JP2011216216A - 発光ダイオード照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】照度分布が広く、且つ薄型化が可能な発光ダイオード照明装置を提供する。
【解決手段】光源領域１１ａ〜１１ｃと電源領域１２ａ〜１２ｂが長手方向に交互に定義され、且つ長手方向の両端に光源領域１１ａ、１１ｃがそれぞれ定義された搭載面を有する支持体１０と、発光ダイオード３０を有し、光源領域１１ａ〜１１ｃにそれぞれ配置された光源３１と、電源領域１２ａ〜１２ｂにそれぞれ配置された、発光ダイオード３０に電力を供給する電源部４０ａ〜４０ｂとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光ダイオードを光源とする発光ダイオード照明装置に関する。

近年、陰極放電管（蛍光灯）に代えて発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源とする照明装置の実用化が進められている。ＬＥＤを光源とすることにより、陰極放電管を使用する場合に比べて長寿命、省エネルギー等の効果が得られる。特に、ＬＥＤ及びＬＥＤを駆動する電力を供給する電源回路を内蔵する照明装置（以下において、「発光ダイオード（ＬＥＤ）照明装置」という。）を陰極放電管の代わりに既存の蛍光灯用照明器具に取り付けることができれば、蛍光灯用照明器具の改造等が不要になり、既存の設備をそのまま使用することができる。

例えば、ＬＥＤを基板の一方の主面に配置し、ＬＥＤに電力を供給する電源回路を基板の他方の主面に配置したＬＥＤ照明装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

しかし、互いに対向する基板の主面のそれぞれにＬＥＤと電源回路を配置した場合、ＬＥＤの高さと電源回路の高さの和がそのままＬＥＤ照明装置の厚みに反映される。このため、ＬＥＤ照明装置の薄型化が阻害される。

上記の問題を解決するために、ＬＥＤを搭載した基板を収容する収容部材の両端に電源回路を配置したＬＥＤ照明装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００４−３０３６１４号公報 特開２００９−９８０４号公報

デザインの観点から薄型化され、且つＬＥＤ照明装置の直下の照度（直下照度）及び照明分布が十分なＬＥＤ照明装置が望まれている。しかしながら、特許文献２に記載されたＬＥＤ照明装置では、電源回路が収容部材の端部に配置される。このため、有効発光長が短くなり、ＬＥＤ照明装置の直下以外の、端部の外側において照度が低下し、照度分布が狭くなるという問題があった。

上記問題点に鑑み、本発明は、照度分布が広く、且つ薄型化が可能な発光ダイオード照明装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、（イ）光源領域と電源領域が長手方向に交互に定義され、且つ長手方向の両端に光源領域がそれぞれ定義された搭載面を有する支持体と、（ロ）発光ダイオードを有し、光源領域に配置された光源と、（ハ）電源領域に配置された、発光ダイオードに電力を供給する電源部とを備えることを特徴とする発光ダイオード照明装置が提供される。

本発明によれば、照度分布が広く、且つ薄型化が可能な発光ダイオード照明装置を提供できる。

本発明の実施形態に係る発光ダイオード照明装置の構成を示す模式図である。 図１のII−II方向に沿った断面図である。 図１のIII−III方向に沿った断面図である。 本発明の実施形態に係る発光ダイオード照明装置の光源基板を配置する方法の他の例を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る発光ダイオード照明装置の他の構成を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る発光ダイオード照明装置の光源を構成する発光ダイオードの接続例を示す模式的な回路図である。 関連技術に係る発光ダイオード照明装置の電源回路の配置位置を示す模式図である。 図７の発光ダイオード照明装置の設置例を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る発光ダイオード照明装置の光源の構造例を示す模式的な断面図である。 本発明の実施形態の変形例に係る発光ダイオード照明装置の構成を示す模式図である。 本発明の実施形態の変形例に係る発光ダイオード照明装置の光源の構造例を示す模式的な断面図である。

次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各部の長さの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

本発明の実施形態に係る発光ダイオード照明装置１は、図１に示すように、光源領域１１ａ〜１１ｃと電源領域１２ａ〜１２ｂが長手方向に交互に定義され、且つ長手方向の両端に光源領域１１ａ、１１ｃがそれぞれ定義された搭載面を有する支持体１０と、発光ダイオード３０を有し、光源領域１１ａ〜１１ｃにそれぞれ配置された光源３１と、電源領域１２ａ〜１２ｂにそれぞれ配置された、発光ダイオード３０に電力を供給する電源部４０ａ〜４０ｂとを備える。なお、図１では、光源領域１１ａ〜１１ｃにそれぞれ配置された光源基板２０上に光源３１が搭載されている例を示したが、光源３１が支持体１０に直接搭載されてもよい。図１は、光源３１が搭載された側の光源基板２０の主面の上方から、発光ダイオード照明装置１をみた図である。

図１に示した構造の発光ダイオード照明装置１では、例えば光源領域１１ａに配置された光源３１と、光源領域１１ｂに配置された光源３１のうちの電源領域１２ａ側に配置された光源３１に、電源部４０ａから電力が供給される。光源領域１１ｃに配置された光源３１と、光源領域１１ｂに配置された光源３１のうちの電源領域１２ｂ側に配置された光源３１に、電源部４０ｂから電力が供給される。或いは、電源部４０ａが複数の光源領域に電力を供給してもよい。

支持体１０は、光源基板２０や電源部４０ａ、４０ｂを支持するために一定の強度が必要である。一方、発光ダイオード照明装置１は天井などに取り付けられるため、軽量であることも必要である。このため、例えばアルミニウム材やマグネシウム材などによって、支持体１０を形成可能である。

図２に示すように、光源基板２０は、内側が空洞の筐体である支持体１０内に収納されている。支持体１０の内側に搭載部１００が形成され、搭載部１００の表面である搭載面１０１に光源基板２０は配置されている。搭載面１０１と接する主面に対向する光源基板２０の主面に、光源３１は配置される。光源基板２０には、例えばアルミニウム板などのプリント基板が採用可能である。光源３１と光源基板２０に形成された配線パターンとが、リード２１によって電気的に接続されている。

なお、光源基板２０にそれぞれ４個の光源３１が配置された例を図１に示したが、光源基板２０に配置される光源３１の数は４個に限られるものではない。電源部４０ａ、４０ｂから供給される電力の大きさなどに応じて、光源３１の数は適宜設定される。

図３に示すように、電源部４０ａ、４０ｂは、搭載部１００の搭載面１０１に配置された回路基板４１、及び回路基板４１上に配置された電源回路４２を含む。搭載面１０１と接する主面に対向する回路基板４１の主面に、電源回路４２は配置される。リード４３によって、回路基板４１と電源回路４２に形成された配線パターンとが電気的に接続されている。

図示を省略するが、光源基板２０と回路基板４１は電気的に接続されている。つまり、電源回路４２が出力する電力は、リード４３、回路基板４１に形成された配線パターン、光源基板２０に形成された配線パターン、及びリード２１を経由して、光源３１に供給される。

なお、図２、図３に示すように、支持体１０の表面に凹凸が形成されている。凹凸を形成することで支持体１０の表面積が増大し、発光ダイオード３０の発する熱を、効果的に発光ダイオード照明装置１の外部に放熱できる。これにより、発光ダイオード３０の発する熱による電源回路４２の劣化を抑制できる。

図２、図３に示すように、光源基板２０や電源部４０ａ、４０ｂが配置された搭載面１０１の上方は、支持体１０の開口部である。支持体１０のこの開口部は、照明カバー５０によって覆われている。発光ダイオード３０から出射された出射光は、照明カバー５０を透過して、発光ダイオード照明装置１の外部に照射される。

照明カバー５０には、発光ダイオード３０の出射光が透過する材料を採用可能である。例えば、シリコン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂などにより照明カバー５０は形成される。照明カバー５０は、光源３１や電源回路４２などを保護すると共に、発光ダイオード３０の出射光を拡散して発光ダイオード照明装置１の外部に出力する。照明カバー５０の外形は種々の形状が採用可能であり、例えば断面が角形であっても円形であってもよい。なお、図１では照明カバー５０の図示を省略している。

図１では、光源領域１１ａ〜１１ｃのそれぞれに１つの光源基板２０が配置された例を示した。しかし、１つの光源領域に複数の光源基板を配置してもよい。例えば図４は、長手方向の長さが光源領域１１ａ、１１ｃの２倍程度である光源領域１１ｂに、２枚の光源基板２０を配置した例である。光源領域１１ａ〜１１ｃのそれぞれに複数の光源基板２０が配置されてもよい。

また、３つの光源領域と２つの電源領域が長手方向に沿って定義された例を図１に示したが、支持体１０に定義される光源領域と電源領域の数は上記に限定されるものではない。光源領域と電源領域の数は任意に設定可能である。ただし、光源領域と電源領域が支持体１０の長手方向に交互に定義され、且つ支持体１０の両端は光源領域であるため、光源領域の数は奇数、電源領域の数は偶数であることが好ましい。なお、図５に示すように、１つの電源部４０ａが複数の光源領域１１ａ、１１ｂに配置されたすべての光源３１に電力を供給してもよい。

光源３１は、少なくとも１個の発光ダイオード３０を含む。例えば、発光ダイオード３０が発光する青色の光を白色の光に変換する蛍光体を充填したパッケージ内に発光ダイオード３０を配置して、光源３１を形成する。このような構造によれば、所望の色の光を光源３１から出射させることができる。図１では、光源３１がそれぞれ３個の発光ダイオード３０を含むように記載されているが、光源３１に含まれる発光ダイオード３０の個数は任意である。光源３１に含まれる発光ダイオード３０の数が１個であってもよい。電源部４０ａ、４０ｂから供給される電力や発光ダイオード３０の仕様に応じて、発光ダイオード３０の個数は設定される。

図６に、光源３１を構成する発光ダイオード３０の接続例を示す。図６に示した光源３１は、ｎ個の発光ダイオードを直列接続した発光ダイオード列を、ｍ個並列接続した構成である（ｎ、ｍ：自然数）。電源回路４２から電力が供給されて、マトリクス状に配置されたｍ個×ｎ個の発光ダイオード３０_1,1〜３０_m,nが発光する。なお、マトリクス状以外の配置方法で発光ダイオード３０を配置してもよいことはもちろんである。

また、図１に示した発光ダイオード照明装置１では、支持体１０の長手方向の両端面に、蛍光灯用照明器具のソケットに装着可能な装着ピン６０を有するエンドキャップ６１、６２が配置されている。装着ピン６０によって発光ダイオード照明装置１を既存の蛍光灯用照明器具に装着可能なように、発光ダイオード照明装置１の外形寸法、即ち、長手方向の長さや幅、及び装着ピン６０の配置等は、従来の蛍光灯と同様にする。例えば、発光ダイオード照明装置１の外形寸法を日本工業規格（ＪＩＳ）により規定された蛍光灯の外形寸法に合わせて設定する。更に、蛍光灯用照明器具への取り付け部分である口金具に相当するエンドキャップ６１、６２の形状や構造は、従来の蛍光灯の口金具と互換性を持たせる。

装着ピン６０はエンドキャップ６１、６２を貫通して配置されており、装着ピン６０と電源部４０ａ、４０ｂは電気的に接続している。電源部４０ａ、４０ｂの電源回路４２は、支持体１０の端部に配置された装着ピン６０を介して外部から供給される電源電力を、発光ダイオード３０を駆動する駆動電力に変換する。

例えば、電源回路４２は、装着ピン６０に印加された交流電力を整流して、発光ダイオード３０を駆動するのに適切な大きさの電圧値・電流値の直流電力に変換する。つまり、電源回路４２はＡＣ／ＤＣコンバータとして機能する。電源回路４２が、変換された直流電力を発光ダイオード３０に駆動電力として供給することにより、発光ダイオード３０は発光する。このため、一般の商用電源（例えば交流電圧１００Ｖ）が供給される蛍光灯用照明器具のソケットに発光ダイオード照明装置１を装着して、発光ダイオード３０を発光させることができる。また、電源回路４２は、昇圧・降圧を行うＤＣ／ＤＣコンバータとして機能してもよい。

上記のように、本発明の実施形態に係る発光ダイオード照明装置１では、支持体１０の長手方向の両端に、発光ダイオード３０を含む光源３１が搭載された光源基板２０が配置される。このため、支持体１０の端部の外側にも発光ダイオード３０の出射光が十分に広く到達する。つまり、支持体１０の端部の外側における照度は低下しない。したがって、端部に電源回路２２０を配置した図７に示す関連技術の発光ダイオード照明装置２００と比較して、発光ダイオード照明装置１の直下照度及び照度分布は同等以上であり、特に長手方向の端部の外側における照度分布を広くできる。また、発光ダイオード照明装置１の直下の照度は、端部に電源回路を配置した発光ダイオード照明装置２００と同等である。

一方、端部に配置した電源回路２２０から光源領域２１０に配置された光源に電力が供給される発光ダイオード照明装置２００の場合、発光ダイオード照明装置２００の直下以外の領域、即ち端部の外側における照度が低下し、照度分布が狭くなる。例えば図８に示すように、天井に４個の発光ダイオード照明装置２００をマトリクス状に設置した場合、４個の発光ダイオード照明装置２００の中心位置Ｐの直下において、照度が低下するという問題がある。

発光ダイオード照明装置２００において端部の外側における照度の低下を抑制するためには、電源回路２２０が配置される電源領域の幅Ｗを狭くして、できるだけ端部の近くに光源を配置する必要がある。電源領域の幅Ｗを狭くするために、サイズの小さい高価な部品を使用する必要があり、発光ダイオード照明装置２００の製造コストが増大する。更に、サイズの小さい部品を用いた電源回路２２０では、製品寿命や照度などの点で性能が不十分な場合がある。

しかしながら、本発明における発光ダイオード照明装置１では、端部の近くに光源３１が配置されている。このため、端部の外側での照度分布の低下を懸念することなく、電源部４０ａ、４０ｂの領域を広くすることができる。発光ダイオード照明装置２００では、光源領域２１０に配置された光源の出射光が端部の外側に届く距離をできるだけ長くするために、電源領域の幅Ｗを例えば３ｃｍ程度にする。これに対し、発光ダイオード照明装置１では、電源領域１２ａ〜１２ｂの幅を２０ｃｍ程度にすることができる。このため、電源回路４２に高価な部品や性能の低い部品を使用する必要がなく、発光ダイオード照明装置１の製造コストを抑制しつつ、性能の低下を防止できる。更に、電源領域１２ａ〜１２ｂが広いことで、電源領域１２ａ〜１２ｂに電源回路４２以外の回路を配置することも可能である。例えば、人感センサなどを電源領域１２ａ〜１２ｂに配置できる。

以上に説明したように、本発明の実施形態に係る発光ダイオード照明装置１では、光源３１を配置する光源領域１１ａ〜１１ｃと電源回路４２を配置する電源領域１２ａ〜１２ｂとを交互に配置し、且つ両端に光源領域１１ａ、１１ｃを配置する。このため、発光ダイオード照明装置１によれば、照度分布が広く且つ電源回路４２を配置する領域が広い、薄型化が可能な発光ダイオード照明装置を提供できる。したがって、性能を低下させることなく、製造コストの増大を抑制できる。

＜変形例＞
図９に、本発明の実施形態に係る発光ダイオード照明装置１の光源３１の構造例を示す。光源３１は、表面に凹部を有する基体部３１０と、基体部３１０の凹部の周囲を環状に囲んで基体部３１０の表面に配置されたリフレクタ３１１を備える。基体部３１０は、銅、アルミニウム、銅合金、アルミニウム合金などにより形成される。リフレクタ３１１は、例えば、シリカ、酸化チタンなどのコンパウンド（充填材）の含有率が相対的に大きい樹脂などにより形成され、例えば白色系の樹脂からなる。

基体部３１０の凹部は、底面よりも開口部の方が広い逆テーパ形状であって、凹部の内壁面は、凹部底面に対して鈍角をなして傾斜している。また、リフレクタ３１１の基体部３１０側の開口面（以下において「底面」という。）に垂直な断面は、底面よりも底面に対向する開口面の面積の方が広い逆テーパ形状である。つまり、リフレクタ３１１の内側の表面３１１ａは、基体部３１０の凹部底面と平行なリフレクタ３１１の底面に対して鈍角θをなして傾斜している。

図９に示すように、発光ダイオード３０が、基体部３１０の凹部底面に配置されている。リード２１はリフレクタ３１１の側面部を貫通し、その先端がリフレクタ３１１内に露出している。ボンディングワイヤ３１２によって、発光ダイオード３０とリード２１が電気的に接続されている。リード２１とボンディングワイヤ３１２を介して、発光ダイオード３０に電力が供給される。

基体部３１０の凹部内及びリフレクタ３１１の内側は光透過性を有する樹脂３１３によって充填されており、発光ダイオード３０は樹脂３１３によって被覆されている。樹脂３１３には、耐熱性シリコーン樹脂などが採用可能である。また、樹脂３１３に、発光ダイオード３０の出射光の波長を変換するための蛍光体を含有させることができる。

発光ダイオード３０の出射光は光源３１の外部に出力されるが、出射光の一部は、リフレクタ３１１の表面３１１ａで反射されて光源３１の外部に出力される。光源３１がリフレクタ３１１を内部に備えることにより、光源３１から出力される光の指向性を狭め、光束を増大させることができる。

発光ダイオード３０の出射光の指向性は、発光ダイオード３０が搭載された凹部底面と、リフレクタ３１１の表面３１１ａとのなす鈍角θに応じて定まる。つまり、鈍角θが小さいほど、出射光の指向性は狭くなる。光源３１それぞれについて鈍角θを設定することにより、光源３１ごとに出射光の指向性の広がりを設定できる。

図１０に示す本発明の実施形態の変形例に係る発光ダイオード照明装置１において、鈍角θを調整することにより、電源部４０ａ、４０ｂに隣接する光源３１ａの出射光の指向性を、電源部４０ａ、４０ｂに隣接しない光源３１ｂの出射光の指向性よりも広くできる。具体的には、図１１（ａ）に示した光源３１ａの鈍角θａを、図１１（ｂ）に示した光源３１ｂの鈍角θｂよりも大きくする。少なくとも、光源３１ａの電源部４０ａ、４０ｂ側において、鈍角θａを鈍角θｂよりも大きくする。これにより、非発光領域である電源部４０ａ、４０ｂ直下に光源３１ａの出射光が到達して電源部４０ａ、４０ｂの暗部が補償され、照度分布が均一で斑のない発光ダイオード照明装置１を実現できる。

また、発光ダイオード３０を被覆する樹脂３１３に、例えばシリカなどの光の散乱材を混入して、光源３１から出力される光の指向性を広げてもよい。樹脂３１３に含まれる散乱材の量が多いほど、光源３１の出射光の指向性は広い。このため、光源３１ａの樹脂３１３に含まれる散乱材の量を、光源３１ｂの樹脂３１３に含まれる散乱材の量よりも多くすることにより、光源３１ａの出射光の指向性を、光源３１ｂの出射光の指向性よりも広くできる。その結果、非発光領域である電源部４０ａ、４０ｂ直下に光源３１ａの出射光が到達して電源部４０ａ、４０ｂの暗部が補償され、照度分布が均一で斑のない発光ダイオード照明装置１を実現できる。

（その他の実施形態）
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

既に述べた実施形態の説明においては、複数の発光ダイオード３０で構成された光源３１が光源基板２０に搭載されていた。しかし、個々の発光ダイオード３０をそれぞれ光源３１として、発光ダイオード３０を光源基板２０に直接搭載してもよい。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明の発光ダイオード照明装置は、発光ダイオードを光源とする照明装置や照明器具を製造する製造業を含む電子機器産業に利用可能である。

１…発光ダイオード照明装置
１０…支持体
１１ａ〜１１ｃ…光源領域
１２ａ〜１２ｂ…電源領域
２０…光源基板
２１…リード
３０…発光ダイオード
３１…光源
４０ａ〜４０ｂ…電源部
４１…回路基板
４２…電源回路
４３…リード
５０…照明カバー
６０…装着ピン
６１、６２…エンドキャップ
１００…搭載部
１０１…搭載面
２００…発光ダイオード照明装置
２１０…光源領域
２２０…電源回路
３１０…基体部
３１１…リフレクタ
３１１ａ…表面
３１２…ボンディングワイヤ
３１３…樹脂

Claims (8)

1. 光源領域と電源領域が長手方向に交互に定義され、且つ長手方向の両端に前記光源領域がそれぞれ定義された搭載面を有する支持体と、
   発光ダイオードを有し、前記光源領域に配置された光源と、
   前記電源領域に配置された、前記発光ダイオードに電力を供給する電源部と
   を備えることを特徴とする発光ダイオード照明装置。
2. 前記光源領域に配置された光源基板を更に備え、該光源基板に前記光源が搭載されていることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード照明装置。
3. １つの前記光源領域に、複数の前記光源基板が配置されていることを特徴とする請求項２に記載の発光ダイオード照明装置。
4. 前記支持体の長手方向の端部に、蛍光灯用照明器具のソケットに装着可能で、前記電源部と電気的に接続する装着ピンが配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の発光ダイオード照明装置。
5. 前記電源部が、前記装着ピンを介して外部から供給される電源電力を、前記発光ダイオードを駆動する駆動電力に変換する電源回路を有することを特徴とする請求項４に記載の発光ダイオード照明装置。
6. 複数の前記発光ダイオードがマトリクス状に配置されて前記光源を構成していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の発光ダイオード照明装置。
7. 前記光源が前記発光ダイオードの出射光を反射するリフレクタを備え、前記発光ダイオードが搭載された面と前記リフレクタの表面とのなす鈍角が、前記電源領域に隣接する前記光源の方が前記電源領域に隣接しない前記光源よりも大きいことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の発光ダイオード照明装置。
8. 前記光源の内部で前記発光ダイオードが樹脂で被覆され、該樹脂に含まれる光の散乱材の量が、前記電源領域に隣接する前記光源の方が前記電源領域に隣接しない前記光源よりも多いことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の発光ダイオード照明装置。

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