JP6132233B2 - 発光ユニット - Google Patents
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図23は、特許文献1に係る発光ユニット9000を示す図である。図23(a)は、発光ユニット9000の構成を示す斜視図であり、図23(b)は、図23(a)におけるC−C線矢視断面図である。発光ユニット9000は、金属基台901、発光モジュール902を備える。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、発光素子が実装される基板を大型化することなく、金属基台と導電ランドとの間の絶縁性を向上させることが可能な発光ユニットの提供を目的とする。
さらに、前記電気絶縁部材は、前記基板の形状に対応した環状であることを特徴とする。
また、前記金属基台から前記基板へ向かう方向を上方とした場合に、前記外方へ延出した部分が前記上方へ向けて屈曲するとともに前記上方へ延伸していることを特徴とする。
さらに、前記上方へ延伸した部分の頂部の位置が、前記基板の上面よりも高いことを特徴とする。
また、前記電気絶縁部材が存在する領域に対応する前記金属基台の外縁の少なくとも一部が、前記電気絶縁部材の外縁より内方に存在することを特徴とする。
さらに、平面視において、前記金属基台は、前記発光素子が形成されている領域よりも大きいことを特徴とする。
また、前記電気絶縁部材の厚みは、前記間隙の厚み以下であることを特徴とする。
さらに、前記電気絶縁部材の厚みは0.3[mm]以上であることを特徴とする。
あるいは、前記電気絶縁部材は、熱伝導性を有する材料で構成されていることを特徴とする。
そこで、本明細書に開示される発光ユニットでは、金属基台と基板の外周部との界面領域のうち、少なくとも金属基台と導電ランドとを基板に沿った最短沿面距離で結ぶ経路と交わる部分に間隙が設けられている。そして、金属基台と基板との界面領域に設けられた間隙に、電気絶縁部材が介挿されている。さらに、電気絶縁部材は、基板よりも外方へ延出している。このように基板よりも外方へ延出した電気絶縁部材が存在することで、金属基台と導電ランドとの間の沿面距離を長くすることができる。この結果、基板の大きさをそのままに、金属基台と導電ランドとの間の絶縁性を向上させることが可能である。
≪第1の実施形態≫
[構成]
<照明器具1の全体構成>
図1は、第1の実施形態に係る照明器具を示す断面図である。図1に示すように、本実施形態に係る照明器具1は、天井2に埋め込むようにして取り付けられるダウンライトであって、器具3、回路ユニット4および発光ユニット6を備える。
<発光ユニット6の構成>
図2は、第1の実施形態に係る発光ユニットを示す斜視図である。図3は、第1の実施形態に係る発光ユニットを示す分解斜視図である。図2および図3に示すように、発光ユニット6は、発光モジュール10、金属基台20、カバー30、電気絶縁部材40および配線部材70を備える。
図4(a)は、カバー30と配線部材70を取り除いた状態の発光ユニットの平面図である。図4(b)は、図4(a)におけるA−A線断面図であり、図4(c)は、図4(a)におけるB−B線断面図である。図3、図4に示すように、発光モジュール10は、基板11、発光部12、配線パターン13および導電ランド14を備える。図4(b),(c)の断面図においては、説明を簡略化するため、図4(a)のA−A線上およびB−B線上に存在する構成のみを図示している。
図4(a)における拡大図に示すように、発光部12は、基板11の上面に実装された複数の発光素子12aと、発光素子12a全体を覆う波長変換部材12bとを含む。本実施形態に係る複数の発光素子12aは、例えば青色LEDであり、基板11の上面にCOB(Chip on Board)技術を用いてフェイスアップ実装されている。波長変換部材12bは、例えば、透光性樹脂と蛍光体とを含む。透光性樹脂としては、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フッソ樹脂、シリコーン・エポキシのハイブリッド樹脂、ユリア樹脂等を用いることができる。蛍光体としては、例えば、緑色蛍光体と赤色蛍光体との組み合わせ、黄色蛍光体等を用いることができる。
導電ランド14は、基板11上における外周部に配設されており、発光部12を構成する各発光素子12aと電気接続されている。導電ランド14は、配線パターン13と配線部材70とを接続するためのものであり、配線パターン13と同様に、銅箔等の金属箔で構成されている。導電ランド14の上面には、配線部材70の速結端子73が半田付けされている。速結端子73は、一対のリード線71と導電ランド14とを電気接続するためのものである。速結端子73の差込口73aにリード線71が差し込まれることで、リード線71と導電ランド14とが電気接続される。この接続の詳細については配線部材70の説明の際に併せて説明する。なお、導電ランド14は速結端子73の平面視形状と対応した形状をしており、また導電ランド14上には速結端子73が存在するため、導電ランド14は図3には現れていない。
金属基台20は、アルミニウム等の熱伝導に優れた金属材料で構成された板状部材である。金属基台20は、発光モジュール10の基板11を載置するための載置台としての機能を有している。金属基台20の上面に発光モジュール10の基板11が載置されていることで、金属基台20と基板11との界面が形成される。さらに、金属基台20は、発光モジュール10で発生した熱を発光ユニット6の外部へ放熱させる放熱部材としての機能も併せ持つ。この機能を十分に発揮させるため、図3および図4に示すように、平面視において、金属基台20は、発光素子12aが形成されている領域である発光部12よりも大きくしている。
また、金属基台20の上面には、他の領域よりも厚みが薄い載置部22が形成されている。載置部22は、金属基台20と基板11との界面に電気絶縁部材40を介挿するための間隙として形成されているものであり、電気絶縁部材40の形状に合わせて形成されている。
図2〜図4に戻り、金属基台20の外周部には、さらに、金属基台20と導電ランド14とを基板11に沿った最短沿面距離で結ぶ経路上に相当する領域に切欠部23が形成されている。切欠部23は、導電ランド14と金属基台20との間の絶縁性を向上させるために形成されているものである。
カバー30は、例えば、白色不透明の樹脂等の非透光性材料で構成され、発光モジュール10の発光部12からの出射光を出射させるための光出射窓31が設けられている。光出射窓31の内周面31aは、発光部12の主出射方向に向かって拡径するテーパー状となっている。内周面31aには、発光部12からの出射光を拡散させる拡散処理、例えば、フロスト処理やブラスト処理、又は、微粒子の吹き付けや塗布処理が施されている。
また、カバー30には、2つのノッチ部35が形成されている。さらに、各ノッチ部35には、速結端子73の開口部73aと連通する開口部35aが形成されている。ノッチ部35と開口部35aの機能については、配線部材70についての説明の際に併せて説明する。
(電気絶縁部材40)
金属基台20と基板11の外周部との界面領域のうち、少なくとも金属基台20と導電ランド14とを基板11に沿った最短沿面距離で結ぶ経路と交わる部分に間隙が設けられているとともに、当該間隙に電気絶縁部材40が介挿されている。具体的には、金属基台20に形成された載置部22と基板11との間隙に電気絶縁部材40が介挿されている。
配線部材70は、回路ユニット4と発光ユニット6とを電気接続するものであり、2本のリード線71、コネクタ72、速結端子73を含む。リード線71の一端は速結端子73を介して導電ランド14に電気接続される。リード線71の他端は、コネクタ72が回路ユニット4のコネクタ4bに接続されることで、回路ユニット4に電気接続される。
[金属基台20と導電ランド14との沿面距離]
金属基台20と導電ランド14との間の絶縁性が向上する理由について、図4(b)を用いて説明する。ここでは、X軸方向における絶縁性について説明する。
次に、本実施形態における場合について説明する。以下の説明において、導電ランド14の外縁と基板11の外縁との距離をa1、基板11の外縁と電気絶縁部材40の外縁との距離をa2、電気絶縁部材40の外縁と金属基台20の外縁との距離(切欠部23の深さ)をa3、基板11の厚みをb1、電気絶縁部材40の厚みをb2とする。ここで、図23における距離a1と図4における距離a1とは等価であり、図23における距離b1と図4における距離b1とは等価であると考えることができる。本実施形態の場合、金属基台20と導電ランド14との沿面距離は、a1+a2+a3+b1+b2で表される。
以上説明したように、本実施形態の構成によれば、従来例と比較して、金属基台20と導電ランド14との沿面距離を長くすることができる。また、本実施形態における沿面距離の延長方法を採用した場合、従来よりも導電ランド14を基板11の外縁側に寄せて配置することができる。そのため、基板11のサイズを大きくする必要がなく、基板11のサイズを大きくする分の重量が増えることはない。さらに、金属基台20に切欠部23が形成されていることにより、金属基台20と導電ランド14との沿面距離をさらに延長することが可能であるとともに、発光ユニット6としての重量をさらに軽量化することが可能である。
ここでは、X軸方向における導電ランド14と金属基台20との間の絶縁性の向上を図ることが可能な例について説明する。
[構成]
図7は、第2の実施形態に係る発光ユニットを示す分解斜視図である。また、図8(a)は、カバー38と配線部材を取り除いた状態の発光ユニットの平面図である。図8(b)は、図8(a)におけるA−A線断面図であり、図8(c)は、図8(a)におけるB−B線断面図である。図8(b),(c)の断面図においては、説明を簡略化するため、図8(a)のA−A線上およびB−B線上に存在する構成のみを図示している。また、図7および図8において、第1の実施形態に係るものと同様の構成には同符号を付し、本実施形態における説明を省略する。
図7および図8(a),(c)に示すように、本実施形態に係る電気絶縁部材41は、立設部42を有することが特徴である。立設部42は、金属基台20から基板11へ向かう方向を上方とした場合に、電気絶縁部材41のうち基板11の外方へ延出した部分が上方へ向けて屈曲するとともに上方へ延伸した部分である。また、図8(c)に示すように、電気絶縁部材41のうち上方へ延伸した部分の頂部の位置、すなわち立設部42の頂部の位置は、基板11の上面よりも高い。
本実施形態においては、立設部42が基板11の側面に沿って立設されている。立設部42が基板11の側面に沿って立設している場合、立設部42の頂部が基板11の上面よりも高い位置であることが必要である。このようにすることで、X軸方向における導電ランド14と金属基台20との沿面距離がより延長され、絶縁性が向上する。立設部42の頂部の位置は、カバー30に干渉しない範囲であれば特に限定されるものではない。立設部42の頂部の位置を可能な限り高くする方が、導電ランド14と金属基台20との沿面距離を延長することが可能な観点で望ましい。
導電ランド14と金属基台20との沿面距離について、図4(c)および図8(c)を参照しながら説明する。ここではX軸方向における場合について説明する。また、Y軸方向における沿面距離は、第1の実施形態と同様であるので、説明を省略する。
まず、第1の実施形態では、X軸方向における導電ランド14と金属基台20との沿面距離は、図4(c)に示すように、a4+b1で表される。ここで、a4は、X軸方向における導電ランド14の外縁と基板11の外縁との距離である。
図9は、第3の実施形態に係る発光ユニットを示す分解斜視図である。また、図10(a)は、カバー30と配線部材を取り除いた状態の発光ユニットの平面図であり、図10(b)は、図10(a)におけるA−A線断面図である。図10(b)の断面図においては、説明を簡略化するため、図10(a)のA−A線上に存在する構成のみを図示している。
図11は、第4の実施形態に係る発光ユニットを示す分解斜視図である。また、図12(a)は、カバー300と配線部材を取り除いた状態の発光ユニットの平面図である。図12(b)は、図12(a)におけるA−A線断面図であり、図12(c)は、図12(a)におけるB−B線断面図である。図12(b),(c)の断面図においては、説明を簡略化するため、図12(a)のA−A線上およびB−B線上に存在する構成のみを図示している。
図13は、第5の実施形態に係る発光ユニットを示す分解斜視図である。本実施形態に係る発光ユニット64における第1の実施形態に係る発光ユニット6との相違点は、電気絶縁部材45および金属基台200の構成である。
上述したように、導電ランドと同様に配線パターンも金属材料で構成されている。そのため、配線パターンと金属基台との間の絶縁性を確保することも、発光ユニットとしての絶縁性向上において重要である。そのため、本実施形態においては、図13に示すように、電気絶縁部材45を基板11の形状に対応した環状としている。ここで、「基板11の形状に対応した環状」とは、外縁が基板11の形状の略相似形であり、かつ、外縁が基板11よりも大きい環状をいう。
本実施形態によれば、導電ランド14と金属基台200との沿面距離だけでなく、配線パターン13と金属基台200との沿面距離も延長することが可能である。その結果、発光ユニット64における絶縁性のさらなる向上を図ることができる。
図14は、第6の実施形態に係る発光ユニットを示す分解斜視図である。本実施形態に係る発光ユニット65における第1の実施形態に係る発光ユニット6との相違点は、電気絶縁部材47および金属基台206の構成である。
本実施形態に係る電気絶縁部材47は、導電ランド14と金属基台206とを最短沿面距離で結ぶ経路と交わる部分に相当する領域の外縁が、当該最短沿面距離で結ぶ経路と交わる部分に相当する領域を除く領域の外縁よりも外方にある。すなわち、電気絶縁部材47における導電ランド14付近の外縁が、導電ランド14から離れた位置の外縁よりも外方にある。また、金属基台206には、電気絶縁部材47の形状に対応した載置部207が形成されている。
≪第7の実施形態≫
第1〜第6の実施形態においては、カバーおよび金属基台の平面視形状が、角のとれた矩形状であった。本実施形態においては、カバーおよび金属基台の平面視形状が、略円形である例について説明する。
本変形例に係る発光ユニットは、発光モジュール10、金属基台202、カバー302、電気絶縁部材46、配線部材70を備える。
図15(b)に示すように、電気絶縁部材46は、第5の実施形態と同様に基板11の形状に対応した環状である。また、第6の実施形態と同様に、電気絶縁部材46は、電気絶縁部材46における導電ランド付近の外縁が、導電ランドからから離れた位置の外縁よりも外方にある形状となっている。なお、導電ランドは、基板11の上面における速結端子73の下方に配設されており、図15には現れていない。
≪変形例・その他≫
以上、本発明の構成を第1から第7の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態に限られない。例えば、以下のような変形例等を挙げることができる。
(4)上記実施形態では、行列状に配列された複数の発光素子のうちの一行全ての発光素子を1つの波長変換部材で覆う例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、1つの発光素子を1つの波長変換部材で被覆してもよいし、行列状に配列された複数の発光素子全体を1つの波長変換部材で被覆してもよいし、上記複数の発光素子のうちの一列全ての発光素子を1つの波長変換部材で被覆することとしてもよい。
また、赤色発光、緑色発光、青色発光の3種類のLED素子を用いて、混色させて白色光としてもよい。さらに、発光部から発せられる光色は白色に限定されるものでなく、その他の光色であってもよい。
(7)上記実施形態では、配線部材の速結端子が導電ランドに取着される例を示したが、カバーに取着されることとしてもよい。
(9)第2の実施形態では、立設部がZ軸方向に屈曲するとともに、Z軸方向に延伸している例を示したが、本発明はこれに限定されない。立設部は、金属基台から基板へ向かう方向を上方とした場合に、電気絶縁部材のうちの基板の外方へ延出した部分が、上方へ向けて屈曲するとともに上方へ延伸している部分である。ここでの「金属基台から基板へ向かう方向」は、Z軸方向だけでなく、Z軸方向から傾いた方向も含むものとする。したがって、Z軸方向から傾いた方向に屈折および延伸してなる立設部であってもよい。
(10)第2の実施形態では、立設部と立設部以外の部分とが同一材料で構成されていることとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、立設部と立設部以外の部分が別部材で構成されていることとしてもよい。この場合、立設部と立設部以外の部分とを、絶縁性材料からなる接着剤で固定することで、一体化することができる。
(12)上記実施形態における金属基台には、導電ランドと金属基台との沿面距離を延長するための切欠部が形成されていることとしたが、この切欠部は本発明に係る発光ユニットに必須の構成要件ではない。図17は、変形例に係る金属基台の構成を示す斜視図である。図17に示すように、導電ランドと金属基台との沿面距離を延長するための切欠部が形成されていない金属基台を用いることも可能である。
(13)上記実施形態および変形例で説明したカバーの構成は単なる一例である。例えば、リード線を挟持した指を案内するノッチ部の形状を他の形状とすることもできる。図19は、変形例に係るカバーを示す斜視図である。上記実施形態および変形例では、速結端子の差込口毎にノッチ部が設けられていたが、図19に示す変形例では、2つの速結端子の差込口に対して1つのノッチ部が設けられている。すなわち、1つのノッチ部に、速結端子の差込口と連通する開口部が2箇所形成されている。この場合、開口部にリード線を挿通させる際は、リード線を挟持した指の一方だけをノッチ部の内側面と当接させながら当該指を差込方向に摺動させることになる。
(14)上記実施形態および変形例では、カバーにリード線を挟持した指を案内するノッチ部が形成されていることとしたが、このノッチ部は本発明に係る発光ユニットに必須の構成要件ではない。図20、図21および図22は、変形例に係るカバーを示す斜視図である。図20〜図22に示すカバーのように、指を案内するノッチ部を形成しないこととしてもよい。図20では、リード線を挿通させるための開口部が形成されるカバーの側壁が、リード線の差込方向に後退している。これにより、図20のカバーの場合、図21および図22のカバーと比較して、開口部と速結端子の差込口との距離をより近接させることができ、リード線の差込作業の効率を向上させることが可能である。
(15)上記実施形態では、基板の形状を長方形とする例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、正方形、円形、ブロック状等であってもよい。
(18)上記の実施形態で使用している、材料、数値等は好ましい例を例示しているだけであり、この形態に限定されることはない。また、本発明の技術的思想の範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。また、他の実施形態との組み合わせは、矛盾が生じない範囲で可能である。さらに、各図面における部材の縮尺は実際のものとは異なる。なお、数値範囲を示す際に用いる符号「〜」は、その両端の数値を含む。
2 天井
3 器具
4 回路ユニット
6、61、62、63、64、65、66 発光ユニット
10 発光モジュール
11 基板
12 発光部
12a 発光素子
12b 波長変換部材
13 配線パターン
14 導電ランド
20、24、26、200、202、206 金属基台
21、27、203 ねじ孔
22、25、28、201、205、207 載置部
23、29、204、208 切欠部
30、38、300、302 カバー
31 光出射窓
32、301、303 切欠部
33 組立ねじ
34 ツメ部
35、304 ノッチ部
36 貫通孔
37、305 切欠部
39 スリット
40、41、43、44、45、46、47、48、49 電気絶縁部材
42 立設部
70 配線部材
71 リード線
72 コネクタ
73 速結端子
9000 発光ユニット
901 金属基台
902 発光モジュール
903 基板
904 発光素子
905 導電ランド
Claims (13)
- 金属材料で構成された板状部材である金属基台と、
前記金属基台の上面に載置された基板と、
前記基板の上面に形成された発光素子と、
前記基板上に配設され、前記発光素子と電気接続された導電ランドと、を備え、
前記基板の上面における前記発光素子が形成されている領域を除く領域を前記基板の外周部とし、
前記金属基台と前記基板との接触部分を含み、前記基板の平面視において前記金属基台と前記基板とが重なる領域を外縁とする界面のうち、前記基板の外周部と重なる領域を前記金属基台と前記基板との界面領域とするとき、
前記界面領域のうち、少なくとも前記金属基台と前記導電ランドとを前記基板に沿った最短沿面距離で結ぶ経路と交わる部分には、前記金属基台と前記基板との間に間隙が設けられているとともに、当該間隙に電気絶縁部材の一部分が介挿されており、
前記電気絶縁部材の前記一部分を除く残部は、前記基板の上面外縁よりも前記基板の平面視における外方へ延出しており、
前記基板の平面視において、前記最短沿面距離で結ぶ経路が前記金属基台に到達する部分と近接する前記金属基台の外縁には、前記金属基台の外縁が平面視における内方に凹入した切欠部が設けられており、
前記基板の平面視において、前記電気絶縁部材の外縁の少なくとも一部が前記金属基台の前記切欠部における外縁よりも前記金属基台の外方に位置している
ことを特徴とする発光ユニット。 - 前記基板の平面視において、前記界面領域における前記最短沿面距離で結ぶ経路と交わる部分と重なる前記電気絶縁部材の部分付近に位置する前記電気絶縁部材の外縁が、前記最短沿面距離で結ぶ経路と交わる部分と重なる前記電気絶縁部材の部分から離れた位置の外縁よりも、前記基板の平面視において外方にある
ことを特徴とする請求項1に記載の発光ユニット。 - 前記基板は平面視において円弧を含む形状であり、
前記基板の平面視において、前記電気絶縁部材の形状は環状であって、前記電気絶縁部材の外縁は前記基板の外縁の形状の略相似形であり、かつ、前記電気絶縁部材の外縁に囲まれる範囲が前記基板よりも大きい
ことを特徴とする請求項1に記載の発光ユニット。 - 前記電気絶縁部材は、前記基板の平面視において外縁全周が前記基板よりも外方へ延出している
ことを特徴とする請求項3に記載の発光ユニット。 - 前記金属基台から前記基板へ向かう方向を上方とした場合に、前記電気絶縁部材は、前記基板の平面視において前記基板外縁よりも前記外方へ延出した部分が前記上方へ向けて屈曲するとともに前記上方へ延伸している
ことを特徴とする請求項1に記載の発光ユニット。 - 前記上方へ延伸した部分の頂部の位置が、前記基板の上面よりも高い
ことを特徴とする請求項5に記載の発光ユニット。 - 前記電気絶縁部材はシート状の部材である
ことを特徴とする請求項1に記載の発光ユニット。 - 前記金属基台の平面視において、前記金属基台は、前記発光素子が形成されている領域よりも大きい
ことを特徴とする請求項1に記載の発光ユニット。 - 前記界面領域のうち、前記基板の平面視において、前記発光素子が形成されている領域と重なる範囲には、前記電気絶縁部材が介挿されていない
ことを特徴とする請求項8に記載の発光ユニット。 - 前記電気絶縁部材の厚みは、前記間隙の厚み以下である
ことを特徴とする請求項1に記載の発光ユニット。 - 前記電気絶縁部材の厚みは0.3mm以上である
ことを特徴とする請求項1に記載の発光ユニット。 - 前記電気絶縁部材は、熱伝導性を有する材料で構成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の発光ユニット。 - 前記電気絶縁部材は、ポリカーボネート、プロピレンカーボネート、ポリイミド、エポキシ、シリコーン、マイカ、エナメル、ガラスのいずれかを含み構成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の発光ユニット。
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