| 【発明の名称】 |
照明装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】永井 秀男
【氏名】田村 哲志
【氏名】清水 正則
【氏名】松井 伸幸
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| 【要約】 |
【課題】製造工程において、発光ダイオードの３次元的配置作業の自動化を図って生産効率を向上させ、また発光ダイオードの温度上昇に伴ってその発光効率が低下するのを抑制し、より高い光出力を得る。
【解決手段】前面開口部３を有する本体部４を備えたケース１内に発光部２が配置された照明装置であって、発光部２は、フレキシブル基板８とこのフレキシブル基板８の一方の面に実装された複数の発光ダイオード９とを有し、フレキシブル基板８の発光ダイオード９が実装されていない他方の面と本体部４の内面とを互いに対面させてケース１内に配置されている。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 前面開口部を有する本体部を備えたケース内に発光部が配置された照明装置であって、前記発光部は、フレキシブル基板とこのフレキシブル基板の一方の面に実装された複数の発光ダイオードとを有し、前記フレキシブル基板の前記発光ダイオードが実装されていない他方の面と前記本体部の内面とを互いに対面させて前記ケース内に配置されていることを特徴とする照明装置。
【請求項２】 前記フレキシブル基板の前記発光ダイオードが実装されている面は反射面からなることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項３】 前記フレキシブル基板は、平面展開された状態において、円形または多角形の底面部と、この底面部から放射状に延びた複数の延出部を有する側面部とを備えていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の照明装置。
【請求項４】 前記本体部の内面には段差部が形成されており、前記フレキシブル基板は、前記発光ダイオードの各光軸が互いに重なることなく前記前面開口部を通過し、かつ前記発光ダイオードの光軸の向きと前記ケースの中心軸の向きとが略一致するよう、前記段差部に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の照明装置。
【請求項５】 前記ケースと前記フレキシブル基板とは、共に熱伝導性を有し、かつ熱的に接続されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の照明装置。
【請求項６】 前記フレキシブル基板は、金属層またはグラファイト層を含む多層基板からなることを特徴とする請求項５記載の照明装置。
【請求項７】 前記ケースの外面には、凹部または凸部が形成されていることを特徴とする請求項５または請求項６記載の照明装置。
【請求項８】 前記フレキシブル基板には、前記発光ダイオードの駆動回路が実装されていることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の照明装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、照明装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近時、発光ダイオードは高効率でかつ長寿命であり、また青色や白色のものが実用化されていることから、この発光ダイオードを白熱電球やハロゲン電球等の代替光源として照明装置に用いることが提案されている。
【０００３】例えば、平板状の基板に複数の発光ダイオードを実装して構成した複数個のＬＥＤモジュールを、発光ダイオードが外側に位置するように筒状に配列した側面発光部と、この側面発光部の前面に、同じく平板状の基板に複数の発光ダイオードを実装して構成したＬＥＤモジュールを配設した前面発光部とを備えた発光ユニットを、この発光ユニットから放射される光を前面開口部から放射する反射体内に収納したものが提案されている（特開平１０−８３７０９号公報）。
【０００４】発光ダイオードを照明装置の光源として用いる場合、発光ダイオード１個あたりの光出力は小さいものの、上記発光ユニットのように複数個の発光ダイオードを三次元的に配置して集積化することにより、照明装置を大型化することなく、高い光出力を得ることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、平板状の基板を筒状に、つまり三次元的に組み立てる作業は、自動化が難しく手作業に頼らなければならないので、生産効率が悪いという問題があった。また、照明装置の光出力を高くするために、発光ダイオードを集積化するので、発光ダイオードの基板への実装密度が大きくなり、各発光ダイオードの温度が異常に上昇して、発光ダイオードの発光効率が低下し、その結果、照明装置の光出力が低下してしまうという問題があった。
【０００６】本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、製造工程において、発光ダイオードの三次元的配置作業の自動化を図ることができ、よって生産効率を向上させることができ、また発光ダイオードの温度上昇に伴ってその発光効率が低下するのを抑制することができ、より高い光出力を得ることができる照明装置を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の照明装置は、前面開口部を有する本体部を備えたケース内に発光部が配置された照明装置であって、前記発光部は、フレキシブル基板とこのフレキシブル基板の一方の面に実装された複数の発光ダイオードとを有し、前記フレキシブル基板の前記発光ダイオードが実装されていない他方の面と前記本体部の内面とを互いに対面させて前記ケース内に配置されている構成を有している。
【０００８】これにより、製造工程において、あらかじめ平面状のフレキシブル基板の一方の面に発光ダイオードを実装した後、フレキシブル基板を変形することで発光ダイオードを三次元的に容易に配置することができ、よって製造の自動化を容易に行うことができる。また、発光部はフレキシブル基板の発光ダイオードが実装されていない他方の面と本体部の内面とを互いに対面させてケース内に配置されているため、照明装置の外形寸法を従来の照明装置の外形寸法とほぼ同一のままで、発光ダイオードが実装可能なフレキシブル基板の表面積を大きくすることができ、よって使用する発光ダイオードの数が従来の照明装置の発光ダイオード数と同じである場合、発光ダイオードの基板への実装密度を小さくすることができるので、発光ダイオードの温度上昇を抑えることができ、よって発光ダイオードの発光効率が低下するのを抑制することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００１０】本発明の第１の実施の形態である照明装置は、全長４４ｍｍ、最大外径５０ｍｍであり、図１に示すように、お椀形のケース１と、このケース１内に配置された発光部２とを備えている。
【００１１】ケース１は、開口径４５ｍｍの前面開口部３を有する本体部４と、この本体部４の他端部に設けられ、かつ１２Ｖ用ＧＵ５．３形口金ピン５ａが取り付けられた最大外径２０ｍｍの筒状の口金部５とを備えている。
【００１２】前面開口部３には、ガラス製または樹脂製の透光性前面カバー６が止め金具（図示せず）によって取り付けられている。透光性前面カバー６は、無色透明または半透明のどちらでもよく、また必要に応じて着色されていてもよく、さらにレンズ機能を持たせてもよい。特に、半透明な透光性前面カバー６を用いた場合、後述の発光部２から放射される光を拡散させることができ、ケース１から放射される光を一様にすることができる。また、透光性前面カバー６の内面に蛍光体膜（図示せず）を形成し、後述の発光ダイオード９として紫外線を放射する発光ダイオードを用いることにより、透光性前面カバー６を発光させることもできる。
【００１３】本体部４の内面形状は、後述するようにフレキシブル基板８がこの内面に設けられた際、フレキシブル基板８に実装された各発光ダイオード９の光軸（図１中、矢印Ａで示す）が本体部４の前面開口部３を通過するよう、複数の平面、または複数の回転放物面や回転楕円面等の回転２次曲面によって構成されているため、発光ダイオード９から放射される光をケース１の外部へ効率よく放射させることができる。また、本体部４の内面形状を形成している複数の平面または複数の回転２次曲面の大きさや角度等を適宜調整することにより、発光ダイオード９全部もしくは個々の光軸の向きを任意に変えることができ、よって所望の配光特性を得ることができる。
【００１４】なお、発光ダイオード９の光軸は、発光ダイオード９の発光面に対して垂直である。
【００１５】また、本体部４の材料に熱伝導性を有する例えばアルミニウムを、また熱伝導性を有するフレキシブル基板８を用い、これら熱伝導性を有する本体部４とフレキシブル基板８とを熱的に接続し、発光ダイオード９から発生する熱を、フレキシブル基板８を介して本体部４に伝導させて外部へ放熱させるようにしてもよく、これによって発光ダイオード９の温度上昇を抑制することができる。
【００１６】なお、本体部４の材料として、エポキシ樹脂にアルミナ等の絶縁性高熱伝導性材料を混ぜた樹脂材料を用いた場合でも高い熱伝導性を得ることができる。
【００１７】さらに、本体部４とフレキシブル基板８とが熱的に接続されている場合、本体部４の外面には、図２に示すように、例えば長さ２０ｍｍ、幅５ｍｍ、最大深さ１ｍｍの縦長の凹部７が複数個設けられていることが好ましい。これにより、本体部４の表面積を増加させることができるので、本体部４の放熱効果をより高めることができ、発光ダイオード９の温度上昇を一層抑制することができる。
【００１８】なお、本体部４の外面に、凹部７の代わりに凸部（図示せず）を設けた場合でも、上記と同様に本体部４の放熱効果をより高めることができ、発光ダイオード９の温度上昇を一層抑制することができる。
【００１９】発光部２は、一方の面に例えば白色塗装やメタリック塗装された反射面を有するポリイミド製のフレキシブル基板８と、フレキシブル基板８の反射面に等間隔に実装された複数の発光ダイオード９とを有している。フレキシブル基板８の反射面は、所望の発光色を得るため白色以外に着色されていてもよい。
【００２０】このフレキシブル基板８は、本体部４の内面形状に沿って変形させた状態で、発光ダイオード９が実装されていない他方の面と本体部４の内面とを互いに対面させて本体部４の内面に接着剤（図示せず）等によって固定されて設けられている。
【００２１】なお、フレキシブル基板８は、必ずしも本体部４の内面形状に沿って変形した状態でその内面に設けられている必要はなく、また本体部４の内面と完全に密着している必要はない。
【００２２】また、フレキシブル基板８は、熱伝導性を得るため、例えば銅等からなる金属層やグラファイト層を含む多層基板からなることが好ましい。
【００２３】図３に示すように、フレキシブル基板８を平面展開すると、本体部４の口金部５側の端部に配置される直径２０ｍｍの円形の底面部１０と、この底面部１０と機械的かつ電気的に接続され、かつ本体部４の内面に配置される櫛形の側面部１１とを有している。このようなフレキシブル基板８を用いる場合、発光部２をケース１内に組み込む作業の容易化を図るため、発光ダイオード９が実装されたフレキシブル基板８を本体部４内に入れる前に、あらかじめ側面部１１を反射面が内側になるようにテーパ状に形成しておくことが好ましい。
【００２４】発光ダイオード９としては、例えばＩｎＧａＮ系の白色発光ダイオードが用いられる。また、赤色、青色、および緑色等の３原色に代表される多色の発光ダイオード９を組み合わせることにより、白色光を得ることもできる。さらに、目的に応じて白色以外の各色の発光ダイオード９単体のみを用いて、白色光以外の発光色を得ることもできる。
【００２５】また、発光ダイオード９のベアチップをフレキシブル基板８に実装することにより、発光ダイオード９の集積化を一層図ることができる。
【００２６】図１に示すように、発光ダイオード９を駆動するための駆動回路１２は、フレキシブル基板８の底面部１０の反射面とは反対側の面に実装され、かつケース１の口金部５内に配置されている。このように駆動回路１２をフレキシブル基板８に実装することにより、駆動回路用の別の基板が不要になるので、低コスト化を図ることができるとともに、照明装置を小型化することができ、また駆動回路用の基板を照明装置内に組み込む別の工程が不要になり、生産効率を向上させることができる。
【００２７】次に、このような本発明の第１の実施の形態にかかる照明装置（以下、「本発明品Ａ」という）のランプ特性について調べた。
【００２８】まず、本発明品Ａを１０個製造し、製造した各々の照明装置を直流電圧１２Ｖ、直流電流２０ｍＡで点灯させ、１５分点灯経過後の発光ダイオード９の温度、および照明装置の光出力について調べた。
【００２９】また、比較のため、図７に示すように、反射面を有するフレキシブル基板２５の反射面側の前面部２５ａとテーパ状の側面部２５ｂとに実装された発光ダイオード９を有する発光部２６が、ケース１内のほぼ中心部に位置するように配置され、またケース１の本体部４の内面には反射面が形成されている点を除いて本発明の第１の実施の形態である照明装置と同じ構成を有している照明装置（以下、「比較品」という）についても、本発明品Ａと同じ条件で点灯させ、１５分点灯経過後の発光ダイオード９の温度、および照明装置の光出力について調べた。
【００３０】なお、図８に、比較品に用いた発光部２６の斜視図を示す。
【００３１】なお、発光ダイオード９には、本発明品Ａおよび比較品ともにＩｎＧａＮ系の白色発光ダイオード（日亜化学工業（株）製：ＮＳＳＷ４４０）１２０個を用いた。また、発光ダイオードの温度の測定値は１２０個の平均値である。
【００３２】その結果、本発明品Ａでは、１５分点灯経過後の発光ダイオード９の温度が４５℃であった。一方、比較品では、１５分点灯経過後の発光ダイオード９の温度が１００℃であった。このように本発明品Ａの１５分点灯経過後の発光ダイオード９の温度は、比較品の１５分点灯経過後の発光ダイオード９の温度に比して１／２以下に抑えることができた。これは、本発明品Ａの場合において、発光部２はフレキシブル基板８の発光ダイオード９が実装されていない面と本体部４の内面とを互いに対面させてケース１内に配置されているので、発光ダイオード９が実装可能なフレキシブル基板８の表面積を比較品の場合においての発光ダイオード９が実装可能なフレキシブル基板２５の表面積に比して大きくすることができ、よって発光ダイオード９の基板８への実装密度が比較品の場合においての発光ダイオード９の基板２５への実装密度に比して小さくなり、各発光ダイオード９自身が発生する熱の放熱性が高まるとともに、隣接する発光ダイオード９が発生する熱の影響をほとんど受けなくなったためであると考えられる。
【００３３】そして、本実験に用いた発光ダイオード９の発光効率は、発光ダイオード９の温度が４５℃の場合で１５ｌｍ／Ｗ、発光ダイオード９の温度が１００℃の場合で１２ｌｍ／Ｗである。したがって、本発明品Ａにおいて、発光ダイオード９の発光効率が低下するのを抑制することができることを確認した。
【００３４】また、本発明品Ａでは照明装置の光出力が１００ｌｍであった。一方、比較品では照明装置の光出力が８０ｌｍであった。
【００３５】以上のように本発明の第１の実施の形態にかかる照明装置の構成によれば、発光ダイオード９を実装する基板にフレキシブル基板８が用いられているため、製造工程において、あらかじめ平面状のフレキシブル基板８の一方の面に発光ダイオード９を実装し、その後、フレキシブル基板８を変形することにより、発光ダイオード９を三次元的に容易に配置することができ、よって製造の自動化を容易に行うことができ、生産効率を向上させることができる。また、発光部２はフレキシブル基板８の発光ダイオード９が実装されていない他方の面と本体部４の内面とを互いに対面させてケース１内に配置されているため、照明装置の外形寸法を従来の照明装置の外形寸法とほぼ同一のままで、発光ダイオード９が実装可能なフレキシブル基板８の表面積を大きくすることができ、よって使用する発光ダイオード９の数が従来の照明装置の発光ダイオード数と同じである場合、発光ダイオード９の基板８への実装密度を小さくすることができるので、発光ダイオードの温度上昇を抑えることができ、発光ダイオードの発光効率が低下するのを抑制することができる。その結果、照明装置の光出力をより高くすることができる。
【００３６】また、特に、反射面を有するフレキシブル基板８の反射面に複数の発光ダイオード９が実装されていることにより、発光ダイオード９から放射される光のうちケース１の外部へ直接放射されない光をこの反射面によって反射させてケース１の外部へ放射させることができ、照明装置の光出力をより一層高めることができる。
【００３７】なお、上記第１の実施の形態では、平面展開された状態において、円形の底面部１０を有するフレキシブル基板８を用いた場合について説明したが、多角形の底面部を有するフレキシブル基板を用いた場合でも上記と同様の効果を得ることができる。
【００３８】次に、本発明の第２の実施の形態である照明装置は、図４に示すように、発光部１３のフレキシブル基板１４が平面展開された状態において、側面部１５が本体部４の口金部５側の端部に配置される直径１５ｍｍ円形の底面部１６から放射状に延出した長さ２５ｍｍ、幅１５ｍｍの複数の延出部１７を有している点を除いて本発明の第１の実施の形態である照明装置と同じ構成を有している。
【００３９】このような発光部１３をケース１内に組み込む場合は、まずフレキシブル基板１４の底面部１６を保持具（図示せず）によって保持し、平面状態のフレキシブル基板１４をあらかじめ変形させることなくそのままケース１内に入れ、本体部４の口金部５側の端部に固定する。フレキシブル基板１４の側面部１５は、底面部１６から放射状に延出した延出部１７からなるため、発光部１３をケース１内に入れる際、本体部４の内面形状に沿って自然に変形するので、底面部１６を固定した後にその変形状態のまま本体部４の内面に固定する。
【００４０】このような形状のフレキシブル基板１４では、図示してはいないが、本体部４の内面に設けられている状態において、隣接する延出部１７の長辺同士が重ならず、本体部４の内面が露見する。そこで、本体部４の内面には、発光ダイオード９から放射される光をケース１の外部へ効率よく放射させるため、例えば白色塗装やメタリック塗装された反射面が形成されていることが好ましい。
【００４１】以上のように本発明の第２の実施の形態にかかる照明装置の構成によれば、本発明の第１の実施の形態にかかる照明装置の作用効果に加えて、発光部１３をケース１内に組み込む際、あらかじめフレキシブル基板１４を立体的形状に変形させる必要がなく、フレキシブル基板１４を平面状態のままで直接ケース１内に変形させながら組み込むことができるので、ケース１と発光部１３との組み立て作業性を高めることができ、生産効率を一層向上させることができる。
【００４２】次に、本発明の第３の実施の形態である照明装置は、図５に示すように、全長２５ｍｍ、最大外径５０ｍｍのテーパ状のケース１８と、このケース１８内に配置された発光部１９とを備えている。
【００４３】ケース１８は、開口径４５ｍｍの前面開口部２０を有する本体部２１と、この本体部２１の他端部に設けられ、かつ１２Ｖ用ＧＵ５．３形口金ピン５ａが取り付けられた最大外径２０ｍｍの筒状の口金部２２とを備えている。
【００４４】前面開口部２０には、ガラス製または樹脂製の透光性前面カバー６が止め金具（図示せず）によって取り付けられている。
【００４５】本体部２１の内面には、後述する発光ダイオード９から放射される光を反射させてケース１８の外部へ効率よく放射させるため、例えば白色塗装やメタリック塗装された反射面が形成されている。また、本体部２１の内面には、段差部２３が螺旋状に形成されている。
【００４６】発光部１９は、ポリイミド製の螺旋状のフレキシブル基板２４と、このフレキシブル基板２４の一方の面に等間隔に実装された複数の発光ダイオード９とを有している。
【００４７】図６に、発光部１９の斜視図を示す。
【００４８】このフレキシブル基板２４は、発光ダイオード９が実装されていない他方の面と本体部の内面とを互いに対面し、また発光ダイオード９の各光軸（図５中、矢印Ａで示す）が互いに重なることなくケース１の前面開口部２０を通過し、かつ発光ダイオード９の光軸の向きとケース１８の中心軸（図５中、符号Ｘで示す）の向きとが略一致するよう、本体部４の内面の段差部２３に接着剤（図示せず）等によって固定されて設けられている。
【００４９】また、フレキシブル基板２４は、熱伝導性を得るため、例えば銅等からなる金属層やグラファイト層を含む多層基板からなる。
【００５０】発光ダイオード９を駆動するための駆動回路１２は、フレキシブル基板２４の反射面とは反対側の面に実装され、ケース１８の口金部２２内に配置されている。
【００５１】次に、このような本発明の第３の実施の形態にかかる照明装置（以下、本発明品Ｂという）のランプ特性について調べた。
【００５２】まず、本発明品Ｂを１０個製造し、製造した各々の照明装置を直流電圧１２Ｖ、直流電流２０ｍＡで点灯させ、１５分点灯経過後の発光ダイオード９の温度、および照明装置の光出力について調べた。
【００５３】なお、発光ダイオード９には、ＩｎＧａＮ系の白色発光ダイオード（日亜化学工業（株）製：ＮＳＳＷ４４０）１２０個を用いた。また、発光ダイオードの温度の測定値は１２０個の平均値である。
【００５４】その結果、本発明品Ｂでは、１５分点灯経過後の発光ダイオードの温度が４５℃、照明装置の光出力が１２０ｌｍであった。
【００５５】以上のように本発明の第３の実施の形態にかかる照明装置の構成によれば、本発明の第１の実施の形態にかかる照明装置の作用効果に加えて、フレキシブル基板２４は発光ダイオード９の各光軸が互いに重なることなく前面開口部２０を通過し、かつ発光ダイオード９の光軸の向きとケース１８の中心軸の向きとが略一致するよう、本体部２１の内面に形成された段差部２３に設けられているため、発光ダイオード９から放射される光をケース１８の外部へ一層効率よく放射させることができる。
【００５６】なお、本発明の照明装置は、屋内外の一般照明用、車両用、信号灯用等に適用することができる。
【００５７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、製造工程において、発光ダイオードの三次元的配置作業の自動化を図ることができ、よって生産効率を向上させることができ、また発光ダイオードの温度上昇に伴ってその発光効率が低下するのを抑制することができ、より高い光出力を得ることができる照明装置を提供することができるものである。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５８２１
【氏名又は名称】松下電器産業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年１２月１９日（２０００．１２．１９） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９７４４５
【弁理士】
【氏名又は名称】岩橋 文雄 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２００２−１８４２０９（Ｐ２００２−１８４２０９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１４年６月２８日（２００２．６．２８） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−３８４８６８（Ｐ２０００−３８４８６８） |
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