JP6231331B2 - Led照明灯 - Google Patents

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Description

本発明は、ED照明灯に関する。
蛍光灯の代替製品として、LEDチップを光源として用いたLED照明灯が提案されている。特許文献1には、いわゆる直管形蛍光灯の代替製品となるLED照明灯が開示されている。このLED照明灯においては、細長い円筒形の透光カバー内に、複数のLEDチップが収容されている。このLED照明灯が直管形蛍光灯の代替製品として使われる態様として、直管形の蛍光灯を装着することが意図された照明器具に装着される態様がある。
従前の直管形蛍光灯は、たとえば商用の100V交流電力によって点灯する。一方、LEDチップは、直流電力によって点灯する。このため、上記LED照明灯は、交流電力を直流電力に変換(以下、AC/DC変換)する電源部を備える必要がある。AC/DC変換には、複数の電子部品が用いられる。また、これらの複数の電子部品は、電源基板に実装されることが通常である。このため、上記電源モジュールは、上記電源基板と上記複数の電子部品とを備える構成とされる。
しかしながら、直管形蛍光灯の代替品となる上記LED照明灯は、全体が細長い形状となっている。このLED照明灯において上記電源部の体積が大きいと、上記LEDチップを配置する空間が小さくなる。すると、上記透光カバーと上記LEDチップとの距離が近づく場合が多くなる。上記LEDチップが上記透光カバーに近いほど、上記LED照明灯を点灯させた際に、上記LEDチップが点光源として視認されやすくなる。このようなことでは、蛍光灯の外観と大きく異なることとなる。そして、この対策として、上記LEDチップの個数を増やし、より高密度に実装することなどが強いられる。
特開2013−16419号公報
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、電源部の小型化が可能なLED照明灯を提供することをその課題とする。
本発明によって提供されるLED照明灯は、複数のLEDチップを有するLED発光部と、上記LED発光部に電力を供給する電源部と、上記LED発光部および上記電源部を支持する支持部材と、上記LED発光部、上記電源部および上記支持部材を収容し、かつ上記LED発光部からの光を透過する、軸方向を有する筒状の透光カバーと、を備えるLED照明灯であって、上記電源部は、複数の電子部品と、これらの電子部品が搭載された搭載面および少なくともこの搭載面に形成された配線パターンを有する電源基板とを具備しており、上記電源基板は、厚さ方向に貫通し、かつ上記複数の電子部品のいずれかである特定電子部品の少なくとも一部を収容する空隙部を有することを特徴としている。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記空隙部は、上記電源基板を貫通する貫通孔である。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記電源基板は、細長状である。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記電源基板は、幅方向において上記空隙部を挟む一対の側枠部を有している。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記各側枠部の上記搭載面には、上記配線パターンの一部が形成されている。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記各側枠部の上記搭載面と反対側の面には、上記配線パターンの一部が形成されている。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記各側枠部に形成された上記配線パターンの一部は、グランド配線である。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記複数の電子部品は、上記一対の側枠部を避けた位置に搭載されている。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記特定電子部品は、上記電源基板の長手方向両側に突出する複数の実装端子を有している。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記特定電子部品の上記複数の実装端子は、上記配線パターンのうち上記搭載面に形成された部分に接合されている。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記特定電子部品は、トランスである。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記複数の電子部品のうち、上記電源基板の上記搭載面が向く方向に最も突出するものは、上記特定電子部品である。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記電源部は、定電流制御を行う定電流制御回路を有しており、上記定電流制御回路は、1つのみのコンバータを有している。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記コンバータは、MOSFETである。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記LED発光部と上記電源部とは、上記軸方向と直角である方向において、上記支持部材を挟んで互いに反対側に位置している。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記電源部は、上記電源基板の上記搭載面が上記支持部材に正対する姿勢とされている。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記電源基板の上記搭載面と反対側の面には、白色のレジスト層が設けられている。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記支持部材は、支持面および裏面を有する底板部と、この底板部の両端に繋がり、かつ上記裏面が向く方向に起立した一対の側板部とを有している。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記LED発光部は、上記支持部材の上記底板部の上記支持面に支持されており、上記電源部は、上記支持部材の上記底板部と上記一対の側板部とに囲まれた空間に配置されている。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記支持部材の上記底板部の上記裏面と上記電源部との間には、絶縁シートが介在している。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記絶縁シートは、上記底板部の上記裏面に接合されている。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記透光カバーは、上記LED発光部からの光を拡散させつつ透過させる。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記LED発光部は、上記複数のLEDチップを支持する細長状のLED基板を備えており、上記複数のLEDチップは、上記LED基板の長手方向に沿って配列されている。
本発明によれば、上記特定電子部品の一部が上記電源基板の上記空隙部に収容されていることにより、上記電源部の小型化を図ることができる。これにより、上記LED発光部を配置するための空間をより大きく確保することができる。
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
本発明の第一実施形態に基づくLED照明灯を示す一部切断正面図である。 図1のLED照明灯を示す要部平面図である。 図2のIII−III線に沿う断面図である。 図1のLED照明灯のLEDモジュールを示す断面図である。 図1のLED照明灯の電源部を示す平面図である。 図1のLED照明灯の電源部を示す側面図である。 図5のVII−VII線に沿う断面図である。 図7のVIII−VIII線に沿う要部断面図である。 図8の要部を示す要部拡大断面図である。 図1の電源部の電源基板を示す要部平面図である。 図1の電源部の電源基板を示す要部底面図である。 図1の電源部を示す回路図である。 本発明の第二実施形態に基づくLED照明灯を示す断面図である。 図13のLED照明灯の電源部を示す平面図である。 図13のLED照明灯の電源部を示す側面図である。
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
図1〜図3は、本発明の第一実施形態に基づくLED照明灯を示している。本実施形態のLED照明灯A1は、支持部材1、LED発光部2、電源部3、透光カバー4および口金5を備えている。LED照明灯A1は、直管形蛍光灯の代替品として用いられるものであり、たとえば天井Wに設置された直管形蛍光灯用の給電部6に装着される。図1は、LED照明灯A1の正面図であり、理解の便宜上、透光カバー4の一部を切断している。図2は、LED照明灯A1の平面図であり、理解の便宜上、透光カバー4の片側半分を省略している。図3は、図2のIII−III線に沿うyz平面における断面図である。なお、z方向は、透光カバー4の軸方向であり、x方向は、透光カバー4の長手方向である。
支持部材1は、LED発光部2を支持するためのものであり、本実施形態においては、さらに電源部3を支持している。支持部材1は、たとえばアルミからなり、LED発光部2から発せられた熱を逃がす機能を果たす。支持部材1は、x方向を長手方向とする細長状であり、底板部11および一対の側板部12を有している。なお、支持部材1は、たとえばアルミを対象材とした押出成形によって形成可能であり、この場合、断面形状は一定である。本実施形態においては、支持部材1のy方向寸法は、20〜28mm程度、z方向寸法は、5〜10mm程度である。
底板部11は、x方向を長手方向としy方向を幅方向とする略長矩形状であり、支持面11aおよび裏面11bを有している。支持面11aと裏面11bとは、底板部11の厚さ方向において互いに反対側を向いている。支持面11aは、LED発光部2を支持する面である。裏面11bは、電源部3と正対する面であり、本実施形態においては、絶縁シート13が貼り付けられている。絶縁シート13は、たとえばポリイミド樹脂などの絶縁材料からなる。一対の側板部12は、底板部11のy方向両端に繋がっており、z方向に起立している。本実施形態においては、底板部11と一対の側板部12との境界部分は、なだらかに屈曲している。各側板部12には、リブ12aが形成されている。リブ12aは、側板部12のz方向中央付近にあり、y方向外方に突出している。
LED発光部2は、LED基板21および複数のLEDモジュール22を具備している。LED基板21は、複数のLEDモジュール22が搭載されるものである。LED基板21は、たとえばセラミックまたはガラスエポキシ樹脂などの絶縁材料からなる基材および配線パターン(図示略)からなる。LED基板21は、x方向を長手方向としy方向を幅方向とする略長矩形状である。本実施形態においては、LED基板21が支持部材1の底板部11の支持面11aにたとえば接着テープ(図示略)によって接合されている。
複数のLEDモジュール22は、LED基板21にx方向に沿って一列に搭載されている。図4に示すように、LEDモジュール22は、LEDチップ22a、リード22b、ケース22cおよび封止樹脂22dを有する。LEDチップ22aは、たとえば青色光を発する。リード22bは、LEDチップ22aを支持しており、またLEDチップ22aへの導通経路を形成している。リード22bは、たとえばCuからなる。ケース22cは、リード22bの少なくとも一部を覆い、かつLEDチップ22aを囲む枠状に形成されており、たとえば白色のエポキシ樹脂からなる。封止樹脂22dは、LEDチップ22aを覆っており、ケース22cによって囲まれた領域に充填されている。封止樹脂22dは、たとえば透明なエポキシ樹脂に蛍光材料が混入された材質からなる。この蛍光材料は、LEDチップ22aからの青色光によって励起されることにより、黄色光を発する。あるいは、LEDチップ22aからの青色光によって励起されることにより、赤色光を発する蛍光材料と緑色光を発する蛍光材料とを用いてもよい。このような構成により、LEDモジュール22からは、たとえば昼光色などの白色、あるいは電球色などが発せられる。
電源部3は、電源基板31および複数の電子部品35からなる。電源部3は、たとえば商用の100V交流電力を、LED発光部2を点灯させるのに適した定電流直流電力に変換する、AC/DC変換機能を果たす。図5は、電源部3を示す平面図であり、図6は、側面図である。図7は、図5のVII−VII線に沿うyz平面における断面図であり、図8は、図7のVIII−VIII線に沿うzx平面における断面図である。図9は、図8における要部を示す要部拡大断面図である。
電源基板31は、たとえばガラスエポキシ樹脂からなる基材を有しており、搭載面31aおよび裏面31bを有している。搭載面31aおよび裏面31bは、厚さ方向において互いに反対側を向いている。電源基板31には、空隙部33が形成されている。空隙部33は、本実施形態においては、電源基板31を貫通する貫通孔であり、x方向を長手方向とし、y方向を幅方向とする略長矩形状である。また、電源基板31は、一対の側枠部34を有している。一対の側枠部34は、空隙部33を挟んでy方向に離間しており、各々がx方向に細長く延びている。本実施形態においては、電源基板31は、x方向寸法が290mm程度、y方向寸法が20mm程度である。また、側枠部34のy方向寸法は、2mm程度である。また、電源基板31は、配線パターン32を有している。配線パターン32は、複数の電子部品35への導通経路を形成するものであり、たとえばCuメッキ層によって構成されている。配線パターン32は、少なくとも搭載面31a上に形成されており、本実施形態においては、裏面31bにも形成されている。
図10は、電源基板31の搭載面31aからみた平面図であり、図11は、裏面31bからみた底面図である。これらの図においては、配線パターン32を黒色または類似パターンで塗りつぶしている。同図に示すように、各側枠部34の搭載面31aには、グランド配線32aが形成されている。また、本実施形態においてはさらに、各側枠部34の裏面31bにも、グランド配線32aが形成されている。グランド配線32aは、各側枠部34の搭載面31aおよび裏面31bにおいて、側枠部34をx方向に縦断している。
図5に示すように、配線パターン32は、一対ずつの入力端子37および出力端子38を有している。一対の入力端子37は、外部からの電力供給を受ける部分であり、本実施形態においては、90〜264Vの交流電力を受ける。一対の出力端子38は、LED発光部2への電力を出力する部分であり、本実施形態においては、82〜92V、130mA程度の直流電力を出力する。
複数の電子部品35は、電源部3のAC/DC変換機能や定電流制御を実現する電気回路を構成するものである。複数の電子部品35は、電源基板31の搭載面31aに実装されており、配線パターン32を介して互いに適宜導通している。図12は、電源部3の回路図である。本実施形態においては、複数の電子部品35は、たとえば、整流回路、昇圧回路、平滑回路、定電流回路36および降圧回路を構成している。
上記整流回路は、入力端子37から入力された交流電力を整流することにより直流電力へと変換する回路である。この整流回路は、たとえば複数のダイオードブリッジが内蔵された整流素子として構成された電子部品35によって構成される。上記昇圧回路は、上記整流回路によって得られた直流電力を昇圧する回路である。この昇圧回路、たとえばコイル素子として構成された電子部品35を含んで構成される。上記平滑回路は、上記整流回路および上記昇圧回路によって得られた直流電力に含まれるリップルと称される脈動成分を除去する回路である。この平滑回路は、たとえばコンデンサとして構成された電子部品35を含んで構成される。
定電流回路36は、上記平滑回路によって平滑化された直流電力をLED発光部2の複数のLEDチップ22aの点灯に適した定電流として出力する回路である。定電流回路36は、複数の電子部品35に含まれるコンバータIC36aを主な機能素子として構成されている。コンバータIC36aは、1つのみのMOSFET36bをコンバータとして有している。
上記降圧回路は、定電流回路36からの直流電力をLED発光部2の複数のLEDチップ22aの点灯に適した電圧に降圧する回路である。この降圧回路は、本発明で言う特定電子部品としてのトランス35aを含んで構成される。図5、図7および図8に示すように、トランス35aの一部は、電源基板31の空隙部33に収容されている。本実施形態においては、トランス35aのz方向一端部が空隙部33に収容されており、それ以外の部分が、電源基板31の搭載面31a側に突出している。トランス35aは、複数の実装端子35bを有している。複数の実装端子35bは、トランス35aからx方向両側に突出しており、各々の先端がz方向視において搭載面31aと重なっている。図9によく表れているように、各実装端子35bは、搭載面31aの配線パターン32の一部であるパッドにはんだ32dによって接合されており、いわゆる面実装型のトランスとして構成されている。
図3に示すように、本実施形態においては、電源部3は、底板部11と一対の側板部12とに囲まれた空間に配置されている。また、電源部3は、電源基板31の搭載面31aが支持部材1の底板部11の裏面11bと正対する姿勢とされている。このため、複数の電子部品35は、z方向において支持部材1の底板部11と電源基板31とに挟まれており、y方向において一対の側板部12に囲まれた格好となっている。
図6および図7に示すように、電源基板31の搭載面31aおよび裏面31bには、レジスト層39が設けられている。レジスト層39は、たとえば白色であり、配線パターン32のうち複数の電子部品35と接合されるべき部位や一対ずつの入力端子37および出力端子38などを露出させる一方、それ以外の領域を広く覆っている。
透光カバー4は、x方向に長く延びる略円筒形状であり、たとえば、塩化水銀などの拡散材を添加された透明なポリカーボネート樹脂により形成されている。透光カバー4は、LED発光部2からの光を拡散しつつ透過する。図3に示すように、透光カバー4には、2つのリブ41が形成されている。各リブ41は、x方向に長く延びており、y方向内方に突出している。リブ41に支持部材1のリブ12aが係合することにより、透光カバー4に対して支持部材1がずれたり回転したりすることが阻止されている。
口金5は、透光カバ−4の両端に取り付けられている。口金5は、給電部6に対してLED照明灯A1を取り付けるとともに、電源部3へと交流電力を導く経路となる。
次に、LED照明灯A1の作用について説明する。
本実施形態によれば、トランス35aの一部が電源基板31の空隙部33に収容されていることにより、電源部3の小型化、特にz方向寸法の縮小が図られている。これにより、LED発光部2を配置するための空間をより大きく確保することができる。そのため、LED発光部2と透光カバー4との距離をより大きく設定することが可能である。LED発光部2と透光カバー4との距離が大きいほど、LED照明灯A1の外部からLED発光部2のLEDチップ22aを点光源として視認しにくくすることが可能であり、より少ない個数のLEDチップ22aによって一般的な直管形蛍光灯と同様の外観を呈することができる。たとえば、図3において、電源部3のz方向における寸法H3は、8〜12mm程度であり、支持部材1の底板部11の裏面11bから透光カバー4のz方向上端までの寸法H2は、9〜13mm程度である。このため、透光カバー4の外径である寸法Hが34mm程度であるのに対し、LED発光部2のz方向下端から透光カバー4のz方向下端までの寸法H1を18〜20mm程度と、少なとも寸法Hの半分以上とすることができる。
空隙部33が、電源基板31を貫通する貫通孔であることにより、トランス35aを収容する空間を確保するとともに、電源基板31の剛性が不当に低下してしまうことを防止することができる。
各側枠部34に配線パターン32の一部であるグランド配線32aを形成することにより、トランス35aを収容するのに十分なサイズの空隙部33を確保しつつ、比較的大電流を流すことが可能な面積が必要とされるグランド配線32aの面積を拡大することができる。
複数の電子部品35が、一対の側枠部34を避けた位置に搭載されていることにより、側枠部34をいたずらに太くする必要がなく、空隙部33が形成された部分のy方向寸法が大きくなってしまうことを回避することができる。
電源部3の機能を適切に果たすためには、トランス35aとして大型のものを選定することが好ましい。この大型であるトランス35aを空隙部33に収容することは、電源部3の小型化に有利である。また、トランス35aは、複数の実装端子35bを有する面実装型である。このため、実装端子35bは、搭載面31aに沿って延びており、電源基板31の厚さ方向に突出することがない。したがって、電源部3のz方向寸法の縮小に適している。
定電流回路36が、1つのみのコンバータであるMOSFET36bを有する構成であることにより、AC/DC変換および定電流制御を効率よく行うことができる。
電源基板31の搭載面31aが支持部材1の底板部11の裏面11bに正対する姿勢とされていることにより、複数の電子部品35は、電源基板31と支持部材1の底板部11とに挟まれている。このため、LED照明灯A1の外部から複数の電子部品35が視認しにくい構成となっている。これにより、複数の電子部品35が外部から視認され、LED照明灯A1の見栄えが劣ってしまうことを防止することができる。また、電源基板31の裏面31bに白色のレジスト層39が設けられていることにより、LED照明灯A1の外観をより白く際だたせることができる。
支持部材1の底板部11の裏面11bとLED発光部2との間に、絶縁シート13が介在していることにより、支持部材1とLED発光部2とが不当に導通してしまうことを防止することができる。
図13〜図15は、本発明の他の実施形態を示している。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。
本実施形態のLED照明灯A2は、電源部3の構成が上述したLED照明灯A1と異なっている。本実施形態においては、図15によく表れているように、電源部3の複数の電子部品35のうちトランス35aが、電源基板31の搭載面31aから最も突出している。このような実施形態によっても、電源部3の小型化が可能であり、図13における寸法H1を拡大することができる。
本発明に係るLED照明灯は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係るLED照明灯の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
A1 LED照明灯
A2 LED照明灯
1 支持部材
11 底板部
11a 支持面
11b 裏面
12 側板部
12a リブ
13 絶縁シート
2 LED発光部
21 LED基板
22 LEDモジュール
22a LEDチップ
22b リード
22c ケース
22d 封止樹脂
3 電源部
31 電源基板
31a 搭載面
31b 裏面
32 配線パターン
32a グランド配線
32d はんだ
33 空隙部
34 側枠部
35 電子部品
35a トランス
35b 実装端子
36 定電流回路
36a コンバータIC
36b MOSFET
37 入力端子
38 出力端子
39 レジスト層
4 透光カバー
41 リブ
5 口金
6 給電部

Claims (21)

  1. 複数のLEDチップを有するLED発光部と、
    上記LED発光部に電力を供給する電源部と、
    上記LED発光部および上記電源部を支持する支持部材と、
    上記LED発光部、上記電源部および上記支持部材を収容し、かつ上記LED発光部からの光を透過する、軸方向を有する筒状の透光カバーと、を備えるLED照明灯であって、
    上記電源部は、複数の電子部品と、これらの電子部品が搭載された搭載面および少なくともこの搭載面に形成された配線パターンを有する電源基板とを具備しており、
    上記電源基板は、厚さ方向に貫通し、かつ上記複数の電子部品のいずれかである特定電子部品の少なくとも一部を収容する空隙部を有し、
    上記LED発光部と上記電源部とは、上記軸方向と直角である方向において、上記支持部材を挟んで互いに反対側に位置しおり、
    上記電源部は、上記電源基板の上記搭載面が上記支持部材に正対する姿勢とされていることを特徴とする、LED照明灯。
  2. 上記電源基板の上記搭載面と反対側の面には、白色のレジスト層が設けられている、請求項に記載のLED照明灯。
  3. 上記空隙部は、上記電源基板を貫通する貫通孔である、請求項1または2に記載のLED照明灯。
  4. 上記電源基板は、細長状である、請求項に記載のLED照明灯。
  5. 上記電源基板は、幅方向において上記空隙部を挟む一対の側枠部を有している、請求項に記載のLED照明灯。
  6. 上記各側枠部の上記搭載面には、上記配線パターンの一部が形成されている、請求項に記載のLED照明灯。
  7. 上記各側枠部の上記搭載面と反対側の面には、上記配線パターンの一部が形成されている、請求項に記載のLED照明灯。
  8. 上記各側枠部に形成された上記配線パターンの一部は、グランド配線である、請求項またはに記載のLED照明灯。
  9. 上記複数の電子部品は、上記一対の側枠部を避けた位置に搭載されている、請求項ないしのいずれかに記載のLED照明灯。
  10. 上記特定電子部品は、上記電源基板の長手方向両側に突出する複数の実装端子を有している、請求項ないしのいずれかに記載のLED照明灯。
  11. 上記特定電子部品の上記複数の実装端子は、上記配線パターンのうち上記搭載面に形成された部分に接合されている、請求項10に記載のLED照明灯。
  12. 上記特定電子部品は、トランスである、請求項10または11に記載のLED照明灯。
  13. 上記複数の電子部品のうち、上記電源基板の上記搭載面が向く方向に最も突出するものは、上記特定電子部品である、請求項ないし12のいずれかに記載のLED照明灯。
  14. 上記電源部は、定電流制御を行う定電流制御回路を有しており、
    上記定電流制御回路は、1つのみのコンバータを有している、請求項ないし13のいずれかに記載のLED照明灯。
  15. 上記コンバータは、MOSFETである、請求項14に記載のLED照明灯。
  16. 上記支持部材は、支持面および裏面を有する底板部と、この底板部の両端に繋がり、かつ上記裏面が向く方向に起立した一対の側板部とを有している、請求項ないし15のいずれかに記載のLED照明灯。
  17. 上記LED発光部は、上記支持部材の上記底板部の上記支持面に支持されており、
    上記電源部は、上記支持部材の上記底板部と上記一対の側板部とに囲まれた空間に配置されている、請求項16に記載のLED照明灯。
  18. 上記支持部材の上記底板部の上記裏面と上記電源部との間には、絶縁シートが介在している、請求項17に記載のLED照明灯。
  19. 上記絶縁シートは、上記底板部の上記裏面に接合されている、請求項18に記載のLED照明灯。
  20. 上記透光カバーは、上記LED発光部からの光を拡散させつつ透過させる、請求項ないし19のいずれかに記載のLED照明灯。
  21. 上記LED発光部は、上記複数のLEDチップを支持する細長状のLED基板を備えており、
    上記複数のLEDチップは、上記LED基板の長手方向に沿って配列されている、請求項ないし20のいずれかに記載のLED照明灯。
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