JP5762181B2 - Led照明ユニット - Google Patents
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Description
LEDパッケージが配置されるLED配置領域の略中央の中央領域に配置され、それぞれが所定の定格出力を有する複数のLEDパッケージの一群からなる中央領域LED群と、
前記LED配置領域において前記中央領域LED群が配置される前記中央領域を囲むように前記中央領域の外側に配置され、前記中央領域LED群に属するどのLEDパッケージよりも定格出力の小さい複数のLEDパッケージからなる一群と、前記中央領域LED群に属するどのLEDパッケージよりも定格出力の大きい複数のLEDパッケージからなる一群とのいずれかの一群からなる外側領域LED群と
を備えたことを特徴とする。
図1、図2を参照して実施の形態1を説明する。実施の形態1は、LEDパッケージの配置領域における中央部分(中央領域)と、中央部分の外側領域である外周部分とで、LEDパッケージの配置密度を変えた照明ユニット(照明器具あるいは器具ともいう)に関する。照明ユニットにおいて、中央部分とその外周部分とでLED配置密度を変えたので、配光特性の調整が容易になる。
図1は、長方形型の器具101〜103(直管型器具)を示す図である。図1(a),(b)は、LEDパッケージ10を均一配置する器具101を示している。(a)は器具において複数のLEDパッケージ10が配置された様子を示す下面図であり、(b)は(a)の模式的なA−A断面図である。
図1(c)〜(f)は、LED配置領域において、中央領域と、中央領域の外周領域(外側領域)とで、LEDパッケージ10の実装密度が異なる器具102を示している。(c)は、前記(a)と同様の下面図である。(d)、(e)、(f)はそれぞれ、LEDモジュール21,22,23のLED配置状態を示している。器具102では、LEDモジュール21,22,23を用いている。LEDモジュール21、22,23は、それ自身はLEDパッケージのLED配置密度は均一であるが、他のモジュール同士でのLED配置密度が異なっている。器具102では、LEDモジュール21を2台、LEDモジュール22を1台、LEDモジュール23を2台使用することで、LED配置領域(符号102の指す太枠内)において、中央領域と、外周領域とのLED配置密度を異なるものとしている。
図1(g)〜(j)は、器具102と同様に、中央領域と外周領域とで、LEDパッケージ10の実装密度が異なる器具103を示している。器具103は、器具102に比べ、全体のLED実装密度が小さい器具である。(g)は、前記(a)と同様の下面図である。(h)、(i)、(j)はそれぞれ、LEDモジュール24,25,26のLED配置状態を示している。LEDモジュール24,25,26は、それぞれLEDモジュール21〜23に対応し、LEDモジュール21〜23に比べて、LED実装密度が小さくなっている。器具103では、LEDモジュール24を2台、LEDモジュール25を1台、LEDモジュール26を2台使用することで、LED配置領域において、中央領域と、外周領域とのLED配置密度を異なるものとしている。
図1では長方形型の器具102,103を説明したが、図2を参照して円形型器具の場合を説明する。
図2は、LEDパッケージの実装密度を変えた円形型器具104〜106を示す図である。
図3〜図7を参照して実施の形態2を説明する。実施の形態2は、LEDパッケージの定格出力が異なる場合を説明する。実施の形態2は、LED照明ユニットにおいて、LEDパッケージの配置に関し、中央部分とその外周部分とで、LEDの定格を変えた場合を説明する。
以下の実施の形態では、LEDパッケージを四角の図形と、丸の図形とで表す場合がある。四角の図形で示すLEDパッケージは、丸で示すLEDパッケージよりも定格出力の高い(高出力)LEDパッケージであることを示す。定格(以下、定格というときは定格出力を意味する)の高い側のLEDを高W(四角の図形)、定格の低い側のLEDを低W(丸の図形)とも表記する。
図3は、長方形型の器具202,203を示す。
図4は、円形型器具204〜206を示す。
図3(a)の器具202は、図1(c)の器具102に対応する。器具202のLEDモジュール21H,22L,23Hは、器具102のLEDモジュール21,22,23と同じLED配置である。異なるのは、LEDモジュール21H,23H(外側領域LED群)に使用されるLEDパッケージは、LEDモジュール22L(中央領域LED群)に使用されるLEDパッケージの定格に対して、高い(高出力)ことである。同様に図3(b)の器具203は、図1(g)の器具103に対応する。器具203のLEDモジュール24H,25L,26Hは、器具103のLEDモジュール24,25,26と同じLED配置である。異なるのは、LEDモジュール24H,26Hに使用されるLEDパッケージは、LEDモジュール25Lに使用されるLEDパッケージの定格に対して、高い(高出力)ことである。
図4(a)〜(c)の器具204〜206は、図2(a)〜(c)の器具104〜106に対応する。すなち、器具204〜206は、LED配置は器具104〜106と同じであるが、中央部のLEDモジュール27Lに使用されるLEDパッケージの定格が、中央部のLEDモジュール27Lの外側に配置されるLEDパッケージの定格に対して、低い(低出力)ことである。
図6は、実施の形態2の器具207を示す図である。図6(a)は、複数のLEDパッケージが配置された様子を示す下面図である。図6(b)は図6(a)の模式的なB−B断面部である。図6(c)は器具207の配光特性図である。器具207は(a)に示すように、中央部分に高WのLEDパッケージを配置し、その外側外周に低WのLEDパッケージを配置している。図6の器具207のように、外周部分のLED定格を下げると、中央部分の光束が相対的に高まるので、配光特性がより鋭角的になる。このように、LED照明ユニットにおいて、LEDの配置を中央部分に対して、その外周部分の定格を下げたので、鋭角な配光特性を持った照明ユニットを提供できる。
図7は、器具208を示す図である。図7の器具208は、図6の器具207に対して、LED配置は同じであるが、低W、高WのLEDが反対になっている。すなわち、器具208では中央部分が低W、外側外周領域が高Wである。図7では、それぞれ、(a)〜(c)が、図6の(a)〜(c)に対応する。図7のように、外周部の定格を上げると、相対的に中央部分の光束が下がり、広範囲にわたり均一な配光特性が得られるようになる。
図8〜図12を参照して、実施の形態3を説明する。以下の実施の形態3では、LEDパッケージの熱容量(あるいはLEDパッケージの定格)と、そのLEDパッケージがはんだ付けによって電気的に接続されるランドの熱容量との関係を説明する。
これを式で表現すれば、
CLED(高W)+CLAND(高W)≒CLED(低W)+CLAND(低W)
である。ここで、
CLED(高W):高WのLEDパッケージの熱容量を示す。
CLAND(高W):高WのLEDパッケージに使用されるランドの熱容量を示す。
低Wの表記についても同様である。
図8を参照して、高W(高熱容量)のLEDパッケージ用ランドより、低W(低熱容量)LEDパッケージ用ランドの総面積を大きくした場合を説明する。
すなわち、
CLED(高W)>CLED(低W)
の条件の下で、
低W(低熱容量)LEDパッケージ用ランドの総面積(そのランド材の総質量)を、高W(高熱容量)のランドよりも大きくすることで、
CLAND(高W)<CLAND(低W)
とする。高WのLEDパッケージ用ランドの熱容量CLAND(高W)より、低WのLEDパッケージ用ランドの熱容量CLAND(低W)を大きくするには、そのランド材の質量を高Wのランドのランド材の質量よりも多くすればよく、低WのLEDパッケージ用のランドについては基板内層にランドを設けたり、裏面にランドを設けたり、ランド面積を大きくしたりする。
(a)は、高WのLEDパッケージ(低Wよりも高熱容量)を、高W用のランド(高熱容量用ランド)に接続する場合を示している。
(b)は、低WのLEDパッケージ(高Wよりも低熱容量)を、低W用のランドに接続する場合の、ランドの構成を示している。(b)では、ランド熱容量CLAND(低W)を高Wのランドよりも大きくするために、内層ランドやスルーホールを追加して設ける場合を示している。
(c)では、ランド熱容量CLAND(低W)を大きくするため、ランドの面積を増やす場合を示している。
(d)では、ランド熱容量CLAND(低W)を大きくするため、裏面ランドを追加する場合を示している。
LEDモジュールの中央部分と外周部分で、異なる熱容量のLEDパッケージを実装したLED照明ユニットにおいて、小さい熱容量のLEDパッケージに実装する部分のランド(パターン)の熱容量より大きい熱容量のLEDパッケージに実装する部分のランド(パターン)の熱容量を小さくする。すなわち、高W、低Wという見方からLEDパッケージの熱容量の大小という見方に変えると、LEDパッケージの熱容量の大小と、ランドの熱容量の大小との関係を次のようにする。
すなわち、
CLED(高熱容量LED)>CLED(低熱容量LED)
の条件の下で、低熱容量LEDパッケージ用ランドの総面積を大きくすることで、
CLAND(高熱容量LED)<CLAND(低熱容量LED)
とする。高熱容量LEDのLEDパッケージ用ランドの熱容量CLAND(高熱容量LED)より、低熱容量LEDのLEDパッケージ用ランドの熱容量CLAND(低熱容量LED)を大きくするには、図8と同様に、低熱容量LEDのLEDパッケージ用のランドについて、基板内層にランドを設けたり、裏面にランドを設けたり、ランド面積を大きくしたりする。
図9、図10を参照して、互いに定格の異なる複数のLEDパッケージが実装される場合を説明する。低WのLEDパッケージを実装するランドの大きさ(熱容量)は、実装する最も大きな定格のLEDパッケージが必要とするランド(パターン)の大きさ(熱容量)よりも大きくする。図9は、このことを説明するための図である。図9に示すように、異なる定格のLEDパッケージを実装したLEDモジュール基板において、LEDモジュール基板の各ランドの熱容量CLANDは、実装されている最大定格のLEDパッケージに必要なランド(パターン)の熱容量CLAND(最大定格LED)以上とする。
すなわち、任意の各ランドの熱容量CLANDは、
CLAND≧CLAND(最大定格LED)
とする。
具体的には、
CLAND(最大定格より小さい定格LED)>CLAND(最大定格LED) (式1)
とするため、最大定格LEDパッケージより小さな定格のLEDパッケージを実装するランド(パターン)は、最大定格LEDパッケージのランド(パターン)より、大きく(ランド材の質量を多く)する。これによって、はんだづけ品質を均一にでき、さらに信頼性の高いLEDモジュール基板を製造することができるから高品質な照明器具を提供することができる。
図11、図12を参照して、「互いに熱容量の異なる複数のLEDパッケージの実装の場合」を説明する。低熱容量のLEDパッケージを実装するランドの大きさ(熱容量)は、実装する最大熱容量のLEDパッケージが必要とするランド(パターン)(熱容量)より大きくする。
図11は、このことを説明するための図である。図11に示すように、異なる熱容量CLEDのLEDパッケージを実装したLEDモジュール基板において、LEDモジュール基板の各ランドの熱容量CLANDは、実装した最大の熱容量CLEDMAXを持つLEDパッケージの必要なランド(パターン)の熱容量CLAND(最大熱容量LED)以上とする。
すなわち、任意の各ランドの熱容量CLANDは、
CLAND≧CLAND(最大熱容量LED)
とする。
具体的には、
CLAND(最大熱容量より小さい熱容量LED)>CLAND(最大熱容量LED)
とするため、最大熱容量を持つLEDパッケージより小さな熱容量を持つLEDパッケージを実装するランド(パターン)は、最大熱容量を持つLEDパッケージのランド(パターン)より大きくする。これによって、はんだづけ品質を均一にでき、さらに信頼性の高いLEDモジュール基板を製造することができ、高品質な照明器具を設計できる。
図13〜図15を参照して実施の形態4を説明する。実施の形態4は、LEDパッケージ実装面に実装されたLEDパッケージ10の透過光が関数Y=1/COS4θの配光特性を持つように、後述の図13に示すフィルタ300を、LEDパッケージを実装したLEDモジュール(LEDパッケージ実装面)の前面に対向するように配置する。フィルタ300を用いることにより、安価で均斉度を1に近づけた照明器具を製造するこができる。よって、照明環境内の照度を均一にする効果がある。
具体的には、透過光が関数Y=1/COS4θの配光特性を持つようなフィルタ300は、アクリル樹脂やポリカーボネート樹脂などのプラスチックにドット印刷などを施すと容易にフィルタを作成できる。印刷する際には、解像度は細かいほど良いが、300dpi(dots per inch)程度の印刷で行えば充分効果ある。以下に説明するフィルタ300では、フィルタ300におけるドット印刷の位置を、器具内部、すなわちLEDモジュール側の面としている。このようにすることによって、外部からの衝撃に対して印刷面が傷つきにくくなるので、器具の配光特性が永続的に維持される。もちろん、そこまでの効果を期待できなくても、器具外側に印刷を行っても良い。
図15は、LEDパッケージに1/COS4θ特性フィルタを印刷した例である。図15のLEDパッケージ上の模様がフィルタ特性のための印刷を示す。図15のように、LEDパッケージの光が照射される方向に1/COS4θ特性フィルタを印刷することによって、LEDパッケージを器具1台に1つだけ使用するタイプの照明器具においても、配光特性を均等配光にすることができる。特に宝飾品等の小型スポットライト等に使用すれば、輝度むらのない照明を実現できる。
図16を参照して、光反射部材を説明する。図16では、配光特性を補正するフィルタ300の内側にアルミや銀などの蒸着等を行い、透過しない光の反射率を高める部材(光反射部材)を塗布する場合を示す。
図16ではフィルタ300にアルミなどを蒸着して光反射部材を形成したが、配光特性を補正するフィルタ300の内側(照明ユニットとこれに対向するフィルタ300の面との間)に、光の反射率を高める部品である光反射器を取り付ける。
Claims (7)
- LEDパッケージが配置されるLED配置領域の略中央の中央領域に配置され、それぞれが所定の定格出力を有する複数のLEDパッケージの一群からなる中央領域LED群と、
前記LED配置領域において前記中央領域LED群が配置される前記中央領域を囲むように前記中央領域の外側に配置され、前記中央領域LED群に属するどのLEDパッケージよりも定格出力の小さい複数のLEDパッケージからなる一群と、前記中央領域LED群に属するどのLEDパッケージよりも定格出力の大きい複数のLEDパッケージからなる一群とのいずれかの一群からなる外側領域LED群と
を備え、
前記中央領域LED群に属する前記LEDパッケージと、前記外側領域LED群に属する前記LEDパッケージとは、
いずれも、配線パターンを示す対応するランドに半田付けされると共に、前記LEDパッケージの熱容量と、前記LEDパッケージが半田付けされる対応するランドの熱容量との合計の熱容量が、略等しいことを特徴とするLED照明ユニット。 - 前記中央領域LED群に属する前記LEDパッケージと、前記外側領域LED群に属する前記LEDパッケージとは、
前記LEDパッケージ自体の定格出力が小さいほど、半田付けされる対応する前記ランドの熱容量が大きいことを特徴とする請求項1に記載のLED照明ユニット。 - 前記中央領域LED群に属する前記LEDパッケージと、前記外側領域LED群に属する前記LEDパッケージとは、
前記LEDパッケージ自体の定格出力が小さいほど、半田付けされる対応する前記ランドの使用質量が大きいことを特徴とする請求項2に記載のLED照明ユニット。 - 前記中央領域LED群に属する前記LEDパッケージと、前記外側領域LED群に属する前記LEDパッケージとは、
前記LEDパッケージ自体の熱容量が小さいほど、半田付けされる対応する前記ランドの熱容量が大きいことを特徴とする請求項1に記載のLED照明ユニット。 - 前記中央領域LED群に属する前記LEDパッケージと、前記外側領域LED群に属する前記LEDパッケージとは、
前記LEDパッケージ自体の熱容量が小さいほど、半田付けされる対応する前記ランドの使用質量が大きいことを特徴とする請求項4に記載のLED照明ユニット。 - 前記中央領域LED群の前記LEDパッケージの配置密度と、前記外側領域LED群の前記LEDパッケージの配置密度とは、
異なることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のLED照明ユニット。 - 前記中央領域LED群は、
略均一な配置密度で同じ型の複数のLEDパッケージが配置された1以上のLEDモジュールからなり、
前記外側領域LED群は、
略均一な配置密度で同じ型の複数のLEDパッケージが配置された1以上のLEDモジュールからなることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載のLED照明ユニット。
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