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照明装置 - 東芝ライテック株式会社
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発明の名称 照明装置
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2007−59220(P2007−59220A)
公開日 平成19年3月8日(2007.3.8)
出願番号 特願2005−243588(P2005−243588)
出願日 平成17年8月25日(2005.8.25)
代理人 【識別番号】100101834
【弁理士】
【氏名又は名称】和泉 順一
発明者 本多 宏一
要約 課題
本発明は、固体発光素子を高密度に配設することが可能であって、配光のムラを抑制することができる照明装置を提供する。

解決手段
本実施形態のスポットライト1は、伝熱部34を介して第1放熱手段30の熱が伝熱される第2放熱手段40を外部に設けている。したがって、複数のLED13を基板12aに平面的、かつ、密度配置したとしても、LED13の熱を効率的に放熱することができるので、LED配列部12を小形化することが可能である。また、複数のLED13の熱を共通の放熱手段である第1、第2放熱手段30,40を介して放熱するように構成しているので、LED個々に放熱手段を設ける構成に比較すると、放熱手段のばらつきがないために、LED13からの照射光を略設計値通りにすることができる。ゆえに、配光のばらつきが抑制でき、使用者が扱いやすいスポットライト1とすることができる。
特許請求の範囲
【請求項1】
平面状に配設された複数の固体発光素子が同一基板上に実装された素子配列部と;
素子配列部の基板と直接的に設けられている第1放熱手段と;
第1放熱手段から突設して設けられている伝熱手段と;
伝熱手段を介して第1放熱手段と連結されている第2放熱手段と;
素子配列部を収納し、素子配列部からの放射光を混光して所定の方向に投射するように設けられた器具本体と;
を備えていることを特徴とする照明装置。
【請求項2】
器具本体は、素子配列部の各固体発光素子からの放射光が照射されて疑似光源部となるアパーチャを有したアパーチャ部と、アパーチャを通過した光を集光して外部に出射するレンズとを有し、
第2放熱手段は、素子配列部の最外郭の固体発光素子とアパーチャ部との間の領域の器具本体内に収納されていることを特徴とする請求項1記載の照明装置。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、LED等の複数の固体発光素子を用いた照明装置に関する。
【背景技術】
【0002】
一般に、劇場やテレビスタジオ等の照明用に使用されるスポットライトの光源には、ハロゲン電球や放電ランプが多用されているが、近年、発光ダイオード等の固体発光素子の高光度化に伴い、スポットライトの光源としてこれらの素子を使用することが注目されている。
【0003】
この種の固体発光素子は、実質的な発光領域の大きさに対して相対的に高出力の光量が得られ、また発光領域が小さいために配光の制御が容易で、樹脂レンズ等と組み合わせることによって光の指向性が決め易い利点がある。そのため、所望の領域のみ光照射させるものには好適で、無駄な光漏れがない分、実効的な光変換効率が高まることが期待されることが、一つの理由となっている。
【0004】
発光ダイオード(LED)を用いたLED式スポットライトでは、この利点を生かして指向性のある多数のLEDを光源として配置し、各LEDの照射ビームを一点に集光させて仮想の単一点光源ユニットを構成し、この光源ユニットとレンズとの位置関係を可変にして被照射面の照度及び照度分布を変化させるようにしたものが開発されている。
【0005】
そして、本件出願人らは、光源として各々光量が制御できる異なる発光色の複数の発光ダイオードを配置し、それら発光ダイオードの放射光を混光させることにより、照射光の色調を変化させ得るLED式スポットライトを開発した(例えば、特許文献1参照)。
【特許文献1】特開2005−158699
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
このような、従来技術は、LEDを複数用いるために、放熱性を充分考慮しなくてはならない。すなわち、LEDは、高温になるにと光学特性が変化してしまうので、所望の照度を得るためには、できるだけLEDの放熱を促す必要ある。
【0007】
これに対し、本件出願人は、複数のLEDを曲面上に配置しつつ、この各LEDを放熱効果を有する別々の部材に区分して設けながら単一の放熱器に配設するという構成を開示している。これにより、放熱効果の向上効果が得られるというものである。
【0008】
一方、上記従来構成であると、LEDを別々の部材に設けて曲面上に配置しているため、LED配列部自体が大形化してしまうという課題がある。すなわち、各LEDが設けられた放熱部材を基板に配設するための実装スペースが必要となるので、LED配列部が大形化する場合があり、所望な照度を得るために照明装置が大形化してしまう場合がある。
【0009】
また、上記従来構成は、各LEDを各々独立した放熱部材に配置しているので、各放熱部材毎に熱伝導率のばらつきが生じると点灯時における各LEDの温度にもばらつきが生じるので、所望の照度に設定しづらくなるという虞もある。
【0010】
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、固体発光素子を高密度に配設することが可能であって、配光のムラを抑制することができる照明装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
請求項1の照明装置は、平面状に配設された複数の固体発光素子が同一基板上に実装された素子配列部と;素子配列部の基板と直接的に設けられている第1放熱手段と;第1放熱手段から突設して設けられている伝熱手段と;伝熱手段を介して第1放熱手段と連結されている第2放熱手段と;素子配列部を収納し、素子配列部からの放射光を混光して所定の方向に投射するように設けられた器具本体と;を具備していることを特徴とする。
【0012】
本発明及び以下の各発明において、特に言及しない限り、各構成は以下による。
【0013】
固体発光素子とは、典型的には、発光ダイオード素子、半導体レーザー又はカーボン・
【0014】
ナノチューブを利用した固体発光デバイスなどが該当するが、発光原理や素子の形態等に
【0015】
依らず必要に応じて異種のものを利用することができる。
【0016】
素子配列部は、例えば絶縁材料で板状に形成された基板上に、複数個の固体発光素子からの光ビームが所定位置に向くように、前記複数個のLEDを平面的に並んで配置して構成されるものである。
【0017】
素子配列部に用いられる基板は、熱伝導性の高い部材で構成されていればよく、材料及び形状などは特に限定しない。例えば、一部が変形可能なものや、一部が金属製のものも含むものである。
【0018】
第1放熱手段が素子配列部の基板と直接的に設けられるとは、例えば、固体発光素子からの発熱が素子配列部の基板を介して直接第1放熱手段に伝導されるような構成である。すなわち、固体発光素子が配設された基板が第1放熱手段に密着して接続されている構成等であればよい。
【0019】
伝熱手段は、熱伝導性の高い部材で構成されていればよく、材料及び形状などは特に限定しない。
【0020】
第2放熱手段は、器具本体内に設けられてもよいし、器具本体外に設けられてもよい。なお、第2放熱手段を器具本体外であって、外部に露出するように設けると、より放熱効率が向上するので、好適である。
【0021】
第2放熱手段は、第1放熱手段とともに、固体発光素子から生じる熱を放熱するものである。すなわち、素子配列部には、複数の固体発光素子が設けられているが、第1放熱手段のみを設ける構成であれば、当該複数の固体発光素子の発熱量が大きい場合には、第1放熱手段を大形化しなくてはならず、素子配列部を小形化できたとしても器具本体としては、小形化に寄与しない。これに対し、第2放熱手段を設けることにより、器具本体の大形化を抑制することができることになる。
【0022】
請求項2記載の照明装置は、請求項1記載の照明装置において、器具本体は、素子配列部の各固体発光素子からの放射光が照射されて疑似光源部となるアパーチャを有したアパーチャ部と、アパーチャを通過した光を集光して外部に出射するレンズとを有し、第2放熱手段は、素子配列部の最外郭の固体発光素子とアパーチャ部との間の領域の器具本体内に収納されていることを特徴とする。
【0023】
アパーチャ部は所定位置にアパーチャを有し、素子配列部の複数個の固体発光素子は、このアパーチャ部のアパーチャに向けて取り付けられているので、複数個の固体発光素子からのほとんどの光はアパーチャ部のアパーチャに向けて光ビームを照射する。従って、アパーチャ部のアパーチャが疑似光源部となり、この疑似光源部から、例えばスポットライトのレンズに向けて射出することになる。
【0024】
レンズは、アパーチャ部のアパーチャから離間して設けられ、アパーチャ部のアパーチャから出射される出射光を集光するものであり、球面レンズや平坦状レンズを含む。また、1個または2個以上のレンズを利用した2群構成のレンズを有する場合も含む。
【0025】
素子配列部の最外郭とは、アパーチャに対して最も遠い箇所に配置されている固体発光素子のことである。したがって、素子配列部の形状は、特に限定されないが、素子配列部の外形寸法がアパーチャ部のアパーチャよりも大きいことが条件となる。
【0026】
そして、素子配列部の最外郭の固体発光素子とアパーチャ部との間の領域とは、最外郭の固体発光素子がアパーチャ部のアパーチャに向けて光ビームを照射する光線軸と、最外郭の固体発光素子及びアパーチャ部とによって囲まれた領域である。なお、当該領域と素子配設部及びアパーチャ部のアパーチャとを区画する区画手段を用いるとともに、当該区画手段が熱を遮蔽する遮蔽手段も兼ねていることが好適である。これにより、第2放熱手段からの放熱が素子配列部の各固体発光素子に熱的な影響を及ぼすことを防止するので、第2放熱手段を当該領域に配設しても固体発光素子の効率低下が生じることがない。
【発明の効果】
【0027】
請求項1記載の発明によれば、複数の固体発光素子の密度配置が可能となるので、素子配列部を小形化することができ、素子配列部を収納する器具本体の小形化が可能となる。また、複数の固体発光素子が共通の放熱手段に配設されているので、放熱作用のばらつきによる各固体発光素子の効率の相違を抑制することができ、安定した照度を確保することができる。
【0028】
請求項2記載の発明によれば、光学的に用いられない器具本体内の領域を使用して第2放熱手段を配設したので、第2放熱手段を配設するための特別な領域を器具本体に設けることがない。したがって、第2放熱手段を器具本体内に配設する場合であっても、器具本体が大形化することを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0029】
以下、本発明の第1実施形態を図面を参照して説明する。図1は本発明の第1実施形態に係わるスポットライト1の概略構成図である。
【0030】
素子配列部であるLED配列部12には固体発光素子としてLED13が複数個取り付けられており、特定の光色を放射する主ビーム用の白色LEDに加え、白色とは光色の異なる補色用LEDが取り付けられている。ここで、LED13は、砲弾型のものや、光出力が相対的に大きい高出力型パワーLEDを使用することができ、また、補色用LEDとしては、例えば赤色系、緑色系、青色系などの有色を発するLEDを単独又は適宜組み合わせ等して用いることができる。
【0031】
LED配列部12の複数個のLED13は、板状に形成された基板12a上に平面的に並んで配置されているとともに、アパーチャ16が位置する領域で出射光が混光されるようにアパーチャ16の中心に向けてビームを射出するように配列されている。
【0032】
また基板12aの裏側には、主として熱伝導率の高いアルミニウムからなる放熱板(図示しない)が一体となるように配設されている。そして、前記放熱板には、直接第1放熱手段30が配置されている。
【0033】
第1放熱手段30は、主として全体が熱伝導率の高いアルミニウムから形成されており、基板12aに直接設けられる基部31と放熱部32とから形成されている。この基部31は、基板12aの放熱板と接触するように固着されているものであり、放熱部32は、複数の放熱フィン33が形成されているものである。
【0034】
また、第1放熱手段30の基部31と放熱部32との間には、主としてアルミニウムからなる伝熱手段である伝熱部34が延出されている。この伝熱部34は、第1放熱手段30と熱的にも連続して配設されているものであるので、LED13の熱が放熱板及び基部31を介して伝熱されるものである。なお、伝熱部34は、複数設けることができる。
【0035】
第2放熱手段40は、第1放熱手段30と同様の構造で形成されているものであって、基部41と放熱部42とからなるものである。そして、第二放熱手段40は、第1放熱手段30から延出されている伝熱部34の一方の端部が配設されている。すなわち、伝熱部34を介して第1放熱手段30と連結されている状態である。
【0036】
また第二放熱手段40は、スポットライト本体19の上部側に配設されている。すなわち、第二放熱手段40は、外気に直接露出した状態で配設されているものである。
【0037】
アパーチャ部15は、LED配列部12に取り付けられた複数個のLED13の放射光のうち、アパーチャ16の領域外にある乱光を遮断し、アパーチャ16を介して、例えばスポットライト1の集光レンズ17に向けてLED13の放射光を通過させる。
【0038】
このように、LED配列部12に取り付けられた複数個のLED13の光ビームが集光する所定位置にアパーチャ16が位置するようにアパーチャ部15は設けられているため、このアパーチャ16が疑似光源とみなせるようになる。
【0039】
集光レンズ17は、アパーチャ部15から離間して後述するスポットライト本体19に配設され、LED配列部12及びアパーチャ16からから出射される出射光を集光する。集光レンズ17は球面レンズや平坦状レンズで構成することができる。本実施形態では1個のフレネルレンズを用いた場合を示している。
【0040】
また、アパーチャ部15のアパーチャ16と集光レンズ17との間には、透光部として拡散板18が設けられており、樹脂等の材質で形成されたもので、アパーチャ16からの出射光を所望の配光となるように形成されているものである。
【0041】
スポットライト本体19は例えば金属製の箱体で形成され、内部にLED配列部12、アパーチャ部15及び集光レンズ17等が収納される。
【0042】
また、集光レンズ17とアパーチャ16との距離を相対的に可変とするように既知の移動機構20が設けられている。この移動機構20は、光源フォーカスハンドル20aを含み、この移動機構20により、LED配列部12と集光レンズ17との離間距離を相対的に変動させることにより、被照射面での光照射面積が変化し、また光量が変化するように構成されている。
【0043】
また、集光レンズ17側のスポットライト本体19にはバンドア21が設けられており、このバンドア21の開閉角を調節することにより、スポットライト1からの光の照射範囲を所望により遮光し調節する。
【0044】
LED13に適合する点灯電力を供給する点灯装置(図示せず)は、スポットライト本体19の下部に位置する点灯装置収納部19a内に収納されている。この点灯装置は、供給される商用電源をLEDに適合した低ワットの直流に変換し、また外部から出力されたDMX信号などの調光信号に応じて、主ビームの白色LED及び補色用LEDに対する点灯電力を各々独立に調整できるように構成されている。
【0045】
以上のようなスポットライト1によれば、第2放熱手段40は、第1放熱手段30とともに、LED13から生じる熱を放熱することができるものである。すなわち、LED配列部12には、複数のLED13が設けられているが、第1放熱手段30のみを設ける構成であれば、当該複数のLED13の発熱量が大きい場合には、第1放熱手段30を大形化しなくてはならないので、スポットライト本体19を大形化する虞がある。これに対し、伝熱部34を介して第1放熱手段30と熱的にも連続している第2放熱手段40を設けることにより、スポットライト本体19の大形化を抑制することができる。また、第2放熱手段40は、スポットライト本体19の外部に配設されるので、放熱効果を高めることができる。
【0046】
さらにまた、第2放熱手段40を上記のように設けたことにより、複数のLED13は、基板12aに平面的であって、かつ、密度配置が可能となっているものである。すなわち、LED配列部12の小形化を考慮すると、複数のLED13を平面的に配置するとともに、密接して配置(以下、「密度配置」という。)することが好適である。しかしながら、単にLED13を密度配置してしまうと、個々のLED13から生ずる熱によって、LED13及びLED配列部12の高温化やLED配列部12を収納する収納部内の高温化を促進してしまうために、LED13の発光効率が低下してしまうものである。これに対し、本実施形態によれば、第1放熱手段30とは別の領域に第2放熱手段40を設けたことにより、第1放熱手段30のみでは放熱しきれない熱量を第2放熱手段40を用いてい放熱することを実現しているので、効率的にLED13の温度上昇を抑制することができるものとなっている。したがって、LED配列部12自体の小形化が可能となり、スポットライト本体19の大形化を抑制している。
【0047】
さらにまた、複数のLED13からの発熱を共通の放熱手段である第1放熱手段30及び第2放熱手段40に直接伝熱して放熱するように形成しているので、LED個々に各々放熱手段を設ける構成に比較すると、放熱手段のばらつきがないために、LED13からの照射光が略設計値通りに調整することができるので、複数のLED13を用いたものであっても、使用者が扱いやすいりスポットライト1とすることができる。
【0048】
次に第2実施形態について、図2を参照して説明する。図2は本発明の実施の形態に係わるスポットライト1の概略構成図である。なお、第1実施形態と重複する構成については、その番号を付し、説明は省略する。
【0049】
第1実施形態との大きな違いは、複数の第2放熱手段40をスポットライト本体19内に設けた点である。すなわち、第2放熱手段40、40(第1実施形態よりは、若干小形に形成)は、LED配列部12の最外郭のLED13Aとアパーチャ部15との間であって、LED配列部12とアパーチャ16とで形成されている擬似光源部と区画する遮蔽板50によって区切られている収納部51に収納されている。
【0050】
すなわち、第2放熱手段40、40は、本来であればデットスペースとなる領域53、53を用いて放熱手段を配設する収納部51としたことに特徴を有するものである。それは、本実施形態のような擬似光源の構成であると、LED配列部12の最外郭のLED13Aがアパーチャ部15のアパーチャ16に向けて光ビームを照射する光線軸の外側領域53、53は、擬似光源の機能に殆ど作用しないものである。ゆえに、当該領域53、53を遮蔽板50で区画するとともに、収納部51、51とすることにより、2つの第2放熱手段40、40を配設可能としたものである。
【0051】
そして、遮蔽板50は、熱を遮蔽する効果が高いものである。これにより、第2放熱部40からの放熱がアパーチャ16及びLED配列部12側に伝わることを防いでいる。また、スポットライト本体19は、金属製材料から形成されており、熱伝導率が比較的高い部材で形成している。したがって、第2放熱部40からの放熱は、スポットライト本体19を介して外部に放熱されるようになっている。
【0052】
本実施形態によれば、第1実施形態の作用に加えて、第2放熱手段40、40を配設するための新たな領域をスポットライト本体19に設けなくてもよく、第2放熱手段40、40をスポットライト本体19内の収納部51、51に収納配置しているので、複数の放熱手段を配設してもスポットライト1が大形化することがない。
【0053】
また、2つの第2放熱手段40、40を各々異なる領域51,51に収納しているので、互いの熱影響を受けず、効率の良い放熱効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0054】
【図1】第1実施形態のスポットライトを示す概略構成図
【図2】第2実施形態のスポットライトを示す概略構成図明図
【符号の説明】
【0055】
1・・・スポットライト、12・・・素子配列部であるLED配列部、15・・・アパーチャ部、17・・・レンズ、19・・・器具本体であるスポットライト本体、30・・・第1放熱手段、34・・・伝熱手段、40・・・第2放熱手段




 

 


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