JPWO2011151954A1 - 固体発光素子を光源とするランプ、及び照明装置 - Google Patents

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Abstract

固体発光素子を光源とするランプであって、口金110、発光モジュール130、駆動回路部150を備える。口金110は使用する際に外部器具に取り付けられ電力の供給を受ける。発光モジュール130は1又は複数個の固体発光素子を含む。駆動回路部150は口金110から受けた電力を用いて発光モジュール130を点灯させる。口金110、発光モジュール130、駆動回路部150の順に、各構成が配置されている。発光モジュール130は口金110と熱的に結合されている。

Description

本発明は、駆動回路を内蔵し、LED(発光ダイオード:Light Emitting Diode)やEL(エレクトロルミネセンス:Electroluminescence)等の固体発光素子を光源とするランプに関し、より特定的には、駆動回路と発光モジュールの放熱性をより向上させるための技術に関する。
近年、半導体技術の向上に伴い、固体発光素子を光源とするランプの需要が高まっている。
上記ランプは電力消費量が少なく寿命が長いため、省エネルギー化、省資源化の促進に大きく貢献するものであり、今後益々普及するものと予想される。
ここで、LED等の発光素子を光源として用いる駆動回路を内蔵する従来の電球形ランプが特許文献1に開示されている。
特許文献1の電球形ランプは、外部に露出する周部と、周部の内側に形成された凹部とを有する金属製の外郭部材(「ランプ筐体」に相当)を備え、周部に点状光源が装着され、凹部内に絶縁部材を介して回路部品が収容され、凹部の開口縁部側に口金が配設されており、外郭部材に取り付けられた透光性カバーにより点状光源が覆われているものである。特許文献1には、以上のような構成により、点状光源から周部に至る熱伝導が良好で、点状光源に対する冷却性能が優れているので、点状光源の温度上昇を効果的に抑制できると記載されている。
特開2006−313717号公報
利便性の向上や材料コストの削減等の観点から、固体発光素子を光源とするランプを小型化したいという要望がある。
上記特許文献1のような従来の電球形ランプでは、固体発光素子、駆動回路、及び給電用口金がこの順序に配置されているため、給電用口金と固体発光素子との間に設けられた駆動回路が邪魔になって、固体発光素子に起因して発生する熱を、直接口金に伝えて放熱することができないので、この熱を外郭部材を利用して放熱している。ここで十分な放熱性を備えるためには、外郭部材の包絡体積を十分に確保する必要があることから、ランプの小型化が困難である。また、外郭部材の大きさは駆動回路の大きさによっても制限されるため、ランプの小型化が困難である。また、既存の電球は、口金の部分を除くほぼ全方向に対して光が出射されているのに対し、外郭部材の大きな従来の電球形ランプにおいては、発光素子からの光が外郭部材によって大きく遮られ全方向への光の出射が困難であった。
また、固体発光素子で生じた熱の一部は、駆動回路を経由して外部に放熱されるため、特に小型化、高光束化に伴い駆動回路や固体発光素子の温度上昇の問題が顕著となり、放熱性の向上が課題となる。
それ故に、本発明の目的は、放熱性や光の出射特性を向上させた、固体発光素子を光源とするランプ、及び照明装置を提供することである。詳細には、固体発光素子を光源として用い駆動回路を内蔵するランプにおいて、駆動回路や固体発光素子の配置を工夫することにより、放熱性や光の出射範囲特性を向上させることを目的とする。
本発明は、固体発光素子を光源とするランプに向けられている。そして上記課題を解決するために、本発明の固体発光素子を光源とするランプは、固体発光素子を光源とするランプであって、口金と、発光モジュールと、駆動回路とを備える。口金は、使用する際に外部器具に取り付けられ、電力の供給を受ける。発光モジュールは、1又は複数個の固体発光素子を含む。駆動回路は、口金から受けた電力を用いて、発光モジュールを点灯させる。口金、発光モジュール、駆動回路の順に、各構成が配置されており、発光モジュールは口金と熱的に結合されている。
また、固体発光素子を光源とするランプは、さらに、ランプ筐体及びグローブを備える。ランプ筐体は、熱伝導材料からなり、一方から他方に向けて外径が小さくなる円筒状形状をしており、円筒状形状における外径の大きい方は、蓋体で塞がれており、蓋体の上面には発光モジュール取り付け面があり、円筒状形状における外径の小さい方には口金が取り付けられる。グローブは、透光性材料からなり、開口部を有する中空の球状形状であって、開口部が発光モジュール取り付け面においてランプ筐体により繋がれている。発光モジュールはグローブで覆われている。グローブは、内壁に拡散膜を備える。ここでランプ筐体の最大径部の直径よりも、グローブの最大径部の直径の方が大きいとよい。
また、固体発光素子を光源とするランプは、さらに、支持部材を備え、駆動回路が、発光モジュールから発する光の一部を遮るように、口金、及び発光モジュールから離れた中空に、支持部材により固定されて設置されているとよい。
また、固体発光素子を光源とするランプにおいて、駆動回路は、表面が反射材で構成された回路カバーで囲まれているとよい。
また、固体発光素子を光源とするランプにおいて、反射材は、反射率が、発光モジュールから出射される波長域において、80%以上であるとよい。
また、固体発光素子を光源とするランプにおいて、支持部材は、複数の棒状の支柱から構成されており、支柱の一端は、発光モジュールの周囲を囲むように発光モジュール取り付け面に取り付けられ、他端は回路カバーに取り付けられているとよい。
また、固体発光素子を光源とするランプにおいて、駆動回路は、口金とグローブの先端を通る軸上に配置されているとよい。
また、固体発光素子を光源とするランプは、さらに、支持部材を備え、支持部材は、駆動回路をランプ筐体に固定する棒状の支柱、及び、透光性を有する管のうちのいずれか、あるいは、駆動回路をグローブの内壁に固定する突っ張り棒、及び、透光性を有する接着材のうちのいずれかであるとよい。
また、固体発光素子を光源とするランプにおいて、駆動回路は、基板と、基板に実装された回路素子とを含み、基板には、光を通過させる穴が開いているとよい。
また、固体発光素子を光源とするランプにおいて、駆動回路は、基板と、基板に実装された回路素子とを含み、基板の基材は、透光性を有するとよい。
また、固体発光素子を光源とするランプにおいて、駆動回路は、基板と、基板に実装された回路素子とを含み、基板は、その実装面が、発光モジュールの照射方向と、略平行となるように設置されている。
また、固体発光素子を光源とするランプは、さらに、発光モジュールから発する光の一部を、駆動回路により光が遮られる部分へ導く導光板を備えるとよい。
また、固体発光素子を光源とするランプは、さらに、発光モジュールから発する光の一部を、駆動回路により光が遮られる部分へ導く、導光機能を有するグローブを備えるとよい。
また、固体発光素子を光源とするランプは、さらに、
駆動回路により光が遮られる部分に光を照射する、発光モジュールよりも出力の小さい、第2の発光モジュールを備えるとよい。
本発明は、固体発光素子を光源とするランプと、当該ランプが取り付けられ、当該ランプに商用電源からの電力を供給する電気器具とからなる照明装置に向けられている。そして上記課題を解決するために、本発明の固体発光素子を光源とするランプは、固体発光素子を光源とするランプであって、口金と、発光モジュールと、駆動回路とを備える。口金は、使用する際に外部器具に取り付けられ、電力の供給を受ける。発光モジュールは、1又は複数個の固体発光素子を含む。駆動回路は、口金から受けた電力を用いて、発光モジュールを点灯させる。口金、発光モジュール、駆動回路の順に、各構成が配置されており、発光モジュールは口金と熱的に結合されている。電気器具は、口金が接続されるソケットを備える。
以上のように、本発明のランプ、及び照明装置においては、発光モジュールが発生する熱を、駆動回路を経由することなく、直接、口金に伝達し、器具のソケットを介して、器具に伝えて、放熱することが可能となる。従来、放熱のために必要な包絡体積を確保するためにランプ筐体のサイズ小型化が制限されていたが、その制限が緩和、又はなくなるため、ランプ全体を小さくすることが可能となる。
また、熱が駆動回路に伝わり難いので、駆動回路への熱負担が軽減し、駆動回路の耐久性の向上が期待できる。また、発光モジュールと口金との間に駆動回路がないので、発光モジュールの放熱性を高めることが構造的に容易である。また、発光モジュールを口金に近づけることが容易なため、口金の近くから大きくグローブを張り出させ、配光特性を電球に近いものとすることができる。
従来の固体発光素子を光源として用い駆動回路を内蔵するランプでは、駆動回路を発光モジュールと口金との間に配置するものが多く、本願のように発光モジュールからの光の出射側の位置に駆動回路を設置するというような構成は今までになく新しい。本願のような構成によれば、駆動回路により光路が多少遮られるものの、発光モジュールを従来よりも口金の近くに配置することができる分、グローブを大きくすることができ、配光特性を電球により近いものにすることができるという効果を得ることができる。特に、本願のように、発光モジュールの光出射分布が高くなる発光モジュールの真上を含む上方、広くは光出射方向の下流側の位置に、あえて駆動回路を設置するという発想は、ランプ光束が大幅に低下したり、照射面において照度のムラが生じるであろうという思い込みから、今まで誰も実用化しようとは考えなかったものと推測される。また、駆動回路を中空に固定する支持部材を、棒状の構造体や、透光性を有する物質にすることにより、支持部材により光路が遮られる量を軽減させることもできる。さらに、駆動回路表面に反射材を設けることにより、駆動回路によるランプ光束の低下を緩和することもできる。
また、照射面での照度ムラが生じない状態であっても、グローブ上に駆動回路の影響により周りよりも暗い部分が残り、グローブ表面での輝度ムラの原因となることがあり外観に違和感が生じるという別の問題がある。
そこで、駆動回路の形状、配置、及び材質を工夫したり、反射材や導光板を内蔵したり、第2の発光モジュールを用いることによって、駆動回路の影響によるグローブ上の暗い部分を目立たないようにしたり、なくすこともできる。
図1は、第1の実施形態に係る固体発光素子を光源とするランプ100の外観を示す図である。 図2の(a)は、波長変換部材により個々のLED素子を封止する形態の断面を示す図であり、図2の(b)は、複数のLED素子を波長変換部材により一括封止する形態の断面を示す図である。 図3の(a)〜(c)は、発光モジュール130におけるLED素子の配列方法の具体例を示す図である。 図4は、第1の変形例に係る固体発光素子を光源とするランプ200の外観を示す図である。 図5は、第2の変形例に係る固体発光素子を光源とするランプ300の外観を示す図である。 図6は、第3の変形例に係る固体発光素子を光源とするランプ400の外観を示す図である。 図7は、第4の変形例に係る固体発光素子を光源とするランプ500の外観を示す図である。 図8は、第4の変形例に係る固体発光素子を光源とするランプ600の外観を示す図である。 図9は、第5の変形例に係る固体発光素子を光源とするランプ700の外観を示す図である。 図10は、第6の変形例に係る固体発光素子を光源とするランプ800の外観を示す図である。 図11は、第7の変形例に係る固体発光素子を光源とするランプ900の外観を示す図である。 図12は、第8の変形例に係る固体発光素子を光源とするランプ1000の外観を示す図である。 図13は、第2の実施形態に係る固体発光素子を光源とするランプ1100の外観を示す図である。 図14は、第9の変形例に係る固体発光素子を光源とするランプ1200の外観を示す図である。 図15は、第10の変形例に係る固体発光素子を光源とするランプ1300の外観を示す図である。 図16は、第3の実施形態に係る固体発光素子を光源とするランプ1400の外観を示す図である。 図17は、第4の実施形態に係る固体発光素子を光源とするランプ1500の外観を示す図である。 図18は、第5の実施形態に係る照明装置1600の外観を示す図である。
[第1の実施形態]
<概要>
第1の実施形態は、駆動回路を、口金、及び発光モジュールから離れた中空に配置した、電球形の固体発光素子を光源とするランプであり、発光モジュールが発生する熱を駆動回路に伝わり難くして、駆動回路への熱負担を軽減し、駆動回路の耐久性を向上させたものである。
<構成>
図1は、第1の実施形態に係る固体発光素子を光源とするランプ100の外観を示す図である。
第1の実施形態に係るランプ100は、固体発光素子を光源とするランプであって、図1に示すように、口金110、グローブ120、発光モジュール130、ランプ筐体140、駆動回路部150、及び支持部材160を備えている。
口金110は、金属や樹脂等の構造材により形成され、使用する際に外部器具に取り付けられ、商用電源に接続されて、電力の供給を受ける部分である。なお、口金110の形状は特に限定されるものではなく、ソケットとの電気的接続部分に金属が使われるものであればよい。例えば本実施形態では、既存の電球に使用されているE口金を用いている。これ以外にも、BA口金や、ピンタイプのG口金、GU口金、及びGX口金などを用いることができる。また、新規格の口金であってもよい。
ランプ筐体140は、一方から他方に向けて外径が小さくなる円筒状形状をしている。外径の大きい方には、蓋体で塞がれており、蓋体の上面が発光モジュール取り付け面141となる。外形が小さい方は、開口部を有し、口金110で塞がれている。筒状形状のランプ筐体内部には、口金110から駆動回路150に電力を給電する電線などが収められている。
グローブ120は、開口部を有する球状の中空のカバーであり、樹脂材又はガラス材などの透光性材料で外郭が構成されている。開口部端部がランプ筐体140のモジュール取り付け面の外周付近に設けたリング状の溝部に接着材で繋がれている。グローブ120の内壁には、通過する光、及び内部に反射する光の進む方向をバラバラの方向に変えて拡散させ、輝度ムラを軽減することを目的に拡散膜が形成されている。拡散膜の材料には酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化イットリウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、及び酸化バリウムなどからなる酸化金属微粒子を用いることができる。拡散膜の代わりまたは併用して、グローブ120を構成する透光性樹脂材やガラス材にかかる微粒子を含有するものを用いてもよい。或いは、微粒子の代わりに微小な気泡であってもよい。
グローブ120の最大径部の直径は、ランプ筐体140の最大径部の直径よりも大きく、口金110の側から見るとグローブ120の最大径部がランプ筐体140の最大径部より張り出している。かかるグローブの外形形状と上記の拡散膜との相乗効果により、光が口金側にも広がる膳配光特性を実現することができる。
図中に点線を用いて記載した部分は、グローブ120を透かして内部空間を見たときの様子を示している。なお、本実施形態では、グローブ120は透過率が98%の完全拡散タイプなので、実際にグローブ120を透かして内部空間を見ることはできない。
発光モジュール130は、LEDやEL等の、1個又は複数個の固体発光素子をまとめてユニット化した、照明用の固体発光素子の集合体である。発光モジュール130は、熱伝導部材からなるランプ筐体140のモジュール取り付け面141のほぼ中央に設置され、口金から給電された駆動回路部150により駆動される。
また、発光モジュール130は赤、緑、又は青等の単色を発光するLEDやELをユニット化したものであってもよいし、これらの各色のLEDやELを適宜組み合わせて、白色や他の任意の色を発光するものであってもよい。また、発光モジュール130は、LEDの周りにYAG蛍光体、珪酸塩蛍光体、酸窒化物蛍光体、希土類ドープガラス蛍光体、有機蛍光体、及び金属錯体蛍光体等の波長変換部材をモールドして、白色や他の任意の色を発光するものであってもよい。例えば、発光モジュール130は、青を発光するLEDの周りに、青を青の補色に変換する波長変換部材をモールドし、白色を発光するものであってもよい。
また、発光モジュール130は、LED素子を一次実装したモジュール基板に波長変換部材を搭載する形態、及びLED素子と蛍光体からなるパッケージをモジュール基板に2次実装する形態であってもよい。
また、図2(a)の断面図に示すように、発光モジュール130は、モジュール基板131上に複数のLED素子132a〜cを搭載し、シリコーン樹脂等に青色励起の蛍光体等を分散した波長変換部材133a〜cにより個々のLED素子132a〜cを封止する形態であってもよい。また発光モジュール130は、図2(b)の断面図に示すように、モジュール基板134上に搭載した複数のLED素子135a〜fを波長変換部材136により一括封止する形態であってもよい。図2(b)のように、面状に一括封止する形態にすると拡散光が出射されるので、本発明において、より高いの効果を得ることが可能となる。
図3(a)〜(c)は、発光モジュール130におけるLED素子の配列方法の具体例を示す図である。
図3(a)に示すように、例えば、発光モジュール130は、高光束の3個のLED137を5〜15mm程度の間隔で3角形に配置する。また、図3(b)に示すように、例えば、発光モジュール130は、やや高光束の22個のLED138を2次元的に配置する。また、図3(c)に示すように、例えば、発光モジュール130は、小型の72個のLED139を2次元的に密集させて10〜15mm角程度の四角形に配置する。
ここで、発光モジュール130の封止材としては、シリコーン樹脂のほか、フッ素系樹脂、ゾルゲルガラス、及び低融点ガラス等が考えられ、また、熱伝導性、チクソ性、及び光拡散性(LED光と蛍光体光の混色)を向上させるために、透光性の金属酸化物、窒化物,炭化物(酸化珪素、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化硼素、及び炭化珪素等)の微粒子(数nm〜数百nmのナノ微粒子、及び数μm〜数十μmのマイクロ微粒子)を添加することが好ましい。
発光モジュール130と口金110とを熱的に結合し、発光モジュール130の口金110を介した放熱性を高めるために、各構成要素は、以下のようになっている。
ランプ筐体140は、本体部分が金属材料、又は、金属酸化物の微粒子を含むことにより熱伝導率を高めた樹脂材料などの熱伝導材料からなり、口金110とは反対側の面がモジュール取り付け面141となる。ランプ筐体140が金属材料からなる場合には、口金110とランプ筐体140とが、これらの間に絶縁性材料からなりかつ熱伝導性が高い絶縁部材(図示せず)が介在して接続される。ここで絶縁部材としては、セラミックや高熱伝導樹脂材料などの熱伝導性が高い部材を用いることができる。また、口金110内にシリコーン樹脂等を充填することにより、口金110内における熱伝導性を高めることができる。
かかる構成により、発光モジュール130の熱をランプ筐体140からだけでなく、積極的に口金110を介して放熱することが可能となる。また、ランプ筐体140のサイズを小さくすることが可能となり、その結果、グローブ120をモジュール取り付け面141の径よりも大きくして張り出す形状とすることで、既存の電球に近い、又は、同等の形状にすることが可能となる。また、口金経由の放熱性がよくなるので、発光モジュールにより高い電力を投入しても、発光モジュールの温度上昇を抑制し得るので、より高いランプ光束を得ることができる。なお、以上のようにランプ筐体140は小さくてよいので、口金110とランプ筐体140とを一体化させて口金部としてもよい。さらに、口金110とランプ筐体140と支持部材160とを一体化させて口金部として扱ってもよい。
駆動回路部150は、グローブ120とランプ筐体140とが繋がれてできた内部空間において、口金110、ランプ筐体140、及び発光モジュール130から離れた位置に設置され、口金110から受けた電力を用いて、発光モジュール130を点灯させるものである。
本実施形態においては、駆動回路部150が、発光モジュール130とグローブ120との間の中空に、発光モジュール130から発せられたグローブ120の内面へ向かう光の一部を遮るように設置されている。
従って、口金110、ランプ筐体140、発光モジュール130、駆動回路部150の順に、各構成が配置されていることになる。
本実施例では、発光モジュール130側から見た駆動回路部150の平面視形状は円形をしている。また、駆動回路部150がランプの口金110からグローブ120の先端を通る軸上に配置されている。かかる構成により、対称性のよい配光特性を得ることができる。
また、駆動回路部150は、発光モジュール130の点灯に適した電力を出力する電子回路151と、電子回路151の周りに設置された反射材で構成された回路カバー152とを含む。
ここで回路カバー152は、電子回路を保持するものであり、電子回路の発熱に耐え、かつ反射率が比較的高い物質が好ましい。特に経年的な反射率低下が少なく、発光モジュールから出射される可視光の波長域において反射率が80%以上のものが望ましい。反射率の高い材料の例として、アルミニウム、銀、及び白金などの高反射率金属を含む材料や、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化イットリウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、及び酸化バリウムなどからなる酸化金属微粒子を用いることができる。粒子径が1μm〜30μmの酸化金属微粒子を用いると光拡散効果を発するので、より均一な配光特性を得ることができる。また、酸化金属微粒子を含有する樹脂やガラスであってもよい。あるいは、係る酸化金属からなる多層反射膜であってもよい。
支持部材160は、駆動回路部150を支持して固定する。本実施形態においては、支持部材160は、ランプ筐体140に取り付けられた3本の棒状の支柱である。支持部材160の一端は発光モジュール130の周りの発光モジュール取り付け面141に、他端は駆動回路部150に等間隔に配置されている。ここで支柱の数に制限はないが、あまり多いと支持部材により光路が大きく遮られるので望ましくない。また3本の支柱で駆動回路部150を支持することにより、支持部材による遮光を抑制するために支持部材に細い支柱を使用しても、ランプを傾けたときに駆動回路部150の位置ずれを防止することができる。支持部材160を駆動回路部150への給電配線として兼用することも可能である。同様に駆動回路部150から発光モジュール130への給電配線として兼用することも可能である。
支持部材160には、ガラスや樹脂などの透光部材や、金属やセラミックなどの反射部材を用いることもできる。
回路素子は、基板の両面に実装してもよい。必要な基板面積を小さくすることができるので、駆動回路部を小さくすることができる。特に、背の高い回路素子を基板両面の中央に配置すると、駆動回路部を縦長にできるので、発光モジュールからグローブ先端に向かう光が駆動回路部により遮られる面積を小さくすることができる。すなわちグローブ先端部の輝度低下を抑制することができる。
なお、電子回路151と発光モジュール130との間、及び電子回路151と口金110との間の配線(図示せず)は、支持部材160に添わせるとよい。
本実施形態においては、発光モジュールと口金との間に駆動回路がないので、発光モジュールを直接、熱的に口金に接続することが可能となり、放熱特性を大きく改善することができる。また、発光モジュールを口金に近づけることが容易なため、口金の近くから大きくグローブを張り出させ、既存の電球に近い、または同等の外形形状とすることができる。その結果、ランプサイズや形状が既存の電球と異なることが原因で既存器具への取付けができないという問題が生じない。さらに、既存の電球同様の全配光特性を得ることができるので、既存器具に取り付けても同様の配光を得ることができるため、既存器具への適合率が大幅に改善される。
ランプの寿命は、一般にLED素子及び回路素子の寿命で決まる。LED素子の長寿命化により回路素子の寿命で律速される場合もある。電界コンデンサーのように熱に弱い部品など一部の回路素子を口金内に配置して、動作中の温度上昇を抑制することができれば、安価な電界コンデンサーを使用してもランプの長寿命化を実現し得る。
[第1の変形例]
第1の変形例は、第1の実施形態と同様の特徴を備え、支持部材を1本の支柱にしたものである。
図4は、第1の変形例に係る固体発光素子を光源とするランプ200の外観を示す図である。ここで、第1の実施形態のランプ100と同様の構成要素には同一番号を付し、その説明を省略する。
第1の変形例に係るランプ200は、第1の実施形態に係るランプ100の支持部材160を支持部材260に置き換えた構成を備える。
支持部材260は、口金110に取り付けられた1本の支柱である。第1の変形例では、第1の実施形態のように支柱が複数ある場合の一本の支柱よりも、太くて剛性の高いものやH鋼や角柱等の構造的に丈夫な形状のものが用いられる。
なお、電子回路151と発光モジュール130との間、及び電子回路151と口金110との間の配線(図示せず)は、支持部材260に添わせてもよいし、又は支持部材260の内部に空洞を作り、当該空洞に通してもよい。
[第2の変形例]
第2の変形例は、第1の実施形態と同様の特徴を備え、支持部材を、透光性を有するガラスや樹脂製の管にしたものである。
図5は、第2の変形例に係る固体発光素子を光源とするランプ300の外観を示す図である。ここで、第1の実施形態のランプ100と同様の構成要素には同一番号を付し、その説明を省略する。
第2の変形例に係るランプ300は、第1の実施形態に係るランプ100の支持部材160を支持部材360に置き換えた構成を備える。
支持部材360は、口金110に取り付けられた1本の透光性を有する管であり、発光モジュール130の周りを囲うように設置されている。第2の変形例では、駆動回路部150側の管の内径を駆動回路部150の外径の一部と同程度にして、支持部材360が駆動回路部150を容易に支持できるようにしている。
なお、支持部材360の表面に透明配線(図示せず)を設けて、電子回路151と発光モジュール130との間、及び電子回路151と口金110との間の接続に用いてもよい。
なお、支持部材360の、例えば側壁等に光学機能を持たせて、所定の方向に光を出射することも可能である。
[第3の変形例]
第3の変形例は、第1の実施形態と同様の特徴を備え、支持部材をグローブの内壁に設けた突っ張り棒にしたものである。
図6は、第3の変形例に係る固体発光素子を光源とするランプ400の外観を示す図である。ここで、第1の実施形態のランプ100と同様の構成要素には同一番号を付し、その説明を省略する。
第3の変形例に係るランプ400は、第1の実施形態に係るランプ100の支持部材160を支持部材460に置き換えた構成を備える。
支持部材460は、例えば弾性を備える支柱であり、突っ張り棒の要領でグローブの内壁が対向する部分に突っ張って、駆動回路部150を支持する。
なお、グローブ120の内面に透明配線(図示せず)を設けて、電子回路151と発光モジュール130との間、及び電子回路151と口金110との間の接続に用いることもできる。
[第4の変形例]
第4の変形例は、第1の実施形態と同様の特徴を備え、支持部材を透光性を有する樹脂材にし、駆動回路部150をグローブの内壁に接着させたものである。
図7は、第4の変形例に係る固体発光素子を光源とするランプ500の外観を示す図である。ここで、第1の実施形態のランプ100と同様の構成要素には同一番号を付し、その説明を省略する。
第4の変形例に係るランプ500は、第1の実施形態に係るランプ100の支持部材160を支持部材560に置き換えた構成を備える。
支持部材560は、グローブ120の内壁に接着された透光性を有する樹脂材であり、透明の樹脂を透明の接着剤で接着してもよいし、透明の接着剤そのものであってもよい。
なお、電子回路151と発光モジュール130との間、及び電子回路151と口金110との間の接続には透明電極(図示せず)を用いることが望ましい。
また、ランプ500においては、グローブ120の内壁の口金110から最も遠い先端位置に駆動回路部150を配置しているが、支持部材560を用いれば、駆動回路部150をグローブ120の内壁のあらゆる場所に接着することができるので、用途に応じて適宜、駆動回路部150の配置を変更することができる。
図8は、第4の変形例に係る固体発光素子を光源とするランプ600の外観を示す図である。ここで、本実施形態のランプ500と同様の構成要素には同一番号を付し、その説明を省略する。
第4の変形例に係るランプ600は、ランプ500と較べて、駆動回路部150を配置する位置のみが異なり、グローブ120の内壁の口金110からの距離が先端位置までの半分程度の中間位置に駆動回路部150を配置している。
[第5の変形例]
第5の変形例は、第1の実施形態と同様の特徴を備え、さらに電子回路の基板に穴をあけて、光を通過させるものである。
図9は、第5の変形例に係る固体発光素子を光源とするランプ700の外観を示す図である。ここで、第1の実施形態のランプ100と同様の構成要素には同一番号を付し、その説明を省略する。
第5の変形例に係るランプ700は、第1の実施形態に係るランプ100の駆動回路部150を駆動回路部750に置き換えた構成を備える。
駆動回路部750は、駆動回路部150の電子回路151を電子回路751に置き換え、回路カバー152を無くした構成である。ここで回路カバー152が無いので電子回路751は駆動回路部750と構成が同じになる。
電子回路751は、基板753と、当該基板753に実装された回路素子754とを含む。
基板753には、光を通過させるための穴755が開いている。
なお、対称性のよい配光特性を得るために、背の高い回路部品であるコンデンサーを基板中央の配置することが好ましい。
ここで、基板753には、小さな穴を複数個あけてもよいし、大きな穴を1個開けてもよい。例えば丸い基板の中央に大きな丸い穴を1個開けた場合には、ドーナツ型の基板になる。
第5の変形例においては、基板753に空いている穴から光が通過するので、回路カバー152が無くても、駆動回路によるランプ光束の低下を緩和することができる。また、回路カバー152を用いることもできるが、その場合には、基板753に空いた穴を通過する光をできるだけ遮らないように、回路カバー152の該当箇所に穴を開けておく必要がある。
[第6の変形例]
第6の変形例は、第1の実施形態と同様の特徴を備え、さらに電子回路の基板の基材を、透光性を有する材料にして、基板が光を通過し易いようにするものである。なお、光反射、光拡散性を有する基板にしても良い。
図10は、第6の変形例に係る固体発光素子を光源とするランプ800の外観を示す図である。ここで、第1の実施形態のランプ100と同様の構成要素には同一番号を付し、その説明を省略する。
第6の変形例に係るランプ800は、第1の実施形態に係るランプ100の駆動回路部150を駆動回路部850に置き換えた構成を備える。
駆動回路部850は、駆動回路部150の電子回路151を電子回路851に置き換え、回路カバー152を無くした構成である。ここで回路カバー152が無いので電子回路851は駆動回路部850と構成が同じになる。
電子回路851は、基板853と、当該基板853に実装された回路素子854とを含む。
基板853の基材は、透光性を有する樹脂やガラス材料であり、基板853は、ある程度光を通過させることができる。
第6の変形例においては、基板853が光を通過させるので、駆動回路によるランプ光束の低下を緩和することができる。
[第7の変形例]
第7の変形例は、第1の実施形態と同様の特徴を備え、電子回路の基板を縦にして、光の通過量を増加させるものである。
図11は、第7の変形例に係る固体発光素子を光源とするランプ900の外観を示す図である。ここで、第1の変形例のランプ200と同様の構成要素には同一番号を付し、その説明を省略する。
第7の変形例に係るランプ900は、第1の変形例に係るランプ200の駆動回路部150を駆動回路部950に置き換えた構成を備える。
駆動回路部950は、駆動回路部150の電子回路151の設置方向を変更し、回路カバー152を無くした構成である。ここで回路カバー152が無いので電子回路151は駆動回路部950と構成が同じになる。
電子回路151は、基板153と、当該基板153に実装された回路素子154とを含む。
基板153は、図11に示すように、その実装面が、発光モジュール130の照射方向と、略平行となるように設置されている。
第7の変形例においては、基板153が発光モジュール130からの照射光をできるだけ遮らないように設置されているが、基板153が照射光を遮らなくなると、今度は回路素子154が発光モジュール130による照射光を遮ってしまうことになる。
しかしながら、回路素子154は複数の小さな部品の集合であり、各部品間に隙間があるので、この隙間から相当量の光を通過させることができる。また、各部品毎に照射光をできるだけ遮らないような方向に設置することもできる。
よって、以上のように基板153の設置方向を変更することにより、総合的に見て駆動回路によるランプ光束の低下を緩和することができる。なお、第7の変形例では基本的に、回路カバー152は不要であるが、基板153の表面を覆うように、局所的に反射材を配置してもよい。
[第8の変形例]
第8の変形例は、第1の実施形態と同様の特徴を備え、さらに、口金に近い側に設置した発光モジュールとは別に、駆動回路により影になるグローブの側に、第2の発光モジュールを備えるものである。
図12は、第8の変形例に係る固体発光素子を光源とするランプ1000の外観を示す図である。ここで、第1の実施形態のランプ100と同様の構成要素には同一番号を付し、その説明を省略する。
第8の変形例に係るランプ1000は、第1の実施形態に係るランプ100に、さらに、第2の発光モジュール1070を追加したものであり、その他の構成はランプ100と同じである。
第2の発光モジュール1070は、駆動回路部150により影になるグローブ側に配置され、駆動回路部150により第1の発光モジュール130からの光が遮られる部分に別途光を照射する。ここで第2の発光モジュール1070は、第1の発光モジュール130からの光を補填するものであるから、第1の発光モジュール130よりも低い光束のものを用いることができる。そのため、第2の発光モジュール1070の発熱は小さく、特別に放熱機構を設けなくてもよい。
第8の変形例においては、第2の発光モジュール1070がランプ光束の低下分を補填するので、回路カバー152が無くても、駆動回路によるランプ光束の低下を解消することができる。また、回路カバー152を用いれば、発光効率の向上が期待できる。
[第2の実施形態]
<概要>
第2の実施形態は、第1の実施形態と同様に、駆動回路を、立体的に配置した発光モジュールの光出射側の中空に配置したランプであり、第1の実施形態と同様の特徴を備える。
<構成>
図13は、第2の実施形態に係る固体発光素子を光源とするランプ1100の外観を示す図である。
第2の実施形態に係るランプ1100は、固体発光素子を光源とするランプであって、図13に示すように、口金1110、グローブ1120、発光モジュール1130A〜D、ランプ筐体1140、駆動回路部1150、及び支持部材1160を備えている。
口金1110は、第1の実施形態の口金110と同様に、金属や樹脂等の構造材により形成され、使用する際に外部機器に取り付けられ、商用電源に接続されて、電力の供給を受ける部分である。
グローブ1120は、第1の実施形態のグローブ120と同様に、通過する光、及び内部に反射する光の進む方向をバラバラの方向に変えて拡散させ、輝度のムラを軽減する拡散膜が形成された透光性の有る樹脂製やガラス製のカバーであり、ランプ筐体1140と繋がれて内部空間を形成する。また、グローブ1120は必ずしも必要な構成ではない。
発光モジュール1130A〜Dは、第1の実施形態の発光モジュール130と同様に、LEDやEL等の、1個又は複数個の固体発光素子をまとめてユニット化した、照明用の固体発光素子の集合体であり、熱伝導部材からなるランプ筐体1140の突出しているモジュール設置台1141に、それぞれが重ならないように設置され、口金から給電された駆動回路部1150により駆動される。
ここで、発光モジュール1130A〜Dの個々の詳細な特徴は、発光モジュール130と同様である。
ランプ筐体1140は、第1の実施形態のランプ筐体140と同様に、本体部分が金属材料や金属酸化物の微粒子を含むことにより熱伝導率を高めた樹脂材料からなり、口金110とは反対側の面からモジュール設置台1141が突出している。
駆動回路部1150は、第1の実施形態の駆動回路部150と同様に、グローブ1120とランプ筐体1140とが繋がれてできた内部空間において、口金1110、ランプ筐体1140、及び発光モジュール1130A〜Dから離れた位置に設置され、口金1110から受けた電力を用いて、発光モジュール1130A〜Dを点灯させるものである。
本実施形態においては、駆動回路部1150が、発光モジュール1130A〜Dとグローブ1120との間の中空に設置されている。
従って、口金1110、ランプ筐体1140、発光モジュール1130A〜D、駆動回路部1150の順に、各構成が配置されていることになる。
また、駆動回路部1150は、発光モジュール1130A〜Dの点灯に適した電力を出力する電子回路1151と、電子回路1151の表面に設置された回路カバー1152とを含む。
ここで回路カバー1152は、第1の実施形態の回路カバー152と同様である。
また支持部材1160は、第1の実施形態の支持部材160と同様である。
[第9の変形例]
第9の変形例は、第2の実施形態と同様の特徴を備え、さらに導光板を用いて、発光モジュールが発する光の一部を、駆動回路により影になるグローブ側へ導くものである。
図14は、第9の変形例に係る固体発光素子を光源とするランプ1200の外観を示す図である。ここで、第2の実施形態のランプ1100と同様の構成要素には同一番号を付し、その説明を省略する。
第9の変形例に係るランプ1200は、第2の実施形態に係るランプ1100に、さらに発光モジュール1270と導光板1271とを追加し、モジュール設置台1141の形状を一部変更して発光モジュール1270の設置場所を設けたものであり、その他の構成はランプ1100と同じである。
発光モジュール1270は、発光モジュール1130A〜Dと同様に、照明用の固体発光素子の集合体であり、主に導光板1271の端面に取り入れるための光を照射する。
導光板1271は、アクリル板の表面に特殊な加工を施したり白色インクで反射ドットを印刷する等して、端面より取り入れた光を均一に面発光させる板であり、主に発光モジュール1270が発する光の一部を、駆動回路部1150により影になるグローブ側へ導いて面発光させ、駆動回路部1150により発光モジュール1130A〜Dからの光が遮られる部分に光を照射する。
第9の変形例においては、導光板1271が、内部空間において照射された光の一部を、駆動回路部1150により影になるグローブ側へ導くので、駆動回路によるランプ光束の低下を緩和することができる。
[第10の変形例]
第10の変形例は、第2の実施形態と同様の特徴を備え、さらにグローブに、発光モジュールが発する光の一部を、駆動回路部により影になるグローブ側へ導く導光機能を持たせたものである。
図15は、第10の変形例に係る固体発光素子を光源とするランプ1300の外観を示す図である。ここで、第2の実施形態のランプ1100と同様の構成要素には同一番号を付し、その説明を省略する。
第10の変形例に係るランプ1300は、第2の実施形態に係るランプ1100のグローブ1120をグローブ1320に置き換えた構成を備える。
グローブ1320は、第2の実施形態のグローブ1120と同様に、通過する光、及び内部に反射する光の進む方向をバラバラの方向に変えて拡散させ、輝度のムラを軽減する拡散膜が形成された透光性の有る樹脂製やガラス製のカバーであり、ランプ筐体1140と繋がれて内部空間を形成するとともに、さらに、主に発光モジュール1130A及び発光モジュール1130Cが発する光の一部を、駆動回路部1150により光が遮られる部分へ導く導光機能を有する。
なお、図中に点線を用いて記載した部分は、グローブ1320を透かして筐体内の内部空間を見たときの筐体内の各構成の様子と、透けたグローブ1320の形状とを示している。
第10の変形例においては、グローブ1320が、内部空間において照射された光の一部を、駆動回路部1150により光が遮られる部分へ導く機能を有するので、駆動回路によるランプ光束の低下を緩和することができる。
[第3の実施形態]
<概要>
第3の実施形態は、駆動回路を、口金、及び発光モジュールから離れた中空に配置した、HID(High Intensity Discharge lamp)形の固体発光素子を光源とするランプであり、発光モジュールが発生する熱を駆動回路に伝わり難くして、駆動回路への熱負担を軽減し、駆動回路の耐久性を向上させたものである。
<構成>
図16は、第3の実施形態に係る固体発光素子を光源とするランプ1400の外観を示す図である。
第3の実施形態に係るランプ1400は、固体発光素子を光源とするランプであって、図16に示すように、口金1410、外管1420、発光モジュール1430、ランプ筐体1440、駆動回路部1450、及び支持部材1460を備えている。
口金1410は、EU10口金であり、形状は異なるが、機能的には第1の実施形態の口金110と同様である。
外管1420は、発光モジュール1430や駆動回路部1450等を保護するためのガラス管であり、本実施形態では特にグローブ120のように拡散作用は不要であり透明でよい。なお、グローブでの拡散作用が不要な場合や、発光モジュールの支持、感電などの安全性が確保できる場合は、グローブ120を使用しなくても良い。
発光モジュール1430は、形状は異なるが、機能的には第1の実施形態の発光モジュール130と同様である。
ランプ筐体1440は、第1の実施形態のランプ筐体140と同様に、本体部分が金属材料や金属酸化物の微粒子を含むことにより熱伝導率を高めた樹脂材料からなり、口金1410とは反対側の面からモジュール設置台1441が突出している。
駆動回路部1450は、第1の実施形態の駆動回路部150と同様に、外管1420とランプ筐体1440とが繋がれてできた内部空間において、口金1410、ランプ筐体1440、及び発光モジュール1430から離れた位置に設置され、口金1410から受けた電力を用いて、発光モジュール1430を点灯させるものである。
支持部材1460は、駆動回路部1450を支持して固定する。本実施形態においては、支持部材1460は、発光モジュール1430に取り付けられた1本の棒状の支柱である。なお、支持部材1460やモジュール設置台1441には、ガラスや樹脂などの透光部材や、金属やセラミックなどの反射部材、熱伝導部材を用いることもできる。
また、駆動回路部1450と発光モジュール1430との間、及び駆動回路部1450と口金1410との間の配線(図示せず)は、支持部材1460やモジュール設置台1441に添わせてもよいし、又は支持部材1460やモジュール設置台1441の内部に空洞を作り、当該空洞に通してもよい。
[第4の実施形態]
第4の実施形態は、駆動回路を、口金、及び発光モジュールから離れた中空に配置した、レフ形の固体発光素子を光源とする反射鏡付きランプであり、発光モジュールが発生する熱を駆動回路に伝わり難くして、駆動回路への熱負担を軽減し、駆動回路の耐久性を向上させたものである。
<構成>
図17は、第4の実施形態に係る固体発光素子を光源とするランプ1500の外観を示す図である。
第4の実施形態に係るランプ1500は、固体発光素子を光源とするランプであって、図17に示すように、口金1510、発光モジュール1530、ランプ筐体1540、駆動回路部1550、及び支持部材1560を備えている。
口金1510は、形状は異なるが、機能的には第1の実施形態の口金110と同様である。
発光モジュール1530は、形状は異なるが、機能的には第1の実施形態の発光モジュール130と同様である。
ランプ筐体1540は、第1の実施形態のランプ筐体140と同様に、本体部分が金属材料や金属酸化物の微粒子を含むことにより熱伝導率を高めた樹脂材料からなり、本実施形態では、反射鏡、及び放熱フィンの機能を兼ね備えている。
駆動回路部1550は、第1の実施形態の駆動回路部150と同様に、ランプ筐体1540に囲われた内部空間において、口金1510、ランプ筐体1540、及び発光モジュール1530から離れた位置に設置され、口金1510から受けた電力を用いて、発光モジュール1530を点灯させるものである。
支持部材1560は、第1の実施形態の支持部材160と同様に、駆動回路部1550を支持して固定する。本実施形態においては、支持部材1560は、ランプ筐体1540に取り付けられた3本の棒状の支柱である。
また、駆動回路部1550と発光モジュール1530との間、及び駆動回路部1550と口金1510との間の配線(図示せず)は、支持部材1560に添わせてもよいし、又は支持部材1560の内部に空洞を作り、当該空洞に通してもよい。
[第5の実施形態]
<概要>
第5の実施形態は、第1の実施形態のランプ100が取り付けられた照明装置である。
<構成>
図18は、第5の実施形態に係る照明装置1600の外観を示す図である。
第5の実施形態に係る照明装置1600は、第1の実施形態のランプ100、及び当該ランプ100に商用電源からの電力を供給する電気器具1610を備えている。
電気器具1410は、ランプ100の口金110が接続されるソケット1611を含む。
ここで照明装置1600においては、斜めの状態でランプ100を使用している。
従来の固体発光素子を光源とするランプは、発光モジュールと口金との間に駆動回路があるので、口金の近くからグローブにすることができず、周辺の照度が極端に落ちる傾向がある。
しかしながら、第3の実施形態に係るランプ100は発光モジュールと口金との間に駆動回路がなく、口金110の近くから大きくグローブ120を張り出させ、配光特性を電球に近いものとしているので、照明装置1600のような斜めの状態や横の状態でランプ100を使用しても、従来の固体発光素子を光源とするランプを同様に使用したときのように照度が極端に落ちることがない。
なお、矛盾が生じない限り、第1〜5の実施形態、及び、第1〜10の変形例を適宜組み合わせてもよい。
<まとめ>
以上説明したように、第1〜5の実施形態、及び、第1〜10の変形例のランプや電気器具によれば、口金や発光モジュールから離れた位置に駆動回路を設置することにより、発光モジュールが発生する熱が駆動回路に伝わり難くなるので、駆動回路への熱負担が軽減し、駆動回路の耐久性の向上が期待できる。また、発光モジュールと口金との間に駆動回路がないので、発光モジュールの放熱性を高めることが構造的に容易になる。また、発光モジュールを口金に近づけることが容易なため、口金の根元近くからグローブとすることができ、電球に近い周辺配光特性を実現することができる。
また照射面での照度ムラが生じないように駆動回路を設置することができる。
また、グローブ上の駆動回路の影響による暗い部分を目立たないようにしたり、なくしたりすることができる。
本発明のランプは、フィラメントや放電を用いた既存のランプ、例えば、電球、コンパクト蛍光灯、反射鏡付ランプ、HIDなどと同様の外形形状、配光特性をも実現し得るものである。その結果、既存の照明器具にそのまま取り付けることが可能で、既存ランプを取り付けた場合と同等の器具配光を得ることができる。その上で、長寿命、高効率が実現できることから、その産業的利用価値は極めて高い。
100 ランプ
110 口金
120 グローブ
130 発光モジュール
131 モジュール基板
132a〜c LED素子
133a〜c 波長変換部材
134 モジュール基板
135a〜f LED素子
136 波長変換部材
137、138、139 LED
140 ランプ筐体
150 駆動回路部
151 電子回路
152 回路カバー
153 基板
154 回路素子
160 支持部材
200 ランプ
260 支持部材
300 ランプ
360 支持部材
400 ランプ
460 支持部材
500 ランプ
560 支持部材
600、700 ランプ
750 駆動回路部
751 電子回路
753 基板
754 回路素子
755 穴
800 ランプ
850 駆動回路部
851 電子回路
853 基板
854 回路素子
900 ランプ
950 駆動回路部
1000 ランプ
1070 第2の発光モジュール
1100 ランプ
1110 口金
1120 グローブ
1130A〜D 発光モジュール
1140 ランプ筐体
1141 モジュール設置台
1150 駆動回路部
1151 電子回路
1152 回路カバー
1160 支持部材
1200 ランプ
1270 発光モジュール
1271 導光板
1300 ランプ
1320 グローブ
1400 ランプ
1410 口金
1420 外管
1430 発光モジュール
1440 ランプ筐体
1441 モジュール設置台
1450 駆動回路部
1460 支持部材
1500 ランプ
1510 口金
1530 発光モジュール
1540 ランプ筐体
1550 駆動回路部
1560 支持部材
1600 照明装置
1610 電気器具
1611 ソケット
本発明は、駆動回路を内蔵し、LED(発光ダイオード:Light Emitting Diode)やEL(エレクトロルミネセンス:Electroluminescence)等の固体発光素子を光源とするランプに関し、より特定的には、駆動回路と発光モジュールの放熱性をより向上させるための技術に関する。
近年、半導体技術の向上に伴い、固体発光素子を光源とするランプの需要が高まっている。
上記ランプは電力消費量が少なく寿命が長いため、省エネルギー化、省資源化の促進に大きく貢献するものであり、今後益々普及するものと予想される。
ここで、LED等の発光素子を光源として用いる駆動回路を内蔵する従来の電球形ランプが特許文献1に開示されている。
特許文献1の電球形ランプは、外部に露出する周部と、周部の内側に形成された凹部とを有する金属製の外郭部材(「ランプ筐体」に相当)を備え、周部に点状光源が装着され、凹部内に絶縁部材を介して回路部品が収容され、凹部の開口縁部側に口金が配設されており、外郭部材に取り付けられた透光性カバーにより点状光源が覆われているものである。特許文献1には、以上のような構成により、点状光源から周部に至る熱伝導が良好で、点状光源に対する冷却性能が優れているので、点状光源の温度上昇を効果的に抑制できると記載されている。
特開2006−313717号公報
利便性の向上や材料コストの削減等の観点から、固体発光素子を光源とするランプを小型化したいという要望がある。
上記特許文献1のような従来の電球形ランプでは、固体発光素子、駆動回路、及び給電用口金がこの順序に配置されているため、給電用口金と固体発光素子との間に設けられた駆動回路が邪魔になって、固体発光素子に起因して発生する熱を、直接口金に伝えて放熱することができないので、この熱を外郭部材を利用して放熱している。ここで十分な放熱性を備えるためには、外郭部材の包絡体積を十分に確保する必要があることから、ランプの小型化が困難である。また、外郭部材の大きさは駆動回路の大きさによっても制限されるため、ランプの小型化が困難である。また、既存の電球は、口金の部分を除くほぼ全方向に対して光が出射されているのに対し、外郭部材の大きな従来の電球形ランプにおいては、発光素子からの光が外郭部材によって大きく遮られ全方向への光の出射が困難であった。
また、固体発光素子で生じた熱の一部は、駆動回路を経由して外部に放熱されるため、特に小型化、高光束化に伴い駆動回路や固体発光素子の温度上昇の問題が顕著となり、放熱性の向上が課題となる。
それ故に、本発明の目的は、放熱性や光の出射特性を向上させた、固体発光素子を光源とするランプ、及び照明装置を提供することである。詳細には、固体発光素子を光源として用い駆動回路を内蔵するランプにおいて、駆動回路や固体発光素子の配置を工夫することにより、放熱性や光の出射範囲特性を向上させることを目的とする。
本発明は、固体発光素子を光源とするランプに向けられている。そして上記課題を解決するために、本発明の固体発光素子を光源とするランプは、固体発光素子を光源とするランプであって、口金と、発光モジュールと、駆動回路とを備える。口金は、使用する際に外部器具に取り付けられ、電力の供給を受ける。発光モジュールは、1又は複数個の固体発光素子を含む。駆動回路は、口金から受けた電力を用いて、発光モジュールを点灯させる。口金、発光モジュール、駆動回路の順に、各構成が配置されており、発光モジュールは口金と熱的に結合されている。
また、固体発光素子を光源とするランプは、さらに、ランプ筐体及びグローブを備える。ランプ筐体は、熱伝導材料からなり、一方から他方に向けて外径が小さくなる円筒状形状をしており、円筒状形状における外径の大きい方は、蓋体で塞がれており、蓋体の上面には発光モジュール取り付け面があり、円筒状形状における外径の小さい方には口金が取り付けられる。グローブは、透光性材料からなり、開口部を有する中空の球状形状であって、開口部が発光モジュール取り付け面においてランプ筐体により繋がれている。発光モジュールはグローブで覆われている。グローブは、内壁に拡散膜を備える。ここでランプ筐体の最大径部の直径よりも、グローブの最大径部の直径の方が大きいとよい。
また、固体発光素子を光源とするランプは、さらに、支持部材を備え、駆動回路が、発光モジュールから発する光の一部を遮るように、口金、及び発光モジュールから離れた中空に、支持部材により固定されて設置されているとよい。
また、固体発光素子を光源とするランプにおいて、駆動回路は、表面が反射材で構成された回路カバーで囲まれているとよい。
また、固体発光素子を光源とするランプにおいて、反射材は、反射率が、発光モジュールから出射される波長域において、80%以上であるとよい。
また、固体発光素子を光源とするランプにおいて、支持部材は、複数の棒状の支柱から構成されており、支柱の一端は、発光モジュールの周囲を囲むように発光モジュール取り付け面に取り付けられ、他端は回路カバーに取り付けられているとよい。
また、固体発光素子を光源とするランプにおいて、駆動回路は、口金とグローブの先端を通る軸上に配置されているとよい。
また、固体発光素子を光源とするランプは、さらに、支持部材を備え、支持部材は、駆動回路をランプ筐体に固定する棒状の支柱、及び、透光性を有する管のうちのいずれか、あるいは、駆動回路をグローブの内壁に固定する突っ張り棒、及び、透光性を有する接着材のうちのいずれかであるとよい。
また、固体発光素子を光源とするランプにおいて、駆動回路は、基板と、基板に実装された回路素子とを含み、基板には、光を通過させる穴が開いているとよい。
また、固体発光素子を光源とするランプにおいて、駆動回路は、基板と、基板に実装された回路素子とを含み、基板の基材は、透光性を有するとよい。
また、固体発光素子を光源とするランプにおいて、駆動回路は、基板と、基板に実装された回路素子とを含み、基板は、その実装面が、発光モジュールの照射方向と、略平行となるように設置されている。
また、固体発光素子を光源とするランプは、さらに、発光モジュールから発する光の一部を、駆動回路により光が遮られる部分へ導く導光板を備えるとよい。
また、固体発光素子を光源とするランプは、さらに、発光モジュールから発する光の一部を、駆動回路により光が遮られる部分へ導く、導光機能を有するグローブを備えるとよい。
また、固体発光素子を光源とするランプは、さらに、
駆動回路により光が遮られる部分に光を照射する、発光モジュールよりも出力の小さい、第2の発光モジュールを備えるとよい。
本発明は、固体発光素子を光源とするランプと、当該ランプが取り付けられ、当該ランプに商用電源からの電力を供給する電気器具とからなる照明装置に向けられている。そして上記課題を解決するために、本発明の固体発光素子を光源とするランプは、固体発光素子を光源とするランプであって、口金と、発光モジュールと、駆動回路とを備える。口金は、使用する際に外部器具に取り付けられ、電力の供給を受ける。発光モジュールは、1又は複数個の固体発光素子を含む。駆動回路は、口金から受けた電力を用いて、発光モジュールを点灯させる。口金、発光モジュール、駆動回路の順に、各構成が配置されており、発光モジュールは口金と熱的に結合されている。電気器具は、口金が接続されるソケットを備える。
以上のように、本発明のランプ、及び照明装置においては、発光モジュールが発生する熱を、駆動回路を経由することなく、直接、口金に伝達し、器具のソケットを介して、器具に伝えて、放熱することが可能となる。従来、放熱のために必要な包絡体積を確保するためにランプ筐体のサイズ小型化が制限されていたが、その制限が緩和、又はなくなるため、ランプ全体を小さくすることが可能となる。
また、熱が駆動回路に伝わり難いので、駆動回路への熱負担が軽減し、駆動回路の耐久性の向上が期待できる。また、発光モジュールと口金との間に駆動回路がないので、発光モジュールの放熱性を高めることが構造的に容易である。また、発光モジュールを口金に近づけることが容易なため、口金の近くから大きくグローブを張り出させ、配光特性を電球に近いものとすることができる。
従来の固体発光素子を光源として用い駆動回路を内蔵するランプでは、駆動回路を発光モジュールと口金との間に配置するものが多く、本願のように発光モジュールからの光の出射側の位置に駆動回路を設置するというような構成は今までになく新しい。本願のような構成によれば、駆動回路により光路が多少遮られるものの、発光モジュールを従来よりも口金の近くに配置することができる分、グローブを大きくすることができ、配光特性を電球により近いものにすることができるという効果を得ることができる。特に、本願のように、発光モジュールの光出射分布が高くなる発光モジュールの真上を含む上方、広くは光出射方向の下流側の位置に、あえて駆動回路を設置するという発想は、ランプ光束が大幅に低下したり、照射面において照度のムラが生じるであろうという思い込みから、今まで誰も実用化しようとは考えなかったものと推測される。また、駆動回路を中空に固定する支持部材を、棒状の構造体や、透光性を有する物質にすることにより、支持部材により光路が遮られる量を軽減させることもできる。さらに、駆動回路表面に反射材を設けることにより、駆動回路によるランプ光束の低下を緩和することもできる。
また、照射面での照度ムラが生じない状態であっても、グローブ上に駆動回路の影響により周りよりも暗い部分が残り、グローブ表面での輝度ムラの原因となることがあり外観に違和感が生じるという別の問題がある。
そこで、駆動回路の形状、配置、及び材質を工夫したり、反射材や導光板を内蔵したり、第2の発光モジュールを用いることによって、駆動回路の影響によるグローブ上の暗い部分を目立たないようにしたり、なくすこともできる。
第1の実施形態に係る固体発光素子を光源とするランプ100の外観を示す図 (a)は波長変換部材により個々のLED素子を封止する形態の断面を示す図、(b)は複数のLED素子を波長変換部材により一括封止する形態の断面を示す図 (a)〜(c)は、発光モジュール130におけるLED素子の配列方法の具体例を示す図 第1の変形例に係る固体発光素子を光源とするランプ200の外観を示す図 第2の変形例に係る固体発光素子を光源とするランプ300の外観を示す図 第3の変形例に係る固体発光素子を光源とするランプ400の外観を示す図 第4の変形例に係る固体発光素子を光源とするランプ500の外観を示す図 第4の変形例に係る固体発光素子を光源とするランプ600の外観を示す図 第5の変形例に係る固体発光素子を光源とするランプ700の外観を示す図 第6の変形例に係る固体発光素子を光源とするランプ800の外観を示す図 第7の変形例に係る固体発光素子を光源とするランプ900の外観を示す図 第8の変形例に係る固体発光素子を光源とするランプ1000の外観を示す図 第2の実施形態に係る固体発光素子を光源とするランプ1100の外観を示す図 第9の変形例に係る固体発光素子を光源とするランプ1200の外観を示す図 第10の変形例に係る固体発光素子を光源とするランプ1300の外観を示す図 第3の実施形態に係る固体発光素子を光源とするランプ1400の外観を示す図 第4の実施形態に係る固体発光素子を光源とするランプ1500の外観を示す図 第5の実施形態に係る照明装置1600の外観を示す図
[第1の実施形態]
<概要>
第1の実施形態は、駆動回路を、口金、及び発光モジュールから離れた中空に配置した、電球形の固体発光素子を光源とするランプであり、発光モジュールが発生する熱を駆動回路に伝わり難くして、駆動回路への熱負担を軽減し、駆動回路の耐久性を向上させたものである。
<構成>
図1は、第1の実施形態に係る固体発光素子を光源とするランプ100の外観を示す図である。
第1の実施形態に係るランプ100は、固体発光素子を光源とするランプであって、図1に示すように、口金110、グローブ120、発光モジュール130、ランプ筐体140、駆動回路部150、及び支持部材160を備えている。
口金110は、金属や樹脂等の構造材により形成され、使用する際に外部器具に取り付けられ、商用電源に接続されて、電力の供給を受ける部分である。なお、口金110の形状は特に限定されるものではなく、ソケットとの電気的接続部分に金属が使われるものであればよい。例えば本実施形態では、既存の電球に使用されているE口金を用いている。これ以外にも、BA口金や、ピンタイプのG口金、GU口金、及びGX口金などを用いることができる。また、新規格の口金であってもよい。
ランプ筐体140は、一方から他方に向けて外径が小さくなる円筒状形状をしている。外径の大きい方には、蓋体で塞がれており、蓋体の上面が発光モジュール取り付け面141となる。外形が小さい方は、開口部を有し、口金110で塞がれている。筒状形状のランプ筐体内部には、口金110から駆動回路150に電力を給電する電線などが収められている。
グローブ120は、開口部を有する球状の中空のカバーであり、樹脂材又はガラス材などの透光性材料で外郭が構成されている。開口部端部がランプ筐体140のモジュール取り付け面の外周付近に設けたリング状の溝部に接着材で繋がれている。グローブ120の内壁には、通過する光、及び内部に反射する光の進む方向をバラバラの方向に変えて拡散させ、輝度ムラを軽減することを目的に拡散膜が形成されている。拡散膜の材料には酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化イットリウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、及び酸化バリウムなどからなる酸化金属微粒子を用いることができる。拡散膜の代わりまたは併用して、グローブ120を構成する透光性樹脂材やガラス材にかかる微粒子を含有するものを用いてもよい。或いは、微粒子の代わりに微小な気泡であってもよい。
グローブ120の最大径部の直径は、ランプ筐体140の最大径部の直径よりも大きく、口金110の側から見るとグローブ120の最大径部がランプ筐体140の最大径部より張り出している。かかるグローブの外形形状と上記の拡散膜との相乗効果により、光が口金側にも広がる膳配光特性を実現することができる。
図中に点線を用いて記載した部分は、グローブ120を透かして内部空間を見たときの様子を示している。なお、本実施形態では、グローブ120は透過率が98%の完全拡散タイプなので、実際にグローブ120を透かして内部空間を見ることはできない。
発光モジュール130は、LEDやEL等の、1個又は複数個の固体発光素子をまとめてユニット化した、照明用の固体発光素子の集合体である。発光モジュール130は、熱伝導部材からなるランプ筐体140のモジュール取り付け面141のほぼ中央に設置され、口金から給電された駆動回路部150により駆動される。
また、発光モジュール130は赤、緑、又は青等の単色を発光するLEDやELをユニット化したものであってもよいし、これらの各色のLEDやELを適宜組み合わせて、白色や他の任意の色を発光するものであってもよい。また、発光モジュール130は、LEDの周りにYAG蛍光体、珪酸塩蛍光体、酸窒化物蛍光体、希土類ドープガラス蛍光体、有機蛍光体、及び金属錯体蛍光体等の波長変換部材をモールドして、白色や他の任意の色を発光するものであってもよい。例えば、発光モジュール130は、青を発光するLEDの周りに、青を青の補色に変換する波長変換部材をモールドし、白色を発光するものであってもよい。
また、発光モジュール130は、LED素子を一次実装したモジュール基板に波長変換部材を搭載する形態、及びLED素子と蛍光体からなるパッケージをモジュール基板に2次実装する形態であってもよい。
また、図2(a)の断面図に示すように、発光モジュール130は、モジュール基板131上に複数のLED素子132a〜cを搭載し、シリコーン樹脂等に青色励起の蛍光体等を分散した波長変換部材133a〜cにより個々のLED素子132a〜cを封止する形態であってもよい。また発光モジュール130は、図2(b)の断面図に示すように、モジュール基板134上に搭載した複数のLED素子135a〜fを波長変換部材136により一括封止する形態であってもよい。図2(b)のように、面状に一括封止する形態にすると拡散光が出射されるので、本発明において、より高いの効果を得ることが可能となる。
図3(a)〜(c)は、発光モジュール130におけるLED素子の配列方法の具体例を示す図である。
図3(a)に示すように、例えば、発光モジュール130は、高光束の3個のLED137を5〜15mm程度の間隔で3角形に配置する。また、図3(b)に示すように、例えば、発光モジュール130は、やや高光束の22個のLED138を2次元的に配置する。また、図3(c)に示すように、例えば、発光モジュール130は、小型の72個のLED139を2次元的に密集させて10〜15mm角程度の四角形に配置する。
ここで、発光モジュール130の封止材としては、シリコーン樹脂のほか、フッ素系樹脂、ゾルゲルガラス、及び低融点ガラス等が考えられ、また、熱伝導性、チクソ性、及び光拡散性(LED光と蛍光体光の混色)を向上させるために、透光性の金属酸化物、窒化物,炭化物(酸化珪素、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化硼素、及び炭化珪素等)の微粒子(数nm〜数百nmのナノ微粒子、及び数μm〜数十μmのマイクロ微粒子)を添加することが好ましい。
発光モジュール130と口金110とを熱的に結合し、発光モジュール130の口金110を介した放熱性を高めるために、各構成要素は、以下のようになっている。
ランプ筐体140は、本体部分が金属材料、又は、金属酸化物の微粒子を含むことにより熱伝導率を高めた樹脂材料などの熱伝導材料からなり、口金110とは反対側の面がモジュール取り付け面141となる。ランプ筐体140が金属材料からなる場合には、口金110とランプ筐体140とが、これらの間に絶縁性材料からなりかつ熱伝導性が高い絶縁部材(図示せず)が介在して接続される。ここで絶縁部材としては、セラミックや高熱伝導樹脂材料などの熱伝導性が高い部材を用いることができる。また、口金110内にシリコーン樹脂等を充填することにより、口金110内における熱伝導性を高めることができる。
かかる構成により、発光モジュール130の熱をランプ筐体140からだけでなく、積極的に口金110を介して放熱することが可能となる。また、ランプ筐体140のサイズを小さくすることが可能となり、その結果、グローブ120をモジュール取り付け面141の径よりも大きくして張り出す形状とすることで、既存の電球に近い、又は、同等の形状にすることが可能となる。また、口金経由の放熱性がよくなるので、発光モジュールにより高い電力を投入しても、発光モジュールの温度上昇を抑制し得るので、より高いランプ光束を得ることができる。なお、以上のようにランプ筐体140は小さくてよいので、口金110とランプ筐体140とを一体化させて口金部としてもよい。さらに、口金110とランプ筐体140と支持部材160とを一体化させて口金部として扱ってもよい。
駆動回路部150は、グローブ120とランプ筐体140とが繋がれてできた内部空間において、口金110、ランプ筐体140、及び発光モジュール130から離れた位置に設置され、口金110から受けた電力を用いて、発光モジュール130を点灯させるものである。
本実施形態においては、駆動回路部150が、発光モジュール130とグローブ120との間の中空に、発光モジュール130から発せられたグローブ120の内面へ向かう光の一部を遮るように設置されている。
従って、口金110、ランプ筐体140、発光モジュール130、駆動回路部150の順に、各構成が配置されていることになる。
本実施例では、発光モジュール130側から見た駆動回路部150の平面視形状は円形をしている。また、駆動回路部150がランプの口金110からグローブ120の先端を通る軸上に配置されている。かかる構成により、対称性のよい配光特性を得ることができる。
また、駆動回路部150は、発光モジュール130の点灯に適した電力を出力する電子回路151と、電子回路151の周りに設置された反射材で構成された回路カバー152とを含む。
ここで回路カバー152は、電子回路を保持するものであり、電子回路の発熱に耐え、かつ反射率が比較的高い物質が好ましい。特に経年的な反射率低下が少なく、発光モジュールから出射される可視光の波長域において反射率が80%以上のものが望ましい。反射率の高い材料の例として、アルミニウム、銀、及び白金などの高反射率金属を含む材料や、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化亜鉛、酸化イットリウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、及び酸化バリウムなどからなる酸化金属微粒子を用いることができる。粒子径が1μm〜30μmの酸化金属微粒子を用いると光拡散効果を発するので、より均一な配光特性を得ることができる。また、酸化金属微粒子を含有する樹脂やガラスであってもよい。あるいは、係る酸化金属からなる多層反射膜であってもよい。
支持部材160は、駆動回路部150を支持して固定する。本実施形態においては、支持部材160は、ランプ筐体140に取り付けられた3本の棒状の支柱である。支持部材160の一端は発光モジュール130の周りの発光モジュール取り付け面141に、他端は駆動回路部150に等間隔に配置されている。ここで支柱の数に制限はないが、あまり多いと支持部材により光路が大きく遮られるので望ましくない。また3本の支柱で駆動回路部150を支持することにより、支持部材による遮光を抑制するために支持部材に細い支柱を使用しても、ランプを傾けたときに駆動回路部150の位置ずれを防止することができる。支持部材160を駆動回路部150への給電配線として兼用することも可能である。同様に駆動回路部150から発光モジュール130への給電配線として兼用することも可能である。
支持部材160には、ガラスや樹脂などの透光部材や、金属やセラミックなどの反射部材を用いることもできる。
回路素子は、基板の両面に実装してもよい。必要な基板面積を小さくすることができるので、駆動回路部を小さくすることができる。特に、背の高い回路素子を基板両面の中央に配置すると、駆動回路部を縦長にできるので、発光モジュールからグローブ先端に向かう光が駆動回路部により遮られる面積を小さくすることができる。すなわちグローブ先端部の輝度低下を抑制することができる。
なお、電子回路151と発光モジュール130との間、及び電子回路151と口金110との間の配線(図示せず)は、支持部材160に添わせるとよい。
本実施形態においては、発光モジュールと口金との間に駆動回路がないので、発光モジュールを直接、熱的に口金に接続することが可能となり、放熱特性を大きく改善することができる。また、発光モジュールを口金に近づけることが容易なため、口金の近くから大きくグローブを張り出させ、既存の電球に近い、または同等の外形形状とすることができる。その結果、ランプサイズや形状が既存の電球と異なることが原因で既存器具への取付けができないという問題が生じない。さらに、既存の電球同様の全配光特性を得ることができるので、既存器具に取り付けても同様の配光を得ることができるため、既存器具への適合率が大幅に改善される。
ランプの寿命は、一般にLED素子及び回路素子の寿命で決まる。LED素子の長寿命化により回路素子の寿命で律速される場合もある。電界コンデンサーのように熱に弱い部品など一部の回路素子を口金内に配置して、動作中の温度上昇を抑制することができれば、安価な電界コンデンサーを使用してもランプの長寿命化を実現し得る。
[第1の変形例]
第1の変形例は、第1の実施形態と同様の特徴を備え、支持部材を1本の支柱にしたものである。
図4は、第1の変形例に係る固体発光素子を光源とするランプ200の外観を示す図である。ここで、第1の実施形態のランプ100と同様の構成要素には同一番号を付し、その説明を省略する。
第1の変形例に係るランプ200は、第1の実施形態に係るランプ100の支持部材160を支持部材260に置き換えた構成を備える。
支持部材260は、口金110に取り付けられた1本の支柱である。第1の変形例では、第1の実施形態のように支柱が複数ある場合の一本の支柱よりも、太くて剛性の高いものやH鋼や角柱等の構造的に丈夫な形状のものが用いられる。
なお、電子回路151と発光モジュール130との間、及び電子回路151と口金110との間の配線(図示せず)は、支持部材260に添わせてもよいし、又は支持部材260の内部に空洞を作り、当該空洞に通してもよい。
[第2の変形例]
第2の変形例は、第1の実施形態と同様の特徴を備え、支持部材を、透光性を有するガラスや樹脂製の管にしたものである。
図5は、第2の変形例に係る固体発光素子を光源とするランプ300の外観を示す図である。ここで、第1の実施形態のランプ100と同様の構成要素には同一番号を付し、その説明を省略する。
第2の変形例に係るランプ300は、第1の実施形態に係るランプ100の支持部材160を支持部材360に置き換えた構成を備える。
支持部材360は、口金110に取り付けられた1本の透光性を有する管であり、発光モジュール130の周りを囲うように設置されている。第2の変形例では、駆動回路部150側の管の内径を駆動回路部150の外径の一部と同程度にして、支持部材360が駆動回路部150を容易に支持できるようにしている。
なお、支持部材360の表面に透明配線(図示せず)を設けて、電子回路151と発光モジュール130との間、及び電子回路151と口金110との間の接続に用いてもよい。
なお、支持部材360の、例えば側壁等に光学機能を持たせて、所定の方向に光を出射することも可能である。
[第3の変形例]
第3の変形例は、第1の実施形態と同様の特徴を備え、支持部材をグローブの内壁に設けた突っ張り棒にしたものである。
図6は、第3の変形例に係る固体発光素子を光源とするランプ400の外観を示す図である。ここで、第1の実施形態のランプ100と同様の構成要素には同一番号を付し、その説明を省略する。
第3の変形例に係るランプ400は、第1の実施形態に係るランプ100の支持部材160を支持部材460に置き換えた構成を備える。
支持部材460は、例えば弾性を備える支柱であり、突っ張り棒の要領でグローブの内壁が対向する部分に突っ張って、駆動回路部150を支持する。
なお、グローブ120の内面に透明配線(図示せず)を設けて、電子回路151と発光モジュール130との間、及び電子回路151と口金110との間の接続に用いることもできる。
[第4の変形例]
第4の変形例は、第1の実施形態と同様の特徴を備え、支持部材を透光性を有する樹脂材にし、駆動回路部150をグローブの内壁に接着させたものである。
図7は、第4の変形例に係る固体発光素子を光源とするランプ500の外観を示す図である。ここで、第1の実施形態のランプ100と同様の構成要素には同一番号を付し、その説明を省略する。
第4の変形例に係るランプ500は、第1の実施形態に係るランプ100の支持部材160を支持部材560に置き換えた構成を備える。
支持部材560は、グローブ120の内壁に接着された透光性を有する樹脂材であり、透明の樹脂を透明の接着剤で接着してもよいし、透明の接着剤そのものであってもよい。
なお、電子回路151と発光モジュール130との間、及び電子回路151と口金110との間の接続には透明電極(図示せず)を用いることが望ましい。
また、ランプ500においては、グローブ120の内壁の口金110から最も遠い先端位置に駆動回路部150を配置しているが、支持部材560を用いれば、駆動回路部150をグローブ120の内壁のあらゆる場所に接着することができるので、用途に応じて適宜、駆動回路部150の配置を変更することができる。
図8は、第4の変形例に係る固体発光素子を光源とするランプ600の外観を示す図である。ここで、本実施形態のランプ500と同様の構成要素には同一番号を付し、その説明を省略する。
第4の変形例に係るランプ600は、ランプ500と較べて、駆動回路部150を配置する位置のみが異なり、グローブ120の内壁の口金110からの距離が先端位置までの半分程度の中間位置に駆動回路部150を配置している。
[第5の変形例]
第5の変形例は、第1の実施形態と同様の特徴を備え、さらに電子回路の基板に穴をあけて、光を通過させるものである。
図9は、第5の変形例に係る固体発光素子を光源とするランプ700の外観を示す図である。ここで、第1の実施形態のランプ100と同様の構成要素には同一番号を付し、その説明を省略する。
第5の変形例に係るランプ700は、第1の実施形態に係るランプ100の駆動回路部150を駆動回路部750に置き換えた構成を備える。
駆動回路部750は、駆動回路部150の電子回路151を電子回路751に置き換え、回路カバー152を無くした構成である。ここで回路カバー152が無いので電子回路751は駆動回路部750と構成が同じになる。
電子回路751は、基板753と、当該基板753に実装された回路素子754とを含む。
基板753には、光を通過させるための穴755が開いている。
なお、対称性のよい配光特性を得るために、背の高い回路部品であるコンデンサーを基板中央の配置することが好ましい。
ここで、基板753には、小さな穴を複数個あけてもよいし、大きな穴を1個開けてもよい。例えば丸い基板の中央に大きな丸い穴を1個開けた場合には、ドーナツ型の基板になる。
第5の変形例においては、基板753に空いている穴から光が通過するので、回路カバー152が無くても、駆動回路によるランプ光束の低下を緩和することができる。また、回路カバー152を用いることもできるが、その場合には、基板753に空いた穴を通過する光をできるだけ遮らないように、回路カバー152の該当箇所に穴を開けておく必要がある。
[第6の変形例]
第6の変形例は、第1の実施形態と同様の特徴を備え、さらに電子回路の基板の基材を、透光性を有する材料にして、基板が光を通過し易いようにするものである。なお、光反射、光拡散性を有する基板にしても良い。
図10は、第6の変形例に係る固体発光素子を光源とするランプ800の外観を示す図である。ここで、第1の実施形態のランプ100と同様の構成要素には同一番号を付し、その説明を省略する。
第6の変形例に係るランプ800は、第1の実施形態に係るランプ100の駆動回路部150を駆動回路部850に置き換えた構成を備える。
駆動回路部850は、駆動回路部150の電子回路151を電子回路851に置き換え、回路カバー152を無くした構成である。ここで回路カバー152が無いので電子回路851は駆動回路部850と構成が同じになる。
電子回路851は、基板853と、当該基板853に実装された回路素子854とを含む。
基板853の基材は、透光性を有する樹脂やガラス材料であり、基板853は、ある程度光を通過させることができる。
第6の変形例においては、基板853が光を通過させるので、駆動回路によるランプ光束の低下を緩和することができる。
[第7の変形例]
第7の変形例は、第1の実施形態と同様の特徴を備え、電子回路の基板を縦にして、光の通過量を増加させるものである。
図11は、第7の変形例に係る固体発光素子を光源とするランプ900の外観を示す図である。ここで、第1の変形例のランプ200と同様の構成要素には同一番号を付し、その説明を省略する。
第7の変形例に係るランプ900は、第1の変形例に係るランプ200の駆動回路部150を駆動回路部950に置き換えた構成を備える。
駆動回路部950は、駆動回路部150の電子回路151の設置方向を変更し、回路カバー152を無くした構成である。ここで回路カバー152が無いので電子回路151は駆動回路部950と構成が同じになる。
電子回路151は、基板153と、当該基板153に実装された回路素子154とを含む。
基板153は、図11に示すように、その実装面が、発光モジュール130の照射方向と、略平行となるように設置されている。
第7の変形例においては、基板153が発光モジュール130からの照射光をできるだけ遮らないように設置されているが、基板153が照射光を遮らなくなると、今度は回路素子154が発光モジュール130による照射光を遮ってしまうことになる。
しかしながら、回路素子154は複数の小さな部品の集合であり、各部品間に隙間があるので、この隙間から相当量の光を通過させることができる。また、各部品毎に照射光をできるだけ遮らないような方向に設置することもできる。
よって、以上のように基板153の設置方向を変更することにより、総合的に見て駆動回路によるランプ光束の低下を緩和することができる。なお、第7の変形例では基本的に、回路カバー152は不要であるが、基板153の表面を覆うように、局所的に反射材を配置してもよい。
[第8の変形例]
第8の変形例は、第1の実施形態と同様の特徴を備え、さらに、口金に近い側に設置した発光モジュールとは別に、駆動回路により影になるグローブの側に、第2の発光モジュールを備えるものである。
図12は、第8の変形例に係る固体発光素子を光源とするランプ1000の外観を示す図である。ここで、第1の実施形態のランプ100と同様の構成要素には同一番号を付し、その説明を省略する。
第8の変形例に係るランプ1000は、第1の実施形態に係るランプ100に、さらに、第2の発光モジュール1070を追加したものであり、その他の構成はランプ100と同じである。
第2の発光モジュール1070は、駆動回路部150により影になるグローブ側に配置され、駆動回路部150により第1の発光モジュール130からの光が遮られる部分に別途光を照射する。ここで第2の発光モジュール1070は、第1の発光モジュール130からの光を補填するものであるから、第1の発光モジュール130よりも低い光束のものを用いることができる。そのため、第2の発光モジュール1070の発熱は小さく、特別に放熱機構を設けなくてもよい。
第8の変形例においては、第2の発光モジュール1070がランプ光束の低下分を補填するので、回路カバー152が無くても、駆動回路によるランプ光束の低下を解消することができる。また、回路カバー152を用いれば、発光効率の向上が期待できる。
[第2の実施形態]
<概要>
第2の実施形態は、第1の実施形態と同様に、駆動回路を、立体的に配置した発光モジュールの光出射側の中空に配置したランプであり、第1の実施形態と同様の特徴を備える。
<構成>
図13は、第2の実施形態に係る固体発光素子を光源とするランプ1100の外観を示す図である。
第2の実施形態に係るランプ1100は、固体発光素子を光源とするランプであって、図13に示すように、口金1110、グローブ1120、発光モジュール1130A〜D、ランプ筐体1140、駆動回路部1150、及び支持部材1160を備えている。
口金1110は、第1の実施形態の口金110と同様に、金属や樹脂等の構造材により形成され、使用する際に外部機器に取り付けられ、商用電源に接続されて、電力の供給を受ける部分である。
グローブ1120は、第1の実施形態のグローブ120と同様に、通過する光、及び内部に反射する光の進む方向をバラバラの方向に変えて拡散させ、輝度のムラを軽減する拡散膜が形成された透光性の有る樹脂製やガラス製のカバーであり、ランプ筐体1140と繋がれて内部空間を形成する。また、グローブ1120は必ずしも必要な構成ではない。
発光モジュール1130A〜Dは、第1の実施形態の発光モジュール130と同様に、LEDやEL等の、1個又は複数個の固体発光素子をまとめてユニット化した、照明用の固体発光素子の集合体であり、熱伝導部材からなるランプ筐体1140の突出しているモジュール設置台1141に、それぞれが重ならないように設置され、口金から給電された駆動回路部1150により駆動される。
ここで、発光モジュール1130A〜Dの個々の詳細な特徴は、発光モジュール130と同様である。
ランプ筐体1140は、第1の実施形態のランプ筐体140と同様に、本体部分が金属材料や金属酸化物の微粒子を含むことにより熱伝導率を高めた樹脂材料からなり、口金110とは反対側の面からモジュール設置台1141が突出している。
駆動回路部1150は、第1の実施形態の駆動回路部150と同様に、グローブ1120とランプ筐体1140とが繋がれてできた内部空間において、口金1110、ランプ筐体1140、及び発光モジュール1130A〜Dから離れた位置に設置され、口金1110から受けた電力を用いて、発光モジュール1130A〜Dを点灯させるものである。
本実施形態においては、駆動回路部1150が、発光モジュール1130A〜Dとグローブ1120との間の中空に設置されている。
従って、口金1110、ランプ筐体1140、発光モジュール1130A〜D、駆動回路部1150の順に、各構成が配置されていることになる。
また、駆動回路部1150は、発光モジュール1130A〜Dの点灯に適した電力を出力する電子回路1151と、電子回路1151の表面に設置された回路カバー1152とを含む。
ここで回路カバー1152は、第1の実施形態の回路カバー152と同様である。
また支持部材1160は、第1の実施形態の支持部材160と同様である。
[第9の変形例]
第9の変形例は、第2の実施形態と同様の特徴を備え、さらに導光板を用いて、発光モジュールが発する光の一部を、駆動回路により影になるグローブ側へ導くものである。
図14は、第9の変形例に係る固体発光素子を光源とするランプ1200の外観を示す図である。ここで、第2の実施形態のランプ1100と同様の構成要素には同一番号を付し、その説明を省略する。
第9の変形例に係るランプ1200は、第2の実施形態に係るランプ1100に、さらに発光モジュール1270と導光板1271とを追加し、モジュール設置台1141の形状を一部変更して発光モジュール1270の設置場所を設けたものであり、その他の構成はランプ1100と同じである。
発光モジュール1270は、発光モジュール1130A〜Dと同様に、照明用の固体発光素子の集合体であり、主に導光板1271の端面に取り入れるための光を照射する。
導光板1271は、アクリル板の表面に特殊な加工を施したり白色インクで反射ドットを印刷する等して、端面より取り入れた光を均一に面発光させる板であり、主に発光モジュール1270が発する光の一部を、駆動回路部1150により影になるグローブ側へ導いて面発光させ、駆動回路部1150により発光モジュール1130A〜Dからの光が遮られる部分に光を照射する。
第9の変形例においては、導光板1271が、内部空間において照射された光の一部を、駆動回路部1150により影になるグローブ側へ導くので、駆動回路によるランプ光束の低下を緩和することができる。
[第10の変形例]
第10の変形例は、第2の実施形態と同様の特徴を備え、さらにグローブに、発光モジュールが発する光の一部を、駆動回路部により影になるグローブ側へ導く導光機能を持たせたものである。
図15は、第10の変形例に係る固体発光素子を光源とするランプ1300の外観を示す図である。ここで、第2の実施形態のランプ1100と同様の構成要素には同一番号を付し、その説明を省略する。
第10の変形例に係るランプ1300は、第2の実施形態に係るランプ1100のグローブ1120をグローブ1320に置き換えた構成を備える。
グローブ1320は、第2の実施形態のグローブ1120と同様に、通過する光、及び内部に反射する光の進む方向をバラバラの方向に変えて拡散させ、輝度のムラを軽減する拡散膜が形成された透光性の有る樹脂製やガラス製のカバーであり、ランプ筐体1140と繋がれて内部空間を形成するとともに、さらに、主に発光モジュール1130A及び発光モジュール1130Cが発する光の一部を、駆動回路部1150により光が遮られる部分へ導く導光機能を有する。
なお、図中に点線を用いて記載した部分は、グローブ1320を透かして筐体内の内部空間を見たときの筐体内の各構成の様子と、透けたグローブ1320の形状とを示している。
第10の変形例においては、グローブ1320が、内部空間において照射された光の一部を、駆動回路部1150により光が遮られる部分へ導く機能を有するので、駆動回路によるランプ光束の低下を緩和することができる。
[第3の実施形態]
<概要>
第3の実施形態は、駆動回路を、口金、及び発光モジュールから離れた中空に配置した、HID(High Intensity Discharge lamp)形の固体発光素子を光源とするランプであり、発光モジュールが発生する熱を駆動回路に伝わり難くして、駆動回路への熱負担を軽減し、駆動回路の耐久性を向上させたものである。
<構成>
図16は、第3の実施形態に係る固体発光素子を光源とするランプ1400の外観を示す図である。
第3の実施形態に係るランプ1400は、固体発光素子を光源とするランプであって、図16に示すように、口金1410、外管1420、発光モジュール1430、ランプ筐体1440、駆動回路部1450、及び支持部材1460を備えている。
口金1410は、EU10口金であり、形状は異なるが、機能的には第1の実施形態の口金110と同様である。
外管1420は、発光モジュール1430や駆動回路部1450等を保護するためのガラス管であり、本実施形態では特にグローブ120のように拡散作用は不要であり透明でよい。なお、グローブでの拡散作用が不要な場合や、発光モジュールの支持、感電などの安全性が確保できる場合は、グローブ120を使用しなくても良い。
発光モジュール1430は、形状は異なるが、機能的には第1の実施形態の発光モジュール130と同様である。
ランプ筐体1440は、第1の実施形態のランプ筐体140と同様に、本体部分が金属材料や金属酸化物の微粒子を含むことにより熱伝導率を高めた樹脂材料からなり、口金1410とは反対側の面からモジュール設置台1441が突出している。
駆動回路部1450は、第1の実施形態の駆動回路部150と同様に、外管1420とランプ筐体1440とが繋がれてできた内部空間において、口金1410、ランプ筐体1440、及び発光モジュール1430から離れた位置に設置され、口金1410から受けた電力を用いて、発光モジュール1430を点灯させるものである。
支持部材1460は、駆動回路部1450を支持して固定する。本実施形態においては、支持部材1460は、発光モジュール1430に取り付けられた1本の棒状の支柱である。なお、支持部材1460やモジュール設置台1441には、ガラスや樹脂などの透光部材や、金属やセラミックなどの反射部材、熱伝導部材を用いることもできる。
また、駆動回路部1450と発光モジュール1430との間、及び駆動回路部1450と口金1410との間の配線(図示せず)は、支持部材1460やモジュール設置台1441に添わせてもよいし、又は支持部材1460やモジュール設置台1441の内部に空洞を作り、当該空洞に通してもよい。
[第4の実施形態]
第4の実施形態は、駆動回路を、口金、及び発光モジュールから離れた中空に配置した、レフ形の固体発光素子を光源とする反射鏡付きランプであり、発光モジュールが発生する熱を駆動回路に伝わり難くして、駆動回路への熱負担を軽減し、駆動回路の耐久性を向上させたものである。
<構成>
図17は、第4の実施形態に係る固体発光素子を光源とするランプ1500の外観を示す図である。
第4の実施形態に係るランプ1500は、固体発光素子を光源とするランプであって、図17に示すように、口金1510、発光モジュール1530、ランプ筐体1540、駆動回路部1550、及び支持部材1560を備えている。
口金1510は、形状は異なるが、機能的には第1の実施形態の口金110と同様である。
発光モジュール1530は、形状は異なるが、機能的には第1の実施形態の発光モジュール130と同様である。
ランプ筐体1540は、第1の実施形態のランプ筐体140と同様に、本体部分が金属材料や金属酸化物の微粒子を含むことにより熱伝導率を高めた樹脂材料からなり、本実施形態では、反射鏡、及び放熱フィンの機能を兼ね備えている。
駆動回路部1550は、第1の実施形態の駆動回路部150と同様に、ランプ筐体1540に囲われた内部空間において、口金1510、ランプ筐体1540、及び発光モジュール1530から離れた位置に設置され、口金1510から受けた電力を用いて、発光モジュール1530を点灯させるものである。
支持部材1560は、第1の実施形態の支持部材160と同様に、駆動回路部1550を支持して固定する。本実施形態においては、支持部材1560は、ランプ筐体1540に取り付けられた3本の棒状の支柱である。
また、駆動回路部1550と発光モジュール1530との間、及び駆動回路部1550と口金1510との間の配線(図示せず)は、支持部材1560に添わせてもよいし、又は支持部材1560の内部に空洞を作り、当該空洞に通してもよい。
[第5の実施形態]
<概要>
第5の実施形態は、第1の実施形態のランプ100が取り付けられた照明装置である。
<構成>
図18は、第5の実施形態に係る照明装置1600の外観を示す図である。
第5の実施形態に係る照明装置1600は、第1の実施形態のランプ100、及び当該ランプ100に商用電源からの電力を供給する電気器具1610を備えている。
電気器具1410は、ランプ100の口金110が接続されるソケット1611を含む。
ここで照明装置1600においては、斜めの状態でランプ100を使用している。
従来の固体発光素子を光源とするランプは、発光モジュールと口金との間に駆動回路があるので、口金の近くからグローブにすることができず、周辺の照度が極端に落ちる傾向がある。
しかしながら、第3の実施形態に係るランプ100は発光モジュールと口金との間に駆動回路がなく、口金110の近くから大きくグローブ120を張り出させ、配光特性を電球に近いものとしているので、照明装置1600のような斜めの状態や横の状態でランプ100を使用しても、従来の固体発光素子を光源とするランプを同様に使用したときのように照度が極端に落ちることがない。
なお、矛盾が生じない限り、第1〜5の実施形態、及び、第1〜10の変形例を適宜組み合わせてもよい。
<まとめ>
以上説明したように、第1〜5の実施形態、及び、第1〜10の変形例のランプや電気器具によれば、口金や発光モジュールから離れた位置に駆動回路を設置することにより、発光モジュールが発生する熱が駆動回路に伝わり難くなるので、駆動回路への熱負担が軽減し、駆動回路の耐久性の向上が期待できる。また、発光モジュールと口金との間に駆動回路がないので、発光モジュールの放熱性を高めることが構造的に容易になる。また、発光モジュールを口金に近づけることが容易なため、口金の根元近くからグローブとすることができ、電球に近い周辺配光特性を実現することができる。
また照射面での照度ムラが生じないように駆動回路を設置することができる。
また、グローブ上の駆動回路の影響による暗い部分を目立たないようにしたり、なくしたりすることができる。
本発明のランプは、フィラメントや放電を用いた既存のランプ、例えば、電球、コンパクト蛍光灯、反射鏡付ランプ、HIDなどと同様の外形形状、配光特性をも実現し得るものである。その結果、既存の照明器具にそのまま取り付けることが可能で、既存ランプを取り付けた場合と同等の器具配光を得ることができる。その上で、長寿命、高効率が実現できることから、その産業的利用価値は極めて高い。
100 ランプ
110 口金
120 グローブ
130 発光モジュール
131 モジュール基板
132a〜c LED素子
133a〜c 波長変換部材
134 モジュール基板
135a〜f LED素子
136 波長変換部材
137、138、139 LED
140 ランプ筐体
150 駆動回路部
151 電子回路
152 回路カバー
153 基板
154 回路素子
160 支持部材
200 ランプ
260 支持部材
300 ランプ
360 支持部材
400 ランプ
460 支持部材
500 ランプ
560 支持部材
600、700 ランプ
750 駆動回路部
751 電子回路
753 基板
754 回路素子
755 穴
800 ランプ
850 駆動回路部
851 電子回路
853 基板
854 回路素子
900 ランプ
950 駆動回路部
1000 ランプ
1070 第2の発光モジュール
1100 ランプ
1110 口金
1120 グローブ
1130A〜D 発光モジュール
1140 ランプ筐体
1141 モジュール設置台
1150 駆動回路部
1151 電子回路
1152 回路カバー
1160 支持部材
1200 ランプ
1270 発光モジュール
1271 導光板
1300 ランプ
1320 グローブ
1400 ランプ
1410 口金
1420 外管
1430 発光モジュール
1440 ランプ筐体
1441 モジュール設置台
1450 駆動回路部
1460 支持部材
1500 ランプ
1510 口金
1530 発光モジュール
1540 ランプ筐体
1550 駆動回路部
1560 支持部材
1600 照明装置
1610 電気器具
1611 ソケット

Claims (15)

  1. 固体発光素子を光源とするランプであって、
    使用する際に外部器具に取り付けられ、電力の供給を受ける口金と、
    1又は複数個の固体発光素子を含む発光モジュールと、
    前記口金から受けた電力を用いて、前記発光モジュールを点灯させる駆動回路とを備え、
    前記口金、前記発光モジュール、前記駆動回路の順に、各構成が配置されており、
    前記発光モジュールは前記口金と熱的に結合されていることを特徴とするランプ。
  2. 当該ランプは、さらに、
    ランプ筐体及びグローブを備え、
    前記ランプ筐体は、
    熱伝導材料からなり、一方から他方に向けて外径が小さくなる円筒状形状をしており、当該円筒状形状における外径の大きい方は、蓋体で塞がれており、当該蓋体の上面には発光モジュール取り付け面があり、当該円筒状形状における外径の小さい方には口金が取り付けられ、
    前記グローブは、
    透光性材料からなり、開口部を有する中空の球状形状であって、当該開口部が前記発光モジュール取り付け面において前記ランプ筐体により繋がれており、
    前記発光モジュールは前記グローブで覆われており、
    前記グローブは、内壁に拡散膜を備え、
    前記ランプ筐体の最大径部の直径よりも、前記グローブの最大径部の直径の方が大きいことを特徴とする請求項1記載のランプ。
  3. 当該ランプは、さらに、
    支持部材を備え、
    前記駆動回路が、前記発光モジュールから発する光の一部を遮るように、前記口金、及び前記発光モジュールから離れた中空に、当該支持部材により固定されて設置されていることを特徴とする請求項1に記載のランプ。
  4. 前記駆動回路は、
    表面が反射材で構成された回路カバーで囲まれていることを特徴とする請求項3記載のランプ。
  5. 前記反射材は、
    反射率が、前記発光モジュールから出射される波長域において、80%以上であることを特徴とする請求項4に記載のランプ。
  6. 前記支持部材は、複数の棒状の支柱から構成されており、
    前記支柱の一端は、前記発光モジュールの周囲を囲むように前記発光モジュール取り付け面に取り付けられ、他端は前記回路カバーに取り付けられていることを特徴とする請求項4に記載のランプ。
  7. 前記駆動回路は、前記口金と前記グローブの先端を通る軸上に配置されていることを特徴とする請求項2に記載のランプ。
  8. 当該ランプは、さらに、
    支持部材を備え、
    前記支持部材は、前記駆動回路を前記ランプ筐体に固定する棒状の支柱、及び、透光性を有する管のうちのいずれか、あるいは、前記駆動回路を前記グローブの内壁に固定する突っ張り棒、及び、透光性を有する接着材のうちのいずれかであることを特徴とする請求項2に記載のランプ。
  9. 前記駆動回路は、
    基板と、当該基板に実装された回路素子とを含み、
    前記基板には、光を通過させる穴が開いていることを特徴とする請求項1に記載のランプ。
  10. 前記駆動回路は、
    基板と、当該基板に実装された回路素子とを含み、
    前記基板の基材は、透光性を有することを特徴とする請求項1に記載のランプ。
  11. 前記駆動回路は、
    基板と、当該基板に実装された回路素子とを含み、
    前記基板は、その実装面が、前記発光モジュールの照射方向と、略平行となるように設置されていることを特徴とする請求項1に記載のランプ。
  12. 当該ランプは、さらに、
    前記発光モジュールから発する光の一部を、前記駆動回路により光が遮られる部分へ導く導光板を備えることを特徴とする請求項1に記載のランプ。
  13. 当該ランプは、さらに、
    前記発光モジュールから発する光の一部を、前記駆動回路により光が遮られる部分へ導く、導光機能を有するグローブを備えることを特徴とする請求項1に記載のランプ。
  14. 当該ランプは、さらに、
    前記駆動回路により光が遮られる部分に光を照射する、前記発光モジュールよりも出力の小さい、第2の発光モジュールを備えることを特徴とする請求項1に記載のランプ。
  15. 固体発光素子を光源とするランプと、当該ランプが取り付けられ、当該ランプに商用電源からの電力を供給する電気器具とからなる照明装置であって、
    前記ランプは、
    使用する際に外部器具に取り付けられ、電力の供給を受ける口金と、
    1又は複数個の固体発光素子を含む発光モジュールと、
    前記口金から受けた電力を用いて、前記発光モジュールを点灯させる駆動回路とを備え、
    前記口金、前記発光モジュール、前記駆動回路の順に、各構成が配置されており、
    前記発光モジュールは前記口金と熱的に結合されており、
    前記電気器具は、
    前記口金が接続されるソケットを備えることを特徴とする、照明装置。
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