JP6179854B2 - 照明器具 - Google Patents

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本発明は、光反応に用いられる照明器具に関する。
特定の狭い波長帯からなる光(以下、「単色光」という。単色光には紫外線及び赤外線も含む。)が、照射物に光反応を誘発させることが知られている。光反応とは、物質が光を吸収して反応活性の高い状態に変わることで起こる、結合、解離、発光、酸化、還元などの変化の一連の過程をいう。例えば、植物の光合成反応は光反応の一種である。
また、この光反応を応用した、単色光の用途は多様である。例えば、紫外線は殺菌・生物誘引・日焼け・樹脂硬化などの用途に、青色光は植物育成・集魚・防犯などの用途に、黄色光・緑色光は防虫などの用途に、赤色光は植物育成・防虫などの用途に、赤外線は分析やセンサ、暖房などの用途に用いられる。
光反応に用いられる照明においては、上記単色光に対応する波長をピーク波長とする光源を用いることで、高エネルギー効率を実現することができる。例えば、光合成反応において、クロロフィル(葉緑素)が吸収する光のスペクトルは、青色及び赤色の領域でピークを持つ。したがって、青色や赤色に対応する波長をピーク波長とする光源を照明に用いれば、白色光を発する光源(以下、「白色光源」という。)を用いた照明に比べ、高いエネルギー効率で植物を育成することができる(例えば、特許文献1参照)。
一方、照射物やその周辺物(設備など)の状態確認や各種作業(保守・修理など)において、人が介在する場合は、照射物又はその周辺物を人が視認することになる。この際、上記のような単色光を発する光源(以下、「単色光源」という。)だけでは、視認が難しく、確認や作業の効率が低下する。したがって、人が介在する環境においては、白色光源も備えることが望ましい。
ここで、単色光源と白色光源とを並存させる手段としては、例えば、図21に記載するように、視認用の白色光L91を発する照明器具91と、植物6の育成用の単色光L92を発する照明器具92とを別々に設置する方法がある。また、例えば、図22に記載するように、視認用の白色光L93を発する光源と、植物6の育成用の単色光L94を発する光源との両方を備えた照明器具93(例えば、特許文献2参照)を設置する方法もある。
特開平8−103167号公報 特開2011−200204号公報
ところが、図21に記載する方法では、視認用の照明器具91と、植物育成用の照明器具92とをそれぞれ別途購入(又は製造)、設置、維持管理などする必要があり、コストがかさんでしまう。また、照明器具91の設置によって、照明器具92を設置できるスペースが制約されてしまう。
次に、図22に記載する方法を用いれば、上記重複コスト、設置スペースの問題は解決できる。一方、この方法では、白色光L93と単色光L94とが同範囲に照射される。したがって、白色光L93と単色光L94とを同時に照射する際は、視認上の違和感を低減するために、単色光L94の放射エネルギーを制約する必要がある。例えば、特許文献2の照明器具93では、赤色光L94の放射エネルギーは白色光L93の放射エネルギーの1/2以下としている。
なお、特許文献2では、さらに制御装置94(人検知センサ又はタイマ)を備え、人を検知しない場合又は特定の時刻には白色光L93を照射しないことで、赤色光L94へ課される制約を低減している。しかし、この方法でも、白色光L93を照射する際(人が検知された際又は特定の時刻を除いた時刻)に、赤色光L94に制約が課されることを避けられない。また、制御装置94を備えたことで追加コスト(製造、設置、設定の費用、労力)が発生する。さらに、制御装置94が電力及びスペースを必要とするため、照明器具93の高効率な光反応及び省スペースの実現という特徴を相殺してしまう。
そこで、本発明の目的は、高効率な光反応及び省スペースを実現しながら、視認上の違和感及び照射物に光反応を誘発させる光の放射エネルギーの制約を同時に低減可能な照明器具を提供することにある。
本発明の一態様に係る照明器具は、筐体と、白色光を発し、前記筐体内に配置された第1の発光部と、前記白色光とは異なる発光スペクトルを有し、照射物に光反応を誘発させる光を発し、前記筐体内に配置された第2の発光部と、を備え、前記第2の発光部が発する光の照射領域が、前記白色光の照射領域よりも小さく、かつ前記白色光の照射領域に含まれる。
また、本発明の別態様に係る照明器具は、上記態様において、さらに基板を備え、第1の発光部と第2の発光部が、基板の同一面上に配置されている。
また、本発明の別態様に係る照明器具は、上記態様において、さらに第1の発光部が、基板面上に配置された第1の発光素子と、基板面上で第1の発光素子を封止する透光性の第1の封止部と、を備え、第2の発光部が、基板面上に配置された第2の発光素子と、基板面上で第2の発光素子を封止する透光性の第2の封止部と、を備え、基板面と平行な一方向を固定した場合において、第1の発光素子の上面の中心である第1の中心点から、基板面と直交する方向に沿った第1の封止部の外表面までの距離をT1とし、第1の中心点から、上記一方向に沿った第1の封止部の外表面までの距離をR1とし、第2の発光素子の上面の中心である第2の中心点から、基板面と直交する方向に沿った第2の封止部の外表面までの距離をT2とし、第2の中心点から、上記一方向に沿った第2の封止部の外表面までの距離をR2とするとき、第2の発光素子に対するT2/R2の値が、第1の発光素子に対するT1/R1の値よりも大きくなる上記一方向が存在する。
また、本発明の別態様に係る照明器具は、上記態様において、基板面と平行なすべての方向について、第2の発光素子に対するT2/R2の値が、第1の発光素子に対するT1/R1の値より大きい。
また、本発明の別態様に係る照明器具は、上記態様において、第2の封止部について、基板面と平行な断面のうち、面積が最大となる最大断面が、第2の発光素子の上面を基準に基板と反対側にあり、最大断面の中心点から、基板面と直交する方向に沿った第2の封止部の外表面までの距離をT3とし、最大断面の中心点から、基板面と平行な方向に沿った第2の封止部の外表面までの距離をR3とするとき、基板面と平行なすべての方向について、第2の封止部におけるT3/R3の値が、第1の発光素子に対するT1/R1の値より大きい。
また、本発明の別態様に係る照明器具は、上記態様において、照射物が植物である。
また、本発明の別態様に係る照明器具は、上記態様において、第2の発光部が発する光のピーク波長が、400nm以上700nm以下である。
また、本発明の別態様に係る照明器具は、上記態様において、第1の発光部が、複数個存在し、第2の発光部が、第1の発光部のなす配列の内部にある。
また、本発明の別態様に係る照明器具は、上記態様において、第2の発光部が発する光のピーク波長が、400nm以上500nm以下又は600nm以上660nm以下である。
また、本発明の別態様に係る照明器具は、上記態様において、白色光の光源色が、昼光色、昼白色、白色、温白色、電球色のいずれかである。
上記態様に係る照明器具は、照射物に光反応を誘発させる光を発する第2の発光部を備えるため、高効率な光反応を実現できる。また、白色光を発する第1の発光部を筐体内に備え、第2の発光部が発する光の照射領域が、当該白色光の照射領域より小さく、当該白色光の照射領域に含まれるため、省スペースを実現でき、さらに、視認上の違和感及び照射物に光反応を誘発させる光の放射エネルギーの制約を低減できる。
本発明の実施の形態に係る照明器具を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係るランプユニットを示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係るランプユニットを示す分解斜視図である。 本発明の実施の形態に係る発光モジュールを示す図であって、(a)は平面図、(b)は右側面図、(c)は正面図である。 図4(a)に示すX−X線で切った断面図である。 本発明の実施の形態に係る照明器具の接続状態を説明するための配線図である。 封止部の形状による配光の差異について説明するための模式断面図である。 封止部の形状による配光の差異について説明するための模式断面図である。 発光素子の形状による配光の差異について説明するための模式断面図である。 本発明の実施の形態に係る照明器具の使用状態を示す模式断面図である。 変形例1に係る発光モジュールを示す図であって、(a)は平面図、(b)は(a)に示すY−Y線で切った断面図、(c)は(a)に示すX−X線で切った断面図である。 変形例2に係る封止部による配光を説明するための模式断面図である。 変形例3に係る基板形状による配光を説明するための模式断面図である。 変形例4に係る照明器具を示す分解斜視図である。 変形例5に係る照明器具を示す断面図である。 変形例6に係る照明器具を示す斜視図である。 変形例6に係る照明器具を示す断面図である。 変形例7に係る照明器具を示す斜視図である。 変形例7に係る照明器具を示す断面図である。 変形例7に係る照明器具を示す分解斜視図である。 従来技術に係る照明器具の使用状態を示す模式断面図である。 従来技術に係る照明器具の使用状態を示す模式断面図である。
<実施の形態>
以下では、本発明の一態様に係る照明器具1について、図面を参照しながら説明する。
1.照明器具1の構成
まず、本実施の形態に係る照明器具1について図1を用いて説明する。図1は、照明器具1を示す断面図である。
照明器具1は、例えば、天井2に埋め込むようにして設置されるダウンライトであって、筐体3、回路ユニット4、調光ユニット5及びランプユニット10を備える。また、照明器具1は、視認用と植物育成用との両方を兼ね備えた照明であり、視認用の白色光と、植物育成用の赤色光とを発する。
(1)各部の説明
筐体3は、例えば、金属製であり、ランプ収容部3a、回路収容部3b及び外鍔部3cを有する。ランプ収容部3aは、例えば、有底円筒状である。回路収容部3bは、例えば、ランプ収容部3aの底側に延長する円筒状である。外鍔部3cは、例えば、ランプ収容部3aの開口部から外部方向へ向けて延長する円環状である。
回路ユニット4は、外部からの電源供給を受け、ランプユニット10の点灯を制御するためのものであり、電源線4aを有し、その先端にコネクタ4bを有する。調光ユニット5は、ランプユニット10の発する光の輝度を調整するためのものである。ランプユニット10は、リード線71及びコネクタ72を有する。なお、電源は、直流電源及び交流電源のいずれであってもよい。
(2)各部間の関係
ランプユニット10は、着脱自在な状態で、ランプ収容部3a内部に収容されている。また、リード線71及びコネクタ72は、ランプ収容部3aの底部から回路収容部3b側に引き出されている。回路ユニット4は、回路収容部3b内部に収容されている。回路ユニット4及びランプユニット10は、コネクタ4b及びコネクタ72で接続されており、コネクタ4bとコネクタ72とは着脱可能である。回路ユニット4及び調光ユニット5は電気的に接続しており、使用者の操作を受けて調光ユニット5は回路ユニット4へ調光信号を出力する。
ここで、ランプ収容部3a及び回路収容部3bは、天井2に開口された埋込穴2aに挿入されている。そして、例えば取付けねじ(不図示)などによって、外鍔部3cが埋込穴2a周部の天井下面2bに固定され、照明器具1は天井2に設置されている。
2.ランプユニット10の構成
次に、照明器具1が備えるランプユニット10について、図2及び図3を用いて説明する。図2は、ランプユニット10を示す斜視図である。図3は、ランプユニット10を示す分解斜視図である。
ランプユニット10は、例えば、ベース20、ホルダ30、化粧カバー40、カバー50、カバー押え部材60、配線部材70及び発光モジュール100を備える。
(1)各部の説明
ベース20は、例えば、アルミダイキャスト製の円板状であり、カバー50側の面の中央に発光モジュール100を搭載する搭載部21を有する。搭載部21の両側には、ねじ孔22が、ベース20の周部には、ボス孔23及び切欠部24が形成されている。
ホルダ30は、例えば、有底円筒状であり、円板状の押え板部31と、押え板部31の外周からベース20側に延長された円筒状の周壁部32とを有する。押え板部31には、ねじ孔22に対応する位置に、組立ねじ33を挿入するための挿入孔34が形成されている。また押え板部31の中央には、窓孔35が形成されている。
化粧カバー40は、例えば、白色不透明の樹脂などの非透光性材料からなり、円環状であって、中央には、窓孔41が形成されている。
カバー50は、例えば、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ガラスなどの透光性材料からなり、有底円筒状であって、レンズ機能を有するドーム状の本体部51と、本体部51の周部から外側へ延長された外鍔部52とを有する。外鍔部52には、半円状の切欠き部53が形成されている。
カバー押え部材60は、例えば、アルミニウムなどの金属や白色不透明の樹脂のような非透光性材料からなり、円環状である。カバー押え部材60には、切欠き部53に対応する位置に、ベース20側へ突出する円柱状のボス部61が形成されている。
配線部材70は、リード線71と、リード線71の一端に形成されたコネクタ72とを有する。
発光モジュール100は、基板110と、基板110のカバー50側の面上に配された第1の発光部である第1の封止部140及び第2の発光部である第2の封止部150とを備える。
(2)各部間の関係
ホルダ30は、押え板部31で発光モジュール100を搭載部21に押えつけた状態で、挿入孔34に挿入した組立ねじ33がねじ孔22に螺合される。これにより、ホルダ30及び発光モジュール100は、ベース20に固定されている。
カバー押え部材60は、外鍔部52をベース20の周部に押えつけた状態で、ボス部61がボス孔23に挿入される。これにより、カバー50とカバー押え部材60は、ベース20に固定されている。なお、この際、挿入したボス部61の先端部にレーザ光などを照射して、ボス孔23から抜けない形状に塑性変形すれば、さらに固定強度を高めることができる。
化粧カバー40は、組立ねじ33やリード線71などの部材を覆い隠すように、ホルダ30とカバー50の間に配置されている。
配線部材70は、リード線71のコネクタ72側と反対の端部で発光モジュール100に接続されており、切欠部24を通じて、コネクタ72側がランプユニット10の外部側へ引き出されている。
ここで、発光モジュール100は、第1の封止部140及び第2の封止部150が、窓孔35及び窓孔41から露出するように搭載部21に搭載されている。したがって、発光モジュール100の発光部(封止部140,150)から出射した光は、窓孔35及び窓孔41を通り、さらに本体部51を透過してランプユニット10の外部へ出射する。その際、カバー押え部材60は円環状であるため、本体部51を透過する光を妨げない。
3.発光モジュール100の構成
次に、ランプユニット10が備える発光モジュール100について図4及び図5を用いて説明する。
図4は、本実施の形態に係る発光モジュール100を示す図である。図4(a)は平面図、図4(b)は右側面図、図4(c)は正面図である。図5は図4(a)に示すX−X線で切った断面図である。
発光モジュール100は、基板110、第1の発光素子120、第2の発光素子130、第1の封止部140、第2の封止部150、端子部161〜164、配線171,172及び伝熱部材180を備える。
(1)各部の説明
基板110は、例えば、セラミックや熱伝導樹脂などからなる絶縁層とアルミなどからなる金属層との多層構造を有し、方形板状である。
第1の発光素子120は、青色光を発する発光素子であり、例えばピーク波長が450nm以上470nm以下の光を発するチップ型の青色LEDである。
第2の発光素子130は、赤色光を発する発光素子であり、例えばピーク波長が615nm以上660nm以下の光を発するチップ型の赤色LEDである。
第1の封止部140、第2の封止部150は、それぞれ第1の発光素子120、第2の発光素子130を封止する透光性の封止部である。第1の封止部140及び第2の封止部150は、例えば、波長変換材料が混入された透光性材料で形成されている。波長変換材料としては、例えば、サイアロン蛍光体などの酸窒化物蛍光体、硫化物蛍光体、シリケート系蛍光体及びそれら蛍光体のうちの2種類以上を混合した混合物などを用いることができる。透光性材料としては、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂、シリコーンとエポキシのハイブリッド樹脂、ユリア樹脂などを用いることができる。なお、透光性材料には、拡散材が混入されていてもよい。
端子部161〜164は、例えば、基板110に形成された導体パターンである。端子部161,162は、第1の発光素子120への給電用として機能しており、端子部163,164は、第2の発光素子130への給電用として機能している。
配線171,172は端子部161〜164と第1の発光素子120及び第2の発光素子130を電気的に接続するものであり、基板110の表面及び内部を通る導体パターン(不図示)とボンディングワイヤとからなる。
伝熱部材180は、例えば、透光性材料からなる基材と、当該基材に分散された熱伝導率の高い透光性材料からなる粒子とで構成されている。粒子の材料としては、例えば、ZnO、MgO、サファイア、Al23、Y23、TiO2ZrO2などが用いられる。伝熱部材180は、発光モジュール100が発する光の色の調整を妨げないよう、波長変換機能を有さない材料からなることが好ましい。
(2)各部間の関係
第1の発光素子120及び第2の発光素子130は、基板110の一面である基板上面111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。第1の発光素子120は、複数個存在し、お互いに平行な4つの素子列をなしている。同様に第2の発光素子130は、複数個存在し、お互いに平行な4つの素子列をなしている。また、図4(a)に示すように、第1の発光素子120がなす素子列と、第2の発光素子130がなす素子列とは、お互いに平行であり、それぞれが交互に配置されている。
第1の封止部140は、第1の発光素子120がなす4つの素子列を別々に封止する4つの分割体140a〜140dで構成されている。同様に、第2の封止部150も、第2の発光素子130がなす4つの素子列を別々に封止する4つの分割体150e〜150hで構成されている。なお、以下で、分割体140a〜140d,150e〜150hを特に区別しない場合は、単に「各分割体」と記載する。
各分割体は、例えば、長尺状であり、図5に示すように、各分割体の短手方向で切断した断面(例えば、図4のX−X線が示す断面)の形状は略半楕円形である。各分割体の長手方向側の両端部はR形状(略四半楕円体形)である。平面視(基板上面111側の基板110から離れた点から、基板上面111に直交する方向に見下ろした状態。以下同じ。)における、当該両端部の形状は略半楕円形である。なお、各分割体の形状はこれに限られず、例えば、略直方体形状であってもよい。
端子部161〜164は、基板上面111における周縁部に形成されている。端子部161〜164には、ランプユニット10のリード線71が接続されている。
配線171は、端子部161、162と第1の発光素子120を電気的に接続している。配線172は、端子部163、164と第2の発光素子130を電気的に接続している。第1の発光素子120及び第2の発光素子130は、配線171,172、端子部161〜165、リード線71、コネクタ72、コネクタ4bを介して回路ユニット4と接続されている(図1参照)。
伝熱部材180は、図5に示すように、基板上面111及び第2の発光素子130の側面に接触することで、両者を熱的に結合し、第2の発光素子130の熱を基板110へ放熱させる。伝熱部材180は、例えば、第2の発光素子130の側面全体に接触してもよいし、側面の下部のみと接触してもよい。また、すべての側面と接触していてもよいし、側面の一面のみと接触していてもよい。ここで、伝熱部材180は第1の発光素子120に対しては設けられていない。これは、第1の発光素子120に青色LEDを用いた場合に、伝熱部材180がLED側面から出射される光を遮らないようにするためである。
4.照明器具1の動作
図6は、照明器具1の接続状態を説明するための配線図である。回路ユニット4は、点灯回路部4c、調光比検出回路部4d及び制御回路部4eを有し、調光ユニット5、端子部161〜164及び外部の商用交流電源(不図示)と電気的に接続されている。
点灯回路部4cは、商用交流電源からの交流電圧を直流電圧に変換し、また、制御回路部4eからの指示に基づき、端子部161〜164及び配線171,172を通じて、第1の発光素子120及び第2の発光素子130に直流電圧を印加する。調光比検出回路部4dは、使用者が設定した調光比の情報を含む調光信号を調光ユニット5から取得し、制御回路部4eへ調光比情報を出力する。制御回路部4eは、当該調光比情報に基づいて点灯回路部4cが変換する直流電圧をPWM制御し、第1の発光素子120及び第2の発光素子130の発光強度を制御する。
ここで、配線171は、端子部161と端子部162との間において、第1の発光素子120を24直列2並列でいわゆる直並列接続している。同様に、配線172は、端子部163と端子部164との間において、第2の発光素子130を24直列2並列で直並列接続している。このような電気的接続構成によって、第1の発光素子120と第2の発光素子130とは、それぞれ独立した系統となるため、回路ユニット4によって別々に点灯制御することが可能となる。
次に、第1の封止部140は、第1の発光素子120が印加電圧によって発する青色光の一部を黄色光、例えばピーク波長が535nm以上555nm以下かつ半値幅が50nm以上70nm以下の光に、波長変換する。この黄色光と、波長変換されなかった青色光とが混色されるため、第1の封止部140の各分割体140a〜140dは全体として白色光を発する。すなわち第1の封止部140は、白色光を発する第1の発光部である。
一方、第2の封止部150は、第2の発光素子130が印加電圧によって発する赤色光を波長変換しない。したがって、第2の封止部150の各分割体150e〜150hは全体として赤色光を発する。すなわち第2の封止部150は、赤色光を発する第2の発光部である。(以下、第1の封止部140を第1の発光部140、第2の封止部150を第2の発光部150と記載する場合がある。)
第1の発光部140が発する白色光及び第2の発光部150が発する赤色光は、窓枠35、窓枠41及び本体部51を通ってランプユニット10の外部へ照射される。
このようにして、照明器具1は、調光ユニット5により独立して調光可能な白色光及び赤色光を、ランプ収容部3aの開口部から照射する。
5.第1の封止部140及び第2の封止部150の形状
本実施の形態に係る照明器具1が備える発光モジュール100は、第1の封止部140及び第2の封止部150の形状について、特定の条件を満たしている。以下にその条件と、それによって得られる効果を説明する。なお、説明の便宜上、発光モジュール100において、白色光及び赤色光が照射される向きのうち、基板上面111と直交するものを「上方向」とする。また、ある対象に対して、あるいはある対象において、上方向にあることを単に「上」と表現する。以下、発光モジュールにおいて、単に「上」と表現した場合は同様とする。
(1)封止部の形状が満たす条件
図5に示すように、第1の発光素子120の上面121の中心を第1の中心点122とする。また、当該第1の発光素子120を封止する第1の封止部140(図5では分割体140a)について、第1の中心点122から上方向に進んだ際の外表面との交点を外表面部141とし、第1の中心点122から各分割体の短手方向に進んだ際の外表面との交点を外表面部142とする。
また、第2の発光素子130の上面131の中心を第2の中心点132とする。さらに、当該第2の発光素子130を封止する第2の封止部150(図5では分割体150e)について、第2の中心点132から上方向に進んだ際の外表面との交点を外表面部151とし、中心点132から各分割体の短手方向に進んだ際の外表面との交点を外表面部152とする。
さらに、第1の中心点121から、外表面部141、外表面部142までの距離をそれぞれT1,R1とし、第2の中心点131から、外表面部151、外表面部152までの距離をそれぞれT2,R2とする。
このとき、本実施の形態では、各第2の発光素子130に対応するT2/R2が、すべての第1の発光素子120に対応するどのT1/R1よりも大きくなるように、第1の封止部140及び第2の封止部150が形成されている。
なお、このような条件を満たす第1の封止部140及び第2の封止部150を形成するには、例えば、以下のようにすればよい。
まず、基板上面111に、第1の発光素子120及び第2の発光素子130を複数個実装し、第1の発光素子120からなる素子列及び第2の発光素子130からなる素子列を形成する。次に、基板上面111において、例えばディスペンサを用いて、上記素子列に沿って樹脂ペーストをライン上に塗布する。塗布後の樹脂ペーストを固化させることによって、上記素子列ごとに個別に第1の封止部140及び第2の封止部150の各分割体を形成する。
この際、第2の封止部150である分割体150e〜hの形成時において、第1の封止部140である分割体140a〜dの形成時よりも、用いる樹脂ペーストの粘度を大きくすればよい。粘度が大きい樹脂ペーストでは、基板上面111での広がりが抑えられるため、T2/R2をT1/R1より大きく形成することが可能となる。なお、分割体の樹脂ペーストの粘度は、樹脂ペーストが含有するフィラーや波長変換材料などの量によって調節可能である。
なお、上記方法に加え、又は上記方法とは別に、各分割体形成時の製造パラメータ(樹脂塗布量、温度など)によって各分割体の形状を調整してもよいし、金型などを用いて各分割体を所望の形状に形成してもよい。
(2)得られる効果
(1)の条件を満たす場合、各分割体の短手方向に関して、照明器具1が発する赤色光の配光角は、白色光の配光角よりも小さくなる。以下、詳細を説明する。
なお、本願における「配光角」とは、JIS(日本工業規格)Z8113に定める「ビームの開き」及びJEL(日本電球工業会企画)800で定める「配光角」に準拠した値をいう。
i.封止部の形状と配光角との関係
図7は、封止部の形状による配光(屈折方向)の差異を説明するための模式断面図である。
発光素子ILは、点光源であり、出射方向Zへ光を出射する。この際、発光素子ILが発する光は、出射方向Zを中心にある程度の配光角を有し、出射方向Zの遠方を底部側とする円錐状をなす。
封止部S51〜S53は同一の透光性樹脂材料からなり、半楕円体状である。ここで、発光素子ILを通り、出射方向Zに直交する直線の一つを直交軸Xとする。出射方向Z及び直交軸Xを含む仮想平面で切断した封止部S51〜S53の断面は、いずれも出射方向Zと直交軸Xのいずれか一方を長軸方向、他方を短軸方向とする半楕円形である。
封止部S51〜S53の上記断面において、直交軸Xに沿った半径(以下、「封止半径」という。)はいずれもR51である。一方、出射方向Zに沿った半径(以下、「封止高さ」という。)は、封止部S51,封止部S52,封止部S53に対し、それぞれH51,H52,H53である。ここで、H53<H51=R51<H52である。
発光素子ILが発する光L51、光L52、光L53は、それぞれ封止部S51、封止部S52、封止部S53を透過し、空気中に出射される。ここで、封止部S51〜S53は樹脂であるため、その屈折率nは、空気の屈折率より大きい(例えば、n=1.3〜1.6である)。したがって、光L51〜L53は、封止部S51〜S53の外表面への入射角が0度となる場合を除き、封止部S51〜S53の外表面で屈折し、その出射角は入射角より大きくなる。
ここで、封止部S51は、封止高さH51と封止半径R51が等しく、半球である。したがって、光L51と、光L51が通過する封止部S51の外表面における接線T51とは直交し、図7に示すように、光L51は封止部S51の外表面で屈折せずに直進する。すなわち、封止部S51は、発光素子ILが発する光の配光角を変化させない。
次に、封止部S52は、封止高さH52が封止半径R51より大きい。したがって、光L52は、図7に示すように、進行方向が出射方向Zである場合を除き、光L52が通過する封止部S52の外表面における接線T52に対する法線N52に対して、出射方向Zの無限遠点(以下、「無限遠点」という。)とは反対側から、入射角AI52にて外表面に入射する。前記のとおり、出射角AE52は入射角AI52より大きくなるため、光L52は法線N52に対して、無限遠点側に屈折する。すなわち、封止部S52は、発光素子ILが発する光の配光角を小さくする。
次に、封止部S53は、封止高さH53が封止半径R51より小さい。したがって、光L53は、図7に示すように、進行方向が出射方向Zである場合を除き、光L53が通過する封止部S53の外表面における接線T53に対する法線N53に対して、無限遠点と同じ側から、入射角AI53にて外表面に入射する。前記のとおり、出射角AE53は、入射角AI53より大きくなるため、光L53は法線N53に対して、無限遠点とは逆側に屈折する。すなわち、封止部S53は、発光素子ILが発する光の配光角を大きくする。
次に、図8は、封止部の形状による配光(屈折の大きさ)の差異を説明するための模式断面図である。図8では、図7から封止部S61〜63の形状のみを変更し、その他は同様である。
封止部S61〜S63の封止半径はいずれも等しく、R61である。一方、封止高さは封止部S61、封止部S62、封止部S63に対し、それぞれH61、H62、H63である。ここで、H61=R61<H62<H63である。
発光素子ILが発する光L61,光L62,光L63は、それぞれ封止部S61,封止部S62,封止部S63を透過し、空気中に出射される。ここで、封止部S62,S63は、その封止高さH62,H63が、封止半径R61よりも大きい。したがって、光L62,L63は、図7の光L52と同様に、封止部の外表面で無限遠点側に屈折する。
ここで、封止高さH63は封止高さH62より大きい。したがって、図8に示すように、光L63の外表面への入射角(法線N63となす鋭角)は、光L62の外表面への入射角(法線N62となす鋭角)よりも大きくなる。よって、光L63は、光L62よりも大きく無限遠点側に屈折する。すなわち、封止部S63による発光素子ILの集光効果(配光角を小さくする効果)は、封止部S62の集光効果より大きい。
以上より、発光素子ILが発する光は、封止部の封止高さ/封止半径が1より大きいと、集光し、1より小さいと拡散する。さらに、封止高さ/封止半径が大きい方が、集光効果は大きくなる。また、対称性から、封止高さ/封止半径が小さい方が、拡散効果(配光角を大きくする効果)は大きくなる。
ii.発光素子の形状と配光角との関係
次に、図9は、発光素子の形状(高さ)による配光(屈折の大きさ)の差異を説明するための模式断面図である。図9は、図7、図8から発光素子E71,E72のみを変更し、その他は同様である。
発光素子E71,E72は、例えばチップ型のLEDであって、直方体形状をなし、図9に示す出射方向Zに光を発する。この際、発光素子E71,E72が発する光は、出射方向Zを中心にある程度の配光角を有する。なお、発光素子E71の配光角とE72の配光角は同一である。
発光素子E71,E72の上面を、それぞれ上面E71a,E72aとすると、出射方向Zに沿った、直交軸Xから上面E71a,E72aまでの距離(以下、「発光素子の高さ」という。)はそれぞれH71及びH72であり、H71<H72である。
封止部S71は、図7の封止部S52、図8の封止部S62又は封止部S63に相当し、封止高さH73が封止半径R73より大きい。
上面E71a,E72aの端点から、出射方向Zに対して同じ角度で発する光L71,L72は、ともに封止部S71を透過し、封止部S71の外表面で無限遠点側に屈折して、空気中に出射される。ここで、図9に示すように、光L72の外表面への入射角は、光71の外表面への入射角より小さい。したがって、光L72は、封止部S71の外表面で、光L71よりも小さく屈折する。すなわち、高さが大きい発光素子E72に対する封止部S71の集光効果は、高さが小さい発光素子E71に対する封止部S71の集光効果よりも小さくなる。
なお、封止部S71が図7の封止部S53のように、封止高さH73<封止半径R73となる場合は、光L71,L72は、封止部S71の外表面で、無限遠点とは反対側に屈折して、空気中に出射される。ここで、対称性より、光L72の外表面への入射角は、光L71の外表面への入射角よりも大きい。したがって、光L72は、封止部S71の外表面で、光L72よりも大きく屈折する。すなわち、高さが大きい発光素子E72に対する封止部S71の拡散効果は、高さが小さい発光素子E71に対する封止部S71の拡散効果よりも大きくなる。
これらは、発光素子の高さの分だけ、封止部の封止高さの効果を打ち消していることに起因する。つまり、発光素子が体積を持つ場合は、封止部の形状による集光(拡散)効果は、発光素子の上面を基準に考えればよい。
iii.封止部の集光(拡散)効果のまとめ
i.及びii.より、発光素子の発する光の配光角は、封止部の形状によって変化させることができる。また、図5の符号を用いた場合、その効果は、T1/R1又はT2/R2で表すことができる。このT1/R1又はT2/R2を「素子上面中心基準のアスペクト比」とする。ある方向について、配光角を小さくしたい場合は、その方向における素子上面中心基準のアスペクト比を大きくすればよい。また、逆に、配光角を大きくしたい場合は、その方向における素子上面中心基準のアスペクト比を小さくすればよい。
ここで、発光モジュール100では、各第1の発光素子120及び第2の発光素子130に対応するT1/R1及びT2/R2について、T1/R1<T2/R2を満たすように第1の封止部140及び第2の封止部150が形成されている。
このとき、各分割体の短手方向について、第2の封止部150の外表面で屈折して出射する赤色光の配光角は、第1の封止部140の外表面で屈折して出射する白色光の配光角より小さくなる。すなわち、発光モジュール100を備えた照明器具1では、各分割体の短手方向について、赤色光の配光角が、白色光の配光角よりも小さい。
なお、青色LEDと赤色LEDの素子単体の配光角の大きさは、LED側面から出射する光の有無により、青色LED>赤色LEDとなる。したがって、第1の発光素子120に青色LEDを、第2の発光素子130に赤色LEDを用いた場合は、赤色光と白色光との配光角の差をさらに大きくできる。
また、発光モジュール100では、すべての発光素子に対応するT1/R1及びT2/R2が、T1/R1<T2/R2を満たすように各分割体を形成したが、必ずしもこの条件を満たす必要はない。例えば、すべての第2の発光素子130に対応するどのT2/R2より小さいT1/R1を持つ第1の発光素子120が少なくとも一つ存在すればよい。
すなわち、第2の発光素子130に対するT2/R2の値が、第1の発光素子120に対するT1/R1の値より大きければよく、発光モジュール100のように発光素子が複数個存在する場合は、T2/R2の最小値が、T1/R1の最小値より大きければよい。
なお、対応するT1/R1の値が、T2/R2の最小値より小さい第1の発光素子130が多いほど、白色光の照射領域内における照度の不均一が低減されるため、視認上の違和感を低減することが可能である。
6.照明器具1の効果
図10は、照明器具1の使用状態を示す模式断面図である。図10の断面は、発光モジュール100における基板110と直交する方向と、各分割体の短手方向とを含む仮想平面で切断した断面である。照射物6は、光合成を行う生体であって、例えば植物である。境界B11,境界B12は、それぞれ白色光L11,赤色光L12の照射領域の境界を示している。
照明器具1では、各分割体の短手方向について、第2の発光部150が発する赤色光L12の配光角は、第1の発光部140が発する白色光L11の配光角よりも小さい。すなわち、照明器具1では、赤色光L12の照射領域が、白色光L11の照射領域よりも小さく、かつ白色光L11の照射領域に含まれる。
したがって、図10の断面において、境界B11は、照射器具1から見て、境界B12の外側にある。このとき、境界B12に挟まれた領域、すなわち赤色光L12の照射領域を領域8とし、境界B11に挟まれた領域(白色光L11の照射領域)から、領域8を除いた領域を領域7とする。照射物6は、領域8に配置されている。
照明器具1は、植物育成用の赤色光L12を発する第2の発光部150を備える。ここで、赤色光は、光合成における照射光として、単位エネルギー当たりの効果が最も大きい。したがって、照明器具1は、高エネルギー効率な光合成を実現できる。
また、照明器具1は、白色光L11を発する第1の発光部140を備え、白色光L11の照射領域は、領域7及び領域8である。よって、照射物6が配置された赤色光L12の照射領域(領域8)及びその周辺(領域7)を、視認用の白色光L11で照らすことができ、別途視認用の照明を設置する必要がない。そして、第1の発光部140は第2の発光部150が配置された筐体3内に配置されているため、大きな追加スペースを必要としない。したがって、照明器具1は、省スペースを実現できる。
また、照明器具1は、照射物6が存在しない領域7には、赤色光L12を直接照射しない。したがって、視認上の違和感を低減できる。
また、照明器具1は、領域7に直接影響を与えることなく、領域8、すなわち照射物6に赤色光L12を照射できる。したがって、赤色光L12の照射エネルギーへの制約を低減できる。
以上より、本実施の形態に係る照明器具1は、筐体3と、白色光L11を発し、筐体3内に配置された第1の発光部140と、白色光L11とは異なる発光スペクトルを有し、照射物6に光反応を誘発させる光L12を発し、筐体3内に配置された第2の発光部150と、を備え、第2の発光部150が発する光L12の照射領域が、白色光L11の照射領域よりも小さく、かつ白色光L11の照射領域に含まれる、照明器具である。
上記構成により、照明器具1は、高効率な光反応及び省スペースを実現しながら、視認上の違和感と赤色光の放射エネルギーの制約を同時に低減可能である。
7.照明器具1の使用方法
照明器具1の使用時には、図10に示すように照射物6は、領域8に配置されているが、その方法としては、例えば以下のようにできる。
まず、あらかじめ、領域7と領域8として必要な範囲を決定する。例えば、植物工場などで、植物を配置する箇所と、周辺で視認を必要とする作業を行う箇所を決める。このとき、照射物6は一列に配置する。さらに、照明器具1を設置する天井の高さ及び上記必要な範囲をもとに、必要な白色光L11及び赤色光L12の配光角を求める。
次に、そのような配光角を満たすよう、第1の発光部140及び第2の発光部150の形状を調整した照明器具1を用意する。ここで、照明器具1に対し、内部にある発光モジュール100の素子列の長手方向を判別できるようにマーキングしておく。
最後に、照射物6がなす列の直上に照明器具1を配置し、上記マーキングを基に、素子列の長手方向と、照射物6の列とを平行にする。このようにすることで、照射物6を領域8に含め、作業箇所を領域7に含めることが可能となる。
なお、白色光L11及び赤色光L12の配光角を調整する際、第1の発光部140及び第2の発光部150の形状を、その材料や製造パラメータで調節する方法を用いれば、金型などを用いて調節する方法を用いるよりも低コストかつ簡易に調節でき、様々な照射物6の配置に対して対応が容易である。また、照射物6のなす列が複数必要な場合は、各列の直上に照明器具1をそれぞれ配置すればよい。
なお、上記では、領域7と領域8について、あらかじめ必要な範囲を決定してから、それに対応する照明器具1を用意したが、逆に、照明器具1を用意し、それに対応するよう、照射物6を配置してもよい。
<変形例>
以上、本発明の一態様である実施の形態を説明したが、本発明はこれに限られない。以下に、本発明の一態様に係る照明器具の変形例について説明する。なお、既に説明した部材と同じ部材が使用されている場合は、その部材と同じ符号を付して説明を簡略又は省略している。
1.変形例1
上記実施の形態に係る発光モジュール100では、一方向(各分割体の短手方向)における、白色光及び赤色光の配光角に差異をつけていたが、複数の方向や全方向の配光角に差異をつけることも可能である。
図11は、変形例1に係る照明器具が備える発光モジュール200を示す図である。図11(a)は平面図、図11(b)は図11(a)に示すY−Y線で切った断面図、図11(c)は図11(a)に示すX−X線で切った断面図である。なお、変形例1に係る照明器具は、発光モジュール200を除いて照明器具1と同様である。
発光モジュール200では、基板210の上面211において、第1の発光素子120が千鳥配列をなしている。さらに第2の発光素子130が、最外周部を除いた第1の発光素子120の配列の間に配置されている。
第1の封止部240、第2の封止部250は、それぞれ第1の発光素子120、第2の発光素子130を素子ごとに1つずつ封止している。第1の封止部240及び第2の封止部250は、例えば、略半楕円体状であり、平面視においては、円形状である。なお、第1の封止部240及び第2の封止部250の形状は、このようなものに限られず、例えば略直方体形状であってもよい。なお、第1の封止部240及び第2の封止部250は、上記実施の形態に係る第1の封止部140及び第2の封止部150と同じ材料からなる。
ここで、発光モジュール200では、基板上面211と平行なすべての方向について、各第2の発光素子130に対する素子上面中心基準のアスペクト比が、どの第1の発光素子120に対する素子上面中心基準のアスペクト比よりも大きい。よって、発光モジュール200では、基板上面211と平行なすべての方向について、第2の発光部(封止部)250が発する赤色光の配光角が、第1の発光部(封止部)240が発する白色光の配光角より小さい。したがって変形例1に係る照明器具では、照射する赤色光の照射領域が、照射する白色光の照射領域よりも小さく、かつ白色光の照射領域に含まれる。
以上より、変形例1に係る照明器具は、高効率かつ省スペースを実現しながら、視認上の違和感と赤色光の放射エネルギーの制約を同時に低減可能である。
なお、発光モジュール200では、第1の発光部240が複数個存在し、第2の発光部250が、第1の発光部240のなす配列の内部にある。これにより、変形例1に係る照明器具を直接視認した場合に、白く光る第1の封止部240が主に見え、赤く光る第2の封止部250が見えにくくなり、照明器具自体の視認上の違和感を低減することができる。
また、発光モジュール200では、各第2の封止部250について、どの第1の封止部240よりも、素子上面中心基準のアスペクト比が大きいが、必ずしもこの条件を満たす必要はない。基板上面211と平行なすべての方向について、第2の発光素子120に対する素子上面中心基準のアスペクト比が、第1の発光素子に対する素子上面中心基準のアスペクト比よりも大きければよい。変形例1のように発光素子が複数個存在する場合は、第2の発光素子130に対する素子上面中心基準のアスペクト比の最小値が、第1の発光素子120に対する素子上面中心基準のアスペクト比の最小値より大きければよい。
2.変形例2
変形例1では、第2の封止部250は略半楕円体状であったが、これ以外の形状を用いてもよい。図12は、変形例2に係る照明器具が備える発光モジュールにおける第2の封止部350の形状を説明する模式断面図である。なお、変形例2に係る照明器具は、第2の封止部350の形状を除いて変形例1に係る照明器具と同じ構成である。
第2の封止部350は、いわゆるシャンデリア球状の形状をしている。すなわち、第2の封止部350について、基板上面211に平行な断面のうち、面積が最大となる最大断面CS350が、第2の発光素子130の上面131より上側にある。すなわち、最大断面CS350が、上面131を基準に基板210と反対側にある。なお、第2の封止部350は、上記実施の形態に係る第2の封止部150と同じ材料からなる。
ここで、最大断面CS350の中心点CS351から、上(出射)方向Zに沿った第2の封止部350の外表面までの距離をT350とし、中心点CS351から、基板上面211と平行な方向に沿った第2の封止部350の外表面までの距離をR350とする。このとき、変形例2に係る発光モジュールでは、基板上面211と平行なすべての方向について、T350/R350が、各第1の発光素子120に対する素子上面中心基準のアスペクト比より大きい。
図12に示すように、第2の封止部350では、T350/R350が、素子上面中心基準のアスペクト比に代わって、第2の発光素子130が発する光L31の集光(拡散)度合いを決定している。よって、変形例2に係る発光モジュールでは、第2の発光部(封止部)350が発する赤色光の配光角が、第1の発光部(封止部)240が発する白色光の配光角より小さくなる。したがって、変形例2に係る照明器具では、照射する赤色光の照射領域が、照射する白色光の照射領域よりも小さく、かつ白色光の照射領域に含まれる。
以上より、変形例2に係る照明器具は、高効率かつ省スペースを実現しながら、視認上の違和感と赤色光の放射エネルギーの制約を同時に低減可能である。
3.変形例3
実施の形態及び変形例1、2では、発光素子を封止する封止部の形状によって、赤色光の照射領域を、白色光の照射領域よりも小さくしていたが、これ以外の方法を用いることも可能である。
図13は、変形例3に係る照明器具が備える発光モジュール400の模式断面図である。発光モジュール400では、基板410の上面が平面状ではなく、平面状の基板上面411と、基板上面411の周囲に、基板上面411に対して角度θをなす基板傾斜面412を有し、基板上面411及び基板傾斜面412に直交する断面が台形状となっている。なお、基板410においては、基板傾斜面412を一方向に設けてもよいし、すべての方向に設けてもよい。また、基板410は一枚である必要はなく、平板状の基板片と、当該基板片の周囲に配置され、上面が傾斜した基板片との集合体であってもよい。また、基板410は、折り曲げて傾斜をつけたものであってもよい。
発光モジュール400では、第1の発光素子120を封止し、表面から白色光L41を出射する第1の封止部440と、第2の発光素子130を封止し、表面から赤色光L42を出射する第2の封止部450とを備える。これら第1の封止部440と第2の封止部450は、上記実施の形態のように、素子上面中心基準のアスペクト比が異なっていてもよいし、まったく同一の形状であってもよい。
その他、変形例3に係る照明器具では、変形例1に係る照明器具と同じ構成である。
ここで、基板上面411上には、第1の封止部440と第2の封止部450の両方が配置され、基板傾斜面412上には、第1の封止部440のみが配置されている。このようにすることで、白色光L41のみ、角度θの分だけ、配光角が大きくなる。
よって、発光モジュール400では、第2の発光部(封止部)450が発する赤色光L42の配光角が、第1の発光部(封止部)440が発する白色光L41の配光角より小さい。したがって、発光モジュール400を備えた変形例3に係る照明器具では、照射する赤色光L42の照射領域が、照射する白色光L41の照射領域よりも小さく、かつ白色光L41の照射領域に含まれる。
以上より、変形例3に係る照明器具は、高効率かつ省スペースを実現しながら、視認上の違和感と赤色光の放射エネルギーの制約を同時に低減可能である。
4.変形例4
上記実施の形態に係る照明器具1では、ダウンライトであったが、照明器具の形態は上記実施の形態に限定されない。図14は、変形例4に係る照明器具500を示す分解斜視図である。照明器具500は、直管型LEDランプであって、長尺筒状の筐体501と、筐体501内に配置された基台502と、基台502に搭載された発光モジュール503と、筐体501の両端部に取り付けられた一対の口金504,505を備える。
筐体501は、両端部に開口を有する長尺筒状であって、基台502及び発光モジュール503が収容されている。筐体501の材質は、特に限定されるものではないが、透光性材料であることが好ましく、透光性材料としては、例えばプラスチックのような樹脂やガラスなどが挙げられる。なお、筐体501の横断面形状は特に限定されず、円環状であってもよいし、多角形の環状であってもよい。
基台502は、両端が一対の口金504,505の近傍にまで延びた長尺板状であって、その長手方向の長さは、筐体501の長手方向の長さと略同等である。基台502は、発光モジュール503の熱を放熱するためのヒートシンクとして機能することが好ましく、そのためには金属などの高熱伝導性材料によって形成されていることが好ましい。
発光モジュール503は、基板510と、基板510の上面に実装された第1の発光素子120及び第2の発光素子130と、それら第1の発光素子120と第2の発光素子130とをそれぞれ封止している第1の封止部540、第2の封止部550とを備える。第1の発光素子120及び第2の発光素子130は、それぞれ基台502の長手方向に沿った直線状の素子列を構成するように配置されている。第1の封止部540及び第2の封止部550は、それぞれが基台502の長手方向に沿った長尺状であり、間隔をあけて互いに平行に並べて配置されている。なお、第1の封止部540及び第2の封止部550は、上記実施の形態に係る第1の封止部140及び第2の封止部150と同じ材料からなる。
一対の口金504,505は、照明器具500を設置する箇所に設けられたソケット(不図示)に取り付けられる。照明器具500をソケットに取り付けた状態において、一対の口金504,505を介して発光モジュール503への給電が行われる。また、発光モジュール503で生じた熱が、基台502及び一対の口金504,505を介して照明器具に伝わる。
ここで、照明器具500は、筐体501内に、白色光を発する第1の発光部(封止部)540及び赤色光を発する第2の発光部(封止部)550を備える。さらに、第1の発光部540及び第2の発光部550は、基台502の短手方向において、第2の発光部550の各素子上面中心基準のアスペクト比が、第1の発光部540の各素子上面中心基準のアスペクト比よりも大きくなるように形成されている。よって、発光モジュール503では、第2の発光部550の発する赤色光の配光角が、第1の発光部540の発する白色光の配光角より小さい。したがって、変形例4に係る照明器具500では、照射する赤色光の照射領域が、照射する白色光の照射領域よりも小さく、かつ白色光の照射領域に含まれる。
以上より、変形例4に係る照明器具500は、高効率かつ省スペースを実現しながら、視認上の違和感と赤色光の放射エネルギーの制約を同時に低減可能である。
5.変形例5
図15は、変形例5に係る照明器具600を示す断面図である。変形例5に係る照明器具600は、LED電球であって、発光モジュール100、ホルダ620、回路ユニット630、回路ケース640、口金650、グローブ660及び筐体670を主な構成とする。
発光モジュール100は、上記実施の形態に係る発光モジュール100と同じものである。
ホルダ620は、モジュール保持部621と回路保持部622とを備える。モジュール保持部621は、発光モジュール100を筐体670に取り付けるための略円板状の部材であって、アルミニウムなどの良熱伝導性材料からなり、その材料特性によって、発光モジュール100からの熱を筐体670へ熱を伝導する熱伝導部材としても機能する。回路保持部622は、例えば合成樹脂で形成された略円形皿状であって、ねじ623によってモジュール保持部621に固定されている。回路保持部622の外周には回路ケース640に係合させるための係合爪624が設けられている。
回路ユニット630は、回路基板631、回路基板631に実装された複数個の電子部品632及び給電線633,634とからなる。回路基板631は回路保持部622に固定された状態で筐体670内に収納されており、発光モジュール100と電気的に接続されている。回路ユニット630は、上記実施の形態に係る回路ユニット4に相当する。
回路ケース640は、回路ユニット630を内包した状態で回路保持部622に取り付けられている。回路ケース640には、回路保持部622の係合爪624と係合する係合孔641が設けられており、係合爪624を係合孔641に係合させることによって、回路保持部622に回路ケース640が取り付けられている。
口金650は、JIS(日本工業規格)で規定された口金、例えばE型口金の規格に適合する口金であり、一般白熱電球用のソケット(不図示)に装着するために使用される。口金650は、筒状胴部とも称されるシェル651と円形皿状をしたアイレット652とを有し、回路ケース640に取り付けられている。シェル651とアイレット652とは、ガラス材料からなる絶縁体部653を介して一体となっている。シェル651は、回路ユニット630の一方の給電線633と電気的に接続されており、アイレット652は、回路ユニット630の他方の給電線634と電気的に接続されている。
グローブ660は、略ドーム状であって、発光モジュール100を覆うようにして、その開口端部661が接着剤662によって筐体670及びモジュール保持部621に固定されている。
筐体670は、例えば円筒状であって、一方の開口側に発光モジュール100が配置され、他方の開口側に口金650が配置されている。筐体670は、発光モジュール100からの熱を放散させる放熱部材(ヒートシンク)として機能させるために、熱伝導性の良い材料、例えばアルミニウムを基材として形成されている。
変形例5に係る照明器具600では、筐体670内に、発光モジュール100を備える。さらに、発光モジュール100により、照射する赤色光の照射領域が、照射する白色光の照射領域よりも小さく、かつ白色光の照射領域に含まれる。したがって、変形例5に係る照明器具600は、高効率かつ省スペースを実現しながら、視認上の違和感と赤色光の放射エネルギーの制約を同時に低減可能である。
6.変形例6
図16は、変形例6に係る照明器具700を示す斜視図である。図17は、変形例6に係る照明器具700を示す断面図である。変形例6に係る照明器具700は、LED電球であって、発光モジュール710、筐体720、ステム730、支持部材740、ケース750、回路ユニット760、及び口金770を主な構成とする。
発光モジュール710は、基板711と、第1の発光素子120(不図示)と、第2の発光素子130(不図示)と、第1の発光素子120を封止する第1の封止部714と、第2の発光素子130を封止する第2の封止部715とを備える。
基板711は、透光性材料で構成される透光性の基板であって、その上面711aには第1の発光素子120及び第2の発光素子130が実装されている。第1の発光素子120と第2の発光素子130は、基板上面711a上で、それぞれお互いに平行な直線状の素子列をなしており、各素子列が2列ずつ配置されている。第1の封止部714は、第1の発光素子120を素子列ごと別々に封止する分割体714a,714bで構成されている。また、第2の封止部715は、第2の発光素子130を素子列ごと別々に封止する分割体715a,715bで構成されている。分割体714a,714b及び分割体715a,715bは、例えば、長尺状であって、間隔をあけて互いに平行に並べて配置されている。また、長手方向両端部はR形状(具体的には略四半楕円体形)になっており、平面視における長手方向両端部の形状は略半楕円形である。さらに、長手方向と直交する仮想面で切断した断面の形状は略半楕円形である。なお、第1の封止部714及び第2の封止部715は、上記実施の形態に係る第1の封止部140及び第2の封止部150と同じ材料からなる。
筐体720は、一般的な白熱電球のガラスバルブと同様の形状であって、内部に発光モジュール710が収容されている。筐体720は、シリカガラス、アクリル樹脂などの透光性材料で構成されており、透明であって、内部に収容された発光モジュール710は外部から視認可能である。発光モジュール710は筐体720の内部の略中央に配置されているため、照明器具700は白熱電球に近似した配光特性を有する。さらに、基板711が透光性の基板であるため、基板711の上面711aに実装された発光素子120,130から出射された光が基板711を透過して口金770側にも照射され、照明器具700はより白熱電球と近似した配光特性を有する。なお、筐体720は、必ずしも透明である必要はなく、例えばシリカからなる乳白色の拡散膜が内面に形成された半透明のグローブであっても良い。また、基板711の下面711bにも発光素子120、130が実装されていても良い。
ステム730は、棒状形状であって、筐体720の開口部721の近傍から筐体720内に向かって延びるように配置されており、基端が支持部材740に固定され、先端に発光モジュール710が取り付けられている。ステム730は、発光モジュール710の熱を支持部材740に伝導させる役割を果たすため、発光モジュール710の基板711よりも熱伝導率の大きい材料で構成されていることが好ましい。例えば、Al、Al合金などの金属材料、セラミックなどの無機材料によって構成されていることが好ましい。発光モジュール710のステム730への取り付けは、発光モジュール710の基板711を、ステム730の先端に設けられた搭載部731に、例えば接着剤、接着シートなどの固着材によって固着することにより行われている。接着剤としては、例えば、金属微粒子をシリコーン樹脂に分散させてなる高熱伝導性の接着剤が挙げられる。接着シートとしては、例えば、アルミナ、シリカ、酸化チタンなどの熱伝導性のフィラーをエポキシ樹脂に分散させてシート状に形成し、その両面に接着剤を塗布してなる高熱伝導性の接着シートが挙げられる。それら高熱伝導性の接着剤及び接着シートは、発光モジュール710の熱をステム730に効率良く伝導させることができるため好適である。なお、ステム730の表面に研磨処理による鏡面仕上げなどによって反射面を形成することで、配光制御を行っても良い。
支持部材740は、円形板状であって、第1支持部741と第2支持部742とを備える。発光モジュール710側に位置する第1支持部741は、口金770側に位置する第2支持部742よりも径が小さく、その径の差によって支持部材740の外周には段差が生じている。その段差に筐体720の開口部721を当接させた状態で、筐体720と支持部材740とが接着剤722により接着され、筐体720の開口部721が第2支持部742によって塞がれている。支持部材740は、ステム730と同様に熱伝導率の大きい材料、例えば金属材料又は無機材料によって構成されている。なお、なお、第1支持部741の表面に研磨処理による鏡面仕上げなどによって反射面を形成することで、配光制御を行っても良い。
ケース750は、内部に回路ユニット760が収容された筒状の部材であって、ガラス繊維を含有するポリブチレンテレフタレート(PBT)などの絶縁性材料で構成されており、筐体720側に位置する第1ケース部751と、口金770側に位置する第2ケース部752とを備える。ケース750と支持部材740とは、支持部材740に第1ケース部751を外嵌させた状態で接着剤722により固定されている。第2ケース部752の外周面にはねじ溝が形成されており、そのねじ溝を利用して口金770が第2ケース部752に螺合されている。
回路ユニット760は、回路基板761と回路基板761に実装された複数個の電子部品762とからなり、ケース750内に収納されている。回路ユニット760は、上記実施の形態に係る回路ユニット4に相当する。発光モジュール710と回路ユニット760とは、例えば、熱伝導率が高い銅(Cu)を含む金属線で構成される給電線763により電気的に接続されている。各給電線763の一端は、発光モジュール710の端子部(不図示)と半田などにより電気的に接続されており、各給電線763の他端は、回路ユニット760と電気的に接続されている。
口金770は、JISで規定された口金、例えばE型口金の規格に適合する口金であり、一般白熱電球用のソケット(不図示)に装着するために使用される。口金770は、筒状胴部とも称されるシェル771と円形皿状をしたアイレット772とを有する。シェル771と回路ユニット760、アイレット772と回路ユニット760は、それぞれ給電線754、755を介して電気的に接続されている。
ここで、照明器具700では、筐体720内に、第1の発光部(封止部)714及び第2の発光部(封止部)715を備える。さらに、第1の発光部714及び第2の発光部715は、その短手方向において、各第2の発光素子130に対応する素子上面中心基準のアスペクト比が、どの第1の発光素子120に対応する素子上面中心基準のアスペクト比よりも大きくなるように形成されている。よって、発光モジュール710では、第2の発光部715が発する赤色光の配光角は、第1の発光部714が発する白色光の配光角より小さい。したがって、変形例6に係る照明器具700では、照射する赤色光の照射領域が、照射する白色光の照射領域よりも小さく、かつ白色光の照射領域に含まれる。
以上より、変形例6に係る照明器具700は、高効率かつ省スペースを実現しながら、視認上の違和感と赤色光の放射エネルギーの制約を同時に低減可能である。
7.変形例7
図18は、変形例7に係る照明器具800を示す斜視図である。図19は、変形例7に係る照明器具800を示す断面図である。図20は、変形例7に係る照明器具800を示す分解斜視図である。
変形例7に係る照明器具800は、電源回路内蔵型のLEDユニットであって、上記実施の形態に係る発光モジュール100、載置部材810、筐体820、カバー830、熱伝導シート840,850、固定用ねじ860、反射鏡870、及び回路ユニット880を備える。
載置部材810は、照明器具800を装置設置面に固定するための固定部材として機能する。また、載置部材810は、発光モジュール100の基板110が取り付けられる台座として機能する。載置部材810は、例えば、Alなどの熱伝導性が高い材料で構成されている。
筐体820は、発光モジュール100を囲う円筒形状であって、光出射側に開口が形成されており、例えば、PBTなどの絶縁性を有する合成樹脂からなる樹脂筐体で構成されている。筐体820の内部には、発光モジュール100、熱伝導シート840、反射鏡870、及び回路ユニット880が収容されている。
カバー830は、筐体820の内部に収容された発光モジュール100などを保護する役割を果たす部材であって、筐体820の光出射側に形成された開口を塞ぐように、接着剤、リベット又はねじなどによって筐体820に取り付けられている。カバー830は、発光モジュール100からの光を効率良く透光できるように、ポリカーボネート樹脂などの透光性を有する合成樹脂で構成されており、カバー830越しに筐体820の内部が透けて見える。
図19に示すように、熱伝導シート840は、発光モジュール100と載置部材810との間に配置されている。熱伝導シート840は、基板110と載置部材810とを熱的に接続する熱伝導シートであって、例えば、シリコーンゴムシート或いはアクリルシートなどで構成されており、発光モジュール100の熱を載置部材810へ効率良く伝導させる役割を果たす。
熱伝導シート850は、載置部材810と装置設置面(不図示)との間に配置されている。熱伝導シート850も、例えば、シリコーンゴムシート或いはアクリルシートなどで構成されており、熱伝導シート840及び載置部材810を介して熱伝導シート850に伝導する発光モジュール100の熱を装置設置面に逃がす役割を果たす。
図20に示すように、載置部材810と筐体820とは固定用ねじ860によって互いに固定されている。
反射鏡870は、発光モジュール100からの光を外部に効率良く取り出すための光学部材であって、カバー830に向かって径が漸次拡大した筒状形状を有し、ポリカーボネートなどの反射率の高い材料によって構成されている。なお、反射率を向上させるために、反射鏡870の内面に反射膜をコーティングしても良い。
回路ユニット880は、回路基板と、回路基板に実装された複数個の電子部品とからなり、図面では電子部品が省略されている。回路ユニット880は、円形状の開口が形成された円環状の形状をしており、筐体820の内部であって反射鏡870の外周の空間に配置されている。
変形例7に係る照明器具800では、筐体820内に、発光モジュール100を備える。さらに、発光モジュール100により、照射する赤色光の照射領域が、照射する白色光の照射領域よりも小さく、かつ白色光の照射領域に含まれる。したがって、変形例7に係る照明器具800は、高効率かつ省スペースを実現しながら、視認上の違和感と赤色光の放射エネルギーの制約を同時に低減可能である。
8.その他の変形例
上記実施の形態及び変形例に係る発光モジュールでは、第1の発光素子120を、青色光を発する発光素子としたが、これ以外の構成も可能である。封止部との組み合わせで白色光を発光する構成であればよく、例えば、紫外光を発する発光素子などを用いることができる。この場合、封止部の波長変換機能を適宜変更する。
また、第1の発光素子120は一種類の発光素子に限られず、第1の発光部全体として白色光を発する構成であればよい。例えば、青色光を発する発光素子と、赤色光を発光する発光素子を混在させてもよい。この場合、青色及び黄色のみの混色による白色よりも演色性の高い白色を発することができる。なお、実施の形態及び変形例に係る発光モジュールの発する白色光の光源色が、昼光色、昼白色、白色、温白色、電球色のいずれかであれば、さらに視認上の違和感を低減することができる。
なお、本願において、「光源色が昼光色、昼白色、白色、温白色、電球色である」とは、光のXYZ表色系における色度が、JISZ9112に規定する各光源色の色度範囲内に属することをいう。ただし、その他で用いる青色、赤色、黄色、白色など光の色を特定する表現は、国際照明委員会(CIE)で規定されているような厳密なものではなく、光の波長領域をおおよその範囲で特定するものに過ぎない。光の波長領域を厳密に特定する必要がある場合は、数値範囲を用いて特定する。
また、上記実施の形態及び変形例に係る発光モジュールでは、第2の発光素子130を、赤色光を発する発光素子としたが、これに限られず、植物育成に有用な光を発する発光素子であればよい。例えば、波長が400〜500nm(青〜青緑色)の光は、植物の形態形成に大きな効果を持つ。波長600〜660nm(橙〜赤色)の光は、植物生理(開花や結実など)に大きな影響を与える。これ以外の可視光(500〜600nm又は660〜700nm)も、光合成において利用可能である。また、紫外線(400nm以下)及び赤外線(700nm以上)は、光合成に用いられないが、殺菌や雑草除去の作用を有し、また一部の領域(近紫外、近赤外)では形態形成効果を有する。したがって、上記の光を発する発光素子を用いることが可能である。さらに、これらの発光素子を適宜混在させてもよい。
また、上記実施の形態では、第1の発光素子120及び第2の発光素子130の例として、LEDを挙げたが、これに限られず、例えば、LD(Laser Diode)又はEL(Electroluminescence)素子であってもよい。また、COB技術を用いてフェイスアップ実装する構成に限られず、例えばSMD(Surface Mount Device)型のものが基板に搭載されていてもよい。
また、上記実施の形態及び変形例に係る発光モジュールでは、第1の発光素子120及び第2の発光素子130の個数に限定はない。例えば、それぞれ1個ずつとしてもよいし、それ以外の数であってもよい。さらに、第1の発光素子120と第2の発光素子130は同数である必要はない。同様に、第1の発光素子120及び第2の発光素子130が素子列をなす場合は、素子列の数は任意であり、第1の発光素子120のなす素子列と第2の発光素子130がなす素子列が同数である必要もない。なお、発光素子が複数個存在する場合は、基板上面と平行な一方向、複数方向又は全方向について、各第2の発光素子に対する素子上面中心基準のアスペクト比の最小値が、各第1の発光素子に対する素子上面中心基準のアスペクト比の最小値よりも大きければよい。
また、上記実施の形態及び変形例に係る発光モジュールでは、第1の発光素子120及び第2の発光素子130が、一列ごとあるいは個別に封止される構成としたが、このような発光素子の配列及びその封止方法についての限定はない。素子上面中心基準のアスペクト比が条件を満たせばよく、例えば、ランダムに配列された複数の第1の発光素子を、扁平な一つの第1の封止部で封止し、同じくランダムに配列された複数の第2の発光素子を、直立した一つの第2の封止部で封止してもよい。この際、変形例2のように第2の封止部をシャンデリア球状にしてもよい。さらに、変形例3のように、基板に基板傾斜面を設けることで、白色光と赤色光の配光角に差異をつけてもよい。なお、変形例1と同様に、第1の発光部が複数個存在する場合は、第2の発光部を第1の発光部がなす配列の内部に配置すれば、照明器具自体の視認上の違和感を低減することができる。
また、上記実施の形態及び変形例に係る発光モジュールでは、第2の封止部の材料が、第1の封止部と同じ材料である必要はない。例えば、第2の封止部の材料について、波長変換機能を有しない透光性材料とすることも可能である。この場合は、第2の封止部の透光性が向上し、光の取出効率を高めることが可能である。なお、第1の封止部と第2の封止部を同一の材料とした場合は、生産性が向上する。
また、上記実施の形態及び変形例に係る発光モジュールでは、第1の発光素子120及び第2の発光素子130がいずれも封止部によって封止されていたが、これ以外の構成も可能である。例えば、第1の発光素子120のみ封止し、第2の発光素子を封止しない構成でもよい。この場合、第1の封止部の素子上面中心基準のアスペクト比を調節すれば、第2の発光素子が発する光の配光角を第1の封止部から出射する光の配光角よりも小さくできる。逆に、第2の発光素子130のみを封止し、第1の発光素子120を封止しない構成も可能である。
また、本発明に係る照明器具は、上記実施の形態に係る照明器具1及び変形例に係る照明器具500,600,700,800に限定されない。例えば、発光モジュール100が、それ単体としてランプユニット10を介さずに、照明器具1に直接組み込まれていても良い。
また、上記実施の形態及び変形例に係る照明器具は、植物育成用を兼ね備えた照明であって、第2の発光部を植物育成用の光を発する発光部としたが、第2の発光部はこれに限られず、光反応を誘発させる光を発する発光部であればよい。光反応を誘発させる光は、例えば、殺菌・生物誘引・日焼け・工業(染料・樹脂変性)用途などの紫外線、集魚・防犯用途などの青色光、防虫用途などの緑色光・黄色光・赤色光、分析・センサ・暖房用途などの赤外線などを含む。ただし、照射物の表面で反射させるための光、例えば照射物の視認性向上(輝度や彩度を高める)用途の赤色光などは含まない。なお、照明器具は、複数の用途を兼ね備えた照明であってもよい。
以上、本発明の態様を、上記実施の形態及び変形例に基づいて説明したが、本発明は上記実施の形態及びその変形例に限られない。例えば、上記実施の形態及びその変形例の部分的な構成を、適宜組み合わせてなる構成であっても良い。また、上記実施の形態に記載した材料、数値等は好ましいものを例示しているだけであり、それに限定されることはない。さらに、本発明の技術的思想の範囲を逸脱しない範囲で、構成に適宜変更を加えることは可能である。本発明は、照明用途全般に広く利用可能である。
1、500、600、700、800 照明器具
3、501、670、720、820 筐体
6 照射物
7、8 領域
110、210、410、510、711 基板
111、211、411、711a 基板上面
120 第1の発光素子
130 第2の発光素子
140、240、440、540、714 第1の封止部(第1の発光部)
150、250、350、450、550、715 第2の封止部(第2の発光部)

Claims (9)

  1. 筐体と、
    白色光を発し、前記筐体内に配置された第1の発光部と、
    前記白色光とは異なる発光スペクトルを有し、照射物に光反応を誘発させる光を発し、前記筐体内に配置された第2の発光部と、
    を備え、
    前記第2の発光部が発する光の照射領域が、前記白色光の照射領域よりも小さく、かつ前記白色光の照射領域に含まれ
    さらに基板を備え、
    前記第1の発光部が、
    前記基板面上に配置された第1の発光素子と、
    前記基板面上で前記第1の発光素子を封止する透光性の第1の封止部と、
    を備え、
    前記第2の発光部が、
    前記基板面上に配置された第2の発光素子と、
    前記基板面上で前記第2の発光素子を封止する透光性の第2の封止部と、
    を備え、
    前記基板面と平行な一方向を固定した場合において、
    前記第1の発光素子の上面の中心である第1の中心点から、前記基板面と直交する方向に沿った前記第1の封止部の外表面までの距離をT1とし、前記第1の中心点から、前記一方向に沿った前記第1の封止部の外表面までの距離をR1とし、
    前記第2の発光素子の上面の中心である第2の中心点から、前記基板面と直交する方向に沿った前記第2の封止部の外表面までの距離をT2とし、前記第2の中心点から、前記一方向に沿った前記第2の封止部の外表面までの距離をR2とするとき、
    前記第2の発光素子に対するT2/R2の値が、前記第1の発光素子に対するT1/R1の値よりも大きくなる前記一方向が存在する
    照明器具。
  2. 記第1の発光部と前記第2の発光部が、前記基板の同一面上に配置されている、
    請求項1に記載の照明器具。
  3. 前記基板面と平行なすべての方向について、前記第2の発光素子に対するT2/R2の値が、前記第1の発光素子に対するT1/R1の値より大きい、
    請求項に記載の照明器具。
  4. 前記第2の封止部について、前記基板面と平行な断面のうち、面積が最大となる最大断面が、前記第2の発光素子の上面を基準に前記基板と反対側にあり、
    前記最大断面の中心点から、前記基板面と直交する方向に沿った前記第2の封止部の外表面までの距離をT3とし、前記最大断面の中心点から、前記基板面と平行な方向に沿った前記第2の封止部の外表面までの距離をR3とするとき、
    前記基板面と平行なすべての方向について、前記第2の封止部におけるT3/R3の値が、前記第1の発光素子に対するT1/R1の値より大きい、
    請求項に記載の照明器具。
  5. 前記照射物が植物である、
    請求項1から請求項のいずれかに記載の照明器具。
  6. 前記第2の発光部が発する光のピーク波長が、400nm以上700nm以下である、
    請求項に記載の照明器具。
  7. 前記第1の発光部が、複数個存在し、
    前記第2の発光部が、前記第1の発光部のなす配列の内部にある、
    請求項に記載の照明器具。
  8. 前記第2の発光部が発する光のピーク波長が、400nm以上500nm以下又は600nm以上660nm以下である、
    請求項又はのいずれかに記載の照明器具。
  9. 前記白色光の光源色が、昼光色、昼白色、白色、温白色、電球色のいずれかである、
    請求項1から請求項のいずれかに記載の照明器具。

    以上
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