では、各発光装置Ｂそれぞれの実装基板２０と給電板Ａおよび配線板Ｃとの間隔を狭くすることができ、各発光装置Ｂから放射された光を効率良く外部へ取り出すことが可能になるとともに、ＬＥＤユニット１全体の薄型化を図れる。なお、各発光装置Ｂは、一対のリードパターン２３それぞれのインナーリード部２３ａと連絡用導体パターン２６における両接続部２６ａ，２６ｂ間の部位の一部とで絶縁性基板２２の窓孔２４を略全周に亘って囲むように各パターン２３，２６の平面形状を設定してある。

また、ＬＥＤユニット１は、図示していないが各発光装置Ｂそれぞれに並列接続する複数個（本実施形態では、８個）の表面実装型のツェナダイオード（チップツェナダイオード）を備え、配線板Ｃにおける各発光装置Ｂの実装基板２０側とは反対側の表面に、各ツェナダイオードを各発光装置Ｂに並列接続するための並列接続用導体パターン２０５が形成されている。要するに、ＬＥＤユニット１は、各ＬＥＤチップ１０それぞれと並列接続される複数個のツェナダイオードが配線板Ｃにおける実装基板２０側とは反対の表面側に実装されているので、それぞれ熱源となるツェナダイオードとＬＥＤチップ１０とを離すことができ、ツェナダイオードの発熱に起因したＬＥＤチップ１０の温度上昇を抑制することができるとともに、ＬＥＤチップ１０の発熱に起因したツェナダイオードの温度上昇を抑制することができる。

また、上述のＬＥＤユニット１では、配線板Ｃにおける絶縁性基板２００の内周縁に各発光装置Ｂの色変換部材７０それぞれの外周形状に沿った複数の切欠部２００ａが形成されているので、配線板Ｃの外径を大きくすることなく各色変換部材７０のサイズを大きくすることが可能となり、上述のレンズ６０のレンズ径を大きくすることも可能となる。

ところで、本実施形態のスポットライトでは、上述のＬＥＤユニット１が上述の灯具本体３に保持される。ここで、灯具本体３は、円柱状に形成され軸方向の一端面（図１（ｂ）における下端面）にＬＥＤユニット１の各発光装置Ｂが熱結合される形で実装される金属（例えば、Ａｌ、Ｃｕなどの熱伝導率の高い金属）の充実体（ムク体）からなるユニット保持部材３１０と、ユニット保持部材３１０の上記一端面側にＬＥＤユニット１を囲む形で取着されＬＥＤユニット１から放射される光の配光エリアを制限する円筒状の金属（例えば、Ａｌ、Ｃｕなどの熱伝導率の高い金属）製のカバー部材３２０と、ユニット保持部材３１０の軸方向の他端面（図１（ｂ）における上端面）側に取着されアーム４が結合される金属（例えば、Ａｌ、Ｃｕなどの熱伝導率の高い金属）製のアーム結合部材３３０とで構成されている。

ここで、灯具本体３は、アーム結合部材３３０がアーム４の下端部に軸ねじ９を用いて結合されており、この構成により灯具本体３がアーム４に対して上下方向に首振り可能になっている。なお、アーム４の上端部は、上述の取付器体５に対して上下方向の軸周りで０〜３６０°の角度範囲で回動可能となるように結合されている。したがって、灯具本体３の向きを高い自由度で調節することができるから、目的とする照明対象の位置に応じて灯具本体３のむきを適正に調節することができる。

上述のアーム結合部材３３０は、軸ねじ９が挿通される軸受孔３３１ｂが形成された軸受部３３１と、ユニット保持部材３１０と同じ外径の有底円筒状に形成され内周面にねじ溝が形成された雌ねじ部３３２と、軸受部３３１と雌ねじ部３３２とを連結する連結部３３３とを備えており、ユニット保持部材３１０の上記他端面側に形成された雄ねじ部３１０ａをアーム保持部材３３０の雌ねじ部３３２にねじ込むことによりユニット保持部材３１０とアーム結合部材３３０とが結合されている。また、カバー部材３２０は、軸方向におけるユニット保持部材３１０側の端部が雌ねじ部３２０ｂとなっており、ユニット保持部材３１０の上記一端面側に形成された雄ねじ部３１０ｂをカバー部材３２０の雌ねじ部３２０ｂにねじ込むことによりユニット保持部材３１０とカバー部材３２０とが結合されている。

また、上述のＬＥＤユニット１は、図７に示すように、ユニット保持部材３１０の上記一端面に各発光装置Ｂを例えば熱伝導性の高いグリーンシートからなる絶縁層９０を介して実装してある。言い換えれば、ユニット保持部材３１０は、上記一端面にＬＥＤユニット１の各発光装置Ｂが熱結合される形で実装されている。また、上述のカバー部材３２０には、ＬＥＤユニット１の各発光装置Ｂから放射された光を配光するレンズ３４０が取り付けられている。

また、取付器体５の埋込部５ｂの上面側には、別置の電源ユニット（図示せず）から導出された電源線の先端に設けられた第１のコネクタが着脱自在に接続される第２のコネクタ（図示せず）が設けられており、当該第２のコネクタに電気的に接続された電線Ｄがアーム４の内部空間およびアーム結合部材３３０の連結部３３３に形成された切欠部３３５および有底円筒状の雌ねじ部３３２の底部に形成された電線挿通孔３３４およびユニット保持部材３１０の軸方向に沿って形成された電線挿通孔３１２を通してＬＥＤユニット１の給電板Ａの一対の第１の給電用導体パターン１０１に接続されるようになっている。

以上説明した本実施形態のスポットライトでは、灯具本体３のユニット保持部材３１０が金属の充実体からなるので、図１７に示したアルミダイカスト製の中空のユニット保持部材４１０にＬＥＤユニット１を実装した場合に比べて、ユニット保持部材３１０の熱容量を大きくでき、ＬＥＤユニット１で発生した熱を効率的に放熱させることができるから、灯具本体３の小型化を図りつつＬＥＤユニット１で発生した熱を効率的に放熱させることができ、結果として、各ＬＥＤチップ１０のジャンクション温度の温度上昇を抑制することができ、入力電力を大きくできて光出力の高出力化を図れる。

また、本実施形態のスポットライトにおけるＬＥＤユニット１では、外周形状が台形状である複数個の実装基板２０が、広幅部側が配線板Ｃに重なり狭幅部側が給電板Ａに重なる形で給電板Ａの周方向に沿って並設されているので、実装基板２０間の無駄なスペースを少なくでき、実装基板２０の外周形状が矩形状とした場合に比べてＬＥＤユニット１全体の小径化が可能になり、また、実装基板２０においてＬＥＤチップ１０が実装される上記一表面側に給電板Ａおよび配線板Ｃが配置されているので、ＬＥＤチップ１０から灯具本体３までの熱抵抗を小さくできて放熱性が向上し、各ＬＥＤチップ１０のジャンクション温度の温度上昇を抑制することができ、入力電力を大きくできて光出力の高出力化を図れる。また、ＬＥＤユニット１の中央部に給電板Ａが配置されているので、上記電線Ｄを引き回すためのスペースを設ける必要がなく、灯具本体３の小型化を図れる。

（実施形態２）
本実施形態のスポットライトの基本構成は実施形態１と略同じであり、図１３および図１４に示すように、灯具本体３の構造が実施形態１とは相違している。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態における灯具本体３は、アルミダイカスト製であり、円柱状に形成され軸方向の一端面（図１３（ｂ）における下面）にＬＥＤユニット１の各発光装置Ｂが熱結合される形で実装される第一の筐体であるユニット保持部３５０と、ユニット保持部３５０と同じ外径の円筒状に形成されユニット保持部３５０の上記一端面側でＬＥＤユニット１を囲みＬＥＤユニット１から放射される光の配光エリアを制限する配光制御部３６０と、ユニット保持部３５０よりも小径の円筒状に形成され軸方向の一端部がユニット保持部３５０の他端部に連続一体に連結された細長の小径円筒部３７０と、ユニット保持部３５０と外径が同じ円筒状に形成されユニット保持部３５０から離間した形で小径円筒部３７０と同心的に配置される第二の筐体である大径円筒部３８０と、小径円筒部３７０の外周面から軸方向の全長に亘って径方向に突設され大径円筒部３８０と重なる部位が大径円筒部３８０と連続一体に連結されたブリッジ部である複数の放熱フィン部３９０とを備えている。

ここにおいて、小径円筒部３７０の他端部には、軸ねじ９が挿通される軸受孔３７１ｂが形成された軸受部３７１および上記電線Ｄを当該小径円筒部３７０に対して出し入れするための切欠部３７５が形成されている。また、ユニット保持部３５０には、小径円筒部３７０の内部空間に連続した電線挿通孔３５０ａが形成されている。

以上説明した本実施形態のスポットライトでは、ユニット保持部３５０の軸方向の他端面側に空気の流れる経路が形成されることとなり、灯具本体３の小型化を図りつつＬＥＤユニット１で発生した熱を効率的に放熱させることができ、結果として、各ＬＥＤチップ１０のジャンクション温度の温度上昇を抑制することができ、入力電力を大きくできて光出力の高出力化を図れる。

（実施形態３）
本実施形態のスポットライトの基本構成は実施形態１と略同じであり、図１５および図１６に示すように、ＬＥＤユニット１及び灯具本体３の構造が実施形態１とは相違している。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態におけるＬＥＤユニット１は、円柱状に形成され軸方向の一端面（図１５（ｃ）における上面）に発光装置Ｂが熱結合される形で実装される放熱板１１０と、放熱板１１０の前記一端面に取り付けられて発光装置Ｂから放射される光を制御する配光部１２１を有するカバー１２０とから成る。カバー１２０は、前記他端面を開口した有底円筒状に形成され、前記一端面には略椀状の４つの配光部１２１が設けられている（図１５（ａ）参照）。カバー１２０は前記開口周縁を放熱板１１０の前記一端面に熱溶着して固定されている。また、放熱板１１０の側面には、後述するブリッジ部３９０にねじ止めされる略矩形状の２つのねじ止め部１１１が図１５（ａ）における左右両端部に突設されており、各ねじ止め部１１１にはそれぞれ組立ねじ１１２が挿通される挿通孔が設けられている。

本実施形態における灯具本体３は、アルミダイカスト製であり、有底円筒状に形成されてＬＥＤユニット１を収納する第一の筐体であるユニット保持部３５０と、ユニット保持部３５０よりも大きい外径の円筒状に形成されてユニット保持部３５０の外周を囲み且つユニット保持部３５０と同心的に配置される第二の筐体である大径円筒部３８０と、ユニット保持部３５０と大径円筒部３８０とを所定の間隔を空けて連結する４つのブリッジ部３９０とを備えている。また、ブリッジ部３９０を除いたユニット保持部３５０と大径円筒部３８０との間には、軸方向に貫通する４つの通気孔３８１が形成される。

ブリッジ部３９０は、ユニット保持部３５０と大径円筒部３８０と連続一体に形成されており、図１５（ａ）における左右両端のブリッジ部３９０には、図示しないが雌ねじ部が設けられている。而して、上記ブリッジ部３９０の図１５（ｃ）における上面にＬＥＤユニット１のねじ止め部１１１を載置し、組立ねじ１１２を前記挿通孔に挿通させて雌ねじ部でねじ止めすることでＬＥＤユニット１が灯具本体３に固定される。

また、カバー１２０側面には、ブリッジ部３９０及びねじ止め部１１１の近傍において組立ねじ１１２頭部の径よりも大きい径を有する凹部１２２が設けられている。このように組立ねじ１１２を避ける凹部１２２を設けることで、凹部１２２を設けない場合と比較して大径円筒部３８０の外径を小さくすることができ、したがって灯具本体３の小型化を図れる。

以上説明した本実施形態のスポットライトでは、通気孔３８１を介して空気の流れる経路が形成されることとなり、灯具本体３の小型化を図りつつＬＥＤユニット１で発生した熱を効率的に放熱させることができ、結果として、各ＬＥＤチップ１０のジャンクション温度の温度上昇を抑制することができ、入力電力を大きくできて光出力の高出力化を図れる。

なお、上記各実施形態では、ＬＥＤチップ１０として、発光色が青色の青色ＬＥＤチップを採用しており、導電性基板１１としてＳｉＣ基板を採用しているが、ＳｉＣ基板の代わりにＧａＮ基板を用いてもよく、ＳｉＣ基板やＧａＮ基板を用いた場合には結晶成長用基板として絶縁体であるサファイア基板を用いている場合に比べて、結晶成長用基板の熱伝導率が高く結晶成長用基板の熱抵抗を小さくできる。また、ＬＥＤチップ１０の発光色は青色に限らず、例えば紫外光でもよく、ＬＥＤチップ１０として紫外光ＬＥＤチップを用いる場合には、色変換部材７０として、例えば、赤色蛍光体および緑色蛍光体および青色蛍光体を含有したものを用いて白色光を得るようにすればよい。

実施形態１のスポットライトを示し、（ａ）は概略正面図、（ｂ）は一部破断した概略側面図である。同上における灯具本体の概略斜視図である。同上におけるアーム結合部材を示し、（ａ）は斜め上方から見た概略斜視図、（ｂ）は斜め下方から見た概略斜視図である。同上におけるＬＥＤユニットを示す概略平面図である。同上におけるＬＥＤユニットの要部概略平面図である。同上における発光装置の概略分解斜視図である。同上における発光装置の概略断面図である。同上における発光装置の要部概略平面図である。同上における第３の絶縁性基板を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略側面図、（ｃ）は概略下面図である。同上におけるサブマウント部材の概略斜視図である。同上における給電板を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略側面図、（ｃ）は概略下面図である。同上における配線板を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略側面図、（ｃ）は概略下面図である。実施形態２のスポットライトを示し、（ａ）は概略正面図、（ｂ）は一部破断した概略側面図である。同上における灯具本体の概略斜視図である。実施形態３のスポットライトを示し、（ａ）は概略正面図、（ｂ）は概略側面図、（ｃ）は灯具本体における一部破断した概略側面図、（ｄ）はＡ−Ａ’線断面矢視図である。同上の概略斜視図である。従来例の灯具本体におけるユニット保持部材を示し、（ａ）は斜め上方から見た概略斜視図、（ｂ）は斜め下方から見た概略斜視図である。同上の灯具本体におけるアーム結合部材を示し、（ａ）は斜め上方から見た概略斜視図、（ｂ）は斜め下方から見た概略斜視図である。

符号の説明

１ＬＥＤユニット
３灯具本体
４アーム
３１０ユニット保持部材
３２０カバー部材
３３０アーム結合部材
３４０レンズ
Ｂ発光装置
Ｄ電線

Claims

ＬＥＤチップを備えたＬＥＤユニットと、該ＬＥＤユニットを保持する灯具本体と、施行面に固定される取付器体と、該取付器体に取り付けられ前記灯具本体に連結されるアームとを備えたスポットライトであって、
前記灯具本体は、前記ＬＥＤユニットを熱結合して実装されるユニット保持部と、該ユニット保持部の一端面側で、ＬＥＤユニットを囲みＬＥＤユニットから放射される光の配光エリアを制限する配光制御部と、
前記ユニット保持部よりも小径に形成され、一端部がユニット保持部の他端部に連続一体に連結された小径円筒部と、ユニット保持部から離間し、小径円筒部と同心的に配置される大径円筒部と、
小径円筒部の外周面から軸方向の全長に亘って径方向に突設され、ユニット保持部と大径円筒部とを連続一体に連結する複数の放熱フィン部とを備えたことを特徴とするスポットライト。
円柱状に形成され軸方向の一端面に発光装置が熱結合されて実装される放熱板と、放熱板の前記一端面に取り付けられて発光装置から放射される光を制御する配光部を有するカバーとを備えたＬＥＤユニットと、
有底円筒状に形成されて前記ＬＥＤユニットを収納するユニット保持部と、ユニット保持部よりも大きい外径の円筒状に形成されてユニット保持部の外周を囲み且つユニット保持部と同心的に配置された大径円筒部と、
ユニット保持部と大径円筒部とを所定の間隔を空けて連結する複数のブリッジ部と、該ブリッジ部を除いたユニット保持部と大径円筒部との間に形成された軸方向に貫通する通気孔とを備えてなる灯具本体と、
施工面に固定される取付器体と、該取付器体に取り付けられ前記灯具本体に連結されるアームとを備えたことを特徴とするスポットライト。
前記ＬＥＤユニットには、ブリッジ部にねじ止めされるねじ止め部が設けられたことを特徴とする請求項２記載のスポットライト。
前記カバーには、ねじ止め部近傍においてねじの径よりも大きい径を有する凹部が設けられたことを特徴とする請求項３記載のスポットライト。
ＬＥＤチップを用いた発光装置を複数備えたＬＥＤユニットと、ＬＥＤユニットを保持する灯具本体とを備えたスポットライトであって、灯具本体が、円柱状に形成され軸方向の一端面にＬＥＤユニットの各発光装置が熱結合される形で実装される金属の充実体からなるユニット保持部材と、ユニット保持部材の前記一端面側にＬＥＤユニットを囲む形で取着されＬＥＤユニットから放射される光の配光エリアを制限する円筒状のカバー部材と、ユニット保持部材の軸方向の他端面側に取着されアームが結合される金属製のアーム結合部材とで構成されてなることを特徴とするスポットライト。
ＬＥＤチップを備えたＬＥＤユニットと、該ＬＥＤユニットを保持する灯具本体と、施行面に固定される取付器体と、該取付器体に取り付けられ前記灯具本体に連結されるアームとを備えたスポットライトであって、
前記灯具本体は、当該ＬＥＤユニットを熱結合して実装される金属の充実体からなるユニット保持部材と、
該ユニット保持部材の一端面側にＬＥＤユニットを囲む形で取着され、ＬＥＤユニットから放射される光の配光エリアを制限する金属のカバー部材と、
ユニット保持部材の他端面側に取着され、前記アームに対して首振り可能に結合された金属のアーム結合部材とを備えてなり、
該アーム結合部材は、ねじ部が形成され、ユニット保持部材の前記他端面側に形成されたねじ部を、当該アーム保持部材のねじ部にねじ込むことにより、ユニット保持部材とアーム結合部材とが結合される一方、
前記カバー部材は、当該ユニット保持部材側の端部がねじ部となっており、ユニット保持部材の前記一端面側に形成されたねじ部をカバー部材のねじ部にねじ込むことにより、ユニット保持部材とカバー部材とが結合されることを特徴とするスポットライト。