JP4999914B2 - 照明装置 - Google Patents

Description

本発明は、照明装置に関するものである。本発明は、特に、ＬＥＤ（発光ダイオード）光源を用いた照明装置の放熱構造の改良に関するものである。

ＬＥＤ光源を用いた照明装置では、光源の温度上昇により発光効率が劣化するため、放熱性の高い構造が求められる。これまでのＬＥＤ照明装置の放熱構造では、光源が搭載される配線板の下部側（光源のある面と反対側）に放熱フィンやヒートシンクを配置することで放熱性を付与している（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−１３０３９７号公報

しかしながら、昨今では、照明用のＬＥＤのハイパワー化が急速に進んでおり、配線板の下部側を放熱するだけでは放熱効率が不十分な場合がある。

本発明は、例えば、ＬＥＤを光源として用いる照明装置の放熱性を向上させることを目的とする。

本発明の一の態様に係る照明装置は、
ＬＥＤと、
前記ＬＥＤが実装される実装面を有する配線板と、
前記配線板の実装面にて、前記ＬＥＤの近傍に配置され、前記ＬＥＤが発する熱を放熱する放熱器とを備えることを特徴とする。

本発明の一の態様によれば、ＬＥＤを光源として用いる照明装置において、放熱器を、配線板のＬＥＤが実装される面にて、ＬＥＤの近傍に配置しているため、放熱性が向上する。

実施の形態１に係る照明装置の断面図である。 実施の形態１に係る照明装置の平面図である。 実施の形態２に係る照明装置の断面図である。 実施の形態２に係る照明装置の平面図である。 実施の形態３に係る照明装置の断面図である。 実施の形態３に係る照明装置の平面図である。 実施の形態４に係る照明装置の断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態に係る照明装置１０の断面図である。

照明装置１０は、光源としてＬＥＤ１１を備えるとともに、導光レンズ１２（配光器の一例）、放熱フィン１３（放熱器の一例）、配線板１４、ケース１５、外部放熱フィン１６を備える。

図１では、ＬＥＤ１１の上面が、光を放射する発光面になっている。導光レンズ１２は、ＬＥＤ１１の発光面を覆い、ＬＥＤ１１の発光面から放射される光の方向を調整してＬＥＤ１１から遠い側の端部（レンズ面）から出光する。本実施の形態では、導光レンズ１２は、錐体状の導光部材であり、ＬＥＤ１１の上部に配置されている。光の結合性を良くするために、錐体状の導光レンズ１２の頂部はＬＥＤ１１を覆うように凹形になっている。さらに光の結合性を向上させるために、ＬＥＤ１１の光出射部の透明樹脂と導光レンズ１２の透明材料として互いに屈折率が近いものを選び、ＬＥＤ１１の光出射部と導光レンズ１２の間の空隙にも上記透明樹脂又は上記透明材料と屈折率が近い透明接着剤やグリスを挿入することが望ましい。導光レンズ１２の側面は、入射した光が全反射を起こすように設計されている。なお、導光レンズ１２の内部で多重反射を繰り返し、全反射条件を満たさない角度で側面に到達して側面から導光レンズ１２の外部に漏れる光もあるが、その量は極めて少ない。したがって、このような導光レンズ１２を用いることで、高い発光効率（器具効率）を得ることができる。ここで、導光レンズ１２の外側面にアルミニウムや銀等のコーティングを施してもよい。これにより、導光レンズ１２の側面からの光の漏れを完全に防いで照明装置１０の発光効率を高めることができる。

図２は、照明装置１０の平面図である。この図では、ＬＥＤ１１、放熱フィン１３、及び、外部放熱フィン１６の配置を上側から見た状態を示しており、導光レンズ１２は省略している。なお、図１は、図２のＡ−Ａ断面図である。

図１及び図２では、配線板１４の上面が、ＬＥＤ１１が実装される実装面になっている。放熱フィン１３は、配線板１４の実装面にて、ＬＥＤ１１の近傍に配置され、ＬＥＤ１１が発する熱を放熱する。放熱フィン１３は、具体的には、配線板１４と導光レンズ１２との間にある空間に配置されている。本実施の形態では、放熱フィン１３は、配線板１４の上で、ＬＥＤ１１を中心として放射状に複数配置されている。放熱フィン１３は、アルミニウムや銅等の高熱伝導の金属で形成されることが好ましいが、高熱伝導の材料であれば、他の金属やセラミックで形成されていてもよい。

ケース１５は、導光レンズ１２、放熱フィン１３、配線板１４を収容し、ヒートシンクとしての機能も有する。ケース１５の下部には、外部放熱フィン１６が配置されている。外部放熱フィン１６は、放熱フィン１３と同様に、ＬＥＤ１１が発する熱を放熱する。本実施の形態では、外部放熱フィン１６は、放熱フィン１３と同様に、ケース１５の下部でＬＥＤ１１に対応する位置を中心として放射状に複数配置されている。

ＬＥＤ１１から出射した光は、導光レンズ１２に入射される。導光レンズ１２に入射した光のうちの大部分は、そのままレンズ面から照明装置１０の外側に出射されるが、一部の光は導光レンズ１２の側面に到達する。前述したように、導光レンズ１２の側面はＬＥＤ１１から到達した光を全反射するように設計されているが、導光レンズ１２の中で多重反射を繰り返した光のうちの一部は全反射条件を満たさない角度で側面に到達して導光レンズ１２の外部に漏れてしまう。通常、配線板１４には、このような光を再反射させるための塗装が施されたり、反射シートが被せられたりしている。本実施の形態では、少なくとも放熱フィン１３が配置されている領域では、導光レンズ１２の側面から漏れた光が吸収されるが、そのような光の量は極めて少ないため、このことで発光効率が左右されることはない。ＬＥＤ１１が発した熱は、配線板１４とケース１５を伝って放熱フィン１３と外部放熱フィン１６に到達し、この両方から放熱される。

以上のように、本実施の形態では、ＬＥＤ１１を光源として用いた照明装置１０において、導光レンズ１２と配線板１４上の放熱フィン１３とを組み合わせている。これにより、発光効率を低下させることなく配線板１４上にも放熱フィン１３を配置できるので、発光効率が高く、放熱効率に優れた照明装置１０を提供することができる。

前述したように、昨今では、照明用のＬＥＤ１１のハイパワー化が急速に進んでおり、配線板１４の下部側を放熱するだけでは放熱効率が不十分な場合がある。そこで、配線板１４の上側（ＬＥＤ１１が搭載される側）のスペースに放熱フィン１３を搭載することにより、放熱効率を向上させることができる。ただ、照明装置１０が導光レンズ１２を備えておらず、単にＬＥＤ１１の上部に透明カバー等を配置したものである場合、ＬＥＤ１１から出射した光は透明カバー等の表面で反射され、その反射光は放熱フィン１３の表面で吸収されることになる。したがって、放熱フィン１３により放熱効率は上昇するものの、照明装置１０としての発光効率が損なわれる。そのため、本実施の形態では、配線板１４の上側でも、配線板１４側に光をほとんど漏らさない導光レンズ１２と配線板１４との間のスペースに放熱フィン１３を設けている。これにより、ＬＥＤ１１を光源として用いた照明装置１０の発光効率を損なうことなく、高い放熱効率を備えた照明装置１０を提供することができる。

以上説明したように、本実施の形態において、照明装置１０は、ＬＥＤ１１、ＬＥＤ１１を実装する配線板１４、ＬＥＤ１１の発光面に対して配置される錐体状の導光部材（導光レンズ１２）、及び、配線板１４上に配置される放熱フィン１３を備える。錐体状の導光部材は錐体の頂点側にＬＥＤ１１が位置するように配置される。放熱フィン１３はＬＥＤ１１の周囲にあって導光部材の側面下方の空間の配線板１４上に配置される。ＬＥＤ１１から出射した光は導光部材により（導光部材のみを通って）照明装置１０の外部に導かれるため、配線板１４上の搭載部品（放熱フィン１３等）による光の吸収ロスはほとんどない。また、配線板１４上の放熱フィン１３により放熱効率が高められる。

図１及び図２では、配線板１４の上側にＬＥＤ１１や放熱フィン１３が配設され、ＬＥＤ１１の上方に導光レンズ１２が配置されているが、位置関係はこれに限るものではない。例えば、照明装置１０が天井に設置されるものであれば、配線板１４の下側にＬＥＤ１１や放熱フィン１３が配設され、ＬＥＤ１１の下方に導光レンズ１２が配置されることになる。なお、放熱フィン１３の形状に特に制約はないが、放熱フィン１３を、導光レンズ１２、配線板１４及びケース１５で囲まれる空間において、なるべく大きな形状とすることが（放熱効果が高まるため）好ましい。例えば図１及び図２に示した放熱フィン１３の形状は、いずれも三角形の平板状としているが、他の形状であってもよい。特に、図２に示した放熱フィン１３のうち、斜め方向に配置されているものの形状は、導光レンズ１２、配線板１４及びケース１５で囲まれる空間において、より大きな形状とするため、例えば台形の平板状とすることが考えられる。

本実施の形態では、配光器の一例として、錐体状のレンズ体である導光レンズ１２を用いているが、他の配光器を用いてもよい。例えば、錐体状の反射体を用いることができる（後述する実施の形態４参照）。また、本実施の形態では、導光レンズ１２が錐体状、即ち、側面が錐面（例えば、円錐面、角錐面）をなすように形成されているが、ＬＥＤ１１から遠くなるにつれて広くなるように形成されていればよい。例えば、側面が回転放物線面、回転双曲線面、あるいは、回転楕円面をなすように形成されていてもよい。

本実施の形態では、放熱器の一例として、放熱フィン１３を用いているが、他の放熱器を用いてもよい。例えば、ヒートパイプを用いることができる。また、本実施の形態では、放熱フィン１３及び外部放熱フィン１６を放射状に配置することで、ＬＥＤ１１に近い側のフィン密度を高くして放熱効率を上げているが、必ずしもこのような配置にする必要はない。

実施の形態２．
本実施の形態について、主に実施の形態１との差異を説明する。

実施の形態１では、照明装置１０にＬＥＤ１１の光源を１個（複数個のＬＥＤを１群として１箇所から発光するものでもよい）設け、その１個の光源に対して導光レンズ１２と放熱フィン１３を配置していた。これに対し、本実施の形態では、図３及び図４に示す通り、ＬＥＤ１１の光源を配線板１４上に１列に複数個並べた構成を採用している。

図３は、本実施の形態に係る照明装置１０の断面図である。

図３において、照明装置１０には、複数のＬＥＤ１１が、配線板１４の上に１列に並べて搭載されている。導光部材としては、各ＬＥＤ１１に１対１で配置される複数の錐体状の導光レンズが一体で加工されたレンズアレイ１７（配光器の一例）が、複数のＬＥＤ１１の発光面に対して配置される。配線板１４上で、ＬＥＤ１１の周囲には、実施の形態１と同様に放熱フィン１３（放熱器の一例）が配置される。

図４は、照明装置１０の平面図である。この図では、ＬＥＤ１１及び放熱フィン１３の配置を上側から見た状態を示しており、レンズアレイ１７は省略している。なお、図３は、図４のＢ−Ｂ断面図である。

図４において、放熱フィン１３は、実施の形態１と同様にＬＥＤ１１の周囲に放射状に配置されている。

ケース１５は、レンズアレイ１７、放熱フィン１３、配線板１４を収容し、ヒートシンクとしての機能も有する。なお、図３では、ケース１５はその下部の一部しか示していないが、実際は複数のＬＥＤ１１とレンズアレイ１７を内蔵する照明装置１０の外郭ケースとなっている。また、本実施の形態では、実施の形態１における外部放熱フィン１６を組み合わせていないが、実施の形態１と同様にケース１５の外側に外部放熱フィン１６を組み合わせることで放熱効率を一層高めることができる。

なお、本実施の形態では、ＬＥＤ１１を１列に配置したが、縦横とも複数個配置してもよい。この場合も、同様の効果が得られる。

実施の形態３．
本実施の形態について、主に実施の形態１との差異を説明する。

本実施の形態では、実施の形態１に係る照明装置１０の放熱フィン１３及び配線板１４を通気のため穿孔している。これにより、照明装置１０の放熱性を向上させている。

図５は、本実施の形態に係る照明装置１０の断面図である。

図５において、放熱フィン１３は、複数の通気孔１８を有する。通気孔１８の数及び大きさは任意に決めることができる。なお、ケース１５も通気のため穿孔されているものとする。

図６は、照明装置１０の平面図である。この図では、ＬＥＤ１１、放熱フィン１３、及び、外部放熱フィン１６の配置を上側から見た状態を示しており、導光レンズ１２は省略している。なお、図５は、図６のＣ−Ｃ断面図である。

図６において、配線板１４は、複数の通気孔１９を有する。通気孔１９の数及び大きさは任意に決めることができる。なお、前述したように、ケース１５も通気のため穿孔されているものとする。

このように、本実施の形態では、放熱フィン１３及び配線板１４に通気孔１８，１９を設けたので、照明装置１０内の空気の流動性が向上する。また、外部から照明装置１０内に冷却のための空気が取り入れられるので、放熱効率の高い照明装置１０が提供できる。

実施の形態４．
本実施の形態について、主に実施の形態１との差異を説明する。

本実施の形態では、実施の形態１に係る照明装置１０の導光レンズ１２を別の導光部材に置き換えている。具体的には、導光部材として、拡散レンズ２０と錐体状の反射スリーブ２１を組み合わせている。これにより、導光部材の側面からの光の漏れを完全に防いで照明装置１０の発光効率を高めている。

図７は、本実施の形態に係る照明装置１０の断面図である。

図７において、導光部材（配光器の一例）は、拡散レンズ２０と錐体状の反射スリーブ２１とで構成されている。導光部材以外の放熱フィン１３や外部放熱フィン１６の配置は実施の形態１と同様である（図２参照）。導光部材の拡散レンズ２０は、出射側の表面を凹凸形状とすることで光の拡散性を向上させている。なお、出射光の拡散性や配光性を制御する必要がなければ、拡散レンズ２０は取り外してもよい。また、集光性を付与したい場合は、拡散レンズ２０に代えて一般的な凸型のレンズを用いてもよい。反射スリーブ２１は、内側面が鏡面仕上げされたアルミニウムやステンレス等で構成することができるが、金属、プラスチック、又は、セラミック製のスリーブの内側を、アルミニウムや銀等のコーティングを施すことで鏡面仕上げしたものでもよい。

本実施の形態において、導光部材に入射した光の大部分は、拡散レンズ２０を通って照明装置１０の外部に出射され、拡散レンズ２０の下部（ＬＥＤ１１側）の面で反射された光も、反射スリーブ２１の内面での反射を繰り返す等して最終的に外部に出射される。そのため、発光効率の高い照明装置１０が提供できる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、これらのうち、２つ以上の実施の形態を組み合わせて実施しても構わない。あるいは、これらのうち、１つの実施の形態を部分的に実施しても構わない。あるいは、これらのうち、２つ以上の実施の形態を部分的に組み合わせて実施しても構わない。

１０ 照明装置、１１ ＬＥＤ、１２ 導光レンズ、１３ 放熱フィン、１４ 配線板、１５ ケース、１６ 外部放熱フィン、１７ レンズアレイ、１８ 通気孔、１９ 通気孔、２０ 拡散レンズ、２１ 反射スリーブ。

Claims (4)

1. 光を放射する発光面を有するＬＥＤ（発光ダイオード）と、
   前記ＬＥＤが実装される実装面を有する配線板と、
   前記ＬＥＤの発光面を覆い、前記ＬＥＤから遠くなるにつれて広くなるように形成され、前記ＬＥＤの発光面から放射される光の方向を調整して前記ＬＥＤから遠い側の端部から出光する錐体状のレンズ体と、
   前記配線板の実装面にて、前記配線板と前記レンズ体との間にある空間で前記ＬＥＤの近傍に配置され、前記ＬＥＤが発する熱を放熱する放熱器とを備え、
   前記放熱器は、通気のため穿孔されていることを特徴とする照明装置。
2. 前記放熱器は、放熱フィンであることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記放熱フィンは、前記ＬＥＤを中心として放射状に複数配置されていることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
4. 前記配線板は、通気のため穿孔されていることを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の照明装置。

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