JP5418521B2 - ランプ - Google Patents

Description

本発明は、ＬＥＤや有機ＥＬ素子等の発光素子を光源に備えたランプに関する。

近年、ＬＥＤの高出力化、及び低コスト化に伴い、ＬＥＤを光源に備えた電球型のＬＥＤランプが普及している。この種のＬＥＤランプでは、既存設備のソケットに装着可能な口金を有し、電球の代替として利用できるようになっている（例えば、特許文献１、及び特許文献２参照）。
さらに、ＬＥＤランプにあっては、ＬＥＤを収容するホルダー、及び当該ホルダーの前端の開口を覆うカバー部材とを備え、当該カバー部材の側壁部を光透過可能に構成することで、側壁部を通じてＬＥＤランプの光を周方向に照射して、配光をハロゲン電球や白熱電球に近付ける技術が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００９−４１３０号公報 国際公開第２００９／０６３６５５号 実用新案登録第３１６４２０２号公報

しかしながら、特許文献３の技術においては、カバー部材の側壁部の高さ方向の幅（ホルダー開口端部からカバーの正面端部までの幅）が狭いと、ハロゲン電球等の配光を十分に再現することはできず、また均一な配光が得られない。
そこで側壁部の高さ方向の幅を大きくすると、ＬＥＤから周方向に放射された光が、そのまま側壁部を通じて周方向に照射されてしまうことから、周方向への照射光量が多くなり過ぎてしまい、また前方への照射光量も低下する、という問題を生じる。
そこで、例えば、周方向への照射光量を抑制すべく側壁部の光透過率を低下させたとすると、その分、側壁部で遮蔽されて無駄になる光量が増えて光の利用効率が低下する、という問題を生じる。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、光の利用効率の低下を防ぎつつ、周方向への光量を抑制できるランプを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、外周面が光拡散性を有する透明な基材で形成され、当該基材の内周面に全面に光透過性を有した誘電多層膜から成るダイクロイック膜を設けて反射面を形成し、底部開口にネック部を有した凹面反射鏡と、前記凹面反射鏡の先端開口を塞ぐレンズと、当該凹面反射鏡の底部開口に配置されて光を放射する表面実装型の発光素子と、前記凹面反射鏡、及び前記発光素子が表側に設けられ、前記発光素子のヒートシンク及びヒートマスとして機能する取付ベース部材と、前記取付ベース部材の裏側に一端部が配置される基体と、を備え、前記取付ベース部材は、ベース部と、当該ベース部の主表面に設けられ上面が前記底部開口に位置し当該上面に前記発光素子が嵌め込まれる台座部と、前記基体より周方向に突出させた縁部に当該縁部の全周に亘って設けられたヒートマス部と、を一体に備え、前記ヒートマス部は、前記基体の外周面に沿って上下に延び、前記ネック部は、前記台座部と前記ヒートマス部とで形成される溝に入り、前記凹面反射鏡の略全面を側方に露出させた状態で配置し、前記ヒートマス部には、当該ヒートマス部の露出部分を覆うヒートマスカバーを設け、前記ヒートマスカバーが、電気絶縁性、及び前記ヒートマス部よりも低熱伝導率を有し、１．５ｍｍ〜４ｍｍの厚みでインサート成形により設けられていることを特徴とするランプを提供する。
また本発明は、上記ランプにおいて、前記ヒートマス部は、上端部が前記ネック部と同程度の高さを限度に延び、前記ネック部から上に形成された前記反射面から側方に透過される透過光を遮断することがない位置に設けられていることを特徴とする。
また本発明は、上記ランプにおいて、前記レンズは、フレネルレンズであることを特徴とする。

本発明によれば、凹面反射鏡の反射面の全面に光透過性を持たせたため、反射面の略全面から透過光が周方向に放射されることから、ハロゲン電球や白熱電球に近い配光を実現できる。特に、反射面に光透過性を持たせているため、反射面を透過しない光は反射光として、主の照射方向である光軸方向の照射に用いられることから、透過光量を抑えても無駄が生じることがなく光の利用効率を良好にできる。

本発明の実施形態に係るＬＥＤランプの全体斜視図であり、（Ａ）は上斜視図、（Ｂ）は下斜視図である。 ＬＥＤランプの外観構成を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は底面図である。 図２のＡ−Ａ線における断面図である。 図３の凹面反射鏡を拡大して示す図である。 ＬＥＤランプとハロゲン電球の配光を示す図である。 反射膜の光学特性の一例を示す図であり、（Ａ）は反射膜の分光透過率を示し、（Ｂ）は反射膜の分光反射率を示す。 本実施形態のＬＥＤランプ、既存のＬＥＤランプ及びハロゲン電球の発光スペクトル特性を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
なお、以下の実施形態では、発光素子を光源に備えるランプとして、ＬＥＤを光源に備えたＬＥＤランプを例示するが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば有機ＥＬ等の他の発光素子を光源に備えるランプにも適用可能である。

図１は本実施形態に係るＬＥＤランプ１の全体斜視図であり、図１（Ａ）は上斜視図、図１（Ｂ）は下斜視図である。また、図２はＬＥＤランプ１の外観構成を示す図であり、図２（Ａ）は平面図、図２（Ｂ）は側面図、図２（Ｃ）は底面図である。図３はＬＥＤランプ１の内部構成を示す断面図である。
ＬＥＤランプ１は、既存のハロゲン電球や白熱電球と形状及び光学特性が略同じになるように構成されており、既存の電球の代替として使用可能となっている。

すなわち、ＬＥＤランプ１は、図１に示すように、略円筒状の基体２を有し、この基体２の一端部である先端部２Ａ（図３）に発光部４を設け、他端部である終端部２Ｂに口金６が設けられている。基体２は、セラミックスや樹脂等の絶縁性を有する材料から形成されている。口金６は、ソケット（図示せず）に螺合するネジ山が切られた筒状のシェル６Ａと、このシェル６Ａの端部の頂部に絶縁部６Ｂを介して設けられたアイレット６Ｃとを備え、これらシェル６Ａ及びアイレット６Ｃは、既存のソケットに装着可能な形状寸法に構成されている。これにより、当該ＬＥＤランプ１は、天井や壁面に既設のソケットに装着でき、既存のハロゲン電球や白熱電球の代替として使用可能になる。

発光部４は、ＬＥＤ１０を光源に備え、図３に示すように、ＬＥＤ１０の点灯に要するドライバ回路や電源回路等の電気回路を搭載した電気回路基板１２が基体２の内部に収められている。電気回路基板１２の電源回路と、口金６のシェル６Ａ、及びアイレット６Ｃとは、それぞれ電気的に接続されており、口金６をソケットに装着することで、口金６のシェル６Ａ、及びアイレット６Ｃを通じてソケットから電力が電気回路基板１２の電源回路に供給される。

また発光部４の構成について詳述すると、図３に示すように、発光部４は、上記ＬＥＤ１０と、取付ベース部材１６と、凹面反射鏡１８と、フレネルレンズ２０とを備えている。
ＬＥＤ１０には、白色光を放射する表面実装型のＬＥＤパッケージが用いられている。すなわち、ＬＥＤ１０は、図示を省略するが、ＬＥＤチップと、ＬＥＤチップを収納する収納凹所が形成された平面視略矩形の薄型のパッケージとを備え、パッケージの収納凹所にＬＥＤチップがシリコーン樹脂などの透明樹脂で封止されている。この透明樹脂の中には、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としての蛍光体（蛍光顔料、蛍光染料など）が分散されており、ＬＥＤチップの光と蛍光体の光との混合により白色が得られる。

取付ベース部材１６は、上記ＬＥＤ１０を載置する台座、ＬＥＤ１０のヒートシンク、及びヒートマスとして機能する部材であって、上面視略円形の板状の円板部３０と、当該円板部３０の略中央に凸状に設けられた台座部３２と、円板部３０の全周に亘って設けられたヒートマス部３４とを備え、高熱伝導性を有する例えばアルミニウム材等の金属材により一体成形されている。
円板部３０には、表側の主表面側にＬＥＤ１０、及び凹面反射鏡１８が設けられ、裏側の主表面には略垂直に基体２が設けられる。円板部３０は、基体２の先端部２Ａを閉塞し、その縁部が基体２の先端部２Ａの外まで周方向に突出する径を有し、その突出した縁部に全周に亘って、基体２の外周面に沿って上下に延びる後述のヒートマス部３４が一体に設けられている。

台座部３２は、ＬＥＤ１０を載置するものであって、円板部３０の表側の主表面の略中央に一体に設けられた上面視略円形の凸状部であり、その上面には、上記ＬＥＤ１０を嵌め込む嵌込穴３２Ａが設けられている。ＬＥＤ１０が嵌込穴３２Ａに嵌め込まれることで、ＬＥＤ１０の底面及び側面の両方からＬＥＤ１０の発熱が台座部３２に移動し、放熱効率の向上が図られている。また台座部３２には、上下に貫通する貫通穴３２Ｂが２箇所に設けられており、基体２の電気回路基板１２から延びる正電位及び負電位の各リード線が各貫通穴３２Ｂを通ってＬＥＤ１０に接続される。

上記ヒートマス部３４は、円板部３０の縁部で基体２の中心軸Ｋに沿って上下に延在して、高さ幅Ｗの側壁を形成し、ＬＥＤ１０の発熱を吸収するための十分なヒートマス（熱容量）として機能する。またヒートマス部３４の下端部３４Ａは、基体２の先端部２Ａを受ける挿入開口３９を形成する。基体２と取付ベース部材１６との間には接着用の樹脂剤３８が隙間無く充填されて接着、密封される。
このとき基体２と取付ベース部材１６のヒートマス部３４の隙間は３ｍｍ以下が好ましく、これにより、この隙間からヒートマス部３４に手指が触れるのを防止できる。
またヒートマス部３４の下端部３４Ａが挿入開口３９として形成され、当該挿入開口３９に基体２の先端部２Ａが挿入されて固定される構成であるため、ＬＥＤランプ１の全長を短くできる。

ここで、ヒートマス部３４のヒートマスは、容積に比例して大きくなることから、高さ幅Ｗ、或いは厚みＴを大きくすることでヒートマス性能を高められる。このとき、厚みＴを基体２の周方向（中心軸Ｋに直交する方向）に平面視で後述の凹面反射鏡１８よりも突出するほど大きくしてしまうと、ＬＥＤランプ１のサイズの大型化を招くため、厚みＴは、平面視でヒートマス部３４が凹面反射鏡１８の先端開口１８Ａの範囲内に収まる厚みを限度とすることが望ましく、当該限度を超えてヒートマスが要求される場合には、高さ幅Ｗを大きくすることが望ましい。但し、高さ幅Ｗを大きくするときには、上端部３４Ｂは、後述する凹面反射鏡１８の形状を制限することがないように、当該凹面反射鏡１８のネック部４２と同程度の高さ位置であって反射面４４の下端４４Ａと同程度の高さ位置までを限度として延ばし、ヒートマスの不足分は下端部３４Ａを下側に延ばして補うことが好ましい。
なお、ＬＥＤ１０の発熱は、ヒートマス部３４を含む取付ベース部材１６に吸収されヒートマス部３４から外部に放熱されるが、一部は基体２に熱伝導して当該基体２の全体からも外部に放熱される。

ＬＥＤランプ１にあっては、ヒートマス部３４が基体２よりも周方向に突出することからユーザが接触し易い箇所であるものの、このヒートマス部３４を含む取付ベース部材１６が高熱伝導性を有する金属材で形成されていることから電導性が高く、またヒートマスにより高温にもなる。そこで、当該ヒートマス部３４との接触による感電や火傷を防止するために、ヒートマス部３４には、高い絶縁性を有し、かつ、ヒートマス部３４よりも低熱伝導率を有する樹脂材から形成され、ヒートマス部３４の外側に露出する露出部分全体を覆うヒートマスカバー４６が設けられている。
これにより、ヒートマス部３４のヒートマスを高めＬＥＤ１０の冷却性能を高めた場合であっても、当該ヒートマス部３４との接触による感電や火傷を防止できる。

ヒートマスカバー４６は、例えば取付ベース部材１６の周囲にインサート成形により設けられており、これにより簡単に、かつヒートマスカバー４６が外れることがない程度の強固な固定強度でヒートマスカバー４６をヒートマス部３４に固定できる。
本実施形態では、かかるヒートマスカバー４６の厚み（周方向の肉厚）は、１．２ｋＶの耐電圧と接触時の火傷を防止可能な厚み（例えば１．５ｍｍ）を下限とし、既設のハロゲン電球用のソケットホルダー等に装着可能な周方向の寸法（例えば４ｍｍ）を上限としている。

図４は、図３のうち凹面反射鏡１８を拡大して示す図である。
凹面反射鏡１８は、ＬＥＤ１０が放射する光を光軸方向に反射するとともに、反射面４４の全体が光透過性を有して構成され、当該反射面４４の全体から光軸に対して周方向にも光を放射するものであって、その光軸が基体２の中心軸Ｋと略同軸に設けられている。
具体的には、凹面反射鏡１８は、底部中心に底部開口１８Ｂを有し、この底部開口１８Ｂから先端開口１８Ａまでの範囲Ｄの内側面の略全面が反射面４４として形成されている。また底部開口１８Ｂには後端側に延びる円筒状のネック部４２が一体に設けられている。ネック部４２は、取付ベース部材１６の台座部３２と外側のヒートマス部３４とにより形成される溝部５０に配設され、ヒートマス部３４との間の隙間に充填された透明な樹脂材５２により接着される。このように溝部５０に凹面反射鏡１８を挿入して固定するため、ＬＥＤランプ１の全長を短くできる。このとき、溝部５０の幅は、凹面反射鏡１８とヒートマス部３４の隙間を３ｍｍ以下にする大きさが好ましく、これにより、この隙間からヒートマス部３４に手指が触れるのを防止できる。
また、ネック部４２の長さＬは、取付ベース部材１６の台座部３２の円板部３０からの高さよりも長く、これにより台座部３２の上面に設けられたＬＥＤ１０よりも高い位置に反射面４４が配置される。

凹面反射鏡１８は、ＬＥＤ１０の光に対して透明樹脂又は透明ガラス等の透明材料で成形された基材６０に、上記範囲Ｄに対する内側面の全面に光透過性を有する反射膜により反射面４４を形成して構成されている。すなわち、図４に示すように、ＬＥＤ１０から放射されて反射面４４に入射する光Ｍ１は、当該反射面４４で反射されて反射光Ｍ２として先端開口１８Ａを通じて外部に（中心軸Ｋ方向に）放射され、また一部は、反射面４４を透過して透過光Ｍ３として周方に放射される。
これにより、反射面４４の略全面から透過光Ｍ３が周方向に放射されるため、ハロゲン電球や白熱電球に近い配光を実現できる。
また、反射面４４に光透過性を持たせているため、反射面４４を透過しない光は反射光Ｍ２として中心軸Ｋ方向の主の照射光として無駄なく用いられることから、光の利用効率を良好にできる。

凹面反射鏡１８のネック部４２には、上記反射面４４は形成されておらず、無垢の透明材料のままとされている。したがって、ＬＥＤ１０からネック部４２に入射した光Ｍ４は、ネック部４２を透過してヒートマス部３４との間の隙間を光らせることとなり、これにより、反射面４４の下端（底部開口１８Ｂ）部分での周方向への光強度が補われる。さらに、ネック部４２に入射した光Ｍ４の一部は、凹面反射鏡１８の基材６０の内部を伝播する伝播光Ｍ５となって基材６０全体を発光させ、周方向への放射光量の増加に寄与することとなる。

凹面反射鏡１８の先端開口１８Ａには上記フレネルレンズ２０が設けられている。フレ
ネルレンズ２０は、樹脂製の円板状部材の表裏のいずれかに同心円状にすべて角度の違う
溝を設けたものである。本実施形態では、溝が設けられた主表面２０Ａを内側（ＬＥＤ１
０側）に向け他方の主表面２０Ｂを外側に向けた姿勢でフレネルレンズ２０を凹面反射鏡
１８の先端開口１８Ａに設けている。
具体的には、凹面反射鏡１８の先端開口１８Ａには、フレネルレンズ２０が嵌まり込む
段部１９が形成されており、当該段部１９にフレネルレンズ２０を嵌め込み樹脂剤で接着
することで、フレネルレンズ２０が凹面反射鏡１８の先端開口１８Ａを閉塞した状態で固
定される。

かかるフレネルレンズ２０が先端開口１８Ａを閉塞して設けられることで、フレネルレンズ２０に入射する光Ｍ６のうち、溝が形成された面２０Ａに入射した光Ｍ６の一部が反射面４４に向けて反射され、この反射された光Ｍ７が反射面４４を透過して周方向に放射されることで、周方向への放射光量が増加し、光の利用効率が高められる。
これにより、図５に示すように、ＬＥＤランプ１であっても、ハロゲン電球の配光に近い配光が実現される。

ここで、本実施形態では、凹面反射鏡１８の反射面４４を形成する反射膜として誘電多層膜から成るダイクロイック膜を用いることとし、透過させる光の波長選択性を反射面４４に持たせることとしている。
図６は、反射膜の光学特性の一例を示す図であり、図６（Ａ）は反射膜の分光透過率を示し、図６（Ｂ）は反射膜の分光反射率を示す。
反射面４４の反射膜は、ＬＥＤ１０の発光波長４００ｎｍ〜８００ｎｍの光を反射（略非透過）するとともに、波長４００ｎｍ〜８００ｎｍにおいて一部の光を透過する光学特性を有する。この反射膜を透過する一部の光により照明における間接光に適した光を周方向に放射することができ、また反射面４４からの反射光を主の照射光として先端開口１８Ａから放射することから、図７に示すように、既存のＬＥＤランプと同等の演色性を維持できる。

反射面４４を形成する反射膜を誘電多層膜から成るダイクロイック膜とすることで、透過光の波長選択を持たせることができ、照明デザイン等の要求に応じて自由な波長を透過させることができるものの、誘電多層膜にあっては、透過光の進行方向に波長依存性が生じるため、周方向の放射光を例えば壁面等に照射した際に色むらや照度むらが発生する。
そこで、凹面反射鏡１８の外周面６２には、その表面に透過光を散乱させる光散乱機能を持たせるための例えばエンボス加工が施されており、これにより、周方向に放射する光の色むらや照度むらが抑えられる。

以上説明したように、本実施形態によれば、凹面反射鏡１８と、当該凹面反射鏡１８の底部開口１８Ｂに配置されて光を放射する発光素子としてのＬＥＤ１０とを基体２の先端部２Ａに設け、凹面反射鏡１８の反射面４４の全面に光透過性を持たせたＬＥＤランプ１とした。
これにより、反射面４４の略全面から透過光がＬＥＤランプ１の周方向に放射されることから、ハロゲン電球や白熱電球に近い配光を実現できる。特に、反射面４４に光透過性を持たせているため、反射面４４を透過しない光は反射光として主の照射方向である光軸方向の照射に用いられることから、透過光量を抑えても無駄が生じることがなく光の利用効率を良好にできる。

また本実施形態によれば、凹面反射鏡１８を透明な基材６０で成形し、当該基材６０の内周面に誘電多層膜から成るダイクロイック膜を設けて反射面４４を形成したため、照明デザインからの要望等に合わせて、周方向に透過する光の波長を簡単かつ自由に選択でき、また周方向の照射光の色が異なるＬＥＤランプ１のバリエーションを簡単に作ることができる。

また本実施形態によれば、凹面反射鏡１８の基材６０の外周面６２がエンボス加工等により光拡散性を有するため、反射面４４を誘電多層膜から成るダイクロイック膜により形成されていても、周方向に放射する光の色むらや照度むらが抑えられる。

また本実施形態によれば、凹面反射鏡１８の先端開口１８Ａを塞ぐフレネルレンズ２０を備える構成としたため、フレネルレンズ２０の裏面で反射した光を周方向への照射光として効率良く利用することができる。

また本実施形態によれば、板状のベース部材たる円板部３０の表側の主表面にＬＥＤ１０、及び凹面反射鏡１８を設け、円板部３０の裏側に筒状の基体２を設け、円板部３０の縁部を基体２の周方向（中心軸と直交する方向）に突出させ当該突出した縁部の全周に亘って基体２の外周面に沿って延びるヒートマス部３４を設け、このヒートマス部３４の露出部分を覆うヒートマスカバー４６を設けるＬＥＤランプ１とした。
この構成により、ＬＥＤ１０の発熱を円板部３０を通じてヒートマス部３４に導き効率良く処理し、なおかつ、ヒートマス部３４に接触したときの安全性を確保できる。
特に、ヒートマスカバー４６が、電気絶縁性、及びヒートマス部３４よりも低熱伝導率を有することで接触時の感電、及び火傷を防止できる。

なお、上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に変形及び応用が可能である。

１ ＬＥＤランプ
２ 基体
２Ａ 先端部（一端部）
６ 口金
１０ ＬＥＤ（発光素子）
１６ 取付ベース部材
１８ 凹面反射鏡
１８Ａ 先端開口
１８Ｂ 底部開口
２０ フレネルレンズ（レンズ）
３０ 円板部（ベース部）
３４ ヒートマス部
４２ ネック部
４４ 反射面
４６ ヒートマスカバー
６０ 基材
６２ 外周面
Ｋ 中心軸

Claims (3)

1. 外周面が光拡散性を有する透明な基材で形成され、当該基材の内周面に全面に光透過性を有した誘電多層膜から成るダイクロイック膜を設けて反射面を形成し、底部開口にネック部を有した凹面反射鏡と、
   前記凹面反射鏡の先端開口を塞ぐレンズと、
   当該凹面反射鏡の底部開口に配置されて光を放射する表面実装型の発光素子と、
   前記凹面反射鏡、及び前記発光素子が表側に設けられ、前記発光素子のヒートシンク及びヒートマスとして機能する取付ベース部材と、
   前記取付ベース部材の裏側に一端部が配置される基体と、を備え、
   前記取付ベース部材は、
   ベース部と、
   当該ベース部の主表面に設けられ上面が前記底部開口に位置し当該上面に前記発光素子が嵌め込まれる台座部と、
   前記基体より周方向に突出させた縁部に当該縁部の全周に亘って設けられたヒートマス部と、を一体に備え、
   前記ヒートマス部は、前記基体の外周面に沿って上下に延び、
   前記ネック部は、前記台座部と前記ヒートマス部とで形成される溝に入り、前記凹面反射鏡の略全面を側方に露出させた状態で配置し、
   前記ヒートマス部には、当該ヒートマス部の露出部分を覆うヒートマスカバーを設け、
   前記ヒートマスカバーが、電気絶縁性、及び前記ヒートマス部よりも低熱伝導率を有し、１．５ｍｍ〜４ｍｍの厚みでインサート成形により設けられている
   ことを特徴とするランプ。
2. 前記ヒートマス部は、上端部が前記ネック部と同程度の高さを限度に延び、前記ネック部から上に形成された前記反射面から側方に透過される透過光を遮断することがない位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のランプ。
3. 前記レンズは、フレネルレンズであることを特徴とする請求項１又は２に記載のランプ。

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