(57)【要約】【課題】実質的に全周方向に所望の配光を実現することのできるＬＥＤ電球を提供すること。【解決手段】このＬＥＤ電球は、ＬＥＤ素子を発光源とする発光部を具備した構成のものにおいて、発光部が、一方向に長尺なＬＥＤ基板と、当該ＬＥＤ基板の少なくとも一面上において、当該ＬＥＤ基板の長手方向に並んで配置された複数のＬＥＤ素子とを具えてなるＬＥＤモジュールが光学部材に埋設されて構成されており、当該光学部材は、前記ＬＥＤ基板の長手方向延長方向に光を指向させる光学機能部分を有する構成とされている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤ素子を発光源とする発光部を具備したＬＥＤ電球において、
前記発光部は、一方向に長尺なＬＥＤ基板と、当該ＬＥＤ基板の少なくとも一面上において、当該ＬＥＤ基板の長手方向に並んで配置された複数のＬＥＤ素子とを具えてなるＬＥＤモジュールが光学部材に埋設されて、構成されており、
当該光学部材は、前記ＬＥＤ基板の長手方向延長方向に光を指向させる光学機能部分を有することを特徴とするＬＥＤ電球。
【請求項２】
前記光学部材における光学機能部分は、ＬＥＤ基板におけるＬＥＤ素子が実装された面に対向して形成されており、前記ＬＥＤ基板の長手方向の一方の延長方向と延長線上で交差する方向に傾斜した第１の傾斜面と、前記ＬＥＤ基板の長さ方向の他方の延長方向と延長線上で交差する方向に傾斜した第２の傾斜面とを有することを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ電球。
【請求項３】
前記光学部材における光学機能部分は、各々、頂部を挟んだ二つの平面がそれぞれ前記第１の傾斜面および前記第２の傾斜面により構成された複数の三角柱状部分が前記ＬＥＤ基板の長さ方向に並んで形成されて構成されていることを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤ電球。
【請求項４】
前記発光部は、各々、ＬＥＤ基板の一面上に複数のＬＥＤ素子が配置されてなる２つのＬＥＤモジュールを具えており、ＬＥＤ基板の他面同士が対向する状態で配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のＬＥＤ電球。
【請求項５】
前記ＬＥＤモジュールは、前記ＬＥＤ基板の両面の各々に複数のＬＥＤ素子が配置されてなる請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のＬＥＤ電球。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＬＥＤ素子を発光源として具えたＬＥＤ電球に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、抵抗加熱型のフィラメントを発光源として具えた白熱電球のような消費電力の高い照明用光源の代わりに、消費電力の低いＬＥＤ素子を発光源として具えたＬＥＤ電球が注目されている。このようなＬＥＤ電球としては、特に、一般照明用の白熱電球と略同じ外観に形成されたものが開発されている。
【０００３】
このようなＬＥＤ電球においては、ＬＥＤ素子自体が指向性が高い光源であるので、実用性を向上させるには、ＬＥＤ電球より放射される光の配光を、例えば白熱電球の配光に近いものとするなど、広範囲に光を放射することのできるものであることが望まれる。
【０００４】
例えば、特許文献１には、複数のチップ状のＬＥＤ素子を具えた発光部から放射される光をライトガイドで制御する技術が記載されている。また、特許文献２には、バルブ本体内に配置されたチップ状のＬＥＤ素子からの光を反射するリフレクターを配置することでＬＥＤ電球より放射される光の配光を調整する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−０１２８２４号公報
【特許文献２】特許第４６８９７６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来におけるＬＥＤ電球においては、ＬＥＤ電球の全周方向に所望の配光を実現することができないのが実情であった。
【０００７】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、実質的に全周方向に所望の配光を実現することのできるＬＥＤ電球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】
【０００８】
本発明のＬＥＤ電球は、ＬＥＤ素子を発光源とする発光部を具備した構成のものにおいて、
前記発光部は、一方向に長尺なＬＥＤ基板と、当該ＬＥＤ基板の少なくとも一面上において、当該ＬＥＤ基板の長手方向に並んで配置された複数のＬＥＤ素子とを具えてなるＬＥＤモジュールが光学部材に埋設されて、構成されており、
当該光学部材は、前記ＬＥＤ基板の長手方向延長方向に光を指向させる光学機能部分を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明のＬＥＤ電球においては、前記光学部材における光学機能部分は、ＬＥＤ基板におけるＬＥＤ素子が実装された面に対向して形成されており、前記ＬＥＤ基板の長手方向の一方の延長方向と延長線上で交差する方向に傾斜した第１の傾斜面と、前記ＬＥＤ基板の長さ方向の他方の延長方向と延長線上で交差する方向に傾斜した第２の傾斜面とを有する構成とすることができる。
このような構成のものにおいては、前記光学部材における光学機能部分は、各々、頂部を挟んだ二つの平面がそれぞれ前記第１の傾斜面および前記第２の傾斜面により構成された複数の三角柱状部分が前記ＬＥＤ基板の長さ方向に並んで形成されて構成されたものとすることができる。
【００１０】
また、本発明のＬＥＤ電球においては、前記発光部は、各々、ＬＥＤ基板の一面上に複数のＬＥＤ素子が配置されてなる２つのＬＥＤモジュールを具えており、ＬＥＤ基板の他面同士が対向する状態で配置された構成とすることができる。
あるいは、前記ＬＥＤモジュールが、前記ＬＥＤ基板の両面の各々に複数のＬＥＤ素子が配置された構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のＬＥＤ電球によれば、発光部が、ＬＥＤモジュールがＬＥＤ基板の長手方向延長方向に光を指向させる光学機能部分を有する光学部材に埋設されて構成されていることにより、ＬＥＤ素子からの光の一部が光学部材によって屈折、散乱され、ＬＥＤ基板の長手方向延長方向に出射される光が増加するので、実質的に全周囲方向に配光することができる。従って、光学部材における光学機能部分の形状を目的に応じて適宜に変更することにより配光を制御することができ、例えば一般照明用の白熱電球と同等の配光とするなど所望の配光を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のＬＥＤ電球の一例における構成の概略を示す斜視図である。
【図２】図１に示すＬＥＤ電球における発光部の構成を概略的に示す斜視図である。
【図３】図１に示すＬＥＤ電球における発光部の構成を示す、（ａ）ＬＥＤ基板の長手方向外方から見た図、（ｂ）ＬＥＤ基板に垂直な方向から見た図である。
【図４】発光部を構成するＬＥＤ基板の一例における構成を示す図である。
【図５】実験例１において作製したＬＥＤ電球の配光曲線図である。
【図６−Ａ】実験例１および比較実験例１において作製したＬＥＤ電球の、ＬＥＤ基板の短手方向の配光の測定方法を説明するための図である。
【図６−Ｂ】実験例１および比較実験例１において作製したＬＥＤ電球の、ＬＥＤ基板の長手方向の配光の測定方法を説明するための図である。
【図７】比較実験例１において作製した比較用のＬＥＤ電球の配光曲線図である。
【図８−Ａ】本発明のＬＥＤ電球における発光部の他の構成例を概略的に示す斜視図である。
【図８−Ｂ】本発明のＬＥＤ電球における発光部のさらに他の構成例を概略的に示す斜視図である。
【図８−Ｃ】本発明のＬＥＤ電球における発光部のさらに他の構成例を概略的に示す斜視図である。
【図８−Ｄ】本発明のＬＥＤ電球における発光部のさらに他の構成例を概略的に示す斜視図である。
【図８−Ｅ】本発明のＬＥＤ電球における発光部のさらに他の構成例を概略的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明のＬＥＤ電球の一例における構成の概略を示す斜視図である。図２は、図１に示すＬＥＤ電球における発光部の構成を概略的に示す斜視図である。図３は、図１に示すＬＥＤ電球における発光部の構成を示す、（ａ）ＬＥＤ基板の長手方向外方から見た図、（ｂ）ＬＥＤ基板に垂直な方向から見た図である。図４は、発光部を構成するＬＥＤ基板の一例における構成を示す図である。
このＬＥＤ電球１０は、透光性を有する略球状のグローブ１１と、グローブ１１の一端に設けられた口金１５とを具えており、例えば白熱電球などの一般照明用電球と略同じ外観に形成されている。グローブ１１の内部における中心位置には、チップ状のＬＥＤ素子３２（図４参照）を発光源とする発光部２０が設けられている。グローブ１１は、例えば、透明なガラスや不透明のスリガラス、透明または乳白色（スリガラス状）のプラスチック材料により構成されている。
【００１４】
この例における発光部２０は、各々、一方向に長尺なＬＥＤ基板２１（図２参照）と、このＬＥＤ基板２１の一面上に配置された複数のチップ状のＬＥＤ素子３２（図４参照）と、ＬＥＤ素子３２の周囲空間を封止する半円柱状の形態をなすモールド部材３５とにより構成された２つのＬＥＤモジュール３０が、ＬＥＤ基板２１の他面同士が対向する状態で、後述する光学部材（光放射部材）４０に埋設されて構成されている。
発光部２０は、ＬＥＤ基板２１におけるＬＥＤ素子３２（図４参照）が実装された一面が側方を向く姿勢で、ＬＥＤ基板２１に設けられた板状の固定部分２１Ａが例えばネジ（図示せず）等で円柱状の発光部支持部材１２（図１参照）に固定されている。
【００１５】
図３に示すＬＥＤモジュール３０においては、図４に示すように、各々、例えば４つのＬＥＤ素子３２が互いに直列接続されてなる例えば５つのＬＥＤ素子列３１が、ＬＥＤ基板２１の一面上において、ＬＥＤ基板２１の長手方向に並列に実装されている。
図４における２２は、銅よりなる回路パターン（図４においては便宜上斜線が付してある）、２３は回路パターン２２上にボンディングされた給電用金線、２５は、給電用のリード線３３をハンダ等で接続するためのパッドである。
【００１６】
ＬＥＤ素子２１としては、例えば、４４５ｎｍ〜４６０ｎｍにピーク波長を有する光を発するＬＥＤ素子が用いられている。このＬＥＤ素子としては、例えばサファイア基板上に窒化物系半導体層が積層されてなる構成を有するものを用いることができる。
【００１７】
モールド部材３５は、蛍光体が透明な樹脂に混入されて構成されており、ＬＥＤ素子３２からの光によって蛍光体が励起されてＬＥＤ素子３２の発光による青色光を所定の波長の光に変換して放射する。
モールド部材３５を構成する透明な樹脂としては、例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂などを用いることができる。
蛍光体材料としては、例えば、セリウム付活イットリウムアルミン酸塩蛍光体（ＹＡＧ）、セリウム付活テルビウムアルミン酸塩蛍光体（ＴＡＧ）、アルカリ土類珪酸塩蛍光体（ＢＯＳＳ）などの蛍光体材料（黄色蛍光体）等を用いることができ、これらのものが単独で、あるいは複数種のものが用いられてもよい。
【００１８】
而して、上記のＬＥＤ電球１０においては、上述したように、発光部２０におけるＬＥＤモジュール３０は光学部材（光放射部材）４０に埋設されて構成されており、光学部材４０は、ＬＥＤ基板２１の長手方向に光を指向させる光学機能部分４５を有する。
図３に示す光学部材４０における光学機能部分４５は、例えば、ＬＥＤ基板２１の長手方向の一方の延長方向と延長線上で交差する方向に傾斜した第１の傾斜面４１と、ＬＥＤ基板の長手方向の他方の延長方向と延長線上で交差する方向に傾斜した第２の傾斜面４２とを有し、ＬＥＤ基板２１におけるＬＥＤ素子３２（図４参照）が実装された一面に対向して形成されている。
具体的に説明すると、この例における光学部材４０は、例えば直方体の塊状体における、各々のＬＥＤ基板２１の一面に対向する周側面の各々に、頂部を挟む二つの平面がそれぞれ第１の傾斜面４１および第２の傾斜面４２よりなる複数の三角柱状部分４３が形成されている。この三角柱状部分４３は、ＬＥＤ基板２１の一面に沿って長手方向に並んで形成されており、複数の三角柱状部分４３による凹凸面によって光学機能部分４５が形成されている。また、光学部材４０を構成する塊状体における、ＬＥＤ基板２１の長手方向に位置される両周側面の各々に三角柱状の光出射部分４６が形成されている。更には、塊状体における上面に、三角柱状の光出射部分４７がＬＥＤ基板２１の長手方向に延びるよう形成されている。
【００１９】
光学部材４０は、透明あるいは乳白色の樹脂により構成されており、このような樹脂としては、ＬＥＤモジュール３０におけるモールド部材３５を構成する材料として例示したもの（例えばシリコーン樹脂）を用いることができる。このように同種の材料を利用することにより、ＬＥＤモジュール３０におけるモールド部材３５と光学部材４０との界面での屈折が生ずることを回避することができる。
【００２０】
而して、上記構成のＬＥＤ電球１０によれば、発光部２０における、ＬＥＤモジュール３０は、ＬＥＤ基板２１の長手方向延長方向に光を指向させる光学機能部分４５を有する光学部材４０に埋設されて構成されている。この構成により、各ＬＥＤ素子３２からの光の一部が光学部材４０の光学機能部分４５における第１の傾斜面４１および第２の傾斜面４２によって屈折、散乱される。この屈折、散乱により、後述する実験例の結果に示されるように、ＬＥＤ基板２１の長手方向延長方向に出射される光が増加し、実質的に全周囲方向に配光することができる。従って、光学部材４０における光学機能部分４５の形状を目的に応じて適宜に変更することにより配光を制御することができ、例えば一般照明用の白熱電球と同等の配光とするなど所望の配光を実現することができる。
また、発光部２０がＬＥＤ電球１０の中心に位置されているため、装飾的にも従来の白熱電球と似た発光とすることができる、といった効果が得られる。
【００２１】
以下、本発明の効果を確認するために行った実験例について説明する。
〔実験例１〕
図１乃至図４に示す構成に従って、本発明に係るＬＥＤ電球を作製した。このＬＥＤ電球の仕様を以下に示す。
＜ＬＥＤ電球仕様＞
〔発光部（２０）〕
ＬＥＤ基板（２１）；全長が２４ｍｍ、厚みが０．２ｍｍ、
ＬＥＤ素子（３２）；発光波長が４４５〜４６０ｎｍ、消費電力が９０ｍＷ、
ＬＥＤモジュール（３０）の数が２つであり、各々のＬＥＤモジュールにおけるＬＥＤ素子列の数が５つ、一のＬＥＤ素子列におけるＬＥＤ素子の個数が４つ（一のＬＥＤ基板に実装されたＬＥＤ素子の数：４０個）、
モールド部材（３５）；シリコーン樹脂に蛍光体材料としてアルカリ土類珪酸塩蛍光体（ＢＯＳＳ，発光波長；５１５〜６１０ｎｍ）が混入されてなるもの、厚み（最大）が０．６４ｍｍ、
光学部材（４０）；全長（ＬＥＤ基板の長手方向における光出射部分（４６）の頂部間の距離）が２７．９ｍｍ、厚み（一方の周側面における三角柱状部分の頂部から他方の周側面の三角柱状部分の頂部間の距離）が４．３５ｍｍ、一の周側面における光学機能部分を構成する三角柱状部分の数が１７個、光学機能部分を構成する隣接する三角柱状部分の間隔（頂部間の離間距離の大きさ）が１．４８ｍｍ、光学機能部分および光出射部分を構成する三角柱状部分の頂部の角度が６０度である。
【００２２】
このＬＥＤ電球の配光を測定したところ、図５に示すような配光曲線が得られた。図５において、実線で示す配光曲線（以下、「短手方向配光曲線」という。）は、図６−Ａに示すように、発光部２０から一定の距離だけ離れた位置に配置された検出器（センサ）５０を、ＬＥＤ基板の長手方向に延びる軸（紙面に対して垂直な軸）を中心に発光部２０を中心とする円弧に沿って移動（回転）させて測定した。この測定による所定の角度位置θにおける光の強度をプロットすることにより得られたものであって、強度の最大値に対する相対値で示されている。また、破線で示す配光曲線（以下、「長手方向配光曲線」という。）は、図６−Ｂに示すように、発光部２０から一定の距離だけ離れた位置に配置された検出器（センサ）５０を、ＬＥＤ基板に垂直な軸（紙面に対して垂直な軸）を中心に発光部２０を中心とする円弧に沿って移動（回転）させて測定した。この測定による所定の角度位置θにおける光の強度をプロットすることにより得られたものであって、強度の最大値に対する相対値で示されている。
【００２３】
＜比較実験例１＞
実験例１において作製したＬＥＤ電球において、発光部として本発明における光学部材（４０）を有さない構成としたことの他は、実験例１に係るＬＥＤ電球と同一の構成を有する比較用のＬＥＤ電球を作製した。
この比較用のＬＥＤ電球について、実験例１と同様にして配光を測定したところ、図７に示す配光曲線が得られた。図７において、実線で示す配光曲線が短手方向配光曲線であり、破線で示す配光曲線が長手方向配光曲線である。
【００２４】
以上の結果より明らかなように、本発明に係るＬＥＤ電球によれば、比較用のＬＥＤ電球に比して、ＬＥＤ基板の長手方向延長方向に出射される光の強度、および、ＬＥＤ基板の短手方向下方側延長方向に出射される光が増加し、口金によって陰になる部分を除く全周囲方向に配光することができることが確認された。
【００２５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、発光部を構成する光学部材の形状は、上記の実施形態に係るものに限定されず、例えば、図８−Ａ、図８−Ｂ、図８−Ｃ、図８−Ｄおよび図８−Ｅに示す形状を有するもの、あるいは、第１の傾斜面および第２の傾斜面による凹凸面が上面に形成され、これにより、光学機能部分が形成された構成のものであっても、上記効果を得ることができる。
【００２６】
図８−Ａに示す光学部材４０Ａは、直方体状の塊状体における、ＬＥＤ基板２１のＬＥＤ素子が実装された一面に対面する周側面が、長手方向の中央位置からそれぞれ端部に向かって延びる、光学機能部分４５を構成する第１の傾斜面４１および第２の傾斜面４２をなすよう形成された形態を有する。
図８−Ｂに示す光学部材４０Ｂは、ＬＥＤ基板２１に垂直な平面による断面の形状が略菱形状の塊状体のものであって、ＬＥＤ基板２１のＬＥＤ素子が実装された一面に対面する、頂部を挟んだ二つの周側面が光学機能部分４５を構成する第１の傾斜面４１および第２の傾斜面４２を構成している。
図８−Ｃに示す光学部材６０Ａは、直方体状の塊状体におけるＬＥＤ基板２１の一面に対面する周側面の長手方向の中央位置に、ＬＥＤ基板２１の短手方向に延びる半円柱状の膨出部分６２が形成されると共に、複数の三角柱状部分６３が膨出部分６２の周面に沿って並んで形成されてなる光学機能部分６１を有する。また、塊状体におけるＬＥＤ基板２１の長手方向に位置される両周側面の各々に長手方向外方に向かって凸となる三角柱状の光出射部分６５が形成されている。
図８−Ｄに示す光学部材６０Ｂは、直方体状の塊状体におけるＬＥＤ基板２１の長手方向の両端位置に、ＬＥＤ基板２１の短手方向に延びる円柱状の膨出部分６７が形成されると共に、複数の三角柱状部分６８が膨出部分６７の周面に沿って並んで形成されてなる光学機能部分６６を有する。
図８−Ｅに示す光学部材７０は、直方体形状の塊状体におけるＬＥＤ基板２１の長手方向に位置される周側面に三角柱状の光出射部分７２が形成された基部７１と、この基部７１におけるＬＥＤ基板２１の一面に対向する周側面の各々に連設された柱状の機能部７５とを有する。各々の機能部７５における長手方向の一端部は、長手方向の一方の延長方向と延長線上で交差する方向に傾斜した傾斜面であって、ＬＥＤ基板２１に垂直な断面が例えば放物線状の第１の傾斜面７６を有する形態をなすよう形成されている。また、各々の機能部７５における長手方向の他端部は、長手方向の他方の延長方向と延長線上で交差する方向に傾斜した傾斜面であって、ＬＥＤ基板２１に垂直な断面が例えば放物線状の第２の傾斜面７７を有する形態をなすよう形成されている。そして、基部７１における端部部分が機能部７５における傾斜面に挟まれるように位置されている。この光学部材７０においては、機能部７５における第１の傾斜面７６および第２の傾斜面７７が反射面として形成されており、これにより、光学機能部分７８が形成されている。
【００２７】
また、ＬＥＤモジュールは、一のＬＥＤ基板の両面の各々に複数のＬＥＤ素子が配置された構成とされていてもよく、また、ＬＥＤ素子としては、近紫外発光ＬＥＤ素子を用いることもできる。
さらにまた、グローブの内面に例えば蛍光体膜が形成された構成とされていてもよく、このような構成のものにおいては、ＬＥＤ素子の周囲空間を封止するモールド部材を設ける必要はない。
【符号の説明】
【００２８】
１０  ＬＥＤ電球
１１  グローブ
１２  発光部支持部材
１５  口金
２０  発光部
２１  ＬＥＤ基板
２１Ａ  固定部分
２２  回路パターン
２３  給電用金線
２５  パッド
３０  ＬＥＤモジュール
３１  ＬＥＤ素子列
３２  ＬＥＤ素子
３３  リード線
３５  モールド部材
４０，４０Ａ，４０Ｂ  光学部材（光放射部材）
４１  第１の傾斜面
４２  第２の傾斜面
４３  三角柱状部分
４５  光学機能部分
４６，４７  光出射部分
５０  検出器（センサ）
６０Ａ，６０Ｂ  光学部材
６１，６６  光学機能部分
６２，６７  膨出部分
６３，６８  三角柱状部分
６５  光出射部分
７０  光学部材
７１  基部
７２  光出射部分
７５  機能部
７６  第１の傾斜面
７７  第２の傾斜面
７８  光学機能部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６−Ａ】
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【図６−Ｂ】
2014022171.tif 000009
【図７】
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【図８−Ａ】
2014022171.tif 000011
【図８−Ｂ】
2014022171.tif 000012
【図８−Ｃ】
2014022171.tif 000013
【図８−Ｄ】
2014022171.tif 000014
【図８−Ｅ】
2014022171.tif 000015