JP5818008B2 - 照明器具 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、発光ダイオード(以下、LEDと称する。)等の発光素子を用いた照明器具に関する。
近時、LEDの高出力化、高効率化に伴い、光源としてLEDを用いた屋内又は屋外で使用される低消費電力、長寿命化が期待できる照明器具が開発されている。このような照明器具は、LEDを基板に複数実装して所定の明るさを得るようにしたものであり、例えば、天井面等に取付けられるシーリングライトとして用いられている。
一方、LED等の発光素子は、発光時、その温度が上昇するに従い、光の出力が低下し、耐用年数も短くなる。このため、LEDやEL素子等の固体発光素子を光源とする照明器具にとって、耐用年数を延したり発光効率等の特性を改善したりするために、発光素子の温度が上昇するのを抑制することが必要である。
従来、LEDを光源とする照明器具において、LEDを支持する隣り合う金属板を、互いに離間した状態で配置したものが知られている。
特開2008−124008号公報
しかしながら、上記従来の照明器具においては、格別に金属板を設けて配置するものであり、コストアップを招くとともに、製造工程が複雑化する可能性がある。
本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、配線パターン層を有効に利用して、発光素子の温度上昇を抑制できる照明器具を提供することを目的とする。
本発明の実施形態による照明器具は、取付面に設置された配線器具に対向して略中央部に開口が形成された器具本体と、前記開口の周囲に配設された基板と、この基板に実装され、半径の異なる略同心円又は大きさの異なる中心を略同じくする多角形の周上に複数の列をなして並べられた主光源としての発光素子と、前記基板に形成されるとともに、前記発光素子におけるアノード側の電極が接続される領域及びカソード側の電極が接続される領域が形成された配線パターン層と、前記同一基板に実装され、前記複数の列のうち、内周側の列に並べられた主光源としての発光素子より内側に配置された補助光源としての発光素子と、前記主光源としての発光素子及び補助光源としての発光素子を点灯制御するとともに前記基板と電気的に接続される電源供給側である点灯装置とを備えている。
本発明の実施形態によれば、配線パターン層を有効に利用して、発光素子の温度上昇を抑制できる照明器具を提供することが可能となる。
本発明の実施形態に係る照明器具を示す斜視図である。 同照明器具を示す断面図である。 同照明器具においてセード及び発光装置カバーを取外して下方から見て示す平面図である。 同照明器具における基板を示し、部分的に切欠いて配線パターン層を示す平面図である。 図4中、配線パターン層を拡大して示す平面図である。
以下、本発明の実施形態について図1乃至図5を参照して説明する。図1乃至図3は、照明器具を示し、図4及び図5は、発光装置における基板を示している。各図においてリード線等による配線接続関係は省略して示している。なお、同一部分には同一符号を付し、重複した説明は省略する。
本実施形態の照明器具は、装置取付面に設置された配線器具としての引掛けシーリングボディに取付けられて使用される一般住宅用のものであり、基板に実装された複数の発光素子を有する発光装置から放射される光によって室内の照明を行うものである。
照明器具は、器具本体1と、発光装置2と、点灯装置3と、取付部4と、セード5と、間接光光源部6とを備えている。また、器具取付面としての天井面Cに設置された引掛けシーリングボディCbに電気的かつ機械的に接続されるアダプタAと赤外線リモコン送信器Rcとを備えている。このような照明器具は、丸形の円形状の外観に形成され、前面側を光の照射面とし、背面側を天井面Cへの取付面としている。これらの構成要素について順次説明する。
図1乃至図3に示すように、器具本体1は、冷間圧延鋼板等の金属材料の平板から円形状に形成された熱伝導性を有するシャーシであり、略中央部に、後述する取付部4が配置される円形状の開口11が形成されている。この開口11は、円形状の一部が外方に突出して取付部4の外形と略等しい形状に形成されている。
開口11の外周側には、背面側へ突出した突出部や円形環状の凹凸部が形成されている。これら突出部や円形環状の凹凸部は、主としてシャーシに取付けられる部材の取付部位として機能し、また、シャーシの強度を補強する機能や放熱面積を増加する機能を有している。
なお、器具本体1は、本実施形態においては、シャーシが該当するが、ケース、反射板やベースと指称されるものであってもよい。一般的には、発光装置2が直接的又は間接的に配設される部材や部分を意味しており、格別限定的に解釈されるものではない。
発光装置2は、図2及び図3に示すように、基板21と、この基板21に実装された複数の発光素子22とを備えている。基板21は、所定の幅寸法を有した円弧状の2枚の基板21が繋ぎ合わされるように配設されて全体として略サークル状に形成されている。つまり、全体として略サークル状に形成された基板21は、2枚の分割された基板21から構成されている。また、これら分割された基板21の相互はコネクタCnによって電気的に接続されるようになっている。
このように分割された基板21を用いることにより、基板21の分割部で熱的収縮を吸収して基板21の変形を抑制することができる。また、基板部材の材料取りが効率的に行え、コスト的に有利であるとともに、部材が小形化されるので取扱いが容易となる。さらに、分割された基板21は、部品として共通化が可能となる。
なお、複数に分割された基板21を用いることが好ましいが、略サークル状に一体的に形成された一枚の基板を用いるようにしてもよい。
基板21は、絶縁材であるガラスエポキシ樹脂基板(FR−4)やガラスコンポジット基板(CEM−3)の平板からなり、表面側には銅箔によって配線パターン層が形成されている。発光素子22は、この配線パターン層に電気的に接続されるようになっている。また、配線パターン層の上、つまり、基板21の表面には反射層として作用する白色のレジスト層が施されている。
なお、基板21の材料は、絶縁材とする場合には、セラミックス材料又は合成樹脂材料を適用できる。さらに、金属製とする場合は、アルミニウム等の熱伝導性が良好で放熱性に優れたべース板の一面に絶縁層が積層された金属製のべース基板を適用できる。
発光素子22は、LEDであり、表面実装型のLEDパッケージである。このLEDパッケージが複数個サークル状の基板21の周方向に沿って、複数列、本実施形態では、半径の異なる略同心円の周上に、内周側及び外周側の2列に亘って実装されている。これら複数の発光素子22は、主光源として機能するものであり、LEDパケージには、発光色が昼光色Dのものと電球色Lのものとが用いられており、これらが交互又は混在して並べられていて、各列の隣接する発光素子22は所定の間隔を空けて配設されている。
また、発光素子22は、外形的には、略直方体形状をなしており、その長辺が周方向に沿うように並べられて配設されている。
なお、発光素子22が実装される略同心円の周上とは、多少の周上のずれ、すなわち、隣接する発光素子22間における半径方向のずれを許容するものである。
また、基板21(図3中、右側の基板)には、補助光源として常夜灯用の発光素子22aが実装されている。この発光素子22aは、前記複数の列のうち、内周側の列に並べられた主光源としての発光素子22より内側に配置されている。さらに、補助光源としての発光素子22aの近傍には、発光素子22aを点灯制御する抵抗素子RやコンデンサCが実装されている。
この発光素子22aは、電球色Lのものが用いられている。また、この発光素子22aを主光源の発光素子22と同じ仕様のLEDパッケージを用いることにより、部材の共通化を図ることができる。
図4の参照を加えて示すように、LEDパッケージは、SMD(surface mount device)のパッケージであり、概略的にはセラミックスや合成樹脂で形成されたケースボディーと、このケースボディー内に接合部材で固定され配設されたLEDチップと、このLEDチップを封止するエポキシ系樹脂やシリコーン樹脂等のモールド用の透光性樹脂とから構成されている。また、ケースボディーからは、アノード側の電極Aeとカソード側の電極Ceとが導出して設けられていて、このアノード側の電極Aeとカソード側の電極Ceとは、金ワイヤによってLEDチップに接続されている。
LEDチップは、青色光を発光する青色のLEDチップである。透光性樹脂には、昼光色Dや電球色Lの白色系の光を出射できるようにするために黄色や赤色系の蛍光体が混入されている。
このようなLEDパッケージのアノード側の電極Aeとカソード側の電極Ceとが配線パターン層21aに半田付けされて実装されるようになっている。
次に、図4及び図5を参照して発光装置2の構成を詳細に説明する。図4及び図5は、分割された基板21において部分的に切欠いて配線パターン層21aを示しており、図5は、配線パターン層21aの部分を拡大した状態を示している。
まず、図4に示すように、基板21は、絶縁性を有する表面上に配線パターン層21aが積層され、さらに、その上に反射層21bが積層されて形成されている。そして、基板21には、2列に亘って発光素子22である表面実装型のLEDパッケージが複数個実装されている。LEDパッケージは、外形的には、略直方体形状をなしていて、一方の短辺側にアノード側の電極Aeが設けられており、他方の短辺側にカソード側の電極Ceが設けられている。なお、説明上、カソード側の電極Ce側の短辺を太線で示している。
配線パターン層21aは、銅箔のパターンがエッチングによって形成されていて、基板21の表面上を略全面に亘って覆うように形成されている。
配線パターン層21aは、発光素子22の実装個数に対応して複数のブロックに線状の絶縁領域iによって区画されていて、発光素子22のアノード側の電極Ae及びカソード側の電極Ceがブロック間の比較的狭い線状の絶縁領域iを跨って接続されるようになっている。
配線パターン層21aは、発光素子22に電力を供給する電気的導通路であるとともに、発光素子22から発生する熱を拡散するヒートスプレッダとしての機能を有している。
基板21における配線パターン層21aの上に反射層21bが形成されている。反射層21bは、各発光素子22が実装され電極Ae、Ceが接続される部分やコネクタが接続される部分を除いて略全面に亘って形成されている。つまり、各発光素子22が実装され電極Ae、Ceが接続される部分やコネクタが接続される部分は、配線パターン層21aが表面上に露出する状態となっている。
反射層21bは、具体的には、白色のフォトソルダータイプのレジストインキ材料を用いて形成したものであり、光の反射率が良好な白色のレジスト層である。このレジスト層は、膜厚寸法が約40μmに形成されている。
図5は、配線パターン層21aに発光素子22(点線で示している)が実装された場合の位置関係を示している。図5に示すように、線状の絶縁領域iによって区画された複数のブロック間において、比較的狭い線状の絶縁領域iを跨って発光素子22のアノード側の電極Ae及びカソード側の電極Ceが配線パターン層21aに半田付けされて接続されている。
より詳しくは、発光素子22のアノード側の電極Aeが接続される配線パターン層21a側の領域Saよりカソード側の電極Ceが接続される配線パターン層21a側の領域Scの方の面積が広くなるように形成されている。つまり、Sa<Scの関係となるように形成されている。
この種、発光素子22は、発光時、主としてカソード側に熱が発生し、カソード側の電極Ceの温度が高くなる。このため、カソード側の電極Ceが接続される配線パターン層21a側の領域Scを広くすることにより、発生した熱を広い面積で効果的に拡散し、放熱させて発光素子22の温度上昇を抑制することが可能となる。
なお、発光素子22のアノード側の電極Aeが接続される配線パターン層21a側の領域Saと、カソード側の電極Ceが接続される配線パターン層21a側の領域Scとは、領域Scが広くなるように形成できれば、その形状等は格別限定されるものではない。
また、内周側の列に並べられる主光源としての発光素子22が実装される配線パターン層21aの内側には、補助光源としての発光素子22a、抵抗素子RやコンデンサCが実装される配線パターン層21aが線状の絶縁領域iによって区画されて複数のブロックに形成されている。
このように、補助光源としての発光素子22aの配線パターン層21aを内周側の列に並べられる発光素子22が実装される配線パターン層21aの内側に形成するようにしたので、配線パターン層21aを形成する領域を所定の余裕をもって確保することが可能となり、例えば、ヒートスプレッダとして機能する配線パターン層21aの面積を広く確保しつつ接続することが可能となる。
仮に、補助光源としての発光素子22aの配線パターン層21aを主光源としての発光素子22が実装される配線パターン層21aの列間に形成する場合は、パターンが複雑化し、絶縁領域iが狭くなったり、ヒートスプレッダとして機能する配線パターン層21aの面積を広く確保することが困難となったりする虞が生じる。
上記の補助光源としての発光素子22a関しては、アノード側の電極Aeが接続される配線パターン層21a側の領域Saよりカソード側の電極Ceが接続される配線パターン層21a側の領域Scの方の面積が狭くなるように形成されている。つまり、Sa>Scの関係となるように形成されている。この関係は、主光源としての発光素子22の場合とは逆の関係となっている。
これは、発光素子22aの放熱性の観点からすると、アノード側の電極Aeが接続される配線パターン層21a側の領域Saよりカソード側の電極Ceが接続される配線パターン層21a側の領域Scの方の面積が広くなるように形成することが好ましい。しかしながら、電源供給側である点灯装置3側の設計仕様に合わせて点灯装置3と基板21とをコネクタCn等によって電気的に接続する場合があり、また、補助光源としての発光素子22aは、流れる電流が少なく、発熱量が少ないため、Sa>Scの関係で適応可能となる。
また、本実施形態においては、発光素子22が実装された内周側の列の内側に配線パターン層21aの形成領域を広く確保し、一方、外周側の列の外側に配線パターン層21aの形成領域を広く確保するようになっている。このような配線パターン層21aのパターン化により熱拡散のバランスがよく放熱性を向上することが可能となる。加えて、基板21の内側に比し外側において放熱性が高い傾向となるため、外側の配線パターン層21aの形成領域より内側の配線パターン層21aの形成領域を広く確保し、放熱性の向上を図っている。
なお、発光素子22が実装された内周側の列と外側の列との間に、配線パターン層21aの形成領域を広く確保するようにしてもよい。つまり、内周側の列と外側の列との間を半径方向に広く空けて、配線パターン層21aの形成領域を確保するようにしてもよい。この場合にも放熱性の向上が期待できる。
このように構成された発光装置2は、図2及び図3に示すように、基板21が器具本体1の前面側であって開口11の周囲に位置して、発光素子22の実装面が前面側、すなわち、下方の照射方向に向けられて配設されている。また、基板21の裏面側が器具本体1の内面側に密着するように例えば、ねじ等の固定手段によって取付けられている。したがって、基板21は、装置本体1と熱的に結合され、基板21からの熱が裏面側から器具本体1に伝導され放熱されるようになっている。
図2に示すように、発光装置2の前面側には、発光装置カバー25が配設されている。発光装置カバー25は、例えば、ポリカーボネートやアクリル樹脂等の絶縁性を有する透明合成樹脂からなり、前記発光素子22の配置に沿って略サークル状に一体的に形成されていて、発光素子22を含めて基板21の全面を覆うように配設されている。
したがって、発光素子22から出射される光は、発光装置カバー25を透過するようになる。また、基板21の全面を覆うようになっているので、充電部が発光装置カバー25によって覆われ絶縁性が確保される。
点灯装置3は、図2に示すように、回路基板と、この回路基板に実装された制御用IC、トランス、コンデンサ等の回路部品とを備えている。回路基板は、中央部の周囲を囲むように板状に形成されていて、その表面側に回路部品が実装されている。
回路基板には、アダプタA側が電気的に接続されて、アダプタAを介して商用交流電源に接続される。したがって、点灯装置3は、この交流電源を受けて直流出力を生成し、リード線を介してその直流出力を発光素子22に供給し、発光素子22、22aを点灯制御するようになっている。
このような点灯装置3は、点灯装置カバー35に取付けられ覆われて、装置本体1の背面側に配置されるようになる。この場合、回路基板は、回路部品が前面側(図示上、下方側)に向けられて取付けられる。
点灯装置カバー35は、冷間圧延鋼板等の金属材料によって略四角形の短筒状に形成され、側壁は、前面側に向かって拡開するように傾斜状をなしており、背面壁の中央部には、開口が形成されている。
この点灯装置カバー35は、前面側のフランジがシャーシの突出部に載置され、ねじ止めされて取付けられる。
また、点灯装置カバー35の背面側には、弾性部材36が取付けられている。弾性部材36は、照明器具が器具取付面としての天井面Cに取付けられた状態において、天井面Cとの間に弾性変形を伴って介在するように配設される部材であり、照明器具を天井面Cに確実に保持する作用をなしている。
取付部4は、略円筒状に形成されたアダプタガイドであり、このアダプタガイドの中央部には、アダプタAが挿通し、係合する係合口41が設けられている。このアダプタガイドは、本体1の中央部に形成された開口11に対応して配設されている。
なお、取付部4は、必ずしもアダプタガイド等と指称される部材である必要はない。例えば、本体1等に形成される開口であってもよく、要は、配線器具としての引掛けシーリングボディCbに対向し、アダプタAが係合される部材や部分を意味している。
セード5は、アクリル樹脂等の透光性を有し、乳白色を呈する拡散性を備えた材料から略円形状に形成されており、中央部には円形状の開口51が形成されている。また、セード5の外周部には、セード化粧枠5aが取付けられていて、このセード化粧枠5aは、アクリル樹脂等からなる透明材料から形成されている。
そして、セード5は、発光装置2を含めた本体1の前面側を覆うように本体1の外周縁部に着脱可能に取付けられるようになっている。具体的には、セード5を回動することによって、セード5に設けられたセード取付金具を、装置本体1に設けられたセード受金具に係合することにより取付けられる。
また、セード5を取外す場合には、セード5を取付時とは反対方向に回動して、セード取付金具とセード受金具との係合を解くことにより、取外すことができる。
カバー部材5bは、透明のアクリル樹脂等の材料から円形状に形成されている。このカバー部材5bは、セード5の開口51に対応し、開口51を覆って閉塞するように配設される。
間接光光源部6は、器具本体1の背面側に配設されていて、主として天井面を明るく照らす機能を有している。図2に示すように、間接光光源部6は、取付部4の周囲に位置して複数個配設されており、基板61と、この基板61に実装された複数の発光素子62とを備えている。
基板61は、略長方形状の平板に形成されており、発光素子62は、この基板61の長手方向に沿って直線状に並べられて実装されている。
この発光素子62が実装された基板61が前記点灯装置カバー35の側壁に取付けられている。この場合、点灯装置カバー35は、略四角形に形成されており、基板61は、その側壁における直線状の平坦面に取付けられているので、取付けが安定的に行われることとなる。
また、基板61が取付けられる側壁は、前面側に向かって拡開する傾斜状に形成されているため、基板61は、斜め上方、つまり、天井面方向に向けられることとなり、発光素子62から出射される光は、天井面方向に向かって効果的に照射されるようになる。
さらに、各間接光光源部6は、断面が背面側へ向かって拡開するような傾斜状に形成された透光性のカバー63に覆われるようになっている。
発光素子62は、前記発光装置2と同様に、LEDであり、表面実装型のLEDパッケージであって、発光色が電球色(L)のものが用いられている。そして、発光素子62は、前記発光装置2の電球色(L)の光を発光する発光素子22と同じ仕様のものが用いられている。この発光素子62は、点灯装置3に接続されて点灯制御されるようになっている。
アダプタAは、図2に示すように、天井面Cに設置された引掛けシーリングボディCbに、上面側に設けられた引掛刃によって電気的かつ機械的に接続されるもので略円筒状をなし、周壁の両側には一対の係止部A1が、内蔵されたスプリングによって常時外周側へ突出するように設けられている。この係止部A1は下面側に設けられたレバーを操作することにより没入するようになっている。また、このアダプタAからは、前記点灯装置3へ接続する図示しない電源コードが導出されていて、点灯装置3とコネクタを介して接続されるようになっている。
赤外線リモコン送信器Rcは、例えば、周波数38kHzのパルス状の特定のコード化された赤外線リモコン制御信号を送信するもので、例えば、モード切替えボタン、全光点灯ボタン、調光点灯ボタン、常夜灯ボタンや消灯ボタン等が設けられている。このリモコン送信器Rcを操作することによって発光装置2及び間接光光源部6の照明状態を制御することができる。
次に、照明器具の天井面Cへの取付状態について図2を参照して説明する。まず、予め天井面Cに設置されている引掛けシーリングボディCbにアダプタAを電気的かつ機械的に接続する。照明器具のカバー部材5bを取外した状態において、アダプタガイドの係合口41をアダプタAに合わせながら、アダプタAの係止部A1がアダプタガイドの係合口41に確実に係合するまで装置本体1を弾性部材36の弾性力に抗して下方から手で押し上げて取付け操作を行う。
次いで、カバー部材5bを取付け、引掛けシーリングボディCbに対向するセード5の開口51を覆って閉塞する。
また、照明器具を取外す場合には、カバー部材5bを取外し、アダプタAに設けられているレバーを操作してアダプタAの係止部A1の係合を解くことにより取外すことができる。
照明器具の天井面Cへの取付状態において、点灯装置3に電力が供給されると、基板21の配線パターン層21aを通じて各発光素子22のアノード側の電極Ae及びカソード側の電極Ceに通電され、主光源としての各発光素子22が点灯する。発光素子22から前面側へ出射された光は、発光装置カバー25を透過し、セード5によって拡散され透過されて外方へ照射される。したがって、所定の範囲で下方が照明されるようになる。
これと同時に、間接光光源部6に通電されると、各発光素子62が点灯し、発光素子62から斜め上方に出射された光は、透光性のカバー63を透過し、取付部4の周囲から放射されるように、主として天井面に照射される。したがって、天井面が明るくなり、空間の明るさ感を向上させることができる。
さらに、補助光源としての発光素子22aは、内周側の列に並べられた主光源としての発光素子22より内側に配置されているので、発光面の中央寄りの位置となり、点灯時、常夜灯として効果的に機能させることができる。
一方、発光素子22から発生する熱は、カソード側の電極Ceが接続される配線パターン層21a側の広い面積で形成された領域Scによって拡散され放熱される。
また、基板21の裏面側が本体1と熱的に結合しているため、本体1に効果的に伝導され、本体1の広い面積で放熱されるようになる。
なお、上記実施形態においては、半径の異なる略同心円の周上に複数の列をなして複数の発光素子22を配設したものについて説明したが、大きさの異なる中心を略同じくする多角形、例えば、六角形の周上に複数の列をなして発光素子22を並べるようにしてもよい。
以上のように本実施形態によれば、配線パターン層21aを有効に利用して、発光素子22の温度上昇を抑制できる発光装置2及びこの発光装置2が配設された照明器具を提供することが可能となる。
なお、本発明は、上記実施形態の構成に限定されることなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。また、上記実施形態は、一例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していないものである。
例えば、発光素子は、LEDや有機EL等の固体発光素子が適用でき、この場合、発光素子の個数は特段限定されるものではない。また、照明器具としては、屋内又は屋外で使用される各種照明器具やディスプレイ装置等に適用可能である。
1・・・器具本体、2・・・発光装置、
3・・・点灯装置、4・・・取付部(アダプタガイド)、
5・・・セード、6・・・間接光光源部、
21・・・基板、21a・・・配線パターン層、
22・・・主光源の発光素子(LED)、22a・・・補助光源の発光素子(LED)、Ae・・・アノード側の電極、Sa・・・アノード側の電極が接続される領域、
Ce・・・カソード側の電極、Sc・・・カソード側の電極が接続される領域、
i・・・絶縁領域、A・・・アダプタ、
C・・・器具取付面(天井面)、Cb・・・配線器具(引掛けシーリングボディ)

Claims (1)

  1. 取付面に設置された配線器具に対向して略中央部に開口が形成された器具本体と;
    前記開口の周囲に配設された基板と;
    この基板に実装され、半径の異なる略同心円又は大きさの異なる中心を略同じくする多角形の周上に複数の列をなして並べられた主光源としての発光素子と;
    前記基板に形成されるとともに、前記発光素子におけるアノード側の電極が接続される領域及びカソード側の電極が接続される領域が形成された配線パターン層と;
    前記同一基板に実装され、前記複数の列のうち、内周側の列に並べられた主光源としての発光素子より内側に配置された補助光源としての発光素子と;
    前記主光源としての発光素子及び補助光源としての発光素子を点灯制御するとともに前記基板と電気的に接続される電源供給側である点灯装置と;
    を具備することを特徴とする照明器具
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