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発明の名称 スポットライト
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−194188(P2007−194188A)
公開日 平成19年8月2日(2007.8.2)
出願番号 特願2006−275533(P2006−275533)
出願日 平成18年10月6日(2006.10.6)
代理人 【識別番号】100087767
【弁理士】
【氏名又は名称】西川 惠清
発明者 後藤 芳朗
要約 課題
灯具本体の小型化を図りつつLEDユニットで発生した熱を効率的に放熱させることができるスポットライトを提供する。

解決手段
LEDチップを用いた発光装置Bを複数備えたLEDユニット1と、LEDユニット1を保持する灯具本体3とを備えたスポットライトであって、灯具本体3が、円柱状に形成され軸方向の一端面にLEDユニット1の各発光装置Bが熱結合される形で実装される金属の充実体(ムク体)からなるユニット保持部材310と、ユニット保持部材310の上記一端面側にLEDユニット1を囲む形で取着されLEDユニット1から放射される光の配光エリアを制限する円筒状のカバー部材320と、ユニット保持部材310の軸方向の他端面側に取着されアーム4が結合される金属製のアーム結合部材330とで構成されている。
特許請求の範囲
【請求項1】
LEDチップを用いた発光装置を複数備えたLEDユニットと、LEDユニットを保持する灯具本体とを備えたスポットライトであって、灯具本体は、LEDユニットが取り付けられる第一の筐体と、第一の筐体から離間して配置される第二の筐体と、第一の筐体及び第二の筐体を連結するブリッジ部とを備えてなることを特徴とするスポットライト。
【請求項2】
前記灯具本体は、円柱状に形成され軸方向の一端面にLEDユニットの各発光装置が熱結合される形で実装される第一の筐体であるユニット保持部と、ユニット保持部と同じ外径の円筒状に形成されユニット保持部の前記一端面側でLEDユニットを囲みLEDユニットから放射される光の配光エリアを制限する配光制御部と、ユニット保持部よりも小径の円筒状に形成され軸方向の一端部がユニット保持部の他端部に連続一体に連結された細長の小径円筒部と、ユニット保持部と外径が同じ円筒状に形成されユニット保持部から離間した形で小径円筒部と同心的に配置される第二の筐体である大径円筒部と、小径円筒部の外周面から軸方向の全長に亘って径方向に突設され大径円筒部と重なる部位が大径円筒部と連続一体に連結された複数のブリッジ部とを備えたことを特徴とする請求項1記載のスポットライト。
【請求項3】
前記LEDユニットは、円柱状に形成され軸方向の一端面に発光装置が熱結合される形で実装される放熱板と、放熱板の前記一端面に取り付けられて発光装置から放射される光を制御する配光部を有するカバーとから成り、灯具本体は、有底円筒状に形成されてLEDユニットを収納する第一の筐体であるユニット保持部と、ユニット保持部よりも大きい外径の円筒状に形成されてユニット保持部の外周を囲み且つユニット保持部と同心的に配置される第二の筐体である大径円筒部と、ユニット保持部と大径円筒部とを所定の間隔を空けて連結する複数のブリッジ部とを備えてなり、LEDユニットには、ブリッジ部にねじ止めされるねじ止め部が設けられたことを特徴とする請求項1記載のスポットライト。
【請求項4】
前記カバーには、ねじ止め部近傍においてねじの径よりも大きい径を有する凹部が設けられたことを特徴とする請求項3記載のスポットライト。
【請求項5】
LEDチップを用いた発光装置を複数備えたLEDユニットと、LEDユニットを保持する灯具本体とを備えたスポットライトであって、灯具本体が、円柱状に形成され軸方向の一端面にLEDユニットの各発光装置が熱結合される形で実装される金属の充実体からなるユニット保持部材と、ユニット保持部材の前記一端面側にLEDユニットを囲む形で取着されLEDユニットから放射される光の配光エリアを制限する円筒状のカバー部材と、ユニット保持部材の軸方向の他端面側に取着されアームが結合される金属製のアーム結合部材とで構成されてなることを特徴とするスポットライト。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、LEDチップを用いた発光装置を複数備えたLEDユニットを具備したスポットライトに関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来から、LEDチップとLEDチップから放射された光によって励起されてLEDチップとは異なる発光色の光を放射する波長変換材料(例えば、蛍光顔料、蛍光染料など)とを組み合わせてLEDチップの発光色とは異なる色合いの光を出す発光装置の研究開発が各所で行われている。この種の発光装置としては、例えば、青色光あるいは紫外光を放射するLEDチップと蛍光体とを組み合わせて白色の光(白色光の発光スペクトル)を得る白色発光装置(一般的に白色LEDと呼ばれている)の商品化がなされている。
【0003】
ここにおいて、白色LEDに限らず、LEDを用いた発光装置は、従来の白熱電球や蛍光灯などに比べて、小型化、軽量化、省電力化を図れるといった長所があり、現在、表示用光源、ディスプレイ用光源、小型電球(白熱電球、ハロゲン電球など)の代替の光源、携帯電話の液晶パネル用光源(液晶パネル用バックライト)などとして広く用いられている。
【0004】
また、最近の白色発光装置の高出力化に伴い、白色発光装置を照明用途に展開する研究開発が盛んになってきているが、上述の白色発光装置を一般照明などのように比較的大きな光出力を必要とする用途に用いる場合、1つの白色発光装置では所望の光出力を得ることができないので、複数個の白色発光装置を1つの配線板上に搭載したLEDユニットを構成し、LEDユニット全体で所望の光出力を確保するようにしているのが一般的である(例えば、特許文献1参照)。
【0005】
ところで、複数個の発光装置を1つの配線板上に搭載したLEDユニットでは、各発光装置を点灯させた状態における個々の発光装置の発熱量は比較的少ないものの、発光装置の数の増加に伴って発熱量が多くなるので、配線板に熱が蓄積されやすく、LEDユニット全体の温度が上昇しやすい傾向にある。
【0006】
そこで、より小型のLEDユニットを用いた小型のスポットライトを実現するための具体例として、灯具本体を、図17に示すアルミダイカスト製のユニット保持部材410と、図18に示すアルミダイカスト製のアーム結合部材430とで構成することが考えられる。ここにおいて、ユニット保持部材410は、円筒状に形成され軸方向の中間にLEDユニットを実装する円板状のユニット保持部411が形成されるとともに、アーム結合部材430を連結するための十字状の連結部413がユニット保持部411から軸方向に沿って形成されている。一方、アーム結合部材は、図示しないアームが軸ねじを用いて結合されるアーム結合部431と、ユニット保持部材410の連結部413に設けられたねじ孔414に螺合する固定ねじ(図示せず)が挿通される固定孔433が形成された固定片432とを備えている。
【0007】
また、上述の灯具本体は、アーム結合部材430に、アームから導出されたLEDユニットへの給電用の電線を挿通する電線挿通孔434が形成され、ユニット保持部材410における連結部413およびユニット保持部411それぞれに、上記電線を挿通する電線挿通孔415,412が形成されている。
【特許文献1】特開2002−304904号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
ところで、図17に示したユニット保持部材410と図18に示したアーム結合部材430とで構成される灯具本体と、複数個の発光装置が高密度に配置されたLEDユニットとを用いたスポットライトでは、アルミダイカスト製のユニット保持部材410の肉厚が略均一で中空となっているので、ユニット保持部材410の熱容量が小さくてLEDユニットの温度が上昇しやすく、各LEDチップのジャンクション温度が最大ジャンクション温度を超えないように各LEDチップへの入力電力を制限する必要があり、光出力の高出力化が難しかった。
【0009】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、灯具本体の小型化を図りつつLEDユニットで発生した熱を効率的に放熱させることができるスポットライトを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
請求項1の発明は、上記目的を達成するために、LEDチップを用いた発光装置を複数備えたLEDユニットと、LEDユニットを保持する灯具本体とを備えたスポットライトであって、灯具本体は、LEDユニットが取り付けられる第一の筐体と、第一の筐体から離間して配置される第二の筐体と、第一の筐体及び第二の筐体を連結するブリッジ部とを備えてなることを特徴とする。
【0011】
請求項2の発明は、請求項1の発明において、灯具本体は、円柱状に形成され軸方向の一端面にLEDユニットの各発光装置が熱結合される形で実装される第一の筐体であるユニット保持部と、ユニット保持部と同じ外径の円筒状に形成されユニット保持部の前記一端面側でLEDユニットを囲みLEDユニットから放射される光の配光エリアを制限する配光制御部と、ユニット保持部よりも小径の円筒状に形成され軸方向の一端部がユニット保持部の他端部に連続一体に連結された細長の小径円筒部と、ユニット保持部と外径が同じ円筒状に形成されユニット保持部から離間した形で小径円筒部と同心的に配置される第二の筐体である大径円筒部と、小径円筒部の外周面から軸方向の全長に亘って径方向に突設され大径円筒部と重なる部位が大径円筒部と連続一体に連結された複数のブリッジ部とを備えたことを特徴とする。
【0012】
請求項3の発明は、請求項1の発明において、LEDユニットは、円柱状に形成され軸方向の一端面に発光装置が熱結合される形で実装される放熱板と、放熱板の前記一端面に取り付けられて発光装置から放射される光を制御する配光部を有するカバーとから成り、灯具本体は、有底円筒状に形成されてLEDユニットを収納する第一の筐体であるユニット保持部と、ユニット保持部よりも大きい外径の円筒状に形成されてユニット保持部の外周を囲み且つユニット保持部と同心的に配置される第二の筐体である大径円筒部と、ユニット保持部と大径円筒部とを所定の間隔を空けて連結する複数のブリッジ部とを備えてなり、LEDユニットには、ブリッジ部にねじ止めされるねじ止め部が設けられたことを特徴とする。
【0013】
請求項4の発明は、請求項3の発明において、カバーには、ねじ止め部近傍においてねじの径よりも大きい径を有する凹部が設けられたことを特徴とする。
【0014】
請求項5の発明は、上記目的を達成するために、LEDチップを用いた発光装置を複数備えたLEDユニットと、LEDユニットを保持する灯具本体とを備えたスポットライトであって、灯具本体が、円柱状に形成され軸方向の一端面にLEDユニットの各発光装置が熱結合される形で実装される金属の充実体からなるユニット保持部材と、ユニット保持部材の前記一端面側にLEDユニットを囲む形で取着されLEDユニットから放射される光の配光エリアを制限する円筒状のカバー部材と、ユニット保持部材の軸方向の他端面側に取着されアームが結合される金属製のアーム結合部材とで構成されてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【0015】
請求項1の発明によれば、灯具本体が、LEDユニットが取り付けられる第一の筐体と、第一の筐体から離間して配置される第二の筐体と、第一の筐体及び第二の筐体を連結するブリッジ部とを備えてなるので、灯具本体の小型化を図りつつLEDユニットで発生した熱を効率的に放熱させることができ、結果として、各LEDチップのジャンクション温度の温度上昇を抑制することができ、入力電力を大きくできて光出力の高出力化を図れる。
【0016】
請求項2の発明によれば、灯具本体が、円柱状に形成され軸方向の一端面にLEDユニットの各発光装置が熱結合される形で実装される第一の筐体であるユニット保持部と、ユニット保持部と同じ外径の円筒状に形成されユニット保持部の前記一端面側でLEDユニットを囲みLEDユニットから放射される光の配光エリアを制限する配光制御部と、ユニット保持部よりも小径の円筒状に形成され軸方向の一端部がユニット保持部の他端部に連続一体に連結された細長の小径円筒部と、ユニット保持部と外径が同じ円筒状に形成されユニット保持部から離間した形で小径円筒部と同心的に配置される第二の筐体である大径円筒部と、小径円筒部の外周面から軸方向の全長に亘って径方向に突設され大径円筒部と重なる部位が大径円筒部と連続一体に連結された複数のブリッジ部とを備えているので、ユニット保持部の軸方向の他端面側に空気の流れる経路が形成されることとなり、灯具本体の小型化を図りつつLEDユニットで発生した熱を効率的に放熱させることができ、結果として、各LEDチップのジャンクション温度の温度上昇を抑制することができ、入力電力を大きくできて光出力の高出力化を図れる。
【0017】
請求項3の発明によれば、灯具本体が、有底円筒状に形成されてLEDユニットを収納する第一の筐体であるユニット保持部と、ユニット保持部よりも大きい外径の円筒状に形成されてユニット保持部の外周を囲み且つユニット保持部と同心的に配置される第二の筐体である大径円筒部と、ユニット保持部と大径円筒部とを所定の間隔を空けて連結する複数のブリッジ部とを備えてなり、LEDユニットには、ブリッジ部にねじ止めされるねじ止め部が設けられているので、ブリッジ部においてLEDユニットを固定することができ、ブリッジ部を除いたユニット保持部と大径円筒部との間に空気の流れる経路が形成されることとなり、灯具本体の小型化を図りつつLEDユニットで発生した熱を効率的に放熱させることができ、結果として、各LEDチップのジャンクション温度の温度上昇を抑制することができ、入力電力を大きくできて光出力の高出力化を図れる。
【0018】
請求項4の発明によれば、カバーには、ねじ止め部近傍においてねじの径よりも大きい径を有する凹部が設けられているので、凹部が無い場合と比較して大径円筒部の外径を小さくすることができ、したがって灯具本体の小型化を図れる。
【0019】
請求項5の発明によれば、灯具本体が、円柱状に形成され軸方向の一端面にLEDユニットの各発光装置が熱結合される形で実装される金属の充実体からなるユニット保持部材と、ユニット保持部材の前記一端面側にLEDユニットを囲む形で取着されLEDユニットから放射される光の配光エリアを制限する円筒状のカバー部材と、ユニット保持部材の軸方向の他端面側に取着されアームが結合される金属製のアーム結合部材とで構成されており、ユニット保持部材が金属の充実体からなるので、アルミダイカスト製の中空のユニット保持部材にLEDユニットを実装している場合に比べて、ユニット保持部材の熱容量を大きくでき、LEDユニットで発生した熱を効率的に放熱させることができるから、灯具本体の小型化を図りつつLEDユニットで発生した熱を効率的に放熱させることができ、結果として、各LEDチップのジャンクション温度の温度上昇を抑制することができ、入力電力を大きくできて光出力の高出力化を図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0020】
(実施形態1)
本実施形態のスポットライトは、図1に示すように、LEDチップ10(図7参照)を用いた発光装置Bを複数備えたLEDユニット1と、LEDユニット1を保持する灯具本体3と、造営材である天井材6に設けた取付孔7の周部下面からなる施工面6aに当接する形で複数本(図示例では、2本)の取付ねじ8を用いて天井材6に固定されるフランジ部5aと取付孔7に埋め込まれた形で配置される埋込部5bとが連続一体に形成された取付器体5と、取付器体5に上端部が取り付けられ下端部に灯具本体3が連結されるアーム4とを備えている。なお、図1に示した例では、天井材6を造営材としてあるが、造営材は、天井材6に限らず、例えば、壁材でもよい。
【0021】
以下、LEDユニット1について図4〜図12を参照しながら説明した後、灯具本体について図1〜図3を参照しながら説明する。
【0022】
本実施形態におけるLEDユニット1は、円形状のガラスエポキシ基板からなる絶縁性基板(第1の絶縁性基板)100に一対の第1の給電用導体パターン101が形成された給電板Aと、給電板Aの周方向に沿って並設する複数個(本実施形態では、8個)の発光装置Bの接続関係を規定する配線用導体パターン201および上記接続関係を有する発光装置Bの群への給電路になる一対の第2の給電用導体パターン203が輪帯状のガラスエポキシ基板からなる絶縁性基板(第2の絶縁性基板)200に形成された配線板Cとを備えている。ここにおいて、配線板Cは、給電板Aと同一平面上で給電板Aを囲み且つ給電板Aとの間に隙間が形成される形で配置されている。
【0023】
発光装置Bは、図6および図7に示すように、LEDチップ10と、LEDチップ10一表面側に実装された実装基板20と、実装基板20におけるLEDチップ10の実装面側でLEDチップ10を囲む枠体40と、枠体40の内側に透光性材料(透明樹脂材料)を充填して形成されてLEDチップ10および当該LEDチップ10に接続されたボンディングワイヤ14,14を封止し且つ弾性を有する封止部50と、封止部50に重ねて配置されるレンズ60と、LEDチップ10から放射され封止部50を透過した光によって励起されてLEDチップ10の発光色とは異なる色の光を放射する蛍光体を透明材料とともに成形した成形品であってレンズ60の光出射面60b側にレンズ60を覆い光出射面60bおよび枠体40との間に空気層80が形成される形で配設されるドーム状の色変換部材70とを備えている。
【0024】
実装基板20は、金属板21と、金属板21に積層されたガラスエポキシ基板からなる絶縁性基板(第3の絶縁性基板)22とで構成されており、当該絶縁性基板22における金属板21側とは反対側の表面にLEDチップ10の図示しない両電極それぞれと電気的に接続される一対のリードパターン23が設けられるとともに、金属板21とLEDチップ10との間に介在させる後述のサブマウント部材30を露出させる窓孔24が絶縁性基板22の厚み方向に貫設されており、LEDチップ10で発生した熱が絶縁性基板22を介さずに金属板21に伝熱できるようになっている。ここにおいて、金属板21の材料としてはCuを採用しているが、熱伝導率の比較的高い金属材料であればよく、Cuに限らず、Alなどを採用してもよい。なお、本実施形態では、金属板21が熱伝導性材料からなりLEDチップ10が実装される伝熱板を構成している。また、金属板21と絶縁性基板22とは、絶縁性基板22における金属板21との対向面に形成された金属材料(ここでは、Cu)からなる接合用金属層25を介して固着されている。また、各リードパターン23は、Cu膜とNi膜とAg膜との積層膜により構成されており、枠体40よりも内側に設けられている部位がインナーリード部23aを構成し、色変換部材70よりも外側で円形状に形成された部位がアウターリード部23bを構成している。
【0025】
LEDチップ10は、青色光を放射するGaN系青色LEDチップであり、結晶成長用基板としてサファイア基板に比べて格子定数や結晶構造がGaNに近く且つ導電性を有するn形のSiC基板からなる導電性基板11を用いており、導電性基板11の主表面側にGaN系化合物半導体材料により形成されて例えばダブルへテロ構造を有する積層構造部からなる発光部12がエピタキシャル成長法(例えば、MOVPE法など)により成長され、導電性基板11の裏面に図示しないカソード側の電極であるカソード電極(n電極)が形成され、発光部12の表面(導電性基板11の主表面側の最表面)に図示しないアノード側の電極であるアノード電極(p電極)が形成されている。要するに、LEDチップ10は、一表面側にアノード電極が形成されるとともに他表面側にカソード電極が形成されている。上記カソード電極および上記アノード電極は、Ni膜とAu膜との積層膜により構成してあるが、上記カソード電極および上記アノード電極の材料は特に限定するものではなく、良好なオーミック特性が得られる材料であればよく、例えば、Alなどを採用してもよい。なお、LEDチップ10は、平面形状が正方形状に形成されている。
【0026】
また、LEDチップ10は、上述の金属板21に、LEDチップ10のチップサイズよりも大きく金属板21よりも小さなサイズの矩形板状(ここでは、平面形状が正方形状の平板状)に形成されLEDチップ10と金属板21との線膨張率の差に起因してLEDチップ10に働く応力を緩和するサブマウント部材30を介して実装されている。サブマウント部材30は、上記応力を緩和する機能だけでなく、LEDチップ10で発生した熱を金属板21においてLEDチップ10のチップサイズよりも広い範囲に伝熱させる熱伝導機能を有している。本実施形態では、サブマウント部材30の材料として熱伝導率が比較的高く且つ絶縁性を有するAlNを採用しており、LEDチップ10は、上記カソード電極がサブマウント部材30におけるLEDチップ10側の表面に設けられ上記カソード電極と接続される導体パターン31(図10参照)および金属細線(例えば、金細線、アルミニウム細線など)からなるボンディングワイヤ14を介して一方(図8における右側)のリードパターン(カソード側リードパターン)23と電気的に接続され、上記アノード電極がボンディングワイヤ14を介して他方(図8における左側)のリードパターン(アノード側リードパターン)23と電気的に接続されている。ここで、本実施形態における発光装置Bでは、図8に示すように、LEDチップ10と電気的に接続された各ボンディングワイヤ14,14が、LEDチップ10の1つの対角線に沿った方向に延出されており、LEDチップ10の各側面から放射される光がボンディングワイヤ14,14により遮られにくくなり、ボンディングワイヤ14,14に起因した発光装置B全体の光取り出し効率の低下を抑制できる。
【0027】
LEDチップ10とサブマウント部材30とは、例えば、SnPb、AuSn、SnAgCuなどの半田や、銀ペーストなどを用いて接合すればよいが、AuSn、SnAgCuなどの鉛フリー半田を用いて接合することが好ましい。また、サブマウント部材30は、導体パターン31の周囲に、LEDチップ10の側面から放射された光を反射する反射膜(例えば、Ni膜とAg膜との積層膜、Al膜など)32が形成されている。つまり、サブマウント部材30は、LEDチップ10の接合部位となる導体パターン31の周囲にLEDチップ10の側面から放射された光を反射する反射膜32が設けられている。
【0028】
サブマウント部材30の材料はAlNに限らず、線膨張率が導電性基板11の材料である6H−SiCに比較的近く且つ熱伝導率が比較的高い材料であればよく、例えば、複合SiC、Siなどを採用してもよい。
【0029】
上述の封止部50の透光性材料としては、シリコーン樹脂を用いているが、シリコーン樹脂に限らず、アクリル樹脂などを用いてもよい。
【0030】
これに対して、枠体40は、円筒状の形状であって、透明樹脂の成形品により構成されているが、当該成形品に用いる透明樹脂としては、シリコーン樹脂を採用している。要するに、本実施形態では、封止部50の透光性材料の線膨張率と同等の線膨張率を有する透光性材料により枠体40を形成してある。ここに、本実施形態では、枠体40を実装基板20に固着した後で枠体40の内側に封止部50の透光性材料を充填(ポッティング)して熱硬化させることで封止部50を形成してある。なお、封止部50の透光性材料としてシリコーン樹脂に代えてアクリル樹脂を用いている場合には、枠体40をアクリル樹脂の成形品により構成することが望ましい。また、枠体40は、絶縁性基板22における金属板21側とは反対側でLEDチップ10およびサブマウント部材30を囲む形で配設されている。
【0031】
レンズ60は、封止部50側の光入射面60aおよび光出射面60bそれぞれが凸曲面状に形成された両凸レンズにより構成されている。ここにおいて、レンズ60は、シリコーン樹脂の成形品により構成してあり、封止部50と屈折率が同じ値となっているが、レンズ60は、シリコーン樹脂の成形品に限らず、例えば、アクリル樹脂の成形品により構成してもよい。
【0032】
また、レンズ60は、光出射面60bが、光入射面60aから入射した光を光出射面60bと上述の空気層80との境界で全反射させない凸曲面状に形成されている。ここで、レンズ60は、当該レンズ60の光軸がLEDチップ10の厚み方向に沿った発光部12の中心線上に位置するように配置されている。なお、LEDチップ10の側面から放射された光は封止部50および空気層80を伝搬して色変換部材70まで到達し色変換部材70の蛍光体を励起したり蛍光体には衝突せずに色変換部材70を透過したりする。
【0033】
色変換部材70は、シリコーン樹脂のような透光性材料とLEDチップ10から放射され封止部50を透過した青色光によって励起されてブロードな黄色系の光を放射する粒子状の黄色蛍光体とを混合した混合物の成形品により構成されている。したがって、本実施形態における発光装置Bは、LEDチップ10から放射された青色光と黄色蛍光体から放射された光とが色変換部材70の外面70bを通して放射されることとなり、白色光を得ることができる。なお、色変換部材70の材料として用いる透明材料は、シリコーン樹脂に限らず、例えば、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ガラスなどを採用してもよい。また、色変換部材70の材料として用いる透明材料に混合する蛍光体も黄色蛍光体に限らず、例えば、赤色蛍光体と緑色蛍光体とを混合しても白色光を得ることができる。
【0034】
ここで、色変換部材70は、内面70aがレンズ60の光出射面60bに沿った形状に形成されている。したがって、レンズ60の光出射面60bの位置によらず法線方向における光出射面60bと色変換部材70の内面70aとの間の距離が略一定値となっている。
【0035】
また、色変換部材70は、位置によらず法線方向に沿った肉厚が一様となるように成形されており、開口部の周縁を実装基板20における絶縁性基板22の表面側に、例えば接着剤(例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂など)からなる接合部(図示せず)を介して固着されている。ここにおいて、本実施形態における発光装置Bでは、上述のようにサブマウント部材30がLEDチップ10よりも平面サイズが大きな平板状に形成されるとともに、LEDチップ10の接合部位となる導体パターン31の周囲にLEDチップ10の側面から放射された光を反射する反射膜32が設けられており、当該反射膜32の表面が色変換部材70における絶縁性基板22側の端縁よりも金属板21から離れて位置するように厚み寸法が設定されているので、LEDチップ10の側面から放射された光が絶縁性基板22に吸収されるのを防止することができて外部への光取り出し効率を向上することができ、しかも、LEDチップ10の側面から放射された光が色変換部材70と実装基板20との接合部を通して出射されるのを防止することができ、色むらを低減できるとともに、外部への光取り出し効率を向上による光出力の向上を図れる。
【0036】
また、LEDチップ10は、平面視における各辺それぞれがサブマント部材30の一対の対角線のいずれか一方の対角線に交差する形でサブマウント部材30の中央部に配置されているので、LEDチップ10の各側面それぞれからサブマウント部材30側へ放射された光を反射膜32により効率良く反射することができ、外部への光取り出し効率の向上による光出力の向上を図れる。なお、本実施形態では、LEDチップ10とサブマント部材30とを厚み方向に沿った中心軸が略一致し、且つ、LEDチップ10の平面視における各辺それぞれがサブマウント部材30の上記一方の対角線と略45度の角度をなすように配置してある。
【0037】
また、本実施形態における発光装置Bでは、枠体40を備えていることにより、枠体40により封止部50のサイズを決めることができ、枠体40が透明樹脂の成形品からなるので、枠体40と封止部50との線膨張率差を小さくすることができる。
【0038】
また、本実施形態における発光装置Bでは、色変換部材70がレンズ60の光出射面60bおよび枠体40との間に空気層80が形成される形で配設するようにしてあり、色変換部材70をレンズ60および枠体40に密着させる必要がないので、色変換部材70の寸法精度や位置決め精度に起因した歩留まりの低下を抑制できる。
【0039】
また、本実施形態における発光装置Bでは、上述のように色変換部材70とレンズ60との間に空気層80が形成されているので、色変換部材70に外力が作用したときに色変換部材70が変形してレンズ60に当接する可能性が低くなって上記外力により色変換部材70に発生した応力がレンズ60および封止部50を通してLEDチップ10や各ボンディングワイヤ14,14に伝達されるのを抑制でき、上記外力によるLEDチップ10の発光特性の変動や各ボンディングワイヤ14,14の断線が起こりにくくなるから、信頼性が向上するという利点がある。また、色変換部材70とレンズ60との間に上記空気層80が形成されていることにより、外部雰囲気中の水分がLEDチップ10に到達しにくくなるという利点がある。
【0040】
また、色変換部材70とレンズ60との間に上記空気層80が形成されていることにより、LEDチップ10から放射され封止部50およびレンズ60を通して色変換部材70に入射し当該色変換部材70中の黄色蛍光体の粒子により散乱された光のうちレンズ60側へ散乱されてレンズ60を透過する光の光量を低減できて発光装置B全体としての外部への光取り出し効率を向上できるという利点がある。
【0041】
ところで、発光装置Bは、実装基板20の外周形状が台形状であって、実装基板20の上記一表面側において当該実装基板20の広幅部側(図8における上部側)が配線板Aに重なり狭幅部側(図8における下部側)が給電板Cに重なる形で配置されるとともに、配線板Aおよび給電板Bに重ならない部位にLEDチップ10が実装されている。また、実装基板20は、LEDチップ10の各電極それぞれと電気的に接続された一対のリードパターン23,23であって配線板Cに重なる部位で配線用導体パターン201と電気的に接続される一対のリードパターン23,23と、給電板Aに重なる部位で第1の給電用導体パターン101と電気的に接続可能であり配線板Cに重なる部位で第2の給電用導体パターン203と電気的に接続可能である連絡用導体パターン26とが形成されている。
【0042】
ここにおいて、給電板Aは、一対の第1の給電用導体パターン101が実装基板20側とは反対側の表面に形成されており、各給電用導体パターン101それぞれと給電用の電線とをろう材(例えば、半田など)を用いて電気的に接続するための2つの電線接続用スルーホール配線111と、各給電用導体パターン101それぞれと各1個の発光装置Bの連絡用導体パターン26の一方の接続部26aとをろう材(例えば、半田など)を用いて電気的に接続するための2つの給電用スルーホール配線112とが形成されている。すなわち、給電板Aは、2つの発光装置Bそれぞれの連絡用導体パターン26の一方の接続部26aと重なる部位それぞれに給電用スルーホール配線112が形成されている。ここで、各スルーホール配線111,112は、絶縁性基板100の厚み方向に貫通した円形状のスルーホールの内面と絶縁性基板100の両面における当該スルーホールの周部とに跨って形成されている。したがって、本実施形態におけるLEDユニット1では、給電板Aと各発光装置Bの実装基板20とを重ねた状態でスルーホールの内側に上記ろう材を充填している。なお、接続部26aは、平面形状を円形状としてある。
【0043】
上述の給電板Aは、2つの電線接続用スルーホール配線111が絶縁性基板100の中央部に形成され、2つの給電用スルーホール配線112が絶縁性基板100の周部において周方向に離間して形成されている。なお、本実施形態におけるLEDユニット1では、給電用の2つの電線のうち高電位側の電線を図4における右側の第1の給電用導体パターン101と電気的に接続し、低電位側の電線を同図における左側の第1の給電用導体パターン101と電気的に接続して用いる。
【0044】
また、配線板Cは、配線用導体パターン201および一対の第2の給電用導体パターン203が各発光装置Bの実装基板20側とは反対側の表面に形成されており、各発光装置Bの各リードパターン23のアウターリード部23bそれぞれと重なる部位それぞれに接続用スルーホール配線202が形成されるとともに、各発光装置Bそれぞれの連絡用導体パターン26の他方の接続部26bと重なる部位それぞれに連絡用スルーホール配線204が形成されている。ここで、各スルーホール配線202,204は、絶縁性基板200の厚み方向に貫通した円形状のスルーホールの内面と絶縁性基板200の両面における当該スルーホールの周部とに跨って形成されている。したがって、本実施形態におけるLEDユニット1では、配線板Cと各発光装置Bの実装基板20とを重ねた状態でスルーホールの内側にろう材(例えば、半田)を充填して接続用スルーホール配線202とアウターリード部23bとを電気的に接続するとともに連絡用スルーホール配線204と円形状の接続部26bとを電気的に接続している。
【0045】
上述のように構成されたLEDユニット1では、各発光装置Bそれぞれの実装基板20と給電板Aおよび配線板Cとの間隔を狭くすることができ、各発光装置Bから放射された光を効率良く外部へ取り出すことが可能になるとともに、LEDユニット1全体の薄型化を図れる。なお、各発光装置Bは、一対のリードパターン23それぞれのインナーリード部23aと連絡用導体パターン26における両接続部26a,26b間の部位の一部とで絶縁性基板22の窓孔24を略全周に亘って囲むように各パターン23,26の平面形状を設定してある。
【0046】
また、LEDユニット1は、図示していないが各発光装置Bそれぞれに並列接続する複数個(本実施形態では、8個)の表面実装型のツェナダイオード(チップツェナダイオード)を備え、配線板Cにおける各発光装置Bの実装基板20側とは反対側の表面に、各ツェナダイオードを各発光装置Bに並列接続するための並列接続用導体パターン205が形成されている。要するに、LEDユニット1は、各LEDチップ10それぞれと並列接続される複数個のツェナダイオードが配線板Cにおける実装基板20側とは反対の表面側に実装されているので、それぞれ熱源となるツェナダイオードとLEDチップ10とを離すことができ、ツェナダイオードの発熱に起因したLEDチップ10の温度上昇を抑制することができるとともに、LEDチップ10の発熱に起因したツェナダイオードの温度上昇を抑制することができる。
【0047】
また、上述のLEDユニット1では、配線板Cにおける絶縁性基板200の内周縁に各発光装置Bの色変換部材70それぞれの外周形状に沿った複数の切欠部200aが形成されているので、配線板Cの外径を大きくすることなく各色変換部材70のサイズを大きくすることが可能となり、上述のレンズ60のレンズ径を大きくすることも可能となる。
【0048】
ところで、本実施形態のスポットライトでは、上述のLEDユニット1が上述の灯具本体3に保持される。ここで、灯具本体3は、円柱状に形成され軸方向の一端面(図1(b)における下端面)にLEDユニット1の各発光装置Bが熱結合される形で実装される金属(例えば、Al、Cuなどの熱伝導率の高い金属)の充実体(ムク体)からなるユニット保持部材310と、ユニット保持部材310の上記一端面側にLEDユニット1を囲む形で取着されLEDユニット1から放射される光の配光エリアを制限する円筒状の金属(例えば、Al、Cuなどの熱伝導率の高い金属)製のカバー部材320と、ユニット保持部材310の軸方向の他端面(図1(b)における上端面)側に取着されアーム4が結合される金属(例えば、Al、Cuなどの熱伝導率の高い金属)製のアーム結合部材330とで構成されている。
【0049】
ここで、灯具本体3は、アーム結合部材330がアーム4の下端部に軸ねじ9を用いて結合されており、この構成により灯具本体3がアーム4に対して上下方向に首振り可能になっている。なお、アーム4の上端部は、上述の取付器体5に対して上下方向の軸周りで0〜360°の角度範囲で回動可能となるように結合されている。したがって、灯具本体3の向きを高い自由度で調節することができるから、目的とする照明対象の位置に応じて灯具本体3のむきを適正に調節することができる。
【0050】
上述のアーム結合部材330は、軸ねじ9が挿通される軸受孔331bが形成された軸受部331と、ユニット保持部材310と同じ外径の有底円筒状に形成され内周面にねじ溝が形成された雌ねじ部332と、軸受部331と雌ねじ部332とを連結する連結部333とを備えており、ユニット保持部材310の上記他端面側に形成された雄ねじ部310aをアーム保持部材330の雌ねじ部332にねじ込むことによりユニット保持部材310とアーム結合部材330とが結合されている。また、カバー部材320は、軸方向におけるユニット保持部材310側の端部が雌ねじ部320bとなっており、ユニット保持部材310の上記一端面側に形成された雄ねじ部310bをカバー部材320の雌ねじ部320bにねじ込むことによりユニット保持部材310とカバー部材320とが結合されている。
【0051】
また、上述のLEDユニット1は、図7に示すように、ユニット保持部材310の上記一端面に各発光装置Bを例えば熱伝導性の高いグリーンシートからなる絶縁層90を介して実装してある。言い換えれば、ユニット保持部材310は、上記一端面にLEDユニット1の各発光装置Bが熱結合される形で実装されている。また、上述のカバー部材320には、LEDユニット1の各発光装置Bから放射された光を配光するレンズ340が取り付けられている。
【0052】
また、取付器体5の埋込部5bの上面側には、別置の電源ユニット(図示せず)から導出された電源線の先端に設けられた第1のコネクタが着脱自在に接続される第2のコネクタ(図示せず)が設けられており、当該第2のコネクタに電気的に接続された電線Dがアーム4の内部空間およびアーム結合部材330の連結部333に形成された切欠部335および有底円筒状の雌ねじ部332の底部に形成された電線挿通孔334およびユニット保持部材310の軸方向に沿って形成された電線挿通孔312を通してLEDユニット1の給電板Aの一対の第1の給電用導体パターン101に接続されるようになっている。
【0053】
以上説明した本実施形態のスポットライトでは、灯具本体3のユニット保持部材310が金属の充実体からなるので、図17に示したアルミダイカスト製の中空のユニット保持部材410にLEDユニット1を実装した場合に比べて、ユニット保持部材310の熱容量を大きくでき、LEDユニット1で発生した熱を効率的に放熱させることができるから、灯具本体3の小型化を図りつつLEDユニット1で発生した熱を効率的に放熱させることができ、結果として、各LEDチップ10のジャンクション温度の温度上昇を抑制することができ、入力電力を大きくできて光出力の高出力化を図れる。
【0054】
また、本実施形態のスポットライトにおけるLEDユニット1では、外周形状が台形状である複数個の実装基板20が、広幅部側が配線板Cに重なり狭幅部側が給電板Aに重なる形で給電板Aの周方向に沿って並設されているので、実装基板20間の無駄なスペースを少なくでき、実装基板20の外周形状が矩形状とした場合に比べてLEDユニット1全体の小径化が可能になり、また、実装基板20においてLEDチップ10が実装される上記一表面側に給電板Aおよび配線板Cが配置されているので、LEDチップ10から灯具本体3までの熱抵抗を小さくできて放熱性が向上し、各LEDチップ10のジャンクション温度の温度上昇を抑制することができ、入力電力を大きくできて光出力の高出力化を図れる。また、LEDユニット1の中央部に給電板Aが配置されているので、上記電線Dを引き回すためのスペースを設ける必要がなく、灯具本体3の小型化を図れる。
【0055】
(実施形態2)
本実施形態のスポットライトの基本構成は実施形態1と略同じであり、図13および図14に示すように、灯具本体3の構造が実施形態1とは相違している。なお、実施形態1と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【0056】
本実施形態における灯具本体3は、アルミダイカスト製であり、円柱状に形成され軸方向の一端面(図13(b)における下面)にLEDユニット1の各発光装置Bが熱結合される形で実装される第一の筐体であるユニット保持部350と、ユニット保持部350と同じ外径の円筒状に形成されユニット保持部350の上記一端面側でLEDユニット1を囲みLEDユニット1から放射される光の配光エリアを制限する配光制御部360と、ユニット保持部350よりも小径の円筒状に形成され軸方向の一端部がユニット保持部350の他端部に連続一体に連結された細長の小径円筒部370と、ユニット保持部350と外径が同じ円筒状に形成されユニット保持部350から離間した形で小径円筒部370と同心的に配置される第二の筐体である大径円筒部380と、小径円筒部370の外周面から軸方向の全長に亘って径方向に突設され大径円筒部380と重なる部位が大径円筒部380と連続一体に連結されたブリッジ部である複数の放熱フィン部390とを備えている。
【0057】
ここにおいて、小径円筒部370の他端部には、軸ねじ9が挿通される軸受孔371bが形成された軸受部371および上記電線Dを当該小径円筒部370に対して出し入れするための切欠部375が形成されている。また、ユニット保持部350には、小径円筒部370の内部空間に連続した電線挿通孔350aが形成されている。
【0058】
以上説明した本実施形態のスポットライトでは、ユニット保持部350の軸方向の他端面側に空気の流れる経路が形成されることとなり、灯具本体3の小型化を図りつつLEDユニット1で発生した熱を効率的に放熱させることができ、結果として、各LEDチップ10のジャンクション温度の温度上昇を抑制することができ、入力電力を大きくできて光出力の高出力化を図れる。
【0059】
(実施形態3)
本実施形態のスポットライトの基本構成は実施形態1と略同じであり、図15および図16に示すように、LEDユニット1及び灯具本体3の構造が実施形態1とは相違している。なお、実施形態1と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【0060】
本実施形態におけるLEDユニット1は、円柱状に形成され軸方向の一端面(図15(c)における上面)に発光装置Bが熱結合される形で実装される放熱板110と、放熱板110の前記一端面に取り付けられて発光装置Bから放射される光を制御する配光部121を有するカバー120とから成る。カバー120は、前記他端面を開口した有底円筒状に形成され、前記一端面には略椀状の4つの配光部121が設けられている(図15(a)参照)。カバー120は前記開口周縁を放熱板110の前記一端面に熱溶着して固定されている。また、放熱板110の側面には、後述するブリッジ部390にねじ止めされる略矩形状の2つのねじ止め部111が図15(a)における左右両端部に突設されており、各ねじ止め部111にはそれぞれ組立ねじ112が挿通される挿通孔が設けられている。
【0061】
本実施形態における灯具本体3は、アルミダイカスト製であり、有底円筒状に形成されてLEDユニット1を収納する第一の筐体であるユニット保持部350と、ユニット保持部350よりも大きい外径の円筒状に形成されてユニット保持部350の外周を囲み且つユニット保持部350と同心的に配置される第二の筐体である大径円筒部380と、ユニット保持部350と大径円筒部380とを所定の間隔を空けて連結する4つのブリッジ部390とを備えている。また、ブリッジ部390を除いたユニット保持部350と大径円筒部380との間には、軸方向に貫通する4つの通気孔381が形成される。
【0062】
ブリッジ部390は、ユニット保持部350と大径円筒部380と連続一体に形成されており、図15(a)における左右両端のブリッジ部390には、図示しないが雌ねじ部が設けられている。而して、上記ブリッジ部390の図15(c)における上面にLEDユニット1のねじ止め部111を載置し、組立ねじ112を前記挿通孔に挿通させて雌ねじ部でねじ止めすることでLEDユニット1が灯具本体3に固定される。
【0063】
また、カバー120側面には、ブリッジ部390及びねじ止め部111の近傍において組立ねじ112頭部の径よりも大きい径を有する凹部122が設けられている。このように組立ねじ112を避ける凹部122を設けることで、凹部122を設けない場合と比較して大径円筒部380の外径を小さくすることができ、したがって灯具本体3の小型化を図れる。
【0064】
以上説明した本実施形態のスポットライトでは、通気孔381を介して空気の流れる経路が形成されることとなり、灯具本体3の小型化を図りつつLEDユニット1で発生した熱を効率的に放熱させることができ、結果として、各LEDチップ10のジャンクション温度の温度上昇を抑制することができ、入力電力を大きくできて光出力の高出力化を図れる。
【0065】
なお、上記各実施形態では、LEDチップ10として、発光色が青色の青色LEDチップを採用しており、導電性基板11としてSiC基板を採用しているが、SiC基板の代わりにGaN基板を用いてもよく、SiC基板やGaN基板を用いた場合には結晶成長用基板として絶縁体であるサファイア基板を用いている場合に比べて、結晶成長用基板の熱伝導率が高く結晶成長用基板の熱抵抗を小さくできる。また、LEDチップ10の発光色は青色に限らず、例えば紫外光でもよく、LEDチップ10として紫外光LEDチップを用いる場合には、色変換部材70として、例えば、赤色蛍光体および緑色蛍光体および青色蛍光体を含有したものを用いて白色光を得るようにすればよい。
【図面の簡単な説明】
【0066】
【図1】実施形態1のスポットライトを示し、(a)は概略正面図、(b)は一部破断した概略側面図である。
【図2】同上における灯具本体の概略斜視図である。
【図3】同上におけるアーム結合部材を示し、(a)は斜め上方から見た概略斜視図、(b)は斜め下方から見た概略斜視図である。
【図4】同上におけるLEDユニットを示す概略平面図である。
【図5】同上におけるLEDユニットの要部概略平面図である。
【図6】同上における発光装置の概略分解斜視図である。
【図7】同上における発光装置の概略断面図である。
【図8】同上における発光装置の要部概略平面図である。
【図9】同上における第3の絶縁性基板を示し、(a)は概略平面図、(b)は概略側面図、(c)は概略下面図である。
【図10】同上におけるサブマウント部材の概略斜視図である。
【図11】同上における給電板を示し、(a)は概略平面図、(b)は概略側面図、(c)は概略下面図である。
【図12】同上における配線板を示し、(a)は概略平面図、(b)は概略側面図、(c)は概略下面図である。
【図13】実施形態2のスポットライトを示し、(a)は概略正面図、(b)は一部破断した概略側面図である。
【図14】同上における灯具本体の概略斜視図である。
【図15】実施形態3のスポットライトを示し、(a)は概略正面図、(b)は概略側面図、(c)は灯具本体における一部破断した概略側面図、(d)はA−A’線断面矢視図である。
【図16】同上の概略斜視図である。
【図17】従来例の灯具本体におけるユニット保持部材を示し、(a)は斜め上方から見た概略斜視図、(b)は斜め下方から見た概略斜視図である。
【図18】同上の灯具本体におけるアーム結合部材を示し、(a)は斜め上方から見た概略斜視図、(b)は斜め下方から見た概略斜視図である。
【符号の説明】
【0067】
1 LEDユニット
3 灯具本体
4 アーム
310 ユニット保持部材
320 カバー部材
330 アーム結合部材
340 レンズ
B 発光装置
D 電線




 

 


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