JP6188834B2 - Bulb-shaped led light source - Google Patents

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この発明は、電球形LED光源に関する。 This invention relates to bulb-shaped LED light source.

電球形の光源において、外管グローブは本来透過率を下げるため、発光効率の観点から考えれば逆効果なものだが、一般照明用として用いるときは、LED(発光ダイオード)の輝度が高いためまぶしく、これを抑制するためには乳白色の光拡散効果のある外管グローブをLED光源の前面に配置することが公知である。 In the bulb-type light source, to reduce the original outer tube globe transmittance, but counterproductive ones considering from the viewpoint of emission efficiency, but when used for general lighting, LED for luminance (light emitting diode) is higher glare, it is known to place the outer tube globe with a milky light diffusion effect on the front of the LED light source in order to suppress this.

例えば、図7は従来のLED電球200を示す断面図である。 For example, FIG. 7 is a sectional view showing a conventional LED bulb 200. LED電球200は、簡単な構成で輝度が均一で照射範囲の広い白色光が得ることができ、また、配光パターンが簡単に変えられ、一般の商用電源に直接接続でき、一般に広く使用されている白熱電球との互換性があるLED電球を提供することを目的とする。 LED bulb 200, the luminance in a simple structure that can be broad white light irradiation range uniform to obtain also the light distribution pattern is easily changed, generally allow direct connection to a commercial power source, is generally employed and to provide an LED bulb is compatible with incandescent bulbs are.

このLED電球200は、一端に口金201が設けられ、他端の開口部に向けてラッパ状に拡がるカバー202と、このカバー202の開口部に取付けられ内面に光拡散層206を有する外管グローブ205と、カバー202と外管グローブ205により形成された略球体207の内部に設けられた基板203と、この基板203の外管グローブ205に対向する外面に実装されたLED素子204と、を備える。 The LED bulb 200, mouthpiece 201 is provided at one end, the outer tube globe with a cover 202 extending in a trumpet shape towards the opening of the other end, a light diffusing layer 206 on the inner surface attached to the opening of the cover 202 comprising a 205, a substrate 203 provided inside the substantially spherical 207 formed by the cover 202 and the outer tube globe 205, the LED elements 204 mounted on an outer surface facing the outer tube globe 205 of the substrate 203, the . また、外管グローブ205は、光拡散効果のある均一な材質(アクリル等)の場合もある。 Further, the outer tube globe 205 may also uniform material with a light diffusion effect (such as acrylic).

また、基板203をカバー202の開口部外面に平行な板状にしたものである。 Also, it is obtained by a parallel plate to the opening outer surface of the cover 202 and substrate 203. 即ち、平面状の基板203に複数個のLED素子204が配置されている(例えば、特許文献1参照)。 That is, a plurality of LED elements 204 are arranged in a planar substrate 203 (e.g., see Patent Document 1).

特開2001−243807号公報 JP 2001-243807 JP 特開2010−073438号公報 JP 2010-073438 JP

このようなLED電球200では、LED素子204から放射された光が外管グローブ205に照射され、部分的には複数個のLED素子204から放射された光が重なるエリアが発生したり、照射エリアから外れたりする。 In such an LED bulb 200, light emitted from the LED element 204 is irradiated onto the outer tube globe 205, partially or an area overlapping the radiation light emitted from the plurality of LED elements 204, the irradiation area or deviate from. 即ち、輝度むらが発生するという課題があった。 That is, there is a problem that luminance unevenness occurs.

また、LED素子204が同一基板203上に同一照射方向に向けて設置されているため、電球や電球形蛍光ランプと異なり、商品形状としてはあたかも電球状になっているが、配光特性は全く異なり、スポットライトの様に一方向かつ基板203面に垂直な方向のみに集中的に照射される。 Further, since the LED element 204 is arranged toward the same radiation direction on the same substrate 203, unlike the bulb and bulb type fluorescent lamp, although if they become bulb shape as a product shape, the light distribution characteristic is quite Unlike is intensively irradiated only in a direction perpendicular to the one direction and the substrate 203 surface as the spotlight. 従来、白熱電球を光源としていた照明器具の光源として置換えた場合、部屋全体の照度分布が大きく変化し、一般に天井や壁が交換以前に比べ甚だしく暗くなってしまうという不具合もあった。 Conventionally, when replacing incandescent light bulbs as the light source of the luminaire which has a light source, the illuminance distribution of the entire room is changed greatly, generally the ceiling or wall was also a problem that becomes unduly darker than before replacement.

またダウンライトの光源として用いられた場合、壁面への配光はあまり重要視されないため、むしろ直下照度が白熱電球と同等となる様、軸線上に配光を集中させる傾向があった。 Also when used as a light source of the downlight, since the light distribution of the wall is not very important, as the right under illuminance becomes equal to the incandescent lamp rather tended to concentrate light distribution on the axis. この場合、外管グローブ205で損失となりやすい中心軸に垂直成分の拡散しやすい配光が相対的に減少するので、発光効率は高まるが、発光面は中央のみが高輝度となり、外管面上の輝度均整度は低下し、むらが出る不具合があり、また壁が暗くなるという課題が大きく浮き彫りになる。 In this case, since the easily diffused light distribution of the vertical component to tend to be lost in the outer tube globe 205 central axis is relatively decreased, the luminous efficiency is enhanced, but the light-emitting surface is only the central becomes high brightness, the outer tube plane the decreased luminance uniformity ratio, there is a problem that unevenness exits, also wall problem becomes becomes larger embossed dark.

また、n数(LED素子204の数、nは自然数)を極めて大きくすれば上記課題は解決するように見える。 Further, n number (the number of LED elements 204, n is a natural number) appear to above problem is solved by a very large. しかし、実際は有限の面積を持つ基板203面上に多くのLED素子204は配置できず、コスト的にも商品性を落し、かつ温度が高くなりすぎLED素子204の寿命が短くなり、LEDの特徴とされる長寿命特性を大きく犠牲にすることとなってしまう。 However, in practice many LED elements 204 on the substrate 203 surface having a finite area can not be arranged, also dropped marketability in cost, and the life of the LED element 204 temperature becomes too high is short, LED characteristics of it becomes possible to increase the expense of long life characteristics are.

外管グローブ205の透過率を下げ、拡散性を高くすれば輝度均整度は良好になるが、これではランプそのものの発光効率が低下してしまう。 Lowering the transmittance of the outer tube globe 205, the luminance uniformity ratio if higher diffusivity becomes good, which in lowered luminous efficiency of the lamp itself.

発光効率を左右する要因として、照射する光軸に垂直な拡散用フィルター(外管グローブ205)へは凡そほとんどがフィルター媒体に進入し、減衰しながら通過する。 Factors influencing the luminous efficiency, most approximately the to the filter for vertical diffusion to the optical axis of irradiation (outer tube globe 205) enters the filter medium, passing through while attenuating. これを直線透過率と呼ぶ。 This is referred to as linear transmittance. しかし、光軸がフィルターに対しある角度を持って斜めから進入すると、光の一部はフィルター媒体に進入せず、反射してしまう。 However, when the optical axis enters from an oblique at a certain angle to the filter, a part of the light does not enter the filter media, resulting in reflection. LED電球200の場合、外管グローブ205内で反射した光は更に多重反射し、外管グローブ205外へ照射されるものと外管グローブ205内でロスとなるものに分かれる。 If the LED bulb 200, and further multiple reflection light is reflected inside the outer tube globe 205, divided into those to be lost in the outer tube globe 205 which is irradiated to the outside and inside the outer tube globe 205. つまり光軸に垂直でない部分を持つ外管グローブ205では、入射角が薄い部分が多いほど内部ロスが増加し、全体の発光効率は減少する。 In other words the outer tube globe 205 having a non-vertical portion to the optical axis, the internal loss is increased the more thin portions incident angle, the overall luminous efficiency is reduced. 従って平面状に配光角の狭い複数のLEDを配置し、全てのLED光軸に垂直となる平面状の拡散板を設置すれば上記ロスは減少するが、白熱電球代替としてのパフォーマンスが落ちる。 Thus a narrow plurality of LED of the light distribution angle is arranged in a plane, but if placed flat diffusion plate is perpendicular to all of the LED optical axis the loss is reduced, the performance of the incandescent alternatives fall.

今後LED電球200が普及し、多くの配光パターンを持った製品が展開されれば、ユーザーも用途に合わせた製品選択が可能となる。 LED bulb 200 is spread future, if it is deployed products with many light distribution pattern, the user also becomes possible products selected to suit the application. しかし、当面販売数量とコストや実売価格の制限により、現実的には製品に多くの配光パターンは無く、主に直下照度を既存の白熱電球と同程度とすることが設計の方針となっている。 However, due to limitations of immediate sales volume and cost and actual sales price, many of the light distribution pattern in reality, the product is not, a mainly directly under illumination the existing incandescent light bulb and that the design of the policy to the same extent ing. 我々はこの“直下照度”と“壁への配分”と“光源自体の輝度均整度(輝度むらの少なさ)”を実使用状態に最適なバランスとすることを検討した。 We consider the optimal balance of this "just under illumination" and "allocation to the wall" and "the light source itself the luminance uniformity ratio (lack of luminance unevenness)" in actual use. 従って本来LED素子204の持つ効率を上げたり、直下照度を維持しつつ壁への配光を追加したりするものではなく、現在ある総光量の配分方法を最適化し、その用途を広げることを目的とした。 Therefore aims to raising the efficiency inherent with the LED element 204 is not intended to add the light distribution of the wall while maintaining a direct illumination to optimize the allocation method of the total light intensity that is currently, extending its application and the.

この発明は、光むらを少なくすることができる電球形LED光源を提供する。 This invention provides a bulb-type LED light source can be reduced light irregularity.

また、複数個用いられるLED素子の配光角を、各々適宜変更する設計手段が考えられるが、この手法を用いることは工業的に煩雑な工程を生み、総使用LED素子数は同じでも、複数の種類に分かれてしまうため、量産性が落ちコストは上昇し、部材準備のリードタイムが延びるため、この手法は用いないことを前提とした。 Further, the light distribution angle of the LED elements used plural, although the design means for each appropriately changed conceivable birth to it industrially complicated process using this technique, the total used LED element number be the same, a plurality since thus divided into categories, cost mass production fell rises, because extending the lead times member preparation, assuming that this technique is not used.

また更に、配光角を変えずに、各LED素子の光軸を変化させることも手法として考えられ、弊社ではPARATHOM CLASSIC Aとして商品化しているが、一枚の基板面に直接LEDを設置できないというやはり工業的観点からは課題のある手法であったため、検討からは外した。 Furthermore, without changing the light distribution angle, changing the optical axes of the LED elements may be considered as a technique, but in our been commercialized as PARATHOM CLASSIC A, can not be placed directly on the LED on a single substrate surface also because from an industrial point of view was the technique with a problem that was removed from the study.

従って、本課題を解決する際、用いる設計手法はLED素子の配光角は全て同一とし煩雑な識別や使い分けが不要、かつLED素子は基板上に同一照射方向に設置され、光軸は全て基板面に垂直な方向のみである設計に限定した。 Therefore, when resolving the problem, designing method using all the light distribution angle of the LED elements is the same as with unnecessary complicated identification and distinguish, and LED elements are installed in the same irradiation direction on the substrate, all the optical axes substrate It is limited to only a is designed direction perpendicular to the plane.

ここで設計は望ましくは下半球に一様な配光を持ち、更には上半球にも同様な配光をもつべきだが、現実的にはまだこのような要望を満足できるLED素子が無く、我々は下半球にできるだけ一様な配光かつ、やはり直下照度にもある程度配分を持った設計をすることとした。 Here design preferably has a uniform light distribution on the lower hemisphere, even although it should have a similar light distribution in the upper hemisphere, practically still without LED element capable of satisfying such a demand, we was to as much as possible uniform light distribution and has also has a certain distribution in again directly under illuminance designed lower hemisphere.

また外管グローブの直線透過率は約90%のものとした。 The linear transmittance of the outer tube globe was of about 90%. しかしこの透過率は本発明とは本質的に独立な事象であり、90%に本発明の効果が限定されるものではない。 However, this transmission is essentially independent event to the present invention, not intended to be limited the effect of the present invention to 90%.

LED素子の配光角とは、図8に示した様に、中心軸の光量を100%としたとき、中心軸からある角度を持ってLED発光中心を見込んだ際、光量が中心軸線上に比べ50%まで低下するまでの中心軸からの2次元的角度である。 The light distribution angle of the LED element, as shown in FIG. 8, when the light intensity of the central axis as 100%, when the anticipation of LED emission center at an angle to the central axis, the amount of light on the central axis It compared a two-dimensional angle from the central axis to decrease to 50%. 即ち、中心軸を中心に両側に各々50%まで低下する中心軸を中心とする角度である。 That is the angle around the central axis decreases up to 50% each on both sides about a central axis. 従って、実際はこのエリアの外側にも少ないながら光は照射されているが、設計検証を明確にするためここではLED素子の配光角の内側のエリアを配光エリアと定義することとした。 Thus, in fact is the light with smaller outside the area being illuminated, in this case in order to clarify the design verification was to define the area of ​​the inner light distribution angle of the LED element and light distribution area.

この発明に係る電球形LED光源は、 Bulb-shaped LED light source according to the invention,
一端に口金が設けられ、他端に向かって拡がる放熱部品と、 Mouthpiece provided at one end, and the heat dissipation part extending toward the other end,
前記放熱部品の開口部に取付けられた略球体の外管グローブと、 And the outer tube globe of the substantially spherical body attached to the opening of the heat-radiating element,
前記放熱部品と前記外管グローブとの内部に設けられた基板と、 A substrate provided inside of the outer tube globe with the heat-radiating element,
前記基板の前記外管グローブと対向する一面に実装されたn (nは4以上の自然数)個の光源と、 N mounted on one surface that faces the outer tube globe of the substrate (n is 4 or more natural number) and number of light sources,
を備え、 Equipped with a,
前記n個の光源は、60°以上120°以下の配光角(配光角は、発光の中心軸の光量を100%としたとき光量が50%まで低下する中心軸を中心とする角度)を有し、前記配光角の内側のエリアを配光エリアとし、 Said n light sources, 60 ° or 120 ° or less of the light distribution angle (light distribution angle is the angle at which the light amount when the light amount of the light-emitting center axes of the 100% around the central axis decreases up to 50%) the a, an area of ​​the inside of the light distribution angle and light distribution area,
前記n個の光源の配光角の中心軸は、前記基板の前記一面に垂直な方向であり、 The central axis of the light distribution angle of the n light sources are perpendicular to said one surface of said substrate,
前記外管グローブの内面において、前記n個の光源のいずれの配光エリアからも外れる0重のエリアが、前記外管グローブの内面の30%以下であり、 In the inner surface of the outer tube globe, it said n 0 fold areas deviating from any of the light distribution area of ​​the light source is not more than 30% of the inner surface of the outer tube globe,
前記n個の光源の前記n個の配光エリアが重なるn重の配光エリアが、前記外管グローブの内面の10%以上80%以下であることを特徴とする。 The n of the n light distribution area n light distribution area of ​​heavy overlap of the light source, characterized in that 80% or less than 10% of the inner surface of the outer tube globe.

この発明に係る電球形LED光源は、n個の光源を同心円上に配置し、又は、同心円の中心と同心円上とに配置し、 Bulb-shaped LED light source according to the present invention, the n light sources are arranged on a concentric circle, or arranged with the center and concentric concentric,
前記n個の光源の前記n個の配光エリアが重なるn重の配光エリアが、同心円の中心軸線上に形成されることを特徴とする。 The light distribution area of ​​n-fold of the n light distribution area of ​​the n light sources overlap, characterized in that it is formed on the central axis of the concentric circles.

この発明に係る電球形LED光源は、上記構成により、効率を落とすことなく、且つ外管グローブ上の輝度均整度が改善される、つまり光むらを少なくすることができる。 Bulb-shaped LED light source according to the present invention, the above configuration, without reducing the efficiency and luminance uniformity ratio on the outer tube globe is improved, i.e. it is possible to reduce the light irregularity.

実施の形態1を示す図で、電球形LED光源100の側面図(a)と正面図(b)。 A diagram showing the first embodiment, and is a side view of a bulb-shaped LED light source 100 (a) and front view (b). 実施の形態1を示す図で、電球形LED光源の配光特性を示す図。 A diagram showing a first embodiment, and shows the light distribution characteristics of the bulb-shaped LED light source. 実施の形態1を示す図で、LED素子数n=3の場合のときの外管グローブにおける配光エリアを示す略図。 Schematically illustrates a light distribution area in the outer tube globe when in shows the first embodiment, when the LED element number n = 3. 実施の形態1を示す図で、LED素子数n=4の場合のときの外管グローブにおける配光エリアを示す略図。 Schematically illustrates a light distribution area in the outer tube globe when in shows the first embodiment, when the LED element number n = 4. 実施の形態1を示す図で、LED素子数n=5の場合のときの外管グローブにおける配光エリアを示す略図。 Schematically illustrates a light distribution area in the outer tube globe when in shows the first embodiment, when the LED element number n = 5. 比較例1〜7、及び実施例1〜4の設計パラメータと評価結果を示す図。 Comparative Examples 1-7, and illustrates the design parameters and evaluation results of Examples 1-4. 従来のLED電球200を示す断面図。 Sectional view showing a conventional LED bulb 200. LED素子の配光角を定義する図。 FIG defining the light distribution angle of the LED elements.

実施の形態1. The first embodiment.
図1乃至図6は実施の形態1を示す図で、図1は電球形LED光源100の側面図(a)と正面図(b)、図2は電球形LED光源の配光特性を示す図、図3はLED素子数n=3の場合のときの外管グローブにおける配光エリアを示す略図、図4はLED素子数n=4の場合のときの外管グローブにおける配光エリアを示す略図、図5はLED素子数n=5の場合のときの外管グローブにおける配光エリアを示す略図、図6は比較例1〜7、及び実施例1〜4の設計パラメータと評価結果を示す図である。 In Figure 1 to 6 show the first embodiment, FIG. 1 is a side view of a bulb-shaped LED light source 100 (a) and front view (b), FIG. 2 illustrating the light distribution characteristics of the bulb-shaped LED light source , schematic Figure 3 is showing a light distribution area in the outer tube globe when the schematic view of the light distribution area, FIG. 4 for the LED element number n = 4 in the outer tube globe when the case of an LED element number n = 3 FIG 5 is schematic diagram illustrating a light distribution area in the outer tube globe when the case of an LED element number n = 5, 6 showing the evaluation results and the design parameters of Comparative examples 1-7, and examples 1-4 it is.

図1に示すように、電球形LED光源100は、一端に口金1が設けられ、他端の開口部に向けてラッパ状に拡がる金属性の放熱部品2が設けられている。 As shown in FIG. 1, the light bulb-shaped LED light source 100 has one end cap 1 is provided on the heat radiating part 2 of metal extending in a trumpet shape towards the opening of the other end is provided. 放熱部品2と、この放熱部品2の開口部に取付けられ内面に光拡散層6を有する外管グローブ5と、放熱部品2と外管グローブ5により形成された略球体7の内部に設けられた基板3と、この基板3の外管グローブ5に対向する外面に実装されたLED素子4と、を備える。 And the heat radiating part 2, an outer tube globe 5 having a light diffusing layer 6 on the inner surface attached to the opening of the heat radiating part 2, provided inside the substantially spherical body 7 formed by the heat-radiating element 2 and the outer tube globe 5 includes a substrate 3, the LED element 4 mounted on the outer surface facing the outer tube globe 5 of the substrate 3, a.

本実施の形態における電球形LED光源100は、以下に示す特徴を有する。 Bulb-shaped LED light source 100 in the present embodiment has the following features.
(1)LED素子4(発光ダイオード)を光源とする。 (1) LED element 4 (light emitting diode) as a light source.
(2)電球形状の外観を有する(図1参照)。 (2) it has the appearance of a bulb-shaped (see FIG. 1).
(3)電球のように広い配光分布を持たず、凡そ2πStRad(ステラジアン)の範囲に投光する商用電源で点灯可能な点灯回路内蔵型の光源である。 (3) no broad light distribution as a light bulb, is approximately 2πStRad range illuminable by a commercial power supply that projects to a lighting circuit built-in (steradians) light source.
(4)JIS C7709−1に規定されたE26口金、もしくはE17口金などのE口金、もしくはB口金を有する白熱電球代替の光源であり、更にはLED光源の前面に白熱電球を模した外管グローブ5を有する電球形LED光源100である。 (4) an E cap or incandescent alternative light source having a B die, such as JIS C7709-1 a defined E26 cap, or E17 cap, further the outer tube globe imitating a incandescent lamp in front of the LED light source 5 is a bulb-type LED light source 100 having a.
(5)LED素子4が、少なくともn(4以上の自然数)個外管グローブ5内の基板3に平面状に配置される。 (5) LED element 4 is disposed in at least n (4 or more natural number) outer tube flat on the substrate 3 in the globe 5.
(6)各々のLED素子4は少なくとも60°以上120°以下の配光特性(配光角)を有する(配光角については、図2、図8を参照)。 (6) Each of the LED element 4 has at least 60 ° above 120 ° or less of the light distribution characteristics (light distribution angle) (for light distribution angle, FIG. 2, see Figure 8). 尚、120°以上のLED素子4は配光角が広く、外管グローブ5を用いる光源としては照射角が広すぎ、そもそも輝度むらが発生するという課題が重要とはならない反面、外管グローブ5でのロスが大きく、光源としての効率が低く、直下照度も高くしづらい。 Incidentally, the LED element 4 above 120 ° wide light distribution angle, too wide irradiation angle as the light source using the outer tube globe 5, the first place although not be the important problem that luminance unevenness occurs, the outer tube globe 5 loss is large, the efficiency of the light source is low, immediately below the illumination be difficult to increase.
(7)各々のLED素子4が外管グローブ5内面に配光する配光エリアが重なるようにする。 (7) Each of the LED element 4 is to overlap the light distribution area for light distribution in the outer tube globe 5 inner surface.
(8)重なりはn重の配光エリアを一部に有し、且つn重に重なる配光エリアが外管グローブ5内面の10%以上である。 (8) overlap in a portion of the light distribution area of ​​n-fold, the light distribution area and overlapping n-fold is the outer tube globe 5 inner surface of more than 10%.
(9)いずれのLED素子4の配光エリアからも外れる(以下0重という)エリアが外管グローブ5内面の30%未満である。 (9) deviates from any of the light distribution area of ​​the LED element 4 (hereinafter 0 double hereinafter) area is less than 30% of the outer tube globe 5 inner surface.

従来のLED電球200において、外管グローブ205に輝度むらが発生する原因を調査すると、以下の二つの理由で輝度むらが発生していることが判明した。 In the conventional LED bulb 200, when investigating the cause of luminance unevenness in the outer tube globe 205 is generated, it was found that luminance irregularity occurs for two reasons described below.
(1)ある固有のLED素子204から放射された光が固有の配光角をもって照射されるが、各LED素子204から照射範囲内にある外管グローブ205内面までの距離が異なる。 (1) is the light emitted from the specific LED element 204 is irradiated with a specific light distribution angle, distance from the LED elements 204 to the outer tube globe 205 inner surface within the irradiation range is different.
(2)複数個のLED素子204から照射された光が重畳するエリアと重畳しないエリアが存在する。 (2) the area where the light emitted from the plurality of LED elements 204 does not overlap with the area that overlaps exist.

発明者等の一連の調査の結果、前者(1)は、後者(2)に比べ光むらに対する影響が比較的小さいことが判明した。 A series of investigation of the inventors, the former (1), compared effect on the light irregularity is found to be relatively small in the latter (2).

また一連の検討により、配光の重なりが点対称になるとむらは比較的気にならないことが判明した。 The addition sequence of examination, it was found that the overlap of the light distribution does not becomes point symmetry uneven relatively care.

発明者等は、外管グローブ5の輝度均整度を改善するため、後者(2)の検討を行った。 Inventors, in order to improve the luminance uniformity ratio of the outer tube globe 5, was investigated in the latter (2). その結果を図6に示す。 The results are shown in FIG. 尚、図6における比較例1(1)〜比較例6(6)、実施例(7)〜(9)は、図3〜図4の(1)〜(9)、実施例(11)は、図5の(11)に対応している。 Incidentally, Comparative Example 1 (1) to Comparative Example 6 in FIG. 6 (6), Example (7) to (9), in FIGS. 3-4 (1) to (9), Example (11) corresponds to (11) in FIG. 図6の比較例7(10)については、対応する外管グローブ5における配光エリアを示す略図は省略している。 Comparative Example 7 in FIG. 6 (10), the schematic representation of the light distribution area in the outer tube globe 5 corresponding is omitted. 図4における(6)の、比較例6(6)の配光エリアを示す略図では、同心円の位置に配置されるLED素子4を中心に寄せている。 In in FIG. 4 (6), in the schematic representation of the light distribution area of ​​Comparative Example 6 (6), is closer to the center of the LED element 4, which will be disposed in concentric circles.

n個のLED素子4から放射された光は、最大n重の配光エリアを生む。 Light emitted from the n number of LED element 4 produces a light distribution area of ​​up to n-fold. これにはLED素子4の配置及び配光角の選定によっては最大でもn重未満の重複しか発生しない場合も存在する。 It also exists If only occur even n heavy than duplicated at most by the choice of the arrangement and the light distribution angle of the LED element 4. ここでは、LED素子4と外管グローブ5内面までの距離は、極めて限られた範囲しかとれず、大きな差を生む要因にはなり得ないため、LED素子4から照射される外管グローブ5内面までの距離の差よりも、何重の配光エリアにあるかで輝度は支配される傾向にあった。 Here, the distance to the LED element 4 and the outer tube globe 5 inner surface, because not be a factor that produce only very limited range Torezu, a large difference, the outer tube globe 5 inner surface which is irradiated from the LED element 4 than the difference between the distances to, tended to brightness is governed by or in many layers the light distribution area.

また外管グローブ5の中心から徐々に周辺部に向かって輝度が低下してゆく場合は輝度むらとして認識されにくく、つまり輝度のグラディエーションの割には不快さは感じられなかった。 In the case where the luminance gradually toward the periphery from the center of the outer tube globe 5 slide into drops hardly recognized as the brightness nonuniformity, discomfort in spite of other words luminance gradation of was not felt. そこで調査において輝度均整度に関しては、一つの光源の外管グローブ5上の輝度を多数測定し、そのバラツキを数値的に把握するのではなく、実際光源を見た際に感じる輝度むらに関する官能評価とし、被験者が不快と感じる場合を×、若干不快を感じる場合を△、問題が無い場合を○として評価し。 Therefore respect luminance uniformity ratio in the investigation measures a number of luminance on the outer tube globe 5 of one light source, rather than grasp the variation numerically, sensory evaluation of brightness unevenness feel when viewing the actual light source and then, to evaluate if the subject feel uncomfortable ×, a case in which some feel uncomfortable △, as ○ the case where there is no problem. ○の領域を市場満足レベルとして設計基準とした。 The area of ​​○ was the design criteria as the market satisfaction level.

従って、輝度均整度を上げるためには、LED素子4の配光角の大きいものを選定し、LED素子4の数nを多くし、基板3上に基板3の中心及び/または中心に対し同心円上に配置し、0重のエリアを狭めることが重要である。 Therefore, in order to increase the luminance uniformity ratio is to select a larger of the light distribution angle of the LED element 4, by increasing the number n of the LED element 4, concentric with respect to the center and / or center of the substrate 3 on the substrate 3 placed above it is important to narrow the 0-fold area. 一方直下照度を上げるにはn重となる配光エリアをランプ(電球形LED光源100)軸線上に設けることが重要となる。 On the other hand, the increase directly under illumination be provided a light distribution area to be n-fold in the lamp (bulb-shaped LED light source 100) on the axis is important. ランプ全体の発光効率を上げるためにはLED素子4の配光角をできるだけ狭いものを使うことが重要である。 To increase the luminous efficiency of the entire lamp it is important to use the ones as narrow as possible a light distribution angle of the LED element 4.

このお互い矛盾する命題をバランスさせて顧客満足を実現するには、LED素子4の数n(nは自然数)は少なくとも4以上が望ましい。 This one another the proposition by balancing conflicting to achieve customer satisfaction, the number n (n is a natural number) of the LED element 4 is at least 4 or more. 図3に示すように、LED素子4の数nが3では、極めて配光角の広いLED素子4が必要となり、外管グローブ5内のロスが増えランプ(電球形LED光源100)全体の発光効率が満足できない。 As shown in FIG. 3, the number n of the LED element 4 is 3, requires very distribution of light angles wide LED element 4, the lamp (bulb-shaped LED light source 100) increasing loss of the outer tube globe 5 overall emission efficiency can not be satisfied.

また、LED素子4の数n=3の場合、輝度均整度と点対称を設計に盛込むと図3の様な配置となり、中央部の重複が困難で、直下照度が高くできないことが判明した。 Also, if the number n = 3 of the LED element 4, the inclusion in the design of luminance uniformity ratio and the point symmetry becomes arrangement as in FIG. 3, is difficult to overlap the central portion, can not be high directly under illumination it was found . 従ってnは4以上が望ましい。 Thus n is 4 or more. 比較例で上げたn=3の90°の例は中央にn=3重の配光エリアが発生するが、輝度均整度と満足のいく直下照度の両立ができなかった。 Examples of n = 3 in the 90 ° raised in Comparative example is n = 3 fold the light distribution area is generated in the center, can not achieve both directly under illumination satisfactory luminance uniformity ratio.

照射角が広いとn重の配光エリアは作りやすくなるが、反面外管グローブ5外に照射するロスが増加するため、配光角(図2のθ )は120°以下が望ましい。 The irradiation angle is easily made the light distribution area of broad and n-fold, contrary for loss irradiating the outer tube globe 5 outside is increased, distribution angle (in theta 1 2) is desirably less than 120 °. また照射角が狭すぎるとn重のエリアが発生しにくくなるため、配光角は60°以上が望ましい。 Also since the irradiation angle is too narrow is n heavy areas less likely to occur, distribution angle is desirably 60 ° or more.

直下照度を上げることも重要な設計要因であり、少なくともランプ(電球形LED光源100)中心線上の外管グローブ5にはn重の配光エリアが存在すべきである。 Directly under illumination a factor also critical design to increase the, the outer tube globe 5 at least the lamp (bulb-shaped LED light source 100) center line there should be a light distribution area of ​​n-fold.

また、外管グローブ5上のn重の配光エリアは、全体の10%以上を占めなければ実質的に満足な直下照度は得られない。 Further, n light distribution area of ​​the heavy on the outer tube globe 5 is substantially satisfactory just under illuminance unless accounted for more than 10% of the total can not be obtained. 一方同心円の位置にLED素子4を配置すれば目視したところ輝度むらは感じづらくなる。 Meanwhile luminance unevenness was visually by arranging the LED elements 4 to the position of the concentric circle is difficult feeling.

LED素子4は、全て1素子当り1W定格消費電力で100lmを出力する、青色LEDに黄色発光蛍光体を組合せた一般的な白色LED素子を用いた。 LED element 4, all outputs 100lm 1 element per 1W rated power consumption, using a general white LED elements that combine a yellow emitting phosphor in a blue LED. そして、配光角のみ30°、60°、90°、120°、150°と5種類の配光角が異なるタイプを準備し、図1に示す直径55mmのプリント基板3上に中央に1素子、かつ場合によってはその周囲に点対称となる位置に、基板3中央から同心円状に複数個のLED素子4を配置し、E26口金タイプの電球形LEDランプ(電球形LED光源100)を試作し、比較評価を行った。 Then, the light distribution angle only 30 °, 60 °, 90 °, 120 °, 150 ° and five light distribution angle prepares different types, single element in the middle on the printed circuit board 3 having a diameter of 55mm shown in FIG. 1 and the position where the point symmetry around it in some cases, a plurality of LED elements 4 are arranged concentrically from the substrate 3 center, a prototype E26 cap type bulb-type LED lamp (bulb-shaped LED light source 100) , were compared and evaluated.

特に説明はしていないが、基板3の温度が上昇するため、基板3より口金1側に十分な放熱媒体が設けてある。 Not specifically described, the temperature of the substrate 3 is increased, sufficient heat dissipation medium to the base 1 side of the substrate 3 is provided. また試作ランプには、全て図1に示した外管グローブ5の内面にシリカ微粉末をコーティングした直線透過率が90%の直径60mmのガラス製白色の外管グローブ5を全てに用いた。 The prototype lamp, was used for all the outer tube globe 5 of the glass white linear transmittance coated silica fine powder on the inner surface of the outer tube globe 5 90% of the diameter 60mm shown in all diagrams 1.

0重エリアをパラメータとして比較するため、前記同心円の半径で0重エリアの割合を変化させ、試作品を作成した。 To compare 0 double area as a parameter, to change the ratio of the radius 0-fold the area of ​​the concentric circle, created the prototype. LED素子4の素子数nが異なるが、全て定格点灯させた。 Element number n of LED elements 4 are different, but all were rated lighting. また当然LED素子4の素子数nが多ければ、完成ランプ自体の全光束は大きくなる。 The course The more elements the number n of the LED element 4 is, total flux of the finished lamp itself increases. しかし、本実験では全光束を統一するのではなく、LED素子4の素子数nで規格化(つまりWで割戻し相対評価)した。 However, in this experiment, instead of unifying total luminous flux, normalized by the number of elements n of LED elements 4 (i.e. rebate relative evaluation in W) was. 従って1素子の場合は1W(但し電源ロスは計算から外した)、5素子の場合は5Wの電力がLED素子4に入力されている。 Thus in the case of 1 element (removed from where the power loss calculation) 1W, in the case of five-element power 5W is input to the LED element 4.

効率を比較するため、用いたLED素子4の素子数をnとし、外管透過率0.9のときの理論効率(単位lm/W):定格出力100(lm/素子)×n(素子)/n(W)×0.9(外管透過率)を100%とし、試作ランプの全光束値を積分球にて測定し相対値で示した。 To compare the efficiency, the number of elements of the LED element 4 used is n, the theoretical efficiency when the outer tube transmittance 0.9 (unit lm / W): rated output 100 (lm / elements) × n (element) / n to (W) × 0.9 (outer tube transmittance) is 100%, indicated by the measured relative values ​​by integration sphere total light flux value of the prototype lamp.

効率は当然高い方が望ましく、我々は90%以上を良好と考えた。 Efficiency of course higher is desirable, we considered good for more than 90%. また外管グローブ5上の輝度のむらを輝度均整度と呼ぶが、これは輝度がいたるところで均一な方が望ましいが、蛍光ランプを光源に持つ電球形蛍光ランプとは異なり、高輝度な極小光源でかつ配光角があるため、現実的には外管グローブ5上で均一な輝度にはなり得ない。 Although the luminance unevenness on the outer tube globe 5 is referred to as luminance uniformity ratio, which is more nearly uniform throughout the luminance is desired, unlike the self-ballasted fluorescent lamp having a fluorescent lamp as the light source, high brightness minima source and because of the light distribution angle, in practice not be a uniform brightness over the outer tube globe 5. これをいかに均整にするかでユーザーの満足感が変る。 This is how satisfaction of users vary on whether to symmetry.

また、直下照度に関しては試作ランプをベースアップで点灯し、ランプ直下1mの照度を照度計で測定し、各々測定照度をランプ総ワット数で割った値とした。 Further, with respect to just under illumination lights prototype lamp base up, the illuminance of the lamp immediately below 1m measured by a luminometer, and with each value obtained by dividing the measured illuminance lamp total wattage. つまり、4個のLED素子4を使用した4Wの直下照度が52lxであれば、直下照度=52/4=13(lx/W)とした。 In other words, immediately below the illumination of 4W using four LED elements 4 if 52Lx, and immediately below illuminance = 52/4 = 13 (lx / W). 直下照度は10(lx/W)以上が一般に満足できる値である。 Directly under illuminance is the value 10 (lx / W) or more is satisfactory in general. これは当然同じ設計であればランプの総消費電力に概ね比例して大きくなり、必要な直下照度をユーザーが得るためには電球形LEDランプ(電球形LED光源100)のワット数を調整するか、或いは使用灯数を調整するかになる。 Is this course generally increases in proportion to the total power consumption of if the same design lamp, a direct illuminance necessary for the user to get to adjust the wattage of the bulb-type LED lamp (bulb-shaped LED light source 100) or become either adjust the use lamp number.

実施例は、基板5の中央に1粒のLED素子4を配置したが、これは必ずしも中央に配置する必要は無い。 Embodiment has been arranged an LED element 4 center 1 grain of the substrate 5, which need not necessarily be placed in the center. また外管グローブ5の透過率は90%に限られないし、材質もガラス製以外の樹脂製であってもかまわない。 Further to the transmittance of the outer tube globe 5 is not limited to 90%, but may be made also made of resin other than glass. LED素子4の配置は、比較を主旨としたため同心円状とした。 Arrangement of the LED element 4, and a concentric due to the gist of the comparison.

以上のように、この実施の形態の電球形LED光源は、 As described above, bulb-shaped LED light source of this embodiment,
LED(発光ダイオード)素子を光源とし、電球形状の外観を有し、且つ電球のように広い配光分布を持たず、凡そ2πSt(ステラジアン)の範囲に投光する商用電源で点灯可能な点灯回路内蔵型の光源であって、E或いはB口金を有する白熱電球代替の光源であり、更にはLED光源の前面に白熱電球を模した外管グローブを有する電球形LED光源において、 LED and (light emitting diode) light source device has the appearance of a bulb shape, and no broad light distribution as a light bulb, approximately 2PaiSt (steradian) range illuminable by a commercial power supply that projects to a lighting circuit a built-in light source, a light source of an incandescent bulb alternate with E or B cap, even in the bulb-shaped LED light source having an outer tube globe imitating a incandescent lamp in front of the LED light source,
前記LED素子が少なくともn(4以上の自然数)個の素子を前記外管グローブ内に略平面状の基板同一面に配置され、 The LED elements are arranged in at least n (4 or more natural number) generally planar substrate coplanar in number of elements the outer tube globe,
各々のLED素子は少なくとも60°以上120°以下の配光角を有し、かつ前記配光角の中心軸は前記略平面状の基板面に垂直とし、 Each LED element has a light distribution angle of at least 60 ° above 120 ° or less, and wherein the central axis of the light distribution angle is perpendicular to the substrate surface of the substantially planar,
各々のLED素子が前記外管グローブ内面に光を照射する前記配光角の内側の配光エリアが重なるようにするとともに、 Together so that the inner light distribution area of ​​the light distribution angle of irradiating light overlap each LED element is the outer tube globe inner surface,
前記重なりはn重の前記配光エリアをランプ中心軸上にある前記外管バルブ内面上を含む一部に有し、且つn重の前記配光エリアが前記外管グローブ内面の10%以上80%以下であることを特徴とする。 The overlap in a portion including the outer tube inner surface of the bulb on in the light distribution area of ​​n-fold on the lamp central axis, and n-fold the light distribution area of ​​10% or more of the outer tube globe inner surface 80 % and wherein the less.

また、何れの前記LED素子の配光エリアからも外れる前記エリアが、前記外管グローブ内面の30%未満であることを特徴とする。 Further, the area outside from the light distribution area of ​​any of the LED elements, and less than 30% of the outer tube globe inner surface.

1 口金、2 カバー、3 基板、4 LED素子、5 外管グローブ、6 光拡散層、7 略球体、100 電球形LED光源、200 電球形LED光源、201 口金、202 カバー、203 基板、204 LED素子、205 外管グローブ、206 光拡散層、207 略球体。 1 mouthpiece, 2 cover, 3 substrate, 4 LED elements, 5 outer tube globe, 6 light diffusion layer, 7 substantially spherical, 100 bulb-shaped LED light source, 200 bulb-shaped LED light source, 201 die, 202 cover, 203 substrate, 204 LED element, 205 outer tube globe, 206 light diffusion layer, 207 a substantially spherical body.

Claims (7)

  1. 一端に口金が設けられ、他端に向かって拡がる放熱部品と、 Mouthpiece provided at one end, and the heat dissipation part extending toward the other end,
    前記放熱部品の開口部に取付けられた略球体の外管グローブと、 And the outer tube globe of the substantially spherical body attached to the opening of the heat-radiating element,
    前記放熱部品と前記外管グローブとの内部に設けられた基板と、 A substrate provided inside of the outer tube globe with the heat-radiating element,
    前記基板の前記外管グローブと対向する一面に実装されたn (nは4以上の自然数)個の光源と、 N mounted on one surface that faces the outer tube globe of the substrate (n is 4 or more natural number) and number of light sources,
    を備え、 Equipped with a,
    前記n個の光源は、60°以上120°以下の配光角(配光角は、発光の中心軸の光量を100%としたとき光量が50%まで低下する中心軸を中心とする角度)を有し、前記配光角の内側のエリアを配光エリアとし、 Said n light sources, 60 ° or 120 ° or less of the light distribution angle (light distribution angle is the angle at which the light amount when the light amount of the light-emitting center axes of the 100% around the central axis decreases up to 50%) the a, an area of ​​the inside of the light distribution angle and light distribution area,
    前記n個の光源の配光角の中心軸は、前記基板の前記一面に垂直な方向であり、 The central axis of the light distribution angle of the n light sources are perpendicular to said one surface of said substrate,
    前記外管グローブの内面において、前記n個の光源のいずれの配光エリアからも外れる0重のエリアが、前記外管グローブの内面の30%以下であり、 In the inner surface of the outer tube globe, it said n 0 fold areas deviating from any of the light distribution area of ​​the light source is not more than 30% of the inner surface of the outer tube globe,
    前記n個の光源の前記n個の配光エリアが重なるn重の配光エリアが、前記外管グローブの内面の10%以上80%以下である電球形LED光源。 The n of the n light distribution area of ​​n-fold the light distribution area is overlapping, the outer tube bulb-shaped LED light source is 10% to 80% of the gloves of the inner surface of the light source.
  2. 前記n個の光源は、 It said n light sources,
    4個以上のLED素子である請求項1に記載の電球形LED光源。 4 or more bulb-shaped LED light source according to claim 1 is an LED element.
  3. 前記放熱部品は、 The heat radiation part,
    前記基板より前記口金側にフィン部を備えた請求項1又は2に記載の電球形LED光源。 Bulb-shaped LED light source according to claim 1 or 2 including a fin portion to said cap side of said substrate.
  4. 前記放熱部品は、金属製である請求項1から3いずれか1項に記載の電球形LED光源。 The heat-radiating element is bulb-shaped LED light source according to claims 1 which is made of metal 3 any one.
  5. 一端に口金が設けられ、他端に向かって拡がる放熱部品と、 Mouthpiece provided at one end, and the heat dissipation part extending toward the other end,
    前記放熱部品の開口部に取付けられた略球体の外管グローブと、 And the outer tube globe of the substantially spherical body attached to the opening of the heat-radiating element,
    前記放熱部品と前記外管グローブとの内部に設けられた基板と、 A substrate provided inside of the outer tube globe with the heat-radiating element,
    前記基板の前記外管グローブと対向する一面に実装されたn (nは4以上の自然数)個の光源と、 N mounted on one surface that faces the outer tube globe of the substrate (n is 4 or more natural number) and number of light sources,
    を備え、 Equipped with a,
    前記n個の光源は、60°以上120°以下の配光角(配光角は、発光の中心軸の光量を100%としたとき光量が50%まで低下する中心軸を中心とする角度)を有し、前記配光角の内側のエリアを配光エリアとし、 Said n light sources, 60 ° or 120 ° or less of the light distribution angle (light distribution angle is the angle at which the light amount when the light amount of the light-emitting center axes of the 100% around the central axis decreases up to 50%) the a, an area of ​​the inside of the light distribution angle and light distribution area,
    前記n個の光源の配光角の中心軸は、前記基板の前記一面に垂直な方向であり、 The central axis of the light distribution angle of the n light sources are perpendicular to said one surface of said substrate,
    前記n個の光源を同心円上に配置し、 The n light sources are arranged on a concentric circle,
    前記n個の光源の前記n個の配光エリアが重なるn重の配光エリアが、同心円の中心軸線上に形成され、 The n of the n light distribution area n light distribution area of ​​heavy overlap of the light source is formed on the central axis of the concentric circles,
    前記n個の光源の前記n個の配光エリアが重なるn重の配光エリアが、前記外管グローブの内面の10%以上80%以下である電球形LED光源。 The n of the n light distribution area of ​​n-fold the light distribution area is overlapping, the outer tube bulb-shaped LED light source is 10% to 80% of the gloves of the inner surface of the light source.
  6. 一端に口金が設けられ、他端に向かって拡がる放熱部品と、 Mouthpiece provided at one end, and the heat dissipation part extending toward the other end,
    前記放熱部品の開口部に取付けられた略球体の外管グローブと、 And the outer tube globe of the substantially spherical body attached to the opening of the heat-radiating element,
    前記放熱部品と前記外管グローブとの内部に設けられた基板と、 A substrate provided inside of the outer tube globe with the heat-radiating element,
    前記基板の前記外管グローブと対向する一面に実装されたn (nは4以上の自然数)個の光源と、 N mounted on one surface that faces the outer tube globe of the substrate (n is 4 or more natural number) and number of light sources,
    を備え、 Equipped with a,
    前記n個の光源は、60°以上120°以下の配光角(配光角は、発光の中心軸の光量を100%としたとき光量が50%まで低下する中心軸を中心とする角度)を有し、前記配光角の内側のエリアを配光エリアとし、 Said n light sources, 60 ° or 120 ° or less of the light distribution angle (light distribution angle is the angle at which the light amount when the light amount of the light-emitting center axes of the 100% around the central axis decreases up to 50%) the a, an area of ​​the inside of the light distribution angle and light distribution area,
    前記n個の光源の配光角の中心軸は、前記基板の前記一面に垂直な方向であり、 The central axis of the light distribution angle of the n light sources are perpendicular to said one surface of said substrate,
    前記n個の光源を同心円の中心と同心円上とに配置し、 The n light sources arranged with the center and concentric concentric,
    前記n個の光源の前記n個の配光エリアが重なるn重の配光エリアが、同心円の中心軸線上に形成され、 The n of the n light distribution area n light distribution area of ​​heavy overlap of the light source is formed on the central axis of the concentric circles,
    前記n個の光源の前記n個の配光エリアが重なるn重の配光エリアが、前記外管グローブの内面の10%以上80%以下である電球形LED光源。 The n of the n light distribution area of ​​n-fold the light distribution area is overlapping, the outer tube bulb-shaped LED light source is 10% to 80% of the gloves of the inner surface of the light source.
  7. 前記外管グローブは、内面に光拡散層を有している請求項1から6いずれか1項に記載の電球形LED光源。 The outer tube globe, bulb-shaped LED light source according to any of the preceding claims 1 to has a light diffusion layer on the inner surface.
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