JP5971163B2

JP5971163B2 - 照明装置

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Publication number: JP5971163B2
Application number: JP2013057374A
Authority: JP
Inventors: 北村　紀之; 紀之北村; 大武　寛和; 寛和大武; 高橋　雄治; 雄治高橋; 博赤星; 勲阿部; 健一浅見; 松永　啓之; 啓之松永
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2013-03-19
Filing date: 2013-03-19
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2033-03-19
Also published as: JP2014182964A; CN104061461A

Description

本発明の実施形態は、照明装置に関する。

電源内蔵型の照明装置において、小型化と共に高い放熱性が望まれる。一方、照明装置において、高効率で動作させるために高周波動作のコンバータを用いると、ノイズが発生し易い。

特開２０１１−１１９２３７号公報特開２０１２−０５４１８１号公報

本発明の実施形態は、高放熱性で低ノイズの照明装置を提供する。

本発明の実施形態によれば、光源と、第１筐体と、インタフェース部と、第１放熱材と、第２筐体と、コンバータ部と、第２放熱材と、を含む照明装置が提供される。前記インタフェース部は、前記第１筐体中に設けられ、前記光源を制御するための低周波数の第１信号が入力され前記第１信号に基づく低周波数の第２信号を出力する。前記第１放熱材は、前記第１筐体と前記インタフェース部とに接する。前記第２筐体は、前記第１筐体と離間する。前記コンバータ部は、前記第２筐体中に設けられ、前記第２信号に基づく信号が入力され、前記光源に供給される電流を前記第２信号に基づく前記信号に応じて制御し、前記第１信号の周波数よりも高い周波数で動作する。前記第２放熱材は、前記第２筐体と前記コンバータ部とに接し前記第１放熱材と離間する。

本発明の実施形態によれば、高放熱性で低ノイズの照明装置が提供される。

第１の実施形態に係る照明装置を例示する模式的断面図である。第１の実施形態に係る照明装置を例示する回路図である。第２の実施形態に係る照明装置を例示する模式的断面図である。

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る照明装置を例示する模式的断面図である。
図１に表したように、実施形態に係る照明装置１１０は、光源４０と、第１筐体１０と、第２筐体２０と、インタフェース部１１と、コンバータ部２１と、第１放熱材１２と、第２放熱材２２と、を含む。

この例では、複数の光源４０が設けられている。光源４０の数は、１でも良く、２以上でも良い。光源４０には、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの半導体発光素子が用いられる。光源４０は、例えば、ＬＥＤチップと、ＬＥＤチップから放出される光の少なくとも一部を吸収して、その光の波長とは異なる波長の光を放出する波長変換層（例えば蛍光体層）と、を含んでも良い。光源４０から出射する光の色は任意である。

この例では、電極層４２を有する光源基板４１が設けられる。電極層４２の上に、光源４０が用いられる。光源基板４１には、例えば、ガラスエポキシ樹脂基板、または、セラミック基板等が用いられる。

第２筐体２０は、第１筐体１０と離間している。この例では、第２筐体２０は、光源４０と第１筐体１０との間に設けられる。この例では、第１筐体１０と第２筐体２０との間に、中間部３０が設けられる。中間部３０により、第１筐体１０と第２筐体２０とが離間される。中間部３０は、第１筐体１０と第２筐体２０とを分離する分離層として機能する。

中間部３０は、第１筐体１０と第２筐体２０とを固定させる。中間部３０は、第１筐体１０と第２筐体２０との相対的な位置を固定する。例えば、第１筐体１０と中間部３０とが固定され、第２筐体２０と中間部３０とが固定される。これらの固定には、例えば、ねじなどの固定部材や、接着剤などや、機械的噛合構造などが用いられる。これらを組み合わせて用いても良い。

中間部３０は、第１筐体１０と第２筐体２０との間の空間を充填しても良い。中間部３０に、空隙が設けられても良い。すなわち、中間部３０は、第１筐体１０と第２筐体２０との間に形成される空隙部分と、第１筐体１０と第２筐体２０との間に設けられる部材部分と、を含んでも良い。

第１筐体１０及び第２筐体２０には、例えば、金属が用いられる。中間部３０には、絶縁材料が用いられる。中間部３０には、例えば、樹脂材料が用いられる。

インタフェース部１１は、第１筐体１０中に設けられる。インタフェース部１１には、光源４０を制御するための低周波数の信号（第１信号）が入力される。インタフェース部１１は、その信号（第１信号）に基づく低周波数の信号（第２信号）を出力する。インタフェース部１１は、低周波動作を行う低周波回路部である。第１信号の周波数は、例えば１５０Ｈｚ以下である。第１信号の周波数は、例えば、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚである。インタフェース部１１においては、例えば、光源４０を位相制御によって制御するための、位相信号の位相角の検出が行われても良い。

第１放熱材１２は、第１筐体１０とインタフェース部１１とに接する。第１放熱材１２は、例えば、第１筐体１０とインタフェース部１１と熱的に結合する。第１放熱材１２の少なくとも一部は、例えば、第１筐体１０とインタフェース部１１との間の空間に充填される。第１放熱材１２は、絶縁性である。第１放熱材１２には、例えば、シリコーン樹脂が用いられる。第１放熱材１２は、例えば、ポッティング材である。

コンバータ部２１は、第２筐体２０中に設けられる。例えば、コンバータ部２１は、インタフェース部１１と離間する。コンバータ部２１は、インタフェース部１１から出力される信号（第２信号）に基づく信号（第３信号）が入力される。コンバータ部２１は、光源４０に供給される電流を、第２信号に基づく信号（第３信号）に応じて制御する。コンバータ部２１は、上記の第１信号の周波数よりも高い周波数で動作する。コンバータ部２１は、例えば、高周波動作回路部である。コンバータ部２１には、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路が用いられる。コンバータ部２１における動作の周波数は、例えば、５００ＫＨｚ以上５００ＭＨｚ以下である。１００ｋＨｚ以上１０ＭＨｚ以下でも良い。

第２放熱材２２は、第２筐体２０とコンバータ部２１とに接する。第２放熱材２２は、例えば、第２筐体２０とコンバータ部２１とを熱的に結合する。第２放熱材２２の少なくとも一部は、例えば、第２筐体２０とコンバータ部２１との間の空間を充填する。第２放熱材２２は、例えば、第１放熱材１２と離間する。第２放熱材２２は、絶縁性である。第２放熱材２２には、例えば、シリコーン樹脂が用いられる。第２放熱材２２は、例えば、ポッティング材である。

この例では、第１配線１５及び第２配線２５が設けられる。第１配線１５は、インタフェース部１１とコンバータ部２１とを電気的に接続する。第２配線２５は、コンバータ部２１と光源４０とを電気的に接続する。

本願明細書において、電気的に接続される状態は、複数の導体が直接的に接する状態、複数の導体が別の導体により接続される状態、及び、複数の導体が電気回路を介して接続され、複数の導体に電流が通電される状態が形成可能な状態を含む。この電気回路は、各種のスイッチ機能を有する回路を含む。

この例では、光源４０を覆う光透過性部材８０が設けられる。
本実施形態に係る照明装置１１０は、例えば電源内蔵型の照明装置である。本実施形態によれば、高放熱性で低ノイズの照明装置が提供できる。

例えば、１つの筐体の中に、低周波回路のインタフェース部１１と、高周波回路のコンバータ部２１と、を設ける参考例においては、コンバータ部２１で生じる高周波ノイズが、インタフェース部１１に伝達し、インタフェース部１１の動作に悪影響を与える。参考例においては、ノイズを低減することが困難である。高周波ノイズは、例えば、電源に伝達され、例えば、各種の回路の動作を不安定にさせる。参考例においては、電源にノイズが流出し易い。

さらに、この参考において、これらの回路部の熱を放熱させるために、放熱材によりこれらの回路部と筐体とを熱的に結合させると、放熱材を介して、高周波ノイズがインタフェース部１１にさらに伝達し易くなる。放熱材を介したノイズの伝達は、容量結合による伝達も含まれる。放熱材を使用しないと、高い放熱性が得ることが困難である。

これに対して、本実施形態においては、低周波回路部のインタフェース部１１が設けられる第１筐体１０を、高周波回路部のコンバータ部２１が設けられる第２筐体２０と、を互いに分離させる。これにより、コンバータ部２１で生じる高周波ノイズがインタフェース部１１に伝達されることが抑制できる。実施形態においては、ノイズの電源への流出を抑制できる。

さらに、本実施形態においては、放熱材により、これらの回路部のそれぞれを、それぞれの筐体に熱的に結合させる。そして、この放熱材をそれぞれの回路部において分断する。すなわち、インタフェース部１１と第１筐体１０とを熱的に結合させる第１放熱材１２を、コンバータ部２１と第２筐体２０とを熱的に結合させる第２放熱材２２と、分離させる。これにより、放熱材を介したノイズの伝達が抑制される。
このように、本実施形態によれば、放熱性を向上しつつ、ノイズを低減できる。

本実施形態によれば、コンバータ部２１と第２筐体２０との熱的な結合が、第２放熱材２２により強化される。

さらに、本実施形態においては、第１筐体１０と第２筐体２０とが離間することで、コンバータ部２１とインタフェース部１１と間の容量は、コンバータ部２１と第２筐体２０との間の容量よりも小さくなる。これにより、コンバータ部２１で生じる高周波ノイズが、インタフェース部１１に伝達されることが抑制できる。

本実施形態において、例えば、第２放熱材２２の比誘電率は、第１放熱材１２の比誘電率よりも高く設定される。第２放熱材２２の比誘電率を高くすることで、例えば、第２筐体２０中に設けられるコンバータ部２１で発生する高周波のノイズを、第２筐体２０中に閉じ込め易くなる。これにより、コンバータ部２１で発生する高周波のノイズが、他の素子に加わることが抑制できる。例えば、インタフェース部１１等への高周波ノイズの流出が抑制できる。

本実施形態において、例えば、第１筐体１０と第２筐体２０との間に設けられる中間部３０の比誘電率は、低く設定される。中間部３０の比誘電率は、第１放熱材１２の比誘電率よりも低く、第２放熱材２２の比誘電率よりも低い。第１筐体１０と第２筐体２０との間に設けられる空間の比誘電率を低く設定することで、第２筐体２０の中に設けられるコンバータ部２１で生じる高周波のノイズを第１筐体１０から第２筐体１０に伝達することがさらに抑制できる。

中間部３０が、第１筐体１０と第２筐体２０との間に形成される空隙部分と、第１筐体１０と第２筐体２０との間に設けられる部材部分と、を含む場合、中間部３０の比誘電率は、空隙部分の比誘電率と、部材部分の比誘電率と、を合成した比誘電率となる。

以下、照明装置１１０に設けられる電気回路の例について説明する。
図２は、第１の実施形態に係る照明装置を例示する回路図である。
図２に表したように、照明装置１１０には、調光器６２を介して、電源６１が接続される。電源６１は、例えば、交流の１００Ｖである。電源６１の周波数は、例えば、インタフェース部１１の周波数となる。調光器６２及び電源６１が、照明装置１１０の入力となる。

この例では、照明装置１１０に、ノイズフィルタ５１及び整流回路５２が設けられる。ノイズフィルタ５１に、調光器６２を介して、電源６１が接続される。ノイズフィルタ５１の出力が、整流回路５２に接続される。整流回路５２の出力が、インタフェース部１１に接続される。整流回路５２の出力は、光源４０を制御するための低周波数の第１信号Ｓ１となる。第１信号Ｓ１は、例えば、正弦波の周期の中の一部の振幅が低減された信号、すなわち、調光器６２により位相制御された信号である。

インタフェース部１１は、第１信号Ｓ１に基づく低周波数の第２信号Ｓ２を出力する。インタフェース部１１には、例えば、定電流回路１１ａ及び３端子レギュレータ１１ｂが設けられる。第２信号Ｓ２は、第１信号Ｓ１に基づいて生成される。第２信号Ｓ２においては、１つの周期の中に、高い電圧の第１部分と、第１部分よりも低い電圧の第２部分と、が設けられる。１つの周期の中における第１部分と第２部分との比率が、第１信号Ｓ１に基づいて変更される。

この例では、インタフェース部１１の出力である第２信号Ｓ２は、制御回路部５３に入力される。制御回路部５３には、例えば、平均化回路部５３ｂと、パルス幅変調回路部５３ｃと、が設けられる。この例では、調光器判定部５３ａがさらに設けられる。

制御回路部５３の出力が、フィードバックアンプ部５４に入力される。フィードバックアンプ部５４の出力（第３信号Ｓ３）が、コンバータ部２１に入力される、コンバータ部２１の出力が、光源４０に接続される。

例えば、ノイズフィルタ５１及び整流回路５２は、インタフェース部１１と共に、第１筐体１０中に設けられる。例えば、制御回路部５３及びフィードバックアンプ部５４は、コンバータ部２１と共に、第２筐体２０中に設けられる。
上記の回路構成は、種々の変形が可能である。

（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態に係る照明装置を例示する模式的断面図である。
図３に表したように、本実施形態に係る照明装置１１１においては、光源４０、第１筐体１０、第２筐体２０、インタフェース部１１、コンバータ部２１、第１放熱材１２及び第２放熱材２２に加えて基板部１３が設けられる。基板部１３の面上に、インタフェース部１１と、コンバータ部２１と、が設けられている。照明装置１１１におけるこれ以外の構成は、照明装置１１０と同様とすることができるので説明を省略する。

基板部１３は、第１端部１３ｃと、第１端部１３ｃとは反対側の第２端部１３ｄと、を有する。第２端部１３ｄは、第１端部１３ｃと光源４０との間に設けられる。例えば、第１端部１３ｃは、第１筐体１０の中に位置する。第２端部１３ｄは、第２筐体２０の中に位置する。

基板部１３は、第１主面１３ａと、第１主面１３ａとは反対側の第２主面１３ｂと、を有する。この例では、第１主面１３ａ及び第２主面１３ｂは、第１端部１３ｃから第２端部１３ｄに向かう方向に対して平行である。

この例では、第１主面１３ａ上にインタフェース部１１が設けられる。第２主面１３ｂ上にコンバータ部２１が設けられる。コンバータ部２１は、インタフェース部１１が設けられる主面上に設けられても良い。照明装置１１１においても、第１放熱材１２は、第１筐体１０とインタフェース部１１とに接する。第１放熱材１２は、例えば、第１筐体１０とインタフェース部１１と熱的に結合する。第２放熱材２２は、第２筐体２０とコンバータ部２１とに接する。第２放熱材２２は、例えば、第２筐体２０とコンバータ部２１とを熱的に結合する。

照明装置１１１においても、第２筐体２０は、第１筐体１０と離間し、分離されている。そして、第１筐体１０中にインタフェース部１１が設けられ、第２筐体２０中にコンバータ部２１が設けられる。コンバータ部２１は、インタフェース部１１と離間する。例えば、コンバータ部２１とインタフェース部１１と間の容量は、コンバータ部２１と第２筐体２０との間の容量よりも小さい。
照明装置１１１においても、高い放熱性が得られ、ノイズが低減できる。

照明装置１１１においても、第２放熱材２２は、第１放熱材１２と離間している。例えば、第２放熱材２２の比誘電率は、第１放熱材１２の比誘電率よりも高く設定できる。これにより、ノイズがさらに低減できる。この例において、例えば、第１筐体１０と第２筐体２０との間に設けられる中間部３０の比誘電率は、第１放熱材１２の比誘電率よりも低く、第２放熱材２２の比誘電率よりも低く設定しても良い。

上記の照明装置１１０及び１１１において、第２放熱材２２の比誘電率を低く設定しても良い。第２放熱材２２の比誘電率は、例えば、５以下である。第２放熱材２２の比誘電率を低くすることで、コンバータ部２１と第２筐体２０とで形成される容量を小さくできる。この容量が小さくなると、例えば、容量を流れる電流が小さくなる。電流が小さくなることで、例えば消費電力を低減できる。

照明装置１１０及び１１１において、第２放熱材２２の誘電正接を小さく設定しても良い。第２放熱材２２の誘電正接は、０．０１以下である。第２放熱材２２の誘電性を小さくすることで、損失が低減できる。

照明装置１１０及び１１１において、第２放熱材２２の硬度を低く設定しても良い。第２放熱材２２のアスカーＣ(ＡＳＫＥＲＣ)硬度は、例えば、４０以下である。第２放熱材２２の硬度を低くすることで、応力が緩和され、クラックなどの発生を抑制できる。このような第２放熱材２２を用いることで、高い信頼性が得られる。

実施形態において、比誘電率が５以下で、誘電正接が０．０１以下で、アスカーＣ硬度が４０以下の、シリコーン樹脂を第２放熱材２２として用いることが用いられる。このような第２放熱材２２により、コンバータ部２１を放熱良く固定し、ノイズを低減し、高い信頼性が得られる。

実施形態によれば、高放熱性で低ノイズの照明装置が提供できる。

なお、本願明細書において、「垂直」及び「平行」は、厳密な垂直及び厳密な平行だけではなく、例えば製造工程におけるばらつきなどを含むものであり、実質的に垂直及び実質的に平行であれば良い。

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、照明装置に含まれる第１筐体、第２筐体、インタフェース部、コンバータ部、第１放熱材、第２放熱材、中間部、及び、基板などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。

また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。

その他、本発明の実施の形態として上述した照明装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての照明装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…第１筐体、１１…インタフェース部、１１ａ…定電流回路、１１ｂ…３端子レギュレータ、１２…第１放熱材、１３…基板部、１３ａ…第１主面、１３ｂ…第２主面、１３ｃ…第１端部、１３ｄ…第２端部、１５…第１配線、２０…第２筐体、２１…コンバータ部、２２…第２放熱材、２５…第２配線、３０…中間部、４０…光源、４１…光源基板、４２…電極層、５１…ノイズフィルタ、５２…整流回路、５３…制御回路部、５３ａ…調光器判定部、５３ｂ…平滑化回路部、５３ｃ…パルス幅変調回路部、５４…フィードバックアンプ部、６１…電源、６２…調光器、８０…光透過性部材、１１０、１１１…照明装置、Ｓ１〜Ｓ３…第１〜第３信号

Claims

光源と、
第１筐体と、
前記第１筐体中に設けられ、前記光源を制御するための低周波数の第１信号が入力され前記第１信号に基づく低周波数の第２信号を出力するインタフェース部と、
前記第１筐体と前記インタフェース部とに接する第１放熱材と、
前記第１筐体と離間する第２筐体と、
前記第２筐体中に設けられ、前記第２信号に基づく信号が入力され、前記光源に供給される電流を前記第２信号に基づく前記信号に応じて制御し、前記第１信号の周波数よりも高い周波数で動作するコンバータ部と、
前記第２筐体と前記コンバータ部とに接し前記第１放熱材と離間する第２放熱材と、
を備えた照明装置。
前記第２放熱材の比誘電率は、前記第１放熱材の比誘電率よりも高い請求項１記載の照明装置。
前記第１筐体と前記第２筐体との間に設けられ前記第１筐体と前記第２筐体との相対的な位置を固定する中間部をさらに備え、
前記中間部の比誘電率は、前記第１放熱材の比誘電率よりも低く、前記第２放熱材の比誘電率よりも低い請求項１または２に記載の照明装置。
前記第２筐体は、前記光源と前記第１筐体との間に配置される請求項１〜３のいずれか１つに記載の照明装置。
前記コンバータ部と前記インタフェース部と間の容量は、前記コンバータ部と前記第２筐体との間の容量よりも小さい請求項１〜４のいずれか１つに記載の照明装置。